JP2007025650A - カメラの自動焦点調節装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動焦点調節にかかる時間を減らすことができるカメラの自動焦点調節装置及びその方法を提供する。
【解決手段】自動焦点調節装置は、光信号が入射されるレンズ部と、レンズ部に入射された光信号を入力され、電気的信号に変換した後、デジタル化した画像データを出力するイメージセンサ及びＩＳＰ部と、イメージセンサ及びＩＳＰ部から画像データを入力され、所定のイメージ成分を抽出した後、ピクチャの中央領域をＮ（Ｎは２以上の正整数を表す）例えば５個の領域５０１〜５０５に分け、各領域別に所定のイメージ成分値を積分して焦点値を算出し、各領域別に算出された焦点値に応じて、レンズ部の焦点レンズを上下駆動しながら、最大焦点値を算出する自動焦点デジタル信号処理機と、レンズ部の焦点レンズを駆動させる駆動部とを備える。
【選択図】 図５−ａ

Description

本発明は、カメラの自動焦点調節装置及びその方法に関する。

最近、情報化社会は急速な発達を遂げつつあり、それにより、単に、音声のみを伝達する携帯通信端末のみならず、様々な機能が加えられた複合携帯通信端末の開発が望まれている。

したがって、マルチメディア時代に合わせて、画像送受信機能と音声送受信機能を併せ持つ携帯用複合携帯通信端末が具現されており、このような複合携帯通信端末としては、使用者が携帯する携帯通信端末（いわゆる携帯電話）に、デジタルカメラ機能を具現しておいたカメラ付き携帯電話がある。

これにより、使用者は、急にある場面や業務上必要な被写体を撮影したいときに、このカメラ付き携帯電話を用いて、所望の場面を撮影して携帯電話の内部に保存することができるようになる。

また、撮影した画像を携帯通信端末から無線で他の携帯通信端末に伝送することができ、パソコンと連結して、パソコンの画面に出力しまたはパソコンに保存することができる。

また、最近になって、テレビ番組を受信し、これを出力可能な携帯通信端末（いわゆるテレビ電話）、インターネットに連結し、インターネット情報をダウンロード可能な携帯通信端末、及び動画像を表示可能な携帯通信端末が開発され、またこれらの機能を全て行うことができる次世代の携帯通信端末（ＩＭＴ−２０００）が開発されている。

一般のカメラ付き携帯電話は、画像を撮影するカメラモジュールと、使用者の音声及び画像のいずれかを伝送する送信モジュールと、相手通話の音声及び画像のいずれかを受信する受信モジュールとで構成されている。

ここで、カメラモジュールは、レンズサブシステムと画像処理サブシステムを有している。

レンズサブシステムは、ズームレンズと焦点レンズで構成されたレンズ部と、レンズ部のズームレンズまたは焦点レンズを駆動するためのアクチュエータと、アクチュエータドライバとを有している。

また、画像処理サブシステムは、イメージセンサと、画像信号処理（ＩＳＰ：Ｉｍａｇｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）部と、自動焦点デジタル信号処理機（ＤＳＰ）とを有している。

また、レンズサブシステムは、外部の撮影場面に焦点を合わせ、その外部の撮影場面から範囲が定められた特定の領域に入射する光（光源）がイメージセンサに入射されるように構成される。

このようにすると、画像処理サブシステムのイメージセンサは、特定の吸収期間の間、光源が入射することにより電荷が蓄積されるフォトセルからなり、蓄積された電荷をデジタル値（ピクセル値）に変換して出力する。

また、画像処理サブシステムのＩＳＰ部は、獲得したピクセルに対するデジタル値を圧縮、スケールイメージエンハンスメントのような画像処理を行い、携帯電話本体に伝送する。

この際、レンズサブシステムは、鮮明なイメージ撮影のために、レンズのフォーカス調整作業を行う。このときに用いる装置としては、一般のフィルムカメラやデジタルカメラにある自動焦点調節装置をそのまま使用している。以下、この自動焦点調節装置について簡単に説明する。

一般に、フィルムカメラやデジタルカメラの自動焦点調節装置は、撮影しようとする被写体に向けて構図を設定した後、リリースボタンのみを作動すれば、自動的に焦点を合わせて撮影が行われるようにする装置である。

このような自動焦点調節装置は、アクティブ方式とパッシブ方式に大別される。

アクティブ方式は、カメラが自ら赤外線や超音波などを発射した後、被写体に反射されて入射する光や波動を感知し、被写体との距離を測定する方式である。

パッシブ方式は、光を発光する発光部を別に設けておらず、自然的な照明下で被写体から出る光をレンズ部から入力され、入力された被写体の明暗差を用いて、被写体の距離を判断する方式である。

すなわち、パッシブ方式は、イメージセンサから出る画像信号のうち、輝度信号が高域通過フィルタを通って得られたコントラストに比例する高域周波数信号をフレーム毎に検出し、この際に得られたコントラストを前フレームのコントラストと比較し、コントラストが大きくなる方向に焦点レンズを動かし、最もコントラストが大きい地点において焦点レンズの回転運動を停止させることにより、自動的に焦点を調節する方式である。

一般に、オートフォーカスカメラモジュールは、普通、携帯電話にＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型ＭＯＳ）センサから入手された画像をＩＳＰ処理した後、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）を通して得られたエネルギーによって算出された焦点値を、ピクチャ単位で抽出して中央処理装置（ＣＰＵ）に伝達し、この際、ＣＰＵは、算出された焦点値に基づいて焦点レンズの移動方向及び距離を判断し、アクチュエータドライバに命令をし、これにより、アクチュエータが駆動され、レンズが移動すると共に自動的に焦点が合わせられるようになる。

図１は、ピクチャ１００内のウィンドウ１０１領域を示す図である。図１に示すように、通常、ウィンドウ１０１領域として画面の中央部を指定するが、これは、写真を撮影する使用者の殆どが、画面の中央部に関心を持つからである。

また、自動焦点デジタル信号処理機からウィンドウ１０１の開始位置の終了位置を伝送され、ピクチャ１００内のウィンドウ１０１領域を設定し、前記設定されたウィンドウ１０１領域の高域通過フィルタ出力値は、積分器で累算される。

このように累算された焦点値は、カメラモジュールにおいて焦点を調節する基準となる。通常、静止画像の場合、レンズを動かして焦点を合わせるが、この際、同じ画像であっても、正しく焦点が合うと高い焦点値が得られ、焦点が合わないと低い焦点値が得られる。カメラの焦点は、使用者の殆どが関心を持つ中央に基準を置いて調整する。

前記焦点値を求めるアルゴリズムは、自動焦点デジタル信号処理機内のＣＰＵで実行され、前記ＣＰＵは、レンズをいずれの方向に移動させるかを判断し、アクチュエータドライバによってアクチュエータを駆動させる。

図２は、レンズ移動距離に応じた焦点値を示すグラフである。

図２に示すように、カメラに同じイメージが入力されても、焦点が合わないと、Ａ地点のように焦点値が低く出る。その場合は、Ｂ地点から、レンズの移動方向を決定し、焦点値が高いＣ方向にレンズを移動させ、前記Ｃ方向に続けてレンズを移動させると共に、最大焦点値を有するＥ地点を通ると、さらにレンズを反対方向であるＤ方向に移動させ、Ｅ地点においてレンズを固定させることにより、最大焦点値を求める。

従来は、ピクチャ単位で前記焦点値を算出したが、これは、使用者が関心を持つウインドウ部分のエッジ成分を全て足した値がピクチャ単位で出力されるからである。

したがって、従来、最大焦点値を求めるプロセスは、ピクチャの焦点値をそれぞれ算出した後、算出された焦点値に応じて方向を決定し、その方向にレンズを移動させる過程を繰り返すようになる。

これにより、時間当たりピクチャが表示される速度を意味するフレームレートが速ければ速いほど、自動焦点調節時間が短くなる。

また、従来のカムコーダやデジタルカメラに用いられるイメージセンサとしては、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサが挙げられる。

ここで、ＣＣＤイメージセンサは、シリコンのウエハ上に複数個の超小型金属電極を設けたものであり、複数個の光ダイオードで構成されており、これらの光ダイオードに光が加えられると、光学的エネルギーが電気に変換され、各画素毎のフォトダイオードで生成した電荷が、垂直伝達ＣＣＤ及び水平伝達ＣＣＤから、高電位差を用いて増幅器に伝達されるので、電力消耗は大きいが、雑音に強く、均一に増幅される特性がある。

これに対して、ＣＭＯＳイメージセンサは、各画素毎にフォトダイオード及び増幅器を設けたものであり、ＣＣＤイメージセンサよりも電力消耗が小さく、大きさが小さく、小型化に有利であるが、画質に劣るという短所があった。

したがって、従来のカムコーダやデジタルカメラには、雑音に強く、画質が良好なＣＣＤイメージセンサが多く用いられており、前記ＣＣＤイメージセンサは、ＶＧＡ（６４０×４８０）、ＳＤ（７２０×４８０）級において１秒当たり５０〜６０枚のピクチャが表示される高いフレームレートを有しており、相当に短時間内に最大焦点値が得られる。

しかしながら、最近、ＣＭＯＳイメージセンサの画質が改善されたことにより、電力消耗が小さく、小型化に有利なＣＭＯＳイメージセンサが、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡなどに多く用いられるようになり、そのため、最大焦点値を求める時間、すなわち、自動焦点調節時間が増えるという問題点が発生している。

言い換えれば、ＣＭＯＳイメージセンサのフレームレートは、１秒当たりに３０枚程度と極めて低く、使用者が益々高解像度の画質を要求することにより、前記ＣＭＯＳイメージセンサのフレームレートは、さらに低くなり、自動焦点調節時間が相当に増えるという問題点があった。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピクチャの中央領域またはウィンドウ設定領域をＮ（Ｎは２以上の正整数を表す）個の領域に分け、各領域別に自動焦点を調節することにより、自動焦点調節にかかる時間を減らすことができるカメラの自動焦点調節装置及びその方法を提供することにある。

上述の目的を達成するために本発明の一態様に係るカメラの自動焦点調節装置は、光信号が入射されるレンズ部と、前記レンズ部に入射された光信号を入力され、電気的信号に変換した後、デジタル化した画像データを出力するイメージセンサ及びＩＳＰ部と、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部から画像データを入力され、所定のイメージ成分を抽出した後、ピクチャの中央領域をＮ（Ｎは２以上の正整数を表す（特に断らない限り、以下同様である））個の領域に分け、各領域別に前記所定のイメージ成分値を積分して焦点値を算出し、前記各領域別に算出された焦点値に応じて、前記レンズ部の焦点レンズを上下駆動しながら、最大焦点値を算出する自動焦点デジタル信号処理機と、前記レンズ部の焦点レンズを駆動させる駆動部を備える。

また、本発明の別の態様において、前記Ｎ個の領域はそれぞれ、前記所定のイメージ成分を抽出し、抽出された前記所定のイメージ成分を積分する抽出及び積分ライン領域と、前記所定のイメージ成分の積分値に応じて、焦点値を算出するアルゴリズム動作ライン領域と、前記算出された焦点値に応じて、レンズ部の焦点レンズを上下駆動させるレンズ駆動ライン領域とを含む。

また、本発明の別の態様において、前記抽出及び積分ライン領域は、８の倍数個のラインで構成される。

また、本発明の別の態様において、前記自動焦点デジタル信号処理機は、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部から画像データを入力され、前記所定のイメージ成分を抽出した後、ピクチャの中央領域を前記Ｎ個の領域に分け、各領域別に所定のイメージ成分値を積分し、焦点値を算出する光検出モジュールと、前記光検出モジュールから焦点値を入力され、前記焦点値に応じて、レンズ部の焦点レンズを上下駆動しながら最大焦点値を算出し、自動焦点アルゴリズムを行う中央処理装置を備える。

また、本発明の別の態様において、前記光検出モジュールは、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部から画像データを入力され、前記所定のイメージ成分を抽出する高域通過フィルタと、前記高域通過フィルタから抽出された前記所定のイメージ成分を入力され、前記ピクチャの中央領域をＮ個の領域に分け、各領域別に所定のイメージ成分を積分して出力する積分器と、前記積分器に、設定されたピクチャの中央領域の開始番地と終了番地を伝送する中央領域設定部を備える。

また、本発明の別の態様において、前記所定のイメージ成分は、エッジ成分である。

また、本発明の別の態様において、前記所定のイメージ成分は、Ｙ成分である。

また、本発明の別の態様において、前記所定のイメージ成分は、最大値を有するＹ成分である。

また、本発明の別の態様において、前記ピクチャの中央領域は、ウィンドウ領域である。

また、本発明の別の態様において、前記イメージセンサは、ＣＭＯＳイメージセンサである。

また、本発明の一態様に係る自動焦点調節方法は、イメージセンサ及びＩＳＰ部により、レンズ部から入射された光信号を入力され、電気的信号に変換した後、デジタル化した画像データを出力する画像データ出力ステップと、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部から出力された画像データを自動焦点デジタル信号処理機により入力され、所定のイメージ成分を抽出した後、ピクチャの中央領域をＮ個の領域に分け、各領域別に前記所定のイメージ成分値を積分して焦点値を算出する焦点値算出ステップと、前記焦点値算出ステップにおいて算出された焦点値に応じて、前記自動焦点デジタル信号処理機が、前記レンズ部の焦点レンズを上下駆動しながら、最大焦点値を算出する最大焦点値出力ステップを含む。

また、本発明の別の態様において、前記焦点値算出ステップ及び最大焦点値出力ステップは、前記Ｎ個のそれぞれの領域を構成している複数のラインにおいて実行される。

また、本発明の別の態様において、前記焦点値算出ステップは、前記自動焦点デジタル信号処理機の光検出モジュールにより、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部から画像データを入力され、所定のイメージ成分を抽出する所定のイメージ成分抽出ステップと、ピクチャの中央領域をＮ個の領域に分け、各領域の開始番地と終了番地を伝送する中央領域設定ステップと、前記光検出モジュールにより設定されたＮ個の領域に対して、各領域別に所定のイメージ成分値を積分して焦点値を算出する所定のイメージ成分積分ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の別の態様において、前記所定のイメージ成分抽出ステップ及び積分ステップにおいて、前記所定のイメージ成分の抽出及び積分は、８の倍数個のライン別に行われる。

また、本発明の別の態様において、前記所定のイメージ成分は、エッジ成分を用いる。

また、本発明の別の態様において、前記所定のイメージ成分は、Ｙ成分を用いる。

また、本発明の別の態様において、前記所定のイメージ成分は、最大値を有するＹ成分を用いる。

また、本発明の別の態様において、前記ピクチャの中央領域は、ウィンドウ領域に設定される。

また、本発明の別の態様において、前記イメージセンサは、ＣＭＯＳイメージセンサを用いる。

本発明によれば、ピクチャの中央領域またはウィンドウ設定領域をＮ個の領域に分け、各領域別に自動焦点を調節することにより、自動焦点調節時間を減らすことができるという利点がある。

特に、最近、ＣＭＯＳイメージセンサの改善した画質により、電力消耗が小さく、小型化に有利なＣＭＯＳイメージセンサが、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡなどに多く用いられている現状において、本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサの低いフレームレートのために自動焦点調節時間が遅くなるという問題点を一度に解決することができるという点において、従来の技術よりも顕著な効果がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

＜第１の実施の形態＞
図３は、本発明に係る自動焦点調節装置３００を示す構成図である。

図３に示すように、本発明に係る自動焦点調節装置３００は、光信号が入射されるレンズ部３０１と、前記レンズ部３０１に入射された光信号を入力され、電気的信号に変換した後、デジタル化した画像データを出力するイメージセンサ及びＩＳＰ部３０２と、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部３０２から画像データを入力され、所定のイメージ成分を抽出した後、ピクチャの中央領域をＮ個の領域に分け、各領域別に前記所定のイメージ成分値を積分して焦点値を算出し、前記各領域別に算出された焦点値に応じて、前記レンズ部３０１の焦点レンズを上下駆動しながら、最大焦点値を算出する自動焦点デジタル信号処理機３０３と、前記レンズ部３０１の焦点レンズを駆動させるアクチュエータ３０４ｂと、前記アクチュエータ３０４ｂを駆動させるアクチュエータドライバ３０４ａとからなる駆動部とで構成されている。

前記レンズ部３０１は、ズームレンズおよび焦点レンズで構成されている。ズームレンズは、画像を拡大するレンズであり、焦点レンズは、画像の焦点を合わせるレンズである。

前記イメージセンサ及びＩＳＰ部３０２は、イメージセンサとＩＳＰ部で構成されている。このイメージセンサとしては、光学信号を電気信号に変換するＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサが用いられるが、本発明では、自動焦点調節時間を短縮させるという目的があるので、ＣＭＯＳイメージセンサが用いられるカメラモジュールを用いることがさらに好ましい。

また、ＩＳＰ部は、人間の視覚に合わせてイメージデータを変換するように、自動ホワイトバランス、オートエクスポージャー（自動露出）、γ補正などで信号処理を行って画質を改善し、改善された画質のイメージデータを出力する役割をする。

また、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサは、その種類が多様であるので、各メーカにより、ＩＳＰ部のためのインターフェース及び特性も異なる。このため、ＩＳＰ部はイメージセンサの種類により異なったものが作製される。

ここで、ＩＳＰ部は、カラーフィルタアレイの補間、カラーマトリクス、色補正、カラーエンハンスメントなどの画像処理を経る。

また、画像処理されたデータは、ＣＣＩＲ６５６またはＣＣＩＲ６０１フォーマット（ＹＵＶ ｓｐａｃｅ）に変換した後、携帯電話ホスト３０５からマスタークロックを受け、垂直同期信号、水平同期信号、ピクセルクロック信号と共に、Ｙ／Ｃｂ／ＣｒまたはＲ／Ｇ／Ｂとしてデータを出力するようになる。

図４−ａは、図３の自動焦点デジタル信号処理機を示す構成図であり、図４−ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る光検出モジュールを示す内部ブロック図である。

前記自動焦点デジタル信号処理機３０３は、図４−ａに示すように、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部３０２から画像データを入力され、所定のイメージ成分を抽出した後、ピクチャの中央領域をＮ個の領域に分け、各領域別に所定のイメージ成分値を積分し、焦点値を算出する光検出モジュール４０１と、前記光検出モジュール４０１から焦点値を入力され、前記焦点値に応じて、レンズ部３０１の焦点レンズを上下駆動しながら最大焦点値を算出し、自動焦点アルゴリズムを行う中央処理装置４０２と、で構成されている。

また、前記光検出モジュール４０１は、図４−ｂに示すように、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部３０２から画像データを入力され、所定のイメージ成分を抽出する高域通過フィルタ４０１ａと、前記高域通過フィルタ４０１ａから抽出された前記所定のイメージ成分を入力され、ピクチャの中央領域を前記Ｎ個の領域に分け、各領域別に所定のイメージ成分を積分して出力する積分器４０１ｂと、前記積分器４０１ｂに、設定されたピクチャの中央領域の開始番地と終了番地を伝送する中央領域設定部４０１ｃとで構成されている。

イメージセンサ及びＩＳＰ部３０２から伝送されるイメージデータは、前記自動焦点デジタル信号処理機３０３に入力された後、前記高域通過フィルタ４０１ａを通過させると、イメージの所定の成分のみが抽出される。この際、抽出されるイメージの所定の成分には、エッジ成分、Ｙ成分、最大値を有するＹ成分がある。

また、中央領域設定部４０１ｃにおいて、ピクチャ内の中央領域の開始位置及び終了位置を伝送すると、高域通過フィルタ４０１ａで抽出された成分値を積分器４０１ｂにおいて累算するようになる。このように累算された焦点値は、カメラモジュールにおいて焦点を調節する基準データとなる。

通常、静止画像の場合、レンズ３０１を移動して焦点を合わせるが、同一の画像であっても、焦点が合う場合は、高い焦点値が、焦点が合わない場合は、低い焦点値が得られる。これにより、最大焦点値を求めるためには、アクチュエータドライバ３０４ａでアクチュエータ３０４ｂを動かしてレンズ３０１を移動させながら、焦点値が最も大きい箇所を見付けなければならない。

このように焦点値を求めるアルゴリズムは、中央処理装置４０２で実行される。この際、中央処理装置４０２は、レンズ３０１をいずれの方向に移動させるかを判断し、アクチュエータドライバ３０４ａとアクチュエータ３０４ｂで構成される駆動部３０４を制御するようになる。

また、図５−ａ及び図５−ｂは、本発明の第１の実施の形態に係るＶＧＡ（６４０×４８０）級ピクチャ５００、及び前記ピクチャ内の中央領域のＮ個の領域中の１領域５０１を示す図である。

図５−ａに示すように、ピクチャの中央領域をＮ個の領域（ここでは、５つの領域）５０１〜５０５に分け、各領域別にそれぞれの焦点値を持たせる。

前記ピクチャの中央領域とは、前記ピクチャの中央ラインを基準にして上位領域と下位領域に分けるとき、前記ピクチャの中央ラインから始まり、前記上位領域の１／２となるラインにおいて終わる領域と、前記ピクチャの中央ラインから始まり、前記下位領域の１／２となるラインにおいて終わる領域とが合わせられた領域を意味する。

また、図５−ｂに示すように、前記Ｎ個の領域のそれぞれ５０１は、エッジ、Ｙ、最大値を有するＹ成分を抽出し、抽出された前記成分を積分する抽出及び積分ライン領域５０１ａと、前記成分の積分値に応じて焦点値を算出するアルゴリズム動作ライン領域５０１ｂと、前記算出された焦点値に応じて、レンズ部の焦点レンズを上下駆動させるレンズ駆動ライン領域５０１ｃとで構成されている。

この際、エッジ、Ｙ、最大値を有するＹ成分をそれぞれ抽出し、抽出された前記成分を積分する抽出及び積分ライン領域５０１ａが、８の倍数個のラインで構成される。その理由は、以下のとおりである。

自動焦点調節装置付きカメラモジュールには、イメージセンサ及びＩＳＰ部から入力された画像データを圧縮する圧縮モジュール（図示せず）が設けられているが、前記圧縮モジュールは、入力された画像データを一定の数の画素からなる単位領域に対応して、縦横８×８の単位領域にブロック化し、前記ブロック化した画像データを出力し、前記ブロック化した画像データを離散コサイン変換（ＤＣＴ）を用いて周波数変換し、各ブロックに対応する周波数成分を出力する。したがって、縦横８×８単位のブロックは、入力された画像データを符号化する基本単位となるので、エッジ、Ｙ、最大値を有するＹ成分をそれぞれ抽出し、抽出された前記成分を積分する抽出及び積分ライン領域５０１ａは、８の倍数個のラインで構成されることが好ましい。

前記図５−ａと図５−ｂに示すように、本発明では、１ピクチャをＮ個の領域に分け、各領域別に焦点値を算出し、前記算出された焦点値に応じてレンズを移動させることにより、最大焦点値を探索するため、１ピクチャ当たりＮ番のレンズの移動が発生することが分かる。これにより、フレームレートが相当に低いＣＭＯＳイメージセンサを用いるカメラモジュールでも、相当に高速の自動焦点調節時間を期待することができる。

また、図６−ａは、本発明に係るピクチャの同期信号として用いられる信号を示す図であり、図６−ａに示すように、ピクチャの同期信号として用いられる信号は、ピクチャの開始を知らせる垂直同期信号Ｓ１と、ピクチャ内に存在するラインのイメージの活性化状態を知らせる水平同期信号Ｓ２と、各画素データの同期化を示すピクセルクロック信号（図示せず）とで構成されている。

また、図６−ｂは、本発明に係るＮ個の領域中の１領域に対する自動焦点調節時間を示す図である。

図６−ｂに示すように、Ｎ個の領域中の１領域に対して、前記Ｎ個の領域中の１領域に該当する垂直同期信号Ｓ１と水平同期信号Ｓ２’が印加されると、前記Ｎ個の領域中の１領域に対する自動焦点調節時間Ｔは、Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃の和として表われる。ここで、Ｔ₁は、エッジ、Ｙ、最大値を有するＹ成分をそれぞれ抽出し、抽出された前記成分を積分する時間、Ｔ₂は、前記成分の積分値に応じて、自動焦点デジタル信号処理機でアルゴリズムを行って焦点を算出する時間、Ｔ₃は、前記算出された焦点値に応じて、レンズ部の焦点レンズを上下駆動させる時間を意味する。

したがって、前記ピクチャの１２１〜１３６ラインでは、エッジ、Ｙ、最大値を有するＹ成分をそれぞれ抽出し、抽出された前記成分を積分し、１３６〜１３７ラインでは、前記成分の積分値に応じてアルゴリズムを実行して焦点値を算出し、１３８〜１６８ラインでは、前記算出された焦点値に応じて、レンズ部の焦点レンズを駆動させるようになる。

また、図８−ａは、本発明の第１の実施の形態に係るカメラの自動焦点調節方法のフローチャートであり、図８−ａに示すように、本発明の第１の実施の形態に係るカメラの自動焦点調節方法は、５ステップに分けられる。

先ず、イメージセンサ及びＩＳＰ部が、光信号をデジタル信号に変換して出力する（Ｓ８０１ａ）。

その後、自動焦点デジタル信号処理機が、画像データ中の所定のイメージ（エッジ、Ｙ、最大値を有するＹ）成分を抽出する（Ｓ８０１ｂ）。

その後、自動焦点デジタル信号処理機が、ピクチャの中央領域をＮ個の領域に分け、各領域の開始番地と終了番地を伝送する（Ｓ８０１ｃ）。

その後、自動焦点デジタル信号処理機が、各領域別に所定のイメージ（エッジ、Ｙ、最大値を有するＹ）成分値を積分して焦点値を算出する（Ｓ８０１ｄ）。

最後に、自動焦点デジタル信号処理機が、レンズを移動させながら最大焦点値を算出する（Ｓ８０１ｅ）。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態に係るカメラの自動焦点調節装置の構成図は、第１の実施の形態における図３、図４−ａ、図４−ｂとほぼ同様である。但し、第２の実施の形態は、第１の実施の形態とは異なり、ピクチャ内のウィンドウ設定領域をＮ個の領域に分け、各領域別に所定のイメージ成分値を積分して焦点値を算出し、前記各領域別に算出された焦点値に応じて、レンズ部３０１の焦点レンズを上下駆動しながら最大焦点値を算出するので、自動焦点デジタル信号処理機３０３を構成する光検出モジュール４０１の構成が、第１の実施の形態と多少異なる。

すなわち、図４−ｃが、本発明の第２の実施の形態に係る光検出モジュール４０１を示すものであって、第２の実施の形態に係る光検出モジュール４０１は、図４−ｃに示すように、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部３０２から画像データを入力され、所定のイメージ成分を抽出する高域通過フィルタ４０１ｄと、前記高域通過フィルタ４０１ｄから抽出された前記所定のイメージ成分を入力され、ウィンドウ設定領域をＮ個の領域に分け、各領域別に所定のイメージ成分を積分して出力する積分器４０１ｅと、前記積分器４０１ｅに、設定されたウィンドウ領域の開始番地と終了番地を伝送するウィンドウ領域設定部４０１ｆと、で構成されている。

したがって、ウィンドウ領域設定部４０１ｆからウィンドウ領域の開始位置と終了位置を伝送すると、高域通過フィルタ４０１ｄで抽出された成分値を積分器４０１ｅで累算するようになる。

また、図７−ａ及び図７−ｂは、本発明の第２の実施の形態に係るＶＧＡ（６４０×４８０）級ピクチャ７００、及び前記ウィンドウ領域７００ａのＮ個の領域中の１領域７０１を示す図である。

図７−ａに示すように、ウィンドウ領域７０１ａをＮ個の領域（ここでは、５つの領域）７０１〜７０５に分け、各領域別にそれぞれの焦点値を持たせる。

前記ウィンドウ領域とは、写真を撮影する使用者の殆どが関心を置く部分であり、通常、画面の中央部をウィンドウ領域７０１ａに指定するようになる。

また、図７−ｂに示すように、前記Ｎ個の領域のそれぞれ７０１は、エッジ、Ｙ、最大値を有するＹ成分を抽出し、抽出された前記成分を積分する抽出及び積分ライン領域７０１ａと、前記成分の積分値に応じて焦点値を算出するアルゴリズム動作ライン領域７０１ｂと、前記算出された焦点値に応じて、レンズ部の焦点レンズを上下駆動させるレンズ駆動ライン領域７０１ｃと、で構成されている。

この際、エッジ、Ｙ、最大値を有するＹ成分を抽出し、抽出された前記成分を積分する抽出及び積分ライン領域７０１ａが、第１の実施の形態と同様に、８の倍数個のラインで構成される。

第１の実施の形態と同様に、本発明の第２の実施の形態においても、１ピクチャ内のウィンドウ設定領域をＮ個の領域に分け、各領域別に焦点値を算出し、前記算出された焦点値に応じてレンズを移動させ、最大焦点値を探索するので、１ピクチャ当たりＮ番のレンズの移動が発生することがわかる。これにより、フレームレートが相当に低いＣＭＯＳイメージセンサを用いるカメラモジュールでも、相当に高速の自動焦点調節時間を期待することができる。

また、本発明の第２の実施の形態に係るピクチャの同期信号と、ウィンドウ領域のＮ個の領域中の１領域に対する自動焦点調節時間Ｔも、前記第１の実施の形態における図６−ａ及び図６−ｂの内容と同一である。但し、ウィンドウ領域のＮ個の領域中の１領域を構成するイメージ画素の数が、ピクチャ内の中央領域中の１領域を構成するイメージ画素の数よりも少ないので、第２の実施の形態が第１の実施の形態よりも自動焦点調節時間が短縮され得る。

また、図８−ｂは、本発明の第２の実施の形態に係るカメラの自動焦点調節方法のフローチャートであり、図８−ｂに示すように、本発明の第２の実施の形態に係るカメラの自動焦点調節方法も、５ステップに分けられる。

先ず、イメージセンサ及びＩＳＰ部が、光信号をデジタル信号に変換して出力する（Ｓ８０２ａ）。

その後、自動焦点デジタル信号処理機が、画像データ中の所定のイメージ（エッジ、Ｙ、最大値を有するＹ）成分を抽出する（Ｓ８０２ｂ）。

その後、自動焦点デジタル信号処理機が、ウインドウ設定領域をＮ個の領域に分け、各領域の開始番地と終了番地を伝送する（Ｓ８０２ｃ）。

その後、自動焦点デジタル信号処理機が、各領域別に所定のイメージ（エッジ、Ｙ、最大値を有するＹ）成分値を積分して焦点値を算出する（Ｓ８０２ｄ）。

最後に、自動焦点デジタル信号処理機が、レンズを移動させながら最大焦点値を算出する（Ｓ８０２ｅ）。

上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。

以上のように、本発明にかかる本発明に係る自動焦点調節装置及びその方法は、例えばセル電話、テレビ電話等の携帯通信端末に有用であり、特に、デジタルカメラ機能を搭載した携帯通信端末に適している。

ピクチャ内のウィンドウ領域を示す図である。 レンズ移動距離に応じた焦点値を示すグラフである。 本発明に係る自動焦点調節装置を示す構成図である。 図３の自動焦点デジタル信号処理機を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光検出モジュールを示す内部ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光検出モジュールを示す内部ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＶＧＡ（６４０×４８０）級ピクチャを示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＮ個の領域中の１領域を示す図である。 本発明に係るピクチャの同期信号として用いられる信号を示す図である。 本発明に係るＮ個の領域中の１領域に対する自動焦点調節時間を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るＶＧＡ（６４０×４８０）級ピクチャを示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るＮ個の領域中の１領域を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るカメラの自動焦点調節方法のフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係るカメラの自動焦点調節方法のフローチャートである。

符号の説明

３００ ピクチャ
３０１ レンズ部
３０２ イメージセンサ及びＩＳＰ部
３０３ 自動焦点デジタル信号処理機
３０４ 駆動部
３０４ａ アクチュエータドライバ
３０４ｂ アクチュエータ
３０５ 携帯電話ホスト
４０１ 光検出モジュール
４０１ａ 第１の実施の形態における高域通過フィルタ
４０１ｂ 第１の実施の形態における積分器
４０１ｃ 中央領域設定部
４０１ｄ 第２の実施の形態における高域通過フィルタ
４０１ｅ 第２の実施の形態における積分器
４０１ｆ ウィンドウ領域設定部
４０２ 中央処理装置
５００ 第１の実施の形態におけるピクチャ
５０１〜５０５ 第１の実施の形態におけるＮ個の領域
５０１ａ、７０１ａ 第１及び第２の実施の形態における抽出及び積分ライン領域
５０１ｂ、７０１ｂ 第１及び第２の実施の形態におけるアルゴリズム動作ライン領域
５０１ｃ、７０１ｃ 第１及び第２の実施の形態におけるレンズ駆動ライン領域
７００ 第２の実施の形態におけるピクチャ
７００ａ ウィンドウ領域
７０１〜７０５ 第２の実施の形態におけるＮ個の領域
Ｓ１ 垂直同期信号
Ｓ２ 水平同期信号
Ｓ２’ Ｎ個の領域中の１領域に対する水平同期信号

Claims (19)

1. 光信号が入射されるレンズ部と、
   前記レンズ部に入射された光信号を入力され、電気的信号に変換した後、デジタル化した画像データを出力するイメージセンサ及びＩＳＰ部と、
   前記イメージセンサ及びＩＳＰ部から画像データを入力され、所定のイメージ成分を抽出した後、ピクチャの中央領域をＮ（Ｎは２以上の正整数を表す）個の領域に分け、各領域別に前記所定のイメージ成分値を積分して焦点値を算出し、前記各領域別に算出された焦点値に応じて、前記レンズ部の焦点レンズを上下駆動しながら、最大焦点値を算出する自動焦点デジタル信号処理機と、
   前記レンズ部の焦点レンズを駆動させる駆動部
   を備えるカメラの自動焦点調節装置。
2. 前記Ｎ個の領域はそれぞれ、
   前記所定のイメージ成分を抽出し、抽出された前記所定のイメージ成分を積分する抽出及び積分ライン領域と、
   前記所定のイメージ成分の積分値に応じて、焦点値を算出するアルゴリズム動作ライン領域と、
   前記算出された焦点値に応じて、レンズ部の焦点レンズを上下駆動させるレンズ駆動ライン領域
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のカメラの自動焦点調節装置。
3. 前記抽出及び積分ライン領域は、８の倍数個のラインで構成されることを特徴とする請求項２に記載のカメラの自動焦点調節装置。
4. 前記自動焦点デジタル信号処理機は、
   前記イメージセンサ及び画像信号処理部（以下、ＩＳＰ部）から画像データを入力され、前記所定のイメージ成分を抽出した後、ピクチャの中央領域を前記Ｎ個の領域に分け、各領域別に所定のイメージ成分値を積分し、焦点値を算出する光検出モジュールと、
   前記光検出モジュールから焦点値を入力され、前記焦点値に応じて、レンズ部の焦点レンズを上下駆動しながら最大焦点値を算出し、自動焦点アルゴリズムを行う中央処理装置
   を備える請求項１〜３のいずれかに記載のカメラの自動焦点調節装置。
5. 前記光検出モジュールは、
   前記イメージセンサ及びＩＳＰ部から画像データを入力され、前記所定のイメージ成分を抽出する高域通過フィルタと、
   前記高域通過フィルタから抽出された前記所定のイメージ成分を入力され、前記ピクチャの中央領域をＮ個の領域に分け、各領域別に所定のイメージ成分を積分して出力する積分器と、
   前記積分器に、設定されたピクチャの中央領域の開始番地と終了番地を伝送する中央領域設定部
   を備える請求項４に記載のカメラの自動焦点調節装置。
6. 前記所定のイメージ成分は、エッジ成分であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のカメラの自動焦点調節装置。
7. 前記所定のイメージ成分は、Ｙ成分であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のカメラの自動焦点調節装置。
8. 前記所定のイメージ成分は、最大値を有するＹ成分であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のカメラの自動焦点調節装置。
9. 前記ピクチャの中央領域は、ウィンドウ領域であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のカメラの自動焦点調節装置。
10. 前記イメージセンサは、ＣＭＯＳイメージセンサであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のカメラの自動焦点調節装置。
11. イメージセンサ及びＩＳＰ部により、レンズ部から入射された光信号を入力され、電気的信号に変換した後、デジタル化した画像データを出力する画像データ出力ステップと、
    前記イメージセンサ及びＩＳＰ部から出力された画像データを自動焦点デジタル信号処理機により入力され、所定のイメージ成分を抽出した後、ピクチャの中央領域をＮ（Ｎ：２以上の正整数を表す）個の領域に分け、各領域別に前記所定のイメージ成分値を積分して焦点値を算出する焦点値算出ステップと、
    前記焦点値算出ステップにおいて算出された焦点値に応じて、前記自動焦点デジタル信号処理機が、前記レンズ部の焦点レンズを上下駆動しながら、最大焦点値を算出する最大焦点値出力ステップ
    を含むカメラの自動焦点調節方法。
12. 前記焦点値算出ステップ及び最大焦点値出力ステップは、前記Ｎ個のそれぞれの領域を構成している複数のラインにおいて行われることを特徴とする請求項１１に記載のカメラの自動焦点調節方法。
13. 前記焦点値算出ステップは、
    前記自動焦点デジタル信号処理機の光検出モジュールにより、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部から画像データを入力され、所定のイメージ成分を抽出する所定のイメージ成分抽出ステップと、
    ピクチャの中央領域をＮ個の領域に分け、各領域の開始番地と終了番地を伝送する中央領域設定ステップと、
    前記光検出モジュールにより設定された前記Ｎ個の領域に対して、各領域別に所定のイメージ成分値を積分して焦点値を算出する所定のイメージ成分積分ステップ
    を含む請求項１２に記載のカメラの自動焦点調節方法。
14. 前記所定のイメージ成分抽出ステップ及び積分ステップにおいて、
    前記所定のイメージ成分の抽出及び積分は、８の倍数個のライン別に行われることを特徴とする請求項１３に記載のカメラの自動焦点調節方法。
15. 前記所定のイメージ成分として、エッジ成分を用いることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のカメラの自動焦点調節方法。
16. 前記所定のイメージ成分として、Ｙ成分を用いることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のカメラの自動焦点調節方法。
17. 前記所定のイメージ成分として、最大値を有するＹ成分を用いることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のカメラの自動焦点調節方法。
18. 前記ピクチャの中央領域は、ウィンドウ領域に設定されることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のカメラの自動焦点調節方法。
19. 前記イメージセンサとして、ＣＭＯＳイメージセンサを用いることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか一項に記載のカメラの自動焦点調節方法。

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