JP2010081387A

JP2010081387A - 焦点検出装置およびカメラシステム

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Publication number: JP2010081387A
Application number: JP2008248749A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yanada; 崇志梁田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: US8175450B2; JP5132507B2; US20100080547A1

Abstract

【課題】画像信号の伝送速度がフィルタの処理速度を超える場合でも、焦点状態の検出に係る処理を行うことができる焦点検出装置およびカメラシステムを提供する。
【解決手段】ＳＲＡＭ１１は、撮像レンズを介して撮像素子の受光面の一部領域に結像された被写体像に係る、第１の伝送レートで入力される画像信号の伝送レートを、第１の伝送レートよりも遅い第２の伝送レートに変換して画像信号を出力する。ＨＰＦ１２は、ＳＲＡＭ１１から第２の伝送レートで出力される画像信号から周波数成分を抽出する。積分器１３は、ＨＰＦ１２によって抽出された周波数成分からなる信号に基づいて、撮像レンズの焦点状態の評価値を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置に関する。また、本発明は、本焦点検出装置を備えたカメラシステムにも関する。

撮像レンズの焦点状態を検出し、焦点が合うように自動で補正を行うオートフォーカス（以下、ＡＦと記載する）処理を行うカメラが主流となっている（例えば、特許文献１参照）。ＡＦ処理では、まず、撮像素子から出力された画像信号に対して、ハイパスフィルタ（以下、ＨＰＦと記載する）による処理が行われる。続いて、１フィールド分の画像を分割した複数の領域毎に積分処理が行われ、各領域のＡＦ評価値が算出される。撮像レンズが非合焦状態の場合、得られる画像がぼやけるため、ＡＦ評価値は小さくなる。また、撮像レンズが合焦状態の場合、得られる画像にエッジが現れるため、ＡＦ評価値は大きくなる。上記のようにして求められたＡＦ評価値に基づいて、例えば山登り制御方式等により、任意の領域のＡＦ評価値が最大になるように撮像レンズの位置が制御される。
特開２００１−２５５４５０号公報

通常、ＨＰＦにはＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタが用いられる。これは、フィードバックループを含むことにより、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタと比較して、低次で良い特性が得られるためである。ＩＩＲフィルタを用いてＨＰＦを構成した場合、ＩＩＲフィルタのフィードバックループに含まれる乗算器や加算器は１クロック中に画像信号を処理しなければならない。しかし、撮像素子の高性能化により画像信号の高速化が進むと、上記のフィードバックループに含まれる乗算器や加算器の処理速度が画像信号に追い付かないという問題がある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、画像信号の伝送速度がフィルタの処理速度を超える場合でも、焦点状態の検出に係る処理を行うことができる焦点検出装置およびカメラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、撮像レンズを介して撮像素子の受光面の一部領域に結像された被写体像に係る、第１の伝送レートで入力される画像信号の伝送レートを、前記第１の伝送レートよりも遅い第２の伝送レートに変換して前記画像信号を出力するレート変換部と、前記レート変換部から前記第２の伝送レートで出力される前記画像信号から周波数成分を抽出するフィルタと、前記フィルタによって抽出された周波数成分からなる信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態の評価値を算出する評価値算出部と、を有する焦点検出装置である。

また、本発明の焦点検出装置において、前記レート変換部は、前記画像信号を保持するメモリを有し、前記第１の伝送レートに対応した第１のクロックで規定されるタイミングで前記メモリに対する前記画像信号の書き込みを行うと共に、前記第２の伝送レートに対応した第２のクロックで規定されるタイミングで前記メモリからの前記画像信号の読み出しを行うことを特徴とする。

また、本発明の焦点検出装置において、前記レート変換部は、前記画像信号を保持するメモリを有し、所定のクロックで規定されるタイミングのうち、前記第１の伝送レートに対応したタイミングで前記メモリに対する前記画像信号の書き込みを行うと共に、前記第２の伝送レートに対応したタイミングで前記メモリからの前記画像信号の読み出しを行うことを特徴とする。

また、本発明は、撮像レンズを介して撮像素子の受光面に結像された被写体像に係る第１の画像信号から一部を間引いた第２の画像信号を出力する間引き部と、前記間引き部から出力される前記第２の画像信号から周波数成分を抽出するフィルタと、前記フィルタによって抽出された周波数成分からなる信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態の評価値を算出する評価値算出部と、を有する焦点検出装置である。

また、本発明の焦点検出装置は、前記第１の画像信号から輝度信号を生成する輝度信号生成部をさらに有し、前記間引き部は、前記輝度信号から一部を間引いた信号を前記第２の画像信号として出力することを特徴とする。

また、本発明の焦点検出装置において、前記撮像素子の受光面には、複数色の色フィルタをベイヤー配列したベイヤーフィルタが貼付されており、前記間引き部は、前記撮像レンズを介して前記撮像素子の受光面に結像された被写体像に係る、前記複数色に対応した信号で構成される前記第１の画像信号から、所定色に対応した信号を間引いた信号を前記第２の画像信号として出力することを特徴とする。

また、本発明は、撮像素子の受光面に被写体像を結像する撮像レンズと、請求項１に記載の焦点検出装置と請求項４に記載の焦点検出装置と、２つの前記焦点検出装置の中からいずれか１つを選択する選択部と、選択された前記焦点検出装置から出力される前記評価値に基づき、前記撮像レンズを駆動して焦点位置を調節するレンズ駆動部と、を有するカメラシステムである。

本発明によれば、第１の伝送レートで入力される画像信号の伝送レートを、第１の伝送レートよりも遅い第２の伝送レートに変換する、あるいは第１の画像信号から一部を間引いた第２の画像信号を出力することによって、画像信号の伝送速度がフィルタの処理速度を超える場合でも、焦点状態の検出に係る処理を行うことができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による焦点検出装置の構成を示している。図１に示すように、この焦点検出装置は、輝度信号生成回路１０、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）１１、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１２、および積分器１３を備えている。

輝度信号生成回路１０には、撮像レンズを介して撮像素子の受光面に結像された被写体像に係る撮像信号が入力される。また、輝度信号生成回路１０にはクロック１が入力されており、撮像信号は、クロック１で規定される伝送レートで輝度信号生成回路１０に入力される。輝度信号生成回路１０は、入力された撮像信号から輝度信号（画像信号）を生成して出力する。

ＳＲＡＭ１１にはクロック１が入力されており、輝度信号生成回路１０から出力された輝度信号は、クロック１で規定される伝送レートでＳＲＡＭ１１に入力される。ＳＲＡＭ１１は、入力された輝度信号を一時的に記憶する。また、ＳＲＡＭ１１にはクロック２が入力されており、ＳＲＡＭ１１に記憶された輝度信号は、クロック２で規定される伝送レートでＳＲＡＭ１１から出力される。クロック２の方がクロック１よりも低速（言い換えると、クロック１の方がクロック２よりも高速）であり、ＳＲＡＭ１１によって、輝度信号の伝送レートがより遅い伝送レートに変換される。

ＨＰＦ１２にはクロック２が入力されており、ＳＲＡＭ１１から出力された輝度信号は、クロック２で規定される伝送レートでＨＰＦ１２に入力される。ＨＰＦ１２は、輝度信号から所定の周波数成分を抽出して出力する。積分器１３にはクロック２が入力されており、ＨＰＦ１２から出力された輝度信号は、クロック２で規定される伝送レートで積分器１３に入力される。積分器１３は、ＨＰＦ１２で抽出された周波数成分からなる信号を積分し、撮像レンズの焦点状態の評価値を算出する。

図２は、輝度信号生成回路１０とＨＰＦ１２の処理タイミングを示している。撮像素子からは、水平同期信号（図２の信号ＨＤ）に同期して、撮像素子の受光面を構成する画素群のうち１ライン分の画素単位で撮像信号が出力され、輝度信号生成回路１０に入力される。輝度信号生成回路１０は、入力された撮像信号を構成する１ライン全体で輝度信号を生成するのではなく、１ラインよりも短い領域（図２のＹ生成領域）で輝度信号を生成する。すなわち、輝度信号生成回路１０から出力される輝度信号は、撮像素子の受光面の一部領域に対応したものとなる。

輝度信号の生成領域を従来よりも小さくすることによって、ＨＰＦ１２の処理時間に余裕を持たせることが可能となる。ＨＰＦ１２は、輝度信号生成回路１０に供給されるクロック１よりも遅いクロック２に同期して、次のラインの輝度信号が生成される直前まで、図２のＹ生成領域に対応したＨＰＦ処理領域の輝度信号を処理する。これによって、ＨＰＦ１２は所定の時間内に輝度信号の処理を終えることができる。図２のＨＰＦ処理領域を構成するデータの数は、Ｙ生成領域を構成するデータの数と同じであるが、ＨＰＦ処理領域の処理時間はＹ生成領域の処理時間よりも長くなる。

図３は、ＳＲＡＭ１１に対するデータの読み書きタイミングとＨＰＦ１２の処理タイミングを示している。ＳＲＡＭ１１には、クロック１に同期してデータ書き込み用のアドレス信号が供給されると共に、アドレス信号に従ってデータが書き込まれる。また、ＳＲＡＭ１１には、クロック１よりも遅いクロック２に同期してデータ読み出し用のアドレス信号が供給されると共に、アドレス信号に従ってデータが読み出される。読み出されたデータは、ＨＰＦ１２によってクロック２に同期して処理され、フィルタ演算結果として出力される。

上述したように、本実施形態によれば、ＳＲＡＭ１１において、クロック１で規定される伝送レートで入力される輝度信号の伝送レートを、第１のクロックよりも遅いクロック２で規定される伝送レートに変換することによって、輝度信号の伝送速度がＨＰＦ１２の処理速度を超える場合でも、ＨＰＦ１２は焦点状態の検出に係るＨＰＦ処理を行うことができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図４は、本実施形態による焦点検出装置の構成を示している。本実施形態では、輝度信号生成回路１０、ＳＲＡＭ１１、ＨＰＦ１２、および積分器１３は共通のクロック１に同期して動作する。

図５は、ＳＲＡＭ１１に対するデータの読み書きタイミングとＨＰＦ１２の処理タイミングを示している。ＳＲＡＭ１１には、クロック１に同期してデータ書き込み用のアドレス信号が供給されると共に、アドレス信号に従ってデータが書き込まれる。また、ＳＲＡＭ１１には、クロック１の２クロックに１回、データ読み出し用のアドレス信号が供給されると共に、アドレス信号に従ってデータが読み出される。

したがって、ＳＲＡＭ１１から出力される輝度信号の伝送レートは、ＳＲＡＭ１１に入力される輝度信号の伝送レートよりも低くなる（１／２となる）。読み出されたデータは、ＨＰＦ１２によって、クロック１の２クロック分の時間で処理され、フィルタ演算結果として出力される。本実施形態では、Ｎクロック（Ｎは２以上の整数）に１回、ＳＲＡＭ１１からデータを読み出すようにし、Ｎクロック分の時間で１個のデータをＨＰＦ処理すればよい。このため、輝度信号生成回路１０は、１ライン単位で入力される撮像信号に対して、１／Ｎライン分の輝度信号を生成することになる。

上述したように、本実施形態によれば、ＳＲＡＭ１１において、クロック１で規定される伝送レートで入力される輝度信号の伝送レートを、より遅い伝送レートに変換することによって、輝度信号の伝送速度がＨＰＦ１２の処理速度を超える場合でも、ＨＰＦ１２は焦点状態の検出に係るＨＰＦ処理を行うことができる。また、各部に共通のクロックを供給すればよいため、２種類のクロックを供給する第１の実施形態と比較して、回路規模を小さくすることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。図６は、本実施形態による焦点検出装置の構成を示している。本実施形態では、輝度信号生成回路１０とＨＰＦ１２の間に間引き回路１４が設けられている。間引き回路１４は、入力された輝度信号から一部を間引いて出力する。

図７は、間引き回路１４のデータの入力および出力のタイミングとＨＰＦ１２の処理タイミングを示している。間引き回路１４には、クロック１に同期して輝度データが入力される。間引き回路１４は、クロック１に同期して、２画素に１画素の割合で輝度データを間引いて出力する。したがって、間引き回路１４から出力される輝度信号の伝送レートは、間引き回路１４に入力される輝度信号の伝送レートよりも低くなる（１／２となる）。読み出されたデータは、ＨＰＦ１２によって、クロック１の２クロック分の時間で処理され、フィルタ演算結果として出力される。

上述したように、本実施形態によれば、間引き回路１４において、クロック１で規定される伝送レートで入力される輝度信号の伝送レートを、より遅い伝送レートに変換することによって、輝度信号の伝送速度がＨＰＦ１２の処理速度を超える場合でも、ＨＰＦ１２は焦点状態の検出に係るＨＰＦ処理を行うことができる。また、本実施形態では輝度信号を間引く構成としているため、輝度信号生成回路１０は第１の実施形態よりも広い領域で輝度信号を生成することができる。

また、本実施形態ではＳＲＡＭを設けていないため、回路規模が小さくなると共に、各ラインでＨＰＦ１２が処理できるデータ量がＳＲＡＭのサイズに制限されなくなる。なお、本実施形態では間引き回路１４を設けているが、ＨＰＦ１２が間引き回路１４の機能を兼ね備えていてもよい。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。図８は、本実施形態による焦点検出装置の構成を示している。図８に示す焦点検出装置は、図６に示した焦点検出装置と比較して、輝度信号生成回路１０を省いた構成を有している。また、本実施形態の間引き回路１５は、特定の色配列を有する撮像信号（画像信号）から、所定色に対応した信号を間引いて出力する。また、本実施形態のＨＰＦ１２は、輝度信号ではなく、所定色の撮像信号から所定の周波数成分を抽出して出力する。

撮像素子の受光面には、赤、青、緑の色フィルタをベイヤー配列したベイヤーフィルタが貼付されている。図９は、撮像素子の受光面上の各画素に対するフィルタ配列を示している。このフィルタ配列は、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇｒ，Ｇｂ）を１単位とするベイヤー（Ｂａｙｅｒ）配列となっている。図９に示す各画素に対応した撮像信号のうち、偶数列の画素に対応した撮像信号（Ｇｒ，Ｂに対応）が間引き回路１５によって間引かれる。

図１０は、間引き回路１５のデータの入力および出力のタイミングとＨＰＦ１２の処理タイミングを示している。間引き回路１５には、クロック１に同期して撮像信号が入力される。間引き回路１５は、クロック１に同期して、２画素に１画素の割合で撮像信号を間引いて出力する。したがって、間引き回路１５から出力される撮像信号の伝送レートは、間引き回路１５に入力される撮像信号の伝送レートよりも低くなる（１／２となる）。読み出されたデータは、ＨＰＦ１２によって、クロック１の２クロック分の時間で処理され、フィルタ演算結果として出力される。

上述したように、本実施形態によれば、間引き回路１５において、クロック１で規定される伝送レートで入力される輝度信号の伝送レートを、より遅い伝送レートに変換することによって、輝度信号の伝送速度がＨＰＦ１２の処理速度を超える場合でも、ＨＰＦ１２は焦点状態の検出に係るＨＰＦ処理を行うことができる。なお、本実施形態では間引き回路１５を設けているが、ＨＰＦ１２が間引き回路１５の機能を兼ね備えていてもよい。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。図１１は、本実施形態によるカメラシステムの構成を示している。図１１に示すように、このカメラシステムは、撮像レンズ２０、撮像素子２１、Ａ／Ｄ変換器２２、輝度信号生成回路２３、ＳＲＡＭ２４、間引き回路２５、選択部２６，２７、設定部２８、ＨＰＦ２９、積分器３０、レンズ駆動制御部３１、およびレンズ駆動部３２を備えている。

撮像レンズ２０は撮像素子２１の受光面に被写体像を結像する。撮像素子２１は、受光面に結像した被写体像を光電変換し、撮像信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器２２はアナログの撮像信号をデジタルの撮像信号に変換する。輝度信号生成回路２３は、クロック１に同期して、入力された撮像信号から輝度信号を生成して出力する。ＳＲＡＭ２４は、入力された輝度信号を一時的に記憶する。間引き回路２５は、入力された輝度信号から一部を間引いて出力する。

選択部２６は、入力されるクロック１とクロック２のうちいずれかを選択して出力する。ただし、クロック２の方がクロック１よりも低速（言い換えると、クロック１の方がクロック２よりも高速）である。選択部２７は、ＳＲＡＭ２４と間引き回路２５のうちいずれかの出力を選択して出力する。設定部２８は、選択部２６，２７に対する設定を行う。ＨＰＦ２９は、入力された信号から所定の周波数成分を抽出して出力する。積分器３０は、ＨＰＦ２９で抽出された周波数成分からなる信号を積分し、撮像レンズ２０の焦点状態の評価値を算出する。

レンズ駆動制御部３１は、積分器３０から出力された評価値に基づいて、焦点が合う位置に撮像レンズ２０を移動させるためのレンズ駆動信号を生成してレンズ駆動部３２へ出力する。レンズ駆動部３２は、レンズ駆動制御部３１からのレンズ駆動信号に従って、撮像レンズ２０を光軸方向に駆動させる。なお、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換器２２で処理されたデジタル撮像信号に対してガンマ補正等の信号処理を行う信号処理回路等の公知の構成については図示を省略している。

本実施形態によるカメラシステムでは、第１の実施形態による焦点検出装置（以下、第１の焦点検出装置とする）と第３の実施形態による焦点検出装置（以下、第２の焦点検出装置とする）とを切り替えて使用することが可能である。第１の焦点検出装置を使用した場合には、撮像素子２１の受光面の比較的狭い領域の被写体像に係る信号に基づいて、精度の高い評価値を得ることができる。また、第２の焦点検出装置を使用した場合には、撮像素子２１の受光面の比較的広い領域の被写体像に係る信号に基づいて、画面全体に焦点が合うような評価値を得ることができる。

例えば、静止画を撮影する場合には、第１の焦点検出装置が選択される。この場合、設定部２８の設定により、選択部２６はクロック２を選択し、選択部２７はＳＲＡＭ２４からの出力を選択する。これによって、第１の焦点検出装置を含むカメラシステムを構成することができ、撮影者が撮りたい被写体に精度よく焦点を合わせることができる。

また、被写体の確認用に動画を表示する場合には、第２の焦点検出装置が選択される。この場合、設定部２８の設定により、選択部２６はクロック１を選択し、選択部２７は間引き回路２５からの出力を選択する。これによって、第２の焦点検出装置を含むカメラシステムを構成することができ、画面全体に焦点を合わせることができる。

上述したように、本実施形態によれば、２つの焦点検出装置の中からいずれか１つを選択することが可能なようにカメラシステムを構成することによって、撮影条件に応じた評価値を生成し、撮像レンズの焦点を合わせることができる。なお、本実施形態では、第１の実施形態による焦点検出装置と、第３の実施形態による焦点検出装置とを切り替える構成としたが、２つ以上の焦点検出装置の中からいずれか１つを選択することが可能であればよく、前述したどの実施形態による焦点検出装置を用いてもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の第１の実施形態による焦点検出装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態による焦点検出装置の処理タイミングを示すタイミングチャートである。本発明の第１の実施形態による焦点検出装置の処理タイミングを示すタイミングチャートである。本発明の第２の実施形態による焦点検出装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態による焦点検出装置の処理タイミングを示すタイミングチャートである。本発明の第３の実施形態による焦点検出装置の構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態による焦点検出装置の処理タイミングを示すタイミングチャートである。本発明の第４の実施形態による焦点検出装置の構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態における撮像素子のフィルタ配列を示す参考図である。本発明の第４の実施形態による焦点検出装置の処理タイミングを示すタイミングチャートである。本発明の第４の実施形態によるカメラシステムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０，２３・・・輝度信号生成回路（輝度信号生成部）、１１，２４・・・ＳＲＡＭ（レート変換部）、１２，２９・・・ＨＰＦ（フィルタ）、１３，３０・・・積分器（評価値算出部）、１４，１５，２５・・・間引き回路（間引き部）、２０・・・撮像レンズ、２１・・・撮像素子、２２・・・Ａ／Ｄ変換器、２６，２７・・・選択部、２８・・・設定部、３１・・・レンズ駆動制御部、３２・・・レンズ駆動部

Claims

撮像レンズを介して撮像素子の受光面の一部領域に結像された被写体像に係る、第１の伝送レートで入力される画像信号の伝送レートを、前記第１の伝送レートよりも遅い第２の伝送レートに変換して前記画像信号を出力するレート変換部と、
前記レート変換部から前記第２の伝送レートで出力される前記画像信号から周波数成分を抽出するフィルタと、
前記フィルタによって抽出された周波数成分からなる信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態の評価値を算出する評価値算出部と、
を有する焦点検出装置。
前記レート変換部は、前記画像信号を保持するメモリを有し、
前記第１の伝送レートに対応した第１のクロックで規定されるタイミングで前記メモリに対する前記画像信号の書き込みを行うと共に、前記第２の伝送レートに対応した第２のクロックで規定されるタイミングで前記メモリからの前記画像信号の読み出しを行う
ことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
前記レート変換部は、前記画像信号を保持するメモリを有し、
所定のクロックで規定されるタイミングのうち、前記第１の伝送レートに対応したタイミングで前記メモリに対する前記画像信号の書き込みを行うと共に、前記第２の伝送レートに対応したタイミングで前記メモリからの前記画像信号の読み出しを行う
ことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
撮像レンズを介して撮像素子の受光面に結像された被写体像に係る第１の画像信号から一部を間引いた第２の画像信号を出力する間引き部と、
前記間引き部から出力される前記第２の画像信号から周波数成分を抽出するフィルタと、
前記フィルタによって抽出された周波数成分からなる信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態の評価値を算出する評価値算出部と、
を有する焦点検出装置。
前記第１の画像信号から輝度信号を生成する輝度信号生成部をさらに有し、
前記間引き部は、前記輝度信号から一部を間引いた信号を前記第２の画像信号として出力する
ことを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
前記撮像素子の受光面には、複数色の色フィルタをベイヤー配列したベイヤーフィルタが貼付されており、
前記間引き部は、前記撮像レンズを介して前記撮像素子の受光面に結像された被写体像に係る、前記複数色に対応した信号で構成される前記第１の画像信号から、所定色に対応した信号を間引いた信号を前記第２の画像信号として出力する
ことを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
撮像素子の受光面に被写体像を結像する撮像レンズと、
請求項１に記載の焦点検出装置と
請求項４に記載の焦点検出装置と、
２つの前記焦点検出装置の中からいずれか１つを選択する選択部と、
選択された前記焦点検出装置から出力される前記評価値に基づき、前記撮像レンズを駆動して焦点位置を調節するレンズ駆動部と、
を有するカメラシステム。