JP3335572B2

JP3335572B2 - オートフォーカス装置

Info

Publication number: JP3335572B2
Application number: JP32827597A
Authority: JP
Inventors: 高広小田; 健志門田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2002-10-21
Anticipated expiration: 2017-11-28
Also published as: US6614480B1; JPH11160614A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラや電
子カメラ等に利用されるオートフォーカス装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図６にオートフォーカス装置の従来例を
示す。図６において、１０１はフォーカスレンズを示
し、１０２は絞り、１０３は撮像素子、１０４はフォー
カスモータ、１０５は絞りモータ、１０６は撮像回路、
１０７はハイパスフィルター（ＨＰＦ）、１０８は整流
回路、１０９はフォーカス駆動回路、１１０は積分回
路、１１１は絞り駆動回路を示している。

【０００３】フォーカスレンズ１０２は、フォーカスモ
ータ１０４により光軸方向に移動されることによって、
被写体を装置内に結像させる点を移動させてピントを合
わせる。絞り１０２は、絞りモータ１０５により開度を
制御されることによって、被写体の周囲の明るさが変化
しても被写体画像の明るさを一定に保つ。撮像素子１０
３は、被写体の画像を電気的な画像データに変換して、
画像データを撮像回路１０６に与える。

【０００４】撮像回路１０６は、画像データに基づい
て、以下のようにして、フォーカスレンズ１０２を移動
させる。撮像回路１０６は、画像データから輝度信号を
抽出して、ＨＰＦ１０７に与える。ＨＰＦ１０７は、輝
度信号中に含まれる高域成分を検出して、整流回路１０
８に与える。整流回路１０８は高域成分を整流すること
により画像のコントラストに比例したコントラスト電圧
値（すなわち、ある領域における特定点の周囲との感度
相対値）を求め、フォーカス駆動回路１０９に与える。
フォーカス駆動回路１０９は、コントラスト電圧値に基
づいてフォーカスモータ１０４を駆動してフォーカスレ
ンズ１０１を光軸方向に移動させる。このとき、フォー
カスレンズ１０１が移動するに従い、画像のコントラス
トが変化し、コントラスト電圧値も変化する。フォーカ
ス駆動回路１０９は、コントラスト電圧値が大きくなる
方向にフォーカスレンズ１０１を移動させる。そして、
フォーカス駆動回路１０９は、コントラスト電圧値が最
大になったときに、被写体を結像させる点が撮像素子１
０３の撮影面と一致するので、フォーカスレンズ１０１
を停止させる。なお、以後、コントラスト電圧値が最大
になる位置、つまり被写体を結像させる点が撮像素子の
撮影面と一致する位置を合焦点位置と称する。

【０００５】また撮像回路１０６は、画像データに基づ
いて、以下のようにして、絞り１０２の開度を制御す
る。撮像回路１０６は輝度信号を積分回路１１０に与え
る。積分回路１１０は、輝度信号を積分して明るさの値
を検出して絞り駆動回路１１１に与える。絞り駆動回路
１１１は、被写体の周囲の明るさに基づいて、被写体の
周囲の明るさが明るくなった場合には絞り１０２の開度
が狭くなるように、また被写体の周囲の明るさが暗くな
った場合には絞り１０２の開度が広くなるように絞りモ
ータ１０５を駆動して絞り１０２の開度を調整する。こ
れは、例えば、被写体の周囲の明るさが暗くなると、白
色のピーク値が下がり、白色と黒色のピーク値の差が小
さくなる。そのため、被写体のコントラスト値が下が
る。被写体のコントラスト値を元に戻すには、絞り１０
２の開度を広くすると光量が増えて明るくなるので、元
の被写体のコントラスト値と現在の被写体のコントラス
ト値が一致するまで絞り１０２の開度を広くのである。

【０００６】次に、従来のオートフォーカス装置の動作
について説明する。上述の装置は、以下のようにして、
コントラスト値が最大になるように、つまり合焦点位置
Ｍにフォーカスレンズ１０１が位置決めされるようにし
ていた。図７は従来のオートフォーカス装置による動作
を説明する図である。図７（ａ）はフォーカスレンズに
対するコントラスト値の強さを示しており、図７（ｂ）
はフォーカスレンズの位置を示している。

【０００７】図において、当初、フォーカスレンズ１０
１はＡ点にある。フォーカス駆動回路１０９は、Ａ点よ
りもＢ点の方が合焦点位置Ｍに近いため、フォーカスレ
ンズ１０１をＡ点からＢ点に移動させ、移動後（Ｂ点）
のコントラスト値と移動前（Ａ点）のコントラスト値を
比較する。ここでは移動後（Ｂ点）のコントラスト値が
移動前（Ａ点）のコントラスト値よりも大きいので、フ
ォーカス駆動回路１０９は、前回と同じ方向でフォーカ
スレンズ１０１をＢ点からＣ点に移動させ、同様に移動
後（Ｃ点）のコントラスト値と移動前（Ｂ点）のコント
ラスト値を比較する。ここでは移動後（Ｃ点）のコント
ラスト値が移動前（Ｂ点）のコントラスト値よりも小さ
いので、フォーカス駆動回路１０９は、今度は移動方向
を反転するとともにフォーカスレンズ１０１の移動量を
１／２にしてＣ点からＤ点に移動させ、移動後（Ｄ点）
のコントラスト値と移動前（Ｃ点）のコントラスト値を
比較する。

【０００８】ここでは移動後（Ｄ点）のコントラスト値
が移動前（Ｃ点）のコントラスト値よりも大きいので、
フォーカス駆動回路１０９は、前回と同じ方向でフォー
カスレンズ１０１をＤ点からＥ点まで移動させ、Ｄ点の
コントラスト値とＥ点のコントラスト値を比較する。こ
こでは移動後（Ｅ点）のコントラスト値が移動前（Ｄ
点）のコントラスト値よりも小さいので、フォーカス駆
動回路１０９は、フォーカスレンズ１０１の移動方向を
反転するとともに移動量を１／２にしてＥ点からＦ点ま
で移動させる。

【０００９】以後、同様にして、移動後のコントラスト
値が移動前のコントラスト値より大きければ同じ方向に
移動し、移動後のコントラスト値が移動前のコントラス
ト値より小さければ移動方向を反転するとともに移動量
を１／２にする動作を繰り返し行う。そして最終的に、
フォーカスレンズ１０１の移動量が、レンズの絞りが開
放された状態で、焦点距離が最大、かつレンズの焦点距
離が近距離端の時のレンズ手前の被写界深度の１／２以
内の範囲に入ったところで、合焦点位置Ｍを決定してい
る。なお、被写界深度とは、被写体を結像させる点の前
後において鮮明に撮影することができる範囲のことであ
る。

【００１０】以上の通り、従来のオートフォーカス装置
は、フォーカスレンズの位置に対するコントラスト値の
強さの関係を利用して、フォーカスレンズを移動させて
は移動後のコントラスト値と移動前のコントラスト値を
比較することによって、フォーカスレンズの移動方向と
移動距離を決定していた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
オートフォーカス装置は、フォーカスモータ１０４を回
転させ、移動量が多すぎては逆回転をさせる動作を繰り
返していた。そのため、従来のオートフォーカス装置
は、フォーカスレンズ１０１の移動量が上述の範囲に収
まるまでに、フォーカスモータ１０４に所定回数以上の
正回転、逆回転を繰り返させなければならないので、無
駄な時間がかかるという問題があった。

【００１２】また、従来のオートフォーカス装置は、フ
ォーカスレンズ１０１が合焦点位置Ｍに近づくに従って
移動量を小さくしているが、単純に一定の固定比率（上
述の例では１／２）で小さくしているので、過大、ある
いは過小な移動量を算出しがちである。そのため、従来
のオートフォーカス装置は、フォーカスレンズ１０１を
合焦点位置Ｍに位置合わせするためには、高速化に限界
があるという問題点があった。

【００１３】しかも、従来技術では、良好なパターン認
識を行うためにフォーカス速度を遅くしなければならな
いという問題があった。

【００１４】すなわち、良好なパターン認識を行うため
にコントラストがはっきりした明るい画像を撮影するこ
とが望まれる。このような画像を撮影するためには、絞
り１０２の絞り量を小さくして白色と黒色のピークの差
を大きくする必要がある。しかしながら、絞り量を小さ
くすると、以下の理由により被写界深度が狭くなり、被
写界深度が狭くなるとフォーカス速度が遅くなる。

【００１５】一般に、フォーカスレンズの被写界深度は
以下の数式（１）および数式（２）で表される。なお、
数式（１）および数式（２）の最小錯乱円とは、レンズ
によってできる点物体のぼやけた円状の像のことであ
る。

【００１６】

【数１】

【００１７】

【数２】

【００１８】上記数式（１）および数式（２）より、レ
ンズの絞り値Ｆを小さくすると、被写界深度が狭くなる
ことが分かる。また、レンズの焦点距離ｆを長くしても
被写界深度が狭くなることが分かる。

【００１９】そのため、良好なパターン認識を行うには
フォーカス速度を遅くしなければならなかった。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のオートフォーカス装置は以下の構成とし
た。

【００２１】すなわち、本発明のオートフォーカス装置
は、被写体を結像させる点を移動させるフォーカスレン
ズと、前記フォーカスレンズにより結像された被写体の
画像を電気的な画像データに変換する撮像素子と、前記
フォーカスレンズを、被写体の画像が前記撮像素子上に
結像する合焦点位置まで移動させる駆動手段と、前記撮
像素子により変換された電気的な画像データから各画素
の輝度信号を抽出する画像処理部と、前記撮像素子によ
り変換された電気的な画像データの特定領域内の各画素
について、前記画像処理部により抽出された各画素の輝
度信号に基づいて隣接する周囲の画素に対するコントラ
スト値を算出し、この算出したコントラスト値の合計を
求め、該コントラスト値の合計の逆数に基づいて、前記
合焦点位置を超えないフォーカスレンズの移動量を算出
し、前記駆動手段を駆動させる制御手段とを有すること
を特徴とする。コントラスト値の合計の逆数に基づいて
フォーカスレンズの移動量を算出するようにしたので、
フォーカスレンズを合焦点位置に位置決めする際のフォ
ーカスレンズの移動量は、フォーカスレンズが合焦点位
置から遠くにある場合には大きくなり、フォーカスレン
ズが合焦点位置に近づくに従って小さくなる。またフォ
ーカスレンズの移動量を、合焦点位置を超えないように
算出したので、フォーカスレンズを移動させる駆動手段
を正回転、逆回転を繰り返すことがない。

【００２２】また、制御手段は、フォーカスレンズの移
動量が駆動手段により移動させることができる最小移動
量よりも小さくなるまで駆動手段を駆動させるようにし
た。これによって、装置の性能上可能な限り合焦点位置
に近い位置でフォーカスレンズを停止させることができ
る。

【００２３】さらに、フォーカスレンズの移動量が最小
移動量よりも小さくなったことを示す識別データを画像
データに付加するようにした。これによって、ピントを
合わせた画像データであることを識別可能にしたので、
この画像データを受信する側は画像のピントが合ってい
るか否かをあらためて判別しなくてもよい構成となって
いる。

【００２４】また、オートフォーカス装置は、フォーカ
スレンズの移動量が最小移動量よりも小さくなったとき
に撮影された画像データを外部に出力する画像出力部を
備えている。これによって、ピントを合わせた画像デー
タを外部に出力することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】（フォーカスレンズの移動につい
て）本発明は、コントラスト値の逆数を用いてフォーカ
スレンズの移動量を算出することによって、フォーカス
レンズを合焦点位置に移動させる時間を大幅に短縮した
オートフォーカス装置を提供するものである。具体的に
は、フォーカスレンズを光軸方向に移動させる際に、コ
ントラスト値Ｘを分母とし、任意に定めた定数Ｇ（但
し、Ｇはコントラスト値には無関係な定数）を分子とす
るＧ／Ｘなる関数を定義し、この関数に基づいてフォー
カスレンズの移動量Ｗを算出する。

【００２６】以下、本発明の実施の形態を説明する。

【００２７】図１は本発明のオートフォーカス装置の実
施例を示すブロック図である。１は第1のレンズを示
し、２はフォーカスレンズ、３は第2のレンズ、４は撮
像素子、５は画像処理部、６はメモリ、７はＣＰＵ、８
はモータ駆動部、９はモータ、１０は送りネジ、１１は
スライダ、１２は画像出力部、１３は外部記憶装置、１
４はパターン認識装置、１５は画像印刷装置を示してい
る。

【００２８】図１に示す装置は、第1のレンズ１からフ
ォーカスレンズ２と第2のレンズ３を通して被写体の像
を撮像素子４の撮影面に結像させる。なお、第1のレン
ズ１と第2のレンズ３は逆さまに写った結像を正像に戻
すためのものであり、またフォーカスレンズ２は光軸方
向（図１の矢印Ａ方向）に移動することで、撮影面の結
像のピントを調整するためのものである。装置は、撮像
素子４によって撮影面に写った被写体を電気的な画像デ
ータに変換し、画像処理部５によって画像データから各
画素の輝度信号を抽出し、メモリ６に各画素の輝度信号
を記憶する。

【００２９】この後、ＣＰＵ７は、後述のようにして、
メモリ６に記憶された抽出領域設定プログラムに従って
画像データの中から特定領域を抽出し、その特定領域内
のコントラスト値Ｘを算出し、フォーカスレンズ２の移
動量を演算し、モータ駆動部８にモータ９の回転量と回
転方向を指示する。モータ駆動部８は、ＣＰＵ７の指示
に従い、モータ９を駆動する。モータ９には、送りねじ
１０とフォーカスレンズ２を支持するスライダ１１が取
り付けられており、フォーカスレンズ２を合焦点位置Ｍ
に向けて移動させる。モータ９がフォーカスレンズ２を
合焦点位置Ｍに移動させると、モータ駆動部８は、動作
の完了を表す信号をＣＰＵ７に発信し、ＣＰＵ７はモー
タ駆動部８への指示を停止する。

【００３０】次に、ＣＰＵ７がどのようにして画像デー
タの中から特定領域を抽出し、特定領域のコントラスト
値Ｘを算出し、フォーカスレンズ２の移動量を演算する
のかについて説明する。

【００３１】まず、ＣＰＵ７がどのようにして画像デー
タの中から特定領域を抽出し、特定領域のコントラスト
値Ｘを算出するのかについて説明する。ＣＰＵ７は、ま
ずメモリ６に記憶された抽出領域設定プログラムに従っ
て画像データの中から特定領域を抽出する。次に、ＣＰ
Ｕ７はその特定領域内のすべての画素について互いに隣
接する画素との輝度信号の差のｍ乗（ｍはコントラスト
値の曲線の傾きに応じて任意に設定した偶数値）の総和
を計算し、この総和をコントラスト値Ｘと定義してメモ
リ６に記憶する。以下、図２を用いて、特定領域内のコ
ントラスト値Ｘを算出する方法を説明する。

【００３２】図２は本発明におけるコントラスト値Ｘの
算出方法を示す図である。図中、１６は撮像素子４によ
り撮影された全体画像領域を示し、１７は特定領域、１
８〜２６は画素を示している。

【００３３】まずＣＰＵ７は、全体画像領域１６の内部
にコントラスト値を算出する領域である特定領域１７を
抽出する。仮に全体画像領域１６の画素サイズが６４０
×４８０画素とすると、特定領域１７の最大画素サイズ
は、全体画像領域１６から上下左右に１画素ずつ内側の
領域、すなわち６３８×４７８画素になる。ＣＰＵ７
は、最大画素サイズ内で、被写体に応じて、全体画像領
域１６の任意の位置に任意の大きさで特定領域１７を設
定できる。なお、一般に、被写体には形状的な凹凸や色
等の濃淡の差がある。これら凸凹や濃淡の差は、同じ被
写体を撮影し続けているにもかかわらず、撮影条件（例
えば被写体の周囲の明るさが変わる等）が変わることに
より変化する。本発明では、これらの影響を最小限度に
抑える必要がある。そこで、本発明の抽出領域設定プロ
グラムは、撮影条件が変わっても凸凹の数や濃淡の差が
変化しない領域を特定領域として抽出するように設定す
る。

【００３４】特定領域１７を抽出したら、ＣＰＵ７は、
特定領域１７を構成するすべての画素Ｔ_(l)から画素Ｔ
_(n)までの各コントラスト値ｘ_T(k)を求める（ｋ＝１〜
ｎ）。

【００３５】例えば画素Ｔ２６のコントラスト値ｘ
_Tは、画素Ｔ２６の周囲の８個の画素のうち、画素Ａ２
５、画素Ｂ１９、画素Ｃ２１及び画素Ｄ２３の４つの画
素を選び、以下の数式（３）を用いて算出する。

【００３６】

【数３】

【００３７】なお、ｍは、後述する図５のコントラスト
値の曲線の傾きを定めるために、任意に設定可能な定数
である。ｍは大きくすると図５の曲線の傾きが大きくな
るのでフォーカスレンズ２の移動量を算出しやすくなる
が、コントラスト値ｘ_T(k)を算出するための演算工数も
大きくなるので撮影環境や被写体の凸凹や濃淡等を考慮
して設定する。また、ｍは数式（３）にマイナスになる
項があるため、例えば４のような偶数値とする。

【００３８】同様にして、画素Ｔ₍₁₎から画素Ｔ_(n)まで
の各コントラスト値ｘ_T(k)を求めたら、最後にすべての
コントラスト値ｘ_T(k)の和を求める（ｋ＝１〜ｎ）。こ
こで、コントラスト値ｘ_T(k)のｋ＝１からｋ＝ｎまで総
和をコントラスト値Ｘとすると、コントラスト値Ｘは以
下の数式（４）として表すことができる。

【００３９】

【数４】

【００４０】例えば、全体画像領域１６を６４０×４８
０画素とし、特定領域１７を１００×１００画素で設定
すると、コントラスト値ｘ_T(k)を計算する画素Ｔの数
は、１００×１００画素であり、上記の数式（４）のｋ
値はｋ＝１００×１００＝１０，０００となる。つま
り、１０，０００画素のコントラスト値ｘ_T(k)を合計し
た値がコントラスト値Ｘとなる。

【００４１】次に、ＣＰＵ７がどのようにしてフォーカ
スレンズ２の移動量を演算するのかについて、図３〜図
５を用いて説明する。

【００４２】図３はフォーカスレンズ２の位置とコント
ラスト値Ｘの関係を示すコントラスト値の特性曲線図で
あり、図４はコントラスト値Ｘとフォーカスレンズ２の
移動量Ｗの関係を示す図であり、図５は本発明のオート
フォーカス装置による動作を説明する図である。

【００４３】コントラスト値Ｘは、図３に示すように、
フォーカスレンズ２の位置が合焦点位置Ｍに近づくほど
大きくなり、フォーカスレンズ２が合焦点位置Ｍにある
ときに最大値Ｘmaxとなる。本発明ではこの関係を利用
して、フォーカスレンズ２の移動量Ｗを、コントラスト
値Ｘを分母とする、以下の数式（５）によって算出す
る。

【００４４】Ｗ＝Ｇ／Ｘ ……（５）なお、Ｇは、図４の傾きを定めるゲインであり、コント
ラスト値に無関係な定数である。Ｇは撮影条件や被写体
の凸凹や濃淡の差に応じて任意に設定できる。なお、Ｇ
を大きくすると、図４の傾きが大きくなるので、フォー
カス速度を速くすることができる。

【００４５】上述の数式（５）によって、算出したフォ
ーカスレンズ２の移動量Ｗを図４に示す。図４に示され
るように、フォーカスレンズ２の移動量Ｗは、フォーカ
スレンズ２が合焦点位置Ｍから遠いほどコントラスト値
Ｘが小さいので大きな値をとり、フォーカスレンズ２が
移動して合焦点位置Ｍに近づくほどコントラスト値Ｘが
大きくなるので小さな値をとるようになる。したがっ
て、フォーカスレンズ２は、移動の初期時ほど合焦点位
置Ｍに向かって大きく移動し、合焦点位置Ｍに近づくに
従って小さく移動するようになる。

【００４６】なお、以下に、フォーカスレンズ２を合焦
点位置Ｍに移動させる工程を図５を用いて説明する。図
５の横軸はフォーカスレンズ２の位置Ｐを示しており、
縦軸はコントラスト値Ｘを示している。

【００４７】まず、ＣＰＵ７は、フォーカスレンズ２の
初期位置Ｐ（０）で撮影された画像データについてコン
トラスト値Ｘ（０）を上述の数式（３）と数式（４）に
より算出し、メモリ６に保存し、１回目のフォーカスレ
ンズ２の移動を行う。

【００４８】１回目のフォーカスレンズ２の移動は、あ
らかじめメモリ６にフォーカスレンズ２をどちらの方向
に移動させるかを示す移動方向Ｄ（０）とどれくらい移
動させるのかを示す移動量Ｗ（０）が登録されており、
ＣＰＵ７がメモリ６から移動方向Ｄ（０）と移動量Ｗ
（０）を読み出し、モータ駆動部８に指示することによ
って行われる。モータ駆動部８は、この指示に従ってモ
ータ９を駆動し、フォーカスレンズ２を光軸方向へ移動
させる。

【００４９】１回目の移動後のフォーカスレンズ２の位
置Ｐ（１）は移動前の位置Ｐ（０）に移動量Ｗ（０）を
追加した値、すなわち以下の数式（６）の値となる。

【００５０】Ｐ（１）＝Ｐ（０）＋Ｗ（０） ……（６）モータ駆動部８は、モータ９を回転し終えたら、移動が
終了したことを表す信号をＣＰＵ７に送信する。このと
き、Ｐ（１）、Ｘ（０）、Ｗ（０）及びＤ（０）の各値
はメモリ６に記憶される。

【００５１】ＣＰＵ７は、モータ駆動部８からの移動が
終了したことを表す信号を受信すると、Ｐ（１）に停止
したフォーカスレンズ２を通して撮影された画像データ
を用いて、再びコントラスト値Ｘ（１）を上述の数式
（３）と数式（４）により算出し、算出したＸ（１）値
を数式（５）に代入することで2回目のフォーカスレン
ズ２の移動量Ｗ（１）を算出する。また、2回目のフォ
ーカスレンズ２の移動方向Ｄ（１）は、ＣＰＵ７がメモ
リ６に記憶されたＸ（０）と算出したＸ（１）の大きさ
を比較して決定する。ＣＰＵ７は、Ｘ（０）＜Ｘ（１）
となる場合には移動方向Ｄ（１）はＤ（０）と同じ方向
とし、Ｘ（０）＞Ｘ（１）となる場合には移動方向Ｄ
（１）はＤ（０）と反対方向とする。

【００５２】なお、本発明では、以下のようにして、Ｗ
（１）の大きさがフォーカスレンズ２を移動させること
ができる最小移動量Ｗminよりも小さいか否かを判別
し、Ｗ（１）がＷminよりも小さい場合に、フォーカス
レンズ２が合焦点位置Ｍに到達したものとみなして、フ
ォーカスレンズ２の移動を中止するようにしている。す
なわち、ＣＰＵ７はＷ（１）を算出すると、メモリ６に
あらかじめ記憶された最小移動量Ｗminをメモリ６から
呼び出し、Ｗ（１）とＷminの大きさを比較する。ＣＰ
Ｕ７は、Ｗ（１）＞Ｗminの場合にはフォーカスレンズ
２をＷ（１）の値で移動させ、Ｗ（１）＜Ｗminの場合
には移動を中止する指令をモータ駆動部８に送信する。

【００５３】図５に示す例では、Ｗ（１）＞Ｗminで、
かつＸ（０）＜Ｘ（１）となる。そのため、ＣＰＵ７
は、フォーカスレンズ２をＤ（０）と同じ方向へＷ
（１）だけ移動させる。２回目の移動後のフォーカスレ
ンズ２の位置Ｐ（２）は移動前の位置Ｐ（１）に移動量
Ｗ（１）を追加した値、すなわち以下の数式（７）の値
となる。

【００５４】Ｐ（２）＝Ｐ（１）＋Ｗ（１） ……（７）モータ駆動部８は、モータ９を回転し終えたら、移動が
終了したことを表す信号をＣＰＵ７に送信する。このと
き、Ｐ（２）、Ｘ（１）、Ｗ（１）及びＤ（１）の各値
はメモリ６に記憶される。

【００５５】以下、同様にして、図５に示すコントラス
ト値の特性曲線に沿って、フォーカスレンズ２をＷ
（１）からＷ（４）まで順に移動させる。つまり、上述
したようにＸ（ｎ）やＷ（ｎ）を算出し、Ｘ（ｎ）とＸ
（ｎ−１）を比較して判断し、Ｗ（ｎ）とＷminを比較
して判断する工程をｎ＝４となるまで繰り返す。

【００５６】そして、最終的に、フォーカスレンズ２の
移動量Ｗが駆動手段によりフォーカスレンズ２を移動さ
せることができる最小移動量よりも小さくなったとき、
すなわちＷ（ｎ）＜Ｗminとなったとき、ＣＰＵ７はフ
ォーカスレンズ２が合焦点位置Ｍに達したとみなし、フ
ォーカスレンズ２をその位置で停止させる。このとき、
装置は焦点が合った画像データを取得できる。

【００５７】なお、上述のＸ（１）やＷ（１）を算出す
るプログラムや、Ｘ（１）とＸ（０）を比較し判断する
プログラム、Ｗ（１）とＷminを比較し判断プログラム
等は、全てメモリ６に登録されている。ＣＰＵ７はメモ
リ６からこれらのプログラムを呼び出して演算し実行す
る。

【００５８】本発明は、このようにしてフォーカスレン
ズ２を移動させるので、フォーカスレンズ２が合焦点位
置Ｍを超えることがない。そのため、従来技術のよう
に、フォーカスレンズ２が合焦点位置Ｍを超えてはレン
ズの移動方向を逆回転するような無駄な動作をなくすこ
とができる。

【００５９】また本発明は、フォーカスレンズ２の移動
量を算出する演算が単純であり、しかも最適な移動量を
算出できる。そのため、従来技術のように、過大、ある
いは過小な移動量を算出することはないので、高速にフ
ォーカスレンズ２を合焦点位置Ｍに位置合わせできる。

【００６０】なお、本発明では、仮に、被写体がフォー
カスレンズ２を移動させている途中で装置に近づいた
り、装置から遠ざかったりしても、図３に示すコントラ
スト値の曲線の頂点が移動するだけなので、Ｇ／Ｘ値に
は影響はなく、安定してフォーカスレンズ２を移動させ
ることができる。

【００６１】さらに、本発明では、上述のようにしてオ
ートフォーカスを行うので、フォーカスレンズ２の特性
は、被写界深度が駆動手段により移動することができる
最小移動量よりも大きければよい。そのため、従来技術
のように、良好なパターン認識を行うためにフォーカス
速度を遅くしなくてもよい。また絞り量や、レンズの焦
点距離、被写界深度を考慮する必要がなく、比較的レン
ズの仕様を自由に設定できる。特に、小さな被写体を近
距離で撮影するマクロ撮影のように、比較的焦点距離が
長いレンズを用いる場合にも、レンズの被写界深度が上
述の最小移動量よりも大きければよいため、本発明を適
用できる。

【００６２】よって、本発明は、安価で高速なオートフ
ォーカス装置が開発できるため、ビデオカメラや電子カ
メラに用いれば、小型化や低価格化に貢献できる。

【００６３】（合焦点位置での撮影について）本発明の
オートフォーカス装置は、フォーカスレンズ２が合焦点
位置Ｍに達した場合に、すなわちフォーカスレンズ２の
移動量Ｗ（ｎ）が上述の最小移動量Ｗminよりも小さく
なった場合にフォーカスレンズ２の移動を停止して、そ
の位置で撮影する。メモリ６には、合焦点位置Ｍで撮影
した場合に、フォーカスレンズ２の移動量が最小移動量
よりも小さくなったことを示す識別データを画像データ
に付加するプログラムが記憶されている。ＣＰＵ７は、
Ｗ（ｎ）＜Ｗminの判断が完了してモータ駆動部８にフ
ォーカスレンズ２の移動を停止させる指令を送信する
と、メモリ６からこのプログラムを読み出し、識別デー
タを画像データの所定のエリアに付加する。そして、識
別データを付加した画像データをメモリ６に送り、メモ
リ６はこの画像データを記憶する。

【００６４】続いて、画像出力部１１が、メモリ６から
画像データを読み出し、メモリ６にあらかじめ設定され
た外部の出力先に出力する。なお、上述の例ではメモリ
６にあらかじめ設定された出力先に画像データを出力す
るようにしたが、ＣＰＵ７が外部の機器、例えば外部記
憶装置１２（ハードディスク、ＭＯディスク、ＶＴＲ
等）やパターン認識装置１３、画像印刷装置１４等から
画像データの出力を要求する信号を受信することによっ
て要求元の機器に画像データを出力するようにしてもよ
い。

【００６５】本発明は、上述のように、識別データを画
像データに付加して出力することができる。このように
すると、受信側で画像のピントが合っているか否かを判
別しなくてもよくなるので、受信側にこのようなことを
判別させるような構成を持たなくてもよくなる。

【００６６】また、本発明は、画像出力部１２からピン
トが合った鮮明な画像データが出力できるので、例え
ば、合焦点の位置合わせが完了した位置で取得した画像
データからパターン認識や画像記録、及び画像印刷等を
実施するような場合に便利である。特に、パターン認識
装置１４は、様々なものをパターン認識の対象としてい
る（例えば、人間の顔については、虹彩（アイリス）、
顔全体、口、鼻があり、また顔以外については、指紋、
指、つめ、耳等があり、さらに、印刷物では、バーコー
ド、カード表面のエンボス文字、紙幣文字と柄、等があ
る）。これらのパターンを認識に使用するためには、ピ
ントが合った鮮明な画像データであることが前提条件と
なっている。そのため、パターン認識装置１４に最適で
ある。

【００６７】

【発明の効果】以上説明した本発明には、次の効果があ
る。

【００６８】本発明によれば、コントラスト値の合計の
逆数に基づいてフォーカスレンズの移動量を算出するよ
うにしたので、フォーカスレンズを合焦点位置に位置決
めする際のフォーカスレンズの移動量は、フォーカスレ
ンズが合焦点位置から遠くにある場合には大きくなり、
フォーカスレンズが合焦点位置に近づくに従って小さく
なる。またフォーカスレンズを合焦点位置まで移動させ
る際にフォーカスレンズが合焦点位置を超えることがな
いので、フォーカスレンズの移動方向を途中で逆回転す
るという無駄な動作をすることがなく、高速で合焦点位
置まで移動させることができる効果がある。

【００６９】第2の発明は、第1の発明において装置の性
能上可能な限り合焦点位置に近い位置でフォーカスレン
ズを停止させることができる。

【００７０】第３の発明は、第２の発明においてピント
を合わせた画像データであることを識別可能にしたの
で、この画像データを受信する側は画像のピントが合っ
ているか否かをあらためて判別しなくてもよくなってい
る。

【００７１】第４の発明は、第２の発明においてピント
を合わせた画像データを外部に出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のオートフォーカス装置の実施例を示す
ブロック図である。

【図２】本発明におけるコントラスト値の算出方法を説
明する図である。

【図３】フォーカスレンズの位置とコントラスト値の強
さの関係を示す図である。

【図４】コントラスト値とフォーカスレンズの移動量の
関係を示す図である。

【図５】本発明のオートフォーカス装置による動作を説
明する図である。

【図６】従来のオートフォーカス装置の一例を示すブロ
ック図である。

【図７】従来のオートフォーカス装置による動作を説明
する図である。

【符号の説明】

２…フォーカスレンズ４…撮像素子５…画像処理部６…メモリ７…ＣＰＵ８…モータ駆動部９…モータ１２…画像出力部１３…外部記憶装置１４…パターン認識装置１５…画像印刷装置

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−308556（ＪＰ，Ａ) 特開平６−324254（ＪＰ，Ａ) 特開平５−145827（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−272218（ＪＰ，Ａ) 特開平７−113944（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−49717（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体を結像させる点を移動させるフォ
ーカスレンズと、前記フォーカスレンズにより結像された被写体の画像を
電気的な画像データに変換する撮像素子と、前記フォーカスレンズを、被写体の画像が前記撮像素子
上に結像する合焦点位置まで移動させる駆動手段と、前記撮像素子により変換された電気的な画像データから
各画素の輝度信号を抽出する画像処理部と、前記撮像素子により変換された電気的な画像データの特
定領域内の各画素について、前記画像処理部により抽出
された各画素の輝度信号に基づいて隣接する周囲の画素
に対するコントラスト値を算出し、この算出したコント
ラスト値の合計を求め、該コントラスト値の合計の逆数
に基づいて、前記合焦点位置を超えないフォーカスレン
ズの移動量を算出し、前記駆動手段を駆動させる制御手
段とを有することを特徴とするオートフォーカス装置。