JP3493455B2 - オートフォーカス装置、カメラ及びオートフォーカス方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数の画素で構
成される画像信号を入力して、撮影レンズのフォーカス
制御を行うオートフォーカス技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルカメラ等のオートフォーカス技
術の一つとして、撮影レンズを介して得られる画像信号
に基づいて合焦状態を判別し、オートフォーカス制御を
行うコントラスト方式（又は、山登り方式とも呼ばれ
る。）が知られている。

【０００３】従来のコントラスト方式によるオートフォ
ーカス制御では、撮影レンズを所定方向に段階的に移動
させ、各レンズ位置にて画像信号が取得されて、合焦状
態を評価するための評価値（例えばコントラスト等）が
求められる。そして、その評価値が最大となるレンズ位
置を合焦位置として特定し、自動的に撮影レンズを合焦
状態に導くように制御される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コント
ラスト方式のオートフォーカス制御において、撮影レン
ズを段階的に移動させた場合、撮影レンズによる撮影倍
率が変化する場合がある。この場合には、合焦状態を判
別する画像領域に含まれる被写体の位置又は範囲が変化
する。また、撮影レンズを段階的に移動させる際に手ぶ
れが生じて、上記被写体の位置又は範囲が変化すること
も考えられる。このような場合、撮影レンズを段階的に
移動させると、あるレンズ位置において評価値が急激に
変化することになる。そのため、評価値が急激に変化し
たレンズ位置を誤って合焦位置として特定してしまう等
の現象が発生し、評価値が最大となるレンズ位置を正確
に特定することができないという問題が生じる。

【０００５】そこで、この発明は、上記課題に鑑みてな
されたものであって、オートフォーカス制御の動作中
に、撮影倍率が変化したり、手ぶれが生じる場合等であ
っても、常に適切な合焦位置を特定して合焦状態を実現
することの可能な、オートフォーカス装置、カメラ及び
オートフォーカス方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、複数の画素で構成される
画像信号を入力して、撮影レンズのフォーカス制御を行
うオートフォーカス装置であって、前記画像信号の全部
又は一部の評価対象領域に含まれ、所定の位置関係にあ
る二画素間での画素データの差分絶対値を求め、前記評
価対象領域について求められる前記差分絶対値の総和を
算出する差分絶対値算出手段と、前記評価対象領域にお
ける前記二画素間での画素データの差分二乗値を求め、
前記評価対象領域について求められる前記差分二乗値の
総和を算出する差分二乗値算出手段と、前記差分絶対値
の総和と前記差分二乗値の総和とに基づいて評価値を求
める評価値算出手段と、前記評価値に基づいて前記撮影
レンズの合焦位置を求め、前記合焦位置に前記撮影レン
ズを駆動する制御手段と、を備えている。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のオートフォーカス装置において、前記評価値算出手段
が、前記差分二乗値の総和を、前記差分絶対値の総和で
除算することにより、前記評価値を求めることを特徴と
している。

【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載のオートフォーカス装置において、前記画像信号
に対して前記評価対象領域が複数設定され、前記評価値
が前記複数の評価対象領域のそれぞれについて求められ
るとともに、前記制御手段が、前記複数の評価対象領域
のそれぞれについて求められる複数の評価値のうちから
一の評価値を特定して前記合焦位置を求めることを特徴
としている。

【０００９】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれかに記載のオートフォーカス装置において、前
記画素データが前記画像信号から求められる画素毎の輝
度値であることを特徴としている。

【００１０】請求項５に記載の発明は、撮影レンズを介
して画像を撮影するカメラであって、前記撮影レンズを
介して得られる画像から画像信号を生成する画像信号生
成手段と、前記画像信号の全部又は一部の評価対象領域
に含まれ、所定の位置関係にある二画素間での画素デー
タの差分絶対値を求め、前記評価対象領域について求め
られる前記差分絶対値の総和を算出する差分絶対値算出
手段と、前記評価対象領域における前記二画素間での画
素データの差分二乗値を求め、前記評価対象領域につい
て求められる前記差分二乗値の総和を算出する差分二乗
値算出手段と、前記差分絶対値の総和と前記差分二乗値
の総和とに基づいて評価値を求める評価値算出手段と、
前記評価値に基づいて前記撮影レンズの合焦位置を求
め、前記合焦位置に前記撮影レンズを駆動する制御手段
と、を備えている。

【００１１】請求項６に記載の発明は、複数の画素で構
成される画像信号を入力して、撮影レンズのフォーカス
制御を行うオートフォーカス方法であって、（ａ）前記
画像信号の全部又は一部の評価対象領域に含まれ、所定
の位置関係にある二画素間での画素データの差分絶対値
を求め、前記評価対象領域について求められる前記差分
絶対値の総和を算出する工程と、（ｂ）前記評価対象領
域における前記二画素間での画素データの差分二乗値を
求め、前記評価対象領域について求められる前記差分二
乗値の総和を算出する工程と、（ｃ）前記差分絶対値の
総和と、前記差分二乗値の総和とに基づいて評価値を求
める工程と、（ｄ）前記撮影レンズを駆動しつつ前記工
程（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことにより、各レンズ位置
における前記評価値を求める工程と、（ｅ）前記各レン
ズ位置における前記評価値に基づいて前記撮影レンズの
合焦位置を求め、前記合焦位置に前記撮影レンズを駆動
する工程と、を備えている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１３】＜１．デジタルカメラの構成＞図１はこの
発明の一実施形態であるデジタルカメラ１を示す斜視図
である。図１に示すように、デジタルカメラ１の前面側
には、撮影レンズ１１とファインダ窓２とが設けられて
いる。撮影レンズ１１の内側には撮影レンズ１１を介し
て入射する被写体像を光電変換して画像信号（画素ごと
の画素データの配列からなる信号）を生成するための画
像信号生成手段としてＣＣＤ撮像素子３０が設けられて
いる。

【００１４】撮影レンズ１１には光軸方向に沿って移動
可能なレンズ系が含まれており、後述するＣＰＵによっ
て該レンズ系を駆動することにより、ＣＣＤ撮像素子３
０に結像される被写体像の合焦状態を実現することがで
きるように構成されている。

【００１５】また、デジタルカメラ１の上面側には、レ
リーズボタン８と、カメラ状態表示器１３と、撮影モー
ド設定キー１４とが配置されている。レリーズボタン８
は被写体の撮影を行うときにユーザが押し込み操作する
ボタンである。カメラ状態表示器１３は例えばセグメン
ト表示タイプの液晶表示器によって構成され、デジタル
カメラ１における現在の設定内容等をユーザに示すため
に設けられている。また、撮影モード設定キー１４は、
デジタルカメラ１による撮影動作時の絞り優先撮影、シ
ャッタスピード優先撮影、深度優先撮影等といった露光
条件の設定、ホワイトバランスモードの設定内容の切り
替え設定、及び被写体に応じた撮影モードの選択設定等
を行うためのスイッチである。

【００１６】また、デジタルカメラ１の側面部には画像
データを記録するための記録メディア９を装着する装着
部１５が形成されており、交換可能な記録メディア９を
装着することができる。

【００１７】図２はデジタルカメラ１の内部構成を示す
ブロック図である。撮影レンズ１１を介してＣＣＤ撮像
素子３０に結像される被写体像は、ＣＣＤ撮像素子３０
において電気的な画像信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器３
１、ＷＢ（ホワイトバランス）補正部３２、画像処理部
３３、及び圧縮部３４を介して記録メディア９に記録さ
れるように構成される。

【００１８】Ａ／Ｄ変換器３１はＣＣＤ撮像素子３０か
ら出力される画像信号を例えば１画素あたり８ビットの
デジタル信号に変換する。ＷＢ補正部３２は予め設定さ
れたホワイトバランスモードの設定値に基づいて、被写
体を撮影して得られる画像のホワイトバランスを調整す
るものである。また、画像処理部３３はγ補正や色補正
等の各種画像処理を行うものであり、圧縮部３４は画像
処理部３３から入力する画像信号を所定の圧縮方法で画
像圧縮するように構成される。

【００１９】また、ＷＢ補正部３２から出力される画像
信号は、評価値演算部４０に与えられるように構成され
る。

【００２０】評価値演算部４０は、ＷＢ補正部３２から
入力する画像信号に基づいてオートフォーカス用の評価
値を求める。評価値演算部４０によって求められた評価
値はＣＰＵ２０へと与えられる。

【００２１】ＣＰＵ２０は、評価値演算部４０から得ら
れる評価値に基づいて撮影レンズ１１の合焦位置を特定
し、レンズ駆動部１８を駆動制御してＣＣＤ撮像素子３
０に結像される画像の合焦状態を実現する制御手段とし
て機能する。ＣＰＵ２０がオートフォーカス制御を行う
際には、レンズ駆動部１８に対して撮影レンズ１１を光
軸方向に沿って微小間隔ごとに段階的に移動させるため
の制御信号を与える。

【００２２】そして各レンズ位置においてＣＣＤ撮像素
子３０に撮影動作を行わせ、Ａ／Ｄ変換器３１、ＷＢ補
正部３２を介して、各レンズ位置における画像信号を評
価値演算部４０に入力させる。

【００２３】評価値演算部４０は画像信号を入力する度
に評価値を求め、ＣＰＵ２０に対して出力するように構
成される。

【００２４】ＣＰＵ２０は、各レンズ位置における評価
値を入力すると、それら各評価値に基づいて合焦状態の
レンズ位置（合焦位置）を特定し、そのレンズ位置に撮
影レンズ１１を移動させて合焦状態を実現するように構
成される。

【００２５】また、ＣＰＵ２０は、撮影モード設定キー
１４から入力される設定内容に応じてカメラ状態表示部
１３の表示内容を変更するとともに、その設定内容に応
じて上記各部の制御条件を変更する。そしてレリーズボ
タン８が押し込み操作されると、ＣＰＵ２０は、それに
応じて上記各部を制御して画像記録用の撮影動作を行
い、記録メディア９に画像を記録させる。

【００２６】さらに、ＣＰＵ２０は、ＣＣＤ撮像素子３
０によって逐次撮影動作が行われて得られる画像を液晶
表示部１５に対して表示する。液晶表示部１５はデジタ
ルカメラ１の背面側に設けられ、上記のように逐次撮影
した画像がＣＰＵ２０によって画像表示されることで、
いわゆるライブビュー画像としての画像表示が可能にな
る。

【００２７】上記のような構成のデジタルカメラ１にお
いてオートフォーカス制御は、例えば、デジタルカメラ
１の電源がオン状態とされているとき、ライブビュー画
像の表示が行われるとき、又はレリーズボタン８が半押
し状態とされたとき等に行われる。

【００２８】＜２．オートフォーカスの原理＞次に、オ
ートフォーカス制御の原理について説明する。図３はＣ
ＣＤ撮像素子３０から得られる画像信号に基づく画像Ｇ
１を示す図である。図３に示すように画像信号に基づく
画像Ｇ１には、評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が設定さ
れる。評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３はオートフォーカ
ス用の評価値を求めるための演算対象となる領域であ
り、この実施の形態では、画像Ｇ１の中心部分に相当す
る一部の領域に対して複数の評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，
Ｒ３が設定される。例えば、画像Ｇ１の大きさが水平方
向２０００画素、垂直方向１５００画素とする場合、各
評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は水平方向２５０画素、
垂直方向１００画素として設定される。このように画像
Ｇ１に対して複数の評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を設
定することにより、広い範囲で合焦状態を判別すること
ができ、より正確なオートフォーカス制御を行うことが
可能になる。

【００２９】そして、評価値演算部４０は、画像信号を
入力すると、評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ごとに評価
値を求める。評価値には、例えば合焦状態で最大値を示
す特性を有するものを利用することが好ましい。

【００３０】ここで、この実施の形態における特徴的な
評価値演算方法を説明する前にまず、一般的な評価値演
算方法について説明する。

【００３１】一般的な評価値演算式としては、例えば

【００３２】

【数１】

【００３３】が用いられ、各評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，
Ｒ３ごとに評価値ＡＦ１が求められる。数１の式におい
てｎは垂直方向の画素位置を走査するためのパラメータ
であり、ｍは水平方向の画素位置を走査するためのパラ
メータである。また、Ｙは各画素の輝度値である。した
がって、数１の式に基づく演算により、評価値ＡＦ１
は、各評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３において、水平ラ
イン１０ライン毎に、着目画素（Ｙ_10・n,m）と、水平方
向に４画素先の画素（Ｙ_10・n,m+4）との輝度値の差分二
乗値を求め、その差分二乗値を各評価対象領域Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３において総和した値となる。

【００３４】図４は撮影レンズ１１を駆動した場合の評
価値ＡＦ１の変化を示す図である。撮影レンズ１１を一
定間隔で段階的に駆動しつつ、各レンズ位置Ｓ１，Ｓ
２，…において評価値ＡＦ１を求めていくと、あるレン
ズ位置までは評価値ＡＦ１が次第に上昇していき、その
後、評価値ＡＦ１は次第に低下していく。この評価値Ａ
Ｆ１のピーク位置（最大点）が撮影レンズ１１による合
焦位置Ｐである。図４の例では、レンズ位置Ｓ４とＳ５
との間に合焦位置Ｐがある。

【００３５】したがって、各レンズ位置における評価値
ＡＦ１を入力するＣＰＵ２０は、各レンズ位置における
評価値ＡＦ１に対して所定の補間処理を行って合焦位置
Ｐを求める。補間処理の一例としては、ピークを超える
前のレンズ位置Ｓ３，Ｓ４と、ピークを超えた後のレン
ズ位置Ｓ５，Ｓ６とを特定し、レンズ位置Ｓ３，Ｓ４に
おける評価値ＡＦ１を通る直線Ｌ１とレンズ位置Ｓ５，
Ｓ６における評価値ＡＦ１を通る直線Ｌ２とを設定す
る。そして、それら直線Ｌ１，Ｌ２の交点を評価値ＡＦ
１のピーク点として特定し、それに対応するレンズ位置
を合焦位置Ｐとして特定する。

【００３６】このような処理を各評価対象領域Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３について行うと、各評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，
Ｒ３について異なる合焦位置が特定される可能性があ
る。そこでＣＰＵ２０は最終的に１つの合焦位置を特定
する。例えば、ＣＰＵ２０は各評価対象領域Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３についての合焦位置のうち、被写体がデジタル
カメラ１に最も近いと判断される合焦位置（すなわち、
最も近側の位置）を選択し、それを最終的な合焦位置と
して特定する。

【００３７】そして最終的に特定された合焦位置に対し
て撮影レンズ１１を移動させることにより合焦状態が実
現される。

【００３８】ところが、上記のような一般的な評価値演
算方法で得られる評価値ＡＦ１を評価してオートフォー
カス制御を行ったとしても、正確なオートフォーカス制
御を行うことができない。図５及び図６は評価対象領域
Ｒ１に被写体像５が異なった状態で写り込んだ状態を示
す図である。図５において被写体像５は水平方向幅の一
部が評価対象領域Ｒ１に写り込んでいるのに対し、図６
において被写体像５は水平方向幅の全部が評価対象領域
Ｒ１に写り込んでいる。このため、図５の状態において
評価対象領域Ｒ１には被写体像５のエッジが１個含まれ
ているのに対し、図６の状態において評価対象領域Ｒ１
には被写体像５のエッジが２個含まれる。

【００３９】ここで、撮影レンズ１１を駆動させた際
に、図５及び図６のそれぞれに示す被写体像５の状態
（位置又は範囲）が変化しないものと仮定して、各レン
ズ位置における評価値を上記数１の式に基づいて求める
と、その評価値ＡＦ１の変化は図７に示すようなものと
なる。

【００４０】図７において評価値特性Ｔ１は図５に示す
状態での評価値特性であり、また評価値特性Ｔ２は図６
に示す状態での評価値特性である。図７に示すように、
撮影レンズ１１を駆動させた際に、図５及び図６に示す
それぞれの状態が変化しないものと仮定すると、被写体
像５のエッジの数が多い程、評価値は相対的に大きな値
になるという性質を示し、いずれの場合であっても評価
値特性Ｔ１，Ｔ２のピーク点である合焦位置Ｐを適切に
特定することが可能である。

【００４１】しかし実際は、撮影レンズ１１を段階的に
移動させていくと、それに伴って撮影倍率が変化し、被
写体を撮影する際の視野範囲が異なってくる場合もあ
る。また、撮影レンズ１１を段階的に移動させる際に、
手ぶれが生じて被写体を撮影する際の視野範囲が異なっ
てくる場合もある。そのような場合、例えば撮影レンズ
１１の駆動初期段階では、図６に示すように評価対象領
域Ｒ１に被写体像５の水平方向幅の全部が写り込んでい
たとしても、撮影レンズ１１の駆動中途段階（例えば図
７におけるレンズ位置Ｑの位置）において図５に示すよ
うな評価対象領域Ｒ１に被写体像５の水平方向幅の一部
が写り込む状態に変化することも考えられる。このた
め、撮影レンズ１１の駆動初期段階では、図７に示す評
価値特性Ｔ２を示していた評価値が、レンズ位置Ｑを境
界にして評価値特性Ｔ１へと移行する。

【００４２】図８は評価対象領域Ｒ１への被写体像の写
り込みの変化によって生じる評価値特性Ｔ３を示す図で
ある。オートフォーカス制御のためのレンズ駆動の中途
段階で被写体を撮影する際の視野範囲が異なってくる
と、図８に示すように、評価値特性Ｔ３がレンズ位置Ｑ
で最大値を示すようになり、正確な合焦位置Ｐを特定す
ることができなくなる。

【００４３】そこで、この実施の形態では、上記のよう
な撮影倍率の変化や手ぶれ等が生じ、被写体を撮影する
際の視野範囲が異なってくる場合であっても、常に適切
に合焦位置Ｐを特定可能とするために、上記数１の式で
得られた評価値ＡＦ１をコントラストで正規化するよう
に構成される。

【００４４】コントラストＣは一般に、

【００４５】

【数２】

【００４６】の式で求めることができる。数２の式にお
いてもｎは垂直方向の画素位置を走査するためのパラメ
ータであり、ｍは水平方向の画素位置を走査するための
パラメータである。また、Ｙは各画素の輝度値である。
したがって、数２の式に基づく演算により、コントラス
トＣは、各評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３において、水
平ライン１０ライン毎に、着目画素（Ｙ_10・n,m）と、水
平方向に４画素先の画素（Ｙ_10・n,m+4）との輝度値の差
分絶対値を求め、その差分絶対値を総和した値となる。

【００４７】数２の式に基づいてコントラストＣを求め
ると、例えば評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に含まれる
被写体像５のエッジの数が増加すれば、コントラストＣ
は大きくなる。これに対し、エッジの数が同数であれ
ば、合焦状態と非合焦状態とではコントラストＣはほぼ
一定の値を示すことになる。

【００４８】図９は合焦状態での水平方向画素とその輝
度分布を示す図であり、図１０は非合焦状態での水平方
向画素とその輝度分布を示す図である。

【００４９】画像が合焦状態であれば図９に示すように
被写体像のエッジ部分が急峻な立ち上がりを示す輝度分
布となる一方、画像が非合焦状態であれば図１０に示す
ように被写体像のエッジ部分が緩やかな立ち上がりを示
す輝度分布となる。

【００５０】数２の式に基づく演算では、水平方向の近
傍画素どうしでの輝度差を累積するものであるため、図
９の輝度分布では最終的にコントラストＣ＝Ｋ１とな
る。また図１０の輝度分布では近傍画素どうしでの輝度
差ΔＫが累積されて最終的にコントラストＣ＝Ｋ２とな
る。これらの値Ｋ１，Ｋ２は単に輝度分布のうちの最小
輝度と最大輝度との差を示すため、Ｋ１＝Ｋ２という関
係が成り立つ。つまり、数２の式に基づく演算により求
められるコントラストＣは、合焦状態と非合焦状態とに
かかわらず、ほぼ一定値を示すことになる。

【００５１】このため、数２の式に基づいて、図５及び
図６の状態にあるときに、撮影レンズ１１を駆動させつ
つＣＣＤ撮像素子３０から得られる画像信号よりコント
ラストＣを求めると、図１１に示すようなコントラスト
特性が得られる。図１１においてコントラスト特性Ｃ１
は、図５のように被写体像５の水平方向幅の一部が評価
対象領域Ｒ１に含まれているときの評価対象領域Ｒ１に
ついてのコントラスト特性である。また、コントラスト
特性Ｃ２は、図６のように被写体像５の水平方向幅の全
部が評価対象領域Ｒ１に含まれているときの評価対象領
域Ｒ１についてのコントラスト特性である。コントラス
ト特性Ｃ１，Ｃ２はそれぞれレンズ位置にかかわらず、
上述したようにほぼ一定値を示す。また、図５の状態に
おいて評価対象領域Ｒ１に含まれる被写体像５のエッジ
の数は、図６の状態よりも少ないため、コントラスト特
性Ｃ１はコントラスト特性Ｃ２に比べて小さくなる。

【００５２】また、撮影レンズ１１を段階的に移動させ
た際に、被写体を撮影する際の視野範囲が異なる場合に
は、撮影レンズ１１の駆動初期段階では図１１に示すコ
ントラスト特性Ｃ２を示しており、レンズ位置Ｑを境界
にしてコントラスト特性Ｃ１へと移行する。

【００５３】図１２は評価対象領域Ｒ１への被写体像の
写り込みの変化によって生じるコントラスト特性Ｃ３を
示す図である。オートフォーカス制御のためのレンズ駆
動の中途段階で被写体を撮影する際の視野範囲がレンズ
位置Ｑで大きく変化すると、図１２に示すように、レン
ズ位置Ｑにおいてコントラスト特性Ｃ３が大きく変化す
る。

【００５４】そして、この実施の形態では、上記のよう
に被写体像に応じて変化するコントラストＣを用いて、
上記数１の式で得られる評価値ＡＦ１を正規化する。具
体的には、この実施の形態においてオートフォーカス制
御のために用いる評価値をＡＦ２とすると、評価値ＡＦ
２を、

【００５５】

【数３】

【００５６】の式の演算によって求める。ただし、数３
における各変数は、上記数１及び数２における変数と同
様である。

【００５７】数１の式で得られる評価値ＡＦ１は、上述
したようにレンズ位置Ｑにおいて変化するが（図８参
照）、評価値ＡＦ１を正規化するためのコントラストＣ
もレンズ位置Ｑにおいて変化する（図１２参照）。この
ため、上記数３の式によって求められる評価値ＡＦ２
は、レンズ位置Ｑで被写体を撮影する際の視野範囲が変
化したとしても、その影響を受けることのない評価値と
なる。

【００５８】図１３はこの実施の形態においてオートフ
ォーカス制御のために用いられる評価値を示す図であ
り、上記数３の式によって求められた評価値ＡＦ２とレ
ンズ位置との関係を示している。図１３に示すように、
撮影レンズ１１を段階的に移動させた際にレンズ位置Ｑ
で評価対象領域Ｒ１に含まれる被写体像５のエッジの数
が変化したとしても、評価値ＡＦ２はその影響を受けな
いような特性曲線を示し、評価値ＡＦ２のピーク点の検
出を良好に行うことが可能である。その結果、合焦位置
Ｐを適切に特定することが可能になる。

【００５９】＜３．評価値演算部の詳細構成＞次に、上
記のようなオートフォーカス制御の原理を適用した評価
値演算部４０の詳細構成について説明する。

【００６０】図１４はデジタルカメラ１における評価値
演算部４０の詳細構成を示すブロック図である。評価値
演算部４０は、輝度信号生成部４１と、差分絶対値演算
部４２と、差分絶対値累積演算部４３と、差分二乗値演
算部４４と、差分二乗値累積演算部４５と、評価値算出
部４６とを備えて構成される。これらの各部は、演算回
路等でハードウェア的に実現されてもよいし、マイクロ
プロセッサ等が所定の演算プログラムを実行することに
よりソフトウェア的に実現されてもよい。

【００６１】輝度信号生成部４１は、Ｒ（レッド），Ｇ
（グリーン），Ｂ（ブルー）の各色成分からなる画像信
号を入力すると、評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のそれ
ぞれに含まれる画素を特定し、各画素に対応する色成分
値から輝度信号Ｙを生成する。輝度信号Ｙは、例えば
Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分値に対して所定の係数を掛ける重
み付け計算を行うことによって求めることができる。オ
ートフォーカス制御を画素毎の輝度値に基づいて行うよ
うに構成することで、各色成分値を反映した状態での評
価値演算を効率的に行うことができる。なお、簡単に
は、特定の色成分の値（例えばＧの色成分値）を抽出し
てそれを輝度信号Ｙとしてもよい。

【００６２】差分絶対値演算部４２は、輝度信号生成部
４１から輝度信号Ｙを入力し、着目画素（Ｙ_10・n,m）
と、その着目画素の水平方向４画素先の画素（Ｙ
_10・n,m+4）との輝度値の差分絶対値を求める。差分絶対
値演算部４２は、着目画素を順次更新していき、着目画
素と、その着目画素の水平方向４画素先の画素との輝度
値の差分絶対値を順次求める。

【００６３】差分絶対値累積演算部４３は差分絶対値の
累積値を格納するためのメモリを備えており、差分絶対
値演算部４２から順次に入力する差分絶対値を累積加算
していきメモリ内の累積値を更新していく。したがっ
て、差分絶対値累積演算部４３では、上記数２の式に基
づいたコントラストＣがメモリ内に格納されることにな
る。そして、差分絶対値演算部４２からの差分絶対値の
入力が終了した段階で、メモリに格納されている累積値
（差分絶対値の総和）、すなわちコントラストＣ、を評
価値算出部４６に対して出力する。

【００６４】また、差分二乗値演算部４４は、差分絶対
値演算部４２から順次入力する差分絶対値に対して二乗
演算を施し、差分二乗値を求める。差分二乗値は差分二
乗値累積演算部４５に対して順次出力される。

【００６５】差分二乗値累積演算部４５は、差分二乗値
の累積値を格納するためのメモリを備えており、差分二
乗値演算部４４から順次に入力する差分二乗値を累積加
算していきメモリ内の累積値を更新していく。したがっ
て、差分二乗値累積演算部４５では、上記数１の式に基
づいた評価値ＡＦ１がメモリ内に格納されることにな
る。そして、差分二乗値演算部４４からの差分二乗値の
入力が終了した段階で、メモリに格納されている累積値
（差分二乗値の総和）、すなわち評価値ＡＦ１、を評価
値算出部４６に対して出力する。

【００６６】評価値算出部４６は、上記数３の式に基づ
いた演算処理が行い、差分絶対値の総和と差分二乗値の
総和とに基づいて評価値ＡＦ２を求める。つまり、差分
二乗値累積演算部４５より入力する差分二乗値の総和
を、差分絶対値累積演算部４３より入力する差分絶対値
の総和で、除算することにより、評価値ＡＦ１をコント
ラストＣで正規化した評価値ＡＦ２を求めるように構成
される。そして、評価値算出部４６で求められた評価値
ＡＦ２は、ＣＰＵ２０へと出力される。

【００６７】評価値演算部４０は上記のように構成され
ており、オートフォーカス制御において撮影レンズ１１
が段階的駆動され、各レンズ位置で撮影された画像信号
を入力する度に、上記のような処理が行われて、評価値
ＡＦ２が求められる。

【００６８】また、評価値演算部４０は、複数の評価対
象領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のそれぞれについて上記のよう
な演算処理を行って評価値ＡＦ２を生成し、各評価対象
領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３について求められる評価値ＡＦ２
をＣＰＵ２０へ出力する。

【００６９】ＣＰＵ２０は、撮影レンズ１１の段階的な
駆動が終了し、全てのレンズ位置において各評価対象領
域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の評価値ＡＦ２を入力した時点で、
各評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３について得られる評価
値ＡＦ２を評価し、それぞれの評価対象領域Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３から合焦位置Ｐを特定する。そして、さらにＣ
ＰＵ２０は、例えば各評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に
ついての合焦位置のうち最も近側の合焦位置を選択し、
それを最終的な合焦位置Ｐとして特定する。そのような
特定方法を採用することで、一般的な被写体を撮影する
場合に適したオートフォーカス制御を行うことが可能で
ある。ただし、最も近側の位置を合焦位置として特定す
ることに限定されるものではなく、撮影モードに応じて
被写体に応じたオートフォーカス制御を実現するように
してもよい。

【００７０】そして、特定された合焦位置Ｐに対して撮
影レンズ１１を駆動させるようにレンズ駆動部１８に対
して駆動信号を与える。その結果、撮影レンズ１１は合
焦位置Ｐに駆動され、撮影レンズ１１による画像の合焦
状態が実現される。

【００７１】以上説明したように、この実施の形態のデ
ジタルカメラ１は、画像信号に対して設定される評価対
象領域に含まれる二画素間での画素データの差分絶対値
を求めて、その評価対象領域における差分絶対値の総和
を算出するように構成され、かつ、その評価対象領域に
おける二画素間での画素データの差分二乗値を求め、そ
の評価対象領域における差分二乗値の総和を算出するよ
うに構成される。そして、差分絶対値の総和と差分二乗
値の総和とに基づいてオートフォーカス用の評価値ＡＦ
２を求めて撮影レンズ１１の合焦位置Ｐを特定し、その
合焦位置Ｐに撮影レンズ１１を駆動制御するように構成
されている。

【００７２】このため、オートフォーカス制御の動作中
に、撮影レンズ１１による撮影倍率が変化したり、手ぶ
れが生じる場合等であっても、常に適切に合焦位置Ｐを
特定することができ、撮影レンズ１１による合焦状態を
正確に実現することが可能になる。

【００７３】また、オートフォーカス用の評価値ＡＦ２
を求める際には、差分二乗値の総和を、差分絶対値の総
和で除算するように構成されているので、撮影倍率の変
化や手ぶれ等の影響を受けることのない評価値ＡＦ２を
得ることができる。

【００７４】また、この実施の形態では、画像信号の示
す画像に対して複数の評価対象領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が
設定されるため、広い範囲で合焦状態を判別することが
でき、より正確なオートフォーカス制御を行うことがで
きる。

【００７５】また、複数の評価対象領域のそれぞれにつ
いて求められる複数の評価値ＡＦ２のうちから一の評価
値ＡＦ２を特定して合焦位置Ｐを求める際には、複数の
評価対象領域において最も被写体が近い位置にあると判
断された合焦位置Ｐに撮影レンズ１１を移動させるよう
に構成されているので、一般的な被写体を撮影する場合
に適したオートフォーカス制御を行うことが可能であ
る。

【００７６】さらに、この実施の形態では、二画素間の
画素データとして輝度値を用いて評価するように構成さ
れているので、各色成分値を反映した状態での評価値演
算を効率的に行うことが可能である。ただし、画像信号
はカラー画像に関する信号に限定されるものではない。

【００７７】＜４．変形例＞以上、この発明の実施の形
態について説明したが、この発明は上記説明した内容の
ものに限定されるものではない。

【００７８】例えば、上記説明においては、デジタルカ
メラ１のオートフォーカス制御について説明したが、上
記のオートフォーカス制御技術はデジタルカメラ１だけ
に適用可能なものではなく、銀塩カメラにも適用するこ
とが可能である。また、例えば評価値演算部４０の機能
及びＣＰＵ２０のオートフォーカス制御に関する機能部
分だけでオートフォーカス装置を実現することもでき、
そのようなオートフォーカス装置に対しても上記のよう
なオートフォーカス制御技術を適用することは可能であ
る。

【００７９】また、上記説明においては、差分演算の対
象画素は、着目画素とその４画素先の画素との間で行わ
れる場合を例示したがこれに限定されるものでもなく、
所定の位置関係にある二画素間での差分演算を行うよう
に構成すればよい。

【００８０】また、評価対象領域は画像信号に基づく画
像Ｇ１の全部の領域であってもよい。ただし、その場合
は評価値演算に時間を要することとなるため、効率的な
オートフォーカス制御が望まれる場合には、上述したよ
うに画像信号に基づく画像Ｇ１の中心部分の一部に評価
対象領域を設定するように構成することが好ましい。な
お、画像Ｇ１に設定される評価対象領域は複数である必
要はなく、１個であっても構わない。

【００８１】さらに、上記説明においては、オートフォ
ーカス用の評価値ＡＦ２を求めるために、差分二乗値の
総和を、差分絶対値の総和で除算する演算例を示した
が、これに限定されるものでもない。例えば、差分絶対
値の総和を差分二乗値の総和で除算するように構成して
も適切に合焦位置を特定することは可能である。したが
って、差分絶対値の総和と、差分二乗値の総和とに基づ
いて評価値を求める演算形態であればどのような演算が
適用されても構わない。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、評価対象領域において二画素間での差分
絶対値の総和を算出するとともに、その評価対象領域に
おける二画素間での差分二乗値の総和を算出し、差分絶
対値の総和と差分二乗値の総和とに基づいて評価値を求
めて撮影レンズの合焦位置を求めるように構成されてい
るため、撮影倍率が変化したり、手ぶれが生じる場合等
であっても、常に正確に合焦位置を特定することがで
き、適切に合焦状態を実現することが可能になる。

【００８３】請求項２に記載の発明によれば、差分二乗
値の総和を、差分絶対値の総和で除算することにより、
評価値を求めるように構成されているため、撮影倍率の
変化や手ぶれ等の影響を受けることのない評価値を得る
ことができる。

【００８４】請求項３に記載の発明によれば、評価対象
領域が複数設定され、評価値が複数の評価対象領域のそ
れぞれについて求められるとともに、複数の評価対象領
域のそれぞれについて求められる複数の評価値のうちか
ら一の評価値を特定して合焦位置を求めるように構成さ
れているため、広い範囲で合焦状態を判別することがで
き、より正確なオートフォーカス制御を行うことができ
る。

【００８５】請求項４に記載の発明によれば、画像信号
から求められる画素毎の輝度値に基づいて評価値が求め
られるため、評価値演算を効率的に行うことが可能であ
る。

【００８６】請求項５に記載の発明によれば、撮影倍率
が変化したり、手ぶれが生じる場合等であっても、常に
正確に合焦位置を特定して合焦状態を実現するカメラを
実現することができる。

【００８７】請求項６に記載の発明によれば、撮影倍率
が変化したり、手ぶれが生じる場合等であっても、常に
正確に合焦位置を特定することができ、適切に合焦状態
を実現するオートフォーカス制御を行うことが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるデジタルカメラを示
す斜視図である。

【図２】デジタルカメラの内部構成を示すブロック図で
ある。

【図３】画像信号に基づく画像を示す図である。

【図４】撮影レンズを駆動した場合の評価値の変化を示
す図である。

【図５】評価対象領域に被写体像が写り込んだ状態を示
す図である。

【図６】図５とは異なる状態で評価対象領域に被写体像
が写り込んだ状態を示す図である。

【図７】撮影倍率の変化等がない場合の評価値の変化を
示す図である。

【図８】被写体像の写り込みの変化によって生じる評価
値特性を示す図である。

【図９】合焦状態での水平方向画素とその輝度分布を示
す図である。

【図１０】非合焦状態での水平方向画素とその輝度分布
を示す図である。

【図１１】撮影倍率の変化等がない場合のコントラスト
特性を示す図である。

【図１２】被写体像の写り込みの変化によって生じるコ
ントラスト特性を示す図である。

【図１３】本発明の実施形態において用いられる評価値
を示す図である。

【図１４】評価値演算部の詳細構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ デジタルカメラ（カメラ） ５ 被写体像 １１ 撮影レンズ １８ レンズ駆動部 ２０ ＣＰＵ（制御手段） ３０ ＣＣＤ撮像素子（画像信号生成手段） ４０ 評価値演算部 ４１ 輝度信号生成部 ４２ 差分絶対値演算部（差分絶対値算出手段） ４３ 差分絶対値累積演算部（差分絶対値算出手段） ４４ 差分二乗値演算部（差分二乗値算出手段） ４５ 差分二乗値累積演算部（差分二乗値算出手段） ４６ 評価値算出部（評価値算出手段） Ｇ１ 画像 Ｐ 合焦位置 Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 評価対象領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 5/232 Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｄ 5/91 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ // Ｈ０４Ｎ 101:00 Ｈ０４Ｎ 5/91 Ｊ (72)発明者 中西 基浩 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13 号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (56)参考文献 特開2000−295518（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−54237（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−300421（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−34366（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−223470（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 7/28 - 7/40 G03B 13/32 - 13/36 H04N 5/222 - 5/257

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の画素で構成される画像信号を入力
   して、撮影レンズのフォーカス制御を行うオートフォー
   カス装置であって、 前記画像信号の全部又は一部の評価対象領域に含まれ、
   所定の位置関係にある二画素間での画素データの差分絶
   対値を求め、前記評価対象領域について求められる前記
   差分絶対値の総和を算出する差分絶対値算出手段と、 前記評価対象領域における前記二画素間での画素データ
   の差分二乗値を求め、前記評価対象領域について求めら
   れる前記差分二乗値の総和を算出する差分二乗値算出手
   段と、 前記差分絶対値の総和と、前記差分二乗値の総和とに基
   づいて評価値を求める評価値算出手段と、 前記評価値に基づいて前記撮影レンズの合焦位置を求
   め、前記合焦位置に前記撮影レンズを駆動する制御手段
   と、を備えるオートフォーカス装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のオートフォーカス装置
   において、 前記評価値算出手段は、前記差分二乗値の総和を、前記
   差分絶対値の総和で除算することにより、前記評価値を
   求めることを特徴とするオートフォーカス装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のオートフォーカ
   ス装置において、 前記画像信号に対して前記評価対象領域が複数設定さ
   れ、前記評価値が前記複数の評価対象領域のそれぞれに
   ついて求められるとともに、 前記制御手段は、前記複数の評価対象領域のそれぞれに
   ついて求められる複数の評価値のうちから一の評価値を
   特定して前記合焦位置を求めることを特徴とするオート
   フォーカス装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のオー
   トフォーカス装置において、 前記画素データは前記画像信号から求められる画素毎の
   輝度値であることを特徴とするオートフォーカス装置。
5. 【請求項５】 撮影レンズを介して画像を撮影するカメ
   ラであって、 前記撮影レンズを介して得られる画像から画像信号を生
   成する画像信号生成手段と、 前記画像信号の全部又は一部の評価対象領域に含まれ、
   所定の位置関係にある二画素間での画素データの差分絶
   対値を求め、前記評価対象領域について求められる前記
   差分絶対値の総和を算出する差分絶対値算出手段と、 前記評価対象領域における前記二画素間での画素データ
   の差分二乗値を求め、前記評価対象領域について求めら
   れる前記差分二乗値の総和を算出する差分二乗値算出手
   段と、 前記差分絶対値の総和と、前記差分二乗値の総和とに基
   づいて評価値を求める評価値算出手段と、 前記評価値に基づいて前記撮影レンズの合焦位置を求
   め、前記合焦位置に前記撮影レンズを駆動する制御手段
   と、を備えるカメラ。
6. 【請求項６】 複数の画素で構成される画像信号を入力
   して、撮影レンズのフォーカス制御を行うオートフォー
   カス方法であって、 （ａ）前記画像信号の全部又は一部の評価対象領域に含
   まれ、所定の位置関係にある二画素間での画素データの
   差分絶対値を求め、前記評価対象領域について求められ
   る前記差分絶対値の総和を算出する工程と、 （ｂ）前記評価対象領域における前記二画素間での画素
   データの差分二乗値を求め、前記評価対象領域について
   求められる前記差分二乗値の総和を算出する工程と、 （ｃ）前記差分絶対値の総和と、前記差分二乗値の総和
   とに基づいて評価値を求める工程と、 （ｄ）前記撮影レンズを駆動しつつ前記工程（ａ）〜
   （ｃ）を繰り返すことにより、各レンズ位置における前
   記評価値を求める工程と、 （ｅ）前記各レンズ位置における前記評価値に基づいて
   前記撮影レンズの合焦位置を求め、前記合焦位置に前記
   撮影レンズを駆動する工程と、を備えるオートフォーカ
   ス方法。