JP3968259B2

JP3968259B2 - 自動焦点調節装置及びそれを備えた撮像装置

Info

Publication number: JP3968259B2
Application number: JP2002078320A
Authority: JP
Inventors: 透山野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: JP2003279838A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動焦点調節装置に係わり、特に、ＣＣＤＡＦを行う自動焦点調節装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラなどの撮像装置では、結像面に最適な被写体像が結像されるように、例えば、自動的にピントを調整するオートフォーカス（ＡＦ）を行っている。一般に、デジタルカメラではＣＣＤＡＦと言われるオートフォーカス方法が用いられている。これは、無限遠から撮影し近距離までピント状態をずらしながら、ＣＣＤから得られる画像データのうちの高周波成分（以下、『評価値』と呼ぶ。）をサンプリングし、評価値のピーク点を合焦位置とする方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ＣＣＤ画素ピッチの細分化に伴って、合焦までの時間が長くなってきた。これは、ＣＣＤ画素ピッチの細分化に伴って、被写界深度が浅くなり、評価値のサンプリング間隔を細かくしなければならないからである。また、ＣＣＤ画像ピッチの細分化に伴って、評価値を算出する時間も長くなるからである。
【０００４】
そこで、上記問題を解決するために、合焦までの時間の短縮を図った装置が、特開平７−７４９９７号公報や、特開２００１−１４１９８２号公報に提示されている。特開平７−７４９９７号公報に記載された装置は、２つのＣＣＤからの画像データの差異に基づき、撮影レンズを合焦させるための移動方向を決定し、撮影レンズの現位置から移動方向側のみ撮影レンズを駆動させて合焦位置を検出することによって時間の短縮を図ったものである。
【０００５】
また、特開２００１−１４１９８２号公報に記載された装置は、被写体までの距離を計測する測距手段を設け、測距値に応じた範囲内のみ撮影レンズを駆動させて合焦位置を検出することによって時間の短縮を図ったものである。
【０００６】
しかしながら、上記公報に記載された装置では、ＣＣＤを２つ設けたり、測距手段を設けたり、何れの場合も部品を追加する必要があるため、コスト的にも、スペース的にも問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、安価に、かつ、スペースが大きくなることなく、合焦までの時間の短縮を図りつつ、撮影者が合焦動作がどの程度まで進んでいるのかを知ることができる自動焦点調節装置及びそれを備えた撮像装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、光軸を有し被写体像を結像する撮像光学系と、前記被写体像を画像データに変換する撮像素子と、光軸方向に沿って駆動され前記撮像光学系の焦点位置を調節する焦点調節部材と、前記焦点調節部材を駆動する駆動部と、サンプリング間隔を設定する演算部と、を有する自動焦点調節装置において、前記駆動部が、前記焦点調節部材を前記焦点位置が無限遠から所定の位置になるまで駆動し、前記焦点調節部材の駆動中に前記演算部が、第一サンプリング間隔毎に前記撮像素子から第一画像データをサンプリングし、前記演算部が、サンプリングされた複数の前記第一画像データに基づいて合焦位置を含んだ合焦位置周辺範囲を検出し、前記合焦位置周辺範囲の検出後の前記焦点調節部材の駆動開始時にその旨を報知し、前記駆動部が、前記焦点調節部材を前記合焦位置周辺範囲内で駆動し、前記焦点調節部材の駆動中に前記演算部が、前記第一サンプリング間隔よりも小さい第二サンプリング間隔毎に前記撮像素子から第二画像データをサンプリングし、前記演算部が、サンプリングされた複数の前記第二画像データに基づいて合焦位置を検出し、前記駆動部が、前記合焦位置に前記焦点調節部材を駆動することを特徴とする自動焦点調節装置に存する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記合焦位置への前記焦点調節部材の駆動後にその旨を報知することを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調節装置に存する。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１〜２に記載の自動焦点調節装置を備えることを特徴とする撮像装置に存する。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記撮像装置がデジタルカメラであることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置に存する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本発明の自動焦点調節装置を組み込んだデジタルカメラの一実施の形態を示す図である。
同図に示すように、被写体光は、まず撮像光学系１１を通してＣＣＤ１２（＝撮像手段）に入射される。撮像光学系１１は、光軸方向の進退により被写体像の焦点調節を行うフォーカスレンズ１１ａ（＝焦点調節部材）と、光軸方向の進退により被写体像の拡大・縮小を行うズームレンズ１１ｂと、このフォーカスレンズ１１ａ及びズームレンズ１１ｂと共に、ＣＣＤ１２の撮像面に被写体像を結像させる結像レンズ１１ｃとを備えている。
【００２２】
また、ズームレンズ１１ｂと結像レンズ１１ｃとの間は、絞りを有するシャッタ１３が配置されており、このシャッタ１３により、ＣＣＤ１２に入射される光量が制限される。なお、上述したフォーカスレンズ１１ａの光軸方向の進退は、フォーカスモータ１４ａを介してマイクロコンピュータ１５（以下、「μＣＯＭ１５」と略記する）により制御される。また、ズームレンズ１１ｂ及び結像レンズ１１ｃの光軸方向の進退は、ズームモータ１４ｂを介して、μＣＯＭ１５により制御される。さらに、シャッタ１３の絞りも、μＣＯＭ１５により制御される。
【００２３】
μＣＯＭ１５には、フォーカスエンコーダ１６ａから出力されるフォーカスレンズ１１ａの位置情報、及び、ズームエンコーダ１６ｂから出力されるズームレンズ１１ｂ及び結像レンズ１１ｃの位置情報が供給されている。
【００２４】
上述したＣＣＤ１２は、光電変換を行う複数の画素を二次マトリクス状に配列した撮像面を有し、被写体光が入射されることにより、結像面に結像された光学像を電気信号に変換して、アナログの画像データとして出力する。ＣＣＤ１２から出力された画像データは、ＣＤＳ回路１７によりノイズ成分を除去され、ＡＧＣ回路１８により増幅され、Ａ／Ｄ変換器１９によりディジタル値に変換された後、信号処理回路２０に対して出力される。
【００２５】
信号処理回路２０は、画像データを一時格納するＳＤＲＡＭ２１を用いて、ＹＵＶ変換処理などの各種信号処理を行うと共に、信号処理が施された画像データを液晶ディスプレイ２２（以下、「ＬＣＤ２２」と略記する）に表示させる。
【００２６】
また、上記信号処理が施された画像データは、画像圧縮伸張回路２３を介して、メモリカード２４に記録される。上記画像圧縮伸張回路２３は、信号処理回路２０から出力される画像データを、圧縮してメモリカード２４に出力すると共に、メモリカード２４から読み出した画像データを伸張して信号処理回路２０に出力する回路である。
【００２７】
また、Ａ／Ｄ変換器１９から出力されるディジタルの画像データは、信号処理回路２０の他に、画像データの高周波成分を抽出するハイパスフィルタ２５（以下、「ＨＰＦ２５」と略する）、ＨＰＦ２５によって抽出された高周波成分を積算する積算回路２６を介して、評価値として、μＣＯＭ１５に出力される。
【００２８】
また、上述したＣＣＤ１２及びＡ／Ｄ変換器１９は、タイミングパルスを発生する図示しないパルス発生器を介してμＣＯＭ１５によって、その動作タイミングが制御されている。さらに、信号処理回路２０、画像圧縮伸張回路２３、メモリカード２４も、上記μＣＯＭ１５によって、動作タイミングが制御されている。
【００２９】
μＣＯＭ１５は、カメラ全体の制御を行うためのものであり、プログラムに従って各種演算処理を行うＣＰＵ１５ａ、ＣＰＵ１５ａが行うプログラムなどを格納したメモリであるＲＯＭ１５ｂ及びＣＰＵ１５ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読出書込自在のメモリであるＲＡＭ１５ｃなどを内蔵し、これらが図示しないバスラインによって相互接続されている。上述したμＣＯＭ１５には、レリーズなどを有する操作部２７と、各種設定値を記憶するＥＥＰＲＯＭ２８とが接続されている。
【００３０】
上述した構成のデジタルカメラの動作を、以下説明する。
デジタルカメラに電源が投入されると、デジタルカメラは、ＣＣＤ１２に入射する被写体像をＬＣＤ２２に表示するスルー画像処理を行う。スルー画像処理において、上記ＣＣＤ１２により、その撮像面に結像された光学像を光電変換して得た画像データが、例えば、１／３０秒毎に、ＣＤＳ回路１７、ＡＧＣ回路１８、Ａ／Ｄ変換器１９を介して信号処理回路２０に送られる。信号処理回路２０は、送られてきたＲＧＢ画像データを、ＳＤＲＡＭ２１に格納する。
【００３１】
また、ＳＤＲＡＭ２１に格納されたＲＧＢ画像データは、再度、信号処理回路２０に読み込まれ、信号処理回路２０内に備えられたＹＵＶ変換部（図示せず）で、ＹＵＶ変換されてＳＤＲＡＭ２１に書き戻される。ＹＵＶ変換されたＹＵＶ画像データは、信号処理回路２０を介してＬＣＤ２２に送られ表示される。この処理が、例えば１／３０秒毎に繰り返される。
【００３２】
次に、ＣＰＵ１５ａは、撮影者によりズームレンズ１１ｂの位置を決められ、操作部２７内のレリーズの半押し操作が行われると、ＡＦ動作を、上記スルー画像処理と並列して開始する。ＡＦ動作において、ＣＰＵ１５ａは、ズームエンコーダ１６ｂから供給されるズームレンズ１１ｂの位置情報に基づき、焦点距離を検出する（ステップＳ１）。
【００３３】
ところで、本発明のデジタルカメラは、ピント状態の調整可能なフォーカスレンズ１１ａの駆動範囲を、無限位置から第１至近位置までの第１走査範囲と、第１至近位置から、この第１至近位置より近距離側にある第２至近位置までの第２走査範囲とに分けて、合焦位置の検出を行うものである。
【００３４】
なお、フォーカスレンズ１１ａの駆動範囲は、焦点距離に応じて変化するものであり、このため、第１走査範囲及び第２走査範囲も焦点距離に応じて変化する。デジタルカメラ内のＲＯＭ１５ｂには、各焦点距離に対応する第１及び第２走査範囲のテーブルが予め格納されている。そこで、次に、ＣＰＵ１５ａは、検出した焦点距離に基づき、第１走査範囲及び第２走査範囲を検出する（ステップＳ２）。
【００３５】
その後、ＣＰＵ１５ａは、絞り調整手段として働き、シャッタ１３の絞りを開放に対して２段以上絞ると共に（ステップＳ３）、明るさ調整手段として働き、ＡＧＣ回路１８のゲインを、例えば、ステップＳ３で絞った分、大きくする（ステップＳ４）。次に、ＣＰＵ１５ａは、このときのシャッタ１３の絞り値Ｆ及び結像レンズ１１ｃの錯乱円径δを下記式（１）に代入して、評価値のサンプリング周期Ｔを演算する（ステップＳ５）。
Ｔ＝Ａ・Ｆ・δ（Ａは定数） …（１）
【００３６】
そして、ＣＰＵ１５ａは、フォーカスモータ１４ａに対して所定時間毎に駆動パルスを出力することにより、フォーカスレンズ１１ａを、無限位置から第１至近位置までの第１走査範囲内で駆動させる。その駆動中、ステップＳ５で演算したサンプリング周期Ｔ経過する毎に、積算回路２６から出力される評価値を取り込む（ステップＳ６）。このステップＳ６の動作により、フォーカスレンズ１１ａを第１サンプリング間隔、駆動する毎に評価値をサンプリングすることができる。
【００３７】
この評価値を取り込んだ結果は、図４（ａ）に示すようになり、鋭いピークは得られないものの、フォーカスレンズ１１ａの合焦位置周辺の範囲を検出できる程度のなだらかなピークが得られる。そして、ＣＰＵ１５ａは、そのピーク周辺を、フォーカスレンズ１１ａの合焦位置を含んだ合焦位置周辺範囲Ｒとして検出する（ステップＳ７）。以上のステップＳ６及びＳ７の動作により、ＣＰＵ１５ａが周辺範囲検出手段として働くことがわかる。
【００３８】
次に、ＣＰＵ１５ａは、絞り調整手段として働き、シャッタ１３の絞りを開放すると共に（ステップＳ８）、明るさ調整手段として働き、ＡＧＣ回路１８のゲインを、例えば、ステップＳ８で開放した分、小さくする（ステップＳ９）。次に、ＣＰＵ１５ａは、このときのシャッタ１３の絞り値Ｆ及び結像レンズ１１ｃの錯乱円径δを上記式（１）に代入して、評価値のサンプリング周期Ｔを演算する（ステップＳ１０）。
【００３９】
そして、ＣＰＵ１５ａは、報知手段として働き、合焦位置周辺範囲Ｒ内でのフォーカスレンズ１１ａの駆動を開始する旨を報知する報知音を、一定時間、図示しない発音装置から発生させる（ステップＳ１１）。その後、ＣＰＵ１５ａは、フォーカスモータ１４ａに対して所定時間毎に駆動パルスを出力することにより、フォーカスレンズ１１ａを、合焦位置周辺範囲Ｒ内で駆動させる。
【００４０】
その駆動中、ステップＳ１０で演算したサンプリング周期Ｔ経過する毎に、積算回路２６から出力される評価値を取り込む（ステップＳ１２）。このステップＳ１２の動作により、フォーカスレンズ１１ａを、第２サンプリング間隔、駆動する毎に、評価値をサンプリングすることができる。
【００４１】
その後、ＣＰＵ１５ａは、ステップＳ１２で評価値を取り込んだ結果、図４（ｂ）に示すようなピークを得られたか否か判断する（ステップＳ１３）。ピークが得られれば（ステップＳ１３でＹ）、その位置を、フォーカスレンズ１１ａの合焦位置とし、その合焦位置までフォーカスレンズ１１ａを駆動する（ステップＳ１４）。
【００４２】
その後、その旨を報知する報知音を図示しない発音装置から発生させて（ステップＳ１５）、ＡＦ動作を終了する。以上のステップＳ１２〜ステップＳ１４までの動作から明らかなように、ＣＰＵ１５ａは、第１合焦位置検出手段、合焦駆動手段として働く。
【００４３】
一方、ピークが得られなければ（ステップＳ１３でＮ）、ＣＰＵ１５ａは、第１走査範囲内でピントが合う位置が検出できないとして、次に、フォーカスモータ１４ａに対して所定時間毎に駆動パルスを出力することにより、フォーカスレンズ１１ａを、第１至近位置から第２至近位置までの第２走査範囲内で駆動させる。その駆動中、ステップＳ１０で演算したサンプリング周期Ｔ経過する毎に、積算回路２６から出力される評価値を取り込む（ステップＳ１６）。
【００４４】
その後、ＣＰＵ１５ａは、ステップＳ１６で評価値を取り込んだ結果、ピークを得られたか否か判断する（ステップＳ１７）。ピークが得られれば（ステップＳ１７でＮ）、その位置を、フォーカスレンズ１１ａの合焦位置として検出し、その合焦位置までフォーカスレンズ１１ａを駆動して（ステップＳ１８）、ステップＳ１５に進む。以上のステップＳ１６〜Ｓ１８までの動作から明らかなように、ＣＰＵ１５ａは、第２合焦位置検出手段として働く。
【００４５】
一方、ピークが得られなければ（ステップＳ１７でＮ）、ピントが合う状態が検出できなかったとして、予め定めた常焦点位置にフォーカスレンズ１１ａを駆動して（ステップＳ１９）、ステップＳ１５に進む。
【００４６】
なお、上述した式（１）は、絞り値Ｆや錯乱円径δによって決まってくる被写界深度よりも細かい分解能で評価値が取り込めるような式に設定されている（そうしないと、ある評価値取込位置では後ピンで次の評価値取込位置まで駆動すると前ピンとなり、ピントが合わない状況が生じてしまい、ピークを検出できない）。式（１）によれば、絞り値Ｆが大きくなるに従って、サンプリング周期Ｔが粗くなる。従って、合焦位置周辺範囲でのサンプリング周期は、第１走査範囲でのサンプリング周期より細かくなり、これに伴って、第２サンプリング間隔が、第１サンプリング間隔より細かくなる。
【００４７】
このため、無限位置から第１至近位置までの第１走査範囲内では、粗くサンプリングして、大ざっぱな合焦位置を検出し、次に、大ざっぱに検出した合焦位置周辺の範囲を、細かくサンプリングして、合焦位置を検出することができる。これにより、無限位置から第１至近位置まで、細かくサンプリングする必要がなく、合焦するまでの時間を短くすることができる。
【００４８】
また、上記デジタルカメラによれば、第１走査範囲内での駆動中の絞り値Ｆを、合焦位置周辺範囲内での駆動中の絞り値Ｆより、大きくしている。これにより、第１走査範囲内での駆動中の被写界深度を、合焦位置周辺範囲内での駆動中の被写界深度に比べて、深くすることができる。このため、サンプリングが粗くても、深くした被写界深度より細かくすれば、全てのサンプリング地点において、ピントが合わないという状況が発生することがない。
【００４９】
また、上記デジタルカメラによれば、合焦位置周辺範囲内での駆動中の絞りを開放としている。このため、最も浅い被写界深度となっている状態で、合焦位置を検出することができ、より一層正確な合焦位置を検出することができる。
【００５０】
ところで、画像データをＬＣＤ２２に表示する場合、上述したように、焦点調整動作の途中で絞り開放して、絞り値を小さくすると、表示画面が暗くなったり、明るくなったりする。このことに着目し、上述したように、無限位置から第１至近位置までの駆動中のゲインを、合焦位置周辺範囲内での駆動中のゲインより、大きくすれば、焦点調整動作中、表示画像が暗くなったり、明るくなったりすることがない。
【００５１】
また、上記デジタルカメラは、合焦位置周辺範囲での評価値に基づき、ピークが得られなかったときのみ、第２走査範囲での評価値のサンプリングをおこなっている。このため、第１至近位置に対応する被写体距離より遠距離側に被写体がある場合は、ピント調整可能な全範囲内でフォーカスレンズ１１ａを駆動させず、全範囲より小さい第１走査範囲のみ駆動させるだけで合焦位置を検出することができ、より一層、合焦までの時間を短くすることができる。
【００５２】
また、上記デジタルカメラは、合焦位置周辺範囲での評価値のサンプリングを行う前に、その旨を報知する報知音を発生している。このため、合焦動作が終了する前に、撮影者が、合焦動作がどの程度まで進んでいるかを知ることができる。
【００５３】
なお、上述した実施形態では、合焦位置周辺範囲でのサンプリングを開始したとき、一定時間、その旨を報知する報知音を発生していた。しかしながら、開始したときから、合焦位置周辺範囲でのサンプリングを行った結果、検出した合焦位置に駆動するまで、警報音を継続して発生することも考えられる。また、報知方法として、報知音を発生することを例に挙げたが、ランプのようなもので視覚的に報知することも考えられる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、無限位置から第１至近位置まで、粗くサンプリングして、大ざっぱな合焦位置を検出し、次に、大ざっぱに検出した合焦位置周辺の範囲を、細かくサンプリングして、合焦位置を検出することにより、無限位置から第１至近位置まで、細かくサンプリングする必要がなく、合焦するまでの時間を短くすることができるので、安価に、かつ、スペースが大きくなることなく、合焦までの時間の短縮を図った自動焦点調節装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動焦点調節装置を組み込んだデジタルカメラの一実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の自動焦点調節装置を組み込んだデジタルカメラの一実施の形態を示す図である。
【図３】図２のデジタルカメラを構成するＣＰＵ１５ａの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】評価値とレンズ位置との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１２ＣＣＤ（撮像手段）
１１ａフォーカスレンズ（焦点調節部材）
１５ａＣＰＵ（周辺範囲検出手段、第１合焦位置検出手段、合焦駆動手段、第２合焦位置検出手段、絞り調整手段、明るさ調整手段、報知手段）

Claims

光軸を有し被写体像を結像する撮像光学系と、前記被写体像を画像データに変換する撮像素子と、光軸方向に沿って駆動され前記撮像光学系の焦点位置を調節する焦点調節部材と、前記焦点調節部材を駆動する駆動部と、サンプリング間隔を設定する演算部と、を有する自動焦点調節装置において、
前記駆動部が、前記焦点調節部材を前記焦点位置が無限遠から所定の位置になるまで駆動し、
前記焦点調節部材の駆動中に前記演算部が、第一サンプリング間隔毎に前記撮像素子から第一画像データをサンプリングし、
前記演算部が、サンプリングされた複数の前記第一画像データに基づいて合焦位置を含んだ合焦位置周辺範囲を検出し、
前記合焦位置周辺範囲の検出後の前記焦点調節部材の駆動開始時にその旨を報知し、
前記駆動部が、前記焦点調節部材を前記合焦位置周辺範囲内で駆動し、
前記焦点調節部材の駆動中に前記演算部が、前記第一サンプリング間隔よりも小さい第二サンプリング間隔毎に前記撮像素子から第二画像データをサンプリングし、
前記演算部が、サンプリングされた複数の前記第二画像データに基づいて合焦位置を検出し、
前記駆動部が、前記合焦位置に前記焦点調節部材を駆動する
ことを特徴とする自動焦点調節装置。
前記合焦位置への前記焦点調節部材の駆動後にその旨を報知することを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調節装置。
請求項１〜２に記載の自動焦点調節装置を備えることを特徴とする撮像装置。
前記撮像装置がデジタルカメラであることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。