JP4620772B2 - 三角測量オートフォーカスシステムを有するデジタルカメラ、及び関連する方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般にデジタルカメラデバイスに関し、特に、デジタルカメラを含むモバイル電子デバイスに適してもよい。

多くのデジタル静止画像カメラ及びデジタルビデオカメラは、画像コンテンツのコントラストを測定するパッシブ型オートフォーカスシステムを採用する。一般的に説明すると、同一場面上に描画された鮮明な画像とぼやけた画像とを比較する場合、鮮明な画像は、高い空間周波数からのより多くの情報を含む。暗い範囲と明るい範囲との間にはより多くの遷移があり、暗い範囲と明るい範囲との間の違いもより大きい。画像間の画像コンテンツのコントラストを評価することにより、鮮明度の相対的測定値が得られる。コントラストに基づく従来のオートフォーカスシステムは、カメラレンズ、レンズの位置を変更する合焦手段、画像センサ、及びデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む。レンズは、各々がある特定の被写体−カメラ間距離に対応する種々の離散した合焦位置に移動するように構成される。動作において、システムは、オートフォーカス処理中に多くの異なる位置にレンズを移動する。各位置において画像が撮像され、相対的な鮮明度値が画像毎に判定される。その後、システムは最大鮮明度値を有する画像を生成した位置にレンズを移動する。

典型的な移動電話デジタルカメラは、オートフォーカスを行うための画像コントラスト技術を使用する。移動電話カメラは、１０〜２０個の合焦ステップの間で達成される分解能を使用することにより、約１０ｃｍから無限遠までの合焦距離を有効範囲に含むことができる。このような移動電話カメラは、２００万画素センサ及び絞りがｆ１：２．８の固定焦点距離レンズを有してもよい。この種類のカメラは、昼光又は明るい人工光において毎秒約１５〜３０個の画像を生成することができる。これらの装置（デバイス）を使用する画像に対するオートフォーカス動作は比較的遅く、実行するのに約１〜２秒かかると考えられている。

この時間を短縮するために、サブサンプリング(sub-sampling)を使用することができる。サブサンプリング法においては、レンズは探索処理中に全ての離散した位置には移動しない。実際に抽出された位置の間の位置に対する鮮明度を推定するために、鮮明度値は補間される。

不都合なことに、サブサンプリングはオートフォーカス時間を短縮する一方で、精度が悪化する場合がある。更に、合焦にかかる時間は依然として比較的長く、通常は約１秒かかる。これにより、サブサンプリング技術を使用して映像記録のための良好な追跡オートフォーカスを達成するのが困難になる場合がある。例えば、主要被写体がカメラに接近するように移動するか又はカメラから離れるように移動している場合、システムは鮮明度が変化したことを示すことができる。しかしながら、被写体が移動した量及び／又は方向を判定することは困難である。いくつかの比較的高度で正確な（比較的高価な）映像システムは、非常に小さいステップでレンズを前後に「ハンティング」することにより、この問題に対処することができる。

静止画及び／又は映像記録能力を有するデジタルカメラに対する別の経済的なオートフォーカスシステムを提供する必要が依然としてある。

本発明のいくつかの実施形態は、三角測量オートフォーカスシステムを有するデジタルカメラを提供する。本発明のある特定の実施形態は、三角測量オートフォーカスシステムを有するデジタルカメラが組み込まれた移動通信デバイスを提供する。

本発明のいくつかの更なる実施形態は、静止画像記録モード及び／又は映像記録モードにおいてデジタルカメラのオートフォーカスを行なう方法に関する。方法は：（ａ）少なくとも１つの光スポットを目標被写体に向けて投影することと；（ｂ）投影するステップに応答して、少なくとも１つの光スポットを有する目標被写体の第１の画像を撮像することと；（ｃ）光スポットを有する画像を使用して、デジタルカメラから目標被写体までの距離をプログラムに従って判定することと；（ｄ）判定するステップに基づいて、デジタルカメラレンズを自動的に合焦させることとを含む。いくつかの実施形態において、方法は：第１の画像の撮像に時間的に近接して、射出された光スポットを有さない目標被写体の第２の画像を撮像することと；第１の画像内の光スポットに関連する位置データを判定するために、第１の画像及び第２の画像内の注目領域を電子的に比較することと；判定された位置データに基づいて、カメラから目標被写体までの距離を電子的に算出することとを含むことができる。第１の画像及び第２の画像は、同一の露出設定及び同一のホワイトバランス設定を使用して撮像されてもよい。

方法は、第１の画像及び第２の画像が互いに約０．１０秒未満以内で撮像されるように実行され得る。いくつかの実施形態において、フレームレートは約１５〜３０ｆｐｓであり、自動的に合焦させるステップは、約０．０３３〜０．０６７秒の範囲内で実行され得る。フレームレート速度が速い場合、撮像画像間の遅延は０．０３３秒より小さくてもよい。

方法は、画像内に連続して生成される投影光スポットを監視することと、映像記録スポット画像内の画像データから光スポットを電子的に除去することとにより、映像記録中にオートフォーカスを行うことを含むことができる。

いくつかの実施形態において、方法は、撮像されたスポット画像を使用して、静止画像内でぶれている被写体の焦点を自動的に安定化することを含むことができる。投影するステッップは、光スペクトルの可視部において光源から光を射出することを含んでもよい。

いくつかの実施形態において、撮像するステップは、画像露出時間中に光子を検出することにより信号を積分するように構成されるデジタルカメラセンサを使用して、画像信号を撮像することを含むことができる。

いくつかの実施形態において、少なくとも１つのスポットを投影することは、離散し且つ空間的に離間する複数のスポットをほぼ同時に投影することにより実行される。方法は、１つの距離が複数の離間するスポットの各々に対応する複数の被写体−スポット間距離を算出することを更に含むことができる。自動的に合焦させるステップは、画像のための焦点距離を確立するために、被写体−カメラ間の最短距離を有するものとして算出されたスポットを使用できる。

いくつかの実施形態において、方法は、第１の画像及び第２の画像内の注目領域を電子的且つ自動的に位置合わせすることにより、画像を安定化すること含むことができる。

本発明のいくつかの更なる実施形態は、デジタルカメラを有する移動電子通信デバイスにより生成される画像において、ぶれている画像を安定化する方法に関する。方法は：（ａ）基準画像を電子的に撮像することと；（ｂ）少なくとも１つのスポット画像領域を有する目標画像を電子的に撮像することと；（ｃ）スポット画像領域を含む目標画像の少なくとも一部を基準画像内の対応する領域と比較することにより、目標画像の少なくともスポット画像領域を自動的且つ数学的に変換することと；（ｄ）数学的変換からのデータに基づいて、ぶれが安定化された画像を生成することとを含む。

いくつかの実施形態において、基準画像及び目標画像は、互いに約０．１０秒未満以内（通常、互いに約０．０３３〜０．０６７秒以内）に撮像される。方法は：数学的変換からのデータに基づいて目標画像及び基準画像を位置合わせすることと、差分画像を提供するために、整列された目標画像及び基準画像から対応する画素値を減算することと、差分画像に基づいてスポット位置を判定することとを含んでもよい。いくつかの特定の実施形態において、対応する画素値を減算するステップは、対応する画素内の異なる色の画素値を個別に考慮することを含んでもよい。

本発明の更なる実施形態は、三角測量オートフォーカスシステムを伴って構成されるデジタルカメラを提供する。

いくつかの実施形態において、三角測量オートフォーカスシステムを有するデジタルカメラは、ポータブル電子通信デバイスの一部を構成する。

いくつかの実施形態において、デジタルカメラは、スポットビーム発光部と、スポットビーム発光部に近接して配置されるカメラレンズとを含み、スポットビーム発光部は、カメラにより撮影される目標被写体のデジタル画像内に撮像可能な少なくとも１つのスポットを目標被写体上に投影するように構成される。スポットビーム発光部は、光スペクトルの可視部分にある光を投影するように構成されてもよい。

デジタルカメラは、カメラレンズから通じているカメラ画像センサを含んでもよく、カメラ画像センサは、三角測量オートフォーカスシステムにおいて受光部（受信機）として作用するように構成される。

いくつかの実施形態において、デジタルカメラは、投影スポットの持続期間及び／又は強度を制御するために、スポットビーム発光部及び／又はスポットビーム発光部と通信状態にある自動露出制御回路と通信するように構成されるデジタルカメラ画像センサを含むことができる。

デジタルカメラは、スポットビーム発光部からの光を平行化するように構成されるコリメーティングレンズを光伝送経路内に含んでもよい。

いくつかの実施形態において、デジタルカメラのスポットビーム発光部は、空間的に離間した複数のスポットを画像に撮像される被写体上に生成するように構成される。

ある特定の実施形態において、デジタルカメラは、画像内に多数のスポットをほぼ同時に生成するために、スポットビーム発光部から通じている透明回折格子、円柱レンズ、又はホログラフィック回折格子のうち１つ以上を含むことができる。

デジタルカメラは、約１ｍｓ以下のスポット持続期間を有するスポットビームパルスで動作するように構成されるスポットビーム発光部を含むことができる。

いくつかの実施形態において、デジタルカメラは、コントラストオートフォーカスシステムを更に含んでもよい。デジタルカメラは、スポットビーム発光部と通信状態にある光強度制御回路を含んでもよい。デジタルカメラのスポットビーム発光部はレーザを含んでもよく、カメラはパルス制御回路を含んでもよい。デジタルカメラは、投影スポットの持続期間を計測するため及び目標画像被写体の輝度を監視するために使用される自動露出制御部を含んでもよい。

デジタルカメラは、静止画像カメラモード及び映像記録モードで選択的にカメラを動作するように構成される制御回路を含んでもよい。制御回路は、静止画像モード及び映像記録モードの間にスポットビームパルスの射出を制御するように構成されてもよい。また、制御回路は、選択された画像の取得中にスポットビームパルスの射出を防止するように構成されてもよい。

デジタルカメラデバイスは、スポットビーム発光部により生成される光スポットと関連する位置データを判定するために、電子的に格納された連続する第１の画像と第２の画像との間で注目領域を電子的且つ自動的に比較し、判定された位置データに基づいてカメラから目標被写体までの距離を電子的且つ自動的に算出し、算出された距離に基づいてレンズの位置を適切な焦点位置に調整するように構成されてもよい。

デジタルカメラデバイスは、第１の画像及び第２の画像内の注目領域を自動的且つ電子的に位置合わせ及び／又は整列することにより、静止画像内でぶれている画像を安定化するように構成されてもよい。

ある特定の実施形態において、デジタルカメラは、ポータブル電子通信デバイス内に保持される。デジタルカメラは、目標被写体のデジタル画像内にスポットを撮像可能にするのに十分な持続期間及び強度を有するスポットを目標被写体上に投影するように構成されるスポットビーム発光部を含むことができる。

他の実施形態は、デジタルカメラ内の三角測量オートフォーカスシステムを動作させるコンピュータプログラム製品に関する。コンピュータプログラム製品は、コンピュータ可読プログラムコードが格納されたコンピュータ可読記憶媒体を含む。コンピュータ可読プログラムコードは：（ａ）撮像されたデジタル画像内で可視のスポットを提供するためにスポットビーム発光部を制御可能に動作させるコンピュータ可読プログラムコードと；（ｂ）撮像されたデジタル画像内でスポットビーム発光部からのスポットについて判定されたスポット距離を使用して、被写体からカメラまでの距離を算出するコンピュータ可読プログラムコードとを含む。

コンピュータプログラム製品は、連続し且つ時間的に近接する第１の画像と第２の画像との間の注目領域を自動的且つ電子的に位置合わせ及び／又は整列することにより、静止画像内でぶれている画像を安定化するコンピュータ可読プログラムコードを更に含んでもよい。

更に他の実施形態は、ビューファインダ画像データを使用して目標被写体とカメラとの間の距離を測定し、測定された距離に基づいて、カメラレンズを焦点位置に自動的に移動させるように構成されるオートフォーカスシステムを具備するデジタルカメラを有するポータブル通信デバイスに関する。

本発明の他の特徴は、添付の図面に関連して特定の実施形態の以下の詳細な説明を読むことにより容易に理解されるだろう。

以下、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、本明細書で示される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。本開示が完璧で完全なものとなり且つ本発明の範囲が当業者に完全に理解されるように、それら実施形態は提供される。本明細書において、同一の図中符号は同一の要素を示す。図中、ある特定の層、構成要素、又は特徴は明確にするために強調される場合があり、特に指定されない限り、破線はオプションの（必須ではない）特徴又は動作を示す。更に、特に指示のない限り、動作（又はステップ）の順序は、請求の範囲又は図面に示される順序に限定されない。本明細書において使用される場合、特に指示のない限り、用語「装着される(attached)」「接続される(connected)」「接触する(contacting)」及び「結合する(coupling)」等は、直接的又は間接的に装着、接続、接触、或いは結合することを意味する。

第１、第２等の用語が種々の要素を説明するために本明細書において使用されるが、それら要素はそれら用語により限定されるべきではないことが理解されるだろう。それらの用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用されるにすぎない。従って、以下に説明される第１の要素は、本発明の趣旨の範囲から逸脱せずに、第２の要素と呼ばれてもよい。更に、本明細書において使用されるように、特に指示のない限り、単数形「a」、「an」及び「the」は複数形も含むことを意図する。

本明細書で使用されるように、用語「具備する(comprising/comprises)」は制限のないものであり、記載されない１つ以上の要素、ステップ、及び／又は機能を除外せずに、記載される１つ以上の要素、ステップ、及び／又は機能を含むことが更に理解されるだろう。本明細書において使用されるように、用語「及び／又は(and/or)」は、列挙される１つ以上の関連する項目の任意の組合せ及び全ての組合せを含む。要素が別の要素に「接続」されるものとして示される場合、その要素はその別の要素に直接接続されるか、あるいは仲介する要素が存在してもよいことが更に理解されるだろう。それに対して、要素が別の要素に「直接接続」されるものとして言及される場合、仲介する要素は存在しない。図示される要素の大きさ及び相対的な方向は尺度を合わせたものとして示されず、場合によっては、それらは説明のために拡大されていることが更に理解されるだろう。

特に指示のない限り、本明細書において使用される全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本発明が属する分野の技術者により一般に理解される意味と同一の意味を有する。一般に使用される辞書において定義される用語等の用語は、本出願及び関連技術の説明におけるそれら用語の意味と矛盾しない意味を有するものとして解釈されるべきであり、特に指示のない限り、理想化された意味又は過度に形式的な意味に解釈されるべきではないことが更に理解されるだろう。

用語「電子的」は、システム、動作、又は装置が任意の適切な電子媒体を使用して通信でき、通常、オートフォーカスシステムを有するデジタルカメラの構成要素間の通信、インタフェースプロトコル、並びにタイミング及びデータ交換等をプログラムに従って制御することを採用することを意味する。用語「自動的」は、そのように説明される動作のほぼ全て又は全てが、人間の操作者による能動的な手入力を必要とせずに実行されることを意味し、通常は、動作がプログラムに従って電子的に指示及び／又は実行されることを意味する。

移動電子（通信）デバイスという用語は、移動無線端末を表すポータブル無線通信機器を含み、例えば、移動電話、ページャ、通信機（コミュニケ−タ）、電子オーガナイザ、スマートフォン、ハンドヘルドコンピュータ、ラップトップコンピュータ、パームコンピュータ、及びパーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）等の機器を全て含む。

用語「三角測量オートフォーカスシステム」は、アクティブ型オートフォーカスを採用するオートフォーカスシステムを意味する。アクティブ型オートフォーカスは、多数の画像を比較することにより相対的鮮明度を分析するのではなく、カメラと被写体との間の距離の測定値を算出する。三角測量オートフォーカスシステムは、カメラと一体の光源から目標被写体に向けて射出される放射光線を投影できる。投影された光スポットは、被写体のデジタル画像（通常は、比較的解像度の低いビューファインダ画像データ）内で反射光として検出される。用語「スポット」は、投影された光スポットから射出され且つ撮像された放射光線により生じる画像の小さい局所的な領域ゾーンを意味する。スポットは、帯又は線を含む任意の適切な形状であり、カメラの解像度を使用してデジタル画像内で検出可能な大きさである。いくつかの実施形態において、スポットは約１〜５画素の間であり、いくつかのある特定の実施形態においては、１画素未満の大きさである。以下に説明するように、いくつかの実施形態において、デジタルカメラは多数のスポットを生成するように構成され、そのうち１つ以上が、目標被写体に対する適切な焦点距離を判定するのに使用される。

本発明の実施形態は、任意の所望の解像度で使用される（解像度が高いほど、より多くの詳細が提供される）。デジタルカメラ、画像（ファイル）、及びディスプレイに対する典型的な標準サイズ／解像度は、ＶＧＡ（Video Graphics Array）である。ＶＧＡサイズは、横６４０画素×縦４８０画素（又は、縦置きの向きでは逆の数値）である。ＶＧＡは、ＣＩＦ、ＱＣＩＦ及びＱＶＧＡより解像度が高いが、ＳＶＧＡ、ＸＧＡ及びメガピクセルより解像度が低い。小型移動電話等のある特定の実施形態において、デジタルカメラは、ＱＣＩＦより大きい（高解像度）がＶＧＡより小さい約３２０画素×２４０画素を有するＱＶＧＡ（Quarter-VGA）を提供するように構成される。

当業者により理解されるように、本発明の実施形態は、方法、システム、データ処理システム、又はコンピュータプログラム製品として実現されてもよい。従って、本発明は、完全にソフトウェアの実施形態の形式をとってもよく、ソフトウェア及びハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形式をとってもよく、本明細書において、これらは全て一般に「回路」又は「モジュール」と呼ばれる。更に、本発明は、コンピュータ使用可能プログラムコードを内部に収録したコンピュータ使用可能記憶媒体上でコンピュータプログラム製品の形式をとってもよい。ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光学記憶装置、インターネット又はイントラネットをサポートするような送信媒体、あるいは磁気記憶装置又は他の電子記憶装置等を含む任意の適切なコンピュータ可読媒体が利用されてもよい。

本発明の動作を実行するコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（登録商標）、SmallTalk又はＣ＋＋等のオブジェクト指向プログラミング言語で書かれてもよい。しかしながら、本発明の動作を実行するコンピュータプログラムコードは、「Ｃ」プログラミング言語等の従来の手続き型プログラミング言語、又はVisualBasic等のビジュアル型プログラミング環境で書かれてもよい。

本発明の実施形態に従って、方法、システム、コンピュータプログラム製品、並びにデータ及び／又はシステムアーキテクチャ構造を示すフローチャート及び／又はブロック図を参照して、本発明を以下に部分的に説明する。図面の各ブロック及び／又はブロックの組合せは、コンピュータプログラム命令により実現されることが理解されるだろう。機械語を生成するために、これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに提供されてもよい。それによって、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行する命令は、ブロック内で特定される機能／動作を実現する手段を生成する。

これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読メモリ又は記憶装置に格納されてもよく、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置がある特定の方法で機能するように指示できる。これによって、コンピュータ可読メモリ又は記憶装置に格納された命令は、ブロック内で特定される機能／動作を実現する命令手段を含む製品を提供する。

コンピュータによって実施される処理を生成するコンピュータ又は他のプログラマブル装置上で実行される一連の動作可能なステップを発生させるために、コンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置にロードされてもよい。これによって、コンピュータ又は他のプログラマブル装置上で実行する命令は、ブロック内で特定される機能／動作を実現するためのステップを提供する。

図面を参照すると、図１は、三角測量オートフォーカス（ＡＦ）の動作原理を示す。文字Ｐ_１、Ｐ_２は被写体位置を示す。ＡＦシステム１０は、光ビーム２０ｂを目標被写体（Ｐ_１又はＰ_２）に向けて投影するスポットビーム発光部２０を含む。スポットビーム発光部２０は、ＬＥＤ（発光ダイオード）、レーザ、又は他の適切な光源を具備できる。いくつかの実施形態において、スポットビーム発光部２０は、光スペクトルの可視部分において動作できる。他の実施形態において、スポットビーム発光部２０は、不可視の光スペクトルの一部である光を射出するように構成される。これらの種類の射出光の組合せが使用されてもよい。カメラセンサは、受光部３０として使用される（以下に更に説明する）。

別の位置Ｐ_２及び関連する反射ビーム２０ｒ’により示されるように、受光部の表面３０ｓ上のスポット画像の位置は、被写体距離の関数として移動する。入力される受光信号は、スポット画像の位置に依存して変化する。スポット位置データは受信信号から抽出される。他の用途において従来使用されてきたいくつかのスポット位置検出方法の例は、固体位置検出装置（ＰＳＤ）、デュアルフォトダイオードの傾斜配置、機械走査フォトダイオード、機械走査ＬＥＤ、及び機械走査遮断装置を含む。

図１に示すように、システム１０は、コリメーティングレンズ４０等の非球面レンズを含んでもよい。平行化された光は、被写体上に投影光を生成する。システム１０は、被写体の画像を受光部３０の表面に投影する第２のレンズ４２を含むことができる。

スポット信号は、スポットビーム発光部２０以外の光源から発信する信号から隔離される必要がある。ＬＥＤスポットビーム発光部２０及びある特定の種類の受光部３０の場合、ある特定の周波数を用いてＬＥＤパルスを変調することにより、反射した赤外線は隔離されてもよい。その後、不要な信号又は関係ない信号を抑制又は除去するために、受光部３０からの信号は電子的にフィルタにかけられる。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、いくつかの実施形態において、カメラセンサ３０ｓは受光部３０として使用される。システム１０は、カメラレンズ４５、画像分析モジュールを有するプロセッサ５０（デジタル信号プロセッサ等）、及びレンズ位置決めモジュール６０を更に含むことができる。レンズ位置決めモジュール６０は、被写体とカメラとの間の距離を定義し、適切な焦点位置にレンズを自動的且つ電子的に移動する。レンズ４５は、種々の離散位置に移動するか（例えば、ゾーンフォーカスを行うのに）、又は連続的に移動するように構成される。当業者に知られているように、従来のカメラのようにフィルム上に写真を撮像する代わりに、カメラ電話内のデジタルカメラを含むデジタルカメラは、センサ、即ち感光性の集積回路を使用して写真を記録する。通常、センサは２つの主な種類のうちの１つであり、これらは使用する技術により知られている。すなわち、コンデンサアレイを使用するＣＣＤ（電荷結合素子）又はトランジスタを使用するＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）素子のいずれかである。適合するセンサの種類に関わらず、動作の原理は一般には同一である。レンズを通過する光は、多くの個別の感光性セルを含むセンサ上に入り、各セルは、撮影される場面から入射する光の特定の点に反応する。入射光の効果により、センサの個別のセル内で小さな変化が生じ、画像を反映するパターンを生成する。その後、これらの変化は電気信号に変換される。次に、センサからの電気出力は処理のいくつかのステップを経て、撮影された場面の画像はビューファインダ上に再現されるか、後で使用するために電話のメモリに格納されてもよい。

センサ３０ｓは赤外線に対して十分な感度を有さない場合がある。そのため、スポットビーム発光部２０は、光スペクトルの可視部分にある光を生成するように構成される場合もある。カメラサンサ３０ｓにより取り込まれたスポット画像データは、画像内のスポットの位置を識別するために処理される。

いくつかの実施形態において、２つの連続する画像は、スポットの位置データを判定するために比較される。一方の画像はスポット画像であり、他方の画像は、ビームスポット発光部を停止した「標準」画像である。標準画像は画像中にスポットを有さない。２つの画像は、任意の所望の順序（スポット画像が１番目又は２番目）で撮影され、一般に、互いに約０．１０秒未満以内で比較的高速に撮影される。典型的なデジタルカメラは約１５〜３０フレーム／秒で動作でき、２つの画像は、互いに約０．０３３〜０．０６７秒以内に撮影される。画像の比較を容易にするために、露光及びホワイトバランスは、２つの画像に対して同レベルで固定されてもよい。

スポットが存在できる注目領域内の複数の部分のうち、画像の比較的小さい部分のみを比較する必要がある（画像処理時間を短縮するため）。オートフォーカスは、完全な暗闇であっても、約０．５秒未満、通常は約０．２５秒未満で比較的高速に実行される。

図３Ａは、レンズ軸Ｌ_Ａと発光部軸Ｅ_Ａがほぼ平行であることを示す。いくつかの実施形態において、２つの軸の間の距離「Ｄ」は約３ｃｍ未満であり、通常は約１ｃｍ未満である。スポットビーム発光部２０はレンズに近接して配置され、通常は、図４Ａ及び図４Ｂに示すようにレンズ４５の上又は下に配置される（又は、図に示さないが、複数のスポットビーム発光部を使用する場合は上下の双方に配置される）。

典型的な移動電話カメラは、約５ｍｍの焦点距離とｆ１：２．８の絞りを有し、被写体がカメラから約２．７メートル以内に位置する場合にのみ距離情報が望まれる。すなわち、被写体までの距離が長い場合、検出可能なスポット信号が存在しないことがある。このような状況では、レンズは過焦点距離に合焦される。あるいは、カメラ１０は、コントラストＡＦシステム及び三角測量システムの双方を含んでもよく、上記の規定距離ではコントラストＡＦシステムを（自動的に）採用してもよい。コントラストＡＦシステムは追加のハードウェアを必要としないため、双方の種類のシステムを提供する費用は比較的低い。

図４Ａ及び図４Ｂは、カメラ１０がビューファインダ４７を含んでもよく、オプションとしてフラッシュ（キセノンフラッシュ等）及び／又は光センサ４９、並びに露出（輝度）制御を容易にするための付属のフラッシュ制御回路を更に含んでもよいことを示す。カメラ１０は、光センサ４９を使用して被写体の輝度に関する情報を生成する自動露出制御部を有する。情報は、スポットビームの持続期間及び／又は強度を計測するためにも使用される。他の実施形態において、動作で使用するために所定の強度が設定される。あるいは、カメラ１０は、ユーザが調整可能な強度設定を含んでもよい。尚、本発明により提供されるＡＦシステムからの距離情報を、画像を照明するフラッシュ中の露出制御のための基準として使用可能であるため、光センサ４９を省略することも可能である。図４Ｂは、カメラ１０がポータブル通信装置１０ｃに含まれてもよいことを更に示す。

図５Ａはデジタルカメラ１０の構成要素を示す。図に示すように、スポットビームの強度を制御及び／又は調整するために、オプションとして、スポットビーム発光部２０は光強度制御回路２３と通信状態にあってもよい。いずれにしても、カメラ１０は、ビームスポット発光部２０により投影されるビームの強度及び／又は持続期間を制御するために回路２３を採用できる。例えば、カメラがフラッシュを用いる場合、スポットビーム発光部２０は、より強力なスポットビーム２０ｒを採用してもよい。カメラ回路２３がフラッシュを使用しない（日光が十分ではない）写真を検出する場合、スポットビーム発光部２０は、より強度の弱いビームを生成してもよい。

図５Ａは、カメラレンズ４５がデジタルスポット画像撮像用電子記憶媒体３２、及びスポット画像内のスポット位置を使用する被写体焦点距離算出モジュール５１’と通信状態にあることを更に示す。距離算出モジュール５１’は、図２Ａ及び図２Ｂに示す画像処理モジュール５１の一部として構成され得る。カメラ１０は、当業者によく知られているようにレンズ４５を適切な焦点位置に自動的に移動する手段を有するレンズ位置合わせモジュール７０を更に含む。カメラ１０は、受信信号を増幅する増幅システム（不図示）を更に含むことができる。

図３Ａを再度参照すると、上述のように、スポットビーム発光部２０は、通常はコリメーティングレンズ４０（図１）を伴うＬＥＤ、又はレーザを具備できる。カメラ１０は、ＬＥＤ（不図示）を駆動する電子回路を含むことができる。レーザ（固体レーザ等）はより高い光強度で動作でき且つ長距離であっても画像内に明確に規定されたスポットを投影できるため、より遠くに合焦するために使用されてもよい。

いくつかの実施形態において、図３Ｂに示すように、システム１０は、複数の投影ビーム２０ｂ_１、２０ｂ_２を使用して複数の離散したスポットを生成するように構成される。複数のスポットはより広いＡＦ範囲を提供できる。多数のスポットはいくつかの方法で生成される。例えば、上述のような個別のスポットビーム発光部が複数使用される。あるいは、レーザ２０ａ等の単一ビームスポット発光部が、離散した光線にビームを分割する光学系２１と通じていてもよい。光学系２１は透過回折格子を含むことができる。透過回折格子は複数のスポットビームを生成でき、これらのスポットビームは分岐して、被写体距離に依存せず受光部の画像内に一定に離間するスポット画像を生成する。光学系２１の別の例は、円柱レンズ及び／又は水平線画像を生成できるホログラフィック回折格子である。一般に、多数のスポットはスポット画像内に（行及び／又は列で）整列され、通常は画像のほぼ中央に相対的に集中される。

レーザを採用するある特定のスポットビーム発光部２０の場合、レーザ強度を通常はほぼレーザポインタの範囲に低く維持し、レーザパルスの期間を約２ミリ秒未満、通常は約１ミリ秒未満等に短縮して、被写体の目に対する露出を制御することが望ましい。カメラ１０がレーザの注意又は警告のラベル付けを必要とせずに済むように、レーザパルスは時間計測され、十分に短く且つ低エネルギーであるように構成される。

図５Ｂは、レーザパルス持続期間を制御するように構成されるパルス制御回路８０の一例を示す。動作において、レジスタ８１を流れる電流は、レーザスポットビーム発光部（２０、図３Ａ、図３Ｂ）に十分な電力を与えない。コンデンサ８２は、レジスタ８１を介して充電される。コンデンサ８２が充電されると、１つの短いレーザパルスのための十分なエネルギーを出力できる。コンデンサが再度十分に充電されるまで、次のレーザパルスは射出されない。コンデンサの再充電には、時定数τ（Ｒ及びＣの値に依存する）及びレーザの閾値電圧に依存する一定の時間を必要とする。

図６は、本発明の実施形態に従って、デジタルカメラのオートフォーカスを実行するために使用可能な動作の例を示す。少なくとも１つの光スポットが目標被写体に向けて投影される（ブロック１００）。少なくとも１つの光スポットを有する目標被写体の第１の画像が電子的に撮像される（ブロック１０５）。目標被写体からデジタルカメラまでの距離は、少なくとも１つの光スポットを有する画像を使用してプログラムに従って判定される（ブロック１１０）。判定された距離に基づいて、デジタルカメラレンズは自動的に合焦される（ブロック１１５）。

いくつかの実施形態において、ぶれている被写体の画像(image of a moving subject)が、オプションとして、撮像されたスポット画像を使用して安定化され(stabilized)てもよい（ブロック１１６）。安定化処理は、ユーザの手ぶれ又は場面内の動きが原因となる位置ずれを補正できる。同様に、映像記録中のオートフォーカスは、オプションとして、連続して生成されたスポット画像を監視することと、映像記録スポット画像内の画像データから光スポットを電子的に除去すること（画素値の置換又は調整等により）とを含んでもよい（ブロック１１７）。

いくつかの実施形態において、ＡＦ測定が実行される度にスポットが見えるので、ＡＦシステムは複数の映像記録画像において複数のスポットの位置を見つけることができる。（単数又は複数の）スポット画像内でスポットが認識されると、対応する基準画像から画像データをパッチ（継ぎ接ぎ）することにより、それらは除去可能である。そのようにすれば、レンズは、映像モード及び追跡ＡＦにおいて最良の焦点を「ハンティングする（追跡し続ける）」必要がない。距離は一定の間隔で確認され、新しいデータの信頼性が高く且つ調整が適切であるとシステムが判定した場合にのみ、焦点の補正は行われる。従って、移動する物体についての複数の静止画又は映像シーケンスを撮影する場合、システムは予測ＡＦ(predictable AF)を実行できる。移動する物体の動きは、一連の距離測定に基づいて予測される。

図７は、本発明の態様を実現するためにやはり使用可能な動作を示す。図に示すように、射出された光スポットを有さない目標被写体の第２の画像は、第１の画像の撮像に時間的に近接して撮像される（ブロック１２５）。第２の画像は、第１のスポット画像の前又は後に撮像される（ブロック１２６）。光スポットに関連する位置データを判定するために、２つの画像は電子的に比較される（ブロック１３０）。スポットの位置は距離に相関するため、カメラから目標被写体までの距離は判定された位置データに基づいて算出される（ブロック１３５）。

特に静止画において、ぶれている画像を安定化するために(to provide motion image stabilization)、比較は、オプションとして、第１の画像及び第２の画像内の注目領域を自動的且つ電子的に位置合わせする（整列する）ことを含んでもよい（ブロック１３１）。注目領域は画像全体より小さく、通常は、スポットゾーンを包囲するような大きさを有する非常に小さな画像部分である。

図８は、ぶれが安定化された静止画を電子的且つ自動的に提供するために使用可能な動作を示す。動作は、本発明の他の方法とは分離して使用されてもよいし、そのような方法と組み合わせて使用されてもよい（三角測量ＡＦシステムの使用を必要としないぶれ安定化機構として）。基準画像、及び少なくとも１つのスポット領域を有する目標画像が、電子的に撮像される（ブロック１４０）。目標画像内のスポット画像領域は、基準画像の対応する部分と比較することにより数学的に変換される（ブロック１４５）。ぶれが安定化された静止画が、この変換に基づいて生成される（ブロック１５０）。

いくつかの実施形態において、目標画像及び基準画像は、数学的変換に基づいて位置合わせされる（ブロック１４６）。差分画像を提供するために、対応する画素の値が、位置合わせされた（整列された）目標画像及び基準画像から減算される（ブロック１４７）。スポット位置は差分画像に基づいて判定される（ブロック１４８）。

相関比アルゴリズムを使用して基準画像を比較しながら、変換によって画像を水平及び垂直に移動すると共に回転することができる。「最適」又は十分に容認できる変換であると判定されるまで、種々の変換に対する相関比は繰り返し算出されてもよい。変換は画像の部分（サブセット）において実行されるため、画像間の差分は比較的小さいと考えられる。

従って、ある特定の実施形態において、２つの画像が位置合わせされる場合、それらの対応する画素値は減算することができる。結果として、暗い背景に対して（単数又は複数の）スポットを有する差分画像が得られる。もちろん、他の対比を使用することもできる。差分画像は、式（１）を使用して生成され得る。

Dn = Xn - Yn 式１
式中、「Dn」は、スポット画像フレーム「Xn」及び基準画像フレーム「Yn」の対応する画素値間の差分画像の単一画素値を表す。異なる色に対する画素値は個別に処理されてもよい。例えば、赤色、緑色及び青色に対する画素値は個別に処理されてもよい。算出は、注目領域内の全ての画素に対して繰り返される。スポットの色が考慮されると、差分画像内のスポット位置の発見がより正確になる。第２の差分画像（Ｄ２）を、式（２）を使用して算出することができる。式（２）では、スポットビーム発光部が赤色射出光源（例えば、ＬＥＤ）であると想定する。差分画像Ｄ２は単色画像である。（単数又は複数の）スポットの色特性を強調するために、別の式を使用してもよい。

D2n = Xn[red] - Yn[red] 式２
式中、最高値を有するD2の画素は画像内のスポット位置に対応する。

カメラと被写体との間の距離を算出することができる。式３は、この距離を算出するために使用可能な式の一例である。この式では、カメラレンズの軸が発光部の光線又はビームの軸と平行であると仮定する。

u = fs/np 式３
式中、位置ずれ量（n）は、スポット画像と画像の中心との間の位置における差分を示す。被写体からカメラまでの算出された距離（u）は、カメラレンズの焦点距離（f）、カメラレンズと発光部軸との間の距離（s）、多数の画素において測定されたスポットの位置ずれ量（n）、及び画素ピッチ（p）にも依存する。

注目方向のスポット画像を表す画素値に多項式関数を適用することにより、精度が更に向上すると考えられ、これによって１画素未満の正確さが達成可能になる。

被写体までの距離が非常に長いと、スポット信号が検出できない場合があることが理解されるだろう。そのような状況では、レンズは過焦点距離に合焦される。非常に長い距離に相関すると想定される信号応答が存在しないため、これは満足できるものである。あるいは、このような状況において、コントラストＡＦシステムが採用されてもよい。

５ｍｍの焦点距離及びｆ１：２．８の絞りを有する典型的な移動電話カメラにおいて、距離情報は、被写体が約３メートルより近く（例えば、約２．７メートル以内）に位置する場合にのみ適切である。算出された被写体距離は、カメラレンズのある特定の合焦位置に対応する。レンズは、距離情報を使用して正しい位置に移動される。距離を判定する三角測量法は、デジタルカメラレンズのオートフォーカスに適している。

図９は、本発明のいくつかの実施形態に従って動作する装置に含まれてもよいデータ処理システムの一例を示す。図９に示すように、動作を実行又は指示するために使用されるデータ処理システムは、プロセッサ２００、メモリ２３６、及び入出力回路２４６を含む。データ処理システムは、デジタルカメラ及び／又はポータブル通信装置等に組み込まれてもよい。プロセッサ２００は、アドレス／データバス２４８を介してメモリ２３６と通信し、アドレス／データバス２４９を介して入出力回路２４６と通信する。入出力回路２４６は、メモリ（メモリ及び／又は記憶媒体）２３６と別の構成要素との間で情報を転送するために使用され得る。これらの構成要素は、多くの従来のデータ処理システムで使用される構成要素等の従来の構成要素であってもよく、及び／又は本明細書において説明するように動作するように構成され得る画像処理構成要素及びレンズ位置決め装置等であってもよい。

特に、プロセッサ２００は、市販又は特注の（custom)マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ又はデジタル信号プロセッサ等であってもよい。メモリ２３６は、本発明の実施形態に従って使用される機能回路又はモジュールを実現するために使用されるソフトウェア及びデータを含む、任意のメモリデバイス及び／又は記憶媒体を含んでもよい。メモリ２３６は、キャッシュ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ，ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、及び磁気ディスク等の種類のデバイスを含むことができるが、これらに限定されない。本発明のいくつかの実施形態において、メモリ２３６は連想メモリ（content addressable memory, ＣＡＭ）であってもよい。

図９に更に示すように、メモリ（及び／又は記憶媒体）２３６は、データ処理システムにおいて使用される複数のカテゴリのソフトウェア及びデータ、すなわち、オペレーティングシステム２５２、アプリケーションプログラム２５４、入出力デバイスドライバ２５８、及びデータ２５６を含んでもよい。当業者には理解されるように、オペレーティングシステム２５２は、データ処理システムと共に使用するのに適した任意のオペレーティングシステム、例えば、IBM（登録商標）、OS/2（登録商標）、AIX（登録商標）又はzOS（登録商標）のオペレーティングシステム、あるいはMicrosoft（登録商標） Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）９５、Ｗｉｎｄｏｗｓ９８、Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００、又はＷｉｎｄｏｗｓＸＰのオペレーティングシステム、Unix（登録商標）又はLinux^TM等であってもよい。IBM、OS/2、AIX及びzOSは、アメリカ合衆国、他の国々、又はその双方においてInternational Business Machines Corporationの商標であり、Linuxは、アメリカ合衆国、他の国々、又はその双方においてLinus Torvaldsの商標である。Microsoft及びＷｉｎｄｏｗｓは、アメリカ合衆国、他の国々、又はその双方においてMicrosoft Corporationの登録商標である。入出力デバイスドライバ２５８は、通常、入出力回路２４６、及びある特定のメモリ２３６の構成要素等のデバイスと通信するために、オペレーティングシステム２５２を介してアプリケーションプログラム２５４によりアクセスされるソフトウェアルーチンを含む。アプリケーションプログラム２５４は、本発明のいくつかの実施形態による回路及びモジュールの種々の特徴を実現するプログラムの例示である。最後に、データ２５６は、アプリケーションプログラム２５４、オペレーティングシステム２５２、入出力デバイスドライバ２５８、及びメモリ２３６に常駐してもよい他のソフトウェアプログラムにより使用される、静的データ及び動的データを示す。

データ処理システム１１６は、三角測量ＡＦモジュール２２０（レンズを合焦するために距離測定を使用する）、スポット位置判定モジュール２２４、及び画像撮像・位置合わせモジュール２２５等の複数のモジュールを含んでもよい。モジュールは、単一モジュールとして構成されてもよく、或いは、本明細書において説明する動作を実現するように構成される追加モジュールとして構成されてもよい。

本発明は、図９のアプリケーションプログラム２２０、２２４、２２５を参照して示されるが、当業者には理解されるように、他の構成が本発明の範囲に含まれる。例えば、これらの回路及びモジュールは、アプリケーションプログラム２５４ではなく、オペレーティングシステム２５２に組み込まれてもよいし、データ処理システムの他のそのような論理的区分に組み込まれてもよい。更に、図９のアプリケーションプログラム２２０、２２４、２３４は単一のデータ処理システム内に示されるが、当業者には理解されるように、このような機能は１つ以上のデータ処理システムにわたって分配されてもよい。従って、本発明は、図９に示す構成に限定されると解釈されてはならず、他の構成、及び／又はデータ処理システム間の機能の分配により提供されてもよい。例えば、図９は種々の回路及びモジュールを有するものとして示されるが、本発明の範囲から逸脱することなく、これらの回路又はモジュールのうち１つ以上は、組み合わされてもよく又は更に分離されてもよい。

図１０Ａは、目標被写体のデジタル基準画像３００である。図１０Ｂは、同一の目標被写体のデジタルスポット画像３１０である。双方の画像の大きさは同一であり、２４０×３２０画素（ＱＶＧＡ）である。図１０Ｂにおいて、スポットビーム発光部により生成された小さいスポット３１１は、スポット画像３１０のほぼ中央の位置で可視である。

図１１Ａは、図１０Ｂ及び図１０Ａにそれぞれ示すスポット画像３１０及び基準画像３００の差分画像３２０である。図１１Ｂは、スポット範囲３１１を拡大した差分画像である。差分画像３２０は、画像と式（１）を使用するコンピュータプログラムとを使用して処理された。三角測量ＡＦアルゴリズムは、ＱＶＧＡ解像度において十分良好に機能し、ビューファインダ画像データ上で使用可能であり、カメラを高解像度モードで動作させる必要がない。

図１２Ａは、コントラストに基づく従来のＡＦシステムを使用して撮影されたデジタル画像４００ｃである。このようなＡＦシステムでは、画像の正確な部分に合焦するのが困難な場合がある。本例において、背景は前景の鳥よりも、より多くの画像の詳細（ディテール）に寄与し、システムは騙されて背景に合焦する。従って、ワイドフォーカスがコントラストＡＦシステムに適用される場合、合焦に関する問題が生じる。図に示すように、例えば、合焦範囲が、前景に疎な詳細を有する被写体を含み且つ背景が多くの詳細（木、樹木の生えた範囲、又は建物の壁等の構造物等）を含む場合、コントラストシステムは、前景ではなく背景に焦点を合わせると決定する場合がある。

図１２Ｂは、三角測量ＡＦシステムを使用して撮影されたデジタルスポット画像４００ｓを示す。マルチスポットパターンを使用することで、三角測量法及び空間的に離散した複数のスポット４１１を使用する比較的広範囲での合焦が可能になる。図に示すように、スポット（３つが示されるが、２つ、又は４つ以上が使用されてもよい）は、画像のほぼ中央に水平に離間される。垂直なスポットパターン又は角度のあるスポットパターンが使用されてもよい。従って、複数のスポット４１１を考慮するために、画像４００ｓは、各々が各スポットに対応する複数の注目領域に分割される。各領域は、本明細書において説明されるアルゴリズム及び式を使用して個別に処理される。各注目領域内の各スポット４１１に対するスポット位置が算出される。カメラの最も近くに配置される被写体の部分がユーザが最も合焦したい場面の部分であると推測されるため、最小距離値に対応するスポット位置が合焦に使用される。

三角測量ＡＦシステムは、異なる距離に位置する被写体を区別できる。本例において、左側のスポットは増加した距離値を有する遠方のスポットに関連するため、結果として、中央及び右側のスポットのみが検出可能な反射として得られる。

ゾーンフォーカススケール及び被写界深度は、三角測量データを使用して得られる。連続的な動きではなく離散的なステップでレンズの合焦動作を制御する方法は、通常「ゾーンフォーカス」と呼ばれる。ゾーンフォーカスは、使用するレンズに対する被写界深度に基づく。ゾーンフォーカススケールは、過焦点距離に対する一連の分数から算出され得る。過焦点距離は式４を使用して算出される。

h = f²/NC 式４
式中、「h」は過焦点距離であり、fはレンズの焦点距離であり、Nはレンズの絞りであり、Cは錯乱円(circle of confusion)（最大許容錯乱円）である。

図１３は、ＱＶＧＡ画像内のスポット画像を示す図であり、拡大されたスポット部分を画像の右側に切り離して示す。本例において、スポットビーム発光部の位置は、カメラレンズの下に位置付けられると想定される。表１はゾーンフォーカススケールの一例を示し、図１３に示す撮像画像内のスポット位置の画素ステップの算出を表１に示す。距離「焦点(FOCUS)」、「近景(CLOSE)」及び「遠景(FAR)」はメートル単位で与えられる。本例において、スポットは同一の水平画素（５）で配置され、１〜４３画素までの３画素単位のステップで中心に対して垂直距離が変化する。

表１ スポット位置を使用するゾーンフォーカス表
-------------------------------------------------------------
| 過焦点距離 | 焦点 | 近景 | 遠景 | 画素 | ステップ |
-------------------------------------------------------------
| h | 2.98 | 1.49 | 無限遠 | 1.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/3 | 0.99 | 0.74 | 1.49 | 4.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/5 | 0.60 | 0.50 | 0.74 | 7.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/7 | 0.43 | 0.37 | 0.50 | 10.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/9 | 0.33 | 0.30 | 0.37 | 13.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/11 | 0.27 | 0.25 | 0.30 | 16.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/13 | 0.23 | 0.21 | 0.25 | 19.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/15 | 0.198 | 0.186 | 0.213 | 22.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/17 | 0.175 | 0.165 | 0.186 | 25.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/19 | 0.157 | 0.149 | 0.165 | 28.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/21 | 0.142 | 0.135 | 0.149 | 31.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/23 | 0.129 | 0.124 | 0.135 | 34.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/25 | 0.119 | 0.114 | 0.124 | 37.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/27 | 0.110 | 0.106 | 0.114 | 40.5 | 3.0 |
-------------------------------------------------------------
| h/29 | 0.103 | 0.099 | 0.106 | 43.5 | |
-------------------------------------------------------------

表１は、合焦及び三角測量の計算間の関係を示す。ゾーンフォーカススケールは過焦点距離から構成される。過焦点距離に合焦されるレンズは、h/2から無限遠までの範囲の被写界深度を有する。スケールの以下のステップは、「h」を奇数の整数で割ることにより構成される。スケール内のいずれのステップも、次のステップと前のステップとの間にわたる被写界深度を有する。「画素」の列は、ある距離においてスポットが可視である画像の中央からの画素数を示す。「ステップ」の列は、次のステップと前のステップとの間に存在する画素数を示す。本例は、５ｍｍの焦点距離と１：２．８の速度を有するレンズを備えるデジタルカメラに基づく。カメラセンサは、３μｍの画素ピッチを有する２００万画素アレイである。スポットは、２４０×３２０（ＱＶＧＡ）の解像度を有するビューファインダ画像において検出される。本例において、カメラレンズ軸とスポットビーム軸との間の距離は１３．６７ｍｍである。画素単位で測定されたスポット位置間のステップは等距離であり、構造及び数学的実現を比較的簡単明瞭にする。３画素単位のステップ解像度は、本例に対して十分な解像度を提供する。

図１４は、本発明のいくつかの実施形態に従って動作を実行するために使用可能なソースコードのリストの一例である。本例のコードは画像位置合わせを含まない。尚、注目領域のみが探索／処理される。コードは、スポットの位置を判定するためにスポット画像から基準画像を減算するように構成される。

要約すると、本発明のいくつかの実施形態は、オートフォーカス速度の増加、画像安定化（image stabilization, ぶれ補正）、完全な暗闇での動作、連続的な追跡ＡＦ、合焦精度の向上、従来の三角測量システムに比べて費用の削減、比較的小さなサイズでの実装のうち１つ以上を提供できる。

本発明は、本発明の範囲から逸脱することなく、カメラを含む他の種類の移動電子装置で実現されてもよい。例えば、移動電子装置は、ＲＦラジオ及びカメラを含んでもよく、及び／又は衛星無線電話又は携帯無線電話等の移動通信端末及びカメラデバイスを含んでもよい。カメラ電話は、セルラＲＦインタフェース等の無線インタフェースを介して写真を送信するように構成されてもよく、ディスプレイ上に写真を表示してもよい。カメラ電話は、無線インタフェースを介して受信される通信信号から音声信号を生成するように構成されてもよい。デジタル写真の送信及び受信通信信号からの音声信号の生成は、カメラ電話により従来の方法で実行されてもよい。

本発明の原理から実質的に逸脱することなく、多くの変形及び変更が好適な実施形態に対して実施される。従って、そのような変形及び／又は変更の全ては、請求の範囲で定義される本発明の範囲内に含まれることを意図する。請求の範囲において、手段及び機能項(means-plus-function clause)が使用される場合、それらは、列挙された機能を実行するものとして本明細書において説明される構造を含むように意図されており、構造的均等物のみならず均等な構造を含むことを意図する。従って、上記の説明は本発明の例示であって、開示される特定の実施形態に限定されると解釈されてはならず、開示される実施形態に対する修正並びに他の実施形態は、添付の請求の範囲に含まれることを意図することが理解されるべきである。本発明は以下の請求の範囲により定義され、請求の範囲の均等物は本発明に含まれる。

本発明の種々の実施形態に従って、三角測量オートフォーカスシステムを概略的に示す図である。 本発明の実施形態に従って、スポットビーム発光部を有するオートフォーカスシステムを備えるデジタルカメラを概略的に示す図である。 本発明の実施形態に従って、スポットビーム発光部から通じているコリメーティングレンズ（平行化レンズ）を有するオートフォーカスシステムを備えるデジタルカメラを概略的に示す図である。 本発明の実施形態に従って、目標被写体上に光スポットを投影するスポットビーム発光部を使用するオートフォーカスシステムと、光スポットを有する被写体の画像を撮像するように構成されるカメラレンズとを備えるデジタルカメラを概略的に示す図である。 デジタル画像内に撮像される複数の投影光スポットをほぼ同時に生成するように構成されるオートフォーカスシステムを有するデジタルカメラを概略的に示す図である。 本発明の実施形態に従うデジタルカメラの例を示す正面図である。 本発明の実施形態に従うデジタルカメラの例を示す正面図である。 本発明の実施形態に従って、デジタルカメラ用オートフォーカスシステムの構成要素を示すブロック図である。 本発明の実施形態に従って、レーザスポットビーム発光部のパルス出力を制御する回路図である。 本発明の実施形態に従って、デジタルカメラのオートフォーカスを行うために使用される動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に従って、デジタルカメラのオートフォーカスを行うために使用される動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に従って、ぶれの安定化を伴ってデジタルカメラのオートフォーカスを行う方法を実行するために使用される動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に従うデータ処理システムを示すブロック図である。 本発明の実施形態に従って、時間的に連続して撮影された目標被写体のデジタル基準画像を示す図である。 本発明の実施形態に従って、時間的に連続して撮影された目標被写体のスポット画像を示す図である。 本発明の実施形態に従う図１０Ａ及び図１０Ｂに示す基準画像及びスポット画像の差分画像を示す図である。 本発明の実施形態に従って、図１１Ａに示す差分画像内のスポット範囲を大幅に拡大した画像を示す図である。 コントラストに基づく従来のＡＦシステムを使用する目標被写体のデジタル画像を示す図である。 図１２Ａに示す目標被写体と同一の目標被写体のデジタル画像であるが、本発明の実施形態に従って、マルチスポット三角測量ＡＦシステムを用いて撮影されたデジタル画像を示す図である。 本発明の実施形態に従って、明確にするために、右側に示す抜粋して切り離した部分に拡大して示す複数のスポット位置を有するＱＶＧＡ画像を示す図である。 本発明の実施形態に従って、画像位置合わせを用いて単数又は複数のスポット位置を評価するために、画像分析演算をプログラムに従って実行するために使用可能な、ソースコードの一例を示す図である。

Claims (25)

1. 静止画像及び映像のうちの少なくとも一方の記録モードにおいてデジタルカメラをオートフォーカスする方法であって、
   目標被写体に対して、間隔を空けて離れた複数の光スポットを投影するステップと、
   前記投影するステップに応えて、前記複数の光スポットを有する前記目標被写体に関する第１のビューファインダ画像を撮像するステップと、
   前記第１のビューファインダ画像の前記撮像と時間的に近接して、射出された光スポットを有さない目標被写体に関する第２の基準画像を撮像するステップと、
   前記第１のビューファインダ画像内の前記複数の光スポットに関連する位置データを判定するために、前記第１のビューファインダ画像から前記第２の基準画像を減算することによって得られる差分画像を電子的に生成するステップと、
   前記判定された位置データに基づいて、前記デジタルカメラから前記複数の光スポットまでの距離を電子的に算出し、前記算出された距離のうちの最小距離を選択するステップと、
   前記選択された距離に合焦するように、デジタルカメラレンズを自動的に合焦させるステップと、
   を備え、
   前記複数の光スポットは、所定の色成分を持ち、
   前記生成するステップは、前記位置データを判定するために、前記第１のビューファインダ画像の前記所定の色成分の画素値から前記第２の基準画像の前記所定の色成分の画素値を減算することによって得られる前記所定の色成分の画素値に関する差分画像を電子的に生成する
   ことを特徴とする方法。
2. 前記デジタルカメラは、前記第１の画像及び前記第２の画像を、相互に約０．０６７秒未満以内に撮像するように構成される回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記映像の記録モードにおいて、
   連続的に生成されて投影された画像内の光スポットを監視することにより映像記録中にオートフォーカスを行うステップと、
   前記映像記録のスポット画像内の画像データから前記光スポットを電子的に除去し、光スポットを有さない映像記録画像を提供するために前記映像記録中に基準画像における対応するスポット画素位置から画像データにパッチを当てるステップと、
   を更に備え、
   前記基準画像は、前記スポット画像の撮像と時間的に近接して撮像された、射出された光スポットを有さない前記目標被写体の画像である
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記生成するステップは、前記第１のビューファインダ画像内の前記複数の光スポットの領域を前記第２の基準画像の対応する領域と比較するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記投影するステップは、光スペクトルの可視部分にある光源から光を照射するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記撮像するステップは、画像露光時間中に光子を検出することによって信号を積分するように構成されるデジタルカメラセンサを使用して、画像信号を撮像するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記第１の画像を撮像するステップ、及び前記第２の画像を撮像するステップは、同一の露光設定及び同一のホワイトバランス設定を使用して実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. デジタルカメラであって、
   目標被写体に対して、間隔を空けて離れた複数の光スポットを投影するスポットビーム発光部と、
   前記スポットビーム発光部に近接して配置されたデジタルカメラレンズと、
   三角測量オートフォーカスシステムを備え、
   前記三角測量オートフォーカスシステムは、
   前記スポットビーム発光部により前記複数の光スポットを投影し、
   前記投影に応えて、前記複数の光スポットを有する前記目標被写体に関する第１のビューファインダ画像を撮像し、
   前記第１のビューファインダ画像の前記撮像と時間的に近接して、射出された光スポットを有さない目標被写体に関する第２の基準画像を撮像し、
   前記第１のビューファインダ画像内の前記複数の光スポットに関連する位置データを判定するために、前記第１のビューファインダ画像から前記第２の基準画像を減算することによって得られる差分画像を電子的に生成し、
   前記判定された位置データに基づいて、前記デジタルカメラから前記複数の光スポットまでの距離を電子的に算出し、前記算出された距離のうちの最小距離を選択し、
   前記選択された距離に合焦するように、前記デジタルカメラレンズを自動的に合焦させる
   ように構成され、
   前記複数の光スポットは、所定の色成分を持ち、
   前記三角測量オートフォーカスシステムは、前記位置データを判定するために、前記第１のビューファインダ画像の前記所定の色成分の画素値から前記第２の基準画像の前記所定の色成分の画素値を減算することによって得られる前記所定の色成分の画素値に関する差分画像を電子的に生成するように構成される
   ことを特徴とするデジタルカメラ。
9. 移動通信端末を有するポータブル電子通信デバイスの一部を形成することを特徴とする請求項８に記載のデジタルカメラ。
10. 前記投影されるスポットの持続期間及び強度のうちの少なくとも一方を制御するために前記スポットビーム発光部と通信する自動露出制御回路を更に備えることを特徴とする請求項８に記載のデジタルカメラ。
11. 光伝送路内に、前記スポットビーム発光部からの光を平行化するように構成されるコリメーティングレンズを更に備えることを特徴とする請求項８に記載のデジタルカメラ。
12. 前記画像内に複数のスポットを実質的に同時に生成するために、前記スポットビーム発光部から通じている、透明回折格子、円柱レンズ、又はホログラフィック回折格子のうちの１つ以上を更に備えることを特徴とする請求項８に記載のデジタルカメラ。
13. 前記スポットビーム発光部は、約１ミリ秒以下のスポット持続期間を有するスポットビームパルスを用いて動作するように構成されることを特徴とする請求項９に記載のデジタルカメラ。
14. コントラストオートフォーカスシステムを更に備えることを特徴とする請求項９に記載のデジタルカメラ。
15. 前記スポットビーム発光部と通信する光強度制御回路を更に備えることを特徴とする請求項９に記載のデジタルカメラ。
16. 前記スポットビーム発光部は、レーザを更に備え、
    当該デジタルカメラは、パルス制御回路を更に備える
    ことを特徴とする請求項９に記載のデジタルカメラ。
17. 前記スポットビーム発光部は、光スペクトルの可視部分にある光を投影することを特徴とする請求項９に記載のデジタルカメラ。
18. 前記投影されるスポットの持続期間を計時し、且つ目標画像被写体の輝度を監視するために使用される、自動露出制御部を更に備えることを特徴とする請求項９に記載のデジタルカメラ。
19. 当該デジタルカメラを静止画像カメラモード及び映像記録モードで選択的に動作させるように構成される制御回路を更に備え、
    前記制御回路は、前記静止画像モード及び前記映像記録モードの間にスポットビームパルスの射出を制御するように構成され、
    前記制御回路は、前記三角測量オートフォーカスシステムにより前記第１のビューファインダ画像を取得する際以外は前記スポットビームパルスの射出を防止するように構成され、
    前記制御回路は、ユーザに対して出力されるビデオ画像内に光スポットが表れないように、映像記録中に、基準画像からのピクセルデータでスポット画像をパッチするように当該デジタルカメラを制御するように構成され、
    前記基準画像は、前記スポット画像の撮像と時間的に近接して撮像された、射出された光スポットを有さない前記目標被写体の画像である
    ことを特徴とする請求項８に記載のデジタルカメラ。
20. 前記三角測量オートフォーカスシステムは、前記差分画像を電子的に生成するために、前記第１のビューファインダ画像内の前記複数の光スポットの領域を前記第２の基準画像の対応する領域と比較するように更に構成されることを特徴とする請求項８に記載のデジタルカメラ。
21. デジタルカメラ内の三角測量オートフォーカスシステムを動作させるためのコンピュータプログラム製品であって、
    コンピュータ読み取り可能なプログラムコードを内部に格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備え、
    前記コンピュータ読み取り可能なプログラムコードは、
    目標被写体に対して、間隔を空けて離れた複数の光スポットを投影するように、スポットビーム発光部を制御可能に動作させるコンピュータ読み取り可能なプログラムコードと、
    前記投影に応えて、前記複数の光スポットを有する前記目標被写体に関する第１のビューファインダ画像を撮像するコンピュータ読み取り可能なプログラムコードと、
    前記第１のビューファインダ画像の前記撮像と時間的に近接して、射出された光スポットを有さない目標被写体に関する第２の基準画像を撮像するコンピュータ読み取り可能なプログラムコードと、
    前記第１のビューファインダ画像内の前記複数の光スポットに関連する位置データを判定するために、前記第１のビューファインダ画像から前記第２の基準画像を減算することによって得られる差分画像を電子的に生成するコンピュータ読み取り可能なプログラムコードと、
    前記判定された位置データに基づいて、前記デジタルカメラから前記複数の光スポットまでの距離を電子的に算出し、前記算出された距離のうちの最小距離を選択するコンピュータ読み取り可能なプログラムコードと、
    前記選択された距離に合焦するように、デジタルカメラレンズを自動的に合焦させるコンピュータ読み取り可能なプログラムコードと、
    を備え、
    前記複数の光スポットは、所定の色成分を持ち、
    前記第１のビューファインダ画像内の前記複数の光スポットに関連する位置データを判定するために、前記第１のビューファインダ画像の前記所定の色成分の画素値から前記第２の基準画像の前記所定の色成分の画素値を減算することによって得られる前記所定の色成分の画素値に関する差分画像を電子的に生成するコンピュータ読み取り可能なプログラムコードを更に備える
    ことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
22. 前記差分画像を電子的に生成するために、前記第１のビューファインダ画像内の前記複数の光スポットの領域を前記第２の基準画像の対応する領域と比較するコンピュータ読み取り可能なプログラムコードを更に備えることを特徴とする請求項２１に記載のコンピュータプログラム製品。
23. 移動通信端末とオートフォーカスシステムを備えるデジタルカメラとを有するポータブル通信デバイスであって、
    前記オートフォーカスシステムは、
    目標被写体に対して、間隔を空けて離れた複数の光スポットを投影し、
    前記投影に応えて、前記複数の光スポットを有する前記目標被写体に関する第１のビューファインダ画像を撮像し、
    前記第１のビューファインダ画像の前記撮像と時間的に近接して、射出された光スポットを有さない目標被写体に関する第２の基準画像を撮像し、
    前記第１のビューファインダ画像内の前記複数の光スポットに関連する位置データを判定するために、前記第１のビューファインダ画像から前記第２の基準画像を減算することによって得られる差分画像を電子的に生成し、
    前記判定された位置データに基づいて、前記デジタルカメラから前記複数の光スポットまでの距離を電子的に算出し、前記算出された距離のうちの最小距離を選択し、
    前記選択された距離に合焦するように、デジタルカメラレンズを自動的に合焦させる
    ように構成され、
    前記複数の光スポットは、所定の色成分を持ち、
    前記オートフォーカスシステムは、前記位置データを判定するために、前記第１のビューファインダ画像の前記所定の色成分の画素値から前記第２の基準画像の前記所定の色成分の画素値を減算することによって得られる前記所定の色成分の画素値に関する差分画像を電子的に生成するように構成される
    ことを特徴とするポータブル通信デバイス。
24. 前記カメラは、前記第２の基準画像からの対応する画像データを用いて前記第１のビューファインダ画像をパッチした、パッチで補正された画像を表示するように構成されることを特徴とする請求項２３に記載のデバイス。
25. 光スペクトルの可視部分における単色光を含む光スポット発光部を更に備えることを特徴とする請求項２３に記載のデバイス。