JP6282448B2

JP6282448B2 - カメラユニットおよび電子機器

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Publication number: JP6282448B2
Application number: JP2013238219A
Authority: JP
Inventors: 啓介太田; 正幸江澤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2033-11-18
Also published as: JP2015099208A

Description

本発明は、携帯電話機等に搭載されるカメラユニットおよび電子機器に関する。特に、本発明は、撮像素子および焦点調整用光学素子を有しており、撮像素子の出力信号から算出した焦点評価値が最大となるように、焦点調整用光学素子により焦点調整を行うカメラユニット、およびこのカメラユニットを備えた電子機器に関する。

近年、カメラモジュールを備えたカメラユニットは、多種多様な製品に組み込まれている。携帯電話機、ノートパソコン等といった小型の電子機器にカメラユニットを実装する場合、カメラユニット自体の小型化および省電力化が強く要求される。

カメラユニットには、光学系の焦点距離および焦点位置を変化させる焦点調整機能が組み込まれる場合がある。

従来、焦点調整機能としては、撮像素子に集光するレンズユニットを移動させる方式が広く用いられている。このレンズユニットを移動させる方式として、磁力によってレンズユニットを上下に移動させるボイスコイルモータ方式、圧電素子であるピエゾ素子を駆動させることによってレンズユニットを移動させる方式等が挙げられる。

レンズユニットを移動させる方式では、レンズユニットを駆動させる機構が必要であり、この機構の構成が複雑である。また、同方式では、焦点調整のためにレンズユニットを移動させる必要がある。このため、同方式には、焦点調整に時間がかかり、かつ比較的消費電力が大きいという欠点がある。また、同方式によって焦点調整を行うカメラユニットは総じて、耐衝撃性が低くなるという欠点もある。

また、レンズユニットを移動させる方式の場合、撮像素子の出力信号から撮像画像のコントラストに対応する高周波成分を抽出し、この高周波成分が最大となるレンズ位置にレンズユニットを移動させる原理が知られている。この原理は山登りＡＦ（Auto Focus）と呼ばれており、特に、この高周波成分は一般に焦点評価値と呼ばれている。

具体的に、山登りＡＦでは、レンズユニットを、その駆動領域内の全域に徐々に移動させ、それぞれのレンズ位置について焦点評価値を取得する。換言すれば、レンズユニットを最も被写体側の位置（無限遠位置）から最も撮像素子側の位置（マクロ位置）まで移動させる。そして、取得した各焦点評価値から最大のものを選択し、その最大の焦点評価値が得られるレンズ位置に、レンズユニットを移動させる。

山登りＡＦでは、レンズユニットの移動可能範囲全体に亘って、一定の間隔毎に焦点評価値を取得する必要がある。このため、最良の焦点位置の探索精度を高めるためには、該一定の間隔をより小さくする必要がある。該一定の間隔を小さくすると、焦点評価値の総取得時間が長くなり、最良の焦点位置の探索に長い時間を要するという欠点がある。

ところで、近年、カメラユニットの焦点調整機能として、レンズユニットの上部または内部に設けた焦点調整用光学素子を駆動させる方式が注目されている。

特許文献１には、屈折率を変化させることにより焦点位置を調整することが可能な液晶光学素子が開示されている。この液晶光学素子は、液晶光学素子に印加する駆動電圧を変化させることによって、液晶光学素子内の屈折率分布が変化し、可変焦点レンズとして機能する。

特許文献２には、液体レンズの具体的な構成が開示されている。

特許文献３には、第１の層とポリマー層とから構成され、第１の層に配置された圧電素子に電圧が印加されることで第１の層およびポリマー層の形状を変化させ、該形状の変化によって屈折率を変化させることにより、焦点位置を調整する可変焦点レンズが開示されている。

特許文献１〜３に開示されているレンズは一般に、固定焦点のカメラユニットのレンズバレル上面に配置される。該レンズに電圧を印加し、該レンズの屈折率を変化させることによって、カメラユニットとしての焦点位置を調整することができる。これにより、カメラユニットに、可変焦点の機能を持たせることができる。

特許文献１〜３に開示されているレンズを焦点調整用光学素子として用いることにより、最良の焦点位置の探索に要する時間を短縮することが可能となる。なぜなら、焦点調整用光学素子を物理的に移動させる必要はないので、光学素子（レンズ）の移動が不要となるためである。

特開２００６−１４５９５７号公報（２００６年６月８日公開）特表２００９−５２５５０１号公報（２００９年７月９日公表）特許第５２４４８０６号公報（２０１３年７月２４日発行）

しかしながら、特許文献１〜３には、焦点評価値が最大となる焦点調整用光学素子の屈折率を探索する原理についての言及がない。焦点評価値が最大となる焦点調整用光学素子の屈折率を探索する時間を短縮することで、最良の焦点位置の探索に要する時間をさらに短縮する余地がある。

本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、最良の焦点位置の探索に要する時間をさらに短縮することを可能とするカメラユニットおよび電子機器を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るカメラユニットは、１枚または複数枚のレンズを含むレンズ部と、焦点位置が調整可能である焦点調整用光学素子とを有しており、入射された光を集光する光学素子部と、上記光学素子部により集光された光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する撮像素子とを備えているカメラユニットであって、上記光学素子部の焦点位置として設定可能な合焦可能範囲を、被写体側の領域である無限遠側領域と、上記焦点調整用光学素子側の領域であるマクロ側領域とに分割し、該無限遠側領域内および該マクロ側領域内のそれぞれに上記光学素子部の焦点位置を設定する特定位置合焦部と、上記特定位置合焦部が上記光学素子部の焦点位置を上記無限遠側領域内に設定したときの、上記撮像素子の出力信号から得られた撮像画像のコントラストに対応する高周波成分である焦点評価値と、上記特定位置合焦部が上記光学素子部の焦点位置を上記マクロ側領域内に設定したときの上記焦点評価値とを比較する焦点評価値比較部とを備えており、上記合焦可能範囲は、上記焦点評価値比較部により比較された各焦点評価値のうち大きいほうに対応する、上記無限遠側領域と上記マクロ側領域とのいずれか一方へと更新され、上記カメラユニットは、上記更新後の合焦可能範囲にて、上記焦点評価値が最大となるように、上記光学素子部の焦点位置を設定する合焦部を更に備えていることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、最良の焦点位置の探索に要する時間をさらに短縮することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るカメラユニットの概略構成を示すブロック図である。上記カメラユニットの俯瞰図である。光学素子部の焦点位置と焦点評価値との関係の一例を示すグラフである。１次無限遠側領域と１次マクロ側領域との分割の一例を示すグラフである。２次無限遠側領域と２次マクロ側領域との分割の一例を示すグラフである。３次無限遠側領域と３次マクロ側領域との分割の一例を示すグラフである。本発明の実施の形態に係る焦点探索方法と従来技術に係る焦点探索方法との性能を比較するグラフである。

〔発明の要旨〕
本発明に係るカメラユニットは、被写体を撮像素子に結像するための１枚または複数枚のレンズと、光学素子部の光軸上の焦点位置を調整する焦点調整用光学素子とを備えている。焦点調整用光学素子は、レンズの上部または少なくとも１枚のレンズの内部に配置されている。焦点調整用光学素子を備えたカメラユニットは、各レンズの位置を移動させることなく、焦点調整用光学素子の屈折率を変更することにより、光学素子部の焦点位置を変更することが可能である。従って、従来のボイスコイルモータ方式およびピエゾ素子を用いた方式に比べ、十分高速に、カメラユニットとしての最良の焦点位置を探索することができる。この利点を用いて、焦点評価値を用いて光学素子部の焦点位置を設定する際の、従来の山登りＡＦに替わる新規の技術（２点焦点評価値比較法）を提案する。この技術により、最良の焦点位置の探索に要する時間をさらに短縮することが可能となる。

山登りＡＦでは、最良の焦点位置を探索する際、各レンズ（レンズユニット）を最も被写体側の位置（無限遠位置）から最も撮像素子側の位置（マクロ位置）まで移動させ、移動範囲内において一定の間隔毎に焦点評価値を取得する。一方、焦点調整用光学素子を用いた場合、光学素子部の焦点位置を高速移動させることができるため、山登りＡＦより高速な、最良の焦点位置の探索を実現することができる。

光学素子部の焦点位置として設定可能な位置の範囲を示す合焦可能範囲を、被写体側と焦点調整用光学素子側（撮像素子側）とに分割し、各側の特定位置にて焦点評価値を取得する。そして、各側の特定位置にて取得した焦点評価値を比較し、大きいほうの焦点評価値に対応する側のみを新たな合焦可能範囲とするように、合焦可能範囲を更新する。さらに、更新後の合焦可能範囲に対して、上記と同様の要領にて合焦可能範囲を更新する。該合焦可能範囲の更新を繰り返し、光学素子部の焦点位置として設定可能な位置の範囲を十分狭めた後、探索を行うことによって、探索時間を大幅に短縮することができる。

〔実施の形態〕
図１は、本実施の形態に係るカメラユニット１の概略構成を示すブロック図である。

図２は、カメラユニット１の俯瞰図である。

カメラユニット１は、被写体２を撮像する機能を有している、ＡＦカメラユニットである。

図１に示すとおり、カメラユニット１は、カメラモジュール１０、アナログフロントエンド１４、カメラ信号処理部１５、記録メディア１６、表示部１７、ＡＦ評価値演算回路１８、システムコントローラ１９、およびＡＦユニット制御ドライバ（合焦部）２０を備えている。

また、カメラモジュール１０は、焦点調整用ＡＦユニット（焦点調整用光学素子）１１、レンズユニット（レンズ部）１２、および固体撮像素子（撮像素子）１３を備えている。焦点調整用ＡＦユニット１１およびレンズユニット１２は、カメラユニット１の光学素子部３を構成している。

また、システムコントローラ１９は、合焦位置特定部（合焦部）４、中心位置合焦部（特定位置合焦部）５、および焦点評価値比較部６を備えている。

なお、アナログフロントエンド１４は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路、ＡＧＣ（自動利得制御）回路、およびＡＤＣ（アナログ−デジタル変換）回路を備えている。

図２に示すとおり、カメラユニット１は、焦点調整用ＡＦユニット１１、ホルダー２２、基板２３、および電極２４を備えた構造である。

カメラユニット１において、レンズユニット１２は、ホルダー２２の内部に配置されており、複数枚のレンズからなっている。レンズユニット１２（レンズユニット１２を構成する各レンズ）は、カメラユニット１に相対的に固定されている。なお、複数枚のレンズからなるレンズユニット１２の代わりに、１枚のレンズを用いてもよい。

固体撮像素子１３は、基板２３の上面に配置される。

焦点調整用ＡＦユニット１１は、電極２４により基板２３と電気的に接続され、電極２４から電圧が供給される。電極２４から焦点調整用ＡＦユニット１１に供給される電圧を制御することによって、焦点調整用ＡＦユニット１１の屈折率を調整し、焦点調整用ＡＦユニット１１の焦点位置を制御することが可能である。つまり、焦点調整用ＡＦユニット１１は、カメラユニット１に相対的に固定されているが、焦点位置が調整可能である。

以下、焦点調整用ＡＦユニット１１およびレンズユニット１２の総称を、光学素子部３とする。

被写体２からの光は、光学素子部３に入射される。光学素子部３は、入射された光を集光する。

固体撮像素子１３は、光学素子部３により集光された光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する。固体撮像素子１３は、集積回路化された光電変換素子であり、主にＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）型、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）型等が挙げられる。被写体２の像が固体撮像素子１３上に結像され、結像された像の光の強弱に応じて、固体撮像素子１３の画素毎に信号電荷が蓄積される。

固体撮像素子１３の各画素に蓄積された信号電荷は、映像出力信号として、アナログフロントエンド１４に入力される。アナログフロントエンド１４は、入力された信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。

アナログフロントエンド１４から出力されたデジタル信号は、カメラ信号処理部１５に入力される。カメラ信号処理部１５は、入力された信号に対して各種の信号処理を行い、この信号を予め指定された形式の画像データに変換する。該画像データは、記録メディア１６に保存される。また、カメラユニット１では、該画像データに基づいて、画像として被写体２の像を表示部１７に表示させることも可能である。

また、アナログフロントエンド１４から出力されたデジタル信号は、ＡＦ評価値演算回路１８に入力される。ＡＦ評価値演算回路１８は、入力されたデジタル信号から、カメラユニット１の撮像画像のコントラストに対応する高周波成分を抽出する。この抽出した高周波成分は、焦点評価値であり、被写体２に対する光学素子部３の焦点位置の良し悪しの指標となる。すなわち、焦点評価値が大きい程、光学素子部３のピントが被写体２に対して高精度に合っており、光学素子部３の焦点位置がより相応しい位置にあると言える。焦点評価値は、固体撮像素子１３の出力信号から得られたものであると言える。

ＡＦ評価値演算回路１８にて得られた焦点評価値は、システムコントローラ１９に取り込まれる。ここからは、システムコントローラ１９の動作について説明する。

合焦位置特定部４は、焦点調整用ＡＦユニット１１の焦点位置を調整し、焦点評価値が最大となるように、光学素子部３の焦点位置を設定する。合焦位置特定部４は、ＡＦ評価値演算回路１８にて得られた複数の（すなわち、光学素子部３の焦点位置の複数ポイントから得られた）焦点評価値から最大のものを選択し、選択した焦点評価値に対応する光学素子部３の焦点位置を特定する。そして、合焦位置特定部４は、この特定した焦点位置を示す信号をＡＦユニット制御ドライバ２０に供給する。

なお、ＡＦユニット制御ドライバ２０は、合焦位置特定部４から供給された上記特定した焦点位置を示す信号を電圧に変換し、焦点調整用ＡＦユニット１１に供給する。焦点調整用ＡＦユニット１１は、ＡＦユニット制御ドライバ２０から供給された電圧値に応じて屈折率が変化し、焦点位置が変化する。

中心位置合焦部５は、光学素子部３の焦点位置として設定可能な位置の範囲を示す合焦可能範囲を、無限遠側領域とマクロ側領域とに分割する。ここで、無限遠側領域とは、合焦可能範囲内であって、最も被写体２側の位置から所定位置までの領域である。一方、マクロ側領域とは、合焦可能範囲内であって、該所定位置から最も焦点調整用ＡＦユニット１１側（すなわち、固体撮像素子１３側）の位置までの領域である。ここで、該所定位置の一例としては、最も被写体２側の位置と最も焦点調整用ＡＦユニット１１側の位置との中間が挙げられるが、これに限定されない。

さらに、中心位置合焦部５は、無限遠側領域の中心位置（特定位置）とマクロ側領域の中心位置（特定位置）とのそれぞれに光学素子部３の焦点位置を設定する。すなわち、中心位置合焦部５は、光学素子部３の焦点位置が無限遠側領域の中心位置であることを示す信号と、光学素子部３の焦点位置がマクロ側領域の中心位置であることを示す信号とを、逐次ＡＦユニット制御ドライバ２０に供給する。このとき、ＡＦユニット制御ドライバ２０は、中心位置合焦部５から供給された上記の各信号を電圧に変換し、焦点調整用ＡＦユニット１１に供給する。

焦点評価値比較部６は、中心位置合焦部５が光学素子部３の焦点位置を無限遠側領域の中心位置に設定したときの焦点評価値と、中心位置合焦部５が光学素子部３の焦点位置をマクロ側領域の中心位置に設定したときの焦点評価値とを比較する。換言すれば、焦点評価値比較部６は、光学素子部３の焦点位置が無限遠側領域の中心位置であるときの焦点評価値と、光学素子部３の焦点位置がマクロ側領域の中心位置であるときの焦点評価値とを比較する。ＡＦ評価値演算回路１８から、これらの各焦点評価値を取得すれば、焦点評価値比較部６による比較は容易である。

また、合焦位置特定部４はさらに、焦点評価値比較部６により比較された各焦点評価値のうち大きいほうに対応する、無限遠側領域とマクロ側領域とのいずれか一方のみを新たな合焦可能範囲とするように、合焦可能範囲を更新する。

つまり、焦点評価値比較部６による比較の結果、光学素子部３の焦点位置を無限遠側領域の中心位置に設定したときの焦点評価値のほうが大きければ、合焦可能範囲は、無限遠側領域およびマクロ側領域から無限遠側領域のみへと更新される。すなわち、このとき、合焦位置特定部４は、無限遠側領域内においては上述した光学素子部３の焦点位置の特定を行うが、マクロ側領域内においてはこの特定を行わない。

反対に、焦点評価値比較部６による比較の結果、光学素子部３の焦点位置をマクロ側領域の中心位置に設定したときの焦点評価値のほうが大きければ、合焦可能範囲は、無限遠側領域およびマクロ側領域からマクロ側領域のみへと更新される。すなわち、このとき、合焦位置特定部４は、マクロ側領域内においては上述した光学素子部３の焦点位置の特定を行うが、無限遠側領域内においてはこの特定を行わない。

〔合焦可能範囲の更新の詳細〕
図３は、光学素子部３の焦点位置と焦点評価値との関係の一例を示すグラフである。

図３に示すグラフにおいて、横軸は光学素子部３の焦点位置を示しており、縦軸は焦点評価値を示している。図中infは、無限遠側を示しており、無限遠側は被写体２側に相当するものとする。図中macroは、マクロ側を示しており、マクロ側は焦点調整用ＡＦユニット１１側に相当するものとする。

図３中「エリア０」は、光学素子部３における初期の合焦可能範囲、すなわち、合焦可能範囲の更新による制限が何ら与えられていない合焦可能範囲である。「エリア０」は例えば、カメラユニット１に設けられた状態の光学素子部３がとり得る全ての焦点位置の範囲に等しい。

図３に示すグラフにおいて、Ｐ１〜Ｐ１５は「エリア０」内におけるサンプリング点を示している。なお、サンプリング点Ｐ１〜Ｐ１５は好ましくは、「エリア０」内において一定の間隔に設定されている。一方、図３に示すグラフにおいて、Ｆ１〜Ｆ１５は、それぞれ、サンプリング点Ｐ１〜Ｐ１５における焦点評価値を示している。

図３に示す例では、サンプリング点Ｐ９における焦点評価値Ｆ９が最大となっている。つまり、このときの光学素子部３の最良の焦点位置（合焦位置）はサンプリング点Ｐ９であり、このサンプリング点Ｐ９に光学素子部３の実際の焦点位置を設定する。

図４は、１次無限遠側領域と１次マクロ側領域との分割の一例を示すグラフである。

なお、本願明細書において“ｎ次（ただしｎは自然数）”とは、中心位置合焦部５および焦点評価値比較部６が、上述した一連の動作（上記の各動作）をｎ回行うことを示している。

まず、中心位置合焦部５は、初期の合焦可能範囲「エリア０」を、１次無限遠側領域「エリア１」と１次マクロ側領域「エリア２」とに分割する。そして、中心位置合焦部５により、「エリア１」の中心位置に相当するサンプリング点Ｐ４と、「エリア２」の中心位置に相当するサンプリング点Ｐ１２とに、光学素子部３の焦点位置を設定する。

焦点評価値比較部６は、サンプリング点Ｐ４の焦点評価値Ｆ４と、サンプリング点Ｐ１２の焦点評価値Ｆ１２とを比較する。図４に示すグラフから明らかであるとおり、焦点評価値Ｆ４より焦点評価値Ｆ１２のほうが大きい。

上記焦点評価値比較部６による比較結果を受け、合焦位置特定部４は、焦点評価値Ｆ１２が得られるサンプリング点Ｐ１２を含む領域、すなわち「エリア２」のみを、「エリア０」に替わる新たな合焦可能範囲とする。これは、合焦位置特定部４が、焦点評価値Ｆ１２に対応する「エリア２」のみを新たな合焦可能範囲とするように、合焦可能範囲を更新することであると解釈することができる。

「エリア２」は、１次合焦可能範囲、すなわち、合焦可能範囲が１回更新された後の合焦可能範囲である。

図５は、２次無限遠側領域と２次マクロ側領域との分割の一例を示すグラフである。

中心位置合焦部５は、１次合焦可能範囲「エリア２」を、２次無限遠側領域「エリア３」と２次マクロ側領域「エリア４」とに分割する。そして、中心位置合焦部５により、「エリア３」の中心位置に相当するサンプリング点Ｐ１０と、「エリア４」の中心位置に相当するサンプリング点Ｐ１４とに、光学素子部３の焦点位置を設定する。

焦点評価値比較部６は、サンプリング点Ｐ１０の焦点評価値Ｆ１０と、サンプリング点Ｐ１４の焦点評価値Ｆ１４とを比較する。図５に示すグラフから明らかであるとおり、焦点評価値Ｆ１４より焦点評価値Ｆ１０のほうが大きい。

上記焦点評価値比較部６による比較結果を受け、合焦位置特定部４は、焦点評価値Ｆ１０が得られるサンプリング点Ｐ１０を含む領域、すなわち「エリア３」のみを、「エリア２」に替わる新たな合焦可能範囲とする。これは、合焦位置特定部４が、焦点評価値Ｆ１０に対応する「エリア３」のみを新たな合焦可能範囲とするように、合焦可能範囲を更新することであると解釈することができる。

「エリア３」は、２次合焦可能範囲、すなわち、合焦可能範囲が２回更新された後の合焦可能範囲である。

図６は、３次無限遠側領域と３次マクロ側領域との分割の一例を示すグラフである。

中心位置合焦部５は、２次合焦可能範囲「エリア３」を、３次無限遠側領域「エリア５」と３次マクロ側領域「エリア６」とに分割する。そして、中心位置合焦部５により、「エリア５」の中心位置に相当するサンプリング点Ｐ９と、「エリア６」の中心位置に相当するサンプリング点Ｐ１１とに、光学素子部３の焦点位置を設定する。

焦点評価値比較部６は、サンプリング点Ｐ９の焦点評価値Ｆ９と、サンプリング点Ｐ１１の焦点評価値Ｆ１１とを比較する。図６に示すグラフから明らかであるとおり、焦点評価値Ｆ１１より焦点評価値Ｆ９のほうが大きい。

上記焦点評価値比較部６による比較結果を受け、合焦位置特定部４は、焦点評価値Ｆ９が得られるサンプリング点Ｐ９を含む領域、すなわち「エリア５」のみを、「エリア３」に替わる新たな合焦可能範囲とする。これは、合焦位置特定部４が、焦点評価値Ｆ９に対応する「エリア５」のみを新たな合焦可能範囲とするように、合焦可能範囲を更新することであると解釈することができる。

「エリア５」は、３次合焦可能範囲、すなわち、合焦可能範囲が３回更新された後の合焦可能範囲である。「エリア５」は、「エリア０」に比べて大幅に狭い領域である。かつ、「エリア５」は、焦点評価値Ｆ１〜Ｆ１５のうち最大である焦点評価値Ｆ９が得られるサンプリング点Ｐ９を含んでいる。「エリア５」のみで光学素子部３の最良の焦点位置（合焦位置）を探索することにより、「エリア０」全体で同探索を行う場合に比べ、探索時間を大幅に短縮することができる。

図３〜図６を参照して説明したとおり、中心位置合焦部５および焦点評価値比較部６が、各動作（特定位置合焦部による光学素子部の焦点位置の設定、および、焦点評価値比較部による焦点評価値の比較）を複数回行い、合焦位置特定部４は、中心位置合焦部５および焦点評価値比較部６が１回動作する度に、新たな合焦可能範囲を設定するのが好ましい。

特に、サンプリング点Ｐ１〜Ｐ１５のうちサンプリング点Ｐ９のみが含まれるように「エリア５」が設定されれば、もはや光学素子部３の最良の焦点位置（合焦位置）はサンプリング点Ｐ９であることは明らかとなる。この場合、焦点評価値の取得数は、焦点評価値Ｆ４、Ｆ９、Ｆ１０、Ｆ１１、Ｆ１２、およびＦ１４の計６点となり、同分解能にて焦点評価値Ｆ１〜Ｆ１５を全て取得する場合の４０％となる。

合焦可能範囲をＬ、探索時の分解能をｒ、焦点評価値の取得数をｍとする。全てのサンプリング点にて焦点評価値を取得する方式では、
ｍ＝Ｌ／ｒ
となる。

一方、図３〜図６に示す方式では、
ｒ＝Ｌ／２^ｍ
ｍ＝ｌｏｇ_２（Ｌ／ｒ）
となる。

例として、合焦可能範囲Ｌ＝３メートル、探索時の分解能ｒ＝０．０５メートルの場合を考える。全てのサンプリング点にて焦点評価値を取得する方式では、
ｍ＝３／０．０５＝６０
となり、焦点評価値の取得数が６０となる。

一方、図３〜図６に示す方式では、
ｍ＝ｌｏｇ_２（３／０．０５）＝５．９０
となり、焦点評価値の取得数が最小で６となる。図３〜図６に示す方式における焦点評価値の取得数は、全てのサンプリング点にて焦点評価値を取得する方式における焦点評価値の取得数の１０％となる。

図７は、実施の形態に係る焦点探索方法と従来技術に係る焦点探索方法との性能を比較するグラフである。前者は、カメラユニット１の焦点探索方法、すなわち、図３〜図６に示す方式である。後者は、従来のカメラユニットの焦点探索方法、すなわち、全てのサンプリング点にて焦点評価値を取得する方式である。

図７には、合焦可能範囲が３メートルである場合の結果を示している。図７に示すグラフにおいて、横軸は探索時の分解能を示しており、縦軸は最小の焦点評価値の取得数を示している。

従来のカメラユニットの焦点探索方法では、探索時の分解能が小さくなると、探索時の分解能と反比例の関係となるように、焦点評価値の取得数が大きくなる。探索時の分解能が０．１メートルである場合、焦点評価値の取得数は３０となり、探索時の分解能が０．０１メートルである場合、焦点評価値の取得数は３００となる。

一方、カメラユニット１の焦点探索方法では、探索時の分解能が０．１メートルである場合、焦点評価値の取得数は１２となり、探索時の分解能が０．０１メートルである場合、焦点評価値の取得数は１５となる。探索時の分解能が０．０１メートルである場合、カメラユニット１の焦点探索方法における焦点評価値の取得数は、従来のカメラユニットの焦点探索方法の５％にまで削減することができる。カメラユニット１の焦点探索方法は、探索時の分解能が小さい程、焦点評価値の取得数の削減効果が大きい。

カメラユニット１は、焦点位置の探索速度が速いので、高速なＡＦ機能を有していると言える。

〔付記事項〕
カメラユニット１に係る所定位置、すなわち、合焦可能範囲を無限遠側領域とマクロ側領域とに分割する位置は、最も被写体２側の位置と最も焦点調整用ＡＦユニット１１側の位置との中間に限定されない。すなわち、該所定位置は、合焦可能範囲内であり、かつ、無限遠側領域およびマクロ側領域の両方がサンプリング点Ｐ１〜Ｐ１５の少なくとも１つを有していれば、いずれの位置であってもよい。

上述した実施の形態では、無限遠側領域の中心位置で焦点評価値を取得する例を示したが、無限遠側領域内の該中心位置を外れた位置で焦点評価値を取得してもよい。同様に、上述した実施の形態では、マクロ側領域の中心位置で焦点評価値を取得する例を示したが、マクロ側領域内の該中心位置を外れた位置で焦点評価値を取得してもよい。これは、中心位置合焦部５が設定する光学素子部３の焦点位置は、無限遠側領域内の任意の１箇所およびマクロ側領域内の任意の１箇所でさえあればよいということを示している。ただし、無限遠側領域にて焦点評価値を取得する条件と、マクロ側領域にて焦点評価値を取得する条件とをできるだけ同じにするため、無限遠側領域およびマクロ側領域の両方において、その中心位置の焦点評価値を取得するのが好ましい。

カメラユニット１の焦点調整用ＡＦユニット１１は、レンズユニット１２の上部に配置されていてもよいし、レンズユニット１２を構成するレンズのうち１枚の内部に配置されていてもよい。

カメラユニット１を備えた電子機器も、本発明の範疇に含まれる。該電子機器としては、デジタルカメラ、携帯電話機、スマートフォン、ノート型ＰＣ、タブレット端末、電子書籍リーダー、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、またはテレビジョン等が挙げられる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るカメラユニットは、１枚または複数枚のレンズを含むレンズ部（レンズユニット１２）と、焦点位置が調整可能である焦点調整用光学素子（焦点調整用ＡＦユニット１１）とを有しており、入射された光を集光する光学素子部と、上記光学素子部により集光された光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する撮像素子（固体撮像素子１３）とを備えているカメラユニットであって、上記撮像素子の出力信号から得られた撮像画像のコントラストに対応する高周波成分である焦点評価値が最大となるように、上記光学素子部の焦点位置を設定する合焦部（合焦位置特定部４およびＡＦユニット制御ドライバ２０）と、上記合焦部が上記光学素子部の焦点位置として設定可能な合焦可能範囲を、被写体側の領域である無限遠側領域と、上記焦点調整用光学素子側の領域であるマクロ側領域とに分割し、該無限遠側領域内および該マクロ側領域内のそれぞれに上記光学素子部の焦点位置を設定する特定位置合焦部（中心位置合焦部５）と、上記特定位置合焦部が上記光学素子部の焦点位置を上記無限遠側領域内に設定したときの上記焦点評価値と、上記特定位置合焦部が上記光学素子部の焦点位置を上記マクロ側領域内に設定したときの上記焦点評価値とを比較する焦点評価値比較部とを備えており、上記合焦可能範囲は、上記焦点評価値比較部により比較された各焦点評価値のうち大きいほうに対応する、上記無限遠側領域と上記マクロ側領域とのいずれか一方へと更新される。

上記の構成によれば、光学素子部の焦点位置として設定可能な位置の範囲を狭めた後、探索を行うことによって、探索時間を短縮することができる。

本発明の態様２に係るカメラユニットは、上記態様１において、上記合焦可能範囲は、上記特定位置合焦部による上記光学素子部の焦点位置の設定、および、上記焦点評価値比較部による上記焦点評価値の比較が行われる度に更新される。

上記の構成によれば、合焦可能範囲の更新を繰り返すことにより光学素子部の焦点位置として設定可能な位置の範囲を十分狭めた後、探索を行うことによって、探索時間を大幅に短縮することができる。

本発明の態様３に係るカメラユニットは、上記態様１または２において、上記焦点調整用光学素子は、上記レンズ部の上部に配置されている。

本発明の態様４に係るカメラユニットは、上記態様１または２において、上記焦点調整用光学素子は、上記１枚のレンズの内部、または上記複数枚のレンズのいずれかの内部に配置されている。

本発明の態様５に係るカメラユニットは、上記態様１から４のいずれかにおいて、上記合焦部は、上記焦点調整用光学素子に供給する電圧を制御することによって、上記焦点調整用光学素子の焦点位置を調整する。

本発明の態様６に係る電子機器は、上記態様１から５のいずれかのカメラユニットを備えている。

上記の構成によれば、上記態様１から５のいずれかのカメラユニットと同様の効果を奏する。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、携帯電話機等に搭載されるカメラユニットおよび電子機器に利用することができる。特に、本発明は、撮像素子および焦点調整用光学素子を有しており、撮像素子の出力信号から算出した焦点評価値が最大となるように、焦点調整用光学素子により焦点調整を行うカメラユニット、およびこのカメラユニットを備えた電子機器に利用することができる。

１カメラユニット
２被写体
３光学素子部
４合焦位置特定部（合焦部）
５中心位置合焦部（特定位置合焦部）
６焦点評価値比較部
１０カメラモジュール
１１焦点調整用ＡＦユニット（焦点調整用光学素子）
１２レンズユニット（レンズ部）
１３固体撮像素子（撮像素子）
１４アナログフロントエンド
１５カメラ信号処理部
１６記録メディア
１７表示部
１８ＡＦ評価値演算回路
１９システムコントローラ
２０ＡＦユニット制御ドライバ（合焦部）
Ｆ１〜Ｆ１５焦点評価値
Ｐ１〜Ｐ１５サンプリング点

Claims

１枚または複数枚のレンズを含むレンズ部と、焦点位置が調整可能である焦点調整用光学素子とを有しており、入射された光を集光する光学素子部と、
上記光学素子部により集光された光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する撮像素子とを備えているカメラユニットであって、
上記光学素子部の焦点位置として設定可能な合焦可能範囲を、被写体側の領域である無限遠側領域と、上記焦点調整用光学素子側の領域であるマクロ側領域とに分割し、該無限遠側領域内および該マクロ側領域内のそれぞれに上記光学素子部の焦点位置を設定する特定位置合焦部と、
上記特定位置合焦部が上記光学素子部の焦点位置を上記無限遠側領域内に設定したときの、上記撮像素子の出力信号から得られた撮像画像のコントラストに対応する高周波成分である焦点評価値と、上記特定位置合焦部が上記光学素子部の焦点位置を上記マクロ側領域内に設定したときの上記焦点評価値とを比較する焦点評価値比較部とを備えており、
上記合焦可能範囲は、上記焦点評価値比較部により比較された各焦点評価値のうち大きいほうに対応する、上記無限遠側領域と上記マクロ側領域とのいずれか一方へと更新され、
上記カメラユニットは、上記更新後の合焦可能範囲にて、上記焦点評価値が最大となるように、上記光学素子部の焦点位置を設定する合焦部を更に備えていることを特徴とするカメラユニット。
上記合焦可能範囲は、上記特定位置合焦部による上記光学素子部の焦点位置の設定、および、上記焦点評価値比較部による上記焦点評価値の比較が行われる度に更新されることを特徴とする請求項１に記載のカメラユニット。
上記焦点調整用光学素子は、上記レンズ部の上部に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のカメラユニット。
上記焦点調整用光学素子は、上記１枚のレンズの内部、または上記複数枚のレンズのいずれかの内部に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のカメラユニット。
請求項１から４のいずれか１項に記載のカメラユニットを備えていることを特徴とする電子機器。