JPH10341372A - 自動合焦点装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単な方法で、レンズの位置がどこに
あっても短時間でレンズのフォーカス位置を算出し、短
時間でレンズまたは撮像素子をフォーカス位置に移動さ
せることの可能な自動合焦点装置の実現を課題とする。 【解決手段】 光学レンズ２と光学レンズ２によって結
像された被写体像をアナログ画像信号に変換する撮像素
子１を有し、撮像時には撮像素子１の撮像面が光軸に対
し垂直にし、フォーカス動作時には撮像面を光軸に対し
て撮像面上の中心線３の回りに傾けるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動合焦点装置に
関し、特にデジタル電子スチルカメラに用いられる自動
合焦点装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的なデジタル電子スチルカメ
ラにおいては、図９に示すように光学レンズ１０２を通
し、撮像素子１０１によって得られた画像信号をアナロ
グ信号処理回路１０４でアナログ信号処理し、Ａ／Ｄ変
換器１０５によってデジタル画像信号に変換し、以後は
ディジタル信号処理回路１０６でデジタル処理して最終
的な各種の信号処理が行われる。この信号処理結果に従
ってオートフォーカス処理が行われ光学レンズ１０２
（または撮像素子１０１）を駆動するモータ１０３にフ
イードバックされる。

【０００３】従来の一般的なオートフォーカス処理で
は、画像信号の高周波成分が最大のとき合焦という考え
方に基づき（図１０）、画像信号のコントラスト成分よ
り得られる評価値が最大になるようオートフォーカスレ
ンズを駆動することによりオートフォーカスを実現して
いる。

【０００４】ここで、従来のオートフォーカスでは、図
１１に示すよう山登りサーボという方法によりレンズを
動かしているため、レンズを少し動かすたび評価値を測
定し、確実に山を越えたと判断されたときに山の頂点
（合焦）に相当するレンズ位置にレンズを戻すというこ
とを行っているので、ジャストフォーカスするまでの時
間が長くなっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、従来の
自動合焦点装置では山登りサーボによって合焦を図り、
レンズの評価値を測定し、確実に山を越えたと判断され
たときに山の頂点（合焦）にレンズを戻す操作を行うた
め、合焦するまでの時間が長くなっていた。

【０００６】本発明はこの点を解決して、比較的簡単な
方法で、レンズの位置がどこにあっても短時間でレンズ
のフォーカス位置を算出し、短時間でレンズ（または撮
像素子）をフォーカス位置に移動させることの可能な自
動合焦点装置の実現を課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１の発明は、被写体からの反射光を
結像する光学レンズと、この光学レンズによって結像さ
れた被写体像をアナログ画像信号に変換する撮像素子を
備えた撮像手段と、前記アナログ画像信号を処理するア
ナログ信号処理手段と、前記アナログ画像信号をデジタ
ル画像信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
このアナログ／デジタル変換手段が変換したデジタル画
像信号を処理するデジタル信号処理手段と、このデジタ
ル信号処理手段がデジタル信号処理したフォーカス情報
を前記光学レンズまたは前記撮像素子のいずれかを駆動
する駆動モーターにフイードバックするフイードバック
手段を備えたデジタル電子スチルカメラ用の自動合焦点
装置において、前記撮像素子の撮像面を撮像時には光軸
に対して垂直にし、フォーカス動作時には光軸に対し垂
直の位置から傾ける撮像素子傾斜手段を具備することを
特徴とする。

【０００８】また、本発明の請求項２の発明は、請求項
１の発明において、前記撮像素子傾斜手段が前記撮像素
子を傾ける傾斜の回転中心線が前記撮像素子の撮像面の
撮像エリア中心線と同一であることを特徴とする。

【０００９】また、本発明の請求項３の発明は、請求項
１または請求項２の発明において、フォーカス動作時に
フオーカシングエリアを指定し、そのエリアを複数の評
価エリアに分割し、この複数の評価エリアの内の合焦し
ている評価エリアの中心線を算出し、この合焦している
評価エリアの中心線を前記撮像素子の撮像面の撮像エリ
ア中心線と一致するように前記光学レンズあるいは前記
撮像素子を光軸方向に動かすことを特徴とする。

【００１０】また、本発明の請求項４の発明は、請求項
３の発明において、前記合焦している評価エリアの中心
線と前記撮像素子の撮像面の撮像エリア中心線の中心線
間の距離と、前記光学レンズあるいは前記撮像素子の移
動量の関係をあらかじめ対照した距離・移動量テーブル
を具備することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる自動合焦点
装置を添付図面を参照にして詳細に説明する。図１は本
発明の説明図である。光学レンズ２は図を簡単にするた
め１枚のレンズで示しており、フォーカスも図を簡単に
するためこのレンズ２が矢印方向に動く事で行われるよ
うに示してある（もちろんレンズは固定で撮像素子を光
学軸方向に動かしても差支えない）。

【００１２】撮像光学情報は図の左方向から入射し、レ
ンズ２を通して撮像素子１で結像する。撮像素子１は、
撮像時は点線で示す（１ａ）のように光軸に対し撮像面
が垂直になっているが、フォーカス動作時には実線で示
すように光軸に対し撮像面が垂直ではなく一定角度だけ
傾いた状態（１）になっている。すなわち、撮像面上の
中心線３を中心に角度θだけ回転した形になっている。

【００１３】フォーカス動作時の撮像素子１で受けた画
像状態の例を図２に示す。なお、図２ではわかりやすく
するためフォーカスシング領域内（全撮像領域のうち中
心付近の領域）を短冊状に分けて（ａ〜ｉ）表現してい
る。撮像素子１は撮像面上の中心線３を中心に角度θだ
け回転して（傾いて）いるので光軸に対し撮像面が垂直
でない。このため撮像面全体にピントが合う事はなくａ
〜ｉのいずれかの領域附近にピントが合うことになる。

【００１４】いま、たとえば図の領域ｇにフォーカスが
合っていたとする。このときの撮像素子のフォーカス検
出領域内に映し出されている画像のぼけ状態は図３のよ
うになっている。領域ｇの中心と撮像素子１の中心（こ
の場合は領域ｅの中心と同じ）は距離Ｌだけずれてい
る。この状態で撮像面を光軸に対し垂直に戻しても撮像
素子１に映し出される画像はピンぼけ状態である。そこ
で距離Ｌが０になるようレンズ２（または撮像素子１）
を移動しピントの合う位置を撮像素子１の中心（領域ｅ
の中心）になるようにする。この状態の時に撮像面を光
軸に対し垂直に戻すと撮像素子１に映し出される画像は
ピントの合っている状態になる。

【００１５】図４〜図７に、本発明の具体的な実施の形
態を示す。図４が撮像素子を傾けるための機構の平面図
で、図５がその正面図である。また図６はその立体図を
表している。ピン１３は撮像素子ホルダ１２に固定され
ており、その中心は撮像素子撮像表面と一致している。
ピン１３は撮像素子１を光学軸に対しある角度で回転さ
せることが可能なように設けられており、撮像素子ホル
ダ１２は撮像素子１が光軸に対し垂直になるようにする
ためのストッパー部１２ｂと、撮像素子１が光軸の垂直
軸に対し角度θになるようにするためのストッパー部１
２ａとを含んでいる。

【００１６】ベース１１は撮像素子ホルダ１２を支える
ためのもので、中は撮像光学情報をえるためにくりぬい
てあり、ピン１３を回転させながら支持できるＶ溝状の
受け部１１ｂと、撮像素子１が光軸に対して垂直になる
ようにするためのストッパー部１１ａが設けられてい
る。また、撮像ホルダ１２の撮像素子撮像表面の裏面に
はベース１１に撮像ホルダ１２を押し付けるためのバネ
部材１４ａが、ストッパー部１２ｂの裏面には撮像ホル
ダ１２を回転させるための回転力に対して反発力を持た
せるためのバネ部材１４ｂが設置してある。このような
構造をとることにより、安定した状態で撮像素子撮像面
を、光軸に対し垂直になるようにしたり光軸の垂直軸に
対し角度θになるようにしたりすることができる。

【００１７】図７はフォーカス動作時にフオーカシング
エリアを指定し、そのエリアを小エリアに分割し、合焦
している評価エリアの中心線を算出し、合焦している評
価エリアの中心線を撮像素子撮像表面の撮像エリア中心
線と一致するように撮像素子１を光軸方向に動かす処理
の説明図である。左側の長い矢印は撮像対象物であり、
右側の短い矢印は結像位置における像である。

【００１８】黒丸は撮像素子撮像表面における合焦位置
を示している。また左側に示した撮像素子１のフオーカ
シングエリアは、図のように短冊状に分けて、合焦して
いる評価エリアを斜線で示してある。図７（ａ）は撮像
素子撮像表面が結像位置よりもレンズから離れる方向に
位置している例である。このとき撮像素子撮像表面で合
焦している位置は図のＡ側方である。図７（ｂ）は撮像
素子撮像表面が結像位置よりもレンズから近づく方向に
位置している例である。このとき撮像素子撮像表面で合
焦している位置は図のＢ側方である。図７（ｃ）は撮像
素子撮像表面が結像位置に位置している例である。この
とき撮像素子撮像表面で合焦している位置は撮像素子撮
像表面の中心線３である。図７（ｄ）は撮像素子撮像表
面が結像位置に位置していて、撮像素子撮像表面が光軸
に対して垂直である例である。このとき撮像素子撮像表
面全面に合焦している。

【００１９】このように図７（ａ）または（ｂ）の状態
にあるときでも、フオーカシングエリアを短冊状にわけ
ているので各短冊部分の評価値を求めれば合焦している
位置がわかり、合焦位置が撮像素子撮像表面の中心線に
合うように撮像素子１あるいはレンズ２を動かしてやれ
ば良いことがわかる。また、合焦しているエリアの中心
線と撮像素子撮像表面の中心線３の中心線間の距離と、
レンズの移動量の関係があらかじめ測定してある対照テ
ーブルを用意しておけば、より早くフオーカシングが可
能となる。

【００２０】以上のように、本発明を用いれば従来より
も、レンズの位置がどこにあっても短時間でレンズのフ
ォーカス位置を算出し、短時間でレンズをフォーカス位
置に移動させることが可能となる。

【００２１】実施例では、評価エリアを短冊状にした
が、格子状にしてもっと詳細に評価値を出しても良いこ
とと、撮像素子１を１方向に傾けたが、２方向に傾けて
も良いことは言うまでもない。また、フオーカシングし
にくい条件の時は、図８に示すように、大まかなフオー
カシングを本発明で迅速に行い、細かいフオーカシング
を従来の山登りの方法でフオーカシングしても良いこと
は言うまでもない。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１の
発明は、撮像時には撮像面が光軸に対し垂直になってい
る撮像素子を、フォーカス動作時には撮像面を光軸に対
し垂直になっている状態から傾けることを特徴としてい
る。これにより、レンズの位置がどこにあっても短時間
でレンズのフォーカス位置を算出し、短時間でレンズを
フォーカス位置に移動させることが可能となる。

【００２３】本発明の請求項２の発明は、傾ける中心線
（回転中心線）が撮像素子の撮像面の撮像エリア中心線
と同一であることを特徴としている。これにより、必ず
合焦位置は撮像素子表面のどこかに存在することにな
り、より短時間でレンズのフォーカス位置を算出し、短
時間でレンズをフォーカス位置に移動させることが可能
となる。

【００２４】本発明の請求項３の発明は、フォーカス動
作時にフオーカシングェリアを指定しそのエリアを小エ
リアに分割し、合焦している評価エリアの中心線を算出
し、合焦しているエリアの中心線を撮像素子の撮像面の
撮像エリア中心線と一致するようにレンズまたは撮像素
子を光軸方向に動かすことを特徴としている。従って、
短時間でレンズのフォーカス位置を算出し、短時間でレ
ンズをフォーカス位置に移動させることが可能となる。

【００２５】本発明の請求項４の発明は、合焦している
エリアの中心線と撮像素子の撮像面の撮像エリア中心線
の中心線間距離と、レンズの移動量の関係をあらかじめ
対照したテーブルを用意するようにしている。従って、
より短時間でレンズのフォーカス位置を算出し、短時間
でレンズをフォーカス位置に移動させることが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動合焦点装置の一実施の形態のブロ
ック図。

【図２】図１の実施の形態でフォーカス動作時に撮像素
子が受ける画像状態を示す説明図。

【図３】図２の状態での撮像素子のフォーカス検出領域
内に映し出されている画像のぼけ状態を示す説明図。

【図４】本発明の一実施の形態における撮像素子を傾け
るための機構の平面図。

【図５】本発明の一実施の形態における撮像素子を傾け
るための機構の正面図。

【図６】本発明の一実施の形態における撮像素子を傾け
るための機構の立体図。

【図７】本発明の一実施の形態における自動合焦点処理
の説明図。

【図８】本発明の他の実施の形態における自動合焦点処
理の処理経路を示す図。

【図９】従来のデジタル電子スチルカメラの自動合焦点
装置のブロック図。

【図１０】高周波成分を用いた評価値で行う自動合焦点
の基本特性を示す図。

【図１１】山登りサーボによる自動合焦点処理の処理経
路を示す図。

【符号の説明】

１、１０１ 撮像素子 ２、１０２ 光学レンズ ３ 撮像面上の中心線 １１ ベース １１ａ ストッパー部 １１ｂ Ｖ溝状受け部 １２ 撮像素子ホルダ １２ａ、１２ｂ ストッパー部 １３ ピン １４ａ、１４ｂ バネ部材 １０３ モータ １０４ アナログ信号処理回路 １０５ Ａ／Ｄ変換器 １０６ ディジタル信号処理回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体からの反射光を結像する光学レン
   ズと、この光学レンズによって結像された被写体像をア
   ナログ画像信号に変換する撮像素子を備えた撮像手段
   と、前記アナログ画像信号を処理するアナログ信号処理
   手段と、前記アナログ画像信号をデジタル画像信号に変
   換するアナログ／デジタル変換手段と、このアナログ／
   デジタル変換手段が変換したデジタル画像信号を処理す
   るデジタル信号処理手段と、このデジタル信号処理手段
   がデジタル信号処理したフォーカス情報を前記光学レン
   ズまたは前記撮像素子のいずれかを駆動する駆動モータ
   ーにフイードバックするフイードバック手段を備えたデ
   ジタル電子スチルカメラ用の自動合焦点装置において、 前記撮像素子の撮像面を撮像時には光軸に対して垂直に
   し、フォーカス動作時には光軸に対し垂直の位置から傾
   ける撮像素子傾斜手段を具備することを特徴とするデジ
   タル電子スチルカメラ用の自動合焦点装置。
2. 【請求項２】 前記撮像素子傾斜手段が前記撮像素子を
   傾ける傾斜の回転中心線が前記撮像素子の撮像面の撮像
   エリア中心線と同一であることを特徴とする請求項１に
   記載のデジタル電子スチルカメラ用の自動合焦点装置。
3. 【請求項３】 フォーカス動作時にフオーカシングエリ
   アを指定し、そのエリアを複数の評価エリアに分割し、
   この複数の評価エリアの内の合焦している評価エリアの
   中心線を算出し、この合焦している評価エリアの中心線
   を前記撮像素子の撮像面の撮像エリア中心線と一致する
   ように前記光学レンズあるいは前記撮像素子を光軸方向
   に動かすことを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載のデジタル電子スチルカメラ用の自動合焦点装置。
4. 【請求項４】 前記合焦している評価エリアの中心線と
   前記撮像素子の撮像面の撮像エリア中心線の中心線間の
   距離と、前記光学レンズあるいは前記撮像素子の移動量
   の関係をあらかじめ対照した距離・移動量テーブルを具
   備することを特徴とする請求項３に記載のデジタル電子
   スチルカメラ用の自動合焦点装置。