WO2007058100A1

WO2007058100A1 - 合焦検出装置

Info

Publication number: WO2007058100A1
Application number: PCT/JP2006/322265
Authority: WO
Inventors: Satoko Furuki; Akikazu Yachi; Toru Matsuzawa; Nobuyuki Watanabe
Original assignee: Olympus Corporation
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2007-05-24
Also published as: US20080297648A1; JP2007139893A

Abstract

　ぼけパラメータ演算部（２６）は、例えば光学系（１２）の配置設定を変更することで取得したぼけの異なる２つの輝度情報に基づいて、上記光学系から被写体までの距離に対応するぼけパラメータを算出し、制御パラメータ計算部（２８）は、上記ぼけパラメータに基づいて、上記光学系から上記被写体までの距離を示す距離情報を推定し、山登り法演算部（２２）は、上記距離情報に基づいて上記光学系の配置設定を変更した後に輝度情報を取得し、さらに上記光学系の配置設定を変更することでぼけの異なる輝度情報を取得し、ぼけの異なる各々の輝度情報から合焦の度合いを示す評価値を算出し、該評価値に基づいて合焦位置を定める。

Description

明細書

合焦検出装置

技術分野

[0001] 本発明は、被写体からの光を所定の位置に結像する光学系を通過した光線を用いて、合焦位置を定める合焦検出装置に関する。

背景技術

[0002] 撮像素子を用いて合焦検出を行う手法として、最も一般的な手法に、山登り法又はコントラスト法と呼ばれる技術がある。この合焦検出法は、デジタルカメラをはじめとする電子撮像機器に広く用いられてヽる。

[0003] この合焦検出法においては、フォーカスレンズを光軸方向に駆動しながら、その間に複数枚の画像を撮影し、それら撮影された複数枚の画像に対するぼけの評価値を算出する。この評価値は、画像のコントラストや高周波成分の和が用いられ、値が大きいほどフォーカスが合っていることを示している。一方、ぼけの大きさそのものを評価値とする場合もある。例えば像の空間周波数のうち低周波成分の積分値をもってその評価値とする場合、値が小さ!/、ほどフォーカスが合って、ることを示す。

[0004] 前者の評価値による合焦検出法を、更に説明する。フォーカスレンズの現在位置 ( 以下、始点と称する。）から、フォーカスレンズを近点側もしくは遠点側どちらかの方向に微小距離駆動する。例えば、まず遠点側に駆動し、その間に算出される評価値が始点で算出した評価値に比べて減少すれば、その駆動方向とは逆の方向（近点側）に評価値のピークが存在することになる。従って、その場合には、逆方向へフォ一カスレンズを駆動する。なお、このような関係にある場合に、フォーカスレンズを始点から、まず近点側に駆動したときには、はじめに駆動した方向における評価値が増カロすることになる。従ってこの場合には、その駆動方向にピークが存在することになるので、引き続き同方向に駆動する。

[0005] こうして駆動している間、画像の撮影を一定時間間隔で行い、そのときの撮影画像における評価値を算出する。評価値が増加している間は、レンズの駆動と評価値の算出を続ける。そして、評価値の変化が増カロから減少に変わったとき、フォーカスレンズは合焦位置を過ぎたと判断して、レンズの駆動を停止する。次に、今まで算出した評価値の最大値と、その最大値を挟んで前後のフォーカスレンズ位置で算出した評価値と、の 3つの評価値を使って、評価値の 2次関数近似曲線を算出する。そして、その 2次関数近似曲線において評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を求め、その位置にレンズを駆動することにより、合焦検出が完了する。

[0006] このように、フォーカス位置の推定値をもって、被写体の合焦情報、または距離情報を推定することから、この合焦検出法は、「Depth From Focus (以下、 DFFと略記する）法」と呼ばれる。また、評価値が高くなるように制御を行い、評価値のピークを推定することから、「山登り法」とも呼ばれている。

[0007] これに対して、例えば米国特許第 4, 965, 840号には、「Depth From Defocus (以下、 DFDと略記する）法」と呼ばれる合焦検出法が開示されている。この方法では、光路長の異なる 2箇所で輝度情報を取得する。そして、ぼけの異なる複数の画像を演算処理することにより、ぼけパラメータを算出して、合焦判定する。ここで、ぼけパラメータとは、輝度情報のぼけ状態を示す代表値であり、光学系のポイントスプレッドフアンクシヨン（PSF)の分散値と相関のある値を示す。また、 PSFとは、理想的な点像が光学系を通過した場合にどのように光線が広がるかを表した関数である。

[0008] 上記米国特許第 4, 965, 840号に記載されている DFD法の概略ステップを説明する。なお、これら概略ステップで行われる演算処理の詳細は、上記米国特許に記載されているので、ここでは説明を省略する。

[0009] DFD法では、同一被写体、同一部位、同一視線方向からの最低二つの合焦判定用輝度情報を、撮像画像のぼけ状態に影響を与える撮影パラメータを最低 1つ変更すること〖こよって、取得する。撮影パラメータとしては、フォーカスレンズ位置、絞り量、焦点距離などがある。本説明では、フォーカスレンズの位置のみを変更する場合に限定して説明を行う。

[0010] 本 DFD法では、例えば輝度情報取得手段である撮像部と対象物までの光路長を変更するため、つまり、撮像部の像面上に結像される像のぼけの状態を変えるために、フォーカスレンズを所定の第 1の位置と第 2の位置に移動する。そして、第 1の位置において第 1の輝度情報を取得し、また、第 2の位置で第 2の輝度情報を取得する。これら取得された輝度情報は、電気的なノイズを除去するためのローパスフィルタ処理、第 1及び第 2の画像間で異なる倍率を補正する像倍率補正処理、輝度分布などの正規ィヒ処理が施される。必要であれば取得した輝度情報中の合焦判定をすベき領域を選択する。選択はどちらか一方の輝度情報に対して行い、もう一方の輝度情報に対しては対応領域が選定される。そして、それら合焦判定をすべき領域における 2つの正規ィヒ処理結果から、第 1の輝度情報と第 2の輝度情報との差分とを演算する。また、第 1の輝度情報及び第 2の輝度情報それぞれの 2次微分を計算して、それらの平均値を計算する。そして、上記第 1の輝度情報と第 2の輝度情報との差分を、上記輝度情報の 2次微分の平均値で除算することで、第 1または第 2の輝度情報に対応した PSFの分散と相関のあるぼけパラメータが算出される。

[0011] この算出された PSFのぼけパラメータから、被写体距離は、上記米国特許第 4, 96 5, 840号に記載されている PSFの分散と被写体距離の関係式に基づいて求められる。このような、ぼけパラメータと被写体距離の関係は、レンズの構成、状態 (ズーム、絞り）によって異なる。また、ある被写体距離と被写体距離に合焦するフォーカスレンズ位置即ち合焦レンズ位置の関係は、レンズシステムのデータにより予め与えられる。従って、ぼけパラメータと制御対象の合焦レンズ位置との関係は、レンズシステム、レンズの状態によってそれぞれ個別の関係式、または演算テーブルによって求められる。

発明の開示

[0012] ところで、カメラの各個体間には、レンズ個体の製造ばらつき、鏡枠の形状ブレにより、レンズ駆動制御と像面位置の関係に個体差が生じてしまう。そのため、上記米国特許第 4, 965, 840号に開示されているような DFD法を使った AF装置をカメラに組み込む場合には、同じ設計のレンズシステムでも、個体毎に PSF分散とフォーカスレンズ位置の特性テーブルの修正を必要とする。

[0013] 本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、固体毎に特性テーブルの修正を必要とすることなく合焦検出を行える合焦検出装置を提供することを目的とする。

[0014] 本発明の合焦検出装置の一態様は、被写体からの光を所定の位置に結像する光学系を通過した光線を用いて合焦位置を定める合焦検出装置において、上記光学系によって結像した光の輝度情報を取得する輝度情報取得手段と、上記輝度情報取得手段を用いて取得したぼけの異なる 2つの輝度情報に基づヽて、上記光学系力上記被写体までの距離に対応するぼけパラメータを算出するぼけパラメータ演算手段と、

上記ぼけパラメータ演算手段を用いて算出した上記ぼけパラメータに基づいて上記光学系から上記被写体までの距離に対応する距離情報を推定する距離推定手段と、

上記距離推定手段を用いて推定した距離情報に基づ!/、て上記光学系又は上記輝度情報取得手段の配置設定を変更した後に上記輝度情報取得手段を用いて輝度情報を取得し、さらに上記光学系又は上記輝度情報取得手段の配置設定を変更することで上記輝度情報取得手段を用いてぼけの異なる輝度情報を取得し、ぼけの異なる各々の輝度情報力合焦の度合いを示す評価値を算出し、該評価値に基づいて合焦位置を定める合焦検出手段と、

を具備することを特徴とする。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、本発明の第 1実施例に係る合焦検出装置が適用されたコンパクトカメラの構成を示す図である。

[図 2]図 2は、第 1実施例に係る合焦検出装置のブロック構成図である。

[図 3]図 3は、第 1実施例に係る合焦検出装置の処理を説明するためのフローチヤ一トを示す図である。

[図 4]図 4は、ぼけパラメータと合焦レンズ位置との関係を示す図である。

[図 5]図 5は、 DFDの推定結果からの山登り法を説明するための、合焦評価値とレンズ位置との関係を示す図である。

[図 6]図 6は、本発明の第 1実施例の変形例に係る合焦検出装置が適用された一眼レフレックスカメラの構成を示す図である。

[図 7]図 7は、本発明の第 2実施例に係る合焦検出装置のブロック構成図である。

[図 8]図 8は、第 2実施例に係る合焦検出装置の処理を説明するためのフローチヤ一トを示す図である。 [図 9]図 9は、距離画像の例を示す図である。

[図 10]図 10は、 DFF領域抽出手段でのマスク処理に使用するマスクの例を示す図である。

[図 11]図 11は、 DFF領域抽出手段でのマスク処理に使用するマスクの別の例を示す図である。

[図 12]図 12は、第 2実施例の第 2変形例に係る合焦検出装置のブロック構成図である。

[図 13]図 13は、 2次微分演算部の演算結果の例を示す図である。

[図 14]図 14は、第 2実施例の第 2変形例に係る合焦検出装置の処理を説明するためのフローチャートを示す図である。

[図 15]図 15は、第 2実施例の第 3変形例に係る合焦検出装置のブロック構成図である。

[図 16]図 16は、本発明の第 3実施例に係る合焦検出装置のブロック構成図である。

[図 17]図 17は、本発明の第 4実施例に係る合焦検出装置が適用されたコンパクトカメラの構成を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

[0017] [第 1実施例]

本実施例に係る合焦検出装置は、図 1に示すようなコンパクトカメラ 10に適用したものである。この合焦検出装置は、図 2に示すように、光学系 12、輝度情報取得手段として機能する撮像素子 14及び輝度信号制御部 16、 DFFZDFD切り替え部 18、距離推定部 20、山登り法演算部 22、及び光学系制御部 24によって構成される。

[0018] ここで、光学系 12は、画像を撮影することを目的とした複数のレンズ群 (テーキングレンズ)で構成され、そのうちの一部のレンズ群はフォーカスを調整するために光軸方向に駆動できる構成になっている。このレンズ群をフォーカスレンズと呼ぶ。光学系 12によって結像した被写体の像は、撮像素子 14の光電変換素子によって電気信号に変換される。変換された電気信号は、輝度信号制御部 16でデジタル信号に変換される。この変換されたデジタル信号を輝度情報と呼ぶ。この輝度情報は、距離推定部 20と山登り法演算部 22に入力される。本実施例においては、距離推定部 20によつて光学系 12から撮影の対象物である被写体までの距離を示す被写体距離を推定した後、合焦検出手段として機能する山登り法演算部 22によって、より高い精度で合焦結果を得るための処理が行われる。山登り法演算部 22と距離推定部 20の切り替えは、 DFFZDFD切り替え部 18によって行われる。また、光学系制御部 24は、光学系 12を任意の位置に制御するための配置制御手段として機能するもので、特に図示はしていないが、ァクチユエータと該ァクチユエータを駆動するための駆動回路とによって構成されている。例えば、山登り法演算部 22で得られた合焦レンズ位置が光学系制御部 24に入力されると、駆動回路は、光学系 12のフォーカスレンズをそのレンズ位置に配置するためにァクチユエータへ与える信号を生成し、ァクチユエータにその信号を入力して、フォーカスレンズを所望の位置に配置する。

[0019] なお、各部の動作制御は、当該コンパクトカメラ 10を制御する不図示のコントローラにより為される。

[0020] 上記距離推定部 20は、 DFD法により被写体距離を推定する。この距離推定部 20 は、ぼけパラメータ演算部 26、制御パラメータ計算部 28、及び LUT記憶部 30によつて構成される。

[0021] 上記ぼけパラメータ演算部 26は、差分演算部 32、 2次微分演算部 34、ぼけパラメータ算出部 36、及びバッファ 38を備えている。差分演算部 32は、ぼけパラメータの算出のために必要な画像の差分を計算する。 2次微分演算部 34は、画像の 2次微分を計算し、ぼけの異なる 2つの輝度情報力得られる 2次微分の結果の平均を計算する。ぼけパラメータ算出部 36は、差分演算部 32で計算された画像の差分と 2次微分演算部 34で計算された 2次微分との平均を除算して、ぼけパラメータを計算する。ノッファ 38は、複数の輝度情報をフォーカスレンズを異なる位置に配置して異なる時刻で取得するので、 1枚目に撮影した輝度情報とその 2次微分の結果を保持しておくためのものである。

[0022] また、上記 LUT記憶部 30は、ぼけパラメータと被写体力の光の合焦位置との関係として、ぼけパラメータと合焦レンズ位置との関係をルックアップテーブル (LUT) の形で記憶している。合焦レンズ位置に応じて、光学系 12の配置が定まる。 [0023] 上記制御パラメータ計算部 28は、上記 LUT記憶部 30の LUTを参照することにより、上記ぼけパラメータ算出部 36で計算したぼけパラメータに対応した合焦レンズ位置を求める。

[0024] 一方、上記山登り法演算部 22は、ハイパスフィルタ (HPF) 40、 DFF制御パラメ一タ計算部 42、及び評価値記憶部 44を備えている。 HPF40は、輝度情報の高周波成分を抽出する。 DFF制御パラメータ計算部 42は、 HPF40の結果を加算し、評価値 h (t)の算出を行う。評価値記憶部 44は、輝度情報を取得したときのレンズ位置と、 DFF制御パラメータ計算部 42で算出した評価値とを記憶する。

[0025] 本実施例に係る合焦検出装置の処理を、図 3のフローチャートを参照して詳細に説明する。

[0026] 即ち、まず、図示しないコントローラの制御に従って、光学系制御部 24によって光学系 12のフォーカスレンズを予め決められた第 1のレンズ位置 L1に駆動し、撮像素子 14及び輝度信号制御部 16によって被写体の 1枚目の輝度情報を取得する (ステップ S10)。この取得された 1枚目の輝度情報は、不図示コントローラの制御に従って、 DFFZDFD切り替え部 18によって距離推定部 20に供給され、ぼけパラメータ演算部 26内のバッファ 38に記憶される。

[0027] その後、不図示コントローラの制御に従って、光学系制御部 24によって光学系 12 のフォーカスレンズを予め決められた第 2のレンズ位置 L2に駆動し、撮像素子 14及び輝度信号制御部 16によって被写体の 2枚目の輝度情報を取得する (ステップ S12 ) oこの取得された 2枚目の輝度情報は、不図示コントローラの制御に従って、 DFF ZDFD切り替え部 18によって距離推定部 20に供給される。

[0028] 上記 2枚目の輝度情報の取得が完了すると、不図示コントローラの制御に従って、距離推定部 20において、ぼけパラメータの計算が行われる (ステップ S 14)。即ち、ぼけパラメータ演算部 26において、差分演算部 32が、上記 1枚目の輝度情報をバッファ 38から読み出し、上記 DFFZDFD切り替え部 18から供給される 2枚目の輝度情報との差分を計算する。また、 2次微分演算部 34が、上記 DFFZDFD切り替え部 18から供給される 2枚目の輝度情報の 2次微分を計算し、それが計算されたならば、更に、上記 1枚目の輝度情報をバッファ 38から読み出して、その 2次微分を計算する。そして、それら計算した 1枚目と 2枚目の 2次微分の平均値を計算する。こうして差分と、微分情報としての 2次微分の平均値が求められたならば、ぼけパラメータ算出部 36は、それらの除算を計算して、ぼけパラメータを得る。

[0029] ぼけパラメータは、被写体距離の逆数に対して線形な関係があり、更に、被写体距離と合焦レンズ位置の関係は 1対 1対応であるので、ぼけパラメータと合焦レンズ位置の関係も、図 4に示すように、 1対 1対応の関係が保存される。この関係は、 LUT記憶部 30にテーブル (LUT)として記憶されている。制御パラメータ計算部 28は、ぼけパラメータに対応する被写体距離の値を算出する。被写体距離の値に対応する距離情報は、フォーカスレンズの位置で表される。よって、ぼけパラメータ演算部 26で求められたぼけパラメータに対応する合焦レンズ位置 DFD—LFは、 LUT記憶部 30に記憶されているテーブルを参照し、線形近似によって求めることができる (ステップ S1 6)。

[0030] ここで求められた合焦レンズ位置 DFD—LFの推定誤差 Δは、被写体に対する合焦レンズ位置が各個体の鏡枠取り付け誤差によって微小に異なるため、許容誤差よりも大きい。よって、制御パラメータ計算部 28は、推定した合焦レンズ位置から鏡枠の取り付け誤差よりも推定誤差 Δの分だけ離れた位置 DFD— LF+ Δを目標レンズ位置 L (t 1)とし、それを光学系制御部 24に入力する。光学系制御部 24は、光学系 12のフォーカスレンズをその目標レンズ位置 L (t—1)に駆動する（ステップ S18)。

[0031] ここで、 DFD— LF+ Δの位置は、図 5に示すように、前述のぼけパラメータを算出する過程で撮影した 2枚目の輝度情報を取得したレンズ位置 (L2)と、合焦レンズ位置 DFD— LFと、の間の位置である。この位置にすることで、フォーカスレンズの駆動距離を最短にすることができる。

[0032] 前述の目標レンズ位置 L (t 1)への駆動が完了すると、次に、不図示コントローラの制御により、山登り法演算部 22での上述した山登り法による合焦検出動作が開始される。

[0033] 即ち、撮像素子 14及び輝度信号制御部 16によってレンズ位置 L (t—1)での被写体の輝度情報を取得する (ステップ S 20)。この取得された輝度情報は、不図示コントローラの制御に従って、 DFFZDFD切り替え部 18によって山登り法演算部 22に供給される。該山登り法演算部 22では、その供給された輝度情報の高周波成分を HP F40によって抽出し、 DFF制御パラメータ計算部 42で HPF40の結果を加算して、評価値 h (t— 1)の算出を行う (ステップ S22)。この算出された評価値は、光学系制御部 24からの輝度情報を取得したときのレンズ位置と共に、評価値記憶部 44に記憶される。

[0034] 次に、 DFF制御パラメータ計算部 42は、上記評価値記憶部 44に記憶されたレンズ位置に基づいて、光学系制御部 24により光学系 12のフォーカスレンズを前述の推定合焦レンズ位置 DFD— LFの方向に、所定量 δだけステップ駆動する (ステップ S 24)。そして、撮像素子 14及び輝度信号制御部 16によって、その駆動されたレンズ位置 L (t)での被写体の輝度情報を取得して (ステップ S26)、上述したように山登り法演算部 22において再び評価値を算出する (ステップ S28)。この算出された評価値は、光学系制御部 24から与えられるレンズ位置と共に、評価値記憶部 44に記憶される。

[0035] その後、評価値の変化率 h (t) -h(t- 1)が増加している力否かを判別し (ステップ S30)、増加している場合には、現在のレンズ位置 L (t)を一つ前のレンズ位置 L (t— 1)として (ステップ S32)、上記ステップ S24に戻ることで、上記の処理を繰り返す。

[0036] 而して、上記ステップ S30において、評価値の変化率 h (t) -h (t- 1)が減少したと判別されたときには、 DFF制御パラメータ計算部 42では、ピーク位置 DFF— LFの推定を行う（ステップ S34)。これは、評価値記憶部 44に記憶された評価値とレンズ位置を 2次関数に近似し、山のピークとなるレンズ位置 DFF—LFを求めるものである。そして、 DFF制御パラメータ計算部 42は、その計算したレンズ位置 DFF— LFを光学系制御部 24に与え、その位置に光学系 12のフォーカスレンズを駆動する (ステツプ S36)。そのレンズ位置 DFF— LFにフォーカスレンズが駆動されたならば、合焦検出が完了する (ステップ S38)。

[0037] なお、本実施例では、山登り法の評価値を、 HPF40で抽出した高周波成分の加算によって求めたが、輝度の分布力分散を求め、合焦するほど分散が大きくなるような値を求めても良い。

[0038] また、光学系制御部 24のァクチユエータの制御は、オープンループで行う手法に限定して述べたが、ァクチユエータにエンコーダが取り付けられていて、フィードバック制御を行う手法であっても良、。

[0039] [第 1実施例の変形例]

上記第 1実施例は、コンパクトカメラに適用した場合である力本実施例に係る合焦検出装置は、図 6に示すような一眼レフレックスカメラ 46にも同様に適用可能である。

[0040] 即ち、この一眼レフレックスカメラ 46の場合、光学系 12は、テーキングレンズ 12A、レフミラー 12B、及び合焦検出用の AF撮像素子 14A, 14Bに光線を導くための AF 光学系 12C, 12Dによって構成される。また、テーキングレンズ 12Aにはフォーカスを調整するためのフォーカスレンズがある。撮像素子は、撮影を目的とした撮影用撮像素子 14Cと 2つの AF撮像素子（14A, 14B)とがあり、 AF撮像素子のうち一つは撮影用撮像素子 14Cと光学的に同等の位置に配置されている。本変形例では、 AF 撮像素子 14Aがその配置であるとする。光学系制御部 24は、上記テーキングレンズ 12Aのフォーカスレンズを駆動するためのァクチユエータゃ駆動回路によって構成されている。

[0041] このような一眼レフレックスカメラ 46に上記第 1実施例の合焦検出装置を適用した場合には、距離推定部 20では、予め決められた 1つのレンズ位置 Lで、 AF撮像素子 14A, 14Bにより 2つの輝度情報を得ることができる。即ち、上記ステップ S10とステツプ S12の処理を同時に行える。そして、こうして同時に得られた 2つの輝度情報を用いて、ぼけパラメータの算出を行う (ステップ S14)。その後は、上記第 1実施例と同様に LUT記憶部 30を参照して、ぼけパラメータに対応する合焦レンズ位置 DFD—LF を制御パラメータ計算部 28で推定する (ステップ S16)。そして、推定した合焦レンズ位置 DFD—LFから鏡枠の取り付け誤差よりも推定誤差 Δの分だけ離れた位置を目標レンズ位置 DFD_LF+ Δとし、光学系制御部 24に入力する（ステップ S18)。光学系制御部 24は、目標レンズ位置にフォーカスレンズを配置する。

[0042] フォーカスレンズの制御が完了すると、次に山登り法が開始される。山登り法は 2つの AF撮像素子（14A, 14B)のうち、撮影用撮像素子 14Cと同等の位置にある AF 撮像素子 14Aから得られる輝度情報を用いて行う。即ち、上記第 1実施例と同様の方法で評価値 h(t)を算出し (ステップ S22)、評価値のピークとなるフォーカスレンズ位置0 —1^を求める（ステップ324〜3124)。そして、このレンズ位置にフォー力スレンズを制御し (ステップ S36)、合焦検出を完了する (ステップ S38)。

[0043] [第 2実施例]

本第 2実施例に係る合焦検出装置は、図 1に示すようなコンパクトカメラ 10に適用したものである。図 7に示すように、上記第 1実施例と同様、光学系 12、輝度情報取得手段として機能する撮像素子 14及び輝度信号制御部 16、 DFFZDFD切り替え部 18、距離推定部 20、山登り法演算部 22、及び光学系制御部 24によって構成される

[0044] 但し、本実施例においては、上記距離推定部 20と山登り法演算部 22の両方で使用される DFF領域抽出部 48と抽出情報記憶部 50とが追加された構成となっている。ここで、 DFF領域抽出部 48は、最近距離となる被写体の合焦レンズ位置を求める。抽出情報記憶部 50は、その最近距離となる被写体が存在するブロックを選択し、選択したブロックのアドレスを記憶する。

[0045] 本実施例に係る合焦検出装置の処理を、図 8のフローチャートを参照して詳細に説明する。

[0046] 即ち、まず、上記第 1実施例で説明したように、光学系 12のフォーカスレンズを予め決められた第 1のレンズ位置 L1に駆動し、被写体の 1枚目の輝度情報を取得して、距離推定部 20のぼけパラメータ演算部 26に供給する (ステップ S10)。その後、光学系 12のフォーカスレンズを予め決められた第 2のレンズ位置 L2に駆動し、被写体の 2枚目の輝度情報を取得して、距離推定部 20のぼけパラメータ演算部 26に供給する（ステップ S 12)。

[0047] ぼけパラメータ演算部 26は、異なるフォーカスレンズ位置で撮影した 2枚の画像の差分とそれぞれの 2次微分の平均値の除算によって、ぼけパラメータを計算する (ステツプ S14)。ぼけパラメータは被写体距離の逆数に対して線形な関係があり、更に、被写体距離と合焦レンズ位置の関係は 1対 1対応であるので、ぼけパラメータと合焦レンズ位置の関係も 1対 1対応の関係が保存される。この関係は LUT記憶部 30に LUTとして記憶されている。制御パラメータ計算部 28では、算出したぼけパラメータと LUTの情報を使って、被写体に対する合焦レンズ位置を線形補間によって求める。この合焦レンズ位置は、像面に結像した被写体のエッジの部分に対してピクセル単位で算出される。制御パラメータ計算部 28は、更に、この合焦レンズ位置の値を輝度値に変換することで、図 9に示すような距離画像と呼ばれる画像を得る。この距離画像は、 DFF領域抽出部 48に渡され、最近距離となる被写体の合焦レンズ位置 DFD — LFを求める (ステップ S16)。また、 DFF領域抽出部 48は、その被写体が存在するブロックを選択し、選択したブロックのアドレス（図 9の例では Al l, A15)を抽出情報記憶部 50に記憶させる (ステップ S40)。

[0048] ここで求められた合焦レンズ位置の推定誤差 Δは、被写体に対する合焦レンズ位置が各個体の鏡枠取り付け誤差によって微小に異なるため、許容誤差よりも大きい。よって、 DFF領域抽出部 48は、推定した合焦レンズ位置力ゝら鏡枠の取り付け誤差よりも推定誤差 Δの分だけ離れた位置を目標レンズ位置 DFD— LF+ Δとし、光学系制御部 24に入力する (ステップ S18)。

[0049] 光学系制御部 24によって前述の目標レンズ位置 DFD— LF+ Δへの制御が完了すると、次に山登り法が開始される。即ち、撮像素子 14から輝度信号制御部 16を経て輝度情報は、図示しないコントローラにより山登り法演算部 22の実行に切り替えられた DFFZDFD切り替え部 18によって、 DFF領域抽出部 48に渡される (ステップ S 20)。予め DFDの結果により注目被写体の存在するブロックのアドレスが抽出情報記憶部 50に記憶されているので、 DFF領域抽出部 48は、そのブロックにおける輝度情報をマスク処理によって抽出する (ステップ S42)。このマスク処理に使用するマスクとしては、図 10や図 11に示すようなものが使用される。

[0050] DFF領域抽出部 48によって抽出された輝度情報は、 HPF40によって高周波成分が抽出され、 DFF制御パラメータ計算部 42は、この HPF40の結果を加算し評価値の算出を行う（ステップ S22)。この算出された評価値は、光学系制御部 24からの輝度情報を取得したときのレンズ位置と共に、評価値記憶部 44に記憶される。

[0051] その後、上記評価値記憶部 44に記憶された現在のレンズ位置に基づいてフォー力スレンズを前述の推定合焦レンズ位置の方向に所定量 δ駆動し (ステップ S 24)、輝度情報を取得して (ステップ S26)、再び評価値を算出する (ステップ S28)。この算出された評価値は、光学系制御部 24から与えられるレンズ位置と共に、評価値記憶部 44に記憶される。そして、評価値の変化率 h(t)— h (t— 1)が増加している場合には (ステップ S30)、この処理を繰り返すことになる。

[0052] 而して、評価値の変化率 h (t)—h (t—l)が減少したときには (ステップ S30)、 DFF 制御パラメータ計算部 42では、ピークの推定を行う（ステップ S34)。即ち、評価値記憶部 44に記憶された評価値とレンズ位置を 2次関数に近似し、山のピークとなるレンズ位置 DFF— LFを求める。そして、 DFF制御パラメータ計算部 42は、その計算したレンズ位置 DFF— LFを光学系制御部 24に与え、その位置に光学系 12のフォー力スレンズを駆動することで (ステップ S36)、合焦検出が完了する (ステップ S38)。

[0053] 以上のように、本第 2実施例では、注目被写体を DFDによって抽出し、 DFDの結果に対応するブロックのみに山登り法を行うことにより、注目被写体以外の輝度情報力も算出される評価値の影響を受けることがなく評価値のピークを算出することができ、結果として、合焦精度を向上させることができる。

[0054] また、山登り法を輝度情報全体ではなぐ一部のブロックに対して行うことにより、演算コストも削減できる効果が得られる。

[0055] [第 2実施例の第 1変形例]

なお、本実施例では、コンパクトカメラ 10に適用した場合を説明したが、上記第 1実施例の変形例のような一眼レフレックスカメラにも同様に適用可能であり、同等の効果が得られることは勿論である。

[0056] [第 2実施例の第 2変形例]

また、領域の抽出を DFDの結果得られる距離情報を用いて行った場合について、本第 2実施例を説明したが、図 12に示すように、 2次微分演算部 34の演算結果を D FF領域抽出部 48に与えることで、図 13に示すようなぼけパラメータの算出過程で求められる 2次微分の結果を用いて領域の抽出を行うようにしても良、。

[0057] この場合の処理を、図 14のフローチャートを参照して詳細に説明する。本変形例においても、第 1のレンズ位置 L1で被写体の 1枚目の輝度情報を取得し (ステップ S 10 )、その後、第 2のレンズ位置 L2で被写体の 2枚目の輝度情報を取得する (ステップ S 12)。

[0058] ぼけパラメータ演算部 26では、 2次微分演算部 34にて、異なるフォーカスレンズ位置で撮影した 2枚の画像それぞれの 2次微分を求め、それらの平均値を計算する。この 2次微分の平均値は、微分情報として DFF領域抽出部 48に供給される。 DFF領域抽出部 48では、その供給された 2枚の画像の 2次微分の平均値が閾値を超える値の存在するブロックを、ぼけパラメータを計算する領域として抽出し、そのブロックの位置情報（図 13の例では Al l, A15)を抽出情報記憶部 50に記憶する (ステップ S4 4)。

[0059] また、ぼけパラメータ演算部 26は、上記 2枚の画像の 2次微分の平均値と異なるフオーカスレンズ位置で撮影した 2枚の画像の差分の除算によって、ぼけパラメータを計算する (ステップ S14)。そして、制御パラメータ計算部 28では、その算出したぼけノメータと LUT記憶部 30に記憶された LUTの情報とを使って、被写体に対する合焦レンズ位置を線形補間によって求める。この合焦レンズ位置は、像面に結像した被写体のエッジの部分に対してピクセル単位で算出されるものであり、最近距離となる位置を、被写体の合焦レンズ位置 DFD— LFとして求める（ステップ S16)。

[0060] ここで求められた合焦レンズ位置の推定誤差 Δは、被写体に対する合焦レンズ位置が各個体の鏡枠取り付け誤差によって微小に異なるため、許容誤差よりも大きい。よって、推定した合焦レンズ位置力も鏡枠の取り付け誤差よりも推定誤差 Δの分だけ離れた位置を目標レンズ位置 DFD— LF+ Δとし、光学系制御部 24に入力して、フオーカスレンズを駆動する（ステップ S 18)。

[0061] 次に、山登り法を、抽出したブロックに対して行う。以下の処理は、上記第 2実施例で示した処理と同じであるので省略する。

[0062] このように、本第 2変形例では、 2次微分は被写体のエッジ部分を抽出するので、像面上に存在する被写体領域を検出することができる。エッジの強度が最も高いブロックを DFF領域抽出部 48で抽出し、そのブロックのみの輝度情報を使って山登り法を実行することにより、第 2実施例で得られる効果と等しい効果が得られる。

[0063] なお、領域の抽出をエッジの強度で判断したが、エッジの構造から主要被写体を抽出しても良い。

[0064] また、ステップ S14におけるぼけパラメータ算出部 36でのぼけパラメータの計算にぉ、ても、上記 DFF領域抽出部 48で抽出したブロックにつ、てのみ行うようにしても良い。

[0065] なお、本第 2変形例も、一眼レフレックスカメラに適用可能なことは勿論である。

[0066] [第 2実施例の第 3変形例]

図 15に示すように、 2次微分演算部 34の演算結果（図 13)と制御パラメータ計算部

28からの距離情報（図 9)とを DFF領域抽出部 48に与えて、領域の抽出を行うようにして、同等の効果を得ることができる。

[0067] 本第 3変形例にぉ、ても、上記第 2変形例に示したように、 2次微分の結果から被写体領域を抽出することができる。更に、 DFD力も得られる距離情報を用いることによって、 2次微分の結果のみを利用する場合よりも被写体の誤抽出を防ぐことができる。

[0068] なお、本第 3変形例も、一眼レフレックスカメラに適用可能なことは勿論である。

[0069] [第 3実施例]

本第 3実施例に係る合焦検出装置は、図 16に示すように構成されている。同図において、実線の矢印は、 DFD法を実行するための信号や情報の流れを示しており、破線の矢印は、山登り法を実行するための信号や情報の流れを示している。また、一点鎖線の矢印は、 DFD法及び山登り法で共通の信号や情報の流れを示して、る。

[0070] 本実施例においては、 2次微分演算部 34の出力は、まず、実線で示すように、距離推定部 20での距離推定に用いられると共に、上記第 2実施例の第 3変形例のように DFF領域抽出部 48での領域抽出に用いられる。そして、距離推定の終了後は、同図に破線で示すように、この 2次微分演算部 34は、 DFF領域抽出部 48で抽出したブロックの輝度信号を 2次微分して、山登り法演算部 22の DFF制御パラメータ計算部 42に供給するようになって、る。

[0071] このように、本実施例は、ぼけパラメータ演算部 26の 2次微分演算部 34を山登り法演算部 22でも利用するよう、共有ィ匕したものである。即ち、ぼけパラメータ演算部 26 の 2次微分演算部 34の周波数特性は、高周波成分を通過させる HPFの特性がある。よって、山登り法を行うとき、ぼけパラメータ演算部 26の 2次微分演算部 34を用いることによって、上記第 1又は第 2実施例のような山登り法演算部 22で HPFを持つ必要がなくなる。 [0072] このような第 3実施例によれば、山登り法演算部 22で HPFを持つ必要がなくなるので、回路規模を削減できる効果がある。

[0073] [第 3実施例の変形例]

[0074] [第 4実施例]

上記第 1乃至第 3実施例では、フォーカスレンズの位置や絞りを駆動することで光学系 12の配置を変更して 2つのぼけの異なる輝度情報を取得し、フォーカスレンズの配置を調整して合焦画像を得る構成で説明した。

[0075] 本実施例では、図 17に示すように、光軸方向に撮像素子 14を駆動することで輝度情報取得手段の配置を変更する配置制御手段として機能する撮像素子制御部 52を設ける。そして、フォーカスレンズの配置を調整する代わりに、撮像素子 14を光軸方向に駆動することで、ぼけの異なる輝度情報を取得する。この場合、 LUT記憶部 30 には、ぼけパラメータと被写体力の光の合焦位置との関係として、ぼけパラメータと撮像素子 14の位置との関係を記憶しておけば良い。

[0076] このような構成であっても、上記第 1乃至第 3実施例と同様の効果が得られる。

[0077] [第 5実施例]

各演算部や計算部を、 DSPや CPU等の一つのハードウェアによって構成しても構わない。

[0078] 以上実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなぐ本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

Claims

請求の範囲

[1] 被写体からの光を所定の位置に結像する光学系（12)を通過した光線を用いて合焦位置を定める合焦検出装置において、

上記光学系によって結像した光の輝度情報を取得する輝度情報取得手段（14, 1 6)と、

上記輝度情報取得手段を用いて取得したぼけの異なる 2つの輝度情報に基づヽて、上記光学系力上記被写体までの距離に対応するぼけパラメータを算出するぼけパラメータ演算手段 (26)と、

上記ぼけパラメータ演算手段を用いて算出した上記ぼけパラメータに基づいて上記光学系から上記被写体までの距離に対応する距離情報を推定する距離推定手段 (28, 30)と、

上記距離推定手段を用いて推定した距離情報に基づ!/、て上記光学系又は上記輝度情報取得手段の配置設定を変更した後に上記輝度情報取得手段を用いて輝度情報を取得し、さらに上記光学系又は上記輝度情報取得手段の配置設定を変更することで上記輝度情報取得手段を用いてぼけの異なる輝度情報を取得し、ぼけの異なる各々の輝度情報力合焦の度合いを示す評価値を算出し、該評価値に基づいて合焦位置を定める合焦検出手段 (22)と、

を具備することを特徴とする合焦検出装置。

[2] 上記距離推定手段によって推定した距離情報に基づいて上記光学系又は上記輝度情報取得手段を配置する配置制御手段 (24； 52)を更に具備し、

上記配置制御手段によって配置される上記光学系又は上記輝度情報取得手段の位置が、上記被写体の距離に合焦する光学系又は上記輝度情報取得手段の配置よりも、無限遠または近点で合焦する向きで且つ一定距離光軸方向に離れた光学系又は輝度情報取得手段の配置であることを特徴とする請求項 1に記載の合焦検出装置。

[3] 上記光学系又は上記輝度情報取得手段の位置が上記距離推定手段によって撮影された最後の画像を取得するレンズ位置と合焦位置の間であることを特徴とする請求項 2に記載の合焦検出装置。

[4] 上記一定距離が焦点調節用光学系組み立ての許容誤差よりも大きいことを特徴とする請求項 2に記載の合焦検出装置。

[5] 上記距離推定手段と上記合焦検出手段とは、両者の間で情報の授受を行う情報授受手段 (48, 50)を介して、情報の授受を行うことを特徴とする請求項 1に記載の合焦検出装置。

[6] 上記情報には、上記距離推定手段によって得られた上記距離情報を含むことを特徴とする請求項 5に記載の合焦検出装置。

[7] 上記ぼけパラメータ演算手段は、上記輝度情報取得手段を用いて取得した上記輝度情報の微分情報を算出する微分情報演算手段 (34)を備え、

上記情報には、上記微分情報を含むことを特徴とする請求項 5に記載の合焦検出装置。

[8] 上記情報授受手段は、

上記距離推定手段又はそれを構成する演算手段によって得られた情報に基づいて、上記合焦検出手段における評価値の算出対象となる像面上の領域を抽出する領域抽出手段 (48)と、

上記領域抽出手段で抽出した上記像面上の領域の位置を記憶する抽出情報記憶手段 (50)と、

を含むことを特徴とする請求項 5に記載の合焦検出装置。

[9] 上記領域抽出手段は、上記距離推定手段によって得られた上記距離情報によって領域抽出を行うことを特徴とする請求項 8に記載の合焦検出装置。

[10] 上記ぼけパラメータ演算手段は、上記輝度情報取得手段を用いて取得した上記輝度情報の微分情報を算出する微分演算手段 (34)を備え、

上記領域抽出手段は、上記微分演算手段によって得られた微分情報によって領域抽出を行うことを特徴とする請求項 8に記載の合焦検出装置。

[11] 上記ぼけパラメータ演算手段は、上記輝度情報取得手段を用いて取得した上記輝度情報の微分情報を算出する微分演算手段 (34)を備え、

上記領域抽出手段は、上記距離推定手段によって得られた上記距離情報と、上記微分演算手段によって得られた微分情報とによって領域抽出を行うことを特徴とする請求項 8に記載の合焦検出装置。

上記ぼけパラメータ演算手段は、上記輝度情報取得手段を用いて取得した上記輝度情報の 2次微分を算出する微分演算手段 (34)を備え、

上記合焦検出手段は、上記評価値を算出する際、上記ぼけパラメータ演算手段における上記微分演算手段を使用することを特徴とする請求項 1に記載の合焦検出装置。