JP3914367B2 - 自動合焦装置、デジタルカメラ、および携帯情報入力装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動合焦装置、デジタルカメラ、および携帯情報入力装置に関し、詳細には、外部ＡＦとＣＣＤ−ＡＦで合焦位置の検出を行う自動合焦装置、デジタルカメラ、および携帯情報入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子スチルカメラのＡＦ方式としては、ＣＣＤもしくはフォーカスレンズを光軸方向に駆動しながらＣＣＤに蓄積される輝度信号によりピントのピークを見つけるＣＣＤ−ＡＦ方式か、三角測量方式の自動焦点調節機構が単独で使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＣＣＤ−ＡＦ方式は、図１５に示すように、無限遠から最至近まで、ＣＣＤまたはフォーカスレンズを駆動して、ピントの山を見つける方式であるため、合焦位置を検出するまでに時間がかかるという問題がある。上述の問題を解決するために、ＣＣＤ−ＡＦ方式では、図１６（ａ）に示すように、粗サンプリングを無限遠から最至近まで行って概略の合焦位置を検出し、つづいて、図１６（ｂ）に示すように、概略の合焦位置近傍で細かいサンプリングを行って最終的な合焦位置を検出する方式も提案されている。かかる方式によれば、若干合焦位置の検出時間を短縮できるが、十分とは言えない。
【０００４】
また、ＣＣＤ−ＡＦ方式は、ピントを合わせたいエリアに高輝度な被写体（電球、ろうそくの炎、反射している看板など）があると、ピントの山を発見できず、疑合焦してしまうという問題がある。また、上述の三角測量方式では、至近距離側での測距のパララックスずれが発生しやすく、また、望遠側での性能が低いなどの問題がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、短時間でかつ高輝度被写体が存在しても正確に合焦位置を検出することが可能な自動合焦装置、デジタルカメラ、および携帯情報入力装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１にかかる発明は、被写体像を所定位置に結像するフォーカスレンズ系を含むレンズ系と、前記レンズ系を介して入力される被写体像を撮像して画像データを出力する撮像手段と、前記撮像手段を使用して、前記レンズ系を無限側から至近側に移動させて被写体のコントラストをサンプリングして合焦位置を検出する第１の合焦位置検出手段と、前記撮像手段とは異なる光電変換手段を使用して、被写体との距離を検出して前記レンズ系の合焦位置を検出する第２の合焦位置検出手段と、前記第１の合焦位置検出手段は、前記第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置の近傍で被写体のコントラストをサンプリングし、前記第１の合焦位置検出手段で前記合焦位置の近傍でサンプリングされた被写体のコントラストが、前記レンズ系の移動開始位置である前記無限側から移動終了位置である前記至近側までの移動に伴って上昇を続けるように変化し、前記レンズ系の移動終了位置で最大となる場合には、前記第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置を最終的な合焦位置に決定し、それ以外の位置で前記被写体のコントラストが最大となる場合には、前記被写体のコントラストが最大となる位置を最終的な合焦位置に決定する合焦位置決定手段と、を備えたものである。
【０００７】
上記発明によれば、レンズ系は被写体像を所定位置に結像し、撮像手段はレンズ系を介して入力される被写体像を撮像して画像データを出力し、第１の合焦位置検出手段は撮像手段を使用して、レンズ系を無限側から至近側に移動させて被写体のコントラストをサンプリングして合焦位置を検出し、第２の合焦位置検出手段は撮像手段とは異なる光電変換手段を使用して、被写体との距離を検出してレンズ系の合焦位置を検出し、第１の合焦位置検出手段は、第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置の近傍で被写体のコントラストをサンプリングし、合焦位置決定手段は第１の合焦位置検出手段で合焦位置の近傍でサンプリングされた被写体のコントラストが、レンズ系の移動開始位置である無限側から移動終了位置である至近側までの移動に伴って上昇を続けるように変化し、レンズ系の移動終了位置で最大となる場合には、第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置を最終的な合焦位置に決定し、それ以外の位置で被写体のコントラストが最大となる場合には、被写体のコントラストが最大となる位置を最終的な合焦位置に決定する。
【００１０】
また、請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、前記合焦位置決定手段は、前記第１の合焦位置検出手段で検出された被写体のコントラストにピークが無い場合には、前記第２の合焦位置検出手段でサンプリングされた合焦位置を最終的な合焦位置に決定するものである。上記発明によれば、合焦位置決定手段は、第１の合焦位置検出手段でサンプリングされた被写体のコントラストにピークが無い場合には、第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置を最終的な合焦位置に決定する。
【００１２】
また、請求項３にかかる発明は、請求項１または請求項２にかかる発明において、合焦動作を指示するための合焦動作操作部材が操作された場合に、前記第１の合焦位置検出手段と前記第２の合焦位置検出手段とを略同時に動作させるものである。上記発明によれば、合焦動作を指示するための合焦動作操作部材が操作された場合に、第１の合焦位置検出手段と第２の合焦位置検出手段とを略同時に動作させる。
【００１３】
また、請求項４にかかる発明は、請求項１または請求項２に記載の自動合焦装置において、合焦動作を指示するための合焦動作操作部材の操作に先行して、所定の時間間隔で前記第２の合焦位置検出手段は被写体との距離を測距する測距処理を実行し、前記合焦動作操作部材が操作された場合には、前記第１の合焦位置検出手段は、前記第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置に基づいて合焦位置を検出する動作を実行するものである。上記発明によれば、合焦動作を指示するための合焦動作操作部材の操作に先行して、所定の時間間隔で第２の合焦位置検出手段は被写体との距離を測距する測距処理を実行し、合焦動作操作部材が操作された場合には、第１の合焦位置検出手段は、第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置に基づいて合焦位置を検出する動作を実行する。
【００１４】
また、請求項５にかかる発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１つにかかる自動合焦装置を適用したものである。上記発明によれば、請求項１〜請求項５のいずれか１つにかかる自動合焦装置をデジタルカメラに適用する。
【００１５】
また、請求項６にかかる発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１つにかかる自動合焦装置を適用したものである。上記発明によれば、請求項１〜請求項４のいずれか１つにかかる自動合焦装置を携帯情報入力装置に適用する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる自動合焦装置、デジタルカメラ、および携帯情報端末装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明にかかる自動合焦装置を適用したデジタルカメラの構成図である。同図において、１００はデジタルカメラを示しており、デジタルカメラ１００は、レンズ系１０１、絞り・フィルター部等を含むメカ機構１０２、ＣＣＤ１０３、ＣＤＳ回路１０４、可変利得増幅器（ＡＧＣアンプ）１０５、Ａ／Ｄ変換器１０６、ＩＰＰ１０７、ＤＣＴ１０８、コーダー１０９、ＭＣＣ１１０、ＤＲＡＭ１１１、ＰＣカードインターフェース１１２、ＣＰＵ１２１、表示部１２２、操作部１２３、ＳＧ（制御信号生成）部１２６、ストロボ装置１２７、バッテリ１２８、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２９、ＥＥＰＲＯＭ１３０、フォーカスドライバ１３１、パルスモータ１３２、ズームドライバ１３３、パルスモータ１３４、モータドライバ１３５、外部ＡＦセンサー１３６を具備して構成されている。また、ＰＣカードインターフェース１１２を介して着脱可能なＰＣカード１５０が接続されている。
【００１８】
レンズユニットは、レンズ系１０１、絞り・フィルター部等を含むメカ機構１０２からなり、メカ機構１０２のメカニカルシャッタは２つのフィールドの同時露光を行う。レンズ系１０１は、例えば、バリフォーカルレンズからなり、フォーカスレンズ系１０１ａとズームレンズ系１０１ｂとで構成されている。
【００１９】
フォーカスドライバ１３１は、ＣＰＵ１２１から供給される制御信号に従って、パルスモータ１３２を駆動して、フォーカスレンズ系１０１ａを光軸方向に移動させる。ズームドライバ１３３は、ＣＰＵ１２１から供給される制御信号に従って、パルスモータ１３４を駆動して、ズームレンズ系１０１ｂを光軸方向に移動させる。また、モータドライバ１３５は、ＣＰＵ１２１から供給される制御信号に従ってメカ機構１０２を駆動し、例えば、絞りの絞り値を設定する。
【００２０】
ＣＣＤ（電荷結合素子）１０３は、レンズユニットを介して入力した映像を電気信号（アナログ画像データ）に変換する。ＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路１０４は、ＣＣＤ型撮像素子に対する低雑音化のための回路である。
【００２１】
また、ＡＧＣアンプ１０５は、ＣＤＳ回路１０４で相関２重サンプリングされた信号のレベルを補正する。尚、ＡＧＣアンプ１０５のゲインは、ＣＰＵ１２１により、ＣＰＵ１２１が内蔵するＤ／Ａ変換器を介して設定データ（コントロール電圧）がＡＧＣアンプ１０５に設定されることにより設定される。さらにＡ／Ｄ変換器１０６は、ＡＧＣアンプ１０５を介して入力したＣＣＤ１０３からのアナログ画像データをデジタル画像データに変換する。すなわち、ＣＣＤ１０３の出力信号は、ＣＤＳ回路１０４およびＡＧＣアンプ１０５を介し、またＡ／Ｄ変換器１０６により、最適なサンプリング周波数（例えば、ＮＴＳＣ信号のサブキャリア周波数の整数倍）にてデジタル信号に変換される。
【００２２】
また、デジタル信号処理部であるＩＰＰ（Image Pre-Processor)１０７、ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform)１０８、およびコーダー（Huffman Encoder/Decoder)１０９は、Ａ／Ｄ変換器１０６から入力したデジタル画像データについて、色差（Ｃｂ、Ｃｒ）と輝度（Ｙ）に分けて各種処理、補正および画像圧縮／伸長のためのデータ処理を施す。ＤＣＴ１０８およびコーダー１０９は、例えばＪＰＥＧ準拠の画像圧縮・伸長の一過程である直交変換・逆直交変換、並びに、ＪＰＥＧ準拠の画像圧縮・伸長の一過程であるハフマン符号化・復号化等を行う。
【００２３】
さらに、ＭＣＣ（Memory Card Controller）１１０は、圧縮処理された画像を一旦蓄えてＰＣカードインターフェース１１２を介してＰＣカード１５０への記録、或いはＰＣカード１５０からの読み出しを行う。
【００２４】
ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従ってＲＡＭを作業領域として使用して、操作部１２３からの操作、或いは図示しないリモコン等の外部動作操作に従い、上記デジタルカメラ内部の全動作を制御する。具体的には、ＣＰＵ１２１は、撮像動作、自動露出（ＡＥ）動作、自動ホワイトバランス（ＡＷＢ）調整動作や、ＡＦ動作等の制御を行う。
【００２５】
また、カメラ電源はバッテリ１２８、例えば、ＮｉＣｄ、ニッケル水素、リチウム電池等から、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２９に入力され、当該デジタルカメラ内部に供給される。
【００２６】
表示部１２２は、ＬＣＤ、ＬＥＤ、ＥＬ等で実現されており、撮影したデジタル画像データや、伸長処理された記録画像データ、設定画面等の表示を行う。操作部１２３は、撮影操作を行うためのレリーズキー、ズームレンズ系１０１ｂのズーム位置を設定するためのズームキー、機能選択およびその他の各種設定を外部から行うためのボタン等を備えている。ＣＰＵ１２１は、レリーズキーが半押しされてＲＬ−１がＯＮとなるとＡＦ動作等を実行し、また、レリーズキーが全押しされてＲＬ−２がＯＮとなると撮影動作を実行する。ＥＥＰＲＯＭ１３０には、ＣＰＵ１２１がデジタルカメラの動作を制御する際に使用する調整データ等が書き込まれている。
【００２７】
上記したデジタルカメラ１００（ＣＰＵ１２１）は、被写体を撮像して得られる画像データをＰＣカード１５０に記録する記録モードと、ＰＣカード１５０に記録された画像データを表示する表示モードと、撮像した画像データを表示部１２２に直接表示するモニタリングモード等を備えている。
【００２８】
図２は、上記ＩＰＰ１０７の具体的構成の一例を示す図である。ＩＰＰ１０７は、図２に示す如く、Ａ／Ｄ変換器１０６から入力したデジタル画像データをＲ・Ｇ・Ｂの各色成分に分離する色分離部１０７１と、分離されたＲ・Ｇ・Ｂの各画像データを補間する信号補間部１０７２と、Ｒ・Ｇ・Ｂの各画像データの黒レベルを調整するペデスタル調整部１０７３と、Ｒ、Ｂの各画像データの白レベルを調整するホワイトバランス調整部１０７４と、ＣＰＵ１２１により設定されたゲインでＲ・Ｇ・Ｂの各画像データを補正するデジタルゲイン調整部１０７５と、Ｒ・Ｇ・Ｂの各画像データのγ変換を行うガンマ変換部１０７６と、ＲＧＢの画像データを色差信号（Ｃｂ、Ｃｒ）と輝度信号（Ｙ）とに分離するマトリクス部１０７７と、色差信号（Ｃｂ、Ｃｒ）と輝度信号（Ｙ）とに基づいてビデオ信号を作成し表示部１２２に出力するビデオ信号処理部１０７８と、を備えている。
【００２９】
更に、ＩＰＰ１０７は、ペデスタル調整部１０７３によるペデスタル調整後の画像データの輝度データ（Ｙ）を検出するＹ演算部１０７９と、Ｙ演算部１０７９で検出した輝度データ（Ｙ）の所定周波数成分のみを通過させるＢＰＦ１０８０と、ＢＰＦ１０８０を通過した輝度データ（Ｙ）の積分値をＡＦ評価値としてＣＰＵ１２１に出力するＡＦ評価値回路１０８１と、Ｙ演算部１０７９で検出した輝度データ（Ｙ）に応じたデジタルカウント値をＡＥ評価値としてＣＰＵ１２１に出力するＡＥ評価値回路１０８２と、ホワイトバランス調整部１０７４による調整後のＲ・Ｇ・Ｂの各画像データの輝度データ（Ｙ）を検出するＹ演算部１０８３と、Ｙ演算部１０８３で検出した各色の輝度データ（Ｙ）をそれぞれカウントして各色のＡＷＢ評価値としてＣＰＵ１２１に出力するＡＷＢ評価値回路１０８４と、ＣＰＵ１２１とのインターフェースであるＣＰＵＩ／Ｆ１０８５と、及びＤＣＴ１０８とのインターフェースであるＤＣＴＩ／Ｆ１０８６等を備えている。
【００３０】
図１の外部ＡＦセンサー１３６は、パッシブ方式の測距センサーからなり、被写体の距離を測距するためのものである。図３は、外部ＡＦセンサーの概略構成を示す図である。外部ＡＦセンサー１３６は、レンズ１５１と、フォトセンサーアレイ１５２ａ（左側）、１５２ｂ（右側）と、演算回路（不図示）を備えている。図３および図４を参照して外部ＡＦセンサー１３６の測距原理を説明する。図３において、被写体までの距離をｄ、レンズ１５１とフォトセンサーアレイ１５２ａ（左側）、１５２ｂ（右側）との距離をｆ、フォトセンサーアレイ１５２ａ（左側）、１５２ｂ（右側）に入力する光の幅をそれぞれ、Ｘ１、Ｘ２、光の入射されるフォトセンサーアレイ１５２ａ、１５２ｂ間の距離をＢとすると、外部ＡＦセンサー１３６の前面から被写体までの距離ｄは、三角測量により、ｄ＝Ｂ・ｆ／（Ｘ１＋Ｘ２）で算出できる。図４は、左右のフォトセンサーアレイの被写体像を示しており、演算回路は、各フォトセンサーアレイの被写体像の光量を積分し、左右センサーデータのずれを演算することで、被写体の距離ｄを算出し、ＣＰＵ１２１に出力する。
【００３１】
本明細書において、外部ＡＦセンサー１３６を使用して合焦位置を検出する動作を外部ＡＦといい、ＣＣＤ１０３を使用して合焦位置を検出する場合をＣＣＤ−ＡＦ（内部ＡＦ）という。ＣＣＤ−ＡＦでは、フォーカスレンズ１０１ａを移動して、ＣＣＤ１０３から出力される画像信号に応じた被写体のコントラストを示すＡＦ評価値をサンプリングし、ＡＦ評価値のピーク位置を合焦位置とする山登りサーボ方式を使用する。外部ＡＦとＣＣＤ−ＡＦを使用してＡＦを行うことをハイブリットＡＦという。
【００３２】
つぎに、上記構成のデジタルカメラのＡＦに関する動作例（動作例１、動作例２）を説明する。動作例１はＣＣＤ−ＡＦと外部ＡＦを略同時に実行する場合の動作例を示し、動作例２はＣＣＤ−ＡＦに先行して外部ＡＦを実行する場合の動作例を示す。
【００３３】
（動作例１）
デジタルカメラのＡＦに関する動作例１を図５〜図７を参照して説明する。図５は、ＣＰＵ１２１の制御により実行されるデジタルカメラのＡＦに関する動作例１を説明するためのフローチャートである。
【００３４】
図５において、まず、ＣＰＵ１２１は、レリーズキーが半押しされて、ＲＬ−１がＯＮとなったか否かを判断する（ステップＳ１）。レリーズキーが半押しされて、ＲＬ−１がＯＮされた場合には、ＣＰＵ１２１は、フォーカスレンズ系１０１ａをＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）に設定する（ステップＳ２）。ＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）としては、例えば、レンズ系１０１の現ポジションを使用することができる。通常、同一の条件で連続して撮影する頻度が高いと考えられるからである。
【００３５】
そして、ＣＰＵ１２１は、外部ＡＦとＣＣＤ−ＡＦを略同時にスタートさせる（ステップＳ３）。外部ＡＦでは、外部ＡＦセンサー１３６により、測距処理が行われ、被写体との距離の測定が行われて合焦位置の検出が行われる。また、ＣＣＤ−ＡＦでは、フォーカスレンズ系１０１ａを基準位置の近傍で移動させて、ＡＦ評価値を取得し、合焦位置の検出が行われる。
【００３６】
この後、ＣＰＵ１２１は、外部ＡＦが終了したか否かを判断し（ステップＳ４）、外部ＡＦが終了した場合には、外部ＡＦの距離測定結果が、ＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）に対応する撮影距離と所定値以上異なるか否かを判断する（ステップＳ５）。この判断の結果、外部ＡＦの距離測定結果が、ＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）に対応する撮影距離と所定値以上異ならない場合には、ステップＳ８に移行する。他方、外部ＡＦの距離測定結果が、ＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）に対応する撮影距離と所定値以上異なる場合には、ＣＰＵ１２１は、ＣＣＤ−ＡＦを中断して、外部ＡＦセンサー１３６で測定された距離に対応する位置を新たな基準位置とし、当該基準位置にフォーカスレンズ系１０１ａを移動する（ステップＳ６）。つづいて、当該基準位置の近傍でＣＣＤ−ＡＦを再実行する（ステップＳ７）。
【００３７】
ステップＳ８では、ＣＰＵ１２１は、ＣＣＤ−ＡＦが終了したか否かを判断し、ＣＣＤ−ＡＦが終了した場合には、ＣＣＤ−ＡＦのＡＦ評価値のサンプリング結果（被写体のコントラストの状態）に基づいて、ＣＣＤ−ＡＦと外部ＡＦで検出された合焦位置から最終的な合焦位置を決定する。
【００３８】
ここで、ＣＣＤ−ＡＦのＡＦ評価値のサンプリング結果（被写体のコントラストの状態）に基づいて、最終的な合焦位置の決定方法を説明する。
【００３９】
図６〜図９は最終的な合焦位置の決定方法を説明するための説明図であり、ＣＣＤ−ＡＦでサンプリングされた被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）の一例を示している。図６〜図９において、横軸はレンズ繰り出し量（レンズ位置）、縦軸は被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）を示している。また、サンプリング幅は被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）を検出する範囲を示している。
【００４０】
図６は至近側から無限側の間に被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）にピーク（極大）がある場合を示す。図７は被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）にピーク（極大）がない場合を示す。図８は被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）が、至近側で最大となる場合を示す。図９は被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）が、無限側で最大となる場合を示す。
【００４１】
図６に示すように、至近側から無限側の間に被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）にピーク（極大）がある場合には、ＣＰＵ１２１は、ＣＣＤ−ＡＦの当該ピーク位置を最終的な合焦位置と決定する。
【００４２】
また、図７に示すように、被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）にピーク（極大）がない場合には、ＣＰＵ１２１は、外部ＡＦで検出された合焦位置を最終の合焦位置と決定する。
【００４３】
また、図８に示すように、被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）が、フォーカスレンズが移動している方向（スキャン方向）である至近側まで上昇し続ける場合には、ＣＰＵ１２１は、外部ＡＦで検出された合焦位置を最終の合焦位置と決定する。至近側で被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）が上昇し続ける場合は、ＣＣＤ−ＡＦの結果が擬合焦であると考えられるので、ＣＣＤ−ＡＦの結果ではなく外部ＡＦの結果を使用する。
【００４４】
また、図９に示すように、被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）が、フォーカスレンズが移動開始側（スキャン開始側）である無限側で最大となり以降下降し続ける場合には、ＣＰＵ１２１は、ＣＣＤ−ＡＦの当該最大となる位置（レンズ位置）を最終的な合焦位置に決定する。無限側で被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）が最大となり以降下降し続ける場合には、ＣＣＤ−ＡＦの結果が擬合焦ではないと考えられるので、上述した至近側から無限側の間に被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）にピーク（極大）がある場合と同様に、外部ＡＦの結果ではなくＣＣＤ−ＡＦの結果を使用する。
【００４５】
ＣＰＵ１２１は、以上の如くして決定した合焦位置にフォーカスレンズ系１０１ａを移動させる（ステップＳ９）。その後、レリーズキーが全押しされてＲＬ−２がＯＮとなると、撮影動作を行い、被写体の画像データを取り込み、ＰＣカード１５０に記録する。
【００４６】
図１０は第１の動作例における外部ＡＦとＣＣＤ−ＡＦの実行タイミングを説明するためのタイミングチャートを示す。同図（ａ）は、外部ＡＦの距離測定結果とＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）に対応する撮影距離とが所定値以上異なる場合のタイミングを示す。同図（ｂ）は、外部ＡＦの距離測定結果とＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）に対応する撮影距離とが所定値以上異なり、ＣＣＤ−ＡＦを中断して、外部ＡＦセンサー１３６で測定された距離に対応する位置を新たな基準位置とし、再度ＣＣＤ−ＡＦを実行した場合（▲２▼）を示している。
【００４７】
（動作例２）
デジタルカメラのＡＦに関する動作例２を図１１〜図１４を参照して説明する。図１１は、ＣＰＵ１２１の制御により実行されるデジタルカメラのＡＦに関する動作例２を説明するためのフローチャートである。
【００４８】
図１１において、まず、電源が投入されると（ステップＳ２１）、ＣＰＵ１２１は、外部ＡＦ実行タイミングであるか否かを判断し（ステップＳ２２）、この判断の結果、外部ＡＦの実行タイミングでない場合には、ステップＳ２４に移行する。他方、外部ＡＦ実行タイミングであれば、外部ＡＦによる測距処理を実行して（ステップＳ２３）、外部ＡＦセンサー１３６は被写体との距離を測距して、ステップＳ２４に移行する。
【００４９】
ステップＳ２４では、ＣＰＵ１２１は、レリーズキーが半押しされて、ＲＬ−１キーがＯＮされたか否かを判断する。ＲＬ−１がＯＮでない場合には、ステップＳ２２に戻り、ＲＬ−１がＯＮされるまで、外部ＡＦの実行タイミングで、外部ＡＦ測距処理が行われる。他方、ステップＳ２４で、ＲＬ−１がＯＮされた場合には、ＣＰＵ１２１は、外部ＡＦの測距結果に基づいて、ＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）を算出する（ステップＳ２５）。
【００５０】
ここで、外部ＡＦの測距結果に基づいて、ＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）を算出する方法を説明する。例えば、外部ＡＦの過去２点の測距結果から基準位置を予測する方法を使用することができる。これによれば、被写体が、近づいてくるか、遠ざかっているか、また、止まっているかを判断することが可能となる。
【００５１】
図１２は外部ＡＦの直近の過去２点の距離測定結果からＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）を算出する場合を説明するための説明図を示す。同図において、Ｌｃｃｄは予測される被写体距離（ＣＣＤ−ＡＦの基準位置）、Ｌ２はレリーズ操作直前の外部ＡＦによる被写体距離、Ｌ１はＬ２よりさらに１回前の外部ＡＦによる被写体距離、ｔ１はコンティニュアス外部ＡＦの間隔、ｔ２はレリーズ操作直前の外部ＡＦからレリーズまでの時間を示す。予測される被写体距離（ＣＣＤ−ＡＦの基準位置）Ｌｃｃｄは、下式により算出する。そして、算出された予測される被写体距離Ｌｃｃｄに対応するレンズ系の位置をＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）と決定する。
【００５２】
Ｌｃｃｄ＝Ｌ２＋ｔ２×（Ｌ２−Ｌ１）／ｔ１
例えば、ｔ１＝ｔ２とした場合に、過去２回が２ｍ、３ｍの場合には、次は４ｍ、他方、過去２回が４ｍ、３ｍの場合には、次は２ｍと予測される。よって、それぞれ４ｍ前後、２ｍ前後に対応するレンズ系の位置でＣＣＤ−ＡＦを実施することになる。
【００５３】
なお、ここでは、過去２点からＣＣＤ−ＡＦの基準位置を決定することにしたが、過去３点もしくはそれ以上の時系列データを用いることにしても良い。これにより、より細かい動体予測が可能となる。例えば、過去３点からＣＣＤ−ＡＦの基準位置を決定する場合は、被写体が、近づいてくるか、遠ざかっているか、止まっているか、前後に揺れているかを判断することも可能となる。例えば、１回目と２回目、２回目と３回目の被写体距離を比較することにより、被写体移動の加速度成分も検出可能である。この場合、２次曲線で近似する方法や（上から落ちてくる被写体とか）、三角関数で近似する方法（ブランコに乗っている被写体とか）等を使用することができる。
【００５４】
そして、ＣＰＵ１２１は、算出したＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）にフォーカスレンズ系１０１ａを移動させる（ステップＳ２６）。つづいて、ＣＰＵ１２１は、フォーカスレンズ系１０１ａを基準位置に移動した後、外部ＡＦとＣＣＤ−ＡＦを同時にスタートさせる（ステップＳ２７）。外部ＡＦでは、外部ＡＦセンサー１３６により、被写体との距離の測定が行われ合焦位置の検出が行われる。また、ＣＣＤ−ＡＦでは、フォーカスレンズ系１０１ａを基準位置の近傍で移動させて、ＡＦ評価値を取得し、合焦位置の検出が行われる。
【００５５】
ステップＳ２８では、ＣＰＵ１２１は、ＣＣＤ−ＡＦが終了したか否かを判断し、ＣＣＤ−ＡＦが終了した場合には、ＣＣＤ−ＡＦのＡＦ評価値のサンプリング結果（被写体のコントラストの状態）に基づいて、ＣＣＤ−ＡＦと外部ＡＦで検出された合焦位置から最終的な合焦位置を決定する（ステップＳ２９）。ＣＣＤ−ＡＦのＡＦ評価値のサンプリング結果（被写体のコントラストの状態）に基づいて、ＣＣＤ−ＡＦと外部ＡＦで検出された合焦位置から最終的な合焦位置を決定する方法は動作例１と同様であるのでその説明は省略する。
【００５６】
この後、ＣＰＵ１２１は、決定した合焦位置にフォーカスレンズ系１０１ａを移動させる（ステップＳ３０）。その後、レリーズキーが全押しされてＲＬ−２がＯＮとなると、撮影動作を行い、被写体の画像データを取り込み、ＰＣカード１５０に記録する。
【００５７】
図１３を参照して、第２の動作例における、外部ＡＦとＣＣＤ−ＡＦの実行タイミングを説明する。図１３は第２の動作例における外部ＡＦとＣＣＤ−ＡＦの実行タイミングを説明するためのタイミングチャートを示す。同図の（ａ）は、外部ＡＦの実行タイミングでレリーズが押された場合、（ｂ）は、外部ＡＦの休止中にレリーズが押された場合、（ｃ）は、外部ＡＦ作動中にレリーズが押された場合（その１）、（ｄ）は、外部ＡＦ作動中にレリーズが押された場合（その２）のタイミングを示す。
【００５８】
同図（ａ）に示すように、外部ＡＦの実行タイミングでレリーズが押された場合には、レリーズのＯＮのタイミングで外部ＡＦとＣＣＤ−ＡＦを実行する。また、同図（ｂ）に示すように、外部ＡＦ休止中にレリーズが押された場合には、外部ＡＦの休止を終了して、レリーズのＯＮのタイミングで外部ＡＦとＣＣＤ−ＡＦを実行する。外部ＡＦ作動中にレリーズが押された場合には、同図（ｃ）に示すタイミングと、同図（ｄ）に示すタイミングが考えられ、いずれのタイミングを使用することにしても良い。
【００５９】
外部ＡＦ作動中にレリーズが押された場合には、同図（ｃ）に示すように、レリーズの時点で外部ＡＦ▲３▼を中止し、再駆動することにしても良い。この場合は、外部ＡＦ▲３▼のデータは取得しないで、外部ＡＦの▲４▼のデータとＣＣＤ−ＡＦとの結果に基づいて、最終的な合焦位置を判断することになる。
【００６０】
また、外部ＡＦ作動中にレリーズが押された場合には、同図（ｄ）に示すように、レリーズの時点でも外部ＡＦ▲３▼を中断せず、外部ＡＦ▲３▼のデータとＣＣＤ−ＡＦとの結果に基づいて、最終的な合焦位置を判断することになる。通常は、外部ＡＦ作動時間は０．１秒以下であるため、（ｄ）の方式でも実使用上問題は無い。ただし、被写体が低輝度時等の場合は、外部ＡＦでも０．１秒前後の時間がかかるため、（ｃ）の方式の方が確実である。
【００６１】
なお、上記ステップＳ２８において、外部ＡＦで検出された測距結果とＣＣＤ−ＡＦで検出された合焦位置に対応する撮影距離とが、所定値以上異なる場合には、図１４に示すように、ＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）を変えて、再度ＣＣＤ−ＡＦを行うことにしても良い。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態においては、動作例１では、レリーズキーが半押しされてＲＬ−１がＯＮとなると、ＣＣＤ−ＡＦと外部ＡＦを略同時に実行することとしたので、外部ＡＦを実行した後に、外部ＡＦの結果に基づいてＣＣＤ−ＡＦを実行する場合に比して、ＡＦ時間を短縮することが可能となる。
【００６３】
また、本実施の形態においては、動作例２では、電源のＯＮがなされると、レリーズキーの押下に先行して、すなわち、レリーズキーが押下されない状態においても、所定の間隔で外部ＡＦで測距処理を行い、レリーズキーが押下された場合には、外部ＡＦの測距結果に基づいてＣＣＤ−ＡＦを行う場合の基準位置を算出して、当該基準位置の近傍でＣＣＤ−ＡＦを行うこととしたので、レリーズキーが押下された後に、外部ＡＦを実行し、その後、外部ＡＦの結果に基づいてＣＣＤ−ＡＦを実行する場合に比して、ＡＦ時間を短縮することが可能となる。
【００６４】
また、本実施の形態においては、最終的な合焦位置を検出する場合に、ＣＣＤ−ＡＦでサンプリングされた被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）の状態に応じて、ＣＣＤ−ＡＦの合焦結果または外部ＡＦの合焦結果を選択して、最終的な合焦位置を決定することとしたので、高輝度被写体が存在しても正確に合焦位置を検出することが可能となる。
【００６５】
また、本実施の形態においては、至近側から無限側の間に被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）にピーク（極大）がある場合には、ＣＣＤ−ＡＦの当該ピーク位置を最終的な合焦位置と決定することとしたので、より正確な合焦位置の検出が可能となる。
【００６６】
また、本実施の形態においては、ＣＣＤ−ＡＦで検出された被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）にピーク（極大）がない場合には、外部ＡＦで検出された合焦位置を最終の合焦位置と決定することとしたので、ＣＣＤ−ＡＦで被写体のコントラストのピーク位置を検出できない場合でも、正確な合焦位置の検出が可能となる。
【００６７】
また、本実施の形態においては、ＣＣＤ−ＡＦで検出された被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）が、至近側で最大となる場合には、外部ＡＦで検出された合焦位置を最終の合焦位置と決定することとしたので、至近側に高輝度被写体がある場合でも正確な合焦位置の検出が可能となる。
【００６８】
また、本実施の形態においては、ＣＣＤ−ＡＦで検出された被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）が無限側で最大となる場合には、ＣＣＤ−ＡＦの当該最大となる位置を最終的な合焦位置に決定することとしたので、無限側に高輝度被写体がある場合でも正確な合焦位置の検出が可能となる。
【００６９】
また、本実施の形態では、外部ＡＦセンサーとして、パッシブ方式の測距センサーを使用することとしたので、小型化、低コスト化、処理の簡略化が可能となる。
【００７０】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で適宜変形して実行可能である。例えば、本実施の形態においては、本発明にかかる自動合焦装置をデジタルカメラに適用した例を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、ＰＤＡ等の携帯情報入力装置等にも適用可能である。要は、画像を入力する際にＡＦを行う全ての装置に適用可能である。
【００７１】
【発明の効果】
請求項１にかかる自動合焦装置によれば、レンズ系は被写体像を所定位置に結像し、撮像手段はレンズ系を介して入力される被写体像を撮像して画像データを出力し、第１の合焦位置検出手段は撮像手段を使用して、レンズ系を無限側から至近側に移動させて被写体のコントラストをサンプリングして合焦位置を検出し、第２の合焦位置検出手段は撮像手段とは異なる光電変換手段を使用して、被写体との距離を検出してレンズ系の合焦位置を検出し、第１の合焦位置検出手段は、第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置の近傍で被写体のコントラストをサンプリングし、合焦位置決定手段は第１の合焦位置検出手段で合焦位置の近傍でサンプリングされた被写体のコントラストが、レンズ系の移動開始位置である無限側から移動終了位置である至近側までの移動に伴って上昇を続けるように変化し、レンズ系の移動終了位置で最大となる場合には、第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置を最終的な合焦位置に決定し、それ以外の位置で被写体のコントラストが最大となる場合には、被写体のコントラストが最大となる位置を最終的な合焦位置に決定することとしたので、短時間でかつ高輝度被写体が存在しても正確に合焦位置を検出することが可能な自動合焦装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７４】
また、請求項２にかかる自動合焦装置によれば、請求項１にかかる自動合焦装置において、合焦位置決定手段は、第１の合焦位置検出手段でサンプリングされた被写体のコントラストにピークが無い場合には、第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置を最終的な合焦位置に決定することとしたので、請求項１にかかる自動合焦装置の効果に加えて、第１の合焦位置検出手段で被写体のコントラストのピークを検出できない場合でも、正確な合焦位置の検出が可能となる。
【００７６】
また、請求項３にかかる自動合焦装置によれば、請求項１または請求項２にかかる自動合焦装置において、合焦動作を指示するための合焦動作操作部材が操作された場合に、第１の合焦位置検出手段と第２の合焦位置検出手段とを略同時に動作させることとしたので、請求項１または請求項２にかかる自動合焦装置の効果に加えて、より高速に合焦位置の検出が可能となる。
【００７７】
また、請求項４にかかる自動合焦装置によれば、請求項１または請求項２にかかる自動合焦装置において、合焦動作を指示するための合焦動作操作部材の操作に先行して、所定の時間間隔で第２の合焦位置検出手段は被写体との距離を測距する測距処理を実行し、合焦動作操作部材が操作された場合には、第１の合焦位置検出手段は、第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置に基づいて合焦位置を検出する動作を実行することとしたので、請求項１または請求項２にかかる自動合焦装置の効果に加えて、より高速に合焦位置の検出が可能となる。
【００７８】
また、請求項５にかかるデジタルカメラによれば、請求項１〜請求項４のいずれか１つにかかる自動合焦装置を適用することとしたので、短時間でかつ高輝度被写体が存在しても正確に合焦位置を検出することが可能なデジタルカメラを提供することができるという効果を奏する。
【００７９】
また、請求項６にかかる携帯情報入力装置によれば、請求項１〜請求項４のいずれか１つにかかる自動合焦装置を適用することとしたので、短時間でかつ高輝度被写体が存在しても正確に合焦位置を検出することが可能な携帯情報入力装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るデジタルカメラの構成図である。
【図２】図１のＩＰＰの具体的構成の一例を示す図である。
【図３】図１の外部ＡＦセンサーの概略構成を示す図である。
【図４】外部ＡＦセンサーの測距原理を説明するための説明図である。
【図５】ＡＦに関する第１の動作例を説明するためのフローチャートである。
【図６】至近側から無限側の間に被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）にピーク（極大）がある場合を示す図である。
【図７】被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）にピーク（極大）がない場合を示す図である。
【図８】被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）が、至近側で最大となる場合を示す図である。
【図９】被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）が、無限側で最大となる場合を示す図である。
【図１０】第１の動作例における外部ＡＦとＣＣＤ−ＡＦの実行タイミングを説明するためのタイミングチャートを示す。
【図１１】ＡＦに関する第２の動作例を説明するためのフローチャートである。
【図１２】外部ＡＦの直近の過去２点の距離測定結果からＣＣＤ−ＡＦの開始位置（基準位置）を算出する場合を説明するための説明図である。
【図１３】第２の動作例における外部ＡＦとＣＣＤ−ＡＦの実行タイミングを説明するためのタイミングチャートを示す。
【図１４】第２の動作例における外部ＡＦとＣＣＤ−ＡＦの実行タイミングを説明するためのタイミングチャートを示す。
【図１５】従来のＣＣＤ−ＡＦ方式を説明するための説明図である。
【図１６】従来のＣＣＤ−ＡＦ方式を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１００ デジタルカメラ
１０１ レンズ系
１０１ａ フォーカスレンズ系
１０１ｂ ズームレンズ系
１０２ オートフォーカス等を含むメカ機構
１０３ ＣＣＤ（電荷結合素子）
１０４ ＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路
１０５ 可変利得増幅器（ＡＧＣアンプ）
１０６ Ａ／Ｄ変換器
１０７ ＩＰＰ（Image Pre-Processor)
１０８ ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform)
１０９ コーダー（Huffman Encoder/Decoder)
１１０ ＭＣＣ（Memory Card Controller）
１１１ ＲＡＭ（内部メモリ）
１１２ ＰＣカードインターフェース
１２１ ＣＰＵ
１２２ 表示部
１２３ 操作部
１２６ ＳＧ部
１２７ ストロボ
１２８ バッテリ
１２９ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３０ ＥＥＰＲＯＭ
１３１ フォーカスドライバ
１３２ パルスモータ
１３３ ズームドライバ
１３４ パルスモータ
１３５ モータドライバ
１３６ 外部ＡＦセンサー
１５０ ＰＣカード
１５１ レンズ
１５２ フォトセンサーアレイ
１０７１ 色分離部
１０７２ 信号補間部
１０７３ ペデスタル調整部
１０７４ ホワイトバランス調整部
１０７５ デジタルゲイン調整部
１０７６ γ変換部
１０７７ マトリクス部
１０７８ ビデオ信号処理部
１０７９ Ｙ演算部
１０８０ ＢＰＦ
１０８１ ＡＦ評価値回路
１０８２ ＡＥ評価値回路
１０８３ Ｙ演算部
１０８４ ＡＷＢ評価値回路
１０８５ ＣＰＵＩ／Ｆ
１０８６ ＤＣＴＩ／Ｆ
１０７５ｒ、１０７５ｇ、１０７５ｂ 乗算器

Claims (6)

1. 被写体像を所定位置に結像するフォーカスレンズ系を含むレンズ系と、
   前記レンズ系を介して入力される被写体像を撮像して画像データを出力する撮像手段と、
   前記撮像手段を使用して、前記レンズ系を無限側から至近側に移動させて被写体のコントラストをサンプリングして合焦位置を検出する第１の合焦位置検出手段と、
   前記撮像手段とは異なる光電変換手段を使用して、被写体との距離を検出して前記レンズ系の合焦位置を検出する第２の合焦位置検出手段と、
   前記第１の合焦位置検出手段は、前記第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置の近傍で被写体のコントラストをサンプリングし、
   前記第１の合焦位置検出手段で前記合焦位置の近傍でサンプリングされた被写体のコントラストが、前記レンズ系の移動開始位置である前記無限側から移動終了位置である前記至近側までの移動に伴って上昇を続けるように変化し、前記レンズ系の移動終了位置で最大となる場合には、前記第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置を最終的な合焦位置に決定し、それ以外の位置で前記被写体のコントラストが最大となる場合には、前記被写体のコントラストが最大となる位置を最終的な合焦位置に決定する合焦位置決定手段と、
   を備えたことを特徴とする自動合焦装置。
2. 前記合焦位置決定手段は、前記第１の合焦位置検出手段でサンプリングされた被写体のコントラストにピークが無い場合には前記第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置を最終的な合焦位置に決定することを特徴とする請求項１に記載の自動合焦装置。
3. 合焦動作を指示するための合焦動作操作部材が操作された場合に、前記第１の合焦位置検出手段と前記第２の合焦位置検出手段とを略同時に動作させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動合焦装置。
4. 合焦動作を指示するための合焦動作操作部材の操作に先行して、所定の時間間隔で前記第２の合焦位置検出手段は被写体との距離を測距する測距処理を実行し、前記合焦動作操作部材が操作された場合には、前記第１の合焦位置検出手段は、前記第２の合焦位置検出手段で検出された合焦位置に基づいて合焦位置を検出する動作を実行することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動合焦装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の自動合焦装置を適用したことを特徴とするデジタルカメラ。
6. 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の自動合焦装置を適用したことを特徴とする携帯情報入力装置。

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