(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像の焦点調節を行うフォーカスレンズと、
該フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段と、
前記フォーカスレンズによって結像された被写体像を電気信号に変換する光電変換手段と、
該光電変換手段の出力信号から被写体の輝度の高周波成分を表わす信号を抽出する第１の抽出手段と、
前記光電変換手段の出力信号から被写体の輝度を表わす信号を抽出する第２の抽出手段と、
被写体を照明する照明手段と、
前記照明手段を制御して被写体を照明し、前記フォーカスレンズによって結像された当該照明された被写体像を前記光電変換手段によって電気信号に変換し、当該変換された電気信号から前記第２の抽出手段によって第１の輝度信号を抽出し、前記照明手段を制御して被写体を照明せずにフォーカスレンズによって結像された被写体象を前記光電変換手段によって電気信号に変換し、当該変換された電気信号から前記第２の抽出手段によって第２の輝度信号を抽出するとともに、前記第１の抽出手段の出力に応じて前記フォーカスレンズ駆動手段を制御する際に、前記第１の輝度信号と前記第２の輝度信号との相関に対応して当該フォーカスレンズ駆動手段を制御する制御手段とを備えた事を特徴とする自動合焦装置。
【請求項２】
前記第２の抽出手段の出力の相関とは、被写体を照明したときの前記第２の抽出手段の出力と、被写体を照明しないときの前記第２の抽出手段の出力との差である事を特徴とする請求項１に記載の自動合焦装置。
【請求項３】
前記第２の抽出手段の出力の相関とは、被写体を照明したときの前記第２の抽出手段の出力と、被写体を照明しないときの前記第２の抽出手段の出力との比である事を特徴とする請求項１に記載の自動合焦装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銀塩フィルムカメラや電子スチルカメラ，ビデオカメラなどに用いられる自動合焦装置の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から電子スチルカメラやビデオカメラなどではＣＣＤなどの撮像素子から得られる輝度信号の高域成分が最大になるレンズ位置を合焦位置とする、いわゆる山登りＡＦを用いている。この方式では通常、図８に示すように撮影画面に対して中央部分を測距エリアとし、この範囲内の被写体に対して輝度信号の高域成分が最大になるレンズ位置を合焦位置としていた。
【０００３】
また一般に被写体輝度が低いときはＬＥＤ等の補助光を被写体に向けて投光することにより、被写体輝度を高くして前記の合焦動作を行っていた。さらに補助光源と投光用レンズとの間にスリット等を入れて、このスリットのパターンが被写体に向けて投光されるようになっており、被写体のコントラストを高めるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、補助光の到達距離には限度があるので、遠い距離にある輝度の低い被写体に向けて補助光を投光しても被写体が十分な明るさに照明されず、前記の山登り方式によって合焦動作を行うことが困難になってしまう。
【０００５】
また遠くてコントラストの低い被写体を撮影する場合にも、前記のスリットによる像が鮮明にならず、前記山登り方式によって合焦動作を行うことが困難になってしまう。
【０００６】
本発明は前記従来の問題点を解消するために成されたもので、遠い距離にある輝度の低い被写体やコントラストの低い被写体に対しても正確な合焦動作を行うことができる自動合焦装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自動合焦装置は、下記の構成によって前記の目的を達成するものである。
【０００８】
（１）被写体像の焦点調節を行うフォーカスレンズと、該フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段と、前記フォーカスレンズによって結像された被写体像を電気信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段の出力信号から被写体の輝度の高周波成分を表わす信号を抽出する第１の抽出手段と、前記光電変換手段の出力信号から被写体の輝度を表わす信号を抽出する第２の抽出手段と、被写体を照明する照明手段と、前記照明手段を制御して被写体を照明し、前記フォーカスレンズによって結像された当該照明された被写体像を前記光電変換手段によって電気信号に変換し、当該変換された電気信号から前記第２の抽出手段によって第１の輝度信号を抽出し、前記照明手段を制御して被写体を照明せずにフォーカスレンズによって結像された被写体象を前記光電変換手段によって電気信号に変換し、当該変換された電気信号から前記第２の抽出手段によって第２の輝度信号を抽出するとともに、前記第１の抽出手段の出力に応じて前記フォーカスレンズ駆動手段を制御する際に、前記第１の輝度信号と前記第２の輝度信号との相関に対応して当該フォーカスレンズ駆動手段を制御する制御手段とを備えた事を特徴とする自動合焦装置。
（２）前記第２の抽出手段の出力の相関とは、被写体を照明したときの前記第２の抽出手段の出力と、被写体を照明しないときの前記第２の抽出手段の出力との差である事を特徴とする前記（１）に記載の自動合焦装置。
（３）前記第２の抽出手段の出力の相関とは、被写体を照明したときの前記第２の抽出手段の出力と、被写体を照明しないときの前記第２の抽出手段の出力との比である事を特徴とする前記（１）に記載の自動合焦装置。
【００１４】
【発明の実施の形態】
前記の問題点を解決するために本発明は、被写体像の焦点調節を行うフォーカスレンズと、前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段と、光電変換手段と、光電変換手段からの出力信号から被写体の輝度の高周波成分を表わす信号を抽出する第１の抽出手段とを有し、全体の動作を制御する制御手段は前記第１の抽出手段からの出力に応じて前記フォーカスレンズ駆動手段を制御する自動合焦装置であって、前記光電変換手段からの出力信号から被写体の輝度を表わす信号を抽出する第２の抽出手段と、被写体を照明する照明手段を有し、前記制御手段は、前記照明手段を制御し、被写体を照明した時の前記第２の抽出手段の出力と、被写体を照明しない時の前記第２の抽出手段の出力との相関に応じて前記フォーカスレンズ駆動手段を制御する実施形態である。
【００１５】
また、被写体像の焦点調節を行うフォーカスレンズと、前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段と、光電変換手段と、光電変換手段からの出力信号から被写体の輝度の高周波成分を表わす信号を抽出する第１の抽出手段とを有し、全体の動作を制御する制御手段は前記第１の抽出手段からの出力に応じて前記フォーカスレンズ駆動手段を制御する自動合焦装置であって、前記光電変換手段からの出力信号から被写体の輝度を表わす信号を抽出する第２の抽出手段と、被写体を照明する照明手段を有し、前記制御手段は前記フォーカスレンズ駆動手段を制御し、前記第１の抽出手段の出力に応じて前記照明手段を制御し、被写体を照明した時の前記第２の抽出手段の出力と、被写体を照明しない時の前記第２の抽出手段の出力との相関に応じて前記フォーカスレンズ駆動手段を制御する実施形態である。
【００１６】
前記形態により、遠い距離にある輝度の低い被写体やコントラストの低い被写体に対しても正確な合焦動作を行うことができる。
【００１７】
詳細な形態を実施例により説明する。
【００１８】
【実施例】
本発明の自動合焦装置の複数の実施例を図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施例）
以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施例を説明する。図１は、本発明の第１の実施例を使用した電子カメラのブロック図である。
【００２０】
図示の１０１は固定レンズ、１０２は絞り及びシャッターなどの光量制御部材、１０３は絞り及びシャッター駆動モータ、１０４は絞りやシャッターなどを駆動するメカ系駆動回路、１０５は後記する撮像素子上に焦点を合わせるためのフォーカスレンズ、１０６はフォーカスレンズ１０５のリセット位置を検出するフォトインタラプタ、１０７はフォーカスレンズ駆動モータ、１０８はモータ１０７を駆動してフォーカスレンズを動かすフォーカスレンズ駆動回路である。
【００２１】
１０９は被写体からの反射光を電気信号に変換する撮像素子、１１０は撮像素子１０９を動作させるために必要なタイミング信号を発生するタイミング信号発生回路（以下、ＴＧと記す）、１１１は撮像素子１０９の出力ノイズ除去のためのＣＤＳ回路やＡ／Ｄ変換前に行う非線形増幅回路を備えた前置処理回路、１１２はＡ／Ｄ変換器、１１３はバッファメモリ、１１４はメモリの読み書きやＤＲＡＭのリフレッシュ動作を制御するためのメモリコントローラである。
【００２２】
１１５は撮影シーケンスなどシステムを制御するためのマイクロコントローラ、１１６は操作補助のための表示やカメラの状態を表わす操作表示部、１１７はカメラを外部から操作するための操作部、１１８は電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ、１１９は後記する拡張ユニットとのインターフェース、１２０は電子カメラ本体に接続して各種処理や操作を行うための着脱自在な拡張ユニット、１２１は後記する記録媒体との接続のためのインターフェース、１２２はメモリカードやハードディスクなどの記録媒体である。
【００２３】
１２３はシステムに電源を投入するためのメインスイッチ、１２４はＡＦやＡＥ等の撮影スタンバイ動作を行うためのスイッチ（以下、ＳＷ１と記す）、１２５は撮影スタンバイスイッチ１２４の操作後、撮影を行う撮影スイッチ（以下、ＳＷ２と記す）、１２６は撮影モードを設定するモードスイッチ、１２７はストロボ、１２８はＬＥＤ等を光源とする補助光である。
【００２４】
次に図２のフローチャートを参照して本発明の自動合焦装置（以下、ＡＦ装置と記す）を用いた電子カメラの動作について説明する。
【００２５】
ここではＡＦ方式として撮像素子から得られる輝度信号の高域成分が最大になるレンズ位置を合焦位置とする方式を用いて説明する。まず、ステップＳ２０１ではメインスイッチ１２３の状態を検出し、ＯＮであればＳ２０２へ進む。Ｓ２０２では記録媒体１２２の残容量を調べ、残容量が０であればＳ２０３へ進み、そうでなければＳ２０４へ進む。Ｓ２０３では記録媒体１２２の残容量が０であることを警告してＳ２０１へ進む。警告は操作表示部１１６に表示するか又は図示しない音声出力部から警告音を出すか、又はその両方を行ってもよい。Ｓ２０４ではフォーカスレンズ１０５をリセットし初期位置へ移動する。Ｓ２０５ではＳＷ１の状態を調べ、ＯＮであればＳ２０７へ進み、そうでなければＳ２０６へ進む。Ｓ２０６ではメインスイッチ１２３の状態を調べ、ＯＮであればＳ２０５へ、そうでなければＳ２０１へ進む。
【００２６】
Ｓ２０７では後記する図３に示すフローチャートにしたがってフォーカスレンズ１０５を駆動する。Ｓ２１０ではＳＷ２の状態を調べ、ＯＮであればＳ２１０へ、そうでなければＳ２０９へ進む。Ｓ２０９ではＳＷ１の状態を調べ、ＯＮであればＳ２０８へ進み、そうでなければＳ２０５へ進む。Ｓ２１０では図５に示すフローチャートにしたがって撮影動作を行う。Ｓ２１１では記録媒体１２２の残容量を調べ、残容量が０であればＳ２０３へ進み、そうでなければＳ２１２に進む。Ｓ２１２ではＳＷ２の状態を調べ、ＯＮでなければＳ２０９へ進む。
【００２７】
図３は、図２のステップＳ２０７におけるＡＦ動作を示すフローチャートである。
【００２８】
まずステップＳ３０１では撮像素子１０９の出力信号から被写体輝度を算出する。Ｓ３０２ではＳ３０１で算出した被写体輝度が所定値以上かどうか比較し、所定値以上であればＳ３１２へ進み、そうでなければＳ３０３へ進む。Ｓ３０３ではフォーカスレンズ１０５を所定位置へ移動する。この時の所定位置は無限遠の距離にある被写体に合焦するレンズ位置とする。
【００２９】
Ｓ３０４では撮像素子１０９の出力信号から被写体輝度を算出する。この時の被写体輝度をＹOFF とする。Ｓ３０５ではＳ３０４で算出した被写体輝度ＹOFF をバッファメモリ１１３に記憶する。Ｓ３０６では補助光１２８を点灯する。Ｓ３０７では撮像素子１０９の出力信号から被写体輝度を算出する。この補助光点灯時の被写体輝度をＹONとする。Ｓ３０８ではＳ３０７で算出した被写体輝度ＹONをバッファメモリ１１３に記憶する。Ｓ３０９ではＳ３０５、Ｓ３０８でそれぞれ記憶したＹOFF 、ＹONの差ΔＹを算出する。この時、
ΔＹ＝ＹON−ＹOFF
とする。
【００３０】
Ｓ３１０ではＳ３０９で算出したΔＹを所定値と比較し、所定値以上ならばＳ３１２へ進み、そうでなければＳ３１１へ進む。Ｓ３１１では補助光１２８を消灯する。Ｓ３１２では後記する図４のフローチャートにしたがって焦点評価値のピーク検出を行う。
【００３１】
Ｓ３０９において、ＹOFF 、ＹONの差を算出したが、差の代わりに比を算出しても良い。その場合、
Ｙ′＝ＹON／ＹOFF
とし、Ｙ′≧所定値  の時Ｓ３１２のピーク検出を行う。
【００３２】
遠い距離にある輝度の低い被写体を撮影する場合、補助光の到達距離には限界があるのでその限界距離よりも被写体距離の方が遠い場合には、被写体に向けて補助光を投光しても十分に照明されず投光した時の輝度と投光しない時の輝度はほとんど変わらない。本発明ではこの点を利用してフォーカス制御を行っている。即ち、補助光を投光した場合と投光しない場合の被写体輝度の差が小さい時には被写体が遠くにあるために補助光が届かないと判断し、フォーカスレンズ１０５を所定位置（ここでは無限遠位置）に移動する。補助光を投光した場合と投光しない場合の被写体輝度の差が大きい時は被写体が近くにあるものと判断し、通常のピーク検出による測距動作を行う。
【００３３】
図４は、図３のステップＳ３１２における輝度信号の高域成分（以下、焦点評価値と記す）のピーク検出動作を示すフローチャートである。
【００３４】
まずステップＳ４０１ではフォーカスレンズ１０５をスキャン開始位置に移動する。ここではスキャン開始位置を測距範囲における無限端に設定するものとする。Ｓ４０２では焦点評価値とフォーカスレンズ１０５の位置を記憶する。フォーカスレンズ１０５の位置の検出はフォーカスレンズ駆動モータ１０７にステッピングモータを用いている場合は、リセット位置検出用のフォトインタラプタ１０６によって検出されるリセット位置からの相対位置として検出される。
【００３５】
Ｓ４０３ではレンズ位置がスキャン終了位置にあるかどうか調べ、終了位置であればＳ４０５へ、なければＳ４０４へ進む。ここではスキャン終了位置を測距範囲における至近端に設定するものとする。Ｓ４０４ではフォーカスレンズ１０５を駆動して至近方向へ所定量動かす。
【００３６】
Ｓ４０５ではＳ４０２で記憶した焦点評価値の中から最大値とその時のフォーカスレンズ１０５の位置を抽出する。Ｓ４０６ではＳ４０５で記憶した、焦点評価値が最大値を示す位置へフォーカスレンズ１０５を移動する。
【００３７】
図５は、図２におけるステップＳ２１０の撮影動作の内容を示すサブルーチンである。
【００３８】
まずステップＳ５０１で被写体輝度を測定する。Ｓ５０２ではＳ５０１で測定した被写体輝度に応じて撮像素子１０９への露光を行う。Ｓ５０３では撮像素子１０９の出力ノイズ除去やＡ／Ｄ変換前に行う非線形処理などを行う。Ｓ５０４では前置処理回路１１１からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１１２を用いてデジタル信号に変換する。Ｓ５０５ではＡ／Ｄ変換器１１２からの出力データをメモリコントローラ１１４を介してバッファメモリ１１３へ一時的に格納する。Ｓ５０６ではバッファメモリ１１３内のデータをメモリコントローラ１１４，記録媒体インターフェース１２１を介してカメラ本体に装着されたメモリカードなどの記録媒体１２２へ転送する。
【００３９】
以上説明したように制御を行うことにより、本実施例を使用したビデオカメラ等は遠い距離にある輝度の低い被写体にも正確にピントを合わせることができる。
【００４０】
（第２の実施例）
次に遠くてコントラストの低い被写体を撮影する場合の第２の実施例について説明する。
【００４１】
第１の実施例と同様に電子カメラに用いた場合について説明する。第１の実施例における図２のフローチャートにしたがって制御を行い、ステップＳ２０７のＡＦ動作において図６のサブルーチンへと進む。
【００４２】
図６は、図２におけるＳ２０７のＡＦ動作を示すサブルーチンである。まずＳ６０１ではフォーカスレンズ１０５をスキャン開始位置に移動する。ここではスキャン開始位置を測距範囲における無限端に設定するものとする。Ｓ６０２では焦点評価値とフォーカスレンズ１０５の位置を記憶する。フォーカスレンズ１０５の位置の検出はフォーカスレンズ駆動モータ１０７にステッピングモータを用いている場合は、リセット位置検出用のフォトインタラプタ１０６によって検出されるリセット位置からの相対位置として検出される。Ｓ６０３ではレンズ位置がスキャン終了位置にあるかどうか調べ、終了位置にあればＳ６０５へ、なければＳ６０４へ進む。ここではスキャン終了位置を測距範囲における至近端に設定するものとする。Ｓ６０４ではフォーカスレンズ１０５を駆動して至近方向へ所定量動かす。
【００４３】
Ｓ６０５ではＳ６０２で記憶した焦点評価値の中の最大値ＴMAX を抽出する。Ｓ６０６ではＳ６０２で記憶した焦点評価値の中の最小値ＴMIN を抽出する。Ｓ６０７ではＳ６０５，Ｓ６０６で抽出した焦点評価値の最大値ＴMAX と最小値ＴMIN との差ΔＴを算出する。ここで、
ΔＴ＝ＴMAX −ＴMIN
とする。Ｓ６０８ではＳ６０７で算出したΔＴと所定値とを比較し、所定値以上ならＳ６０９へ、そうでなければＳ６１１へ進む。Ｓ６０９ではＳ６０５で抽出した焦点評価値の最大値ＴMAX に対応するフォーカスレンズ１０５の位置を抽出する。Ｓ６１０ではＳ６０９で抽出した位置へフォーカスレンズ１０５を移動する。Ｓ６１１では後記する図７のフローチャートにしたがって補助光１２８の反射光の検出を行う。
【００４４】
図７は、図６のステップＳ６１１における補助光反射検出のサブルーチンである。
【００４５】
まずステップＳ７０１ではフォーカスレンズ１０５を所定位置へ移動する。この時の所定位置は無限遠の距離にある被写体に合焦するレンズ位置とする。Ｓ７０２では撮像素子１０９の出力信号から被写体輝度を算出する。この時の被写体輝度をＹOFF とする。Ｓ７０３ではＳ７０２で算出した被写体輝度ＹOFF をバッファメモリ１１３に記憶する。Ｓ７０４では補助光１２８を点灯する。Ｓ７０５では撮像素子１０９の出力信号から被写体輝度を算出する。この補助光点灯時の被写体輝度をＹONとする。Ｓ７０６ではＳ７０５で算出した被写体輝度ＹONをバッファメモリ１１３に記憶する。Ｓ７０７ではＳ７０３，Ｓ７０６でそれぞれ記憶したＹOFF 、ＹONの差ΔＹを算出する。この時、
ΔＹ＝ＹON−ＹOFF
とする。
【００４６】
Ｓ７０８ではＳ７０７で算出したΔＹを所定値と比較し、所定値以上ならばＳ７１０へ進み、そうでなければＳ７０９へ進む。Ｓ７０９では補助光１２８を消灯する。Ｓ７１０では前記の図４のフローチャートにしたがって焦点評価値のピーク検出を行う。
【００４７】
Ｓ７０７において、ＹOFF 、ＹONの差を算出したが、差の代わりに比を算出しても良い。その場合、
Ｙ′＝ＹON／ＹOFF
とし、Ｙ′≧所定値  の時Ｓ７１０のピーク検出を行う。
【００４８】
遠い距離にあるコントラストの低い被写体を撮影する場合、まず通常のピーク検出による合焦動作を行い、ピークが無い場合、言い換えればコントラストが低いと判定された場合に第１の実施例と同様の制御を行う。この時第１の実施例で説明したように、補助光の到達距離には限界があるのでその限界距離よりも被写体距離の方が遠い場合には、被写体に向けて補助光を投光しても十分に照明されず投光した時の輝度と投光しない時の輝度はほとんど変わらない。また補助光のスリットによる像も被写体に照射されないので被写体のコントラストを高めることができない。
【００４９】
本発明の第２の実施例では、この点を利用してフォーカス制御を行っている。即ち補助光を投光した場合と投光しない場合の被写体輝度の差が小さい時には被写体が遠くにあるために補助光が届かないと判断し、フォーカスレンズ１０５を所定位置（ここでは無限遠位置）に移動する。補助光を投光した場合と投光しない場合の被写体輝度の差が大きい時は被写体が近くにあるものと判断し、通常のピーク検出による測距動作を行う。
【００５０】
前記の図６及び図７のフローチャートにしたがってＡＦ動作を行うことにより、第１の実施例と同様に距離が遠くてコントラストの低い被写体にも正確にピントを合わせることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、遠い距離にある輝度の低い被写体にも正確にピントを合わせることができる。また、距離が遠くてコントラストの低い被写体にも正確にピントを合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例を使用した電子カメラのブロック図である。
【図２】  本発明の実施例を使用した電子カメラの基本的な動作を示すフローチャートである。
【図３】  図２における電子カメラのＡＦ動作を示すフローチャートである。
【図４】  図３におけるピーク検出を示すフローチャートである。
【図５】  図２における画像の記録動作を示すフローチャートである。
【図６】  本発明の第２の実施例を使用した電子カメラのＡＦ動作を示すフローチャートである。
【図７】  図６における補助光反射検出を示すフローチャートである。
【図８】  撮影画面内における測距エリアを説明する図である。
【符号の説明】
１０１  固定レンズ
１０２  絞り及びシャッターなどの光量制御部材
１０３  絞り及びシャッター駆動モータ
１０４  絞りやシャッターなどを駆動するメカ系駆動回路
１０５  撮像素子上に焦点を合わせるためのフォーカスレンズ
１０６  フォーカスレンズ１０５のリセット位置を検出するフォトインタラプタ
１０７  フォーカスレンズ駆動モータ
１０８  フォーカスレンズを動かすフォーカスレンズ駆動回路
１０９  被写体からの反射光を電気信号に変換する撮像素子
１１０  撮像素子１０９を動作させるために必要なタイミング信号を発生するタイミング信号発生回路
１１１  ＣＤＳ回路やＡ／Ｄ変換前に行う非線形増幅回路を備えた前置処理回路
１１２  Ａ／Ｄ変換器
１１３  バッファメモリ
１１４  メモリの読み書きやＤＲＡＭのリフレッシュ動作を制御するメモリコントローラ
１１５  撮影シーケンスなどシステムを制御するためのマイクロコントローラ
１１６  操作補助のための表示やカメラの状態を表わす操作表示部
１１７  カメラを外部から操作するための操作部
１１８  電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ
１１９  拡張ユニットとのインターフェース
１２０  電子カメラ本体に接続して各種処理や操作を行うための着脱自在な拡張ユニット
１２１  記録媒体との接続のためのインターフェース
１２２  メモリカードやハードディスクなどの記録媒体
１２３  システムに電源を投入するメインスイッチ
１２４  ＡＦやＡＥ等の撮影スタンバイ動作を行うスイッチ
１２５  撮影スタンバイスイッチ１２４の操作後、撮影を行う撮影スイッチ
１２６  撮影モードを設定するモードスイッチ
１２７  ストロボ
１２８  ＬＥＤ等を光源とする補助光
【図１】
0003673599.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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