(57)【要約】  【課題】高速かつ高精度な自動焦点調節処理を行うことができる自動焦点調節装置を提供する。  【解決手段】焦点調節用レンズ１と、焦点調節用レンズ１を動かして合焦点を得るフォーカス制御手段５と、被写体の光学像を光電変換して電気信号とする撮像手段２と、撮像手段２により得られる電気信号を映像信号に変換する映像信号処理手段３と、映像信号処理手段３より出力された２つの映像信号を用いて合焦点を予測する予測手段８と、を備え、撮像手段２および映像信号処理手段３を介して得られた２つの映像信号を用いて、予測手段８により合焦点を予測し、この予測結果に基づき、フォーカス制御手段５により焦点調節用レンズ１を動かすことで、自動焦点調節処理を行う。【選択図】  図１
2011252979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点調節用レンズと、
前記焦点調節用レンズを動かして合焦点を得るフォーカス制御手段と、
被写体の光学像を光電変換して電気信号とする撮像手段と、
前記撮像手段により得られる電気信号を映像信号に変換する映像信号処理手段と、
前記映像信号処理手段より出力された２つの映像信号を用いて合焦点を予測する予測手段と、
を備えたことを特徴とする自動焦点調節装置。
【請求項２】
前記予測手段は、前記２つの映像信号に画像情報として含まれるコントラスト値を用いて合焦点を予測することを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調節装置。
【請求項３】
前記予測手段は、前記コントラスト値を、デフォーカス量により２次多項式で近似することを特徴とする請求項２に記載の自動焦点調節装置。
【請求項４】
前記予測手段は、前記２次多項式の２次の係数として、予め定めた値を用いることを特徴とする請求項３に記載の自動焦点調節装置。
【請求項５】
前記予測手段は、合焦点ａを以下の式、
2011252979.tif 000006
（式中、ｘ１およびｘ２はデフォーカス量を示し、ｙ１およびｙ２はそれぞれｘ１およびｘ２に対するコントラスト値を示し、ｋは２次多項式の２次の係数を示す）を用いて演算することを特徴とする請求項４に記載の自動焦点調節装置。
【請求項６】
前記予測手段が、合焦点の予測値ａにおけるコントラストの予測値ｂを以下の式、
2011252979.tif 000007
（式中、ｘ１およびｘ２はデフォーカス量を示し、ｙ１およびｙ２はそれぞれｘ１およびｘ２に対するコントラスト値を示し、ｋは２次多項式の２次の係数を示す）を用いて演算することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の自動焦点調節装置。
【請求項７】
前記予測手段が、前記２次多項式の２次の係数を、撮影シーンによって変化させることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の自動焦点調節装置。
【請求項８】
焦点調節用レンズを動かして合焦点を得ることと、
撮像手段を用いて、被写体の光学像を光電変換して電気信号とすることと、
前記撮像手段により得られる電気信号を映像信号に変換することと、
２つの前記映像信号を用いて合焦点を予測することと、
を含むことを特徴とする自動焦点調節方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ等に用いられる自動焦点調節装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固定焦点方式のカメラでは、そのカメラの使用用途に応じて、バックフォーカスを一意的に定める必要がある。例えば、パンフォーカスのカメラの場合、フォーカスを略無限遠に合わせている。
【０００３】
バックフォーカスの調整方法として、映像出力信号の高域成分によって画面の精細度を検出し、その精細度が最大となるようにレンズを駆動させる、いわゆる山登り方式がある。この山登り方式の場合、合焦状態の山の頂上か否かを判定するためには、その山を一度降りなければ、そこが山の頂上だったか否かが判定できないので、山の頂上付近で小刻みに調整を繰り返さなければならないという欠点がある。
【０００４】
上記問題の解決を目的とする自動焦点調節方法として、例えば、スルーフォーカス特性を二次関数で近似し、出力手段から出力された３つ以上の信号を用いて頂点の位置を計算し、この頂点の位置を合焦点として予測する方法が提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２０８０１３号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】特開昭６２−２０８０１４号公報（特許請求の範囲等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の自動焦点調節方法では、合焦点を得るために予め３つ以上の出力信号を得なければならないので、焦点調整に手間が掛かるという問題があった。また、この従来の自動焦点調節方法を自動焦点方式のカメラに適用した場合、レリーズタイムラグが長くなってしまうため、シャッターチャンスを逃してしまうおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、高速かつ高精度な自動焦点調節処理を行うことができる自動焦点調節装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するために、本発明の自動焦点調節装置は、焦点調節用レンズと、前記焦点調節用レンズを動かして合焦点を得るフォーカス制御手段と、被写体の光学像を光電変換して電気信号とする撮像手段と、前記撮像手段により得られる電気信号を映像信号に変換する映像信号処理手段と、前記映像信号処理手段より出力された２つの映像信号を用いて合焦点を予測する予測手段と、を備えたことを特徴とする。この構成により、２つの映像信号を得ることで合焦点が得られるので、焦点調整が容易となり、結果として、高速かつ高精度な自動焦点調節処理を行うことができる自動焦点調節装置を実現することができる。
【０００９】
また、本発明の自動焦点調節装置では、前記予測手段が、前記２つの映像信号に画像情報として含まれるコントラスト値を用いて合焦点を予測する構成を有することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の自動焦点調節装置では、前記予測手段が、コントラスト値を、デフォーカス量により２次多項式で近似する構成を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の自動焦点調節装置では、前記予測手段が、前記２次多項式の２次の係数として、予め定めた値を用いる構成を有することが好ましい。
【００１２】
また、本発明の自動焦点調節装置では、前記予測手段が、合焦点ａを以下の式、
2011252979.tif 000003
（式中、ｘ１およびｘ２はデフォーカス量を示し、ｙ１およびｙ２はそれぞれｘ１およびｘ２に対するコントラスト値を示し、ｋは２次多項式の２次の係数を示す）を用いて演算することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の自動焦点調節装置では、前記予測手段が、合焦点の予測値ａにおけるコントラストの予測値ｂを以下の式、
2011252979.tif 000004
（式中、ｘ１およびｘ２はデフォーカス量を示し、ｙ１およびｙ２はそれぞれｘ１およびｘ２に対するコントラスト値を示し、ｋは２次多項式の２次の係数を示す）を用いて演算する構成を有することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の自動焦点調節装置では、前記予測手段が、前記２次多項式の２次の係数を、撮影シーンによって変化させる構成を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、焦点調節用レンズと、フォーカス制御手段と、撮像手段と、映像信号処理手段と、２つの映像信号を用いて合焦点を予測する予測手段と、を備えるものとしたことで、高速かつ高精度な自動焦点調節処理を行うという効果を有する自動焦点調節装置を提供することができるものである。
【００１６】
本発明の自動焦点調節方法は、焦点調節用レンズを動かして合焦点を得ることと、撮像手段を用いて、被写体の光学像を光電変換して電気信号とすることと、前記撮像手段により得られる電気信号を映像信号に変換することと、２つの前記映像信号を用いて合焦点を予測することと、を含んでいる。この方法によっても、２つの映像信号を得ることで合焦点が得られるので、焦点調整が容易となり、結果として、高速かつ高精度な自動焦点調節処理を行うことができる自動焦点調節装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態における自動焦点調節装置の構成を示したブロック図
【図２】白および黒の線幅がそれぞれ１．５ｍｍのチャート
【図３】デフォーカス量を変化させたときのコントラスト値の測定例を示すグラフ
【図４】コントラスト値の取得例を示す表
【図５】合焦点ａとコントラスト値の計算結果を示す表
【図６】白および黒の線幅がそれぞれ０．９ｍｍのチャート
【図７】デフォーカス量を変化させたときのコントラスト値の測定例を示すグラフ
【図８】第２の実施の形態を示すフロー図
【図９】計算結果の並べ替えの一例を示す説明図
【図１０】第２の実施の形態を示すフロー図
【図１１】第３の実施の形態を示すフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態における自動焦点調節装置の構成を示したブロック図である。本実施の形態の自動焦点調節装置は、焦点調節用レンズ１、撮像手段としてのＣＣＤ２、映像信号処理部３、フィルタ４、フォーカス制御手段としてのオートフォーカス制御部５、アクチュエータ駆動回路６、焦点調整機構７、メモリ８を備えている。
【００１９】
ＣＣＤ２は、焦点調節用レンズ１を含むレンズ群により結像された被写体の光学像を、光電変換して電気信号とする。映像信号処理部３は、ＣＣＤ２より入力された電気信号に各種処理を施して、映像信号に変換するとともに、その一部を、フィルタ４を介してオートフォーカス制御部５に出力する。
【００２０】
オートフォーカス制御部５は、映像信号処理部３からの映像情報に基づき、アクチュエータ駆動回路６および焦点調整機構７を制御して焦点調節用レンズ１を光軸方向に駆動することにより、撮影画像のピントを合わせる。メモリ８は、オートフォーカス制御部５を動作させるプログラムやデータを記憶している。
【００２１】
本実施形態に係る自動焦点調節装置では、撮像手段としてのＣＣＤ２により取得された被写体の光学像（被写体像）の電気信号を、映像信号処理手段３により映像信号に変換し、この映像信号処理手段３より出力された２つの映像信号を用いて、メモリ８に内蔵された予測手段としてのプログラムにより、合焦点を予測する。本実施形態に係る自動焦点調節装置では、２つの出力信号を用いて合焦点の予測結果が得られるので、この予測結果に基づき、フォーカス制御手段５を用いて焦点調節用レンズ１を動かすことで、従来と比較して、高速かつ高精度に自動焦点調節処理を行うことが可能となる。
【００２２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について、図２〜図５を用いて説明する。第１の実施の形態は、本発明の自動焦点調節装置を、固定焦点方式のカメラにおけるバックフォーカスの調整に適用した場合である。
【００２３】
図２は、白および黒の線幅がそれぞれ１．５ｍｍのチャートを示す。このチャートを、カメラと適当な距離を取って正対させる。図３は、デフォーカス量(ＤＦＣ)を変化させたときのコントラスト値の測定例を示す。図３に示す測定例について、デフォーカス量(ＤＦＣ)をｘとし、コントラスト値をｙとして二次関数の近似を行うと、サンプル１、サンプル２およびサンプル３のコントラスト値ｙは、それぞれ下記の式１、式２および式３のように示される。
【００２４】
サンプル１：
ｙ＝−２４６７(ｘ−２．７５８９１)２＋７４．５０１９９  (式１)
サンプル２：
ｙ＝−２５８４(ｘ−２．７６５０９)２＋７４．５８８６２  (式２)
サンプル３：
ｙ＝−２４４６(ｘ−２．７６６６１)２＋７２．７６８３４  (式３)
【００２５】
図３および式１〜式３より、ｘの２次の係数は、略同一の値とすることができる。ここでは、ｘの２次の係数を−２５００とする。
【００２６】
次に、図３に示す測定例に対し、ｘの２次の項を−２５００として二次関数の近似を行うと、コントラスト値ｙは、下記の式４のように示される。
ｙ＝−２５００(ｘ−ａ)２＋ｂ  （式４）
【００２７】
ここで、式１〜式４から明らかなように、定数ａはコントラスト値ｙを最大とするｘ座標であり、定数ｂはコントラスト値ｙの最大値であるから、定数ａを求めることは、デフォーカス量ｘの最適点、すなわち合焦点を求めることに他ならない。式４の定数ａ、ｂは、任意の２点の測定点(ｘ１， ｙ１)、(ｘ２， ｙ２)より、下記の式５〜式７のように求めることができる。
2011252979.tif 000005
【００２８】
任意の２点の測定点のｘ座標をｘ１＝２．７、ｘ２＝２．８とすると、ｘ１、ｘ２に対するｙ１、ｙ２の値は、サンプル１〜サンプル３において、それぞれ図４に示すような値となる。また、ｘ１＝２．７、ｘ２＝２．８および図４中のｙ１、ｙ２の値をそれぞれ式５および式６に代入すると、定数ａ、ｂは図５に示すような値となる。
【００２９】
式１〜式３と図５中の値とについて比較を行うと、式１〜式３の定数ａ、ｂと、式５〜式７を用いて求めた図５中の定数ａ、ｂとは、良好な一致を示している。このように、本実施の形態では、任意の２点の測定点について、式５〜式７を適用することにより、従来の自動焦点調整装置よりも高速な処理を実現することができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について、図６〜図１０を用いて説明する。第２の実施の形態は、本発明の自動焦点調節装置を、自動焦点方式のカメラにおけるフォーカス調整に適用した場合である。
【００３１】
図６は、白および黒の線幅がそれぞれ０．９ｍｍのチャートを示す。このチャートを、カメラと適当な距離を取って正対させる。図７は、デフォーカス量(ＤＦＣ)を変化させたときのコントラスト値の測定例を示す。図７に示す測定例について、デフォーカス量(ＤＦＣ)をｘとし、コントラスト値をｙとして二次関数の近似を行うと、コントラスト値ｙは、下記の式８のように示される。
サンプル４：
ｙ＝−１６１６(ｘ−２．７５００８)２＋５７．９８１２６  (式８)
【００３２】
このように、カメラのスルーフォーカス特性は、被写体の精細度やカメラと被写体との間の距離によって大きく変化する。そこで、スルーフォーカス特性について二次関数の近似を行うに際し、ｘの２次の項を複数、用意しておく。ここでは、一例として、ｋ１＝−１５００、ｋ２＝−２５００、ｋ３＝−３５００の３つの場合について説明する。
【００３３】
図８は、本実施の形態における自動焦点調整のフローチャートを示す。まず、ステップＳ１０１において、ｘの２次の項の初期化を行い、ｋ１＝−１５００、ｋ２＝−２５００、ｋ３＝−３５００とする。なお、ｋの個数については、３個に限定されるものではなく、これより多い数であっても少ない数であってもよい。また、ｋ１〜ｋ３に入力する値は、−１５００、−２５００、−３５００に限定されるものではなく、撮影シーンによって、適宜、変更してもよい。
【００３４】
ステップＳ１０２において、焦点調節用レンズのデフォーカスの位置を、２．７ｍｍに移動する。この２．７ｍｍの値をｘ１とする。ステップＳ１０３において、デフォーカスの位置２．７ｍｍにおけるコントラスト値を取得し、この値をｙ１とする。
【００３５】
ステップＳ１０４において、焦点調節用レンズのデフォーカスの位置を２．８ｍｍに移動する。この２．８ｍｍの値をｘ２とする。ステップＳ１０５において、デフォーカスの位置２．８ｍｍにおけるコントラスト値を取得し、この値をｙ２とする。
【００３６】
ステップＳ１０６において、ｉ＝１とする。このｉは、複数のｋに対して繰返し計算を制御するためのフラグである。
【００３７】
ステップＳ１０７において、（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）およびｋ１の値を式５、式６および式７に代入して、ａ、ｂを求める。ステップＳ１０８において、ａ１＝ａ、ｂ１＝ｂとする。ステップＳ１０９において、ｉをインクリメントする。ステップＳ１０７からステップＳ１０９までにおいて、ｋ２およびｋ３について上記と同様の計算を行い、ａ２、ｂ２、ａ３およびｂ３を得る。ステップＳ１１０において、ｉが３よりも大きい場合には、ステップＳ１０７からステップＳ１１０までのループを抜け出す。
【００３８】
ステップＳ１１１において、ａ１、ａ２およびａ３を大きい順に並び替え、並び替えたａｉの結果に対して、それぞれｃ１、ｃ２およびｃ３の符合を与える。図９に、この並び替えの一例を示す。ａ１＞ａ３＞ａ２の場合、（ａ１、ｂ１）は（ｃ１、ｂ１）に、（ａ２、ｂ２）は（ｃ３、ｂ２）に、（ａ３、ｂ３）は（ｃ２、ｂ２）に、それぞれ変換される。
【００３９】
図１０は、ステップＳ１１１以降の処理を示すフローチャートである。ステップＳ２０１において、ｎ＝１とする。このｎは、複数のｃｎに対して繰返し計算を制御するためのフラグである。ステップＳ２０２において、レンズのデフォーカスの位置をｘ＝ｃ１ｍｍに移動する。ステップＳ２０３において、デフォーカスの位置ｘ＝ｃ１ｍｍにおけるコントラスト値ｙを取得する。コントラスト値ｙとｂ１との差分を取り、差分の絶対値がしきい値（ｔｈ１）よりも大きくない場合（ステップＳ２０４でｎｏの場合）、式６の計算で求めたコントラスト値と実際のコントラスト値とが等しいものと見なし、ｘ＝ｃ１ｍｍを合焦点として、自動焦点調整の処理を終了する。
【００４０】
コントラスト値ｙとｂ１の差分の絶対値がしきい値（ｔｈ１）よりも大きい場合（ステップＳ２０４でｙｅｓの場合）、ステップＳ２０５において、ｎをインクリメントする。
【００４１】
ステップＳ２０２からステップＳ２０４まで、ｘ＝ｃ２ｍｍ、ｘ＝ｃ３ｍｍについて同様の計算を行い、コントラスト値ｙとｂ２またはｂ３との差分を取得する。コントラスト値ｙとｂ２またはｂ３との差分の絶対値がしきい値（ｔｈ１）よりも大きくない場合（ステップＳ２０４でｎｏの場合）、式６の計算で求めたコントラスト値と実際のコントラスト値とが等しいものと見なし、ｘ＝ｃ２ｍｍまたはｘ＝ｃ３ｍｍを合焦点として、自動焦点調整の処理を終了する。
【００４２】
ステップＳ２０６において、ｎが３よりも大きい場合は、合焦点が見つからなかった時であり、その処理をステップＳ２０７において行う。この場合、ｂ１〜ｂ３の中で最大のｂｉとなるｃｉを、デフォーカスの位置とする。
【００４３】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について、図１１を用いて説明する。第３の実施の形態は、第２の実施の形態の場合と同様に、本発明の自動焦点調節装置を、自動焦点方式のカメラにおけるフォーカス調整に適用した場合である。
【００４４】
図１１は、図８のステップＳ１１１以降の処理を示すフローチャートである。ステップＳ３０１において、ｎ＝１とする。このｎは、複数のｃｎに対して繰返し計算を制御するためのフラグである。ステップＳ３０２において、レンズのデフォーカスの位置をｘ＝ｃ１ｍｍに移動する。ステップＳ３０３において、デフォーカスの位置ｘ＝ｃ１ｍｍにおけるコントラスト値ｙを取得する。コントラスト値ｙがしきい値（ｔｈ２）よりも小さくない場合（ステップＳ３０４でｎｏの場合）、式６の計算で求めたコントラスト値と実際のコントラスト値とが等しいものと見なし、ｘ＝ｃ１ｍｍを合焦点として、自動焦点調整の処理を終了する。
【００４５】
コントラスト値ｙがしきい値（ｔｈ２）よりも小さい場合（ステップＳ３０４でｙｅｓの場合）、ステップＳ３０５において、ｎをインクリメントする。
【００４６】
ステップＳ３０２からステップＳ３０４まで、ｘ＝ｃ２ｍｍ、ｘ＝ｃ３ｍｍについて、同様にコントラスト値ｙを取得する。コントラスト値ｙがしきい値（ｔｈ２）よりも小さくない場合（ステップＳ３０４でｎｏの場合）、式６の計算で求めたコントラスト値と実際のコントラスト値とが等しいものと見なし、ｘ＝ｃ２ｍｍまたはｘ＝ｃ３ｍｍを合焦点として、自動焦点調整の処理を終了する。
【００４７】
ステップＳ３０６において、ｎが３よりも大きい場合は、合焦点が見つからなかった時であり、その処理をステップＳ３０７において行う。この場合、ｂ１〜ｂ３の中で最大のｂｉとなるｃｉを、デフォーカスの位置とする。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、目的に応じて種々変形して実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明の自動焦点調節装置は、２つの映像信号を用いて合焦点を予測することができるので、固定焦点方式のカメラにおけるバックフォーカスの調整や、自動焦点方式のカメラにおけるフォーカスの調整等において、有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１  焦点調節用レンズ
２  ＣＣＤ
３  映像信号処理部
４  フィルタ
５  オートフォーカス制御部
６  アクチュエータ駆動回路
７  焦点調整機構
８  メモリ
【図１】
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【図２】
2011252979.tif 000009
【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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【図９】
2011252979.tif 000016
【図１０】
2011252979.tif 000017
【図１１】
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