(57)【要約】    デジタルカメラは、像を捕捉するイメージセンサと、光の焦点をイメージセンサに合わせるように構成され、可変焦点を提供するレンズ構造と、イメージセンサによって捕捉された像を保存するメモリとを備える。焦点合わせは、レンズ構造によって提供された様々な焦点を有する一連の像がイメージセンサに捕捉されメモリに保存されることによって達成される。メモリに保存された像を分析して像の焦点質を決定することにより、一連の像から焦点像が導き出される。これによりレンズ構造の自動焦点合わせ制御を用いる複雑性が回避される。レンズ構造の移動は、ユーザにより動作可能なボタンの移動により駆動することができ、これによりレンズ構造用のアクチュエータが必要でなくなる。【選択図】  図７
2007530995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルカメラであって、
像を捕捉するイメージセンサと、
光の焦点を前記イメージセンサに合わせるように構成され、可変焦点を提供するレンズ構造と、
前記イメージセンサによって捕捉された像を保存するメモリと、
前記デジタルカメラの動作を制御するように構成されたコントローラであって、像捕捉動作を行うように構成されたコントローラと、
を備え、
前記像捕捉動作は、
各々が像領域全体を有する一連の像であって、前記レンズ構造によって提供された様々な焦点を有する一連の像が、前記イメージセンサによって捕捉され前記メモリに保存されるようにする工程と、
前記メモリに保存された前記像を分析して、前記像の焦点質を決定し、前記分析に基づいて前記一連の像の中から焦点像を導き出す工程と、
を含む、デジタルカメラ。
【請求項２】
前記レンズ構造が可動であって前記焦点を変化させる、請求項１に記載のデジタルカメラ。
【請求項３】
ユーザにより動作可能なボタンと、
前記ボタンを前記レンズ構造に連結し、前記ボタンの動作により前記レンズ構造を移動させるようになっている機械的連結部であって、コントローラが前記ボタンの動作に応答して前記像捕捉動作を行うように構成されており、前記ボタンの動作により前記レンズ構造が移動するときに前記一連の像が捕捉される、機械的連結部と、
をさらに備えた請求項２に記載のデジタルカメラ。
【請求項４】
前記機械的連結部が、前記ボタンが押されることにより前記レンズ構造を休止位置から移動させるように構成されており、前記機械的連結部がさらに、
前記ボタンが押された後に前記レンズ構造を付勢して前記休止位置方向に戻すように構成された弾性要素と、
前記レンズ構造が前記休止位置方向に戻る際の速度を制御するように構成されたダンパーと、
前記像捕捉動作を行うように構成された前記コントローラであって、前記ボタンが押された後に前記レンズ構造が前記休止位置方向に戻るときに前記一連の像が捕捉される、コントローラと、
を備えた、請求項３に記載のデジタルカメラ。
【請求項５】
前記デジタルカメラは、前記レンズ構造を移動させるように構成されたアクチュエータをさらに備え、前記像捕捉動作が前記アクチュエータを制御して前記レンズ構造を移動させることにより焦点を変化させる工程をさらに含み、前記アクチュエータが移動しているときに前記一連の像の捕捉が行われる、請求項２または３に記載のデジタルカメラ。
【請求項６】
前記アクチュエータが圧電アクチュエータまたは電気モータである、請求項５に記載のデジタルカメラ。
【請求項７】
前記焦点像を導き出す工程が、前記一連の像のうち最良の焦点を有すると決定された像を選択する工程を含む、上記請求項のいずれかに記載のデジタルカメラ。
【請求項８】
前記像の焦点質が、前記像領域全体の一部領域である分析領域に基づいて決定される、請求項６に記載のデジタルカメラ。
【請求項９】
前記焦点像を導き出す工程が、前記一連の像から像を合成する工程を含む、請求項１から５のいずれかに記載のデジタルカメラ。
【請求項１０】
前記像の焦点質が前記像の複数の部分の各々毎に決定され、前記焦点像を導き出す工程が、前記像領域の前記複数の部分の各々について、前記一連の像のうち最良の焦点を有すると決定された像を選択することにより、前記一連の像から像を合成する工程を含む、請求項８に記載のデジタルカメラ。
【請求項１１】
前記像の焦点質が前記像領域の複数の部分の各々毎に、前記像領域の各部分の一部領域である分析領域に基づいて決定される、請求項９に記載のデジタルカメラ。
【請求項１２】
前記像の焦点質が前記像領域の複数の部分の各々毎に、前記像領域の各部分の領域全体である分析領域に基づいて決定される、請求項９に記載のデジタルカメラ。
【請求項１３】
前記像の焦点質が前記像領域の複数の部分の各々毎に、前記像領域の各部分の領域全体とそれに隣接する領域からなる分析領域に基づいて決定される、請求項９に記載のデジタルカメラ。
【請求項１４】
前記像領域の前記前記複数の部分の各々が１ピクセルを含む、請求項１２に記載のデジタルカメラ。
【請求項１５】
前記メモリに保存された前記像を分析して、前記像の焦点質を決定し、前記分析に基づいて前記一連の像の中から焦点像を導き出す工程が、前記一連の像のすべてが前記メモリに保存された後に行われる、上記請求項のいずれかに記載のデジタルカメラ。
【請求項１６】
前記メモリに保存された前記像を分析して、前記像の焦点質を決定し、前記分析に基づいて前記一連の像の中から焦点像を導き出す工程が、前記一連の連続する像が捕捉されるときに行われ、前記連続する像の捕捉が、
まず前記一連の像のうち第１の像を前記焦点像として保存する工程と、
前記一連の連続する像の各々について、像を分析することにより前記像の焦点質を、前記焦点像として保存されている像と比較して決定し、前記分析に基づいて、前記焦点像として保存されている像を更新する工程と、
によって行われる、請求項１から１３のいずれかに記載のデジタルカメラ。
【請求項１７】
前記デジタルカメラがディスプレイを有し、前記ディスプレイ上に前記焦点像が表示される、上記請求項のいずれかに記載のデジタルカメラ。
【請求項１８】
前記焦点像が前記メモリに保存される、上記請求項のいずれかに記載のデジタルカメラ。
【請求項１９】
像を捕捉するイメージセンサと、光の焦点を前記イメージセンサに合わせるように構成され可変焦点を提供するレンズ構造と、前記イメージセンサによって捕捉された像を保存するメモリとを備えたデジタルカメラ用の自動焦点合わせ方法であって、
各々が像領域全体を有する一連の像を捕捉し、メモリに保存する工程と、
前記メモリに保存された前記像を分析して、前記像の焦点質を決定し、前記分析に基づいて前記一連の像の中から焦点像を導き出す工程と、
を含む、方法。
【請求項２０】
一連のレンズ位置における一連の像を捕捉し、自動焦点合わせアルゴリズムを用いて前記捕捉した像のうちのいずれの焦点が最良であるかを決定し、前記最良の焦点を有する像を表示および／または保持用に選択する、デジタルカメラ用焦点合わせ方法。
【請求項２１】
一連のレンズ位置における一連の像を捕捉し、前記一連の像から複合焦点像を合成し、前記合成像を表示および／または保持する、デジタルカメラ用焦点合わせ方法。
【請求項２２】
ユーザにより動作可能なボタンと、レンズ構造の焦点距離を変化させるように可動であるレンズ要素と、前記ボタンを前記レンズ要素に連結させる機械的連結部とを備え、前記ボタンがユーザによって押されたときに前記機械的連結部が前記レンズ要素を移動させるようになっている、デジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデジタルカメラに関し、例えば、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯型コンピュータまたはデジタルカメラ自体などの携帯型電子装置に用いられる小型カメラに関する。このようなデジタルカメラは、像を捕捉するイメージセンサとイメージセンサに光の焦点を合わせるレンズ構造とを有する。
【０００２】
本発明は特に、レンズ構造が、典型的には可動であることにより可変焦点を有するデジタルカメラの焦点合わせに関する。
【背景技術】
【０００３】
多くのデジタルカメラには自動焦点合わせ装置が取り付けられている。概して自動焦点合わせアルゴリズムは閉ループまたは開ループである。典型的な公知の閉ループ自動焦点合わせアルゴリズムでは、アクチュエータがレンズ構造を移動させて、レンズ構造の複数の位置で一連のサンプル像を捕捉して焦点を変える。サンプル像は通常、写真の中の小さい領域、典型的には中央部のみをカバーする。その後サンプル像を分析してサンプル像の焦点の質を比較し、レンズ構造がどの位置にあるときに最良の焦点が得られるかを決定する。その後アクチュエータを用いてレンズをその位置に移動させ、これにより焦点の合った写真を撮ることができる。典型的な公知の閉ループ自動焦点合わせアルゴリズムでは、サンプル像を繰り返し捕捉し、分析して焦点の質を決定する。これを用いて帰還信号を得る。帰還信号はアクチュエータを制御してレンズ構造を移動させ、焦点を最適化する。
【０００４】
このような自動焦点合わせアルゴリズムは閉ループであれ開ループであれ、レンズ構造を移動させるアクチュエータを必要とする。アクチュエータは必然的に、ある程度複雑な精密装置であり、典型的には電磁モータなどの電気機械アクチュエータ（例えばステッピングモータまたは圧電アクチュエータ）である。例えば開ループ制御の場合、アクチュエータは、精密コントローラが最良の焦点を得られると決定された位置まで戻ることを可能にしなければならない。このような精密モータおよびアクチュエータは相対的に製造費が高い。さらにアクチュエータによりカメラの嵩と質量とが大幅に増加する。これは携帯電話などの携帯型装置には望ましくない。さらにアクチュエータは動作中に電力を消費し電池寿命を使い果たす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
精密かつ反復可能な制御が可能であるアクチュエータを提供することの必要性から生じるこれらの問題を低減することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の局面によると、デジタルカメラであって、
像を捕捉するイメージセンサと、
光の焦点を前記イメージセンサに合わせるように構成され、可変焦点を提供するレンズ構造と、
前記イメージセンサによって捕捉された像を保存するメモリと、
前記デジタルカメラの動作を制御するように構成されたコントローラであって、像捕捉動作を行うように構成されたコントローラと、
を備え、
前記像捕捉動作は、
各々が像領域全体を有する一連の像であって、前記レンズ構造によって提供された様々な焦点を有する一連の像が、前記イメージセンサによって捕捉され前記メモリに保存されるようにする工程と、
前記メモリに保存された前記像を分析して、前記像の焦点質を決定し、前記分析に基づいて前記一連の像の中から焦点像を導き出す工程と、
を含む、デジタルカメラが提供される。
【０００７】
本発明の第２の局面によると、像を捕捉するイメージセンサと、光の焦点を前記イメージセンサに合わせるように構成され可変焦点を提供するレンズ構造と、前記イメージセンサによって捕捉された像を保存するメモリとを備えたデジタルカメラ用の自動焦点合わせ方法であって、
各々が像領域全体を有する一連の像を捕捉し、メモリに保存する工程と、
前記メモリに保存された前記像を分析して、前記像の焦点質を決定し、前記分析に基づいて前記一連の像の中から焦点像を導き出す工程と、
を含む、方法が提供される。
【０００８】
上記によると、レンズ構造の焦点が変化し、様々な焦点で像が捕捉される。捕捉された像は、上記に概要を述べたいくつかの先行技術におけるような像領域全体の一部を含むサンプル像ではなく、ユーザが必要とする像領域全体を含む。その後、像が分析されて焦点の質が決定される。その後、分析に基づいて写真として用いる焦点像が導き出される。これは例えばカメラのディスプレイに表示されること、及び／又はカメラのメモリに保存されることにより行われる。本発明の最も簡単な適用では、一連の像のうち最良の焦点を有すると決定された像を選択することにより焦点像が導き出される。より複雑な適用では、一連の像から焦点像を合成する。これは後に詳述する。
【０００９】
本発明の利点は、レンズ構造に対する制御がそれほど精密でなくてもよいことである。例えば上記に概要を述べた開ループ自動焦点合わせ技術と比較すると、撮像のためにレンズ構造が最良の焦点位置まで物理的に戻る必要はない。なぜなら保存されて利用可能な一連の像から適切な像が取り出されるからである。従って正確なまたは再現可能な位置決めが可能なアクチュエータも不要である。以下にさらに述べる一実施形態ではアクチュエータは全く必要ではなく、これは大きな利点である。アクチュエータが用いられる場合でも、公知の自動焦点合わせ技術ほど精密で正確な制御を必要としないという重要な利点がある。これにより、用いるアクチュエータの複雑性、コストおよび嵩の一部または全体を低減することができる。
【００１０】
本発明の別の利点は、焦点の合った像を得るために要する時間が、上記の開ループ自動焦点合わせアルゴリズムに比べて短いということである。なぜなら出力像を捕捉する前に、レンズ構造を最良の焦点が得られる位置まで戻すという最終工程を行う必要がないからである。
【００１１】
レンズ構造を移動させるためにアクチュエータを用いる場合、前記デジタルカメラは前記レンズ構造を移動させるように構成されたアクチュエータをさらに備え、前記像捕捉動作は前記アクチュエータを制御して前記レンズ構造を移動させることにより焦点を変化させる工程をさらに含み、前記アクチュエータがこうして移動しているときに前記一連の像の捕捉が行われる。
【００１２】
本発明は圧電アクチュエータにも適用可能である。圧電アクチュエータは多くの利点、特に小型であり消費電力が少ないという利点を提供する。しかし多くの圧電アクチュエータはヒステリシスの問題を有する。ヒステリシスにより、レンズ構造の位置が制御信号から予測不能となり、そのため開ループ自動焦点合わせアルゴリズムを適用することが困難になる。上記アルゴリズムは、最良の焦点が得られると決定されている位置までレンズ構造を戻すことを必要とするからである。しかし本発明は特定されている位置までレンズ構造を戻す必要なく焦点像を提供する。これにより圧電アクチュエータを用いることが可能になり、それに伴う利点が得られる。
【００１３】
本発明は電気モータという形態のアクチュエータに適用可能である。この場合、カメラで自動焦点合わせを行うために通常用いられる精密ステッピングモータを必要とせず、ＤＣモータなどのより簡単で安価なモータを用いることが可能である。なぜなら位置の精密な制御や検知が不要だからである。
【００１４】
アクチュエータを必要としない実施形態において、デジタルカメラは、
ユーザにより動作可能なボタンと、
前記ボタンを前記レンズ構造に連結し、前記ボタンの動作により前記レンズ構造を移動させるようになっている機械的連結部であって、コントローラが前記ボタンの動作に応答して前記像捕捉動作を行うように構成されており、前記ボタンの動作により前記レンズ構造が移動するときに前記一連の像が捕捉される、機械的連結部と、
をさらに備える。
【００１５】
上記によると、レンズ構造の移動はボタンに対する動作により機械的連結部を介して機械的に駆動される。すなわちレンズ構造移動の原動力はボタンに対する動作から発生し、従ってユーザから発生する。以下、「シャッターボタン」または「シャッターリリースボタン」は、ユーザが像を捕捉するために作動するボタンを意味する。概してデジタルカメラにおいては機械的「シャッタ」はない。この用語はシャッタの存在を示唆するのではなく、単にフィルム式カメラの以前からの機能に基づいて用いられている。
【００１６】
１つのオプションによると、ユーザがボタンを押すと、単純な機械的連結部が必要距離だけレンズを移動させる。これはレバーなどの単純な機構を直接連結して、付与された力またはギアリングの方向を変更させることであってもよい。小型カメラでは、レンズの直径は数ミリであり、対応するレンズアセンブリの質量は数グラム以下である。そのため必要な力はユーザがほとんど気づかないほどである。典型的にはレンズは、焦点位置を含む可能性がある範囲を移動するには約0.2 mm移動する必要がある。従って直接連結することが可能である。オペレータがボタンをさらに例えば1〜2 mm押した場合、単純なレバー機構まはた他のギア式機構で十分に移動させることができる。機械的連結部は任意の適切な形態であってよい。好ましくはプラスチック成形により形成された１以上のコンポーネントを含む。
【００１７】
別のオプションによると、連結機構は、ボタンが押されることによりレンズ構造を休止位置から移動させるように構成されている。連結機構はさらに、前記ボタンが押された後に前記レンズ構造を付勢して前記休止位置方向に戻すように構成された弾性要素（最も簡単には圧縮ばね）と、前記レンズ構造が前記休止位置方向に戻る際の速度を制御するように構成されたダンパーとを備え、コントローラが前記像捕捉動作を行うように構成され、前記ボタンが押された後に前記レンズ構造が前記休止位置方向に戻るときに前記一連の像が捕捉される。従ってボタンを押す行為が弾性要素に圧力を加え、弾性要素が、ダンパーの制御下でレンズ構造を休止位置方向に戻るように移動させる。ダンパーは所定の様式で移動を制御する。このようなダンパーは、粘性液体を用いた従来の「ダッシュポット」で実現することができ、より好ましくは、損失のある機械的抵抗性のプラスチック材料であってもよい。弾性要素とダンパーとは、形状と材料との組合せを適切に選択することにより１つの同一のプラスチック成形体（マルチショットの可能性がある）から製造することができる。
【００１８】
自動戻り機構が提供されることにより、ピクチャー捕捉シーケンスにおいてレンズ力学の面から見てオペレータに依存することがなくなる。そのためレンズの移動は公知かつ反復可能であり、そのため像捕捉のタイミング（レンズ位置）は予め正確に選択することができる。
【００１９】
必要に応じて選択できる１つの特徴は、レンズバレルアセンブリ上に暗いマークと明るいマークを検知する光学センサを設けることである。このような光学センサは一連の像を捕捉することが望まれる様々な焦点位置（または位置間の遷移点）を表す。その後光学センサからの信号を用いて、アクチュエータの動き、正確さ、反復性、シーケンス中のレンズ速度に依存することなく、像捕捉プロセスを開始することができる。
【００２０】
本発明は任意のサイズのデジタルカメラに用いることができるが、デジタルカメラは小型、すなわちレンズの直径が数ミリ、例えば2 mm〜20 mmの範囲のものが好ましい。これだけ小型であれば、連結部に対する機械的ロードは僅かである。なぜならレンズ要素の質量が小さく（数グラム以下）であり、そのためユーザがボタンを押すことも単純だからである。すなわち、ボタンを押すときに大きな抵抗を感じることはなく、ユーザが良好な「押し心地」を感じるようにできる。
【００２１】
一連の像に関して、数が増加するほど焦点は完全なものに近づく。ある適用では、ほぼ焦点の合った像を１つ得るのに２または３の焦点位置で十分である。高解像度（例えば３メガピクセル以上）のイメージセンサを用いて最良の焦点を得ようとすると、レンズ位置がより多い（例えば１０以上）の方が良好な結果が得られる。実際には、５〜７のレンズ位置で像を捕捉すると、適切な焦点の像が１つ得られる。
【００２２】
第１のタイプの実施形態では、一連の像がすべて保存され、その後分析されて焦点像が決定される。この場合、必要なメモリ容量は比較的大きい。必要なメモリ容量は典型的には、Ｘメガピクセルの解像度を有する像に対して３Ｘメガバイトのオーダーである。従って例えば３メガピクセルのカメラの１フレームで９メガバイトのオーダーの保存スペースが必要である。しかし、３メガピクセルのカメラの場合に必要なメモリ容量を１〜２メガバイトのオーダーに低減する、別の形態および圧縮が利用可能である。従って一連の複数の像を保存するために十分な一時的メモリ容量が提供されるはずである。分析後、決定された焦点像を表示し、さらに保存することができる。他方、一連の像のうち残りの像は消去してメモリ容量を増加させてもよいし、メモリが次に必要になったときに単に上書きしてもよい。
【００２３】
第２のタイプの実施形態では、像はリアルタイムで分析される。これは、
まず前記一連の像のうち第１の像を前記焦点像として保存する工程と、
前記一連の連続する像の各々について、像を分析することにより前記像の焦点質を、前記焦点像として保存されている像と比較して決定し、前記分析に基づいて、前記焦点像として保存されている像を更新する工程と、
によって行われる。
【００２４】
この第２のタイプの実施形態では、第１のタイプの実施形態よりも必要なメモリ容量が少ない。なぜなら、いずれの時点においても保存される像は最大２つ、すなわち一連の像のうち最も最近捕捉された像と更新されている焦点像であり、一連の像をすべて保存することはないからである。他方、第２のタイプの実施形態は十分に速い処理速度、または一連の像に対する低い捕捉率を必要とする。なぜなら１つの像を十分に分析してから次の像をイメージセンサからメモリに読み込み始めることが必要だからである。デジタルカメラの典型的なフレームレートは１秒あたり３０である。この場合、像比較に使用可能な時間は33 msのオーダーである。
【００２５】
一連の像から焦点像を導き出す方法はいくつかある。
【００２６】
焦点像を導き出す１つのオプションは、像のうち最良の焦点を有する像を選択することである。焦点質の分析は、像全体のうちの一部領域である分析領域（例えば中央領域）に基づいて、または像領域全体に基づいて行われる。
【００２７】
焦点像を導き出す１つのオプションは、一連の像から焦点像を合成することであり、例えば一連の像のうちの１より多い像の複合像を合成することである。これは、像の複数の部分の各々について像の焦点質を決定し、像領域の複数の部分の各々毎に、一連の像のうち最良の焦点を有すると決定された像を選択することにより達成される。従って焦点像の様々な部分が様々な焦点位置で捕捉された様々な像を起源とすることがある。これによりピクチャーのすべての領域の焦点が合っているように見える。従ってカメラの見かけ上の被写界深度が向上する。この実施形態では、選択は部分単位で行われる。概して像の焦点質は、像の複数の部分の各々毎に、分析領域に基づいて決定される。分析領域は、（ａ）像領域の各部分の一部領域、（ｂ）像領域の各部分の領域全体、または（ｃ）像領域の各部分の領域全体と像内でそれに隣接する領域であり得る。
【００２８】
像領域の部分は複数のピクセルを有する区域であってもよい。この場合、像の部分の各々について、一連の像のうち最良の焦点を有すると決定された像を選択することが可能である。最良の効果を得るためには、区域のサイズは比較的小さくなければならず、レンズ位置の数は比較的多くなければならない。シミュレーションによると、３メガピクセルのセンサの場合、ほぼ同面積を有する９〜２５の区域と３〜１０のレンズ位置とにより、高質のピクチャーが得られることが示されている。区域の形状および構成は任意のものであってよい。区域の境界線としては直線よりも「ガタガタしている」ものを選択するとよい。さらに区域は通常矩形よりも概ね六角形の周縁を有しているとよい。これらの特徴は共に、区域の境界線を人間の目にとってはるかに気づきにくいものにする。
【００２９】
あるいは、像の部分は各々、１ピクセルであってもよい。この場合、像の焦点質は各ピクセル毎に、そのピクセルと像内でそれに隣接するピクセルとを含む分析領域に基づいて決定される。このスキームが上記プロセスに対して有する大きな利点は、最終的な複合焦点像の様々な部分の間に人工的な境界線がないことである。境界線間では大きな焦点誤差が可視となる可能性がある。このプロセスは実効的に１区域１ピクセルとしているため、得られる複合像は目に見える境界線を全く有していない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明がよりよく理解できるように、本発明の実施形態を添付の図面を参照しながら説明する。以下の実施形態は本発明を限定するものではない。
【００３１】
図１は、本発明によるカメラ５が設けられた携帯電話１を示す。携帯電話１は前面に、キーパッド２と表示画面３とカメラ５のシャッターリリースボタン４とを有している。
【００３２】
図２に最もよく示すように、カメラ５はハウジング７を有し、ハウジング７にはレンズアセンブリ６が搭載されている。レンズアセンブリ６は携帯電話１の後方側に設けられており、携帯電話１の外部からの光を受光する。図２に示すように、レンズアセンブリ６は固定レンズ９と可動レンズ１０とを含んでいる。レンズアセンブリ６はイメージセンサ１１に対向する位置に設けられ、受光した光の焦点をイメージセンサ１１に合わせる。レンズアセンブリ６は特に可動レンズ１０の移動により可動であり、イメージセンサ１１上での光の焦点を変化させる。説明を簡潔にするために、固定レンズ９と可動レンズ１０とは単体のレンズであるとして説明するが、実際には概してレンズグループによって形成されている。
【００３３】
図２に破線で示し、さらに図３で詳細に示すように、カメラ５は機械連結部８を有しており、機械連結部８はシャッターリリースボタン４をレンズアセンブリ６に、特に可動レンズ１０に連結している。この場合、機械連結部８は単体の棒状のものである。ユーザがシャッターリリースボタン４を押すと、ボタン４が破線４ａで示す位置まで移動し、機械連結部８もボタンと共に移動し、可動レンズ１０を駆動して破線１０ａで示す位置まで移動させる。これによりイメージセンサ１１上での光の焦点が変化する。
【００３４】
さらにカメラ５は図４に示す電気コンポーネントを有しており、電気コンポーネントは以下のように設けられている。
【００３５】
イメージセンサ１１は、捕捉した像の出力信号を信号プロセッサ１２を介してメモリ１３に供給するように接続されている。以下にさらに述べるように、動作中に像領域全体を含む像がメモリ１３に保存される。イメージセンサ１１、信号プロセッサ１２およびメモリ１３の動作は、カメラ５の他のコンポーネントの動作と共にコントローラ１４によって制御される。コントローラ１４はさらにシャッターリリースボタン４の動作に応答する。コントローラ１４は典型的には適切なプログラムを実行するマイクロプロセッサによって実現される。あるいはコントローラ１４の機能の一部または全部、例えば捕捉した像を分析して以下に述べるように焦点の質を決定する機能を専用のハードウェアで実現してもよい。
【００３６】
コントローラ１４は図５に示すアルゴリズムを用いて、メモリ１３に保存された像の焦点の質を分析する。ステップＳ１で像の分析領域を選択する。この分析領域は像領域全体であってもよいし、像領域全体の一部（例えば像領域全体の中央部または複数の部分）であってもよい。
【００３７】
ステップＳ２で、選択された領域を高域通過フィルタによりフィルタリングする。高域通過フィルタは、焦点が良好になるにつれ高域空間周波数成分が増加するということに基づいて用いられ、従って高域通過フィルタの出力は焦点の質を表す。高域通過フィルタはこれに従って設計される。このフィルタの要件として以下のことが言える。
【００３８】
・ＤＣ係数はゼロでなければならない。なぜならＤＣ信号は有用な焦点情報を伝達しないからである。
【００３９】
・非常に高い周波数がピクセルノイズに大きく影響され易い（特定のシステムの錯乱円を分析することによりこれを証明することができれば、非常に有用な情報となる）。これらの周波数も減衰すべきである。
【００４０】
・中間周波数は有用な焦点情報を含む。
【００４１】
これらのゾーン間の遷移帯域はあまり急であってはならない。あまり急であると、閾値として作用し、いくつかの環境下でアルゴリズムが動作することを阻止するからである。
【００４２】
空間プロトタイプから周波数ドメインフィルタを設計することは、満足のいく結果を得る１つの方法である。空間ドメインでのたたみ込み動作に何が必要であるかがわかると、これを周波数ドメイン乗算に変換することができる。
【００４３】
１つの使用可能な高域通過フィルタは、ガウスフィルタのラプラシアンである。
【００４４】
高域通過フィルタは周波数ドメインで実現してもよい。１つの可能性は、例えば８×８のピクセルブロックに対して離散コサイン変換を行うことである。その後、空間周波数成分を周波数ドメインフィルタ係数で乗算することにより焦点の質測定値を導き出すことができる。
【００４５】
ステップＳ３においてステップＳ２の出力の絶対値を求め、ステップＳ４で絶対値を合計する。ステップＳ３で絶対値を求めることに代えて累乗を算出してもよいが、絶対値の算出の方が計算上安価であり有用性は同等である。
【００４６】
このように、ステップＳ４の出力により像焦点の質測定値が得られる。図５に示すこのアルゴリズムはかなり満足のいく結果を生み出し、シミュレーションでは他の方法（いくつかは周波数ベースであり、いくつかは空間ベースである）に比べて良好である。しかし、焦点の質を決定する他のアルゴリズムも適用可能であることを理解されたい。
【００４７】
コントローラが行う第１の像捕捉動作を図６に示し、以下に説明する。
【００４８】
ステップＳ１０でボタン４が押されたことを検出する。これに応答して動作はステップＳ１１に進む。ステップＳ１１でコントローラ１４は、一連の像がイメージセンサ１１により捕捉されメモリ１３に保存されるようにする。保存された各像は像領域全体を含む。像領域全体はイメージセンサ１１の全体領域に対応し得るが、場合によってはイメージセンサ１１の周縁ピクセルの一部を破棄してもよい。これらの像はボタン４が最初に押されてから所定の回数だけ保存され、従って保存された各像はレンズ構造６が様々な位置で捕捉した像であり、様々な焦点を有する。
【００４９】
これを例えば図７に示す。図７は、カメラ５のうちレンズアセンブリ６を収容する部分の模式的断面図を示す。可動レンズ１０はレンズホルダ１５内に支持されており、レンズホルダ１５は樽状であってもよい。可動レンズ１０とレンズホルダ１５とは共に円対称である。レンズホルダ１５は機械的連結部８に取り付けられており、機械的連結部８はレンズホルダ１５を光軸（図面では水平方向）に平行な方向に移動させることができる。レンズホルダ１５と可動レンズ１０と機械的連結部８とは、他のコンポーネント（例えば図示しない懸架部、固定レンズおよびイメージセンサ）と共にハウジング７内に収容されている。ボタン４が押されている間、機械的連結部８はレンズホルダ１５を移動させ、それにより可動レンズ１０が移動し、これらは鎖線８ａ、１５ａおよび１０ａと矢印で示す位置まで移動する。レンズアセンブリ６が移動している間、可動レンズ１０のいくつかの位置で像全体が捕捉されメモリ１３に保存される。これらの位置を細い縦線１〜６で示す。位置１は近焦点に対応し、位置６は遠焦点に対応する。この例では６つのレンズ位置を用いているが、用いるレンズ位置の数はこれより多くても少なくてもよい。像全体は移動開始位置１、移動終了位置６、および４つの中間位置２〜５で捕捉される。レンズの移動中にイメージセンサが捕捉した６つの像を図７の下部に模式的に示す。
【００５０】
図７では一連の像として６つの像を示しているが、概して像の数は複数であればいくつでもよい。
【００５１】
すべての像をメモリ１３に保存した後、図６のステップＳ１２を行う。ステップＳ１２では、図５に示すアルゴリズムを用いて各像の焦点の質を決定する。その後ステップＳ１３で、最良の焦点を有する像を焦点像として選択する。この焦点像を表示画面３に表示しメモリ１３内に保持する。
【００５２】
当業者には明らかであるが、概して機械的連結部８は電話内のどの位置にあっても、容易にシャッターリリースボタン４とレンズアセンブリ６とを連結することができ、さらにレンズアセンブリ６の移動の所望の距離および速度プロファイルを生成するように設計されていてもよい。例えば連結機構８は、ばね・ダンパーシステムを組み込んでいてもよい。ばね・ダンパーシステムは、ボタン４がいかに速く押されてもレンズ構造６の移動が本質的にばねの堅さとダンパーの抵抗によって制御されるように構成されている。例えば戻りばねを用いることにより、レンズアセンブリ６を容易に開始位置に戻すことができる。
【００５３】
同様に、一連の像の捕捉と保存とを、ボタン４が押されている間ではなくレンズアセンブリ６が元の位置に戻る間に行ってもよい。この場合も、レンズアセンブリ４の移動はユーザがボタン４を動作することにより駆動されるが、ユーザの行為に依存する度合いが低いためにレンズアセンブリ６の移動をよりよく制御し得るという利点がある。これらの設計はすべて本発明の範囲内に含まれる。
【００５４】
図８に連結機構８を変更した形態を示す。この形態はレンズアセンブリ６が元の位置に戻る間に一連の像を捕捉し保存することを容易にする。図８に、携帯電話１のハウジングの２つの対向する壁２１および２２が示されている。これらの壁は公称で固定されており、連結機構がこの間に設けられる。シャッターリリースボタン４が一方の壁２１を突き抜けて堅い連結部２３を介してオーバートラベル分離機構２４に連結している。オーバートラベル分離機構２４は堅い連結部２５を介してばね２６の一端に連結している。ばね２６の他端は携帯電話１のハウジングの壁２２と係合している。ばね２６に代えて任意の弾力性要素を用いてもよい。連結部２５はさらにダンピング機構２７（例えばダッシュポットまたは他の粘性特性を有するダンピング装置）にも連結しており、ダンピング機構２７も携帯電話１のハウジングの壁２２と係合している。最後に連結部２５はレンズアセンブリ６の可動レンズ１０と機械的に連結しており、これが連結機構８の主要な移動対象である。
【００５５】
オーバートラベル分離機構２４は、シャッターリリースボタン４に圧縮力が付与されると、ある程度押されるまで（図８の右方向に）その圧縮力を伝達するように作用する。その後、連結部２５が、例えば壁２１によって制限される休止位置（図８に示す）に戻るまで（圧縮されたばね２６からの逆方向駆動により）シャッターリリースボタン４は実効的に分離される。任意の従来公知のメカニズムが十分使用可能である。
【００５６】
連結機構８の動作は以下の通りである。初期状態では、ばね７は大幅に広がっておりシャッターリリースボタン４は休止位置にある（図８の左方向）。ユーザがシャッターリリースボタン４を押し（図８の右方向）、ユーザの圧縮力がオーバートラベル分離機構２４を介して連結部２５に伝達される。これにより連結部２５がシャッターリリースボタン４の移動に従って移動し、移動する間にばね２６を圧縮しダンパー２７を押し、可動レンズ１０を終端位置まで駆動する。シャッターリリースボタン４が移動終了位置に近づくと、オーバートラベル分離機構２４が作動してシャッターリリースボタン４を連結部２５から実効的に分離する。その後連結部２５およびこれに連結されたコンポーネント（ばね２６、ダンパー２７および可動レンズ１０）は自由に休止位置に戻る（図８の左方向）。これは圧縮されたばね２６の反応力によって起こるが、その速度は摩擦および主にはダンパー２７からの制動作用によって制御される。これらの協働によって可動レンズ１０が本質的に一定の速度で動作範囲内をスムーズに移動する（所望であればダンパー２７を入念に設計し製造することにより様々な速度プロファイルで移動させることも可能である）。
【００５７】
コントローラ１４は、連結部２５と可動レンズ１０が元の位置に戻る間に像を捕捉し保存するように動作する。
【００５８】
好ましくは、レンズアセンブリ６の通常の休止位置はレンズアセンブリの過焦点距離に設定される。これによりカメラをパンしている間中、シーンのできるだけ多くの部分に焦点が合うようになる。この位置は工場で予備設定できる。この場合、連結機構８を以下の動作が可能であるように構成してもよい。ボタン４が押されると、レンズアセンブリ６は範囲（例えば最短焦点距離）の一端まで押し戻され、ボタン４が移動終了位置に達するまでそこに位置する。すなわちボタン４を解放する必要がない。ボタン４が移動終了位置に達すると音を発することも有用である。例えば、移動終了位置で解放されるアームを押し戻し、その後アームが戻って別の要素に当たって音を出す。一旦移動終了位置に達すると、上記のように焦点像に関する一連の動作が行われる。これはユーザがボタン４を押すことにより圧縮されたばねの作用で行われる。レンズアセンブリ６は、一旦移動範囲の他端に達すると、他のレバー（またはおそらく電気スイッチ）を作動させ、レバーがレンズアセンブリ６を戻りストロークばねから分離させる。その後レンズアセンブリ６の位置はより弱いばねにより制御され、このばねは単にレンズアセンブリ６を過焦点距離に戻す。ここで「ばね」は弾力性要素であれば何でもよいが、おそらくプラスチック、金属またはワイヤを屈曲させた片によって実現される。これはうまくいくことが多い。なぜなら過焦点距離（ＨＦＤ）の戻り機構は軽量のレンズアセンブリ６を動かすに十分な強度を有していればよく、他方ボタンが駆動する戻りストロークシステムの強度ははるかに高く（ＨＦＤ戻りシステムを完全に停止させるに十分なほど高く）できるからである。なぜなら戻りストロークシステムは比較的力の強いユーザが駆動しており、例えば数１０分の１に抑制されているからである。
【００５９】
コントローラが行う第２の像捕捉動作を図９に示し以下に説明する。第１の像捕捉動作ではすべての像をメモリ１３に保存した後に一連の像の分析を行っていたが、第２の像捕捉動作では保存と平行して像を分析する。これによりメモリの要件が緩和される。
【００６０】
ステップＳ２０でボタン４が押されたことを検出する。これに応答して動作はステップＳ２１に進む。ステップＳ２１でコントローラ１４は、一連の像のうちの第１の像がイメージセンサ１１により捕捉され、焦点像としてメモリ１３に保存されるようにする。この像は像領域全体を含む。次いでステップＳ２２でコントローラ１４は、一連の像のうちの次の像がイメージセンサ１１により捕捉され、焦点像とは別にメモリ１３に保存されるようにする。保存された像は像領域全体を含む。ステップＳ２１およびＳ２１では、第１の像捕捉動作と同様に、ボタン４が最初に押されてから同一の所定回数だけ各像を捕捉し、保存された各像はレンズ構造６が様々な位置で捕捉した像であり、様々な焦点を有する。
【００６１】
その後ステップＳ２３で、図５に示すアルゴリズムを用いて上記第２の像の焦点の質を決定する。焦点像の焦点の質も同様に決定する（前のサイクルのステップＳ２３で決定されていない場合）。ステップＳ２４で第２の像と焦点像との焦点の質を比較し、最良の焦点を有する像を焦点像として保存する。第２の像がより高い質の焦点を有している場合、例えば前の焦点像を上書きすることにより、これを行う。
【００６２】
ステップＳ２５で、一連の像のすべてが保存され分析されたかどうかを判定する。されていない場合、動作はステップＳ２２に戻る。一連の像のすべてが保存され分析されると、ステップＳ２６で処理が終了する。この場合、一連の像のうち最良の焦点質を有する像が焦点像として保持されている。従って結果は第１の像捕捉動作と同じであるが、ステップＳ２３およびＳ２４で迅速な分析が必要とされるにもかかわらずメモリ１３の使用スペースは少ない。
【００６３】
第２の像捕捉動作において、第４の像が最良の焦点質を有すると決定された場合の例を図１０に示す。像には図７の番号を付している。分析領域１９を像領域全体の一部領域として示す。各行において、ステップＳ２４で行った比較をクエスチョンマークで示す。第１列の像は保存された焦点像であり、第２列の像は各々、それに続く新しい像である。最終列は比較の結果、焦点像として保存された像を示す。このように最初の３回の比較では、比較するごとに焦点像が更新され、第４の像が焦点像となっている。その後焦点像は変更されていない。
【００６４】
上記のように第１および第２の像捕捉動作によって、一連の像のうちの１つの像全体が焦点像として選択される。これに代えて第１の像捕捉動作のステップＳ１３および第２の像捕捉動作のステップＳ２４において、像領域を概念的に複数の部分に分割し、一連の像の各々から１つの部分を選択してもよい。この結果、焦点像は一連の像のうちの１より多い像を複合した像となる可能性がある。
【００６５】
像を任意の数の部分に分割することも可能である。数が増加するにつれ、全体の焦点質も向上するが必要な処理パワーも増大する。簡単な変形例では、像を２つの部分に分割してもよい。２つの部分を、像の中央の単一円形ピクセルブロック（目的の物体に焦点を合わせるため）とそれを取り囲む第２のピクセルブロック（背景に焦点を合わせるため）として構成してもよい。
【００６６】
これらの部分の形状およびサイズは概して任意であり得る。必要な処理を低減するため、これらの部分が任意の形状（例えば矩形、三角形または六角形）の複数のピクセルを有する区域を含むようにしてもよい。これらの区域の境界線は直線であっても波形であってもよく、それにより隣接する区域が互いに連結して人工的に設けた境界線がなるべく見えないようになる。区域の配列は規則的であっても不規則であってもよく、サイズが同じであっても異なっていてもよい。
【００６７】
解像度を上げるため、像の各部分は非常に小さくてもよく、例えば１ピクセルまたは１ピクセルとそれに隣接する約５〜９ピクセルであってもよい。これにより最高の解像度が得られるが、像内のノイズの干渉を受けやすくなる可能性がある。なぜならピクセルレベルでの信号対雑音比が高いことがあり得るからである。しかしノイズレベルが判明している場合、焦点合わせ処理を修正してノイズに対応させることができる。ノイズレベルは例えば、センサチップの公知の特性、シーンの全体または局部輝度（暗いシーンの方がノイズが多い）、および周囲の温度（温度が高いほどノイズは多くなる）から推定することができる。これらは単一のトランジスタの電圧を測定することにより測定可能である。
【００６８】
区域を用いる場合、像領域の部分の選択は、当該領域内の像の焦点質の決定に基づいて行うことが好ましい。しかし像のうち比較的小さい部分を用いる場合、当該像の一部と隣接する領域とを含む分析領域内の像の焦点質の決定に基づいて、像の部分を選択することが望ましいこともある。
【００６９】
第２の像捕捉動作に像領域の部分の選択を別途適用した例を図１１に示す。この例では像の部分として９個の矩形区域を用いている。図１１において、上の図は処理開始時の焦点像の組合せを示し、このときレンズ位置は１である。中央の図は３回の比較プロセス工程が行われた後の像の組合せを示し、このときレンズ位置は４である。下の図は最後の処理工程での最終的な像の組合せを示し、このときレンズ位置は６である。この例ではレンズ位置が１の場合、中央の区域とその下の区域の焦点質が最良であり、これらの区域はカメラの近傍または前景の物体に対応する。レンズ位置が３の場合、右の区域の焦点質が最良であり、これらの区域は中間距離に対応する。レンズ位置が６の場合、残りの区域の焦点質が最良であり、これらの区域は無限遠に対応する。
【００７０】
上記のように、自動焦点合わせ動作はシャッターリリースボタン４に対する動作、すなわちユーザが写真を撮りたいと思ったときの動作に連動させることができる。これに代えて自動焦点合わせ動作が他の時点でも可能であるようにしてもよい。これはユーザが写真を撮る前にディスプレイ３上で焦点像を見たいと思ったときに有用である。これを実現するために、シャッターリリースボタン４に加えてフォーカスボタンを設けてもよい。あるいはシャッターリリースボタン４を押すと写真を撮る動作とは別に自動焦点合わせ動作が開始されるように構成してもよい。しかし最小限有用であるのは、自動焦点合わせ動作が焦点の合った像を捕捉および保存するか、焦点の合った像を捕捉および表示するか、その両方を行うかである。単にカメラ動作の２つのモードを提供するだけでも同等に有用であり得る。モード１ではシャッターリリースボタン４が押されると、複数の像の捕捉処理全体、焦点選択処理、および最良の焦点質を有する像の最終段階での表示のみが行われる（オプションにより、表示された像がその後より永久的に保存される）。モード２ではモード１の動作がすべて行われ、加えて最良の焦点質を有する像が自動的に移送されてより永久的に保存される。従ってモード１は「見て視る」モードであり、モード２は従来の全自動に最も近い。あるいはシャッターリリースボタン４の移動の最初の部分によって自動焦点合わせメカニズムが作動し、シャッターリリースボタン４の移動の第２の部分によって撮影が行われるように、シャッターリリースボタン４を設計することも可能である。従って最初の部分では焦点像が表示されるが写真としては保存されず、第２の部分で焦点像が表示および保存される。
【００７１】
上記のカメラ５は図１２に示すように適用して、連結構造ではなくレンズアセンブリ６の移動を駆動するアクチュエータ１５を用いるようにしてもよい。この場合、コンピュータ１４の制御により、アクチュエータ１５がシャッターリリースボタン４の動作に応答してレンズアセンブリ６（またはより具体的には可動レンズ１０）を移動させる。従って第１および第２の像捕捉アルゴリズムは適用可能であるが、ステップＳ１１、Ｓ２１およびＳ２２は変更されてアクチュエータ１５に対する制御を含み、アクチュエータ１５に与えられる制御信号の適切な値で像を捕捉および保存する。アクチュエータは、圧電アクチュエータであってもよく、例えばWO-01/47041号に開示されているようなタイプであってもよい。このタイプの圧電アクチュエータはWO-02/103451号に開示のカメラで用いることができる。この場合、レンズ構造６はWO-2005/003834号に開示されているように、アクチュエータ１５を組み込んだ懸架システムを用いて懸架されてもよい。あるいはアクチュエータ１５はＤＣモータなどの電気モータであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
上記のカメラ５はスチルカメラ５であってもよいが、同一の焦点合わせ方法を用いて容易にビデオカメラにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、カメラを含む携帯電話の正面図である。
【図２】図２は、カメラのレンズ構造を後方から見た斜視図である。
【図３】図３は、カメラの光学コンポーネントの構造の、図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図４】図４は、カメラの電子コンポーネントを示す図である。
【図５】図５は、像の焦点質を決定するためにカメラが行う分析を示すフローチャートである。
【図６】図６は、カメラの第１の像捕獲動作を示すフローチャートである。
【図７】図７は、レンズ構造の連続する位置においてカメラが捕捉した一連の像を示す模式図である。
【図８】図８は、カメラのシャッターリリースボタン用の連結機構の変更された形態を示す側面図である。
【図９】図９は、カメラの第１の像捕獲動作を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、図９の第１の像捕獲動作によって処理された像の例を示す模式図である。
【図１１】図１１は、図９の第１の像捕獲動作によって処理された像の別の例を示す模式図である。
【図１２】図１２は、カメラの、アクチュエータを用いた別の形態を示す図である。
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2007530995.tif 000016
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