(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の測距エリアから出力された撮像信号を、測距エリアを構成する複数の小エリアに応じてブロック分割するブロック分割手段と、
前記ブロック分割手段によって分割された各ブロックから高次の周波数成分を抽出する第１周波数成分抽出手段と、
前記ブロック分割手段によって分割された各ブロックから低次の周波数成分を抽出する第２周波数成分抽出手段と、
前記第１周波数成分抽出手段によって抽出された周波数成分をブロックごとに積算する第１積算手段と、
前記第２周波数成分抽出手段によって抽出された周波数成分をブロックごとに積算する第２積算手段と、
前記第１積算手段によって得られた積算値と前記第２積算手段によって得られた積算値とを、ブロックごとに重み付け係数に従って重み付け加算する重み付け加算手段と、
前記第１積算手段によって得られたブロックごとの積算値から最大値を検出する最大値検出手段と、
前記重み付け加算手段によって得られたブロックごとの重み付け加算値から平均値を算出する平均値算出手段と、
前記最大値検出手段によって検出された最大値と前記平均値算出手段によって算出された平均値との差分を算出する差分演算手段と、
前記差分演算手段によって算出された値を評価値として、フォーカスレンズを合焦位置へ駆動する駆動手段と、
を備えたことを特徴とする自動焦点調節装置。
【請求項２】
前記重み付け加算手段によって用いられる重み付け係数を撮像条件に基づいて算出する重み付け係数算出手段を設けた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】
前記撮影条件は、露出設定であ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】
前記第１周波数成分抽出手段は、最高次の周波数成分を抽出するものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の自動焦点調節装置。
【請求項５】
請求項１から４いずれか１項に記載の自動焦点調節装置を備えたことを特徴とする撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラなどの撮影装置に用いられるコントラスト検出方式の自動焦点調節装置およびそれを備えた撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどの撮像素子で撮像した被写体像をデジタルの画像データに変換して記録するデジタルカメラが普及している。大抵のデジタルカメラは、初心者でも簡単にピント合わせが行えるように自動焦点調節（ＡＦ：Auto Focus）機能を備えている。
【０００３】
このＡＦ機能としては、撮像素子から出力される撮像信号から高周波成分（コントラスト値）を抽出し、この高周波成分の積算値（ＡＦ評価値）が最大となるようにフォーカスレンズを駆動して合焦位置を検出する、いわゆるコントラスト検出方式が知られている。このコントラスト検出方式は、被写体にコントラストがない場合や暗い場合にはピントが合わせられないといった短所があるが、撮影用の撮像素子自体を測距センサとして兼用するので機構を簡略化できるという長所があり、小型のデジタルカメラにおいて広く採用されている。
【０００４】
ただし、このコントラスト検出方式は、被写体にコントラストがあり、被写体が十分に明るい場合であっても問題が生じることが知られている。例えば、測距エリア内に、主要被写体以外に高輝度の被写体が存在する場合や、手振れにより、主要被写体以外の被写体が測距エリアに入ったり出たりする場合には、ＡＦ評価値に影響が生じ、ＡＦ動作が不安定になる（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１、２の発明では、不要な被写体が位置する領域についてＡＦ評価値の成分に重み付けを行い、不要な被写体がＡＦ評価値に与える影響を低減させることにより、ＡＦ動作の安定化を図っている。
【特許文献１】特開平８−３２１９８５号公報
【特許文献２】特開２００４−１９１８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のようなＡＦ評価値への重み付けを行う自動焦点調節装置においても、測距エリア内の輝度が全体的に変動する場合には対応することができない。つまり、ＡＦ動作中（いわゆる山登りサーチ中）に輝度が急に低下した場合には、図８に示すように、ＡＦ評価値に擬似ピークが生じ、真のピークとは異なる擬似ピークの位置を合焦位置として誤検出してしまうといった問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、輝度変化に影響されることなく、正確に合焦位置を得ることができる自動焦点調節装置および撮影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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の自動焦点調節装置は、撮像素子の測距エリアから出力された撮像信号を、測距エリアを構成する複数の小エリアに応じてブロック分割するブロック分割手段と、前記ブロック分割手段によって分割された各ブロックから高次の周波数成分を抽出する第１周波数成分抽出手段と、前記ブロック分割手段によって分割された各ブロックから低次の周波数成分を抽出する第２周波数成分抽出手段と、前記第１周波数成分抽出手段によって抽出された周波数成分をブロックごとに積算する第１積算手段と、前記第２周波数成分抽出手段によって抽出された周波数成分をブロックごとに積算する第２積算手段と、前記第１積算手段によって得られたブロックごとの積算値から最大値を検出する最大値検出手段と、前記第２積算手段によって得られたブロックごとの積算値から平均値を算出する平均値算出手段と、前記最大値検出手段によって検出された最大値と前記平均値算出手段によって算出された平均値との差分を算出する差分演算手段と、前記差分演算手段によって算出された値を評価値として、フォーカスレンズを合焦位置へ駆動する駆動手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の自動焦点調節装置は、撮像素子の測距エリアから出力された撮像信号を、測距エリアを構成する複数の小エリアに応じてブロック分割するブロック分割手段と、前記ブロック分割手段によって分割された各ブロックから高次の周波数成分を抽出する第１周波数成分抽出手段と、前記ブロック分割手段によって分割された各ブロックから低次の周波数成分を抽出する第２周波数成分抽出手段と、前記第１周波数成分抽出手段によって抽出された周波数成分をブロックごとに積算する第１積算手段と、前記第２周波数成分抽出手段によって抽出された周波数成分をブロックごとに積算する第２積算手段と、前記第１積算手段によって得られた積算値と前記第２積算手段によって得られた積算値とを、ブロックごとに重み付け係数に従って重み付け加算する重み付け加算手段と、前記第１積算手段によって得られたブロックごとの積算値から最大値を検出する最大値検出手段と、前記重み付け加算手段によって得られたブロックごとの重み付け加算値から平均値を算出する平均値算出手段と、前記最大値検出手段によって検出された最大値と前記平均値算出手段によって算出された平均値との差分を算出する差分演算手段と、前記差分演算手段によって算出された値を評価値として、フォーカスレンズを合焦位置へ駆動する駆動手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
なお、前記重み付け加算手段によって用いられる重み付け係数を撮像条件に基づいて算出する重み付け係数算出手段を設けたことが好ましい。
【００１０】
また、前記第１周波数成分抽出手段は、最高次の周波数成分を抽出するものであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の撮影装置は、上記いずれかの自動焦点調節装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の自動焦点調節装置では、撮像素子の測距エリアから出力された撮像信号を、測距エリアを構成する複数のエリアに応じてブロック分割し、高次の周波数成分の積算値の最大値から、低次の周波数成分の積算値の平均値を差し引くことによって評価値を算出しており、フォーカスレンズを移動させた際に、上記平均値は、上記最大値より小さい変化率で該最大値に追従するといった特性を示す。これにより、上記評価値は、輝度変動などの影響を受け難く、真のピークのみが生じるため、フォーカスレンズを正確に合焦位置に設定することができる。
【００１３】
また、高次の周波数成分の積算値の最大値から差し引く値を、高次の周波数成分の積算値と低次の周波数成分の積算値とを重み付け加算した加算値の平均値とすることにより、重み付け係数に応じて、上記平均値の上記最大値に対する追従性を変化させることができる。高次の周波数成分の積算値に対する重み付けの割合を大きくすると、上記追従性が増し、擬似ピークを効果的に打ち消すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１において、本発明の第１の実施形態に係わるデジタルカメラ１０は、ＣＰＵ（主制御回路）１１によって統括的に制御される。ＣＰＵ１１は、シャッタボタン、メニューボタン、選択キーなどを含む操作部１２から入力される操作信号に応じて各部の動作制御を行う。なお、シャッタボタンは、２段階押圧式のスイッチとなっており、半押しされるとＡＦ動作などの撮影準備処理が行われ、半押し後に全押しされると撮影動作が行われる。
【００１５】
撮像レンズ１３には、光軸に沿って移動するフォーカスレンズが含まれている。レンズ駆動部１４は、レンズモータおよびモータドライバからなり、撮像レンズ１３中のフォーカスレンズを駆動する。レンズ駆動部１４は、ＣＰＵ１１によって動作制御される。
【００１６】
撮像レンズ１３の光軸上には、ＣＣＤイメージセンサ１５が配置されている。撮像レンズ１３を通過した被写体光は、ＣＣＤイメージセンサ１５の受光面に入射し、受光面内の各受光素子によって光電変換が行われ、電荷転送後、出力アンプから電気的な撮像信号として出力される。
【００１７】
ＣＤＳ（２重相関サンプリング）／ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路１６は、ＣＣＤイメージセンサ１５から出力された撮像信号をサンプルホールドすると同時に、適切なゲインで増幅を行う。Ａ／Ｄ変換器１７は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１６から出力された撮像信号をデジタル形式の画像データに変換し、これをＤＳＰ（デジタル信号処理回路）１８およびＡＦ評価値算出回路１９に入力する。
【００１８】
ＤＳＰ１８は、入力された画像データに対して、色補間、ＹＣ変換、ガンマ補正、輪郭補正、ホワイトバランス補正などの所定の画像処理を施す。ＤＳＰ１８によって画像処理が施された画像データは、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）ドライバ２０によってＬＣＤ２１にスルー画表示される。
【００１９】
圧縮伸長処理回路２２は、シャッタボタンが全押し操作された際に作動し、ＤＳＰ１８から画像データを取得して、これに所定の圧縮処理（例えば、ＪＰＥＧ圧縮）を施す。カードＩ／Ｆ２３は、圧縮伸長処理回路２２によって圧縮された画像データを着脱自在に接続されたメモリカード２４に書き込む。
【００２０】
また、カードＩ／Ｆ２３は、再生モードにおいて所定の操作がなされた場合に、メモリカード２４から画像データを読み出す。この画像データは、圧縮伸長処理回路２２によって伸長処理され、ＬＣＤドライバ２０を介してＬＣＤ２１に再生表示される。
【００２１】
ＡＦ評価値算出回路１９は、シャッタボタンが半押し操作された際に作動し、Ａ／Ｄ変換器１７から入力された画像データに基づいてＡＦ評価値を算出して、これをＣＰＵ１１に入力する。ＣＰＵ１１は、ＡＦ評価値算出回路１９によって得られたＡＦ評価値を用いて、特開平６−２６８８９６号公報等に記載されているような「山登り制御方式」に従い、レンズ駆動部１４の制御を行う。レンズ駆動部１４は、ＣＰＵ１１の指示に従い、フォーカスレンズを、ＡＦ評価値が最大となる位置（合焦位置）へ移動させる。なお、このＡＦ動作は、シャッタボタンの半押し時だけでなく、スルー画表示時においても一定時間ごとに行われる。
【００２２】
図２は、ＡＦ評価値算出回路１９の構成を示す。ブロック分割部３０には、ＣＰＵ１１から測距エリア設定情報が入力されている。測距エリア４０は、図３に示すように、ＣＣＤイメージセンサ１５の撮像画面４１内に設定されており、Ａ１〜Ａ１６の小エリアに分割されている。この測距エリア４０の撮像画面４１内の範囲設定は、操作部１２によってなされる。ブロック分割部３０は、Ａ／Ｄ変換器１７から入力された画像データから測距エリア４０に該当する部分のみ抽出し、抽出した画像データを、Ａ１〜Ａ１６の小エリアに応じて１６個のブロックＢ１〜Ｂ１６に分割する。このブロックＢ１〜Ｂ１６は、第１周波数成分抽出部３１および第２周波数成分抽出部３２にそれぞれ入力される。つまり、ブロック分割部３０は、画像データの振り分けを行う。
【００２３】
第１および第２周波数成分抽出部３１，３２は、Ｂ１〜Ｂ１６のブロックごとにそれぞれ設けられており、画像データの周波成分を各ブロックごとに抽出する。第１および第２周波数成分抽出部３１，３２は、いわゆるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）である。第１周波数成分抽出部３１は、第２周波数成分抽出部３２より高次の周波数成分を抽出する。例えば、第１周波数成分抽出部３１は、最も高次の周波数成分（隣接する画素間の差）を抽出し、第２周波数成分抽出部３２は、それより低い低次の周波数成分を抽出する。第１および第２周波数成分抽出部３１，３２によって抽出された周波数成分は、それぞれ第１および第２積算部３３，３４に入力される。
【００２４】
第１および第２積算部３３，３４は、第１および第２周波数成分抽出部３１，３２によって抽出された周波数成分を絶対値化したうえで積算を行い、Ｂ１〜Ｂ１６のブロックごとに積算値を算出する。第１および第２積算部３３，３４は、いわゆるデジタル積分回路である。第１積算部３３によって算出された高次の周波数成分の積算値は、ブロックごとに最大値検出部３５に入力される。また、第２積算部３４によって算出された低次の周波数成分の積算値は、ブロックごとに平均値算出部３６に入力される。
【００２５】
最大値検出部３５は、入力された１６個の積算値から最大値を検出し、これを差分演算部３７に入力する。一方、平均値算出部３６は、入力された１６個の積算値の平均値を算出し、これを差分演算部３７に入力する。差分演算部３７は、入力された最大値と平均値との差を算出し、これを絶対値化した正の値をＡＦ評価値としてＣＰＵ１１に入力する。
【００２６】
図４（Ａ）において、曲線Ａは、最大値検出部３５から出力される最大値をフォーカスレンズ位置に対して示したものであり、曲線Ｂは平均値算出部３６から出力される平均値を、フォーカスレンズ位置に対して示したものである。曲線Ｂは、低次の周波数成分に基づき、かつ平均化されたものであるため、曲線Ａより小さい変化率で曲線Ａの変化に追従する。したがって、前述のように輝度低下による影響を受けたとしても、図４（Ｂ）に示すように、曲線Ａ、Ｂの差分値、つまりＡＦ評価値には、擬似ピークが生じず、真のピークのみが生じる。
【００２７】
このように、ＡＦ評価値算出回路１９から出力されるＡＦ評価値は、測距エリア全体に影響を与える輝度変動などの影響を受け難く、最大値を与える真のピークのみが生じるため、フォーカスレンズを正確に合焦位置に設定することができる。よって、デジタルカメラ１０は、光源が点滅しているような撮影環境下であっても安定したＡＦ動作を行うことができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、ＡＦ評価値算出回路中での平均値の算出方法が上記第１の実施形態と異なる。図５において、ＡＦ評価値算出回路５０には、重み付け加算部５１が設けられている。なお、第１の実施形態と同一の機能を有する部分については同一の符号を付しており、これらの詳しい説明は省略する。
【００２９】
重み付け加算部５１には、第１および第２積算部３３，３４から積算値がそれぞれ入力され、重み付け加算部５１は、Ｂ１〜Ｂ１６のブロックごとに、第１積算部３３からの積算値と第２積算部３４からの積算値とを所定の割合で加算し、加算値を平均値算出部３６に入力する。
【００３０】
具体的には、図６に示すように、重み付け加算部５１には、２つの重み付け係数ｗ１，ｗ２を記憶する係数記憶部５２と、第１積算部３３から出力されるブロックごとの積算値Ｓ１ｎ（ｎ＝１〜１６）に重み付け係数ｗ１を乗算する乗算器５３と、第２積算部３４から出力されるブロックごとの積算値Ｓ２ｎ（ｎ＝１〜１６）に重み付け係数ｗ２を乗算する乗算器５４と、乗算器５３，５４のぞれぞれの乗算結果を加算し、加算値Ｔｎ（＝ｗ１・Ｓ１ｎ＋ｗ２・Ｓ２ｎ）を得る加算器５５とが設けられている。なお、重み付け係数ｗ１，ｗ２は、ｗ１＋ｗ２＝１の関係を満たし、例えば、ｗ１＝０．２５、ｗ２＝０．７５と設定される。平均値算出部３６は、加算値Ｔｎから出力された加算値Ｔｎ（ｎ＝１〜１６）を平均化する。
【００３１】
本実施形態によれば、差分演算部３７に入力される平均値と最大値に関して、平均値の最大値に対する追従性を変化させることができる。重み付け係数ｗ１の割合を大きくすることによって、平均値の最大値に対する追従性が増し、擬似ピークを効果的に打ち消すことができる。ただし、重み付け係数ｗ１の割合を大きくしすぎると、差分演算部３７から出力されるＡＦ評価値に真のピークが現れにくくなる。重み付け係数ｗ１，ｗ２の値は、これらを考慮して決定されることが好ましい。
【００３２】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、重み付け係数ｗ１，ｗ２を所定条件に応じて変更するようにした点が上記第２の実施形態と異なる。図７において、ＡＦ評価値算出回路６０には、重み付け係数算出部６１が設けられている。なお、第２の実施形態と同一の機能を有する部分については同一の符号を付しており、これらの詳しい説明は省略する。
【００３３】
重み付け係数算出部６１は、ＣＰＵ１１によって設定されている撮像条件（撮影モードごとに決定される撮像条件）に基づいて、適切な重み付け係数ｗ１，ｗ２を算出し、算出した重み付け係数ｗ１，ｗ２を重み付け加算部５１内の係数記憶部５２に入力する。例えば、撮像モードとして、露出設定の異なる「風景撮影モード」と「人物撮影モード」とを備え、風景撮影モードが設定されている場合には、画像データ中には高周波ノイズ成分が少ないため、低周波成分に対する重み付け係数ｗ２の割合を大きくする。逆に、人物撮影モードが設定されている場合には、画像データ中には高周波ノイズ成分が多くなるため、高周波成分に対する重み付け係数ｗ１の割合を大きくする。
【００３４】
本実施形態によれば、撮影モードに応じて適切なＡＦ評価値が得られ、真のピークをより確実に検出することが可能となる。
【００３５】
なお、上記各実施形態では、第１周波数成分抽出部３１が抽出する周波数を最高次のものとしているが、本発明はこれに限定されず、この抽出周波数は適宜変更してよい。
【００３６】
また、上記各実施形態では、第１周波数成分抽出部３１および第１積算部３３、第２周波数成分抽出部３２および第２積算部３４をそれぞれ上記ブロックごとに設け、各ブロックの処理を並列に実行しているが、本発明はこれに限定されず、第１周波数成分抽出部３１および第１積算部３３、第２周波数成分抽出部３２および第２積算部３４をそれぞれ１組ずつとし、各ブロックの処理を時分割に実行してもよい。
【００３７】
また、上記各実施形態では、図３に示すように、測距エリアの分割数を１６としているが、本発明はこれに限定されず、この分割数、小エリアの大きさや形状は適宜変更してよい。
【００３８】
また、上記各実施形態では、撮像素子をＣＣＤイメージセンサとしているが、本発明はこれに限定されず、撮像素子として、ＣＭＯＳ型のイメージセンサなど、他のイメージセンサを用いてもよい。また、撮像素子はカラーフィルタを備えるものであってもよい。この場合には、画像データをＹＣ変換した後の輝度成分をＡＦ評価値算出回路に入力することが好ましい。また、これに代えて、画像データを構成する１つの色成分（例えば、原色カラーフィルタの場合には、緑色成分）のみをＡＦ評価値算出回路に入力してもよい。
【００３９】
また、上記各実施形態では、撮影装置としてデジタルカメラを例に挙げているが、本発明はこれに限定されず、デジタルビデオカメラなどの他の撮影装置にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】デジタルカメラの電気的構成を示す図である。
【図２】ＡＦ評価値算出回路の構成を示す図である。
【図３】撮像画面中に設定される測距エリアを示す図である。
【図４】（Ａ）は、最大値検出部から出力される最大値、および平均値算出部から出力される平均値を示す図であり、（Ｂ）は、差分演算部から出力されるＡＦ評価値を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示すＡＦ評価値算出回路の構成図である。
【図６】重み付け加算部の構成を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示すＡＦ評価値算出回路の構成図である。
【図８】従来の自動焦点調節装置によって得られるＡＦ評価値を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  デジタルカメラ
１１  ＣＰＵ
１３  撮像レンズ
１４  レンズ駆動部
１５  ＣＣＤイメージセンサ
１９，５０，６０  ＡＦ評価値算出回路
３０  ブロック分割部
３１  第１周波数成分抽出部
３２  第２周波数成分抽出部
３３  第１積算部
３４  第２積算部
３５  最大値検出部
３６  平均値算出部
３７  差分演算部
４０  測距エリア
５０  ＡＦ評価値算出回路
５１  重み付け加算部
６１  重み付け係数算出部
【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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