(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単焦点レンズをフォーカスレンズとして使用し、オートフォーカス動作に先立ちフォーカスレンズのフォーカス基準位置を計測しておくことで、フォーカスレンズのレンズ位置をフォーカス基準位置からの相対位置として管理し、フォーカスレンズを合焦させる領域全域にわたってスキャンして、輝度信号の高周波成分の値が最大の位置にフォーカスレンズを移動させることで、オートフォーカス動作を行うようにしたカメラのオートフォーカス装置において、
オートフォーカス動作時におけるフォーカスレンズの移動に伴ってサンプリングされる、合焦度合いを示すＡＦデータを取得するための輝度信号の高周波成分の変化幅である変化量と、画像の輝度構成ヒストグラムとから、衝撃等によるオートフォーカスレンズの異常移動の有無を推定し、輝度信号の高周波成分の変化幅である変化量が所定値以下の場合に輝度信号の高周波成分の変化は少ないと判断して、輝度信号の高周波成分の変化は少ないが、輝度差分が所定の値以上の場合には異常移動と判定し、異常移動と判定した場合には、オートフォーカスレンズのフォーカス基準位置を計測し直すように制御し、フォーカス基準位置を計測し直した後にオートフォーカス動作を行うように制御する手段を、有することを特徴とするカメラのオートフォーカス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラやビデオカメラなどの民生用のカメラにおけるオートフォーカス装置に係り、特に、オートフォーカス動作（自動合焦動作）を輝度信号の変化を利用して行う映像信号方式のオートフォーカス装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オートフォーカス動作を輝度信号の変化を利用して行う映像信号方式は、輝度信号の高周波成分の量が合焦の度合いに対応していることに着目して、高周波成分の量が常に最大となるようにレンズの位置をＡＦモータで調整するものであって、焦点調整のための光学系が不要であるため、カメラの小型化、低コスト化に適している。
【０００３】
図９は、上記の映像信号方式をとるカメラの要部構成図である。図９において、１はフォーカスレンズたる単焦点レンズ（以下、レンズ１と記す）、２はレンズ１と連動する遮蔽板、３は遮蔽板２の通過を検出するフォトインタラプタ部、４はＡＦモータやギヤなどで構成されたレンズ駆動メカニズム部、５はレンズ駆動メカニズム部４のＡＦモータを駆動制御するモータ駆動ドライバ、６はＣＣＤ（charge coupled divice）、７はＡＧＣ回路（自動利得制御回路）、８はＡ／Ｄコンバータ（アナログ／デジタル変換器）、９はＤＳＰ（digital signal processor）、９ａはＡＥ用データ算出部、９ｂはＡＦデータ算出部、１０はＤＳＰ、１１はマイコン、１２はタイミングジェネレータである。
【０００４】
図９に示す構成において、レンズ１からの光学像はＣＣＤ６に結像されて、電気信号に変換された後、ＡＧＣ回路７で信号レベルを増幅され、Ａ／Ｄコンバータ８でデジタル映像信号に変換されて、ＤＳＰ９に入力される。ＤＳＰ９では、信号の内容にしたがって映像（画像）処理の前処理を行い、かつ、ＡＥ用データ算出部９ａにおいては、ＡＥ制御用に画像を多分割した輝度値を算出し、ＡＦデータ算出部９ｂにおいては、映像信号の輝度信号の高周波成分から合焦度合いを示すＡＦデータを算出する。ＤＳＰ９から出力された映像信号は、画像処理用のＤＳＰ１０において画像圧縮等の適宜の映像処理を施されて、図示せぬ記録媒体や出力端子などに出力される。マイコン１１は、ＡＥ用データ算出部９ａの出力からＡＥ（auto exposure）値を換算・取得すると共に、ＡＦデータ算出部９ｂからＡＦデータを取得する。そして、マイコン１１は、ＡＦデータの値がもっとも大きくなるように（つまり、輝度信号の高周波成分の量が最大となるように）、モータ駆動ドライバ５、レンズ駆動メカニズム部４を介して、レンズ１を移動させる。また、マイコン１１は、ＡＥ値を参照しつつ、タイミングジェネレータ１２を介して、ＣＣＤ６に所定の垂直同期信号（ＶＤ）、水平同期信号（ＨＤ）、クロックを供給して、適正露光となるように電子シャッタのタイミングなどを制御する。
【０００５】
また、電源起動時などのレンズ基準位置（フォーカス基準位置）の初期化時には、フォトインタラプタ部３方向にレンズ１を駆動して、このレンズ移動に連動して移動する遮蔽板２がフォトインタラプタ部３を通過することで、レンズ１の基準位置を検出する。そして、以降マイコン１１は、レンズ位置（レンズ１の位置）を上記の基準位置からの相対位置として管理して、ステッピングモーター等のＡＦモータによってレンズ１を移動させるようになっている。
【０００６】
オートフォーカスを行う際に、合焦させるべき領域すべてをスキャンした場合、画像にある程度以上のコントラストがあるときには、レンズ位置と輝度信号の高周波成分との関係は、例えば図３に示すようなグラフとなる。図３の例では、Ａ点が最も高周波成分が大きいため、この位置を合焦位置とし、レンズ１をＡ点に移動して撮影を行う。一方、オートフォーカスを行う際に、合焦させるべき領域すべてをスキャンした場合、画像のコントラストが低いときには、レンズ位置と輝度信号の高周波成分との関係は、例えば図４に示すようなグラフとなる。この図４に示すように、高周波成分の変化量が所定の値以下の場合には、合焦位置が確定できないため、合焦失敗としてレンズを所定の位置に固定する（例えば、焦点距離２ｍの位置に固定する）。
【０００７】
ところで、カメラをぶつけること等によって、レンズ１に衝撃が加わった場合には、レンズ１とＡＦモータのギアが飛ぶ等によって、レンズ１が異常移動を引き起こすことがある。こうした場合、マイコン１１は、前記した基準位置からのレンズ移動指令量（ＡＦモータの回転量）によってレンズ位置を把握しているので、マイコン１１の指令なくしてレンズ１が移動しても、これを検知することができない（すなわち、マイコン１１側でレンズ１の異常移動を検知できない）。そのため、レンズ１が異常移動を引き起こした後は、本来のレンズ位置と異なる領域で合焦位置の検出のためのレンズスキャンを行うこととなり、レンズ位置と輝度信号の高周波成分との関係は、例えば図５に示すような、ほとんど高周波成分の変化のない計測結果となってしまう場合がある。したがって、このような場合には、高周波成分の変化が所定の値以下となるので、先に述べたように画像のコントラストが低いとして、レンズを固定位置にしてしまい、当然、フォーカスの合わない画像が撮影されることとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、レンズ位置をフォーカス基準位置からの相対位置として管理して、オートフォーカス動作を行うデジタルカメラなどにおいては、衝撃等によってレンズが異常移動してもこれを感知できないため、レンズが異常移動を引き起こした後は、正確なフォーカスが得られないため、フォーカスの合わない画像が撮影されてしまう。さらに、基準位置をチェックするのは、通常、電源投入時がほとんどのため、電源切り／入れを行うまで合焦できない状態が続いてしまい、この間、ユーザはフォーカスの合わない画像を撮り続けることになる。
【０００９】
なお、特開平６−１２５４９３号公報、特開平６−３０３４８７号公報には、輝度信号の最大値、最小値の差分のレベルを見ることで、レンズスキャンすることなく低コントラストの画像を認識して、レンズスキャンすることなく合焦失敗としてフォーカスを固定位置にする手法が開示されているが、これらの公開公報の従来技術では、衝撃等に起因するレンズの異常移動を検出することに関しては、考慮が払われていない。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、レンズ位置をフォーカス基準位置からの相対位置として管理して、オートフォーカス動作を行う構成において、衝撃等に起因するレンズの異常移動を判別して、レンズの異常移動時の復帰を自動的に行い得る、カメラのオートフォーカス装置を実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するために、単焦点レンズをフォーカスレンズとして使用し、オートフォーカス動作に先立ちフォーカスレンズのフォーカス基準位置を計測しておくことで、フォーカスレンズのレンズ位置をフォーカス基準位置からの相対位置として管理し、フォーカスレンズを合焦させる領域全域にわたってスキャンして、輝度信号の高周波成分の値が最大の位置にフォーカスレンズを移動させることで、オートフォーカス動作を行うようにしたカメラのオートフォーカス装置において、オートフォーカス動作時におけるフォーカスレンズの移動に伴ってサンプリングされる、合焦度合いを示すＡＦデータを取得するための輝度信号の高周波成分の変化幅である変化量と、画像の輝度構成ヒストグラムとから、衝撃等によるオートフォーカスレンズの異常移動の有無を推定し、輝度信号の高周波成分の変化幅である変化量が所定値以下の場合に輝度信号の高周波成分の変化は少ないと判断して、輝度信号の高周波成分の変化は少ないが、輝度差分が所定の値以上の場合には異常移動と判定し、異常移動と判定した場合には、オートフォーカスレンズのフォーカス基準位置を計測し直すように制御し、フォーカス基準位置を計測し直した後にオートフォーカス動作を行うように制御して、これによって、レンズの異常移動に起因する合焦の失敗を回避するようにされる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係るカメラの要部構成図である。図１において、１はレンズ（フォーカスレンズたる単焦点レンズ）、２はレンズ１と連動する遮蔽板、３は遮蔽板２の通過を検出するフォトインタラプタ部、４はＡＦモータやギヤなどで構成されたレンズ駆動メカニズム部、５はレンズ駆動メカニズム部４のＡＦモータを駆動制御するモータ駆動ドライバ、６はＣＣＤ、７はＡＧＣ回路、８はＡ／Ｄコンバータ、９はＤＳＰ、９ａはＡＥ用データ算出部、９ｂはＡＦデータ算出部、９ｃは最大／最小輝度値計測部、１０はＤＳＰ、１１はマイコン、１２はタイミングジェネレータである。
【００１４】
本実施形態は、図９に示す従来構成におけるＤＳＰ９中に、画像の輝度信号の最大値と最小値を計測する最大／最小輝度値計測部９ｃを付加したものとなっており、この最大／最小輝度値計測部９ｃによって、画像の最大輝度値、最低輝度値、およびその輝度差を計測するようになっている。本実施形態の他の構成要素は、前述した図９と同等であり、その説明は重複を避けるため割愛する。
【００１５】
オートフォーカスを行う際に、合焦させるべき領域すべてをスキャンした場合、画像にある程度以上のコントラストがあるときには、レンズ位置と、輝度信号の高周波成分と、画像の最大輝度と最低輝度の差分との関係は、例えば図６に示すグラフのようになる。先にも述べたように、輝度信号の高周波成分は、合焦時に最も大きくなる。また、一般に、輝度差分はどのレンズ位置でも大きく、合焦時にさらに大きくなるが、その変化は小さい。
【００１６】
一方、オートフォーカスを行う際に、合焦させるべき領域すべてをスキャンした場合、画像のコントラストが低いときには、レンズ位置と、輝度信号の高周波成分と、画像の最大輝度と最低輝度の差分との関係は、例えば図７に示すグラフのようになる。この場合には、輝度信号の高周波成分は全般に小さく、輝度差分も全域にわたって小さい。
【００１７】
これに対して、前記したように衝撃等でレンズが異常移動を引き起こした後に、オートフォーカスを行うために合焦させるべき領域すべてをスキャンした場合には、レンズ位置と、輝度信号の高周波成分と、画像の最大輝度と最低輝度の差分との関係は、例えば図８に示すグラフのようになる。この場合には、輝度信号の高周波成分はほとんど変化せず、輝度差分はどのレンズ位置でも大きくなっている。したがって、高周波成分の変化は少ないが、輝度差分が所定の値以上の場合には、レンズが異常移動を引き起こしたと推定できる。そこで、本実施形態では、高周波成分の変化は少ないが、輝度差分が所定の値以上の場合には、マイコン１１は、レンズ１の異常移動が発生していると判断して、前述したレンズ１の基準位置の再検出動作を実行させるようになっている。
【００１８】
図２は、本実施形態のオートフォーカス動作の処理フローを示している。まず、ユーザがシャッタを半押することにより、オートフォーカス動作が開始される（ステップＳ１）。オートフォーカス動作により、レンズを合焦させる全域にわたってスキャンし、このとき輝度信号の高周波成分および輝度差分をスキャン中逐次記憶し、レンズを合焦させる全域にわたって輝度信号の高周波成分および輝度差分を記憶する（ステップＳ２）。次に、ステップＳ３において、輝度信号の高周波成分の変化量が所定値よりも大きいか否かを判定し、高周波成分の変化量が大きかった場合には、ステップＳ４に進んで、最も高周波成分が大きい位置を合焦位置とする。また、高周波成分の変化量が少なかった場合には、ステップＳ５に進んで、輝度差分の量を見て、輝度差が全域にわたって所定の値よりも小さか否かを判定し、小さかった場合には、ステップＳ６に進んで、コントラストが小さい画像としてレンズをある焦点距離に固定する。他方、輝度差分の量を見て、これが所定の値より大きかった場合には、ステップＳ７に進んで、レンズ異常移動の発生として、レンズの基準位置を初期化する。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、レンズ位置をフォーカス基準位置からの相対位置として管理して、オートフォーカス動作を行う構成において、衝撃等に起因するレンズの異常移動を判別して、レンズの異常移動時の復帰を自動的に行うようにしているので、従来のように、電源切り／入れを行うまでフォーカスの合わない画像を撮り続けるといった事態を回避でき、ユーザにとって大いに利便性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るカメラの要部構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態における、オートフォーカス動作の処理フローを示すフローチャートである。
【図３】一般的な被写体での、レンズ位置と輝度成分の高周波成分との関係を示すグラフ図である。
【図４】コントラストが低い被写体での、レンズ位置と輝度信号の高周波成分との関係を示すグラフ図である。
【図５】レンズ異常移動の発生後における、レンズ位置と輝度信号の高周波成分との関係を示すグラフ図である。
【図６】一般的な被写体での、レンズ位置と輝度信号の高周波成分と輝度差分との関係を示すグラフ図である。
【図７】コントラストが低い被写体での、レンズ位置と輝度信号の高周波成分と輝度差分との関係を示すグラフ図である。
【図８】レンズ異常移動の発生後における、レンズ位置と輝度信号の高周波成分と輝度差分との関係を示すグラフ図である。
【図９】従来のカメラの要部構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１  レンズ（フォーカスレンズたる単焦点レンズ）
２  遮蔽板
３  フォトインタラプタ部
４  レンズ駆動メカニズム部
５  モータ駆動ドライバ
６  ＣＣＤ
７  ＡＧＣ回路
８  Ａ／Ｄコンバータ
９  ＤＳＰ
９ａ  ＡＥ用データ算出部
９ｂ  ＡＦデータ算出部
９ｃ  最大／最小輝度値計測部
１０  ＤＳＰ
１１  マイコン
１２  タイミングジェネレータ
【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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