(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系の焦点深度以上且つ焦点深度の２倍以下の間隔でフォーカス位置を移動させ、各フォーカス位置ごとに撮像素子によって光電変換された被写体像を示す画像信号に基づいてフォーカスの評価値を算出する第１のサーチを行うステップと、
前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能か否かを判断するステップと、
前記第１のサーチによって求めた各評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、前記第１のサーチ時のフォーカス位置のほぼ中間位置で且つ同じ間隔でフォーカス位置を移動させ、各フォーカス位置ごとに撮像素子によって光電変換された被写体像を示す画像信号に基づいてフォーカスの評価値を算出する第２のサーチを行うステップと、
前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能と判断されると、第１のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求め、該合焦位置にフォーカスを移動させるステップと、
前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、前記第２のサーチによって求めた評価値、又は第１のサーチ及び第２のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求め、該合焦位置にフォーカスを移動させるステップと、
を含むことを特徴とするオートフォーカス方法。
【請求項２】
前記フォーカスの評価値を算出するステップに、前記画像信号中に含まれる高周波成分を積算して評価値を算出するステップを含むことを特徴とする請求項１のオートフォーカス方法。
【請求項３】
前記第１のサーチ方向と、前記第２のサーチ方向とは逆方向であることを特徴とする請求項１又は２のオートフォーカス方法。
【請求項４】
前記第２のサーチは、全域又は１部のみのサーチであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のオートフォーカス方法。
【請求項５】
前記各サーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能であるか否かの判断に、
前記評価値が最大値となるフォーカス位置から所定量デフォーカスした位置に於ける評価値と前記評価値の最大値との差を求め、前記評価値の最大値と所定量デフォーカスした位置の評価値との差が合焦位置として判断可能な閾値以上であるか否かの判断を行うステップ又は、
前記評価値が最大値となるフォーカス位置と所定量デフォーカスした少なくとも２ヵ所の合計３ヵ所以上の位置に於ける評価値とから関数を求め、所定量デフォーカスした位置の該関数の傾きが合焦位置として判断可能な閾値以上であるか否かの判断を行うステップを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のオートフォーカス方法。
【請求項６】
前記各サーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能であるか否かの判断に、
前記評価値が最大値となるフォーカス位置から第１の所定量デフォーカスした位置に於ける評価値よりも大きな値を示す評価値が、前記第１の所定量デフォーカスした位置よりも更に第２の所定量デフォーカスした位置の外側に存在するか否かの判断を行うステップ含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のオートフォーカス方法。
【請求項７】
前記第１又は前記第２のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求める演算に、
前記評価値が最大値となるフォーカス位置と所定量デフォーカスした少なくとも２ヵ所の合計３ヵ所以上の位置に於ける評価値とから関数を求め、
前記関数が最大値を示す変曲点を求め、
前記最大値を示す変曲点を合焦位置と定めるステップを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のオートフォーカス方法。
【請求項８】
前記第２のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能か否かを判断するステップと、
前記第２のサーチによって求めた各評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、予め定められた所定のフォーカス位置を合焦位置と定め、該合焦位置にフォーカスを移動させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のオートフォーカス方法。
【請求項９】
撮影光学系の焦点深度以上且つ焦点深度の２倍以下の間隔でフォーカス位置を移動させる第１のサーチと、前記第１のサーチ時のフォーカス位置のほぼ中間位置で且つ同じ間隔でフォーカス位置を移動させる第２のサーチとのうちの少なくとも第１のサーチを行うサーチ手段と、
前記第１及び第２のサーチのうちの少なくとも第１のサーチ時に各フォーカス位置ごとに撮像素子によって光電変換された被写体像を示す画像信号に基づいてフォーカスの評価値を算出する評価値算出手段と、
前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能か否かを判断する判断手段と、
前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能と判断されると、第１のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求め、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、前記第２のサーチによって求めた評価値、又は第１のサーチ及び第２のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求める合焦位置算出手段と、
前記合焦位置算出手段によって求めた合焦位置にフォーカスを移動させるフォーカス移動手段と、
を備えたことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項１０】
前記フォーカスの評価値算出手段は、前記画像信号中に含まれる高周波成分を積算して評価値を算出する高周波積算手段を備えたことを特徴とする請求項９のオートフォーカス装置。
【請求項１１】
前記サーチ手段は、前記第１のサーチ方向と前記第２のサーチ方向とを逆方向にフォーカス移動を行うことを特徴とする請求項９又は１０のオートフォーカス装置。
【請求項１２】
前記第２のサーチ手段は、全域又は１部のみのサーチを行うことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載のオートフォーカス装置。
【請求項１３】
前記算出した評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能であるか否かの判断手段は、
前記評価値が最大値となるフォーカス位置から所定量デフォーカスした位置に於ける評価値と前記評価値の最大値との差を求め、前記評価値の最大値と所定量デフォーカスした位置の評価値との差が合焦位置として判断可能な閾値以上であるか否かの判断を行う判断手段又は、
前記評価値が最大値となるフォーカス位置と所定量デフォーカスした少なくとも２ヵ所の合計３ヵ所以上の位置に於ける評価値とから関数を求め、所定量デフォーカスした位置の該関数の傾きが合焦位置として判断可能な閾値以上であるか否かの判断を行う判断手段を備えていることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載のオートフォーカス装置。
【請求項１４】
前記算出した評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能であるか否かの判断手段は、
前記評価値が最大値となるフォーカス位置から第１の所定量デフォーカスした位置に於ける評価値よりも大きな値を示す評価値が、前記第１の所定量デフォーカスした位置よりも更に第２の所定量デフォーカスした位置の外側に存在するか否かの判断を行う判断手段を備えたことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載のオートフォーカス装置。
【請求項１５】
前記第１又は前記第２のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求める算出手段は、
前記評価値が最大値となるフォーカス位置と所定量デフォーカスした少なくとも２ヵ所の合計３ヵ所以上の位置に於ける評価値とから関数を求める算出手段と、
前記関数が最大値を示す変曲点を求める算出手段と、
前記最大値を示す変曲点を合焦位置と定める算出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項９乃至１４のいずれかに記載のオートフォーカス装置。
【請求項１６】
前記第２のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能か否かを判断する判断手段と、
前記第２のサーチによって求めた各評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、予め定められた所定のフォーカス位置を合焦位置と定め、該合焦位置にフォーカスを移動させるフォーカス移動手段と、
を備えたことを特徴とする請求項９乃至１５のいずれかに記載のオートフォーカス装置。
【請求項１７】
前記請求項１乃至８のいずれかに記載のオートフォーカス方法を備えたオートフォーカス用のプログラムを、外部の記憶媒体から受信する受信手段を備えたことを特徴とする請求項９乃至１６のいずれかに記載のオートフォーカス装置。
【請求項１８】
前記請求項１乃至８のいずれかに記載のオートフォーカス方法を備えたオートフォーカス用のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオートフォーカス方法、装置及び記憶媒体に係り、特に撮像素子で得られた被写体信号の一部分におけるコントラスト情報から焦点を算出するオートフォーカス方法、装置及び記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォーカスレンズを動かして、撮像素子（ＣＣＤ等）から得られる映像出力信号のコントラストに相当する高周波成分を抽出して積分し、該積算結果であるＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を合焦点と認識するオートフォーカス方式（ＣＣＤＡＦ）は既に実用化されている。
【０００３】
このオートフォーカスの制御方式には、常にＡＦ評価値が増加する方向へフォーカス装置を駆動する山登りサーボ方式や、フォーカスの全駆動範囲を定量全域スキャンしてＡＦ評価値を取得するとともに一時記憶し、全域のＡＦ評価値を解析後合焦位置を求める方法などが知られている。前者の山登りサーボの方法では徐々に合焦位置に追い込んでゆくので被写体像を連続的に撮像し、動画としてモニター出力するビデオカメラには非常に有効であるが、撮影命令に応じて瞬時にフォーカシングを行いたいスチルカメラ等には不向きである。
【０００４】
高速かつ高精度に合焦調整する手法として特開昭６３−９８６１５号の公報に示されているように、全域スキャンした結果に応じて細かいピッチでスキャンする方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の特開昭６１−９８６１５号の公報に示されている方法では、全域をスキャンした結果に応じて結果が不十分であれば全域スキャン時よりも細かいピッチでスキャンする必要があり、この細かいピッチのスキャンではフォーカシング処理に長い時間を要するという不具合があった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、迅速且つ高精度に合焦点を導き出すことが可能なカメラのオートフォーカス方法、装置及び記憶媒体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】
前記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、撮影光学系の焦点深度以上且つ焦点深度の２倍以下の間隔でフォーカス位置を移動させ、各フォーカス位置ごとに撮像素子によって光電変換された被写体像を示す画像信号に基づいてフォーカスの評価値を算出する第１のサーチを行うステップと、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能か否かを判断するステップと、前記第１のサーチによって求めた各評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、前記第１のサーチ時のフォーカス位置のほぼ中間位置で且つ同じ間隔でフォーカス位置を移動させ、各フォーカス位置ごとに撮像素子によって光電変換された被写体像を示す画像信号に基づいてフォーカスの評価値を算出する第２のサーチを行うステップと、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能と判断されると、第１のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求め、該合焦位置にフォーカスを移動させるステップと、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、前記第２のサーチによって求めた評価値又は第１のサーチ及び第２のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求め、該合焦位置にフォーカスを移動させるステップとを含むことを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、撮影光学系の焦点深度以上且つ焦点深度の２倍以下の間隔でフォーカス位置を移動させ、各フォーカス位置ごとに撮像素子によって光電変換された被写体像を示す画像信号に基づいてフォーカスの評価値を算出する第１のサーチを行うステップと、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能か否かを判断するステップと、前記第１のサーチによって求めた各評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、前記第１のサーチ時のフォーカス位置のほぼ中間位置で且つ同じ間隔でフォーカス位置を移動させ、各フォーカス位置ごとに撮像素子によって光電変換された被写体像を示す画像信号に基づいてフォーカスの評価値を算出する第２のサーチを行うステップと、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能と判断されると、第１のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求め、該合焦位置にフォーカスを移動させるステップと、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、前記第２のサーチによって求めた評価値又は第１のサーチ及び第２のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求め、該合焦位置にフォーカスを移動させるステップとを含むようにしたので、迅速且つ高精度に合焦点を導き出すことが可能となる。
【０００９】
前記目的を達成するために請求項９に記載の発明は、撮影光学系の焦点深度以上且つ焦点深度の２倍以下の間隔でフォーカス位置を移動させる第１のサーチと、前記第１のサーチ時のフォーカス位置のほぼ中間位置で且つ同じ間隔でフォーカス位置を移動させる第２のサーチとのうちの少なくとも第１のサーチを行うサーチ手段と、前記第１及び第２のサーチのうちの少なくとも第１のサーチ時に各フォーカス位置ごとに撮像素子によって光電変換された被写体像を示す画像信号に基づいてフォーカスの評価値を算出する評価値算出手段と、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能か否かを判断する判断手段と、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能と判断されると、第１のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求め、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、前記第２のサーチによって求めた評価値、又は第１のサーチ及び第２のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求める合焦位置算出手段と、前記合焦位置算出手段によって求めた合焦位置にフォーカスを移動させるフォーカス移動手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、撮影光学系の焦点深度以上且つ焦点深度の２倍以下の間隔でフォーカス位置を移動させる第１のサーチと、前記第１のサーチ時のフォーカス位置のほぼ中間位置で且つ同じ間隔でフォーカス位置を移動させる第２のサーチとのうちの少なくとも第１のサーチを行うサーチ手段と、前記第１及び第２のサーチのうちの少なくとも第１のサーチ時に各フォーカス位置ごとに撮像素子によって光電変換された被写体像を示す画像信号に基づいてフォーカスの評価値を算出する評価値算出手段と、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能か否かを判断する判断手段と、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能と判断されると、第１のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求め、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、前記第２のサーチによって求めた評価値、又は第１のサーチ及び第２のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求める合焦位置算出手段と、前記合焦位置算出手段によって求めた合焦位置にフォーカスを移動させるフォーカス移動手段とを備えたので、迅速且つ高精度に合焦点を導き出すことが可能となる。
【００１１】
前記目的を達成するために請求項１８に記載の発明は、記憶媒体が請求項１乃至８のいずれかに記載のオートフォーカス方法を備えたオートフォーカス用のプログラムを記憶していることを特徴としている。
本発明によれば、記憶媒体が請求項１乃至８のいずれかに記載のオートフォーカス方法を備えたオートフォーカス用のプログラムを記憶しているので、記憶媒体からデジタルカメラ等の機器に対してオートフォーカス用のプログラムを転送することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るオートフォーカス（以下ＡＦと略す）方法、装置及び記憶媒体の好ましい実施の形態について詳説する。
図１は本発明に係るオートフォーカス方法、装置及び記憶媒体が適用されたデジタルカメラの実施の形態を示すブロック図である。
【００１３】
デジタルカメラ８の光学系は、フォーカスの調節が可能な撮影レンズ１０と、光量を調節する絞り１２と、映像を電気信号に変換する固体撮像素子（ＣＣＤ）１４とを備えている。ＣＣＤ１４によって得られた撮像信号は信号処理回路１８とＡ／Ｄ変換器２０を経由してデジタルのＲ、Ｇ、Ｂ信号が得られる。尚、信号処理回路１８及びＡ／Ｄ変換器２０は、図示しないタイミング発生回路から加えられるタイミング信号によって同期して駆動されるようになっている。
【００１４】
前記Ａ／Ｄ変換器２０から出力されたＲ、Ｇ、Ｂ信号は、一旦バッファメモリー２４に格納されると同時にもう一方に接続されている高周波成分抽出回路２６に伝達される。高周波成分抽出回路２６では、オートフォーカスを行う場合のピントを判断するために、コントラストが大きい成分を選出する処理を行う。更に、取得したコントラストのデータを後述する図２に示すように、フォーカスエリア４６の部分のデータとしてフォーカスエリア積分回路２８に出力する。
【００１５】
フォーカスエリア積分回路２８ではフォーカスエリア４６に於けるコントラストを合計して平均し、ＣＰＵ３４に出力する。
なお、ＣＰＵ３４は得られた画像のデジタル信号値から画像中の輝度成分を抽出して、これを所定のエリアについて積分するなどして被写体の輝度レベルを取得し、ここで得た被写体の輝度レベルから撮影に必要な露出力（撮影絞りとシャッター速度）を求めるＴＴＬＡＥ機能を搭載している。
【００１６】
また、ＣＰＵ３４には読み書き可能な記憶手段であるＲＡＭと、ＣＰＵ３４の動作を司るプログラムや定数等が収められている記憶手段であるＲＯＭが備えられている。
デジタルカメラ８にはレリーズボタン３６が設けられており、ＣＰＵ３４にはレリーズボタン３６が押されたことを検出するスイッチの信号線Ｓ１と、半押しの場合には開放となり、レリーズボタン３６が全押しの場合のみ接点の閉じた状態を検出することが可能な信号線Ｓ２とが接続されている。
【００１７】
ＣＰＵ３４には、撮影した画像のデータを小容量にて保存するためにデータの圧縮処理を行う圧縮処理回路３８と、撮影データ又はオートフォーカス方法のプログラムを記録又は読み出しを行う記録メディア４０とが接続されている。またＣＰＵ３４には、レンズ１０のフォーカス（ピント）と、絞り１２の開度を調節するためのモータの制御を行うモータ駆動回路４２（フォーカス移動手段）が接続されており、ＣＰＵ３４からの指令によってフォーカスの移動とＣＣＤに到達する光量の調節を行うことができる。
【００１８】
上述のようにＣＰＵ３４には周辺機器が接続されているので、ＣＰＵ３４はフォーカス位置をサーチするサーチ手段と、適正な合焦位置を求めることが可能であるか否かを判断する判断手段と、合焦位置を算出する算出手段との機能を兼ねることが可能である。
上記のとおり構成されたデジタルカメラ８のＡＦ方法について説明する。
【００１９】
最初、レンズ１０のフォーカスは最も遠距離撮影の位置に待機しており、絞り１２は開放の位置にセットされている。撮影する像は、撮影レンズ１０及び絞り１２を介して固体撮像素子（ＣＣＤ）１４の受光面に結像される。そしてこの被写体像はＣＣＤ内の各センサで光の入射光量に応じた量の信号電荷に変換される。このようにして蓄積された電荷信号は信号処理回路１８に転送され、ここで各画素ごとのＲ、Ｇ、Ｂ信号がサンプリングホールドされ、Ａ／Ｄ変換器２０に加えられ、デジタルのＲ、Ｇ、Ｂ信号に変換して出力する。
【００２０】
前記Ａ／Ｄ変換器２０から出力されたＲ、Ｇ、Ｂ信号は、一旦バッファメモリー２４に格納されると同時にもう一方は高周波成分抽出回路２６に伝達されてオートフォーカスを行う場合のピントを判断するために用いられる。
図２に撮影画像１フレーム内に於けるＡＦ積算エリアとフォーカスエリアの関係を示す。
【００２１】
フォーカスエリア４６は、撮影画像４３の中心部の４×４＝１６のＡＦ積算エリア４４を持つ範囲であり、撮影者としては最もフォーカスが合焦して欲しい被写体が存在する可能性の高い部分である。
高周波成分抽出回路２６では輝度の高いＧ信号を用いて複数の画素を集めたＡＦ積算エリア４４毎に画像データを分割し、このＡＦ積算エリア内において隣接する画素間での輝度の差をコントラストとして算出する。本実施例ではＧ信号を用いてコントラストを算出しているが本発明はこれに限定されるものではなくＲ、Ｇ、Ｂの少なくともいずれか一つを用いても本発明の目的は達成される。更に、取得したコントラストのデータをフォーカスエリア４６のデータとしてまとめてフォーカスエリア積分回路２８（評価値算出手段及び高周波積算手段）に出力する。
【００２２】
フォーカスエリア積分回路２８ではフォーカスエリアに於けるコントラストを合計して平均し、ＡＦ評価値としてＣＰＵ３４に出力する。このようにして、後述する図３に示す最初のフォーカスが最も遠い「遠」の位置のＡＦ評価値Σ１が求められる。ＡＦ評価値の１点目が検出されると、次にＣＰＵ３４はモータ駆動回路４２に対してレンズ１０を光軸に沿ってフォーカスの「近」側に１ステップ移動させる指令を出力する。この時の１ステップは、絞り１２の絞り込み具合に応じて変動する被写体深度の幅の２倍程度に設定しておくと、ＡＦ評価値の検出点数が少なくて済むのでＡＦの高速化を計ることができる。そして以下同様にしてＡＦ評価値Σ２、Σ３、Σ４…Σ７を求めて、ＡＦサーチを行ってゆく。
【００２３】
図３に、図２の撮影画像４３のＡＦサーチの検出結果例を示す。
図３では撮影画像４３の被写体の特性から、フォーカスエリア４６のＡＦ評価値であるΣｎ（ｎ＝１、２、３、…、７）のうちΣ４のフォーカス距離にて最大値を示しており、そのピークははっきりしている。ここで、ΣｎのＡＦ評価値のうち最大値Σ４をΣＭＡＸと置き、所定量デフォーカスした場合のＡＦ評価値をΣＤＥＦと置く。以下図４に示すフローチャートを用いてオートフォーカス手順の説明を行う。
【００２４】
図４は本発明に係るオートフォーカス方法の実施の形態のフローチャートを示す図である。
同図によればオートフォーカス（ＡＦ）の手順は、ステップＳ１００（以下Ｓ１００のように省略する）にてオートフォーカスのルーチンが開始されると、Ｓ１０２「ＦｏｃｕｓをＳＴＡＲＴ位置に駆動」にてＣＰＵ３４はレンズ１０のフォーカスをＳＴＡＲＴ位置に駆動する指令をモータ駆動回路４２に出力する。フォーカスがスタート位置に達したらΣ１のＡＦ評価値を検出する。
【００２５】
Ｓ１０４「正転ＳＫＩＰ  ＳＥＡＲＣＨ」では、光学系の焦点深度の２倍以内程度のフォーカス位置のステップで順次フォーカス位置を変化させながらΣｐ迄のＡＦ評価値データを採取してＣＰＵ３４内の記憶手段に記憶する。
Ｓ１０６「正転  （ａ）＆（ｂ）？」では、図５に示す（ａ）＆（ｂ）の条件の判断を行っている。正転スキップサーチとは、図３に示す＋Ｘ軸方向のステップで、Σ１からΣ７（Σｐ）までのＡＦ評価値を検出する第１のサーチ動作に相当する。また、逆転スキップサーチとは、図３に示す−Ｘ軸方向のステップで、Σ８からΣ１３（Σｍ）までのＡＦ評価値を検出する第２のサーチ動作に相当する。
【００２６】
なお、（ａ）、（ｂ）の判断とは、以下に示す判断である。
【００２７】
【数１】
（ａ）            （ΣＭＡＸ）−（ΣＤＥＦ）≧（Ａ）        …（１）
【００２８】
【数２】
（Ａ）＞（ΣＭＡＸ）−（ΣＤＥＦ）≧（Ｂ）        …（２）
【００２９】
【数３】
（Ｂ）＞（ΣＭＡＸ）−（ΣＤＥＦ）                …（３）
Ａ：ＡＦ評価値のピーク位置が合焦位置であると判断可能な閾値
Ｂ：ＡＦ評価値のピーク位置の近傍に合焦位置があると判断可能な閾値
【００３０】
【数４】
（ｂ）Σ１、Σ２、Σ３、…、Σ（ＭＡＸ−１−Ｃ）＜Σ（ＭＡＸ−１）
Ｃ：定数    …（４）
【００３１】
【数５】
Σ（ＭＡＸ＋１＋Ｃ）、…、Σｎ−１、Σｎ  ＜Σ（ＭＡＸ＋１）
…（５）
（ａ）の判断では、検出したＡＦ評価値のカーブが明確なピークを持っているか否かの判断を行っている。この判断の基準となるのはＡＦ評価値のピーク値と所定量デフォーカスした位置におけるＡＦ評価値との差で、この差の値が判断基準である予め定められている第１の閾値Ａや第２の閾値Ｂとの大小関係を比較する。なお、上記の第１の閾値（Ａ）と第２の閾値（Ｂ）の大小関係は下記の通りである。
【００３２】
【数６】
（Ａ）＞（Ｂ）    …（６）
（ａ）の判断の式（１）は、ＡＦ評価値のピーク値と所定量デフォーカスした位置におけるＡＦ評価値との差と、予め定められている閾値（Ａ）とを比較しており、式（１）が成り立つ場合とは、ＡＦ評価値のピークが明瞭であるので他の判断は不要である場合である。
【００３３】
式（２）は、ＡＦ評価値のピーク値と所定量デフォーカスした位置におけるＡＦ評価値との差と、予め定められている閾値（Ａ）と予め定められている閾値（Ｂ）とを比較しており、式（２）が成り立つ場合とは、ＡＦ評価値のピークが曖昧であるが、近傍に合焦位置が存在すると判断される場合である。
式（３）は、ＡＦ評価値のピーク値と所定量デフォーカスした位置におけるＡＦ評価値との差と、予め定められている閾値（Ｂ）とを比較しており、式（３）が成り立つ場合とは、ＡＦ評価値のピークが不明瞭であるので、再び反転サーチ（第２サーチ）によるＡＦ評価値の検出を必要とする場合である。
【００３４】
（ｂ）の判断の式（４）は、ＡＦ評価値のピーク位置に隣接するフォーカス位置におけるＡＦ評価値よりも、ピーク位置＋１（近方向）のＡＦ評価値に対して所定範囲を超え（近）側に、大きな値のＡＦ評価値が無いことを条件としている。
また、判断の式（５）は、ＡＦ評価値のピーク位置に隣接するフォーカス位置におけるＡＦ評価値よりも、ピーク位置−１（遠方向）のＡＦ評価値に対して所定範囲を超え（遠）側に、大きな値のＡＦ評価値が無いことを条件としている。この判断では、ＡＦ評価値のピーク位置（ほぼ合焦位置と判断）に隣接するフォーカス位置のＡＦ評価値（ややぼやけている）と、所定量デフォーカスした位置のＡＦ評価値（明らかにぼやけている）が酷似している場合には、検出したＡＦ評価値にコントラスト以外の情報が多く含まれているか、検出エリア内に距離の異なる被写体が含まれている場合が考えられる。検出エリアが十分小さければ前者の場合が圧倒的に多い。
【００３５】
図４に示すＳ１０６では、上記式（１）及び式（４）、式（５）が成り立っているか否かの判断を行っている。もし式（１）及び式（４）、式（５）の全てが成り立っている場合にはＳ１１０「合焦位置＝補間演算」へ進み（ＡＦ評価値−Ｆｏｃｕｓ位置）特性を２次の放物線式とし、代表的な３点のＡＦ評価値とＦｏｃｕｓ位置から放物線の変曲点（ＡＦ評価値最大となるＦｏｃｕｓ位置）を求める処理を行う。
【００３６】
上記の補間演算の代わりに、ＡＦ評価値の点列から２次以上の関数にあてはめて変曲点と最大値を求めても良いし、最小自乗法等の方法を用いて多次の曲線に近似しても本発明の目的は達成される。
前記Ｓ１０６にて式（１）及び式（４）、式（５）のうち少なくとも１つが成り立っていない場合にはＳ１０８「条件ａ？」へ進み図５に示す判断を行う。
【００３７】
図５は、Ｓ１０６及びＳ１０８における（ａ）、（ｂ）の各条件による判断の結果と分岐先のステップを示している。同図によれば、前述のとおり、式（１）及び式（４）、式（５）の全てが成り立つ場合にはＳ１１０へ分岐する。
また、式（１）は成り立つが式（４）又は式（５）の少なくとも何れか一つが成り立たない場合にはＳ１１２「反転サーチ範囲＝全域」へ分岐する。
【００３８】
式（２）が成り立つ場合には式（４）、式（５）の結果にかかわらずＳ１１２へ分岐する。
式（３）が成り立つ場合には式（４）、式（５）の結果にかかわらずＳ１１４「反転サーチ範囲＝隣接２点」へ分岐する。
Ｓ１１２「反転サーチ範囲＝全域」では、図３に示されるように「近」のフォーカス位置から「遠」のフォーカス位置に向けて正転スキップの検出点の中間のフォーカス位置（Σ８、Σ９、…、Σｍ）のＡＦ評価値を検出するフラグをセットする。
【００３９】
Ｓ１１４「反転サーチ範囲＝隣接２点」では、図３に示される例では「近」のフォーカス位置から「遠」のフォーカス位置に向けてＡＦ評価値の最大値Σ４の両側で且つ、正転スキップの検出点の中間のフォーカス位置（Σ１０、Σ１１）の２点のＡＦ評価値を検出するフラグをセットしてＳ１１５に進む。
Ｓ１１５「逆転ＳＫＩＰ  ＳＥＡＲＣＨ」では前記Ｓ１１４の検出プログラムに従って逆転のスキップサーチを行い、Ｓ１１０に進む。
【００４０】
Ｓ１１６「逆転ＳＫＩＰ  ＳＥＡＲＣＨ」では前記Ｓ１１２の検出プログラムに従って逆転のスキップサーチを行う。
Ｓ１１８「逆転  （ａ）＆（ｂ）？」では、図５に示す（ａ）＆（ｂ）の条件の判断を逆転時のデータ（第２サーチ時のＡＦ評価値データ）について演算を行っている。Ｓ１１８にて式（１）及び式（４）、式（５）の全てが成り立っている場合にはＳ１１０「合焦位置＝補間演算」へ分岐し、式（１）及び式（４）、式（５）のうちの少なくとも１つが成り立っていない場合にはＳ１２０「ｃ？」へ進む。
【００４１】
Ｓ１２０「ｃ？」では、正転サーチ・逆転サーチ時にそれぞれ求めたＡＦ評価値のピーク位置が所定のフォーカスピッチ内に隣接しているか否かを判断している。該所定のフォーカスピッチをＦＰとすると、Ｓ１２０の判断を示す式は下記のとおりである。
【００４２】
【数７】
（正転時のΣＭＡＸフォーカス位置）−（逆転時のΣＭＡＸフォーカス位置）
≦ＦＰ  …（７）
上記の判断の意味は、ＡＦ評価値が十分に大きくない場合には、ＡＦ評価値中のコントラスト情報とノイズの切り分けが困難であるが、正転サーチ・逆転サーチで検出したＡＦ評価値のピーク位置がほぼ同一の位置に存在すれば、ピーク位置を示すＡＦ評価値にはコントラスト情報が十分含まれていると判断するものである。
【００４３】
Ｓ１２０で上記式（７）が成り立つ場合にはＳ１２２「合焦位置算出１」に分岐し、以下の式（８）に示す合焦位置の算出を行う。そして撮影時のフォーカス位置データをＣＰＵ３４のＲＡＭに記憶する。また、ファインダーや、表示部に焦点位置の表示を行う。
【００４４】
【数８】
合焦位置＝（（正転時のΣＭＡＸフォーカス位置）＋
（逆転時のΣＭＡＸフォーカス位置））／２  …（８）
正転サーチ・逆転サーチ時のステップ幅が焦点深度の２倍以内で正転サーチ・逆転サーチ時のＡＦ評価値のピーク位置が隣り合う場合、式（８）で求めた合焦位置は焦点深度内に収まる。なお、焦点深度は絞りの量に応じても変化するし、ズームレンズを用いている場合にはズーム比によって異なるので、各々のレンズ、光学系の状態に応じてサーチステップの幅を変更するより短時間で効率の良いＡＦサーチを行うことが可能である。
【００４５】
図６にサーチステップ幅と、焦点深度との関係を示す。
同図によれば、許容錯乱円径をΦ、正転サーチの最小錯乱円径をΦＣＷ、逆転サーチの最小錯乱円径をΦＣＣＷ、正・逆転サーチのステップ幅を焦点深度×２、サーチステップ幅をＳＰとし、逆転サーチ時は正転サーチ時のステップの中間でＡＦ評価値を検出するものとすると、以下に示す式（９）が成り立つ。
【００４６】
【数９】
ΦＣＷ＋ΦＣＣＷ＝Φ×２      …（９）
従って正・逆転の中間位置では許容錯乱円以下となる。
Ｓ１２０の判断で上記式（７）が成立しなかった場合には、焦点位置の判断が行えなかったことを受けてＳ１２４「焦点位置＝パーン位置」に進み、被写体までの距離をレンズの特性に合わせて例えば２（ｍ）等の所定のフォーカス位置に固定してパンフォーカスで撮影するためのデータをＣＰＵ３４のＲＡＭに記憶する。また、ファインダーや、表示部に焦点位置の判断が行えなかったことを示す表示を行う。
【００４７】
Ｓ１１０、Ｓ１２４、Ｓ１２２の各ステップで処理が終了した場合には、Ｓ１２６「Ｆｏｃｕｓを合焦位置に駆動」でＣＰＵ３４がモータ駆動回路４２に、前記のとおり求めてＣＰＵ３４のＲＡＭに記憶した合焦位置にフォーカスを合わせる指令を出力する。するとモータ駆動回路４２はレンズ１０のフォーカス用モータを駆動してフォーカスを指定された合焦位置に合わせる。そしてＳ１２８「ＥＮＤ」にて本「ＡＦ」の処理を終了する。
【００４８】
フォーカスが合焦したら、ファインダーや表示部にフォーカスが合ったことを示す表示を行う。そしてレリーズボタン３６が全押しされてＳ２が「ＯＮ」になったらＣＰＵ３４は、最終的に決定した絞り値になるように絞り１２を駆動する指令をモータ制御回路４２に出力し、また、決定したシャッタスピードとなるように電子シャッタによって電荷の蓄積時間を制御し、撮影画像を取り込む。
【００４９】
バッファメモリー２４に格納された撮影データは、圧縮処理回路３８に転送されてＣＰＵ３４の指令によって必要に応じて圧縮されて記録メディア４０に記憶される。
図７に、本発明に係るオートフォーカス方法を備えたプログラムを外部の記憶媒体から受信する受信手段及び受信方法を示す。
【００５０】
同図によれば、デジタルカメラ８は、記憶手段と情報処理手段と通信手段とを備えたパソコン１９０と接続ライン１９２によって接続されており、双方向又はパソコン１９０からデジタルカメラ８の方に向かってデータを受け渡すことが可能となるように構成されている。なお、通信の接続ライン１９２は、複数の電線が接続されていてもよいし、光又は電波を媒体とした通信方法でもよい。
【００５１】
同図のように構成された装置によって、Ｓ２００「記憶媒体またはパソコンと接続」にて双方の機器を接続し、次のＳ２０２「ＡＦ．プログラムダウンロード」にて、デジタルカメラ８は本発明に係るオートフォーカス方法を備えたプログラムをパソコン１９０から受信して記憶する。そしてＳ２０４「実行」にてデジタルカメラ８は、受信したオートフォーカス方法と従来のオートフォーカス方法とを、オペレータの操作指示により切り換えてオートフォーカスを制御する。
【００５２】
なお、オートフォーカスプログラムを送信して実行する代わりに、パソコン１９０で随時デジタルカメラ８に制御信号を出力して、デジタルカメラ８のオートフォーカスを直接制御してもよい。
上述のように、デジタルカメラ等の装置あるいはシステム内のＣＰＵ（マイコン）に対し、機能を実現するためのソフトウエアをダウンロードし、そのシステムあるいは装置に格納されたプログラムにしたがって制御することによって、デジタルカメラ８の購入後に準備された多種のオートフォーカス方法をデジタルカメラ８で使用することが可能となる。なお、プログラムをダウンロードする場合は、本発明に係るオートフォーカス方法を含むデジタルカメラ８等の装置全体を制御するプログラムであってもよいし、本発明に係るオートフォーカス方法の部分のプログラムだけダウンロードしてもよい。
【００５３】
図８に、本発明に係るオートフォーカス方法を備えたプログラムを記憶している外部の記憶媒体と、デジタルカメラとを示す。
同図によれば、デジタルカメラ８には、本発明に係るオートフォーカス方法を備えたプログラムを記憶している外部の記憶媒体１９４が接続可能に構成されている。
【００５４】
同図のように構成された装置によって、Ｓ２１０「記憶媒体接続」にて双方の機器を接続し、次のＳ２１２「ＡＦ．プログラムダウンロード」にて、デジタルカメラ８は本発明に係るオートフォーカス方法を備えたプログラムをダウンロードして実行する。そして、オペレータの操作指示によりオートフォーカス方法を切り換えてオートフォーカスを制御する。
【００５５】
上述のようにオートフォーカス方法を備えたプログラムを外部の記憶媒体からダウンロードすることにより、デジタルカメラ８の購入後に準備された多種のオートフォーカス方法をデジタルカメラ８で使用することが可能となる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るオートフォーカス方法によれば、撮影光学系の焦点深度以上且つ焦点深度の２倍以下の間隔でフォーカス位置を移動させ、各フォーカス位置ごとに撮像素子によって光電変換された被写体像を示す画像信号に基づいてフォーカスの評価値を算出する第１のサーチを行うステップと、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能か否かを判断するステップと、前記第１のサーチによって求めた各評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、前記第１のサーチ時のフォーカス位置のほぼ中間位置で且つ同じ間隔でフォーカス位置を移動させ、各フォーカス位置ごとに撮像素子によって光電変換された被写体像を示す画像信号に基づいてフォーカスの評価値を算出する第２のサーチを行うステップと、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能と判断されると、第１のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求め、該合焦位置にフォーカスを移動させるステップと、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、前記第２のサーチによって求めた評価値又は第１のサーチ及び第２のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求め、該合焦位置にフォーカスを移動させるステップとを含むようにしたので、迅速且つ高精度に合焦点を導き出すことが可能となる。
【００５７】
また、本発明に係るオートフォーカス装置によれば、撮影光学系の焦点深度以上且つ焦点深度の２倍以下の間隔でフォーカス位置を移動させる第１のサーチと、前記第１のサーチ時のフォーカス位置のほぼ中間位置で且つ同じ間隔でフォーカス位置を移動させる第２のサーチとのうちの少なくとも第１のサーチを行うサーチ手段と、前記第１及び第２のサーチのうちの少なくとも第１のサーチ時に各フォーカス位置ごとに撮像素子によって光電変換された被写体像を示す画像信号に基づいてフォーカスの評価値を算出する評価値算出手段と、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能か否かを判断する判断手段と、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが可能と判断されると、第１のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求め、前記第１のサーチによって求めた評価値を用いて適正な合焦位置を求めることが不可能と判断されると、前記第２のサーチによって求めた評価値、又は第１のサーチ及び第２のサーチによって求めた評価値に基づいて合焦位置を求める合焦位置算出手段と、前記合焦位置算出手段によって求めた合焦位置にフォーカスを移動させるフォーカス移動手段とを備えたので、迅速且つ高精度に合焦点を導き出すことが可能となる。
【００５８】
また、本発明に係るオートフォーカス記憶媒体によれば、記憶媒体が本発明に係るオートフォーカス方法を備えたオートフォーカス用のプログラムを記憶しているので、記憶媒体から本発明に係るオートフォーカス用のプログラムをデジタルカメラ等の機器に転送することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るオートフォーカス方法が適用されたデジタルカメラの実施の形態を示すブロック図
【図２】撮影画像フレーム内に於けるＡＦ積算エリアとフォーカスエリアとの関係を示す図
【図３】図２に示した撮影画像のＡＦサーチの検出結果例を示す図
【図４】本発明に係るデジタルカメラのオートフォーカスの実施の形態を示すフローチャート
【図５】図４に示すＳ１０６及びＳ１０８における（ａ）、（ｂ）の各条件による判断の結果と分岐先を示す真理値表
【図６】サーチステップ幅と焦点深度との関係を示す図
【図７】本発明に係るオートフォーカス方法を備えたプログラムを外部の記憶媒体から受信する受信手段及び受信方法を示す図
【図８】本発明に係るオートフォーカス方法を備えたプログラムを記憶している外部の記憶媒体と、デジタルカメラを示す図
【符号の説明】
８…デジタルカメラ、１０…レンズ、１４…ＣＣＤ（固体撮像素子）、２６…高周波成分抽出回路、２８…フォーカスエリア積分回路、３４…ＣＰＵ、４２…モータ駆動回路、１９０…パソコン、１９４…記憶媒体
【図１】
0004320843.tif 000002
【図２】
0004320843.tif 000003
【図３】
0004320843.tif 000004
【図４】
0004320843.tif 000005
【図５】
0004320843.tif 000006
【図６】
0004320843.tif 000007
【図７】
0004320843.tif 000008
【図８】
0004320843.tif 000009