JP2007101857A - 焦点調節装置およびデジタルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】 合焦動作に起因する被写体の移動による偽合焦が発生するのを避けることができる焦点調節装置の提供。
【解決手段】 フォーカス動作によって射出瞳位置PO1が撮影レンズ側へΔPOだけ変化すると、主光線角γの主光線４０の撮像面５ａ上における入射位置は放射方向に移動して、Δx1だけ光軸Ｊから遠ざかる。そこで、フォーカス動作時に、主光線４０を捉えているＡＦエリアの位置を放射方向にΔx1だけ移動させる。その結果、狙った被写体がＡＦエリアから外れないようにするとともに、エリア外から高輝度被写体が入り込むのを防止でき、偽合焦の発生を避けることができる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、焦点検出装置、および、その焦点検出装置を備えたデジタルカメラに関する。

コントラスト法を用いた自動焦点調節装置では、ＡＦエリア内の撮像信号から算出されるＡＦ評価値を利用して焦点調節動作を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３２５６１９号公報

ところで、レンズ一体型のデジタルカメラにおいても高倍率化が進み、画面上の周辺エリアの主光線角が大きくなる場合がある。そのような場合、画面周辺部では合焦動作時に被写体が放射方向に位置ずれし、合焦動作に対して影響が出てくるという問題があった。

請求項１の発明は、撮像素子の撮像範囲に設定されたＡＦエリア内の撮像信号に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を検出し、検出された焦点調節状態に基づいて撮影レンズの合焦動作を行う焦点調節装置に適用され、撮影レンズの合焦動作に応じてＡＦエリアの位置を変更する変更手段を備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、変更手段は、撮影レンズの合焦動作に応じてＡＦエリアの位置および大きさを変更するようにしたものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の焦点検出装置において、変更手段は、合焦動作時における変倍レンズの射出瞳位置および合焦動作に応じて、ＡＦエリアの位置および大きさを変更するようにしたものである。
請求項４の発明によるデジタルカメラは、被写体像を予定結像面に結像する撮影レンズと、撮影レンズにより結像された被写体像を撮像する撮像素子と、請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点調節装置とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、撮影レンズの合焦動作に応じて撮像範囲内におけるＡＦエリアの位置または位置と大きさを変更するようにしたので、合焦動作に起因してＡＦエリア周辺の被写体がＡＦエリア内には入り込んだり、狙っていた被写体がＡＦエリアから外れたりするのを避けることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明によるデジタルカメラの一実施の形態を説明するブロック図である。図１に示すデジタルカメラはレンズ交換式のカメラであって、カメラ本体１に対して撮影レンズ３を有する交換レンズ２が着脱可能に装着されている。

撮影レンズ３は焦点距離が可変なズームレンズであって、図示していないが焦点調節を行うためのフォーカスレンズを備えている。交換レンズ２のレンズ鏡筒内には、フォーカスレンズおよびズームレンズを駆動するためのレンズ駆動部９、および、ズームレンズやフォーカスレンズ等に関するレンズ情報が予め記憶されているＲＯＭ４が設けられている。カメラ本体１には、撮影レンズにより結像された被写体像を撮像する撮像素子５が設けられている。撮像素子５には、ＣＣＤ撮像素子、ＭＯＳ型撮像素子などが用いられる。

撮像素子５から出力された撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器６によってディジタル信号に変換された後に、メモリ７に記憶される。メモリ７に記憶された撮像データは画像処理回路１０に読み込まれ、そこで種々の画像処理が施される。画像処理により得られた画像データは、メモリ７に記憶されるとともに外部記憶媒体８に記録される。また、画像処理回路１０では画像データから表示用の画像が生成され、その画像はLCD表示装置１１に表示される。

ＣＰＵ１２はカメラ全体の制御を総括的に管理するものであって、接続されたレリーズ操作部１３からの指令によりＡＦ制御、露出制御等が行われる。以下では、本実施の形態に関係する機能についてのみ説明する。ＡＦ演算部１２１では、ＡＦエリア内の撮像信号をメモリ７より読み込み、周知のコントラスト法によりＡＦ評価値を算出する。ＡＦ評価値は、例えば、定められたＡＦエリアの中で横方向または縦方向のデータを取り出し、フィルタ処理を行った後に隣接画素との差分を計算し、それらの差分を積算することにより得られる。そして、このＡＦ評価値が大きい程、高コントラストであると判断する。

上述したＡＦエリアは、撮像範囲のどの領域の撮像信号を用いてＡＦ評価値算出を行うかを指定するものであり、例えば、図２に示すような矩形領域のＡＦエリア２１Ａ〜２１Ｅが撮影画面２０上に設定される。従来、ＡＦエリア２１Ａ〜２１Ｅの大きさや位置は固定されていたが、本実施の形態では、後述するように合焦動作に応じて位置および大きさを変更するようにした。ＡＦエリア設定部１２２は、フォーカスレンズおよび駆動量ＲＯＭ４内に記憶されているレンズ情報に基づいて、ＡＦエリア２１Ａ〜２１Ｅの大きさや位置の設定を行う。

《合焦動作の説明》
本実施の形態のデジタルカメラでは、コントラストＡＦ方式でピント合わせが行われる。ＣＰＵ１２は、ＡＦ演算部１２１で算出されたＡＦ評価値に基づいてレンズ駆動９を制御し、撮影レンズ３の合焦動作を行わせる。ＡＦ評価値を用いる合焦動作では、被写体にピントが合っている場合には撮像画像に最も高周波成分が多く含まれ、ピントが合っている位置から外れるほど画像に含まれる高周波成分が減って低周波成分の比率が増えて行くことを利用して、「山登りＡＦ」と呼ばれる方式によりＡＦが行われる。

図３はフォーカスレンズのレンズ位置とＡＦ評価値との関係を示す図であり、曲線Ｌはフォーカスレンズ位置に対するＡＦ評価値を表している。この曲線Ｌは、図２に示したＡＦエリア２１Ａ〜２１Ｅのいずれか一つの領域の撮像信号に基づくものである。各ＡＦエリア２１Ａ〜２１Ｅ毎に捉えている被写体領域が異なるので、各ＡＦエリア２１Ａ〜２１Ｅ毎に曲線Ｌの形状は異なっている。以下では、曲線Ｌ１はＡＦエリア２１Ｂに関するものとして説明する。

山登りＡＦでは、フォーカスレンズを所定量移動する毎に移動前後のＡＦ評価値の大小を比較し、その比較結果に基づいてＡＦ評価値が増加する方向に繰り返し移動させることにより、ＡＦ評価値が最大となるレンズ位置Ｄ０にフォーカスレンズを移動させる。合焦動作は、図１のレリーズ操作部１３に設けられたレリーズボタンが半押しされることにより開始される。

合焦動作開始時のレンズ位置が、例えば図３のＤ１であった場合には、フォーカスレンズはＤ２，Ｄ３に示すようにＡＦ評価値のピークを通過するまで∞側へと移動される。そして、ピークを通過したならば、レンズ位置Ｄ１〜Ｄ３におけるＡＦ評価値からレンズ位置Ｄ０を推定し、推定したレンズ位置Ｄ０へフォーカスレンズを移動することで合焦動作が完了する。

《撮像面上における被写体移動の説明》
次に、撮像面上における被写体移動について説明する。図４は、フォーカス動作時における撮影レンズ３の射出瞳位置と、撮像面上における被写体像の位置との関係を説明する図である。図４において、（ａ）はピントが合っているときの状態を示し、（ｂ）は前ピン状態を、（ｃ）は後ピン状態をそれぞれ示している。

図４（ａ）に示すように、撮像素子５の撮像面５ａに入射する被写体光の各撮像面位置における主光線４０は、射出瞳の中心４１から主光線角γで出射される。通常、撮像面５ａから射出瞳までの距離PO1（以下では、射出瞳位置と称す）は有限であるため、撮像面５ａの光軸Ｊ上以外の位置では主光線角γはゼロではない。そして、合焦動作の際にフォーカスレンズを移動すると、主光線角γはほとんど変化しないが射出瞳位置が変化する。

図４（ａ）に示す合焦状態では被写体像は撮像面５ａ上に結像され、ピントの合った被写体像が撮像される。このとき、撮像面５ａ上における主光線４０の入射位置は、光軸Ｊから距離ａの位置となる。図４（ｂ）の前ピン状態では、結像位置は撮像面５ａよりも撮影レンズ側（図示左側）となり、このときの主光線入射位置は光軸Ｊから距離ｂの位置となる。一方、図４（ｃ）に示す後ピン状態では、結像位置は撮像面５ａよりもカメラ背面側（図示右側）となり、このときの主光線入射位置は光軸Ｊから距離ｃの位置となる。距離ａ，ｂ，ｃは、図４からも分かるようにｂ＞ａ＞ｃとなっている。

そして、合焦動作時にフォーカスレンズが図３のＤ１、Ｄ２、Ｄ３の順に移動すると、図４の（ｃ）の状態から、（ａ），（ｂ）の順に変化する。その結果、撮像面５ａ上における被写体の位置は、図２の矢印で示すように光軸Ｊの位置である画面中央から周辺方向へと放射状に移動することになる。図２において２２ａ，２２ｂ，２２ｃは主光線角γが同一である被写体を表しており、放射方向に同一距離だけ移動している。２３は主光線角γがより大きな被写体を表しており、放射方向への移動距離はより大きくなっている。

例えば、移動前後のＡＦエリア２１Ｂに注目すると、移動前にエリア外にあった被写体２２ｂがエリア内に入り込み、逆に、移動前にエリア内にあった被写体２３はエリア外へと出てしまっている。ここで、被写体２２ｂ，２３に関するフォーカスレンズレンズ位置とＡＦ評価値との関係が、図５の曲線Ｌ１，Ｌ２のようになっていた場合を考える。Ｄ１０，Ｄ１１は移動前後のフォーカスレンズ位置を示している。

レンズ位置Ｄ１０のときにはＡＦエリア２１Ｂは被写体２３を捉えているので、曲線Ｌ１に従って山登りＡＦが行われるようにフォーカスレンズを至近側のレンズ位置Ｄ１１へと移動する。レンズ位置Ｄ１１へ移動すると、上述したようにＡＦエリア２１Ｂから被写体２３が出て、被写体２２ｂがエリア内へと入ってくる。その結果、ＡＦ評価値は曲線Ｌ１上のＣ１から曲線Ｌ２上のＣ２へと変化する。その後は、被写体２２ｂに関する曲線Ｌ２に従って山登りＡＦが行われるため、フォーカスレンズは∞側へと移動され曲線Ｌ２のピークＰ２に合焦してしまい、ユーザがピントを合わせたいと思っていた被写体２３はピンボケ状態となってしまう。

《ＡＦエリア変更の説明》
本発明では、このような不都合を避けるために合焦動作に応じてＡＦエリアの位置や大きさを変更するようにした。図６はＡＦエリア変更形態を示す図であり、（ａ），（ｂ）に異なる形態を示した。図６（ａ）では、画面中央にあるＡＦエリア２１Ａを除く４つのＡＦエリア２１Ｂ〜２１Ｅをフォーカス動作に連動させて放射方向に移動させるようにした。破線は移動後のＡＦエリアを示している。

ＡＦエリア２１Ｂの放射方向への移動量（大きさと向き）は、射出瞳位置の変化量（大きさと光軸方向の向き）と主光線角γとから算出することができる。図７（ａ）はフォーカス動作時の射出瞳位置の変化量ΔPOと被写体の移動量との関係を示したもので、PO1は撮影レンズ３の射出瞳位置を示している。この射出瞳位置PO1はレンズ鏡筒内に設けられたＲＯＭ４内に予め記憶されている。ＣＰＵ２１は、この位置PO1をＲＯＭ４から読み込みＡＦエリア２１Ｂ〜２１Ｅ毎に主光線角γ１を算出し、それをメモリ７に記憶する。ここで、主光線角γ１は、ＡＦエリア２１Ｂ〜２１Ｅの中央位置に関する主光線角であるとする。

フォーカス動作を行うと、例えば、破線で挟まれた範囲内で射出瞳位置が変化する。ここで、フォーカス動作によって射出瞳位置がPO1から撮影レンズ方向にΔPOだけ移動したとすると、ＡＦエリア２１Ｂの中央にある被写体の移動量Δx1は、Δx1＝ΔPO・tanγ１で与えられる。ここでは、この移動量Δx1をＡＦエリア２１Ｂの移動量とする。

なお、射出瞳位置の移動量ΔPOはフォーカスレンズの移動量に応じて決まるものであり、射出瞳位置の移動量とフォーカスレンズ移動量との相関は予めＲＯＭ４に記憶されている。ＣＰＵ２１は、その相関と実際に駆動したレンズ駆動量とに基づいて射出瞳位置移動量ΔPOを算出する。

撮影レンズ３がズームレンズの場合、ズーム動作によって射出瞳位置が変化する。図７（ｂ）はズームレンズの場合を説明する図であり、PO1はズーム位置１の場合の射出瞳位置で、PO2はズーム位置２の場合の射出瞳位置である。ズーム位置１の場合、図７（ａ）の場合と同様に射出瞳位置移動量ΔPOに対してＡＦエリア移動量はΔx1となる。一方、ズーム位置２では主光線角はγ２（＜γ１）となり、同一の射出瞳位置移動量ΔPOに対するＡＦエリア移動量Δx2はズーム位置１におけるＡＦエリア移動量Δx1よりも小さくなる。

ＣＰＵ２１は、ズーム動作が行われる度に、そのズーム位置における射出瞳位置をＲＯＭ４から読み込み、主光線角γを算出してメモリ７に記憶し、その主光線角γを用いてＡＦエリア移動量算出する。すなわち、ズーム動作に応じて射出瞳位置移動量を調節することにより、被写体移動量に応じた適切な位置へとＡＦエリアを移動するようにした。

一方、図６（ｂ）に示すＡＦエリア変更形態では、図６（ａ）の場合と同様にＡＦエリアを放射方向に移動させるとともに、ＡＦエリアの領域を大きくするようにした。図４の（ｂ）や（ｃ）からも分かるように。合焦位置状態からずれると、撮像面５ａ上の被写体像がぼけて主光線入射位置の周りに広がる。そのため、ＡＦエリアを放射方向に移動させてもボケた部分がエリア外に出てしまうことがあり、その場合には被写体情報が減ることになり評価値が変化する。そこで、ＡＦエリア領域をフォーカス動作に応じて大きくすることにより、狙っている被写体の情報量の変化を低減することができる。

上述したように、本実施の形態では、フォーカス動作に応じてＡＦエリアを画面の放射方向に移動させるようにしたので、ＡＦエリアの周辺にある被写体がエリア内に入り込んだり、狙っている被写体がエリア外に外れたりすることがない。その結果、本来のピント位置と異なる位置にピントが合ってしまう偽合焦等を避けることができる。

ところで、図２や図６に示したＡＦエリア２１Ａ〜２１Ｅは被写体画像とともにＬＣＤ表示装置１１に表示されるが、上述したＡＦエリア２１Ａ〜２１Ｅの変更に連動してＬＣＤ表示装置１１上のＡＦエリア表示の位置および大きさを変えるようにする。また、ＡＦエリア２１Ａ〜２１Ｅの変更は合焦動作中は常に行われるが、撮影動作が行われたならば、ＡＦエリア２１Ａ〜２１Ｅの設定はデフォルトの状態（初期位置、初期大きさ）にリセットされる。

なお、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、交換レンズ式のデジタルカメラに限らず、レンズ一体型のデジタルカメラにも同様に適用することができる。

本発明によるデジタルカメラの一実施の形態を説明するブロック図である。 撮影画面２０上に設定されたＡＦエリア２１Ａ〜２１Ｅを示す図である。 フォーカスレンズのレンズ位置とＡＦ評価値との関係を示す図である。 フォーカス動作時における射出瞳位置と被写体像の位置との関係を説明する図であり、（ａ）はピントが合っているときの状態を、（ｂ）は前ピン状態を、（ｃ）は後ピン状態をそれぞれ示している。 偽合焦を説明する図である。 ＡＦエリア変更形態を示す図であり、（ａ）は第１の形態を、（ｂ）は第２の形態をそれぞれ示す。 フォーカス動作時の射出瞳位置の変化量と被写体の移動量との関係を示す図であり、（ａ）は非ズームレンズの場合を、（ｂ）はズームレンズの場合をそれぞれ示す。

符号の説明

１：カメラ本体 ２：交換レンズ
３：撮影レンズ ４：ＲＯＭ
５：撮像素子 ７：メモリ
１０：画像処理回路 １１：LDC表示装置
１２：ＣＰＵ １２１：ＡＦ演算部
１２２：ＡＦエリア設定部

Claims (4)

1. 撮像素子の撮像範囲に設定されたＡＦエリア内の撮像信号に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を検出し、検出された焦点調節状態に基づいて前記撮影レンズの合焦動作を行う焦点調節装置において、
   前記撮影レンズの合焦動作に応じて前記ＡＦエリアの位置を変更する変更手段を備えたことを特徴とする焦点調節装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記変更手段は、前記撮影レンズの合焦動作に応じて前記ＡＦエリアの位置および大きさを変更することを特徴とする焦点調節装置。
3. 請求項１または２に記載の焦点検出装置において、
   前記撮影レンズは変倍レンズであって、
   前記変更手段は、合焦動作時における変倍レンズの射出瞳位置および合焦動作に応じて、前記ＡＦエリアの位置および大きさを変更することを特徴とする焦点調節装置。
4. 被写体像を予定結像面に結像する撮影レンズと、
   前記撮影レンズにより結像された被写体像を撮像する撮像素子と、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点調節装置とを備えたことを特徴とするデジタルカメラ。

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