JP2014137583A

JP2014137583A - 焦点調節装置

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Publication number: JP2014137583A
Application number: JP2013007796A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ito; 覚伊東
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Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2014-07-28
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Abstract

【課題】、焦点調節時のフォーカスレンズの移動による像倍率の変化に応じて焦点検出領域を設定し、高精度な焦点調節を可能とする焦点調節装置を提供する。
【解決手段】フォーカスレンズを含む光学系による光学像を撮像素子に結像させ撮像して画像信号を生成する撮像部を有し、撮像領域内に設定された焦点検出領域に関する焦点検出信号に基づいて焦点調節を行う焦点調節装置において、フォーカスレンズの移動に伴う光学系の像倍率変化に関する情報を取得し（Ｓ２１）、フォーカスレンズの位置を検出し（Ｓ２７、Ｓ２９）、フォーカスレンズの位置と像倍率変化に関する情報に基づいて、焦点検出領域を設定する（Ｓ３１〜Ｓ３９）。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像領域内に焦点検出領域を設定し、この焦点検出領域の焦点検出信号に基づいて焦点調節を行う焦点調節装置に関する。

撮像の際に、撮像素子からの画像信号を用いてフォーカスレンズの位置を調節して被写体にピントを合わせるＡＦ（自動焦点調節）が一般に知られている。例えば、撮像領域内の固定されたＡＦエリアについて焦点検出を行い、この焦点検出情報に基づいてフォーカスレンズの位置を調節する。

このような焦点調節方法においては、ズームレンズのズーミングに応じて被写体像の大きさが変化し、ＡＦエリアに対応する被写体像が変化し、焦点調節精度が低下するという問題が発生する可能性がある。このような問題に対して、特許文献１に開示のレンズ制御装置では、ズーミングによる像倍率の変化に応じてＡＦエリアを拡大・縮小し、常に被写体に対するＡＦエリアを見掛け上、一定するようにしている。

特開２００５−０２５１１８号公報

ところで、フォーカスレンズの移動によっても像倍率が変化することが知られている。特許文献１に開示の技術は、ズーム動作による像倍率の変化に応じてＡＦエリアを拡大・縮小しているが、フォーカスレンズの移動による像倍率の変化には対応していない。そのため、焦点調節時のフォーカスレンズの移動による像倍率変化によって被写体像がＡＦエリアからずれてしまい、正しいＡＦ情報を取得できず、ＡＦ精度が低下するという問題がある。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、焦点調節時のフォーカスレンズの移動による像倍率の変化に応じて焦点検出領域を設定し、高精度な焦点調節を可能とする焦点調節装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため第１の発明に係る焦点調節装置は、フォーカスレンズを含む光学系による光学像を撮像素子に結像させ撮像して画像信号を生成する撮像部を有し、撮像領域内に設定された焦点検出領域に関する焦点検出信号に基づいて焦点調節を行う焦点調節装置において、上記フォーカスレンズの位置を検出するフォーカスレンズ位置検出部と、上記フォーカスレンズの移動に伴う上記光学系の像倍率変化に関する情報を記憶する記憶部と、上記撮像領域内に焦点検出領域を設定する焦点検出領域設定部と、を具備し、上記焦点検出領域設定部は、上記フォーカスレンズの位置と上記像倍率変化に関する情報に基づいて焦点検出領域を設定する。

第２の発明に係る焦点調節装置は、上記第１の発明において、上記焦点検出領域設定部は、焦点検出領域の大きさを変化させる。
第３の発明に係る焦点調節装置は、上記第２の発明において、上記焦点検出領域設定部は、上記焦点検出領域の像高に応じて焦点検出領域の大きさを変化させる。

第４の発明に係る焦点調節装置は、上記第１の発明において、上記焦点検出領域設定部は、上記焦点検出領域の位置を変更する。
第５の発明に係る焦点調節装置は、上記第１の発明において、上記焦点検出領域設定部は、焦点検出領域の像高に応じて焦点検出領域の位置を変更する。

第６の発明に係る焦点調節装置は、フォーカスレンズを含む光学系による光学像を撮像素子に結像させ撮像して画像信号を生成する撮像部を有し、撮像領域内に設定された焦点検出領域に関する焦点検出信号に基づいて焦点調節を行う焦点調節装置において、上記撮像領域内に焦点検出領域を設定する焦点検出領域設定部と、上記撮像部の画像信号に基づいて被写体像を追尾する追尾部と、を具備し、上記追尾部は、上記焦点検出領域の位置が所定の像高位置より大きい場合に、上記焦点調節領域に位置する被写体像について上記フォーカスレンズの移動に応じて追尾を行い、上記焦点検出領域設定部は、上記追尾部の追尾結果に基づいて焦点検出領域を設定する。

第７の発明に係る焦点調節装置は、上記第６の発明において、上記追尾部は、上記撮像部が出力する複数の画像信号に関するパターンマッチング処理を行うことにより追尾動作を行う。

第８の発明に係る焦点調節装置は、上記第６の発明において、上記焦点検出領域設定部は、上記追尾部による追尾動作が不能である場合に上記焦点検出領域の大きさを変更する。

本発明によれば、焦点調節時のフォーカスレンズの移動による像倍率の変化に応じて焦点検出領域を設定し、高精度な焦点調節を可能とする焦点調節装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るカメラの１Ｒが押下げられた際の動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係るカメラの像倍率ＡＦエリア変更の動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、フォーカスレンズと撮像面における結像位置の関係を説明する図である。本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、像倍率変化によるＡＦエリア移動を説明する図である。本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、ＡＦエリアの位置を示す図である。本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、像倍率情報がある場合の像移動量の推定とＡＦエリアの移動を説明する図である。本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、像倍率情報がない場合のＡＦエリアの補正を説明する図である。

以下、図面に従って本発明を適用したカメラを用いて好ましい実施形態について説明する。本発明の好ましい一実施形態に係るカメラは、デジタルカメラである。このカメラは、光学系によって形成される光学像を撮像素子に結像させて、この光学像に基づく画像信号を生成する撮像部を有する。そして、撮像領域内に設定された焦点検出領域に関する焦点検出信号に基づいて、光学系を無限から至近側または至近から無限側に移動しながら、撮像部から画像信号を取得し、この画像信号に基づいて、山登りサーボ（コントラストＡＦ）方式によって光学系の焦点調節を行う。また、光学系の像倍率変化情報を取得できる場合には、像倍率変化情報を用い、光学系のフォーカスレンズの位置の変化に応じて焦点検出領域を変化させることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係わるカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。本実施形態に係るカメラは、レンズ鏡筒１とカメラ本体１０から構成されている。レンズ鏡筒１とカメラ本体１０を別体に構成してもよく、また、一般的なコンパクトカメラのように一体に構成しても勿論かまわない。

レンズ鏡筒１内には、撮影レンズ２、レンズ駆動モータ３、モータドライブ回路４、レンズ側ＣＰＵ５、レンズ情報部６、レンズ位置検出部７を有している。

撮影レンズ２は、フォーカスレンズを含み、被写体の光学像を形成するための複数の光学レンズから構成され、単焦点レンズまたはズームレンズである。撮影レンズ２のフォーカスレンズは、レンズ駆動モータ３によって、撮影レンズ２の光軸方向に駆動される。レンズ駆動モータ３は、モータドライブ回路４に接続されており、レンズ側ＣＰＵ５からの制御信号に従ってレンズ駆動モータ３の駆動制御を行う。

レンズ情報部６は、レンズ鏡筒１の種々のデータ、例えば、短焦点側の焦点距離情報、長焦点側の焦点距離情報、現在設定されている焦点距離情報、絞り情報、撮影レンズの光学特性情報、調整値情報等を記憶している。光学特性情報として、像倍率変化率情報を記憶している。この像倍率変化率情報は、フォーカスレンズの移動に伴う光学系の像倍率変化に関する情報である。また、像倍率は、レンズの中心からの像高位置によっても異なるので、像倍率変化率情報としては、像高位置に応じた情報としても有している。レンズ情報部６はレンズ側ＣＰＵ５と接続されており、レンズ側ＣＰＵ５からの要求に応じて、レンズ情報を出力する。

レンズ位置検出部７は、撮影光学系２のフォーカスレンズ２ａ（図４参照）の位置を検出する。フォーカスレンズの位置検出方法としては、例えば、フォーカスレンズの移動に連動する絶対値エンコーダによって検出してもよく、また基準位置検出部と相対位置検出用のエンコーダによって検出してもよい。また、レンズ駆動モータ３がステッピングモータの場合には、ステッピングモータへの入力パルス数を検出するようにしてもよい。入力パルス数を検出する場合には、レンズ側ＣＰＵ５がレンズ位置検出部の機能を果たす。

レンズ側ＣＰＵ５は、レンズ鏡筒１内の全体制御を行う。特に、レンズＣＰＵ５はカメラ側ＣＰＵ２０からのレンズ制御信号を入力し、モータドライブ回路４、レンズ駆動モータ３によってフォーカスレンズのピント合わせを行う。また、レンズ情報部６に記憶されている種々の情報や、レンズ位置検出部７によって検出されたフォーカスレンズ位置情報をカメラ側ＣＰＵ２０に出力する。

カメラ本体１０は、撮像素子１１、撮像信号処理回路１２、この撮像信号処理回路１２に接続されたＡＦ評価値算出回路１３、ＡＥ評価値算出回路１４、画像処理回路１５、パターンマッチング回路１６、およびカメラ側ＣＰＵ２０、このカメラ側ＣＰＵ２０に接続されたメモリ２１、操作部２４、および表示回路２２、この表示回路２２に接続された表示装置２３等を有する。

撮影レンズ１の光軸上であって、被写体の光学像が形成される位置に、撮像素子１１が配置されている。撮像素子１１は、撮影レンズ１によって形成された光学像の撮像を行う。撮像素子１１は、各画素を構成するフォトダイオードが二次元的にマトリックス状に配置されており、各フォトダイオードは受光量に応じた光電変換電流を発生し、この光電変換電流は各フォトダイオードに接続するキャパシタによって電荷蓄積される。

撮像信号処理回路１２は、撮像素子１１の電荷蓄積制御や画像信号の読み出し制御等を行う。撮像信号処理回路１２は、撮像素子１１から画像信号を繰り返し読出し、この読み出された画像信号（画像データとも称する）は、ＡＦ評価値算出回路１３、ＡＥ評価値算出回路１４、画像処理回路１５、パターンマッチング回路１６、およびカメラ側ＣＰＵ２０に出力される。

ＡＦ評価値算出回路１３は、撮像信号処理回路１２から画像データが出力されるたびに、画像データの中から高周波成分を抽出することによりＡＦ評価値（コントラスト値）を算出し、このＡＦ評価値をカメラ側ＣＰＵ２０に出力する。ＡＦ評価値としては、例えば、隣接する画素の輝度差等により算出することができる。また、ＡＦ評価値の算出にあたっては、所定の焦点検出領域毎（ＡＦエリアともいう）に行う。所定の焦点検出領域は複数の画素から構成される。

ＡＥ評価値算出回路１４は、撮像信号処理回路１２からの画像データに基づいて、被写体輝度に応じたＡＥ評価値を算出し、ＡＥ評価値をカメラ側ＣＰＵ２０に出力する。

画像処理回路１５は、撮像信号処理回路１２によって処理された画像データに対して、階調補正、ホワイトバランス補正、ノイズ除去補正、エッジ強調補正、シェーディング補正、撮影レンズの収差情報に基づく収差補正演算等の画像処理を行う。また、ライブビュー表示用に画像処理を行う。また静止画や動画についての所定の記録形式となるように、画像データ圧縮処理も行う。

パターンマッチング回路１６は、撮像信号処理回路１２によって処理された画像データを用いて、被写体追尾用にパターンマッチング処理を行う。すなわち、撮像素子１１からフレームごとに画像データが出力されるので、被写体追尾モードが設定されていると、前回フレームと今回フレームの画像データを比較することにより、追尾対象の移動位置を検出する。複数の画像データを用いると、常に追尾対象に追従でき、また追尾対象に対してピントが合うように自動焦点調節できる。

メモリ２１は、フラッシュＲＯＭ等の不揮発性メモリであり、カメラ側ＣＰＵ２０において実行するプログラムや、各種調整値等を記憶する。またメモリ２１は、ＤＲＡＭやＳＤＲＡＭ等の揮発性メモリも含み、画像データや制御命令等、種々のデータの一時記憶用に用いられる。

表示回路２２は、カメラ側ＣＰＵ２０から画像データを入力し、表示装置２３における画像表示の制御を行う。表示装置２３は、ＴＦＴや有機ＥＬ等の電子ビューファインダ（ＥＶＦ）を有し、カメラ本体１０の本体背面等に配置される。この表示装置２３は、撮影時のライブビュー表示、撮影済みの画像データの再生表示、撮影条件等の設定のためのメニュー画面等の表示を行う。

操作部２４は、カメラに設けられた各種の操作部材を含み、各種操作部材の操作状態を検知し、検知信号をカメラ側ＣＰＵ２０に送信する。各種操作部材としては、電源釦、レリーズ釦、動画釦、メニュー釦、十字釦、ＯＫ釦、再生釦等を有する。

操作部２４の内のレリーズ釦は、１ｓｔレリーズスイッチと２ｎｄレリーズスイッチの２段スイッチを有している。レリーズ釦が半押しされると１ｓｔレリーズスイッチがオンとなり、半押しから更に押し込まれ全押しされると２ｎｄレリーズスイッチがオンとなる。１ｓｔレリーズスイッチがオンとなると、カメラ側ＣＰＵ２０は、ＡＥ処理やＡＦ処理等撮影準備シーケンスを実行する。また２ｎｄレリーズスイッチがオンとなると、カメラ側ＣＰＵ２０は、撮影シーケンスを実行し、撮影を行う。

カメラ側ＣＰＵ２０は、カメラ全体を制御し、メモリ２１に記憶されたプログラムに従って、操作部２４からの検知信号やその他の回路からの信号に基づいて、各部の制御を行う。

カメラ側ＣＰＵ２０は、撮像領域内に焦点検出領域を設定する焦点検出領域設定部としての機能を有する。この焦点検出領域設定部は、フォーカスレンズ２ａの位置とレンズ情報部６に記憶された像倍率変化に関する情報に基づいて焦点検出領域を変更する。この焦点検出領域の変更については、図２のステップＳ９および図３を用いて後述する。なお、焦点検出領域（ＡＦエリア）設定は、撮影者が予め設定してもよく、また画像処理回路１５によって検出された顔の位置等に自動的に設定するようにしてもよい。

カメラ側ＣＰＵ２０は、パターンマッチング回路１６と協働して、撮像部の画像信号に基づいて被写体像を追尾する追尾部として機能する。この追尾部は、焦点検出領域の位置が所定の像高位置より大きい場合に、上記焦点調節領域に位置する被写体像について上記フォーカスレンズの移動に応じて追尾を行う。また、このとき、上述の焦点検出領域設定部は追尾部の追尾結果に基づいて焦点検出領域を設定する。また、追尾部は、撮像部が出力する複数の画像信号に関するパターンマッチング処理を行うことにより追尾動作を行う。このフォーカスレンズの移動に応じた被写体追尾については、図２のステップＳ１３および図８（ｂ）を用いて後述する。

また、本実施形態においては、カメラ側ＣＰＵ２０とパターンマッチング回路１６が協働して機能する追尾部は、追尾動作が不能である場合に焦点検出領域の大きさを変更する。この焦点検出領域の大きさ変更については、図２のステップＳ１５および図８（ｃ）を用いて後述する。

次に、本発明の一実施形態に係るカメラのＡＦエリア設定の動作について、図２および図３に示すフローチャートを用いて説明する。これらのフローチャートは、メモリ２１に記憶されているプログラムに従ってカメラ側ＣＰＵ２０によって実行される。

操作部２４のレリーズ釦が操作され、１ｓｔレリーズスイッチがオンとなると、図２に示す１Ｒ押下げのフローチャートが開始する。まず、像倍率変化率情報があるか否かの判定を行う（Ｓ１）。レンズ鏡筒１が交換レンズ式の場合に、レンズ鏡筒１のレンズ情報部６に像倍率変化率情報を有している場合と有していない場合がある。そこで、像倍率変化率情報を利用できるか否かを、このステップで判定する。なお、レンズ鏡筒１がカメラ本体１０と一体に構成され、像倍率変化率情報を有している場合には、後述するステップＳ９のみを実行すればよい。

ステップＳ１における判定の結果、像倍率変化率情報が有る場合には、像倍率に応じてＡＦエリアの変更を行う（Ｓ９）。ここでは、ＡＦエリア位置とサイズを像倍率に応じて変化させる。ＡＦエリアは、当初、撮影者が予め設定してもよく、また画像処理回路１５によって検出された顔の位置等に自動的に設定するようにしてもよい。また、１ｓｔレリーズスイッチがオンとなった際に、山登りサーボ式によるＡＦが実行され、このときＡＦのためにフォーカスレンズのスキャン動作を行い、像倍率が変化する。そこで、ステップＳ９において、像倍率の変化率に応じて、当初設定されたＡＦエリアの位置やサイズを変更する。この像倍率に応じたＡＦエリアの変更動作については、図３を用いて後述する。

ステップＳ１における判定の結果、像倍率変化率情報を有していない場合には、焦点距離が所定以下か否かの判定を行う（Ｓ３）。一般に、像倍率の変化は、短焦点側にて大きく表れ、逆に長焦点側では像倍率の変化は小さい。このため、長焦点側では、フォーカスレンズが移動しても、ＡＦエリアを移動させなくても十分である。このステップＳ３では、レンズ側ＣＰＵ５から現在設定されている焦点距離情報を入力し判定する。また、判定に使用する所定値は、フォーカスレンズの移動によってＡＦエリアの変更が必要か否かを判断できる程度の焦点距離であればよい。

ステップＳ３における判定の結果、焦点距離が所定以下であった場合には、ＡＦエリア位置が所定像高以上か否かを判定する（Ｓ５）。一般に像倍率の変化が大きいのは、像高が大きい領域であり、像高が小さい領域では、像倍率の変化が小さい。このため、像高が小さい領域では、フォーカスレンズが移動しても、ＡＦエリアを移動させなくても十分である。このステップでは、現在、設定されているＡＦエリアの中心位置の像高に基づいて判定する。なお、像高は撮影レンズ２の光軸中心からＡＦエリアの中心位置までの距離である。

ステップＳ３における判定の結果、焦点距離が所定以下でない場合、またはステップＳ５における判定の結果、ＡＦエリア位置が所定像高以上の場合には、ＡＦエリアは固定とする（Ｓ１１）。前述したように、ステップＳ１１を実行する場合は、いずれも像倍率の変化が小さく、フォーカスレンズの移動に応じて、ＡＦエリアを変更する必要性が乏しい状態である。そこで、現在、設定されているＡＦエリアを固定し、変更しない。

ステップＳ５における判定の結果、ＡＦエリア位置が所定像高以上であった場合には、パターンマッチング可能か否かを判定する（Ｓ７）。被写体追尾モードが設定されている場合には、パターンマッチング回路１６は、追尾対象の位置を検知するので、カメラ側ＣＰＵ２０は、その位置にピントが合うように自動焦点調節を行う。このステップＳ７では、被写体追尾モードが設定され、かつパターンマッチング回路１６によって、追尾対象のパターンマッチングが可能か否かを判定する。

ステップＳ７における判定の結果、パターンマッチングが可能であった場合には、ＡＦエリア位置は、エリア内（撮像領域内）の被写体を追尾して追従させる（Ｓ１３）。このステップでは、パターンマッチングが可能であったことから、ＡＦエリアを追従被写体の位置に応じて移動させる。

ステップＳ７における判定の結果、パターンマッチングが可能でなかった場合には、ＡＦエリア位置は固定とし、ＡＦエリアサイズを拡大する（Ｓ１５）。このステップでは、当初設定されたＡＦエリアの位置を変えることなく、ＡＦエリアサイズを大きくしている。このため、フォーカスレンズの移動に伴って像倍率が変化することによって、当初のＡＦエリアに対応する被写体の位置が移動したとしても、ＡＦエリアサイズが大きくなっていることから、依然として、当初のＡＦエリアに対応する被写体が含まれている。

ステップＳ９〜Ｓ１５において、ＡＦエリア位置を設定すると、このフローを終了する。

像倍率ＡＦエリア変更のフローを説明するに先だって、図４および図５を用いて、フォーカスレンズの移動に応じたＡＦエリアの変更について説明する。図４（ａ）は、ＡＦ開始時のフォーカスレンズ２ａの位置（基準位置）を示し、図４（ｂ）は、ＡＦ動作中のフォーカスレンズ２ａの位置を示す。フォーカスレンズ２ａが基準位置Ｐｓに在る時には、図４（ａ）に示すように、被写体Ａは撮像面Ｂ上で像高Ｈｓの位置に結像される。また、ＡＦ動作中にフォーカスレンズを移動させ、フォーカスレンズ２ａが、図４（ｂ）に示すように、Ｐａに位置する場合には、被写体Ａは撮像面Ｂ上で像高Ｈａの位置に結像される。

図５は、撮像素子１１の撮像面上でのＡＦエリアの移動を示す。ＡＦエリア３１はＡＦ開始時のＡＦエリアの位置を示しており、撮影レンズ２の光軸中心Ｏから、像高Ｈｓの位置にあり、またエリアサイズＳｓの大きさがある。またＡＦエリア３２は、ＡＦ動作中にフォーカスレンズ２ａが移動した位置におけるＡＦエリアの位置を示しており、光軸中心Ｏから、像高Ｈａの位置にあり、またエリアサイズＳａの大きさがある。フォーカスレンズ２ａが移動したことにより、像倍率変化によるＡＦエリア移動量Ｌだけ、ＡＦエリアは移動している。

次に、図３に示すフローチャートを用いて、ステップＳ９の像倍率ＡＦエリア変更の詳しい動作について説明する。この像倍率ＡＦエリア変更のフローは、フォーカスレンズの位置に応じて、像倍率を用いて、ＡＦエリアの位置とサイズを像倍率に応じて変化させている。

像倍率ＡＦエリア変更のフローに入ると、まず、単位像面距離当たりの像倍率Ｚを取得する（Ｓ２１）。単位像面距離当たりの像倍率Ｚは、レンズ情報部６に記憶されているので、この像倍率Ｚを取得する。

像倍率Ｚを取得すると、次に、ＡＦ開始時ＡＦエリアサイズＳｓを取得する（Ｓ２３）。ここでは、１ｓｔレリーズスイッチがオンとなり、ＡＦ動作が開始された際のＡＦエリアサイズＳｓ（図５参照）を取得する。ＡＦ動作開始時にＡＦエリアサイズＳｓをメモリ２１に記憶しておけばよい。

ＡＦ開始時のＡＦエリアサイズＳｓを取得すると、次に、ＡＦ開始時ＡＦエリア像高Ｈｓを取得する（Ｓ２５）。ここでは、ＡＦ動作が開始された際のＡＦエリアの位置に基づいて、ＡＦエリアの像高Ｈｓ（図５参照）を取得する。ＡＦエリアの位置に応じて、像高Ｈｓを予めテーブルに記憶しておき、テーブル参照によって求めてもよく、またＡＦエリアのｘ座標ｙ座標から演算で求めてもよい。

ＡＦ開始時のＡＦエリア像高Ｈｓを取得すると、次に、ＡＦ開始時フォーカスレンズ位置Ｐｓを取得する（Ｓ２７）。ここでは、図４（ａ）に示したフォーカスレンズ位置Ｐｓを、レンズ位置検出部７によって取得する。ＡＦ動作開始時にフォーカスレンズ位置Ｐｓをメモリ２１に記憶しておけばよい。

ＡＦ開始時フォーカスレンズ位置Ｐｓを取得すると、次に、ＡＦ中フォーカスレンズ位置Ｐａを取得する（Ｓ２９）。ここでは、ＡＦ動作開始後に、図４（ｂ）に示したフォーカスレンズ位置Ｐａをレンズ位置検出部７によって取得する。

ＡＦ中フォーカスレンズ位置Ｐａを取得すると、次に、ＡＦ中の像倍率Ｚａ（Ｐｓに対するＰａ）を算出する（Ｓ３１）。ここでは、ステップＳ２１において取得した像倍率Ｚと、ステップＳ２７において取得したＡＦ開始時フォーカスレンズ位置Ｐｓと、ステップＳ２９において取得したＡＦ中フォーカスレンズ位置Ｐａを用いて、下記（１）式より、ＡＦ中の像倍率Ｚａを算出する。
Ｚａ＝１＋Ｚ×（Ｐｓ−Ｐａ）・・・（１）

ＡＦ中の像倍率Ｚを算出すると、次に、ＡＦ中のＡＦエリア像高Ｈａを算出する（Ｓ３３）。ここでは、ステップＳ２５において取得したＡＦ開始時ＡＦエリア像高Ｈｓと、ステップＳ３１で算出した像倍率Ｚａを用いて、下記（２）式より、ＡＦ中のＡＦエリア像高Ｈａを算出する。
Ｈａ＝Ｈｓ×Ｚａ・・・（２）

ＡＦ中のＡＦエリア像高Ｈａを算出すると、次に、ＡＦ中のＡＦエリアサイズＳａを算出する（Ｓ３５）。ここでは、ステップＳ２３において取得したＡＦ開始時ＡＦエリアサイズＳｓと、ステップＳ３１で算出した像倍率Ｚａを用いて、下記（３）式より、ＡＦ中のＡＦエリアサイズＳａを算出する。
Ｓａ＝Ｓｓ×Ｚａ・・・（３）

ＡＦ中のＡＦエリアサイズＳａを算出すると、次に、座標変換を行う（Ｓ３７）。ここでは、ステップＳ３３において、算出したＡＦエリア像高ＨａをＸＹ平面位置の座標に変換する。つまり、既知のＡＦ開始時ＡＦエリアのＸＹ平面位置の座標をＡＦエリア像高ＨａとＡＦ開始時ＡＦエリア像高Ｈｓの比率を用いて、ＡＦエリア像高ＨａのＸＹ平面位置の座標に変換する（図５参照）。また、ステップＳ３５において算出したＡＦエリアサイズＳａに応じて、ＡＦエリアの外縁の位置（矩形の４隅の座標）に変換する。

座標変換を行うと、次に、ＡＦエリアの設定を行う（Ｓ３９）。ここでは、ステップＳ３７において行った座標変換の結果を用いて、ＡＦエリアの設定を行う。すなわち、前述した図５のように、新たなＡＦエリア３２を設定する。ＡＦエリア設定を行うと、元のフローに戻る。

このように像倍率ＡＦエリア変更のフローにおいては、ＡＦエリア（焦点検出領域）の位置を変更しており、特に、像倍率に応じた位置としている。すなわち、フォーカスレンズ２ａの移動に伴う光学系の像倍率変化に関する情報（像倍率Ｚ）を取得し（Ｓ２１）、フォーカスレンズの位置Ｐｓ、Ｐａの位置情報を取得し（Ｓ２７、Ｓ２９）、これらの情報を用いて、ＡＦ中の像倍率Ｚａを算出している（Ｓ３１）。そして、この像倍率Ｚａを用いて、ＡＦ中のＡＦエリア像高Ｈａを算出し（Ｓ３３）、像高Ｈａを用いて新たなＡＦエリアの位置を設定している（Ｓ３７、Ｓ３９）。

また、像倍率ＡＦエリア変更のフローにおいては、ＡＦエリア（焦点検出領域）の大きさを変化させており、特に、像倍率に応じた大きさとしている。すなわち、ステップＳ３１において算出した像倍率Ｚａを用いて、ＡＦ中のＡＦエリアサイズＳａを算出し（Ｓ３５）、ＡＦエリアサイズＳａを用いて新たなＡＦエリアのサイズを設定している（Ｓ３７、Ｓ３９）。

なお、本実施形態における像倍率ＡＦエリア変更のフローにおいては、新たなＡＦエリアの位置とサイズを変更しているが、いずれか一方だけでも、ＡＦエリアとして十分な場合には、位置とサイズの両方の変更を行わなくても構わない。

次に、図６を用いて、本実施形態における像倍率変化率を用いたＡＦエリアの変更について説明する。図６（ａ）は、撮像素子１１の撮像面上、または表示装置２３に表示される被写体像の全体構図を示す。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）の左上隅の点線で囲まれた部分の拡大図である。また、この例では、ＡＦエリア３３にピントを合わせる。

図６（ａ）のＡＦエリア３３にピントを合わせるために、フォーカスレンズ２ａを駆動すると、像倍率の変化により、被写体が像高方向に移動する。すなわち、フォーカスレンズ２ａが無限側に移動すると、ＡＦエリア３３に位置していた被写体は図中矢印ａの方向に移動する。またフォーカスレンズ２ａが至近側に移動すると、ＡＦエリア３３に位置していた被写体は図中矢印ｂの方向に移動する。

このように、フォーカスレンズ２ａがピント合わせのために移動すると、当初のＡＦエリア内に位置していた被写体も移動してしまう。このときＡＦエリアも移動させないと、ピントを合わせる被写体が異なり、偽合焦となってしまう。そこで、本実施形態においては、図２のステップＳ９において、像倍率に応じてＡＦエリアの変更を行っている（図３参照）。したがって、フォーカスレンズ２ａが移動しても、同一の被写体に対してＡＦエリアが設定される。

図７にＡＦエリアの位置とエリアサイズの変化の様子を示す。図７（ａ）において、ＡＦエリア３３は、フォーカスレンズ２ａが無限端に移動すると、無限端での推定ＡＦエリア３４の位置に移動し、またサイズも図示のように縮小する。また、ＡＦエリア３３は、フォーカスレンズ２ａが至近端に移動すると、至近端での推定ＡＦエリア３５の位置に移動し、またサイズも図示のように拡大する。

なお、図７（ａ）には、ＡＦ開始時のＡＦエリア３３、無限端のＡＦエリア３４、および至近端のＡＦエリア３５しか示していない。しかし、図７（ｂ）に示すように、フォーカスレンズ２ａの駆動中、撮像素子１１から１フレーム分の画像データが出力されるたびに、図３に示す像倍率ＡＦエリア変更のフローによって、ＡＦエリアは再設定される。この再設定されたＡＦエリアの画像データを用いて、ＡＦ評価値算出回路１３は、ＡＦ評価値（コントラスト値）を算出し、ＡＦ評価値の最大値を求め、合焦点を決定する。

次に、図８を用いて、像倍率変化情報がない場合のＡＦエリアの変更について説明する。図８（ａ）は、像高の大きさに応じて、ＡＦエリアの補正を行うか否かを決めている例を示す。図２のＳ５における判定において説明したように、像倍率の変化が大きいのは、像高が大きい領域であり、像高が小さい領域では、像倍率の変化が小さい。そこで、光軸中心Ｏより、所定の像高範囲内（図中の点線の内側）は、ＡＦエリアの補正を行わない。また、光軸中心Ｏより、所定の像高範囲外（図中の点線の外側）は、ＡＦエリアの補正を行う。ＡＦエリアの補正としては、例えば、図２のステップＳ１３、Ｓ１５のような方法がある。図８（ａ）に示した例では、ＡＦエリア３３は、点線の外側にあるので、ＡＦエリアの補正を行う。

図８（ｂ）は、被写体追尾によってＡＦエリアの補正を行う例を示す。図２のＳ１３において説明したように、ＡＦエリアを追従被写体の位置に応じて移動させている。図８（ｂ）に示す例では、パターンマッチング回路１６によって算出された被写体追尾よる移動量ｃ、ｄに従ってＡＦエリア３６、３７を移動させている。

図８（ｃ）は、ＡＦエリア拡大によって、被写体がＡＦエリアから逸脱することの防止を行う例を示す。図２のＳ１５において説明したように、ＡＦエリアの位置を変えることなく、ＡＦエリアサイズを大きくしている。フォーカスレンズ２ａの移動に伴ってＡＦエリアの位置が移動したとしても、ＡＦエリア３８のサイズを拡大し、被写体のＡＦエリアからの逸脱を防止している。

以上説明したように、本発明の一実施形態においては、フォーカスレンズの位置と像倍率変化に関する情報に基づいて焦点検出領域を設定するようにしている（図３のＳ３３、Ｓ３９）。このため、焦点調節時のフォーカスレンズの移動による像倍率の変化に応じて焦点検出領域を設定し、高精度な焦点調節を可能としている。

また、本発明の一実施形態においては、焦点検出領域の位置が所定の像高位置より大きい場合に（図２のＳ５）、焦点調節領域に位置する被写体像についてフォーカスレンズの移動に応じて追尾を行い、追尾結果に基づいて焦点検出領域を設定している（図２のＳ１３）。このため、焦点調節時のフォーカスレンズの移動による像倍率の変化に応じて焦点検出領域を設定し、高精度な焦点調節を可能としている。

なお、本発明の一実施形態においては、ＡＦ動作中にフォーカスレンズが移動する方式として、山登りサーボ方式について説明したが、この方式に限らず、ＡＦ動作中にフォーカスレンズが移動するＡＦ方式であれば本発明を適用できる。

また、本発明の一実施形態においては、像倍率変化率情報を取得できない場合でも、種々の方法でＡＦエリアの補正を行っていたが、図２に示したＡＦエリアの補正を全て行わなくても一部だけよく、また他の補正を加えても勿論かまわない。

また、本実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもミラーレスカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話、スマートフォーンや携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assist）、ゲーム機器等に内蔵されるカメラでも構わない。いずれにしても、ＡＦ動作中にフォーカスレンズが移動する機器であれば、本発明を適用することができる。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１・・・レンズ鏡筒、２・・・撮影レンズ、３・・・レンズ駆動モータ、４・・・モータドライブ回路、５・・・レンズ側ＣＰＵ、６・・・レンズ情報部、７・・・レンズ位置検出部、１０・・・カメラ本体、１１・・・撮像素子、１２・・・撮像信号処理回路、１３・・・ＡＦ評価値算出回路、１４・・・ＡＥ評価値算出回路、１５・・・画像処理回路、１６・・・パターンマッチング回路、２０・・・カメラ側ＣＰＵ、２１・・・メモリ、２２・・・表示回路、２３・・・表示装置、２４・・・操作部、３１〜３８・・・ＡＦエリア

Claims

フォーカスレンズを含む光学系による光学像を撮像素子に結像させ撮像して画像信号を生成する撮像部を有し、撮像領域内に設定された焦点検出領域に関する焦点検出信号に基づいて焦点調節を行う焦点調節装置において、
上記フォーカスレンズの位置を検出するフォーカスレンズ位置検出部と、
上記フォーカスレンズの移動に伴う上記光学系の像倍率変化に関する情報を記憶する記憶部と、
上記撮像領域内に焦点検出領域を設定する焦点検出領域設定部と、
を具備し、
上記焦点検出領域設定部は、上記フォーカスレンズの位置と上記像倍率変化に関する情報に基づいて焦点検出領域を設定する、
ことを特徴とする焦点調節装置。
上記焦点検出領域設定部は、焦点検出領域の大きさを変化させることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
上記焦点検出領域設定部は、上記焦点検出領域の像高に応じて焦点検出領域の大きさを変化させることを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
上記焦点検出領域設定部は、上記焦点検出領域の位置を変更することを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
上記焦点検出領域設定部は、焦点検出領域の像高に応じて焦点検出領域の位置を変更することを特徴とする請求項４に記載の焦点調節装置。
フォーカスレンズを含む光学系による光学像を撮像素子に結像させ撮像して画像信号を生成する撮像部を有し、撮像領域内に設定された焦点検出領域に関する焦点検出信号に基づいて焦点調節を行う焦点調節装置において、
上記撮像領域内に焦点検出領域を設定する焦点検出領域設定部と、
上記撮像部の画像信号に基づいて被写体像を追尾する追尾部と、
を具備し、
上記追尾部は、上記焦点検出領域の位置が所定の像高位置より大きい場合に、上記焦点調節領域に位置する被写体像について上記フォーカスレンズの移動に応じて追尾を行い、
上記焦点検出領域設定部は、上記追尾部の追尾結果に基づいて焦点検出領域を設定する、
ことを特徴とする焦点調節装置。
上記追尾部は、上記撮像部が出力する複数の画像信号に関するパターンマッチング処理を行うことにより追尾動作を行うことを特徴とする請求項６に記載の焦点調節装置。
上記焦点検出領域設定部は、上記追尾部による追尾動作が不能である場合に上記焦点検出領域の大きさを変更することを特徴とする請求項６に記載の焦点調節装置。