(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子の撮像範囲の少なくとも周辺に周辺ＡＦエリアを設定するＡＦエリア設定手段と、
撮影レンズをその光軸方向に移動して、前記撮影レンズの複数の移動位置の各々において前記ＡＦエリア設定手段によって設定された前記周辺ＡＦエリア内の前記撮像信号のコントラスト情報を検出し、前記複数の移動位置毎に検出された複数のコントラスト情報に基づき合焦位置を算出する焦点検出手段と、
前記焦点検出手段によって算出された合焦位置に焦点調節する焦点調節手段と、を備え、
前記ＡＦエリア設定手段は、前記撮影レンズの結像状態が前ピン状態になる方向に前記撮影レンズが移動したとき、前記周辺ＡＦエリアの位置を前記撮像範囲の中心から周辺に向かう放射方向に沿って変更し、前記撮影レンズの結像状態が後ピン状態になる方向に前記撮影レンズが移動したとき、前記周辺ＡＦエリアの位置を前記撮像範囲の周辺から中心に向かう放射方向に沿って変更することを特徴とする焦点調節装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点調節装置において、
前記ＡＦエリア設定手段は、前記撮影レンズの複数の移動位置に応じて、前記周辺ＡＦエリアの位置の変更に加えて前記ＡＦエリアの大きさを変更することを特徴とする焦点調節装置。
【請求項３】
請求項２に記載の焦点調節装置において、
前記ＡＦエリア設定手段は、前記周辺ＡＦエリアの位置を前記撮像範囲の中心から放射方向に離れるように変更するにつれて、前記周辺ＡＦエリアの大きさを大きくなるように変更することを特徴とする焦点調節装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点調節装置において、
前記撮影レンズは焦点距離を変更可能なズームレンズであって、
前記ＡＦエリア設定手段は、前記撮影レンズの複数の移動位置と前記ズームレンズの焦点距離とに応じて前記周辺ＡＦエリアの位置を変更することを特徴とする焦点調節装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点調節装置において、
前記ＡＦエリア設定手段は、前記周辺ＡＦエリアに加えて、前記撮像範囲の中央付近に中央ＡＦエリアを設定可能であり、
前記ＡＦエリア設定手段は、前記撮影レンズの複数の移動位置に応じて前記中央ＡＦエリアの位置を変更しないことを特徴とする焦点調節装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の焦点調節装置において、
表示装置を更に備え、
前記表示装置は、前記ＡＦエリア設定手段によって設定されたＡＦエリアを表示すると共に、前記ＡＦエリア設定手段によって変更されたＡＦエリアを表示することを特徴とする焦点調節装置。
【請求項７】
被写体像を予定結像面に結像する撮影レンズと、
請求項１〜６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。
【請求項８】
請求項７に記載のデジタルカメラにおいて、
前記ＡＦエリア設定手段は、前記撮影レンズの複数の移動位置に応じて前記周辺ＡＦエリアの位置を変更した後に、前記撮像素子による撮影動作が行われたならば、前記周辺ＡＦエリアの位置をデフォルトの状態に戻すことを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項９】
請求項７または８に記載のデジタルカメラにおいて、
前記撮影レンズがカメラ本体に着脱可能に装着される交換レンズであることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項１０】
撮像素子の撮像範囲の少なくとも周辺に周辺ＡＦエリアを設定するＡＦエリア設定部と、
撮影レンズを光軸方向の複数の位置に移動して、前記複数の位置の各々における前記ＡＦエリア内の撮像信号のコントラストを用いて合焦位置を検出する焦点検出部と、
前記撮影レンズの光軸方向の移動を制御する制御部とを含み、
前記制御部は、前記合焦位置を検出するための前記撮影レンズの光軸方向の移動による射出瞳位置の移動方向に応じて、前記周辺ＡＦエリアの位置を前記撮像範囲の中心に向かう放射方向または中心から遠ざかる放射方向に移動するように制御することを特徴とする焦点調節装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の焦点調節装置において、
前記撮影レンズは変倍レンズであって、
前記制御部は、前記変倍レンズの倍率に応じて、前記撮影レンズの移動に連動させた前記ＡＦエリアの位置の変更量を変化させることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の焦点調節装置において、
前記撮像範囲の中央付近に設定される中央ＡＦエリアと、前記中央ＡＦエリアの周辺に設定される周辺ＡＦエリアとを有しており、
前記制御部は、前記撮影レンズの移動に連動させて前記周辺ＡＦエリアの位置を変更するとともに、前記中央ＡＦエリアの位置を変更しないことを特徴とする焦点調節装置。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の焦点調節装置において、
前記制御部は、前記撮影レンズの移動に連動させて前記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。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の焦点調節装置を含むデジタルカメラ。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２５６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明による焦点調節装置は、撮像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子の撮像範囲の少なくとも周辺に周辺ＡＦエリアを設定するＡＦエリア設定手段と、撮影レンズをその光軸方向に移動して、前記撮影レンズの複数の移動位置の各々において前記ＡＦエリア設定手段によって設定された前記周辺ＡＦエリア内の前記撮像信号のコントラスト情報を検出し、前記複数の移動位置毎に検出された複数のコントラスト情報に基づき合焦位置を算出する焦点検出手段と、前記焦点検出手段によって算出された合焦位置に焦点調節する焦点調節手段と、を備え、前記ＡＦエリア設定手段は、前記撮影レンズの結像状態が前ピン状態になる方向に前記撮影レンズが移動したとき、前記周辺ＡＦエリアの位置を前記撮像範囲の中心から周辺に向かう放射方向に沿って変更し、前記撮影レンズの結像状態が後ピン状態になる方向に前記撮影レンズが移動したとき、前記周辺ＡＦエリアの位置を前記撮像範囲の周辺から中心に向かう放射方向に沿って変更することを特徴とする。
請求項７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、請求項１〜６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。  請求項１０の発明による焦点調節装置は、撮像素子の撮像範囲の少なくとも周辺に周辺ＡＦエリアを設定するＡＦエリア設定部と、撮影レンズを光軸方向の複数の位置に移動して、前記複数の位置の各々における前記ＡＦエリア内の撮像信号のコントラストを用いて合焦位置を検出する焦点検出部と、前記撮影レンズの光軸方向の移動を制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記合焦位置を検出するための前記撮影レンズの光軸方向の移動による射出瞳位置の移動方向に応じて、前記周辺ＡＦエリアの位置を前記撮像範囲の中心に向かう放射方向または中心から遠ざかる放射方向に移動するように制御することを特徴とする。
請求項１４の発明によるデジタルカメラは、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の焦点調節装置を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
《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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
《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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
《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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】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２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】偽合焦を説明する図である。
【図６】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。
【図７】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】
【００３３】
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
【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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