JP2008160436A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鮮明な画像を観察しながら精度良く追尾することが可能な撮像装置を提供すること。
【解決手段】第１撮影レンズと、第１Ｆナンバよりも大きい第２Ｆナンバを有する第２撮影レンズの２系統の撮影レンズ系を設ける。第１撮影レンズを介してＣＣＤ５において得られる画像を記録用の画像とし、第２撮影レンズを介してＣＣＤ２８において得られる画像を追尾用の画像とすることで、追尾を鮮明な画像で行うことが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、移動する被写体を追尾して焦点調整を行うことが可能な撮像装置に関する。

撮像装置において、画面内を移動する被写体を追尾して焦点調整を行うことが可能なものが種々知られている。例えば、特許文献１においては画面内において動体の追尾を行うための領域を設定すると、該領域内で追尾が行われる。

また、特許文献２の手法では、対象物を画面上で追尾しながらオートフォーカスを行う領域（ＡＦエリア）を示す表示を逐次更新するようにしている。これにより、自動追尾機能が正常に機能しているか否かを撮影者が瞬時に認識することが可能である。
特開昭６１−２８９１４号公報 特開２００６−２５８９４３号公報

ここで、上記特許文献１及び２は何れも撮影対象となっている被写体を観察しながら、まず撮影者の操作に基づいて追尾の対象物を補足したのちに追尾するものであるため、例えば撮像装置の電源投入直後に、対象物を捕らえたいと思っても撮影レンズの焦点が対象物に合っていないために対象物を補足することが難しい場合がある。また、不鮮明な画像に基づいて追尾演算（例えば動きベクトルの演算）を行うと十分な精度が得られない場合もある。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであって、鮮明な画像を観察しながら精度良く追尾することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の撮像装置は、第１Ｆナンバを有し、被写体の光束を結像させる第１撮影レンズと、上記第１Ｆナンバよりも大きい第２Ｆナンバを有し、上記第１撮影レンズと同一の被写体の光束を結像させる第２撮影レンズと、上記第１撮影レンズにより結像される光束に基づく第１画像に対応する第１画像データを生成する第１撮像部と、上記第１画像データを記録する記録部と、上記第１画像データに基づき、上記第１画像を表示する第１表示部と、上記第２撮影レンズにより結像される光束に基づく第２画像に対応する第２画像データを生成する第２撮像部と、上記第２画像データに基づき、上記第２画像を表示する第２表示部と、上記第２画像データに基づいて上記被写体を追尾する追尾部と、上記追尾した被写体に焦点を合わせるように上記第１撮影レンズの焦点状態を調整する焦点調整部とを具備することを特徴とする。

本発明の撮像装置によれば、鮮明な画像を観察しながら精度良く追尾することが可能な撮像装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を示す図である。先ず撮影に関する装置各部の構成と動作を説明する。ここで、図１の撮像装置は、２系統の撮影レンズ系を介して被写体からの光束を受光可能に構成されている。

被写体で反射した光束は、フォーカスレンズ２によって集光される。そして、フォーカスレンズ２によって集光された光束は、フォーカスレンズ２の光軸を中心とする所定範囲の射出瞳からの光束を通過させる絞り３を通過した後、ハーフミラー４に入射する。ハーフミラー４に入射した光束の一部はハーフミラー４を透過してＣＣＤ５上に被写体像を結ぶ。また、ハーフミラー４に入射した光束の一部はハーフミラー４で反射して、コンデンサーレンズ２５に入射する。なお、絞り３は画像の記録時には所定の口径まで絞られ、画像記録前のスルー画（動画）表示時には開放されるものである。
以下の説明においては、図１において、フォーカスレンズ２と絞り３とで構成される撮影レンズ系を「第１撮影レンズ」という。

ＣＣＤ５は、被写体像を光電変換によって電気信号（画像信号）に変換し、撮像回路６に出力する。撮像回路６はＣＣＤ５からの画像信号に対して波形整形、増幅、色分離等のアナログ処理を施してアナログの画像信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器７は、撮像回路６から出力されるアナログの画像信号をデジタルの画像信号（画像データ）に変換する。メモリ８は、Ａ／Ｄ変換器７からの画像データ等の各種データを一時格納する。

画像の記録時には、撮像装置の外装に設けられる図示しないレリーズボタンの押圧を受けて、操作スイッチ（ＳＷ）２２に含まれるレリーズスイッチがオンされる。これを受けて、圧縮／伸張回路１１は、メモリ８に格納されている画像データを読み出し、圧縮／伸張回路１１に設けられる図示しない圧縮回路で圧縮した後、記録部としての記録用メモリ１２に記録する。

また、スルー画（動画）表示時には、ＣＣＤ５を所定のフレームレートに従って動作させて撮像を繰り返し行い、この繰り返し撮像によって得られる画像データがメモリ８に一旦格納される。その後、Ｄ／Ａ変換器９はメモリ８に格納された画像データをアナログの映像信号に変換する。そして、例えば、撮像装置の背面に設けられる液晶表示装置（ＬＣＤ）１０は、Ｄ／Ａ変換器９において逐次得られるアナログの映像信号を、スルー画像として再生する。

更に、画像の記録時には、撮像装置の外装に設けられる図示しない再生ボタンの押圧を受けて、操作スイッチ２２に含まれる再生スイッチがオンされる。これを受けて、圧縮／伸張回路１１は、記録用メモリ１２に圧縮されて記録されたデータを読み出して、圧縮／伸張回路１１に設けられる図示しない伸張回路で伸張した後、伸張して得られる画像データをメモリ８に一時格納する。その後、Ｄ／Ａ変換器９は、メモリ８に格納された画像データをアナログの映像信号に変換する。ＬＣＤ１０は、Ｄ／Ａ変換器９において得られたアナログの映像信号を再生する。

また、Ａ／Ｄ変換器７によってＡ／Ｄ変換されて得られた画像データは、オート露出処理回路（以下、「ＡＥ処理回路」という。）１３と、オートフォーカス処理回路（以下、「ＡＦ処理回路」という。）１４とにも入力される。

ＡＥ処理回路１３は、１フレーム（１画面）分の画像データの輝度値を算出する等して被写体の明るさに対応したＡＥ評価値を算出して、ＣＰＵ１５に出力する。

ＡＦ処理回路１４は、１フレーム（１画面）分の画像データの輝度成分における高周波成分をハイパスフィルタ等で抽出し、抽出した高周波成分を累積して累積加算値を算出する。そして、この累積加算値から高域側の輪郭成分などに対応したＡＦ評価値を算出し、ＣＰＵ１５に出力する。

タイミングジェネレータ（以下、「ＴＧ回路」という。）１６は、ＣＰＵ１５、撮像回路６、ＣＣＤドライバ１７にフレームレートに同期した所定のタイミング信号を出力する。ＣＰＵ１５は、ＴＧ回路１６からのタイミング信号に同期して各種の制御動作を行う。また、撮像回路６は、ＴＧ回路１６からのタイミング信号に同期して、上述した各種のアナログ処理を行う。更に、ＣＣＤドライバ１７は、ＴＧ回路１６からのタイミング信号に同期してＣＣＤ５を駆動する。

また、ＣＰＵ１５はＡＥ評価値を基に、オート露出制御を行う。即ち、ＣＰＵ１５は、ＣＰＵ１５は、ＡＥ処理回路１３からのＡＥ評価値に従って、撮影時のＣＣＤ５の露出量が適正となるように露出条件（絞り量とＣＣＤ５の露出時間）を決定する。そして、第１モータドライブ回路１８を制御して第１モータ２０を回転駆動し、絞り３の絞り量を適正な値に調整する。更に、ＣＰＵ１５はＡＦ評価値を基に、オートフォーカス処理を行う。即ち、ＣＰＵ１５は、ＡＦ評価値を評価しながら第２モータドライブ回路１９を介して第２モータ２１を制御してフォーカスレンズ２を駆動し、合焦状態に設定する。このような方式のＡＦ処理は「山登り方式」と呼ばれている。

また、ＣＰＵ１５には、例えば電気的に書換可能で、不揮発性の読み出し専用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ２３が接続されている。ＥＥＰＲＯＭ２３にはＣＰＵ１５によって実行される各種制御等のためのプログラム、各種の動作を行うのに使用されるデータ、ＣＣＤ５とＣＣＤ２８との結像位置の関係を知るための情報、ＣＣＤ５とＣＣＤ２８の撮像面の明るさを補正するための情報等が格納されている。そしてこれらの情報は、撮像装置１の電源がオンされた場合などにＣＰＵ１５によって読み出されて使用される。

また、ＣＰＵ１５は、電池２４の電圧を検出して、該電圧が所定の電圧以下になった事を検出した場合には、ＬＣＤ１０上に、電池２４の残量が少ない旨を示す表示や、電池の充電或いは交換などを促す表示を行う。

ここで、図１においてはＡＦ処理回路１４における画像データを利用した山登り方式のＡＦ処理とは別に、「位相差方式」のＡＦ処理を行うことも可能になされている。以下、この位相差方式のＡＦ処理に関する装置各部の構成と動作を説明する。

ハーフミラー４によって反射された光束は、コンデンサーレンズ２５によって集光される。コンデンサーレンズ２５を透過した光束は、絞りマスク２６を介して、再結像レンズ２７によりＣＣＤ２８の撮像面に結像する。

以下の説明においては、図１において、フォーカスレンズ２、絞り３、コンデンサーレンズ２５、絞りマスク２６、再結像レンズ２７で構成される撮影レンズ系を「第２撮影レンズ」という。

図２は、第２撮影レンズに含まれる絞りマスク２６の構成を示す図である。図２に示す絞りマスク２６は、光軸中心Ｏから偏移した位置に開口部２６ａが設けられており、フォーカスレンズ２の光軸中心Ｏから偏移した位置を中心とする所定範囲の射出瞳からの光束を再結像レンズ２７に通過させる。ここで、フォーカスレンズ２と、絞り３とで形成される第１撮影レンズのＦナンバ（レンズの焦点距離ｆの有効口径Ｄに対する比、即ちＦ＝ｆ／Ｄのことである。）は、フォーカスレンズ２、絞り３、コンデンサーレンズ２５、絞りマスク２６、再結像レンズ２７により形成される第２撮影レンズのＦナンバよりも小さくなるように設計しておく。これは、例えば絞りマスク２６の開口部２６ａの口径を調整することにより行う。このように設計しておくことにより、スルー画像の表示時に第２撮影レンズにより結像される画像は、第１撮影レンズにより結像される画像に比べて被写界深度の深い、即ち、より鮮明な画像となる。

ＣＣＤ２８は、被写体像を光電変換によって電気信号（画像信号）に変換し、撮像回路２９に出力する。撮像回路２９はＣＣＤ２８からの画像信号に対して波形整形、増幅等のアナログ処理を施してアナログの画像信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器３０は、撮像回路２９から出力されるアナログの画像信号をデジタルの画像信号（画像データ）に変換する。メモリ３１は、Ａ／Ｄ変換器３０からの画像データ等の各種データを一時格納する。

追尾処理回路３２は、撮影者の操作ＳＷ２２の操作により追尾の対象物が指定されたときに、この指定された対象物の動きベクトルを例えばＡ／Ｄ変換器３０からフレーム単位で出力される画像データの相関から求め、該求めた動きベクトルにより、撮影画面内を移動する対象物を追尾する。

Ｄ／Ａ変換器３３は、メモリ３１に格納された画像データを読み出してアナログの映像信号に変換する。ＬＣＤ３４は、例えば覗き式のファインダに設けられた表示部であり、Ｄ／Ａ変換器３３からの映像信号を再生して画像を表示する。これにより、覗き式のファインダ内でＬＣＤ３４の画像を観察する、所謂ＥＶＦ表示が可能である。

ＡＦ処理回路３５は、絞りマスク２６を通過した光束による被写体像の所定領域（焦点検出領域）の画像と、ＣＣＤ５に結像した焦点検出領域に対応する画像との間隔に基づいてピント位置からのずれ量であるデフォーカス量を演算する。

追尾／ＡＦ領域選択回路３６は、追尾又はＡＦの対象物を選択するための回路である。この対象物は、撮影者による操作ＳＷ２２の操作によって選択されるものであっても良いし、公知の視線検出装置を図１のカメラに搭載した場合には、撮影者の視線方向によって選択されるものであっても良い。

追尾／ＡＦ領域選択回路３６で選択された追尾又はＡＦの対象物に関する情報はＣＰＵ３８に送信される。ＣＰＵ３８は、この追尾又はＡＦの対象物に関する情報を視認可能なように追尾／ＡＦ領域表示用画像を生成し、この生成した追尾／ＡＦ領域表示用画像をメモリ３１に一旦格納する。Ｄ／Ａ変換器３３は、メモリ３１に格納された追尾／ＡＦ領域表示用画像をアナログの映像信号としてＬＣＤ３４に出力する。ＬＣＤ３４は、Ｄ／Ａ変換器３３において得られた映像信号に従って、ＣＣＤ２８を介して得られた画像に、追尾／ＡＦ領域をスーパーインポーズして表示する。図３は、ＬＣＤ３４に表示される追尾／ＡＦ領域を示したものである。

ここで、詳細は後述するが、追尾処理回路３２は、図３に示す画面の周辺部の領域１０１内では対象物の追尾のみを行う。また、画面の中央部を含み、画面全体よりも狭い所定範囲の領域（以下、「ＡＦ可能領域」という。）１０２内では、対象物の追尾と対象物に対するピント合わせ（ＡＦ）の両方を行う。なお、ＡＦ可能領域１０２の大きさは、画面全体よりも狭ければ特に制限されるものではないが、例えば、図３に示す、画面の対角線とＡＦ可能領域１０２の対角線が交わる点と画面の対角線の両端との長さの比（ａ：ｂ）が黄金分割比（約１.６：１）よりも十分に大きな値となるようにＡＦ可能領域１０２の大きさを選ぶと、位相差方式のＡＦのための構成を比較的簡単にできるとともにＡＦ領域としても十分な広さを確保できる。そこで、例えば、ＡＦ可能領域１０２は、画面中央部Ｏを中心としてほぼ画面と相似な領域であって、その大きさは画面全体に対する面積比が１０％以上、最大でも４０％以下となるように設定する。

以上のように画面の周辺部にＡＦを行わない領域１０１を設定しても、一般に対象物が画面周辺にあるときには鑑賞の対象となることが少ないので実用上問題ない。また、周辺部においても対象物の追尾を行っておくことにより、例えばＡＦの対象物が急に移動する等してＡＦ可能領域１０２から出てしまい、その後に再びＡＦ可能領域１０２内に入ってきた場合でも迅速なＡＦを行うことができる。このように、本実施形態によれば、対象物が画面周辺にあっても対象物を追尾でき、また対象物が画面中央部を含む所定範囲内に存在するときには追尾と精度の高いＡＦとが可能となるので、動きの早い被写体に対しても迅速に所望の画像を撮影することができる。

ＴＧ回路３７は、ＣＰＵ３８、撮像回路２９、ＣＣＤドライバ３９にフレームレートに同期した所定のタイミング信号を出力する。ＣＰＵ３８は、ＴＧ回路３７からのタイミング信号に同期して各種の制御動作を行う。また、撮像回路２９は、ＴＧ回路３７からのタイミング信号に同期して、各種のアナログ処理を行う。更に、ＣＣＤドライバ３９は、ＴＧ回路３７からのタイミング信号に同期してＣＣＤ２８を駆動する。

図４は、本発明の実施形態に係る焦点検出の基本原理を説明するための図である。なお、ここでは、説明を簡単にするために光軸上の被写体の結像状態をもとに説明する。

図４の（ａ）において、フォーカスレンズ２及び絞り３を通過し、ハーフミラー４で反射された被写体からの光束は１次結像面Ｏ１に結像する。ここで、図４の（ａ）のＰがＣＣＤ５の撮像面等価位置であるとすると、図４の（ａ）は、所謂前ピンの状態を示すことになる。Ｐの近傍にはコンデンサーレンズ２５が配置されている。コンデンサーレンズ２５を透過した光束は、絞りマスク２６の開口部を通過し再結像レンズ２７により２次結像面Ｏ２に再結像する。

図４の（ａ）において、２次結像面Ｏ２は、再結像レンズ２７により結像した像を受ける位置に配置されたＣＣＤ２８よりも前面に位置するので、Ｏ２に結像した像は、ＣＣＤ２８の撮像面上における第２撮影レンズの光軸上の位置（以下、光軸中心位置という。）より下側の位置にややぼけた像を結ぶ。一方、絞り３を通過し、ハーフミラー４を透過した光束はＣＣＤ５に導かれる。そして、同図に示すように、１次結像面Ｏ１を通過した光線は、ＣＣＤ５の撮像面（撮像面等価位置Ｐと光路長が等しい位置に配置されている）の光軸中心位置（ただし、第１撮影レンズの光軸上の位置）にぼけた像を結ぶ。

図４の（ｂ）は、１次結像面Ｏ１が撮像面等価位置Ｐに一致する場合を示したものである。即ち、フォーカスレンズ２によって結像される像のピントが合った状態である。このとき、２次結像面Ｏ２はＣＣＤ２８の撮像面に一致し、１次結像面Ｏ１を通過した光線は、ＣＣＤ２８の撮像面の光軸中心位置にピントのあった像を結ぶ。同様に、同図に示すように、１次結像面Ｏ１を通過した光線は、ＣＣＤ５の撮像面の光軸中心の位置にもピントのあった像を結ぶ。

図４の（ｃ）は図４の（ａ）の場合とは逆に、所謂後ピンの状態を示す。この場合、２次結像面Ｏ２はＣＣＤ２８の後面に位置する。したがって、２次結像面Ｏ２に結像した像はＣＣＤ２８の撮像面の光軸中心位置より上側の位置にややぼけた像を結ぶ。一方、同図に示すように、１次結像面Ｏ１を通過した光線は、ＣＣＤ５の撮像面の光軸中心位置にぼけた像を結ぶ。

以上説明したように、ＣＣＤ５に結ぶ像とＣＣＤ２８に結ぶ像の相対的な間隔は前ピンと後ピンでは逆方向になり、その間隔は１次結像面Ｏ１とＣＣＤ５との撮像面とのずれ量であるデフォーカス量にほぼ比例して変化する。

図５は、デフォーカス量を求める方法を説明する図である。絞りマスク２６を通過する主光線（絞りマスク２６の中心を通る光線）の光軸に対する傾きをα、デフォーカス量をｄ、再結像レンズ２７の倍率をβ、ＣＣＤ２８の撮像面と主光線の交差する位置の光軸中心位置からのずれ量をＺとすると、Ｚは式（１）で表わされる。
Ｚ＝β・ｄ・ｔａｎα…式（１）
一方、フォーカスレンズ２を通過した光線のうち、主光線に対応する光線はＣＣＤ５の撮像面の光軸中心位置に結像する。したがってデフォーカス量ｄは式（２）で表わされる。
ｄ＝Ｚ／（β・ｔａｎα）…式（２）
上述の形態では、被写体が光軸中心位置にある場合の焦点検出の原理について説明した。次に、図６に示すように焦点検出領域（被写体）が光軸中心位置外にある場合の焦点検出の原理について説明する。

この場合、図６の（ａ）に示すＣＣＤ５の撮像面上の焦点検出領域の光軸中心位置からのずれ量Ｚ１と、図６の（ｂ）に示すＣＣＤ２８の撮像面上の焦点検出領域の光軸中心位置からのずれ量Ｚ２を求める。そして、ずれ量Ｚ２を倍率βが掛かる前のＣＣＤ５の撮像面上のずれ量Ｌ２に換算すると、Ｌ２は式（３）で表わされる。
Ｌ２＝Ｚ２／β…式（３）
ここで、デフォーカス量ｄは、Ｌ２とＺ１の差であるΔＺ（＝Ｚ２／β−Ｚ１）に比例する。いまこの比例係数をＫとすると、デフォーカス量ｄは式（４）で表わされる。
ｄ＝Ｋ・ΔＺ＝Ｋ・（Ｚ２／β−Ｚ１） …式（４）
なお、焦点検出領域が光軸中心にあるときはＫ＝ｔａｎαとなるが、そうでない場合は、Ｋの値は像高により変化するので、像高に応じたＫの値を予めＥＥＰＲＯＭ２３に記憶しておき、このＥＥＰＲＯＭ２３に記憶されたＫの値を参照して正確なデフォーカス量ｄを求める。

図７は、本発明の一実施形態に係る撮像装置による撮影動作の流れを示すフローチャートである。ここで、図７の例の撮影動作においては、撮影者の所定の操作指示によって選択された対象物を追尾し、該追尾した対象物に対した位相差方式のオートフォーカスを行う撮影モード（仮に「追尾モード」とする。）を前提としている。しかしながら、追尾を行わない撮影モードと追尾モードとが選択可能であっても良い。

ステップＳ６００において、ＣＰＵ１５は、撮影モードが追尾モードであるか否かを判定している。撮影者が操作ＳＷ２２を操作して追尾モードを選択すると、ステップＳ６００において、ＣＰＵ１５は、追尾モードであると判定し、ステップＳ６０１において制御部としてのＣＰＵ３８に追尾のサブルーチンを実行させる。

図８は、図７のステップＳ６０１に示す追尾のサブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本追尾のサブルーチンでは、焦点検出のための演算の負荷を最小限にするための論理を設けている。本論理は、以下の考え方に基づいている。

被写体の移動速度が同じであるとすると、一般に、光軸方向に速い速度で移動する被写体は光軸に対して垂直な方向（つまり、撮像面上）の速度が相対的に遅く、光軸方向に遅い速度で移動する被写体は光軸に対して垂直な方向の速度が相対的に速くなる。したがって、光軸方向に速い速度で移動する被写体に対しては、焦点状態を検出する時間間隔を短くし、きめの細かい焦点調整を行う。これに対し、光軸に対して垂直な方向の速度は遅いので、相対的に追尾を行う時間間隔を長くしても確実に追尾することが可能である。逆に、光軸方向に遅い速度で移動する被写体に対しては、焦点状態を検出する時間間隔を長くしても精度の高い焦点調整を行うことが可能であるとともに、光軸に対して垂直な方向の移動速度は速いので、相対的に短い時間で追尾を行いながら精度の高い追尾を行うことが可能である。

図８のステップＳ７００においては、ＣＰＵ３８に内蔵されているタイマの設定時間Ｔに初期値Ｔ０を設定し、カウントを開始する。次に、ステップＳ７０１で追尾／ＡＦ領域を初期領域である画面内の中央位置に設定する。そして、ステップＳ７０２において撮影者による追尾開始操作入力を待つ。

撮影者が操作ＳＷ２２の所定のスイッチを操作して追尾開始を指示すると、ステップＳ７０２の判定において、ＣＰＵ３８は追尾開始であると判定し、ステップＳ７０３において、ＣＣＤ２８からの画像信号（第２画像信号）を利用して、被写体の追尾を行うための追尾演算を実行する。この追尾演算は、例えば本件出願人が特開平５−２９２３７７号公報で詳述しているような公知の動きベクトルを検出する方法により実現できる。

次に、ステップＳ７０４において、ＣＰＵ３８は、追尾演算結果に基づき、追尾が可能であるか否かを判定する。このステップＳ７０４の判定において、もし追尾が不能であるときに、ＣＰＵ３８は、ステップＳ７０５において、ＬＣＤ１０に追尾が不能である旨の表示を行う。その後、この追尾のサブルーチンからリターンする。また、ステップＳ７０４の判定において、追尾可能であるときに、ＣＰＵ３８は、ステップＳ７０６において、ＬＣＤ１０内の追尾被写体（対象物）の移動位置に、例えば図３で示すような追尾対象物を四角で囲む表示を、追尾／ＡＦ領域１０３としてスーパーインポーズする。

ステップＳ７０７において、ＣＰＵ３８は、追尾／ＡＦ領域１０３がＡＦ可能領域１０２内にあるか否かを判定する。ステップＳ７０７の判定において、追尾／ＡＦ領域１０３がＡＦ可能領域１０２内にない場合には再びステップＳ７０３の追尾演算以降の処理を繰り返す。

また、ステップＳ７０７の判定において、追尾／ＡＦ領域１０３がＡＦ可能領域１０２内にある場合には、ステップＳ７０８において、タイマのダウンカウントが終了して、設定した時間Ｔ０が経過したか否かを判定する。ステップＳ７０８の判定において、タイマカウントが終了していれば、焦点検出の周期が経過しているため、ＣＰＵ３８は、ステップＳ７０９において、ＡＦ処理回路３５に追尾被写体に対する焦点状態検出を行わせ、後述する図９のサブルーチンによりデフォーカス量Ｄ１を演算する。次に、ステップＳ７１０において、ＣＰＵ３８は、算出したデフォーカス量Ｄ１が所定の値αよりも小さいか否かを判定する。ステップＳ７１０の判定において、Ｄ１が所定の値αより小さいときは、追尾被写体は焦点位置から大きく外れていない。これは、上述した光軸方向の移動速度が相対的に遅い被写体の場合である。そこで、焦点検出のタイミングを調整するためにＣＰＵ３８は、ステップＳ７１１において、内蔵のタイマの設定時間Ｔを現在の時間値に所定時間Ｔ１を加算した値に設定する。

即ち、この場合は、焦点検出の時間間隔を長くすることにより、追尾演算を実行する頻度を増加することができる。つまり、追尾演算の時間間隔を短くできるのでよりきめが細かく、精度の高い追尾が可能である。

また、ステップＳ７１０の判定において、デフォーカス量Ｄ１が所定の値α以上のときは、ＣＰＵ３８は、ステップＳ７１２において、Ｄ１が所定の値β（β＞α）より大きいか否かを判定する。ステップＳ７１２の判定において、Ｄ１がβよりも大きいときは、上述した光軸方向の移動速度が相対的に速い被写体の場合である。そこで、ＣＰＵ３８は、デフォーカス検出の時間間隔を短くするために、ステップＳ７１３において、内蔵のタイマの設定時間Ｔを現在の時間値に所定時間Ｔ２を減算した値に設定する。即ち、所定時間内のデフォーカス量の変化が所定以上のときはデフォーカス量の検出の時間間隔を短くすることにより、よりきめ細かいデフォーカス量の検出が可能となる。

また、ステップＳ７１２の判定において、Ｄ１がβ以下のときは、デフォーカス量の検出の時間間隔は適当と判断してタイマの設定時間は変更しない。

ステップＳ７１４において、ＣＰＵ３８は、デフォーカス量Ｄ１をＣＰＵ１５に転送し、ＣＰＵ１５に対してフォーカスレンズ２を駆動するように割り込み指示を行う。この割り込み指示を受けたＣＰＵ１５は、デフォーカス量Ｄ１に基づいて第２モータドライブ回路１９を制御し、フォーカスレンズ２を駆動する。

次に、ＣＰＵ３８は、ステップＳ７１５において、追尾が終了したか否かを判定する。なお、この追尾が終了したか否かの判定は、例えば撮影者が操作ＳＷ２２の追尾終了スイッチを操作したか否かを判定することにより行う。ステップＳ７１５の判定において、追尾が終了していなければ、ステップＳ７０３に戻って追尾演算以降の処理を繰り返す。一方、ステップＳ７１５の判定において、追尾が終了した場合には、追尾のサブルーチンからリターンする。

上述したように、所定時間内のデフォーカス量の変化が所定値以下のときはデフォーカス量の検出時間間隔を長くし、デフォーカス量の変化が所定値以上のときはデフォーカス量の検出時間間隔を短くするので、必要最小限の時間間隔で、追尾被写体に対する焦点調整をすることができる。そして、それに伴って光軸に対して垂直な平面を移動する追尾被写体を精度良く追尾することが可能である。

ここで、図７の説明に戻る。ステップＳ６０２において、ＣＰＵ１５は、撮影者によるスルー画表示の選択指示がなされているか否かを判定する。撮影者が操作スイッチ２２から所定の操作を行ってスルー画表示を選択すると、ＣＰＵ１５は、ステップＳ６０３において、カメラの背面に設けられたＬＣＤ１０に、第１撮影レンズによりＣＣＤ５に結像される像に基づくスルー画像の表示を行う。また、ファインダ内に設けられたＬＣＤ３４に、第２撮影レンズによりＣＣＤ２８に結像される像に基づくスルー画像の表示を行う。ここで、第２撮影レンズは、第１撮影レンズに比べて被写界深度が深くなるように設計されている。このようにすることにより、より鮮明な画像を観察しながら追尾を行うことができる。例えば、撮影開始時に第１撮影レンズによりＣＣＤ５に結像されＬＣＤ１０に表示される対象物の画像が不鮮明であったとしても、ファインダ内のＬＣＤ３４には相対的に鮮明な画像が表示されている。したがって、撮影者は対象物を容易に捕らえることが可能である。また、鮮明な画像をもとに追尾演算（動きベクトルの演算）を行うので精度の高い追尾が可能である。

次に、ＣＰＵ１５は、ステップＳ６０４において、ＡＥ処理回路１３にＡＥ処理を実行させる。即ち、ＡＥ処理回路１３は、１フレーム（１画面）分の画像データの輝度値を算出する（例えば、画像データのＲ、Ｇ、Ｂ成分のそれぞれに所定の係数を掛けてからそれらを加算する）等して被写体の明るさに対応したＡＥ評価値を算出し、この算出したＡＥ評価値をＣＰＵ１５に出力する。これを受けてＣＰＵ１５は、撮影時におけるＣＣＤ５の露出量を適正な露出量とする絞り量及びＣＣＤの露出時間を算出する。その後に、ＣＰＵ１５は、ステップＳ６０５において、ＣＰＵ３８にデフォーカス量演算の実行を指示する。

図９は、図７のステップＳ６０５に示すデフォーカス量演算の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ９００において、ＣＰＵ１５及びＣＰＵ３８はそれぞれＣＣＤ５とＣＣＤ２８の露光を同時に行い、ＣＣＤ５からの第１画像データとＣＣＤ２８からの第２画像データとを同時に取得する。そして、ＣＰＵ１５はＣＣＤ５を介して取得した第１画像データをＣＰＵ３８に転送する。次に、ＣＰＵ３８は、ステップＳ９０１において、ＥＥＰＲＯＭ２３に格納されているＣＣＤ５とＣＣＤ２８との結像位置の関係を知るための情報、ＣＣＤ５とＣＣＤ２８の撮像面の明るさを補正するための情報等から、第１画像データにおける焦点検出領域と第２画像データにおける焦点検出領域（即ち、追尾／ＡＦ可能領域１０３）との間のずれ量を、例えば公知の相関演算法によって求める。ステップＳ９０２において、ＣＰＵ３８は、求めたずれ量に基づいて、図６（ａ）に示すＺ１及び図６（ｂ）に示すＺ２を求め、これら求めたＺ１及びＺ２から、上述の式（４）の演算を行い、デフォーカス量Ｄ１を求める。その後に、デフォーカス量演算のサブルーチンからリターンする。

ここで、ステップＳ９０１において、ずれ量を求める際には、ＣＣＤ５からの画像データとＣＣＤ２８からの画像データとが以下の（１）〜（４）の条件を満たしていることが好ましい。
条件（１）：単位画素の光電変換部に投影される被写体像の面上の面積および形状が同じであること
条件（２）：対応する第１画像データと第２画像データの輝度レベルが同じであること
条件（３）：画像のぼけが同じであること
条件（４）：画像の歪曲収差があっても基準となる画像（基準画像）と参照する画像（参照画像）とが正確に対応すること
これらの条件（１）〜（４）を満たすための具体的な手法については、本件出願人が特開２００５−１９５７９３号公報で詳述しているが、ここでは詳細な説明を省略する。

ここで、再び図７の説明に戻る。ステップＳ６０５において、デフォーカス量が演算されると、ステップＳ６０６において、ＣＰＵ３８は、演算したデフォーカス量をＣＰＵ１５に転送し、ＣＰＵ１５に対してフォーカスレンズ２を駆動するように割り込み指示を行う。この割り込み指示を受けたＣＰＵ１５は、第２モータドライブ回路１９を制御し、デフォーカス量が零になる位置にフォーカスレンズ２を駆動する。

ステップＳ６０７において、ＣＰＵ１５は、撮影者による操作ＳＷ２２によって１ｓｔレリーズ操作が行われたか否かを判定する。ステップＳ６０７の判定において、１ｓｔレリーズ操作が行われていなければ、再びステップＳ６００以降の処理を繰り返し行う。一方、ステップＳ６０７の判定において、１ｓｔレリーズ操作が行われていれば、ステップＳ６０８において、ＣＰＵ１５は、ＣＰＵ３８に追尾／ＡＦ領域選択回路１１０により選択された追尾／ＡＦ領域１０３の位置の読み込み指示を行う。

次に、ステップＳ６０９において、ＣＰＵ１５は、撮影者が操作ＳＷ２２を操作して動体予測モードを選択したか否かを判定する。ここで、動体予測モードとは、実際にＣＣＤ５に電荷を蓄積するタイミングでの追尾被写体（動体）に対するデフォーカス量を予測して求めてＡＦを行うモードのことをいう。ステップＳ６０９の判定において、動体予測モードが選択されているときは、ステップＳ６１０において、動体予測を実行する。そして、ステップＳ６１１で動体予測によって求められたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ２を駆動する。

図１０は、図７のステップＳ６１０の動体予測のサブルーチンの処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１００１において、ＣＰＵ３８は、図９に示すデフォーカス量演算のサブルーチンを実行し、デフォーカス量Ｄ１を演算する。次に、ステップＳ１００２において、ＣＰＵ３８は、デフォーカス量演算の時間間隔を設定するためのタイマ（上述した追尾の時間間隔を設定するためのタイマと兼用して良い）に所定の値Δｔを設定してカウントを開始する。その後、所定時間Δｔが経過したら、ステップＳ１００３において、図９に示すサブルーチンを実行し、Δｔ経過後のデフォーカス量Ｄ２を演算する。

次に、ステップＳ１００４において、ＣＰＵ３８は、デフォーカス量の時間変化（Ｄ２−Ｄ１）／Δｔを演算する。そして、ステップＳ１００５において、ＣＰＵ３８は、デフォーカス量Ｄ２を演算するための画像を取り込んでから、ＣＣＤ５で実際に露光（撮影）を開始するまでの時間ｔ１を予測する。次に、ステップＳ１００６において、ＣＰＵ３８は、ＣＣＤ５によって実際に露光を開始する時点におけるデフォーカス量の予測値Ｄ２＋ｔ１・（Ｄ２−Ｄ１）／Δｔを演算し、この演算したデフォーカス量の予測値をＣＰＵ１５に転送してリターンする。

ここで、再び図７の説明に戻る。ステップＳ６１１において動体予測に基づいてフォーカスレンズ２を駆動した後、若しくはステップＳ６０９において動体予測モードが選択されていない場合に、ステップＳ６１２において、ＣＰＵ１５は、１ｓｔレリーズ操作が解除されたか否かを判定する。ステップＳ６１２の判定において、１ｓｔレリーズ操作が解除されていればステップＳ６００に戻り、ステップＳ６００以降の動作を繰り返す。一方、ステップＳ６１２の判定において、１ｓｔレリーズ操作が解除されていなければ、ステップＳ６１３において、ＣＰＵ１５は、２ｎｄレリーズ操作が行われたか否かを判定する。ステップＳ６１３の判定において、２ｎｄレリーズ操作が行われていなければステップＳ６１２に戻る。また、ステップＳ６１３の判定において、２ｎｄレリーズ操作が行われていれば、次にステップＳ６１４において、ＣＰＵ１５は、絞り３をステップＳ６０４で算出された所定の値まで絞り込むように第１モータドライブ回路１８を制御し、ＣＣＤ５の露出時間を制御して撮影を行い、撮影により得られた画像データをメモリ８に記憶させる。次に、ステップＳ６１５において、メモリ８に記憶された画像データを、圧縮／伸張回路１１で圧縮したのち、記録用メモリ１２に記録する。

なお、図７のステップＳ６０６においては、被写体の焦点状態を検出する手段として位相差方式を採用し、デフォーカス量を被写体の焦点状態を表すものとしてフォーカスレンズ２の駆動を行ったが、公知の三角測距方式に基づき被写体距離を直接求め、求めた被写体距離に従ってフォーカスレンズ２を駆動するようにしても良い。

また、以上説明した実施形態において、フォーカスレンズ２と絞り３とで形成される第１撮影レンズによりＣＣＤ５に結像した画像（記録対象となる画像）を、カメラ背面に設けられたＬＣＤ１０に表示し、フォーカスレンズ２、絞り３、コンデンサーレンズ２５、絞りマスク２６、再結像レンズ２７により形成される第２撮影レンズによりＣＣＤ２８に結像した画像（追尾の対象となる画像）をファインダ内に設けられたＬＣＤ３４に表示させている。しかしながら、これに限らず、ＬＣＤ３４を廃止し、Ｄ／Ａ変換器９の出力信号とＤ／Ａ変換器３３の出力信号とを不図示の合成回路で合成（重ね合わせ処理）してからＬＣＤ１０に表示するようにしても良い。例えば、図１１に示すように、ＬＣＤ１０の表示画面全体に第１撮影レンズを介して得られた画像Ａを表示し、この画像Ａに第２撮影レンズを介して得られた画像を縮小した画像Ｂを合成して表示しても良い。

以上説明したように、本一実施形態において、第２撮影レンズは、第１撮影レンズに比べて被写界深度が深くなるように設計されている。このようにすることにより、鮮明な画像をもとに追尾演算（動きベクトルの演算）を行うので精度の高い追尾が可能である。

また、本一実施形態では、追尾モードの際の焦点調整を山登り方式ではなく、位相差方式によって行っている。山登り方式による焦点検出は、焦点検出に時間がかかりやすいため、特に移動する被写体に対して正確に焦点を合わせることが難しい。また、精度を確保するためには、比較的広い焦点検出領域を要するため、小さな対象物に精度良く焦点を合わせるのが困難である。したがって、画面の周辺部にある対象物を追尾するとともに、この対象物に高速且つ精度良く焦点を合わせるためには、位相差方式を含めた三角測距の原理に基づく焦点検出を行うことが好ましい。しかしながら、画面の周辺部まで含めた任意の領域まで三角測距の原理に基づく焦点検出が可能な装置を製作するのは大変難しい。仮に可能であったとしても装置が大掛かりになってしまう。

これに対し、本一実施形態では、焦点検出を行う範囲を追尾／ＡＦ領域内に限定し、その範囲内では位相差方式を利用して焦点検出を行うので、比較的簡易な構成で、移動する小さな被写体でも精度良く焦点を合わせることが可能である。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を示す図である。 第２撮影レンズに含まれる絞りマスク２６の構成を示す図である。 ＬＣＤ３４に表示される追尾／ＡＦ領域を示した図である。 本発明の一実施形態の焦点検出の基本原理を説明するための図である。 デフォーカス量を求める方法を説明する図である。 焦点検出領域が光軸中心位置外にある場合の焦点検出の原理について説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置による撮影動作の流れを示すフローチャートである。 図７のステップＳ６０１に示す追尾のサブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。 図７のステップＳ６０５に示すデフォーカス量演算の手順を示すフローチャートである。 図７のステップＳ６１０の動体予測のサブルーチンの処理を示すフローチャートである。 第１撮影レンズを介して得られる画像と第２撮影レンズを介して得られる画像を１つのＬＣＤ上に表示させる場合の例を示す図である。

符号の説明

１…撮像装置、２…フォーカスレンズ、３…絞り、４…ハーフミラー、５，２８…ＣＣＤ、６，２９…撮像回路、７，３０…Ａ／Ｄ変換器、８，３１…メモリ、９，３３…Ｄ／Ａ変換器、１０，３４…液晶表示装置（ＬＣＤ）、１１…圧縮／伸張回路、１２…記録用メモリ、１３…オート露出（ＡＥ）処理回路、１４，３５…オートフォーカス（ＡＦ）処理回路、１５，３８…ＣＰＵ、１６，３７…タイミングジェネレータ（ＴＧ回路）、１７，３９…ＣＣＤドライバ、１８…第１モータドライブ回路、１９…第２モータドライブ回路、２０…第１モータ、２１…第２モータ、２２…操作スイッチ（ＳＷ）、２３…ＥＥＰＲＯＭ、２４…電池、２５…コンデンサーレンズ、２６…絞りマスク、２７…再結像レンズ、３２…追尾処理回路、３６…追尾／ＡＦ領域選択回路

Claims (4)

1. 第１Ｆナンバを有し、被写体の光束を結像させる第１撮影レンズと、
   上記第１Ｆナンバよりも大きい第２Ｆナンバを有し、上記第１撮影レンズと同一の被写体の光束を結像させる第２撮影レンズと、
   上記第１撮影レンズにより結像される光束に基づく第１画像に対応する第１画像データを生成する第１撮像部と、
   上記第１画像データを記録する記録部と、
   上記第１画像データに基づき、上記第１画像を表示する第１表示部と、
   上記第２撮影レンズにより結像される光束に基づく第２画像に対応する第２画像データを生成する第２撮像部と、
   上記第２画像データに基づき、上記第２画像を表示する第２表示部と、
   上記第２画像データに基づいて上記被写体を追尾する追尾部と、
   上記追尾した被写体に焦点を合わせるように上記第１撮影レンズの焦点状態を調整する焦点調整部と、
   を具備することを特徴とする撮像装置。
2. 上記第２表示部は、上記第２画像を縮小した画像を上記第１画像に重ねて表示することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 上記第１画像と上記第２画像とを選択的に表示する表示部を具備することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 上記第１画像は上記第１撮影レンズの光軸を中心とする射出瞳を通過した光束に基づいて得られる画像であり、上記第２画像は上記第２撮影レンズの光軸から偏移した位置を中心とする射出瞳を通過した光束に基づいて得られる画像であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

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