JP2009294416A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ローコンスキャン動作において、焦点情報を取得可能なレンズ位置の特定に要する時間を短縮することが可能な技術を提供する。
【解決手段】撮像装置１Ａは、被写体像に関する撮影画像を取得する副撮像素子７と、撮影画像から、被写体の顔領域を検出する被写体検出部１２３と、顔領域の大きさに応じて、被写体までの撮影距離を算出する撮影距離算出部１２４と、合焦用レンズによる焦点調節状態に応じた焦点情報を取得する位相差ＡＦモジュール２０と、焦点情報の取得が不可能な場合に、合焦用レンズを移動させ、焦点情報の取得が可能なレンズ位置を特定する特定動作を実行させる位相差ＡＦ制御部１２１と、特定動作における合焦用レンズの移動方向を撮影距離に基づいて決定する制御情報取得部１２５とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、撮像装置における自動合焦（以下、「オートフォーカス」または「ＡＦ」とも称する）の技術に関する。

一眼レフレックスタイプのデジタルカメラ（以下では、「一眼レフカメラ」とも称する）では、ＡＦ手法として、一般に、位相差検出方式のＡＦ手法（以下、「位相差ＡＦ」とも称する）が採用されている。

例えば、特許文献１に記載の一眼レフカメラでは、撮影光学系を経た被写体光の一部がミラーを介して位相差ＡＦモジュール（以下、単にＡＦモジュールとも称する）に導かれる。そして、ＡＦモジュール内のセパレータレンズで２つの像が生成され、その像間隔をラインセンサで計測して焦点情報が取得され、当該焦点情報を用いてピントのズレ量が算出される。

このような位相差ＡＦでは、低輝度の被写体、またはコントラストの低い被写体を撮影すると、２つの像の比較が困難になり、焦点情報を取得できなくなる場合がある。

このような場合は、２つの像の比較動作（「スキャン動作」とも称する）を実行しつつ、焦点情報を取得可能なレンズ位置までフォーカスレンズを低速で移動させる動作（以下、「ローコンスキャン動作」と称する）が実行される。

特開２００７−３２２９８５号公報

しかし、ローコンスキャン動作では、フォーカスレンズの駆動可能な範囲を低速で徐々に移動させることになるので、焦点情報を取得可能なレンズ位置の特定に要する時間が長くなる可能性がある。

そこで、本発明は、ローコンスキャン動作において、焦点情報を取得可能なレンズ位置の特定に要する時間を短縮することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明は、撮像装置であって、被写体像に関する撮影画像を取得する撮像素子と、前記撮影画像から被写体の顔領域を検出する検出手段と、前記顔領域の大きさに応じて、前記被写体までの距離情報を算出する算出手段と、合焦用レンズによる焦点調節状態に応じた焦点情報を取得する取得手段と、前記取得手段による前記焦点情報の取得が不可能な場合に、前記合焦用レンズを移動させ、前記焦点情報の取得が可能なレンズ位置を特定する特定動作を実行させる動作制御手段と、前記特定動作における前記合焦用レンズの移動方向を、前記距離情報に基づいて決定する決定手段とを備える。

本発明によれば、焦点情報の取得が可能なレンズ位置を特定する特定動作において、焦点情報を取得可能なレンズ位置の特定に要する時間を短縮することが可能になる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

＜１．第１実施形態＞
＜構成＞
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの外観構成を示す図である。ここで、図１は、撮像装置１Ａの正面外観図であり、図２は、撮像装置１Ａの背面外観図である。この撮像装置１Ａは、レンズ交換式一眼レフレックスタイプのデジタルカメラとして構成されている。

図１に示すように、撮像装置１Ａは、撮像装置本体（カメラ本体部）２を備えている。このカメラ本体部２に対して、交換式の撮影レンズユニット（単に、「撮影レンズ」または「交換レンズ」とも称する）３が着脱可能である。

撮影レンズ３は、主として、鏡胴１０１、ならびに、鏡胴１０１の内部に設けられるレンズ群３７（図３参照）および絞り（不図示）等によって構成される。レンズ群３７には、光軸方向に移動することによって焦点位置を変更するフォーカスレンズ（「合焦用レンズ」または「ＡＦレンズ」とも称する）等が含まれている。

カメラ本体部２は、撮影レンズ３が装着される円環状のマウント部Ｍｔを正面略中央に備え、撮影レンズ３を着脱するための着脱ボタン８９を円環状のマウント部Ｍｔ付近に備えている。

また、カメラ本体部２は、その正面左上部にモード設定ダイアル８２を備え、その正面右上部に制御値設定ダイアル８６を備えている。モード設定ダイアル８２を操作することによって、カメラの各種モード（各種撮影モード（人物撮影モード、風景撮影モード、および連続撮影モード等）、撮影した画像を再生する再生モード、および外部機器との間でデータ交信を行う通信モード等を含む）の設定動作（切替動作）を行うことが可能である。また、制御値設定ダイアル８６を操作することによれば、各種撮影モードにおける制御値を設定することが可能である。

また、カメラ本体部２は、正面左端部にユーザが把持するためのグリップ部１４を備えている。グリップ部１４の上面には露光開始を指示するためのレリーズボタン（シャッターボタン）１１が設けられている。グリップ部１４の内部には電池収納室とカード収納室とが設けられている。電池収納室にはカメラの電源として、例えば４本の単３形乾電池が収納されており、カード収納室には撮影画像の画像データを記録するための記録媒体（ここでは、メモリカード９０（図５参照））が着脱可能に収納されるようになっている。

レリーズボタン１１は、半押し状態（Ｓ１状態）と全押し状態（Ｓ２状態）の２つの状態を検出可能な２段階検出ボタンである。レリーズボタン１１が半押しされＳ１状態になると、被写体に関する記録用静止画像（本撮影画像）を取得するための準備動作（例えば、ＡＦ制御動作およびＡＥ制御動作等）が行われる。また、レリーズボタン１１がさらに押し込まれてＳ２状態になると、当該本撮影画像の撮影動作（撮像素子（「主撮像素子」とも称する）５（後述）を用いて被写体像に関する露光動作を行い、その露光動作によって得られた画像信号に所定の画像処理を施す一連の本撮影動作）が行われる。

図２において、カメラ本体部２の背面の略中央には、表示部としてモニタ１２が設けられている。モニタ１２は、例えばカラー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）として構成される。モニタ１２は、撮影条件等を設定するためのメニュー画面を表示したり、再生モードにおいてメモリカード９０に記録された撮影画像を再生表示したりすることができる。

カメラ本体部２の背面略中央上部には、ファインダ窓１０が設けられている。ファインダ窓１０には、撮影レンズ３からの被写体像が導かれ、ユーザは、ファインダ窓１０を覗くことによって、主撮像素子５によって取得される被写体像と等価な像を視認することができる。具体的には、撮影光学系に入射された被写体像は、ミラー機構６(図３参照)で上方に反射され、接眼レンズ６７を介して視認される。このように、ユーザは、ファインダ窓１０を覗くことによって構図決めを行うことが可能である。なお、レリーズボタン１１のＳ２状態の検出によって本撮影動作が開始されると、ミラー機構６は被写体像を形成する光（被写体光）の光路から待避し、撮影レンズ３からの光（被写体像を形成する光）が主撮像素子５に到達し、被写体に係る撮影画像（画像データ）が得られる。

ファインダ窓１０の下部には、接眼検知センサ１３が設けられている。接眼検知センサ１３は、近接物体の有無を検知するセンサであり、ユーザによる光学ファインダ使用の有無を検知する。

モニタ１２の左上部にはメインスイッチ８１が設けられている。メインスイッチ８１は、２点のスライドスイッチからなり、接点を左方の「ＯＦＦ」位置に設定すると、撮像装置１Ａの電源がオフになり、接点を右方の「ＯＮ」位置に設定すると、撮像装置１Ａの電源がオンになる。

モニタ１２の右側には方向選択キー８４と表示切替スイッチ９とが設けられている。方向選択キー８４は、円形の操作ボタンを有し、この操作ボタンにおける上下左右の４方向の押圧操作と、右上、左上、右下および左下の４方向の押圧操作とが、それぞれ検出されるようになっている。なお、方向選択キー８４は、上記８方向の押圧操作とは別に、中央部のプッシュボタンの押圧操作も検出されるようになっている。

表示切替スイッチ９は、３点のスライドスイッチからなる。表示切替スイッチ９の接点が上段の「光学」位置に設定されると光学ビューファインダモード（「ＯＶＦモード」とも称する）が選択され、光学ファインダ視野内に被写体像が表示される。これにより、ユーザは、ファインダ窓１０を介して光学ファインダ視野内の被写体像を視認して、構図決め操作（「フレーミング」とも称する）を行うことが可能になる。

また、表示切替スイッチ９の接点が下段の「液晶」位置に設定されると電子ビューファインダモード（「ＥＶＦモード」とも称する）が選択され、モニタ１２において被写体像に係るライブビュー画像が動画的態様にて表示（ライブビュー表示）される。これにより、ユーザは、モニタ１２に表示されるライブビュー画像を視認することによって、フレーミングを行うことが可能になる。

また、表示切替スイッチ９の接点が中段の「自動」位置に設定されると、ファインダ窓１０への接眼の有無に応じて、光学ファインダ視野内の表示（「ＯＶＦ表示」とも称する）とライブビュー表示とが自動的に切り替えられる。これにより、ユーザは、撮像装置１Ａの使用態様に応じて、光学ファインダ視野内の表示、或いはライブビュー表示のいずれかを視認して、フレーミングを行うことが可能となる。

モニタ１２の左側には、メニュー画面の設定、画像の削除などを行うための複数のボタンからなる設定ボタン群８３が設けられている。

次に、撮像装置１Ａの内部構成について説明する。図３および図４は、第１実施形態に係る撮像装置１Ａの縦断面図である。

図３に示すように、撮像装置１Ａの内部には、ファインダ部（「ファインダ光学系」とも称する）１０２、ミラー機構６、位相差ＡＦモジュール（以下、単にＡＦモジュールとも称する）２０、シャッタ４、主撮像素子５、および副撮像素子７などが備えられている。

主撮像素子（ここではＣＣＤセンサ（単にＣＣＤとも称する））５は、撮影レンズ３が備えているレンズ群３７の光軸Ｌ上において、光軸Ｌに対して垂直な平面内に配置される。主撮像素子５は、その撮像面で受光された被写体像を光電変換作用により電気的信号に変換して、本撮影画像に係る画像信号を生成する。

主撮像素子５の直前には、シャッタ４が配置されている。このシャッタ４は、上下方向に移動する幕体を備え、光軸Ｌに沿って主撮像素子５に導かれる被写体光の光路開口動作および光路遮断動作を行うメカニカルフォーカルプレーンシャッタである。

また、図３に示されるように、撮影レンズ３から主撮像素子５に至る光路（「撮影光路」とも称する）上には、ミラー機構６が設けられている。

ミラー機構６は、撮影光学系からの光を上方に向けて反射する主ミラー６１（主反射面）を有している。この主ミラー６１は、例えばその一部または全部がハーフミラーとして構成され、撮影光学系からの光の一部を透過させる。また、ミラー機構６は、主ミラー６１を透過した光を下方に反射させるサブミラー６２（副反射面）をも有している。

また、ミラー機構６は、所謂クイックリターンミラーとして構成されており、ミラーダウン状態とミラーアップ状態との間で姿勢を切り替えることが可能である。

具体的には、撮影モードにおいてレリーズボタン１１が全押し状態Ｓ２にされるまで、換言すれば構図決めの際には、ミラー機構６はミラーダウン状態となるように配置される（図３参照）。そして、ミラーダウン状態では、撮影レンズ３からの被写体光は、主ミラー６１で上方に反射され観察用光束としてファインダ部（「ファインダ光学系」とも称する）１０２に入射する。

また、被写体光の一部は、主ミラー６１を透過し、サブミラー６２によって下方に反射され、ＡＦモジュール２０へと導かれる。

ＡＦモジュール２０は、セパレータレンズおよびラインセンサ（焦点検出センサ）等を有し、フォーカスレンズによる焦点調節状態に応じた焦点調節に関する情報（「焦点調節情報」、「焦点情報」または「測距情報」とも称する）を取得する所謂ＡＦセンサとして機能する。

具体的には、ＡＦモジュール２０は、撮影領域に設定された測距エリア（「フォーカスエリア」または「ＡＦエリア」とも称する）における被写体からの光をセパレータレンズで分離して２つの像を生成する。そして、ＡＦモジュール２０は、当該２つの像をラインセンサで受光し、その像間隔に応じた位相差検出信号を焦点情報として出力する位相差検出機能を有している。すなわち、撮影待機時におけるミラーダウン状態においては、ＡＦモジュール２０に導かれる被写体光に基づいて、ＡＦモジュール２０から焦点情報が出力される。

このようにＡＦモジュール２０は、撮影領域の所定位置に固定的に設定されたＡＦエリアから、焦点情報を取得する焦点情報取得手段として機能する。

一方、レリーズボタン１１が全押し状態Ｓ２にされると、ミラー機構６はミラーアップ状態（図４参照）となるように駆動され、露光動作が開始される。

具体的には、図４に示すように、露光時には、ミラー機構６は、回転軸６３を支点として上方に向けて跳ね上がり、撮影光路から待避する。詳細には、撮影光学系からの光を遮らないように主ミラー６１とサブミラー６２とが上方に待避し、撮影レンズ３からの光がシャッタ４の開放タイミングに合わせて主撮像素子５に到達する。主撮像素子５は、光電変換によって、受光した光束に基づいて被写体像に関する画像信号を生成する。このように、被写体からの光が撮影レンズ３を介して主撮像素子５に導かれることによって、被写体に係る撮影画像（撮影画像データ）が得られる。

＜機能ブロック＞
次に、撮像装置１Ａの機能の概要について説明する。図５は、第１実施形態に係る撮像装置１Ａの機能構成を示すブロック図である。

図５に示されるように、撮像装置１Ａは、位相差ＡＦモジュール２０、操作部８０、全体制御部１００、ミラー機構６、シャッタ４、主撮像素子５、Ａ／Ｄ変換回路５２、デジタル信号処理回路５０、および画像メモリ５６等を備える。

操作部８０は、レリーズボタン１１（図１参照）を含む各種ボタンおよびスイッチ等を備えて構成される。操作部８０に対するユーザの入力操作に応答して、全体制御部１００が各種動作を実現する。

主撮像素子５は、タイミング制御回路（不図示）から入力される駆動制御信号（蓄積開始信号および蓄積終了信号）に応答して、受光面（撮像面）に結像された被写体像の露光（光電変換による電荷蓄積）を行い、当該被写体像に係る画像信号を生成する。

主撮像素子５で取得された画像信号（アナログ信号）は、Ａ／Ｄ変換回路５２によってデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された画像信号は、デジタル信号処理回路５０に入力される。

デジタル信号処理回路５０は、Ａ／Ｄ変換回路５２から入力される画像信号に対してデジタル信号処理を施す。具体的には、黒レベル補正処理、ホワイトバランス（ＷＢ）処理、γ補正処理等の信号処理を行う。当該信号処理後の画像信号（画像データ）は、画像メモリ５６に格納される。

画像メモリ５６は、生成された画像データを一時的に記憶するための、高速アクセス可能なメモリであり、複数フレーム分の画像データを記憶可能な容量を有している。

本撮影時には、画像メモリ５６に一時記憶される画像データは、全体制御部１００において適宜画像処理（圧縮処理等）が施された後、メモリカード９０に記憶される。

副撮像素子７は、基本的には主撮像素子５と同様の機能を有し、いわゆるライブビュー画像取得用（電子ファインダ用）の撮像素子（補助撮像素子）としての役割を果たす。具体的には、副撮像素子７は、ファインダ光学系に導かれた被写体像の露光を行い、ライブビュー表示用の画像に関する画像信号を取得する。なお、副撮像素子７は、ライブビュー用の画像信号を生成するための解像度を有していればよく、通常、主撮像素子５よりも少ない数の画素で構成される。

副撮像素子７によって取得された画像データは、Ａ／Ｄ変換回路５２およびデジタル信号処理回路５０において所定の処理が実行され画像メモリ５６に一旦記憶された後、モニタ１２に表示される。

全体制御部１００は、マイクロコンピュータとして構成され、主にＣＰＵ，ＲＡＭ１２０Ａ、およびＲＯＭ１２０Ｂ等を備える。全体制御部１００は、ＲＯＭ１２０Ｂ内に格納されたプログラムを読み出し、当該プログラムをＣＰＵで実行することによって、各種機能を実現する。

全体制御部１００は、上述のプログラムの実行によって、位相差ＡＦ制御部１２１、駆動制御部１２２、被写体検出部１２３、撮影距離算出部１２４、制御情報取得部１２５、および表示制御部１２６等を機能的に実現する。

なお、撮影距離算出部１２４および制御情報取得部１２５によって実現される各機能は、ＥＶＦモードにおいてローコンスキャン動作（後述）が実行される際に用いられる。

位相差ＡＦ制御部１２１は、位相差検出方式による自動合焦（ＡＦ）動作（位相差ＡＦ）を行う。具体的には、位相差ＡＦ制御部１２１は、ＡＦモジュール２０から出力される焦点情報に基づいて、合焦時のフォーカスレンズの位置（レンズ合焦位置）を特定するレンズ合焦位置特定動作を行う。

また、位相差ＡＦ制御部１２１は、焦点情報の取得が困難なときに、ローコンスキャン動作を実行させる動作制御手段として機能する。

具体的には、低輝度の被写体、またはコントラストの低い被写体が撮影対象となった場合は、２つの像に関するラインセンサの出力が小さくなるので、２つの像を比較して行う像間隔の計測が困難になる。このように、像間隔の計測が困難になり焦点情報が取得できない場合は、ＡＦモジュール２０は、焦点情報の取得が困難である旨の不可信号を出力する。位相差ＡＦ制御部１２１は、不可信号を受けると、フォーカスレンズを低速で移動させつつ、２つの像の比較動作（スキャン動作）を実行し、焦点情報を取得可能なレンズ位置を特定する動作（ローコンスキャン動作）を実行させる。

駆動制御部１２２は、位相差ＡＦ制御部１２１からの制御信号に応じてフォーカスレンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動動作を実行させる。

具体的には、駆動制御部１２２は、位相差ＡＦ制御部１２１からの制御信号に応じて、撮影レンズ３内のレンズ側制御部３１を動作させる。レンズ側制御部３１は、駆動制御部１２２からの指令に応じてレンズ駆動部３８を駆動させ、撮影レンズ３のレンズ群３７に含まれるフォーカスレンズを光軸方向に移動させる。また、フォーカスレンズの位置（単に「レンズ位置」とも称する）は、撮影レンズ３のレンズ位置検出部３９によって検出され、フォーカスレンズの位置を示すデータがレンズ側制御部３１からカメラ本体部２の全体制御部１００に送られる。

また、駆動制御部１２２は、ローコンスキャン動作において、制御情報取得部１２５からの駆動情報を受けて、ローコンスキャン動作の際のフォーカスレンズの駆動動作を制御する。

被写体検出部１２３は、副撮像素子７によって取得された撮影画像（補助画像）から、特定被写体を検出する被写体検出動作を行う。ここでは、人物の顔（「顔領域」とも称する）を特定被写体とし、顔領域を補助画像から検出する顔検出動作が実行される。

顔領域の検出手法としては、例えば、補助画像における各画素の画素値に基づいて、画像の肌色部分を抽出し、この肌色部分の面積が予め設定された閾値以上であった場合に、その肌色部分を含む領域を顔領域として検出する手法を採用してもよい。或いは、周知のパターン認識技術を用いて、目や口などの顔の特定部分を抽出することで、顔領域を検出する手法を採用してもよい。

顔検出動作は、副撮像素子７によって順次に取得される補助画像のうち、数フレームおきの補助画像を用いて実行される。顔領域が検出されると、顔位置表示がライブビュー画像において行われる。また、補助画像から検出された顔領域は、ＡＦ動作に用いられる。

撮影距離算出部１２４は、ローコンスキャン動作において機能し、検出された顔領域の大きさに基づいて、撮像装置１Ａから被写体までの距離（「撮影距離」とも称する）に関する情報（距離情報）を取得する。

制御情報取得部１２５は、ローコンスキャン動作において機能し、距離情報に基づいてフォーカスレンズの駆動に関する情報（「駆動制御情報」または「駆動情報」とも称する）を取得する。

ここでは、距離情報に基づいて、合焦状態を実現できるレンズ位置（レンズ合焦位置）が推定され、推定レンズ位置（「推定合焦位置」とも称する）が取得される。そして、推定レンズ位置と現在のフォーカスレンズＦＬのレンズ位置（「現レンズ位置」とも称する）とに基づいてフォーカスレンズＦＬの移動方向（駆動方向）が決定される。このように、本実施形態では、制御情報取得部１２５は、フォーカスレンズＦＬの駆動方向決定手段として機能し、決定された駆動方向が駆動情報として駆動制御部１２２に伝達される。

表示制御部１２６は、モニタ１２などの表示部における表示内容を制御する。例えば、表示制御部１２６は、副撮像素子７によって連続的に取得される撮影画像に基づいて、モニタ１２に連続的な画像を表示させる。

＜構図決め動作（フレーミング動作）について＞
次に、撮像装置１Ａにおける構図決め動作について説明する。上述のように、撮像装置１Ａでは、ユーザは、表示切替スイッチ９のスライド操作によって、ＯＶＦモードで光学ファインダを利用して構図決めを行うか、ＥＶＦモードで電子ファインダを利用して構図決めを行うかを選択することができる。図６は、ＥＶＦモードにおける撮像装置１Ａの縦断面図である。

構図決めの際には、ミラー機構６はミラーダウン状態となるように配置される（図３および図６参照）。上述のように、ミラーダウン状態では、撮影レンズ３からの被写体像は、主ミラー６１で上方に反射され観察用光束としてファインダ部１０２に導かれる。

ファインダ部１０２は、ペンタミラー６５、接眼レンズ６７、アイピースシャッター６８、ファインダ窓１０、測光素子６６、結像レンズ６９、および副撮像素子７等を備えている。

ペンタミラー６５は、複数のミラー（反射面）を有しており、反射によって被写体像の天地左右を入れ替えて正立像にする機能および被写体光の光路を変更する機能を有している。

具体的には、ペンタミラー６５は、三角屋根状に形成された２面のミラー（ダハミラー）６５ａ，６５ｂと、当該ダハミラー（ダハ面）６５ａ，６５ｂに対して固定された面６５ｃと、光路変更ミラー（反射面）６５ｅとを有している。

ダハミラー６５ａ，６５ｂは、プラスチック成型により一体部品６５ｄとして形成され、被写体光を２回反射させることによって被写体像の姿勢を反転させる機能を有している。光路変更ミラー６５ｅは、光学ファインダおよび電子ファインダのいずれを採用して構図決めを行うかに応じて、被写体光の光路を変更する機能を有している。

接眼レンズ６７は、ペンタミラー６５等により正立像にされた被写体像をファインダ窓１０の外側に導く機能を有している。

アイピースシャッター６８は、接眼レンズ６７とファインダ窓１０との間に設けられ、ファインダ窓１０から撮像装置１Ａ内に進入する外光を遮断する遮光状態と、ファインダ窓１０からの外光を遮らない非遮光状態との間で状態切替が可能な遮光（シャッター）手段として機能する。例えば、ＥＶＦモードでは、アイピースシャッター６８は遮光状態となり、ＯＶＦモードでは、非遮光状態となる。

測光素子６６は、ファインダ部１０２に入射された観察用光束の一部を受光し、被写体の明るさ、すなわち被写体の輝度（「被写体輝度」とも称する）に関する測光信号（測光値）を生成（出力）する。

測光素子６６では、受光部が複数のエリア（「測光領域」または「測光エリア」とも称する）に分割されており、各測光エリアについて個別に測光値が得られるようになっている。

以下では、光学ファインダを用いたフレーミング動作および電子ファインダを用いたフレーミング動作それぞれについて詳述する。

まず、光学ファインダを用いたフレーミング動作について説明する。

図３に示すように、ＯＶＦモードでは、ミラー機構６が、撮影レンズ３からの被写体像の光路上に配置され、被写体像が主ミラー６１とペンタミラー６５と接眼レンズ６７とを順に介してファインダ窓１０へと導かれる。

より詳細には、撮影レンズ３を通過した被写体光は、主ミラー６１で上方に反射され、焦点板６４に結像する。焦点板６４に結像した被写体光は、当該焦点板６４を通過し、ペンタミラー６５で進路変更された後に、接眼レンズ６７を通ってファインダ窓１０へ向かう（図３の光路ＰＡ参照）。このように光路ＰＡに沿って、ファインダ窓１０に導かれた被写体像は、ユーザ（観察者）の眼へ到達して視認される。

このようにＯＶＦモードでは、ユーザは、ファインダ窓１０を覗くことによって、ファインダ視野内に表示された被写体像を視認し、構図決めを行うことができる。

次に、電子ファインダを用いたフレーミング動作について説明する。

図６に示すように、ＥＶＦモードでは、ミラー機構６は、撮影レンズ３からの被写体像の光路上に配置される。そして、撮影レンズ３を通過した被写体光は、主ミラー６１で上方に反射され、焦点板６４に結像する。焦点板６４に結像した被写体光は、焦点板６４を通過し、ペンタミラー６５で進路変更された後に、結像レンズ６９（結像光学系）を介して副撮像素子７の撮像面上で再結像する（図６の光路ＰＢ参照）。

このようにＥＶＦモードでは、被写体像は、ＯＶＦモードにおける光路ＰＡとは異なる光路ＰＢに沿って副撮像素子７に導かれる。

このようなファインダ部１０２における光路変更は、光路変更ミラー６５ｅの角度（カメラ本体部２に対する設置角度）をファインダモードに応じて変更することによって実現される。

具体的には、光路変更ミラー６５ｅは、表示切替スイッチ９のスライド動作に連動して、軸ＡＸ１を中心に回転可能に構成され、ＥＶＦモード（図６参照）では、ＯＶＦモード（図３参照）に比べて軸ＡＸ１を中心に矢印ＹＶの向きに所定角度ＡＮ回動される。

このように、ＥＶＦモードでは、光路変更ミラー６５ｅの姿勢を変更することによって、ファインダ部１０２内の被写体光の光路が変更される。これにより、被写体光は、結像レンズ６９を通過して副撮像素子７に到達する。

上述のように、副撮像素子７は、光路ＰＢに沿って到達した被写体光を受光し、被写体像に係る撮影画像を微小時間間隔（例えば、１／６０秒）で順次に取得する。取得された時系列の撮影画像は、モニタ１２に動画的態様にて順次に表示（ライブビュー表示）される。

これによって、ユーザは、モニタ１２に表示される動画像（ライブビュー画像）を視認して構図決めを行うことが可能になる。

なお、結像レンズ６９、副撮像素子７および測光素子６６は、ＯＶＦモードにおいて光路変更ミラー６５ｅから接眼レンズ６７へと進行する光束を遮らない位置（ここでは、接眼レンズ６７の上方位置）に配置されている。

このように、撮像装置１Ａでは、ファインダ部１０２の光路変更ミラー６５ｅの姿勢を変更することによって被写体光の光路が変更され、ＯＶＦモードとＥＶＦモードとが切り換えられる。

＜撮影動作＞
次に、撮像装置１Ａの撮影動作について説明する。図７は、撮像装置１Ａの撮影動作を示すフローチャートである。

図７に示されるように、ステップＳＰ１１では、レリーズボタン１１の押し込み状態に基づいてＡＦ開始判定が行われる。具体的には、レリーズボタン１１の半押し状態（Ｓ１状態）が検出されると、ステップＳＰ１２へと移行し、レリーズボタン１１の半押し状態（Ｓ１状態）が検出されない場合は、半押し状態が検出されるまで、待ち状態となる。

ステップＳＰ１２では、ＡＦモジュール２０によって取得された焦点情報に基づいて位相差ＡＦによる焦点調節が実行される。詳細は、後述する。

次のステップＳＰ１３では、レリーズボタン１１の押し込み状態に基づいて撮影開始判定が行われる。具体的には、レリーズボタン１１の全押し状態（Ｓ２状態）が検出されなければステップＳＰ１４に移行する。

ステップＳＰ１４では、レリーズボタン１１の半押し状態が継続されているか否かが判定され、半押し状態が継続されていればステップＳＰ１３へ移行し、全押し状態が検出されるまでステップＳＰ１３およびステップＳＰ１４の処理が繰り返し実行される。一方、半押し状態が解除されていればステップＳＰ１１へ移行する。

また、ステップＳＰ１３において、レリーズボタン１１の全押し状態（Ｓ２状態）が検出されると、ステップＳＰ１５に移行する。

ステップＳＰ１５では、露光動作が実行される。具体的には、全ての被写体像が主撮像素子５に導かれるミラーアップ状態となり、主撮像素子５による露光が開始される。

ステップＳＰ１６では、主撮像素子５により取得された本撮影画像がメモリカード９０に記録される。

このように、撮像装置１Ａでは、位相差ＡＦによる焦点調節が実行された後、露光によって撮影画像が取得される。

ここで、ステップＳＰ１２で実行される位相差ＡＦについて詳述する。図８は、位相差ＡＦのフローチャートである。図９は、被写界における顔ＨＦと副撮像素子７の撮像面ＧＰに結像された顔領域ＲＦとの関係を二次元で表す図である。

レリーズボタン１１の半押し状態が検出されると（ステップＳＰ１１）、図８に示す各工程からなる位相差ＡＦが開始される。

具体的には、ステップＳＰ２１では、ＡＦモジュール２０において焦点情報が取得され、全体制御部１００へ出力される。

ステップＳＰ２２では、位相差ＡＦ制御部１２１において、ＡＦモジュール２０によって焦点情報が、取得されたか否かが判断される。

ＡＦモジュール２０によって焦点情報が取得された場合は、ステップＳＰ２９に移行し、当該焦点情報を用いた通常のレンズ合焦位置特定動作が実行される。一方、ＡＦモジュール２０によって焦点情報が取得されず、ＡＦモジュール２０から不可信号が出力された場合は、ステップＳＰ２３に移行する。

ステップＳＰ２３では、ＥＶＦモードが選択されているか否かが判断される。ＥＶＦモードが選択されていない場合（ＯＶＦモードが選択されている場合）は、ステップＳＰ２８に移行し、通常のローコンスキャン動作（後述）が実行される。一方、ＥＶＦモードが選択されている場合は、ステップＳＰ２４に移行する。

ステップＳＰ２４では、被写体検出部１２３において顔検出動作が実行され、補助画像から顔領域ＲＦが検出される。

ステップＳＰ２５では、補助画像から顔領域ＲＦが検出されたか否かが判定され、顔領域ＲＦが検出されなかった場合は、ステップＳＰ２８に移行し、通常のローコンスキャン動作が実行される。一方、顔領域が検出された場合は、ステップＳＰ２６に移行する。

ステップＳＰ２６では、撮影距離算出部１２４において撮影距離が算出される。撮影距離の算出は、顔検出結果に基づいて特定された、補助画像における顔領域ＲＦの大きさと、人間の顔ＨＦの実際の大きさと、焦点距離とを用いて行われる。

具体的には、レンズ群３７に含まれる各レンズと結像レンズ６９とを合成した換算レンズＫＬを想定すると、被写界における顔ＨＦと副撮像素子７の撮像面ＧＰに結像された顔領域ＲＦとの関係は、図９のようになる。ここで、被写界における顔ＨＦの大きさ「ＦＢ」および焦点距離「ＤＡ」は既知であるから、顔検出結果に基づいて顔領域ＲＦの大きさ「ＦＡ」を特定することができれば、相似関係を利用して撮影距離「ＤＢ」を算出することが可能になる。

より詳細には、撮影距離「ＤＢ」は、焦点距離「ＤＡ」、補助画像における顔領域ＲＦの大きさ「ＦＡ」および被写界における顔ＨＦの大きさ「ＦＢ」を用いて、式（１）のように表される。

なお、被写界における顔ＨＦの大きさ「ＦＢ」は、被写体人物が大人であるか子供であるかに応じて変更してもよく、大人または子供の一般的な顔の大きさが設定される。例えば、大人であれば顔ＨＦの大きさは、「２０センチ」に設定され、子供であれば顔ＨＦの大きさは、「１５センチ」に設定される。なお、被写体人物が大人であるか子供であるかの判断は、例えば、ユーザによるメニュー画面を用いた操作（メニュー操作）等によって行えばよい。

また、補助画像における顔領域ＲＦの大きさ「ＦＡ」は、検出された顔領域に含まれる画素を用いて算出される。例えば、顔領域ＲＦにおいて補助画像の縦方向（または横方向）に連続して存在する画素の数を画素列毎（または画素行毎）に算出し、画素の最も多い画素列（画素行）の長さを顔領域ＲＦの大きさ「ＦＡ」としてもよい。

このように算出される撮影距離は、正確には、換算レンズＫＬから被写界における主被写体までの距離となるが、換算レンズＫＬは、撮像装置１Ａに備えられているものであるから、当該撮影距離は、撮像装置１Ａから主被写体までの距離とも表現される。

次のステップＳＰ２７では、制御情報取得部１２５において、現在のフォーカスレンズＦＬのレンズ位置（現レンズ位置）と撮影距離とに基づいて、フォーカスレンズＦＬの移動方向が決定される。具体的には、フォーカスレンズＦＬの駆動の様子を示す図１０および図１１を用いて説明する。

図１０および図１１に示されるように、フォーカスレンズＦＬには、合焦動作において光軸方向に駆動可能な範囲（「駆動可能範囲」とも称する）ＫＨが存在する。

駆動可能範囲ＫＨにおいて合焦状態を実現するレンズ位置（「レンズ合焦位置」とも称する）は、撮影光学系のレンズ群３７から被写体までの距離に対応している。このため、レンズ群３７から被写体までの距離を用いて、駆動可能範囲ＫＨにおけるレンズ合焦位置を推定することができる。なお、ここでは、駆動可能範囲ＫＨにおいて、最も近景の被写体に対して合焦状態を実現できるレンズ位置を「至近端」と称し、最も遠景（無限遠）の被写体に対して合焦状態を実現できるレンズ位置を「無限端」または「望遠端」と称する。

例えば、図１０に示されるように、レンズ位置検出部３９によってフォーカスレンズＦＬの現レンズ位置「Ｎ１」が検出されたと仮定する。この場合において、ステップＳＰ２６で算出された撮影距離から推定される推定レンズ位置が、現レンズ位置「Ｎ１」よりも至近端側の位置「Ｎ２」に存在したとすると、フォーカスレンズＦＬは、矢印ＹＪ１で示すように至近端側に駆動される。また、図１１に示されるように、推定レンズ位置が、現レンズ位置「Ｎ１」よりも無限端よりの位置「Ｎ３」に存在したとすると、フォーカスレンズＦＬは、矢印ＹＪ２で示すように無限端側に駆動される。

このように、フォーカスレンズＦＬの駆動方向は、推定レンズ位置と現レンズ位置との位置関係に応じて決定され、フォーカスレンズＦＬは、推定レンズ位置に向けて駆動される。

図８に戻って、次のステップＳＰ２８では、ローコンスキャン動作が開始される。ローコンスキャン動作では、フォーカスレンズＦＬが駆動可能範囲ＫＨにおいて段階的に移動され、各レンズ位置においてスキャン動作が実行される。

ステップＳＰ２７を経てローコンスキャン動作が実行される場合、すなわちフォーカスレンズＦＬの駆動方向が決定されている場合は、決定された駆動方向にスキャン動作が開始される。

一方、ステップＳＰ２７を経ない場合、すなわちフォーカスレンズＦＬの駆動方向が決定されていない場合は、通常のローコンスキャン動作が実行される。例えば、フォーカスレンズＦＬは、至近端または無限端のうちで現レンズ位置から近い方の端に向けて駆動され、各レンズ位置でスキャン動作が行われる。なお、いずれか一端に到達しても、ＡＦモジュール２０によって焦点情報が取得されない場合は、他端に向けて再びスキャン動作が実行される。

ローコンスキャン動作では、或るレンズ位置のスキャン動作で焦点情報が取得されると、ローコンスキャン動作が終了され、ステップＳＰ２９へと移行される。

ステップＳＰ２９では、位相差ＡＦ制御部１２１において、取得された焦点情報に基づいてレンズ合焦位置の特定動作が実行される。

そして、ステップＳＰ３０では、特定されたレンズ合焦位置までフォーカスレンズＦＬが駆動される。

以上のように、撮像装置１Ａでは、撮影距離を用いてレンズ合焦位置を推定し、ローコンスキャン動作におけるフォーカスレンズＦＬの駆動方向が決定される。これによれば、レンズ合焦位置が存在する可能性が高い方向にフォーカスレンズＦＬを駆動させることが可能になるので、焦点情報を取得可能なレンズ位置の特定に要する時間を短縮することができ、ＡＦ動作の速度向上を図ることができる。

＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

第２実施形態に係る撮像装置１Ｂでは、制御情報取得部１２５において、ローコンスキャン動作においてスキャン動作を実行させるフォーカスレンズＦＬの駆動範囲が決定され、駆動情報として駆動制御部１２２に伝達される。図１２は、撮像装置１Ｂにおける位相差ＡＦのフローチャートである。図１３〜図１７は、フォーカスレンズＦＬの駆動の様子を示す図である。

なお、撮像装置１Ｂは、レンズ合焦位置の存在範囲ＧＨを予想し、スキャン動作の実行範囲を決定する点以外は、第１実施形態に係る撮像装置１Ａとほぼ同様の構成および機能（図１〜図６参照）を有している。このため、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。

上述のように、撮像装置１Ｂの制御情報取得部１２５では、撮影距離（距離情報）を用いてレンズ合焦位置の存在範囲（「合焦予想範囲」とも称する）ＧＨが特定され、合焦予想範囲ＧＨでスキャン動作が実行される。すなわち、撮像装置１Ｂでは、合焦予想範囲ＧＨが特定され、スキャン動作の実行範囲が合焦予想範囲ＧＨに設定される。

図１２に示されるように、撮像装置１ＢのステップＳＰ２１からステップＳＰ２７までは、撮像装置１ＡのステップＳＰ２１〜ＳＰ２７（図８参照）と同様の処理が実行される。簡単には、ＥＶＦモードで補助画像から顔領域が検出されると（ステップＳＰ２４）、顔検出結果に基づいて撮影距離が算出される（ステップＳＰ２６）。そして、撮影距離を用いてレンズ合焦位置が推定され、推定レンズ位置と現レンズ位置とに基づいてフォーカスレンズＦＬの移動方向が決定される（ステップＳＰ２７）。

次のステップＳＰ５１では、推定レンズ位置に基づいて合焦予想範囲が設定される。

具体的には、図１３に示されるように、推定レンズ位置「Ｎ２」を基準にして、推定レンズ位置「Ｎ２」から至近端側および無限端側にそれぞれ拡張した範囲が合焦予想範囲ＧＨとして設定される。拡張幅は、推定レンズ位置の推定精度等を考慮して決定される。

そして、ステップＳＰ５１を経てローコンスキャン動作（ステップＳＰ２８）が実行されるときは、合焦予想範囲ＧＨでスキャン動作が実行される。

具体的には、図１３に示されるように、合焦予想範囲ＧＨが現レンズ位置「Ｎ１」よりも至近端側に存在する場合は、撮像装置１Ｂは、フォーカスレンズＦＬを現レンズ位置「Ｎ１」から合焦予想範囲ＧＨの直前（手前）まで、高速に駆動させる。この間、スキャン動作は実行されない。そして、フォーカスレンズＦＬが合焦予想範囲ＧＨに到達すると（図１４参照）、撮像装置１Ｂは、スキャン動作を実行しながら、矢印ＹＪ３に示すようにフォーカスレンズＦＬを比較的低速で至近端側へと駆動させる。

また、図１５に示されるように、推定レンズ位置「Ｎ３」が現レンズ位置「Ｎ１」よりも無限端側に存在した場合は、合焦予想範囲ＧＨは、無限端寄りに設定される。そして、推定レンズ位置「Ｎ３」を基準にして設定される合焦予想範囲ＧＨが、現レンズ位置「Ｎ１」よりも無限端側に存在する場合は、撮像装置１Ｂは、フォーカスレンズＦＬを現レンズ位置「Ｎ１」から合焦予想範囲ＧＨの直前（手前）まで、高速に駆動させる。この間、スキャン動作は実行されない。そして、フォーカスレンズＦＬが合焦予想範囲ＧＨに到達すると（図１６参照）、撮像装置１Ｂは、スキャン動作を実行しながら、矢印ＹＪ４に示すようにフォーカスレンズＦＬを比較的低速で無限端側へと駆動させる。

また、図１７に示されるように、推定レンズ位置「Ｎ４」が現レンズ位置「Ｎ１」と比較的近い位置に存在した場合は、推定レンズ位置「Ｎ４」を基準にして設定される合焦予想範囲ＧＨに現レンズ位置「Ｎ１」が含まれることになる。この場合は、撮像装置１Ｂは、スキャン動作を実行しながら、フォーカスレンズＦＬを、推定レンズ位置「Ｎ４」に向けて（図１７では無限端側に）低速で駆動させる。合焦予想範囲ＧＨの境界位置「Ｎ１０」までフォーカスレンズＦＬを駆動させても焦点情報が取得されない場合は、撮像装置１Ｂは、フォーカスレンズＦＬを当該境界位置「Ｎ１０」で折り返して反対（逆）方向に（図１７では至近端側に）低速で駆動させる。

このように、ステップＳＰ５１を経てローコンスキャン動作が実行されるときは、合焦予想範囲ＧＨでスキャン動作が実行されることになる。なお、ステップＳＰ５１を経ていない場合は、駆動可能範囲ＫＨで通常のローコンスキャン動作が実行される。

ローコンスキャン動作では、或るレンズ位置のスキャン動作で焦点情報が取得されると、ローコンスキャン動作が終了され、ステップＳＰ２９へと移行される。

ステップＳＰ２９では、位相差ＡＦ制御部１２１において、取得された焦点情報に基づいてレンズ合焦位置の特定動作が実行される。

そして、ステップＳＰ３０では、特定されたレンズ合焦位置までフォーカスレンズＦＬが駆動される。

以上のように、撮像装置１Ｂでは、スキャン動作の実行範囲が合焦予想範囲ＧＨに限定されるので、無駄なスキャン動作を省くことができ、焦点情報を取得可能なレンズ位置の特定に要する時間を短縮することが可能になる。

また、撮像装置１Ｂでは、フォーカスレンズＦＬが合焦予想範囲ＧＨ外に位置する場合は、フォーカスレンズＦＬが合焦予想範囲ＧＨまで高速に移動されるので、ローコンスキャン動作に要する時間をさらに短縮することが可能になる。

＜３．変形例＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は、上記に説明した内容に限定されるものではない。

例えば、上記第２実施形態では、撮影距離を算出し、撮影距離を用いて推定レンズ位置を取得し、推定レンズ位置に基づいて合焦予想範囲ＧＨを特定していたが、これに限定されない。

具体的には、算出された撮影距離は、誤差を有しているため、推定レンズ位置を特定することなく、撮影距離に基づいてレンズ合焦位置の存在範囲（合焦予想範囲）ＧＨを直接算出してもよい。

なお、合焦予想範囲ＧＨを直接算出した場合、現レンズ位置が合焦予想範囲ＧＨに含まれるときのフォーカスレンズＦＬの駆動方向は、合焦予想範囲ＧＨの中心を基準にして決定される。図１８は、フォーカスレンズＦＬの駆動の様子を示す図である。

具体的には、フォーカスレンズＦＬは、現レンズ位置から合焦予想範囲ＧＨの中心に向かう方向に駆動される。例えば、図１８では、フォーカスレンズＦＬの現レンズ位置が、合焦予想範囲ＧＨの中心ＮＣよりも至近端側にあるので、フォーカスレンズＦＬは、矢印ＹＪ５で示すように無限端側に向けて駆動される。

また、上記各実施形態では、副撮像素子７によって取得された撮影画像から顔領域を検出していたが、これに限定されない。

具体的には、主撮像素子５でライブビュー表示用の撮影画像が取得される場合は、主撮像素子５によって取得された撮影画像から顔領域を検出し、顔検出結果をローコンスキャン動作に用いてもよい。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置の外観構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る撮像装置の外観構成を示す図である。 第１実施形態に係る撮像装置の縦断面図である。 第１実施形態に係る撮像装置の縦断面図である。 第１実施形態に係る撮像装置の機能構成を示すブロック図である。 ＥＶＦモードにおける撮像装置の縦断面図である。 撮像装置の撮影動作を示すフローチャートである。 位相差ＡＦのフローチャートである。 被写界における顔と副撮像素子の撮像面に結像された顔領域との関係を二次元で表す図である。 フォーカスレンズの駆動の様子を示す図である。 フォーカスレンズの駆動の様子を示す図である。 第２実施形態に係る撮像装置における位相差ＡＦのフローチャートである。 フォーカスレンズの駆動の様子を示す図である。 フォーカスレンズの駆動の様子を示す図である。 フォーカスレンズの駆動の様子を示す図である。 フォーカスレンズの駆動の様子を示す図である。 フォーカスレンズの駆動の様子を示す図である。 フォーカスレンズの駆動の様子を示す図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ 撮像装置
５ 主撮像素子
７ 副撮像素子
ＦＬ フォーカスレンズ
２０ 位相差ＡＦモジュール
１００ 全体制御部
１２１ 位相差ＡＦ制御部
１２２ 駆動制御部
１２３ 被写体検出部
１２４ 撮影距離算出部
１２５ 制御情報取得部
１２６ 表示制御部
３９ レンズ位置検出部
ＧＨ 合焦予想範囲
ＨＦ 顔
ＫＨ 駆動可能範囲
ＲＦ 顔領域

Claims (6)

1. 被写体像に関する撮影画像を取得する撮像素子と、
   前記撮影画像から被写体の顔領域を検出する検出手段と、
   前記顔領域の大きさに応じて、前記被写体までの距離情報を算出する算出手段と、
   合焦用レンズによる焦点調節状態に応じた焦点情報を取得する取得手段と、
   前記取得手段による前記焦点情報の取得が不可能な場合に、前記合焦用レンズを移動させ、前記焦点情報の取得が可能なレンズ位置を特定する特定動作を実行させる動作制御手段と、
   前記特定動作における前記合焦用レンズの移動方向を、前記距離情報に基づいて決定する決定手段と、
   を備える撮像装置。
2. 前記合焦用レンズの現在のレンズ位置を検出するレンズ位置検出手段、
   をさらに備え、
   前記決定手段は、前記距離情報に基づいて合焦状態を実現できるレンズ合焦位置を推定し、推定された前記レンズ合焦位置と前記現在のレンズ位置との位置関係に応じて、前記移動方向を決定する請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記特定動作における前記合焦用レンズの移動範囲を、前記距離情報に基づいて設定する設定手段、
   をさらに備え、
   前記動作制御手段は、前記現在のレンズ位置が前記移動範囲に含まれる場合は、前記合焦用レンズを第１の速度で移動させ、
   前記現在のレンズ位置が前記移動範囲に含まれない場合は、前記合焦用レンズを前記第１の速度よりも高速な第２の速度で移動させる請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記動作制御手段は、前記現在のレンズ位置が前記移動範囲に含まれない場合は、前記合焦用レンズを前記第２の速度で前記移動範囲まで移動させる請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記動作制御手段は、前記現在のレンズ位置が前記移動範囲に含まれない場合は、前記特定動作を実行しない請求項４に記載の撮像装置。
6. ａ）被写体像に関する撮影画像を取得する工程と、
   ｂ）前記撮影画像から被写体の顔領域を検出する工程と、
   ｃ）前記顔領域の大きさに応じて、前記被写体までの距離情報を算出する工程と、
   ｄ）合焦用レンズによる焦点調節状態に応じた焦点情報を取得する工程と、
   ｅ）前記ｄ）工程において前記焦点情報の取得が不可能な場合に、前記合焦用レンズを移動させ、前記焦点情報の取得が可能なレンズ位置を特定する特定動作を実行させる工程と、
   ｆ）前記特定動作における前記合焦用レンズの移動方向を、前記距離情報に基づいて決定する工程と、
   を備える撮像装置の制御方法。

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