JP2013025126A - 撮像装置およびレンズ鏡筒 - Google Patents

Abstract

【課題】好適な焦点調節が可能な焦点調節装置を提供する。
【解決手段】ズームレンズ３２が駆動していることを示すズーム信号をレンズ鏡筒２から受信する受信部２１と、ズームレンズ３２および焦点調節レンズ３３を有する光学系の焦点状態を検出する焦点検出部２１と、焦点検出部２１により検出された光学系の焦点状態に基づいて、焦点調節レンズ３３を光軸方向に駆動させる第１駆動制御部２１と、移動被写体が検出された場合に、移動被写体に対応する光学系の焦点状態の時間変化から移動被写体の位置を予測し、移動被写体の予測位置に基づいて、焦点調節レンズ３３を光軸方向に駆動させる第２駆動制御部２１と、ズームレンズ３２の駆動が検出された場合に、第２駆動制御部２１による焦点調節レンズ３２の駆動を禁止する制御部２１と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像装置およびレンズ鏡筒に関する。

従来より、焦点距離の変化に伴い光学系の焦点状態が変動するバリフォーカルレンズを備えた撮像装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００５−３４５７１４号公報

しかしながら、従来技術では、ズーム動作により光学系の焦点状態が変動してしまうことで、被写体が光軸方向に移動したものと誤って判断されてしまい、被写体が移動していないにも拘わらず、被写体が移動したものとして、被写体の移動に合わせて焦点調節レンズを駆動する予測駆動が行われたり、焦点調節レンズを所定のスキャン範囲で駆動させながら焦点検出を行うスキャン動作が行われてしまう場合があり、その結果、被写体からピントが大きく外れてしまう場合があった。

本発明が解決しようとする課題は、好適な焦点調節が可能な撮像装置を提供することである。

本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、以下においては、本発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。

［１］本発明に係る撮像装置は、ズームレンズ（３３）が駆動していることを示すズーム信号をレンズ鏡筒（３）から受信する受信部（２１）と、前記ズームレンズおよび焦点調節レンズ（３２）を有する光学系の焦点状態を検出する焦点検出部（２１）と、前記焦点検出部により検出された前記光学系の焦点状態に基づいて、前記焦点調節レンズを光軸方向に駆動させる第１駆動制御部（２１）と、移動被写体が検出された場合に、前記移動被写体に対応する光学系の焦点状態の時間変化から前記移動被写体の位置を予測し、前記移動被写体の予測位置に基づいて、前記焦点調節レンズを光軸方向に駆動させる第２駆動制御部（２１）と、前記ズームレンズの駆動が検出された場合に、前記第２駆動制御部による前記焦点調節レンズの駆動を禁止する制御部（２１）とを備えることを特徴とする。

［２］本発明に係る撮像装置は、ズームレンズ（３３）が駆動していることを示すズーム信号をレンズ鏡筒（３）から受信する受信部（２１）と、前記ズームレンズおよび焦点調節レンズ（３２）を有する光学系の焦点状態を検出する焦点検出部（２１）と、前記焦点検出部により検出された前記光学系の焦点状態に基づいて、前記焦点調節レンズを光軸方向に駆動させる第１駆動制御部（２１）と、異なる複数のレンズ位置において前記光学系の焦点状態を検出するために、前記焦点調節レンズをスキャン駆動させる第３駆動制御部（２１）と、前記ズームレンズの駆動が検出された場合に、前記第３駆動制御部による前記焦点調節レンズの駆動を禁止する制御部（２１）と、を備えることを特徴とする。

［３］上記撮像装置に係る発明において、異なる複数のレンズ位置において前記光学系の焦点状態を検出するために、前記焦点調節レンズ（３２）をスキャン駆動させる第３駆動制御部（２１）をさらに有し、前記制御部（２１）は、前記ズームレンズ（３３）の駆動が検出された場合に、前記第３駆動制御部による前記焦点調節レンズの駆動を禁止するように構成することができる。

［４］上記撮像装置に係る発明において、前記制御部（２１）は、前記レンズ鏡筒（３）の光学系が、前記ズームレンズ（３３）の駆動に伴って光学系の焦点状態が変化する可変焦点レンズであると認識した場合であり、かつ、前記ズームレンズの駆動が検出された場合に、前記焦点調節レンズ（３２）の駆動を禁止するように構成することができる。

［５］本発明に係るレンズ鏡筒は、ズームレンズ（３３）および焦点調節レンズ（３２）を有する光学系と、前記ズームレンズの駆動を検出する検出部（３６）と、前記光学系の焦点状態に基づいて、前記焦点調節レンズを光軸方向に駆動させるための第１駆動信号を、カメラボディ（２）から受信する第１受信部（３６）と、異なる複数のレンズ位置において前記光学系の焦点状態を検出するために、前記焦点調節レンズをスキャン駆動させるための第２駆動信号を、カメラボディから受信する第２受信部（３６）と、前記第１駆動信号に基づいて、前記焦点調節レンズを光軸方向に駆動させる第１駆動部（３３１）と、前記第２駆動信号に基づいて、前記焦点調節レンズを光軸方向に駆動させる第２駆動部（３３１）と、前記ズームレンズの駆動が検出された場合に、前記第２駆動部による前記焦点調節レンズの駆動を禁止する制御部（３６）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、好適な焦点調節が実現できる。

図１は、本実施形態に係るカメラを示すブロック図である。 図２は、図１に示す撮像素子の撮像面における焦点検出エリアを示す正面図である。 図３は、図２のIII部を拡大して焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。 図４は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図である。 図５（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図５（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図である。 図６は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す断面図である。 図７（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す断面図、図７（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す断面図である。 図８は、図３のVIII-VIII線に沿う断面図である。 図９は、本実施形態に係るズーム動作判定処理を示すフローチャートである。 図１０は、本実施形態に係るカメラの動作例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１を示す要部構成図である。本実施形態のデジタルカメラ１（以下、単にカメラ１という。）は、カメラ本体２とレンズ鏡筒３から構成され、これらカメラ本体２とレンズ鏡筒３はマウント部４により着脱可能に結合されている。

レンズ鏡筒３は、カメラ本体２に着脱可能な交換レンズである。図１に示すように、レンズ鏡筒３には、レンズ３１，３２，３３，３４、および絞り３５を含む撮影光学系が内蔵されている。

レンズ３３は、フォーカスレンズであり、光軸Ｌ１方向に移動することで、撮影光学系の焦点距離を調節可能となっている。フォーカスレンズ３３は、レンズ鏡筒３の光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、フォーカスレンズ用エンコーダ３３２によってその位置が検出されつつフォーカスレンズ駆動モータ３３１によってその位置が調節される。

このフォーカスレンズ３３の光軸Ｌ１に沿う移動機構の具体的構成は特に限定されない。一例を挙げれば、レンズ鏡筒３に固定された固定筒に回転可能に回転筒を挿入し、この回転筒の内周面にヘリコイド溝（螺旋溝）を形成するとともに、フォーカスレンズ３３を固定するレンズ枠の端部をヘリコイド溝に嵌合させる。そして、フォーカスレンズ駆動モータ３３１によって回転筒を回転させることで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３３が光軸Ｌ１に沿って直進移動することになる。

上述したようにレンズ鏡筒３に対して回転筒を回転させることによりレンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３３は光軸Ｌ１方向に直進移動するが、その駆動源としてのフォーカスレンズ駆動モータ３３１がレンズ鏡筒３に設けられている。フォーカスレンズ駆動モータ３３１と回転筒とは、たとえば複数の歯車からなる変速機で連結され、フォーカスレンズ駆動モータ３３１の駆動軸を何れか一方向へ回転駆動すると所定のギヤ比で回転筒に伝達され、そして、回転筒が何れか一方向へ回転することで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３３が光軸Ｌ１の何れかの方向へ直進移動することになる。なお、フォーカスレンズ駆動モータ３３１の駆動軸が逆方向に回転駆動すると、変速機を構成する複数の歯車も逆方向に回転し、フォーカスレンズ３３は光軸Ｌ１の逆方向へ直進移動することになる。

フォーカスレンズ３３の位置はフォーカスレンズ用エンコーダ３３２によって検出される。既述したとおり、フォーカスレンズ３３の光軸Ｌ１方向の位置は回転筒の回転角に相関するので、たとえばレンズ鏡筒３に対する回転筒の相対的な回転角を検出すれば求めることができる。

本実施形態のフォーカスレンズ用エンコーダ３３２としては、回転筒の回転駆動に連結された回転円板の回転をフォトインタラプタなどの光センサで検出して、回転数に応じたパルス信号を出力するものや、固定筒と回転筒の何れか一方に設けられたフレキシブルプリント配線板の表面のエンコーダパターンに、何れか他方に設けられたブラシ接点を接触させ、回転筒の移動量（回転方向でも光軸方向の何れでもよい）に応じた接触位置の変化を検出回路で検出するものなどを用いることができる。

フォーカスレンズ３３は、上述した回転筒の回転によってカメラ本体側の端部（至近端ともいう）から被写体側の端部（無限端ともいう）までの間を光軸Ｌ１方向に移動することができる。ちなみに、フォーカスレンズ用エンコーダ３３２で検出されたフォーカスレンズ３３の現在位置情報は、レンズ制御部３６を介して後述するカメラ制御部２１へ送出され、フォーカスレンズ駆動モータ３３１は、この情報に基づいて演算されたフォーカスレンズ３３の駆動位置が、カメラ制御部２１からレンズ制御部３６を介して送出されることにより駆動する。

また、レンズ３２は、たとえば、バリフォーカルレンズ（可変焦点レンズ）であり、光軸Ｌ１方向に移動することで、撮影光学系の撮影倍率を調節可能となっている。なお、バリフォーカルレンズ３２は、撮影光学系の撮影倍率を調節するために、焦点距離が変化されると、これに伴い、撮影光学系の焦点状態も変動するレンズである。バリフォーカルレンズ３２も、上述したフォーカスレンズ３３と同様に、バリフォーカルレンズ用エンコーダ３２２によってその位置が検出されつつバリフォーカルレンズ駆動モータ３２１によってその位置が調節される。また、バリフォーカルレンズ３２の駆動は、レンズ制御部３６により検出され、レンズ制御部３６により、バリフォーカルレンズ３２が駆動していることを示すズーム信号が、レンズ制御部３６からカメラ制御部２１に送出される。バリフォーカルレンズ３２の位置は、操作部２８に設けられたズームボタンを操作することにより、あるいは、カメラ鏡筒３に設けられたズーム環（不図示）を操作することにより、調節される。なお、バリフォーカルレンズ３２の光軸Ｌ１に沿う移動機構は、上述したフォーカスレンズ３１の移動機構と同様とすることができる。また、バリフォーカルレンズ用エンコーダ３２２およびバリフォーカルレンズ駆動モータ３２１の構成も、上述したフォーカスレンズ用エンコーダ３３２およびフォーカスレンズ駆動モータ３３１と同様とすることができる。

絞り３５は、上記撮影光学系を通過して撮像素子２２に至る光束の光量を制限するとともにボケ量を調整するために、光軸Ｌ１を中心にした開口径が調節可能に構成されている。絞り３５による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された適切な開口径が、カメラ制御部２１からレンズ制御部３６を介して送出されることにより行われる。また、カメラ本体２に設けられた操作部２８によるマニュアル操作により、設定された開口径がカメラ制御部２１からレンズ制御部３６に入力される。絞り３５の開口径は図示しない絞り開口センサにより検出され、レンズ制御部３６で現在の開口径が認識される。

一方、カメラ本体２には、上記撮影光学系からの光束Ｌ１を受光する撮像素子２２が、撮影光学系の予定焦点面に設けられ、その前面にシャッター２３が設けられている。撮像素子２２はＣＣＤやＣＭＯＳなどのデバイスから構成され、受光した光信号を電気信号に変換してカメラ制御部２１に送出する。カメラ制御部２１に送出された撮影画像情報は、逐次、液晶駆動回路２５に送出されて観察光学系の電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２６に表示されるとともに、操作部２８に備えられたレリーズボタン（不図示）が全押しされた場合には、その撮影画像情報が、記録媒体であるメモリ２４に記録される。メモリ２４は着脱可能なカード型メモリや内蔵型メモリの何れをも用いることができる。なお、撮像素子２２の撮像面の前方には、赤外光をカットするための赤外線カットフィルタ、および画像の折り返しノイズを防止するための光学的ローパスフィルタが配置されている。撮像素子２２の構造の詳細は後述する。

カメラ本体２には、撮像素子２２で撮像される像を観察するための観察光学系が設けられている。本実施形態の観察光学系は、液晶表示素子からなる電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２６と、これを駆動する液晶駆動回路２５と、接眼レンズ２７とを備えている。液晶駆動回路２５は、撮像素子２２で撮像され、カメラ制御部２１へ送出された撮影画像情報を読み込み、これに基づいて電子ビューファインダ２６を駆動する。これにより、ユーザは、接眼レンズ２７を通して現在の撮影画像を観察することができる。なお、光軸Ｌ２による上記観察光学系に代えて、または、これに加えて、液晶ディスプレイをカメラ本体２の背面等に設け、この液晶ディスプレイに撮影画像を表示させることもできる。

カメラ本体２にはカメラ制御部２１が設けられている。カメラ制御部２１は、マウント部４に設けられた電気信号接点部４１によりレンズ制御部３６と電気的に接続され、このレンズ制御部３６からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部３６へデフォーカス量や絞り開口径などの情報を送信する。また、カメラ制御部２１は、上述したように撮像素子２２から画素出力を読み出すとともに、読み出した画素出力について、必要に応じて所定の情報処理を施すことにより画像情報を生成し、生成した画像情報を、電子ビューファインダ２６の液晶駆動回路２５やメモリ２４に出力する。また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２からの画像情報の補正やレンズ鏡筒３の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ１全体の制御を司る。

また、カメラ制御部２１は、上記に加えて、撮像素子２２から読み出した画素データに基づき、位相検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出、およびコントラスト検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出を行う。なお、具体的な焦点状態の検出方法については、後述する。

さらに、カメラ制御部２１は、移動する被写体の像面位置を予測し、予測した被写体の像面位置に応じて、フォーカスレンズ３３を駆動する予測駆動を行うことができる。また、カメラ制御部２１は、撮影光学系の焦点状態を検出するために、フォーカスレンズ３３を所定範囲（たとえば無限遠端から至近端までの範囲）においてスキャン駆動させながら、異なる複数のレンズ位置で焦点検出を行うスキャン動作も行うことができる。なお、予測駆動およびスキャン動作の詳細についても、後述する。

操作部２８は、シャッターレリーズボタンや撮影者がカメラ１の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、オートフォーカスモード／マニュアルフォーカスモードの切換が行えるようになっている。この操作部２８により設定された各種モードはカメラ制御部２１へ送出され、当該カメラ制御部２１によりカメラ１全体の動作が制御される。また、シャッターレリーズボタンは、ボタンの半押しでＯＮとなる第１スイッチＳＷ１と、ボタンの全押しでＯＮとなる第２スイッチＳＷ２とを含む。

次に、本実施形態に係る撮像素子２２について説明する。

図２は、撮像素子２２の撮像面を示す正面図、図３は、図２のIII部を拡大して焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。

本実施形態の撮像素子２２は、図３に示すように、複数の撮像画素２２１が、撮像面の平面上に二次元的に配列され、緑色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する緑画素Ｇと、赤色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する赤画素Ｒと、青色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する青画素Ｂがいわゆるベイヤー配列（Bayer Arrangement）されたものである。すなわち、隣接する４つの画素群２２３（稠密正方格子配列）において一方の対角線上に２つの緑画素が配列され、他方の対角線上に赤画素と青画素が１つずつ配列されている。このベイヤー配列された画素群２２３を単位として、当該画素群２２３を撮像素子２２の撮像面に二次元状に繰り返し配列することで撮像素子２２が構成されている。

なお、単位画素群２２３の配列は、図示する稠密正方格子以外にも、たとえば稠密六方格子配列にすることもできる。また、カラーフィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列を採用することもできる。

図４は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図、図６は断面図である。一つの撮像画素２２１は、マイクロレンズ２２１１と、光電変換部２２１２と、図示しないカラーフィルタから構成され、図６の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２１２が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２１１が形成されている。光電変換部２２１２は、マイクロレンズ２２１１により撮影光学系の射出瞳（たとえばＦ１．０）を通過する撮像光束を受光する形状とされ、撮像光束を受光する。

また、撮像素子２２の撮像面の中心、ならびに中心から左右対称位置の３箇所には、上述した撮像画素２２１に代えて焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂが配列された焦点検出画素列２２ａ，２２ｂ，２２ｃが設けられている。そして、図３に示すように、一つの焦点検出画素列は、複数の焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂが、互いに隣接して交互に、横一列（２２ａ，２２ｃ，２２ｃ）に配列されて構成されている。本実施形態においては、焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂは、ベイヤー配列された撮像画素２２１の緑画素Ｇと青画素Ｂとの位置にギャップを設けることなく密に配列されている。

なお、図２に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃの位置は図示する位置にのみ限定されず、何れか一箇所、二箇所にすることもでき、また、四箇所以上の位置に配置することもできる。また、実際の焦点検出に際しては、複数配置された焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃの中から、撮影者が操作部２８を手動操作することにより所望の焦点検出画素列を、焦点検出エリアとして選択することもできる。

図５（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図７（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの断面図である。また、図５（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図、図７（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの断面図である。焦点検出画素２２２ａは、図５（Ａ）に示すように、マイクロレンズ２２２１ａと、半円形状の光電変換部２２２２ａとから構成され、図７（Ａ）の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２２ａが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１ａが形成されている。また、焦点検出画素２２２ｂは、図５（Ｂ）に示すように、マイクロレンズ２２２１ｂと、光電変換部２２２２ｂとから構成され、図７（Ｂ）の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２２ｂが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１ｂが形成されている。そして、これら焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂは、図３に示すように、互いに隣接して交互に、横一列に配列されることにより、図２に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃを構成する。

なお、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂは、マイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂにより撮影光学系の射出瞳の所定の領域（たとえばＦ２．８）を通過する光束を受光するような形状とされる。また、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにはカラーフィルタは設けられておらず、その分光特性は、光電変換を行うフォトダイオードの分光特性と、図示しない赤外カットフィルタの分光特性を総合したものとなっている。ただし、撮像画素２２１と同じカラーフィルタのうちの一つ、たとえば緑フィルタを備えるように構成することもできる。

また、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示す焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂは半円形状としたが、光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂの形状はこれに限定されず、他の形状、たとえば、楕円形状、矩形状、多角形状とすることもできる。

ここで、上述した焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの画素出力に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出する、いわゆる位相差検出方式について説明する。

図８は、図３のVIII-VIII線に沿う断面図であり、撮影光軸Ｌ１近傍に配置され、互いに隣接する焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２が、射出瞳３４の測距瞳３４１，３４２から照射される光束ＡＢ１−１，ＡＢ２−１，ＡＢ１−２，ＡＢ２−２をそれぞれ受光していることを示している。なお、図８においては、複数の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのうち、撮影光軸Ｌ１近傍に位置するもののみを例示して示したが、図８に示す焦点検出画素以外のその他の焦点検出画素についても、同様に、一対の測距瞳３４１，３４２から照射される光束をそれぞれ受光するように構成されている。

ここで、射出瞳３４とは、撮影光学系の予定焦点面に配置された焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのマイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂの前方の距離Ｄの位置に設定された像である。距離Ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との距離などに応じて一義的に決まる値であって、この距離Ｄを測距瞳距離と称する。また、測距瞳３４１，３４２とは、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのマイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂにより、それぞれ投影された光電変換部２２２２ａ,２２２２ｂの像をいう。

なお、図８において焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２の配列方向は一対の測距瞳３４１，３４２の並び方向と一致している。

また、図８に示すように、焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２のマイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２は、撮影光学系の予定焦点面近傍に配置されている。そして、マイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２の背後に配置された各光電変換部２２２２ａ−１，２２２２ｂ−１，２２２２ａ−２，２２２２ｂ−２の形状が、各マイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２から測距距離Ｄだけ離れた射出瞳３４上に投影され、その投影形状は測距瞳３４１，３４２を形成する。

すなわち、測距距離Ｄにある射出瞳３４上で、各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳３４１，３４２）が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。

図８に示すように、焦点検出画素２２２ａ−１の光電変換部２２２２ａ−１は、測距瞳３４１を通過し、マイクロレンズ２２２１ａ−１に向う光束ＡＢ１−１によりマイクロレンズ２２２１ａ−１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素２２２ａ−２の光電変換部２２２２ａ−２は測距瞳３４１を通過し、マイクロレンズ２２２１ａ−２に向う光束ＡＢ１−２によりマイクロレンズ２２２１ａ−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

また、焦点検出画素２２２ｂ−１の光電変換部２２２２ｂ−１は測距瞳３４２を通過し、マイクロレンズ２２２１ｂ−１に向う光束ＡＢ２−１によりマイクロレンズ２２２１ｂ−１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素２２２ｂ−２の光電変換部２２２２ｂ−２は測距瞳３４２を通過し、マイクロレンズ２２２１ｂ−２に向う光束ＡＢ２−２によりマイクロレンズ２２２１ｂ−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

そして、上述した２種類の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂを、図３に示すように直線状に複数配置し、各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂの出力を、測距瞳３４１と測距瞳３４２とのそれぞれに対応した出力グループにまとめることにより、測距瞳３４１と測距瞳３４２とのそれぞれを通過する焦点検出光束が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関するデータが得られる。そして、この強度分布データに対し、相関演算処理または位相差検出処理などの像ズレ検出演算処理を施すことにより、いわゆる位相差検出方式による像ズレ量を検出することができる。

そして、得られた像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を施すことにより、予定焦点面に対する現在の焦点面（予定焦点面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出エリアにおける焦点面をいう。）の偏差、すなわちデフォーカス量を求めることができる。

なお、これら位相差検出方式による像ズレ量の演算と、これに基づくデフォーカス量の演算は、カメラ制御部２１により実行される。

また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２の撮像画素２２１の出力を読み出し、読み出した画素出力に基づき、焦点評価値の演算を行う。この焦点評価値は、たとえば撮像素子２２の撮像画素２２１からの画像出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出し、これを積算することで求めることができる。また、遮断周波数が異なる２つの高周波透過フィルタを用いて高周波成分を抽出し、それぞれを積算することでも求めることができる。

そして、カメラ制御部２１は、レンズ制御部３６に制御信号を送出してフォーカスレンズ３３を所定のサンプリング間隔(距離)で駆動させ、それぞれの位置における焦点評価値を求め、該焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ３３の位置を合焦位置として求める、コントラスト検出方式による焦点検出を実行する。なお、この合焦位置は、たとえば、フォーカスレンズ３３を駆動させながら焦点評価値を算出した場合に、焦点評価値が、２回上昇した後、さらに、２回下降して推移した場合に、これらの焦点評価値を用いて、内挿法などの演算を行うことで求めることができる。

次いで、レンズ鏡筒３においてズーム動作が行われているか否かを判定するためのズーム動作判定処理を説明する。図９は、本実施形態に係るズーム動作判定処理を示すフローチャートである。なお、以下に説明するズーム動作判定処理は、カメラ制御部２１により実行される。

まず、ステップＳ１０１では、カメラ制御部２１により、ズーム信号の取得が行われる。ズーム信号は、レンズ鏡筒３でバリフォーカルレンズ３２が駆動していることを示す信号であり、たとえば、カメラ鏡筒３に設けられたズーム環（不図示）が操作された場合に、レンズ鏡筒３によりカメラ本体２に送信される。

ステップＳ１０２では、カメラ制御部２１により、レンズ鏡筒３においてズーム動作が行われているか否かの判断が行われる。たとえば、カメラ制御部２１は、ステップＳ１０１でレンズ鏡筒３からズーム信号を取得した場合には、ズーム動作が行われていると判断し、ステップＳ１０３に進む。一方、ステップＳ１０１でレンズ鏡筒３からズーム信号を取得していない場合には、ズーム動作が行われていないと判断し、ステップＳ１０４に進む。

そして、ステップＳ１０２で、ズーム動作が行われていると判断された場合には、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、カメラ制御部２１により、被写体の像面位置を予測し、予測した像面位置に基づいてフォーカスレンズ３３を駆動する予測駆動と、フォーカスレンズ３３を所定のスキャン範囲においてスキャン駆動させながら、異なる複数のレンズ位置で焦点検出を行うスキャン動作とを禁止する禁止処理が行われる。具体的には、カメラ制御部２１により、禁止指令がレンズ制御部３６に送出され、予測駆動およびスキャン動作が禁止状態とされる。

一方、ステップＳ１０２で、ズーム動作が行われていないと判断された場合には、ステップＳ１０４に進み、カメラ制御部２１により、予測駆動とスキャン動作とを許可する許可処理が行われる。具体的には、カメラ制御部２１により、許可指令がレンズ制御部３６に送出され、予測駆動およびスキャン動作が許可状態とされる。

このように、本実施形態のズーム動作判定処理では、ズーム動作が行われていると判定された場合には、予測駆動およびスキャン動作を禁止し、反対に、ズーム動作が行われていないと判定された場合には、予測駆動およびスキャン動作を許可する。そして、このようなズーム動作判定処理における結果（予測駆動およびスキャン動作の禁止、または、予測駆動およびスキャン動作の許可）は、後述するカメラ１の動作において利用されることとなる。なお、カメラ制御部２１は、このズーム動作判定処理を、所定の間隔で繰り返し実行する。

次いで、図１０を参照して、本実施形態に係るカメラ１の動作例を説明する。図１０は、本実施形態に係るカメラ１の動作例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、たとえば、操作部２８に備えるシャッターレリーズボタンが半押しされることにより開始される。

ステップＳ２０１では、カメラ制御部２１により、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出が行われる。具体的には、まず、撮像素子２２により、光学系からの光束の受光が行われ、カメラ制御部２１により、撮像素子２２の３つの焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃを構成する各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂから一対の像に対応した一対の像データの読み出しが行われる。この場合、撮影者の手動操作により、特定の焦点検出エリアが選択されているときは、その焦点検出エリアに対応する焦点検出画素からのデータのみを読み出すような構成としてもよい。そして、カメラ制御部２１は、読み出された一対の像データに基づいて像ズレ検出演算処理(相関演算処理)を実行し、３つの焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃに対応する焦点検出エリアにおける像ズレ量を演算し、さらに像ズレ量をデフォーカス量に変換する。また、カメラ制御部２１は、算出したデフォーカス量の信頼性の評価を行う。なお、デフォーカス量の信頼性の評価は、たとえば、一対の像データの一致度やコントラストなどに基づいて行なわれる。

ステップＳ２０２では、カメラ制御部２１により、ステップＳ２０１で算出されたデフォーカス量と、該デフォーカス量を算出した際のフォーカスレンズ３３の現在位置とに基づいて、被写体の像面位置の検出が行われる。そして、カメラ制御部２１は、検出した被写体の像面位置を、該被写体の像面位置を検出した時刻に関連付けて、カメラ制御部２１のメモリに記憶する。

そして、ステップＳ２０３では、カメラ制御部２１により、デフォーカス量の算出ができたか否かの判定が行なわれる。デフォーカス量が算出できた場合には、測距可能と判断して、ステップＳ２０４に進む。一方、デフォーカス量が算出できなかった場合には、測距不能と判断して、ステップＳ２０９に進む。なお、本実施形態においては、デフォーカス量の算出ができた場合でも、算出されたデフォーカス量の信頼性が低い場合には、デフォーカス量の算出ができなかったものとして扱い、ステップＳ２０９に進むこととする。本実施形態においては、たとえば、被写体のコントラストが低い場合、被写体が超低輝度被写体である場合、あるいは被写体が超高輝度被写体である場合などにおいて、デフォーカス量の信頼性が低いと判断される。

ステップＳ２０４では、カメラ制御部２１により、被写体の像面位置を予測し、予測した像面位置に基づいてフォーカスレンズ３３を駆動する、予測駆動が禁止されているか否かの判断が行われる。本実施形態では、図９に示すズーム動作判定処理において、ズーム動作中であると判定された場合に、予測駆動が禁止され（ステップＳ１０３）、反対に、ズーム動作中ではないと判定された場合には、予測駆動が許可される（ステップＳ１０４）。カメラ制御部２１は、このズーム動作判定処理の結果に基づいて、予測駆動が禁止されているか否かを判断する。

そして、ステップＳ２０４で予測駆動が禁止されていると判断された場合には、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、カメラ制御部２１により、フォーカスレンズ３３のサーボ駆動が行われる。具体的には、カメラ制御部２１は、ステップＳ２０１で算出されたデフォーカス量に応じて、フォーカスレンズ３３を合焦位置まで駆動させるのに必要となるレンズ駆動量の算出を行い、算出したレンズ駆動量を、レンズ制御部３６を介して、フォーカスレンズ駆動モータ３３１に送出する。これにより、フォーカスレンズ駆動モータ３３１により、算出されたレンズ駆動量に基づいて、フォーカスレンズ３３が駆動されることとなる。

また、本実施形態では、ステップＳ２０５でフォーカスレンズ３３の駆動が開始された後も、所定の間隔で、デフォーカス量の算出が繰り返し行われ、その結果、新たにデフォーカス量が算出された場合には、新たに算出されたデフォーカス量に応じて、レンズ駆動量が算出され、新たに算出されたレンズ駆動量に基づいて、フォーカスレンズ３３が駆動される。

このように、本実施形態では、ズーム動作が行われている場合には、被写体の像面位置を予測してフォーカスレンズ３３を駆動する予測駆動は禁止され、算出されたデフォーカス量に応じたレンズ駆動量だけ、フォーカスレンズ３３を駆動するサーボ駆動のみが行われることとなる。

一方、ステップＳ２０４で、予測駆動が許可されていると判断された場合には、予測駆動を行うために、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、カメラ制御部２１により、被写体が移動被写体であるか否かの判定が行われる。たとえば、カメラ制御部２１は、ステップＳ２０２で検出した今回処理時の被写体の像面位置と、前回処理時に検出した被写体の像面位置とに基づいて、被写体が移動被写体であるか否かを判定することができる。そして、続くステップＳ２０７では、カメラ制御部２１により、被写体の像面位置の予測が行われる。たとえば、カメラ制御部２１は、ステップＳ２０２で検出した今回処理時の被写体の像面位置と、前回処理時に検出した被写体の像面位置とに基づいて、移動被写体として判定された被写体の像面位置の時間変化を、像面移動速度として算出し、算出した被写体の像面移動速度に基づいて、被写体の像面位置を予測することができる。

そして、ステップＳ２０８では、カメラ制御部２１により、ステップＳ２０７で予測した被写体の像面位置に基づいて、移動被写体の動きに合わせて、フォーカスレンズ３３を駆動する予測駆動が実行される。このように、本実施形態では、ズーム動作が行われていない場合には、予測駆動が許可され、移動被写体の動きに合わせてフォーカスレンズ３３を駆動する予測駆動が行われることとなる。

また、ステップＳ２０３において、デフォーカス量が算出できなかったと判断された場合は、ステップＳ２０９に進む。ステップＳ２０９では、カメラ制御部２１により、フォーカスレンズ３３を所定のスキャン範囲内で駆動させながら、異なる複数のレンズ位置において焦点検出を行う、スキャン動作が禁止されているか否かの判断が行われる。本実施形態では、図９に示すズーム動作判定処理において、ズーム動作中であると判定された場合に、スキャン駆動は禁止され（ステップＳ１０３）、ズーム動作中ではないと判定された場合には、スキャン駆動は許可される（ステップＳ１０４）。そこで、カメラ制御部２１は、ズーム動作判定処理の結果に基づいて、スキャン駆動が禁止されているか否かを判断する。

そして、ステップＳ２０９でスキャン動作が禁止されていると判断された場合には、スキャン動作を行うことなく、ステップＳ２１２に進み、ステップＳ２１２で、非合焦表示が行われ、その後、このカメラ１の動作が終了される。なお、非合焦表示は、たとえば、電子ビューファインダ２６により行われる。

一方、ステップＳ２０９でスキャン動作が許可されていると判断された場合には、スキャン動作を行うために、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、スキャン動作が許可されているため、カメラ制御部２１により、スキャン動作が実行される。具体的には、カメラ制御部２１は、レンズ制御部３６にスキャン駆動開始指令を送出することで、レンズ制御部３６により、フォーカスレンズ駆動モータ３３１を駆動させ、フォーカスレンズ３３を、所定のスキャン範囲（たとえば、無限遠端から至近端までの範囲）において光軸Ｌ１に沿って駆動させる。そして、カメラ制御部２１は、フォーカスレンズ駆動モータ３３１により、フォーカスレンズ３３をスキャン駆動させながら、位相差検出方式によりデフォーカス量を所定の間隔で検出する。

なお、ステップＳ２１０でスキャン動作を行う際には、フォーカスレンズ駆動モータ３３１により、フォーカスレンズ３３をスキャン駆動させながら、デフォーカス量の算出および焦点評価値の算出を、所定の間隔で同時に行い、これにより、位相差検出方式による合焦位置の検出と、コントラスト検出方式による合焦位置の検出とを、所定の間隔で、同時に実行する構成としてもよい。

また、ステップＳ２１０でスキャン駆動を行う際に、まず、フォーカスレンズ３３を微小に往復駆動させるウォブリング駆動を行いながら、デフォーカス量の算出および焦点評価値の算出を行い、その結果に基づいて、スキャン駆動におけるフォーカスレンズ３３の駆動方向を決定する構成としてもよい。さらに、ウォブリング駆動を行っている際に、デフォーカス量の算出または焦点評価値の算出により、合焦位置が検出できた場合には、検出された合焦位置までフォーカスレンズ３３を駆動させる構成としてもよい。

そして、ステップＳ２１１では、カメラ制御部２１により、ステップＳ２１０のスキャン動作の結果、合焦位置が検出できたか否かの判断が行われる。合焦位置が検出できたと判断された場合には、ステップＳ２０４に戻り、予測駆動が禁止されているか否かに応じて、検出された合焦位置に基づいて、フォーカスレンズ３３のサーボ駆動、あるいは、フォーカスレンズ３３の予測駆動が行われる。一方、デフォーカス量が算出できなかった場合には、ステップＳ２１２に進み、非合焦表示が行われる。

以上のように、本実施形態では、ズーム動作が行われている場合には、フォーカスレンズ３３の予測駆動およびスキャン動作を禁止し、ズーム動作が行われていない場合には、フォーカスレンズ３３の予測駆動およびスキャン動作を許可する。これにより、本実施形態では、ズーム動作により光学系の焦点状態が変化したことにより、被写体が光軸方向に移動していないにも拘わらず、被写体が光軸方向に移動したものと判断され、フォーカスレンズ３３の予測駆動やスキャン動作が行われてしまい、被写体からピントが大きく外れてしまうことを有効に防ぐことができる。特に、本実施形態では、ズーム動作が行われている場合に、算出されてデフォーカス量に応じたレンズ駆動量だけ、フォーカスレンズ３２を駆動させるサーボ駆動を行うことで、ズーム動作が行われている場合であっても、被写体にピントを適切に合わせることができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

たとえば、上述した実施形態では、撮像素子２２の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにおいて、位相差検出方式による焦点状態の検出を行う構成を例示したが、この構成に限定されるものではなく、位相差検出方式による焦点状態の検出を行う焦点検出モジュールを、撮像素子２２とは独立して設ける構成としてもよい。

また、上述した実施形態では、バリフォーカルレンズ３２を備えたレンズ鏡筒２を例示して説明したが、この構成に限定されるものではなく、たとえば、ズームレンズを備えたレンズ鏡筒を用いてもよい。また、カメラ制御部２１は、バリフォーカルレンズ３２を備えたレンズ鏡筒２であるか否かの情報を、レンズ鏡筒２のレンズ制御部３６から受信し、バリフォーカルレンズ３２を備えるレンズ鏡筒２であると判断した場合に、ズーム動作中の予測駆動およびスキャン動作を禁止する構成としてもよい。

なお、上述した実施形態のカメラ１は特に限定されず、例えば、デジタルビデオカメラ、一眼レフデジタルカメラ、レンズ一体型のデジタルカメラ、携帯電話用のカメラなどのその他の光学機器に本発明を適用してもよい。

１…デジタルカメラ
２…カメラ本体
２１…カメラ制御部
２２…撮像素子
２２１…撮像画素
２２２ａ，２２２ｂ…焦点検出画素
３…レンズ鏡筒
３２…バリフォーカルレンズ
３３…フォーカスレンズ
３３１…フォーカスレンズ駆動モータ
３６…レンズ制御部

Claims (5)

1. ズームレンズが駆動していることを示すズーム信号をレンズ鏡筒から受信する受信部と、
   前記ズームレンズおよび焦点調節レンズを有する光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、
   前記焦点検出部により検出された前記光学系の焦点状態に基づいて、前記焦点調節レンズを光軸方向に駆動させる第１駆動制御部と、
   移動被写体が検出された場合に、前記移動被写体に対応する光学系の焦点状態の時間変化から前記移動被写体の位置を予測し、前記移動被写体の予測位置に基づいて、前記焦点調節レンズを光軸方向に駆動させる第２駆動制御部と、
   前記ズームレンズの駆動が検出された場合に、前記第２駆動制御部による前記焦点調節レンズの駆動を禁止する制御部と、を備えることを特徴とする撮像装置。
2. ズームレンズが駆動していることを示すズーム信号をレンズ鏡筒から受信する受信部と、
   前記ズームレンズおよび焦点調節レンズを有する光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、
   前記焦点検出部により検出された前記光学系の焦点状態に基づいて、前記焦点調節レンズを光軸方向に駆動させる第１駆動制御部と、
   異なる複数のレンズ位置において前記光学系の焦点状態を検出するために、前記焦点調節レンズをスキャン駆動させる第３駆動制御部と、
   前記ズームレンズの駆動が検出された場合に、前記第３駆動制御部による前記焦点調節レンズの駆動を禁止する制御部と、を備えることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１に記載の撮像装置において、
   異なる複数のレンズ位置において前記光学系の焦点状態を検出するために、前記焦点調節レンズをスキャン駆動させる第３駆動制御部をさらに有し、
   前記制御部は、前記ズームレンズの駆動が検出された場合に、前記第３駆動制御部による前記焦点調節レンズの駆動を禁止することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置において、
   前記制御部は、前記レンズ鏡筒の光学系が、前記ズームレンズの駆動に伴って光学系の焦点状態が変化する可変焦点レンズであると認識した場合であり、かつ、前記ズームレンズの駆動が検出された場合に、前記焦点調節レンズの駆動を禁止することを特徴とする撮像装置。
5. ズームレンズおよび焦点調節レンズを有する光学系と、
   前記ズームレンズの駆動を検出する検出部と、
   前記光学系の焦点状態に基づいて、前記焦点調節レンズを光軸方向に駆動させるための第１駆動信号を、カメラボディから受信する第１受信部と、
   異なる複数のレンズ位置において前記光学系の焦点状態を検出するために、前記焦点調節レンズをスキャン駆動させるための第２駆動信号を、カメラボディから受信する第２受信部と、
   前記第１駆動信号に基づいて、前記焦点調節レンズを光軸方向に駆動させる第１駆動部と、
   前記第２駆動信号に基づいて、前記焦点調節レンズを光軸方向に駆動させる第２駆動部と、
   前記ズームレンズの駆動が検出された場合に、前記第２駆動部による前記焦点調節レンズの駆動を禁止する制御部と、を備えることを特徴とするレンズ鏡筒。

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