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32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32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321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322によってその位置が調節される。
このフォーカスレンズ32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32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322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32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32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322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322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322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32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322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32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32の位置はフォーカスレンズ用エンコーダ321によって検出される。既述したとおり、フォーカスレンズ32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321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32は、上述した回転筒の回転によってカメラボディ側の端部(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321で検出されたフォーカスレンズ32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322は、この情報に基づいて演算されたフォーカスレンズ32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。
ズームレンズ33は、レンズ鏡筒2の光軸L1に沿って移動可能に設けられ、ズームレンズ用エンコーダ331によってその位置が検出されつつ、ズームレンズ駆動モータ332によってその位置が調節される。ズームレンズ33の位置は、例えば、撮影者によりレンズ鏡筒2のズーム環(不図示)が回されることによって変化し、それに応じて光学系の焦点距離が変わることとなる。そして、ズームレンズ用エンコーダ331で検出されたズームレンズ33の位置情報は、レンズ制御部36へ送信される。なお、ズームレンズ33の移動機構は、上述のフォーカスレンズ32の移動機構と同様とすればよく、さらに、ズームレンズ用エンコーダ331も、上述のフォーカスレンズ用エンコーダ321と同様のものを用いることができる。
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。
また、レンズ制御部36は、ズームレンズ用エンコーダ332によって検出されるズームレンズ33の位置を検出し、ズームレンズ33が駆動した場合には、ズームレンズ33の移動量に応じて、フォーカスレンズ32を駆動させて、フォーカスを微調整するズームトラッキング制御を行う。
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、記録媒体であるカメラメモリ24に記録される。なお、カメラメモリ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。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。なお、レンズ制御部36から送信されるレンズ情報には、フォーカスレンズ32及びズームレンズ33の位置情報や、ズームレンズ33の駆動が行われていることを示すズーム動作信号などが含まれる。
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。
操作部28は、シャッターレリーズボタンや、動画撮影開始スイッチなどの撮影者がカメラ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部分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(A)は、撮像画素221の一つを拡大して示す正面図、図4(D)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4(D)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が配列された複数の焦点検出画素列220が設けられている。そして、一つの焦点検出画素列220は、図3に示すように、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。
図4(B)は、焦点検出画素222aの一つを拡大して示す正面図、図4(E)は、焦点検出画素222aの断面図である。また、図4(C)は、焦点検出画素222bの一つを拡大して示す正面図、図4(F)は、焦点検出画素222bの断面図である。焦点検出画素222aは、図4(B)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4(E)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4(C)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4(F)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220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4(B)、図4(C)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5は、図3のV-V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350の測距瞳351,352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5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5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351,352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350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351,352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5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351,352の並び方向と一致している。
また、図5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350上に投影され、その投影形状は測距瞳351,352を形成する。
すなわち、測距距離Dにある射出瞳350上で、各焦点検出画素の光電変換部の投影形状(測距瞳351,352)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5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351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351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352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352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351と測距瞳352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351と測距瞳352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。
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および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、本実施形態では、図2に示すように、51個の焦点検出画素列220が設けられており、図6に示すように、これら焦点検出画素列220のそれぞれの位置に対応して、撮影画面50上に、AFP1〜AFP51で示す51点の焦点検出エリアAFPが設定されている。カメラ制御部21は、これらの焦点検出エリアAFPに対応する焦点検出画素列220の出力に基づいて、それぞれの焦点検出エリアAFPにおけるデフォーカス量を算出する。なお、図6は、撮影光学系の撮影画面50内に設定された焦点検出エリアの配置の一例を示す図であり、焦点検出エリアAFPの個数および配置は、図6に示す態様に限定されるものではない。
また、カメラ制御部21は、これら複数の焦点検出エリアAFP1〜AFP51のうち、焦点調節を行うための焦点検出エリアを第1対象エリアとして設定し、第1対象エリアにおけるデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ32を駆動させることで、光学系の焦点状態の調節を行う。たとえば、カメラ制御部21は、操作部28を介して撮影者がこれら複数の焦点検出エリアAFP1〜AFP51のうち焦点調節を行うための焦点検出エリアを選択した場合に、撮影者に選択された焦点検出エリアAFPを第1対象エリアとして設定することができる。また、カメラ制御部21は、たとえば、最も至近側にある焦点検出エリアや撮影画面50内において中央部分に位置する焦点検出エリアを自動で、第1対象エリアとして設定してもよい。
さらに、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32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32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32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、本実施形態に係るカメラ1の動作の一例を説明する。図7は、本実施形態に係るカメラ1の動作を示すフローチャートである。以下においては、図7を参照して、動画撮影時の焦点調節方法について説明する。なお、以下に説明する焦点調節処理では、撮影画面50内に設定された複数の焦点検出エリアAFP1〜AFP51のうち、焦点調節を行うための焦点検出エリアが第1対象エリアとして既に設定されている場面を例示して説明する。また、以下に説明する焦点調節処理は、たとえば操作部28に設けた動画撮影開始スイッチがオンされることで開始される。
まず、ステップS101では、カメラ制御部21により、撮影画面50内に設定された複数の焦点検出エリアAFP1〜AFP51において、デフォーカス量の算出が開始される。具体的には、カメラ制御部21は、焦点検出エリアAFP1〜AFP51にそれぞれ対応する焦点検出画素列220の焦点検出画素222a,222bから、一対の像に対応した一対の像データを読み出す。そして、カメラ制御部21は、読み出し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)を実行して像ズレ量を演算し、さらに像ズレ量をデフォーカス量に変換することで、焦点検出エリアAFP1〜AFP51におけるデフォーカス量をそれぞれ算出する。また、カメラ制御部21は、ステップS111で動画撮影が終了したと判断されるまで、所定の周期で上記デフォーカス量の算出を繰り返し実行する。
ステップS102では、カメラ制御部21により、ズーム動作が開始されたか否かの判断が行われる。たとえば本実施形態では、ズームレンズ用エンコーダ331によりズームレンズ33の移動が検知された場合に、ズーム動作が行われていることを示す信号が、レンズ制御部36を介してカメラ制御部21に出力され、これにより、カメラ制御部21は、ズーム動作が開始されたか否かを判断することができる。ズーム動作が開始されていないと判断された場合には、ステップS112に進み、一方、ズーム動作が開始された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、ズーム動作開始時に焦点調節を行うための焦点検出エリアとして設定されている第1対象エリアが、撮影画面50の中央領域よりも外側に設定されているか否かの判断が行われる。図6に示すように、本実施形態に係る焦点検出エリアAFP1は光軸上に位置するように設計されており、この光軸を含む所定の大きさの領域が中央領域として設定されている。なお、中央領域は、図6に示す範囲に限定されず、適宜設定することができる。たとえば、ズーム動作により撮像画像を一定の倍率で変化させた(撮像画像を一定の画角だけ変化させた)場合でも、撮像画像の倍率の変化前および変化後において、人物の顔などの同一の被写体を補足していることができる焦点検出エリアが存在する領域を、中央領域として設定することができる。このような中央領域の一例としては、光軸を含む領域であり、撮影画面50の1/4程度の面積の大きさの領域であり、かつ、撮影画面50と相似する形状の領域を、中央領域として設定することができる。そして、第1対象エリアが撮影画面50の中央領域内に設定されていると判断された場合には、ステップS106に進み、一方、第1焦点対象エリアが撮影画面50の中央領域の外側に設定されていると判断された場合には、ステップS104に進む。
ステップS104では、カメラ制御部21により、ズーム動作開始時に焦点調節を行うための焦点検出エリアとして設定されている第1対象エリアが、カメラ制御部21が備えるメモリに記憶される。たとえば、図6に示す例において、顔検出モードが設定されており、撮影画面50の中央領域の外側に位置する焦点検出エリアAFP39に人物の顔が存在し、焦点検出エリアAFP39が焦点調節を行うための第1対象エリアとして設定されている場合に、カメラ制御部21は、焦点検出エリアAFP39を、ズーム動作開始時の第1対象エリアとして記憶する。なお、メモリに記憶された第1対象エリアは、後述するステップS110で利用される。
ステップS105では、カメラ制御部21により、ズーム動作時に焦点調節を行うための第2対象エリアの選択が行われる。具体的には、カメラ制御部21は、撮影画面50の中央領域内に設定された複数の焦点検出エリアの中から、ズーム動作時において焦点調節を行うために用いる焦点検出エリアを、第2対象エリアとして選択する。たとえば、カメラ制御部21は、撮影画面50の中央領域内に設定された焦点検出エリアであり、かつ、該焦点検出エリアAFPにおけるデフォーカス量が、第1対象エリアにおけるデフォーカス量に対して、光学系の焦点深度の3倍の範囲内となる焦点検出エリアを、第2対象エリアとして設定することができる。すなわち、カメラ制御部21は、撮影画面50の中央領域内に設定された焦点検出エリアにおけるデフォーカス量と第1対象エリアにおけるデフォーカス量との差が示す光軸方向における像面のずれ量が、光学系の焦点深度の3倍の範囲を超えない焦点検出エリアを、第2対象エリアとして設定することができる。あるいは、カメラ制御部21は、中央領域内に設定された複数の焦点検出エリアのうち光軸に対応する焦点検出エリアAFP1を第2対象エリアとして選択してもよいし、また、中央領域内に設定された複数の焦点検出エリアのうち第1対象エリアの真下に位置し、かつ、第1対象エリアから最も近い焦点検出エリアを、第2対象エリアとして選択してもよい。
ここで、ズーム動作時に、撮影画面50の外側に位置する第1対象エリアの焦点状態に基づいて、フォーカスレンズ32を駆動させる場合には、ズーム動作により撮像画像の倍率が変化した(撮像画像の画角が変化した)場合に、第1対象エリアにおいて補足していた被写体が、撮像画像の倍率の変化に伴って移動してしまい、第1対象エリアから外れてしまう場合がある。その結果、第1対象エリアにおける被写体が変わってしまい、第1対象エリアにおけるデフォーカス量が大きく変化することがあり、これにより、大きく変化したデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ32の駆動が行われるため、ズーム動作時に被写体にピントの合った画像を撮影できなくなってしまう場合があった。これに対して、本実施形態では、ズーム動作開始時に撮影画面50の中央領域の外側に設定されていた第1対象エリアを、ズーム動作時に、撮影画面50の中央領域内の第2対象エリアに変更することで、ズーム動作により撮像画像の倍率が変化した(撮像画像の画角が変化した)場合でも、第2対象エリアにおけるデフォーカス量の変化を抑えることができるため、ズーム動作時において被写体にピントの合った画像を撮影することができる。
そして、ステップS106では、カメラ制御部21により、ステップS105で設定された第2対象エリアにおいてデフォーカス量が算出できたか否かの判断が行われる。第2対象エリアにおいて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、ステップS107に進み、第2対象エリアにおけるデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ32の駆動が行われる。そして、ステップS108において、カメラ制御部21により、ズーム動作が終了したか否かの判断が行われ、ズーム動作が終了していると判断された場合には、ステップS110に進み、一方、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S106に戻り、第2対象エリアにおけるデフォーカス量に基づいて、光学系の焦点調節が繰り返し実行される。
また、ステップS106において、第2対象エリアにおいてデフォーカス量が算出できなかった場合には、ステップS109に進み、ズームトラッキングによるフォーカスレンズ32の駆動が行われる。具体的には、カメラ制御部21は、撮影距離ごとの、ズームレンズ33の位置とフォーカスレンズ32の位置との関係を示すズームトラッキング用のテーブルを用いて、ズームレンズ33の移動量に応じたフォーカスレンズ32の駆動量を算出する。そして、算出したフォーカスレンズ32の駆動量を、フォーカスレンズ駆動モータ322に送信して、フォーカスレンズ32を駆動させることにより、フォーカスを微調整するズームトラッキング制御が行われる。そして、ステップS108に進み、ズーム動作が行われている場合には、第2対象エリアにおけるデフォーカス量に基づいて、焦点調節が繰り返し実行される。
そして、ステップS110では、ズーム動作が終了しているため、カメラ制御部21により、ステップS105において記憶されたズーム動作開始時の第1対象エリアが、ズーム動作終了後において焦点調節を行うための焦点検出エリアとして設定される。すなわち、本実施形態では、ズーム動作時に、焦点調節を行うための焦点検出エリアが、第1対象エリアから第2対象エリアに変更された場合には、ズーム動作終了後に、焦点調節を行うための焦点検出エリアが、第2対象エリアから第1対象エリアに戻されることとなる。
また、ステップS103で第1対象エリアが中央領域内に設定されている場合には、ステップS106に進み、第1対象エリアにおけるデフォーカス量に基づいて、光学系の焦点調節が行われることとなる。この場合、ステップS110の処理は省略される。
ステップS111では、カメラ制御部21により、動画撮影が終了したか否かの判断が行われる。動画撮影が終了した場合には、図7に示すカメラ1の動作を終了し、一方、動画撮影が終了していない場合には、ステップS102に戻り、上述したカメラ1の動作が繰り返される。
また、ステップS102でズーム動作が開始されていないと判断された場合、ステップS112に進み、カメラ制御部21により、第1対象エリアにおいてデフォーカス量が算出できたか否かの判断が行われる。第1対象エリアにおいて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S113に進み、第1対象エリアにおけるデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ32の合焦駆動が行われる。一方、第1対象エリアにおいてデフォーカス量が算出できなかった場合は、ステップS114に進む。
ステップS114では、カメラ制御部21により、フォーカスレンズ32を現在位置近傍において微小駆動させるウォブリング動作が行われる。カメラ制御部21は、ウォブリング動作中に、コントラスト検出方式による焦点評価値の算出を行うことで、算出された焦点評価値に基づいて、後述するスキャン動作を行なう際におけるフォーカスレンズ32の駆動方向を決定する。なお、ウォブリング動作中に、コントラスト検出方式による焦点評価値の算出を行うとともに、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出を行い、算出した焦点評価値およびデフォーカス量に基づいて、スキャン動作を行なう際におけるフォーカスレンズ32の駆動方向を決定する構成としてもよい。
そして、ステップS115では、カメラ制御部21により、スキャン動作を実行するためのスキャン動作実行処理が行なわれる。ここで、スキャン動作とは、フォーカスレンズ駆動モータ322により、フォーカスレンズ32をスキャン駆動させながら、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、およびコントラスト検出方式による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、同時に実行する動作である。以下においては、図8を参照して、本実施形態に係るスキャン動作実行処理を説明する。なお、図8は、本実施形態に係るスキャン動作実行処理を示すフローチャートである。
まず、ステップS201では、カメラ制御部21により、スキャン動作の開始処理が行われる。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し、レンズ制御部36は、カメラ制御部21からの指令に基づき、フォーカスレンズ駆動モータ322を駆動させ、フォーカスレンズ32を光軸L1に沿ってスキャン駆動させる。なお、カメラ制御部21は、ステップS114のウォブリング動作で決定したフォーカスレンズ32の駆動方向に、フォーカスレンズ32のスキャン駆動を行う。
そして、カメラ制御部21は、フォーカスレンズ32を駆動させながら、所定間隔で、撮像素子22の焦点検出画素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を行い、これに基づき、位相差検出方式により、デフォーカス量の算出および算出されたデフォーカス量の信頼性の評価を行うとともに、フォーカスレンズ32を駆動させながら、所定間隔で、撮像素子22の撮像画素221から画素出力の読み出しを行い、これに基づき、焦点評価値を算出し、これにより、異なるフォーカスレンズ位置における焦点評価値を取得することで、コントラスト検出方式により合焦位置の検出を行う。
ステップS202では、カメラ制御部21により、スキャン動作を行なった結果、位相差検出方式により、デフォーカス量が算出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S205に進み、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S203に進む。なお、ステップS202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所定値以下である場合には、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S203に進むこととする。
ステップS203では、カメラ制御部21により、スキャン動作を行なった結果、コントラスト検出方式により、合焦位置の検出ができたか否かの判定が行なわれる。コントラスト検出方式により、合焦位置の検出ができた場合には、ステップS206に進み、一方、合焦位置の検出ができなかった場合には、ステップS204に進む。
ステップS204では、カメラ制御部21により、スキャン動作を、フォーカスレンズ32の駆動可能範囲の全域について行なったか否かの判定が行なわれる。フォーカスレンズ32の駆動可能範囲の全域について、スキャン動作を行なっていない場合には、ステップS202に戻り、ステップS202〜S204を繰り返すことにより、スキャン動作、すなわち、フォーカスレンズ32をスキャン駆動させながら、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出、およびコントラスト検出方式による合焦位置の検出を、所定の間隔で同時に実行する動作を継続して行う。一方、フォーカスレンズ32の駆動可能範囲の全域について、スキャン動作の実行を完了している場合には、ステップS207に進む。
そして、スキャン動作を実行した結果、ステップS202において、位相差検出方式により、デフォーカス量が算出できたと判定された場合には、ステップS205に進み、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量に基づく、合焦動作が行なわれる。
すなわち、カメラ制御部21により、まず、スキャン動作の停止処理が行われ、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量から、フォーカスレンズ32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が行なわれる。算出されたレンズ駆動量は、レンズ制御部36を介して、フォーカスレンズ駆動モータ322に送出され、フォーカスレンズ駆動モータ322は、算出されたレンズ駆動量に基づいて、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させる。
なお、本実施形態において、カメラ制御部21は、フォーカスレンズ駆動モータ322を駆動させ、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させている間においても、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出を繰り返し行い、その結果、新たなデフォーカス量が算出された場合には、新たなデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ32を駆動させる。
また、スキャン動作を実行した結果、ステップS203において、コントラスト検出方式により、合焦位置が検出できたと判定された場合には、ステップS206に進み、コントラスト検出方式により検出された合焦位置に基づく、フォーカスレンズ32の駆動動作が行なわれる。
すなわち、まず、スキャン動作の停止処理が行なわれた後、コントラスト検出方式により検出された合焦位置に基づいて、フォーカスレンズ32を、合焦位置まで駆動させるレンズ駆動処理が行なわれる。なお、コントラスト検出方式による検出結果に基づいて、フォーカスレンズ32を合焦位置への駆動を行う際には、フォーカスレンズ32の合焦位置への駆動が完了するまでは、位相差検出方式による焦点検出結果に基づく、フォーカスレンズ32の駆動を禁止することが好適である。これにより、フォーカスレンズ32のハンチング現象を抑制することができる。
一方、ステップS204において、フォーカスレンズ32の駆動可能範囲の全域について、スキャン動作の実行が完了していると判定された場合には、ステップS207に進む。ステップS207では、スキャン動作を行なった結果、位相差検出方式およびコントラスト検出方式のいずれの方式によっても、焦点検出を行うことができなかったため、スキャン動作の終了処理が行なわれ、このスキャン動作実行処理が行われる。
このように、ステップS115のスキャン動作実行処理が行われ、ステップS115のスキャン動作実行処理が終了した後は、このカメラ1の動作も終了する。
以上のように、本実施形態におけるカメラ1は動作する。
このように、本実施形態に係るカメラ1は、ズーム動作時に、焦点検出エリアAFPにおいて位相差検出方式によるデフォーカス量を算出し、算出したデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ32を駆動させることで、光学系の実際の焦点状態に基づいて、光学系の焦点調節を行うことができる。これにより、本実施形態では、所定の設計値で設計されたズームレンズ33とフォーカスレンズ32とに基づいて、予め定められたズームトラッキング用のテーブルを用いてズームトラッキング制御を行う場合と比べて、ズームレンズ33またはフォーカスレンズ32の実際の特性値と、これらレンズの設計値との間に誤差が生じた場合でも、光学系の実際の焦点状態に基づいて光学系の焦点調節を行うことができるため、ズーム動作時に被写体にピントの合った画像を撮影することができる。
また、本実施形態では、ズーム動作開始時に焦点調節を行うための第1対象エリアが、撮影画面50の中央領域の外側に位置する場合には、撮影画面50の中央領域内に設定されている焦点検出エリアAFPを、ズーム動作時に焦点調節を行うための第2対象エリアとして選択し、第2対象エリアにおけるデフォーカス量に基づいて光学系の焦点調節を行う。ここで、たとえば図6に示す例において、撮影画面50の中央領域の外側に位置する焦点検出エリアAFP39が、ズーム動作開始時の第1対象エリアとして設定されている場合に、このまま、ズーム動作により撮像画像の倍率を変化させた(撮像画像の画角を変化させた)場合には、第1対象エリアAFP39で補足していた被写体が、ズーム動作による撮像画像の倍率の変化に伴って移動してしまい、ズーム動作中に、第1対象エリアAFP39に対応する被写体が変わってしまう場合がある。このような場合、第1対象エリアAFP39におけるデフォーカス量が大きく変化してしまい、変化したデフォーカス量に応じてフォーカスレンズ32の駆動が行われるため、ズーム動作中に被写体にピントの合った画像を撮影できない場合があった。これに対して、本実施形態では、ズーム動作時に焦点調節を行うための焦点検出エリアを、ズーム動作開始時に撮影画面50の中央領域の外側に設定されていた第1対象エリアから、撮影画面50の中央領域内に設定された第2対象エリアに変更することで、ズーム動作により撮像画像の倍率が変化した(撮像画像の画角が変化した)場合でも、第2対象エリアにおいて被写体が大きく変化してしまうことを抑制することができるため、ズーム動作時においても被写体にピントの合った画像を撮影することができる。特に、ズーム動作により撮像画像の倍率を大きくした場合(撮像画像の画角を小さくした場合)には、光学系の被写界深度は狭くなり、また、被写体が撮影画面50から外れ易くなるため、より大きな効果を奏することができる。
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、動画撮影時における焦点調節処理について説明したが、これに限定されず、たとえば、スルー画像撮影時における焦点調節処理においても同様の処理を行うことができる。
また、上述した実施形態では、ズーム動作の終了後に、焦点調節を行うための焦点検出エリアを、ズーム動作開始時の第1対象エリアに戻す構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、ズーム動作の終了時において、ズーム動作開始時の第1対象エリア周辺の焦点検出エリアであって、ズーム動作開始時に第1対象エリアで捕捉されていた被写体の被写体距離に近い距離に存在する被写体を補足している焦点検出エリアを、焦点調節を行うための焦点検出エリアとして設定する構成としてもよい。これにより、ズーム動作後も、ズーム動作開始時に第1対象エリアで補足されていた被写体を補足し易くなる。
さらに、上述した実施形態では、第2対象エリアにおいて位相差検出方式による焦点検出を行い、位相差検出方式による焦点検出結果に基づいて光学系の焦点調節を行う構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、第2対象エリアにおいてコントラスト検出方式による焦点検出を行い、コントラスト検出方式による焦点検出結果に基づいて光学系の焦点調節を行う構成としてもよい。
加えて、上述した実施形態では、レンズ制御部36からカメラ制御部21にズーム動作が開始されたことを示す信号が出力されることで、ズーム動作が開始したか否かを判断する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、操作部28に備えるズーム作動スイッチが押された場合に、操作部28からズーム動作が開始されたことを示す信号が出力されることで、ズーム動作が開始したか否かを判断する構成としてもよい。
また、上述した実施形態では、ズーム動作開始時に第1対象エリアが撮影画面50の中央領域の外側に位置する場合には、ズーム動作時に、中央領域内の焦点検出エリアを第2対象エリアとして選択し、第2対象エリアにおけるデフォーカス量に基づいて焦点調節を行う構成を例示したが、たとえば、撮像画像の倍率が大きくなるように(撮像画像の画角が狭くなるように)ズーム動作を行った場合には、上記実施形態と同様に、中央領域内の焦点検出エリアを第2対象エリアとして選択し、第2対象エリアにおけるデフォーカス量に基づいて焦点調節を行い、一方、撮像画像の倍率が小さくなるように(撮像画像の画角が広くなるように)ズーム動作を行った場合には、ズームトラッキングにより焦点調節を行う構成としてもよい。
さらに、上述した実施形態では、撮影画面50内に設定された複数の焦点検出エリアAFPにおいてデフォーカス量を算出し、これらデフォーカス量のうち、第2対象エリアにおけるデフォーカス量に基づいて焦点調節を行う構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、第2対象エリアのみにおいてデフォーカス量を算出し、算出した第2対象エリアにおけるデフォーカス量に基づいて焦点調節を行う構成としてもよい。また、撮像素子22に設置された複数の焦点検出画素列220のうち、第2対象エリアに対応する焦点検出画素列220のみからデータを読み出す構成としてもよい。
また、上述した実施形態では、撮像素子22に複数の撮像画素221と複数の焦点検出画素222a,222bとを有し、動画撮影時にズーム動作が行われた場合に、撮像素子22に備える焦点検出画素222a,222bから出力された画像信号に基づいて位相差検出方式によるデフォーカス量を算出することで、動画像を撮影しながら焦点調節を行う構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、撮像素子22から独立した部材であり、瞳分割した一対の光束を受光して一対の像データを出力する受光センサを備え、光学系から入射される光束をハーフミラーにより分岐することで、一部の光束を受光センサに導くとともに、他の光束を撮像素子22に導くことで、撮像素子22により画像の撮影を行いながら、受光センサにより位相差検出方式による焦点調節を行う構成とすることができる。
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、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。