JP2016006463A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】撮像面位相差AFの開始から記録用撮像が可能となるまでの時間を短くする。
【解決手段】撮像装置120は、撮像素子122から得られた撮像信号を用いてファインダ用画像および記録用画像を生成する画像生成手段124と、撮像素子から得られた焦点検出信号を用いて光学系のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段129と、デフォーカス量を第1の所定値以下に減少させるようにフォーカス制御を行い、フォーカス制御の後に記録用画像の撮像処理を行う制御手段125とを有する。制御手段は、フォーカス制御中において、デフォーカス量が第1の所定値よりも大きい第2の所定値より大きいときは、順次生成されるファインダ用画像を表示手段126に更新しながら表示し、デフォーカス量が第2の所定値以下となることに応じて、ファインダ用画像の表示更新を停止させ、かつデフォーカス量を第1の所定値以下に減少させるフォーカス制御を行う。
【選択図】図1
【解決手段】撮像装置120は、撮像素子122から得られた撮像信号を用いてファインダ用画像および記録用画像を生成する画像生成手段124と、撮像素子から得られた焦点検出信号を用いて光学系のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段129と、デフォーカス量を第1の所定値以下に減少させるようにフォーカス制御を行い、フォーカス制御の後に記録用画像の撮像処理を行う制御手段125とを有する。制御手段は、フォーカス制御中において、デフォーカス量が第1の所定値よりも大きい第2の所定値より大きいときは、順次生成されるファインダ用画像を表示手段126に更新しながら表示し、デフォーカス量が第2の所定値以下となることに応じて、ファインダ用画像の表示更新を停止させ、かつデフォーカス量を第1の所定値以下に減少させるフォーカス制御を行う。
【選択図】図1
Description
本発明は、撮像素子を用いた撮影光学系の焦点状態、すなわちデフォーカス量の検出が可能な撮像装置に関する。
デジタルカメラ等の撮像専用の撮像装置や、携帯電話、ゲーム機およびパーソナルコンピュータ等に搭載される撮像装置には、オートフォーカス(AF)機能が備わっていることが多い。
特許文献1には、撮影画像を生成するための複数の撮像画素とは別に複数の焦点検出画素を有する撮像素子が開示されている。各焦点検出画素には、マイクロレンズの光軸に対して偏心した開口部を有する光電変換部が設けられている。開口部の偏心方向が互いに異なる一対の焦点検出画素(群)を用いることで一対の焦点検出信号が得られ、これら焦点検出信号の位相差から光学系のデフォーカス量を得ることができる。また、特許文献2にて開示されているように、1つの焦点検出画素に1つのマイクロレンズと該マイクロレンズの光軸に対してそれぞれ偏心した一対の光電変換部とが設けられた撮像素子を用いても、同様の原理で光学系のデフォーカス量を得ることができる。
このように、撮影画像を生成するための撮像素子とは別の焦点検出センサを用いずに、該撮像素子から得られる信号を用いた位相差検出方式でのAFを、本明細書では撮像面位相差AFという。
このような撮像面位相差AFは、撮像レンズによるケラレの影響を受けやすい。撮像レンズによるケラレが発生すると、一対の焦点検出信号の形状の差が生じて、これらの位相差の検出精度、ひいてはデフォーカス量の検出精度が低下する。また、ケラレによる位相差検出精度への影響は、デフォーカス量が大きいほど大きくなる。これは、デフォーカス量が大きくなるにつれて焦点検出画素上に形成される被写体像のコントラストが低下し、この結果、ケラレの影響による焦点検出信号の形状変化も大きくなるためである。
撮像面位相差AFを含む位相差検出方式によるAFでは、デフォーカス量の検出と該デフォーカス量が減少する方向へのフォーカスレンズ等のフォーカス素子の駆動とを繰り返し行う。そして、合焦状態近くまで減少したデフォーカス量を用いてさらにフォーカス素子の駆動を行うことで、最終的な合焦状態を得る。また、合焦状態が得られるまでは、撮像素子(撮像画素)からの信号を用いて生成された動画としてのファインダ用画像がモニタに表示され、撮影者が合焦状態を視認できるようになっている。その後、記録用画像の取得(記録用撮像)に適した撮像素子の駆動を行えるようにするために、それまでモニタに表示していたファインダ用画像を停止(フリーズ)させる等の記録用撮像に対する準備処理が行われる。
しかしながら、このように合焦状態が得られるまで記録用撮像に対する準備処理が行われないのでは、AFの開始から記録用撮像が可能となるまでの時間が長くなるという問題がある。
本発明は、撮像面位相差AFを行う場合に、AFの開始から記録用撮像が可能となるまでの時間を短くすることができるようにした撮像装置およびその制御方法を提供する。
本発明の一側面としての撮像装置は、光学系により形成された光学像を光電変換する撮像素子と、該撮像素子から得られた撮像信号を用いてファインダ用画像および記録用画像を生成する画像生成手段と、該撮像素子から得られた焦点検出信号を用いて光学系のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、ファインダ用画像の表示手段への表示を制御するとともに、デフォーカス量を第1の所定値以下に減少させるようにフォーカス制御を行い、該フォーカス制御の後に記録用画像を取得するための撮像処理を行う制御手段とを有する。そして、制御手段は、フォーカス制御中において、デフォーカス量が第1の所定値よりも大きい第2の所定値より大きいときは、画像生成手段により周期的に順次生成されるファインダ用画像を表示手段に更新しながら表示し、デフォーカス量が第2の所定値以下となることに応じて、表示手段におけるファインダ用画像の表示の更新を停止させ、かつ第1の所定値より大きいデフォーカス量を第1の所定値以下に減少させるためのフォーカス制御を行うことを特徴とする。
また、本発明の他の一側面としての撮像制御方法は、光学系により形成された光学像を光電変換する撮像素子を有し、該撮像素子から得られた撮像信号を用いたファインダ用画像および記録用画像の生成が可能であり、該撮像素子から得られた焦点検出信号を用いて光学系のデフォーカス量の検出が可能な撮像装置に、ファインダ用画像の表示手段への表示を制御させるとともに、デフォーカス量を第1の所定値以下に減少させるようにフォーカス制御を行わせ、該フォーカス制御の後に記録用画像を取得するための撮像処理を行わせる。該撮像制御方法は、撮像装置に、フォーカス制御中において、デフォーカス量が第1の所定値よりも大きい第2の所定値より大きいときは、周期的に順次生成されるファインダ用画像を表示手段に更新しながら表示させ、デフォーカス量が第2の所定値以下となることに応じて、表示手段におけるファインダ用画像の表示の更新を停止させ、かつ第1の所定値より大きいデフォーカス量を第1の所定値以下に減少させるためのフォーカス制御を行わせることを特徴とする。
なお、上記撮像制御方法を撮像装置のコンピュータに行わせるコンピュータプログラムとしての撮像制御プログラムも、本発明の他の一側面を構成する。
本発明によれば、撮像面位相差AFを行う撮像装置であって、AFの開始から記録用画像を生成するための撮像処理が可能となるまでの時間が短い撮像装置を実現することができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図1には、本発明の実施例1である撮像装置としてのレンズ交換型の一眼レフデジタルカメラ(以下、単にカメラという)120の構成を示しめている。図1には、カメラ120に取り外し可能に装着される交換レンズ装置としてのレンズユニット100の構成も示している。レンズユニット100は、図中に点線で示すマウントMを介してカメラ120と機械的および電気的に接続される。
レンズユニット100は、被写体側(図の左側)から順に配置された第1レンズ群101、絞りシャッタ102、第2レンズ群103、フォーカスレンズ群(以下、単にフォーカスレンズという)104により構成される撮像光学系を有する。撮像光学系は、被写体からの光束に光学像としての被写体像を形成させる結像光学系である。また、レンズユニット100は、第1レンズ群101、絞りシャッタ102、第2レンズ群103およびフォーカスレンズ104を駆動および制御するレンズ駆動/制御系を有する。
第1レンズ群101は、撮像光学系の光軸OAに沿った方向(以下、光軸方向という)に移動可能に保持されている。絞りシャッタ102は、その開口径を変化させることで光量調節を行うとともに、静止画撮像時に露光時間を制御するシャッタとしても機能する。第1レンズ群101の光軸方向への移動に伴って絞りシャッタ102と第2レンズ群103が一体で光軸方向に移動する。これにより、変倍(ズーム)が行われる。フォーカスレンズ104は光軸方向に移動可能であり、その移動によって焦点調節が行われる。
レンズ駆動/制御系は、ズームアクチュエータ111、絞りシャッタアクチュエータ112、フォーカスアクチュエータ113、ズーム駆動回路114、絞りシャッタ駆動回路115、フォーカス駆動回路116、レンズMPU117を有する。また、レンズメモリ118も有する。
ズーム駆動回路114は、レンズコントローラ(コンピュータ)としてのレンズMPU117による制御に従ってズームアクチュエータ111を駆動し、第1レンズ群101および第2レンズ群103(および絞りシャッタ102)を光軸方向に移動させる。絞りシャッタ駆動回路115は、レンズMPU117による制御に従って絞りシャッタアクチュエータ112を駆動して絞りシャッタ102の開口径やシャッタとしての動作を制御する。
フォーカス駆動回路116は、レンズMPU117による制御に従ってフォーカスアクチュエータ113を駆動し、フォーカス素子としてのフォーカスレンズ104を光軸方向に移動させる。フォーカス駆動回路116は、フォーカスレンズ104の位置(以下、フォーカスレンズ位置ともいう)を検出する機能を有する。
レンズMPU117は、その記憶部に格納されたコンピュータプログラムを実行することで、マウントM内の信号線を介して接続されたカメラMPU125とコマンドやデータをやりとりしながら又は単独でレンズユニット100内の構成要素を制御または管理する。レンズMPU117は、フォーカス駆動回路116を通じて取得したフォーカスレンズ位置や、第1レンズ群101および第2レンズ群103の位置に基づく焦点距離(画角)(以下、ズーム位置という)等のレンズ情報を、カメラMPU125に供給する。レンズメモリ118は、レンズMPU117によるオートフォーカス(AF)の制御に必要な光学情報を記憶している。
カメラ120は、光学ローパスフィルタ121、撮像素子122およびカメラ駆動/制御系を有する。
光学ローパスフィルタ121は、撮像光学系により形成される被写体像のうち偽色やモアレの原因となる空間周波数が高い成分を低減する。
撮像素子122は、m画素×n画素からなる複数の画素を有するCMOSセンサ等の光電変換素子とその周辺回路により構成され、光学ローパスフィルタ121により高空間周波数成分が低減された被写体像を画素ごとに光電変換して電荷を蓄積する。撮像素子122の全ての画素はそれぞれ独立して電荷の出力(読み出し)が可能に構成されている。この撮像素子122は、後述するファインダ用画像や記録用画像を生成するための複数の撮像画素を有するとともに、撮像面位相差AFを可能とするため(つまりは位相差検出方式での焦点検出を可能とするため)の複数の焦点検出画素を有する。複数の焦点検出画素のうち一部の焦点検出画素群およびこれと対をなす他の焦点検出画素群は、撮像光学系の射出瞳のうち互いに異なる複数の部分領域(以下、射出瞳領域という)からの光束を受光する。撮像画素は、撮像光学系の射出瞳のうち上記複数の射出瞳領域を包含する領域(例えば、全域)からの光束を受光する。
なお、撮像画素と焦点検出画素は本実施例のように互いに別々に設けられていてもよいが、撮像画素と焦点検出画素とが一体の画素として構成されていてもよい。本実施例にて用いる撮像素子122の詳しい構成については後述する。
カメラ駆動/制御系は、撮像素子駆動回路(駆動手段)123、画像処理回路(画像生成手段)124、カメラMPU(制御手段)125、表示器(表示手段)126、操作スイッチ部127およびカメラメモリ128を有する。また、位相差焦点検出部(デフォーカス量検出手段)129およびTVAF焦点検出部130も有する。
撮像素子駆動回路123は、制御手段であるカメラコントローラ(コンピュータ)としてのカメラMPU125による制御に従い、撮像素子122を駆動する。具体的には、ファインダ用画像の生成や撮像面位相差AFを行う際には、撮像素子駆動回路123は、撮像素子122を、カメラMPU125から指定された駆動フレームレート(周波数)で周期的に電荷の蓄積と出力(読み出し)とを行わせるように駆動する。また、記録用画像の生成を行う際には、撮像素子122を、絞りシャッタ102のシャッタ動作によって電荷蓄積の時間(露光時間)が制御されて、この間に蓄積された電荷の出力を行わせるように駆動する。電荷出力は、アナログ信号の出力として行われる。
さらに、撮像素子駆動回路123は、撮像素子122から出力されたアナログ信号をA/D変換することでデジタル撮像信号を生成し、該デジタル撮像信号をカメラMPU125および画像処理回路124に出力する。
画像処理回路124は、カメラMPU125による制御に従って撮像素子駆動回路123(撮像素子122)から得られた撮像信号に対して、ガンマ補正処理、デモザイク(色補間)処理、圧縮符号化処理等の画像処理を行って画像データ(映像信号)を生成する。この際、後述するように撮像画面内にて選択された焦点検出領域の像高が高く、撮像光学系のケラレが焦点検出の信頼度に与える影響が大きい場合には、画像処理回路124にて画像データにおけるケラレの影響を低減するための補正処理を行ってもよい。また、画像処理回路124は、カメラメモリ128から読み出した画像データの復号等も行う。
カメラMPU125は、ROM125aに格納されたコンピュータプログラムとしての撮像制御プログラムを実行する。これにより、前述した撮像素子駆動回路123や画像処理回路124の制御のほか、カメラ120とレンズユニット100からなるカメラシステム全体の動作を制御および管理する。特に、カメラMPU125は、上述した撮像面位相差AFの制御(フォーカス制御)と、後述するTVAFの制御と、後述する記録用画像を取得するための記録用撮像処理とを行う。カメラMPU125には、例えばプログラム実行時のワークエリアとして用いるためのRAM125bや、各種設定値等を記憶するEEPROM125cも設けられている。
カメラMPU125は、マウントM内の信号線を介して接続されたレンズMPU117とのコマンドやデータの通信を行う。これにより、レンズユニット100の動作を制御したり、撮像光学系の光学情報、焦点距離(画角)、フォーカスレンズ位置および絞りシャッタ102の開口径(絞り値)等の情報を取得したりする。上述した画像データにおける撮像光学系のケラレの影響を低減するための補正処理を、画像処理回路124に代わってカメラMPU125が行ってもよい。
表示器126は、LCD等の表示素子を用いて構成され、撮像モードに関する情報、後述するライブビュー画像、記録用撮像前のプレビュー画像、記録用撮像後の確認用画像、AF時の合焦表示用マーク等を表示する。操作スイッチ部127は、電源スイッチ(メインスイッチ)、レリーズ(撮像トリガ)スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮像モード選択スイッチその他の各種選択スイッチ等を含む。
カメラメモリ128は、記録用画像の撮像(以下、記録用撮像という)により生成された記録用画像を記録するための記録媒体であり、カメラ120に対して着脱可能な不揮発性メモリカードやカメラ120に内蔵されたメモリであってもよい。また、光学記録媒体や磁気記録媒体であってもよい。
位相差焦点検出部129は、撮像素子122の焦点検出画素から得られる一対の焦点検出信号(以下、AF像信号という)の位相差を用いる位相差検出方式により撮像光学系の焦点状態、すなわちデフォーカス量を検出(算出)する。より具体的には、位相差焦点検出部129は、撮像画面内にて選択された焦点検出領域に含まれる複数の焦点検出画素がそれぞれ有する一対の光電変換部からの出力により得られる一対のAF像信号に対して相関演算を行い、これらAF像信号の位相差を算出する。そして、該位相差からデフォーカス量とデフォーカス方向を算出する。以下の説明において、デフォーカス量およびデフォーカス方向を算出することを、これらを検出するという。
本実施例で行う撮像面位相差AFでの焦点検出の方法については、後に詳細に説明する。また、本実施例では、一対のAF像信号の生成をカメラMPU125が行い、該一対のAF像信号の位相差とその位相差からのデフォーカス量およびデフォーカス方向の検出を位相差焦点検出部129が行う。
TVAF焦点検出部130は、画像処理回路124にて得られた画像データの高周波成分に基づくコントラスト評価値(AF評価値)がピークとなるフォーカスレンズ104の位置(合焦位置)を探索するコントラスト検出方式によるAF(TVAF)を行う。
このように、本実施例のカメラ120では、撮像面位相差AFとTVAFの両方を行うこが可能であり、カメラMPU125が、撮像状況に応じて、これらを選択的に行わせたり組み合わせて行わせたりする。
次に、撮像面位相差AFについて詳細に説明する。図2には、撮像光学系側から見た撮像素子122における画素配列を示す。撮像素子122の画素領域400には、水平方向にm個および垂直方向にn個の画素401が配列されている。水平方向は撮像素子122の長辺に沿った方向であり、垂直方向は撮像素子122の短辺に沿った方向である。ここでは、画素領域400の全体と撮像範囲とが一致するものとして説明する。なお、図2においては、左上の10画素×10画素のみを示し、他の画素は図示を省略している。
画素領域400には、2×2画素を単位周期(単位配列)とする原色ベイヤー配列のカラーフィルタがオンチップで設けられている。つまり、各画素401には、R(赤),G(緑),B(青)のいずれか1色のカラーフィルタが設けられている。以下の説明では、X色(XはR,G,Bのいずれか)のカラーフィルタが設けられた画素を、X画素という。
上述したように撮像素子122は、画素401として、複数の撮像画素(撮像画素群)と複数の焦点検出画素(焦点検出画素群)とを有する。撮像画素は、撮像光学系の射出瞳の全域からの光束を受光するように構成され、その受光量に応じたレベルの画素信号を出力する。また、焦点検出画素は、撮像光学系の射出瞳のうち部分領域からの光束を受光するように構成され、その受光量に応じた画素信号を出力する。なお、複数の焦点検出画素は、撮像光学系の射出瞳のうち互いに異なる少なくとも一対の部分領域からの光束を受光するように構成された少なくとも一対の焦点検出画素群を含んでいる。そして、一対の焦点検出画素群の出力から、位相差検出用の一対のAF像信号が生成される。以下の説明では、位相差検出用の一対のAF像信号のうち一方をA像信号といい、他方をB像信号という。
2×2画素を単位配列とする原色ベイヤー配列において焦点検出画素を設ける場合には、該単位配列のうち対角に位置する一対のG画素が撮像画素として用いられ、本来他の対角に位置するR画素とB画素に相当する画素が焦点検出画素として用いられる。焦点検出画素にはカラーフィルタが設けられないか無色のフィルタを設ける。これは、焦点検出画素は撮像画素よりも受光量が少ないため、カラーフィルタによる減衰を抑制するためである。なお、撮像画素としてのR画素とB画素が焦点検出画素に置き換えられた部分の画素出力は、その近傍のR画素とB画素の出力を用いて補間される。焦点検出画素は、この補間に影響がないように画素領域400内に離散的に配置される。
図3(a),(b)には、撮像画素の構造を模式的に示している。図3(a)には、撮像光学系OS側から見た2×2画素を示している。図3(a)では、ベイヤー配列の単位配列である2×2画素のうち対角2画素はGの分光感度を有する撮像画素(G画素)であり、他の対角2画素はそれぞれRとBの分光感度を有する撮像画素(R画素とB画素)である。
図3(b)は、図3(a)におけるA−A断面と撮像光学系OSの射出瞳EPからの光路を示している。なお、図3(b)では、図示の便宜上、撮像光学系OSを1枚のレンズとして示している。
図3(b)において、MLは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズであり、CFRはRのカラーフィルタであり、CFGはGのカラーフィルタである。PD(Photo Diode)は、各画素の光電変換部を模式的に示したものである。CL(Contact Layer)は、撮像素子122内の各種信号を伝達する信号線を形成する配線層である。OAは撮像光学系OSの光軸である。なお、図3(b)には、撮像素子122の中心付近、すなわち撮像素子122のうち撮像光学系OSの光軸OAとの交点付近に位置する画素に対する光路を示している。
撮像画素のマイクロレンズMLと光電変換素子PDは、射出瞳EPを通過した光束のうち可能な限り多くを有効に取り込むように構成されている。換言すれば、射出瞳EPと光電変換素子PDは、マイクロレンズMLにより共役関係にあり、かつ光電変換部PDの有効面積が大きく設計される。図3(b)では、射出瞳411の全域からの光束410が光電変換素子PDに入射する。なお、図3(b)ではR画素について説明したが、G画素およびB画素についても同様である。また、マイクロレンズML、カラーフィルタ(CFR,CFG)、光電変換部PDおよび配線層CLは、理解を容易にするために拡大してあるが、実際の大きさはミクロンオーダーである。
図4(a),(b)には、撮像画素および焦点検出画素の構造を模式的に示している。図4(a)には、撮像光学系OS側から見た2×2画素を示している。図4(a)では、ベイヤー配列の単位配列である2×2画素のうち対角2画素は撮像画素としてのG画素)であり、他の対角位置の2画素は、図3(a)に示したR画素とB画素に代えて配置された焦点検出画素SHA,SHBである。R画素とB画素に代えて焦点検出画素SHA,SHBを配置するのは、輝度情報に敏感で色情報に鈍感な人間の視覚特性上、輝度情報の主成分として用いるG画素の情報を補完によらず取得することが良好な画質を得る上で望ましいからである。
図4(b)は、図4(a)におけるA−A断面と撮像光学系OSの射出瞳EPからの光路を示している。なお、図4(b)でも、図示の便宜上、撮像光学系OSを1枚のレンズとして示している。
G画素の構造は、図3(b)に示したR画素の構造と同じである。なお、図4(b)においても、撮像素子122のうち撮像光学系OSの光軸OAとの交点付近に位置する画素に対する光路を示している。
一方、焦点検出画素SHA,SHBでは、その出力信号は画像生成に用いられないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜CFWが配置される。また、射出瞳EPを分割する(射出瞳EPのうち一対の射出瞳領域からの光束を受光する)ため、配線層CLが遮光膜として機能するように配置され、かつ配線層CLの開口部がマイクロレンズMLの中心からずれた位置に設けられている。
より具体的には、焦点検出画素SHAに設けられた配線層CLの開口部OPHAは、マイクロレンズMLの中心線に対して右側に偏心量421HAだけ偏心している。このため、焦点検出画素SHAは、撮像光学系OSの光軸OAを挟んで左側の射出瞳領域422HAを通過した光束420HAを受光する。同様に、焦点検出画素SHBに設けられた配線層CLの開口部OPHBは、マイクロレンズMLの中心線に対して左側に偏心量421HBだけ偏心している。このため、焦点検出画素SHBは、撮像光学系OSの光軸OAを挟んで右側の射出瞳領域422HBを通過した光束420HBを受光する。偏心量421HAは偏心量421HBに等しい。
このように、マイクロレンズMLの中心線(光軸)を挟んで互いに反対側に偏心した開口部OPHA,OPHBを有する配線層CLを一対の光電変換部PDの前に設ける。これにより、撮像光学系OSの射出瞳EPのうち互いに異なる一対の射出瞳領域422HA,422HBを通過した光束420HA,420HBをそれぞれ、一対の焦点検出画素SHA,SHBに入射させること、すなわち瞳分割が実現できる。
焦点検出画素SHAを水平方向に複数配列して第1の焦点検出画素群を構成し、この第1の焦点検出画素群から取得されるAF像信号をA像信号とする。また、焦点検出画素SHBを水平方向に複数配列して第2の焦点検出画素群を構成し、この第2の焦点検出画素群から取得されるAF像信号をB像信号とする。そして、A像信号とB像信号の位相差を相関演算によって算出することで、水平方向に輝度分布を有する被写体像に対する撮像光学系のデフォーカス量を検出することができる。
なお、図4(b)では撮像素子122の中央付近の像高が低い領域に配置された焦点検出画素についての構成を示した。これに対し、像高が高い領域では、マイクロレンズMLと配線層CLの開口部OPHA,OPHBとを図4(b)とは異なる状態に偏心させることにより瞳分割を行うことができる。例えば、開口部OPHAの中心と射出瞳EPの中心とを結ぶ線上に球状のマイクロレンズMLの球芯が存在するように両者を配置する。これにより、像高が大きな撮像素子122の周辺部においても、図4(b)に示した撮像素子122の中央付近の焦点検出画素とほぼ同等の瞳分割を行うことができる。開口部OPHBについても同様である。
ところで、水平方向に瞳分割を行う図4(a)に示す焦点検出画素SHA,SHBを用いる場合、水平方向に輝度分布を有する縦線のような被写体に対しては焦点検出可能であるが、垂直方向に輝度分布を有する横線のような被写体に対しては焦点検出不能である。垂直方向に輝度分布を有する被写体の焦点検出を行うためには、垂直方向に瞳分割を行う焦点検出画素を撮像素子122に設ければよい。本実施例では、後述するように水平および垂直の両方向で焦点検出ができるように焦点検出画素を配置している。
また、先にも触れたように、焦点検出画素からの出力信号はR画素およびB画素からの出力信号としては用いることができない。このため、焦点検出画素をいわゆる欠陥画素と同様に扱い、周辺に存在する撮像画素からの出力信号を用いて補間演算することにより、焦点検出画素SHA,SHBの位置のR画素およびB画素の信号を生成する。したがって、この補間演算の精度が低下しないように、焦点検出画素は連続的ではなく離散的に配置される。
なお、焦点検出画素SHA,SHBを別々の画素として設けず、特許文献2にて開示されているように1つの画素に複数の光電変換部を設け、1つの光電変換部を焦点検出画素SHAとして扱い、別の1つを焦点検出画素SHBとして扱ってもよい。
図5には、第1の焦点検出画素群(SHA)と第2の焦点検出画素群(SHB)からの出力を用いてカメラMPU125により生成され、位相差焦点検出部129に送られるA像信号430aとB像信号430bの例を示す。図5において、横軸は各焦点検出画素群における複数の焦点検出画素の並び方向を示し、縦軸は各AF像信号の強度を示す。撮像光学系OSが被写体に対してデフォーカスした状態では、A像信号430aとB像信号430bは互いに左右にずれている。位相差焦点検出部129は、このA像信号430aとB像信号430bのずれ量である位相差を相関演算によって算出し、さらに該位相差からデフォーカス量およびデフォーカス方向を検出する。
カメラMPU125は、位相差焦点検出部129から得られたデフォーカス量およびデフォーカス方向から、撮像光学系OSを被写体に対して合焦させるためのフォーカスレンズ104の駆動量と駆動方向を求める。カメラMPU125は、これら駆動量と駆動方向をレンズMPU117に送信する。カメラMPU125は、駆動量と駆動方向およびレンズMPU117から送信されたフォーカスレンズ位置の情報とから、フォーカスレンズ104を移動させる位置(合焦位置)を算出してレンズMPU117に送信してもよい。レンズMPU117は、カメラMPU125から受信した駆動量と駆動方向または合焦位置に応じて、フォーカス駆動回路116およびフォーカスアクチュエータ113を通じてフォーカスレンズ104を合焦位置に移動させる。
なお、撮像面位相差AFで検出できるデフォーカス量の大きさが撮像光学系OSの最大デフォーカス量よりも小さい場合には、フォーカスレンズ104を合焦位置に移動させるために複数回デフォーカス量の検出とフォーカスレンズ104の駆動とを行う。
図6(a)には、撮像範囲217に設定された焦点検出領域を示す。図2を用いて前述したように、撮像範囲217は撮像素子122の画素領域400の全体に一致する。撮像素子122上の全画素のうち焦点検出領域218ah〜218ch,218av〜218cvに含まれる焦点検出画素から得られる信号に基づいて撮像面位相差AFが行われる。また、焦点検出領域219a,219b,219cに含まれる撮像画素から得られる信号に基づいてTVAFが行われる。図6(a)には、図4(b)に示した水平方向に瞳分割を行う焦点検出画素を含む水平焦点検出領域に加えて、垂直方向に瞳分割を行う焦点検出画素を含む垂直焦点検出領域も示している。
水平焦点検出領域218ah,218bh,218chと垂直焦点検出領域218av,218bv,218cvは撮像範囲217の中央とその左右の3箇所で互いに交差するように、すなわちクロス型の焦点検出領域を形成するように配置されている。そして、TVAF用の焦点検出領域219a,219b,219cはそれぞれ、これらクロス型の撮像面位相差AF用の焦点検出領域を包含するように設定されている。TVAF用の焦点検出領域では、水平方向の高周波成分を用いたコントラスト評価値が生成される。
なお、図6(a)に示した3つの焦点検出領域およびその位置は例にすぎず、他の数の焦点検出領域を他の位置に設けてもよい。
図7のフローチャートには、カメラMPU125が上述した撮像制御プログラム(撮像制御方法)に従って制御するファインダ用画像(以下、ライブビュー画像という)の生成および表示から記録用画像の生成までの動作の流れを示している。以下の説明において、Sはステップを意味する。
S1では、カメラMPU125は、撮像素子駆動回路123に、撮像素子122を駆動させる。ここでは、撮像素子駆動回路123に、動画としてのライブビュー画像を生成および表示するための撮像素子122の駆動を行わせる。すなわち、ライブビュー画像の表示フレームレートに応じた駆動フレームレートに対応する時間周期で電荷蓄積と電荷読み出しとを行う、いわゆる電子シャッタを用いた撮像を行わせるよう撮像素子122を駆動させる。ライブビュー画像の表示は、撮影者が撮像範囲や撮像条件の確認を行うためのものである。ライブビュー画像を生成するための撮像素子122の駆動フレームレートは、例えば30フレーム/秒(撮像間隔33.3ms)や60フレーム/秒(撮像間隔16.6ms)である。このように電子シャッタを用いてライブビュー画像の生成を可能とするために上記駆動フレームレートで撮像素子122を駆動する駆動モード(駆動状態)を、ライブビュー表示モードという。
次にS2では、カメラMPU125は、S1で駆動された撮像素子122のうち図6(a)に示した3つの焦点検出領域に含まれる焦点検出画素からの出力を用いてAF像信号を生成する。また、カメラMPU125は、画像処理回路124にS1で得られた撮像信号に対する色補間処理や焦点検出画素の位置の画素信号の補完処理等を行わせてライブビュー(LV)画像を生成させる。このように、1回のライブビュー画像用の撮像によって1フレームのライブビュー画像とAF像信号とを取得することができる。
なお、1画素に複数の光電変換部を設ける構成では、画像処理回路124での焦点検出画素の補完処理が不要となるが、一方で各画素の信号を得るために複数の光電変換部の信号を加算する必要がある。
次にS3では、カメラMPU125は、S2で得られたライブビュー画像を表示器126に表示させる。この際、カメラMPU125は、ライブビュー画像を表示器126の解像度に対応する解像度を有する縮小画像とする縮小処理を行う。ただし、S2で画像処理回路124にライブビュー画像を生成させる際に画像処理回路124に縮小処理を行わせてもよい。
カメラMPU125は、ライブビュー画像を表示するライブビュー表示状態では、ライブビュー表示モードでの駆動フレームレートに対応する時間周期で撮像素子122を駆動させ、ライブビュー画像の生成と該ライブビュー画像の表示の更新とを繰り返し行わせる。つまり、画像処理回路124にて順次生成されるライブビュー画像のフレームを、表示器126上にて順次更新しながら表示させる。撮影者は、この更新表示されるライブビュー画像を見ながら撮像構図を決めたり露出条件を調整したりすることができる。
次にS4では、カメラMPU125は、位相差焦点検出部129に、S2で焦点検出領域ごとに生成したAF像信号を出力して該AF像信号の位相差を算出させ、さらに該位相差から焦点検出領域ごとのデフォーカス量およびデフォーカス方向を検出させる。
次にS5では、カメラMPU125は、撮像準備の開始を指示するスイッチであるSw1のオン/オフを検出する。操作スイッチ部127に設けられたレリーズ(撮像トリガ)ボタンは半押し操作と全押し操作の2段階の操作が可能であり、該レリーズボタンの半押し操作によってSw1がオンする。S5でSw1のオンが検出されない(またはオフが検出された)場合は、カメラMPU125はS21に進み、操作スイッチ部127に含まれるメインスイッチがオフされたか否かを判別する。
一方、S5でSw1のオンが検出されると、カメラMPU125はS6に進み、撮像光学系を合焦させる被写体が含まれる焦点検出領域(以下、合焦目標領域という)を設定(選択)する。合焦目標領域は、撮影者が操作スイッチ部127に設けられた選択ボタンの操作を通じて選択した焦点検出領域を設定してもよい。また、カメラMPU125が、S4で得た焦点検出領域ごとのデフォーカス量や各焦点検出領域の撮像範囲の中心からの距離等に基づいて自動的に選択してもよい。
一般に、図6(b)に示すように、撮影者が撮像を望む主被写体(図では、人物)220は、撮影距離が短い位置に存在する確率が高く、また撮像範囲の中央付近に存在する確率が高い。このため、カメラMPU125は、例えば撮像範囲内に複数の被写体220,221が存在する場合には、これらの条件から主被写体と判定される被写体を含む焦点検出領域を合焦目標領域として選択する。また、カメラMPU125は、例えば被写体が1つで他は背景と判断した場合には、該被写体(主被写体)が含まれる焦点検出領域を合焦目標領域として選択する。
次にS7では、カメラMPU125は、設定した焦点検出領域(合焦目標領域)で検出されたデフォーカス量の絶対値が第1の所定値としての合焦許容値以下(つまり第1の所定値以下)であるか否か、言い換えれば、合焦状態が得られているか否かを判定する。合焦状態が得られている場合は、カメラMPU125は、S16に進む。
S16では、カメラMPU125は、表示器126におけるライブビュー画像の表示更新を停止するとともに、合焦状態であることを表すマーク等を表示器126に表示する合焦表示を行う。そして、S17に進む。
一方、S7において、設定した焦点検出領域で検出されたデフォーカス量の絶対値が合焦許容値より大きく、合焦状態ではないと判定した場合は、カメラMPU125は、S8に進む。
S8では、カメラMPU125は、撮像素子122の駆動モードを、AF像信号の生成(デフォーカス量の検出)を可能とするためのAFモードに切り替える。デフォーカス量の検出とこれに基づくフォーカスレンズ104の駆動を含むAFはできるだけ高速で行うことが望ましい。このため、カメラMPU125は、AFモードでは撮像素子122の駆動フレームレートをライブビュー表示モードでの駆動フレームレートより高い駆動フレームレートに切り替える。このAFモードと前述したライブビュー表示モードは、撮像素子122の第1の駆動状態に相当する。
なお、表示器126でのライブビュー画像の表示のフレームレートも、AFモードでの駆動フレームレートに合わせて変更(高く)してもよいが、表示フレームレートは必ずしも変更しなくてもよい。表示フレームレートを変更しない場合は、それよりも高い駆動フレームレートで順次生成されるライブビュー画像を間引いて表示したり、複数のフレームのライブビュー画像を合成して1フレームのライブビュー画像として表示したりすればよい。
S8でAFモードへの駆動モード切替えを行ったカメラMPU125は、S9に進み、S4にて検出されたデフォーカス量およびデフォーカス方向をフォーカスレンズ104の駆動量および駆動方向に変換する。なお、フォーカスレンズ104の駆動量の符号により駆動方向を示してもよい。カメラMPU125はフォーカスレンズ104の駆動量および駆動方向をレンズMPU117に送信し、フォーカスレンズ104の駆動を行わせる。この際、前述したように、カメラMPU125は、レンズMPU117からフォーカスレンズ位置を取得し、該フォーカスレンズ位置と上記駆動量および駆動方向からフォーカスレンズ104の合焦位置を求めてレンズMPU117に送信してもよい。
フォーカスレンズ104が停止した状態からS9の処理が行われることにより、フォーカスレンズ104の駆動が開始される。また、S9〜S12のループ処理によるフォーカスレンズ104の駆動中にS9の処理が行われる場合は、前回のループで取得したデフォーカス量およびデフォーカス方向に基づいてフォーカスレンズ104の駆動量および駆動方向を更新する。
S9でのフォーカスレンズ104の駆動が終わると、カメラMPU125は、S10においてS4と同様にデフォーカス量を取得する。そして、S11において、カメラMPU125は、S7と同様に合焦状態が得られたか(デフォーカス量が合焦許容値以下に減少した)か否かを判定する。まだ合焦状態ではない(デフォーカス量が合焦許容値より大きい)と判定したカメラMPU125は、S12に進む。
S12において、カメラMPU125は、S10にて得られたデフォーカス量が合焦精度の保証が可能な大きさか否かを判定する。上述したようにデフォーカス量が大きいほど、該デフォーカス量の検出結果としての信頼性は低くなる。このため、カメラMPU125は、S12において、S10で得られたデフォーカス量が第2の所定値としての保証閾値以下(つまり第2の所定値以下)か否かを判定する。保証閾値は、該保証閾値以下のデフォーカス量が検出された後に検出されるデフォーカス量を用いたフォーカスレンズ104の駆動を所定回数行う(望ましくは1回だが、複数回行ってもよい)ことによりデフォーカス量が合焦許容量以下に減少する値に設定される。
デフォーカス量が保証閾値より大きい場合には、まだ合焦精度を保証できないとして、AFを継続するためにS9に戻る。合焦精度を保証できるか否かは、デフォーカス量を用いる方法以外に様々な方法で判定することができる。例えば、隣接する撮像画素からの出力信号の差分の絶対値和や該差分の二乗和等の値をコントラスト情報として用い、ある所定値以上のコントラスト情報(保証閾値以下のデフォーカス量に相当する)が得られれば合焦精度を保証できるとしてもよい。また、デフォーカス量とコントラスト情報の両方を用いて合焦精度を保証できるか否かを判定してもよい。
S12において合焦精度を保証可能と判定したカメラMPU125は、S13において、表示器126におけるライブビュー画像の表示の更新を停止するタイミングを設定する。この表示更新の停止は、これ以後に撮像素子駆動回路123での撮像素子122の駆動モードを後述する記録用撮像モードに切り替えるために行う。表示更新の停止タイミングの設定方法については、後に詳述する。
そして、S131では、カメラMPU125は、S13で設定したタイミングが到来したか否かを判定する。設定タイミングが到来したときは、カメラMPU125は、S132に進む。一方、まだ設定タイミングが到来していない場合はS131での判定を繰り返す。
S132では、カメラMPU125は、表示器126におけるライブビュー画像の表示更新を停止する。このように、カメラMPU125は、デフォーカス量が保証閾値以下になることに応じてライブビュー画像の表示更新を停止させるタイミングを設定し、この後デフォーカス量が合焦許容値以下となる前の該タイミングにてライブビュー画像の表示更新を停止させる。さらに、S132では、カメラMPU125は、表示器126に前述した合焦表示を行う。この後、カメラMPU125は、S30とS14に進んで並列処理を行う。
S30では、カメラMPU125は、並列処理の一方として、撮像素子122の駆動モードをAFモード(第1の駆動状態)から、記録用画像の生成(記録用撮像)が可能な記録用撮像モード(第2の駆動状態)に切り替える。つまり、記録用画像を生成するための撮像素子122の駆動を許容する。その後、カメラMPU125は、S31に進む。
また、S14では、カメラMPU125は、並列処理の他方として、S4と同様にS14にてデフォーカス量を検出する。そして、カメラMPU125は、S15において、S14にて検出されたデフォーカス量から算出した駆動量および駆動方向をレンズMPU117に送信して、フォーカスレンズ104の駆動を行わせる。先のS12にて合焦精度の保証が可能と判定された後で検出されたデフォーカス量を用いたフォーカスレンズ104の駆動を少なくとも1回行うため、該駆動によって高精度に合焦状態を得ることができる。この後、カメラMPU125は、S31に進む。
S31では、カメラMPU125は、記録用撮像の開始を指示するスイッチであるSw2のオン/オフを検出する。前述したレリーズボタンの全押し操作によってSw2がオンする。Sw2のオンが検出された場合は、カメラMPU125はS32に進む。また、Sw2のオンが検出されない(またはオフが検出された)場合は、カメラMPU125はS18に進む。
S32では、カメラMPU125は、フォーカスレンズ104の駆動が停止状態であるか否かを判定する。つまり、S15でフォーカスレンズ104を駆動してAFを行った場合は、該AFが終了しているか否かを判定する。フォーカスレンズ104の駆動が停止状態にない(まだAF途中)である場合には、S32の判定を繰り返す。一方、フォーカスレンズ104の駆動が停止状態である場合には、カメラMPU125は、S300に進む。
また、S7で合焦状態と判定し、S16でライブビュー画像の表示更新の停止と合焦表示とを行ったカメラMPU125は、S17にてSw2のオン/オフを検出する。Sw2のオンが検出された場合は、カメラMPU125はS20に進む。また、Sw2のオンが検出されない(またはオフが検出された)場合は、カメラMPU125はS18に進む。
S18では、カメラMPU125は、現在の撮像素子122の駆動モードがライブビュー(LV)表示モードではない場合には、駆動モードをライブビュー表示モードに切り替える。一方、現在の駆動のモードがライブビュー表示モードである場合には、何も処理を行わない。
そして、S19にてSw1のオフが検出されない限り、カメラMPU125は、S17に戻ってSw2のオンの検出を待つ。S19にてSw1のオフが検出された場合は、カメラMPU125は、S22でメインスイッチがオフされたか否かを判別し、メインスイッチのオフを検出した場合は一連の処理を終了する。メインスイッチのオフが検出されない場合は、カメラMPU125は、S2に戻る。
S20では、カメラMPU125は、S30と同様に、撮像素子122の駆動モードを記録用撮像モードに切り替える。この後、カメラMPU125は、S300に進む。
S300では、カメラMPU125は、記録用撮像を行うために記録用撮像サブルーチン(記録用撮像処理)を実行する。記録用撮像サブルーチンについては後述する。
S300での記録
用撮像サブルーチンが終了すると、カメラMPU125は、S22に進み、メインスイッチがオフされたか否かを判定する。メインスイッチがオフされていない場合はS2に戻り、オフされた場合には一連の処理を終了する。
用撮像サブルーチンが終了すると、カメラMPU125は、S22に進み、メインスイッチがオフされたか否かを判定する。メインスイッチがオフされていない場合はS2に戻り、オフされた場合には一連の処理を終了する。
次に、図8に示すフローチャートを用いて、図7のS300でカメラMPU125が実行する記録用撮像サブルーチンについて説明する。なお、図7の説明では省略したが、一般的なデジタルカメラと同様に、本実施例のカメラにおいても、カメラMPU125は、Sw1のオンを検出すると、AFだけでなく露出決定処理も行い、撮像条件(シャッタ速度、絞り値および撮像感度等)を決定する。この露出決定処理は、画像処理回路124により生成された画像データの輝度情報を用いて行うことができる。ただし、露出決定処理を、他の公知の方法で行ってもよい。また、記録用撮像サブルーチンが開始される前のS34において、既に撮像素子122の駆動モードが記録用画像を生成するための記録用撮像モードに切り替えられているため、迅速に記録用撮像サブルーチンの処理(つまりは記録用撮像)を開始することができる。
S301において、カメラMPU125は、露出決定処理により決定した絞り値とシャッタ速度をレンズMPU117に送信し、絞りシャッタ102の動作を制御する。また、カメラMPU125は、撮像素子駆動回路123を通じて、絞りシャッタ102を通過した光束により撮像素子122が露光される期間、撮像素子122に電荷蓄積を行わせる。
露光期間が終了すると、S302において、カメラMPU125は、撮像素子駆動回路123を通じて、高画素静止画を生成するために、撮像素子122の全ての撮像画素からの電荷読み出し(全画素読み出し)を行い、撮像信号を得る。
そして、S303において、カメラMPU125は、画像処理回路124に、撮像信号に対する欠陥画素(焦点検出画素を含む)の補間処理を行わせる。前述したように本実施例では、焦点検出画素の出力は撮像のためのRGBのカラー情報を有していないので、画像生成上に欠陥画素に相当する。このため、その周囲の撮像画素の信号を用いた補間によって焦点検出画素の位置の画像データを生成する。
次にS304では、カメラMPU125は、画像処理回路124に、上記補間処理後の撮像信号に対してデモザイク処理、ホワイトバランス処理、γ補正処理、色変換処理、エッジ強調処理、圧縮符号化処理等の画像処理を行わせる。これにより、記録用画像(高画素静止画)を生成させる。
そして、S305において、カメラMPU125は、記録用画像の画像データファイルをメモリ128に記録する。
さらに、S306において、カメラMPU125は、S305で記録した記録用画像に対応させて、カメラ120の特性情報をメモリ128とカメラMPU125内のメモリに記録する。ここでカメラ120の特性情報としては、例えば以下の情報を含む。
・撮像条件(絞り値、シャッタ速度、撮像感度等)
・画像処理回路124が行った画像処理に関する情報
・撮像素子122の撮像画素および焦点検出画素の受光感度分布の情報
・カメラ120内での撮像光束のケラレに関する情報
・カメラ120とレンズユニット100との取り付け面(マウント面)から撮像素子122までの距離の情報
・カメラ120の製造誤差情報
なお、撮像素子122の撮像画素および焦点検出画素の受光感度分布の情報は、オンチップマイクロレンズMLと光電変換部PDに依存する情報であるため、これら部材に関する情報を記録してもよい。
・撮像条件(絞り値、シャッタ速度、撮像感度等)
・画像処理回路124が行った画像処理に関する情報
・撮像素子122の撮像画素および焦点検出画素の受光感度分布の情報
・カメラ120内での撮像光束のケラレに関する情報
・カメラ120とレンズユニット100との取り付け面(マウント面)から撮像素子122までの距離の情報
・カメラ120の製造誤差情報
なお、撮像素子122の撮像画素および焦点検出画素の受光感度分布の情報は、オンチップマイクロレンズMLと光電変換部PDに依存する情報であるため、これら部材に関する情報を記録してもよい。
次にS307において、カメラMPU125は、S305で記録した記録用画像に対応させて、レンズユニット100の特性情報をメモリ128とカメラMPU125内のメモリに記録する。レンズユニット100の特性情報としては、射出瞳411の情報、枠情報、記録用撮像時の焦点距離やFナンバーの情報、収差や製造誤差に関する情報等を含む。
次にS308において、カメラMPU125は、記録用画像に関する情報(画像関連情報)をメモリ128とカメラMPU125内のメモリに記録する。画像関連情報には、記録用撮像前のAF動作に関する情報、被写体の移動に関する情報、AF精度に関する情報等を含む。
S308の処理が終わると、カメラMPU125は、S300の記録用撮像サブルーチンを終了し、メインルーチンのS22に進む。
次に、図9(a),(b)を用いて、図7のS13で行われる表示器126におけるライブビュー画像の表示更新の停止タイミングの設定について説明する。図9(a)は、図7に示した動作中に行われる撮像素子122での電荷蓄積および電荷読み出し、デフォーカス量の検出(焦点検出)およびライブビュー画像の表示のタイミングを示している。図9(a)において、横軸は時間である。また、図9(b)は、AF中のフォーカスレンズ104の位置の時間変化を示す。図9(b)において、横軸は時間であり、縦軸はフォーカスレンズ104の位置を示す。図9(a),(b)では、図7のS5にてSw1のオンを検出した時点を時刻T0としている。ここでは、便宜的に、図9(b)に示すように時刻T0からフォーカスレンズ104の駆動が開始されるものとして説明する。
時刻T0の後、時刻T1にて蓄積を終えた電荷は、時刻T1から時刻T2の前までに読み出され、該電荷(撮像信号)を用いて生成されたライブビュー画像は時刻T2から時刻T3の間に表示される。また、時刻T1に蓄積を終えた電荷から生成されたAF像信号を用いたデフォーカス量の検出(焦点検出)のための演算が時刻T2から時刻T3の間にて行われ、時刻T3にてデフォーカス量D1が得られる。また、時刻T2に蓄積を終えた電荷から生成されたAF像信号を用いたデフォーカス量の検出のための演算が時刻T3から時刻T4の間にて行われ、時刻T4にてデフォーカス量D2が得られる。以後、同様に、時刻T3に終わった電荷蓄積に対して時刻T5でデフォーカス量D3が、時刻T4に終わった電荷蓄積に対して時刻T6でデフォーカス量D4がそれぞれ得られる。このように、電荷が蓄積されるタイミングと、その蓄積された電荷を用いて焦点検出結果であるデフォーカス量が得られるタイミングとの間にはタイムラグがある。
一方、図9(b)において、時刻T0から駆動が開始されたフォーカスレンズ104は、時刻T1で位置L1を、時刻T2で位置L2を、時刻T3でフォーカスレンズ位置L3をそれぞれ通過する。そして、フォーカスレンズ104は、時刻T4で位置L4に停止した後、時刻T6で駆動されて位置L5で停止する。
図9(b)に示すフォーカスレンズ104の駆動の制御の流れと図7に示したフローチャートとの関係を説明する。ライブビュー表示状態において時刻T0でスイッチSw1のオンが検出されると(S5)、カメラMPU125は合焦目標領域となる焦点検出領域を設定する(S6)。そして、設定された合焦目標領域での検出(S4)により得られたデフォーカス量が合焦許容値より大きく合焦状態ではないとの判定(S7)の結果、カメラMPU125は、撮像素子122の駆動モードをAFモードに切り替える(S8)。つまり、AFにおける焦点検出の処理を高速化するために、撮像素子122の駆動フレームレートをライブビュー表示状態より高速な駆動フレームレートに切り替える。以上の処理に要する時間は図9(b)では図示を省略している。
AFモードに入ると、カメラMPU125は、事前(S4)に得られたデフォーカス量に基づいて時刻T0からフォーカスレンズ104の駆動を開始する(S9)。そして、カメラMPU125は時刻T3までフォーカスレンズ104の駆動を継続し、時刻T3でデフォーカス量D1を得る(S10)。デフォーカス量D1が合焦許容値より大きいとの判定(S11)をしたカメラMPU125は、そのデフォーカス量D1が合焦精度を保証可能な大きさ(保証閾値以下)か否かを判定する(S12)。デフォーカス量D1は合焦精度を保証可能な大きさであるとの判定をしたカメラMPU125は、ライブビュー画像の表示更新の停止タイミングを設定する(S13)。
ライブビュー画像の表示更新の停止タイミングは、時刻T3の時点でのフォーカスレンズ104の残り駆動量(残りデフォーカス量)と駆動速度とを用いて設定する。具体的には、時刻T3で得られた時刻T1におけるデフォーカス量D1と時刻T1から時刻T3までに駆動されたフォーカスレンズ104の既駆動量L3−L1とから残りデフォーカス量D1dを算出する。仮に時刻T3までの駆動速度でフォーカスレンズ104を駆動すると、時刻T4にはデフォーカス量D1d以上の駆動がなされ、フォーカスレンズ104は合焦位置L5を行き過ぎてしまう。このため、時刻T3において、カメラMPU125は、残りデフォーカス量D1dに基づいて、合焦位置L5の直前の位置(合焦近傍位置)L4で停止するようにフォーカスレンズ104の駆動を制御する。
加えて、カメラMPU125は、フォーカスレンズ104が時刻T4で合焦近傍位置L4に到達するため、時刻T4で読み出される撮像信号から生成されるライブビュー画像が表示される時刻T5にてライブビュー画像の表示の更新を停止することを決定する。つまり、表示器126におけるライブビュー画像の表示更新の停止タイミングを時刻T5と設定する。
時刻T5で表示更新が停止された以降に表示されるライブビュー画像は、フォーカスレンズ104が合焦近傍位置L4に位置する状態(デフォーカス量が保証閾値以下になった後、合焦許容値以下になる前)に撮像素子122での蓄積電荷から生成された画像である。このライブビュー画像は、撮影者にほぼ合焦状態での画像として認識される。このため、カメラMPU125は、表示更新の停止タイミングである時刻T5にて表示器126上でのライブビュー画像の表示更新を停止するとともに合焦表示を行う(S132)。その後、カメラMPU125は、撮像素子122の駆動モードをAFモードから記録用撮像モードに切り替える(S30)。
AFモードから記録用撮像モードへの切り替えに並行して、カメラMPU125は、時刻T4で蓄積を終えた電荷を用いて時刻T5から時刻T6でデフォーカス量の検出を行い(S14)、デフォーカス量D4を得る。そして、このデフォーカス量D4に基づいてフォーカスレンズ104を駆動する(S15)。ここで行うフォーカスレンズ駆動により、フォーカスレンズ104は合焦近傍位置L4から合焦位置L5に移動し、合焦状態が得られる。
この後、カメラMPU125は、フォーカスレンズ104の合焦位置L5への駆動が終了したと判定すると(S32)、記録用撮像サブルーチンを実行する(S300)。
以上説明した本実施例では、撮像面位相差AF中(フォーカス制御中)において、AFモードで駆動されている撮像素子122を用いて検出されたデフォーカス量が合焦精度を保証できる大きさとなることに応じてライブビュー画像の表示更新を停止させる。そして、この表示更新の停止後に、撮像素子122の駆動モードを記録用撮像モードに替えるとともに、AFによる最終的な合焦位置へのフォーカスレンズ104の駆動を少なくとも1回の所定回数(図7では1回)行う。このような並列処理を行うことにより、高い合焦精度を確保しつつ、AFの完了を待たずに記録用撮像のための準備処理(撮像素子122の記録用撮像モードへの切り替え)を行うことができ、迅速に記録用撮像を開始することができる。
ライブビュー画像に求められる合焦精度は記録用画像に求められる合焦精度に比べて低くてもよい。このため、本実施例では、まだデフォーカス量が合焦許容量以下まで減少していないが保証閾値以下までは減少した段階で得られたライブビュー画像の表示をもって、ライブビュー画像の表示の更新を停止し、撮像素子122の記録用撮像モードでの駆動を開始する。一方、ライブビュー画像の表示更新を停止しても、AFは記録用画像に求められる合焦状態まで行う。これにより、記録用画像を、その画質(ピント状態)を低下させることなく早いタイミングで取得することができる。
また、本実施例では、最終的に合焦状態が得られる(AFが完了する)前に合焦表示を行う。これにより、撮影者は、より早くAFの完了を実感でき、AF後に行うフレーミング等の調整や操作をスムーズに行うことができる。図7や図9(a),(b)を用いて説明した通り、合焦表示を行う時点(S132,時刻T5)で最終的なAF(S14,S15)を行うための電荷蓄積は終わっている(時刻T4)ため、合焦精度を損ねることなく、早めにAFの完了を撮影者に認識させることができる。
なお、図9(a)を用いた説明では、時刻T3において、時刻T4で蓄積を終える電荷を用いて生成したライブビュー画像を時刻T5で表示した後に、ライブビュー画像の表示の更新を停止する場合について説明した。しかし、時刻T3において想定されるデフォーカス量が十分に小さいと場合には、時刻T3で蓄積を終えた電荷を用いて生成したライブビュー画像を表示した後に表示の更新を停止してもよい。これにより、より早く撮像素子122の駆動モードを記録用撮像モードに切り替えて記録用撮像を行うことができる。
また、時刻T3で保証閾値より小さいデフォーカス量D1を得たカメラMPU125は、該デフォーカス量D1を得るための電荷蓄積が終了した時刻T1以降のどのタイミングで得たライブビュー画像の表示をもって表示の更新を停止させるかを選択することができる。この際には、保証閾値よりも小さく合焦許容値より大きく設定された中間閾値(第3の所定値)とある時刻に得られると想定されるデフォーカス量とを比較して、想定されるデフォーカス量が中間閾値以下となる時刻を表示更新の停止タイミングに設定すればよい。
また、本実施例では、ライブビュー画像の表示更新を停止させた(S132)後に、最終的にデフォーカス量を合焦許容値以下に減少させるためのAFを行う(S14,S15)場合について説明した。しかし、ライブビュー画像の表示更新の停止と同時に最終的なAFを開始するように並列処理を行ってもよい。
また、本実施例では、撮像素子122の駆動フレームレートを、ライブビュー画像生成用の駆動フレームレートとこれより速いAF用の駆動フレームレートの2種類の間で切り替える場合について説明した。しかし、より多くの種類の駆動フレームレート間で切り替えるようにしてもよい。
さらに、本実施例ではフォーカスレンズ104を光軸方向に移動させて焦点調節を行う場合について説明したが、撮像素子122を光軸方向に移動させて焦点調節を行うことも可能である。つまり、フォーカスレンズ104に代えて撮像素子122を移動させて焦点調節を行ってもよいし、これらの両方を移動させて焦点調節を行ってもよい。この場合、撮像素子122も、フォーカスレンズ104と同様に、フォーカス素子である。
次に、本発明の実施例2について説明する。実施例1では1回(一連)のAFが完了すると、その完了状態を保持する場合について説明したが、本実施例では、撮影者がAFの実行を指示している間はAFを繰り返す場合について説明する。このような動作は、例えば、移動している被写体を撮像するためにSw2がオンされている間に記録用撮像を自動的に繰り返す連写モードにおいて記録用撮像ごとにAFを行う場合に行われる。
本実施例におけるカメラの構成、撮像面位相差AFを行う撮像素子の構成およびその駆動モード(ライブビュー表示、AFおよび記録用撮像モード)、撮像範囲内の焦点検出領域の配置については、実施例1(図1〜図6)と共通であり、本実施例での説明は省略する。また、本実施例において、実施例1と共通する構成要素には、実施例1と同符号を付す。
図10のフローチャートには、カメラMPU125がコンピュータプログラムに従って制御する連写モードでの動作の流れを示している。S1からS7までの処理は、実施例1と同じ処理である。
S7において、カメラMPU125は、設定した焦点検出領域(合焦目標領域)で検出されたデフォーカス量の絶対値が合焦許容値以下であるか否か、言い換えれば、合焦状態が得られているか否かを判定する。合焦状態が得られている場合は、カメラMPU125は、S16′に進む。
S16′では、カメラMPU125は、表示器126におけるライブビュー画像の表示更新を停止する。本実施例ではAFを継続する連写モードで動作するため、合焦状態が得られても合焦表示は行わない。ただし、合焦表示を行ってもよい。この後、カメラMPU125は、S17に進む。
一方、S7において合焦状態ではないと判定したカメラMPU125は、S9に進む。S9では、カメラMPU125は、実施例1とは異なり、撮像素子122の駆動モードをAFモードに切り替えずに、S4にて検出されたデフォーカス量とデフォーカス方向をフォーカスレンズ104の駆動量と駆動方向に変換する。なお、フォーカスレンズ104の駆動量の符号により駆動方向を示してもよい。カメラMPU125はフォーカスレンズ104の駆動量および駆動方向をレンズMPU117に送信し、フォーカスレンズ104の駆動を行わせる。この際、実施例1でも述べたように、カメラMPU125は、レンズMPU117からフォーカスレンズ位置を取得し、該フォーカスレンズ位置と上記駆動量および駆動方向からフォーカスレンズ104の合焦位置を求めてレンズMPU117に送信してもよい。
フォーカスレンズ104が停止した状態からS9の処理が行われることにより、フォーカスレンズ104の駆動が開始される。また、S9〜S12のループ処理によるフォーカスレンズ104の駆動中にS9の処理が行われる場合は、前回のループで取得したデフォーカス量およびデフォーカス方向に基づいてフォーカスレンズ104の駆動量および駆動方向を更新する。
本実施例において撮像素子122の駆動モードをAFモードに切り替えないのは、連写モードでは単写モードよりも多くの電力を消費することから、消費電力を低減するためである。ただし、駆動モードをAFモードに切り替えて、撮像素子122の駆動フレームレートを高くしてもよい。これにより、消費電力は増えるが、移動する被写体に対してより良好なAF追従を行うことができる。
この後、カメラMPU125は、S10においてS4と同様にデフォーカス量を検出し、S11においてS7と同様に合焦状態か否かを判定する。合焦状態ではないと判定したカメラMPU125は、S12に進み、S10にて得られたデフォーカス量が合焦精度の保証が可能な大きさか否かを判定する。すなわち、実施例1と同様に、カメラMPU125は、S10で得られたデフォーカス量が保証閾値以下か否かを判定する。
デフォーカス量が保証閾値より大きい場合には、まだ合焦精度を保証できないとして、AFを継続するためにS9に戻る。合焦精度を保証できるか否かの判定は、実施例1と同様に様々な方法で判定することができる。
S12において合焦精度を保証可能と判定したカメラMPU125は、実施例1と同様に、S13において、表示器126におけるライブビュー画像の表示の更新を停止するタイミングを設定する。表示更新の停止タイミングの設定方法は、実施例1にて説明した通りである。
次にS131では、カメラMPU125は、S13で設定したタイミングが到来したか否かを判定する。設定タイミングが到来したときは、カメラMPU125は、S132′に進む。一方、まだ設定タイミングが到来していない場合はS131での判定を繰り返す。
S132′では、カメラMPU125は、表示器126におけるライブビュー画像の表示更新を停止する。ただし、S16′と同様に、表示器126に合焦表示を行わない。この後、カメラMPU125は、S30とS14に進んで並列処理を行う。
S30では、カメラMPU125は、並列処理の一方として、撮像素子122の駆動モードをライブビュー表示モード(S9の前にAFモードを設定した場合はAFモード:いずれも第1の駆動状態)から記録用撮像モード(第2の駆動状態)に切り替える。その後、カメラMPU125は、S31に進む。
また、カメラMPU125は、並列処理の他方として、実施例1と同様に、S14にてデフォーカス量を検出し、S15においてS14にて検出されたデフォーカス量から算出した駆動量および駆動方向をレンズMPU117に送信する。これにより、フォーカスレンズ104の駆動を行わせる。本実施例でも、先のS12にて合焦精度の保証が可能と判定された後で検出されたデフォーカス量を用いてフォーカスレンズ104の駆動を行うため、該駆動によって高精度に合焦状態を得ることができる。その後、カメラMPU125は、S31に進む。
S31では、カメラMPU125は、Sw2のオン/オフを検出する。Sw2のオンが検出された場合は、カメラMPU125はS32に進む。また、Sw2のオンが検出されない(またはオフが検出された)場合は、カメラMPU125はS4に戻る。
S32において、カメラMPU125は、フォーカスレンズ104の駆動が停止状態であるか否かを判定する。つまり、S15でフォーカスレンズ104を駆動してAFを行った場合は、該AFが終了しているか否かを判定する。フォーカスレンズ104の駆動が停止状態にない(まだAF途中)である場合には、S32の判定を繰り返す。一方、フォーカスレンズ104の駆動が停止状態である場合には、カメラMPU125は、S300に進み、実施例1にて図8を用いて説明した記録用撮像サブルーチン(記録用撮像処理)を実行する。
なお、連写では単位時間当たりの撮像回数が安定している方が望ましい場合がある。このような場合には、S32でのフォーカスレンズ104の停止判定を待たずに(つまりAF途中で)、所定時間が経過したことに応じてS300に進み、記録用撮像サブルーチンを実行してもよい。
また、S7で合焦状態と判定し、S16′でライブビュー画像の表示更新の停止を行ったカメラMPU125は、S17にてSw2のオン/オフを検出する。Sw2のオンが検出された場合は、カメラMPU125はS20に進む。また、Sw2のオンが検出されない(またはオフが検出された)場合は、カメラMPU125はS4に戻る。
S20では、カメラMPU125は、撮像素子122の駆動モードをライブビュー表示モード(第1の駆動状態)から記録用撮像モード(第2の駆動状態)に切り替える。そして、カメラMPU125は、S300に進み、記録用撮像サブルーチンを実行する。
S300での記録用撮像サブルーチンが終了すると、カメラMPU125は、S22に進み、メインスイッチがオフされたか否かを判定する。メインスイッチがオフされていない場合はS2に戻り、オフされた場合には一連の処理を終了する。
本実施例では、撮像面位相差AF中に、ライブビュー表示モード(またはAFモード)で駆動されている撮像素子122を用いて検出されたデフォーカス量が合焦精度を保証できる大きさとなることに応じてライブビュー画像の表示更新を停止させる。そして、この表示更新の停止後に、撮像素子122の駆動モードを記録用撮像モードに替えるとともに、AFによる最終的な合焦位置へのフォーカスレンズ104の駆動を少なくとも1回の所定回数(図10では1回)行う。このような並列処理を行うことにより、移動する被写体を連写する場合でも、該被写体に対して高い精度の合焦状態を維持しつつ、単位時間当たりの記録用撮像の回数を増加させることができる。
なお、実施例1,2において図7、図8および図10を用いて説明した制御をカメラのコンピュータ(MPU、CPU等)に実行させるコンピュータプログラムは、ネットワークや各種記憶媒体を介して供給されて該コンピュータにインストールされてもよい。
また、本発明の実施例としての撮像装置には、上記実施例のようなレンズ交換型や一眼レフタイプのカメラに限らず、レンズ一体型やミラーレスタイプのカメラや、携帯電話、ゲーム機、パーソナルコンピュータ等の各種電子機器に搭載される撮像装置も含まれる。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
104 フォーカスレンズ
120 デジタルカメラ
122 撮像素子
124 画像処理回路
125 カメラMPU
129 位相差焦点検出部
120 デジタルカメラ
122 撮像素子
124 画像処理回路
125 カメラMPU
129 位相差焦点検出部
Claims (11)
- 光学系により形成された光学像を光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子から得られた撮像信号を用いてファインダ用画像および記録用画像を生成する画像生成手段と、
前記撮像素子から得られた焦点検出信号を用いて前記光学系のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、
前記ファインダ用画像の表示手段への表示を制御するとともに、前記デフォーカス量を第1の所定値以下に減少させるようにフォーカス制御を行い、該フォーカス制御の後に前記記録用画像を取得するための撮像処理を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記フォーカス制御中において、
前記デフォーカス量が前記第1の所定値よりも大きい第2の所定値より大きいときは、前記画像生成手段により周期的に順次生成される前記ファインダ用画像を前記表示手段に更新しながら表示し、
前記デフォーカス量が前記第2の所定値以下となることに応じて、前記表示手段における前記ファインダ用画像の表示の更新を停止させ、かつ前記第1の所定値より大きい前記デフォーカス量を前記第1の所定値以下に減少させるための前記フォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。 - 前記制御手段は、前記デフォーカス量が前記第2の所定値以下となることに応じて、前記表示手段における前記ファインダ用画像の表示の更新を停止させた後に、前記第1の所定値より大きい前記デフォーカス量を前記第1の所定値以下に減少させるための前記フォーカス制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記制御手段は、前記デフォーカス量が前記第2の所定値以下になることに応じて前記表示の更新を停止させるタイミングを設定し、前記デフォーカス量が前記第1の所定値以下になる前における前記タイミングにて前記表示の更新を停止させることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。
- 前記制御手段は、前記表示の更新を停止するとともに、前記表示手段に合焦表示を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記制御手段は、前記フォーカス制御において、前記デフォーカス量の検出と該デフォーカス量を用いたフォーカス素子の駆動とを繰り返し行い、
前記第2の所定値は、該第2の所定値以下の前記デフォーカス量が検出された後に検出される前記デフォーカス量を用いた前記フォーカス素子の駆動を所定回数行うことによって前記デフォーカス量が前記第1の所定値以下に減少するように設定されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記制御手段は、前記所定回数の前記フォーカス素子の駆動を行った後、前記デフォーカス量が前記第1の所定値以下に減少したことを判定することなく前記フォーカス制御を終了することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子は、前記撮像信号および前記焦点検出信号を得るための電荷の蓄積と出力とを繰り返し行い、
前記制御手段は、前記デフォーカス量が前記第2の所定値以下となった後、前記第1の所定値以下になる前に前記撮像素子に蓄積された電荷から得られた前記撮像信号を用いて、前記表示の更新が停止された以降に前記表示手段に表示させる前記ファインダ用画像を生成することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記撮像素子を、前記ファインダ用画像の生成および前記デフォーカス量の検出のうち少なくとも一方を可能とするために第1の駆動状態で駆動し、前記記録用画像の生成を可能とするために前記第1の駆動状態とは異なる第2の駆動状態で駆動する駆動手段を有し、
前記制御手段は、前記フォーカス制御中において、
前記デフォーカス量が前記第2の所定値より大きいときは、前記駆動手段に前記第1の駆動状態で前記撮像素子を駆動させ、
前記デフォーカス量が前記第2の所定値以下となることに応じて、前記駆動手段による前記第2の駆動状態での前記撮像素子の駆動を許容することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記撮像素子は、前記光学系の射出瞳のうち互いに異なる複数の部分領域からの光を光電変換して前記焦点検出信号の生成に用いられる信号を出力する焦点検出画素群と、前記射出瞳のうち前記複数の部分領域を包含する領域からの光を光電変換して前記撮像信号の生成に用いられる信号を出力する撮像画素群とを有することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 光学系により形成された光学像を光電変換する撮像素子を有し、該撮像素子から得られた撮像信号を用いたファインダ用画像および記録用画像の生成が可能であり、前記撮像素子から得られた焦点検出信号を用いて前記光学系のデフォーカス量の検出が可能な撮像装置に、
前記ファインダ用画像の表示手段への表示を制御させるとともに、前記デフォーカス量を第1の所定値以下に減少させるようにフォーカス制御を行わせ、該フォーカス制御の後に前記記録用画像を生成するための撮像処理を行わせる撮像制御方法であって、
前記撮像装置に、前記フォーカス制御中において、
前記デフォーカス量が前記第1の所定値よりも大きい第2の所定値より大きいときは、周期的に順次生成される前記ファインダ用画像を表示手段に更新しながら表示させ、
前記デフォーカス量が前記第2の所定値以下となることに応じて、前記表示手段における前記ファインダ用画像の表示の更新を停止させ、かつ前記第1の所定値より大きい前記デフォーカス量を前記第1の所定値以下に減少させるための前記フォーカス制御を行わせることを特徴とする撮像制御方法。 - 光学系により形成された光学像を光電変換する撮像素子を有し、該撮像素子から得られた撮像信号を用いたファインダ用画像および記録用画像の生成が可能であり、前記撮像素子から得られた焦点検出信号を用いて前記光学系のデフォーカス量の検出が可能な撮像装置のコンピュータに、
前記ファインダ用画像の表示手段への表示を制御させるとともに、前記デフォーカス量を第1の所定値以下に減少させるようにフォーカス制御を行わせ、該フォーカス制御の後に前記記録用画像を生成するための撮像処理を行わせるコンピュータプログラムとしての撮像制御プログラムであって、
前記コンピュータに、前記フォーカス制御中において、
前記デフォーカス量が前記第1の所定値よりも大きい第2の所定値より大きいときは、周期的に順次生成される前記ファインダ用画像を表示手段に更新しながら表示させ、
前記デフォーカス量が前記第2の所定値以下となることに応じて、前記表示手段における前記ファインダ用画像の表示の更新を停止させ、かつ前記第1の所定値より大きい前記デフォーカス量を前記第1の所定値以下に減少させるための前記フォーカス制御を行わせることを特徴とする撮像制御プログラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014127369A JP2016006463A (ja) | 2014-06-20 | 2014-06-20 | 撮像装置およびその制御方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017143423A (ja) * | 2016-02-10 | 2017-08-17 | オリンパス株式会社 | カメラ |
-
2014
- 2014-06-20 JP JP2014127369A patent/JP2016006463A/ja active Pending
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