JP2018050130A - 撮像装置、その制御方法、プログラムならびに記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影光学系の移動によって合焦可能な最短撮影距離より近くに存在する被写体に合焦させることが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】実施形態に記載される撮像装置は、光軸方向に所定の可動領域で進退可能な焦点調整レンズを含む光学系と、光学系を介して結像する被写体像を撮像する撮像素子であって、撮像面が湾曲可能に構成された撮像素子と、撮像素子から出力される画像信号に基づいて画像信号の合焦度合を表す評価値を求める評価手段と、評価値に基づき、所定の可動領域における各々の位置のうち評価値が高くなる位置に焦点調整レンズの位置を調整する調整手段と、光学系の像面湾曲を補正するための撮像面の曲率の制御と、画像信号を合焦した状態にするための撮像面の曲率の制御とを行う制御手段とを有する。更に、制御手段は、調整手段により焦点調整レンズの位置が所定の可動領域の端部に調整された場合、画像信号を合焦した状態にするための撮像面の曲率の制御を優先する。【選択図】図１１

Description

本発明は、撮像装置、その制御方法、プログラムならびに記録媒体に関する。

近年、デジタルカメラ等の撮像装置には、通常撮像モードとは別に、被写体に接近して撮影することを可能にするマクロ撮像モードを有するものが知られている。このような撮像装置では、ＡＦ（オートフォーカス）の速度を高速化するため、通常撮像モードにおける焦点調整レンズ（フォーカスレンズ）の移動領域とマクロ撮像モードにおけるフォーカスレンズの移動領域とを分けるものが一般的である。これに対し、撮像信号のコントラストを表すＡＦ評価値やフォーカスレンズの位置等の情報に基づき、通常撮影モードにおける移動領域からマクロ撮像モードにおける移動領域へのレンズ駆動を自動判別してＡＦを実行する技術を提案している（特許文献１）。

一方、撮像装置に用いられる撮影光学系には像面湾曲と呼ばれる収差があり、撮像面の中心部から周辺部へ像高が増すに従って結像位置にずれ（歪み）が生じる。撮像装置が光学ズーム機能を搭載している場合には、ズームレンズの位置に応じて像面湾曲の状態が変化する。このような収差に対し、撮像素子の撮像面を湾曲させて被写体光を受光することにより、像面湾曲を補正する技術が知られている。特許文献２は、ズームレンズの移動に連動して撮像面の曲率を制御する技術を提案している。

特許第４７０７５９０号公報 特開２０１２−１８２１９４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるように、マクロ撮像における領域まで自動的にフォーカスレンズを駆動してＡＦを行っても、フォーカスレンズの可動範囲を超えて（最短撮影距離より接近して）被写体を撮影（接写）することはできない。すなわち、最短撮影距離よりも近くに存在する被写体にはピントを合わせることができない。

また、特許文献２は、ズーム倍率（焦点距離）に応じて撮像面の曲率を可変制御する技術を提案しているが、最短撮影距離より接近して被写体を撮影する場合の撮像面の曲率制御については考慮していない。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、撮影光学系の移動によって合焦可能な最短撮影距離より近くに存在する被写体に合焦させることが可能な撮像装置、その制御方法、プログラムならびに記録媒体を提供することを目的とする。

この課題を解決するため、例えば本発明の撮像装置は以下の構成を備える。すなわち、光軸方向に所定の可動領域で進退可能な焦点調整レンズを含む光学系と、撮像面が湾曲可能に構成され、光学系を介して結像する被写体像を撮像する撮像素子と、撮像素子から出力される画像信号に基づいて画像信号の合焦度合を表す評価値を求める評価手段と、評価値に基づき、所定の可動領域における各々の位置のうち評価値が高くなる位置に焦点調整レンズの位置を調整する調整手段と、光学系の像面湾曲を補正するための撮像面の曲率の制御と、画像信号を合焦した状態にするための撮像面の曲率の制御とを行う制御手段とを有し、制御手段は、調整手段により焦点調整レンズの位置が所定の可動領域の端部に調整された場合、画像信号を合焦した状態にするための撮像面の曲率の制御を優先する、ことを特徴とする。

本発明によれば、すなわち、撮影光学系の移動によって合焦可能な最短撮影距離より近くに存在する被写体に合焦させることが可能になる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の一例としてのデジタルカメラの機能構成例を示すブロック図 光学レンズによる像面湾曲について説明する図 焦点距離（ズーム位置）に応じた像面湾曲の違いを説明する図 実施形態１に係る撮像素子とその撮像面の曲率を制御するための構成を模式的に示す図 実施形態１に係る像面湾曲を補正するための、焦点距離（ズーム位置）と撮像面の曲率設定の関係を示す図 実施形態１に係る光学系のレンズ構成の一例を模式的に示す図 実施形態１に係る、フォーカスレンズの位置とＡＦ評価値レベルとの関係を示す図 実施形態１に係る、撮像素子の曲率と、撮像面の中心位置および撮像面に結像する物体面の位置との関係を示す図 実施形態１に係る、フォーカスレンズの位置と撮像面の曲率とＡＦ評価値との関係を示す図 実施形態１に係る光学系の位置と撮像素子の曲率との関係を説明する図 実施形態１におけるＡＦ動作の一連の動作を示すフローチャート 実施形態２におけるＡＦ動作の一連の動作を示すフローチャート 実施形態３におけるＡＦ動作の一連の動作を示すフローチャート 実施形態４におけるＡＦ動作の一連の動作を説明するフローチャート

（実施形態１）
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では撮像装置の一例として、撮像面を湾曲可能にした撮像素子を備えるデジタルカメラを例に説明する。しかし、本実施形態は、デジタルカメラに限らず、撮像面を湾曲可能にした撮像素子を備える任意の機器にも適用可能である。これらの機器には、例えばパーソナルコンピュータ、スマートフォンを含む携帯電話機、ヘッドマウントディスプレイやゲーム機、タブレット端末、時計型や眼鏡型の情報端末、医療機器、ロボット用や車載用カメラなどが含まれてよい。

（デジタルカメラ１００の構成）
図１は、本実施形態の撮像装置の一例としてのデジタルカメラ１００の機能構成例を示すブロック図である。なお、図１に示す機能ブロックの１つ以上は、ＡＳＩＣやプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）などのハードウェアによって実現されてもよいし、ＣＰＵやＭＰＵ等のプログラマブルプロセッサがソフトウェアを実行することによって実現されてもよい。また、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実現されてもよい。従って、以下の説明において、異なる機能ブロックが動作主体として記載されている場合であっても、同じハードウェアが主体として実現されうる。

光学系１は、後述するズームレンズやフォーカスレンズ等の複数のレンズや絞りを含む。メカニカルシャッタ（メカシャッタと図示する）２は機械式のシャッタを含み、シャッタスピードに応じて撮像素子３を露光する。撮像素子３は、後述する湾曲可能な撮像面を含み、光電変換領域により受像面に結像された被写体像をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する。撮像素子は、光電変換領域を複数、２次元的に配列した構成を有し、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどであってよい。蓄積された信号電荷は駆動回路６から入力される駆動パルスにより信号電圧として読み出される。撮像素子３は、読み出した信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換して、画像信号として信号処理回路７へ出力する。

曲率制御部４は、後述するように、撮像素子３の撮像面の曲率を制御する構成を含み、光学系１の像面湾曲に応じて当該曲率を制御することにより像面湾曲を補正する。発光部５は、ストロボとして機能する発光素子を含む。駆動回路６は、システム制御部１４の指示に応じて、例えば光学系１、メカシャッタ２、撮像素子３、曲率制御部４、発光部５の動作を制御する。

信号処理回路７は、撮像素子３から出力されたデジタル画像信号に対して、例えば色変換処理、ホワイトバランス処理、ガンマ補正等の画像処理、解像度変換処理、画像圧縮処理、画像補正処理等の所定の画像処理を施す。

画像メモリ８は、例えば揮発性のメモリを含み、システム制御部１４や信号処理回路７によって処理中のデジタル画像信号を一時的に記憶したり、信号処理されたデジタル画像信号である画像データを記憶したりする。

記録媒体９は、例えば半導体メモリ等からなる不揮発性の記録媒体を含み、デジタルカメラ１００から着脱可能に構成されてもよい。記録回路１０は、信号処理回路７で信号処理された画像データや画像メモリ８に記憶されている画像データを、記録媒体９に適したデータ（例えば階層構造を持つファイルシステムデータ）に変換し、記録媒体９に記録させる。また、記録回路１０は記録媒体９に記録されている画像データの読み出しを制御する。

表示装置１１は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパー等の表示デバイスを含む。表示装置１１は、信号処理回路７によって信号処理された又は記録媒体９に記録された画像データを表示したり、デジタルカメラ１００を操作するためのメニュー画面等を表示したりする。表示装置１１は、パネルの上面に操作部１３に含まれるタッチパネルを備えてもよい。

表示回路１２は、画像データを表示装置１１に適した信号（例えばＮＴＳＣ方式のアナログ信号やＬＣＤ表示用のＲＧＢ信号等）に変換し、表示装置１１に表示させる。操作部１３は、ユーザの操作を受け付ける電源ボタン、レリーズスイッチ、ズームレバーやタッチパネル等からなるユーザインターフェイスを含む。操作部１３はユーザによる操作を検出してシステム制御部１４にユーザ操作に係る情報を伝達する。

システム制御部１４は、例えばＣＰＵ又はＭＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを含み、ＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開、実行することにより、上述した各部を介してデジタルカメラ１００全体を制御する。例えば、システム制御部１４は、明るさに応じて光学系１の絞りを制御することにより撮像素子３に入射する被写体光量を調整する。さらに、駆動回路６を介して撮像素子３の電荷蓄積時間を変化させ、撮影時における露光量を制御する。また、操作部１３から伝達された信号に応じて必要な制御を行う。

（本実施形態で想定する像面湾曲の例）
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態において想定する像面湾曲の例について説明する。図２は、光学系１内において、光学レンズ２０により被写体像が撮像素子３の撮像面に結像される様子を模式的に示している。なお、この図では撮像素子３の中心が光軸と一致している。一般に、光学レンズは、像面湾曲と呼ばれる、像面が平坦とならない収差を有する。光学レンズ２０の位置は、撮像素子３の撮像領域の中心部において光学レンズ２０による結像位置が撮像面上のＡになるように調節されている。しかし、撮像領域の周辺部（像高が増した位置）では、像面湾曲の影響によって結像位置が撮像面から離れた位置Ｂとなるため、焦点ずれが生じる。このように、像面湾曲は画像周辺部における画質劣化の原因となる。像面湾曲は光学レンズ２０の種類によりその状態が異なり、また光学レンズ２０がズームレンズである場合、物体側の焦点距離によっても状態は変化する。

次に、図３を参照して、物体側の焦点距離（ズーム位置）による像面湾曲の違いを説明する。図３（ａ）は、焦点距離が広角側である場合を示しており、像面湾曲の程度が大きく、結像面２１（ピントが合っている面）が大きく湾曲していることを示している。図３（ｂ）は、焦点距離が望遠側である場合を示しており、広角側と比較して像面湾曲が小さく、結像面２１の歪みが小さいことを示している。より詳細は後述するが、本実施形態に係る撮像素子３では、像面湾曲の状態に応じて撮像面の曲率を制御することにより、焦点距離（ズーム位置）によらず像面湾曲を低減させる。

（撮像面の曲率を制御する構成）
更に、図４を参照して、本実施形態に係る撮像素子３と、その撮像面の曲率を制御するための構成について説明する。図４（ａ）は、撮像素子３とその周辺の構成を被写体側から示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すａ‐ａ’における断面を示している。撮像素子３は、端部が台座３０に支持されており、一方の面に光電変換領域３２が配列された撮像面が形成されており、反対側の裏面に磁性膜が形成されている。台座３０の中心には円形の空間があり、その下方（図４（ｂ）における下方向）には、撮像面すなわち撮像素子３の曲率を制御するための曲率制御部４が配置されている。曲率制御部４は、撮像素子３の撮像面に対して垂直な方向に移動可能な磁力発生装置であるマグネット３１と、マグネット３１を移動させるための不図示のアクチュエータとを含む。マグネット３１は、撮像素子３の撮像面の中心を通り撮像面に垂直な軸線ｂに沿って実線位置から破線位置までのｚで示す範囲内で移動可能である。曲率制御部４は、マグネット３１をｚで示す範囲内でその位置を制御して撮像素子３の裏面を吸引する磁力を制御することにより、撮像素子３の曲率を任意に変化させることができる。

図５は、本実施形態のデジタルカメラ１００における物体側の焦点距離（ズーム位置）と撮像面の曲率設定の関係を示している。ここでは、例えば広角端（ＷＩＤＥ端）から望遠端（ＴＥＬＥ端）までを５段階（ステップ）に分けて、駆動回路６が焦点距離（ズーム位置）を段階的に制御する場合を例に説明する。図５（ａ）は、５段階のうちの各段階における焦点距離（ズーム位置）と、各焦点距離に対して設定される撮像面の曲率との関係を定義したテーブルを示している。図５（ｂ）は、図４（ａ）に示す曲率設定に対応する、ａ‐ａ’断面における光電変換領域３２の曲率（曲がり）を模式的に示している。なお、図５（ａ）の曲率設定に示す（ｉ）〜（ｖ）の番号は、図５（ｂ）に示す（ｉ）〜（ｖ）にそれぞれ対応する。

より具体的に、曲率制御部４は、焦点距離（ズーム位置）が広角側（例えば２８ｍｍ）に設定されている場合、マグネット３１を撮像素子３に近づけて引張り力を大きくし、撮像面の曲がりを大きくする（曲率半径を小さくする）。一方、焦点距離（ズーム位置）が望遠側（例えば１４０ｍｍ）に設定される場合、曲率制御部４は、マグネット３１を撮像素子３から遠ざけて引張り力を小さくし、撮像面の曲がりを小さくする（曲率半径を大きくする）。このように、焦点距離（ズーム位置）に応じて撮像素子３の撮像面の曲率を制御することにより、焦点距離（ズーム位置）が変化する場合であっても像面湾曲を低減させることができる。なお、図５（ａ）に示したテーブルは、曲率制御部４に予め設定され、又はシステム制御部１４内のＲＯＭに予め記憶されていてよい。

図６は、デジタルカメラ１００における光学系１のレンズ構成の一例を示している。高倍率のズーム機能が必要とされる光学レンズでは、多くのレンズ群から構成される。本実施形態では、例えば４群ズームのレンズ構成を例に説明する。なお、説明を簡単にするため、図６では各レンズ群を一枚のレンズとして図示している。第１群レンズ２０１は、いわゆる前玉レンズとも呼ばれる固定されたレンズである。第２群レンズ２０２は変倍レンズ（ズームレンズ）であり凹形状をしている。第２群レンズ２０２はズームモータによりその位置が光軸方向に進退可能に構成されており、撮像素子３に近づくほど焦点距離が長くなり（望遠側）、撮像素子３から遠ざかるほど焦点距離が短くなる（広角側）。第３群レンズ２０３は、第１群レンズ２０１と同様に固定されたレンズである。第４群レンズ２０４は焦点調整レンズ（フォーカスレンズ）であり、焦点調整の役割を担っている。第４群レンズ２０４はフォーカスモータで光軸方向に進退可能に構成されており、撮像素子３に近づくほど無限遠にピントが合うようになり、撮像素子３から遠ざかるほど至近側にピントが合うようになる。

ここで、ＡＦ（オートフォーカス）機能の一方式であるコントラスト方式（コントラストＡＦ）について簡単に説明する。コントラストＡＦは、撮像素子３に結像されて読み出される実際の被写体像の信号を用いて、焦点調整（ピント合わせ）を行うＡＦ機能である。信号処理回路７は、取り込んだデジタルＲＧＢ信号に基づいて近接する画素間の輝度差の積分値を求め、求めた輝度差の積分値を合焦度合を示すＡＦ評価値として出力する。合焦状態にある場合には被写体の輪郭部分がはっきりしており、近接する画素間の輝度差が大きくなるため、ＡＦ評価値は大きくなる。一方、非合焦状態の場合、被写体の輪郭部分がぼやけるため、隣接する画素間の輝度差は小さくなってＡＦ評価値は小さくなる。ＡＦ動作を実行する際には、システム制御部１４は駆動回路６を介して第４群レンズ２０４を移動させながら、複数のＡＦ評価値を順次取得し、ＡＦ評価値が最も大きくなった位置（すなわち、最も合焦するピーク位置）を合焦点としてレンズを停止させる。なお、このようにＡＦ制御を行う場合のフォーカスレンズ位置とＡＦ評価値レベルとの関係を図７に示している。図７（ａ）では、無限遠から至近の間でフォーカスレンズを移動させたときにＡＦ評価値のピークが存在することを示している。このようなＡＦ評価値が取得された場合、第４群レンズ２０４（フォーカスレンズ）は、そのピーク位置すなわち合焦点に位置するように制御される。一方、第４群レンズ２０４の可動領域内にＡＦ評価値のピークが存在しない場合もある。例えば、図７（ｂ）に示すように、第４群レンズ２０４が至近側へ動くほどＡＦ評価値が大きくなる場合がある。このようにＡＦ評価値が常に増加する場合、例えば、被写体がデジタルカメラ１００の最短撮影距離よりも近い位置にいる場合が考えられる。すなわち、ＡＦ評価値のピークが存在しないため、撮影したい被写体にピントが合わないということを意味する。このようなＡＦ評価値を検出した場合、システム制御部１４は、警告音を不図示のスピーカから出力したり表示装置上に警告表示をさせたりすることにより、ピントが合わないということを撮影者に知らせることができる。

次に、図８を参照して、撮像素子の曲率と撮像面に結像する物体面の位置等との関係について説明する。上述したように、本実施形態では、曲率制御部４がマグネット３１を移動させて撮像素子３の裏面を吸引する磁力を制御することにより、撮像素子３の曲率を任意に変化させることができる。図８において、実線で示す撮像素子３の撮像面（図８は撮像面だけを示している）の曲率は、光学レンズ２０の像面湾曲を補正するための最適な曲率に制御されている。このとき、光学象が光学レンズ２０を介してピントが合った状態で撮像面に結像する被写体の距離は、実線で示される物体面３００の位置となる。さらにマグネット３１を撮像素子３に近づけて、点線で示した曲率に変更する場合、撮像面の中心が光軸方向の紙面右側にシフトする。このとき、光学レンズ２０を介して撮像面に結像する（すなわちピントが合う）被写体の距離は、点線で示される物体面３０１の位置となる。すなわち、撮像素子３の曲率が大きくなる（曲率半径が小さい）場合、ピントの合う物体面の位置が光学レンズ２０に近づくことになる。本実施形態では、この特性を利用して、撮像素子３の曲率を制御し、撮影時の最短撮影距離を変更する。

（曲率制御処理の概要）
以下、本実施形態に係る、ＡＦ動作中の撮像素子３の曲率制御処理の概要について説明する。図９（ａ）〜（ｃ）は、物体面の位置が無限遠から至近の間にある場合の、ＡＦ評価値、第４群レンズ２０４（フォーカスレンズ）位置、撮像面の曲率半径の関係を示した図である。フォーカスレンズが無限遠側から至近側に移動するにつれて、ＡＦ評価値が大きくなっている。このとき撮像面の曲率は、像面湾曲を補正するための最適な曲率に固定されたままである。図９（ａ）〜（ｃ）に示す縦の点線は、フォーカスレンズが可動領域の限界位置（至近側）に達した状態を示している。物体面の位置が至近側へ動くほどＡＦ評価値が大きくなっているため、少なくともフォーカスレンズの可動領域内で合焦させることの出来る範囲には被写体が存在せず、さらに至近側に存在すると考えられる。フォーカスレンズは限界位置を超えた範囲まで動くことが出来ないため、ここからは撮像素子３の曲率が変化する。図９（ｂ）に示すように、フォーカスレンズの位置は、点線の右側では固定であり、代わりに、図９（ｃ）に示すように、撮像素子３の曲率が徐々に大きくなる（曲率半径が小さくなる）。例えば、曲率制御部４は、マグネット３１を撮像素子３に徐々に近づけて吸引する磁力を大きくしていく。撮像面の曲率を変更する過程でＡＦ評価値のピークが存在するため、システム制御部１４は、ＡＦ評価値のピーク位置（すなわち合焦するときの曲率条件）になるようにマグネット３１の位置を制御する。

図１０（ａ）、（ｂ）は、図６に示した光学系１のレンズ構成と撮像素子３とを組み合わせた構成を示している。図１０（ａ）では、焦点距離が広角側である場合の、光学レンズ群２０１〜２０４の位置関係と撮像素子３の湾曲状態を示している。焦点距離が広角側である場合、像面湾曲の程度が大きいため、当該湾曲を補正するための撮像素子の湾曲率が大きくなる。図１０（ｂ）では、焦点距離が望遠側である場合の、光学レンズ群２０１〜２０４の位置と撮像素子３の湾曲状態を示している。焦点距離が望遠側である場合、広角側に比べて像面湾曲の程度が小さいため、撮像素子の湾曲率も小さくて済む。なお、図１０（ａ）、（ｂ）に示す第４群レンズ２０４（フォーカスレンズ）は、可動領域の限界位置（至近側）にある。図１０（ａ）、（ｂ）において実線で示した撮像素子３の湾曲状態は、それぞれの場合における像面湾曲を補正するための最適な曲率になっている。これに対して点線で示した撮像素子３の湾曲状態は、光学レンズによって決まる最短撮影距離よりも近くにピントを合わせるために、更に撮像面の曲率を変更して、曲率を大きく（曲率半径を小さく）した状態となっている。すなわち、このようにすれば、光学レンズの可動範囲ではピントが合わない被写体にもピントを合わせることが出来るようになる。なお、撮像素子３の曲率は、光学レンズの像面湾曲を補正するための最適な曲率とは異なる曲率に制御されるため、画像周辺部では必ずしも像面湾曲の補正が最適な状態にはならない場合がある。

（湾曲制御処理を含むＡＦ動作の一連の動作）
次に、図１１を参照して、本実施形態に係る湾曲制御処理を含むＡＦ動作の一連の動作を説明する。なお、本実施形態の操作部１３に含まれるレリーズスイッチは、２段スイッチにより半押し状態と全押し状態とでその機能が異なっており、本一連の動作はレリーズスイッチの押下状態が半押し状態になったことにより開始される。また、本処理は、システム制御部１４がＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭの作業用領域に展開、実行し、曲率制御部４等のデジタルカメラ１００各部を制御することにより実現される。また、以下の説明では、撮影者に比較的近い位置に被写体が存在する場合を例に説明する。

Ｓ１００１において、システム制御部１４は、ＡＦ動作を開始すると、ＡＦ評価値が大きくなる方向（すなわち至近側で焦点が合う方向）に第４群レンズ２０４（フォーカスレンズ）を移動させる。システム制御部１４は、第４群レンズ２０４（フォーカスレンズ）を順次移動させて、移動したフォーカスレンズの位置において得られる画像データを用いてＡＦ評価値を取得する。

Ｓ１００２において、システム制御部１４は、ＡＦ評価値が最大となる位置（すなわちＡＦ評価値のピーク）があったかどうかを判定する。システム制御部１４は、例えば、複数のＡＦ評価値において最大値を示すＡＦ評価値、又は、複数のＡＦ評価値から予測されるＡＦ評価値の曲線において第４群レンズ２０４の可動領域内で極大値が得られるかを判定する。システム制御部１４は、ＡＦ評価値のピークがあったと判定した場合、Ｓ１００３に処理を進める。一方、ＡＦ評価値のピークがないと判定した場合、算出した場合、Ｓ１００４に処理を進める。

Ｓ１００３において、システム制御部１４は、ＡＦ評価値のピーク位置へフォーカスレンズを移動させる。その後、Ｓ１０１０においてレリーズスイッチに対する全押しに伴って撮影を行い、ＡＦ動作に係る一連の動作を終了する。

Ｓ１００４において、システム制御部１４は、第４群レンズ２０４（フォーカスレンズ）の可動領域の限界位置（端部）に到達したかどうかを判定する。システム制御部１４は、例えば第４群レンズ２０４（フォーカスレンズ）の現在の位置が端部の位置を表す閾値を超えているかによって当該判定を行い、まだ端部に到達していないと判定した場合、処理をＳ１００１に戻してＡＦ動作を継続させる。一方、第４群レンズ２０４（フォーカスレンズ）が端部に到達したと判定した場合、これ以上フォーカスレンズを移動させることはできないため、フォーカスレンズを端部に停止させてＳ１００５に処理を進める。

Ｓ１００５において、システム制御部１４は、第４群レンズ２０４（フォーカスレンズ）の移動に代えて、撮像素子３の湾曲状態を変更させる。具体的には、システム制御部１４は、曲率制御部４のマグネット３１を撮像素子３に徐々に近づけて吸引する磁力を大きくしていく。

Ｓ１００６において、システム制御部１４は、撮像面の曲率を変更しながら撮像素子３から出力される画像データのＡＦ評価値を取得して、ＡＦ評価値のピークがあったかを判定する。すなわち、システム制御部１４は、ＡＦ評価値が最大となる位置があったかどうかを判定し、ＡＦ評価値のピークがあったと判定した場合にはＳ１００７に処理を進める。一方、システム制御部１４は、ＡＦ評価値にピークがなかったと判定した場合、処理をＳ１００８に進める。

Ｓ１００７において、システム制御部１４は、ＡＦ評価値のピーク位置があったため、撮像素子３の撮像面の湾曲状態をその曲率に設定する。その後、Ｓ１０１０に処理を進めて、レリーズスイッチが全押しされたことに伴って撮影を行い、ＡＦ動作に係る一連の動作を終了する。

Ｓ１００８において、システム制御部１４は、ＡＦ評価値のピーク位置が無かったと判定したため、撮像素子３の撮像面における曲率制御範囲の限界に到達したかどうかを判定する。システム制御部１４は、（曲率制御部４あるいは駆動回路６からの出力に基づいて）現在の曲率が所定の閾値を超えているかを判定し、まだ曲率が限界に到達していないと判定した場合はＳ１００５に戻して曲率制御を継続する。一方、システム制御部１４は、撮像素子３の曲率が限界位置に到達したと判定した場合、Ｓ１００９に処理を進める。

Ｓ１００９において、システム制御部１４は、現在以上に撮像素子３の撮像面を湾曲させることができないため、合焦不可能と判断して、その後ＡＦ動作に係る一連の動作を終了する。

なお、上述したように、撮像素子３の曲率は光学レンズの像面湾曲を補正するための曲率とは異なる曲率に制御されるため、画像周辺部では必ずしも像面湾曲の補正が最適な状態にはならない場合がある。従って、撮像素子の曲率を変更する処理（Ｓ１００５）に入った際に、例えば画面中心付近に接写する被写体の所望の領域がくるようにユーザを誘導するメッセージ表示や枠の表示を表示装置１１に表示させてもよい。このようにすれば、像面湾曲の影響が少なく、かつ接近した被写体に合焦した画像を得ることができる。

以上説明したように本実施形態では、フォーカスレンズの移動によって合焦させることができない至近距離の被写体がある場合に、撮像素子３の撮像面の湾曲率を変更してＡＦ評価値の最大値が得られるように当該湾曲率を設定するようにした。すなわち、至近距離の被写体がある場合には、像面湾曲を補正するための撮像面の曲率の制御と、画像信号を合焦した状態にするための撮像面の曲率の制御のうち、画像信号を合焦した状態にする曲率の制御を優先するようにした。このようにすることで、フォーカスレンズの移動によって合焦させることができない至近距離の被写体を撮影する場合であっても、当該被写体に合焦した画像を撮影することが可能になる。

（実施形態２）
次に実施形態２について説明する。実施形態２では、デジタルカメラ１００が所定の動作モード（本実施形態の例では拡張マクロモード）に設定されている場合にのみ、撮像素子３の曲率を変更して至近距離にある被写体に合焦させる。このため、本実施形態のデジタルカメラ１００は、ＡＦ動作における動作の一部が異なり、デジタルカメラ１００の構成や他の動作は実施形態１と同一である。このため、同一の構成や動作については同一の符号を付して重複する説明は省略し、相違点について重点的に説明する。

本実施形態のデジタルカメラ１００は、拡張マクロモードという特定の動作モードを備えている。この拡張マクロモードは、動作モードの１つであり、操作部１３のボタンや操作メニュー等から設定される。本実施形態に係るＡＦ動作時の撮像素子の曲率制御は、この拡張マクロモードが選択されている場合にのみ動作する。

図１２は、本実施形態に係るＡＦ動作を説明するフローチャートを示している。システム制御部１４は、実施形態１と同様に本ＡＦ動作を開始して、Ｓ１００１からＳ１００４までの処理を行う。

Ｓ１２０１において、システム制御部１４は、現在設定されている動作モードが拡張マクロモードであるかを判定する。例えば、システム制御部１４は、操作部１３を介して設定された動作モードを例えばＲＡＭから読み出して、拡張マクロモードであるかを判定する。システム制御部１４は、設定されている動作モードが拡張マクロモードであると判定した場合、処理をＳ１００５に進めて撮像素子の曲率の変更を有効にする。システム制御部１４は、実施形態１と同様に、例えばＳ１００５〜Ｓ１００７の処理を行って被写体に合焦させるように撮像素子の曲率を変更して撮影を行う。一方、システム制御部１４は、設定されている動作モードが拡張マクロモードでないと判定した場合、処理をＳ１００９に進めて合焦不可能と判断し、ＡＦ動作を終了する。

以上説明したように本実施形態では、ＡＦ動作時における撮像素子の曲率制御を、動作モードが所定のモードに設定されている場合に有効化するようにした。このようにすれば、高速なＡＦ動作を行うと共に反応良く合焦可否の応答を得たい動作モードと、応答速度が多少低下してもフォーカスレンズの可動範囲を超えて合焦させたい動作モードとを、ユーザ意図に応じて切り替えて動作させることが可能になる。

（実施形態３）
次に実施形態３について説明する。実施形態３では、ユーザがデジタルカメラ１００に対して所定の操作を行った場合にのみ、撮像素子３の曲率を変更して至近距離にある被写体に合焦させる。このため、本実施形態のデジタルカメラ１００は、ＡＦ動作における動作の一部が異なり、デジタルカメラ１００の構成や他の動作は実施形態１と同一である。このため、同一の構成や動作については同一の符号を付して重複する説明は省略し、相違点について重点的に説明する。

上述したように、撮像素子３の曲率を変更することは、撮像面の中心が光軸と垂直方向にシフトすることを意味し、光学レンズの可動範囲ではピントが合わない被写体にもピントを合わせることが出来るようになる。ただし、光学系の像面湾曲を補正するための曲率とは異なる曲率に制御されるため、画像周辺部では必ずしも像面湾曲の補正が最適な状態にはならない。このため、フォーカスレンズの可動領域の端部に達した状態においてユーザ操作を確認することにより、撮像素子３の曲率を湾曲させて更にＡＦ動作を実行するか否かのユーザの意志を確認することができる。ユーザは画像中心部でピントが合うことを優先させたい場合は、所定のユーザ指示（本実施形態では所定時間以上レリーズスイッチを押し続ける）を入力する。

図１３は、本実施形態に係るＡＦ動作を説明するフローチャートを示している。システム制御部１４は、実施形態１と同様に本ＡＦ動作を開始して、Ｓ１００１からＳ１００４までの処理を行う。

Ｓ２００１において、システム制御部１４は、操作部１３に含まれるレリーズスイッチが所定の時間以上にわたって押下され続けているかを判定する。すなわち、システム制御部１４は、フォーカスレンズの可動領域の端部に達した状態において、更に撮像素子３の曲率を湾曲させたＡＦ動作を実行する旨のユーザ指示が入力されるかを判定する。例えば、システム制御部１４は、レリーズスイッチが押下されると操作部１３を介してその押下されている時間を計測し、所定の閾値を超えたかを判定する。システム制御部１４は、レリーズスイッチが所定時間以上にわたって押下されていると判定した場合、処理をＳ１００５に進めて撮像素子の曲率を変更する。システム制御部１４は、実施形態１と同様に、例えばＳ１００５〜Ｓ１００７の処理を行って被写体に合焦させるように撮像素子の曲率を変更して撮影を行う。一方、システム制御部１４は、フォーカスレンズの可動領域の端部に達した状態で、（レリーズスイッチを長押しする）撮像面を湾曲させるＡＦ動作を実行する旨のユーザ指示がない場合、処理をＳ１００９に進めて合焦不可能と判断し、ＡＦ動作を終了する。

以上説明したように本実施形態では、フォーカスレンズの可動領域の端部に達した状態において、所定のユーザ操作（本実施形態ではレリーズスイッチの長押し）の有無を判定するようにした。このようにすることで、撮像素子３の曲率を湾曲させて更にＡＦ動作を実行するか否かのユーザの意志を確認することが可能になる。

（実施形態４）
次に実施形態４について説明する。本実施形態では、実施形態３と同様に、フォーカスレンズの可動領域の端部に達した状態において、撮像素子３の曲率を湾曲させて更にＡＦ動作を実行するか否かのユーザの意志を確認する。但し、実施形態３とは手順が異なり、ユーザが画像中心部でピントが合うことを優先させたい場合、ユーザはレリーズスイッチを一度離してすぐにもう一度押すという一連の操作（ジェスチャ）を行う。このため、本実施形態のデジタルカメラ１００は、ＡＦ動作における動作の一部が上述した実施形態と異なるが、デジタルカメラ１００の構成や他の動作は実施形態１と同一である。このため、同一の構成や動作については同一の符号を付して重複する説明は省略し、相違点について重点的に説明する。

図１４を参照して、実施形態４に係るＡＦ動作に係る一連の動作について説明する。上述した実施形態３と同様にＳ１００１〜Ｓ１００４までの処理を行う。

Ｓ３００１において、システム制御部１４は、操作部１３に含まれるレリーズスイッチの半押しが解除されたかどうかを判定する。システム制御部１４は、操作部１３からの情報に基づき、レリーズスイッチが解除されたと判定した場合には処理をＳ３００２に進め、一方で解除されていないと判定した場合にはＳ３００１に処理を戻す。

Ｓ３００２において、システム制御部１４は、レリーズスイッチが所定の時間以内（例えば１秒以内）にもう一度半押しされたかどうかを判定する。システム制御部１４は、操作部１３からの情報に基づき、レリーズスイッチが所定の時間以内（例えば１秒以内）にもう一度半押しされたと判定した場合、撮像素子の曲率を変更するためにＳ１００５に処理を進める。この場合、システム制御部１４は、上述したＳ１００５〜Ｓ１０１０まので動作を行って本ＡＦ動作に係る一連の動作を終了する。一方、所定時間以内にレリーズスイッチがもう一度半押しされなかったと判定した場合、上述したＳ１００９に処理を進めて合焦不可能と判断し、その後ＡＦ動作に係る一連の動作を終了する。

以上説明したように、本実施形態では、フォーカスレンズの可動領域の端部に達した状態においてユーザの意志を確認するために、レリーズスイッチを一度離してもう一度押すという、一連のユーザ操作（ジェスチャ）を検出するようにした。このようにすることで、ＡＦ操作を行うための操作（レリーズスイッチの半押し）とユーザの意思を確認する操作とを明確に区別することが可能になる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１…光学系、３…撮像素子、４…曲率制御部、７…信号処理回路、１３…操作部、１４…システム制御部

Claims (13)

1. 光軸方向に所定の可動領域で進退可能な焦点調整レンズを含む光学系と、
   撮像面が湾曲可能に構成され、前記光学系を介して結像する被写体像を撮像する撮像素子と、
   前記撮像素子から出力される画像信号に基づいて前記画像信号の合焦度合を表す評価値を求める評価手段と、
   前記評価値に基づき、前記所定の可動領域における各々の位置のうち前記評価値が高くなる位置に前記焦点調整レンズの位置を調整する調整手段と、
   前記光学系の像面湾曲を補正するための前記撮像面の曲率の制御と、前記画像信号を合焦した状態にするための前記撮像面の曲率の制御とを行う制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記調整手段により前記焦点調整レンズの位置が前記所定の可動領域の端部に調整された場合、前記画像信号を合焦した状態にするための前記撮像面の曲率の制御を優先する、ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記調整手段により前記焦点調整レンズの位置が前記所定の可動領域の端部に調整された場合、前記像面湾曲を補正するための前記撮像面の曲率における合焦度合よりも前記評価値が高い合焦度合を表すように前記撮像面の曲率を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記撮像面がとり得る各々の曲率のうち前記評価値が高くなる曲率に前記撮像面の曲率を制御する、ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記調整手段により前記焦点調整レンズの位置が前記所定の可動領域の端部に調整されていない場合、前記光学系の像面湾曲を補正するための前記撮像面の曲率の制御を優先する、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記調整手段による前記焦点調整レンズの調整を開始させるユーザ操作を受け付ける操作手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記調整手段により前記焦点調整レンズの位置が前記所定の可動領域の端部に調整された場合であって、かつ前記操作手段に対する前記ユーザ操作が所定の閾値を超えて継続する場合に、前記画像信号を合焦した状態にするための前記撮像面の曲率の制御を優先する、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記調整手段による前記焦点調整レンズの調整を開始させ又は終了するためのユーザ操作を受け付ける操作手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記調整手段により前記焦点調整レンズの位置が前記所定の可動領域の端部に調整された場合であって、かつ前記操作手段が所定の一連のユーザ操作を受け付けた場合に、前記画像信号を合焦した状態にするための前記撮像面の曲率の制御を優先し、
   前記所定の一連のユーザ操作は、前記焦点調整レンズの調整を開始させた後に該調整を終了させ、その後、前記焦点調整レンズの調整を開始させるユーザ操作が所定の閾値を超えて継続する操作である、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記撮像装置の動作モードを、所定のモードを含む複数の動作モードのいずれかに設定する設定手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記調整手段により前記焦点調整レンズの位置が前記所定の可動領域の端部に調整された場合であって、かつ前記動作モードが所定のモードである場合に、前記画像信号を合焦した状態にするための前記撮像面の曲率の制御を優先する、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記所定のモードは、前記撮像面の曲率を変化させて被写体に合焦させる動作を有効にする動作モードである、ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記光学系は、光軸方向に所定の可動領域で進退可能なズームレンズを更に含み、
   前記制御手段は、前記ズームレンズの位置に応じて、前記光学系の像面湾曲を補正するための前記撮像面の曲率を制御する、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記撮像素子は、磁力によって前記撮像面の曲率を制御するように構成される、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 光軸方向に所定の可動領域で進退可能な焦点調整レンズを含む光学系と、撮像面が湾曲可能に構成され、前記光学系を介して結像する被写体像を撮像する撮像素子とを有する撮像装置の制御方法であって、
    評価手段が、前記撮像素子から出力される画像信号に基づいて前記画像信号の合焦度合を表す評価値を求める評価工程と、
    調整手段が、前記評価値に基づき、前記所定の可動領域における各々の位置のうち前記評価値が高くなる位置に前記焦点調整レンズの位置を調整する調整工程と、
    制御手段が、前記光学系の像面湾曲を補正するための前記撮像面の曲率の制御と、前記画像信号を合焦した状態にするための前記撮像面の曲率の制御とを行う制御工程とを有し、
    前記制御工程では、前記調整手段により前記焦点調整レンズの位置が前記所定の可動領域の端部に調整された場合、前記画像信号を合焦した状態にするための前記撮像面の曲率の制御を優先する、ことを特徴とする撮像装置の制御方法。
12. コンピュータを、請求項１から１０のいずれか１項に記載の、前記光学系と前記撮像素子とを除く撮像装置の各手段として機能させるためのプログラム。
13. コンピュータを、請求項１から１０のいずれか１項に記載の、前記光学系と前記撮像素子とを除く撮像装置の各手段として機能させるためのプログラムを格納する記録媒体。

Images