JP2020112632A - 焦点検出装置及びその制御方法、及び撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 焦点検出に用いる信号の取得タイミングが異なる複数の焦点検出方法を用いて焦点検出を行う場合に、より精度良く、且つ、より迅速に焦点調節を行えるようにすること。【解決手段】 撮像素子を遮光した状態で、撮像光学系を介して入射する光に基づいて、焦点検出を行う第1の焦点検出手段と、撮像素子を露光して読み出された信号に基づいて、撮像面位相差方式の焦点検出を行う第2の焦点検出手段と、被写体が、第1の焦点検出手段により焦点検出可能な第1の領域にあるかどうかを判断する判断手段と、撮像素子により連写撮影を行う場合、被写体が第1の領域にある場合に、第1の焦点検出手段による焦点検出結果を用いて、撮像素子の次の露光を開始する前にフォーカスレンズを駆動し、被写体が第1の領域に無い場合に、第2の焦点検出手段による焦点検出結果を用いて、撮像素子の次の露光が終了した後にフォーカスレンズを駆動する制御手段とを有する。【選択図】 図14
Description
本発明は焦点検出装置及びその制御方法、及び撮像装置に関する。
従来、多くのカメラにおいて、利用者の利便性のため自動焦点調節機能(AF)が備えられている。自動焦点調節にはいくつかの方式があるが、そのうち、2つの方式について以下に簡単に説明する。
1つは一眼レフタイプのカメラに多く用いられる二次光学系によるAFである。主ミラーがハーフミラーになっており、ミラーを透過した先の二次光学系とAFセンサによるAFを行う。このAF方式では、光学ファインダを利用者が観測しながらAFを同時にできることが長所であるが、一方でミラーや二次光学系の制約から、画面の中心付近しか焦点検出できないことが欠点である。
もう1つは一眼レフカメラだけでなく、近年普及してきたミラーレスタイプのカメラでも採用されている、撮像素子による撮像面位相差によるAFである。これは撮像素子の画素を瞳分割して得られた一対の瞳分割画像の相関演算を行うことによってAFを行う。この方式は、ミラーアップして撮像素子で撮像しているときにしかAFできないため利用者が光学ファインダーで観測することができないという欠点があるが、二次光学系によるAFよりも広い範囲でAFすることができるという長所がある。
このようにそれぞれ長所と短所があるので、この2方式を組み合わせて使い分けることが考えられる。例えば、画面中央では二次光学系AFを用い、画面周辺部では撮像面位相差AFを用いることが考えられる。
上述したように2方式を組み合わせる場合、各方式のAFを行い、その焦点検出結果を用いてレンズを駆動し、その状態で撮像を行うこととなる。二次光学系AFと撮像面位相差AFでは、焦点検出のための撮像に用いるセンサが違い、また、撮像シーケンスの中において、それぞれのセンサが露光される時刻が違う。
そのためAF方式によっては、センサを露光してから信号を読み出すまでの時間(AFタイムラグ)が長くなる恐れがある。AFタイムラグが長い場合、被写体が動いて焦点が合っていない画像が撮影される可能性がある。また動きを予測した場合に、予測精度が落ちる可能性がある。
また各方式のAFのためのシーケンスが切り替わる際にも、切り替わりシーケンスをよく考慮しないとAFタイムラグが長くなってしまい、被写体が動いて焦点が合っていない画像となったり、焦点位置の予測をする場合には、予測精度が落ちてしまう。
特許文献1においては、2つのAF方式を温度、湿度、光学系の形状変化などに応じて使い分けているが、それぞれの動作シーケンス、各AF方式の遷移シーケンスを考慮しておらず、AFタイムラグが増加し、これも同様の問題が発生する。
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、焦点検出に用いる信号の取得タイミングが異なる複数の焦点検出方法を用いて焦点検出を行う場合に、より精度良く、且つ、より迅速に焦点調節を行えるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の焦点調節装置は、撮像を行うための撮像素子を遮光した状態で、撮像光学系を介して入射する光に基づいて、焦点検出を行う第1の焦点検出手段と、前記撮像光学系を介して入射する光により前記撮像素子を露光して読み出された信号に基づいて、焦点検出を行う第2の焦点検出手段と、被写体が、前記第1の焦点検出手段により焦点検出可能な、前記撮像素子の撮像面上の第1の領域にあるかどうかを判断する判断手段と、前記撮像素子により連写撮影を行う場合、前記判断手段により、被写体が前記第1の領域にあると判断された場合に、前記第1の焦点検出手段による焦点検出結果を用いて、前記撮像素子の次の露光を開始する前にフォーカスレンズを駆動し、被写体が前記第1の領域に無いと判断された場合に、前記第2の焦点検出手段による焦点検出結果を用いて、前記撮像素子の次の露光が終了した後に前記フォーカスレンズを駆動する、第1の焦点検出モードで制御する制御手段とを有する。
本発明によれば、焦点検出に用いる信号の取得タイミングが異なる複数の焦点検出方法を用いて焦点検出を行う場合に、より精度良く、且つ、より迅速に焦点調節を行うことができる。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の撮像装置は、レンズユニット10とカメラ本体20が不図示のマウント部を介して着脱可能に接続されたレンズ交換式カメラの構成を有する。そして、レンズユニット10全体の動作を統括制御するレンズ制御部106と、撮像装置全体の動作を統括するカメラ制御部212とが、情報を通信している。
図1は、本発明の第1の実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の撮像装置は、レンズユニット10とカメラ本体20が不図示のマウント部を介して着脱可能に接続されたレンズ交換式カメラの構成を有する。そして、レンズユニット10全体の動作を統括制御するレンズ制御部106と、撮像装置全体の動作を統括するカメラ制御部212とが、情報を通信している。
まず、レンズユニット10の構成について説明する。レンズユニット10は、固定レンズ101、絞り102、フォーカスレンズ103、絞り駆動部104、フォーカスレンズ駆動部105、レンズ制御部106、レンズ操作部107を備えている。固定レンズ101からフォーカスレンズ103は撮影光学系である。絞り102は、絞り制御部104によって駆動され、後述する撮像素子201への入射光量を制御する。フォーカスレンズ103は、フォーカスレンズ駆動部105によって駆動され、後述する撮像素子201に結像する焦点の調節を行う。絞り駆動部104及びフォーカスレンズ駆動部105は、レンズ制御部106によって制御され、絞り102の開口量や、フォーカスレンズ103の位置を動かす。レンズ制御部106は、後述するカメラ制御部212から受信した制御命令・制御情報に応じて絞り駆動部104及びフォーカスレンズ駆動部105の制御を行い、また、レンズ制御情報をカメラ制御部212に送信する。
次に、カメラ本体20の構成について説明する。カメラ本体20はレンズユニット10の撮影光学系を通過した光束を光電変換して、画像信号を取得するように構成されている。レンズユニット10の撮像光学系を通過した光束は、回動可能なクイックリターンミラー252に導かれる。
クイックリターンミラー252の中央部はハーフミラーになっており、クイックリターンミラー252がダウンして光路内に挿入された際に、一部の光束が透過する。そしてこの透過した光束はクイックリターンミラー252に設置されたサブミラー253で反射され、自動焦点調整手段であるAFセンサ254に導かれる。AFセンサ254は焦点検出回路255によって制御される。この焦点検出方法を本実施形態では「AFセンサ254による焦点検出」と呼ぶ。なお、AFセンサ254による焦点検出の詳細については後述する。
一方、クイックリターンミラー252で反射された光束は、マットスクリーン250に像を結び、それを上側からペンタプリズム251、接眼レンズ256を介して撮影者が観測することができる。
また、クイックリターンミラー252がアップして光路から退避した際には、レンズユニット10からの光束は、機械シャッタであるフォーカルプレーンシャッタ258及びフィルタ259を介して撮像素子201上に結像する。フィルタ259は2つの機能を有しており、1つは赤外線や紫外線などをカットし可視光線のみを撮像素子201へ導く機能であり、もう1つは光学ローパスフィルタとしての機能である。また、フォーカルプレーンシャッタ258は、先幕及び後幕を有して成るもので、レンズユニット10からの光束の入射、遮断を制御する。
レンズユニット10の撮影光学系を通過した光束は、撮像素子201の受光面上に結像し、フォトダイオードによって入射光量に応じた信号電荷に変換される。各フォトダイオードに蓄積された信号電荷は、カメラ制御部212の指令に従ってタイミングジェネレータ215から与えられる駆動パルスに基づいて信号電荷に応じた電圧信号として撮像素子201から順次読み出される。
撮像素子201は、図5に示すように、行列状に配置された各画素が1つのマイクロレンズ315と2つのフォトダイオード311,312を有し、記録用の画像信号と、AF用の2つの信号(焦点検出用信号)が取り出せるようになっている。AF用信号を用いて位相差方式による焦点検出を行うことができるが、この焦点検出方法を、本実施形態では「撮像素子201による焦点検出」と呼ぶ。なお、撮像素子201による焦点検出の詳細については後述する。
撮像素子201から読み出された画像信号及びAF用信号は、CDS/AGC/ADコンバータ202に入力され、リセットノイズを除去する為の相関二重サンプリング、ゲインの調節、信号のデジタル化を行う。CDS/AGC/ADコンバータ202は、処理した画像信号及びAD用信号を画像入力コントローラ203に出力する。
画像入力コントローラ203は、CDS/AGC/ADコンバータ202から出力された画像信号をSDRAM209に格納するか、またAF用信号をAF信号処理部204に出力する。
SDRAM209に格納された画像信号は、バス21を介して、表示制御部205によって表示部206に表示される。また、画像信号の記録を行う場合には、記録媒体制御部207によって記録媒体208に記録される。また、バス21を介して接続されたROM210には、カメラ制御部212が実行する制御プログラム及び制御に必要な各種データ等が格納されており、フラッシュROM211には、ユーザ設定情報等のカメラ本体20の動作に関する各種設定情報等が格納されている。
AF信号処理部204は、AF用信号の画素加算、相関演算を行い、像ずれ量、信頼性情報(二像一致度、二像急峻度、コントラスト情報、飽和情報、キズ情報等)を算出し、算出した像ずれ量と信頼性情報をカメラ制御部212へ出力する。また、カメラ制御部212は、取得した像ずれ量や信頼性情報を基に、これらを算出する設定の変更をAF信号処理部204に通知する。例えば、像ずれ量が大きい場合に相関演算を行う領域を広く設定したり、コントラスト情報に応じてバンドパスフィルタの種類を変更したりする。相関演算の詳細については後述する。
カメラ制御部212は、カメラ本体20内の各構成と情報をやり取りして制御を行う。カメラ本体20内の処理だけでなく、カメラ操作部214からの入力に応じて、電源のON/OFF、設定の変更、静止画/動画記録の開始、AF制御の開始、記録映像の確認等の、ユーザが操作したさまざまなカメラ機能を実行する。また、先述したようにレンズユニット10内のレンズ制御部106と情報をやり取りし、レンズの制御命令・制御情報を送り、またレンズ内の情報を取得する。
次に、上記構成を有するカメラ本体20における動作について説明する。図2は、カメラ本体20の電源を投入してからの処理の手順を示すフローチャートである。
S11では、カメラ本体20の初期化処理を行い、S12へ進む。S12では、カメラ操作部214で利用者が静止画撮影モードを選択しているか調べる。が静止画撮影モードを選択していたらS13へ、そうでなければS14へ進む。
S13では、静止画撮影処理を行って、S12へ戻る。なお、ここで行う処理については詳細に後述する。
S14では、カメラ操作部214で利用者が画像閲覧モードを選択しているか調べる。画像閲覧モードを選択していたらS15へ、そうでなければS16へ進む。S15では画像閲覧処理を行い、終了したらS12へ戻る。
S16では、カメラ操作部214で利用者がカメラの電源をオフにする指示をしているかを判定し、オフの指示していたら処理を終え、そうでなければS12へ戻る。
本実施形態の撮像装置は、上述したように、AFセンサ254による焦点検出と、撮像素子201による焦点検出とを行うことができる。以下に、それぞれの焦点検出方法について説明する。
まず、焦点検出領域について説明する。図3(a)は、本実施形態における焦点検出領域の配置例を示す。320は、撮像素子201が撮像できる有効領域を示す。点線の四角で示す領域321は、AFセンサ254により焦点検出できる焦点検出領域を示しており、本実施形態では、画面内9か所で焦点検出することができるものとする。
実線の四角で示す領域322は、撮像素子201で焦点検出できる焦点検出領域を示しており、本実施形態では、画面内45か所で焦点検出することができるものとする。
斜線で示す領域323は、撮像素子201の焦点検出領域322のうち、AFセンサ254で焦点検出できる領域321に隣接している領域を示している。
図3(a)のように焦点検出領域が配置されている場合、図3(b)の斜線で示す領域331が、AFセンサ254及び撮像素子201の両方で焦点検出可能な領域となる。また、縦線で示す領域332が、撮像素子201による焦点検出のみができる領域となる。
図3(c)は、焦点検出領域と、被写体の位置との関係の一例を示す図である。ここでは、被写体341が、撮像素子201の焦点検出領域322のうち、AFセンサ254の焦点検出領域321に隣接している領域323に、被写体342が、撮像素子201の焦点検出領域322に居る場合を示している。
撮像素子201による焦点検出
まず、撮像素子201による焦点検出について説明する。図4は、撮像素子201による焦点検出の流れを示すフローチャートである。
まず、撮像素子201による焦点検出について説明する。図4は、撮像素子201による焦点検出の流れを示すフローチャートである。
S101において、図3に示す各焦点検出領域322のAF用信号を取得する。そして、S102において、各焦点検出領域322毎に、AF用信号を予め決められた方向に加算することで、一対の像信号を取得する。
S103で、各焦点検出領域322に対し、S102で加算して得られた一対の像信号から相関量を算出し、次のS104で、S103で算出した相関量から相関変化量を算出する。そして、S105でS104で算出した相関変化量から像ずれ量を算出する。そして、S106で焦点検出領域毎に像ずれ量を、フォーカスレンズ103の駆動量であるデフォーカス量に変換し、焦点検出処理を終了する。
図5は、本実施形態における撮像素子201の画素配列の概略を示す図であり、撮像素子201として用いられる2次元CMOSセンサの画素配列を、撮像画素の4列×4行の範囲で(焦点検出画素の配列としては8列×4行の範囲)で示したものである。
本実施形態において、画素群300は2列×2行の画素からなり、ベイヤー配列のカラーフィルタにより覆われているものとする。そして、各画素群300において、R(赤)の分光感度を有する画素300Rが左上の位置に、G(緑)の分光感度を有する画素300Gが右上と左下の位置に、B(青)の分光感度を有する画素300Bが右下の位置に配置されている。さらに、本実施形態の撮像素子201は、撮像面位相差方式の焦点検出を行うために、各画素は、1つのマイクロレンズ315に対し、複数のフォトダイオード(光電変換部)を保持している。本実施形態では、各画素、2列×1行に配列された2つのフォトダイオード311,312により構成されているものとする。
撮像素子201は、図5に示す2列×2行の画素(4列×2行のフォトダイオード)からなる画素群300を撮像面上に多数配置することで、画像信号及びAF用信号の取得を可能としている。
このような構成を有する各画素では、レンズユニット10の撮影光学系の異なる瞳領域を通過した光束をマイクロレンズ315で分離し、フォトダイオード311、312に結像する。そして、2つのフォトダイオード311、312からの信号を加算した信号(A+B信号)を画像信号、個々のフォトダイオード311、312からそれぞれ読み出した2つの信号(A信号、B信号)をAF用信号(焦点検出用信号)として用いる。なお、画像信号とAF用信号とをそれぞれ読み出してもよいが、処理負荷を考慮して、次のようにしてもよい。即ち、画像信号(A+B信号)と、フォトダイオード311、312のいずれか一方のAF用信号(例えばA信号)とを読み出し、差分を取ることで、視差を有するもう一方のAF用信号(例えばB信号)を取得する(S101の処理)。
なお、本実施形態では各画素において、1つのマイクロレンズ315に対して2つのフォトダイオード311,312を有する構成としているが、フォトダイオードの数は2つに限定されず、それ以上であってもよい。また、瞳分割方向も水平方向に限られるものでは無く、垂直方向であっても良い。また、マイクロレンズ315に対して受光部の開口位置が異なる画素を複数有するようにしてもよい。つまり、結果としてA信号とB信号といった位相差検出用の2つの信号が得られる構成であればよい。また、本発明は図2に示すように全ての画素が複数のフォトダイオードを有する構成に限らず、撮像素子201を構成する通常画素内に、図5に示すような焦点検出用画素を離散的に設ける構成であってもよい。また、同じ撮像素子内において互いに異なる分割方法で分割された複数種類の画素が含まれてもよい。
また、本実施形態では、複数の画素から出力された複数のA信号と複数のB信号をそれぞれ瞳分割方向と直交する方向に加算処理を施すことで、撮像面位相差検出方式によるAFに用いられる一対の像信号(A像信号、B像信号)を得る(S102の処理)。AF信号処理部204では、該一対の像信号に対する相関演算を行って(S103の処理)、これら一対の像信号のずれ量である位相差(以下、「像ずれ量」という。)を算出する(S104,S105の処理)。そして、さらに算出した像ずれ量から撮影光学系のデフォーカス量及びデフォーカス方向を算出する(S106の処理)。
次に、図5に示す撮像素子201から出力されたAF用信号に基づく像ずれ量の算出方法について、更に詳細に説明する。図6(a)は、焦点検出処理において、撮像素子201の画素アレイ401上に設定された1つの焦点検出領域402の例を示している。焦点検出領域402の両側のシフト領域403は、相関演算に必要な領域である。このため、焦点検出領域402とシフト領域403とを合わせた領域404が相関演算に必要な水平方向の画素領域である。図中のp,q,s,tはそれぞれ、水平方向(x軸方向)の座標を表し、pとqはそれぞれ画素領域404の始点と終点のx座標を、sとtはそれぞれ焦点検出領域402の始点と終点のx座標を示している。
図6(b)は、図6(a)に示した焦点検出領域402に含まれる複数の画素から取得した信号に基づいて得られたAF用の一対の像信号の例を示す。実線501が一方のA像信号、破線502が他方のB像信号を示している。図6(b)はシフト前のA像信号501、B像信号502を示し、図6(c),(d)はそれぞれ、S505における相関量算出のために、A像信号501、B像信号502を図6(a)の状態からプラス方向およびマイナス方向にシフトした状態を示している。一対のA像信号501とB像信号502の相関量を算出する際には、A像信号501とB像信号502の両方を矢印の方向に1ビットずつシフトする。
ここで、S103で行われる相関量の算出方法について説明する。まず、図6(c),(d)に示すように、A像信号501とB像信号502をそれぞれ1ビットずつシフトしていき、各シフト状態において、設定された焦点検出領域402(sからt)におけるA像信号501とB像信号502の差の絶対値の和を算出する。ここで、マイナス方向の最大シフト量はp−s、プラス方向の最大シフト量はq−tである。また、シフト量をiで表し、xを焦点検出領域402の開始座標、yを焦点検出領域402の終了座標とすると、相関量CORは以下の式(1)によって算出することができる。
図7(a)は、シフト量と相関量CORとの関係の一例を示しており、横軸はシフト量、縦軸は相関量CORを示す。シフト量とともに変化する相関量601における極値付近602,603のうち、より小さい相関量に対応するシフト量においてA像信号501とB像信号502の一致度が最も高くなる。
次に、S104で行われる相関変化量の算出方法について説明する。図7(a)に示した相関量601の波形における1シフトおきの相関量の差を相関変化量として算出する。シフト量をiとすると、マイナス方向の最大シフト量はp−s、プラス方向の最大シフト量はq−tであるので、相関変化量ΔCORは以下の式(2)によって算出することができる。
ΔCOR[i]=ΔCOR[i−1]−ΔCOR[i+1]
{(p−s+1)<i<(q−t−1)} …(2)
ΔCOR[i]=ΔCOR[i−1]−ΔCOR[i+1]
{(p−s+1)<i<(q−t−1)} …(2)
図7(b)は、シフト量と相関変化量ΔCORとの関係の一例を示しており、横軸はシフト量、縦軸は相関変化量ΔCORを示す。シフト量とともに変化する相関変化量701は、部分702,703でプラスからマイナスになる。相関変化量が0となる状態をゼロクロスと呼び、A像信号501とB像信号502の一致度が最も高くなる。したがって、ゼロクロスを与えるシフト量が像ずれ量となる。
図7(c)は、図7(b)中の702で示した部分を拡大したもので、704は相関変化量701の一部分である。この図7(c)を用いて像ずれ量の算出方法について説明する。まず、ゼロクロスを与えるシフト量(k−1+α)は、整数部分β(=k−1)と小数部分αとに分けられる。小数部分αは、図7(c)中の三角形ABCと三角形ADEとの相似の関係から、以下の式(3)によって算出することができる。
また、図7(b)に示すように相関変化量ΔCORのゼロクロスが複数存在する場合は、その付近での相関変化量ΔCORの変化の急峻性maxderがより大きい方を第1のゼロクロスとする。この急峻性は合焦位置の特定のし易さを示す指標で、値が大きいほど精度良いAFを行い易い点であることを示す。急峻性maxderは、以下の式(5)によって算出することができる。
maxder=|ΔCOR[k−1]|+|ΔCOR[k]| …(5)
maxder=|ΔCOR[k−1]|+|ΔCOR[k]| …(5)
このように、本実施形態では、相関変化量のゼロクロスが複数存在する場合は、その急峻性によって第1のゼロクロスを決定し、この第1のゼロクロスを与えるシフト量を像ずれ量とする。
次に、S106で行われるデフォーカス量への変換方法について説明する。像ずれ量に係数Kをかけ、実際にフォーカスレンズ103を駆動する駆動量であるデフォーカス量を求める必要がある。
図8は、被写体とレンズユニット10と撮像素子201の位置関係を示す概要図である。この図を参照して、像ずれ量からデフォーカス量へ変換する係数Kの算出方法を説明する。なお、AFセンサ254であっても、撮像素子201によるAFであっても、瞳1301、瞳1302の形状は変わるが、この計算方法は同じである。なお、レンズユニット10は1つ以上のレンズからなるが、図8では凸レンズ1枚で表現している。また、フォトダイオード311,312がレンズに投影されたものを、それぞれ1301,1302として示している。
Aをレンズ固有の値である射出瞳距離、Bを基線長、Cを像ずれ量とした場合、デフォーカス量Dは、2つの三角形の相似の関係から以下の式(6)により算出することができる。
D=A/B×C …(6)
また、係数Kは以下の式(7)により算出することができる。
K=A/B …(7)
この係数を像ずれ量にかけることで、デフォーカス量を算出することができる。
AFセンサ254による焦点検出
D=A/B×C …(6)
また、係数Kは以下の式(7)により算出することができる。
K=A/B …(7)
この係数を像ずれ量にかけることで、デフォーカス量を算出することができる。
AFセンサ254による焦点検出
次に、AFセンサ254による焦点検出について、図9及び図10を参照して説明する。図9は、デフォーカス量を検出する原理を説明する図である。なお、図9においては、説明を分かり易くするために、レンズユニット10に含まれる複数のレンズを1枚のレンズ260として表している。
AFセンサ254は、フィールドレンズ263と、一対の開口部を有する絞りマスク264と、一対のセパレータレンズ265と、ラインセンサ266とを有して構成されている。
光軸上の一点から発した光束は、レンズユニット10を通過した後、クイックリターンミラー252を透過した一部の光束がサブミラー253で反射され、撮像素子201の撮像面と共役な面上にあるフィールドレンズ263の近傍に一旦結像する。そして、フィールドレンズ263、絞りマスク264、及びセパレータレンズ265を介して、ラインセンサ266上に一定の間隔を隔てて結像する。ラインセンサ266は、結像された被写体像を光電変換して一対の像を表す電気信号を出力する。
このような構成において、例えばレンズ260を図中左方に繰り出して、撮像素子201より左方に光束が結像すると、ラインセンサ266上の一対の像は、図9(b)に示す様に、図9(a)よりも互いに近づく方向に変位する。この一対の像の相対的なずれ量をラインセンサ266で検出することで、レンズ260の焦点検出を行い、さらにレンズ260の焦点調節駆動を行うことが可能である。また、レンズ260を図中右方に繰り込んだ場合は、ラインセンサ266上の一対の像は、図9(c)に示す様に、図9(a)よりも互いに遠ざかる方向に変位する。このような一対の像の相対的なずれ量をラインセンサ266で検出することで、レンズ260の焦点検出を行い、さらにレンズ260の焦点調節駆動を行うことが可能である。
図9(a)に示すように、撮像素子201に合焦しているとき、ラインセンサ266上に結像された2像間隔は、所定の値(基準2像間隔Lo)をとる。この基準2像間隔Loより2像間隔が狭ければ、図9(b)に示す前ピン状態を、基準2像間隔Loより2像間隔が広ければ、図9(c)に示す後ピン状態を示す。
図10は、AFセンサ254の光学系からフィールドレンズ263を省いたモデルを示した図である。図10に示すように、主光線の入射角をθ、セパレータレンズ265の倍率をβ、撮像素子等価面における像の移動量をΔL,ラインセンサ266上の像の移動量をΔL’とすると、デフォーカス量Lは以下の式(8)で求めることができる。
d=ΔL/tanθ=ΔL’/βtanθ …(8)
ここでβtanθは、AFセンサ254の設計上定まるパラメータである。ΔL’は基準2像間隔Loと現在の2像間隔Ltから求めることができる。
d=ΔL/tanθ=ΔL’/βtanθ …(8)
ここでβtanθは、AFセンサ254の設計上定まるパラメータである。ΔL’は基準2像間隔Loと現在の2像間隔Ltから求めることができる。
実際の演算は、図9(a)の受光素子の像は、先述の撮像面焦点検出における図16の1601と1602にあたり、同様の演算で相関量CORを算出する。そこから、先述の撮像素子201による焦点検出と同様にフォーカス量を算出する。
AFセンサ254は、撮影画面の複数の位置で焦点検出できるように、上記構成を複数具備している。また、セパレータレンズと受光素子を画面内で縦に並べたものと、横に並べたものを複数持ってもよい。
静止画撮影処理
次に、本第1の実施形態におけるAFセンサ254による焦点検出と、撮像素子201による焦点検出の切り替え制御を含む静止画撮影処理について説明する。
次に、本第1の実施形態におけるAFセンサ254による焦点検出と、撮像素子201による焦点検出の切り替え制御を含む静止画撮影処理について説明する。
第1の実施形態では、静止画撮像時に連写撮影を行っているものとする。そして、連写撮影のコマ速が、予め決められたコマ速以上(すなわち、撮影間隔予め決められた時間以下)の場合には、第1の焦点検出モードで焦点検出処理を行う。また、連写撮影のコマ速が、予め決められたコマ速よりも遅い(すなわち、撮影間隔が予め決められた時間よりも長い)場合には、第2の焦点検出モードで焦点検出処理を行う。コマ速は、例えば、カメラ操作部214からのユーザによる設定により変更することができる。また、絞りや、カメラ本体20内のバッファメモリの残量や、メモリカードへの書き込み速度などに応じて、遅くなることがある。そのため、本第1の実施形態では、コマ速に応じて第1の焦点検出モードと第2の焦点検出モードとを切り替える。
●第1の焦点検出モード
まず、第1の焦点検出モードで焦点検出処理を行う場合の静止画撮影処理について、図11のフローチャートに沿って説明する。
まず、第1の焦点検出モードで焦点検出処理を行う場合の静止画撮影処理について、図11のフローチャートに沿って説明する。
まず、S301において、カメラ操作部214に含まれるシャッタが半押しされた(SW1 ON)かどうか判別する。SW1がONされるまではS301を繰り返し、ONされるとS302へ移行する。
S302では、レンズユニット10を通り、クイックリターンミラー252で反射され、ペンタプリズム251を通過した光束を、不図示の測光回路で測光し、絞り値を設定する。
S303では、上述したAFセンサ254による焦点検出を行う。
S304では、焦点検出結果に基づいて、カメラ制御部212よりレンズ制御部106にレンズ駆動量を送信し、レンズ制御部106は送信されたレンズ駆動量に基づいてフォーカスレンズ駆動部105を制御する。フォーカスレンズ駆動部105は、フォーカスレンズ103を合焦位置へと駆動する。
S305では、カメラ操作部214に含まれるシャッタが全押しされた(SW2 ON)かどうか判別する。SW2がONされるまではS305を繰り返し、ONされるとS306へ移行して、連写撮影を開始する。
S306では、カメラ制御部212によりクイックリターンミラー252を制御し、ミラーアップを行う。
次のS307では、S302で設定された絞り値の情報を、カメラ制御部212がレンズ制御部106へ送信し、絞り駆動部104を駆動して、設定された絞り値まで絞り込みが行われる。なお、S307の処理は、S306におけるミラーアップと並行して行われる。
S308において、カメラ制御部212は、フォーカルプレーンシャッタ258を開くよう制御する。これにより、S309において、撮像素子201はレンズユニット10からの光束により露光され、光電変換して得られた電荷が撮像素子201に蓄積される。所定時間経過後、S310において、フォーカルプレーンシャッタ258を閉じて、撮像素子201を遮光する。カメラ制御部212は、次回の動作に備えてフォーカルプレーンシャッタ258のチャージ動作を行う。
S311でカメラ制御部212は画像入力コントローラ203に対して撮像素子201から画像データを読み出す。ここで画像データとしては、図2を参照して上述した、A像、B像、A+B像を取得可能なように読み出す。なお、撮像素子201から読み出した画像データは、順次画像入力コントローラ203に送られ、画像圧縮、記録媒体208への記録が行われる。
S312では、レンズ駆動を開始する。ここでは、SW2がONされてから得られた焦点検出結果に基づき、カメラ制御部212よりレンズ制御部106にレンズ駆動量を送信し、レンズ制御部106は送信されたレンズ駆動量に基づいてフォーカスレンズ駆動部105を制御する。
S313では、カメラ制御部212がレンズ制御部106へ絞りを開放するよう指示し、絞り駆動部104を駆動して絞りを開放し、S314において、カメラ制御部212によりクイックリターンミラー252をダウン駆動する。S315では、レンズ駆動を停止する。
S316において、カメラ操作部214のシャッタの全押し(SW2)が継続されているかどうかを判別する。全押しが継続されていればS317へ移行する。一方、シャッタが離されていれば、これ以降の静止画撮影が指示されていないとして、連写処理を終了する。
S317では、S302と同様に再度不図示の測光回路で測光を行い、S318へ移行する。S318では、S303と同様にAFセンサ254による焦点検出を行い、S319へ移行する。
S319では、AFセンサ254による焦点検出結果から、焦点を合わせるべき被写体が、AFセンサ254の焦点検出領域321内にあるかどうかを判断する。AFセンサ254の焦点検出領域321内にあればS320へ移行する。
S320では、S318でのAFセンサ254による焦点検出結果に基づき、フォーカスレンズ103を合焦位置へと駆動するレンズ駆動を行って、S306に移行する。なお、図11では記載していないが、S309で撮像素子201の露光が開始される前までにレンズ駆動は停止しておく。
図14(a)は、S319で被写体がAFセンサ254の焦点検出領域321内にあると判断された場合の流れを示すタイミング図である。図14(a)に示す様に、AFセンサ254による焦点検出が終了してからすぐにレンズ駆動を行うことができる。なお、図14(a)に示すように、S306とS320の処理は並行して行われる。
また、図14(a)に示すようにS311、S312、S314の処理は並行して行われる。なお、S313の処理もこれらの処理と並行して行われるが、焦点調節処理に関係が無いため、図14(a)には記載していない。
このように、レンズ駆動を2回に分けて行う理由は、連写撮影が高速であり、レンズ駆動の時間が十分に確保できず、AFセンサ254による焦点検出処理後の1回のレンズ駆動ではレンズの駆動開始、駆動、停止までが終わることができない可能性があるためである。レンズの駆動量は、S318で確定するまで不明であるため、S312のレンズ駆動で、前回のコマまでのS318における焦点検出結果を利用して、例えば、被写体位置の予測などを用い、レンズ駆動を開始する。S320のレンズ駆動では、最新のS318における焦点検出結果に基づき、必要に応じてレンズ駆動の行先を変更などしたうえで、駆動、停止を行うものとする。
一方、S319で、焦点を合わせるべき被写体がAFセンサ254の焦点検出領域321内に無いと判断された場合、図12のS406に移行する。なお、図12において、S406〜S414、S415〜S418の処理は、それぞれ、図11におけるS306〜S314、S316〜S319の処理と同様であるため、ここでは説明を省略する。図11に示す処理との差は、S315におけるレンズ駆動を停止する処理がない点と、S418で焦点を合わせるべき被写体がAFセンサ254の焦点検出領域321内に無いと判断された場合に、S420に進んで撮像素子201による焦点検出を行う点である。
図14(b)は、図12に示す処理を行った場合のタイミング図である。この場合、AFセンサ254による焦点検出結果を用いることができないため、撮像素子201による焦点検出結果を利用する。ただし、次のコマの撮影までにレンズ駆動を完了することができないため、ここではレンズ駆動せずに次のコマの撮影を行い、撮影が終了してから、S312においてレンズ駆動を行う。
●第2の焦点検出モード
次に、第2の焦点検出モードで焦点検出処理を行う場合の静止画撮影処理について説明する。上述したように、第2の焦点検出モードは、コマ速が予め決められたコマ速よりも遅い場合に行われる。コマ速が予め決められたコマ速よりも遅い場合、図14(b)に示す様に撮像素子201による焦点検出を行った場合でも、次の撮影開始までに十分にレンズを駆動する時間をとれる場合がある。そこで、図14(c)に示す様に、撮像素子201による焦点検出を行った後、次の撮影開始までに所定のレンズ駆動時間を取ることができる、予め決められたコマ速より遅い場合に、撮像素子201による焦点検出を用いて、レンズ駆動を行う。
次に、第2の焦点検出モードで焦点検出処理を行う場合の静止画撮影処理について説明する。上述したように、第2の焦点検出モードは、コマ速が予め決められたコマ速よりも遅い場合に行われる。コマ速が予め決められたコマ速よりも遅い場合、図14(b)に示す様に撮像素子201による焦点検出を行った場合でも、次の撮影開始までに十分にレンズを駆動する時間をとれる場合がある。そこで、図14(c)に示す様に、撮像素子201による焦点検出を行った後、次の撮影開始までに所定のレンズ駆動時間を取ることができる、予め決められたコマ速より遅い場合に、撮像素子201による焦点検出を用いて、レンズ駆動を行う。
以下、第2の焦点検出モードで焦点検出処理を行う場合の静止画撮影処理について、図13のフローチャートを参照して説明する。なお、図13のフローチャートにおいて、図11の処理と同じ処理には同じステップ番号を付して、適宜説明を省略する。
上述した図11に示す処理と、図13に示す処理との違いは、S319の後に、S501とS502の処理が追加された点である。それ以外は、図11に示す処理と同様であるため、同じステップ番号を付して、適宜説明を省略する。
S319でAFセンサ254による焦点検出結果を用いることができないと判断されると、S501に進んで撮像素子201による焦点検出を行い、S502において、撮像素子201による焦点検出結果を用いてレンズ駆動を行ってから、S306に戻る。
このように、第2の焦点検出モードでは、AFセンサ254による焦点検出結果を用いることができないであっても、最新の焦点検出結果を用いてフォーカスレンズ103を駆動することが可能になる。
図14(c)は、第2の焦点検出モードにおいて、撮像素子201による焦点検出結果を用いてレンズ駆動を行う場合のタイミング図である。図14(c)に示すようにS311、S312、S314は並行して行われる。また、S306とS320またはS502は並行して同時に行われる。
図14(b)のシーケンスでは、撮像素子201による焦点検出結果によるフォーカスレンズ103の駆動は、直後に行われる次の撮影コマで反映されるのに対して、図14(c)のシーケンスでは、直後のS401に反映されている。このため、被写体のより新しい焦点検出情報を用いることができ、動いている被写体に有利である。これは予測演算などを行ったとしても同様である。
上記の通り第1の実施形態によれば、2つのAF方式を用いて連写撮影する際に、高速な連写撮影を実現できるシーケンスと、低速な場合はAFセンサによる焦点検出から撮像までのタイムラグを短縮して動く被写体に有利なシーケンスを切り替えることができる。
なお、上述した例では、S418においてm焦点を合わせるべき被写体が、AFセンサ254の焦点検出領域321内に無いと判断された場合に、撮像素子201による焦点検出を行うものとして説明した。しかしながら、本発明はこれに限られるものでは無く、撮像素子201による焦点検出を常時行っておいてもよい。そのようにすることで、焦点を合わせるべき被写体が、AFセンサ254の焦点検出領域321内に無いと判断された場合に、すぐ次のコマから撮像素子201による焦点検出結果に基いてフォーカスレンズを駆動することが可能になる。
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態における基本的な撮像装置の構成と動作は、図1乃至図10を参照して第1の実施形態で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態における基本的な撮像装置の構成と動作は、図1乃至図10を参照して第1の実施形態で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
第2の実施形態における静止画撮影制御は、第1の焦点検出モード時の焦点検出処理が第1の実施形態と異なる。図15は、第2の実施形態における第1の焦点検出モードでの焦点検出処理を示すフローチャートであり、図12の処理に代わって行われる。なお、図12に示す処理とは、S600〜S604の処理が追加されている点が異なるが、それ以外の処理は図12に示す処理と同様であるため、同じステップ番号を付して説明を省略する。
図15のS600において、撮像素子201による焦点検出結果を用いてフォーカスレンズ103を駆動している際に、前コマでの焦点検出時に、被写体が図3に示す焦点検出領域321に隣接する焦点検出領域323にあるかどうかを判定する。焦点検出領域323に存在する場合はS601に進んでフォーカスレンズ103を停止し、そうでない場合には、フォーカスレンズ103を停止せずにS415に進む。
被写体が焦点検出領域323に存在する場合、AFセンサ254の焦点検出領域321に移ることが想定される。そのため、フォーカスレンズ103を止めてAFセンサ254による焦点検出を行うことで、S417において高精度にAFセンサ254による焦点検出を行うことができる。
そして、S418において、焦点を合わせるべき被写体がAFセンサ254の焦点検出領域321内にあると判断された場合、S602において、AFセンサ254の焦点検出結果を用いて、レンズ駆動を行う。その後、図11のS306へ進む。
一方、焦点を合わせるべき被写体がAFセンサ254の焦点検出領域321内に無いと判断された場合、S603において、フォーカスレンズ103の駆動が停止中である角かを判断する。停止中であれば、S604において前のコマで取得した撮像素子201による焦点検出結果に基づくレンズ駆動を再開して、S420において撮像素子201による焦点調節を行い、S420へ進む。停止していなければ、そのままS420へ進む。
図16は、被写体が焦点検出領域322から焦点検出領域323に移った場合の流れを示すタイミング図である。このように、焦点検出領域322にあった被写体が焦点検出領域323に移動し、焦点検出領域321へ移動した場合に、AFセンサ254による焦点検出よりも新しい、高精度な焦点検出結果を用いて、フォーカスレンズ103を駆動することが可能になる。
上記の通り第2の実施形態によれば、2つのAF方式で連写撮影する際で、被写体が二つのAF方式の遷移領域にいる場合に、焦点検出から撮像までのタイムラグを短縮して動く被写体に有利なシーケンスを切り替えることができる。
<他の実施形態>
なお、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置に適用してもよい。
なお、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置に適用してもよい。
また、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。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
10:レンズユニット、20:カメラ本体、102:絞り、103:フォーカスレンズ、104:絞り駆動部、105:フォーカスレンズ駆動部、106:レンズ制御部、107:レンズ操作部、201:撮像素子、204:AF信号処理部、212:カメラ制御部、214:カメラ操作部、254:AFセンサ、255:焦点検出回路
Claims (16)
- 撮像を行うための撮像素子を遮光した状態で、撮像光学系を介して入射する光に基づいて、焦点検出を行う第1の焦点検出手段と、
前記撮像光学系を介して入射する光により前記撮像素子を露光して読み出された信号に基づいて、焦点検出を行う第2の焦点検出手段と、
被写体が、前記第1の焦点検出手段により焦点検出可能な、前記撮像素子の撮像面上の第1の領域にあるかどうかを判断する判断手段と、
前記撮像素子により連写撮影を行う場合、前記判断手段により、被写体が前記第1の領域にあると判断された場合に、前記第1の焦点検出手段による焦点検出結果を用いて、前記撮像素子の次の露光を開始する前にフォーカスレンズを駆動し、被写体が前記第1の領域に無いと判断された場合に、前記第2の焦点検出手段による焦点検出結果を用いて、前記撮像素子の次の露光が終了した後に前記フォーカスレンズを駆動する、第1の焦点検出モードで制御する制御手段と
を有することを特徴とする焦点調節装置。 - 前記制御手段は、撮影間隔が予め決められた時間以下の場合に前記第1の焦点検出モードで制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の焦点調節装置。
- 前記制御手段は、前記撮影間隔が前記予め決められた時間よりも長い場合、被写体が前記第1の領域にあると判断された場合に、前記第1の焦点検出手段による焦点検出結果を用い、被写体が前記第1の領域に無いと判断された場合に、前記第2の焦点検出手段による焦点検出結果を用いて、前記撮像素子の次の露光を開始する前にフォーカスレンズを駆動する、第2の焦点検出モードで制御することを特徴とする請求項2に記載の焦点調節装置。
- 前記制御手段は、被写体が前記第1の領域に無いと判断された場合に、前記第2の焦点検出手段による焦点検出を行うように制御することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の焦点調節装置。
- 前記制御手段は、前記第1の焦点検出モードで制御する場合、少なくとも前記第1の焦点検出手段により焦点検出を行う間、前記フォーカスレンズの駆動を停止することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の焦点調節装置。
- 前記制御手段は、前記第2の焦点検出モードで制御する場合、前記第1の焦点検出手段により焦点検出を行う間、前記フォーカスレンズの駆動を停止しないことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の焦点調節装置。
- 前記判断手段は、更に、被写体が前記第1の領域に隣接する第2の領域にあるかどうかどうかを判断し、
前記制御手段は、被写体が前記第2の領域にあると判断された場合に、少なくとも前記第1の焦点検出手段により焦点検出を行う間、前記フォーカスレンズの駆動を停止することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の焦点調節装置。 - 前記撮像素子は、行列状に配置された複数のマイクロレンズそれぞれに対して複数の光電変換部を有し、
前記第2の焦点検出手段は、前記撮像素子から、前記撮像光学系を介して入射する光を瞳分割した一対の焦点検出用信号を取得して、焦点検出を行うことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の焦点調節装置。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の焦点調節装置と、
前記撮像素子と
を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像光学系を更に有することを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。
- 撮像を行うための撮像素子を遮光した状態で、撮像光学系を介して入射する光に基づいて、焦点検出を行う第1の焦点検出手段と、前記撮像光学系を介して入射する光により前記撮像素子を露光して読み出された信号に基づいて、焦点検出を行う第2の焦点検出手段と、を有する焦点調節装置の制御方法であって、
制御手段が、被写体が、前記第1の焦点検出手段により焦点検出可能な、前記撮像素子の撮像面上の第1の領域にあるかどうかを判断する判断工程と、
前記撮像素子により連写撮影を行う場合、
制御手段が、前記判断工程で、被写体が前記第1の領域にあると判断された場合に、前記第1の焦点検出手段による焦点検出結果を用いて、前記撮像素子の次の露光を開始する前にフォーカスレンズを駆動する第1の駆動工程と、
前記制御手段が、前記判断工程で、被写体が前記第1の領域に無いと判断された場合に、前記第2の焦点検出手段による焦点検出結果を用いて、前記撮像素子の次の露光が終了した後に前記フォーカスレンズを駆動する第2の駆動工程と
を有することを特徴とする焦点調節装置の制御方法。 - 前記制御手段が、撮影間隔が予め決められた時間以下の場合に、前記第1の駆動工程または前記第2の駆動工程を行うことを特徴とする請求項11に記載の焦点調節装置の制御方法。
- 前記撮像素子により連写撮影を行う場合であって、前記撮影間隔が前記予め決められた時間よりも長い場合、
前記制御手段が、被写体が前記第1の領域にあると判断された場合に、前記第1の焦点検出手段による焦点検出結果を用い、被写体が前記第1の領域に無いと判断された場合に、前記第2の焦点検出手段による焦点検出結果を用いて、前記撮像素子の次の露光を開始する前にフォーカスレンズを駆動する第3の駆動工程を更に有することを特徴とする請求項12に記載の焦点調節装置の制御方法。 - 前記判断工程では、更に、被写体が前記第1の領域に隣接する第2の領域にあるかどうかどうかを判断し、
前記制御手段が、被写体が前記第2の領域にあると判断された場合に、少なくとも前記第1の焦点検出手段により焦点検出を行う間、前記フォーカスレンズの駆動を停止する工程を更に有することを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項に記載の焦点調節装置の制御方法。 - コンピュータに、請求項11乃至14のいずれか1項に記載の制御方法の各工程を実行させるためのプログラム。
- 請求項15に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
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