JP5206293B2 - 撮像装置および画像記録方法 - Google Patents

Description

この発明は、撮像装置および画像記録方法に関するものである。

従来より、動画を撮影可能なデジタルカメラが知られている。このようなデジタルカメラにおいて、被写体の動きの状況に応じて、撮像素子のフレームレートを可変とする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１９５０５０号公報

上記従来技術は、被写体の動きが検出された場合には、撮像素子のフレームレートを高くし、被写体の動きが検出されない場合には、撮像素子のフレームレートを低くし、これにより、視聴者に違和感を与えない動画像を提供することを目的としているが、この従来技術においても、十分満足にフレームレートを変えることができなかった。

本発明が解決しようとする課題は、撮像素子のフレームレートをより適切に調整することができる撮像装置を提供することである。

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

請求項１の発明は、光学系による像を繰り返し撮像する撮像素子（２２）と、前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段（２１２）と、前記焦点検出手段の検出結果について合焦判定を行う合焦判定手段（２１３）と、前記合焦判定手段による合焦判定結果に応じて、前記撮像素子のフレームレートを変更する制御手段（２１４）と、を備え、前記合焦判定手段による合焦判定は、前記光学系の撮影倍率が所定値以上となった場合に行うことを特徴とする撮像装置である。

請求項２に係る発明は、光学系による像を繰り返し撮像する撮像素子（２２）と、前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段（２１２）と、前記焦点検出手段の検出結果について合焦判定を行う合焦判定手段（２１３）と、前記撮像素子で撮像された像の信号を記録する記録手段（２３）と、前記合焦判定手段による合焦判定結果に応じて、前記撮像素子のフレームレートおよび前記撮像素子の撮像信号の記録レートを変更する制御手段（２１４）と、を備え、前記制御手段は、前記合焦判定手段によって合焦と判定された場合の前記撮像素子のフレームレートを第１撮像フレームレートとし、前記合焦判定手段によって合焦と判定される前の前記撮像素子のフレームレートを、前記第１撮像フレームレートよりも低い第２撮像フレームレートとし、かつ、前記合焦判定手段によって合焦と判定される前の前記記録レートを、前記第２撮像フレームレートよりも低くすることを特徴とする撮像装置である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の撮像装置において、前記撮像素子（２２）は、撮像画素の配列中に、前記光学系を通る一対の光束を受光する光電変換部を持つ焦点検出画素（２２２）を有し、前記焦点検出手段（２１２）は、前記焦点検出画素の出力に基づいて前記一対の光束による一対の像のずれを演算することにより前記焦点調節状態を検出することを特徴とする撮像装置である。

請求項４の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、前記制御手段（２１４）は、前記合焦判定手段（２１３）によって合焦と判定された場合に、前記撮像素子（２２）のフレームレートを高くすることを特徴とする撮像装置である。

請求項５の発明は、請求項１から４までの何れか１項に記載の撮像装置において、前記制御手段（２１４）は、前記合焦判定手段（２１３）によって合焦と判定される前の前記撮像素子（２２）のフレームレートである第２撮像フレームレートを、前記合焦判定手段（２１３）による合焦判定に必要とされるフレームレート以上とすることを特徴とする撮像装置である。

請求項６の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、前記撮像素子（２２）で撮像された像の信号を記録する記録手段（２３）を備え、前記制御手段（２１４）は、前記合焦判定手段（２１３）によって合焦と判定される前の前記撮像素子のフレームレートよりも低いレートで前記撮像素子の撮像信号を記録することを特徴とする撮像装置である。

請求項７の発明は、請求項２に記載の撮像装置において、前記制御手段（２１４）は、前記合焦判定手段（２１３）によって合焦と判定した後は、前記撮像素子（２２）の前記記録用のレートを、合焦と判定される前の前記撮像素子の撮像用のフレームレートよりも高くすることを特徴とする撮像装置である。

請求項８の発明は、請求項１から７までの何れか１項に記載の撮像装置において、前記焦点検出手段（２１２）により検出された前記焦点調節状態に基づいて、前記光学系の焦点調節を行う焦点調節手段（３２）を有し、前記焦点調節手段は、前記合焦判定手段によって合焦と判定した後は、前記撮像素子により撮像される複数のフレームごとに前記焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置である。
請求項９の発明は、請求項１から８までの何れか１項に記載の撮像装置において、前記撮像素子（２２）が、前記光学系の瞳の異なる領域からの光を受光する光電変換部を有する焦点検出画素（２２２）を備え、前記焦点検出手段（２１２）が、前記焦点検出画素からの信号に基づき前記異なる領域からの光による像のズレ量を検出することを特徴とする撮像装置である。

請求項９の発明は、光学系による像を、撮像素子（２２）で繰り返し撮像し、前記撮像素子で撮像した像の信号を記録する画像記録方法において、前記撮像素子で撮像した像の信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出し、検出した前記焦点調節状態に基づいて合焦判定を行い、合焦と判定された場合の前記撮像素子のフレームレートを第１撮像フレームレートとし、合焦と判定される前の前記撮像素子のフレームレートを、前記第１撮像フレームレートよりも低い第２撮像フレームレートとし、かつ、合焦と判定される前の前記記録レートを、前記第２撮像フレームレートよりも低くすることを特徴とする画像記録方法である。

本発明によれば、撮像素子のフレームレートをより適切に調整することができる撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

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

レンズ鏡筒３には、レンズ３１，３２，３３、絞り３５を含む撮影光学系が内蔵されている。

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、エンコーダ３６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３７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３７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。なお、レンズ鏡筒３にはフォーカスレンズ３２以外のレンズ３１，３３が設けられているが、ここではフォーカスレンズ３２を例に挙げて本実施形態を説明する。

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３７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３７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３７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３７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の位置はエンコーダ３６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。

本例のエンコーダ３６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、エンコーダ３６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３８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３７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３８を介して送出される指令信号により駆動する。

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３８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２７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３８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３８で現在の開口径が認識される。

一方、カメラ本体２には、上記撮影光学系からの光束を受光する撮像素子２２が、光軸Ｌ１上であって、撮影光学系の予定焦点面に設けられている。撮像素子２２は二次元ＣＣＤイメージセンサ、ＭＯＳセンサまたはＣＩＤなどのデバイスから構成され、受光した光信号をアナログ画像信号に変換する。なお、撮像素子２２の構造の詳細は後述する。

そして、撮像素子２２により生成されたアナログ画像信号は、図２に示すように、ＡＦＥ（Analog front end）回路２８を経て、デジタル信号に変換されて、カメラ制御部２１の画像処理部２１１に送信される。図２は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１の回路構成を示すブロック図である。

ＡＦＥ（Analog front end）回路２８は、撮像素子２２から出力されたアナログ画像信号を受信し、アナログ画像信号に対して、ＩＳＯ感度に応じて信号増幅することにより、ゲイン調整を行う。また、ＡＦＥ回路２８は、Ａ／Ｄ変換器を備えており、Ａ／Ｄ変換器によりゲイン調整後のアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換して、カメラ制御部２１の画像処理部２１１に送信する。

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。本例の観察光学系は、液晶表示素子からなる電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２５と、これを駆動する液晶駆動回路２４と、接眼レンズ２６とを備えてなる。液晶駆動回路２４は、撮像素子２２で撮像され、カメラ制御部２１の画像処理部２１１に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２５を駆動する。これにより、ユーザは、接眼レンズ２６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、又はこれに加えて、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３８と電気的に接続され、このレンズ制御部３８からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部３８へデフォーカス量や絞り開口径などの情報を送信する。

また、本例のカメラ制御部２１は、図２に示すように、画像処理部２１１、焦点状態検出部２１２、合焦判定部２１３、およびフレームレート制御部２１４を備えている。

画像処理部２１１は、ＡＦＥ回路２８から送出されたデジタル画像信号に対して各種画像処理を行い、画像処理後の画像信号は、画像信号を記録するためのメモリ２３、観察光学系を駆動するための液晶駆動回路２４に、それぞれ送信される。メモリ２３は、メモリ２３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。

また、図２に示すように、画像処理部２１１によって画像処理することにより得られた画像信号は、焦点状態検出部２１２にも送信され、焦点状態検出部２１２は、撮像素子２２により得られた画像信号に基づき、光学系の焦点調節状態を検出する。なお、焦点状態検出部２１２は、後述するように、撮像素子２２により得られた画像信号のうち、撮像素子２２に形成された焦点検出画素の出力に基づいて焦点の検出を行う。

合焦判定部２１３は、焦点状態検出部２１２により検出された光学系の焦点調節状態に基づき、撮影光学系が合焦状態か否かを判定する。そして、合焦判定部２１３は合焦判定結果を、フレームレート制御部２１４に送信する。

フレームレート制御部２１４は、合焦判定部２１３による合焦判定結果に基づき、撮像素子２２により画像を撮像するためのフレームレートである撮像フレームレート、および撮像素子２２による撮像画像をメモリ２３に記録するためのレートである記録レートを、それぞれ算出する。そして、フレームレート制御部２１４は、算出された撮像フレームレートを、撮像素子２２に送出することにより、撮像素子２２による画像信号の取得間隔を制御する。同様に、フレームレート制御部２１４は、算出された記録レートを、画像処理部２１１に送出することにより、画像処理部２１１からメモリ２３への記録用の画像信号の送出間隔を制御する。

操作部２７は、シャッターレリーズボタンやユーザがカメラ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、静止画モード／動画モードの切換などが行えるようになっている。この操作部２７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。

次に、本実施形態に係る撮像素子２２について説明する。

図３は、撮像素子２２の撮像面における焦点検出位置を示す正面図、図４は、図３のIV部を拡大して焦点検出画素２２２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４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。

図５Ａは、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図、図６Ａ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６Ａ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３１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ＩＢを受光する。

なお、本実施形態のカラーフィルタはマイクロレンズ２２１１と光電変換部２２１２との間に設けられる。

図３及び図４Ｂに戻り、撮像素子２２の撮像面の中心付近には、上述した撮像画素２２１に代えて焦点検出画素２２２が配列された焦点検出画素列２２ａが設けられている。図４に示すように、一つの焦点検出画素列は、複数の焦点検出画素２２２が横一列に配列されて構成されている。本例の焦点検出画素２２２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の位置にギャップを設けることなく密に配列されている。なお、図３に示す焦点検出画素列２２ａの位置は図示する位置にのみ限定されず、特に限定されない。また、焦点検出画素列２２ａは複数配置してもよい。

図５Ｂは、焦点検出画素２２２の一つを拡大して示す正面図、図６Ｂはその断面図である。焦点検出画素２２２は、図５Ｂに示すように、マイクロレンズ２２２１と、一対の光電変換部２２２２，２２２３から構成され、図６Ｂ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２２２２，２２２３が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１が形成されている。一対の光電変換部２２２２，２２２３は同じ大きさで、かつマイクロレンズ２２２１の光軸に対して左右対称に配置されている。この光電変換部２２２２，２２２３は、マイクロレンズ２２２１により撮影光学系３１の特定の射出瞳（たとえばＦ２．８）を通過する一対の光束を受光する形状とされている。すなわち、図６Ｂに示すように、焦点検出画素２２２の一方の光電変換部２２２２は一方の光束ＡＢ１を受光する一方で、焦点検出画素２２２の他方の光電変換部２２２３は、マイクロレンズ２２２１の光軸に対して光束ＡＢ１と対称となる光束ＡＢ２を受光する。

なお、焦点検出画素２２２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。相対感度は、撮像画素２２１の青画素Ｂ、緑画素Ｇ及び赤画素Ｒの各感度を加算したような分光特性とされ、また感度が現れる光波長領域は、撮像画素２２１の青画素Ｂ、緑画素Ｇ及び赤画素Ｒの感度の光波長領域を包摂した領域となっている。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。

次いで、上述した焦点検出画素２２２の出力に基づいて焦点を検出する、いわゆる瞳分割位相差検出方式について説明する。

図７は、図４のVII-VII線に沿う断面図であり、撮影光軸Ｌ上に配置された焦点検出画素２２２−１と、これに隣接する焦点検出画素２２２−２が、射出瞳３４の測距瞳３４１，３４２から照射される光束ＡＢ１−１，ＡＢ２−１，ＡＢ２−１，ＡＢ２−２を受光することを示す。ただし、その他の焦点検出画素についても、一対の光電変換部は一対の測距瞳３４１，３４２から照射される一対の光束を受光する。

ここで、射出瞳３４とは、レンズ鏡筒３の予定焦点面に配置された焦点検出画素２２２のマイクロレンズ２２２１の前方Ｄの位置に設定された像である。距離Ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との距離などに応じて一義的に決まる値であって、この距離Ｄを測距瞳距離と称する。また、測距瞳３４１，３４２とは、焦点検出画素２２２のマイクロレンズ２２２１により投影された光電変換部２２２２,２２２３の像をいう。なお、同図において焦点検出画素２２２−１，２２２−２の配列方向は一対の測距瞳３４１，３４２の並び方向と一致している。

焦点検出画素２２２のマイクロレンズ２２２１−１，２２２１−２は、レンズ鏡筒３の予定焦点面近傍に配置されており、光軸Ｌ上に配置されたマイクロレンズ２２２１−１により、その背後に配置された一対の光電変換部２２２２−１，２２２３−１の形状が測距瞳距離Ｄだけ離れた射出瞳３４上に投影され、その投影形状は測距瞳３４１，３４２を形成する。

同様に、光軸Ｌ上から離間して配置されたマイクロレンズ２２２１−２により、その背後に配置された一対の光電変換部２２２２−２，２２２３−２の形状が測距瞳距離Ｄだけ離れた射出瞳３４上に投影され、その投影形状は測距瞳３４１，３４２を形成する。

すなわち、測距瞳距離Ｄにある射出瞳３４上で、各焦点検出画素２２２の光電変換部２２２２，２２２３の投影形状（測距瞳３４１，３４２）が一致するように各画素２２２の投影方向が決定されている。

なお、焦点検出画素２２２−１の光電変換部２２２２−１は、一方の測距瞳３４１を通過しマイクロレンズ２２２１−１に向かう一方の焦点検出光束ＡＢ１−１により、マイクロレンズ２２２１−１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。これに対して、光電変換部２２２３−１は、他方の測距瞳３４２を通過しマイクロレンズ２２２１−１に向かう他方の焦点検出光束ＡＢ２−１により、マイクロレンズ２２２１−１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２２２−２の光電変換部２２２２−２は、一方の測距瞳３４１を通過しマイクロレンズ２２２１−２に向かう一方の焦点検出光束ＡＢ１−２により、マイクロレンズ２２２１−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。これに対して、光電変換部２２２３−２は、他方の測距瞳３４２を通過しマイクロレンズ２２２１−２に向かう他方の焦点検出光束ＡＢ２−２により、マイクロレンズ２２２１−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

以上の焦点検出画素２２２を、図４に示すように直線状に複数配置し、各焦点検出画素２２２の一対の光電変換部２２２２，２２２３の出力を、測距瞳３４１と測距瞳３４２のそれぞれに対応した出力グループにまとめることにより、測距瞳３４１と測距瞳３４２のそれぞれを通過する焦点検出光束ＡＢ１，ＡＢ２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、カメラ制御部２１の焦点状態検出部２１２によって、相関演算処理又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、いわゆる瞳分割位相差検出方式による像ズレ量を検出することができる。

そして、カメラ制御部２１の焦点状態検出部２１２に備えられたデフォーカス演算部により、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位置における焦点面をいう。）の偏差、すなわちデフォーカス量ΔＷを求めることができる。

次に、本実施形態に係るカメラ１の動作例を説明する。図８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、カメラ１の設定が「動画モード」に設定されている場合における動作を説明する。

まず、ユーザによってレリーズボタンが押され、カメラ１に撮影指令がなされると、撮像素子２２は撮影光学系からの光束を受光し、画像信号を取得する（ステップＳ１）。

次いで、ステップＳ２に進み、撮像素子２２により取得された画像信号に基づき、撮影光学系の焦点状態の検出が行われる。具体的には、撮像素子２２により取得された画像信号は、ＡＦＥ回路２８によりゲイン調整され、デジタル画像信号に変換された後に、カメラ制御部２１の画像処理部２１１に送られ、画像処理が行われる。そして、画像処理後の画像信号は、画像処理部２１１から焦点状態検出部２１２に送出され、焦点状態検出部２１２は、画像処理部２１１から取得した画像信号のうち、図４、図５Ｂに示す焦点検出画素２２２に対応する画像信号を用いて、上述した方法に従って、撮影光学系の焦点状態の検出を行う。焦点状態の検出結果は、合焦判定部２１３に送出される。

ステップＳ３では、焦点状態検出部２１２により検出された撮影光学系の焦点状態の検出結果に基づき、焦点状態検出部２１２に備えられたデフォーカス演算部によりデフォーカス量ΔＷを算出し、当該デフォーカス量ΔＷに応じたレンズ駆動量Δｄを演算し、これをレンズ制御部３８に出力する。そして、レンズ制御部３８は、フォーカスレンズ駆動モータ３７を駆動することにより、フォーカスレンズ３２の位置を調整する。

次いで、ステップＳ４では、合焦判定部２１３が、撮影光学系の焦点状態の検出結果に基づいて合焦判定を行う。合焦判定は、たとえば、ステップＳ３において算出されたデフォーカス量ΔＷが所定値以下であるか否かに基づいて行われる。合焦判定の結果、合焦状態にあると判定された場合には、合焦状態にある旨の信号をフレームレート制御部２１４に送出し、ステップＳ６に進む。一方、合焦判定の結果、合焦状態にないと判定された場合には、非合焦状態にある旨の信号をフレームレート制御部２１４に送出し、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、合焦判定部２１３から送出された非合焦状態にある旨の信号に基づき、フレームレート制御部２１４が、撮像素子２２により画像を撮像するためのフレームレートである撮像フレームレート、および撮像素子２２による撮像画像をメモリ２３に記録するためのレートである記録レートを、非合焦時のレートに設定する。具体的には、撮像フレームレートおよび記録レートを合焦時のそれと比較して遅いレート、すなわち、低レートに設定する。そして、フレームレート制御部２１４は、撮像フレームレートを撮像素子２２に送信することで、撮像素子２２による画像信号の取得間隔を制御する。加えて、フレームレート制御部２１４は、記録レートを画像処理部２１１に送信することで、画像処理部２１１からメモリ２３に送信される画像信号の間隔を制御する。

ここで、図９に、本実施形態の一場面例におけるカメラ１の撮影時間に対する撮像用の画像信号および記録用の画像信号の変化を示す図である。図９は、時間ｔ_１に撮影を開始し、その後、時間ｔ_７において、撮影光学系が合焦したと判定された場面を想定した場面例であり、図中、上側に撮像素子２２により取得される画像信号を、下側にメモリ２３に記録される画像信号を示している。このような場面例の具体例としては、被写体としての自動車が走行している状態を撮影するに際して、図１０Ａに示すように、時間ｔ_１〜ｔ_６においては、被写体は非合焦であったが、その後、図１０Ｂに示すように、時間ｔ_７において、被写体が合焦した場合などが挙げられる。

そして、ステップＳ５においては、図９に示すように、合焦前（すなわち、時間ｔ_７より前）における、撮像素子２２により画像を撮像するための撮像フレームレートをＴｓとし、一方で、撮像素子２２による撮像画像をメモリ２３に記録するための記録レートをＴｓ’に設定する。

次いで、ステップＳ１に戻り、撮像素子２２は、ステップＳ５において設定された撮像フレームレートＴｓに基づき、画像信号を再び取得する。たとえば、図９に示す場合に、時間ｔ_１において、非合焦と判定され、撮像フレームレートがＴｓに設定された場合には、時間ｔ_１の後における画像信号の取得は、撮像フレームレートであるＴｓ時間経過後の時間ｔ_２において行われる。一方で、メモリ２３への画像信号の記録は、記録レートであるＴｓ’時間経過後の時間ｔ_３において行われる。すなわち、時間ｔ_２において撮像素子２２により取得された画像信号に対応する画像信号はメモリ２３に記録されないこととなる。そして、図９に示す例では、合焦前（すなわち、時間ｔ_７より前）においては、撮像素子２２は、撮像フレームレートＴｓに基づき、時間ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５、ｔ_６、ｔ_７において画像信号を取得する。その一方で、メモリ２３には、記録レートＴｓ’に基づき、時間ｔ_１、ｔ_３、ｔ_５、ｔ_７における画像信号のみを記録する。

なお、非合焦時における撮像フレームレートＴｓは、後述する合焦時における撮像フレームレートＴｆよりも遅い（低フレームレート）ものとすれば良いが、好ましくは、焦点状態検出部２１２による焦点検出精度が十分に確保できるフレームレート、具体的には、合焦判定部２１３による合焦判定が可能となるために必要とされるフレームレート以上とすれば良い。また、非合焦時における記録レートＴｓ’は、本例では、撮像フレームレートＴｓの半分の速さとしたが、記録レートＴｓ’は、撮像フレームレートＴｓ以下とすれば良く、特に限定されない。あるいは、非合焦時には、画像信号をメモリ２３に全く保存しない態様としてもよい。

一方、ステップＳ４において、合焦判定部２１３により合焦と判定された場合には、ステップＳ６に進む。ステップＳ６においては、合焦判定部２１３から送出された合焦状態にある旨の信号に基づき、フレームレート制御部２１４が、撮像フレームレートおよび記録レートを合焦時のレートに設定する。具体的には、撮像フレームレートおよび記録レートを非合焦時のそれと比較して速いレート、すなわち、高レートに設定する。特に、本例においては、高精度な画像を取得するために必要となるレートに設定することが好ましい。そして、フレームレート制御部２１４は、撮像フレームレートを撮像素子２２に送信することで、撮像素子２２の画像信号の取得間隔を制御する。加えて、フレームレート制御部２１４は、記録レートを画像処理部２１１に送信することで、画像処理部２１１からメモリ２３に送信される画像信号の間隔を制御する。

すなわち、ステップＳ６においては、図９に示すように、合焦後（すなわち、時間ｔ_７より後）における、撮像素子２２により画像を撮像するための撮像フレームレートをＴｆとし、また、撮像素子２２による撮像画像をメモリ２３に記録するための記録レートも同様にＴｆに設定する。そして、ステップＳ１に戻り、撮像素子２２は、ステップＳ６において設定された撮像フレームレートＴｆに基づき、画像信号を再び取得する。

ここで、図９においては、合焦時であるｔ_７の直後においては、撮像フレームレートおよび記録レートをＴｆではなく、Ｔｆよりも大きなレートであるＴｄとしている。この理由としては、合焦時であるｔ_７の直後においては、撮像素子２２による撮像画像の取得から、合焦判定部２１３による合焦判定までに要する時間が、記録レートであるＴｆよりも大きいことによる。そのため、図９に示す例においては、合焦時である時間ｔ_７以後であって、合焦判定がなされた時間ｔ_８から、撮像素子２２は、撮像フレームレートＴｆに基づいて、また、メモリ２３には、記録レートＴｆに基づいて、時間ｔ_９、ｔ_１０、ｔ_１１、ｔ_１２、ｔ_１３、ｔ_１４において画像信号の取得／記録を行う。

また、本実施形態では、図９に示す例において、合焦と判定された場合においては、ステップＳ１に戻って、撮像素子２２により画像信号の取得し、その後、焦点検出、フォーカスレンズの駆動、および合焦判定を行う際には、撮像フレームレートであるＴｆ時間経過後ではなく、Ｔｆの２倍の時間の経過後に行う。すなわち、たとえば、図９に示す例において、合焦判定の結果、時間ｔ_８において合焦と判定された場合には、ステップＳ１に戻り、撮像素子２２により時間ｔ_９および時間ｔ_１０における画像信号を取得した後（すなわち、Ｔｆ時間経過後ではなく、Ｔｆの２倍の時間の経過後）に、ステップＳ２に進み、焦点状態検出部２１２は、時間ｔ_９ではなく、時間ｔ_１０において取得した画像信号に基づいて、焦点状態の検出を行う。本例においては、撮像フレームレートＴｆは、焦点検出、フォーカスレンズの駆動、および合焦判定に要する時間であるＴｄ（ｔ_７とｔ_８の間の時間）よりも短いため、Ｔｆ時間経過後に、再度、焦点検出、フォーカスレンズの駆動、および合焦判定を行おうとすると、これらを適切に行うことができない場合がある。そのため、本例では、Ｔｆの２倍の時間の経過後に、ステップＳ１からステップＳ２に進み、焦点検出等を行うこととしている。なお、合焦時において、ステップＳ１に戻った後に、焦点検出、フォーカスレンズの駆動、および合焦判定を行う際においては、必ずしも、Ｔｆの２倍の時間の経過後に限定されず、撮像フレームレートＴｆの大きさに応じて適宜選択すればよく、たとえば、Ｔｆの３倍あるいは４倍以上の時間の経過後としてもよい。

また、再度の合焦判定の結果、合焦と判定された場合には、撮像フレームレートおよび記録レートをともにＴｆのままとして（ステップＳ６）、撮影を継続する。その一方で、非合焦と判定された場合には、再び、合焦と判定されるまで、撮像フレームレートをＴｓ、記録レートをＴｓ’に戻して、撮影を継続する。

本実施形態においては、非合焦時における撮像フレームレートＴｓを、合焦時における撮像フレームレートＴｆおよび記録レートＴｆよりも遅く設定することに加え、非合焦時における記録レートＴｓ'を、非合焦時における撮像フレームレートＴｓよりもさらに遅く設定するため、ユーザにとって必要性の低い画像データのメモリ２３中における記憶領域の占有を有効に防止することができる。そして、その一方で、合焦後には、撮像フレームレートＴｆおよび記録レートＴｆを、高レートに設定し、これにより単位時間当たりの取得画像情報の駒数を増やすことができ、ユーザにとって必要性の高い画像データを高精度に取得することができる。

そのため、たとえば、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、モータスポーツの写真において、自動車等の被写体が高速で接近してくる状況を撮影する場合において、合焦時には、撮像フレームレートおよび記録レートを高く設定することで、高精度な撮影を行うことができる。そして、その一方で、非合焦時には、撮像フレームレートおよび記録レートを低く設定することで、メモリ２３中における記憶領域を十分に確保することが可能となる。

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

たとえば、上述した実施形態では、撮像素子２２による画像信号の取得が開始された場合に、合焦判定部２１３による合焦判定を行う構成としたが、撮像素子２２による画像信号の取得が開始されたことに加え、撮像素子２２により撮影される撮影光学系の撮影倍率が所定値以上となった場合に、合焦判定を開始する構成としてもよい。なお、この場合において、撮影光学系の撮影倍率が所定値未満の場合には、撮像フレームレートおよび記録レートは、非合焦時のレートと同様とすれば良い。

また、上述した実施形態では、撮影光学系の焦点状態の検出を図４、図５Ｂに示す撮像素子２２に備えられた焦点検出画素２２２を用いて行う例を示したが、たとえば、撮像素子２２を用いたコントラスト検出方式によって行ってもよいし、あるいは、これらを組み合わせて用いてもよい。さらには、カメラ１を焦点検出用センサを有する焦点検出装置を備える構成とし、撮影光学系のうち一部をミラー等で分岐し、焦点検出装置に導くことにより、焦点検出を行う方法を採用してもよい。

図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラを示す要部構成図である。 図２は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラの回路構成を示すブロック図である。 図３は、撮像素子の撮像面における焦点検出位置を示す正面図である。 図４は、図３のIV部を拡大して焦点検出画素の配列を模式的に示す正面図である。 図５Ａは、撮像画素の一つを拡大して示す正面図である。 図５Ｂは、焦点検出画素の一つを拡大して示す正面図である。 図６Ａは、撮像画素の一つを拡大して示す断面図である。 図６Ｂは、焦点検出画素の一つを拡大して示す断面図である。 図７は、図４のVII-VII線に沿う断面図である。 図８は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラの動作を示すフローチャートである。 図９は、本発明の実施形態の一場面例におけるカメラ１の撮影時間に対する撮像用の画像信号および記録用の画像信号の変化を示す図である。 図１０Ａは、本発明の実施形態における撮像画像の一例を示す図である。 図１０Ｂは、本発明の実施形態における撮像画像の一例を示す図である。

符号の説明

１…デジタルカメラ
２…カメラ本体
２１…カメラ制御部
２１１…画像処理部
２１２…焦点状態検出部
２１３…合焦判定部
２１４…フレームレート制御部
２２…撮像素子
２２１…撮像画素
２２２…焦点検出画素
３…レンズ鏡筒
３２…フォーカスレンズ
３８…レンズ制御部

Claims (10)

1. 光学系による像を繰り返し撮像する撮像素子と、
   前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
   前記焦点検出手段の検出結果について合焦判定を行う合焦判定手段と、
   前記合焦判定手段による合焦判定結果に応じて、前記撮像素子のフレームレートを変更する制御手段と、を備え、
   前記合焦判定手段による合焦判定は、前記光学系の撮影倍率が所定値以上となった場合に行うことを特徴とする撮像装置。
2. 光学系による像を繰り返し撮像する撮像素子と、
   前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
   前記焦点検出手段の検出結果について合焦判定を行う合焦判定手段と、
   前記撮像素子で撮像された像の信号を記録する記録手段と、
   前記合焦判定手段による合焦判定結果に応じて、前記撮像素子のフレームレートおよび前記撮像素子の撮像信号の記録レートを変更する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記合焦判定手段によって合焦と判定された場合の前記撮像素子のフレームレートを第１撮像フレームレートとし、
   前記合焦判定手段によって合焦と判定される前の前記撮像素子のフレームレートを、前記第１撮像フレームレートよりも低い第２撮像フレームレートとし、かつ、
   前記合焦判定手段によって合焦と判定される前の前記記録レートを、前記第２撮像フレームレートよりも低くすることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１または２に記載の撮像装置において、
   前記撮像素子は、撮像画素の配列中に、前記光学系を通る一対の光束を受光する光電変換部を持つ焦点検出画素を有し、
   前記焦点検出手段は、前記焦点検出画素の出力に基づいて前記一対の光束による一対の像のずれを演算することにより前記焦点調節状態を検出することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、前記合焦判定手段によって合焦と判定された場合に、前記撮像素子のフレームレートを高くすることを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１から４までの何れか１項に記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、前記合焦判定手段によって合焦と判定される前の前記撮像素子のフレームレートである第２撮像フレームレートを、前記合焦判定手段による合焦判定に必要とされるフレームレート以上とすることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項１に記載の撮像装置において、
   記撮像素子で撮像された像の信号を記録する記録手段を備え、
   前記制御手段は、前記合焦判定手段によって合焦と判定される前の前記撮像素子のフレームレートよりも低いレートで前記撮像素子の撮像信号を記録することを特徴とする撮像装置。
7. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、前記合焦判定手段によって合焦と判定した後は、前記撮像素子の前記記録用のレートを、合焦と判定される前の前記撮像素子の撮像用のフレームレートよりも高くすることを特徴とする撮像装置。
8. 請求項１から７までの何れか１項に記載の撮像装置において、
   前記焦点検出手段により検出された前記焦点調節状態に基づいて、前記光学系の焦点調節を行う焦点調節手段を有し、
   前記焦点調節手段は、前記合焦判定手段によって合焦と判定した後は、前記撮像素子により撮像される複数のフレームごとに前記焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。
9. 請求項１から８までの何れか１項に記載の撮像装置において、
   前記撮像素子が、前記光学系の瞳の異なる領域からの光を受光する光電変換部を有する焦点検出画素を備え、
   前記焦点検出手段が、前記焦点検出画素からの信号に基づき前記異なる領域からの光による像のズレ量を検出することを特徴とする撮像装置。
10. 光学系による像を、撮像素子で繰り返し撮像し、
    前記撮像素子で撮像した像の信号を記録する画像記録方法において、
    前記撮像素子で撮像した像の信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出し、検出した前記焦点調節状態に基づいて合焦判定を行い、
    合焦と判定された場合の前記撮像素子のフレームレートを第１撮像フレームレートとし、合焦と判定される前の前記撮像素子のフレームレートを、前記第１撮像フレームレートよりも低い第２撮像フレームレートとし、かつ、
    合焦と判定される前の前記記録レートを、前記第２撮像フレームレートよりも低くすることを特徴とする画像記録方法。

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