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、および絞り34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、エンコーダ35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36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36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36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36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36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36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35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。
本実施形態のエンコーダ35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35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37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36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37を介して送出されることにより駆動する。
絞り34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34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37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37に入力される。絞り34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37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、記録媒体であるメモリ24に記録される。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。なお、撮像素子22の撮像面の前方には、赤外光をカットするための赤外線カットフィルタ、および画像の折り返しノイズを防止するための光学的ローパスフィルタが配置されている。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37と電気的に接続され、このレンズ制御部37からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部37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、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や、オートフォーカスモードの中でも、ワンショットモード/コンティニュアスモードの切換が行えるようになっている。ここで、ワンショットモードとは、一度調節したフォーカスレンズ32の位置を固定し、そのフォーカスレンズ位置で撮影するモードであるのに対し、コンティニュアスモードとは、フォーカスレンズ32の位置を固定することなく被写体に応じてフォーカスレンズ位置を調節するモードである。また、操作部28は、AFエリアモードの切換え、すなわち、シングルエリアAFモード/オートエリアAFモードの切換えも行えるようになっている。シングルAFモードとは、撮影者により選択された焦点検出エリアで焦点検出を行うモードであるのに対し、オートエリアAFモードとは、カメラ1により焦点検出エリアを選択してピントを合わせるモードである。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は、撮像画素221の一つを拡大して示す正面図、図6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6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が配列された焦点検出画素列22a〜22jが設けられている。そして、図3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222aおよび222bが、互いに隣接して交互に、横一列(22a〜22j)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。
なお、図2に示す焦点検出画素列22a〜22jの位置は図示する位置にのみ限定されず、7箇所以下の位置に配置することもでき、また、9箇所以上の位置に配置することもできる。また、実際の焦点検出に際しては、複数配置された焦点検出画素列22a〜22jの中から、撮影者が操作部28を手動操作することにより所望の焦点検出画素列を、焦点検出位置として選択することもできる。
図5(A)は、焦点検出画素222aの一つを拡大して示す正面図、図7(A)は、焦点検出画素222aの断面図である。また、図5(B)は、焦点検出画素222bの一つを拡大して示す正面図、図7(B)は、焦点検出画素222bの断面図である。焦点検出画素222aは、図5(A)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7(A)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5(B)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7(B)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22a〜22j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5(A)、図5(B)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8は、図3のVIII-VIII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34の測距瞳341,342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8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8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341,342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34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341,342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8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341,342の並び方向と一致している。
また、図8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、測距距離Dにある射出瞳34上で、各焦点検出画素の光電変換部の投影形状(測距瞳341,342)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8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341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341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342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342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341と測距瞳342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341と測距瞳342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ことができる。
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と、これに基づく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、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し、これを積算して焦点電圧を検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し、それぞれを積算して焦点電圧を検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37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の動作例を説明する。図9は、本実施形態に係るカメラ1の動作例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、たとえば、カメラ1の電源がオンされることにより開始される。
まず、ステップS101では、カメラ制御部21による、スルー画像の生成、および観察光学系の電子ビューファインダ26による、スルー画像の表示が開始される。具体的には、撮像素子22により露光動作が行なわれ、カメラ制御部21により、撮像画素221の画素データの読み出しが行なわれる。そして、カメラ制御部21は、読み出したデータに基づきスルー画像を生成し、生成されたスルー画像は液晶駆動回路25に送出され、観察光学系の電子ビューファインダ26に表示される。そして、これにより、接眼レンズ27を介して、ユーザは被写体の動画を視認することが可能となる。なお、スルー画像の生成、およびスルー画像の表示は、所定のフレームレートで繰り返し実行される。
ステップS102では、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処理が開始される。本実施形態では、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理は、次のように行なわれる。すなわち、まず、カメラ制御部21により、撮像素子22の8つの焦点検出画素列22a〜22jを構成する各焦点検出画素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が行なわれる。そして、カメラ制御部21は、読み出され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、8つの焦点検出画素列22a〜22jに対応する焦点検出エリアにおける像ズレ量を演算し、さらに像ズレ量をデフォーカス量に変換する。
そして、本実施形態において、カメラ制御部21は、撮像素子22から、一対の像データを、たとえばスルー画像のフレームレートに応じた所定の周期で繰り返し読み出し、読み出した一対の像データに基づいて、デフォーカス量の演算を繰り返し実行する。
ここで、図10は、本実施形態に係るデフォーカス量の演算方法の一例を説明するための図である。図10では、電荷の蓄積と、像データの転送、およびデフォーカス量の演算を時系列に沿って示している。なお、図10中のデフォーカス量の演算における1〜8の数字は、図2に示す焦点検出画素列22a〜22jに対応する8つの焦点検出エリアにおけるデフォーカス量の演算をそれぞれ示すものである(なお、後述する図11、図14においても同様である)。
たとえば、図10に示す例では、時刻t1において、入射光に応じた電荷の蓄積が開始され、時刻t2において、時刻t1から蓄積された電荷に応じた像データの転送が開始される。また、時刻t2では、次フレームの電荷の蓄積が開始され、時刻t2から蓄積された電荷に応じた像データの転送が、時刻t4において開始される。同様に、時刻t4,t5,t6,t9においても電荷の蓄積が開始され、蓄積された電荷に応じた像データの転送が、それぞれ時刻t5,t6,t9,t10において開始される。このように、本実施形態では、電荷の蓄積と、像データの転送とが、所定の周期で繰り返し実行される。
また、本実施形態では、デフォーカス量の演算も繰り返し行われる。たとえば、図10に示す例では、時刻t2において開始された像データの転送が、時刻t3で完了し、時刻t3から、転送された像データに基づいて、デフォーカス量の演算が開始される。図10に示す例では、図2に示す焦点検出画素列22a〜22jに対応する8つの焦点検出エリアにおけるデフォーカス量が順次演算され、その結果、時刻t3で開始された焦点検出エリアの演算が、時刻t7において終了する。そして、デフォーカス量の演算が終了すると、デフォーカス量の演算終了後に転送された像データに基づいて、時刻t8から、デフォーカス量の演算が新たに開始される。
また、本実施形態においては、図10に示すように、全ての焦点検出エリアにおけるデフォーカス量を順次演算する、デフォーカス量の演算処理に加えて、図11に示すように、焦点検出エリアにおけるデフォーカス量の演算を、フレームレートに応じて決められる時間内で打ち切ることで、撮像素子22から転送された全ての像データに基づいてデフォーカス量の演算を行う演算処理も行われる。たとえば、以下においては、図11を参照して、撮像素子22のフレームレートでの1フレーム分の時間内(像データの転送が完了してから、次フレームの像データの転送が完了するまでの時間内)で、デフォーカス量の演算を打ち切る動作例について説明する。なお、図11は、本実施形態に係るデフォーカス量の演算方法の他の例を説明するための図である。
すなわち、図11に示す例では、図10に示す例と同様に、電荷の蓄積と、像データの転送が、所定の周期で繰り返し行われている。しかしながら、図11に示す例では、たとえば、時刻t11において、像データの転送が開始され、時刻t12において、転送された像データに基づいてデフォーカス量の演算が開始されるが、時刻t14において次フレームの像データの転送が完了すると、時刻t12で開始されたデフォーカス量の演算処理が、4つ目の焦点検出エリアにおけるデフォーカス量の演算の途中で打ち切られ、その結果、時刻t12で転送された像データに基づいて、3つの焦点検出エリアにおけるデフォーカス量のみが算出されることとなる。同様に、時刻t13において転送が開始された像データに基づいて、時刻t14において、デフォーカス量の演算が開始されるが、時刻t16において次の像データの転送が完了すると、時刻t14で開始されたデフォーカス量の演算処理が途中で打ち切られ、時刻t16から、新たに転送された像データに基づくデフォーカス量の演算が開始される。同様に、時刻t16から開始されたデフォーカス量の演算も、次の像データの転送が完了する時刻t17で打ち切られ、時刻t17から開始されたデフォーカス量の演算も、次の像データの転送が完了する時刻t18で打ち切られる。
このように、図11に示す例では、デフォーカス量の演算を途中で打ち切り、撮像素子22のフレームレートに応じた数の焦点検出エリアについてのみ、デフォーカス量の演算を行うことで、撮像素子22から転送される全ての像データに基づいて、デフォーカス量の演算を行うことができる。そのため、たとえば特定被写体を追尾する場面において、特定被写体に対応する焦点検出エリアが特定されている場合などでは、特定被写体に対応する焦点検出エリアにおけるデフォーカス量を優先して演算することで、転送された全ての像データに基づいて、特定被写体に対応する焦点検出エリアにおける焦点状態を検出することができることとなる。
なお、本実施形態では、撮像素子22のフレームレートに応じて決められる時間内で、デフォーカス量の演算を打ち切ればよく、デフォーカス量を算出できる焦点検出エリアの数を、一定の数に限定する必要はない。たとえば、焦点検出エリアごとに、デフォーカス量を算出する時間にばらつきがある場合には、デフォーカス量を算出する際に、該デフォーカス量を、撮像素子22のフレームレートに応じて決められた時間内で算出できるか否かを判断し、該時間内でデフォーカス量を算出できないと判断した場合には、デフォーカス量の演算を打ち切る構成としてもよい。
このように、本実施形態では、図10に示すように、全ての焦点検出エリアにおけるデフォーカス量の演算を行う処理と、図11に示すように、焦点検出エリアにおけるデフォーカス量を途中で打ち切ることで、撮像素子22から転送された全ての像データについて、デフォーカス量の演算を行う処理とを実行することができる。本実施形態において、カメラ制御部21は、撮影条件に応じて、いずれのデフォーカス量の演算処理を行うか決定する。ここで、図12は、デフォーカス量の演算を打ち切るか否かの判定を行うデフォーカス演算打ち切り判定処理を示すフローチャートであり、図13は、デフォーカス量の演算を途中で打ち切るか否かを判定するための撮影条件を示すテーブルである。以下においては、図12および図13を参照して、デフォーカス演算打ち切り判定処理について説明する。なお、このデフォーカス演算打ち切り判定処理は、図9に示すカメラ1の動作とは独立して、カメラ制御部21により繰り返し行われる。
図12に示すように、まず、ステップS201では、カメラ制御部21により、オートフォーカスモードのうち、ワンショットモードが設定されているか否かの判断が行われる。ワンショットモードが設定されている場合には、ステップS202に進み、デフォーカス演算打ち切りフラグがオフに設定される。これにより、ワンショットモードが設定されている場合には、図10に示すように、全ての焦点検出エリアにおいてデフォーカス量の算出が行われるため、被写体にピントの合った画像を撮像することができることとなる。
一方、ステップS201で、コンティニュアスモードが設定されていると判断された場合には、ステップS203に進む。ステップS203では、カメラ制御部21により、AFエリアモードのうち、複数の焦点検出エリアの中から焦点検出を行うための焦点検出エリアを自動で特定するオートエリアAFモードが設定されているか否かの判断が行われる。オートエリアAFモードが設定されている場合には、ステップS204に進み、一方、焦点検出を行うための焦点検出エリアを撮影者が特定するシングルエリアAFモードが設定されている場合には、ステップS205に進む。
ステップS204では、カメラ制御部21により、焦点検出を行うための焦点検出エリアが実際に特定されているか否かの判断が行われる。ここで、本実施形態では、オートエリアAFモードが設定されている場合において、焦点検出を行うための焦点検出エリアが特定されていない場合には、全ての焦点検出エリアにおいて、デフォーカス量の演算を行い、算出された各焦点検出エリアにおけるデフォーカス量の分布に基づいて、焦点検出を行うための焦点検出エリアを特定する。そのため、オートエリアAFモードが設定されており(ステップS203=Yes)、焦点検出を行うための焦点検出エリアが特定されていない場合には(ステップS204=No)、ステップS202に進み、図10に示すように、全ての焦点検出エリアにおいてデフォーカス量の演算を行うために、デフォーカス演算打ち切りフラグがオフに設定される。
一方、コンティニュアスモードが設定されている場合(ステップS201=No)において、シングルエリアAFモードにより焦点検出を行うための焦点検出エリアが撮影者により特定されている場合(ステップS203=No)、または、オートエリアAFモードにより、焦点検出を行うための焦点検出エリアが自動で特定されている場合(ステップS203=Yes、ステップS204=Yes)には、ステップS205に進む。ステップS205では、カメラ制御部21により、特定された焦点検出エリアとその周辺の焦点検出エリアにおいて、転送された全ての像データについて、デフォーカス量の演算を行うため、デフォーカス演算打ち切りフラグがオンに設定される。
このように、本実施形態に係るデフォーカス演算打ち切り判定処理が行われ、デフォーカス量の演算を途中で打ち切るためのデフォーカス演算打ち切りフラグが設定される。すなわち、本実施形態では、図13に示すように、ワンショットモードが設定されている撮影条件では、デフォーカス演算打ち切りフラグがオフに設定され、図10に示すように、全ての焦点検出エリア(AFエリア)において、デフォーカス量の演算(Def演算)が行われることとなる。
また、図13に示すように、コンティニュアスモードが設定されている場合において、シングルエリアAFモードが設定されている撮影条件、あるいは、コンティニュアスモードが設定されている場合において、オートエリアAFモードで、焦点検出を行うための焦点検出エリアが実際に特定されている撮影条件では、デフォーカス演算打ち切りフラグがオンに設定され、図11に示すように、像データが転送される度に、デフォーカス量の演算(Def演算)が途中で打ち切られることとなる。
さらに、本実施形態では、図13に示すように、コンティニュアスモードが設定されている場合において、オートエリアAFモードで、焦点検出を行うための焦点検出エリアが特定されていない撮影条件では、デフォーカス演算打ち切りフラグがオフに設定され、図10に示すように、全ての焦点検出エリア(AFエリア)において、デフォーカス量の演算(Def演算)が行われることとなる。
次いで、図9に戻り、ステップS103では、カメラ制御部21により、焦点評価値の算出処理が開始される。本実施形態では、焦点評価値の算出処理は、撮像素子22の撮像画素221の画素出力を読み出し、読み出した画素出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出し、これを積算して焦点電圧を検出することにより行われる。なお、焦点評価値の算出処理は、所定の間隔で繰り返し実行される。
ステップS104では、カメラ制御部21により、操作部28に備えられたシャッターレリーズボタンの半押し(第1スイッチSW1のオン)がされたか否かの判断が行なわれる。第1スイッチSW1がオンした場合はステップS105に進む。一方、第1スイッチSW1がオンしていない場合は、第1スイッチSW1がオンされるまで、ステップS104を繰り返す。すなわち、第1スイッチSW1がオンされるまで、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理、および焦点評価値の算出処理が繰り返し実行される。
ステップS105では、ステップS102と同様に、位相差検出方式により、焦点検出を行うための焦点検出エリアにおける、デフォーカス量の算出が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S110に進む。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S106に進む。
ステップS105において、デフォーカス量が算出できたと判定され、測距可能と判断された場合には、ステップS110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いて、合焦動作が行なわれる。具体的には、まず、カメラ制御部21により、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われる。ここで、デフォーカス量演算打ち切りフラグがオフに設定されており、たとえば図10に示すように、8つ全ての焦点検出エリアにおいて、デフォーカス量が算出できた場合には、カメラ制御部21は、8つの焦点検出エリアにおいて算出されたデフォーカス量の分布に基づいて、焦点検出を行うための焦点検出エリアを特定し、特定された焦点検出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を行う。また、デフォーカス量演算打ち切りフラグがオンに設定されており、焦点検出エリアにおけるデフォーカス量の演算が途中で打ち切られた場合には、カメラ制御部21は、実際に算出できたデフォーカス量(図11に示す例では、3つの焦点検出エリアにおけるデフォーカス量)の分布に基づいて、焦点検出を行うための焦点検出エリアを特定し、特定された焦点検出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を行う。
そして、算出されたレンズ駆動量は、レンズ制御部37を介して、レンズ駆動モータ36に送出され、これにより、レンズ駆動モータ36は、カメラ制御部21により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。そして、フォーカスレンズ32が合焦位置まで駆動すると、ステップS113に進む。
一方、ステップS105において、位相差検出方式により、焦点検出を行うための焦点検出エリアにおける、デフォーカス量の算出ができなかったと判定された場合には、ステップS106に進み、カメラ制御部21により、スキャン動作の開始処理が行なわれる。本実施形態のスキャン動作は、フォーカスレンズ駆動モータ36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。
具体的には、カメラ制御部21は、レンズ制御部37にスキャン駆動開始指令を送出し、レンズ制御部37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36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、フォーカスレンズ32のスキャン駆動は、無限遠端位置から至近端位置に向かって、あるいは、至近端位置から無限遠端位置に向かって行なう。
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。
なお、カメラ制御部21は、スキャン動作において、位相差検出方式によりデフォーカス量の演算を行う際にも、上述したように、図12に示すデフォーカス演算打ち切り判定処理で設定した、デフォーカス演算打ち切りフラグに基づいて、デフォーカス量の演算を行う。
そして、ステップS107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、焦点検出エリアにおける、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S110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S108に進む。なお、ステップS107においては、上述したステップS105と同様に、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低い場合には、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S108に進むこととする。
ステップS108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、焦点検出エリアにおける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S111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S109に進む。
ステップS109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、すなわち、無限遠端位置から至近端位置の間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S107に戻り、ステップS107〜S109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なう。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S112に進む。
そして、スキャン動作を実行した結果、ステップS107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、スキャン動作を停止し、ステップS110に進み、上記と同様にして、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。
また、スキャン動作を実行した結果、ステップS108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、スキャン動作を停止し、ステップS111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、合焦動作が行なわれる。すなわち、ステップS111では、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合焦駆動処理が行なわれる。
一方、ステップS109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S112に進む。ステップS112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、スキャン動作を終了し、フォーカスレンズ32を予め定められた所定位置まで駆動させる処理が行なわれる。
そして、ステップS110において、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いてフォーカスレンズ32を合焦位置に駆動させた後、ステップS111において、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を合焦位置に駆動させた後、あるいは、ステップS112において,フォーカスレンズ32を予め定められた所定位置まで駆動させる処理が行なわれた後には、ステップS113に進み、カメラ制御部21により、オートフォーカスモードがワンショットモードに設定されているか否かの判定が行なわれる。ワンショットモードに設定されている場合には、ステップS114に進み、ワンショットモードではなく、コンティニュアスモードが設定されている場合には、ステップS116に進む。
ワンショットモードに設定されている場合には、ステップS114に進み、フォーカスレンズ32を現在のレンズ位置に固定する合焦ロックが行なわれる。そして、ステップS115にて、操作部28に備えられたシャッターレリーズボタンの全押し(第2スイッチSW2のオン)がされたか否かの判断が行なわれ、第2スイッチSW2がオンされない場合には、フォーカスレンズ32を現在のレンズ位置に固定したまま、第2スイッチSW2がオンされるまで、待機し、一方、第2スイッチSW2がオンされると、ステップS119に進み、被写体像の撮影が行なわれる。
また、本実施形態では、シャッターレリーズボタンの全押し(第2スイッチSW2のオン)がされた際に、位相差検出方式によりデフォーカス量の演算が行われている場合には、全ての焦点検出エリアにおけるデフォーカス量の演算が終了するのを待つことなく、デフォーカス量の演算を途中で打ち切り、被写体像の本撮影処理に移行する。たとえば、カメラ制御部21は、シャッターレリーズボタンが全押しされ、撮像素子22が被写体像を本撮影するための撮影モードとなった場合に、デフォーカス量の演算を途中で打ち切り、被写体像の撮影処理に移行することができる。これにより、シャッターレリーズボタンが全押しされてから、被写体像の本撮影が開始されるまでのタイムラグを短縮することができる。
一方、ステップS113で、コンティニュアスモードに設定されていると判断された場合には、ステップS116に進み、フォーカスレンズ32を合焦位置に停止させた状態として、ステップS117に進み、光学系の焦点状態が変化したか否かの判断が行なわれる。たとえば、カメラ制御部21によって繰り返し算出されている位相差検出方式によるデフォーカス量が所定値以上変化した場合や、デフォーカス量が算出できなかった場合、あるいは、同じくカメラ制御部21によって繰り返し算出されている焦点評価値が所定値以上変化した場合に、光学系の焦点状態が変化したと判断することができる。光学系の焦点状態が変化したと判断された場合には、ステップS104に戻り、第1スイッチSW1がオンされた状態である場合には、上述してステップS105〜S112の処理を再度行なうことにより、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させるための動作が行なわれる。一方、光学系の焦点状態が変化していない場合には、第2スイッチSW2がオンされるか(ステップS118)、あるいは、光学系の焦点状態が変化するまで(ステップS117)、フォーカスレンズ32を現在のレンズ位置に停止させたまま待機し、第2スイッチSW2がオンされた場合に(ステップS118=Yes)、被写体像の撮影が行われる。
以上のように、本実施形態に係るカメラ1は、図13に示すように、コンティニュアスモードが設定されている場合に、オートエリアAFモードで、焦点検出を行うための焦点検出エリアが実際に特定されている撮影条件下や、コンティニュアスモードが設定されている場合に、シングルエリアAFモードが設定されている撮影条件下においては、図11に示すように、像データの転送に合わせて、デフォーカス量の演算を打ち切り、新たに転送された像データに基づいて、デフォーカス量の演算を行う処理を繰り返し実行する。これにより、本実施形態では、撮像素子22から転送された全ての像データについて、デフォーカス量の演算を行った場合でも、焦点検出に要する時間を短縮することができる。また、本実施形態では、焦点検出位置におけるデフォーカス量の演算を途中で打ち切ることで、撮像素子22から転送される全ての像データについて、デフォーカス量の演算を行うことができるため、特定被写体に追従する場面などにおいては、特定被写体への追従性を高めることができる。
さらに、本実施形態では、図13に示すように、ワンショットモードが設定されている撮影条件下では、全ての焦点検出エリアにおけるデフォーカス量の演算が行わるため、被写体にピントの合った画像を適切に撮像することができる。また、コンティニュアスモードが設定されている場合において、オートエリアAFモードで、焦点検出を行うための焦点検出エリアが特定されていない撮影条件下では、全ての焦点検出エリアにおけるデフォーカス量の演算を行うことで、焦点検出を行うための焦点検出エリアを適切に特定することができる。
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。
例えば、上述した実施形態では、デフォーカス演算打ち切りフラグがオフである場合には、図10に示すように、全ての焦点検出位置におけるデフォーカス量の演算が完了した後に、デフォーカス量の演算の完了後に転送された像データを用いて、デフォーカス量の演算を新たに行うことで、デフォーカス量の演算を繰り返す構成を例示しているが、この構成に限定されず、たとえば、図14に示すように、デフォーカス量の演算が完了した時点で、既に転送されている最新の像データを用いて、デフォーカス量の演算を続けて行う構成としてもよい。たとえば、図14に示す例では、時刻t21において開始されたデフォーカス量の演算が時刻t23で終了するため、時刻t23の時点で既に転送されている、時刻t22で転送された像データを用いて、時刻t23から、デフォーカス量の演算が新たに開始される。同様に、時刻t23で開始されたデフォーカス量の演算が時刻t25で終了するため、時刻t25の時点で既に転送されている、時刻t24で転送された像データを用いて、時刻t25から、デフォーカス量の演算が新たに開始される。このように、図14に示す例では、デフォーカス量の演算が終了した後に、像データの転送の完了を待たずに、デフォーカス量の演算を新たに開始することができるため、図10に示す例と比べて、より多くの像データに基づいて、光学系の焦点状態を検出することができる。なお、図14は、デフォーカス演算打ち切りフラグがオフである場合における、デフォーカス量の算出方法の他の例を説明するための図である。
また、上述した実施形態では、静止画像の単写撮影を行う場面について例示したが、たとえば連写撮影を行う場合には、デフォーカス演算打ち切りフラグをオンに設定し、デフォーカス量の演算を途中で打ち切る構成とすることもできる。これにより、静止画像を、所定の間隔で適切に撮影することができる。
さらに、上述した実施形態では、焦点検出エリアごとに、各焦点検出エリアにおけるデフォーカス量を演算する構成を例示したが、この構成に例示されるものではなく、たとえば、1つの焦点検出エリア内を複数のブロックに分割して、各ブロックごとに、デフォーカス量を演算する構成としてもよい。
また、上述した実施形態では、シャッターレリーズボタンが全押しされた場合に、デフォーカス量の演算を途中で打ち切り、被写体像の本撮影に移行する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、フォーカス優先モード(光学系の焦点状態が合焦状態である場合にのみ、被写体像の本撮影を行うモード)が設定されている場合には、光学系の焦点状態が合焦状態となるまで、デフォーカス量の演算を続け、レリーズ優先モード(光学系の焦点状態が合焦状態であるか否かに拘わらず、被写体像の本撮影を行うモード)が設定されている場合に、デフォーカス量の演算を打ち切り、被写体像の本撮影に移行する構成としてもよい。
また、上述した実施形態では、撮像素子22が撮像画素221と焦点検出画素222a,222bとを有し、撮像素子22が有する焦点検出画素222a,222bにおいて、位相差検出方式による焦点検出を行う構成を例示したが、この構成に限定されるものではなく、位相差検出方式による焦点検出を行うための焦点検出モジュールを、撮像素子22と独立して設ける構成としてもよい。
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、一眼レフデジタルカメラ、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。