JP6836656B2 - 撮像装置及び撮像装置の合焦制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及びその合焦制御方法に関する。

撮像装置のＡＦ（autofocus／オートフォーカス）は、位相差、コントラストなどを利用して焦点状態を検出し、その検出結果に基づいて、フォーカスレンズを移動させることにより行われる。あるいは、赤外線、超音波などを照射して被写体までの距離を測定し、その測定結果に基づいて、フォーカスレンズを移動させることにより行われる。

ＡＦを高速化するためには、フォーカスレンズを高速移動させる必要がある。しかし、フォーカスレンズを高速移動させると、停止の際にオーバーシュートが生じるという問題がある。この問題を解決するため、特許文献１、２には、フォーカスレンズの停止に際して、オーバーシュートを打ち消すように、イメージセンサを移動させる方法が提案されている。

特開昭63-93277号公報 特開2006-145813号公報

特許文献１、２の方法でＡＦをより高速化するためには、フォーカスレンズをより高速に移動させる必要がある。しかし、高速化できる速度には限界がある。また、フォーカスレンズをより高速に移動させるためには、大きなモータ、大きな電力が必要になり、装置が大型化したり、消費電力が大きくなったりするという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ＡＦを高速化できる撮像装置及びその合焦制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、次のとおりである。

（１）フォーカスレンズを有する撮像レンズと、フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、イメージセンサと、イメージセンサを光軸に沿って移動させるイメージセンサ移動駆動部と、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズの駆動目標を設定する駆動目標設定部と、駆動目標設定部で設定された駆動目標に基づいて、フォーカスレンズの駆動を制御するフォーカスレンズ駆動制御部と、フォーカスレンズ駆動制御部がフォーカスレンズの駆動を停止する前にイメージセンサを移動させて合焦させ、合焦後はフォーカスレンズが停止するまでイメージセンサを移動させて合焦状態を維持させるイメージセンサ移動制御部と、を備えた撮像装置。

本態様によれば、被写体に合焦させるためにフォーカスレンズを駆動すると、その駆動が停止される前にイメージセンサが移動して、早期に合焦する。合焦後もフォーカスレンズが停止するまで、イメージセンサが移動し、合焦状態が維持される。これにより、合焦までの時間を短縮でき、ＡＦを高速化できる。

（２）フォーカスレンズ駆動部は、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させ、駆動目標設定部は、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズの目標位置を駆動目標として設定し、フォーカスレンズ駆動制御部は、フォーカスレンズ駆動部を制御して、フォーカスレンズを目標位置に移動させる、上記（１）の撮像装置。

本態様によれば、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させることにより、撮像レンズの焦点調節が行われる。また、駆動目標は、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズの目標位置として設定される。フォーカスレンズ駆動制御部は、フォーカスレンズを目標位置に移動させる。イメージセンサ移動制御部は、フォーカスレンズが目標位置に到達する前にイメージセンサを移動させて合焦させる。また、合焦後は、フォーカスレンズの移動に追従ないし同調するようにイメージセンサを移動させて、合焦状態を維持する。

（３）パッシブ方式又はアクティブ方式のオートフォーカスセンサを更に備え、駆動目標設定部は、オートフォーカスセンサの出力に基づいて、駆動目標を設定する、上記（１）又は（２）の撮像装置。

本態様によれば、パッシブ方式又はアクティブ方式のオートフォーカスセンサが備えられ、そのオートフォーカスセンサの出力に基づいて、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズの駆動目標が設定される。

（４）オートフォーカスセンサが、位相差検出方式のオートフォーカスセンサで構成される、上記（３）の撮像装置。

本態様によれば、位相差検出方式のオートフォーカスセンサが備えられ、その位相差検出方式のオートフォーカスセンサの出力に基づいて、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズの駆動目標が設定される。

（５）オートフォーカスセンサが、イメージセンサの撮像面に備えられた複数の位相差検出画素で構成される、上記（４）の撮像装置。

本態様によれば、位相差検出方式のオートフォーカスセンサが、イメージセンサの撮像面に備えられた複数の位相差検出画素で構成される。すなわち、像面位相差方式によって、焦点状態が検出され、その検出結果に基づいて、フォーカスレンズの駆動目標が設定される。像面位相差方式を採用することにより、イメージセンサの移動中であっても、デフォーカスの方向及び量を直接検出できる。これにより、イメージセンサの移動の制御をより簡素化できる。

（６）イメージセンサの基準位置が、撮像レンズで規定されるフランジバックの位置に設定される、上記（１）から（５）のいずれか一の撮像装置。

本態様によれば、イメージセンサの基準位置が、撮像レンズで規定されるフランジバックの位置に設定される。これにより、撮像レンズの光学性能を最大限に発揮させることができる。なお、ここでの「フランジバックの位置」には、実質的にフランジバックの位置とみなせる位置、すなわち、ほぼフランジバックの位置とみなせる位置が含まれる。

（７）フォーカスレンズ駆動制御部は、フォーカスレンズを目標位置で停止させる前に減速させる、上記（２）の撮像装置。

本態様によれば、フォーカスレンズの駆動を停止させる際、減速される。これにより、オーバーシュートの発生を防止できる。

（８）イメージセンサ移動制御部は、フォーカスレンズを減速させる前にイメージセンサを移動させて合焦させる、上記（７）の撮像装置。

本態様によれば、フォーカスレンズを減速させる前にイメージセンサが移動を開始する。これにより、合焦までの時間を短縮でき、ＡＦを高速化できる。

（９）イメージセンサ移動制御部は、フォーカスレンズの駆動開始と同時にイメージセンサを移動させる、上記（１）から（８）のいずれか一の撮像装置。

本態様によれば、フォーカスレンズの駆動開始と同時にイメージセンサの移動が開始される。これにより、合焦までの時間を短縮でき、ＡＦを高速化できる。なお、ここでの「同時」は、実質的に同時とみなせる範囲を含むものである。すなわち、フォーカスレンズの駆動開始とほぼ同時にイメージセンサの移動が開始される場合を含むものである。

（１０）イメージセンサ移動制御部は、イメージセンサを可動範囲の端部に移動させて待機させる、上記（１）から（９）のいずれか一の撮像装置。

本態様によれば、イメージセンサが可動範囲の端部に移動して待機する。これにより、合焦までの時間を短縮でき、ＡＦを高速化できる。

（１１）フォーカスレンズを有する撮像レンズと、フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、イメージセンサと、イメージセンサを光軸に沿って移動させるイメージセンサ移動駆動部と、を備えた撮像装置の合焦制御方法であって、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズの駆動目標を設定するステップと、設定された駆動目標に基づいて、フォーカスレンズを駆動するステップと、フォーカスレンズの駆動を停止する前にイメージセンサを移動させて合焦させ、合焦後はフォーカスレンズが停止するまでイメージセンサを移動させて合焦状態を維持させるステップと、を含む撮像装置の合焦制御方法。

本態様によれば、被写体に合焦させるためにフォーカスレンズを駆動すると、その駆動が停止される前にイメージセンサが移動して、早期に合焦する。合焦後もフォーカスレンズが停止するまで、イメージセンサが移動し、合焦状態が維持される。これにより、合焦までの時間を短縮でき、ＡＦを高速化できる。

本発明によれば、ＡＦを高速化できる。

本発明が適用されたデジタルカメラの一実施形態を示す概略構成図 イメージセンサの概略構成を示す図 撮像面の一部を拡大した図 各画素の概略構成を示す図 カメラ制御部及びレンズ制御部が実現するＡＦに係わる機能のブロック図 イメージセンサの移動制御の概念図 本実施の形態のデジタルカメラ１によるＡＦの処理手順を示すフローチャート ＡＦ制御の処理手順を示すフローチャート カメラ制御部及びレンズ制御部が実現するＡＦに係わる機能の変形例を示すブロック図 イメージセンサの移動制御の変形例の概念図 イメージセンサの移動制御の他の変形例の概念図 フォーカスレンズの移動制御の変形例の概念図 ３板式のデジタルカメラに本発明を適用する場合の一例を示す図

以下、添付図面に従って本発明を実施するための好ましい形態について詳説する。

［全体構成］
図１は、本発明が適用されたデジタルカメラの一実施形態を示す概略構成図である。

同図に示すデジタルカメラ１は、レンズ交換式のデジタルカメラであり、交換レンズ１０及びカメラ本体１００を備える。

《交換レンズ》
交換レンズ１０は、撮像レンズの一例である。交換レンズ１０は、マウント１０２を介してカメラ本体１００に着脱自在に装着される。交換レンズ１０は、複数枚のレンズを組み合わせて構成される。交換レンズ１０は、フォーカスレンズ１２及び絞り１４を有する。交換レンズ１０は、フォーカスレンズ１２を光軸Ｌに沿って前後移動させることにより焦点調節される。また、絞り１４の開口量を調整することにより、光量が調整される。

交換レンズ１０は、フォーカスレンズ１２を駆動するフォーカスレンズ駆動部１６、及び、フォーカスレンズ１２の位置を検出するフォーカスレンズ位置検出部１８を備える。

フォーカスレンズ駆動部１６は、たとえば、リニアモータ等のアクチュエータ、及び、その駆動回路を備えて構成され、フォーカスレンズ１２を光軸Ｌに沿って前後移動させる。

フォーカスレンズ位置検出部１８は、たとえば、フォトインタラプタ及びＭＲセンサ（ＭＲセンサ：Magneto Resistive Sensor／磁気抵抗効果素子）で構成される。フォトインタラプタは、フォーカスレンズ１２が、あらかじめ定められた原点位置に位置したことを検出する。ＭＲセンサは、フォーカスレンズ１２の移動量を検出する。フォトインタラプタによってフォーカスレンズ１２が原点位置に位置したことを検出し、ＭＲセンサによって原点位置からのフォーカスレンズ１２の移動量を検出することにより、原点位置に対するフォーカスレンズ１２の位置を検出できる。

交換レンズ１０は、絞り１４を駆動する絞り駆動部２０を備える。絞り１４は、たとえば、虹彩絞りで構成される。絞り駆動部２０は、虹彩絞りの絞り羽根を駆動するモータ、及び、その駆動回路を備えて構成される。

交換レンズ１０は、フォーカスレンズ駆動部１６及び絞り駆動部２０の駆動を制御するレンズ制御部２２を備える。レンズ制御部２２は、たとえば、マイクロコンピュータで構成され、所定の制御プログラムを実行することにより、フォーカスレンズ駆動制御部、絞り駆動制御部等として機能する。フォーカスレンズ駆動制御部は、フォーカスレンズ駆動部１６の駆動を制御する。絞り駆動制御部は、絞り駆動部２０の駆動を制御する。レンズ制御部２２は、マウント１０２に備えられた通信端子（図示せず）を介して、カメラ本体１００のカメラ制御部１５０と通信可能に接続される。

《カメラ本体》
カメラ本体１００は、イメージセンサ１１０、イメージセンサ移動駆動部１２０、イメージセンサ位置検出部１２２、イメージセンサ駆動部１２４、アナログ信号処理部１２６、ＡＤＣ（Analog-to-digital converter／アナログデジタル変換器）１２８、デジタル信号処理部１３０、位相差ＡＦ処理部１３２、メモリカードインタフェース１３４、メモリカード１３６、表示部１３８、操作部１４０及びカメラ制御部１５０を備える。

〈イメージセンサ〉
イメージセンサ１１０は、交換レンズ１０を通る光を受光して被写体を撮像する。イメージセンサ１１０は、たとえば、ＣＣＤ（Charged Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の固体撮像素子で構成される。イメージセンサ１１０は、その撮像面に複数の位相差検出画素を有する。

図２は、イメージセンサの概略構成を示す図である。

イメージセンサ１１０は、多数の画素がｘ方向（行方向）及びｙ方向（列方向）に二次元的に配列された撮像面１１２を有する。撮像面１１２は、複数のＡＦ（autofocus）エリア１１４を有する。ＡＦエリア１１４は、焦点合わせが可能な領域として撮像面１１２に設定された領域である。図２に示す例では、画面中央部分に９つのＡＦエリア１１４を設定している。

図３は、撮像面の一部を拡大した図である。

撮像面１１２には、多数の画素が規則的に配置される。各画素は光電変換部を備え、受光量に応じた信号を出力する。また、各画素は、Ｒ（Red／赤）、Ｇ（Green／緑）、Ｂ（Blue／青）のいずれかの色のカラーフィルタを有する。カラーフィルタは、所定の配列となるように、各画素に割り当てられる。図３は、ベイヤ配列の例を示している。なお、同図では、Ｒのカラーフィルタを有する画素（Ｒ画素）にＲの文字を付し、Ｇのカラーフィルタを有する画素（Ｇ画素）にＧの文字を付し、Ｂのカラーフィルタを有する画素（Ｂ画素）にＢの文字を付している。

ＡＦエリアには、通常画素１１６及び位相差検出画素１１８が配置される。通常画素１１６とは、通常の撮像用の画素のことである。位相差検出画素１１８とは、位相差を検出する画素のことである。位相差検出画素１１８は、位相差検出方式のオートフォーカスセンサの一例である。位相差検出画素以外は、通常画素を構成する。ＡＦエリア以外の領域には、通常画素のみが配置される。

図３では、位相差検出画素１１８を斜線で示している。同図に示すように、位相差検出画素１１８は、撮像面１１２に規則的に配置される。

位相差検出画素１１８は、第１位相差検出画素１１８Ａ及び第２位相差検出画素１１８Ｂで構成される。第１位相差検出画素１１８Ａ及び第２位相差検出画素１１８Ｂは、互いに近接して配置される。図３に示す例では、互いに近接する同じ配列の２つの行の一方に一定の間隔で第１位相差検出画素１１８Ａを配置し、他方に一定の間隔で第２位相差検出画素１１８Ｂを配置した例を示している。特に、Ｒ画素及びＧ画素が配列された特定の行の特定のＧ画素を位相差検出画素として利用した場合の例を示している。

図４は、各画素の概略構成を示す図である。

各画素は、所定の開口部を備えた遮光膜を有する。図４は、各画素に備えられる遮光膜の開口部を白抜きで示している。

通常画素１１６は、開口部が、光電変換部の中心と一致した遮光膜を有する。通常画素１１６は、交換レンズ１０の瞳領域のほぼ全ての部分を通過した光束を受光する。

第１位相差検出画素１１８Ａは、開口部が光電変換部の中心に対して右側に偏心した遮光膜を有する。この結果、第１位相差検出画素１１８Ａは、交換レンズ１０の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束のうち一方の光束が受光される。

第２位相差検出画素１１８Ｂは、開口部が光電変換部の中心に対して左側に偏芯した遮光膜を有する。この結果、第２位相差検出画素１１８Ｂでは、交換レンズ１０の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束のうち他方の光束が受光される。

以上の構成により、第１位相差検出画素１１８Ａ及び第２位相差検出画素１１８Ｂの信号を取得し、両者を比較することにより、位相差量の検出が可能となる。

〈イメージセンサ移動駆動部〉
イメージセンサ移動駆動部１２０は、イメージセンサ１１０を光軸Ｌに沿って前後に移動させる。イメージセンサ移動駆動部１２０は、たとえば、ピエゾアクチュエータ等のアクチュエータ、及び、その駆動回路を備えて構成される。

イメージセンサ２１０は、可動範囲内で移動し、その可動範囲の中央に基準位置が設定される。基準位置は、交換レンズ１０で規定されるフランジバックの位置に設定される。一般に交換レンズ１０は、フランジバックの位置を基準に光学設計が行われる。したがって、イメージセンサ１１０を基準位置に位置させることにより、交換レンズ１０の光学性能を最大限に発揮させることができる。

たとえば、Ｃマウントを採用する交換レンズのフランジバックは、１７．５２６ｍｍである。また、ＣＳマウントを採用する交換レンズのフランジバックは、１２．５ｍｍである。

〈イメージセンサ位置検出部〉
イメージセンサ位置検出部１２２は、基準位置に対するイメージセンサ１１０の位置を検出する。イメージセンサ位置検出部１２２は、たとえば、渦電流センサ等の変位センサで構成される。

〈イメージセンサ駆動部〉
イメージセンサ駆動部１２４は、カメラ制御部１５０による制御の下、イメージセンサ１１０を駆動する。イメージセンサ１１０は、イメージセンサ駆動部１２４に駆動されて、画像を撮像する。

〈アナログ信号処理部〉
アナログ信号処理部１２６は、イメージセンサ１１０から出力される画素ごとのアナログの画像信号を取り込み、所定の信号処理（たとえば、相関二重サンプリング処理、増幅処理等）を施す。

〈ＡＤＣ〉
ＡＤＣ１２８は、アナログ信号処理部１２６から出力されるアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換して出力する。

〈デジタル信号処理部〉
デジタル信号処理部１３０は、デジタルの画像信号を取り込み、所定の信号処理（たとえば、階調変換処理、ホワイトバランス補正処理、ガンマ補正処理、同時化処理、ＹＣ変換処理等）を施して、画像データを生成する。

〈位相差ＡＦ処理部〉
位相差ＡＦ（autofocus）処理部１３２は、ユーザによって指定されたＡＦエリア１１４から第１位相差検出画素１１８Ａ及び第２位相差検出画素１１８Ｂの信号を取得し、取得した信号に対して相関演算処理を行って位相差量を算出する。そして、算出した位相差量に基づいて、デフォーカスの方向及び量を算出する。

〈メモリカードインタフェース及びメモリカード〉
メモリカードインタフェース１３４は、カメラ制御部１５０による制御の下、カードスロットに装着されたメモリカード１３６に対して、データの読み書きを行う。

〈表示部〉
表示部１３８は、画像を含む各種情報を表示する。表示部１３８は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（EL：ElectroLuminescent）等の表示デバイス、及び、その駆動回路を備えて構成される。

表示部１３８には、撮像済みの画像の他、ライブビューが表示される。ライブビューとは、イメージセンサ１１０がとらえた画像をリアルタイムに表示する機能である。ライブビューを表示することより、表示部１３８で画像を確認しながら撮像できる。また、表示部１３８は、各種設定を行う際のユーザインターフェースとしても利用される。

〈操作部〉
操作部１４０は、レリーズボタン、電源スイッチ、撮像モードダイヤル、シャッタースピードダイヤル、露出補正ダイヤル、コマンドダイヤル、メニューボタン、十字キー、決定ボタン、キャンセルボタン、消去ボタン等のデジタルカメラとしての一般的な操作手段を含み、操作に応じた信号をカメラ制御部１５０に出力する。

レリーズボタンは、いわゆる半押し及び全押しが可能な二段ストローク式のボタンで構成され、半押しでＳ１ＯＮ信号、全押しでＳ２ＯＮ信号が出力される。

〈カメラ制御部〉
カメラ制御部１５０は、デジタルカメラ１の全体の動作を統括制御する制御部である。カメラ制御部１５０は、たとえば、マイクロコンピュータで構成され、所定のプログラムを実行することにより、各種機能を提供する。

図５は、カメラ制御部及びレンズ制御部が実現するＡＦに係わる機能のブロック図である。

図５に示すように、カメラ制御部１５０は、所定のプログラムを実行することにより、目標位置設定部１５０ａ、ＡＦ（autofocus）制御部１５０ｂ及びイメージセンサ移動制御部１５０ｃとして機能する。また、レンズ制御部２２は、所定のプログラムを実行することにより、フォーカスレンズ駆動制御部２２ａとして機能する。

目標位置設定部１５０ａは、駆動目標設定部の一例である。目標位置設定部１５０ａは、位相差ＡＦ処理部１３２で求めたデフォーカスの方向及び量に基づいて、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズ１２の目標位置を設定する。

ＡＦ制御部１５０ｂは、目標位置設定部１５０ａで設定された目標位置の情報をフォーカスレンズ駆動制御部２２ａに通知し、フォーカスレンズ駆動制御部２２ａに駆動指令を出力する。また、ＡＦ制御部１５０ｂは、イメージセンサ移動制御部１５０ｃに対して、目標位置の情報を通知し、ＡＦ制御に移行したことを通知する。

フォーカスレンズ駆動制御部２２ａは、ＡＦ制御部１５０ｂからの駆動指令に基づいて、フォーカスレンズ１２を目標位置に移動させる制御を行う。具体的には、フォーカスレンズ位置検出部１８で検出されるフォーカスレンズ１２の現在位置の情報に基づいて、フォーカスレンズ駆動部１６を制御し、フォーカスレンズ１２を目標位置に移動させる。

また、フォーカスレンズ駆動制御部２２ａは、フォーカスレンズ位置検出部１８で検出されるフォーカスレンズ１２の現在位置の情報をイメージセンサ移動制御部１５０ｃに出力する。

イメージセンサ移動制御部１５０ｃは、フォーカスレンズ１２の目標位置の情報、フォーカスレンズ駆動制御部２２ａから出力されるフォーカスレンズ１２の現在位置の情報、及び、イメージセンサ１１０の現在位置の情報に基づいて、イメージセンサ移動駆動部１２０を制御し、イメージセンサ１１０の移動を制御する。具体的には、フォーカスレンズ１２が目標位置に到達する前に合焦するようにイメージセンサ１１０を移動させ、合焦後は、フォーカスレンズ１２の移動に追従ないし同調するようにイメージセンサ１１０を移動させて、合焦状態を維持させる。

図６は、イメージセンサの移動制御の概念図である。

同図において、符号Ｌ１は、交換レンズ１０によって形成される被写体の像の移動軌跡を示し、符号Ｌ２は、イメージセンサ１１０の移動軌跡（撮像面の移動軌跡）を示している。交換レンズ１０によって形成される被写体の像の位置は、フォーカスレンズ１２を光軸Ｌに沿って前後移動させることにより移動する。交換レンズ１０によって形成される被写体の像の位置が、イメージセンサ１１０の撮像面上に位置することにより合焦する。

フォーカスレンズ１２は、位相差ＡＦ処理部１３２で求めたデフォーカスの方向及び量に基づいて目標位置が設定される。この目標位置は、交換レンズ１０によって形成される被写体の像の位置が、基準位置に位置したイメージセンサ１１０の撮像面上に位置するように設定される。したがって、現在の位置から目標位置にフォーカスレンズ１２を移動させることにより、交換レンズ１０によって形成される被写体の像が、基準位置に位置したイメージセンサ１１０の撮像面の位置に移動する。

いま、時間Ｔ０でＡＦ制御が開始されたとする。時間Ｔ０において、イメージセンサ１１０は、基準位置に位置している。

フォーカスレンズ１２は、時間Ｔ０から目標位置に向けて移動を開始する。イメージセンサ１１０もフォーカスレンズ１２と同時、又は、ほぼ同時に移動を開始し、時間Ｔ０から移動を開始する。この際、イメージセンサ１１０は、被写体の像を迎えに行くように、移動を開始する。すなわち、被写体の像の位置に向けて移動を開始する。たとえば、被写体の像の位置が、基準位置よりも被写体側（前側）に位置している場合は、被写体側（前側）に向けてイメージセンサ１１０を移動させる。一方、被写体の像の位置が、基準位置よりも像面側（後側）に位置している場合は、像面側（後側）に向けてイメージセンサ１１０を移動させる。

このように、被写体の像の位置に向けてイメージセンサ１１０を移動させることにより、フォーカスレンズ１２が目標位置に到達する前に合焦させることができる。

合焦する前にイメージセンサ１１０が、可動範囲の端部に到達した場合は、その端部の位置でイメージセンサ１１０の移動を停止し、待機させる。図６に示す例は、合焦するよりも速くイメージセンサ１１０が可動範囲の端部に到達した場合を示しており、時間Ｔ１で可動範囲の端部に到達した場合を示している。この場合、イメージセンサ１１０は、可動範囲の端部で停止して待機する。

可動範囲の端部に待機していると、やがて被写体の像の位置が、イメージセンサ１１０の撮像面の位置に到達する。これにより、合焦する。イメージセンサ移動制御部１５０ｃは、目標位置に対するフォーカスレンズ１２の現在位置の情報及びイメージセンサ１１０の現在位置の情報に基づいて、合焦したか否かを判定する。図６に示す例は、時間Ｔ２で合焦した場合を示している。

合焦後は、フォーカスレンズ１２の移動が停止するまで、追従処理が行われる。すなわち、フォーカスレンズ１２の移動に追従ないし同調するように、イメージセンサ１１０を移動させる。これにより、被写体の像の位置の移動に追従ないし同調して撮像面が移動し、合焦状態が維持される。

なお、停止の際にオーバーシュートが生じる場合は、そのオーバーシュートを打ち消すように、イメージセンサ１１０を移動させる。オーバーシュートの有無は、フォーカスレンズ１２の移動特性から事前に求めることができる。

図６は、時間Ｔ３でフォーカスレンズ１２の移動が停止した場合を示している。フォーカスレンズ１２は、基準位置に位置するイメージセンサ１１０に被写体の像が結像するように目標位置が設定される。したがって、フォーカスレンズ１２が目標位置に移動することにより、イメージセンサ１１０も基準位置に復帰する。

このように、イメージセンサ移動制御部１５０ｃは、フォーカスレンズ１２が目標位置に到達する前にイメージセンサ１１０を移動させて早期に合焦させ、合焦後は、フォーカスレンズ１２の移動に追従ないし同調するようにイメージセンサ１１０を移動させて合焦状態を維持する制御を行う。

［作用］
図７は、本実施の形態のデジタルカメラによるＡＦの処理手順を示すフローチャートである。

まず、初期設定が行われる（ステップＳ１１）。具体的には、イメージセンサ１１０を基準位置に位置させる処理が行われる。

その後、ＡＦ実行の指示の有無が判定される。ＡＦ実行は、レリーズボタンの半押しで指示される。レリーズボタンが半押しされると、操作部１４０からカメラ制御部１５０にＳ１ＯＮ信号が入力され、ＡＦ実行が指示される。したがって、Ｓ１ＯＮ信号の有無によって、ＡＦ実行の有無が判定される（ステップＳ１２）。

Ｓ１ＯＮ信号が入力され、ＡＦ実行が指示されると、まず、デフォーカスの方向及び量が検出される（ステップＳ１３）。デフォーカスの方向及び量は、位相差検出画素１１８の出力に基づいて、位相差ＡＦ処理部１３２で検出される。位相差ＡＦ処理部１３２は、ユーザによって指定されたＡＦエリア１１４から第１位相差検出画素１１８Ａ及び第２位相差検出画素１１８Ｂの信号を取得し、デフォーカスの方向及び量を算出する。ＡＦエリア１１４の選択は、操作部１４０で行われる。

デフォーカスの方向及び量が検出されると、その検出結果に基づいて、フォーカスレンズ１２の目標位置が設定される（ステップＳ１４）。目標位置設定部１５０ａは、位相差ＡＦ処理部１３２で求めたデフォーカスの方向及び量に基づいて、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズ１２の目標位置を設定する。

目標位置が設定されると、ＡＦ制御が実行される（ステップＳ１５）。

図８は、ＡＦ制御（合焦制御方法）の処理手順を示すフローチャートである。

まず、フォーカスレンズ駆動部１６が駆動され、目標位置に向けてフォーカスレンズ１２が移動する（ステップＳ２１）。これと同時にイメージセンサ移動駆動部１２０が駆動され、合焦する方向に向けてイメージセンサ１１０が移動する（ステップＳ２２）。

イメージセンサ１１０が合焦する方向に向けて移動することにより、フォーカスレンズ１２が目標位置に到達する前に合焦する。すなわち、フォーカスレンズ１２が目標位置に到達する前に被写体の像がイメージセンサ１１０の撮像面上に位置する。イメージセンサ移動制御部１５０ｃは、目標位置に対するフォーカスレンズ１２の現在位置とイメージセンサ１１０の現在位置とに基づいて、合焦したか否かを判定する（ステップＳ２３）。

合焦したと判定すると、イメージセンサ移動制御部１５０ｃは、追従処理を開始する（ステップＳ２４）。すなわち、フォーカスレンズ１２は、合焦後も目標位置に向かって移動するので、このフォーカスレンズ１２の移動に追従ないし同調するようにイメージセンサ１１０を移動させる。これにより、継続して合焦状態が維持される。

この後、フォーカスレンズ１２が目標位置に到達したか否かが判定される（ステップＳ２５）。目標位置に到達すると、フォーカスレンズ駆動部１６の駆動が停止され、フォーカスレンズ１２が停止する（ステップＳ２６）。更に、イメージセンサ移動駆動部１２０の駆動が停止され、イメージセンサ１１０が停止する（ステップＳ２７）。なお、フォーカスレンズ１２の停止に際してオーバーシュートが発生する場合は、そのオーバーシュートを打ち消すように、イメージセンサ１１０を移動させて停止する。

以上一連の工程でＡＦの処理が完了する。この後、レリーズボタンが全押しされると、記録用の撮像処理が実行される。

以上説明したように、本実施の形態のデジタルカメラ１によれば、フォーカスレンズ１２が目標位置に到達する前にイメージセンサ１１０を合焦する方向に向けて移動させるので、早期に合焦させることができる。これにより、合焦するまでの時間を短縮でき、ＡＦを高速化できる。

［変形例］
《イメージセンサの移動制御の変形例》
上記実施の形態では、フォーカスレンズ１２の目標位置の情報、フォーカスレンズ１２の現在位置の情報、及び、イメージセンサ１１０の現在位置の情報に基づいて、イメージセンサ１１０の移動を制御する構成としているが、イメージセンサ１１０の移動制御の態様は、これに限定されるものではない。たとえば、位相差ＡＦ処理部１３２で検出されるデフォーカスの方向及び量に基づいて、イメージセンサ１１０の移動を制御する構成としてもよい。

図９は、カメラ制御部及びレンズ制御部が実現するＡＦに係わる機能の変形例を示すブロック図である。

位相差ＡＦ処理部１３２は、連続的にデフォーカスの方向及び量を検出し、その検出結果をイメージセンサ移動制御部１５０ｃに出力する。

イメージセンサ移動制御部１５０ｃは、位相差ＡＦ処理部１３２で検出されたデフォーカスの方向及び量に基づいて、イメージセンサ１１０の移動を制御する。すなわち、デフォーカス量が0となるように、イメージセンサ１１０の移動を制御する。

本態様によれば、フォーカスレンズ１２の位置情報を必要としないので、レンズ側からカメラ側に位置情報を送ることを想定していない場合においても実現できる。また、イメージセンサ１１０の移動制御の処理も簡素化できる。

また、上記実施の形態では、フォーカスレンズ１２の駆動開始と同時にイメージセンサ１１０を移動させているが、イメージセンサ１１０を移動させるタイミングは、これに限定されるものではない。

図１０は、イメージセンサの移動制御の変形例の概念図である。

図１０に示す例では、交換レンズ１０によって形成される被写体の像が、イメージセンサ１１０の可動範囲の端部に到達するタイミングに合わせて、イメージセンサ１１０を移動させている。

図１１は、イメージセンサの移動制御の他の変形例の概念図である。

図１１は、交換レンズ１０によって形成される被写体の像が、イメージセンサ１１０の可動範囲内に存在する場合のイメージセンサ１１０の移動制御の例を示している。この場合、フォーカスレンズ１２の駆動と同時にイメージセンサ１１０を移動させる。これにより、早期に合焦させることができる。合焦後は、フォーカスレンズ１２の移動に追従ないし同調するようにイメージセンサ１１０を移動させる。

《フォーカスレンズの移動制御の変形例》
上記実施の形態では、フォーカスレンズ１２を目標位置に向けて移動させる際、一定速度で移動させているが、フォーカスレンズ１２を目標位置で停止させる前に減速させる構成としてもよい。これにより、オーバーシュートの発生を防止できる。

図１２は、フォーカスレンズの移動制御の変形例の概念図である。

同図において、符号Ｌ１は、交換レンズ１０によって形成される被写体の像の移動軌跡を示し、符号Ｌ２は、イメージセンサ１１０の移動軌跡を示している。交換レンズ１０によって形成される被写体の像の移動軌跡Ｌ１は、フォーカスレンズ１２の移動軌跡と一致する。

フォーカスレンズ１２は、時間Ｔ０で移動を開始し、時間Ｔ３で目標位置に到達する。図１２に示すように、目標位置に到達する前にフォーカスレンズ１２を減速させる。図１２に示す例では、時間Ｔｘで減速し、その後、時間Ｔ３で目標位置に到達する。この場合、イメージセンサ１１０は、フォーカスレンズ１２を減速させる前に合焦するように移動を制御する。図１２に示す例では、時間T２で合焦し、その後、フォーカスレンズ１２を減速させる構成としている。

減速を開始する位置は、交換レンズ１０によって形成される被写体の像の位置が、イメージセンサ１１０の可動範囲に入った後に設定される。これにより、少なくとも減速を開始する前にイメージセンサ１１０の移動によって、被写体に合焦させることができる。

《オートフォーカスセンサの変形例》
上記実施の形態では、イメージセンサ１１０の撮像面１１２に備えられた位相差検出画素１１８をオートフォーカスセンサとして使用しているが、オートフォーカスセンサの構成は、これに限定されるものではない。パッシブ方式、アクティブ方式等の公知のオートフォーカスセンサを採用できる。パッシブ方式としては、位相差を利用する方式の他、コントラストを利用する方式のオートフォーカスセンサを採用できる。コントラストを利用する方式のオートフォーカスセンサは、イメージセンサをオートフォーカスセンサとして利用できる。また、アクティブ方式のオートフォーカスセンサとしては、赤外線、超音波等を照射して距離を測定する方式のオートフォーカスセンサを採用できる。

また、上記実施の形態では、位相差検出画素をｘ方向に沿って一定の間隔で配置しているが、ｙ方向に沿って一定の間隔で配置してもよい。また、ｘ方向及びｙ方向に沿って一定の間隔で配置してもよい。

また、上記実施の形態では、画面中央に設定されたＡＦエリアにのみ位相差検出画素を配置しているが、位相差検出画素を配置する領域は、これに限定されるものではない。画面全体に配置する構成としてもよい。

《フォーカスレンズの変形例》
上記実施の形態では、フォーカスレンズを光軸に沿って前後移動させて焦点調節しているが、撮像レンズの焦点調節機構は、これに限定されるものではない。この他、液体レンズ、液晶レンズ等をフォーカスレンズとして利用することもできる。液体レンズ及び液晶レンズでは、屈折率変化を利用して、焦点調節する。

フォーカスレンズに液体レンズを用いた場合、フォーカスレンズ駆動部は、液体レンズに印加する電圧（駆動電圧）を変化させることにより、液体レンズの屈折率を変化させる。この場合、駆動目標として、被写体に合焦させるための液体レンズの屈折率が設定される。イメージセンサ移動制御部は、目標とする屈折率となる前にイメージセンサを移動させて合焦させる。合焦後は、屈折率の変化による焦点の変動に追従ないし同調するように、イメージセンサを移動させる。

同様に、フォーカスレンズに液晶レンズを用いた場合、フォーカスレンズ駆動部は、液晶レンズに印加する電圧（駆動電圧）を変化させることにより、液晶レンズの屈折率を変化させる。この場合、駆動目標として、被写体に合焦させるための液晶レンズの屈折率が設定される。イメージセンサ移動制御部は、目標とする屈折率となる前にイメージセンサを移動させて合焦させる。合焦後は、屈折率の変化による焦点の変動に追従ないし同調するように、イメージセンサを移動させる。

《イメージセンサ移動駆動部の変形例》
上記実施の形態では、ピエゾアクチュエータを使用して、イメージセンサ２１０を光軸Ｌに沿って移動させる構成としているが、イメージセンサ移動駆動部の構成は、これに限定されるものではない。この他、たとえば、リニアモータ、送りネジ機構等の公知の直動式の駆動機構を採用して、イメージセンサ２１０を光軸Ｌに沿って移動させることができる。

《イメージセンサの基準位置の変形例》
上記実施の形態では、イメージセンサの基準位置を可動範囲の中央に設定しているが、基準位置として設定する位置は、これに限定されるものではない。たとえば、可動範囲の中央よりも被写体側（前側）の位置に基準位置を設定してもよいし、また、像面側（後側）の位置に基準位置を設定してもよい。また、ユーザが、任意に設定できる構成としてもよい。なお、上記のように、可動範囲の中央に基準位置を設定することにより、追従性を向上できる。

また、上記実施の形態では、フランジバックの位置に基準位置を設定しているが、フランジバックと異なる位置に設定してもよい。なお、上記のように、フランジバックの位置に基準位置を設定することにより、基準位置で合焦した際に交換レンズの光学性能を最大限に発揮させることができる。

また、基準位置が可変する構成とすることもできる。たとえば、過去の被写体の合焦時のイメージセンサの位置情報を参照して、基準位置を適宜切り替える構成とすることができる。また、被写体に応じて、基準位置を適宜切り替える構成とすることもできる。たとえば、被写体の移動方向等に応じて、適宜切り替える構成とすることができる。たとえば、一方向に移動する被写体については、結像点の移動方向と反対方向に基準位置を設定する。

《撮像部の変形例》
上記実施の形態では、本発明を単板式のデジタルカメラに適用した場合を例に説明したが、本発明は多板式のカメラにも適用できる。

図１３は、３板式のデジタルカメラに本発明を適用する場合の一例を示す図である。

同図に示すように、３板式のデジタルカメラは、撮像部に色分解プリズム３１０、及び、３つのイメージセンサ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂを備える。

色分解プリズム３１０は、入射面３１０ａに入射した光をＲ（Red）光、Ｇ（Green）光及びＢ（Blue）光の３色の光に分解する。分解された３色の光は、それぞれＲ光出射面３１０ｒ、Ｇ光出射面３１０ｇ、Ｂ光出射面３１０ｂから出射される。

３つのイメージセンサは、Ｒ光を受光するイメージセンサ２１０Ｒと、Ｇ光を受光するイメージセンサ２１０Ｇと、Ｂ光を受光するイメージセンサ２１０Ｂと、で構成される。

Ｒ光を受光するイメージセンサ２１０Ｒは、Ｒ光出射面３１０ｒに対向して配置され、Ｒ光出射面３１０ｒから出射されるＲ光を受光する。

Ｇ光を受光するイメージセンサ２１０Ｇは、Ｇ光出射面３１０ｇに対向して配置され、Ｇ光出射面３１０ｇから出射されるＧ光を受光する。

Ｂ光を受光するイメージセンサ２１０Ｂは、Ｂ光出射面３１０ｂに対向して配置され、Ｂ光出射面３１０ｂから出射されるＢ光を受光する。

３つのイメージセンサ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂは、それぞれ色分解プリズム３１０の入射面３１０ａからの光路長が同じになる位置に配置される。

３つのイメージセンサ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂは、図示しないホルダを介して、色分解プリズム３１０に一体的に取り付けられる。色分解プリズム３１０にイメージセンサ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂが一体化されたユニットを撮像ユニット３３０とする。イメージセンサ移動駆動部２２０ｘは、撮像ユニット３３０を光軸Ｌに沿って前後移動させる。また、イメージセンサ位置検出部２２２ｘは、基準位置に対する撮像ユニット３３０の位置を検出する。

《撮像装置の変形例》
上記実施の形態では、本発明をデジタルカメラに適用した場合を例に説明したが、本発明の適用は、これに限定されるものではない。この他、たとえば、ビデオカメラ、テレビカメラ、シネマカメラ等にも適用でき、更に、撮像機能を備えた電子機器（たとえば、携帯電話、スマートフォン、タブレットパソコン、ノートパソコン等）にも同様に適用できる。

《その他の変形例》
上記実施の形態では、駆動目標設定部、フォーカスレンズ駆動制御部、イメージセンサ移動制御部等をマイクロコンピュータで構成しているが、これらの機能を実現するためのハードウェア的な構成は、これに限定されるものではない。各種のプロセッサで構成できる。各種のプロセッサには、ソフトウェア（プログラム）を実行して各種の処理を行う処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵ、ＦＰＧＡ（ＦＰＧＡ：Field Programmable Gate Array）などの製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるＰＬＤ（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）、ＡＳＩＣ（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）などの特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路などが含まれる。

一つの処理部は、これら各種のプロセッサのうちの一つで構成されていてもよいし、同種又は異種の二つ以上のプロセッサで構成されていてもよい。たとえば、複数のＦＰＧＡで構成されてもよいし、ＣＰＵ及びＦＰＧＡの組み合わせで構成されてもよい。

また、複数の処理部を一つのプロセッサで構成してもよい。複数の処理部を一つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアント、サーバなどのコンピュータに代表されるように、一つ以上のＣＰＵとソフトウェアとの組合せで一つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（ＳｏＣ：System On Chip）などに代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を一つのＩＣチップ（ＩＣ：Integrated Circuit）で実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサを一つ以上用いて構成される。

更に、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた電気回路である。

１ デジタルカメラ
１０ 交換レンズ
１２ フォーカスレンズ
１４ 絞り
１６ フォーカスレンズ駆動部
１８ フォーカスレンズ位置検出部
２０ 絞り駆動部
２２ レンズ制御部
２２ａ フォーカスレンズ駆動制御部
１００ カメラ本体
１０２ マウント
１１０ イメージセンサ
１１２ 撮像面
１１４ ＡＦエリア
１１６ 通常画素
１１８ 位相差検出画素
１１８Ａ 第１位相差検出画素
１１８Ｂ 第２位相差検出画素
１２０ イメージセンサ移動駆動部
１２２ イメージセンサ位置検出部
１２４ イメージセンサ駆動部
１２６ アナログ信号処理部
１２８ ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）
１３０ デジタル信号処理部
１３２ 位相差ＡＦ処理部
１３４ メモリカードインタフェース
１３６ メモリカード
１３８ 表示部
１４０ 操作部
１５０ カメラ制御部
１５０ａ 目標位置設定部
１５０ｂ ＡＦ制御部
１５０ｃ イメージセンサ移動制御部
２１０Ｂ イメージセンサ
２１０Ｇ イメージセンサ
２１０Ｒ イメージセンサ
２２０ｘ イメージセンサ移動駆動部
２２２ｘ イメージセンサ位置検出部
３１０ 色分解プリズム
３１０ａ 入射面
３１０ｂ Ｂ光出射面
３１０ｇ Ｇ光出射面
３１０ｒ Ｒ光出射面
３３０ 撮像ユニット
Ｌ 光軸
Ｌ１ 交換レンズによって形成される被写体の像の移動軌跡
Ｌ２ イメージセンサの移動軌跡
Ｓ１１〜Ｓ１５ ＡＦの処理手順
Ｓ２１〜Ｓ２７ ＡＦ制御の処理手順

Claims (11)

1. フォーカスレンズを有する撮像レンズと、
   前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、
   イメージセンサと、
   前記イメージセンサを光軸に沿って移動させるイメージセンサ移動駆動部と、
   被写体に合焦させるための前記フォーカスレンズの駆動目標を設定する駆動目標設定部と、
   前記駆動目標設定部で設定された前記駆動目標に基づいて、前記フォーカスレンズの駆動を制御するフォーカスレンズ駆動制御部と、
   前記フォーカスレンズ駆動制御部が前記フォーカスレンズの駆動を停止する前に前記イメージセンサを移動させて合焦させ、合焦後は前記フォーカスレンズが停止するまで前記イメージセンサを移動させて合焦状態を維持させるイメージセンサ移動制御部と、
   を備えた撮像装置。
2. 前記フォーカスレンズ駆動部は、前記フォーカスレンズを光軸に沿って移動させ、
   前記駆動目標設定部は、被写体に合焦させるための前記フォーカスレンズの目標位置を前記駆動目標として設定し、
   前記フォーカスレンズ駆動制御部は、前記フォーカスレンズ駆動部を制御して、前記フォーカスレンズを前記目標位置に移動させる、
   請求項１に記載の撮像装置。
3. パッシブ方式又はアクティブ方式のオートフォーカスセンサを更に備え、
   前記駆動目標設定部は、前記オートフォーカスセンサの出力に基づいて、前記駆動目標を設定する、
   請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記オートフォーカスセンサが、位相差検出方式のオートフォーカスセンサで構成される、
   請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記オートフォーカスセンサが、前記イメージセンサの撮像面に備えられた複数の位相差検出画素で構成される、
   請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記イメージセンサの基準位置が、前記撮像レンズで規定されるフランジバックの位置に設定される、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記フォーカスレンズ駆動制御部は、前記フォーカスレンズを前記目標位置で停止させる前に減速させる、
   請求項２に記載の撮像装置。
8. 前記イメージセンサ移動制御部は、前記フォーカスレンズを減速させる前に前記イメージセンサを移動させて合焦させる、
   請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記イメージセンサ移動制御部は、前記フォーカスレンズの駆動開始と同時に前記イメージセンサを移動させる、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記イメージセンサ移動制御部は、前記イメージセンサを可動範囲の端部に移動させて待機させる、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. フォーカスレンズを有する撮像レンズと、前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、イメージセンサと、前記イメージセンサを光軸に沿って移動させるイメージセンサ移動駆動部と、を備えた撮像装置の合焦制御方法であって、
    被写体に合焦させるための前記フォーカスレンズの駆動目標を設定するステップと、
    設定された前記駆動目標に基づいて、前記フォーカスレンズを駆動するステップと、
    前記フォーカスレンズの駆動を停止する前に前記イメージセンサを移動させて合焦させ、合焦後は前記フォーカスレンズが停止するまで前記イメージセンサを移動させて合焦状態を維持させるステップと、
    を含む撮像装置の合焦制御方法。

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