JP6836657B2 - 撮像装置、撮像装置本体及び撮像装置の合焦制御方法 - Google Patents

撮像装置、撮像装置本体及び撮像装置の合焦制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、撮像装置、撮像装置本体及び撮像装置の合焦制御方法に係り、特に、イメージセンサを移動させて焦点調節する機能を備えた撮像装置、撮像装置本体及び撮像装置の合焦制御方法に関する。
ＡＦ（Auto Focus／オートフォーカス）機能のない撮像装置では、マニュアルで焦点調節が行われる。また、ＡＦ機能を備えた撮像装置であっても、ＡＦ機能をオフして、撮影者がマニュアルで焦点調節する場合がある。
特許文献１には、マニュアルでの焦点調節をサポートする機能として、撮影者がマニュアルで焦点調節した後、ＡＦボタンを押すと、イメージセンサが前後移動してコントラストＡＦを行う機能を備えた撮像装置が提案されている。
特開2016-148832号公報
しかしながら、特許文献１の撮像装置では、被写体に動きがある場合、ＡＦを作動させても、適切に焦点を合わせ続けることが難しいという欠点がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、マニュアルでの焦点合わせを適切にサポートして、高精度に焦点合わせできる撮像装置、撮像装置本体及び撮像装置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）焦点調節機能を備えた撮像レンズと、撮像レンズを介して被写体を撮像するイメージセンサと、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、デフォーカス量を検出する焦点検出部と、被写体に合焦すると、焦点検出部で検出されるデフォーカス量に基づいて、イメージセンサの移動を制御し、被写体を追尾す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、イメージセンサが、光軸に沿って移動することで、焦点調節できる。イメージセンサの移動は、イメージセンサ移動制御部で制御される。イメージセンサ移動制御部は、被写体に合焦すると、その被写体を追尾する。すなわち、合焦状態を維持するように、イメージセンサの移動を制御する。これにより、マニュアルで焦点調節する際に、その焦点合わせを適切にサポートでき、高精度に焦点合わせできる。特に、動く被写体をマニュアルで焦点調節する際に、その焦点合わせを適切にサポートでき、高精度に焦点合わせできる。
（２）イメージセンサ移動制御部は、イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、被写体の追尾を終了し、イメージセンサを基準位置に復帰させる、上記（１）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到達すると、被写体の追尾が終了する。追尾が終了すると、イメージセンサは基準位置に復帰する。基準位置をイメージセンサの可動範囲の中心又は中心近傍に設定することにより、合焦後の可動範囲を前後に均等に設定できる。これにより、追従性を向上させることができる。
なお、イメージセンサの可動範囲は、イメージセンサ移動駆動部が、イメージセンサを物理的に移動させることができる範囲内で任意に設定できる。したがって、物理的に移動させることができる範囲よりも狭く設定することもできる。可動範囲を広くとることにより、追尾可能な範囲を広くとれる。電子ビューファインダ等の表示部を使用して焦点合わせする場合は、その解像度を考慮して、可動範囲を設定することが好ましい。すなわち、電子ビューファインダ等の表示では合わせきれない範囲をイメージセンサの移動で調整できるように、その可動範囲を設定することが好ましい。
（３）イメージセンサ移動制御部は、デフォーカス量の変化に応じた移動速度でイメージセンサを移動させて、イメージセンサを基準位置に復帰させる、上記（２）の撮像装置。
本態様によれば、イメージセンサが基準位置に復帰する際、デフォーカス量の変化に応じた移動速度で移動して、基準位置に復帰する。イメージセンサを基準位置に復帰させると、焦点状態が変化するので、不自然な画像になるおそれがある。しかし、本態様のようにイメージセンサを移動させることにより、画像に違和感を与えることなくイメージセンサを基準位置に戻すことができる。
（４）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（３）の撮像装置。
本態様によれば、フランジバックの位置にイメージセンサの基準位置が設定される。一般に撮像レンズは、フランジバックの位置で性能が最高になるように設計される。したがって、フランジバックの位置に基準位置を設定し、基準位置を基準に追従制御を実施することにより、高品質な画像を撮像できる。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。
（５）イメージセンサ移動制御部は、イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、被写体の追尾を終了し、被写体に再度合焦するまでイメージセンサを端部の位置で待機させる、上記（１）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到達すると、被写体の追尾が終了する。追尾が終了すると、イメージセンサは、再度合焦するまで、その端部の位置で待機する。これにより、結像面の位置が可動範囲を外れた場合であっても、合焦状態に復帰させやすくできる。
（６）焦点検出部は、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の出力に基づいてデフォーカス量を検出する、上記（１）から（５）のいずれか一の撮像装置。
本態様によれば、イメージセンサの撮像面に備えられた複数の位相差検出画素の出力に基づいてデフォーカス量が検出される。これにより、被写体に合焦させるためのイメージセンサの移動量を簡単に求めることができる。また、これにより、ＡＦを高速化でき、追従性を向上させることができる。
（７）イメージセンサ移動制御部は、焦点検出部で検出されるデフォーカス量が一定時間継続して閾値以下の場合に合焦したと判定する、上記（１）から（６）のいずれか一の撮像装置。
本態様によれば、デフォーカス量が一定時間継続して閾値以下となった場合に、合焦したと判定される。これにより、ほぼ合焦に近い状態から追尾を開始させることができる。これにより、利便性を向上させることができる。
（８）イメージセンサ移動制御部は、焦点検出部で検出されるデフォーカス量が一定時間継続して第１の閾値以下、かつ、焦点検出部で検出されるデフォーカス量の変化量が一定時間継続して第２の閾値以下の場合に合焦したと判定する、上記（１）から（６）のいずれか一の撮像装置。
本態様によれば、デフォーカス量が一定時間継続して第１の閾値以下となり、かつ、デフォーカス量の変化量が一定時間継続して第２の閾値以下となった場合に、合焦したと判定される。すなわち、合焦付近で焦点調節がほぼ行われなくなると、合焦したものとみなして、追尾が開始される。これにより、ほぼ合焦に近い状態から追尾を開始させることができる。これにより、利便性を向上させることができる。
（９）追尾モードのオン、オフを手動で切り替える追尾モード手動切替部を更に備え、イメージセンサ移動制御部は、追尾モードがオンの場合にイメージセンサの移動を制御して被写体を追尾する、上記（１）から（８）のいずれか一の撮像装置。
本態様によれば、被写体を追尾する機能のオン、オフを手動で設定できる。これにより、より利便性を向上させることができる。
（１０）一定時間継続して合焦すると、追尾モードをオンする追尾モード自動切替部を更に備え、イメージセンサ移動制御部は、追尾モードがオンの場合にイメージセンサの移動を制御して被写体を追尾する、上記（１）から（８）のいずれか一の撮像装置。
本態様によれば、被写体を追尾する機能が自動でオンされる。具体的には、一定時間継続して合焦すると、自動的に追尾モードがオンされる。これにより、より利便性を向上させることができる。
（１１）イメージセンサで撮像された画像がリアルタイムに表示されるモニタ又は電子ビューファインダを更に備え、モニタ及び電子ビューファインダの解像度がイメージセンサの解像度よりも低い、上記（１）から（１０）のいずれか一の撮像装置。
本態様によれば、モニタ又は電子ビューファインダが備えられる。モニタ及び電子ビューファインダには、イメージセンサで撮像された画像がリアルタイムに表示される。モニタ及び電子ビューファインダの解像度が、イメージセンサの解像度よりも低い場合、モニタ及び電子ビューファインダの表示を確認しながら、マニュアルで高精度に焦点合わせするのは困難である。したがって、このような場合は、イメージセンサの移動によるＡＦのサポートが特に有効に作用する。
なお、ここでの解像度は画素密度と同義であり、たとえば、ｐｐｉ（pixel per inch）で表現される。ｐｐｉは、画像を表現する格子の細かさであり、一般に1インチあたりのピクセルの数を表す。
（１２）焦点調節機能を備えた撮像レンズが装着されるマウントと、撮像レンズを介して被写体を撮像するイメージセンサと、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、デフォーカス量を検出する焦点検出部と、被写体に合焦すると、焦点検出部で検出されるデフォーカス量に基づいて、イメージセンサの移動を制御し、被写体を追尾するイメージセンサ移動制御部と、を備えた撮像装置本体。
本態様によれば、イメージセンサが、光軸に沿って移動することで、焦点調節できる。イメージセンサの移動は、イメージセンサ移動制御部で制御される。イメージセンサ移動制御部は、被写体に合焦すると、その被写体を追尾する。すなわち、合焦状態を維持するように、イメージセンサの移動を制御する。これにより、マニュアルで焦点調節する際に、その焦点合わせを適切にサポートでき、高精度に焦点合わせできる。特に、動く被写体をマニュアルで焦点調節する際に、その焦点合わせを適切にサポートでき、高精度に焦点合わせできる。
（１３）イメージセンサ移動制御部は、イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、被写体の追尾を終了し、イメージセンサを基準位置に復帰させる、上記（１２）の撮像装置本体。
本態様によれば、イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、追尾が終了する。追尾が終了すると、イメージセンサは基準位置に復帰する。基準位置をイメージセンサの可動範囲の中心又は中心近傍に設定することにより、合焦後の可動範囲を前後に均等に設定できる。これにより、追従性を向上させることができる。
（１４）イメージセンサ移動制御部は、イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、被写体の追尾を終了し、被写体に再度合焦するまでイメージセンサを端部の位置で待機させる、上記（１２）の撮像装置本体。
本態様によれば、イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、追尾が終了する。追尾が終了すると、イメージセンサは、再度合焦するまで、その端部の位置で待機する。これにより、結像面の位置が可動範囲を外れた場合であっても、合焦状態に復帰させやすくできる。
（１５）焦点調節機能を備えた撮像レンズと、撮像レンズを介して被写体を撮像するイメージセンサと、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、デフォーカス量を検出する焦点検出部と、を備えた撮像装置の合焦制御方法であって、被写体に合焦したか否かを判定するステップと、被写体に合焦した場合に焦点検出部で検出されるデフォーカス量に基づいて、イメージセンサの移動を制御して、被写体を追尾するステップと、を含む撮像装置の合焦制御方法。
本態様によれば、イメージセンサが、光軸に沿って移動することで、焦点調節できる。イメージセンサの移動は、イメージセンサ移動制御部で制御される。イメージセンサ移動制御部は、被写体に合焦すると、その被写体を追尾する。すなわち、合焦状態を維持するようにイメージセンサの移動を制御する。これにより、マニュアルで焦点調節する際に、その焦点合わせを適切にサポートでき、高精度に焦点合わせできる。特に、動く被写体をマニュアルで焦点調節する際に、その焦点合わせを適切にサポートでき、高精度に焦点合わせできる。
（１６）イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、被写体の追尾を終了し、イメージセンサを基準位置に復帰させるステップを更に含む、上記（１５）の撮像装置の合焦制御方法。
本態様によれば、イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、追尾が終了する。追尾が終了すると、イメージセンサは基準位置に復帰する。基準位置をイメージセンサの可動範囲の中心又は中心近傍に設定することにより、合焦後の可動範囲を前後に均等に設定できる。これにより、追従性を向上させることができる。
（１７）イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、被写体の追尾を終了し、被写体に再度合焦するまでイメージセンサを端部の位置で待機するステップを更に含む、上記（１５）の撮像装置の合焦制御方法。
本態様によれば、イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、追尾が終了する。追尾が終了すると、イメージセンサは、再度合焦するまで、その端部の位置で待機する。これにより、結像面の位置が可動範囲を外れた場合であっても、合焦状態に復帰させやすくできる。
本発明によれば、マニュアルでの焦点合わせを適切にサポートして、高精度に焦点合わせできる。
デジタルカメラの一実施形態を示す正面斜視図 デジタルカメラの一実施形態を示す背面斜視図 デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図 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機能のブロック図 イメージセンサの移動による焦点合わせの概念図 イメージセンサの移動による追尾制御の概念図 経時的な追尾制御の概念図 追尾モードがオンされた場合の追尾制御の処理手順を示すフローチャート 経時的な追尾制御の概念図 追尾モードがオンされた場合の追尾制御の処理手順を示すフローチャート デフォーカス量が一定時間継続して閾値以下の場合に合焦したとみなして追尾する場合の経時的な処理の概念図 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。
◆◆第１の実施の形態◆◆
［外観構成］
図１、図２は、それぞれ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正面斜視図、背面斜視図である。
図１及び図２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。デジタルカメラ１は、撮像装置の一例である。
《交換レンズ》
交換レンズ１０は、撮像レンズの一例であり、複数のレンズを組み合わせて構成される。交換レンズ１０は、焦点調節機能を備え、一部のレンズ群又は全てのレンズ群を光軸に沿って移動させることにより焦点調節される。本例では、一部のレンズ群で構成される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焦点調節される。
交換レンズ１０は、レンズ操作部１４として、フォーカスリング１６及び絞りリング１８を備える。
フォーカスリング１６は、焦点調節用の操作部材である。フォーカスリング１６は、鏡筒１２の周りを回転自在に設けられる。フォーカスリング１６を回転操作すると、その操作方向及び操作量に応じて、焦点調節機構が作動する。すなわち、その操作方向及び操作量に応じて、フォーカスレンズが移動し、焦点調節が行われる。
絞りリング１８は、絞り調節用の操作部材である。絞りリング１８は、鏡筒１２の周りを回転自在に設けられる。絞りリング１８は、その外周に設定可能な絞り値が一定の間隔で印字される（不図示）。絞りの設定は、絞りリング１８を回転操作し、鏡筒１２に備えられた指標（不図示）の位置に設定を希望する絞り値を合わせることにより行われる。
《カメラ本体》
カメラ本体１００は、撮像装置本体の一例である。カメラ本体１００は、マウント１０２、メインモニタ１０４、サブモニタ１０６、電子ビューファインダ１０８、カメラ操作部１１０等を備える。
マウント１０２は、交換レンズ１０の装着部であり、カメラ本体１００の正面に備えられる。交換レンズ１０は、このマウント１０２に着脱自在に装着される。
メインモニタ１０４は、カメラ本体１００の背面に備えられる。メインモニタ１０４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display／液晶ディスプレイ）で構成される。メインモニタ１０４は、各種設定を行う際のＧＵＩ（Graphical User Interface）として利用されるほか、撮影済み画像の再生用モニタとして利用される。また、撮影時には、必要に応じてライブビューが表示され、イメージセンサで撮像された画像がリアルタイムに表示される。
サブモニタ１０６は、カメラ本体１００の上面に備えられる。サブモニタ１０６は、ＬＣＤで構成される。サブモニタ１０６には、シャッタースピード、絞り値、感度、露出補正などの主要な撮影情報が表示される。
電子ビューファインダ（ＥＶＦ：Electronic View Finder）１０８は、カメラ本体１００の上部に備えられる。電子ビューファインダ１０８には、ライブビューが表示され、イメージセンサで撮像された画像がリアルタイムに表示される。電子ビューファインダ１０８は、必要に応じてオン、オフでき、メインモニタ１０４への表示に切り替えられる。
カメラ操作部１１０は、デジタルカメラ１の操作部材として、感度ダイヤル１１１、消去ボタン１１２、電源レバー１１３、シャッターボタン１１４、ドライブボタン１１５、サブモニタ照明ボタン１１６、シャッタースピードダイヤル１１７、再生ボタン１１８、フロントコマンドダイヤル１１９、リアコマンドダイヤル１２０、フォーカスレバー１２１、クイックメニューボタン１２２、メニュー／ＯＫボタン１２３、セレクターボタン１２４、表示／ＢＡＣＫボタン１２５、第１ファンクションボタン１２６、第２ファンクションボタン１２７、第３ファンクションボタン１２８、第４ファンクションボタン１２９、第５ファンクションボタン１３０等を備える。
感度ダイヤル１１１は、感度を設定するダイヤルである。消去ボタン１１２は、撮影済みの画像を消去するボタンである。画像再生中に当該ボタンを押すと、再生中の画像が消去される。電源レバー１１３は、デジタルカメラ１の電源をオン、オフするレバーである。シャッターボタン１１４は、画像の記録を指示するボタンである。シャッターボタン１１４は、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る。シャッターボタン１１４を半押しするとＳ１ＯＮ信号が出力され、全押しするとＳ２ＯＮ信号が出力される。静止画を撮像する場合、シャッターボタン１１４の半押しで撮像準備が行われ、全押しで画像の記録が行われる。動画を撮像する場合、最初のシャッターボタン１１４の全押しで撮像が開始され、２回目のシャッターボタン１１４を全押しで撮像が終了する。ドライブボタン１１５は、ドライブモードの選択画面を呼び出すボタンである。ドライブボタン１１５が押されると、メインモニタ１０４にドライブモードの選択画面が表示される。ドライブモードの選択画面でドライブモードが選択され、１コマ撮影、連写、ブラケット撮影、多重露光、動画撮影等が選択される。サブモニタ照明ボタン１１６は、サブモニタ１０６の照明をオン、オフするボタンである。シャッタースピードダイヤル１１７は、シャッタースピードを設定するダイヤルである。再生ボタン１１８は、再生モードへの切り替えを指示するボタンである。デジタルカメラ１は、撮影モードで起動し、再生ボタン１１８を押すと、再生モードに切り替わる。なお、再生モードの状態でシャッターボタン１１４を押すと、撮影モードに切り替わる。フロントコマンドダイヤル１１９及びリアコマンドダイヤル１２０には、デジタルカメラ１の状態に応じた機能が割り当てられる。フォーカスレバー１２１は、ＡＦエリアを選択するレバーである。クイックメニューボタン１２２は、クイックメニューを呼び出すボタンである。クイックメニューボタン１２２を押すと、メインモニタ１０４にクイックメニューが表示される。クイックメニューには、デジタルカメラ１で設定可能な項目のうちユーザーが登録した項目が表示される。メニュー／ＯＫボタン１２３は、メニュー画面を呼び出すボタンである。メニュー／ＯＫボタン１２３を押すと、メインモニタ１０４にメニュー画面が表示される。また、メニュー／ＯＫボタン１２３は、選択事項等を確定するボタンとしても機能する。セレクターボタン１２４は、いわゆる十字ボタンであり、４方向の指示が可能なボタンである。各種設定等を行う場合は、このセレクターボタン１２４で項目の選択等を行う。表示／ＢＡＣＫボタン１２５は、メインモニタ１０４の表示内容を切り替えるボタンである。また、表示／ＢＡＣＫボタン１２５は、選択事項等をキャンセルするボタン、すなわち、一つ前の状態に戻すボタンとしても機能する。第１ファンクションボタン１２６、第２ファンクションボタン１２７、第３ファンクションボタン１２８、第４ファンクションボタン１２９及び第５ファンクションボタン１３０には、あらかじめ用意された機能のうちユーザーが選択した機能が割り当てられる。たとえば、追尾モードのオン、オフを手動で切り替える機能が割り当てられる。この場合、当該機能が割り当てられたボタンが、追尾モード手動切替部として機能する。
［電気的構成］
図３は、デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
カメラ本体１００に装着された交換レンズ１０は、マウント１０２に備えられた接点（不図示）を介してカメラ本体１００と電気的に接続される。
《交換レンズ》
交換レンズ１０は、焦点調節機構として、フォーカスレンズ２０、フォーカスレンズ駆動部２２及びフォーカスレンズ位置検出部２４を備える。
フォーカスレンズ２０は、交換レンズ１０を構成する複数のレンズの一部のレンズである。交換レンズ１０は、フォーカスレンズ２０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。
フォーカスレンズ駆動部２２は、フォーカスレンズ２０を光軸Ｌに沿って前後移動させる。フォーカスレンズ駆動部２２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る。
フォーカスレンズ位置検出部２４は、フォーカスレンズ２０の位置を検出する。フォーカスレンズ位置検出部２４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２０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２０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２０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２０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２０の位置を検出できる。
交換レンズ１０は、光量調節機構として、絞り２６及び絞り駆動部２８を備える。絞り２６は、たとえば、虹彩絞りで構成される。絞り駆動部２８は、絞り２６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、交換レンズ１０の全体の動作を統括制御するレンズ制御部３０を備える。レンズ制御部３０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３０ａ、絞り駆動制御部３０ｂ等として機能する（図７参照）。
フォーカスレンズ駆動制御部３０ａは、レンズ操作部１４からの操作信号に基づいて、フォーカスレンズ駆動部２２を制御し、フォーカスレンズ２０の移動を制御する。具体的には、フォーカスリング１６の操作方向及び操作量に対応した方向及び移動量でフォーカスレンズ２０が移動するように、フォーカスレンズ駆動部２２を制御する。レンズ操作部１４は、フォーカスリング１６が操作されると、その操作方向及び操作量に応じた操作信号をレンズ制御部３０に出力する。
絞り駆動制御部３０ｂは、レンズ操作部１４からの操作信号に基づいて、絞り駆動部２８を制御し、絞り２６を制御する。具体的には、絞りリング１８で設定された絞り値になるように、絞り駆動部２８を制御する。レンズ操作部１４は、絞りリング１８が操作されると、設定された絞り値に対応した操作信号をレンズ制御部３０に出力する。
レンズ制御部３０は、交換レンズ１０がカメラ本体１００に装着されると、カメラ本体１００のカメラ制御部２５０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２１０、イメージセンサ移動駆動部２２０、イメージセンサ位置検出部２２２、イメージセンサ駆動部２２４、アナログ信号処理部２２６、ＡＤＣ（Analog-to-digital converter／アナログデジタル変換器）２２８、デジタル信号処理部２３０、位相差ＡＦ処理部２３２、メモリカードインタフェース２３４、メモリカード２３６、メインモニタ１０４、サブモニタ１０６、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）１０８、カメラ操作部１１０及びカメラ制御部２５０を備える。
〈イメージセンサ〉
イメージセンサ２１０は、交換レンズ１０を介して被写体を撮像する。イメージセンサ２１０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２１０は、その撮像面に複数の位相差検出画素を有する。
図４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２１０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２１２を有する。撮像面２１２は、複数のＡＦ（autofocus）エリア２１４を有する。ＡＦエリア２１４は、焦点合わせが可能な領域として撮像面２１２に設定された領域である。図４に示す例では、画面中央部分に９つのＡＦエリア２１４を設定している。
図５は、撮像面の一部を拡大した図である。
撮像面２１２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５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２１６及び位相差検出画素２１８が配置される。通常画素２１６とは、通常の撮像用の画素のことである。位相差検出画素２１８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５では、位相差検出画素２１８を斜線で示している。同図に示すように、位相差検出画素２１８は、撮像面２１２に規則的に配置される。
位相差検出画素２１８は、第１位相差検出画素２１８Ａ及び第２位相差検出画素２１８Ｂで構成される。第１位相差検出画素２１８Ａ及び第２位相差検出画素２１８Ｂは、互いに近接して配置される。図５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２１８Ａを配置し、他方に一定の間隔で第２位相差検出画素２１８Ｂ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６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６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２１６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２１６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２１８Ａ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２１８Ａ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２１８Ｂ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２１８Ｂ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２１８Ａ及び第２位相差検出画素２１８Ｂ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２２０は、イメージセンサ２１０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２２０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２１０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２２２は、基準位置に対するイメージセンサ２１０の位置を検出する。イメージセンサ位置検出部２２２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２２４は、カメラ制御部２５０による制御の下、イメージセンサ２１０を駆動する。イメージセンサ２１０は、イメージセンサ駆動部２２４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２２６は、イメージセンサ２１０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〉
ＡＤＣ２２８は、アナログ信号処理部２２６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２３０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２３２は、焦点検出部の一例である。位相差ＡＦ処理部２３２は、指定されたＡＦエリア２１４から第１位相差検出画素２１８Ａ及び第２位相差検出画素２１８Ｂ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。ＡＦエリアは、ユーザーによって選択される。あるいは、自動で決定される。ユーザーによる選択は、フォーカスレバー１２１の操作によって行われる。自動で決定する場合は、たとえば、被写体を自動で認識し、被写体の存在するＡＦエリアを選択する。あるいは、動体を認識し、動体の存在するＡＦエリアを選択する。
〈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２３４は、カメラ制御部２５０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２３６に対して、データの読み書きを行う。
〈メインモニタ〉
メインモニタ１０４は、ＬＣＤで構成される。メインモニタ１０４の表示は、カメラ制御部２５０で制御される。カメラ制御部２５０は、ＬＣＤドライバ１０４ａを介してメインモニタ１０４の表示を制御する。
〈サブモニタ〉
サブモニタ１０６は、ＬＣＤで構成される。サブモニタ１０６の表示は、カメラ制御部２５０で制御される。カメラ制御部２５０は、ＬＣＤドライバ１０６ａを介してサブモニタ１０６の表示を制御する。
〈電子ビューファインダ〉
電子ビューファインダ（ＥＶＦ）１０８は、その表示部がＬＣＤで構成される。電子ビューファインダ１０８の表示は、カメラ制御部２５０で制御される。カメラ制御部２５０は、ＬＣＤドライバ１０８ａを介して電子ビューファインダ１０８の表示を制御する。
〈カメラ操作部〉
カメラ操作部１１０は、各操作部材の操作に応じた信号をカメラ制御部２５０に出力する。
〈カメラ制御部〉
カメラ制御部２５０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２５０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７は、カメラ制御部及びレンズ制御部が実現する機能のブロック図である。
図７に示すように、カメラ制御部２５０は、所定のプログラムを実行することにより、イメージセンサ移動制御部２５０ａとして機能する。
イメージセンサ移動制御部２５０ａは、位相差ＡＦ処理部２３２で検出されるデフォーカス量に基づいて、イメージセンサ２１０の移動を制御し、被写体を追尾する。追尾は、合焦状態を維持するように、イメージセンサ２１０の移動を制御することにより行われる。
ここで、イメージセンサ２１０の移動によるＡＦについて説明する。
図８は、イメージセンサの移動による焦点合わせの概念図である。同図（Ａ）は焦点がずれた状態を示しており、同図（Ｂ）は、合焦状態を示している。
図８（Ａ）に示すように、イメージセンサ２１０が基準位置Ｒ０に位置しており、位置Ｐ１の被写体Ａの像が位置Ｒ１に形成されているとする。図８（Ａ）に示すように、位置Ｒ１が、基準位置Ｒ０よりも後方（像面側）にあるとする。この場合、図８（Ｂ）に示すように、イメージセンサ２１０を後方に移動させて、位置Ｒ１に位置させる。これにより、被写体Ａの像が撮像面上に形成され、合焦する。
このように、被写体の像が形成される位置、すなわち、結像点の位置にイメージセンサ２１０を移動させることにより、被写体に合焦させることができる。合焦状態を維持するためには、結像点の移動に追従するように、イメージセンサ２１０を移動させればよい。したがって、追尾は、結像点の移動に追従するように、イメージセンサ２１０を移動させることにより行われる。結像点の位置と撮像面の位置とのずれ量は、デフォーカス量として検出される。したがって、イメージセンサ移動制御部２５０ａは、デフォーカス量に基づいて、イメージセンサ２１０の移動を制御し、合焦状態を維持する。
図９は、イメージセンサの移動による追尾制御の概念図である。
図９（Ａ）は、被写体Ａが位置Ｐ１から位置Ｐ２に移動して、結像点の位置Ｒ２がイメージセンサ２１０の可動範囲Ｗの端部に到達した場合を示している。イメージセンサ移動制御部２５０ａは、イメージセンサ２１０が可動範囲Ｗの端部に到達するまで、追尾を実施する。すなわち、デフォーカス量に基づいて、イメージセンサ２１０の移動を制御し、合焦状態を維持させる。
図９（Ｂ）は、被写体Ａが位置Ｐ２から更に位置Ｐ３に移動して、結像点の位置Ｒ３がイメージセンサ２１０の可動範囲Ｗの端部を超えて移動した場合を示している。イメージセンサ２１０が、可動範囲Ｗの端部に到達すると、以後は、追尾不能となる。イメージセンサ移動制御部２５０ａは、イメージセンサ２１０が可動範囲Ｗの端部に到達すると、追尾を終了する。追尾を終了すると、イメージセンサ移動制御部２５０ａは、イメージセンサ２１０を基準位置Ｒ０に復帰させる。
イメージセンサ２１０を基準位置Ｒ０に復帰させる際、イメージセンサ移動制御部２５０ａは、デフォーカス量の変化に応じた移動速度でイメージセンサ２１０を移動させる。イメージセンサ２１０を基準位置Ｒ０に復帰させると、焦点状態が変化するので、不自然な画像になるおそれがある。しかし、デフォーカス量の変化に応じた移動速度でイメージセンサ２１０を移動させることにより、画像に違和感を与えることなくイメージセンサ２１０を基準位置Ｒ０に戻すことができる。ここでは、デフォーカス量が変化する速度とほぼ同じ速度（同じ速度ないし実質的に同じ速度）でイメージセンサ２１０を移動させて、イメージセンサ２１０を基準位置Ｒ０に復帰させる。すなわち、結像点の移動速度と同じ速度でイメージセンサ２１０を移動させて、イメージセンサ２１０を基準位置Ｒ０に復帰させる。
図１０は、経時的な追尾制御の概念図である。
同図において、符号Ｌ１は、結像点の移動軌跡を示し、符号Ｌ２は、イメージセンサ２１０の移動軌跡を示している。
同図に示すように、合焦すると、追尾が開始される。すなわち、基準位置Ｒ０に位置するイメージセンサ２１０の撮像面上に結像点が位置すると、追尾が開始される。イメージセンサ２１０の撮像面上に結像点が位置すると、デフォーカス量はゼロとなる。したがって、デフォーカス量がゼロとなった段階で追尾が開始される。
図１０に示す例では、時刻ｔ０で初めて合焦している。したがって、時刻ｔ０から追尾が開始される。図１０に示すように、時刻ｔ０で合焦後、イメージセンサ２１０の移動が開始する。イメージセンサ２１０は、結像点の移動に追従して移動する。これにより、合焦状態が維持される。
イメージセンサ２１０は、可動範囲内で移動する。図１０に示す例では、時刻ｔ０で合焦後、時刻ｔ１でイメージセンサ２１０が可動範囲Ｗの端部に到達した場合を示している。この場合、追尾は、一旦終了する。追尾が終了すると、イメージセンサ２１０は、基準位置Ｒ０に復帰する。この際、結像点の移動速度とほぼ同じ速度で移動して、基準位置Ｒ０に復帰する。
基準位置Ｒ０に復帰すると、イメージセンサ２１０は、再度合焦するまで基準位置Ｒ０で待機する。図１０に示す例では、時刻ｔ２で再度合焦した場合を示している。この場合、時刻ｔ２から追尾が再開される。図１０に示す例では、更に、時刻ｔ３でイメージセンサ２１０が可動範囲Ｗの端部に到達し、時刻ｔ４で再度合焦後、時刻ｔ５でイメージセンサ２１０が可動範囲Ｗの端部に到達した場合を示している。同図に示すように、イメージセンサ２１０が可動範囲Ｗの端部に到達するたびに、追尾が終了する。追尾が終了すると、イメージセンサ２１０が基準位置Ｒ０に復帰する。イメージセンサ２１０が基準位置Ｒ０に復帰すると、再度合焦するまで待機し、合焦すると、追尾が再開される。
このように、イメージセンサ移動制御部２５０ａは、合焦すると、追尾を開始し、可動範囲内でイメージセンサ２１０を移動させて、合焦状態を維持させる。一方、イメージセンサ２１０が可動範囲Ｗの端部に到達すると、追尾を終了し、イメージセンサ２１０を基準位置Ｒ０に復帰させて、再度合焦するまで待機させる。
［作用］
追尾制御は、追尾モードがオンされた場合に実施される。追尾モードのオン、オフを手動で切り替える機能がファンクションボタンに割り当てられている場合、ファンクションボタンのボタン操作で追尾モードのオン、オフが切り替えられる。この他、メニュー画面で追尾モードのオン、オフが切り替えられる。
図１１は、追尾モードがオンされた場合の追尾制御の処理手順（合焦制御方法）を示すフローチャートである。
撮影者は、フォーカスリング１６を操作して、マニュアルで焦点調節を行う。イメージセンサ移動制御部２５０ａは、位相差ＡＦ処理部２３２の出力に基づいて、合焦したか否かを判定する（ステップＳ１１）。
イメージセンサ移動制御部２５０ａは、合焦したと判定すると、追尾を開始する（ステップＳ１２）。すなわち、位相差ＡＦ処理部２３２で検出されるデフォーカス量に基づいて、イメージセンサ２１０の移動を制御し、合焦状態を維持させる。
追尾制御は、イメージセンサ２１０の可動範囲内で実施される。イメージセンサ２１０が、可動範囲の端部に到達すると、追尾は終了する。イメージセンサ移動制御部２５０ａは、イメージセンサ２１０が、可動範囲の端部に到達したか否かを判定する（ステップＳ１３）。
イメージセンサ２１０が、可動範囲の端部に到達していないと判定すると、イメージセンサ移動制御部２５０ａは、追尾終了の指示の有無を判定する（ステップＳ１７）。追尾は、追尾モードがオフされると、終了が指示される。また、デジタルカメラ１の電源がオフされた場合も同様に終了が指示される。終了が指示されると、処理を終了する。終了が指示されない限り、追尾を継続する。
一方、イメージセンサ２１０が、可動範囲の端部に到達したと判定すると、イメージセンサ移動制御部２５０ａは、追尾を終了する（ステップＳ１４）。終了後、イメージセンサ移動制御部２５０ａは、イメージセンサ２１０を基準位置Ｒ０に復帰させる（ステップＳ１５）。
この後、イメージセンサ移動制御部２５０ａは、追尾終了の指示の有無を判定する（ステップＳ１６）。終了が指示されると、処理を終了する。一方、終了指示がないと判定すると、ステップＳ１１に戻り、合焦したか否かを判定する。合焦した場合は、追尾を再開する。
このように、本実施の形態のデジタルカメラ１では、合焦すると、追尾が開始され、合焦状態を維持するように、イメージセンサ２１０の移動が制御される。これにより、マニュアルでの焦点合わせする際、ユーザーを適切にサポートでき、高精度に焦点合わせできる。特に、動いている被写体に対して高精度に焦点合わせできる。
また、追尾が不能になった場合は、イメージセンサ２１０を基準位置Ｒ０に復帰させる。これにより、追尾を再開する際に追従性を向上させることができる。また、イメージセンサ２１０を基準位置Ｒ０に復帰させる際、デフォーカス量の変化に応じた移動速度でイメージセンサ２１０を移動させて、基準位置Ｒ０に復帰させる。これにより、画像に違和感を与えることなくイメージセンサ２１０を基準位置Ｒ０に復帰させることができる。
◆◆第２の実施の形態◆◆
上記実施の形態のデジタルカメラでは、イメージセンサ２１０が可動範囲Ｗの端部に到達すると、追尾を終了し、イメージセンサ２１０を基準位置Ｒ０に復帰させる構成としている。
本実施の形態のデジタルカメラでは、イメージセンサ２１０が可動範囲Ｗの端部に到達すると、追尾を終了し、再度合焦するまでイメージセンサ２１０を端部の位置で待機させる。待機中に再度合焦すると、追尾を再開する。
カメラの構成は、上記第１の実施の形態と同じなので、ここでは追尾制御の処理内容についてのみ説明する。
図１２は、本実施の形態のデジタルカメラにおける経時的な追尾制御の概念図である。
同図において、符号Ｌ１は、結像点の移動軌跡を示し、符号Ｌ２は、イメージセンサ２１０の移動軌跡を示している。
同図に示すように、合焦すると、追尾が開始される。すなわち、基準位置Ｒ０に位置するイメージセンサ２１０の撮像面上に結像点が位置すると、追尾が開始される。
図１２に示す例では、時刻ｔ０で初めて合焦している。したがって、時刻ｔ０から追尾が開始される。図１２に示すように、時刻ｔ０で合焦後、イメージセンサ２１０の移動が開始する。イメージセンサ２１０は、結像点の移動に追従して移動する。これにより、合焦状態が維持される。
イメージセンサ２１０は、可動範囲内で移動する。図１２に示す例では、時刻ｔ０で合焦後、時刻ｔ１でイメージセンサ２１０が、可動範囲Ｗの一方の端部Ｅ−に到達した場合を示している。この場合、追尾は、一旦終了する。追尾が終了すると、イメージセンサ２１０は、その端部Ｅ−の位置で停止し、再度合焦するまで待機する。
図１２に示す例では、時刻ｔ２で再度合焦した場合を示している。この場合、時刻ｔ２から追尾が再開される。図１２に示す例では、更に、時刻ｔ３でイメージセンサ２１０が、可動範囲Ｗの一方の端部Ｅ−に到達し、時刻ｔ４で再度合焦後、時刻ｔ５でイメージセンサ２１０が、可動範囲Ｗの他方の端部Ｅ＋に到達した場合を示している。また、時刻ｔ６で再度合焦後、時刻ｔ７でイメージセンサ２１０が、可動範囲Ｗの他方の端部Ｅ＋に到達した場合を示している。同図に示すように、イメージセンサ２１０が可動範囲Ｗの端部に到達するたびに、追尾が終了する。追尾が終了すると、イメージセンサ２１０は、その端部の位置で停止し、再度合焦するまで待機する。そして、再度合焦すると、追尾が再開される。
このように、イメージセンサ移動制御部２５０ａは、合焦すると、追尾を開始し、可動範囲内でイメージセンサ２１０を移動させて、合焦状態を維持させる。一方、イメージセンサ２１０が可動範囲Ｗの端部に到達すると、追尾を終了し、再度合焦するまで、その端部の位置で待機させる。
［作用］
図１３は、追尾モードがオンされた場合の追尾制御の処理手順（合焦制御方法）を示すフローチャートである。
撮影者は、フォーカスリング１６を操作して、マニュアルで焦点調節を行う。イメージセンサ移動制御部２５０ａは、位相差ＡＦ処理部２３２の出力に基づいて、合焦したか否かを判定する（ステップＳ２１）。
イメージセンサ移動制御部２５０ａは、合焦したと判定すると、追尾を開始する（ステップＳ２２）。すなわち、位相差ＡＦ処理部２３２で検出されるデフォーカス量に基づいて、イメージセンサ２１０の移動を制御し、合焦状態を維持させる。
追尾は、イメージセンサ２１０の可動範囲内で実施される。イメージセンサ２１０が、可動範囲の端部に到達すると、追尾は終了する。イメージセンサ移動制御部２５０ａは、イメージセンサ２１０が、可動範囲の端部に到達したか否かを判定する（ステップＳ２３）。
イメージセンサ２１０が、可動範囲の端部に到達していないと判定すると、イメージセンサ移動制御部２５０ａは、追尾終了の指示の有無を判定する（ステップＳ２７）。終了が指示されると、処理を終了する。終了が指示されない限り、追尾を継続する。
一方、イメージセンサ２１０が、可動範囲の端部に到達したと判定すると、イメージセンサ移動制御部２５０ａは、追尾を終了する（ステップＳ２４）。終了後、イメージセンサ移動制御部２５０ａは、イメージセンサ２１０を端部の位置で待機させる（ステップＳ２５）。
この後、イメージセンサ移動制御部２５０ａは、追尾終了の指示の有無を判定する（ステップＳ２６）。終了が指示されると、処理を終了する。一方、終了指示がないと判定すると、ステップＳ２１に戻り、合焦したか否かを判定する。合焦した場合は、追尾を再開する。
このように、本実施の形態のデジタルカメラ１では、合焦すると、追尾が開始され、合焦状態を維持するように、イメージセンサ２１０の移動が制御される。これにより、マニュアルで焦点合わせする際、ユーザーを適切にサポートでき、高精度に焦点合わせできる。特に、動いている被写体を高精度に焦点合わせできる。
また、追尾が不能になった場合は、イメージセンサ２１０を可動範囲Ｗの端部の位置で停止させて待機させる。これにより、合焦状態を回復しやすくできる。すなわち、合焦状態に戻す距離を短くできるので、早期に合焦状態に回復させることができる。
◆◆その他の実施の形態◆◆
［合焦判定］
上記実施の形態では、被写体に合焦すると、追尾を開始する構成としている。この他、位相差ＡＦ処理部２３２で検出されるデフォーカス量が一定時間継続して閾値以下の場合に合焦したとみなして、追尾を開始する構成としてもよい。
メインモニタ１０４又は電子ビューファインダ１０８を使用して焦点調節する場合において、メインモニタ１０４及び電子ビューファインダ１０８の解像度が低い場合、メインモニタ１０４又は電子ビューファインダ１０８の画像を見て、正確に焦点合わせすることは難しい。
そこで、位相差ＡＦ処理部２３２で検出されるデフォーカス量が一定時間継続して閾値以下の場合、合焦したとみなして、追尾を開始する。デフォーカス量が一定時間継続して閾値以下であれば、合焦に近い状態にあると認められるので、その場合は、合焦したものとみなして、追尾を開始する構成とする。
図１４は、デフォーカス量が一定時間継続して閾値以下の場合に合焦したとみなして追尾する場合の経時的な処理の概念図である。
同図において、符号Ｌ１は、結像点の移動軌跡を示し、符号Ｌ２は、イメージセンサ２１０の移動軌跡を示している。
デフォーカス量の閾値をεとする。閾値ε以下の状態が時間ΔＴ継続した場合に合焦したとみなして、追尾を開始する。
図１４に示す例では、最初に時刻ｔ０でデフォーカス量が閾値ε以下となっている。しかし、時間ΔＴを経過する前に時刻ｔ１でデフォーカス量が閾値εを超えている。このため、デフォーカス量が閾値ε以下になっても合焦したとはみなされていない。
図１４に示す例では、時刻ｔ２で再び閾値ε以下となっている。時刻ｔ２以降は、継続してデフォーカス量が閾値ε以下に保たれている。このため、時間ΔＴが経過した時刻ｔ３の段階で追尾が開始されている。
追尾が開始されると、イメージセンサ２１０が結像点に向けて移動し、合焦する。合焦後は、可動範囲内でイメージセンサ２１０が移動し、合焦状態が維持される。
このように、デフォーカス量が一定時間継続して閾値以下の場合に合焦したとみなして、追尾を開始する。これにより、利便性を向上できる。特に、解像度（分解能）の低いメインモニタ１０４又は電子ビューファインダ１０８を使用して焦点合わせする場合、正確に合焦させることが難しい場合がある。このような場合であっても、合焦近傍に焦点合わせされた場合は、追尾が行われるので、撮影者の意図を適切に制御に反映させることができる。
この他、上記条件に加えて、位相差ＡＦ処理部２３２で検出されるデフォーカス量の変化量が一定時間継続して閾値以下の場合に合焦したとみなして、追尾を開始する構成としてもよい。すなわち、位相差ＡＦ処理部２３２で検出されるデフォーカス量が一定時間継続して第１の閾値以下であり、かつ、位相差ＡＦ処理部２３２で検出されるデフォーカス量の変化量が一定時間継続して第２の閾値以下の場合に合焦したとみなして、追尾を開始する構成としてもよい。デフォーカス量が一定時間継続して一定値以下（第１の閾値以下）、かつ、デフォーカス量の変化量が一定時間継続して一定値以下（第２の閾値以下）の状態とは、合焦付近でフォーカスレンズがほとんど変化しない状態のことである。すなわち、合焦付近で焦点調節がほぼ行われなくなった状態である。この場合、合焦したとみなして、追尾を開始する。これにより、ほぼ合焦に近い状態から追尾を開始させることができる。これにより、利便性を向上できる。
なお、当該機能をユーザーが任意にオン、オフできる構成としてもよい。すなわち、合焦とみなす機能をユーザーが任意にオン、オフできる機能を備えてもよい。当該機能のオン、オフは、たとえば、メニュー画面で設定する構成とする。
［追尾モードの自動切替］
上記実施の形態では、手動で追尾モードのオン、オフを切り替える構成としているが、追尾モードの切り替えを自動化してもよい。たとえば、一定時間継続して合焦すると、自動的に追尾モードをオンする機能を備えてもよい。この場合、カメラ制御部２５０が、追尾モード自動切替部として機能する。追尾モード自動切替部は、位相差ＡＦ処理部２３２の出力に基づいて、一定時間継続して合焦したか否かを判定し、追尾モードを自動で切り替える。すなわち、一定時間継続して合焦したと判定すると、自動的に追尾モードをオンする。これにより、撮影者が特定の被写体に焦点を合わせ続けているような場合に、自動的に追尾モードに設定できる。これにより、撮影者の意図を制御に反映させることができ、より利便性を向上できる。
なお、当該機能は、ユーザーが任意にオン、オフできる構成とすることが好ましい。すなわち、追尾モードを自動でオンする機能をユーザーが任意にオン、オフできる機能を備えることが好ましい。当該機能のオン、オフは、たとえば、メニュー画面で設定する構成とする。また、自動的にオンされた追尾モードは、当該機能がオフされるとオフされることが好ましい。
この他、カメラ本体１００が、交換レンズ１０と通信できない場合に自動的に追尾モードをオンする構成にしてもよい。カメラ本体１００が交換レンズ１０と通信できない場合とは、カメラ制御部２５０が、レンズ制御部３０と通信できない場合であり、交換レンズ１０にレンズ制御部３０が備えられていない場合などが該当する。
［イメージセンサの可動範囲］
イメージセンサ２１０の可動範囲は、イメージセンサ移動駆動部２２０の機械的な作動範囲内で任意に設定される。たとえば、イメージセンサ移動駆動部２２０が、ピエゾアクチュエータで構成される場合、そのピエゾアクチュエータの機械的な作動範囲内でイメージセンサ２１０の可動範囲が任意に設定される。可動範囲を広くとるほどＡＦの作動範囲を広くとれる。
なお、上記実施の形態のデジタルカメラのように、メインモニタ１０４又は電子ビューファインダ１０８を使用して焦点調節する場合、メインモニタ１０４及び電子ビューファインダ１０８の解像度を考慮して、イメージセンサ２１０の可動範囲を設定することが好ましい。メインモニタ１０４及び電子ビューファインダ１０８の解像度が、イメージセンサ２１０の解像度に比べて低い場合、メインモニタ１０４及び電子ビューファインダ１０８で調整可能な精度には限界がある。したがって、メインモニタ１０４及び電子ビューファインダ１０８では、調整できない範囲をイメージセンサ２１０の移動でカバーできるように、その可動範囲を設定することが好ましい。具体的には、メインモニタ１０４及び電子ビューファインダ１０８の画素ピッチ以上の可動範囲を確保することが好ましい。これにより、解像度の低いメインモニタ１０４又は電子ビューファインダ１０８を使用して焦点調節する場合であっても、目的とする被写体に精度よく合焦させることができる。
［イメージセンサの基準位置］
上記実施の形態では、イメージセンサ２１０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、ユーザーが、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１０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２１０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。
［焦点検出部］
上記実施の形態では、イメージセンサ２１０の撮像面２１２に備えられた位相差検出画素２１８の出力に基づいてデフォーカス量を検出する構成としているが、デフォーカス量を検出する手段は、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焦点検出手段を使用できる。
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。
［イメージセンサ移動駆動部］
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。
［撮像部］
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１５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。
［撮像レンズ］
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。
また、上記実施の形態では、フォーカスレンズをリニアモータ等のアクチュエータで駆動する構成としているが、カム機構、ヘリコイドギア等を用いて手動で移動させる構成としてもよい。
［撮像装置］
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。
また、上記実施の形態では、レンズ交換式のデジタルカメラに本発明を適用した場合を例に説明したが、撮像レンズがカメラ本体に一体的に組み込まれたカメラにも同様に適用できる。
［その他］
上記実施の形態では、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 鏡筒
１４ レンズ操作部
１６ フォーカスリング
１８ 絞りリング
２０ フォーカスレンズ
２２ フォーカスレンズ駆動部
２４ フォーカスレンズ位置検出部
２６ 絞り
２８ 絞り駆動部
３０ レンズ制御部
３０ａ フォーカスレンズ駆動制御部
３０ｂ 絞り駆動制御部
１００ カメラ本体
１０２ マウント
１０４ メインモニタ
１０４ａ ＬＣＤドライバ
１０６ サブモニタ
１０６ａ ＬＣＤドライバ
１０８ 電子ビューファインダ（ＥＶＦ）
１０８ａ ＬＣＤドライバ
１１０ カメラ操作部
１１１ 感度ダイヤル
１１２ 消去ボタン
１１３ 電源レバー
１１４ シャッターボタン
１１５ ドライブボタン
１１６ サブモニタ照明ボタン
１１７ シャッタースピードダイヤル
１１８ 再生ボタン
１１９ フロントコマンドダイヤル
１２０ リアコマンドダイヤル
１２１ フォーカスレバー
１２２ クイックメニューボタン
１２３ メニュー／ＯＫボタン
１２４ セレクターボタン
１２５ 表示／ＢＡＣＫボタン
１２６ 第１ファンクションボタン
１２７ 第２ファンクションボタン
１２８ 第３ファンクションボタン
１２９ 第４ファンクションボタン
１３０ 第５ファンクションボタン
２１０ イメージセンサ
２１０Ｂ イメージセンサ
２１０Ｇ イメージセンサ
２１０Ｒ イメージセンサ
２１２ 撮像面
２１４ ＡＦエリア
２１６ 通常画素
２１８ 位相差検出画素
２１８Ａ 第１位相差検出画素
２１８Ｂ 第２位相差検出画素
２２０ イメージセンサ移動駆動部
２２０ｘ イメージセンサ移動駆動部
２２２ イメージセンサ位置検出部
２２２ｘ イメージセンサ位置検出部
２２４ イメージセンサ駆動部
２２６ アナログ信号処理部
２２８ ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）
２３０ デジタル信号処理部
２３２ 位相差ＡＦ処理部
２３４ メモリカードインタフェース
２３６ メモリカード
２５０ カメラ制御部
２５０ａ イメージセンサ移動制御部
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
Ａ 被写体
Ｅ 端部
Ｌ 光軸
Ｒ０ 基準位置
Ｗ イメージセンサの可動範囲
Ｓ１１〜Ｓ１７ 追尾制御の処理手順
Ｓ２１〜Ｓ２７ 追尾制御の処理手順

Claims (17)

  1. 焦点調節機能を備えた撮像レンズと、
    前記撮像レンズを介して被写体を撮像するイメージセンサと、
    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、
    デフォーカス量を検出する焦点検出部と、
    前記被写体に合焦すると、前記焦点検出部で検出される前記デフォーカス量に基づいて、前記イメージセンサの移動を制御し、前記被写体を追尾するイメージセンサ移動制御部と、
    を備えた撮像装置。
  2. 前記イメージセンサ移動制御部は、前記イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、前記被写体の追尾を終了し、前記イメージセンサを基準位置に復帰させる、
    請求項１に記載の撮像装置。
  3. 前記イメージセンサ移動制御部は、前記デフォーカス量の変化に応じた移動速度で前記イメージセンサを移動させて、前記イメージセンサを前記基準位置に復帰させる、
    請求項２に記載の撮像装置。
  4. 前記イメージセンサの前記基準位置が、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３に記載の撮像装置。
  5. 前記イメージセンサ移動制御部は、前記イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、前記被写体の追尾を終了し、前記被写体に再度合焦するまで前記イメージセンサを前記端部の位置で待機させる、
    請求項１に記載の撮像装置。
  6. 前記焦点検出部は、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の出力に基づいて前記デフォーカス量を検出する、
    請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
  7. 前記イメージセンサ移動制御部は、前記焦点検出部で検出される前記デフォーカス量が一定時間継続して閾値以下の場合に合焦したと判定する、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
  8. 前記イメージセンサ移動制御部は、前記焦点検出部で検出される前記デフォーカス量が一定時間継続して第１の閾値以下、かつ、前記焦点検出部で検出される前記デフォーカス量の変化量が一定時間継続して第２の閾値以下の場合に合焦したと判定する、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
  9. 追尾モードのオン、オフを手動で切り替える追尾モード手動切替部を更に備え、
    前記イメージセンサ移動制御部は、前記追尾モードがオンの場合に前記イメージセンサの移動を制御して前記被写体を追尾する、
    請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
  10. 一定時間継続して合焦すると、追尾モードをオンする追尾モード自動切替部を更に備え、
    前記イメージセンサ移動制御部は、前記追尾モードがオンの場合に前記イメージセンサの移動を制御して前記被写体を追尾する、
    請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
  11. 前記イメージセンサで撮像された画像がリアルタイムに表示されるモニタ又は電子ビューファインダを更に備え、
    前記モニタ及び前記電子ビューファインダの解像度が前記イメージセンサの解像度よりも低い、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
  12. 焦点調節機能を備えた撮像レンズが装着されるマウントと、
    前記撮像レンズを介して被写体を撮像するイメージセンサと、
    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、
    デフォーカス量を検出する焦点検出部と、
    前記被写体に合焦すると、前記焦点検出部で検出される前記デフォーカス量に基づいて、前記イメージセンサの移動を制御し、前記被写体を追尾するイメージセンサ移動制御部と、
    を備えた撮像装置本体。
  13. 前記イメージセンサ移動制御部は、前記イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、前記被写体の追尾を終了し、前記イメージセンサを基準位置に復帰させる、
    請求項１２に記載の撮像装置本体。
  14. 前記イメージセンサ移動制御部は、前記イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、前記被写体の追尾を終了し、前記被写体に再度合焦するまで前記イメージセンサを前記端部の位置で待機させる、
    請求項１２に記載の撮像装置本体。
  15. 焦点調節機能を備えた撮像レンズと、前記撮像レンズを介して被写体を撮像するイメージセンサと、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、デフォーカス量を検出する焦点検出部と、を備えた撮像装置の合焦制御方法であって、
    前記被写体に合焦したか否かを判定するステップと、
    前記被写体に合焦した場合に前記焦点検出部で検出される前記デフォーカス量に基づいて、前記イメージセンサの移動を制御して、前記被写体を追尾するステップと、
    を含む撮像装置の合焦制御方法。
  16. 前記イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、前記被写体の追尾を終了し、前記イメージセンサを基準位置に復帰させるステップを更に含む、
    請求項１５に記載の撮像装置の合焦制御方法。
  17. 前記イメージセンサが可動範囲の端部に到達すると、前記被写体の追尾を終了し、前記被写体に再度合焦するまで前記イメージセンサを前記端部の位置で待機するステップを更に含む、
    請求項１５に記載の撮像装置の合焦制御方法。
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