JP6856761B2 - 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
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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210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。
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。
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(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(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。
追尾制御部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。
フォーカシング動作検出部250bは、被写体に対するフォーカシング動作を検出する。フォーカシング動作とは、焦点調節機能を備えた撮像レンズの焦点を調節することで被写体に焦点を合わせ込む動作のことである。フォーカシング動作検出部250b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、フォーカシング動作を検出する。本実施の形態では、被写体に合焦する位置の前後一定の範囲内でデフォーカス量の変動速度が閾値以下になったことを検出して、フォーカシング動作を検出する。すなわち、合焦近傍の位置で撮像レンズのフォーカスレンズによる焦点調節の速度が緩められた場合にフォーカシング動作が行われたと認定し、これを検出する。一般に被写体に焦点を合わせ込む場合、撮影者は、合焦近傍で速度を緩めて微調整する。合焦近傍の位置で焦点調節の速度が緩められたことを検出することにより、適切にフォーカシング動作を検出できる。したがって、被写体に合焦する位置の前後一定の範囲は、合焦する位置の近傍の範囲に設定される。
可動範囲切替部250cは、フォーカシング動作検出部250bの検出結果に基づいて、イメージセンサ210の可動範囲を切り替える。切り替えは、第1の可動範囲と第2の可動範囲との間で行われる。第1の可動範囲は、狭い可動範囲であり、第2の可動範囲は、広い可動範囲である。したがって、第1の可動範囲から第2の可動範囲に切り替えることにより、イメージセンサ210の可動範囲は拡大される。一方、第2の可動範囲から第1の可動範囲に切り替えることにより、イメージセンサ210の可動範囲は縮小される。第2の可動範囲は、たとえば、イメージセンサ移動駆動部220によって移動できる最大の範囲に設定される。一方、第1の可動範囲は、第2の可動範囲よりも狭い範囲に設定される。
次に、上記のように構成される本実施の形態のデジタルカメラ1の作用(合焦制御方法)について説明する。
イメージセンサ210を移動させて行う被写体の追尾は、追尾機能がオンされた場合に実施される。上記のように、追尾機能をオン、オフする機能は、ファンクションボタンの一つに割り当てることができる。この他、メニュー画面で追尾機能をオン、オフすることができる。
図13は、イメージセンサの可動範囲の切替制御の処理手順を示すフローチャートである。
《可動範囲の切り替えの変形例》
〈可動範囲を縮小させる条件の他の例〉
上記実施の形態では、イメージセンサ210の可動範囲を拡大した場合において、被写体の追尾が不能になると、縮小して元の可動範囲(第1の可動範囲)に戻す構成としている。イメージセンサ210の可動範囲を拡大した場合において、縮小して元の可動範囲に戻す態様は、これに限定されるものではない。この他、被写体の結像点の位置がイメージセンサ210の可動範囲から一定以上離れた場合に縮小して元の可動範囲に戻す構成としてもよい。
上記実施の形態では、可動範囲を拡大した場合に一定の条件で元の範囲に戻しているが、撮影者の意志に応じて、拡大した状態を維持するようにしてもよい。たとえば、追尾の動作モードとして、追尾範囲拡大モードを用意する。当該モードが選択された場合、可動範囲切替部250cは、イメージセンサ210の可動範囲を一度拡大すると、以後の切り替え動作を停止する。
拡大する前のイメージセンサ210の可動範囲は零とすることもできる。この場合、フォーカシング動作が検出されると、可動範囲が設定される。
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。追尾制御の態様は、これに限定されるものではない。この他、たとえば、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構成としてもよい。この場合、待機中に再度合焦すると、追尾を再開する。
〈ほぼ合焦したと認められる場合に追尾を開始する例〉
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が、追尾を開始する条件は、これに限定されるものではない。この他、たとえば、ほぼ合焦したと認められる状態に達した場合にも追尾を開始するように構成してもよい。ほぼ合焦したと認められる状態とは、たとえば、デフォーカス量が一定時間継続して閾値以下の場合である。すなわち、ほぼ合焦に近い状態が一定時間継続して保たれた場合である。このような場合は、合焦したものとみなして、追尾を開始するようにしてもよい。
フォーカシング動作が検出された場合に追尾開始する構成としてもよい。この場合、イメージセンサ210の可動範囲が拡大されると同時(ほぼ同時を含む)に追尾が開始される。
上記実施の形態では、手動で追尾機能のオン、オフを切り替える構成としているが、追尾機能の切り替えを自動化してもよい。たとえば、マニュアルフォーカスが選択された場合に自動で追尾機能をオンする構成としてもよい。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機能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。カメラ本体100が交換レンズ10と通信できない場合、通常、焦点合わせはマニュアルで行われる。したがって、このような場合に自動的に追尾機能をオンすることにより、撮影者の意図に沿って制御を実現できる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
上記実施の形態では、追尾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。
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 追尾制御部
250b フォーカシング動作検出部
250c 可動範囲切替部
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
L1 結像点の移動軌跡
L2 イメージセンサの移動軌跡
R0 イメージセンサの基準位置
W イメージセンサの可動範囲
W1 イメージセンサの第1の可動範囲
W2 イメージセンサの第2の可動範囲
S11〜S17 追尾機能がオンされた場合の追尾制御の処理手順
S21〜S26 イメージセンサの可動範囲の切替制御の処理手順
S31〜S37 追尾制御の処理手順
Claims (25)
- 焦点調節機能を備えた撮像レンズと、
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、
デフォーカス量を検出する焦点検出部と、
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可動範囲内で制御し、被写体を追尾する追尾制御部と、
前記被写体に対する前記撮像レンズのフォーカシング動作を前記焦点検出部で検出した前記デフォーカス量の変化に基づき検出するフォーカシング動作検出部と、
前記フォーカシング動作検出部で前記フォーカシング動作が検出されると、前記イメージセンサの可動範囲を拡大する可動範囲切替部と、
を備えた撮像装置。 - 前記可動範囲切替部は、前記イメージセンサの可動範囲を拡大した後、前記被写体の追尾が不能になると、前記イメージセンサの可動範囲を元の範囲に縮小する、
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記可動範囲切替部は、前記イメージセンサの可動範囲を拡大した後、前記被写体の結像点の位置が前記イメージセンサの可動範囲から一定以上離れると、前記イメージセンサの可動範囲を元の範囲に縮小する、
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記可動範囲切替部は、前記フォーカシング動作検出部で前記フォーカシング動作が検出されると、前記イメージセンサの可動範囲を零から一定の範囲に拡大させる、
請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記フォーカシング動作検出部は、前記被写体に合焦する位置の前後一定の範囲内で前記デフォーカス量の変動速度が閾値以下になったことを検出して、前記フォーカシング動作を検出する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記追尾制御部は、前記被写体に合焦すると、前記被写体の追尾を開始する、
請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記追尾制御部は、前記デフォーカス量が、一定時間継続して閾値以下になると、前記被写体の追尾を開始する、
請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記追尾制御部は、前記デフォーカス量の変動速度が、前記被写体に合焦する位置の前後一定の範囲内で閾値以下になると、前記被写体の追尾を開始する、
請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記追尾制御部は、前記イメージセンサが可動範囲の端部に到達して、前記被写体の追尾が不能になると、前記イメージセンサを基準位置に復帰させる、
請求項1から8のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記追尾制御部は、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9に記載の撮像装置。 - 追尾範囲拡大モードのオン、オフを切り替えるモード切替部を更に備え、
前記追尾範囲拡大モードがオンの場合、前記可動範囲切替部は、前記イメージセンサの可動範囲を一度拡大すると、以後の切り替え動作を停止する、
請求項1から10のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 追尾範囲拡大モードのオン、オフを切り替えるモード切替部を更に備え、
前記追尾範囲拡大モードがオンの場合、前記可動範囲切替部は、前記イメージセンサの可動範囲を一度拡大すると、以後の切り替え動作を停止し、
前記追尾制御部は、前記イメージセンサの可動範囲が拡大された場合において、前記イメージセンサが前記可動範囲の端部に到達して、前記被写体の追尾が不能になると、前記被写体に再度合焦するまで前記イメージセンサを可動範囲の端部で待機させる、
請求項1から8のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記イメージセンサの可動範囲の中央に基準位置が設定され、かつ、前記撮像レンズで規定されるフランジバックの位置に前記基準位置が設定される、
請求項1から12のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 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13のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 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が前記イメージセンサよりも低い解像度を有する、
請求項1から14のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 焦点調節機能を備えた撮像レンズが着脱自在に装着されるマウントと、
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、
デフォーカス量を検出する焦点検出部と、
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可動範囲内で制御し、被写体を追尾する追尾制御部と、
前記被写体に対する前記撮像レンズのフォーカシング動作を前記焦点検出部で検出した前記デフォーカス量の変化に基づき検出するフォーカシング動作検出部と、
前記フォーカシング動作検出部で前記フォーカシング動作が検出されると、前記イメージセンサの可動範囲を拡大する可動範囲切替部と、
を備えた撮像装置本体。 - 前記可動範囲切替部は、前記イメージセンサの可動範囲を拡大した後、前記被写体の追尾が不能になると、前記イメージセンサの可動範囲を元の範囲に縮小する、
請求項16に記載の撮像装置本体。 - 前記可動範囲切替部は、前記イメージセンサの可動範囲を拡大した後、前記被写体の結像点の位置が前記イメージセンサの可動範囲から一定以上離れると、前記イメージセンサの可動範囲を元の範囲に縮小する、
請求項16に記載の撮像装置本体。 - 前記可動範囲切替部は、前記フォーカシング動作検出部で前記フォーカシング動作が検出されると、前記イメージセンサの可動範囲を零から一定の範囲に拡大させる、
請求項16から18のいずれか1項に記載の撮像装置本体。 - 前記フォーカシング動作検出部は、前記被写体に合焦する位置の前後一定の範囲内で前記デフォーカス量の変動速度が閾値以下になったことを検出して、前記フォーカシング動作を検出する、
請求項16から19のいずれか1項に記載の撮像装置本体。 - 焦点調節機能を備えた撮像レンズと、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、デフォーカス量を検出する焦点検出部と、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可動範囲内で制御し、被写体を追尾する追尾制御部と、を備えた撮像装置の合焦制御方法であって、
前記焦点検出部で検出した前記デフォーカス量の変化に基づき前記被写体に対する前記撮像レンズのフォーカシング動作を検出するステップと、
前記フォーカシング動作が検出された場合に、前記イメージセンサの可動範囲を拡大するステップと、
を含む撮像装置の合焦制御方法。 - 前記イメージセンサの可動範囲を拡大した後、前記被写体の追尾が不能になった場合に、前記イメージセンサの可動範囲を元の範囲に縮小するステップを更に含む、
請求項21に記載の撮像装置の合焦制御方法。 - 前記イメージセンサの可動範囲を拡大した後、前記被写体の結像点の位置が前記イメージセンサの可動範囲から一定以上離れた場合に、前記イメージセンサの可動範囲を元の範囲に縮小するステップを更に含む、
請求項21に記載の撮像装置の合焦制御方法。 - 前記フォーカシング動作が検出された場合に、前記イメージセンサの可動範囲を拡大するステップは、前記イメージセンサの可動範囲を零から一定の範囲に拡大させる、
請求項21から23のいずれか1項に記載の撮像装置の合焦制御方法。 - 前記フォーカシング動作を検出するステップでは、前記被写体に合焦する位置の前後一定の範囲内で前記デフォーカス量の変動速度が閾値以下になったことを検出して、前記フォーカシング動作を検出する、
請求項21から24のいずれか1項に記載の撮像装置の合焦制御方法。
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