JP2011112731A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の焦点検出用画素を利用して、より広い範囲で焦点検出が可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】デジタルカメラは、焦点検出用画素３１を有する撮像素子３０と、焦点検出目標位置Ｐを入力する画像表示部４６と、光軸と垂直方向に撮像素子３０を駆動する撮像素子駆動部２９と、焦点検出目標位置が焦点検出用画素に重なるように撮像素子駆動部による撮像素子の駆動を制御するシステム制御部２０と、焦点検出目標位置が焦点検出用画素に重なった後で焦点検出用画素によって焦点検出目標位置の焦点検出を行う撮像素子内焦点検出部３５と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮像装置に関する。

特許文献１及び２は、撮像素子の画素配列の一部に瞳分割機能を有する焦点検出用画素を設け、撮像面における位相差方式の焦点検出を可能にしている。

特開２０００−１５６８２３号公報 特開２０００−２９２６８６号公報

しかしながら、撮像素子の撮像性能を維持するために画素配列における焦点検出用画素の割合は限定される。このため、特許文献１と２のいずれも、撮像素子の撮像面（画素配列）上に設定された焦点検出を行う目標位置（以下、「焦点検出目標位置」という）が焦点検出用画素から外れれば焦点検出ができないという課題があった。

本発明は、撮像素子の焦点検出用画素を利用して、より広い範囲で焦点検出が可能な撮像装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面の撮像装置は、光学像を光電変換する撮像用画素と位相差方式の焦点検出を行う焦点検出用画素を有する撮像素子と、前記撮像素子の撮像面で焦点検出を行う目標位置を入力する入力部と、光軸と垂直方向に撮像素子を駆動する撮像素子駆動部と、前記目標位置が前記焦点検出用画素に重なるように前記撮像素子駆動部による撮像素子の駆動を制御する制御部と、前記目標位置が前記焦点検出用画素に重なった後で前記焦点検出用画素によって前記目標位置の焦点検出を行う焦点検出部と、を有することを特徴とする。撮像素子駆動部によって撮像素子を駆動する代わりに光学式手ブレ補正レンズを駆動してもよい。

本発明によれば、焦点検出用画素の位置を移動する手段を設けることによって撮像素子の焦点検出用画素を利用して、より広い範囲で焦点検出が可能な撮像装置を提供することができる。

実施例１〜３に共通の一眼レフデジタルカメラ（撮像装置）のブロック図である。 図１に示す撮像素子の撮像面の模式図である。 実施例１のカメラがライブビューモードに入ってから撮影が行われるまでの動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示す手ブレ補正レンズユニットの補正レンズの移動と撮像素子の移動の効果を説明する図である。 図１に示す撮像素子の焦点検出可能な範囲を示す図である。 実施例２のカメラがライブビューモードに入ってから撮影が行われるまでのフローチャートである。 実施例３のカメラが動画撮影が開始されてから動画撮影が終了するまでのフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１〜３に共通の一眼レフデジタルカメラ（撮像装置）のブロック図である。一眼レフデジタルカメラは、点線で示すレンズユニット１０がそれ以外の構成要素を含むカメラ本体に着脱可能（交換可能）に構成されている。但し、本発明の撮像装置は一眼レフデジタルカメラに限定されず、焦点検出用画素を有する撮像素子を備えた撮像装置（デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ）に広く適用可能である。

レンズユニット１０は、被写体像を形成する不図示の撮影レンズ、レンズ制御部１１、手ブレ補正レンズユニット１２、絞りユニット１３、フォーカスレンズユニット１４を有する。

レンズ制御部１１は、ＣＰＵやＭＰＵ等のプロセッサからなり、レンズユニット１０の各部の動作を制御する。レンズ制御部１１は、システム制御部２０と通信を行い、手ブレ補正レンズユニット１２、絞りユニット１３、フォーカスレンズユニット１４を制御する。

手ブレ補正レンズユニット１２は、ブレを打ち消す方向に振動ジャイロを備えた補正レンズを移動することによって光軸を補正する光学式手ブレ補正手段である（レンズシフト方式）。

絞りユニット１３は、絞り値を変更することによって光量を調節する絞りを有する。

フォーカスレンズユニット１４は、光軸方向に移動して自動焦点調節（ＡＦ）を行うフォーカスレンズを有する。ＡＦでは、レンズ制御部１１は、システム制御部２０からフォーカスレンズの駆動方向、駆動量及び駆動速度を含む駆動命令を受信してフォーカスレンズを光軸方向に駆動してフォーカス制御を行う。これにより、被写体像を撮像素子３０上に結像させる。

カメラ本体は、システム制御部２０、クイックリターンミラー２１、ペンタダハプリズム２２、測光部２３、焦点検出部２４、加速度センサ２５、シフト量記憶用メモリ２６、レリーズボタン２７を有する。また、カメラ本体は、撮像素子駆動部２９、撮像素子３０、撮像素子内焦点検出部３５、タイミング発生回路（ＴＧ）４０、Ａ／Ｄ変換部４１、画像処理部４２、メモリ制御部４４、表示制御部４５、画像表示部４６を有する。

システム制御部２０は、カメラ全体を制御するＣＰＵやＭＰＵなどのプロセッサである。 システム制御部２０はレンズ制御部１１に、手ブレ補正レンズユニット１２の補正量、絞りユニット１３の駆動量、フォーカスレンズユニット１４の駆動命令、停止命令、駆動量、要求駆動速度、レンズ側の各種データの送信要求を送信する。レンズ制御部１１はシステム制御部２０に、レンズユニット１０の各部のステータス情報、開放Ｆ値や焦点距離などのレンズ側の各種パラメータを送信する。また、システム制御部２０は、撮像素子３０又は補正レンズを駆動する間の画像表示部４６の表示内容を（他の画像に固定したり、表示自体を停止するなど）固定する。

クイックリターンミラー２１は、撮影光路内に光軸に対して斜めに配置され、被写体からの光束をファインダー光学系に導く図１に示すミラーダウン位置（第１位置）と、撮影光路外に退避するミラーアップ位置（第２位置）と、の間で移動が可能である。

第１位置にあるクイックリターンミラー２１で反射された光束は、ペンタダハプリズム２２を含むファインダー光学系を介して撮影者の目に至ると共にペンタダハプリズム２２に導かれた光線によって測光部２３にて測光が行われる。また、クイックリターンミラー２１の半透過部を通過してきた光線が焦点検出部２４に導かれる。

ライブビュー表示又は動画撮影中で、クイックリターンミラー２１が第２位置にある場合、レンズユニット１０からの光束は、不図示のシャッター（フォーカルプレーンシャッター）と光学フィルタを介して、撮像素子３０に至る。この時、撮像素子内焦点検出部３５が焦点検出を行う。なお、ライブビューモードは撮影者に画像表示部４６で撮影レンズが形成する光学像を確認することを可能にするモードであり、不図示のモード設定部より設定することができる。

加速度センサ２５は、カメラ本体のブレを検出する。シフト量記憶用メモリ２６は、撮像素子３０のシフト量、もしくは、手ブレ補正レンズユニット１２のシフト量を記憶するのに使用される。

レリーズボタン２７は、測光、焦点検出の開始、撮影を指示する２段スイッチとなっている。レリーズボタン２７を１段目まで軽く押し込んだ状態を「半押し」といい（ＳＷ１）、この状態では測光、焦点検出が行われる。半押しからさらに２段目まで押すことを「全押し」といい（ＳＷ２）、全押しすることで撮影が行われる。

ＡＦスタートボタン２８は、通常撮影時にはＡＥ（自動露出）／ＦＥロック撮影を行うためのＡＥロック／ＦＥロックボタンであり、ライブビュー中にはＡＦを行い、かつ、再生時には撮影画像の縮小やインデックスの表示を行う。従って、撮影時と再生時では異なる機能を実行する。

撮像素子駆動部２９は、全体の駆動タイミングを決定するＴＧ４０からの信号に基づき、撮像素子３０の各撮像用画素を水平駆動及び垂直駆動する。これにより、被写体像を光電変換して画像を生成して出力する。また、撮像素子駆動部２９は、撮像素子３０（イメージセンサ）を光軸に垂直方向に駆動して光学式手ブレ補正を行う（イメージセンサーシフト方式）。

撮像素子３０は、ＣＣＤやＣＭＯＳからなり、光学像を光電変換する複数の撮影用画素と撮像面で位相差方式の焦点検出を行う複数の焦点検出用画素からなる画素配列を有する。撮像素子３０は、例えば、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された２次元単板カラーセンサを用い、全画素独立出力が可能なように構成されている。各撮影用画素は、撮影レンズの射出瞳の全域を通る光束を受光して光電変換し、撮像用の信号電荷を出力する。

各焦点検出用画素は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光する。複数の焦点検出用画素は全体として撮影レンズの射出瞳の全域を通る光を受光することができる。焦点検出用画素は撮像領域に離散的に配置されるが、画素配列における割合は限られている。焦点検出用画素を配置する場合、２行×２列の画素のうち、対角に配置される一対のＧ画素は撮影用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素を瞳分割された一対の焦点検出用画素に置き換える。

撮像素子内焦点検出部３５は、焦点検出用画素を有し、特許文献１に開示されているようにマイクロレンズと配線層により瞳分割された二光束の位相差を検出して（即ち、位相差方式により）焦点検出を行う。この場合、測光は撮像素子３０の撮像面で行われる。

ＴＧ４０は、撮像素子３０、Ａ／Ｄ変換部４１にクロック信号や制御信号を供給し、システム制御部２０により制御されている。Ａ／Ｄ変換部４１は、光学画像を電気信号に変換する。

画像処理部４２は、Ａ／Ｄ変換部４１又はメモリ制御部４４からの画像データに画素補間処理や色変換処理等の所定の画像処理を行う。音声処理部４３は、不図示のマイクあるいはメモリ制御部４４からの音声データに対して、Ａ／Ｄ変換、ゲイン調整、ノイズ調整、衝撃音検知等の所定の音声処理を行う。

メモリ制御部４４は、ＴＧ４０、Ａ／Ｄ変換部４１、画像処理部４２、表示制御部４５を制御する。Ａ／Ｄ変換部４１からの出力されるデータは、画像処理部４２、メモリ制御部４４介して、あるいはＡ／Ｄ変換部４１のデータが直接メモリ制御部４４を介して不図示のメモリに書き込まれる。

画像表示部４６は、撮影画像の確認や選択、メニュー機能の選択・設定、ライブビュー中の焦点検出目標位置を入力する入力部として機能するタッチパネル式画像表示部（液晶パネル）である。但し、不図示の他の入力部（ダイアル、ボタンなど）撮像素子の撮像面（画素配列）上で焦点検出を行う目標位置を入力、設定してもよい。

図２は、撮像素子３０の焦点検出用画素３１の配列を示す模式図である。図２では、模式的に、１５点の焦点検出用画素３１が設けられ、撮影用画素は省略されている。本実施例では、ライブビューモード時において、撮影者が焦点検出を希望する焦点検出目標位置Ｐが複数の焦点検出用画素３１の位置のいずれからもずれている場合にずれが解消するように手ブレ補正レンズユニット１２の補正レンズを移動する。

図３は、システム制御部２０が、ライブビューモードに入ってから撮影が行われるまでの動作を説明するためのフローチャートである。図３において「Ｓ」はステップの略である。ライブビューモードでは、画像表示部４６に触れた場合又はＡＦスタートボタン２８が操作された場合にＡＦが作動する。

ライブビューが開始すると（Ｓ１０１）、システム制御部２０はレリーズボタン２７のＳＷ２がＯＮであるかどうかを判断し（Ｓ１０２）、ＳＷ２がＯＮであると判断した場合には（Ｓ１０２のＹｅｓ）、システム制御部２０は撮像を行う（Ｓ１１７）。

一方、システム制御部２０はＳＷ２がＯＦＦであると判断した場合には（Ｓ１０２のＮｏ）、システム制御部２０は画像表示部４６に焦点検出目標位置Ｐが入力されたかどうかを判断する（Ｓ１０３）。

システム制御部２０は、焦点検出目標位置Ｐが入力されたと判断した場合には（Ｓ１０３のＹｅｓ）、焦点検出目標位置Ｐに最も近い焦点検出用画素３１を選択し、その焦点検出用画素３１と焦点検出目標位置Ｐとのズレ量を計算（取得）する（Ｓ１０４）。焦点検出目標位置Ｐに最も近い焦点検出用画素３１を用いるのは、撮像素子３０の移動距離が短いために、焦点検出時間が短くなるからである。システム制御部２０は、このズレ量から、手ブレ補正レンズユニット１２の補正移動（シフト）方向と補正移動量を計算し（Ｓ１０４）、シフト量記録用メモリ２６に記憶する。

次に、システム制御部２０は、画像表示部４６をオフにする（Ｓ１０５）。補正レンズを移動する際にブレ画像が表示されないので撮影者に与える不快感をなくすことができる。但し、画像表示部４６をオフにする代わりに直前の画像を表示し続けてもよいし、ブレ量が僅かであれば（即ち、閾値以下であれば）表示を続けてもよい。

次に、システム制御部２０は、ステップＳ１０４で取得した補正移動量だけ、焦点検出目標位置Ｐが焦点検出用画素３１に重なるように、手ブレ補正レンズユニット１２の補正レンズを上下左右に駆動する（Ｓ１０６）。この結果、図４（ａ）に示すように、イメージサークルＣが点線から実線に移動して焦点検出目標位置Ｐが撮像素子３０の焦点検出用画素３１の一つに重なる。

次に、システム制御部２０は撮像素子内焦点検出部３５を制御して、撮像素子３０の焦点検出画素３１を使用した焦点検出を行う（Ｓ１０７）。次に、システム制御部２０はレンズ制御部１１を介して手ブレ補正レンズユニット１２の補正レンズを元の位置に復帰する（Ｓ１０８）。この結果、焦点検出後焦点調節前に、焦点検出目標位置Ｐと焦点検出用画素３１が光学式手ブレ補正レンズが駆動される前の状態に復帰する。

次に、システム制御部２０は、画像表示部４６をオンにする（Ｓ１０９）。なお、画像表示部４６が、手ブレ補正レンズユニット１２の補正レンズを移動している間の画像を表示する場合には、補正レンズの動きは、通常の手ブレ補正の制御とＳ１０６の補正移動の動きを加算したものであればよい。

次に、システム制御部２０は、Ｓ１０７における焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズユニット１４を駆動する（Ｓ１１０）。

次に、システム制御部２０はレリーズボタン２７のＳＷ２がＯＮであるかどうかを判断する（Ｓ１１１）。システム制御部２０はＳＷ２がＯＮであると判断した場合には（Ｓ１１１のＹｅｓ）、撮像を行う（Ｓ１１７）。一方、システム制御部２０はＳＷ２がＯＮでないと判断した場合には（Ｓ１１１のＮｏ）、フローはＳ１０３に戻る。

一方、システム制御部２０は焦点検出目標位置Ｐが入力されなかったと判断した場合には（Ｓ１０３のＮｏ）、ＡＦスタートボタン２８が操作されたかどうかを判断する（Ｓ１１２）。

システム制御部２０はＡＦスタートボタン２８が操作されていないと判断すると（Ｓ１１２のＮｏ）、フローはＳ１０２に移行し、ＡＦスタートボタン２８が操作されたと判断すると（Ｓ１１２のＹｅｓ）、焦点検出目標位置Ｐを自動的に選択する（Ｓ５１３）。

次に、システム制御部２０は、システム制御部２０は撮像素子内焦点検出部３５を制御して、選択された焦点検出目標位置Ｐで撮像素子３０の焦点検出画素３１を使用した焦点検出を行う（Ｓ１１４）。

次に、システム制御部２０は、Ｓ１１４における焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズユニット１４を駆動する（Ｓ１１５）。次に、システム制御部２０はレリーズボタン２７のＳＷ２がＯＮであるかどうかを判断する（Ｓ１１６）。

システム制御部２０は、ＳＷ２がＯＮあると判断した場合には（Ｓ１１６のＹｅｓ）、撮像を行う（Ｓ１１７）。システム制御部２０はＳＷ２がＯＮでないと判断した場合には（Ｓ１１６のＮｏ）、フローはＳ１０３に戻る。

手ブレ補正レンズユニット１２の補正移動量には制約があるために画像表示部４６にて選択できる焦点検出目標位置Ｐに制約がある場合には、図５に円Ｄで示すように、既存の焦点検出用画素３１の位置を中心とした選択可能範囲を表示してもよい。

本実施例によれば、ライブビュー中の焦点検出前後に補正レンズを移動することによって撮像素子３０の焦点検出用画素の位置を超えた範囲で焦点検出を行うことができる。

実施例２のカメラの構成は実施例１と同じである。本実施例は、ライブビューモードにおいて、撮影者が希望する焦点検出目標位置Ｐと焦点検出用画素３１の位置がずれていた場合に、そのズレ量だけ撮像素子３０を移動する。また、本実施例は、撮像素子３０の移動によるブレの影響を、撮像素子３０内の映像の切り出し範囲をずらすことによって低減又は除去する。

図６は、システム制御部２０が、ライブビューモードに入ってから撮影が行われるまでの動作を説明するためのフローチャートである。図６において「Ｓ」はステップの略である。また、図３と同一ステップには同一の参照符号を付している。

図３と同様にＳ１０１〜Ｓ１０４を行った後で、システム制御部２０は、図４（ｂ）に示すように、Ｓ１０４にて計算されたズレ量だけ、撮像素子３０を移動すると共に撮像素子３０からの画像切り出し範囲を移動する（Ｓ１２０）。これにより、焦点検出目標位置Ｐが焦点検出用画素３１に重なる。

システム制御部２０は、撮像素子３０の移動量と画像の切り出し範囲の移動量は同時刻に同量となるように制御する。これによって、システム制御部２０は、撮像素子３０の移動による画像表示部４６の表示変化を低減又は除去することができる。また、撮像素子３０は撮像範囲に対して十分大きく構成されており、移動しても撮像範囲が撮像素子内に十分収まるようになっている。これにより、撮像素子上の焦点検出用画素３１と焦点検出したい画像が略一致する。

次に、Ｓ１０７が行われる。次に、システム制御部２０は、撮像素子３０を元の位置に移動すると同時に撮像素子３０からの画像の切り出し範囲も元の位置に移動する（Ｓ１２１）。このときも、システム制御部２０は、撮像素子３０の移動量と画像の切り出し範囲の移動量は同時刻に同量となるように制御され、撮像素子３０の移動による画像表示部４６の表示変化は低減又は除去される。この結果、焦点検出後焦点調節前に、焦点検出目標位置Ｐと焦点検出用画素３１が撮像素子３０の駆動される前の状態に復帰する。

Ｓ１２１の後で、Ｓ１１０、Ｓ１１１、Ｓ１１７が行われる。また、Ｓ１０３がＮｏの場合にはＳ１１２〜Ｓ１１６が行われる。

本実施例によれば、ライブビュー撮影中の焦点検出前後に撮像素子３０を補正移動することによって、既存の撮像面上の焦点検出用画素の位置よりも広い範囲で焦点検出を行うことができる。

実施例３のカメラの構成は実施例１と同じである。本実施例は、動画撮影時において、撮影者が希望する焦点検出目標位置Ｐと焦点検出用画素３１の位置がずれていた場合に、そのズレ量だけ撮像素子３０を移動し、撮影者が希望する焦点検出目標位置で焦点検出を行う。また、本実施例は、撮像素子３０の移動によるブレの影響を、撮像素子内の画像の切り出し範囲を移動することによって低減又は除去する。

図７は、システム制御部２０が、動画記録ボタン６の操作で動画撮影が開始してから動画撮影が終了するまでの動作を説明するためのフローチャートである。図７において「Ｓ」はステップの略である。また、図６と同一ステップには同一の参照符号を付している。

動画撮影が開始すると（Ｓ１３０）、システム制御部２０は画像処理部４２の出力と音声処理部４３の出力を利用して動画像と音声の記録を開始する（Ｓ１３１）。Ｓ１３１の後で、図６と同様に、Ｓ１０３〜Ｓ１１０が行われる。

Ｓ１１０の後で、システム制御部２０は、動画記録が終了したかどうかを判断する（Ｓ１３２）。システム制御部２０は動画記録が終了したと判断すると（Ｓ１３２のＹｅｓ）、動画像及び音声の記録を終了し（Ｓ１３３）、動画記録を終了する（Ｓ１３４）。

一方、Ｓ１０３のＮｏの場合には、システム制御部２０は、主被写体の位置を予測して主被写体を追尾するための焦点検出用画素３１を自動的に選択する（Ｓ１３５）。Ｓ１３５の後でＳ１１４とＳ１１５が行われ、Ｓ１１５の後でフローはＳ１３２に移行する。

本実施例によれば、動画撮影中の焦点検出前後に撮像素子３０を移動することによって、既存の撮像面上の焦点検出用画素よりも広い範囲で焦点検出を行うことができる。

また、焦点検出目標位置Ｐが入力されない場合に、焦点検出用画素の自動選択や被写体追尾の焦点検出用画素を必ずしも選択する必要はない。

図３、図６及び図７に示す焦点検出方法又は焦点調節方法はプロセッサが行う方法としてプログラムにより実現可能である。

撮像装置は、被写体の撮像に適用することができる。

１２ 手ブレ補正レンズユニット
２０ システム制御部
２９ 撮像素子駆動部
３０ 撮像素子
３１ 焦点検出用画素
３５ 撮像素子内焦点検出部
４６ 画像表示部

Claims (7)

1. 光学像を光電変換する撮像用画素と位相差方式の焦点検出を行う焦点検出用画素を有する撮像素子と、
   焦点検出を行う目標位置を入力する入力部と、
   光軸と垂直方向に撮像素子を駆動する撮像素子駆動部と、
   前記目標位置が前記焦点検出用画素に重なるように前記撮像素子駆動部による撮像素子の駆動を制御する制御部と、
   前記目標位置が前記焦点検出用画素に重なった後で前記焦点検出用画素によって前記目標位置の焦点検出を行う焦点検出部と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御部は、前記焦点検出部が焦点検出した後で焦点調節前に、前記目標位置と前記焦点検出用画素が前記撮像素子が駆動される前の状態に復帰するように前記撮像素子駆動部による前記撮像素子の駆動を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 撮影レンズが形成する光学像を表示する画像表示部を更に有し、
   前記制御部は、前記撮像素子駆動部が前記撮像素子を駆動する間に、前記撮像素子の画像切り出し範囲を変更して前記撮像素子の駆動による前記画像表示部の表示変化を低減するように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 光学像を光電変換する撮像用画素と位相差方式の焦点検出を行う焦点検出用画素を有する撮像素子と、
   焦点検出を行う目標位置を入力する入力部と、
   光軸と垂直方向に撮像素子を駆動する撮像素子駆動部と、
   前記目標位置が前記焦点検出用画素に重なるように光学式手ブレ補正レンズの駆動を制御する制御部と、
   前記目標位置が前記焦点検出用画素に重なった後で前記焦点検出用画素によって前記目標位置の焦点検出を行う焦点検出部と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
5. 前記制御部は、前記焦点検出部が焦点検出した後で焦点調節前に、前記目標位置と前記焦点検出用画素が前記光学式手ブレ補正レンズが駆動される前の状態に復帰するように前記光学式手ブレ補正レンズの駆動を制御することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 撮影レンズが形成する光学像を表示する画像表示部を更に有し、
   前記制御部は、前記光学式手ブレ補正レンズを駆動する間の前記画像表示部の表示内容を固定することを特徴とする請求項４又は５に記載の撮像装置。
7. 前記制御部は、前記目標位置が重なる前記焦点検出用画素として、前記目標位置に最も近い複数の焦点検出用画素の一つを選択することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の撮像装置。