JP2018101055A - 焦点調節装置、撮像装置及び焦点調節方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度が高いオートフォーカス機能を実現する焦点調節装置を提供する。
【解決手段】焦点調節装置は、フォーカスレンズ２２２及び変倍レンズ２２６を含む撮影レンズ２００を通過する光束を瞳分割して受光する位相差検出画素を含む撮像素子１２６の出力に基づいて焦点調節動作を行う。焦点調節装置は、撮像素子１２６の出力に基づきデフォーカス量を求めて、合焦するためのフォーカスレンズ２２２の位置を目標位置として算出し、撮影レンズ２００の焦点距離を検出する。目標位置と焦点距離とは対応付けて記憶される。焦点調節装置は、基準焦点距離を決定し、記憶された焦点距離と基準焦点距離との差に応じて、基準焦点距離に対応するように記憶された目標位置を補正して補正目標位置を算出し、補正目標位置に基づく動体予測演算を行って予測位置を算出し、予測位置に基づいてフォーカスレンズ２２２を移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、焦点調節装置、撮像装置及び焦点調節方法に関する。

デジタルカメラの性能は日々進歩しており、様々な機能により撮影者の技量によらず品質の高い写真が撮影できるようになっている。オートフォーカス（ＡＦ）機能もそれら機能の１つである。さらに、動きのある被写体を的確に撮影するために、被写体までの距離を測り、測距した情報に基づいて被写***置を予測し、この予測に基づいてレンズを駆動するオートフォーカス機能が知られている。また、撮像素子の撮像面に位相差検出画素が配置され、この位相差検出画素からの信号に基づいて、フォーカスレンズのデフォーカス量を検出する撮像装置が知られている。動きのある被写体についても、このデフォーカス量の経時的変化に基づいて被写***置を予測することが可能である。撮像面に位相差検出画素を配置することにより、専用の位相差検出ユニットをカメラボディに組み込む必要がなくなり、カメラボディは小型化され得る。

例えば特許文献１には、動きのある被写体に対して動体予測を用いたコンティニュアスＡＦで精度よく撮影することができる小型・軽量な撮像装置を提供する目的で撮像面位相差方式を用いた撮像装置に係る技術が開示されている。この撮像装置では、複数のＡＦエリアを用いてオートフォーカスを行うのに際し、ＡＦエリアを複数のサブエリアに分割し、複数のサブエリアのそれぞれに対応する焦点検出信号に基づいて相関演算を行い、信頼度を算出し、信頼度の高いＡＦエリアを選択し、測距のばらつきを抑制している。

カメラボディの小型化と共に、撮影レンズの小型化も望まれている。焦点距離が可変なレンズのうち、焦点距離の変化によって合焦位置も変化するバリフォーカルレンズの使用は、小型化に有効である。小型なバリフォーカルレンズによれば、カメラシステム全体の携行性は向上し、撮影時のカメラの取り回しも容易になる。

特開２０１６−８０７９１号公報

撮影レンズの焦点距離が変化する際にフォーカスレンズの合焦位置も変化するレンズが用いられるときにも、位相差検出画素の出力に基づいて算出された合焦位置の履歴による合焦位置の予測の精度は高いことが望まれる。

本発明は、精度が高いオートフォーカス機能を実現する焦点調節装置、撮像装置及び焦点調節方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、焦点調節装置は、フォーカスレンズ及び変倍レンズを含む撮影レンズを通過する光束を瞳分割して受光する位相差検出画素を含む撮像素子の出力に基づいて焦点調節動作を行う焦点調節装置であって、前記撮像素子の出力に基づきデフォーカス量を求めて、合焦するための前記フォーカスレンズの位置を目標位置として算出する目標位置算出部と、前記撮影レンズの焦点距離を検出する焦点距離検出部と、前記撮像素子の撮像動作による出力に基づいて算出された前記目標位置と当該撮像動作の時の前記焦点距離とを対応付けて記憶する記憶部と、基準焦点距離を決定し、記憶された前記焦点距離と前記基準焦点距離との差に応じて、前記基準焦点距離に対応するように記憶された前記目標位置を補正して補正目標位置を算出する補正目標位置算出部と、前記補正目標位置に基づく動体予測演算を行って予測位置を算出する予測位置算出部と、前記予測位置に基づいて前記フォーカスレンズを移動させる制御部とを備える。

本発明の一態様によれば、撮像装置は、上述の焦点調節装置と、前記フォーカスレンズと前記変倍レンズとを含む撮影レンズと、前記撮像素子とを備える。

本発明の一態様によれば、焦点調節方法は、フォーカスレンズ及び変倍レンズを含む撮影レンズを通過する光束を瞳分割して受光する位相差検出画素を含む撮像素子の出力に基づいて行う焦点調節方法であって、前記撮像素子の出力に基づきデフォーカス量を求めて、合焦するための前記フォーカスレンズの位置を目標位置として算出することと、前記撮影レンズの焦点距離を検出することと、前記撮像素子の撮像動作による出力に基づいて算出された前記目標位置と当該撮像動作の時の前記焦点距離とを対応付けて記憶することと、基準焦点距離を決定し、記憶された前記焦点距離と前記基準焦点距離との差に応じて、前記基準焦点距離に対応するように記憶された前記目標位置を補正して補正目標位置を算出することと、前記補正目標位置に基づく動体予測演算を行って予測位置を算出することと、前記予測位置に基づいて前記フォーカスレンズを移動させることとを含む。

本発明によれば、精度が高いオートフォーカス機能を実現する焦点調節装置、撮像装置及び焦点調節方法を提供できる。

図１は、一実施形態に係るデジタルカメラの構成例の概略を示すブロック図である。 図２は、焦点距離とフォーカスレンズのレンズ位置との関係を説明するための図である。 図３Ａは、焦点距離の変化とフォーカスレンズのレンズ位置との関係を説明するための図であり、焦点距離が変化していない場合を示す図である。 図３Ｂは、焦点距離の変化とフォーカスレンズのレンズ位置との関係を説明するための図であり、焦点距離が変化している場合を示す図である。 図４Ａは、コンティニュアスＡＦモードにおけるＡＦ動作の一例の概略を示すフローチャートである。 図４Ｂは、コンティニュアスＡＦモードにおけるＡＦ動作の一例の概略を示すフローチャートである。 図５Ａは、シングルターゲットモードにおけるＡＦエリアを説明するための図である。 図５Ｂは、第１のグループターゲットモードにおけるＡＦエリアを説明するための図である。 図５Ｃは、第２のグループターゲットモードにおけるＡＦエリアを説明するための図である。 図５Ｄは、オールターゲットモードにおけるＡＦエリアを説明するための図である。 図６は、時間経過に対するフォーカスレンズのレンズ位置の関係の一例を示す図である。 図７は、履歴データ補正処理の一例の概略を示すフローチャートである。 図８は、撮像処理の一例の概略を示すフローチャートである。 図９は、被写***置の予測について説明するための模式図である。

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、撮像素子を用いた撮像装置としてのデジタルカメラのオートフォーカス（ＡＦ）に関する。特に、バリフォーカルレンズを用いたデジタルカメラにおいて、連続撮影中に焦点距離が変化した場合の位相差検出方式によるＡＦに関する。本実施形態に係るデジタルカメラは、バリフォーカルレンズの焦点距離が変化したときに、その変化による影響を補正することで精度が高いＡＦを実現する。

［デジタルカメラの構成］
図１にデジタルカメラ１の構成例の概略を示す。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る。デジタルカメラ１は、カメラボディ１００と撮影レンズ２００とを備える。撮影レンズ２００は、カメラボディ１００に対して着脱可能である。なお、デジタルカメラ１は、必ずしもレンズ交換式のデジタルカメラでなくてよい。例えば、デジタルカメラ１は、レンズ一体型のデジタルカメラであってもよい。

撮影レンズ２００は、バリフォーカルレンズである。バリフォーカルレンズは、変倍レンズを移動させることで焦点距離を変化させることができる。バリフォーカルレンズにおいては、焦点距離が変化した際に焦点位置も変化するために、合焦させるためのフォーカスレンズ位置も変化する。一方で、バリフォーカルレンズは、ズームレンズと比較して、小型化できるというメリットがある。

図１に示すように、撮影レンズ２００は、レンズ側システムコントローラ２１０と、通信制御部２１６と、フォーカスレンズ２２２と、フォーカスレンズ駆動部２２４と、変倍レンズ２２６と、変倍レンズ駆動部２２８と、絞り２３２と、絞り駆動部２３４とを備える。フォーカスレンズ２２２、変倍レンズ２２６等は、被写体光束を後述するカメラボディ１００の撮像素子１２６に結像させるための光学系である。

レンズ側システムコントローラ２１０は、撮影レンズ２００の各部の動作を制御する。レンズ側システムコントローラ２１０は、通信制御部２１６を介してカメラボディ１００と通信するように構成されている。レンズ側システムコントローラ２１０は、カメラボディ１００の制御下で、フォーカスレンズ２２２、変倍レンズ２２６及び絞り２３２の動作を制御する。なお、本実施形態において、フォーカスレンズ２２２の位置はパルス数を用いて管理されるが、デフォーカス量又は被写体までの距離で管理されても構わない。また、レンズ側システムコントローラ２１０は、通信制御部２１６を介して各種情報をカメラボディ１００へと送信する。通信制御部２１６は、レンズ側システムコントローラ２１０の制御下で、カメラボディ１００との通信を制御する。

フォーカスレンズ２２２は、光軸方向に移動することによって撮影レンズ２００の焦点位置を調節するように構成されている。フォーカスレンズ駆動部２２４は、レンズ側システムコントローラ２１０からの制御信号に基づいて、フォーカスレンズ２２２の位置を変化させる。フォーカスレンズ駆動部２２４は、フォーカスレンズ２２２の位置を検出する位置検出部としての機能を有する。フォーカスレンズ２２２の位置は、検出された位置情報を用いて制御される。

変倍レンズ２２６は、光軸方向に移動することによって撮影レンズ２００の焦点距離を調節するように構成されている。変倍レンズ駆動部２２８は、レンズ側システムコントローラ２１０からの制御信号に基づいて、変倍レンズ２２６の位置を変化させる。

絞り２３２は、フォーカスレンズ２２２、変倍レンズ２２６等の光軸上に配置され、その開口径が変化するように構成されている。絞り２３２は、フォーカスレンズ２２２、変倍レンズ２２６等を通過して撮像素子１２６に入射する被写体光束を調整する。絞り駆動部２３４は、レンズ側システムコントローラ２１０からの制御信号に基づいて、絞り２３２の開口径を変化させる。

カメラボディ１００は、システムコントローラ１１０と、メモリ１１２と、レンズ制御部１１６と、通信路１１８と、メカニカルシャッター１２２と、メカニカルシャッター駆動部１２４と、撮像素子１２６と、撮像素子駆動部１２８と、相関２重サンプリング回路（ＣＤＳ）１３２と、増幅器（ＡＭＰ）１３４と、Ａ／Ｄ変換器１３６と、ＡＥ処理部１４２と、ＡＦ処理部１４４と、画像処理部１４６と、圧縮伸張部１４８と、液晶ディスプレイ（liquid crystal display：ＬＣＤ）１５２と、電子ビューファインダー（electronic viewfinder：ＥＶＦ）１５４と、表示制御部１５６と、ユーザーインターフェース（user interface：ＵＩ）１６２と、ＵＩ制御部１６４と、記録媒体制御部１７２と、記録媒体１７４とを備える。

システムコントローラ１１０は、メモリ１１２に記憶されているプログラムに従ってデジタルカメラ１の全体制御を行う制御部である。この制御には、所定の焦点調節方法に従った焦点調節動作も含まれており、システムコントローラ１１０は、ＡＦ処理部１４４と協働して、焦点調節装置としても機能する。システムコントローラ１１０は、レンズ制御部１１６を介して撮影レンズ２００と通信し、撮影レンズ２００との間で各種制御信号を送受信する。この制御信号には、後述する測距演算によって算出された合焦させるための目標位置又は被写体の動きに基づいて予測された合焦させるための予測位置に、制御部としてのシステムコントローラ１１０がフォーカスレンズ２２２を移動させるための制御信号も含まれる。

記憶部としてのメモリ１１２は、例えばＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ等を含む。これらは、電気的に書き換え可能なメモリであり、画像データ、記録用の画像データ、表示用の画像データ、システムコントローラ１１０、ＡＦ処理部１４４等における処理データといった各種データを一時的に記憶する。また、メモリ１１２は、ＲＯＭ等を含む。これらは、システムコントローラ１１０で使用されるプログラム、カメラボディ１００の調整値等の各種データを記憶している。

レンズ制御部１１６は、撮影レンズ２００との通信を制御する。レンズ制御部１１６は、通信路１１８を介して、撮影レンズ２００の通信制御部２１６と接続している。カメラボディ１００のシステムコントローラ１１０と撮影レンズ２００のレンズ側システムコントローラ２１０とは、レンズ制御部１１６、通信路１１８及び通信制御部２１６を介して情報を送受信する。

メカニカルシャッター１２２は、被写体からの被写体光束の撮像素子１２６への入射時間（撮像素子１２６の露光時間）を調節するように、開閉する。メカニカルシャッター１２２としては、例えばフォーカルプレーンシャッターが採用され得る。メカニカルシャッター駆動部１２４は、システムコントローラ１１０からの制御信号に基づいてメカニカルシャッター１２２を駆動する。

撮像素子１２６は、多数の受光素子がマトリクス状に配置されてなる光電面を有している。撮像素子１２６は、モザイク状に配置されたＲＧＢ各色の色フィルタを有している。例えば、撮像素子１２６の画素配置は、Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂのベイヤー配列をとる。撮影レンズ２００の光学系を通過した被写体像は、撮像素子１２６の光電面に結像され、光電変換される。

撮像素子駆動部１２８は、撮像素子１２６の各画素における電荷の露光時間を電子シャッター駆動信号によって制御する。撮像素子１２６は、撮像素子駆動部１２８から供給される垂直転送クロック信号及び水平転送クロック信号に同期して、画素毎に蓄積された電荷を画像信号として出力する。

ＣＤＳ１３２は、撮像素子１２６が出力する画像信号に対してノイズ除去を行い、ゲイン調整を行う。ＡＭＰ１３４は、ＣＤＳ１３２による処理後の画像信号について増幅する。Ａ／Ｄ変換器１３６は、ＡＭＰ１３４で増幅された画像信号を、デジタル画像データに変換する。

また、撮像素子１２６において、例えばＧｒ画素の一部に瞳分割された位相差検出画素が配置されている。例えば、位相差検出画素においては、受光部の一部が他の受光部の一部と対を成すように遮蔽されている。これら対をなす位相差検出画素の出力信号に基づいて、位相差が検出され、フォーカスのずれ量（デフォーカス量；ぼけ量）が算出される。

ＡＥ処理部１４２は、例えば撮像素子１２６を用いて得られた画像データに基づいて、露出制御に関する演算を行う。すなわち、ＡＥ処理部１４２は、適正な露出が得られるように、シャッター速度、絞り値、撮像の感度等の値を決定する。

ＡＦ処理部１４４は、フォーカスレンズ２２２の合焦位置に対するフォーカスずれ方向及びフォーカスずれ量を算出するためのフォーカスずれ量演算を行う。ＡＦ処理部１４４は、撮像素子１２６に設けられた位相差検出画素からの画素データを取得し、取得した画素データに基づき、相関演算など、公知の演算方式を用いてフォーカスレンズ２２２の合焦位置に対するフォーカスずれ方向及びフォーカスずれ量を算出する。そして、ＡＦ処理部１４４は、フォーカスずれ方向及びフォーカスずれ量に基づいてフォーカスレンズ２２２の駆動すべきレンズ位置を算出する。この際、ＡＦ処理部１４４は、変倍レンズ２２６の位置に係る焦点距離の情報を取得し、焦点距離の変化による影響を考慮する。

画像処理部１４６は、画像データに対して各種の画像処理を施す。例えば画像処理部１４６は、静止画像の記録の際には、静止画記録用の画像処理を施す。同様に、画像処理部１４６は、動画像の記録の際には、動画記録用の画像処理を施す。さらに、画像処理部１４６は、ライブビュー表示時には、表示用の画像処理を施す。

圧縮伸張部１４８は、画像データの記録時には、画像処理部１４６で生成された画像データ（静止画像データ又は動画像データ）を圧縮する。また、画像データの再生時には、記録媒体１７４に圧縮状態で記録された画像データを伸張する。

ＬＣＤ１５２は、表示装置であって、例えばカメラボディ１００の背面に配置される。ＥＶＦ１５４は、表示装置であって、例えばカメラボディ１００の上部に配置される。表示制御部１５６は、システムコントローラ１１０の制御下で、ＬＣＤ１５２又はＥＶＦ１５４の表示を制御する。ＬＣＤ１５２又はＥＶＦ１５４には、ライブビュー画像、記録済み画像、デジタルカメラ１の状態、各種設定画面等が表示される。

ＵＩ１６２は、スイッチ、ボタン、ダイアル、タッチパネル等を含む。ユーザーは、デジタルカメラ１を操作するための各種入力を、ＵＩ１６２を介して行う。ＵＩ制御部１６４は、ＵＩ１６２の入力を受けて、入力情報をシステムコントローラ１１０に伝達する。その結果、ＵＩ１６２への入力に応じてデジタルカメラ１の動作が制御される。

記録媒体制御部１７２は、記録媒体１７４へのデータの読み書きを制御する。記録媒体１７４は、カメラボディ１００に内蔵されるか又は装填されるように構成されており、記録用の画像データを所定の形式の画像ファイルとして記録する。

システムコントローラ１１０、ＡＥ処理部１４２、ＡＦ処理部１４４、画像処理部１４６、圧縮伸張部１４８等は、例えば、Central Processing Unit（ＣＰＵ）、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）、又はField Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）等を用いて実現され得る。

［デジタルカメラのＡＦ動作］
以下、コンティニュアスＡＦモードの場合の動作について説明する。コンティニュアスＡＦモードでは、ユーザーがＵＩ１６２に含まれるレリーズボタンを半押ししている間、撮影レンズ２００を通して撮影された画像がＡＦ処理部１４４で行われる演算に使用される。その結果、被写体等に動きがあっても、連続的に被写体に合焦するようにＡＦ動作が繰り返し行われる。

図２は、横軸に撮影レンズ２００の焦点距離を示し、縦軸に合焦するときのフォーカスレンズ２２２のレンズ位置を示す。図２において、実線４１２は各焦点距離における光学至近に合焦するときのレンズ位置を示し、破線４１４は各焦点距離における光学無限に合焦するときのレンズ位置を示す。図２に示すように、バリフォーカルレンズである撮影レンズ２００において、焦点距離に応じて合焦するレンズ位置は変化する。フォーカスレンズ２２２のレンズ位置は、被写体までの距離に応じて、焦点距離に応じる実線４１２と破線４１４と間で何れかの位置を取る。ここで、焦点距離が分からなければ合焦するレンズ位置は特定されない。なお、一般に、ｔｅｌｅ側の方がｗｉｄｅ側よりも分解能が必要であり、ｔｅｌｅ側からｗｉｄｅ側に変化するに従って、光学至近と光学無限とで合焦する際のレンズ位置の差は小さくなる。

運動している被写体の測距演算の結果の一例を図３Ａ及び図３Ｂに示す。これらの図は、被写体が遠方からデジタルカメラ１の方へと所定の速度で近づいて来ている場合の例を示している。各図において上段は、時間経過に対して、検出されたデフォーカス量に基づいて算出される合焦時のフォーカスレンズ２２２のレンズ位置を示す。図中の黒丸は繰り返し処理毎に決定されるレンズ位置を模式的に示す。各図の下段は、時間経過に対する撮影レンズ２００の焦点距離の変化量を示す。すなわち、図３Ａは、焦点距離が変化していない場合であり、図３Ｂは、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは焦点距離が変化していないが時刻ｔ１以降において、焦点距離が一定の速さｖで変化している場合を示す。

図３Ａに示す例では、時間経過とともに被写体までの距離が滑らかに変化し、変倍レンズ２２６による焦点距離は変化しないので、実線４２２で示すように合焦するレンズ位置も滑らかに変化する。一方、図３Ｂに実線４２４で示す例では、時間経過とともに被写体までの距離が滑らかに変化するが、時刻ｔ１以降においては、焦点距離が徐々に変化するので、合焦するレンズ位置も図３Ａの場合とは異なる位置に徐々に変化する。また、図３Ｂに示す時刻ｔ１において、レンズ位置の変化率が不連続になっている。

本実施形態に係るコンティニュアスＡＦモードでは、焦点距離の変化が考慮された演算が行われる。本実施形態に係るコンティニュアスＡＦに係る動作について、図４Ａ及び図４Ｂに示すフローチャートを参照して説明する。この処理は、ＡＦモードとしてコンティニュアスＡＦモードが選択されているときに繰り返し行われる。

ステップＳ１０１において、システムコントローラ１１０は、ＵＩ１６２に含まれるレリーズスイッチが１段階押し込まれ、１段目のスイッチがオンになっている（１Ｒ：ファーストレリーズ）か否かを判定する。１Ｒでないとき、本ＡＦ動作に係る処理は行われない。一方、１Ｒであると判定されたとき、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、システムコントローラ１１０及びＡＦ処理部１４４は、合焦状態までの処理を行う。すなわち、ＡＦ処理部１４４は、被写体検出シーケンスを実行して被写体を検出し、当該被写体の合焦位置を算出する。システムコントローラ１１０は、ＡＦ処理部１４４の算出結果に基づいて、合焦位置近傍までフォーカスレンズ２２２を移動させる。

ステップＳ１０３において、システムコントローラ１１０は、１Ｒが保持されているか否かを判定する。１Ｒが保持されていないとき、本ＡＦ動作に係る処理は終了する。一方、１Ｒが保持されているとき、処理はステップＳ１０４に進む。以降、１Ｒ保持中には、１Ｒ保持中シーケンスとして、ステップＳ１０３乃至ステップＳ１１６の処理が繰り返し行われる。１Ｒ保持中シーケンスでは、位相差検出画素を用いて位相差を検出するためのＡＦ露光と、ライブビュー（ＬＶ）画像を生成するためのＬＶ露光とが、例えば交互に繰り返される。

ステップＳ１０４において、システムコントローラ１１０は、ＡＦ露光及びＬＶ露光の読み出しを行う。画像処理部１４６は、読み出されたＬＶ露光に係る画像データに対してライブビュー表示用の画像処理を施す。画像処理後の画像は、ＬＣＤ１５２又はＥＶＦ１５４に表示される。また、ＡＦ処理部１４４は、読み出されたＡＦ露光に係る画像データを取得する。ステップＳ１０５において、システムコントローラ１１０は、変倍レンズ２２６の位置、すなわち、現在の撮影レンズ２００の焦点距離を取得する。

ステップＳ１０６において、ＡＦ処理部１４４は、読み出したＡＦ露光のデータに基づいてデフォーカス量を算出する測距演算を行う。すなわち、ＡＦ処理部１４４は、取得したデータに対して照度補正処理を行い、補正後のデータを用いて、相関演算を行う。続いて、ＡＦ処理部１４４は、相関演算結果の信頼性を評価する信頼性判定処理を行う。すなわち、ＡＦ処理部１４４は、画素の飽和判定、コントラスト不足判定、相関演算結果の極小値とその前後の関係の判定等を行い、演算結果の信頼性を評価する。ＡＦ処理部１４４は、信頼があると判定されたＡＦエリアに関して２像値を算出し、この値に係数を乗算することによりフォーカスのずれ量（デフォーカス量）を算出する。ＡＦ処理部１４４は、デフォーカス量と現在のレンズ位置とを用いて合焦するレンズの位置である目標位置を算出する。なお、フォーカスレンズ２２２のレンズ位置は、例えばパルス数を用いて管理され、目標位置は目標パルス位置として算出される。

このように、ＡＦ処理部１４４は、撮像素子１２６の出力に基づきデフォーカス量を求めて、合焦するためのフォーカスレンズ２２２の位置を目標位置として算出する目標位置算出部としての機能を有する。

ステップＳ１０７において、ＡＦ処理部１４４は、ＡＦエリアの選択を行う。ＡＦエリアについて説明する。ＡＦ処理部１４４は、ＡＦターゲットモードに応じて必要なＡＦエリアについての測距演算を行う。ＡＦターゲットモードとしては、例えば、シングルターゲット、第１のグループターゲット、第２のグループターゲット及びオールターゲットが挙げられる。図５Ａ乃至図５Ｄに各ＡＦターゲットモードを説明するための模式図を示す。シングルターゲットモードでは、図５Ａに示すように、１つのエリアを測距演算の対象とする。第１のグループターゲットモードでは、図５Ｂに示すように、１つのエリアとその上下左右の４つのエリアとを測距演算の対象とする。第２のグループターゲットモードでは、図５Ｃに示すように、３×３の９個のエリアを測距演算の対象とする。オールターゲットモードでは、図５Ｄに示すように、１１×１１の１２１個のＡＦエリアの中から前回選択したエリアを中心に５×５の２５個のエリアを設定し、測距演算の対象とする。

本実施形態では、例えばシングルターゲットモード、第１のグループターゲットモード、第２のグループターゲットモード及びオールターゲットモードのうち、ＡＦエリアが１つであるシングルターゲットモードの場合を除き、第１のグループターゲットモード、第２のグループターゲットモード及びオールターゲットモードのとき、複数あるＡＦエリアの中から最適なＡＦエリアの選択を行う。

コンティニュアスＡＦでは、１Ｒ保持中は常に被写体を捉えておく必要がある。このため、フォーカスレンズ２２２の位置は合焦位置近傍に保持される必要がある。本実施形態では、後に詳述する履歴データに基づく動体予測演算の結果を用いて、ＡＦエリアの選択が行われる。この動体予測演算は、ステップＳ１１２で行われる演算である。

図６に、時間経過に対するフォーカスレンズ２２２のレンズ位置を示す。現在の時刻がｔｎであり、５つのＡＦエリアについて、測距演算の結果求まったレンズ位置がそれぞれｐｎ１，ｐｎ２，ｐｎ３，ｐｎ４，ｐｎ５であったときを考える。この場合、ＡＦ処理部１４４は、過去の時刻ｔ０，ｔ１，・・・，ｔｎ−１におけるそれぞれのレンズ位置ｐ０，ｐ１，・・・，ｐｎ−１に基づいて、実線４２８で示す予測式（予測モデル）を求める。ＡＦ処理部１４４は、この予測式（予測モデル）に最も近い値を示すＡＦエリア、図６の場合にはｐｎ３に係るＡＦエリアを、ＡＦエリアとして選択する。このようにすることで、被写体が移動している場合等でも、最適なＡＦエリアが選択され得る。

図４Ａに戻って説明を続ける。ステップＳ１０８において、ＡＦ処理部１４４は、選択されたＡＦエリアの合焦位置におけるフォーカスレンズ２２２の目標位置（目標パルス位置）と、そのときの変倍レンズ２２６の位置に係る焦点距離とを対応付けて履歴データとして記録する。

ステップＳ１０９において、ＡＦ処理部１４４は、焦点距離変化検出処理を行う。焦点距離変化検出処理においてＡＦ処理部１４４は、履歴データ中の焦点距離の情報に基づいて、焦点距離の変化を検出する。

ステップＳ１１０において、ＡＦ処理部１４４は、履歴データ中の焦点距離が変化しているか否かを判定する。焦点距離が変化していないとき、処理はステップＳ１１２に進む。一方、焦点距離が変化しているとき、処理はステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１１１において、ＡＦ処理部１４４は、履歴データ補正処理を行う。履歴データ補正処理の後、処理はステップＳ１１２に進む。履歴データ補正処理について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ２０１において、ＡＦ処理部１４４は、基準焦点距離を決定する。基準焦点距離は、任意でよく、これに限らないが例えば履歴データに格納されているデータの焦点距離の中から選択される。例えば、履歴データに含まれるデータのうち、データ数が最も多い焦点距離が基準焦点距離として選択される。あるいは、履歴データに含まれる焦点距離のうち、最もｔｅｌｅ側（長焦点側）の焦点距離が基準焦点距離として選択される。図２に示したように、ｔｅｌｅ側の方がフォーカスレンズ２２２のより細かい位置制御が可能であるので、基準焦点距離としてｔｅｌｅ側の焦点距離を選択することは１つの好ましい形態である。

変倍レンズ２２６の特性に応じて撮影レンズ２００毎に以下の値は既知であり、これらの値は例えばＡＦ処理部１４４、メモリ１１２又は撮影レンズ２００に予め記録されている。すなわち、焦点距離ごとに最至近撮影距離Dnは既知である。また、焦点距離ごとに光学無限端パルス位置dis_m1、及び光学至近端パルス位置dis_m2は既知である。被写体までの距離である被写体距離Doは、履歴データ中に含まれる焦点距離と測距演算により算出された合焦するフォーカスレンズ２２２のパルス位置Poとに基づいて、
1/Do＝1/Dn-(Po-dis_m1)(1/Dn)/(dis_m2-dis_m1) (1)
で表される。

ステップＳ２０２において、ＡＦ処理部１４４は、履歴データ中に含まれる合焦するフォーカスレンズ２２２の目標位置（目標パルス位置）に基づいて、各データに係る被写体距離Doを算出する。

ステップＳ２０３において、ＡＦ処理部１４４は、算出した被写体距離Doに基づいて、ステップＳ２０１で決定した基準焦点距離に換算した合焦するフォーカスレンズ２２２の目標位置（目標パルス位置）を履歴データ中に含まれる各データについて算出する。ここで、算出される換算されたパルス位置を補正目標パルス位置Pcと称することにする。補正目標パルス位置Pcは、
Pc＝Pstd(1/Dn-1/Do)/(1/Dn)+Pinf (2)
で表される。ここで、Pinfは基準焦点距離に係る光学無限端パルス位置である。また、基準焦点距離に係る光学至近端パルス位置をPcloとしたときに、Pstdは基準焦点距離に係る光学無限端パルス位置Pinfを基準とした光学至近端パルス位置Pcloであり、Pstd=Pclo-Pinfで表される。

ステップＳ２０４において、ＡＦ処理部１４４は、算出した補正目標パルス位置Pcを保存する。このように、補正目標パルス位置Pcを算出する際には、目標パルス位置が一度被写体までの距離情報に変換され、当該距離情報に基づいて補正目標パルス位置Pcが算出される。

ステップＳ２０５において、ＡＦ処理部１４４は、全ての履歴データについて補正目標パルス位置Pcを算出し保存したか否かを判定する。全ての履歴データについて補正目標パルス位置Pcを算出していないとき、処理はステップＳ２０２乃至ステップＳ２０４の処理を繰り返し、全ての履歴データについて補正目標パルス位置Pcを算出し保存する。全ての履歴データについて補正目標パルス位置Pcを算出し保存したとき、履歴データ補正処理は終了し、処理はステップＳ１１１に戻る。履歴データ補正処理により、全ての履歴データについて、基準焦点距離における補正目標パルス位置Pcが算出されることになる。この補正目標パルス位置Pcは、フォーカスレンズ２２２を移動させる際に用いられるフォーカスレンズ２２２の補正目標位置として用いられる。

なお、補正目標パルス位置Pcの算出は、毎回全ての履歴データについて行わずに、焦点距離変化検出処理において履歴データ中の焦点距離が変化している場合のみ行う。また、基準焦点距離の変更は、履歴データ補正処理が所定回数行われるごとに行う等であってもよい。

このように、ＡＦ処理部１４４は、撮影レンズ２００の焦点距離を検出する焦点距離検出部としての機能と、基準焦点距離を決定し、記憶された焦点距離と基準焦点距離との差に応じて、基準焦点距離に対応するように記憶された目標位置を補正して補正目標位置を算出する補正目標位置算出部としての機能とを有する。

図４Ｂに戻って説明を続ける。ステップＳ１１２において、ＡＦ処理部１４４は、動体予測演算を行う。動体予測演算は、図６を参照して説明した通り、履歴データに基づいて行う。すなわち、履歴データとして記録されている過去の目標パルス位置又は補正目標パルス位置に基づいて最小二乗法等を用いた予測モデルを生成する。この予測モデルに基づくと、未来の被写体の位置が予測される。この予測モデルは、上述のとおり、次に行われるステップＳ１０７のＡＦエリア選択に用いられる。また、この予測モデルは、後述するステップＳ３０１の本露光時の被写***置の予測に用いられる。

ステップＳ１１３において、システムコントローラ１１０は、ＵＩ１６２に含まれるレリーズスイッチが２段階押し込まれ、２段目のスイッチがオンになっている（２Ｒ：セカンドレリーズ）か否かを判定する。２Ｒでないとき、処理はステップＳ１１４に進む。

ステップＳ１１４において、ＡＦ処理部１４４は、ステップＳ１０６で行われた測距演算結果であって、ステップＳ１０７で選択されたＡＦエリアの測距演算結果に基づいて、合焦状態にあるか否かを判定する。例えば、算出されたデフォーカス量が所定の値よりも小さいとき、合焦状態であると判定される。合焦状態にあるとき、処理はステップＳ１０３に戻る。すなわち、フォーカスレンズ２２２のレンズ位置を変更することなく、上述の処理を繰り返す。

一方、合焦状態にないとき、処理はステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５において、システムコントローラ１１０は、測距演算によって算出された合焦位置まで、フォーカスレンズ２２２を移動させる。その後、処理はステップＳ１０３に戻る。すなわち、フォーカスレンズ２２２のレンズ位置を変更し、上述の処理を繰り返す。

このように、２Ｒがなく１Ｒが保持されている場合には、ＡＦ露光とＬＶ露光とが繰り返し行われ、ＡＦ露光毎に測距演算が行われ、測距演算結果に応じてデフォーカス量が算出され、算出されたデフォーカス量に応じてフォーカスレンズ２２２のレンズ駆動が行われる。

ステップＳ１１３において、２Ｒであると判定されたとき、処理はステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６において、システムコントローラ１１０等は、静止画撮影に係る撮像処理を行う。撮像処理について、図８に示すフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ３０１において、ＡＦ処理部１４４は、１Ｒ保持中に取得された測距演算に係る履歴データを用いて、本露光時の被写***置を予測する。図９に被写***置の予測について説明するための模式図を示す。図９において、横軸は経過した時間を示し、縦軸はフォーカスレンズ２２２のレンズ位置をパルス数で示す。図９において、各点４３２は、補正目標パルス位置が算出されているときは、各時刻において取得された測距演算の結果である目標パルス位置を基準焦点距離に応じて補正した補正目標パルス位置となる。焦点距離が変更されておらず補正目標パルス位置が算出されていないときは、各点４３２は、目標パルス位置となる。ＡＦ処理部１４４は、ステップＳ１１２で得られた予測モデルに基づいて、本露光時の被写***置を予測する演算を行い、予測パルス位置を算出する。

このように、ＡＦ処理部１４４は、補正目標位置に基づく動体予測演算を行って予測位置を算出する予測位置算出部としての機能を有する。

ステップＳ３０２において、ＡＦ処理部１４４は、現在の変倍レンズ２２６に係る焦点距離が基準焦点距離と異なるか否かを判定する。現在の焦点距離が基準焦点距離と異ならないとき、処理はステップＳ３０４に進む。一方、現在の焦点距離が基準焦点距離と異なるとき、処理はステップＳ３０３に進む。

ステップＳ３０３において、ＡＦ処理部１４４は、ステップＳ３０１で算出された予測パルス位置を、上述の式(2)を用いて現在の焦点距離に対応するパルス位置に変換する補正を行う。その後、処理はステップＳ３０４に進む。

ステップＳ３０４において、システムコントローラ１１０は、メカニカルシャッター１２２を駆動させる。ステップＳ３０５において、システムコントローラ１１０は、ステップＳ３０１で算出された予測パルス位置又はステップＳ３０３で補正された予測パルス位置に、本露光用にフォーカスレンズ２２２の位置を移動させる。また、本露光のために、絞り駆動を行う。

ステップＳ３０６において、システムコントローラ１１０は、撮像素子１２６に本露光を行わせることで、静止画像を取得する。

ステップＳ３０７において、システムコントローラ１１０は、その後のＡＦ露光に備えて、絞りを開放にする等のレンズ駆動を行う。その後、処理はメインフローに戻る。すなわち、処理はステップＳ１０３に戻り、１Ｒが保持されている場合には、ＡＦ露光とＬＶ露光とが繰り返し行われ、ＡＦ露光毎に測距演算が行われ、測距演算結果に応じて被写***置が算出され、算出された被写***置に応じてレンズ駆動が行われる。２Ｒが保持されている場合には、撮像動作が繰り返される。

［デジタルカメラの特長］
本実施形態に係るデジタルカメラ１によれば、コンティニュアスＡＦを行っている際にバリフォーカルレンズを用いて焦点距離が変更されても、フォーカスレンズの位置について補正が行われる。その結果、焦点距離の変更に関わらず、適切なＡＦ動作が行われ、適切に合焦した画像が取得され得る。また、一般に小型・軽量なバリフォーカルレンズにおいても適切なＡＦが行われ得ることから、デジタルカメラ全体としても小型・軽量化され得る。

［その他］
上述の実施形態で説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御に関しては、プログラムを用いて実現され得る。このプログラムは、メモリ１１２等の記録部やその他の記録媒体に収められ得る。この記録媒体又は記録部への記録の方法は様々であり、製品出荷時に記録されてもよく、配布された記録媒体が利用されて記録されてもよく、インターネットを介したダウンロードが利用されて記録されてもよい。

また、上述のフローチャートで示した処理は一例であり、処理の追加、削除、順序の変更などは、適宜に可能である。

上述の実施形態では、位相差検出素子としての位相差検出画素が撮像素子１２６に配置された像面位相差方式の場合の例を説明した。しかしながら上述の技術はこれに限らず、撮像素子１２６と別体として設けられた位相差検出素子を用いた装置に適用されてもよい。

上述の実施形態に係る技術は、デジタルカメラに適用されるに限らない。例えば、本技術は、例えばスマートフォンやタブレット端末といった撮像装置を備えた情報携帯端末にも適用され得る。情報携帯端末には、ウェアラブル端末も含まれる。また、本技術は、コンシューマ用のカメラ等に限らず、監視カメラや、顕微鏡用のカメラや、検査用等の産業用機器や、各種医療用の観察装置にも適用され得る。また、ユーザーによる上述の機器の操作は、例えばインターネットといったネットワークを介して行われてもよい。すなわち、本技術は、Internet of things（ＩｏＴ）機器にも適用され得る。

１…デジタルカメラ、１００…カメラボディ、１１０…システムコントローラ、１１２…メモリ、１１６…レンズ制御部、１１８…通信路、１２２…メカニカルシャッター、１２４…メカニカルシャッター駆動部、１２６…撮像素子、１２８…撮像素子駆動部、１３２…ＣＤＳ、１３４…ＡＭＰ、１３６…Ａ／Ｄ変換器、１４２…ＡＥ処理部、１４４…ＡＦ処理部、１４６…画像処理部、１４８…圧縮伸張部、１５２…液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、１５４…電子ビューファインダー（ＥＶＦ）、１５６…表示制御部、１６２…ユーザーインターフェース（ＵＩ）、１６４…制御部、１７２…記録媒体制御部、１７４…記録媒体、２００…撮影レンズ、２１０…レンズ側システムコントローラ、２１６…通信制御部、２２２…フォーカスレンズ、２２４…フォーカスレンズ駆動部、２２６…変倍レンズ、２２８…変倍レンズ駆動部、２３２…絞り、２３４…絞り駆動部。

Claims (8)

1. フォーカスレンズ及び変倍レンズを含む撮影レンズを通過する光束を瞳分割して受光する位相差検出素子の出力に基づいて焦点調節動作を行う焦点調節装置であって、
   前記位相差検出素子の出力に基づきデフォーカス量を求めて、合焦するための前記フォーカスレンズの位置を目標位置として算出する目標位置算出部と、
   前記撮影レンズの焦点距離を検出する焦点距離検出部と、
   前記位相差検出素子の検出動作による出力に基づいて算出された前記目標位置と当該検出動作の時の前記焦点距離とを対応付けて記憶する記憶部と、
   基準焦点距離を決定し、記憶された前記焦点距離と前記基準焦点距離との差に応じて、前記基準焦点距離に対応するように記憶された前記目標位置を補正して補正目標位置を算出する補正目標位置算出部と、
   前記補正目標位置に基づく動体予測演算を行って予測位置を算出する予測位置算出部と、
   前記予測位置に基づいて前記フォーカスレンズを移動させる制御部と、
   を備える焦点調節装置。
2. 前記位相差検出素子は、位相差検出画素として撮像素子に配置されている、請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 前記補正目標位置算出部は、前記記憶部に記憶された前記焦点距離に基づいて前記基準焦点距離を決定する、請求項１又は２に記載の焦点調節装置。
4. 前記制御部は、前記焦点距離検出部で検出される焦点距離が前記基準焦点距離と異なる場合は、前記予測位置に基づいて前記検出された焦点距離に対応する前記フォーカスレンズの位置を算出し、算出した当該フォーカスレンズの位置に基づいて、前記フォーカスレンズを移動させる、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の焦点調節装置。
5. 前記補正目標位置算出部は、記憶された前記目標位置を被写体までの距離情報に変換し、前記距離情報に基づいて前記補正目標位置を算出する、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の焦点調節装置。
6. 前記補正目標位置算出部は、前記記憶部に記憶された前記焦点距離のうち、最も長焦点側の前記焦点距離を前記基準焦点距離とする、請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の焦点調節装置。
7. 請求項２に記載の焦点調節装置と、
   前記フォーカスレンズと前記変倍レンズとを含む撮影レンズと、
   前記撮像素子と
   を備える撮像装置。
8. フォーカスレンズ及び変倍レンズを含む撮影レンズを通過する光束を瞳分割して受光する位相差検出素子の出力に基づいて行う焦点調節方法であって、
   前記位相差検出素子の出力に基づきデフォーカス量を求めて、合焦するための前記フォーカスレンズの位置を目標位置として算出することと、
   前記撮影レンズの焦点距離を検出することと、
   前記位相差検出素子の検出動作による出力に基づいて算出された前記目標位置と当該検出動作の時の前記焦点距離とを対応付けて記憶することと、
   基準焦点距離を決定し、記憶された前記焦点距離と前記基準焦点距離との差に応じて、前記基準焦点距離に対応するように記憶された前記目標位置を補正して補正目標位置を算出することと、
   前記補正目標位置に基づく動体予測演算を行って予測位置を算出することと、
   前記予測位置に基づいて前記フォーカスレンズを移動させることと
   を含む焦点調節方法。