JP2018101055A - 焦点調節装置、撮像装置及び焦点調節方法 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
Priority Applications (2)
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