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1. WO2019058972 - IMAGING DEVICE AND FOCUSING CONTROL METHOD FOR IMAGING DEVICE

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明 細 書

発明の名称 撮像装置及び撮像装置の合焦制御方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006  

課題を解決するための手段

0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029  

発明の効果

0030  

図面の簡単な説明

0031  

発明を実施するための形態

0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139   0140   0141   0142  

符号の説明

0143  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13  

明 細 書

発明の名称 : 撮像装置及び撮像装置の合焦制御方法

技術分野

[0001]
 本発明は、撮像装置及びその合焦制御方法に関する。

背景技術

[0002]
 撮像装置のAF(autofocus/オートフォーカス)は、位相差、コントラストなどを利用して焦点状態を検出し、その検出結果に基づいて、フォーカスレンズを移動させることにより行われる。あるいは、赤外線、超音波などを照射して被写体までの距離を測定し、その測定結果に基づいて、フォーカスレンズを移動させることにより行われる。
[0003]
 AFを高速化するためには、フォーカスレンズを高速移動させる必要がある。しかし、フォーカスレンズを高速移動させると、停止の際にオーバーシュートが生じるという問題がある。この問題を解決するため、特許文献1、2には、フォーカスレンズの停止に際して、オーバーシュートを打ち消すように、イメージセンサを移動させる方法が提案されている。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開昭63-93277号公報
特許文献2 : 特開2006-145813号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 特許文献1、2の方法でAFをより高速化するためには、フォーカスレンズをより高速に移動させる必要がある。しかし、高速化できる速度には限界がある。また、フォーカスレンズをより高速に移動させるためには、大きなモータ、大きな電力が必要になり、装置が大型化したり、消費電力が大きくなったりするという問題もある。
[0006]
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、AFを高速化できる撮像装置及びその合焦制御方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007]
 上記課題を解決するための手段は、次のとおりである。
[0008]
 (1)フォーカスレンズを有する撮像レンズと、フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、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、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズの駆動目標を設定する駆動目標設定部と、駆動目標設定部で設定された駆動目標に基づいて、フォーカスレンズの駆動を制御するフォーカスレンズ駆動制御部と、フォーカスレンズ駆動制御部がフォーカスレンズの駆動を停止する前にイメージセンサを移動させて合焦させ、合焦後はフォーカスレンズが停止するまでイメージセンサを移動させて合焦状態を維持させるイメージセンサ移動制御部と、を備えた撮像装置。
[0009]
 本態様によれば、被写体に合焦させるためにフォーカスレンズを駆動すると、その駆動が停止される前にイメージセンサが移動して、早期に合焦する。合焦後もフォーカスレンズが停止するまで、イメージセンサが移動し、合焦状態が維持される。これにより、合焦までの時間を短縮でき、AFを高速化できる。
[0010]
 (2)フォーカスレンズ駆動部は、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させ、駆動目標設定部は、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズの目標位置を駆動目標として設定し、フォーカスレンズ駆動制御部は、フォーカスレンズ駆動部を制御して、フォーカスレンズを目標位置に移動させる、上記(1)の撮像装置。
[0011]
 本態様によれば、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、撮像レンズの焦点調節が行われる。また、駆動目標は、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズの目標位置として設定される。フォーカスレンズ駆動制御部は、フォーカスレンズを目標位置に移動させる。イメージセンサ移動制御部は、フォーカスレンズが目標位置に到達する前にイメージセンサを移動させて合焦させる。また、合焦後は、フォーカスレンズの移動に追従ないし同調するようにイメージセンサを移動させて、合焦状態を維持する。
[0012]
 (3)パッシブ方式又はアクティブ方式のオートフォーカスセンサを更に備え、駆動目標設定部は、オートフォーカスセンサの出力に基づいて、駆動目標を設定する、上記(1)又は(2)の撮像装置。
[0013]
 本態様によれば、パッシブ方式又はアクティブ方式のオートフォーカスセンサが備えられ、そのオートフォーカスセンサの出力に基づいて、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズの駆動目標が設定される。
[0014]
 (4)オートフォーカスセンサが、位相差検出方式のオートフォーカスセンサで構成される、上記(3)の撮像装置。
[0015]
 本態様によれば、位相差検出方式のオートフォーカスセンサが備えられ、その位相差検出方式のオートフォーカスセンサの出力に基づいて、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズの駆動目標が設定される。
[0016]
 (5)オートフォーカスセンサが、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で構成される、上記(4)の撮像装置。
[0017]
 本態様によれば、位相差検出方式のオートフォーカスセンサが、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で構成される。すなわち、像面位相差方式によって、焦点状態が検出され、その検出結果に基づいて、フォーカスレンズの駆動目標が設定される。像面位相差方式を採用することにより、イメージセンサの移動中であっても、デフォーカスの方向及び量を直接検出できる。これにより、イメージセンサの移動の制御をより簡素化できる。
[0018]
 (6)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(1)から(5)のいずれか一の撮像装置。
[0019]
 本態様によれば、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。これにより、撮像レンズの光学性能を最大限に発揮させることができる。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。
[0020]
 (7)フォーカスレンズ駆動制御部は、フォーカスレンズを目標位置で停止させる前に減速させる、上記(2)の撮像装置。
[0021]
 本態様によれば、フォーカスレンズの駆動を停止させる際、減速される。これにより、オーバーシュートの発生を防止できる。
[0022]
 (8)イメージセンサ移動制御部は、フォーカスレンズを減速させる前にイメージセンサを移動させて合焦させる、上記(7)の撮像装置。
[0023]
 本態様によれば、フォーカスレンズを減速させる前にイメージセンサが移動を開始する。これにより、合焦までの時間を短縮でき、AFを高速化できる。
[0024]
 (9)イメージセンサ移動制御部は、フォーカスレンズの駆動開始と同時にイメージセンサを移動させる、上記(1)から(8)のいずれか一の撮像装置。
[0025]
 本態様によれば、フォーカスレンズの駆動開始と同時にイメージセンサの移動が開始される。これにより、合焦までの時間を短縮でき、AFを高速化できる。なお、ここでの「同時」は、実質的に同時とみなせる範囲を含むものである。すなわち、フォーカスレンの駆動開始とほぼ同時にイメージセンサの移動が開始される場合を含むものである。
[0026]
 (10)イメージセンサ移動制御部は、イメージセンサを可動範囲の端部に移動させて待機させる、上記(1)から(9)のいずれか一の撮像装置。
[0027]
 本態様によれば、イメージセンサが可動範囲の端部に移動して待機する。これにより、合焦までの時間を短縮でき、AFを高速化できる。
[0028]
 (11)フォーカスレンズを有する撮像レンズと、フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、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、を備えた撮像装置の合焦制御方法であって、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズの駆動目標を設定するステップと、設定された駆動目標に基づいて、フォーカスレンズを駆動するステップと、フォーカスレンズの駆動を停止する前にイメージセンサを移動させて合焦させ、合焦後はフォーカスレンズが停止するまでイメージセンサを移動させて合焦状態を維持させるステップと、を含む撮像装置の合焦制御方法。
[0029]
 本態様によれば、被写体に合焦させるためにフォーカスレンズを駆動すると、その駆動が停止される前にイメージセンサが移動して、早期に合焦する。合焦後もフォーカスレンズが停止するまで、イメージセンサが移動し、合焦状態が維持される。これにより、合焦までの時間を短縮でき、AFを高速化できる。

発明の効果

[0030]
 本発明によれば、AFを高速化できる。

図面の簡単な説明

[0031]
[図1] 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概略構成図
[図2] イメージセンサの概略構成を示す図
[図3] 撮像面の一部を拡大した図
[図4] 各画素の概略構成を示す図
[図5] カメラ制御部及びレンズ制御部が実現するAFに係わる機能のブロック図
[図6] イメージセンサの移動制御の概念図
[図7] 本実施の形態のデジタルカメラ1によるAFの処理手順を示すフローチャート
[図8] AF制御の処理手順を示すフローチャート
[図9] カメラ制御部及びレンズ制御部が実現するAFに係わる機能の変形例を示すブロック図
[図10] イメージセンサの移動制御の変形例の概念図
[図11] イメージセンサの移動制御の他の変形例の概念図
[図12] フォーカスレンズの移動制御の変形例の概念図
[図13] 3板式のデジタルカメラに本発明適用する場合の一例を示す図

発明を実施するための形態

[0032]
 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。
[0033]
 [全体構成]
 図1は、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概略構成図である。
[0034]
 同図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。
[0035]
 《交換レンズ》
 交換レンズ10は、撮像レンズの一例である。交換レンズ10は、マウント102を介してカメラ本体100に着脱自在に装着される。交換レンズ10は、複数枚のレンズを組み合わせて構成される。交換レンズ10は、フォーカスレンズ12及び絞り14を有する。交換レンズ10は、フォーカスレンズ12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。また、絞り14の開口量を調整することにより、光量が調整される。
[0036]
 交換レンズ10は、フォーカスレンズ12を駆動するフォーカスレンズ駆動部16、及び、フォーカスレンズ12の位置を検出するフォーカスレンズ位置検出部18を備える。
[0037]
 フォーカスレンズ駆動部16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、フォーカスレンズ12を光軸Lに沿って前後移動させる。
[0038]
 フォーカスレンズ位置検出部18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12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12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12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12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12の位置を検出できる。
[0039]
 交換レンズ10は、絞り14を駆動する絞り駆動部20を備える。絞り14は、たとえば、虹彩絞りで構成される。絞り駆動部20は、虹彩絞り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。
[0040]
 交換レンズ10は、フォーカスレンズ駆動部16及び絞り駆動部20の駆動を制御するレンズ制御部22を備える。レンズ制御部22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、絞り駆動制御部等として機能する。フォーカスレンズ駆動制御部は、フォーカスレンズ駆動部16の駆動を制御する。絞り駆動制御は、絞り駆動部20の駆動を制御する。レンズ制御部22は、マウント102に備えられた通信端子(図示せず)を介して、カメラ本体100のカメラ制御部150と通信可能に接続される。
[0041]
 《カメラ本体》
 カメラ本体100は、イメージセンサ110、イメージセンサ移動駆動部120、イメージセンサ位置検出部122、イメージセンサ駆動部124、アナログ信号処理部126、ADC(Analog-to-digital converter/アナログデジタル変換器)128、デジタル信号処理部130、位相差AF処理部132、メモリカードインタフェース134、メモリカード136、表示部138、操作部140及びカメラ制御部150を備える。
[0042]
 〈イメージセンサ〉
 イメージセンサ110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110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110は、その撮像面に複数の位相差検出画素を有する。
[0043]
 図2は、イメージセンサの概略構成を示す図である。
[0044]
 イメージセンサ110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112を有する。撮像面112は、複数のAF(autofocus)エリア114を有する。AFエリア114は、焦点合わせが可能な領域として撮像面112に設定された領域である。図2に示す例では、画面中央部分に9つのAFエリア114を設定している。
[0045]
 図3は、撮像面の一部を拡大した図である。
[0046]
 撮像面112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3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。
[0047]
 AFエリアには、通常画素116及び位相差検出画素118が配置される。通常画素116とは、通常の撮像用の画素のことである。位相差検出画素118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118は、位相差検出方式のオートフォーカスセンサの一例である。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。
[0048]
 図3では、位相差検出画素118を斜線で示している。同図に示すように、位相差検出画素118は、撮像面112に規則的に配置される。
[0049]
 位相差検出画素118は、第1位相差検出画素118A及び第2位相差検出画素118Bで構成される。第1位相差検出画素118A及び第2位相差検出画素118Bは、互いに近接して配置される。図3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118Aを配置し、他方に一定の間隔で第2位相差検出画素118B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。
[0050]
 図4は、各画素の概略構成を示す図である。
[0051]
 各画素は、所定の開口部を備えた遮光膜を有する。図4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。
[0052]
 通常画素116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116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。
[0053]
 第1位相差検出画素118A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118A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。
[0054]
 第2位相差検出画素118B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118B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。
[0055]
 以上の構成により、第1位相差検出画素118A及び第2位相差検出画素118B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。
[0056]
 〈イメージセンサ移動駆動部〉
 イメージセンサ移動駆動部120は、イメージセンサ110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120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。
[0057]
 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110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。
[0058]
 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。
[0059]
 〈イメージセンサ位置検出部〉
 イメージセンサ位置検出部122は、基準位置に対するイメージセンサ110の位置を検出する。イメージセンサ位置検出部122は、たとえば、渦電流センサ等の変位センサで構成される。
[0060]
 〈イメージセンサ駆動部〉
 イメージセンサ駆動部124は、カメラ制御部150による制御の下、イメージセンサ110を駆動する。イメージセンサ110は、イメージセンサ駆動部124に駆動されて、画像を撮像する。
[0061]
 〈アナログ信号処理部〉
 アナログ信号処理部126は、イメージセンサ110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。
[0062]
 〈ADC〉
 ADC128は、アナログ信号処理部126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。
[0063]
 〈デジタル信号処理部〉
 デジタル信号処理部130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。
[0064]
 〈位相差AF処理部〉
 位相差AF(autofocus)処理部132は、ユーザによって指定されたAFエリア114から第1位相差検出画素118A及び第2位相差検出画素118B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。
[0065]
 〈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134は、カメラ制御部150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136に対して、データの読み書きを行う。
[0066]
 〈表示部〉
 表示部138は、画像を含む各種情報を表示する。表示部138は、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ(EL:ElectroLuminescent)等の表示デバイス、及び、その駆動回路を備えて構成される。
[0067]
 表示部138には、撮像済みの画像の他、ライブビューが表示される。ライブビューとは、イメージセンサ110がとらえた画像をリアルタイムに表示する機能である。ライブビューを表示することより、表示部138で画像を確認しながら撮像できる。また、表示部138は、各種設定を行う際のユーザインターフェースとしても利用される。
[0068]
 〈操作部〉
 操作部140は、レリーズボタン、電源スイッチ、撮像モードダイヤル、シャッタースピードダイヤル、露出補正ダイヤル、コマンドダイヤル、メニューボタン、十字キー、決定ボタン、キャンセルボタン、消去ボタン等のデジタルカメラとしての一般的な操作手段を含み、操作に応じた信号をカメラ制御部150に出力する。
[0069]
 レリーズボタンは、いわゆる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、半押しでS1ON信号、全押しでS2ON信号が出力される。
[0070]
 〈カメラ制御部〉
 カメラ制御部150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150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。
[0071]
 図5は、カメラ制御部及びレンズ制御部が実現するAFに係わる機能のブロック図である。
[0072]
 図5に示すように、カメラ制御部150は、所定のプログラムを実行することにより、目標位置設定部150a、AF(autofocus)制御部150b及びイメージセンサ移動制御部150cとして機能する。また、レンズ制御部22は、所定の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22aとして機能する。
[0073]
 目標位置設定部150aは、駆動目標設定部の一例である。目標位置設定部150aは、位相差AF処理部132で求めたデフォーカスの方向及び量に基づいて、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズ12の目標位置を設定する。
[0074]
 AF制御部150bは、目標位置設定部150aで設定された目標位置の情報をフォーカスレンズ駆動制御部22aに通知し、フォーカスレンズ駆動制御部22aに駆動指令を出力する。また、AF制御部150bは、イメージセンサ移動制御部150cに対して、目標位置の情報を通知し、AF制御に移行したことを通知する。
[0075]
 フォーカスレンズ駆動制御部22aは、AF制御部150bからの駆動指令に基づいて、フォーカスレンズ12を目標位置に移動させる制御を行う。具体的には、フォーカスレンズ位置検出部18で検出されるフォーカスレンズ12の現在位置の情報に基づいて、フォーカスレンズ駆動部16を制御し、フォーカスレンズ12を目標位置に移動させる。
[0076]
 また、フォーカスレンズ駆動制御部22aは、フォーカスレンズ位置検出部18で検出されるフォーカスレンズ12の現在位置の情報をイメージセンサ移動制御部150cに出力する。
[0077]
 イメージセンサ移動制御部150cは、フォーカスレンズ12の目標位置の情報、フォーカスレンズ駆動制御部22aから出力されるフォーカスレンズ12の現在位置の情報、及び、イメージセンサ110の現在位置の情報に基づいて、イメージセンサ移動駆動部120を制御し、イメージセンサ110の移動を制御する。具体的には、フォーカスレンズ12が目標位置に到達する前に合焦するようにイメージセンサ110を移動させ、合焦後は、フォーカスレンズ12の移動に追従ないし同調するようにイメージセンサ110を移動させて、合焦状態を維持させる。
[0078]
 図6は、イメージセンサの移動制御の概念図である。
[0079]
 同図において、符号L1は、交換レンズ10によって形成される被写体の像の移動軌跡を示し、符号L2は、イメージセンサ110の移動軌跡(撮像面の移動軌跡)を示している。交換レンズ10によって形成される被写体の像の位置は、フォーカスレンズ12を光軸Lに沿って前後移動させることにより移動する。交換レンズ10によって形成される被写体の像の位置が、イメージセンサ110の撮像面上に位置することにより合焦する。
[0080]
 フォーカスレンズ12は、位相差AF処理部132で求めたデフォーカスの方向及び量に基づいて目標位置が設定される。この目標位置は、交換レンズ10によって形成される被写体の像の位置が、基準位置に位置したイメージセンサ110の撮像面上に位置するように設定される。したがって、現在の位置から目標位置にフォーカスレンズ12を移動させることにより、交換レンズ10によって形成される被写体の像が、基準位置に位置したイメージセンサ110の撮像面の位置に移動する。
[0081]
 いま、時間T0でAF制御が開始されたとする。時間T0において、イメージセンサ110は、基準位置に位置している。
[0082]
 フォーカスレンズ12は、時間T0から目標位置に向けて移動を開始する。イメージセンサ110もフォーカスレンズ12と同時、又は、ほぼ同時に移動を開始し、時間T0から移動を開始する。この際、イメージセンサ110は、被写体の像を迎えに行くように、移動を開始する。すなわち、被写体の像の位置に向けて移動を開始する。たとえば、被写体の像の位置が、基準位置よりも被写体側(前側)に位置している場合は、被写体側(前側)に向けてイメージセンサ110を移動させる。一方、被写体の像の位置が、基準位置よりも像面側(後側)に位置している場合は、像面側(後側)に向けてイメージセンサ110を移動させる。
[0083]
 このように、被写体の像の位置に向けてイメージセンサ110を移動させることにより、フォーカスレンズ12が目標位置に到達する前に合焦させることができる。
[0084]
 合焦する前にイメージセンサ110が、可動範囲の端部に到達した場合は、その端部の位置でイメージセンサ110の移動を停止し、待機させる。図6に示す例は、合焦するよりも速くイメージセンサ110が可動範囲の端部に到達した場合を示しており、時間T1で可動範囲の端部に到達した場合を示している。この場合、イメージセンサ110は、可動範囲の端部で停止して待機する。
[0085]
 可動範囲の端部に待機していると、やがて被写体の像の位置が、イメージセンサ110の撮像面の位置に到達する。これにより、合焦する。イメージセンサ移動制御部150cは、目標位置に対するフォーカスレンズ12の現在位置の情報及びイメージセンサ110の現在位置の情報に基づいて、合焦したか否かを判定する。図6に示す例は、時間T2で合焦した場合を示している。
[0086]
 合焦後は、フォーカスレンズ12の移動が停止するまで、追従処理が行われる。すなわち、フォーカスレンズ12の移動に追従ないし同調するように、イメージセンサ110を移動させる。これにより、被写体の像の位置の移動に追従ないし同調して撮像面が移動し、合焦状態が維持される。
[0087]
 なお、停止の際にオーバーシュートが生じる場合は、そのオーバーシュートを打ち消すように、イメージセンサ110を移動させる。オーバーシュートの有無は、フォーカスレンズ12の移動特性から事前に求めることができる。
[0088]
 図6は、時間T3でフォーカスレンズ12の移動が停止した場合を示している。フォーカスレンズ12は、基準位置に位置するイメージセンサ110に被写体の像が結像するように目標位置が設定される。したがって、フォーカスレンズ12が目標位置に移動することにより、イメージセンサ110も基準位置に復帰する。
[0089]
 このように、イメージセンサ移動制御部150cは、フォーカスレンズ12が目標位置に到達する前にイメージセンサ110を移動させて早期に合焦させ、合焦後は、フォーカスレンズ12の移動に追従ないし同調するようにイメージセンサ110を移動させて合焦状態を維持する制御を行う。
[0090]
 [作用]
 図7は、本実施の形態のデジタルカメラによるAFの処理手順を示すフローチャートである。
[0091]
 まず、初期設定が行われる(ステップS11)。具体的には、イメージセンサ110を基準位置に位置させる処理が行われる。
[0092]
 その後、AF実行の指示の有無が判定される。AF実行は、レリーズボタンの半押しで指示される。レリーズボタンが半押しされると、操作部140からカメラ制御部150にS1ON信号が入力され、AF実行が指示される。したがって、S1ON信号の有無によって、AF実行の有無が判定される(ステップS12)。
[0093]
 S1ON信号が入力され、AF実行が指示されると、まず、デフォーカスの方向及び量が検出される(ステップS13)。デフォーカスの方向及び量は、位相差検出画素118の出力に基づいて、位相差AF処理部132で検出される。位相差AF処理部132は、ユーザによって指定されたAFエリア114から第1位相差検出画素118A及び第2位相差検出画素118Bの信号を取得し、デフォーカスの方向及び量を算出する。AFエリア114の選択は、操作部140で行われる。
[0094]
 デフォーカスの方向及び量が検出されると、その検出結果に基づいて、フォーカスレンズ12の目標位置が設定される(ステップS14)。目標位置設定部150aは、位相差AF処理部132で求めたデフォーカスの方向及び量に基づいて、被写体に合焦させるためのフォーカスレンズ12の目標位置を設定する。
[0095]
 目標位置が設定されると、AF制御が実行される(ステップS15)。
[0096]
 図8は、AF制御(合焦制御方法)の処理手順を示すフローチャートである。
[0097]
 まず、フォーカスレンズ駆動部16が駆動され、目標位置に向けてフォーカスレンズ12が移動する(ステップS21)。これと同時にイメージセンサ移動駆動部120が駆動され、合焦する方向に向けてイメージセンサ110が移動する(ステップS22)。
[0098]
 イメージセンサ110が合焦する方向に向けて移動することにより、フォーカスレンズ12が目標位置に到達する前に合焦する。すなわち、フォーカスレンズ12が目標位置に到達する前に被写体の像がイメージセンサ110の撮像面上に位置する。イメージセンサ移動制御部150cは、目標位置に対するフォーカスレンズ12の現在位置とイメージセンサ110の現在位置とに基づいて、合焦したか否かを判定する(ステップS23)。
[0099]
 合焦したと判定すると、イメージセンサ移動制御部150cは、追従処理を開始する(ステップS24)。すなわち、フォーカスレンズ12は、合焦後も目標位置に向かって移動するので、このフォーカスレンズ12の移動に追従ないし同調するようにイメージセンサ110を移動させる。これにより、継続して合焦状態が維持される。
[0100]
 この後、フォーカスレンズ12が目標位置に到達したか否かが判定される(ステップS25)。目標位置に到達すると、フォーカスレンズ駆動部16の駆動が停止され、フォーカスレンズ12が停止する(ステップS26)。更に、イメージセンサ移動駆動部120の駆動が停止され、イメージセンサ110が停止する(ステップS27)。なお、フォーカスレンズ12の停止に際してオーバーシュートが発生する場合は、そのオーバーシュートを打ち消すように、イメージセンサ110を移動させて停止する。
[0101]
 以上一連の工程でAFの処理が完了する。この後、レリーズボタンが全押しされると、記録用の撮像処理が実行される。
[0102]
 以上説明したように、本実施の形態のデジタルカメラ1によれば、フォーカスレンズ12が目標位置に到達する前にイメージセンサ110を合焦する方向に向けて移動させるので、早期に合焦させることができる。これにより、合焦するまでの時間を短縮でき、AFを高速化できる。
[0103]
 [変形例]
 《イメージセンサの移動制御の変形例》
 上記実施の形態では、フォーカスレンズ12の目標位置の情報、フォーカスレンズ12の現在位置の情報、及び、イメージセンサ110の現在位置の情報に基づいて、イメージセンサ110の移動を制御する構成としているが、イメージセンサ110の移動制御の態様は、これに限定されるものではない。たとえば、位相差AF処理部132で検出されるデフォーカスの方向及び量に基づいて、イメージセンサ110の移動を制御する構成としてもよい。
[0104]
 図9は、カメラ制御部及びレンズ制御部が実現するAFに係わる機能の変形例を示すブロック図である。
[0105]
 位相差AF処理部132は、連続的にデフォーカスの方向及び量を検出し、その検出結果をイメージセンサ移動制御部150cに出力する。
[0106]
 イメージセンサ移動制御部150cは、位相差AF処理部132で検出されたデフォーカスの方向及び量に基づいて、イメージセンサ110の移動を制御する。すなわち、デフォーカス量が0となるように、イメージセンサ110の移動を制御する。
[0107]
 本態様によれば、フォーカスレンズ12の位置情報を必要としないので、レンズ側からカメラ側に位置情報を送ることを想定していない場合においても実現できる。また、イメージセンサ110の移動制御の処理も簡素化できる。
[0108]
 また、上記実施の形態では、フォーカスレンズ12の駆動開始と同時にイメージセンサ110を移動させているが、イメージセンサ110を移動させるタイミングは、これに限定されるものではない。
[0109]
 図10は、イメージセンサの移動制御の変形例の概念図である。
[0110]
 図10に示す例では、交換レンズ10によって形成される被写体の像が、イメージセンサ110の可動範囲の端部に到達するタイミングに合わせて、イメージセンサ110を移動させている。
[0111]
 図11は、イメージセンサの移動制御の他の変形例の概念図である。
[0112]
 図11は、交換レンズ10によって形成される被写体の像が、イメージセンサ110の可動範囲内に存在する場合のイメージセンサ110を移動制御の例を示している。この場合、フォーカスレンズ12の駆動と同時にイメージセンサ110を移動させる。これにより、早期に合焦させることができる。合焦後は、フォーカスレンズ12の移動に追従ないし同調するようにイメージセンサ110を移動させる。
[0113]
 《フォーカスレンズの移動制御の変形例》
 上記実施の形態では、フォーカスレンズ12を目標位置に向けて移動させる際、一定速度で移動させているが、フォーカスレンズ12を目標位置で停止させる前に減速させる構成としてもよい。これにより、オーバーシュートの発生を防止できる。
[0114]
 図12は、フォーカスレンズの移動制御の変形例の概念図である。
[0115]
 同図において、符号L1は、交換レンズ10によって形成される被写体の像の移動軌跡を示し、符号L2は、イメージセンサ110の移動軌跡を示している。交換レンズ10によって形成される被写体の像の移動軌跡L1は、フォーカスレンズ12の移動軌跡と一致する。
[0116]
 フォーカスレンズ12は、時間T0で移動を開始し、時間T3で目標位置に到達する。図12に示すように、目標位置に到達する前にフォーカスレンズ12を減速させる。図12に示す例では、時間Txで減速し、その後、時間T3で目標位置に到達する。この場合、イメージセンサ110は、フォーカスレンズ12を減速させる前に合焦するように移動を制御する。図12に示す例では、時間T2で合焦し、その後、フォーカスレンズ12を減速させる構成としている。
[0117]
 減速を開始する位置は、交換レンズ10によって形成される被写体の像の位置が、イメージセンサ110の可動範囲に入った後に設定される。これにより、少なくとも減速を開始する前にイメージセンサ110の移動によって、被写体に合焦させることができる。
[0118]
 《オートフォーカスセンサの変形例》
 上記実施の形態では、イメージセンサ110の撮像面112に備えられた位相差検出画素118をオートフォーカスセンサとして使用しているが、オートフォーカスセンサの構成は、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オートフォーカスセンサを採用できる。パッシブ方式としては、位相差を利用する方式の他、コントラストを利用する方式のオートフォーカスセンサを採用できる。コントラストを利用する方式のオートフォーカスセンサは、イメージセンサをオートフォーカスセンサとして利用できる。また、アクティブ方式のオートフォーカスセンサとしては、赤外線、超音波等を照射して距離を測定する方式のオートフォーカスセンサを採用できる。
[0119]
 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。
[0120]
 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。
[0121]
 《フォーカスレンズの変形例》
 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。
[0122]
 フォーカスレンズに液体レンズを用いた場合、フォーカスレンズ駆動部は、液体レンズに印加する電圧(駆動電圧)を変化させることにより、液体レンズの屈折率を変化させる。この場合、駆動目標として、被写体に合焦させるための液体レンズの屈折率が設定される。イメージセンサ移動制御部は、目標とする屈折率となる前にイメージセンサを移動させて合焦させる。合焦後は、屈折率の変化による焦点の変動に追従ないし同調するように、イメージセンサを移動させる。
[0123]
 同様に、フォーカスレンズに液晶レンズを用いた場合、フォーカスレンズ駆動部は、液晶レンズに印加する電圧(駆動電圧)を変化させることにより、液晶レンズの屈折率を変化させる。この場合、駆動目標として、被写体に合焦させるための液晶レンズの屈折率が設定される。イメージセンサ移動制御部は、目標とする屈折率となる前にイメージセンサを移動させて合焦させる。合焦後は、屈折率の変化による焦点の変動に追従ないし同調するように、イメージセンサを移動させる。
[0124]
 《イメージセンサ移動駆動部の変形例》
 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。
[0125]
 《イメージセンサの基準位置の変形例》
 上記実施の形態では、イメージセンサ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。
[0126]
 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の光学性能を最大限に発揮させることができる。
[0127]
 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。
[0128]
 《撮像部の変形例》
 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。
[0129]
 図13は、3板式のデジタルカメラに本発明適用する場合の一例を示す図である。
[0130]
 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。
[0131]
 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。
[0132]
 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。
[0133]
 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。
[0134]
 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。
[0135]
 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。
[0136]
 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。
[0137]
 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。
[0138]
 《撮像装置の変形例》
 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。
[0139]
 《その他の変形例》
 上記実施の形態では、駆動目標設定部、フォーカスレンズ駆動制御部、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。
[0140]
 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。
[0141]
 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。
[0142]
 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。

符号の説明

[0143]
1 デジタルカメラ
10 交換レンズ
12 フォーカスレンズ
14 絞り
16 フォーカスレンズ駆動部
18 フォーカスレンズ位置検出部
20 絞り駆動部
22 レンズ制御部
22a フォーカスレンズ駆動制御部
100 カメラ本体
102 マウント
110 イメージセンサ
112 撮像面
114 AFエリア
116 通常画素
118 位相差検出画素
118A 第1位相差検出画素
118B 第2位相差検出画素
120 イメージセンサ移動駆動部
122 イメージセンサ位置検出部
124 イメージセンサ駆動部
126 アナログ信号処理部
128 ADC(アナログデジタル変換器)
130 デジタル信号処理部
132 位相差AF処理部
134 メモリカードインタフェース
136 メモリカード
138 表示部
140 操作部
150 カメラ制御部
150a 目標位置設定部
150b AF制御部
150c イメージセンサ移動制御部
210B イメージセンサ
210G イメージセンサ
210R イメージセンサ
220x イメージセンサ移動駆動部
222x イメージセンサ位置検出部
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
L 光軸
L1 交換レンズによって形成される被写体の像の移動軌跡
L2 イメージセンサの移動軌跡
S11~S15 AFの処理手順
S21~S27 AF制御の処理手順

請求の範囲

[請求項1]
 フォーカスレンズを有する撮像レンズと、
 前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、
 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、
 被写体に合焦させるための前記フォーカスレンズの駆動目標を設定する駆動目標設定部と、
 前記駆動目標設定部で設定された前記駆動目標に基づいて、前記フォーカスレンズの駆動を制御するフォーカスレンズ駆動制御部と、
 前記フォーカスレンズ駆動制御部が前記フォーカスレンズの駆動を停止する前に前記イメージセンサを移動させて合焦させ、合焦後は前記フォーカスレンズが停止するまで前記イメージセンサを移動させて合焦状態を維持させるイメージセンサ移動制御部と、
 を備えた撮像装置。
[請求項2]
 前記フォーカスレンズ駆動部は、前記フォーカスレンズを光軸に沿って移動させ、
 前記駆動目標設定部は、被写体に合焦させるための前記フォーカスレンズの目標位置を前記駆動目標として設定し、
 前記フォーカスレンズ駆動制御部は、前記フォーカスレンズ駆動部を制御して、前記フォーカスレンズを前記目標位置に移動させる、
 請求項1に記載の撮像装置。
[請求項3]
 パッシブ方式又はアクティブ方式のオートフォーカスセンサを更に備え、
 前記駆動目標設定部は、前記オートフォーカスセンサの出力に基づいて、前記駆動目標を設定する、
 請求項1又は2に記載の撮像装置。
[請求項4]
 前記オートフォーカスセンサが、位相差検出方式のオートフォーカスセンサで構成される、
 請求項3に記載の撮像装置。
[請求項5]
 前記オートフォーカスセンサが、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で構成される、
 請求項4に記載の撮像装置。
[請求項6]
 前記イメージセンサの基準位置が、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1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。
[請求項7]
 前記フォーカスレンズ駆動制御部は、前記フォーカスレンズを前記目標位置で停止させる前に減速させる、
 請求項2に記載の撮像装置。
[請求項8]
 前記イメージセンサ移動制御部は、前記フォーカスレンズを減速させる前に前記イメージセンサを移動させて合焦させる、
 請求項7に記載の撮像装置。
[請求項9]
 前記イメージセンサ移動制御部は、前記フォーカスレンズの駆動開始と同時に前記イメージセンサを移動させる、
 請求項1から8のいずれか1項に記載の撮像装置。
[請求項10]
 前記イメージセンサ移動制御部は、前記イメージセンサを可動範囲の端部に移動させて待機させる、
 請求項1から9のいずれか1項に記載の撮像装置。
[請求項11]
 フォーカスレンズを有する撮像レンズと、前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、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、を備えた撮像装置の合焦制御方法であって、
 被写体に合焦させるための前記フォーカスレンズの駆動目標を設定するステップと、
 設定された前記駆動目標に基づいて、前記フォーカスレンズを駆動するステップと、
 前記フォーカスレンズの駆動を停止する前に前記イメージセンサを移動させて合焦させ、合焦後は前記フォーカスレンズが停止するまで前記イメージセンサを移動させて合焦状態を維持させるステップと、
 を含む撮像装置の合焦制御方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]