以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
[第1の実施形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施形態における撮像装置の構成について説明する。図1は、本実施形態における撮像装置10(レンズ交換式カメラシステム)のブロック図である。撮像装置10は、カメラ本体200(撮像装置本体)と、カメラ本体200に着脱可能なレンズ装置100(交換レンズ)とを備えて構成されている。レンズ装置100は、電気接点ユニット106を有する不図示のマウント部を介して、カメラ本体200に着脱可能(交換可能)に取り付けられている。なお本実施形態は、レンズ装置とカメラ本体とが一体的に構成された撮像装置にも適用可能である。
101はズーム機構を含む撮影レンズ、102は光量を制御する絞り及びシャッター、103は後述する撮像素子201上に焦点を合わせるためのフォーカスレンズ、104はフォーカスレンズ103を駆動するモータ、105はレンズコントローラである。201は、被写体からの反射光を電気信号に変換する受光手段(光電変換手段)としての撮像素子である。202は、撮像素子201の出力ノイズを除去するCDS回路やA/D変換前に行う非線形増幅回路を含むA/D変換部である。203は画像処理部、204はAF信号処理部、205はフォーマット変換部である。本実施形態において、AF信号処理部204は、取得手段204aおよび算出手段204bを有する。
206はランダムアクセスメモリ(RAM)などの高速な内蔵メモリ(DRAM)であり、一時的な画像記憶手段としての高速バッファとして、または、画像の圧縮伸張における作業用メモリとして用いられる。
207はメモリーカードなどの記録媒体とそのインターフェースとを備えて構成される画像記録部、208はタイミングジェネレータである。209は撮影シーケンスなどシステムを制御するシステム制御部、210はカメラ本体200とレンズ装置100との通信を行うレンズ通信部、211はAE処理部、212は画像表示用メモリ(VRAM)である。213は、画像の表示、操作補助のための表示、および、カメラ状態の表示に加えて、撮影の際に撮影画面および焦点検出領域を表示する画像表示部である。
214は、カメラ本体200をユーザが操作するための操作部であり、撮像装置10の撮影機能や画像再生の際の設定などの各種設定を行うメニュースイッチ、および、撮影モードと再生モードの動作モード切換えスイッチなどを含む。215は、マクロモードやスポーツモードなどの撮影モードを選択するための撮影モードスイッチである。216は、システム(撮像装置10)に電源を投入するためのメインスイッチである。217はAFやAEなどの撮影スタンバイ動作を行うためのスイッチ(SW1)、218はスイッチSW1の操作後に撮影を行うためのスイッチ(SW2)である。
撮像素子201は、CCDセンサやCMOSセンサなどを備え、レンズ装置100の撮像光学系を介して形成された被写体像(光学像)を光電変換して画素信号(画像データ)を出力する。すなわち撮像光学系から入射した光束は、撮像素子201の受光面上に結像し、撮像素子201において配列された画素(フォトダイオード)により、入射光量に応じた信号電荷に変換される。各フォトダイオードに蓄積された信号電荷は、システム制御部209の指令に従い、タイミングジェネレータ208から出力される駆動パルスに基づいて、信号電荷に応じた電圧信号として撮像素子201から順次読み出される。
本実施形態で用いられる撮像素子201の各画素は、2つ(一対)のフォトダイオードA、Bとこれら一対のフォトダイオードA、Bに対して設けられた(フォトダイオードA、Bを共有する)1つのマイクロレンズとを備えて構成されている。すなわち撮像素子201は、1つのマイクロレンズに対し一対のフォトダイオード(第1光電変換部および第2光電変換部)を有し、複数のマイクロレンズが2次元状に配列されている。各画素は、入射する光をマイクロレンズで分割して一対のフォトダイオードA、B上に一対の光学像を形成し、この一対のフォトダイオードA、Bから後述するAF用信号に用いられる一対の画素信号(A像信号およびB像信号)を出力する。また、一対のフォトダイオードA、Bの出力を加算することにより、撮像用信号(A+B像信号)を得ることができる。
複数の画素から出力された複数のA像信号と複数のB像信号とをそれぞれ合成することにより、撮像面位相差検出方式によるAF(撮像面位相差AF)に用いられるAF用信号(焦点検出用信号)としての一対の像信号が得られる。後述するAF信号処理部204は、一対の像信号に対する相関演算を行って、一対の像信号のずれ量である位相差(像ずれ量)を算出し、さらに像ずれ量から撮像光学系のデフォーカス量(およびデフォーカス方向)を算出する。
このように撮像素子201は、レンズ装置100の撮像光学系を通過した光束を受光して形成された光学像を電気信号に光電変換して画像データ(像信号)を出力する。本実施形態の撮像素子201は、1つのマイクロレンズに対して2つのフォトダイオードが設けられており、撮像面位相差AF方式による焦点検出に用いる像信号を生成可能である。なお、1つのマイクロレンズに対して4つのフォトダイオードを設けるなど、1つのマイクロレンズを共有するフォトダイオード(分割PD)の個数を変更してもよい。
図2(a)は、撮像面位相差AF方式に対応していない画素の構成、図2(b)は、撮像面位相差AF方式に対応した画素の構成例を模式的に示している。図2(a)、(b)のいずれの画素構成でも、ベイヤー配列が用いられており、Rは赤のカラーフィルタを、Bは青のカラーフィルタを、Gr、Gbは緑のカラーフィルタをそれぞれ示している。撮像面位相差AFに対応する図2(b)の画素構成では、図2(a)に示される撮像面位相差AF方式に非対応の画素構成における1画素(実線で示される画素)内に、図2(b)の水平方向に2分割された2つのフォトダイオードA、Bが設けられている。フォトダイオードA、B(第1光電変換部、第2光電変換部)は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過した光束を受光する。このように、フォトダイオードAとフォトダイオードBは、撮影光学系の射出瞳の異なる領域を通過した光束を受光するため、B像信号はA像信号に対して視差を有している。また、上述の撮像用信号(A+B像信号)と一対の視差画像信号のうち、一方の像信号(A像又はB像信号)も視差を有する。なお、図2(b)に示される画素の分割方法は一例であり、図2(b)の垂直方向に分割した構成や、水平方向および垂直方向に2分割ずつ(合計4分割)した構成などの他の構成を採用してもよい。また、同じ撮像素子内において互いに異なる分割方法で分割された複数種類の画素が含まれてもよい。 なお本実施形態では、1つのマイクロレンズに対して複数の光電変換部が配置され、瞳分割された光束が各光電変換部に入射される構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば焦点検出用画素の構成は、マイクロレンズ下に1つのPDを有し、遮光層により左右または上下を遮光することで瞳分割を行う構成でもよい。また、複数の撮像用画素の配列の中に一対の焦点検出用画素を離散的に配置し、その一対の焦点検出用画素から一対の像信号を取得する構成でもよい。
撮像素子201から読み出された撮像用信号およびAF用信号はA/D変換部202に入力される。A/D変換部202は、撮像用信号およびAF用信号に対して、リセットノイズを除去するための相関二重サンプリング、ゲインの調節、および、デジタル化を行う。A/D変換部202は、撮像用信号を画像処理部203に出力し、AF用信号をAF信号処理部204に出力する。
AF信号処理部204(取得手段204a)は、A/D変換部202から出力されたAF用信号(一対の像信号としての第1信号(A像信号)および第2信号(B像信号))を取得する。またAF信号処理部204(算出手段204b)は、AF用信号に基づいて相関演算を行って像ずれ量を算出し、像ずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する。またAF信号処理部204(算出手段204b)は、AF用信号の信頼性情報(二像の一致度、二像の急峻度、コントラスト情報、飽和情報、および、キズ情報など)を算出する。AF信号処理部204により算出されたデフォーカス量および信頼性情報(信頼度)は、システム制御部209へ出力される。なお、AF信号処理部204による相関演算の詳細については後述する。
次に、図3を参照して、本実施形態における撮像装置10の動作について説明する。図3は、撮像装置10の動作を示すフローチャートである。図3の各ステップは、主にシステム制御部209の指令に基づいて各部により実行される。
まず、ステップS301において、システム制御部209は、画像処理部203の出力信号に対してAE処理を行うようにAE処理部211を制御する。続いてステップS302において、システム制御部209は、スイッチ217(SW1)がオンであるか否かを判定する。スイッチ217(SW1)がオンの場合、ステップS303へ進む。一方、スイッチ217(SW1)がオフの場合、ステップS301へ戻る。
ステップS303において、システム制御部209は、AF動作を行う。AF動作の詳細については後述する。続いてステップS304において、システム制御部209は、スイッチ217(SW1)がオンであるか否かを判定する。スイッチ217(SW1)がオンの場合、ステップS305へ進む。一方、スイッチ217(SW1)がオフの場合、ステップS301へ戻る。
ステップS305において、システム制御部209は、スイッチ218(SW2)がオンであるか否かを判定する。スイッチ218(SW2)がオフの場合、ステップS304へ戻る。一方、スイッチ218(SW2)がオンの場合、ステップS306へ進む。ステップS306において、システム制御部209は撮影動作を行う。その後、ステップS301へ戻る。
次に、図4を参照して、本実施形態におけるAF動作(図3のステップS303)について詳述する。図4は、AF動作を示すフローチャートである。図4の各ステップは、主に、AF信号処理部204およびシステム制御部209により実行される。
まずステップS401において、システム制御部209は、画像処理部203の出力信号に対してAE処理を行うようにAE処理部211を制御する。続いてステップS402において、AF信号処理部204は、一対の像信号を用いて焦点検出処理を行い、デフォーカス量および信頼度を算出する。なお、焦点検出処理の詳細については後述する。
続いてステップS403において、システム制御部209は、ステップS402にて算出された信頼度(焦点検出結果の信頼度)が予め設定されている第2信頼度閾値よりも高いか否かを判定する。信頼度が第2信頼度閾値よりも高い場合、ステップS404へ進む。一方、信頼度が第2信頼度閾値未満である場合、ステップS413へ進む。第2信頼度閾値は、信頼度が第2信頼度閾値未満であれば、デフォーカス量の精度の保証はできないが被写体のピント位置方向は保証できる値に設定される。
ステップS404において、システム制御部209は、ステップS402にて算出したデフォーカス量(検出デフォーカス量)が予め設定されている第2Def量閾値以下であるか否かを判定する。検出デフォーカス量が第2Def量閾値以下である場合、ステップS405へ進む。一方、検出デフォーカス量が第2Def量閾値よりも大きい場合、ステップS412へ進む。第2Def量閾値は、デフォーカス量が第2Def量閾値以下であれば、その後、そのデフォーカス量だけレンズ駆動を所定回数(例えば3回)以内で焦点深度内にフォーカスレンズ103を移動するように制御可能な値(例えば焦点深度の5倍の量)に設定される。
ステップS405において、システム制御部209は、フォーカスレンズ103が停止状態(停止中)であるか否かを判定する。フォーカスレンズ103が停止中である場合、ステップS406へ進む。一方、フォーカスレンズ103が停止中でない場合、ステップS410へ進む。
ステップS406において、システム制御部209は、ステップS402にて算出された信頼度(焦点検出結果の信頼度)が予め設定されている第1信頼度閾値よりも高いか否かを判定する。信頼度が第1信頼度閾値よりも高い場合、ステップS407へ進む。一方、信頼度が第1信頼度閾値未満である場合、ステップS410へ進む。第1信頼度閾値は、信頼度が第1信頼度閾値以上であれば、デフォーカス量の精度ばらつきが所定の範囲内(例えば焦点深度内)となるように設定される。
ステップS407において、システム制御部209は、ステップS402にて算出したデフォーカス量(検出デフォーカス量)が予め設定されている第1Def量閾値以下であるか否かを判定する。検出デフォーカス量が第1Def量閾値以下である場合、ステップS408へ進む。一方、検出デフォーカス量が第1Def量閾値よりも大きい場合、ステップS409へ進む。第1Def量閾値は、検出デフォーカス量が第1Def量閾値以下であれば、焦点深度内にフォーカスレンズ103が制御されている値となるように設定される。
ステップS408において、システム制御部209は、焦点状態が合焦状態であると判定し、本フローを終了する。一方、ステップS409において、システム制御部209は、ステップS402にて算出したデフォーカス量(検出デフォーカス量)だけフォーカスレンズ103を駆動させ、その後、ステップS402へ戻る。ステップS405〜S409の一連の動作を行うことにより、ステップS402にて算出した信頼度が第1信頼度閾値よりも高い場合において、システム制御部209は、フォーカスレンズ103を停止した状態で再度デフォーカス量を算出することができる。
ステップS410において、システム制御部209は、ステップS402にて検出したデフォーカス量に対して所定割合だけフォーカスレンズ103を駆動する。続いてステップS411において、システム制御部209は、フォーカスレンズ103の停止を指示して、ステップS402へ戻る。
ステップS412において、システム制御部209は、ステップS402にて検出したデフォーカス量に対して所定割合だけフォーカスレンズ103を駆動し、ステップS402へ戻る。所定割合は、デフォーカス量に対してフォーカスレンズ103の駆動量(レンズ駆動量)が小さくなるように設定される(例えば8割)。また、設定するレンズ速度は、例えば1フレームの時間で、設定した駆動量だけ駆動することが可能な速度よりも遅くなるように設定される。これにより、検出デフォーカス量が正しくない場合、被写体のピント位置を越えてしまうことを回避することができる。また、フォーカスレンズ103を停止することなく駆動させながら次のレンズ駆動を行うことが可能となる(オーバーラップ制御)。
ステップS413において、システム制御部209は、非合焦条件を満たしたか否かを判定する。非合焦条件を満たした場合、ステップS414へ進む。一方、非合焦条件を満たしていない場合、ステップS415へ進む。非合焦条件とは、システム制御部209が合焦すべき被写体がないと判定する条件である。非合焦条件として、例えば、フォーカスレンズ103の可動範囲の全てにおいてレンズ駆動が完了した場合、すなわちフォーカスレンズ103が遠側および近側の両方のレンズ端を検出して初期位置に戻った場合という条件が設定される。
ステップS414において、システム制御部209は、焦点状態が非合焦状態であると判定し、本フローを終了する。一方、ステップS415において、システム制御部209は、フォーカスレンズ103が遠側または近側のレンズ端に到達したか否かを判定する。フォーカスレンズ103がレンズ端に到達した場合、ステップS416へ進み、一方、フォーカスレンズ103がレンズ端に到達していない場合、ステップS417へ進む。
ステップS416において、システム制御部209は、フォーカスレンズ103の駆動方向(レンズ駆動方向)を反転し、ステップS402へ戻る。ステップS417において、システム制御部209は、フォーカスレンズ103を所定方向に駆動し、ステップS402へ戻る。フォーカスレンズ103の駆動速度(フォーカスレンズ速度)は、例えば、デフォーカス量が検出できるようになった時点でピント位置を通り過ぎることのないようなレンズ速度の範囲内で最も速い速度に設定される。
次に、図5を参照して、焦点検出処理(図4のステップS402)について詳述する。図5は、焦点検出処理を示すフローチャートである。図5の各ステップは、主に、システム制御部209、または、システム制御部209の指令に基づいてAF信号処理部204により実行される。
まず、ステップS501において、AF信号処理部204(システム制御部209)は、撮像素子201内の任意の範囲の焦点検出領域を設定する。続いてステップS502において、AF信号処理部204は、ステップS501にて設定した焦点検出領域に関し、撮像素子201から焦点検出用の一対の像信号(A像信号およびB像信号)を取得する。続いてステップS503において、AF信号処理部204は、ステップS502にて取得した一対の像信号に対して、垂直方向に行加算平均処理を行う。行加算平均処理により、像信号のノイズの影響を軽減することができる。続いてステップS504において、AF信号処理部204は、ステップS503にて行加算平均処理を行った一対の像信号から、所定の周波数帯域の信号成分を取り出すフィルタ処理を行う。
続いてステップS505において、AF信号処理部204は、ステップS504にてフィルタ処理を行った一対の像信号に基づいて相関量を算出する。続いてステップS506において、AF信号処理部204は、ステップS505にて算出した相関量に基づいて相関変化量を算出する。続いてステップS507において、AF信号処理部204は、ステップS505にて算出した相関変化量に基づいて像ずれ量を算出する。続いてステップS508において、AF信号処理部204は、ステップS507にて算出した像ずれ量の信頼度を算出する。続いてステップS509において、AF信号処理部204は、像ずれ量をデフォーカス量に変換する。
続いてステップS510において、システム制御部209は、ステップS504にて行われたフィルタ処理に関し、フィルタの種類分だけ演算したか否かを判定する。フィルタの種類分だけフィルタ処理の演算が完了している場合、ステップS511へ進む。一方、フィルタの種類分だけフィルタ処理の演算が完了していない場合、ステップS504へ戻る。本実施形態において、ステップS504のフィルタ処理では、例えば行加算平均処理を行った一対の像信号に対して、帯域の異なる3つの周波数帯域(低域、中域、高域)のバンドパスフィルタを用いた処理(フィルタ処理)を水平方向に行う。但し、低域フィルタ、中域フィルタ、高域フィルタとは、各フィルタが取り出す周波数成分の相対的な高低を示すものであり、絶対的な高低を示すものではない。ステップS510において、システム制御部209はステップS504〜S509の一連の処理を3つの周波数帯域の全てに関して行ったか否かを判定する。
ステップS511において、システム制御部209は、デフォーカス量を選択する。すなわちシステム制御部209(決定手段)は、ステップS504〜S509の一連の処理により算出された3つのデフォーカス量と信頼度との組み合わせのうち、いずれのデフォーカス量と信頼度との組み合わせを用いるかを選択(決定)する。本実施形態において、低域フィルタを用いて算出されたデフォーカス量を大Def、中域フィルタを用いて算出されたデフォーカス量を中Def、高域フィルタを用いて算出されたデフォーカス量を小Defとする。なお、デフォーカス量の選択については後述する。
次に、図6を参照して、図5のステップS501にて設定された焦点検出領域(AF領域)について詳述する。図6は、撮像素子201の画素アレイ601上での焦点検出領域602の説明図である。焦点検出領域602の両側のシフト領域603は、相関演算に必要な領域である。このため、焦点検出領域602とシフト領域603とを合わせた領域604が相関演算に必要な画素領域である。図6中のp、q、s、tはそれぞれ、水平方向(x軸方向)での座標であり、pとqはそれぞれ領域604(画素領域)の始点と終点のx座標、sとtはそれぞれ焦点検出領域602の始点と終点のx座標をそれぞれ示している。
図7は、図6の焦点検出領域602に含まれる複数の画素から取得したAF用信号(一対の像信号)の説明図である。図7において、実線701は一対の像信号のうちの一方(A像信号)、破線702は一対の像信号のうち他方(B像信号)である。図7(a)はシフト前のA像信号およびB像信号を示し、図7(b)、(c)はそれぞれ、A像信号およびB像信号を図7(a)の状態からプラス方向およびマイナス方向にシフトした状態を示している。一対の像信号(実線701で示されるA像信号、破線702で示されるB像信号)の相関量を算出する際には、A像信号およびB像信号の両方を矢印の方向に1ビットずつシフトする。
次に、相関量の算出方法について説明する。まず、図7(b)、(c)に示されるように、A像信号およびB像信号をそれぞれ1ビットずつシフトして、A像信号とB像信号との差の絶対値の和を算出する。相関量COR[i]は、以下の式(1)を用いて算出することができる。
式(1)において、iはシフト量、p−sはマイナス方向の最大シフト量、q−tはプラス方向の最大シフト量、xは焦点検出領域602の開始座標、yは焦点検出領域602の終了座標である。
ここで、図8を参照して、シフト量と相関量CORとの関係について説明する。図8(a)、(b)は、シフト量と相関量CORとの関係の説明図である。図8(b)は図8(a)の領域802の拡大図である。図8(a)において、横軸はシフト量、縦軸は相関量CORをそれぞれ示している。シフト量とともに変化する相関量801における極値付近の領域802、803のうち、より小さい相関量に対応するシフト量において一対の像信号(A像信号、B像信号)の一致度が最も高くなる。
次に、相関変化量の算出方法について説明する。本実施形態では、図8(a)に示される相関量801の波形における1シフトおきの相関量の差を相関変化量として算出する。相関変化量ΔCOR[i]は、以下の式(2)を用いて算出することができる。
ここで、図9を参照して、シフト量と相関変化量ΔCORとの関係について説明する。図9(a)、(b)は、シフト量と相関変化量ΔCORとの関係の説明図である。図9(b)は図9(a)の領域902の拡大図である。図9(a)において、横軸はシフト量、縦軸は相関変化量ΔCORをそれぞれ示している。シフト量とともに変化する相関変化量901は、領域902、903においてプラスからマイナスになる。相関変化量が0となる状態をゼロクロスと呼び、一対の像信号(A像信号、B像信号)の一致度が最も高くなる。このため、ゼロクロスを与えるシフト量が像ずれ量となる。
図9(b)において、904は相関変化量901の一部である。図9(b)を参照して、像ずれ量PRDの算出方法について説明する。ゼロクロスを与えるシフト量(k−1+α)は、整数部分β(=k−1)と小数部分αとに分けられる。小数部分αは、図9(b)中の三角形ABCと三角形ADEとの相似の関係から、以下の式(3)を用いて算出することができる。
整数部分βは、図9(b)より、以下の式(4)を用いて算出することができる。
すなわち、小数部分αと整数部分βとの和から像ずれ量PRDを算出することができる。図9(a)に示されるように、相関変化量ΔCORのゼロクロスが複数存在する場合、その付近での相関変化量ΔCORの変化の急峻性がより大きい方を第1のゼロクロスとする。この急峻性はAFの行い易さを示す指標であり、その値が大きいほど高精度なAFを行い易い点であることを示す。急峻性maxderは、以下の式(5)を用いて算出することができる。
本実施形態では、相関変化量のゼロクロスが複数存在する場合、その急峻性に基づいて第1のゼロクロスを決定し、第1のゼロクロスを与えるシフト量を像ずれ量とする。
次に、像ずれ量の信頼性情報(信頼度)の算出方法について説明する。像ずれ量の信頼度は、一対の像信号(A像信号、B像信号)の一致度(二像の一致度)fnclvlと、前述の相関変化量ΔCORの急峻性とにより定義することができ、いずれの値から信頼度を取得してもよい。
二像の一致度は、像ずれ量の精度を表す指標であり、ここではその値が小さいほど精度が良いことを意味する。図8(b)において、804は相関量801の一部である。二像の一致度fnclvlは、以下の式(6)を用いて算出することができる。
次に、図10を参照して、デフォーカス量の選択(図5のステップS511)について説明する。図10は、デフォーカス量の選択を示すフローチャートである。図10の各ステップは、主にシステム制御部209により実行される。
まずステップS1001において、システム制御部209は、後述する大Def(第1デフォーカス量)から中Def(第2デフォーカス量)への引き継ぎ判定を行う。続いてステップS1002において、システム制御部209は、大Defから中Defへの引き継ぎを行うことができたか否かを判定する。大Defから中Defへの引き継ぎを行うことができた場合、ステップS1003へ進む。一方、大Defから中Defへの引き継ぎを行うことができなかった場合、ステップS1007へ進む。
ステップS1003において、システム制御部209は、後述する中def(第2デフォーカス量)から小def(第3デフォーカス量)への引き継ぎ判定を行う。続いてステップS1004において、システム制御部209は、中Defから小Defへの引き継ぎを行うことができたか否かを判定する。中Defから小Defへの引き継ぎを行うことができた場合、ステップS1005へ進む。一方、中Defから小Defへの引き継ぎを行うことができなかった場合、ステップS1006へ進む。
ステップS1005において、システム制御部209は、フォーカスレンズ103の駆動(フォーカス制御)に用いるデフォーカス量として小defを選択し、本フローを終了する。また、ステップS1006において、システム制御部209は、フォーカス制御に用いるデフォーカス量として中Defを選択し、本フローを終了する。また、ステップS1007において、システム制御部209は、フォーカス制御に用いるデフォーカス量として大defを選択し、本フローを終了する。
次に、図11を参照して、大Defから中Defへの引き継ぎ判定(図10のステップS1001)について説明する。図11の各ステップは、主にシステム制御部209により実行される。
まずステップS1101において、システム制御部209は、大Defと中Defのデフォーカス量の差が予め設定した第1深度閾値(第1閾値)以下であるか否かを判定する。大Defと中Defのデフォーカス量の差が第1深度閾値以下である場合、ステップS1102へ進む。一方、この差が第1深度閾値よりも大きい場合、ステップS1104へ進む。第1深度閾値は、大Defから中Defへ適切に引き継ぐことができるように、例えば焦点深度の9倍の量に設定される。また、第1深度閾値を、焦点深度を基準として設定する(焦点深度よりも大きくする)ことにより、F値や焦点検出領域が変化しても一律の閾値を設定することができる。
ステップS1102において、システム制御部209は、中Defの信頼度(第2信頼度)が大Defの信頼度(第1信頼度)以上であり、かつ、中Defの信頼度が第2信頼度閾値(図4のステップS403の判定で用いられた閾値)よりも高いか否かを判定する。これらの両方の条件を満たす場合、ステップS1103へ進む。一方、少なくとも一方の条件を満たさない場合、ステップS1104へ進む。
ステップS1103において、システム制御部209は、大Defから中Defへの引き継ぎを行うことができると判定し、本フローを終了する。一方、ステップS1104において、システム制御部209は、大Defから中Defへの引き継ぎを行うことができないと判定し、本フローを終了する。これにより、大ボケ状態から小ボケ状態へフォーカスレンズ103を移動させる過程において、大Defと中Defのデフォーカス量の差とそれぞれの信頼度とに基づいて、大Defから中Defへの引き継ぎを行うことが可能であるか否かを判定することができる。
次に、図12を参照して、中Defから小Defへの引き継ぎ判定(図10のステップS1003)について説明する。図12の各ステップは、主にシステム制御部209により実行される。
まずステップS1201において、システム制御部209は、中Defと小Defのデフォーカス量の差が予め設定した第2深度閾値(第2閾値)以下であるか否かを判定する。中Defと小Defのデフォーカス量の差が第2深度閾値以下である場合、ステップS1202へ進む。一方、この差が第2深度閾値よりも大きい場合、ステップS1204へ進む。第2深度閾値は、中Defから小Defへ適切に引き継ぐことができるように、例えば焦点深度の3倍の量に設定される。また、第2深度閾値を、焦点深度を基準として設定する(焦点深度よりも大きくする)ことにより、F値や焦点検出領域が変化しても一律の閾値を設定することができる。また、第2深度閾値は、図11のステップS1101の判定にて用いられる第1深度閾値よりも小さい値に設定される。これは、小Def→中Def→大Defと変化するにつれて、デフォーカス量の検出ばらつきが大きくなる結果、小Defと中Defの差よりも中Defと大Defの差の方が大きくなるためである。
ステップS1202において、システム制御部209は、小Defの信頼度が中Defの信頼度以上であり、かつ、小Defの信頼度および中Defの信頼度の両方がそれぞれ第2信頼度閾値よりも高いか否かを判定する。これらの条件を全て満たす場合、ステップS1203へ進む。一方、少なくとも一つの条件を満たさない場合、ステップS1204へ進む。
ステップS1203において、システム制御部209は、中Defから小Defへの引き継ぎを行うことができると判定し、本フローを終了する。一方、ステップS1204において、システム制御部209は、中Defから小Defへの引き継ぎを行うことができないと判定し、本フローを終了する。これにより、小ボケ状態から合焦位置へフォーカスレンズ103を移動させる過程において、中Defと小Defのデフォーカス量の差とそれぞれの信頼度とに基づいて、中Defから小Defへの引き継ぎを行うことが可能であるか否かを判定することができる。
このように本実施形態において、制御装置は、AF信号処理部204(取得手段204a、算出手段204b)、および、決定手段(システム制御部209)を有する。取得手段は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号(A像信号)および第2信号(B像信号)を取得する。算出手段は、第1信号および第2信号に対して帯域が互いに異なる複数のフィルタ処理(バンドパスフィルタ処理)を行い、各々のフィルタ処理後の第1信号および第2信号に基づいて複数のデフォーカス量および複数の信頼度を算出する。決定手段は、複数のデフォーカス量の差と、複数の信頼度の少なくとも一つとに基づいて、複数のデフォーカス量の中から焦点調節(フォーカス制御)に用いられるデフォーカス量を決定する。
好ましくは、複数のフィルタ処理は、第1周波数帯域(低域)の第1信号および第2信号を抽出する第1フィルタ処理と、第1周波数帯域よりも高い第2周波数帯域(中域)の第1信号および第2信号を抽出する第2フィルタ処理とを含む。算出手段は、複数のデフォーカス量および複数の信頼度として、第1フィルタ処理後の第1信号および第2信号に基づいて、第1デフォーカス量(大Def)および第1信頼度(大Def信頼度)を算出する。また算出手段は、第2フィルタ処理後の第1信号および第2信号に基づいて、第2デフォーカス量(中Def)および第2信頼度(中Def信頼度)を算出する。より好ましくは、算出手段は、第1デフォーカス量と第2デフォーカス量との差が第1閾値(第1深度閾値)よりも大きい場合、第1デフォーカス量を、焦点調節に用いられるデフォーカス量として決定する(S1101、S1104)。より好ましくは、算出手段は、第2信頼度が前記第1信頼度よりも高い場合であって、かつ、第2信頼度が所定の信頼度閾値(第2信頼度閾値)よりも高い場合、第2デフォーカス量を、焦点調節に用いられるデフォーカス量として決定する。一方、算出手段は、第2信頼度が前記第1信頼度よりも低い場合、または、第2信頼度が所定の信頼度閾値(第2信頼度閾値)よりも低い場合、第1デフォーカス量を、焦点調節に用いられるデフォーカス量として決定する(S1102〜S1104)。
好ましくは、複数のフィルタ処理は、第2周波数帯域よりも高い第3周波数帯域(高域)の第1信号および第2信号を抽出する第3フィルタ処理を含む。算出手段は、複数のデフォーカス量および複数の信頼度として、第3フィルタ処理後の第1信号および第2信号に基づいて、第3デフォーカス量(小Def)および第3信頼度(小Def信頼度)を算出する。より好ましくは、算出手段は、第2デフォーカス量と第3デフォーカス量との差が第2閾値(第2深度閾値)よりも大きい場合、第2デフォーカス量を、焦点調節に用いられるデフォーカス量として決定する(S1201、S1204)。より好ましくは、算出手段は、第3信頼度が第2信頼度よりも高い場合であって、かつ、第2信頼度および第3信頼度のそれぞれが所定の信頼度閾値(第2信頼度閾値)よりも高い場合、第3デフォーカス量を、焦点調節に用いられるデフォーカス量として決定する。一方、算出手段は、第3信頼度が前記第2信頼度よりも低い場合、または、第2信頼度もしくは第3信頼度が所定の信頼度閾値よりも低い場合、第2デフォーカス量を、焦点調節に用いられるデフォーカス量として決定する(S1202〜S1204)。より好ましくは、第2閾値は第1閾値よりも小さい。また好ましくは、第1閾値および第2閾値は、焦点深度を基準として設定される。
本実施形態において、大ボケ状態から合焦位置へフォーカスレンズを移動させる過程において、大ボケ状態では合焦位置の方向を判定することが可能なデフォーカス量、および、合焦位置の近傍では高精度のデフォーカス量を用いる。このため本実施形態によれば、合焦精度の向上および焦点調節時間の短縮が可能な制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
本実施形態においては、システム制御部209は、デフォーカス量の差と、デフォーカス量の信頼度との両方を用いて焦点調節に用いられるデフォーカス量を決定したが、いずれか一方のみを用いて焦点調節に用いられるデフォーカス量を決定しても良い。つまり、大Defから中Defへの引き継ぎ判定において、ステップS1101またはステップS1102を省略して大Defを用いるか中Defを用いるかを判定しても良い。同様に、中Defから小Defへの引き継ぎ判定において、ステップS1201またはステップS1202を省略して中Defを用いるか小Defを用いるかを判定しても良い。
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
被写体が低コントラストの場合や低輝度時には複数フレーム分の加算や複数回のレンズ移動を行うことで、合焦精度は向上するが合焦までの時間が長くなってしまう。通常の撮影時は、AF時間が長くなったとしても低コントラストの場合や低輝度時に合焦させることが望ましいが、合焦精度よりも合焦までの時間を短くすることを優先することが望ましい場合がある。例えば、ユーザが手動でフォーカスレンズ位置を指定して撮影ができるマニュアルフォーカス(MF)モードとして、ユーザが指定したフォーカスレンズ位置を含む微小範囲においてAF制御を行うことでピント合わせを補助する機能(セーフティMF)がある。この機能はMFモードであるため、AF制御によって撮影タイムラグが長くならないようにすることが望ましい。
また、ワイドからテレ、またはテレからワイドヘズーミングする際において、被写体距離に応じたカム軌跡をトレースするようにズームレンズとフォーカスレンズを駆動制御し、これによりピントずれのない良好な画像を得ることができる。しかし、図14に示されるように、被写体距離ごとのカム軌跡は、ワイド位置へ近づくに従って密になっている。このため、ワイドからテレへズーミングする場合、被写体距離に対応するカム軌跡を正確に選択することはできず、最初に選択したカム軌跡が被写体距離に対応するカム軌跡からずれる可能性がある。その結果、ズーミングによりボケが発生することになる。また、撮像面位相差AF方式によりデフォーカス量の検出を行う際に、所定の画像信号値が閾値を超えるまで画像信号を加算する方法が知られているが、この方法では、合焦までの時間が長くなってしまう。
そこで第2〜第4の実施形態では、特定の撮影モードやズーム動作中において、通常の撮影モード時とAF制御を異ならせることで、合焦精度の向上とAF時間の短縮が可能な撮像装置を提供することを目的とする。なお、第2の実施形態では、レンズ鏡筒と撮像装置とが一体となったレンズ鏡筒括りつけの撮像装置について説明する。
<全体構成>
まず、図13を参照して、本実施形態におけるレンズ鏡筒括り付けの撮像装置の例を示す。図13は、本実施形態における撮像装置1000のブロック図である。図13に示されるように、レンズ鏡筒括りつけの撮像装置1000は、レンズ鏡筒及び撮像装置全体の動作を統括するカメラ制御部1114を中心に構成されている。また、撮像装置1000の各動作は、内部のROM、RAM(不図示)に格納された制御プログラム及び制御に必要な各種データに基づいて実行される。
まず、レンズ鏡筒に関連する部分の構成について説明する。レンズ鏡筒は、ズームレンズ1101、絞り1102、フォーカスレンズ1103、ズームレンズ駆動部1104、絞り駆動部1105、および、フォーカスレンズ駆動部1106を備えている。ズームレンズ1101は、ズームレンズ駆動部1104によって駆動され、焦点距離の変更を行う。絞り1102は、絞り駆動部1105によって駆動され、後述する撮像素子1107への入射光量を制御する。フォーカスレンズ1103はフォーカスレンズ駆動部1106によって駆動され、後述する撮像素子1107に結像する焦点の調節を行う。ズームレンズ駆動部1104、絞り駆動部1105、および、フォーカスレンズ駆動部1106は、カメラ制御部114によって制御され、ズームレンズ1101の位置、絞り1102の開口量、および、フォーカスレンズ1103の位置を決定する。カメラ制御部1114は、ズームレンズ駆動部1104、絞り駆動部1105、および、フォーカスレンズ駆動部1106よりレンズ制御情報を得る。
次に、撮影光学系を通過した光束から撮像信号を取得する撮像機能に関する部分の構成について説明する。撮像装置1000は、撮像素子1107、CDS/AGC回路1108、カメラ信号処理部1109、AF信号処理部1110、表示部1111、記録部1112、カメラ制御部1114、カメラ操作部1115を備えている。また撮像装置1000は、セーフティMFモードなどの撮影モードを選択する撮影モードスイッチ1116、AFやAE等の撮影スタンバイ動作を行うためのスイッチ1117(SW1)、SW1の操作後、撮影を行う撮影スイッチ1118(SW2)を有する。また撮像装置1000は、AE処理部1119を有する。
撮像素子107は、画像センサとしての部材であって、CCDやCMOSセンサなどから構成されている。レンズ鏡筒の撮影光学系を通過した光束を撮像素子107の受光面上に結像し、フォトダイオードによって入射光量に応じた信号電荷に変換される。各フォトダイオードに蓄積された信号電荷は、カメラ制御部1114の指令に従ってタイミングジェネレータ1113から与えられる駆動パルスに基づいて信号電荷に応じた電圧信号として撮像素子1107から順次読み出される。撮像素子107から読み出された映像信号及びAF用信号は、サンプリングし、ゲイン調整するCDS/AGC回路1108に入力され、映像信号をカメラ信号処理部1109に、撮像面位相差AF用の信号をAF信号処理部1110にそれぞれ出力される。
カメラ信号処理部1109は、CDS/AGC回路1108から出力された信号に対して各種の画像処理を施して、映像信号を生成する。LCD等により構成される表示部1111は、カメラ信号処理部1109から出力された映像信号を撮像画像として表示する。記録部1112は、カメラ信号処理部1109からの映像信号を磁気テープ、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録する。
AF信号処理部1110は、CDS/AGC回路1108から出力されたAF用の2つの像信号に基づいて相関演算を行い、デフォーカス量、信頼性情報(二像一致度、二像急峻度、コントラスト情報、飽和情報、キズ情報等)を算出する。そしてAF信号処理部1110は、算出したデフォーカス量および信頼性情報をカメラ制御部1114へ出力する。またカメラ制御部114は、取得したデフォーカス量や信頼性情報に基づいて、これらを算出する設定の変更をAF信号処理部110に通知する。なお、デフォーカス量算出の詳細は、図5乃至図9を参照して第1の実施形態にて説明したとおりである。
カメラ制御部1114は、撮像装置1000の全体と情報をやり取りして制御を行う。撮像装置1000内の処理だけでなく、カメラ操作部1115からの入力に応じて、電源のON/OFF、設定の変更、記録の開始、AF制御の開始、記録映像の確認等の、ユーザが操作した種々のカメラ機能を実行する。
<焦点検出結果の信頼度>
次に、本実施形態における焦点検出結果の信頼度について説明する。本実施形態も、実施形態1と同様に、二像の一致度fnclvlと、相関変化量ΔCORの急峻性との少なくともいずれか一方から信頼度を取得する。本実施形態では、信頼度は図13のAF信号処理部1110によって算出される。基本的に算出されたデフォーカス量が信頼できると判断できる場合に信頼度が高く、信頼できなくなるにつれて信頼度は下がっていく。本実施形態における信頼度は1から4までの数値で表現し、1が最も信頼度が高く、4が最も低い信頼度を示す。各信頼度の詳細は次の通りである。
信頼度が「1」の場合とは、A像信号、B像信号のコントラストが高く、A像信号とB像信号の形が似ている(二像一致度レベルが高い)状態や、すでに当該主被写体像に合焦している状態にある場合である。この場合にはデフォーカス量を信頼して駆動を行う。
信頼度が「2」の場合とは、信頼度が「1」ほどではないもののA像信号、B像信号のコントラストが高く、A像信号とB像信号の形が似ている状態や、すでに当該主被写体像に対して一定の誤差範囲内で合焦近傍に位置する状態を示す。この場合、デフォーカス量に基づいて目標位置を決定し駆動を行う。
信頼度が「3」の場合とは、AF信号処理部110で算出される二像一致度レベルが所定値よりも低いものの、A像信号、B像信号を相対的にシフトさせて得られる相関に一定の傾向があって、デフォーカス方向は信頼できる状態である。たとえば、主被写体に対して小ボケしている状態に多い判定である。
デフォーカス量、およびデフォーカス方向も信頼できない場合を信頼度が「4」と判定する。例えば、A像信号、B像信号のコントラストが低く、像一致度レベルも低い状態である。これは、被写体に対して大きくボケている状態のときに多く、デフォーカス量の算出が困難な状態である。尚、本実施形態及び後述する第3の実施形態では、信頼度「3」を実施形態1の第2信頼度閾値に設定するものとする。言い換えると信頼度が1又は2のとき、信頼度が第2信頼度閾値より大きいと判断し、大Def、中Def、小Defの引継ぎ判定を行う。
次に、図15乃至図21を参照して、撮像装置1000の動作について詳述する。図15は、撮像装置1000の動作を説明するフローチャートである。まず、ステップS1601において、AE処理部1119は、AE処理を行う。続いてステップS1602において、カメラ制御部1114は、後述するズーム中AF動作を行う。続いてステップS1603において、カメラ制御部1114は、SW1(117)の状態を判定する。SW1の状態がONの場合、ステップS1604へ進む。一方、SW1の状態がONでない場合、ステップS1601へ進む。
ステップS1604において、カメラ制御部1114は、撮影モードSW116の状態を判定する。撮影モードがセーフティMFモード(第2のモード)である場合、ステップS1606へ進む。一方、撮影モードがセーフティMFモードでない場合、ステップS1605へ進む。ステップS1605において、カメラ制御部1114は、後述する通常AF動作を行う(通常モード、第1のモード)。ステップS1606において、カメラ制御部1114は、後述するセーフティMF動作を行う。ここで、通常モード(第1のモード)は、フォーカス制御手段(カメラ制御部1114)がフォーカスレンズの可動範囲の全域においてフォーカス制御を行うモードである。セーフティMFモード(第2のモード)は、ユーザにより設定されたフォーカスレンズ位置を基準とした所定の範囲内でフォーカス制御を行うモードである。
ステップS1607において、カメラ制御部1114は、SW1(117)の状態を判定する。SW1の状態ONの場合、ステップS1608へ進む。一方、SW1の状態がONでない場合、ステップS1601へ戻る。ステップS1608において、カメラ制御部1114は、SW2(118)の状態を判定する。SW2の状態がONの場合、ステップS1609へ進む。一方、SW2の状態がONでない場合、ステップS1607へ戻る。ステップS1609において、カメラ制御部1114は、撮影動作を行い、ステップS1601へ戻る。
次に、図16を参照して、図15のステップS1602のズーム中AF動作について説明する。図16は、ズーム中AF動作を示すフローチャート図である。本処理は、カメラ制御部1114内のROM上に格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。例えば、1フィールド画像(以下、1フレーム、1画面ともいう)を生成するための撮像素子1107からの撮像信号の読み出し周期(垂直同期期間ごと)で実行される。また複数の垂直同期期間(Vレート)ごとに繰り返すようにしてもよい。
まず、ステップS1701において、AF信号処理部1110は、AF信号が更新されたかを確認する。AF信号が更新されている場合、ステップS1702に進み、AF信号処理部11110は、その結果(デフォーカス量及び信頼度)を取得する。一方、ステップS1701にてAF信号が更新されていない場合、そのまま本処理を終了する。
続いてステップS1703において、カメラ制御部1114は、ズームレンズ101が移動中か否かを判定する。具体的には、カメラ操作部1115にて撮影者がズームの操作レバー等を操作した場合、それを検出したカメラ制御部1114がズームレンズ1101を駆動する。よって、カメラ制御部1114は、ズームレンズ1101の移動状態を把握している。ステップS1703にてズームレンズ101が移動中でない場合、ステップS1704のズーム停止時目標位置選択処理に進む。一方、ステップS1703にてズームレンズ1101が移動中である場合、ステップS1705のズーム時目標位置選択処理に進む。ステップS1704、ステップS1705の処理は共に、今回の制御タイミングにてフォーカスレンズ1103を移動させる際の目標位置を選択する処理であり、詳細は後述する。
ズームレンズ1101が移動中である場合、ステップS1705の後にステップS1706に進む。ステップS1706において、カメラ制御部1114は、ステップS1705にて選択された目標距離に基づいて、次の制御タイミングにおけるフォーカスレンズ位置を予測する。具体的には、図14の各被写体距離におけるカム軌跡が示すように、ある被写体距離にて合焦状態を維持するためには焦点距離の変化に合わせて該当する被写体距離のカム軌跡をトレースするようにフォーカスレンズ1103を制御する必要がある。このため、ステップS1706において、カメラ制御部1114は、ステップS1705にて選択された目標位置にピントがあった状態を維持するため、次の制御タイミング時点でどの位置にフォーカスレンズを制御すべきかをカム軌跡に基づいて決定する。なお本実施形態では、垂直同期期間ごとにAF制御処理が実行されることを前提とするため、その時間に該当する分だけ進んだフォーカスレンズ位置をカム軌跡より特定する。また、本実施形態中のカム軌跡情報は、カメラ制御部1114内のROMに格納されており、ROM上に保持していない被写体距離のカム軌跡については隣接するカム軌跡より補間により求めることができる。続いてステップS1707において、カメラ制御部1114は、フォーカスレンズ駆動部1106を制御し、選択及び決定された目標位置に対してフォーカスレンズ1103を移動させる。
<ズーム停止時目標位置選択処理>
次に、図17(A)および図18(A)を参照して、図16のステップS1704におけるズーム停止目標位置選択処理について説明する。図17(A)は、カメラ制御部1114が実行するズーム停止時目標位置選択処理を示すフローチャートである。図17(A)の各ステップは、ズーム中AF動作と同様に、カメラ制御部1114内のROM上に格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。
まず、図17(A)のステップS1801aにおいて、カメラ制御部1114は、図16のS1702で取得した信頼度に基づき、取得した信頼度が「1」か否かを判定する。ステップS1801aにて信頼度が「1」である場合、ステップS1806aに進む。一方、信頼度が「1」でない場合、ステップS1802aに進む。信頼度が「1」である場合は、検出されているデフォーカス量の精度が高く、デフォーカス量より算出した目標位置にフォーカスレンズを制御することで合焦できる場合である。このため、ステップS1806aにおいて、カメラ制御部1114は、検出されているデフォーカス量及び現在のフォーカスレンズ位置に基づき算出されたフォーカスレンズ位置(検出位置)を目標位置として設定する。このように、検出位置に直接フォーカスレンズ1103を駆動する動かし方を本実施形態ではターゲット駆動(第1の駆動)と呼ぶ。その後、ステップS1810aにてサーチフラグをOFFとして処理を終了する。本実施形態では、後述する目標位置をフォーカスレンズ1103の可動域の無限端または至近端に設定し、フォーカスレンズ1103を大きく動かしながら合焦位置を特定する動きをサーチ駆動(第2の駆動)と呼び、その実行状態を示すフラグをサーチフラグと呼ぶ。
続いてステップS1802aにおいて、カメラ制御部1114は、取得した信頼度が「2」か否かを判定する。ステップS1802aで信頼度が「2」である場合、ステップS1807aに進む。一方、信頼度が「2」でない場合、ステップS1803aに進む。信頼度が「2」である場合は、検出されているデフォーカス量の精度が一定の誤差を含んでいる状態を指す。このため、ステップS1807aにおいて、カメラ制御部1114は、検出されているデフォーカス量及び現在のフォーカスレンズ位置に基づき算出した検出位置に対して係数γを掛けた値を目標位置として設定する。なお、係数γは1未満の数値であり、本実施形態で想定するγは0.8である。このため、ステップS1807aでは、検出位置の80%の位置を目標位置として設定している。このように、検出位置に行き足りないように(言い換えると、行き過ぎないように)フォーカスレンズ1103を駆動する動かし方を本実施形態ではデフォーカス駆動(第3の駆動)と呼ぶ。その後、ステップS1810aにおいてサーチフラグをOFFとして処理を終了する。
続いてステップS1803aにおいて、カメラ制御部1114は、取得した信頼度が「3」か否かを判定する。ステップS1803aにて信頼度が「3」である場合、ステップS1808aに進む。一方、信頼度が「3」でない場合、ステップS1804aに進む。信頼度が「3」である場合は、検出されているデフォーカス量そのものの精度は低いもののデフォーカス方向は信頼できる状態を指す。このため、ステップS1808aにおいて、カメラ制御部1114は、検出されているデフォーカス方向の端を目標位置として設定してサーチ駆動を実施する。そして、続くステップS1811aにてサーチフラグをONに設定し処理を終了する。ステップS1804aにおいて、カメラ制御部1114は、サーチフラグがOFFか否かを判定する。ステップS1804aにてサーチフラグがOFFの場合、ステップS1809aに進む。一方、サーチフラグがONの場合、ステップS1805aに進む。
ステップS1803aにて信頼度が「3」でない場合は、信頼度が「4」の場合であり、デフォーカス量、およびデフォーカス方向も信頼できない場合を指す。この場合、AF信号処理部1110より得られる情報のみでは合焦位置を特定することは困難である。このため、ステップS1809aにおいて、カメラ制御部1114は、現在のフォーカスレンズ位置とフォーカスレンズ1103の無限側の端、至近側の端の位置関係に基づき、駆動範囲の広い側の端を目標位置として設定し、サーチ駆動を実施する。そして、続くステップS1811aにてサーチフラグをONに設定し処理を終了する。
ステップS1805aにおいて、カメラ制御部1114は、フォーカスレンズ1103が無限端または至近端のいずれかに到達したか否かを判定する。ステップS1805aにていずれかの端に到達した場合、ステップS1809aに進み、再度目標位置を設定し直す。前述のように、駆動範囲の広い側の端を目標位置として設定するため、端に到達している場合には逆側の端に目標位置を設定することになる。一方、ステップS1805aにて端に到達していない場合、そのまま処理を終了し、サーチ駆動を継続する。
このように、本実施形態におけるズーム停止時目標位置選択処理では、図18(A)に示されるように、信頼度が高い場合、デフォーカス量に基づいた目標位置を設定する。一方、信頼度が低い場合、目標位置をフォーカスレンズ103の可動範囲の端に設定する。このため、AF全体の動きとしては、信頼度が低いほど大きなピント変動を伴って合焦位置を特定する動きとなる。
<ズーム時目標位置選択処理>
次に、図17(B)および図18(B)を参照して、図16のステップS1705におけるズーム停止時目標位置選択処理について説明する。図17(B)は、カメラ制御部1114が実行するズーム時目標位置選択処理を示すフローチャートである。図17(B)の各ステップは、ズーム中AF動作と同様に、カメラ制御部1114内のROM上に格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。
まず、図17(B)のステップS1801bにおいて、カメラ制御部1114は、図16のS1702で取得した信頼度に基づき、取得した信頼度が「1」か否かを判定する。ステップS1801bにて信頼度が「1」である場合、ステップS1804bに進む。一方、信頼度が「1」でない場合、ステップS1802bに進む。信頼度が「1」である場合は、検出されているデフォーカス量の精度が高く、デフォーカス量より算出した目標位置にフォーカスレンズを制御することで合焦できる場合である。このため、ステップS1804bにおいて、カメラ制御部1114は、検出されているデフォーカス量及び現在のフォーカスレンズ位置に基づき算出されたフォーカスレンズ位置(検出位置)を目標位置として設定する。
続いてステップS1802bにおいて、カメラ制御部1114は、取得した信頼度が「2」か否かを判定する。ステップS1802bで信頼度が「2」である場合、ステップS1805bに進む。一方、信頼度が「2」でない場合、ステップS1803bに進む。信頼度が「2」である場合は、検出されているデフォーカス量の精度が一定の誤差を含んでいる状態を指す。このため、ステップS1805bにおいて、カメラ制御部1114は、検出されているデフォーカス量及び現在のフォーカスレンズ位置に基づき算出した検出位置に対して係数αを掛けた値を目標位置として設定する。なお、係数αは1未満の数値であり、本実施形態で想定するαは0.8である。このため、ステップS1805bでは、検出位置の80%の位置を目標位置として設定している。
続いてステップS1803bにおいて、カメラ制御部1114は、取得した信頼度が「3」か否かを判定する。ステップS1803bにて信頼度が「3」である場合、ステップS1806bに進む。一方、信頼度が「3」でない場合、ステップS1807bに進む。信頼度が「3」である場合は、検出されているデフォーカス量そのものの精度は低いもののデフォーカス方向は信頼できる状態を指す。このため、ステップS1806bでは、カメラ制御部1114は、デフォーカス方向と現在のフォーカスレンズ位置に基づき、現在位置に対してデフォーカス方向にシフト量β分だけずらした位置を目標位置として設定する。なお本実施形態で想定するβは、焦点深度F・δ(F:F値、δ:許容錯乱円径)を基準に1・F・δ程度に設定する。
ステップS1803bにて信頼度が「3」でない場合、すなわち信頼度が「4」の場合、ステップS1807bに進み、カメラ制御部1114は、目標位置を現在のフォーカスレンズ位置に設定する。ステップS1804b、ステップS1805b、ステップS1806b、または、ステップS1807bを経由して目標位置を選択した後、ステップS1808bに進む。ステップS1808bにおいて、カメラ制御部1114は、ステップS1803b〜ステップS1807bにて決定された目標位置と現在のフォーカスレンズ位置とに基づいて、実際のレンズ駆動量(図中の実駆動量)を算出する。そしてカメラ制御部1114は、実駆動量がN・F・δよりも大きいか否かを判定する。ステップS1808bにて実駆動量がN・F・δよりも大きいと判定された場合、ステップS1809bに進む。一方、実駆動量がN・F・δ以下と判定された場合、そのまま処理を終了する。
ステップS1809bにおいて、実駆動量がN・F・δを越えないように、カメラ制御部1114は目標位置を現在位置+N・F・δに変更する。このようにステップS1808b、S1809bにより、カメラ制御部1114は、デフォーカス量の信頼度によらず、所定のレンズ駆動量(N・F・δ)よりも大きいピント変化が生じる場合には所定のレンズ駆動量におさまるように目標位置を補正する。ここで所定のレンズ駆動量N・F・δに関して、本実施形態における係数Nは5と設定し、5・F・δすなわち5深度程度以上のピント変動が生じる可能性がある場合には目標位置を補正しピント変動を抑制する。
このように、本実施形態におけるズーム停止時目標位置選択処理では、図18(B)に示されるように、デフォーカス量の信頼度が高い場合、デフォーカス量に基づいた目標位置を設定する。一方、信頼度が低い場合、目標位置を現在のレンズ位置に基づいて設定する。図18(C)はズーム時目標位置選択処理により目標位置が選択され、一連のAF制御処理が実施され場合の現在時刻t1と次の制御タイミングt2におけるフォーカスレンズ1103の位置関係を示している。
時刻t1におけるP1が現在のレンズ位置を示しており、距離Aに該当する。図18(B)の信頼度1〜4の場合における目標位置が図18(C)の時刻t1における(1)〜(4)に対応する。すなわち、信頼度「1」の場合は距離B、信頼度「2」の場合は距離C、信頼度「3」の場合は距離D、信頼度「4」の場合は現在位置と同じ距離Aである。また、図17(B)のステップS1808bおよびステップS1809bに示されるように、目標位置が所定のレンズ駆動量(N.F・δ)よりも大きい場合、時刻t1における(5)で距離Eに該当する。この場合は、ズーム停止時目標位置選択処理により(6)の距離Fに補正される。
ズーム停止時目標位置選択処理により、デフォーカス量の信頼度に応じて現在時刻t1時点での目標位置(1)〜(4)及び(6)が選択及び決定される。そして、図16のステップS1706にて次の制御タイミングの時刻t2における各レンズ位置をカム軌跡より算出し、ステップS1707では時刻t2での目標位置に向かってフォーカスレンズを駆動させる。
以上のように、本実施形態によれば、デフォーカス量とその信頼度に基づき目標位置を選択する際、ズーミング中はズーミングしていない場合とは異なる選択ルールに基づいて、フォーカスレンズを制御する目標位置を決定し制御することが可能となる。すなわちフォーカス制御手段(カメラ制御部1114)は、ズームレンズの駆動中において、デフォーカス量と信頼度とに応じてフォーカスレンズの駆動範囲を制限する。より具体的には、フォーカス制御手段は、ズームレンズの駆動中において、フォーカスレンズの移動量が所定量よりも大きくなると判定した場合、フォーカスレンズの移動量が所定量を超えないようにフォーカスレンズの目標位置を補正する。これにより、ズーミング中は急激なピント変化の発生を抑制し、ピント変化の連続性を保つことが可能になる。また、ズームAF動作では、低コントラスト被写体や低照度時において合焦近傍にいるにも関わらず信頼度が低くなった場合でも、複数フレーム分の加算を行うことなくズーム動作中のピント追従性能を優先する。
次に、図19(A)および図19(B)を参照して、図15のステップS1605における通常AF動作について説明する。図19(A)および図19(B)は、通常AF動作を示すフローチャート図である。
まず、図19(A)のステップS2001において、AE処理部1119は、AE処理を行う。続いてステップS2002において、カメラ制御部1114は、フレーム加算数を0に初期化する。フレーム加算数とは、今回までに検出した焦点検出結果を何フレーム分加算したかを判断するものである。続いてステップS2003において、カメラ制御部1114は、レンズ駆動回数を0に初期化する。レンズ駆動回数とは、後述するステップS2012におけるレンズ駆動を何回行ったかを判断するものである。続いてステップS2004において、カメラ制御部1114は、焦点検出処理を行い、デフォーカス量および信頼度を検出する。焦点検出処理については後述する。
続いてステップS2005において、カメラ制御部1114は、ステップS2004にて検出した結果の信頼度が第2の信頼度閾値より大きいか否か(つまり、信頼度が「1」または「2」か否か)を判定する。信頼度が第2の信頼度閾値より大きい場合、ステップS2006へ進む。一方、信頼度が第2の信頼度閾値以下の場合(つまり、信頼度が「1」または「2」のいずれでもない場合)、ステップS2025へ進む。ステップS2006において、カメラ制御部1114は、ステップS2004にて検出したデフォーカス量が予め設定されている第2のDef量閾値以下か否かを判定する。検出したデフォーカス量が第2のDef量閾値以下の場合、ステップS2007へ進む。一方、デフォーカス量が第2のDef量閾値より大きい場合、図19(B)のステップS2023へ進む。第2のDef量閾値は、デフォーカス量が第2のDef量閾値以下であれば、その後デフォーカス量だけレンズ駆動を所定回数(例えば3回)以内で焦点深度内にフォーカスレンズを制御することができるような値(例えば焦点深度の5倍の量)で設定する。
図19(A)のステップS2007において、カメラ制御部1114は、フォーカスレンズ1103が停止状態であるか否かを判定する。フォーカスレンズ1103が停止状態である場合、ステップS2008へ進む。一方、フォーカスレンズ1103が停止状態でない場合、ステップS2015へ進む。ステップS2008において、カメラ制御部1114は、ステップS2004にて検出した結果の信頼度が「1」か否かを判定する。信頼度が「1」である場合、ステップS2009へ進む。一方、信頼度が「1」でない場合、ステップS2015へ進む。
ステップS2009において、カメラ制御部1114は、レンズ駆動回数が第1の駆動回数閾値以上か否かを判定する。レンズ駆動回数が第1の駆動回数閾値以上である場合、ステップS2011へ進む。一方、レンズ駆動回数が第1の駆動回数閾値よりも小さい場合、ステップS2010へ進む。第1の駆動回数閾値は、前述の第2のDef閾値以下の場合に合焦位置近傍(例えば焦点深度内)までレンズ駆動ができる回数を設定する。例えば、通常AF動作では駆動回数閾値1を3回に設定する。
ステップS2010において、カメラ制御部1114は、ステップS2004で検出したデフォーカス量が予め設定されている第1のDef量閾値以下か否かを判定する。デフォーカス量が第1のDef量閾値以下の場合、ステップS2011へ進む。一方、デフォーカス量が第1のDef量閾値より大きい場合、ステップS2012へ進む。第1のDef量閾値は、検出したデフォーカス量が第1のDef量閾値以下であれば、焦点深度内にフォーカスレンズ制御されているという値となるように設定する。
ステップS2011において、カメラ制御部1114は合焦状態であると判定し、本フローを終了する。ステップS2012において、カメラ制御部1114は、ステップS2004で検出したデフォーカス量だけフォーカスレンズ1103を駆動させた後、ステップS2013へ進む。ステップS2013において、カメラ制御部1114は、レンズ駆動回数をインクリメントする。続いてステップS2014において、カメラ制御部1114は、フレーム加算数を0に初期化し、ステップS2004へ戻る。
ステップS2015において、カメラ制御部1114は、検出デフォーカス量が第3のDef量閾値以下か否かを判定する。検出デフォーカス量が第3のDef量閾値以下である場合、ステップS2016へ進む。一方、検出デフォーカス量が第3のDef量閾値よりも大きい場合、ステップS2019へ進む。ステップS2016において、カメラ制御部1114は、ステップS2004で検出したデフォーカス量に対して所定割合だけフォーカスレンズ103を駆動する。続いてステップS2017において、カメラ制御部1114は、フォーカスレンズ1103の停止を指示する。続いてステップS2018において、カメラ制御部1114は、フレーム加算数を0に初期化して、ステップS2004へ戻る。
図19(B)のステップS2019において、カメラ制御部1114は、フォーカスレンズ1103の停止を指示する。続いてステップS2020において、カメラ制御部1114は、フレーム加算数をインクリメントする。続いてステップS2021において、カメラ制御部1114は、今回までに検出した複数フレーム分のデフォーカス量を加算する。ここで、フレーム加算の対象となるフレームは、今回を含めてステップS2020でインクリメントされたフレーム加算数となるように決定される。
続いてステップS2022において、カメラ制御部1114は、フレーム加算数がフレーム加算数閾値以上か否かを判定する。フレーム加算数がフレーム加算数閾値以上である場合、ステップS2009へ進む。一方、フレーム加算数がフレーム加算数閾値よりも小さい場合、ステップS2004へ戻る。フレーム加算数閾値は、加算平均することで十分なAF精度が得られるフレーム数で設定し、例えば4回に設定される。また、加算したデフォーカス量はフレーム加算数を用いて平均し、その直後のステップS2010では加算平均したデフォーカス量に基づいて判定を行うようにする。
続いてステップS2023において、カメラ制御部1114は、ステップS2004で検出したデフォーカス量に対して所定割合だけフォーカスレンズ1103を駆動する。ここで所定割合は、デフォーカス量に対してレンズ駆動量が少なくなるように設定される(例えば8割)。また、設定するレンズ速度は、例えば1フレームの時間で設定したレンズ駆動量分レンズ駆動できる速度よりも遅くなるように設定される。これにより、検出したデフォーカス量が正しくない場合に被写体ピント位置を越えてしまうことを防ぐことができ、さらにレンズを停止することなく駆動させながら次のレンズ駆動をさせることができる(オーバーラップ制御)。続いてステップS2024において、カメラ制御部1114は、フレーム加算数を0に初期化して、ステップS2004へ戻る。
ステップS2025において、カメラ制御部1114は、フレーム加算数を0に初期化する。続いてステップS2026において、カメラ制御部1114は、非合焦条件を満たしたか否かを判定する。非合焦条件を満たす場合、ステップS2027へ進む。一方、非合焦条件を満たさない場合、ステップS2028へ進む。非合焦条件とは、合焦すべき被写体がいないと判定する条件である。非合焦条件として、例えば、フォーカスレンズ1103の可動範囲の全てにおいてレンズ駆動が完了した場合、すなわちフォーカスレンズ1103が遠側、近側の両方のレンズ端を検出して初期位置に戻った場合という条件を設定する。
ステップS2027において、カメラ制御部1114は非合焦状態であると判定し、本フローを終了する。ステップS2028において、カメラ制御部1114は、フォーカスレンズ1103が遠側または近側のレンズ端に到達したか否かを判定する。フォーカスレンズ1103がレンズ端に到達した場合、ステップS2029へ進む。一方、フォーカスレンズ1103がレンズ端に到達していない場合、ステップS2030へ進む。ステップS2029において、カメラ制御部1114は、フォーカスレンズ1103の駆動方向を反転して、ステップS2004へ戻る。ステップS2030において、カメラ制御部1114は、フォーカスレンズ1103を所定方向に駆動させて、ステップS2004へ戻る。フォーカスレンズ速度としては、例えばデフォーカス量が検出できるようになった時点でピント位置を通り過ぎることのないようなレンズ速度の範囲で最も速い速度が設定される。
以上説明したように、通常AF動作では、低コントラスト被写体や低照度時において合焦近傍にいるにも関わらず信頼度が低くなった場合、ズームAF動作とは異なり、AF時間よりも合焦性能を優先して複数フレーム分の加算を行う。また、信頼度によるAF制御の仕方もズームAF動作とは異ならせる。
次に、図20を参照して、図15のステップS1606におけるセーフティMF動作について説明する。図20は、セーフティMF動作を示すフローチャート図である。
ステップS2101〜S2105は、通常AF動作時のステップS2001〜S2005と同様であるため説明を省略する。信頼度が第2の信頼度閾値よりも大きい場合、ステップS2106へ進む。一方、信頼度が第2の信頼度閾値以下の場合、本フローを終了する。なお、通常AF動作の場合、信頼度が第2の信頼度閾値以下の場合には所定方向にレンズ駆動を行うが、セーフティMF動作においては現在のフォーカスレンズ位置近傍で撮影する必要があるため、フォーカスレンズを駆動せずにセーフティMF動作を終了する。
ステップS2106において、カメラ制御部1114は、ステップS2104で検出したデフォーカス量が予め設定されている第4のDef量閾値(デフォーカス量閾値)以下であるか否かを判定する。デフォーカス量が第4のDef量閾値以下の場合、ステップS2107へ進む。一方、デフォーカス量が第4のDef量閾値より大きい場合、本フローを終了する。第4のDef量閾値は、通常AF動作における第2のDef量閾値とは異なり、第4のDef量閾値に基づいてフォーカスレンズ駆動を行っても表示部1111上でピント変動が分かりづらくなるような閾値として設定する。第4のDef量閾値としては、例えば焦点深度の3倍の量が設定される。
ステップS2107において、カメラ制御部1114は、ステップS2104で検出した結果の信頼度が「1」か否かを判定する。信頼度が「1」の場合、ステップS2108へ進む。一方、信頼度が「1」でない場合、ステップS2113へ進む。ステップS2108において、カメラ制御部1114は、レンズ駆動回数が第2の駆動回数閾値以上か否かを判定する。レンズ駆動回数が第2の駆動回数閾値以上である場合、本フローを終了する。一方、レンズ駆動回数が第2の駆動回数閾値よりも小さい場合、ステップS2109へ進む。第2の駆動回数閾値は、通常AF動作における第1の駆動回数閾値よりも小さくなるように設定し、例えば1回に設定する。これにより、セーフティMF動作においてレンズ駆動回数を少なくすることができ、AF時間を短縮することができる。また、セーフティMF動作ではユーザによって予め合焦位置近傍にフォーカスレンズが移動されているため、レンズ駆動回数が少なくても合焦位置へのレンズ駆動が可能となる。ステップS2109〜S2112は、通常AF動作時のステップS2010、S2012〜S2014と同様であるため、詳細省略するが、検出デフォーカス量が第1のDef量閾値以下の場合、本フローを終了する。一方、デフォーカス量が第1のDef量閾値より大きい場合、検出デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ103を駆動し、レンズ駆動回数をインクリメントし、フレーム加算数を0に初期化して、ステップS2104へ戻る。
ステップS2113において、カメラ制御部1114は、レンズ駆動回数が第2の駆動回数閾値以上か否かを判定する。レンズ駆動回数が第2の駆動回数閾値以上である場合、本フローを終了する。一方、レンズ駆動回数が第2の駆動回数閾値よりも小さい場合、ステップS2114へ進む。これにより、フレーム加算を行う条件となった場合でも、フレーム加算回数やレンズ駆動回数を少なく制限することができ、AF時間を短縮することが可能となる。
ステップS2114において、カメラ制御部1114は、フレーム加算数をインクリメントする。続いてステップS2115において、カメラ制御部1114は、今回までに検出した複数フレーム分のデフォーカス量を加算する。ここで、フレーム加算の対象となるフレームは、今回を含めてステップS2114でインクリメントされたフレーム加算数となるように決定する。続いてステップS2116において、カメラ制御部1114は、フレーム加算数がフレーム加算数閾値以上か否かを判定する。フレーム加算数がフレーム加算数閾値以上である場合、ステップS2117へ進む。一方、フレーム加算数がフレーム加算数閾値よりも小さい場合、ステップS2104へ戻る。ここでフレーム加算数閾値としては、通常AF動作の場合と同様に、加算平均することで十分なAF精度が得られるフレーム数が設定され、例えば4回に設定される。
ステップS2117において、カメラ制御部1114は、ステップS2115で加算したデフォーカス量をフレーム加算数で平均した加算平均デフォーカス量が第4のDef量閾値以下か否かを判定する。加算平均デフォーカス量が第4のDef量閾値以下である場合、ステップS2108へ進む。一方、加算平均デフォーカス量が第4のDef量閾値よりも大きい場合、本フローを終了する。また、ステップS2117の判定直後のステップS2109において、カメラ制御部1114は、加算平均したデフォーカス量に基づいて判定を行う。これにより、フォーカスレンズ駆動を行っても表示部1111上でピント変動が分かりづらくなるような範囲でのAF制御が可能となる。
以上説明したように、セーフティMF動作では、低コントラスト被写体や低照度時において合焦近傍にいるにも関わらず信頼度が低くなった場合、AF時間よりも合焦性能を優先して複数フレーム分の加算を行うことでズームAF動作とは異ならせる。また、MFモードでありAF時間を短くする必要があるため、フレーム加算後のレンズ駆動回数を通常AF動作とは異ならせる(通常AF動作よりも回数を少なくする)。また、信頼度によるAF制御の仕方もズームAF動作や通常AF動作とは異ならせる。
次に、図21を参照して、図5のステップS511におけるデフォーカス量の選択について説明する。まず、ステップS2201において、カメラ制御部1114は、撮影モードSW1116の状態(撮影モード)を判定する。撮影モードがセーフティMFモードである場合、ステップS2206へ進み、小Defを選択する。このように、撮影モードがセーフティMFモードの場合には、ユーザによってフォーカスレンズを予め合焦位置近傍に設定されていることを前提に常に小Defが選択されるようにする。一方、撮影モードがセーフティMFモードでない場合、ステップS2202へ進む。なお、図21のステップS2202〜S2208は、図10のステップS1001〜S1007とそれぞれ同様であるため、それらの説明を省略する。
[第3の実施形態]
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態では、レンズ鏡筒と撮像装置が分離可能な撮像装置において、本発明を適用した場合の例を示す。
<全体構成>
まず、図22を参照して、本実施形態における撮像装置の例を示す。図22は、本実施形態における撮像装置2000のブロック図である。図22に示されるように、撮像装置2000は、レンズ装置1100及び撮像装置本体1200を備えて構成されている。また撮像装置2000において、レンズ装置1100全体の動作を統括制御するレンズ制御部1217と、撮像装置本体1200全体の動作を統括するカメラ制御部1114が情報を通信している。
まず、レンズ装置1100の構成について説明する。レンズ装置1100は、ズームレンズ1101、絞り1102、フォーカスレンズ1103、ズームレンズ位置検出部1204、絞り駆動部1105、フォーカスレンズ駆動部1106、レンズ制御部1217、および、レンズ操作部1218を備えている。ズームレンズ1101は、ズームリング部材(不図示)により手動で操作されることにより、焦点距離の変更を行う。その際、ズームレンズ1101の位置をズームレンズ位置検出部1204によって検出し、レンズ装置1100及び撮像装置本体1200の制御に利用される。絞り1102は、絞り駆動部1105によって駆動され、後述する撮像素子1107への入射光量を制御する。
フォーカスレンズ1103はフォーカスレンズ駆動部1106によって駆動され、後述する撮像素子1107に結像する焦点の調節を行う。絞り駆動部1105、フォーカスレンズ駆動部1106は、レンズ制御部1217によって制御され、絞り1102の開口量や、フォーカスレンズ1103の位置を決定する。レンズ操作部1218によってユーザの操作があった場合、レンズ制御部1217がユーザ操作に応じた制御を行う。レンズ制御部1217は、後述するカメラ制御部1114から受信した制御命令や制御情報に応じて、絞り駆動部1105やフォーカスレンズ駆動部1106を制御し、また、レンズ制御情報をカメラ制御部1114に送信する。
なお、本実施形態におけるレンズ装置1100のレンズ制御部1217は、内部に備えるROM(不図示)に図14に示されるカム軌跡情報を保持している。レンズ制御部1217は、ズームレンズ位置検出部1204にてズームレンズ1101の位置の変化を検出した場合、後述するカム軌跡追従処理にてピントがあった状態を維持するようにフォーカスレンズ1103を制御する。
次に、撮像装置本体1200の構成について説明する。撮像装置本体1200の基本構成は、図13を参照して第2の実施形態にて説明した撮像装置1000の構成と共通する。ただし、本実施形態では、カメラ制御部1114の処理内容が第2の実施形態とは異なる。
カメラ制御部1114は、撮像装置本体1200内全体と情報をやり取りして制御を行う。撮像装置本体1200内の処理だけでなく、カメラ操作部1115からの入力に応じて、電源のON/OFF、設定の変更、記録の開始、AF制御の開始、記録映像の確認等の、ユーザが操作した種々のカメラ機能を実行する。加えて、カメラ制御部1114は、前述のように、レンズ装置1100内のレンズ制御部1217と情報をやり取りし、レンズの制御命令および制御情報を送り、またレンズ内の情報を取得する点で、第2の実施形態とは異なる。
<カム軌跡追従処理>
次に、図23を参照して、レンズ制御部1217が実施するカム軌跡追従処理について説明する。図23は、レンズ制御部1217が実行するカム軌跡追従処理を示すフローチャートである。本処理は、レンズ制御部1217内のROM上に格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。なお、本処理はレンズ制御部1217にて定期的に実施され、本実施形態中では10msec周期で実施される。
まず、図23のステップS2601において、レンズ制御部1217は、ズームレンズ位置検出部1204より現在のズームレンズ1101の位置情報を取得する。続いてステップS2602において、レンズ制御部1217は、フォーカスレンズ駆動部1106より現在のフォーカスレンズ1003の位置情報を取得する。続いてステップS2603において、レンズ制御部1217は、先に取得したズームレンズ位置と前回の制御タイミングで取得したズームレンズ位置とを比較し、その変化に基づいてズーム中であるか否かを判定する。ステップS2603にてズーム中である場合、ステップS2604に進む。一方、ズーム中でない場合、本フローを終了する。
ステップS2604において、レンズ制御部1217は、今回の制御タイミングにおけるフォーカスレンズ1103の目標位置を決定する。具体的には、レンズ制御部1217は、ステップS2601で取得したズームレンズ位置とカム軌跡追従を行う際の目標となる被写体距離(追従被写体距離)に基づき、現在の焦点距離で追従被写体距離に該当するフォーカスレンズ位置を特定する。なお、カム軌跡追従を行う際の追従被写体距離は、レンズ制御部1217がフォーカスレンズ駆動部1106を介してフォーカスレンズ1103を制御する際に更新される。そのため、カム軌跡追従処理のようにレンズ制御部1217によりレンズ装置1100の内部でフォーカスレンズ1103が制御される場合と、カメラ制御部1114の指示によりフォーカスレンズ1103が制御される場合の両方で更新される。
ステップS2605において、レンズ制御部1217は、ステップS2602で取得したフォーカスレンズ位置とステップS2604で決定した目標位置の差分だけフォーカスレンズ1103を駆動する。続いてステップS2606において、レンズ制御部1217は、フォーカスレンズ1103の駆動後の位置に対応する被写体距離を追従被写体距離として記録部1112に記憶させ、本フローを終了する。
次に、図26(C)、(D)を参照して、ここまでの一連のカム軌跡追従処理が実施された場合のフォーカスレンズ1103の動きについて説明する。図26(C)は、焦点距離変化時にフォーカスレンズ1103がカム軌跡情報に基づき追従する動きを示す図であり、P2はある制御タイミングにおけるフォーカスレンズ1103の現在位置を示している。図26(C)では、フォーカスレンズ1103は追従被写体距離を距離Aとしてカム軌跡追従処理が実施されている。図26(D)は、図26(C)の一部を拡大した図である。より短い時間軸でフォーカスレンズ1103の動きをとらえた場合、先に示したカム軌跡追従処理によってフォーカスレンズ1103は定期的に距離Aのカム軌跡に追従するように制御されている。このカム軌跡への追従制御を繰り返していくことで、焦点距離が変化した場合であっても、被写体距離を維持することが可能となる。
<ズーム中AF動作>
次に、図24を参照して、カメラ制御部1114が実施するズーム中AF動作について説明する。図24は、カメラ制御部1114が実行するズーム中AF動作を示すフローチャートである。本処理は、カメラ制御部1114内のROM上に格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。例えば、1フィールド画像(以下、1フレーム、1画面ともいう)を生成するための撮像素子1107からの撮像信号の読み出し周期(垂直同期期間ごと)で実行される。また複数の垂直同期期間(Vレート)ごとに繰り返すようにしてもよい。
図24のステップS2701〜S2705でフォーカスレンズの目標選択処処理までを行う。ステップS2701〜S2705は、第2の実施形態の図16のステップS1701〜S1705と同じであるため、説明は省略する。ステップS2704またはステップS2705が終了した後、ステップS2706へ進み、フォーカスレンズ駆動を行い、本フローを終了する。本フローは、第2の実施形態のズーム中動作のフロー(図16のフロー)と、ステップS1706がない点で異なる。
<ズーム停止時目標選択処理>
本実施形態のズーム停止時目標選択処理は、実施形態2と同様であるため、説明を省略する。図26(A)に、本実施形態にズーム停止目標位置選択処理で設定される目標位置を示すが、これは図18(A)と同様である。
<ズーム時目標位置選択処理>
次に、図25および図26(B)、(C)、(D)を参照して、図24のステップS2705におけるズーム時目標位置選択処理について説明する。図25は、カメラ制御部1114が実行するズーム時AF処理を示すフローチャートである。図25の各ステップは、AF制御処理と同様に、カメラ制御部1114内のROM上に格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。
本実施形態におけるズーム時目標位置選択処理は、ステップS2803bで信頼度が「3」でなかった場合、目標位置を設定せずに本処理を終了する点で実施形態2のズーム時目標位置選択処理と異なる。フローチャートのステップS2801b〜S2806bは、図17(B)ステップS1801b〜S1806bと同様であるため、説明を省略する。
ステップS2804b、ステップS2805b、またはステップS2806bを経由して目標位置を選択した後、ステップS2807bに進む。ステップS2807b、S2808bは図17のステップS1808b、S2808bと同様であり、実際のレンズ駆動量(図中の実駆動量)がN・F・δよりも大きければ実駆動量をN・F・δとする。尚、本実施形態における係数Nは5と設定し、5・F・δすなわち5深度程度以上のピント変動が生じる可能性がある場合には目標位置を補正しピント変動を抑制する。目標位置を補正した後、本フローを終了する。
このように、本実施形態におけるズーム時AF処理では、図26(B)に示されるように、デフォーカス量の信頼度が高い場合、カメラ制御部1114は、検出されたデフォーカス量に基づいた目標位置にフォーカスレンズ1103を制御する。一方、信頼度が低い場合、カメラ制御部1114は、現在のレンズ位置に基づいた目標位置にフォーカスレンズ1103を制御する。なお、合焦位置を特定できない信頼度の場合、カメラ制御部1114から明示的にフォーカスレンズ1103を駆動しないように制御される。
図26(C)は、焦点距離変化時にフォーカスレンズ1003がカム軌跡情報に基づき追従する動きを示した図であり、P2はある制御タイミングにおける現在位置である。図26(C)では、フォーカスレンズ1003は追従被写体距離を距離Aとしてレンズ装置1100のレンズ制御部1217により撮像装置本体1200のカメラ制御部1114の指示とは独立してカム軌跡追従処理が実施されていることを示している。
図26(C)中の(1)〜(6)は、今回の制御タイミングにおいて、先に示したズーム時AF処理がカメラ制御部1114により実施された場合の、デフォーカス量の信頼度に応じたフォーカスレンズ1103の駆動目標位置の関係を示している。図26(B)の信頼度1〜4の場合における目標位置が図26(C)における(1)〜(4)にそれぞれ対応する。すなわち、信頼度「1」の場合は距離B、信頼度「2」の場合は距離C、信頼度「3」の場合は距離D、信頼度「4」の場合は現在位置と同じ距離Aであり、カメラ制御部1114より明示的にフォーカスレンズ1103を駆動しない。また、図18(C)同様に、目標位置が所定のレンズ駆動量(N・F・δ)よりも大きい場合、図26(c)の(5)となり、距離Eに該当し、(6)の距離Fに補正される。このように、カム軌跡追従処理を行うレンズ装置1100と、デフォーカス量及びその信頼度に応じてピント位置を補正する撮像装置本体1200とが連動して動作することで、ズーミング中のピント制御が実現される。
本実施形態によれば、デフォーカス量とその信頼度に基づき目標位置を選択する際、ズーミング中はズーミングしていない場合とは異なる選択ルールに基づいて、フォーカスレンズを制御する目標位置を決定し制御することが可能となる。すなわちフォーカス制御手段(カメラ制御部1114)は、ズームレンズの駆動中において、デフォーカス量と信頼度とに応じてフォーカスレンズの駆動範囲を制限する。より具体的には、フォーカス制御手段は、ズームレンズの駆動中において、フォーカスレンズの移動量が所定量よりも大きくなると判定した場合、フォーカスレンズの移動量が所定量を超えないようにフォーカスレンズの目標位置を補正する。これにより、ズーミング中は急激なピント変化の発生を抑制し、ピント変化の連続性を保つことが可能になる。なお、本実施形態では、ズームレンズ1101は手動で操作する例を示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、第2の実施形態のようにレンズ装置1100の内部にズームレンズ駆動部を備え、レンズ制御部1217がこれを制御する構成であってよい。また、レンズ装置1100の外部に独立したズームレンズ駆動ユニットが着脱可能な構成であってもよい。いずれの場合においても、ズームレンズ自体の移動状態を検出できる構成であれば駆動手段は問わない。
[第4の実施形態]
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。第2の実施形態および第3の実施形態では、主にハード構成の違いを考慮した構成を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、次のような構成も考えられる。
<動作状態に適した制御方式の切り替え>
撮像装置やレンズ装置(レンズ鏡筒)の動作状態に応じて、ズーミング中であってもピントの変化を問わず合焦することを最優先に制御する場合(ピント追従優先制御)と、前述のピントの連続性を優先した制御とを切り換えて用いることも考えられる。例えば、図17(B)のステップS1808b、S1809bの駆動量の制限を実施しないようにし、ステップS1805bのαやステップS1806bのβより検出したデフォーカス量を積極的に反映する方向に切り換える。これにより、ピント追従優先制御を実現することができる。また、図19(A)のステップS2007b、S2008bの駆動量の制限を実施しないようにし、ステップS2005bのαやステップS2006bのβより検出したデフォーカス量を積極的に反映する方向に切り換える。これにより、ピント追従優先制御を実現することができる。また、ズーム時にズーム停止時AF処理を実施することでピント追従優先制御を実現することができる。
これらのピント追従優先性制御と従来のズーミング中におけるピント連続性優先制御とを切り換える条件として、第2の実施形態および第3の実施形態の構成で共通なものとして、次のようなものがある。例えば、ズームレンズの速度に応じて切り替える方法であり、ズーム速度が速くライブビュー等の撮影画像の変化が大きい場合はピント追従優先性制御、ズーム速度が遅く、撮影画像の変化が緩やかな場合にピント連続性優先制御を用いる。また、動画の記録状態で切り換える方式も考えられる。例えば、撮影画像が残らない動画非記録中はピント追従優先性制御、撮影画像が残る動画記録中の場合はピント連続性優先制御を用いる。さらに、第2の実施形態の構成では、カメラ制御部1114はカム軌跡情報を把握している。そのため、カム軌跡情報の密集度の低い領域すなわちフォーカスレンズの駆動範囲が広い領域ではピント追従優先性制御、密集度の高い領域、すなわちフォーカスレンズの駆動範囲が狭い領域ではピント連続性優先制御を用いる方法が考えられる。加えて、カム軌跡情報の形状に応じて切り換える方法も考えられる。例えば、形状変化の大きい領域ではピント追従優先性制御、形状変化の小さい領域ではピント連続性優先制御を用いる。
以上説明したように、本実施形態によれば、撮像装置の各種状態に応じてピント追従優先性制御とピント連続性優先制御とを切り換えることができるため、求められるピント変化に応じて適切に制御方式を切り換えることが可能となる。
(その他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。