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技術 焦点調節装置および撮像装置

出願人 株式会社ニコン
発明者 小石裕之
出願日 2016年3月24日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2016-060581
公開日 2017年9月28日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2017-173615
状態 未登録
技術分野 自動焦点調節 スタジオ装置 カメラ一般 焦点調節
主要キーワード 上しきい値 ハーフミラー加工 増幅値 移動期間 所定量未満 コマ間 遮光位置 移動完了
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

被写体の光量変化に強い焦点調節装置および撮像装置を提供する。

解決手段

光学系を介して入射した光を光電変換して電荷蓄積を行う光電変換部と、前記光電変換部に第1時間と、前記第1時間よりも長い第2時間とで電荷蓄積させる制御部と、前記制御部により前記第2時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第2出力に基づいて、前記光学系の焦点位置を調節する調節部と、を備える焦点調節装置。

概要

背景

複数の画素出力加算して焦点検出信号のS/N比を向上させる技術が知られている(例えば特許文献1)。このような技術では、加算に用いるための追加の焦点検出用画素を設ける必要がある。

概要

被写体の光量変化に強い焦点調節装置および撮像装置を提供する。光学系を介して入射した光を光電変換して電荷蓄積を行う光電変換部と、前記光電変換部に第1時間と、前記第1時間よりも長い第2時間とで電荷蓄積させる制御部と、前記制御部により前記第2時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第2出力に基づいて、前記光学系の焦点位置を調節する調節部と、を備える焦点調節装置。

目的

このようにしたので、第1段階の電荷蓄積のために連写速度を落とすことなく、被写体の光量変化に強い焦点調節機能を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

光学系を介して入射した光を光電変換して電荷蓄積を行う光電変換部と、前記光電変換部に第1時間と、前記第1時間よりも長い第2時間とで電荷蓄積させる制御部と、前記制御部により前記第2時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第2出力に基づいて、前記光学系の焦点位置を調節する調節部と、を備える焦点調節装置

請求項2

請求項1に記載の焦点調節装置において、前記制御部は、前記第1時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第1出力に基づいて決定される前記第2時間で前記光電変換部に電荷蓄積させる焦点調節装置。

請求項3

請求項2に記載の焦点調節装置において、前記制御部は、前記第1出力に基づいて前記第2時間を算出する焦点調節装置。

請求項4

請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の焦点調節装置と、前記光学系を通過した光束による像を撮像する撮像素子と、前記光学系を通過した光束が前記撮像素子に向かう第1状態と、前記光学系を通過した光束が前記光電変換部に向かう第2状態と、を切り替え可能なミラー部とを備え、前記制御部は、前記ミラー部が前記第1状態から前記第2状態に切り替わる間に、前記光電変換部に前記第1時間で電荷蓄積を行わせ、前記ミラー部が前記第2状態である間に、前記光電変換部に前記第2時間で電荷蓄積を行わせる撮像装置

請求項5

請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の焦点調節装置と、前記光学系を通過した光束による像を撮像する撮像素子と、前記光学系を通過した光束が前記撮像素子に向かう第1状態と、前記光学系を通過した光束が前記光電変換部に向かう第2状態と、を切り替え可能なミラー部とを備え、前記制御部は、前記ミラー部が前記第2状態である間に、前記光電変換部に前記第1時間および前記第2時間で電荷蓄積を行わせる撮像装置。

請求項6

光学系を介して入射した光を光電変換して電荷蓄積を行う光電変換部と、前記光電変換部に第1時間と、前記第1時間より短い第2時間と、前記第2時間と異なる第3時間とで電荷蓄積させる制御部と、前記第1時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第1出力または、前記第3時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第3出力に基づいて、前記光学系の焦点位置を調節する調節部と、を備える焦点調節装置。

請求項7

請求項6に記載の焦点調節装置において、前記制御部は、前記第2時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第2出力、または前記第1出力および前記第2出力に基づいて決定される前記第3時間で前記光電変換部に電荷蓄積させる焦点調節装置。

請求項8

請求項7に記載の焦点調節装置において、前記制御部は、前記第1出力、前記第2出力、または前記第1出力および前記第2出力に基づいて前記第3時間を算出する焦点調節装置。

請求項9

請求項6から請求項8までのいずれか一項に記載の焦点調節装置において、前記制御部は、前記第1出力と前記第2時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第2出力とに基づいて、前記第1出力、前記第2出力、または前記第1出力および前記第2出力から前記第3時間を算出するかを決定する焦点調節装置。

請求項10

請求項9に記載の焦点調節装置において、前記制御部は、前記第1出力と前記第2出力との差が所定量未満である場合には、前記第3時間を前記第1出力から算出し、前記第1出力と前記第2出力との差が所定量以上である場合には、前記第3時間を前記第2出力、または前記第1出力および前記第2出力から算出する焦点調節装置。

請求項11

請求項6から請求項10までのいずれか一項に記載の焦点調節装置と、前記光学系を通過した光束による像を撮像する撮像素子と、前記光学系を通過した光束が前記撮像素子に向かう第1状態と、前記光学系を通過した光束が前記光電変換部に向かう第2状態と、を切り替え可能なミラー部とを備え、前記制御部は、前記ミラー部が前記第1状態から前記第2状態に切り替わる間に、前記光電変換部に前記第2時間で電荷蓄積を行わせ、前記ミラー部が前記第2状態である間に、前記光電変換部に前記第1時間または前記第3時間で電荷蓄積を行わせる撮像装置。

請求項12

請求項6から請求項10までのいずれか一項に記載の焦点調節装置と、前記光学系を通過した光束による像を撮像する撮像素子と、前記光学系を通過した光束が前記撮像素子に向かう第1状態と、前記光学系を通過した光束が前記光電変換部に向かう第2状態と、を切り替え可能なミラー部とを備え、前記制御部は、前記ミラー部が前記第2状態である間に、前記光電変換部に前記第1時間および前記第2時間および前記第3時間で電荷蓄積を行わせる撮像装置。

請求項13

請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載の焦点調節装置と、前記光電変換部を含む複数の光電変換部を有し、前記光学系を通過した光束による像を撮像する撮像素子と、を備える撮像装置。

請求項14

光学系による像を撮像する撮像素子と、前記光学系を介して入射した光を光電変換して電荷蓄積を行う光電変換部と、前記撮像素子による第1撮像と第2撮像との間に、前記光電変換部に第1時間と第2時間とで電荷蓄積をさせる制御部と、前記制御部により前記第1時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第1出力と、前記第2時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第2出力とに基づいて、前記光学系の焦点位置を調節する調節部とを備える撮像装置。

請求項15

請求項14に記載の撮像装置において、前記制御部は、前記第1出力に基づいて、前記第2時間および前記第2出力の増幅値の少なくとも一方を決定する撮像装置。

請求項16

請求項15に記載の撮像装置において、前記調節部は、前記第1出力による第1演算と、前記第2出力による第2演算とを行い、前記第1演算により焦点評価値が得られなかった場合、前記第2演算により得られた焦点評価値で補正して、前記光学系の焦点位置を調節する撮像装置。

請求項17

請求項16に記載の撮像装置において、前記調節部は、前記第1演算により焦点評価値が得られなかった部分に、前記第2演算により得られた焦点評価値を当てはめる補正をして、前記光学系の焦点位置を調節する撮像装置。

請求項18

請求項14から請求項17までのいずれか一項に記載の撮像装置において、前記光学系を通過した光束が前記撮像素子に向かう第1状態と、前記光学系を通過した光束が前記光電変換部に向かう第2状態と、を切り替え可能なミラー部を備え、前記光電変換部は、前記ミラー部が前記第2状態である間に、前記光電変換部に前記第1時間および前記第2時間で電荷蓄積を行わせる撮像装置。

技術分野

0001

本発明は、焦点調節装置および撮像装置に関する。

背景技術

0002

複数の画素出力加算して焦点検出信号のS/N比を向上させる技術が知られている(例えば特許文献1)。このような技術では、加算に用いるための追加の焦点検出用画素を設ける必要がある。

先行技術

0003

特開2009−3122号公報

0004

本発明の第1の態様によると、焦点調節装置は、光学系を介して入射した光を光電変換して電荷蓄積を行う光電変換部と、前記光電変換部に第1時間と、前記第1時間よりも長い第2時間とで電荷蓄積させる制御部と、前記制御部により前記第2時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第2出力に基づいて、前記光学系の焦点位置を調節する調節部と、を備える。
本発明の第2の態様によると、焦点調節装置は、光学系を介して入射した光を光電変換して電荷蓄積を行う光電変換部と、前記光電変換部に第1時間と、前記第1時間より短い第2時間と、前記第2時間と異なる第3時間とで電荷蓄積させる制御部と、前記第1時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第1出力または、前記第3時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第3出力に基づいて、前記光学系の焦点位置を調節する調節部と、を備える。
本発明の第3の態様によると、撮像装置は、光学系による像を撮像する撮像素子と、前記光学系を介して入射した光を光電変換して電荷蓄積を行う光電変換部と、前記撮像素子による第1撮像と第2撮像との間に、前記光電変換部に第1時間と第2時間とで電荷蓄積をさせる制御部と、前記制御部により前記第1時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第1出力と、前記第2時間で電荷蓄積した前記光電変換部からの第2出力とに基づいて、前記光学系の焦点位置を調節する調節部と、を備える。

図面の簡単な説明

0005

撮像装置の構成を模式的に示す断面図
焦点検出装置の説明図
レリーズスイッチが半押し状態であるときの自動焦点調節処理に関するタイミングチャート
レリーズスイッチが全押し状態であるときの自動焦点調節処理に関するタイミングチャート
レリーズスイッチが全押し状態であるときの自動焦点調節処理に関するタイミングチャート
第1回目焦点検出結果の説明図
第2回目の焦点検出結果の説明図

実施例

0006

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。撮像装置1は、いわゆる一眼レフレックス方式デジタルカメラである。撮像装置1は、カメラボディ100および交換レンズ200を含む。交換レンズ200には、複数のレンズ202、203、204から構成される撮像光学系205が設けられる。なお、図1では撮像光学系205を3つのレンズにより構成されるかのように図示しているが、いくつのレンズで構成されるようにしてもよい。

0007

撮像光学系205に含まれるレンズ203は、撮像光学系205の焦点位置を調節するフォーカスレンズである。フォーカスレンズ203は、不図示のアクチュエータにより撮像光学系205の光軸Oに沿った方向Xに駆動される。

0008

カメラボディ100は、撮像光学系205により結像された被写体像を撮像する、CCDやCMOS等の撮像素子102を有する。撮像素子102は、撮像面が撮像光学系205の予定焦点面と一致するように配置される。カメラボディ100内の、撮像光学系205と撮像素子102の撮像面との間には、クイックリターンミラー103が設置される。非撮影時、クイックリターンミラー103は撮像光学系205の光路上に存在し、被写体光フォーカシングスクリーン104およびペンタプリズム105の方向に反射する。撮影者は、ファインダー部107から接眼レンズ106を介して被写体像を視認することができる。

0009

クイックリターンミラー103の裏面には、サブミラー108が設置される。クイックリターンミラー103の表面(反射面)はハーフミラー加工されており、そこに入射した被写体光はクイックリターンミラー103を透過してサブミラー108に入射する。サブミラー108はこの光束をカメラボディ100の下方に反射させる。カメラボディ100の下方には、いわゆる瞳分割位相差検出方式焦点検出を行う焦点検出装置109が設けられる。

0010

カメラボディ100は、マイクロプロセッサやその周辺回路から成る制御部101を備える。制御部101は、不図示のメモリに予め記憶されている所定の制御プログラムを読み込んで実行することにより、撮像装置1の各部を制御する。なお、制御部101を、上記の制御プログラム相当の動作を行う電子回路により構成してもよい。

0011

所定の自動焦点調節操作(例えば、不図示のレリーズスイッチの半押し操作)がなされると、制御部101は後述する自動焦点調節(AF)処理を実行する。このAF処理により、フォーカスレンズ203が駆動され、被写体にピントが合わせられる。

0012

所定の静止画撮影操作(例えば、不図示のレリーズスイッチの全押し操作)がなされると、制御部101は撮像制御を行う。このとき制御部101は、クイックリターンミラー103およびサブミラー108を、図1に示す遮光位置から被写体光を遮らない退避位置に移動させた後、不図示のシャッター等を制御し、撮像素子102に被写体像を撮像させる。制御部101は、撮像素子102から出力される撮像信号に種々の画像処理を加え、静止画像データを生成して不図示の記憶媒体(例えばメモリカード等)に記憶する。

0013

カメラボディ100の背面には、例えば液晶等の表示素子により構成されるモニター110が設けられている。制御部101はこのモニター110を用いて、例えば撮影した静止画像データや動画像データの再生撮影パラメータF値シャッタースピード等)の設定メニューの表示、動画撮影中スルー画の表示などを行う。

0014

図2は、焦点検出装置109の説明図である。図2(a)は、撮像画面に配置された焦点検出領域を示す平面図であり、図2(b)は、1つの焦点検出領域に対応する光電変換部を模式的に示す平面図である。

0015

図2(a)に示す撮像画面10には、計13個の焦点検出領域11が配置されている。焦点検出装置109は、各々の焦点検出領域11について、焦点評価値演算する(焦点検出を行う)ことができるように構成される。なお、図2(a)に示した焦点検出領域11の個数および位置は一例であり、より多数の焦点検出領域11を設けてもよいし、図2(a)に示した位置とは別の位置に焦点検出領域11を設けてもよい。以下、1つの焦点検出領域11に注目して焦点検出等の処理を説明するが、説明する内容を複数の焦点検出領域11に適用することは当然に可能である。

0016

図2(b)に、1つの焦点検出領域11に対応する光電変換部20を示す。焦点検出装置109は、図2(b)に図示した光電変換部20を、焦点検出領域11ごとに複数有している。光電変換部20は、第1光電変換素子列20Aおよび第2光電変換素子列20Bを含む。第1光電変換素子列20Aおよび第2光電変換素子列20Bは、一列に配列された複数の光電変換素子21を有する。

0017

焦点検出装置109は、サブミラー108からの反射光を一対の再結像レンズ(不図示)により一対の光束に瞳分割する。一対の光束の一方は第1光電変換素子列20Aに入射する。一対の光束の他方は第2光電変換素子列20Bに入射する。焦点検出装置109は、第1光電変換素子列20Aによる光電変換信号と、第2光電変換素子列20Bによる光電変換信号との位相差を周知の方法により算出し、この位相差から周知の方法により焦点評価値を演算する。

0018

(非撮影時の自動焦点調節処理の説明)
図3は、レリーズスイッチが半押し状態であるときの自動焦点調節処理に関するタイミングチャートである。図3横軸は時間の経過を示しており、紙面左から右に向かって時間が進行している。ユーザが不図示のレリーズスイッチの半押し操作を行うと(レリーズスイッチを半押し状態にすると)、制御部101は自動焦点調節処理を実行する。レリーズスイッチが半押し状態である間、制御部101は自動焦点調節処理を繰り返し実行し、被写体にピントが合った状態を維持しようとする。

0019

図3では、制御部101が実行する焦点調節以外の種々の処理(例えばモニター110の表示内容更新など)を、「その他処理」と表記している。図3時刻t0において、制御部101はそのような処理を実行している。

0020

本実施の形態の焦点検出装置109は、焦点検出を2段階に分けて行う。時刻t1〜t4の処理が焦点検出の第1段階の処理であり、時刻t5〜t8の処理が焦点検出の第2段階の処理である。

0021

第1段階において、焦点検出装置109は、被写体の光量を測定する目的で、光電変換部20に電荷蓄積を行わせる(時刻t1〜t2)。焦点検出装置109は、光電変換部20から、この電荷蓄積による光電変換信号を読み出す(時刻t2〜t3)。制御部101は、この電荷蓄積による光電変換部20からの出力に基づき、第2段階における電荷蓄積の時間(蓄積時間)を決定する(時刻t3〜t4)。図3では、この処理を時間決定処理と表記している。

0022

時間決定処理において、制御部101は、第1段階における電荷蓄積結果から、第2段階における蓄積時間を演算する。例えば、光電変換部20からの光電変換信号の大きさと被写体光量との関係を示す式に、第1段階における電荷蓄積結果(すなわち光電変換部20からの光電変換信号の大きさ)を与え、被写体光量を求める。その後、その被写体光量で飽和せず、かつ十分に長い蓄積時間を演算する。

0023

第2段階において、焦点検出装置109は、時間決定処理により決定した時間だけ光電変換部20に電荷蓄積を行わせる(時刻t5〜t6)。焦点検出装置109は、光電変換部20から、この電荷蓄積による光電変換信号を読み出す(時刻t6〜t7)。焦点検出装置109は、この電荷蓄積による光電変換部20からの出力に基づき、焦点評価値を演算する(時刻t7〜t8)。制御部101は、演算された焦点評価値に基づき、フォーカスレンズ203を駆動する(時刻t8〜t9)。

0024

前述の通り、レリーズスイッチが半押し状態である間、図3に示す処理は繰り返し実行される。つまり、図3に例示した期間の後、焦点検出装置109は、被写体の光量を測定する目的で、光電変換部20に電荷蓄積を行わせ(2回目の第1段階)、この電荷蓄積による光電変換部20からの出力に基づき、2回目の第2段階における蓄積時間を決定する。その後、焦点検出装置109は、2回目の第1段階における時間決定処理により決定した時間だけ光電変換部20に電荷蓄積を行わせ(2回目の第2段階)、この電荷蓄積による光電変換部20からの出力に基づき、焦点評価値を演算する。制御部101は、演算された焦点評価値に基づき、フォーカスレンズ203を駆動する。

0025

なお、2回目以降の時間決定処理において、制御部101は、今回の第1段階における電荷蓄積の結果だけではなく、前回の第2段階における電荷蓄積の結果も用いて、今回の第2段階における蓄積時間を決定する。例えば、制御部101は、前回の第2段階における電荷蓄積の結果から求まる被写体光量と、今回の第1段階における電荷蓄積の結果から求まる被写体光量とを比較する。両者の差が所定量未満であれば、被写体光量が前回の焦点検出からほとんど変化していないということなので、前回決定した蓄積時間(前回の第1段階における電荷蓄積の結果から算出された時間)をそのまま利用する。他方、両者の差が所定量以上であれば、被写体光量が前回の焦点検出から変化したということなので、今回の第1段階における電荷蓄積の結果から蓄積時間を算出する。

0026

第1段階の電荷蓄積は、第2段階における蓄積時間を決定するための電荷蓄積である。従って、第1段階の蓄積時間は、被写体の光量が測定可能な程度の時間であればよく、図3に例示したように、第2段階の蓄積時間に比べて短い。なお、被写体の光量が極めて大きい場合には、第1段階の蓄積時間が、第2段階の蓄積時間に比べて長くなることもある。また、蓄積時間だけでなく光電変換部20の感度ゲイン)を調節した場合にも、第1段階の蓄積時間が、第2段階の蓄積時間に比べて長くなることがある。

0027

焦点検出を2段階に分けず、第2段階の処理だけで自動焦点調節を行う場合、蓄積時間は前回の自動焦点調節に際して為された電荷蓄積の結果により決定されることになる。例えば前回の自動焦点調節後に被写体の光量が大きく変化した場合、今回の蓄積時間が被写体の光量に合っておらず、光電変換部20の出力が飽和してしまう可能性がある。この場合、焦点検出が正しく行えないので、今回の自動焦点調節はスキップされ、次回の自動焦点調節までレンズ駆動を行うことができない。本実施の形態では、第1段階の処理において、蓄積時間を決定するための電荷蓄積を行っているので、焦点検出を常に正しく行うことができる。

0028

なお、第1段階の処理は、第2段階の処理にできるだけ近い時期に実行されることが望ましい。換言すれば、これは、被写体の光量変化に可能な限り素早く追従するためである。例えば第1段階の処理と第2段階の処理を連続して実行することも考えられる。しかし、そのようにすると自動焦点調節のために制御部101が連続して占有される期間が長くなってしまう。つまり、その他処理を行うことができない期間が長くなってしまう。そこで、本実施の形態では、第1段階の処理と第2段階の処理との間に時間間隔を設けている。なお、第1段階の処理と第2段階の処理との時間間隔を設けなくてもよい。

0029

(撮影時の自動焦点調節処理の説明)
図4は、レリーズスイッチが全押し状態であるときの自動焦点調節処理に関するタイミングチャートである。図4の横軸は時間の経過を示しており、紙面左から右に向かって時間が進行している。ユーザが不図示のレリーズスイッチの全押し操作を行うと(レリーズスイッチを全押し状態にすると)、制御部101は撮影処理を行う。

0030

撮影処理において、制御部101は、クイックリターンミラー103およびサブミラー108を、退避位置に移動させる(時刻t11〜t12)。その後、制御部101は、撮像素子102に被写体像を撮像させる(時刻t13〜t14)。制御部101は、撮像素子102により出力された撮像信号に対して種々の画像処理を実行して静止画像データを生成し(時刻t14〜t15)、静止画像データを不図示の記憶媒体に記憶する(時刻t15〜t16)。制御部101は、クイックリターンミラー103およびサブミラー108を、遮光位置から待避位置に移動させ(時刻t17〜t20)、撮影処理を終了させる。

0031

なお、本実施の形態では、クイックリターンミラー103およびサブミラー108の退避位置への移動完了から、撮像素子102による被写体像の撮像開始までの間に、若干の時間が存在する(時刻t12〜t13)。このようにしたのは、クイックリターンミラー103およびサブミラー108が退避位置に移動した直後は、クイックリターンミラー103およびサブミラー108が振動しており、被写体像が安定しない可能性があるためである。

0032

レリーズスイッチが全押し状態である間、制御部101は撮影処理を繰り返し実行し、被写体像を連続して撮像する(いわゆる連写機能)。制御部101は、連写コマ間で被写体が移動した場合でもピントが合った画像が得られるよう、撮影処理と撮影処理との間で、自動焦点調節処理を実行する。以下、この撮影時に実行される自動焦点調節処理について説明する。

0033

本実施の形態の焦点検出装置109は、撮影時に実行される自動焦点調節処理において、前述した非撮影時の自動焦点調節処理と同様に、焦点検出を2段階に分けて行う。時刻t18〜t21の処理が焦点検出の第1段階の処理であり、時刻t22〜t25の処理が焦点検出の第2段階の処理である。

0034

第1段階において、焦点検出装置109は、被写体の光量を測定する目的で、光電変換部20に電荷蓄積を行わせる(時刻t18〜t19)。焦点検出装置109は、光電変換部20から、この電荷蓄積による光電変換信号を読み出す(時刻t19〜t20)。焦点検出装置109は、この電荷蓄積による光電変換部20からの出力に基づき、第2段階における電荷蓄積の時間(蓄積時間)を決定する(時刻t20〜t21)。

0035

第2段階において、焦点検出装置109は、第1段階の時間決定処理により決定した時間だけ光電変換部20に電荷蓄積を行わせる(時刻t22〜t23)。焦点検出装置109は、光電変換部20から、この電荷蓄積による光電変換信号を読み出す(時刻t23〜t24)。焦点検出装置109は、この電荷蓄積による光電変換部20からの出力に基づき、焦点評価値を演算する(時刻t24〜t25)。制御部101は、演算された焦点評価値に基づき、フォーカスレンズ203を駆動する(時刻t25〜t26)。

0036

前述した非撮影時の自動焦点調節処理とは異なり、焦点検出装置109は、クイックリターンミラー103およびサブミラー108が退避位置から遮光位置に移動する(ミラーアップ状態からミラーダウン状態遷移する)間に、第1段階の処理を実行する。換言すると、クイックリターンミラー103およびサブミラー108の退避位置から遮光位置への移動期間と、第1段階の処理期間とは、少なくとも一部が重複している。なお、前述の通り、クイックリターンミラー103およびサブミラー108が遮光位置に移動してから振動が収まり安定するまで、若干の時間を必要とする。この時間についても、クイックリターンミラー103およびサブミラー108の退避位置から遮光位置への移動期間の一部と考えることができる。

0037

光電変換部20は、クイックリターンミラー103およびサブミラー108の移動中に電荷蓄積を行うので、第1段階における電荷蓄積の結果は、焦点検出演算には不向きなものとなる。しかしながら、第1段階における電荷蓄積は、前述の通り、第2段階における蓄積時間を決定するための電荷蓄積である。従って、クイックリターンミラー103およびサブミラー108が移動中であることは問題にならない。

0038

焦点検出装置109は、クイックリターンミラー103およびサブミラー108が移動中であることを考慮して被写体の光量を算出する。例えば、光量が既知である被写体からの光束で、第1段階における電荷蓄積の結果を取得すれば、ある光量に対応する光電変換部20の出力が判明する。さまざまな光量の被写体についてこの手順を繰り返せば、被写体の光量と第1段階における電荷蓄積結果との対応関係を知ることができる。このような測定を事前に行っておき、対応関係をテーブル化したり、対応関係を示す演算式を作成したりすることで、上述の処理を焦点検出装置109に実装する。

0039

焦点検出を2段階に分けず、第2段階の処理だけで次回の蓄積時間を決定して自動焦点調節を行う場合、蓄積時間は前回の自動焦点調節に際して為された電荷蓄積の結果により決定されることになる。例えば前回の自動焦点調節後に被写体の光量が大きく変化した場合、今回の蓄積時間が被写体の光量に合っておらず、光電変換部20の出力が飽和してしまう可能性がある。この場合、焦点検出が正しく行えないので、今回の自動焦点調節はスキップされ、次回の自動焦点調節までレンズ駆動を行うことができない。本実施の形態では、第1段階の処理において、蓄積時間を決定するための電荷蓄積を行っているので、焦点検出を常に正しく行うことができる。

0040

なお、第1段階の処理は、第2段階の処理にできるだけ近い時期に実行されることが望ましい。これは、被写体の光量変化に可能な限り素早く追従するためである。本実施の形態では、第1段階の処理をミラーダウン中に行っているので、第1段階の処理と第2段階の処理を極めて近い時期に実行することができ、被写体の光量変化に素早く追従することができる。

0041

前述の通り、レリーズスイッチが全押し状態である間、図4に示す処理は繰り返し実行される。つまり、図4に例示した期間の後、クイックリターンミラー103およびサブミラー108は再び退避位置に移動され、撮像素子102が被写体像を撮像する。その後、クイックリターンミラー103およびサブミラー108は再び遮光位置に移動されるが、その移動中に、焦点検出装置109は、被写体の光量を測定する目的で光電変換部20に電荷蓄積を行わせ(2回目の第1段階)、この電荷蓄積による光電変換部20からの出力に基づき、2回目の第2段階における蓄積時間を決定する。クイックリターンミラー103およびサブミラー108が遮光位置に移動した後に、焦点検出装置109は、2回目の第1段階における時間決定処理により決定した時間だけ光電変換部20に電荷蓄積を行わせ(2回目の第2段階)、この電荷蓄積による光電変換部20からの出力に基づき、焦点評価値を演算する。制御部101は、演算された焦点評価値に基づき、フォーカスレンズ203を駆動する。

0042

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)光電変換部20は、撮像光学系205を介して入射した光を光電変換して電荷蓄積を行う。制御部101は、光電変換部20に第1時間と、第1時間よりも長い第2時間とで電荷蓄積させる。制御部101は、第2時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力に基づいて、撮像光学系205の焦点位置を調節する。このようにしたので、被写体の光量変化に強い焦点調節機能を提供することができる。

0043

(2)制御部101は、第1時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力に基づいて決定される第2時間で光電変換部20に電荷蓄積させる。このようにしたので、光電変換部20からの出力が飽和しない好適な電荷蓄積時間を決定することができる。

0044

(3)制御部101は、第1時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力に基づいて第2時間を算出する。このようにしたので、被写体の現在の光量に即した最適な電荷蓄積時間を適用することができる。

0045

(4)制御部101は、光電変換部20に第2時間で電荷蓄積させた後、光電変換部20に第3時間と第3時間よりも長い第4時間とで電荷蓄積させ、第3時間で電荷蓄積した光電変換部20からの第3出力に基づいて決定される第4時間で光電変換部20に電荷蓄積させる。このようにしたので、長期間に渡って焦点調節を繰り返し実行することができる。

0046

(5)制御部101は、第2時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力と第3時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力とに基づいて決定される第4時間で電荷蓄積させる。このようにしたので、過去の電荷蓄積結果も考慮してより精緻に電荷蓄積時間を決定することができる。

0047

(6)制御部101は、第2時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力または第4時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力に基づいて、撮像光学系205の焦点位置を調節する。このようにしたので、より柔軟に焦点調節を行うことができる。

0048

(7)制御部101は、第2時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力と第3時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力とに基づいて、第2時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力、第3時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力、または第2時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力と第3時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力とから第4時間を算出するかを決定する。このようにしたので、光量変化がない場合には追加の処理を省略することができる。

0049

(8)制御部101は、第2時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力と第3時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力との差が所定量未満である場合には、第4時間を第2時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力から算出し、第2時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力と第3時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力との差が所定量以上である場合には、第4時間を第3時間で電荷蓄積した光電変換部20からの出力から算出する。このようにしたので、過去の電荷蓄積結果も考慮してより精緻に電荷蓄積時間を決定することができる。

0050

(9)クイックリターンミラー103およびサブミラー108は、撮像光学系205を通過した光束が撮像素子102に向かう第1状態と、撮像光学系205を通過した光束が光電変換部20に向かう第2状態と、を切り替え可能に構成される。連写時、制御部101は、クイックリターンミラー103およびサブミラー108が第1状態から第2状態に切り替わる間に、光電変換部20に第1時間で電荷蓄積を行わせ、クイックリターンミラー103およびサブミラー108が第2状態である間に、光電変換部20に第2時間で電荷蓄積を行わせる。このようにしたので、第1段階の電荷蓄積のために連写速度を落とすことなく、被写体の光量変化に強い焦点調節機能を提供することができる。

0051

(10)クイックリターンミラー103およびサブミラー108は、撮像光学系205を通過した光束が撮像素子102に向かう第1状態と、撮像光学系205を通過した光束が光電変換部20に向かう第2状態と、を切り替え可能に構成される。非撮影時、制御部101は、クイックリターンミラー103およびサブミラー108が第2状態である間に、光電変換部20に第1時間および第2時間で電荷蓄積を行わせる。このようにしたので、焦点調節処理のために他の処理を行えない期間を最小限に保ちつつ、被写体の光量変化に強い焦点調節機能を提供することができる。

0052

(11)クイックリターンミラー103およびサブミラー108は、撮像光学系205を通過した光束が撮像素子102に向かう第1状態と、撮像光学系205を通過した光束が光電変換部20に向かう第2状態と、を切り替え可能に構成される。連写時、制御部101は、クイックリターンミラー103およびサブミラー108が第1状態から第2状態に切り替わる間に、光電変換部20に第1時間または第3時間で電荷蓄積を行わせ、クイックリターンミラー103およびサブミラー108が第2状態である間に、光電変換部20に第2時間または第4時間で電荷蓄積を行わせる。このようにしたので、第1段階の電荷蓄積のために連写速度を落とすことなく、被写体の光量変化に強い焦点調節機能を提供することができる。

0053

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係る撮像装置は、第1の実施の形態に係る撮像装置1(図1)と同一の構成を有しており、第1の実施の形態とは異なる自動焦点調節処理を連写時に実行する。以下、第2の実施の形態に係る連写時の自動焦点調節処理について説明する。

0054

図5は、レリーズスイッチが全押し状態であるときの自動焦点調節処理に関するタイミングチャートである。図5の横軸は時間の経過を示しており、紙面左から右に向かって時間が進行している。ユーザが不図示のレリーズスイッチの全押し操作を行うと(レリーズスイッチを全押し状態にすると)、制御部101は撮影処理を行う。撮影処理の内容は、第1の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

0055

レリーズスイッチが全押し状態である間、制御部101は撮影処理を繰り返し実行し、被写体像を連続して撮像する(いわゆる連写機能)。制御部101は、連写コマ間で被写体が移動した場合でもピントが合った画像が得られるよう、撮影処理と撮影処理との間で、自動焦点調節処理を実行する。以下、この撮影時に実行される自動焦点調節処理について説明する。

0056

本実施の形態の焦点検出装置109は、撮影時に実行される自動焦点調節処理において、焦点検出を2回実行する。時刻t32〜t35の処理が第1回目の焦点検出処理であり、時刻t36〜t39の処理が第2回目の焦点検出処理である。この2回の焦点検出は、いずれもクイックリターンミラー103およびサブミラー108が遮光位置にあるときに行われる。

0057

第1回目の焦点検出処理において、焦点検出装置109は、光電変換部20に電荷蓄積を行わせる(時刻t32〜t33)。この電荷蓄積は、第1の実施の形態における第1段階の処理とは異なり、焦点検出を行う目的で為される。この電荷蓄積の時間は、例えば過去に検出した被写体光量などから適宜決定する。焦点検出装置109は、光電変換部20から、この電荷蓄積による光電変換信号を読み出す(時刻t33〜t34)。焦点検出装置109は、この電荷蓄積による光電変換部20からの出力に基づき、焦点評価値を演算する(時刻t34〜t35)。

0058

第1回目の焦点検出処理において、例えば光電変換信号の一部が低すぎる(いわゆる黒つぶれ状態になっている)場合、その一部における焦点評価値は演算することができない。被写体光量が前回の焦点検出から大きく変化していた場合、そのようなことが起こる場合がある。制御部101は、例えば光電変換信号の一部が黒つぶれ状態になっている等の理由により、一部における焦点評価値を演算することができなかった場合、その一部が適切な出力レベルになる蓄積時間を演算する(時刻t35〜t36)。図5では、この蓄積時間を演算する処理を時間決定処理と表記している。

0059

なお、蓄積時間ではなく、光電変換部20の感度(ゲイン)を、出力信号が黒つぶれ状態にならないように決定してもよい。また、蓄積時間と感度の両方を決定してもよい。

0060

焦点検出装置109は、演算された蓄積時間に基づき第2回目の焦点検出処理を行う。第2回目の焦点検出処理において、焦点検出装置109は、光電変換部20に電荷蓄積を行わせる(時刻t36〜t37)。ここでの蓄積時間は、前述した時間決定処理により演算された蓄積時間である。焦点検出装置109は、光電変換部20から、この電荷蓄積による光電変換信号を読み出す(時刻t37〜t38)。焦点検出装置109は、この電荷蓄積による光電変換部20からの出力に基づき、焦点評価値を演算する(時刻t38〜t39)。

0061

制御部101は、第1回目の焦点検出処理では演算できなかった部分の焦点評価値として、第2回目の焦点検出処理で演算された同部分の焦点評価値を当てはめる。第2回目の焦点検出処理では、その部分の光電変換信号は適切な信号レベルになっているため、焦点評価値を正しく演算できる。制御部101は、第1回目の焦点検出処理で焦点評価値を演算できた部分については、第2回目の焦点検出処理における演算結果を無視する。これにより、1つの焦点検出領域11の全域について、正しく焦点評価値が演算される。制御部101は、演算された焦点評価値に基づき、フォーカスレンズ203を駆動する(時刻t39〜t40)。

0062

図6は、第1回目の焦点検出結果の説明図である。図6(a)に、第1回目の焦点検出における電荷蓄積の結果として得られた光電変換信号の一例を示す。なお、ここで図示しているのは、光電変換部20を構成する第1光電変換素子列20Aからの光電変換出力である。もう一方の第2光電変換素子列20Bからの光電変換出力は図示を省略している。

0063

図6(a)の横軸は光電変換素子列内における素子位置を、縦軸信号出力をそれぞれ示す。図6(a)では、第1光電変換素子列20Aに含まれる光電変換素子21の範囲(素子位置)を、x0〜x3と表記している。出力信号S1は、x1〜x2の範囲ではしきい値th1を上回っているが、x0〜x1の範囲およびx2〜x3の範囲ではしきい値th1を下回っている。ここで、しきい値th1は、焦点評価値を正しく求めるために最低限必要な信号レベルを示す。つまり、信号レベルがしきい値th1を下回っている場合、その部分はいわゆる黒つぶれ状態である。

0064

以下の説明において、x0〜x1の範囲における光電変換信号を出力信号S11、x1〜x2の範囲における光電変換信号を出力信号S12、x2〜x3の範囲における光電変換信号を出力信号S13と称する。

0065

図6(b)に、図6(a)に例示した出力信号S1に基づく焦点検出演算の結果を模式的に示す。x1〜x2の範囲では、焦点評価値を正しく演算できているが、x0〜x1およびx2〜x3の範囲では、焦点評価値を演算できていない。

0066

図7は、第2回目の焦点検出結果の説明図である。図7(a)に、第2回目の焦点検出における電荷蓄積の結果として得られた光電変換信号の一例を示す。なお、ここで図示しているのは、光電変換部20を構成する第1光電変換素子列20Aからの光電変換出力である。もう一方の第2光電変換素子列20Bからの光電変換出力は図示を省略している。

0067

図7(a)の横軸は光電変換素子列内における素子位置を、縦軸は信号出力をそれぞれ示す。第1回目の焦点検出よりも蓄積時間を長くしたことにより、出力信号S2の信号レベルは、全体的に図6(a)に例示した出力信号S1を上回っている。しかし、x1〜x2の範囲において、出力信号の一部がしきい値th2を上回っている。ここで、しきい値th2は、飽和レベルを示す。

0068

以下の説明において、x0〜x1の範囲における光電変換信号を出力信号S21、x1〜x2の範囲における光電変換信号を出力信号S22、x2〜x3の範囲における光電変換信号を出力信号S23と称する。

0069

焦点検出装置109は、第2回目の焦点検出処理において焦点検出演算を行うに際し、第1回目の焦点検出処理において焦点検出に成功した範囲の出力信号S22を、第1回目の焦点検出処理における出力信号S12で置き換える。このようにすることで、焦点検出演算に用いる出力信号から、飽和している箇所を取り除く(置き換える)ことができる。

0070

図7(b)に、置き換えた後の出力信号S3を示す。出力信号S3は、第2回目の焦点検出処理における出力信号S21および出力信号S23と、第1回目の焦点検出処理における出力信号S12とを含む。なお、出力信号S21および出力信号S23と、出力信号S12とは、全体的な信号レベルが異なるので、そのままでは不連続な信号になってしまう。焦点検出装置109は、周知のレベル補正処理スムージング処理を施すことにより、出力レベルが異なるこれらの信号を滑らかに接続する。

0071

図7(c)に、図7(b)に例示した出力信号S3に基づく焦点検出演算の結果を模式的に示す。出力信号S3は、信号レベルが全域(x0〜x3の範囲)でしきい値th1以上しきい値th2未満となっているので、全域で焦点評価値を正しく演算できている。制御部101は、このようにして求められた第2回目の焦点検出結果で、第1回目の焦点検出結果のうち焦点検出に失敗した部分を置き換えることにより、最終的な焦点検出結果を得る。

0072

図7(d)に、最終的な焦点検出結果を模式的に示す。x1〜x2の範囲の焦点評価値は、第1回目の焦点検出結果をそのまま採用する。x0〜x1の範囲およびx2〜x3の範囲(第1回目の焦点検出処理において演算に失敗した範囲)には、第2回目の焦点検出結果を採用して当てはめる。

0073

なお、このように単純に置き換える処理とは異なる処理で、最終的な焦点検出結果を求めてもよい。例えば、第2回目の焦点検出結果で第1回目の焦点検出結果を補正する補正演算を行い、最終的な焦点検出結果を求めてもよい。

0074

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)制御部101は、撮像素子102による第1撮像と第2撮像との間に、光電変換部20に第1時間と第2時間とで電荷蓄積をさせる。制御部101は、第1時間で電荷蓄積した光電変換部20からの第1出力と、第2時間で電荷蓄積した光電変換部20からの第2出力とに基づいて、撮像光学系205の焦点位置を調節する。このようにしたので、被写体の光量変化に強い焦点調節機能を提供することができる。

0075

(2)制御部101は、第1出力に基づいて第2時間を決定する。このようにしたので、光電変換部20からの出力が飽和しない好適な電荷蓄積時間を決定することができる。

0076

(3)制御部101は、第1出力による第1演算と、第2出力による第2演算とを行い、第1演算により焦点評価値が得られなかった場合、第2演算により得られた焦点評価値で補正して、撮像光学系205の焦点位置を調節する。このようにしたので、焦点評価値を確実に演算することが可能な、信頼性の高い焦点調節機能を提供することができる。

0077

(4)制御部101は、第1演算により焦点評価値が得られなかった部分に、第2演算により得られた焦点評価値を当てはめる補正をして、撮像光学系205の焦点位置を調節する。このようにしたので、少ない処理量で適切に焦点評価値を補正することができる。

0078

(5)クイックリターンミラー103およびサブミラー108は、撮像光学系205を通過した光束が撮像素子102に向かう第1状態と、撮像光学系205を通過した光束が光電変換部20に向かう第2状態と、を切り替え可能に構成される。制御部101は、連写時、クイックリターンミラー103およびサブミラー108が第2状態である間に、光電変換部20に第1時間および第2時間で電荷蓄積を行わせる。このようにしたので、連写中でも精度を落とすことなく、被写体の光量変化に強い焦点調節機能を提供することができる。

0079

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(変形例1)
第1の実施の形態において、2回目以降の時間決定処理で制御部101が第2段階における蓄積時間を決定する方法は、上述した方法に限定されない。例えば、前回の第2段階における電荷蓄積の結果と、今回の第1段階における電荷蓄積の結果とを、蓄積時間を決定するための式に代入することで、適正な蓄積時間を決定するようにしてもよい。すなわち、上述した実施の形態では、前回の第2段階における電荷蓄積の結果と今回の第1段階における電荷蓄積の結果とを比較し、比較結果によって前回決定した蓄積時間を採用するか、今回の第1段階における電荷蓄積の結果から算出した蓄積時間を採用するかを切り替えていた。これに対して、上記の変形例では、前回の第2段階における電荷蓄積の結果と今回の第1段階における電荷蓄積の結果とから、今回の第2段階における蓄積時間を算出している。第2の実施の形態における時間決定処理についても同様である。

0080

(変形例2)
上述した各実施の形態では、いわゆる一眼レフレックスカメラ方式のデジタルカメラについて説明したが、これとは異なる実施の形態も考えられる。例えば、第1の実施の形態における非撮影時の自動焦点検出処理や、第2の実施の形態における連写時の自動焦点検出処理を、いわゆるコンパクトカメラ携帯電話内蔵カメラ等のクイックリターンミラーを持たないカメラに適用することもできる。

0081

また、光電変換部20を撮像素子102に設けた、いわゆる像面位相差方式の焦点検出方式を、各実施の形態に適用することも可能である。

0082

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

0083

1…撮像装置、20…光電変換部、100…カメラボディ、101…制御部、102…撮像素子、103…クイックリターンミラー、108…サブミラー、109…焦点検出装置、200…交換レンズ、205…撮像光学系

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