(57)【要約】【課題】  本発明は、スピードが急激に変化するような被写体に対しても、精度良く焦点が合った画像を撮影することができる撮像装置及び撮像方法を提供する。【解決手段】  像面位相差位相差方式に基づいて焦点検出を行って撮影を行う撮像装置において、撮影レンズを駆動しながら所定コマ数の撮影を行う撮像部（２０１，２０３）と、上記撮像部により撮影された所定コマ数の画像データを一時的に記憶する記憶部（２０５）と、上記撮像部により撮影を行う毎に撮影レンズの合焦位置を検出する焦点検出部（２０１，２０３）と、上記合焦位置が検出される毎に、該合焦位置に基づいて被写体の移動速度を算出する演算部（２０３）と、上記被写体の移動速度に応じた速度で上記撮影レンズを駆動する撮影レンズ駆動部（１０２）と、上記記憶部に記憶された所定コマ数の画像データの中から、最も焦点の合った画像データを選択する選択部（２０３）と、を備えた。【選択図】  図１
2014145867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像面位相差位相差方式に基づいて焦点検出を行って撮影を行う撮像装置において、
撮影レンズを駆動しながら所定コマ数の撮影を行う撮像部と、
上記所定コマ数の画像データを一時的に記憶する記憶部と、
上記撮像部により撮影を行う毎に撮影レンズの合焦位置を検出する焦点検出部と、
上記合焦位置が検出される毎に、該合焦位置に基づいて被写体の移動速度を算出する演算部と、
上記被写体の移動速度に応じた速度で上記撮影レンズを駆動する撮影レンズ駆動部と、
上記記憶部に記憶された所定コマ数の画像データの中から、最も焦点の合った画像データを選択する選択部と、
上記選択部により選択された画像データを記憶する記録媒体と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
焦点検出を行うために撮像素子から繰り返し画像データを取得する周期の間に撮像面に結像する画像の錯乱円の直径が許容錯乱円の直径よりも小さい値だけ変化するような撮影レンズの駆動速度である標準速度を演算する標準速度演算部と、
直前の連続する複数の画像データを取得した各々の時刻における上記撮影レンズの位置のばらつきの度合いを表すデータを所定の時間で除算して撮影レンズの駆動速度である被写体位置不安定対策速度を演算す被写体位置不安定対策速度演算部と、
をさらに備え、
上記駆動部は、上記被写体の移動速度に応じた速度と、上記標準速度と、上記被写体位置不安定対策速度に基づいて上記撮影レンズを駆動することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
被写体を追尾する追尾部をさらに備え、上記焦点検出部は上記追尾部によって追尾された被写体の焦点位置を検出するものであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
ユーザ操作による第１段押し下げ動作を検出するとともに、該第１段押し下げ動作に続く第２段の押し下げ動作を検出するためのレリーズ動作検出部をさらに備え、
上記第２段押し下げ動作が検出されるまでの間は、上記撮像部により、第１の周期で撮影レンズを駆動しながら所定コマ数の撮影を行い、上記第２段押し下げ動作が検出された後は、上記撮像部により、第１の周期よりも短い周期で撮影レンズを駆動しながら所定コマ数の撮影を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
像面位相差位相差方式に基づいて焦点検出を行うことが可能な撮像方法において、
撮像部により撮影レンズを駆動しながら所定コマ数の撮影を行うステップと、
上記所定コマ数の画像データを記憶部に一時的に記憶するステップと、
焦点検出部により上記撮像部により撮影を行う毎に撮影レンズの合焦位置を検出するステップと、
演算部により上記合焦位置が検出される毎に該合焦位置に基づいて被写体の移動速度を算出するステップと、
撮影レンズ駆動部により上記被写体の移動速度に応じた速度で上記撮影レンズを駆動するステップと、
選択部により上記記憶部に記憶された所定コマ数の画像データの中から最も焦点の合った画像データを選択するステップと、
上記選択部により選択された画像データを記録媒体に記憶するステップと、
を有する撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピードが急激に変化するような被写体に対しても、精度良く焦点が合った画像を撮影することができる撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、動体に焦点が合うように制御する撮像装置が実用化されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、予測位置制御手段により、露光時に予測される被写体像の位置に撮影レンズのピントを一致させる位置制御を行い、位置速度制御手段により、デフォーカス量及びデフォーカス量の時間変化量をレンズ駆動手段にフィードバックさせることにより、被写体像の移動軌跡に撮影レンズのピントを追従させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、フォーカスブラケット撮影により、フォーカスレンズ位置を変えながら被写体の画像を複数枚取込んで画像メモリに逐次記憶し、撮影者の操作部の操作に従って指示エリアを設定し、画像メモリに記憶させた各フォーカスブラケット画像の指示エリアにおけるＡＦ評価値を計算し、計算された指示エリア内のＡＦ評価値が最も高いフォーカスブラケット画像を選択して表示部に表示する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１０１３３５号公報
【特許文献２】特開２００９−１１１６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１においては、移動する被写体にある程度は追従しても、急激にスピードが変化する被写体に対しては追従遅れが生じ、精度良く焦点を合わすことができない。また、引用文献２は、停止している被写体を撮影する技術に関するものであり、移動する被写体に対しては、精度良く焦点を合わせることができない。
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑み、移動する被写体にも精度良く焦点を合わせて撮影を行うことができる撮像装置及び撮像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】
【０００８】
上述した課題を解決するために、請求項１に係る撮像装置は、像面位相差位相差方式に基づいて焦点検出を行って撮影を行う撮像装置において、撮影レンズを駆動しながら所定コマ数の撮影を行う撮像部と、上記所定コマ数の画像データを一時的に記憶する記憶部と、上記撮像部により撮影を行う毎に撮影レンズの合焦位置を検出する焦点検出部と、上記合焦位置が検出される毎に、該合焦位置に基づいて被写体の移動速度を算出する演算部と、上記被写体の移動速度に応じた速度で上記撮影レンズを駆動する撮影レンズ駆動部と、上記記憶部に記憶された所定コマ数の画像データの中から、最も焦点の合った画像データを選択する選択部と、上記選択部により選択された画像データを記憶する記録媒体と、を備えた。
【０００９】
また、請求項２に係る撮像装置は、請求項１に記載の撮像装置において、焦点検出を行うために撮像素子から繰り返し画像データを取得する周期の間に撮像面に結像する画像の錯乱円の直径が許容錯乱円の直径よりも小さい値だけ変化するような撮影レンズの駆動速度である標準速度を演算する標準速度演算部と、直前の連続する複数の画像データを取得した各々の時刻における上記撮影レンズの位置のばらつきの度合いを表すデータを所定の時間で除算して撮影レンズの駆動速度である被写体位置不安定対策速度を演算す被写体位置不安定対策速度演算部と、をさらに備え、上記駆動部は、上記被写体の移動速度に応じた速度と、上記標準速度と、上記被写体位置不安定対策速度に基づいて上記撮影レンズを駆動する。
【００１０】
また、請求項３に係る撮像装置は、請求項１に記載の撮像装置において、被写体を追尾する追尾部をさらに備え、上記焦点検出部は上記追尾部によって追尾された被写体の焦点位置を検出する。
【００１１】
また、請求項４に係る撮像装置は、請求項１に記載の撮像装置において、ユーザ操作による第１段押し下げ動作を検出するとともに、該第１段押し下げ動作に続く第２段の押し下げ動作を検出するためのレリーズ動作検出部をさらに備え、上記第２段押し下げ動作が検出されるまでの間は、上記撮像部により、第１の周期で撮影レンズを駆動しながら所定コマ数の撮影を行い、上記第２段押し下げ動作が検出された後は、上記撮像部により、第１の周期よりも短い周期で撮影レンズを駆動しながら所定コマ数の撮影を行う。
【００１２】
また、請求項５に係る撮像方法は、像面位相差位相差方式に基づいて焦点検出を行うことが可能な撮像方法において、撮像部により撮影レンズを駆動しながら所定コマ数の撮影を行うステップと、上記所定コマ数の画像データを記憶部に一時的に記憶するステップと、焦点検出部により上記撮像部により撮影を行う毎に撮影レンズの合焦位置を検出するステップと、演算部により上記合焦位置が検出される毎に該合焦位置に基づいて被写体の移動速度を算出するステップと、撮影レンズ駆動部により上記被写体の移動速度に応じた速度で上記撮影レンズを駆動するステップと、選択部により上記記憶部に記憶された所定コマ数の画像データの中から最も焦点の合った画像データを選択するステップと、上記選択部により選択された画像データを記録媒体に記憶するステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スピードが急激に変化するような被写体に対しても、精度良く焦点が合った画像を撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１〜２に共通の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１〜２に共通の、撮像素子の画素配列を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１〜２に共通の、撮影用画素の構成を示す。
【図４】本発明の実施形態１〜２に共通の、マイクロレンズの右側領域を遮光した焦点検出用画素の構成を示す。
【図５】本発明の実施形態１〜２に共通の、マイクロレンズの左側領域を遮光した焦点検出用画素の構成を示す。
【図６】本発明の実施形態１〜２に共通の、フォーカスレンズの駆動を説明するためのグラフである。
【図７】本発明の実施形態１における、カメラ動作の流れを表すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態１〜２に共通の、１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御の動作の流れを表すサブルーチンである。
【図９】本発明の実施形態１〜２に共通の、合焦履歴情報である。
【図１０】本発明の実施形態１〜２に共通の、本露光駆動開始の動作の流れを表すサブルーチンである。
【図１１】本発明の実施形態２における、カメラ動作の流れを表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
[実施形態１] 
以下、図面を参照して本発明の実施形態１を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態１に係る撮像装置の構成図である。図１に示す撮像装置は、交換レンズ１００とカメラ本体２００とを有している。本撮像装置において、交換レンズ１００は、カメラ本体２００に設けられた不図示のレンズマウントを介してカメラ本体２００に着脱自在になされている。
【００１８】
交換レンズ１００は、撮影レンズ１０１と、撮影レンズ駆動部１０２と、撮影レンズ制御部１０３と、記憶部１０４とを有している。ここで、実際の交換レンズ１００は、絞り制御機構やズーム機構等をさらに有しているが、図１では図示を省略している。
【００１９】
撮影レンズ１０１は、フォーカスレンズを含む光学系であり、被写体の光学画像を、カメラ本体２００の撮像素子２０１上に生成する。撮影レンズ駆動部１０２は、モータ等の駆動機構を有しており、レンズ制御部１０３からの制御信号に従ってフォーカスレンズをその光軸方向に移動させる。
【００２０】
撮影レンズ制御部１０３は、マイクロコンピュータと、交換レンズ１００内の各部を制御する制御回路とを一体化したＬＳＩである。このレンズ制御部１０３は、カメラ本体２００の本体制御部２０３から出力された制御信号に基づき、撮影レンズ駆動部１０２に制御信号を送って、撮影レンズ１０１の駆動制御を行う。この撮影レンズ１０１の駆動制御の詳細については後述する。
【００２１】
記憶部１０４は、交換レンズ１００毎に固有の特性情報を記憶している。撮影レンズ制御部１０３は、本体制御部２０３の要求に応じて、記憶部１０４に記憶されている特性情報を本体制御部２０３に送信する。
【００２２】
ここで、上述の例において、撮影レンズ制御部１０３は、マイクロコンピュータと、交換レンズ１００内の各部を制御する制御回路とを一体化したＬＳＩであるとしている。しかしながら、マイクロコンピュータと制御回路とは必ずしも一体化する必要はなく、複数のＬＳＩで構成するようにしても良い。
【００２３】
カメラ本体２００は、撮像素子２０１と、液晶表示部２０２と、本体制御部２０３と、マウント接点２０４と、記憶部２０５と、記録媒体２０６とを有している。
【００２４】
撮像素子２０１は、交換レンズ１００を介して入射する光学画像を電気信号（画像信号）に変換する。この撮像素子２０１は、ＣＣＤイメージセンサやＭＯＳイメージセンサ等から構成されている。撮像素子２０１の画像生成用の画素内には、いわゆる位相差方式に基づく焦点検出用の画素が配置されている。そして、この焦点検出用の画素信号に基づいて位相差方式によるデフォーカス量（撮影レンズ１０１の結像位置から合焦位置までのピンとずれ量に相当する。）を算出することができる。このように、画像生成用の画素内に配置された焦点検出用の画素から出力される画素信号に基づいてデフォーカス量を求める方式を、以下、像面位相差方式と称することにする。
【００２５】
液晶表示部２０２は、例えば、カメラ本体２００の背面に設けられた液晶表示部である。この液晶表示部２０２は、撮像素子２０１から出力された画像信号に基づいて本体制御部２０３で生成された表示用の画像データにによって表される画像を表示する。
【００２６】
本体制御部２０３は、ＣＰＵと、カメラ本体２００内の各部を制御する制御回路と、各種信号処理を行う信号処理回路とを一体化したＬＳＩである。この本体制御部２０３は、カメラ本体２００における各部を制御して各種動作シーケンスを実行する。また、本体制御部２０３は、制御部としての機能を有し、レンズマウントを介してレンズ制御部１０３に対して制御信号や、撮像素子２０１の露光動作とフォーカスレンズの駆動動作との同期を取るための同期信号ＶＤを出力することも行う。また、本体制御部２０３は、撮像素子２０１の動作を制御し、撮像素子２０１から出力される画像信号をデジタル信号である画像データに変換することも行う。この場合、本体制御部２０３は、画像データに対してホワイトバランス制御等の各種信号処理を行う。さらに、本体制御部２０３は、各種信号処理により得られた画像データを液晶表示部２０２に出力して液晶表示部２０２における画像の表示を制御することも行う。
【００２７】
また、本体制御部２０３は、デフォーカス量の算出、このデフォーカス量に基づいて撮影レンズ１０１を駆動するための制御信号の出力、及び被写体の移動速度の算出を行う演算部と、記憶部２０５に一時的に記憶された複数コマの画像データの中から最も焦点の合った画像を選択する選択部と、撮影レンズ１０１の光軸に垂直な平面内において焦点を合わすべき被写体を追尾する追尾部を有している。
【００２８】
記憶部２０５は、カメラ本体内蔵型の揮発性メモリであり、連写した複数コマの画像データを一時的に記憶する。記録媒体２０６は、カメラ本体に着脱可能なメモリカードなどの記録媒体である。この記録媒体２０６には、連写した複数コマの画像データの中から選択した画像データが記録される。
【００２９】
ここで、上述の例において、本体制御部２０３は、マイクロコンピュータと、カメラ本体２００内の各部を制御する制御回路と、各種信号処理を行う信号処理回路とを一体化したＬＳＩであるとしている。しかしながら、これらを複数のＬＳＩで構成するようにしても良い。
【００３０】
マウント接点２０４は、レンズマウント内に設けられており、レンズ制御部１０３と本体制御部２０３とを通信可能に接続するための接点である。
【００３１】
レリーズ動作検出部２０７は、ユーザ操作によるレリーズ操作ボタンの第１段押し下げ動作（以下、「1ｓｔレリーズ動作」と称する。）と、１ｓｔレリーズ動作に続いて動作する、ユーザ操作によるレリーズ操作ボタンの第２段押し下げ動作（以下、「２ｎｄレリーズ動作」と称する。）を検出するためのものである。ここで、実際のカメラ本体２００は、撮影モード等の各種の撮影条件を設定するための撮影条件設定部や、カメラ本体２００のぶれを補正するぶれ補正部等も有しているが、図１では図示を省略している。
【００３２】
なお、以上説明した撮像装置の構成のうち、撮像素子２０１、本体制御部２０３は、本発明の撮像部及び焦点検出部を構成する。
【００３３】
図２は、本実施形態における撮像素子２０１の画素配列を示した図である。図２に示すように、本実施形態における撮像素子２０１には、撮影用画素２０１１と、焦点検出用画素列２０１２とが形成されている。 図２においては、縦方向３画素、横方向１６画素の画素配列を示している。しかし、実際の撮像素子２０１は、図２のように構成される画素群を一単位として、縦横にそれぞれ複数の画素群により構成されている。
【００３４】
撮影用画素２０１１は、記録媒体２０６に記録される撮影画像データを取得するため等に用いられる画素であって、図２に示すように２次元状に形成されている。ここで、図２は、画素配列が原色系のベイヤ配列であり、赤色の感度を有する画素をＲ画素、緑色の感度を有する画素をＧ画素、青色の感度を有する画素をＢ画素として示している。しかしながら、カラーフィルタの配列は必ずしもベイヤ配列とする必要はない。なお、図２の各画素の上面には集光用のマイクロレンズが配置されているが、図２においてはこのマイクロレンズの図示を省略している。
【００３５】
焦点検出用画素列２０１２は、位相差方式に基づくオートフォーカス（以下、「位相差ＡＦ」と称する。）のために用いられる画素であって、撮像素子２０１の撮像面内に形成されている。図２では、焦点検出用画素列２０１２を撮像素子２０１の水平方向に沿って形成している。このような焦点検出用画素列２０１２内のＧ画素の位置には、複数の焦点検出用画素対が形成されている。各焦点検出用画素対は、所定間隔（図２では１画素）だけ離間して配置された焦点検出用画素２０１２ｌと、焦点検出用画素２０１２ｒとを有している。さらに、画素列同士で見た場合、焦点検出用画素２０１２ｌ同士及び焦点検出用画素２０１２ｒ同士はそれぞれ所定間隔だけ離間して配置されている。図２は、８画素だけ離間して配置されている例である。
【００３６】
図３〜図５は、撮像素子２０２に形成された画素の詳細な構成を示す図である。ここで、図３は、撮影用画素２０１１の構成を示す。また、図４は、焦点検出用画素２０１２ｌの構成を示し、図５は、焦点検出用画素２０１２ｒの構成を示している。
【００３７】
図３に示すように、撮影用画素２０１１は、マイクロレンズ３０１と、光電変換素子３０２とを有している。
【００３８】
マイクロレンズ３０１は、撮影レンズ１０１の対称に分割された異なる瞳領域を通過した光束を光電変換素子３０２に結像させるように設計されたレンズである。光電変換素子３０２は、例えばフォトダイオードであり、マイクロレンズ３０１を介して結像された光束を電気信号に変換して出力する。
【００３９】
図４及び図５に示すように、焦点検出用画素２０１２ｌは、マイクロレンズ３０１と、光電変換素子３０２と、遮光部材３０３とを有している。
【００４０】
マイクロレンズ３０１と光電変換素子３０２とは、撮影用画素２０１１に配置されたものと同様のものである。
【００４１】
焦点検出用画素２０１２ｌの遮光部材３０３は、図４に示すように、マイクロレンズ３０１の右側領域を遮光するように形成されており、マイクロレンズ３０１の左側領域から入射した光束Ｌｌを光電変換素子３０２に結像させる。焦点検出用画素２０１２ｒの遮光部材３０３は、図５に示すように、マイクロレンズ３０１の左側領域を遮光するように形成されており、マイクロレンズ３０１の右側領域から入射した光束Ｌｒを光電変換素子３０２に結像させる。
【００４２】
以上説明したような、焦点検出用画素２０１２ｌによって生成された画像信号と、焦点検出用画素２０１２ｒによって生成された画像信号の位相差を検出することにより、公知の方法によりデフォーカス量を求めることができる。
【００４３】
つぎに、図６〜図１０を参照して、本実施形態のカメラの動作を説明する。
【００４４】
図６は本実施形態の撮像装置における撮影レンズ１０１を構成するフォーカスレンズの駆動を説明するためのグラフであり、横軸は時間、縦軸は撮影レンズ１０１のフォーカスレンズの位置で、紙面の上方向は近距離（Ｎｅａｒ)の被写体に焦点を合わせるフォーカスレンズの位置であり、下方向が遠距離(Ｆａｒ)の被写体に焦点を合わせるフォーカスレンズの位置である。実線Ｓは、被写体の像面移動軌跡をフォーカスレンズの軌跡に変換したものである。また、点線Ｐは、被写体の像面がちょうど撮像素子２０１の撮像面に位置するものとしたときの像面移動軌跡を、フォーカスレンズの軌跡に変換したものである。実線Ｓと点線Ｐとの差が像面位相差方式に基づいて算出したデフォーカス量に対応する。したがって、実線Ｓと点線Ｐが一致するときに撮影レンズの結像面と撮像素子２０１の撮像面が一致し、合焦していることを表す。また、実線Ｓが点線Ｐに対してＦａｒ方向にあるとき、被写体に焦点を合わせるためには、フォーカスレンズをＮｅａｒ方向に駆動する。逆に、実線Ｓが点線Ｐに対してＮｅａｒ方向にあるとき、被写体に焦点を合わせるためには、フォーカスレンズをＦａｒ方向に駆動する。
【００４５】
つぎに、図７のフローチャートを基に、本実施形態のカメラ動作について説明する。なお、このフローチャートに記載している動作は、特に断りのない限り、本体制御部２０３により制御されるものとする。
【００４６】
ステップＳ７０１において、ユーザーによる1ｓｔレリーズ動作の検出が行われたか否かの判定を行う。ユーザにて１ｓｔレリーズ動作が検出されるまでは、デフォーカス量の検出もレンズ駆動も行わない待ちの状態となる。ステップＳ７０１において、１ｓｔレリーズ動作が検出されると、つぎに、ステップＳ７０２において、本体制御部２０３内の演算部によりデフォーカス量の算出を行う。つぎに、本体制御部２０３内の演算部は、算出したデフォーカス量に基づいて、撮影レンズ制御部１０３に対して撮影レンズ１００に含まれるフォーカスレンズ駆動の制御を指示する。そして、２ｎｄレリーズ動作の検出が行われるまで、像面位相差方式により、デフォーカス量の検出を行い続け、被写体の移動速度に合わせてレンズ駆動を行う。これを、「１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御」と称することにする。つぎに、この１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御について、図８を参照しながら詳細に説明する。
【００４７】
図８は、１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御の動作の流れを表すサブルーチンである。まず、ステップＳ８０１において、撮像素子２０１の露光を行ってから画像データを取得し、一回目のデフォーカス量の算出を行う。図６中、三角印は１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御における画像データを取得するタイミングを示す。
【００４８】
つぎに、ステップＳ８０２において、公知の演算式に基づいて、ステップＳ７０２において算出したデフォーカス量の信頼性があるかどうかを判定する。ステップＳ８０２において信頼性がないと判定した場合、ステップＳ８０３において撮影レンズ２０１のフォーカスレンズを前後に駆動するスキャン動作を行った後、ステップＳ８０１、ステップＳ８０２の動作を繰り返す。ステップＳ８０２において、信頼性があると判定した場合、ステップＳ８０１において算出したデフォーカス量を基に、所定の情報を算出して図９に示すような合焦履歴情報を保存する。保存するデータはつぎの通りである。
【００４９】
図９に示す合焦履歴情報はＦＩＦＯ形式としており、新しいデフォーカス量を算出したら、要素０〜５のデータを要素１〜６にコピーした上で、画像番号をｐｉｃ＿ｎｏ[０]、最新のデフォーカス量をｄｅｆ[０]、合焦位置をｐｏｓ[０]、デフォーカス量の算出に用いた画像データ取得時の時刻をｔｉｍｅ[０]にコピーする。合焦位置（ｐｏｓ[]）は、単位が撮影レンズ駆動部１０２に含まれるパルスモータを駆動するパルス数（以下「ＬＤＰ（Ｌｅｎｓ Ｄｒｉｖｅ Ｐｕｌｓｅ)」と称する。）であり、以下によって算出できる。
（式１）  ｐｏｓ[０] ＝ 位相差検出用画像データ取得時のＬＤＰ ＋ ｄｅｆ２ｌｄｐ（ｄｅｆ[０]）
ここで、ｄｅｆ２ｌｄｐ（ｄｅｆ[０]）は、デフォーカス量（ｄｅｆ[０]）をＬＤＰに変換する関数である。具体的には、ＬＤＰとデフォーカス量の関係をテーブル化した情報を予め記憶したメモリを参照して、所定のデフォーカス量に対応したＬＤＰを求める。
【００５０】
つぎに、ステップＳ８０５において焦点ずれ量が大きいか否か、すなわちデフォーカス量の絶対値が大きいか否か（例えばデフォーカス量が許容錯乱円の１０倍以上か否か）を判定する。デフォーカス量の絶対値が大きい場合、現在のレンズ位置が合焦位置から大きくずれているので、ステップＳ８０６において、検出したデフォーカス量に基づいて高速でレンズ駆動を行う。
【００５１】
焦点ずれ量がさほど大きくない場合は、つぎに、ステップＳ８０７において、被写体が移動中か否かを判定する。被写体が移動中かどうかは、デフォーカス量の時間的変化があるか否かをもとに判定する。ステップＳ８０７において、被写体が移動中であると判定した場合は、ステップＳ８０８において、被写体の移動に追従して焦点が合うように、撮影レンズ１０１を構成するフォーカスレンズの駆動を行う。ここで、被写体の移動速度は図９の合焦履歴情報を用いてつぎのようにして算出する。
【００５２】
まず、合焦履歴情報（ｔｉｍｅ[ｎ］、ｐｏｓ［ｎ］)から、最小二乗法により式２に示すような一次式の近似直線を算出する。
（式２）             ｐｏｓ ＝ Ａ×  ｔｉｍｅ  ＋  Ｂ
近似式の算出に用いる合焦履歴情報は、直近の複数コマの撮影により得られた予め設定された数の情報を用いる。例えば、合焦履歴情報は直近の連続下６コマの撮影により得られた情報を用いるものとし、ｎ ＝ ０、１，２、３、・・・５とする。なお、本実施形態においては、６としたが、６に依らず５、７、８等の適当な正の整数でもよい。
【００５３】
この係数Ａ［ＬＤＰ／ｍｓ］が被写体の移動速度を示すものであり、レンズ駆動速度をこのＡに設定する。
【００５４】
つぎにステップ８０９において、ステップＳ８０１において取得した画像データを基に、液晶表示部２０２に画像表示を行う。
【００５５】
つぎに、ステップＳ８１０において、１ｓｔレリーズ動作が解除されたか否かを判定する。その結果、１ｓｔレリーズ動作が解除された場合は、１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御のサブルーチンからリターンする。ステップＳ８１０において、１ｓｔレリーズ動作が解除されていないと判定した場合は、つぎに、ステップＳ８１１において、ユーザーによる２ｎｄレリーズ動作の検出が行われたか否かの判定を行う。２ｎｄレリーズ動作が検出されない場合は、ステップＳ８０１に戻り、上述した動作を繰り返し行う。この繰り返しの周期は１／６０［ｓｅｃ］とする。すなわち、１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦにおいては、撮像素子から６０[コマ／ｓ]のサイクルで撮像素子から画像データを取得する毎に焦点検出のための演算を行い、フォーカスレンズの駆動を更新する。ステップＳ８１１において、２ｎｄレリーズ動作が検出された場合は、１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御のサブルーチンからリターンする。
【００５６】
したがって、１ｓｔレリーズ動作が解除されず、且つ２ｎｄレリーズ動作が行われるまでの間は、所定周期、例えば６０ｆｐｓの周期で繰り返し焦点検出を行い、被写体の動きに追従して焦点を合わせるためのフォーカスレンズの駆動が行われる。
【００５７】
図６に、連続して複数の露光動作を行って、被写体の動きに追従して焦点が合うように撮影レンズ１０１を駆動制御している一例を示す。１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御においては、被写体のスピードが滑らかに変化する限りにおいては、焦点が合った良好な追従性能を示す。しかし、被写体のスピードが急に変化するような場合は、追従遅れを生ずるなどの問題が生じる。１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御においては、取得した画像データは単に液晶表示部に２０２による画像表示に供するのみであるので、特段の問題は生じない。また、画像表示を行わない場合でも、以下に説明する本露光駆動にスムーズに移行して撮影ができるようにするために、フォーカスレンズを合焦位置に近い位置に維持できればよいので、高い合焦精度は必ずしも必要ない。しかし、以下に説明する記録用に供する画像データは、より精度の高い焦点精度が要求されるため、以下に説明するように、１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御とは異なる撮影レンズ１０１の駆動制御を行っている。
【００５８】
図７に戻り、１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御のサブルーチンの動作が終了すると、つぎにステップＳ７０３において、１ｓｔレリーズ動作が解除されたか否かを判定する。１ｓｔレリーズ動作が解除された場合は、ステップＳ７０１に戻り、以上説明した動作を繰り返す。
【００５９】
ステップＳ７０３において、１ｓｔレリーズ動作が解除されない場合は、つぎに、ステップＳ７０４において、本体制御部２０３の演算部は、撮影レンズ制御部１０３に対して本露光駆動（図７のステップＳ７０４以後（２ｎｄレリーズ動作以後）のフォーカスレンズの駆動を、本露光駆動と称する。）における連写中、焦点合わせすべく、撮影レンズ１０１の駆動制御を指示する。そして、撮影レンズ駆動部１０２は、撮影レンズ制御部１０３の指示に基づいて撮影レンズ１０１の駆動を制御する。
【００６０】
つぎに、図１０を参照して、ステップＳ７０４の本露光駆動開始のサブルーチンの動作の説明をする。
【００６１】
ステップＳ１００１において、１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御期間の本露光開始直前に取得した画像データを基に算出したデフォーカス量の符号に基づいて、点線Ｐに対してフォーカスレンズの位置がＮｅａｒ方向にあるか若しくは点線Ｐ上にあるか、又はＦＡＲ方向にあるかを判定する。つぎに、ステップＳ１００１の判定結果に応じて以下のような処理を行う。
（１）フォーカスレンズの位置が、Ｎｅａｒ方向にあるか又は点線Ｐ上にある場合
ステップＳ１００２において、式３に基づいてフォーカスレンズの駆動速度（以下、「ＬＤ速度」と称する。）を演算し、ステップＳ１００３において、フォーカスレンズをＦａｒ方向に駆動する。
（式３）  ＬＤ速度[ＬＤＰ／ｓ] ＝ 標準速度 ＋ 被写体位置不安定対策速度  ＋ Ａ
ここで、標準速度とは、焦点検出を行うために撮像素子から画像データを取得するサイクルをＮ１[コマ／ｓ]とし、このＮ１[コマ／ｓ] のサイクルで取得した画像データの中から最もピントの合った画像データを選択して記録媒体２０６に記録するサイクルをＮ２[コマ／ｓ]とするとき、 標準速度とは、撮影レンズ１０１に含まれるフォーカスレンズを１／Ｎ１［ｓｅｃ］だけ駆動したときの撮像素子２０１の撮像面に結像する画像の錯乱円の直径が、ほぼ許容錯乱円の直径に相当する値だけ変化する速度である。
【００６２】
すなわち、標準速度の一般式として、
標準速度[ＬＤＰ／ｓ] ＝ｄｅｆ２ｌｄｐ（Ｆδ）／(１／Ｎ１)ｓｅｃ
とする。ここで、Ｆは、本露光時の絞り値（Ｆｎｏ）、δは許容錯乱円の直径とする。
【００６３】
本実施形態においては、Ｎ１＝１２０、Ｎ２＝２０とし、
標準速度[ＬＤＰ／ｓ] ＝ｄｅｆ２ｌｄｐ(Ｆδ)/（１/１２０)[ＬＤＰ／ｓ]
となる。
【００６４】
なお、標準速度は、撮影レンズ１０１に含まれるフォーカスレンズを１／Ｎ１［ｓｅｃ］だけ駆動したときの撮像素子２０１の撮像面に結像する画像の錯乱円の直径が、許容錯乱円より小さな値だけ変化する速度であればよく、例えば、
標準速度[ＬＤＰ／ｓ] ＝ｄｅｆ２ｌｄｐ（Ｆδ×５／６）／(１／Ｎ１) [ＬＤＰ／ｓ]
としてもよい。
【００６５】
また、被写体位置不安定対策速度とは、式２に基づいて最小二乗法により近似直線を算出したときの残差Ｓを単位時間で正規化したものである。本実施形態においては、式２で求めた近似直線と、各々のｐｏｓ[ｘ]（ｘ＝０〜５）との差である残差の平均値Ｓとするとき、
被写体位置不安定対策速度＝ Ｓ／（１／１２０）[ＬＤＰ／ｓ]
とする。被写体が近似直線にしっかり載っている場合は、残差Ｓが小さくなるため、被写体位置不安定対策速度が小さくなる。
【００６６】
なお、被写体位置不安定対策速度は、被写体の移動速度のばらつきの度合いを表すものであればよい。
（２）フォーカスレンズの位置が、Ｆａｒ方向にある場合
ステップＳ１００４において、式４に基づいてＬＤ速度を演算し、ステップＳ１００５において、フォーカスレンズをＮｅａｒ方向に駆動する。この場合、フォーカスレンズの位置が、Ｎｅａｒ方向にあるか又は点線Ｐ上にある場合と符号のみが異なる。
（式４）      ＬＤ速度[ＬＤＰ/ｓ] ＝ −（標準速度 ＋ 被写体位置不安定対策速度）＋ Ａ
ここで、Ａは、１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御において最後に算出された被写体の移動速度である。
【００６７】
図７に戻り、ステップＳ７０４において、本露光駆動を開始すると、つぎにステップＳ７０５において、本露光画像データを取得する。つぎに、ステップＳ７０５において、記録のための画像データ（以下「本露光画像データ」と称する。）を取得する。図６の丸印は、この本露光画像データを取得するタイミングを表している。本露光画像データの取得は、ユーザにて残したい画像数の５倍以上の速度で取得する。本実施形態では、上述したように、撮像素子から画像データを取得するサンプリングサイクルを、既述の１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ動作中のサンプリングサイクルである６０[コマ／ｓｅｃ]よりも高速の１２０[コマ／ｓ]とし、この１２０[コマ／ｓ] のサンプリングサイクルで取得した画像データの中から最もピントの合った画像データを選択して記録媒体２０６に記録するサイクルを２０[コマ／ｓ]とする。すなわち、６コマ撮影する毎に最も焦点の合った画像データが記録媒体２０６に記録されることになる。取得した画像は、各種画像処理を行ったうえで、記憶部２０５に一時記憶する。記憶部２０５は一時保持用揮発性メモリであり、カメラ内に内蔵されている。
【００６８】
つぎに、ステップＳ７０６において、取得した本露光画像データに含まれる焦点検出用画像データに基づいてデフォーカス量を算出して、合焦履歴情報のｄｅｆ[ｘ]に保存する（ｘは０〜５の変数）。デフォーカス量は、６０[コマ／ｓ]ｆｐｓにて取得した本露光画像データから焦点検出用画素データを用いて公知の方式により算出する。つぎに、算出したデフォーカス量（ｄｅｆ[ｘ]）をＬＤＰに換算し、式（１）に基づいて合焦位置（ｐｏｓ[ｘ]）を算出して合焦履歴情報として保存する。また、デフォーカス量の算出に用いた画像データ取得時の時刻（ｔｉｍｅ[ｘ]）、及び画像番号（ｐｉｃ＿ｎｏ[ｘ]）を合焦履歴情報として保存する。
【００６９】
つぎにステップＳ７０７において、式２に基づいて、被写体の移動速度Ａを算出する。つぎに、ステップＳ７０８において、フォーカスレンズの駆動方向（以下、「ＬＤ方向」と称する。）を維持すべきか反転すべきかを判定する。、この判定は以下のような条件に基づいて行う。
【００７０】
判定条件  ：  （２ｎｄレリーズ以後の総撮影枚数） ％ (Ｎ１/Ｎ２) == 0のとき、ＬＤ方向を反転する。
【００７１】
ここで、%は、乗余算を示す。本実施形態においてはＮ１＝１２０、Ｎ２＝２０であるので、（２ｎｄレリーズ以後の総撮影枚数） ％ ６ == 0のとき、ＬＤ方向を反転する。
【００７２】
ステップＳ７０８において、ＬＤ方向を反転すると判定した場合は、つぎに、ステップＳ７０９において、ＬＤ方向を反転するとともに、ＬＤ速度を更新する。ここで、ＬＤ速度は式（３）又は、式（４）に基づいて算出する。すなわち、ステップＳ７０８にてＬＤ方向を反転する前のＬＤ速度が式（３）に基づいて算出されていたた場合は、式（４）を用いてＬＤ速度を算出する。一方、ステップＳ７０８にてＬＤ方向を反転する前のＬＤ速度が式（４）に基づいて算出されていた場合は、式（３）を用いてＬＤ速度を算出する。
【００７３】
つぎに、ステップＳ７１０において、本体制御部２０３の選択部により、レンズ駆動方向が反転するタイミングで、それまでレンズ駆動が同一方向だった本露光画像データのデフォーカス量（ｄｅｆ[０]〜ｄｅｆ[５]）の内、最も小さいデフォーカス量に対応する画像データの番号（ｐｉｃ＿ｎｏ[]）を確定し、この確定した番号に対応する画像データを記録媒体２０６に保存する。
【００７４】
ステップＳ７０８において、ＬＤ方向を反転しないと判定した場合は、つぎに、ステップＳ７１１において、ＬＤ方向は維持したまま、式２に基づいて被写体の移動速度Ａを算出し、式（３）、または式（４）に基づいてＬＤ速度を更新する。
【００７５】
以上説明した本露光駆動の一例を図６に示す。図６の中で、黒丸は記録媒体２０６に記録される本露光画像データの取得のタイミングを表す。
【００７６】
本実施形態によれば、被写体の移動速度に追従するようにフォーカスレンズを同一方向に駆動しながら、予め決められた枚数の撮影を行ない、その後、駆動方向を反転させて同様にフォーカスレンズを同一方向に駆動しながら上記予め決められた枚数の撮影を行う、という動作を繰り返し行い、同一方向駆動期間で撮影した画像の中で、最も焦点の合った画像データを記録媒体に記録するようにしているので、スピードが急激に変化するような被写体に対しても、精度良く焦点が合った画像を撮影することができる。
【００７７】
すなわち、本実施形態によれば、被写体の速度の変化が滑らかなときは、被写体位置不安定対策速度が小さいので、ＬＤ速度に対する被写体位置不安定対策速度の寄与度は相対的に小さく、標速速度や被写体の移動速度に対応したＡが支配的になる。そして、１コマ撮影する毎にフォーカスレンズを標準速度により、撮像面のボケ量の変化に換算して許容錯乱円に相当する量だけ移動させながら同一方向に６回駆動しその後、駆動方向を反転して同様の動作を繰り返し行うので、静止している被写体に対しては、６コマの画像データの中にボケ量が許容錯乱円の直径以下である画像データが確実に含まれることになる。一方、被写体の移動速度が急激に変化するような被写体に対しては、被写体位置不安定対策速度が支配的になり、この被写体位置不安定対策速度により、被写体の急激な変化にも対応してピントの合った画像を撮影することが可能となる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、１ｓｔレリーズ動作が行われてから２ｎｄレリーズ動作が行われるまでの間は、２ｎｄレリーズ動作後に比べて、より長い周期で撮影を行いながらフォーカスレンズの駆動を行うので、消費電力を低減しながらフォーカスレンズの追従駆動を行うことができる。
【００７９】
なお、本実施形態においては、焦点検出を行うために撮像素子から画像データを取得するサンプリングサイクルをＮ１[コマ／ｓ]とし、このＮ１[コマ／ｓ] のサンプリングサイクルで取得した画像データの中から最もピントの合った画像データを選択して記録媒体２０６に記録するサイクルをＮ２[コマ／ｓ]とするとき、Ｎ１＝１２０、Ｎ２＝２０としたが、本発明はこれに限定するものではなく、Ｎ１＝６０、Ｎ２＝１０としてもよく、また、Ｎ１／Ｎ２の値を６に限らず、例えば５や１０にしてもよい。
【００８０】
つぎに、図１１を参照して実施形態２を説明する。
【００８１】
[実施形態２]
本実施形態においては測距点は撮像画面内に複数存在し、焦点を合わすべき被写体を撮影レンズ１０１の光軸に垂直な平面内において追尾しながら、実施形態１と同様の１ｓｔレリーズ動作継続中ＣＡＦ制御、及び本露光駆動を行うものである。
【００８２】
本実施形態の説明においては、実施形態１と異なるところのみ説明し、その他の説明は省略する。また、本実施形態に係る図１１のうち、実施形態１に係る図７と同一の処理を表す動作ステップについては同一の番号を付して説明する。
【００８３】
図１１のステップＳ７０１〜７０５については図７と同様である。ステップＳ７０５の本露光画像データの取得を行うと、次にステップＳ１１０１において、本体制御部２０３の追尾部は、公知の方法により撮影画像内の焦点を合わすべき被写体を追尾する。つぎにステップＳ７０６において、実施形態１と同様の像面位相差方式に基づいて、ステップＳ１１０１で追尾した被写体に対するデフォーカス量を検出する。ステップＳ７０７〜Ｓ７１２の動作は実施形態１と同様である。
【００８４】
本実施形態によれば、１ｓｔレリーズ動作が行われてから２ｎｄレリーズ動作が行われるまでの間は、２ｎｄレリーズ動作後に比べて長い周期で撮影を行いながらフォーカスレンズの駆動を行うので、消費電力を低減しながらフォーカスレンズの追従駆動を行うことができる。また、本実施形態においては、焦点を合わすべき被写体を撮影レンズの光軸に垂直な平面内において追尾するとともに、この追尾した被写体の移動速度に追従するようにフォーカスレンズを同一方向に駆動しながら、予め決められた枚数の撮影を行ない、その後、駆動方向を反転させて同様にフォーカスレンズを同一方向に駆動しながら上記予め決められた枚数の撮影を行う、という動作を繰り返し行い、同一方向駆動期間で撮影した画像の中で最も焦点の合った画像データを記録媒体に記録するようにしているので、上述した実施形態１による効果に加え、撮影画面の広い領域を移動しながらスピードが急激に変化する被写体に対しても、精度良く焦点が合った画像を撮影することができる。
【００８５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することもできる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することもできる。さらに異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。このように、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１００…交換レンズ
１０１…撮影レンズ
１０２…撮影レンズ駆動部
１０３…撮影レンズ制御部
１０４…記憶部
２００…カメラ本体
２０１…撮像素子
２０２…液晶表示部
２０３…本体制御部
２０４…マウント接点
２０５…記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014145867.tif 000008
【図７】
2014145867.tif 000009
【図８】
2014145867.tif 000010
【図９】
2014145867.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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