撮像装置
【課題】滑らかな動画を撮影できる撮像装置を提供する。
【解決手段】光学系２１０による像を再結像する再結像光学系１３６と、前記再結像光学系による像を撮像する第１撮像素子１３７と、前記再結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更手段１４０と、前記再結像光学系の光軸の方向を変更する光軸方向変更手段１４２，１４４と、を備える。
【解決手段】光学系２１０による像を再結像する再結像光学系１３６と、前記再結像光学系による像を撮像する第１撮像素子１３７と、前記再結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更手段１４０と、前記再結像光学系の光軸の方向を変更する光軸方向変更手段１４２，１４４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
観察光学系に設けられた撮像素子を用いて動画を撮影する一眼レフカメラが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１１０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のカメラは、ズーム操作やパンニング操作は撮影者による手動操作であるため、滑らかに被写体に追随する動画を得ることが困難であった。
【０００５】
この発明が解決しようとする課題は、滑らかに被写体に追随する動画を撮影できる撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。
【０００７】
発明に係る撮像装置（１）は、光学系（２１０）による像を再結像する再結像光学系（１３６）と、前記再結像光学系による像を撮像する第１撮像素子（１３７）と、前記再結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更手段（１４０）と、前記再結像光学系の光軸の方向を変更する光軸方向変更手段（１４２，１４４）と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記発明において、前記光学系（２１０）を通過した光束を分岐する分岐光学系（１２１）と、前記分岐光学系によって分岐された光束の像を撮像する第２撮像素子（１１０）と、を備えるように構成することができる。
【０００９】
また上記発明において、前記光学系（２１０）による像を観察可能とする観察光学系（１３１〜１３５）を備え、前記第１撮像素子（１３７）は前記観察光学系を通過する光束による像を撮像可能な位置に設けられるように構成することができる。
【００１０】
また上記発明において、前記観察光学系（１３１〜１３５）は、前記光学系（２１０）による像を結像する焦点板（１３１）を含み、前記再結像光学系（１３６）は、前記焦点板に結像した像を前記第１撮像素子（１３７）に再結像するように構成することができる。
【００１１】
また上記発明において、前記第１撮像素子（１３７）により前記焦点板（１３１）に結像した像全体を撮像するように、前記焦点距離変更手段（１４０）および前記光軸方向変更手段（１４２，１４４）の少なくとも一方を制御する制御手段（１７０）を備えるように構成することができる。
【００１２】
また上記発明において、前記第１撮像素子（１３７）により前記焦点板（１３１）に結像した像の一部を撮像するように、前記焦点距離変更手段（１４０）および前記光軸方向変更手段（１４２，１４４）の少なくとも一方を制御する制御手段（１７０）を備えるように構成することができる。
【００１３】
また上記発明において、前記再結像光学系（１３６）による像のうち特定の基準画像に相当する像の位置を認識する認識手段（１７０）を備え、前記光軸方向変更手段（１４２，１４４）は、前記認識手段によって認識された像の位置に応じて前記再結像光学系（１３６）の光軸（Ｌ３）の方向を変更するように構成することができる。
【００１４】
また上記発明において、前記再結像光学系（１３６）による像のうち特定の基準画像に相当する像の大きさを認識する認識手段（１７０）を備え、前記焦点距離変更手段（１４０）は、前記認識手段によって認識された像の大きさに応じて前記再結像光学系（１３６）の焦点距離を変更するように構成することができる。
【００１５】
また上記発明において、前記第１撮像素子（１３７）により撮像した画像を記録する記録手段（１７０）および前記第１撮像素子により撮像した画像を表示する表示手段（１５２）の少なくとも一方を備えるように構成することができる。
【００１６】
また上記発明において、前記光学系（２１０）を通過した光束に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段（１６１）を備えるように構成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
上記発明によれば、滑らかに被写体に追随する動画を撮影することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下においては、上記発明を一眼レフデジタルカメラに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。ただし上記発明は、銀塩フィルムカメラやコンパクトカメラその他の撮像装置にも適用することができる。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る一眼レフデジタルカメラ１を示すブロック図であり、上記発明の撮像装置に関する構成以外のカメラの一般的構成については、その図示と説明を一部省略する。
【００２０】
本実施形態の一眼レフデジタルカメラ１（以下、単にカメラ１という。）は、カメラボディ１００とレンズ鏡筒２００とを備え、カメラボディ１００とレンズ鏡筒２００は着脱可能に結合されている。
【００２１】
レンズ鏡筒２００には、フォーカスレンズ２１１やズームレンズ２１２を含むレンズ群２１０や絞り装置２２０などからなる撮影光学系が内蔵されている。
【００２２】
フォーカスレンズ２１１は、その光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、フォーカスレンズエンコーダ２６０によってその位置または移動量が検出されつつフォーカスレンズ駆動モータ２３０によってその位置が調節される。そして、フォーカスレンズエンコーダ２６０で検出されたフォーカスレンズ２１１の位置または移動量の情報は、レンズ制御部２５０を介して後述するレンズ駆動制御部１６５へ送信される。また、フォーカスレンズ駆動モータ２３０は、後述する焦点検出結果に基づいて演算された駆動量や駆動速度に応じて、レンズ駆動制御部１６５からレンズ制御部２５０を介して送信される駆動信号により駆動する。
【００２３】
ズームレンズ２１２は、その光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、ズームレンズエンコーダ２８０によってその位置または移動量が検出されつつズームレンズ駆動モータ２７０によってその位置が調節される。ズームレンズ２１２の位置は、操作部１５０に設けられたズームボタンを操作することにより調節される。また、レンズ鏡筒２００にズーム環を設けて手動操作可能に構成することもできる。そして、ズームレンズエンコーダ２８０で検出されたズームレンズ２１２の位置または移動量の情報は、レンズ制御部２５０へ送信される。
【００２４】
絞り装置２２０は、上記撮影光学系を通過して撮像素子１１０に至る光束の光量を制限するために、光軸Ｌ１を中心にした開口径が調節可能とされている。絞り装置２２０による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された絞り値に応じた信号が、カメラ制御部１７０からレンズ制御部２５０を介して絞り駆動部２４０へ送信されることにより行われる。また、開口径の調節は、カメラボディ１００に設けられた操作部１５０によるマニュアル操作により、設定された絞り値に応じた信号がカメラ制御部１７０からレンズ制御部２５０を介して絞り駆動部２４０へ送信されることによっても行われる。
【００２５】
レンズ鏡筒２００にはレンズ制御部２５０が設けられている。レンズ制御部２５０はマイクロプロセッサとメモリなどの周辺部品から構成され、カメラ制御部１７０と電気的に接続され、このカメラ制御部１７０からデフォーカス量や絞り制御信号などの情報を受信するとともに、カメラ制御部１７０へレンズ情報を送信する。
【００２６】
一方、カメラボディ１００は、被写体からの光束を撮像素子１１０、ファインダ１３５、測光センサ１３７及び焦点検出モジュール１６１へ導くためのミラー系１２０を備える。このミラー系１２０は、回転軸１２３を中心にして被写体の観察位置と撮影位置との間で所定角度だけ回転するクイックリターンミラー１２１と、このクイックリターンミラー１２１に軸支されてクイックリターンミラー１２１の回動に合わせて回転するサブミラー１２２とを備える。
【００２７】
図１においては、ミラー系１２０が被写体の観察位置にある状態を実線で示し、被写体の撮影位置にある状態を二点鎖線で示す。ミラー系１２０は、被写体の観察位置にある状態では光軸Ｌ１の光路上に挿入される一方で、被写体の撮影位置にある状態では光軸Ｌ１の光路から退避するように回転する。
【００２８】
クイックリターンミラー１２１はハーフミラーで構成され、被写体の観察位置にある状態では、被写体からの光束（光軸Ｌ１）の一部の光束（光軸Ｌ２，Ｌ３）を当該クイックリターンミラー１２１で反射してファインダ１３５および測光センサ１３７へ導き、一部の光束（光軸Ｌ４）を透過させてサブミラー１２２へ導く。これに対して、サブミラー１２２は全反射ミラーで構成され、クイックリターンミラー１２１を透過した光束（光軸Ｌ４）を焦点検出モジュール１６１へ導く。
【００２９】
したがって、ミラー系１２０が観察位置にある場合は、被写体からの光束（光軸Ｌ１）はファインダ１３５、測光センサ１３７および焦点検出モジュール１６１へ導かれ、撮影者により被写体が観察されるとともに、露出演算やフォーカスレンズ２１１の焦点調節状態の検出が実行される。そして、撮影者がレリーズボタンを全押しするとミラー系１２０が撮影位置に回動し、被写体からの光束（光軸Ｌ１）は全て撮像素子１１０へ導かれ、撮影した画像データを図示しないメモリに保存する。
【００３０】
焦点検出モジュール１６１は、被写体光を用いた位相差検出方式による自動合焦制御を実行するための焦点検出素子であり、サブミラー１２２で反射した光束（光軸Ｌ４）の、撮像素子１１０の撮像面と光学的に等価な位置に固定されている。
【００３１】
図２は、図１に示す焦点検出モジュール１６１の構成例を示す図である。
【００３２】
本例の焦点検出モジュール１６１は、コンデンサレンズ１６１ａ、一対の開口が形成された絞りマスク１６１ｂ、一対の再結像レンズ１６１ｃおよび一対のラインセンサ１６１ｄを有し、フォーカスレンズ２１１の射出瞳の異なる一対の領域を通る一対の光束をラインセンサ１６１ｄで受光して得られる一対の像信号の位相ずれを周知の相関演算によって求めることにより焦点調節状態を検出する。
【００３３】
そして、図２に示すように被写体Ｐが撮像素子１１０の等価面（予定結像面）１６１ｅで結像すると合焦状態となるが、フォーカスレンズ２１１が光軸Ｌ１方向に移動することで、結像点が等価面１６１ｅより被写体側にずれたり（前ピンと称される）、カメラボディ１００側にずれたりすると（後ピンと称される）、ピントずれの状態となる。
【００３４】
なお、被写体Ｐの結像点が等価面１６１ｅより被写体側にずれると、一対のラインセンサ１６１ｄで検出される一対の像信号の間隔Ｗが、合焦状態の間隔Ｗに比べて短くなり、逆に被写体像Ｐの結像点がカメラボディ１００側にずれると、一対のラインセンサ１６１ｄで検出される一対の像信号の間隔Ｗが、合焦状態の間隔Ｗに比べて長くなる。
【００３５】
すなわち、合焦状態では一対のラインセンサ１６１ｄで検出される像信号がラインセンサの中心に対して重なるが、非合焦状態ではラインセンサの中心に対して各像信号がずれる、すなわち位相差が生じるので、この位相差（ずれ量）に応じた量だけフォーカスレンズ２１１を移動させることでピントを合わせる。
【００３６】
図１に戻り、ＡＦ−ＣＣＤ制御部１６２は、オートフォーカスモードにおいて、焦点検出モジュール１６１のラインセンサ１６１ｄのゲインや蓄積時間を制御するもので、焦点検出位置として選択された焦点検出エリアに関する情報をカメラ制御部１７０から受け、この焦点検出エリアに相当する一対のラインセンサ１６１ｄにて検出された一対の像信号を読み出し、デフォーカス演算部１６３へ出力する。
【００３７】
デフォーカス演算部１６３は、ＡＦ−ＣＣＤ制御部１６２から送られてきた一対の像信号のずれ量をデフォーカス量ΔＷに変換し、これをレンズ駆動量演算部１６４へ出力する。
【００３８】
レンズ駆動量演算部１６４は、デフォーカス演算部１６３から送られてきたデフォーカス量ΔＷに基づいて、当該デフォーカス量ΔＷに応じたレンズ駆動量Δｄを演算し、これをレンズ駆動制御部１６５へ出力する。
【００３９】
レンズ駆動制御部１６５は、レンズ駆動量演算部１６４から送られてきたレンズ駆動量Δｄに基づいてレンズ駆動モータ２３０へ駆動指令を送出し、レンズ駆動量Δｄだけフォーカスレンズ２１１を移動させる。
【００４０】
撮像素子１１０は、カメラボディ１００の、被写体からの光束の光軸Ｌ１上であって、レンズ群２１０を含む撮影光学系の予定焦点面となる位置に設けられ、その前面にシャッター１１１が設けられている。撮像素子１１０は、複数の光電変換素子が二次元に配列されたものであって、二次元ＣＣＤイメージセンサ、ＭＯＳセンサまたはＣＩＤなどで構成することができる。この撮像素子１１０で光電変換された電気画像信号は、カメラ制御部１７０で画像処理されたのち図示しないメモリに保存される。なお、撮影画像を格納するメモリは内蔵型メモリやカード型メモリなどで構成することができる。
【００４１】
一方、クイックリターンミラー１２１で反射された被写体からの光束は、撮像素子１１０と光学的に等価な面に配置された焦点板１３１に結像し、ペンタプリズム１３３と接眼レンズ１３４とを介して撮影者の眼球に導かれる。このとき、透過型液晶表示器１３２は、焦点板１３１上の被写体像に焦点検出エリアマークなどを重畳して表示するとともに、被写体像外のエリアにシャッター速度、絞り値、撮影枚数などの撮影に関する情報を表示する。これにより、撮影者は、撮影準備状態において、ファインダ１３５を通して被写体およびその背景ならびに撮影関連情報などを観察することができる。
【００４２】
操作部１５０は、シャッターレリーズボタン、ズームボタン、動画用ズームボタン、および撮影者がカメラ１の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、自動露出モード／マニュアル露出モード、オートフォーカスモード／マニュアルフォーカスモードの切換や、オートフォーカスモードの中でも、ワンショットモード／コンティニュアスモードの切換が行えるようになっている。
【００４３】
また、シャッターレリーズボタンは全押ししたときにシャッターがＯＮされるが、これ以外にも、オートフォーカスモードにおいて当該ボタンを半押しするとフォーカスレンズの合焦動作がＯＮとなり、ボタンを離すとＯＦＦになる。また、単写／連写設定ボタンも含まれ、連写モードでレリーズボタンを全押しすると１秒間に所定枚数の画像を撮影することができる。
【００４４】
また、ズームボタンは、広角側にズーミングするＷボタンと、望遠側にズーミングするＴボタンとを備え、Ｗボタンを押すとズームレンズ２１２の焦点距離を短くするようにズームレンズ駆動モータ２７０が駆動し、Ｔボタンを押すとズームレンズ２１２の焦点距離を長くするようにズームレンズ駆動モータ２７０が駆動する。
【００４５】
これに対し、動画用ズームボタンも、広角側にズーミングするＷボタンと、望遠側にズーミングするＴボタンとを備え、Ｗボタンを押すと後述する測光用ズームレンズ１３６の焦点距離を短くするようにズームレンズ駆動モータ１４０が駆動し、Ｔボタンを押すと測光用ズームレンズ１３６の焦点距離を長くするようにズームレンズ駆動モータ１４０が駆動する。
【００４６】
これらの操作部１５０により設定された各種モードはカメラ制御部１７０へ送信される。
【００４７】
カメラボディ１００にはカメラ制御部１７０が設けられている。カメラ制御部１７０はマイクロプロセッサとメモリなどの周辺部品から構成され、レンズ制御部２５０と電気的に接続され、このレンズ制御部２５０からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部２５０へデフォーカス量や絞り制御信号などの情報を送信する。また、カメラ制御部１７０は、上述したように撮像素子１１０から画像情報を読み出すとともに、必要に応じて所定の情報処理を施し、図示しないメモリに出力する。また、カメラ制御部１７０は、撮影画像情報の補正やレンズ鏡筒２００の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ１全体の制御を司る。
【００４８】
接眼レンズ１３４の近傍には、測光用レンズ１３６と測光センサ１３７が設けられ、焦点板１３１に結像した被写体光のうちハーフミラー１３９により分岐された光束を受光する。
【００４９】
測光センサ１３７は、二次元カラーＣＣＤイメージセンサなどで構成され、各画素の画像信号はカメラ制御部１７０へ出力されて所定の画像処理が施されたのち、表示部１５２および図示しないメモリへ出力される。表示部１５２は、液晶ディスプレイなどで構成され、測光センサ１３７により撮像して所定のフレームレートで得られた動画像を表示することで電子ビューファインダとして機能する。したがって、撮影者は、当該表示部１５２に表示される被写体を観察しながら動画像の撮影操作を行うことができる。
【００５０】
また、測光センサ１３７により受光した光束の輝度に応じた測光信号を所定の画素群ごとにカメラ制御部１７０へ出力し、撮影の際の撮像素子１１０の露出値を演算する。
【００５１】
本例の測光用レンズ１３６と測光センサ１３７は光学鏡筒１３８内に設けられ、焦点板１３１に結像した像を測光用レンズ１３６によって測光センサ１３７の撮像面に再結像させる。
【００５２】
また測光用レンズ１３６は、ズームレンズ駆動モータ１４０によって光軸Ｌ３に沿って駆動可能に設けられ、これによりその焦点距離が変更されて測光センサ１３７に再結像する像の倍率が変更される。
【００５３】
すなわち、撮影者が操作部１５０に設けられた動画用ズームボタンの広角側ボタンまたは望遠側ボタンのいずれかを操作すると、当該操作信号がカメラ制御部１７０からズームレンズ駆動モータ１４０に出力され、これによりズームレンズ駆動モータ１４０が駆動する。また、ズームレンズエンコーダ１４１は、測光用レンズ１３６の駆動位置を検出し、この位置検出信号がカメラ制御部１７０へ出力され、当該カメラ制御部１７０にて測光用レンズ１３６による倍率が演算される。
【００５４】
測光用レンズ１３６は、焦点板１３１に結像した像全体を測光センサ１３７により撮像する倍率に設定可能とされ、この倍率から焦点板１３１に結像した像の一部を測光センサ１３７により撮像する倍率までの間をモータにより連続的に変更可能とされている。これにより、滑らかに被写体の倍率を変化させる動画撮影が容易に可能となる。
【００５５】
そして、動画像を撮影する場合は、撮影者が動画用ズームボタンを操作することで焦点板１３１に結像した像を所望の倍率で測光センサ１３７に再結像させ、これを表示部１５２に表示させながら図示しないメモリに記録することができる。
【００５６】
また、焦点板１３１に結像した像全体を測光センサ１３７に再結像させ、測光センサ１３７により受光した光束の輝度に応じた測光信号を所定の画素群ごとにカメラ制御部１７０へ出力することで、静止画撮影の際の撮像素子１１０の露出値を演算する。動画撮影時は測光センサ１３７のゲイン、蓄積時間、絞りを演算する。測光センサ１３７による画素ごと又は所定の画素群ごとの測光信号は、カメラ制御部１７０へ出力されて、撮影シーンの解析や認識にも用いられ、輝度や色彩に基づいて焦点調節対象の位置を解析または認識したり、人物撮影や風景撮影などの撮影モードの選択をしたり、各種画像処理に用いることができる。
【００５７】
測光用レンズ１３６と測光センサ１３７を内蔵した光学鏡筒１３８は、ヨー角駆動モータ１４２によりその光軸Ｌ３の向きをヨー角θ方向（測光センサ１３７における左右方向）に変更可能とされ、またピッチ角駆動モータ１４４によりその光軸Ｌ３の向きをピッチ角φ方向（測光センサ１３７における上下方向）に変更可能とされている。
【００５８】
これらヨー角駆動モータ１４２およびピッチ角駆動モータ１４４はカメラ制御部１７０からの制御信号によって駆動する。ヨー角エンコーダ１４３は光学鏡筒１３８の光軸Ｌ３のヨー角θを検出してカメラ制御部１７０へ出力するとともに、ピッチ角エンコーダ１４５は光学鏡筒１３８の光軸Ｌ３のピッチ角φを検出してカメラ制御部１７０へ出力する。
【００５９】
ヨー角駆動モータ１４２およびピッチ角駆動モータ１４４も、焦点板１３１に結像した像全体を測光センサ１３７により撮像可能な角度に設定可能とされている。
【００６０】
したがって、撮影光学系２１０により撮影されて焦点板１３１に結像した像は、光学鏡筒１３８による変倍および光軸Ｌ３の方向変更によって、位置と倍率が任意の矩形範囲で撮影可能となっている。
【００６１】
撮影者が動画用ズームボタンを操作すると測光用レンズ１３６がズームレンズ駆動モータ１４０により駆動し、測光センサ１３７に結像した像が変倍するが、この変倍動作はズームレンズ駆動モータ１４０によるものであることから、滑らかな変倍動作の動画として記録することができる。
【００６２】
これに加えて本例のカメラ１においては、撮影者がパンニング操作（本願ではヨー角方向の移動に加えてピッチ角方向の移動を含む広義の操作をいう。）をしながら動画撮影をした場合の動画像の動きが滑らかになるように、ヨー角駆動モータ１４２およびピッチ角駆動モータ１４４により光学鏡筒１３８の光軸ｌ３の角度を制御する。
【００６３】
図３Ａ〜図３Ｃは、動画撮影した場合の微小時刻ｔ＝Ｔ１〜Ｔ４における動作を説明する図であって、ファインダ１３５にて観察したファインダ画面５１と、そのときに表示部１５２に表示されるＬＣＤ画面６１〜６４を示す図である。ファインダ画面５１は、撮影光学系２１０による像、すなわち焦点板１３１に結像した像全体であり、ＬＣＤ画面６１〜６４は、光学鏡筒１３８の測光センサ１３７により撮影された像である。
【００６４】
ここでは、被写界の左から右に向かって走行する自動車７１〜７４を撮影者がパンニング操作しながら動画を撮影した場合を例に挙げて説明する。なお、動画撮影する場合は、レリーズボタンを押さずに別設された動画ボタンを押すことにより撮影が開始し、再度動画ボタンを押すことで動画撮影が終了する。
【００６５】
また、動画撮影中においては、クイックリターンミラー１２１は光路（光軸Ｌ１）上に挿入され、撮像素子１１０による静止画撮影は禁止されるが、焦点検出モジュール１６１等による合焦動作は実行され、選択された焦点検出エリアに焦点が合うように制御されるので、合焦精度が高く合焦動作も速い動画像を得ることができる。なお、測光センサ１３７のゲインや蓄積時間、絞り２２０を調節することにより明るさを調節することもできる。
【００６６】
また上述したように、表示部１５２には測光センサ１３７による撮像画像がリアルタイムで表示されるので、撮影者は撮影される動画像を表示部１５２で観察しながら、所望の倍率や位置を選択することができる。ただし、撮影者はファインダ１３５を覗くことで焦点板１３１の全体像、すなわち撮影光学系２１０による被写界全体を観察することもでき、必要に応じて観察視界を使い分けることができる。
【００６７】
まず、図３Ａの時刻ｔ＝Ｔ１のファインダ画面５１に示すように、自動車７１が右方向に走行している被写界に対し、撮影者が、表示部１５２を観察しながら動画用ズームボタンを操作し、測光用レンズ１３６の倍率をβ１に設定したものとする。これにより表示部１５２にはＬＣＤ画面６１のように表示される。
【００６８】
ここで、撮影者が、操作部１５０に設けられた被写体追尾ボタンを操作し、自動車７１を追尾対象として設定し、時刻ｔ＝Ｔ１からＴ２，Ｔ３，Ｔ４のようにカメラ１を自動車７１の走行方向にパンニング操作したものとする。時刻ｔ＝Ｔ１〜Ｔ２の変化は図３Ａ、時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３の変化は図３Ｂ、時刻ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４の変化は図３Ｃにそれぞれ示す。
【００６９】
ただし、図３Ａの時刻ｔ＝Ｔ１〜Ｔ２の変化は自動車のみの変化７１→７２を示し、図３Ｂの時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３の変化は時刻ｔ＝Ｔ１〜Ｔ２の自動車の変化７１→７２に対するＬＣＤ画面の追尾動作６２→６３と、時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３の自動車の変化７２→７３との両方を示す。同様に、図３Ｃの時刻ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４の変化は時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３の自動車の変化７２→７３に対するＬＣＤ画面の追尾動作６３→６４と、時刻ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４の自動車の変化７３→７４との両方を示す。
【００７０】
被写体追尾ボタンの設定操作によって、追尾枠８１内の画像の輝度情報や色情報に基づいてテンプレート画像情報がカメラ制御部１７０で生成され、これがテンプレート基準画像として一時的に記憶される。
【００７１】
次に、時刻ｔ＝Ｔ２における測光センサ１３７の出力画像の輝度情報や色情報と、上記テンプレート基準画像の輝度情報や色情報とを比較し、一致の度合いを類似度として評価するとともに、周辺エリアに他に一致するエリアが存在したかどうかといった可能性の有無を信頼度として評価する。テンプレート基準画像と一致する場合は、測光センサ１３７の出力画像情報のうち一致するエリアの二次元座標を演算して求める。この演算値は測光センサ１３７（表示部１５２）における座標値である。
【００７２】
ここで図３Ａの時刻ｔ＝Ｔ２の下図に示すように、ＬＣＤ画面６２上において自動車７１→自動車７２の移動量がヨー角方向にｇ１であったとすると、同図の上図に示すファインダ画面５１上における移動量ｄ１は、ＬＣＤ画面６２上における移動量ｇ１と測光用レンズ１３６の倍率β１とから、ｄ１＝ｇ１×β１で求めることができる。
【００７３】
なお、図示する例では説明を簡素化するために画面６１，６２の上下方向（ピッチ角方向）の移動量をゼロとするが、上下方向の移動量がある場合は、上述した二次元座標の演算値から、左右（ヨー角）方向の移動量と同様の手順で上下（ピッチ角）方向の移動量を求めることができる。
【００７４】
時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３の間にＬＣＤ画面６２〜６３の動かすべき量（図３Ｂの右図参照）を上記ｄ１だけ移動させることとする。そのために、ファインダ画面５１上における移動量ｄ１と、光学鏡筒１３８の幾何学的配置関係（既知）と、光学鏡筒１３８のヨー角θ２およびピッチ角φ２（本例ではゼロ）を演算する。次いで、演算されたヨー角θ２およびピッチ角φ２に相当する駆動信号をヨー角駆動モータ１４２およびピッチ角駆動モータ１４４に出力し、光学鏡筒１３８の光軸Ｌ３の方向を変更する。
【００７５】
これにより、図３Ｂの右に示す時刻ｔ＝Ｔ３におけるＬＣＤ画面６３（すなわち測光センサ１３７の撮像範囲）が、時刻ｔ＝Ｔ２における画面６２に対して移動量ｅ２だけ移動することになる。すなわち、時刻ｔ＝Ｔ１から時刻ｔ＝Ｔ２の間に追尾対象たる自動車７１はファインダ画面５１上において右方向に移動量ｄ１だけ移動するが、時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３においてこの移動量ｄ１に等しい移動量ｅ２（＝ｄ１）だけＬＣＤ画面６２も右方向に追尾して移動することとするので、追尾対象たる自動車のＬＣＤ画面における相対位置は概ね小さくなり、ｔ＝Ｔ２からｔ＝Ｔ３の間にｇ２だけ移動する。また、この追尾移動によって、撮影が難しい滑らかなパンニング操作を行なったときと同様の動画像を容易に撮影することができる。
【００７６】
以下同様にして追尾動作による処理を実行する。すなわち、図３Ｂに示すように、時刻ｔ＝Ｔ３における追尾対象のＬＣＤ画面６３上の座標値を上述したテンプレートマッチング処理により求める。これにより、時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３の間のＬＣＤ画面６３上の自動車７２→７３の移動量がｇ２であったとする。
【００７７】
また、ズームレンズエンコーダ１４１により測光用レンズ１３６の倍率β２、ヨー角エンコーダ１４３により光学鏡筒１３８のヨー角θ２、ピッチ角エンコーダ１４５により光学鏡筒１３８のピッチ角φ２をそれぞれ検出する。
【００７８】
そして、図３Ｂの時刻ｔ＝Ｔ３の下図に示すように、ＬＣＤ画面６３上において自動車７２→自動車７３の移動量がヨー角方向にｇ２であるから、同図の上図に示すファインダ画面５１上における移動量ｄ２は、ＬＣＤ画面６３上における移動量ｇ２と測光用レンズ１３６の倍率β２と上記ｅ２とから、ｄ２＝ｇ２×β２＋ｅ２で求めることができる。
【００７９】
時刻ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４の間にＬＣＤ画面６３〜６４の動かすべき量（図３Ｃの右図参照）を上記ｄ２だけ移動させることとする。そのために、ファインダ画面５１上における移動量ｄ２と、光学鏡筒１３８の幾何学的配置関係（既知）と、光学鏡筒１３８のヨー角θ３およびピッチ角φ３（本例ではゼロ）を演算する。次いで、演算されたヨー角θ３およびピッチ角φ３に相当する駆動信号をヨー角駆動モータ１４２およびピッチ角駆動モータ１４４に出力し、光学鏡筒１３８の光軸Ｌ３の方向を変更する。
【００８０】
これにより、図３Ｃの右に示す時刻ｔ＝Ｔ４におけるＬＣＤ画面６４（すなわち測光センサ１３７の撮像範囲）が、時刻ｔ＝Ｔ３における画面６３に対して移動量ｅ３だけ移動することになる。すなわち、時刻ｔ＝Ｔ２から時刻ｔ＝Ｔ３の間に追尾対象たる自動車７２はファインダ画面５１上において右方向に移動量ｄ２だけ移動するが、時刻ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４においてこの移動量ｄ２に相当する移動量ｅ３だけＬＣＤ画面６３も右方向に追尾して移動することとするので、追尾対象たる自動車のＬＣＤ画面における相対位置は概ね小さくなり、ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４の間にｇ３だけ移動する。また、この追尾移動によって、撮影が難しい滑らかなパンニング操作を行なったときと同様の動画像を容易に撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】発明の実施形態に係るカメラを示すブロック図である。
【図２】図１の焦点検出モジュールを示す図である。
【図３Ａ】図１のカメラの動作例を示す図（その１）である。
【図３Ｂ】図１のカメラの動作例を示す図（その２）である。
【図３Ｃ】図１のカメラの動作例を示す図（その３）である。
【符号の説明】
【００８２】
１…一眼レフデジタルカメラ
１００…カメラボディ
１１０…撮像素子
１３１…焦点板
１３５…ファインダ
１３６…測光用レンズ
１３７…測光センサ
１３８…光学鏡筒
１３９…ハーフミラー
１４０…ズームレンズ駆動モータ
１４１…ズームレンズエンコーダ
１４２…ヨー角駆動モータ
１４３…ヨー角エンコーダ
１４４…ピッチ角駆動モータ
１４５…ピッチ角エンコーダ
１６１…焦点検出モジュール
１６１ｄ…ラインセンサ
１７０…カメラ制御部
２００…レンズ鏡筒
２１０…レンズ群
２１１…フォーカスレンズ
２１２…ズームレンズ
２２０…絞り装置
２３０…フォーカスレンズ駆動モータ
２４０…絞り駆動装置
２５０…レンズ制御部
２６０…フォーカスレンズエンコーダ
２７０…ズームレンズ駆動モータ
２８０…ズームレンズエンコーダ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
観察光学系に設けられた撮像素子を用いて動画を撮影する一眼レフカメラが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１１０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のカメラは、ズーム操作やパンニング操作は撮影者による手動操作であるため、滑らかに被写体に追随する動画を得ることが困難であった。
【０００５】
この発明が解決しようとする課題は、滑らかに被写体に追随する動画を撮影できる撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。
【０００７】
発明に係る撮像装置（１）は、光学系（２１０）による像を再結像する再結像光学系（１３６）と、前記再結像光学系による像を撮像する第１撮像素子（１３７）と、前記再結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更手段（１４０）と、前記再結像光学系の光軸の方向を変更する光軸方向変更手段（１４２，１４４）と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記発明において、前記光学系（２１０）を通過した光束を分岐する分岐光学系（１２１）と、前記分岐光学系によって分岐された光束の像を撮像する第２撮像素子（１１０）と、を備えるように構成することができる。
【０００９】
また上記発明において、前記光学系（２１０）による像を観察可能とする観察光学系（１３１〜１３５）を備え、前記第１撮像素子（１３７）は前記観察光学系を通過する光束による像を撮像可能な位置に設けられるように構成することができる。
【００１０】
また上記発明において、前記観察光学系（１３１〜１３５）は、前記光学系（２１０）による像を結像する焦点板（１３１）を含み、前記再結像光学系（１３６）は、前記焦点板に結像した像を前記第１撮像素子（１３７）に再結像するように構成することができる。
【００１１】
また上記発明において、前記第１撮像素子（１３７）により前記焦点板（１３１）に結像した像全体を撮像するように、前記焦点距離変更手段（１４０）および前記光軸方向変更手段（１４２，１４４）の少なくとも一方を制御する制御手段（１７０）を備えるように構成することができる。
【００１２】
また上記発明において、前記第１撮像素子（１３７）により前記焦点板（１３１）に結像した像の一部を撮像するように、前記焦点距離変更手段（１４０）および前記光軸方向変更手段（１４２，１４４）の少なくとも一方を制御する制御手段（１７０）を備えるように構成することができる。
【００１３】
また上記発明において、前記再結像光学系（１３６）による像のうち特定の基準画像に相当する像の位置を認識する認識手段（１７０）を備え、前記光軸方向変更手段（１４２，１４４）は、前記認識手段によって認識された像の位置に応じて前記再結像光学系（１３６）の光軸（Ｌ３）の方向を変更するように構成することができる。
【００１４】
また上記発明において、前記再結像光学系（１３６）による像のうち特定の基準画像に相当する像の大きさを認識する認識手段（１７０）を備え、前記焦点距離変更手段（１４０）は、前記認識手段によって認識された像の大きさに応じて前記再結像光学系（１３６）の焦点距離を変更するように構成することができる。
【００１５】
また上記発明において、前記第１撮像素子（１３７）により撮像した画像を記録する記録手段（１７０）および前記第１撮像素子により撮像した画像を表示する表示手段（１５２）の少なくとも一方を備えるように構成することができる。
【００１６】
また上記発明において、前記光学系（２１０）を通過した光束に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段（１６１）を備えるように構成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
上記発明によれば、滑らかに被写体に追随する動画を撮影することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下においては、上記発明を一眼レフデジタルカメラに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。ただし上記発明は、銀塩フィルムカメラやコンパクトカメラその他の撮像装置にも適用することができる。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る一眼レフデジタルカメラ１を示すブロック図であり、上記発明の撮像装置に関する構成以外のカメラの一般的構成については、その図示と説明を一部省略する。
【００２０】
本実施形態の一眼レフデジタルカメラ１（以下、単にカメラ１という。）は、カメラボディ１００とレンズ鏡筒２００とを備え、カメラボディ１００とレンズ鏡筒２００は着脱可能に結合されている。
【００２１】
レンズ鏡筒２００には、フォーカスレンズ２１１やズームレンズ２１２を含むレンズ群２１０や絞り装置２２０などからなる撮影光学系が内蔵されている。
【００２２】
フォーカスレンズ２１１は、その光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、フォーカスレンズエンコーダ２６０によってその位置または移動量が検出されつつフォーカスレンズ駆動モータ２３０によってその位置が調節される。そして、フォーカスレンズエンコーダ２６０で検出されたフォーカスレンズ２１１の位置または移動量の情報は、レンズ制御部２５０を介して後述するレンズ駆動制御部１６５へ送信される。また、フォーカスレンズ駆動モータ２３０は、後述する焦点検出結果に基づいて演算された駆動量や駆動速度に応じて、レンズ駆動制御部１６５からレンズ制御部２５０を介して送信される駆動信号により駆動する。
【００２３】
ズームレンズ２１２は、その光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、ズームレンズエンコーダ２８０によってその位置または移動量が検出されつつズームレンズ駆動モータ２７０によってその位置が調節される。ズームレンズ２１２の位置は、操作部１５０に設けられたズームボタンを操作することにより調節される。また、レンズ鏡筒２００にズーム環を設けて手動操作可能に構成することもできる。そして、ズームレンズエンコーダ２８０で検出されたズームレンズ２１２の位置または移動量の情報は、レンズ制御部２５０へ送信される。
【００２４】
絞り装置２２０は、上記撮影光学系を通過して撮像素子１１０に至る光束の光量を制限するために、光軸Ｌ１を中心にした開口径が調節可能とされている。絞り装置２２０による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された絞り値に応じた信号が、カメラ制御部１７０からレンズ制御部２５０を介して絞り駆動部２４０へ送信されることにより行われる。また、開口径の調節は、カメラボディ１００に設けられた操作部１５０によるマニュアル操作により、設定された絞り値に応じた信号がカメラ制御部１７０からレンズ制御部２５０を介して絞り駆動部２４０へ送信されることによっても行われる。
【００２５】
レンズ鏡筒２００にはレンズ制御部２５０が設けられている。レンズ制御部２５０はマイクロプロセッサとメモリなどの周辺部品から構成され、カメラ制御部１７０と電気的に接続され、このカメラ制御部１７０からデフォーカス量や絞り制御信号などの情報を受信するとともに、カメラ制御部１７０へレンズ情報を送信する。
【００２６】
一方、カメラボディ１００は、被写体からの光束を撮像素子１１０、ファインダ１３５、測光センサ１３７及び焦点検出モジュール１６１へ導くためのミラー系１２０を備える。このミラー系１２０は、回転軸１２３を中心にして被写体の観察位置と撮影位置との間で所定角度だけ回転するクイックリターンミラー１２１と、このクイックリターンミラー１２１に軸支されてクイックリターンミラー１２１の回動に合わせて回転するサブミラー１２２とを備える。
【００２７】
図１においては、ミラー系１２０が被写体の観察位置にある状態を実線で示し、被写体の撮影位置にある状態を二点鎖線で示す。ミラー系１２０は、被写体の観察位置にある状態では光軸Ｌ１の光路上に挿入される一方で、被写体の撮影位置にある状態では光軸Ｌ１の光路から退避するように回転する。
【００２８】
クイックリターンミラー１２１はハーフミラーで構成され、被写体の観察位置にある状態では、被写体からの光束（光軸Ｌ１）の一部の光束（光軸Ｌ２，Ｌ３）を当該クイックリターンミラー１２１で反射してファインダ１３５および測光センサ１３７へ導き、一部の光束（光軸Ｌ４）を透過させてサブミラー１２２へ導く。これに対して、サブミラー１２２は全反射ミラーで構成され、クイックリターンミラー１２１を透過した光束（光軸Ｌ４）を焦点検出モジュール１６１へ導く。
【００２９】
したがって、ミラー系１２０が観察位置にある場合は、被写体からの光束（光軸Ｌ１）はファインダ１３５、測光センサ１３７および焦点検出モジュール１６１へ導かれ、撮影者により被写体が観察されるとともに、露出演算やフォーカスレンズ２１１の焦点調節状態の検出が実行される。そして、撮影者がレリーズボタンを全押しするとミラー系１２０が撮影位置に回動し、被写体からの光束（光軸Ｌ１）は全て撮像素子１１０へ導かれ、撮影した画像データを図示しないメモリに保存する。
【００３０】
焦点検出モジュール１６１は、被写体光を用いた位相差検出方式による自動合焦制御を実行するための焦点検出素子であり、サブミラー１２２で反射した光束（光軸Ｌ４）の、撮像素子１１０の撮像面と光学的に等価な位置に固定されている。
【００３１】
図２は、図１に示す焦点検出モジュール１６１の構成例を示す図である。
【００３２】
本例の焦点検出モジュール１６１は、コンデンサレンズ１６１ａ、一対の開口が形成された絞りマスク１６１ｂ、一対の再結像レンズ１６１ｃおよび一対のラインセンサ１６１ｄを有し、フォーカスレンズ２１１の射出瞳の異なる一対の領域を通る一対の光束をラインセンサ１６１ｄで受光して得られる一対の像信号の位相ずれを周知の相関演算によって求めることにより焦点調節状態を検出する。
【００３３】
そして、図２に示すように被写体Ｐが撮像素子１１０の等価面（予定結像面）１６１ｅで結像すると合焦状態となるが、フォーカスレンズ２１１が光軸Ｌ１方向に移動することで、結像点が等価面１６１ｅより被写体側にずれたり（前ピンと称される）、カメラボディ１００側にずれたりすると（後ピンと称される）、ピントずれの状態となる。
【００３４】
なお、被写体Ｐの結像点が等価面１６１ｅより被写体側にずれると、一対のラインセンサ１６１ｄで検出される一対の像信号の間隔Ｗが、合焦状態の間隔Ｗに比べて短くなり、逆に被写体像Ｐの結像点がカメラボディ１００側にずれると、一対のラインセンサ１６１ｄで検出される一対の像信号の間隔Ｗが、合焦状態の間隔Ｗに比べて長くなる。
【００３５】
すなわち、合焦状態では一対のラインセンサ１６１ｄで検出される像信号がラインセンサの中心に対して重なるが、非合焦状態ではラインセンサの中心に対して各像信号がずれる、すなわち位相差が生じるので、この位相差（ずれ量）に応じた量だけフォーカスレンズ２１１を移動させることでピントを合わせる。
【００３６】
図１に戻り、ＡＦ−ＣＣＤ制御部１６２は、オートフォーカスモードにおいて、焦点検出モジュール１６１のラインセンサ１６１ｄのゲインや蓄積時間を制御するもので、焦点検出位置として選択された焦点検出エリアに関する情報をカメラ制御部１７０から受け、この焦点検出エリアに相当する一対のラインセンサ１６１ｄにて検出された一対の像信号を読み出し、デフォーカス演算部１６３へ出力する。
【００３７】
デフォーカス演算部１６３は、ＡＦ−ＣＣＤ制御部１６２から送られてきた一対の像信号のずれ量をデフォーカス量ΔＷに変換し、これをレンズ駆動量演算部１６４へ出力する。
【００３８】
レンズ駆動量演算部１６４は、デフォーカス演算部１６３から送られてきたデフォーカス量ΔＷに基づいて、当該デフォーカス量ΔＷに応じたレンズ駆動量Δｄを演算し、これをレンズ駆動制御部１６５へ出力する。
【００３９】
レンズ駆動制御部１６５は、レンズ駆動量演算部１６４から送られてきたレンズ駆動量Δｄに基づいてレンズ駆動モータ２３０へ駆動指令を送出し、レンズ駆動量Δｄだけフォーカスレンズ２１１を移動させる。
【００４０】
撮像素子１１０は、カメラボディ１００の、被写体からの光束の光軸Ｌ１上であって、レンズ群２１０を含む撮影光学系の予定焦点面となる位置に設けられ、その前面にシャッター１１１が設けられている。撮像素子１１０は、複数の光電変換素子が二次元に配列されたものであって、二次元ＣＣＤイメージセンサ、ＭＯＳセンサまたはＣＩＤなどで構成することができる。この撮像素子１１０で光電変換された電気画像信号は、カメラ制御部１７０で画像処理されたのち図示しないメモリに保存される。なお、撮影画像を格納するメモリは内蔵型メモリやカード型メモリなどで構成することができる。
【００４１】
一方、クイックリターンミラー１２１で反射された被写体からの光束は、撮像素子１１０と光学的に等価な面に配置された焦点板１３１に結像し、ペンタプリズム１３３と接眼レンズ１３４とを介して撮影者の眼球に導かれる。このとき、透過型液晶表示器１３２は、焦点板１３１上の被写体像に焦点検出エリアマークなどを重畳して表示するとともに、被写体像外のエリアにシャッター速度、絞り値、撮影枚数などの撮影に関する情報を表示する。これにより、撮影者は、撮影準備状態において、ファインダ１３５を通して被写体およびその背景ならびに撮影関連情報などを観察することができる。
【００４２】
操作部１５０は、シャッターレリーズボタン、ズームボタン、動画用ズームボタン、および撮影者がカメラ１の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、自動露出モード／マニュアル露出モード、オートフォーカスモード／マニュアルフォーカスモードの切換や、オートフォーカスモードの中でも、ワンショットモード／コンティニュアスモードの切換が行えるようになっている。
【００４３】
また、シャッターレリーズボタンは全押ししたときにシャッターがＯＮされるが、これ以外にも、オートフォーカスモードにおいて当該ボタンを半押しするとフォーカスレンズの合焦動作がＯＮとなり、ボタンを離すとＯＦＦになる。また、単写／連写設定ボタンも含まれ、連写モードでレリーズボタンを全押しすると１秒間に所定枚数の画像を撮影することができる。
【００４４】
また、ズームボタンは、広角側にズーミングするＷボタンと、望遠側にズーミングするＴボタンとを備え、Ｗボタンを押すとズームレンズ２１２の焦点距離を短くするようにズームレンズ駆動モータ２７０が駆動し、Ｔボタンを押すとズームレンズ２１２の焦点距離を長くするようにズームレンズ駆動モータ２７０が駆動する。
【００４５】
これに対し、動画用ズームボタンも、広角側にズーミングするＷボタンと、望遠側にズーミングするＴボタンとを備え、Ｗボタンを押すと後述する測光用ズームレンズ１３６の焦点距離を短くするようにズームレンズ駆動モータ１４０が駆動し、Ｔボタンを押すと測光用ズームレンズ１３６の焦点距離を長くするようにズームレンズ駆動モータ１４０が駆動する。
【００４６】
これらの操作部１５０により設定された各種モードはカメラ制御部１７０へ送信される。
【００４７】
カメラボディ１００にはカメラ制御部１７０が設けられている。カメラ制御部１７０はマイクロプロセッサとメモリなどの周辺部品から構成され、レンズ制御部２５０と電気的に接続され、このレンズ制御部２５０からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部２５０へデフォーカス量や絞り制御信号などの情報を送信する。また、カメラ制御部１７０は、上述したように撮像素子１１０から画像情報を読み出すとともに、必要に応じて所定の情報処理を施し、図示しないメモリに出力する。また、カメラ制御部１７０は、撮影画像情報の補正やレンズ鏡筒２００の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ１全体の制御を司る。
【００４８】
接眼レンズ１３４の近傍には、測光用レンズ１３６と測光センサ１３７が設けられ、焦点板１３１に結像した被写体光のうちハーフミラー１３９により分岐された光束を受光する。
【００４９】
測光センサ１３７は、二次元カラーＣＣＤイメージセンサなどで構成され、各画素の画像信号はカメラ制御部１７０へ出力されて所定の画像処理が施されたのち、表示部１５２および図示しないメモリへ出力される。表示部１５２は、液晶ディスプレイなどで構成され、測光センサ１３７により撮像して所定のフレームレートで得られた動画像を表示することで電子ビューファインダとして機能する。したがって、撮影者は、当該表示部１５２に表示される被写体を観察しながら動画像の撮影操作を行うことができる。
【００５０】
また、測光センサ１３７により受光した光束の輝度に応じた測光信号を所定の画素群ごとにカメラ制御部１７０へ出力し、撮影の際の撮像素子１１０の露出値を演算する。
【００５１】
本例の測光用レンズ１３６と測光センサ１３７は光学鏡筒１３８内に設けられ、焦点板１３１に結像した像を測光用レンズ１３６によって測光センサ１３７の撮像面に再結像させる。
【００５２】
また測光用レンズ１３６は、ズームレンズ駆動モータ１４０によって光軸Ｌ３に沿って駆動可能に設けられ、これによりその焦点距離が変更されて測光センサ１３７に再結像する像の倍率が変更される。
【００５３】
すなわち、撮影者が操作部１５０に設けられた動画用ズームボタンの広角側ボタンまたは望遠側ボタンのいずれかを操作すると、当該操作信号がカメラ制御部１７０からズームレンズ駆動モータ１４０に出力され、これによりズームレンズ駆動モータ１４０が駆動する。また、ズームレンズエンコーダ１４１は、測光用レンズ１３６の駆動位置を検出し、この位置検出信号がカメラ制御部１７０へ出力され、当該カメラ制御部１７０にて測光用レンズ１３６による倍率が演算される。
【００５４】
測光用レンズ１３６は、焦点板１３１に結像した像全体を測光センサ１３７により撮像する倍率に設定可能とされ、この倍率から焦点板１３１に結像した像の一部を測光センサ１３７により撮像する倍率までの間をモータにより連続的に変更可能とされている。これにより、滑らかに被写体の倍率を変化させる動画撮影が容易に可能となる。
【００５５】
そして、動画像を撮影する場合は、撮影者が動画用ズームボタンを操作することで焦点板１３１に結像した像を所望の倍率で測光センサ１３７に再結像させ、これを表示部１５２に表示させながら図示しないメモリに記録することができる。
【００５６】
また、焦点板１３１に結像した像全体を測光センサ１３７に再結像させ、測光センサ１３７により受光した光束の輝度に応じた測光信号を所定の画素群ごとにカメラ制御部１７０へ出力することで、静止画撮影の際の撮像素子１１０の露出値を演算する。動画撮影時は測光センサ１３７のゲイン、蓄積時間、絞りを演算する。測光センサ１３７による画素ごと又は所定の画素群ごとの測光信号は、カメラ制御部１７０へ出力されて、撮影シーンの解析や認識にも用いられ、輝度や色彩に基づいて焦点調節対象の位置を解析または認識したり、人物撮影や風景撮影などの撮影モードの選択をしたり、各種画像処理に用いることができる。
【００５７】
測光用レンズ１３６と測光センサ１３７を内蔵した光学鏡筒１３８は、ヨー角駆動モータ１４２によりその光軸Ｌ３の向きをヨー角θ方向（測光センサ１３７における左右方向）に変更可能とされ、またピッチ角駆動モータ１４４によりその光軸Ｌ３の向きをピッチ角φ方向（測光センサ１３７における上下方向）に変更可能とされている。
【００５８】
これらヨー角駆動モータ１４２およびピッチ角駆動モータ１４４はカメラ制御部１７０からの制御信号によって駆動する。ヨー角エンコーダ１４３は光学鏡筒１３８の光軸Ｌ３のヨー角θを検出してカメラ制御部１７０へ出力するとともに、ピッチ角エンコーダ１４５は光学鏡筒１３８の光軸Ｌ３のピッチ角φを検出してカメラ制御部１７０へ出力する。
【００５９】
ヨー角駆動モータ１４２およびピッチ角駆動モータ１４４も、焦点板１３１に結像した像全体を測光センサ１３７により撮像可能な角度に設定可能とされている。
【００６０】
したがって、撮影光学系２１０により撮影されて焦点板１３１に結像した像は、光学鏡筒１３８による変倍および光軸Ｌ３の方向変更によって、位置と倍率が任意の矩形範囲で撮影可能となっている。
【００６１】
撮影者が動画用ズームボタンを操作すると測光用レンズ１３６がズームレンズ駆動モータ１４０により駆動し、測光センサ１３７に結像した像が変倍するが、この変倍動作はズームレンズ駆動モータ１４０によるものであることから、滑らかな変倍動作の動画として記録することができる。
【００６２】
これに加えて本例のカメラ１においては、撮影者がパンニング操作（本願ではヨー角方向の移動に加えてピッチ角方向の移動を含む広義の操作をいう。）をしながら動画撮影をした場合の動画像の動きが滑らかになるように、ヨー角駆動モータ１４２およびピッチ角駆動モータ１４４により光学鏡筒１３８の光軸ｌ３の角度を制御する。
【００６３】
図３Ａ〜図３Ｃは、動画撮影した場合の微小時刻ｔ＝Ｔ１〜Ｔ４における動作を説明する図であって、ファインダ１３５にて観察したファインダ画面５１と、そのときに表示部１５２に表示されるＬＣＤ画面６１〜６４を示す図である。ファインダ画面５１は、撮影光学系２１０による像、すなわち焦点板１３１に結像した像全体であり、ＬＣＤ画面６１〜６４は、光学鏡筒１３８の測光センサ１３７により撮影された像である。
【００６４】
ここでは、被写界の左から右に向かって走行する自動車７１〜７４を撮影者がパンニング操作しながら動画を撮影した場合を例に挙げて説明する。なお、動画撮影する場合は、レリーズボタンを押さずに別設された動画ボタンを押すことにより撮影が開始し、再度動画ボタンを押すことで動画撮影が終了する。
【００６５】
また、動画撮影中においては、クイックリターンミラー１２１は光路（光軸Ｌ１）上に挿入され、撮像素子１１０による静止画撮影は禁止されるが、焦点検出モジュール１６１等による合焦動作は実行され、選択された焦点検出エリアに焦点が合うように制御されるので、合焦精度が高く合焦動作も速い動画像を得ることができる。なお、測光センサ１３７のゲインや蓄積時間、絞り２２０を調節することにより明るさを調節することもできる。
【００６６】
また上述したように、表示部１５２には測光センサ１３７による撮像画像がリアルタイムで表示されるので、撮影者は撮影される動画像を表示部１５２で観察しながら、所望の倍率や位置を選択することができる。ただし、撮影者はファインダ１３５を覗くことで焦点板１３１の全体像、すなわち撮影光学系２１０による被写界全体を観察することもでき、必要に応じて観察視界を使い分けることができる。
【００６７】
まず、図３Ａの時刻ｔ＝Ｔ１のファインダ画面５１に示すように、自動車７１が右方向に走行している被写界に対し、撮影者が、表示部１５２を観察しながら動画用ズームボタンを操作し、測光用レンズ１３６の倍率をβ１に設定したものとする。これにより表示部１５２にはＬＣＤ画面６１のように表示される。
【００６８】
ここで、撮影者が、操作部１５０に設けられた被写体追尾ボタンを操作し、自動車７１を追尾対象として設定し、時刻ｔ＝Ｔ１からＴ２，Ｔ３，Ｔ４のようにカメラ１を自動車７１の走行方向にパンニング操作したものとする。時刻ｔ＝Ｔ１〜Ｔ２の変化は図３Ａ、時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３の変化は図３Ｂ、時刻ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４の変化は図３Ｃにそれぞれ示す。
【００６９】
ただし、図３Ａの時刻ｔ＝Ｔ１〜Ｔ２の変化は自動車のみの変化７１→７２を示し、図３Ｂの時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３の変化は時刻ｔ＝Ｔ１〜Ｔ２の自動車の変化７１→７２に対するＬＣＤ画面の追尾動作６２→６３と、時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３の自動車の変化７２→７３との両方を示す。同様に、図３Ｃの時刻ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４の変化は時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３の自動車の変化７２→７３に対するＬＣＤ画面の追尾動作６３→６４と、時刻ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４の自動車の変化７３→７４との両方を示す。
【００７０】
被写体追尾ボタンの設定操作によって、追尾枠８１内の画像の輝度情報や色情報に基づいてテンプレート画像情報がカメラ制御部１７０で生成され、これがテンプレート基準画像として一時的に記憶される。
【００７１】
次に、時刻ｔ＝Ｔ２における測光センサ１３７の出力画像の輝度情報や色情報と、上記テンプレート基準画像の輝度情報や色情報とを比較し、一致の度合いを類似度として評価するとともに、周辺エリアに他に一致するエリアが存在したかどうかといった可能性の有無を信頼度として評価する。テンプレート基準画像と一致する場合は、測光センサ１３７の出力画像情報のうち一致するエリアの二次元座標を演算して求める。この演算値は測光センサ１３７（表示部１５２）における座標値である。
【００７２】
ここで図３Ａの時刻ｔ＝Ｔ２の下図に示すように、ＬＣＤ画面６２上において自動車７１→自動車７２の移動量がヨー角方向にｇ１であったとすると、同図の上図に示すファインダ画面５１上における移動量ｄ１は、ＬＣＤ画面６２上における移動量ｇ１と測光用レンズ１３６の倍率β１とから、ｄ１＝ｇ１×β１で求めることができる。
【００７３】
なお、図示する例では説明を簡素化するために画面６１，６２の上下方向（ピッチ角方向）の移動量をゼロとするが、上下方向の移動量がある場合は、上述した二次元座標の演算値から、左右（ヨー角）方向の移動量と同様の手順で上下（ピッチ角）方向の移動量を求めることができる。
【００７４】
時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３の間にＬＣＤ画面６２〜６３の動かすべき量（図３Ｂの右図参照）を上記ｄ１だけ移動させることとする。そのために、ファインダ画面５１上における移動量ｄ１と、光学鏡筒１３８の幾何学的配置関係（既知）と、光学鏡筒１３８のヨー角θ２およびピッチ角φ２（本例ではゼロ）を演算する。次いで、演算されたヨー角θ２およびピッチ角φ２に相当する駆動信号をヨー角駆動モータ１４２およびピッチ角駆動モータ１４４に出力し、光学鏡筒１３８の光軸Ｌ３の方向を変更する。
【００７５】
これにより、図３Ｂの右に示す時刻ｔ＝Ｔ３におけるＬＣＤ画面６３（すなわち測光センサ１３７の撮像範囲）が、時刻ｔ＝Ｔ２における画面６２に対して移動量ｅ２だけ移動することになる。すなわち、時刻ｔ＝Ｔ１から時刻ｔ＝Ｔ２の間に追尾対象たる自動車７１はファインダ画面５１上において右方向に移動量ｄ１だけ移動するが、時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３においてこの移動量ｄ１に等しい移動量ｅ２（＝ｄ１）だけＬＣＤ画面６２も右方向に追尾して移動することとするので、追尾対象たる自動車のＬＣＤ画面における相対位置は概ね小さくなり、ｔ＝Ｔ２からｔ＝Ｔ３の間にｇ２だけ移動する。また、この追尾移動によって、撮影が難しい滑らかなパンニング操作を行なったときと同様の動画像を容易に撮影することができる。
【００７６】
以下同様にして追尾動作による処理を実行する。すなわち、図３Ｂに示すように、時刻ｔ＝Ｔ３における追尾対象のＬＣＤ画面６３上の座標値を上述したテンプレートマッチング処理により求める。これにより、時刻ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３の間のＬＣＤ画面６３上の自動車７２→７３の移動量がｇ２であったとする。
【００７７】
また、ズームレンズエンコーダ１４１により測光用レンズ１３６の倍率β２、ヨー角エンコーダ１４３により光学鏡筒１３８のヨー角θ２、ピッチ角エンコーダ１４５により光学鏡筒１３８のピッチ角φ２をそれぞれ検出する。
【００７８】
そして、図３Ｂの時刻ｔ＝Ｔ３の下図に示すように、ＬＣＤ画面６３上において自動車７２→自動車７３の移動量がヨー角方向にｇ２であるから、同図の上図に示すファインダ画面５１上における移動量ｄ２は、ＬＣＤ画面６３上における移動量ｇ２と測光用レンズ１３６の倍率β２と上記ｅ２とから、ｄ２＝ｇ２×β２＋ｅ２で求めることができる。
【００７９】
時刻ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４の間にＬＣＤ画面６３〜６４の動かすべき量（図３Ｃの右図参照）を上記ｄ２だけ移動させることとする。そのために、ファインダ画面５１上における移動量ｄ２と、光学鏡筒１３８の幾何学的配置関係（既知）と、光学鏡筒１３８のヨー角θ３およびピッチ角φ３（本例ではゼロ）を演算する。次いで、演算されたヨー角θ３およびピッチ角φ３に相当する駆動信号をヨー角駆動モータ１４２およびピッチ角駆動モータ１４４に出力し、光学鏡筒１３８の光軸Ｌ３の方向を変更する。
【００８０】
これにより、図３Ｃの右に示す時刻ｔ＝Ｔ４におけるＬＣＤ画面６４（すなわち測光センサ１３７の撮像範囲）が、時刻ｔ＝Ｔ３における画面６３に対して移動量ｅ３だけ移動することになる。すなわち、時刻ｔ＝Ｔ２から時刻ｔ＝Ｔ３の間に追尾対象たる自動車７２はファインダ画面５１上において右方向に移動量ｄ２だけ移動するが、時刻ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４においてこの移動量ｄ２に相当する移動量ｅ３だけＬＣＤ画面６３も右方向に追尾して移動することとするので、追尾対象たる自動車のＬＣＤ画面における相対位置は概ね小さくなり、ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４の間にｇ３だけ移動する。また、この追尾移動によって、撮影が難しい滑らかなパンニング操作を行なったときと同様の動画像を容易に撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】発明の実施形態に係るカメラを示すブロック図である。
【図２】図１の焦点検出モジュールを示す図である。
【図３Ａ】図１のカメラの動作例を示す図（その１）である。
【図３Ｂ】図１のカメラの動作例を示す図（その２）である。
【図３Ｃ】図１のカメラの動作例を示す図（その３）である。
【符号の説明】
【００８２】
１…一眼レフデジタルカメラ
１００…カメラボディ
１１０…撮像素子
１３１…焦点板
１３５…ファインダ
１３６…測光用レンズ
１３７…測光センサ
１３８…光学鏡筒
１３９…ハーフミラー
１４０…ズームレンズ駆動モータ
１４１…ズームレンズエンコーダ
１４２…ヨー角駆動モータ
１４３…ヨー角エンコーダ
１４４…ピッチ角駆動モータ
１４５…ピッチ角エンコーダ
１６１…焦点検出モジュール
１６１ｄ…ラインセンサ
１７０…カメラ制御部
２００…レンズ鏡筒
２１０…レンズ群
２１１…フォーカスレンズ
２１２…ズームレンズ
２２０…絞り装置
２３０…フォーカスレンズ駆動モータ
２４０…絞り駆動装置
２５０…レンズ制御部
２６０…フォーカスレンズエンコーダ
２７０…ズームレンズ駆動モータ
２８０…ズームレンズエンコーダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系による像を再結像する再結像光学系と、
前記再結像光学系による像を撮像する第１撮像素子と、
前記再結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、
前記再結像光学系の光軸の方向を変更する光軸方向変更手段と、を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記光学系を通過した光束を分岐する分岐光学系と、
前記分岐光学系によって分岐された光束の像を撮像する第２撮像素子と、を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記光学系による像を観察可能とする観察光学系を備え、
前記第１撮像素子は前記観察光学系を通過する光束による像を撮像可能な位置に設けられていることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置において、
前記観察光学系は、前記光学系による像を結像する焦点板を含み、
前記再結像光学系は、前記焦点板に結像した像を前記第１撮像素子に再結像することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置において、
前記第１撮像素子により前記焦点板に結像した像全体を撮像するように、前記焦点距離変更手段および前記光軸方向変更手段の少なくとも一方を制御する制御手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の撮像装置において、
前記第１撮像素子により前記焦点板に結像した像の一部を撮像するように、前記焦点距離変更手段および前記光軸方向変更手段の少なくとも一方を制御する制御手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記再結像光学系による像のうち特定の基準画像に相当する像の位置を認識する認識手段を備え、
前記光軸方向変更手段は、前記認識手段によって認識された像の位置に応じて前記再結像光学系の光軸の方向を変更することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記再結像光学系による像のうち特定の基準画像に相当する像の大きさを認識する認識手段を備え、
前記焦点距離変更手段は、前記認識手段によって認識された像の大きさに応じて前記再結像光学系の焦点距離を変更することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第１撮像素子により撮像した画像を記録する記録手段および前記第１撮像素子により撮像した画像を表示する表示手段の少なくとも一方を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項２〜９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に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
光学系による像を再結像する再結像光学系と、
前記再結像光学系による像を撮像する第１撮像素子と、
前記再結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、
前記再結像光学系の光軸の方向を変更する光軸方向変更手段と、を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記光学系を通過した光束を分岐する分岐光学系と、
前記分岐光学系によって分岐された光束の像を撮像する第２撮像素子と、を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記光学系による像を観察可能とする観察光学系を備え、
前記第１撮像素子は前記観察光学系を通過する光束による像を撮像可能な位置に設けられていることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置において、
前記観察光学系は、前記光学系による像を結像する焦点板を含み、
前記再結像光学系は、前記焦点板に結像した像を前記第１撮像素子に再結像することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置において、
前記第１撮像素子により前記焦点板に結像した像全体を撮像するように、前記焦点距離変更手段および前記光軸方向変更手段の少なくとも一方を制御する制御手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の撮像装置において、
前記第１撮像素子により前記焦点板に結像した像の一部を撮像するように、前記焦点距離変更手段および前記光軸方向変更手段の少なくとも一方を制御する制御手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記再結像光学系による像のうち特定の基準画像に相当する像の位置を認識する認識手段を備え、
前記光軸方向変更手段は、前記認識手段によって認識された像の位置に応じて前記再結像光学系の光軸の方向を変更することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記再結像光学系による像のうち特定の基準画像に相当する像の大きさを認識する認識手段を備え、
前記焦点距離変更手段は、前記認識手段によって認識された像の大きさに応じて前記再結像光学系の焦点距離を変更することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第１撮像素子により撮像した画像を記録する記録手段および前記第１撮像素子により撮像した画像を表示する表示手段の少なくとも一方を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項２〜９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に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【公開番号】特開２００９−２８４００６（Ｐ２００９−２８４００６Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３０９５９（Ｐ２００８−１３０９５９）
【出願日】平成２０年５月１９日（２００８．５．１９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１９日（２００８．５．１９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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