JP2011133700A - 焦点調節方法、焦点調節装置、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変倍中の合焦精度を向上する。
【解決手段】電子カム軌跡の中でフォーカスレンズ１０５が追従すべき軌跡を特定するためにウォブリングを行い、ＡＦ評価値が増加する方向にカム軌跡を更新しつつ追従すべき軌跡を特定する方法において、フォーカスレンズの駆動速度をフォーカシング駆動源１１１の限界速度で制限した場合、その限界速度で再計算されたフォーカスレンズの駆動目標位置が振動中心を越えている場合にウォブリングの移動モードを切り替える。
【選択図】図３

Description

本発明は、焦点調節方法、焦点調節装置、及び撮像装置に関する。

特許文献１は、いわゆるインナーフォーカスタイプのレンズシステムにおいて、変倍中の自動焦点調節（ＡＦ）のためにフォーカスレンズが追従すべき複数のカム軌跡とフォーカスレンズのカム軌跡への追従方法を開示している。

また、コントラスト方式のＡＦ（以下、「ＴＶ−ＡＦ」と称する）では、合焦方向をウォブリング（「微小振動」又は「変調」とも呼ばれる）によって求めた後にコントラスト値のピーク位置にフォーカスレンズを移動させる山登り駆動を行う（特許文献２）。

更に、追従しているカム軌跡に対してフォーカスレンズを振動させ、ＡＦ評価値信号が増加する方向にカム軌跡を更新しつつ、追従すべきカム軌跡を特定する方法も知られている。

特開２００７−２５６９７７号公報 特開２００９−１９８５７４号公報

しかし、変倍中のＡＦにおいて、フォーカスレンズの駆動源の駆動速度に限界があるとウォブリングに時間がかかり、合焦方向の判定および基準カム軌跡の更新回数が減り、トレースすべきカム軌跡の特定が行えず変倍中にボケが発生するおそれがある。

本発明は、変倍中の合焦精度を向上することが可能な焦点調節方法、焦点調節装置、及び撮像装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の焦点調節方法は、変倍用の第１レンズの移動に際して、像面移動を補正するための第２レンズの合焦位置が被写体距離に応じた複数の軌跡として表現されている場合に、前記複数の軌跡の中で前記第２レンズが追従すべき軌跡を特定するために前記第２レンズを追従している軌跡に対して振動させるウォブリングを行い、その際に撮像素子の出力信号を処理して得られるコントラスト値を表す評価値が増加する方向に前記軌跡を更新しつつ追従すべき軌跡を特定する焦点調節方法であって、前記ウォブリングの動作モードとして、同期時間に同期して行われる、前記評価値を取得する取得モードと、前記第２レンズを前記評価値を取得する位置に移動させる移動モードと、を有し、前記ウォブリングにおける前記第２レンズの駆動速度が前記第２レンズの駆動源の限界速度よりも大きい場合に前記第２レンズの駆動速度を前記駆動源の前記限界速度に設定するステップと、１同期時間後の前記第２レンズの駆動目標位置を前記限界速度を用いて再計算するステップと、前記ウォブリングの前記移動モードの終了時における、再計算された前記第２レンズの駆動目標位置が前記ウォブリングの振動中心を越えていない場合に前記ウォブリングの前記移動モードを継続するステップと、前記ウォブリングの前記移動モードの終了時における、再計算された前記第２レンズの駆動目標位置が前記ウォブリングの前記振動中心を越えている場合に前記ウォブリングの前記移動モードを取得モードに切り替えるステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、変倍中の合焦精度を向上することが可能な焦点調節方法、焦点調節装置、及び撮像装置を提供することができる。

図１は、本実施例のビデオカメラ（撮像装置）のブロック図である。 図２は、ＴＶ−ＡＦにおいてウォブリング時間が延びることを説明する図である。 図３は、図１に示すマイクロコンピュータの動作を説明するためのフローチャートである。 図４は、図３のＳ２１７でＮｏの場合の制御におけるフォーカスレンズの位置を表す図である。 図５は、図４の制御を行った場合の軌跡追従を示す図である。 図６は、ウォブリングモードが１のときに図３のＳ２１９で駆動目標位置を再計算した場合のフォーカスレンズ位置を示す図である 図７は、図３のＳ２２０で用いる閾値ＴＨを０．５とした場合にＹｅｓとなるフローのフォーカスレンズ位置を示す図である。 図８は、図７の変形例を示す図である。

図１は、本実施例のデジタルビデオカメラ（撮像装置）のブロック図である。ビデオカメラは、本実施例では、撮影レンズが一体型であるが撮影レンズが装着可能であってもよい。この場合、後述するマイクロコンピュータ１１３で生成された制御信号は、撮影レンズ内のレンズコンピュータに通信され、レンズコンピュータを介してフォーカスレンズの駆動を制御する。また、本発明は、デジタルスチルカメラなど各種の撮像装置に適用することができる。

図１において、１０１は第１固定レンズ、１０２は光軸方向に移動して変倍を行う変倍レンズ（ズームレンズ、変倍用の第１レンズ）、１０３は絞り、１０４は第２固定レンズである。１０５は焦点調節機能と変倍による像面移動を補正するいわゆるコンペンセータ機能を兼ね備えたフォーカスレンズ（焦点調節用の第２レンズ）である。

第１固定レンズ１０１、変倍レンズ１０２、絞り１０３、第２固定レンズ１０４及びフォーカスレンズ１０５により撮像光学系が構成される。撮像光学系は、変倍レンズ１０２の光軸後方に（像側に）フォーカスレンズ１０５が配置された、いわゆるインナーフォーカスタイプのレンズシステムである。なお、各レンズは１枚のレンズにより構成されていてもよいし、複数枚のレンズにより構成されていてもよい。

１０６は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサにより構成される光電変換素子としての撮像素子であり、撮像面に形成された光学像（被写体像）を光電変換して電気信号に変換する。撮像信号は、ＡＧＣ（ＡｕｔｏＧａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）１０７で最適なレベルに増幅されてカメラ信号処理回路１０８へと入力される。

カメラ信号処理回路１０８は、入力された撮像信号を標準テレビ信号に変換した後、モニタ装置１０９に送り、撮影画像として表示させる。モニタ装置１０９には、撮影モードや撮影状態、警告等を撮影者に知らせる画像も表示される。

ＡＧＣ１０７の出力信号は、ＡＦ信号処理回路１１２へも入力される。ＡＦ信号処理回路１１２は、撮影画像のコントラストに応じた情報を検出する。ＡＦ信号処理回路１１２で生成されたＡＦ評価値信号（鮮鋭度信号）は、ＭＣ１１３との通信によりデータとして読み出される。

ＡＦ評価値信号は、撮像素子１０６からの出力信号を処理して得られる画像の鮮鋭度（コントラスト値）を表し、鮮鋭度は撮像光学系の焦点状態によって変化するので、撮像光学系の焦点状態を評価する焦点信号となる。

マイクロコンピュータ（ＭＣ）１１３は、制御手段（プロセッサ）として機能し、ビデオカメラ全体の動作の制御を司ると共に、各種の制御を行う。ＭＣ１１３は、カム情報記憶手段１１３ａ、駆動目標算出手段１１３ｂ、駆動速度制限手段１１３ｃ、ウォブリング制御手段１１３ｄ、メモリ１１３ｅを有し、変倍スイッチ１１８、変倍モータドライバ１１９、フォーカスモータドライバ１２０に接続されている。

変倍モータドライバ１１９には変倍レンズ１０２を光軸上で駆動する変倍駆動源１１０が接続され、フォーカスモータドライバ１２０にはフォーカスレンズ１０５を光軸上で駆動するフォーカシング駆動源１１１が接続されている。

変倍駆動源１１０及びフォーカシング駆動源１１１は、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータにより構成される。このため、フォーカシング駆動源１１１は駆動速度の制限がある場合がある。このときフォーカスレンズ１０５の光軸上の移動速度にも制限が発生する。

ＭＣ１１３は、ＡＦ信号処理回路１１２の出力信号に基づいてフォーカスレンズ１０５を移動させるＴＶ−ＡＦを行う焦点調節手段として機能する。ＴＶ−ＡＦでは、ＭＣ１１３は、合焦方向を判別するためのウォブリングを行ってから合焦方向に山登り駆動を行う。

ウォブリングでは、フォーカスレンズ１０５を光軸方向に微小に振動させながらそのときのＡＦ評価値で合焦方向を検出すると共に振動に重畳してフォーカスレンズ１０５の振動の中心をコントラスト値を表すＡＦ評価値が大きくなる合焦方向に動かす。ウォブリングはウォブリング制御手段１１３ｄによって制御される。

本実施例のウォブリングの動作モードは、０〜３の４つのいずれかのモードをとる。ウォブリングモード０はＡＦ評価値を至近側で取得する取得モードである。ウォブリングモード１は、フォーカスレンズ１０５を無限方向にＡＦ評価値を取得する位置まで移動する移動モードである。ウォブリングモード２はＡＦ評価値を無限側で取得する取得モードである。ウォブリングモード３は、フォーカスレンズ１０５を至近方向にＡＦ評価値を取得する位置まで移動する移動モードである。各モードは垂直同期信号の同期時間に同期して行われる。

そして、モード１でＭＣ１１３は、無限側のＡＦ評価値が大きいと判断すると、駆動振幅を振動振幅と中心移動振幅の和に設定して中心移動を行う。同様に、モード３でＭＣ１１３は、至近側のＡＦ評価値が大きいと判断すると、駆動振幅を振動振幅と中心移動振幅の和に設定して中心移動を行う。ウォブリングの詳細は特許文献２の図７と同様であるので詳しい説明は省略する。

特許文献２の図９には、ウォブリングにおけるフォーカスレンズ１０５の位置の時間経過が示されている。

焦点深度が深くなるテレ端では焦点信号の変化を十分得るために、駆動振幅を大きく設定する必要がある。移動量が大きくなるにつれて、１垂直同期時間で目標位置に到達するために必要なフォーカス駆動速度は速くなる。しかし、フォーカシング駆動源１１１が脱調限界速度があるようなステッピングモータなど駆動速度に制限がある場合は、１垂直同期時間で目標振幅分駆動できないことがある。

その場合は、ウォブリングモードを進めずに、図２に示すように、目標振幅分フォーカスレンズ１０５が駆動するまで同じウォブリングモードを継続する。ここでは、破線で示す特許文献２の図９のａ）の目標位置まで駆動させる際に、１垂直同期時間で振動中心の移動分を除く振動振幅分だけしか駆動できない場合に、実線で示すように、モード３を更にもう１垂直同期時間継続することで目標位置に到達させている。

また、ＭＣ１１３は、変倍動作時のＡＦも行う。

まず、カム情報記憶手段１１３ａは特許文献１の図１４に示すような電子カム軌跡の情報を記憶する。複数の電子カム軌跡は、変倍レンズ１０２の位置に対するフォーカスレンズ１０５の合焦位置を被写体距離に応じて複数の軌跡として表現されているものである。

ＭＣ１１３は、変倍動作時に、選択したカム軌跡上をフォーカスレンズ１０５は追従（トレース）するようにフォーカスモータドライバ１２０を制御する。電子カム軌跡の情報は、軌跡そのものを示す情報でもレンズ位置を変数とした関数でもよい。

変倍レンズ１０２がテレ側（望遠側）からワイド側（広角側）に移動する場合には、複数の電子カム軌跡がある程度の間隔を持った状態から収束する方向であるので軌跡追従において合焦を維持しやすい。

例えば、特許文献１の図１５〜１６及び段落００２４〜００３４は、フォーカスレンズの軌跡追従方法の一例を説明している。また、特許文献１の図２３は、合焦軌跡情報のテーブルデータの例を示している。本実施例でも、ＭＣ１１３は特許文献１の図１１と同様の合焦軌跡情報のテーブルデータをメモリ１１３ｅに保持している。メモリ１１３ｅは、後述する図５に示すフローとそれに必要なパラメータ（閾値ＴＨなど）や関数を格納する。

変倍動作中は、特許文献１の図１４に示すような複数の軌跡の中から、被写体距離に応じた軌跡を選択し、上述の軌跡追従方法で軌跡通りにフォーカスレンズ１０５を移動させれば合焦状態を維持したままの変倍動作（ズーミング）が可能になる。

しかしながら、ワイド側からテレ側にフォーカスレンズ１０５を移動する場合は、収束点にいたフォーカスレンズ１０５がどのカム軌跡に追従すべきかが不明となる。そこで、後述するように、変倍動作時の軌跡追従制御にウォブリング制御を重畳させることによって追従すべきカム軌跡を特定する。

以下、図３を参照して、本実施例のＭＣ１１３を変倍動作時のＡＦを中心に説明する。図３に示す動作は、垂直同期信号に同期して実行され１垂直同期時間（１Ｖ）に１回実行される。図３に示すフローは、コンピュータプログラムによって実現可能であり、図３において「Ｓ」はステップの略である。

まず、ＭＣ１１３は、変倍スイッチ１１８が操作されているかどうかを判断する（Ｓ２０１）。

ＭＣ１１３は変倍スイッチ１１８が操作されていないと判断すると（Ｓ２０１のＮｏ）、上述したＴＶ−ＡＦを行うためにフォーカスモータドライバ１２０を介してフォーカスレンズ１０５を駆動する（Ｓ２２２）。

一方、ＭＣ１１３は、変倍スイッチ１１８が操作されていると判断すると（Ｓ２０１のＹｅｓ）、変倍レンズ１０２を変倍スイッチ１１８の操作されている方向に対応したテレまたはワイド方向に駆動するための信号を変倍モータドライバ１１９に出力する。この信号に応答して、変倍モータドライバ１１９は、変倍駆動源１１０を介して変倍レンズ１０２を設定された方向に駆動する。より具体的には、まずＭＣ１１３は変倍スイッチ１１８の操作情報に応じて変倍駆動源１１０の駆動速度Ｚｓｐを設定する（Ｓ２０２）。

次に、ＭＣ１１３は、現在の変倍レンズ１０２及びフォーカスレンズ１０５の位置から、撮影している被写体までの距離（被写体距離）を特定（推定）する。そして、ＭＣ１１３は、その被写体距離情報を３つの軌跡パラメータ（目標位置情報を得るためのデータ）α、β、γとしてメモリ１１３ｅに格納する（Ｓ２０３）。軌跡パラメータは現在の変倍レンズ位置及びフォーカスレンズ位置がどの軌跡上の位置なのかを知るためのパラメータである。なお、Ｓ２０３の詳細は特許文献１の図２０及び図２１と同様であるので詳細な説明は省略する。

次に、ＭＣ１１３は、１垂直同期時間（１Ｖ）後に変倍レンズが到達している変倍レンズ位置（現在位置Ｚｘからの移動先の位置）Ｚｘ’を算出する（Ｓ２０４）。

ここで、Ｓ２０２で設定された変倍速度をＺｓｐ（ｐｐｓ）とすると、１垂直同期時間後の変倍レンズ位置Ｚｘ’はＺｘ’＝Ｚｘ±Ｚｓｐ／垂直同期周波数で与えられる。ｐｐｓは、ステッピングモータの回転速度を表す単位で、１秒間当たりの回転するステップ量（１ステップ＝１パルス）を示している。また、式の符号は、変倍レンズ１０２の移動方向によってそれぞれ、テレ方向は＋、ワイド方向は−としている。

次に、ＭＣ１１３は、軌跡パラメータと上述した軌跡情報を示すテーブルデータから変倍レンズ位置Ｚｘ’における基準カム軌跡上のフォーカスレンズ位置ｐｘ’を算出する（Ｓ２０５）。Ｓ２０５は、特許文献１の図１９のＳ９０７〜Ｓ９１３と同様であるため詳細な説明は省略する。

１垂直同期時間後の追従目標位置ｐｘ’は（ｂｘ’−ａｘ’）×α／β＋ａｘ’で与えられるので、追従目標位置と現在のフォーカスレンズ位置ｐｘとの差ΔＦは（ｂｘ’−ａｘ’）×α／β＋ａｘ’−ｐｘで与えられる。

フォーカスレンズ１０５の駆動速度は差ΔＦを、この距離を移動するのに要する変倍レンズ１０２の移動時間で除算して得られる。変倍レンズ１０２がワイド端からテレ端まで一定速で動く場合、フォーカスレンズ１０５の駆動速度は特許文献１の図１４に示す軌跡の傾きと同等であると見なすことができ、テレ端に行くほど、被写体距離が無限に近いほどその駆動速度は速くなる。

次に、ＭＣ１１３は、変倍スイッチ１１８の操作方向がワイド（Ｗ）方向かテレ（Ｔ）方向かを判断する（Ｓ２０６）。ＭＣ１１３は、テレ方向であると判断すると（Ｓ２０６のＹｅｓ）、変倍位置Ｚｘ’における焦点深度などの情報に基づいてウォブリングの振動振幅Ｍ及び中心移動振幅Ｗを設定する（Ｓ２０７）。

このように、ＭＣ１１３は、カム情報記憶手段１１３ａの電子カム軌跡情報とＡＦ信号処理回路１１２からのＡＦ評価値信号に基づいて、ウォブリング制御手段１１３ｄにてウォブリングを切り替える。即ち、ＭＣ１１３は、追従しているカム軌跡（基準カム軌跡）に対して所定の振幅分重畳した位置に到達させるようにフォーカスレンズ１０５を振動させるウォブリングを行う。そして、ＭＣ１１３は、その際にＡＦ評価値信号が増加する方向に基準カム軌跡を更新しつつ追従すべきカム軌跡の特定を行う。

一方、ＭＣ１１３は、ワイド方向であると判断すると（Ｓ２０６のＮｏ）、変調振幅分は重畳させず基準カムトレース制御のみ行うように、振動振幅Ｍ及び中心移動振幅Ｗを０に設定する（Ｓ２０８）。これは、テレ側からワイド側への変倍動作時は、複数のカム軌跡が収束する方向にあることからウォブリングをしなくても合焦を維持できるためであるが、合焦精度を高めるためにこの場合もウォブリングを重畳してもよい。

次に、ＭＣ１１３は、現在のウォブリングモードが０であれば（Ｓ２０９のＹｅｓ）、現在のフォーカス位置と基準カム軌跡の位置関係が維持されるように１垂直同期時間後のフォーカスレンズ１０５の駆動目標位置Ｆｘ’をｐｘ’＋Ｍと設定する（Ｓ２１０）。

なお、ＭＣ１１３の駆動目標算出手段１１３ｂがフォーカスレンズ１０５の駆動目標位置と目標速度を計算する。

一方、ＭＣ１１３は、現在のウォブリングモードが１であれば（Ｓ２０９のＮｏ、Ｓ２１１のＹｅｓ）、無限方向に変調振幅分重畳した位置をフォーカスレンズ１０５の駆動目標位置となるようにＦｘ’をｐｘ’−（Ｍ＋Ｗ）と設定する（Ｓ２１０）。

また、ＭＣ１１３は、現在のウォブリングモードが２であれば（Ｓ２１１のＮｏ、Ｓ２１３のＹｅｓ）、現在のフォーカス位置と基準カム軌跡との相対的な位置関係が保持されるようにＦｘ’をｐｘ’−Ｍと設定する（Ｓ２１４）。

また、ＭＣ１１３は、現在のウォブリングモードが３であれば（Ｓ２１３のＮｏ）、現在のフォーカス位置と基準カム軌跡との相対的な位置関係が保持されるようにＦｘ’をｐｘ’＋（Ｍ＋Ｗ）と設定する（Ｓ２１５）。

Ｓ２１０、Ｓ２１２、Ｓ２１４又はＳ２１５の後で、ＭＣ１１３の駆動速度制御手段１１３ｃは設定した目標位置Ｆｘ’に到達するためのフォーカスレンズ１０５の駆動速度Ｆｓｐを算出する（Ｓ２１６）。駆動速度Ｆｓｐは変調振幅分を重畳したフォーカス駆動目標位置Ｆｘ’と現在のフォーカスレンズ位置ｐｘとの差を、この距離を移動するのに要する変倍レンズ１０２の移動時間で除算して得られる。

本実施例では、変倍レンズ１０２の移動も垂直同期信号に同期し、変倍レンズ１０２の移動時間は１垂直同期時間であるため、フォーカス駆動速度Ｆｓｐは、Ｆｓｐ＝｜Ｆｘ’−ｐｘ｜／１垂直同期時間で与えられる。

次に、ＭＣ１１３は、駆動速度Ｆｓｐがフォーカシング駆動源１１１の限界速度よりも速いかどうかを判断し（Ｓ２１７）、遅いと判断すると（Ｓ２１７のＮｏ）、ＭＣ１１３は、軌跡追従制御にウォブリング制御を重畳した制御でレンズを駆動する（Ｓ２２２）。即ち、ＭＣ１１３は、フォーカスモータドライバ１２０とフォーカシング駆動源１１１を介して変倍に伴う像面移動を補正するようにフォーカスレンズ１０５を駆動する。

図４は、この制御におけるフォーカスレンズ位置を示す図である。図４の上部はウォブリングモード、画像信号の垂直同期信号、ラベルが表示され、その下に横軸が時間、縦軸がフォーカスレンズ位置を表すグラフが表示されている。

変倍動作時のウォブリング制御では、振動中心は追従しているカム軌跡であり、振動中心の傾きは、追従しているカム軌跡の被写体距離および変倍位置に応じて変化する。図４は４垂直同期時間（４Ｖ）周期で変調動作している場合を示し、４つのウォブリングモード０〜３から構成される。

ウォブリングモードが０のときは、ＭＣ１１３は、モード３のときに求まる位置と振動中心との相対的な位置関係を保持するようにフォーカスレンズ１０５を駆動する。モード１のときは、ＭＣ１１３は、振動中心から振動振幅分だけ無限側に移動した位置を目標位置に設定してフォーカスレンズ１０５を駆動する。

モード２のときは、ＭＣ１１３は、モード１のときに求まる位置と振動中心との相対的な位置関係を保持するようにフォーカスレンズ１０５を駆動する。モードが３のときは、振動中心から振動振幅分だけ至近側に移動した位置を目標位置に設定してフォーカスレンズ１０５を駆動する。

なお、ウォブリング周期はこれに限定されず、２Ｖ周期や８Ｖ周期など、２Ｖの整数倍であってもよい。

ラベルＡの時刻に撮像素子１０６に蓄積された電荷に対する焦点信号ＥＶ_Ａは時刻Ｔ_ＡでＭＣ１１３に取り込まれ、ラベルＢの時刻に撮像素子１０６に蓄積された電荷に対する焦点信号ＥＶ_Ｂは時刻Ｔ_ＢでＭＣ１１３に取り込まれる。

ＭＣ１１３は、時刻Ｔ_Ｃでは焦点信号ＥＶ_ＡとＥＶ_Ｂを比較し、ＥＶ_Ｂが大きい場合にのみ振動中心を移動する。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、ウォブリングを繰り返しながら焦点信号が高くなる方向に振動中心の移動を行うことで追従すべきカム軌跡を特定することができる。なお、フォーカスレンズ１０５の移動は焦点深度を基準とし、ＡＦ評価値信号の増減が得られ、かつボケが画面で認識できない移動量に設定する。

このように、変倍動作時にカム軌跡情報に基づくトレース制御とフォーカスレンズ１０５のウォブリング制御を重畳し、ＡＦ評価値が高くなるように振動中心をずらすことによって追従すべきカム軌跡を特定することができる。

一方、ＭＣ１１３は、駆動速度Ｆｓｐがフォーカシング駆動源１１１の限界速度よりも速いと判断すると（Ｓ２１７のＹｅｓ）、ＭＣ１１３の駆動速度制御手段１１３ｃは駆動速度Ｆｓｐを限界速度に設定してこれを制限する（Ｓ２１８）。次に、ＭＣ１１３の駆動速度制御手段１１３ｃは、限界速度で駆動した際の１垂直同期時間後（１同期時間後）の駆動目標位置Ｆｘ’を限界速度を用いて再計算する（Ｓ２１９）。

Ｓ２１９の後で、ＭＣ１１３は、目標振幅に対する駆動振幅比である｜Ｆｘ’−ｐｘ’｜/（Ｍ＋Ｗ）が閾値ＴＨより大きいかどうかかを判断する（Ｓ２２０）。

閾値ＴＨは、ウォブリングの振動中心の移動方向の判別ができる最低限の焦点信号の変化が得られるフォーカスレンズ１０５の移動量と焦点深度から決まる目標振幅を基に設定する。

フォーカスレンズ１０５を合焦位置を中心に無限方向及び至近方向に移動させた場合、ＡＦ評価値信号は、合焦位置においてピークとなり合焦位置から離れるに従い減少するほぼ左右対称の山形状になる。しかし、ある程度合焦位置から離れた位置にフォーカスレンズ１０５を動かさないと、ＡＦ評価値信号の増減を得られない。一方、合焦位置から焦点深度以上離れるとボケが見えるため、目標振幅はボケが画面で認識できない移動量に設定する。以上のように最低限のＡＦ評価値信号の増減が得られるフォーカス移動量と目標振幅から閾値ＴＨを求める。

ＭＣ１１３は、駆動振幅比が閾値よりも大きいと判断すると（Ｓ２２０のＹｅｓ）、モードが３であれば０に戻し、その他の値であればモードを加算する（Ｓ２２１）。

その後、ＭＣ１１３は、変倍及びフォーカスの目標位置と駆動速度に基づいて駆動信号を生成し、変倍モータドライバ１１９及びフォーカスモータドライバ１２０を介して変倍レンズ１０２とフォーカスレンズ１０５を駆動する（Ｓ２２２）。

図６は、ウォブリングモードが１のときにＳ２１７でＹｅｓとなり、Ｓ２１９で駆動目標位置Ｆｘ’を再計算した場合の図である。図６では、上からウォブリングモード、垂直同期信号、横軸が時間で縦軸がフォーカスレンズ１０５の位置を示すグラフが描かれている。二点鎖線は振動中心であり、両矢印は振動振幅、破線で示す時間Ｔはウォブリング停止終了位置Ｅから１Ｖ後の時間である。また、Ｌ１は駆動速度に制限をかけない場合のフォーカスレンズ１０５が追従する軌跡（破線）、Ｌ２は駆動制限に速度をかけた場合のフォーカスレンズ１０５が追従する軌跡（実線）である。

駆動速度に制限がかかったカム軌跡Ｌ２は、図６に示すように、１垂直同期時間で移動するフォーカスの移動量は、制限前のカム軌跡Ｌ１の目標移動量に対して小さくなる。１垂直同期時間内に目標位置に到達できない場合は、図２を参照して説明したように、ウォブリングモードを継続することで（図６ではウォブリングモード１が継続している）目標位置に到達することができる。

しかしながら、変倍動作中は時間と共に変倍位置も変化するため、変調動作の動作時間が長くなると変倍がワイドからテレまで移動する間の変調動作の繰り返し回数が少なくなり、カム軌跡の特定ができなくなり合焦精度が低下するおそれがある。

そこで、本実施例は、Ｓ２２０以降に示すように、１垂直同期時間内に目標振幅分駆動できなくても所定の割合以上フォーカスレンズ１０５が駆動する場合は、ウォブリングモードを継続しないようにして上記問題を解決している。

図７は、Ｓ２２０で用いる閾値ＴＨを０．５とした場合にＹｅｓとなるフローのフォーカスレンズ１０５の動作を示す図である。図７では、上からウォブリングモード、垂直同期信号、横軸が時間で縦軸がフォーカスレンズ１０５の位置を示すグラフが描かれている。二点鎖線は振動中心であり、両矢印は振動振幅、破線で示す時間Ｔはウォブリング停止終了位置Ｅから１Ｖ後の時間である。また、Ｌ１は駆動速度に制限をかけない場合のフォーカスレンズ１０５が追従する軌跡（破線）、Ｌ２は駆動制限に速度をかけた場合のフォーカスレンズ１０５が追従する軌跡（実線）である。

目標位置Ｆｘ’が目標振幅Ｍ＋Ｗ（図７では振動中心の移動はないのでＷは０である）に対して５０％以上の位置にあり（図７のＱ２がＭ＋Ｗの５０％以上であり）、条件を満たすことからウォブリングモードを継続せずに次に進めている。なお、図６では目標振幅の５０％以上超えていないため（図６のＱ１がＭ＋Ｗの５０％未満であるため）、ウォブリングモードを継続している。

本実施例によれば、ウォブリングの振動中心の移動方向の判別ができるだけの移動量分フォーカスレンズ１０５を駆動できればウォブリング時間を延ばすことなく軌跡追従を行うため、変倍動作中のボケの発生を抑えることができる。

なお、閾値ＴＨは０以上Ｍ＋Ｗ以下でなければならない。閾値ＴＨが０の場合には、ＭＣ１１３は、ウォブリングの移動モードの終了時（図６に示す時刻Ｔ）における、再計算されたフォーカスレンズ１０５の駆動目標位置Ｆｘ’が振動中心を越えていない場合にウォブリングの移動モードを継続する。また、ＭＣ１１３は、ウォブリングの移動モードの終了時（図６に示す時刻Ｔ）における、再計算されたフォーカスレンズ１０５の駆動目標位置Ｆｘ’が越えている場合に移動モードを取得モードに切り替える。

本実施例では、変倍速度に拘らず同じ制御を行っているが、変倍速度が遅い場合にはワイド端からテレ端に移動する間の変調動作の繰り返し回数が、変倍速度が速い場合に比べ多くなることから、ウォブリング時間が少し延びても軌跡追従性能への影響は少ない。そこで、本実施例の制御を変倍速度が速いときのみ適用し、遅いときは適用しなくてもよい。

また、実施例１では、目標振幅分重畳した目標位置に到達しきらない段階で、次の変調ウォブリングモードに切り替えるようにしているため、振動中心を中心に無限方向及び至近方向に同等の振幅分駆動できない。図７に示すようにどちらか一方に偏ってウォブリングすると、ＡＦ評価値信号の変化に偏りができ、振動中心の移動方向の判別、追従すべきカム軌跡の特定を誤るおそれがある。

そこで、図８に示すように、ウォブリングモードを進めると共に振動中心をずらすことによって振幅を維持してＡＦ評価値信号を監視する。振動中心のずらし量は、（Ｍ＋Ｗ）−｜Ｆｘ’−ｐｘ’｜で与えられる。

振動中心は、無限方向にウォブリングしているときには至近方向に、至近方向にウォブリングしているときには無限方向にずらす。図８では至近方向に振動中心をずらしている。即ち、ウォブリングの振動中心を切り替え前のウォブリングの移動モードにおけるフォーカスレンズ１０５の移動方向とは反対方向に振動振幅が維持されるように移動する。これにより、ＡＦ評価値信号の変化の偏りを抑えて追従すべきカム軌跡を適切に特定して合焦精度を維持することができる。

なお、上述の実施例はインナーフォーカスタイプのレンズシステムについて説明してきたが、本発明は、変倍レンズの移動に伴う像面移動をフォーカスレンズで補正するレンズシステムであれば他のレンズシステムであっても適応可能である。

撮像装置は、被写体の撮像に適用することができる。

１０２ 変倍レンズ（ズームレンズ）（第１レンズ）
１０５ フォーカスレンズ（第２レンズ）
１０６ 撮像素子
１１１ フォーカシング駆動源
１１３ マイクロコンピュータ（焦点調節手段）

Claims (7)

1. 変倍用の第１レンズの移動に際して、像面移動を補正するための第２レンズの合焦位置が被写体距離に応じた複数の軌跡として表現されている場合に、前記複数の軌跡の中で前記第２レンズが追従すべき軌跡を特定するために前記第２レンズを追従している軌跡に対して振動させるウォブリングを行い、その際に撮像素子の出力信号を処理して得られるコントラスト値を表す評価値が増加する方向に前記軌跡を更新しつつ追従すべき軌跡を特定する焦点調節方法であって、
   前記ウォブリングの動作モードとして、同期時間に同期して行われる、前記評価値を取得する取得モードと、前記第２レンズを前記評価値を取得する位置に移動させる移動モードと、を有し、
   前記ウォブリングにおける前記第２レンズの駆動速度が前記第２レンズの駆動源の限界速度よりも大きい場合に前記第２レンズの駆動速度を前記駆動源の前記限界速度に設定するステップと、
   １同期時間後の前記第２レンズの駆動目標位置を前記限界速度を用いて再計算するステップと、
   前記ウォブリングの前記移動モードの終了時における、再計算された前記第２レンズの駆動目標位置が前記ウォブリングの振動中心を越えていない場合に前記ウォブリングの前記移動モードを継続するステップと、
   前記ウォブリングの前記移動モードの終了時における、再計算された前記第２レンズの駆動目標位置が前記振動中心を越えている場合に前記ウォブリングの前記移動モードを取得モードに切り替えるステップと、
   を有することを特徴とする焦点調節方法。
2. 前記ウォブリングの前記移動モードを取得モードに切り替えるステップにおいて、前記ウォブリングの振動中心を切り替え前の前記ウォブリングの前記移動モードにおける前記第２レンズの移動方向とは反対方向に振動振幅が維持されるように移動することを特徴とする請求項１に記載の焦点調節方法。
3. 前記ウォブリングの前記移動モードを取得モードに切り替えるステップでは、前記ウォブリングの前記移動モードの終了時における、再計算された前記第２レンズの駆動目標位置が、前記振動中心を所定の移動量、越えている場合に前記ウォブリングの前記移動モードを取得モードに切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の焦点調節方法。
4. 変倍用の第１レンズと、
   前記第１レンズの移動に際して、像面移動を補正するための第２レンズと、
   変倍動作の際に、撮像素子の出力信号に基づいた焦点状態を示す焦点信号が増減するように前記第２レンズの移動速度を補正して前記第２レンズを光軸上で振動させる補正手段と、
   を有し、
   前記補正手段は、前記第２レンズの移動速度を限界速度で制限した場合、当該限界速度での前記第２レンズの駆動目標位置が振動中心を所定の移動量、越えている場合に前記第２レンズの移動の制御を切り替えることを特徴とする焦点調節装置。
5. 変倍用の第１レンズと、
   前記第１レンズの移動に際して、像面移動を補正するための第２レンズと、
   前記第１レンズおよび第２レンズを介して形成された光学像を光電変換する撮像素子と、
   前記第２レンズを光軸上で駆動する駆動源と、
   前記第１レンズの位置に対する前記第２レンズの合焦位置を被写体距離に応じて複数の軌跡として記憶する記憶手段と、
   前記複数の軌跡の中で前記第２レンズが追従すべき軌跡を特定するために前記第２レンズを追従している軌跡に対して振動させるウォブリングを行い、その際に前記撮像素子の出力信号を処理して得られるコントラスト値を表す評価値が増加する方向に前記軌跡を更新しつつ追従すべき軌跡を特定する焦点調節手段と、
   を有し、
   前記ウォブリングの動作モードは、前記評価値を取得する取得モードと、前記第２レンズを前記評価値を取得する位置に移動させる移動モードと、を有し、
   前記焦点調節手段は、前記ウォブリングにおける前記第２レンズの駆動速度が前記駆動源の限界速度よりも大きい場合に前記第２レンズの駆動速度を前記駆動源の前記限界速度に設定すると共に１同期時間後の前記第２レンズの駆動目標位置を前記限界速度を用いて再計算し、前記ウォブリングの前記移動モードの終了時における、再計算された前記第２レンズの駆動目標位置が前記ウォブリングの振動中心を越えていない場合に前記ウォブリングの前記移動モードを継続し、再計算された前記第２レンズの駆動目標位置が前記ウォブリングの前記振動中心を越えている場合に前記ウォブリングの前記移動モードを取得モードに切り替えることを特徴とする撮像装置。
6. 前記焦点調節手段は、前記ウォブリングの振動中心を切り替え前の前記ウォブリングの前記移動モードにおける前記第２レンズの移動方向とは反対方向に振動振幅が維持されるように移動することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記焦点調節手段は、前記ウォブリングの前記移動モードの終了時における、再計算された前記第２レンズの駆動目標位置が、前記振動中心を所定の移動量、越えている場合に前記ウォブリングの前記移動モードを取得モードに切り替えることを特徴とする請求項５又は６に記載の撮像装置。