JP2011253134A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカス素子の可動範囲を変更することなく撮像素子の移動を併用してマクロ撮影を行えるようにする。
【解決手段】撮像装置は、光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカス素子５を含む撮影光学系と、該撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子６と、フォーカス素子の光軸方向での位置を検出するフォーカス位置検出手段１８，１９と、撮像素子を光軸方向に移動させる撮像素子アクチュエータ２２と、フォーカス位置検出手段によりフォーカス素子が至近端に位置することが検出されているフォーカス至近端状態において、撮像素子を、フォーカス至近端状態での合焦距離よりも短い合焦距離が得られる位置に移動させるよう撮像素子アクチュエータを動作させる制御手段１５とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ビデオカメラ、スチルカメラ、監視カメラ等の撮像装置に関する。

上記のような撮像装置において、フォーカスレンズ（フォーカス素子）を光軸方向に移動させるとともに、被写体像を光電変換する撮像素子も光軸方向に移動させて焦点調節を行えるものがある。

特許文献１には、フォーカスレンズを光軸方向に移動させた後、撮像素子をコントラスト評価値がピークとなる光軸方向位置に移動させることで、高精度な合焦状態を得るようにした撮像装置が開示されている。

特開２００６−２０８７０３号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された撮像装置では、フォーカスレンズの可動範囲（至近端〜無限遠端）外では焦点調節を行うことができない。このため、特定のズーム領域（例えば、ミドルズーム領域）において近接被写体に対する合焦状態が得られず、マクロ撮影ができない場合がある。

そこで、本発明は、フォーカス素子の可動範囲を変更することなく撮像素子の移動を併用してマクロ撮影を行えるようにした撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカス素子を含む撮影光学系と、該撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、フォーカス素子の光軸方向での位置を検出するフォーカス位置検出手段と、撮像素子を光軸方向に移動させる撮像素子アクチュエータと、フォーカス位置検出手段によりフォーカス素子が至近端に位置することが検出されているフォーカス至近端状態において、撮像素子を、フォーカス至近端状態での合焦距離よりも短い合焦距離が得られる位置に移動させるよう撮像素子アクチュエータを動作させる制御手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、フォーカス素子の移動だけでは近接被写体に対する合焦状態が得られない場合であっても、撮像素子を光軸方向に移動させることで近接被写体に対する合焦状態を得ることができる。したがって、フォーカス素子の可動範囲を変更することなくマクロ撮影を行うことができる。

本発明の実施例である撮像装置のマニュアルフォーカス処理を示すフローチャート。 実施例の撮像装置のズーミング処理を示すフローチャート。 実施例の撮像装置におけるレンズ鏡筒部の機械的構成を示す断面図。 実施例の撮像装置の電気的構成を示すブロック図。 実施例における変倍レンズ、フォーカスレンズおよび撮像素子の移動位置関係を示す図。 実施例における（ａ）光軸方向でのフォーカス位置とズーム位置との関係および合焦領域を説明する図、および（ｂ）光軸方向での撮像素子位置とズーム位置との関係および合焦領域を説明する図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

まず図３には、本発明の実施例であるビデオカメラ、スチルカメラ、監視カメラ等の撮像装置におけるレンズ鏡筒部の機械的構成を示している。

前側保持筒３０１は、その前端部（被写体側の端部）に、第１レンズ１を保持している。また、前側保持筒３０１内には、光軸方向に移動して変倍を行う第２レンズ（ズーム素子）２およびその保持枠３０２と、光軸方向に移動して変倍に伴う像面変動の補整を行う第３レンズ３およびその保持枠３０３が収容されている。前側保持筒３０１、第１〜第３レンズ１〜３および保持枠３０２，３０３によって前側鏡筒７が構成される。

後側保持筒３０４は、前側保持筒３０１に結合されている。後側保持筒３０４は、アフォーカルな第４レンズ５を保持している。また、後側保持筒３０４内には、光軸方向に移動して焦点調節を行う第５レンズ（フォーカス素子：以下、フォーカスレンズともいう）５およびその保持枠３０５と、光軸方向に移動可能な撮像素子６およびその保持枠３０６とが収容されている。後側保持筒３０４、第４，第５レンズ４，５、撮像素子６および保持枠３０５，３０６によって後側鏡筒８が構成される。

また、第１〜第５レンズ１〜５により撮影光学系が構成される。撮像素子６は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子であり、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する。

図４には、本実施例の撮像装置の電気的構成を示している。９は図３に示したレンズ鏡筒部を示し、１０は図３に示した第２，第３レンズ２，３およびそれらの保持枠３０２，３０３を含むズームレンズユニットを示している。１１は図３に示したフォーカスレンズ５およびその保持枠３０５を含むフォーカスレンズユニットを示している。１２は同図に示した撮像素子６およびその保持枠３０６を含む撮像素子ユニットを示している。

１８はズームレンズユニット１０、フォーカスレンズユニット１１および撮像素子ユニット１２の光軸方向での位置をそれぞれ検出するズーム位置検出器、フォーカス位置検出器および撮像素子位置検出器を含む位置センサ部である。１９は位置センサ部１８内の各位置検出器からの出力に基づいて生成した位置情報を制御回路１５に出力する位置検出回路である。

２０，２１，２２はそれぞれ、ズームレンズユニット１０、フォーカスレンズユニット１１および撮像素子ユニット１２を光軸方向に移動させるズームアクチュエータ、フォーカスアクチュエータおよび撮像素子アクチュエータである。これらアクチュエータ２０〜２２は、ステッピングモータ、ＤＣモータ、ボイスコイルモータ、振動型モータ等により構成される。

２３，２４，２５はそれぞれ、ズームアクチュエータ２０、フォーカスアクチュエータ２１および撮像素子アクチュエータ２２を駆動するアクチュエータドライバである。

１３は撮像素子ユニット１２（撮像素子６）から出力された電気信号を増幅するアンプである。１４は該増幅された信号をＮＴＳＣ信号等のビデオ信号に変換したり、該ビデオ信号からＴＶ−ＡＦ（コントラスト方式オートフォーカス）用のコントラスト評価値信号を生成したりするプロセス回路である。

ズーム操作スイッチ２６は、ユーザによって操作されることで、その操作方向に対応するズーム方向（ワイド／テレ方向）を示すズーム操作信号を制御回路１５に出力する。フォーカススイッチ２７は、ユーザによって操作されると、その操作方向に対応するフォーカス方向（至近／無限遠方向）を示すフォーカス操作信号を制御回路１５に出力する。

図５には、ワイド端からテレ端までのズーム領域における第２，第３および第５レンズ２，３，５の光軸方向位置と撮像素子６の光軸方向位置を示している。フォーカスレンズである第５レンズ５の位置（フォーカス位置）は合焦状態を得る被写体距離（合焦距離）によって変化するが、図５では、無限遠端でのフォーカス位置を示している。

図４に示す制御回路１５内のメモリに格納された光学系カムデータ１６は、図５に示すような第２，第３および第５レンズ２，３，５の光軸方向位置と撮像素子６の光軸方向位置を被写体距離ごとに示したデータである。制御回路１５は、ズーム操作スイッチ２６が操作されると、位置センサ部１８から得られる第２，第３レンズ２，３および撮像素子６の位置情報が光学系カムデータ１６に従って変化するようにドライバ２３〜２５を通じてアクチュエータ２０〜２２を動作させる。

また、制御回路１５内のフォーカス制御部１７は、プロセス回路１４からのコントラスト評価値信号が最大となるようにアクチュエータドライバ２４を通じてフォーカスアクチュエータ２１を動作させてオートフォーカスを行う。さらに、フォーカス制御部１７は、フォーカススイッチ２７からのフォーカス操作信号が示すフォーカス方向にフォーカスアクチュエータ２１を動作させてマニュアルフォーカスを行う。

オートフォーカスおよびマニュアルフォーカスにおけるフォーカスレンズ５と撮像素子６の移動（位置関係）について図６（ａ），（ｂ）を用いて説明する。本実施例の撮像装置は、フォーカスレンズ５の移動のみで合焦状態を得るフォーカスレンズ合焦領域２９と、フォーカスレンズ５および撮像素子６の移動によって合焦状態を得る撮像素子併用合焦領域３０とを有する。これらフォーカスレンズ合焦領域２９と撮像素子併用合焦領域３０は、ズームレンズユニット１０の位置（ズーム位置）と合焦距離に応じて使い分けられる。

図６（ａ）に示すように、合焦距離が無限遠である場合は、ズーム位置にかかわらずフォーカスレンズ５の移動のみで合焦状態を得ることが可能である。このように、フォーカスレンズ５の至近端から無限遠端までの可動範囲３３内の移動のみで合焦状態を得ることができる合焦領域が、フォーカスレンズ合焦領域２９である。

なお、フォーカスレンズ５の可動範囲３３での至近端と無限遠端をそれぞれ、以下、フォーカス至近端２８とフォーカス無限遠端と称する。また、本実施例では、フォーカスレンズ５を被写体側に移動させることでより近い被写体に対する合焦状態が得られ、被写体側とは逆側（以下、被写体逆側または撮像面側という）に移動させることでより遠い被写体に対する合焦状態が得られる。

一方、合焦距離がフォーカス至近端での合焦距離よりも短い（例えば、１０ｍｍ）場合、すなわちマクロ撮影を行う場合の焦点調節については以下の通りである。本実施例では、ワイド端からテレ端までのズーム領域におけるそれらの間のミドルズーム域では、フォーカスレンズ５はフォーカス至近端２８を超えてその可動範囲３３よりも至近側（本実施例では被写体側）に移動させなければ合焦状態が得られない。この場合には、フォーカスレンズ５をフォーカス至近端２８を超えて移動させるべき量だけ、撮像素子６をその至近側である被写体逆側（つまりは撮像素子６とフォーカスレンズ５との間の距離がより長くなる側）に移動させて合焦状態を得る。

このように、フォーカスレンズ５がフォーカス至近端にあるフォーカス至近端状態にて撮像素子６を移動させて、フォーカス至近端に対応する合焦距離よりも短い合焦距離を得る（近接被写体に対して合焦状態を得る）合焦領域が、撮像素子併用合焦領域３０である。図６（ａ）に示す撮像素子併用合焦領域３０は、図６（ｂ）に示す撮像素子６の位置から見た撮像素子併用合焦領域３１と対応している。

また、フォーカスレンズ５がフォーカス至近端２８に位置した状態で撮像素子６の移動により焦点調節を行っている際に、撮像素子６がその可動範囲の無限遠端３２を超えて該可動範囲よりも無限遠側（被写体側）に移動しなければ合焦状態が得られない場合がある。この撮像素子無限遠端状態では、移動させる対象を撮像素子６からフォーカスレンズ５に切り替えて、フォーカスレンズ５をその無限遠側である被写体逆側（つまりは撮像素子６とフォーカスレンズ５との間の距離がより短くなる側）に移動させる。すなわち、フォーカスレンズ５は、撮像素子無限遠端状態での合焦距離よりも長い合焦距離が得られる位置に移動される。

なお、撮像素子６の可動範囲での至近端と無限遠端をそれぞれ、以下、撮像素子至近端と撮像素子無限遠端３２と称する。

上記の説明では、フォーカスレンズ５の移動量と撮像素子６の移動量を同じ長さとした。しかし、それぞれの移動量と合焦距離の変化量との比が異なり、フォーカスレンズ５を移動させて合焦状態になる移動量と、撮像素子６を移動させて合焦状態になる移動量とが異なる場合がある。この場合には、フォーカスレンズ５を移動させるべき移動量と撮像素子６を移動させるべき移動量とが異なる。

次に、本実施例におけるマニュアルフォーカス時にフォーカス制御部１７が行う処理（マニュアルフォーカス処理）について、図１のフローチャートを用いて説明する。

フォーカス制御部１７は、フォーカススイッチ２７からフォーカス操作信号を受けると、該フォーカス操作信号が示すフォーカス方向が被写体側（至近側）であるか否かを判別する（Ｓ２０１）。

フォーカス方向が被写体側であれば、フォーカス制御部１７は、位置検出回路１９からの位置情報に基づいてフォーカスレンズ５の現在位置がフォーカス至近端であるか否かを判別する（Ｓ２０２）。フォーカスレンズ５の現在位置がフォーカス至近端である場合は、フォーカス制御部１７は、撮像素子６を被写体逆側（撮像素子至近端側）に移動させて焦点調節を行う（Ｓ２０３）。一方、フォーカスレンズ５の現在位置がフォーカス至近端でない場合は、フォーカス制御部１７は、フォーカスレンズ５を被写体側（フォーカス至近端側）に移動させて焦点調節を行う（Ｓ２０４）。

また、フォーカス操作信号が示すフォーカス方向が撮像面側（無限遠側）である場合は（Ｓ２０１）、フォーカス制御部１７は、位置検出回路１９からの位置情報に基づいて撮像素子６の現在位置が撮像素子無限遠端であるか否かを判別する（Ｓ２０５）。撮像素子６の現在位置が撮像素子無限遠端である場合は、フォーカス制御部１７は、フォーカスレンズ５を被写体逆側（フォーカス無限遠端側）に移動させて焦点調節を行う（Ｓ２０６）。一方、撮像素子６の現在位置が撮像素子無限遠端ではない場合は、フォーカス制御部１７は、撮像素子６を被写体側（撮像素子無限遠端側）に移動させて焦点調節を行う（Ｓ２０７）。Ｓ２０３，Ｓ２０４、Ｓ２０６，Ｓ２０７の処理が終了すると、Ｓ２０１に戻る。

次に、本実施例におけるズーミング時にフォーカス制御部１７を含む制御回路１５が行う処理（ズーミング処理）について、図２のフローチャートを用いて説明する。

制御回路１５は、ズーム操作スイッチ２６からズーム操作信号を受けると（Ｓ１０１）、位置検出回路１９からの位置情報を用いて、該ズーム操作信号が示すズーム方向への第２および第３レンズ２，３と撮像素子６の移動目標位置を計算する（Ｓ１０２）。また、制御回路１５は、該第２および第３レンズ２，３の移動目標位置に対応するフォーカスレンズ５の移動目標位置を光学系カムデータ１６を用いて計算する（Ｓ１０２）。

次に、制御回路１５は、Ｓ１０２で得られたフォーカスレンズ５の移動目標位置が、フォーカス至近端よりも被写体側であるか否かを判別する（Ｓ１０３）。フォーカス至近端よりも被写体側であるときは、制御回路１５は、フォーカスレンズ５の移動目標位置をフォーカス至近端に設定する（Ｓ１０４）。さらに、制御回路１５は、フォーカスレンズ５の移動目標位置をフォーカス至近端に設定したことによって不足することとなったフォーカスレンズ５の移動量を補うための撮像素子６の被写体逆側（撮像素子至近端側）への移動の目標位置を計算する（Ｓ１０５）。

そして、制御回路１５は、Ｓ１０２で計算した第２および第３レンズ２，３の移動目標位置に第２および第３レンズ２，３を移動させるとともに、フォーカスレンズ５をフォーカス至近端に移動させ、さらに撮像素子６をその移動目標位置に移動させる（Ｓ１０６）。こうして、ズーミング時においても近接被写体に対する合焦状態を得ることができる。Ｓ１０６の処理が終了すると、Ｓ１０１に戻る。

以上説明したように、本実施例によれば、フォーカスレンズ５の移動だけでは近接被写体に対する合焦状態が得られない場合であっても、撮像素子６を移動させることで近接被写体に対する合焦状態を得ることができる。言い換えれば、フォーカスレンズ５の可動範囲３３を広げる（変更する）ことなくマクロ撮影を行うことができる。これにより、フォーカスレンズ５の移動だけではマクロ撮影ができなかったズーム領域においても、マクロ撮影が可能となる。

なお、フォーカス素子のみで焦点調節を行う撮像装置では、特にテレ端で像面倍率が低下することがある。しかし、本実施例のように撮像素子を移動させて焦点調節を行うことで、このような問題を解消することも可能である。

また、上記実施例では、いわゆる５群構成の撮影光学系を有する撮像装置について説明したが、撮影光学系の構成はこれに限定されず、どのような構成であってもよい。

以上説明した実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

マクロ撮影を行えるビデオカメラ、スチルカメラ等の撮像装置を提供できる。

５ 第５レンズ（フォーカスレンズ）
６ 撮像素子
１５ 制御回路
１９ 位置検出回路
２０〜２２ アクチュエータ

Claims (4)

1. 光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカス素子を含む撮影光学系と、
   該撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、
   前記フォーカス素子の前記光軸方向での位置を検出するフォーカス位置検出手段と、
   前記撮像素子を前記光軸方向に移動させる撮像素子アクチュエータと、
   前記フォーカス位置検出手段により前記フォーカス素子が至近端に位置することが検出されているフォーカス至近端状態において、前記撮像素子を、前記フォーカス至近端状態での合焦距離よりも短い合焦距離が得られる位置に移動させるよう前記撮像素子アクチュエータを動作させる制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮影光学系は、前記光軸方向に移動して変倍を行うズーム素子を含み、
   該撮像装置は、前記ズーム素子の前記光軸方向での位置を検出するズーム位置検出手段を有しており、
   前記制御手段は、前記ズーム位置検出手段により検出された前記ズーム素子の位置に応じて、前記フォーカス至近端状態において前記撮像素子アクチュエータにより前記撮像素子を移動させる位置を変更することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記フォーカス素子の移動目標位置が前記至近端よりも被写体側である場合に、前記フォーカス素子を前記至近端に位置させ、これにより不足する前記フォーカス素子の移動量を補うように前記撮像素子を移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記フォーカス素子を前記光軸方向に移動させるフォーカスアクチュエータと、
   前記撮像素子の前記光軸方向での位置を検出する撮像素子位置検出手段とを有し、
   前記制御手段は、前記撮像素子位置検出手段により前記撮像素子が無限遠端に位置することが検出されている撮像素子無限遠端状態において、前記フォーカスレンズを、前記撮像素子無限遠端状態での合焦距離よりも長い合焦距離が得られる位置に前記フォーカス素子を移動させるよう前記フォーカスアクチュエータを動作させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像装置。