JP2014202993A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】専用の位置検出手段を設けなくても、レンズ位置を算出できる撮像装置およびその制御方法を提供すること。
【解決手段】撮像装置は、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂにより弾性的に支持されたＡＦ（オートフォーカス）レンズ１２と、光学系を通して被写体を撮像する撮像素子１１０を備える。ＡＦレンズ１２の駆動は、永久磁石１７およびコイル１９ａ、１９ｂを用いて行われる。駆動部１１２は、駆動指示部１１１ａからの駆動指示情報に従い、撮像信号を用いて算出される被写体像のコントラスト評価値に基づいてコイル１９ａ、１９ｂの通電制御によりＡＦレンズ１２を駆動する。位置算出部１１１ｅは、駆動情報からＡＦレンズ１２の位置を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に関し、特に、被写体像のコントラスト評価値に基づいて合焦動作を制御する技術に関する。

撮像装置のＡＦ（オートフォーカス）制御では、被写体像のコントラストを評価して合焦動作を行うコントラストＡＦ（ＴＶ−ＡＦとも称する）が知られており、現在のデジタルコンパクトカメラでは主流となる技術である。フォーカスレンズの位置を検出し、位置情報をコントラスト評価値と関連付けてレンズの駆動制御を行う技術は、特許文献１に開示されている。
一方、レンズ駆動システムにてＡＦレンズ位置を検出する専用の検出手段を無くした構成は、装置の小型化に寄与する。

特開昭６３−２１５２６８公報

しかしながら、フォーカスレンズの位置検出手段（エンコーダ等）を備えていない構成では、位置検出情報を利用して被写体までの距離を知る事が出来ない。そのため、至近撮影時の調光制御等のように、被写体までの距離を利用した様々な撮影条件の制御を行えないという問題があった。
そこで本発明は、専用の位置検出手段を設けなくても、レンズ位置を算出できる撮像装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る装置は、弾性部材によって駆動範囲内にて釣り合い支持された光学部材を含む光学系を備える撮像装置であって、前記光学系の光軸に沿って前記光学部材を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記光学系を通過した光を光電変換して被写体の像信号を出力する撮像手段と、前記撮像手段が出力した像信号を用いて被写体像のコントラスト評価値を算出する評価値算出手段と、前記駆動手段の駆動情報から前記光学部材の位置を算出する位置算出手段を備える。前記駆動制御手段は、前記評価値算出手段が算出する前記コントラスト評価値および前記位置算出手段が算出する前記光学部材の位置を取得して合焦位置を判定し、前記光学部材の駆動方向を切り替える。

本発明によれば、専用のレンズ位置検出手段を用いることなく、レンズ位置を算出することができる。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。 図１の撮像装置の全体構成図である。 コイル通電量とＡＦレンズの位置との関係を説明する図である。 撮像装置の合焦動作の例を説明する図である。 撮像装置の合焦動作の例を説明するフローチャートである。 コイル通電量とＡＦレンズの位置との関係を示す図である。 コイルの通電制御処理の例を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。 駆動部の構成例を示す回路図である。 コイルの通電制御処理の例を説明するフローチャートである。 コイルの通電制御処理の別例を説明するフローチャートである。

以下に本発明の各実施形態を説明する。各実施形態に係る撮像装置は、撮像画像から求めた被写体像のコントラスト評価値（以下、単に評価値という）を用いて合焦制御を行い、焦点調節用レンズ（フォーカスレンズ）を駆動する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置のＡＦ（Auto Focus）レンズ駆動部分を示す図である。図１（Ａ）は、撮像装置が備えるＡＦレンズの駆動機構部および制御部を例示する。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線での断面矢視図である。図２は、レンズ駆動機構部を備えた撮像装置全体の構成例を示す図である。
ＡＦレンズ１２は、撮像光学系を構成する可動光学素子であり、撮影光軸（以下、単に光軸という）１１に沿って移動可能である。保持枠１３はＡＦレンズ１２を保持する保持部材である。ガイド軸１４は、保持枠１３を光軸１１に沿う方向に摺動可能な状態で支持する。ガイド軸１４を支持する支持軸１５ａ、１５ｂは、図２に示す鏡筒２１に設けられる。

圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂは弾性手段であって、支持軸１５ａ、１５ｂと保持枠１３との間にガイド軸１４と同軸に配置される。永久磁石（以下、単に磁石という）１７は保持枠１３に固定されており、矢印１７ａの方向に着磁された磁性体である。複数の電磁コイル（以下、単にコイルという）１９ａ、１９ｂはＡＦレンズ１２の駆動機構部を構成する。第１のコイル１９ａと第２のコイル１９ｂはコア１８の周りに巻かれた固定コイルである。第２のコイル１９ｂは、第１のコイル１９ａよりも撮像素子１１０側に配置されている。
磁石１７とコイル１９ａ、１９ｂはリニア駆動モータを構成しており、本実施形態では固定コイルに対し、磁石１７を保持枠１３と共に移動させる可動磁石方式をとる。可動磁石方式では、磁石１７の光軸１１に沿う方向の長さを短くすることができる。

撮像素子１１０は、ＡＦレンズ１２を含む撮像光学系を介して被写体からの光を受光し、光電変換により被写体の撮像信号を出力する。ＣＰＵ（中央演算処理装置）１１１は、図２に示すカメラ本体部２４に設けられており、撮像装置全体を制御する。ＣＰＵ１１１がメモリから制御プログラムを読み出して実行する。これにより、駆動指示部１１１ａ、評価値算出部１１１ｂ、関連付け部１１１ｃ、制御部１１１ｄ、位置算出部１１１ｅ、撮影制御部１１１ｆの各機能が実現される。

駆動指示部１１１ａは、制御部１１１ｄとともにＡＦレンズ１２の駆動制御を行う。駆動指示部１１１ａは制御部１１１ｄからの制御指令に従い、駆動部１１２に対して各コイル１９ａ、１９ｂの通電制御を指示する。この指示は駆動制御信号の出力によって行われ、駆動制御情報としてコイル１９ａ、１９ｂの駆動制御量を含む。駆動部１１２は、駆動指示部１１１ａが出力する駆動制御信号に従ってＡＦレンズ１２の移動を制御する。具体的には、駆動部１１２は、駆動指示部１１１ａが出力する駆動制御信号に基づいて駆動電圧を決定し、各コイル１９ａ、１９ｂに印加する。これにより、各コイル１９ａ、１９ｂに電流が流れ、ＡＦレンズ１２の駆動力が発生する。

評価値算出部１１１ｂは、撮像素子１１０が出力する撮像信号に基づいて、被写体像のコントラストに関する評価値を算出する。関連付け部１１１ｃは、コイル１９ａ、１９ｂの駆動制御情報と、評価値算出部１１１ｂが出力する評価値とを関連付けて不図示の記憶部に記憶することで、両者を対応付ける。具体的には、駆動制御情報の示す駆動制御量として各コイル１９ａ、１９ｂの通電量と、その時点での評価値とが対応付けられる。
制御部１１１ｄは、関連付け部１１１ｃの出力および評価値算出部１１１ｂの出力に基づいて駆動指示部１１１ａを制御する。つまり、制御部１１１ｄは、評価値算出部１１１ｂの算出した評価値の情報と、関連付け部１１１ｃによって当該評価値に関連付けられた駆動制御情報を取得し、駆動指示部１１１ａに対して各コイル１９ａ、１９ｂの通電制御に係る制御指令を通知する。

姿勢検出部１１３は撮像装置の姿勢を検出し、検出信号をＣＰＵ１１１に出力する。姿勢検出部１１３は加速度計等を使用し、重力に対する撮影装置の方向を検出することにより、ＡＦレンズ１２に加わる駆動負荷の変化を検出する。
位置算出部１１１ｅは、駆動制御情報、つまり駆動指示部１１１ｂの出力と、姿勢検出部１１３の姿勢検出情報に基づいて、ＡＦレンズ１２ｂの位置情報を算出する。撮影制御部１１１ｆは、位置算出部１１１ｅによって算出されたＡＦレンズの位置情報から被写体位置（撮像装置から被写体までの距離）を求め、それを撮影条件に反映させる。

ＡＦレンズ１２は、圧縮コイルばね１６ａおよび１６ｂの弾性力に逆らって駆動されるので、そのレンズ位置によりコイル１９ａ、１９ｂの駆動負荷電流が変化する事になる。その為、負荷量によりＡＦレンズ位置を検出可能である。負荷量の検出については、駆動指示部１１１ａの駆動制御情報を利用し、当該情報と姿勢検出情報から位置算出部１１１ｅがＡＦレンズ１２の位置を算出する。但し、このような検出処理に限らず、位置算出部１１１ｅが駆動部１１２の情報と姿勢検出情報を取得してＡＦレンズ１２の位置を算出してもよい。更にはコイル１９ａ、１９ｂに流れる電流を、抵抗等で直接検出し、その検出情報と姿勢検出情報により位置算出部１１１ｅがＡＦレンズ１２の位置を算出してもよい。

図２に示す撮像装置の全体構成にて、鏡筒２１は、撮像光学系を構成する光学部材を保持する。光学部材は、レンズ２１ａ、２１ｂ、ＡＦレンズ１２、光学ローパスフィルタ２２等である。鏡筒２１は、カメラ本体部２４に支持されており、ＣＰＵ１１１によりズーム制御、シャッタ制御、沈胴制御が行われる。絞り兼用シャッタ２３は、絞り値に応じた可変開口型のシャッタである。カメラ本体部２４は、撮像素子１１０、ＣＰＵ１１１、駆動部１１２、姿勢検出部１１３、および背面液晶モニタ２５を備える。

図１においてＡＦレンズ１２は、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂによって、光軸１１の両方向から付勢されている。これにより、ＡＦレンズ１２は、撮像光学系の駆動範囲内で弾性的に釣り合い支持される。その釣り合い中心に相当する中立位置は、例えばカメラ本体部２４から２ｍの距離にある被写体にピントが合う位置に調整されている。釣り合い中心がこの中立位置に調整されている理由は、最も被写体がいる可能性の高いピント位置にＡＦレンズ１２を釣り合わせておくことによって、合焦までに要する時間を短くするためである。

コイル１９ａ、１９ｂに電流が流れると、当該電流と磁石１７の磁束との関係から駆動力が発生する。この駆動力によって、ＡＦレンズ１２が光軸１１に沿って移動する（図２の矢印１２ａ参照）。しかし、保持枠１３は圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂに挟まれているので、図１の左右両端方向に駆動されると、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂのばね力は、その駆動量（変位）に比例して大きくなる。
そして、このばね力に見合う駆動力を与えることによって、ＡＦレンズ１２が所望の位置に駆動される。この駆動力は、コイル１９ａ、１９ｂに流す駆動電流と比例しているため、コイル１９ａ、１９ｂに流す電流値からＡＦレンズ１２の位置を検出できる。

ガイド軸１４には粘度の高いオイルが塗布されている。圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂによる振動は、このオイルにより安定的に制動される。シリコーン製のダンパー部材等をＡＦレンズ１２と固定部との間に設けることによって、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂによる振動を制動する構成にしてもよい。
前述したように、本実施形態の撮像装置は、コイル１９ａ、１９ｂを固定コイルとし、磁石１７を保持枠１３と共に移動させる可動磁石方式をとる。磁石１７の光軸方向の長さを短くできるというメリットがある反面、コイルが長くなり駆動に使われないコイル部分の抵抗値が駆動効率を低下させる可能性がある。そこで、本実施形態においては、コイル部を２つのコイル１９ａと１９ｂに分け、適宜使い分けることによって、駆動に使われないコイル部分を少なくし、効率を高めることができる。

図３は、各コイル１９ａ、１９ｂの通電量とＡＦレンズ１２の位置との関係を説明する図である。図３に示すグラフの横軸はＡＦレンズ１２の位置を示し、縦軸はコイル１９ａ、１９ｂの通電量を示す。尚、本実施形態にてＡＦレンズ１２の位置を専用のセンサで検出する必要はなく、駆動制御量に相当するコイル通電量とレンズ位置との関係が１対１に対応していることで、レンズ位置が特定される。
縦線で示す境界１９ｃは、コイル１９ａと１９ｂとの境界に相当し、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂで挟まれて釣り合っているＡＦレンズ１２の中立位置を示す。この中立位置は、最も被写体がいる可能性の高いピント位置である。駆動部１１２がＣＰＵ１１１の指示に従ってコイル１９ａ、１９ｂを通電することによって、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂの付勢力に抗する駆動力が保持枠１３に働く。これにより、ＡＦレンズ１２は中立位置１９ｃを挟んで、図３の左側の矢印３７ａに示す方向または右側の矢印３７ｂに示す方向に駆動される。

以下に、コイル１９ａ、１９ｂに与える駆動電流について説明する。保持枠１３に加わる駆動力は、各コイルの駆動電流と比例する。また、ＡＦレンズ１２の位置変化量と、ＡＦレンズ１２の位置に応じて増加する圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂのばね力とは比例する。従って、各コイルの駆動電流を制御することによって、ＡＦレンズ１２の位置を定めることができる。
保持枠１３が、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂによって釣り合い状態にある時の磁石１７とコイル１９ａ、１９ｂの位置関係を、図１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）に示すように、磁石１７は中立位置にてコイル１９ａと１９ｂの境界１９ｃが磁石１７の中央部に対応する位置関係で保持枠１３に固定されている。従って、磁石１７の各々の端部と境界１９ｃとの距離は等しい。具体的には、磁石１７の左端部と境界１９ｃとの間の領域３６ａに関する光軸方向の長さと、磁石１７の右端部と境界１９ｃとの領域３６ｂに関する光軸方向の長さが等しい。

図３に示す例では、領域３６ａと領域３６ｂとを合わせた領域に相当する範囲、つまり、縦線で示す境界３５ａから境界３５ｂまでの範囲が、磁石１７のコイル１９ａ、１９ｂへの投影範囲である。すなわち、磁石１７は、保持枠１３が釣り合い状態にある場合、両コイルに跨がる状態にある。磁石１７が２つのコイルを跨いでいる状態で、例えば一方のコイル１９ａのみに駆動電圧を印加してＡＦレンズ１２を矢印３７ａ方向に駆動する場合を想定する。この場合に駆動力が発生するのは、コイル１９ａに対向する磁石１７における領域３６ａのみである。

図３中の直線３２ａのように、コイル１９ａの電流を増加させていくと、磁石１７が矢印３７ａ方向に移動するにつれて、コイル１９ａに対向する磁石１７の領域が増加していく。コイル１９ａの通電によるだけでなく、磁石１７の移動によっても駆動力が増加する。従って、コイル１９ａの通電量と駆動力とは比例関係にならなくなってしまう。これを防ぐために、ＣＰＵ１１１は、図３のように、ＡＦレンズ１２を矢印３７ａ方向に駆動する時に、コイル１９ｂにもコイル１９ａと同じ電流を直線３３ｂのように印加する。これにより、磁石１７の領域３６ｂにおいても駆動力が発生する。このように、ＣＰＵ１１１が、常に磁石１７の全領域で駆動力が発生するようにコイルの通電を制御することにより、コイル通電量とＡＦレンズ１２の位置との比例関係が保たれる。
但し、磁石１７の端が境界１９ｃから抜けた時、すなわち、コイル１９ａに対応する範囲内に磁石１７の全領域が入った場合には、コイル１９ｂの通電は無駄になる。従って、その場合には、図３の線分３４ｂに示すように、コイル１９ｂの通電量を徐々に減らす制御が行われる。コイル１９ｂの通電量を徐々に減らす理由は、急激に通電を切ることで連続性の無いＡＦレンズの挙動や好ましくない電気的ノイズ、音が発生するのを防ぐためである。

ＡＦレンズ１２を矢印３７ｂ方向に移動させる場合のコイルの通電は、ＡＦレンズ１２を矢印３７ａ方向に移動させる場合のコイルの通電と同様である。すなわち、ＣＰＵ１１１は、直線３２ｂで示すようにコイル１９ｂに駆動電圧を印加して、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂのばね力に対抗する駆動力を与える。そして、磁石１７が境界１９ｃにかかっている状態の時には、ＣＰＵ１１１は、直線３３ａで示すようにコイル１９ａにも駆動で電圧を印加して駆動力不足を補う。磁石１７の全領域がコイル１９ｂに対応する範囲内に入った場合には、ＣＰＵ１１１は、線分３４ａのように、コイル１９ａの通電量を徐々に減らす。
磁石１７が境界１９ｃを跨いでいる状態の時には、ＣＰＵ１１１は、コイル１９ａ、１９ｂの双方に通電する必要がある。しかし、この状態において、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂのばね力は小さく、各々のコイル１９ａ、１９ｂの通電量は少なくて済むので大きな電力消費にはならない。そして、磁石１７の全領域がコイル１９ａ、１９ｂのいずれかの領域に入った場合には、その領域における圧縮コイルばねの大きなばね力と対抗する電流を与える必要がある。しかし、通電するコイルは１９ａ、１９ｂのいずれか一方のみであるので、電力増加を抑えることができる。

上述の通電制御を行って、コイル１９ａ、１９ｂの通電量とＡＦレンズ１２の位置との比例関係が保たれるようにした状態における、撮像装置の合焦動作について以下に説明する。
図４は、撮像装置の合焦動作例を説明する図である。図４に示すグラフの横軸は、ＡＦレンズ１２を光軸１１に沿って駆動する際の経過時間である。縦軸は、ＡＦレンズ１２の位置である。直線４２は、ＡＦレンズ１２の初期位置であって、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂでＡＦレンズ１２が釣り合っている位置を示す。例えば、直線４２は、被写体がカメラから２ｍの距離にある時に合焦させるＡＦレンズ位置である。直線４３は、例えば被写体がカメラから５ｍの距離にある時に合焦させるＡＦレンズ位置である。

コイル１９ａ、１９ｂには、高周波の交番信号も重畳させており、これによりＡＦレンズ１２は、図４に示すように、例えば３０Ｈｚで振動する。これは、ウォブリングと呼ばれる技術である。制御部１１１ｄは、この時の評価値算出部１１１ｂが算出した評価値の変化に基づいて、現在の被写体に対しＡＦレンズ１２を合焦させるための駆動方向を判別する（波形４１ａ）。制御部１１１ｄは、駆動方向を判別すると、判別された方向にＡＦレンズ１２を移動させるようにコイル１９ａ、１９ｂに駆動電圧を印加する制御を行う（波形４１ｂ）。

評価値算出部１１１ｂの算出する評価値が増加している間、制御部１１１ｄは、この動作を継続するように駆動指示部１１１ａに指示する。ＡＦレンズ１２が被写体に対して合焦位置を通過すると、制御部１１１ｄは、ウォブリング動作によって、合焦のための駆動方向が変化したと判断する。制御部１１１ｄが合焦のための駆動方向が変化したと判断した場合、駆動指示部１１１ａは、コイル１９ａ、１９ｂに対して逆方向の通電を行い、ＡＦレンズ１２の位置を戻す（波形４１ｃ）。その後、制御部１１１ｄは、ウォブリング動作に応じた、評価値算出部１１１ｂが出力する評価値の変化に基づいて、ＡＦレンズ１２の駆動方向を切り替えるように駆動指示部１１１ａに指示する。これにより、被写体に対して常に合焦するように駆動制御が行われる。

関連付け部１１１ｃは、位置算出部１１１ｅが算出するＡＦレンズ１２の現在位置と評価値算出部１１１ｂが算出する評価値とを常に関連付けており、その結果を次の駆動に反映させる。具体的には、ＣＰＵ１１１は、評価値に対するＡＦレンズ１２の位置が一旦定まると、短い期間において次回に同じ評価値が得られた場合には、一旦関連付けられたＡＦレンズ位置にＡＦレンズ１２を駆動する。これにより、ＣＰＵ１１１は、合焦動作の修正を早期に実行する。

図５は、撮像装置の合焦動作の例を説明するフローチャートである。撮像装置は、例えば、録画が開始されたこと等をトリガとして、合焦動作を開始する。まず、ＣＰＵ１１１が、コイル１９ａ、１９ｂに交番電流を流して、ＡＦレンズ１２のウォブリング動作を開始させる（Ｓ５０１）。次に、評価値算出部１１１ｂは、ウォブリング動作中のＡＦレンズ位置（ＡＦレンズ１２の光軸方向の異なる２か所の位置）において、撮像素子１１０が出力する像信号に基づいて評価値を算出する（Ｓ５０２）。

次に、制御部１１１ｄは、Ｓ５０２で求めた２か所の位置の評価値の大小に基づいて、順方向にＡＦレンズ１２を駆動すると合焦位置に近くなるか否かを判断する（Ｓ５０３）。順方向とは、被写体側の方向である。ＣＰＵ１１１が、順方向にＡＦレンズ１２を駆動すると合焦位置に近くなると判断した場合は、Ｓ５０４に進む。そして、ＣＰＵ１１１は、順方向にＡＦレンズ１２を移動させる制御を行う（Ｓ５０４）。また、ＣＰＵ１１１が、逆方向にＡＦレンズ１２を駆動すると合焦位置に近くなると判断した場合は、Ｓ５０５に進む。そして、ＣＰＵ１１１は、逆方向にＡＦレンズ１２を移動させる制御を行う（Ｓ５０５）。逆方向とは、撮像素子側の方向である。

次に、ＣＰＵ１１１が、録画停止等の合焦動作の停止指示が行われたか否かを判断する（Ｓ５０６）。合焦動作の停止指示が行われない場合は、Ｓ５０２に戻る。合焦動作の停止指示がなされた場合は、処理を終了する。
図１を用いて説明したように圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂの付勢力があるため、ＡＦレンズの位置はコイル１９ａ、１９ｂに流れる電流値と比例している。よって、その電流値を測定することでＡＦレンズ１２の位置を検出できる。しかしながら、実際には撮像装置の姿勢は変化する場合があり、ユーザはカメラの撮影レンズを上に向けて撮影したり、逆に、下に向けて撮影したりすることもある。そのような場合、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂの付勢力ばかりでなく、ＡＦレンズ１２を重力に抗して駆動させる際の駆動力も必要になってくる。そのため、コイル１９ａ、１９ｂに流れる電流値の測定だけでは、ＡＦレンズ１２の正確な位置検出が難しくなる。本実施形態では、姿勢検出部１１３がカメラ姿勢、例えば上向きや下向きの状態を検出し、その向きに応じた重力の変化からＡＦレンズ１２に加わる重力負荷を算出する。つまり、姿勢検出部１１３の検出結果と、駆動指示部１１１ａから得られるコイル１９ａ、１９ｂの駆動量（電流値）に基づいて位置算出部１１１ｅはＡＦレンズ１２の位置を算出する。

図６のグラフを参照して、位置算出処理を説明する。横軸はＡＦレンズ１２の位置を示し、縦軸はコイル１９ａ、１９ｂの駆動電流、つまり駆動部１１２によりコイル１９ａ、１９ｂに流す電流の合計値を示す。
直線６１は、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂの弾性力とそれに釣り合う為のコイル１９ａ、１９ｂの駆動力との関係を表している。直線６１は、縦軸と横軸との交点を通る一次関数式で表され、つまり、駆動量とレンズ位置とが比例関係にある場合を例示する。これは、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂのばね力およびコイル１９ａ、１９ｂと磁石１７の特性から求まる推力より予め得られる。ここで駆動指示部１１１ａが指示する電圧値を、コイル１９ａ、１９ｂの合計抵抗値で除算することにより、コイル合計電流６２が計算できる。この電流値と、図６の直線６１との交点６３により、ＡＦレンズ１２の位置６４が算出される。

しかしながら、カメラ姿勢が変化した場合、例えば、ユーザが撮影レンズを上に向けた場合には、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂによる駆動負荷の他に、被駆動部（ＡＦレンズ１２等）の重量とその時の重力状態で求まる駆動負荷が加わる。カメラの姿勢が判明すれば、重力状態で求まる駆動負荷を推定できるので、姿勢検出部１１３の検出結果から重力による駆動負荷が求まる。この負荷と、圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂの駆動負荷と合計から直線６５が求められる。直線６５は、撮像装置の姿勢変化に伴う重力状態が撮像光学系に影響を及ぼす場合を例示し、縦軸の切片が直線６１と異なる一次関数式で表される。したがって、コイル合計電流６２が求められると、それと直線６５との交点６６よりＡＦレンズ１２の位置６７が求まる。交点６３の位置６４からオフセット分を差し引いた位置が交点６６の位置６７として算出される。

尚、図６において、カメラを真上に向けた場合の最大姿勢差により直線６１を補正した直線６５を利用することにより、コイル１９ａ、１９ｂに流す最大電流が求められる。なぜならばＡＦレンズ１２の駆動範囲は予め分かっており、その最大駆動端におけるコイル１９ａ、１９ｂに流れる電流値は直線６５を逆算して求められるからである。そこで、前記最大電流をコイル１９ａ、１９ｂの制限値として設定しておけば、コイル１９ａ、１９ｂにそれ以上の電流が流れることはないので、安全なシステム設計となる。具体的には最大電流が０．２Ａであり、コイル１９ａ、１９ｂの各コイル抵抗が２０Ωの場合、駆動指示部１１１ａが±４Ｖ以上の駆動電圧をコイル１９ａ、１９ｂに印加しない回路設計とする。

図７は、ＡＦレンズ１２の位置算出およびコイル１９ａ、１９ｂの通電制御について要点を説明するフローチャートである。以下の処理は、例えば録画開始時等のように、合焦動作を行う際に開始する。
Ｓ７０１で位置算出部１１１ｅは、駆動指示部１１１ａの駆動指示情報、つまりコイル１９ａ、１９ｂの駆動量（合計）を読み込む。Ｓ７０２で位置算出部１１１ｅは、Ｓ７０１で取得した駆動量の合計を、その時点で稼働しているコイルの抵抗で除算することにより、コイル１９ａ、１９ｂに流す電流総量を算出する。具体的には、一方のコイル、例えば、コイル１９ａしか稼働させていない場合、当該コイルの抵抗値を用いる。また、コイル１９ａ、１９ｂ共に稼働させている場合には、両者の抵抗値の総和を用いる。

Ｓ７０３で位置算出部１１１ｅは姿勢検出部１１３の検出情報（姿勢情報）を読み込む。Ｓ７０４で位置算出部１１１ｅは、図６の直線６１を姿勢情報に基づいて直線６５に補正する。直線６１はコイル電流とレンズ位置の一次関数式で表され、そのＹ切片（縦軸との交点）を姿勢情報で補正する処理が実行される。Ｓ７０５では、補正した一次関数式を用いて位置算出部１１１ｅがＡＦレンズ１２の位置を算出する。算出されたＡＦレンズ１２の位置は撮影条件の制御に用いられるが、コイル１９ａ、１９ｂの駆動切り替えにも用いられる。コイル１９ａ、１９ｂの境界近傍に磁石１７が位置する場合にはコイル１９ａ、１９ｂともに稼働され、それ以外の場合には磁石１７とコイル１９ａ、１９ｂとの位置関係にしたがって、いずれかのコイルが選択されて稼働される。

Ｓ７０６で制御部１１１ｄは、Ｓ７０５で求めたＡＦレンズ１２の位置に基づき、コイル１９ａ、１９ｂと磁石１７の位置関係を把握し、磁石１７がコイル１９ｂに対向していない場合、Ｓ７０９に処理を進める。また、磁石１７がコイル１９ｂに対向している場合にはＳ７０７に処理を進める。
Ｓ７０７で制御部１１１ｄは、Ｓ７０５で求めたＡＦレンズ１２の位置に基づき、コイル１９ａ、１９ｂと磁石１７の位置関係を把握し、磁石１７がコイル１９ａに対向していない場合、Ｓ７１０に処理を進める。また、磁石１７がコイル１９ａに対向している場合にはＳ７０８に処理を進める。図７中の所定値とは判定用の閾値である。

Ｓ７０８では駆動指示部１１１ａから駆動部１１２への駆動指示情報に従ってコイル１９ａ、１９ｂが共に駆動される。評価値算出部１１１ｂの出力に基づいてＡＦレンズ１２が移動した後、Ｓ７０１に戻る。Ｓ７０９では、コイル１９ａのみが駆動され、評価値算出部１１１ｂの出力に基づいてＡＦレンズ１２が移動した後、Ｓ７０１に戻る。Ｓ７１０ではコイル１９ｂのみが駆動され、評価値算出部１１１ｂの出力に基づいてＡＦレンズ１２が移動した後、Ｓ７０１に戻る。

本実施形態では、コイル１９ａ、１９ｂの駆動情報に応じて、ＡＦレンズ１２の位置を算出し、更にカメラの姿勢変化に対応したレンズ位置の補正を行うことで、駆動制御の精度を向上させている。得られたＡＦレンズ１２の位置情報は、撮影条件制御やコイル１９ａ、１９ｂの駆動切り替えに反映される。
以上のように、本実施形態では、弾性部材により釣り合い支持された光学系の光学素子であるＡＦレンズ１２が、駆動部１１２により光軸方向に沿って移動する。撮像素子１１０は、光学系を通過した光を光電変換して被写体の像信号を出力し、この像信号を用いて被写体像のコントラスト評価値が評価値算出部１１１ｂにより算出される。位置算出部１１１ｅは、駆動部１１２の駆動情報（駆動指示部１１１ａから駆動部１１２への駆動指示情報）を取得し、ＡＦレンズ１２の位置情報を算出する。さらには、光学系の姿勢を検出する姿勢検出部１１３を備えており、位置算出部１１１ｅは駆動部１１２の駆動情報と姿勢情報（検出情報）を取得し、光学系の位置情報に係る補正処理を実行する。
本実施形態によれば、ＡＦレンズに係る専用の位置検出手段を用いることなく、駆動情報から位置を算出することができる。

［第２実施形態］
次に、図８ないし図１１を参照して本発明の第２実施形態を説明する。図８と図１との相違点は以下のとおりである。
・駆動部１１２の出力が直接、位置算出部１１１ｅに入力されること。
・コイル１９ａ、１９ｂの境界、および圧縮コイルばね１６ａ、１６ｂによるＡＦレンズ１２の釣り合い位置が変更されていること。
尚、第２実施形態において第１実施形態と同様の部分については既に使用した符号を用いることにより、それらの詳細な説明を省略する。

前述したようにＡＦレンズ１２の駆動負荷は、コイル１９ａ、１９ｂに流す電流により検出できる。第１実施形態ではコイル１９ａ、１９ｂに流す電流値については、駆動指示部１１１ａが出力する電圧を位置算出部１１１ｅが読み込み、ＡＦレンズ１２の位置に応じてコイル１９ａ、１９ｂまたはそれら両方の抵抗値で除算することで算出される。これに対し、第２実施形態では、駆動部１１２が発生する駆動電圧を位置算出部１１１ｅが読み込み、ＡＦレンズ１２の位置に応じてコイル１９ａ、１９ｂまたはそれら両方の抵抗値で除算することで各コイルの電流値が算出される。

図９に示すように駆動部１１２を構成し、共通の固定抵抗９１の両端に発生する電圧９６によりコイル１９ａ、１９ｂに流れる電流総和値を求めることができる。その結果から、ＡＦレンズ１２の位置を算出できる。尚、図９において４つで一組のトランジスタＴｒ１ないし４はＨブリッジ回路をそれぞれ構成し、コイル１９ａと１９ｂをそれぞれ駆動する。各トランジスタのゲート９２ａ、９２ｂ、９３ａ、９３ｂ、９４ａ、９４ｂ、９５ａ、９５ｂには、駆動指示部１１１ａからの制御信号が入力される。高段側の各トランジスタＴｒ１およびＴｒ３は電源端子（Ｖbat）に接続され、低段側の各トランジスタＴｒ２およびＴｒ４は固定抵抗９１を介して接地（ＧＮＤ）されている。

図８において、圧縮コイルばね１６ａと１６ｂの間で挟持されるＡＦレンズ１２は、その釣り合い位置１９ｃが、駆動範囲の中心ではなく、偏った位置に設定されている。図８の例では、カメラのズーム光学系のワイド（広角）位置におけるピント至近端に、釣り合い位置１９ｃが設定されている。図８に示す釣り合い位置１９ｃより、矢印３７ｂ側に示す範囲は、カメラのズーム光学系のワイド位置におけるピント調整範囲である。よって、ワイド状態においてはコイル１９ｂのみ駆動すればピント調整可能になる。

一方、ズーム光学系のテレ（望遠）位置においてＡＦレンズ１２を全域で駆動させるためには、コイル１９ａ、１９ｂの両方とも駆動が必要である。本実施形態では、第１実施形態のようにＡＦレンズ１２の位置を算出して各コイルの駆動を切り替えるのではなく、コイルの負荷に応じて各コイルの駆動切り替えが行われる。

図１０を参照して、コイルの駆動切り替え処理を説明する。図１０は、コイル１９ａ、１９ｂの負荷に応じた切り替えを主として説明するフローチャートである。以下の処理は、例えば録画開始操作等のように、合焦動作の開始信号をトリガとして開始する。
Ｓ１００１で制御部１１１ｄは、カメラのズーム光学系の状態がワイドであるか否かを判定する。判定の結果、ワイドの場合にはＳ１００６に進み、そうでない場合にはＳ１００２に進む。Ｓ１００２で駆動指示部１１１ａは、コイル１９ａ、１９ｂへの印加電圧の状態を判定する。その結果、印加電圧が正（ＡＦレンズ１２を、無限遠側にピントが合う方向に移動させるときの電圧方向）であって、且つ印加電圧の絶対値が所定値以上である場合にはＳ１００５に処理を進める。この条件を満たさない場合にはＳ１００３に処理を進める。所定値とは判定用の閾値電圧（例えば２．５Ｖ）であり、予め設定されている。

Ｓ１００３で駆動指示部１１１ａは、コイル１９ａ、１９ｂの駆動電圧の状態を判定する。その結果、印加電圧が負（ＡＦレンズ１２を、至近側にピントが合う方向に移動させるときの電圧方向）であって、且つ印加電圧の絶対値が判定用の所定値（例えば２．５Ｖ）以上である場合にはＳ１００６に進む。この条件を満たさない場合には、Ｓ１００４に進む。
Ｓ１００４では、駆動部１１２によりコイル１９ａ、１９ｂがともに通電され、Ｓ１００１に処理を戻す。また、Ｓ１００５では、駆動部１１２によりコイル１９ａのみが通電され、Ｓ１００１に処理を戻す。Ｓ１００６では、駆動部１１２によりコイル１９ｂのみが通電され、Ｓ１００１に処理を戻す。

この様にコイル１９ａ、１９ｂに与える駆動電圧を判別することにより、稼働させるコイルを簡単に決定できる。また、使用頻度の高いワイド状態の時には、コイル１９ｂのみが使用されるので、コイル１９ａの抵抗成分により無駄に電力を消費することは無くなる。
第２実施形態では、コイル１９ａ、１９ｂの負荷を直接求めてＡＦレンズ１２の位置を算出する。得られたＡＦレンズ１２の位置は、撮影条件制御やコイル１９ａ、１９ｂの切り替え処理に反映される。

図１１は、コイル１９ａ、１９ｂの切り替えを更に簡略化させた例を説明するフローチャートである。Ｓ１００１でズーム光学系の状態がワイドと判定された場合、Ｓ１００６へ処理を進め、コイル１９ｂのみ通電される。その他のズーム状態では、Ｓ１００４へ処理を進め、コイル１９ａ、１９ｂ共に通電される。この処理により、簡単な構成でコイル１９ａ、１９ｂの切り替えが可能となり、使用頻度の高いワイド状態にて電力消費の少ないシステムを構築できる。
本実施形態では、駆動部１１２の駆動情報として、コイル１９ａ、１９ｂの駆動電圧や、固定抵抗９１の両端の電圧を検出することで各コイルに流れる電流を算出する。これにより、専用の位置検出手段を設けなくても、ＡＦレンズ１２の位置を算出できる。

１２：ＡＦレンズ
１６ａ、１６ｂ：圧縮コイルばね
１７：永久磁石
１９ａ、１９ｂ：コイル
１１０：撮像素子
１１１ａ：駆動指示部
１１１ｂ：評価値算出部
１１１ｃ：関連付け部
１１１ｄ：制御部
１１１ｅ：位置算出部
１１２：駆動部
１１３：姿勢検出部

Claims (9)

1. 弾性部材によって駆動範囲内にて釣り合い支持された光学部材を含む光学系を備える撮像装置であって、
   前記光学系の光軸に沿って前記光学部材を駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、
   前記光学系を通過した光を光電変換して被写体の像信号を出力する撮像手段と、
   前記撮像手段が出力した像信号を用いて被写体像のコントラスト評価値を算出する評価値算出手段と、
   前記駆動手段の駆動情報から前記光学部材の位置を算出する位置算出手段を備え、
   前記駆動制御手段は、前記評価値算出手段が算出する前記コントラスト評価値および前記位置算出手段が算出する前記光学部材の位置を取得して合焦位置を判定し、前記光学部材の駆動方向を切り替えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記光学系の姿勢を検出する姿勢検出手段を備え、
   前記位置算出手段は、前記駆動手段の駆動情報および前記姿勢検出手段の姿勢情報を取得して前記光学部材の位置を算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記位置算出手段は、前記姿勢情報を用いて、前記駆動情報と前記光学部材の位置との関係を補正して前記光学部材の位置を算出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記駆動制御手段が出力する前記光学部材の駆動情報と前記コントラスト評価値とを対応付けて記憶手段に記憶する対応付け手段を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記駆動手段は、複数のコイル、および磁石を有し、
   前記駆動制御手段は、前記位置算出手段が算出する前記光学部材の位置に従って、前記光学部材を駆動するコイルを選択する制御を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記光学部材は、前記弾性部材による釣り合いの位置が駆動範囲の中心に設定されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記位置算出手段は、前記コイルの駆動電圧を前記駆動手段から取得し、前記光学部材を駆動するコイルの抵抗値で除算することで当該コイルの電流値を算出し、算出した電流値と一次関数の関係をもつ前記光学部材の位置を算出することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
8. 前記光学部材は、前記弾性部材による釣り合いの位置が駆動範囲にて偏った位置に設定され、
   前記光学系の広角の状態で選択される前記コイルの数が、前記光学系の望遠の状態で選択される前記コイルの数よりも少ないことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 弾性部材によって駆動範囲内にて釣り合い支持された光学部材を含む光学系と、駆動手段を制御して前記光学部材を前記光学系の光軸に沿って駆動させる駆動制御手段とを備える撮像装置にて実行される制御方法であって、
   前記撮像装置が備える撮像手段が、前記光学系を通過した光を光電変換して被写体の像信号を出力するステップと、
   前記駆動制御手段が、前記撮像手段の出力した像信号を用いて被写体像のコントラスト評価値を算出するステップと、
   前記駆動手段の駆動情報から前記光学部材の位置を算出するステップと、
   前記駆動制御手段により、前記コントラスト評価値および前記光学部材の位置を取得して合焦位置を判定し、前記光学部材の駆動方向を切り替えるステップを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
   
   

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