JP2015022290A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＦ処理を高速かつ高精度で行うことができる撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置１は、フォーカス感度判定部３０１によってフォーカス感度が所定値以下であると判定された場合、フォーカス感度判定部３０１によってＦＣ感度が所定値以下でないと判定した場合、圧電素子１０２を駆動して可動枠１００を合焦点位置へ移動させる制御を行う駆動制御部３０４と、を備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、被写体を撮像して該被写体の画像データを生成する撮像装置に関する。

近年、デジタルカメラ等の撮像装置で行われるオートフォーカス処理（以下、「ＡＦ処理」という）では、ステッピングモータによってフォーカスレンズを保持する可動枠をフォーカスレンズの光軸に沿って合焦位置近傍に移動させてピントの粗調整を行った後に、圧電素子によって撮像素子を保持する保持枠をフォーカスレンズの光軸に沿って合焦位置へ移動させてピントの微調整を行う技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００６−７８７３４号公報

ところで、ＡＦ処理時のフォーカスレンズの移動量ΔＺに対する合焦点位置の変化量δの比を示すフォーカス感度δ／ΔＺ（以下、「ＦＣ感度」という）は、撮像光学系を構成する変倍レンズのズーム位置に応じて変化する。

しかしながら、上述した特許文献１では、変倍レンズのズーム位置まで考慮されておらず、変倍レンズのズーム位置によっては、ＦＣ感度が低下することで、フォーカスレンズを保持する可動枠を合焦位置に移動させるまでに時間がかかってしまい、一方、ＦＣ感度が高い場合は、精度が低下するという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＡＦ処理を高速かつ高精度で行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達するために、本発明にかかる撮像装置は、光軸方向に沿って移動することにより焦点距離を変更可能な変倍レンズおよび光軸方向に沿って移動することにより焦点を調整可能なフォーカスレンズを有し、前記変倍レンズおよび前記フォーカスレンズによって被写体像を結像する撮像光学系と、前記撮像光学系を介して画像データを生成する撮像素子と、を備えた撮像装置であって、前記フォーカスレンズを保持するとともに、前記撮像光学系の光軸に沿って進退可能な可動枠と、前記可動枠を前記光軸方向に沿って合焦点位置へ所定の距離だけ移動させて前記撮像光学系の焦点の調整を行う第１の駆動部と、前記光軸上における前記変倍レンズのズーム位置を検出するズーム位置検出部と、前記ズーム位置検出部によって検出された前記ズーム位置に基づいて、前記フォーカスレンズの移動量に対する合焦点位置の変化量の比を示すフォーカス感度が所定値以下であるか否かを判定するフォーカス感度判定部と、前記フォーカス感度判定部が前記所定値以下でないと判定した場合、前記第１の駆動部を駆動して前記可動枠を前記合焦点位置へ移動させる制御を行う駆動制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記可動枠を前記光軸方向に沿って合焦点位置へ前記所定の距離より大きい距離を順次移動させて前記撮像光学系の焦点の調整を行う第２の駆動部をさらに備え、前記駆動制御部は、前記フォーカス感度判定部が前記所定値以下であると判定した場合、前記第１の駆動部および前記第２の駆動部を駆動して前記合焦点位置へ移動させる制御を行うことを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記撮像素子が生成する前記画像データのフレームレートに同期して前記画像データから高域周波数成分を抽出し、該高域周波数成分に基づいて前記被写体像のコントラストの高低を評価する焦点評価値を順次算出する焦点評価値算出部と、前記可動枠が前記光軸方向に沿って順次移動した際に、前記焦点評価値算出部が順次算出した複数の焦点評価値から合焦点位置に対応する最大値を判定する焦点評価値判定部と、をさらに備え、前記駆動制御部は、前記フォーカス感度判定部が前記所定値以下でないと判定した場合において、前記焦点評価値判定部が前記最大値を判定したとき、前記第１の駆動部のみを駆動して前記可動枠を前記最大値に対応する合焦点位置へ移動させる制御を行うことを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記第１の駆動部は、電圧を印加することで変位する電圧変位型のアクチュエータであることを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記アクチュエータは、有機圧電素子、無機圧電素子、若しくは有機無機複合圧電素子、またはイオン伝導アクチュエータ、若しくは導電性高分子アクチュエータのいずれかであることを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記第２の駆動部は、前記可動枠を前記光軸方向の可動範囲の全ての範囲に移動可能なモータであることを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記モータは、ＤＣモータ、ステッピングモータ、超音波モータまたは静電モータのいずれかであることを特徴とする。

本発明にかかる撮像装置によれば、駆動制御部がフォーカス感度判定部によって変倍レンズのズーム位置がフォーカスレンズの移動量に対する合焦点の変化量の比を示すフォーカス感度が所定値以下でないと判定した場合は、第１の駆動部のみを駆動して可動枠を合焦点位置へ移動させる制御を行うので、ＡＦ処理を高速かつ高精度に行うことができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の外観を前面側から見た斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の外観を背面側から見た斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の撮像光学系ユニットの要部を拡大した平面図である。 図４は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の撮像光学系ユニットの撮像光学系の構成を示す模式図である。 図５は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の撮像光学系ユニットから第４群枠およびレンズ駆動装置の第４駆動部を抜き出して要部を拡大した斜視図である。 図６は、図５の矢視Ａ方向の第４群枠の平面図である。 図７Ａは、図６のＢ−Ｂ線断面図である。 図７Ｂは、図６のＣ−Ｃ線断面図である。 図８は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の機能構成を模式的に示すブロック図である。 図９は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置が実行するフローチャートである。 図１０は、図９のＡＦ処理の概要を示すフローチャートである。 図１１Ａは、ウォブリング時に圧電素子に印加される駆動信号と第４群保持枠の光軸方向における位置との関係を示すタイムチャートである。 図１１Ｂは、ウォブリング時に圧電素子に印加される駆動信号と第４群保持枠の光軸方向における位置との関係を示すタイムチャートである。 図１２は、撮像素子の撮像タイミング、第４駆動部の動作タイミング、圧電装置の動作タイミングおよび焦点評価値それぞれの関係を示すタイムチャートである。 図１３は、撮像光学系におけるズーム位置と第４レンズ群のフォーカス感度との関係を示す図である。 図１４は、フォーカス感度と第４レンズ群の無限延から至近までの繰り出し量との関係を示す図である。 図１５Ａは、フォーカス位置と焦点評価値との関係を示す図である。 図１５Ｂは、図１５Ａに対する各点の微分値とフォーカス位置との関係を示す図である。 図１６は、本発明の実施の形態２にかかる撮像装置の第４群保持枠を被写体側から見た主要部の概要を示す正面図である。 図１７は、図１６のＤ−Ｄ線断面図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）について説明する。また、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付して説明する。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の外観を前面側から見た斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の外観を背面側から見た斜視図である。なお、以下の説明において、撮像装置１の固有の座標系として、撮像装置１の幅方向をＸ軸、撮像装置１の鉛直方向をＹ軸、撮像装置１の厚み方向をＺ軸とする。

図１および図２に示すように、撮像装置１は、略直方体の箱型形状をなす筐体２と、筐体２内に収容され、撮像装置１の各部を制御するカメラ制御基板３と、被写体を撮像するための折り曲げ光学系を介して被写体の画像データを生成する撮像光学系ユニット４と、を備える。

筐体２は、前面、両側面、上面および底面を覆うように形成された前面カバー部材２１と、背面側を覆うように形成された後面カバー部材２２と、を有する。筐体２は、前面カバー部材２１と、後面カバー部材２２とが互いに対向した状態で結合されることにより、内部に空間を有する略直方体の箱型形状をなす。

前面カバー部材２１の前面には、筐体２内に内蔵される撮像光学系ユニット４に対して被写体光束を入射させるための撮影用窓部材２１ａおよびストロボ発光装置（図示せず）による発光用窓部２１ｂが設けられている。前面カバー部材２１の上面には、撮像装置１の電源をオン状態またはオフ状態に切り換える電源スイッチ２１ｃと、撮像装置１に撮影動作を指示するレリーズスイッチ２１ｄが設けられている。

後面カバー部材２２の背面には、撮影モードや操作メニュー等を設定する操作スイッチ群２２ａおよび液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）からなる表示パネル等によって構成され、画像を表示する表示部２２ｃ等が設けられている。

カメラ制御基板３は、撮像装置１を構成する各部に対応する指示やデータの転送等を行って撮像装置１の動作を統括的に制御する。カメラ制御基板３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ストロボ装置を制御するストロボ発光制御部、画像データに対して画像処理を行う画像処理部（画像処理エンジン）、メモリカード等の記録媒体に画像データを書き込む記録制御部および手ブレ検出センサ等がプリント基板上に実装されて構成される。カメラ制御基板３は、前面カバー部材２１の内部に収容される。

撮像光学系ユニット４は、被写体を撮像するための折り曲げ光学系として撮像光学系と、折り曲げ光学系が集光した光を受光して被写体の画像データを生成する撮像ユニットと、を有する。

ここで、撮像光学系ユニット４の構造について説明する。図３は、撮像光学系ユニット４の要部を拡大した平面図である。図４は、撮像光学系ユニット４の撮像光学系の構成を示す模式図である。

図３に示すように、撮像光学系ユニット４は、外殻を構成する本体枠４０と、所定の視野領域から光を集光して被写体像を結像する撮像光学系と、撮像光学系を構成する複数のレンズ群の各々を保持する複数のレンズ保持枠で構成されたレンズ保持枠群４１と、保持枠を駆動するレンズ駆動装置４２と、シャッタ機構およびシャッタ駆動部からなるシャッタユニット４３と、レンズユニットによって結像される被写体像を光電変換する撮像素子およびその他の電気部品を実装した電気基板等からなる撮像ユニット４４と、撮像光学系の少なくとも一部を撮像素子の受光面に沿う方向に移動させる手ブレ防止ユニット４５と、を有する。

撮像光学系５０は、図４に示すように、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１（第１正レンズ群）と、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２（第１負レンズ群）と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正屈折力の第４レンズ群G４（第２正レンズ群）と、正屈折力の第５レンズ群Ｇ５（第３正レンズ群）と、で構成されている。絞り５１は、第２レンズ群Ｇ２と、第４レンズ群G４との間に配置される。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、プリズムＬ２と、両凸正レンズＬ３と、両凸レンズＬ４と、で構成される。第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズＬ５と、両凹負レンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、で構成される。第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズＬ８で構成される。第４レンズ群G４は、両凸正レンズＬ９と、両凹負レンズＬ１０と、両凸正レンズＬ１１と、で構成される。ここで、両凸正レンズＬ９および両凹負レンズＬ１０は、接合される。第５レンズ群Ｇ５は、両凹負レンズＬ１２と、両凸正レンズＬ１３と、両凸正レンズＬ１４と、で構成される。このように構成された撮像光学系５０は、撮影用窓部材２１ａから光軸Ｏ１に沿って入射してきた被写体からの光束を、プリズムＬ２によって光軸Ｏ１に対して直交する光軸Ｏ２方向へ折り曲げて撮像ユニット４４の撮像素子４４１の受光面へ導き、撮像素子４４１の受光面に光学的な被写体像を結像させる折り曲げ光学系である。また、本実施の形態１では、第４レンズ群G４が撮像光学系５０の焦点を調整するフォーカスレンズとして機能し、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３が撮像光学系５０の焦点距離を変更可能な変倍レンズとして機能する。

レンズ保持枠群４１は、第１レンズ群Ｇ１を保持する第１群保持枠６１と、第２レンズ群Ｇ２を保持する第２群保持枠６２と、第３レンズ群Ｇ３を保持する第３群保持枠６３と、第４レンズ群G４を保持する第４群保持枠６４と、第５レンズ群Ｇ５を保持する第５保持群枠（図示せず）と、で構成される。第１群保持枠６１〜第５群保持枠のうち、第２群保持枠６２、第３群保持枠６３および第４群保持枠６４は、光軸Ｏ２に沿う方向に移動可能である。

第２群保持枠６２は、本体枠４０に対してそれぞれ所定の部位に軸支された２群吊軸６２１と吊軸６２２の２軸によって光軸Ｏ２に沿う方向に移動自在に支持されている。第３群保持枠６３は、本体枠４０に対してそれぞれ所定の部位に軸支された３群吊軸６３１と吊軸６２２の２軸によって光軸Ｏ２に沿う方向に移動自在に支持されている。第４群保持枠６４は、本体枠４０に対してそれぞれ所定の部位に軸支された第４群吊軸６４１と吊軸６２２の２軸によって光軸Ｏ２に沿う方向に移動自在に支持されている。２群吊軸６２１と３群吊軸６３１は、それぞれ第２群保持枠６２と第３群保持枠６３の回転止めを兼ねる。なお、第２群保持枠６２および第３群保持枠６３は、撮像装置１がズーム動作を行う場合、各々が独立して光軸Ｏ２に沿って移動する。また、第４群保持枠６４は、撮像装置１がフォーカス動作を行う場合、光軸Ｏ２に沿って合焦位置へ向けて移動する。

第２群保持枠６２と第３群保持枠６３との間には、シャッタユニット４３が本体枠４０に対して配設されている。また、第４群保持枠６４よりも底面側の撮像ユニット４４の前面には、手ブレ防止ユニット４５が配設されている。手ブレ防止ユニット４５には、撮像光学系５０の一部を構成する第５レンズ群Ｇ５が配設されている。撮像ユニット４４は、撮像光学系ユニット４の最も底面側の部分が本体枠４０に対して固定して配設される。

レンズ駆動装置４２は、少なくとも、駆動源である第２駆動部７１、第３駆動部７２および第４駆動部７３と、各駆動部の回転軸に連結されるリードスクリュー８０と、リードスクリュー８０に螺合するナット部材とを用いて構成される。第２駆動部７１、第３駆動部７２および第４駆動部７３は、それぞれステッピングモータおよび駆動ドライバを用いて構成される。なお、第４駆動部７３は、本実施の形態にかかる第２の駆動部として機能する。

ここで、第２群保持枠６２、第３群保持枠６３および第４群保持枠６４のうち第４群保持枠６４の構成および第４群保持枠６４を光軸Ｏ２方向に進退駆動するための第４駆動部７３を含むレンズ駆動装置４２の構成について詳細に説明する。図５は、撮像光学系ユニット４から第４群保持枠６４およびレンズ駆動装置４２の第４駆動部７３を抜き出して要部を拡大した斜視図である。

まず、第４駆動部７３を含むレンズ駆動装置４２の構成について説明する。図５に示すように、レンズ駆動装置４２は、少なくとも、第４駆動部７３と、第４駆動部７３の回転力を伝達するリードスクリュー８０と、リードスクリュー８０の両端を回動自在に軸支持する支持部８１と、リードスクリュー８０に螺合するナット部材８２と、ナット部材８２とリードスクリュー８０との間のガタを抑えるナットオサエ部材８３と、ナットオサエ部材８３を介してナット部材８２を光軸Ｏ２に沿う方向に向けて押圧して付勢する付勢部材８４と、を有する。

第４駆動部７３は、フォーカシングに寄与する第４群保持枠６４を光軸Ｏ２に沿う方向に移動させる。第４駆動部７３は、本体枠４０の内部における所定の位置に設けられる。第４駆動部７３は、正逆回転が可能なステッピングモータおよび駆動ドライバを用いて構成される。なお、本実施の形態１では、第４駆動部７３が第４群保持枠６４を光軸Ｏ２に沿って合焦位置へ所定の距離だけ順次移動させて撮像光学系５０の焦点の粗調整を行う第１駆動部として機能する。具体的には、第４駆動部７３は、マイクロステップ動作によって、第４群保持枠６４を光軸Ｏ２に沿って所定の距離だけ順次移動させて撮像光学系５０の焦点の調整を行う。

リードスクリュー８０は、第４駆動部７３の回転軸として機能し、棒状部材８０ａの外周面上の全体にネジ山が形成されている。リードスクリュー８０の両端は、支持部８１によって回動自在に軸支されている。また、リードスクリュー８０は、光軸Ｏ２に沿う方向と平行をなすように本体枠４０の内部に設けられる。

支持部８１は、板状部材を折り曲げ加工によって断面がＣ字状（チャンネル形状）となるように形成される。支持部８１の一端腕部８１ａは、第４駆動部７３の一端面に接続され、かつ、リードスクリュー８０の基端部を回動自在に軸支する。また、支持部８１の他端腕部８１ｂは、リードスクリュー８０の先端部を回動自在に軸支される。

ナット部材８２は、扁平な立方体形状からなり略中央部分にリードスクリュー８０に螺合するネジ孔８２ａが貫通して設けられている。ナット部材８２の一方の面（上面側）には、光軸Ｏ２と同じ方向に突出する凸部（図示せず）が設けられ、この凸部が第４群保持枠６４に設けられた凹部（図示せず）に嵌合する。これにより、ナット部材８２は、第４群保持枠６４に対して回転が規制された状態で、第４群保持枠６４と略一体的になるように配設される。ナット部材８２の他方の面には、ナットオサエ部材８３の一部が当接する。

ナットオサエ部材８３は、ナット部材８２の他面に当接するナット当接面を有する一腕部８３ａと、一腕部８３ａに対して光軸Ｏ２に沿う方向に段違いに形成された他腕部８３ｂとが形成される。

付勢部材８４は、ナットオサエ部材８３を鉛直方向の上側に向けて付勢する。付勢部材８４は、圧縮トーションバネを用いて構成される。付勢部材８４は、一端がナットオサエ部材８３に接続され、他端が支持部８１に接続される。

つぎに、第４群保持枠６４の構成について説明する。図６は、図５の矢視Ａから見た第４群保持枠６４の平面図であって、押さえ環１０３を除去した平面図である。図７Ａは、図６のＢ−Ｂ線断面図である。図７Ｂは、図６のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図７Ａおよび図７Ｂにおいては、説明を簡略化するため、第４レンズ群G４を単レンズで表現する。

図６、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、第４群保持枠６４は、第４レンズ群G４を保持する可動枠１００と、可動枠１００を光軸Ｏ２方向に沿って移動可能に保持する保持枠１０１と、第１の駆動部として機能する圧電素子１０２と、押さえ環１０３と、位置センサ１０４（以下、「フォーカス位置検出部１０４」という）と、ガイド軸１０５と、を有する。

可動枠１００は、略筒状をなし、内部に第４レンズ群G４を保持する。可動枠１００は、光軸Ｏ２を中心にして左右対称に外周側に設けられ、穴、切欠きで構成される軸受け部１００ａが、各々、２つのガイド軸１０５と嵌合することにより保持枠１０１に支持されている。可動枠１００は、２つのガイド軸１０５を介して光軸Ｏ２に沿って進退可能である。また、可動枠１００は、光軸Ｏ２を中心にして上下方向に外周側に設けられ、圧電素子１０２の一端が接着剤等で固定される受け部１００ｂを有する。さらに、可動枠１００は、外周側の上側に磁石からなるスケール１００ｃ（光軸Ｏ２と直交する方向にＮＳ極着磁）が設けられている。なお、可動枠１００の下側に、可動枠１００の重心が光軸Ｏ２となる様に外周側の上側に真鍮等の金属部材を用いたカウンタバランスを設けてもよい。

保持枠１０１は、筒形状で上下端がカットされたダブルＤカット形状をなす。保持枠１０１は、略円筒状をなす胴部１０１ａと、略円環状をなし、圧電素子１０２の一端が接着剤等で固定される底部１０１ｂと、を有する。胴部１０１ａおよび底部１０１ｂは、一体的に形成される。また、保持枠１０１の上面には、押さえ環１０３が固定されている。さらに、保持枠１０１の内周側には、可動枠１００に設けられたスケール１００ｃと対向する位置に、ホール素子からなるフォーカス位置検出部１０４が設けられている。フォーカス位置検出部１０４は、フレキシブルプリント基板からなるフレキ１０４ａに電気接続される。

電圧変位アクチュエータである圧電素子１０２は、矩形で、光軸Ｏ２方向に複数の圧電層を積層した構造を持つ積層ピエゾ素子からなる複数（例えば、円周方向に２等分に配置した２個、または３個）の圧電素子１０２である。この圧電素子１０２は、伸縮方向で互いに対向する先端面と基端面とを持つ。保持枠１０１の一方の端部において、内周側に延出されてフランジを形成する底部１０１ｂには、圧電素子１０２基端面が接着剤等で結合され、可動枠１００の受け部１００ｂには、先端面が接着剤等で結合される。

なお、変形例として、電圧が印加された際に電圧印加方向と直交するフィルム面に沿う方向に伸縮するポリ乳酸積層フィルム、または電圧印加方向に屈曲変位するイオン伝導アクチュエータ、電圧印加方向と直交する方向に伸縮する導電性高分子アクチュエータのいずれかを用いて電圧変位アクチュエータを構成することも可能である。

また、圧電素子１０２は、直方体状をなす。圧電素子１０２は、電圧が印加された場合、印加される電圧に基づいて、被写体側（図７Ａでは鉛直方向）に伸長する一方、電圧が印加されない場合ほぼ初期状態に変位する。さらに、電圧を逆方向に印加すると収縮する。なお、本実施の形態１では、圧電素子１０２が可動枠１００を光軸Ｏ２に沿って合焦位置へ小さいステップで移動させて撮像光学系５０の焦点の調整を行う第１駆動部として機能する。本実施の形態１では、可動枠１００は、ガイド軸１０５によりガイドされているが、圧電素子１０２の光軸Ｏ２と直交する方向に対する剛性が高くて充分な場合には、ガイド軸１０５による可動枠１００のガイドは無くてもよい。

押さえ環１０３は、円環状をなし、保持枠１０１の端部に位置決めされてビスや接着等の締結手段により保持枠１０１と結合される。また、押さえ環１０３は、ガイド軸１０５の一方の端部と嵌合して、ガイド軸１０５の保持枠１０１に対する位置決めをするための穴や凹部が形成されている。ガイド軸１０５の他方の端部が保持枠１０１に形成された穴や凹部に嵌合することにより、ガイド軸１０５の位置が保持枠１０１に対して位置決めされる。

フォーカス位置検出部１０４は、可動枠１００が光軸Ｏ２方向に沿って移動した場合、可動枠１００に設けられたスケール１００ｃの位置を検出することによって光軸Ｏ２上における保持枠１０１に対する可動枠１００の位置を検出する。一方、保持枠１０１は、第２駆動部として機能するステッピングモータである第４駆動部７３により、オープン制御されるが、基準位置からの動作ステップ数から、保持枠１０１の光軸Ｏ２上の位置が決まる。ここで、保持枠１０１の基準位置の検出は、光学式の位置検出器（不図示）が用いられている。これにより、フォーカス位置検出部１０４は、第４群保持枠６４の光軸Ｏ２上における撮像面からの位置を検出することができる。

より具体的には、フォーカス位置検出部１０４は、ホール素子であり、スケール１００ｃは光軸Ｏ２と直交する方向に着磁された磁石であり、絶対位置の検出が可能となっている。また、フォーカス位置検出部１０４は、圧電素子１０２の近くに配置することで圧電素子１０２の変位を１対１で検出可能としており、圧電素子１０２の正確な制御が可能となっている。圧電素子１０２から離れた位置にフォーカス位置検出部１０４を配置すると、可動枠１００の傾き等による誤差が入った状態で位置が検出されるために、精密な制御が出来ない。また、本実施の形態１では、フォーカス位置検出部１０４をホール素子を用いて構成していたが、巨大磁気抵抗素子等の別の磁気検出素子であってもよいし、光学的な検出方式や、静電容量を検出する方式のものを用いてもよい。当然、異なる検出方式を用いた場合は、その方式に応じたスケール１００ｃを用いることは言うまでもない。また、保持枠１０１の位置制御をステッピングモータではなく、ＤＣモータ、ボイスコイルモータ、超音波モータおよび静電モータのいずれかにした場合は、可動枠１００の位置検出に用いられたような位置センサを用いれば、保持枠１０１の位置制御は可能である。

以上のように構成されたレンズ駆動装置４２が駆動された場合、第４駆動部７３（モータ）が駆動することによってリードスクリュー８０が回転し、このリードスクリュー８０の回転によってナット部材８２が進退移動する。ナット部材８２は、ナットオサエ部材８３を介して第４群保持枠６４を光軸Ｏ２方向へ移動させて、合焦位置が像面側で所定範囲ΔＦ以内に入るように高速移動させる。この場合、焦点位置をΔＦ動かすためには、第４群保持枠６４をΔＦ／（ＦＣ感度）＝Ｚだけ動かす必要があり、第４駆動部７３による最小駆動量Ｍminでの第４群保持枠６４の移動量がＺ未満であるΔＺ２になるように設定してある。その後、圧電素子１０２が駆動することによって、可動枠１００がガイド軸１０５に沿って光軸Ｏ２方向にΔＺ２よりも充分小さい移動量ΔＺ１のステップで順次移動して、可動枠１００を合焦位置に制御する。これにより、高速かつ高精度で撮像装置１のフォーカシングを行うことができる。このとき、圧電素子１０２の最大変位量Ｚ１maxは、第４駆動部７３による可動枠１００の最小移動量ΔＺ２の２倍以上にするのがよい。

つぎに、上述した撮像装置１の機能構成について説明する。図８は、撮像装置１の機能構成を模式的に示すブロック図である。なお、図８においては、本実施の形態１にかかる撮像装置の主要部のみを説明する。さらに、図８においては、説明を簡略化するため、第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５の構成を一つのレンズで表現する。さらにまた、図８においては、上述した構成には、同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、撮像装置１は、表示部２２ｃと、レンズ保持枠群４１と、撮像ユニット４４と、記録部２００と、記録媒体２１０と、制御部３００と、を備える。

レンズ保持枠群４１は、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群G４と、第５レンズ群Ｇ５と、第１群保持枠６１と、第２群保持枠６２と、第３群保持枠６３と、第４群保持枠６４と、第５群保持枠６５と、第２駆動部７１と、第３駆動部７２と、第４駆動部７３と、第２ズーム位置検出部７１ａと、第３ズーム位置検出部７２ａと、フォーカス位置検出部１０４と、を有する。

第２ズーム位置検出部７１ａは、光軸Ｏ２上における第２群保持枠６２の位置を検出し、この検出結果を制御部３００へ出力する。第２ズーム位置検出部７１ａは、フォトインタラプタやエンコーダ等を用いて構成される。

第３ズーム位置検出部７２ａは、光軸Ｏ２上における第３群保持枠６３の位置を検出し、この検出結果を制御部３００へ出力する。第３ズーム位置検出部７２ａは、フォトインタラプタやエンコーダ等を用いて構成される。なお、本実施の形態１では、第２ズーム位置検出部７１ａおよび第３ズーム位置検出部７２ａが光軸Ｏ２上における変倍レンズ（第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３）のズーム位置を検出するズーム位置検出として機能する。

撮像ユニット４４は、少なくとも、撮像素子４４１と、信号処理部４４２と、Ａ／Ｄ変換部４４３と、を有する。

撮像素子４４１は、撮像光学系５０が集光した被写体像を受光して電気信号に変換するＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いて構成される。撮像素子４４１は、撮像光学系５０が集光した被写体像を受光して光電変換を行うことによって画像データを生成し、この画像データを信号処理部４４２へ出力する。

信号処理部４４２は、撮像素子４４１から入力される画像データに対して、所定のアナログ処理を施してＡ／Ｄ変換部４４３へ出力する。具体的には、信号処理部４４２は、画像データに対して、リセットノイズ等を低減した上で波形整形後、目的の明るさとなるようにゲインアップを行う。

Ａ／Ｄ変換部４４３は、信号処理部４４２から出力されたアナログの画像データに対してＡ／Ｄ変換を行ってデジタルの画像データに変換し、このデジタルの画像データを、制御部３００を介して記録部２００へ出力する。

記録部２００は、制御部３００を介して入力される画像データや撮像装置１が実行する各種プログラムおよび撮像装置１の処理中の情報を一時的に記録する。記録部２００は、たとえば、揮発性メモリや不揮発性メモリ等を用いて構成される。記録部２００は、撮像装置１が実行するプログラムを記録するプログラム記録部２０１と、撮像装置１のＡＦ処理時に、合焦評価値を一時的に記憶する焦点評価値記録部２０２と、を有する。

記録媒体２１０は、撮像装置１の外部から装着されるメモリカード等を用いて構成される。記録媒体２１０は、メモリＩ／Ｆ（図示せず）を介して撮像装置１に着脱自在に装着される。記録媒体２１０は、制御部３００が画像処理や画像圧縮を施した画像データを記録する。

制御部３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて構成され、撮像装置１を構成する各部に対して各種データの送信や指示信号の送信を行うことにより、撮像装置１の動作を統括的に制御する。制御部３００は、フォーカス感度判定部３０１と、焦点評価値算出部３０２と、焦点評価値判定部３０３と、駆動制御部３０４と、を有する。

フォーカス感度判定部３０１は、第２ズーム位置検出部７１ａおよび第３ズーム位置検出部７２ａがそれぞれ検出したズーム位置（焦点距離）に基づいて、第４レンズ群G４の移動量ΔＺに対する撮像素子４４１の像面上の変化量δの比を示すＦＣ感度δ／ΔＺが所定値以下であるか否かを判定する。

焦点評価値算出部３０２は、撮像素子４４１が生成する画像データのフレームレートに同期して撮像素子４４１が生成する画像データから高域周波数成分を抽出し、この高域周波数成分に基づいて被写体像のコントラストの高低を評価する焦点評価値を順次算出する。具体的には、焦点評価値算出部３０２は、撮像素子４４１が時系列に沿って連続的に生成する画像データから順次高域周波数成分を抽出して被写体像のコントラストを算出し、焦点評価値として、一時的に焦点評価値記録部２０２に記録する。

焦点評価値判定部３０３は、焦点評価値算出部３０２によって順次得られた焦点評価値を比較し、焦点評価値が最大となる焦点位置を検出する。

駆動制御部３０４は、フォーカス感度判定部３０１がＦＣ感度を所定値α１以下であると判定した場合、第４駆動部７３および圧電素子１０２を駆動させて第４群保持枠６４を焦点評価値が最大値となる合焦位置へ移動させて撮像光学系５０の焦点を調整する制御を行う。一方、駆動制御部３０４は、フォーカス感度判定部３０１がＦＣ感度を所定値α１以下でないと判定した場合は、至近から無限までの焦点移動範囲F１max、圧電素子１０２による可動枠１００の最大変位量Ｚ１maxとすると、Ｆ１max＜α１×Ｚ１maxなる所定値α１を設定できる。この場合、第４駆動部７３を停止固定することにより、保持枠１０１を所定位置に保ち、圧電素子１０２のみを駆動させることで焦点評価値が最大値となる合焦位置へ可動枠１００を移動させて撮像光学系５０の焦点を調整する制御を行うことが可能となる。

また、駆動制御部３０４は、フォーカス感度判定部３０１がＦＣ感度を所定値α１以下であると判定した場合においては、圧電素子１０２のみの駆動では至近から無限までの焦点移動範囲に焦点位置を移動できないので、圧電素子１０２を停止固定した状態で、保持枠１０１を第４駆動部７３により駆動して合焦位置範囲へ移動させる制御を行ったのち、第４駆動部７３を停止固定し、圧電素子１０２を駆動して合焦位置に可動枠１００を移動させる制御を行う。なお、この場合でも、第４群保持枠６４の移動ステップを大きく設定して高速に駆動し、合焦位置がそのステップ範囲に入ったところで第４駆動部７３を停止し、圧電素子１０２を駆動して可動枠１００を移動させて合焦位置へ移動させる制御をしているので、高速で精密な合焦制御が可能となる。

つぎに、撮像装置１が実行する処理について説明する。図９は、撮像装置１が実行する処理の概要を示すフローチャートである。

図９に示すように、制御部３００は、電源スイッチ２１ｃが操作され、撮像装置１の電源がオン状態になった際にシステム起動時の初期設定を行うとともに操作スイッチ群２２ａ等の操作部のスイッチや部材の位置の状態が検出される（ステップＳ１０１）。たとえば、制御部３００は、動画の記録中を示すフラグをオフにする処理を行い、また、撮像光学系のズーム位置が検出される。

続いて、制御部３００は、表示部２２ｃに撮像素子４４１が生成した画像データに対応するライブビュー画像を表示させる（ステップＳ１０２）。

その後、操作スイッチ群２２ａの再生スイッチが操作された場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、制御部３００は、記録媒体２１０に記録された画像データに対応する画像を表示部２２ｃに再生表示させる再生表示処理を実行する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の後、撮像装置１は、ステップＳ１０５へ移行する。これに対して、操作スイッチ群２２ａの再生スイッチが操作されていない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、撮像装置は、ステップＳ１０５へ移行する。

続いて、操作スイッチ群２２ａの動画スイッチが操作された場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、制御部３００は、動画記録中を示す記録中フラグを反転する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６の後、撮像装置１は、ステップＳ１０７へ移行する。これに対して、操作スイッチ群２２ａの動画スイッチが操作されていない場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、撮像装置１は、ステップＳ１０７へ移行する。

その後、制御部３００は、撮像装置１が動画記録中であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。具体的には、制御部３００は、記録中フラグが立っている場合、撮像装置１が動画記録中であると判断する。制御部３００が動画記録中であると判断した場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、撮像装置１は、後述するステップＳ１１７へ移行する。これに対して、制御部３００が動画記録中でないと判断した場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、撮像装置１は、後述するステップＳ１０８へ移行する。

ステップＳ１０８において、レリーズスイッチ２１ｄの１ｓｔのスイッチがオンされた場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、制御部３００は、撮像素子４４１に撮影を実行させる（ステップＳ１０９）。

続いて、撮像装置１は、撮像素子４４１が生成した画像データに基づいて、絞り値やシャッタスピード等の露出条件を設定するＡＥ処理を実行する（ステップＳ１１０）。

その後、撮像装置１は、撮像光学系５０のフォーカス用レンズである第４群保持枠６４を、圧電素子１０２を駆動することによってウォブリングさせて、撮像素子４４１によって生成された画像データのコントラストを評価して合焦位置の方向を検出しながら撮像光学系５０の第４群保持枠６４を合焦方向に移動させ、画像データのコントラストが最大になるように撮像光学系５０の第４群保持枠６４を駆動させるＡＦ処理を実行する（ステップＳ１１１）。なお、ＡＦ処理の詳細は後述する。

続いて、電源スイッチ２１ｃが操作され、撮像装置１の電源がオフになった場合（ステップＳ１１２：Ｙｅｓ）、撮像装置１は、本処理を終了する。電源スイッチ２１ｃが操作されず、撮像装置１の電源がオフになっていない場合（ステップＳ１１２：Ｎｏ）、撮像装置１は、ステップＳ１０２へ戻る。

ステップＳ１０８において、レリーズスイッチ２１ｄの１ｓｔのスイッチがオン動作されない場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）において、レリーズスイッチ２１ｄの２ｎｄのスイッチがオンされたとき（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、制御部３００は、撮像素子４４１に静止画撮影を実行させる（ステップＳ１１４）。

続いて、制御部３００は、撮像素子４４１が生成した画像データに対して画像処理を行い（ステップＳ１１５）、画像処理を施した画像データを記録媒体２１０に記録する（ステップＳ１１６）。ステップＳ１１６の後、撮像装置１は、ステップＳ１１２へ移行する。

ステップＳ１１７において、撮像装置１は、撮像装置１の露出条件を設定するＡＥ処理を実行する。続いて、ピントを調整するＡＦ処理を実行する（ステップＳ１１８）。なお、ＡＦ処理の詳細は後述する。

その後、制御部３００は、撮像素子４４１に動画撮影を実行させる（ステップＳ１１９）。

続いて、制御部３００は、撮像素子４４１が生成した画像データに対して画像処理を行い（ステップＳ１２０）、画像処理を施した画像データを記録媒体２１０に記録する（ステップＳ１２１）。ステップＳ１２１の後、撮像装置１は、ステップＳ１１２へ移行する。

つぎに、図９のステップＳ１１１およびステップＳ１１８のＡＦ処理について説明する。図１０は、ＡＦ処理の概要を示すフローチャートである。

図１０に示すように、制御部３００は、画枠上での合焦指示範囲の設定や、ＦＣ感度の基準値α_１や、駆動制御部３０４でのウォブリングの周波数、振幅および波形に対する電圧値の設定等のAFに関係する初期設定を行う（ステップＳ２０１）。ここで、ウォブリングとは、ＡＦ処理の高速化のために、可動枠１００を光軸Ｏ２方向に沿って所定の振幅、周波数で微小往復させることである。また、合焦指示範囲は、撮影者が焦点を合わせたいエリアを示し、顔認識技術等を用いて自動的に設定される場合と、撮影者が選択したり、マニュアルで設定されたりする場合がある。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、ウォブリング時に圧電素子１０２に印加される駆動信号と第４群保持枠６４の光軸Ｏ２方向における位置との関係を示すタイムチャートである。図１１Ａは、ウォブリング時に圧電素子１０２に印加される駆動電圧（駆動信号）の時間変化を模式的に示すタイムチャートを示す。図１１Ｂは、ウォブリング時に印加される駆動電圧による圧電素子１０２の動作を説明するタイムチャートを示す。図１１Ａにおいて、横軸が時間を示し、縦軸が電圧を示す。図１１Ｂにおいて、横軸が時間を示し、縦軸が圧電素子１０２の位置を示す。また、図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、期間Ａおよび期間Ｂが撮像素子４４１による撮像期間を示す。

図１１Ａに示すように、駆動制御部３０４は、駆動電圧の周波数を撮像素子４４１のフレームレートの周波数と対応させた周波数に設定する。また、図１１Ｂに示すように、駆動制御部３０４は、十分な画像のコントラストを得るため、第４群保持枠６４が許容コントラスト域の範囲で待機できるように台形形状をなす駆動波形に可能な限り近い振動波形で圧電素子１０２を駆動する。なお、図１１Ｂに示す振動波形を、矩形波形をなす振動波形で圧電素子１０２を駆動させた場合、第４群保持枠６４が許容コントラスト域に待機する時間が長くなるが、立ち上がり、立ち下がりの期間で可動枠１００に不要な振動が発生したり、動作のオーバシュート（行き過ぎ）が発生したりする。また、許容コントラストの画像が得られるならば、駆動波形は正弦波や三角波、あるいはそれらに近似された波形であっても勿論よい。

ステップＳ２０１の後、ステップS２０１で設定されたズーム位置情報を用いて、事前に記憶されたズーム位置Ｚに対するＦＣ感度の表からＦＣ感度α（ｚ）を読み出し、記録部２００の所定の領域に設定する（Ｓ２０２）。駆動制御部３０４は、圧電素子１０２を駆動させて第４群保持枠６４を光軸Ｏ２に沿ってウォブリングさせ（ステップＳ２０３）、撮像素子４４１に撮影を実行させる（ステップＳ２０４）。

その後、焦点評価値算出部３０２は、撮像素子４４１が生成した画像データの合焦指示範囲のコントラストを算出する（ステップＳ２０５）。ここで算出されたコントラスト値は、焦点評価値となる。

続いて、焦点評価値判定部３０３は、ステップＳ２０５で算出された異なるフォーカス位置でのコントラスト値から、第４群保持枠６４を光軸Ｏ２に沿って移動させる合焦位置の方向を検出する（ステップＳ２０６）。

図１２は、撮像素子４４１の撮像タイミング、第４駆動部７３（モータ）の動作タイミング、圧電素子１０２の動作タイミングおよび焦点評価値（コントラスト）それぞれの関係を示すタイムチャートである。図１２（ａ）は、撮像素子４４１が画像を撮像する際の同期信号のタイミングを示し、図１２（ｂ）は、第４駆動部７３に印加される電圧のタイミングを示し、図１２（ｃ）は、圧電素子１０２に印加される電圧のタイミングを示し、図１２（ｄ）は、光軸Ｏ２上における第４群保持枠６４の位置を示すタイムチャートを示し、図１２（ｅ）は、第４群保持枠６４のフォーカス位置とコントラストとの関係を示すタイムチャートを示し、図１２（ｆ）は、コントラストの経時的変化（Ｆ＝Ｆ（Ｐ））をフォーカス位置（ｄＰ）で微分した際の合焦評価値のタイムチャートを示す。図１２（ａ）〜図１２（ｆ）において、横軸が時間を示す。また、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）において、縦軸が電圧を示す。さらに、図１２（ｄ）において、縦軸が光軸Ｏ２上における第４群保持枠６４の位置を示す。さらにまた、図１２（ｅ）において、横軸が第４群保持枠６４のフォーカス位置を示し、縦軸がコントラストを示す。また、図１２（ｆ）において、縦軸がコントラストの経時的変化（Ｆ＝Ｆ（Ｐ））をフォーカス位置（ｄＰ）で微分した際の合焦評価値を示し、横軸がフォーカス位置を示す。

図１２に示すように、駆動制御部３０４は、圧電素子１０２を駆動させて可動枠１００をウォブリングさせて可動枠１００が前側位置にある状態で撮像素子４４１に撮像させる前側位置撮像と、可動枠１００が後側位置にある状態で撮像素子４４１に撮像させる後側位置撮像とを交互に実行させる。その後、焦点評価値判定部３０３は、撮像素子４４１が前側位置撮像と後側位置撮像とで生成した２つの画像データそれぞれに対応する２つの画像のコントラストを比較することによって、よりコントラストが高くなる第４群保持枠６４の駆動方向を合焦位置のある方向だと判断する。

図１０に戻り、ステップＳ２０７以降の説明を続ける。ステップＳ２０７において、フォーカス感度判定部３０１は、ステップＳ２０２で設定されたズーム位置Ｚに対応したフォーカス感度α（ｚ）と、ステップＳ２０１のＡＦ初期設定時に設定されたフォーカス感度の基準値αを比較する（ステップＳ２０７）。α_１（ｚ）≦αである場合（ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、駆動制御部３０４は、第４駆動部７３（モータ）を駆動させて第４群保持枠６４を光軸Ｏ２に沿って合焦位置へ向けてコントラストのピークを検出するスキャン駆動を開始させる。具体的には、図１２（ｄ）に示すように、駆動制御部３０４は、第４駆動部７３をマイクロステップ動作によって第４群保持枠６４を光軸Ｏ２に沿って段階的に移動させる（ステップＳ２０８）。

その後、制御部３００は、撮像素子４４１に撮影を実行させ（ステップＳ２０９）、焦点評価値算出部３０２により撮影された画像のＡＦ指示範囲のコントラストを算出し（ステップＳ２１０）、焦点評価値の最大値超えを判定する（ステップＳ２１１）。具体的には、連続して取得された複数のフォーカス位置に対するコントラスト値の傾きを順次算出して、傾きが零となるフォーカス位置を通過したかを判定する。最も簡単な方法としては連続取得された２つのコントラスト値から傾き計算し、傾き値がプラスからマイナス値になることを検出すればよい。

その後、焦点評価値判定部３０３が焦点評価値の最大値越えと判断した場合（ステップＳ２１１：Ｙｅｓ）、撮像装置１は、後述するステップＳ２１２へ移行する。これに対して、焦点評価値判定部３０３が焦点評価値の最大値超えがなしと判断した場合（ステップＳ２１１：Ｎｏ）、撮像装置１は、ステップＳ２０８へ戻る。

ステップＳ２１２において、駆動制御部３０４は、第４駆動部７３を停止させて第４群保持枠６４を光軸Ｏ２に沿ったスキャン駆動を停止させる。具体的には、図１２（ｄ）および図１２（ｅ）に示すように、駆動制御部３０４は、合焦評価値の最大値Ｆ_maxを超えたフォーカス位置Ｐ６の時点ｔ６で、第４駆動部７３（モータ）を撮像素子４４１の同期信号に同期させて第４群保持枠６４を光軸Ｏ２に沿って合焦位置へ移動させるスキャン駆動を停止させる。

続いて、焦点評価値算出部３０２は、順次取得した画像の焦点評価値（コントラスト）に基づいて、光軸Ｏ２上における合焦位置を算出する（ステップＳ２１３）。具体的には、焦点評価値判定部３０３がコントラスト最大値を超えたことを判定するのに用いたフォーカス位置に対するコントラスト値と傾きの算出を用いて、傾き零のフォーカス位置を計算することにより、合焦位置を算出する。たとえば、図１２（ｅ）に示すように、焦点評価値算出部３０２は、フォーカス位置Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、焦点評価値Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６に基づいて、フォーカス位置Ｐ４、Ｐ５の２点からフォーカス位置Ｐ４とＰ５の中央位置での傾きを計算し、フォーカス位置Ｐ５、Ｐ６の２点からフォーカス位置Ｐ５とＰ６の中央位置での傾きを計算することで、傾き零になる位置である合焦位置Ｐ_maxを算出する（ステップＳ２１８）。

次に、駆動制御部３０４は、圧電素子１０２を駆動し、第４群保持枠６４を合焦位置Ｐ_maxに移動制御し（ステップＳ２１９）、一連のＡＦ動作を終了する。具体的には、図１２（ｄ）に示すように、駆動制御部３０４は、圧電素子１０２を駆動することによって、可動枠１００を合焦位置Ｐ_maxへ向けて反転させる。これにより、第４レンズ群G４は、少ない移動量で至近に寄ることができるので、高速かつ高精度のフォーカシングを行うことができる。この結果、被写体のシャッタチャンスを逃すことなく、かつ、被写体に焦点が合った画像を撮影することができる。ステップＳ２１９の後、撮像装置１は、図９のメインルーチンへ戻る。

一方、ステップＳ２０７で、ズーム位置に対応したフォーカス感度α_１（ｚ）と、フォーカス感度の基準値αを比較し、α_１（ｚ）≧αである場合（ステップＳ２０７：Ｎｏ）は、圧電素子１０２を合焦位置方向に駆動して第４群保持枠６４を移動するスキャン駆動をする（ステップＳ２１３）。そして、ステップＳ２１４〜ステップＳ２１７までの動作は、ステップＳ２０９〜ステップＳ２１２までの動作と同様な動作となるので、ここでは省略する。また、ステップＳ２１７が終了すると、すでに述べたステップＳ２１８からの動作に移行する。

図１３は、撮像光学系５０におけるズーム位置と第４レンズ群G４のフォーカス感度（ＦＣ感度と表記）との関係を示す図である。図１４は、ＦＣ感度と第４レンズ群Ｇ４の無限遠から至近までの繰り出し量（フォーカシング移動量）との関係を示す図である。図１３において、横軸が撮像光学系５０のＷｉｄｅからＴｅｌｅまでの焦点距離であるズーム位置を示し、縦軸がフォーカス感度を示す。ズーム位置は、ズームにより変位する各レンズ群の中の１つのレンズ群の位置を検出する位置検出部と、それに対応する焦点距離情報から設定される情報となり、先に述べたようにＡＦ処理の初期設定の時に記録部２００に設定される。また、曲線Ｋ１が撮像光学系５０のズーム位置とＦＣ感度との関係を示す。図１４では、撮像光学系５０のWideからTeleまでの焦点距離を４等分した焦点距離における第４レンズ群Ｇ４のＦＣ感度と、各焦点距離における第４レンズ群G４の被写体距離無限から至近までの繰り出し量を示す。

図１３の曲線Ｋ１および図１４のＦＣ感度テーブルＴ１に示すように、撮像光学系５０のズーム位置の基準位置（Ｓｔｄ）を境界に、ＦＣ感度の傾きが大きく変化するとともに、第４レンズ群G４の繰り出し量も変化する。具体的には、撮像光学系５０のズーム位置が基準位置以下（Ｗｉｄｅ〜Ｓｔｄ）である場合、ＦＣ感度が高くなり、第４レンズ群Ｇ４をより微小なステップで移動させないと合焦の精度がわるくなる。また、第４レンズ群Ｇ４の繰り出し量も小さくなる。

これに対して、撮像光学系５０のズーム位置が基準位置（Ｓｔｄ〜Ｔｅｌｅ）を超える場合、ＦＣ感度が低くなり、焦点を移動させるのに第４レンズ群Ｇ４の移動量が大きくなり時間がかかる。また、第４レンズ群Ｇ４の繰り出し量も大きくなる。そこで、本実施の形態１では、駆動制御部３０４は、撮像光学系５０のＦＣ感度が２．４０５を越える場合、つまりズーム位置が基準位置よりＷｉｄｅ側である場合（Ｗｉｄｅ〜Ｓｔｄ）、圧電素子１０２を駆動させて可動枠１００を合焦位置へ移動させて、高速、高精度なフォーカシングを実行する一方、撮像光学系５０のＦＣ感度が２．４０５以下の場合、つまりズーム位置が基準位置からTele側になった場合（Ｓｔｄ〜Ｔｅｌｅ）、第４駆動部７３（モータ）を駆動させて第４群保持枠６４を合焦位置方向へ移動させる高速なフォーカシングを実行して、合焦位置がある所定の範囲にあることが確認された後、圧電素子１０２を駆動して高速、高精度な合焦動作をする。

以上説明した本発明の実施の形態１によれば、駆動制御部３０４がフォーカス感度判定部３０１によって第４レンズ群Ｇ４の移動量に対する合焦点位置の変化量の比を示すＦＣ感度が所定値以下と判定した場合、第４駆動部７３および圧電素子１０２を駆動して第４レンズ群Ｇ４を合焦位置へ移動させる制御を行い、ＦＣ感度が所定値以下でないと判定した場合は、圧電素子１０２のみを駆動して第４レンズ群Ｇ４を合焦一に移動させる制御を行うので、高速かつ高精度でＡＦ処理を行うことができる。

また、本発明の実施の形態１によれば、駆動制御部３０４が焦点評価値判定部３０３によって最大値を超えたと判定されたとき、圧電素子１０２を駆動して可動枠１００を合焦位置へ移動させるので、ＡＦ処理時により高速かつ高精度でＡＦ処理を行うことができる。

また、本発明の実施の形態１では、図１５Ａや図１５Ｂの参考図のようなフォーカス位置とコントラストの関係を持つ撮像光学系５０に対し、第４レンズ群G４を図のようにスキャン駆動し、図に示す点（点１〜点３）でコントラストを取得した場合でも、順次取得したコントラスト値とフォーカス位置から傾き、すなわち微分値を計算し、微分値が正から負へ変化する点、つまり微分値が零の点を見つけることができる。また、微分値が零（ゼロ）の位置は合焦位置を示す。さらに、図１７Ｂの場合、微分値が零の点を求めるのにはコントラスト最大のフォーカス位置を越えた２ヶ所以上で画像を取得する必要があり、その場合に圧電素子１０２の必要な動作量は、第４駆動部の最小動作量の１倍から２倍以上となる。従って、圧電素子１０２の最大変位量は、第４駆動部７３の最小移動量の２倍以上とするのが良い。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２にかかる撮像装置は、上述した第４レンズ群を保持駆動する第４群保持機構の構成が異なる。このため、以下においては、本実施の形態２にかかる第４群保持機構の構成について説明する。なお、上述した実施の形態１にかかる撮像装置１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

図１６は、本発明の実施の形態２にかかる撮像装置１の第４群保持機構を被写体側から見た主要部の概要を示す正面図である。図１７は、図１６のＤ−Ｄ線断面図である。

図１６および図１７に示すように、第４群保持機構４００は、固定枠４０１と、板状の圧電シート４０２と、可動枠４０３と、を有する。

圧電シート４０２は、略円環形状をなす環状部４０２ａと、環状部４０２ａから放射状に延びる方向に形成された腕部４０２ｂ、腕部４０２ｃと、腕部４０２ｄと、腕部４０２ｅと、を有する。

環状部４０２ａは、電圧が印加される電極が形成されていない。また、環状部４０２ａは、可動枠４０３に対して貼り付けられて固定されることにより、可動枠４０３における貼り付け面に沿って平面性が確保される。

腕部４０２ｂ〜腕部４０２ｅは、ビス４０４によって固定枠４０１に対して固定される。腕部４０２ｂ〜腕部４０２ｅは、環状部４０２ａの円周を４等分する位置に等間隔で配置される。腕部４０２ｂ〜腕部４０２ｅは、一方の端部が固定枠４０１に固定されることで、圧電シート４０２の平面性を確保する。腕部４０２ｂ〜腕部４０２ｅの各々には、電圧が印加された場合に屈曲連動する矩形をなす圧電体部４０２ｆ、圧電体部４０２ｇ、圧電体部４０２ｈおよび圧電体部４０２ｉが形成されている。圧電体部４０２ｆ、圧電体部４０２ｇ、圧電体部４０２ｈおよび圧電体部４０２ｉには電圧印加用の矩形の電極が圧電体部を挟んで形成されている。

圧電体部４０２ｆ〜圧電体部４０２ｉは、腕部４０２ｂ〜腕部４０２ｅのそれぞれに対して２箇所形成されている。具体的には、腕部４０２ｂには、２つの圧電体部４０２ｆが形成されている。圧電体部４０２ｆ〜圧電体部４０２ｉの各々は、５ｍｍの正方形で、厚さが０．８ｍｍ程度に形成され、第４レンズ群G４を１２０μｍの最大変位で１２０Ｈｚの駆動を行うことができる。なお、本実施の形態２では、腕部４０２ｂ〜腕部４０２ｅの各々に２つの圧電体部４０２ｆ〜圧電体部４０２ｉを形成しているが、圧電体部４０２ｆ〜圧電体部４０２ｉの個数を１つで形成してもよいし、または３つ以上形成してもよい。さらに、腕部の数も１つ以上あればよい。さらに、圧電体部４０２ｆ〜圧電体部４０２ｉの形状は、矩形板状に限らず、楕円板状または弧形板状等のような形状であってもよい。

可動枠４０３は、圧電シート４０２の環状部４０２ａに対して、たとえば接着材等で固定され、内周部で第４レンズ群G４を保持する。なお、図１７においては、第４レンズ群G４の構成を簡略化するため、一つのレンズで表現する。また、可動枠４０３の外周部には、たとえば磁石からなるスケール４０５が固定されて設けられている。

固定枠４０１は、圧電シート４０２の腕部４０２ｂ〜腕部４０２ｅがビス４０４を介して固定される。たとえば、固定枠４０１は、圧電シート４０２に対向する面に設けられた突起部（図示せず）が腕部４０２ｂ〜腕部４０２ｅに設けられた孔（図示せず）に挿入されることによって、圧電シート４０２が位置決めされて固定される。なお、固定枠４０１と圧電シート４０２との固定には、接着またはビス止めの他、たとえば、カシメや溶接等によって行ってもよい。

また、固定枠４０１には、光軸に直交する方向に着磁された磁石であるスケール４０５に対向して、磁気を検出するホール素子からなるフォーカス位置検出部４０６が設けられている。なお、本実施の形態２では、スケール４０５とフォーカス位置検出部４０６とが４組設けられているが、１組であってもよいし、またはスケール４０５とフォーカス位置検出部４０６とを全く設けずに、オープンループでの制御を行うようにしてもよい。本実施の形態２によれば、圧電シート４０２の最大変位部である腕部４０２ｂ〜腕部４０２ｅの各々の近傍に、スケール４０５とフォーカス位置検出部４０６とを設けたので、より精密に第４レンズ群G４の位置を検出することができる。

なお、圧電体部４０２ｆ〜圧電体部４０２ｉをそれぞれ１組ずつ独立に駆動するように構成することで、第４レンズ群G４の光軸Ｏ２に対する傾きを含めて補正し、極めて高精度でウォブリングまたはフォーカス駆動を行うことができる。

また、圧電シート４０２の圧電体部４０２ｆ〜圧電体部４０２ｉに信号電圧をかけるための回路線は、腕部４０２ｂ〜４０２ｅの端部から延出された端子部に延び、フレキシブルプリント基板からなるフレキ４０７に電気接続される。さらに、フォーカス位置検出部４０６も、同様に、フレキ４０７により、電気回路に接続される。

さらに、第４レンズ群G４をウォブリングまたはフォーカス駆動させない場合であっても、圧電体部４０２ｆ〜圧電体部４０２ｉの各々に異なる電圧を印加することで、第４レンズ群G４と第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２および第５レンズ群Ｇ５との間の光軸Ｏ２の傾きまたはレンズ間隔を極めて高精度で補正することができる。さらにまた、ウォブリングまたはフォーカス駆動を行う場合、ウォブリングの駆動信号またはフォーカス駆動の駆動信号に、補正変位を与える補正電圧をオフセット値として加算する制御を行うことで、制御をより簡易なものにすることができる。

以上説明した本発明の実施の形態２によれば、第４レンズ群G４を保持する可動枠４０３を高速かつ高精度で駆動することができる。

さらに、本発明の実施の形態２によれば、可動枠４０３の傾き補正が簡単に可能で、撮像光学系５０の光学性能を可動枠４０３の傾き変位で補正することが可能で、より高精度で駆動できる。

（その他の実施の形態）
また、本発明では、折り曲げ光学系以外にも、直進光学系に適用することができる。この場合、上述した折り曲げ光学系のレンズ間に反射面としてプリズムを配置していたが、各レンズ間の光学光路長を考慮し、プリズムを取り除き、レンズ間の光路長を狭めることで、直進光学系に適用することができる。

また、本発明にかかる撮像装置は、レンズ一体型のデジタルカメラ以外にも、レンズを着脱自在なデジタルカメラ、デジタルビデオカメラおよび撮像機能を有する携帯電話やタブレット型携帯機器等の電子機器にも適用することができる。

また、本発明にかかる撮像装置に実行させるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルデータでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＵＳＢ媒体、フラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されても良い。

また、本発明にかかる撮像装置に実行させるプログラムは、ネットワーク経由でダウンロードしてＦｌａｓｈメモリや記録媒体等に記録させてもよい。さらに、本発明にかかる撮像装置に実行させるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

なお、本明細書におけるフローチャートの説明では、「まず」、「その後」、「続いて」等の表現を用いてステップ間の処理の前後関係を明示していたが、本発明を実施するために必要な処理の順序は、それらの表現によって一意的に定められるわけではない。すなわち、本明細書で記載したフローチャートにおける処理の順序は、矛盾のない範囲で変更することができる。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態を含みうるものであり、特許請求の範囲によって特定される技術的思想の範囲内で種々の設計変更等を行うことが可能である。

１ 撮像装置
２ 筐体
３ カメラ制御基板
４ 撮像光学系ユニット
２１ 前面カバー部材
２２ 後面カバー部材
２１ａ 撮影用窓部材
２１ｂ 発光用窓部
２１ｃ 電源スイッチ
２１ｄ レリーズスイッチ
２２ａ 操作スイッチ群
２２ｃ 表示部
４１ レンズ保持枠群
４２ レンズユニット
４３ シャッタユニット
４４ 撮像ユニット
４５ 手ブレ防止ユニット
５０ 撮像光学系
６１ 第１群保持枠
６２ 第２群保持枠
６３ 第３群保持枠
６４ 第４群保持枠
６５ 第５群保持枠
７０ レンズ駆動装置
７１ 第２駆動部
７１ａ 第２ズーム位置検出部
７２ 第３駆動部
７２ａ 第３ズーム位置検出部
７３ 第４駆動部
７３ａ フォーカスレンズ位置検出部
８０ リードスクリュー
８１ 支持部
８２ ナット部材
８３ ナットオサエ部材
８４ 付勢部材
１００，４０３ 可動枠
１００ａ ガイド軸受け部
１００ｃ，４０５ スケール
１０１ 保持枠
１０１ａ 胴部
１０１ｂ 底部
１０２ 圧電素子
１０３ 押さえ環
１０４，４０６ フォーカス位置検出部
１０５ ガイド軸
２００ 記録部
２０１ プログラム記録部
２０２ 焦点評価値記録部
３００ 制御部
３０１ フォーカス感度判定部
３０２ 焦点評価値算出部
３０３ 焦点評価値判定部
３０４ 駆動制御部
４００ 第４群保持機構
４０１ 固定枠
４０２ 圧電シート
４０４ ビス
４０７ フレキ
４４１ 撮像素子
４４２ 信号処理部
４４３ Ａ／Ｄ変換部
６２１ ２群吊軸
６２２ 吊軸
６３１ ３群吊軸
６４１ ４群吊軸
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ５ 第５レンズ群

図１０に戻り、ステップＳ２０７以降の説明を続ける。ステップＳ２０７において、フォーカス感度判定部３０１は、ステップＳ２０２で設定されたズーム位置Ｚに対応したフォーカス感度α（ｚ）と、ステップＳ２０１のＡＦ初期設定時に設定されたフォーカス感度の基準値αを比較する（ステップＳ２０７）。α（ｚ）≦α _１ である場合（ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、駆動制御部３０４は、第４駆動部７３（モータ）を駆動させて第４群保持枠６４を光軸Ｏ２に沿って合焦位置へ向けてコントラストのピークを検出するスキャン駆動を開始させる。具体的には、図１２（ｄ）に示すように、駆動制御部３０４は、第４駆動部７３をマイクロステップ動作によって第４群保持枠６４を光軸Ｏ２に沿って段階的に移動させる（ステップＳ２０８）。

一方、ステップＳ２０７で、ズーム位置に対応したフォーカス感度α_１（ｚ）と、フォーカス感度の基準値αを比較し、α（ｚ）＞α _１ である場合（ステップＳ２０７：Ｎｏ）は、圧電素子１０２を合焦位置方向に駆動して第４群保持枠６４を移動するスキャン駆動をする（ステップＳ２１３）。そして、ステップＳ２１４〜ステップＳ２１７までの動作は、ステップＳ２０９〜ステップＳ２１２までの動作と同様な動作となるので、ここでは省略する。また、ステップＳ２１７が終了すると、すでに述べたステップＳ２１８からの動作に移行する。

Claims (7)

1. 光軸方向に沿って移動することにより焦点距離を変更可能な変倍レンズおよび光軸方向に沿って移動することにより焦点を調整可能なフォーカスレンズを有し、前記変倍レンズおよび前記フォーカスレンズによって被写体像を結像する撮像光学系と、前記撮像光学系を介して画像データを生成する撮像素子と、を備えた撮像装置であって、
   前記フォーカスレンズを保持するとともに、前記撮像光学系の光軸に沿って進退可能な可動枠と、
   前記可動枠を前記光軸方向に沿って合焦点位置へ所定の距離だけ移動させて前記撮像光学系の焦点の調整を行う第１の駆動部と、
   前記光軸上における前記変倍レンズのズーム位置を検出するズーム位置検出部と、
   前記ズーム位置検出部によって検出された前記ズーム位置に基づいて、前記フォーカスレンズの移動量に対する合焦点位置の変化量の比を示すフォーカス感度が所定値以下であるか否かを判定するフォーカス感度判定部と、
   前記フォーカス感度判定部が前記所定値以下でないと判定した場合、前記第１の駆動部を駆動して前記可動枠を前記合焦点位置へ移動させる制御を行う駆動制御部と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記可動枠を前記光軸方向に沿って合焦点位置へ前記所定の距離より大きい距離を順次移動させて前記撮像光学系の焦点の調整を行う第２の駆動部をさらに備え、
   前記駆動制御部は、前記フォーカス感度判定部が前記所定値以下であると判定した場合、前記第１の駆動部および前記第２の駆動部を駆動して前記合焦点位置へ移動させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像素子が生成する前記画像データのフレームレートに同期して前記画像データから高域周波数成分を抽出し、該高域周波数成分に基づいて前記被写体像のコントラストの高低を評価する焦点評価値を順次算出する焦点評価値算出部と、
   前記可動枠が前記光軸方向に沿って順次移動した際に、前記焦点評価値算出部が順次算出した複数の焦点評価値から合焦点位置に対応する最大値を判定する焦点評価値判定部と、
   をさらに備え、
   前記駆動制御部は、前記フォーカス感度判定部が前記所定値以下でないと判定した場合において、前記焦点評価値判定部が前記最大値を判定したとき、前記第１の駆動部のみを駆動して前記可動枠を前記最大値に対応する合焦点位置へ移動させる制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記第１の駆動部は、電圧を印加することで変位する電圧変位型のアクチュエータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の撮像装置。
5. 前記アクチュエータは、有機圧電素子、無機圧電素子、若しくは有機無機複合圧電素子、またはイオン伝導アクチュエータ、若しくは導電性高分子アクチュエータのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記第２の駆動部は、前記可動枠を前記光軸方向の可動範囲の全ての範囲に移動可能なモータであることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
7. 前記モータは、ＤＣモータ、ステッピングモータ、超音波モータまたは静電モータのいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。

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