JP2015148741A - レンズユニットおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ズーム動作中に可能な限り合焦状態を維持するように制御して使いやすさを向上させることが可能なレンズユニットおよび撮像装置を提供する。
【解決手段】焦点距離を可変な撮影光学系と、撮影光学系に含まれるフォーカスレンズと、撮影光学系の焦点距離に応じたズーム位置を検出するズーム位置検出部１０９と、撮影光学系の焦点距離に応じて、撮影可能な最も近い被写体距離である最至近距離を記憶する記憶部１０７と、フォーカスレンズの位置を設定するための初期被写体距離を設定し、初期被写体距離とズーム位置に基づいて初期被写体距離への合焦を維持するフォーカスレンズの位置を算出し、算出されたフォーカスレンズの位置と最至近距離に基づいてフォーカスレンズの位置を制御するレンズ制御部１０５を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、焦点距離可変の撮影光学系を有し、焦点距離を可変する際にフォーカスレンズの位置を制御するレンズユニットおよび撮像装置に関する。

ズームトラッキングを採用したカメラが提案されている（特許文献１参照）。このズームトラッキングは、ある被写体に対しズーミングを行う場合に、ズームレンズに連動してフォーカスレンズも駆動する方式である。すなわち、ズームレンズとフォーカスレンズの位置関係をトラッキングテーブルに記憶し、ズームレンズとフォーカスレンズのそれぞれに設けた駆動部によって両レンズの駆動制御を行う方式である。

特開２０１０−２６６７０１号公報

ズームトラッキングを採用すると、被写体に対してピントが合った状態であれば、ピントがあったままでズーミングを行うことができ便利である。しかし、特許文献１においては、望遠側に向かってズーミングした際のズームトラッキング動作において、トラッキングテーブルに基づいて算出されたフォーカスレンズの移動量がある閾値を越えた場合はフォ−カスレンズの駆動を制限している。このように、フォーカスレンズの駆動を制限しているので合焦状態を維持することができなくなってしまい、撮影者は違和感を覚え、また使用感がよくないと感じてしまうことがあった。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、ズーム動作中に可能な限り合焦状態を維持するように制御して使いやすさを向上させることが可能なレンズユニットおよび撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため第１の発明に係るレンズユニットは、焦点距離を可変な撮影光学系と、上記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズと、上記撮影光学系の焦点距離に応じたズーム位置を検出するズーム位置検出部と、上記撮影光学系の焦点距離に応じて、撮影可能な最も近い被写体距離である最至近距離を記憶する記憶部と、上記フォーカスレンズの位置を設定するための初期被写体距離を設定し、上記初期被写体距離と上記ズーム位置に基づいて上記初期被写体距離への合焦を維持する上記フォーカスレンズの位置を算出し、上記算出されたフォーカスレンズの位置と上記最至近距離に基づいて上記フォーカスレンズの位置を制御する制御部と、を具備する。

第２の発明に係るレンズユニットは、上記第１の発明において、上記制御部は、上記算出されたフォーカスレンズの位置に相当する被写体距離が上記最至近距離よりも大きい場合は上記算出されたフォーカスレンズの位置に上記フォーカスレンズを位置させ、小さい場合は上記最至近距離に相当するフォーカスレンズの位置に上記フォーカスレンズを位置させる。
第３の発明に係るレンズユニットは、上記第１の発明において、上記制御部は、合焦時の上記フォーカスレンズの位置に相当する被写体距離を上記初期被写体距離に設定する。

第４の発明に係る撮像装置は、焦点距離を可変な撮影光学系を介して被写体光を撮像素子により撮像する撮像装置において、上記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズと、上記撮影光学系の焦点距離に応じたズーム位置を検出するズーム位置検出部と、上記撮影光学系の焦点距離に応じて、撮影可能な最も近い被写体距離である最至近距離を記憶する記憶部と、上記フォーカスレンズの位置を設定するための初期被写体距離を設定し、上記初期被写体距離と上記ズーム位置に基づいて上記初期被写体距離への合焦を維持する上記フォーカスレンズの位置を算出し、上記算出されたフォーカスレンズの位置と上記最至近距離に基づいて上記フォーカスレンズの位置を制御する制御部と、を具備する。

第５の発明に係るレンズユニットは、焦点距離を可変な撮影光学系と、上記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズと、上記撮影光学系の焦点距離に応じたズーム位置を検出するズーム位置検出部と、上記撮影光学系の焦点距離に応じて、上記フォーカスレンズを駆動可能な範囲の端点である制限位置を記憶する記憶部と、上記フォーカスレンズの位置を設定するための初期被写体距離を設定し、上記初期被写体距離と上記ズーム位置に基づいて上記初期被写体距離への合焦を維持する上記フォーカスレンズの位置を算出し、上記算出されたフォーカスレンズの位置と上記制限位置に基づいて上記フォーカスレンズの位置を制御する制御部と、を具備する。

本発明によれば、ズーム動作中に可能な限り合焦状態を維持するように制御して使いやすさを向上させることが可能なレンズユニットおよび撮像装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るカメラシステムの主として電気的構成を示すブロック図である。 従来の方法によるズーム位置に応じた最至近距離とフォーカスレンズの位置の関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係るカメラシステムのレンズ制御の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係るカメラシステムにおいて、ズーム位置に応じた最至近距離とフォーカスレンズの位置の関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態にカメラシステムのレンズ制御の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るカメラシステムにおいて、ズーム位置に応じた最至近距離とフォーカスレンズの位置の関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態としてデジタルカメラシステムに適用した例について説明する。このカメラシステムは、撮像部を有し、この撮像部によって被写体像を画像データに変換し、この変換された画像データに基づいて、被写体像を本体の背面に配置した表示部にライブビュー表示する。撮影者はライブビュー表示を観察することにより、構図やシャッタチャンスを決定する。レリーズ操作時には、画像データが記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像データは、再生モードを選択すると、表示部に再生表示することができる。

また、このカメラシステムのレンズ鏡筒の光学系は、焦点距離を可変な撮影光学系であり、撮影光学系にはフォーカスレンズを含む。すなわち、撮影光学系は、ズームレンズとフォーカスレンズを有し、それぞれのレンズは駆動部とレンズ位置の検出部を有する。またズームレンズとフォーカスレンズの位置関係を、焦点距離ごとに記憶したトラッキングテーブルを有している。このため、ユーザがズーム操作（焦点距離の変更操作）を行うと、トラッキングテーブルの記憶値に従ってフォーカスレンズとズームレンズを駆動することにより、ピントの合った状態で焦点距離を変更することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るカメラシステムの主として電気的構成を示すブロック図である。このカメラシステムは、焦点距離を可変な撮影光学系を有する交換レンズ１００と、該交換レンズを着脱可能なカメラ本体２００を有する。なお、本実施形態においては、レンズ鏡筒は交換レンズ方式を採用しているが、カメラ本体に固定したタイプでも勿論かまわない。

交換レンズ１００内には、撮影光学系を構成する撮影レンズ１０１ａ、１０１ｂ（これらの撮影レンズを総称する際には、撮影レンズ１０１と称す）が配置されている。この撮影レンズ１０１の内でフォーカスレンズ１０１ｂは、フォーカスレンズ駆動部１０３によって、光軸Ｏ方向に沿って、移動可能である。このフォーカスレンズ駆動部１０３によって、フォーカスレンズ１０１ｂの位置が変更される。

交換レンズ１００の外周には、ズーム環１１１が回動自在に配置されている。ユーザがズーム環１１１を手動で回動させると、機械的に連結された撮影レンズ１０１のうちのズームレンズ１０１ａの位置が変更される。このように焦点距離が変更され手動でズームを行うことができる。なお、ズーム操作は、手動に限らず、後述するように、ズーム環を光軸方向に摺動することにより、電動ズームモードに切り替えられる。また、これに限らず、カメラ本体２００に設けたズーム操作部材の操作量によって、電動ズームを行うようにしてもよい。

フォーカスレンズ駆動部１０３は、レンズ制御部１０５に接続され、このレンズ制御部１０５によってフォーカスレンズ駆動部１０３が制御される。このレンズ制御部１０５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＡＳＩＣ（Application Specific integrated circuit）等の回路を有し、記憶部１０７に記憶されたプログラムに従って交換レンズ１００の制御を行う。この交換レンズ１００の制御にあたっては、通信端子３００を介してカメラ本体２００内の本体制御部２０３と通信を行い、カメラ本体２００からの制御命令に応じた制御を行う。

レンズ制御部１０５は、フォーカスレンズの位置を設定するための初期被写体距離を設定し、初期被写体距離とズーム位置に基づいて初期被写体距離への合焦を維持するフォーカスレンズの位置を算出し、算出されたフォーカスレンズの位置と最至近距離に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する制御部として機能する（図３に示すフローチャート参照）。また、この制御部は、算出されたフォーカスレンズの位置に相当する被写体距離が最至近距離よりも大きい場合は算出されたフォーカスレンズの位置にフォーカスレンズを位置させ（図３のＳ２１参照）、小さい場合は最至近距離に相当するフォーカスレンズの位置にフォーカスレンズを位置させる（図３のＳ１９参照）。また、この制御部は、合焦時のフォーカスレンズの位置に相当する被写体距離を初期被写体距離に設定する（図３のＳ９参照）。

ズームレンズ駆動部１１３は、レンズ制御部１０５に接続され、このレンズ制御部１０５によってズームレンズ駆動部１１３が制御される。ズーム環１１１を撮影光学系の光軸方向に移動することにより電動ズームモードに切換えることが可能である。電動ズームモードでは、レンズ制御部１０５は、ズーム環１１１の回転量に応じてズームレンズ駆動部１１３によりズームレンズ１０１ａの位置を制御して焦点距離を変更する。

記憶部１０７は、レンズ制御部１０５に接続されている。記憶部１０７には、上述の制御用のプログラムの他、交換レンズ１００の各種調整値が記憶されている。また、記憶部１０７は、ズームトラッキングカーブに関する情報も記憶している。ズームトラッキングカーブに関する情報は、焦点距離とフォーカスレンズ位置の組合せからなるテーブル等で記憶している。また、記憶部１０７は、ズーム位置に応じた制限位置データも記憶している。焦点距離によって、被写体に対してピントの合う距離範囲は異なっており、制限位置データは、例えば、ズーム位置に応じてピントの合う範囲内に応じたデータである。記憶部１０７は、撮影光学系の焦点距離に応じて、例えば、撮影可能な最も近い被写体距離である最至近距離を記憶する記憶部として機能する。

ズーム位置検出部１０９は、レンズ制御部１０５に接続され、ズームレンズ１０１ａの位置に基づいて、撮影光学系の焦点距離に応じたズーム位置を検出し、レンズ制御部１０５に出力する。レンズ制御部１０５は、この入力したズーム位置をカメラ本体２００に送信する。ズーム位置検出部１０９は、撮影光学系の焦点距離に応じたズーム位置を検出するズーム位置検出部として機能する。

交換レンズ１００を装着可能なカメラ本体２００内には、撮像素子２０１、本体制御部２０３が配置されている。撮像素子２０１は、撮影レンズ１０１の光軸Ｏ上であって、被写体像が形成される位置に配置され、被写体像を光電変換し、画像データを本体制御部２０３に出力する。

本体制御部２０３は、ＣＰＵ等の制御部を有し、図示しない記憶部に記憶されたプログラムに従ってカメラ本体２００の制御を行うと共に、レンズ制御部１０５と通信を行って、カメラシステム全体の制御を行う。本体制御部２０３とレンズ制御部１０５は、通信端子３００を介して、制御コマンドおよびズーム位置等のレンズデータのやり取りを行う。

次に、本実施形態における動作について説明するが、本実施形態の動作を理解するために、図２を用いて、従来の方法によるズームに応じた最至近距離とフォーカスレンズの変化について説明する。

図２に示すグラフの横軸は焦点距離（ズーム位置）を示す。焦点距離は、ワイド端（Ｗ）からテレ端（Ｔ）の間で変化させることが可能である。図２に示すグラフの縦軸は、合焦している被写体距離を示し、これはフォーカスレンズの位置に対応するものでもある。また、実線１１は、焦点距離に対応して変化する撮影可能な最至近距離データを示す。撮影可能な最至近距離は、撮影レンズの光学性能に応じて設定されている。焦点距離Ｗからｆ１までの間では最至近距離は２０ｃｍであり、焦点距離ｆ１からｆ２までの間では焦点距離の変化に比例して最至近距離は２０ｃｍから３０ｃｍに変化する。そして焦点距離ｆ２からＴまでの間では最至近距離は３０ｃｍとなっている。

最初の状態として、焦点距離Ｗにおいて被写体は２５ｃｍの距離に位置し、被写体距離２５ｃｍに合焦する位置にフォーカスレンズが位置しており、ピントが合った状態になっている（ポイント１２）。この状態から、撮影者によりズーム環が操作されて焦点距離Ｔの方向に焦点距離が変化する場合に（実線１３）、トラッキングカーブに従って２５ｃｍに合焦を維持するようにフォーカスレンズ位置を制御する。そして、焦点距離ｆｂに達すると最至近距離が２５ｃｍより大きくなっていくので、トラッキングカーブを遷移させていき、最至近距離の変化に追従するフォーカスレンズ位置に制御する。そして、焦点距離ｆｂに達すると、焦点距離ｆｃから焦点距離Ｔの間では最至近距離は３０ｃｍとなるので、３０ｃｍのトラッキングカーブに応じたフォーカスレンズの位置に制御されて合焦している距離は３０ｃｍのまま維持される（実線１３）。

次に、焦点距離Ｔから画角が縮小する方向へズームを行うと（ワイド側にズームすると）、この時３０ｃｍのズームトラッキングカーブを使用しているので、焦点距離Ｔから焦点距離Ｗに変化する間、フォーカスレンズ位置は３０ｃｍに合焦する位置に制御される（破線１４）。

このように、ズームを行う前に被写体に合焦した状態となっている被写体距離２５ｃｍに対応するフォーカスレンズ位置に対して、焦点距離をＷからＴに変更した後に、再び焦点距離Ｗに戻す際の焦点距離ｆａから焦点距離Ｗの間では、フォーカスレンズ位置が３０ｃｍに合焦する位置となっているのでピントが合っていない状態となってしまう。このような状況は、撮影者にとっては使用感がよくなく、また不自然な印象を与えてしまう。そこで、本実施形態においては、本来可能なフォーカスレンズ位置となるようにフォーカス位置の制御を行うようにしている。

図３は、本実施形態における交換レンズ制御の動作を示すフローチャートである。このフローは、記憶部１０７に記憶されているプログラムに従って、レンズ制御部１０５が、交換レンズ１００内の各部を制御することにより実行する。

カメラの電源がオンされるとカメラ本体２００と交換レンズ１００は動作を開始する。まず、初期化動作を行う（Ｓ１）。ここでは、レンズ制御部１０５は、交換レンズ１００内の各ブロックを初期化する。

初期化を行うと、次に、本体通信を行う（Ｓ３）。ここでは、レンズ制御部１０５はカメラ本体２００の本体制御部２０３と本体通信を行う。具体的には、記憶部１０７に記憶された各種制御データ等をカメラ本体２００へ送信し、カメラ本体２００から本体側の各種制御コマンドや各種制御データを受信する。

本体通信を行うと、次に、カメラ本体２００からコマンドを受信したか否かを判定する（Ｓ５）。ここでは、本体制御部２０３からのコマンドを受信したか否かを判定する。受信した場合はＳ３５に、受信しなかった場合はＳ７へ移行する。

ステップＳ５における判定の結果、受信しなかった場合には、次に、ズーム操作有りか否かの判定を行う（Ｓ７）。ここでは、ズーム環１１１の移動を判別するか、またズーム位置検出部１０９の出力の変化を検出することによってなされる。

ステップＳ７における判定の結果、ズーム操作有りの場合には、初期被写体距離を記憶する（Ｓ９）。ここでは、初期被写体距離を記憶部１０７に記憶する。初期被写体距離は、ＡＦ（自動焦点調節）動作やＭＦ（手動焦点調節）動作により合焦した状態での被写体距離情報である。ＡＦ動作やＭＦ動作が完了して合焦したと判定されると、フォーカスレンズの位置に基づいて、初期被写体距離が算出される。

初期被写体距離を記憶すると、次に、ズーム位置を読み出し、ズーム駆動を行う（Ｓ１１）。ズーム位置検出部１０９の出力に基づいてズーム位置を検出する。また、この時、電動ズームモードの場合は、ズーム駆動部１１３により電動ズーム動作を行う。

ズーム位置読出しとズーム駆動を行うと、次に、トラッキングデータの読み込みを行う（Ｓ１３）。ここでは、記憶部１０７に記憶されているトラッキングデータを読出す。この読出しにあたっては、ズーム位置に応じたトラッキングデータを直接読み出してもよく、また補間計算により複数のトラッキングデータより中間的なトラッキングデータを計算して求めてもよい。

トラッキングデータの読み込みを行うと、次に、最至近距離データを読み込む（Ｓ１５）。ここでは、記憶部１０７に記憶されている各種制限位置データのうちズーム位置に応じた最至近距離データを読み込む。

最至近距離データを読み込むと、次に初期被写体距離＜最至近距離であるか否かの判定を行う（Ｓ１７）。ここでは、ステップＳ９において記憶した初期被写体距離と、ステップＳ１５において読み込んだ最至近距離の比較を行う。

ステップＳ１７における判定の結果、初期被写体距離が最至近距離よりも小さい場合、つまり初期被写体距離が最至近距離よりも近距離側にある場合は、最至近距離にフォーカスレンズを移動させる（Ｓ１９）。ここでは、最至近距離に対応するトラッキングカーブに基づいて対応するフォーカスレンズの位置を算出し、算出した位置へフォーカスレンズを移動させる。

一方、ステップＳ１７における判定の結果、初期被写体距離が最至近距離よりも大きい場合、つまり初期被写体距離が最至近距離よりも遠距離側にある場合は、初期被写体距離にフォーカスレンズを移動する（Ｓ２１）。ここでは、初期被写体距離に対応するトラッキングカーブに基づいて対応するフォーカスレンズの位置を算出し、算出した位置へフォーカスレンズを移動させる。

ステップＳ１９またはＳ２１においてフォーカスレンズを移動させると、ステップＳ３に戻る。従って、ズーム動作が継続されていれば、Ｓ７−Ｓ１９（またはＳ２１）の処理を繰り返し実行し、ズーム動作中はフォーカスレンズを初期被写体距離または最至近距離のいずれか一方に対応するフォーカスレンズの位置を算出し、この算出した位置へフォーカスレンズを位置させることができる。

次に、ステップＳ５における判定の結果、カメラ本体２００からコマンドを受信した場合には、受信したコマンドが電源オフか否かの判定を行う（Ｓ３５）。この判定の結果、電源オフの場合には、交換レンズ制御のフローを終了する。一方、ステップＳ３５における判定の結果、受信したコマンドが電源オフでない場合には、本体からのコマンドの内容に応じた動作を行う（Ｓ３７）。ここでのコマンドの内容は、たとえばＡＦ動作時のフォーカスレンズを指定量だけ指定方向に移動させる要求や、カメラ本体側でのズーム操作に応じた電動ズームの要求や、露光時の絞り動作の要求等である。本体からのコマンドに応じた動作を行うと、ステップＳ３に戻る。

次に、ステップＳ７における判定の結果、ズーム操作でない場合には、ＭＦ（手動焦点調節）操作有りか否かの判定を行う（Ｓ３１）。ここでは、ＭＦ動作が指示されたか判定する。ＭＦ動作は不図示のフォーカスリング（ＭＦリング）が撮影者により操作されたことを検出することにより判定する。

ステップＳ３１における判定の結果、ＭＦ操作が有った場合には、ＭＦ動作を行う（Ｓ３３）。ＭＦ動作は、ＭＦリングの回転量、回転方向を検出し、それに応じてフォーカスレンズ駆動部１０３を介してフォーカスレンズ１０１ｂを駆動する動作を行う。ＭＦ動作を終了すると、またはステップＳ３１における判定の結果、ＭＦ操作がない場合には、ステップＳ３に戻る。このように、ＭＦリングの操作がなされている間に、Ｓ３からＳ３３の処理が繰り返し実行されることによりＭＦ動作が行われる。

次に、図４を用いて、本実施形態におけるズーム操作に応じた最至近距離の変化とフォーカスレンズ位置の制御について説明する。なお、図４に示す最至近距離に関するグラフは、交換レンズ１００の光学特性に基づいて設定された一例を示すものである。

図４に示すグラフの横軸は焦点距離（ズーム位置）を示す。焦点距離は、ワイド端（Ｗ）からテレ端（Ｔ）の間で変化させることが可能である。また、グラフの縦軸は、合焦となる被写体距離を示し、これはフォーカスレンズの位置に対応するものでもある。また、実線２１は、焦点距離に応じた撮影可能な最至近距離データを示し、この最至近距離データは記憶部１０７に記憶されている。最至近距離は、撮影レンズの解像力等の光学性能に応じて設定されている。

図４における最至近距離について説明する。焦点距離Ｗからｆ１の間では、最至近距離は２０ｃｍから２５ｃｍまで焦点距離に比例して変化する。焦点距離ｆ１からｆ２の間では、最至近距離は焦点距離の変化に対して２５ｃｍであり変化しない。そして、焦点距離ｆ２からｆ３の間では最至近距離は２５ｃｍから３０ｃｍまで焦点距離に比例して変化する。焦点距離ｆ３からｆ４の間では、最至近距離は焦点距離に反比例して３０ｃｍから２５ｃｍまで変化する。焦点距離ｆ４からＴの間では、最至近距離は焦点距離に変化に対して２５ｃｍであり変化しない。

一般に、焦点距離の変化に対して最至近距離は一定であることが望ましいが、交換レンズを小型化するために光学的な制約や鏡筒の機構的な制約を受けて、図４に示す例のように、最至近距離が変化する構成となることもある。

図４において焦点距離を変化される場合のフォーカスレンズ位置の制御について説明する。なお、この例では制限距離を最至近距離としている。

最初の状態として、焦点距離Ｗにおいて被写体距離２４ｃｍに合焦するフォーカスレンズ位置に設定されているものとする（ポイント２２）。例えば、ＡＦ動作やＭＦ動作を行うことにより被写体距離２４ｃｍに合焦させた状態であってもよい。ここで、レンズ制御部１０５は、初期被写体距離として２４ｃｍを記憶部１０７に記憶する。

この状態から、撮影者によりズーム環１１１が操作されて焦点距離ＷからＴの方向に焦点距離が変化させるものとする（実線２３）。レンズ制御部１０５は、最至近距離が２４ｃｍ以下である２０ｃｍであることをチェックして、ズームトラッキングカーブ（以下トラッキングカーブ）に基づいて焦点距離の変化に対して距離２４ｃｍに合焦させ続けるようにフォーカスレンズの位置を制御する。この時、レンズ制御部１０５は、距離に応じて複数個記憶しているトラッキングデータのうちから、距離２４ｃｍに対応するトラッキングカーブを選択し、このデータに基づいてフォーカスレンズの位置を制御する。

焦点距離ｆ０に達するまでは、トラッキングカーブに従って２４ｃｍに合焦するフォーカスレンズの位置を維持する。そして、焦点距離ｆ０に達すると、最至近距離が初期被写体距離２４ｃｍより大きくなっていくので、最至近距離の変化に追従させてフォーカスレンズの位置を制御する。すなわち焦点距離ｆ１では、トラッキングカーブ２５ｃｍを選択して焦点距離ｆ１に応じてフォーカスレンズの位置を制御する。つまり距離２５ｃｍに合焦するフォーカスレンズ位置に変化させる。なお、焦点距離ｆ０とｆ１の間については、２４ｃｍと２５ｃｍのトラッキングカーブを補間して求めたトラッキングカーブに基づいて制御すればよい。

焦点距離ｆ１とｆ２の間では最至近距離は２５ｃｍであり初期被写体距離２４ｃｍよりも大きいので、最至近距離２５ｃｍに対応する２５ｃｍのトラッキングカーブに基づいてフォーカスレンズの位置を制御する。そして、焦点距離ｆ２を越えると、ｆ２からｆ３の間では、最至近距離は２５ｃｍから３０ｃｍに焦点距離に比例して変化し、初期被写体距離２４ｃｍより大きいので、最至近距離に対応させてトラッキングデータを変更してフォーカスレンズの位置を制御する。

焦点距離ｆ３を越えると、焦点距離ｆ３からｆ４の間では、最至近距離は３０ｃｍから２５ｃｍまで焦点距離に反比例して変化し、初期被写体距離２４ｃｍよりも大きいので、最至近距離に対応させてトラッキングデータを変更してフォーカスレンズ位置を制御する。そして焦点距離ｆ４に達すると、焦点距離ｆ４からＴの間では最至近距離は２５ｃｍとで初期被写体距離２４ｃｍよりも大きいので、２５ｃｍのトラッキングカーブに応じたフォーカスレンズの位置に制御されて２５ｃｍに合焦した状態が維持される（実線２３）。

次に、撮影者が上述のようにテレ側にズーム操作を行った後に、ワイド側にズーム操作を行うと、すなわち、焦点距離がＴから画角が縮小する方向へズームを行うと、この時は２５ｃｍのトラッキングカーブを使用しており、焦点距離Ｔからｆ４までの間ではフォーカスレンズ位置は２５ｃｍに維持される（破線２４）。そして、焦点距離ｆ４を越えると、ｆ４からｆ３の間では、最至近距離は２５ｃｍから３０ｃｍまで焦点距離の減少に比例して変化するので、最至近距離に対応させてトラッキングデータを変更してフォーカスレンズ位置を制御する。

焦点距離がｆ３を越えると、ｆ３からｆ２の間では、最至近距離は３０ｃｍから２５ｃｍに焦点距離の減少に反比例して変化する。レンズ制御部１０５は、最至近距離が初期被写体距離２４ｃｍより大きいので、最至近距離に対応するフォーカスレンズの位置の制御を行う。

焦点距離がｆ２を越えると、ｆ２からｆ１の間では最至近距離は２５ｃｍであり初期被写体距離２４ｃｍよりも大きいので、２５ｃｍのトラッキングカーブに基づいてフォーカスレンズの位置を制御する。そして、焦点距離がｆ１を越えると、ｆ１からＷの間では、最至近距離は焦点距離の減少に対して比例して減少する。レンズ制御部１０５は、最至近距離データが初期被写体距離値よりも大きい場合は、最至近距離に基づくトラッキングカーブに対応してフォーカスレンズ位置を制御する。

従って、焦点距離がｆ１からｆ０の間では、最至近距離に追従するようにフォーカスレンズの位置を制御する。そして、レンズ制御部１０５は、焦点距離がｆ０に達すると、焦点距離ｆ０からＷの間では最至近距離が初期被写体距離よりも小さくなることを判定して、初期被写体距離に基づくトラッキングカーブに対応してフォーカスレンズの位置を制御する。

このように、本発明の第１実施形態においては、フォーカスレンズの位置を設定するための初期被写体距離を記憶し（Ｓ９）、初期被写体距離とズーム位置に基づいて初期被写体距離への合焦を維持するフォーカスレンズの位置を算出し（Ｓ１１、Ｓ１３）、算出されたフォーカスレンズの位置と最至近距離に基づいてフォーカスレンズの位置を制御するようにしている（Ｓ１５〜Ｓ２１）。

次に、本発明の第２実施形態について、図５を用いて説明する。本発明の第１実施形態においては、初期被写体距離と最至近距離を比較し、比較結果に応じてフォーカスレンズを移動させていた。これに対して、第２実施形態においては、フォーカスレンズの目標位置を算出し、この目標位置と制限位置とを比較し、比較結果に応じてフォーカスレンズを移動させている。第２実施形態の構成は、図１と同一である。

第２実施形態は、図３に示したフローチャートを図５に置き換えるだけであり、また図５のフローチャートは、図３におけるステップＳ７〜Ｓ２１をステップＳ７〜Ｓ２２に置き換えるだけであるので、この相違点を中心に説明する。

図５に示すフローに入り、ステップＳ７においてズーム操作か否かの判定を行う。この判定の結果、ズーム操作が有った場合には、初期被写体距離を記憶する（Ｓ９）。ここでは、初期被写体距離を記憶部１０７に記憶する。初期被写体距離は、ＡＦ（自動焦点調節）動作やＭＦ（手動焦点調節）動作により合焦した状態での被写体距離情報である。ＡＦ動作やＭＦ動作が完了して合焦したと判定されると、フォーカスレンズの位置に基づいて、初期被写体距離が算出される。初期被写体距離を記憶すると、次に、ズーム位置を読み出し、ズーム駆動を行う（Ｓ１１）。ここでは、第１実施形態と同様、ズーム位置検出部１０９の出力に基づいてズーム位置を検出する。また、この時、電動ズームモードの場合は、ズーム駆動部１１３により電動ズーム動作を行う。

ズーム位置読出しとズーム駆動を行うと、次に、トラッキングデータの読み込みを行う（Ｓ１３）。ここでは、第１実施形態と同様、記憶部１０７に記憶されているトラッキングデータを読出す。ズーム位置に応じたトラッキングデータを読み出す、または補間計算により複数のトラッキングデータより中間的なトラッキングデータを計算して求めてもよい。

トラッキングデータの読み込みを行うと、次に、ズーム位置と初期被写体距離からフォーカスレンズの目標位置を算出する（Ｓ１４）。

フォーカスレンズの目標位置を算出すると、次に、制限位置データの読み込みを行う（Ｓ１６）。ここでは、記憶部１０７に記憶されている制限位置データのうちズーム位置に応じた制限位置データを読み込む。

制限位置データを読み込むと、次に、目標位置が制限位置よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１８）。ここでは、目標位置と制限位置の比較を行って判定する。なお、本実施形態においては、フォーカスレンズの位置はたとえばパルス数で表現され、例えば、無限端を基準とし近距離側で小さい数値となるように設定されている。

ステップＳ１８における判定の結果、目標位置が制限位置よりも大きい場合、すなわち目標位置が制限位置よりも近距離側にある場合には、制限位置にフォーカスレンズを移動させる（Ｓ２０）。

一方、ステップＳ１８における判定の結果、目標位置が制限位置よりも大きくない場合、すなわち目標位置が制限位置よりも遠距離側にある場合には、目標位置にフォーカスレンズを移動させる（Ｓ２２）。

ステップＳ２０またはＳ２２において、フォーカスレンズを移動させると、ステップＳ３に戻る。ズーム動作が継続されていれば、Ｓ７−Ｓ２０（またはＳ２２）の処理を繰り返し実行し、ズーム動作中はフォーカスレンズを目標位置または制限位置のいずれか一方に位置させることができる。

このように、本発明の第２実施形態においては、フォーカスレンズの目標位置を算出し（Ｓ１４）、算出されたフォーカスレンズの目標位置と制限位置に基づいてフォーカスレンズの位置を制御するようにしている（Ｓ１８〜Ｓ２２）。

次に、図６を用いて、第２実施形態におけるズーム操作に応じた制限位置の変化とフォーカスレンズの位置制御について説明する。なお、図６に示す制限位置に関するグラフは、交換レンズ１００の光学特性に基づいて設定された一例を示すものである。

図６に示すグラフの横軸は焦点距離（ズーム位置）を示す。焦点距離は、ワイド端（W）からテレ端（Ｔ）の間で変化させることが可能である。また、グラフの縦軸はフォーカスレンズの位置を示し、単位は制御用のパルス数で示される。制御用のパルスは、例えばフォーカスレンズをステッピングモータにより駆動する際の駆動パルスやフォーカスレンズの位置を検出するエンコーダの出力パルス等に相当する。そして、図６ではフォーカスレンズ位置のパルス数が小さいほど、より近距離側に合焦するフォーカスレンズの位置を示す。

また、実線３１は、焦点距離に応じた制限位置を示し、例えば撮影可能な最至近距離に対応する位置であってもよいし、フォーカス動作を高速化するために設けられた制限されたフォーカス範囲の近距離側の位置であってもよい。図６においては、制限位置より上側の領域がフォーカスレンズの移動可能な範囲となっている。

図６における制限位置について説明する。焦点距離Ｗからｆ５の間では、焦点距離の変化に対して制限位置はａで変化しない。そして、焦点距離ｆ５からｆ７の間では焦点距離に比例して制限位置はａからｃまで変化する。焦点距離ｆ７からｆ９の間では焦点距離に反比例して制限位置はｃからａに変化する。焦点距離がｆ９からＴの間では、焦点距離の変化に対して制限位置はａで変化しない。

次に、図６を用いて、焦点距離を変化される場合のフォーカスレンズ位置の制御について説明する。

最初の状態として、焦点距離Ｗにおいてフォーカスレンズ位置ｂに設定されているものとする（ポイント３２）。例えば、ＡＦ動作やＭＦ動作を行うことにより合焦状態としフォーカスレンズ位置ｂに制御されたものとする。ここで、レンズ制御部１０５は、フォーカスレンズ位置ｂに対応する距離値を初期被写体距離として記憶部１０７に記憶する。

この状態から、撮影者によりズーム環１１１が操作されて焦点距離ＷからＴの方向に焦点距離を変化させるものとする（実線３３）。レンズ制御部１０５は、ズーム位置と初期被写体距離に基づいて初期被写体距離に対応するフォーカスレンズの位置を目標位置として算出する。そして、目標位置と制限位置の大小関係はチェックし、図６に示すように目標位置が制限位置よりも大きい場合は、フォーカスレンズを目標位置に移動させる。なお、図６では、同一被写体距離に合焦するフォーカスレンズの位置が、ズーム位置に応じて変化しない場合を示しているが、ズーム位置に応じて変化する場合もあり、その場合には光学特性や駆動機構に応じたものとなる。

ズーム動作に応じてこのような動作を繰り返し実行して焦点距離ｆ６に達すると、レンズ制御部１１５は、制限位置が目標位置を越えたと判定する。そして、レンズ制御部１１５は、ズーム位置が焦点距離ｆ６を越えたところで、フォーカスレンズを目標位置に代えて制限位置に位置させるように制御を行う。焦点距離ｆ６からｆ８の間では、レンズ制御部１１５は目標位置が制限位置よりも小さいと判定するので、フォーカスレンズを制限位置に対応させて位置させるように制御する。

焦点距離ｆ８に達すると、レンズ制御部１１５は、目標位置が制限位置よりを越えたと判定する。レンズ制御部１１５は、ズーム位置が焦点距離ｆ８を越えたところで、制限位置に代えて、ズーム位置と初期被写体距離に応じて算出された目標位置にフォーカスレンズを位置させるように制御を行う。

ズーム動作が焦点距離Ｔまで行われた後で、ＴからＷ側へ画角を縮小するズーム動作を行う場合も、上記動作と同様にフォーカスレンズの位置を制御するのであり詳細な説明を省略する（点線３４参照）。

以上説明したように、本発明の各実施形態においては、ズームトラッキングを行う場合に、焦点距離に応じて撮影可能な最至近距離を記憶しておき、焦点距離が変化し、至近側にフォーカスレンズを移動可能な場合には、移動させることにより、至近側でもピントを合わせることができる。

なお、本発明の各実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話、スマートフォーン、携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assist）、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型コンピュータ、ゲーム機器等に内蔵されるカメラでも構わない。いずれにしても、ズームトラッキングを行う光学システムを採用する機器であれば、本発明を適用することができる。

また、本明細書において説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御に関しては、プログラムで設定可能であることが多く、記録媒体や記録部に収められる場合もある。この記録媒体、記録部への記録の仕方は、製品出荷時に記録してもよく、配布された記録媒体を利用してもよく、インターネットを介してダウンロードしたものでもよい。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００・・・交換レンズ、１０１・・・撮影レンズ、１０３・・・フォーカスレンズ駆動部、１０５・・・レンズ制御部、１０７・・・記憶部、１０９・・・ズーム位置検出部、１１１・・・ズーム環、１１３・・・ズームレンズ駆動部、２００・・・カメラ本体、２０１・・・撮像素子、２０３・・・本体制御部、３００・・・通信端子

Claims (5)

1. 焦点距離を可変な撮影光学系と、
   上記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズと、
   上記撮影光学系の焦点距離に応じたズーム位置を検出するズーム位置検出部と、
   上記撮影光学系の焦点距離に応じて、撮影可能な最も近い被写体距離である最至近距離を記憶する記憶部と、
   上記フォーカスレンズの位置を設定するための初期被写体距離を設定し、上記初期被写体距離と上記ズーム位置に基づいて上記初期被写体距離への合焦を維持する上記フォーカスレンズの位置を算出し、上記算出されたフォーカスレンズの位置と上記最至近距離に基づいて上記フォーカスレンズの位置を制御する制御部と、
   を具備することを特徴とするレンズユニット。
2. 上記制御部は、上記算出されたフォーカスレンズの位置に相当する被写体距離が上記最至近距離よりも大きい場合は上記算出されたフォーカスレンズの位置に上記フォーカスレンズを位置させ、小さい場合は上記最至近距離に相当するフォーカスレンズの位置に上記フォーカスレンズを位置させることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
3. 上記制御部は、合焦時の上記フォーカスレンズの位置に相当する被写体距離を上記初期被写体距離に設定することを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
4. 焦点距離を可変な撮影光学系を介して被写体光を撮像素子により撮像する撮像装置において、
   上記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズと、
   上記撮影光学系の焦点距離に応じたズーム位置を検出するズーム位置検出部と、
   上記撮影光学系の焦点距離に応じて、撮影可能な最も近い被写体距離である最至近距離を記憶する記憶部と、
   上記フォーカスレンズの位置を設定するための初期被写体距離を設定し、上記初期被写体距離と上記ズーム位置に基づいて上記初期被写体距離への合焦を維持する上記フォーカスレンズの位置を算出し、上記算出されたフォーカスレンズの位置と上記最至近距離に基づいて上記フォーカスレンズの位置を制御する制御部と、
   を具備することを特徴とする撮像装置。
5. 焦点距離を可変な撮影光学系と、
   上記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズと、
   上記撮影光学系の焦点距離に応じたズーム位置を検出するズーム位置検出部と、
   上記撮影光学系の焦点距離に応じて、上記フォーカスレンズを駆動可能な範囲の端点である制限位置を記憶する記憶部と、
   上記フォーカスレンズの位置を設定するための初期被写体距離を設定し、上記初期被写体距離と上記ズーム位置に基づいて上記初期被写体距離への合焦を維持する上記フォーカスレンズの位置を算出し、上記算出されたフォーカスレンズの位置と上記制限位置に基づいて上記フォーカスレンズの位置を制御する制御部と、
   を具備することを特徴とするレンズユニット。

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