JP2021067710A - レンズ制御装置、光学機器およびレンズ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】収差の発生を抑えつつピントずれを低減する。【解決手段】レンズ制御装置は、焦点調節において第１の光学素子１０４と第２の光学素子１０５のそれぞれの移動を制御する。該装置は、第１の光学素子を被写体距離に応じた第１の目標位置に移動させるように該第１の光学素子の駆動を制御する第１の制御手段１０６ｂと、第２の光学素子を被写体距離に応じた第２の目標位置に移動させるように該第２の光学素子の駆動を制御する第２の制御手段１０６ｄと、第１の光学素子の実位置と第１の目標位置との位置差と、第１および第２の光学素子のそれぞれのフォーカス敏感度とを用いて、第２の目標位置を補正するための補正値を算出する補正値算出手段１０６ｃとを有する。該補正値算出手段は、第２の光学素子の第２の目標位置からの最大移動可能量より小さい補正制限値を上限として補正値を算出する。【選択図】図２

Description

本発明は、焦点調節において光学素子の移動を制御するレンズ制御装置に関する。

撮像装置や交換レンズ等の光学機器には、焦点調節において複数のフォーカスレンズを移動させるものがある。特許文献１には、分解能が低い第１フォーカスレンズの位置偏差により生じるピントずれ（像面誤差）をより分解能が高い第２フォーカスレンズを移動させて低減する光学機器が開示されている。

特開２０１２−０７３５８４号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された光学機器において第２フォーカスレンズの移動量が大きいと、球面収差や歪曲収差等の収差が大きく発生し、合焦精度や撮像画質が劣化するおそれがある。

本発明は、収差の発生を抑えつつピントずれを低減できるようにしたレンズ制御装置およびこれを有する光学機器を提供する。

本発明の一側面としてのレンズ制御装置は、焦点調節において第１の光学素子と第２の光学素子のそれぞれの移動を制御する。該レンズ制御装置は、第１の光学素子を被写体距離に応じた第１の目標位置に移動させるように該第１の光学素子の駆動を制御する第１の制御手段と、第２の光学素子を被写体距離に応じた第２の目標位置に移動させるように該第２の光学素子の駆動を制御する第２の制御手段と、第１の光学素子の実位置と第１の目標位置との位置差と、第１および第２の光学素子のそれぞれのフォーカス敏感度とを用いて、第２の目標位置を補正するための補正値を算出する補正値算出手段とを有する。該補正値算出手段は、第２の光学素子の第２の目標位置からの最大移動可能量より小さい補正制限値を上限として補正値を算出することを特徴とする。なお、上記レンズ制御装置を備えた光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。

また本発明の他の一側面としてのレンズ制御方法は、焦点調節において第１の光学素子と第２の光学素子のそれぞれの移動を制御する方法である。該レンズ制御方法は、第１の光学素子を被写体距離に応じた第１の目標位置に移動させるように該第１の光学素子の駆動を制御するステップと、第２の光学素子を被写体距離に応じた第２の目標位置に移動させるように該第２の光学素子の駆動を制御するステップと、第１の光学素子の実位置と第１の目標位置との位置差と、第１および第２の光学素子のそれぞれのフォーカス敏感度とを用いて、第２の目標位置を補正するための補正値を算出するステップとを有する。補正値を算出するステップにおいて、第２の光学素子の第２の目標位置からの最大移動可能量より小さい補正制限値を上限として補正値を算出することを特徴とする。なお、焦点調節において第１の光学素子と第２の光学素子のそれぞれの移動を制御するコンピュータに、上記レンズ制御方法に従う処理を実行させるコンピュータプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。

第１の光学素子の位置偏差によるピントずれを補正するための第２のフォーカスレンズの移動量（つまりは補正値）を制限することで、収差の発生を抑えつつピントずれを低減させることができる。

本発明の実施例１であるレンズ交換式カメラシステムの構成を示す図。 実施例１におけるレンズ制御部の構成を示す図。 実施例１における被写体距離ごとのフォーカス目標位置を示す図。 実施例１における被写体距離ごとのフォーカス敏感度を示す図。 実施例１における被写体距離ごとの補正制限値を示す図。 実施例１における補正制限値に応じた第２フォーカス補正値の算出方法を示す図。 実施例１における所定の制御周期で第２フォーカスレンズの補正駆動を行う方法を示す図。 実施例１における第２フォーカスレンズの補正駆動の具体例を示す図。 実施例１において第２フォーカスレンズの補正駆動を制御する処理を示すフローチャート。 本発明の実施例２におけるレンズ制御装置の構成を示す図。 実施例２における補正制限値応じた第２および第３フォーカス補正値の算出方法を示す図。

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。

図１は、本発明の実施例１であるレンズ交換式カメラシステムの構成を示している。このカメラシステムは、撮像装置 （以下、カメラ本体という）２００と、該カメラ本体２００に着脱可能な光学機器としてのレンズ装置（以下、交換レンズという）１００とにより構成されている。カメラ本体２００と交換レンズ１００は、不図示のマウントを介して機械的および電気的に接続されている。カメラ本体２００は、マウントに設けられた電源端子部を介して交換レンズ１００に電源を供給し、またマウントに設けられた通信端子部を介して交換レンズ１００と通信を行う。

交換レンズ１００は、撮像光学系１０１を有する。撮像光学系１０１は、不図示の被写体からの光を結像させて、カメラ本体２００内の撮像素子２０１上に光学像（被写体像）を形成する。交換レンズ１００は、後述するレンズ制御装置を含む。

本実施例の撮像光学系１０１は、単焦点レンズである。撮像光学系１０１は、被写体側から順に、フィールドレンズ１０２、絞りユニット１０３、第１フォーカスレンズ（第１の光学素子）１０４および第２フォーカスレンズ（第２の光学素子）１０５を有する。

第１フォーカスレンズ１０４は主として被写体に対する焦点調節を行うために撮像光学系１０１の光軸方向に移動可能であり、第１フォーカス駆動部（第１の駆動手段）１０８のアクチュエータによって駆動される。第２フォーカスレンズ１０５は、第１フォーカスレンズ１０４の移動によって生じるピントずれを低減させるピント補正と、同じく第１フォーカスレンズ１０４の移動によって生じる収差を低減するための収差補正とを行うために光軸方向に移動可能であり、第２フォーカス駆動部（第２の駆動手段）１１０のアクチュエータによって駆動される。第１フォーカスレンズ１０４と第２フォーカスレンズ１０５のそれぞれの位置は、第１フォーカス位置検出部１０９と第２フォーカス位置検出部１１１によって検出される。なお、本実施例では第２フォーカスレンズ１０５が収差補正を行うが、第１フォーカスレンズ１０４が収差補正を行ってもよい。

なお本実施例では、第１フォーカスレンズ１０４と第２フォーカスレンズ１０５がともに単焦点レンズである場合について説明するが、焦点距離を変更できる変倍レンズや収差状態を変更できる収差可変レンズであてもよい。

フィールドレンズ１０２は、周辺光の進行方向を調整する。絞りユニット１０３は、絞り駆動部１０７のアクチュエータにより不図示の絞り羽根を開閉駆動して開口径を変化させることで光量調節を行う。

レンズ制御部（制御手段）１０６は、ＣＰＵや内部メモリ等を有するコンピュータである。レンズ制御部１０６は、絞り駆動部１０７、第１フォーカス駆動部１０８および第２フォーカス駆動部１１０を制御する。メモリ（記憶手段）１１２は、ＲＯＭやＲＡＭ等によって構成され各種データを記憶する。

メモリ１１２に記憶されるデータには、被写体距離と合焦状態が得られる第１フォーカスレンズ１０４と第２フォーカスレンズ１０５のそれぞれの位置（後述する第１フォーカス目標位置と第２フォーカス目標位置）との関係を示すデータや、被写体距離と第１フォーカスレンズ１０４と第２フォーカスレンズ１０５のそれぞれの単位移動量に対する像面の移動量の比率を示すフォーカス敏感度（後述する第１フォーカス敏感度と第２フォーカス敏感度）との関係を示すデータや、被写体距離と第２フォーカスレンズ１０５の補正制限値（これについては後述する）との関係を示すデータが含まれている。

レンズ制御部１０６、第１フォーカス位置検出部１０９、第２フォーカス位置検出部１１１、第１フォーカス駆動部１０８、第２フォーカス駆動部１１０およびメモリ１１２により、レンズ制御装置が構成される。

カメラ本体２００は、撮像素子２０１、信号処理部２０２、記録処理部２０３、デフォーカス検出部２０４、カメラ制御部２０５、メモリ２０６、操作部２０７および表示部２０８を有する。撮像素子２０１は、撮像光学系１０１により形成された被写体像を光電変換（撮像）して電気信号（アナログ撮像信号）を生成し、信号処理部２０２に出力する。撮像素子２０１は、画像データを生成するための撮像用画素に加えて、撮像光学系１０１の焦点状態を検出するための焦点検出用画素を有する。

信号処理部２０２は、撮像素子２０１からのアナログ撮像信号をデジタル撮像信号に変換し、該デジタル撮像信号に対してノイズ除去や色補正等の各種画像処理を行って画像データを生成する。信号処理部２０２は、画像データを記録処理部２０３に出力して記録媒体に記録させたり、表示部２０８に出力して表示させたりする。

デフォーカス検出部２０４は、焦点検出用画素からの信号を用いて撮像光学系１０１の焦点状態（デフォーカス量）を検出する。具体的には、デフォーカス検出部２０４は、焦点検出用画素からデフォーカス量に応じた位相差を有する対の像信号を取得し、これら対の像信号に対して相関演算を行うことで位相差を算出し、該位相差からデフォーカス量を算出する。デフォーカス検出部２０４は、検出したデフォーカス量をカメラ制御部２０５に出力する。

カメラ制御部２０５は、ＣＰＵや内部メモリ等を有するコンピュータであり、記録処理部２０３、デフォーカス検出部２０４およびメモリ２０６と電気的に接続されている。カメラ制御部２０５は、メモリ２０６に記録されたコンピュータプログラムを読み出して実行したり、オートフォーカス（ＡＦ）制御に必要な情報をレンズ制御部１０６との間で通信したりする。

またカメラ制御部２０５は、不図示の撮像スイッチや各種設定スイッチを含むカメラ操作部２０７からの入力に応じてカメラ本体２００および交換レンズ１００を制御する。例えば、カメラ制御部２０５は、撮像スイッチの半押し操作に応じてデフォーカス検出部２０４にデフォーカス量を検出させ、該デフォーカス量に応じて、第１および第２フォーカスレンズ１０４，１０５をレンズ制御部１０６から取得したそれらの現在位置から合焦状態が得られる位置（合焦位置）まで移動させるためのフォーカス駆動量を算出する。そして該フォーカス駆動量を含むフォーカス駆動指令をレンズ制御部１０６に送信する。

図２は、レンズ制御部１０６のうち第１および第２フォーカスレンズ１０４，１０５の駆動制御に関わる構成を示している。レンズ制御部１０６は、目標位置生成部１０６ａ、第１フォーカス制御部（第１の制御手段）１０６ｂ、補正値算出部１０６ｃおよび第２フォーカス制御部（第２の制御手段）１０６ｄを有する。

目標位置生成部１０６ａは、カメラ制御部２０５からレンズ制御部１０６に出力されたフォーカス駆動指令に含まれるフォーカス駆動量に応じて、第１フォーカス目標位置（第１の目標位置）と第２フォーカス目標位置（第２の目標位置）を生成する。第１フォーカス目標位置と第２フォーカス目標位置はそれぞれ、同一被写体距離に対する第１フォーカスレンズ１０４と第２フォーカスレンズ１０５の合焦位置である。

第１フォーカス制御部１０６ｂは、目標位置生成部１０６ａから取得した第１フォーカス目標位置と第１フォーカス位置検出部１０９から取得した第１フォーカスレンズ１０４の実際の位置（以下、第１フォーカス実位置という）との差分（位置差）である第１フォーカス位置偏差を算出し、該第１フォーカス位置偏差を補正値算出部１０６ｃに出力する。また第１フォーカス制御部１０６ｂは、算出した第１フォーカス位置偏差に対してＰＩＤゲインを乗じることで第１フォーカス駆動量を算出してこれを第１フォーカス駆動部１０８に出力する。

補正値算出部（補正値算出手段）１０６ｃは、第１フォーカス制御部１０６ｂで算出された第１フォーカス位置偏差と、メモリ１１２に記憶されている第１フォーカスレンズ１０４のフォーカス敏感度（以下、第１フォーカス敏感度という）と第２フォーカスレンズ１０５のフォーカス敏感度（以下、第２フォーカス敏感度という）とを用いて、第２フォーカスレンズ１０５の補正値（以下、第２フォーカス補正値という）を算出する。さらに補正値算出部１０６ｃは、メモリ１１２に記憶された補正制限値に応じて、算出した第２フォーカス補正値に対して制限をかけ、制限がかけられた第２フォーカス補正値を第２フォーカス制御部１０６ｄに出力する。補正制限値によって制限される第２フォーカス補正値の算出方法については後述する。

第２フォーカス制御部１０６ｄは、目標位置生成部１０６ａで取得した第２フォーカス目標位置と第２フォーカス位置検出部１１１で検出された第２フォーカスレンズ１０５の実際の位置（以下、第２フォーカス実位置という）との差分（位置差）である第２フォーカス位置偏差と、補正値算出部１０６ｃから取得した第２フォーカス補正値とを加算して第２フォーカス補正目標位置を算出する。また第２フォーカス制御部１０６ｄは、第２フォーカス実位置から第２フォーカス補正目標位置までの移動量にＰＩＤゲインを乗じて第２フォーカス駆動量を算出してこれを第２フォーカス駆動部１１０に出力する。

レンズ制御部１０６は、第１フォーカス駆動部１０８による第１フォーカス駆動量の算出、補正値算出部１０６ｃによる第２フォーカス補正値の算出および第２フォーカス駆動部１１０による第２フォーカス駆動量の算出を所定の制御周期で繰り返し行わせる。さらにレンズ制御部１０６は、上記制御周期で第１フォーカス駆動部１０８に第１フォーカスレンズ１０４を第１フォーカス駆動量で駆動させるとともに第２フォーカス駆動部１１０に第２フォーカスレンズ１０５を第２フォーカス駆動量で駆動させることにより、第１フォーカスレンズ１０４による焦点調節と第２フォーカスレンズ１０５によるピントずれの補正を行う。第２フォーカスレンズ１０５の駆動の詳細については後述する。

前述したように、レンズ制御部１０６は、カメラ制御部２０５から送信されたフォーカス駆動量に応じて第１フォーカス目標位置を生成するとともに、該第１フォーカス目標位置と同一被写体距離に対して合焦状態が得られる第２フォーカス目標位置を生成する。以下、図３（ａ），（ｂ）を用いて、第２フォーカス目標位置を生成する方法を説明する。

図３（ａ）は被写体距離と第１フォーカス目標位置との関係を示し、図３（ｂ）は被写体距離と第２フォーカス目標位置との関係を示している。横軸は被写体距離を、縦軸は第１フォーカスレンズ１０４と第２フォーカスレンズ１０５の位置を示している。曲線は、各被写体距離に対する第１フォーカス目標位置と第２フォーカス目標位置を示している。第１フォーカスレンズ１０４が位置ａ_０にあり、第２フォーカスレンズ１０５が位置ｂ_０にあると被写体距離ｘ_０に対して合焦状態が得られる。

図３（ａ）において被写体距離がｘ_０からｘ_１に変化して第１フォーカスレンズ１０４の位置がａ_０からａ_１に移動した場合に、第２フォーカスレンズ１０５の位置もこれに連動して被写体距離ｘ_１に対して合焦状態が得られる位置に移動しないとピントずれや収差が生ずる。このため本実施例では、第１フォーカス目標位置ａ_１から被写体距離ｘ_１を算出し、図３（ｂ）に示すように第２フォーカスレンズ１０５を位置ｂ_０から被写体距離ｘ_１に対して合焦状態が得られる第２フォーカス目標位置ｂ_１に移動させる。これにより、被写体距離が変化してもピントずれが生じず、収差状態を維持することができる。

交換レンズ１００内のメモリ１１２は、複数の代表被写体距離に対する第１フォーカス目標位置と第２フォーカス目標位置のデータを記憶している。レンズ制御部１０６は、代表被写体距離以外の被写体距離に対する各フォーカス目標位置については、その被写体距離の近傍のいくつかの代表被写体距離に対応するフォーカス目標位置を用いた線形補間算によって算出する。

なお、本実施例では、メモリ１１２に被写体距離と各フォーカス目標位置との関係を示すデータを記憶している場合について説明しているが、焦点距離や収差状態と各フォーカス目標位置との関係を示すデータを記憶してもよい。

前述したようにレンズ制御部１０６（補正値算出部１０６ｃ、）は、メモリ１１２に記憶された第１フォーカス敏感度と第２フォーカス敏感度に応じて第２フォーカス補正値を算出する。以下、図４（ａ），（ｂ）を用いて、第１フォーカス敏感度と第２フォーカス敏感度について説明する。

図４（ａ）は被写体距離と第１フォーカス敏感度との関係を示しており、図４（ｂ）は、被写体距離と第２フォーカス敏感度との関係を示している。横軸は被写体距離を、縦軸は第１フォーカス敏感度と第２フォーカス敏感度を示している。曲線は、各被写体距離における第１フォーカス敏感度と第２フォーカス敏感度を示している。

本実施例では、第１フォーカスレンズ１０４を移動させて被写体に対する焦点状態の粗調節を行い、第２フォーカスレンズ１０５を移動させて焦点状態の微調節としての補正と収差の補正を行う。このため、各被写体距離において、図４（ａ）に示す第１フォーカス敏感度が図４（ｂ）に示す第２フォーカス敏感度より大きい値となっている。すなわち、第１フォーカスレンズ１０４を単位移動量だけ移動させた場合の像面の移動量が第２フォーカスレンズ１０５を単位移動量だけ移動させた場合の像面の移動量よりも大きい。

交換レンズ１００内のメモリ１１２は、複数の代表的な被写体距離に対する第１フォーカス敏感度と第２フォーカス敏感度を記憶している。レンズ制御部１０６は、代表被写体距離以外の被写体距離に対する各フォーカス敏感度については、その被写体距離の近傍のいくつかの代表被写体距離に対応するフォーカス敏感度を用いた線形補間算によって算出する。

なお、本実施例では、メモリ１１２に被写体距離と敏感度との関係を示すデータを記憶しているが、焦点距離や収差状態とフォーカス敏感度との関係を示すデータを記憶してもよい。

前述したようにレンズ制御部１０６（補正値算出部１０６ｃ）は、メモリ１１２に記憶された補正制限値に応じて第２フォーカス補正値に対して制限をかける。以下、図５を用いて補正制限値について説明する。

図５は、被写体距離と補正制限値との関係を示している。横軸は被写体距離を、縦軸は補正制限値を示している。曲線は、各被写体距離における補正制限値を示している。補正制限値は、第２フォーカスレンズ１０５の第２フォーカス目標位置からの機械的または制御上の最大移動可能量（一点鎖線で示す）より小さい値として設定されている。より具体的には、補正制限値は、第２フォーカスレンズ１０５の移動を、その移動によって撮像光学系１０１における球面収差や歪曲収差等の収差を増加（発生）させない範囲、言い換えれば収差の大きさが所定値を超えないように制限するように設定されている。図５に例示する補正制限値は、被写体距離に応じて変化するように設定されており、具体的には至近側において無限遠側よりも値が小さく設定されている。

メモリ１１２は、複数の代表的な被写体距離に対する補正制限値を記憶している。レンズ制御部１０６は、代表被写体距離以外の被写体距離に対する補正制限値については、その被写体距離の近傍のいくつかの代表被写体距離に対応する補正制限値を用いた線形補間算によって算出する。

なお、収差補正を行うフォーカスレンズが複数存在する場合は、該フォーカスレンズごとに被写体距離と補正制限値との関係を示すデータをメモリ１１２に記憶してもよい。

また本実施例では、メモリ１１２に被写体距離と補正制限値との関係を示すデータを記憶しているが、焦点距離や収差状態と補正制限値との関係を示すデータを記憶してもよい。

前述したようにレンズ制御部１０６（補正値算出部１０６ｃ）は、補正制限値に応じて第２フォーカス補正値を算出する。以下、図６（ａ），（ｂ）を用いて、補正制限値に応じた第２フォーカス補正値の算出方法を説明する。

図６（ａ），（ｂ）は、光軸１３上の位置である第１フォーカス目標位置１０ａと第１フォーカス実位置１０ｂを示すとともに、これらの差分である第１フォーカス位置偏差１０ｃを示している。また同図は、光軸１３上の位置である第２フォーカス目標位置１１ａと第２フォーカス実位置１１ｂを示すとともに、これらの差分である第２フォーカス位置偏差１１ｃを示している。第２フォーカス目標位置１１ａは、前述したように第１フォーカス目標位置１０ａに対応する被写体距離に対して合焦状態が得られる位置である。

さらに図６（ａ），（ｂ）は、第２フォーカス目標位置１１ａに対して被写体側および撮像素子側のそれぞれに第２フォーカス補正制限値１１ｆだけずれた第２フォーカス補正制限位置１１ｄ，１１ｅを示している。第１および第２フォーカスレンズ１０４，１０５が撮像素子側に移動すると至近側の被写体に対して合焦状態が得られ、被写体側に移動すると無限遠側の被写体に対して合焦状態が得られる。以下の説明では、被写体側への移動方向を正方向とし、撮像素子側への移動方向を負方向とする。

図６（ａ）では、第１フォーカスレンズ１０４は第１フォーカス目標位置１０ａに対して無限側に第１フォーカス位置偏差１０ｃだけずれており、同様に第２フォーカスレンズ１０５も第２フォーカス目標位置１１ａに対して無限側に第２フォーカス位置偏差１１ｃだけずれている。

このとき、撮像素子２０１に対して、無限側にずれた位置に被写体像が結像されるため、ピントずれが生じる。このため、レンズ制御部１０６（補正値算出部１０６ｃ）は、メモリ１１２から第１フォーカス敏感度と第２フォーカス敏感度を取得して、以下の式（１）により第２フォーカス補正値ΔＤを算出する。
ΔＤ＝Δｘａ×（α／β） （１）
式（１）において、Δｘａは第１フォーカス位置偏差１０ｃを示し、αは第１フォーカス敏感度を示し、βは第２フォーカス敏感度を示している。なお、α＞βである。このようにレンズ制御部１０６は、第１フォーカスレンズ１０４の移動によって生じたデフォーカス量（Δｘａ×α）を第２フォーカス敏感度βで除算して、該デフォーカス量を第２フォーカスレンズ１０５の移動で打ち消すための移動量としての第２フォーカス補正値ΔＤを算出する。そして、レンズ制御部１０６は、第２フォーカスレンズ１０５を第２フォーカス実位置１１ｂから第２フォーカス位置偏差１１ｃと第２フォーカス補正値ΔＤとの和の移動量だけ、すなわち第２フォーカス補正目標位置１１ｇに移動させる。

これにより、第１フォーカスレンズ１０４の移動によって撮像素子２０１に対して無限側にずれた像面を、そのずれ量分だけ第２フォーカスレンズ１０５の移動によって至近側に戻すことができるので、ピントずれが補正される。

さらに第１フォーカス位置偏差１０ｃが微小値であり、第１フォーカス敏感度を有する第１フォーカスレンズ１０４の移動だけでは補正不可能である場合に、第１フォーカス敏感度より小さい第２フォーカス敏感度を有する第２フォーカスレンズ１０５の移動により補正することができる。

図６（ｂ）は、第２フォーカス補正値ΔＤの絶対値が補正制限値１１ｆより大きい場合を示す。この図に示すように第２フォーカス補正値ΔＤが撮像素子側への補正を示し、その絶対値が補正制限値１１ｆよりも大きい場合は、レンズ制御部１０６は、第２フォーカス補正値ΔＤを負の符号の第２フォーカス補正制限値１１ｆに変更する。逆に第２フォーカス補正値ΔＤが被写体側への補正を示し、その絶対値が補正制限値１１ｆよりも大きい場合は、レンズ制御部１０６は、第２フォーカス補正値ΔＤを正の符号の補正制限値１１ｆに変更する。このように、レンズ制御部１０６は、第２フォーカス補正値ΔＤを補正制限値１１ｆを上限値として制限する。

図６（ｂ）には、第２フォーカス補正値ΔＤに制限をかけた結果、第２フォーカスレンズ１０５の本来の目標位置（制限されていない第２フォーカス補正値ΔＤに対応する位置）１１ｇと第２フォーカス補正制限位置１１ｅとの間に残差（以下、第２フォーカス補正残差という）１１ｈが生じている。これにより、第２フォーカス補正残差１１ｈ分のピントずれは残存するが、第２フォーカスレンズ１０５を球面収差や歪曲収差等の収差を発生させない範囲内で移動させつつピントずれを低減することができる。

さらにレンズ制御部１０６は、第１フォーカスレンズ１０４の駆動、補正制限値により制限をかけた第２フォーカス補正値の算出および第２フォーカスレンズ１０５の駆動（以下、補正駆動という）を所定の制御周期ごとに行う。図７（ａ），（ｂ）は、所定の制御周期での第２フォーカスレンズ１０５の補正駆動を行う方法を示す。図７（ａ）は、所定の制御周期で第２フォーカス補正値を算出する例を示し、時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３での第１フォーカス目標位置（白丸）と第１フォーカス実位置（黒丸）を示している。縦軸は第１フォーカスレンズ１０４の位置を、横軸は時間を示している。

レンズ制御部１０６は、各時刻において第１フォーカス目標位置と第１フォーカス実位置から第１フォーカス位置偏差を計算する。レンズ制御部１０６は、この第１フォーカス位置偏差に応じて第１フォーカス駆動部１０８に第１フォーカスレンズ１０４を第１フォーカス目標位置に近づけるように駆動させる。

またレンズ制御部１０６は、各時刻における第１フォーカス位置偏差とメモリ１１２から取得した第１フォーカス敏感度および第２フォーカス敏感度とから第２フォーカス補正値を算出する。具体的には、例えば以下の式（２）により時刻ｔ_２における第２フォーカス補正値ΔＤ_２を算出する。
ΔＤ_２＝Δｘ_１×α_１／β_１ （２）
式（２）において、Δｘ_１は時刻ｔ_１での第１フォーカス位置偏差を示し、α_１は時刻ｔ_１においてメモリ１１２から取得した第１フォーカス敏感度を示し、β１は時刻ｔ_１においてメモリ１１２から取得した第２フォーカス敏感度を示している。

第２フォーカス補正値ΔＤ_２の絶対値がメモリ１１２から取得した補正制限値より大きく、第２フォーカス補正値ΔＤ_２が被写体側への補正値である場合には、レンズ制御部１０６は、第２フォーカス補正値ΔＤ_２を正の符号の補正制限値としての第２フォーカス補正値ΔＤ_２′に変更する。

図７（ｂ）は、所定の制御周期で第２フォーカスレンズ１０５の補正駆動を行う例を示す。図７（ｂ）は、時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３での第２フォーカス目標位置（白丸）、第２フォーカス実位置（黒丸）、第２フォーカス補正目標位置（白四角）および第２フォーカス補正制限位置（黒太線）を示している。縦軸は第２フォーカスレンズ１０５の位置を示し、横軸は時間を示している。第２フォーカス補正目標位置は、第２フォーカス目標位置に第２フォーカス補正値を加えて算出される。

レンズ制御部１０６は、例えば以下の式（３）によって、時刻ｔ_２での第２フォーカス補正目標位置に対する第２フォーカス実位置の差分である第２フォーカス位置偏差Δｘ_２′を算出する。
Δｘ_２′＝Δｘ_２＋ΔＤ_２′ （３）
式（３）において、Δｘ_２は時刻ｔ_２での第２フォーカス目標位置に対する第２フォーカス位置偏差を示し、ΔＤ_２′は時刻ｔ_２での第２フォーカス補正値を示している。

レンズ制御部１０６は、この第２フォーカス位置偏差Δｘ_２′に応じて、第２フォーカス駆動部１１０に第２フォーカスレンズ１０５を第２フォーカス補正目標位置に近づけるように駆動させる。これにより、第２フォーカスレンズ１０５の移動範囲を収差を発生させない範囲に限定しつつ、所定の制御周期で第２フォーカスレンズ１０５の補正駆動を行うことができるため、合焦精度や撮像画質の低下を抑制することができる。

図８（ａ）〜（ｃ）を用いて、第２フォーカスレンズ１０５の補正駆動の具体例について説明する。図８（ａ）は、第１フォーカス目標位置、第１フォーカス実位置およびそれらの差分である第１フォーカス位置偏差の時間変化を示している。レンズ制御部１０６（第１フォーカス制御部１０６ｂ）は、所定の制御周期で第１フォーカス実位置と第１フォーカス目標位置とから第１フォーカス位置偏差を算出し、第１フォーカスレンズ１０４が該制御周期で第１フォーカス目標位置に追従するようにその駆動を制御する。

図８（ｂ）は、第２フォーカス補正値と補正制限値の時間変化を示している。レンズ制御部１０６（補正値算出部１０６ｃ）は、第１フォーカス制御部１０６ｂから制御周期ごとに出力される第１フォーカス位置偏差とメモリ１１２から取得した第１フォーカス敏感度および第２フォーカス敏感度とに応じて、第２フォーカス補正値を補正制限値内に収まるように算出する。

図８（ｃ）は、第２フォーカス目標位置、第２フォーカス補正目標位置、第２フォーカス実位置およびこれら第２フォーカス補正目標位置と第２フォーカス実位置の差分である第２フォーカス位置偏差の時間変化を示している。レンズ制御部１０６（第２フォーカス制御部１０６ｄ）は、上記制御周期で第２フォーカス実位置と第２フォーカス目標位置との差分である第２フォーカス位置偏差と補正値算出部１０６ｃから出力される第２フォーカス補正値とから第２フォーカス補正目標位置を算出し、第２フォーカスレンズ１０４が該制御周期で第２フォーカス補正目標位置に追従するようにその駆動を制御する。

図９のフローチャートは、レンズ制御部１０６がコンピュータプログラムに従って実行する第２フォーカスレンズ１０５の補正駆動の制御処理（制御方法）示している。ステップＳ３０１では、レンズ制御部１０６は、目標位置生成部１０６ｂにて算出された第１フォーカス目標位置と第１フォーカス位置検出部１０９にて検出された第１フォーカス実位置との差分である第１フォーカス位置偏差を算出する。

次にステップＳ３０２では、レンズ制御部１０６は、メモリ１１２から被写体距離に応じた第１フォーカス敏感度と第２フォーカス敏感度を取得する。

次にステップＳ３０３では、レンズ制御部１０６は、第１フォーカス位置偏差と、第１フォーカス敏感度と第２フォーカス敏感度の比とを用いて第２フォーカス補正値を算出する。

ステップＳ３０４では、レンズ制御部１０６は、ステップＳ３０３で算出した第２フォーカス補正値がメモリ１１２から取得した補正制限値よりも大きいか否かを判定し、大きい場合はステップＳ３０５に進み、大きくない場合はステップＳ３０６に進む。

ステップＳ３０５では、レンズ制御部１０６は、第２フォーカス補正値を補正制限値に変更する。この際、レンズ制御部１０６は、第２フォーカス補正値が撮像素子側への補正値である場合は第２フォーカス補正値を負の符号の補正制限値に変更し、第２フォーカス補正値が被写体側への補正値である場合は正の符号の補正制限値に変更する。そしてステップＳ３０６に進む。

ステップＳ３０６では、レンズ制御部１０６は、目標位置生成部１０６ｂにて算出された第２フォーカス目標位置と第２フォーカス位置検出部１１１にて検出された第２フォーカス実位置との差分である第２フォーカス位置偏差を算出する。

次にステップＳ３０７では、レンズ制御部１０６は、ステップＳ３０６で算出した第２フォーカス位置偏差に、ステップＳ３０３またはステップＳ３０５で算出した第２フォーカス補正値を加算して第２フォーカス補正目標位置を算出する。

次にステップＳ３０８では、レンズ制御部１０６は。ステップ３０７で算出した第２フォーカス補正目標位置にＰＩＤゲインを乗じて第２フォーカス駆動量に変換し、該第２フォーカス駆動量を第２フォーカス駆動部１１０に出力して第２フォーカスレンズ１０５を駆動させる。

本実施例によれば、第２フォーカス補正値に制限を設けることで、第２フォーカスレンズ１０５の移動による球面収差や歪曲収差等の収差の発生を抑制しつつ、第１フォーカスレンズ１０４の移動により生じたピントずれを低減するための第２フォーカスレンズ１０５の補正駆動を行うことができる。

上記実施例において、第１フォーカス位置偏差や第１および第２フォーカス敏感度の比がかなり大きい場合に第２フォーカス補正値を制限すると、第２フォーカスレンズ１０５の補正駆動の効果が低くなる可能性がある。このため、第１フォーカス位置偏差や第１および第２フォーカス敏感度の比に対して閾値を設定し、該閾値より低い（又は該閾値以下）の場合に第２フォーカスレンズ１０５の補正駆動を行うようにしてもよい。

また、交換レンズ１００とカメラ本体２００との間にエクステンダ等のレンズアクセサリが装着されている場合には第２フォーカスレンズ１０５の補正駆動を行わないようにしてもよい。またカメラ本体２００におけるレリーズ優先モードやピント優先モード等の撮像モードに応じて補正駆動を行うか否かを切り替えてもよい。

さらに第１フォーカスレンズ１０４が第１フォーカス目標位置に対して所定範囲内に近づいたときにのみ第２のフォーカスレンズ１０５の補正駆動を行うようにしてもよい。

またＪＰＥＧやＲＡＷ等の画像保存形式に応じて補正制限値を変更してもよい。さらに第１フォーカスレンズ１０４の駆動状態に応じて補正制限値を変更してもよい。例えは、第１フォーカスレンズ１０４の駆動中は焦点検出精度を低下させない範囲で大きめの補正制限値を設定し、第１フォーカスレンズ１０４の駆動停止前後では撮像画質を劣化させないようにより小さい補正制限値を設定してもよい。

また、本実施例では第２フォーカスレンズ１０５を補正駆動する場合について説明したが、第２の光学素子として撮像素子を用い、該撮像素子を補正駆動してもよい。

さらに本実施例では、交換レンズ１００内にレンズ制御装置が設けられた場合について説明したが、レンズ制御装置をカメラ本体２００内に設け、カメラ本体２００側から交換レンズ１００内の第１および第２フォーカスレンズ１０４，１０５の駆動を制御するようにしてもよい。さらに撮像光学系を内蔵するレンズ一体型の撮像装置（光学機器）にレンズ制御装置を設けてもよい。

図１０は、本発明の実施例２である交換レンズ１００′の撮像光学系１０１′の構成を示す。本実施例において、実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付して説明に代える。

撮像光学系１０１′は、被写体側から順に、フィールドレンズ１０２、絞りユニット１０３、第１フォーカスレンズ１０４、第２フォーカスレンズ１０５および第３フォーカスレンズ３０１を含む。第３フォーカスレンズ３０１は、第２フォーカスレンズ１０５と同様に、光軸方向に移動してピント補正と収差補正を行う。第２フォーカスレンズ１０５および第３フォーカスレンズ３０１は第２の光学素子に相当する。

また交換レンズ１００′には、実施例１（図１）に示したレンズ制御部１０６、絞り駆動部１０７、第１フォーカス駆動部１０８、第１フォーカス位置検出部１０９、第２フォーカス駆動部１１０、第２フォーカス位置検出部１１１およびメモリ１１２に加えて、第３フォーカスレンズ３０１を駆動する不図示の第３フォーカス駆動部と第３フォーカスレンズ３０１の位置を検出する不図示の第３フォーカス位置検出部が設けられている。

図１１（ａ），（ｂ）は、本実施例において、第２フォーカスレンズ１０５に対する補正制限値（以下、第２フォーカス補正制限値という）１１ｆに応じて第２フォーカス補正値ΔＤＡを算出し、第３フォーカスレンズ３０１に対する補正制限値（以下、第３フォーカス補正制限値という）１２ｆに応じて第３フォーカスレンズ３０１の補正値（以下、第３フォーカス補正値という）ΔＤＢを算出する方法を示している。

図１１（ａ），（ｂ）において、第１フォーカスレンズ１０４と第２フォーカスレンズ１０５に関する符号（１０ａ，１０ｂ，１１ａ〜１１ｈ）は、図６（ａ），（ｂ）中の同符号と同じ位置や値を示す。また図１１（ａ），（ｂ）は、メモリ１１２に記憶された第３フォーカスレンズ３０１の目標位置である第３フォーカス目標位置１２ａと、第３フォーカス位置検出部により検出された第３フォーカス実位置１２ｂと、第３フォーカス目標位置１２ａに対する第３フォーカス実位置１２ｂの差分である第３フォーカス位置偏差１２ｃとを示している。さらに図１１（ａ），（ｂ）は、第３フォーカス目標位置１２ａに対して被写体側および撮像素子側のそれぞれに第３フォーカス補正制限値１２ｆだけずれた第３フォーカス補正制限位置１２ｄ，１２ｅを示している。第３フォーカスレンズ３０１が撮像素子側（負方向）に移動すると至近側の被写体に対して合焦状態が得られ、被写体側（正方向）に移動すると無限遠側の被写体に対して合焦状態が得られる。

図１１（ａ）は、第１フォーカスレンズ１０４の移動により生じたピントずれを、まず第２フォーカスレンズ１０５の移動により補正し、次に第２フォーカスレンズ１０５の移動によって補正しきれなかったピントずれとしての第２フォーカス補正残差を第３フォーカスレンズ３０１の移動によって補正する場合を示している。

本実施例では、第１フォーカス敏感度より第２フォーカス敏感度が小さく、第２フォーカス敏感度より第３フォーカスレンズ３０１の敏感度（以下、第３フォーカス敏感度という）が小さい。被写体距離と第３フォーカス敏感度との関係を示すデータも、メモリ１１２に記憶されている。

図１１（ａ）では、図６（ａ）と同様に、第１フォーカスレンズ１０４は第１フォーカス目標位置１０ａに対して無限側に第１フォーカス位置偏差１０ｃだけずれており、同様に第２フォーカスレンズ１０５も第２フォーカス目標位置１１ａに対して無限側に第２フォーカス位置偏差１１ｃだけずれている。レンズ制御部１０６は、式（１）と同様の以下の式（４）によって第２フォーカス補正値ΔＤＡを算出する。
ΔＤＡ＝Δｘａ×（α／β） （４）
図１１（ａ）では、第１フォーカスレンズ１０４の移動によって撮像素子２０１に対して無限側にずれた像面を、第２フォーカスレンズ１０５の補正駆動よって至近側に戻すことでピントずれが低減される。ただし、第２フォーカス補正目標位置１１ｇと第２フォーカス補正制限位置１１ｅで制限された第２フォーカス実位置１１ｂとの間に第２フォーカス補正残差１１ｈが生じており、ピントずれが十分に低減されていない。

このため、レンズ制御部１０６は、メモリ１１２から第２フォーカス敏感度と第３フォーカス敏感度を取得して、以下の式（５）により第３フォーカス補正値ΔＤＢを算出する。
ΔＤＢ＝Δｘｂ×（β／γ） （５）
式（５）において、Δｘｂは第２フォーカス補正残差１１ｈを、βは第２フォーカス敏感度を、γは第３フォーカス敏感度を示している。

レンズ制御部１０６は、第３フォーカス目標位置１２ａに対して第３フォーカス補正値ΔＤＢを加算した第３フォーカス補正目標位置１２ｇを算出する。そして、第３フォーカスレンズ３０１が第３フォーカス補正目標位置１２ｇに移動するように、第３フォーカスレンズ位置偏差１２ｃと第３フォーカス補正値ΔＤＢの和の移動量だけ移動させる。

これにより、第２フォーカス補正残差１１ｈを第３フォーカスレンズ３０１の移動によって補正することができる。すなわち、第１フォーカスレンズ１０４の移動によって撮像素子２０１に対して無限側にずれた像面を、そのずれ量分だけ第２フォーカスレンズ１０５と第３フォーカスレンズ３０１の補正駆動よって至近側に戻すことができ、ピントずれをさらに低減させる（良好に補正する）ことができる。

図１１（ｂ）は、第２フォーカスレンズ１０５と第３フォーカスレンズ３０１とを同時に移動させる場合を示している。レンズ制御部１０６は、以下の式（６）と（７）を用いて第２フォーカス補正値ΔＤＡと第３フォーカス補正値ΔＤＢとを算出する。

ΔＤＡ＝［Δｘａ×α×｛β／（β＋γ）｝］／β （６）
ΔＤＢ＝［Δｘｂ×α×｛γ／（β＋γ）｝］／γ （７）
レンズ制御部１０６は、式（６）により、第１フォーカスフォーカスレンズ１０４の移動により生じたデフォーカス量（Δｘａ×α）と、第２フォーカス敏感度βと第３フォーカス敏感度γとの比を用いて、第２フォーカス補正値ΔＤＡを算出する。さらに第１フォーカス１０４で生じたデフォーカス量（Δｘａ×α）と、第２フォーカス敏感度βと第３フォーカス敏感度γとの比を用いて、第３フォーカス補正値ΔＤＢを算出する。そして、レンズ制御部１０６は、第２フォーカスレンズ１０５を第２フォーカス実位置１１ｂから第２フォーカス位置偏差１１ｃと第２フォーカス補正値ΔＤとの和の移動量だけ移動させ、第３フォーカスレンズ３０１を第３フォーカス実位置１２ｂから第３フォーカス位置偏差１２ｃと第３フォーカス補正値ΔＤＢとの和の移動量だけ移動させる。

このように本実施例では、第１フォーカスレンズ１０５の移動により生じたピントずれを打ち消すための移動量を第２フォーカスレンズ１０５と第３フォーカスレンズ３０１に振り分けることで、ピントずれを良好に補正する。

なお、第３フォーカスレンズ１０５の補正駆動によってもフォーカス補正残差が存在する場合に、該フォーカス補正残差を低減するために第２フォーカスレンズ１０４の補正駆動をさらに行ってもよい。

また本実施例における第３フォーカスレンズ３０１に代えて第２の光学素子の１つとして撮像素子を用い、該撮像素子を補正駆動してもよい。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１００ 交換レンズ
１０４ 第１フォーカスレンズ
１０５ 第２フォーカスレンズ
１０６ レンズ制御部
１０９ 第１フォーカス位置検出部
１１１ 第２フォーカス位置検出部
１１２ メモリ

Claims (13)

1. 焦点調節において第１の光学素子と第２の光学素子のそれぞれの移動を制御するレンズ制御装置であって、
   前記第１の光学素子を被写体距離に応じた第１の目標位置に移動させるように該第１の光学素子の駆動を制御する第１の制御手段と、
   前記第２の光学素子を前記被写体距離に応じた第２の目標位置に移動させるように該第２の光学素子の駆動を制御する第２の制御手段と、
   前記第１の光学素子の実位置と前記第１の目標位置との位置差と、前記第１および第２の光学素子のそれぞれのフォーカス敏感度とを用いて、前記第２の目標位置を補正するための補正値を算出する補正値算出手段とを有し、
   前記補正値算出手段は、前記第２の光学素子の前記第２の目標位置からの最大移動可能量より小さい補正制限値を上限として前記補正値を算出することを特徴とするレンズ制御装置。
2. 前記第２の制御手段は、前記第２の光学素子の実位置と前記第２の目標位置との位置差と前記補正値とを加算して得られる位置に前記第２の光学素子を移動させるように該第２の光学素子の駆動を制御することを特徴とする請求項１に記載のレンズ制御装置。
3. 前記補正制限値は、前記被写体距離に応じて変化することを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ制御装置。
4. 前記補正制限値は、前記第２の光学素子の移動により前記第１および第２の光学素子を含む光学系の収差が増加しないように又は収差の大きさが所定値を超えないように前記補正値を制限す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レンズ制御装置。
5. 前記第１の光学素子の前記フォーカス敏感度が、前記第２の光学素子のフォーカス敏感度より高いことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズ制御装置。
6. 前記第２の光学素子が複数あり、
   前記補正値算出手段は、該複数の第２の光学素子に対して前記フォーカス敏感度が高い順に前記補正値を算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のレンズ制御装置。
7. 前記第２の制御手段は、前記第１の光学素子の前記位置差または前記第１および第２フォーカス敏感度の比が閾値より小さい場合に、前記補正値により補正された前記第２の目標位置に前記第２の光学素子を移動させるように該第２の光学素子の駆動を制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のレンズ制御装置。
8. 前記補正値算出手段は、前記第１の光学素子が前記第１の目標位置に対して所定範囲内に近づいたときに、前記補正値により補正された前記第２の目標位置に前記第２の光学素子を移動させるように該第２の光学素子の駆動を制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のレンズ制御装置。
9. 前記補正値算出手段は、前記第１の光学素子の駆動状態に応じて前記補正制限値を変更することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のレンズ制御装置。
10. 前記補正値算出手段は、前記第１および第２の光学素子を含む光学系を通して撮像を行う撮像装置における撮像モードに応じて前記補正制限値を変更することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のレンズ制御装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載のレンズ制御装置を有することを特徴とする光学機器。
12. 焦点調節において第１の光学素子と第２の光学素子のそれぞれの移動を制御する方法であって、
    前記第１の光学素子を被写体距離に応じた第１の目標位置に移動させるように該第１の光学素子の駆動を制御するステップと、
    前記第２の光学素子を前記被写体距離に応じた第２の目標位置に移動させるように該第２の光学素子の駆動を制御するステップと、
    前記第１の光学素子の実位置と前記第１の目標位置との位置差と、前記第１および第２の光学素子のそれぞれのフォーカス敏感度とを用いて、前記第２の目標位置を補正するための補正値を算出するステップとを有し、
    前記補正値を算出するステップにおいて、前記第２の光学素子の前記第２の目標位置からの最大移動可能量より小さい補正制限値を上限として前記補正値を算出することを特徴とするレンズ制御方法。
13. 焦点調節において第１の光学素子と第２の光学素子のそれぞれの移動を制御するコンピュータに、請求項１２に記載のレンズ制御方法に従う処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。

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