JP2022185273A - 制御装置、レンズ装置、撮像装置、制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカシングに際して複数のフォーカスレンズの目標位置への駆動中も複数のフォーカスレンズの位置関係を適切に維持可能な制御装置、レンズ装置、撮像装置、レンズ制御、及びプログラムを提供すること。
【解決手段】制御装置は、第１のフォーカスレンズ及び第２のフォーカスレンズの目標位置を所定周期ごとに算出する制御装置であって、第１のフォーカスレンズ及び第２のフォーカスレンズの位置と被写体距離との関係を示す位置特性データと、像面移動速度とを取得する取得部と、像面移動速度と現在の被写体距離に関する情報を用いて目標の被写体距離を算出すると共に、位置特性データと目標の被写体距離を用いて第１のフォーカスレンズ及び第２のフォーカスレンズの目標位置を算出する算出部とを有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、フォーカシングに際して複数のフォーカスレンズを制御する制御装置、レンズ装置、撮像装置、制御方法、及びプログラムに関する。

従来、フォーカシングのために移動する第１フォーカスレンズ、及び第１フォーカスレンズの移動により生じるデフォーカスや収差を補正する第２フォーカスレンズ（フローティングレンズ）を制御する制御装置が知られている。特許文献１には、複数のフォーカスレンズの位置関係がそれぞれの目標位置にて最適となるように、複数のフォーカスレンズを制御する制御装置が開示されている。

特許第５９４８６４５号公報

しかしながら、特許文献１には、複数のフォーカスレンズがそれぞれの目標位置に到達するまでの間（駆動中）の複数のフォーカスレンズの位置関係を適切に維持する方法については開示されていない。目標位置への駆動中に複数のフォーカスレンズの位置関係が適切に維持されないと、目標位置にて合焦状態が得られるまでにデフォーカス量や収差が増加するおそれがある。

本発明は、フォーカシングに際して複数のフォーカスレンズの目標位置への駆動中も複数のフォーカスレンズの位置関係を適切に維持可能な制御装置、レンズ装置、撮像装置、制御方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一側面としての制御装置は、第１のフォーカスレンズ及び第２のフォーカスレンズの目標位置を所定周期ごとに算出する制御装置であって、第１のフォーカスレンズ及び第２のフォーカスレンズの位置と被写体距離との関係を示す位置特性データと、像面移動速度とを取得する取得部と、像面移動速度と現在の被写体距離に関する情報を用いて目標の被写体距離を算出すると共に、位置特性データと目標の被写体距離を用いて第１のフォーカスレンズ及び第２のフォーカスレンズの目標位置を算出する算出部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、フォーカシングに際して複数のフォーカスレンズの目標位置への駆動中も複数のフォーカスレンズの位置関係を適切に維持可能な制御装置、レンズ装置、撮像装置、制御方法、及びプログラムを提供する

本発明の実施形態に係るカメラシステムの構成図である。 第１フォーカス群の移動制御の説明図である。 フォーカス敏感度の定義の説明図である。 フォーカス敏感度の説明図である。 実施例１のフォーカス群の位置と被写体距離との関係を示す図である。 フォーカス群の位置、被写体距離、及びズレの関係を示す図である。 合成フォーカス群の位置と被写体距離とズレの関係を示す図である。 実施例１のフォーカス制御を示すフローチャートである。 第１フォーカス群、第２フォーカス群、及び合成フォーカス群の位置の算出方法を示すフローチャートである。 実施例２のフォーカス群の位置と被写体距離との関係を示す図である。 実施例２のフォーカス制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るカメラシステム１０の構成図である。カメラシステム１０は、レンズ装置１００及びカメラ本体（撮像装置）２００を有する。カメラシステム１０は、レンズ交換式のカメラシステムである。すなわち、レンズ装置１００は、カメラ本体２００に対して着脱可能に構成されている。なお、レンズ装置１００は、カメラ本体２００と一体的に構成されていてもよい。また、本実施例では、レンズ装置１００は複数のフォーカス群を有するが、カメラ本体２００には１つのフォーカス群を有するレンズ装置１０００も装着可能である。

本明細書において「フォーカス群」は、フォーカシングに際して同じ軌跡で移動する１枚又は複数枚のレンズから構成されるレンズ群のことをいう。同じ軌跡で移動する２つのレンズの間に、フォーカシングに際して不動又は別の軌跡で移動するレンズが配置されている場合は、当該２つのレンズは異なるフォーカス群に属しているものとする。

レンズ装置１００は、カメラ本体２００の撮像素子２０１に被写体像を結像可能な光学系（撮像光学系）１０１を有する。本実施例では、光学系１０１は単焦点レンズである。光学系１０１は、それぞれが被写体像の合焦状態の調節に際して光学系１０１の光軸に沿って独立に移動する、第１フォーカス群（第１のフォーカスレンズ）１０３及び第２フォーカス群（第２のフォーカスレンズ）１０４を有する。本実施例では、第１フォーカス群１０３を主として合焦状態の調節のために移動させ、第２フォーカス群１０４を収差補正や合焦状態の微調整のために移動させるが、各フォーカス群の役割はこれに限られない。

また、レンズ装置１００は、レンズ制御部１０５は、メモリ（記憶部）１０６、絞り駆動部１０７、第１駆動部１０８、第２駆動部１０９、第１検出部１１０、及び第２検出部１１１を有する。

レンズ制御部１０５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有するコンピュータであり、図１（ｂ）に示されるように取得部１０５ａ及び算出部１０５ｂを有する。レンズ制御部１０５は、メモリ１０６、絞り駆動部１０７、第１駆動部１０８、第２駆動部１０９、第１検出部１１０、及び第２検出部１１１と電気的に接続されている。なお、レンズ制御部１０５は、本実施例ではレンズ装置１００内に設けられているが、レンズ装置１００とは別の制御装置として構成されていてもよい。

レンズ制御部１０５は、第１駆動部１０８を介して第１フォーカス群１０３の位置を制御すると共に、第２駆動部１０９を介して第２フォーカス群１０４の位置を制御する。また、レンズ制御部１０５は、現在の合焦位置に対応する、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４のそれぞれの位置を代表する１つの位置情報を取得する。１つの位置情報は、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４を１つの仮想の合成フォーカス群としたときの、合成フォーカス群の位置情報である。また、レンズ制御部１０５は、オートフォーカス制御において必要な情報をカメラ本体２００のカメラ制御部２０７と通信する。例えば、レンズ制御部１０５は、合成フォーカス群の位置、合成フォーカス群の合成フォーカス敏感度、及び各フォーカス群の駆動指令の生成に必要なパルス変換係数を送信したり、合成フォーカス群の駆動指令を受信したりする。

更に、レンズ制御部１０５は、オートフォーカス制御に関するプログラムをメモリ１０６から読み出して実行したり、カメラ制御部２０７に送信する情報や該情報の算出に必要な情報をメモリ１０６から読み出したりする。なお、レンズ制御部１０５は、本実施例ではプログラムや情報をメモリ１０６から読み出すが、外部の機器から取得してもよい。

メモリ１０６は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、又はＥＥＰＲＯＭ等で構成され、情報を記憶する。メモリ１０６は、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４のそれぞれの位置と被写体距離との関係を示す情報（位置特性データ）と、合成フォーカス群の位置と被写体距離との関係を示す情報とを記憶している。また、メモリ１０６は、第１フォーカス群１０３のフォーカス敏感度と、第２フォーカス群１０４のフォーカス敏感度とを記憶している。また、メモリ１０６は、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４のそれぞれの位置の組み合わせに対応する合成フォーカス群の合成フォーカス敏感度を記憶している。更に、メモリ１０６は、後述するレンズ側処理のプログラムや、カメラ本体２００で行われる自動露出や自動調光に必要となる情報を記憶している。

絞り駆動部１０７は、レンズ制御部１０５からの指示に基づいて光学系１０１に含まれる開口絞り１０２の開口径を調整する。第１駆動部１０８は、レンズ制御部１０５からの指示に基づいて第１フォーカス群１０３を移動させる。第２駆動部１０９は、レンズ制御部１０５からの指示に基づいて第２フォーカス群１０４を移動させる。

ここで、図２を参照して、第１フォーカス群１０３の移動制御について説明する。図２は、第１フォーカス群１０３の移動制御の説明図である。本実施例では、第１駆動部１０８は、ステータ１１３とロータ１１４を有する超音波振動モータであり、ロータ１１４に特定の周波数の電気を加えることで超音波を発生させてロータ１１４を光軸方向へ移動させる。第１フォーカス群１０３は、連結部を介してロータ１１４と連結されている。

レンズ制御部１０５からの指示に基づいて第１駆動部１０８が駆動することにより、第１フォーカス群１０３はロータ１１４と共に移動する。第１駆動部１０８は、第１フォーカス群１０３の絶対位置を示すパルス数に基づいて制御される。

第１検出部１１０は、第１フォーカス群１０３の位置を検出し、検出結果（第１フォーカス群１０３の位置情報）をレンズ制御部１０５に出力する。第１検出部１１０は、スケール部１１２及びセンサ部１１５を有する。センサ部１１５は、発光部及び受光部を有する。発光部からの光は、スケール部１１２に入射した後、スケール部１１２から射出される。スケール部１１２にはパターンが印字されており、スケール部１１２の位置に応じてスケール部１１２からの光の強度に強弱が生じる。受光部は、光の強度に強弱が生じたスケール部１１２からの光を用いて第１フォーカス群１０３の位置を検出する。

レンズ制御部１０５は、第１フォーカス群１０３の位置情報を用いて第１駆動部１０８を駆動し、第１フォーカス群１０３を目標位置に移動させる。なお、レンズ制御部１０５は、制御系の重量や抵抗により第１フォーカス群１０３の細かい制御を行えない場合、絶対位置から数パルスの停止誤差を含んで第１フォーカス群１０３を制御してもよい。すなわち、第１フォーカス群１０３は、目標位置に停止しない場合もある。

第２フォーカス群１０４の移動制御も、第１フォーカス群１０３の移動制御と同様である。第２駆動部１０９は、第１駆動部１０８と同様の構成を有する。第２検出部１１１は、第１検出部１１０と同様に第２フォーカス群１０４の位置を検出し、検出結果（第２フォーカス群１０４の位置情報）をレンズ制御部１０５に出力する。レンズ制御部１０５は、第２フォーカス群１０４の位置情報を用いて第２駆動部１０９を駆動し、第２フォーカス群１０４を目標位置に移動させる。

なお、第１駆動部１０８及び第２駆動部１０９は、ステッピングモータやボイスコイルモータ等の超音波モータ以外のアクチュエータでもよい。また、第１検出部１１０及び第２検出部１１１はそれぞれ、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の位置を検出可能であれば、本実施例の構成に限定されない。

カメラ本体２００は、撮像素子２０１、信号処理部２０２、記録処理部２０３、電子ファインダー２０４、表示部２０５、デフォーカス検出部２０６、カメラ制御部２０７、及びメモリ２０８を有する。

撮像素子２０１は、光学系１０１からの光を受光し、光電変換により電気信号を生成し、信号処理部２０２に出力する。

信号処理部２０２は、入力された電気信号の増幅、ノイズ除去、及び色補正等の各種処理を行い、処理後の画像を記録処理部２０３に出力する。記録処理部２０３は、入力された画像を記録すると共に、該画像を電子ファインダー２０４や表示部２０５に表示する。

デフォーカス検出部２０６は、撮像素子２０１を用いて被写体像の合焦状態を検出する。本実施例では、デフォーカス検出部２０６は、位相差検出方式によって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２０６は、撮像素子２０１の焦点検出用の画素に対して瞳分割を行うマイクロレンズを介して入射した光から得られた１対の被写体像の信号の位相差を検出し、当該位相差に対応するデフォーカス量を決定する。検出されたデフォーカス量は、カメラ制御部２０７に出力される。

カメラ制御部２０７は、ＣＰＵ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２０６、及びメモリ２０８と電気的に接続されている。

カメラ制御部２０７は、メモリ２０８に記憶されたプログラムを読み出して実行したり、オートフォーカス制御において必要な情報をレンズ制御部１０５と通信したりする。また、カメラ制御部２０７は、デフォーカス検出部２０６により検出されたデフォーカス量と、レンズ装置１００から取得した合成フォーカス群の位置情報とに基づいて合成フォーカス群の駆動指令を生成する。デフォーカス量の検出及び合成フォーカス群の駆動指令の生成は、ユーザによりオートフォーカス制御の指示がなされてから所定の合焦状態になるまで（デフォーカス量が所定値以下になるまで）繰り返し行われる。

以下、図３及び図４を参照して、像面位置をフォーカス群の位置に変換するためのフォーカス敏感度について説明する。図３は、フォーカス敏感度の定義の説明図である。図４は、フォーカス敏感度の説明図である。

図３のフォーカス群３０１と固定群３０２を有する光学系において、合焦状態のときのフォーカス群３０１の位置３００からフォーカス群３０１の現在位置までの移動量をＬ、デフォーカス量をｄ、フォーカス敏感度をＳとするとき、ｄ＝Ｌ×Ｓの関係が成立する。すなわち、フォーカス敏感度Ｓは、フォーカス群３０１の単位移動量あたりのデフォーカス量ｄの変化量である。なお、デフォーカス量ｄは、図示されている通り、撮像素子の受光面３０３から合焦位置までの光軸上の距離である。

図４（ａ）は、移動量Ｌとデフォーカス量ｄとの関係を示しており、図４（ｂ）はデフォーカス量ｄとフォーカス敏感度Ｓとの関係を示している。

フォーカス群３０１の移動に応じてフォーカス敏感度Ｓが変化しない場合、図４（ａ）及び図４（ｂ）の実線に示されるように、デフォーカス量ｄと移動量Ｌは比例関係となり、フォーカス敏感度Ｓは一定となる。

フォーカス群３０１の移動に応じてフォーカス敏感度Ｓが変化する場合、フォーカス敏感度Ｓはデフォーカス量ｄの関数としてＳ＝ｆ（ｄ）で表される。フォーカス敏感度Ｓをテーラー展開すると、以下の式（１）で表される。また、移動量Ｌは、以下の式（２）で表される。式（１）及び式（２）のグラフは、図４（ａ）及び図４（ｂ）の破線で表される。
Ｓ＝ｆ（ｄ）
＝Ｓ＿０＋Ｓ＿１・ｄ＾１＋Ｓ＿２・ｄ＾２＋…＋Ｓ＿ｎ・ｄ＾ｎ （１）
Ｌ＝ｄ／Ｓ
＝ｄ／（Ｓ＿０＋Ｓ＿１・ｄ＾１＋Ｓ＿２・ｄ＾２＋…＋Ｓ＿ｎ・ｄ＾ｎ） （２）
以下、レンズ装置１００との比較のために、１つのフォーカス群を有するレンズ装置１０００がカメラ本体２００に装着されたときのフォーカス制御について説明する。レンズ装置１０００のフォーカス群は、位置に応じてフォーカス敏感度Ｓが変化するものとする。

カメラシステム１０では、フォーカス群の駆動指令は、基準位置から目標位置までの距離に相当する絶対位置である。絶対位置は、長さの単位ではなく、パルス数で表される。デフォーカス量に対応するパルス数Ｐは、フォーカス敏感度Ｓ、パルス変換係数ｈ（１パルスあたりのフォーカス群の移動量［ｍｍ／ｐｕｌｓｅ］）を用いて、以下の式（３）で表される。

Ｐ＝Ｌ／ｈ
＝ｄ／（ｈ×Ｓ） （３）
フォーカス敏感度Ｓ及びパルス変換係数ｈは、レンズ装置１０００に固有の値である。
したがって、駆動指令を算出するためには、フォーカス群の現在位置に対してデフォーカス量に対応するパルス数Ｐを加える必要がある。したがって、レンズ装置１０００は、フォーカス群の現在位置を示すパルス数と、フォーカス群の現在位置に応じたフォーカス敏感度Ｓ及びパルス変換係数ｈとをカメラ本体２００に送信する必要がある。カメラ制御部２０７は、取得したこれらの情報とデフォーカス検出部２０６から出力されたデフォーカス量に基づいて駆動指令を生成する。

レンズ装置１０００は、カメラ制御部２０７で生成された駆動指令に基づいてフォーカス群を目標位置まで移動させる。フォーカス群の移動後もデフォーカス量が所定値以下になるまで上記制御を繰り返すことで、最終的に被写体に対して合焦させることが可能となる。

また、フォーカス群の位置とフォーカス敏感度の関係を示す情報を予めカメラ本体２００に送信しておき、カメラ制御部２０７がフォーカス群の現在位置に応じたフォーカス敏感度Ｓを取得してもよい。

以下、本実施例の複数のフォーカス群を有するレンズ装置１００がカメラ本体２００に装着された場合のフォーカス制御について説明する。

システムの複雑化によるエラー発生のリスクを低減するために、カメラ本体２００には、レンズ装置１００が有するフォーカス群の数に関わらず同様の手順で駆動指令を生成することが求められる。また、カメラシステム１０には、目標位置に対して複数のフォーカス群のうちいずれかの移動が遅れて複数のフォーカス群同士の位置関係が崩れた場合でも、その崩れによるデフォーカス量の変化を補償できることが求められる。

そこで、本実施例では、“合成フォーカス群”という概念を導入している。合成フォーカス群は、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４を１つのフォーカス群とする仮想のフォーカス群である。合成フォーカス群に関する情報は、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４に関する情報を集約させた情報である。本実施例では、複数のフォーカス群の駆動指令、複数のフォーカス群の各位置、及び複数のフォーカス群の各フォーカス敏感度ではなく、合成フォーカス群の駆動指令、合成フォーカス群の位置、及び合成フォーカス群の合成フォーカス敏感度を通信する。すなわち、レンズ装置１００は、カメラ本体２００に対して１つのフォーカス群を有するレンズ装置であるかのようにふるまう機能を有する。

前述したように、メモリ１０６は、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４のそれぞれの位置と被写体距離との関係を示す情報と、合成フォーカス群の位置と被写体距離との関係を示す情報を記憶している。図５（ａ）及び図５（ｂ）はそれぞれ、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の位置と被写体距離との関係を示す図である。図５において、横軸は被写体距離であり、縦軸は各フォーカス群の位置である。本実施例では、０．１ｍ、１ｍ、１０ｍ、無限遠等の代表的な被写体距離と対応するフォーカス群の位置が記憶されている。フォーカス群の位置は、基準位置からの距離［ｍｍ］で表されてもよいし、基準位置から見た位置に対応するパルス数［ｐｕｌｓｅ］で表されてもよい。所定の被写体距離を実現するための、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の目標位置は一対一に対応づけられている。第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４がそれぞれ所定の被写体距離に対応する目標位置に移動することで、被写体に対して合焦する。また、例えば、被写体距離が記憶されていない５ｍである場合のフォーカス群の位置は、記憶されている被写体距離１ｍ，１０ｍのフォーカス群の位置と、図中の差分α，βを用いて算出可能である。すなわち、全ての被写体距離をフォーカス群の位置に変換可能であると共に、全てのフォーカス群の位置を被写体距離に変換可能である。

なお、実際には被写体距離よりも、被写体距離の逆数の方がフォーカス群の位置との間に比例関係に近い関係が成り立つため、被写体距離の逆数をフォーカス群の位置との対応として用いることが望ましい。

図６（ａ）及び図６（ｂ）はそれぞれ、図５（ａ）及び図５（ｂ）に第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４のズレを追加した図である。図７は、合成フォーカス群の位置と被写体距離とズレの関係を示す図である。図７において、横軸は被写体距離であり、縦軸は合成フォーカス群の位置である。

本実施例では、被写体距離が無限遠で合焦している状態から、被写体距離が１ｍで合焦している状態に変化させる場合について説明する。また、説明の簡易化のため、第１フォーカス群１０３に対して第２フォーカス群１０４の移動が遅れた場合について説明する。移動の遅れは例えば、制御応答の遅れ等に起因して生じる。

図６では、被写体距離が無限遠である場合の第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の位置を白丸（〇）で表し、被写体距離が１ｍである場合の第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の位置を黒丸（●）で表している。また、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の現在位置を白三角（△）で表している。図７では、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４が白丸（○）位置に位置する場合の合成フォーカス群の位置を白丸（○）で表している。また、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４が黒丸（●）位置に位置する場合の合成フォーカス群の位置を黒丸（●）で表している。

図６では、第１フォーカス群１０３の現在位置は目標の被写体距離（１ｍ）に対応する位置であるが、第２フォーカス群１０４の現在位置は被写体距離（１０ｍ）に対応する位置である。このように、第２フォーカス群１０４の移動がズレ量（遅れ量）ΔＬだけ遅れた場合、ズレ量ΔＬに起因して被写体距離（１ｍ）の被写体には合焦しない。実際には、被写体距離がαｍで合焦した状態となる。図７では、現在の被写体距離（αｍ）に対応する合成フォーカス群の位置をＦαと表している。

複数のフォーカス群の全てが遅れなく移動可能であれば、１つのフォーカス群を有するレンズ装置と同様、レンズ制御部１０５はカメラ制御部２０７に対して１つのフォーカス群（例えば第１フォーカス群１０３）の現在位置をそのまま送信することができる。しかしながら、カメラ制御部２０７は、実際のデフォーカス量を検出しているため、被写体距離（１ｍ）と被写体距離（αｍ）との差分（被写体距離のズレ）Δαを低減する駆動指令が必要であると認識する。そのため、レンズ制御部１０５がズレ量ΔＬを考慮せずに第１フォーカス群１０３の現在位置を送信してしまうと、カメラ制御部２０７は目標位置に到達している第１フォーカス群１０３を更に至近側を目標位置とする駆動指令を生成してしまう。

そこで、本実施例では、レンズ制御部１０５は、第２フォーカス群１０４の移動の遅れを加味して、レンズ装置１００におけるフォーカス群の位置として、実際の被写体距離（αｍ）に対応する合成フォーカス群の位置Ｆαを取得する。すなわち、合成フォーカス群の位置Ｆαは、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の現在位置を加味して決定される位置情報であり、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４のそれぞれの位置を代表した１つの位置情報に相当する。レンズ制御部１０５は、合成フォーカス群の位置Ｆαをカメラ制御部２０７に送信する。

上記方法を用いることで、カメラ制御部２０７は、合成フォーカス群の位置Ｆαと被写体距離のずれΔαに対応する位置のズレ量ΔＬ’に基づいて合成フォーカス群の目標位置をＦ１とする駆動指令を生成することができる。レンズ制御部１０５は、駆動指令を受信すると、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４のそれぞれを、目標位置Ｆ１に応じた被写体距離（１ｍ）に対応する目標位置まで移動させる。したがって、第１フォーカス群１０３を必要以上に移動させる懸念はなくなり、移動の遅れが生じている第２フォーカス群１０４だけを被写体距離（１ｍ）に対応する位置に移動させることが可能となる。

本実施例では、合成フォーカス群の位置Ｆαは、レンズ制御部１０５により算出される。ここで、合成フォーカス群の位置Ｆαの算出方法について説明する。第２フォーカス群１０４の現在位置におけるフォーカス敏感度をＳ２、合成フォーカス群の現在位置における合成フォーカス敏感度をＳｔとする。なお、合成フォーカス敏感度Ｓｔは、第１フォーカス群１０３と第２フォーカス群１０４の位置の組み合わせによって決定される。すなわち、同一の被写体距離であっても、第１フォーカス群１０３と第２フォーカス群１０４の位置の組み合わせに応じて合成フォーカス敏感度Ｓｔは異なる値になることがある。位置Ｆαは、以下の式（４）で表される。

Ｆα＝Ｆ１－ΔＬ’
＝Ｆ１－（ΔＬ×Ｓ２）／Ｓｔ （４）
数式ΔＬ×Ｓ２は、第２フォーカス群１０４の移動の遅れによって生じた分の合焦位置の像面換算値であり、図７の被写体距離のずれΔαに相当する。数式ΔＬ×Ｓ２を合成フォーカス敏感度Ｓｔで割ることにより、合成フォーカス群の目標位置Ｆ１からのずれ量ΔＬ’を得ることができる。レンズ制御部１０５は、数式（ΔＬ×Ｓ２）／Ｓｔと目標位置Ｆ１に基づいて、合成フォーカス群の位置Ｆαを算出することができる。

合成フォーカス群の位置は、所定の定義に基づいていれば任意に設定可能である。任意の被写体距離における合成フォーカス群の位置は、同一被写体距離における複数のフォーカス群のうちの１つのフォーカス群の位置と等しいことが好ましい。このとき、１つのフォーカス群は、複数のフォーカス群のうち無限遠から最至近距離までの合焦に際しての移動量が最も大きいフォーカス群であることがより好ましい。

例えば、本実施例では第１フォーカス群１０３は第２フォーカス群１０４よりも移動量が大きいので、図６（ａ）の縦軸のスケールと図７の縦軸のスケールを同じにする。このとき、図６（ａ）において被写体距離（１ｍ）での第１フォーカス群１０３の位置が１０００パルスである場合、被写体距離（１ｍ）での合成フォーカス群の位置は１０００パルスである。同様に、被写体距離（無限）での第１フォーカス群１０３の位置が３０００パルスである場合、被写体距離（無限）での合成フォーカス群の位置は３０００パルスである。

このように設定することで、レンズ制御部１０５は、カメラ制御部２０７から受信した合成フォーカス群の目標位置Ｆ１を示す駆動指令（例えば、１０００パルス）を第１フォーカス群１０３の駆動指令として捉えることができる。すなわち、第１フォーカス群１０３の目標位置を１０００パルスの位置とすることができる。よって、レンズ制御部１０５は図６（ｂ）に示される情報を用いて第２フォーカス群１０４の駆動指令のみを決定すればよいため、レンズ制御部１０５の演算負荷を低減することができる。

また、合成フォーカス群の位置として移動量が最も大きいフォーカス群の位置を設定することにより、合成フォーカス群の駆動指令の分解能を確保することができる。

また、任意の被写体距離における合成フォーカス群の位置を、同一被写体距離における複数のフォーカス群のうちの１つのフォーカス群の位置の所定数倍としてもよい。例えば、図６（ａ）の縦軸のスケールの１／１００を図７の縦軸のスケールとする。このとき、被写体距離（１ｍ）での第１フォーカス群１０３の位置が１０００パルスである場合、被写体距離（１ｍ）での合成フォーカス群の位置は１０パルスである。同様に、被写体距離（無限）での第１フォーカス群１０３の位置が３０００パルスである場合、被写体距離（無限）での合成フォーカス群の位置は３０パルスである。レンズ制御部１０５は、合成フォーカス群の目標位置を示す駆動指令として２５パルスを受信すると、２５００（＝２５×１００）パルスの位置が第１フォーカス群１０３の目標位置であると認識することができる。

なお、上記方法は、第１フォーカス群１０３の移動に遅れがなく、第２フォーカス群１０４の移動に遅れが生じている場合だけでなく、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の両方の移動が遅れていても適用可能である。例えば、目標の被写体距離（１ｍ）に対して、第１フォーカス群１０３の位置が被写体距離（２ｍ）での１２００パルスであってもよい。現在の被写体距離に対応する合成フォーカス群の位置Ｆαが１３００パルスであり、デフォーカス量をゼロにするための合成フォーカス群のずれ量ΔＬ’が３００パルスと算出されたとする。このとき、カメラ制御部２０７は、合成フォーカス群の目標位置を示す駆動指令を１０００パルスとして算出する。よって、レンズ制御部１０５は、第１フォーカス群１０３の目標位置を１０００パルスとし、第１フォーカス群１０３を現在の１２００パルスから更に２００パルス分だけ至近方向へ移動させる。

以下、本実施例のカメラ本体２００からフォーカス移動命令を受信した場合のフォーカス制御について説明する。ここでは、位置及び目標位置を示す駆動指令はパルス数で表し、同一被写体距離における合成フォーカス群の位置と第１フォーカス群１０３の位置が同じであるものとする。

図８は、本実施例のカメラ本体２００からフォーカス移動命令を受信した場合に各フォーカス群の目標位置を所定周期ごとに算出して実行するフォーカス制御を示すフローチャートである。レンズ制御部１０５は、メモリ１０６から図８のフローチャートに示す処理を実行するためのプログラムを読み出して実行する。

ステップＳ８０１では、レンズ制御部１０５は、第１フォーカス群１０３、第２フォーカス群１０４、及び合成フォーカス群の位置を取得する。

図９は、第１フォーカス群１０３、第２フォーカス群１０４、及び合成フォーカス群の位置の算出方法を示すフローチャートである。

ステップＳ９０１では、レンズ制御部１０５は、第１検出部１１０から第１フォーカス群１０３の現在位置を取得する。

ステップＳ９０２では、レンズ制御部１０５（取得部１０５ａ）は、図６（ａ）の情報に基づくステップＳ９０１で取得した第１フォーカス群１０３の現在位置に対応する現在の被写体距離に関する情報を取得する。

ステップＳ９０３では、レンズ制御部１０５は、図６（ｂ）の情報に基づくステップＳ９０２で取得した被写体距離に関する情報に対応する第２フォーカス群１０４の理想位置を取得する。

ステップＳ９０４では、レンズ制御部１０５は、第２検出部１１１から第２フォーカス群１０４の現在位置を取得する。

ステップＳ９０５では、レンズ制御部１０５は、第２フォーカス群１０４の位置のズレ量を算出する。ズレ量は、ステップＳ９０３で算出した第２フォーカス群１０４の理想位置とステップＳ９０４で取得した第２フォーカス群１０４の現在位置との差に相当する。

ステップＳ９０６では、レンズ制御部１０５は、ステップＳ９０５で算出したズレ量に対応する像面換算値を算出する。ズレ量に対応する像面換算値は、第２フォーカス群１０４の移動が遅れていないときの合焦位置と、第２フォーカス群１０４が遅れているときの合焦位置との差に相当する。すなわち、図７の被写体距離のずれΔαに相当する。本実施例では、ズレ量に対応する像面換算値は、ステップＳ９０５で算出したズレ量に対して、第２フォーカス群１０４のフォーカス敏感度を乗じることによって算出される。

ステップＳ９０７では、レンズ制御部１０５は、ステップＳ９０６で算出した像面換算値、合成フォーカス敏感度、及びステップＳ９０１で取得した第１フォーカス群１０３の位置に基づいて合成フォーカス群の位置を算出する。

図９のフローを実行することで、第１フォーカス群１０３、第２フォーカス群１０４、及び合成フォーカス群の位置を取得することができる。

ステップＳ８０２では、レンズ制御部１０５（取得部１０５ａ）は、カメラ本体２００から受信したフォーカス移動命令の解析を行う。本実施例では、被写体距離が無限遠に設定され、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４が無限遠に対応する位置に位置しているとする。また、フォーカス移動命令は、被写体距離が１ｍとなるように像面移動速度（像面位置の移動速度）５０ｍｍ／ｓで移動する命令であるとする。

ステップＳ８０３では、レンズ制御部１０５（算出部１０５ｂ）は、第１フォーカス群１０３の目標位置及び速度を算出する。具体的には、レンズ制御部１０５はまず、目標の被写体距離に対応する合成フォーカス群の位置を取得し、合成フォーカス群の位置に対応する第１フォーカスレンズ群の目標位置を算出する。また、レンズ制御部１０５は、ステップＳ８０１で取得した現在の合成フォーカス群の位置に対応する合成フォーカス敏感度を取得し、像面移動速度［ｍｍ／ｓ］を合成フォーカス敏感度で割ることで合成フォーカス群の移動速度［ｐｌｓ／ｓ］を算出可能である。合成フォーカス群の位置と第１フォーカス群１０３の位置が同じである場合、第１フォーカス群１０３の移動速度は合成フォーカス群の移動速度と同じになる。合成フォーカス群の位置と第１フォーカス群１０３の位置が異なる場合、第１フォーカス群１０３の移動速度は第１フォーカス群１０３の現在位置及び目標位置の合成位置と第１フォーカス群１０３の現在位置との比を用いて算出可能である。

ステップＳ８０４では、レンズ制御部１０５は、ステップＳ８０３で説明した方法を用いて第２フォーカス群１０４の目標位置及び速度を算出する。

ステップＳ８０５では、レンズ制御部１０５は、ステップＳ８０３及びステップＳ８０４で算出した結果に基づいて第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の移動を行う。

ステップＳ８０６では、レンズ制御部１０５は、第１フォーカス群１０３、第２フォーカス群１０４、及び合成フォーカス群の位置を取得する。

ステップＳ８０７では、レンズ制御部１０５は、現在の合成フォーカス群の位置を用いて合成フォーカス敏感度を算出する。フォーカス群が移動すると、フォーカス敏感度が変化するため、像面移動速度を一定に保つためには現在の合成フォーカス群の位置での合成フォーカス敏感度を使う必要がある。

ステップＳ８０８では、レンズ制御部１０５は、ステップＳ８０３で説明した方法を用いて第１フォーカス群１０３の速度を算出する。

ステップＳ８０９では、レンズ制御部１０５（算出部１０５ｂ）は、ステップＳ８０８で算出した第１フォーカス群１０３の速度を用いて所定時間Ｔｍｓが経過した後の第１フォーカス群１０３の位置（第１フォーカス群１０３の次周期の目標位置）を算出する。

ステップＳ８１０では、レンズ制御部１０５（算出部１０５ｂ）は、ステップＳ８０９の第１フォーカス群１０３の位置を用いて、所定時間Ｔｍｓ経過後の第２フォーカス群１０４の位置（第１フォーカス群１０４の次周期の目標位置）を算出する。

ステップＳ８１１では、レンズ制御部１０５は、ステップＳ８１０で算出した第２フォーカス群１０４の位置に第２フォーカス群１０４が所定時間Ｔｍｓ経過後に到着するための第２フォーカス群１０４の速度を算出する。

ステップＳ８１２では、レンズ制御部１０５は、ステップＳ８０９乃至ステップＳ８１１で算出した情報を用いて、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の目標位置及び速度を再設定する。

ステップＳ８１３では、レンズ制御部１０５は、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４が目標位置に到達したかどうかを判定する。第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４が目標位置に到達したと判定された場合、レンズ制御部１０５は第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の移動を停止して本フローを終了する。そうでないと判定された場合、ステップＳ８１４に進む。

ステップＳ８１４では、レンズ制御部１０５は、所定時間Ｔｍｓが経過したかどうかを判定する。所定時間Ｔｍｓが経過したと判定された場合、ステップＳ８０６に戻り、そうでないと判定された場合、ステップＳ８１５に進む。

ステップＳ８１５では、レンズ制御部１０５は、経過時間のカウンタを更新する。本ステップの処理後、ステップＳ８１３に戻る。

図８のフローを実行することで、フォーカシングに際して第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の目標位置への駆動中も第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の位置関係を適切に維持することができる。

なお、図８のフローでは、所定時間Ｔｍｓが経過した後の第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の位置、及び各位置に対応する第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の速度を算出する。しかしながら、所定時間Ｔｍｓが経過すると、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４が目標位置に到達し、停止処理を行う必要がある。そこで、所定時間Ｔｍｓが経過する前に、次の第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の目標位置及び速度を算出すればよい。また、算出される目標位置よりも少し先の位置を指定し、所定時間Ｔｍｓが経過した後に次の位置を書き換えることで停止処理を行うことなく、像面一定速度で第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４を駆動することができる。

また、本実施例では、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の駆動はレンズ制御部１０５により制御されるが、カメラ制御部２０７により制御されてもよい。

本実施例では、実施例１で説明した図５の各フォーカス群の位置と被写体距離との関係が異なる場合の例として説明する。他の構成については実施例と同様であるため、図１乃至図４の内容の説明については割愛する。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）はそれぞれ、第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の位置と被写体距離との関係を示す図である。図１０において、横軸は被写体距離であり、縦軸は各フォーカス群の位置である。本実施例では、０．１ｍ、１ｍ、１０ｍ、無限遠等の代表的な被写体距離と対応するフォーカス群の位置が記憶されている。フォーカス群の位置は、基準位置からの距離［ｍｍ］で表されてもよいし、基準位置から見た位置に対応するパルス数［ｐｕｌｓｅ］で表されてもよい。

図１０（ａ）は図５（ａ）と同様であるが、図１０（ｂ）は図５（ｂ）と異なる。図１０（ｂ）では、第２フォーカス群１０４の位置は被写体距離の全域で単調に減少せず、被写体距離１ｍ，１０ｍの間で折り返すように変化する。折り返し部分では線形近似による誤差が発生しやすいため、代表点の数を増やし線形近似による誤差を減らす必要がある。また、フォーカス群の位置と被写体距離との関係を示す曲線をｎ次の多項式で近似し、メモリ１０６は係数を保持してもよい。この場合、被写体距離の代わりに被写体距離の逆数を入力値とするほうが近似しやすい。

以下、本実施例のカメラ本体２００からフォーカス移動命令を受信した場合のフォーカス制御について説明する。ここでは、位置及び目標位置を示す駆動指令はパルス数で表し、同一被写体距離における合成フォーカス群の位置と第１フォーカス群１０３の位置が同じであるものとする。

図１１は、カメラ本体２００からフォーカス移動命令を受信した場合に各フォーカス群の目標位置を所定周期ごとに算出して実行するフォーカス制御を示すフローチャートである。レンズ制御部１０５は、メモリ１０６から図８のフローチャートに示す処理を実行するためのプログラムを読み出して実行する。

ステップＳ１１０１乃至ステップＳ１１１１の処理はそれぞれ、図８のステップＳ８０２，Ｓ８０６乃至Ｓ８１５の処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図１１のフローを実行することで、フォーカス群の位置が被写体距離の間で折り返すように変化する場合でもフォーカシングに際して第１フォーカス群１０３及び第２フォーカス群１０４の位置関係を適切に維持することができる。

なお、折り返し部分で折り返しを超えた場所に目標位置が設定された場合、折り返しを経由しない場合も考えられる。その場合、所定時間Ｔｍｓを十分小さくすることで誤差を小さくする必要がある。また、折り返しの頂点の第２フォーカス群１０４の位置とそれに対応する第１フォーカス群１０３の位置を設定し、ステップＳ１１１０の所定時間Ｔｍｓの代わりに折り返しの頂点に到達する時間Ｕｍｓを使用してもよい。
［その他の実施例］
本発明は、上述の実施例の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、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０３ 第１フォーカス群（第１のフォーカスレンズ）
１０４ 第２フォーカス群（第２のフォーカスレンズ）
１０５ レンズ制御部（制御装置）
１０５ａ 取得部
１０５ｂ 算出部

Claims (8)

1. 第１のフォーカスレンズ及び第２のフォーカスレンズの目標位置を所定周期ごとに算出する制御装置であって、
   前記第１のフォーカスレンズ及び前記第２のフォーカスレンズの位置と被写体距離との関係を示す位置特性データと、像面移動速度とを取得する取得部と、
   前記像面移動速度と現在の被写体距離に関する情報を用いて目標の被写体距離を算出すると共に、前記位置特性データと前記目標の被写体距離を用いて前記第１のフォーカスレンズ及び前記第２のフォーカスレンズの目標位置を算出する算出部とを有することを特徴とする制御装置。
2. 前記取得部は、像面位置を前記第１のフォーカスレンズの位置に変換するための敏感度に関する情報を取得し、
   前記算出部は、前記像面位置、前記像面移動速度、及び前記敏感度に関する情報を用いて前記第１のフォーカスレンズの次周期の目標位置を算出すると共に、前記第２のフォーカスレンズの次周期の目標位置を、前記第１のフォーカスレンズの次周期の目標位置、前記目標の被写体距離、及び前記位置特性データを用いて算出することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記算出部は、前記位置特性データを用いて前記現在の被写体距離に関する情報を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記位置特性データを記憶する記憶部を更に有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の制御装置。
5. 撮像光学系と、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の制御装置とを有することを特徴とするレンズ装置。
6. 撮像素子と、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の制御装置とを有することを特徴とする撮像装置。
7. 第１のフォーカスレンズ及び第２のフォーカスレンズの目標位置を所定周期ごとに算出する制御方法であって、
   前記第１のフォーカスレンズ及び前記第２のフォーカスレンズの位置と被写体距離との関係を示す位置特性データと、像面移動速度とを取得するステップと、
   前記像面移動速度と現在の被写体距離に関する情報を用いて目標の被写体距離を算出すると共に、前記位置特性データと前記目標の被写体距離を用いて前記第１のフォーカスレンズ及び前記第２のフォーカスレンズの目標位置を算出するステップとを有することを特徴とする制御方法。
8. 請求項７に記載の制御方法をコンピュータに実行させるプログラム。
   

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