JP2022188628A - レンズ制御装置、レンズ装置、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像装置のズーム群の温度ドリフトによってフォーカス駆動範囲が狭くなってしまうため、制御端マージンが変わってしまったり、所望の被写体距離にピントが合わなくなってしまったりする可能性がある。【解決手段】 レンズ制御装置は、ズーミングに伴って移動する第１の変倍レンズ（１２０）と、第１の変倍レンズの位置に基づいて位置が制御される第２の変倍レンズ（１４０）と、合焦位置を調整するフォーカスレンズ（１０５）とを備える撮像光学系を制御する。レンズ制御装置は、第２の変倍レンズの位置を検出する位置検出手段（１１６ａ、１１６ｂ）と、第２の変倍レンズの位置に基づいて、フォーカスレンズの駆動範囲を設定する設定手段（１１８）と、を備える。【選択図】 図５

Description

本発明は、レンズ制御装置、レンズ装置、及び撮像装置に関わるものである。

撮像装置内の複数レンズ群をメカ的に支えるレンズ鏡筒は、モールド部材や金属部材などの構造部材で構成される。撮像装置が置かれている周辺環境温度や撮像装置本体内の温度上昇などで、鏡筒を構成する構造部材がメカ的に熱膨張により伸縮することがある。この伸縮により撮像光学系を構成する各レンズの位置関係が変化する影響で、メカ的な伸縮の前後でピント位置がずれてしまったり、レンズの駆動範囲が変わってしまう。

これらの問題に対して、撮像装置本体に温度検出用のセンサを搭載して、温度変化に基づいてフォーカスレンズの位置やズームレンズの位置、駆動範囲を補正する技術が特許文献１、特許文献２で提案されている。

特許第３５８１５１３号公報 特許第４８５７２５７号公報

近年、映像の４ｋ化に伴う高精細解像感、撮像素子を大型化などによる高画質化を狙うとレンズ鏡筒は大型化する傾向となる。その反面、ユーザーからは撮像装置の小型化が望まれている。レンズ鏡筒の小型化を推し進めていくとレンズの移動に対するピント移動の敏感度（位置敏感度）を上げることが必要となる。

一方、レンズの位置敏感度を上げると、熱膨張によるレンズユニットの構造部材が伸縮に伴うレンズ群移動に伴うピントやレンズの駆動範囲への影響が大きくなる。特にモールド部材などで構成されるメカ部材の温度伸縮は、個体毎のばらつきが大きい。したがって、同じ温度であっても、ピント位置やレンズの駆動範囲が個体ごとに大きく変わってしまったり、場合によっては所望の被写体にピントを合わせられなくなる問題がある。

本発明は、温度伸縮が個体毎に異なる場合であっても、良好なピント操作性を実現するレンズ制御装置、レンズ装置、及び撮像装置を提供しようとするものである。

本発明の一側面としてのレンズ制御装置は、ズーミングに伴って移動する第１の変倍レンズと、前記第１の変倍レンズの位置に基づいて位置が制御される第２の変倍レンズと、合焦位置を調整するフォーカスレンズとを備える撮像光学系の制御装置であって、前記第２の変倍レンズの位置を検出する位置検出手段と、前記第２の変倍レンズの位置に基づいて、前記フォーカスレンズの駆動範囲を設定する設定手段と、を備えることを特徴とする。本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。

本発明は、温度伸縮が個体毎に異なる場合であっても、良好なピント操作性を実現するレンズ制御装置、レンズ装置、及び撮像装置を提供することができる。

第１及び第２の実施形態に係る撮像装置の構成図 第１及び第２の実施形態に係るズーミング処理を示すフローチャート 補助レンズのカムデータ フォーカスレンズのカムデータ 第１実施形態に係るフォーカスレンズの駆動範囲設定処理を示すフローチャート フォーカスレンズの駆動範囲を表す概念図 第２実施形態に係るフォーカスレンズの駆動範囲設定処理を示すフローチャート

＜第１の実施形態＞
図１には、本発明の実施例であるビデオカメラ（撮像装置）の構成を示している。なお、本実施例では、ビデオカメラについて説明するが、本発明は、デジタルスチルカメラ等の他の撮像装置にも適用することができる。

図１に示す撮像装置は、撮像光学系として被写体側（図の左側）から順に、第１固定レンズ１０１、ズームレンズ１０２、絞りユニット１０３、補助レンズ１０４及びフォーカスレンズ１０５を有する。ズームレンズ（第１の変倍レンズ）１０２は光軸方向に移動して変倍を行う。また、補助レンズ（第２の変倍レンズ）１０４は、ズームレンズ１０２の位置に応じて光軸方向に移動することで、ズームレンズ１０２によるズーミングを補助する。フォーカスレンズ１０５は、変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能と合焦位置を調整するフォーカシングの機能とを兼ね備えたフォーカスコンペンセータレンズである。

撮像素子１０６は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサにより構成される光電変換素子であり、撮像光学系により結像された被写体像を撮影する。ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７は、撮像素子１０６の出力をサンプリングし、ゲイン調整する。カメラ信号処理回路１０８は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７の出力信号を記録装置１０９に対応した信号に変換し、変換により得られた静止画の画像信号や動画の映像信号を記録装置１０９に送る。記録装置１０９は、動画や静止画の記録を制御し、不図示の記録媒体に画像信号や映像信号を記録する。記録媒体としては、磁気テープ、半導体メモリ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等を使うことができる。

ステッピングモータ駆動回路１１０ｂは、ズームレンズ１０２を駆動させる駆動源であるステッピングモータ１１０ａの駆動を制御する。ステッピングモータ１１０ａには、出力軸である送りねじ軸１１０ｃが噛み合っている。ステッピングモータ１１０ａが駆動され、送りねじ軸１１０ｃが回転することにより、送りねじ軸１１０ｃとラックとの噛み合い作用によって、ズームレンズ１０２が光軸方向（図１中の矢印方向）へ駆動される。

ステッピングモータ１１０ａによりズームレンズ１０２を目標位置に駆動する場合、まず撮像装置の起動時にステッピングモータ駆動回路１１０ｂはズームレンズ１０２を位置制御上の基準となる位置（基準位置）にセットする。そして、ステッピングモータ駆動回路１１０ｂはこの基準位置から目標位置まで移動させるために必要なパルス数の駆動信号をステッピングモータに入力する。このため、撮像装置には、ズームレンズ１０２が基準位置に位置しているか否かを検出するための基準位置センサが設けられている。該基準位置センサは、本実施形態では、発光素子と受光素子とが一体となったフォトインターラプタにより構成されている。フォトインターラプタ発光素子と受光素子との間に、レンズ保持枠に設けられた遮光部が入り込み、発光素子から受光素子に向かう光を遮断することで、ズームレンズ１０２が基準位置に位置したことが検知される。なお、遮光部材は、ズームレンズ１０２の望遠側か広角側かのゾーン検出を可能とする形状に構成されている。

ズームレンズ１０２の保持枠には、ズームレンズ１０２の位置を検出するための位置スケール１１５ｂが固定されている。また、レンズ鏡筒部の、位置スケール１１５ｂと対向する箇所に、位置センサ１１５ａが固定されている。位置スケール１１５ｂには光軸方向に磁気パターン、光反射パターン等のスケールパターンが生成されており、位置センサ１１５ａがスケールの位置に応じた磁気信号、光反射信号などを読み取る。これにより、ズームレンズ１０２の光軸方向の位置を検出できるようになっている。位置センサ１１５ａの検出信号は、後述するマイクロプロセッサ１１８に入力され、ズームレンズ１０２の位置制御に用いられる。

ステッピングモータ駆動回路１１１ｂは、補助レンズ１０４を駆動させる駆動源であるステッピングモータ１１１ａの駆動を制御する。ステッピングモータ１１１ａには、出力軸である送りねじ軸１１１ｃが噛み合っている。そして、ステッピングモータ１１１ａが駆動され、送りねじ軸１１１ｃが回転することにより、送りねじ軸１１１ｃとラックとの噛み合い作用によって、補助レンズ１０４が光軸方向（図１中の矢印方向）へ駆動される。

ステッピングモータ１１１ａにより補助レンズ１０４を目標位置に駆動する場合、まず撮像装置の起動時にステッピングモータ駆動回路１１１ｂは補助レンズ１０４を位置制御上の基準となる位置（基準位置）にセットする。そして、ステッピングモータ駆動回路１１１ｂはこの基準位置から目標位置まで移動させるために必要なパルス数の駆動信号をステッピングモータに入力する。このため、撮像装置には、補助レンズ１０４が基準位置に位置しているか否かを検出するための基準位置センサが設けられている。該基準位置センサは、本実施形態では、上記ズームレンズ１０２の基準位置センサと同様の構成であるため詳細な説明は省略する。発光素子と受光素子とが一体となったフォトインターラプタにより、補助レンズ１０４が基準位置に位置したことが検知される。

補助レンズ１０４の保持枠には、補助レンズ１０４の位置を検出するための位置スケール１１６ｂが固定されている。また、位置スケール１１６ｂと対向する箇所に、位置センサ１１６ａが固定されている。位置スケール１１６ｂと位置センサ１１６ａの構成は、ズームレンズ１０２の位置スケール１１５ｂと位置センサ１１５ａの構成と同様であるため説明は省略する。位置センサ１１６ａの検出信号は、後述するマイクロプロセッサ１１８に入力され、補助レンズ１０４の光軸方向の位置の検出結果が、補助レンズ１０４の位置制御に用いられる。

フォーカス駆動回路１１４は、駆動源であるボイスコイルモータと、その駆動回路とを含み、フォーカスレンズ１０５を目標位置に駆動させる。フォーカスレンズ１０５の保持枠には、フォーカスレンズ１０５の位置を検出するための位置スケール１１７ｂが固定されており、位置スケール１１７ｂと対向する箇所に、位置センサ１１７ａが固定されている。位置スケール１１７ｂには光軸方向に磁気パターン、光反射パターン等のスケールパターンが生成されており、位置センサ１１７ａがスケールの位置に応じた磁気信号、光反射信号などを読み取る。これにより、フォーカスレンズ１０５の光軸方向の位置を検出できるようになっている。この位置センサ１１７ａの検出信号は、後述するマイクロプロセッサ１１８に入力され、フォーカスレンズ１０５の位置情報をフィードバックさせてサーボ制御系を形成させる。

本実施形態では、フォーカスレンズをボイスコイルモータ（ＶＣＭ）で駆動するものと想定しているが、ＤＣモータ、超音波モータなど他の形式のアクチュエータを用いる構成とすることもできる。また、フォーカス駆動源にステッピングモータを用いて、フォーカスレンズ保持枠につけられた位置センサ１１７ａ、およびスケール１１７ｂを省略しても構わない。フォーカスレンズの位置センサ１１７ａは、ＶＣＭを用いたサーボ制御系の形成に必要であると同時に、フォーカスレンズ１０５の位置の取得に必要である。しかしながら、ステッピングモータをフォーカスレンズの駆動源として用いる場合には、パルスカウントが位置情報として扱うことができるためである。

また、フォーカスレンズ１０５の駆動源の停止精度は、前述のズームレンズ１０２や補助レンズ１０４より停止精度が高いアクチュエータを用いるものとする。これにより後述するズームレンズ１０２や補助レンズ１０４の位置補正をすることができる。必要な停止精度は、ズームレンズ１０２、補助レンズ１０４の位置敏感度、撮像装置が有する撮像光学系の焦点深度などにより決めればよい。

マイクロプロセッサ１１８は、ズーム操作部１１９、および、不図示の電源スイッチ、録画スイッチ等の各種操作スイッチからの入力に応じて、本撮像装置の動作全体の制御をおこなう制御手段として機能する。

ズーム操作部１１９は、シーソレバーまたはワイド側への移動を指示する釦とテレ側への移動を指示する釦、回転によりズーム倍率の変更を指示する電子リング等で構成することができる。尚、複数のズーム操作部１１９を備えていてもよい。これらのズーム操作部１１９が操作されると操作方向及び操作量を示す操作信号がマイクロプロセッサ１１８へ出力される。マイクロプロセッサ１１８は、この情報に基づいてズームレンズ１０２と補助レンズ１０４との駆動速度や駆動方向を演算し、の演算結果に従って駆動命令を各駆動回路（１１０ｂ、１１１ｂ）へ出力することにより、ズームレンズ１０２が光軸に沿って移動される。

マイクロプロセッサ１１８内に設けられたメモリ１２０には、ズームレンズ１０２の基準位置に対する望遠側の端（テレ端）および広角側の端（ワイド端）の位置が記憶されている。２つのステッピングモータ駆動回路１１０ｂ、１１１ｂのそれぞれに入力されるマイクロプロセッサ１１８からの正逆信号に応じて、それぞれのステッピングモータ１１０ａ、１１１ａが駆動される。また、フォーカス駆動回路１１４は、マイクロプロセッサ１１８からの制御信号により駆動される。このように、マイクロプロセッサ１１８は、レンズ駆動を制御するレンズ制御手段として機能する。撮像光学系の変倍動作およびこれに伴う合焦動作は、ビデオカメラなどで一般的に用いられている、カム軌跡データを利用した電子カム方式により、補助レンズ１０４の駆動源であるステッピングモータ１１１ａやフォーカス駆動回路１１４を制御することで行われる。カム軌跡データはマイクロプロセッサ１１８のメモリ１２０に記憶している。本実施形態の撮像光学系は、ズームレンズ１０２、補助レンズ１０４、フォーカスレンズ１０５を備える。このような撮像光学系では、一般的に、カム軌跡データとして、ズームレンズ１０２と補助レンズ１０４との位置関係を示す補助レンズカムデータと、ズームレンズ１０２とフォーカスレンズ１０５との位置関係を示すフォーカスカムデータとを用いる。本実施形態もその形態について説明をする。なお、本実施形態で用いられるステッピングモータの駆動方式には特に限定がなく、１－２相駆動方式や２－２相駆動方式でもよい。またメモリ１２０には、補助レンズ１０４とフォーカスレンズ１０５の位置敏感度が記憶されている。

絞りユニット１０３は、図示しないガルバノ方式のアクチュエータを含む絞り回路１１３と、このアクチュエータにより開閉駆動される絞り羽根と、絞り開閉状態を検出する位置検出素子１１２（ホール素子）を有する。

マイクロプロセッサ１１８は、入力された輝度信号成分が常に適正値になるようにアクチュエータ１１３をフィードバック制御する。この際、マイクロプロセッサ１１８には、位置検出素子１１２からの出力が増幅され、さらに図示されないＡ／Ｄ変換回路によりアナログ信号からデジタル信号に変換されて絞りの開閉位置を示す情報として入力される。マイクロプロセッサ１１８は、この絞り位置情報に基づいて、輝度信号成分が常に適正値になるように駆動回路１１３に開閉信号を送り、絞り１０３を制御する。マイクロプロセッサ１１８からは、絞り位置を所定の開閉位置に位置決めするための開閉信号を絞り駆動回路１１３に送ることもできる。

フォーカス操作部１２１は、フォーカスレンズ１０５を駆動させる操作部材であり、操作量や操作速度などの操作情報など）をマイクロプロセッサ１１８へ送る。マイクロプロセッサ１１８はフォーカス操作部１２１からの操作情報に基づきフォーカスレンズ駆動回路１１４へ駆動命令を出力することで、マニュアルフォーカス動作が実現される。尚、カメラ信号処理回路１０８からの映像信号に基づいてマイクロプロセッサ１１８が焦点検出を行い、焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズ駆動回路１１４へ駆動命令を出力してもよい。

以下で、マイクロプロセッサ１１８で実行されるズーム駆動の制御プログラムについて、図２のフローチャートを用いて詳しく説明する。なお、図２の処理（Ｓ２０１～２１６）は、周期ΔＴごとに周期的に繰り返される処理である。本処理は、カメラ本体の電源が入るとともにスタートし、マイクロプロセッサ１１８が、メモリ１２０、ズーム操作部１１９、各位置センサ（１１５ａ，１１６ａ，１１７ａ）等からの出力を受けて各駆動回路（１１０ｂ、１１１ｂ、１１４）を制御することで行う。また、撮影した画像を表示する再生モードや、各種設定を行う設定モードから、撮影を待機する撮影モードへの切り替えに応じて本フローを開始してもよい。

ステップＳ２０１にてズーム操作部１１９が操作されたか否か（操作信号が入力されたか否か）を判定する。操作された場合はステップＳ２０２に進み、操作信号に含まれる操作量の情報に基づいてズームレンズ１０２の目標ズーム速度Ｖｚを取得する。その後、処理はステップＳ２０３へ進み、ズーム目標位置Ｚｔを取得する。ズーム目標位置Ｚｔは、ステッピングモータ駆動回路１１０ｂの駆動カウンタである現在のズーム位置をＺ、制御周期をΔＴとすると以下の式で算出できる。
（式１）Ｚｔ＝Ｚ＋Ｖｚ×ΔＴ

次にステップＳ２０４に処理を進める。Ｓ２０４では補助レンズ１０４の駆動目標位置を決定する。図３はズームレンズ１０２と補助レンズ１０４の位置関係を表す図であり、図３に相当する情報を補助レンズカムデータとしてマイクロプロセッサ１１８内のメモリ１２０に記憶してある。ステップＳ２０４では（式１）で算出されるＺｔと補助レンズカムデータとに基づいて、Ｚｔに対応する補助レンズ目標位置Ｓｔを取得する。

続いてステップＳ２０５へ進み、補助レンズの速度Ｖｓをステッピングモータ駆動回路１１１ｂの駆動カウンタである現在の補助レンズ１０４の位置Ｓを用いて、下記の（式２）に基づいて算出する。
（式２）Ｖｓ＝（Ｓｔ－Ｓ）／ΔＴ

次にステップＳ２０６へ進み、位置センサ１１７ａから入力されるフォーカスレンズの位置情報に基づいて、現在の被写体までの距離である被写体距離Ｌを取得する。尚、被写体距離Ｌの取得は、ズームレンズの駆動前は、検出されたフォーカスレンズの位置で、被写体にピントが合っている状態であるとみなして行う。具体的には、メモリ１２０に記憶されているカムデータとフォーカスレンズの位置と現在のズームレンズの位置Ｚとを参照することで行う。

続いてステップＳ２０７に処理を進める。ステップＳ２０７ではフォーカスレンズ１０５の駆動目標位置を決定する。図４はズームレンズ１０２とフォーカスレンズ１０５の位置関係を表すフォーカスカムデータである。フォーカスカムデータは離散的な被写体距離Ｌ０～Ｌｎのごとの複数のテーブルデータとして、マイクロプロセッサ１１８内のメモリ１２０に記憶してある。ステップＳ２０６で取得した被写体距離Ｌに相当するフォーカスカムデータをメモリ１２０から呼び出す。なお、被写体距離Ｌの前後のフォーカスカムデータから、被写体距離Ｌのフォーカスカムデータを内挿計算により算出してもよい。呼び出された被写体距離Ｌのフォーカスカムデータを用いて、Ｓ２０４で（式１）により算出されたズーム目標位置Ｚｔに相当するフォーカスレンズ目標位置Ｆｔを取得する。

続いてステップＳ２０８へ進み、フォーカスレンズの速度Ｖｆを位置センサ１１７ａの現在のフォーカスレンズ１０５の位置Ｆを用いて、下記の（式３）に基づいて算出する。
（式３）Ｖｆ＝（Ｆｔ－Ｆ）／ΔＴ

ステップＳ２０９にてズームレンズ１０２を駆動させるステッピングモータ駆動回路１１０ｂ、補助レンズ１０４を駆動させるステッピングモータ駆動回路１１１ｂ、フォーカスレンズ１０５を駆動させるフォーカス駆動回路１１４に目標位置と目標速度を送る。これにより、ズームレンズ１０２、補助レンズ１０４、フォーカスレンズ１０５を駆動させる。そして、ステップＳ２１０に進み、ズーミング動作の駆動状態を表す駆動中フラグｆをセットする。

一方、ステップＳ２０１にてズーム操作部１１９の操作信号の入力がない場合はステップＳ２１１へ処理を進め、各レンズの駆動を停止させ、各レンズを整定させる整定動作を制御する。

ステップＳ２１１ではズームレンズ１０２を停止させる停止命令をステッピングモータ駆動回路１１０ｂへ送り、ステップＳ２１２にてズームレンズ１０２の駆動が停止されたかを判定する。ズームレンズ１０２の駆動が停止した場合はステップＳ２１３へ処理を進める。停止していない場合は再びステップＳ２１１へ戻り、停止命令をステッピングモータ駆動回路１１０ｂへ再度送る。

ステップＳ２１３では補助レンズ１０４の停止位置を取得し、取得した停止位置まで移動させた後、補助レンズ１０４の駆動を停止する。停止位置の算出方法はステップＳ２０４と同様であり、ズームレンズ１０２の停止位置と、図３に示す補助レンズカムデータとを用いて補助レンズ１０４の停止位置Ｓｓを算出する。

ステップＳ２１４ではフォーカスレンズ１０５の停止位置を取得し、取得した停止位置まで移動させた後、フォーカスレンズ１０５の駆動を停止する。停止位置の算出方法はステップＳ２０７と同様であり、ズームレンズ１０２の停止位置と、図４に示すフォーカスカムデータとを用いてフォーカスレンズ１０５の停止位置Ｆｓを取得する。ステップＳ２１１～Ｓ２１４の動作により、各レンズ（ズームレンズ１０２、補助レンズ１０４、フォーカスレンズ１０５）の整定動作が行われる。

ステップＳ２１５では、補助レンズ１０４の位置を位置センサ１１６ａの出力から取得して補助レンズ１０４の整定時の停止位置Ｓｓとしてメモリ１２０に記憶し、続くステップＳ２１６でステップＳ２１０で設定した駆動中フラグｆをクリアする。

ここで、ステップＳ２０７において、フォーカス目標位置は、フォーカス駆動範囲内の位置として算出される。フォーカスレンズの駆動範囲は、被写体距離が無限の被写体に合焦する位置（無限位置）と被写体距離が撮影可能な最至近距離である被写体に合焦する位置（至近位置）とを含むよう、好ましくはこれらの位置に余裕を持たせた範囲に設定される。つまり、フォーカスレンズの無限側の制御端は、無限位置よりもマージン分外側（至近位置と反対側）に設定され、至近側の制御端は、至近位置よりもマージン分外側（無限位置と反対側）に設定される。しかしながら、温度変化により補助レンズの位置が整定位置からズレると、そのズレ量や補助レンズの位置敏感度によっては、無限位置と至近位置のいずれかが、制御端に対して余裕がなくなったり、駆動範囲から外れてしまったりする可能性がある。そこで本実施例では、このフォーカス駆動範囲の設定を、補助レンズ１０４の位置に応じて行う。フォーカス駆動範囲を設定するためのプログラムについて、図５のフローチャートを用いて詳しく説明する。この処理は、マイクロプロセッサ１１８が、メモリ１２０、補助レンズの位置センサ１１６ａ等からの出力を受けて行う。本処理も、周期ΔＴごとに周期的に繰り返される処理であり、図２のフローと並行して行われるが、周期は図２のフローと異なる周期であってもよい。

まず、Ｓ５０１にて、駆動中フラグに基づいて現在ズーム駆動中か否かを判断する。フラグがセットされていない場合は、ズーム駆動中でないと判断して本処理を終了する。フラグがセットされており、ズーム駆動中の場合は処理をステップＳ５０２へ進める。ステップＳ５０２では図２のステップＳ２１５にて保存された補助レンズ１０４の整定時の停止位置Ｓｓをメモリ１２０から取得する。続くステップＳ５０３では補助レンズ１０４の現在位置Ｓｃを位置検出センサ１１６ａから取得する。

次に、ステップＳ５０４へ進む。本ステップでは、ステップＳ５０３で取得した補助レンズ１０４の整定時の停止位置ＳｓとステップＳ５０４で取得した補助レンズ１０４の現在の位置Ｓｃとに基づいて、以下の（式４）を用いて、補助レンズ１０４の位置のズレ量である位置差分ΔＳを算出する。
（式４）ΔＳ ＝ Ｓｃ － Ｓｓ

続いて、ステップＳ５０５に進み、補助レンズ１０４の位置敏感度Ｋｓをメモリ１２０から取得する。位置敏感度Ｋｓは、補助レンズ１０４の移動量と、結像する像面移動量の比であり、敏感度が高いほど、補助レンズの僅かな移動でも、像面移動量が大きくなる。仮に補助レンズ１０４がΔＸ動いた場合、像面移動量ΔＰは（式５）のように表せる。
（式５）ΔＰ ＝ ΔＸ × Ｋｓ

続いてステップＳ５０６へ進み、フォーカスレンズ１０５の無限位置敏感度Ｋｆｆと至近位置敏感度Ｋｆｎをメモリ１２０から取得する。被写体距離に応じてフォーカスレンズ１０５の位置が変わるため、フォーカスレンズ１０５の位置敏感度も被写体距離によって異なる。無限位置敏感度Ｋｆｆは無限位置に合焦している際のフォーカスレンズ１０５の位置敏感度である。また、至近位置敏感度Ｋｆｎは、撮影可能な最至近位置に合焦している際のフォーカスレンズ１０５の位置敏感度である。位置敏感度Ｋｆｆ、Ｋｆｎは、フォーカスレンズ１０５の移動量と、結像する像面移動量の比であり、敏感度が高いほど、フォーカスレンズ１０５のわずかな移動でも、像面が大きく移動する。仮に補助レンズ１０４がΔＹ動いた場合、無限での像面移動量ΔＱｆは（式６）のように表すことができ、最至近位置での像面移動量ΔＱｎは（式７）のように表すことができる。
（式６）ΔＱｆ ＝ ΔＹ × Ｋｆｆ
（式７）ΔＱｎ ＝ ΔＹ × Ｋｆｎ

続くステップＳ５０７では、補助レンズ１０４のズレに伴うフォーカスレンズ１０５の駆動範囲の端（制御端）の補正量を決定する。前述の処理で求めた補助レンズ１０４の位置差分ΔＳを（式５）に適用した（式８）を用いて、補助レンズ１０４による像面移動量ΔＰｓを算出する。
（式８）ΔＰｓ ＝ Ｋｓ × ΔＳ

次に、求めた像面移動量ΔＰｓを（式６）に適用した（式９）を用いて、フォーカス無限でのフォーカスレンズ１０５の無限位置の移動量ΔＦｆを算出する。
（式９）ΔＦｆ ＝ ΔＰｓ／Ｋｆｆ

同様に像面移動量ΔＰｓを（式７）に適用した（式１０）を用いて、フォーカス最至近距離でのフォーカスレンズ１０５の至近位置の移動量ΔＦｎを算出する。
（式１０）ΔＦｎ ＝ ΔＰｓ／Ｋｆｎ

続いて、ステップＳ５０８へ処理を進める。ステップＳ５０８では、無限位置の移動量ΔＦｆと至近位置の移動量ΔＦｎとを用いてフォーカスレンズ１０５の駆動範囲を補正する。補正前のフォーカスレンズ１０５の無限と至近の駆動制御端の位置をそれぞれＬｍｆ、Ｌｍｎとする。フォーカスレンズのストロークＬｎは以下の（式１１）で求まる。
（式１１）Ｌｎ ＝ Ｌｍｎ － Ｌｍｆ （Ｌｍｆ＜Ｌｍｎ）

駆動範囲の補正前は、図６（ａ）に示すように、フォーカスレンズ１０５がＬｍｆからＬｍｎの範囲を駆動する。本ステップでは、補正により、図６（ｂ）示すようにフォーカスレンズ１０５がＬｍｆ－ΔＦｆからＬｍｎ－ΔＦｎのストロークＬ′を移動できるようにフォーカスレンズ１０５の駆動範囲を補正する。尚、フォーカスレンズ１０５が現在静止している位置が、ステップＳ５０８により新たに設定された駆動範囲外の場合であっても、ズーム操作やフォーカス操作が入力されない限りは、フォーカスレンズ１０５を駆動範囲内へ移動させないことが好ましい。フォーカスレンズ１０５を移動させると、像倍率が変化するため、ユーザの意図しない像倍率変化が生じる可能性があるためである。

このように、温度変化などにより補助レンズ１０４が意図せず移動した場合であっても、その補助レンズ１０４の移動量（ズレ量）に基づいてフォーカスレンズの駆動範囲を再設定することにより、無限位置から無限側の制御端に対してのマージンと、至近位置から至近側の制御端に対してのマージンとを一定量確保できる。そのため、無限位置や最至近距離の被写体に対してもピントを合わせることができるため、良好なフォーカス操作が実現できる。

温度センサを用いて駆動範囲を設定する場合、上述のような個体毎の補助レンズ１０４の移動量のばらつきを考慮することが難しい。補助レンズ１０４の位置敏感度が高くなければ、移動量のばらつきに伴う像面移動量のばらつきは大きくないため、ばらつきを考慮したうえで温度センサにより検出された温度に基づいて駆動範囲を設定することができる。しかしながら、補助レンズ１０４の位置敏感度が高い場合、移動量のばらつきにともなう像面移動量のばらつきが大きくなる。大きなばらつきを考慮して駆動範囲を設定すると、温度変化に伴う移動量が小さい個体と大きな個体とでは、マージンのバラツキが大きくなり、マージンが大きすぎる個体が生じてしまう。本実施形態では、上記のように、補助レンズ１０４の移動量に基づいてフォーカスレンズの駆動範囲を設定するため、このような課題を軽減することができる。

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について説明するが、第１の実施形態と説明が同じ部分は省略する。第１の実施形態と異なる点は、マイクロプロセッサ１１８で実行されるフォーカスレンズ１０５の駆動範囲を変更するためのプログラムであるため、当該プログラムについて図７のフローチャートを用いて詳しく説明する。

ステップＳ７０１からステップＳ７０４は、第１の実施形態のステップＳ５０１からステップＳ５０４と同様の処理であるため、詳細は省略する。まず、ステップＳ７０１にてズーム駆動中か否かを判断し、駆動中であると判断されない場合は処理を終了し、駆動中であると判断された場合は処理をステップＳ７０２へ進める。ステップＳ７０２ではステップＳ２１５にて保存された補助レンズ１０４の整定時の停止位置Ｓｓをメモリ１２０から取得する。続くステップＳ７０３では補助レンズ１０４の現在位置Ｓｃを位置検出センサ１１６ａから取得する。次のステップＳ７０４では、ステップＳ７０２とＳ７０３で取得した補助レンズ１０４の整定時の停止位置Ｓｓと補助レンズ１０４の現在の位置Ｓｃから、上記の（式４）を用いて、補助レンズ１０４の位置差分ΔＳを算出し、ステップＳ７０５へ進む。

ステップＳ７０５では、ステップＳ７０４で算出した補助レンズ１０４の位置ズレ量である位置差分ΔＳと、後述するステップＳ７０６で保存された補助レンズ１０４の保存位置差分ΔＳｐと固定値αの和であるΔＳｐ＋αとの大きさを比較する。ΔＳの方が大きいときはステップＳ７０６へ進み、ΔＳがΔＳｐ＋α以下である場合はそのまま処理を終える。

ステップＳ７０６では補助レンズ１０４の位置差分ΔＳを保存位置差分ΔＳｐとして保存する。保存位置差分ΔＳｐは次のステップであるステップＳ７０７で実行されるフォーカスレンズ１０５の駆動範囲を補正するたびに保存される。つまり、ステップＳ７０５では前回駆動範囲の変更をした際に位置差分を算出したタイミングから、今回位置差分を算出したタイミングまでの補助レンズ１０４の位置ズレ量が、所定値αより大きいか否かを判定する。そして、前回駆動範囲を設定した際に位置差分を算出したタイミングからの位置ズレ量が所定値αよりも大きい場合にのみ、駆動範囲を再設定し、所定値以下の場合は設定されている駆動範囲を維持する点が、第１の実施形態と異なる。なお、保存位置差分ΔＳｐは、電源ＯＮ時の処理で０に初期化される。

続いて、ステップＳ７０７に進む。ステップＳ７０７からＳ７１０は、第１の実施形態のステップＳ５０５からＳ５０８と同様であるため、詳細は省略する。ステップＳ７０７では、補助レンズ１０４の位置敏感度Ｋｓをメモリ１２０から取得する。続いてステップＳ７０８で、フォーカスレンズ１０５の無限位置敏感度Ｋｆｆと至近位置敏感度Ｋｆｎをメモリ１２０から取得する。続くステップＳ７０９では、補助レンズ１０４のズレに伴うフォーカスレンズ１０５の駆動制御端の補正量を決定する。ステップＳ７０４で取得した位置差分ΔＳとステップＳ７０７で取得した敏感度Ｋｓに基づいて、上記（式８）を用いて補助レンズによる像面移動量ΔＰｓを算出する。そして、算出したΔＰｓと上記（式９）を用いてフォーカスレンズ１０５の無限位置の移動量ΔＦｆを算出する。同様に、算出した像面移動量ΔＰｓと上記（式１０）を用いてフォーカス最至近距離でのフォーカスレンズ１０５の至近位置の移動量ΔＦｎを算出する。次に、ステップＳ７１０では、ステップＳ７０９で算出した無限位置の移動量ΔＦｆと至近位置の移動量ΔＦｎとを用いてフォーカスレンズ１０５の駆動範囲を変更する。

これによりズーム動作停止後に補助レンズ１０４の位置が温度等で移動したとしても、移動量（ズレ量）が所定値αごとにフォーカスレンズ１０５の駆動範囲が補正される。そのため、補助レンズ１０４が移動した際でも無限や最至近距離でピントがとることができる程度に、無限位置から無限側の制御端に対してのマージンと、至近位置から至近側の制御端に対してのマージンとを一定量確保でき、良好なフォーカス操作が実現できる。また、第１の実施形態と異なり、補助レンズのズレ量が所定値αを超えたときのみフォーカスレンズの駆動範囲を変更するため、駆動範囲が短い周期ΔＴで常に変化するような状態を避けることができるため、駆動範囲の安定性を向上させることができる。

＜変形例＞
第１、第２の実施形態の変形例について説明をする。上記実施形態では、整定時に検出された補助レンズの位置と、現在の補助レンズの位置との位置差分ΔＳに基づいて駆動範囲を設定した。しかしながら、整定時の補助レンズの位置はステップＳ２１３で取得された目標位置と一致しているはずであるとみなし、目標位置と現在の補助レンズの位置とのズレ量を位置差分ΔＳとして用い、このズレ量に基づいて駆動範囲を設定してもよい。

また、上記実施形態では、予めフォーカスレンズの駆動範囲（第１の範囲とする）を設定しておき、補助レンズ１０４の位置差分ΔＳに基づいて第１の範囲の制御端を補正することで位置ズレ量に基づいてフォーカスレンズ１０５の駆動範囲を設定した。しかしながら、設定方法はこれに限らない。例えば、位置差分ΔＳの絶対値が第１の値以下の場合に第１の範囲をフォーカスレンズの駆動範囲として設定し、位置差分ΔＳが＋の方向に第１の値よりも大きく、第２の値以下の場合は予め設定された第２の範囲をフォーカスレンズの駆動範囲に設定する。さらに、位置差分ΔＳが第２の値よりも大きい場合は予め設定された第３の範囲をフォーカスレンズの駆動範囲に設定する。このように、段階的に予め定められた範囲をフォーカスレンズの駆動範囲として設定してもよい。この場合、事前に補助レンズの位置差分ΔＳと像面移動量との関係を取得し、この関係に基づいて予め駆動範囲を定め、それぞれの位置差分ΔＳと範囲を対応付けたデータをメモリ１２０に格納しておけばよい。また、－方向についても同様に、位置差分ΔＳの大きさ委に基づいて予め定められた範囲をフォーカスレンズの駆動範囲に設定してもよい。

また、無限位置と至近位置のうち、制御端までの距離が近い方（つまり、マージンが小さい方）がズレ量の影響を受けやすいため、距離が近い方の制御端の位置のみを補助レンズ位置ズレ量に応じて設定してもよい。

第１、第２の実施形態では、温度変化に伴う補助レンズ１０４の位置ズレ（ΔＳの発生）への対応としてフォーカスレンズの駆動範囲を補正する方法の説明をした。しかしながら、実際には、温度変化に伴う鏡筒の伸縮により、フォーカスレンズ１０５の位置と、その位置に対応するピントが合う被写体距離との関係がズレることがある。そこで、例えば特許４８５７２５７号に記載されているような、従来のフォーカスレンズ位置と被写体距離との関係のズレを補正する方法と、第１、第２の実施形態に記載の方法とを併用してもよい。例えば、撮像装置に温度センサを設置し、温度センサの出力に応じて、その温度に対応して記憶されているフォーカスレンズの駆動範囲をメモリ１２０から読み出す。そして、読み出したフォーカスレンズの駆動範囲を、上記の方法により、ΔＳに基づいて補正する。これにより、温度変化に伴う補助レンズ１０４の位置ズレと、フォーカスレンズ１０５の位置とピントが合う被写体距離炉の関係のズレとの両方に対応することができる。

また、上記実施形態では、レンズ一体型の撮像装置について説明をしたが、本発明はレンズ交換式の撮像装置に適用することもできる。この場合、フォーカスレンズ１０５の駆動範囲を設定する設定手段として機能するプロセッサは、交換レンズ装置側が備えていてもよいし、交換レンズが装着可能なカメラ本体側が備えていてもよい。カメラ本体側が備える場合は、交換レンズ装置と通信可能な通信手段を介して各レンズの位置と位置敏感度の情報などの情報を受信し、設定する駆動範囲を示す情報を交換レンズ側へ送信する。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

１０２ ズームレンズ
１０４ 補助レンズ
１０５ フォーカスレンズ
１１６ａ 位置センサ
１１６ｂ 位置スケール
１１８ マイクロプロセッサ

Claims (14)

1. ズーミングに伴って移動する第１の変倍レンズと、前記第１の変倍レンズの位置に基づいて位置が制御される第２の変倍レンズと、合焦位置を調整するフォーカスレンズとを備える撮像光学系の制御装置であって、
   前記第２の変倍レンズの位置を検出する位置検出手段と、
   前記第２の変倍レンズの位置に基づいて、前記フォーカスレンズの駆動範囲を設定する設定手段と、を備えることを特徴とするレンズ制御装置。
2. 前記設定手段は、前記第１の変倍レンズの位置に対応する前記第２の変倍レンズの位置と、前記位置検出手段により検出された前記第２の変倍レンズとの位置とのズレ量に基づいて、前記フォーカスレンズの駆動範囲を設定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. 前記設定手段は、前記ズレ量と、前記第２の変倍レンズの位置敏感度と、前記フォーカスレンズの位置敏感度と、に基づいて前記駆動範囲を設定することを特徴する請求項２に記載のレンズ制御装置。
4. 前記設定手段は、前記ズレ量に基づいて前記フォーカスレンズの駆動制御端の位置を変更することを特徴する請求項２又は３に記載のレンズ制御装置。
5. 前記設定手段は、
   前記ズレ量が、第１の所定値以下の場合は第１の範囲をフォーカスレンズの駆動範囲として設定し、
   前記ズレ量が、前記第１の所定値より大きい場合は前記第１の範囲と異なる第２の範囲をフォーカスレンズの駆動範囲として設定することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載のレンズ制御装置。
6. 前記設定手段は、
   前記ズレ量が前記第１の所定よりも大きい場合に、前記ズレ量と、前記第２の変倍レンズの位置敏感度と、前記フォーカスレンズの位置敏感度と、に基づいて前記第２の範囲を算出することを特徴とする請求項５に記載のレンズ制御装置。
7. 前記駆動範囲の情報を記憶する記憶手段を備え、
   前記第１の範囲と前記第２の範囲は予め設定され、前記記憶手段に記憶されていることを特徴とする請求項５に記載のレンズ制御装置。
8. 前記設定手段は、前記ズレ量と前回駆動範囲を設定した際のズレ量とを比較し、その差が所定値より大きい場合に前記駆動範囲を再設定することを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載のレンズ制御装置。
9. 前記フォーカスレンズの位置を制御する位置制御手段を備え、
   前記フォーカスレンズが第１の位置に静止している際に、
   前記設定手段により、前記フォーカスレンズの駆動範囲が前記第１の位置を含む第３の範囲から前記第１の位置を含まない第４の範囲へ変更された場合、前記位置制御手段は、前記フォーカスレンズを前記第１の位置に維持することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレンズ制御装置。
10. 前記第１の変倍レンズの位置に対応する前記第２の変倍レンズの位置は、
    前記第２の変倍レンズの整定時に前記位置検出手段により検出された位置であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレンズ制御装置。
11. 前記第１の変倍レンズの位置に対応する前記第２の変倍レンズの位置は、
    前記第１の変倍レンズの位置に基づいて決定される前記第２の変倍レンズの目標位置であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレンズ制御装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のレンズ制御装置と、
    前記撮像光学系と、
    前記撮像光学系により結像された被写体像を撮影する撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
13. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のレンズ制御装置と、
    前記撮像光学系とを備えるレンズ装置。
14. 前記撮像光学系を備えるレンズ装置が装着可能な撮像装置であって、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のレンズ制御装置と、
    前記撮像光学系により結像された被写体像を撮影する撮像素子と、前記レンズ装置と通信可能な通信手段とを備え、
    前記設定手段により設定された前記フォーカスレンズの駆動範囲を示す情報を、前記通信手段を介して前記レンズ装置へ送信することを特徴とする撮像装置。

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