JP4549083B2

JP4549083B2 - 光学機器

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Description

本発明は、光学機器におけるフォーカス制御に関するものである。

従来、デジタルカメラやビデオカメラなどのオートフォーカス制御方法は、ＣＣＤセンサ等の撮像素子から得られる輝度信号の高域成分が最大になるレンズ位置を合焦位置とするコントラスト方式が採用されている。

このコントラスト方式としては、撮像素子から得られる輝度信号の高域成分（以下、合焦評価値（鮮鋭度）と称す）が増加する方向にレンズを動かし、合焦評価値が最大になるレンズ位置を合焦位置とする「山登り方式」や、測距範囲の全域にわたりレンズを駆動しながら合焦評価値を記憶していき、記憶した合焦評価値の最大値に相当するレンズ位置を合焦位置とする「全域スキャン方式」が知られている。

これらの方式におけるフォーカスレンズの駆動の様子を図１６を用いて説明する。横軸はフォーカスレンズの光軸方向の位置で、縦軸は合焦評価値を表している。合焦評価値がピークとなるＡ点が合焦位置である。

矢印Ｓ１は山登り方式におけるフォーカスレンズの駆動軌跡を示しており、この「山登り方式」では、フォーカスレンズは無限遠から走査を開始し、合焦評価値の傾斜を検出して合焦評価値のより高い方向へと駆動していく。そして合焦評価値のピークが得られることをもって合焦と判断する（非特許文献１参照）。

また、矢印Ｓ２は「全域スキャン方式」におけるフォーカスレンズの駆動軌跡を示しており、この「全域スキャン方式」におけるフォーカスレンズは、無限遠から走査（スキャン）を開始し、至近端まで駆動され、その後に合焦評価値の最大となる位置に駆動される。

その他、フィルム用カメラに多く採用されているオートフォーカス方式として、三角測距の原理を利用した方法や位相差検出を利用した方法が知られている。

三角測距検出方式は、被写体に向けてパルス光を投射し、その反射光を投光部から所定の基線長だけ離間した位置に配置された受光素子にて検出することにより、上記被写体までの距離を検出し、レンズを駆動するものである。

また、位相差検出方式は撮像面に対して複数の異なる撮影レンズの鏡領域を通過する光束を利用し、それを二次結像させる光学系を有し、その二次結像された２像を二つのラインセンサを用いて検出し、その２像の像データの位相差を検出することによって被写体像のデフォーカス状態を検出して、合焦位置を算出する。そして、所定のレンズ駆動を行うことにより、合焦状態になるように制御するものである。
ＮＨＫ技術研究報告（昭和４０年，第１７巻・第１号，通算第８６号，第２１ページ〜第３７ページ）

しかしながら、上記従来例のコントラスト方式は合焦に要する時間が長いという問題を有している。すなわち、全域スキャン方式はフォーカスレンズを無限遠から至近端までの全駆動範囲域を走査して合焦位置（合焦評価値の極大値）を検出するため、走査域が広く合焦時間が長い。

また、山登り方式でもフォーカスレンズの待機位置から合焦位置までの距離が離れていると合焦に時間がかかり、なおかつ合焦位置から離れた部分では合焦評価値の変化が少ないため、ピントのずれが前ピンなのか後ピンなのかが分り難く、合焦までにかかる時間が極端に長くなる場合がある。

また、三角測距方式や位相差検出方式においても、フォーカスレンズが無限遠に待機し、なおかつ合焦位置が至近端寄りであった場合などは、フォーカスレンズを合焦位置まで駆動する距離が長くなるため、合焦に時間がかかるという課題を有している。

そこで本発明は、フォーカスレンズの合焦動作における駆動距離を短縮して、短い時間での焦点検出及び合焦動作が可能な焦点調節機能を有する光学機器を提供することを目的とする。

本発明の光学機器は、撮影光学系の焦点状態を示す情報に基づいて、前記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを駆動するフォーカス制御を行う制御手段を有する。前記制御手段は、該光学機器又は該光学機器に装着された他の光学機器の姿勢を示す情報に基づいて、前記姿勢が所定角度よりも上向きの場合は前記フォーカス制御における前記フォーカスレンズの駆動開始位置を無限遠に、前記姿勢が前記所定角度よりも下向きの場合は前記駆動開始位置を至近端に設定する前記駆動開始位置の変更処理を実行し、前記変更処理後の前記駆動開始位置から焦点検出処理を行って合焦状態であるかを判断し、合焦状態でない場合、または合焦状態であって撮像動作が指示されていない場合に、再度前記駆動開始位置の変更処理を実行することを特徴とする。

本発明によれば、フォーカス制御におけるフォーカスレンズの駆動開始位置が光学機器又は該光学機器に装着された他の光学機器の姿勢を示す情報に基づいて変更されるため、フォーカス制御（動作）時のフォーカスレンズの駆動距離を短くすることができ、合焦に要する時間を短縮することが可能な光学機器を実現できる。

さらに、フォーカス制御におけるフォーカスレンズの駆動範囲が光学機器又は該光学機器に装着される他の光学機器の姿勢を示す情報に基づいて変更されるため、合焦位置を検出するための走査範囲を狭くすることが可能となり、合焦に要する時間を短縮することができる。

以下、本発明における光学機器をデジタルカメラに適用した場合の実施形態を、図を用いて説明する。

図１は本発明を実施したデジタルカメラのレンズ鏡筒部分の分解斜視図、図２はレンズ鏡筒の至近端（ワイド位置）における中央断面図であり、以下、本実施例１を図１から図８に基づいて説明する。

１はレンズ鏡筒ユニットの基部であるベースで、その前端部にネジ止めにより固定される固定筒２とともにレンズ鏡筒ユニット１の構造体を形成する。３は第１レンズ鏡筒ユニットで、第１レンズ４を保持している。また外周側面には先端にテーパ部を持つフォロアピン７が３本圧入されている。

９は第２レンズ鏡筒ユニットで、第２レンズ１０を保持しており、絞りユニット１３の絞り地板１４に接着等の手段により一体的に保持されている。

１５はフォーカスレンズ１６を保持した第３レンズ鏡筒ユニットで、ガイドバー１７、１８に案内されるとともに、軸方向の位置はその腕部に挟持した雌ネジを有するナット１９に規制され、引っ張りばね２０で繰込み方向に片寄せされている。このフォーカスレンズ１６は、第３レンズ鏡筒ユニット１５を介して、至近端から無限遠（端）までを範囲を駆動し、合焦動作可能に構成されている。

２１はマグネット２２と一体的に設けられたスクリューで、ナット１９の雌ネジ部と螺合する雄ネジ部を有する。２３はベース１に圧入された軸受けメタルで、スクリュー２１の一端部が回転可能に係合している。

３２は撮像素子で、ベース１にネジ止め固定される保持板３３に接着等により固定保持されている。３４はフレキシブル配線板で、光電変換された画像信号を後述の信号処理回路７５に供給する。３５は防塵用のゴム、３６はローパスフィルター（ＬＰＦ）で、共にベース１に接着等により固定されている。

固定筒２の外周部には駆動環３７が回転可能に係合している。駆動環３７の外周部には一部にギア部を有している。３８はＤＣモータで、ギアボックス４７内のギアを介し駆動環３７を駆動する。

固定筒２の内周部には移動カム環４８が係合し、その内周に直進ガイド筒４９が係合している。移動カム環４８の外周部には、駆動ピン５０とテーパ部を有するフォロアピン５１が３個等分に植立されており、駆動ピン５０は固定筒２の穴部を貫通して駆動環３７の内周側に設けられた溝部３７ｂに係合している。また、フォロアピン５１は、その先端テーパ部が固定筒２の内周に設けられたテーパカム溝に摺接している。

移動カム環４８の内周には不図示のテーパカム溝が２組設けられ、それぞれ第１レンズ鏡筒ユニット３に設けられたフォロア７および絞り地板１４に設けられた不図示のフォロアが摺接している。

同時に各フォロアの側面部は、直進ガイド筒４９の直線溝に係合しており、その回転方向の位置が規制され、第１レンズ鏡筒ユニット３と絞りユニット１３の回転を阻止し直進移動を許容している。

また、直進ガイド筒４９の外周部の前方側突起部４９ｃは移動カム環４８の前端部内周の溝部に当接しているとともに、後端部のフランジ部４９ｄが移動カム環４８の後端部に当接しており、これによって直進ガイド筒４９は移動カム環４８に対して光軸方向への相対的な移動が阻止されている。同時に後方側突起部４９ｅは固定筒２の内周の直線溝部に直進可能に係合しており、回転方向の移動が阻止（規制）されている。

５２はキャップで、固定筒２との間に不図示の防塵用シートを保持するとともに、その前面には後述のバリア５４をガイドするレール部５２ａ、５２ｂを有している。５６はリニアセンサで、ベース１にネジ止め等により固定される。５６の回路構成は可変抵抗器であり、不図示の摺動子がスライドすることで、出力はリニアに変化する。５７はその腕部に摺動子を挟持するレバーで、ガイドバー５８に案内される。５９は前記レバーを片寄せするバネである。

バリア５４はバリアベース６２に植立された不図示の軸中心に回転可能に支持され、そのフック部５４ａに掛けられた閉じばね６４により、装置前方から見て時計方向に付勢されている。６５はバリア駆動レバーで、不図示のフック部に開きばね６７が掛けられ時計方向に付勢されている。ここで、上記２つのばねの付勢力は「閉じばね６４<<開きばね６７」、すなわち、開きばね６７の付勢力が閉じばね６４の付勢力よりも大きく設定されている。

また、バリア駆動レバー６５の一端にはバリア５４の一側面に対応する位置に不図示の軸が植立されている。６９は一体成形で設けられたリーフスイッチで、バリアベース６２にネジ止め固定されている。バリアベース６２はベース１にネジ止め固定されている。

次に図３、図４を用いてフォーカスレンズ駆動部の機構と駆動動作について説明する。図３は第３レンズ鏡筒ユニットを駆動するためのステップモータ２４の分解斜視図である。一対のヨーク２５、２６とボビンに巻線されたコイル２７を、マグネット２２（図１参照）を挟むように、かつ２組を直線状に対向するように配置し、ベース１上にヨークプレート２８をネジ止めすることにより固定されている。

図４は第３レンズ鏡筒ユニットの駆動部における正面図である。２９はベース１に固定されたフォトインタラプタで、第３レンズ鏡筒ユニット１５に一体的に固定されたスリット板３０が、フォトインタラプタ２９のスリット部２９ａに進退可能な位置に配置されている。図１に示す部材３１はベース１に固定されるキャップで、ガイドバー１７、１８の先端側を固定し、スクリュー２１を回転可能に保持している。

ステップモータ２４を駆動すると、マグネット２２を介してスクリュー２１が回転する。スクリュー２１は前述の通りナット１９と螺合している。ナット１９に設けられたスリット部１９ａには第３レンズ鏡筒ユニット１５の突起１５ａが係合しており、回転が阻止されているためナット１９は光軸方向に移動し、第３レンズ鏡筒ユニット１５もこれに追従して光軸方向に移動し、焦点調節を行う。第３レンズ鏡筒ユニット１５の駆動動作範囲内で、スリット板３０はフォトインタラプタ２９のスリット部２９ａに侵入または退避してその出力を切り替え、この時ステップモータ２４のカウンタがリセットされる。

次に、本実施例におけるデジタルカメラの主要なシステム構成を図５に基づいて説明する。

図５において、１５は上述のフォーカスレンズ１６を有する第３レンズ鏡筒ユニット、２４はステップモータでフォーカスレンズ駆動部を形成しており、フォーカスレンズ駆動制御部７６を介してＣＰＵ７３の制御信号によりフォーカスレンズ１６を駆動する。３２は被写体像の光信号を電気信号に変換して映像信号を出力するＣＣＤセンサ等の撮像素子、７４ａはレリーズスイッチＳＷ１、７４ｂはレリーズスイッチＳＷ２（図中はＳＷ１、ＳＷ２と称す）、７５は信号処理部で、撮像素子３２から出力される映像信号を処理する映像信号処理部７５ａと、焦点検出部７５ｂとを有している。

本実施例では、コントラスト方式における「山登り方式」の焦点検出を採用し、この焦点検出部７５ｂは映像信号処理部７５ａで処理された映像信号をもとに得られる輝度信号の高域成分（合焦評価値（鮮鋭度））を算出・出力する。よって、合焦評価値が増加する方向にフォーカスレンズ１６を動かし、合焦評価値が最大になる位置を合焦位置とする焦点検出が行われることになる。

姿勢検出部７１は、デジタルカメラの姿勢を検出する検出部である。具体的には図６に水銀を利用したスイッチを使用した姿勢検出部７１の概略を示す。

この姿勢検知部７１は、円筒容器８０の一端面に一対の金属片８１、８２を貫通し、それぞれの金属片の一端を円筒容器８０の外側へ突出させ、円筒容器８０内に水銀８３を封入して構成される。

姿勢検知部７１は、金属片８１、８２がデジタルカメラ本体の前側になるよう、撮影光学系の光軸Ｃ２に対し略平行（軸Ｃ１と光軸Ｃ２とが略平行）に配置される。

デジタルカメラが所定角度（例えば、撮影光学系の水平方向）より上向きの姿勢にあるときは、図６に示す通り、水銀８３は円筒容器８０の後端に位置し、金属片８１、８２は開放される。デジタルカメラが所定角度より下向きの姿勢にあるときは金属片８1、８２は水銀８１により短絡される。従って、この姿勢検知部７１のオン、オフ状態により、デジタルカメラの姿勢が検出され、デジタルカメラの姿勢を示す情報を出力する。

なお、上記姿勢検出部７１に例えば、角度検出ユニット採用し、水平方向に対する撮影光学系の光軸の傾き（傾度）を検出するように構成しても良い。この場合、例えば、撮影光学系の光軸が該撮影光学系の水平方向の水平軸よりも角度θ１だけ上向きに傾いている場合は上向きの姿勢、該光軸Ｃ２が逆に角度θ２（−θ２）だけ下向きに傾いている場合は下向きの姿勢と検出することができる。また、該角度検出ユニットの場合は、水平方向に対するカメラの角度を姿勢として表すため、所定角度内の傾きでは、上または下向きと判断しない許容領域を設けるように構成することも可能である
７８はメモリカードで、映像信号処理された画像がメモリインターフェース７７を介して該メモリカード７８に記憶される。

このように構成されるシステム構成においてＣＰＵ７３は、姿勢検知部７１から検出されるデジタルカメラの姿勢を示す情報に基づいてフォーカスレンズ駆動制御部７６に制御信号を出力し、さらに撮像素子３２、メモリカードインターフェース７７の動作を制御する。フォーカスレンズ駆動制御部７６はＣＰＵ７３からの制御信号に基づき、図３、図４に示すフォーカスレンズ駆動部２４に駆動電圧を印加する。そして、撮像素子３２で撮影（結像）した画像は信号処理回路７５で色変換、ガンマ処理等の処理が行われた後、メモリカード７８に保存される。

次に、図７を参照して実施例１のデジタルカメラの焦点検出及び合焦動作を以下に説明する。

図７は、デジタルカメラの姿勢を示す情報からフォーカス制御におけるフォーカスレンズ１６の駆動開始位置を変更する処理を示すフローチャートである。

まず、デジタルカメラの電源スイッチがＯＮになると、姿勢検出部７１により該デジタルカメラの姿勢を検出し、撮像素子３２により被写体像の画像を取り込む。そして、フォーカスレンズ１６の駆動制御が開始される（Ｓ６００）。

ＣＰＵ７３は、姿勢検出部７１から出力されるデジタルカメラの姿勢を示す情報に基づいて該デジタルカメラの姿勢が下向きか否かを判断する（Ｓ６０１）。その結果、姿勢が下向きであればステップ６０２へ、そうでなければ（姿勢が上向きであれば）ステップ６０８へ進む。

該姿勢が下向きと判断された場合、デジタルカメラのフォーカスレンズ１６の現在位置を検出し、該現在位置が至近端であるか否かを判断する（Ｓ６０２）。フォーカスレンズ１６の現在位置が至近端であればステップ６０４へ進み、至近端でない場合は、フォーカスレンズ１６を至近端側へ移動すべくフォーカスレンズ駆動制御部７６に至近端側への駆動信号を出力して、フォーカスレンズ１６を至近端へ駆動させる（Ｓ６０３）。至近端への駆動が終了したならば、ステップ６０２に戻りフォーカスレンズ１６の位置を再度検出する。このようにデジタルカメラの姿勢が下向きの場合は、フォーカスレンズ１６の駆動開始位置を至近端に設定する。

そして、ステップ６０４において、レリーズスイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦを検出し、ＯＮされたか否かを判断する。レリーズスイッチＳＷ１がＯＮ状態であればステップ６０５へ進み、レリーズスイッチＳＷ１がＯＮされていない場合は、ステップ６０１へ戻る。

ステップ６０５では、フォーカスレンズ１６の駆動開始位置である至近端から無限遠に向けて該フォーカスレンズ１６を駆動して、焦点検出部７５ｂが出力する合焦評価値に基づいて山登り方式の焦点検出及び合焦動作を行う。

ステップ６０６では、合焦状態であるか否かを判断する。合焦状態にある場合は、ステップ６０７に進み、レリーズスイッチＳＷ２がＯＮされたか否かを判断する。レリーズスイッチＳＷ２がＯＮされたならばステップ６０８へ進み、撮像素子３２から出力される撮像面に結像された被写体の映像信号を信号処理回路７５で処理し、メモリカードインターフェース７７を介してメモリカード７８へ画像として保存し、動作を終了する。

合焦状態でない場合は、ステップ６０１へ戻り、再度フォーカスレンズ１６の駆動開始位置を設定して、上記処理を同様に行う。

一方、ステップ６０１において該姿勢が上向きと判断された場合は、ステップ６０９に進み、このステップ６０９の処理において、フォーカスレンズ１６の現在位置を検出し、フォーカスレンズ１６の現在位置が無限遠であるか否かを判断する。

フォーカスレンズ１６の現在位置が無限遠であればステップ６１１へ進み、無限遠でない場合、フォーカスレンズ１６を無限遠側へ移動すべくフォーカスレンズ駆動制御部７６に無限遠側への駆動信号を出力して、フォーカスレンズ１６を無限遠へ駆動させる（Ｓ６１０）。無限遠への駆動が終了したならば、ステップ６０９に戻りフォーカスレンズ１６の位置を再度検出する。このようにデジタルカメラの姿勢が上向きの場合は、フォーカスレンズ１６の駆動開始位置を無限遠に設定する。

そして、ステップ６１１において、レリーズスイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦを検出し、ＯＮされたか否かを判断する。レリーズスイッチＳＷ１がＯＮ状態であればステップ６０１２へ進み、レリーズスイッチＳＷ１がＯＮされていない場合は、ステップ６０１へ戻る。

ステップ６１２では、フォーカスレンズ１６を駆動開始位置である無限遠から至近端に向けて駆動して、焦点検出部７５ｂが出力する合焦評価値に基づいて山登り方式の焦点検出及び合焦動作を行う。

その後、上記ステップ６０６の処理を行い、合焦状態であると判断された場合には、上記ステップ６０７、６０８と同様に処理を行い、動作を終了する。

このように本実施例は、カメラに対する被写体の位置とカメラから被写体までの距離との間の一定の関係、すなわち、被写体がカメラより下方向に存在する場合、カメラから被写体までの距離は短いことが多く、被写体がカメラより上方向にある場合はカメラから被写体までの距離は長いことが多い特性に鑑み、姿勢検出部７１によってカメラの姿勢を検出し、制御手段であるＣＰＵ７３が姿勢検出部７１の検出結果（該姿勢を示す情報）に基づいて上向き又は下向きかを判断し、フォーカスレンズ１６の駆動開始位置を至近端若しくは無限遠（端）に変更（設定）している。

よって、図８に示すフォーカスレンズの駆動軌道からも明らかなように、本実施例のフォーカスレンズ１６の駆動軌道を表す矢印Ｐ１は、前述の従来例のフォーカスレンズの駆動軌道を表す矢印Ｓ１よりも駆動軌道が短い。

より具体的には、カメラの姿勢が下向きである場合、近距離にある被写体を撮影する場合が多いため合焦位置Ａは至近端側に位置しているので、フォーカスレンズ１６の駆動開始位置を至近端に設定（移動）し、該至近端から焦点検出及び合焦動作を開始させることでフォーカスレンズ１６の駆動開始位置と合焦位置Ａまでの駆動距離を短くしている。

また、逆に該姿勢が上向きの場合は遠距離にある被写体像を撮影する場合が多いため合焦位置Ａ１が無限遠側に位置するので、フォーカスレンズの駆動開始位置を無限遠に設定（移動）し、該無限遠から焦点検出及び合焦動作を開始させている。

したがって、合焦制御（動作）時のフォーカスレンズ１６の駆動距離を短し、焦点検出及び合焦に要する時間を短縮することが可能となる

図９、図１０に基づいて本実施例を説明する。本実施例は上記実施例１のデジタルカメラにおいて、「山登り方式」ではなく「全域スキャン方式」を採用し、フォーカスレンズの駆動範囲を制御（変更）する実施例である。図１０に本実施例のデジタルカメラの動作のフローチャートを示す。その他の構成については上記実施例１と同様であるため説明を省略する。

まず、上記実施例１と同様にデジタルカメラの電源スイッチがＯＮになると、姿勢検出部７１により該デジタルカメラの姿勢を検出し、撮像素子３２により被写体像の画像を取り込む。そして、フォーカスレンズ１６の駆動制御が開始される（Ｓ７００）。

ステップ７０１からステップ７０４及びステップ７１０からステップ７１２は、上述の実施例１のステップ６０１からステップ６０４、ステップ６０８からステップ６１０の処理と同様の動作を行う。

しかし、本実施例のステップ７０２は、ＣＰＵ７３は、該姿勢が下向きであると判断した場合に、フォーカスレンズ１６の駆動開始位置は至近端に設定するとともに、フォーカスレンズ１６の駆動範囲を至近端からＢ位置（図１０参照）までの第１の範囲に設定する。なお、Ｂ位置は、任意の位置に設定可能であり、本実施例では、フォーカスレンズ１６の全駆動範囲（至近端から無限遠（端）までの範囲）の略中間位置に設定している。

そして、レリーズスイッチＳＷ１がＯＮ状態であればステップ７０５において、フォーカスレンズ１６を無限遠側に向けて駆動させ、フォーカスレンズ１６の駆動開始位置である至近端からＢ位置まで、焦点検出部７５ｂが出力する合焦評価値に基づいて焦点検出のためのスキャンを行い、この第１の範囲に合焦評価値が極大値となる位置が存在するか否かを検出する。該第１の範囲で合焦評価値の極大値が存在する場合は、そのままステップ７０７に進み、該極大値の位置、すなわち合焦位置までフォーカスレンズ１６を駆動する。

至近端からＢ位置までの第１の範囲で合焦評価値が極大となる値が存在しない場合には、ステップ７１５に進み、フォーカスレンズ１６をさらに無限遠側に向けて駆動させ、Ｂ位置から無限遠までの第２の範囲で、焦点検出部７５ｂが出力する合焦評価値に基づいて焦点検出のためのスキャンを行い、この第２の範囲に合焦評価値が極大値となる位置が存在するか否かを検出する（Ｓ７１６）。その結果、該極大値が存在すればその極大値の位置を合焦位置として、この合焦位置までフォーカスレンズ１６を駆動させる（Ｓ７０７）。

ステップ７０７の後、ステップ７０８でレリーズスイッチＳＷ２がＯＮ／ＯＦＦを検出し、レリーズスイッチＳＷ２がＯＮされていればステップ７０９に進み、撮像素子３２から出力される撮像面に結像された被写体の映像信号を信号処理回路７５で処理し、メモリカードインターフェース７７を介してメモリカード７８へ画像として保存し、動作を終了する。

一方、デジタルカメラの姿勢が上向きであると判断されてステップ７１０に進んだ後、フォーカスレンズの位置が無限遠に位置していれば、このステップ７１０においてＣＰＵ７３がフォーカスレンズ１６の駆動開始位置は無限遠に設定するとともに、フォーカスレンズ１６の駆動範囲を無限遠からＢ位置（図１０参照）までの第２の範囲に設定する。

そして、ステップ７１２において、レリーズスイッチ７４がＯＮ状態であればステップ７１３へ進み、フォーカスレンズ１６を至近端側に向けて駆動させ、フォーカスレンズ１６の駆動開始位置である無限遠からＢ位置まで、焦点検出部７５ｂが出力する合焦評価値に基づいて焦点検出のためのスキャンを行い、この第２の範囲である無限遠からＢ位置までの間に合焦評価値が極大値となる位置が存在するか否かを検出する（Ｓ７１４）。該第２の範囲で合焦評価値の極大値が存在する場合は、そのままステップ７０７に進み、該極大値の位置、すなわち合焦位置までフォーカスレンズ１６を駆動する。

ステップ７１４で、第２の範囲に合焦評価値が極大値となる位置が存在しないと判断された場合にはステップ７１７に進み、フォーカスレンズ１６をさらに至近端側に向けて駆動させ、Ｂ位置から至近端までの第１の範囲で、焦点検出部７５ｂが出力する合焦評価値に基づいて焦点検出のためのスキャンを行い、この第１の範囲に合焦評価値が極大値となる位置が存在するか否かを検出する（Ｓ７１６）。その結果、極大値が存在すれば極大値の位置を合焦位置として、この合焦位置までフォーカスレンズ１６を駆動させる（Ｓ７０７）。その後は上記ステップ７０８、７０９の処理を行い、終了する。

このように本実施例は、デジタルカメラの姿勢を示す情報に基づいて、フォーカスレンズ１６の駆動範囲を変更しているので、合焦位置Ａを検出するための走査範囲を狭くすることができ、合焦に要する時間の短縮をさらに図ることが可能となる。

特に、「全域スキャン方式」の焦点検出では、図１０に示すフォーカスレンズの駆動軌道から明らかなように、本実施例のフォーカスレンズ１６の駆動軌道を表す矢印Ｐ２は、前述の従来例のフォーカスレンズの駆動軌道を表す矢印Ｓ２よりも駆動軌道が短い。

よって、合焦評価値の極大値が存在すると思われる領域、言い換えれば、デジタルカメラの姿勢が下向きの場合は、至近端からから略中間位置であるＢ位置までの第１の範囲でスキャンし、余分な領域で走査を行わないので、走査範囲の縮小、さらには、焦点検出時間が短縮される。

また、第１の範囲の焦点検出において、合焦評価値の極大値が存在しない場合にも、第２の範囲における焦点検出を略中間位置であるＢ位置から無限遠（図１０の矢印Ｐ３）まで行うため、無駄のない焦点検出制御が行える。

以下、図１１、図１２に基づいて本実施例を説明する。本実施例は上記実施例１に光特性検出部を適用した実施例である。図１１に本実施例のデジタルカメラの主要なシステム構成図、図１２に本実施例における動作のフローチャートを示す。その他の構成については上記実施例１と同様であるため説明を省略する。

光特性検出部７２は光源の種類（自然光、人工光等）を検知する検出部で、該光特性検出部７３として例えば、光源の色温度によって判断するものと、光源の時間的変化（フリッカ）により判断するものがある。

光源の時間的変化とは、次のようなものである。蛍光灯は商用電源の２倍の周波数でフリッカを発し、波形は電源を半波整流したような形になり、光量の最大と最小の差は通常２倍以上ある。インバ−タタイプの高周波点灯を行う蛍光灯では、４０〜５０ＫＨＺの高い周波数でフリッカを発生する。この場合波形はさらに高い周波数成分を持つことも多く、また光量の最大と最小の差は通常の蛍光灯の２倍位あるものが多い。タングステンランプの場合は、電源周波数のほぼ２倍の正弦波の形のフリッカを発するが、その光量の最大と最小の差は蛍光灯より少なく１．１〜１．２倍程度のものである。光源のフリッカにより判断するものでは、これら各光源のフリッカなどの特徴から光源の種類を判断している。

一方、光源の色温度は、青空の色を含む平均太陽光で６７４０Ｋ、やや黄味を帯びた太陽光で４８７０Ｋなどとされている。光源の色温度の検出は、撮像素子３２から読み出された映像信号の中で輝度の高い部分からＲ／ＧとＢ／Ｇの比により算定する方法が多く使われる。

次に、図１２を参照して本実施例のデジタルカメラの焦点検出及び合焦動作を以下に説明する。

まず、デジタルカメラの電源スイッチがＯＮになると、光特性検出部７２によりデジタルカメラの撮影光学系の入射する光の特性（光源特性）を検出し、さらに姿勢検出部７１により該デジタルカメラの姿勢も検出する。そして、撮像素子３２により被写体像の画像を取り込み、フォーカスレンズ１６の駆動制御が開始される（Ｓ８００）。

ＣＰＵ７３は、光特性検出部７２の検出結果（光の特性を示す情報）に基づいて、撮影光学系に入射する光の光源が自然光か人工光か否かを判断する（Ｓ８０１）。その結果、上記光特性検出方法により該光源が人工光であればステップ８０２に進み、人工光でない光源、すなわち自然光と判断されれば、ステップ８０９に進む。

ステップ８０２では、該光の特性を示す情報に基づいて人工光と判断されたデジタルカメラのフォーカスレンズ１６の現在位置を検出し、該現在位置が至近端であるか否かを判断する。フォーカスレンズ１６が至近端であればステップ８０４へ進み、至近端でない場合は、フォーカスレンズ１６を至近端側へ移動すべくフォーカスレンズ駆動制御部７６に至近端側への駆動信号を出力して、フォーカスレンズ１６を至近端へ駆動させる（Ｓ８０３）。至近端への駆動が終了したならば、ステップ８０１に戻り、再度光の特性を検出する。

一方、ステップ８０１で該光の特性を示す情報に基づいて自然光と判断された場合は、ステップ８０９に進み、上述の実施例１と同様に、姿勢検出部７１の検出結果に基づいてデジタルカメラが下向きか否かを判断する。その結果、上記姿勢検出方法により該姿勢が下向きであればステップ８０２へ、そうでなければ（該姿勢が上向きであれば）ステップ８１０へ進む。

その後の処理（ステップ８０４からステップ８１３までの処理）は、上述の実施例１の図７に示すステップ６０４からステップ６１２と同様の処理を行う。

本実施例では、姿勢検出部７１の姿勢検出よりも先に、デジタルカメラの撮影光学系に入射する光の特性が自然光及び人工光であるかを光特性検出部７２により検出し、フォーカスレンズ１６の駆動開始位置を変更している。すなわち、人工光であれば該姿勢にかかわらず常に駆動開始位置を至近端に設定するため、屋内等の限られた空間で撮影する場合、カメラの姿勢を上向きにしてもフォーカスレンズ１６は至近端から焦点検出及び合焦動作を行い、焦点検出及び合焦動作に要する時間を短縮している。なお、その他の作用・効果については、上述の実施例１と同様に奏される。

また、上述の実施例２に本実施例の光特性検出部７２を適用し、人工光と判断された場合に、フォーカスレンズ１６の駆動開始位置を至近端に設定するとともに、該フォーカスレンズ１６の駆動範囲を至近端からＢ位置までの第１の範囲に設定することも可能である。

図１３に基づいて本実施例を説明する。本実施例は上記実施例１の駆動制御において電力消費の低減を図った実施例であり、図１３に本実施例のデジタルカメラの動作のフローチャートを示す。その他の構成については上記実施例１と同様であるため説明を省略する。

まず、上記実施例１と同様にデジタルカメラの電源スイッチがＯＮになると、姿勢検出部７１により該デジタルカメラの姿勢を検出し、撮像素子３２により被写体像の画像を取り込む。そして、フォーカスレンズ１６の駆動制御が開始される（Ｓ９００）。

ます、ＣＰＵ７３は、レリーズスイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出する（Ｓ９０１）。レリーズスイッチＳＷ１がＯＮであればステップ９０２へ、ＯＮされていなければＳ９０１へ戻る。

ステップ９０２では、上述の実施例１同様、ＣＰＵ７３は姿勢検出部７１の検出結果に基づいてデジタルカメラが下向きか否かを判断する。その結果、該姿勢が下向きであればステップ９０３へ、そうでなければ（該姿勢が上向きであれば）ステップ９０８へ進む。

ステップ９０３は、該姿勢が下向きと判断されたデジタルカメラのフォーカスレンズ１６の現在位置を検出せずに、フォーカスレンズ１６を至近端側へ駆動し、ステップ９０４に進み、至近端から無限遠に向けて該フォーカスレンズ１６を駆動して、焦点検出部７５ｂが出力する合焦評価値に基づいて山登り方式の焦点検出及び合焦動作を行う。

一方、該姿勢が上向きと判断されてステップ９０８に進んだ場合も、フォーカスレンズ１６の現在位置を検出せずに、フォーカスレンズ１６を無限遠側へ駆動し、ステップ９０９に進み、無限遠から至近端に向けて該フォーカスレンズ１６を駆動して、焦点検出部７５ｂが出力する合焦評価値に基づいて山登り方式の焦点検出及び合焦動作を行う。

そして、ＣＰＵ７３は合焦状態であるか否かを判断する（Ｓ９０５）。合焦状態であると判断された場合には、撮像素子３２で撮影し、画像を信号処理回路７５とメモリカードインターフェース７７を介してメモリカード７８へ保存し、動作を終了する。合焦状態でない場合は、ステップ９０１へ戻る。

本実施例は、上述の実施例１同様の作用・効果を奏するとともに、フォーカスレンズ駆動部２４はレリーズスイッチ７４が押下されるまで動作しないため、消費電力の低減を図ることができる。

なお、上述の実施例２、３のレリーズスイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦの検出処理に本実施例を適用することで、同様の作用・効果を得ることが可能である。

図１４、図１５に基づいて本実施例を説明する。本実施例は上記実施例１の駆動制御において接近センサを備えた実施例であり、図１４に本実施例のデジタルカメラの主要なシステム構成図、図１５に本実施例のデジタルカメラの動作のフローチャートを示す。その他の構成については上記実施例１と同様であるため説明を省略する。

本実施例のデジタルカメラは不図示のＯｐｔｉｃａｌＶｉｅｗＦｉｎｄｅｒ(以下、ＯＶＦと称す)を備え、さらにＯＶＦ近傍に不図示の接近センサ部９０を備えている。

接近センサは、例えば、撮影者に向けて発光する発光部と、その反射光を検出する検出部を有し、ＯＶＦの後方一定範囲に撮影者（物体）が存在するか否かを検知し、物体が存在すれば出力をＯＮ、物体が存在しなければ出力をＯＦＦとするセンサであり、接近センサ部９０は、上記接近センサのＯＮ／ＯＦＦ状態を検出する。

まず、上記実施例１と同様にデジタルカメラの電源スイッチがＯＮになると、姿勢検出部７１により該デジタルカメラの姿勢を検出し、撮像素子３２により被写体像の画像を取り込む。そして、フォーカスレンズ１６の駆動制御が開始される（Ｓ１０００）。

そして、ステップ１００１において接近センサのＯＮ／ＯＦＦ状態を検出し、接近センサがＯＮであれば、ステップ１００２に進む。それ以後ステップ１０１３までの処理は、上述の実施例１の図７に示すステップ６０１からＳ６１２まで処理と同様に行われ、フォーカスレンズ１６の駆動開始位置の変更、焦点検出及び合焦動作、撮影等が行われる。

一方、ステップ１００１で接近センサがＯＦＦと判断された場合には、ステップ１０１４に進み、このステップにてレリーズスイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出する。レリーズスイッチＳＷ１がＯＮであれば、ステップ１０１５においてフォーカスレンズ１６の駆動開始位置を無限遠側に駆動し、ステップ１０１３に進んで、焦点検出及び合焦動作が行われる。

本実施例によれば、撮影者が撮影のためにＯＶＦを覗くことでフォーカスレンズ駆動部２４が作動するため、上記実施例に比べ消費電力の低減でき、なおかつレリーズスイッチＳＷ１が押下される時点でフォ−カスレンズ１６はすでに至近端又は無限遠の端部に駆動されているため実施例４に比べ焦点検出及び合焦動作の時間が短縮される。

以上、デジタルカメラを例にして本実施例を説明してきたが、ビデオカメラやパンチルト機能を備えた雲台付カメラ等のオートフォーカス装置にも適用できる。

また、上述の実施例のＡＦは、コントラスト方式の山登り方式や全域スキャン方式等による方式で説明しているが、例えば一眼レフカメラに多く採用されている位相差検出によるＡＦにも適用可能である。すなわち、上述の実施例１の焦点検出部７５ｂを位相差検出方法に用いられるＡＦセンサユニット（コンデンサレンズやセパレータレンズ、ＣＣＤ等）に置き換えることで適用できる。この場合、上記姿勢検出及び光源特性検出に基づいて、フォーカスレンズ１６の駆動開始位置を至近端または無限遠に変更（移動）することで、フォーカスレンズ１６と合焦位置との距離が短縮され、合焦動作に要する時間を短縮することができる。なお、三角測距検出方式においても同様に適用可能である。

さらには、上記実施例では、カメラ本体とレンズ装置とが一体型のカメラについて説明しているが、上記システム構成をレンズ装置のみに配置したり、カメラ本体にのみ配置したり、また、姿勢検出部７１をカメラ本体に、その他の構成をレンズ装置に配置するようにバラバラに配置してもよい。その他にもカメラ等の光学機器に装着される他の光学機器に適用することもできる。

本発明に係る実施例１における光学機器のレンズ鏡筒における分解斜視図である。本発明に係る実施例１におけるレンズ鏡筒の中央断面図である。本発明に係る実施例１におけるフォーカスレンズ駆動ユニットの分解斜視図である。本発明に係る実施例１におけるレンズ鏡筒の駆動部を示す正面図である。本発明に係る実施例１における光学機器の主要なシステム構成図ある。本発明に係る実施例１における姿勢検出部の概略図である。本発明に係る実施例１における焦点検出処理のフローチャートである。本発明に係る実施例１におけるフォーカスレンズの駆動軌跡を示す図である。本発明に係る実施例２における焦点検出処理のフローチャートである。本発明に係る実施例２におけるフォーカスレンズの駆動軌跡を示す図である。本発明に係る実施例３における光学機器の主要なシステム構成図ある。本発明に係る実施例３における焦点検出処理のフローチャートである。本発明に係る実施例４における焦点検出処理のフローチャートである。本発明に係る実施例５における光学機器の主要なシステム構成図ある。本発明に係る実施例５における焦点検出処理のフローチャートである。従来のフォーカス制御におけるフォーカスレンズの駆動軌跡を示す図である。

符号の説明

１６フォーカスレンズ
７１姿勢検出部
７２光特性検出部
７３ＣＰＵ（制御手段）
７５信号検出部
７６フォーカスレンズ駆動制御部

Claims

撮影光学系の焦点状態を示す情報に基づいて、前記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを駆動するフォーカス制御を行う制御手段を有する光学機器であって、
前記制御手段は、
該光学機器又は該光学機器に装着された他の光学機器の姿勢を示す情報に基づいて、前記姿勢が所定角度よりも上向きの場合は前記フォーカス制御における前記フォーカスレンズの駆動開始位置を無限遠に、前記姿勢が前記所定角度よりも下向きの場合は前記駆動開始位置を至近端に設定する前記駆動開始位置の変更処理を実行し、
前記変更処理後の前記駆動開始位置から焦点検出処理を行って合焦状態であるかを判断し、合焦状態でない場合、または合焦状態であって撮像動作が指示されていない場合に、再度前記駆動開始位置の変更処理を実行することを特徴とする光学機器。
前記制御手段は、前記駆動開始位置の変更処理において、前記撮影光学系に入射する光の特性を示す情報に基づいて、前記光の特性が人工光であるかを判断し、該光の特性が人工光である場合に、前記姿勢にかかわらず前記フォーカスレンズの駆動開始位置を至近端に設定することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
請求項１に記載の光学機器であって、
前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
該光学機器又は該光学機器に装着された他の光学機器の姿勢を検出する姿勢検出手段とを備えた光学機器。
請求項２に記載の光学機器であって、
前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
前記撮影光学系に入射する光の特性を検出する光特性検出手段とを備えた光学機器。