JP4764033B2 - レンズ駆動装置及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、変倍に際して、第１のレンズ及び該第１のレンズの光軸上の後方に位置する第２のレンズを光軸方向に移動させるズームレンズ制御装置、及び該ズームレンズ制御装置を備えたカメラなどの光学機器に関するものである。

従来、被写体が結像された像面の光軸上の位置とフィルム面の光軸上の位置との焦点ずれ量を検出して、この焦点ずれ量を焦点調節用レンズの駆動量に変換し、この駆動量分だけ、専用の焦点調節用レンズを駆動することにより合焦動作を行っていた。

また、電気的な撮像素子を備える撮影装置では、撮影画像の特定空間周波数成分を検出し、その値がピークになるようにフォーカスレンズを駆動することにより合焦動作を行うものが提供されている。

現在は、カメラを小型にする為に、レンズを小型にする必要性が高まってきている。レンズを小型にすると、焦点調整を行うレンズを高精度に移動停止する必要がある。

従来、粗いフォーカス制御用のレンズと密なフォーカス制御用のレンズとを制御して、粗密で高精度なフォーカス制御を行うことが提案されている（特許文献１）。

また、粗いフォーカス制御用のレンズと密なフォーカス制御用の撮像素子（光軸方向に移動可能）とを制御して、粗密で高精度なフォーカス制御を行うことも提案されている（特許文献２）。

一般的な前述のような従来の自動焦点カメラのレンズ制御装置において、焦点調節の精度を向上させようとした場合、例えば、焦点調節用レンズの駆動量をモニタするエンコーダの検出分解能を高めることで焦点調節用レンズの位置決め精度を向上させる方法が考えられる。この場合、エンコーダの検出能力そのものを高めたり、焦点調節用レンズの直進移動量を増速伝達系で拡大してから検出することで、エンコーダの検出分解能の向上を図っていたが、このような方法では、微細加工技術が必要になったり、機械的ガタが無視できなくなったりするため、精度向上には自ら限界が生じてしまう。

図２５と図２６により、従来のズームレンズ鏡筒のフォーカス制御を説明する。

先ず、図２５の意味を説明する。図上側に、ズームレンズ鏡筒が広角端状態での、レンズ群と撮像素子の配置を模式的に示している。その下には、ズームレンズ鏡筒が望遠端状態での、レンズ群と撮像素子の配置を示している。図下側には、３つのグラフが描かれ、縦軸は共通の経過時間Ｔである。左のグラフは、横軸がレンズ位置を示し、第２レンズ群１００４とその後方に位置する第３レンズ群１００６の合焦動作中の移動軌跡を示している。中央のグラフは、横軸が撮像素子１００８で得られた画像信号を基に信号処理回路で演算された焦点評価値を示し、極大値がピントが合っている状態と言える。右のグラフは、横軸がフォーカス合成敏感度を示している。フォーカス合成敏感度とは、合焦動作時、移動するレンズ群の移動量に対して、結像面が光軸方向に移動する量の比率を示す。例えば、第３レンズ群１００６のみ駆動するフォーカス合成敏感度−８．５とは、第３レンズ群１００６が１μｍ移動すると、結像面が反対方向に８．５μｍ移動することを示している。

さて、前提として、各レンズ群は、望遠端の無限遠位置にあり、撮影する被写体は２ｍに位置する。

図２５の左のグラフに示されるように、時刻Ｔ０から、凹レンズ系である第３レンズ群１００６を、直線的に撮像素子１００８側に駆動開始する。この時のフォーカス合成敏感度は−８．５である。非図示の第３レンズ群用ステッピングモータが１ステップ駆動すると、第３レンズ群１００６が１２．５μｍだけ撮像素子１００８側に繰り込まれ、図２６に示されるように、結像面の位置がＰ０からＰ１に変化し、焦点評価値はＶ０からＶ１に増加する。第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に更に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ１からＰ２に変化する。第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に更に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ２からＰ３に変化する。図２５において焦点評価値は時刻Ｔ１に極大値ＶＰを示した後、減少を開始する。最大評価値ＶＰは記憶される。

時刻Ｔ２のレンズ位置を開始点として、第３レンズ群用ステッピングモータを逆回転させ、第３レンズ群１００６を逆方向に駆動する。時刻Ｔ３に結像面の位置はＰ２（＝Ｐ４）の位置に戻り、焦点評価値はＶ２に戻る。

焦点評価値の極大値ＶＰの９０パーセントを合格レベルＶＳとし、焦点評価値ＶがＶＳ以上であれば、十分ピントの合った写真が撮影可能となる。図２６において、ＰＦは焦点評価値が極大値ＶＰとなる結像面の位置であり、δｔは望遠端での焦点評価値が合格レベルＶＳ以上となる結像面の位置の範囲である。
特開平１−１５８８８２号公報 特開２００２−３５０７１４号公報

図２５及び図２６で説明した従来例では、焦点評価値Ｖを合格レベルＶＳ以上にするには、結像面の位置Ｐ２とＰ３の中間に結像面を移動する必要がある。しかしながら、第３レンズ群用ステッピングモータによって、結像面が移動できる位置はＰ２とＰ３であり、その間には停止不可能の為、望遠端では結像面の位置をδｔの範囲内にすることができず、十分ピントの合った写真が撮影不可能である。

また、特許文献１に記載の焦点調整装置においては、粗いフォーカス制御用のレンズと密なフォーカス制御用のレンズのそれぞれにステッピングモータなどの駆動手段が必要となるので、大型化につながり、さらに粗密制御の切り換わりも技術的ハードルが高い。

また、特許文献２に記載のカメラシステムにおいては、レンズ鏡筒内のレンズ駆動装置とは別に、高精度なピント合わせを行う為に、カメラ本体内の撮像素子駆動装置が必要となり、カメラ全体の大型化を引き起こす。

（本発明の目的）
本発明の目的は、簡単な構成で、粗密な焦点調節が可能なレンズ駆動装置及び光学機器を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、第１のレンズと、前記第１のレンズより光軸上の被写体に対して後方に位置する第２のレンズを駆動して、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを介して撮像素子に入射する被写体光学像の変倍動作及び合焦動作を行うレンズ駆動装置であって、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを駆動して前記変倍動作を行う変倍手段と、前記撮像手段から取得した画像データに基づいて合焦状態を示す焦点評価値を順次算出する算出手段と、前記焦点評価値に基づき、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズのいずれかのみを移動させることと前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを両方移動させることとを使い分けることで焦点面の移動速度を制御して前記合焦動作を行う合焦手段と、を有し、前記合焦手段は、前記焦点評価値がピークを過ぎたと判断した時までの合焦動作初期においては、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズのいずれかのみを駆動させ、前記焦点評価値がピークを過ぎたと判断してからの合焦動作終期においては、前記焦点評価値と前記極大値との差が所定範囲内になるまで、前記第１のレンズ及び第２のレンズ両方を前記合焦動作初期に比べて焦点面の移動の速さが遅くなるように駆動させることを特徴とする。

また同じく、請求項７に記載の本発明は、第１のレンズと、前記第１のレンズより光軸上の被写体に対して後方に位置する第２のレンズを駆動して、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを介して撮像素子に入射する被写体光学像の変倍動作及び合焦動作を行うレンズ駆動装置の制御方法であって、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを駆動して前記変倍動作を行う変倍ステップと、前記撮像手段から取得した画像データに基づいて合焦状態を示す焦点評価値を順次算出する算出ステップと、前記焦点評価値に基づき、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズのいずれかのみを移動させることと前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを両方移動させることとを使い分けることで焦点面の移動の速さを制御して前記合焦動作を行う合焦ステップと、を有し、前記合焦ステップでは、前記焦点評価値がピークを過ぎたと判断した時までの合焦動作初期においては、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズのいずれかのみを駆動させ、前記焦点評価値がピークを過ぎたと判断してからの合焦動作終期においては、前記焦点評価値と前記極大値との差が所定範囲内になるまで、前記第１のレンズ及び第２のレンズ両方を前記合焦動作初期に比べて焦点面の移動の速さが遅くなるように駆動させることを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で、粗密な焦点調節が可能なレンズ駆動装置及び光学機器を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態は、後述する実施例１〜７に記載の通りである。

図１は、本発明の実施例１に係るズームレンズ鏡筒を含むカメラの概略構成を示す図である。同図に示すズームレンズ鏡筒１００１は、カメラ本体１００９の前方に固定され、ワイド状態である。

ズームレンズ鏡筒１００１の内部には、複数の撮影レンズが配置され、インナーフォーカス式のいわゆるズームレンズである。被写体側より、第１レンズ群１００２と、シャッタ１００３、第2レンズ群１００４、第3レンズ群１００６、撮像素子（ＣＣＤ）１００８が配置されている。

第１レンズ群１００２は凹レンズであり、ズームレンズ鏡筒１００１に固定されている。図１では1枚で描いているが、複数のレンズ玉で構成しても良い。

第２レンズ群１００４は、一般的な支持方法（ガイドバー式やカム筒方式）で、ズームレンズ鏡筒１００１の内部に光軸方向に進退可能に支持されている。

第２レンズ群用ステッピングモータ１００５の回転軸先端はリードネジ１００５ａとなっており、第２レンズ群１００４側のナット部１００４ａと契合し、ステッピングモータ１００５が正回転／逆回転することで、光軸方向に進退する。その回転の制御は、カメラ本体１００９内にある信号処理回路１０１０によってなされる。リードネジ１００５ａのリードは０．６５ｍｍ／リードである。制御パルスの４０パルスで、ステッピングモータ１００５が一回転する。即ち、ステッピングモータ１００５が１ステップ回転すると、第２レンズ群１００４は、１６．２５μｍ移動する。

シャッタ１００３は、撮像素子１００８へ到達する光量を時間的且つ口径的に制御し、第２レンズ群１００４の前方に固定され、第２レンズ群１００４と一体的に移動する。

第３レンズ群１００６は、一般的な支持方法（ガイドバー式やカム筒方式）で、ズームレンズ鏡筒１００１の内部の第２レンズ群１００４の後方に光軸方向に進退可能に支持されている。

第３レンズ群用ステッピングモータ１００７の回転軸先端はリードネジ１００７ａとなっておりであり、第３レンズ群１００６側のナット部１００６ａと係合し、ステッピングモータ１００７が正回転／逆回転することで、光軸方向に進退する。その回転の制御は、カメラ本体１００９内にある信号処理回路１０１０によってなされる。リードネジ１００７ａのリードは０．５０ｍｍ／リードである。制御パルスの４０パルスで、ステッピングモータ１００７が一回転する。即ち、ステッピングモータ１００７が１ステップ回転すると、第３レンズ群１００６は、１２．５μｍ移動する。

以上より、各ステッピングモータ１００５，１００７に制御パルスを１パルス与えた場合の、第３レンズ群１００６の移動量に対する第２レンズ群１００４の移動比率は、０．６５／０．５０＝１．３倍となる。

撮像素子（ＣＣＤ）１００８は、撮影レンズによって結像された画像を電子データに変換する素子である。本実施例におけるＡＦ(オートフォーカス)の方式は、いわゆるコントラスト方式であり、この撮像素子１００８で生成された映像信号（輝度信号）が信号処理回路１０１０で処理されて、合焦判別と合焦動作を行う。

カメラ本体１００９には、ズームレンズ鏡筒を含むカメラ全体の制御をつかさどる前記信号処理回路１０１０が配置される。

カメラ本体１００９の上部には、レリーズボタン１０１１が配置され、レリーズボタン１０１１を浅く押す第1段階スイッチでは、合焦動作に関連するレンズ群をモータで駆動しながら、撮像素子１００８から得られる映像信号を基に、コントラスト方式の合焦動作が行われる。レリーズを続けて深く押す第2段階スイッチでは、シャッタ１００３を開閉制御して、撮像素子１００８で映像を電気信号に変換し、メモリ１０１５に記録する。

カメラ本体１００９の背面上部には、押している間、望遠側にズームさせる望遠方向ズームボタン１０１２と、広角側にズームさせる広角方向ズームボタン１０１３が配置されている。

カメラ本体１００９の背面下部には、液晶表示装置１０１４が配置され、撮影前や撮影した画像を表示する。

＜変倍（ズーム）動作の説明＞
図１，２，３と図７で、広角端から望遠端への変倍（ズーム）動作の説明をする。

初期状態を、ズームレンズ鏡筒の広角端状態（図１）とする。

図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１で、望遠方向ズームボタン１０１２を押すと、ステップＳ１０２で変倍用レンズ群の駆動となり、第２レンズ群用ステッピングモータ１００５と第３レンズ群用ステッピングモータ１００７を所定のパルス数関係で回転させ、図３に示されるように第２レンズ群１００４は曲線的軌跡で、第３レンズ群１００６は直線的軌跡で、光学的変倍軌跡に沿った移動を開始する。

ステップＳ１０３では、レンズ群１００４，１００６が望遠端に行き着いていないか判断して、望遠端に行き着いている場合は、変倍動作を完了させる。レンズ群１００４，１００６が望遠端に行き着いていない場合は、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、望遠方向ズームボタン１０１２がまだ押されているか判別し、まだ押されている場合は、ステップＳ１０２へ戻り、変倍用レンズ群の駆動を続ける。押されていない場合はステップＳ１０５へ進み、変倍動作を終了する。

ここでの例では、望遠方向ズームボタン１０１２を押しつづけ、最終的にステップＳ１０３でレンズ群１００４，１００６は望遠端にあると判定し、ステップＳ１０５で変倍動作を終了する。

その結果として、図３にて、第２レンズ群１００４は、広角端の位置ＢＷから望遠端の位置ＢＴまで繰り出される。第３レンズ群１００６は、広角端の位置ＣＷから望遠端の位置ＣＴまで繰り出される。ここでは、第３レンズ群１００６の移動量は、第２レンズ群１００４の移動量より多い。

図２は、変倍動作の結果としての望遠端状態にあるカメラの概略構成を模式的に示す。

＜望遠端での合焦（フォーカス）動作の説明＞
図２の望遠端状態での合焦動作を、図３，５，８で説明する。

先ず、図３の意味を説明する。図上側には、ズームレンズ鏡筒が広角端状態での、レンズ群と撮像素子の配置を模式的に示している。その下には、ズームレンズ鏡筒が望遠端状態での、レンズ群と撮像素子の配置を示している。図下側には、３つのグラフが描かれ、縦軸は共通の経過時間Ｔである。左のグラフは、横軸がレンズ位置を示し、第２レンズ群１００４と第３レンズ群１００６の合焦動作中の移動軌跡を示している。中央のグラフは、横軸が撮像素子１００８で得られた画像信号を基に信号処理回路１０１０で演算された焦点評価値を示し、極大値がピントが合っている状態と言える。右のグラフは、横軸がフォーカス合成敏感度を示している。フォーカス合成敏感度とは、合焦動作時、移動するレンズ群の移動量に対して、結像面が光軸方向に移動する量の比率を示す。例えば、第３レンズ群１００６のみ駆動するフォーカス合成敏感度−８．５とは、第３レンズ群１００６が1μｍ移動すると、結像面が反対方向に８．５μｍ移動する事を示している。また、この実施例１では第２レンズ群１００４と第３レンズ群１００６を異なる移動量で移動させる場合は、代表として第３レンズ群１００６の移動量に対する結像面の移動量比率を、フォーカス合成敏感度と定める。

さて、前提として、各レンズ群は、望遠端の無限遠位置にあり、撮影する被写体は２ｍに位置する。

図８の合焦のフローチャ―トにおいて、ステップＳ２０１で、レリーズボタン１０１１を浅く押すと、第1段階スイッチがオンし、ステップＳ２０２で撮像素子１００８に到達している光量を基に測光を行う。

ステップＳ２０３で、図３の左のグラフに示されるように、凹レンズ系である第３レンズ群１００６を直線的に撮像素子１００８側に駆動開始する。この時のフォーカス合成敏感度は−８．５である。

図５において、第３レンズ群用ステッピングモータ１００７が１ステップ駆動すると、第３レンズ群１００６が１２．５μｍ撮像素子１００８側に繰り込まれ、結像面の位置がＰ０からＰ１に変化し、焦点評価値はＶ０からＶ１に増加する。

ステップＳ２０４で、焦点評価値が減少したか否かを判別し、増加した為、ステップＳ２０３に戻る。

ステップＳ２０３で、第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ１からＰ２に変化する。ステップＳ２０４で、焦点評価値がＶ１からＶ２に増加した為、判別結果はＮＯであり、ステップＳ２０３に戻る。

ステップＳ２０３で、第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に更に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ２からＰ３に変化する。図３において焦点評価値は時刻Ｔ１に極大値ＶＰを示した後、減少を開始する。

ステップＳ２０４で、焦点評価値がＶ２からＶ３に減少した為、判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、最大評価値ＶＰが記憶される。最大評価値ＶＰとなる結像面の位置はＰＦ（図５）である。

ステップＳ２０６では、図３に示す時刻Ｔ２のレンズ位置を開始点として、第３レンズ群１００６を今までと同様に、同一移動速度で、撮像素子１００８側に更に１ステップ（１２．５μｍ）駆動すると共に、第２レンズ群１００４を撮像素子１００８側に１ステップ（１６．２５μｍ）繰り込む。この時のフォーカス合成敏感度は２．４になり、結像面がゆっくり戻る。すなわち、第３レンズ群１００６と第２レンズ群１００４とが同時に移動することにより密なフォーカス制御が行われることになる。

図５において結像面の位置はゆっくり戻り始め、Ｐ３からＰ４の位置に移動し、焦点評価値はＶ３からＶ４上昇する。

ステップＳ２０７では、焦点評価値が合格レベル値ＶＳ以上か否かを判別する。ここでは、記録された極大焦点表価値ＶＰの９０％値を合格レベル値ＶＳとしている。焦点評価値V４は合格レベル値ＶＳ未満の為、ステップＳ２０６に戻る。

ステップＳ２０６では、第３レンズ群１００６と第２レンズ群１００４を１ステップ移動し、図５の結像面の位置はＰ４からＰ５に移動し、焦点評価値はＶ４からＶ５に増加する。

ステップＳ２０７で、焦点評価値Ｖ５は合格レベルＶＳ以上の為、十分ピントの合った写真が撮影可能と判断し、ステップＳ２０８へ進む。望遠端での焦点評価値が合格レベルＶＳ以上となる結像面の位置の範囲は図５に示されるようにδｔとなる。

ステップＳ２０８で、第３レンズ群用ステッピングモータ１００７と第２レンズ群用ステッピングモータ１００５の駆動を停止し、図３の時刻T３のレンズ位置に第３レンズ群１００６と第２レンズ群１００４が停止する。

ステップＳ２０９で、合焦動作を終了する。

＜広角端での合焦（フォーカス）動作の説明＞
図１の広角端状態での合焦動作を、図４，６，８で説明する。

さて、前提として、各レンズ群は、広角端の無限遠状態にあり、撮影する被写体は２ｍに位置する。

図８の合焦のフローチャ―トにおいて、ステップＳ２０１で、レリーズボタン１０１１を浅く押すと、第1段階スイッチがオンし、ステップＳ２０２で撮像素子１００８に到達している光量を基に測光を行う。

ステップＳ２０３で、図４の左のグラフに示されるように、凹レンズ系である第３レンズ群１００６を直線的に撮像素子１００８側に駆動開始する。この時のフォーカス合成敏感度は−１．８である。

図６において、第３群用ステッピングモータ１００７が１ステップ駆動すると、第３レンズ群が１２．５μｍ撮像素子１００８側に繰り込まれ、結像面の位置がＰ０からＰ１に変化し、焦点評価値はＶ０からＶ１に増加する。

ステップＳ２０４で、焦点評価値が減少したか否かを判別し、増加した為、ステップＳ２０３に戻る。

ステップＳ２０３で、第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ１からＰ２に変化する。ステップＳ２０４で、焦点評価値がＶ１からＶ２に増加した為、判別結果はＮＯとなり、ステップＳ２０３に戻る。
ステップＳ２０３で、第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に更に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ２からＰ３に変化する。図４において焦点評価値は時刻Ｔ１に極大値ＶＰを示した後、減少を開始する。

ステップＳ２０４で、焦点評価値がＶ２からＶ３に減少した為、判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、最大評価値ＶＰが記憶される。

ステップＳ２０６では、図４に示す時刻Ｔ２のレンズ位置を開始点として、第３レンズ群用ステッピングモータ１００８を逆回転させ、第３レンズ群１００８を被写体側に１ステップ（１２．５μｍ）駆動する。この時、結像面の位置が戻る。図８のステップＳ２０８には「第３群と共に第２群駆動」となっているが、広角端での合焦動作の場合には「第３群逆方向駆動」と読み替えるものとする。

図６において結像面の位置は戻り始め、Ｐ３からＰ４の位置に移動し、焦点評価値はＶ３からＶ２に戻り、上昇する。

ステップＳ２０７では、焦点評価値が合格レベル値ＶＳ以上か否かを判別する。ここでは、記録された極大焦点表価値ＶＰの９０％値を合格レベル値ＶＳとしている。焦点評価値V２は合格レベル値ＶＳ以上の為、十分ピントの合った写真が撮影可能と判断し、ステップＳ２０８へ進む。

ステップＳ２０８で、第３レンズ群用ステッピングモータ１００７の駆動を停止し、図４の時刻Ｔ３のレンズ位置に第３レンズ群１００６が停止する。

ステップＳ２０９で、合焦動作を終了する。図６において、ＰＦは焦点評価値が極大値ＶＰとなる結像面の位置であり、δｗは広角端での焦点評価値が合格レベルＶＳ以上となる結像面の位置の範囲である。

＜撮影動作の説明＞
図９と図１で、レリーズボタン１０１１の第２段階スイッチ・オンによる撮影記録動作を説明する。

図９において、ステップＳ３０１でレリーズボタン１０１１の第２段階スイッチがオンになれば、ステップＳ３０２で、撮像素子１００８が電気的に露光を開始する。これは、機械的に光の遮断や透過を行わない為、電気シャッタと言う。

ステップＳ３０３で、前述のステップＳ２０２で測光した適正露光値に達したら、シャッタ１００３を閉じ、露光を終了する。

ステップＳ３０４で、撮像素子１００８上に蓄えられた画像データを、信号処理回路１０１０に転送し、設定されている画像圧縮形式でメモリ１０１５中に画像データを記録する。

ステップＳ３０５では、記録され画像を、カメラ背面にある液晶表示装置１０１４に一時的に表示し、撮影者が記録画像を確認するのを可能としている。

ステップＳ３０６では、再びシャッタ１００３を開き、撮像素子１００８に結像させる。

ステップＳ３０７では、現在観察中の被写体をカメラ背面にある液晶表示装置１０１４に表示する。

ステップＳ３０８では、撮影動作を完了する。

本実施例１においては、合焦動作の初期（時刻Ｔ２まで）に、第３レンズ群１００６のみの駆動の為、合焦駆動時間が短縮できると共に、合焦動作の終期（Ｔ２−Ｔ３）に、第３レンズ群１００６と第２レンズ群１００４の駆動でフォーカス敏感度を低減できる為、合焦精度を向上させることが可能となる。

また、第３レンズ群１００６と第２レンズ群１００４を合焦動作途中で移動方向を反転させる必要が無い為、時間的損失が無く、合焦速度を早くすることが可能となる。

また、第３レンズ群１００６と第２レンズ群１００４が、合焦と変倍に共用される為、新たな部品が必要無く、小型化が可能となる。

また、駆動するレンズ群の組み合わせで、結像面の移動方向を変更できる為、合焦動作時に、ピントが行き過ぎた際、レンズ群の移動方向を反転させる必要が無い為、時間的損失が無く、合焦速度を早くすることが可能となる。

また、合焦動作終期の結像面の移動速度を遅くすることで、合焦状態を正確に測定可能となり、合焦精度を向上させることが可能となる。

また、レンズ群を高精度で光軸方向に駆動停止しなくても、十分高精度な合焦が得られる広角側の合焦動作を、第３レンズ群１００６のみで行うことで、合焦速度を早くすることが可能となる。

また、合焦動作の終期にレンズ群の移動速度比率を一定にすることで、移動を制御する回路構造が簡略化でき、安定したレンズ移動ができる為、小型化と合焦精度を向上させることが可能となる。

また、リードネジ１００７ａ，１００５ａのリード比率を、レンズ群の移動速度比率に合わせることで、機械的にレンズ群の移動速度比率を設定できる為、合焦精度を向上させることが可能となる。

また、コントラスト評価値がピークを超えるまでは、第３レンズ群１００６のみで、早い合焦動作を行い、コントラスト評価値がピークを超えたら、第３レンズ群１００６と第2レンズ群１００４の移動によって、精度の高い合焦動作を行っている為、合焦時間の短縮と合焦精度の高精度化を両立することが可能となる。

また、第３レンズ群１００６の移動方向を一方向のみとしている為、更なる合焦時間の短縮と合焦精度の高精度化を両立することが可能となる。

図１０と図１１により、実施例２の説明を行う。

ここでは、ステッピングモータの駆動方法として、電気的パルス数である１ステップ毎に駆動する方法以外に、マイクロステップと呼ばれる、ステップの中間でもほぼ無段階に駆動停止できる駆動方法も使用する。

ズームレンズ鏡筒やカメラの構造は実施例１と同様なので、説明を省略する。

望遠端での合焦動作は、図１０において、凹レンズである第３レンズ群１００６を、撮像素子１００８側へ単一速度で移動させながら、撮像素子１００８の画像データから得られる焦点評価値を参照している。この時のフォーカス合成敏感度は−８．５である。時刻Ｔ１に、焦点評価値が極大値ＶＰを示し、その後減少に転じた為、極大値ＶＰが記憶されると共に、時刻Ｔ２に次のステップ位置Ｐ３で、第３レンズ群用ステッピングモータ１００７の回転速度を低下させ、さらに第２レンズ群用ステッピングモータ１００５も回転を開始し、マイクロステップ駆動により、第３レンズ群１００６の移動量１に対して、第２レンズ群１００４の移動量を１．６倍とする。この事により、フォーカスの合成敏感度は負から正へと反転し、絶対値も１．８と合焦動作の初期より低下して、よりきめ細かい結像面の移動となる。

図１１において、結像面の位置がＰ３から微小量戻ったＰ４での焦点評価値Ｖ４は、合格レベル値ＶＳ未満の為、さらに、第３レンズ群１００６と第２レンズ群１００４を１対１．６の比率で移動させ、結像面の位置Ｐ５では、焦点評価値Ｖ５は、合格レベルＶＳ以上であり、十分ピントの合った写真が撮影可能であるが、更にレンズ群１００４，１００６を移動させ、結像面の位置Ｐ６では、焦点評価値Ｖ６がより厳しい合格レベルＶＳ２以上と成った為、レンズ群１００４，１００６を停止する。

ここでの合格レベルＶＳは、実施例１と同様な極大値ＶＰの９０％の値、厳しい合格レベルＶＳ２は、極大値値ＶＰの９５％の値としている。

図１２と図１３により、実施例３の説明を行う。

ズームレンズ鏡筒やカメラの構造は実施例１と同様なので、説明を省略する。

本実施例３では、合焦動作の初期から第３レンズ群１００６と第２レンズ群１００４をある速度比率で駆動して、合焦させている。

ここでは、ステッピングモータの１パルス当りの繰出し量が、実施例１とは異なる。第２レンズ群用ステッピングモータ１００５のリードネジ１００５ａのリードは０．３５ｍｍ／リードである。制御パルスの４０パルスで、第２レンズ群用ステッピングモータ１００５が一回転する。即ち、第２レンズ群用ステッピングモータ１００５が１ステップ回転すると、第２レンズ群１００４は、８．７５μｍ移動する。第３レンズ群用ステッピングモータ１００７のリードネジ１００７ａのリードは０．５０ｍｍ／リードである。制御パルスの４０パルスで、第３レンズ群用ステッピングモータ１００７が一回転する。即ち、第３レンズ群用ステッピングモータ１００７が１ステップ回転すると、第３レンズ群１００６は１２．５μｍ移動する。

以上より、各ステッピングモータ１００５，１００７に制御パルスの１パルスを与えた場合の、第３レンズ群１００６の移動量に対する第２レンズ群１００４の移動比率は、０．３５／０．５０=０．７倍となる。

望遠端での合焦動作は、図１２において、時刻Ｔ０から、二つのステッピングモータ１００５，１００７を同一パルス数で駆動し、凹レンズである第３レンズ群１００６と凸レンズである第２レンズ群１００４を、速度比１対０．７で撮像素子１００８側へ単一速度で移動させながら、撮像素子１００８の画像データから得られる焦点評価値を参照している。この時のフォーカス合成敏感度は−２．１である。

時刻Ｔ１に、焦点評価値が極大値ＶＰを示し、その後減少に転じた為、極大値ＶＰが記憶されると共に、時刻Ｔ２に次の結像面の位置Ｐ８で、第２レンズ群用ステッピングモータ１００５と第３レンズ群用ステッピングモータ１００７の回転方向を反転させ、結像面の移動方向を反転させる。

図１３において、結像面の位置がＰ８から小量戻ったＰ９での焦点評価値Ｖ９は、合格レベルＶＳ以上であり、十分ピントの合った写真が撮影可能であり、二つのレンズ群１００４，１００６を停止する。

ここでの合格レベルＶＳは、実施例１と同様な極大値ＶＰの９０％の値である。

本実施例３においては、合焦動作全域で、第３レンズ群１００６と第２レンズ群１００４を、均一な速度比率で移動させている為、フォーカス合成敏感度が低減され、制御方法が簡略化でき、駆動精度も安定化するので、ズームレンズ鏡筒の小型化と合焦精度の高精度化が可能となる。

図１４と図１５により、実施例４の説明を行う。

ズームレンズ鏡筒やカメラの構造は実施例１と同様なので、説明を省略する。

本実施例４では、合焦動作の初期には第３レンズ群１００６のみで合焦動作を行い、合焦動作の終期に、第３レンズ群１００６と第２レンズ群１００４をある速度比率で駆動して、合焦させている。

ここでは、ステッピングモータの１パルス当りの繰出し量が、実施例１とは異なる。第２レンズ群用ステッピングモータ１００５のリードネジ１００５ａのリードは０．３５ｍｍ／リードである。制御パルスの４０パルスで、第２レンズ群用ステッピングモータ１００５が一回転する。即ち、第２レンズ群用ステッピングモータ１００５が１ステップ回転すると、第２レンズ群１００４は８．７５μｍ移動する。第３レンズ群用ステッピングモータ１００７のリードネジ１００７ａのリードは０．５０ｍｍ／リードである。制御パルスの４０パルスで、第３レンズ群用ステッピングモータ１００７が一回転する。即ち、第３レンズ群用ステッピングモータ１００７が１ステップ回転すると、第３レンズ群１００６は１２．５μｍ移動する。

以上より、各ステッピングモータ１００５，１００７に制御パルスを１パルス与えた場合の第３レンズ群１００６の移動量に対する第２レンズ群１００４の移動比率は、０．３５／０．５０=０．７倍となる。

望遠端での合焦動作は、図１４において、凹レンズである第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側へ単一速度で移動させながら、撮像素子１００８の画像データから得られる焦点評価値を参照している。この時のフォーカス合成敏感度は、−８．５である。時刻Ｔ１に焦点評価値が極大値ＶＰを示し、その後減少に転じた為、極大値ＶＰが記憶されると共に、時刻Ｔ２に次のステップ位置Ｐ３で、第３レンズ群用ステッピングモータ１００７の回転を逆転させ、さらに第２レンズ群用ステッピングモータ１００５も回転を開始し、第３レンズ群１００６の移動量１に対して、第２レンズ群１００４の移動量を０．７倍として駆動する。

このことにより、フォーカスの合成敏感度は負から正へと反転し、値も−２．１と、合焦初期より低下して、よりきめ細かい結像面の移動となる。

図１５において、結像面の位置がＰ３から微小量戻ったＰ４の焦点評価値Ｖ４は、合格レベル値ＶＳ未満の為、さらに、第３レンズ群１００６と第２レンズ群１００４を１対０．７の比率で移動させ、結像面の位置Ｐ５では、焦点評価値Ｖ５は合格レベルＶＳ以上であり、十分ピントの合った写真が撮影可能と成った為、レンズ群１００４，１００６を停止する。

ここでの合格レベルＶＳは、実施例１と同様な極大値ＶＰの９０％の値としている。

実施例５は、望遠端での合焦動作の初期（時刻Ｔ０−Ｔ２）では第３レンズ群１００６のみが、合焦動作の終期（時刻Ｔ２−Ｔ３）では第２レンズ群１００４のみが、それぞれ駆動されるものである。

＜望遠端での合焦（フォーカス）動作の説明＞
望遠端状態での合焦動作を、図１６，１８，２０により説明する。

先ず、図１６の意味を説明する。図上側には、レンズ鏡筒が広角端状態での、レンズ群と撮像素子の配置を模式的に示している。その下には、レンズ鏡筒が望遠端状態での、レンズ群と撮像素子の配置を示している。図下側には、３つのグラフが描かれ、縦軸は共通の経過時間Ｔである。左のグラフは、横軸がレンズ位置を示し、第２レンズ群１００４と第３レンズ群１００６の合焦動作中の移動軌跡を示している。中央のグラフは、横軸が撮像素子で得られた画像信号を基に信号処理回路１０１０で演算された焦点評価値を示し、極大値がピントが合っている状態と言える。右のグラフは、横軸がフォーカス合成敏感度を示している。フォーカス合成敏感度とは、合焦動作時、移動するレンズ群の移動量に対して、結像面が光軸方向に移動する量の比率を示す。例えば、第３レンズ群１００６のみ駆動するフォーカス合成敏感度−８．４とは、第３レンズ群１００６が１μｍ移動すると、結像面が反対方向に８．４μｍ移動することを示している。また、この実施例５では第２レンズ群１００４と第３レンズ群１００６を異なる移動量で移動する場合は、代表として第３レンズ群１００６の移動量に対する結像面の移動量比率を、フォーカス合成敏感度と定める。

さて、前提として、各レンズ群は、望遠端の無限遠位置にあり、撮影する被写体は２ｍに位置する。

図２０の合焦のフローチャ―トにおいて、ステップＳ４０１で、レリーズボタン１０１１を浅く押すと、第１段階スイッチがオンし、ステップＳ４０２で撮像素子１００８に到達している光量を基に測光を行う。

ステップＳ４０３で、図１６の左のグラフに示されるように、凹レンズ系である第３レンズ群１００６を、直線的に撮像素子１００８側に駆動開始する。この時のフォーカス合成敏感度は−８．４である。

図１８において、第３群用ステッピングモータ１００７が１ステップ駆動すると、第３レンズ群１００６が５μｍ撮像素子１００８側に繰り込まれ、結像面の位置がＰ０からＰ１に変化し、焦点評価値はＶ０からＶ１に増加する。

ステップＳ４０４で、焦点評価値が減少したか否かを判別し、増加した為、ステップＳ４０３に戻る。

ステップＳ４０３で、第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ１からＰ２に変化する。ステップＳ４０４で、焦点評価値がＶ１からＶ２に増加した為、判別結果はＮＯであり、ステップＳ４０３に戻る。

ステップＳ４０３で、第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ２からＰ３に変化する。ステップＳ４０４で、焦点評価値がＶ２からＶ３に増加した為、判別結果はＮＯであり、ステップＳ４０３に戻る。

ステップＳ４０３で、第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に更に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ３からＰ４に変化する。図１６において焦点評価値は時刻Ｔ１に極大値ＶＰを示した後、減少を開始する。

ステップＳ４０４で、焦点評価値がＶ３からＶ４に減少した為、判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ４０５に進む。

ステップＳ４０５では、第３レンズ群１００６を停止する。

ステップＳ４０６では、過去４点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）の焦点評価値（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）を通る多次元式から、焦点評価値の推測最大値ＶＡを求める。

ステップＳ４０７では、合焦の合格値ＶＳ＝０．９×ＶＡを計算する。

ステップＳ４０８では、図１６に示す時刻Ｔ２のレンズ位置を開始点として、第２レンズ群１００４を撮像素子１００８側に１ステップ（５μｍ）繰り込む。この時のフォーカス合成敏感度は２．８であり、結像面がゆっくり戻る。

図１８において結像面の位置はゆっくり戻り始め、Ｐ４からＰ５の位置に移動し、焦点評価値はＶ４からＶ５に上昇する。

ステップＳ４０９では、焦点表価値が合格レベル値ＶＳ以上か否かを判別する。ここでは焦点評価値Ｖ５は合格レベル値ＶＳ未満の為、ステップＳ４０８に戻る。

しばらく、ステップＳ４０９とステップＳ４０８を繰り返し、その次のステップＳ４０８では、第２レンズ群１００４を１ステップ移動し、図１８の結像面の位置はＰ７からＰ８に移動し、焦点評価値はＶ７からＶ８に増加する。

ステップＳ４０９で、焦点評価値Ｖ８は合格レベルＶＳ以上の為、十分ピントの合った写真が撮影可能と判断し、ステップＳ４１０へ進む。

ステップＳ４１０で、第２群用ステッピングモータ１００５の駆動を停止し、図１６の時刻Ｔ３のレンズ位置に第２レンズ群１００４が停止する。

ステップＳ４１１で、合焦動作を終了する。

このように、焦点評価値は、画像を信号処理回路１０１０に取り込む必要がある為、レンズ群の１ステップ毎にしか算出できない。その為、焦点評価値の最大値は、ステップとステップの中間にある場合が多い。ここでは、その最大値を推測することで、よりピントの合った写真を撮影できる。

ここでは、第３レンズ群１００６のフォーカス敏感度−８．４に対して、第２レンズ群１００４のフォーカス敏感度２．８は、絶対値で３分の１の為、ステッピングモータで同じステップ駆動した場合、第２レンズ群１００４の方が、結像（ピント）を３倍詳細に移動可能となっている。よって、第２レンズ群１００４を、合焦動作の終期に駆動することで、精度良い合焦動作が可能となっている。

＜広角端での合焦（フォーカス）動作の説明＞
広角端状態での合焦動作を、図１７，１９，２０で説明する。

さて、前提として、各レンズ群は、広角端の無限遠位置にあり、撮影する被写体は２ｍに位置する。

図２０の合焦のフローチャ―トにおいて、ステップＳ４０１で、レリーズボタン１０１１を浅く押すと、第１段階スイッチがオンし、ステップＳ４０２で撮像素子１００８に到達している光量を基に測光を行う。

ステップＳ４０３で、図１７の左のグラフに示されるように、凹レンズ系である第３レンズ群１００６を、直線的に撮像素子１００８側に駆動開始する。この時のフォーカス合成敏感度は−１．８である。

図１９において、第３群用ステッピングモータ１００７が１ステップ駆動すると、第３レンズ群１００６が５μｍ撮像素子１００８側に繰り込まれ、結像面の位置がＰ０からＰ１に変化し、焦点評価値はＶ０からＶ１に増加する。

ステップＳ４０４で、焦点評価値が減少したか否かを判別し、増加した為、ステップＳ４０３に戻る。

ステップＳ４０３で、第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ１からＰ２に変化する。ステップＳ４０４で、焦点評価値がＶ１からＶ２に増加した為、判別結果はＮＯであり、ステップＳ４０３に戻る。

ステップＳ４０３で、第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に更に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ２からＰ３に変化する。図１６において焦点評価値は時刻Ｔ１に極大値ＶＰを示した後、減少を開始する。

ステップＳ４０４で、焦点評価値がＶ２からＶ３に減少した為、判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ４０５に進む。

ステップＳ４０５では、第３レンズ群１００６を停止する。

ステップＳ４０６では、過去４点（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）の焦点評価値（Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）を通る多次元式から、焦点評価値の推測最大値ＶＡを求める。

ステップＳ４０７では、合焦の合格値ＶＳ＝０．９×ＶＡを計算する。

ステップＳ４０８では、図１７に示す時刻Ｔ２のレンズ位置を開始点として、第３群用ステッピングモータ１００７を逆回転させ、第３レンズ群１００６を被写体側に１ステップ（５μｍ）駆動する。この時、結像面が戻る。図２０のステップＳ４０８には「第２レンズ群駆動」となっているが、広角端での合焦動作の場合には「第３レンズ群逆方向駆動」と読み替えるものとする。

図１９において結像面の位置は戻り始め、Ｐ３からＰ４の位置に移動し、焦点評価値はＶ３からＶ２に戻り、上昇する。

ステップＳ４０９では、焦点表価値が合格レベル値ＶＳ以上か否かを判別する。焦点評価値Ｖ２は合格レベル値ＶＳ以上の為、十分ピントの合った写真が撮影可能と判断し、ステップＳ４１０へ進む。図２０のステップＳ４１０には「第２レンズ群停止」となっているが、広角端での合焦動作の場合には「第３レンズ群停止」と読み替えるものとする。

ステップＳ４１０で、第３群用ステッピングモータ１００７の駆動を停止し、図１７の時刻Ｔ３のレンズ位置に第３レンズ群１００６が停止する。

ステップＳ４１１で、合焦動作を終了する。

本実施例５においては、第３レンズ群１００６で高速で大まかな合焦動作を行い、第２レンズ群１００４で高精度な微小な合焦動作を行う為、新たな機械的機構を設けること無く、小型で、高速で、高精度な焦点調整が可能となる。

また、第３レンズ群１００６と第２レンズ群１００４ともに、合焦動作が一方向で、駆動手段の駆動方向を反転させる必要が無く、また、合焦検出手段によって直ちにピントの極大を検出して第２レンズ群１００４を駆動する為、時間的損失が無く、合焦速度を高速にすることが可能となる。

また、第３レンズ群１００６と第２レンズ群１００４ともに、合焦動作での移動方向が一方向で、駆動手段の駆動方向を反転させる必要が無く、また、極大量検出手段によって直ちにピントの極大を検出して第２レンズ群１００４を駆動する為、時間的損失が無く、合焦速度を高速にする事が可能となる。また、極大値を算出する為、精度良い合焦が可能となる。

また、合焦動作初期に駆動される第３レンズ群１００６よりも、合焦動作終期に駆動される第２レンズ群１００４の結像面の移動速度比率が小さい為、合焦動作終期に精度良い合焦が可能となる。

また、合焦動作終期の結像面の移動速度を遅くすることで、合焦状態を正確に測定可能となり、合焦精度を向上させることが可能となる。

また、レンズ群を高精度で光軸方向に駆動停止しなくても、十分高精度な合焦が得られる広角側の合焦動作を、第３レンズ群１００６のみで行うことで、合焦速度を速くすること事が可能となる。

図２１と図１６、図１８により、実施例６の望遠端状態での合焦動作を説明する。

レンズ鏡筒やカメラの構造は実施例１と同様なので、説明を省略する。

さて、前提として、各レンズ群は、望遠端の無限遠位置にあり、撮影する被写体は２ｍに位置する。

図２１の合焦動作のフローチャ―トにおいて、ステップＳ５０１で、レリーズボタン１０１１を浅く押すと、第１段階スイッチがオンし、ステップＳ５０２で撮像素子１００８に到達している光量を基に測光を行う。

ステップＳ５０３で、図１６の左のグラフに示されるように、凹レンズ系である第３レンズ群１００６を直線的に撮像素子１００８側に駆動開始する。この時のフォーカス合成敏感度は−８．４である。図１８において、第３群用ステッピングモータ１００７が１ステップ駆動すると、第３レンズ群が５μｍ撮像素子１００８側に繰り込まれ、結像面の位置がＰ０からＰ１に変化し、焦点評価値はＶ０からＶ１に増加する。

ステップＳ５０４で、焦点評価値が減少したか否かを判別し、増加した為、ステップＳ５０３に戻る。

ステップＳ５０３で、第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ１からＰ２に変化する。ステップＳ５０４で、焦点評価値がＶ１からＶ２に増加した為、判別結果はＮＯであり、ステップＳ５０３に戻る。

ステップＳ５０３で、第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ２からＰ３に変化する。ステップＳ５０４で、焦点評価値がＶ２からＶ３に増加した為、判別結果はＮＯであり、ステップＳ５０３に戻る。

ステップＳ５０３で、第３レンズ群１００６を撮像素子１００８側に更に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ３からＰ４に変化する。図１６において焦点評価値は時刻Ｔ１に極大値ＶＰを示した後、減少を開始する。

ステップＳ５０４で、焦点評価値がＶ２からＶ３に減少した為、判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ５０５に進む。

ステップＳ５０５では、第３レンズ群１００６を停止する。

ステップＳ５０６では、過去４点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）の焦点評価値（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）を通る多次元式から、焦点評価値の推測最大値ＶＡを求める。

ステップＳ５０７では、合焦の合格値ＶＳ＝０．９×ＶＡを計算する。

ステップＳ５０８では、第２レンズ群１００４を撮像素子１００８側に何ステップ駆動すれば良いか、現状の結像面の位置Ｐ４と、焦点評価値の推測最大値ＶＡの位置ＰＡの差分と、第２レンズ群１００４の１ステップ当りの像面移動量から、第２レンズ群１００４のステップ数を計算する。

図１８において、焦点評価値の推測最大値ＶＡの結像面の位置ＰＡは、第３レンズ群１００６で移動可能な結像面の位置Ｐ２とＰ３の中間で且つＰ３寄りに在ることが解る。また、第２レンズ群１００４のフォーカス合成敏感度は２．８であり、第３レンズ群１００６の３分の１と小さい為、第２レンズ群１００４を１ステップ動かした時の結像面の移動量も３分の１となり、微細なピント調整が可能である。推測計算により、推測最大値ＶＡに近くて、合焦の合格値ＶＳ以上になるには、第２レンズ群１００４を４ステップ分駆動すれば良いことが求められる。

ステップＳ５０９では、第２レンズ群１００４を４ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ４からＰ８まで変化し、焦点評価値は合焦の合格値ＶＳ以上になる。

ステップＳ５１０で、第２群用ステッピングモータ１００５の駆動を停止し、図１６の時刻Ｔ３のレンズ位置に第２レンズ群１００４が停止する。

ステップＳ５１１で合焦動作を終了する。

本実施例６においては、複数、例えば４点の焦点評価値から焦点評価の極大値を例えば高次曲線式から算出する為、精度良い合焦が可能となる。

また、移動量を算出して、その量で第２レンズ群１００４を移動させる為、高速の合焦が可能となる。

図２２、図２３、図２４により、実施例７の説明を行う。

カメラの構造は実施例１と同様なので、説明を省略する。

レンズ鏡筒はほぼ実施例１と同様だが、異なる点は、第１レンズ群１００２も光軸方向に駆動可能な構造となっており、図２２に模式的に示されているように、第１レンズ群１００２は、一般的な支持方法（ガイドバー式やカム筒方式）で、レンズ鏡筒内部に光軸方向に進退可能に支持されている。第１レンズ群用ステッピングモータ１０３０の回転軸先端はリードネジ１０３０ａとなっており、第１レンズ群１００２側のナット部１００２ａと係合し、モータが回転／逆回転することで、光軸方向に進退する。その回転の制御は、カメラ本体内にある信号処理回路１０１０によってなされる。リードネジ１０３０ａのリードは０．２０ｍｍ／リードである。制御パルスの４０パルスで、第１レンズ群用ステッピングモータ１０３０が一回転する。即ち、第１レンズ群用ステッピングモータ１０３０が１ステップ回転すると、第１レンズ群１００２は５μｍ移動する。

図２３の合焦動作のフローチャ―トにおいて、ステップＳ６０１で、レリーズボタン１０１１を浅く押すと、第１段階スイッチがオンし、ステップＳ６０２で撮像素子１００８に到達している光量を基に測光を行う。

ステップＳ６０３で、図２２の左のグラフに示されるように、凸レンズ系である第２レンズ群１００４と凹レンズ系である第３レンズ群１００６を直線的に被写体側に駆動開始する。この時のフォーカス合成敏感度は６．０である。図２４において、第２群用ステッピングモータ１００５と第３群用ステッピングモータ１００７が１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ０からＰ１に変化し、焦点評価値はＶ０からＶ１に増加する。

ステップＳ６０４で、焦点評価値が減少したか否かを判別し、増加した為、ステップＳ６０３に戻る。

ステップＳ６０３で、第２レンズ群１００４と第３レンズ群１００６を１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ１からＰ２に変化する。ステップＳ６０４で、焦点評価値がＶ１からＶ２に増加した為、判別結果はＮＯであり、ステップＳ６０３に戻る。

ステップＳ６０３で、第２レンズ群１００４と第３レンズ群１００６を１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ２からＰ３に変化する。ステップＳ６０４で、焦点評価値がＶ２からＶ３に増加した為、判別結果はＮＯであり、ステップＳ６０３に戻る。

ステップＳ６０３で、第２レンズ群１００４と第３レンズ群１００６を被写体側に更に１ステップ駆動すると、結像面の位置がＰ３からＰ４に変化する。図２２において焦点評価値は時刻Ｔ１に極大値ＶＰを示した後、減少を開始する。

ステップＳ６０４で、焦点評価値がＶ３からＶ４に減少した為、判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ６０５に進む。

ステップＳ６０５では、第２レンズ群１００４と第３レンズ群１００６をもう１ステップ駆動する。

ステップＳ６０６では、第２レンズ群１００４と第３レンズ群１００６を停止する。

ステップＳ６０７では、直線近似による、推測最大焦点評価値ＶＡと結像面の位置ＰＡの計算を行う。これは、過去測定した結像面の位置４点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）における焦点評価値（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）を利用し、グラフ上の焦点評価値Ｖ１とＶ２を通る第１の直線と、焦点評価値Ｖ３とＶ４を通る第２の直線の交点を、焦点評価値の推測最大値ＶＡとその結像面推測位置ＰＡとする。

ステップＳ６０８では、第１レンズ群１００２でピント合わせを行う際、現在の結像面の位置Ｐ４から焦点評価値が最大になる結像面推測位置ＰＡまでの繰出し量と、フォーカス敏感度を考慮して、制御上の駆動ステップ数を算出する。

ステップＳ６０９では、ステップＳ６０８で求められたステップ数で、第１レンズ群１００２を駆動する。

ステップＳ６１０では、第１レンズ群１００２を停止する。

ステップＳ６１１で合焦動作は終了する。

本実施例７においては、二つの直線の交点から焦点評価値の極大値を算出する為、高速に算出可能となり、高速の合焦が可能となる。

また、合焦終期に移動する第１レンズ群１００２の移動範囲は小さくて済むので、第１レンズ群用ステップモータ１０３０の構成を第２レンズ群用ステップモータ１００５や第３レンズ群用ステップモータ１００７に比べて簡単なものにすることができる。

以上で説明した望遠端での合焦動作は、望遠端には限らず、望遠端から広角端までの全域で行われるようにしても良い。
（本発明と実施例の対応）
第２群レンズ１００４が本発明の第１のレンズに、第３群レンズ１００６が第２のレンズに、第１群レンズ１００２が第３のレンズに、それぞれ相当する。撮像素子１００８が、第１のレンズ及び第２のレンズを介して入射する被写体光学像を画像データに変換する撮像部に相当する。信号処理回路１０１０が、撮像部により予め設定された間隔で取得した画像データに基づいて合焦状態を示す焦点評価値を算出する算出部、及び算出部により算出された焦点評価値が最大値に近づくように、第１のレンズと第２のレンズを移動することでフォーカス制御を行うフォーカス制御部に相当する。

本発明の実施例１に係る広角端状態のズームレンズ鏡筒を含むカメラの概略構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る望遠端状態のズームレンズ鏡筒を含むカメラの概略構成を示す図である。 本発明の実施例１におけるズームレンズ群の変倍と望遠端での合焦動作を示す模式図である。 本発明の実施例１におけるズームレンズ群の変倍と広角端での合焦動作を示す模式図である。 本発明の実施例１による望遠端での結像面の位置と焦点評価値の関係を示す図である。 本発明の実施例１による広角端での結像面の位置と焦点評価値の関係を示す図である。 本発明の実施例１における変倍動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例１における合焦動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例１における撮影動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例２におけるズームレンズ群の変倍と望遠端での合焦動作を示す模式図である。 本発明の実施例２による望遠端での結像面の位置と焦点評価値の関係を示す図である。 本発明の実施例３におけるズームレンズ群の変倍と望遠端での合焦動作を示す模式図である。 本発明の実施例３による望遠端での結像面の位置と焦点評価値の関係を示す図である。 本発明の実施例４におけるズームレンズ群の変倍と望遠端での合焦動作を示す模式図である。 本発明の実施例４による望遠端での結像面の位置と焦点評価値の関係を示す図である。 本発明の実施例５におけるズームレンズ群の変倍と望遠端での合焦動作を示す模式図である。 本発明の実施例５におけるズームレンズ群の変倍と広角端での合焦動作を示す模式図である。 本発明の実施例５による望遠端での結像面の位置と焦点評価値の関係を示す図である。 本発明の実施例５による広角端での結像面の位置と焦点評価値の関係を示す図である。 本発明の実施例５における合焦動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例６における合焦動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例７におけるズームレンズ群の変倍と望遠端での合焦動作を示す模式図である。 本発明の実施例７における合焦動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例７による望遠端での結像面の位置と焦点評価値の関係を示す図である。 従来例のズームレンズ群の変倍と望遠端での合焦動作を示す模式図である。 従来例による望遠端での結像面の位置と焦点評価値の関係を示す図である。

符号の説明

１００１ ズームレンズ鏡筒
１００２ 第１レンズ群（第３のレンズ）
１００３ シャッタ
１００４ 第２レンズ群（第１のレンズ）
１００５ 第２レンズ群用ステッピングモータ
１００５ａ リードネジ
１００６ 第３レンズ群（第２のレンズ）
１００７ 第３レンズ群用ステッピングモータ
１００７ａ リードネジ
１００８ 撮像素子
１００９ カメラ本体
１０１０ 信号処理回路
１０１１ レリーズボタン
１０１２ 望遠方向ズームボタン
１０１３ 広角方向ズームボタン
１０１４ 液晶表示装置
１０２０ 光軸
１０３０ 第１レンズ群用ステッピングモータ
１０３０ａ リードネジ

Claims (7)

1. 第１のレンズと、前記第１のレンズより光軸上の被写体に対して後方に位置する第２のレンズを駆動して、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを介して撮像素子に入射する被写体光学像の変倍動作及び合焦動作を行うレンズ駆動装置であって、
   前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを駆動して前記変倍動作を行う変倍手段と、前記撮像手段から取得した画像データに基づいて合焦状態を示す焦点評価値を順次算出する算出手段と、
   前記焦点評価値に基づき、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズのいずれかのみを移動させることと前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを両方移動させることとを使い分けることで焦点面の移動速度を制御して前記合焦動作を行う合焦手段と、を有し、
   前記合焦手段は、前記焦点評価値がピークを過ぎたと判断した時までの合焦動作初期においては、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズのいずれかのみを駆動させ、
   前記焦点評価値がピークを過ぎたと判断してからの合焦動作終期においては、前記焦点評価値と前記極大値との差が所定範囲内になるまで、前記第１のレンズ及び第２のレンズ両方を前記合焦動作初期に比べて焦点面の移動の速さが遅くなるように駆動させることを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 前記合焦手段は、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを両方移動させる際には、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズの相対移動速度を変化させながら移動させることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
3. 前記合焦手段は、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを両方移動させる際には、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズの移動速度の比率を一定にしたことを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ駆動装置。
4. 前記合焦手段は、前記第２のレンズは、前記合焦動作初期から前記合焦動作終期まで等速度で移動させ、前記第１のレンズは、前記合焦動作終期にのみ、前記合焦動作初期に比べて焦点面の移動の速さが遅くなる方向に前記第１のレンズを移動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のレンズ駆動装置。
5. 前記合焦手段は、前記合焦動作初期には、前記第２のレンズのみを移動させ、前記合焦動作終期には、前記第２のレンズの移動速度を減速させると共に、前記第１のレンズを移動させることで、前記合焦動作初期に比べて焦点面の移動の速さが遅くなるように制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のレンズ駆動装置。
6. 第１のレンズと、前記第１のレンズより光軸上の被写体に対して後方に位置する第２のレンズと、請求項１乃至５のいずれか１つに記載のレンズ駆動装置とを有することを特徴とする光学機器。
7. 第１のレンズと、前記第１のレンズより光軸上の被写体に対して後方に位置する第２のレンズを駆動して、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを介して撮像素子に入射する被写体光学像の変倍動作及び合焦動作を行うレンズ駆動装置の制御方法であって、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを駆動して前記変倍動作を行う変倍ステップと、
   前記撮像手段から取得した画像データに基づいて合焦状態を示す焦点評価値を順次算出する算出ステップと、
   前記焦点評価値に基づき、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズのいずれかのみを移動させることと前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを両方移動させることとを使い分けることで焦点面の移動の速さを制御して前記合焦動作を行う合焦ステップと、を有し、
   前記合焦ステップでは、前記焦点評価値がピークを過ぎたと判断した時までの合焦動作初期においては、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズのいずれかのみを駆動させ、
   前記焦点評価値がピークを過ぎたと判断してからの合焦動作終期においては、前記焦点評価値と前記極大値との差が所定範囲内になるまで、前記第１のレンズ及び第２のレンズ両方を前記合焦動作初期に比べて焦点面の移動の速さが遅くなるように駆動させることを特徴とするレンズ駆動装置の制御方法。

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