JP4850692B2 - 光学機器及び撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、いわゆるテレビレンズやビデオレンズ等の光学機器に関し、特にオートフォーカス（ＡＦ）機能を備えた光学機器に関する。

動画撮影においては、常に（一定周期で繰り返して）自動的にピント合わせを行うようにフォーカスレンズの位置を制御する、いわゆるフルタイムＡＦが採用される場合が多い。

ただし、フルタイムＡＦでは、撮影条件によっては操作者（使用者）が合焦を意図しない被写体に対してフォーカス動作が行われてしまう場合がある。例えば、金網越しに被写体を撮影している場合に、金網に対してフォーカス動作が行われたり、被写体の後ろの背景に対してフォーカス動作が行われたりするおそれがある。そして、動画撮影においては、わずかな時間でも意図しない被写体にフォーカス動作が行われて、本来合焦を意図した被写体からピントが外れると、見苦しい映像が撮影されてしまうことになる。

このような問題を解決するため、特許文献１には、操作者が予めフォーカスレンズの移動を許容する範囲を設定しておき、その範囲内でのみフォーカスレンズを移動させてピント合わせを行う技術が開示されている。
特開平８−１３６７９９号公報（段落００１２〜００１３、図２、図３等）

しかしながら、特許文献１にて開示されている技術では、フォーカスレンズの移動許容範囲外の位置でピントが合う被写体に対してフォーカスレンズの合焦位置検出が行われた場合に移動許容範囲の端までフォーカスレンズが駆動される。すなわち、フォーカス動作を行うべきではない被写体の影響によって、本来不要なフォーカスレンズ駆動が行われてしまう。

また、この技術では、フォーカスレンズの移動許容範囲が固定されるため、大きく移動する被写体に対してピントが合った状態（合焦状態）を維持するためには、フォーカスレンズの移動許容範囲を広く設定しておく必要がある。この場合、移動許容範囲内でのフォーカスレンズ位置でピントが合う被写体が複数存在すると、操作者が合焦を意図しない被写体に対してフォーカス動作が行われてしまう可能性がある。例えば、合焦対象である被写体の前を合焦対象ではない物体が通り過ぎると、一旦合焦対象ではない物体に対してフォーカス動作が行われた後、再び合焦対象の被写体にフォーカス動作が行われるといったハンチング動作を起こす可能性がある。

本発明は、使用者が合焦を意図しない物体に対するフォーカス動作の実行を少なくすることができるようにした光学機器を提供することを目的の１つとしている。

本発明の一側面としての光学機器は、被写体に合焦するフォーカスレンズの位置を求める演算手段と、フォーカスレンズの移動許容範囲を設定する設定手段と、演算手段により求められたフォーカスレンズの位置が移動許容範囲内である場合に該位置を目標位置としてフォーカスレンズを移動させる制御手段とを有する。そして、設定手段は、目標位置の変化に追従して移動許容範囲を移動させることを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての光学機器は、被写体に合焦するフォーカスレンズの位置を求める演算手段と、フォーカスレンズの移動許容範囲を設定する設定手段と、演算手段により求められたフォーカスレンズの位置が移動許容範囲内である場合に該位置にフォーカスレンズを移動させる制御手段と、フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段とを有する。そして、設定手段は、位置検出手段により検出されたフォーカスレンズの位置の変化に追従して移動許容範囲を移動させることを特徴とする。

なお、上記光学機器と、該光学機器が装着される撮像装置とを含む撮像システムも本発明の他の側面を構成する。

本発明によれば、合焦対象である被写体に対応したフォーカスレンズの目標位置や検出された位置の変化に追従してフォーカスレンズの移動許容範囲が移動される。このため、被写体が移動する場合を考慮してもフォーカスレンズの移動許容範囲を狭く設定することができる。したがって、被写体の前後に存在する合焦対象ではない物体に対してフォーカス動作が行われる場合を少なくすることができる。

さらに、フォーカスレンズの目標位置や検出位置の変化に追従して移動許容範囲が移動されるので、撮影範囲内に合焦対象ではない物体が入っても、移動する被写体に対するフォーカス動作を維持することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である光学機器としてズームレンズ装置の構成を示している。

３０はズームレンズ装置であり、４０は該ズームレンズ装置３０が装着されるカメラ（テレビカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置）である。ズームレンズ装置３０とカメラ４０により撮像システムが構成される。

ズームレンズ装置３０において、１はフォーカスレンズであり、光軸方向に移動してズームレンズ装置３０の結像面の位置を変化させる（すなわち、フォーカシングを行う）。２は変倍レンズであり、光軸方向に移動してズームレンズ装置３０の焦点距離を変化させる。これらのレンズ１，２を通過した光は、分光プリズム３によって２つの光束に分離される。

分光プリズム３を透過した一方の光束は、リレーレンズ４を通ってカメラ４０に搭載された、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子７に入射する。また、分光プリズム３で反射された他方の光束は、位相差検出レンズ５によって２つの光束に分割されて位相差検出センサ６に入射する。位相差検出レンズ５及び位相差検出センサ６により、位相差検出方式による焦点検出手段が構成される。

位相差検出センサ６は、位相差検出レンズ５によって分割された２つの光束により形成された一対の像（２像）を光電変換する一対の光電変換素子列（以下、ラインセンサという）を有する。各ラインセンサは、上記像の輝度に応じたアナログ信号を出力する。このアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器１４によりデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ１５に入力される。

１１はフォーカスレンズ１の移動許容範囲であるフォーカス許容範囲の幅を可変設定するためのボリューム（第２の操作部材）であり、操作者（撮影者や遠隔操作者等の使用者）により操作される。ボリューム１１からその操作量に応じて出力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器１４によりデジタル信号に変換されてＣＰＵ１５に入力される。

１２は変倍レンズ２の位置に応じた信号（電圧）を出力するズーム位置検出器である。該ズーム位置検出器１２からの信号は、Ａ／Ｄ変換器１４によりデジタル信号に変換されてＣＰＵ１５に入力される。

１３はフォーカスレンズ１の位置に応じた信号（電圧）を出力するフォーカス位置検出器（位置検出手段）である。該フォーカス位置検出器１３からの信号は、Ａ／Ｄ変換器１４によりデジタル信号に変換されてＣＰＵ１５に入力される。

１９はフォーカス許容範囲によるフォーカスレンズ１の移動範囲の制限を有効にするか無効にするかを決定するためのスイッチ（第１の操作部材）であり、操作者により操作される。スイッチ１９からの信号は、ＣＰＵ１５に入力される。

ＣＰＵ１５は、演算手段、設定手段及び制御手段として機能し、その内部に格納されたコンピュータプログラムに従って上記各入力信号に応じたフォーカス制御処理を行い、フォーカスレンズ１の制御信号を生成する。この制御信号は、Ｄ／Ａ変換器１８によりアナログ信号に変換され、フォーカス駆動回路１７に入力される。フォーカス駆動回路１７は、該制御信号に応じてモータ１６を駆動し、フォーカスレンズ１を移動させる。このようにフォーカスレンズ１を移動させる動作を、フォーカス動作ともいう。

図２Ａには、ＣＰＵ１５でコンピュータプログラムに従って実行されるフォーカス制御処理のフローチャートを示している。なお、以下の説明において、フォーカスレンズ１及び変倍レンズ２の位置をそれぞれ、単にフォーカス位置及びズーム位置と称する。

ズームレンズ装置３０の電源が投入されると、ＣＰＵ１５は、ＳＴＥＰ１０１に進み、ＣＰＵ１５の内部のレジスタやメモリ（記憶手段）１５ａ等を初期化する。

ＳＴＥＰ１０２では、ＣＰＵ１５は、フォーカス位置検出器１３により検出された現在のフォーカス位置Ｆを取得する。さらに、ＳＴＥＰ１０３では、メモリ１５ａに記憶されているフォーカスレンズ１を移動させる目標位置である目標フォーカス位置Ｆｘを現在のフォーカス位置Ｆに初期化する。

次に、ＳＴＥＰ１０４では、ＣＰＵ１５は、位相差検出センサ６からの信号に基づいて、ラインセンサ上に形成された２像の位相差量Ｘを算出する。位相差量の算出処理は以下のように行われる。

まず、位相差検出センサ６から２像に対応した信号を取得し、図３のような２像（光束Ａ，Ｂ）の輝度レベル特性を得る。次に、一方の像の輝度レベル特性をソフトウェア処理により擬似的に画素シフトし、２像の輝度レベル特性が重なった部分（図３に斜線部分として示す）が最大となるシフト量を位相差量Ｘとする。

続いて、ＳＴＥＰ１０５及びＳＴＥＰ１０６では、ＣＰＵ１５は、ズーム位置検出器１２及びフォーカス位置検出器１３により検出されたズーム位置Ｚとフォーカス位置Ｆとを取得する。

そして、ＳＴＥＰ１０７では、ＣＰＵ１５は、ＳＴＥＰ１０４〜ＳＴＥＰ１０６で取得した位相差量Ｘ、ズーム位置Ｚ及びフォーカス位置Ｆから、デフォーカス量Ｄを算出する。デフォーカス量Ｄは、撮像素子７の受光面から結像面までの距離（光学的な位置差）であり、フォーカスレンズ１の機械的な移動量とは異なる。デフォーカス量Ｄの算出は、以下の式により行われる。

Ｄ＝ｋ１×（Ｘ−ｆ１（Ｚ，Ｆ））
ここで、ｋ１は位相差量をデフォーカス量に変換するための係数であり、固定値である。ｆ１（Ｚ，Ｆ）はズーム位置Ｚ及びフォーカス位置Ｆによって決まる位相差量のオフセット量を示す関数であり、テーブルデータとしてＣＰＵ１５内に格納される。これらｋ１及びｆ１は、フォーカスレンズ１、変倍レンズ２及び位相差検出レンズ５の光学構成によって決定される。

ＳＴＥＰ１０８では、ＣＰＵ１５は、デフォーカス量Ｄをフォーカスレンズ１の機械的な駆動量に相当するフォーカス位置差に変換する。フォーカス位置差ΔＦは、以下の式を用いて算出される。

ΔＦ＝Ｄ×ｆ２（Ｚ，Ｆ）
ここで、ｆ２（Ｚ，Ｆ）は、ズーム位置Ｚ及びフォーカス位置Ｆにより決まる関数であり、ｆ１（Ｚ，Ｆ）と同様に、テーブルデータとしてＣＰＵ１５内に格納される。

ＳＴＥＰ１０９では、ＣＰＵ１５は、スイッチ１９からの信号に基づいてフォーカス許容範囲によるフォーカスレンズ１の移動制限を有効とするか無効とするかを判断する。スイッチ１９がオンの場合は、有効とする。有効の場合はＳＴＥＰ１１０へ進み、無効の場合はＳＴＥＰ１１４へジャンプする。スイッチ１９をオフとしてフォーカス許容範囲によるフォーカスレンズ１の移動制限を無効とすることで、任意の被写体に対するフォーカス動作を行うことができる。

ＳＴＥＰ１１０では、ＣＰＵ１５は、ボリューム１１の操作量Ａを取得する。そして、ＳＴＥＰ１１１では、ボリューム１１の操作量Ａとこれをデフォーカス量に変換するための係数ｋ２とを用いて、操作量Ａに対応するデフォーカス範囲Ｄｍａｘ，Ｄｍｉｎを以下の式より算出する。

Ｄｍａｘ＝ｋ２×Ａ
Ｄｍｉｎ＝−ｋ２×Ａ
続いて、ＳＴＥＰ１１２において、ＣＰＵ１５は、ＳＴＥＰ１１１で求めたＤｍａｘ，Ｄｍｉｎを、現在の目標フォーカス位置Ｆｘに対するフォーカス位置差に変換する。現在の目標フォーカス位置Ｆｘとは、後述するＳＴＥＰ１１４で目標フォーカス位置Ｆｘが更新されるまでの目標フォーカス位置Ｆｘという意味である。フォーカス位置差への変換は、ＳＴＥＰ１０８で用いた関数ｆ２（Ｚ，Ｆ）を用いて、以下の式より行われる。

ΔＦｍａｘ＝Ｄｍａｘ×ｆ２（Ｚ，Ｆｘ）
ΔＦｍｉｎ＝Ｄｍｉｎ×ｆ２（Ｚ，Ｆｘ）
これらΔＦｍａｘ，ΔＦｍｉｎから、現在の目標フォーカス位置Ｆｘを基準としたフォーカス許容範囲は、（Ｆｘ＋ΔＦｍｉｎ）〜（Ｆｘ＋ΔＦｍａｘ）となる。

なお、本実施例では、フォーカス許容範囲を、現在の目標フォーカス位置Ｆｘに対して至近側と無限側で同じデフォーカス量を持つ範囲となるように設定した。しかし、以下の式を用いて、至近側と無限側で同じフォーカスレンズ１の位置差を持つ範囲となるように設定してもよい。

ΔＦｍａｘ＝ｋ２’×Ａ
ΔＦｍｉｎ＝−ｋ２’×Ａ
ｋ２’は、ボリューム１１の操作量Ａをフォーカスレンズ１の位置差に変換するための係数である。

位相差検出センサ６からの信号に基づいて算出された検出合焦位置は、現在のフォーカス位置Ｆにデフォーカス量Ｄに対応するフォーカス位置差ΔＦを加算することで得られる。すなわち、（Ｆ＋ΔＦ）となる。

そこで、ＳＴＥＰ１１３では、ＣＰＵ１５は、検出合焦位置（Ｆ＋ΔＦ）がフォーカス許容範囲（Ｆｘ＋ΔＦｍｉｎ）〜（Ｆｘ＋ΔＦｍａｘ）内にあるか否かを判別する。なお、フローチャート内には、検出合焦位置がフォーカス許容範囲内にあるか否かを、（Ｆｘ＋ΔＦｍｉｎ）＜（Ｆ＋ΔＦ）＜（Ｆｘ＋ΔＦｍａｘ）と記載しているが、本実施例及び後述する他の実施例における同様の判別において検出合焦位置がフォーカス許容範囲内にあるとは、検出合焦位置がフォーカス許容範囲の端に一致する場合も含む。
検出合焦位置（Ｆ＋ΔＦ）が上記範囲内に入っている場合はＳＴＥＰ１１４へ進み、メモリ１５ａに記憶された目標フォーカス位置Ｆｘを検出合焦位置（Ｆ＋ΔＦ）に更新する。一方、ＳＴＥＰ１１３で検出合焦位置（Ｆ＋ΔＦ）が上記範囲外と判断された場合、検出合焦位置（Ｆ＋ΔＦ）は無効とし、メモリ１５ａに記憶されている目標フォーカス位置Ｆｘを更新せずに（維持して）、ＳＴＥＰ１１５へ進む。

ＳＴＥＰ１１５では、設定された目標フォーカス位置Ｆｘにフォーカスレンズ１を駆動するために制御信号を生成し、ＳＴＥＰ１１６で、Ｄ／Ａ変換器１８に出力する。

そして、再びＳＴＥＰ１０４に戻り、同様の処理を繰り返す。ここで、２回目以降のルーチンにおけるＳＴＥＰ１１２では、前回のルーチンのＳＴＥＰ１１４で更新された又は維持された目標フォーカス位置Ｆｘが用いられてフォーカス許容範囲（Ｆｘ＋ΔＦｍｉｎ）〜（Ｆｘ＋ΔＦｍａｘ）が再設定（更新）される。このため、目標フォーカス位置Ｆｘの変化に応じて（追従して）フォーカス許容範囲が変更（移動）される。

図４Ａ及び図４Ｂは、ズームレンズ装置と被写体Ａ，Ｂの位置と動きを上から見た図である。被写体Ａは、操作者が合焦を意図する（合焦対象の）被写体であり、Ｘ１の位置からＸ２，Ｘ３の位置に移動している。被写体Ｂは合焦対象ではない物体である。

図４Ａには、フォーカス許容範囲を絶対範囲（絶対フォーカス許容範囲）とした場合を示す。絶対範囲とは、ズームレンズ装置３０からの距離によって特定される固定範囲である。図４Ｂには、本実施例のようにフォーカス許容範囲を現在の目標フォーカス位置からの相対範囲（相対フォーカス許容範囲）とした場合を示す。

図４Ａに示すように絶対フォーカス許容範囲が設定されている場合は、被写体Ａの移動範囲（ズームレンズ装置３０′に向かってくる方向での距離範囲）が大きい場合を想定して、フォーカス許容範囲を広げておく必要がある。その結果、合焦対象の被写体Ａを追っていてズームレンズ装置３０′をＸ１の方向からＸ２の方向に向けた場合に、合焦対象ではない被写体Ｂが被写体Ａの前に重なってしまう。そして、被写体Ｂがフォーカス許容範囲内に入っている場合には、被写体Ｂに対してフォーカス動作が行われる可能性がある。

これに対し、図４Ｂに示すように、相対フォーカス許容範囲が設定された場合は、常に（図２Ａのフローチャートのルーチン周期ごとに）フォーカス許容範囲が再設定（更新）される。このため、被写体Ａの移動範囲にかかわらず、フォーカス許容範囲を狭く（絶対フォーカス許容範囲より狭く）設定することができる。したがって、合焦対象の被写体Ａの前に合焦対象ではない被写体Ｂが重なっても、被写体Ｂに対してフォーカス動作が行われることはない。つまり、操作者が合焦を意図しない被写体Ｂに対してフォーカス動作が行われる可能性を低くすることができる。

なお、図２Ａでは、フォーカス許容範囲が目標フォーカス位置Ｆｘに基づいて再設定される場合について説明した。しかし、目標フォーカス位置Ｆｘへの移動後のフォーカス位置検出器１３によるフォーカスレンズ１の検出位置に基づいてフォーカス許容範囲を再設定してもよい。言い換えれば、前回のルーチンでのフォーカス動作後における今回のルーチンのＳＴＥＰ１０６で検出されたフォーカス位置Ｆに基づいてフォーカス許容範囲を再設定してもよい。図２Ｂには、この場合のフローチャートを示している。

図２Ｂにおいて、ＳＴＥＰ１０１〜ＳＴＥＰ１１１までは図２Ａ中のＳＴＥＰ１０１〜ＳＴＥＰ１１１と同じである。ＳＴＥＰ１１２′では以下の式によりフォーカス位置差が算出される。

ΔＦｍａｘ＝Ｄｍａｘ×ｆ２（Ｚ，Ｆ）
ΔＦｍｉｎ＝Ｄｍｉｎ×ｆ２（Ｚ，Ｆ）
これらΔＦｍａｘ，ΔＦｍｉｎから、ＳＴＥＰ１０６で検出されたフォーカス位置Ｆを基準としたフォーカス許容範囲（Ｆ＋ΔＦｍｉｎ）〜（Ｆ＋ΔＦｍａｘ）が設定される。

そして、ＳＴＥＰ１１３′では、フォーカスレンズ１の検出合焦位置（Ｆ＋ΔＦ）がフォーカス許容範囲（Ｆ＋ΔＦｍｉｎ）〜（Ｆ＋ΔＦｍａｘ）内か否かが判別される。フォーカス許容範囲内であればＳＴＥＰ１１４に、そうでなければＳＴＥＰ１１５にそれぞれ進む。ＳＴＥＰ１１４〜ＳＴＥＰ１１６は、図２Ａ中のそれらと同じである。

なお、このように目標フォーカス位置Ｆｘへの移動後のフォーカス位置検出器１３によるフォーカスレンズ１の検出位置に基づいてフォーカス許容範囲を再設定してよいことは、後述する他の実施例でも同じである。

図５を用いて、本発明の実施例２であるズームレンズ装置におけるフォーカス制御処理について説明する。本実施例のズームレンズ装置の構成は、実施例１（図１）と同じである。

ズームレンズ装置３０の電源が投入されると、ＣＰＵ１５は、ＳＴＥＰ２０１に進み、ＣＰＵ１５の内部のレジスタやメモリ１５ａ等を初期化する。

ＳＴＥＰ２０２では、ＣＰＵ１５は、フォーカス位置検出器１３により検出された現在のフォーカス位置Ｆを取得する。さらに、ＳＴＥＰ２０３では、メモリ１５ａに記憶されているフォーカスレンズ１を移動させる目標位置である目標フォーカス位置Ｆｘを現在のフォーカス位置Ｆに初期化する。

次にＳＴＥＰ２０４では、ＣＰＵ１５は、メモリ１５ａに記憶されているフォーカス速度１（Ｖｆ１）を０に初期化し、ＳＴＥＰ２０５にてフォーカス速度検出用のフォーカス位置バッファＦｂｕｆを現在のフォーカス位置Ｆに設定する。

続いてＳＴＥＰ２０６では、タイマー０のリセット（再スタート）を行う。このタイマー０は、フォーカス速度を検出するためのサンプリング時間をカウントするためのものである。

以上の初期化処理が終了すると、ＳＴＥＰ２０７に進み、ＣＰＵ１５は、実施例１のＳＴＥＰ１０４〜ＳＴＥＰ１０８と同様にＳＴＥＰ２０７〜ＳＴＥＰ２１１の処理によって、デフォーカス量Ｄに相当するフォーカス位置差ΔＦを生成する。

次に、ＳＴＥＰ２１２では、ＣＰＵ１５は、タイマー０が予め設定された閾値としてのサンプリング時間が経過したか否かを判断する。経過していればＳＴＥＰ２１３に進み、経過していなければＳＴＥＰ２１７にジャンプする。

ＳＴＥＰ２１３では、ＣＰＵ１５は、前回のルーチンのＳＴＥＰ２０９で取得したフォーカス位置Ｆと現在のフォーカス位置Ｆとの機構的なフォーカス位置差を計算し、これをフォーカス速度０（Ｖｆ０）とする。ＳＴＥＰ２１４では、このフォーカス速度０に対応した結像面の移動速度をフォーカス速度１（Ｖｆ１）として以下の式を用いて求める。

Ｖｆ１＝Ｖｆ０×ｆ３（Ｚ，Ｆ）
ここで、ｆ３（Ｚ，Ｆ）は、ズーム位置Ｚ及びフォーカス位置Ｆによって決まる係数であり、テーブルデータとしてＣＰＵ１５内に格納されている。このように、フォーカス位置検出器１３とＣＰＵ１５とにより、被写体速度検出手段が構成される。

続いてＳＴＥＰ２１４及びＳＴＥＰ２１５では、次のフォーカス速度算出のためにフォーカス位置バッファＦｂｕｆの更新とタイマー０のリセット（再スタート）を行う。

次に、ＳＴＥＰ２１７では、ＣＰＵ１５は、スイッチ１９からの信号に基づいてフォーカス許容範囲によるフォーカスレンズ１の移動制限を有効とするか無効とするかを判断する。有効の場合はＳＴＥＰ２１８へ進み、無効の場合はＳＴＥＰ２２２へジャンプする。

ＳＴＥＰ２１８では、ＣＰＵ１５は、ボリューム１１の操作量Ａを取得する。そして、ＳＴＥＰ２１９では、ボリューム１１の操作量Ａとこれをデフォーカス量に変換するための係数ｋ２とフォーカス速度１（Ｖｆ１）とを用いて、操作量Ａに対応するデフォーカス範囲Ｄｍａｘ，Ｄｍｉｎを以下の式より算出する。

Ｄｍａｘ＝ｋ２×Ａ＋ｋ３×Ｖｆ１
Ｄｍｉｎ＝−ｋ２×Ａ＋ｋ３×Ｖｆ１
ここで、（ｋ３×Ｖｆ１）はデフォーカス範囲（つまりはフォーカス許容範囲）の速度補正分であり、ｋ３はフォーカス速度Ｖｆ１から速度補正量を生成するための正の係数（固定値）である。

ＳＴＥＰ２２１〜ＳＴＥＰ２２４では、実施例１のＳＴＥＰ１１３〜ＳＴＥＰ１１６と同様の処理を行い、再びＳＴＥＰ２０７に戻って処理を繰り返す。ここで、２回目以降のルーチンにおけるＳＴＥＰ２２１では、前回のルーチンのＳＴＥＰ２２２で更新された又は維持された目標フォーカス位置Ｆｘが用いられてフォーカス許容範囲（Ｆｘ＋ΔＦｍｉｎ）〜（Ｆｘ＋ΔＦｍａｘ）が再設定（更新）される。このため、目標フォーカス位置Ｆｘの変化に応じて（追従して）フォーカス許容範囲が変更（移動）される。特に、本実施例では、被写体の移動速度に応じて、該被写体の位置に対するフォーカス許容範囲の位置が変更される。

図６Ａ〜図６Ｃは、本実施例のズームレンズ装置３０と操作者が合焦を意図する（合焦対象の）被写体の移動を上から見た図である。

図６Ａは、静止している被写体を含むようにフォーカス許容範囲が設定されている状態を示す。図６Ｂに示すように、撮影光学系の光軸方向において、被写体がズームレンズ装置３０に近づいてくる場合は、該被写体に対するフォーカス許容範囲の位置は図中に点線で示す位置から実線で示す位置に、上記速度補正量だけ至近側に変更される。また、図６Ｃに示すように、被写体がズームレンズ装置３０から遠ざかっていく場合は、該被写体に対するフォーカス許容範囲の位置は図中に点線で示す位置から実線で示す位置に、上記速度補正量だけ無限側に変更される。このように高速で移動する被写体に対してもフォーカス許容範囲が追従して変更（移動）されるので、被写体がフォーカス許容範囲から外れる可能性が低くなる。つまり、移動する被写体に対してもフォーカス許容範囲の幅を狭く設定することが可能となる。したがって、移動する被写体への合焦状態を維持しつつ、他の合焦対象でない被写体に対してフォーカス動作が行われる場合を少なくすることができる。

図７には、本発明の実施例３であるズームレンズ装置１３０の構成を示している。図７において、図１に示した構成要素と同じものには図１と同じ符号を付している。

８は手振れ等による像振れを補正するための防振処理に用いられる振動検出センサであり、ズームレンズ装置１３０の振れの角速度を示すアナログ信号を出力する。本実施例では、この振動検出センサ（向き検出手段）８を利用して、ズームレンズ装置１３０のパン（水平回転）方向とチルト（垂直回転）方向への向きの変化を検出する。ここで、振動検出センサ８からの角速度信号はＡ／Ｄ変換器１４でデジタル信号に変換されてＣＰＵ１５に入力される。

図８には、本実施例のズームレンズ装置１３０のＣＰＵ１５において行われるフォーカス制御処理のフローチャートを示している。

ズームレンズ装置１３０の電源が投入されると、ＣＰＵ１５は、ＳＴＥＰ３０１に進み、ＣＰＵ１５の内部のレジスタやメモリ１５ａ等を初期化する。

ＳＴＥＰ３０２では、ＣＰＵ１５は、フォーカス位置検出器１３により検出された現在のフォーカス位置Ｆを取得する。さらに、ＳＴＥＰ３０３では、メモリ１５ａに記憶されているフォーカスレンズ１を移動させる目標位置である目標フォーカス位置Ｆｘを現在のフォーカス位置Ｆに初期化する。

次にＳＴＥＰ３０４〜ＳＴＥＰ３０９では、実施例１のＳＴＥＰ１０４〜ＳＴＥＰ１０９と同様の処理を行う。

ＳＴＥＰ３０９で、スイッチ１９からの信号に基づいてフォーカス許容範囲によるフォーカスレンズ１の移動制限が無効と判断した場合は、ＳＴＥＰ３１６にジャンプする。一方、有効と判断した場合は、ＳＴＥＰ３１０に進み、振動検出センサ８で検出したパン方向の角速度ωｐとチルト方向の角速度ωｔを取得する。

続いてＳＴＥＰ３１１で、これらの角速度から以下の式を用いてレンズ角速度ωを算出する。

次に、ＳＴＥＰ３１２では、ＣＰＵ１５は、ボリューム１１の操作量Ａを取得する。そして、ＳＴＥＰ３１３では、該操作量ＡとＳＴＥＰ３１１で算出したレンズ角速度ωとを用いて、操作量Ａに対応するデフォーカス範囲Ｄｍａｘ，Ｄｍｉｎを以下の式より算出する。

Ｄｍａｘ＝ｋ２×Ａ×ｆ４（ω）
Ｄｍｉｎ＝−ｋ２×Ａ×ｆ４（ω）
ここで、ｆ４（ω）は、レンズ角速度ωからデフォーカス範囲（つまりはフォーカス許容範囲）の幅を決めるための関数であり、その一例を図９に示す。

図９は、レンズ角速度ωが十分に大きい場合、すなわちズームレンズ装置１３０がパンニング又はチルティング操作（以下、これらをまとめてパンニング操作という）が行われている場合は、デフォーカス範囲の幅を１倍とする。一方、レンズ角速度ωが０に近い場合、すなわちパンニング操作が行われておらず、手振れ等によるレンズ振れが生じているだけである場合は、デフォーカス範囲の幅をｎ倍とする。つまり、パンニング操作が行われた場合には、これが行われていない場合に比べて、デフォーカス範囲の幅、つまりはフォーカス許容範囲の幅を狭くする。

ＳＴＥＰ３１４〜ＳＴＥＰ３１８では、実施例１のＳＴＥＰ１１２〜ＳＴＥＰ１１６と同様の処理を行い、再びＳＴＥＰ３０４に戻る。ここで、２回目以降のルーチンにおけるＳＴＥＰ３１５では、前回のルーチンのＳＴＥＰ３１６で更新された又は維持された目標フォーカス位置Ｆｘが用いられてフォーカス許容範囲（Ｆｘ＋ΔＦｍｉｎ）〜（Ｆｘ＋ΔＦｍａｘ）が再設定（更新）される。このため、目標フォーカス位置Ｆｘの変化に応じて（追従して）フォーカス許容範囲が変更（移動）される。特に、本実施例では、ズームレンズ装置１３０のパンニング操作（向きの変化）に応じてフォーカス許容範囲の幅が変更される。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、本実施例のズームレンズ装置１３０と操作者が合焦を意図する（合焦対象の）被写体Ａ及び合焦対象ではない被写体Ｂを上から見た図である。

一般的に、図１０Ａに示すようにパンニング操作を行っている最中は、合焦対象の移動被写体Ａを追っている場合が多く、被写体を変更することは少ないが、合焦対象ではない被写体Ｂが撮影範囲に入ってくる場合が多い。このため、パンニング操作を行っているときには、フォーカス許容範囲を狭く設定することが望ましい。

本実施例では、パンニング操作時にはフォーカス許容範囲の幅を１倍に狭く設定することで、フォーカス許容範囲を合焦対象の被写体Ａの近辺に設定することができる。したがって、撮影範囲内に入った合焦対象ではない被写体Ｂに対してフォーカス動作が行われることが起こりにくくなる。

一方、図１０Ｂに示すように、パンニング操作が行われない場合には、フォーカス許容範囲の幅がｎ倍に広がるため、操作者の意図によって、広いフォーカス許容範囲内の任意の被写体を合焦対象とすることが可能となる。

本実施例では、パンニング操作を検出するために、ズームレンズ装置１３０に搭載された振動検出センサを用いたが、カメラ４０側での画像処理や不図示の三脚に搭載されたエンコーダを用いてパンニング操作を検出してもよい。

図１１には、本発明の実施例４であるズームレンズ装置２３０の構成を示している。図１１において、図１及び図７に示した構成要素と同じものにはこれらの図と同じ符号を付している。

２０，２１は絶対範囲としてのフォーカス許容範囲（の幅）を決定するためのボリュームであり、これらボリューム２０，２１からの信号はＡ／Ｄ変換器１４を通してＣＰＵ１５に入力される。

次に、図１２のフローチャートを用いて、ＣＰＵ１５で行うフォーカス制御処理について説明する。

ズームレンズ装置２３０の電源が投入されると、ＣＰＵ１５は、ＳＴＥＰ４０１に進み、ＣＰＵ１５の内部のレジスタやメモリ１５ａ等を初期化する。

ＳＴＥＰ４０２では、ＣＰＵ１５は、フォーカス位置検出器１３により検出された現在のフォーカス位置Ｆを取得する。さらに、ＳＴＥＰ４０３では、メモリ１５ａに記憶されているフォーカスレンズ１を移動させる目標位置である目標フォーカス位置Ｆｘを現在のフォーカス位置Ｆに初期化する。

次に、ＳＴＥＰ４０４では、ＣＰＵ１５は、タイマー１のリセット（再スタート）を行う。タイマー１は、パンニング操作が停止してからの時間をカウントするために用いられる。

次に、ＳＴＥＰ４０５では、ＣＰＵ１５は、パンニング操作が行われたたか否かを示すパンニングフラグをＯＦＦに初期化する。

ＳＴＥＰ４０６〜ＳＴＥＰ４１１では、実施例１のＳＴＥＰ１０４〜ＳＴＥＰ１０９と同様の処理を行う。

ＳＴＥＰ４１１で、スイッチ１９からの信号に基づいてフォーカス許容範囲によるフォーカスレンズ１の移動制限が無効と判断した場合は、ＳＴＥＰ４２７にジャンプする。一方、有効と判断した場合は、ＳＴＥＰ４１２に進み、振動検出センサ８で検出したパン方向の角速度ωｐとチルト方向の角速度ωｔを取得する。

続いてＳＴＥＰ４１３で、これらの角速度から、実施例３中に示した式を用いてレンズ角速度ωを算出する。

次にＳＴＥＰ４１４では、ＣＰＵ１５は、レンズ角速度ωが閾値以下であるか否かを判断する。ここでの閾値は、パンニング操作がなされているかどうかを判断するためのものであり、固定値としてＣＰＵ１５に格納されている。レンズ角速度ωが閾値より大きい、すなわちズームレンズ装置２３０のパンニング操作がなされている場合は、ＳＴＥＰ４１９に進み、パンニングフラグをＯＮとしてＳＴＥＰ４２０にジャンプする。一方、レンズ角速度ωが閾値以下、すなわちパンニング操作がなされていないと判断した場合は、ＳＴＥＰ４１５に進む。

ＳＴＥＰ４１５では、ＣＰＵ１５は、パンニングフラグがＯＦＦであるか否かを判断する。ＯＮである場合は、ＳＴＥＰ４１７及びＳＴＥＰ４１８に進み、パンニングフラグをＯＦＦにし、タイマー１をリセット（再スタート）する。そしてＳＴＥＰ４２０にジャンプする。一方、パンニングフラグがＯＦＦである場合は、ＳＴＥＰ４１６でタイマー１が閾値以上であるか否か判断する。タイマー１が閾値以上であればＳＴＥＰ４２０へ進み、閾値より小さければＳＴＥＰ４２４に進む。

上記ＳＴＥＰ４１４〜ＳＴＥＰ４１９の処理は、パンニング操作の停止直後か否かを判断するための処理であり、ＳＴＥＰ４１６で用いる閾値は、パンニング操作の停止直後か否かを判断する基準となる時間に対応している。本実施例では、該閾値として１秒程度の固定値とする。ただし、ボリューム等の操作部材を通じて操作者が任意に設定できるようにしてもよい。

ＳＴＥＰ４１６でタイマー１が閾値以上である場合、すなわちパンニング操作停止直後ではない場合は、ＳＴＥＰ４２０〜ＳＴＥＰ４２２に進む。ＳＴＥＰ４２０〜ＳＴＥＰ４２２では、実施例１のＳＴＥＰ１１０〜ＳＴＥＰ１１２と同様に、まず、ボリューム１１の操作量Ａ１を取得する。そして、該操作量Ａ１に基づいてフォーカス許容範囲を現在の目標フォーカス位置Ｆｘを基準とした相対フォーカス許容範囲（Ｆｘ＋ΔＦｍｉｎ）〜（Ｆｘ＋ΔＦｍａｘ）に設定する。そして、ＳＴＥＰ４２３で、検出合焦位置（Ｆ＋ΔＦ）が相対フォーカス許容範囲内か否かを判別し、その結果に応じて目標フォーカス位置Ｆｘを更新するか否かを決定する。

検出合焦位置が相対フォーカス許容範囲内であれば、ＳＴＥＰ４２７で目標フォーカス位置Ｆｘを（Ｆ＋ΔＦ）とする。相対フォーカス許容範囲外であればＳＴＥＰ４２８にジャンプして目標フォーカス位置Ｆｘの更新は行わない。

ＳＴＥＰ４２８では、目標フォーカス位置Ｆｘにフォーカスレンズ１を駆動するための制御信号を生成し、ＳＴＥＰ４２９でＤ／Ａ変換器に出力する。そして、再びＳＴＥＰ４０６に戻る。

ここで、２回目以降のルーチンにおけるＳＴＥＰ４２３では、前回のルーチンのＳＴＥＰ４２７で更新された又は維持された目標フォーカス位置Ｆｘが用いられてフォーカス許容範囲（Ｆｘ＋ΔＦｍｉｎ）〜（Ｆｘ＋ΔＦｍａｘ）が再設定（更新）される。このため、目標フォーカス位置Ｆｘの変化に応じて（追従して）フォーカス許容範囲が変更（移動）される。特に、本実施例では、ズームレンズ装置２３０のパンニング操作（向きの変化）に応じてフォーカス許容範囲が相対フォーカス許容範囲と絶対フォーカス許容範囲との間で変更される。

一方、ＳＴＥＰ４１６でタイマー１が閾値より小さくパンニング操作停止直後である場合は、ＳＴＥＰ４２４に進み、ボリューム２０とボリューム２１の操作量Ａ２，Ａ３を取得する。そして、ＳＴＥＰ４２５で、目標フォーカス位置Ｆｘに依存しない絶対フォーカス位置であるＦｍａｘ，Ｆｍｉｎを以下の式より算出する。

Ｆｍａｘ＝ｋ４×Ａ２
Ｆｍｉｎ＝ｋ４×Ａ３
ここで、ｋ４は操作量Ａ２，Ａ３をフォーカス位置に変換するための係数であり、ＣＰＵ１５内に格納されている。

ＳＴＥＰ４２６では、検出合焦位置（Ｆ＋ΔＦ）が、上記絶対フォーカス位置を両端とする範囲（絶対フォーカス許容範囲）Ｆｍｉｎ〜Ｆｍａｘ内にあるか否かを判断する。絶対フォーカス許容範囲内であればＳＴＥＰ４２７に進み、目標フォーカス位置Ｆｘを（Ｆ＋ΔＦ）とする。絶対フォーカス許容範囲外であればＳＴＥＰ４２８に進み、目標フォーカス位置Ｆｘの更新は行わない。

ＳＴＥＰ４２８では、目標フォーカス位置Ｆｘにフォーカスレンズ１を駆動するための制御信号を生成し、ＳＴＥＰ４２９でＤ／Ａ変換器に出力する。そして、再びＳＴＥＰ４０６に戻る。このようにして、パンニング操作停止直後では、操作者が任意に設定した絶対フォーカス許容範囲（通常は相対フォーカス許容範囲より広く設定される）内の被写体に対するフォーカス動作が可能となる。

そして、本実施例では、パンニング操作によるズームレンズ装置２３０の向きの変化が停止した直後においてはフォーカス許容範囲を絶対フォーカス許容範囲とする。また、ズームレンズ装置２３０の向きの変化が継続中であるパンニング操作中には、フォーカス許容範囲を相対フォーカス許容範囲とする。

図１３Ａから図１３Ｃには、パンニング操作していない状態、パンニング操作中及びパンニング操作停止直後におけるフォーカス許容範囲を示している。前述したように、本実施例では、パンニング操作中とパンニング操作停止直後とでフォーカス許容範囲を相対フォーカス許容範囲と絶対フォーカス許容範囲とに自動的に切り換える。

ズームレンズ装置２３０がパンニング操作されていない場合は、図１３Ａに示すように相対フォーカス許容範囲が設定される。このため、現在合焦している被写体Ａの前を合焦対象ではない被写体Ｂが通り過ぎても、該被写体Ｂに対するフォーカス動作は行われない。

また、ズームレンズ装置２３０がパンニング操作中である場合も、図１３Ｂに示すように相対フォーカス許容範囲が設定される。このため、現在合焦している移動被写体Ａを追って撮影しているときに撮影範囲内に合焦対象ではない被写体Ｂが入っても、該被写体Ｂに対するフォーカス動作は行われない。

一方、パンニング操作が停止された直後では、図１３Ｃに示すように、絶対フォーカス許容範囲が設定される。この場合、現在のフォーカス位置にかかわらずより広範囲の被写体に対してフォーカス動作を行うことが可能となる。一般に、操作者が意図して合焦対象の被写体を変える（例えば、被写体Ａから被写体Ｂに変える）場合は、パンニング操作を行ってそれを停止させるという特定のパターンの動作（ズームレンズ装置２３０の特定の向きの変更）が行われる。したがって、パンニング操作の停止に応じてフォーカス許容範囲を相対フォーカス許容範囲からより広い絶対フォーカス許容範囲とすることで、合焦対象とする被写体の変更をスムーズに行うことができる。

なお、図１１に点線で示すように、フォーカス許容範囲を相対フォーカス許容範囲とするか絶対フォーカス許容範囲とするかを選択するためのスイッチ（第３の操作部材）２５を設けてもよい。

この場合、図１２のフローチャートにおけるＳＴＥＰ４１１とＳＴＥＰ４１２の間に、該スイッチ２５の状態に基づいて、フォーカス許容範囲を相対フォーカス許容範囲とするか絶対フォーカス許容範囲とするかを判断するステップを設ける。そして、相対フォーカス許容範囲が選択されている場合は、ＳＴＥＰ４１２に進み、絶対フォーカス許容範囲が選択されている場合は、ＳＴＥＰ４２４に進む。

これにより、相対フォーカス許容範囲と絶対フォーカス許容範囲のうち操作者が任意に選択したフォーカス許容範囲によるフォーカスレンズ１の移動制限を行うことができる。

以上説明したように、上記各実施例によれば、フォーカス許容範囲を狭く設定することで、フォーカス動作前に被写体が合焦対象であるか否かを判断することができる。このため、合焦対象ではない被写体（物体）に対してフォーカス動作が行われてしまう場合を少なくすることができる。また、撮影状況に応じてフォーカス許容範囲を適正に制御することで、被写体が近距離に複数存在するといった難しい撮影状況においても、合焦対象ではない被写体に対してフォーカス動作が行われてしまう場合を減らすことができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明の実施形態はこれらの実施例に限定されず、種々の変形及び変更が可能である。

また、上記各実施例では、カメラに装着されるズームレンズ装置について説明したが、本発明は、レンズ一体型の撮像装置（光学機器）にも適用することができる。

本発明の実施例１及び実施例２のズームレンズ装置の構成を示すブロック図。 実施例１におけるフォーカス制御処理を示すフローチャート。 実施例１におけるフォーカス制御処理の変形例を示すフローチャート。 位相差量の説明図。 絶対フォーカス許容範囲が設定されている場合のフォーカス動作を示す図。 実施例１において相対フォーカス許容範囲が設定されている場合のフォーカス動作を示す図。 実施例２におけるフォーカス制御処理を示すフローチャート。 実施例２において被写体が静止している場合のフォーカス許容範囲を示す図。 実施例２において被写体が近づいてくる場合のフォーカス許容範囲を示す図。 実施例２において被写体が遠ざかっていく場合のフォーカス許容範囲を示す図。 本発明の実施例３であるズームレンズ装置の構成を示すブロック図。 実施例３におけるフォーカス制御処理を示すフローチャート。 実施例３におけるレンズ角速度ωと関数ｆ４（ω）の関係を例示した図。 実施例３におけるパンニング操作中のフォーカス許容範囲を示す図。 実施例３におけるパンニング操作されていないときのフォーカス許容範囲を示す図。 本発明の実施例４であるズームレンズ装置の構成を示すブロック図。 実施例４におけるフォーカス制御処理を示すフローチャート。 実施例４においてパンニング操作が行われていない場合のフォーカス許容範囲を示す図。 実施例４においてパンニング操作中のフォーカス許容範囲を示す図。 実施例４においてパンニング操作停止直後のフォーカス許容範囲を示す図。

符号の説明

１ フォーカスレンズ
２ ズームレンズ
３ 分光プリズム
４ リレーレンズ
５ 位相差検出レンズ
６ 位相差検出センサ
７ 撮像素子
８ 振動検出センサ
１１ ボリューム
１２ ズーム位置検出器
１３ フォーカス位置検出器
１４ Ａ／Ｄ変換器
１５ ＣＰＵ
１６ モータ
１７ フォーカス駆動回路
１８ Ｄ／Ａ変換器
１９ スイッチ
２０ ボリューム
２１ ボリューム
３０ ズームレンズ装置
４０ カメラ

Claims (10)

1. 被写体に合焦するフォーカスレンズの位置を求める演算手段と、
   前記フォーカスレンズの移動許容範囲を設定する設定手段と、
   前記演算手段により求められた前記フォーカスレンズの位置が前記移動許容範囲内である場合に該位置を目標位置として前記フォーカスレンズを移動させる制御手段とを有し、
   前記設定手段は、前記目標位置の変化に追従して前記移動許容範囲を移動させることを特徴とする光学機器。
2. 被写体に合焦するフォーカスレンズの位置を求める演算手段と、
   前記フォーカスレンズの移動許容範囲を設定する設定手段と、
   前記演算手段により求められた前記フォーカスレンズの位置が前記移動許容範囲内である場合に該位置を目標位置として前記フォーカスレンズを移動させる制御手段と、
   前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段とを有し、
   前記設定手段は、前記位置検出手段により検出された前記フォーカスレンズの位置の変化に追従して前記移動許容範囲を移動させることを特徴とする光学機器。
3. 位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段を有し、
   前記演算手段は、前記焦点検出手段による検出結果に基づいて前記被写体に合焦するフォーカスレンズの位置を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
4. 使用者により操作される第１の操作部材を有し、
   前記制御手段は、前記第１の操作部材の状態に応じて前記フォーカスレンズの移動を前記移動許容範囲内に制限するか否かを切り換えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光学機器。
5. 使用者により操作される第２の操作部材を有し、
   前記設定手段は、前記第２の操作部材の操作に応じて、前記移動許容範囲の幅を変更することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の光学機器。
6. 前記設定手段は、該光学機器の光軸方向における被写体の移動速度を検出し、該移動速度に応じて、前記被写体の位置に対する前記移動許容範囲の位置を変更することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光学機器。
7. 前記設定手段は、該光学機器の向きの変化を検出し、該向きの変化に応じて前記移動許容範囲の幅を変更することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の光学機器。
8. 前記制御手段は、前記向きの変化が継続中か停止したかを判別し、該判別結果に応じて、前記移動許容範囲として、前記設定手段により設定される範囲を使用するか該光学機器からの距離により特定される固定範囲を使用するかを切り換えることを特徴とする請求項７に記載の光学機器。
9. 使用者により操作される第３の操作部材を有し、
   前記制御手段は、前記第３の操作部材の状態に応じて、前記移動許容範囲として前記設定手段により設定される範囲を使用するか、該光学機器からの距離により特定される固定範囲を使用するかを切り換えることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の光学機器。
10. 請求項１から９のいずれか１つに記載の光学機器と、
    該光学機器が装着される撮像装置とを有することを特徴とする撮像システム。