JP5311952B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は撮像装置に係り、特に、フォーカスレンズに掛かる重力から姿勢を判断して駆動開始位置を変更する撮像装置に関する。

コンパクトタイプスチルカメラ等の撮像装置のレンズ鏡筒として、ズーム駆動やフォーカス駆動を行う撮像状態と、ズームレンズ、フォーカスレンズ、及び撮像素子の間隔を狭めた格納状態とを状況に応じて切り換え可能な全長可変の沈胴型のレンズ鏡筒がある。

また近年では、撮像装置の高機能化に伴い、高速、静音、及び高停止精度を実現するレンズ駆動方式が要求されている。

このため、フォーカスレンズの駆動方式として、従来のＤＣモータやステッピングモータの他に、マグネットやヨークからなる磁気回路中にコイルを配置した、いわゆるボイスコイルモータにおける駆動方式が提案されている（特許文献１〜３参照。）。

また、フォーカスレンズ位置制御方式として、フォーカスレンズドライバ部に対して目標位置を指令して駆動したとき、フォーカスレンズの実位置を取得することにより、目標位置と実位置との偏差をゼロにするフィードバックを行う制御方式がある。

一般に、フィードバック制御では、ＰＩＤ制御と呼ばれる制御方法が用いられている。Ｄ制御（微分制御）は、Ｐ制御（比例制御）の過補償によるゲイン余裕、及び位相余裕の低下を改善し、フィードバック制御の安定性を向上させるために用いられる。また、Ｉ制御（積分制御）は、フィードバック制御のオフセット特性を改善するために用いられる。これらのＰ制御、Ｉ制御、及びＤ制御を、必要に応じて選択して組み合わせることにより実行されるフィードバック制御をＰＩＤ制御という。

このようなフィードバック制御方式により、フォーカスレンズを所定の目標位置へ駆動することができる。

一方、フォーカスレンズの目標位置を走査する方式として、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」という。）が最大となるフォーカスレンズ位置を合焦位置とするコントラスト方式がある。さらに、このコントラスト方式には、フォーカスレンズの走査範囲の全域に渡って合焦評価値を記憶していき、その最大値に相当するフォーカスレンズ位置を合焦位置とする全域スキャン方式等がある。

全域スキャン方式のような方式を用いた場合、フォーカスレンズを無限から至近に至るまでの駆動範囲の全域を走査して合焦評価値の最大値を検出する。このため、合焦するまでの時間が長くなるという問題があった。

一方、上記問題に対して、撮像装置に装着されたセンサによる姿勢情報から、フォーカスレンズが走査を開始する前に、撮像装置の姿勢に応じて駆動開始位置を変更する方式が提案されている（特許文献４参照。）。
特開平７−２３９４３７号公報 特開２００６−６５１１５号公報 特許第３７６７５３２号公報 特開２００５−２６６４６５号公報

特許文献４に開示されているように、撮像装置の姿勢に応じて駆動開始位置を変更する方式を採用すれば、合焦するまでの時間を短くすることができる。

しかしながら、小型化が望まれるコンパクトタイプのデジタルカメラにおいては、撮像装置の姿勢を検知するセンサを別に搭載することは望ましくない。

そこで、本発明では、フォーカスレンズの制御方式としてフィードバック制御方式を適用し、フォーカスレンズに掛かる重力の影響の度合いから、撮像装置の姿勢を検知する。その結果、フォーカスレンズに掛かる重力から姿勢を検知して、その姿勢に応じて現在の被写体の距離を予測する。そして、予測した被写体距離に合わせてフォーカスレンズの駆動開始位置を変更することにより、合焦するまでの時間を短縮可能な小型の撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、前記フォーカスレンズの目標位置を決定する目標位置決定手段と、前記フォーカスレンズの実位置を検出する位置検出手段と、前記目標位置決定手段によって決定された前記目標位置と前記位置検出手段によって検出された前記実位置との差が小さくなるように制御するフィードバック制御手段と、前記フィードバック制御手段から得られる情報に基づいて前記フォーカスレンズの姿勢を検出する姿勢検出手段と、前記姿勢検出手段からの出力に応じて前記フォーカスレンズの駆動開始位置を変更する駆動開始位置制御手段と、前記フォーカスレンズを駆動してピント調整を行うための第１スイッチ、および、撮像素子に露光された光像から得られた画像データを記憶するための第２スイッチを備えた操作手段とを有し、前記第１のスイッチが押されると、前記駆動開始位置制御手段により変更された前記駆動開始位置から前記ピント調整を行うために前記フォーカスレンズが走査され、前記姿勢検出手段は、前記第２のスイッチが押された後、前記第１のスイッチが押される前に設定された前記フォーカスレンズの姿勢が変化したか否かを検出し、前記フォーカスレンズの姿勢が変化した場合、前記フォーカスレンズの姿勢が変化している間に、前記フォーカスレンズは変更後の前記駆動開始位置へ移動し、前記フォーカスレンズの姿勢が変化している間に前記駆動開始位置への移動が完了しない場合、前記フォーカスレンズは再度前記第１のスイッチが押された後に前記駆動開始位置への残りの移動を行う。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、合焦までの時間を短くした小型の撮像装置を提供することができる。

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。

まず、本実施例におけるレンズ鏡筒について説明する。図１は、本実施例の一例であるレンズ鏡筒の分解斜視図である。

図１に示されるレンズ鏡筒は、２段沈胴型の３つのレンズ群構成を有している。被写体側（図１中の左側）から順に、第１レンズ群１０１（ズームレンズ）、第２レンズ群１０２（シフトレンズ）、及び、第３レンズ群１０３（フォーカスレンズ）が配置されている。

第１レンズ群１０１は、第１鏡筒１０５により保持される。第２レンズ群１０２は、第２鏡筒１０６に保持される。また、第３レンズ群１０３は、第３鏡筒１０７により保持される。

３つのレンズ群（第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０２、第３レンズ群１０３）を透過した被写体像は、ローパスフィルタ１１０を介して撮像素子１０４で光電変換される。撮像素子１０４は、撮像素子地板１０９により保持される。また、撮像素子地板１０９には、カバー鏡筒１１１が固定される。

カバー鏡筒１１１及び撮像素子地板１０９には、駆動筒１１２が回動可能に保持されている。

駆動筒１１２は、円筒形状を有し、その外周部にはギア１１２ａが設けられている。ギア１１２ａには駆動ギア１１３が噛み合い、駆動筒１１２は、ズームモータ１１４の回転により回転駆動される。

また、駆動筒１１２の内周壁には、光軸方向に延びる直進溝１１２ｂが周方向に等間隔で３箇所形成されている。駆動筒１１２の内側には、カバー鏡筒１１１及び撮像素子地板１０９に固定された固定筒１１５が配置されている。

固定筒１１５には、貫通溝形状の繰り出しカム１１５ａが周方向に等間隔で３箇所形成されている。また、固定筒１１５の内周壁には、繰り出しテーパカム１１５ｂが周方向に等間隔で３箇所形成されている。更に、固定筒１１５の内周側には、光軸方向に延びる直進溝１１５ｃが周方向に等間隔で３箇所形成されている。

固定筒１１５の内側には、移動カム筒１１６が配置されている。移動カム筒１１６は、円筒形状を有し、その外周部にはカムフォロワとなるフォロワピン１１６ａと駆動ピン１１６ｂが設けられている。駆動ピン１１６ｂは、フォロワピン１１６ａよりも撮像素子１０４の側に位置している。フォロワピン１１６ａの先端には、テーパ部が形成されており、このテーパ部は、固定筒１１５の繰り出しテーパカム１１５ｂに係合している。また、駆動ピン１１６ｂは、固定筒１１５の繰り出しカム１１５ａに係合するとともに、繰り出しカム１１５ａを貫通して直進溝１１２ｂにも係合している。

このように、駆動ピン１１６ｂは直進溝１１２ｂに係合している。このため、駆動筒１１２がズームモータ１１４の駆動力により光軸回りで回転駆動すると、移動カム筒１１６のフォロワピン１１６ａが固定筒１１５のテーパカム１１５ｂのリフトにより光軸方向に移動する。

移動カム筒１１６の内側には直進筒１１７が配置されている。直進筒１１７は円筒形状を有し、その後端側外周部において、突起部１１７ａが周方向に等間隔で３箇所形成されている。この突起部１１７ａは、固定筒１１５の内周側に形成された直進溝１１５ｃに係合している。このため、直進筒１１７は、固定筒１１５に対して、光軸方向には移動可能であるが、光軸回りには回転しない。

また、直進筒１１７の先端部外周には、突起部１１７ｂが周方向に等間隔で３箇所形成されている。この突起部１１７ｂは、移動カム筒１１６の先端に当接している。このため、移動カム筒１１６が光軸方向に移動すると、直進筒１１７は移動カム筒１１６と一体的に光軸方向に回転するが、直進筒１１７は回転しない。また、直進筒１１７には、光軸方向に延びる貫通溝形状の直進溝１１７ｃが周方向に等間隔で３箇所形成されている。

一方、第１鏡筒１０５の外周部には、フォロワピン１０５ａが周方向に等間隔で３箇所形成されている。このフォロワピン１０５ａは、直進筒１１７の直進溝１１７ｃと貫通して、フォロワピン１０５ａの先端に形成れているテーパ部がテーパカム１１５ｂに係合している。このため、第１鏡筒１０５は、移動カム筒１１６が回転しながら光軸方向に移動するのに連動して、テーパカム１１５ｂのリフトにより光軸方向に移動する。

また、第２鏡筒１０６の外周部には、フォロワピン１０６ａが周方向に等間隔で３箇所形成されている。このフォロワピン１０６ａは、直進筒１１７の直進溝１１７ｃと貫通して、フォロワピン１０６ａの先端に形成れているテーパ部がテーパカム１１５ｂに係合している。このため、第１鏡筒１０５は、移動カム筒１１６が回転しながら光軸方向に移動するのに連動して、テーパカム１１５ｂのリフトにより光軸方向に移動する。

なお、第２鏡筒１０６には、第２レンズ群１０２の他に、シャッタ・絞りユニット１０８が搭載されている。

以上の構成により、ズームモータ１１４の駆動力を用いて、３つのレンズ群の間隔を変化させ、ズーム倍率を変更することができる。また、後述するボイスコイルモータにより、第３レンズ群１０３の光軸方向の位置を変化させ、ピント合わせを行うことができる。

次に、第３レンズ群１０３の駆動機構及び撮像素子地板１０９について説明する。図２は、第３レンズ群１０３の駆動機構及び撮像素子地板１０９の分解斜視図である。また、図３は、第３レンズ群１０３の駆動機構及び撮像素子地板１０９の組立図である。

図２及び図３に示されるように、ボイスコイルモータは、コイル１１８ａ、マグネット１１８ｂ、及び、ヨーク１１８ｃを備える。コイル１１８ａは、第３鏡筒１０７に固定されている。

フレキシブル基板１１９からコイル１１８ａに通電すると、撮像素子地板１０９に固定部材１２０を介して固定されたマグネット１１８ｂ及びヨーク１１８ｃで形成される磁気回路の作用により、第３鏡筒１０７はガイド軸１２１に沿い光軸方向に駆動される。コイル１１８ａを含むボイスコイルモータは、撮像光学系のフォーカスレンズを駆動する駆動手段として用いられる。

なお、第３鏡筒１０７の駆動範囲は、撮像素子地板１０９と第３鏡筒１０７との突き当て面から撮像素子地板１０９に固定された部材１２２と第３鏡筒１０７との突き当て面までである。第３鏡筒１０７の光軸方向の位置は、センサ１２３ａ及びスケール１２３ｂにより、次のようにして検出される。

スケール１２３ｂは、弾性保持部材１２４により第３鏡筒１０７に弾性保持されている。このスケール１２３ｂには、所定のピッチで溝部が形成されている。また、撮像素子地板１０９には、スケール１２３ｂに対向して、センサ１２３ａが所定のギャップを挟み固定部材１２０により取り付けられている。

センサ１２３ａには、発光素子及び受光素子が実装されている。発光素子から発光される光束がスケール１２３ｂの溝部において反射し、その反射光束を受光素子が受光することにより出力信号を得ることができる。

固定のセンサ１２３ａに対し、スケール１２３ｂを固定した第３鏡筒１０７が移動すると、センサ１２３ａから９０度（ｄｅｇ）の位相差を有する正弦波信号が出力される。これらの２相信号の出力により、スケール１２３ｂの移動量及び移動方向を判定することができる。このように、センサ１２３ａ及びスケール１２３ｂは、フォーカスレンズの実位置を検出する位置検出手段として用いられる。

第３鏡筒１０７の初期位置は、第３鏡筒１０７と撮像素子地板１０９との突き当てにより決定される。

なお、センサ１２３ａの出力は２相信号に限定されるものではなく、３相以上の信号を用いることもできる。また、位相差（位相角）も９０度（ｄｅｇ）以外の角度でもよく、第３鏡筒１０７の初期位置は初期位置検出用のセンサを取り付けても構わない。

次に、本実施例における撮像装置の構成について説明する。図４は、本実施例の一例としての撮像装置のブロック図である。

第１鏡筒１０５により保持されている第１レンズ群１０１は、光軸方向に位置を変更することが可能な倍率変更を行うズームレンズである。
４０１はズーム駆動制御部であり、第１鏡筒１０５（第１レンズ群１０１）を駆動制御する。

１０８はシャッタ・絞りユニットである。また、４０２はシャッタ・絞りユニット駆動制御部であり、シャッタ・絞りユニット１０８を駆動制御する。

第２鏡筒１０６により保持されている第２レンズ群１０２は、光軸に対して略垂直な平面での位置を変更することが可能な振れ補正光学系としてのシフトレンズである。また、４０３はシフトレンズ駆動制御部であり、第２鏡筒１０６（第２レンズ群１０２）を駆動制御する。

第３鏡筒１０７により保持されている第３レンズ群１０３は、光軸方向に位置を変更することが可能なピント調整を行うフォーカスレンズである。また、４０４はフォーカス駆動制御部であり、第３鏡筒１０７（第３レンズ群１０３）を駆動制御する。

撮像素子１０４は、各レンズ群（第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０２、第３レンズ群１０３）を通ってきた光像を電気信号に変換する。
４０５は撮像信号処理部であり、撮像素子１０４から出力された電気信号を映像信号に変換処理する。また、４０６は映像信号処理部であり、撮像信号処理部４０５から出力された映像信号を用途に応じて加工する。

４０７は表示部であり、映像信号処理部４０６から出力された信号に基づき、必要に応じて画像表示を行う。４０８は表示制御部であり、撮像部及び表示部の動作及び表示を制御する。４０９はシステム全体を制御する制御部である。

４１０は電源部であり、システム全体に用途に応じて電源を供給する。
また、４１１は外部入出力端子部であり、外部との間で通信信号及び映像信号を入出力する。４１２はシステムを操作するための操作部である。
４１３は記憶部であり、映像情報など様々なデータを記憶する。

次に、上記のような構成を有する本実施例の撮像装置の動作について説明する。

操作部４１２は、押し込み量に応じて第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２が順にオンするように構成されたシャッタレリーズボタンを有している。シャッタレリーズボタンは、このボタンを約半分押し込んだときに第１スイッチＳＷ１がオンし、最後まで押し込んだときに第２スイッチＳＷ２がオンする構造となっている。

操作部４１２の第１スイッチＳＷ１がオンされると、フォーカス駆動制御部４０４がフォーカスレンズ（第３レンズ群１０３）を駆動してピント調整を行う。またこのとき、シャッタ・絞りユニット駆動制御部４０２がシャッタ・絞り１０８を駆動して適正な露光量に設定する。

さらに、操作部４１２の第２スイッチＳＷ２がオンされると、撮像素子１０４に露光された光像から得られた画像データを記憶部４１３に記憶する。このとき、操作部４１２より振れ補正機能オンの指示があれば、制御部４０９は、シフトレンズ駆動制御部４０３に振れ補正動作を指示する。これを受けたシフトレンズ駆動制御部４０３は、振れ補正機能オフの指示がなされるまで振れ補正動作を行う。

また、操作部４１２が一定時間操作されなかった場合、制御部４０９は、省電力のためにディスプレイの電源を遮断する指示を出す。

また、本実施例の撮像装置では、静止画撮像モード及び動画撮像モードのうちの一方を操作部４１２より選択可能である。それぞれのモードにおいて、各アクチュエータ制御部の動作条件を変更することができる。

なお、操作部４１２に対してズームレンズによる変倍の指示があると、制御部４０９を介して指示を受けたズーム駆動制御部４０１がズームレンズ（第１レンズ群１０１）を駆動して、指示されたズーム位置にズームレンズを移動する。それとともに、撮像素子１０４から送られ、撮像信号処理部４０５及び映像信号処理部４０６にて処理された画像情報に基づき、フォーカス駆動制御部４０４がフォーカスレンズ（第３レンズ群１０３）を駆動してピント調整を行う。

次に、フォーカス駆動制御部４０４について説明する。図５は、図４に示されるフォーカス駆動制御部４０４の詳細なブロック図である。

図５に示されるように、フォーカス駆動制御部４０４は、フィードバック制御手段として構成されている。このフィードバック制御手段は、制御部４０９によって決定されたフォーカスレンズの目標位置とセンサ１２３ａによって検出されたフォーカスレンズの実位置との差（偏差）が小さくなるように制御する。

ピントを合わせるため、フォーカスレンズの駆動範囲内においてフォーカスレンズを走査するとき、フォーカスレンズの目標位置が制御部４０９から指令される。このように、制御部４０９は、フォーカスレンズの目標位置を決定する目標位置決定手段として用いられる。

一方、センサ１２３ａの出力値であるフォーカスレンズ位置信号は、アナログ信号であるため、ＡＤ変換部５０７によりデジタル信号に変換される。センサ１２３ａから出力されたフォーカスレンズ位置信号は、フォーカスレンズの実位置を示している。このため、ＡＤ変換部５０７を介することにより、フォーカスレンズの実位置をデジタル信号として取得することができる。

次に、フォーカスレンズの実位置と目標位置との差分（偏差）を偏差算出部５０１により計算する。偏差算出部５０１にて算出された偏差は、比例制御部５０２（Ｐ制御部）、微分制御部５０３（Ｄ制御部）、及び、積分制御部５０４（Ｉ制御部）においてそれぞれ所定の制御が実行される。

比例制御部５０２（Ｐ制御部）では、偏差をゼロに近づける制御、すなわち目標位置と実位置とを近づけるための制御を行う。ここで、比例制御部５０２（Ｐ制御部）のみでは、定常的に、偏差にオフセット成分が生じる。このため、積分制御部５０４（Ｉ制御部）により、このオフセット成分をゼロに漸近させる制御を行う。

撮像装置（フォーカスレンズ）の姿勢が変化した場合、すなわちフォーカスレンズに掛かる重力の方向が変化した場合、偏差に生じるオフセット成分は、フォーカスレンズの実位置と同様に、撮像装置の姿勢変化に従って変動する。

図８は、撮像装置の姿勢と積分制御部の出力との関係を示す図である。

積分制御部５０４の出力は、フィードバック制御の偏差に生じるオフセット成分の補正値を表す。例えば、撮像装置の姿勢が水平に位置している場合、積分制御部５０４の出力はＡとなる。

撮像装置を水平上側に傾けた場合、フォーカスレンズに掛かる重力の方向（下方向）は、傾けた撮像装置の姿勢方向（上方向）と一致しない。このため、フィードバック制御における重力の影響（重力の負荷）は小さくなり、偏差に生じるオフセット成分も、撮像装置を水平に配置した場合に比べて小さくなる。このとき、積分制御部５０４の出力は、出力Ａより小さいＢとなる（Ａ＞Ｂ）。

一方、撮像装置を水平下側に傾けた場合、フォーカスレンズに掛かる重力の方向（下方向）は、傾けた姿勢方向（下方向）と一致する。このため、フィードバック制御における重力の影響（重力の負荷）は大きくなり、偏差に生じるオフセット成分も、撮像装置を水平に配置した場合に比べて大きくなる。このとき、積分制御部５０４の出力は、出力Ａより大きいＣとなる（Ａ＜Ｃ）。

上述のような撮像装置の姿勢と積分制御部５０４の出力との関係から、撮像装置の姿勢方向を検知することができる。すなわち、積分制御部５０４の出力がＡの場合、撮像装置は水平に位置していると判定される。積分制御部５０４の出力がＢ（Ａ＞Ｂ）の場合、フォーカスレンズに掛かる重力の方向は撮像素子側である（撮像装置は上方向に傾いている）と判定される。一方、積分制御部５０４の出力がＣ（Ａ＜Ｃ）の場合、フォーカスレンズに掛かる重力の方向は被写体側である（撮像装置は下方向に傾いている）と判定される。

具体的には、例えば、積分制御部５０４の出力について、Ａ_１（Ａ＞Ａ_１）、Ａ_２（Ａ＜Ａ_２）の２つのしきい値を用いることにより、撮像装置の３つの姿勢方向（水平、上方向、下方向）を判定することができる。積分制御部５０４の出力が、しきい値Ａ_１より小さい出力Ｂの場合、撮像装置は上方向に傾いており、しきい値Ａ_２より大きい出力Ｃの場合、撮像装置は下方向に傾いていると判定される。

本実施例において、オフセット成分を補正する積分制御を行わない場合、すなわち積分制御部５０４（Ｉ制御部）をフィードバック制御の中に含まない場合、積分制御部５０４の出力値を用いた姿勢検出を行うことができない。しかしこの場合には、センサ１２３ａ（フォーカスセンサ）により検出されたフォーカスレンズの実位置を用いて、撮像装置の姿勢方向を検知することができる。

図９は、撮像装置の姿勢とＡＤ変換部の出力との関係を示す図である。

ＡＤ変換部５０７の出力は、フォーカスレンズの実位置を表す。例えば、撮像装置の姿勢が水平に位置している場合には、ＡＤ変換部５０７の出力はαとなる。

撮像装置を水平上側に傾けた場合、フォーカスレンズに掛かる重力の方向（下方向）は、傾けた撮像装置の姿勢方向（上方向）と一致しない。このため、フォーカスレンズの実位置の重力方向（下方向）へのずれは、撮像装置を水平に配置した場合に比べて小さくなる。このとき、ＡＤ変換部５０７の出力は、出力αより小さいβとなる（α＞β）。

一方、撮像装置を水平下側に傾けた場合、フォーカスレンズに掛かる重力の方向（下方向）は、傾けた姿勢方向（下方向）と一致する。このため、フォーカスレンズの実位置は、撮像装置を水平に配置した場合に比べて、重力方向へ比較的大きくずれる。このとき、ＡＤ変換部５０７の出力は、出力αより大きいγとなる（α＜γ）。

上述のような撮像装置の姿勢とＡＤ変換部５０７の出力との関係から、撮像装置の姿勢方向を検知することができる。すなわち、ＡＤ変換部５０７の出力がαの場合、撮像装置は水平に位置していると判定される。ＡＤ変換部５０７の出力がβ（α＞β）の場合、フォーカスレンズに掛かる重力の方向は撮像素子側である（撮像装置は上方向に傾いている）と判定される。一方、ＡＤ変換部５０７の出力がγ（α＜γ）の場合、フォーカスレンズに掛かる重力の方向は被写体側である（撮像装置は下方向に傾いている）と判定される。

具体的には、例えば、ＡＤ変換部５０７の出力について、α_１（α＞α_１）、α_２（α＜α_２）の２つのしきい値を用いることにより、撮像装置の３つの姿勢方向（水平、上方向、下方向）を判定することができる。ＡＤ変換部５０７の出力が、しきい値α_１より小さい出力βの場合、撮像装置は上方向に傾いており、しきい値α_２より大きい出力γの場合、撮像装置は下方向に傾いていると判定される。

実位置（センサ１２３ａからの出力のデジタル信号）、及び、偏差の積分制御部５０４（Ｉ制御部）からの出力信号の少なくとも一方は、姿勢検出部５０９へ出力される。姿勢検出部５０９は、撮像装置の姿勢変化が生じたか否かを検出し、姿勢変化の結果をフォーカス駆動開始位置制御部５０８へ出力する。フォーカス駆動開始位置制御部５０８は、姿勢検出部５０９から得られた姿勢変化の結果に基づいて、フォーカスレンズの駆動開始位置を判断する。

このように、フォーカス駆動制御部４０４は、制御部４０９から指令されたフォーカスレンズの目標位置に対して、センサ１２３ａで検出されたフォーカスレンズの実位置をフィードバックするフィードバック制御手段を有する。また、フォーカス駆動制御部４０４は、姿勢検出部５０９及びフォーカス駆動開始位置制御部５０８を有する。

姿勢検出部５０９（姿勢検出手段）は、フィードバック制御手段から得られる情報に基づいてフォーカスレンズの姿勢を検出する。また、フォーカス駆動開始位置制御部５０８（駆動開始位置制御手段）は、姿勢検出部５０９からの出力に応じてフォーカスレンズの駆動開始位置を変更する。フォーカス駆動開始位置制御部５０８は、フォーカスレンズの駆動を撮像素子側から開始するのか、被写体側から開始するのか、又は、中点位置から開始するのかを判断する。

また、フォーカス駆動制御部４０４においては、目標位置に対するフォーカスレンズ駆動の応答性を高めるために、偏差に対して微分制御部５０３（Ｄ制御部）を設けることが望ましい。最終的に、比例制御部５０２（Ｐ制御部）、微分制御部５０３（Ｄ制御部）、及び、積分制御部５０４（Ｉ制御部）における各制御結果を和算出部５０５において足し合わせる。

和算出部５０５で算出された値は、ドライブ出力部５０６に伝達される。ドライブ出力部５０６は、和算出部５０５における算出値に基づいて、コイル１１８ａへ所定の電流を流すことにより、フォーカスレンズが目標位置に移動するように駆動させることができる。

次に、本実施例の撮像装置におけるフォーカス駆動開始位置制御について説明する。

本実施例におけるフォーカスレンズの駆動は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を用いて実行されることが好ましい。ただし、フォーカスレンズに掛かる重力方向から姿勢を判断する部分は、フィードバック制御を行うフォーカス駆動制御部４０４である。このため、フォーカスレンズの駆動は、例えば、ＤＣモータやステッピングモータ等、フィードバック制御やブラシレス駆動制御を行う他のアクチュエータを用いて実行されるものでもよい。

図６は、本実施例において、フォーカスレンズに掛かる重力の方向とフォーカスレンズの駆動開始位置との関係を示す図である。

図６（ａ）は、撮像装置を水平面に平行に配置した状態を示している。この状態では、フォーカスレンズに掛かる重力方向は、撮像素子側及び被写体側のいずれにもない。

これに対し、図６（ｂ）の左側に示されるように、フォーカスレンズに掛かる重力方向が撮像素子側にあるとき、すなわち撮像装置を水平上側に傾けているとき、被写体は無限遠にあることが予想される。このため、フォーカスレンズの駆動開始位置を無限遠で合焦する位置に設定する。

一方、図６（ｂ）の右側に示されるように、フォーカスレンズに掛かる重力方向が被写体側にあるとき、すなわち撮像装置を水平下側に傾けているとき、被写体は至近にあることが予想される。このため、フォーカスレンズの駆動開始位置を至近で合焦する位置に設定する。

ただし、フォーカスレンズの光学的な特性により、無限遠で合焦する位置は、撮像素子側の位置の場合もあれば被写体側の位置の場合もある。これは、至近で合焦する位置についても同様である。いずれの場合でも、駆動開始位置制御については同様に実行することができる。また、至近で合焦する位置についても撮像素子側又は被写体側のいずれの場合もありうるが、駆動開始位置制御については同様に実行することができる。

このため、以降においては、無限遠での合焦位置が撮像素子側にあるとして、また、至近での合焦位置が被写体側にあるとして説明するが、これに限定されるものではない。

図７は、本実施例において、フォーカスレンズに掛かる重力の方向に応じて、フォーカスレンズの駆動開始位置を変更する方法を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ７０１において、フォーカス駆動制御部４０４は、フォーカス駆動開始位置を判断するための処理（フォーカス駆動開始位置制御）を開始する。

ステップＳ７０２では、フォーカス駆動開始位置の初期化が行われる。撮像装置が水平方向の姿勢である場合、初期化位置としては、例えば前回の駆動開始位置が設定される。ただし、初期化位置としては、前回の駆動開始位置に限定されるものではなく、他の位置を初期化位置として予め定めてもよい。

ステップＳ７０３において、フォーカス駆動制御部４０４は、フォーカスレンズに掛かる重力方向（フォーカスレンズの姿勢）を判定する。このときの判定値は、積分制御部５０４（Ｉ制御部）によるオフセット成分、又は実位置のいずれを用いて算出しても構わない。ここでは、フォーカスレンズに掛かる重力方向は、オフセット成分を用いて判定されるものとして説明をする。

積分制御部５０４におけるオフセット成分の値が、撮像装置が水平方向であるときのオフセット成分の値と一致するか又は所定範囲内（近傍内）にあるとき、撮像装置の姿勢は水平状態であると判定される。このとき、フォーカスレンズの駆動開始位置は変化しない。すなわち、ステップＳ７０２における初期化位置が駆動開始位置となる。そして、このまま、ステップＳ７０７の第１スイッチＳＷ１の動作へ移行する。

積分制御部５０４におけるオフセット成分の値が、撮像装置が水平方向であるときの値と所定範囲内（近傍内）にないとき、撮像装置の姿勢は水平状態にないと判定される。このとき、ステップＳ７０４において、オフセット成分の値が、撮像装置が水平方向にある場合と比較して、上側にあるのか又は下側にあるのかが判定される。

撮像装置の姿勢が水平方向の上側、すなわちフォーカスレンズに掛かる重力が撮像素子側にあると判定された場合、ステップＳ７０５において、フォーカスレンズの駆動開始位置を撮像素子側に設定する。すなわち、ステップＳ７０２において設定された初期化位置を変更する。一方、撮像装置の姿勢が水平方向の下側、すなわちフォーカスレンズに掛かる重力が被写体側にあると判定された場合、ステップＳ７０５において、フォーカスレンズの駆動開始位置を被写体側に設定する。すなわち、ステップＳ７０２において設定された初期化位置を変更する。

そして、ステップＳ７０７において第１スイッチＳＷ１が押された場合、設定されたそれぞれの駆動開始位置から、ステップＳ７０８においてフォーカスレンズの走査を行う。そして、ステップＳ７０９において第２スイッチＳＷ２が押されると、撮像素子１０４から得られた画像データが記憶部４１３に記憶される。

その後、ステップＳ７１０において、フォーカス駆動制御部４０４はオフセット成分の値を判定し、この値が、第２スイッチＳＷ２が押される前におけるオフセット成分の値から変化しているか否かを確認する。このとき、所定のしきい値を予め設定しておき、このしきい値の範囲を超えた場合に、オフセット成分の値が変化したと判定する。

オフセット成分の値が、第２スイッチＳＷ２が押される前後で変化していない場合には、次以降も同じ位置からフォーカスレンズの走査を行う。すなわち、次以降のフォーカスレンズの駆動の際には、前回に第１スイッチＳＷ１が押されたときの駆動開始位置と同じ位置が、次以降に第１スイッチＳＷ１が押されたときの駆動開始位置として設定される。

一方、オフセット成分の値が、第２スイッチＳＷ２が押される前後で変化した場合には、ステップＳ７０３に戻る。そして、フォーカス駆動制御部４０４は、ステップＳ７０３、Ｓ７０４において、再度、オフセット成分の値を判定する。

撮像装置の姿勢変化が停止した後にフォーカスの駆動開始位置を変化させると、そのときの動作が表示部４０７に反映され、表示部４０７の品位を損ねる場合がある。このため、オフセット成分が変化し続けている間に、フォーカスレンズの駆動開始位置を変更させることが望ましい。

オフセット成分が変化し続けている間に目的の駆動開始位置まで変更（移動）できないときは、変更の途中であってもその変更を中止する。そして、残りの移動量は、ステップＳ７０７の第１スイッチＳＷ１が押された後に、変更（移動）される。この結果、フォーカスレンズの駆動開始位置の変化が表示部４０７に反映されることがなくなり、表示部４０７の品位を保つことができる。

フォーカスレンズが無限遠で合焦するときのフォーカスレンズの位置が撮像素子側にあるときであって、かつ、撮像装置を水平上側に傾けているとき、フォーカスレンズに掛かる重力方向は撮像素子側となる。このため、この重力方向は、フォーカスレンズの駆動開始位置である撮像素子側と一致する。

また、フォーカスレンズが至近で合焦するときのフォーカスレンズの位置が被写体側にあるときであって、かつ、撮像装置を水平下側に傾けているとき、フォーカスレンズに掛かる重力方向は被写体側となる。このため、この重力方向は、フォーカスレンズの駆動開始位置である被写体側と一致する。したがって、フォーカスレンズは、その駆動開始位置まで駆動される際において、重力に沿う方向に移動する。

フォーカスレンズに掛かる重力の方向（フォーカスレンズの姿勢）がフォーカスレンズの駆動開始位置への移動方向と一致している場合、フォーカスレンズが駆動開始位置へ移動する際にコイル１１８ａへの通電を停止する。このため、コイル１１８ａへの通電を一時切ることにより、フォーカスレンズを駆動開始位置まで駆動する際に必要な消費電力を削減することができる。

なお、通電を切ることは、重力方向とフォーカスレンズの駆動開始位置への移動方向とが厳密に一致する場合に限定されるものではない。重力方向と移動方向とが所定値以上近い値となった場合に、コイル１１８ａへの通電を切るように構成してもよい。

以上のとおり、本実施例によれば、フォーカスレンズの制御方式としてフィードバック制御方式を適用している。このため、撮像装置の姿勢を検知するセンサを別途搭載することなく、フォーカスレンズ自らに掛かる重力の方向から撮像装置の姿勢を判断することができる。その結果、コンパクトな構成でありながら、撮像装置の姿勢からフォーカスレンズの駆動開始位置を変更することにより、合焦までの時間を短縮することができる。

したがって、本実施例によれば、合焦までの時間を短くした小型の撮像装置を提供することができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

本実施例におけるレンズ鏡筒の分解斜視図である。 本実施例における第３レンズ群の駆動機構及び撮像素子地板の分解斜視図である。 本実施例における第３レンズ群の駆動機構及び撮像素子地板の組立図である。 本実施例における撮像装置のブロック図である。 本実施例におけるフォーカス駆動制御部の詳細なブロック図である。 本実施例において、フォーカスレンズに掛かる重力の方向とフォーカスレンズの駆動開始位置との関係を示す図である。 本実施例において、フォーカスレンズの姿勢に応じて、フォーカスレンズの駆動開始位置を変更する方法を示すフローチャートである。 本実施例において、撮像装置の姿勢と積分制御部の出力との関係を示す図である。 本実施例において、撮像装置の姿勢とＡＤ変換部の出力との関係を示す図である。

符号の説明

１０１ 第１レンズ群（ズームレンズ）
１０２ 第２レンズ群（シフトレンズ）
１０３ 第３レンズ群（フォーカスレンズ）
１０４ 撮像素子
１０５ 第１鏡筒
１０６ 第２鏡筒
１０７ 第３鏡筒
１０８ シャッタ・絞りユニット
１０９ 撮像素子地板
１１０ ローパスフィルタ
１１１ カバー鏡筒
１１２ 駆動筒
１１５ 固定筒
１１６ 移動カム筒
１１７ 直進筒
１１８ａ コイル
１１８ｂ マグネット
１１８ｃ ヨーク
１１９ フレキシブル基板
１２０ 固定部材
１２１ ガイド軸
１２２ 部材
１２３ａ センサ
１２３ｂ スケール
１２４ 弾性保持部材
４０１ ズーム駆動制御部
４０２ シャッタ・絞りユニット駆動制御部
４０３ シフトレンズ駆動制御部
４０４ フォーカス駆動制御部
４０５ 撮像信号処理部
４０６ 映像信号処理部
４０７ 表示部
４０８ 表示制御部
４０９ 制御部
４１０ 電源部
４１１ 外部入出力端子部
４１２ 操作部
４１３ 記憶部
５０１ 偏差算出部
５０２ 比例制御部
５０３ 微分制御部
５０４ 積分制御部
５０５ 和算出部
５０６ ドライブ出力部
５０７ ＡＤ変換部
５０８ フォーカス駆動開始制御部
５０９ 姿勢検出部

Claims (7)

1. フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、
   前記フォーカスレンズの目標位置を決定する目標位置決定手段と、
   前記フォーカスレンズの実位置を検出する位置検出手段と、
   前記目標位置決定手段によって決定された前記目標位置と前記位置検出手段によって検出された前記実位置との差が小さくなるように制御するフィードバック制御手段と、
   前記フィードバック制御手段から得られる情報に基づいて前記フォーカスレンズの姿勢を検出する姿勢検出手段と、
   前記姿勢検出手段からの出力に応じて前記フォーカスレンズの駆動開始位置を変更する駆動開始位置制御手段と、
   前記フォーカスレンズを駆動してピント調整を行うための第１スイッチ、および、撮像素子に露光された光像から得られた画像データを記憶するための第２スイッチを備えた操作手段と、を有し、
   前記第１のスイッチが押されると、前記駆動開始位置制御手段により変更された前記駆動開始位置から前記ピント調整を行うために前記フォーカスレンズが走査され、
   前記姿勢検出手段は、前記第２のスイッチが押された後、前記第１のスイッチが押される前に設定された前記フォーカスレンズの姿勢が変化したか否かを検出し、
   前記フォーカスレンズの姿勢が変化した場合、前記フォーカスレンズの姿勢が変化している間に、前記フォーカスレンズは変更後の前記駆動開始位置へ移動し、
   前記フォーカスレンズの姿勢が変化している間に前記駆動開始位置への移動が完了しない場合、前記フォーカスレンズは再度前記第１のスイッチが押された後に前記駆動開始位置への残りの移動を行う、ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記フィードバック制御手段は、前記差のオフセット成分を小さくするように動作する積分制御部を含み、
   前記姿勢検出手段は、前記積分制御部の出力に基づいて前記フォーカスレンズの姿勢を検出することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記フィードバック制御手段は、前記位置検出手段の出力をデジタル信号に変換するＡＤ変換部を含み、
   前記姿勢検出手段は、前記ＡＤ変換部の出力に基づいて前記フォーカスレンズの姿勢を検出することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
4. 前記駆動開始位置制御手段は、前記フォーカスレンズが撮像素子側に重力が掛かる姿勢であると判定されたとき、前記フォーカスレンズの前記駆動開始位置を無限遠で合焦する位置に変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の撮像装置。
5. 前記駆動開始位置制御手段は、前記フォーカスレンズが被写体側に重力が掛かる姿勢であると判定されたとき、前記フォーカスレンズの前記駆動開始位置を至近で合焦する位置に変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の撮像装置。
6. 前記駆動開始位置制御手段は、前記フォーカスレンズが撮像素子側及び被写体側のいずれにも重力が掛からない姿勢であると判定されたとき、前記フォーカスレンズの前記駆動開始位置を前回の駆動開始位置に設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の撮像装置。
7. 前記フォーカスレンズに掛かる重力の方向が前記フォーカスレンズの前記駆動開始位置への移動方向と一致している場合、前記フォーカスレンズが前記駆動開始位置へ移動する際に前記駆動手段への通電を停止することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の撮像装置。