JP5839786B2

JP5839786B2 - 撮像装置およびトラッキングデータの調整方法

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Publication number: JP5839786B2
Application number: JP2010157795A
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Inventors: 山中　智明; 智明山中
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Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2016-01-06
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Description

本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置に関する。

インナーフォーカスレンズを用いた撮像装置では、変倍レンズ群を移動させて変倍を行う際に、変倍に伴う像面変動を補正するために補正レンズ群（例えば、フォーカスレンズ群）を移動させるトラッキング制御が行われることが多い。このトラッキング制御により、合焦状態を維持したままでの変倍（すなわち、ズーミング）が可能となる。トラッキング制御では、予めメモリに格納された変倍レンズ群の位置と補正レンズ群の位置との関係を示すトラッキングデータを用いて、変倍レンズ群の移動に応じて補正レンズ群の位置が制御される。

ただし、個々のレンズ群の形状・寸法誤差や撮像素子の取り付け誤差等の撮像装置の製造誤差によって、トラッキングデータに従って補正レンズ群の位置を制御しても、ピントずれが発生する可能性がある。

特許文献１には、変倍レンズ群の位置に対して、ピントずれを低減できる補正レンズ群の最適な位置を導き出すことにより、トラッキングデータの調整（以下、トラッキング調整ともいう）を行う撮像装置が開示されている。また、特許文献２には、理想的なトラッキングデータと実際の測定によって得られたトラッキングデータとの差分を求め、該差分を調整データとして用いてトラッキング調整を行う撮像装置が開示されている。

特開平８−２２０４１４号公報特開平１１−１８３７７５号公報

最近の撮像装置には、変倍に際して、被写体像を光電変換するための撮像素子も光軸方向に移動させることにより、小型でありながらも、変倍レンズ群のみを移動させる場合よりも高倍率が得られるようにしたものがある。このような撮像装置では、補正レンズ群と同様に、撮像素子についてもトラッキング制御が行われる。

しかしながら、補正レンズ群用のトラッキングデータの調整だけでなく、撮像素子用のトラッキングデータの調整まで必要とするのでは、撮像装置全体としてのトラッキング調整が複雑化してしまう。

本発明は、変倍に際して補正レンズ群と撮像素子のトラッキング制御を行う場合に、トラッキング調整を容易に行うことができるようにした撮像装置およびトラッキングデータの調整方法を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、光軸方向に移動して変倍を行う変倍レンズ群と、変倍に際して光軸方向に移動して変倍に伴う像面変動を補正する補正レンズ群と、前記変倍レンズ群および前記補正レンズ群を通過した光により形成された光学像を光電変換するとともに、前記変倍に際して光軸方向に移動する撮像素子と、前記変倍レンズ群の位置と前記補正レンズ群の位置との関係を示す第１のトラッキングデータおよび前記変倍レンズ群の位置と前記撮像素子の位置との関係を示す第２のトラッキングデータを記憶した記憶手段と、前記変倍レンズ群の移動に応じて、前記第１のトラッキングデータおよび前記第２のトラッキングデータを用いて前記補正レンズ群および前記撮像素子をそれぞれ移動させるとともに、前記撮像素子からの出力を用いて合焦状態を検出する制御手段と、前記変倍レンズ群が第１の変倍位置に移動し、前記補正レンズ群が前記第１のトラッキングデータにおける前記第１の変倍位置に対応する位置に移動し、かつ前記撮像素子が前記第２のトラッキングデータにおける前記第１の変倍位置に対応する位置に移動した後に前記変倍レンズ群と前記撮像素子を移動させることにより、合焦状態が検出されるときの前記変倍レンズ群の第１の仮合焦位置と前記撮像素子の第１の仮合焦位置を検出し、前記変倍レンズ群が前記変倍レンズ群の第１の仮合焦位置に移動し、前記撮像素子が前記撮像素子の第１の仮合焦位置に移動した後に前記補正レンズ群を移動させることにより、合焦状態が検出されるときの前記補正レンズ群の第１の合焦位置を検出し、前記第１のトラッキングデータにおける前記第１の変倍位置に対応する前記補正レンズ群の位置と前記補正レンズ群の第１の合焦位置との差を用いて、前記第１のトラッキングデータを調整するための調整値を求めるトラッキング調整手段とを有することを特徴とする。
本発明の他の側面としてのトラッキングデータの調整方法は、光軸方向に移動して変倍を行う変倍レンズ群と、変倍に際して光軸方向に移動して変倍に伴う像面変動を補正する補正レンズ群と、前記変倍レンズ群および前記補正レンズ群を通過した光により形成された光学像を光電変換するとともに、前記変倍に際して光軸方向に移動する撮像素子と、前記変倍レンズ群の位置と前記補正レンズ群の位置との関係を示す第１のトラッキングデータおよび前記変倍レンズ群の位置と前記撮像素子の位置との関係を示す第２のトラッキングデータを記憶する記憶手段とを有し、前記撮像素子からの出力を用いて合焦状態を検出する撮像装置におけるトラッキングデータの調整方法であって、前記変倍レンズ群を第１の変倍位置に移動させ、前記補正レンズ群を前記第１のトラッキングデータにおける前記第１の変倍位置に対応する位置に移動させ、前記撮像素子を前記第２のトラッキングデータにおける前記第１の変倍位置に対応する位置に移動させる工程と、前記変倍レンズ群と前記撮像素子を移動させることにより合焦状態が検出されたときの前記変倍レンズ群の第１の仮合焦位置と前記撮像素子の第１の仮合焦位置を検出する工程と、前記変倍レンズ群を前記変倍レンズ群の第１の仮合焦位置に移動させ、前記撮像素子を前記撮像素子の第１の仮合焦位置に移動させる工程と、前記補正レンズ群を移動させることにより合焦状態が検出されるときの前記補正レンズ群の第１の合焦位置を検出する工程と、前記第１のトラッキングデータにおける前記第１の変倍位置に対応する前記補正レンズ群の位置と前記補正レンズ群の第１の合焦位置との差を用いて、前記第１のトラッキングデータを調整するための調整値を求める工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、変倍に際して補正レンズ群と撮像素子のトラッキング制御を行う撮像装置において、補正レンズ群用のトラッキングデータの調整を行うだけで、合焦状態を維持しながらの変倍を行う可能とすることができる。つまり、撮像装置全体としてのトラッキング調整を容易に行うことができる。

本発明の実施例１である撮像装置の構成を示すブロック図。実施例１の撮像装置において用いられるトラッキング曲線を示す図。実施例１の撮像装置において行われるトラッキング調整の概要を示す図。実施例１の撮像装置において行われるトラッキング調整（テレ端およびワイド端）の処理を示すフローチャート。実施例１の撮像装置において行われるトラッキング調整（中間ズームレンズ位置）の処理を示すフローチャート。実施例１における調整トラッキング曲線とその補正値を示す図。本発明の実施例２である撮像装置において用いられるトラッキング曲線を示す図。実施例２の撮像装置において行われるトラッキング調整の処理を示すフローチャート。実施例１の撮像装置におけるトラッキング制御の概要を示す図。

以下、本発明の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である撮像装置の構成を示す。物体側（図の左側）から像側に順に、１００は固定のフロントレンズ群、１０１は光軸方向に移動して変倍を行うズームレンズ群（変倍レンズ群）、１０３は固定のアフォーカルレンズ群である。１０４は光軸方向に移動してフォーカシングと変倍に伴う像面変動を補正（低減）するフォーカスレンズ群（補正レンズ群）である。変倍に伴う像面変動を補正することで、合焦状態を維持しながらの変倍であるズーミングを行うことができる。１０２は光量調整を行う絞りユニットである。これらレンズ群１００，１０１，１０３，１０４および絞りユニット１０２により撮影光学系が構成される。

１０５はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子により構成される撮像素子であり、撮影光学系（つまりは変倍レンズ群１０１およびフォーカスレンズ群１０４）を通過した光により形成された光学像（被写体像）を光電変換する。撮像素子１０５は、後述する撮像素子駆動機構により、変倍に際して光軸方向に移動される。

撮像素子１０５から出力されたアナログ信号としての撮像信号は、映像信号処理回路１０６のＡＤ変換機能によりデジタル撮像信号に変換される。また、映像信号処理回路１０６は、デジタル撮像信号に対して増幅処理や、ガンマ補正等の各種画像処理を行って映像信号を生成する。映像信号は、有機ＥＬや液晶ディスプレイパネル等により構成される表示デバイス１０８に表示されたり、記録ユニット１０７にて磁気テープ、半導体メモリ等の記録媒体に記録されたりする。

１１１，１１７，１２０はそれぞれ、ズームレンズ群１０１、フォーカスレンズ群１０４および撮像素子１０５を光軸方向に移動させるズーム駆動機構、フォーカス駆動機構および撮像素子駆動機構であり、モータを駆動源として含む。モータとしては、ステッピングモータ、振動型モータ、ボイスコイルモータ等が使用される。１１４は絞りユニット１０２を動作させる絞り駆動機構であり、ステッピングモータ等のモータを駆動源として含む。各モータの動作は、制御手段としてのレンズ制御ＣＰＵ１２２により制御される。レンズ制御ＣＰＵ１２２は、トラッキング調整手段としても機能する。

レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ズームレンズ群１０１、フォーカスレンズ群１０４および撮像素子１０５の光軸方向での位置をそれぞれ、ズーム位置検出器１１０，フォーカス位置検出器１１６および撮像素子位置検出器１１９を用いて検出する。

ズーム位置検出器１１０、フォーカス位置検出器１１６および撮像素子位置検出器１１９は、ズームレンズ群１０１、フォーカスレンズ群１０４および撮像素子１０５の所定移動量ごとにパルス信号を発生する光学センサや磁気センサにより構成される。また、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、絞りユニット１０２の開閉方向の位置（絞り値）を、ホール素子等により構成される絞り位置検出器１１３を用いて検出する。

１３０，１３１，１３２はそれぞれ、ズームレンズ群１０１、フォーカスレンズ群１０４および撮像素子１０５が光軸方向での基準位置（原点）に位置することを検出するズーム原点検出器、フォーカス原点検出器および撮像素子原点検出器である。これら原点検出器１３０，１３１，１３２は、フォトインタラプタにより構成される。

例えば、ズーム原点検出器１３０の発光部と受光部との間にズームレンズ群１０１（実際にはこれを保持する保持部材）に設けられた遮光部が入り込むと、発光部からの光が受光部に到達しなくなり、受光部から出力されていた信号が出力されなくなる。レンズ制御ＣＰＵ１２２は、この信号出力の停止によってズームレンズ群１０１が原点に位置することを検出する。そして、原点検出によって０にリセットした内部カウンタにより、その後にズームレンズ群１０１の移動量に応じてズーム位置検出器１１０で生成されるパルス信号のパルス数をカウントする。これにより、ズームレンズ群１０１の原点からの移動量（つまりは位置）を検出する。

なお、ズーム位置検出器１１０としては、ズームレンズ群１０１の位置に応じた値の信号を出力するポテンショメータを用いてもよく、この場合は、ズーム原点検出器１３０は不要である。

以上の位置検出方法は、フォーカス原点検出器１３１およびフォーカス位置検出器１１６を用いたフォーカスレンズ群１０４の位置検出や、撮像素子原点検出器１３２および撮像素子位置検出器１１９を用いた撮像素子１０５の位置検出についても同じである。

１１２，１１５，１１８，１２１はそれぞれ、レンズ制御ＣＰＵ１２２からの制御信号に応じて、ズーム駆動機構１１１、絞り駆動機構１１４、フォーカス駆動機構１１７および撮像素子駆動機構１２０のモータを駆動する駆動回路である。

１２３はレンズ制御ＣＰＵ１２２内において各種データを記憶するメモリとしてのＲＡＭであり、１２４はレンズ制御ＣＰＵ１２２内においてコンピュータプログラムや各種設定値が記憶されたメモリとしてのＲＯＭである。

１２５は後述するトラッキング曲線やトラッキング調整値等を記憶するためのメモリ（記憶手段）としてのＥＥＰＲＯＭである。なお、トラッキング曲線は、読み込み速度の速いＲＯＭ１２４に記憶してもよい。

１２６はユーザがズーミングを指示するために操作するズーム操作キーである。ユーザがズーム操作キー１２６を操作すると、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ズーム駆動機構１１１のモータを制御して、ズームレンズ群１０１を移動させる。このとき、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶されたトラッキング曲線とトラッキング調整値を用いて、フォーカス駆動機構１１７および撮像素子駆動機構１２０のモータを制御してフォーカスレンズ群１０４および撮像素子１０５も移動させる。すなわち、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、合焦状態を維持しながらの変倍（ズーミング）を可能とするトラッキング制御を行う。

１０９は映像信号処理回路１０６から出力された映像信号から、映像のコントラスト状態を示すコントラスト情報としてのＡＦ評価値を生成するＡＦ評価値生成回路である。合焦位置検出手段としてのレンズ制御ＣＰＵ１２２は、フォーカスレンズ群１０４をＡＦ評価値が極大値（最大値）となる位置（合焦位置）に移動させることでＡＦ（オートフォーカス）を行う。

１２７はユーザがマニュアルフォーカシングを指示するために操作するフォーカス操作リングである。撮像装置の電源のＯＮ／ＯＦＦ切り換えは、パワーオンスイッチ１２８の操作により行われる。１２９は後述するトラッキング調整を行う際に撮像装置の動作モードを調整モードにセットするための調整モード切換スイッチである。

図２の上側には、ズームレンズ群１０１の位置（以下、ズームレンズ位置という）と、フォーカスレンズ群１０４の位置（以下、フォーカスレンズ位置という）との関係を示すズーム−フォーカストラッキングデータ（第１のトラッキングデータ）の例を示している。また、図２の下側には、ズームレンズ位置と、撮像素子１０５の位置（以下、撮像素子位置という）との関係を示すズーム−撮像素子トラッキングデータ（第２のトラッキングデータ）の例を示している。各トラッキングデータは、実際は有限の複数個の点データによって構成されているが、ここではこれら点データを繋いだ曲線として示している。以下の説明では、トラッキングデータをトラッキング曲線ともいう。

ズーミングに際して実線で示す設計上のトラッキング曲線にしたがってフォーカスレンズ群１０４および撮像素子１０５を移動させることで、本来は合焦状態が維持されるはずである。ここにいう設計上のトラッキング曲線（以下、設計トラッキング曲線という）は、前述した撮像装置の製造誤差がゼロであると仮定したときに数値計算により求められた理論値としてのトラッキング曲線である。しかし、実際には撮像装置には製造誤差が存在する。このため、点線で示すように、製造誤差に応じて調整されたトラッキング曲線（調整トラッキングデータ：以下、調整トラッキング曲線という）を用いなければ合焦状態を維持できない場合が多い。

なお、図２では、横軸をズームレンズ位置としているが、焦点距離でも同様のトラッキング曲線を描くことができる。また、トラッキング曲線におけるズームレンズ位置、フォーカスレンズ位置および撮像素子位置とは、前述した位置検出器１１０，１１６，１１９と原点検出器１３０，１３１，１３２とから得られる位置をいう。

以下、トラッキング曲線を調整するトラッキング調整について、図３および図４を用いて説明する。

図３の上側には、被写体距離（１ｍ，２ｍ，無限遠）ごとの設計ズーム−フォーカストラッキング曲線（実線）１ｍ，２ｍ，∞’と、無限遠の被写体距離に対応する調整ズーム−フォーカストラッキング曲線（点線）∞とを示す。また、図３の下側には、設計ズーム−撮像素子トラッキング曲線（実線）を示す。設計ズーム−撮像素子トラッキング曲線は、被写体距離によらず一定である。

図４のフローチャートには、トラッキング調整においてレンズ制御ＣＰＵ１２２が行う動作（処理）を示す。ここでは、コリメータを用いて、無限遠の被写体距離に対するトラッキング曲線を調整する場合について説明する。トラッキング調整においてＡＦ評価値を得るために撮像装置で撮像するチャートは、ＡＦ評価値を生成し易いもの、例えば白黒パターンが放射状に配置されているものが望ましい。また、被写界深度による影響を少なくするため、絞りは開放とする。

ステップＳ１０１では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ズームレンズ群１０１を、図３に示した設計ズーム−フォーカストラッキング曲線上の位置である仮の特定ミドル位置ＺＭ’に移動させる。ここにいう仮の特定ミドル位置とは、設計ズーム−フォーカストラッキング曲線の変曲点（傾きが０の点）に相当する位置である。

次にステップＳ１０２では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、撮像素子１０５を、ズームレンズ群１０１の仮の特定ミドル位置ＺＭ’に対応する位置ＳＭ’に移動させる。位置ＳＭ’は、設計ズーム−撮像素子トラッキング曲線から決定される。

次にステップＳ１０３およびステップＳ１０４では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、フォーカスレンズ群１０４を至近側あるいは無限遠側に移動させ、ＡＦ評価値が極大値となる合焦位置を探索（検出）する。

ステップＳ１０４にて合焦位置が検出されると、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ１０５において、フォーカスレンズ群１０４の合焦位置ＦＭをＲＡＭ１２３（またはＥＥＰＲＯＭ１２５）に記憶する。

次にステップＳ１０６では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、フォーカスレンズ群１０４を、図３に示す設計値としてのＦＡだけ移動させる。ＦＡは、設計ズーム−フォーカストラッキング曲線上における仮の特定ミドル位置ＺＭ’に対応するフォーカスレンズ位置とテレ端に対応するフォーカスレンズ位置ＦＴ＿ＩＮＦ’との差である。

次にステップＳ１０７では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ズームレンズ群１０１をテレ方向あるいはワイド方向に移動させつつ、ＡＦ評価値が極大値となる位置を探索する。

次にステップＳ１０８では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ズームレンズ群１０１のテレ方向あるいはワイド方向への移動に同期させて、撮像素子１０５をステップＳ１０７で移動させたズームレンズ群１０１の位置に対応する位置（設計値）に移動させる。

そして、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ１０９にて合焦位置を検出したと判定するまで、ステップＳ１０７とステップＳ１０８を繰り返す。ここでの合焦位置は、ズームレンズ群１０１の移動を用いて得た合焦位置であるため、仮の合焦位置である。ＡＦ評価値の取得および合焦判定を、ズームレンズ群１０１および撮像素子１０５がそれぞれ目標とする位置に到達した後に行うことで、判定精度を向上させることができる。合焦位置を検出した場合はステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ１０９で仮の合焦位置が検出されたときのズームレンズ位置ＺＴと撮像素子位置ＳＴをテレ端でのズームレンズ位置と撮像素子位置としてＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶する。

次にステップＳ１１１では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、仮の合焦位置からフォーカスレンズ群１０４を移動させつつ、ＡＦ評価値が極大値となる真の合焦位置（ベストピント位置）を探索する。

そして、ステップＳ１１２では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、真の合焦位置が検出できたか否かを判定し、真の合焦位置が検出できたと判定した場合はステップＳ１１３に進む。真の合焦位置が検出できたと判定しなければ、真の合焦位置の探索を繰り返す。

ステップＳ１１３では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、テレ端かつ無限遠被写体距離での真の合焦位置ＦＴ＿ＩＮＦと、設計値として得られた合焦位置ＦＴ＿ＩＮＦ’との差分ΔＦＴを算出し、該ΔＦＴをＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶する。

このとき、ＦＴ＿ＩＮＦをＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶してもよいが、ΔＦＴを記憶した方がフォーカスレンズ位置を記憶する場合と比較してダイナミックレンジが少なくてよいため、ＥＥＰＲＯＭ１２５の記憶容量を削減することが可能である。撮像時には、この記憶したΔＦＴを、テレ端でのフォーカスレンズ群１０４のトラッキング調整値として用いる。

ステップＳ１１４では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ズームレンズ群１０１を、ステップＳ１１０で決定したテレ端ＺＴから、設計値として得られるテレ端−特定ミドル位置間のストロークＺＭＴだけワイド側のズームレンズ位置ＺＭに移動させる。

次にステップＳ１１５では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、撮像素子１０５をステップＳ１１４で移動させたズームレンズ位置に対応する位置ＳＭに移動させる。

そして、ステップＳ１１６では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、特定ミドル位置にて、フォーカスレンズ群１０４を移動させつつＡＦ評価値が極大値となる合焦位置を探索する。レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ１１７で合焦位置を検出したと判定するまで、ステップＳ１１６を繰り返す。ステップＳ１１７で合焦位置を検出したと判定すると、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ１１８に進む。

ステップＳ１１８では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ１１７で合焦位置と判定したフォーカスレンズ位置と、ステップＳ１０５で得られたフォーカスレンズ群１０４の合焦位置ＦＭとの差ΔＦＭを求める。そして、このΔＦＭが、所定量以内であるか否かを判定する。通常、ズーム−フォーカストラッキング曲線の変曲点付近では、該トラッキング曲線の傾きがほぼ０であるため、ズームレンズ群１０１の移動に対してフォーカスレンズ群１０４の移動は微小である。したがって、ΔＦＭが所定量より大きい場合は、トラッキング調整中に何らかの異常が生じたことが想定されるため、ステップＳＳ１０７から処理をやり直す。ΔＦＭが、所定量以内である場合は、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ１１９に進む。

ステップＳ１１９では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ズームレンズ群１０１を現在位置する特定ミドル位置ＺＭから、設計値として得られる特定ミドル位置−ワイド端間のストロークＺＭＷだけワイド側に移動させる。そして、該移動後の位置をズームレンズ群１０１のワイド端ＺＷとしてＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶する。ユーザ操作に応じて実際にズーミングが行われる範囲は、ここで記憶したワイド端ＺＷと、ステップＳ１１０で記憶したテレ端ＺＴとの間となる。

次に、ステップＳ１２０では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、撮像素子１０５をステップＳ１１９で移動させたズームレンズ位置（ワイド端）に対応する位置ＳＷに移動させ、該移動後の位置を撮像素子１０５のワイド端ＳＷとしてＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶する。

次に、ステップＳ１２１では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ズームレンズ群１０１をワイド端に位置させた状態で、フォーカスレンズ群１０４を移動させつつＡＦ評価値が極大値となる合焦位置（ベストピント位置）を探索する。レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ１２２で合焦位置を検出したと判定するまで、ステップＳ１２１を繰り返す。ステップＳ１２２で合焦位置を検出したと判定すると、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ１２３に進む。

ステップＳ１２３では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ワイド端かつ無限遠被写体距離で実際に合焦する位置ＦＷ＿ＩＮＦと、設計値として得られる合焦位置ＦＷ＿ＩＮＦ’との差分ΔＦＷを求め、該ΔＦＷをＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶する。撮像時には、この記憶したΔＦＷを、ワイド端でのフォーカスレンズ群１０４のトラッキング調整値として用いる。こうして、本処理を終了する。

以上のトラッキング調整によって、ズームレンズ群１０１と撮像素子１０５のテレ端ＺＴ，ＳＴおよびワイド端ＺＷ，ＳＷと、これらのズームレンズ位置（第１の変倍位置）でのフォーカスレンズ群１０４のトラッキング調整値ΔＦＴ，ΔＦＷを求めることができる。

そして、ΔＦＴ，ΔＦＷを用いて設計ズーム−フォーカストラッキング曲線の全体を調整する、すなわちΔＦＴ，ΔＦＷに応じて設計ズーム−フォーカストラッキング曲線の全体をシフトさせることにより、調整ズーム−フォーカストラッキング曲線が得られる。調整ズーム−フォーカストラッキング曲線を用いてトラッキング制御を行うことにより、ズーミングに伴って撮像素子１０５を光軸方向に移動させる撮像装置において、装置の製造誤差にかかわらず、合焦状態を維持したズーミングを行うことができる。

ここでは、無限遠被写体距離に対するトラッキング調整を行う場合について説明したが、有限の被写体距離に対するトラッキング調整についても、同様に行うことが可能である。また、ズーム−フォーカストラッキング曲線に複数の変曲点がある場合には、特定ミドル位置として最もテレ端に近い変曲点を用いるとよい。これは、テレ側の方がフォーカスレンズ位置と被写体距離の敏感度が高く、合焦位置の検出精度が高いためである。さらに、図４にて説明したように、ズームレンズ群１０１および撮像素子１０５がテレ端と特定ミドル位置との間で移動を繰り返すため、移動時間が短い方がトラッキング調整に要する時間を短くすることができるためである。

図４のフローチャートで説明したトラッキング調整では、テレ端、特定ミドル位置およびワイド端で合焦状態が得られるようにトラッキング調整が行われ、調整ズーム−フォーカストラッキング曲線が作成される。しかし、調整ズーム−フォーカストラッキング曲線に従ってフォーカスレンズ群１０４を移動させても、テレ端、特定ミドル位置およびワイド端とは異なるズームレンズ位置（第２の変倍位置：以下、中間ズームレンズ位置という）で合焦状態が得られない場合もある。

図６の上側には、図４に示したトラッキング調整によって得られる調整ズーム−フォーカストラッキング曲線を示している。図６の中間には、設計ズーム−撮像素子トラッキング曲線（実線）を示している。また、図６の下側には、ズームレンズ位置ごとの調整ズーム−フォーカストラッキング曲線と実際の合焦位置との差分を示している。

図４に示したテレ端ＺＴ、ワイド端ＺＷおよびこれらでのトラッキング調整値ΔＦＴ，ΔＦＷを用いてトラッキング制御を行ったとする。この場合、図６の下側に示すように、テレ端ＺＴ、特定ミドル位置ＺＰ２（＝ＺＭ）およびワイド端ＺＷでは、実際の合焦位置とトラッキング制御されたフォーカスレンズ群１０４の位置との差はほぼ０となる。

しかし、中間ズームレンズ位置では、設計ズーム−撮像素子トラッキング曲線に対する実際の撮像素子１０５の位置の誤差により、実際の合焦位置が調整ズーム−フォーカストラッキング曲線上の位置（調整後位置）からずれる可能性がある。このため、このようなずれを低減するために、調整ズーム−フォーカストラッキング曲線に対する中間ズームレンズ位置での補正値を求める必要がある。つまり、撮像素子１０５の位置誤差をフォーカスレンズ群１０４の調整後位置を補正することで、中間ズームレンズ位置でも合焦状態を維持したズーミングを可能とする。

図５のフローチャートには、複数の中間ズームレンズ位置での補正値を求める（検出する）ためにレンズ制御ＣＰＵ１２２が行う動作（処理）を示す。

ステップＳ３０１では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ズームレンズ群１０１を、所定の中間ズームレンズ位置であるＺＰ１〜ＺＰ７のいずれかに移動させる。例えば、テレ側から順番に補正値を検出する場合には、まずＺＰ１に移動させる。本来、補正値が０となるテレ端ＺＴ、特定ミドル位置ＺＭおよびワイド端ＺＷについても、本処理により再度補正値を検出してもよい。なお、補正値を検出する中間ズームレンズ位置の数が多すぎると、全ての中間ズームレンズ位置の補正値を検出するまでに要する時間が長くなる。このため、中間ズームレンズ位置の数（中間ズームレンズ位置間の間隔）は、撮像装置の製造誤差や要求される被写界深度を考慮して設定すればよい。

次に、ステップＳ３０２では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、設計ズーム−撮像素子トラッキング曲線に従って、ステップＳ３０１にてズームレンズ群１０１を移動させたズームレンズ位置に対応する位置に撮像素子１０５を移動させる。

次に、ステップＳ３０３では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、フォーカスレンズ群１０４を至近側あるいは無限遠側に移動させ、ＡＦ評価値が極大値となるフォーカスレンズ位置（実際の合焦位置）を探索する。レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ３０４にて合焦位置を検出したと判定するまでステップＳ３０３を繰り返す。そして、ステップＳ３０４にて合焦位置を検出したと判定すると、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０５では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ３０４にて判定した実際の合焦位置と、調整ズーム−フォーカストラッキング曲線に従ったフォーカスレンズ位置（調整後位置）との差を補正値としてＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶する。例えば、ズームレンズ位置がＺＰ１である場合には、上記差であるΔＦＰ１が求められ、これがＺＰ１での補正値とされる。補正値は、実際の合焦位置と、調整ズーム−フォーカストラッキング曲線に従ったフォーカスレンズ位置（調整後位置）との位置関係によって、正の値になる場合もあれば負の値となる場合もある。また、実際の合焦位置と設計ズーム−フォーカストラッキング曲線に従ったフォーカスレンズ位置との差分を補正値としてＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶してもよい。この補正値を求めることは、結果的に調整後位置の補正値を求めることと同じ意味を持つ。

そして、ステップＳ３０６では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、全ての所定の中間ズームレンズ位置について補正値を検出したか否かを判定する。まだ補正値を検出すべき中間ズームレンズ位置が残っている場合はステップＳ３０１に戻り、次の中間ズームレンズ位置での補正値の検出を行う。全ての所定の中間ズームレンズ位置について補正値を検出した場合は、本処理を終了する。

なお、以上説明したトラッキング調整および補正値の検出は、撮像装置の製造工程にて実施されることが望ましいが、ユーザが撮像装置の使用前等において行ってもよい。

次に、本実施例の撮像装置におけるフォーカスレンズ群１０４のトラッキング制御について、図９を用いて説明する。撮像素子１０５のトラッキング制御については、フォーカスレンズ群１０４のトラッキング制御と同様にして行われる。

図９中の実線ｐは、被写体距離がＬｐであるときのズーム−フォーカストラッキング曲線である。点線ａ，ｂは被写体距離がＬａ，Ｌｂであるときの設計ズーム−フォーカストラッキング曲線（以下、単に設計トラッキング曲線ともいう）である。設計トラッキング曲線ａ，ｂは、テーブルデータあるいは計算式の形でレンズ制御ＣＰＵ１２２内のＲＯＭ１２４に記憶されている。

被写体距離がＬｐであるときのズームレンズ位置ＺＰ_ｋでのフォーカスレンズ位置ｐ（ＺＰ_ｋ）は、設計トラッキング曲線上の値（設計値）を用いて次式のように表すことができる。

ｐ（ＺＰ_ｋ）＝α／β×｜ｂ（ＺＰ_ｋ）−ａ（ＺＰ_ｋ）｜＋ａ（ＺＰ_ｋ）
αは設計トラッキング曲線ａと被写体距離Ｌｐのトラッキング曲線ｐとの差分、βは設計トラッキング曲線ａとｂの差分であり、次式で表される。

α＝｜ｐ（ＺＰ_ｋ）−ａ（ＺＰ_ｋ）｜
β＝｜ｂ（ＺＰ_ｋ）−ａ（ＺＰ_ｋ）｜
さらに、図４および図６の処理により求められた調整値および補正値（以下、これらをまとめて補正値という）により補正されたフォーカスレンズ位置ｆｐ（ＺＰ_ｋ）は、次式で表すことができる。ここでは、ズームレンズ位置ＺＰ_Ｘ―１での補正値をΔＦＰ_Ｘ―１とし、ズームレンズ位置ＺＰ_Ｘでの補正値をΔＦＰ_Ｘとする。

ｆｐ（ＺＰ_ｋ）＝
（ΔＦＰ_Ｘ−１−ΔＦＰ_Ｘ）×（ｐ（ＺＰ_ｋ）−ＺＰ_Ｘ−１）／（ＺＰ_Ｘ−１−ＺＰ_Ｘ）
＋ΔＦＰ_Ｘ−１＋ｐ（ＺＰ_ｋ）
つまり、２つのズームレンズ位置でのそれぞれのフォーカスレンズ位置の補正値を用いて、それらの間の任意の位置での補正後のフォーカスレンズ位置ｆｐ（ＺＰ_ｋ）を得ることが可能である。

こうして計算された、被写体距離とズームレンズ位置ごとの補正後のフォーカスレンズ位置をテーブルデータとしてＥＥＰＲＯＭ等のメモリに記憶し、撮像時に被写体距離とズームレンズ位置に応じた補正後フォーカスレンズ位置を読み出すようにしてもよい。ただし、この場合、膨大なメモリ容量を必要とする可能性がある。このため、設計トラッキング曲線のデータと補正値のデータのみをメモリに記憶し、撮像時にレンズ制御ＣＰＵ１２２にてこれらのデータを用いてフォーカスレンズ群１０４を移動させる位置を求めてもよい。

実施例１では、設計ズーム−フォーカストラッキング曲線における特定ミドル位置に変曲点がある場合のトラッキング調整について説明した。これに対して、本発明の実施例２では、設計ズーム−フォーカストラッキング曲線が変曲点を持たない場合のトラッキング調整について説明する。なお、本実施例の撮像装置において、実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。

図７の上側には、被写体距離（１ｍ，２ｍ，無限遠）ごとの設計ズーム−フォーカストラッキング曲線（実線）１ｍ，２ｍ，∞’と、無限遠の被写体距離に対応する調整ズーム−フォーカストラッキング曲線（点線）∞とを示す。また、図７の下側には、設計ズーム−撮像素子トラッキング曲線（実線）を示す。設計ズーム−撮像素子トラッキング曲線は、被写体距離によらず一定である。

図７に示す設計ズーム−フォーカストラッキング曲線には、図３に示した設計ズーム−フォーカストラッキング曲線とは異なり、変曲点がない。このため、本実施例では、テレ端とワイド端でトラッキング調整を行う。

図８のフローチャートには、本実施例のトラッキング調整においてレンズ制御ＣＰＵ１２２が行う動作（処理）を示す。本実施例でも、コリメータを用いて、無限遠の被写体距離に対するトラッキング曲線を調整する場合について説明する。また、トラッキング調整においてＡＦ評価値を得るために撮像装置で撮像するチャートは、ＡＦ評価値を生成し易いもの、例えば白黒パターンが放射状に配置されているものが望ましい。また、被写界深度による影響を少なくするため、絞りは開放とする。

ステップＳ２０１では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、初期動作として、フォーカスレンズ群１０４を、テレ端で無限遠被写体距離に合焦する設計上の合焦位置に移動させる。

次にステップＳ２０２では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ズームレンズ群１０１を仮のテレ端（設計テレ端）ＺＴ’に移動させる。

次にステップＳ２０３では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ２０２でズームレンズ群１０１を移動させたテレ端ＺＴ’に対応する位置ＳＴ’に撮像素子１０５を移動させる。

次に、ステップＳ２０４では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ズームレンズ群１０１をテレ方向あるいはワイド方向に移動させつつＡＦ評価値が極大値となる合焦位置を探索する。

さらに、ステップＳ２０５では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ズームレンズ群１０１のテレ方向あるいはワイド方向への移動に同期するように、撮像素子をステップＳ２０４で移動したズームレンズ群１０１の位置に対応する位置（設計値）に移動させる。

次に、ステップＳ２０６では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、合焦位置を検出したと判定するまでステップＳ２０４とステップＳ２０５を繰り返す。ここでの合焦位置は、ズームレンズ群１０１の移動を用いて得た合焦位置であるため、仮の合焦位置である。合焦位置を検出した場合はステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ２０６で仮の合焦位置を検出した際のズームレンズ位置ＺＴと撮像素子位置ＳＴとを、テレ端としてＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶する。

次に、ステップＳ２０８では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、仮の合焦位置からフォーカスレンズ群１０４を移動させつつ、ＡＦ評価値が極大値となる真の合焦位置（ベストピント位置）を探索する。

そして、ステップＳ２０９では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、真の合焦位置が検出できたか否かを判定し、真の合焦位置が検出できたと判定した場合はステップＳ２１０に進む。真の合焦位置が検出できたと判定しなければ、真の合焦位置の探索を繰り返す。

ステップＳ２１０では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、テレ端かつ無限遠被写体距離での真の合焦位置ＦＴ＿ＩＮＦと、設計値として得られた合焦位置ＦＴ＿ＩＮＦ’との差分ΔＦＴを算出し、該ΔＦＴをＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶する。撮像時には、この記憶したΔＦＴを、テレ端でのフォーカスレンズ群１０４のトラッキング調整値として用いる。

次に、ステップＳ２１１では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ズームレンズ群１０１を、ステップＳ２０７で決定したテレ端ＺＴから、設計値として得られるテレ端−ワイド端間のストロークＺＴＷだけワイド側のズームレンズ位置ＺＷに移動させる。そして、移動後の位置をワイド端ＺＷとしてＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶する。

次にステップＳ２１２では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、撮像素子１０５をステップＳ２１１で移動させたズームレンズ位置（ワイド端）ＺＷに対応する位置ＳＷに移動させる。そして、移動後の位置を撮像素子１０５のワイド端ＳＷとしてＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶する。

次に、ステップＳ２１３では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ワイド端にて、フォーカスレンズ群１０４を移動させつつＡＦ評価値が極大値となる合焦位置を探索する。レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ２１４で合焦位置を検出したと判定するまで、ステップＳ２１３を繰り返す。ステップＳ２１４で合焦位置を検出したと判定すると、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ２１５に進む。

ステップＳ２１５では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ２１４で合焦位置と判定したフォーカスレンズ位置と、設計値として得られるフォーカスレンズ群１０４の合焦位置との差が、所定量以内であるか否かを判定する。該差が所定量より大きい場合は、トラッキング調整中に何らかの異常が生じたことが想定されるため、ステップＳ２０４から処理をやり直す。差が所定量以内である場合は、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ステップＳ２１６に進む。

ステップＳ２１６では、レンズ制御ＣＰＵ１２２は、ワイド端かつ無限遠被写体距離で実際に合焦する位置ＦＷ＿ＩＮＦと、設計値として得られる合焦位置ＦＷ＿ＩＮＦ’との差分ΔＦＷを求め、該ΔＦＷをＥＥＰＲＯＭ１２５に記憶する。撮像時には、この記憶したΔＦＷを、ワイド端でのフォーカスレンズ群１０４のトラッキング調整値として用いる。こうして、本処理を終了する。

テレ端およびワイド端でのトラッキング調整後には、実施例１において図５のフローチャートで説明した複数の中間ズームレンズ位置（第２の変倍位置）での補正値の検出を行う。

図８では、無限遠被写体距離に対するトラッキング調整を行う場合について説明したが、有限の複数の被写体距離に対するトラッキング調整についても、同様に行うことが可能である。

以上説明したように、上記各実施例によれば、ズーミング（変倍）に伴ってフォーカスレンズ群１０４と撮像素子１０５とを光軸方向に移動させる撮像装置において、トラッキング調整を複雑化することなく行うことができる。さらに、調整ズーム−フォーカストラッキング曲線が中間ズームレンズ位置で含む誤差を、調整ズーム−フォーカストラッキング曲線（フォーカスレンズ群１０４の位置）の補正値として検出することできる。このため、撮像素子のトラッキング曲線は、設計値（設計ズーム−撮像素子トラッキング曲線）のまま使用することができ、撮像素子のトラッキング曲線まで調整する場合に比べて、トラッキング調整を簡略化することができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

変倍に伴ってフォーカスレンズ群（補正レンズ群）と撮像素子が光軸方向に移動する撮像装置であって、簡単にトラッキング調整が行えるビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置を提供できる。

１０１ズームレンズ群
１０４フォーカスレンズ群
１０５撮像素子
１０９ＡＦ評価値生成回路
１２２レンズ制御ＣＰＵ

Claims

光軸方向に移動して変倍を行う変倍レンズ群と、
変倍に際して光軸方向に移動して変倍に伴う像面変動を補正する補正レンズ群と、
前記変倍レンズ群および前記補正レンズ群を通過した光により形成された光学像を光電変換するとともに、前記変倍に際して光軸方向に移動する撮像素子と、
前記変倍レンズ群の位置と前記補正レンズ群の位置との関係を示す第１のトラッキングデータおよび前記変倍レンズ群の位置と前記撮像素子の位置との関係を示す第２のトラッキングデータを記憶した記憶手段と、
前記変倍レンズ群の移動に応じて、前記第１のトラッキングデータおよび前記第２のトラッキングデータを用いて前記補正レンズ群および前記撮像素子をそれぞれ移動させるとともに、前記撮像素子からの出力を用いて合焦状態を検出する制御手段と、
前記変倍レンズ群が第１の変倍位置に移動し、前記補正レンズ群が前記第１のトラッキングデータにおける前記第１の変倍位置に対応する位置に移動し、かつ前記撮像素子が前記第２のトラッキングデータにおける前記第１の変倍位置に対応する位置に移動した後に前記変倍レンズ群と前記撮像素子を移動させることにより、合焦状態が検出されるときの前記変倍レンズ群の第１の仮合焦位置と前記撮像素子の第１の仮合焦位置を検出し、前記変倍レンズ群が前記変倍レンズ群の第１の仮合焦位置に移動し、前記撮像素子が前記撮像素子の第１の仮合焦位置に移動した後に前記補正レンズ群を移動させることにより、合焦状態が検出されるときの前記補正レンズ群の第１の合焦位置を検出し、前記第１のトラッキングデータにおける前記第１の変倍位置に対応する前記補正レンズ群の位置と前記補正レンズ群の第１の合焦位置との差を用いて、前記第１のトラッキングデータを調整するための調整値を求めるトラッキング調整手段とを有することを特徴とする撮像装置。
前記第１のトラッキングデータにおいて、前記変倍レンズ群の位置の変化に対する前記補正レンズ群の位置の変化量がゼロとなるミドル位置がある場合、前記トラッキング調整手段は、ワイド端と、テレ端と、前記ミドル位置において、前記調整値を求めることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記ミドル位置が複数存在する場合、前記トラッキング調整手段は、前記ワイド端と、前記テレ端と、前記ミドル位置の中で最もテレ端に近いミドル位置において、前記調整値を求めることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記第１のトラッキングデータにおいて、前記変倍レンズ群の位置の変化に対する前記補正レンズ群の位置の変化量がゼロとなるミドル位置がない場合、前記トラッキング調整手段は、ワイド端とテレ端において、前記調整値を求めることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記トラッキング調整手段は、前記変倍レンズ群が前記第１の変倍位置とは異なる第２の変倍位置に移動し、前記補正レンズ群が前記第１のトラッキングデータにおける前記第２の変倍位置に対応する位置に移動し、かつ前記撮像素子が前記第２のトラッキングデータにおける前記第２の変倍位置に対応する位置に移動した後に前記変倍レンズ群と前記撮像素子を移動させることにより、合焦状態が検出されるときの前記変倍レンズ群の第２の仮合焦位置と前記撮像素子の第２の仮合焦位置を検出し、前記変倍レンズ群が前記変倍レンズ群の第２の仮合焦位置に移動し、前記撮像素子が前記撮像素子の第２の仮合焦位置に移動した後に前記補正レンズ群を移動させることにより、合焦状態が検出されるときの前記補正レンズ群の第２の合焦位置を検出し、該第２の合焦位置と、前記第１のトラッキングデータおよび前記調整値を用いて得られた調整トラッキングデータにおける前記第２の変倍位置に対応する前記補正レンズ群の位置との差を用いて、前記調整トラッキングデータの補正値を求めることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
光軸方向に移動して変倍を行う変倍レンズ群と、
変倍に際して光軸方向に移動して変倍に伴う像面変動を補正する補正レンズ群と、
前記変倍レンズ群および前記補正レンズ群を通過した光により形成された光学像を光電変換するとともに、前記変倍に際して光軸方向に移動する撮像素子と、
前記変倍レンズ群の位置と前記補正レンズ群の位置との関係を示す第１のトラッキングデータおよび前記変倍レンズ群の位置と前記撮像素子の位置との関係を示す第２のトラッキングデータを記憶する記憶手段とを有し、前記撮像素子からの出力を用いて合焦状態を検出する撮像装置におけるトラッキングデータの調整方法であって、
前記変倍レンズ群を第１の変倍位置に移動させ、前記補正レンズ群を前記第１のトラッキングデータにおける前記第１の変倍位置に対応する位置に移動させ、前記撮像素子を前記第２のトラッキングデータにおける前記第１の変倍位置に対応する位置に移動させる工程と、
前記変倍レンズ群と前記撮像素子を移動させることにより合焦状態が検出されたときの前記変倍レンズ群の第１の仮合焦位置と前記撮像素子の第１の仮合焦位置を検出する工程と、
前記変倍レンズ群を前記変倍レンズ群の第１の仮合焦位置に移動させ、前記撮像素子を前記撮像素子の第１の仮合焦位置に移動させる工程と、
前記補正レンズ群を移動させることにより合焦状態が検出されるときの前記補正レンズ群の第１の合焦位置を検出する工程と、
前記第１のトラッキングデータにおける前記第１の変倍位置に対応する前記補正レンズ群の位置と前記補正レンズ群の第１の合焦位置との差を用いて、前記第１のトラッキングデータを調整するための調整値を求める工程を含むことを特徴とするトラッキングデータの調整方法。