JP5967962B2

JP5967962B2 - 撮像装置

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Publication number: JP5967962B2
Application number: JP2012025040A
Authority: JP
Inventors: 中川　英法; 英法中川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2032-02-08
Also published as: JP2013161037A; US20130201381A1; US9538064B2

Description

本発明は撮像装置に関し、特に、撮像素子を光軸方向に駆動する機構を有する撮像装置に関する。

撮像装置において撮像素子を駆動する構造として、防振やゴミ除去のために光軸に直交する平面において撮像素子を駆動する構造が知られている。一方、撮像装置全体の小型化や光学性能を向上させるために、撮像素子を光軸に沿って駆動する光学系が知られている。例えば特許文献１は、フォーカスレンズ群を光軸方向へ移動させた後、コントラスト評価値がピークとなる位置へ撮像素子を光軸方向に移動させることにより、高精度な焦点調整を実現技術が開示されている。

特開２００６−２０８７０３号公報

プロユーザーによる撮像装置の使用方法の一つに、画角変化を生じない光学系の操作によるデフォーカス撮影方法がある。
この撮影方法は撮影者が一旦定めたフォーカス，ズーム位置による構図を変更することなく、大きなデフォーカス状態にしてから合焦状態に徐々に戻す操作を行うもので、特にフォーカス群の操作による画角変動の影響を避けるため、近接撮影を行うための光学系を用いることが多い。

しかしながら特許文献１に開示された従来技術では、リアフォーカス方式の撮像装置ではこうした画角変化が少ないデフォーカス操作が可能ではあるが、構造的に特にズーム中間領域より望遠側において十分なデフォーカス量を確保することが出来ないという問題点がある。従って、ズームのワイド領域近傍では大きなデフォーカス状態から合焦状態へ復帰する撮影が可能であるが、ズーム中間領域より望遠側において撮影者の満足するデフォーカス状態を作ることが出来ず、撮影者の意図する映像効果を実現する撮影ができない。

この問題点を解消しようとすると、大きなデフォーカス状態をズーム中間領域より望遠側において確保するために物理的にフォーカス群の移動範囲を広げる必要があり、撮像装置の大型化を招いてしまう。
そこで、本発明の目的は、フォーカス群の光軸方向の移動範囲を広げることなく、ズーム全域に於いて大きなデフォーカス状態の撮影を行い、且つデフォーカス量を任意に調整することを可能とする撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、フォーカスレンズ群と変倍レンズ群を含む光学系と、前記光学系の光軸方向に移動可能な撮像素子と、該撮像素子を前記光軸方向に駆動する駆動手段と、ズーム位置に対応する前記撮像素子の前記光軸方向の基準となる位置を基準位置として記憶する記憶手段と、デフォーカス量を操作する操作手段と、前記基準位置と前記操作手段で設定されたデフォーカス量に基づき、前記撮像素子を前記光軸方向に駆動するよう前記駆動手段を制御する制御手段と、前記操作手段により設定された前記デフォーカス量に基づいて、前記撮像素子の前記基準位置に対するシフト量を演算する演算手段と、を有し、前記制御手段は前記基準位置と前記シフト量とに基づいて前記撮像素子を駆動し、前記シフト量は、ズーム位置が広角端から所定のズーム位置の範囲内である場合は、前記撮像素子を前記基準位置から前記光学系から離れる方向に移動させるシフト量であり、ズーム位置が前記所定のズーム位置より望遠側である場合は、前記基準位置より前記光学系側に前記撮像素子を移動させるシフト量である、ことを特徴とする。

本発明によれば、撮影者の意図する構図に基づいて、デフォーカス操作を行うことが可能で、且つデフォーカス操作を終了した時点では、予め設定された構図に画界変化を生じることなく合焦状態で復帰させることが可能となる撮像装置を提供することができる。

第１の実施例における撮像装置の装置構成を示す図。第１の実施例における撮像装置の外観図。本発明の第１の実施例であるデフォーカス操作による撮像素子駆動を行う撮像装置の構成を示すブロック図。第１の実施例における、ズーム領域における撮像素子の駆動方向の説明図。第１の実施例におけるデフォーカス撮影への移行のフローチャート。第１の実施例におけるデフォーカス撮影から通常撮影への復帰のフローチャート。第２の実施例におけるデフォーカス撮影中にズーム操作をした場合のフローチャート。第２の実施例におけるデフォーカス撮影中にフォーカス操作をした場合のフローチャート。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の撮像装置の装置構成を示す図、図２は上記撮像装置の外装の構成を示す図、図３は本発明の実施形態の撮像素子の駆動によるデフォーカス操作を行う撮像装置の制御構成を示すブロック図、図４は本実施例における撮像素子の駆動制御方法を説明する図である。
更に図５は撮影者がデフォーカス撮影への移行のフローチャート、図６はデフォーカス撮影を解除する撮影行為のフローチャートである。

以下、図１から図６を参照して、本発明の第１の実施例による、撮像素子を駆動する機構を有する撮像装置について説明する。

図１は、本実施例の撮像装置におけるレンズ部の要部断面図であり、レンズ部は、固定レンズ群１、変倍レンズ群２、像面補正レンズ群３、振れ補正レンズ群４、焦点調整レンズ群（フォーカスレンズ群）５、撮像素子６を含む。ここで、レンズ群とは、１枚のレンズで構成されていても構わないし、勿論複数のレンズを含んでいても構わない。
固定レンズ群１は鏡筒１０１により保持され、変倍レンズ群２は鏡筒２０１に固定され、像面補正レンズ群３は鏡筒３０１に固定され、振れ補正レンズ群４は鏡筒４０１により保持され、焦点調整レンズ群５は鏡筒５０１により保持される。

鏡筒２０１、３０１はカム７により同期して光軸方向に駆動され、鏡筒４０１は所定のアクチュエータ８により、光軸に直交する平面内において駆動され、鏡筒５０１は不図示のアクチュエータにより光軸方向の変位が可能に構成されている。
更に、撮像素子６は、光軸方向に移動可能な保持枠６０１により保持される。保持枠６０１は、後に詳述する変倍レンズ群２、像面補正レンズ群３に連動した、所定の制御に基づいて不図示のアクチュエータによって駆動される。

図２（ａ）、（ｂ）は、上述のレンズ群を内包する、撮像装置の外観図である。
鏡筒９は、固定レンズ群１から振れ補正レンズ群４までの光軸方向の範囲において、撮影者がレンズ操作を行う操作部を敷設し、撮像装置本体１０は、焦点調整レンズ群５、及び撮像素子６の光軸方向の駆動範囲に相当する領域にて構成される。
撮像装置本体１０には、撮影者が一旦定めた焦点調整位置（フォーカス位置）、変倍調整位置（ズーム位置）による結果である任意の構図に対して、焦点のみをずらした撮影行為（以下、デフォーカス撮影と記載する）を操作するためのデフォーカス操作部材１１が敷設されている。
図２（ｂ）に示すようにデフォーカス操作部材１１は所定の操作角αの範囲で操作が可能であり、後述するように撮影者は操作角αまでの範囲内の操作角に応じたデフォーカス撮影を行うことが出来る。

図３は、本実施例の構成を示すブロック図である。
図３中に１２で示されるブロックは、図１に示す撮像装置における鏡筒のレンズ群と撮像素子で、変倍レンズ群２及び補正レンズ群３を一体に保持するカム７に連接された被駆動部材１３、鏡筒５０１に敷設された被駆動部材１４、保持枠６０１に敷設された被駆動部材１５を含む。

被駆動部材１３、１４、１５にはそれぞれ変位検出手段１６ａ、１６ｂ、１６ｃ（以後、まとめて、変位検出手段１６とも記す）が敷設され、変位検出手段１６からの出力は位置情報演算部１７を介して制御部１８へ送られる。
被駆動部材１３、１４、１５はアクチュエータ１９、２０、２１によってそれぞれ駆動され、撮像素子６からの出力は変換部２２によって焦点調整に必要な信号に変換され、変換部２２の出力は制御部１８へ出力される。

また本撮像装置には、焦点操作部材２３、変倍操作部材２４に加え、上述のデフォーカス操作部材１１が敷設されている。
焦点操作部材２３及び変倍操作部材２４は、撮影者が操作を行うとそれぞれ焦点操作の方向（至近方向、無限方向）、変倍方向を判別し、制御部１８へ検出した信号が送られる。
合焦制御部２５は、焦点操作部材２３、変倍操作部材２４の信号をトリガとし、所定の光学情報テーブル２６と、変位検出手段１６から焦点調整レンズ群５と撮像素子６との駆動方向、及び量を制御して合焦調整する機能を有する。

図４に、変倍レンズ群２のズーム位置と、撮像素子６の位置との関係を示す。
焦点調整レンズ群５の可動範囲は、カム７により同期して駆動される変倍レンズ群２及び像面補正レンズ群３で定まるズーム位置によって変動し、同じく撮像素子６も焦点距離に応じて光軸方向の位置が変わる。

図４中の矢印２７は撮像素子６の機械構造的な可動範囲を示し、曲線２８はズーム位置に応じて変化する撮像素子６の光軸方向の基準となる位置（基準位置）を示している。曲線２８の軌跡上に位置する撮像素子６上に被写体光が結像するように合焦制御部２５によって焦点調整される。この基準となる位置（基準位置）は、後述するように、あるデフォーカス量（好ましくはピントが合う状態、デフォーカス量が実質的に０の状態）における、複数のズーム位置（焦点距離）に対応した撮像素子の光軸方向の位置、又はそれに対応する位置情報である。本実施例の撮像装置は、ズーム位置に対応した撮像素子の移動軌跡として記憶していても構わないし、離散的に複数のズーム位置に対応した撮像素子の位置を記憶していても構わない。また、基準位置は、ズーム位置の変化に対して変化しない位置（値）としても構わない。
ここで先述の、撮像装置１０上に敷設されたデフォーカス操作部材１１の最大の操作角である操作角αに対応する最大デフォーカス位置曲線（シフト量）２９ａ、２９ｂは、基準位置である位置曲線２８を基準に、ズーム位置に対する、制御回路２５、光学情報テーブル２６から補正された位置曲線として演算される。

最大デフォーカス位置曲線２９ａは、撮像素子６を基準位置である位置曲線２８から被写体側に対し逆側（以下、反被写体側と記載する）に移動してデフォーカス撮影をするズームの領域β（広角端から図中γで示される中間ズーム位置の間の領域）における、デフォーカス操作部材１１の最大の操作角α（最大のデフォーカス量）に対応する撮像素子６の位置を示す曲線である。

領域β（ズーム位置γ）より望遠側のズーム位置では、撮像素子６を反被写体側に駆動して（デフォーカス操作部材１１の最大の操作角αに対応する）所定量のデフォーカス撮影の効果を得るためには、撮像素子６の可動範囲を超えて反被写体側に撮像素子６を駆動することが必要となる。
この事象は、焦点調整レンズ群５を駆動して所定量のデフォーカス撮影の効果を実現しようとする際にも同様であり、すなわち、領域β（ズーム位置γ）より望遠側において所定量のデフォーカス効果を得るためには、焦点調整レンズ群５の駆動可能範囲を越えて駆動させることが必要となる。故に領域βより望遠側において所定量のデフォーカス効果を狙うデフォーカス撮影を行うためには、以下に詳述する撮像素子６を基準位置から移動させることが有効となる。

領域βより望遠側で撮像装置を使用する場合には、撮像素子６を基準の位置曲線２８に対して被写体側に駆動してデフォーカス撮影するために、制御回路２５によって、光学情報テーブル２６に記憶されている（デフォーカス操作部材１１の最大の操作角αに対応する）基準の位置曲線２８から補正された位置曲線として最大デフォーカス位置曲線２９ｂが演算される。
上述の最大デフォーカス位置曲線２９ａ、２９ｂは、デフォーカス操作部材１１の最大の操作角である操作角αまで操作した際に撮像素子６が駆動される位置を示しており、任意の操作角に対しては位置曲線２８と最大デフォーカス位置曲線２９ａ、２９ｂとの間で、例えば、その操作角と最大操作角αの比に応じた位置に駆動するように制御される。

図５は、図２（ｂ）にて説明したデフォーカス操作部材１１の操作角に対応して、デフォーカス駆動量２９ａ、２９ｂが生成され撮像素子６が駆動される時のフロー説明図である。
撮影者が撮影を開始（０１０１）、変倍操作部材２４によるズーム操作がされると（０１０２）、カム７が駆動し（０１０３）、変倍レンズ群２及び像面補正レンズ群３の動きに連動して、撮像素子６が駆動される（０１０４）。

焦点調整レンズ群５は合焦制御部２５によって合焦するまで駆動され（０１０５〜０１０６）、撮影者の意図した構図が完成する。（０１０７）
撮影者は、一旦定めた構図に対してデフォーカス撮影を行うために、デフォーカス操作部材１１を所定の操作角の中で任意の操作角度だけノブを操作すると（０１０８）、合焦制御部２５は、デフォーカス撮影後にデフォーカス撮影前の構図の状態に復帰させるためのフォーカス／ズーム／撮像素子の位置情報を記憶する（０１０９）。

続いて画界変化を生じないように、焦点調整レンズ群及び変倍レンズ群の駆動を停止し、位置を固定する（０１１０）。
撮像素子６をデフォーカス撮影に用いるために駆動する方向を判定するため、図４を用いて詳述したズーム位置γを境界とし、位置γに対するズーム位置の判定を行う（０１１１）。すなわち、ズーム位置が、図４中に示す領域β内であるか、領域β外であるかを判定する。

デフォーカス撮影開始時のズーム位置Ｚｐが位置γよりも広角側もしくは位置γである場合（領域β内の場合）、デフォーカス操作部材１１の操作角に応じて撮像素子６を反被写体側に駆動するためのシフト量である駆動量Ａを演算し（０１１２）、撮像素子６を駆動する（０１１４）。

またデフォーカス撮影開始時のズーム位置がγよりも望遠側の時（領域β外の時）、デフォーカス操作部材１１の操作角に応じて撮像素子６を被写体側に駆動するためのシフト量である駆動量Ｂを演算し（０１１３）、撮像素子６を駆動する（０１１５）。
上述のように、デフォーカス操作部材１１の操作に応じた撮像素子６の駆動によって、デフォーカス撮影状態が成立する（０１１６）。

図６はデフォーカス撮影を解除し、デフォーカス撮影を開始した構図状態に復帰させる操作を行うフロー説明図である。
デフォーカス解除のフローは、撮影者が、デフォーカス撮影状態から、決定された構図への復帰操作を行う際に、デフォーカス操作部材１１の操作方向を逆転して操作することにより開始する（０１１７）。
デフォーカス解除操作が開始されると、記憶された構図決定時のズーム位置の判定結果（位置γに対する大小）の判別が行われ（０１１８）、判別結果に応じて撮像素子６の光軸方向における移動方向が決定される。

ズーム位置Ｚｐが位置γよりも広角側もしくは位置γ（領域β内）の場合、上述の駆動量Ａと同じ演算手法で、この時の撮像素子６の駆動方向をデフォーカス撮影時に駆動した方向が反対方向となる駆動量Ｃを演算し（０１１９）、撮像素子６を駆動する（０１２１）。
一方ズーム位置Ｚｐが位置γよりも望遠側（領域β外）の場合、上述の駆動量Ｂと同値で、この時の撮像素子６の駆動方向をデフォーカス撮影時に駆動した方向が反対方向となる駆動量Ｄを演算し（０１２０）、撮像素子６を駆動する（０１２２）。
本フローは構図決定時の撮像素子６の位置を目標値とし、撮像素子６のデフォーカス撮影解除時の位置目標値に対する位置判定が実施され（０１２３、０１２５）、目標値に到達すると、デフォーカス撮影設定前の構図へ復帰する（０１２５）。

デフォーカス操作部材１１は、クリック感等により撮影者が開始位置（デフォーカス量ゼロに対応する操作位置）を、デフォーカス操作部材１１の操作中にデフォーカス操作部材１１の触感（操作感）を通じて撮影者に伝達するための機構を有する。この構成により、デフォーカス撮影設定前の構図が決定されていた位置までデフォーカス操作部材１１の解除操作を確実に実行することができる。
本実施例においては、デフォーカス操作部材１１のデフォーカス撮影解除操作は、操作部材の操作角の戻し量に比例した目標位置演算を行う方法や、デフォーカス操作部材１１の逆回転操作をトリガとし、構図決定時の位置を目標位置とする方法が可能である。

以上説明したように、撮像素子をデフォーカス撮影するための所定の駆動制御を行うトリガとして、焦点操作部材とは独立したデフォーカス操作部材を有することにより、撮影者が一旦定めた構図を起点として、デフォーカス撮影を行い、更に起点となる構図へ容易に復帰することができる撮影が可能となる。
上述の実施例によれば、撮影者は撮影行為の中で定めた構図において、合焦状態からデフォーカス撮影へ任意に可逆的に移行させて撮影することを可能とする効果が得られる。

以下図７及び図８に示すフロー図を参照して、本発明の第２の実施例による、撮像素子を駆動する機構を有する撮像装置において、第１の実施例と同一の構成内容に関しては同一の番号を用いて説明する。

撮影者がデフォーカス撮影を行っている最中においても、撮影者が他の被写体に対する撮影を優先させる場合があり、この時、撮影者は意図的に構図を変更する操作を行う。
この場合、撮影者は、撮像装置上の焦点操作部材２３によるフォーカス調整操作、または変倍操作部材２４によるズーム操作を行うことで構図を変更するため、焦点操作部材２３や変倍操作部材２４の操作を構図変更開始のトリガとすることが有効である。

第１の実施例にて詳述したように、撮影者がデフォーカス操作部材１１の操作によってデフォーカス撮影を実施している状態を、図７に示すようにフローの起点（０２０１）として説明する。
構図変更のために撮影者が変倍操作部材２４を操作すると（０２０２）、デフォーカス撮影前に撮影者が定めた構図における焦点調整レンズ群５、及び変倍レンズ群２、像面補正レンズ群３の駆動の固定が解除される（０２０３）。

続いてデフォーカス撮影を再開可能とするために、デフォーカス操作部材の相対回転位置をリセットする（０２０４）。
そして変倍操作部材２４の操作に応じてカム７が駆動され、これに連動して撮像素子６が基準の位置曲線２８に沿って駆動され、焦点調整レンズ群５が合焦制御されることで新たな構図が決定される。（０２０５〜０２０９）
構図が決定された後には、第１の実施例にて詳述した如くデフォーカス撮影を行うことが可能である（０１０８〜０１１６）。

撮影者が構図を変更するために焦点操作部材２３を操作する場合について、図８を参照しながら説明する。
焦点操作部材２３が操作されると（０３０２）、デフォーカス撮影前に撮影者が定めた構図における焦点調整レンズ群５、及び変倍レンズ群２、像面補正レンズ群３の駆動の固定が解除される（０３０３）。

更に変倍レンズ群２、像面補正レンズ群３の位置情報に対応した、撮像素子６の連動位置（基準位置）に復帰される（０３０４）。ここでは、ズーム操作はないので、デフォーカス撮影への移行時のシフト量である駆動量を、デフォーカス撮影への移行時とは逆方向に駆動して、基準位置に戻る。
デフォーカス操作部材の相対回転位置をリセットし（０３０５）、第１の実施例にて詳述した合焦のフローから合焦判定が再開、構図決定がなされ（０３０６〜０３０８）撮影者はデフォーカス撮影を再開することが可能となる。（０１０８〜０１１６）

以上説明したように、撮影者の構図変更を変倍操作部材や焦点操作部材の操作をトリガとすることにより、デフォーカス撮影中でも、撮影者の意図する構図変更に沿った撮影を直ちに実施することを可能としている。すなわち、制御部１８は、デフォーカス操作部材１１の操作開始時から撮像素子１５の位置がズーム位置に対応する基準位置に復帰するまで（デフォ−カス撮影中）、焦点調整レンズ群５及び変倍レンズ群の駆動を停止するよう制御し、また、デフォーカス撮影中にズーム操作／フォーカス操作がされた場合には、強制的にデフォーカス撮影を中断し、ズーム／フォーカス等の撮影者の構図変更の意図を撮影に即座に反映することができる。強制的にデフォーカス撮影を中断された時には、再度構図が決定された後には改めてデフォーカス撮影を行う撮影を可能としている。

上述の実施例によれば、撮影者は撮影行為の中で定めた構図を途中で変更する場合においても、構図を変更した撮影を遅延なく継続することができるという効果を得ることができる。
更に構図が再度、決定された後には、合焦状態からデフォーカス撮影へと任意に可逆的に移行させて撮影することが、再開可能となる効果が得られる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

２変倍レンズ群
３像面補正レンズ群
５焦点調整レンズ群
６撮像素子
１０撮像装置本体
１１デフォーカス操作部材
１８制御部
２５合焦制御部
２６光学情報テーブル

Claims

フォーカスレンズ群と変倍レンズ群を含む光学系と、
前記光学系の光軸方向に移動可能な撮像素子と、
該撮像素子を前記光軸方向に駆動する駆動手段と、
ズーム位置に対応する、前記撮像素子の前記光軸方向の基準となる位置を基準位置として記憶する記憶手段と、
デフォーカス量を操作する操作手段と、
前記基準位置と前記操作手段で設定されたデフォーカス量に基づき、前記撮像素子を前記光軸方向に駆動するよう前記駆動手段を制御する制御手段と、
前記操作手段により設定された前記デフォーカス量に基づいて、前記撮像素子の前記基準位置に対するシフト量を演算する演算手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記基準位置と前記シフト量とに基づいて、前記撮像素子を駆動し、
前記シフト量は、ズーム位置が広角端から所定のズーム位置の範囲内である場合は、前記撮像素子を前記基準位置から前記光学系から離れる方向に移動させるシフト量であり、ズーム位置が前記所定のズーム位置より望遠側である場合は、前記基準位置より前記光学系側に前記撮像素子を移動させるシフト量である、
ことを特徴とする撮像装置。
前記操作手段は、撮影者が前記操作手段を操作中に、デフォーカス量ゼロに対応する前記操作手段の操作位置を、操作感を通じて前記撮影者に伝達する機構を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記制御手段は、前記操作手段の操作開始時から、ズーム位置に対応する、前記記憶手段に記憶されている基準位置に、前記撮像素子の位置が復帰するまで、前記フォーカスレンズ群及び前記変倍レンズ群の駆動を停止するよう制御する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記制御手段は、フォーカス調整操作、ズーム操作の少なくとも何れか一方が行われた場合に、前記撮像素子の位置を前記基準位置に戻す、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。