JP6071669B2 - レンズ装置およびカメラシステム - Google Patents

Description

本発明は、レンズ装置およびカメラシステムに関する。

従来、自動焦点調節（ＡＦ）機能や保存した位置にフォーカスレンズを移動させるフォーカスプリセット（ＦＰ）機能をカメラ本体に持たせ、フォーカスレンズの駆動手段と位置検出手段をレンズ装置に持たせたレンズ交換式カメラシステムが知られている。この場合、現在のフォーカス位置（フォーカスレンズの位置）をレンズ装置からカメラ本体に送信し、それに基づいてカメラ本体から目標のフォーカス位置または移動量をレンズ装置に送信する。

近年、レンズ装置では、フロントフォーカスタイプに比べ、リアフォーカスタイプのレンズが多く使われている。しかし、リアフォーカスタイプのレンズでは、ズーム位置（変倍レンズの位置）を変化させるとピントがずれるため、同一の被写体距離に合焦するためには、ズーム位置に合わせてフォーカス位置を移動させる必要がある。このようなズーム位置とフォーカス位置の関係は「カム軌跡」と呼ばれている。

そこで、特許文献１では、ズーミングにより発生するピントずれを補正した結果生じるフォーカス位置変化の影響を減らすために、被写体距離情報によってカメラからのフォーカス制御を行うことが開示されている。

特開２００８−２２７７９９号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、フォーカスパルスでフォーカス制御を行い、被写体距離情報でフォーカス制御を制御する仕組みがないカメラには、適用することはできない。

また、ウォブリング動作のような微小振幅を行う場合、パルス情報であれば、カメラはデフォーカス量に対してレンズ敏感度を考慮してパルス量によりウォブリング動作を行うことができる。しかし、特許文献１のように、被写体距離情報によってフォーカス制御を行う場合、深度が浅くなり、被写体距離の分解能を大幅に上げなければならないといった問題が生じる。さらに、パルス情報と被写体距離情報に関するパラメータをレンズからカメラに送信する必要があるため、情報量の増大を招いてしまう。

このような課題を鑑みて、本発明の目的は、ズーミングにより発生するピントずれを補正した結果生じるフォーカス位置の変化を考慮せずに操作可能なレンズ装置及びカメラシステムを提供することである。

本発明のレンズ装置は、撮像装置に取り外し可能に装着されるレンズ装置であって、変倍に際して光軸方向に移動する変倍レンズと、焦点調節を行うフォーカスレンズと、フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段と、フォーカスレンズの位置情報に基づいて、規格化されたフォーカスレンズの位置情報を求めるレンズ制御手段と、複数の被写体距離に対応する変倍レンズとフォーカスレンズの位置の関係を表す電子カムデータと、規格化されたフォーカスレンズの位置情報に基づいて定められたフォーカスレンズの規格化された敏感度を記憶した記憶手段と、を有することを特徴とする。

本発明の他のレンズ装置は、撮像装置に取り外し可能に装着されるレンズ装置であって、変倍に際して光軸方向に移動する変倍レンズと、焦点調節を行うフォーカスレンズと、フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段と、複数の被写体距離に対応する変倍レンズとフォーカスレンズの位置の関係を表す電子カムデータを記憶した記憶手段と、フォーカスレンズの位置情報に基づいて取得される規格化されたフォーカスレンズの位置情報に基づいてフォーカスレンズの規格化された敏感度を算出するレンズ制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ズーミングにより発生するピントずれを補正した結果生じるフォーカス位置の変化を考慮せずに操作可能なレンズ装置及びカメラシステムを提供することができる。

本発明の実施形態に係るカメラシステムのブロック図である。 フォーカスレンズの駆動方法の説明図である。 フロントフォーカスのズーム位置とフォーカス位置の関係図である。 カム軌跡の一例を示す図である。 敏感度の定義図である。 デフォーカスとレンズ移動量の関係図である。 敏感度とデフォーカスの関係図である。 位相差サーボＡＦのカム軌跡の図である。 フォーカス位置が規格化された位相差サーボＡＦのカム軌跡の図である。 被写体距離ごとのカム軌跡の図である。 フォーカス位置が簡易的に規格化された被写体距離ごとのカム軌跡の図である。 フォーカス位置が規格化された被写体距離ごとのカム軌跡の図である。 フロントフォーカスのズーム中コントラストＡＦのカム軌跡の図である。 ズーム中コントラストＡＦのカム軌跡の図である。

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、本発明の実施形態に係るカメラシステム（撮像システム、光学機器）のブロック図である。カメラシステムは、レンズ装置（光学機器）１００とカメラ本体（撮像装置、光学機器）２００とを有する。レンズ装置１００は、カメラ本体２００に取り外し可能に装着される。

レンズ装置１００は、撮影光学系、変倍レンズ位置検出部１０７、絞り駆動部１０８、フォーカスレンズ駆動部（駆動手段）１０９、レンズマイコン１１０、メモリ（記憶手段）１２０を有する。

撮影光学系は、複数のレンズ（光学素子）を有して不図示の鏡筒に収納され、カメラ本体２００に被写体光を導く。撮影光学系は、被写体光の入射方向から順に、第１レンズ１０１、変倍レンズ１０２、絞り１０３、ＮＤフィルタ１０４、フォーカスレンズ１０５、第４レンズ１０６を有する。図中の各レンズの枚数は限定されない。

変倍レンズ１０２は、不図示の操作部をユーザが操作することによって点線で示す光軸ＯＡ方向に移動して焦点距離を調整する。変倍レンズ位置検出部１０７は、例えば、可変抵抗を使用して変倍レンズ１０２の位置（ズーム位置）を検出する変倍レンズ１０２の位置検出手段であり、その位置データをレンズマイコン１１０に送信する。

絞り１０３は、レンズマイコン１１０の指令に応じて絞り駆動部１０８によって駆動されることで絞り量が変更可能に構成されており、絞り量を変化させることによって光量を調整する。絞り駆動部１０８は、例えば、ステッピングモータやボイスコイルモータ（ＶＣＭ）と、コイルに流れる電流を感知するホールセンサを用いて絞り位置（現在の絞り値）を検知する検出手段（光学特性検出手段）を用いることができる。

絞り量が変化するとピント位置がずれるため、フォーカスレンズ１０５の位置（フォーカス位置）を補正する必要が生じる。この場合、絞り位置に対して複数のデータを持ち、中間値は線形補間することで絞り値とピント移動量（焦点位置のズレ量）を算出することができる。また、ピント補正量＝Ａ×（絞り値―開放絞り値）のように、開放絞り値からカメラが動作しているときの絞り値を引いた絞り値差にピント温度変化割合（係数）Ａをかけたものでもピント補正量を算出することができる。

ＮＤフィルタ１０４は、不図示の操作部をユーザが操作することによって撮影光学系の光路上に挿入および退避可能に構成されており、光量を調整する。ＮＤフィルタ１０４の挿脱状態はフォトインターラプタから構成される不図示のＮＤ検出部によって検出され、検出結果はレンズマイコン１１０に送信される。また、ＮＤフィルタ１０４の枚数は限定されず、カラーフィルタなど他の光学部材も選択可能なように構成にしてもよい。

ＮＤフィルタ１０４が挿入されない場合には、ＮＤフィルタ１０４が挿入される場所の屈折率は空気の屈折率であり、光学設計値通りになるが、ＮＤフィルタ１０４が挿入されると、ＮＤフィルタ１０４の素材の屈折率になる。ＮＤフィルタ１０４を挿入すると、空気の屈折率とＮＤフィルタ１０４の屈折率の差分によってピントがずれることになるため、フォーカス位置の補正が必要となる。

また、濃度が異なるＮＤフィルタ１０４やカラーフィルタなどがローレット式に切り替えられる場合も同様に、各フィルタの挿入状態を検出し、それぞれのフィルタの屈折率や厚みにより異なる補正値を予めメモリ１２０に保存しておく。そして、検出されたフィルタに対する補正値をメモリ１２０から読み出してフォーカス位置を補正する。また、アタッチメントなど検知できないフィルタを装着した場合には、カメラ本体内の不図示の補正値マニュアル値選択手段にユーザが自由に書き込みをし、使用時に選択することによってフォーカス位置を補正してもよい。

フォーカスレンズ１０５は、レンズマイコン１１０からの駆動情報（駆動命令）に従ってフォーカスレンズ駆動部１０９によって光軸方向に移動（駆動）されて焦点調節を行う。すなわち、レンズマイコン１１０は、フォーカスレンズ駆動部１０９の駆動量（駆動パルス数を含む）や駆動位置（フォーカスレンズ１０５の目標位置も含む）を取得している。

図２は、フォーカスレンズ１０５の駆動方法の説明図である。フォーカスレンズ１０５は、リードスクリュー１０９ａにラック１０９ｂを介して連結されている。また、フォーカスレンズ１０５の位置を検出する位置検出部を構成するフォトインターラプタ１０９ｃが設けられている。ステッピングモータ１０９Ａがリードスクリュー１０９ａを回転すると、この回転はラック１０９ｂによって並進に変換される。その結果、フォーカスレンズ１０５は、矢印方向に移動する。このときのステッピングモータ１０９Ａの駆動パルス数を数えることでフォーカスレンズ１０５の位置を把握することができる。パルスのカウント開始点が異なるとフォーカスレンズ１０５の位置がずれてしまうので、最初にステッピングモータ１０９Ａを駆動して全域をスキャンし、フォトインターラプタ１０９ｃの信号の変化する場所まで移動させる。その点を原点（基準位置）とする。そこからステッピングモータ１０９Ａの駆動パルス数を増減させることでフォトインターラプタ１０９ｃを基準としたフォーカス位置を得ることができる。

また、フォーカスレンズ駆動部１０９をＤＣモータや磁石とコイルの電磁作用で駆動させるＶＣＭなどの最小移動量が決まっていないものであれば、電気的な位置センサを別に用意し、位置を測定することで同様にフォーカスレンズ１０５の位置を知ることができる。

レンズマイコン（レンズ制御手段）１１０は、カメラ本体２００のカメラマイコン２０９と通信すると共にレンズ装置１００の各部を制御する。メモリ１２０は、レンズマイコン１１０の動作に必要な情報やプログラムを保存している。

カメラ本体２００は、ペンタプリズム２０１、ファインダー２０２、ミラー２０３、撮像素子２０４、信号処理部２０５、記録処理部２０６、デフォーカス検出部２０７、コントラスト信号生成部２０８、カメラマイコン２０９、メモリ２２０を有する。

被写体光の光路上に配置されたミラー２０３は、レンズ装置１００から導かれた被写体光の進む向きを変えることができる。ミラー２０３から導かれた被写体光は、ペンタプリズム２０１で反射された後、ファインダー２０２に導かれ、使用者が物体の光学像を確認することができる。また、ミラー２０３は、不図示の駆動装置にて光路から退避できるようになっており、退避した場合、撮像素子２０４上で結像する。

また、ミラー２０３の一部は、ハーフミラーになっており、不図示の小ミラーによってＴＴＬ位相差検出素子などで構成されるデフォーカス検出部２０７にてデフォーカス量を測定することができる。デフォーカス検出部２０７で測定されたデフォーカス量は、カメラマイコン２０９に送信される。なお、デフォーカス検出部２０７と撮像素子２０４を一体化し、位相差ＡＦもコントラストＡＦも撮像素子２０４で行うような構成にしてもよい。

撮像素子２０４は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサにより構成される光電変換素子であり、撮影光学系が形成した被写体像（光学像）を電気信号に光電変換してアナログ信号を出力する。撮像素子２０４の出力はサンプリングされ、ゲイン調整およびデジタル変換される。

信号処理部２０５は、撮像素子２０４からの信号に、増幅、色補正、ホワイトバランスなどの各種の画像処理を行い、映像信号を生成する。記録処理部２０６は、記録媒体や表示部に画像を出力する。

コントラスト信号生成部２０８には、信号処理部２０５で生成された映像信号が送信される。コントラスト信号生成部２０８は、輝度信号について複数の特定領域分のうち、ハイパスフィルターによって摘出された高周波成分の量を積分した１つもしくは複数の高周波信号積分値を利用することによってコントラスト信号（撮像信号）を生成する。コントラスト信号は、合焦状態の判別に利用される。コントラスト信号生成部２０８は、生成したコントラスト信号をカメラマイコン２０９に送信する。

カメラマイコン２０９は、レンズマイコン１１０と所定の周期若しくは、必要なときに通信し、レンズマイコン１１０にレンズ制御データを送信し、レンズマイコン１１０から各種の状態を受信する。メモリ２２０は、カメラ本体２００及びレンズ装置１００の動作に必要な情報やプログラムを保存している。カメラマイコン２０９は、フォーカスレンズ１０５の位置をメモリ２２０に記憶させると共に記憶されたフォーカスレンズ１０５の位置にフォーカスレンズ１０５を駆動するようにレンズマイコン１１０に命令するフォーカスプリセット手段として機能する。レンズマイコン１１０は、カメラマイコン２０９から受信した各種レンズ制御データに従って各部の駆動制御を行う。

図３は、フロントフォーカスのズーム位置とフォーカス位置の関係図であり、被写体距離が無限端、１０ｍ、至近端の場合を示している。すなわち、同一被写体であれば、ズーム位置が変化しても同じフォーカス位置となるようにレンズ鏡筒にカム溝が形成されている。

一方、リアフォーカスレンズの場合、同一の被写体距離で合焦するためには、カム軌跡においてズーム位置に対応するフォーカスレンズの合焦位置にフォーカスレンズ１０５を移動させる必要がある。また、リアフォーカスレンズでは、ズーム位置により無限端から至近端までの位置に対する分解能が異なり、無限端から至近端まで移動するのに要するステッピングモータのパルス数はワイド端に対してテレ端は１０倍程度の差が生じる。このため、プリセット機能で記憶した位置で合焦が得られない場合もある。また、フォーカスレンズの可動範囲がズーミングによって変化することも問題となる。

メモリ１２０に被写体距離とズーム位置のカム軌跡を保存して参照することによって、ズーム位置が変化しても合焦を得ることができる。また、代表点以外の中間ズーム位置やフォーカス位置に対しては、線形補間することで高精度な位置を算出することができる。

図４は、カム軌跡の一例を示す図である。横軸はズーム位置であり、左側にワイド端（広角端）、右側にテレ端（望遠端）をとっている。縦軸はフォーカス位置であり、下側が無限端側、上側が至近端側である。無限端と至近端、ワイド端とテレ端の４点のズーム位置とフォーカス位置がメモリ１２０に保存されているものとする。

現在のフォーカス位置が、ズーム位置がワイド端、被写体距離が１０ｍであるフォーカス位置ｘであり、ズーム位置がミドル位置に移動された場合のフォーカス位置ｙを求める場合について説明する。

ワイド端における至近端と無限端の距離ａ、位置ｘと無限端の距離ｂの比はテレ端における至近端と無限端の距離ａ’、位置ｚと無限端の距離ｂ’の比と同じであるから位置ｚが求まる。次に、ミドル位置のワイド端とテレ端までのそれぞれの距離の比ｌ：ｍと、位置ｘと位置ｚのフォーカス位置から位置ｙのフォーカス位置を求める。被写体距離とズーム位置の関係の代表点を増やせば高精度にフォーカス位置を得ることができる。

カメラシステムを構成する各部品の個体差の影響により設計したカム軌跡にならない場合がある。これを補正するために、所定のズーム位置の所定の被写体距離に対して設計値からのフォーカス位置のズレ量を測定してレンズ装置１００のメモリ１２０に書き込んで実行時にそのズレを補正する。なお、光学部材の個体差によるピント移動は、ズーム位置ごとの製造誤差によるピント移動と、レンズの中心光束と周辺光束のピント移動がある。

次に、敏感度について説明する。敏感度とは、レンズを繰り出した量とデフォーカス量との関係を表すものである。図５は敏感度の定義図、図６はデフォーカスとレンズ移動量の関係図、図７は敏感度とデフォーカスの関係図である。

図５において、フォーカスレンズ３０１、固定レンズ群３０２、撮像素子３０３とした場合、フォーカスレンズ３０１の繰り出し量Ｌと、デフォーカス量ｄは、以下の関係が成立する。

ｄ＝Ｌ×Ｓ …（１）
このときの比例係数Ｓが敏感度となる。単純な構成のレンズであれば、フォーカスレンズ３０１を１ｍｍ動かした場合のデフォーカス量が１ｍｍであれば敏感度Ｓは１となる。

図６では横軸にフォーカスレンズ３０１の繰り出し量Ｌ、縦軸にデフォーカス量ｄをとっており、図７では横軸にデフォーカス量ｄ、縦軸に敏感度Ｓをとっている。図６において、Ｌ：ｄ＝１：１の関係が続くならば、実線の比例関係のグラフとなる。このとき、図７のグラフは、デフォーカス量ｄの値によらずＳ＝１となる実線のグラフになる。

しかし、複雑な構成のレンズになると、敏感度Ｓと繰り出し量Ｌは以下のようなデフォーカス量ｄの関数で表わされる。

例えば、繰り出し量Ｌを変化させていくと、デフォーカス量ｄの移動幅が１：１の関係から減少していくレンズでは、図６の破線のグラフを描き、図７の破線のようにデフォーカス量が大きくなると敏感度Ｓが１以下となる破線のグラフを描く。

また、レンズ制御においては、実際の繰り出し量Ｌそのものではなく、フォーカスパルス数Ｐ（ｐｕｌｓｅ）で次のように表される。

ただし、ｈ（ｍｍ／ｐｕｌｓｅ）は、１パルスあたりのレンズ繰り出し量である。

本実施形態では、フォーカスパルス数Ｐをレンズ装置１００、カメラ本体２００で計算してフォーカス駆動を行っている。一般的に全体繰り出しレンズの場合、敏感度Ｓは定数になるが、リアフォーカス等のレンズの一部をフォーカス調整に用いるレンズの場合、敏感度Ｓが変化し、１次以降の係数が必要となる。基本的に敏感度Ｓは焦点距離の２乗の変化に対応して変化し、リアフォーカス等のレンズはフォーカスレンズを動かしても焦点距離が変化する。すなわち、敏感度Ｓは、変倍レンズ、フォーカスレンズを動かしても変化する値となる。また、敏感度Ｓは、ズーム位置、フォーカス位置に対して領域を分割してメモリ１２０内に保存しておく（通常、３次まで）ことで、ズーム位置、フォーカス位置ごとに呼び出して使うことができる。

次に、本実施形態のカメラシステムを利用した位相差ＡＦを説明する。あらかじめ、レンズ装置１００からフォーカス位置とズーム位置における敏感度、１パルスあたりのレンズ繰り出し量を受信しておく。デフォーカス検出部２０７で被写体のデフォーカス量を測定し、前述した式（４）によりフォーカスパルス数を計算する。このデータを絞込みピント移動や、位相差センサと撮像面との光路長などの補正パルス量を加味した上で、駆動命令としてカメラマイコン２０９からレンズマイコン１１０に送信する。レンズマイコン１１０は、受信したフォーカスパルス数を用いてフォーカスレンズ駆動部１０９にフォーカスレンズ１０５を駆動させる。仮に、駆動させて微妙にピントが合わない場合でも再度、デフォーカス検出部２０７でデフォーカス量を検出させて同様の動作をさせることで合焦することができる。

また、移動する被写体に撮影レンズを追従させるサーボＡＦ撮影においては、まず、フォーカスパルス数を計算し駆動する。そのとき、レンズマイコン１１０からフォーカス位置を取得しておいて、フォーカスパルス数と足し合わせることで、現在の被写体位置とフォーカス位置との対応をつける。フォーカスレンズ１０５の位置を示すフォーカス位置と対比して被写体フォーカス位置と呼ぶ。時間が少し経ち、被写体が移動したときに同様に被写体フォーカス位置を計算することで、時間的に１つ前の被写体フォーカス位置と現在の被写体フォーカス位置がわかる。これらは被写体の移動と対応しているため、被写体の動きを等速運動と考え、２つの値の取得時間の差から被写体が移動した場合の被写体フォーカス位置を予想する。そして、予想値と現在のフォーカス位置の差分値をフォーカスパルス数としてフォーカスレンズ１０５を駆動する。このようにして、移動する被写体に撮影レンズを追従させるサーボＡＦ撮影を実現させている。

しかし、電子カムを用いた変倍レンズで、固定被写体に追従させつつズーム動作させて画角を整えるような動作をした場合、次のような問題点が起こる。

図８は、位相差サーボＡＦのカム軌跡の図で、横軸に変倍レンズの位置、縦軸にフォーカス位置をとり、被写体距離が同一のものを線で結んだ電子カムを表している。従来のレンズでは、テレ端で固定被写体に一度フォーカスを合わせて、ズームさせた場合、レンズマイコン１１０は、図中線分（２）のような一定の値のフォーカス位置をカメラマイコン２０９に送信していた。しかし、電子カムを用いたレンズでは、電子カムの形状に合わせてズーム位置に対応したフォーカス位置にフォーカスレンズを駆動するため、レンズマイコン１１０は、図中線分（１）のような変化するフォーカス位置をカメラマイコン２０９に送信する。

つまり、サーボＡＦ撮影でズーム動作を行った場合、被写体が動いていないにもかかわらず、レンズマイコン１１０は、線分（１）上の値をカメラマイコン２０９に送信してしまう。さらに、線分（１）上の値を用いて被写体フォーカス位置を計算してしまう。そのため、あたかも至近側に被写体が移動したと判断し、カメラマイコン２０９がレンズマイコン１１０に線分（１）と線分（２）の差分を駆動するよう命令し、サーボＡＦとしては間違った動作をしてしまう。また、移動被写体に対しても同様に、被写体の駆動分は正しく計算されるが、線分（１）と線分（２）の差分が余分に駆動されてしまう。

そこで、本発明では、図９に示すように、ズーム位置が変化してもフォーカス位置が被写体距離ごとに一定になるように、フォーカスパルス数等のフォーカス位置に関する情報（フォーカスレンズの位置情報）を規格化し、規格化したフォーカス位置をカメラ本体に送信する。そのため、ズーム中のサーボＡＦを正しく動作させることができる。

フォーカスレンズの位置情報の規格化について説明する。図１０は、被写体距離ごとのカム軌跡の図で、横軸に変倍レンズの位置、縦軸にフォーカス位置をとり、被写体距離が同一のもの（無限端、３ｍ、１ｍ、０．５ｍ、至近端）を線で結んだ電子カムを表している。実際の交換レンズの場合、図１０に示すように、ある被写体距離を表す電子カムのフォーカス位置がズーム位置に対して不規則な曲線になるが、被写体距離とズーム点の対応関係の代表点を増やせばさらに詳細なフォーカス位置を正しく設定することができる。

図１０において、ズーム位置ｘの無限端と至近端におけるフォーカス位置の差分をＲ（ｘ）と表した場合、Ｒ（ｘ）が最大になる位置、つまりテレ端におけるフォーカス位置の差分Ｒ（Ｔｅｌｅ）とそれ以外の差分Ｒ（ｘ）に対し、以下のようにＡ（ｘ）を計算する。

Ａ（ｘ）＝Ｒ（Ｔｅｌｅ）／Ｒ（ｘ）
仮に、フォーカス位置差分Ｒ（ｘ）が小さなワイド端で規格化してしまうと、１パルスあたりの移動量によるフォーカス変動が、ピントの判別がわかる指標とされる絞り値Ｆと撮像素子の１素子の大きさΔの積で表されるＦΔを超えてしまう。そのため、フォーカス合わせ１パルスとしての分解能が不足してしまう。そのため、最も分解能が小さい位置、つまりテレ端のズーム位置で規格化することが望ましいとされる。

図１０のそれぞれの電子カムのフォーカス位置に対してＡ（ｘ）を乗算したものを計算したものが、図１１に示すフォーカスレンズの位置情報が簡易的に規格化された被写体距離ごとのカム軌跡の図となる。
この規格化では無限端と至近端については被写体距離に対して正しく規格化されているが、その中間の被写体距離間では、電子カムが歪んでしまっている。これは、ズーム位置を変数としてＡ（ｘ）という規格化定数を作ったが、実際にはフォーカス位置を動かすことでも焦点距離が微小に変化するためである。そのため、ｙをフォーカス位置とした場合、本来はＡ（ｘ、ｙ）での規格化を行わなければならない。ズーム位置とフォーカス位置の変数として細かい分割ごとに、規格化定数を作りそれぞれの電子カムに対してＡ（ｘ、ｙ）を乗算して規格化を行ったものが図１２のフォーカスレンズの位置情報が規格化された被写体距離ごとのカム軌跡の図である。

また、別の規格化方法もある。レンズマイコン１１０内には、電子カムデータとして代表点のデータが保存されている。先に説明したように、代表点にないカムに対しても近隣の代表点から補間計算をすることで、現在のフォーカス位置とズーム位置からズーム位置を変えた場合の同一被写体距離のフォーカス位置を計算できる。そして、無限端と至近端におけるフォーカス位置の差分が大きなズーム位置（通常はテレ端）での同一被写体距離のフォーカス位置を計算することができる。そのため、すべてのズーム位置での無限端と至近端におけるフォーカス位置の差分の大きなズーム位置での同一被写体距離のフォーカス位置を返すことで図１２のような規格化を行うことができる。

フォーカスレンズの位置情報を規格化する方法として、規格化のための規格化係数Ａ（ｘ）を計算して求める方法、規格化のための規格化係数Ａ（ｘ、ｙ）を計算して求める方法、及び電子カムの無限端と至近端におけるフォーカス位置の差分が大きなズーム位置でのフォーカス位置を返すことで規格化する方法が存在する。

本実施形態では、フォーカス位置と変倍レンズの位置を調べ、メモリ１２０内にある電子カムデータからフォーカスレンズ１０５の規格化位置を算出し、カメラマイコン２０９に送信する。

次に、敏感度の規格化について説明する。敏感度の規格化は、１パルスあたりのレンズ繰り出し量ｈ（ｍｍ／ｐｕｌｓｅ）を、フォーカスレンズの位置情報や変倍レンズの位置により変化させることに相当する。通常のＡＦでは、デフォーカス検出部２０７によって得られたデフォーカス量とレンズ装置１００から送信された現在のフォーカス位置での敏感度によりレンズ駆動のためのフォーカスパルス数が計算される。つまり、フォーカスレンズの位置情報が規格化された値でも特に問題がない。

しかし、ズーム中のサーボＡＦ撮影では、フォーカスパルス数を以前の敏感度値を用いて算出することから、規格化されたフォーカスレンズの位置情報を使う場合、規格化されたフォーカスレンズの位置情報に対応した敏感度が必要になる。

そのため、通常のカムに対する敏感度に対して、フォーカスレンズの位置情報を規格化したときと同じように細かい分割に対して、規格化フォーカス位置に対する規格化敏感度を算出しておく必要がある。このとき、規格化敏感度は、少なくとも３次までの値を出す必要がある。規格化敏感度は、ズーム位置、フォーカス位置ごとにあらかじめ計算しておき、メモリ１２０に保存しておき、必要なときにフォーカス位置とズーム位置から呼び出してもよい。もしくは、レンズマイコン１１０内で通常カムに対する敏感度から計算してもよい。

しかし、実際には、敏感度は、デフォーカス量に依存する関数のため、フォーカス位置の分割が小さいと誤差が乗りやすい。そこで、図１１における規格化のように分解能をそろえるために、通常カムに対する敏感度に対して、レンズマイコン１１０内で各次数の敏感度を算出する。ここで、フォーカスレンズの位置情報を規格化したときと同様に、規格化のための規格化係数Ａ（ｘ）やＡ（ｘ、ｙ）を乗算することにより規格化を行う。もしくは、敏感度係数をメモリ１２０内に保存しておいてもよい。そして、規格化された敏感度をカメラマイコン２０９に送信し、カメラマイコン２０９でデフォーカス量と規格化された敏感度を用いて算出されたフォーカスパルス数（第１のフォーカスレンズ駆動量）をレンズマイコン１１０に送信する。レンズマイコン１１０は、受信したフォーカスパルス数によって、規格化したズーム位置（通常はテレ端）でのフォーカス位置を計算する。そして、電子カムから現在のズーム位置でのフォーカス位置をカム計算によって求める。規格化する前のフォーカス位置と求められたフォーカス位置との差分を実際の駆動量（第２のフォーカスレンズ駆動量）として、フォーカスレンズ駆動部１０９に命令を出すことでも規格化による敏感度のズレを減らすことができる。これは、カメラ本体２００から送られてくるフォーカスパルス数（図１０中の（１））をカム計算によって、実際の駆動パルス（図１０中の（２））を演算することを意味し、レンズマイコン１１０内部のファーム変更だけで正しい対応をすることができる。この処理をカメラ本体２００側から見ると、図１２中の（１）のようにどこのズーム位置でも共通のフォーカス位置になっており、従来のレンズと同様の処理で動作することができる。このように、フォーカス位置に対する規格化と敏感度に対する規格化を行うことでズーム中のサーボＡＦにおいても正しいフォーカス駆動を行うことができる。

以上、駆動量をレンズに対して、パルスで指定するシステムについて説明した。ただし、レンズ内で行う場合は、カメラマイコン２０９からデフォーカス量（像面移動量）を送り、レンズ内で敏感度を計算し、レンズ内で無限を基準とした像面（デフォーカス）位置として、レンズ位置を送ることでも対応できる。

また、デフォーカス量をフォーカス移動量に換算し、レンズからのフォーカス位置と合算して被写体フォーカス位置を算出したが、レンズからのフォーカス位置を像面（デフォーカス）換算してもよい。

次に、このシステムを利用したコントラストＡＦを説明する。撮像素子２０４に結像された映像から、コントラスト信号生成部２０８で生成されたコントラスト値に基づいてフォーカスレンズ１０５の合焦を調べるために、カメラマイコン２０９が駆動命令を出し、全域をスキャンする。そして、スキャン中にレンズマイコン１１０から通信によって送られた現在のフォーカスレンズパルス値と、コントラスト値を対応付けてコントラスト値が最大となるフォーカス位置を探す。仮に、最大となる所がフォーカス位置の２点にまたがる場合、コントラスト値の増加傾向、減少傾向から２点間の真の最大となる位置を補間演算する。次に、現在のフォーカス位置とコントラスト値が最大となるフォーカス位置との差分を演算し、その値をカメラマイコン２０９から駆動命令としてレンズマイコン１１０に送信する。レンズマイコン１１０では、受信したフォーカスパルス数によってフォーカスレンズ駆動部１０９を用いてフォーカスレンズ１０５を駆動する。もし、駆動しても微妙にピントが合わない場合でも微小に動かしてコントラストの山を探すことで合焦することができる。

コントラスト値とフォーカス位置を対応付けると説明したが、像面（デフォーカス）位置と対応させてもよい。レンズマイコン１１０がコントラスト値とレンズ内で無限を基準とした像面（デフォーカス）位置をカメラマイコン２０９に送信し、カメラマイコン２０９がデフォーカス量をレンズマイコン１１０に送信する。そして、デフォーカス量と敏感度によりフォーカスパルス数に変換することで対応できる。

従来のフロントフォーカスに対して、静止被写体に対してズームしながらコントラストＡＦを行う場合について、図１３のフロントフォーカスのズーム中コントラストＡＦのカム軌跡の図を用いて説明する。条件として、テレ端から徐々にワイド端にズームさせる場合を考える。

図１３は、横軸を変倍レンズの位置、縦軸にフォーカス位置を座標としてとり、そのときのコントラスト値の大きさを左に合わせて記載してあり、右に行くほどコントラスト値が高い。まず、ステップ（１）として、カメラは、フォーカスレンズを無限端側に駆動し、無限端に到達した場合、次に至近端側への駆動命令を出す。このとき、コントラスト値とフォーカス位置を対応付けた情報を記憶しておく。そして、ステップ（２）でコントラスト値が最大となるフォーカス位置を割り出してその位置にフォーカスレンズを駆動させる駆動命令を出す。この場合、フォーカス位置はズーム位置によって変化しないため、フォーカスレンズをコントラスト値がピークとなるフォーカス位置に正しく駆動させることができる。

リアフォーカスレンズ等のレンズの場合について、図１４のズーム中コントラストＡＦのカム軌跡の図を用いて説明する。図１４は、横軸を変倍レンズの位置、縦軸にフォーカス位置を座標としてとり、そのときのコントラスト値の大きさを左に合わせて記載してあり、右に行くほどコントラスト値が高い。まず、ステップ（１）として、カメラは、フォーカスレンズを無限端側に駆動し、無限端に到達した場合、次に至近端側への駆動命令を出す。このとき、コントラスト値とフォーカス位置を対応付けた情報を記憶しておく。そして、ステップ（２）でコントラスト値が最大となるフォーカス位置を割り出してその位置にフォーカスレンズを駆動させるフォーカス駆動命令を出す。しかし、図１４に示すように、フォーカス位置は、無限端、至近端ともに一定でない。そのため、ステップ（１）で得たコントラスト値がピークのフォーカス位置とステップ（２）で移動した位置が同一の被写体距離とはならず、矢印の範囲分だけズレが生じる。

このため、位相差ＡＦの場合で説明したように、フォーカスレンズの位置情報の規格化を行うことで、図１３で示したフロントフォーカスと同様に正しくズーム中のコントラストＡＦを行うことができる。また、動体に関しても、位相差で用いた方法と同じように動体予測をすることで同様に良好なズーム中ＡＦを行うことができる。

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。

１００ レンズ装置
１０２ 変倍レンズ
１０５ フォーカスレンズ
１０９ フォーカスレンズ駆動手段（駆動手段）
１０９ｃ フォトインターラプタ（位置検出部）
１１０ レンズマイコン（レンズ制御手段）
１２０ メモリ（記憶手段）

Claims (13)

1. 撮像装置に取り外し可能に装着されるレンズ装置であって、
   変倍に際して光軸方向に移動する変倍レンズと、
   焦点調節を行うフォーカスレンズと、
   前記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位置を検出する位置検出手段と、
   前記フォーカスレンズの位置情報に基づいて、規格化されたフォーカスレンズの位置情報を求めるレンズ制御手段と、
   複数の被写体距離に対応する前記変倍レンズと前記フォーカスレンズの位置の関係を表す電子カムデータと、前記規格化されたフォーカスレンズの位置情報に基づいて定められたフォーカスレンズの規格化された敏感度を記憶した記憶手段と、を有することを特徴とするレンズ装置。
2. 撮像装置に取り外し可能に装着されるレンズ装置であって、
   変倍に際して光軸方向に移動する変倍レンズと、
   焦点調節を行うフォーカスレンズと、
   前記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位置を検出する位置検出手段と、
   複数の被写体距離に対応する前記変倍レンズと前記フォーカスレンズの位置の関係を表す電子カムデータを記憶した記憶手段と、
   前記フォーカスレンズの位置情報に基づいて取得される規格化されたフォーカスレンズの位置情報に基づいてフォーカスレンズの規格化された敏感度を算出するレンズ制御手段と、を有することを特徴とするレンズ装置。
3. 前記駆動手段は、ステッピングモータであり、
   前記位置検出手段は、前記ステッピングモータの駆動パルス数に基づいて前記フォーカスレンズの位置を検出することを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ装置。
4. 前記レンズ制御手段は、
   前記電子カムデータにおいて、無限端と至近端とのフォーカスレンズの位置の差分が最も大きい変倍レンズの位置でのフォーカスレンズの位置を基準として、前記フォーカスレンズの位置情報を規格化することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ装置。
5. 前記レンズ制御手段は、
   前記電子カムデータにおいて、特定の変倍レンズ位置における無限端と至近端とのフォーカスレンズの位置の差分と、テレ端における無限端と至近端とのフォーカスレンズの位置の差分の比を、前記特定の変倍レンズ位置における無限端と至近端とのフォーカスレンズの位置の差分に乗算することにより、前記フォーカスレンズの位置情報を規格化することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ装置。
6. 前記レンズ制御手段は、
   前記電子カムデータにおいて、特定の変倍レンズ位置における所定の被写体距離間のフォーカスレンズの位置の差分と、テレ端における前記所定の被写体距離間のフォーカスレンズの位置との差分の比を、前記特定の変倍レンズ位置における所定の被写体距離間のフォーカスレンズの位置の差分に乗算することにより、前記フォーカスレンズの位置情報を規格化することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ装置。
7. 前記電子カムデータにおいて、特定の変倍レンズ位置における無限端と至近端とのフォーカスレンズの位置の差分と、テレ端における無限端と至近端とのフォーカスレンズの位置の差分の比を、前記特定の変倍レンズの位置における無限端と至近端とのフォーカスレンズの敏感度の差分に乗算することにより、前記フォーカスレンズの敏感度が規格化されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のレンズ装置。
8. 前記電子カムデータにおいて、特定の変倍レンズ位置における所定の被写体距離間のフォーカスレンズの位置の差分と、テレ端における無限端と至近端とのフォーカスレンズの位置の差分の比を、前記特定の変倍レンズの位置における所定の被写体距離間のフォーカスレンズの敏感度の差分に乗算することにより、前記フォーカスレンズの敏感度が規格化されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のレンズ装置。
9. 前記レンズ制御手段は、前記規格化されたフォーカスレンズの位置情報と前記フォーカスレンズの規格化された敏感度を示す情報を前記撮像装置に送信し、前記撮像装置においてデフォーカス量と前記フォーカスレンズの規格化された敏感度により求められた、前記規格化されたフォーカスレンズの位置情報を基準とした第１のフォーカスレンズ駆動量を受信することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のレンズ装置。
10. 前記レンズ制御手段は、前記規格化されたフォーカスレンズの位置情報を前記撮像装置に送信し、前記撮像装置において前記規格化されたフォーカスレンズの位置情報により求められたデフォーカス量を受信し、該デフォーカス量と前記フォーカスレンズの規格化された敏感度に基づいて、前記規格化されたフォーカスレンズの位置情報を基準とした第１のフォーカスレンズ駆動量を求めることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のレンズ装置。
11. 前記フォーカスレンズの規格化された敏感度をＳ、デフォーカス量をｄ、前記第１のフォーカスレンズ駆動量をＬとするとき、
    Ｌ＝ｄ／Ｓ
    なる関係を有することを特徴とする請求項９または１０に記載のレンズ装置。
12. 前記レンズ制御手段は、前記電子カムデータを用いて前記第１のフォーカスレンズ駆動量を、第２のフォーカスレンズ駆動量に変換し、前記駆動手段が前記フォーカスレンズを前記第２のフォーカスレンズ駆動量だけ駆動するよう制御することを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載のレンズ装置。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載のレンズ装置と、
    該レンズ装置が取り外し可能に装着される撮像装置と、を有するカメラシステム。