JP6781556B2 - レンズユニット及びそれを備えた撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、レンズユニットに関し、特に、オートフォーカス機能を備えたレンズユニット及びそれを備えた撮像システムに関する。

現在流通している大部分の撮像用のレンズユニットには、オートフォーカス機能が備えられている。このオートフォーカス機能においては、例えば、レリーズボタンが半押しにされると、レンズユニット内のフォーカスレンズが光軸方向に移動され、被写体に合焦するようにフォーカスレンズの位置が自動的に調整される。このように、オートフォーカス機能が使用されると、フォーカスレンズを光軸方向に機械的に移動させながら合焦位置が探索される。ここで、被写体が測距可能範囲よりも近い位置にある場合等においては、フォーカスレンズが至近から無限遠まで往復する所謂ローコンスキャンが行われ、フォーカスレンズの可動範囲が長くなるほど合焦位置の探索に要する時間が長くなり、オートフォーカスの応答性が低下する。

特開２０００−２８３４号公報（特許文献１）記載のレンズ制御装置においては、フォーカスレンズの当初位置からの移動距離を制限することによりローコンスキャンが行われる範囲を制限し、合焦位置の探索に要する時間を短縮している。

また、一部のマクロレンズや望遠レンズでは、合焦位置を探索する範囲を制限する範囲制限モードを設定するためのスイッチが備えられている。例えば、最至近から無限遠までの合焦範囲を有するマクロレンズにおいて、範囲制限モードに設定しておくことにより、合焦位置を探索する範囲を最至近から１ｍまでに制限することができる。また、望遠レンズにおいては、範囲制限モードに設定しておくことにより、例えば、最至近から無限遠までの合焦範囲を、１０ｍから無限遠に制限することができる。これにより、合焦位置を探索する範囲が狭くなり、フォーカスレンズを移動させる最大移動距離が短くなるので、合焦位置の探索に要する時間を短縮することができ、オートフォーカスの応答性を向上させることができる。

特開２０００−２８３４号公報

しかしながら、従来の合焦位置の探索範囲を制限する範囲制限モードでは、モード設定のためにスイッチ操作が必要であるため、撮影中に探索範囲を変更することは困難である。例えば、マクロレンズにより合焦範囲を最至近から１ｍまでに制限して撮影を行っているとき、被写体が突然１ｍ以上離れた位置に移動してしまった場合、撮影者は瞬時にモード設定用のスイッチを操作して、設定を解除しなければ撮影を続行することができない。このため、従来の範囲制限モードでは、重要なシャッターチャンスを逸してしまう虞がある。このような問題は、合焦位置の範囲制限の端部付近（上記の例では１ｍ付近）で撮影を行う場合に特に大きな問題となる。

従って、本発明は、急激な被写体の移動にも対応しながら、オートフォーカスの応答性を向上させることができるレンズユニット及びそれを備えた撮像システムを提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、オートフォーカス機能を備えたレンズユニットであって、レンズ鏡筒と、レンズ鏡筒の内部に移動可能に配置され、焦点合わせを行うためのフォーカスレンズと、フォーカスレンズを光軸方向に移動させることで合焦を行うレンズ駆動部と、フォーカスレンズの移動可能な範囲を複数のフォーカス領域に分割する少なくとも１つの制限位置を記憶するための制限位置記憶部と、フォーカスレンズの位置を検出するフォーカスレンズ位置取得部と、フォーカスレンズ位置取得部により検出されたフォーカスレンズの位置に基づいて、複数のフォーカス領域のうちの、フォーカスレンズが位置している領域であるアクティブ領域を特定するアクティブ領域特定部と、アクティブ領域特定部により特定されたアクティブ領域内でフォーカスレンズを移動させることにより合焦を行うようレンズ駆動部の駆動を制御する合焦制御部と、を有し、アクティブ領域特定部は、アクティブ領域の端部にクリアランス領域を設定すると共に、当該クリアランス領域のアクティブ領域と接しない端部を制限位置として設定し、さらに、制限位置の外側に外クリアランス領域を設定し、合焦制御装置は、フォーカスレンズ位置取得部により検出されたフォーカスレンズの位置がクリアランス領域内にある場合及び外クリアランス領域内にある場合には、前回合焦位置を探索したアクティブ領域内で合焦位置を探索し、フォーカスレンズの位置が、ユーザの操作により、クリアランス領域を越えて前回合焦位置を探索したアクティブ領域とは異なるフォーカス領域内まで移動された場合には、当該フォーカス領域内で合焦位置を探索することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、フォーカスレンズの移動可能な範囲が少なくとも１つの制限位置により複数のフォーカス領域に分割される。アクティブ領域特定部は、複数のフォーカス領域のうちの、フォーカスレンズが位置している領域であるアクティブ領域を特定する。合焦制御部は、アクティブ領域特定部により特定されたアクティブ領域内でフォーカスレンズを移動させることにより合焦を行うようレンズ駆動部の駆動を制御する。

このように構成された本発明によれば、フォーカスレンズが位置している領域がアクティブ領域として特定され、アクティブ領域内でフォーカスレンズを移動させることにより合焦が行われるので、フォーカスレンズを移動させる距離を短くすることができ、オートフォーカスの応答性を向上させることができる。また、フォーカスレンズが位置している領域がアクティブ領域として特定されるので、被写体が急激に移動した場合にも、合焦位置の近傍に手動でフォーカスレンズを移動させることにより、容易にアクティブ領域を変更することができ、急激な被写体の移動にも対応することができる。

本発明のレンズユニット及びそれを備えた撮像システムによれば、急激な被写体の移動にも対応しながら、オートフォーカスの応答性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態によるレンズユニットを備えた撮像システムを示すブロック図である。 フォーカスレンズの可動範囲内に設定される２つの「制限位置」と、それらにより設定される「フォーカス領域」との関係を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態のレンズユニットにおいて、フォーカスレンズの可動範囲内に設定される２つの「制限位置」と、それらにより設定される「フォーカス領域」との関係を模式的に示す図である。 本発明の第３実施形態のレンズユニットにおいて、フォーカスレンズの可動範囲内に設定される２つの「制限位置」と、それらにより設定される「フォーカス領域」との関係を模式的に示す図である。 本発明の第４実施形態のレンズユニットにおいて、フォーカスレンズの可動範囲内に設定される２つの「制限位置」と、それらにより設定される「フォーカス領域」との関係を模式的に示す図である。

＜第１実施形態＞
まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態によるレンズユニットを説明する。図１は、本発明の第１実施形態によるレンズユニットを備えた撮像システムを示すブロック図である。

（撮像システム）
図１に示すように、撮像システム１は、レンズユニット２と、これが装着されたカメラ本体４とを有する。この撮像システム１では、カメラ本体４に設けられたレリーズボタン４ａを半押しする（途中まで押し込む）ことにより、オートフォーカス（ＡＦ）機能が起動され、さらにレリーズボタン４ａを押し込むことにより撮像が行われる。この撮像システム１によりＡＦ機能を使用して撮影を行うと、カメラ本体４からの信号に基づいてレンズユニット２に内蔵されているフォーカスレンズ１２が光軸方向に移動される。カメラ本体４は、レンズユニット２を介して入射した物体光に基づいて合焦位置を探索し、合焦位置でフォーカスレンズ１２を停止させる。次いでカメラ本体４はシャッター２８を開き、合焦された像が固体撮像素子３０上に形成される。本実施形態のレンズユニット２は、合焦位置を探索する際にフォーカスレンズ１２を移動させる範囲を縮小することにより、オートフォーカスの応答性を向上させるものである。

（レンズユニット）
レンズユニット２は、レンズ鏡筒６と、第１レンズ群８と、第２レンズ群１０と、フォーカスレンズ１２と、絞り１４と、レンズ駆動部１６と、制限位置取得部であるデータ送受信部１８と、レンズ制御部２０と、を有する。また、レンズ鏡筒６の外周には、手動で合焦点を調整するためのフォーカシング操作受付部であるフォーカスリング６ａ、及び画角を調整するためのズームリング６ｂが設けられている。さらに、レンズ制御部２０は、フォーカスレンズ１２の位置を検出するフォーカスレンズ位置取得部２０ａと、フォーカスレンズ１２の移動可能な範囲を複数のフォーカス領域に分割する制限位置を記憶するための制限位置記憶部２０ｂと、フォーカスレンズ１２が位置しているアクティブ領域を特定するアクティブ領域特定部２０ｃと、アクティブ領域内でフォーカスレンズ１２を移動させることにより合焦を行うようレンズ駆動部１６の駆動を制御する合焦制御部２０ｄと、を備えている。なお、本実施形態では、レンズユニット２の光学系が３群構成（第１レンズ群８、第２レンズ群１０、及びフォーカスレンズ１２）である場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、また、パワー配置も任意のパワー配置を採用することができることは言うまでもない。

レンズ鏡筒６は、内部に第１レンズ群８、第２レンズ群１０、及びフォーカスレンズ１２を保持した筒状の部材である。フォーカスリング６ａ及びズームリング６ｂは、レンズ鏡筒６の外周に、夫々回転可能に取り付けられた環状の部材である。マニュアルフォーカス時において使用者がフォーカスリング６ａを操作することにより、フォーカスレンズ１２が光軸方向に移動され、合焦位置を手動で調整することができると共に、ズームリング６ｂを操作することにより、第２レンズ群１０が光軸方向に移動され、画角を調整することができるようになっている。

レンズ駆動部１６は、オートフォーカスによる合焦位置探索時において、レンズ制御部２０に内蔵された合焦制御部２０ｄの制御信号に基づいて、フォーカスレンズ１２を駆動するように構成されている。具体的には、レンズ駆動部１６は、フォーカスレンズ１２を光軸方向に移動させるカム筒（図示せず）及びこのカム筒を駆動するモータ（図示せず）等により構成することができるが、その構成は特に限定されない。

また、レンズ駆動部１６には、フォーカスレンズ１２の位置を検出するエンコーダ１６ａが内蔵されている。

データ送受信部１８は、撮像システム１外部の送信装置であるスマートフォン２２から無線で情報を送受信できるように構成されている。データ送受信部１８は、ユーザが設定した「制限位置」をスマートフォン２２から取得し、レンズ制御部２０に内蔵された制限位置記憶部２０ｂに記憶させるように構成されている。ここで、「制限位置」とは、フォーカスレンズ１２の移動可能な範囲を複数のフォーカス領域に分割する位置であり、ユーザの撮影意図に合わせて設定される。即ち、フォーカスレンズ１２の移動可能な範囲は、ユーザが設定した「制限位置」により複数のフォーカス領域に分割され、オートフォーカス撮影時において、フォーカスレンズ１２は所定のフォーカス領域内で移動され、合焦点が探索される。本実施形態のレンズユニット２においては、ユーザにより２つの「制限位置」を設定可能に構成されている。なお、「制限位置」の数は特に限定されず、本発明においては１つ以上の任意の数に設定可能であればよい。

なお、スマートフォン２２には、データ送受信部１８との間で送受信を可能にするための専用のアプリケーションソフトがインストールされている。使用者が制限位置記憶部２０ｂに記憶された制限位置を変更する場合には、スマートフォン２２上で起動されたアプリケーションソフトを使用して、制限位置を変更することができる。なお、本実施形態においては、データ送受信部１８とスマートフォン２２の間は、ＮＦＣ通信により情報が交換される構成を例に挙げて説明するが、本発明における通信方法は特に限定されるものではなく、例えばＷｉ−Ｆｉ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などを利用することもできる。このように、無線通信を使用することにより、レンズユニット２の外部に追加の電気接点等を設ける必要が無く、レンズユニット２の操作性や、防水性を損なうことなく制限位置の書き換えを行うことができる。また、スマートフォン２２以外の汎用の無線通信機器や、専用の無線通信機器を使用して制限位置を書き換えるように本発明を構成することもできる。

レンズ制御部２０は、レンズユニット２全体の制御を行うように構成されている。また、上述したように、レンズ制御部２０には、フォーカスレンズ位置取得部２０ａ、制限位置記憶部２０ｂ、アクティブ領域特定部２０ｃ及び合焦制御部２０ｄが内蔵されている。具体的には、レンズ制御部２０は、マイクロプロセッサ、メモリ、これらを作動させるためのプログラム、及び外部機器との間で電気信号を送受信するためのインターフェイス回路（以上図示せず）等により構成することができる。

フォーカスレンズ位置取得部２０ａは、フォーカスレンズ１２の可動範囲内における位置を取得するように構成されている。本実施形態においては、フォーカスレンズ位置取得部２０ａは、フォーカスレンズ１２の位置を検出するエンコーダ１６ａの出力信号に基づいて、フォーカスレンズ１２の位置を取得している。

制限位置記憶部２０ｂは、スマートフォン２２から送信された、ユーザが設定した「制限位置」を格納するように構成されている。また、レンズユニット２の工場出荷時においては、制限位置記憶部２０ｂには、デフォルトの「制限位置」が２点記憶されていることが好ましい。

アクティブ領域特定部２０ｃは、「制限位置」を設けることによって設定された複数の「フォーカス領域」のうちの「アクティブ領域」を特定するように構成されている。即ち、アクティブ領域特定部２０ｃは、フォーカスレンズ１２の現在位置の情報をフォーカスレンズ位置取得部２０ａから取得し、フォーカスレンズ１２が位置しているフォーカス領域をアクティブ領域として特定する。

合焦制御部２０ｄは、入力された焦点合わせ信号に応答して、アクティブ領域特定部により特定されたアクティブ領域内でフォーカスレンズ１２を移動させ、合焦位置を探索するようにレンズ駆動部１６を作動させる。本実施形態においては、カメラ本体４のレリーズボタン４ａが半押しにされると、焦点合わせ信号がカメラ本体４からレンズユニット２に入力され、これに基づいてアクティブ領域特定部２０ｃがアクティブ領域を特定し、合焦制御部２０ｄは特定されたアクティブ領域内でフォーカスレンズ１２を移動させて合焦位置を探索する。

（カメラ本体）
カメラ本体４は、レンズマウント２４と、ミラー２６と、シャッター２８と、固体撮像素子３０と、位相差検出部３２と、ボディ制御部３４と、表示部３６と、画像情報メモリ３８と、操作部４０とを備えている。

レンズマウント２４は、レンズユニット２を簡単な操作でカメラ本体４に着脱できるように構成されていると共に、レンズユニット２に設けられた電気接点２ａと接触して、電気信号を入出力するための電気接点２４ａを備えている。

固体撮像素子３０はレンズユニット２を介して入射する被写体からの光束が結像する結像面に配置され、結像した像の光量に応じた電気信号を出力する光電変換を行うように構成されている。なお、本実施形態においては、固体撮像素子３０を備えたデジタルカメラに本発明を適用しているが、フィルムカメラに本発明を適用することもできるし、動画を撮影可能なビデオカメラに本発明を適用することもできる。

位相差検出部３２は、レンズユニット２を介して入射した被写体からの光束をミラー２６により反射させ、瞳分割により得られる一対の画像出力をボディ制御部３４へ出力するように構成されている。

さらに、ボディ制御部３４は、画像データ生成部３４ａとＡＦ制御部３４ｂとを内蔵している。

ボディ制御部３４は、撮像システム１全体の制御を行うように構成されている。ボディ制御部３４に内蔵されたＡＦ制御部３４ｂは、位相差検出部３２から入力された信号に基づいて、焦点合わせ信号をレンズマウント２４の電気接点２４ａを介してレンズ制御部２０に送る。レンズユニット２においては、上記のように、焦点合わせ信号に基づいてオートフォーカス制御が行われる。フォーカスレンズ１２が合焦点に移動されると、レンズユニット２を介して入射する被写体からの光束が固体撮像素子３０に結像する。

ボディ制御部３４に内蔵された画像データ生成部３４ａは、固体撮像素子３０に備えられた撮像センサから読み出す信号に基づく画像データを表示部３６に出力するとともに、この画像データを画像情報メモリ３８に記憶させるように構成されている。

操作部４０は、使用者の意図をボディ制御部３４へ入力するためのインターフェイスであり、これを操作することにより表示部３６への表示切り替えや、表示される画像の拡大、縮小等々の操作を行うことができる。

（合焦動作）
次に、図２を参照して、本発明の実施形態によるレンズユニット２の作用を説明する。図２は、フォーカスレンズの可動範囲内に設定される２つの「制限位置」と、それらにより設定される「フォーカス領域」との関係を模式的に示す図である。

フォーカスレンズ１２の位置を検出するエンコーダ１６ａは、図２に示すように、フォーカスレンズが機械的に移動可能な全範囲に亘って、所定の値を出力するように構成されている。図２に示す例においては、フォーカスレンズ１２による合焦位置が、無限遠にある状態（図２中の切り替わり位置「０」）から合焦位置が最至近にある状態（切り替わり位置「１２」）までの間に、エンコーダ１６ａの出力値が、切り替わり位置「１」〜「１１」の点で切り替わる。即ち、フォーカスレンズ１２の全可動範囲に対して、「１」〜「１１」の各切り替わり位置で切り替わる１２段階の数値が割り当てられ、この数値によってフォーカスレンズ１２の位置が指示される。なお、図２は発明を説明するための模式図であり、実際のレンズユニットでは、フォーカスレンズの可動範囲に対して極めて多数の数値が割り当てられる。

まず、ユーザは、撮影を開始する前に、スマートフォン２２を使用して、２つの制限位置を設定しておく。例えば、使用するレンズユニット２がマクロレンズであり、被写体が撮像システム１から約５０ｃｍの位置にある場合には、無限遠側の遠制限位置を６０ｃｍ、至近側の近制限位置を４０ｃｍに設定しておく。図２に示す例では、６０ｃｍに相当する遠制限位置はエンコーダ１６ａの切り替わり位置「４」に対応し、４０ｃｍに相当する近制限位置はエンコーダ１６ａの切り替わり位置「８」に対応している。これらのエンコーダ１６ａの切り替わり位置は、遠制限位置及び近制限位置として、レンズ制御部２０に内蔵された制限位置記憶部２０ｂに記憶される。このように遠制限位置及び近制限位置を設定することにより、フォーカスレンズ１２の移動可能な範囲が３つのフォーカス領域に分割される。即ち、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「４」よりも遠方側が第１フォーカス領域に、切り替わり位置「４」〜「８」の間の領域が第２フォーカス領域に、切り替わり位置「８」よりも至近側が第３フォーカス領域に夫々割り当てられる。このように、フォーカスレンズ１２の移動可能な範囲を複数のフォーカス領域に分割することにより、カメラ本体４のレリーズボタン４ａを半押しした時の合焦位置の探索範囲が狭い範囲に制限されるので、焦点合わせ時のフォーカスレンズ１２の移動距離を短縮することができ、オートフォーカスの応答性を向上させることができる。

各制限位置を設定したユーザは、次に、撮像システム１を被写体に向け、フォーカスリング６ａを操作して、被写体に手動でおおよそのピント合わせをする。さらに、ユーザはカメラ本体４のレリーズボタン４ａを半押しして、撮像システム１のオートフォーカス機能を起動させる。オートフォーカス機能が起動されると、レンズマウント２４の電気接点２４ａを介してレンズユニット２に焦点合わせ信号が送られる。焦点合わせ信号が入力されると、レンズ制御部２０に内蔵されたフォーカスレンズ位置取得部２０ａは、エンコーダ１６ａの出力値を取得する。ここで、ユーザは約５０ｃｍ離れた位置にある被写体に手動でおおよそのピント合わせを行っているので、フォーカスレンズ１２は５０ｃｍ離れた被写体に概ね合焦するように位置している。従って、エンコーダ１６ａから出力される値は切り替わり位置「４」〜「８」の間にある出力値となる。

アクティブ領域特定部２０ｃは、フォーカスレンズ位置取得部２０ａによって取得されたエンコーダ１６ａの出力値が属するフォーカス領域をアクティブ領域として特定する。図２に示す例においては、エンコーダ１６ａの出力値が切り替わり位置「４」〜「８」の間にある出力値である場合には、第２フォーカス領域がアクティブ領域として特定される。アクティブ領域が特定されると、レンズ制御部２０に内蔵された合焦制御部２０ｄは、アクティブ領域内でフォーカスレンズ１２を移動させ、精密な合焦位置を探索するようにレンズ駆動部１６を作動させる。これにより、合焦位置はアクティブ領域（第２フォーカス領域）内のみで探索されるため、フォーカスレンズ１２は短時間で精密な合焦位置に移動される。フォーカスレンズ１２が精密な合焦位置に移動されると、ユーザは、レリーズボタン４ａを押し込み、被写体を撮像する。

ユーザが同一の被写体を続けて撮像する場合に、レリーズボタン４ａを再び半押しすると、フォーカスレンズ１２は前回の撮像時の合焦位置に位置しているので、アクティブ領域特定部２０ｃによって第２フォーカス領域が再びアクティブ領域として特定される。このため、被写体と撮像システム１の位置関係が概ね保持されていれば、制限位置を１回設定するだけで、同一のフォーカス領域をアクティブ領域として繰り返し撮像を行うことができる。

また、被写体が移動して第２フォーカス領域から外れた場合には、ユーザはフォーカスリング６ａを手動で操作して被写体に概ねピントを合わせた後、レリーズボタン４ａを半押しする。例えば、被写体が遠ざかり、撮像システム１から６０ｃｍ以上離れた場合には、ユーザは移動した被写体に概ねピントが合うようにフォーカスリング６ａを手動で操作する。これにより、フォーカスレンズ１２は第１フォーカス領域（エンコーダ１６ａの切り替わり位置「４」よりも遠方側の領域）に移動される。この状態でレリーズボタン４ａが半押しされると、アクティブ領域特定部２０ｃはアクティブ領域として第１フォーカス領域を特定する。さらに、合焦制御部２０ｄは、アクティブ領域である第１フォーカス領域内でフォーカスレンズ１２を移動させ、精密な合焦位置を探索するようにレンズ駆動部１６を作動させる。これにより、合焦位置は第１フォーカス領域内のみで探索されるため、フォーカスレンズ１２は短時間で精密な合焦位置に移動される。

このように、本実施形態のレンズユニット２によれば、被写体が急激に移動した場合でも、フォーカスリング６ａでラフにピント調整を行うだけで、前回の撮像とは異なるフォーカス領域で直ちにオートフォーカス機能を使用した撮像を行うことができる。また、新たなフォーカス領域における撮像においても、フォーカスレンズ１２の移動可能範囲を分割した特定のアクティブ領域内で合焦位置が探索されるので、フォーカスレンズ１２を短時間で精密な合焦位置に移動させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態によるレンズユニットを説明する。図３は、本発明の第２実施形態のレンズユニットにおいて、フォーカスレンズの可動範囲内に設定される２つの「制限位置」と、それらにより設定される「フォーカス領域」との関係を模式的に示す図である。

本実施形態のレンズユニットは、アクティブ領域が特定された後に合焦位置が探索される範囲が上述した第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本実施形態の、第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成については説明を省略する。

上述した第１実施形態においては、遠制限位置及び近制限位置が設定され、アクティブ領域がそれらの間の領域として特定されると、遠制限位置と近制限位置の間の全領域内でフォーカスレンズ１２が移動されていた。しかしながら、フォーカスレンズ１２は一定の質量を有しているため、例えば、第２フォーカス領域内で合焦位置を探索すべくレンズ駆動部１６を作動させた場合であっても、慣性によりフォーカスレンズ１２がオーバーランして（行き過ぎて）、第１フォーカス領域内や、第２フォーカス領域内に進入してしまうことが考えられる。オーバーランにより、例えば、フォーカスレンズ１２が第１フォーカス領域内に進入すると、次回の撮像では、第１フォーカス領域がアクティブ領域として特定されるので、ユーザの意図に沿わない焦点合わせが行われてしまう場合がある。このため、被写体に合焦する位置が、設定された制限位置の近傍に存在する場合には、ユーザが撮像を行う度にアクティブ領域として特定されるフォーカス領域が変化してしまい、思うように合焦が行われず、レンズユニット２の使い勝手が悪くなる。

この問題を回避するために、本実施形態においては、遠制限位置及び近制限位置に夫々隣接するように、「クリアランス領域」が設定されている。図３に示す例においては、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「４」と「５」の間の領域、及び切り替わり位置「７」と「８」の間の領域が「クリアランス領域」として設定されている。

ここで、第２フォーカス領域はエンコーダ１６ａの切り替わり位置「４」〜「８」の間の領域に該当するが、第２フォーカス領域がアクティブ領域として特定された場合、合焦制御部２０ｄは、フォーカスレンズ１２が「クリアランス領域」（エンコーダ１６ａの切り替わり位置「４」と「５」の間の領域、及び切り替わり位置「７」と「８」の間の領域）に進入しないようレンズ駆動部１６を作動させる。即ち、合焦制御部２０ｄは、フォーカスレンズ１２がエンコーダ１６ａの切り替わり位置「５」〜「７」の範囲で移動されるようにレンズ駆動部１６を作動させ、合焦位置を探索する。

なお、エンコーダ１６ａの同一の出力値に対応するフォーカスレンズ１２の位置には幅があり、フォーカスレンズ１２が或る位置範囲にあるとき、エンコーダ１６ａからは同一の出力値が出力される。しかしながら、実際には、エンコーダ１６ａは十分な分解能を有しているため、同一の出力値が出力される位置範囲は十分に狭い。このため、実際には「クリアランス領域」（エンコーダ１６ａの切り替わり位置「４」と「５」の間の領域、及び切り替わり位置「７」と「８」の間の領域）は十分に狭く、アクティブ領域内に設定されたクリアランス領域内で合焦位置の探索が行われなくとも、実質的には問題とならない。

図３に例示するように、第２フォーカス領域がアクティブ領域として特定され、その内側に「クリアランス領域」が設定された場合には、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「５」と「７」の間の領域で合焦位置の探索が行われる。即ち、レンズ制御部２０に内蔵された合焦制御部２０ｄは、フォーカスレンズ１２がクリアランス領域に進入しないようにレンズ駆動部１６を作動させる。しかしながら、実際には、慣性や制御誤差によりフォーカスレンズ１２がオーバーランして、フォーカスレンズ１２がクリアランス領域に進入してしまう場合がある。例えば、フォーカスレンズ１２が至近側にオーバーランして、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「７」と「８」の間のクリアランス領域に進入した場合でも、この領域は依然として特定されたアクティブ領域の内側である。このため、フォーカスレンズ１２のオーバーランが発生した場合でも、続けて同一の領域がアクティブ領域として特定され、ユーザの意図に沿った撮影を行うことができる。

また、本実施形態において、第１フォーカス領域がアクティブ領域として特定された場合には、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「３」と「４」の間の領域がクリアランス領域として設定される。この場合には、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「０」と「３」の間の領域で合焦位置の探索が行われる。さらに、第３フォーカス領域がアクティブ領域として特定された場合には、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「８」と「９」の間の領域がクリアランス領域として設定される。この場合には、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「９」と「１２」の間の領域で合焦位置の探索が行われる。

本発明の第２実施形態のレンズユニットによれば、フォーカスレンズがオーバーランした場合であっても、フォーカスレンズをアクティブ領域内に維持することができるので、フォーカスレンズの駆動誤差によりアクティブ領域が変化してしまい、ユーザの意図に沿わない領域で合焦位置が探索されるのを防止することができる。

＜第３実施形態＞
次に、図４を参照して、本発明の第３実施形態によるレンズユニットを説明する。図４は、本発明の第３実施形態のレンズユニットにおいて、フォーカスレンズの可動範囲内に設定される２つの「制限位置」と、それらにより設定される「フォーカス領域」との関係を模式的に示す図である。

本実施形態のレンズユニットは、アクティブ領域が特定された後に合焦位置が探索される範囲が上述した第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本実施形態の、第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成については説明を省略する。

上述した第２実施形態においては、「アクティブ領域」内に「クリアランス領域」を設定することにより、オーバーランによりフォーカスレンズがアクティブ領域から外れるのを防止した。本実施形態のレンズユニットにおいては、「アクティブ領域」の外側にも「クリアランス領域」を設定することにより、より確実にアクティブ領域からの逸脱を防止している点が第２実施形態とは異なる。

図４に示す例では、第２フォーカス領域として、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「４」〜「８」の間の領域が設定され、第２フォーカス領域がアクティブ領域として特定されており、合焦制御部２０ｄは、フォーカスレンズ１２がエンコーダ１６ａの切り替わり位置「５」〜「７」の範囲で移動されるようにレンズ駆動部１６を作動させ、合焦位置を探索する。即ち、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「４」と「５」の間の領域、及び切り替わり位置「７」と「８」の間の領域が、「アクティブ領域」の内側の「クリアランス領域」として設定される。本実施形態においては、これらの「クリアランス領域」に加え、「アクティブ領域」の外側に「外クリアランス領域」が設定される。即ち、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「３」と「４」の間の領域、及び切り替わり位置「８」と「９」の間の領域が、「アクティブ領域」の外側の「外クリアランス領域」として設定される。

本実施形態においては、アクティブ領域内において合焦位置が探索され、フォーカスレンズ１２が大きくオーバーランすることにより、フォーカスレンズ１２が外クリアランス領域に進入した場合には、アクティブ領域特定部２０ｃが前回アクティブ領域として特定したフォーカス領域が、アクティブ領域として特定される。例えば、図４に示す例において、第２フォーカス領域がアクティブ領域として特定され、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「５」〜「７」の範囲でフォーカスレンズ１２が移動するように制御が行われる。このように制御を行ったにも関わらず、オーバーランによりフォーカスレンズ１２が外クリアランス領域（例えば、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「８」と「９」の間の領域）に進入した場合には、次回の合焦位置の探索においては、前回アクティブ領域として特定された第２フォーカス領域がアクティブ領域として特定される。

また、本実施形態において、第１フォーカス領域がアクティブ領域として特定された場合には、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「３」と「４」の間の領域がクリアランス領域として設定され、切り替わり位置「４」と「５」の間の領域が外クリアランス領域として設定される。この場合には、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「０」と「３」の間の領域で合焦位置の探索が行われる。さらに、第３フォーカス領域がアクティブ領域として特定された場合には、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「８」と「９」の間の領域がクリアランス領域として設定され、切り替わり位置「７」と「８」の間の領域が外クリアランス領域として設定される。この場合には、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「９」と「１２」の間の領域で合焦位置の探索が行われる。

本実施形態のレンズユニットによれば、アクティブ領域の外側に「外クリアランス領域」を設定しておくことにより、フォーカスレンズ１２が大きくオーバーランした場合においても、前回のアクティブ領域を維持することができ、ユーザの意図に沿った領域で合焦位置を探索することができる。

＜第４実施形態＞
次に、図５を参照して、本発明の第４実施形態によるレンズユニットを説明する。図５は、本発明の第４実施形態のレンズユニットにおいて、フォーカスレンズの可動範囲内に設定される２つの「制限位置」と、それらにより設定される「フォーカス領域」との関係を模式的に示す図である。

本実施形態のレンズユニットは、アクティブ領域が特定された後に合焦位置が探索される範囲が上述した第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本実施形態の、第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成については説明を省略する。

上述した第２、第３実施形態においては、「クリアランス領域」、「外クリアランス領域」を設定することにより、オーバーランによりフォーカスレンズがアクティブ領域から外れるのを防止した。本実施形態のレンズユニットにおいては、オーバーランによりフォーカスレンズの駆動機構が機械的な可動端に衝突するのを防止するために「メカ端クリアランス領域」が設定されている。なお、本実施形態における「メカ端クリアランス領域」を、本発明の第１乃至第３実施形態のレンズユニットに組み合わせて本発明を構成することもできる。

図５に示す例では、第１フォーカス領域としてエンコーダ１６ａの切り替わり位置「０」〜「４」の間の領域が設定され、第２フォーカス領域として切り替わり位置「４」〜「８」の間の領域が設定され、第３フォーカス領域として切り替わり位置「８」〜「１２」の間の領域が設定されている。本実施形態においては、フォーカスレンズ１２の機械的な可動端に隣接する、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「０」〜「１」の間の領域、及び切り替わり位置「１１」〜「１２」の間の領域が「メカ端クリアランス領域」として設定される。

本実施形態において、第１フォーカス領域がアクティブ領域として特定された場合、合焦制御部２０ｄは、フォーカスレンズ１２がエンコーダ１６ａの切り替わり位置「１」〜「４」の範囲で移動されるようにレンズ駆動部１６を作動させ、合焦位置を探索する。
同様に、本実施形態において、第３フォーカス領域がアクティブ領域として特定された場合、エンコーダ１６ａの切り替わり位置「１１」と「１２」の間の領域がメカ端クリアランス領域として設定されているので、フォーカスレンズ１２はエンコーダ１６ａの切り替わり位置「８」〜「１１」の範囲で移動される。

このように、フォーカスレンズ１２の機械的な可動端に隣接した領域を「メカ端クリアランス領域」として設定しておくことにより、フォーカスレンズ１２の駆動機構の、機械的な可動端への衝突を防止することができる。即ち、「メカ端クリアランス領域」が設定されていない場合、第１フォーカス領域がアクティブ領域として特定されると、フォーカスレンズ１２はエンコーダ１６ａの切り替わり位置「０」〜「４」の範囲で移動される。この状態では、フォーカスレンズ１２が切り替わり位置「０」をオーバーランすると、フォーカスレンズ１２の駆動機構が機械的な可動端に衝突してしまう。このような衝突が起こると、ユーザにとって不快な衝突音の発生や、駆動機構の劣化、最悪の場合には駆動機構が損傷される場合がある。本実施形態によれば、「メカ端クリアランス領域」を設定しておくことにより、フォーカスレンズ１２の駆動機構の衝突を防止することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態によるレンズユニットを説明する。

本実施形態のレンズユニットは、遠制限位置及び近制限位置を設定するための構成が上述した第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本実施形態の、第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成については説明を省略する。

上述した第１実施形態においては、スマートフォン２２に専用のアプリケーションソフトがインストールされており、スマートフォン２２とレンズユニット２のデータ送受信部１８との間で無線通信を行うことにより、遠制限位置及び近制限位置を設定していた。本実施形態においては、カメラ本体４に設けられた表示部３６の画面を参照しながら、操作部４０を操作することにより遠制限位置及び近制限位置を設定する点が、上述した第１実施形態とは異なる。

即ち、本発明の第５実施形態のレンズユニットにおいては、ユーザは、表示部３６の表示画面を参照しながら、設定受付部である操作部４０を操作して、所望の距離に遠制限位置及び近制限位置を設定することができる。設定された遠制限位置及び近制限位置は、レンズマウント２４の電気接点２４ａを介してレンズユニット２に送られ、レンズ制御部２０の制限位置記憶部２０ｂに記憶される。設定された遠制限位置及び近制限位置に基づく、フォーカスレンズ１２の駆動制御については、上述した第１実施形態と同様である。

また、変形例として、遠制限位置及び近制限位置を、レンズユニットに設けられた設定受付部である操作部及び／又は表示部（図示せず）を使用して設定することができるように本発明を構成することもできる。この変形例によれば、レンズユニット単体で遠制限位置及び近制限位置を設定することができる。

さらに、更なる変形例として、フォーカシング操作受付部であるフォーカスリング６ａ及び操作部４０を使用して、遠制限位置及び近制限位置を設定できるように本発明を構成することもできる。即ち、ユーザは、まず、フォーカスリング６ａを使用して遠制限位置として設定したい距離にある物体にピントを合わせ、その状態で操作部４０を操作する。操作部４０が操作されると、レンズ制御部２０のフォーカスレンズ位置取得部２０ａは、エンコーダ１６ａからフォーカスレンズ１２の位置を取得し、その位置が遠制限位置として制限位置記憶部２０ｂに記憶される。次に、ユーザは、近制限位置として設定したい距離にある物体にフォーカスリング６ａを使用してピントを合わせ、その状態で操作部４０を操作する。操作部４０が操作されると、レンズ制御部２０のフォーカスレンズ位置取得部２０ａは、エンコーダ１６ａからフォーカスレンズ１２の位置を取得し、その位置が近制限位置として制限位置記憶部２０ｂに記憶される。

即ち、ユーザは、撮影しようとしている被写体よりも遠い位置にある物体、及び近い位置にある物体に順次ピントを合わせ、それらの位置にピントを合わせた状態で、各制限位置の設定用の操作部４０を操作することにより、簡単に遠制限位置及び近制限位置を設定することができる。或いは、各制限位置の設定用の操作部は、レンズユニット２側に設けることもできる。

なお、本実施形態において採用されている、遠制限位置及び近制限位置を設定するための構成を、上述した第１乃至第４実施形態のレンズユニットと適宜組み合わせて本発明を構成することもできる。
このように、遠制限位置及び近制限位置を、フォーカスリング６ａを使用して設定可能にすることにより、ユーザは、遠制限位置及び近制限位置までの具体的な距離を意識することなく、直感的に各制限位置を設定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、制限位置として、遠制限位置及び近制限位置の２つの制限位置を設定していたが、制限位置は１つでも良く、この場合には、１つの制限位置により、２つのフォーカス領域が設定される。また、３つ以上の制限位置を設定した場合には、４つ以上のフォーカス領域が設定されることになる。

さらに、上述した実施形態においては、オートフォーカス機能の起動時においてフォーカスレンズが位置しているフォーカス領域がアクティブ領域として特定されていたが、設定受付部である操作部により予めアクティブ領域を選択する機能を付加することもできる。

また、上述した実施形態においては、フォーカスレンズの位置がエンコーダの出力信号により取得されていたが、絶対位置センサ等、任意のセンサによりフォーカスレンズの位置を取得することができる。

１ 撮像システム
２ レンズユニット
２ａ 電気接点
４ カメラ本体
４ａ レリーズボタン
６ レンズ鏡筒
６ａ フォーカスリング（フォーカシング操作受付部）
６ｂ ズームリング
８ 第１レンズ群
１０ 第２レンズ群
１２ フォーカスレンズ
１４ 絞り
１６ レンズ駆動部
１６ａ エンコーダ
１８ データ送受信部（制限位置取得部）
２０ レンズ制御部
２０ａ フォーカスレンズ位置取得部
２０ｂ 制限位置記憶部
２０ｃ アクティブ領域特定部
２０ｄ 合焦制御部
２２ スマートフォン
２４ レンズマウント
２４ａ 電気接点
２６ ミラー
２８ シャッター
３０ 固体撮像素子
３２ 位相差検出部
３４ ボディ制御部
３４ａ 画像データ生成部
３４ｂ ＡＦ制御部
３６ 表示部
３８ 画像情報メモリ
４０ 操作部（設定受付部）

Claims (6)

1. オートフォーカス機能を備えたレンズユニットであって、
   レンズ鏡筒と、
   上記レンズ鏡筒の内部に移動可能に配置され、焦点合わせを行うためのフォーカスレンズと、
   上記フォーカスレンズを光軸方向に移動させることで合焦を行うレンズ駆動部と、
   上記フォーカスレンズの移動可能な範囲を複数のフォーカス領域に分割する少なくとも１つの制限位置を記憶するための制限位置記憶部と、
   上記フォーカスレンズの位置を検出するフォーカスレンズ位置取得部と、
   上記フォーカスレンズ位置取得部により検出された上記フォーカスレンズの位置に基づいて、上記複数のフォーカス領域のうちの、上記フォーカスレンズが位置している領域であるアクティブ領域を特定するアクティブ領域特定部と、
   上記アクティブ領域特定部により特定された上記アクティブ領域内で上記フォーカスレンズを移動させることにより合焦を行うよう上記レンズ駆動部の駆動を制御する合焦制御部と、
   を有し、
   上記アクティブ領域特定部は、上記アクティブ領域の端部にクリアランス領域を設定すると共に、当該クリアランス領域の上記アクティブ領域と接しない端部を上記制限位置として設定し、さらに、上記制限位置の外側に外クリアランス領域を設定し、
   上記合焦制御装置は、上記フォーカスレンズ位置取得部により検出された上記フォーカスレンズの位置が上記クリアランス領域内にある場合及び上記外クリアランス領域内にある場合には、前回合焦位置を探索した上記アクティブ領域内で合焦位置を探索し、上記フォーカスレンズの位置が、ユーザの操作により、上記クリアランス領域を越えて前回合焦位置を探索したアクティブ領域とは異なるフォーカス領域内まで移動された場合には、当該フォーカス領域内で合焦位置を探索することを特徴とするレンズユニット。
2. 上記制限位置を外部から取得し、上記制限位置記憶部に記録する制限位置取得部を有する請求項１に記載のレンズユニット。
3. 使用者による上記制限位置の設定を受け付け、上記制限位置記憶部に格納する設定受付部を有する請求項１に記載のレンズユニット。
4. 使用者によるフォーカシング操作を受け付けるフォーカシング操作受付部を有し、
   上記フォーカスレンズ位置取得部は、上記フォーカシング操作受付部が操作されフォーカシングが行われた後の上記フォーカスレンズの位置を検出すると共に、検出したフォーカスレンズの位置を上記制限位置として上記制限位置記憶部に記録する請求項３に記載のレンズユニット。
5. 上記設定受付部は、使用者による上記複数のフォーカス領域から１つのフォーカス領域を選択する選択操作を受け付け、
   上記アクティブ領域特定部は、上記設定受付部において選択された上記フォーカス領域を上記アクティブ領域として特定する、
   請求項１から４の何れか１項に記載のレンズユニット。
6. オートフォーカス機能を備えた撮像システムであって、
   カメラ本体と、
   請求項１から５の何れか１項に記載のレンズユニットと、
   を有することを特徴とする撮像システム。

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