(57)【要約】【課題】  簡単かつ高精度に撮影レンズを位置決めすることができる撮影装置を提供する。【解決手段】  電源投入されるとシャッタースピードや絞り等のＡＥ処理が実行され（ステップ１０２〜１０６）、フォーカスレンズの移動速度の測定（ステップ１０８）及び最適ＡＦ位置算出（ステップ１１０）を含む山登りサーチ処理を実行し（ステップ１０７）、現在位置から合焦位置までの移動についての粗調と微調の各種設定を行い（ステップ１１２）、フォーカスレンズの焦点深度が深いときは粗調位置まで駆動し（ステップ１１４で肯定、ステップ１１６）、浅いときは粗調位置まで駆動後に、続いて微調として求めた時間だけ延長駆動する（ステップ１１４で否定、ステップ１１８，１２０）。従って、微調範囲の時間駆動により、高精度の位置決めが可能となる。【選択図】  図８
2006235224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮影するときの合焦状態を得るために光軸方向に可動する撮影レンズと、
前記撮影レンズを光軸方向に移動させる移動手段と、
前記撮影レンズによる合焦状態を評価する評価手段と、
前記撮影レンズの移動時間を計測する計測手段と、
検出可能な最小位置間隔が所定距離でかつ前記撮影レンズの光軸上の位置を検出する位置検出手段と、
前記検出位置及び前記移動時間に基づいて、前記撮影レンズの移動速度を検出する速度検出手段と、
現在位置から前記撮影レンズを移動させながら、前記評価手段により合焦と評価されたときの前記撮影レンズの移動時間及び移動速度に基づいて、合焦位置を求めると共に、前記撮影レンズの停止位置から前記合焦位置までの距離を求めかつ、求めた距離に対して前記所定距離より短い距離に対応する時間単位の合焦時間を求める演算手段と、
前記演算手段で求めた合焦時間だけ停止位置から前記撮影レンズを移動させて合焦位置に前記撮影レンズを位置決めする位置決め手段と、
を備えた撮影装置。
【請求項２】
被写体を撮影するときの合焦状態を得るために光軸方向に可動する撮影レンズと、
前記撮影レンズを光軸方向に移動させる移動手段と、
前記撮影レンズによる合焦状態を評価する評価手段と、
前記撮影レンズの移動時間を計測する計測手段と、
検出可能な最小位置間隔が所定距離でかつ前記撮影レンズの光軸上の複数の位置を検出する位置検出手段と、
前記検出位置及び前記移動時間に基づいて、前記撮影レンズの移動速度を検出する速度検出手段と、
基準位置から前記撮影レンズを移動させながら、前記評価手段により合焦と評価されたときの前記撮影レンズの移動時間及び移動速度に基づいて、合焦位置を求めると共に、基準位置から合焦位置までの距離に対して前記所定距離より短い距離に対応する時間単位の合焦時間を求める演算手段と、
前記撮影レンズを、前記演算手段で求めた合焦時間だけ基準位置から移動させて合焦位置に前記撮影レンズを位置決めする位置決め手段と、
を備えた撮影装置。
【請求項３】
前記移動手段は、前記撮影レンズを光軸方向に等速度で移動させることを特徴とする請求項２に記載の撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影装置に係り、特に、ＣＣＤ等の撮像素子によって被写体を撮影するときに、撮影レンズを移動させて合焦させる撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ等の撮像素子によって被写体を撮影して画像データとして記録を可能とする撮影装置には、オートフォーカス機能を備えていることが一般的である。このオートフォーカス機能では撮影レンズを光軸方向に移動させるが、その駆動機構として、圧電素子を用いたインパクト型アクチュエータを用いた技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この技術では、撮影レンズに摩擦結合した駆動軸に圧電素子を連結して、圧電素子の厚み方向に変位差を与えることにより、その変位差の極性及び大きさに応じた方向及び速さで撮影レンズが移動する。このように移動させる場合は、撮影レンズの位置検出が必要になる。位置検出技術としては、撮影レンズにマグネットを取り付け、磁場位相をＭＲセンサで検出することにより、撮影レンズの位置を検出する駆動装置が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開平８−２９６６０号公報
【特許文献２】特開２０００−３５５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、圧電素子の厚み方向の変位差を用いて撮影レンズを移動する場合、撮影レンズが摩擦結合されているため、移動量（滑り量）は安定しない。例えば、撮影装置の姿勢による重力負荷や温度差による間隙変動での摩擦力変動などにより、滑り量は異なる場合がある。これを解消するためには、位置検出のためのセンサを、高分解能のセンサに置き換えて高精度で位置検出すればよい。ところが、高精度位置検出のための高分解能センサは大型かつ高コストであり、装置の大型化や高コスト化を招く場合がある。
【０００４】
本発明は、上記事実を考慮したもので、簡単かつ高精度に撮影レンズを位置決めすることができる撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の撮影装置は、被写体を撮影するときの合焦状態を得るために光軸方向に可動する撮影レンズと、前記撮影レンズを光軸方向に移動させる移動手段と、前記撮影レンズによる合焦状態を評価する評価手段と、前記撮影レンズの移動時間を計測する計測手段と、検出可能な最小位置間隔が所定距離でかつ前記撮影レンズの光軸上の位置を検出する位置検出手段と、前記検出位置及び前記移動時間に基づいて、前記撮影レンズの移動速度を検出する速度検出手段と、現在位置から前記撮影レンズを移動させながら、前記評価手段により合焦と評価されたときの前記撮影レンズの移動時間及び移動速度に基づいて、合焦位置を求めると共に、前記撮影レンズの停止位置から前記合焦位置までの距離を求めかつ、求めた距離に対して前記所定距離より短い距離に対応する時間単位の合焦時間を求める演算手段と、前記演算手段で求めた合焦時間だけ停止位置から前記撮影レンズを移動させて合焦位置に前記撮影レンズを位置決めする位置決め手段と、を備えている。
【０００６】
本発明の撮影装置は、移動手段により撮影レンズを光軸方向に移動させることで合焦させて被写体を撮影する。この合焦状態は、評価手段により評価する。また、撮影レンズについて、移動時間を計測手段により計測し、光軸上の位置を位置検出手段により検出する。これらの検出位置及び移動時間から、速度検出手段は撮影レンズの移動速度を求めることにより検出する。
【０００７】
演算手段は、現在位置から前記撮影レンズを移動させながら、前記評価手段により合焦と評価されたときの前記撮影レンズの移動時間及び移動速度に基づいて、合焦位置を求める。これと共に、演算手段は、撮影レンズの停止位置から合焦位置までの距離を求めかつ、求めた距離に対して所定距離より短い距離に対応する時間単位の合焦時間を求める。位置決め手段は、演算手段で求めた合焦時間だけ停止位置から撮影レンズを移動させて合焦位置に撮影レンズを位置決めする。
【０００８】
従って、撮影レンズを移動させたときの位置検出の精度について位置検出手段の分解能を超えた制御が可能となり、位置検出手段で定まる最小位置間隔より短い距離で、撮影レンズを位置決めすることができる。
【０００９】
また、他の本発明の撮影装置は、被写体を撮影するときの合焦状態を得るために光軸方向に可動する撮影レンズと、前記撮影レンズを光軸方向に移動させる移動手段と、前記撮影レンズによる合焦状態を評価する評価手段と、前記撮影レンズの移動時間を計測する計測手段と、検出可能な最小位置間隔が所定距離でかつ前記撮影レンズの光軸上の複数の位置を検出する位置検出手段と、前記検出位置及び前記移動時間に基づいて、前記撮影レンズの移動速度を検出する速度検出手段と、基準位置から前記撮影レンズを移動させながら、前記評価手段により合焦と評価されたときの前記撮影レンズの移動時間及び移動速度に基づいて、合焦位置を求めると共に、基準位置から合焦位置までの距離に対して前記所定距離より短い距離に対応する時間単位の合焦時間を求める演算手段と、前記撮影レンズを、前記演算手段で求めた合焦時間だけ基準位置から移動させて合焦位置に前記撮影レンズを位置決めする位置決め手段と、を備えている。
【００１０】
他の発明では、演算手段は、基準位置から前記撮影レンズを移動させながら、評価手段により合焦と評価されたときの撮影レンズの移動時間及び移動速度に基づいて、合焦位置を求める。これと共に、演算手段は、基準位置から合焦位置までの距離に対して所定距離より短い距離に対応する時間単位の合焦時間を求める。位置決め手段は、撮影レンズを、演算手段で求めた合焦時間だけ基準位置から移動させて合焦位置に位置決めする。これによって、撮影レンズの位置決め精度を位置検出手段の分解能に制限されず、時間単位で制御が可能となり、位置検出手段で定まる最小位置間隔より短い距離で、撮影レンズを位置決めすることができる。
【００１１】
前記移動手段は、前記撮影レンズを光軸方向に等速度で移動させることを特徴とする。
【００１２】
時間単位で撮影レンズを制御するためには、撮影レンズの速度が等速度であることが好ましい。そこで、移動手段が撮影レンズを光軸方向に等速度で移動させるようにすることで、撮影レンズの移動を時間単位に置き換えることの精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明の撮影装置によれば、撮影レンズを移動させたときの位置検出の精度について位置検出手段の分解能を超えた制御が可能となり、位置検出手段で定まる最小位置間隔より短い距離で、撮影レンズを位置決めすることができる、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
まず、図１を参照して、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０の外観上の構成を説明する。図１に示すように、デジタルカメラ１０は、その正面に、被写体像を結像させるためのレンズ２１、撮影時に必要に応じて被写体に照射する光を発するストロボ６２、及び撮影する被写体の構図を決定するために用いられるファインダ８８を備えている。また、デジタルカメラ１０は、その上面に、撮影を実行する際にユーザによって押圧操作されるレリーズボタン（所謂シャッター）９２、及び電源スイッチ９４を備えている。
【００１６】
なお、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０のレリーズボタン９２は、中間位置まで押下される状態（以下、「半押し状態Ｓ１」という。）と、当該中間位置を超えた最終押下位置まで押下される状態（以下、「全押し状態Ｓ２」という。）と、の２段階の押圧操作が検出可能に構成されている。そして、デジタルカメラ１０では、レリーズボタン９２を半押し状態Ｓ１にすることによりＡＥ（Automatic Explosure、自動露出）機能が働いて露出状態（シャッタースピード、絞りの状態）が設定された後、ＡＦ（Auto Focus、自動合焦）機能が働いて合焦制御され、その後、引き続き全押し状態Ｓ２にすると露光（撮影）が行われるようになっている。
【００１７】
一方、デジタルカメラ１０の背面には、上記ファインダ８８の接眼部が設けられている。このファインダ８８の接眼部近傍（図１では下方）には、撮影によって得られたデジタル画像データにより示される被写体像や各種メニュー画面、そしてメッセージ等を表示するための液晶ディスプレイ（以下、「ＬＣＤ」という。）４４が設けられている。また、ＬＣＤ４４近傍（図１では上方）にはモード切替スイッチ９６が設けられ、またＬＣＤ４４近傍（図１では右方）には十字カーソルボタン９８が設けられている。モード切替スイッチ９６は、ユーザによってスライド操作によって、撮影を行うモードである撮影モード、及び撮影によって得られたデジタル画像データにより示される被写体像をＬＣＤ４４に表示（再生）するモードである再生モードの何れか一方のモードに設定するためのものである。十字カーソルボタン９８は、ＬＣＤ４４の表示領域における上・下・左・右の４方向の移動方向を示す４つの矢印キー及び当該４つの矢印キーの中央部に位置された決定キーの合計５つのキーを含んで構成されており、各キーの押圧により該当するコマンドを出力するものである。また、十字カーソルボタン９８の近傍（図１では上方）には、ユーザの押圧操作によって、撮影時にストロボ６２を強制的に発光させるモードである強制発光モードを設定するための強制発光スイッチ９９が設けられている。
【００１８】
次に、図２を参照して、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０の電気系の構成を説明する。
【００１９】
デジタルカメラ１０は、レンズ２１を含んで構成された光学ユニット２２を備えており、光学ユニット２２の射出側でレンズ２１の光軸後方には電荷結合素子（以下、「ＣＣＤ」という。）２４が設けられている。ＣＣＤ２４は、アナログ信号処理部２６、アナログ／デジタル変換器（以下、「ＡＤＣ」という。）２８及びデジタル信号処理部３０を介してシステムバスＢＵＳに接続されている。アナログ信号処理部２６は、ＣＣＤの出力信号に含まれるノイズ（特に熱雑音）等を軽減して正確な画素データを得る回路などを含んで構成されている。また、ＡＤＣ２８は、入力されたアナログ信号をデジタルデータに変換するためのものである。また、デジタル信号処理部３０は、所定容量のラインバッファを内蔵し、かつ入力されたデジタル画像データをメモリ７２の所定領域に直接記憶させる制御を行うと共に、デジタル画像データに対して各種のデジタル画像処理を行うものである。
【００２０】
なお、システムバスＢＵＳには、デジタル信号処理部３０，ＬＣＤインタフェース４２，ＣＰＵ（中央処理装置）５０、メモリインタフェース７０、外部メモリインタフェース８０、及び圧縮・伸張処理回路８６の各々が相互にデータやコマンドを授受可能に接続されている。ＬＣＤインタフェース４２は、デジタル画像データにより示される画像やメニュー画面等をＬＣＤ４４に表示させるための信号を生成してＬＣＤ４４に供給するインタフェース回路である。ＣＰＵ（中央処理装置）５０は、デジタルカメラ１０全体の動作を司る処理装置である。メモリ７２は、主として撮影により得られたデジタル画像データを記憶するＶＲＡＭ（Video RAM）により構成されたメモリである。メモリインタフェース７０は、メモリ７２に対するアクセスのための制御回路である。外部メモリインタフェース８０は、スマートメディア（Smart Media(登録商標)）等の記録メディアにより構成されたメモリカード８２をデジタルカメラ１０でアクセス可能とするためのインタフェース回路である。圧縮・伸張処理回路８６は、所定の圧縮形式でデジタル画像データに対して圧縮処理を施す一方、圧縮処理されたデジタル画像データに対して圧縮形式に応じた伸張処理を施す処理回路である。
【００２１】
従って、ＣＰＵ５０は、デジタル信号処理部３０及び圧縮・伸張処理回路８６の作動の制御、ＬＣＤ４４に対するＬＣＤインタフェース４２を介した各種情報の表示、メモリ７２及びメモリカード８２へのメモリインタフェース７０及び外部メモリインタフェース８０を介したアクセスを行う。
【００２２】
一方、デジタルカメラ１０には、主としてＣＣＤ２４を駆動させるためのタイミング信号を生成してＣＣＤ２４に供給するタイミングジェネレータ３２が備えられており、ＣＣＤ２４の駆動はＣＰＵ５０によりタイミングジェネレータ３２を介して制御される。
【００２３】
また、デジタルカメラ１０は駆動部３４を備えており、光学ユニット２２に備えられた焦点調整機構（詳細は後述）やズーム機構及び絞り駆動機構の駆動もＣＰＵ５０により駆動部３４を介して制御される。
【００２４】
ＣＰＵ５０は、光学ズーム倍率を変更する際には図示しないズーム機構を駆動制御して光学ユニット２２に含まれるレンズ２１の焦点距離を変化させる。また、ＣＰＵ５０は、ＣＣＤ２４による撮像によって得られた画像のコントラスト値が最大となるように上記焦点調整機構（後述）を駆動制御することによって合焦制御する。本実施の形態に係るデジタルカメラ１０では、合焦制御として、読み取られた画像のコントラストが最大となるようにレンズの位置を設定する、所謂ＴＴＬ（Through The Lens）方式を採用している。
【００２５】
また、レリーズボタン９２、電源スイッチ９４、モード切替スイッチ９６、十字カーソルボタン９８、及び強制発光スイッチ９９の各種ボタン類及びスイッチ類（同図では、「操作部９０」と総称。）はＣＰＵ５０に接続されており、ＣＰＵ５０は、これらの操作部９０に対する操作状態を常時把握できる。
【００２６】
また、デジタルカメラ１０は、ストロボ６２とＣＰＵ５０との間に介在され、ＣＰＵ５０の制御によりストロボ６２を発光させるための電力を充電する充電部６０を備えている。ストロボ６２はＣＰＵ５０にも接続されており、ストロボ６２の発光はＣＰＵ５０によって制御される。
【００２７】
次に、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０の全体的な動作について簡単に説明する。
【００２８】
まず、ＣＣＤ２４により光学ユニット２２を介した撮像を行い、被写体像を示すＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の信号をアナログ信号処理部２６に順次出力する。アナログ信号処理部２６は、ＣＣＤ２４から入力された信号に対して相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を施した後にＡＤＣ２８に順次出力する。ＡＤＣ２８は、アナログ信号処理部２６から入力されたＲ，Ｇ，Ｂの信号を各々１２ビットのＲ，Ｇ，Ｂの信号（デジタル画像データ）に変換してデジタル信号処理部３０に順次出力する。デジタル信号処理部３０は、内蔵しているラインバッファにＡＤＣ２８から順次出力されるデジタル画像データを蓄積して一旦メモリ７２の所定領域に格納する。
【００２９】
メモリ７２の所定領域に格納されたデジタル画像データは、ＣＰＵ５０による制御によりデジタル信号処理部３０によって読み出され、これらに所定の物理量に応じたデジタルゲインをかけることでホワイトバランス調整を行なうと共に、ガンマ処理及びシャープネス処理を行なって８ビットのデジタル画像データを生成し、更にＹＣ信号処理を施して輝度信号Ｙとクロマ信号Ｃｒ，Ｃｂ（以下、「ＹＣ信号」という。）を生成し、ＹＣ信号をメモリ７２の上記所定領域とは異なる領域に格納する。
【００３０】
なお、ＬＣＤ４４は、ＣＣＤ２４による連続的な撮像によって得られた動画像（スルー画像）を表示してファインダとして使用することができるものとして構成されているが、このようにＬＣＤ４４をファインダとして使用する場合には、生成したＹＣ信号を、ＬＣＤインタフェース４２を介して順次ＬＣＤ４４に出力する。これによってＬＣＤ４４にスルー画像が表示されることになる。
【００３１】
ここで、レリーズボタン９２がユーザによって半押し状態とされた場合、前述のようにＡＥ機能が働いて露出状態が設定された後、ＡＦ機能が働いて合焦制御され、その後、引き続き全押し状態とされた場合、この時点でメモリ７２に格納されているＹＣ信号を、圧縮・伸張処理回路８６によって所定の圧縮形式（本実施の形態ではＪＰＥＧ形式）で圧縮した後に外部メモリインタフェース８０を介してメモリカード８２に記録することにより撮影が行われる。
【００３２】
〔第１実施の形態〕
図３に示すように、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０は、カメラ本体部１２の前面には、レンズ鏡筒１８が取付けられており、このレンズ鏡筒１８内には、撮影レンズとしての複数のレンズからなるレンズ２１が光軸方向（以下、光軸方向という）へ沿って配列されている。また、ＣＣＤ２４が、カメラ本体部１２の内部のレンズ２１の光軸上に配設される。
【００３３】
また、複数のレンズ２１の中の少なくとも１つのレンズは、ＡＦ駆動されるフォーカスレンズ１６となっており、レンズ鏡筒１８の下部には、移動手段としてのＡＦ駆動機構５２が配設されている。また、レンズ鏡筒１８には、カメラ本体部１２の姿勢を検出する姿勢検出センサを設けることができる。
【００３４】
ここで、ＡＦ駆動機構５２の構成について説明する。
【００３５】
図４に示すように、ＡＦ駆動機構５２は、光軸方向へ移動可能にレンズ鏡筒１８に支持された円柱形状の軸体５４を備える。この軸体５４の軸方向一端部（ＣＣＤ２４側）には、圧電素子５６が取付けられている。この圧電素子５６は、圧電素子駆動回路５７（図５参照）からの駆動パルスにより光軸方向の被写体側へ変形し、軸体５４を光軸方向の被写体側へ移動させ、また、駆動パルスがオフになると元の形状に復帰（又は逆方向に変形）し、軸体５４を光軸方向のＣＣＤ２４側へ移動させる。
【００３６】
また、軸体５４には、移動体５８が摺動可能に取付けられている。この移動体５８には、フォーカスレンズ１６のレンズホルダ５９が取付けられており、フォーカスレンズ１６が軸体５４に連結されている。すなわち、フォーカスレンズ１６は、レンズホルダ５９が摩擦結合された駆動軸に連結されている。
【００３７】
ここで、移動体５８は、軸体５４に摩擦結合されているので、軸体５４と移動体５８との摩擦力よりも大きな力を軸体５４へ作用させると、軸体５４と移動体５８との間に滑りが発生し、軸体５４が、移動体５８の間を摺動して移動する。これによって、フォーカスレンズ１６を停止させたまま軸体５４を移動させることができる。一方、軸体５４と移動体５８との摩擦力よりも小さな力を軸体５４へ作用させると、軸体５４と移動体５８との間に摺動は発生しない。これによって、軸体５４と共にフォーカスレンズ１６を移動させることができる。
【００３８】
従って、圧電素子５６を駆動するときに圧電素子５６の厚み方向に変位差を与えることにより、その変位差の極性及び大きさに応じた方向及び速さでフォーカスレンズ１６が移動する。
【００３９】
すなわち、フォーカスレンズ１６を前進（被写体側に移動）させる際には、圧電素子５６に立上勾配が緩やかで立下り勾配や急な駆動電圧を有する駆動信号（駆動パルス）を印加する。これによって、圧電素子５６の低速変形による軸体の低速移動に伴いフォーカスレンズ１６が被写体側に移動され、圧電素子５６の高速復元により軸体が摺動して後退する。
【００４０】
一方、フォーカスレンズ１６を後退（ＣＣＤ側に移動）させる際には、圧電素子駆動回路５７が、圧電素子５６に立上勾配が急で立下り勾配が緩やかな駆動電圧を有する駆動信号（駆動パルス）を印加する。これによって、圧電素子５６の高速変形で軸体が摺動して後退され、圧電素子５６の低速復元によりフォーカスレンズ１６がＣＣＤ側に移動する。
【００４１】
また、軸体５４に対峙して、光軸方向へ延出する軸体５５が設けられている。この軸体５５には、レンズホルダ５９が摺動可能に支持されている。レンズホルダ５９の上部５９Ｂには、Ｓ極とＮ極が所定のピッチで交互に配列された磁気テープ７４が取付けられており、この磁気テープ７４に面してＭＲセンサである磁気センサ７６（位置検出手段）が配設されている。従って、フォーカスレンズ１６が光軸方向へ移動されると、磁気センサ７６から位置検出信号が出力される。この位置検出信号（パルス数）と磁気テープ７４の磁気ピッチ（既知の長さ）から、フォーカスレンズ１６の移動量を算出することができる。
【００４２】
また、ＣＣＤ２４の下側には、ホームポジションセンサ（以下、ＨＰセンサという）７８が配設されている。また、レンズホルダ５９の下部には検出用の突部５９Ａが設けられている。ＨＰセンサ７８は、透過型のフォトセンサで、フォーカスレンズ１６がホームポジションまで移動すると、検出用の突部５９Ａを検出し、検出信号を出力する。
【００４３】
次に、図５を参照して、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０の駆動部３４におけるＡＦ駆動機構５２に関係する電気系の構成を説明する。
【００４４】
撮像系の光学ユニット２２内の各種機構を駆動するためのＡＦ駆動機構５２に関係する電気系としての駆動部３４は、圧電素子駆動回路５７を備えており、この圧電素子駆動回路５７を介してＣＰＵ５０は圧電素子５６に接続されている。また、フォーカスレンズ１６の位置検出のためのＭＲセンサである磁気センサ７６は信号処理回路７７を介してＣＰＵ５０に接続されている。この信号処理回路７７は積算カウンタ７９にも接続されている。信号処理回路７７は磁気センサ７６から出力される位置検出信号をパルス信号に整形する回路であり、積算カウンタ７９は信号処理回路７７から入力されたパルス信号を積算する回路である。この積算カウンタ７９は、磁気センサ７６の位置検出信号の逓倍数により乗ずる数値が異なる。
【００４５】
また、ＣＰＵ５０には、ＨＰセンサ７８、評価手段としての焦点状態評価回路７３、及び時間計測する計測手段としての内蔵タイマ７１が接続されている。焦点状態評価回路７３は、上記ＴＴＬ方式による設定を可能とするための、ＣＣＤ２４による撮像によって得られた画像を元にして焦点状態を評価する回路である。この焦点状態評価回路７３では、ＣＣＤ２４による撮像によって得られた画像のコントラスト値を評価値として出力する。このコントラスト値が最大となるようにＡＦ駆動機構５２を駆動制御することによって合焦制御することができる。
【００４６】
ここで、本実施の形態における合焦位置を求めるサーチ処理（所謂山登りサーチ処理）の概要を説明する。
【００４７】
図６に示すように、フォーカスレンズ１６を開始位置Ａから終了位置Ｂまで移動させたとき、焦点状態評価回路７３が出力する評価値は、合焦位置Ｃに近づくに従って低い値から高い値に徐々に変化する。そして、合焦位置Ｃを通過し終了位置Ｂに近づくに従って高い値から低い値に徐々に変化する。従って、合焦位置を含むサーチ範囲内でフォーカスレンズ１６を移動しつつ評価値が最大となる位置を合焦位置Ｃとして求める。このサーチ処理には、次の２種類の方法がある。
【００４８】
図７には、サーチ処理における時間とレンズ位置の関係を示した。図７（Ａ）は逐次停止方法によるサーチ処理、図７（Ｂ）は等速移動方法によるサーチ処理による特性である。
【００４９】
逐次停止方法によるサーチ処理は、フォーカスレンズ１６を微小距離移動させた後に停止させ、ＣＣＤ２４からの画像データを読み取ると共に評価値を算出する。この処理を繰り返して最適ＡＦ位置（合焦位置Ｃ）を求めるものである。一方、等速移動方法によるサーチ方法は、フォーカスレンズ１６を等速度で移動させながらＣＣＤ２４からの画像データを読み取り評価値を算出する。この場合、画像データは間引き処理を行うことにより画像データの容量を軽減できる。
【００５０】
従って、逐次停止方法では、フォーカスレンズ１６を移動させる距離を短くとることで高精度に合焦位置Ｃを求めることが可能となるが、処理時間が膨大に必要となる。等速移動方法では、画像データの間引き及び等速度でフォーカスレンズ１６を移動することにより合焦位置Ｃを検出できるので、短時間で処理完了が可能となる。本実施の形態では、等速移動方法によるサーチ処理を採用し、以下の処理を行うものとする。
【００５１】
次に、本実施形態のデジタルカメラ１０におけるＡＦ機能による合焦制御（以下、ＡＦ制御という）について説明する。デジタルカメラ１０では、電池等の電源設置後の動作可能状態になると、図８の処理ルーチンが開始され、ステップ１０２へ進む。ステップ１０２では、電源スイッチ９４により電源投入指示がなされるまで待機し、電源投入指示によりステップ１０４へ進む。ステップ１０４ではレリーズボタン９２が押圧されるまで否定判定が繰り返され、肯定されるとステップ１０６へ進み、ＡＥ機能による露出状態の設定（例えばシャッタースピードや絞りの設定）であるＡＥ処理が実行される。
【００５２】
ステップ１０６の処理が終了すると、ステップ１０７のサーチ処理を開始する。サーチ処理は、ステップ１０８の速度の自己測定処理とステップ１１０の最適ＡＦ位置（合焦位置Ｃ）の算出処理を含んで構成される。このステップ１０８は本発明の速度検出手段に相当する。
【００５３】
サーチ処理が開始されると、まず、フォーカスレンズ１６を開始位置Ａへ移動し、フォーカスレンズ１６を等速移動させる。この等速移動は、上述のように立ち上がり勾配と立ち下がり勾配に差異を与えて圧電素子５６を一定周期で伸縮させることに相当する。なお、以下の説明では、圧電素子５６を一定周期で伸縮させるために印加する駆動信号の１周期信号を駆動パルスという。
【００５４】
ステップ１０８では、駆動速度の自己測定を実行する。このステップでは、磁気センサ７６の出力波形を内蔵タイマ７１により自己測定（時間測定）することにより、速度を自己算出する。デジタルカメラ１０の製造時に、圧電素子駆動回路５７において圧電素子５６に印加する駆動信号の駆動周波数は予め設定されている。また、磁気センサ７６の分解能は予め定まっている。例えば、駆動周波数６３ｋＨｚであり、磁気センサ７６の分解能が２０μｍ／ピッチ（着磁ピッチ８０μｍの４逓倍）であり、任意の位置区間として４パルスを磁気センサ７６により検出する間の経過時間を内蔵タイマ７１で計測した結果、５．４４ｍｓである場合の自己測定は、次のようになる。まず、駆動速度Ｖは、
Ｖ＝｛（分解能）・（区間パルスの数）｝／（計測時間）
であり、１４．７ｍｍ／ｓとなる。また、駆動パルス当たりの移動量ｓは、
ｓ＝駆動速度Ｖ／駆動周波数
であり、０．２３３μｍ／ピッチとなる。
【００５５】
ステップ１１０では、上述の山登りサーチ処理により、合焦位置Ｃである最適ＡＦ位置を求める。この場合、サーチの開始位置Ａとその方向（ＣＣＤ２４に向かう方向または被写体に向かう方向）を設定する。また、機構的な停止位置がＨＰセンサ７８から所定距離だけ離間した位置として予め規定できる場合はその位置でもよい。また、積算カウンタ７９の値を用いても良い。積算カウンタ７９は、磁気センサ７６の位置検出信号が整形されたパルス信号を積算するものであるので、積算カウンタ７９の出力値（逓倍数に応じた積算値）から現在位置を読み取ることができる。信号処理回路７７は磁気センサ７６から出力される位置検出信号をパルス信号に整形する回路であり、積算カウンタ７９は信号処理回路７７から入力されたパルス信号を積算する回路である。
【００５６】
そして合焦位置Ｃである最適ＡＦ位置は、次のようにして求まる。合焦位置Ｃである最適ＡＦ位置は、
合焦位置Ｃ＝（開始位置Ａ）−（間隔Ｔ・速度Ｖ）・（最適枚数Ｎ−１）
である。
【００５７】
図９に示すように、間隔Ｔは、焦点状態評価回路７３で合焦状態を評価する画像データの入力間隔時間であり、最適枚数Ｎは、サーチ処理開始から合焦位置Ｃ（図９ではＭｚと表記）であると評価値が得られるまでの画像枚数（画像データの数）である。例えば、開始位置ＡがＨＰセンサ７８より８００μｍの位置、ＨＰセンサ７８へ向かう方向に上記速度Ｖでサーチした場合に、合焦位置Ｃであると評価値が得られた画像データの数が１５３６であるとき、４２３．６８μｍ（４２４μｍ）となる。
【００５８】
以上のようにして合焦位置Ｃである最適ＡＦ位置が求まると、ステップ１１２へ進み、合焦位置Ｃへ移動するための前処理として、送り動作事前設定処理を実行する。送り動作事前設定処理は、現在位置から合焦位置Ｃまでの移動方法を粗調設定と微調設定との２種類を設定する処理である。粗調設定は、磁気センサ７６の分解能による位置検出をする調整範囲及び測定ポイントを設定するものであり、微調設定は、磁気センサ７６の分解能を超えた位置決めをする調整範囲を設定するものである。
【００５９】
まず、フォーカスレンズ１６の現在位置を読み取り、合焦位置Ｃまでの距離を求める。フォーカスレンズ１６の現在位置は、積算カウンタ７９の値を用いることができる。積算カウンタ７９は、磁気センサ７６の位置検出信号が整形されたパルス信号を積算するものであるので、積算カウンタ７９の出力値（逓倍数に応じた積算値）から現在位置を読み取ることができる。このフォーカスレンズ１６の現在位置から合焦位置Ｃまでの距離のうち、磁気センサ７６の分解能を単位とした移動範囲を粗調範囲とし、それ以外を微調範囲とする。
【００６０】
例えば、現在位置が２６０μｍであり、上記のように４２４μｍが最適ＡＦ位置であるとき、４２０μｍまでが粗調範囲として求まり、４２０μｍを超えた４２４μｍまでが微調範囲として求まる。
【００６１】
次に、粗調範囲内に速度測定ポイントを設定する。ここでは、粗調範囲内で手前側範囲と奥側範囲とを設定するために粗調範囲内に複数点（本実施の形態では４点）の速度測定ポイントを設定する。例えば、４点の速度測定ポイントＭａ，Ｍｂ、Ｍｃ，Ｍｄは、現在位置（２６０μｍ）から２０μｍの位置に速度測定ポイントＭａを設定し、４０μｍづつ速度測定ポイントＭｂ、Ｍｃ，Ｍｄを設定する。速度測定ポイントＭｄから粗調範囲の最遠点Ｍｘまでは２０μｍとなる。なお、速度測定ポイントＭａ，Ｍｂ、Ｍｃ，Ｍｄの設定は、速度測定ポイントＭａ，Ｍｂの間が手前側範囲であり、速度測定ポイントＭｃ，Ｍｄの間が奥側範囲である。これらの各点が磁気センサ７６の分解能により規定できれば、何れの位置でもよい。
【００６２】
従って、ステップ１１２では、現在位置（２６０μｍ）、速度測定ポイントＭａ，Ｍｂ、Ｍｃ，Ｍｄの位置（２８０，３２０，３６０，４００）、最遠点Ｍｘの位置（４２０μｍ）、微調範囲（４μｍ）が設定される。
【００６３】
次のステップ１１４では、デジタルカメラ１０の光学ユニット２２の焦点深度が深いか否かを判断する。この判断は、焦点深度が深い状態として、絞り値や焦点距離の各値や組み合わせの基準値を予め定めておき、この基準値以内か否かを判別することによって判断することができる。ステップ１１４で肯定判断の場合は、焦点深度が深く、フォーカスレンズ１６の位置決め精度に余裕があるため、ステップ１１６において、粗調範囲内の最遠点Ｍｘまでフォーカスレンズ１６を移動させて本ルーチンを終了する。
【００６４】
一方、ステップ１１４で否定されると、ステップ１１８で粗調範囲の最遠点Ｍｘまでの移動、続いてステップ１２０で微調範囲の移動を実行する。これらのステップ１１８及び１２０の処理は、合焦位置Ｃである最適ＡＦ位置までの駆動処理によるフォーカスレンズ１６の位置決め処理である。
【００６５】
なお、上記ステップ１０８乃至ステップ１１２の処理は、本発明の演算手段の機能を含んでいる。また、ステップ１１８及びステップ１２０は、本発明の位置決め手段の機能を含んでいる。
【００６６】
まず、ステップ１１８では、内蔵タイマ７１をリセットすると共に、現在位置（２６０μｍ）から最遠点Ｍｘまでのフォーカスレンズ１６の等速移動を開始する。ここでは、圧電素子駆動回路５７へ、圧電素子５６への駆動パルス出力を指示する。
【００６７】
図１０に示すように、フォーカスレンズ１６の等速移動中に、磁気センサ７６からの位置検出信号を元にして、上記ステップ１１２で設定した速度測定ポイントＭａ，Ｍｂ、Ｍｃ，Ｍｄの通過時間Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄを、内蔵タイマ７１を読み取ることで測定する。これらの通過時間Ｔａ〜Ｔｄ及び距離から、粗調範囲の手前側速度Ｖｓと奥側速度Ｖｆを求める。
【００６８】
Ｖｓ＝Ｌｓ／（Ｔｂ−Ｔａ）
Ｖｆ＝Ｌｆ／（Ｔｄ−Ｔｃ）
但し、Ｌｓは速度測定ポイントＭａ，Ｍｂ間の距離、Ｌｆは速度測定ポイントＭｃ，Ｍｄ間の距離である。なお以下の説明は、手前側速度Ｖｓが１４．７２ｍｍ／ｓであり、奥側速度Ｖｆが１４．７０ｍｍ／ｓと求まった場合を説明する。
【００６９】
これらの手前側速度Ｖｓと奥側速度Ｖｆから、粗調範囲の最遠点Ｍｘを通過するときの速度Ｖｘを予測する。この予測は、手前側速度Ｖｓから奥側速度Ｖｆまでの傾向を求め、速度測定ポイントＭｄから最遠点Ｍｘ間のｄＶｘ変動見込み量を奥側速度Ｖｆに加算することで求めることができる。
【００７０】
Ｖｘ＝Ｖｆ＋ｄＶｘ
ｄＶｘ＝｛（Vf−Vs）／（Md−Mb）｝・｛Mx−（Md＋Mc）／２｝
但し、Ｍｄ，Ｍｃ，Ｍｘは位置を表す。ここでは、ｄＶｘ＝[(14.72-14.70)/(400-320)]・[420-(360+400)/2]＝０．０１と求まる。
【００７１】
次に、ステップ１２０では、合焦位置Ｃである最適ＡＦ位置であり合焦点Ｍｙまで、最遠点Ｍｘからの移動に必要とする時間Ｔｙを求める。
【００７２】
Ｔｙ＝（Ｍｙ−Ｍｘ）／Ｖｘ
但し、Ｍｘ，Ｍｙは位置を表す。ここでは、Ｔｙ＝４／１４．７３＝０．２７ｍｓと求まる。
【００７３】
そして、フォーカスレンズ１６が最遠点Ｍｘを通過したときから時間Ｔｙだけ、圧電素子５６を連続駆動する。このように微調範囲を時間単位で駆動することにより、磁気センサ７６の分解能（２０μｍ）を超えた位置決めが可能となる。
【００７４】
このように、本実施の形態では、粗調範囲は磁気センサ７６の分解能で駆動し、微調範囲は時間駆動でフォーカスレンズ１６を移動させているので、磁気センサ７６の分解能（例えば２０μｍ）を超えた位置決めが可能となり、より合焦位置に近い位置決めをすることができる。
【００７５】
なお、上記計算が煩雑な場合は、粗調範囲の最遠点Ｍｘを通過するときの速度Ｖｘを、奥側速度Ｖｆに置き換えたり、サーチ処理時の速度Ｖに置き換えても良い。
【００７６】
また、上記では、磁気センサ７６を４逓倍した場合を説明したが、ＭＲセンサの総数を増加したり、逓倍数を増加してもよい。
【００７７】
〔第２実施の形態〕
上記実施の形態では、ＭＲセンサである磁気センサ７６を用いて位置検出を常時行う場合を説明したが、本実施の形態ではフォトインタラプタなどの低コストのセンサを用いた場合に本発明を適用したものである。なお、本実施の形態は、上記実施の形態とほぼ同様の構成のため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７８】
図１１に示すように、本実施の形態のＡＦ駆動機構５２は、図４に示す磁気センサ７６に代えてフォトインタラプタ７５を用いたことが上記実施形態と異なる点である。すなわち、軸体５５の上部には、フォトインタラプタ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃからなるフォトインタラプタ７５及びＨＰセンサ７８が設置されている。またレンズホルダ５９の上部５９Ｂには、フォトインタラプタ７５まで延設された突起部５９Ｃが設けられている。従って、フォーカスレンズ１６が光軸方向へ移動されると、各フォトインタラプタ７５（７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ）及びＨＰセンサ７８から位置検出信号が出力される。これらのフォトインタラプタ７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ及びＨＰセンサ７８は、設置位置及び間隔が予め測定済みである。
【００７９】
図１２を参照して、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０の駆動部３４におけるＡＦ駆動機構５２に関係する電気系の構成では、信号処理回路７７にフォトインタラプタ７５Ａ、７５Ｂ，７５Ｃが接続されている。また、上記実施の形態で利用した積算カウンタ７９は不要である。
【００８０】
次に、本実施形態のデジタルカメラ１０におけるＡＦ機能による合焦制御（以下、ＡＦ制御という）について説明する。本実施の形態の形態では、合焦位置を求めるサーチ処理は、予め位置及び間隔が測定済みのフォトインタラプタ７５及びＨＰセンサ７８を用いて、これらのセンサを通過する時間を位置に置き換えて、合焦位置Ｃを求める。
【００８１】
まず、デジタルカメラ１０では、電池等の電源設置後の動作可能状態になると、図１３の処理ルーチンが開始され、電源スイッチ９４により電源投入指示後のレリーズボタン９２押圧によりＡＥ処理が実行される（ステップ１０２〜１０６）。
【００８２】
ステップ１０６の処理が終了すると、ステップ１５０へ進み、ＡＦ連続駆動サーチ処理を開始する。この処理は、ステップ１５２のフォーカスレンズ１６をホームポジション位置（以下、ＨＰ端という）への移動処理、ステップ１５４の駆動速度の自己測定処理、ステップ１５６の最適ＡＦ位置（合焦位置Ｃ）の算出処理を含んでいる。
【００８３】
サーチ処理が開始されると、まず、フォーカスレンズ１６をＨＰ端へ移動させ（ステップ１５２）、このＨＰ端からフォーカスレンズ１６を等速移動させて、駆動速度の自己測定を実行する（ステップ１５４）。本実施の形態では、オンオフ信号の出力のみのフォトインタラプタ７５を用いているため、フォトインタラプタ７５のオンオフタイミングで距離と時間との対応計算を行う。
【００８４】
図１４に示すように、ＨＰセンサ７８のオフタイミングの位置は距離Ｌｈとして測定済みである。また、フォトインタラプタ７５Ａのオンタイミングの位置は距離Ｌ１ｎ、オフタイミングの位置は距離Ｌ１ｆとして測定済みである。同様に、フォトインタラプタ７５Ｂのオンタイミングの位置は距離Ｌ２ｎ、オフタイミングの位置は距離Ｌ２ｆとして、フォトインタラプタ７５Ｃのオンタイミングの位置は距離Ｌ３ｎ、オフタイミングの位置は距離Ｌ３ｆとして測定済みである。
【００８５】
従って、フォーカスレンズ１６を等速移動させながら、ＨＰセンサ７８及びフォトインタラプタ７５の検出信号と内蔵タイマ７１の計測時間を対応させることにより、駆動速度を自己算出することができる。すなわち、ＨＰセンサ７８がオフしてからフォトインタラプタ７５Ａがオンするまでの時間ＴＡを計測する。そして、距離Ｌ１ｎから距離Ｌｈを減算した距離を時間ＴＡで除算することで、その区間内の平均速度を求めることができる。同様にフォトインタラプタ７５Ｂ、７５Ｃまでの区間も求めることができる。また、対象の区間毎に１駆動パルス当たりの移動量を求めることができる。
【００８６】
また、合焦位置Ｃである最適ＡＦ位置を求め場合では、評価値を得る間隔すなわち画像データの読み取り間隔の時間を測定することで、ＨＰ端からの距離を時間に対応させることができる。そこで、ステップ１５６では、上述の山登りサーチ処理と同様に、合焦位置Ｃである最適ＡＦ位置を求める。この場合、サーチの開始位置Ａとその方向（ＣＣＤ２４に向かう方向または被写体に向かう方向）を設定する。このサーチの開始位置Ａを、ＨＰセンサ７８の検出位置とすればよい。
【００８７】
以上のようにして合焦位置Ｃである最適ＡＦ位置が求まると、ステップ１６０へ進み、ＡＦ位置調整処理を実行する。このＡＦ位置調整処理は、ステップ１６２のフォーカスレンズ１６のＨＰ端への移動処理、ステップ１６４の駆動時間の算出処理、ステップ１６６の最適ＡＦ位置（合焦位置Ｃ）への移動処理を含んでいる。
【００８８】
ＡＦ位置調整処理が開始されると、まず、フォーカスレンズ１６をＨＰ端へ移動させた後（ステップ１６２）、駆動時間を算出する（ステップ１６４）。この駆動時間算出処理では、まずＨＰ端から上記ステップ１５６で求めた合焦位置Ｃである最適ＡＦ位置までの距離Ｌｘを求める。そして、移動中に通過または停止するのがどの区間（どのフォトインタラプタ７５までの区間）であるかを定め、上記ステップ１５４で求めた区間毎の自己速度で移動させたときの総和時間Ｔｘを求める。なお、計算が煩雑である場合には、平均速度から求めてもよく、何れかの区間の速度を用いても良い。
【００８９】
次のステップ１６６では、上記ステップ１６４で求めた総和時間Ｔｘだけ、Ｈｐ端からフォーカスレンズ１６を等速移動させることによって、合焦位置Ｃである最適ＡＦ位置までフォーカスレンズ１６を移動させる。
【００９０】
このように、本実施の形態では、低コストのフォトインタラプタをセンサとして用いると共に、フォーカスレンズを等速移動させたときの時間を位置に対応させて合焦位置を求めた後に、その位置に時間計測によって移動させているので、高精度に位置決めをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施の形態にかかるデジタルカメラの外観図である。
【図２】デジタルカメラの制御系の概略ブロック図である。
【図３】ＡＦ駆動機構を示す斜視図である。
【図４】第１実施形態のＡＦ駆動機構の説明図である。
【図５】第１実施形態のＡＦ駆動機構に関係する電気系の構成図である。
【図６】レンズ位置とＡＦ評価値の関係図である。
【図７】ＡＦ制御時における時間とレンズ位置の関係を示し、（Ａ）は逐次制御、（Ｂ）は等速度制御を示す線図である。
【図８】第１実施形態の処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】最適ＡＦ位置の算出についての説明図である。
【図１０】最適ＡＦ位置までフォーカスレンズが移動するときの測定及び駆動についての説明図である。
【図１１】第２実施形態のＡＦ駆動機構の説明図である。
【図１２】第２実施形態のＡＦ駆動機構に関係する電気系の構成図である。
【図１３】第２実施形態の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】ＡＦ制御時における時間とレンズ位置（ＨＰ端からの距離）の関係を示す線図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０…デジタルカメラ
１６…フォーカスレンズ
２１…レンズ
２２…光学ユニット
２４…ＣＣＤ
３４…駆動部
５０…ＣＰＵ
５２…ＡＦ駆動機構
５６…圧電素子
５７…圧電素子駆動回路
７１…内蔵タイマ
７３…焦点状態評価回路
７５…フォトインタラプタ
７６…磁気センサ
７７…信号処理回路
７８…ＨＰセンサ
【図１】
2006235224.tif 000003
【図２】
2006235224.tif 000004
【図３】
2006235224.tif 000005
【図４】
2006235224.tif 000006
【図５】
2006235224.tif 000007
【図６】
2006235224.tif 000008
【図７】
2006235224.tif 000009
【図８】
2006235224.tif 000010
【図９】
2006235224.tif 000011
【図１０】
2006235224.tif 000012
【図１１】
2006235224.tif 000013
【図１２】
2006235224.tif 000014
【図１３】
2006235224.tif 000015
【図１４】
2006235224.tif 000016