(57)【要約】【課題】レンズを駆動してフォーカス動作とズーム動作を行う撮像装置において、光学的な機構に変更を加えることなく、画角変動を抑えたフォーカス動作を可能にする。【解決手段】ズームレンズ１とフォーカスレンズ２とを有する撮像光学系と、撮像光学系により結像した被写体像を電気信号に変換する撮像素子４と、ズームレンズ１を駆動するズーム駆動部１２と、フォーカスレンズ２を駆動するフォーカス駆動部１１と、フォーカス駆動部１１とズーム駆動部１２とを介してズームレンズ１とフォーカスレンズ２とを同時に駆動するフォーカス／ズーム演算部１０とを備える撮像装置１００において、フォーカス／ズーム演算部１０は、ズームレンズ１とフォーカスレンズ２の駆動特性の少なくとも一方に応じて被写体に対するピント位置を制御するためのウォブリング量を設定する。【選択図】図１
2015152817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影画角を変更する第１のレンズと、被写体に対するピントを変更する第２のレンズとを有する撮像光学系と、
前記撮像光学系により結像した被写体像を電気信号に変換する撮像手段と、
前記第１のレンズと前記第２のレンズとを同時に駆動する駆動手段と、
前記第１のレンズの駆動特性および前記第２のレンズの駆動特性の少なくとも一方に応じて、前記被写体に対するピント位置を制御するためのウォブリング量を設定する制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１のレンズの駆動特性および前記第２のレンズの駆動特性とは、ヒステリシス、位相特性、温度特性、経時変化特性、姿勢差特性のうちの少なくとも１つであることを特徴する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズの敏感度と前記第１のレンズまたは前記第２のレンズの駆動特性に応じて前記ウォブリング量を設定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。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１のレンズの敏感度が前記第２のレンズの敏感度より小さい場合に、前記第２のレンズの敏感度と駆動特性とに応じて前記ウォブリング量を設定する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。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズの駆動特性に応じて、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズの駆動可能範囲を変更す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置が備える撮像光学系を構成するレンズの駆動制御に関し、特にフォーカス動作を行う際の撮影画角の変動を補正して、適切にピントを合わせるためのレンズの駆動制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
写真用カメラやビデオカメラ等の撮像装置の撮像光学系（レンズ鏡筒）では、フォーカスレンズを光軸方向に移動させてフォーカス動作を行い、ズームレンズを光軸方向に移動させてズーム動作を行うものが一般的である。近年、レンズの広角化や小型化により、ズーム位置によって被写体までの距離が変化しなくても、ピント調節のためのフォーカスレンズ群の繰り出し量が大きく変化し、或いは、フォーカスレンズの画角敏感度が大きなものがある。このようなフォーカス動作による画角変動が大きいと、撮影者が狙った画角からの隔たりが大きくなってしまい、意図した写真（画像）を得ることができなくなるという問題が生じる。
【０００３】
この問題を解決する方法として、フォーカス動作を行う際に、ズームレンズをフォーカスレンズに合わせて駆動することにより、画角を補正する技術が知られている。このとき、デジタルカメラ等では、撮像素子の高画素化によって撮像素子のセルピッチが小さくなると、許容深度が浅くなり、フォーカスレンズとズームレンズの駆動量が小さくなるため、各レンズの駆動特性がフォーカス精度に影響を与える。そこで、例えば、反転動作時のフォーカスレンズの駆動負荷に基づいてフォーカスレンズのバックラッシュを補正する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−８００８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術には、フォーカスレンズとズームレンズを同時に駆動させるという技術的概念はない。したがって、フォーカスレンズとズームレンズを同時に駆動させるレンズ駆動制御において画角変動を抑えながら適切なフォーカス精度を得るためには、新たな技術が求められる。
【０００６】
本発明は、レンズを駆動してフォーカス動作とズーム動作を行う撮像装置において、光学的な機構に変更を加えることなく、画角変動を抑えたフォーカス動作を可能にする技術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】
【０００７】
本発明に係る撮像装置は、撮影画角を変更する第１のレンズと、被写体に対するピントを変更する第２のレンズとを有する撮像光学系と、前記撮像光学系により結像した被写体像を電気信号に変換する撮像手段と、前記第１のレンズと前記第２のレンズとを同時に駆動する駆動手段と、前記第１のレンズの駆動特性および前記第２のレンズの駆動特性の少なくとも一方に応じて、前記被写体に対するピント位置を制御するためのウォブリング量を設定する制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、ズーム動作を行う第１のレンズとフォーカス動作を行う第２のレンズの少なくとも一方の駆動特性に応じて、被写体に対するピント位置を制御するためのウォブリング量を設定する。これにより、光学的な機構に変更を加えることなく、画角変動を抑えたフォーカス動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る撮像装置でのフォーカス動作を説明する図である。
【図３】第１実施形態に係る撮像装置でのフォーカス動作の流れを示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態に係る撮像装置においてレンズを駆動する際の位相特性と温度特性とを加味した駆動特性を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】第２実施形態に係る撮像装置でのフォーカス動作の流れを示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係る撮像装置において、フォーカスレンズとズームレンズを固定比で制御したい場合にヒステリシスに応じて制御すべきウォブリング量を設定したテーブルの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。撮像装置１００は、具体的には、所謂、デジタルカメラである。
【００１２】
撮像装置１００は、ズームレンズ１（第１のレンズ）、フォーカスレンズ２（第２のレンズ）、カラーフィルタ３、撮像素子４、ＡＧＣ５、Ａ／Ｄ変換器６及びカメラ信号処理部７を備える。また、撮像装置１００は、レンズ特性データ保持部８、駆動特性データ保持部９、フォーカス／ズーム演算部１０、フォーカス駆動部１１及びズーム駆動部１２を備える。
【００１３】
ズームレンズ１は、１枚のレンズに限られず、複数枚のレンズからなるレンズ群であってもよく、フォーカスレンズ２についても同様である。ズームレンズ１とフォーカスレンズ２は撮像光学系を構成する。撮像光学系は、不図示のシャッタや絞りを含んでいてもよい。ズームレンズ１を光軸方向に移動させることで、撮影画角を変更することができる。また、フォーカスレンズ２を光軸方向に移動させることで、被写体に対するピントを調整することができ、被写体に対してピントの合った合焦状態を作り出すことができる。
【００１４】
ズームレンズ１、フォーカスレンズ２及びカラーフィルタ３を通して撮像素子４に結像した被写体像（光学像）は、撮像素子４において電気信号（アナログ信号）に変換され、映像信号としてＡＧＣ５へ出力される。ＡＧＣ５は、撮像素子４から取得した映像信号のゲイン調整を行い、ゲイン調整後の映像信号をＡ／Ｄ変換器６へ送る。Ａ／Ｄ変換器６は、ＡＧＣ５から取得した映像信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号をカメラ信号処理部７へ送る。カメラ信号処理部７は、取得したデジタル信号に対して画像処理を行って映像データを生成し、生成した映像データを外部に出力する。また、カメラ信号処理部７は、取得した映像データからオートフォーカス動作に必要な評価値を算出し、算出した評価値をフォーカス／ズーム演算部１０へ出力する。
【００１５】
フォーカス／ズーム演算部１０は、フォーカス駆動部１１及びズーム駆動部１２を介して、フォーカスレンズ２とズームレンズ１の位置を同時に制御する。そのために、フォーカス／ズーム演算部１０は、カメラ信号処理部７から取得した評価値に基づいてフォーカスレンズ２とズームレンズ１の位置（フォーカス／ズーム位置）を算出し、算出したフォーカス／ズーム位置をレンズ特性データ保持部８と駆動特性データ保持部９へ送る。
【００１６】
レンズ特性データ保持部８は、フォーカス／ズーム演算部１０から取得したフォーカス／ズーム位置に対応したレンズ特性データである敏感度を算出する。ここで「敏感度」とは、フォーカスレンズ２とズームレンズ１のそれぞれにあり、フォーカスレンズ２とズームレンズ１がそれぞれ駆動したときのピント面上での変化割合を表すものであり、“敏感度＝ピント面変化量／レンズ駆動量”で与えられる。レンズ特性データ保持部８は、算出したフォーカスレンズ２とズームレンズ１の敏感度（フォーカス／ズーム敏感度）をフォーカス／ズーム演算部１０へ送る。
【００１７】
駆動特性データ保持部９は、フォーカス／ズーム位置に対応したズームレンズ１とフォーカスレンズ２の駆動特性データを保持している。ここで、駆動特性には、レンズのヒステリシス、位相特性、温度特性、経時変化特性、姿勢差特性等があり、これらはレンズの駆動のために送ったパルス数に対する実際のレンズの駆動量の割合を算出した入出力特性である。駆動特性の詳細については後述する。
【００１８】
駆動特性データ保持部９は、フォーカス／ズーム演算部１０からフォーカス／ズーム位置データを受け取ると、受け取ったフォーカス／ズーム位置に対応した駆動特性データを算出し、フォーカス／ズーム演算部１０へ送る。
【００１９】
フォーカス／ズーム演算部１０は、フォーカス／ズーム位置を管理する。フォーカス／ズーム演算部１０は、フォーカス動作時には、フォーカス／ズーム位置、敏感度及び駆動特性データからズームレンズ１及びフォーカスレンズ２のそれぞれの駆動量を算出し、フォーカス駆動部１１とズーム駆動部１２に制御指令を行う。フォーカス駆動部１１とズーム駆動部１２はそれぞれ、フォーカス／ズーム演算部１０からの制御指令（制御信号）に基づいて、フォーカスレンズとズームレンズ１を駆動する。
【００２０】
なお、撮像装置１００での撮影動作は、不図示の中央制御部（ＣＰＵ）が、不図示のＲＯＭに格納されたプログラムを不図示のＲＡＭに展開、実行することにより、撮像装置１００を構成する各部の動作や処理を制御することによって実現される。
【００２１】
図２は、撮像装置１００でのフォーカス動作を説明する図である。図２において、「フォーカスレンズによるフォーカス動作」と記載された縦の破線は、通常のフォーカスレンズ２のみを用いてフォーカス動作を行う場合のフォーカスレンズ２とズームレンズ１の動きを示している。この方式では、ズームレンズ１は固定され、フォーカスレンズ２のみ駆動を行う。しかし、この方式では、フォーカスレンズ２に大きな繰り出し量が必要であり、フォーカスレンズ２による画角敏感度が大きな撮像光学系であると、フォーカス動作による画角変化が許容できなくなってしまう。そのため、本実施形態では、光学的に画角が略一律になる近似曲線（以下「画角基準線」という）を算出し、画角基準線をトレースすることによって画角変動を抑えながら、フォーカス動作を行うこととする。つまり、本実施形態では、画角基準線に示されるように、ズームレンズ１とフォーカスレンズ２とは同時に駆動される。なお、画角基準線の近似は１次式に限ったものではなく、指数関数やｎ次式（２次式、３次式等）で近似しても構わない。
【００２２】
図３は、撮像装置１００でのフォーカス動作の流れを示すフローチャートである。図３に示す各処理は、中央制御部（ＣＰＵ）の制御の下で、撮像装置１００を構成する各部の動作や処理を制御することによって実現される。
【００２３】
先ず、ステップＳ３０１では、フォーカス／ズーム演算部１０が、現在のフォーカス位置Ｆｎｏｗとズーム位置Ｚｎｏｗを算出する。続くステップＳ３０２では、駆動特性データ保持部９が、ステップＳ３０１で求められたフォーカス位置Ｆｎｏｗに基づいてフォーカスレンズ２の駆動特性データを算出する。また、ステップＳ３０３では、駆動特性データ保持部９は、ステップＳ３０１で求められたズーム位置Ｚｎｏｗに基づいてズームレンズ１の駆動特性データを算出する。なお、ステップＳ３０２とステップＳ３０３の順序は逆であってもよい。
【００２４】
次に、ステップＳ３０４では、レンズ特性データ保持部８が、ステップＳ３０１で求められたフォーカス位置Ｆｎｏｗに基づいてフォーカスレンズ２の敏感度を算出する。また、ステップＳ３０５では、レンズ特性データ保持部８は、ステップＳ３０１で求められたズーム位置Ｚｎｏｗに基づいてズームレンズ１の敏感度を算出する。なお、ステップＳ３０４とステップＳ３０５の順序は逆であってもよい。
【００２５】
続くステップＳ３０６では、フォーカス／ズーム演算部１０が、ウォブリング量ｋを算出する。ウォブリング量ｋとは、フォーカス動作を行うためにピント位置を微小量振る駆動量であり、“ｋ＝フォーカス量×フォーカス駆動特性×フォーカス敏感度＋ズームウォブリング量×ズーム駆動特性×フォーカス敏感度”により算出することができる。
【００２６】
ウォブリング量ｋが大きすぎると、フォーカス動作での画角変動が大きくなり、また、ピントの変化が画像から分かってしまう。一方、ウォブリング量ｋが小さすぎると、ノイズの影響でピント合わせが不十分な（ボケた）状態でフォーカス動作が止まってしまい、ピントのピークが見つけられなくなってしまう。そのため、ウォブリング量ｋの値は、フォーカス動作を行う際にピントのピークを見つけることができる適切な値に設定する必要がある。具体的には、焦点深度の１／４〜１／１が目安となる。なお、ズーム位置によっては、フォーカスレンズ２とズームレンズ１の敏感度が異なる場合がある。フォーカスレンズ２の敏感度がズームレンズ１の敏感度に対して十分小さいズーム位置では、フォーカスレンズ２のみでフォーカス動作を行うようにしても構わない。
【００２７】
フォーカスレンズ２とズームレンズ１をそれぞれ駆動することができる範囲（以下「駆動可能範囲」という）は、フォーカス動作の可能な範囲に電気的に設定することが多い。駆動可能範囲が不十分な場合には、ピントを合わせなければならない距離の被写体にピントを合せることができず、駆動可能範囲が過剰である場合には、必要以上にフォーカスレンズ２を動かしてしまい、フォーカス動作が不安定になってしまう。そのため、フォーカスレンズ２及びズームレンズ１の駆動特性とピントを合わせなければならない範囲とを考慮して、各レンズの駆動可能範囲を変更することにより、安定したフォーカス動作を実現することができる。
【００２８】
さて、ズームレンズ１及びフォーカスレンズ２の駆動特性データとしては、ヒステリシス、位相特性、温度特性、経時変化特性、姿勢差特性等があると説明した。ここで、各特性について説明する。
【００２９】
ヒステリシスは、所謂、機械的なガタであり、ズームレンズ１及びフォーカスレンズ２の反転動作時に発生する。位相特性とは、モータの駆動する位相によって入力パルスに対する出力パルスが異なる特性である。温度特性は、環境温度により機械的要素の摩擦力等が変化することで、駆動量が異なる特性である。
【００３０】
図４に、レンズを駆動する際の位相特性と温度特性とを加味した駆動特性を示す。図４の駆動特性を示すレンズとは、撮像光学系を構成し、光軸方向に移動自在なレンズについて、一般的に当てはまるものである。図４において、横軸は駆動位相であり、縦軸は入力パルスに対する出力パルスの割合であり、横軸ではモータの１正弦波を３２分割している。図４に示されるように、温度に応じて（高温、常温、低温で）出力特性が変わっていることが分かる。
【００３１】
経時変化特性は、機械的構成に基づく摩擦力等が経時的に変化することにより発生する特性である。姿勢差特性は、レンズの姿勢に応じてレンズ各部に加わる荷重が異なることで駆動量に変化が生じる特性である。これらの特性のフォーカス動作への影響度は、レンズの種類によって異なるため、レンズの種類に応じて必要な駆動特性を考慮する必要がある。各特性のうちの少なくとも１つに応じて、ウォブリング量を設定することにより、フォーカスレンズ２及びズームレンズ１を制御する撮像光学系において、適切なフォーカス動作を行うことができる。
【００３２】
以上の説明の通り、第１実施形態によれば、フォーカスレンズ２及びズームレンズ１の駆動特性を考慮してウォブリング量を設定することにより、フォーカスレンズ２及びズームレンズ１を制御する撮像光学系において、適切なフォーカス動作を行うことができる。
【００３３】
＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係る撮像装置５００の概略構成を示すブロック図である。撮像装置５００は、第１実施形態で説明した撮像装置１００が備えるレンズ特性データ保持部８に代えてレンズヒステリシスデータ保持部１３を備えた構造を備えており、よって、図１では、撮像装置１００と共通する構成要素については同じ符号を付している。なお、撮像装置１００と共通する構成要素についてのここでの説明は省略する。
【００３４】
第２実施形態では、フォーカスレンズ２とズームレンズ１のヒステリシスに着目する。即ち、ヒステリシスの大きいフォーカスレンズ２及びズームレンズ１を備える撮像光学系では、フォーカスレンズ２及びズームレンズ１のそれぞれのヒステリシスを考慮して、フォーカスレンズ２とズームレンズ１を制御する必要がある。レンズヒステリシスデータ保持部１３は、フォーカスレンズ２とズームレンズ１のそれぞれについて、レンズの個体差に応じたデータ（ヒステリシスデータ）を保持している。ヒステリシスデータは、レンズ毎にばらつきが大きい場合にはレンズ毎に調整しても構わず、一方、ばらつきが小さい場合には固定値としても構わない。
【００３５】
図６は、撮像装置５００でのフォーカス動作の流れを示すフローチャートである。図６に示す各処理は、中央制御部（ＣＰＵ）の制御の下で、撮像装置５００を構成する各部の動作や処理を制御することによって実現される。
【００３６】
ステップＳ６０１では、フォーカス／ズーム演算部１０が、現在のフォーカス位置Ｆｎｏｗとズーム位置Ｚｎｏｗを算出する。続くステップＳ６０２では、レンズヒステリシスデータ保持部１３が、フォーカスレンズ２のヒステリシス量を算出する。また、ステップＳ６０３では、レンズヒステリシスデータ保持部１３が、ズームレンズ１のヒステリシス量を算出する。なお、ステップＳ６０２とステップＳ６０３の順序は逆であってもよい。
【００３７】
続いて、ステップＳ６０４では、レンズヒステリシスデータ保持部１３が、ステップＳ６０１で求められたフォーカス位置Ｆｎｏｗに基づいてフォーカスレンズ２の敏感度を算出する。また、ステップＳ６０５では、レンズヒステリシスデータ保持部１３が、ステップＳ３０１で求められたズーム位置Ｚｎｏｗに基づいてズームレンズ１の敏感度を算出する。なお、ステップＳ６０４とステップＳ６０５の順序は逆であってもよい。
【００３８】
その後のステップＳ６０６では、フォーカス／ズーム演算部１０が、フォーカス動作時のウォブリング方向が反転したか否かを判定する。フォーカス／ズーム演算部１０は、ウォブリング方向が反転した場合（Ｓ６０６でＹＥＳ）、処理をステップＳ６０７へ進め、ウォブリング方向が反転していない場合（Ｓ６０６でＮＯ）、処理をステップＳ６０８へ進める。
【００３９】
ステップＳ６０７では、レンズのヒステリシスを考慮する必要がある。そのため、ヒステリシスを考慮したウォブリング量ｋ´を“ｋ´＝（フォーカスウォブリング量−フォーカスヒステリシス量）×フォーカス敏感度＋（ズームウォブリング量−ズームヒステリシス量）×フォーカス敏感度”により算出する。一方、ステップＳ６０８では、ヒステリシスの影響がないため、ウォブリング量ｋを“ｋ＝フォーカスウォブ量×フォーカス敏感度＋ズームウォブ量×フォーカス敏感度”により算出する。
【００４０】
これに対して、フォーカスレンズ２とズームレンズ１を固定比で制御したい場合には、ヒステリシスの量に応じてテーブルを参照し、ウォブリング量を設定するようにしても構わない。図７は、フォーカスレンズ２とズームレンズ１を固定比で制御したい場合にヒステリシスに応じて制御すべきウォブリング量を設定したテーブルの一例を示す。
【００４１】
図７の各図において、“フォーカスヒステリシス２［ｐｕｌｓｅ］”は、フォーカスレンズ２のヒステリシスが小さい場合を示しており、“フォーカスヒステリシス４［ｐｕｌｓｅ］”は、フォーカスレンズ２のヒステリシスが大きい場合を示している。同様に、“ズームヒステリシス２［ｐｕｌｓｅ］”は、ズームレンズ１のヒステリシスが小さい場合を示しており、“ズームヒステリシス４［ｐｕｌｓｅ］”は、ズームレンズ１のヒステリシスが大きい場合を示している。ヒステリシスが大きい場合にはウォブリング量を大きくし、ヒステリシスが大きい場合にはウォブリング量を小さくして、フォーカスレンズ２とズームレンズ１の組み合わせに応じて、図７（ａ）〜（ｄ）のいずれが選択される。
【００４２】
以上の説明の通り、第２実施形態によれば、フォーカスレンズ２とズームレンズ１の駆動方向に応じてヒステリシスを考慮し、ウォブリング量を設定する。これにより、ヒステリシスの大きいフォーカスレンズ２とズームレンズ１を制御する撮像光学系においても、適切なフォーカス動作を行うことができる。
【００４３】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【００４４】
本発明は以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）をネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムコードを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【符号の説明】
【００４５】
１    ズームレンズ 
２    フォーカスレンズ
７    カメラ信号処理部
８    レンズ特性データ保持部
９    駆動特性データ保持部
１０    フォーカス／ズーム演算部
１１    フォーカス駆動部
１２    ズーム駆動部 
１３    レンズヒステリシスデータ保持部
【図１】
2015152817.tif 000003
【図２】
2015152817.tif 000004
【図３】
2015152817.tif 000005
【図４】
2015152817.tif 000006
【図５】
2015152817.tif 000007
【図６】
2015152817.tif 000008
【図７】
2015152817.tif 000009