(57)【要約】【課題】撮像装置のコストの上昇を抑制しつつ、レンズの合焦位置への位置決め精度を向上させることが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】撮影光学系の焦点状態を検出する焦点状態検出部と、撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを移動させるように駆動する駆動部と、フォーカスレンズの位置を検出する位置検出部と、焦点状態検出部の検出結果から得られる撮影光学系の焦点を合わせるためのフォーカスレンズの目標位置と、位置検出部により検出されるフォーカスレンズの実際の位置との差が少なくなるように、駆動部を制御する第１の制御モードと、位置検出部の検出結果を用いずに、焦点状態検出部の検出結果に基づいて撮影光学系の焦点を合わせるように、駆動部を制御する第２の制御モードとを、焦点状態検出部の検出結果に基づいて切り換える切換部とを備える。【選択図】  図４
2017026912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系の焦点状態を検出する焦点状態検出手段と、
前記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを移動させるように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、
前記焦点状態検出手段の検出結果から得られる前記撮影光学系の焦点を合わせるための前記フォーカスレンズの目標位置と、前記位置検出手段により検出される前記フォーカスレンズの実際の位置との差が少なくなるように、前記駆動手段を制御する第１の制御モードと、前記位置検出手段の検出結果を用いずに、前記焦点状態検出手段の検出結果に基づいて前記撮影光学系の焦点を合わせるように、前記駆動手段を制御する第２の制御モードとを、前記焦点状態検出手段の検出結果に基づいて切り換える切換手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記位置検出手段の検出できる最小値は、前記焦点状態検出手段が検出できる最小値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記焦点状態検出手段の検出結果とは、前記撮影光学系のデフォーカス量であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記切換手段は、前記撮影光学系のデフォーカス量が第１の閾値未満である場合に、前記第１の制御モードから前記第２の制御モードに切り換えることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記切換手段は、前記撮影光学系のデフォーカス量が第２の閾値以上である場合に、前記第２の制御モードから前記第１の制御モードに切り換えることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第２の閾値は、前記第１の閾値よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１の閾値は、前記位置検出手段が検出できる最小値よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記切換手段は、前記第１の閾値と前記第２の閾値とを、前記撮影光学系の絞りの状態に基づいて決定することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記切換手段は、前記第１の制御モードから前記第２の制御モードに切り換える場合に、前記フォーカスレンズの駆動速度を減速するように、前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
撮影光学系の焦点状態を検出する焦点状態検出工程と、
前記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを移動させるように駆動する駆動工程と、
前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出工程と、
前記焦点状態検出工程の検出結果から得られる前記撮影光学系の焦点を合わせるための前記フォーカスレンズの目標位置と、前記位置検出工程により検出される前記フォーカスレンズの実際の位置との差が少なくなるように、前記駆動工程を制御する第１の制御モードと、前記位置検出工程の検出結果を用いずに、前記焦点状態検出工程の検出結果に基づいて前記撮影光学系の焦点を合わせるように、前記駆動工程を制御する第２の制御モードとを、前記焦点状態検出工程の検出結果に基づいて切り換える切換工程と、
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１１】
撮像装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記制御方法が、
撮影光学系の焦点状態を検出する焦点状態検出工程と、
前記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを移動させるように駆動する駆動工程と、
前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出工程と、
前記焦点状態検出工程の検出結果から得られる前記撮影光学系の焦点を合わせるための前記フォーカスレンズの目標位置と、前記位置検出工程により検出される前記フォーカスレンズの実際の位置との差が少なくなるように、前記駆動工程を制御する第１の制御モードと、前記位置検出工程の検出結果を用いずに、前記焦点状態検出工程の検出結果に基づいて前記撮影光学系の焦点を合わせるように、前記駆動工程を制御する第２の制御モードとを、前記焦点状態検出工程の検出結果に基づいて切り換える切換工程と、
を有することを特徴とするプログラム。
【請求項１２】
撮像装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムをコンピュータが読み取り可能に記憶した記憶媒体であって、前記制御方法が、
撮影光学系の焦点状態を検出する焦点状態検出工程と、
前記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを移動させるように駆動する駆動工程と、
前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出工程と、
前記焦点状態検出工程の検出結果から得られる前記撮影光学系の焦点を合わせるための前記フォーカスレンズの目標位置と、前記位置検出工程により検出される前記フォーカスレンズの実際の位置との差が少なくなるように、前記駆動工程を制御する第１の制御モードと、前記位置検出工程の検出結果を用いずに、前記焦点状態検出工程の検出結果に基づいて前記撮影光学系の焦点を合わせるように、前記駆動工程を制御する第２の制御モードとを、前記焦点状態検出工程の検出結果に基づいて切り換える切換工程と、
を有することを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラなどの撮像装置に関し、特に撮像信号に基づいてレンズの合焦位置制御を行う撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル一眼レフカメラなどにおいては、合焦動作におけるフォーカスレンズの駆動はカム環などの回転機構を介することなく直線駆動され、高速な合焦動作が実現されている。駆動系は、アクチュエータ、ポジショニングセンサで構成される。さらに、フォーカスレンズの駆動目標値を検出する焦点状態検出系も有している。
【０００３】
上記のような構成において、駆動目標位置へと高い精度でレンズを駆動するためには、高い検出精度のポジショニングセンサが用いられる。この、高い検出精度がポジショニングセンサのコストアップの要因となっている。
【０００４】
特許文献１では、合焦精度を高めるために、焦点状態の検出側の工夫として、複数の焦点状態検出方式を合わせて用いる技術が提案されている。焦点状態検出方式を複数用いることで検出性能を高め、各々の焦点状態検出手段を低コストに抑えることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３―２９５０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術においても、駆動系に設けられるポジショニングセンサは高い精度が求められ、依然としてコストアップの一因となっている。
【０００７】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像装置のコストの上昇を抑制しつつ、レンズの合焦位置への位置決め精度を向上させることが可能な撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係わる撮像装置は、撮影光学系の焦点状態を検出する焦点状態検出手段と、前記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを移動させるように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、前記焦点状態検出手段の検出結果から得られる前記撮影光学系の焦点を合わせるための前記フォーカスレンズの目標位置と、前記位置検出手段により検出される前記フォーカスレンズの実際の位置との差が少なくなるように、前記駆動手段を制御する第１の制御モードと、前記位置検出手段の検出結果を用いずに、前記焦点状態検出手段の検出結果に基づいて前記撮影光学系の焦点を合わせるように、前記駆動手段を制御する第２の制御モードとを、前記焦点状態検出手段の検出結果に基づいて切り換える切換手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、撮像装置のコストの上昇を抑制しつつ、レンズの合焦位置への位置決め精度を向上させることが可能な撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の撮像装置の一実施形態であるカメラシステムの構成を示す中央断面図。
【図２】一実施形態のカメラシステムの電気的構成を示すブロック図。
【図３】一実施形態における焦点状態を検出する構成を説明する図。
【図４】一実施形態における撮像装置の動作を示すフローチャート。
【図５】閾値の大小関係を示す図。
【図６】レンズ位置センサを用いたフィードバック制御を示すフローチャート。
【図７】レンズ位置センサを用いないフィードバック制御を示すフローチャート。
【図８】フィードバック制御系のブロック構成を示す図。
【図９】合焦制御の安定性を説明する図。
【図１０】制御の切り換えと絞りの関係を説明する図。
【図１１】制御の切り換えと駆動速度の関係を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の一実施形態の概要について説明する。
【００１２】
図４は本発明の一実施形態に係わる撮像装置の動作を示すフローチャートである。本実施形態においては、焦点状態検出部４２（図８参照）が検出する焦点状態検出信号（検出結果）であるところの、ピント面と撮像面の位置ずれ量（以後、デフォーカス量と呼ぶ）に応じて、レンズの制御方式を変更する。具体的には、図４のステップＳ３において、デフォーカス量が閾値であるｄ１以上であるかどうかを判断する。デフォーカス量が閾値ｄ１以上（閾値以上）である場合には、ステップＳ５へと進み、レンズ位置センサ１５により検出されるフォーカスレンズの実際の位置を示す位置検出信号を用いて、フォーカスレンズの位置のフィードバック制御（第１の制御モード）を行う。一方で、デフォーカス量が閾値ｄ１未満（閾値未満）である場合には、ステップＳ９へと進み、レンズ位置センサ１５の信号を用いないで、デフォーカス量を減らすようにフォーカスレンズの位置のフィードバック制御（第２の制御モード）を行う。このように、デフォーカス量の大きさに応じて、フォーカスレンズ駆動の制御方式を切り替える。
【００１３】
図８（ａ）は、上述したレンズ位置センサ１５の信号を用いたフィードバック制御を説明する図である。図８（ｂ）はレンズ位置センサ１５の信号を用いないフィードバック制御の概念を説明する図である。
【００１４】
図８（ａ）のレンズ位置センサ１５の信号を用いたフィードバック制御では、レンズ位置センサ１５が検出したレンズ位置を測定値として、この測定値が目標レンズ位置と等しくなるようにフィードバック制御を行う。そして、焦点状態検出部４２が検出するデフォーカス量を一定期間でサンプリングし、目標値としてフィードバック制御系へと入力する。
【００１５】
図８（ｂ）のレンズ位置センサ１５の信号を用いないフィードバック制御では、レンズ位置センサ１５の信号はフィードバック制御に用いない。焦点状態検出部４２が検出したデフォーカス量を測定値、ゼロを目標値として、デフォーカス量がゼロになるようにフィードバック制御を行う。
【００１６】
この時、図８（ａ）のレンズ位置センサ１５の信号を用いたフィードバック制御では、レンズ駆動制御の精度は、レンズ位置センサ１５の検出精度と焦点状検出部４２の検出精度のどちらか悪い方に依存する。そして、本実施形態では、レンズ位置センサ１５のコストを下げるために、高精度な高価なレンズ位置センサを用いたくない。そのため、フォーカスレンズの駆動制御の精度は、結果的にレンズ位置センサの精度に依存することになる。一方で、図８（ｂ）のレンズ位置センサ１５の信号を用いないフィードバック制御では、レンズ駆動制御は焦点状態検出部４２の検出精度のみに依存する。そのためレンズ位置センサにそれほど高精度のものを用いなくとも、フォーカスレンズの駆動制御の精度は保たれる。
【００１７】
本実施形態では、レンズ駆動制御の合焦直前の状態において図８（ｂ）に示すレンズ位置センサ１５の信号を用いないフィードバック制御を行う。そのため、検出精度が低く安価な位置センサを用いるシステムであっても、合焦位置近傍では、十分に検出精度の高い焦点状態検出を行うことが可能となり、精度の高い合焦動作が可能となる。以上が本実施形態の概要である。
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について、より詳細に説明する。図１は、本発明の撮像装置の一実施形態であるカメラシステムの構成を示す中央断面図、図２はカメラシステムの電気的構成を示すブロック図である。図１および図２で共通する要素については同一符号を付している。
【００１９】
図１において、カメラシステム１００は、カメラ本体１と、カメラ本体１に着脱自在に装着されるレンズユニット２を備えて構成されている。カメラ本体１は、撮像素子６、メカシャッタ１４、表示部９、レンズユニット２との電気接点１１を備えている。また、レンズユニット２は、光軸４に沿って複数のレンズからなる撮影光学系３が配置されて構成されている。レンズユニット２は、フォーカスレンズ３１の位置を検出し、フォーカスレンズ３１の位置検出信号を出力するレンズ位置センサ１５を備えている。
【００２０】
図２において、カメラ本体１は、電気的ブロックとして、カメラシステム制御回路５、画像処理部７、メモリ部８、操作検出部１０を備えている。また、レンズユニット２は、電気的ブロックとして、レンズシステム制御回路１２、レンズ駆動部１３を備えている。
【００２１】
カメラ本体１とレンズユニット２とからなるカメラシステム１００は、大きく分けて、撮像部、画像処理部、記録再生部、制御部で構成される。撮像部は、撮影光学系３ 、撮像素子６を含み、画像処理部は、画像処理部７を含む。また、記録再生部は、メモリ部８、表示部９を含み、制御部は、カメラシステム制御回路５、操作検出部１０、およびレンズシステム制御回路１２、レンズ駆動部１３、レンズ位置センサ１５を含む。カメラシステム制御回路５は、カメラ本体１およびレンズユニット２から得られる信号に基づいて、システム全体の制御を統括する。レンズ駆動部１３は、フォーカスレンズ３１、ブレ補正レンズ、絞りなどを駆動することができる。レンズ位置センサ１５は、フォーカスレンズ３１の位置を検出する。また、撮像素子６、画像処理部７、カメラシステム制御回路５は、撮影光学系３の焦点状態を検出する。撮像部は、物体からの光を、撮影光学系３を介して撮像素子６の撮像面に結像させる。
【００２２】
画像処理部７は、内部にＡ／Ｄ変換器、ホワイトバランス調整回路、ガンマ補正回路、補間演算回路等を有しており、記録用の画像を生成する。また、画像処理部７は、予め定められた方法を用いて画像、動画、音声などの圧縮を行う。メモリ部８は画像データ等を記憶する。カメラシステム制御回路５により、メモリ部８へ画像データを出力するとともに、表示部９にユーザーに提示する画像を表示する。
【００２３】
カメラシステム制御回路５は撮像の際のタイミング信号などを生成して出力する。外部操作に応答して撮像部、画像処理部、記録再生部をそれぞれ制御する。例えば、不図示のシャッターレリーズボタンの押下を操作検出部１０が検出して、撮像素子６の駆動、画像処理部７の動作、圧縮処理などを制御する。さらに表示部９による画像の表示を制御する。また、表示部９はタッチパネルになっており、操作検出部１０に接続されている。カメラ本体１はメカシャッタ１４を備えており、カメラシステム制御回路５からの指令により撮像素子６の露光制御を行うことが可能である。
【００２４】
次に本実施形態における焦点状態検出部について図３を用いて説明する。図３（ａ）において、撮像素子６は光電変換を行う撮像画素６１と、その上面に複数の撮像画素６１にまたがって配置されるマイクロレンズ群６２を備えて構成される。図３（ｂ）は、撮像画素６１およびマイクロレンズ６２の拡大図である。撮像画素６１は、役割の異なる撮像画素６１ａ、および６１ｂを対として、その上面を１つのマイクロレンズ６２が覆う構造になっている。
【００２５】
図３（ｃ）はそれぞれの撮像画素の役割を説明する斜視図である。２１はレンズユニット２の有する撮影光学系３の瞳を示す。１対の撮像画素６１は、マイクロレンズ６２により、撮影光学系３の瞳２１と共役な関係となっている。そして、撮像画素６１ａ，６１ｂのそれぞれは、瞳２１の異なる領域を通過する光束が導かれるように対応付けられている。図３（ｄ）は、被写体との関係を説明する図である。２２は被写体のある点を、２３はレンズユニット２の撮影光学系３の合成レンズを、２５ａ，２５ｂは撮像画素６１ａ、および撮像画素６１ｂのそれぞれにより取得される像を示している。被写体からの光束は撮影光学系３の瞳２１を通過し、撮像画素６１へと導かれる。この時、前述した撮影光学系３の瞳２１と撮像画素６１の位置関係により、図３（ｄ）における瞳２１の右側を通過する光束２４ａは撮像画素６１の６１ａでのみ受光され、瞳２１の左側を通過する光束２３ｂは撮像画素６１の６１ｂでのみ受光される。
【００２６】
図３（ｄ）のそれぞれの図は、レンズユニット２と被写体２２の位置関係によりピント状態が変化している様子を示している。中央の図はピントが撮像面上にある合焦状態を、左図はピントがレンズ側にずれている状態を、右図はピントがカメラ背面側にずれている状態を、それぞれ示している。この時、ピントのずれ量に応じて、像２５ａ，２５ｂは光軸に垂直な軸上でずれる。また、ずれる方向はピントが合焦状態からレンズ側、カメラ背面側のどちらにずれたかによって逆になる。この原理を利用して、被写体のピント面と撮像面の位置ずれ量であるデフォーカス量およびずれ方向であるデフォーカス方向を検知することができる。このようにデフォーカス量は正負を有するスカラー量として取得される。また、この画素構造が撮像素子６の全領域に配置されているため、撮像素子６の全領域においてデフォーカス量の取得が可能である。
【００２７】
なお、本実施形態においては、マイクロレンズ６２下の画素は左右２分割としているが、分割は上下左右においてどのような分割数にしても構わない。また、本実施形態では１対の撮影光学系３および撮像素子６において瞳分割を行う構成としているが、レンズと撮像素子のセットを複数用いてカメラシステム全体としての合成瞳を分割しても構わない。  次に、図４は本実施形態におけるフォーカスレンズの合焦制御動作を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１で合焦動作がスタートする。この合焦動作のスタートは、静止画撮影中における不図示のレリーズスイッチの半押し動作や動画撮影モードへの移行などがトリガーとなる。ステップＳ２では、デフォーカス信号の取得を図３で説明した方法により行う。次にステップＳ３へと進み、デフォーカス量に応じた条件分岐を行う。分岐条件はデフォース量がデフォーカス量の閾値ｄ１以上であるか否かである。
【００２８】
ここで、閾値ｄ１がどのような値であるかを図５に示す。図５のように閾値ｄ１はレンズ位置センサ１５の検出精度（検出できる最小値）を像面位置に変換したものよりも大きい値として設定される。ここで、レンズ位置センサ１５の検出精度を像面位置に変換するとは、レンズ位置検出精度の量だけのレンズ移動を、それにより変化するピント面移動量に変換することを示している。レンズ位置の検出精度に対し、メモリ部８に記憶したフォーカスレンズ駆動への敏感度を掛け合わせることで取得することができる。デフォーカス量がｄ１以上の場合にはステップＳ４へと進む。ステップＳ４では、制御切換フラグに応じた条件分岐を行う。分岐条件の制御切換フラグについてはステップＳ８において詳細を説明する。制御切換フラグがＯＮでない場合には、ステップＳ５へと進む。
【００２９】
ステップＳ５では本実施形態の第１の制御モードであるレンズ位置センサ１５を用いたフィードバック制御を行う。ステップＳ５における、レンズ位置センサ１５を用いたフィードバック制御の詳細なフローチャートは図６に示す。
【００３０】
図６において、ステップＳ５１はステップＳ５の開始を示している。ステップＳ５２ではレンズ位置情報の取得を行う。ステップＳ５３ではこれまでに取得したデフォーカス量とレンズ位置情報に加えて、敏感度であるデータＤ１を用いることで、現在位置と合焦位置の関係をレンズ駆動量へと換算し、目標位置を設定する。多くの場合、一度の焦点状態検出で合焦動作を行うことはせず、合焦位置の手前までレンズを駆動し、再度合焦動作を行うと言った複数の動作で合焦制御を行っている。そのため、本実施形態においても、合焦位置の手前を目標位置として設定するなどとしてもよい。また、本実施形態では、撮像装置のコストの上昇を防ぐために、レンズ位置センサ１５に高精度な検出精度のセンサを用いないことを前提にしている。つまり、レンズ位置センサ１５の検出精度が粗く、Ｓ５の制御だけでは精度よく合焦位置へとレンズを駆動することができない。そのため、合焦位置より所定量だけ手前の位置を目標位置として設定するなどとする。
【００３１】
次にステップＳ５４に進み目標位置へとレンズを駆動する。図６では略しているが、目標位置へのレンズ駆動においては、随時レンズ位置センサ１５によるレンズ位置情報の取得を行い、目標位置と現在位置の確認を行いながら目標位置へと到達させる。そしてステップＳ５５において位置センサ１５を用いるフィードバック制御Ｓ５が終了する。
【００３２】
図４において、ステップＳ５の後はステップＳ６へと進み、終了条件の分岐を行う。終了条件は、検出されるデフォーカス量が合焦と判断される既定の精度ｄ３以下となることとする。この時、合焦と判断する精度ｄ３は図５に示すように、位置センサの検出精度より小さく、焦点状態の検出精度（検出できる最小値）よりは大きい長さスケールとして設定する。合焦条件を満たさない場合には、ステップＳ２に戻る。終了条件を満たす場合にはステップＳ７に進み、動作を終了する。なお、前述の終了条件は静止画の場合のものであるが、動画撮影においては若干変更を加えてもよい。例えば、ステップＳ６の終了条件において一度レンズ駆動を停止し、検出されるデフォーカス量がｄ３を上回った場合に再度レンズ駆動を開始するなどとするとよい。
【００３３】
次にステップＳ８に戻り説明する。ステップＳ８はステップＳ３においてデフォーカス量が閾値ｄ１より小さかった場合に進むステップである。ステップＳ８では制御切換フラグをＯＮにする。この制御切換フラグはステップＳ３で行われたデフォーカス量の条件分岐により、制御が切り換わったことを示すフラグとして機能する。
【００３４】
次に、ステップＳ９へと進み、本実施形態における第２の制御モードであるレンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御を行う。ステップＳ９の制御の詳細は図７に示す。
【００３５】
図７においてステップＳ９１はステップＳ９の開始を示している。ステップＳ９２では敏感度設定パラメータの取得を行う。ここで、敏感度設定パラメータは、フォーカスレンズの大まかな位置がわかればよく、レンズ位置情報ほど精度の高い値ではない。例えば、レンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御時のフォーカスレンズ移動量は少ないとして、直前の敏感度を用いてもよい。
【００３６】
ステップＳ９３では、これまでに取得したデフォーカス量と敏感度設定パラメータに加えて、敏感度であるデータＤ１を用いることで、現在位置と合焦位置の関係をレンズ駆動量へと換算し、フィードバックゲインを設定する。ここで、目標位置ではなくフィードバックゲインを設定する理由は、レンズ位置センサ１５の検出精度が、デフォーカス量の検出精度に比べて低いことにある。この時、検出精度の高い目標位置を設定しても、精度の高い目標位置にレンズが駆動されたかどうかをレンズ位置センサ１５で検出することができない。そのため、目標位置を設定してレンズ位置を確かめながら制御するのではなく、フィードバックゲインを設定する。フィードバックゲインを設定することによりレンズ駆動をすることは、レンズ駆動の加速度を設定することでレンズ駆動をすることと等しく、レンズ位置検出センサ１５に依存することなく、デフォーカス量のみを参照した合焦動作が可能となる。なお、本実施形態においては敏感度を参照しているが、敏感度を参照しなくても同様の動作は可能である。次にステップＳ９４へと進み、設定ゲインによりレンズ駆動を行う。そしてステップＳ９５においてステップＳ９の終了となる。そして、ステップＳ９に続いて、既に説明したステップＳ６へと進む。
【００３７】
次に制御切換フラグがＯＮとなった状態での動作について説明する。制御切換フラグがＯＮの場合、図４のステップＳ４の分岐において、ステップＳ１０へと進む。ステップＳ１０ではデフォーカス量に応じた条件分岐を行う。分岐条件はデフォース量が閾値ｄ２以上か否かである。閾値ｄ２がどのような値かを図５に示す。図５に示すように閾値ｄ２はレンズ位置センサ１５を用いない制御への切換閾値ｄ１より大きい値として設定される。デフォーカス量がｄ２未満である場合にはステップＳ９へと進む。ステップＳ９以後のフローは前述した通りである。デフォーカス量がｄ２以上の場合にはステップＳ１１へと進む。ステップＳ１１では制御切換フラグをＯＦＦにする。そしてステップＳ５へと進む。このように、制御切換フラグを用いることで、レンズ位置センサ１５を用いるフィードバック制御からレンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御へと切り換える閾値ｄ１と、レンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御からレンズ位置センサ１５を用いるフィードバックに切り換える閾値ｄ２とを異なる値にすることができる。このように切り換えのタイミングにヒステリシスを持たせることにより、制御の切り換えのハンチングを防ぐことができる。
【００３８】
次に本実施形態の信号処理について、図８を参照して説明する。図８（ａ）は本実施形態における第１の制御モードであるレンズ位置センサ１５を用いるフィードバック制御を示すブロック図である。図８（ｂ）は本実施形態における第２の制御モードであるレンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御を示すブロック図である。本実施形態では、既に説明したように、図８（ａ）と図８（ｂ）の制御ブロックを切り換える。
【００３９】
まず、図８（ａ）のブロック図について説明する。３１は撮影光学系３の有するフォーカスレンズを、４１はレンズ位置調整部を、４２は焦点状態検出部を、４３はサンプルホールド部を、４５は遅延補償部を、それぞれ示している。フォーカスレンズ３１の位置はレンズ位置センサ１５により検出される。検出されたフォーカスレンズ３１の位置検出信号はフィードバック制御系における測定値に相当する。そして位置検出信号はレンズ位置調整部４１へと入力される。また、上記のレンズ位置とは別に、フォーカスレンズ３１と被写体の関係によって決まる焦点状態検出信号であるところのデフォーカス量が焦点検出部４２により検出される。そして、検出されたデフォーカス量はサンプルホールド部４３へと入力される。サンプルホールド部４３ではデフォーカス信号がサンプルホールドされ、目標値としてレンズ位置調整部４１へと入力される。サンプルホールドを行う理由は、レンズ駆動動作にかかる時間と目標値であるデフォーカス量入力のタイミングを合わせるためである。そして、レンズ位置調整部４１において、レンズ位置に対応した敏感度を加味した上で測定値と目標位置の偏差をとり、合焦動作を行う制御信号を操作量として出力する。操作量はレンズ駆動部１３へと入力され、レンズ駆動部１３によりフォーカスレンズ３１が駆動される。ここで、サンプルホールドされた目標値であるデフォーカス量より、測定値であるレンズ位置は早い周期でサンプルされ、矢印４４で示す信号処理を繰り返すフィードバック制御が行われる。以上が本実施形態の第１の制御モードであるレンズ位置センサ１５を用いるフィードバック制御である。
【００４０】
次に図８（ｂ）のブロック図について説明する。構成要素は図８（ａ）の場合と同様である。レンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御では、目標値、測定値、操作量の関係が、図８（ａ）のレンズ位置センサ１５を用いるフィードバック制御とは異なっている。レンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御においては、目標値には一定の値０が入力される。そして、焦点状態検出部４２で検出され、遅延補償器４５にて遅延補償をされたデフォーカス信号が測定値としてレンズ位置調整部４１へと入力される。レンズ位置調整部４１ではデフォーカス信号が０になるように、レンズ位置に応じ敏感度も加味してゲイン調整を行った操作量が出力される。このように、今度はデフォーカス量を測定値として矢印４６で示すフィードバックのループが形成される。
【００４１】
また、図８（ｂ）においては、遅延補償部４５において遅延の補償がなされている。遅延補償部４５では例えば適応フィルタを用いた予測処理が行われる。これは、本実施形態のように撮像素子において焦点状態検出を行う場合に、撮像素子の読み出し速度と焦点状態の演算によって決まるサンプリングレートでしか、焦点状態のサンプリンができないためである。近年では、撮像素子の読み出しや演算速度は加速的に向上しており必ずしも必要ではないが、本実施形態で示したように遅延補償部４５を加えてもよい。以上が本実施形態における第２の制御モードであるレンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御のブロック図である。
【００４２】
次に、本実施形態における制御システムの安定性について説明する。図９（ａ）は、前述したレンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御において、一定のデフォーカス量がある状態から静止した被写体への合焦動作を示すグラフである。横軸に時間、縦軸にデフォーカス量をとっている。５１は焦点ずれ０の線を、５２は望ましい合焦動作におけるデフォーカス量の時間変化曲線を、５３は遅延の補償手段が適用されない単純な位置センサを用いない制御でのデフォーカス量の時間変化曲線を、それぞれ示している。また、ｄ0は初期におけるデフォーカス量を示している。つまり、ｄ0だけレンズを駆動して合焦状態へと導く制御におけるデフォーカス量の時間変化曲線が示されている。図９（ａ）に示すように、望ましい合焦動作の時間変化曲線５２では、デフォーカスが大きな初期状態においては、合焦方向へレンズが急峻に駆動され、合焦位置直前で減速して滑らかに合焦状態へと到達する。一方で、単純な位置センサを用いない制御での時間変化曲線５３では、駆動開始後、焦点ずれが大きな状態から急峻に合焦状態へと向かうが、合焦位置を超えオーバーシュートした後、振動しながら合焦状態へと収まる。このオーバーシュートおよび振動は、主に測定値であるデフォーカス信号のサンプリング周期が遅いことに起因している。これを改善する手法として、サンプリングレートの高速化や遅延補償が挙げられる。しかし改善は行われるものの、他の信号処理部による遅延や合焦状態検出への外乱など、安定性を乱す要素は数多くあり、大デフォーカスの状態から位置センサを用いない制御で合焦動作を行うことは好ましくない。
【００４３】
次に図９（ｂ）について説明する。図９（ｂ）は同じく位置センサを用いないフィードバック制御において、初期のデフォーカス量が０、つまり焦点が合っている状態から、変化する被写体距離に合わせて焦点を合わせ続けるサーボ合焦動作を示している。横軸に時間を、左側の縦軸にデフォーカス量を、右側の縦軸に被写体距離を、それぞれとっている。５４は被写体距離の時間変化曲線を示している。また、図９（ａ）と同様の記号を付したものは同様の要素を示している。図９（ｂ）においては、初期のデフォーカス量ｄ0は０である。また、初期の被写体距離はＤｏであり、そこから被写体が接近してきて、最終的には被写体距離Ｄ１へと到達する。この時、位置センサを用いないフィードバック制御での時間変化曲線５３は、望ましい合焦動作の時間変化曲線５２と同じであり、デフォーカス量が大きく増加することなどなく良好に合焦状態を維持することができる。このように、焦点ずれが小さい状態から焦点を追従させる場合には、遅延補償を持たない単純な構成での位置センサを用いない制御においても、焦点合わせを良好に行うことができる。
【００４４】
以上、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、位置センサを用いないフィードバック制御はデフォーカスの大きな状態では不安定であり、デフォーカスの小さな状態では安定している。そのため、本実施形態のようにデフォーカスの大きな状態ではレンズ位置センサ１５を用いたフィードバック制御を行うことで、弱点を避けた安定的な制御を行うことができる。また、デフォーカスの小さな状態では、レンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御を行うので、合焦位置近傍では、レンズ位置センサ１５の精度に左右されず、正確な合焦位置にフォーカスレンズの位置を制御することができる。
【００４５】
次に、図１０を用いて、制御切り換えの閾値ｄ１の設定について説明する。ここまでの説明において、ｄ１はレンズ位置センサ１５の検出精度よりも大きな量とだけ述べていた。ここでは、レンズユニット２の絞り状態が異なった際にも、合焦動作における画像のぼけの変化を少なくする方法について説明する。
【００４６】
図１０は、特定の静止した点光源からの光束を示している。４は光軸を、３１はフォーカスレンズを、３６は絞りを、３２は特定の絞り状態における光束の上線を、６は撮像素子を示している。また、３３は撮像素子の受光面を、３４はピント面を、ｄｘはデフォーカス量を、３５は点光源のつくるボケ像の紙面上下方向の直径を、それぞれ示している。
【００４７】
図１０（ａ）は、同一のあるデフォーカス状態において、絞り状態が異なることでボケ像がどのように異なるかを示している。３６ａ１は開放に近い絞り状態を示し、３２ａ１はその際の光束の上線を示す。３６ａ２は３６ａ１よりも絞り込んだ絞り状態を示し、３２ａ２はその際の光束の上線を示す。図１０（ａ）に示すように、絞りの状態が異なると、入射する光線の角度が異なるため、デフォーカス量が同一のｄｘであっても、受光面３３におけるボケ像の直径は３５ａ１と３５ａ２のように異なる。そのため、絞り状態に関係なくデフォーカス閾値をｄ１と設定した場合に、レンズ位置センサ１５を用いるフィードバック制御からレンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御へと切り換る時点での、ボケ状態が異なることになってしまう。その結果、動画撮影で記録される合焦制御の見え方が絞り状態によって大きく異なることになってしまう。
【００４８】
この問題を解決するため、絞り状態によって異なるデフォーカス閾値を設定する。図１０（ｂ）において、フォ―カスレンズ位置３１ａと３１ｂでは、絞り状態が３６ａと３６ｂの様に異なるが、デフォーカス状態もフォーカスレンズ位置３１ａでｄｘａ、３１ｂでｄｘｂと異なるっている。そのために、受光面３３でのボケ像の直径は３５で等しい。つまり、絞り状態に応じて異なるデフォーカス閾値ｄ１を設定することにより、レンズ位置センサ１５を用いるフィードバック制御からレンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御に切り換わる時のボケ状態を揃えることができる。これは、レンズ位置センサを用いないフィードバック制御からレンズ位置センサを用いるフィードバック制御へと切り換える場合も考慮すると、例えば、ｄ１およびｄ２の設定を以下の式のように設定すればよいことを意味する。
【００４９】
ｄ１＝ａ１×Ｆｎｏ
ｄ２＝ａ２×Ｆｎｏ
ここでＦｎｏはいわゆるＦ値であり、ａ１およびａ２は許容錯乱円などから決定される定数であり、ａ１＜ａ２の関係にある。このように設定することで、絞り状態が異なっても、動画撮影で記録される合焦制御の見え方を揃えることができる。
【００５０】
次に、図１１を用いてフォーカスレンズの駆動制御の切り換えの前後における駆動速度の設定について説明する。図１１では、横軸に時間を、左側の縦軸にデフォーカス量を、右側の縦軸に駆動速度を、それぞれとっている。なお、説明を分かりやすくするために、時間軸の縮尺は図１０とは異ならせている。６１は本実施形態の制御でレンズを駆動した場合の、デフォーカス量の時間変化を示す曲線である。６１ａはレンズ位置センサ１５を用いたフィードバック制御を、６１ｂはレンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御を、それぞれ行った曲線を示している。６２は曲線６１における駆動速度の時間変化を示す曲線である。曲線６１と同様に曲線６２ａはレンズ位置センサ１５を用いるフィードバック制御、曲線６２ｂはレンズ位置センサ１５を用いないフィードバック制御を示している。
【００５１】
まず、デフォーカス量の時間変化曲線６１について説明する。図１１に示すように、曲線６１は初期にｄ0のデフォーカス状態にある。そこから、デフォーカス量が減少する方向に６１ａで示す曲線のようにレンズ駆動される。そしてデフォーカスがｄ１になる位置において制御が切り換わる。曲線６１ｂでは、レンズ位置センサ１５を用いない制御により合焦状態へとフォーカスレンズ３１が引き込まれる。
【００５２】
次に曲線６２について説明する。動作を開始してすぐに、曲線６２ａでは位置センサを用いるフィードバック制御で可能な最高速ｖ１でフォーカスレンズを駆動する。そして、制御が切り換わった後では、最高速ｖ１より遅いｖ１−ｄｖになるように、フォーカスレンズ３１の加速度（ゲイン）を入力する。このように、切り換わり後にレンズ速度が遅くなるようにレンズ駆動のゲインを調整することで、切り換わる前後で焦点ずれ量の変化を滑らかにすることができる。この様に、絞り状態により制御の切り換え時のデフォーカス量を変更することや、制御の切り換え時の速度の設定を行うことで、本実施形態の駆動制御をより安定して行うことができる。
【００５３】
以上のように、本実施形態では、デフォーカス量に応じて、レンズ位置センサを用いるフィードバック制御と、レンズ位置センサを用いないフィードバック制御を切り換える。これにより、精度が低く安価なレンズ位置センサを用いても、精度の高い合焦動作が可能なシステムを提供することができる。
【００５４】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００５５】
３：撮影光学系、５：カメラシステム制御回路、６：撮像素子、１３：レンズ駆動部、１５：レンズ位置センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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