(57)【要約】【課題】撮像光学系のコストの上昇を抑制することができる光学系制御装置を提供する。【解決手段】カメラシステム１０はレンズユニット１１と、カメラ本体１２とを備え、レンズユニット１１はフォーカスレンズ１４と、ズームレンズ１５と、ズームレンズ１５の絶対位置や移動量を検出するズーム状態検出部２１と、フォーカスレンズ変位検出部２２とを有し、カメラ本体１２は撮像素子１７と、画像処理部２７と、カメラシステム制御回路２９とを有し、カメラシステム制御回路２９は、ズームレンズ１５の位置が変化すると、ズームレンズ１５の移動量ΔＺ、デフォーカス量Ｄｅｆ及びフォーカスレンズ駆動曲線に基づいてフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得する。【選択図】図９
2017219603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーカスレンズ及びズームレンズを含む撮像光学系と、前記ズームレンズの位置及び移動量を検出するズーム状態検出手段と、前記フォーカスレンズの位置を制御するフォーカスレンズ位置制御手段とを備える光学系制御装置であって、
前記フォーカスレンズが形成する被写体のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、
前記フォーカスレンズの位置を取得するフォーカスレンズ位置取得手段とを備え、
前記フォーカスレンズ位置取得手段は、前記ズームレンズの位置及び移動量、前記デフォーカス量、並びに、合焦状態を維持するための前記ズームレンズの位置及び前記フォーカスレンズの位置の関係に基づいて前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする光学系制御装置。
【請求項２】
前記フォーカスレンズを移動させるフォーカスレンズ移動手段をさらに備え、
前記フォーカスレンズ位置制御手段は、前記フォーカスレンズ移動手段を前記取得された前記フォーカスレンズの位置に基づいて制御し、
前記フォーカスレンズは撮像素子において前記被写体の画像を形成し、
前記デフォーカス量検出手段は前記撮像素子において形成された前記被写体のデフォーカス量を検出することを特徴とする請求項１記載の光学系制御装置。
【請求項３】
前記デフォーカス量は、前記ズームレンズの移動の前後における同一の前記被写体のデフォーカス量であることを特徴とする請求項１又は２記載の光学系制御装置。
【請求項４】
前記フォーカスレンズ位置取得手段は、複数の前記被写体のデフォーカス量に基づいて複数の前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学系制御装置。
【請求項５】
前記取得された複数のフォーカスレンズの位置のうち信頼度の高い前記フォーカスレンズの位置を判定する信頼度判定手段をさらに備え、
前記信頼度判定手段は、最も信頼度の高い前記フォーカスレンズの位置を出力することを特徴とする請求項４記載の光学系制御装置。
【請求項６】
前記信頼度判定手段は、望遠側に存在する前記被写体のデフォーカス量に基づいて前記フォーカスレンズ位置取得手段が取得した前記フォーカスレンズの位置を前記信頼度が高いと判定することを特徴とする請求項５記載の光学系制御装置。
【請求項７】
前記デフォーカス量検出手段は、前記フォーカスレンズにおける２つの瞳を通過する各光束が形成する前記被写体の画像の位相差に基づいて前記被写体のデフォーカス量を検出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系制御装置。
【請求項８】
フォーカスレンズを含む撮像光学系と、前記フォーカスレンズの相対的な変位量を検出するフォーカスレンズ変位検出手段と、前記フォーカスレンズを移動させるフォーカスレンズ移動手段とを備える光学系制御装置であって、
前記フォーカスレンズが形成する被写体のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、
前記フォーカスレンズの位置を取得するフォーカスレンズ位置取得手段とを備え、
前記フォーカスレンズ位置取得手段は、前記フォーカスレンズ移動手段が前記フォーカスレンズを移動させる際に得られる複数の前記デフォーカス量に相当する評価値及び各前記評価値に対応する前記フォーカスレンズの相対的な変位量に基づいて前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする光学系制御装置。
【請求項９】
前記フォーカスレンズ位置取得手段は、複数の前記フォーカスレンズの相対的な変位量及び複数の前記評価値に基づいて前記フォーカスレンズの相対的な変位量及び前記評価値の関係を示すフォーカスレンズ敏感度を取得し、さらに、前記取得されたフォーカスレンズ敏感度、並びに予め規定された前記フォーカスレンズ敏感度及び前記フォーカスレンズの位置の関係に基づいて前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする請求項８記載の光学系制御装置。
【請求項１０】
複数の前記フォーカスレンズの相対的な変位量及び複数の前記評価値の相関値が所定値を下回る場合、
前記フォーカスレンズ移動手段は前記フォーカスレンズを再度、振動的に移動させ、
前記フォーカスレンズ位置取得手段は、前記フォーカスレンズ移動手段が前記フォーカスレンズを再度、振動的に移動させる際に得られる複数の前記評価値及び各前記評価値に対応する前記フォーカスレンズの相対的な変位量に基づいて前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする請求項８又は９記載の光学系制御装置。
【請求項１１】
前記フォーカスレンズ位置取得手段は、前記撮像光学系の光軸からの距離が予め定められた値よりも小さい前記被写体の前記評価値に基づいて前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の光学系制御装置。
【請求項１２】
前記フォーカスレンズ位置取得手段は、複数の測距枠のうち最も小さい測距枠に囲われた前記被写体の前記評価値に基づいて前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の光学系制御装置。
【請求項１３】
前記フォーカスレンズ位置取得手段は、複数の前記被写体のうち最も合焦度が高い前記被写体の前記評価値に基づいて前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の光学系制御装置。
【請求項１４】
前記フォーカスレンズ移動手段は、前記ズームレンズの位置に応じて前記フォーカスレンズを振動的に移動させる際の前記フォーカスレンズの振幅量を変更することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の光学系制御装置。
【請求項１５】
前記デフォーカス量検出手段は、前記フォーカスレンズにおける２つの瞳を通過する各光束が形成する前記被写体の画像の位相差に基づいて前記被写体のデフォーカス量を検出することを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の光学系制御装置。
【請求項１６】
フォーカスレンズ及びズームレンズを含む撮像光学系と、前記ズームレンズの位置及び移動量を検出するズーム状態検出手段と、前記フォーカスレンズの位置を制御するフォーカスレンズ位置制御手段とを備える光学系制御装置の制御方法であって、
前記フォーカスレンズが形成する被写体のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出工程と、
前記フォーカスレンズの位置を取得するフォーカスレンズ位置取得工程とを有し、
前記フォーカスレンズ位置取得工程では、前記ズームレンズの移動量、前記デフォーカス量、並びに、予め規定された前記ズームレンズの位置及び前記フォーカスレンズの位置の関係に基づいて前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする光学系制御装置の制御方法。
【請求項１７】
フォーカスレンズ及びズームレンズを含む撮像光学系と、前記フォーカスレンズの相対的な変位量を検出するフォーカスレンズ変位検出手段と、前記フォーカスレンズを移動させるフォーカスレンズ移動手段とを備える光学系制御装置の制御方法であって、
前記フォーカスレンズが形成する被写体のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出工程と、
前記フォーカスレンズの位置を取得するフォーカスレンズ位置取得工程とを有し、
前記フォーカスレンズ位置取得工程では、前記フォーカスレンズ移動手段が前記フォーカスレンズを振動的に移動させる際に得られる複数の前記デフォーカス量に相当する評価値及び各前記評価値に対応する前記フォーカスレンズの相対的な変位量に基づいて前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする光学系制御装置の制御方法。
【請求項１８】
フォーカスレンズ、ズームレンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系を制御する光学系制御装置と、撮像素子とを備える撮像装置であって、
前記光学系制御装置は、
前記ズームレンズの位置及び移動量を検出するズーム状態検出手段と、
前記フォーカスレンズの位置を制御するフォーカスレンズ位置制御手段と、
前記フォーカスレンズが形成する被写体のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、
前記フォーカスレンズの位置を取得するフォーカスレンズ位置取得手段とを有し、
前記フォーカスレンズ位置取得手段は、前記ズームレンズの移動量、前記デフォーカス量、並びに、予め規定された前記ズームレンズの位置及び前記フォーカスレンズの位置の関係に基づいて前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする撮像装置。
【請求項１９】
フォーカスレンズ、ズームレンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系を制御する光学系制御装置と、撮像素子とを備える撮像装置であって、
前記光学系制御装置は、
前記フォーカスレンズの相対的な変位量を検出するフォーカスレンズ変位検出手段と、
前記フォーカスレンズを移動させるフォーカスレンズ移動手段と、
前記フォーカスレンズが形成する被写体のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、
前記フォーカスレンズの位置を取得するフォーカスレンズ位置取得手段とを有し、
前記フォーカスレンズ位置取得手段は、前記フォーカスレンズ移動手段が前記フォーカスレンズを振動的に移動させる際に得られる複数の前記デフォーカス量に相当する評価値及び各前記評価値に対応する前記フォーカスレンズの相対的な変位量に基づいて前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ズーム操作に応じてフォーカスレンズの駆動を制御する光学系制御装置、光学系制御装置の制御方法及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置としての交換レンズ方式のデジタル一眼レフカメラの撮像光学系では、当該光学系が合焦状態にあるときにズーム操作を行うと、ズームレンズの移動に応じて合焦状態を維持するためにフォーカスレンズを移動させる必要がある。従来は、ズームレンズとフォーカスレンズをカム環等の回転機構を介して連結し、ズームレンズの移動を機械的にフォーカスレンズの移動へ反映させて合焦状態を維持していた。近年は、迅速な合焦動作を実現するために、図２３に示すように、ズームレンズ２３０とフォーカスレンズ２３１を回転機構等で連結することなく、フォーカスレンズ２３１を駆動アクチュエータ２３２で直線駆動する。
【０００３】
この場合、ズーム操作が行われると、ズームレンズ２３０の移動前位置やズームレンズ２３０の移動量をズームレンズ位置センサ２３３で検出する。また、フォーカスレンズ２３１の移動前位置をフォーカスレンズ位置センサ２３４で検出する。次いで、図２４に示すような、フォーカスレンズ駆動曲線テーブル２４０を用いてフォーカスレンズ２３１の必要移動量を取得する。フォーカスレンズ駆動曲線テーブル２４０では、被写体距離毎に合焦状態を維持するためのズームレンズ２３０の位置及びフォーカスレンズ２３１の位置の関係が規定されている。ここでのズームレンズ２３０の位置及びフォーカスレンズ２３１の位置の関係はフォーカスレンズ駆動曲線として表される。フォーカスレンズ駆動曲線テーブル２４０における「０ｍ」、「０．６５ｍ」や「∞」は被写体距離を示す。例えば、ズームレンズ２３０の移動前位置がＺ０であり、フォーカスレンズ２３１の移動前位置がＦ０であれば、移動前座標（Ｚ０，Ｆ０）を通過する被写体距離が０．６５ｍのフォーカスレンズ駆動曲線２４１が特定される。次いで、フォーカスレンズ駆動曲線２４１において、ズームレンズ２３０の移動前位置Ｚ０からズームレンズ２３０の移動量ΔＺだけズームレンズ２３０を移動させたときのフォーカスレンズ２３１の移動後位置Ｆ１を取得する。その後、フォーカスレンズ２３１の移動後位置Ｆ１及び移動前位置Ｆ０の差分であるフォーカスレンズ２３１の必要移動量ΔＦを取得する。さらに、必要移動量ΔＦに従い、駆動アクチュエータ２３２により、フォーカスレンズ２３１を直線駆動する（例えば、特許文献１参照。）。ここで、正確な合焦動作を実現するためには、ズームレンズ２３０の移動前位置Ｚ０やフォーカスレンズ２３１の移動前位置Ｆ０を高い精度で検出する必要がある。これに対応して、ズームレンズ位置センサ２３３やフォーカスレンズ位置センサ２３４を絶対位置検出センサによって構成する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２１７１８１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、絶対位置検出センサは高価であるため、ズームレンズ位置センサ２３３やフォーカスレンズ位置センサ２３４のいずれも絶対位置検出センサで構成すると撮像光学系のコストの上昇を招くという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、撮像光学系のコストの上昇を抑制することができる光学系制御装置、光学系制御装置の制御方法及び撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の光学系制御装置は、フォーカスレンズ及びズームレンズを含む撮像光学系と、前記ズームレンズの位置及び移動量を検出するズーム状態検出手段と、前記フォーカスレンズの位置を制御するフォーカスレンズ位置制御手段とを備える光学系制御装置であって、前記フォーカスレンズが形成する被写体のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、前記フォーカスレンズの位置を取得するフォーカスレンズ位置取得手段とを備え、前記フォーカスレンズ位置取得手段は、前記ズームレンズの移動量、前記デフォーカス量、並びに、合焦状態を維持するための前記ズームレンズの位置及び前記フォーカスレンズの位置の関係に基づいて前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の光学系制御装置は、フォーカスレンズ及びズームレンズを含む撮像光学系と、前記フォーカスレンズの相対的な変位量を検出するフォーカスレンズ変位検出手段と、前記フォーカスレンズを移動させるフォーカスレンズ移動手段とを備える光学系制御装置であって、前記フォーカスレンズが形成する被写体のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、前記フォーカスレンズの位置を取得するフォーカスレンズ位置取得手段とを備え、前記フォーカスレンズ位置取得手段は、前記フォーカスレンズ移動手段が前記フォーカスレンズを振動的に移動させる際に得られる複数の前記デフォーカス量に相当する評価値及び各前記評価値に対応する前記フォーカスレンズの相対的な変位量に基づいて前記フォーカスレンズの位置を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、撮像光学系のコストの上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置としてのカメラシステムの内部構造を概略的に示す断面図である。
【図２】図１のカメラシステムの機能ブロックを示す図である。
【図３】図１における撮像素子の構成を概略的に示す図である。
【図４】フォーカスレンズ及び撮像素子の各画素の光学的関係を説明するための図である。
【図５】被写体のデフォーカス量の検出方法を説明するための図である。
【図６】ズームレンズの位置が変化した場合に合焦状態を維持するために必要なフォーカスレンズの必要移動量の取得方法を説明するための図である。
【図７】フォーカスレンズの移動前位置の取得方法に用いるフォーカスレンズ駆動曲線を示すグラフである。
【図８】フォーカスレンズの移動前位置の取得方法に用いるフォーカスレンズ駆動曲線テーブルを示す図である。
【図９】フォーカスレンズの移動制御方法を示すフローチャートである。
【図１０】図９のステップＳ９３における処理を示すフローチャートである。
【図１１】図９のフォーカスレンズの移動制御方法における信号の流れを説明するための図である。
【図１２】撮影画角に複数の被写体が含まれる場合を説明するための図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態におけるフォーカスレンズの移動前位置の取得方法に用いるフォーカス敏感度曲線テーブルを示す図である。
【図１４】フォーカスレンズの移動前位置の取得方法を示すフローチャートである。
【図１５】図１４のステップＳ１４２における処理を示すフローチャートである。
【図１６】各ＡＦ評価値及び各フォーカスレンズの位置の対応付けを説明するための図である。
【図１７】撮影画角に複数の測距枠が設定される場合を説明するための図である。
【図１８】外れ値が存在する場合のフォーカスレンズの位置及びＡＦ評価値の関係を示すグラフである。
【図１９】ＡＦ評価値が大きくばらついて存在する場合のフォーカスレンズの位置及びＡＦ評価値の関係を示すグラフである。
【図２０】各ＡＦ評価値及び各フォーカスレンズの位置の対応付けの第１の変形例を説明するための図である。
【図２１】各ＡＦ評価値及び各フォーカスレンズの位置の対応付けの第２の変形例を説明するための図である。
【図２２】被写体の距離を表示する表示機を備えるカメラシステムを説明するための図である。
【図２３】一眼レフカメラシステムの撮像光学系の構成を概略的に示す図である。
【図２４】従来から用いられるフォーカスレンズ駆動曲線テーブルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。各実施の形態では撮像装置としてのカメラに本発明を適用した場合について説明する。しかしながら、各実施の形態に記載されている構成はあくまで例示に過ぎず、本発明の範囲は各実施の形態に記載されている構成によって限定されることはない。
【００１２】
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置としてのカメラシステムの内部構造を概略的に示す断面図である。
【００１３】
図１において、カメラシステム１０は、変倍可能なレンズユニット１１と、カメラ本体１２とを備える。レンズユニット１１は複数のレンズからなる撮像光学系１３を有し、撮像光学系１３はフォーカスレンズ１４と、ズームレンズ１５と、撮像光学系１３の各レンズを駆動するレンズシステム制御回路１６とを含む。レンズユニット１１ではズームレンズ１５が移動して変倍を実現する。カメラ本体１２は撮像素子１７と、表示部１８と、レンズユニット１１との電機接点１９と、シャッタ機構２０とを有する。レンズユニット１１は、ズームレンズ１５の絶対位置や移動量を検出するセンサからなるズーム状態検出部２１（ズーム状態検出手段）を有する。また、レンズユニット１１は、フォーカスレンズ１４の相対的な変位量を検出するセンサからなるフォーカスレンズ変位検出部２２（フォーカスレンズ変位検出手段）を有する。さらに、レンズユニット１１は、変倍を所望するユーザが操作してズームレンズ１５の移動を実現するズーム操作部２３を有する。フォーカスレンズ１４は被写体の画像を撮像素子１７において結像（形成）する。
【００１４】
図２は、図１のカメラシステムの機能ブロックを示す図である。
【００１５】
図２において、レンズユニット１１は、フォーカスレンズ１４を移動させるアクチュエータからなるレンズ駆動部２４（フォーカスレンズ移動手段）を有する。また、レンズユニット１１は、ズーム状態検出部２１やフォーカスレンズ変位検出部２２から出力される各種信号に基づいてレンズ駆動部２４を制御するレンズシステム制御回路１６（フォーカスレンズ位置制御手段）を有する。カメラ本体１２は、操作検出部２６と、画像処理部２７と、メモリ部２８と、カメラシステム制御回路２９（フォーカスレンズ位置取得手段）とを有する。なお、撮像素子１７及び画像処理部２７はデフォーカス量検出部（デフォーカス量検出手段）を構成する。カメラシステム制御回路２９はメモリ部２８へ各種信号等を出力して格納させ、さらに、撮像の際にタイミング信号等を生成して各部へ出力する。また、カメラシステム制御回路２９はユーザの操作に応じて各部を制御する。例えば、不図示のシャッターレリーズ釦の押下を操作検出部２６が検出した際、カメラシステム制御回路２９は、撮像素子１７の駆動、画像処理部２７の動作（圧縮処理等）を制御する。さらに、カメラシステム制御回路２９は表示部１８に各種情報を表示させる。表示部１８はタッチパネルから構成され、操作検出部２６に接続される。表示部１８はレンズユニット１１を通して視認可能な被写体をユーザへ向けて表示する。また、カメラ本体１２はシャッタ機構２０を用い、カメラシステム制御回路２９からの指示に基づいて露光制御を行う。なお、本実施の形態では、レンズシステム制御回路１６及びカメラシステム制御回路２９が光学系制御装置を構成する。
【００１６】
次に、本発明の第１の実施の形態におけるデフォーカス量の検出方法について説明する。なお、本発明及び本明細書において、デフォーカス量は、レンズの結像面及び受光面のずれ（被写体のずれ）の量の絶対値だけではなく、ずれの方向も含むものとする。つまり、デフォーカス量は正負で区別される。図３は、図１における撮像素子の構成を概略的に示す図である。図３（Ａ）は撮像素子の正面図であり、図３（Ｂ）は撮像素子の側面図であり、図３（Ｃ）は撮像素子を構成する各画素の構成を説明するための正面図である。図４は、フォーカスレンズ及び撮像素子の各画素の光学的関係を説明するための図である。
【００１７】
撮像素子１７は複数の画素３０を有し、各画素３０は隣接して配置された２つの光電変換素子、例えば、フォトダイオード（以下、「ＰＤ」という。）３１ａ，３１ｂを有する。フォトダイオード３１ａ，３１ｂはフォーカスレンズ１４の射出瞳における２つの異なる部分的領域（以下、「部分瞳」という。）を通過する光束を各々が受光して被写体の画像信号を形成し、被写体の一対の画像信号を出力する。画像処理部２７は出力された画像信号に対して画像処理を施し、さらに、画像信号を解析して画像に含まれている被写体の特徴情報を取得する。具体的に、画像処理部２７は、画像処理が施された画像信号から一対の画像の位相差を検出し、さらに、検出された位相差に基づいて被写体のデフォーカス量を検出する。すなわち、画像処理部２７は撮像面位相差方式によって被写体のデフォーカス量を検出する。なお、画像信号から一対の画像の位相差を検出する際、必ずしも撮像素子１７から出力された画像信号に画像処理を施す必要はない。例えば、撮像素子１７は画像処理部２７を経由することなくカメラシステム制御回路２９へ画像信号を出力し、カメラシステム制御回路２９が画像信号からデフォーカス量を検出してもよい。
【００１８】
図４に示すように、本実施の形態では、フォーカスレンズ１４の射出瞳３２は、視差方向（図中の横方向）に関して隣接する２つの部分瞳３３ａ，３３ｂを有する。部分瞳３３ａ，３３ｂの各々からは光束３４ａ，３４ｂが射出されて各画素３０のフォトダイオード３１ａ，３１ｂの各々に入射する。各画素３０はマイクロレンズ３５を有する。各画素３０において、フォトダイオード３１ａ，３１ｂはマイクロレンズ３５を介して射出瞳３２と対向する。各画素３０では、マイクロレンズ３５がフォーカスレンズ１４の像面近傍に配置され、マイクロレンズ３５は光束３４ａ，３４ｂを各フォトダイオード３１ａ，３１ｂへ集光させる。フォーカスレンズ１４及び各マイクロレンズ３５は射出瞳３２及び各フォトダイオード３１ａ，３１ｂが光学的に共役になるように構成される。したがって、マイクロレンズ３５によって各フォトダイオード３１ａ，３１ｂの形状が射出瞳３２における各部分瞳３３ａ，３３ｂへ投影される。すなわち、各部分瞳３３ａ，３３ｂの配置（位置、大きさ（（面積））は各フォトダイオード３１ａ，３１ｂの位置、大きさによって規定される。各フォトダイオード３１ａ，３１ｂは、部分瞳３３ａ，３３ｂをそれぞれ通過する光束３４ａ，３４ｂによって各マイクロレンズ３５に形成される像から光電変換された画像信号を出力する。本実施の形態では、出力された画像信号に対して像ずれ検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）等を施すことにより、一対の画像の位相差を検出する。さらに、当該位相差から三角測量の原理に基づいて被写体のデフォーカス量を検出する（例えば、米国特許出願公開第２０１５／００９２９８８号明細書参照）。
【００１９】
図５は、被写体のデフォーカス量の検出方法を説明するための図である。図５（Ａ）は被写体が合焦位置と一致する場合、すなわち、ピントが撮像素子上に存在する場合を示す。図５（Ｂ）は被写体が合焦位置から望遠側（テレ端側）にずれている場合、すなわち、ピントが撮像素子からフォーカスレンズ側へずれている場合を示す。図５（Ｃ）は被写体が合焦位置から広角側（ワイド側）にずれている場合、すなわち、ピントが撮像素子からカメラ本体の背面側へずれている場合を示す。なお、図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）では、理解を容易にするために各部分瞳３３ａ，３３ｂを通過する光束３４ａ，３４ｂの中心線のみが描画される。また、図中において、画像３６ａ及び画像３６ｂは入射角に対する強度分布として示され、画像３６ａの重心及び画像３６ｂの重心の差が画像３６ａ及び画像３６ｂの位相差に該当する。撮像光学系１３では、フォーカスレンズ１４から合焦位置Ｆまでの距離と、被写体Ｏに対応する一対の画像３６ａ，３６ｂの位相差とに基づいて三角測量の原理を用い、被写体Ｏのデフォーカス量を得る。
【００２０】
例えば、図５（Ａ）に示すように、被写体Ｏの位置が合焦位置Ｆと一致する場合、合焦位置Ｆに位置する被写体Ｏの光束３４ａから形成される画像３６ａ及び光束３４ｂから形成される画像３６ｂは撮像素子１７上で重なる。すなわち、画像３６ａ及び画像３６ｂの位相差は０となる。このとき、被写体Ｏのデフォーカス量も０となる。図５（Ｂ）に示すように、被写体Ｏが合焦位置Ｆから望遠側へずれた場合、ピントが撮像素子１７からフォーカスレンズ１４側へずれ、画像３６ｂ及び画像３６ｂは撮像素子１７上で互いに離れるように移動して位相差Ｐ１が生じる。このとき、被写体Ｏのデフォーカス量は０でなく、位相差Ｐ１に対応する値となる。また、図５（Ｃ）に示すように、被写体Ｏが合焦位置Ｆから広角側へずれた場合、ピントが撮像素子１７からカメラ本体１２の背面側へずれ、画像３６ｂ及び画像３６ｂは撮像素子１７上で互いに離れるように移動して位相差Ｐ２が生じる。このときも、被写体Ｏのデフォーカス量は０でなく、位相差Ｐ２に対応する値となる。画像３６ｂ及び画像３６ｂがずれる方向は、被写体Ｏが合焦位置Ｆからずれる方向によって異なる。したがって、画像３６ｂ及び画像３６ｂのずれ量及びずれ方向に基づいて、被写体Ｏのずれの方向も含む被写体Ｏのデフォーカス量を検出することができる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、被写体Ｏのデフォーカス量の検出方法は特に問われない。例えば、上述した撮像面位相差方式ではなくコントラスト方式によって被写体Ｏのデフォーカス量を検出してもよい。但し、コントラスト方式ではフォーカスレンズ１４を時系列的に微少駆動させて、着目領域のコントラスト変化を観察し、当該領域のコントラストが最大となるときに合焦状態が成立したとみなす。したがって、コントラスト方式では最大となるコントラストの近傍のコントラストデータを多数取得する必要があり、デフォーカス量を検出するために所定の時間を要する。一方、撮像面位相差方式では、一対の画像３６ａ，３６ｂのずれ量及びずれ方向を求めるだけで被写体Ｏのずれの方向も含む被写体Ｏのデフォーカス量を検出することができるため、時間の観点においてコントラスト方式に比して有利である。
【００２２】
次に、フォーカスレンズの必要移動量の取得方法について説明する。図６は、ズームレンズの位置が変化した場合に合焦状態を維持するために必要なフォーカスレンズの必要移動量の取得方法を説明するための図である。図６では、フォーカスレンズの必要移動量の取得方法をレンズ、物体面、像面及び受光面の関係を用いて説明する。
【００２３】
まず、図６（Ａ）に示すように、フォーカスレンズ１４が形成する像面が撮像素子１７の受光面と一致し、被写体Ｏが合焦状態にある場合、物体面距離をｓｏとし、像面距離をｓｏ´とし、フォーカスレンズ１４の焦点距離をｆｏとする。次に、図６（Ｂ）に示すように、ズームレンズ１５が移動してズーム状態が変化してフォーカスレンズ１４の焦点距離がｆｏからｆ１（＝ｆｏ＋Δｆ）に変化すると、像面は受光面から離れ、像面及び受光面の間にずれ量Ｄｅｆの焦点ずれが発生する。この焦点ずれを解消するためにはフォーカスレンズ１４を移動させて像面を移動させ、再度、像面と受光面を一致させる必要がある。具体的には、図６（Ｃ）に示すように、フォーカスレンズ１４を必要移動量Δｘだけ移動させて像面と受光面を一致させる必要がある。なお、図６（Ｃ）において、フォーカスレンズ１４の移動前位置をｘで示し、フォーカスレンズ１４移動後の物体面距離をｓ１で示し、像面距離をｓ１´で示す。ここで、ズームレンズ１５及びフォーカスレンズ１４の移動後（図６（Ｃ））のガウス結像式は下記式で示される。
【００２４】
【数１】
2017219603.tif 000003
【００２５】
本取得方法では、上記式からフォーカスレンズ１４の必要移動量Δｘを取得する。具体的には、上記式を変形してフォーカスレンズ１４の必要移動量Δｘをフォーカスレンズ１４の焦点距離ｆｏ、フォーカスレンズ１４の焦点距離の変化量Δｆ、フォーカスレンズ１４の移動前位置ｘの関数で表す。ここで、フォーカスレンズ１４の移動前位置ｘの代わりに像面距離ｓｏ´を用いてもよい。但し、像面距離ｓｏ´は図６（Ａ）の状態に対応するガウス結像式によってフォーカスレンズ１４の移動前位置ｘに置き換えられる。これにより、フォーカスレンズ１４の必要移動量の関数Δｘ（ｆｏ、Δｆ、ｘ）が得られる。
【００２６】
また、ズームレンズ１５が移動してズーム状態が変わったとき（図６（Ｂ））のガウス結像式は下記式で示される。
【００２７】
【数２】
2017219603.tif 000004
【００２８】
本取得方法では、上記式から焦点ずれ量（デフォーカス量）Ｄｅｆを求める。具体的には、上記式を変形してデフォーカス量Ｄｅｆをフォーカスレンズ１４の焦点距離ｆｏ、フォーカスレンズ１４の焦点距離の変化量Δｆ、フォーカスレンズ１４の移動前位置ｘの関数で表す。これにより、デフォーカス量Ｄｅｆの関数Δｘ（ｆｏ、Δｆ、ｘ）が得られる。
【００２９】
ここで、フォーカスレンズ１４の必要移動量の関数Δｘ（ｆｏ、Δｆ、ｘ）及びデフォーカス量Ｄｅｆの関数ΔＦ（ｆｏ、Δｆ、ｘ）はいずれも同じパラメータ（ｆｏ、Δｆ、ｘ）を有する。これらの関数を掛け合わせ、パラメータからフォーカスレンズ１４の移動前位置ｘを消去するとフォーカスレンズ１４の必要移動量の関数Δｘ（ｆｏ、Δｆ、Ｄｅｆ）が得られる。すなわち、フォーカスレンズ１４の焦点距離ｆｏ、フォーカスレンズ１４の焦点距離の変化量Δｆ、デフォーカス量Ｄｅｆからフォーカスレンズ１４の必要移動量Δｘを取得することができる。なお、フォーカスレンズ１４の焦点距離の変化量Δｆはズームレンズ１５の移動量から取得することができる。
【００３０】
次に、本実施の形態におけるフォーカスレンズの移動前位置の取得方法について説明する。図７は、フォーカスレンズの移動前位置の取得に用いるフォーカスレンズ駆動曲線を示すグラフである。図７のグラフには、合焦状態を維持するために必要なズームレンズ１５の位置とフォーカスレンズ１４の位置の関係が示され、横軸がズームレンズ１５の位置を示し、縦軸がフォーカスレンズ１４の位置を示す。
【００３１】
撮像光学系１３では、合焦状態を維持するためのズームレンズ１５の位置及びフォーカスレンズ１４の位置の関係が被写体距離毎にフォーカスレンズ駆動曲線として規定されている。ここで、ズームレンズ１５が移動前位置Ｚ０から移動後位置Ｚ１まで移動すると、ズーム状態が変化して焦点ずれ（デフォーカス）が発生する。このとき、フォーカスレンズ駆動曲線に基づいて、ズームレンズ１５が移動前位置Ｚ０から移動後位置Ｚ１まで移動したときに合焦状態を維持するためのフォーカスレンズ１４の必要移動量ΔＦを取得することができる。
【００３２】
ところで、図７に示すように、フォーカスレンズ駆動曲線は非線形であるため、移動前位置Ｚ０から移動後位置Ｚ１までの移動量（ズームレンズ１５の移動量ΔＺ）と、フォーカスレンズ１４の必要移動量ΔＦとが一対一（１組）で対応する。さらに、図７に示すように、フォーカスレンズ駆動曲線では、１組のズームレンズ１５の移動量ΔＺ及びフォーカスレンズ１４の必要移動量ΔＦには１つの移動前座標Ｓが特異的に対応する。なお、移動前座標Ｓはフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０及びズームレンズ１５の移動前位置Ｚ０からなる座標である。したがって、ズーム状態検出部２１によってズームレンズ１５の移動量ΔＺを検出し、ガウス結像式を用いてフォーカスレンズ１４の必要移動量Δｘを取得すれば、フォーカスレンズ駆動曲線を用いて移動前座標Ｓを特定することできる。本取得方法では、これに従い、フォーカスレンズ駆動曲線を用いて移動前座標Ｓを特定し、最終的に、移動前座標Ｓのフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得する。
【００３３】
また、上述したように、フォーカスレンズ駆動曲線は被写体距離毎に規定される。したがって、フォーカスレンズ駆動曲線を用いてフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得する際、被写体距離に対応するフォーカスレンズ駆動曲線を特定する必要がある。図８は、フォーカスレンズ駆動曲線の特定方法を説明するための図である。本特定方法では、図８に示すように、複数の被写体距離Ｌ１〜Ｌ３に対応するフォーカスレンズ駆動曲線Ｃ１〜Ｃ３が規定されたフォーカスレンズ駆動曲線テーブルが用いられる。ここで、各フォーカスレンズ駆動曲線Ｃ１〜Ｃ３の軌跡は互いに異なる。したがって、ズーム状態検出部２１によって検出されたズームレンズ１５の移動前位置Ｚ０及び移動量ΔＺに対応するフォーカスレンズ１４の必要移動量ΔＦは各フォーカスレンズ駆動曲線Ｃ１〜Ｃ３において異なる。例えば、フォーカスレンズ駆動曲線Ｃ１ではフォーカスレンズ１４の必要移動量がΔＦ１であり、フォーカスレンズ駆動曲線Ｃ２では必要移動量がΔＦ２であり、フォーカスレンズ駆動曲線Ｃ３では必要移動量がΔＦ３である。このとき、ガウス結像式を用いて取得されたフォーカスレンズ１４の必要移動量Δｘと必要移動量ΔＦ１〜ΔＦ３とを比較する。例えば、必要移動量Δｘが必要移動量ΔＦ２と一致する場合、被写体距離はＬ２と判定され、フォーカスレンズ駆動曲線Ｃ２が特定される。これにより、フォーカスレンズ駆動曲線Ｃ２上の移動前座標Ｓ２が特定され、移動前座標Ｓ２のフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０２が取得される。なお、上述したように、フォーカスレンズ１４の必要移動量Δｘはデフォーカス量Ｄｅｆから取得できるため、本実施の形態では、結果としてデフォーカス量Ｄｅｆからフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０２を取得することができる。また、本実施の形態では、上述したように取得されたフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０２に、ガウス結像式を用いて取得されたフォーカスレンズ１４の必要移動量Δｘを加える。これにより、ズーム状態の変化後において合焦状態を維持するためのフォーカスレンズ１４の移動後位置Ｆ１を求めることができる。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る光学系制御装置の制御方法としてのフォーカスレンズの移動制御方法について説明する。図９は、フォーカスレンズの移動制御方法を示すフローチャートである。本移動制御方法は、例えば、カメラシステム制御回路２９（信頼度判定手段）がメモリ部２８に格納された所定のプログラムを実行することによって実現される。
【００３５】
まず、カメラシステム１０が撮影モードへ移行すると、ズーム状態検出部２１によってズームレンズ１５の位置が変化したか否かを判別する（ステップＳ９１）。ズームレンズ１５の位置が変化していない場合、カメラシステム１０が終了条件を満たしているか否かを判別する（ステップＳ９２）。ここでの終了条件は、撮影モード以外のモードへの移行や電源オフが該当する。カメラシステム１０が終了条件を満たしていない場合、ステップＳ９１へ戻り、カメラシステム１０が終了条件を満たしている場合、後述のステップＳ９８へ進む。ステップＳ９１の判定の結果、ズームレンズ１５の位置が変化している場合、フォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得する（ステップＳ９３）（フォーカスレンズ位置取得工程）。
【００３６】
図１０は、図９のステップＳ９３における処理を示すフローチャートである。
【００３７】
まず、ズーム状態検出部２１が出力するズームレンズ１５の移動前位置Ｚ０及び移動量ΔＺを示すズーム変化信号を取得する（ステップＳ１０１）。また、画像処理部２７が出力する、ズーム状態の変化に伴うデフォーカス量Ｄｅｆを示すデフォーカス量信号を取得する（ステップＳ１０２）（デフォーカス量検出工程）。なお、フォーカスレンズ駆動曲線によってはズームレンズ１５の移動量ΔＺがさほど大きくないと、デフォーカス量Ｄｅｆが有意な値として取得できないことがある。したがって、ズームレンズ１５の移動量ΔＺが所定量よりも大きい場合に、ステップＳ１０１やＳ１０２を実行するように設定してもよい。次いで、デフォーカス量Ｄｅｆと、ズームレンズ１５の移動前位置Ｚ０及び移動量ΔＺとに基づいて、図６〜図８を用いて説明した方法に従い、フォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得する（ステップＳ１０３）。その後、図９のステップＳ９４へ進む。
【００３８】
次いで、フォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０やガウス結像式を用いて取得されたフォーカスレンズ１４の必要移動量Δｘに基づいてフォーカスレンズ１４を移動させる（ステップＳ９４）（フォーカスレンズ移動工程）。これにより、ズーム状態が変化しても合焦状態を維持することができる。その後、ステップＳ１０１やＳ１０２で取得されたズーム変化信号やデフォーカス量信号よりも信頼度が向上するズーム変化信号やデフォーカス量信号が得られたか否かを判定する（ステップＳ９５）。例えば、デフォーカス量を検出するための被写体が広角側（ワイド側）から望遠側（テレ端側）へずれた場合や、被写体が光軸から像高方向へ移動した場合、デフォーカス量の検出精度が変化する。本実施の形態では、このような場合をズーム変化信号やデフォーカス量信号の信頼度が変化する場合とみなし、これらの信号の信頼度が向上したか否かを判定する。信頼度が向上していない場合、ステップＳ９８に進み、信頼度が向上した場合、ステップＳ９６及びＳ９７に進む。ステップＳ９６及びＳ９７ではそれぞれ、ステップＳ９３及びＳ９４と同様の処理が実行される。ステップＳ９８では、ステップＳ９２と同様に、カメラシステム１０が終了条件を満たしているか否かを判別する。カメラシステム１０が終了条件を満たしていない場合、ステップＳ９５へ戻り、カメラシステム１０が終了条件を満たしている場合、本移動制御方法を終了する。
【００３９】
次に、カメラシステム１０における信号処理について説明する。図１１は、図９のフォーカスレンズの移動制御方法における信号の流れを説明するための図である。
【００４０】
ズーム状態検出部２１はズーム変化信号をフォーカスレンズ制御部３７及びデフォーカス量信号信頼度判定部４０へ送信する。撮像素子１７及び画像処理部２７からなるデフォーカス量検出部３８はデフォーカス量信号を被写体判断部３９へ送信する。このとき、時間経過に伴い、デフォーカス量検出部３８は各タイミングでデフォーカス量信号を送信する。デフォーカス量検出部３８によるデフォーカス量の検出は各画素３０について行われる。したがって、被写体判断部３９は、各画素３０に対応するデフォーカス量信号を受信するが、撮像素子１７において合焦状態の維持を所望する被写体に対応する複数の画素３０に対応するデフォーカス量信号を選別する。なお、ズーム状態の変化に伴い、同一の被写体が撮像素子１７において占める画素３０の位置や数が変わるが、被写体判断部３９は、これに応じて、選別する複数のデフォーカス量信号を変更する。その後、被写体判断部３９は、選別した複数のデフォーカス量信号をデフォーカス量信号信頼度判定部４０へ送信する。
【００４１】
デフォーカス量信号信頼度判定部４０は、ズーム変化信号や選別された複数のデフォーカス量信号の信頼度が高いか否かを判定する。具体的に、デフォーカス量信号信頼度判定部４０はステップＳ９５の処理を実行する。このとき、デフォーカス量信号信頼度判定部４０にはフォーカスレンズ駆動曲線テーブルも送信される。ズーム変化信号や選別された複数のデフォーカス量信号の信頼度が高い場合、デフォーカス量信号信頼度判定部４０は、これらの信号及びフォーカスレンズ駆動曲線テーブルをフォーカスレンズ位置取得部４１へ送信する。フォーカスレンズ位置取得部４１は、ズーム変化信号や選別された複数のデフォーカス量信号並びにフォーカスレンズ駆動曲線テーブルに基づいてフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得する。具体的に、フォーカスレンズ位置取得部４１はステップＳ９３の処理を実行する。その後、フォーカスレンズ位置取得部４１は取得したフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０をフォーカスレンズ制御部３７へ送信する。このとき、フォーカスレンズ制御部３７へはフォーカスレンズ駆動曲線テーブルも送信される。フォーカスレンズ制御部３７は、フォーカスレンズ１４をフォーカスレンズ１４の移動後位置Ｆ１へ移動させるためのフォーカスレンズ駆動信号を生成する。フォーカスレンズ駆動信号は、フォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０、フォーカスレンズ駆動曲線テーブル、及びガウス結像式を用いて取得されたフォーカスレンズ１４の必要移動量Δｘに基づいて生成される。さらに、フォーカスレンズ制御部３７はフォーカスレンズ駆動信号をレンズ駆動部２４へ送信する。レンズ駆動部２４は、フォーカスレンズ駆動信号に従い、フォーカスレンズ１４を移動後位置Ｆ１へ移動させる。なお、フォーカスレンズ制御部３７、被写体判断部３９、デフォーカス量信号信頼度判定部４０やフォーカスレンズ位置取得部４１はレンズシステム制御回路１６やカメラシステム制御回路２９が実現する。
【００４２】
本実施の形態によれば、ズームレンズ１５の移動量ΔＺ、デフォーカス量Ｄｅｆ及びフォーカスレンズ駆動曲線に基づいてフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０が取得される。これにより、フォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を検出するための絶対位置検出センサを設ける必要を無くすことができ、もって、撮像光学系１３のコストの上昇を抑制することができる。
【００４３】
また、本実施の形態では、撮像面位相差方式によって撮像素子１７の各画素３０における被写体のデフォーカス量を検出するため、デフォーカス量を検出するための別のデバイスを設ける必要を無くすことができる。さらに、本実施の形態では、ズーム状態の変化の前後における同一被写体のデフォーカス量を検出するため、デフォーカス量の信頼度を向上することができる。なお、本実施の形態では、ズーム変化信号やデフォーカス量信号よりも信頼度が向上した場合、これらの信号に基づいてフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０が改めて取得される。これにより、より信頼度が向上したフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得することができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態では、複数の被写体を用いてフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得してもよい。例えば、図１２に示すように、撮影画角４２に複数の被写体（人物４３，静物４４）が含まれ、且つズーム状態が広角側（図１２（Ａ））から望遠側（図１２（Ｂ））に変化した場合を考える。この場合、人物４３及び静物４４のそれぞれについてズーム状態の変化に伴うデフォーカス量Ｄｅｆを検出し、各デフォーカス量Ｄｅｆに基づいてフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得する。ここで、例えば、人物４３のデフォーカス量Ｄｅｆにノイズが乗り、人物４３のデフォーカス量Ｄｅｆから取得されたフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０の信頼度が低下したとする。このとき、人物４３のデフォーカス量Ｄｅｆから取得されたフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０と、静物４４のデフォーカス量Ｄｅｆから取得されたフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０とを比較する。比較により、人物４３のデフォーカス量Ｄｅｆから取得されたフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０が異常値であることは容易に判別することができる。これにより、人物４３のデフォーカス量Ｄｅｆから取得されたフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を排除して最終的に得られるフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０の信頼度を向上させることができる。なお、デフォーカス量Ｄｅｆを検出する被写体の数が多いほど、最終的に得られるフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０の信頼度をより向上させることができる。
【００４５】
また、デフォーカス量の精度は被写界深度が浅い方が向上するが、被写体の被写界深度はより望遠側で浅くなる。したがって、ズーム状態が変化する場合、より望遠側で生じるズーム状態の変化に伴う被写体のデフォーカス量を用いてフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得するのが好ましい。これにより、取得されるフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０の信頼度を向上することができる。さらに、被写体の被写界深度は撮像光学系１３における絞りが開いている方が浅くなる。したがって、絞りが変化する場合、より絞りが開いている状態で生じる絞りの変化に伴う被写体のデフォーカス量を用いてフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得するのが好ましい。これによっても、取得されるフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０の信頼度を向上することができる。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
【００４７】
上述した第１の実施の形態では、デフォーカス量Ｄｅｆやガウス結像式を用いて取得されるフォーカスレンズ１４の必要移動量Δｘだけでなく、ズームレンズ１５の絶対位置と移動量ΔＺも用いてフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得した。これに対し、本発明の第２の実施の形態では、ズームレンズ１５の絶対位置と移動量ΔＺを用いることなくフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得することができる。すなわち、ズームレンズ１５を移動させることなくフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得することができる。
【００４８】
撮像光学系１３では、一般に、フォーカスレンズ１４が単位量移動したときのフォーカス変化量であるフォーカス敏感度と、フォーカスレンズ１４の絶対位置とが非線形で対応することが知られている。ここで、フォーカス敏感度とフォーカスレンズ１４の絶対位置は一対一で対応し、フォーカス敏感度とフォーカスレンズ１４の絶対位置の関係はフォーカス敏感度曲線として規定される。また、フォーカス敏感度曲線はズーム状態毎に規定される。例えば、図１３に示すように、フォーカス敏感度曲線テーブル４５には、ズーム状態が互いに異なる複数のフォーカス敏感度曲線４６，４７が規定される。なお、本実施の形態では、ズーム状態毎にフォーカス敏感度曲線４６，４７がフォーカス敏感度曲線テーブル４５に相当するＬＵＴ（Look Up Table）に規定されていることを前提とする。
【００４９】
まず、本発明の第２の実施の形態に係る光学系制御装置の制御方法としてのフォーカスレンズの移動前位置の取得方法について説明する。図１４は、フォーカスレンズの移動前位置の取得方法を示すフローチャートである。本取得方法も、例えば、カメラシステム制御回路２９がメモリ部２８に格納された所定のプログラムを実行することによって実現される。
【００５０】
まず、例えば、カメラシステム１０の電源がオンされると、ズーム状態検出部２１はズームレンズ１５の位置を取得し、ズーム状態を検出する（ステップＳ１４１）。ここで検出されるズーム状態はズームレンズ１５の位置に応じて変化する撮像光学系１３の焦点距離である。次いで、フォーカス敏感度取得用のデータを取得する（ステップＳ１４２）。本取得方法では、フォーカスレンズ１４を振動的に移動（ウォブリング）させ、フォーカスレンズ１４の各位置及びフォーカスレンズ１４の各位置におけるデフォーカス量をフォーカス敏感度取得用のデータとして取得する。
【００５１】
図１５は、図１４のステップＳ１４２における処理を示すフローチャートである。
【００５２】
まず、カメラシステム制御回路２９はフォーカスレンズ１４のウォブリングの振幅量や振幅回数を決定し（ステップＳ１５１）、レンズシステム制御回路１６に送信する。振幅量はズーム状態や検出されるデフォーカス量の精度を考慮して決定される。また、ウォブリング中に検出されるデフォーカス量の数も決定する。フォーカス敏感度の精度向上の観点からは、検出されるデフォーカス量の数が多いことが望ましいが、例えば、フォーカス敏感度の取得に使用可能な時間との兼ね合いで検出されるデフォーカス量の数が決定される。その後、ステップＳ１５１で決定された条件に従い、レンズシステム制御回路１６がレンズ駆動部２４を制御してフォーカスレンズ１４を振動的に移動させる（ステップＳ１５２）。カメラシステム制御回路２９は図５のデフォーカス量の検出方法によってフォーカスレンズ１４が所定の位置に到達したときのデフォーカス量を検出する（ステップＳ１５３）。なお、本実施の形態では、デフォーカス量に比例するＡＦ評価値を取得するため、以後、デフォーカス量の代わりにＡＦ評価値を用いて説明する。また、取得されたＡＦ評価値は、当該ＡＦ評価値を取得したときのフォーカスレンズ１４の位置とともにメモリ部２８に格納される（ステップＳ１５４）。ところで、レンズユニット１１はフォーカスレンズ１４の絶対位置を検出する絶対値センサを備えず、代わりにフォーカスレンズ１４の相対的な変位量を検出するフォーカスレンズ変位検出部２２を備える。したがって、ステップＳ１５４では、ウォブリングの開始時からのフォーカスレンズ１４の相対的な変位量がフォーカスレンズ１４の位置としてメモリ部２８に格納される。その後、ウォブリングにおける振幅回数がステップＳ１５１で決定された所定の振幅回数に達したか否かを判別する（ステップＳ１５５）。振幅回数が所定の振幅回数に達していなければ、ステップＳ１５２に戻り、振幅回数が所定の振幅回数に達していれば、図１４のステップＳ１４３へ進む。
【００５３】
次いで、メモリ部２８に格納された各ＡＦ評価値及び各フォーカスレンズ１４の位置を対応付ける（ステップＳ１４３）。図１６は、各ＡＦ評価値及び各フォーカスレンズの位置の対応付けを説明するための図である。なお、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）では、フォーカスレンズ１４のウォブリングにおける１．５周期を代表的に示す。図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すように、フォーカスレンズ１４が振幅の両端や中心に到達したときに、ＡＦ評価値が取得される。具体的には、フォーカスレンズ１４が移動すると、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）において、射出瞳３２が図中左右方向に振動的に移動し、それに伴い、画像３６ａ及び画像３６ｂが移動して画像３６ａ及び画像３６ｂの位相差が変化する。この変化する位相差に基づいて三角測量の原理からデフォーカス量を検出し、さらにＡＦ評価値に換算する。したがって、フォーカスレンズ１４が移動すると、デフォーカス量も当該移動に応じて変化する。その結果、各ＡＦ評価値４９ａ〜４９ｇを取得するときの各フォーカスレンズ１４の位置４８ａ〜４８ｇの経時変化形態は、各ＡＦ評価値４９ａ〜４９ｇの経時変化形態と同様の傾向を示す。ここでは、例えば、フォーカスレンズ１４の位置４８ｃがＡＦ評価値４９ｃに対応し、フォーカスレンズ１４の位置４８ｆがＡＦ評価値４９ｆに対応する。その後、各ＡＦ評価値４９ａ〜４９ｇ及び各フォーカスレンズ１４の位置４８ａ〜４８ｇを、横軸をフォーカスレンズ１４の位置とし、縦軸をＡＦ評価値とするグラフにプロットする（図１６（Ｃ））。次いで、プロットされた各ＡＦ評価値４９ａ〜４９ｇ及び各フォーカスレンズ１４の位置４８ａ〜４８ｇの相関関係を示す近似直線２５を決定する（ステップＳ１４４）。近似直線２５は最小２乗法等の統計処理によって求められる。決定された近似直線２５はフォーカスレンズ１４の位置の変化量に対するＡＦ評価値の変化量を示す直線であり、近似直線２５の傾きはフォーカスレンズ１４の位置の変化量の度合いに対するＡＦ評価値の変化量の度合いを示す。すなわち、決定される近似直線２５の傾きがフォーカス敏感度に相当することから、ステップＳ１４４では近似直線２５を決定するだけでなく、当該近似直線２５の傾きをフォーカス敏感度として取得する。その後、ステップＳ１４５に進む。
【００５４】
次いで、ステップＳ１４５では、ＬＵＴを用いてステップＳ１４１で検出されたズーム状態に対応するフォーカス敏感度曲線を特定する。ここで、フォーカス敏感度曲線４６が特定された場合、ステップＳ１４４で取得されたフォーカス敏感度がＳ１であれば、フォーカス敏感度Ｓ１に対応するフォーカスレンズ１４の絶対位置Ｆ３がフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０として取得される。また、フォーカス敏感度曲線４７が特定された場合、ステップＳ１４４で取得されたフォーカス敏感度がＳ２であれば、フォーカス敏感度Ｓ２に対応するフォーカスレンズ１４の絶対位置Ｆ４がフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０として取得される。
【００５５】
本実施の形態によれば、フォーカス敏感度及びフォーカス敏感度曲線に基づいてフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０が取得される。これにより、第１の実施の形態と同様に、フォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を検出するための絶対位置センサを設ける必要を無くすことができ、もって、撮像光学系１３のコストの上昇を抑制することができる。また、フォーカス敏感度曲線は予め求められているため、フォーカス敏感度を取得するだけで、フォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得することができる。すなわち、フォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を迅速に得ることができる。また、本実施の形態では、フォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得する際にズームレンズ１５の移動量ΔＺを必要としない。したがって、第１の実施の形態に比して、カメラシステム１０の電源がオンされた直後等、ユーザがズーム操作を行うことが考えにくい場合であっても、フォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０を取得することができるという利点を有する。
【００５６】
ところで、図１６（Ｃ）に示すように、フォーカスレンズ１４のウォブリングにおける各ＡＦ評価値及び各フォーカスレンズ１４の位置にはばらつきが生じる。例えば、ウォブリングの振幅の一端において、各フォーカスレンズ１４は幅５０でばらつき、各ＡＦ評価値は幅５１でばらつく。幅５０はフォーカスレンズ１４の停止精度に相当し、幅５１はデフォーカス量の検出精度に相当する。本実施の形態では、フォーカスレンズ１４の位置としてフォーカスレンズ１４の相対的な変位量を用いるため、ウォブリングの振幅を正確に制御することにより、フォーカスレンズ１４の停止精度の影響を低減することができる。デフォーカス量はテクスチャが少ない被写体からは正確に検出するのが困難であり、また、画素３０の大きさ以下の位相差に対応するデフォーカス量も検出するのが困難であるため、各ＡＦ評価値は、例えば、幅５１でばらつく。ここで、フォーカスレンズ１４のウォブリング中に取得される各ＡＦ評価値の最大値及び最小値の差が、幅５１に比して小さいと、ステップＳ１４４でフォーカス敏感度を取得する際、近似直線を正確に決定するのが困難となる場合がある。一方、取得される各ＡＦ評価値の最大値及び最小値の差はウォブリングの振幅量に比例する。そこで、本実施の形態では、例えば、取得される各ＡＦ評価値の最大値及び最小値の差が幅５１に比して十分に大きくなるように、ウォブリングの振幅量が決定される。
【００５７】
また、図１７に示すように、撮影画角５２が前景として人物像を含み、背景として建物の内部構造を含む場合、例えば、各被写体に測距枠５３〜５７を設定する。各測距枠５３〜５７からはデフォーカス量（ＡＦ評価値）が取得される。図１７では前景である人物像へ合焦し、背景がぼけている。このとき、測距枠５３は合焦している人物像のみを被写体として含むため、測距枠５３からは正確なＡＦ評価値を取得することができる。したがって、測距枠５３から取得されたＡＦ評価値を用い、ステップＳ１４４において近似直線を決定すれば、正確なフォーカス敏感度を取得することができる。測距枠５４は比較的大きな測距枠であり、被写体として合焦している前景としての人物像だけでなくぼけた背景も含む。大きな測距枠は、被写体のエッジを含みやすくなるため、被写体が大きく写ってテクスチャが少なくなることに起因してデフォーカス量が正確に検出できなくなるのを防止することができる。一方、大きな測距枠は、前景だけでなく背景も含む遠近競合が生じやすい。遠近競合が生じた場合、フォーカスレンズ１４のウォブリングにおいて、前景へ合焦したときのＡＦ評価値と、背景へ合焦したときのＡＦ評価値とがランダムに取得され、ＡＦ評価値の信頼度が著しく低下することがある。したがって、撮影画角５２に複数の測距枠５３〜５７が設定されている場合、最も小さい測距枠からＡＦ評価値を取得し、フォーカスレンズ敏感度を取得するのが好ましい。測距枠５５は比較的小さい測距枠であるが、前景と背景の境界に設定されているため、測距枠５４と同様に、遠近競合が生じている。その結果、測距枠５５から取得されるＡＦ評価値の信頼度も著しく低下することがある。したがって、小さい測距枠であっても遠近競合が生じている測距枠からはＡＦ評価値を取得せず、他の遠近競合が生じていない測距枠からＡＦ評価値を取得し、フォーカスレンズ敏感度を取得するのが好ましい。測距枠５６も比較的小さい測距枠であるが、撮像光学系１３の光軸からの距離が大きい。ところで、撮像光学系１３では焦点距離がフォーカスレンズ１４の移動に伴って変化する。このとき、結像倍率が変化するため、ズーム状態が変化した場合と同様に、撮像光学系１３の光軸から離れた被写体は撮影画角５２において大きく移動し、当所の測距枠から被写体が脱落する可能性がある。この場合、当該測距枠において、フォーカスレンズ１４の移動の前後、すわなち、フォーカスレンズ１４のウォブリング中に前景と背景が入れ替わり、遠近競合と同様の現象が生じる。したがって、小さい測距枠であっても撮像光学系１３の光軸からの距離が予め定められた基準値よりも小さい測距枠からＡＦ評価値を積極的に取得し、測距枠から被写体が脱落するのを抑制してフォーカスレンズ敏感度を取得するのが好ましい。
【００５８】
なお、測距枠５４，５５，５６から取得されるＡＦ評価値を、図１６（Ｃ）と同様のグラフにプロットすると、図１８に示すように、各ＡＦ評価値の群から明らかに離間する外れ値５８が存在する。このような外れ値５８を含んだまま、例えば、最小２乗法によって近似直線を決定すると、各ＡＦ評価値とは相関が低い近似直線５９しか得られず、結果として正確なフォーカス敏感度を取得することができない。したがって、上述したように、測距枠５４，５５，５６以外の測距枠から取得されたＡＦ評価値に基づいて近似直線を決定するか、統計的手法によって外れ値５８を除去した上で残りのＡＦ評価値に基づいて近似直線を決定するのが好ましい。
【００５９】
測距枠５７はぼけた背景（合焦度が低い被写体）のみを含む測距枠である。合焦度が低い被写体では細かいテクスチャが失われ、デフォーカス量が正確に検出できなくなる。したがって、撮影画角５２に複数の測距枠５３〜５７が設定されている場合、合焦度が低い被写体のみを含む測距枠を避け、最も合焦度が高い被写体を含む測距枠からＡＦ評価値を取得し、フォーカスレンズ敏感度を取得するのが好ましい。なお、測距枠５７から取得されるＡＦ評価値を、図１６（Ｃ）と同様のグラフにプロットすると、図１９に示すように、各ＡＦ評価値が大きくばらついて存在する。このような場合に、例えば、最小２乗法によって近似直線を決定すると、各ＡＦ評価値とは相関が低い近似直線６０しか得られず、結果として正確なフォーカス敏感度を取得することができない。したがって、上述したように、測距枠５７以外の測距枠から取得されたＡＦ評価値に基づいて近似直線を決定するか、他のＡＦ評価値よりもばらつきが大きいＡＦ評価値を除去した上で残りのＡＦ評価値に基づいて近似直線を決定するのが好ましい。
【００６０】
また、フォーカスレンズ１４のウォブリング中に被写体が移動することも考えられる。この場合、フォーカスレンズ１４のウォブリング中に被写体の移動に起因して焦点距離が変化する。その結果、例えば、図２０（Ａ）に示すように、フォーカスレンズ１４の振幅の中心を移動させないにも拘わらず、図２０（Ｂ）に示すように、フォーカスレンズ１４の振幅の中心に対応する各ＡＦ評価値が経時的に変化する。具体的には、フォーカスレンズ１４の位置４８ａ，４８ｃ，４８ｅ，４８ｇは不変にも拘わらず、各ＡＦ評価値４９ａ，４９ｃ，４９ｅ，４９ｇは経時的に減少する。このとき、取得されるＡＦ評価値を、図１６（Ｃ）と同様のグラフにプロットすると、図２０（Ｃ）に示すように、各ＡＦ評価値が大きくばらついて存在する。このような場合に、例えば、最小２乗法によって近似直線を決定すると、各ＡＦ評価値とは相関が低い近似直線６１しか得られない。したがって、近似直線６１の相関係数（相関値）を確認し、相関係数が所定値を下回る場合、被写体が移動していると判定し、時間を置いた上で、再度、フォーカスレンズ１４をウォブリングさせてフォーカス敏感度取得用のデータを取得するのが好ましい。これにより、被写体が停止しているときのＡＦ評価値を取得できる可能性が高まり、その結果、正確なフォーカス敏感度を取得することが期待できる。
【００６１】
ところで、図１３に示すように、フォーカス敏感度はズーム状態毎に規定される。例えば、ズーム状態に応じて比較的フォーカス敏感度が高いフォーカス敏感度曲線４６が規定される一方、比較的フォーカス敏感度が低いフォーカス敏感度曲線４７が規定される。ここで、フォーカス敏感度が高い場合、フォーカスレンズ１４のウォブリングの振幅量が小さくても、取得される各ＡＦ評価値の最大値及び最小値の差が大きくなり、ステップＳ１４４において近似直線を正確に決定しやすくなる。したがって、検出されたズーム状態からフォーカス敏感度が高いと予想される場合は、フォーカスレンズ１４のウォブリングの振幅量を小さくしてもよい。一方、フォーカス敏感度が低い場合、フォーカスレンズ１４のウォブリングの振幅量が小さいと、取得される各ＡＦ評価値の最大値及び最小値の差が小さくなり、ステップＳ１４４において近似直線を決定しにくくなる。したがって、検出されたズーム状態からフォーカス敏感度が低いと予想される場合は、フォーカスレンズ１４のウォブリングの振幅量を大きくするのが好ましい。例えば、同じズーム状態においてウォブリングの振幅量を変更する場合を考える。具体的には、比較的振幅量の小さい振幅１と、比較的振幅量の大きい振幅２について比較する（図２１（Ａ））。なお、振幅１及び振幅２におけるＡＦ評価値を取得するタイミングは同じとする（図２１（Ｂ））。この場合、ズーム状態は同じであるため、フォーカス敏感度は同じである。したがって、振幅１のウォブリングから取得される各ＡＦ評価値（図中「□」）から決定される近似直線６４と、振幅２のウォブリングから取得される各ＡＦ評価値（図中「○」）から決定される近似直線６４とは一致する（図２１（Ｃ））。しかしながら、比較的振幅量の小さい振幅１では、互いに接近した各ＡＦ評価値に基づいて近似直線を決定することになるため、近似直線は各ＡＦ評価値の誤差の影響を受けやすくなる。一方、誤差の影響を避けるために、比較的振幅量の大きい振幅２でウォブリングを行った場合、ウォブリングにおけるフォーカスレンズ１４の移動量が大きくなり、もって、フォーカス敏感度の取得に時間を要する可能性がある。したがって、ウォブリングの振幅量はＡＦ評価値の誤差の影響と、フォーカス敏感度の取得に要する時間との兼ね合いで決定してもよい。
【００６２】
以上、本発明の幾つかの好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、図２２に示すように、カメラシステム１０のレンズユニット１１が被写体の距離を表示する表示機６５を備えてもよい。表示機６５は電子制御され、フォーカスレンズ１４と機械的には連結されていない。ところで、被写体の距離はズーム状態及びフォーカスレンズ１４の位置から換算することができる。表示機６５は、ズーム状態と上述した方法によって取得されたフォーカスレンズ１４の移動前位置Ｆ０から換算された被写体の距離を表示する。
【符号の説明】
【００６３】
１０  カメラシステム
１３  撮像光学系
１４  フォーカスレンズ
１５  ズームレンズ
１７  撮像素子
２１  ズーム状態検出部
２９  カメラシステム制御回路
５３〜５７  測距枠
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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