特許 7599900 フォーカス制御装置、光学装置、撮像装置およびフォーカス制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-06

(45)【発行日】2024-12-16

(54)【発明の名称】フォーカス制御装置、光学装置、撮像装置およびフォーカス制御方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/08 20210101AFI20241209BHJP

   G02B 7/04 20210101ALI20241209BHJP

   G02B 7/28 20210101ALI20241209BHJP

   G03B 13/36 20210101ALI20241209BHJP

   H04N 23/67 20230101ALI20241209BHJP

【ＦＩ】

G02B7/08 C

G02B7/04 E

G02B7/28 Z

G03B13/36

H04N23/67

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020176327

(22)【出願日】2020-10-20

(65)【公開番号】P2022067565

(43)【公開日】2022-05-06

【審査請求日】2023-10-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(74)【代理人】

【識別番号】100121614

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】竹花 瑛

【審査官】門田 宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０９９６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０１６５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０５１７３０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ７／０２ － ７／１６

Ｇ０２Ｂ ７／２８ － ７／４０

Ｈ０４Ｎ ２３／６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フォーカシングに際して第１光学素子と第２光学素子のそれぞれの制御周期ごとの目標位置を生成する生成手段と、
前記制御周期ごとに前記第１光学素子および前記第２光学素子をそれぞれの前記目標位置に向けて移動させる制御を行う制御手段とを有し、
前記生成手段は、
前記第１光学素子および前記第２光学素子のうち少なくとも一方の第１制御周期での位置に関する情報と、前記第１光学素子および前記第２光学素子のうちいずれか一方の光学素子の前記第１制御周期での速度に関する情報と、被写体距離ごとの前記第１光学素子および前記第２光学素子のそれぞれのフォーカシング位置を示す第１位置データおよび第２位置データとを用いて、前記第２光学素子の前記第１制御周期の次の第２制御周期での前記目標位置を生成し、
前記速度の情報を、前記第１制御周期および該第１制御周期より前の制御周期のそれぞれでの前記いずれか一方の光学素子の前記位置に関する情報を用いて取得することを特徴とするフォーカス制御装置。

【請求項2】

前記生成手段は、
前記第１光学素子の前記第１制御周期での前記位置に関する情報と、該第１光学素子の前記第１制御周期および該第１制御周期より前の制御周期のそれぞれでの前記第１光学素子の前記位置に関する情報を用いて取得した前記速度に関する情報とを用いて、前記第１光学素子の前記第２制御周期での前記目標位置を生成し、
前記第１光学素子の前記第２制御周期での前記目標位置と、前記第１位置データおよび前記第２位置データとを用いて、前記第２光学素子の前記第２制御周期での前記目標位置を生成することを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。

【請求項3】

前記第１光学素子の前記位置に関する情報と前記速度に関する情報はそれぞれ、前記制御手段から前記第１光学素子を駆動する駆動手段への指令位置と指令速度を示すことを特徴とする請求項２に記載のフォーカス制御装置。

【請求項4】

前記生成手段は、
前記第１光学素子の前記第１制御周期での前記位置に関する情報と、前記第１位置データおよび前記第２位置データと、前記第２光学素子の前記第１制御周期および該第１制御周期より前の制御周期のそれぞれでの前記位置に関する情報とを用いて、前記第２光学素子の前記第１制御周期での前記速度に関する情報を生成し、
前記第２光学素子の前記第１制御周期での前記位置に関する情報と、前記第２光学素子の前記第１制御周期での前記速度に関する情報とを用いて、前記第２光学素子の前記第２制御周期での前記目標位置を生成することを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。

【請求項5】

前記第１光学素子の前記位置に関する情報は、前記制御手段から前記第１光学素子を駆動する駆動手段への指令位置を示し、
前記第２光学素子の前記位置に関する情報と前記速度に関する情報はそれぞれ、前記第２位置データから得られる位置と速度を示すことを特徴とする請求項４に記載のフォーカス制御装置。

【請求項6】

前記第１光学素子および前記第２光学素子を含む光学系はズーミングが可能であり、
前記第１位置データおよび前記第２位置データは、前記光学系の焦点距離ごとおよび被写体距離ごとのデータであり、
前記生成手段は、前記焦点距離に応じて、
前記第１光学素子の前記第１制御周期での前記位置に関する情報と、該第１光学素子の前記第１制御周期および該第１制御周期より前の制御周期のそれぞれでの前記第１光学素子の前記位置に関する情報を用いて取得した前記速度に関する情報とを用いて、前記第１光学素子の前記第２制御周期での前記目標位置を生成し、前記第１光学素子の前記第２制御周期での前記目標位置と、前記第１位置データおよび前記第２位置データとを用いて、前記第２光学素子の前記第２制御周期での前記目標位置を生成する第１生成方法と、
前記第１光学素子の前記第１制御周期での前記位置に関する情報と、前記第１位置データおよび前記第２位置データと、前記第２光学素子の前記第１制御周期および該第１制御周期より前の制御周期のそれぞれでの前記位置に関する情報とを用いて、前記第２光学素子の前記第１制御周期での前記速度に関する情報を生成し、前記第２光学素子の前記第１制御周期での前記位置に関する情報と、前記第２光学素子の前記第１制御周期での前記速度に関する情報とを用いて、前記第２光学素子の前記第２制御周期での前記目標位置を生成する第２生成方法のうち一方を選択することを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。

【請求項7】

前記第２光学素子の移動に対する像面位置の移動の敏感度が、前記第１光学素子の移動に対する前記敏感度より低いことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のフォーカス制御装置。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載のフォーカス制御装置と、
前記第１光学素子および前記第２光学素子とを有することを特徴とする光学装置。

【請求項9】

請求項１から７のいずれか一項に記載のフォーカス制御装置を有し、
前記第１光学素子および前記第２光学素子を用いて撮像を行うことを特徴とする撮像装置。

【請求項10】

フォーカシングに際して第１光学素子と第２光学素子のそれぞれの制御周期ごとの目標位置を生成するステップと、
前記制御周期ごとに前記第１光学素子および前記第２光学素子をそれぞれの前記目標位置に向けて移動させる制御を行うステップとを有し、
前記目標位置を生成するステップにおいて、前記第１光学素子および前記第２光学素子のうち少なくとも一方の第１制御周期での位置に関する情報と、前記第１光学素子および前記第２光学素子のうちいずれか一方の光学素子の前記第１制御周期での速度に関する情報と、被写体距離ごとの前記第１光学素子および前記第２光学素子のそれぞれのフォーカシング位置を示す第１位置データおよび第２位置データとを用いて、前記第２光学素子の前記第１制御周期の次の第２制御周期での前記目標位置を生成し、
前記速度の情報を、前記第１制御周期および該第１制御周期より前の制御周期のそれぞれでの前記いずれか一方の光学素子の前記位置に関する情報を用いて取得することを特徴とするフォーカス制御方法。

【請求項11】

コンピュータに、請求項１０に記載のフォーカス制御方法に従う処理を実行させることを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フォーカシングに際して光学素子の位置を制御する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

撮像におけるフォーカシングに際して２つの光学素子が互いに独立して光軸方向に移動するものがある。具体的には、第１フォーカスレンズは主としてフォーカシングのために移動し、第２フォーカスレンズ（フローティングレンズ）は第１フォーカスレンズの移動により生じるデフォーカスや収差を補正する。第１および第２フォーカスレンズの適切な位置関係は焦点距離と被写体距離に応じて定まっており、第１および第２フォーカスレンズの位置はその位置関係を示すレンズ位置データに基づいて制御される。

【0003】

特許文献１には、被写体距離が変化した場合の第１および第２フォーカスレンズの目標位置の算出方法が開示されている。具体的には、レンズ位置データから第１フォーカスレンズの目標位置とそれに対応する第２フォーカスレンズの目標位置を算出し、第１および第２フォーカスレンズをそれぞれ目標位置に駆動することで、目標位置にて最適な位置関係となるように制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５９４８６４５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、特許文献１には、第１および第２フォーカスレンズがそれぞれの目標位置に到達するまでの間（駆動中）の位置関係も適切に維持する方法については言及されていない。目標位置への駆動中に第１および第２フォーカスレンズの位置関係が適切なものからずれることで、目標位置にて合焦状態が得られるまでにデフォーカス量や収差が増加するおそれがある。

【0006】

本発明は、フォーカシングに際して第１および第２光学素子の目標位置への駆動中もそれらが適切な位置関係を維持するように制御可能なフォーカス装置等を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面としてのフォーカス制御装置は、フォーカシングに際して第１光学素子と第２光学素子のそれぞれの制御周期ごとの目標位置を生成する生成手段と、制御周期ごとに第１光学素子および第２光学素子をそれぞれの目標位置に向けて移動させる制御を行う制御手段とを有する。生成手段は、第１光学素子および第２光学素子のうち少なくとも一方の第１制御周期での位置に関する情報と、第１光学素子および第２光学素子のうちいずれか一方の光学素子の第１制御周期での速度に関する情報と、被写体距離ごとの第１光学素子および第２光学素子のそれぞれのフォーカシング位置を示す第１位置データおよび第２位置データとを用いて、第２光学素子の第１制御周期の次の第２制御周期での目標位置を生成する。速度の情報を、第１制御周期および該第１制御周期より前の制御周期のそれぞれでの上記いずれか一方の光学素子の位置に関する情報を用いて取得することを特徴とする。

【0008】

本発明の他の一側面としてのフォーカス制御方法は、フォーカシングに際して第１光学素子と第２光学素子のそれぞれの制御周期ごとの目標位置を生成するステップと、制御周期ごとに第１光学素子および第２光学素子をそれぞれの目標位置に向けて移動させる制御を行うステップとを有する。目標位置を生成するステップにおいて、第１光学素子および第２光学素子のうち少なくとも一方の第１制御周期での位置に関する情報と、第１光学素子および第２光学素子のうちいずれか一方の光学素子の第１制御周期での速度に関する情報と、被写体距離ごとの第１光学素子および第２光学素子のそれぞれのフォーカシング位置を示す第１位置データおよび第２位置データとを用いて、第２光学素子の第１制御周期の次の第２制御周期での目標位置を生成する。速度の情報を、第１制御周期および該第１制御周期より前の制御周期のそれぞれでの上記いずれか一方の光学素子の位置に関する情報を用いて取得することを特徴とする。なお、上記フォーカス制御方法に従う処理をコンピュータに実行させるプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、フォーカシングに際して第１および第２光学素子の目標位置への駆動中もそれらが適切な位置関係を維持するように制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例のカメラシステムの構成を示すブロック図。

【図2】実施例におけるレンズ位置データを示す図。

【図3】実施例における第１フォーカスレンズの駆動プロファイル例を示す図。

【図4】実施例における第１および第２フォーカスレンズのプロファイル軌跡と第２フォーカスレンズの理想軌跡を示す図。

【図5】実施例１におけるレンズ制御部の構成を示すブロック図。

【図6】実施例１における第１フォーカスレンズの目標位置を生成する処理を示すフローチャート。

【図7】実施例１における第２フォーカスレンズの目標位置を生成する処理を説明する図。

【図8】実施例１における第２フォーカスレンズの目標位置を生成する処理を示すフローチャート。

【図9】実施例２におけるレンズ制御部の構成を示すブロック図。

【図10】実施例２における第２フォーカスレンズの目標位置を生成する処理を説明する図。

【図11】実施例３におけるカメラシステムの構成を示すブロック図。

【図12】実施例３におけるレンズ位置データを示す図。

【図13】実施例３におけるレンズ制御部の構成を示すブロック図。

【図14】実施例３における第２フォーカスレンズの目標位置を生成する処理を示すフローチャート。

【図15】実施例３における第１フォーカスレンズの指令速度と第２フォーカスレンズの理想速度を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例である光学装置としてのレンズ装置１００と、該レンズ装置１００が着脱可能に装着されるレンズ交換型撮像装置（以下、カメラ本体という）２００とにより構成されるカメラシステムを示している。レンズ装置１００とカメラ本体２００は、マウントを介して機械的および電気的に接続される。マウントに設けられた電気端子を介して、カメラ本体２００からレンズ装置１００への電源供給とカメラ本体２００とレンズ装置１００間での通信が行われる。

【0012】

レンズ装置１００は、第１光学素子としての第１フォーカスレンズ１０３、第２光学素子としての第２フォーカスレンズ１０４および絞り１０２を含む光学系１０１を有する。光学系１０１は、不図示の被写体からの光を結像させる。第１フォーカスレンズ１０３は、光軸方向に移動して主としてフォーカシングを行う。第２フォーカスレンズ１０４は、フォーカシングに際して光軸方向に移動してピントずれや収差の変動を補正する。なお、本実施例では、第２フォーカスレンズ１０４の移動に対する像面位置の移動の敏感度が、第１フォーカスレンズの移動に対する敏感度より低い。

【0013】

第１フォーカスレンズ１０３と第２フォーカスレンズ１０４はそれぞれ、ステッピングモータや振動型モータ等により構成されるアクチュエータを含む第１フォーカス駆動部１０７および第２フォーカス駆動部１０９により駆動される。第１フォーカス駆動部１０７および第２フォーカス駆動部１０９はそれぞれ、駆動手段に相当する。第１フォーカスレンズ１０３と第２フォーカスレンズ１０４の位置はそれぞれ、光学または磁気エンコーダ等により構成される第１フォーカス位置検出部１０８と第２フォーカス位置検出部１１０により検出される。

【0014】

絞り１０２は、複数の絞り羽根を開閉方向に移動させて絞り開口径を変化させることで光量を調節する。絞り１０２は、ステッピングモータ等のアクチュエータを含む絞り駆動部１０６によって駆動される。本実施例のレンズ装置１００は、単焦点レンズである。

【0015】

メモリ２０６は、ＲＯＭやＲＡＭ等で構成されている。メモリ２０６には、被写体距離ごとに合焦状態が得られ、かつ収差が良好に補正される第１フォーカスレンズ１０３と第２フォーカスレンズ１０４のそれぞれの位置（フォーカシング位置）を示す第１レンズ位置データと第２レンズ位置データが格納されている。第１レンズ位置データと第２レンズ位置データはそれぞれ、第１位置データと第２位置データに相当する。

【0016】

レンズ制御部１０５は、ＣＰＵ等により構成されるコンピュータであり、フォーカス制御装置に相当するとともに制御手段として機能する。レンズ制御部１０５は、コンピュータプログラムに従ってカメラ本体２００と通信したり、カメラ本体２００から受信した指令に応じて絞り駆動部１０６や第１フォーカス駆動部１０７を制御して絞り１０２や第１フォーカスレンズ１０３を駆動させたりする。さらにレンズ制御部１０５は、第１フォーカスレンズ１０３の駆動とともに、第２フォーカス駆動部１０９を制御して第２フォーカスレンズ１０４を駆動させる。

【0017】

カメラ本体２００は、撮像素子２０１、信号処理部２０２、記録処理部２０３、デフォーカス検出部２０４、カメラ制御部２０５、メモリ２０６、電子ファインダ２０７および表示部２０８ によって構成されている。撮像素子２０１は、光学系１０１により形成される光学的な被写体像を撮像（光電変換）してアナログ撮像信号を出力する。信号処理部２０２は、撮像素子２０１から出力されたアナログ撮像信号をデジタル撮像信号に変換し、デジタル撮像信号に各種画像処理を行って画像データを生成する。記録処理部２０３は、生成された画像データを電子ファインダ２０７や表示部２０８に表示したり、記録用画像データを不図示の半導体メモリ等の記録媒体に記録したりする。

【0018】

デフォーカス検出部２０４は、撮像素子２０１に設けられた複数の位相差検出画素からの出力信号を用いて位相差検出方式によりデフォーカス量を検出する。カメラ制御部２０５は、ＣＰＵ等により構成されるコンピュータであり、記録処理部２０３、デフォーカス検出部２０４およびメモリ２０６と電気的に接続されている。カメラ制御部２０５は、メモリ２０６に記録されたコンピュータプログラムを読み出して実行したり、オートフォーカス制御に必要な情報をレンズ制御部１０５から受信したりする。また、カメラ制御部２０５は、不図示の撮像スイッチや各種設定スイッチ等を含むカメラ操作部からの入力に応じて、カメラ本体２００およびレンズ装置１００を制御する。

【0019】

次に、カメラ本体２００のカメラ制御部２０５からレンズ装置１００のレンズ制御部１０５にフォーカス指令が送信されたときにレンズ制御部１０５が行う処理について説明する。フォーカス指令を受けたレンズ制御部１０５は、該フォーカス指令に含まれるフォーカス駆動量に基づいて第１フォーカスレンズ１０３の目標位置を算出し、さらに第１フォーカスレンズ１０３の目標位置に対応する第２フォーカスレンズ１０４の目標位置を算出する。図２（ａ）は、最至近距離（ＭＯＤ）から無限遠距離（ＩＮＦ）までの被写体距離ごとに合焦状態が得られる第１フォーカスレンズ１０３のフォーカシング位置を示し、これをテーブルデータ等のデータ形式としたものが第１レンズ位置データである。図２（ｂ）は、ＭＯＤからＩＮＦまでの被写体距離ごとの第１フォーカスレンズ１０３のフォーカシング位置に対して合焦状態および良好な収差補正状態が得られる第２フォーカスレンズ１０４のフォーカシング位置を示す。これをテーブルデータ等のデータ形式としたものが第２レンズ位置データである。

【0020】

ここで、現在における第１フォーカスレンズ１０３の位置がＭＯＤに対する合焦位置であり、レンズ制御部１０５がカメラ制御部２０５から第１フォーカスレンズ１０３をＩＮＦに対する合焦位置まで駆動するフォーカス指令を受けた場合について説明する。
図２（ａ）において、第１フォーカスレンズ１０３の現在の位置はＰ１ｍであり、ＩＮＦに対するフォーカス位置はＰ１ｉである。また図２（ｂ）において、第２フォーカスレンズ１０４の現在の位置はＰ２ｍであり、ＩＮＦに対するフォーカス位置はＰ２ｉである。フォーカス指令を受けたレンズ制御部１０５は、第１フォーカス駆動部１０７に第１フォーカスレンズ１０３をＰ１ｍからＰ１ｉまで駆動させる。第１フォーカスレンズ１０３は、図２（ａ）の曲線で示す位置（軌跡）を辿るように移動する。この際、レンズ制御部１０５は、第２フォーカスレンズ１０４を、図２（ｂ）の曲線上の位置であって移動している第１フォーカスレンズ１０３の位置に対応する被写体距離に応じた位置に第２フォーカスレンズ１０４を移動させる必要がある。すなわち、第１フォーカスレンズ１０３に同期するようにＰ２ｍからＰ２ｉまで移動させる必要がある。つまり、第１フォーカスレンズ１０３と第２フォーカスレンズ１０４の位置関係は、第１および第２レンズ位置データによって、被写体距離ごとに一意に決まっている。以下では、第２フォーカスレンズ１０４を第１フォーカスレンズ１０３の移動に同期させて駆動する方法について説明する。

【0021】

まず、第１フォーカスレンズ１０３のプロファイル駆動について説明する。プロファイル駆動とは、レンズを予め決められた軌跡（位置プロファイル）を辿るように駆動して目標位置に到達させる駆動方法である。図３は、第１フォーカスレンズ１０３をＰ１ｍからＰ１ｉまでプロファイル駆動する場合の該第１フォーカスレンズ１０３の位置、速度および加速度の時間変化を示している。

【0022】

レンズ制御部１０５は、第１フォーカスレンズ１０３と第２フォーカスレンズ１０４の駆動量を算出する。第１フォーカスレンズ１０３の駆動量Ｄ_１は、
Ｄ₁＝｜Ｐ１ｍ－Ｐ１ｉ｜ （１）
により算出され、第２フォーカスレンズ１０４の駆動量Ｄ_２は、
Ｄ₂＝｜Ｐ２ｍ－Ｐ２ｉ｜ （２）
により算出される。

【0023】

次に、レンズ制御部１０５は、第１フォーカスレンズ１０３を駆動する速度Ｖ_１を決定し、図３中の時刻Ｔ_１において第１フォーカスレンズ１０３の速度がＶ_１に達するまで一定の加速度α_１で第１フォーカスレンズ１０３を加速する。そして、時刻Ｔ_２で第１フォーカスレンズ１０３の速度がＶ_１に達すると加速度を０にし、駆動残量が減速駆動量に達するまで速度Ｖ_１を保つ。減速駆動量とは、現在の速度がＶ_１から加速度－α_１で減速した場合に速度が０になるまでに要する距離である。時刻Ｔ_３でにて駆動残量が減速駆動量に達すると、レンズ制御部１０５は、第１フォーカスレンズ１０３を一定の減速度－α_１で減速し、目標位置Ｐ１ｉに時刻Ｔ_４にて到達させる。レンズ制御部１０５は、駆動量Ｄ_１に対してこのような位置プロファイルを生成する。

【0024】

そして、上述したプロファイル駆動を第２フォーカスレンズ１０４にも適用する場合について説明する。図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第１フォーカスレンズ１０３と第２フォーカスレンズ１０４をプロファイル駆動するときの各レンズの位置を実線で表している。Ｔ_ＭＯＤは、第１フォーカスレンズ１０３がＭＯＤに対する合焦位置Ｐ１ｍから駆動を開始した時刻を表している。Ｔ_ＩＮＦは、第１フォーカスレンズ１０３がＩＮＦに対する合焦位置置Ｐ１ｉに到達した時刻を表している。

【0025】

図４（ｂ）中の破線は、第２フォーカスレンズ１０４の理想軌跡を表している。理想軌跡は、第１フォーカスレンズ１０３の位置と第１レンズ位置データから算出され、ピントずれや収差が発生しにくいように光学的に設定された第２フォーカスレンズ１０４が辿るべき軌跡を示している。ただし、第２フォーカスレンズ１０４をＰ２ｍからＰ２ｉにプロファイル駆動により予め決められた実線で示すプロファイル軌跡を辿るように第１フォーカスレンズ１０３とは独立に駆動すると、第２フォーカスレンズ１０４が理想軌跡からずれて移動することになる。

【0026】

本実施例では、第２フォーカスレンズ１０４の位置の理想軌跡からのずれを抑えるため、第２フォーカスレンズ１０４をプロファイル駆動せず、第１フォーカスレンズ１０３の位置を予測しながら順次その予測結果に基づいて第２フォーカスレンズ１０４の位置を決めていく。

【0027】

なお、上述したプロファイル駆動では速度と加速度を一定としたが、速度や加速度を変更してもよい。

【実施例1】

【0028】

図５は、実施例１におけるレンズ制御部１０５の詳細な構成を示している。第１位置プロファイル生成部１０５１は、第１フォーカスレンズ１０３をプロファイル駆動するための位置プロファイルを生成する。第１位置プロファイル生成部１０５１で生成された位置プロファイルにおける目標位置は、第１フォーカスレンズ１０３の指令位置（位置に関する情報）として、制御周期ごとに第１減算器１０５６に送られる。第１フォーカスレンズ１０４の指令位置は、第１レンズ位置データから得られる位置である。第１減算器１０５６は、第１フォーカス位置検出部１０８により検出された第１フォーカスレンズ１０３の実際の位置（実位置）と第１位置プロファイル生成部１０５１から受けた指令位置との差分を演算し、該差分を位置偏差として第１位置制御器１０５２に送る。

【0029】

第１位置制御器１０５２は、ＰＩＤ制御のための演算を行う。具体的には、第１減算器１０５６から受けた位置偏差に応じて、第１フォーカスレンズ１０３を指令位置に移動させるための駆動量を演算して第１フォーカス駆動部１０７に出力する。第１フォーカスレンズ１０３は、上記のような演算が制御周期ごとに繰り返されることにより、第１位置プロファイル生成部１０５１からの指令位置に従ってＰ１ｍからＰ１ｉに向けて駆動される。

【0030】

第１レンズ目標位置生成部１０５３は、第１フォーカスレンズ１０３の次制御周期での指令位置を予測（算出）することで、該予測指令位置を次制御周期での第１フォーカスレンズ１０３の目標位置として生成する。第１レンズ目標位置生成部１０５３と後述する第２レンズ目標位置生成部１０５５は、生成手段を構成する。

【0031】

図６は、第１レンズ目標位置生成部１０５３が実行する処理（フォーカス制御方法）をフローチャートで表している。第１レンズ目標位置生成部１０５３は、ステップＳ３０１において、第１位置プロファイル生成部１０５１で生成された第１フォーカスレンズ１０３の現在の制御周期（第１制御周期：以下、現制御周期という）での指令位置である現周期指令位置を取得する。第１レンズ目標位置生成部１０５３は、制御周期ごとにその時点での現周期指令位置を上書き保存し、これを前制御周期の指令位置（以下、前周期指令位置という）として次制御周期にて参照できるようにする。

【0032】

次にステップＳ３０２において、第１レンズ目標位置生成部１０５３は、保存されていた前周期指令位置ＣＯＭＰＯＳｐｒｅ１と、ステップＳ３０１にて取得した現周期指令位置ＣＯＭＰＯＳｎｏｗ１との差分を用いて現制御周期での指令速度（速度に関する情報）である現周期指令速度Ｖｃｏｍを算出する。制御周期をＴ_ｐとすると、Ｖｃｏｍは、
Ｖｃｏｍ＝（ＣＯＭＰＯＳｎｏｗ１―ＣＯＭＰＯＳｐｒｅ１ ）/Ｔ_ｐ （２）
で算出される。

【0033】

次にステップＳ３０３では、第１レンズ目標位置生成部１０５３は、次制御周期（第２制御周期）での第１フォーカスレンズ１０３の予測指令位置を算出する。具体的には、第１フォーカスレンズ１０３の駆動方向に変化がない限り、第１フォーカスレンズ１０３が次制御周期も現制御周期と同じ速度（Ｖｃｏｍ）で駆動されると想定して予測指令位置を算出する。第１フォーカスレンズ１０３の予測指令位置ＣＯＭＰＯＳｎｅｘｔ１は、
ＣＯＭＰＯＳｎｅｘｔ１＝（Ｖｃｏｍ×Ｔ_ｐ）＋ＣＯＭＰＯＳｎｏｗ１ （３）
で算出される。

【0034】

第１レンズ目標位置生成部１０５３は、ステップＳ３０３にて算出された予測指令位置ＣＯＭＰＯＳｎｅｘｔ1が第１フォーカスレンズ１０３の最終目標位置Ｐ１ｉを超えている場合は、第１フォーカスレンズ１０３の次制御周期の目標位置Ｐ１ｎｅｘｔをＰ１ｉに設定する。一方、ＣＯＭＰＯＳｎｅｘｔ1がＰ１ｉを超えていない場合は、Ｐ１ｎｅｘｔをＣＯＭＰＯＳｎｅｘｔ1に設定する。

【0035】

第２レンズ目標位置生成部１０５５は、第２フォーカスレンズ１０４の次制御周期での目標位置Ｐ２ｎｅｘｔを算出する。第２フォーカスレンズ１０４の目標位置は、第２レンズ位置データから得られる位置である。図８は、第２レンズ目標位置生成部１０５５が実行する処理（フォーカス制御方法）をフローチャートで表している。

【0036】

第２レンズ目標位置生成部１０５５は、ステップＳ４０１において、第１レンズ目標位置生成部１０５３が生成した第１フォーカスレンズ１０３の目標位置Ｐ１ｎｅｘｔと図２（ａ）に示した第１レンズ位置データを用いて次制御周期の被写体距離を算出する。第１レンズ位置データは、図２（ａ）では連続的なデータとして記載されているが、実際には代表的な複数の被写体距離に対して設けられた有限個のデータの集合である。第１レンズ位置データにＰ１ｎｅｘｔがない場合は、Ｐ１ｎｅｘｔに隣接する２つの第１フォーカスレンズ１０３の位置に対する被写体距離を用いた直線補間を行うことによりＰ１ｎｅｘｔに対応する被写体距離を算出する。

【0037】

次にステップＳ４０２では、第２レンズ目標位置生成部１０５５は、図２（ｂ）に示した第２レンズ位置データを用いて、ステップＳ４０１で算出した被写体距離に対応する第２フォーカスレンズ１０４の次制御周期での予測指令位置ＣＯＭＰＯＳｎｅｘｔ２を算出する。そして第２レンズ目標位置生成部１０５５は、第２フォーカスレンズ１０４の駆動方向に変化がなく、ＣＯＭＰＯＳｎｅｘｔ２が最終目標位置であるＰ２ｉを超えている場合は、第２フォーカスレンズ１０４の次制御周期での目標位置Ｐ２ｎｅｘｔをＰ２ｉに設定する。一方、ＣＯＭＰＯＳｎｅｘｔ２がＰ２ｉを超えていない場合は、Ｐ２ｎｅｘｔをＣＯＭＰＯＳｎｅｘｔ２に設定する。

【0038】

図７（ａ）、（ｂ）は、上述した第２フォーカスレンズ１０４の目標位置Ｐ２ｎｅｘｔ（＝ＣＯＭＰＯＳｎｅｘｔ２）の生成過程を示している。図７（ａ）は第１フォーカスレンズ１０３の各位置を、図７（ｂ）は第２フォーカスレンズ１０４の各位置を示している。また、ＣＯＭＰＯＳｐｒｅ２は前制御周期での第２フォーカスレンズ１０４の指令位置を、ＣＯＭＰＯＳｎｏｗ２は現制御周期での第２フォーカスレンズ１０４の指令位置をそれぞれ示している。Ｔ_ｐｒｅ、Ｔ_ｎｏｗ、Ｔ_ｎｅｘｔはそれぞれ、前制御周期の時刻、現在制御周期の時刻、次制御周期の時刻を示している。制御周期はＴ_ｐである。

【0039】

第２レンズ目標位置生成部１０５５によって生成された第２フォーカスレンズ１０４の目標位置は、第２減算器１０５７に送られる。第２減算器１０５７は、第２フォーカス位置検出部１１０により検出された第２フォーカスレンズ１０４の実位置と目標位置との差分を算出し、該差分を第２フォーカスレンズ１０４の位置偏差として第２位置制御器１０５４に送る。

【0040】

第２位置制御器１０５４は、第１位置制御器１０５２と同様にＰＩＤ制御を行うために、第２フォーカスレンズ１０４を目標位置に向かわせる駆動量を演算して第２フォーカス駆動部１０９に出力する。これにより、第２フォーカスレンズ１０４が目標位置に向けて駆動される。

【0041】

以上説明したように、本実施例によれば、第２フォーカスレンズ１０４を第１フォーカスレンズ１０３に同期しながら第２レンズ位置データに従うように駆動する。これにより、被写体距離が変化する際の第１および第２フォーカスレンズ１０３、１０４の同期ずれによるピントずれの発生や収差の変動を抑制することができる。すなわち、フォーカシングに際して第１および第２フォーカスレンズ１０３、１０４の最終目標位置への駆動中もそれらが適切な位置関係を維持するように制御することができる。さらに、本実施例では、第１フォーカスレンズ１０３の位置を予測して第２フォーカスレンズ１０４の目標位置を算出する。このため、フィードバック制御により第２フォーカスレンズ１０４を駆動する際の第２フォーカスレンズ１０４の第２レンズ位置データに対する追従遅れを減少させることができる。

【実施例2】

【0042】

図９は、実施例２のレンズ制御部１０５′の詳細な構成を示している。図９において、図５と共通する構成要素には図５と同符号を付している。

【0043】

本実施例は、第１位置プロファイル生成部１０５１で第１フォーカスレンズ１０３の指令位置を生成し、その指令位置と第２レンズ位置データから第２レンズ理想位置生成部１０５８が第２フォーカスレンズ１０４の理想位置を生成する点で実施例１と異なる。また、第２レンズ目標位置生成部１０５９が、第２フォーカスレンズ１０４の現制御周期での理想位置（位置に関する情報）と理想速度（速度に関する情報）から、次制御周期の第２フォーカスレンズ１０４の目標位置を算出する点で実施例１と異なる。第２フォーカスレンズ１０４の理想位置、理想速度および目標位置は、第２レンズ位置データから得られる位置である。第２レンズ目標位置生成部１０５９は、後述する第２レンズ目標位置生成部１０５９とともに生成手段を構成する。

【0044】

図１０（ａ）、（ｂ）は、本実施例における、第２フォーカスレンズ１０４の目標位置を生成する過程を示している。図１０（ａ）は図７（ａ）にも示した第１フォーカスレンズ１０３の各位置を示し、図１０（ｂ）は第２フォーカスレンズ１０４の各位置を示している。Ｉｄｅａｌｐｒｅは前制御周期での第２フォーカスレンズ１０４の理想位置（以下、前周期理想位置という）を示し、Ｉｄｅａｌｎｏｗは現制御周期での第２フォーカスレンズ１０４の理想位置（以下、現周期理想位置という）を示している。Ｉｄｅａｌｎｅｘｔは、次制御周期での第２フォーカスレンズ１０４の理想位置（以下、次周期理想位置という）を示している。

【0045】

第２レンズ理想位置生成部１０５８は、図８の処理と同様に、第１フォーカスレンズ１０３の現周期指令位置と第１レンズ位置データとを用いて現制御周期での被写体距離を算出する。さらに、現制御周期での被写体距離と第２レンズ位置データとを用いて第２フォーカスレンズ１０４の現周期理想位置Ｉｄｅａｌｎｏｗを算出する。そして、第２レンズ理想位置生成部１０５８は、算出した現周期理想位置Ｉｄｅａｌｎｏｗを第２レンズ目標位置生成部１０５９に送る。

【0046】

第２レンズ目標位置生成部１０５９は、図６の処理と同様に、第２レンズ理想位置生成部１０５８からの第２フォーカスレンズ１０４の現周期理想位置Ｉｄｅａｌｎｏｗと前周期理想位置Ｉｄｅａｌｐｒｅとを用いて現周期理想速度を算出する。また第２レンズ目標位置生成部１０５９は、現周期理想位置Ｉｄｅａｌｎｏｗと現周期理想速度とから第２フォーカスレンズ１０４の次周期理想位置Ｉｄｅａｌｎｅｘｔを予測する。

【0047】

そして第２レンズ目標位置生成部１０５９は、第２フォーカスレンズ１０４の駆動方向に変化がなく、Ｉｄｅａｌｎｅｘｔが第２フォーカスレンズ１０４の最終目標位置Ｐ２ｉを超えている場合は、第２フォーカスレンズ１０４の次制御周期での目標位置Ｐ２ｎｅｘｔをＰ２ｉに設定する。一方、次周期理想位置ＩｄｅａｌｎｅｘｔがＰ２ｉを超えていない場合には、目標位置Ｐ２ｎｅｘｔをＩｄｅａｌｎｅｘｔに設定する。

【0048】

実施例１では第１フォーカスレンズ１０３の次制御周期での指令位置を予測したのに対して、本実施例では第２フォーカスレンズ１０４の次制御周期での理想位置を予測することに特徴がある。第１レンズ位置データでの第１フォーカスレンズ１０３の位置の変化が大きいとき等、第１フォーカスレンズ１０３の指令速度のばらつきよりも第２フォーカスレンズ１０４の理想速度のばらつきが小さい場合に本実施例を用いることが好ましい。これにより、第１フォーカスレンズ１０３の駆動に対する第２フォーカスレンズ１０４の駆動の同期精度を高めることができる。

【実施例3】

【0049】

図１１は、実施例３のカメラシステムの構成を示している。本実施例におけるレンズ装置１００″はズーミングが可能なレンズ装置であり、光学系１０１″は変倍レンズ１１２を含む。レンズ装置１００″は、ズーム操作部１１３とズーム位置検出部１１４を有する。図１１において、図１と共通する構成要素には図１と同符号を付している。

【0050】

変倍レンズ１１２は、ズーム操作部１１３のユーザ操作に応じて光軸方向に駆動され、光学系１０１″の焦点距離を変更する。ズーム位置検出部１１４は、変倍レンズ１１２の位置（ズーム位置）を検出し、該ズーム位置の情報をレンズ制御部１０５に送る。

【0051】

本実施例における第１および第２レンズ位置データは、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように焦点距離ごとおよび被写体距離ごとの第１および第２フォーカスレンズ１０３、１０４の位置を示す。図１２（ａ）、（ｂ）では、ＭＯＤ、０．７ｍ、１．０ｍ、３．０ｍ、５．０ｍ、ＩＮＦの７つの代表的な被写体距離に対する第１および第２レンズ位置データを示している。このように第１および第２レンズ位置データの数を制限することで、これらを保存するメモリ１１１に必要な記憶容量を少なくすることができる。

【0052】

代表的ではない被写体距離、例えば２．０ｍに対する各フォーカスレンズの位置を求める場合は、１．０ｍと３．０ｍのレンズ位置データを用いた補間演算を行って求める。同様に４．０ｍに対する各フォーカスレンズの位置を求める場合は、３．０ｍと５．０ｍのレンズ位置データを用いた補間演算を行う。また、焦点距離についても図では連続的なレンズ位置データのように示されているが、実際には代表的な複数の焦点距離に対するレンズ位置データがメモリ１１１に保存されている。代表的ではない焦点距離での各フォーカスレンズの位置を求めるには、その焦点距離に隣接する焦点距離でのレンズ位置データを用いた補間演算を行えばよい。

【0053】

図１３は、本実施例におけるレンズ制御部１０５″の詳細な構成を示している。図１３において、図５と共通する構成要素には図５と同符号を付している。レンズ制御部１０５″は、予測手法選択部１０６０と第２レンズ目標位置生成部１０６１を有する。

【0054】

予測手法選択部１０６０は、ズーム位置検出部１１４によって検出された現制御周期でのズーム位置と、メモリ１１１に格納されていた予測手法データとを用いて予測手法を選択する。予測手法には、第１フォーカスレンズ１０３の次周期指令位置を予測する第１予測手法と、第２フォーカスレンズ１０４の次周期指令位置を予測する第２予測手法とがある。予測手法データは、ズーム位置ごとに第１および第２の予測手法のうちいずれを選択するかを示すデータである。予測手法選択部１０６０は、予測手法データに従って選択した予測手法の情報を第２レンズ目標位置生成部１０６１に送る。

【0055】

図１４のフローチャートは、第２レンズ目標位置生成部１０６１が実行する処理を示している。ステップＳ５０１において、第２レンズ目標位置生成部１０６１は、予測手法選択部１０６０から取得した予測手法が第１予測手法であるか否かを判定し、第１予測手法である場合はステップＳ５０２とステップＳ５０３に進む。ステップＳ５０２、Ｓ５０３では、２レンズ目標位置生成部１０６１は、実施例１で説明した第１レンズ目標位置生成部１０５３と第２レンズ目標位置生成部１０５５による処理と同様の処理を行って第２フォーカスレンズ１０４の次制御周期での目標位置を算出する。一方、予測手法選択部１０６０から取得した予測手法が第２予測手法である場合は 第２レンズ目標位置生成部１０６１はステップＳ５０４とステップＳ５０５に進む。ステップＳ５０４、Ｓ５０５では、２レンズ目標位置生成部１０６１は、実施例２で説明した第２レンズ理想位置生成部１０５８と第２レンズ目標位置生成部１０５９による処理と同様の処理を行って第２フォーカスレンズ１０４の目標位置を生成する。

【0056】

以下、本実施例におけるズーム位置ごとの予測手法の決め方について説明する。ここでは、ズーム位置ごとに被写体距離がＩＮＦからＭＯＤまで変化する際に第１フォーカスレンズ１０３を指令位置に駆動する場合について説明する。また、ここでの第１フォーカスレンズ１０３の駆動方法は、実施例１で説明したように最大速度を一定に保つ駆動方法ではなく、例えばカメラ本体２００から指定された像面速度（像面位置の移動速度）を一定に保つような駆動方法とする。この場合、メモリ１１１には、第１および第２フォーカスレンズ１０３、１０４の単位移動量に対する像面位置の移動量を表す敏感度データが保持され、該敏感度データを用いることで指定された像面速度を第１フォーカスレンズ１０３の指令速度に変換することができる。この指令速度を第１フォーカスレンズ１０３の目標速度として速度制御を行うと、第１フォーカスレンズ１０３の速度は一定にはならず変動する。

【0057】

図１５（ａ）は、ズーム位置をＴＥＬＥ端としたときに像面速度を一定に保つように第１フォーカスレンズ１０３の指令位置をプロファイルした場合の第１フォーカスレンズ１０３の指令速度を示している。図１５（ｂ）は、同条件における制御周期ごとの第２フォーカスレンズ１０４の理想速度を示している。Ｔ_ＩＮＦは第１フォーカスレンズ１０３の被写体距離ＩＮＦに対応する位置からの駆動が開始された時刻であり、Ｔ_ＭＯＤは第１フォーカスレンズ１０３が被写体距離ＭＯＤの位置に到達した時刻である。また、図中の縦の破線は、Ｔ_ＩＮＦからＴ_ＭＯＤまでの各制御周期の開始時刻を示している。

【0058】

第１予測手法では、第１フォーカスレンズ１０３の指令速度に基づいて予測を行う。このため、第１予測手法での予測精度のばらつきの大きさＤ_１が基本的に第２フォーカスレンズ１０４の指令速度の各制御周期でのばらつきとなる。したがって、第１予測手法での予測精度のばらつきの大きさＤ_Aは、制御周期Ｎ（＝ａ１～a５）での第２フォーカスレンズ１０４の指令速度のばらつきＤ_ａ１～Ｄ_ａ５を用いて、
Ｄ_A＝Ｄ_ａ１＋…＋Ｄ_ａ５ （４）
として表される。

【0059】

また第２予測手法では、第２フォーカスレンズ１０４の理想速度に基づいて予測を行う。したがって、第２予測手法での予測精度のばらつきの大きさＤ_Bは、制御周期Ｎ（＝ｂ１～ｂ５）での第２フォーカスレンズ１０４の理想速度のばらつきＤ_ｂ１～Ｄ_ｂ５を用いて、
Ｄ_B＝Ｄ_ｂ１＋…＋Ｄ_ｂ４ （５）
と表される。

【0060】

本実施例では、ＴＥＬＥ端においてはＤ_AとＤ_Bのうち小さい方の予測手法を用いると決定する。上記指令位置と理想位置は、各レンズ位置特性データと敏感度データとを用いたシミュレーションにより得ることができる。このシミュレーションを全てのズーム位置で行い、各ズーム位置で第１予測手法と第２予測手法のいずれかを用いるかをＤ_１とＤ_２のうち小さい方を用いるというルールで決定する。そして、各ズーム位置での決定結果を示す予測手法データをメモリ１１１に記憶させる。

【0061】

本実施例によれば、ズーム位置ごとに適切な予測手法を用いることで、各ズーム位置での被写体距離の変化による第１フォーカスレンズ１０３の駆動に対する第２フォーカスレンズ１０４の駆動の同期精度が向上する。これにより、収差を良好に減少させることができるとともに、合焦状態が得られるまでの時間を短縮することができる。

【0062】

上記各実施例では、第１フォーカスレンズの駆動に同期して第２フォーカスレンズを駆動する場合について説明したが、第２光学素子として撮像素子を用い、該撮像素子を第１フォーカスレンズの駆動に同期するように光軸方向に駆動してもよい。

【0063】

また上記各実施例では、レンズ装置内にフォーカス制御装置（レンズ制御部）が設けられた場合について説明したが、フォーカス制御装置をカメラ本体内に設け、カメラ本体側からレンズ装置内の第１および第２フォーカスレンズの駆動を制御するようにしてもよい。さらに光学系を内蔵するレンズ一体型の撮像装置にフォーカス制御装置を設けてもよいし、レンズ装置または撮像装置に対して外付け可能なフォーカス制御装置としてもよい。
（その他の実施例）
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。

【0064】

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

【符号の説明】

【0065】

１００，１００″ レンズ装置
１０３ 第１フォーカスレンズ
１０４ 第２フォーカスレンズ
１０５，１０５′，１０５″ レンズ制御部
１０７ 第１フォーカス駆動部
１０９ 第２フォーカス駆動部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】