JP2011215249A - 自動合焦ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】光学系パラメータに応じたフォーカス駆動により、違和感のない焦点合わせ動作を行う。
【解決手段】光学系パラメータを取得し（Ｓ２０）、焦点深度εを算出する（Ｓ３０）。測距手段の情報からフォーカス移動レンズ群の所定変化量ΔＦｐを算出する（Ｓ４０）。テーブルデータから位置Ｆｐ及び変倍状態に応じた焦点位置変化量Δｓｋを読み込み、Ｓ５０を満足すると焦点合わせ動作を行わずに最初に戻る（Ｓ５０）。
Ｓ５０を満足しないときはＳ６０の演算を行い、満足しないときはＳ８０に進み（Ｓ６０）、フォーカス移動レンズ群をΔＦｐだけ駆動する信号を送り、外光による自動合焦を行う（Ｓ８０）。Ｓ６０を満足するときはＳ７０の演算を行い、満足しないときはＳ８０に進み（Ｓ７０）、満足するときは映像信号を受け取り（Ｓ９０）、コントラスト値が最大になるようにコントラスト自動合焦を行う（Ｓ１００）。
【選択図】図６

Description

本発明は、撮像光学系とは別に測距手段を有し、焦点調整を行う自動合焦ズームレンズに関するものである。

近年、放送用ＨＤシステムの普及や家庭用モニタの大型化に伴い、従来の手動のピント合わせのみでは合焦精度が不足し、所謂ピンぼけが目立つ場合が増加し問題となっている。そのため、ＨＤシステムに対応した高精度な自動合焦機能を持つレンズが必要とされている。

自動合焦手法として、ＣＣＤ等の撮像手段からの映像信号を用いたコントラスト自動合焦や、三角測距等を用いた測距手段を用いた外光自動合焦が広く知られている。更に、例えば特許文献１はこれら２つの自動合焦方式を組み合わせ、温度や絞りや焦点距離といった条件に応じて双方の自動合焦方式を切換える手法が提案されている。

特許第３７３８７９５号公報

特許文献１では、リアフォーカス方式のズームレンズが前提であって、外光自動合焦で粗くピント合わせをした後に、コントラスト自動合焦により精度良いピント合わせを行うことにより、高速化と高精度化の両立を図っている。

しかし、放送業界のように、画作りにこだわるユーザにとっては、フォーカス速度以上に映像に違和感がないことが重要である。コントラスト自動合焦はコントラストの最大値を見付ける際に、ピントを探る動作が必須であり、オーバシュートやぼけ像のピクつきのような違和感が映像に生ずる。従って、コントラスト自動合焦は極く限られた使用条件のみに限定することが望まれている。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、ズーム、フォーカス、絞りの状態に応じて、適切なフォーカス駆動制御を行うことにより、高速、高精度かつ違和感のない焦点合わせ動作が可能な自動合焦ズームレンズを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る自動合焦ズームレンズは、撮像装置に対して着脱可能で、物体側から順に、合焦に際して移動するフォーカス移動レンズ群と、変倍に際して移動する変倍移動レンズ群と、絞り径が可変の可変絞りとを有する自動合焦ズームレンズであって、前記フォーカス移動レンズ群の位置を検出する位置検出手段と、前記変倍移動レンズ群の位置を検出する変倍状態検出手段と、前記可変絞りの絞り値検出手段と、被写体との距離を測定する測距手段と、前記撮像装置との通信手段と、該通信手段を介して前記撮像装置から映像信号を受信する映像信号受信手段と、前記測距手段による検出に基づき前記フォーカス移動レンズ群を駆動する第１の自動合焦手段と、前記撮像装置からの映像信号に基づき前記フォーカス移動レンズ群を駆動する第２の自動合焦手段とを備え、前記可変絞りの絞り値Ｆｎｏ及び許容錯乱円δに基づいて焦点深度εを算出し、前記フォーカス移動レンズ群の位置Ｆｐ及び変倍状態Ｚｐに応じて前記フォーカス移動レンズ群の所定の変位量ΔＦｐ０に対する焦点位置変化量Δｓｋを演算し、前記第１の自動合焦手段に基づく前記フォーカス移動レンズ群の所定変化量をΔＦｐとしたとき、第１の条件、
｜ΔＦｐ・Δｓｋ｜−ε≦０
を満足するときは、前記フォーカス移動レンズ群を駆動せず、該第１の条件を満足せず、かつ第２の条件、
｜Δｓｋ｜−ε＞０かつΔＦｐ０−｜ΔＦｐ｜＞０
を満足するときは、前記第２の自動合焦手段に基づいて前記フォーカス移動レンズ群を駆動し、該第２の条件を満足しないときは、前記第１の自動合焦手段に基づいて前記フォーカス移動レンズ群を駆動することを特徴とする。

また、本願発明に係る自動合焦ズームレンズは、撮像装置に対して着脱可能で、物体側から順に、合焦に際して移動するフォーカス移動レンズ群と、変倍に際して移動する変倍移動レンズ群と、絞り径が可変の可変絞りとを有する自動合焦ズームレンズであって、前記フォーカス移動レンズ群の位置を検出する位置検出手段と、前記変倍移動レンズ群の位置を検出する変倍状態検出手段と、前記可変絞りの絞り値検出手段と、被写体との距離を測定する測距手段と、前記撮像装置との通信手段と、該通信手段を介して前記撮像装置から映像信号を受信する映像信号受信手段と、前記測距手段による検出に基づき前記フォーカス移動レンズ群を駆動する第１の自動合焦手段と、前記撮像装置からの映像信号に基づき前記フォーカス移動レンズ群を駆動する第２の自動合焦手段とを備え、焦点距離Ｆ、許容錯乱円δに基づいて、近点距離Ｓｎ、遠点距離Ｓｆを算出し、現在のフォーカス位置Ｏｂｊ、前記測距手段の分解能Ｄｅｔととしたとき、
Ｓｆ−Ｏｂｊ＞０、又はＯｂｊ−Ｓｎ＞０
のときは、前記フォーカス移動レンズ群を駆動せず、
（Ｓｆ−Ｓｎ）−Ｄｅｔ＜０で、Ｓｆ−Ｏｂｊ＜０又はＯｂｊ−Ｓｎ＜０
のときは、前記第２の自動合焦手段に基づいて前記フォーカス移動レンズ群を駆動し、その他の状態では前記第１の自動合焦手段に基づいて前記フォーカス移動レンズ群を駆動することを特徴とする。

本発明に係る自動合焦ズームレンズによれば、撮影条件、及び撮像装置の特性に応じ適切な自動合焦を行うことで、様々な状況において最適な自動合焦を行うことができる。

実施例１のズームレンズを有する撮像装置の構成図である。 測距手段の原理図である。 フォーカス移動レンズ群の位置Ｆｐと変倍状態（変倍移動レンズ群の位置）Ｚｐから成るフォーカス移動レンズ群の所定の変化量変位量ΔＦｐ０に対する焦点位置変化量Δｓｋのテーブル例である。 測距手段の測距センサとフォーカス移動レンズ群の位置の相関図である。 フォーカス移動レンズ群の変化量に対する焦点位置変化量のテーブルデータである。 自動合焦動作のフローチャート図である。 実施例２のズームレンズを有する撮像装置の構成図である。 フローチャート図である。 実施例３のズームレンズを有する撮像装置の構成図である。 フローチャート図である。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１の自動合焦ズームレンズと撮像装置の構成図を示し、１００は自動合焦ズームレンズ、２００は撮像装置であり、ズームレンズ１００は撮像装置２００に着脱可能に装着されカメラ装置とされている。

ズームレンズ１００には、光軸に沿って変倍時に固定のフォーカス移動レンズ群１、複数で構成され変倍を行う変倍移動レンズ群２、可変絞り３、光路への挿脱により焦点距離を変倍するエクステンダレンズ群４が設けられている。また、フォーカス移動レンズ群１はフォーカスモータ５により駆動されるようになっている。検出手段１１はフォーカス移動レンズ群１の位置検出を行い、検出手段１２は変倍移動レンズ群２の変倍状態検出を行い、検出手段１３は可変絞り３の絞り値検出を行い、検出手段１４はエクステンダレンズ群４の挿脱を検出するようにされている。

ズームレンズ１００の演算回路２０は、光学系パラメータ取得部２１、深度演算部２２、比較演算部２３、フォーカス動作判断部２４、フォーカス制御部２５、映像信号受信部２６、自動合焦評価値算出部２７により構成されている。

像面変化量記憶部３１は演算回路２０の比較演算部２３に接続され、フォーカス移動レンズ群１の所定の位置変位量ΔＦｐ０に対する焦点位置変化量Δｓｋをテーブルデータとして記憶している。

また、測距手段４０は主に測距光学系４１、測距センサ４２、位相差演算部４３により構成されている。測距手段４０はズームレンズ１００内に設けられているが、撮像装置２００に設けられていても同様の効果が得られる。

ズームレンズ１００の像面側の撮像装置２００には、ズームレンズ１００のフォーカス移動レンズ群１の光路上に撮像素子５０が設けられている。撮像素子５０の出力は演算回路６０に接続され、演算回路６０は映像信号処理部６１、映像信号送信部６２により構成されている。

図２は測距手段４０の測距原理図を示し、被写体Ｓが測距光学系４１の前方にある場合を示している。被写体Ｓが有限距離にある場合には、測距センサ４２のＡセンサ４２ＡとＢセンサ４２Ｂに入射する信号の間に位相差ｎが生ずる。この位相差ｎを基に被写体距離Ｌを算出することができ、被写体距離Ｌが無限遠の場合には、位相差ｎはゼロとなる。

被写体距離Ｌは測距手段４０の焦点距離をｆ、Ａセンサ４２ＡとＢセンサ４２Ｂ間の基線長をＢとすると、次の（１）式が得られる。
Ｌ＝ｆ・Ｂ／ｎ ・・・（１）

従って、位相差ｎと被写体距離Ｌとは、次の（２）式の関係がある。
ｎ∝１／Ｌ ・・・（２）

図３はズームレンズ１００の最も物体側に配置されているフォーカス移動レンズ群１の結像関係を示している。近軸結像を表す関係式として、焦点距離をＦ、焦点から被写体Ｓまでの距離をｘ、焦点から像面までの距離をｘ’とすると、次の（３）式で示すニュートンの公式が知られている。
ｘ・ｘ’＝−Ｆ² ・・・（３）

この（３）式から、｜ｘ｜≫Ｆのとき、ｘと被写体距離Ｌとの関係は、次の（４）式のように示すことができる。
Ｌ≒−ｘ ・・・（４）

また、その場合に焦点からのずれ量である距離ｘ’を補正するために必要なフォーカス移動レンズ群１の位置Ｆｐは、次の（５）式のようになる。
Ｆｐ≒ｘ’ ・・・（５）

（３）〜（５）式から、次式が導かれる。
Ｌ＝Ｆ²／Ｆｐ ・・・（６）

従って、フォーカス移動レンズ群１の位置Ｆｐと被写体距離Ｌとは、次の（７）式の関係になる。
Ｆｐ∝１／Ｌ ・・・（７）

図４は位相差ｎとフォーカス移動レンズ群１の変位量Ｆｐの関係を示している。変倍移動レンズ群２の物体側にフォーカス移動レンズ群１があるため、図３における焦点距離Ｆに変化がない。従って、変倍によらずに被写体距離Ｌとフォーカス移動レンズ群１の位置が１対１で定まる。

また、（２）、（７）式の関係から、位相差ｎとフォーカス移動レンズ群１の位置Ｆｐは、何れも被写体距離Ｌに反比例の関係にあり、次の（８）式が得られる。
Ｆｐ∝ｎ ・・・（８）

図４に示すように、測距手段４０から出力される位相差ｎとフォーカス移動レンズ群１の位置Ｆｐは比例関係にあり、１対１で決定できる。

ズームレンズ１００の電源投入後に、検出手段１１〜１４で得られたフォーカス、ズーム、絞り、エクステンダの光学系パラメータは、光学系パラメータ取得部２１を介して深度演算部２２と比較演算部２３に送られる。深度演算部２２では、現在の光学系パラメータに基づいた焦点深度εが演算され、比較演算部２３に焦点深度εが送られる。

ここで、焦点深度εは次の（９）式に示されるように、可変絞り３の絞り値Ｆｎｏと許容錯乱円δから算出され、焦点深度εの片側を表している。
ε＝Ｆｎｏ・δ ・・・（９）

像面変化量記憶部３１は図５に示すようなフォーカス移動レンズ群１の所定の変位量ΔＦｐ０に対する焦点位置変化量Δｓｋを、テーブルデータとして記憶している。フォーカス移動レンズ群１の位置Ｆｐ及び変倍状態（変倍移動レンズ群２の位置だけでもよいし、後述のエクステンダレンズ群４の位置を含めてもよい）Ｚｐの２軸から成るテーブルデータが構成されている。

比較演算部２３では像面変化量記憶部３１からフォーカス移動レンズ群１の位置Ｆｐ及び変倍状態Ｚｐに応じた焦点位置変化量Δｓｋを読み込む。このとき、像面変化量記憶部３１のテーブルに位置Ｆｐ及び変倍状態Ｚｐが等しい値がない場合に、最近傍の焦点位置変化量Δｓｋを読み込んでもよいが、線形近似等の手法を用いて内挿補間すると、より精度が高くなるので望ましい。

また、エクステンダレンズ群４の挿入が検出された場合に、像面変化量記憶部３１の焦点位置変化量Δｓｋにエクステンダ倍率の二乗を掛け合わせて使用する。このとき、像面変化量記憶部３１はエクステンダレンズ群４用のテーブルデータを別途に有し、エクステンダレンズ群４の挿脱に伴いテーブルデータを切換えても同様の効果が得られる。

また測距手段４０では、測距センサ４２の情報に基づいて位相差演算部４３で位相差が演算され、比較演算部２３に位相差が送られる。そして、比較演算部２３では、送られてきた位相差に対応してフォーカス移動レンズ群１の所定変化量ΔＦｐを演算で求める。

このようにして、求められた所定変化量ΔＦｐ、変位量ΔＦｐ０、焦点位置変化量Δｓｋ、焦点深度εは、フォーカス動作判断部２４に送られ、フォーカス動作判断部２４で、下記の条件の（１０）〜（１２）式の演算が行われる。
｜ΔＦｐ・Δｓｋ｜−ε≦０ ・・・（１０）
｜Δｓｋ｜−ε＞０ ・・・（１１）
ΔＦｐ０−｜ΔＦｐ｜＞０ ・・・（１２）

（１０）式が成り立つときは、焦点合わせ動作の必要がないため、フォーカス動作判断部２４から先へは何らの信号を送らない。

（１１）式又は（及び）（１２）式を満足しないときには、第１の自動合焦手段に基づく外光自動合焦を行う。その場合に、フォーカス動作判断部２４がフォーカス移動レンズ群１を所定変化量ΔＦｐだけ駆動するようにフォーカス制御部２５に信号を送る。フォーカス制御部２５は駆動量を回転角に換算し、フォーカスモータ５に所要変位量に相当する回転角を送り、フォーカスモータ５の回転駆動によりフォーカス移動レンズ群１を駆動する。

（１１）式と（１２）式が同時に成立するときは、第２の自動合焦手段に基づくコントラスト自動合焦を行う。その場合は、撮像装置２００の撮像素子５０に入力した映像信号を映像信号処理部６１に送り、映像信号送信部６２を通してズームレンズ１００の映像信号受信部２６で映像信号受信を行い、更に自動合焦評価値算出部２７でコントラスト値のみ抽出される。このコントラスト値が最大になるように、フォーカス動作判断部２４がフォーカス制御部２５を通して、フォーカスモータ５によりフォーカス移動レンズ群１を駆動する。

実施例１では、自動合焦評価値算出部２７がズームレンズ１００内に設けられているが、撮像装置２００に構成されていても同様の効果が得られる。

図６は図１で示されるズームレンズ１００を備えた撮像装置が、自動合焦動作をする場合のフローチャート図である。先ず、ズームレンズ１００の電源を投入し初期化を行う（ステップＳ１０）。そして、初期化が終了したと同時に、各検出手段１１〜１４からフォーカス、ズーム、絞り、エクステンダのパラメータを光学系パラメータ取得部２１が取得する（ステップＳ２０）。取得した光学系パラメータは深度演算部２２に送られ、深度演算部２２が焦点深度εを算出し、比較演算部２３に送る（ステップＳ３０）。

一方で、測距手段４０で得られた位相差ｎが比較演算部２３に送られ、比較演算部２３でフォーカス移動レンズ群１の所定変化量ΔＦｐが算出される（ステップＳ４０）。

そして、比較演算部２３は像面変化量記憶部３１の図５に示すテーブルデータから位置Ｆｐ及び変倍状態Ｚｐに応じた焦点位置変化量Δｓｋを読み込み、フォーカス動作判断部２４に送る。フォーカス動作判断部２４では、所定変化量ΔＦｐ、焦点位置変化量Δｓｋ、焦点深度εを用いて（１０）式の演算を行い、（１０）式が成り立つときは焦点合わせ動作を行わないため、処理の最初に戻る（ステップＳ５０）。

（１０）式が成り立たないときは、フォーカス動作判断部２４で焦点位置変化量Δｓｋ、焦点深度εを用いて（１１）式の演算を行い、（１１）式が成り立たないときはステップＳ８０に進む（ステップＳ６０）。その場合に、フォーカス動作判断部２４がフォーカス制御部２５、フォーカスモータ５を通してフォーカス移動レンズ群１を所定変化量ΔＦｐだけ駆動するように信号を送り、第１の自動合焦手段に基づく外光自動合焦を行う（ステップＳ８０）。

（１１）式が成り立つときは、フォーカス動作判断部２４により変位量ΔＦｐ０、所定変化量ΔＦｐを用いて（１２）式の演算を行い、（１２）式が成り立たないときは、ステップＳ８０に進む（ステップＳ７０）。

（１２）式が成り立つときは、第２の自動合焦手段に基づくコントラスト自動合焦を行う。その場合は、撮像装置２００の撮像素子５０に入力した映像信号を映像信号処理部６１を通して、ズームレンズ１００の映像信号受信部２６が受け取る（ステップＳ９０）。そして、自動合焦評価値算出部２７でコントラスト値のみ抽出され、このコントラスト値が最大になるように、フォーカス制御部２５を通してフォーカスモータ５によりフォーカス移動レンズ群１を駆動する（ステップＳ１００）。

なお本実施例１では、焦点深度εに対応するフォーカス移動レンズ群１の位置Ｆｐをテーブルデータから求めたが、演算により直接被写界深度を求めても同様の効果が得られる。

図７は実施例２の構成図である。図１の構成図に対して、ズームレンズ１００の演算回路２０にはＳＤ・ＨＤ受信部２８が設けられ、撮像装置２００には撮像装置２００がＳＤ（標準画質）なのかＨＤ（高精度画質）なのかを送信するＳＤ・ＨＤ送信部６３が設けられている。

ズームレンズ１００の電源投入後に、フォーカス、ズーム、絞り、エクステンダの光学系パラメータを、それぞれの検出手段１１〜１４からの光学系パラメータ取得部２１に送る。光学系パラメータ取得部２１が受け取った情報は、深度演算部２２と比較演算部２３に送られる。一方、撮像装置２００との通信確立後に、ＳＤ・ＨＤ送信部６３から撮像装置２００がＨＤであるのかＳＤであるのか、ズームレンズのＳＤ・ＨＤ受信部２８を通し深度演算部２２に送られる。深度演算部２２では、現在の光学系パラメータと撮像装置２００の形式に基づいた焦点深度εが演算され、比較演算部２３に得られた焦点深度εが送られる。

焦点深度εは（９）式に示すように許容錯乱円δに依存する値であり、許容錯乱円δは撮像装置２００のタイプによって異なる。以後の処理は実施例１と同様である。

図８は図７で示されるズームレンズ１００を備えた撮像装置が、自動合焦動作する場合のフローチャート図である。なお、図６と同じステップ番号Ｓは同じ内容を示している。各検出手段１１〜１４からフォーカス、ズーム、絞り、エクステンダのパラメータを光学系パラメータ取得部２１が取得する（ステップＳ２０）。次に、ＳＤ・ＨＤ送信部６３から撮像装置２００がＨＤであるのかＳＤであるのか、ズームレンズ１００のＳＤ・ＨＤ受信部２８が信号を受け取る（ステップＳ２１）。取得した光学パラメータと撮像装置２００の形式情報は、共に深度演算部２２に送られ、深度演算部２２が焦点深度εを算出し比較演算部２３に送る（ステップＳ３０）。以後の処理は実施例１と同様である。

なお実施例２では、ＳＤ・ＨＤ送信部６３が撮像装置２００に構成されている場合を示したが、ズームレンズ１００がモード切換装置を備え、ユーザが手動で切換えても同様の効果が得られる。

図９は実施例３の構成図である。図７に示す実施例２の構成図に対し、光学系のエクステンダレンズ群４、検出手段１４の代りに、焦点方向の判別用として光軸に沿って微小移動するウォブリングレンズ群６が配置されている。このウォブリングレンズ群６はウォブリングモータ７により駆動されるようにされている。また図７における深度演算部２２、比較演算部２３、像面変化量記憶部３１が省略され、新たにウォブリング制御部２９、近点・遠点等演算部３０、フォーカス変化量記憶部３２が追加されている。

フォーカス変化量記憶部３２は、フォーカス移動レンズ群１の所定変位量ΔＦｐ０と測距手段４０の検出分解能の関係を記録している。この変位量ΔＦｐ０は測距手段４０の検出分解能とフォーカス移動レンズ群１の変位量を同ピッチとしたときの最小変位量に設定しているため、図５で示すように測距センサ４２の画素（測距値）とフォーカス移動レンズ群１の位置が一義的に決定される。

これにより、フォーカス移動レンズ群１の位置を決定する際に、実施例１、２のように各焦点距離・物体距離に応じたフォーカス位置のメモリテーブルを持つ必要がなく、処理の高速化も可能である。

ズームレンズ１００の電源投入後に、フォーカス、ズーム、アイリスの光学パラメータを、それぞれの検出手段１１〜１３が光学系パラメータ取得部２１に送る。光学系パラメータ取得部２１から、フォーカス位置Ｏｂｊは比較演算部２３に、焦点距離Ｆ、ＦナンバＦｎｏは近点・遠点等演算部３０に送られる。一方、撮像装置２００との通信確立後に、ＳＤ・ＨＤ送信部６３から、撮像装置２００がＨＤであるのか、ＳＤであるのかズームレンズ１００のＳＤ・ＨＤ受信部２８を通し、近点・遠点等演算部３０に送られる。

許容錯乱円δは撮像装置２００のタイプによって異なり、受信したタイプ情報に基づいて許容錯乱円δが適切に選択される。

また、測距手段４０では、測距センサ４２の情報に基づいて位相差演算部４３で位相差が演算され、近点・遠点等演算部３０に被写体距離Ｌが送られる。近点・遠点等演算部３０では、下記の（１３）〜（１７）式の演算が行われ、過焦点距離Ｈ、近点距離Ｓｎ、遠点距離Ｓｆ、測距手段４０の分解能Ｄｅｔ、被写界深度（Ｓｆ−Ｓｎ）が算出され、フォーカス動作判断部２４に情報が送られる。
Ｈ＝ｆ²／（δ・Ｆｎｏ） ・・・（１３）
Ｓｆ＝Ｈ・Ｌ／（Ｈ−Ｌ） ・・・（１４）
Ｓｎ＝Ｈ・Ｌ／（Ｈ＋Ｌ） ・・・（１５）
Ｄｅｔ＝２Ｌ／（ｎ²−１） （ｎは測距手段４０の位相差） ・・・（１６）
（Ｓｆ−Ｓｎ）＝２Ｈ・Ｌ²／（Ｈ²−Ｌ²） ・・・（１７）

一方で、フォーカス動作判断部２４では、送られてきた位相差に対応し、フォーカス移動量変化メモリ３５の情報に基づいて、フォーカス移動レンズ群１の所定変化量ΔＦｐを求める。

（１４）〜（１７）式で求められた距離Ｓｆ、Ｓｎ、分解能Ｄｅｔ、被写界深度（Ｓｆ−Ｓｎ）と、光学系パラメータ取得部２１からのフォーカス位置Ｏｂｊはフォーカス動作判断部２４に送られる。フォーカス動作判断部２４において、下記の（１８）〜（２０）式の演算がなされる。
Ｓｆ−Ｏｂｊ＞０ 又は Ｏｂｊ−Ｓｎ＞０ ・・・（１８）
（Ｓｆ−Ｓｎ）−Ｄｅｔ＜０ ・・・（１９）
Ｓｆ−Ｏｂｊ＜０ 又は Ｏｂｊ−Ｓｎ＜０ ・・・（２０）

（１８）式が成立するときはフォーカス動作をしないため、フォーカス動作判断部２４から先には何らの信号も出力しない。（１９）式又は（２０）式が成立しないときには、第１のＡＦ手段に基づく自動合焦動作（外光ＡＦ）を行う。その場合に、フォーカス動作判断部２４がフォーカス移動レンズ群１を所定の変化量ΔＦｐだけ駆動するようにフォーカス制御部２５に信号を送る。フォーカス制御部２５は駆動量を回転角に換算し、フォーカスモータ５に所要変位量に相当する回転角を送る。そして、フォーカスモータ５が回転駆動することでフォーカス移動レンズ群１が駆動する。

（１８）式と（１９）式が同時に成立するときは、第２の自動合焦手段に基づく自動合焦動作（コントラストＡＦ）を行う。その場合は、撮像装置２００の撮像素子５０に入力された映像信号を映像信号処理部６１に送り、更に映像信号送信部６２を通して、ズームレンズ１００の映像信号受信部２６が受け取る。そして、更に自動合焦評価値算出部２７でコントラスト値のみ抽出される。このコントラスト値がより大きくなるフォーカス移動方向を判定するために、フォーカス動作判断部２４がウォブリング制御部２９を通してウォブリングモータ７に指示を出力し、ウォブリングレンズ群６を光軸に沿って微小駆動する。

そして、方向判定の指示に従い、コントラスト値が最大となるようにフォーカス動作判断部２４がフォーカス制御部２５を通してフォーカスモータ５に指示を出力し、フォーカス移動レンズ群１を駆動する。

このように、実施例３は実施例１、２と比較して、ウォブリングレンズ群６が追加されることで、主に自動合焦動作の高速化が図られる。この実施例３では、自動合焦評価値算出部２７がズームレンズ１００内に設けられているが、撮像装置２００に設けられていても同様の効果が得られるため支障はない。

図１０は図９で示されるズームレンズ１００を有する撮像装置２００が、自動合焦動作動作をする場合のフローチャート図である。先ず、ズームレンズ１００の電源を投入し、初期化を行う（ステップＳ１０）。そして、初期化が終了したと同時に各検出手段１１〜１３からフォーカス、ズーム、アイリスのパラメータを光学系パラメータ取得部２１が取得する（ステップＳ２０）。

撮像装置２００との通信確立後に、ＳＤ・ＨＤ送信部６３から撮像装置２００がＨＤであるのか、ＳＤであるのかズームレンズ１００のＳＤ・ＨＤ受信部２８が信号を受け取る（ステップＳ２１）。近点・遠点等演算部３０は光学パラメータ値、撮像装置２００のタイプ情報を取得する。更に、近点・遠点等演算部３０は測距手段４０から被写体距離Ｌを得て、遠点距離Ｓｆ、近点距離Ｓｎ、測距手段４０の検出精度Ｄｅｔ、被写界深度（Ｓｆ−Ｓｎ）を算出し、フォーカス動作判断部２４に送る（ステップＳ３１）。

一方で、フォーカス動作判断部２４では、測距手段４０から送られてきた位相差に対応し、フォーカス移動量変化メモリ３５の情報に基づいて、フォーカス移動レンズ群１の所定変化量ΔＦｐを求める（ステップ４０）。

そして、フォーカス動作判断部２４では距離Ｓｆ、Ｓｎと、光学系パラメータ取得部２１からフォーカス位置Ｏｂｊを取得し、（１８）式の演算を行い、（１８）式が成り立つときはフォーカス動作を行わないため、処理の最初に戻る（ステップＳ５１）。

（１８）式が成り立たないときは、フォーカス動作判断部２４で分解能Ｄｅｔ、被写界深度（Ｓｆ−Ｓｎ）を用いて（１９）式の演算を行い、（１９）式が成り立たないときは第１の自動合焦手段に基づく自動合焦動作（外光ＡＦ）を行う（ステップＳ６１）。その場合に、フォーカス動作判断部２４がフォーカス制御部２５、フォーカスモータ５を通してフォーカス移動レンズ群１を所定変化量ΔＦｐ駆動するように信号を送る（ステップＳ８０）。

（１９）式が成り立つときは、第２の自動合焦手段に基づく自動合焦動作（コントラストＡＦ）を行う。その場合は、撮像装置２００の撮像素子５０に入力された映像信号を映像信号処理部６１、映像信号送信部６２を通して、ズームレンズ１００の映像信号受信部２６が受け取る（ステップＳ９０）。そして、自動合焦評価値算出部２７でコントラスト値のみ抽出される。

このコントラスト値がより大きくなるフォーカス移動方向を判定するために、フォーカス動作判断部２４がウォブリング制御部２９を通してウォブリングモータ７に出力し、ウォブリングレンズ群６を光軸に沿って微小駆動し方向判定を行う（ステップＳ９１）。

この方向判定の指示に従い、コントラスト値が最大となるように、フォーカス動作判断部２４がフォーカス制御部２５を通してフォーカスモータ５に指示を出力し、フォーカス移動レンズ群１を駆動する（ステップＳ１０１）。

以上の説明では、本発明の好ましい実施例について述べたが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは云うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ フォーカス移動レンズ群
２ 変倍移動レンズ群
３ 可変絞り
４ エクステンダレンズ群
６ ウォブリングレンズ群
２１ 光学系パラメータ取得部
２４ フォーカス動作判断部
２７ 自動合焦評価値算出部
３１ 像面変化量記憶部
３２ フォーカス変化量記憶部
４０ 測距手段
５０ 撮像素子
１００ ズームレンズ
２００ 撮像装置

Claims (13)

1. 撮像装置に対して着脱可能で、物体側から順に、合焦に際して移動するフォーカス移動レンズ群と、変倍に際して移動する変倍移動レンズ群と、絞り径が可変の可変絞りとを有する自動合焦ズームレンズであって、
   前記フォーカス移動レンズ群の位置を検出する位置検出手段と、前記変倍移動レンズ群の位置を検出する変倍状態検出手段と、前記可変絞りの絞り値検出手段と、被写体との距離を測定する測距手段と、前記撮像装置との通信手段と、該通信手段を介して前記撮像装置から映像信号を受信する映像信号受信手段と、前記測距手段による検出に基づき前記フォーカス移動レンズ群を駆動する第１の自動合焦手段と、前記撮像装置からの映像信号に基づき前記フォーカス移動レンズ群を駆動する第２の自動合焦手段とを備え、
   前記可変絞りの絞り値Ｆｎｏ及び許容錯乱円δに基づいて焦点深度εを算出し、前記フォーカス移動レンズ群の位置Ｆｐ及び変倍状態Ｚｐに応じて前記フォーカス移動レンズ群の所定の変位量ΔＦｐ０に対する焦点位置変化量Δｓｋを演算し、前記第１の自動合焦手段に基づく前記フォーカス移動レンズ群の所定変化量をΔＦｐとしたとき、第１の条件、
   ｜ΔＦｐ・Δｓｋ｜−ε≦０
   を満足するときは、前記フォーカス移動レンズ群を駆動せず、
   該第１の条件を満足せず、かつ第２の条件、
   ｜Δｓｋ｜−ε＞０かつΔＦｐ０−｜ΔＦｐ｜＞０
   を満足するときは、前記第２の自動合焦手段に基づいて前記フォーカス移動レンズ群を駆動し、該第２の条件を満足しないときは、前記第１の自動合焦手段に基づいて前記フォーカス移動レンズ群を駆動することを特徴とする自動合焦ズームレンズ。
2. 前記撮像装置に装着して通信を行い、前記撮像装置からの情報に基づいて前記許容錯乱円δを切換えることを特徴とする請求項１に記載の自動合焦ズームレンズ。
3. モード切換手段を有し、前記モードに基づいて前記許容錯乱円δを切換えることを特徴とする請求項１に記載の自動合焦ズームレンズ。
4. 前記フォーカス移動レンズ群の前記焦点位置変化量Δｓｋの演算では、前記位置Ｆｐ及び前記変倍状態Ｚｐの２軸から成り、前記変位量ΔＦｐ０に対する焦点位置変化量として前記焦点位置変化量Δｓｋが記憶されているテーブルデータを用いて、前記フォーカス移動レンズ群が前記所定変化量ΔＦｐだけ変化したときの焦点位置変化量Δｓｋを算出することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の自動合焦ズームレンズ。
5. 前記変位量ΔＦｐ０は、前記測距手段の検出分解能と前記フォーカス移動レンズ群の変位量を同ピッチにしたときの最小変位量であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の自動合焦ズームレンズ。
6. エクステンダレンズ群を有し、前記エクステンダレンズ群の挿脱に伴って、前記焦点位置変化量Δｓｋを切換えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の自動合焦ズームレンズ。
7. 撮像装置に対して着脱可能で、物体側から順に、合焦に際して移動するフォーカス移動レンズ群と、変倍に際して移動する変倍移動レンズ群と、絞り径が可変の可変絞りとを有する自動合焦ズームレンズであって、
   前記フォーカス移動レンズ群の位置を検出する位置検出手段と、前記変倍移動レンズ群の位置を検出する変倍状態検出手段と、前記可変絞りの絞り値検出手段と、被写体との距離を測定する測距手段と、前記撮像装置との通信手段と、該通信手段を介して前記撮像装置から映像信号を受信する映像信号受信手段と、前記測距手段による検出に基づき前記フォーカス移動レンズ群を駆動する第１の自動合焦手段と、前記撮像装置からの映像信号に基づき前記フォーカス移動レンズ群を駆動する第２の自動合焦手段とを備え、
   焦点距離Ｆ、許容錯乱円δに基づいて、近点距離Ｓｎ、遠点距離Ｓｆを算出し、現在のフォーカス位置Ｏｂｊ、前記測距手段の分解能Ｄｅｔととしたとき、
   Ｓｆ−Ｏｂｊ＞０、又はＯｂｊ−Ｓｎ＞０
   のときは、前記フォーカス移動レンズ群を駆動せず、
   （Ｓｆ−Ｓｎ）−Ｄｅｔ＜０で、Ｓｆ−Ｏｂｊ＜０又はＯｂｊ−Ｓｎ＜０
   のときは、前記第２の自動合焦手段に基づいて前記フォーカス移動レンズ群を駆動し、その他の状態では前記第１の自動合焦手段に基づいて前記フォーカス移動レンズ群を駆動することを特徴とする自動合焦ズームレンズ。
8. 前記測距手段は前記ズームレンズからの物体までの被写体距離Ｌ、前記測距手段の位相差ｎ、前記ズームレンズの過焦点距離Ｈとしたとき、
   Ｓｆ＝Ｈ・Ｌ／（Ｈ−Ｌ）
   Ｓｎ＝Ｈ・Ｌ／（Ｈ＋Ｌ）
   Ｄｅｔ＝２Ｌ／（ｎ²−１）
   （Ｓｆ−Ｓｎ）＝２Ｈ・Ｌ²／（Ｈ²−Ｌ²）
   とすることを特徴とする請求項７に記載の自動合焦ズームレンズ。
9. 前記撮像装置に装着して通信を行い、前記撮像装置からの情報に基づいて前記許容錯乱円δを切換えることを特徴とする請求項８に記載の自動合焦ズームレンズ。
10. モード切換手段を有し、前記モードに基づいて前記許容錯乱円δを切換えることを特徴とする請求項７〜９の何れか１つの請求項に記載の自動合焦ズームレンズ。
11. エクステンダレンズ群を有し、該エクステンダレンズ群の挿脱に伴って前記焦点距離Ｆを切換えることを特徴とする請求項７に記載の自動合焦ズームレンズ。
12. 前記フォーカス移動レンズ群とは別に、前記第２の自動合焦手段の焦点方向の判定用に前記変倍移動レンズ群の像面側にウォブリングレンズ群を有することを特徴とする請求項１〜１１の何れか１つの請求項に記載の自動合焦ズームレンズ。
13. 請求項１〜１２の何れか１つの請求項に記載の自動合焦ズームレンズと、該自動合焦ズームレンズの像面側に配置された撮像装置とを有することを特徴とするカメラ装置。

Images