JP5839850B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ駆動装置及びその制御方法、撮像装置及びその制御方法に関し、特に変倍レンズの駆動に伴う像面の移動を補正するレンズ駆動装置及びその制御方法、撮像装置及びその制御方法に関する。

光学機器には、撮影光学系としてズーミングが可能なズーム光学系を有するものがある。特にビデオカメラでは、リアフォーカスタイプと呼ばれるズーム光学系が用いられる場合が多い。リアフォーカスタイプのズーム光学系では、変倍レンズを移動させて変倍を行う際に像面移動（ピントずれ）が生じるため、変倍レンズよりも像面側に配置されたフォーカス補正レンズを移動させて像面移動を補正し、合焦状態を維持する制御が行われる。フォーカス補正レンズを移動させる位置は、被写体距離ごとに、変倍レンズの位置に対するフォーカス補正レンズの位置を示す電子カムデータ（以下、単にカムデータという）によって予め決められている。

このようなズーム光学系において合焦状態を維持しつつ変倍を行うためには、変倍レンズの位置とフォーカス補正レンズの位置とがカムデータにより定められた関係を正確に保つ必要がある。変倍レンズの位置は、これを移動させるステッピングモータに印加された駆動パルス信号のパルス数を所定の基準位置からカウントすることにより得ることができる。このため、駆動パルス信号のパルス数（以下、駆動パルス数という）に応じてフォーカス補正レンズの位置を制御することで、カムデータにより定められた関係を保ちつつ、変倍レンズとフォーカス補正レンズを移動させることができると考えられる。

光学機器におけるレンズ駆動装置としては、駆動源としてのステッピングモータと、ステッピングモータにより回転される送りねじ、及び、レンズ保持部材に取り付けられて送りねじに噛み合うラックにより構成される駆動機構とを有するものがある。このような駆動機構を有する光学機器の小型化のためには、ステッピングモータの回転数や出力トルクを低くして消費電力を低減し、これによりバッテリを小型化することが有効である。しかし、ステッピングモータの出力トルクを低くすると、レンズ駆動負荷が増加した場合にステッピングモータの脱調が発生し易くなる。ステッピングモータの駆動量は、一般に、該ステッピングモータに印加された駆動パルス信号のパルス数に基づいて制御されるため、脱調が発生すると、ステッピングモータの駆動量とレンズ位置との対応関係が崩れ、レンズ位置を正確に制御できなくなる。

また、レンズ駆動負荷を減少させるために、ラックの送りねじに対する噛み合い圧（がた取り圧）を低くすることも可能である。しかしながら、この場合、衝撃によってラックが送りねじのねじ山を飛び越す、いわゆる歯飛びが生じ易くなり、レンズ位置を正確に制御できなくなる。

特許文献１には、ステッピングモータにより移動されるレンズの位置を検出する位置センサを設けたレンズ駆動装置が開示されている。この装置では、ステッピングモータの脱調や駆動機構の歯飛びが発生した場合に、位置センサにより検出されたレンズ位置に応じてステッピングモータの制御を補正することで、正確なレンズ位置制御を可能としている。

また、特許文献２には、レンズ位置制御の精度を向上させるため、ステッピングモータにより移動されるレンズの位置を位置センサにより検出し、その検出結果を用いてステッピングモータのフィードバック制御を行うレンズ駆動装置が開示されている。

特開平０５−２８１４４９号公報 特開平１１−１１００４５号公報

しかしながら、ステッピングモータの駆動力を変倍レンズに伝達する駆動機構における送りねじとラックの噛み合い部や、変倍レンズを保持するレンズ保持部材とラックとの結合部等には、ガタが存在する。また、送りねじやラックには、ねじピッチの誤差等の製造誤差が含まれる。さらに、ステッピングモータにも、駆動パルス信号のパルス数に対する実際の駆動量に個体差がある。このようなガタや製造誤差及び個体差は、ステッピングモータに印加された駆動パルス数と実際の変倍レンズの位置とに不整合を生じさせる。その結果、変倍レンズの位置とフォーカス補正レンズの位置との関係がカムデータにより定められた関係から外れてしまい、変倍に伴ってピントずれが発生する。

さらに、リアフォーカスタイプのズーム光学系において、小型でかつ広角化を実現するために、変倍レンズとフォーカス補正レンズの他に、もう一つの補正レンズを光軸方向に駆動させるレンズタイプがある。このレンズタイプでは、撮像面に対して固定された絞りを間に挟んで、変倍レンズともう一つの補正レンズを一定の比率で移動させることによって変倍を行い、フォーカス補正レンズを移動させることによって像面移動を補正するように設計されている。このような場合、上記３つ以上のレンズを所定の位置関係を保って駆動しなければ合焦状態は維持できない。よって、変倍レンズ駆動時の被写体のピント維持はさらに困難になる。

しかしながら、特許文献１及び２では、ステッピングモータにより移動される変倍レンズに対して位置センサを設けることで、変倍レンズ自体の位置制御の精度を向上させているに過ぎない。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、３つ以上の複数の駆動群を持つレンズタイプのズーム光学系において、変倍レンズと複数の補正レンズの位置関係を正しく制御し、ピントボケなどの性能低下を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のレンズ駆動装置は、光軸方向に移動可能な変倍レンズと、前記光軸方向に移動可能な補正レンズと、入射光を光電変換して電気信号を出力する、前記光軸方向に移動可能な撮像手段と、前記変倍レンズと、前記変倍レンズの移動に伴う像面の移動を補正するための前記補正レンズ及び前記撮像手段との位置関係が所定の被写体距離ごとに示された第１の情報を記憶する記憶手段と、前記撮像手段の位置を検出する位置検出手段と、前記第１の情報に基づいて、前記変倍レンズの移動に伴い、前記補正レンズ及び前記撮像手段の位置を制御する制御手段とを有し、前記変倍レンズの移動時において、前記制御手段は、前記撮像手段を駆動する駆動手段のパルスカウント値に基づく前記撮像手段の位置と、前記位置検出手段により検出された前記撮像手段の位置との差による像面のずれを、前記補正レンズの移動によって補正することを特徴とする。

本発明によれば、３つ以上の複数の駆動群を持つレンズタイプのズーム光学系において、変倍レンズと複数の補正レンズの位置関係を正しく制御し、ピントボケなどの性能低下を防止することができる。

第１の実施形態におけるビデオカメラの構成を示すブロック図。 ステッピングモータの構造を示す図。 第１の実施形態におけるズーミング制御を示すフローチャート。 図３の処理で行われる第１フォーカス補正レンズの目標位置決定処理の詳細を示すフローチャート。 図３の処理で行われるズームレンズ及びフォーカス補正レンズの位置制御を示すフローチャート。 図３の処理で行われる第２フォーカス補正レンズの目標位置決定処理の詳細を示すフローチャート。 第１フォーカス補正レンズの速度設定を説明する図。 ズーム停止時の第１フォーカス補正レンズの補正方法を示す図。 ズーム中の第１フォーカス補正レンズの補正方法を示す図。 第２の実施形態におけるビデオカメラの構成を示すブロック図。 第２の実施形態におけるズーミング制御を示すフローチャート。 図１１の処理で行われる第１フォーカス補正レンズの目標位置決定処理の詳細を示すフローチャート。 図１１の処理で行われるズームレンズ、フォーカス補正レンズ、及び撮像素子の位置制御を示すフローチャート。 図１１の処理で行われる撮像素子の目標位置決定処理の詳細を示すフローチャート。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態におけるレンズ駆動装置を有する撮像装置の一例として、ビデオカメラの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、ビデオカメラについて説明するが、本発明はビデオカメラに限られるものではなく、例えば、デジタルスチルカメラ等の他の撮像装置にも適用することができる。

図１において、１０１は第１固定レンズ、１０２は光軸方向に移動して変倍を行うズームレンズ（変倍レンズ）、１０３は絞りである。１０４、１０５は変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能とフォーカシングの機能とを兼ね備えた、光軸方向に駆動可能なフォーカスコンペンセータレンズである。以下、１０４を「第２フォーカス補正レンズ」（第２補正レンズ）、１０５を「第１フォーカス補正レンズ」（第１補正レンズ）と呼ぶ。第１固定レンズ１０１、ズームレンズ１０２、絞り１０３、第２フォーカス補正レンズ１０４及び第１フォーカス補正レンズ１０５により撮像光学系が構成される。

本第１の実施形態では、第１ステッピングモータ１１０ａと第２ステッピングモータ１１９ａ（第２駆動手段）をオープンループ制御方式によって制御する。具体的には、まずマイクロプロセッサ１１６は、ビデオカメラの電源投入時等において、ズームレンズ１０２を所定の基準位置に移動させるように、第１ステッピングモータ駆動回路１１０ｂを通じて第１ステッピングモータ１１０ａを駆動する。この動作を、ズームリセット動作という。ズームレンズ１０２が基準位置に移動したことは、不図示の基準位置センサによって検出することができる。基準位置センサは、例えばフォトインタラプタにより構成される。この場合、ズームレンズ１０２（実際にはこれを保持するレンズ保持部材）に設けられた遮光部が、フォトインタラプタの発光部と受光部との間に入り込み、フォトインタラプタが受光状態から遮光状態に切り替わる。これにより、ズームレンズ１０２が基準位置に移動したことが検出される。

ズームリセット動作の後、マイクロプロセッサ１１６は、第１ステッピングモータ１１０ａを駆動して、ズームレンズ１０２を撮影開始位置（ここでは、ワイド端とするが、テレ端であってもよい）に移動させる。ズームレンズ１０２を基準位置からワイド端まで移動させるのに第１ステッピングモータ１１０ａに印加すべき駆動パルス数は予め、マイクロプロセッサ１１６内に設けられたメモリ１１７に記憶されている。

同様に、第２フォーカス補正レンズ１０４もリセット動作を行う。ズームレンズ１０２と同じく、所定の基準位置に移動させるように、第２ステッピングモータ駆動回路１１９ｂを通じて第２ステッピングモータ１１９ａを駆動する。リセット動作の後、マイクロプロセッサ１１６は、第２ステッピングモータ１１９ａを駆動して、第２フォーカス補正レンズ１０４を撮影開始位置に移動させる。撮影開始位置は、ズームレンズ１０２の位置に応じた位置をマイクロプロセッサ１１６内に設けられたメモリ１１７に記憶されている情報から算出する。これにより、ビデオカメラによる撮影を開始することが可能となる。

ユーザがズームレンズ１０２をワイド端から任意の位置に移動させるためにズーム操作部１１８を操作すると、マイクロプロセッサ１１６は、第１ステッピングモータ１１０ａに印加する駆動パルス信号のパルス数（以下、「駆動パルス数」と呼ぶ。）を算出する。以下、この算出結果を、目標駆動パルス数（目標駆動量）という。そして、マイクロプロセッサ１１６は、実際の駆動パルス数（実駆動量）が目標駆動パルス数に一致するまで、第１ステッピングモータ駆動回路１１０ｂを通じて第１ステッピングモータ１１０ａに駆動パルス信号を印加する。

同時に、ズームレンズ１０２の目標駆動パルス数に応じて第２フォーカス補正レンズ１０４を駆動させるため、マイクロプロセッサ１１６は、第２ステッピングモータ１１９ａに印加する目標駆動パルス数をメモリ１１７に記憶されている情報から算出する。そして、マイクロプロセッサ１１６は、実駆動量が目標駆動パルス数に一致するまで、第２ステッピングモータ駆動回路１１９ｂを通じて第２ステッピングモータ１１９ａに駆動パルス信号を印加する。

このように、本第１の実施形態ではズームレンズ１０２と第２フォーカス補正レンズ１０４に対してオープンループ制御方式を採用する。これにより、フィードバック制御方式を用いる場合に比べて、ズームレンズ１０２と第２フォーカス補正レンズ１０４の駆動の制御を簡単な構成で行うことができる。

次に、ステッピングモータ１１０ａのメカ構造について、図２を用いて説明を行う。

図２（ａ）は、図１に示すビデオカメラの構成において、ズームレンズ１０２を駆動するための第１ステッピングモータ１１０ａの構成の一例を示す図である。第１ステッピングモータ１１０ａの回転軸１０９には直接送りネジが切ってある。回転軸１０９は軸受け部１１０ｄで受けられていて、軸受け部１１０ｄと第１ステッピングモータ１１０ａは部材１１０ｃで一体となっている。１２１は案内棒であって、回転軸１０９が第１ステッピングモータ１１０ａによって回転すると、案内棒１２１によってズームレンズ１０２が光軸と垂直な面内で回転するのを防止する。これにより、ズームレンズ１０２に取り付けられているラック１０２ａが光軸と平行に移動し、それに伴いレンズ１０２も光軸と平行に移動する。

ラック１０２ａは図２（ｂ）に示すように、送りネジに対して送り歯が噛み合うように不図示のバネ部材によるバネ力によって抑え込むような構造をしている。これにより、回転軸１０９が回転することで送り歯が送りネジによって押し出され、ラック１０２ａが光軸方向に移動する。また、図中では送り歯と送りネジとの間にギャップがないように図示しているが、実際は製造上のバラツキや経年劣化等により送りネジと送り歯との間のギャップができ、ガタが発生することがある。

ズームレンズ１０２の位置情報は、第１ステッピングモータ１１０ａの駆動パルス数のカウント値を用いることにより、基準位置からの位置変化として得ることができる。しかし、上述のようにガタが発生した場合、駆動パルス数のカウント値から得られたズームレンズ１０２の位置と実際のズームレンズ１０２の位置とに不一致が生じる。

そこで、本第１の実施形態では、ズームレンズ１０２の実際の位置（実位置）を検出するために、ズーム位置センサ１１４ａを設けている。ズームレンズ１０２（実際には、これを保持するレンズ保持部材）には位置スケール１１４ｂが取り付けられており、この位置スケール１１４ｂに対向する位置に、ズーム位置センサ１１４ａが固定されている。

位置スケール１１４ｂには、光軸方向に変化する磁気パターンや光反射パターン等のスケールパターンが形成されている。ズーム位置センサ１１４ａが位置スケール１１４ｂ上のスケールパターンによって変化する磁気信号や光信号を読み取ることで、ズームレンズ１０２の光軸方向での実位置を検出することができる。ズーム位置センサ１１４ａの検出信号は、マイクロプロセッサ１１６に入力され、変倍時の第１フォーカス補正レンズ１０５と第２フォーカス補正レンズ１０４の駆動の制御に用いられる。

ズームレンズ１０２と同様に、第２ステッピングモータ１１９ａの駆動パルス数のカウント値を用いて、基準位置からの第２フォーカス補正レンズ１０４の位置情報を得ることができる。しかし、第２フォーカス補正レンズ１０４の駆動機構を構成する送りねじ１２１とラック１０４ａとの間にはガタがあることがある。また、送りねじ１２１やラック１０４ａに製造誤差があったり、ステッピングモータ１１９ａの駆動パルス数に対する駆動量に個体差があったりする。これらの場合、駆動パルス数のカウント値から得られた第２フォーカス補正レンズ１０４の位置と実際の第２フォーカス補正レンズ１０４の位置とに不一致が生じる。

そこで、本第１の実施形態では、ズームレンズ１０２と同様に、第２フォーカス補正レンズ１０４の実位置を検出するために、第２フォーカス位置センサ１２０ａを設けている。第２フォーカス補正レンズ１０４（実際には、これを保持するレンズ保持部材）には位置スケール１２０ｂが取り付けられており、この位置スケール１２０ｂに対向する位置に、第２フォーカス位置センサ１２０ａが固定されている。

位置スケール１２０ｂには、光軸方向に変化する磁気パターンや光反射パターン等のスケールパターンが形成されている。第２フォーカス位置センサ１２０ａが位置スケール１２０ｂ上のスケールパターンによって変化する磁気信号や光信号を読み取ることで、第２フォーカス補正レンズ１０４の光軸方向での実位置を検出することができる。第２フォーカス位置センサ１２０ａの検出信号は、マイクロプロセッサ１１６に入力され、変倍時の第１フォーカス補正レンズ１０５の補正駆動制御に用いられる。

１１１は第１フォーカス補正レンズ１０５の駆動源であるフォーカスモータ（フォーカスアクチュエータ）を含むフォーカス駆動回路（第１駆動手段）であり、マイクロプロセッサ１１６からの制御信号に応じてフォーカスモータを駆動する。

１１５ａは第１フォーカス補正レンズ１０５の実位置を検出するための第１フォーカス位置センサである。第１フォーカス補正レンズ１０５（実際には、これを保持するレンズ保持部材）には位置スケール１１５ｂが取り付けられており、この位置スケール１１５ｂに対向する位置に、第１フォーカス位置センサ１１５ａが固定されている。

位置スケール１１５ｂには、光軸方向に変化する磁気パターンや光反射パターン等のスケールパターンが形成されている。第１フォーカス位置センサ１１５ａが位置スケール１１５ｂ上のスケールパターンによって変化する磁気信号や光信号を読み取ることで、第１フォーカス補正レンズ１０５の光軸方向での実位置を検出することができる。第１フォーカス位置センサ１１５ａの検出信号はマイクロプロセッサ１１６に入力され、変倍に伴う像面移動を補正したりフォーカシングを行ったりする際に第１フォーカス補正レンズ１０５の位置のフィードバック制御に用いられる。

マイクロプロセッサ１１６は、前述したようにズーム操作部１１８の操作に応じて、操作に応じた移動量分、第１ステッピングモータ１１０ａ、第２ステッピングモータ１１９ａ、フォーカスモータの駆動を制御する。また、マイクロプロセッサ１１６は、各種スイッチからの入力に応じてビデオカメラ全体の動作を制御する。また、マイクロプロセッサ１１６は、前述した第１ステッピングモータ１１０ａと第２ステッピングモータ１１９ａの駆動パルス数をカウントするカウンタを有する。

記憶手段としてのメモリ１１７は、変倍に伴う像面移動を補正するためのデータを３つ保持する。

まず、ズームレンズ１０２の位置に応じた第１フォーカス補正レンズ１０５の位置を示す電子カムデータ（以下、「第１カムデータ」と呼ぶ。）が所定の被写体距離（焦点距離）ごとに記憶されている。この第１カムデータは、ズームトラッキングデータ等とも称され、変倍によってズームレンズ１０２が移動する際に、合焦状態を維持するために第１フォーカス補正レンズ１０５が移動すべき位置（軌跡）を示すデータである。

次に、ズームレンズ１０２の位置に応じて一意に決定する第２フォーカス補正レンズ１０４の位置を示す電子カムデータ（以下、「第２カムデータ」と呼ぶ。）が記憶されている。この第２カムデータは、変倍によってズームレンズ１０２が移動する際に、合焦状態を維持するために第２フォーカス補正レンズ１０４が移動すべき位置（軌跡）を示すデータである。上記第１カムデータ及び第２カムデータは、第１の情報として、記憶手段としてのメモリ１１７に各々記憶されている。

最後に、ズームレンズ１０２の位置に応じた、第１フォーカス補正レンズ１０５及び第２フォーカス補正レンズ１０４それぞれの単位移動量あたりの像面位置の移動量を表す、第１敏感度及び第２敏感度とからなる第１光学特性データ（第２の情報）を記憶する。この第１光学特性データは、ズームレンズ１０２の位置に応じた第２敏感度を第１敏感度で割った値である。そして、第２フォーカス補正レンズ１０４の目標駆動量と実位置とのズレが発生した場合に、合焦状態を維持するために第１フォーカス補正レンズ１０５の補正すべき量を算出する際に使用される。なお、この算出方法については、図４を参照して詳細に後述する。

マイクロプロセッサ１１６は、ズーム位置センサ１１４ａによるズームレンズ１０２の移動後の実位置の検出結果と、第１ステッピングモータ１１０ａの目標駆動量と、第２フォーカス位置センサ１２０ａによる第２フォーカス補正レンズ１０４の移動後の実位置の検出結果と、第２ステッピングモータ１１９ａの目標駆動量と、第１カムデータ、第２カムデータと、第１光学特性データとを用いて、第１フォーカス補正レンズ１０５を移動するフォーカスモータの駆動を制御する。

絞り１０３は、複数の絞り羽根を、不図示のガルバノ方式の絞りアクチュエータによって開閉動作させることで、開口径を変化させ、光量を調節する。１１３はマイクロプロセッサ１１６からの制御信号に応じて絞りアクチュエータを駆動する絞り駆動回路である。１１２は絞り羽根の開閉状態（絞り値）を検出するホール素子等の絞り位置検出素子であり、その検出信号はマイクロプロセッサ１１６に入力され、絞り値の制御に用いられる。

１０６はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等により構成される、入射光を電気信号に変換する光電変換素子としての撮像素子である。１０７は撮像素子１０６の出力をサンプリングし、ゲインを調整するＣＤＳ／ＡＧＣ回路である。１０８はカメラ信号処理回路であり、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７の出力信号に対して各種信号処理を行って、映像信号を生成する。生成された映像信号は記録装置１１５に送られる。記録装置１１５は、映像信号を所定の記録フォーマットに変換し、変換後の映像信号を磁気テープ、半導体メモリ、光ディスク等の記録媒体に記録する。

また、映像信号は、マイクロプロセッサ１１６にも入力される。マイクロプロセッサ１１６は、入力された映像信号のうち輝度成分を抽出し、該輝度成分が常に適正な値（予め決められた範囲の値）を持つように、絞り駆動回路１１３を通じて絞りユニット１０３を制御する。この際、マイクロプロセッサ１１６には絞り位置検出素子１１２からの検出信号が入力され、マイクロプロセッサ１１６は、この検出信号に基づいて絞りユニット１０３の絞り値のフィードバック制御を行う。

次に、以上のように構成されたビデオカメラにおけるズーミング制御について、図３のフローチャートを用いて説明する。このズーミング制御は、マイクロプロセッサ１１６に格納されたコンピュータプログラムに従って行われる。また、ここでは、ズームレンズ１０２が、ズームリセット動作の後、撮影開始位置としてのワイド端からテレ端までのいずれかの位置にあるものとする。

Ｓ２０１では、マイクロプロセッサ１１６は、内部のカウンタから、第１ステッピングモータ１１０ａの現在の駆動パルス数のカウント値（以下、「駆動パルスカウント値」と呼ぶ。）Ｐｓｔｐを読み出す。そして、駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐを、マイクロプロセッサ１１６内に設けられた不図示のＲＡＭに格納する。ここでの駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐは、駆動パルス数から換算したズームレンズ１０２の現在位置に相当する。

Ｓ２０２では、マイクロプロセッサ１１６は、ズーム操作部１１８の操作量を読み取る。次に、Ｓ２０３では、Ｓ２０２で読まれたズーム操作部１１８の操作量（以下、「ズーム操作量」と呼ぶ。）に応じて、第１ステッピングモータ１１０ａの駆動速度であるズーム速度を決定する。

次に、Ｓ２０４では、マイクロプロセッサ１１６は、Ｓ２０３で決定したズーム速度が０であるか否かを判定する。０でない場合はズーミングを継続している状態であるとして、Ｓ２０５に進む。０である場合は、ズーミングを行っていない状態であるとして、Ｓ２０７に進む。

Ｓ２０５では、マイクロプロセッサ１１６は、第１ステッピングモータ１１０ａの目標駆動量である目標駆動パルス数ΔＰｓｔｐを算出する。本第１の実施形態のビデオカメラでは、このズーミング制御用のコンピュータプログラムを映像信号の垂直同期信号の周期（例えば、ＮＴＳＣ方式では１／６０秒、ＰＡＬ方式では１／５０秒）毎に実行する。このため、目標駆動パルス数ΔＰｓｔｐは、垂直同期信号の１周期の間に、Ｓ２０４で決定したズーム速度でステッピングモータ１１０ａが駆動される量とする。この後、Ｓ２０６に進む。

Ｓ２０６では、マイクロプロセッサ１１６は、Ｓ２０１でＲＡＭに格納した駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐと、Ｓ２０５で算出した目標駆動パルス数ΔＰｓｔｐとをズーミングの方向（テレ方向又はワイド方向）に応じて加算または減算する。これにより、ステッピングモータ１１０ａ、つまりはズームレンズ１０２の目標駆動位置Ｐｔｒｇｔを算出し（位置取得）、ＲＡＭに格納してＳ２０８進む。

一方、Ｓ２０７では、マイクロプロセッサ１１６は、ズーミングが行われていないので、現在のステッピングモータ１１０ａの駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐを目標駆動位置Ｐｔｒｇｔとして設定し（位置取得）、Ｓ２０８に進む。

Ｓ２０８では、移動開始前におけるズームレンズ１０２の目標駆動位置Ｐｔｒｇｔに応じた第２フォーカス補正レンズ１０４の目標位置を求める。ここでは、メモリ１１７に記憶されている第２カムデータを用いることで、ズームレンズ１０２の位置に応じた第２フォーカス補正レンズ１０４の目標位置を一意に決定することができる。マイクロプロセッサ１１６は、求めた目標位置に基づいて、第２フォーカス補正レンズ１０４を駆動するために第２ステッピングモータ１１９ａに印加する目標駆動パルス数を算出する。なお、Ｓ２０８で行われる目標位置の決定処理については、図６を参照して後述する。

Ｓ２０９では、マイクロプロセッサ１１６は、第１フォーカス補正レンズ１０５の目標位置を決定する処理を行うが、この処理についても図４を参照して後述する。

そして、Ｓ２１０において、マイクロプロセッサ１１６は、Ｓ２０６で算出された目標駆動位置Ｐｔｒｇｔに向けて第１ステッピングモータ１１０ａを駆動する。さらに、Ｓ２０８で決定された目標位置に第２フォーカス補正レンズ１０４を移動させるよう第２ステッピングモータ１１９ａを駆動する。さらに、Ｓ２０９で決定された目標位置に第１フォーカス補正レンズ１０５を移動させるようフォーカスモータを駆動する。なお、Ｓ２０７でＰｓｔｐ＝Ｐｔｒｇｔとされた場合は、ズームレンズ１０２、第１フォーカス補正レンズ１０５、第２フォーカス補正レンズ１０４はいずれも駆動しない。各レンズの駆動が終了すると、処理を終了する。

次に、図３のＳ２０８で行われる第２フォーカス補正レンズ１０４の目標位置の決定処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。

まずＳ５０１で、マイクロプロセッサ１１６は、内部のカウンタから、第２ステッピングモータ１１９ａの現在の駆動パルスカウント値Ｐｆ２ｓｔｐを読み出す。次にＳ５０２でズーム位置センサ１１４ａからズームレンズ１０２の位置検出データＰｓｅｎｓを読み出してＲＡＭに格納する。

次にＳ５０３で第２フォーカス補正レンズ１０４を追従させようとする目標位置をズームレンズ１０２の移動目標位置と第２カムデータとにより決定する。ここで、Ｓ２０１で検出したズームレンズ１０２の駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐは、あくまで基準位置に対してパルスカウントを加算した相対的なズーム位置であり、実際は駆動機構のガタやネジピッチのばらつき等よる誤差がある。そのため、ズームレンズ１０２の基準位置からパルスカウントを増減させた駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐが示す位置と、ズーム位置センサ１１４ａにより検出された位置検出データＰｓｅｎｓが示す位置とは、必ずしも一致しない。従って、実際にフォーカスを追従させたい合焦位置を駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐだけを頼りに制御するとズレを生じてしまい、結果的に被写体のピントがボケた状態のままとなってしまい、撮像装置としての性能低下を招く。

そこで、Ｓ５０３では、次の式（１）に従って、ズームレンズ１０２の現在位置を示す位置検出データＰｓｅｎｓに、Ｓ２０５にて決定した目標駆動パルス数ΔＰｓｔｐを加算する。そして、得られたズーム位置をフォーカス追従するために用いるズームレンズ１０２の目標位置Ｐｓｔｇｔとして決定し、ＲＡＭに格納する。
Ｐｓｔｇｔ＝Ｐｓｅｎｓ＋ΔＰｓｔｐ …（１）

次にＳ５０４で、現在追従しようとしている第２カムデータを読み出す。この第２カムデータを用いることで、現在の合焦状態を維持するための、ズームレンズ１０２の位置に対応する第２フォーカス補正レンズ１０４の位置を求めることができる。

次にＳ５０５では、第２フォーカス補正レンズ１０４の目標位置を決定する。これは、ズームレンズ１０２の目標位置Ｐｓｔｇｔに対応する第２フォーカス補正レンズ１０４の目標位置をメモリに記憶されている第２カムデータから決定する。この目標位置の決定後、Ｓ２０９に進む。

次に、図３のＳ２０９で行われる第１フォーカス補正レンズ１０５の目標位置の決定処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。

まずＳ３０１で、第１フォーカス位置センサ１１５ａから第１フォーカス補正レンズ１０５の位置検出データＰｆｓｅｎｓを読み出し、ＲＡＭに格納する。本第１の実施形態では第１フォーカス補正レンズ１０５は、ＶＣＭなどのサーボモータを想定しているため位置センサを設けている。ステッピングモータを第１フォーカス補正レンズ１０５のアクチュエータとして用いている場合は、パルスカウント値がフォーカス位置データとなる。

次にＳ３０２で第２フォーカス位置センサ１２０ａから第２フォーカス補正レンズ１０４の位置検出データＰｆ２ｓｅｎｓを読み出し、ＲＡＭに格納する。マイクロプロセッサ１１６は、内部のカウンタから、第２ステッピングモータ１１９ａの現在の駆動パルスカウント値Ｐｆ２ｓｔｐを読み出す。本第１の実施形態では、第２フォーカス補正レンズ１０４を駆動するためにステップモーターを使用しているが、ここでの検出する位置はパルスカウント値ではなく、実際のレンズ位置を意味している。

次にＳ３０３でズーム位置センサ１１４ａからズームレンズ１０２の位置検出データＰｓｅｎｓを読み出して、ＲＡＭに格納する。

次にＳ３０４で、現在追従しようとしている第１カムデータを読み出す。この第１カムデータを用いることで、現在の合焦状態を維持するための、ズームレンズ１０２の位置に対応する第１フォーカス補正レンズ１０５の位置を求めることができる。

以降の工程で、第１フォーカス補正レンズ１０５を追従させようとする目標位置をズームレンズ１０２の移動目標位置と第１カムデータにより決定する。ここで、Ｓ２０１で検出したズームレンズ１０２の駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐは、あくまで基準位置に対してパルスカウントを加算した相対的なズーム位置であり、実際は駆動機構のガタやネジピッチのばらつき等よる誤差がある。そのため、ズームレンズ１０２の基準位置からパルスカウントを増減させた駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐが示す位置と、ズーム位置センサ１１４ａにより検出された位置検出データＰｓｅｎｓが示す位置とは、必ずしも一致しない。従って、実際にフォーカスを追従させたい合焦位置を駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐだけを頼りに制御するとズレを生じてしまい、結果的に被写体のピントがボケた状態のままとなってしまい、撮像装置としての性能低下を招く。

そこで、Ｓ３０５では、Ｓ５０３と同様に上述の式（１）に従って、ズームレンズ１０２の現在位置を示す位置検出データＰｓｅｎｓに、Ｓ２０５にて決定した目標駆動パルス数ΔＰｓｔｐを加算する。そして、得られたズーム位置をフォーカス追従するために用いるズームレンズ１０２の目標位置Ｐｓｔｇｔとして決定し、ＲＡＭに格納する。

次にＳ３０６で、ズームレンズ１０２を駆動する第１ステッピングモータ１１０ａが駆動停止状態であるかどうかを判別する。第１ステッピングモータ１１０ａが駆動中であればＳ３０７に進む。Ｓ３０７では、第２フォーカス補正レンズ１０４の停止時のズレΔＰｆ２ｇａｐを算出する。ズレΔＰｆ２ｇａｐは、以下の式（２）に従い、駆動パルスカウント値Ｐｆ２ｓｔｐと位置検出データＰｆ２ｓｅｎｓとの差から求まる。
ΔＰｆ２ｇａｐ＝Ｐｆ２ｓｔｐ−Ｐｆ２ｓｅｎｓ …（２）

次にＳ３０８では、Ｓ３０７で求めた第２フォーカス補正レンズ１０４のズレΔＰｆ２ｇａｐを補正するための、第１フォーカス補正レンズ１０５の補正量の計算を以下の式（５）に従い行う。なお、この補正方法が本発明の特徴的な部分であり、ズーム中は第２フォーカス補正レンズ１０４のズレを、第１フォーカス補正レンズ１０５で補正させながらズーム駆動することにより、ズーム中のピント性能の向上に貢献している。以下、その方法を詳細に示す。

まず、補正の方法は、敏感度を用いることを特徴としている。敏感度とは、レンズが所定量動いた場合の像面の変化である。第２フォーカス補正レンズ１０４のズレによる像面の移動量ΔＤｆ２は、式（３）により求まる。
ΔＤｆ２＝ΔＰｆ２ｇａｐ×第２フォーカス補正レンズの敏感度 …（３）

続いて、第２フォーカス補正レンズ１０４の像面移動量ΔＤｆ２を用いて第１フォーカス補正レンズ１０５で補正するための補正量ΔＰｆｃｍｐの算出を行う。ここでは、次の式（４）に従って、第２フォーカス補正レンズ１０４のズレΔＰｆ２ｇａｐを第１フォーカス補正レンズ１０５の補正量に変換する。
ΔＰｆｃｍｐ＝ΔＤｆ２÷第１フォーカス補正レンズの敏感度 …（４）

上記の式をまとめると式（５）のようになる。つまり、第２フォーカス補正レンズのズレΔＰｆ２ｇａｐにズーム位置によって異なる補正係数Ｋをかけることにより、第２フォーカス補正レンズのズレを第１フォーカス補正レンズの補正量ΔＰｆｃｍｐに変換することが可能になる。
ΔＰｆｃｍｐ＝ΔＰｆ２ｇａｐ×（第２フォーカス補正レンズの敏感度÷第１フォーカス補正レンズの敏感度）
＝ΔＰｆ２ｇａｐ×Ｋ …（５）

次にＳ３０９では、ズームレンズ１０２の目標位置Ｐｓｔｇｔに対応する第１フォーカス補正レンズ１０５の対応位置をメモリ１１７に記憶されている第１カムデータを参照して求める。第１フォーカス補正レンズ１０５の対応位置をＰｆｓｅｎｓ’とすると、第１フォーカス補正レンズ１０５の目標位置Ｐｆｔｇｔ’は式（６）のように決定される。
Ｐｆｔｇｔ’＝Ｐｆｓｅｎｓ’＋ΔＰｆｃｍｐ …（６）

第１フォーカス補正レンズ１０５の目標位置の決定後、Ｓ２１０に進む。
一方、Ｓ３０６においてズームレンズ１０２を駆動する第１ステッピングモータ１１０ａが駆動停止状態であると判別された場合、Ｓ３１０に進む。ここで、ズームレンズ１０２は停止しているが、上述のようにズームレンズ１０２の位置検出データＰｓｅｎｓはズーム目標位置Ｐｔｒｇｔとは必ずしも一致しておらず、しきい値以下の誤差を持つ位置で停止している。一方、ここまでの処理ではフォーカス目標位置はズーム目標位置Ｐｔｒｇｔに対応するカムデータ上の位置として求めている。そのため、ズームレンズ１０２の実際の位置がズーム目標位置Ｐｔｒｇｔと一致していない場合は合焦状態を維持するためのカムデータからずれてしまう。特に撮像装置がマニュアルフォーカスモードである場合、撮像装置は自動での合焦動作を行わないため、カムデータからずれた分だけ被写体のピントがボケた状態のままとなってしまい、撮像装置としての性能低下を招く。これを防止するため、Ｓ３１０では、ズーム位置センサ１１４ａからのズームレンズ１０２の位置検出データＰｓｅｎｓに対応する第１フォーカス目標位置を第１カムデータから求め、これを第１フォーカス補正レンズ１０５の目標位置としてＳ３１１に進む。

次にＳ３１１では、上記と同様の理由から、ズーム位置センサ１１４ａからのズームレンズ１０２の位置検出データＰｓｅｎｓに対応する第２フォーカス位置を第２カムデータから求め、これを第２フォーカス目標位置としてＳ３１２に進む。

次にＳ３１２では、第２フォーカス補正レンズ１０４の停止時のズレΔＰｆ２ｇａｐを算出する。ズレΔＰｆ２ｇａｐは、Ｓ３１１で求めた第２フォーカス目標位置を仮にＰｆ２ｓｔｐとして、式（２）に従い、第２フォーカス目標位値Ｐｆ２ｓｔｐと第２フォーカス補正レンズ１０４の位置検出データＰｆ２ｓｅｎｓとの差から求める。

次にＳ３１３では、Ｓ３１２で求めた第２フォーカス補正レンズ１０４のズレΔＰｆ２ｇａｐを補正するための、第１フォーカス補正レンズ１０５の補正量ΔＰｆｃｍｐを上述した式（５）に従って計算する。なお、この補正方法が本発明の特徴的な第２の部分であり、ズーム停止時は、ズーム停止後にズームレンズ１０２と第２フォーカス補正レンズ１０４のズレを、第１フォーカス補正レンズ１０５で補正することにより、停止時のピント性能の向上に貢献している。

次にＳ３１４では、第１フォーカス補正レンズ１０５の目標位置Ｐｆｔｇｔを、第１フォーカス補正レンズ１０５の補正量ΔＰｆｃｍｐと、Ｓ３１０で求めた第１フォーカス目標位置を仮にＰｆｓｅｎｓとして、次式（７）に従って決定する。
Ｐｆｔｇｔ＝Ｐｆｓｅｎｓ＋ΔＰｆｃｍｐ …（７）

次にＳ３１５では、第１フォーカス補正レンズ１０５の目標速度を決定する。本第１の実施形態のビデオカメラでは、このズーミング制御用のコンピュータプログラムを映像信号の垂直同期信号の周期（例えば、ＮＴＳＣ方式では１／６０秒、ＰＡＬ方式では１／５０秒）ごとに実行する。このため、ズーム中は１周期以内に目標位置に到達できる速度を設定する。しかし、ズーム停止時に補正を行う場合は、図７に示すように通常よりも速い速度で第１フォーカス補正レンズ１０５を駆動させる。これにより、停止ズレによるボケが発生する時間を短縮することが可能となる。

まず、第１フォーカス補正レンズ１０５が図７の（Ａ）第１フォーカス停止位置に停止している場合、１周期である１Ｖ以内に、実線で示したように（Ｃ）第１フォーカス補正量だけ駆動させ（Ｂ）第１フォーカス補正位置に到達させれば良い。しかしながら、（Ｂ）に到達するまでの間は合焦位置ではないためボケが見えてしまう。そこで、破線で示したように、１周期よりも短い時間ｄで（Ｃ）第１フォーカス補正量だけ駆動させ、（Ｄ）第１フォーカス補正位置に到達させることにより、ボケの発生期間が非常に少なくなる。よって、目標速度は（Ｃ）第１フォーカス補正量を時間ｄで割った値（破線の傾き）となる。ただし、速度（破線の傾き）が急になるに従い、フォーカスの目標位置に対するオーバーシュートが発生しやすくなる。そこで、時間ｄは十分な測定を行い、オーバーシュートが発生してもボケとして認識できない速度に設定することとする。目標速度の決定の後、Ｓ２１０に進む。

次に、図３のＳ２１０にて行われるズームレンズ１０２、第１フォーカス補正レンズ１０５、第２フォーカス補正レンズ１０４の駆動制御について、図５のフローチャートを用いて説明する。

Ｓ４０１では、マイクロプロセッサ１１６は、ズームレンズ１０２の位置がフォーカス追従用ズーム目標位置Ｐｓｔｇｔに一致しているか否かを判定する。一致していなければＳ４０３に進み、第１ステッピングモータ１１０ａを駆動して、ズームレンズ１０２をフォーカス追従用ズーム目標位置Ｐｓｔｇｔに移動させ、Ｓ４０４に進む。また、ズームレンズ１０２の位置がフォーカス追従用ズーム目標位置Ｐｓｔｇｔに一致していれば、Ｓ４０２に進み、第１ステッピングモータ１１０ａの駆動を停止させ、Ｓ４０４に進む。

Ｓ４０４では、マイクロプロセッサ１１６は、第１フォーカス補正レンズ１０５の位置（第１フォーカス位置センサ１１５ａによる検出位置）が図４に示した処理によって決定された目標位置と一致しているか否かを判定する。一致していなければ、Ｓ４０６に進んで、第１フォーカス補正レンズ１０５を目標位置に移動させるようフォーカスモータを駆動し、Ｓ４０７に進む。一方、第１フォーカス補正レンズ１０５の位置が目標位置と一致していると判定した場合はＳ４０５に進み、フォーカスモータの駆動を停止させ、Ｓ４０７に進む。

Ｓ４０７では、マイクロプロセッサ１１６は、第２フォーカス補正レンズ１０４の位置（第２フォーカス位置センサ１２０ａによる検出位置）が図６に示した処理によって決定された目標位置と一致しているか否かを判定する。一致していなければ、Ｓ４０９に進んで、第２フォーカス補正レンズ１０４を目標位置に移動させるよう第２ステッピングモータ１１９ａを駆動し、処理を終了する。一方、第２フォーカス補正レンズ１０４の位置が目標位置と一致していると判定した場合は、Ｓ４０８に進み、第２ステッピングモータ１１９ａの駆動を停止して、処理を終了する。

次に、第１フォーカス補正レンズ１０５の補正方法を示す。

図４のＳ３０６以降にて行われる、ズーム中及びズーム停止時のズームレンズ１０２、第１フォーカス補正レンズ１０５、第２フォーカス補正レンズ１０４の駆動制御について、図８及び図９を用いて詳細に説明する。

ズームレンズ１０２が停止している場合、第１フォーカス補正レンズ１０５及び第２フォーカス補正レンズ１０４は、第１カムデータ、第２カムデータにより表されるカム軌跡上に停止することにより、ピントを維持することが可能になる。しかしながら、前述の通り、モーターの停止精度により、上記の停止位置にズレが生じてしまう。そこで、本発明は、ズームレンズ１０２と第２フォーカス補正レンズ１０４はオープン制御で制御する。そして、これらレンズの停止ズレによる像面のズレは、敏感度を用いた補正係数Ｋを用いて算出された補正量だけ、第１フォーカス補正レンズ１０５が補正駆動するというフィードバック制御を行うことを特徴としている。

まず、ズーム停止時の補正について説明する。図８に示すように、ズームレンズ１０２が位置Ｐｓｅnｓに、第２フォーカス補正レンズ１０４がＰｆ２ｓｅｎｓに停止しているものとする。この場合、ズームレンズ１０２のズレは、第１ステッピングモータ１１０ａのパルスカウントによる目標駆動位置Ｐｔｒｇｔとズームレンズ１０２の停止位置Ｐｓｅnｓとの差分ΔＰｇａｐで表される。ここで、ズームレンズ１０２の停止ズレΔＰｇａｐは、Ｐｓｅnｓの位置における、第１フォーカス補正レンズ１０５の第１カムデータ上のＰｆｓｅｎｓを目標位置にすることにより、補正される。

次に第２フォーカス補正レンズ１０４の停止ズレは、第２ステッピングモータ１１９ａのパルスカウントによる目標位置Ｐｆ２ｓｔｐとＰｆ２ｓｅｎｓの差分であるΔＰｆ２ｇａｐで表される。第２フォーカス補正レンズ１０４の停止ズレＰｆ２ｇａｐを補正する補正量は、ズーム位置によって異なる補正係数Ｋを乗算したΔＰｆｃｍｐで表される。よって、ズーム停止後、第１フォーカス補正レンズ１０５を第１カムデータ上のＰｆｓｅｎｓから、通常の速度よりも早い速度でΔＰｆｃｍｐだけ移動し、最終的にＰｆｔｇｔに到達させることによりピントズレが補正される。

上記説明したように、ズームレンズ１０２、第２フォーカス補正レンズ１０４のズレを第１フォーカス補正レンズ１０５により補正することが可能である。

次に、第２フォーカス補正レンズ１０４がＰｆ２ｓｅｎｓで停止した状態からズームを開始する場合について図９を参照して説明する。この場合、ズームレンズ１０２のズレは、第１ステッピングモータ１１０ａのパルスカウントによる目標駆動位置Ｐｔｒｇｔとズームレンズ１０２の停止位置Ｐｓｅnｓとの差分で表される。しかし、ズーム中はＰｓｅnｓに目標駆動量ΔＰｓｔｐを加算したＰｓｔｇｔの位置における、第１カムデータ上のＰｆｓｅｎｓ’を目標位置にすることにより、ズームレンズ１０２のズレは補正される。

次に第２フォーカス補正レンズ１０４の停止ズレは、第２ステッピングモータ１１０ａの目標位置Ｐｆ２ｓｔｐと第２フォーカス補正レンズ１０４の停止位置Ｐｆ２ｓｅｎｓとの差分であるΔＰｆ２ｇａｐで表される。第２フォーカス補正レンズ１０４の停止ズレΔＰｆ２ｇａｐを補正する補正量は、ズーム位置によって異なる補正係数Ｋを乗算したΔＰｆｃｍｐで表される。よって、ズーム中は第１カムデータ上のＰｆｓｅｎｓにズーム位置に応じた補正量ΔＰｆｃｍｐだけ移動した点Ｐｆｔｇｔが目標位置となる。つまり、ズーム目標位置Ｐｓｔｇｔにおける、第１フォーカス補正レンズの目標位置Ｐｆｓｅｎｓ’から、ΔＰｆｃｍｐ’だけ移動したＰｆｔｇｔ’が第１フォーカス補正レンズ１０５の目標位置になる。

このように、ズーム中においても、ズームレンズ１０２及び第２フォーカス補正レンズ１０４のズレを第１フォーカス補正レンズ１０５により補正することが可能である。

上記の通り第１の実施形態によれば、駆動機構のガタやネジピッチのばらつきによって駆動予想量とレンズの実際の移動量の不一致が生じるような場合においても、次のような効果を得ることができる。即ち、位置センサ情報をフィードバックさせて、リアフォーカスレンズタイプのレンズにおいても合焦位置関係が維持されるように補正レンズ位置を移動させることが可能となる。これにより、被写体のピントがボケることを防止し、撮像装置としての性能を確保することができる。

さらに、複数の補正レンズが駆動する場合、分解能がもっとも高いモータ以外をすべてオープン制御系として扱うため、駆動制御を単純化できる。そして、オープン制御されているそれぞれのレンズの駆動予想量とレンズの実際の移動量のズレ量から、ピント補正駆動量を算出し、分解能がもっとも高いモータを持つレンズ（第１の実施形態では第１フォーカス補正レンズ１０５）にて補正する。これにより合焦の維持が可能になる。つまり、複数の補正レンズが駆動する場合においても、合焦を維持したズーム操作が可能になり、性能低下を防ぐことができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１０は、本第２の実施形態における撮像装置の一例として、ビデオカメラの構成を示すブロック図である。なお、図１０に示す構成において、図１と同様の構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。

本第２の実施形態におけるビデオカメラは、図１を参照して説明した第１の実施形態におけるビデオカメラと比較して、撮像素子１０６を駆動してフォーカス制御を行うところが異なる。そのため、撮像素子１０６を光軸方向に駆動するための第２ステッピングモータ１２５ａ（第２駆動手段）、駆動機構を構成する送りねじ１２４、及びラック１０６ａが設けられている。更に、撮像素子１０６には撮像素子位置センサ１２３ａ及び位置スケール１２３ｂが付加されている。また、図１の第２フォーカス補正レンズ１０４の代わりに、図１０では第２固定レンズ１２６が挿入され、第２フォーカス補正レンズ１０４を光軸方向に駆動するための駆動機構及び位置を検出するためのセンサ機構を省略している。

なお、図１を参照して説明した第１の実施形態の場合、第２フォーカス補正レンズ１０４と、第１フォーカス補正レンズ１０５（補正レンズ）が独立して光軸方向に駆動制御される。これに対して、本第２の実施形態では、ズームレンズ１０２、絞り１０３、第２固定レンズ１２６はカム環で繋がっており、ズームレンズ１０２の駆動に伴い連動する。また、第１の実施形態では第２固定レンズ１２６が光軸方向に駆動するのに対して、本第２の実施形態は撮像素子１０６が光軸方向に駆動する点が異なる。

一般的にズームレンズにおいて、ズーム倍率を維持しつつ、小型化を実現するためには、各レンズの群の屈折力を強めればよい。しかしながら、このようにしたズームレンズでは、ズーミングの際の収差変動が大きくなり、高い光学性能を得るのが困難になってくる。そこで、図１０のように、第１固定レンズ１０１は不動の状態で、ズームレンズ１０２の駆動に伴い、絞り１０３と、第２固定レンズ１２６をある比率で連動させ、かつ、撮像素子１０６を光学全長が広角端に比べ望遠端の方が長くなるように駆動させる。これにより、小型でかつ、広画角、高ズーム倍率の撮像装置の実現が可能になる。

具体的な撮像素子１０６の動作を以下に示す。まずマイクロプロセッサ１１６は、ビデオカメラの電源投入時等において、撮像素子１０６を所定の基準位置に移動させるように、第２ステッピングモータ駆動回路１２５ｂを通じて第１ステッピングモータ１２５ａを駆動する。この動作を、センサリセット動作という。撮像素子１０６が基準位置に移動したことは、不図示の基準位置センサによって検出することができる。基準位置センサは、例えばフォトインタラプタにより構成される。この場合、撮像素子１０６（実際にはこれを保持する保持部材）に設けられた遮光部が、フォトインタラプタの発光部と受光部との間に入り込み、フォトインタラプタが受光状態から遮光状態に切り替わる。これにより、撮像素子１０６が基準位置に移動したことが検出される。

センサリセット動作の後、マイクロプロセッサ１１６は、第２ステッピングモータ１２５ａを駆動して、撮像素子１０６を撮影開始位置（ここでは、ワイド端での合焦位置とするが、テレ端の合焦位置であってもよい）に移動させる。撮像素子１０６を基準位置からワイド端の合焦位置まで移動させるのに第２ステッピングモータ１２５ａに印加すべき駆動パルス数は予め、マイクロプロセッサ１１６内に設けられたメモリ１１７に記憶されている。

位置スケール１２３ｂには、光軸方向に変化する磁気パターンや光反射パターン等のスケールパターンが形成されている。撮像素子１０６が位置スケール１２３ｂ上のスケールパターンによって変化する磁気信号や光信号を読み取ることで、撮像素子１０６の光軸方向での実位置を検出することができる。撮像素子位置センサ１２３ａの検出信号は、マイクロプロセッサ１１６に入力され、変倍時の撮像素子１０６の駆動の制御に用いられる。

記憶手段としてのメモリ１１７には、変倍に伴う像面移動を補正するためのデータを３つ保持する。

まず、ズームレンズ１０２の位置に応じた第１フォーカス補正レンズ１０５の位置を示す電子カムデータ（以下、「第１カムデータ」と呼ぶ。）が所定の被写体距離（焦点距離）ごとに記憶されている。この第１カムデータは、ズームトラッキングデータ等とも称され、変倍によってズームレンズ１０２が移動する際に、合焦状態を維持するために第１フォーカス補正レンズ１０５が移動すべき位置（軌跡）を示すデータである。

次に、ズームレンズ１０２の位置に応じて一意に決定される撮像素子１０６の位置を示す電子カムデータ（以下、「第３カムデータ」と呼ぶ。）が記憶されている。この第３カムデータは、変倍によってズームレンズ１０２が移動する際に、合焦状態を維持するために撮像素子１０６が移動すべき位置（軌跡）を示すデータである。上記第１カムデータ及び第３カムデータは、第１の情報として、記憶手段としてのメモリ１１７に各々記憶されている。

最後に、ズームレンズ１０２の位置に応じた第１フォーカス補正レンズ１０５の単位移動量あたりの像面位置の移動量を表す第１敏感度の逆数を第２光学特性データ（第２の情報）として記憶する。この第２光学特性データは、撮像素子の目標駆動量と実位置とのズレが発生した場合に、合焦状態を維持するために第１フォーカス補正レンズ１０５の補正すべき量を算出する際に使用されるデータである。なお、この算出方法については、図１４を参照して詳細に後述する。

次に、以上のように構成されたビデオカメラにおけるズーミング制御について、図１１のフローチャートを用いて説明する。このズーミング制御は、マイクロプロセッサ１１６に格納されたコンピュータプログラムに従って行われる。ズーム操作部１１８の操作によるズームレンズ１０２の駆動に伴い、カム環で繋がれた絞り１０３と第２固定レンズ１２６が連動する。ただし、説明の簡略化のために、以降ではズームレンズ１０２の移動にのみ言及し、連動されるレンズに関しては説明を省略することとする。

また、図１１において、Ｓ２０１〜Ｓ２０７までの処理は、図２で説明した処理と同様であるため、説明を省略する。

Ｓ１００８では、ズームレンズ１０２の目標駆動位置Ｐｔｒｇｔに応じた撮像素子１０６の目標位置を算出する。ここでは、メモリ１１７に記憶されている第３カムデータを用いることで、ズームレンズ１０２の位置に応じた撮像素子１０６の目標位置を一意に決定することができる。マイクロプロセッサ１１６は、求めた目標位置に基づいて、撮像素子１０６を駆動するために第２ステッピングモータ１２５ａに印加する目標駆動パルス数を算出する。なお、Ｓ１００８で行われる目標位置の決定処理については、図１４を参照して後述する。

Ｓ１００９では、マイクロプロセッサ１１６は、第１フォーカス補正レンズ１０５の目標位置を決定する処理を行うが、この処理については図１２を参照して後述する。

そして、Ｓ１０１０では、マイクロプロセッサ１１６は、Ｓ２０６で算出された目標駆動位置Ｐｔｒｇｔに向けて第１ステッピングモータ１１０ａを駆動する。さらに、Ｓ１００８で決定された目標位置に撮像素子１０６を移動させるよう第２ステッピングモータ１２５ａを駆動する。さらに、Ｓ１００９で決定された目標位置に第１フォーカス補正レンズ１０５を移動させるようフォーカスモータを駆動する。なお、Ｓ２０７でＰｓｔｐ＝Ｐｔｒｇｔとされた場合は、撮像素子１０６及び第１フォーカス補正レンズ１０５はいずれも駆動しない。各レンズの駆動が終了すると、処理を終了する。

次に、図１１のＳ１００８で行われる撮像素子１０６の目標位置の決定処理について、図１４のフローチャートを用いて説明する。

まずＳ１３０１で、マイクロプロセッサ１１６は、内部のカウンタから、第２ステッピングモータ１２５ａの現在の駆動パルスカウント値Ｐｃｓｔｐを読み出す。次にＳ１３０２でズーム位置センサ１１４ａからズームレンズ１０２の位置検出データＰｓｅｎｓを読み出してＲＡＭに格納する。

次にＳ１３０３で、撮像素子１０６を追従させようとする目標位置をズームレンズ１０２の移動目標位置と第３カムデータにより決定する。ここで、Ｓ２０１で検出したズームレンズ１０２の駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐは、あくまで基準位置に対してパルスカウントを加算した相対的なズーム位置であり、実際は駆動機構のガタやネジピッチのばらつき等よる誤差がある。そのため、ズームレンズ１０２の基準位置からパルスカウントを増減させた駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐが示す位置と、ズーム位置センサ１１４ａにより検出された位置検出データＰｓｅｎｓが示す位置とは、必ずしも一致しない。従って、実際にフォーカスを追従させたい合焦位置を駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐだけを頼りに制御するとズレを生じてしまい、結果的に被写体のピントがボケた状態のままとなってしまい、撮像装置としての性能低下を招く。

そこで、Ｓ１３０３では、式（１）に従って、ズームレンズ１０２の現在位置を示す位置検出データＰｓｅｎｓに、Ｓ２０５にて決定した目標駆動パルス数ΔＰｓｔｐを加算する。そして、得られたズーム位置をフォーカス追従するために用いるズームレンズ１０２の目標位置Ｐｓｔｇｔとして決定し、ＲＡＭに格納する。
Ｐｓｔｇｔ＝Ｐｓｅｎｓ＋ΔＰｓｔｐ …（１）

次にＳ１３０４で、現在追従しようとしている第３カムデータを読み出す。この第３カムデータを用いることで、現在の合焦状態を維持するための、ズームレンズ１０２の位置に対応する撮像素子１０６の位置を求めることができる。

次にＳ１３０５では、撮像素子１０６の目標位置を決定する。これは、ズームレンズ１０２の目標位置Ｐｓｔｇｔに対応する撮像素子１０６の目標位置をメモリに記憶されている第３カムデータから決定する。この目標位置の決定後、Ｓ１００９に進む。

次に、図１１のＳ１００９で行われる第１フォーカス補正レンズ１０５の目標位置の決定処理について、図１２のフローチャートを用いて説明する。

まずＳ１１０１で、第１フォーカス位置センサ１１５ａから第１フォーカス補正レンズ１０５の位置検出データＰｆｓｅｎｓを読み出し、ＲＡＭに格納する。次にＳ１１０２で撮像素子位置センサ１２３ａから撮像素子１０６の位置検出データＰｃｓｅｎｓを読み出し、ＲＡＭに格納する。また、マイクロプロセッサ１１６は、内部のカウンタから、第２ステッピングモータ１２５ａの現在の駆動パルスカウント値Ｐｃｓｔｐを読み出す。本第２の実施形態では、撮像素子１０６を駆動するためにステップモーターを使用しているが、ここでの検出する位置はパルスカウント値ではなく、実際のレンズ位置を意味している。

次にＳ１１０３でズーム位置センサ１１４ａからズームレンズ１０２の位置検出データＰｓｅｎｓを読み出して、ＲＡＭに格納する。

次にＳ１１０４で、現在追従しようとしている第１カムデータを読み出す。この第１カムデータを用いることで、現在の合焦状態を維持するための、ズームレンズ１０２の位置に対応する第１フォーカス補正レンズ１０５の位置を求めることができる。

以降の工程で、第１フォーカス補正レンズ１０５を追従させようとする目標位置をズームレンズ１０２の移動目標位置と第１カムデータにより決定させる。ここで、Ｓ２０１で検出したズームレンズ１０２の駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐは、あくまで基準位置に対してパルスカウントを加算した相対的なズーム位置であり、実際は駆動機構のガタやネジピッチのばらつき等よる誤差がある。そのため、ズームレンズ１０２の基準位置からパルスカウントを増減させた駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐが示す位置と、ズーム位置センサ１１４ａにより検出された位置検出データＰｓｅｎｓが示す位置とは、必ずしも一致しない。従って、実際にフォーカスを追従させたい合焦位置を駆動パルスカウント値Ｐｓｔｐだけを頼りに制御するとズレを生じてしまい、結果的に被写体のピントがボケた状態のままとなってしまい、撮像装置としての性能低下を招く。

そこで、Ｓ１１０５では、Ｓ１３０３と同様に上述の式（１）に従って、ズームレンズ１０２の現在位置を示す位置検出データＰｓｅｎｓに、Ｓ２０５にて決定した目標駆動パルス数ΔＰｓｔｐを加算する。そして、得られたズーム位置をフォーカス追従するために用いるズームレンズ１０２の目標位置Ｐｓｔｇｔとして決定し、ＲＡＭに格納する。

次にＳ１１０６にて、ズームレンズ１０２を駆動する第１ステッピングモータ１１０ａが駆動停止状態であるかどうかを判別する。第１ステッピングモータ１１０ａが駆動中であればＳ１１０７に進む。Ｓ１１０７では、撮像素子１０６の停止時のズレΔＰｃｇａｐを算出する。ズレΔＰｃｇａｐは、以下の式（８）に従い、駆動パルスカウント値Ｐｃｓｔｐと位置センサＰｃｓｅｎｓとの差から求まる。
ΔＰｃｇａｐ＝Ｐｃｓｔｐ−Ｐｃｓｅｎｓ …（８）

次にＳ１１０８では、Ｓ１１０７で求めた撮像素子１０６のズレΔＰｃｇａｐを補正するための、第１フォーカス補正レンズ１０５の補正量の計算を以下の式（９）に従い行う。なお、この補正方法が本特許の特徴的な部分であり、ズーム中は撮像素子１０６のズレを、第１フォーカス補正レンズ１０５で補正させながらズーム駆動することにより、ズーム中のピント性能の向上に貢献している。以下、その方法を詳細に示す。なお、撮像素子１０６が駆動されていることにより、補正量算出の計算式が第１の実施形態と異なる。

まず、補正の方法は、敏感度を用いることを特徴としている。敏感度とは、レンズが所定量動いた場合の像面の変化である。撮像素子１０６のズレによる第１フォーカス補正レンズ１０５のピント補正量ΔＰｆｃｍｐは、式（９）により求まる。
ΔＰｆｃｍｐ＝ΔＰｃｇａｐ÷フォーカス補正レンズの敏感度 …（９）

次にＳ１１０９では、ズームレンズ１０２の目標位置Ｐｓｔｇｔに対応する第１フォーカス補正レンズ１０５の対応位置をメモリ１１７に記憶されている第１カムデータを参照して求める。第１フォーカス補正レンズ１０５の対応位置をＰｆｓｅｎｓ’とすると、第１フォーカス補正レンズ１０５の目標位置Ｐｆｔｇｔ’は、上述した式（６）により決定できる。
Ｐｆｔｇｔ’＝Ｐｆｓｅｎｓ’＋ΔＰｆｃｍｐ …（６）

第１フォーカス補正レンズ１０５の目標位置の決定後、Ｓ１０１０に進む。
一方、Ｓ１１０６においてズームレンズ１０２を駆動する第１ステッピングモータ１１０ａが駆動停止状態であると判別された場合、Ｓ１１１０に進む。ここで、ズームレンズ１０２は停止しているが、上述のようにズームレンズ１０２の位置検出データＰｓｅｎｓはズーム目標位置Ｐｔｒｇｔとは必ずしも一致しておらず、しきい値以下の誤差を持つ位置で停止している。一方、ここまでの処理ではフォーカス目標位置はズーム目標位置Ｐｔｒｇｔに対応するカムデータ上の位置として求めている。そのため、ズームレンズ１０２の実際の位置がズーム目標位置Ｐｔｒｇｔと一致していない場合は合焦状態を維持するためのカムデータからずれてしまう。特に撮像装置がマニュアルフォーカスモードである場合、撮像装置は自動での合焦動作を行わないため、カムデータからずれた分だけ被写体のピントがボケた状態のままとなってしまい、撮像装置としての性能低下を招く。これを防止するため、Ｓ１１１０では、ズーム位置センサ１１４ａからのズームレンズ１０２の位置検出データＰｓｅｎｓに対応するフォーカス目標位置を第１カムデータから求め、これを第１フォーカス補正レンズ１０５の目標位置としてＳ１１１１に進む。

次にＳ１１１１では、上記と同様の理由から、ズーム位置センサ１１４ａからのズームレンズ１０２の位置検出データＰｓｅｎｓに対応する撮像素子１０６を第３カムデータから求め、これを撮像素子１０６の目標位置としてＳ１１１２に進む。

次にＳ１１１２では、撮像素子１０６の停止時のズレΔＰｃｇａｐを算出する。ズレΔＰｃｇａｐは式（８）に従い、駆動パルスカウント値Ｐｃｓｔｐと位置検出データＰｃｓｅｎｓとの差から求める。

次にＳ１１１３では、Ｓ１１１２で求めた撮像素子１０６のズレΔＰｃｇａｐを補正するための、第１フォーカス補正レンズ１０５の補正量ΔＰｆｃｍｐを上述した式（９）に従って計算する。なお、この補正方法が本特許の特徴的な第３の部分であり、ズーム停止時は、ズーム停止後にズームレンズ１０２と撮像素子１０６のズレを、第１フォーカス補正レンズ１０５で補正することにより、停止時のピント性能の向上に貢献している。

次にＳ１１１４では、第１フォーカス補正レンズ１０５の目標位置Ｐｆｔｇｔを、第１フォーカス補正レンズ１０５の補正量ΔＰｆｃｍｐと、Ｓ１１１０で求めた第１フォーカス目標位置を仮にＰｆｓｅｎｓとして、上述した式（７）に従って決定する。

次にＳ１１１５では、図４のＳ３１５と同様にして、第１フォーカス補正レンズ１０５の目標速度を決定する。目標速度の決定の後、Ｓ１０１０に進む。

次に、図１１のＳ１０１０にて行われるズームレンズ１０２、第１フォーカス補正レンズ１０５、撮像素子１０６の駆動制御について、図１３のフローチャートを用いて説明する。

Ｓ１２０１では、マイクロプロセッサ１１６は、ズームレンズ１０２の位置がフォーカス追従用ズーム目標位置Ｐｓｔｇｔに一致しているか否かを判定する。一致していなければＳ１２０３に進み、第１ステッピングモータ１１０ａを駆動して、ズームレンズ１０２をフォーカス追従用ズーム目標位置Ｐｓｔｇｔに移動させ、Ｓ１２０４に進む。また、ズームレンズ１０２の位置がフォーカス追従用ズーム目標位置Ｐｓｔｇｔに一致していれば、Ｓ１２０２に進み、第１ステッピングモータ１１０ａの駆動を停止させ、Ｓ１２０４に進む。

Ｓ１２０４では、マイクロプロセッサ１１６は、第１フォーカス補正レンズ１０５の位置（第１フォーカス位置センサ１１５ａによる検出位置）が図１２に示した処理によって決定された目標位置と一致しているか否かを判定する。一致していなければ、Ｓ１２０６に進んで、第１フォーカス補正レンズ１０５を目標位置に移動させるようフォーカスモータを駆動し、Ｓ１２０７に進む。一方、第１フォーカス補正レンズ１０５の位置が目標位置と一致していると判定した場合はＳ１２０５に進み、フォーカスモータの駆動を停止させ、Ｓ１２０７に進む。

Ｓ１２０７では、マイクロプロセッサ１１６は、撮像素子１０６の位置（撮像素子位置センサ１２３ａによる検出位置）が図１４に示した処理によって決定された目標位置と一致しているか否かを判定する。一致していなければ、Ｓ１２０９に進んで、撮像素子１０６を目標位置に移動させるよう第２ステッピングモータ１２５ａを駆動し、処理を終了する。一方、撮像素子１０６の位置が目標位置と一致していると判定した場合は、Ｓ１２０８に進み、第２ステッピングモータ１２５ａの駆動を停止して、処理を終了する。

上記の通り第２の実施形態によれば、第２フォーカス補正レンズ１０４の代わりに撮像素子１０６を駆動してフォーカス補正を行う場合にも、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記第１及び第２の実施形態では、送りねじとラックを用いたズームレンズの駆動機構を備えた場合について説明したが、駆動機構としては、ギア列を用いたもの等、送りねじとラックを用いた駆動機構以外のものであってもよい。

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

Claims (9)

1. 光軸方向に移動可能な変倍レンズと、
   前記光軸方向に移動可能な補正レンズと、
   入射光を光電変換して電気信号を出力する、前記光軸方向に移動可能な撮像手段と、
   前記変倍レンズと、前記変倍レンズの移動に伴う像面の移動を補正するための前記補正レンズ及び前記撮像手段との位置関係が所定の被写体距離ごとに示された第１の情報を記憶する記憶手段と、
   前記撮像手段の位置を検出する位置検出手段と、
   前記第１の情報に基づいて、前記変倍レンズの移動に伴い、前記補正レンズ及び前記撮像手段の位置を制御する制御手段とを有し、
   前記変倍レンズの移動時において、前記制御手段は、前記撮像手段を駆動する駆動手段のパルスカウント値に基づく前記撮像手段の位置と、前記位置検出手段により検出された前記撮像手段の位置との差による像面のずれを、前記補正レンズの移動によって補正する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記補正レンズを駆動する駆動手段は、前記撮像手段を駆動する駆動手段より分解能が高いことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記補正レンズを駆動する駆動手段及び前記撮像手段を駆動する駆動手段は、ステッピングモータであることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記変倍レンズの移動時において、前記制御手段は、前記撮像手段を駆動する駆動手段のパルスカウント値に基づく前記撮像手段の位置と、前記位置検出手段により検出された前記撮像手段の位置との差による像面のずれを補正するための前記補正レンズの補正量を算出し、前記変倍レンズの目標位置に対応する前記第１の情報に基づく前記補正レンズの位置及び前記補正量に基づいて、前記補正レンズの目標位置を算出し、前記補正レンズを移動するよう制御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。
5. 前記変倍レンズの位置を検出する変倍レンズ位置検出手段を有し、
   前記変倍レンズの停止時において、前記制御手段は、前記変倍レンズ位置検出手段によって検出された前記変倍レンズの位置と前記記憶手段に記憶された前記第１の情報とを用いて前記撮像手段の目標位置を算出し、当該目標位置と前記位置検出手段により検出された前記撮像手段の位置との差による像面のずれを補正するための前記補正レンズの補正量を算出し、当該補正量に基づいて前記補正レンズを移動するよう制御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。
6. 前記補正レンズ及び前記撮像手段それぞれの単位移動量あたりの像面の移動量を示す第２の情報が前記記憶手段に記憶されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、前記第２の情報に基づいて、前記像面のずれを補正するための前記補正レンズの補正量を算出することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記変倍レンズの移動時と比較して、前記変倍レンズの停止時における前記補正レンズの駆動速度をより速く設定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 光軸方向に移動可能な変倍レンズと、前記光軸方向に移動可能な補正レンズと、入射光を光電変換して電気信号を出力する、前記光軸方向に移動可能な撮像手段と、前記変倍レンズと、前記変倍レンズの移動に伴う像面の移動を補正するための前記補正レンズ及び前記撮像手段との位置関係が所定の被写体距離ごとに示された第１の情報を記憶する記憶手段とを有する撮像装置の制御方法であって、
   前記撮像手段の位置を検出する位置検出工程と、
   前記第１の情報に基づいて、前記変倍レンズの移動に伴い、前記補正レンズ及び前記撮像手段の位置を制御する制御工程とを有し、
   前記変倍レンズの移動時に、前記制御工程において、前記撮像手段を駆動する駆動手段のパルスカウント値に基づく前記撮像手段の位置と、前記位置検出工程により検出された前記撮像手段の位置との差による像面のずれを、前記補正レンズの移動によって補正する
   ことを特徴とする撮像装置の制御方法。

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