(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変倍動作を行うための第１のレンズユニットの移動に伴い、焦点面を補正するための第２のレンズユニットを移動させるズームレンズ制御装置において、
前記第１のレンズユニットの移動に伴い前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う駆動制御手段と、
被写体光を受光し前記第１及び第２のレンズユニットを含む光学系の焦点調節信号を形成する焦点調節信号形成手段と、
前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの移動に、少なくとも第１の可動範囲及び該第１の可動範囲とは異なる第２の可動範囲を設定する可動範囲設定手段とを有し、
前記可動範囲設定手段は、
前記駆動制御手段が前記焦点調節信号形成手段からの焦点調節信号を用いて前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う場合であって、且つ前記第１のレンズユニットが短焦点距離側から長焦点距離側へ移動する場合に、前記第１の可動範囲を設定し、
前記第１の可動範囲における無限側移動限界位置が、焦点深度に応じて決まる所定値だけ、前記第２の可動範囲の無限側移動限界位置よりも至近側に設定することを特徴とするズームレンズ制御装置。
【請求項２】
前記焦点深度は、絞り開口径に応じたＦ値と、撮像素子の画素サイズに応じた許容錯乱円径と、前記第２のレンズユニットの位置敏感度とに応じて決定されることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ制御装置。
【請求項３】
前記第１のレンズユニットの移動に伴い前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う駆動制御手段と、被写体光を受光し前記第１及び第２のレンズユニットを含む光学系の焦点調節信号を形成する焦点調節信号形成手段とを有し、
前記可動範囲設定手段は、前記駆動制御手段が前記焦点調節信号形成手段からの焦点調節信号を用いて前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う場合には前記第１の可動範囲を設定し、前記駆動制御手段が前記焦点調節信号形成手段からの焦点調節信号を用いずに前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う場合には前記第２の可動範囲を設定することを特徴とする請求項１又は２記載のズームレンズ制御装置。
【請求項４】
前記第１の可動範囲は、前記第２の可動範囲より狭いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のズームレンズ制御装置。
【請求項５】
変倍動作を行うための第１のレンズユニットの移動に伴い、焦点面を補正するための第２のレンズユニットを移動させるズームレンズ制御装置に適用されるズームレンズ制御方法において、
前記第１のレンズユニットの移動に伴い前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う駆動制御ステップと、
被写体光を受光し前記第１及び第２のレンズユニットを含む光学系の焦点調節信号を形成する焦点調節信号形成ステップと、
前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの移動に、少なくとも第１の可動範囲及び該第１の可動範囲とは異なる第２の可動範囲を設定する可動範囲設定ステップとを有し、
前記可動範囲設定ステップでは、前記駆動制御ステップが前記焦点調節信号形成ステップからの焦点調節信号を用いて前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う場合であって、且つ前記第１のレンズユニットが短焦点距離側から長焦点距離側へ移動する場合に、前記第１の可動範囲を設定し、前記第１の可動範囲における無限側移動限界位置が、焦点深度に応じて決まる所定値だけ、前記第２の可動範囲の無限側移動限界位置よりも至近側に設定されることを特徴とするズームレンズ制御方法。
【請求項６】
変倍動作を行うための第１のレンズユニットの移動に伴い、焦点面を補正するための第２のレンズユニットを移動させるズームレンズ制御装置に適用されるズームレンズ制御方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、
前記ズームレンズ制御方法が、
前記第１のレンズユニットの移動に伴い前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う駆動制御ステップと、
被写体光を受光し前記第１及び第２のレンズユニットを含む光学系の焦点調節信号を形成する焦点調節信号形成ステップと、
前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの移動に、少なくとも第１の可動範囲及び該第１の可動範囲とは異なる第２の可動範囲を設定する可動範囲設定ステップとを有し、
前記可動範囲設定ステップでは、前記駆動制御ステップが前記焦点調節信号形成ステップからの焦点調節信号を用いて前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う場合であって、且つ前記第１のレンズユニットが短焦点距離側から長焦点距離側へ移動する場合に、前記第１の可動範囲を設定し、前記第１の可動範囲における無限側移動限界位置が、焦点深度に応じて決まる所定値だけ、前記第２の可動範囲の無限側移動限界位置よりも至近側に設定されることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズ制御装置、ズームレンズ制御方法、及びプログラムに関し、特に、変倍動作を行うための第１のレンズユニットの移動に伴い、焦点面を補正するための第２のレンズユニットを移動させるズームレンズ制御装置、該ズームレンズ制御装置に適用されるズームレンズ制御方法、及び該ズームレンズ制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インナーフォーカスタイプのレンズシステムを搭載したビデオカメラ等の撮像装置が、従来から存在する。
【０００３】
図３は、インナーフォーカスタイプのレンズシステムの構成を簡略化して示す図である。
【０００４】
図３において１０１は前玉である固定のレンズ群、１０２は変倍を行うレンズ群であるズームレンズ（変倍レンズ）、１０３は絞り、１０４は固定のレンズ群、１０５は焦点調節機能（フォーカシング機能）を備えたレンズ群であるフォーカスレンズ、１０６はＣＣＤからなる撮像素子である。上記のフォーカスレンズ１０５は、ズームレンズ１０２の変倍による焦点面の移動を補正する所謂コンペ機能を兼ね備えている。
【０００５】
公知のとおり、図３に示す構成を備えたレンズシステムでは、フォーカスレンズ１０５がコンペ機能と焦点調節機能とを兼ね備えているため、焦点距離が等しくても、撮像素子１０６面上に合焦させるためのフォーカスレンズ１０５の位置は、被写体距離によって異なってしまう。各被写体距離において焦点距離を変化させたとき、撮像素子１０６面上に合焦させるためのフォーカスレンズ１０５の位置を連続してプロットすると、図４に示すような特性となる。図４では、各被写体距離（例えば８０ｃｍ、３ｍ、∞）毎に焦点距離に対するフォーカスレンズ位置を軌跡（曲線）で示す。変倍中は、被写体距離に応じて図４に示された軌跡を選択し、ズームレンズ１０２が駆動されて焦点距離が変化したときに該軌跡に沿ってフォーカスレンズ１０５を移動させれば、ピントボケのないズームが可能になる。
【０００６】
なお、前玉フォーカスタイプのレンズシステムでは、変倍レンズに対して独立したコンペレンズが設けられており、さらに変倍レンズとコンペレンズとが機械的なカム環で結合されている。従って、例えばこのカム環にマニュアルズーム用のツマミを設けておき、手動で焦点距離を変えようとした場合、ツマミをいくら速く動かしても、カム環がこれに追従して回転し、変倍レンズとコンペレンズはカム環のカム溝に沿って移動するので、フォーカスレンズによるピントがあってさえいれば、上記動作によってボケを生じることはない。
【０００７】
一方、上述のような特徴を有するインナーフォーカスタイプのレンズシステムの制御においては、図４に示す複数の軌跡からなる特性情報を何らかの形でレンズ制御用マイコン（マイクロコンピュータ）に記憶させておき、被写体距離に応じて軌跡を選択し、ズーミング時に該選択した軌跡上を辿りながら、変倍による焦点面の移動を補正するのが一般的である。ここで、ズームレンズ１０２の位置（焦点距離）に対するフォーカスレンズ１０５の位置をレンズ制御用マイコンから読み出してフォーカスレンズ１０５の位置を制御するため、フォーカスレンズ１０５を駆動するアクチュエータの性能が問題となる。すなわち、図４からも明らかなように、同一の被写体距離においてズームレンズ１０２が等速度またはそれに近い速度状態で移動する場合、フォーカスレンズ１０５の移動速度と移動の向きが刻々と変化する。これは、換言すれば、フォーカスレンズ１０５のアクチュエータが１Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度の精度良い速度応答をしなければならないことを示している。
【０００８】
こうした性能を備えたアクチュエータとしてステッピングモータがあり、インナーフォーカスレンズシステムのフォーカスレンズ１０５にはステッピングモータを用いることが一般的になりつつある。ステッピングモータは、レンズ制御用のマイコン等から出力される歩進パルスに完全に同期しながら回転するとともに、１パルス当たりの歩進角度が一定なので、高い速度応答性と停止精度と位置精度とを得ることが可能である。さらにステッピングモータでは、歩進パルス数に対する回転角度が一定であることから、歩進パルスをそのままインクリメント型のエンコーダとして用いることができ、レンズシステムに特別な位置エンコーダを追加しなくてもよいという利点がある。
【０００９】
ステッピングモータを用いて合焦を保ちながら変倍動作を行おうとする場合、前述したように、レンズ制御用マイコン等に図４に示す軌跡情報を軌跡データテーブルとして記憶しておき、変倍レンズの位置または移動速度に応じて軌跡情報を読みだして、その情報に基づいてフォーカスレンズを移動させる必要がある。または、被写体距離及びズームレンズ１０２の焦点距離を変数としたフォーカスレンズ１０５の位置を表す関数を用いるようにしてもよい。
【００１０】
次に、上記の軌跡データテーブルを用いた場合の各軌跡間の補間演算及びフォーカスレンズの標準移動速度の演算方法について説明する。
【００１１】
図５は、ステッピングモータを用いて合焦を保ちながら変倍動作を行おうとする場合に適用される従来の軌跡追従方法において使用される軌跡特性の一例を示す図である。この軌跡特性は、レンズ制御用マイコンに記憶される。
【００１２】
図５において、Ｚ0，Ｚ1，Ｚ2，．．．Ｚ6は変倍レンズ（ズームレンズ）位置を表し、ａ0，ａ1，ａ2，．．．ａ6及びｂ0，ｂ1，ｂ2，．．．ｂ6はそれぞれ、被写体距離別のフォーカス位置を表す代表軌跡である。またｐ0，ｐ1，ｐ2，．．．ｐ6は、上記２つの軌跡を基に算出される両者の中間の軌跡であり、下記式（１）に従って算出される。
【００１３】
ｐ(n+1)＝｜ｐ(n)−ａ(n)｜／｜ｂ(n)−ａ(n)｜＊｜ｂ(n+1)−ａ(n+1)｜＋ａ(n+1)    …  （１）
例えば、上記式（１）によって点ｐ１を求めると、点ｐ０が線分（ｂ０−ａ０）を内分する比を求め、この比に従って線分（ｂ１−ａ１）を内分する点をｐ１としている。そこで、フォーカスレンズ１０５が点ｐ０にある場合、この点ｐ１と点ｐ０との位置差（ｐ１−ｐ０）と、ズームレンズ１０２が位置Ｚ0から位置Ｚ1まで移動するのに要する時間とから、合焦を保つためのフォーカスレンズ１０５の標準移動速度が分かる。
【００１４】
次に、ズームレンズ１０２の停止位置が、記憶された代表軌跡データ上の位置（ズーム境界位置）ではない位置である場合におけるフォーカスレンズ１０５の位置の算出について説明する。
【００１５】
図６は、変倍レンズ位置方向の内挿方法を説明するための軌跡特性図であり、図５の一部を抽出し、変倍レンズの位置データを任意に設定したものである。
【００１６】
図６において、縦軸、横軸はそれぞれフォーカスレンズ１０５の位置、ズームレンズ１０２の位置を示しており、レンズ制御マイコンで記憶している代表軌跡位置（離散的なズームレンズ１０２の位置に対するフォーカスレンズ１０５の離散的な位置）を、ズームレンズ位置Ｚ0，Ｚ1，．．．Ｚk-1，Ｚk．．．Ｚn、その時の被写体距離別のフォーカスレンズ位置ａ0，ａ1，．．．ａk-1，ａk．．．ａn、ｂ0，ｂ1，．．．ｂk-1，ｂk．．．ｂnで表している。今、ズームレンズ位置が軌跡データ上の離散的位置（ズーム境界位置）ではない中間位置Ｚxにあり、そのときの被写体距離別の軌跡データ上のフォーカスレンズ位置がａx，ｂxであるとすると、これらのフォーカスレンズ位置ａx，ｂxは下記式（２），（３）に基づき算出される。
【００１７】
ａx＝ａk−（Ｚk−Ｚx）＊（ａk−ａk-1）／（Ｚk−Ｚk-1）  …  （２）
ｂx＝ｂk−（Ｚk−Ｚx）＊（ｂk−ｂk-1）／（Ｚk−Ｚk-1）  …  （３）
つまり、現在の変倍レンズ位置Ｚxとそれを挟む２つのズーム境界位置（Ｚk-1，Ｚk）とから得られる内分比に従い、記憶されている４つの代表軌跡データ（ａk，ａk-1，ｂk，ｂk-1）のうち同一被写体距離のものを前記内分比で内分することによりａx，ｂxを求めることができる。
【００１８】
そして、フォーカスレンズ位置（軌跡）ａ0，ａ1，．．．ａk-1，ａx，ａk．．．ａnとフォーカスレンズ位置（軌跡）ｂ0，ｂ1，．．．ｂk-1，ｂx，ｂk．．．ｂnとの間のフォーカスレンズ位置（軌跡）として、ｐ0，ｐ1，．．．ｐk-1，ｐx，ｐk．．．ｐnを考えた場合、ａx，ｐx，ｂxから得られる内分比に従い、記憶されてい４つの代表データ（ａk，ａk-1，ｂk，ｂk-1）のうち同一焦点距離のものを、式（１）のように前記内分比で内分することにより、ｐk，ｐk-1を求めることができる。そして、ワイド端からテレ端へのズーム時には追従先フォーカス位置ｐkと現フォーカス位置ｐxとの位置差と、ズームレンズ１０２がＺxからＺkまで移動するのに要する時間とから、合焦を保つためのフォーカスレンズ１０５の移動速度が分かる。また、テレ端からワイド端へのズーム時には追従先フォーカス位置ｐk-1と現フォーカス位置ｐxとの位置差と、ズームレンズ１０２がＺxからＺk-1まで移動するのに要する時間とから、合焦を保つためのフォーカスレンズ１０５の標準移動速度が分かる。以上のような軌跡追従方法が考案されている。
【００１９】
ズームレンズ１０２がテレ端からワイド端方向に移動する場合には、図４から明らかなように、ばらけている各軌跡が収束する方向なので、上述した軌跡追従方法でも合焦は維持できる。しかしながら、ワイド端からテレ端方向では、収束点にいたフォーカスレンズ１０２がどの軌跡をたどるべきかが判らないので、同様な軌跡追従方法では合焦を維持できない。
【００２０】
図７は、上述したような問題を解決するべく考案されている従来の軌跡追従方法の一例を説明するための特性図である。図７（Ａ）,（Ｂ）とも横軸はズームレンズの位置を示しており、縦軸は（Ａ）がＡＦ評価信号レベルを示しており、（Ｂ）がフォーカスレンズの位置を示している。ＡＦ評価信号は、合焦度合を示す鮮鋭度信号であり、映像信号の高周波成分からなる。
【００２１】
図７において、ある被写体に対してズーミングを行う際の合焦カム軌跡が６０４であるとする。ここで、ズーム位置６０６（Ｚ１４）よりワイド（Ｗ）側での合焦カム軌跡に対する追従の標準移動速度を正（フォーカスレンズ至近方向に移動）、ズーム位置６０６（Ｚ１４）よりテレ（Ｔ）側での合焦カム軌跡に対する追従の標準移動速度を負（フォーカスレンズ無限方向に移動）とする。合焦を完全に維持しながらフォーカスレンズ１０５がカム軌跡６０４を辿るときに、前記ＡＦ評価信号の大きさは最大値６０１を維持する。一般に、合焦を維持したズーミングでは、ＡＦ評価信号レベルはほぼ一定値となることが知れている。
【００２２】
図７（Ｂ）において、ズーミング時、合焦カム軌跡６０４を辿るフォーカスレンズ標準移動速度をＶf0とし、実際のフォーカスレンズ１０５の移動速度をＶfとしたとき、フォーカスレンズ移動速度Ｖfを、フォーカスレンズ標準移動速度Ｖf0に対して大小させながらズーミングすると、その軌跡は軌跡６０５のようにジグザグとなる。この時、図７（Ａ）に示すＡＦ評価信号のレベルは曲線６０３のように山と谷とを繰り返す。ここで、ＡＦ評価信号のレベル曲線６０３は、軌跡６０４と軌跡６０５とが交わる位置（Ｚ０，Ｚ２，Ｚ４，．．．Ｚ１６）で最大値６０１となり、軌跡６０５の移動方向ベクトルが切り替わる位置（Ｚ１，Ｚ３，．．．Ｚ１５）で最小値６０２となる。
【００２３】
なお、最小値６０２と同じレベルＴＨ１を切換点に設定し、ＡＦ評価信号のレベルがレベルＴＨ１と等しくなる毎に、軌跡６０５の移動方向ベクトルを切換えれば、切り換え後のフォーカスレンズ１０５の移動方向は、合焦軌跡６０４に近づく方向に設定できる。つまり、ＡＦ評価信号レベルの最大値６０１と最小値６０２（ＴＨ１）の差分だけ像がボケる毎に、ボケを減らすように、フォーカスレンズ１０５の移動方向及び速度を制御することで、ボケ量を抑制したズーミングが行える。
【００２４】
上述した手法を用いて、図４に示したようなカム軌跡が収束から発散して行くワイド端からテレ端へのズーミングにおいて、仮に合焦を維持する標準移動速度Ｖf0が狙う被写体距離に最適ではなくとも、この標準移動速度（式（１）に基づき求まるｐ(n+1)を使って算出したもの）に対し、フォーカスレンズ移動速度Ｖfを制御しながら、ＡＦ評価信号のレベル変化に従って軌跡６０５のように切り換え動作を繰り返すようにすることにより、ＡＦ評価信号レベルが最小値６０２（ＴＨ１）よりも下がらない軌跡、即ち一定量以上のボケを生じない軌跡の選択が行える。また、ボケ量の大きさはレベルＴＨ１を適当に設定することにより、見た目にピントボケが判らないズーミングを行うことが可能となる。
【００２５】
ここで、フォーカスレンズ１０５の移動速度Ｖfは、正方向の補正速度をＶf+、負方向の補正速度をＶf-とすると、下記式（４），（５）に基づき決まる。
【００２６】
Ｖf  ＝  Ｖf0  ＋  Ｖf+      …（４）
Ｖf  ＝  Ｖf0  ＋  Ｖf-      …（５）
これらの補正速度Ｖf+，Ｖf-は、上記式（４），（５）により得られる移動速度Ｖfの２つの方向ベクトルの内角が、フォーカスレンズ標準移動速度Ｖf0の方向ベクトルにより２等分されるように決定され、これによって、上記ズーミング手法による追従軌跡選択時の片寄りが生じないようにされている。また、被写体や、焦点距離、被写界深度に応じて、補正速度で表される補正量の大きさを変化させ、これにより、ＡＦ評価信号の増減周期を変化させて、追従軌跡の選択精度向上を図った手法も考案されている。
【００２７】
以上説明した変倍動作の制御では、撮像素子１０６からの映像信号を用いて合焦検出を行うことから、本レンズシステムがビデオカメラに搭載されている場合に、変倍動作の制御処理が垂直同期信号に同期して行われることが一般的である。
【００２８】
図８は、レンズ制御用マイコン内で行われる従来のレンズ駆動処理の手順を示すフローチャートである。以下、ステップに沿って説明する。
【００２９】
ステップＳ７０１では、マイコン内のＲＡＭや各種ポートの初期化処理を行う。
【００３０】
ステップＳ７０２は、カメラ本体の操作系を制御しているシステムコントロールマイクロコンピュータ（以下「シスコン」という）との相互通信を行うルーチンであり、撮影者が操作したズームＳＷユニットからの入力情報をシスコンから受け取り、また、ズーム動作実行中であることや、ズームレンズ位置などの変倍動作情報をシスコンに引き渡し、それらの情報を表示器等に表示させて撮影者に知らせる。
【００３１】
ステップＳ７０３はＡＦ処理ルーチンであり、ＡＦ評価信号の変化に応じ自動焦点調節処理を行う。
【００３２】
ステップＳ７０４はズーム処理ルーチンであり、変倍動作時において、合焦を維持するためのコンペ動作処理を行うルーチンである。前述したような手法で、図５に示すようなカム軌跡をトレースするフォーカスレンズ１０２の標準駆動方向及び標準駆動速度の算出を行う。
【００３３】
ステップＳ７０５は駆動方向、速度選択ルーチンであり、ＡＦ時や変倍動作時等に応じて、ステップＳ７０３及びステップＳ７０４の処理ルーチンで算出されたズームレンズ１０２やフォーカスレンズ１０５の駆動方向や駆動速度のうち、いずれを使用するのかを選択し、またテレ端よりテレ側、ワイド端よりワイド側、至近端より至近側、無限端より無限側にはレンズを駆動しないように設定する。これらのテレ端、ワイド端、至近端、無限端は、各レンズがレンズの機構上の動作端部に当たらないようにソフトウェアにおいて設けているものである。
【００３４】
図９は、フォーカスレンズのソフトウェア的に設けられた各端の一例を示す特性図である。
【００３５】
例えば、至近撮影距離をワイド（Ｗ）端では１ｃｍ、全焦点距離通して１ｍ確保するとし、レンズ制御用マイコンに記憶される代表軌跡として、被写体距離５ｍｍの軌跡８０１と被写体距離９０ｃｍの軌跡８０２を用意する。そして、焦点距離が位置８０４から位置８０５までの焦点距離範囲では、５ｍｍ軌跡８０１を至近端とし、位置８０５から位置８０６までの焦点距離範囲では、９０ｃｍ軌跡８０２上の最至近位置と等しい固定値８０７を至近端とし、位置８０６より望遠側の焦点距離範囲では、９０ｃｍ軌跡８０２を至近端とするように設定する。
【００３６】
一方、無限端については、無限遠の軌跡８０３から無限方向に所定量離れた軌跡８０８を求め、これを無限端とする。
【００３７】
無限から最至近までの撮影距離に対してピント合わせを可能にするためには、フォーカスレンズの至近端及び無限端を、上記の至近端及び無限端により決まる範囲よりも広く設定する必要がある。その理由は、例えば無限遠に位置する主被写体に合焦するには、超無限までフォーカスレンズを駆動させてＡＦ評価信号レベルが無限位置の場合に比べ減少することを確かめる必要があるからである。同様に至近側では、例えば被写体距離１ｍにある主被写体の位置を越えて９０ｃｍの被写体距離までフォーカスレンズ１０５を移動して、ＡＦ評価信号レベルが減少することを確認して初めて、被写体距離１ｍにピント合わせすることが可能となるからである。また、絞りの状態に応じて被写界深度や焦点深度が深くなった場合でも、焦点調節をやり易くするため、フォーカスレンズの至近端から無限端までの焦点距離範囲を、合焦可能な撮影距離に比べ、広めに設定する。さらに、環境温度等に起因してレンズ鏡筒が伸び縮みしてピントずれが発生することも考慮して、至近端から無限端までの焦点距離範囲を広く設定している。
【００３８】
図８に戻って、ステップＳ７０６では、ステップＳ７０５で定めたズームレンズ及びフォーカスレンズ用の駆動方向、駆動速度情報に応じて、モータドライバに制御信号を出力し、各レンズの駆動／停止の制御を行う。
【００３９】
ステップＳ７０６の処理終了後はステップＳ７０２に戻る。なお、図８に示す一連の処理は、本レンズシステムがビデオカメラに搭載されている場合に、ビデオカメラにおける垂直同期期間に同期して実行される。すなわち、ステップＳ７０２の処理の中で、垂直同期信号の入力を待って処理が行われる。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のインナーフォーカスタイプのレンズシステムに、図７を参照して説明した軌跡追従手法を適用した場合、ＡＦ評価信号を参照してズーミング動作を行うときに、被写体移動やカメラワーク、手ぶれ等に起因してＡＦ評価信号が変動し、補正速度方向の切替をうまく行えなくなることがあった。その場合、軌跡追従が合焦軌跡から遠ざかる方向に行われてしまう可能性があった。
【００４１】
特に無限位置の被写体にズームアップする場合、無限位置方向へ補正速度が加算されていると、無限位置を超えた超無限位置まで行き過ぎ、無限端が前述のように深めに設定されているので、再び至近方向に反転されるまでの期間におけるピントボケ量が大きく、ファインダやモニタを介して撮影者に提供される画像の品位が低いという問題があった。
【００４２】
また、無限合焦位置から所定量だけ至近方向の位置にフォーカスレンズ位置がある場合には（前ピン状態）、画面内の無限位置の被写体のみがボケ、それ以外の位置にある被写体はそれほどのボケを発生しないのに対し、無限端より所定量だけ超無限側の超無限領域にフォーカスレンズ位置がある場合には、画面内の全ての被写体がボケてしまい、且つ、その超無限領域に入るとＡＦ評価信号レベルも急激に小さくなるために合焦方向の判断も正確に行えなくなってしまい、フォーカスレンズ位置が再び無限被写体位置にまで戻るのに時間がかかり、そのためピントの大ボケの印象を撮影者に与えるという問題があった。
【００４３】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、変倍動作時のピントボケの発生を防止して、快適な撮影を行えるようにしたズームレンズ制御装置、ズームレンズ制御方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
【００４４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のズームレンズ制御装置によれば、変倍動作を行うための第１のレンズユニットの移動に伴い、焦点面を補正するための第２のレンズユニットを移動させるズームレンズ制御装置において、前記第１のレンズユニットの移動に伴い前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う駆動制御手段と、被写体光を受光し前記第１及び第２のレンズユニットを含む光学系の焦点調節信号を形成する焦点調節信号形成手段と、前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの移動に、少なくとも第１の可動範囲及び該第１の可動範囲とは異なる第２の可動範囲を設定する可動範囲設定手段とを有し、前記可動範囲設定手段は、前記駆動制御手段が前記焦点調節信号形成手段からの焦点調節信号を用いて前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う場合であって、且つ前記第１のレンズユニットが短焦点距離側から長焦点距離側へ移動する場合に、前記第１の可動範囲を設定し、前記第１の可動範囲における無限側移動限界位置が、焦点深度に応じて決まる所定値だけ、前記第２の可動範囲の無限側移動限界位置よりも至近側に設定することを特徴とする。
【００４５】
上記目的を達成するために、本発明のズームレンズ制御方法によれば、変倍動作を行うための第１のレンズユニットの移動に伴い、焦点面を補正するための第２のレンズユニットを移動させるズームレンズ制御装置に適用されるズームレンズ制御方法において、前記第１のレンズユニットの移動に伴い前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う駆動制御ステップと、被写体光を受光し前記第１及び第２のレンズユニットを含む光学系の焦点調節信号を形成する焦点調節信号形成ステップと、前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの移動に、少なくとも第１の可動範囲及び該第１の可動範囲とは異なる第２の可動範囲を設定する可動範囲設定ステップとを有し、前記可動範囲設定ステップでは、前記駆動制御ステップが前記焦点調節信号形成ステップからの焦点調節信号を用いて前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う場合であって、且つ前記第１のレンズユニットが短焦点距離側から長焦点距離側へ移動する場合に、前記第１の可動範囲を設定し、前記第１の可動範囲における無限側移動限界位置が、焦点深度に応じて決まる所定値だけ、前記第２の可動範囲の無限側移動限界位置よりも至近側に設定されることを特徴とする。
【００４６】
上記目的を達成するために、本発明のプログラムによれば、変倍動作を行うための第１のレンズユニットの移動に伴い、焦点面を補正するための第２のレンズユニットを移動させるズームレンズ制御装置に適用されるズームレンズ制御方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、前記ズームレンズ制御方法が、前記第１のレンズユニットの移動に伴い前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う駆動制御ステップと、被写体光を受光し前記第１及び第２のレンズユニットを含む光学系の焦点調節信号を形成する焦点調節信号形成ステップと、前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの移動に、少なくとも第１の可動範囲及び該第１の可動範囲とは異なる第２の可動範囲を設定する可動範囲設定ステップとを有し、前記可動範囲設定ステップでは、前記駆動制御ステップが前記焦点調節信号形成ステップからの焦点調節信号を用いて前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの駆動制御を行う場合であって、且つ前記第１のレンズユニットが短焦点距離側から長焦点距離側へ移動する場合に、前記第１の可動範囲を設定し、前記第１の可動範囲における無限側移動限界位置が、焦点深度に応じて決まる所定値だけ、前記第２の可動範囲の無限側移動限界位置よりも至近側に設定されることを特徴とする。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００４９】
図１は、本発明に係る撮像装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。この実施の形態の撮像装置はインナーフォーカスタイプのレンズシステムを含むビデオカメラである。
【００５０】
図１におけるインナーフォーカスタイプのレンズシステムは、図３に示すインナーフォーカスタイプのレンズシステムと同様の構成を備えるので、図１において、図３に示す構成と同一部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００５１】
レンズシステムを透過した映像光は撮像素子１０６面上に結像されて、光電変換により映像信号に変換される。この映像信号は、増幅器１０７で最適なレベルに増幅された後、カメラ信号処理回路１０８へ入力され、標準テレビ信号に変換される。
【００５２】
一方、増幅器１０７で増幅された映像信号は、絞り制御回路１２１とＡＦ信号処理回路１０９に送られる。絞り制御回路１２１では、映像信号の入力レベルに応じて、アイリスドライバ１２３、ＩＧメータ１２２を駆動して、絞り１０３を制御し、光量調節を行っている。ＡＦ信号処理回路１０９は、ＡＦ枠生成回路１１０からゲート信号を受け取り、撮像画面の所定領域枠であるＡＦ枠内の映像信号の高周波成分のみを抽出し、信号処理を行う。ＡＦ枠生成回路１１０は、タイミングジェネレータ１１１から送られる垂直同期・水平同期信号に基づき、前記ＡＦ枠内の撮像画面を切り取るためのゲート信号を発生する。
【００５３】
１１２はレンズ制御用のマイクロコンピュータ（レンズ制御マイコン）であり、ＡＦ評価信号の強度に応じて焦点調節を行うＡＦプログラム１１３、カム軌跡追従しながら合焦状態を維持するズーム制御プログラム１１４、カム軌跡追従時に参照するレンズカムデータ１１５、ＡＦやズーム時にフォーカスレンズ１０５やズームレンズ１０２をそれぞれ独立に光軸に沿って駆動するためのモータ制御プログラム１１６を有しており、レンズの駆動制御、及び測距エリアを変更するためのＡＦ枠制御を行っている。
【００５４】
また、レンズ制御マイコン１１２はシステムコントロールマイクロコンピュータ（システムコントロールマイコン）１２４と通信を行っており、システムコントロールマイコン１２４からレンズ制御マイコン１１２へ、ズームＳＷユニット１２５やＡＦ／ＭＦ切換ＳＷユニット１２６からの出力信号が送られ、レンズ制御マイコン１１２からシステムコントロールマイコン１２４へ、ズーム時のズーム方向や焦点距離などの変倍動作情報等が送られる。ズームＳＷユニット１２５は、撮影者によって操作されるユニット化されたズームスイッチであり、操作部材の回転角度に応じた電圧をＡ／Ｄ変換してシステムコントロールマイコン１２４へ出力する。この出力信号に応じて可変速ズーミングが為される。ＡＦ／ＭＦ切換ＳＷユニット１２６は、焦点調節を自動で行うモード（ＡＦ）と手動で行うモード（ＭＦ）とのいずれかを撮影者が選択するための操作スイッチであり、このスイッチの出力がＡ／Ｄ変換されてシステムコントロールマイコン１２４へ出力される。
【００５５】
１１８，１２０はモータドライバであり、それぞれレンズ制御マイコン１１２から出力されるズームレンズ１０２及びフォーカスレンズ１０５の駆動命令に従って、駆動エネルギーをズームレンズ１０２駆動用のズームモータ１１７及びフォーカスレンズ１０５駆動用のフォーカスモータ１１９にそれぞれ出力する。ズームモータ１１７及びフォーカスモータ１１９はズームレンズ１０２及びフォーカスレンズ１０５にそれぞれ接続され、それらを駆動する。
【００５６】
ズームモータ１１７及びフォーカスモータ１１９はステッピングモータで構成される。以下に、これらのズームモータ１１７及びフォーカスモータ１１９の駆動方法を説明する。
【００５７】
レンズ制御マイコン１１２は、プログラム処理によりズームモータ１１７及びフォーカスモータ１１９の駆動速度を決定し、各ステッピングモータの回転周波数信号として、ズームモータ１１７駆動用のモータドライバ１１８、フォーカスモータ１１９駆動用のモータドライバ１２０に送る。またズームモータ１１７及びフォーカスモータ１１９を駆動／停止させる駆動／停止信号、及び各モータの回転方向を指示する回転方向信号をモータドライバ１１８,１２０に送っている。その駆動／停止信号及び回転方向信号は、ズームモータ１１７に関しては主としてズームＳＷユニット１２５の状態に応じて生成され、フォーカスモータ１１９に関しては、ＡＦ時及びズーム時にレンズ制御マイコン１１２内の処理で決定する駆動命令に応じて生成される。
【００５８】
モータドライバ１１８，１２０は各々、回転方向信号に応じて、４相のモータ励磁相の位相を順回転または逆回転の位相に設定し、且つ受信した回転周波数信号に応じて４つのモータ励磁相の印加電圧（または電流）を変化させて出力し、これにより、モータの回転方向と回転周波数とを制御する。また、モータドライバ１１８，１２０は各々、駆動／停止信号に応じてモータへ印加電圧（または電流）を出力することを実行／停止している。
【００５９】
図２は、レンズ制御マイコン１１２内で行われるレンズ駆動処理の手順の一部を示すフローチャートである。本発明の実施の形態におけるレンズ制御マイコン１１２は、図８に示したレンズ駆動処理と基本的には同一の処理を実行する。ただし、本発明の実施の形態におけるレンズ制御マイコン１１２は、図８に示したレンズ駆動処理のうちステップＳ７０５に関しては、異なる内容の処理を実行する。図２は、本発明の実施の形態におけるレンズ制御マイコン１１２が実行する、図８のステップＳ７０５に相当する処理を示す図である。なお、図２では、速度設定、方向設定、ズーム端の処理については割愛し、本発明の特徴であるフォーカス端の処理についてのみ示す。
【００６０】
図２におけるステップＳ９０１で、ズームレンズ１０２に応じた至近端ｎｅｎｄを設定する。この至近端ｎｅｎｄは、図９を参照して説明した設定方法と同様に、焦点距離範囲毎に、所定の被写体距離のカム軌跡（例えば、焦点距離範囲８０４〜８０５の軌跡８０１、焦点距離範囲８０６〜Ｔの軌跡８０２）、及びフォーカスレンズ固定位置（例えば焦点距離範囲８０５〜８０６の至近端８０７）に設定される。
【００６１】
ステップＳ９０２では、システムコントロールマイコン１２４から伝送されたＡＦ／ＭＦ切換ＳＷユニット１２６での設定モードがＡＦモードであるか否かを判別する。また、ステップＳ９０３では、ズームＳＷユニット１２５から出力された信号が、ズームレンズ１０２のワイド（Ｗ、短焦点距離）側からテレ（Ｔ、長焦点距離）側への移動を示しているか否かを判別する。これらの判別の結果、ＡＦモードが設定されており且つワイド側からテレ側へのズーム中の場合には、ステップＳ９１０へ進み、それ以外の場合には、ステップＳ９０４に進む。
【００６２】
ステップＳ９０４では、ズームレンズ１０２に応じて第１の無限端ｆｅｎｄ１の設定を行う。この無限端ｆｅｎｄ１は、図９を参照して説明した無限端８０８と同様に設定され、焦点距離に対応して無限遠のカム軌跡（図９に示す例で言えば無限軌跡８０３）から無限方向に所定量移動した位置に設定される。
【００６３】
次にフォーカスレンズ１０５の現在位置が無限端ｆｅｎｄ１以下（無限方向）であるか否かを判別し（Ｓ９０５）、無限端ｆｅｎｄ１以下であるならば、フォーカスレンズ１０５の駆動方向が無限方向に設定されているか否かを判別する（Ｓ９０６）。無限方向に設定されているならば、ステップＳ９０７に進み、フォーカシングを停止させるべくフォーカスレンズ１０５の移動停止命令の設定を行う。そして図８のステップＳ７０６へ進み、フォーカスレンズ１０５の移動停止が実行される。ステップＳ９０６で、フォーカスレンズ１０５の駆動方向が至近方向に設定されていると判別された場合には、そのまま図８のステップＳ７０６へ進む。
【００６４】
一方ステップＳ９０５で、フォーカスレンズ１０５が無限端ｆｅｎｄ１よりも至近方向側に位置すると判別された場合には、ステップＳ９０８に進んで、フォーカスレンズ１０５の現在位置が至近端ｎｅｎｄ以上（至近方向）であるか否かを判別し、至近端ｎｅｎｄ以上であるならば、フォーカスレンズ１０５の駆動方向が至近方向に設定されているか否かを判別する（Ｓ９０９）。至近方向に設定されているならば、ステップＳ９０７に進んで、フォーカシングを停止させるべくフォーカスレンズ１０５の移動停止命令の設定を行う。そして図８のステップＳ７０６へ進み、フォーカスレンズ１０５の移動停止が実行される。ステップＳ９０９で、フォーカスレンズ１０５の駆動方向が無限方向に設定されていると判別された場合には、そのまま図８のステップＳ７０６へ進む。
【００６５】
ところで、ＡＦモードが設定されており且つワイド側からテレ側へのズーム中の場合には、ステップＳ９１０へ進み、第２の無限端ｆｅｎｄ２の設定を行う。第２の無限端ｆｅｎｄ２は、焦点距離に対応して無限遠のカム軌跡から無限方向に所定量α（＝焦点深度＊β）移動した位置に設定される。焦点深度は、絞り開口径に応じた光学レンズ群のＦ値と、撮像素子１０６の画素サイズに応じた許容錯乱円径δと、フォーカスレンズ１０５の位置敏感度とに応じて、（許容錯乱円径δ＊Ｆ値／位置敏感度）として決定される。
【００６６】
また、βは少数点を含んだゲインデータであり、実際にはｎ／ｍ（ｎ，ｍは共に整数）で決定される。このβを可変させることにより、第２の無限端ｆｅｎｄ２をズーミング時のトレース性能に合わせチューニングすることが可能になっている。
【００６７】
本発明の特徴として、第２の無限端ｆｅｎｄ２と第１の無限端ｆｅｎｄ１との位置関係が、ｆｅｎｄ２＞ｆｅｎｄ１（至近方向が大きな値となる）となるように設定することにより、ＡＦモード時のワイド側からテレ側へのズーミング中、撮影画面全体がボケてしまうようなフォーカスレンズ１０５の位置状態、すなわち、フォーカスレンズ１０５が超無限領域に位置する状態の発生頻度が軽減する。これにより、ズーム中のピントボケの発生を防ぐことができるとともに、ズーミング操作中のカメラワークや被写体の変化でＡＦ評価信号値が変動して、誤動作を引き起こすような撮影シーンに対しても、安定したズーミング性能を維持することが可能となる。
【００６８】
ステップＳ９１１では、フォーカスレンズ１０５の現在位置が第２の無限端ｆｅｎｄ２以下（無限方向）であるか否かを判別し、第２の無限端ｆｅｎｄ２以下であるならば、ステップＳ９１２へ進んで、前述した式（４）を用いてフォーカス移動速度Ｖｆを、（カム追従基準速度Ｖf0＋至近方向の補正速度Ｖf+）と設定し、フォーカスレンズ１０５が第２の無限端ｆｅｎｄ２から脱出できるようにする。同時に、フォーカス移動速度Ｖｆの符号に応じ、フォーカスレンズ１０５の駆動方向が再設定される。
【００６９】
一方ステップＳ９１１で、フォーカスレンズ１０５が第２の無限端ｆｅｎｄ２より至近側に位置すると判別された場合には、ステップＳ９０８に進む。
【００７０】
以上説明したように本発明の実施の形態では、第１の無限端ｆｅｎｄ１とは別に、これより至近側に第２の無限端ｆｅｎｄ２を設定し、ＡＦ評価信号を参照しながらズーミングする動作中において、この第２の無限端ｆｅｎｄ２によってフォーカスレンズ１０５の可動範囲を制限するので、被写体移動やカメラワーク、手ぶれ等により、ＡＦ評価信号が変動するような撮影シーンであっても、フォーカスレンズ１０５が合焦軌跡から外れることを防ぐことが可能となり、画面内の全ての被写体がボケてしまうといったピントの大ボケの印象を撮影者に与えることを防ぐことが可能となる。
【００７１】
（他の実施の形態）
なお、前述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても、本発明が達成されることは言うまでもない。
【００７２】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が、前述の実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体が本発明を構成することになる。
【００７３】
プログラムコードを供給するための記憶媒体として、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。
【００７４】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も、本発明に含まれることは言うまでもない。
【００７５】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も、本発明に含まれることは言うまでもない。
【００７６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、変倍動作を行うための第１のレンズユニットの移動に伴い、焦点面を補正するための第２のレンズユニットを移動させるズームレンズ制御装置において、前記第１のレンズユニットの移動に伴う前記第２のレンズユニットの移動に、少なくとも第１の可動範囲及び該第１の可動範囲とは異なる第２の可動範囲を設定する。
【００７７】
これにより、被写体移動やカメラワーク、手ぶれ等といった合焦評価信号（ＡＦ評価信号）が変動するような撮影シーンであっても、画面内の全ての被写体がボケてしまうような超無限領域に第２のレンズユニット（フォーカスレンズ）が位置する頻度が軽減できるので、第２のレンズユニット（フォーカスレンズ）が合焦軌跡から外れにくくなると同時に、超無限領域にいるためにＡＦ評価値レベルが低く、合焦調整のための第２のレンズユニット（フォーカスレンズ）の移動方向を迷うといったことも防止することが可能となり、常に安定した変倍性能を実現する、優れた撮像装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるレンズ制御マイコンが実行するレンズ駆動処理の手順の一部を示すフローチャートである。
【図３】インナーフォーカスタイプのレンズシステムの構成を簡略化して示す図である。
【図４】各被写体距離毎の焦点距離（ズームレンズ位置）に対するフォーカスレンズ位置を示す軌跡（曲線）図である。
【図５】ステッピングモータを用いて合焦を保ちながら変倍動作を行おうとする場合に適用される従来の軌跡追従方法において使用される軌跡特性の一例を示す図である。
【図６】変倍レンズ位置方向の内挿方法を説明するための軌跡特性図である。
【図７】従来の軌跡追従方法の一例を説明するための特性図である。
【図８】レンズ制御用マイコン内で行われる従来のレンズ駆動処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】フォーカスレンズのソフトウェア的に設けられた各端を示す特性図である。
【符号の説明】
１０１  固定のレンズ群
１０２  ズームレンズ（変倍レンズ、第１のレンズユニット）
１０３  絞り
１０４  固定のレンズ群
１０５  フォーカスレンズ（第２のレンズユニット）
１０６  撮像素子（ＣＣＤ）
１０７  増幅器
１０８  カメラ信号処理回路
１０９  ＡＦ信号処理回路
１１０  ＡＦ枠生成回路
１１１  タイミングジェネレータ
１１２  レンズ制御用のマイクロコンピュータ（レンズ制御マイコン）
１１３  ＡＦプログラム
１１４  ズーム制御プログラム
１１５  レンズカムデータ（記憶媒体）
１１６  モータ制御プログラム
１１７  ズームモータ
１１８  モータドライバ
１１９  フォーカスモータ
１２０  モータドライバ
１２１  絞り制御回路
１２２  ＩＧメータ
１２３  アイリスドライバ
１２４  システムコントロールマイクロコンピュータ（システムコントロールマイコン）
１２５  ズームＳＷユニット
１２６  ＡＦ／ＭＦ切換ＳＷユニット
【図１】
0004669170.tif 000002
【図２】
0004669170.tif 000003
【図３】
0004669170.tif 000004
【図４】
0004669170.tif 000005
【図５】
0004669170.tif 000006
【図６】
0004669170.tif 000007
【図７】
0004669170.tif 000008
【図８】
0004669170.tif 000009
【図９】
0004669170.tif 000010