CN109729262B - 透镜控制设备和方法以及包括透镜控制设备的摄像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种透镜控制设备和方法以及包括透镜控制设备的摄像设备。该透镜控制设备包括：控制单元，用于控制变焦透镜的位置和调焦透镜的位置；存储单元，用于存储凸轮轨迹；被摄体距离获取单元，用于获取被摄体距离；以及目标位置获取单元，用于在通过变焦透镜的移动而增大了包括变焦透镜和调焦透镜的摄像光学系统的变焦倍率的情况下，获取与被摄体距离获取单元在变焦透镜移动之前所获取到的被摄体距离相对应的第一轨迹和与比第一轨迹的被摄体距离长的被摄体距离相对应的第二轨迹的信息，并且基于第一轨迹和第二轨迹来获取调焦透镜的目标位置，以使得移动包括变焦透镜和调焦透镜的摄像光学系统的焦点位置。

Description

透镜控制设备和方法以及包括透镜控制设备的摄像设备
技术领域
本发明涉及控制调焦透镜的位置和变焦透镜的位置的控制设备、包括透镜控制设备的摄像设备以及透镜控制方法。
背景技术
为了在变焦操作期间维持聚焦状态，已知存在一种进行使用表示图像在变焦期间的高频成分的对比度的评价值的自动调焦(AF)以控制调焦透镜的位置的技术(以下称为变焦期间的AF)。在变焦期间的AF时，在正在实际移动焦点位置的同时基于评价值来进行调焦。因此，聚焦位置可能在低照度下或者根据被摄体而变得不稳定，或者在被摄体没有位于摄像范围的中央的情况下可能发生散焦。
日本特开平5-45575讨论了如下技术：通过在确保充分的景深的情况下进行控制以聚焦于预定焦距内的特定被摄体的距离，并且在其它情况下进行变焦期间的AF来提高变焦期间的焦点稳定性。
然而，通过在日本特开平5-45575中讨论的技术，在由于例如长焦距而不能确保充分的景深的情况下，聚焦状态可能变得不稳定，或者可能导致失焦状态。
发明内容
根据本发明的方面，透镜控制设备包括一种透镜控制设备，包括：控制单元，其被配置为控制变焦透镜的位置和调焦透镜的位置；存储单元，其被配置为存储表示在聚焦于多个被摄体距离中的各个被摄体距离处的情况下的所述变焦透镜的位置与所述调焦透镜的位置之间的关系的多个轨迹；被摄体距离获取单元，其被配置为获取被摄体距离；以及目标位置获取单元，其被配置为获取所述调焦透镜的目标位置，其中，所述控制单元被配置为将所述调焦透镜的位置控制到所述目标位置，以及其中，所述目标位置获取单元被配置为在通过所述变焦透镜的移动而增大了包括所述变焦透镜和所述调焦透镜的摄像光学系统的变焦倍率的情况下，获取与所述被摄体距离获取单元在所述变焦透镜移动之前所获取到的被摄体距离相对应的第一轨迹和与比所述第一轨迹的被摄体距离长的被摄体距离相对应的第二轨迹的信息，并且基于所述第一轨迹和所述第二轨迹来获取所述调焦透镜的目标位置，以使得移动包括所述变焦透镜和所述调焦透镜的摄像光学系统的焦点位置。
根据本发明的方面，一种摄像设备，包括：上述的透镜控制设备；以及摄像单元，其被配置为将经由摄像光学系统而入射的光光电转换为图像信号并输出所述图像信号。
根据本发明的方面，一种透镜控制方法，包括：获取调焦透镜的目标位置；控制被配置为获取被摄体距离的被摄体距离获取单元、变焦透镜的位置和所述调焦透镜的位置；将所述调焦透镜的位置控制到所述目标位置，其中，基于表示在聚焦于多个被摄体距离中的各个被摄体距离处的情况下的所述变焦透镜的位置和所述调焦透镜的位置之间的关系的轨迹，来获取所述调焦透镜的目标位置，以及其中，在通过所述变焦透镜的移动而增大了包括所述变焦透镜和所述调焦透镜的摄像光学系统的变焦倍率的情况下，基于与所述被摄体距离获取单元在所述变焦透镜移动之前所获取到的被摄体距离相对应的第一轨迹以及与比所述第一轨迹的被摄体距离长的被摄体距离相对应的第二轨迹，来获取所述调焦透镜的目标位置，以使得移动包括所述变焦透镜和所述调焦透镜的摄像光学系统的焦点位置。
通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。下面描述的本发明的各实施例可以单独实现，或者根据需要或在来自各个实施例的元素或特征组合在一个实施例中是有益的情况下，对多个实施例或者多个实施例的特征进行组合来实现。
附图说明
图1是示出根据第一典型实施例的摄像设备的结构图。
图2是示出根据第一典型实施例的凸轮数据的示例的图。
图3A是示出根据第一典型实施例的场角和焦点位置之间的关系的图。
图3B是示出根据第一典型实施例的场角与焦点位置之间的关系的图。
图4是根据第一典型实施例的透镜控制的流程图。
图5是根据第二典型实施例的透镜控制的流程图。
图6是根据第三典型实施例的透镜控制的流程图。
图7是示出根据第三典型实施例的凸轮数据的示例的图。
图8是示出根据第三典型实施例的变形例的凸轮数据的示例的图。
具体实施方式
现在将描述根据本发明典型实施例的概要。根据各典型实施例的透镜控制设备包括：控制单元，其被配置为控制摄像光学系统所包括的调焦透镜和变焦透镜的位置；以及获取单元，其被配置为获取调焦透镜的目标位置。控制单元将调焦透镜的位置控制到获取单元所获取到的目标位置。获取单元获取调焦透镜的目标位置以使得基于变焦透镜的移动来移动焦点位置。焦点位置是指聚焦位置。如果被摄体存在于焦点位置处，则被摄体处于聚焦。换句话说，如果在根据典型实施例的透镜控制设备中移动变焦透镜，则焦点位置也移动。更具体地，如果根据变焦透镜的位置的改变而增大变焦倍率(进行放大操作)，则焦点位置向无限远距离侧移动。这基于如下假设：在被摄体自身移动或被摄体改变的情况下，由于到被摄体的距离的增加，因而进行放大操作的指示的可能性高。在内调焦变焦透镜(innerfocus zoom lens)的情况下，如果在调焦透镜固定的同时移动变焦透镜，则焦点位置由于像面位置的改变而移动。根据典型实施例的透镜控制设备在考虑到与变焦透镜的移动相关联的像面位置的改变量的情况下获取调焦透镜的目标位置以沿适当方向移动焦点位置。
以下参考附图来详细描述本发明的典型实施例。在附图中，相同的构件由相同的附图标记表示，并且省略其冗余描述。
在第一典型实施例中，描述了包括用于基于变焦透镜的移动量和移动方向来移动焦点位置的透镜控制设备的摄像设备。在假设能够在远程位置处显示所拍摄图像、操作摄像设备等的网络照相机的情况下描述本典型实施例的摄像设备。
图1是示出根据本典型实施例的摄像设备16的典型结构的框图。
摄像设备16包括摄像光学系统、摄像器件4、自动增益控制器(以下称为AGC)5，模数(A/D)转换器6和信号处理单元7。摄像器件4将来自摄像光学系统的光光电转换为图像信号并输出图像信号。AGC 5处理来自摄像器件4的图像信号。包括在摄像设备16中的透镜控制设备15包括凸轮数据保持单元(存储单元)8，其中凸轮数据保持单元8用于保持包括多个轨迹(以下称为凸轮轨迹)的信息(以下称为凸轮数据)，该多个轨迹中的各轨迹表示当聚焦于特定被摄体距离处时的变焦透镜和调焦透镜之间的位置关系。透镜控制设备15还包括：透镜控制单元10，用于控制调焦透镜的位置和变焦透镜的位置；以及调焦透镜驱动单元12和变焦透镜驱动单元13，用于分别根据来自透镜控制单元10的指示来驱动调焦透镜和变焦透镜。透镜控制设备15还包括：被摄体距离获取单元9，用于基于凸轮数据、调焦透镜的位置和变焦透镜的位置来获取被摄体距离；以及变焦操作指示单元11，用于接收变焦操作指示。以下描述各单元的结构。
通过包括电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器等的摄像器件4，来将经由包括变焦透镜1、调焦透镜2和滤色器3的摄像光学系统而入射至摄像器件4的光光电转换成图像信号。将图像信号输出到AGC 5。AGC 5调节图像信号的增益，并将增益调节后的图像信号输出到A/D转换器6。A/D转换器6对增益调节后的图像信号进行A/D转换，并将A/D转换后的图像信号输出到信号处理单元7。
信号处理单元7对图像信号进行图像处理，并将经过图像处理的图像信号输出到外部。将所输出的图像信号通过网络发送到例如位于远程位置处的具有查看器的计算机，并且将基于图像信号的图像显示在连接到计算机的显示器上。信号处理单元7还与透镜控制单元10一起用作焦点检测单元，并且通过对比度检测方法来计算用于自动调焦的自动调焦(以下称为AF)评价值。根据本典型实施例的信号处理单元7利用输入到信号处理单元7的图像信号的高频成分来计算AF评价值。
凸轮数据保持单元8包括诸如随机存取存储器(RAM)等的各种存储单元中的任意存储单元，并且保持表示当聚焦于多个被摄体距离中的各被摄体距离时的变焦透镜1的位置与调焦透镜2的位置之间的关系的凸轮数据。图2示出由凸轮数据保持单元8保持的凸轮数据的示例图，并且该图基于相对于变焦透镜1的位置来确定调焦透镜2的位置使得聚焦于特定被摄体距离的表。横轴表示变焦透镜的位置，以及纵轴表示调焦透镜的位置。针对从摄像光学系统所包括的透镜中的位于最靠近无限远位置的一侧的透镜的位置起到被摄体为止的各距离(以下称为被摄体距离)来确定轨迹。在纵轴中，较大的值表示最近距离侧，以及较小的值表示无限远距离侧。在横轴中，较大的值表示远摄侧，以及较小的值表示广角侧。为了在聚焦于位于1m处的被摄体的情况下进行变焦，控制变焦透镜的位置和调焦透镜的位置，以跟随所示的1m的轨迹。凸轮数据包括多个凸轮轨迹，并且凸轮轨迹被设置成利用凸轮轨迹的数量来分割从无限远端(INF)到最近端(0.5m)的长度。凸轮轨迹的数量根据针对被摄体距离的跟随精度、透镜和传感器间距适当地设置。在本说明书中，聚焦于一个被摄体距离的调焦透镜和变焦透镜之间的位置关系被称为凸轮轨迹，并且包括多个凸轮轨迹的数据被称为凸轮数据。
被摄体距离获取单元9接收从透镜控制单元10获取到的调焦透镜位置和变焦透镜位置以及从凸轮数据保持单元8获取到的至少一部分凸轮数据，由此获取到被摄体距离。更具体地，被摄体距离获取单元9在假设被摄体处于聚焦的情况下，获取到基于调焦透镜位置和变焦透镜位置参考凸轮数据所获取到的到焦点位置的距离作为被摄体距离。将获取到的被摄体距离输出到透镜控制单元10。
透镜控制单元10进行各种处理，以控制变焦透镜1的位置和调焦透镜2的位置。在AF期间，透镜控制单元10进行控制以将调焦透镜2移动预定量，并且检测由信号处理单元7基于在各个位置处获取到的图像信号所计算出的AF评价值处于峰值的透镜位置作为聚焦位置。该聚焦位置表示被摄体聚焦时的透镜的位置，并且与焦点位置不同。在变焦操作期间，透镜控制单元10以根据来自变焦操作指示单元11的变焦操作指示来移动变焦透镜的方式控制变焦透镜位置。另外，透镜控制单元10还用作获取单元，该获取单元用于获取调焦透镜的目标位置以使得基于变焦透镜的移动来移动焦点位置。透镜控制单元10还用作控制单元，该控制单元用于通过获取用于将调焦透镜移动到目标位置的移动量并向驱动单元指示该移动量来将调焦透镜控制到目标位置。下面描述用于获取调焦透镜的目标位置的方法。
变焦操作指示单元11从照相机的查看器或变焦条接收变焦操作的指示，并将该指示输出到透镜控制单元10。作为变焦操作的指示，可以给出变焦后的变焦倍率或与变焦相对应的信息(例如，焦距和场角)，或者可以仅给出变焦方向。前者例如是诸如变焦倍率为五倍等的指示。当接收到该指示时，透镜控制单元10控制变焦透镜的位置，以移动变焦透镜，直到变焦倍率变为五倍为止。另一方面，后者例如是诸如在按下放大按钮的情况下朝向远摄侧移动变焦透镜等的指示。
调焦透镜驱动单元12和变焦透镜驱动单元13各自包括任何类型的致动器，并且基于来自透镜控制单元10的控制信号来驱动调焦透镜2和变焦透镜1中的各透镜。
信号处理单元7、被摄体距离获取单元9、透镜控制单元10和变焦操作指示单元11各自包括用于从存储程序的存储单元(未示出)读取用于实现上述处理的程序和执行该程序的诸如中央处理单元(CPU)等的任何类型的处理器。
接着，描述用于在变焦操作期间控制调焦透镜位置的处理。网络照相机的使用情况包括在诸如预设位置等的特定平摇/倾斜位置或变焦位置处进行摄像、以及对特定被摄体的检测。为了将人物检测为特定被摄体，对于人物的面部或整体而言，需要大于或等于预定数量的像素数，并且如图3A所示，需要以特定大小对人物20进行摄像。在如图3B所示摄像场角和被摄体距离之间存在相关性，并且当摄像场角在远摄侧时摄像设备21和人物23之间的距离(5m)比当摄像场角在广角侧时摄像设备21和人物22之间的距离(1m)长。因此，优选地将焦点控制在被摄体距离上，使得被摄体的大小基本上彼此相等。
参考图4的流程图来描述在变焦操作期间的焦点控制。首先，在步骤S501中，通过用户的AF操作或调焦操作来进行焦点调节，以使得聚焦于要摄像的被摄体。在通过AF操作来进行焦点调节的情况下，基于通过对比度AF方法的焦点检测的结果来获取调焦透镜的目标位置，并且控制调焦透镜以移动到目标位置，由此进行焦点调节。对比度AF方法是已知技术，并且这里省略其描述。代替对比度AF方法，还可以使用从摄像器件获取视差图像信号以进行相位差焦点检测的摄像面相位差AF方法。
在步骤S502中，获取基准被摄体距离。基准被摄体距离是指移动变焦位置之前的被摄体距离。如上所述，在假设被摄体处于聚焦的情况下，基于调焦透镜位置和变焦透镜位置、参考凸轮数据来获取被摄体距离。例如，在图2中变焦透镜位于位置80处并且调焦透镜位于位置500处的情况下，被摄体距离为1m。由于凸轮数据保持单元8保持针对有限被摄体距离的变焦透镜和调焦透镜之间的位置关系，因此根据需要通过插值来计算被摄体距离。例如，在变焦透镜位于位置90处并且调焦透镜位于位置500处的情况下，被摄体距离是0.5m和1m之间的值，并且因此通过插值来计算。
接着，在步骤S503中，获取基准焦距。基准焦距是指在变焦位置移动之前的焦距。通过已知方法根据变焦透镜1的位置和调焦透镜2的位置来计算焦距。还可以通过在存储单元中存储表示透镜位置和焦距之间的关系的表并参考该表来获取焦距。
接着，在步骤S504中，判断变焦操作指示单元11是否指示了变焦操作。在已经指示了变焦操作的情况下(步骤S504中为“是”)，处理进入步骤S505。在未指示变焦操作的情况下(步骤S504中为“否”)，处理返回到步骤S501，并且透镜控制单元10在重复步骤S501至S504的状态下进行等待，直到给出变焦操作的指示为止。
在步骤S505中，获取经过预定时间之后的焦距(以下称为变焦后的焦距)。基于当前焦距以及变焦透镜的驱动速度和驱动方向来获取变焦后的焦距。预定时间是指进行变焦透镜的位置控制的周期，并且是针对视频图像的驱动周期V、网络分布的帧频等来进行设置的。在获取到变焦后的焦距之后，处理进入步骤S506。
在步骤S506中，基于步骤S505中获取到的变焦后的焦距、步骤S502中获取到的基准被摄体距离和步骤S503中获取到的基准焦距，来估计经过预定时间之后的被摄体距离(以下称为变焦后的被摄体距离)。下面描述变焦后的被摄体距离的等式的示例：
Dpost＝Dpre×Fpost/Fpre (1)
其中，Dpre表示基准被摄体距离，Dpost表示变焦后的被摄体距离，Fpre表示基准焦距，以及Fpost表示变焦后的焦距。
等式(1)是基于如下假设：图像信号中的被摄体的大小(摄像范围内的被摄体的大小)在变焦透镜移动之前和之后是相同的，即图像信号中的被摄体的大小由于变焦透镜的移动而保持恒定。基于该假设，在等式(1)中，将变焦操作之前的被摄体距离乘以变焦操作之前和之后的焦距的比，以计算变焦操作之后的被摄体距离。根据焦深，图像信号中的被摄体的大小的偏差约为30％通常是可以容忍的。因此，在本发明和本说明书中，图像信号中的被摄体的恒定大小容许约30％的误差。在焦深较浅或为了提高精度的情况下，误差可以限制在约20％。可以通过向等式反映该误差来计算被摄体距离。在等式(1)中，使用焦距来进行计算。可选地，可以使用三角函数基于场角来计算变焦后的被摄体长度。可以在等式中进行各种变形和修改。
在步骤S507中，移动焦点位置。在本典型实施例中，从凸轮数据中选择与变焦后的被摄体距离相对应的凸轮轨迹，并且获取与变焦透镜位置相对应的调焦透镜位置作为调焦透镜的目标位置。然后，移动调焦透镜，使得在经过预定时间之后目标位置和调焦透镜位置彼此一致。结果，通过变焦操作基于变焦透镜的移动来移动焦点位置。如上所述，在本典型实施例中，控制调焦透镜位置，使得经过预定时间之后的焦点位置与所获取到的变焦后的被摄体距离一致。在放大操作中将焦点位置移动到无限远距离侧并且在缩小操作中将焦点位置移动到最近距离侧，以实现减小焦点位置偏差的效果。
在如在AF模式下对运动图像进行摄像的情况下那样周期性地进行AF的情况下，在变焦期间经常发生轻微的散焦，并且在变焦之后通过AF进行用于调焦的操作。进行根据本典型实施例的控制实现了在变焦期间维持聚焦状态的效果、缩短在变焦之后在AF中实现聚焦状态所需的时间的效果、以及防止调焦在散焦状态下停止的效果。
在本典型实施例中，获取变焦后的焦距和变焦后的被摄体距离的预定时间是进行变焦透镜的位置控制的周期。然而，在变焦操作指示是变焦操作之后的变焦倍率的指示的情况下，预定时间还可以是进行变焦操作以达到指示的变焦倍率所需的时间。随着预定时间变长，在变焦期间出现焦点位置偏差的概率变高；然而，在变焦操作结束时，焦点位置移动到与本典型实施例中的位置相同的位置。因此，预期实现缩短了在变焦之后在AF中实现聚焦状态所需的时间的效果和防止了调焦在散焦状态下停止的效果。
在第二典型实施例中，与第一典型实施例相同，描述包括基于变焦透镜的移动量和移动方向来移动焦点位置的透镜控制设备的摄像设备。根据本典型实施例的透镜控制设备与根据第一典型实施例的透镜控制设备的不同之处在于，在无需使用基准焦距和基准被摄体距离的情况下获取变焦后的被摄体距离。根据本典型实施例的摄像设备的结构与根据第一典型实施例的摄像设备的结构相同，并且省略其描述。然而，在本典型实施例中，信号处理单元7还用作基于图像信号检测被摄体的被摄体检测单元。
在确定要摄像的被摄体(主被摄体)的情况下，可以根据主被摄体的大小和场角来获取被摄体距离。参考图5的流程图来详细描述根据本典型实施例的变焦操作。
首先，在步骤S601中，设置主被摄体。主被摄体可以由用户设置，或者可以通过基于图像信号自动识别主被摄体来设置。
在步骤S602中，以与步骤S504同样的方式判断变焦操作指示的存在或不存在。在已经指示了变焦操作的情况下(步骤S602中为“是”)，处理进入步骤S603。在未指示变焦操作的情况下(步骤S602中为“否”)，处理返回到步骤S601，并且透镜控制单元10等待指示。
在步骤S603中，以与步骤S505同样的方式获取变焦后的焦距。然后，处理进入步骤S604。获取变焦后的焦距的方法与步骤S505中的方法相同，由此省略其描述。
在步骤S604中，获取变焦后的被摄体距离；然而，其获取方法与步骤S506中的方法不同。在该步骤中，根据步骤S601中设置的主被摄体的大小和从步骤S603中获取到的变焦后的焦距所计算出的摄像场角来计算变焦后的被摄体距离。从信号处理单元7检测主被摄体的结果获取主被摄体的大小。
下面描述变焦后的被摄体距离的等式的示例：
Figure BDA0001849453840000111
其中，Hobj表示主被摄体的大小，Angle表示摄像场角，以及Dobj表示特定被摄体距离。
在精度根据摄像设备和被摄体而不同的情况下，根据所需的精度，例如可以通过使用焦距代替场角来简化等式。可以对等式进行各种变形或修改。
在步骤S605中，以与步骤S507相同的方式，获取调焦透镜的目标位置，并且通过将调焦透镜移动到目标位置来移动焦点位置。结果，基于变焦透镜在变焦操作期间的移动来移动焦点位置。
在第三典型实施例中，更加简化了变焦操作之后的被摄体距离的估计。基于变焦透镜的移动方向来估计被摄体距离的改变方向，并且基于该改变方向来选择要在透镜控制中使用的凸轮轨迹。
根据本典型实施例的结构与根据第一典型实施例的结构的不同之处在于，未设置被摄体距离获取单元9；然而，任何其它结构与根据第一典型实施例的结构相同，并且省略其描述。在变焦操作期间当焦点位置急剧移动时用户识别焦点位置的移动的情况下，优选通过将每单位时间的焦点位置的移动量抑制到预定量以下来进行变焦操作，从而减少用户的奇怪感。在本典型实施例中，将与变焦操作之前的焦点位置相对应的凸轮轨迹与变焦操作之后的焦点位置相对应的凸轮轨迹进行合成，以形成要在变焦操作中使用的凸轮轨迹。然后，与变焦透镜的移动相关联地移动调焦透镜，以跟随合成后的凸轮轨迹。
参考图6的流程图来描述用户指示变焦操作之后的变焦倍率的示例。步骤S701、S702和S703分别与步骤S501、S502和S504相同，并且省略其描述。当用户将变焦倍率改变之后的变焦倍率输入到查看器时，变焦倍率经由变焦操作指示单元11输入到透镜控制单元10。在步骤S704中，基于变焦倍率改变之后的输入变焦倍率，来获取变焦倍率改变之后的变焦透镜位置(以下称为变焦后的变焦透镜位置)。然后，处理进入步骤S705。为了基于变焦倍率来获取变焦透镜位置，可以参考表，或者可以使用用于基于变焦倍率来计算变焦透镜位置的等式。
在步骤S705中，获取被摄体距离的改变方向。在本典型实施例中，与第一典型实施例中的步骤S506和第二典型实施例中的步骤S604不同，不计算变焦后的被摄体距离。作为替代，估计被摄体距离的改变方向，即变焦后的被摄体距离是长于还是短于基准被摄体距离。然后，处理进入步骤S706。
在步骤S706中，基于基准被摄体距离、被摄体距离的改变方向、变焦操作之前的变焦透镜位置以及变焦之后的变焦透镜位置来合成要在变焦操作中使用的跟随凸轮轨迹。跟随凸轮轨迹是在下面描述的步骤S706中的调焦透镜和变焦透镜之间的位置关系的曲线，并且是通过将与基准被摄体距离相对应的凸轮轨迹和基于被摄体距离的改变方向所选择的凸轮轨迹进行合成来获取到的。在本典型实施例中，通过使用变焦操作之前和之后的变焦透镜位置，合成跟随凸轮轨迹，使得在变焦透镜位置与变焦后的变焦透镜位置一致的位置处，变焦透镜位置和调焦透镜位置与基于被摄体距离的改变方向所选择的凸轮轨迹一致。
参考图7来描述根据本典型实施例的跟随凸轮轨迹的示例。图7中的跟随凸轮轨迹是在变焦操作之前位于0.5m处的被摄体处于聚焦(基准被摄体距离为0.5m)、变焦操作之前的变焦透镜位置约为0、并且变焦后的变焦透镜位置为100的情况下的跟随凸轮轨迹。变焦透镜和调焦透镜之间的位置关系在针对变焦透镜位置0(广角端)附近的被摄体距离为0.5m的凸轮轨迹上，并且在变焦透镜位置100(远摄端)与被摄体距离为1m的凸轮轨迹一致。合成凸轮轨迹，使得为了在变焦透镜从位置0附近向位置100移动期间大致均匀地移动焦点位置，通过使用针对被摄体距离为0.5m的凸轮轨迹和针对被摄体距离为1m的凸轮轨迹的插值，来使焦点位置从被摄体距离为0.5m逐渐向1m移动。为了均匀地移动焦点位置，将焦点位置的移动量与变焦的移动量的比保持恒定，或者将通过变焦操作的场角变化与焦距的移动量的比保持恒定。在基准被摄体距离为1m的情况下使焦点位置朝向5m移动，以及在基准被摄体距离为5m的情况下使焦点位置朝向INF移动。在本说明书中，与变焦操作相关联地、以作为预定量的一个凸轮轨迹来向无限远距离侧移动焦点位置；然而，在不限于一个凸轮轨迹的情况下，焦点位置可以以两个凸轮轨迹、三个凸轮轨迹或期间的任意数量的凸轮轨迹来移动。可以根据光学系统的景深或变焦透镜的移动速度来改变焦点位置的移动程度。例如，远被摄体距离侧的凸轮轨迹可以是在景深(浅于)小于预定值、而不是景深大于(深于)或等于预定值的情况下基于被摄体距离的改变方向所选择的凸轮轨迹。另外，远被摄体距离侧的凸轮轨迹可以是在变焦透镜的移动速度小于(低于)预定值而不是变焦透镜的移动速度大于(高于)或等于预定值的情况下基于被摄体距离的改变方向而选择的凸轮轨迹。作为与移动速度有关的信息，可以使用变焦倍率的改变速度和摄像场角。在合成了跟随凸轮轨迹之后，处理进入步骤S707。
在步骤S707中，控制调焦透镜位置和变焦透镜位置，使得调焦透镜和变焦透镜之间的位置关系(以下称为透镜位置关系)跟随合成的跟随凸轮轨迹(或位于该轨迹上)。结果，移动焦点位置，并改变变焦倍率。
在传感器间距大的广角型镜头或摄像设备中，在被摄体距离大于或等于预定被摄体距离的情况下，建立聚焦于无限远距离处的被摄体的状态。图8示出了其示例。在透镜位置关系在曲线80上的情况下，无限远距离也在景深内。换句话说，在到焦点位置的距离被设置为大于或等于与由虚线表示的曲线80相对应的被摄体距离的情况下，建立聚焦于无限远距离处的被摄体的状态。在图8的示例中，在变焦透镜位于位置10附近的情况下，与针对被摄体距离为1m的凸轮轨迹相比，曲线80位于稍微更靠近针对被摄体距离为5m的凸轮轨迹的位置处。因此，在被摄体距离略小于5m的情况下，建立聚焦于无限远距离处的被摄体的状态。因此，在通过放大操作使透镜位置关系变为无限远距离在景深内的位置关系的情况下，优选控制透镜位置关系以使得无限远距离在景深内，并跟随最近距离侧处于聚焦的透镜位置关系。换句话说，在通过放大操作沿远距离方向移动焦点位置期间透镜位置关系与曲线80交叉的情况下，优选地控制调焦透镜位置和变焦透镜位置以跟随交叉后的曲线80。例如，将曲线80预先存储在凸轮数据保持单元8中，并且控制调焦透镜位置和变焦透镜位置，使得透镜位置关系在交点之前跟随步骤S708中合成的跟随凸轮轨迹并且在交点之后跟随曲线80。除了透镜信息之外，还可以使用光圈值作为用于确定景深的参数。因此，可以根据光圈值来获取与曲线80相对应的信息。在步骤S706中，利用曲线80、与基准被摄体距离相对应的凸轮轨迹以及基于被摄体距离的改变方向而选择的凸轮轨迹，可以通过在交点之前对两个凸轮轨迹进行合成并在交点之后成为曲线80来形成跟随凸轮轨迹。这种控制使得能够在维持宽范围聚焦的状态的情况下进行放大操作。
在本典型实施例中，描述了如下示例：合成跟随凸轮轨迹，使得在变焦透镜移动结束时，透镜位置关系与另一凸轮轨迹(例如，被摄体距离为1m的凸轮轨迹)一致。然而，用于调节焦点位置的移动量以减少用户的奇怪感的方法不限于此。例如，代替简单地对多个凸轮轨迹进行合成，可以合成跟随凸轮，使得变焦透镜的移动量与焦点位置的移动量的比小于或等于预定值。考虑到变焦透镜的移动速度，也可以合成跟随凸轮，使得每单位时间的焦点位置的移动量小于或等于预定量。这种方法在仅从变焦操作指示单元11指示变焦透镜的移动方向的情况(例如，在变焦按钮被按下期间移动变焦透镜并且在变焦按钮被释放时停止变焦透镜的情况)下特别有效。
在本典型实施例中，利用通过对与变焦透镜移动之前的焦点位置相对应的凸轮轨迹(0.5m)和与变焦透镜移动后的焦点位置相对应的凸轮轨迹(1m)进行合成所获得的凸轮轨迹，来控制变焦操作期间的焦点位置。然而，在变焦期间焦点位置的改变不明显的情况下(例如，在焦深较深的情况下或变焦时间较短的情况下)，在变焦期间所要使用的凸轮轨迹可以从与变焦操作之前的焦点位置相对应的凸轮轨迹切换至与变焦操作之后的焦点位置相对应的凸轮轨迹。
可以将与合成后的凸轮轨迹相对应的凸轮轨迹预先存储在凸轮数据保持单元。在这种情况下，由凸轮数据保持单元保持的数据量增加，但是合成凸轮轨迹所需的计算量减少。
在本典型实施例中，基于被摄体距离的改变方向来选择要合成的凸轮轨迹。可选地，如在第一典型实施例和第二典型实施例中那样，可以获取变焦后的被摄体距离，并且可以选择与所获取到的变焦后的被摄体距离相对应的凸轮轨迹作为要合成的凸轮轨迹。
现在，描述对所有第一典型实施例至第三典型实施例共通的变形例。
通常，与广角侧相比，凸轮轨迹在远摄侧趋于稀疏。因此，在从远摄侧向广角侧进行变焦的情况下，可以在维持聚焦于远摄侧的被摄体距离的同时进行变焦。在用于在已经聚焦于远摄侧的被摄体仍然聚焦的状态下进行变焦操作的方法优先的情况下，仅在从广角侧向远摄侧进行变焦的情况下，如本典型实施例所述那样进行与变焦操作连动的焦点位置的移动是有效的。为了以这种方式修改第一典型实施例，例如，步骤S504可以被替换为用于判断是否存在放大操作的步骤，并且仅在指示了放大操作的情况下，处理才可以进入步骤S505。为了以这种方式修改第二典型实施例，例如，步骤S602可以被替换为用于判断是否存在放大操作的步骤，并且仅在指示了放大操作的情况下，处理才可以进入步骤S603。同样地，为了以这种方式修改第三典型实施例，例如，步骤S703可以被替换为用于判断是否存在放大操作的步骤，并且仅在指示了放大操作的情况下，处理才可以进入步骤704。根据透镜，在变焦操作使得被摄体在变焦期间与变焦方向无关地移出景深的情况下，如图4至6的流程图所示，优选使焦点位置与变焦方向无关地移动。
在进行变焦期间的AF的情况下，尽管在变焦期间焦点位置可能不稳定，但是可以在搜索聚焦位置的同时进行变焦。因此，在不具有场角随着被摄体距离增大而变窄(变焦倍率增大)的关系的状态下进行变焦操作的情况下，进行变焦期间的AF是有效的。因此，透镜控制设备可以包括进行图4至6的任何流程处理的第一模式以及进行变焦期间的AF的第二模式。在进行变焦期间的AF的模式下的调焦透镜的目标位置是聚焦位置，并且在进行对比度AF方法的模式下的调焦透镜的目标位置是AF评价值成为最大值的透镜位置。可以根据用户的选择来切换模式。可选地，可以获取焦点检测的可靠度，并且如果可靠度小于或等于阈值，则可以将模式从第二模式自动切换到第一模式。获取可靠度的方法不受特别限制，并且例如，可以从基于图像信号所获取到的对比度或亮度来获取可靠度。在对不适合变焦期间的AF的被摄体进行摄像的场景(例如，具有低对比度或低亮度的场景)下获取到低可靠度。另外，信号处理单元7还可以用作可靠度获取单元，或者可以添加另一组件。在具有高AF评价值的被摄体是主被摄体并且主被摄体不位于中央附近的情况下，根据本典型实施例的将模式自动从第二模式切换到第一模式的控制是有效的。换句话说，在从摄像范围的中心到主被摄体的距离大于阈值的情况下以第一模式获取调焦透镜的目标位置，并且在该距离小于或等于阈值的情况下以第二模式中获取目标位置。然后，将调焦透镜控制到所获取到的目标位置。此外，如上所述，在从广角侧向远摄侧进行变焦的状态下以第一模式进行焦点调节、以及在从远摄侧朝向广角侧进行变焦的状态下以第二模式进行焦点调节的情况下，根据变焦方向来自动进行第一模式和第二模式之间的切换。
另外，代替进行变焦期间的AF的模式，透镜控制设备还可以包括如下模式作为第二模式：以使得不移动焦点位置的方式获取调焦透镜的目标位置，并将调焦透镜控制到目标位置。使得不移动焦点位置的目标位置是指即使在移动变焦透镜的情况下也跟随针对相同被摄体距离的凸轮轨迹的位置。
在第一典型实施例至第三典型实施例中，在判断已经指示了变焦操作的情况下，焦点位置改变为与变焦操作方向相对应的方向。可选地，仅在通过变焦操作的变焦倍率的改变大于或等于预定值的情况下，焦点位置才可以改变为与变焦操作方向相对应的方向。在假设通过变焦操作保持被摄体的大小恒定的情况下，预定值可以是固定值或判断为被摄体已经移出景深的值。可以根据摄像条件来设置预定值。
在第一典型实施例至第三典型实施例中，在通过自动调焦和手动调焦来进行焦点调节的两种情况下，响应于变焦操作来移动焦距。手动调焦经常用于用户想要聚焦于特定被摄体的情况。在这种情况下，与通过自动调焦来进行摄像的情况相比，用户想要通过放大特定被摄体来进行摄像的可能性更高。因此，在设置手动调焦模式的情况下，可以以不根据像面位置的改变来移动焦点位置的方式来移动调焦透镜。
虽然上面已经描述了本发明的典型实施例，但是本发明不限于这些典型实施例，并且可以在本发明的范围内进行各种变形和修改。
其它实施例
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将进行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并进行程序的方法。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (19)

1.一种透镜控制设备，包括：
控制单元，其被配置为控制变焦透镜的位置和调焦透镜的位置；
存储单元，其被配置为存储表示在聚焦于多个被摄体距离中的各个被摄体距离处的情况下的所述变焦透镜的位置与所述调焦透镜的位置之间的关系的多个轨迹；
被摄体距离获取单元，其被配置为获取被摄体距离；以及
目标位置获取单元，其被配置为获取所述调焦透镜的目标位置，
其中，所述控制单元被配置为将所述调焦透镜的位置控制到所述目标位置，
其中，所述目标位置获取单元被配置为在通过所述变焦透镜的移动而增大了包括所述变焦透镜和所述调焦透镜的摄像光学系统的变焦倍率的情况下，获取与所述被摄体距离获取单元在所述变焦透镜移动之前所获取到的被摄体距离相对应的第一轨迹和与比所述第一轨迹的被摄体距离长的被摄体距离相对应的第二轨迹的信息，并且基于所述第二轨迹来获取所述调焦透镜的目标位置，以使得移动包括所述变焦透镜和所述调焦透镜的摄像光学系统的焦点位置，以及
其中，所述被摄体距离获取单元根据所述第一轨迹的被摄体距离和基于所述变焦透镜移动之前的焦距以及所述变焦透镜移动之后的焦距的比来获取所述第二轨迹的被摄体距离。
2.根据权利要求1所述的透镜控制设备，
其中，所述被摄体距离获取单元被配置为基于根据图像信号所进行的焦点检测的结果，来获取所述变焦透镜移动之前的被摄体距离，该图像信号是通过对经由包括所述变焦透镜和所述调焦透镜的摄像光学系统所入射的光进行光电转换而获取到的，以及
其中，所述目标位置获取单元被配置为基于所述变焦透镜移动之前的被摄体距离来获取所述调焦透镜的目标位置。
3.根据权利要求2所述的透镜控制设备，其中，所述被摄体距离获取单元被配置为基于根据所述焦点检测的结果而调节所述焦点位置之后的所述调焦透镜的位置和所述变焦透镜的位置，来获取所述变焦透镜移动之前的被摄体距离。
4.根据权利要求1所述的透镜控制设备，其中，所述目标位置获取单元被配置为基于通过对所述第一轨迹和所述第二轨迹进行合成而获取到的轨迹来获取所述调焦透镜的目标位置。
5.根据权利要求1所述的透镜控制设备，其中，所述目标位置获取单元被配置为根据与包括所述变焦透镜和所述调焦透镜的摄像光学系统所确定的景深有关的信息、与所述变焦透镜的移动速度有关的信息以及与所述变焦透镜的移动量有关的信息中的至少任一个来改变所述第二轨迹。
6.根据权利要求1所述的透镜控制设备，还包括变焦操作指示单元，所述变焦操作指示单元被配置为指示所述变焦透镜的移动，
其中，所述目标位置获取单元被配置为在所述变焦操作指示单元指示了所述变焦透镜的目标位置的情况下，获取所述调焦透镜的目标位置，使得所述变焦透镜和所述调焦透镜之间的位置关系在所述变焦透镜的目标位置处与所述第二轨迹上的位置关系一致。
7.根据权利要求1所述的透镜控制设备，其中，所述目标位置获取单元被配置为获取所述目标位置，使得所述变焦透镜的移动量与同所述变焦透镜的移动相关联的所述焦点位置的移动量的比小于或等于预定值。
8.根据权利要求1所述的透镜控制设备，其中，所述目标位置获取单元被配置为如果摄像信号中的被摄体的大小通过所述变焦透镜的移动而保持恒定，则基于所述变焦透镜的移动量来获取所述目标位置。
9.根据权利要求1所述的透镜控制设备，其中，所述目标位置获取单元被配置为在第一模式和第二模式中的任一模式下获取所述调焦透镜的目标位置，其中，在所述第一模式下，以使得基于所述变焦透镜的移动来移动所述焦点位置的方式获取所述调焦透镜的目标位置，以及在所述第二模式下，基于根据图像信号所进行的焦点检测的结果来获取所述调焦透镜的目标位置，该图像信号是通过对经由包括所述变焦透镜和所述调焦透镜的摄像光学系统所入射的光进行光电转换而获取到的。
10.根据权利要求1所述的透镜控制设备，其中，所述目标位置获取单元被配置为在第一模式和第二模式中的任一模式下获取所述调焦透镜的目标位置，其中，在所述第一模式下，以使得基于所述变焦透镜的位置的改变来移动所述焦点位置的方式获取所述调焦透镜的目标位置，以及在所述第二模式下，以使得所述焦点位置不会基于所述变焦透镜的位置的改变而移动的方式获取所述调焦透镜的目标位置。
11.根据权利要求9所述的透镜控制设备，其中，所述目标位置获取单元被配置为基于主被摄体的位置、所述焦点检测的可靠度和所述变焦透镜的移动方向中的至少一个，来在所述第一模式和所述第二模式之间切换。
12.根据权利要求9所述的透镜控制设备，还包括被摄体检测单元，所述被摄体检测单元被配置为基于所述图像信号来检测主被摄体，
其中，所述目标位置获取单元被配置为根据所述被摄体检测单元所检测到的主被摄体的位置来在所述第一模式和所述第二模式之间切换。
13.根据权利要求9所述的透镜控制设备，其中，所述目标位置获取单元被配置为在从摄像范围的中心到主被摄体的距离小于或等于第一阈值的情况下，在所述第二模式下获取所述调焦透镜的目标位置，以及在从所述摄像范围的中心到所述主被摄体的距离大于所述第一阈值的情况下，在所述第一模式下获取所述调焦透镜的目标位置。
14.根据权利要求9所述的透镜控制设备，还包括可靠度获取单元，所述可靠度获取单元被配置为获取所述焦点检测的可靠度，
其中，所述目标位置获取单元被配置为在所述可靠度低于或等于第二阈值的情况下，在所述第一模式下获取所述调焦透镜的目标位置，以及在所述可靠度高于所述第二阈值的情况下，在所述第二模式下获取所述调焦透镜的目标位置。
15.根据权利要求9所述的透镜控制设备，其中，所述目标位置获取单元被配置为在所述透镜控制设备在手动调焦模式下调节所述焦点位置的情况下，在所述第二模式下获取所述调焦透镜的目标位置。
16.根据权利要求9所述的透镜控制设备，其中，所述目标位置获取单元被配置为在通过所述变焦透镜的移动而增大了所述摄像光学系统的变焦倍率的情况下，在所述第一模式下获取所述调焦透镜的目标位置，以及在通过所述变焦透镜的移动而减小了所述摄像光学系统的变焦倍率的情况下，在所述第二模式下获取所述调焦透镜的目标位置。
17.一种摄像设备，包括：
根据权利要求1至16中任一项所述的透镜控制设备；以及
摄像单元，其被配置为将经由摄像光学系统而入射的光光电转换为图像信号并输出所述图像信号。
18.根据权利要求17所述的摄像设备，还包括焦点检测单元，所述焦点检测单元被配置为基于所述图像信号来进行焦点检测，
其中，所述焦点检测单元被配置为基于所述图像信号的对比度来进行焦点检测。
19.一种透镜控制方法，包括：
获取调焦透镜的目标位置；
控制被配置为获取被摄体距离的被摄体距离获取单元、变焦透镜的位置和所述调焦透镜的位置；以及
将所述调焦透镜的位置控制到所述目标位置，
其中，基于表示在聚焦于多个被摄体距离中的各个被摄体距离处的情况下的所述变焦透镜的位置和所述调焦透镜的位置之间的关系的轨迹，来获取所述调焦透镜的目标位置，
其中，在通过所述变焦透镜的移动而增大了包括所述变焦透镜和所述调焦透镜的摄像光学系统的变焦倍率的情况下，获取与所述被摄体距离获取单元在所述变焦透镜移动之前所获取到的被摄体距离相对应的第一轨迹以及与比所述第一轨迹的被摄体距离长的被摄体距离相对应的第二轨迹的信息，并且基于所述第二轨迹来获取所述调焦透镜的目标位置，以使得移动包括所述变焦透镜和所述调焦透镜的摄像光学系统的焦点位置，以及
其中，控制所述被摄体距离获取单元以根据所述第一轨迹的被摄体距离和基于所述变焦透镜移动之前的焦距以及所述变焦透镜移动之后的焦距的比来获取所述第二轨迹的被摄体距离。
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