JP2005025118A - レンズ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ズームレンズが移動中であっても、常に、正確な焦点位置を検出し、良好なピント状態を維持することを可能にするレンズ制御装置を提供する。
【解決手段】 ズーミング中の倍率変動に応じてＡＦ評価エリアを拡大・縮小し、常に被写体に対するＡＦ評価エリアを見かけ上一定にする手段を備えたレンズ制御装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学ズーム機能およびオートフォーカス機能を有するデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラにおいて用いられるレンズ制御装置に関し、特に、ズーミング中に焦点合わせを行うためにレンズ移動を制御する装置に関するものである。

近年、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラには種々の光学ズームレンズを有するものがある。特に、デジタルビデオカメラでは、ズームレンズ、フォーカスレンズが内蔵されたタイプのものが一般的に使用されている。この種のレンズは、ズームレンズの変倍移動に対して、被写体距離に応じてフォーカスレンズを適正な焦点位置に移動させる機構を備えたものである。フォーカスレンズの適正な焦点位置を割り出す方法としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Diode）のような撮像素子より得られる画像信号をバンドパスフィルター（以下、「ＢＰＦ」という）に通して高周波成分を抽出し、この高周波成分が最大となる位置を検出する方法が一般的に用いられている。こうして検出した適正な焦点位置にフォーカスレンズを移動させるコントラスト検出方式のオートフォーカス（以下、「ＡＦ」という）機構が広く実用化されている。
このようなコントラスト検出方式によるＡＦ機構の利点としては、他のＡＦ機構のように複雑な光学系や特別なセンサーなどが必要とならないため、安価に実現することができることである。

図１４は、コントラスト検出方式において、画像信号から高周波成分を抽出する方法を例示する図である。図１４に示すように、撮像画像のうち一定範囲内の画像信号について高周波成分を抽出するのが一般的である。また、焦点位置の検出方法としては、上記一定範囲内の各画素の最大コントラスト値を検出するピークホールド方式や、上記一定範囲内の画素全体の積算値を用いる積算方式などがある。以下、本明細書中において、上記一定範囲を「ＡＦ評価エリア」と呼ぶ。

図１１は、上記ＡＦ機構により焦点位置を検出する方法を示す図である。図１１（ａ）に示すのは、ズームレンズが固定された状態での焦点位置の検出方法である。図１１（ａ）に示すように、撮像画像のコントラスト値は、フォーカスレンズ位置が中央付近で最大となる凸型をしていることから、フォーカスレンズをＮＥＡＲ側（あるいはＦＡＲ側）から一定方向へ駆動してゆき、コントラスト値が最大となるフォーカスレンズ位置をピント位置とすることができる。このような焦点位置の検出は山登り方式と呼ばれ、最も一般的なＡＦ方式として広く実用化されている。

しかしながら、ズームレンズが固定されていない状態では、上記山登り方式による焦点位置の検出を行おうとしても困難である。これは、ズームレンズの移動による被写体の倍率の変化に伴って、上記ピークホールド方式又は積算方式で得られるコントラスト値の基準も変化するため、図１１（ｂ）に示すように、ズームレンズのズーム位置によってピント位置が変化してしまうからである。したがって、ズームレンズ移動中に山登り方式による焦点位置の検出を行っても、本来のピント位置を維持する焦点カーブから外れて、ピントボケ状態になってしまうことになる。

このような問題点を解決する手段として、様々なレンズ制御方式が提案されている。例えば、図１２に示すように、ズームレンズの移動中にフォーカスレンズをある速度でＮＥＡＲ方向又はＦＡＲ方向へ移動するとともに、単位露光時間に得られるコントラスト値を検出し、これを直前に得られたコントラスト値と比較して、より高いコントラスト方向へレンズを駆動するウォブリング方式が提案されている。このようなレンズ制御方式により、ズーミング中でも常により高いコントラストを探索し、その結果に応じてフォーカスレンズを移動することができ、結果的としてピントを維持した状態でズーミングを行うことが可能となる。

また、上記したようなレンズ制御方式の例として、特許文献１には、ズームレンズと、ズームレンズの位置に伴う焦点位置を補正するフォーカスレンズと、前記ズームレンズの駆動中に、ズームレンズとフォーカスレンズの位置によって決定される基準速度を、被写界深度及び焦点状態に応じて補正した速度に基づいて、前記フォーカスレンズを駆動する制御手段とを備えたことを特徴とするレンズ制御装置が開示されている。

特許文献２には、変倍動作を行うための第１のレンズと、該第１のレンズの移動時の焦点面の移動を補正するための第２のレンズと、前記第１のレンズ、第２のレンズをそれぞれ独立に光軸と平行に移動させるレンズ移動手段と、撮影された被写体の映像信号から鮮鋭度信号を抽出する抽出手段とを有するカメラであって、前記第１のレンズの移動時に前記映像信号の鮮鋭度信号が増減するように前記第２のレンズの移動状態を切換える第１の移動状態切換手段を備えたことを特徴とするカメラが開示されている。

特許文献３には、光学像を受光し画像信号に変換する撮像手段と、前記光学像を形成する光学系の焦点調節を行うための焦点調節手段と、前記撮像手段より得られる画像信号を信号処理することで像倍率を変更する変倍手段と、前記変倍手段が変更する像倍率に応じた前記焦点調節手段の制御を行う制御手段とを有することを特徴とする撮像装置が開示されている。
特開平５−３０４０２号公報 特開平６−６２２９９号公報 特開平６−３３９０６１号公報

しかしながら、図１４に示すように、ズームを移動させるとＡＦ評価エリア内の画像が変化するため、コントラスト値を検出する基準も変化してしまう。このため、例えばワイド側からテレ側に向かってズーミングする場合には、図１３に示すように、ズーム開始時とズーム終了時を比較すると、コントラスト値のピーク値が著しく異なっているということが起こる。

このような場合、上記ウォブリング方式をもってしても、一度誤った方向にフォーカスレンズを駆動すると、正確なピント位置の検出が困難となってしまい、図１２（ｂ）に示すように、ウォブリングが失敗してしまうということが起こり得る。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、ズームレンズが移動中であっても、常に、正確な焦点位置を検出し、良好なピント状態を維持することを可能にするレンズ制御装置を提供しようとするものである。

上記解決課題に鑑みて鋭意研究の結果、本発明者は、ズーミング中の倍率変動に応じてＡＦ評価エリアを拡大・縮小し、常に被写体に対するＡＦ評価エリアを見かけ上一定にする手段を備えたレンズ制御装置に想到した。このようなレンズ制御方法の例を図２に示す。図２において、例えば、ズームをｎ倍からｎ＋１倍に変動させるのにともなって、ＡＦ評価エリアをΔｎからΔｎ＋１に変更することにより、被写体とＡＦ評価エリアとの関係が相対的に保たれることになる。

このような手段を用いることにより、理論上、ＡＦ評価エリア内のコントラスト値がズーム倍率に比例して増大・減少することとなるため、ピーク位置を見つけ易くなるという利点が得られる。

但し、この場合、ワイド端付近（倍率１）でのＡＦ評価エリアを極端に小さくする必要が生じるため、ズーム開始時のコントラスト値の信頼性が低下してしまうという問題点があるが、本発明のレンズ制御装置では、この問題点をも解決する手段が提供される。

上記した本発明のレンズ制御装置において、コントラスト値は各ズーム倍率の比例関数になることから、ズーム開始時点のコントラスト値から、ズーム倍率変動後のコントラスト値を理論的に予測することができる。例えば、図３に示すように、ズームをｎ倍からｎ＋１倍に変動させると、コントラスト値は、Es(n)からその(n+1)/n倍になると予測される。このズーム倍率ｎ＋１倍におけるコントラスト予測値と、実測値Es(n+1)とを比較する。

実測値の方が予測値を上回る場合（図３においてズーム倍率ｎ＋１倍のとき）には、その値を新たな基準値として使用する。ズーミング中このような操作を繰り返すことにより、より精度の高いコントラスト値とピーク位置を維持することが可能となる。このとき、フォーカスレンズはズーム開始時点の被写体距離を維持するトラッキングカーブ上を移動すればよく、ウォブリングを行う必要がない。

一方、実測値が予測値を下回る場合（図３においてズーム倍率ｎ＋２倍のとき）には、本来の被写体距離は現在のトラッキングカーブ上にないと判断し、ウォブリングによって適正なトラッキングカーブを探索することになる。

本発明のレンズ制御装置では、さらに、ウォブリング時のフォーカスレンズ移動範囲を規定するために、レンズ情報から被写界深度を計算し、その前後深度を定義域とするファジィ数を求める。図４は、このファジィ数の求め方を示す図である。このファジィ数は、前後深度を重み０とし、現在の被写体距離を重み１とするファジィ集合であり、重み１はコントラスト理論値を１とした値である。（本発明では、このファジィ数を「ファジィ距離」と定義している。）
図４において、コントラスト実測値と理論値（予測値）の比が所定のしきい値Ｒｔｈを下回る場合には、その値からデファジィされた被写体距離Ｌｎ，Ｌｆをウォブリング範囲としてフォーカスレンズを駆動し、再度コントラスト値のサンプリングを行う。前側と後側のそれぞれについて、移動前の基準値に対して、より高いコントラスト値が得られた側の被写体距離に対応するトラッキングカーブに移行する。

上記のような構成を備えた本発明のレンズ制御装置によれば、ズーム倍率変動後におけるコントラスト理論値を予測し、実測値と比較することで、常に適正なピント基準を維持することが可能となる。また、仮にピントがずれた場合でも、被写界深度に応じてフォーカスレンズを駆動するため、ズーミング中の画像のバタつきを抑えることが可能となり、なおかつ、単純な前後コントラスト比較とは異なり、適正なフォーカスレンズ移動によってトラッキングカーブを選択するため、ピントボケ方向に収束するのを防止することもできる。

したがって、本発明は、ズームレンズ、フォーカスレンズ及びアイリスを含む光学系に用いるレンズ制御装置であって、撮像画像に対してＡＦ評価エリアを設定する手段と、前記ＡＦ評価エリア内のコントラスト情報を検出する手段と、前記光学系のレンズ・アイリス情報を検出する手段と、前記コントラスト情報及び前記レンズ・アイリス情報に基づいて、前記光学系を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ズームレンズの移動中に、合焦状態が維持されるよう前記フォーカスレンズを移動させることを特徴とするレンズ制御装置を提供するものである。

本発明のレンズ制御装置において、前記光学系のレンズ・アイリス情報は、被写体距離、Ｆ値、焦点距離を含んでいることを特徴とする。
本発明のレンズ制御装置において、前記ＡＦ評価エリアは、前記ズームレンズの移動によるズーム倍率の変化に比例して、拡大・縮小されることを特徴とする。

本発明のレンズ制御装置において、前記制御手段は、前記ズームレンズを移動する際に、移動後における前記ＡＦ評価エリア内のコントラスト情報を予測し、移動後に実測されたコントラスト情報と比較し、実測値が予測値を下回る場合には、前記フォーカスレンズを前後に移動させて焦点位置を検出するトラッキング処理を行うことを特徴とする。

本発明のレンズ制御装置において、前記制御手段は、さらに、前記光学系のレンズ・アイリス情報から被写界深度を求め、前記被写界深度から被写体の前後距離を求め、前記被写体の前後距離からファジィ距離を求め、これらの値に基づいて、前記トラッキング処理における前記フォーカスレンズの移動範囲を決定することを特徴とする。

本発明のレンズ制御装置において、前記制御手段は、さらに、前記ズームレンズの移動後における前記ＡＦ評価エリア内のコントラスト情報の予測値と実測値との比をファジィグレードとし、前記ファジィグレードが、前記ファジィ距離に基づいて定まるファジィグレードしきい値よりも下回る場合には、前記ファジィグレードの値によりデファジィされる被写体の前後距離を、前記トラッキング処理における前記フォーカスレンズの移動範囲に設定することを特徴とする。

本発明のレンズ制御装置において、前記制御手段は、前記ズームレンズを移動する際に、移動後における前記ＡＦ評価エリア内のコントラスト情報を予測し、移動後に実測されたコントラスト情報と比較し、実測値が予測値を上回る場合には、前記コントラスト情報の実測値を基準値として保存することを特徴とする。

本発明は、また、ズームレンズ、フォーカスレンズ及びアイリスを含む光学系と、前記ズームレンズ、フォーカスレンズ及びアイリスを駆動するレンズ・アイリス駆動部と、前記光学系によって投影された被写体像を画像信号に変換して出力する撮像素子と、前記撮像素子の画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記デジタル信号に対して設定されたＡＦ評価エリア内のコントラスト情報を検出するコントラスト検出部と、前記コントラスト情報およびレンズ・アイリス情報を受けて、前記レンズ・アイリス駆動部に制御指示を与えるレンズ情報処理部と、前記ズームレンズ駆動中に合焦状態を維持する位置に前記フォーカスレンズを駆動する手段と、を備えたことを特徴とするレンズ制御装置を提供するものである。
本発明は、また、上記したいずれかのレンズ制御装置を備えたカメラを提供するものである。

以上のような特徴を有する本発明のレンズ制御装置によれば、ズーム倍率変動後におけるコントラスト理論値を予測し、実測値と比較することで、常に適正なピント基準を維持することが可能となる。また、仮にピントがずれた場合でも、被写界深度に応じてフォーカスレンズを駆動するため、ズーミング中の画像のバタつきを抑えることが可能となり、なおかつ、単純な前後コントラスト比較とは異なり、適正なフォーカスレンズ移動によってトラッキングカーブを選択するため、ピントボケ方向に収束するのを防止することもできる。
したがって、ズームレンズが移動中であっても、常に、正確な焦点位置を検出し、良好なピント状態を維持することが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１〜図１０は、本発明の実施の形態を例示する図であり、これらの図において、同一の符号を付した部分は同一物を表わし、基本的な構成及び動作は同様であるものとする。

図１は、本発明のレンズ制御装置の内部構成を示す図であり、特に、ズーム・フォーカス機構に関する部分ついて詳細に示してある。
図１において、本発明のレンズ制御装置は、レンズユニット１０１と、レンズ・アイリス制御部１０２と、撮像素子１０３と、Ａ／Ｄ変換部１０４と、レンズ情報処理部１０５と、ＣＰＵ１０６と、表示制御部１０７と、映像表示装置１０８と、入出力Ｉ／Ｆ１０９と、入出力装置１１０と、コントラスト検出部１１１とから構成されている。

レンズユニット１０１は、ズームレンズ、フォーカスレンズ、絞り（アイリス）及び各機構を駆動するモータを含んでいる。レンズ・アイリス制御部１０２は、レンズユニット１０１のモータを駆動制御するドライバＩＣを含んでいる。撮像素子１０３は、ＣＣＤ等から構成されており、レンズユニット１０１から入力される映像を光電変換する。Ａ／Ｄ変換部１０４は、撮像素子１０３から入力される電気信号をデジタル信号に変換する。

レンズ情報処理部１０５は、コントラスト検出部１１１からコントラスト情報を受け取り、それをもとにＡＦ処理を行い、レンズ・アイリス制御部１０２に駆動指示を出し、レンズ・アイリス情報を管理する。また、レンズ情報処理部１０５は、内部メモリ（ＲＯＭ／ＲＡＭ）、ＣＰＵ、各種Ｉ／Ｏ等を有するマイクロコントローラから構成されており、後述するズーミング、ピントボケ判定、トラッキング及びファジィ距離計算の各処理を行い、本発明のレンズ制御装置における全てのレンズ制御を行う。

ＣＰＵ１０６は、Ａ／Ｄ変換部１０４から入力されるデジタル映像信号を表示制御部１０７を通じて映像表示装置１０８に表示させ、入出力Ｉ／Ｆ１０９を通じて外部接続機器とのデータ送受信を制御し、レンズ情報処理部１０５に対してデータ送受信や制御等を行う。

表示制御部１０７は、ディスプレイ・ドライバ等を備えており、ＣＰＵ１０６から受信したデジタル映像信号を映像表示装置１０８に表示できるように変換・制御する。映像表示装置１０８は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube、ブラウン管）や液晶ディスプレイ等から構成されており、表示制御部１０７から受信した映像信号を表示する。

入出力Ｉ／Ｆ１０９は、外部接続された入出力装置１１０に対して、データ送受信や制御等を行うためのデバイス・ドライバ等を備えており、入出力装置１１０からの入力信号を所定の形式のデータとしてＣＰＵ１０６に伝送し、ＣＰＵ１０６からの出力信号を所定の出力信号として入出力装置１１０に出力する。入出力装置１１０は、入出力Ｉ／Ｆ１０９を通じて接続されるメモリデバイスやコンピュータなどの装置である。
コントラスト検出部１１１は、Ａ／Ｄ変換部１０４から入力されるデジタル信号からコントラスト情報を検出する。

次に、上記のように構成された本発明のレンズ制御装置の動作について説明する。
図５は、本発明のレンズ制御装置においてズーミング処理を行う際の動作の流れを示すフローチャートである。
図５において、本発明のレンズ制御装置は、まず、ズーミングが開始されたかどうかの判定を行う（ステップＳ９−１）。本発明のレンズ制御装置におけるズーミングとは、ワイド側からテレ側へのズームアップ、テレ側からワイド側へのズームダウンの両方を含んでいるものとする。

ステップＳ９−１においてズーミングが開始されたと判断した場合、現在撮像している被写体に対して合焦状態であるか否かを判定する（ステップＳ９−２）。合焦状態でないと判定された場合には、ピントボケ状態であることを示すフラグを立てた後（ステップＳ９−３）、ズーミング開始時点におけるフォーカスレンズ位置から、被写体までの距離を割り出し、その被写界深度の前後距離ｄｆｒ、ｄｂｋを計算し、それぞれを距離変数Ｌｎ、Ｌｆに代入してメモリ等に保存する（ステップＳ９−４）。尚、ステップＳ９−４における被写体距離、被写界深度前後距離の計算方法については、図６を参照しながら後述する。ステップＳ９−２において合焦状態と判定された場合には、そのままステップＳ９−５に処理を進める。

続いて、ＡＦ評価エリアの設定を行う（ステップＳ９−５）。本発明のレンズ制御装置では、ＡＦ評価エリアを次の比率で設定する。
Ｔｓ／ｎ
ここで、Ｔｓはズームテレ端におけるＡＦ評価エリアを表しており、ｎはズーム倍率を表している。尚、Ｔｓは処理系、撮像系にとって最適なサイズであることに加えて、ズームワイド端においてもコントラスト値が十分得られるようなサイズとするのが望ましい。

続いて、現在のズーム位置からズーム倍率を求め、ステップＳ９−５で設定したＡＦ評価エリア内のコントラスト値のサンプリングを行い、それぞれを、基準ズーム倍率ｘ、基準コントラスト値Ｅｂとして、メモリ等に保存する（ステップＳ９−６）。

また、トラッキングカーブテーブル（後述する）を参照して、現在のズーム位置及びフォーカス位置から、被写体距離ａを求め、これを距離変数Ｌｃに代入し、メモリ等に保存する（ステップＳ９−７）。

さらに、フォーカスレンズの移動方向を示す状態変数Ｄ（「ＣＥＮＴＥＲ」、「ＦＡＲ」、「ＮＥＡＲ」の３つの値をとり、それぞれは、「移動せず」、「ＦＡＲ方向移動」、「ＮＥＡＲ方向移動」を表している）をＣＥＮＴＥＲに設定し、内部メモリに保存する（ステップＳ９−８）。

次に、ズームが停止されたかどうか、あるいはテレ／ワイド端に到達したかどうかの判定を行う（ステップＳ９−９）。ズームが停止された、あるいはテレ／ワイド端に到達したと判定された場合には、通常のＡＦ評価エリアを再設定し（ステップＳ９−１４）、ズーミング処理を終了する。

一方、ステップＳ９−９において、ズームが停止せず、かつテレ／ワイド端にも到達していないと判定された場合には、倍率が変化するまでズームレンズの移動処理を行う（ステップＳ９−１０）。ズームが元の倍率から変化すると、トラッキング処理を行う（ステップＳ９−１１）。尚、このトラッキング処理の詳細については、図８を参照しながら後述する。

ステップＳ９−１１においてトラッキング処理を行った後、ＡＦ評価エリアの再設定を行う(ステップS９−１２)。ステップS９−１２において、ＡＦ評価エリアは、ズームテレ端におけるＡＦ評価エリアＴｓと変化後の倍率ｎ’（＝ｎ−１またはｎ＋１）との比率で設定される。すなわち、Ｔｓ／ｎ’となる。続いて、ピントボケ判定処理を行う（ステップS９−１３）。尚、このピントボケ判定処理の詳細については、図９を参照しながら後述する。

ステップS９−１３においてピントボケ判定処理を行った後、再びステップS９−９に戻り、ズーム停止orテレ／ワイド端の判定処理を行う。以上のステップS９−９からステップS９−１３までの一連の処理は、ステップS９−９において、ズームが停止された、あるいはテレ／ワイド端に到達したと判定されるまで繰り返し行われる。

尚、ズーミングが行われていない状態でのＡＦ機構については様々な既知の技術が公開されているが、ここでは特に言及しない。例えば、図１１に示すような一般的な山登り方式でコントラスト検出を行う方式を使用することができる。かかる場合、ＡＦ評価エリアは一定であることが望ましい。

また、図５のフローチャートでの各ステップにおいて、内部メモリへの保存、読み出しを行う処理については、いずれも図１に示すレンズ情報処理部１０５の内部メモリに対して行われるものである。

被写体距離及び被写界深度の前後距離の演算処理
図６は、本発明のレンズ制御装置において、ズーミング開始時点におけるフォーカスレンズ位置から被写体までの距離を計算する処理及びその距離に対する被写界深度の前後距離を計算する処理を示すブロック図である。（図５のステップＳ９−４の処理に相当するものである。）

図６に示すように、この演算処理は、被写体距離演算部１００１と、内部メモリ（Ａ）１００２と、トラッキングカーブテーブル１００３と、内部メモリ（Ｂ）１００４と、被写界深度演算部１００５と、焦点距離・有効像円テーブル１００６と、内部メモリ（Ｃ）１００７とから構成されている。

内部メモリ（Ａ）１００２、内部メモリ（Ｂ）１００４、内部メモリ（Ｃ）１００７は、それぞれ、レンズユニット１０１におけるレンズ・アイリスの現在位置、被写体距離演算部１００１が出力する被写体距離、被写界深度演算部１００５が出力する前後距離を記憶するものである。

トラッキングカーブテーブル１００３は、レンズユニット１０１における各ズーム位置及びフォーカス位置に対応する被写体距離をテーブル等の形態で記憶している。また、焦点距離・有効像円テーブル１００６は、レンズユニット１０１における各ズーム位置及びＦ値（絞り値）に対応する焦点距離、有効像円をテーブル等の形態で記憶している。

被写体距離演算部１００１は、内部メモリ（Ａ）１００２から、レンズユニット１０１における現在のズームレンズ位置及びフォーカスレンズ位置を取得し、これらを基にトラッキングカーブテーブル１００３を参照して、被写体との距離を算出する。算出された被写体距離は、被写界深度演算部１００５に出力されるとともに、内部メモリ（Ｂ）１００４に記憶される。

被写界深度演算部１００５は、内部メモリ（Ａ）１００２から、レンズユニット１０１における現在のズーム位置及びＦ値を取得し、これらを基に焦点距離・有効像円テーブル１００６を参照して、対応する焦点距離及び有効像円を取得する。さらに、被写体距離演算部１００１から入力された被写体距離と、上記の焦点距離及び有効像円と、現在のＦ値とから被写界深度及びその前後距離を算出する。算出された被写界深度の前後距離は、内部メモリ（Ｃ）１００７に記憶される。
尚、図６では、説明の便宜上、内部メモリ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を３つに分けて示しているが、ハードウェア上は一つのメモリから構成しても構わない。

図７は、図６に示す被写体距離演算部１００１及び被写界深度演算部１００５において、被写体距離、被写界深度の前後距離を算出する処理の詳細を示すフローチャートである。
図７において、まず、内部メモリ（Ａ）１００２から現在のズーム位置、フォーカス位置を取得し、これらを基にトラッキングカーブテーブルを参照して、被写体距離ａを求める（ステップＳ１１−１）。続いて、内部メモリ（Ａ）１００２から現在のズーム位置を取得し、これを基に焦点距離・有効像円テーブルを参照して、焦点距離ｆ及び有効像円δを求める（ステップＳ１１−２）。また、内部メモリ（Ａ）１００２から現在のＦ値を取得する（ステップＳ１１−３）。以上、得られた各パラメータを用いて、以下の計算式から被写界深度前側距離ｄｆｒ及び後側距離ｄｂｋを求める（ステップＳ１１−４）。
ｄｆｒ ＝ａ−（δＦａ）／（ｆ^２＋δＦａ）
ｄｂｋ ＝ａ＋（δＦａ）／（ｆ^２−δＦａ）

トラッキング処理
図８は、本発明のレンズ制御装置において、ズーム移動に伴って倍率が変化した際のトラッキング処理の流れを示すフローチャートである。（図５のステップＳ９−１１のトラッキング処理に相当するものである。）
図８において、まず、現在撮像している被写体に対して合焦状態であるか否か、すなわち、ピントボケフラグが設定されているか否かを判定する（ステップＳ１２−１）。ピントボケフラグが設定されている（ＯＮになっている）場合には、内部メモリより距離変数Ｌｎ、Ｌｆ及び方向変数Ｄを読み出す（ステップＳ１２−２）。

続いて、方向変数Ｄの設定値を調べ（ステップＳ１２−３）、方向変数ＤがＮＥＡＲに設定されている場合には、ＦＡＲ側の距離Ｌｆに対応するトラッキングカーブ（以降、「距離カーブ」と呼ぶ）に沿ってフォーカスレンズを移動させる（ステップＳ１２−４）。フォーカスレンズの移動先位置については、図６のトラッキングカーブテーブル１００３を参照して求めることができる（以下のフォーカスレンズの移動についても同様である）。その後、移動方向ＤをＦＡＲに設定し、この方向変数Ｄを内部メモリに保存する（ステップＳ１２−６）。

一方、ステップＳ１２−３において、方向変数ＤがＦＡＲあるいはＣＥＮＴＥＲに設定されている場合には、ＮＥＡＲ側の距離カーブＬｎ上にフォーカスレンズを移動させる（ステップＳ１２−５）。その後、方向変数ＤをＮＥＡＲに設定し、この方向変数Ｄを内部メモリに保存する（ステップＳ１２−７）。

また、ステップＳ１２−１において、ピントボケフラグが設定されていない（ＯＦＦになっている）場合には、距離変数Ｌｃを内部メモリより読み出し（ステップＳ１２−８）、Ｌｃの属する距離カーブ上にフォーカスレンズを移動させる（ステップＳ１２−９）。その後、方向変数ＤをＣＥＮＴＥＲに設定し、この方向変数Ｄを内部メモリに保存する（ステップＳ１２−１０）。

ピントボケ判定処理
図９は、本発明のレンズ制御装置において、トラッキング処理、ＡＦ評価エリアの再設定処理に続いて行う、ピントボケ判定処理の流れを示すフローチャートである。（図５のステップＳ９−１３のピントボケ判定処理に相当するものである。）
図９において、まず、基準コントラスト値Ｅｂ、基準ズーム倍率ｘを内部メモリより読み出す（ステップＳ１３−１）。続いて、これらのパラメータを用いて、現在のズーム倍率ｎにおける予測コントラスト値Ｅｘを以下の式で算出する（ステップＳ１３−２）。
Ｅｘ ＝ Ｅｂ × ｎ ／ ｘ
また、現在のズーム位置におけるコントラスト値Ｅｓをサンプリングする（ステップＳ１３−３）。

続いて、上記で求めたＥｘ、Ｅｓについて、その大小を比較判定する（ステップＳ１３−４）。ＥｓがＥｘより小である場合、すなわち、コントラストの予測値より実測値が下回った場合には、ピントボケ状態が発生したと判定し、以降でトラッキングカーブを補正する処理を行う。

まず、コントラスト比Ｒを次の式で算出する（ステップＳ１３−５）。
Ｒ ＝ Ｅｓ／Ｅｘ
ここで、このコントラスト比Ｒを「ファジィグレード」と定義し、後述するフォーカスレンズの駆動範囲の規定に使用する。続いて、ファジィグレードＲとしきい値Ｒｔｈとの大小を比較判定する（ステップＳ１３−８）。このファジィグレードしきい値Ｒｔｈは、本発明のレンズ制御装置の撮影系に応じて任意に設定されるものとする。ファジィグレードＲがしきい値Ｒｔｈよりも小さい場合には、ファジィ距離計算を行う（ステップＳ１３−９）。尚、このファジィ距離計算については、図１０を参照しながら後述する。

続いて、ステップＳ１３−９で算出したファジィ距離μ（ｘ）が、
μ（ｘ）＝Ｒ
となるような距離Ｒｎ、Ｒｆを算出し、それぞれを距離変数Ｌｎ、Ｌｆに代入するとともに、内部メモリに保存する（ステップＳ１３−１１）。その後、ピントボケフラグをＯＮして（ステップＳ１３−１３）、ピントボケ判定処理を終了する。

一方、ステップＳ１３−４において、ＥｓがＥｘより小でない場合、すなわち、コントラストの実測値が予測値以上であった場合には、ピントボケが発生しなかったと判定し、基準コントラスト値ＥｂをＥｓで更新する。同時に、基準ズーム倍率(変数)ｘを現在のズーム倍率ｎで更新する（ステップＳ１３−６）。また、方向変数Ｄの値を内部メモリから読み出し（ステップＳ１３−７）、方向変数ＤがＮＥＡＲまたはＦＡＲであるかどうかを判定する（ステップＳ１３−８）。

方向変数ＤがＮＥＡＲまたはＦＡＲである場合には、距離変数ＬｎまたはＬｆに代入されている距離の値を変数Ｌｃに代入する（ステップＳ１３−１２）。その後、ピントボケフラグをＯＦＦにし（ステップＳ１３−１４）、ピントボケ判定処理を終了する。また、方向変数ＤがＮＥＡＲまたはＦＡＲのいずれでもない（ＣＥＮＴＥＲである）場合には、Ｌｃは変更せずにそのままステップＳ１３−１４に進み、ピントボケフラグをＯＦＦにして、ピントボケ判定処理を終了する。
他方で、ステップＳ１３−８において、ファジィグレードＲがしきい値Ｒｔｈ以上である場合には、ファジィ距離計算処理は行わず、ステップＳ１３−１０の判定処理に移行する。

図１０は、図９のステップＳ１３−９におけるファジィ距離計算の処理の流れを示すフローチャートである。図１０において、まず、被写体距離ａ、被写界深度前後距離ｄｆｒ、ｄｂｋを求める（ステップＳ１４−１）。この処理は、図６及び図７に示すのと同様に行うことができる。続いて、ファジィ集合テーブルを参照して、
μ（ａ）＝１．０
μ（ｄｆｒ）＝０
μ（ｄｂｋ）＝０
を満たすようなファジィ集合μ（ｘ）を求める（ステップＳ１４−２）。ここで、前述したように、求められたμ（ｘ）を「ファジィ距離」と定義する。
このファジィ距離を具体的に求める方法については、図４に示すとおりである。

以上、本発明のレンズ制御装置について、具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上記各実施形態又は他の実施形態にかかる発明の構成及び機能に様々な変更・改良を加えることが可能である。

本発明によれば、ズームレンズが移動中であっても、常に、正確な焦点位置を検出し、良好なピント状態を維持することを可能にするレンズ制御装置が提供される。
このレンズ制御装置は、光学ズーム機能およびオートフォーカス機能を有するデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラにおいて利用可能である。

本発明のレンズ制御装置の内部構成を示す図であり、特に、ズーム・フォーカス機構に関する部分ついて詳細に示してある。 本発明のレンズ制御装置により、ズーミング中の倍率変動に応じてＡＦ評価エリアを拡大・縮小し、常に被写体に対するＡＦ評価エリアを見かけ上一定にする方法を例示する図である。 本発明のレンズ制御装置において、ズーム倍率の変動と、各ズーム倍率におけるコントラスト値の予測値及び実測値との関係を示すグラフである。 本発明のレンズ制御装置において、ウォブリング時のフォーカスレンズ移動範囲を規定するために、レンズ情報から被写界深度を計算し、その前後深度を定義域とするファジィ数を求める方法を示す図である。 本発明のレンズ制御装置においてズーミング処理を行う際の動作の流れを示すフローチャートである。 本発明のレンズ制御装置において、ズーミング開始時点におけるフォーカスレンズ位置から被写体までの距離を計算する処理及びその距離に対する被写界深度の前後距離を計算する処理を示すブロック図である。（図５のステップＳ９−４の処理に相当するものである。） 図６に示す被写体距離演算部１００１及び被写界深度演算部１００５において、被写体距離、被写界深度の前後距離を算出する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明のレンズ制御装置において、ズーム移動に伴って倍率が変化した際のトラッキング処理の流れを示すフローチャートである。（図５のステップＳ９−１１のトラッキング処理に相当するものである。） 本発明のレンズ制御装置において、トラッキング処理、ＡＦ評価エリアの再設定処理に続いて行う、ピントボケ判定処理の流れを示すフローチャートである。（図５のステップＳ９−１３のピントボケ判定処理に相当するものである。） 図９のステップＳ１３−９におけるファジィ距離計算の処理の流れを示すフローチャートである。 従来のコントラスト検出方式によるオートフォーカス機構により焦点位置を検出する方法を示す図である。 従来のオートフォーカス機構において、ズームレンズ移動中でも焦点位置の検出を可能にするレンズ制御方式の一例として、ウォブリング方式を示す図である。 従来のコントラスト検出方式によるオートフォーカス機構において、ズームレンズ移動に伴うコントラスト値のピーク値の変化を示す図である。 従来のコントラスト検出方式によるオートフォーカス機構において、画像信号から高周波成分を抽出する方法を例示する図である。

符号の説明

１０１ レンズユニット
１０２ レンズ・アイリス制御部
１０３ 撮像素子
１０４ Ａ／Ｄ変換部
１０５ レンズ情報処理部
１０６ ＣＰＵ
１０７ 表示制御部
１０８ 映像表示装置
１０９ 入出力Ｉ／Ｆ
１１０ 入出力装置
１１１ コントラスト検出部
１００１ 被写体距離演算部
１００２ 内部メモリ（Ａ）
１００３ トラッキングカーブテーブル
１００４ 内部メモリ（Ｂ）
１００５ 被写界深度演算部
１００６ 焦点距離・有効像円テーブル
１００７ 内部メモリ（Ｃ）

Claims (9)

1. ズームレンズ、フォーカスレンズ及びアイリスを含む光学系に用いるレンズ制御装置であって、
   撮像画像に対してＡＦ評価エリアを設定する手段と、
   前記ＡＦ評価エリア内のコントラスト情報を検出する手段と、
   前記光学系のレンズ・アイリス情報を検出する手段と、
   前記コントラスト情報及び前記レンズ・アイリス情報に基づいて、前記光学系を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記ズームレンズの移動中に、合焦状態が維持されるよう前記フォーカスレンズを移動させることを特徴とするレンズ制御装置。
2. 前記光学系のレンズ・アイリス情報は、被写体距離、Ｆ値、焦点距離を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のレンズ制御装置。
3. 前記ＡＦ評価エリアは、前記ズームレンズの移動によるズーム倍率の変化に比例して、拡大・縮小されることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ制御装置。
4. 前記制御手段は、前記ズームレンズを移動する際に、移動後における前記ＡＦ評価エリア内のコントラスト情報を予測し、移動後に実測されたコントラスト情報と比較し、実測値が予測値を下回る場合には、前記フォーカスレンズを前後に移動させて焦点位置を検出するトラッキング処理を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ制御装置。
5. 前記制御手段は、さらに、
   前記光学系のレンズ・アイリス情報から被写界深度を求め、
   前記被写界深度から被写体の前後距離を求め、
   前記被写体の前後距離からファジィ距離を求め、
   これらの値に基づいて、前記トラッキング処理における前記フォーカスレンズの移動範囲を決定することを特徴とする請求項４に記載のレンズ制御装置。
6. 前記制御手段は、さらに、
   前記ズームレンズの移動後における前記ＡＦ評価エリア内のコントラスト情報の予測値と実測値との比をファジィグレードとし、
   前記ファジィグレードが、前記ファジィ距離に基づいて定まるファジィグレードしきい値よりも下回る場合には、前記ファジィグレードの値によりデファジィされる被写体の前後距離を、前記トラッキング処理における前記フォーカスレンズの移動範囲に設定することを特徴とする請求項５に記載のレンズ制御装置。
7. 前記制御手段は、前記ズームレンズを移動する際に、移動後における前記ＡＦ評価エリア内のコントラスト情報を予測し、移動後に実測されたコントラスト情報と比較し、実測値が予測値を上回る場合には、前記コントラスト情報の実測値を基準値として保存することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ制御装置。
8. ズームレンズ、フォーカスレンズ及びアイリスを含む光学系と、
   前記ズームレンズ、フォーカスレンズ及びアイリスを駆動するレンズ・アイリス駆動部と、
   前記光学系によって投影された被写体像を画像信号に変換して出力する撮像素子と、
   前記撮像素子の画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
   前記デジタル信号に対して設定されたＡＦ評価エリア内のコントラスト情報を検出するコントラスト検出部と、
   前記コントラスト情報およびレンズ・アイリス情報を受けて、前記レンズ・アイリス駆動部に制御指示を与えるレンズ情報処理部と、
   前記ズームレンズ駆動中に合焦状態を維持する位置に前記フォーカスレンズを駆動する手段と、を備えたことを特徴とするレンズ制御装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載のレンズ制御装置を備えたカメラ。

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