JP3177007B2 - レンズ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インナーフォーカス型
のレンズシステムに対するレンズ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来から知られているインナー
フォーカス型のレンズシステムの構成図である。図８に
示したように、インナーフォーカス型のレンズシステム
１は、同図の左側の被写体側から右側に向かって順次光
軸に沿って配設された第１固定レンズ２と、光軸と平行
に移動して変倍を行う変倍レンズ３と、絞り４と、第２
固定レンズ５と、光軸と平行に移動して焦点調節を行う
と共に、変倍が行われて焦点面が移動した場合の補正を
行ういわゆるコンペ機能を兼ね備えたフォーカスコンペ
レンズ６とを有している。そして、このレンズシステム
１による光学的被写体像は、撮像素子７の撮像面７ａに
結像され、光電変換されて映像信号として出力される。

【０００３】このようなインナーフォーカス型のレンズ
システム１では、上記のようにフォーカスコンペレンズ
６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、撮像面７ａに合焦するため
のフォーカスコンペレンズ６の位置は、被写体距離によ
って異なってしまう。

【０００４】すなわち、各焦点距離において被写体距離
を変化させたとき、撮像面７ａに合焦させるためのフォ
ーカスコンペレンズ６の位置を連続してプロットする
と、図７のようになる。従って、ボケのないズーミング
を行うためには、ズーミング中は、被写体距離に応じて
図９に示された合焦レンズ軌跡を選択し、選択した合焦
レンズ軌跡どおりにフォーカスコンペレンズ６を移動さ
せる必要がある。

【０００５】なお、前玉フォーカス型のレンズシステム
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が機械的
なカム環で結合されている。従って、たとえばカム環に
マニュアルズーム用のツマミを設け、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、
カム環は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
スレンズのピントが合っていれば、上記動作によってボ
ケを生じることはない。

【０００６】一方、インナーフォーカス型のレンズシス
テム１では、上記のように、ボケのないズーミングを行
うためには図９に示された軌跡どおりにフォーカスコン
ペレンズ６を移動させる必要がある。このため、図９の
ような被写体距離に対応する複数の合焦レンズ軌跡情報
を何らかの形（軌跡そのものでも、レンズ位置を変数と
した関数でも良い）でレンズ制御用マイコンに記憶させ
ておき、フォーカスレンズ６と変倍レンズ３との位置に
よって合焦レンズ軌跡を選択して、この選択した合焦レ
ンズ軌跡上を辿りながらズーミングを行う軌跡追従方式
が一般に採用されている。なお、軌跡追従方式の詳細は
後述する。

【０００７】この際、フォーカスコンペレンズ６による
合焦制御を正確にしてボケを完全に無くすには、変倍レ
ンズ３、およびフォーカスコンペレンズ６の位置をある
程度正確に検知する必要がある。特に、図９からも明ら
かなように、変倍レンズ３が等速度またはそれに近い速
度で移動する場合、焦点距離の変化によって刻々とフォ
ーカスコンペレンズ６が辿るべき合焦レンズ軌跡の傾き
が変化している。これは、フォーカスコンペレンズ６の
移動速度と移動の向きが刻々と変化することを示してお
り、換言すれば、フォーカスコンペレンズ６用のアクチ
ュエータは、１Ｈｚ〜数１００Ｈｚまでの精度良い速度
応答をしなければならないことになる。

【０００８】このような要求を満たすため、フォーカス
コンペレンズ６用のアクチュエータとしては、ステッピ
ングモータを用いるの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し、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、位置精度が得られるからである。さらに、ステッ
ピングモータを用いる場合、歩進パルスに対する歩進角
度が一定であるから、歩進パルスをそのままインクリメ
ント型の位置エンコーダとして用いることができ、特別
な位置エンコーダを追加しなくても良いという利点もあ
る。

【０００９】次に、インナーフォーカス型のレンズシス
テム１において合焦を保ちながら変倍動作を行うための
上記の軌跡追従方式の従来例を、図１０に基づいて説明
する。

【００１０】図１０において、縦軸はフォーカスコンペ
レンズ６の位置、横軸は変倍レンズ３の位置を示してい
る。また、ｚ0、ｚ1、ｚ2、…ｚ11は変倍レンズ３の位
置を示しており、ａ0、ａ1、ａ2、…ａ11と、ｂ0、ｂ
1、ｂ2、…ｂ11とは、異なる２つの被写体距離に対応し
ており、変倍レンズ３の移動に追従してフォーカスコン
ペレンズ６が辿るべき代表的な合焦レンズ軌跡を示して
いる。これら合焦レンズ軌跡情報は、合焦レンズ軌跡テ
ーブルとして制御用マイコンに記憶されている。

【００１１】図１０に示したように、合焦レンズ軌跡テ
ーブルには、離散的な被写体距離に対応する代表的な合
焦レンズ軌跡しか記憶されていないため、記憶されてい
ない被写体距離の場合には、記憶された合焦レンズ軌跡
をそのまま辿ったのでは、合焦を保ちながら変倍動作を
行うことができなくなる。そこで、記憶されていない被
写体距離の場合には、記憶された合焦レンズ軌跡に基づ
いて、記憶されていない被写体距離に対応する合焦レン
ズ軌跡を算出している。図１０のｐ0、ｐ1、ｐ2、…ｐ1
1は、算出された合焦レンズ軌跡である。このｐ0、ｐ
1、ｐ2、…ｐ11のような合焦レンズ軌跡は、次式

【００１２】

【数１】 ｐ（ｎ＋１）＝｜ｂ（ｎ＋１）−ａ（ｎ＋１）｜× ｜ｐ（ｎ）−ａ（ｎ）｜／｜ｂ（ｎ）−ａ（ｎ）｜＋ａ（ｎ＋１） により算出される。

【００１３】数式１によれば、例えば図１０において、
フォーカスコンペレンズ６がｐ0の位置に在る場合、ｐ0
が線分「ｂ0−ａ0」を内分する比を求め、この内分比に
従って「ｂ1−ａ1」を内分する点をｐ1としている。こ
の点ｐ1と点ｐ0との位置差と、変倍レンズ３がｚ0から
ｚ1まで移動するのに要する時間から、合焦を保つため
のフォーカスコンペレンズ６の移動速度が求められる。

【００１４】ところで、変倍レンズ３がテレからワイド
方向に移動する場合には、図９から明らかなように、バ
ラけている合焦レンズ軌跡が収束する方向なので、上述
した軌跡追従方式でも合焦は維持できる。しかし、ワイ
ドからテレ方向では、収束点にいたフォーカスコンペレ
ンズ６がどの合焦レンズ軌跡を辿るべきかが判らないの
で、同様な軌跡追従方式では合焦を維持できない。

【００１５】そこで、コントラスト方式（山登り方式）
の自動焦点調節動作（ＡＦ）時に得られる前ピン、後ピ
ン情報（ボケ情報）を最も小さく合焦レンズ軌跡を選択
し、その合焦レンズ軌跡に基づいてフォーカスコンペレ
ンズ６を追従させながらズーミングする方式が提案され
ている。

【００１６】しかし、この方式ではＡＦ機能オフ時には
合焦レンズ軌跡を選択できないため、ＡＦ機能をオフし
た状態でズーミングを行った場合には、次のようにして
合焦を維持している。

【００１７】すなわち、ＡＦ機能がオフ状態では、合焦
を維持できるテレからワイド方向のズーミングを行う度
に、図１０の変倍レンズ３のｚ0、ｚ1、ｚ2、…ｚ11の
位置毎のフォーカスコンペレンズ６の位置ｐ0、ｐ1、ｐ
2、…ｐ11…（合焦レンズ軌跡）を演算してマイコン内
のメモリに順次記憶していき、次に、ワイドからテレ方
向のズーミングの際には、記憶したフォーカスコンペレ
ンズ６の位置を読出しながら、テレからワイド方向のズ
ーミングの際に辿った軌跡を逆方向に辿るようにしてい
る。

【００１８】また、ズーミング開始前に現在の被写体距
離を特定して、前記数式１の内分比、α／β＝｜ｐ
（ｎ）−ａ（ｎ）｜／｜ｂ（ｎ）−ａ（ｎ）｜を記憶し
ておき、ズーミング中は、内分比α／βを固定して前記
数式１から合焦レンズ軌跡追従先を求める方法も提案さ
れている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
では、変倍レンズ３の移動中のフォーカスコンペレンズ
６の移動速度は、変倍レンズ３が合焦レンズ軌跡テーブ
ルに記憶された位置（以下、この位置を境界位置とい
う）に在るときに算出・更新されるが、高速ズーミング
時など、ズーミング時間が短い場合には、フォーカスコ
ンペレンズ６の移動速度を算出処理するタイミングにお
いて、変倍レンズ３が境界位置に存在する確率が低くな
り、フォーカスコンペレンズ６の移動速度の更新が適切
に実行されなくなり、合焦を維持できなくなる場合があ
った。

【００２０】また、高速ズーミングにおいてフォーカス
コンペレンズ６の移動速度の更新を適切に実行して常に
合焦を維持するには、合焦レンズ軌跡テーブルに記憶す
る代表的な合焦レンズ軌跡データについて、変倍レンズ
位置方向の分解能を上げる、すなわちデータ数を増やす
必要があった。

【００２１】本発明は、このような事情の下になされた
もので、その目的は、高速ズーミング時などにおいて
も、合焦レンズ軌跡データのデータ数を増やすことな
く、フォーカスコンペレンズの移動速度の更新を適切に
実行して、合焦レンズ軌跡追従性の良いズーミングを行
えるようにすることである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、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、前記第１のレンズの離散的な位置に対する前記第２
のレンズの合焦位置を離散的な被写体距離に応じて予め
記憶した合焦位置記憶手段と、前記第１及び第２のレン
ズの現在位置と前記合焦位置記憶手段に記憶された前記
記憶情報とに基づいて前記第１のレンズの移動位置に対
する前記第２のレンズの合焦位置を演算する手段であっ
て、前記第１及び第２のレンズの現在位置に対応する合
焦位置情報が前記記憶手段に記憶されていない場合に、
前記第１及び第２のレンズの現在位置と、該現在位置に
隣接する位置に対応する記憶情報から、前記第２のレン
ズの合焦位置の軌跡を予測演算する合焦位置演算手段
と、前記第１のレンズの移動中は、当該第１のレンズが
前記合焦位置記憶手段に記憶された当該第１のレンズの
離散的な位置を通過する毎に、前記第２のレンズの現在
位置と前記合焦位置演算手段により予測演算された前記
第１のレンズの移動方向における前記第２のレンズの合
焦位置との差分量に応じて、前記第２のレンズの移動速
度を演算する移動速度演算手段とを有している。また、
第２の本発明は、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、前記第１のレンズの離散的な位置に対する前記
第２のレンズの合焦位置を離散的な被写体距離に応じて
予め記憶した合焦位置記憶手段と、前記第１及び第２の
レンズの現在位置と前記合焦位置記憶手段に記憶された
前記記憶情報とに基づいて前記第１のレンズの移動位置
に対する前記第２のレンズの合焦位置を演算する手段で
あって、前記第１及び第２のレンズの現在位置に対応す
る合焦位置情報が前記記憶手段に記憶されていない場合
に、前記第１及び第２のレンズの現在位置と、該現在位
置に隣接する位置に対応する記憶情報から、前記第２の
レンズの合焦位置の移動軌跡を予測演算する合焦位置演
算手段と、前記第１のレンズの移動中は 、当該第１のレ
ンズが前記合焦位置記憶手段に記憶された当該第１のレ
ンズの離散的な位置を通過する毎に、前記第２のレンズ
の現在位置と前記合焦位置演算手段により予測演算され
た前記第１のレンズの移動方向における前記第２のレン
ズの合焦位置との差分量に応じて、前記第２のレンズの
移動速度を演算するとともに、前記第１のレンズの前記
離散的な位置間を移動中は前記第２のレンズの移動速度
を変更しないように制御する移動速度演算手段とを有し
ている。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００２８】図１は本発明の一実施例によるレンズ制御
装置を備えたビデオカメラの概要を示すブロック図であ
る。

【００２９】図１において、１０はインナーフォーカス
型のレンズシステムであり、上述した従来例と同様に、
図において左側の被写体側から右側に向かって順次光軸
に沿って配設された第１固定レンズ１１、光軸と平行に
移動して変倍を行う変倍レンズ１２、絞り１３、第２固
定レンズ１４、光軸と平行に移動して焦点調節を行うと
共に、変倍が行われて焦点面が移動した場合の補正を行
ういわゆるコンペ機能を兼ね備えたフォーカスコンペレ
ンズ１５を有している。

【００３０】そして、このレンズシステム１０による光
学的被写体像は、ＣＣＤ等により構成された撮像素子１
６の撮像面１６ａに結像され、光電変換されて映像信号
として出力される。この映像信号（電気信号）は、第１
増幅器（またはインピーダンス変換器）１７により増幅
され、ＡＧＣ（自動利得制御）回路１８により出力の振
幅が一定に保持され、フィルタ１９により高周波成分の
みが抽出される。そして、信号処理回路２０は、フィル
タ１９からの映像信号に対してＡＦ（オートフォーカ
ス）処理を行うために、高周波成分の強度、或いはボケ
幅検出強度を求めるなどの信号処理を行い、レンズ制御
用マイコン２１に出力する。

【００３１】変倍レンズ１２、フォーカスコンペレンズ
１５は、それぞれレンズ移動手段２２、２３により移動
される。レンズ移動手段２２、２３は、ステッピングモ
ータ２２ａ、２３ａと、ドライバ２２ｂ，２３ｂとを有
している（以下、変倍レンズ１２移動用のステッピンク
モータをズームモータ、フォーカスコンペレンズ１５）
駆動用のステッピンクモータをフォーカスモータとい
う）。これらズームモータ２２ａ、フォーカスモータ２
３ａに各々直結された出力軸２２ｃ、２３ｃには、それ
ぞれラック２２ｄ、２３ｄが噛合され、これらラック２
２ｄ、２３ｄは、それぞれ変倍レンズ１２、フォーカス
コンペレンズ１５に固定されている。

【００３２】そして、レンズ制御用マイコン２１から出
力される移動命令信号（方向信号ｓ1、ｓ2、速度信号ｓ
3、ｓ4）に従ってドライバ２２ｂ、２３ｂから駆動エネ
ルギーがズームモータ２２ａ、フォーカスモータ２３ａ
にそれぞれ供給されて出力軸２２ｃ、２３ｃが回転する
ことにより、ラック２２ｄ、２３ｄと一体に変倍レンズ
１２、フォーカスコンペレンズ１５が、光軸と平行（図
中、矢印Ａ、Ｂ方向）に移動する。

【００３３】変倍レンズ１２、フォーカスコンペレンズ
１５の位置は、それぞれレンズ位置検出手段２４、２５
により検出される。レンズ位置検出手段２４、２５は、
フォトセンサ２４ａ、２５ａと、遮光板２４ｂ、２５ｂ
とを有しており、フォトセンサ２４ａ、２５ａは、発光
部と受光部（図示省略）とに構成され、遮光板２４ｂ、
２５ｂは、それぞれ変倍レンズ１２、フォーカスコンペ
レンズ１５に固定されている。

【００３４】そして、変倍レンズ１２、フォーカスコン
ペレンズ１５が光軸と平行に移動すると、それと一体に
遮光板２４ｂ、２５ｂが移動し、フォトセンサ２４ａ、
２５ａの発光部と受光部との間の光路を遮ったとき、受
光部の出力信号はロー（Ｌｏｗ）レベルになり、遮らな
いときはハイ（Ｈｉｇｈ）レベルになる。

【００３５】従って、受光部の出力信号が変化する位置
を基準位置として、変倍レンズ１２、フォーカスコンペ
レンズ１５が基準位置に存在するか否かを検知すること
ができる。そして、レンズ制御用マイコン２１は、この
基準位置と、レンズ移動速度、レンズ移動方向などによ
り、各レンズの位置を認識することができる。

【００３６】絞り１３は、適性露光量を維持するように
ドライバ２６により駆動される。すなわち、絞り制御回
路２７は、ＡＧＣ回路１８の出力信号のレベルを検出
し、このレベルが一定レベル（適性露光量）でないとき
は、一定レベルにするための絞り量制御信号を発生す
る。この絞り量制御信号は、第２増幅器２８により増幅
されてドライバ２６に出力され、ドライバ２６により適
性露光量となるように絞り１３が駆動される。

【００３７】絞り１３の絞り状態は、エンコーダ２９に
より検出され、その検出信号は、第３増幅器３０により
増幅され、信号変換回路３１によりレンズ制御用マイコ
ン２１が読取可能な信号に変換された後、該レンズ制御
用マイコン２１に出力される。

【００３８】レンズ制御用マイコン２１には、変倍レン
ズ１２をワイド方向、テレ方向にそれぞれ移動させるた
めのワイドスイッチ３２、テレスイッチ３３、フォーカ
スコンペレンズ１５を無限遠方向、至近方向にそれぞれ
移動させるための無限スイッチ３４、至近スイッチ３
５、ＡＦモードを設定するＡＦスイッチ３６が接続され
ている。これら各スイッチとレンズ制御用マイコン２１
との接続ラインには、プルアップ抵抗３７を介して電源
３８が接続されている。

【００３９】レンズ制御用マイコン２１には、図９の合
焦レンズ軌跡内容をテーブル化した図２のような合焦レ
ンズ軌跡テーブルＴがプリセットされている。すなわ
ち、図２の合焦レンズ軌跡テーブルＴは、変倍レンズ１
２の離散的な位置に対応するフォーカスコンペレンズ１
５の合焦位置を被写体距離別に記録したテーブルであ
り、列方向（図の横方向）のｎ（０、１、…、ｋ，…
ｍ）は離散的な被写体距離を示し、行方向（図の縦方
向）のｚ（０、１、…、ｋ，…ｌ）は離散的な変倍レン
ズ１２の位置を示し、列と行との交点位置には、離散的
な変倍レンズ１２の位置、および被写体距離に対応する
フォーカスコンペレンズ１５の合焦位置が記録されてい
る。なお、被写体距離は、図中右方向に進むにしたがっ
て短くなり、「０」は無限遠を示し、「ｍ」は最至近の
１ｃｍを示している。また、変倍レンズ位置は、図中下
方向に進むにしたがってズーム領域が広くなり、「０」
はテレ端を示し、「ｌ」はワイド端を示している。すな
わち、各列のデータ群がそれぞれ１本の合焦レンズ軌跡
に対応している。そして、フォーカスコンペレンズ１５
の合焦位置、例えばＡ0kは、被写体距離「０」で変倍レ
ンズ１２の位置が「ｋ」の場合のフォーカスコンペレン
ズ１５の合焦位置を示している。

【００４０】レンズ制御用マイコン２１は、ＡＦモード
の下でズーミングを行う場合は、前ピン、後ピン情報を
利用して合焦レンズ軌跡テーブルＴ内の合焦レンズ軌跡
を選択しながら、或いは上記合焦レンズ軌跡に基づいて
合焦レンズ位置を演算しながらズーミングを行う。一
方、ＡＦモードがオフされた状態でズーミングを行う場
合は、ズーミング前にマニュアルで合焦操作が行われた
際に、被写体距離を特定し、その被写体距離に対応する
数式１の内分比を求め、ズーミング中は内分比に基づい
てフォーカスコンペレンズ１５の合焦位置を数式１によ
り求めて、フォーカスコンペレンズ１５を追従させる。

【００４１】また、レンズ制御用マイコン２１は、ＡＦ
モード設定の如何を問わず、ズーミングを行う際は、上
記合焦レンズ軌跡に従ってフォーカスコンペレンズ１５
を追従させるに当たり、変倍レンズ位置が合焦レンズ軌
跡テーブルＴに記憶された境界位置に存在しない場合
は、変倍レンズ位置方向のデータ補間（この位置も境界
位置として処理される）を行って追従軌跡の特定を行う
と共に、ズーミング中、変倍レンズ１２が境界位置を通
過する毎にフォーカスコンペレンズ１５の速度を算出・
更新している。

【００４２】次に、レンズ制御動作を図３、図４、図５
のフローチャートに基づいて説明する。なお、図３〜図
５のフローは、ＡＦモードがオフされた状態でズーミン
グを行う場合のフローを示している。また図３〜図５の
フローはサブルーチン化されており、このフローが実行
される前に焦点電圧（映像信号の鮮鋭度）に応じて自動
焦点調節の制御を行うコントラスト方式（山登り方式）
によるＡＦモード処理、変倍レンズ１２が現在どのズー
ムゾーン（後で図７に基づいて説明する）に存在するか
の演算処理などが行われている。

【００４３】レンズ制御用マイコン２１は、まず、現在
の変倍レンズ位置ｚｘが合焦レンズ軌跡テーブルＴに記
憶されたどの境界で挾まれている、すなわち、現在の変
倍レンズ位置の両側の境界位置を調べる（ステップＳ
１）。この場合、現在の変倍レンズ位置ｚｘが合焦レン
ズ軌跡テーブルＴに記憶された境界位置と等しいとき
（変倍レンズ位置ｚｘが境界ｚ＝ｋ上に在るとき）、現
在の変倍レンズ位置ｚｘを挾む境界は、ｚ＝ｋ−１とｋ
＋１とする。

【００４４】次に、ワイドスイッチ３２、テレスイッチ
３３のオン／オフを判別することにより、ズーミング中
であるか否かを判断する（ステップＳ２）。その結果、
ワイドスイッチ３２、テレスイッチ３３のいずかがオン
され、ズーミング中であれば、後述のステップＳ２０に
進む。一方、ワイドスイッチ３２、テレスイッチ３３の
いずれもオンされておらず、ズーミング中でなければ、
ＡＦスイッチ３６のオン／オフを判別することにより、
ＡＦモードが設定されているか否かを判断する（ステッ
プＳ３）。その結果、ＡＦスイッチ３６がオンされＡＦ
モードが設定されておれば、メインフローにリターンす
る。なお、このようにＡＦモードが設定されている場合
には、図示省略したＡＦモード処理ルーチンにより合焦
制御が行われる。一方、ＡＦスイッチ３６がオフされＡ
Ｆモードが設定されていなければ、現在、マニュアル合
焦モードが設定されていることを意味し、そのマニュア
ル合焦モードがＡＦモードから切換えられて設定された
のか、或いは以前からずっとマニュアル合焦モードが設
定されていたのかを判断する（ステップＳ４）。その結
果、以前からずっとマニュアル合焦モードが設定されて
いたのであれば、無限スイッチ３４、至近スイッチ３５
のオン／オフを判別することにより、パワーフォーカス
状態か否かを判断する（ステップＳ５）。その結果、無
限スイッチ３４、至近スイッチ３５のいずれかがオンさ
れ、パワーフォーカス状態であれば、マニュアルで合焦
制御されていることを意味し、この場合はステップＳ６
に進む。一方、無限スイッチ３４、至近スイッチ３５の
いずれもオンされておらず、パワーフォーカス状態でな
ければ、マニュアルで合焦制御された後にステップＳ６
以降を行うため、メインフローにリターンする。

【００４５】ステップＳ４にて、ＡＦモードからマニュ
アル合焦モードに切換えられたと判断されたときは、切
換えられる前のＡＦモードにて既に自動的に合焦制御さ
れていることを意味するので、ステップＳ５をスキップ
してステップＳ６に進む。

【００４６】ステップＳ６〜Ｓ１９では、被写体距離
と、数式１における内分比を特定している。すなわち、
ステップＳ６では、被写体距離用の変数ｎに初期値
「０」をセットする。次に、現在の変倍レンズ位置ｚｘ
が境界上であるか否かを判断する（ステップＳ７）。そ
の結果、現在の変倍レンズ位置ｚｘが境界上でなけれ
ば、ステップＳ８、Ｓ９に進む。このステップＳ８、Ｓ
９ではは、現在の変倍レンズ位置ｚｘがに合焦レンズ軌
跡テーブルＴに記憶されていない場合に、図６に示した
ような変倍レンズ位置方向の内挿（補間）により、合焦
レンズ軌跡点を求める処理である。

【００４７】すなわち、図６において、縦軸はフォーカ
スコンペレンズ位置、横軸は変倍レンズ位置をそれぞれ
示しており、合焦レンズ軌跡テーブルＴに記憶された合
焦レンズ軌跡位置（変倍レンズ位置に対するフォーカス
コンペレンズ位置）を、変倍レンズ位置は、ｚ0，…，
ｚk，ｚk＋１，…，ｚｎとし、その時のフォーカスコン
ペレンズ位置は、被写体距離に応じて、ａ0，…，ａk，
ａk＋１，…，ａｎ、またはｂ0，…，ｂk，ｂk＋１，
…，ｂｎ、またはｃ0，…，ｃk，ｃk＋１，…，ｃｎと
している。

【００４８】今、変倍レンズ位置が合焦レンズ軌跡テー
ブルＴに記憶されていない位置ｚｘに在り、フォーカス
コンペレンズ位置がｐｘに在る場合、その変倍レンズ位
置ｚｘに対する２つの合焦レンズ軌跡上のフォーカスコ
ンペレンズ位置ａｘ、ｂｘは、以下の式により求められ
る。

【００４９】

【数２】 ａｘ＝（ｚｘ−ｚｋ）×（ａｋ＋１−ａｋ）／（ｚｋ＋１−ｚｋ）＋ａｋ ｂｘ＝（ｚｘ−ｚｋ）×（ｂｋ＋１−ｂｋ）／（ｚｋ＋１−ｚｋ）＋ｂｋ すなわち、記憶されていない変倍レンズ位置とそれを挾
む２つの記憶された変倍レンズ位置（例えば図６のｚ＝
ｋとｚ＝ｋ＋１）とから内分比を求め、その内分比に基
づいて、記憶されていない変倍レンズ位置を挾む２つの
記憶されたフォーカスコンペレンズ位置の差分値を内分
することにより、記憶されていない変倍レンズ位置に対
する２つの合焦レンズ軌跡上のフォーカスコンペレンズ
位置ａｘ、ｂｘを求める。

【００５０】ステップＳ８では、数式２の演算を行うの
に必要な、変倍レンズ位置ｚｘを挾む２つの被写体距離
ｎ、ｎ＋１に対応する合焦レンズ軌跡上のデータＡ
（ｎ、ｋ）、Ａ（ｎ、ｋ＋１）、Ａ（ｎ＋１、ｋ）、Ａ
（ｎ＋１、ｋ＋１）を読出す。ステップＳ９では、数式
２に従って、ａｋ＝Ａ（ｎ、ｋ）、ａｋ＋１＝Ａ（ｎ、
ｋ＋１）、ｂｋ＝Ａ（ｎ＋１、ｋ）、ｂｋ＋１＝Ａ（ｎ
＋１、ｋ＋１）として、ａｘ、ｂｘを算出する。

【００５１】一方、ステップＳ７にて、現在の変倍レン
ズ位置ｚｘが境界上であると判断されたときは、Ａ
（ｎ、ｋ）、Ａ（ｎ＋1、ｋ）、すなわち被写体距離
ｎ、現在の変倍レンズ位置ｋ、および被写体距離ｎ＋
1、現在の変倍レンズ位置ｋに対応するフォーカスコン
ペレンズ位置を合焦レンズ軌跡テーブルＴから読出し
（ステップＳ１０）、Ａ（ｎ、ｋ）を定数ａｘとして記
憶し、Ａ（ｎ＋1、ｋ）をｂｘとして記憶する。

【００５２】ステップＳ９、またはステップＳ１１の処
理を行った後、ステップＳ１２に進んで、現在のフォー
カスコンペレンズ位置Ｐｘが定数ａｘ以上であるか否か
を判断する。ここで、図９に示したように、所定の変倍
レンズ位置において、フォーカスコンペレンズ位置Ｐｘ
は、被写体距離が至近に近付くにしたがって大きくなっ
ているので、ステップＳ１２は、現在のフォーカスコン
ペレンズ位置Ｐｘが被写体距離ｎより至近側に在るか否
かを判断していることを意味している。ステップＳ１２
にて現在のフォーカスコンペレンズ位置Ｐｘが被写体距
離ｎより至近側に在ると判断されたときは、現在のフォ
ーカスコンペレンズ位置ＰｘがＡ（ｎ＋1、ｋ）より小
さいか否か、すなわち、現在のフォーカスコンペレンズ
位置Ｐｘが被写体距離ｎ＋1より無限遠側に在るか否か
を判断する（ステップＳ１３）。その結果、現在のフォ
ーカスコンペレンズ位置ｆが被写体距離ｎ＋1より無限
遠側に在ると判断されたときは、現在のフォーカスコン
ペレンズ位置Ｐｘは、被写体距離ｎとｎ＋1との間に存
在することを意味し、この場合は、（ｐｘ−ａｘ）を演
算し、その演算結果を定数αとして記憶する（ステップ
Ｓ１４）。そして、（ｂｘ−ａｘ）を演算し、その演算
結果を定数βとして記憶する（ステップＳ１５）。次
に、現在の変数ｎの内容を定数γとして記憶して（ステ
ップＳ１６）、メインフローにリターンする。

【００５３】ステップＳ１２にて、現在のフォーカスコ
ンペレンズ位置Ｐｘが被写体距離ｎより無限遠側に在る
と判断されたときは、現在のフォーカスコンペレンズ位
置Ｐｘが超無限遠の被写体距離に在ることを意味し、こ
の場合は、定数αとして「０」を記憶して（ステップＳ
１７）、ステップＳ１５に進む。

【００５４】ステップＳ１３にて、現在のフォーカスコ
ンペレンズ位置Ｐｘが被写体距離ｎ＋1より至近側に在
ると判断されたときは、被写体距離用の変数ｎの内容
が、合焦レンズ軌跡テーブルＴ上での最至近であるｍ以
上であるか否かを判断する（ステップＳ１８）。その結
果、ｍ以上でなければ、変数ｎの内容を１だけインクリ
メントして（ステップＳ１９）、ステップＳ７に戻り同
様の処理を繰り返す。

【００５５】一方、被写体距離用の変数ｎの内容がｍ以
上であれば、現在のフォーカスコンペレンズ位置Ｐｘが
超至近の被写体距離に在ることを意味し、この場合は、
超無限遠の被写体距離に在る場合と同様に、定数αとし
て「０」を記憶して（ステップＳ１７）、ステップＳ１
５に進む。これら定数α、β、γは、後述するように、
軌跡追従パラメータとして活用されるものである。

【００５６】以上のようにして、ズーミングが行われる
前に、フォーカスコンペレンズ１６が辿るべき合焦レン
ズ軌跡に対応する被写体距離の特定が行われる。

【００５７】ステップＳ２にて、ズーミング中であると
判断されたときは、前述のように、ステップＳ２０に進
む。このステップＳ２０では、ＡＦモードであるか否か
を判断する。その結果、ＡＦモードであれば、後述のス
テップＳ３１に進む。一方、ＡＦモードでなければ、現
在の変倍レンズ位置ｚ＝ｋが合焦レンズ軌跡テーブルＴ
に記録された離散的な位置（境界上）であるか否かを判
断する（ステップＳ２１）。その結果、現在の変倍レン
ズ位置ｚ＝ｋが境界上でなければ、テレスイッチ３３が
オンされており、ワイドからテレ方向へのズーミング中
であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。その結
果、ワイドからテレ方向へのズーミング中であれば、現
在の変倍レンズ位置ｚｘを挾む境界位置データのうち、
テレ側のデータを合焦レンズ軌跡テーブルＴから読出
し、Ａ（γ，ｋ＋1）を定数ａとして記憶し、Ａ（γ＋
1，ｋ＋1）を定数ｂとして記憶すると共に、 ｚｘ−ｚ
ｋ＋１ を定数ｃとして記憶する（ステップＳ２３）。
一方、テレからワイド方向へのズーミング中であると判
断されたときは、現在の変倍レンズ位置ｚｘを挾む境界
位置データのうち、ワイド側のデータを合焦レンズ軌跡
テーブルＴから読出し、Ａ（γ，ｋ）を定数ａとして記
憶し、Ａ（γ＋1，ｋ）を定数ｂとして記憶すると共
に、 ｚｘ−ｚｋ を定数ｃとして記憶する（ステップ
Ｓ２４）。

【００５８】ステップＳ２１にて、現在の変倍レンズ位
置ｚ＝ｋが境界上であると判断されたときは、ワイドか
らテレ方向へのズーミング中であるか否かを判断する
（ステップＳ２５）。その結果、ワイドからテレ方向へ
のズーミング中であれば、前記ステップＳ２５に進み、
テレからワイド方向へのズーミング中であれば、現在の
変倍レンズ位置ｚｘ＝ｚｋより１つワイド側の境界デー
タを合焦レンズ軌跡テーブルＴから読出し、Ａ（γ，ｋ
−1）を定数ａとして記憶し、Ａ（γ＋1，ｋ−1）を定
数ｂとして記憶すると共に、 ｚｘ−ｚｋ−１ を定数
ｃとして記憶する（ステップＳ２６）。

【００５９】ステップＳ２３、Ｓ２４、Ｓ２６のいずれ
かの処理が終了すると、ステップＳ２７に進み、変倍レ
ンズ位置ｚ＝ｋ＋１、またはｚ＝ｋ−１に対応するフォ
ーカスコンペレンズ１５の合焦位置（合焦のために追従
して移動すべき位置）ｙを、数式１に相当する式であ
る、

【００６０】

【数３】ｙ＝（ｂ−ａ）α／β＋ａ により求める。なお、定数α，βは前述のようにズーミ
ング開始前に決定されているので、追従する合焦レンズ
軌跡は一意に決まっている。

【００６１】次に、変倍レンズ１２が、移動中に境界を
越えて前のズームゾーンｓｔから次のズームゾーンｓｔ
０に入ったか否かを判断する（ステップＳ２８）。この
ズームゾーンは、図３〜図５のルーチンとは別のズーム
ゾーン算出処理ルーチンにより、図７のようにして決定
される。

【００６２】図７は、図２の合焦レンズ軌跡テーブルＴ
から被写体距離ｎ＝０、ｎ＝ｋの２本の合焦レンズ軌跡
データを抽出してイメージ化したものであり、ここでい
うズームゾーンｓｔ０は、記憶された境界（変倍レンズ
位置）により挾まれた（境界上を含む）領域を意味して
いる。このズームゾーンｓｔ０はズーム方向によりその
決定の仕方が異なっている。

【００６３】すなわち、変倍レンズ１２が境界上に在る
ときは、ズームゾーンｓｔ０の値は、変倍レンズ位置ｚ
と同じ値とする。

【００６４】また、変倍レンズ１２が境界上に無いとき
は、図７に示したように、ズーム方向がワイドからテレ
方向であれば、ズームゾーンｓｔ０の値を、現在の変倍
レンズ位置を挾む境界値のうちテレ側の境界値に決定
し、ズーム方向がテレからワイド方向であれば、ズーム
ゾーンｓｔ０の値を、現在の変倍レンズ位置を挾む境界
値のうちワイド側の境界値に決定する。

【００６５】ステップＳ２８では、このようにして決定
されたズームゾーンｓｔ０の値を用いて、現在のズーム
ゾーンｓｔ０の値が前回ステップＳ２０以降のフローを
通ったときのズームゾーン（参照ズームゾーン）ｓｔの
値と等しいか否かを判断することにより、境界を越えて
次のズームゾーンに入ったか否かを判断している。その
結果、現在のズームゾーンｓｔ０の値と前回のズームゾ
ーンｓｔの値とが等しく、次のズームゾーンに入ってい
なければ、後述のステップＳ３１に進む。一方、現在の
ズームゾーンｓｔ０の値と前回のズームゾーンｓｔの値
とが等しくなく、次のズームゾーンに入っておれば、ズ
ーミング時の変倍レンズ１２の移動に追従してフォーカ
スコンペレンズ１５が移動する際の速度（これをフォー
カス速度という）Ｖｆを算出する（ステップＳ２９）。
このフォーカス速度Ｖｆは、追従先のフォーカスコンペ
レンズ位置ｙと現在の変倍レンズ位置Ｐｘとの差分値
（ｙ−Ｐｘ）と、現在の変倍レンズ位置と追従先の変倍
レンズ位置との間を移動するのに要する時間（変倍レン
ズ位置差ｃ／一定ズーム速度Ｖｚ）とにより算出され
る。すなわち、フォーカス速度Ｖｆは、

【００６６】

【数４】Ｖｆ＝（ｙ−Ｐｘ）×Ｖｚ／ｃ により求められる。

【００６７】次に、現在のズームゾーンｓｔ０の値を参
照ズームゾーンｓｔとして記憶する（ステップＳ３
０）。

【００６８】以上のステップＳ２８〜Ｓ３０の処理によ
り、変倍レンズ位置が新しいズームゾーンに入る度（境
界値を越える度）に、フォーカス速度Ｖｆを算出・更新
するが、同じズームゾーンではフォーカス速度Ｖｆを更
新しないようにしている。このように、変倍レンズ位置
が新しいズームゾーンに入る度に、フォーカス速度Ｖｆ
を算出・更新することにより、たとえ高速ズーミングを
行ったとしても、フォーカス速度Ｖｆを適切に更新して
合焦を維持することが可能となる。

【００６９】また、同じズームゾーンではフォーカス速
度Ｖｆを更新しないようにすることにより、上記数式４
の演算誤差の影響を小さくすることが可能となる。すな
わち、上記数式４の演算をレンズ制御用マイコン２１に
より行うとき、少数点以下は無視されるため演算精度が
劣化し、変倍レンズ位置差ｃが極めて小さいときには、
フォーカス速度Ｖｆが大きくなりすぎる場合があり、こ
の大きなフォーカス速度Ｖｆで合焦動作（コンペ動作）
を行うと、追従すべき軌跡から大きく離れてボケを生じ
てしまう。しかし、本実施例のように、同じズームゾー
ンではフォーカス速度Ｖｆを更新しないようにすると、
変倍レンズ位置差ｃをある程度大きくすることができ、
上記の問題が生じなくなる。

【００７０】また、上記のレンズ制御により、常に、現
在のフォーカスレンズ位置が基準となって追従フォーカ
ス速度Ｖｆが決まるので、速度演算精度や追従動作精度
により、追従目的位置に対して多少のずれが生じたとし
ても、次の速度演算ではそのずれが累積されずにキャン
セルされるので、ボケの無いズーミングが可能となる。

【００７１】次に、フォーカスモータ２３ａを駆動し
（ステップＳ３１）、ズームモータ２２ａを駆動して
（ステップＳ３２）、メインフローにリターンする。

【００７２】ここで、ステップＳ３１、３２にて行われ
るフォーカスモータ２３ａ、ズームモータ２２ａの駆動
方法について説明する。

【００７３】ズームモータ２２ａ、フォーカスモータ２
３ａを駆動するためのドライバ２２ｂ、２３ｂは、レン
ズ制御用マイコン２１から出力されるＨ／Ｌの方向信号
Ｓ１、Ｓ２と、クロック波形の回転周波数信号としての
速度信号Ｓ３、Ｓ４により制御される。ズームモータ２
２ａに対する方向信号Ｓ１は、ワイドスイッチ３２、テ
レスイッチ３３のいずれがオンされているかによってＨ
／Ｌが決定される。また、フォーカスモータ２３ａに対
する方向信号Ｓ２は、フォーカスモータ速度Ｖｆが正／
負のいずれであるかにかによってＨ／Ｌが決定される。

【００７４】ドライバ２２ｂ、２３ｂは、方向信号Ｓ
１、Ｓ２に応じて４相のモータ励磁相の位相を順回転、
或いは逆回転に設定し、かつ速度信号Ｓ３、Ｓ４に応じ
て４相のモータ励磁相の印加電圧（または電流）を変化
させながら出力することにより、モータの回転方向と回
転周波数とを制御している。

【００７５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のレ
ンズ制御装置によれば、変倍レンズ位置が新しいズーム
ゾーンに入る度（境界位置を越える度）に、フォーカス
コンペレンズの移動速度を演算することにより、高速ズ
ーミングなどにおいても、合焦レンズ軌跡データのデー
タ数を増やすことなく、フォーカスコンペレンズの移動
速度の更新を適切に実行して、合焦レンズ追従性の良い
ズーミングを行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるレンズ制御装置を備え
たビデオカメラの概要を示すブロック構成図である。

【図２】合焦レンズ軌跡テーブルのデータ内容を示す図
である。

【図３】レンズ制御動作例を示すフローチャートであ
る。

【図４】図３の続きのフローチャートである。

【図５】図４の続きのフローチャートである。

【図６】変倍レンズ位置方向の内挿方法を説明するため
の図である。

【図７】ズームゾーンの決定方法を説明するための図で
ある。

【図８】インナーフォーカス型のレンズシステムを示す
図である。

【図９】合焦を維持するための変倍レンズ位置とフォー
カスコンペレンズ位置との関係を被写体距離別に示した
図である。

【図１０】合焦レンズ軌跡追従方法を説明するための図
である。

【符号の説明】

１２ 変倍レンズ １５ フォーカスコンペレンズ ２１ レンズ制御用マイコン ２２ レンズ移動手段 ２３ レンズ移動手段 ３２ ワイドスイッチ ３３ テレスイッチ ３４ 無限スイッチ ３５ 至近スイッチ Ｔ 合焦レンズ軌跡テーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/232 G02B 7/28

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、 前記第１のレンズの離散的な位置に対する前記第２のレ
   ンズの合焦位置を離散的な被写体距離に応じて予め記憶
   した合焦位置記憶手段と、 前記第１及び第２のレンズの現在位置と前記合焦位置記
   憶手段に記憶された前記記憶情報とに基づいて前記第１
   のレンズの移動位置に対する前記第２のレンズの合焦位
   置を演算する手段であって、前記第１及び第２のレンズ
   の現在位置に対応する合焦位置情報が前記記憶手段に記
   憶されていない場合に、前記第１及び第２のレンズの現
   在位置と、該現在位置に隣接する位置に対応する記憶情
   報から、前記第２のレンズの合焦位置の軌跡を予測演算
   する合焦位置演算手段と、 前記第１のレンズの移動中は、当該第１のレンズが前記
   合焦位置記憶手段に記憶された当該第１のレンズの離散
   的な位置を通過する毎に、前記第２のレンズの現在位置
   と前記合焦位置演算手段により予測演算された前記第１
   のレンズの移動方向における前記第２のレンズの合焦位
   置との差分量に応じて、前記第２のレンズの移動速度を
   演算する移動速度演算手段 とを有することを特徴とする
   レンズ制御装置。
2. 【請求項２】 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、 前記第１のレンズの離散的な位置に対する前記第２のレ
   ンズの合焦位置を離散的な被写体距離に応じて予め記憶
   した合焦位置記憶手段と、 前記第１及び第２のレンズの現在位置と前記合焦位置記
   憶手段に記憶された前記記憶情報とに基づいて前記第１
   のレンズの移動位置に対する前記第２のレンズの合焦位
   置を演算する手段であって、前記第１及び第２のレンズ
   の現在位置に対応する合焦位置情報が前記記憶手段に記
   憶されていない場合に、前記第１及び第 ２のレンズの現
   在位置と、該現在位置に隣接する位置に対応する記憶情
   報から、前記第２のレンズの合焦位置の軌跡を予測演算
   する合焦位置演算手段と、 前記第１のレンズの移動中は、当該第１のレンズが前記
   合焦位置記憶手段に記憶された当該第１のレンズの離散
   的な位置を通過する毎に、前記第２のレンズの現在位置
   と前記合焦位置演算手段により予測演算された前記第１
   のレンズの移動方向における前記第２のレンズの合焦位
   置との差分量に応じて、前記第２のレンズの移動速度を
   演算するとともに、前記第１のレンズの前記離散的な位
   置間を移動中は前記第２のレンズの移動速度を変更しな
   いように制御する移動速度演算手段 とを有することを特
   徴とするレンズ制御装置。