JP3576784B2 - 撮像装置、撮像方法およびレンズ制御装置 - Google Patents
撮像装置、撮像方法およびレンズ制御装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置、撮像方法およびレンズ制御装置に関するものである。
【０００２】
更に詳述すると本発明は、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におけるレンズ制御に好適な、撮像装置、撮像方法およびレンズ制御装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
図２は、従来から用いられているインナーフォーカスタイプレンズシステムの簡単な構成を示すものである。本図において１０１は固定されている第１のレンズ群、１０２は変倍を行う第２のレンズ群（変倍レンズ：ズームレンズ）、１０３は絞り、１０４は固定されている第３のレンズ群、１０５は焦点調節機能と変倍による焦点面の移動を補正する、所謂コンペ機能とを兼ね備えた第４のレンズ群（フォーカスレンズ）、１０６は撮像面である。
【０００４】
既に知られているとおり、図２のように構成され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を兼ね備えているため、焦点距離が等しくても、撮像面１０６に合焦す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。各焦点距離において被写体距離を変化させたとき、撮像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３のようになる。変倍中は、被写体距離に応じて図３に示された軌跡を選択し、該軌跡通りにフォーカスレンズ１０５を移動させれば、ボケのないズームが可能になる。
【０００５】
一方、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、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あっていれば、上記動作によってボケを生じることはない。
【０００６】
上述のような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３に示される複数の軌跡情報を何らかの形でレンズ制御用マイクロコンピュータに予め記憶させておき、フォーカスレンズと変倍レンズの位置によって軌跡を選択して、該選択した軌跡上をたどりながらズーミングを行うのが一般的である。さらに、変倍レンズの位置に対するフォーカスレンズの位置を記憶素子から読み出して、レンズ制御用に応用するため、各レンズの位置の読み出しをある程度精度良く行わなくてはならない。
【０００７】
特に、図３からも明らかなように、変倍レンズ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レンズの軌跡の傾きが変化している。これは、フォーカスレンズ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、フォーカスレンズのアクチュエータは１Ｈｚ〜数百Ｈｚ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】
上述の要求を満たすアクチュエータとして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群には、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クロコンピュータ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と、位置精度を得ることが可能である。さらにステッピングモータを用いる場合、歩進パルス数に対する回転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よいという利点がある。
【０００９】
前述したように、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、レンズ制御用マイクロコンピュータ等に図３の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出して、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。
【００１０】
図４は、既に考案されている軌跡追従方法の一例を説明するための図面である。本図において、ｚ０ ，ｚ１ ，ｚ２ ，…ｚ６ は変倍レンズ位置（ズームレンズ位置）を示しており、ａ０ ，ａ１ ，ａ２ ，…ａ６ 及びｂ０ ，ｂ１ ，ｂ２ ，…ｂ６ は、それぞれレンズ制御用マイコンに記憶している代表軌跡である。またｐ０ ，ｐ１ ，ｐ２ ，…ｐ６ は、上記２つの軌跡を基に算出された軌跡である。この軌跡の算出式を以下に示す。
【００１１】
【数１】
【００１２】
（１）式によれば、例えば図４において、フォーカスレンズがｐ０ にある場合、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。このｐ１ −ｐ０ の位置差と、変倍レンズがｚ０ 〜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レンズの標準移動速度が分かる。
【００１３】
次に、変倍レンズの停止位置には、記憶された代表軌跡データを所有する境界上のみという制限がないとした場合について説明する。
【００１４】
図５は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り、図４の一部を抽出し、変倍位置レンズを任意としたものである。図５において、縦軸および横軸はそれぞれフォーカスレンズ位置および変倍レンズ位置を示しており、レンズ制御マイクロコンピュータで記憶している代表軌跡位置（変倍レンズ位置に対するフォーカスレンズ位置）について、変倍レンズ位置をＺ０ ，Ｚ１ ，…Ｚｋ−１ ，Ｚｋ …Ｚｎ 、その時のフォーカスレンズ位置を被写体距離別に、ａ０ ，ａ１ ，…ａｋ−１ ，ａｋ …ａｎ 、ｂ０ ，ｂ１ ，…ｂｋ−１ ，ｂｋ …ｂｎ としている。いま、変倍レンズ位置がズーム境界上でないＺｘ にあり、フォーカスレンズ位置がｐｘ である場合、ａｘ ，ｂｘ を求めると、
【００１５】
【数２】
【００１６】
【数３】
【００１７】
となる。つまり、現在の変倍レンズ位置とそれを挟む２つのズーム境界位置（例えば図５のＺｋ とＺｋ−１ ）とから得られる内分比に従い、記憶している４つの代表軌跡データ（図５では、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 を求める事ができる。
【００１８】
そして、ａｘ ，ｐｘ ，ｂｘ から得られる内分比に従い、記憶している４つの代表データ（図５では、ａｋ ，ａｋ−１ ，ｂｋ ，ｂｋ−１ ）の内、同一焦点距離のものを（１）式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、ワイドからテレ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、変倍レンズがＺｘ 〜Ｚｋ 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レンズの移動速度が分かる。
【００１９】
また、テレからワイド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、変倍レンズがＺｘ 〜Ｚｋ−１ 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レンズ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。
【００２０】
変倍レンズがテレからワイド方向に移動する場合には、図３から明らかなように、ばらけている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。しなしながら、ワイドからテレ方向では、収束点にいたフォーカスレンズ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。
【００２１】
図６は、上述したような問題に対して考案されている軌跡追従方法の一例を説明するための図面である。本図の（Ａ），（Ｂ）において、横軸は共に変倍レンズの位置を示している。縦軸は、（Ａ）がＡＦ評価信号である映像信号の高周波成分（鮮鋭度信号）の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。
【００２２】
図６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）よりワイド側での合焦カム軌跡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）、６０６よりテレ側の無限方向に移動する合焦カム軌跡追従の標準移動速度を負とする。合焦を維持しながらフォーカスレンズがカム軌跡６０４を辿るときに、前記ＡＦ評価信号の大きさは６０１のようになる。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。
【００２３】
図６の（Ｂ）において、ズーミング時、合焦カム軌跡６０４をトレースするフォーカスレンズ標準移動速度をＶｆ０とする。実際のフォーカスレンズの移動速度をＶｆ とし、カム軌跡６０４をトレースする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６０５のようにジグザグの軌跡となる。この時、前記鮮鋭度信号レベルは６０３のように山、谷を生ずるように変化する。
【００２４】
ここで、軌跡６０４と６０５が交わる位置で６０３の大きさは最大となり（Ｚ０ ，Ｚ１ ，…Ｚ１６の偶数のポイント）、６０５の移動方向ベクトルが切り替わるＺ０ ，Ｚ１ ，…Ｚ１６の奇数のポイントで６０３のレベルは最小となる。６０２は６０３の最小値であるが、逆に６０２のレベルＴＨ１ を設定し、６０３の大きさが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移動方向は、合焦軌跡６０４に近づく方向に設定できる。
【００２５】
つまり、ＡＦ評価信号レベル６０１と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。
【００２６】
上述した手法を用いることにより、図３に示したようなカム軌跡が収束から発散してゆくワイドからテレ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なくとも、この標準移動速度（（１）式より求まるｐ（ｎ＋１） を使って算出）に対し、フォーカスレンズ移動速度Ｖｆ を制御しながら、ＡＦ評価信号レベルの変化に従って６０５のように切り換え動作を繰り返すことにより、ＡＦ評価信号レベルが６０２（ＴＨ１ ）よりも下がらない、つまり、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ＴＨ１ を適当に設定することにより、見た目にボケが判らないズーミングが可能である。
【００２７】
ここで、フォーカスレンズの移動速度Ｖｆ は、正方向の補正速度をＶｆ ＋、負方向の補正速度をＶｆ −として、
【００２８】
【数４】
【００２９】
【数５】
【００３０】
より決まり、この時補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ −は、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、（４），（５）式により得られるＶｆ の２つの方向ベクトルの内角が、Ｖｆ０の方向ベクトルにより、２等分されるように決定される。また、被写体や焦点距離、被写界深度に応じて補正速度による補正量の大きさを変化させることにより、鮮鋭度信号の増減周期を変化させ、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。
【００３１】
上述してきた変倍動作の制御は、撮像素子からの映像信号を用いて焦点検出を行うことから、垂直同期信号に同期して処理が行われるのが一般的である。
【００３２】
図７は、レンズ制御用マイクロコンピュータで行われるレンズ制御例の制御フローチャートである。ステップＳ７０１（以下、“ステップ”なる文言は省略する）は処理の開始を示している。Ｓ７０２は初期設定ルーチンであり、マイクロコンピュータ内のＲＡＭや各種ポートの処理を行う。
【００３３】
Ｓ７０３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コン（以下、シスコンという）との相互通信ルーチンであり、ここで撮影者が操作するズームスイッチユニット情報を受け取り、逆に撮影者にズーム動作実行中を知らせるための、ズームレンズ位置などの変倍動作情報の引き渡し、その情報を表示器等で撮像者に知らせている。
【００３４】
Ｓ７０４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っている。
【００３５】
Ｓ７０５はズーム処理ルーチンであり、変倍動作時に於いて、合焦を維持するためのコンペ動作の処理ルーチンである。
【００３６】
上述してきたような手法で、図４に示す様なカム軌跡をトレースする、フォーカスレンズの標準駆動方向及び標準駆動速度の算出を行っている。
【００３７】
Ｓ７０６は、ＡＦ時や、変倍動作時等に応じて、Ｓ７０４からＳ７０５の処理ルーチンで算出されるズームやフォーカスの、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、レンズのメカ端に当たらないようにソフト的に設けているテレ端よりテレ側、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駆動しないように設定するルーチンである。
【００３８】
Ｓ７０７では、Ｓ７０６で定めた、ズーム及びフォーカス用の駆動方向、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、レンズの駆動／停止を制御行う。
【００３９】
Ｓ７０７の処理終了後はＳ７０３に戻る。
【００４０】
なお、図７に示した一連の処理は垂直同期期間に同期して実行される（Ｓ７０３の処理の中で、次の垂直同期信号が来るまで、待機している）。
【００４１】
しかしながら、昨今、ズームスピードが速くなり、例えば、１垂直同期期間内の時間でズームレンズが図４の位置Ｚ４ から位置Ｚ６ まで移動する場合がある。この時、垂直同期期間と同期して図７のレンズ制御処理を行ったのでは、フォーカスレンズの標準移動速度はｐ４ からｐ５ を目指す速度となったまま、ズームレンズ位置がＺ６ になるまで標準移動速度の更新は為されないことになるので、ズームレンズ位置がＺ６ にいるとき、フォーカスレンズ位置はｐ６ ′になってしまい（ｐ４ ，ｐ５ ，ｐ６ ′は同一直線上の点）、ｐ６ ′−ｐ６ の差分量分ボケが生じ、ズーム中に正確な軌跡のトレースができなくなっていた。
【００４２】
これに対し、図８に示した処理ルーチンにより、１垂直同期期間内に複数回（図８の例では２回）フォーカスレンズの標準移動速度を算出し、ボケの発生を防ぐ方法が考案されている。Ｓ８０１からＳ８０７までの処理は図７のＳ７０１からＳ７０７までの処理と同様である。
【００４３】
Ｓ８０７の処理を終了後、Ｓ８０８で垂直同期期間の中間点になるまで所定時間待機する。所定時間経過後Ｓ８０９でズーム中であれば、ズームレンズ位置が更新されているので、再び処理Ｓ８０５からＳ８０７までの処理と同様な処理を実行する。
【００４４】
先ず、Ｓ８１０で、駆動方向や標準移動速度を再度算出し、Ｓ８１１でＳ８１０で算出されたズームやフォーカスの駆動方向や駆動速度を選択し、Ｓ８１２でモータドライバに出力することでレンズ制御を実行後、Ｓ８０３に戻る。
【００４５】
なお、Ｓ８０９でズーム中でないと判断された場合には、Ｓ８０３へ戻り、次の動作に備える。
【００４６】
図８に示した一連の処理は、垂直同期期間に同期して実行されており、Ｓ８０３の処理の中で、次の垂直同期信号が来るまでの待機処理が行われる。
【００４７】
上述した手法を用いれば、ズーム中に垂直同期期間内に１回しかフォーカスの標準移動速度を計算しない場合には、１垂直期間内での図４のＺ４ からＺ６ へ移動の際、フォーカス速度がｐ４ とｐ５ の傾きを保持したままｐ６ ′の地点にフォーカスレンズが達するのに対し、１垂直同期期間に２回、フォーカス標準移動速度を計算することにより、垂直同期期間の前半には、フォーカス速度がｐ４ とｐ５ の傾きをとり、ｐ５ を通過して、後半はｐ５ とｐ ６の傾きをとる事になるので、１垂直同期期間後のフォーカスレンズの到達位置はｐ６ となり、軌跡の正確なトレースが可能となり、ボケの発生防止を実現できる。
【００４８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では高速ズーム時、軌跡トレース時のボケを抑制するため、フォーカスレンズの標準移動速度の計算を１垂直同期期間に複数回実行する事により行っていたので、レンズ制御用マイコンの負荷が大きかった。特に１垂直同期期間内に複数回の標準速度計算が実行できる処理速度の速いマイコンを選択しなければならず、ユーザーにとって高価なビデオカメラとなっていた。
【００４９】
また、上記従来例のカム軌跡追従方法で算出するフォーカス標準移動速度は、現在のズーム位置Ｚｘ から最も近い代表軌跡データを所有するズームレンズ位置、つまり図５に示したズームエリアの境界上位置（Ｚｋ−１ 又はＺｋ ）を移動先の目標位置を算出しているため、計算を実行するタイミングによってはＺｘ からＺｋ−１ 又はＺｋ に移動するのに要する時間が短い場合が存在する。この時、標準移動速度の算出に要する除算演算（フォーカス移動距離／ズーム移動時間）での計算誤差が大きくなり、合焦軌跡を正確にトレースできなくなるという問題も生じていた。
【００５０】
加えてここで、高速性に優れるとして、近年搭載される製品が増えているリニアモータをレンズ駆動用アクチュエータとして用いる場合について、上記従来例でのカム軌跡追従方法に於ける問題点について説明する。
【００５１】
ボイスコイルモータなどのリニアモータをフォーカスモータとして用いるシステムでは、フォーカスレンズの位置を検出する為の位置エンコーダを配置し、位置エンコーダ出力信号と制御回路側から出力される目標位置信号との偏差信号がゼロになるようにフィードバックループを構成するのが一般的であり、モータの駆動速度はフィードバックループの応答特性で決定される。
【００５２】
従って、カム軌跡追従時のフォーカスレンズによる焦点補正動作では、駆動方向と駆動速度による制御ではなく、移動先目標位置がパラメータとなる制御方法となる。従ってカム軌跡トレース時、移動先のフォーカス目標位置は上述の（１）式により得られるＰｘ が相当することになる。
【００５３】
しかしながら、昨今、ズームスピードが速くなり、例えば、１垂直同期期間内の時間でズームレンズが図４に示した位置Ｚ４ から位置Ｚ６ まで移動する場合、従来例と同様に垂直同期期間と同期して１回のレンズ制御処理を行うと、移動目標位置としてカム軌跡データを所有するズーム境界上の点ｐ５ が算出される。ズーム位置がＺ６ まで進んだとしても、目標位置の更新が為されないのでループ制御によりフォーカス位置はｐ５ （図４ｐ６ ″）のままであり、ボケが生ずることになる。
【００５４】
特に、演算タイミングとズーム速度によって、ズーム現在位置とズーム境界位置との距離差を移動するのに要する所要時間と、算出される追従目標位置とフォーカス現在位置の距離差を移動するのに要する所要時間とが、共に変化してしまうので、ズーム位置が境界上に達する際に、フォーカス位置が目標位置にいる様にする為には、複雑な処理を必要とし、実現が極めて困難であった。
【００５５】
よって本発明の目的は、上述の問題点を解消し、処理用マイクロコンピュータに負荷を発生することなく、且つ変倍動作のズーム速度やフォーカスレンズモータの種類に依らずに、安価に快適な優れたズーミング性能を実現できる撮像装置、撮像方法およびレンズ制御装置を提供することにある。
【００５６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時による焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶した記憶媒体と、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算する予測手段と、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の移動速度を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて算出して駆動するようにする制御手段とを具備した撮像装置である。
請求項２に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時に焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、撮像手段により撮像された撮像信号中より焦点信号を抽出する抽出手段と、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算する予測手段と、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の移動速度を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて算出し、前記焦点信号の増減に応じて該移動速度を変化させながら駆動する制御手段とを具備した撮像装置である。
請求項３に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算する予測手段と、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の補正位置を前記第１のレンズ群の予測位置に基づいて求める計算手段と、前記所定時間後には前記補正位置に到達しているように前記第２のレンズ群の位置を制御する制御手段とを具備した撮像装置である。
請求項４に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれに移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、撮像手段により撮像された撮像信号中より焦点信号を抽出する抽出手段と、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算する予測手段と、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の補正位置を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて求める計算手段と、前記焦点信号の増減に応じて前記補正位置を変更する補正位置変更手段と、前記所定時間後には前記変更位置に到達しているように前記第２のレンズ群位置を制御する制御手段とを具備した撮像装置である。
請求項５に係る本発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の撮像装置において、前記所定時間は、１垂直同期期間に相当する。
請求項６に係る本発明は、請求項１または２に記載の撮像装置において、前記駆動手段としてステッピングモータを用いる。
請求項７に係る本発明は、請求項３または４に記載の撮像装置において、前記駆動手段としてリニアモータを用いる。
請求項８に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体とを用いて撮像を行うに際して、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動先位置を演算し、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の移動速度を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて算出して駆動する撮像方法である。
請求項９に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、撮像手段により撮像された撮像信号中より焦点信号を抽出する抽出手段とを用いて撮像を行うに際して、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算し、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の標準移動速度を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて算出し、前記焦点信号の増減に応じて該移動速度を変化させながら駆動する撮像方法である。
請求項１０に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体とを用いて撮像を行うに際して、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算し、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の補正位置を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて求め、前記所定時間後には前記補正位置に到達しているように前記第２のレンズ群位置を制御する撮像方法である。
請求項１１に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群位置に対する該第２のレンズ群の合焦位置を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、撮像手段により撮像された撮像信号中より焦点信号を抽出する抽出手段とを用いて撮像を行うに際して、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算し、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の補正位置を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて求め、前記焦点信号の増減に応じて前記補正位置を変更し、前記所定時間後には前記変更位置に到達しているように前記第２のレンズ群位置を制御する撮像方法である。
請求項１２に係る本発明は、請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載の撮像方法において、前記所定時間は、１垂直同期期間に相当する。
請求項１３に係る本発明は、請求項８または９に記載の撮像方法において、前記駆動手段としてステッピングモータを用いる。
請求項１４に係る本発明は、請求項１０または１１に記載の撮像方法において、前記駆動手段としてリニアモータを用いる。
請求項１５に係る本発明は、変倍レンズと、前記変倍レンズの駆動に伴う焦点面位置の変位を補正するフォーカスレンズと、前記変倍レンズの所定時間後における移動位置を演算し、該演算された前記変倍レンズの移動位置に対応する前記フォーカスレンズの予測移動位置を演算し、該予測移動位置へと前記フォーカスレンズを駆動する制御手段とを備えたレンズ制御装置である。
請求項１６に係る本発明は、変倍レンズと、前記変倍レンズの駆動を伴う焦点面位置の変位を補正するフォーカスレンズと、前記変倍レンズの所定時間後における移動位置を演算し、該演算された前記変倍レンズの移動位置に対応する前記フォーカスレンズの予測移動位置を演算し、該予測移動位置に前記所定時間後に前記フォーカスレンズが到達するように、前記フォーカスレンズの速度を制御する制御手段とを備えたレンズ制御装置である。
請求項１７に係る本発明は、請求項１５または１６に記載のレンズ制御装置において、焦点検出手段を備え、前記制御手段は、前記焦点検出手段の出力に基づいて前記予測移動位置を補正するように構成されている。
請求項１８に係る本発明は、請求項１５または１６に記載のレンズ制御装置において、前記変倍レンズの移動に伴う前記焦点面位置の変位の軌跡を、前記フォーカスレンズの位置ごとに記憶した記憶手段を備え、前記制御手段は、この軌跡情報に基づいて、前記変倍レンズの移動位置および前記フォーカスレンズの予測移動位置を演算するように構成されている。
請求項１９に係る本発明は、請求項１８に記載のレンズ制御装置において、前記制御手段は、所定の周期で、前記変倍レンズと前記フォーカスレンズの位置を検出し、その時刻より前記所定時間後までの間は、前記変倍レンズを一定速度で駆動するとともに、前記フォーカスレンズを前記軌跡情報によらず、前記予測移動位置へと移動するように構成されている。
【００７５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明第１の実施の形態を示す全体構成図である。この図１において１０１，１０２，１０３，１０４，１０５はそれぞれインナーフォーカスタイプのレンズシステムを構成する要素であり、それぞれ固定の前玉レンズ群、変倍を行うための第２のレンズ群（ズームレンズ）、絞り、固定の第３のレンズ群、そしてコンペ機能とフォーカシングの機能を兼ね備えた第４のレンズ群（フォーカスレンズ）である。このレンズシステムを透過した映像光は撮像素子１０６面上で結像され、光電変換により映像信号に変換され、増幅器１０７で最適なレベルに増幅されカメラ信号処理回路１０８へと入力され標準テレビ信号（映像信号）に変換される。
【００７６】
一方、増幅器１０７で増幅された映像信号は、絞り制御回路１２１、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。
【００７７】
ＡＦ信号処理回路１０９は、タイミングジェネレータ１１１からの垂直同期・水平同期信号により撮像画面の所定領域をゲートするゲート信号を発生させるＡＦ枠生成回路１１０から、ゲート信号を受け取り、ＡＦ枠内の映像信号の高周波成分のみを抽出し、処理を行っている。
【００７８】
１１２はレンズ制御用のマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）であり、ＡＦ評価信号の強度に応じて焦点調節を行うＡＦプログラム用メモリ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用メモリ１１４、カム軌跡追従時に参照するレンズカムデータ用メモリ１１５、ＡＦやズーム時にフォーカスレンズやズームレンズを駆動するためのモータ制御プログラム用メモリ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。
【００７９】
また、レンズ制御マイコン１１２はシステムコントローラマイコン（以下、シスコンという）１２４と通信をしており、シスコン１２４がＡ／Ｄ変換等により読み込む、ズームスイッチ１２５（ユニット化されたズームスイッチで、操作部材の回転角度に応じた電圧が出力される。この出力電圧に応じて可変速ズームが為される）やＡＦ／ＭＦ（マニュアルフォーカス）モードの切換スイッチ１２６の情報、レンズ制御マイコン１１２が制御する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を互いにやりとりしている。１１８，１２０は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レンズ駆動用モータに出力するためのドライバ、１１７，１１９はそれぞれズームレンズ１０２及びフォーカスレンズ１０５を駆動するためのモータである。
【００８０】
レンズ駆動用のモータがステッピングモータであるとして、モータの駆動方法を以下で説明する。
【００８１】
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、フォーカスモータ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駆動用ドライバ１１８、フォーカスモータ１１９駆動用ドライバ１２０に送る。またモータ１１７，１１９の駆動／停止命令、及び各モータの回転方向命令をドライバ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スイッチユニット１２５の状態に応じて、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いる。
【００８２】
モータドライバ１１８，１２０は、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及び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つつ、駆動／停止命令に応じて、各モータへの出力をＯＮ／ＯＦＦしている。
【００８３】
図９は１垂直同期期間に１回、レンズ制御マイコン１１２内で処理される、本実施の形態を実施するための制御フローであり、従来の技術として先に説明した図７のステップＳ７０５で実行される内容を詳細に表した図面である。以下、図９，図１０，図１１および図１２を参照して説明を行う。
【００８４】
図１２はレンズ制御を実行するレンズ制御マイコン１１２の内部に記憶している図３のカム軌跡情報（従来の技術として、既に説明した。）のデータテーブルを表しており、被写体距離別に、ズームレンズ位置により変化する合焦フォーカスレンズ位置データＡ（ｎ，ｖ） を示しており、変数ｎの列方向に被写体距離、変数ｖの行方向にズームレンズ位置（焦点距離）が変化している。
【００８５】
本例では、ｎ＝０が無限遠の被写体距離を表し、ｎが大きくなるに従って被写体距離は至近距離に変化し、ｎ＝ｍは１ｃｍの被写体距離を示している。一方、ｖ＝０はワイド端を、ｖが大きくなるに従って焦点距離が増し、ｖ＝ｓがテレ端のズームレンズ位置を表している。従って、１列のテーブルデータで１本のカム軌跡が描かれることになる。
【００８６】
そこで、図９の処理手順に従って、本実施の形態の動作を説明する。まず、Ｓ９００は、シスコン１２４から受け取るズームスイッチ１２５の押圧情報に応じて、自然な変倍動作が行えるよう、ズームモータ１１７の駆動速度Ｚｓｐを設定するルーチンである。
【００８７】
Ｓ９０１は、現在のズームレンズ１０２、フォーカスレンズ１０５位置から撮影している被写体の撮影距離を特定し、その被写体距離情報を３つの軌跡パラメータα，β，γとしてＲＡＭなどのメモリ領域（図示せず）に記憶する処理ルーチンであり、次に説明する図１０の処理内容から構成されている。本実施の形態では簡単のため、現在のレンズ位置においては、合焦状態が維持されているものとして説明を行う。
【００８８】
図１０において、Ｓ１００１では、現在のズームレンズ位置Ｚｘ が図１２のテーブル上で、ワイド端からテレ端までｓ等分した何番目のズームエリアｖに存在するのかを算出する処理である。その算出方法については、図１１を用いて以下に説明する。
【００８９】
まず、図１１のＳ１１０１でズームエリア（変数）ｖをクリアする。Ｓ１１０２では次の（６）式に従って、ズームエリアｖの境界上のズームレンズ位置Ｚ（ｖ） を算出する。このＺ（ｖ） は、先に図４に示した、ズームレンズ位置Ｚ０ ，Ｚ１ ，Ｚ２ …に相当する。
【００９０】
【数６】
【００９１】
Ｓ１１０３では、Ｓ１１０２で求めたＺ（ｖ） が現在のズームレンズ位置Ｚｘ と等しいかどうかを判別し、等しければ、ズームレンズ位置Ｚｘ はズームエリアｖの境界上にいるとして、Ｓ１１０７で境界フラグ＝１とする。Ｓ１１０３で偽ならば、Ｓ１１０４でＺｘ ＜Ｚ（ｖ） かどうかを判別する。Ｓ１１０４が真ならば、Ｚｘ はＺ（ｖ−１） とＺ（ｖ） との間にある事になり、この時Ｓ１１０６で境界フラグ＝０とする。Ｓ１１０４で偽ならば、Ｓ１１０５でズームエリア（変数）ｖをインクリメントして、Ｓ１１０２に戻る。
【００９２】
以上の処理を繰り返し行うことにより、図１１の処理を抜けるときには、現在のズームレンズ位置ＺＸ が、図１２のテーブルの上のｖ＝ｋ番目のズームエリアに存在し、それが境界上に存在しているか否かを知る事ができる。
【００９３】
再び図１０に戻る。Ｓ１００１でズームエリアが定まったので、以下の処理ではフォーカス位置が図１２のテーブル上のどこにいるのか算出を行う。
【００９４】
先ず、Ｓ１００２で被写体距離変数ｎをクリアし、Ｓ１００３で現在のズームレンズ位置がズームエリアの境界上に存在しているかどうかを判別し、境界フラグ＝０ならば境界上にいないとしてＳ１００５からの処理へ行く。Ｓ１００５で、Ｚｋ ←Ｚ（ｖ） ，Ｚｋ−１ ←Ｚ（ｖ−１） とする。
【００９５】
次に、Ｓ１００６で４つのテーブルデータＡ（ｎ，ｖ−１） ，Ａ（ｎ，ｖ） ，Ａ（ｎ＋１，ｖ−１） ，Ａ（ｎ＋１，ｖ） を読み出し、Ｓ１００７で上述した（２），（３）式からａｘ ，ｂｘ を算出する。
【００９６】
一方、Ｓ１００３で真と判断された場合はＳ１００４で、被写体距離ｎ、ズームレンズ位置ｖの合焦フォーカス位置Ａ（ｎ，ｖ） 、及びＡ（ｎ＋１，ｖ） を呼び出し、それぞれａｘ ，ｂｘ としてメモリする。
【００９７】
Ｓ１００８では、現在のフォーカス位置Ｐｘ がａｘ 以上であるか否かを判別する。Ｓ１００８で真ならば、Ｓ１００９でＰｘ がｂｘ 以上か否かの判別をする。偽ならば、Ｐｘ は被写体距離ｎとｎ＋１の間にいる事になり、この時の軌跡パラメータをＳ１０１３からＳ１０１５でメモリに格納する。
【００９８】
Ｓ１０１３では、α＝Ｐｘ −ａｘ とし、Ｓ１０１４でβ＝ｂｘ −ａｘ 、Ｓ１０１５でγ＝ｎとする。Ｓ１００８で偽となるのは、フォーカス位置Ｐｘ が超無限にいた場合で、この時Ｓ１０１２でα＝０としてＳ１０１４からの処理へ行き、無限の軌跡パラメータを記憶する。Ｓ１００９で真となる場合は、Ｐｘ がより至近側にいる場合であり、Ｓ１０１０で被写体距離ｎをインクリメントして、Ｓ１０１１でｎが最至近被写体距離ｍ以下であるか否かを判別し、真ならばＳ１００３へ戻る。Ｓ１０１１で偽となる場合は、Ｐｘ が超至近にいる場合で、この時Ｓ１０１２からの処理へ行く事により、最至近距離の軌跡パラメータをメモリする。
【００９９】
再び図９に戻る。Ｓ９０１により、現在のズーム、フォーカスレンズ位置が図３のカム軌跡上でどの位置なのかを算出し、軌跡パラメータの記録を行う。Ｓ９０２は１垂直同期時間後にズームレンズが到達しているズーム位置Ｚｘ ′を算出するルーチンである。Ｓ９００で決定されたズーム速度をＺｓｐ（ｐｐｓ）とすると、１垂直同期時間後のズーム位置Ｚｘ ′は以下の（７）式で与えられる。ここで、ｐｐｓはステッピングモータの回転速度を表す単位で、１秒間当たりの回転するステップ量（１ステップ＝１パルス）を示しており、（７）式の符号は、ズームの移動方向によってそれぞれ、テレ方向なら＋、ワイド方向なら−としている。
【０１００】
【数７】
【０１０１】
次に、Ｚｘ ′がどのズームエリアｖ′に存在するのかをＳ９０３で決定する。Ｓ９０３は図１１の処理と同様な処理であり、図１１に於いてＺｘ →Ｚｘ ′，ｖ→ｖ′としたものである。
【０１０２】
次にＳ９０４で１Ｖ後のズームレンズ位置Ｚｘ ′がズームエリアの境界上に存在しているかどうかを判別し、境界フラグ＝０ならば境界上にないとしてＳ９０５からの処理へ行く。Ｓ９０５で、Ｚｋ ←Ｚ（ｖ’），Ｚｋ−１ ←Ｚ（ｖ’−１）とする。
【０１０３】
次に、Ｓ９０６で図１０の処理により被写体距離γが特定された４つのテーブルデータＡ（γ，ｖ’−１），Ａ（γ，ｖ’），Ａ（γ＋１，ｖ’−１），Ａ（γ＋１，ｖ’）を読み出し、Ｓ９０７で、上述した（２），（３）式からａｘ ′，ｂｘ ′を算出する。
【０１０４】
一方、Ｓ９０３で真と判断された場合はＳ９０８で、被写体距離γ、ズームエリアｖ′の合焦フォーカス位置Ａ（γ，ｖ’）、及びＡ（γ＋１，ｖ’）を呼び出し、それぞれａｘ ′，ｂｘ ′としてメモリする。そして、Ｓ９０９でズーム位置がＺｘ ′に達したときの合焦フォーカス位置Ｐｘ ′を算出する。（１）式を用いて１Ｖ後の追従目標位置は次の（８）式の様に表せるので、
【０１０５】
【数８】
【０１０６】
追従目標位置と現在のフォーカス位置の差は
【０１０７】
【数９】
【０１０８】
となる。次に、Ｓ９１０でフォーカス標準移動速度Ｖｆ０を算出する。Ｖｆ０はフォーカス位置差ΔＦを、この距離を移動するのに要するズームレンズ移動時間で除算して得られる。そして本処理を終了して、図７のＳ７０６（既述）へ行き、ズーム動作中であれば、Ｓ９１０で決定したフォーカス速度で、フォーカス速度の符号方向（至近方向を正、無限方向を負）にコンペ動作される。
【０１０９】
以上述べてきたように、１垂直同期時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定することにより、１垂直同期期間に複数回軌跡追従演算を行わなくとも、ズーム速度に左右されることなく安定に合焦状態を維持した、マニュアルモード時のズーム性能を実現できるので、マイコン負荷の軽減につながる。また、フォーカス標準移動速度Ｖｆ０を算出するのに、フォーカス位置差ΔＦ分だけの距離を移動するのに要するズーム移動時間は垂直同期周期時間となるので、除算演算によりＶｆ０を求めても、演算誤差が少なく、正確にカム軌跡をトレースすることが可能となる。
【０１１０】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては、マイコンの負荷を軽減しながら、正確にカム軌跡をトレースする追従方法について説明した。しかしながら、トレースすべき合焦軌跡が既に特定されているマニュアルモード時や、ＡＦモード時であっても、テレ方向からワイド方向へのズーム動作ならば第１の実施の形態による方法でもボケを生じることはないが、ＡＦモード時のワイドからテレ方向へのズーム時では、先に述べたように合焦カム軌跡が収束点より発散していく方向なので、合焦カムの特定を行いながら、ズーム動作を行わないと、ボケを発生してしまうことになる。そこで、第２の実施の形態では、第１の実施の形態による方法においてＡＦモード時のワイドからテレ方向へのズーム時でも、ボケる事がないよう拡張した例を説明する。
【０１１１】
図１３は、図９と同様に図７のＳ７０５を詳しく説明するためのフローチャートである。この図１３の処理では、ワイドからテレへのズームでジグザグ動作を行いながら、追従すべきカム軌跡を特定しながら、トレースする方法を示している。なお、Ｓ９０１からＳ９１０に至る処理ルーチンは、図９において既に説明したので、詳細な説明は割愛する。
【０１１２】
Ｓ１３０１は各種パラメータの初期値化を行う処理であり、以後の処理で用いる「反転フラグ」のクリアを行う。Ｓ１３０２はＳ９１０で得たフォーカス標準移動速度から、ジグザグ動作用の補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ − の算出ルーチンである。ここで補正量パラメータδ、及び補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ −は以下のように算出される。
【０１１３】
図１４は、補正量パラメータδに応じた補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ −の計算方法を説明するための図面である。本図において、横軸はズームレンズ位置、縦軸はフォーカスレンズ位置を示しており、６０４が追従すべきカム軌跡であるとする。
【０１１４】
いま、ズームレンズ位置がｘだけ変化するときフォーカスレンズ位置がｙ変化するフォーカス速度が１４０３で算出された標準速度Ｖｆ０であり、ズームレンズ位置がｘ変化するとき、フォーカスレンズ位置が変位ｙを基準としてｎ、またはｍだけ変化するフォーカス速度がそれぞれ、求めたい補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ −である。
【０１１５】
ここで、変位ｙよりさらに至近に駆動する速度（標準速度Ｖｆ０と正方向の補正速度Ｖｆ ＋を加算）の方向ベクトル１４０１と、変位ｙより無限に駆動する速度（標準速度Ｖｆ０と負方向の補正速度Ｖｆ −を加算）の方向ベクトル１４０２とが、標準速度Ｖｆ０の方向ベクトル１４０３に対して、等しい角度δだけ離れた方向ベクトルを持つようにｎ，ｍを決定する。
【０１１６】
まずｍ，ｎを求める。図１４より図形的に、
【０１１７】
【数１０】
【０１１８】
【数１１】
【０１１９】
【数１２】
【０１２０】
【数１３】
【０１２１】
となり、ｎ，ｍが知れる。ここで補正角度δは、被写界深度の深さや、焦点距離等をパラメータとした変数としている。そうすることにより、フォーカスレンズの駆動状態に応じて変化する鮮鋭度信号レベルの増減周期を、所定のフォーカスレンズ位置変化量に対して一定に保つことができ、ズーミング中追従すべき軌跡を見逃す可能性を低減する事が可能となる。
【０１２２】
δの値に応じてレンズ制御マイコン１１２のメモリ内に、テーブルとしてｋの値で記憶し、必要に応じて読み出すことにより、（１２），（１３）式の計算を行う。ここで、ズームレンズ位置が単位時間当たりｘ変化するとすれば、ズーム速度Ｚｓｐ＝ｘ、フォーカス標準速度Ｖｆ０＝ｙ、補正速度Ｖｆ ＋＝ｎ，Ｖｆ −＝ｍとなり、（１２），（１３）式により、補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ −（負の速度）が得られる。
【０１２３】
再び図１３に戻る。Ｓ１３０３は図７のＳ７０３で、シスコン１２４との相互通信により得られたズームＳＷユニット１２５の操作状態情報に応じて、ズーム中かどうかを判断する処理であり、真ならばＳ１３０６からの処理を行う。偽と判断されるとＳ１３０４で、ＡＦ評価信号レベルの現在値から、任意の定数μを減算した値をＴＨ１ とし、図６で説明した、補正方向のベクトル切換基準（ジグザグ動作の切換基準）となるＡＦ評価信号レベルが決定される。このＴＨ１ はズーム開始直前に決まることになり、この値が図６（Ａ）の６０２のレベルに対応する。
【０１２４】
次にＳ１３０５で補正フラグをクリアし、本処理を抜ける。ここで補正フラグとは、カム軌跡追従状態が正方向の補正がかかった状態（補正フラグ＝１）なのか、負方向の補正状態（補正フラグ＝０）であるのかを示すフラグである。
【０１２５】
Ｓ１３０３でズーム中と判断されると、Ｓ１３０４でズーム方向がワイドからテレ方向であるかの判別を行う。偽ならばＳ１３０９でＶｆ ＋＝０，Ｖｆ −＝０とし、Ｓ１３１０からの処理を行う。真ならば、Ｓ１３０７で現在のＡＦ評価信号レベルが、ＴＨ１ より小さいか否かの判別をする。偽ならばＳ１３１０へ行き、真ならば現在のＡＦ評価信号レベルが図６（Ａ）のＴＨ１ （６０２）のレベルを下回ったので、補正方向の切り換えを行うという意味で、Ｓ１３０８で反転フラグをセットする。
【０１２６】
Ｓ１３１０は反転フラグ＝１かどうかの判別で、真ならばＳ１３１１で前記補正フラグがセットかどうかの判別処理を行う。Ｓ１３１１で偽ならば、Ｓ１３１４で補正フラグ＝１（正方向の補正状態）とし、（４）式により、
【０１２７】
【数１４】
【０１２８】
とする。一方、Ｓ１３１１で真ならばＳ１３１３で補正フラグ＝０（負方向の補正状態）とし、（５）式により、
【０１２９】
【数１５】
【０１３０】
とする。Ｓ１３１０で偽と判断された場合は、Ｓ１３１２で補正フラグがセットかどうかを判別し、真ならばＳ１３１４へ、偽ならばＳ１３１３へ行く。
【０１３１】
本処理の終了後、図７のＳ７０６で動作モードに応じて、フォーカス、ズームの駆動方向と駆動速度が選択される。ズーム動作の場合、ここでは、Ｓ１３１３またはＳ１３１４で求めたフォーカス速度Ｖｆ が正であるのか、負であるのかにより、フォーカス駆動方向をそれぞれ、至近方向、無限方向に設定される。
【０１３２】
以上説明したように第２の実施の形態によれば、１垂直同期時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定する手法をＡＦ時のワイドからテレ方向のズーミングにも適用できるので、マイコン負荷の軽減しながら、ズーム速度に左右されることなく安定に合焦状態を維持した快適なＡＦ時のズーム性能の実現が可能となる。
【０１３３】
（第３の実施の形態）
第１および第２の実施の形態では、フォーカスレンズ駆動用のアクチュエータとしてステッピングモータを用いた場合を説明してきたが、第３の実施の形態では、駆動騒音、駆動振動が少なく高速性に優れたリニアモータを用いた例を説明する。
【０１３４】
まず、リニアモータをフォーカスレンズ駆動用モータ１１９（図１参照）として用いる長所について説明する。インナーフォーカスタイプのレンズを搭載したカメラにおいて、ズームを等速で移動させた際、合焦状態を維持する為には、カム軌跡の傾きが急峻になるテレ端付近でのフォーカス移動速度を速くする必要があるが、フォーカスモータがステッピングモータである場合には、この所望速度が脱調限界速度を越えてしまう場合がある。
【０１３５】
これを防止するため、フォーカスモータの速度は脱調限界速度以内を維持しながら、ズームモータの速度を減速して、合焦状態を維持するのが一般的に採用されている手法である。
【０１３６】
しかしながら、フォーカスレンズ駆動用モータに高速駆動に優れるリニアモータが用いられていれば、ズームモータ速度を減速する必要がなく、同時に等速度で移動するズーム速度自身も高速にする事が可能なので、超高速ズームを実現することが可能になる。
【０１３７】
図１６は、このようなリニアモータとしてムービングコイルタイプのボイスコイルモータを適用したレンズの移動機構の例を示す。ここで、図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面である。図１６において、レンズ１６１０ｂ１ 〜１６０１ｂ３ を保持したレンズ保持枠１６１１の外周にヨーク１６１７ａとボビン１６１９に巻き付けたコイル１６１６を配設し、ヨーク１６１７ａに対向してコイル１６１６の外側にヨーク１６１７ｂとこれに接着したマグネット１６１５を配設し、このヨーク１６１７ａ，ｂ、マグネット１６１５を固定筒１６０２に取り付けている。上記レンズ保持枠１６１１は光軸と平行な２本の案内棒１６０３ａ，１６０３ｂによって光軸方向に移動可能に保持されている。マグネット１６１５は図１６（Ｂ）に示されるように着磁されているので、ヨーク１６１７ａ，１６１７ｂの間には半径方向に磁場が形成されている。コイル１６１６はヨーク１６１７ａ，１６１７ｂの間に存在し、且つ円周方向に巻かれているので、このコイル１６１６に電流を流すと光軸方向への駆動力が発生し、ボビン１６１９を一体に構成しているレンズ保持枠１６１１及びレンズ群１６１０ｂ１ 〜１６０１ｂ３ が光軸方向に駆動する。
【０１３８】
図１５は、図１６に示した構成のリニアモータをフォーカスレンズ駆動用とした場合の、撮像装置の構成図である。図１５に於いて、図１と同様の構成については同一の番号を付して、ここでは説明を割愛する。
【０１３９】
次に、図１５を用いてリニアモータの制御方法について説明する。フォーカスレンズ１０５の位置は位置エンコーダ１５０２によって検出され、エンコーダ出力信号は増幅回路１５０３に入力されて適切なゲイン調節が施され、比較回路１５０４に入力される。一方、レンズ制御マイコン１１２からはフォーカスレンズを移動させる目標信号が比較回路１５０４に出力される。
【０１４０】
比較回路１５０４では２つの信号の差分に相当する偏差信号を出力し、積分回路１５０５で積分処理された後、加算回路１５０７で、位置エンコーダ出力を微分回路１５０６で微分した出力信号と、加算され、加算信号がモータドライバ１５０８に送られ、モータコイル１５０１に電流を印加することでループ制御を行っている。コイル１５０１の片側には基準電圧が印加されており、１５０８はコイル１５０１の反対側に基準電圧に対し、正または負となる電圧を印加する事でモータコイル１５０１に流れる電流の極性を切換えることでフォーカスレンズ１０５の移動方向を変更し、また、出力する電圧レベルを変化させることで、フォーカスレンズ１０５の駆動量を変更している。
【０１４１】
ここで、微分回路１５０６により速度フィードバックをしているのは、ループ系を安定させる為と、フォーカスレンズの急激な移動を抑制することで、自然な撮影映像を作り出すと共に、移動範囲を超えてメカ部材に衝突することを防ぐ為である。また、レンズ制御マイコン１１２から出力される信号は移動目標信号は、例えば、フォーカスレンズ位置に対して出力する目標信号レベルの相関が予め分かっており、その関係をマイコン内にデータテーブルとして記憶し、移動させたいレンズ位置に対して前記データテーブルを参照し、出力値換算することで生成される。
【０１４２】
次に、図１７を用いて、第３の実施の形態に於けるカム軌跡追従方法を説明する。この図１７の処理は、図７におけるＳ７０５のズーム処理ルーチンを詳しく示した図面である。なお、リニアモータによるフォーカス制御では、図７においてフォーカスモータに関する処理は「速度」の項目は必要なく、目標位置信号を出力する、上述してきた様な制御方法になる。また、図１７の処理ルーチン中、図９および図１３と同様な処理は同一のステップ番号を付してある。
【０１４３】
図１７のＳ９００は、シスコン１２４から受け取るズームスイッチ１２５の押圧情報に応じて、自然な変倍動作が行えるよう、ズームモータの駆動速度Ｚｓｐを設定するルーチンである。
【０１４４】
Ｓ９０１は、現在のズームレンズ、フォーカスレンズ位置から撮影している被写体の撮影距離を特定し、その被写体距離情報を３つの軌跡パラメータα，β，γとしてＲＡＭなどのメモリ領域に記憶する処理ルーチンであり、図１０に示した処理から構成されており、第１の実施の形態で既に説明した通りである。Ｓ９０１により、現在のズーム、フォーカスレンズ位置が図３のカム軌跡上でどの位置なのか、軌跡パラメータの記憶が行える。
【０１４５】
Ｓ９０２は１垂直同期時間後にズームレンズが到達しているズーム位置Ｚｘ ′を算出するルーチンである。Ｓ９００で決定されたズーム速度をＺｓｐ（ｐｐｓ）とすると、１垂直同期時間後のズーム位置Ｚｘ ′は以下の（７）式で与えられる。次に、Ｚｘ ′がどのズームエリアｖ′に存在するのかをＳ９０３で決定する。
【０１４６】
Ｓ９０３は図１１の処理と同様な処理であり、図１１に於いてＺｘ →Ｚｘ ′，ｖ→ｖ′としたものである。
【０１４７】
次にＳ９０４で１Ｖ後のズームレンズ位置Ｚｘ ′がズームエリアの境界上に存在しているかどうかを判別し、境界フラグ＝０ならば境界上にないとしてＳ９０５からの処理へ行く。
【０１４８】
Ｓ９０５で、Ｚｋ ←Ｚ（ｖ’），Ｚｋ−１ ←Ｚ（ｖ’−１）とする。次に、Ｓ９０６で図１０の処理により被写体距離γが特定された４つのテーブルデータＡ（γ，ｖ’−１），Ａ（γ，ｖ’），Ａ（γ＋１，ｖ’−１），Ａ（γ＋１，ｖ’）を読み出し、Ｓ９０７で、上述した（２），（３）式からａｘ ′，ｂｘ ′を算出する。
【０１４９】
一方、Ｓ９０３で真と判断された場合はＳ９０８で、被写体距離γ、ズームエリアｖ′の合焦フォーカス位置Ａ（γ，ｖ’）、及びＡ（γ＋１，ｖ’）を呼び出し、それぞれａｘ ′，ｂｘ ′としてメモリする。そして、Ｓ９０９でズーム位置がＺｘ ′に達したときの合焦フォーカス位置Ｐｘ ′を算出する。前述の（８）式より、１Ｖ後に到達すべき追従の標準目標位置は、
【０１５０】
【数１６】
【０１５１】
Ｓ１３０１では以後の処理で用いる「反転フラグ」のクリアを行う。Ｓ１７０１ではＳ９０９で得たフォーカス標準目標位置を基に、ステッピングモータでのＡＦモード時のズーム動作と同様の動作を実現するために、ジグザグ動作用の補正位置Ｐｆ ＋，Ｐｆ −を算出する。
【０１５２】
図１４で既に説明した通り、ジグザグ動作の補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ −は、補正パラメータδに応じ、標準移動速度Ｖｆ０からの変化速度として決定される。これら補正速度は単位時間当たりの移動量であるから、１垂直同期期間での標準目標位置Ｐｘ ′を基準とした補正移動量は、補正速度の絶対値を垂直同期周期で除算した量となる。従って、
【０１５３】
【数１７】
【０１５４】
【数１８】
【０１５５】
となる。次に、Ｓ１３０３は図７のＳ７０３で、シスコン１２４との相互通信により得られたズームＳＷユニット１２５の操作状態情報に応じて、ズーム中かどうかを判断する処理であり、真ならばＳ１３０６からの処理を行う。偽と判断されるとＳ１３０４で、ＡＦ評価信号レベルの現在値から、任意の定数μを減算した値をＴＨ１ とし、図６で説明した、補正方向のベクトルの切換基準（ジグザグ動作の切換基準）となるＡＦ評価信号レベルが決定される。このＴＨ１ はズーム開始直前に決まることになり、この値が図６（Ａ）の６０２のレベルに対応する。
【０１５６】
次にＳ１３０５で補正フラグをクリアし、本処理を抜ける。ここで補正フラグとは、カム軌跡追従状態が正方向の補正がかかった状態（補正フラグ＝１）なのか、負方向の補正状態（補正フラグ＝０）であるかを示すフラグである。
【０１５７】
Ｓ１３０３でズーム中と判断されると、Ｓ１３０４でズーム方向がワイドからテレ方向であるか否かの判別を行う。偽ならばＳ１７０２でＰｆ ＋＝０，Ｐｆ −＝０とし、Ｓ１３１０からの処理を行う。真ならば、Ｓ１３０７で現在のＡＦ評価信号レベルが、ＴＨ１ より小さいか否かの判別をする。偽ならばＳ１３１０へ行き、真ならば現在のＡＦ評価信号レベルが図６（Ａ）のＴＨ１ （６０２）のレベルを下回ったので、補正方向の切り換えを行うという意味で、Ｓ１３０８で反転フラグをセットする。
【０１５８】
Ｓ１３１０は反転フラグ＝１かどうかの判別で、真ならばＳ１３１１で前記補正フラグがセットかどうかの判別処理を行う。Ｓ１３１１で偽ならば、Ｓ１７０４で補正フラグ＝１（正方向の補正状態）とし、１垂直同期時間後に移動しているべきフォーカス目標値Ｐｆ を、
【０１５９】
【数１９】
【０１６０】
とする。一方、Ｓ１３１１で真ならばＳ１７０３で補正フラグ＝０（負方向の補正状態）とし、１垂直同期時間後に移動しているべきフォーカス目標値Ｐｆ を、
【０１６１】
【数２０】
【０１６２】
とする。Ｓ１３１０で偽と判断された場合は、Ｓ１３１２で補正フラグがセットかどうかを判別し、真ならばＳ１７０４へ、偽ならばＳ１７０３へ行き、本処理を抜ける。
【０１６３】
以上説明したように第３の実施の形態によれば、１垂直同期時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定する手法を、リニアモータによるフォーカス位置制御にも適用できるので、例えば、１垂直同期期間内の時間でズームレンズが図４の位置Ｚ４ から位置Ｚ６ まで移動する場合に、ループ制御によりフォーカス位置だけがｐ５ （図４のｐ６ ″）に取り残され、ボケが生ずるという問題を防ぎながら、超高速ズームを実現することが可能となる。
【０１６４】
特に、演算タイミングとズーム速度が変わっても、所定期間（ここでは１垂直同期期間）というズームが移動するのに要する所要時間は一定であるので、算出される追従目標位置とフォーカス現在位置の距離差を移動するのに要する所要時間だけを考慮しておけば、所定時間後のズーム位置に合わせフォーカス位置を目標位置に至らしめる事は容易であり、合焦性能に優れ、高速ズームで快適な撮像装置を提供することが可能となる。
【０１６５】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、処理用マイクロコンピュータに負荷を発生することなく、且つ変倍動作のズーム速度やフォーカスレンズモータの種類に依らずに、安価に快適な優れたズーミング性能を実現できる撮像装置および撮像方法を提供することができる。すなわち本発明によれば、所定時間後における第１のレンズ群の予測移動位置を演算し、当該演算結果に基づいて第２のレンズ群の移動速度又は位置を算出するので、例えば様々な変倍スピードであってもピントのあったズーム処理を行うことができる。
【０１６６】
より具体的には、以下に列挙する格別な効果を奏することができる。
【０１６７】
１．所定時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定することにより、所定期間内に複数回軌跡追従演算を行わなくとも、ズーム速度に左右されることなく安定に合焦状態を維持した、マニュアルモード時のズーム性能を実現できるので、マイコン負荷の軽減に繋がる。また、フォーカス標準移動速度を算出する際の、演算誤差を押さえることが可能となるので、正確にカム軌跡をトレースすることが可能となる。
【０１６８】
２．所定時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定する手法をＡＦ時のズーミングにも適用することにより、マイコン負荷を軽減しながら、ズーム速度に左右されることなく安定に合焦状態を維持した快適なＡＦ時のズーム性能の実現が可能となる。
【０１６９】
３．所定時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定する手法を、リニアモータによるフォーカス位置制御にも適用することにより、ループ位置制御している系に特有な、ズーム移動に対し、フォーカスだけが取り残され、ボケが生ずるという問題を防ぎながら、超高速ズームを実現することが可能となる。特に、演算タイミングとズーム速度が変わっても、所定期間というズームが移動するのに要する所要時間は一定であるので、算出される追従目標位置とフォーカス現在位置の距離差を移動するのに要する所要時間だけを考慮しておけば、所定時間後のズーム位置に合わせフォーカス位置を目標位置に至らしめる事は容易であり、合焦性能に優れ、高速ズームで快適な撮像装置を提供することが可能となる。
【０１７０】
４．所定時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定する手法を、リニアモータによるフォーカス位置制御、及びＡＦ時のズーミングにも適用することにより、ズーム速度に左右されることなく安定に合焦状態を維持した快適なＡＦ時のズーム性能の実現が可能となる。
【０１７１】
５．上記所定期間を１垂直同期期間とすることにより、撮像信号から焦点電圧信号を生成するタイミングと同期させることが出来るので、１垂直同期期間に１回のズーム制御処理を行うだけで、合焦カム軌跡と特定しながら、ボケのないズーム性能を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すブロック図である。
【図２】従来から用いられているインナーフォーカスタイプレンズシステムの構成を示す図である。
【図３】変倍レンズ位置とフォーカスレンズ位置との関係を示す線図である。
【図４】既に考案されている軌跡追従方法の一例を示す図である。
【図５】可変変倍レンズ位置に対する内挿方法を示す図である。
【図６】既に考案されている軌跡追従方法の一例を説明するための図である。
【図７】従来のレンズ制御手順を示すフローチャートである。
【図８】従来のレンズ制御手順を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態の一例による制御手順を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態の一例による制御手順を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態の一例による制御手順を示すフローチャートである。
【図１２】実施の形態の一例におけるカム軌跡情報のデータテーブルを示す図である。
【図１３】第２の実施の形態における制御手順を示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施の形態における演算について説明した図である。
【図１５】第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図１６】第３の実施の形態におけるリニアモータの構成図である。
【図１７】第３の実施の形態の制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０２ ズームレンズ
１０５ フォーカスレンズ
１０８ カメラ信号処理回路
１０９ ＡＦ信号処理回路
１１２ レンズ制御用マイクロコンピュータ（レンズ制御マイコン）
１２４ システムコントロールマイコン
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置、撮像方法およびレンズ制御装置に関するものである。
【０００２】
更に詳述すると本発明は、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におけるレンズ制御に好適な、撮像装置、撮像方法およびレンズ制御装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
図２は、従来から用いられているインナーフォーカスタイプレンズシステムの簡単な構成を示すものである。本図において１０１は固定されている第１のレンズ群、１０２は変倍を行う第２のレンズ群（変倍レンズ：ズームレンズ）、１０３は絞り、１０４は固定されている第３のレンズ群、１０５は焦点調節機能と変倍による焦点面の移動を補正する、所謂コンペ機能とを兼ね備えた第４のレンズ群（フォーカスレンズ）、１０６は撮像面である。
【０００４】
既に知られているとおり、図２のように構成され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を兼ね備えているため、焦点距離が等しくても、撮像面１０６に合焦す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。各焦点距離において被写体距離を変化させたとき、撮像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３のようになる。変倍中は、被写体距離に応じて図３に示された軌跡を選択し、該軌跡通りにフォーカスレンズ１０５を移動させれば、ボケのないズームが可能になる。
【０００５】
一方、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、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あっていれば、上記動作によってボケを生じることはない。
【０００６】
上述のような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３に示される複数の軌跡情報を何らかの形でレンズ制御用マイクロコンピュータに予め記憶させておき、フォーカスレンズと変倍レンズの位置によって軌跡を選択して、該選択した軌跡上をたどりながらズーミングを行うのが一般的である。さらに、変倍レンズの位置に対するフォーカスレンズの位置を記憶素子から読み出して、レンズ制御用に応用するため、各レンズの位置の読み出しをある程度精度良く行わなくてはならない。
【０００７】
特に、図３からも明らかなように、変倍レンズ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レンズの軌跡の傾きが変化している。これは、フォーカスレンズ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、フォーカスレンズのアクチュエータは１Ｈｚ〜数百Ｈｚ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】
上述の要求を満たすアクチュエータとして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群には、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クロコンピュータ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と、位置精度を得ることが可能である。さらにステッピングモータを用いる場合、歩進パルス数に対する回転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よいという利点がある。
【０００９】
前述したように、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、レンズ制御用マイクロコンピュータ等に図３の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出して、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。
【００１０】
図４は、既に考案されている軌跡追従方法の一例を説明するための図面である。本図において、ｚ０ ，ｚ１ ，ｚ２ ，…ｚ６ は変倍レンズ位置（ズームレンズ位置）を示しており、ａ０ ，ａ１ ，ａ２ ，…ａ６ 及びｂ０ ，ｂ１ ，ｂ２ ，…ｂ６ は、それぞれレンズ制御用マイコンに記憶している代表軌跡である。またｐ０ ，ｐ１ ，ｐ２ ，…ｐ６ は、上記２つの軌跡を基に算出された軌跡である。この軌跡の算出式を以下に示す。
【００１１】
【数１】
（１）式によれば、例えば図４において、フォーカスレンズがｐ０ にある場合、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。このｐ１ −ｐ０ の位置差と、変倍レンズがｚ０ 〜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レンズの標準移動速度が分かる。
【００１３】
次に、変倍レンズの停止位置には、記憶された代表軌跡データを所有する境界上のみという制限がないとした場合について説明する。
【００１４】
図５は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り、図４の一部を抽出し、変倍位置レンズを任意としたものである。図５において、縦軸および横軸はそれぞれフォーカスレンズ位置および変倍レンズ位置を示しており、レンズ制御マイクロコンピュータで記憶している代表軌跡位置（変倍レンズ位置に対するフォーカスレンズ位置）について、変倍レンズ位置をＺ０ ，Ｚ１ ，…Ｚｋ−１ ，Ｚｋ …Ｚｎ 、その時のフォーカスレンズ位置を被写体距離別に、ａ０ ，ａ１ ，…ａｋ−１ ，ａｋ …ａｎ 、ｂ０ ，ｂ１ ，…ｂｋ−１ ，ｂｋ …ｂｎ としている。いま、変倍レンズ位置がズーム境界上でないＺｘ にあり、フォーカスレンズ位置がｐｘ である場合、ａｘ ，ｂｘ を求めると、
【００１５】
【数２】
【数３】
となる。つまり、現在の変倍レンズ位置とそれを挟む２つのズーム境界位置（例えば図５のＺｋ とＺｋ−１ ）とから得られる内分比に従い、記憶している４つの代表軌跡データ（図５では、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 を求める事ができる。
【００１８】
そして、ａｘ ，ｐｘ ，ｂｘ から得られる内分比に従い、記憶している４つの代表データ（図５では、ａｋ ，ａｋ−１ ，ｂｋ ，ｂｋ−１ ）の内、同一焦点距離のものを（１）式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、ワイドからテレ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、変倍レンズがＺｘ 〜Ｚｋ 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レンズの移動速度が分かる。
【００１９】
また、テレからワイド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、変倍レンズがＺｘ 〜Ｚｋ−１ 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レンズ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。
【００２０】
変倍レンズがテレからワイド方向に移動する場合には、図３から明らかなように、ばらけている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。しなしながら、ワイドからテレ方向では、収束点にいたフォーカスレンズ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。
【００２１】
図６は、上述したような問題に対して考案されている軌跡追従方法の一例を説明するための図面である。本図の（Ａ），（Ｂ）において、横軸は共に変倍レンズの位置を示している。縦軸は、（Ａ）がＡＦ評価信号である映像信号の高周波成分（鮮鋭度信号）の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。
【００２２】
図６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）よりワイド側での合焦カム軌跡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）、６０６よりテレ側の無限方向に移動する合焦カム軌跡追従の標準移動速度を負とする。合焦を維持しながらフォーカスレンズがカム軌跡６０４を辿るときに、前記ＡＦ評価信号の大きさは６０１のようになる。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。
【００２３】
図６の（Ｂ）において、ズーミング時、合焦カム軌跡６０４をトレースするフォーカスレンズ標準移動速度をＶｆ０とする。実際のフォーカスレンズの移動速度をＶｆ とし、カム軌跡６０４をトレースする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６０５のようにジグザグの軌跡となる。この時、前記鮮鋭度信号レベルは６０３のように山、谷を生ずるように変化する。
【００２４】
ここで、軌跡６０４と６０５が交わる位置で６０３の大きさは最大となり（Ｚ０ ，Ｚ１ ，…Ｚ１６の偶数のポイント）、６０５の移動方向ベクトルが切り替わるＺ０ ，Ｚ１ ，…Ｚ１６の奇数のポイントで６０３のレベルは最小となる。６０２は６０３の最小値であるが、逆に６０２のレベルＴＨ１ を設定し、６０３の大きさが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移動方向は、合焦軌跡６０４に近づく方向に設定できる。
【００２５】
つまり、ＡＦ評価信号レベル６０１と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。
【００２６】
上述した手法を用いることにより、図３に示したようなカム軌跡が収束から発散してゆくワイドからテレ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なくとも、この標準移動速度（（１）式より求まるｐ（ｎ＋１） を使って算出）に対し、フォーカスレンズ移動速度Ｖｆ を制御しながら、ＡＦ評価信号レベルの変化に従って６０５のように切り換え動作を繰り返すことにより、ＡＦ評価信号レベルが６０２（ＴＨ１ ）よりも下がらない、つまり、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ＴＨ１ を適当に設定することにより、見た目にボケが判らないズーミングが可能である。
【００２７】
ここで、フォーカスレンズの移動速度Ｖｆ は、正方向の補正速度をＶｆ ＋、負方向の補正速度をＶｆ −として、
【００２８】
【数４】
【数５】
より決まり、この時補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ −は、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、（４），（５）式により得られるＶｆ の２つの方向ベクトルの内角が、Ｖｆ０の方向ベクトルにより、２等分されるように決定される。また、被写体や焦点距離、被写界深度に応じて補正速度による補正量の大きさを変化させることにより、鮮鋭度信号の増減周期を変化させ、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。
【００３１】
上述してきた変倍動作の制御は、撮像素子からの映像信号を用いて焦点検出を行うことから、垂直同期信号に同期して処理が行われるのが一般的である。
【００３２】
図７は、レンズ制御用マイクロコンピュータで行われるレンズ制御例の制御フローチャートである。ステップＳ７０１（以下、“ステップ”なる文言は省略する）は処理の開始を示している。Ｓ７０２は初期設定ルーチンであり、マイクロコンピュータ内のＲＡＭや各種ポートの処理を行う。
【００３３】
Ｓ７０３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コン（以下、シスコンという）との相互通信ルーチンであり、ここで撮影者が操作するズームスイッチユニット情報を受け取り、逆に撮影者にズーム動作実行中を知らせるための、ズームレンズ位置などの変倍動作情報の引き渡し、その情報を表示器等で撮像者に知らせている。
【００３４】
Ｓ７０４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っている。
【００３５】
Ｓ７０５はズーム処理ルーチンであり、変倍動作時に於いて、合焦を維持するためのコンペ動作の処理ルーチンである。
【００３６】
上述してきたような手法で、図４に示す様なカム軌跡をトレースする、フォーカスレンズの標準駆動方向及び標準駆動速度の算出を行っている。
【００３７】
Ｓ７０６は、ＡＦ時や、変倍動作時等に応じて、Ｓ７０４からＳ７０５の処理ルーチンで算出されるズームやフォーカスの、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、レンズのメカ端に当たらないようにソフト的に設けているテレ端よりテレ側、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駆動しないように設定するルーチンである。
【００３８】
Ｓ７０７では、Ｓ７０６で定めた、ズーム及びフォーカス用の駆動方向、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、レンズの駆動／停止を制御行う。
【００３９】
Ｓ７０７の処理終了後はＳ７０３に戻る。
【００４０】
なお、図７に示した一連の処理は垂直同期期間に同期して実行される（Ｓ７０３の処理の中で、次の垂直同期信号が来るまで、待機している）。
【００４１】
しかしながら、昨今、ズームスピードが速くなり、例えば、１垂直同期期間内の時間でズームレンズが図４の位置Ｚ４ から位置Ｚ６ まで移動する場合がある。この時、垂直同期期間と同期して図７のレンズ制御処理を行ったのでは、フォーカスレンズの標準移動速度はｐ４ からｐ５ を目指す速度となったまま、ズームレンズ位置がＺ６ になるまで標準移動速度の更新は為されないことになるので、ズームレンズ位置がＺ６ にいるとき、フォーカスレンズ位置はｐ６ ′になってしまい（ｐ４ ，ｐ５ ，ｐ６ ′は同一直線上の点）、ｐ６ ′−ｐ６ の差分量分ボケが生じ、ズーム中に正確な軌跡のトレースができなくなっていた。
【００４２】
これに対し、図８に示した処理ルーチンにより、１垂直同期期間内に複数回（図８の例では２回）フォーカスレンズの標準移動速度を算出し、ボケの発生を防ぐ方法が考案されている。Ｓ８０１からＳ８０７までの処理は図７のＳ７０１からＳ７０７までの処理と同様である。
【００４３】
Ｓ８０７の処理を終了後、Ｓ８０８で垂直同期期間の中間点になるまで所定時間待機する。所定時間経過後Ｓ８０９でズーム中であれば、ズームレンズ位置が更新されているので、再び処理Ｓ８０５からＳ８０７までの処理と同様な処理を実行する。
【００４４】
先ず、Ｓ８１０で、駆動方向や標準移動速度を再度算出し、Ｓ８１１でＳ８１０で算出されたズームやフォーカスの駆動方向や駆動速度を選択し、Ｓ８１２でモータドライバに出力することでレンズ制御を実行後、Ｓ８０３に戻る。
【００４５】
なお、Ｓ８０９でズーム中でないと判断された場合には、Ｓ８０３へ戻り、次の動作に備える。
【００４６】
図８に示した一連の処理は、垂直同期期間に同期して実行されており、Ｓ８０３の処理の中で、次の垂直同期信号が来るまでの待機処理が行われる。
【００４７】
上述した手法を用いれば、ズーム中に垂直同期期間内に１回しかフォーカスの標準移動速度を計算しない場合には、１垂直期間内での図４のＺ４ からＺ６ へ移動の際、フォーカス速度がｐ４ とｐ５ の傾きを保持したままｐ６ ′の地点にフォーカスレンズが達するのに対し、１垂直同期期間に２回、フォーカス標準移動速度を計算することにより、垂直同期期間の前半には、フォーカス速度がｐ４ とｐ５ の傾きをとり、ｐ５ を通過して、後半はｐ５ とｐ ６の傾きをとる事になるので、１垂直同期期間後のフォーカスレンズの到達位置はｐ６ となり、軌跡の正確なトレースが可能となり、ボケの発生防止を実現できる。
【００４８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では高速ズーム時、軌跡トレース時のボケを抑制するため、フォーカスレンズの標準移動速度の計算を１垂直同期期間に複数回実行する事により行っていたので、レンズ制御用マイコンの負荷が大きかった。特に１垂直同期期間内に複数回の標準速度計算が実行できる処理速度の速いマイコンを選択しなければならず、ユーザーにとって高価なビデオカメラとなっていた。
【００４９】
また、上記従来例のカム軌跡追従方法で算出するフォーカス標準移動速度は、現在のズーム位置Ｚｘ から最も近い代表軌跡データを所有するズームレンズ位置、つまり図５に示したズームエリアの境界上位置（Ｚｋ−１ 又はＺｋ ）を移動先の目標位置を算出しているため、計算を実行するタイミングによってはＺｘ からＺｋ−１ 又はＺｋ に移動するのに要する時間が短い場合が存在する。この時、標準移動速度の算出に要する除算演算（フォーカス移動距離／ズーム移動時間）での計算誤差が大きくなり、合焦軌跡を正確にトレースできなくなるという問題も生じていた。
【００５０】
加えてここで、高速性に優れるとして、近年搭載される製品が増えているリニアモータをレンズ駆動用アクチュエータとして用いる場合について、上記従来例でのカム軌跡追従方法に於ける問題点について説明する。
【００５１】
ボイスコイルモータなどのリニアモータをフォーカスモータとして用いるシステムでは、フォーカスレンズの位置を検出する為の位置エンコーダを配置し、位置エンコーダ出力信号と制御回路側から出力される目標位置信号との偏差信号がゼロになるようにフィードバックループを構成するのが一般的であり、モータの駆動速度はフィードバックループの応答特性で決定される。
【００５２】
従って、カム軌跡追従時のフォーカスレンズによる焦点補正動作では、駆動方向と駆動速度による制御ではなく、移動先目標位置がパラメータとなる制御方法となる。従ってカム軌跡トレース時、移動先のフォーカス目標位置は上述の（１）式により得られるＰｘ が相当することになる。
【００５３】
しかしながら、昨今、ズームスピードが速くなり、例えば、１垂直同期期間内の時間でズームレンズが図４に示した位置Ｚ４ から位置Ｚ６ まで移動する場合、従来例と同様に垂直同期期間と同期して１回のレンズ制御処理を行うと、移動目標位置としてカム軌跡データを所有するズーム境界上の点ｐ５ が算出される。ズーム位置がＺ６ まで進んだとしても、目標位置の更新が為されないのでループ制御によりフォーカス位置はｐ５ （図４ｐ６ ″）のままであり、ボケが生ずることになる。
【００５４】
特に、演算タイミングとズーム速度によって、ズーム現在位置とズーム境界位置との距離差を移動するのに要する所要時間と、算出される追従目標位置とフォーカス現在位置の距離差を移動するのに要する所要時間とが、共に変化してしまうので、ズーム位置が境界上に達する際に、フォーカス位置が目標位置にいる様にする為には、複雑な処理を必要とし、実現が極めて困難であった。
【００５５】
よって本発明の目的は、上述の問題点を解消し、処理用マイクロコンピュータに負荷を発生することなく、且つ変倍動作のズーム速度やフォーカスレンズモータの種類に依らずに、安価に快適な優れたズーミング性能を実現できる撮像装置、撮像方法およびレンズ制御装置を提供することにある。
【００５６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時による焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶した記憶媒体と、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算する予測手段と、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の移動速度を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて算出して駆動するようにする制御手段とを具備した撮像装置である。
請求項２に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時に焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、撮像手段により撮像された撮像信号中より焦点信号を抽出する抽出手段と、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算する予測手段と、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の移動速度を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて算出し、前記焦点信号の増減に応じて該移動速度を変化させながら駆動する制御手段とを具備した撮像装置である。
請求項３に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算する予測手段と、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の補正位置を前記第１のレンズ群の予測位置に基づいて求める計算手段と、前記所定時間後には前記補正位置に到達しているように前記第２のレンズ群の位置を制御する制御手段とを具備した撮像装置である。
請求項４に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれに移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、撮像手段により撮像された撮像信号中より焦点信号を抽出する抽出手段と、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算する予測手段と、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の補正位置を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて求める計算手段と、前記焦点信号の増減に応じて前記補正位置を変更する補正位置変更手段と、前記所定時間後には前記変更位置に到達しているように前記第２のレンズ群位置を制御する制御手段とを具備した撮像装置である。
請求項５に係る本発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の撮像装置において、前記所定時間は、１垂直同期期間に相当する。
請求項６に係る本発明は、請求項１または２に記載の撮像装置において、前記駆動手段としてステッピングモータを用いる。
請求項７に係る本発明は、請求項３または４に記載の撮像装置において、前記駆動手段としてリニアモータを用いる。
請求項８に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体とを用いて撮像を行うに際して、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動先位置を演算し、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の移動速度を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて算出して駆動する撮像方法である。
請求項９に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、撮像手段により撮像された撮像信号中より焦点信号を抽出する抽出手段とを用いて撮像を行うに際して、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算し、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の標準移動速度を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて算出し、前記焦点信号の増減に応じて該移動速度を変化させながら駆動する撮像方法である。
請求項１０に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体とを用いて撮像を行うに際して、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算し、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の補正位置を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて求め、前記所定時間後には前記補正位置に到達しているように前記第２のレンズ群位置を制御する撮像方法である。
請求項１１に係る本発明は、変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群位置に対する該第２のレンズ群の合焦位置を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、撮像手段により撮像された撮像信号中より焦点信号を抽出する抽出手段とを用いて撮像を行うに際して、変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算し、前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の補正位置を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて求め、前記焦点信号の増減に応じて前記補正位置を変更し、前記所定時間後には前記変更位置に到達しているように前記第２のレンズ群位置を制御する撮像方法である。
請求項１２に係る本発明は、請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載の撮像方法において、前記所定時間は、１垂直同期期間に相当する。
請求項１３に係る本発明は、請求項８または９に記載の撮像方法において、前記駆動手段としてステッピングモータを用いる。
請求項１４に係る本発明は、請求項１０または１１に記載の撮像方法において、前記駆動手段としてリニアモータを用いる。
請求項１５に係る本発明は、変倍レンズと、前記変倍レンズの駆動に伴う焦点面位置の変位を補正するフォーカスレンズと、前記変倍レンズの所定時間後における移動位置を演算し、該演算された前記変倍レンズの移動位置に対応する前記フォーカスレンズの予測移動位置を演算し、該予測移動位置へと前記フォーカスレンズを駆動する制御手段とを備えたレンズ制御装置である。
請求項１６に係る本発明は、変倍レンズと、前記変倍レンズの駆動を伴う焦点面位置の変位を補正するフォーカスレンズと、前記変倍レンズの所定時間後における移動位置を演算し、該演算された前記変倍レンズの移動位置に対応する前記フォーカスレンズの予測移動位置を演算し、該予測移動位置に前記所定時間後に前記フォーカスレンズが到達するように、前記フォーカスレンズの速度を制御する制御手段とを備えたレンズ制御装置である。
請求項１７に係る本発明は、請求項１５または１６に記載のレンズ制御装置において、焦点検出手段を備え、前記制御手段は、前記焦点検出手段の出力に基づいて前記予測移動位置を補正するように構成されている。
請求項１８に係る本発明は、請求項１５または１６に記載のレンズ制御装置において、前記変倍レンズの移動に伴う前記焦点面位置の変位の軌跡を、前記フォーカスレンズの位置ごとに記憶した記憶手段を備え、前記制御手段は、この軌跡情報に基づいて、前記変倍レンズの移動位置および前記フォーカスレンズの予測移動位置を演算するように構成されている。
請求項１９に係る本発明は、請求項１８に記載のレンズ制御装置において、前記制御手段は、所定の周期で、前記変倍レンズと前記フォーカスレンズの位置を検出し、その時刻より前記所定時間後までの間は、前記変倍レンズを一定速度で駆動するとともに、前記フォーカスレンズを前記軌跡情報によらず、前記予測移動位置へと移動するように構成されている。
【００７５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明第１の実施の形態を示す全体構成図である。この図１において１０１，１０２，１０３，１０４，１０５はそれぞれインナーフォーカスタイプのレンズシステムを構成する要素であり、それぞれ固定の前玉レンズ群、変倍を行うための第２のレンズ群（ズームレンズ）、絞り、固定の第３のレンズ群、そしてコンペ機能とフォーカシングの機能を兼ね備えた第４のレンズ群（フォーカスレンズ）である。このレンズシステムを透過した映像光は撮像素子１０６面上で結像され、光電変換により映像信号に変換され、増幅器１０７で最適なレベルに増幅されカメラ信号処理回路１０８へと入力され標準テレビ信号（映像信号）に変換される。
【００７６】
一方、増幅器１０７で増幅された映像信号は、絞り制御回路１２１、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。
【００７７】
ＡＦ信号処理回路１０９は、タイミングジェネレータ１１１からの垂直同期・水平同期信号により撮像画面の所定領域をゲートするゲート信号を発生させるＡＦ枠生成回路１１０から、ゲート信号を受け取り、ＡＦ枠内の映像信号の高周波成分のみを抽出し、処理を行っている。
【００７８】
１１２はレンズ制御用のマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）であり、ＡＦ評価信号の強度に応じて焦点調節を行うＡＦプログラム用メモリ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用メモリ１１４、カム軌跡追従時に参照するレンズカムデータ用メモリ１１５、ＡＦやズーム時にフォーカスレンズやズームレンズを駆動するためのモータ制御プログラム用メモリ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。
【００７９】
また、レンズ制御マイコン１１２はシステムコントローラマイコン（以下、シスコンという）１２４と通信をしており、シスコン１２４がＡ／Ｄ変換等により読み込む、ズームスイッチ１２５（ユニット化されたズームスイッチで、操作部材の回転角度に応じた電圧が出力される。この出力電圧に応じて可変速ズームが為される）やＡＦ／ＭＦ（マニュアルフォーカス）モードの切換スイッチ１２６の情報、レンズ制御マイコン１１２が制御する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を互いにやりとりしている。１１８，１２０は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レンズ駆動用モータに出力するためのドライバ、１１７，１１９はそれぞれズームレンズ１０２及びフォーカスレンズ１０５を駆動するためのモータである。
【００８０】
レンズ駆動用のモータがステッピングモータであるとして、モータの駆動方法を以下で説明する。
【００８１】
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、フォーカスモータ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駆動用ドライバ１１８、フォーカスモータ１１９駆動用ドライバ１２０に送る。またモータ１１７，１１９の駆動／停止命令、及び各モータの回転方向命令をドライバ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スイッチユニット１２５の状態に応じて、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いる。
【００８２】
モータドライバ１１８，１２０は、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及び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つつ、駆動／停止命令に応じて、各モータへの出力をＯＮ／ＯＦＦしている。
【００８３】
図９は１垂直同期期間に１回、レンズ制御マイコン１１２内で処理される、本実施の形態を実施するための制御フローであり、従来の技術として先に説明した図７のステップＳ７０５で実行される内容を詳細に表した図面である。以下、図９，図１０，図１１および図１２を参照して説明を行う。
【００８４】
図１２はレンズ制御を実行するレンズ制御マイコン１１２の内部に記憶している図３のカム軌跡情報（従来の技術として、既に説明した。）のデータテーブルを表しており、被写体距離別に、ズームレンズ位置により変化する合焦フォーカスレンズ位置データＡ（ｎ，ｖ） を示しており、変数ｎの列方向に被写体距離、変数ｖの行方向にズームレンズ位置（焦点距離）が変化している。
【００８５】
本例では、ｎ＝０が無限遠の被写体距離を表し、ｎが大きくなるに従って被写体距離は至近距離に変化し、ｎ＝ｍは１ｃｍの被写体距離を示している。一方、ｖ＝０はワイド端を、ｖが大きくなるに従って焦点距離が増し、ｖ＝ｓがテレ端のズームレンズ位置を表している。従って、１列のテーブルデータで１本のカム軌跡が描かれることになる。
【００８６】
そこで、図９の処理手順に従って、本実施の形態の動作を説明する。まず、Ｓ９００は、シスコン１２４から受け取るズームスイッチ１２５の押圧情報に応じて、自然な変倍動作が行えるよう、ズームモータ１１７の駆動速度Ｚｓｐを設定するルーチンである。
【００８７】
Ｓ９０１は、現在のズームレンズ１０２、フォーカスレンズ１０５位置から撮影している被写体の撮影距離を特定し、その被写体距離情報を３つの軌跡パラメータα，β，γとしてＲＡＭなどのメモリ領域（図示せず）に記憶する処理ルーチンであり、次に説明する図１０の処理内容から構成されている。本実施の形態では簡単のため、現在のレンズ位置においては、合焦状態が維持されているものとして説明を行う。
【００８８】
図１０において、Ｓ１００１では、現在のズームレンズ位置Ｚｘ が図１２のテーブル上で、ワイド端からテレ端までｓ等分した何番目のズームエリアｖに存在するのかを算出する処理である。その算出方法については、図１１を用いて以下に説明する。
【００８９】
まず、図１１のＳ１１０１でズームエリア（変数）ｖをクリアする。Ｓ１１０２では次の（６）式に従って、ズームエリアｖの境界上のズームレンズ位置Ｚ（ｖ） を算出する。このＺ（ｖ） は、先に図４に示した、ズームレンズ位置Ｚ０ ，Ｚ１ ，Ｚ２ …に相当する。
【００９０】
【数６】
Ｓ１１０３では、Ｓ１１０２で求めたＺ（ｖ） が現在のズームレンズ位置Ｚｘ と等しいかどうかを判別し、等しければ、ズームレンズ位置Ｚｘ はズームエリアｖの境界上にいるとして、Ｓ１１０７で境界フラグ＝１とする。Ｓ１１０３で偽ならば、Ｓ１１０４でＺｘ ＜Ｚ（ｖ） かどうかを判別する。Ｓ１１０４が真ならば、Ｚｘ はＺ（ｖ−１） とＺ（ｖ） との間にある事になり、この時Ｓ１１０６で境界フラグ＝０とする。Ｓ１１０４で偽ならば、Ｓ１１０５でズームエリア（変数）ｖをインクリメントして、Ｓ１１０２に戻る。
【００９２】
以上の処理を繰り返し行うことにより、図１１の処理を抜けるときには、現在のズームレンズ位置ＺＸ が、図１２のテーブルの上のｖ＝ｋ番目のズームエリアに存在し、それが境界上に存在しているか否かを知る事ができる。
【００９３】
再び図１０に戻る。Ｓ１００１でズームエリアが定まったので、以下の処理ではフォーカス位置が図１２のテーブル上のどこにいるのか算出を行う。
【００９４】
先ず、Ｓ１００２で被写体距離変数ｎをクリアし、Ｓ１００３で現在のズームレンズ位置がズームエリアの境界上に存在しているかどうかを判別し、境界フラグ＝０ならば境界上にいないとしてＳ１００５からの処理へ行く。Ｓ１００５で、Ｚｋ ←Ｚ（ｖ） ，Ｚｋ−１ ←Ｚ（ｖ−１） とする。
【００９５】
次に、Ｓ１００６で４つのテーブルデータＡ（ｎ，ｖ−１） ，Ａ（ｎ，ｖ） ，Ａ（ｎ＋１，ｖ−１） ，Ａ（ｎ＋１，ｖ） を読み出し、Ｓ１００７で上述した（２），（３）式からａｘ ，ｂｘ を算出する。
【００９６】
一方、Ｓ１００３で真と判断された場合はＳ１００４で、被写体距離ｎ、ズームレンズ位置ｖの合焦フォーカス位置Ａ（ｎ，ｖ） 、及びＡ（ｎ＋１，ｖ） を呼び出し、それぞれａｘ ，ｂｘ としてメモリする。
【００９７】
Ｓ１００８では、現在のフォーカス位置Ｐｘ がａｘ 以上であるか否かを判別する。Ｓ１００８で真ならば、Ｓ１００９でＰｘ がｂｘ 以上か否かの判別をする。偽ならば、Ｐｘ は被写体距離ｎとｎ＋１の間にいる事になり、この時の軌跡パラメータをＳ１０１３からＳ１０１５でメモリに格納する。
【００９８】
Ｓ１０１３では、α＝Ｐｘ −ａｘ とし、Ｓ１０１４でβ＝ｂｘ −ａｘ 、Ｓ１０１５でγ＝ｎとする。Ｓ１００８で偽となるのは、フォーカス位置Ｐｘ が超無限にいた場合で、この時Ｓ１０１２でα＝０としてＳ１０１４からの処理へ行き、無限の軌跡パラメータを記憶する。Ｓ１００９で真となる場合は、Ｐｘ がより至近側にいる場合であり、Ｓ１０１０で被写体距離ｎをインクリメントして、Ｓ１０１１でｎが最至近被写体距離ｍ以下であるか否かを判別し、真ならばＳ１００３へ戻る。Ｓ１０１１で偽となる場合は、Ｐｘ が超至近にいる場合で、この時Ｓ１０１２からの処理へ行く事により、最至近距離の軌跡パラメータをメモリする。
【００９９】
再び図９に戻る。Ｓ９０１により、現在のズーム、フォーカスレンズ位置が図３のカム軌跡上でどの位置なのかを算出し、軌跡パラメータの記録を行う。Ｓ９０２は１垂直同期時間後にズームレンズが到達しているズーム位置Ｚｘ ′を算出するルーチンである。Ｓ９００で決定されたズーム速度をＺｓｐ（ｐｐｓ）とすると、１垂直同期時間後のズーム位置Ｚｘ ′は以下の（７）式で与えられる。ここで、ｐｐｓはステッピングモータの回転速度を表す単位で、１秒間当たりの回転するステップ量（１ステップ＝１パルス）を示しており、（７）式の符号は、ズームの移動方向によってそれぞれ、テレ方向なら＋、ワイド方向なら−としている。
【０１００】
【数７】
次に、Ｚｘ ′がどのズームエリアｖ′に存在するのかをＳ９０３で決定する。Ｓ９０３は図１１の処理と同様な処理であり、図１１に於いてＺｘ →Ｚｘ ′，ｖ→ｖ′としたものである。
【０１０２】
次にＳ９０４で１Ｖ後のズームレンズ位置Ｚｘ ′がズームエリアの境界上に存在しているかどうかを判別し、境界フラグ＝０ならば境界上にないとしてＳ９０５からの処理へ行く。Ｓ９０５で、Ｚｋ ←Ｚ（ｖ’），Ｚｋ−１ ←Ｚ（ｖ’−１）とする。
【０１０３】
次に、Ｓ９０６で図１０の処理により被写体距離γが特定された４つのテーブルデータＡ（γ，ｖ’−１），Ａ（γ，ｖ’），Ａ（γ＋１，ｖ’−１），Ａ（γ＋１，ｖ’）を読み出し、Ｓ９０７で、上述した（２），（３）式からａｘ ′，ｂｘ ′を算出する。
【０１０４】
一方、Ｓ９０３で真と判断された場合はＳ９０８で、被写体距離γ、ズームエリアｖ′の合焦フォーカス位置Ａ（γ，ｖ’）、及びＡ（γ＋１，ｖ’）を呼び出し、それぞれａｘ ′，ｂｘ ′としてメモリする。そして、Ｓ９０９でズーム位置がＺｘ ′に達したときの合焦フォーカス位置Ｐｘ ′を算出する。（１）式を用いて１Ｖ後の追従目標位置は次の（８）式の様に表せるので、
【０１０５】
【数８】
追従目標位置と現在のフォーカス位置の差は
【０１０７】
【数９】
となる。次に、Ｓ９１０でフォーカス標準移動速度Ｖｆ０を算出する。Ｖｆ０はフォーカス位置差ΔＦを、この距離を移動するのに要するズームレンズ移動時間で除算して得られる。そして本処理を終了して、図７のＳ７０６（既述）へ行き、ズーム動作中であれば、Ｓ９１０で決定したフォーカス速度で、フォーカス速度の符号方向（至近方向を正、無限方向を負）にコンペ動作される。
【０１０９】
以上述べてきたように、１垂直同期時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定することにより、１垂直同期期間に複数回軌跡追従演算を行わなくとも、ズーム速度に左右されることなく安定に合焦状態を維持した、マニュアルモード時のズーム性能を実現できるので、マイコン負荷の軽減につながる。また、フォーカス標準移動速度Ｖｆ０を算出するのに、フォーカス位置差ΔＦ分だけの距離を移動するのに要するズーム移動時間は垂直同期周期時間となるので、除算演算によりＶｆ０を求めても、演算誤差が少なく、正確にカム軌跡をトレースすることが可能となる。
【０１１０】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては、マイコンの負荷を軽減しながら、正確にカム軌跡をトレースする追従方法について説明した。しかしながら、トレースすべき合焦軌跡が既に特定されているマニュアルモード時や、ＡＦモード時であっても、テレ方向からワイド方向へのズーム動作ならば第１の実施の形態による方法でもボケを生じることはないが、ＡＦモード時のワイドからテレ方向へのズーム時では、先に述べたように合焦カム軌跡が収束点より発散していく方向なので、合焦カムの特定を行いながら、ズーム動作を行わないと、ボケを発生してしまうことになる。そこで、第２の実施の形態では、第１の実施の形態による方法においてＡＦモード時のワイドからテレ方向へのズーム時でも、ボケる事がないよう拡張した例を説明する。
【０１１１】
図１３は、図９と同様に図７のＳ７０５を詳しく説明するためのフローチャートである。この図１３の処理では、ワイドからテレへのズームでジグザグ動作を行いながら、追従すべきカム軌跡を特定しながら、トレースする方法を示している。なお、Ｓ９０１からＳ９１０に至る処理ルーチンは、図９において既に説明したので、詳細な説明は割愛する。
【０１１２】
Ｓ１３０１は各種パラメータの初期値化を行う処理であり、以後の処理で用いる「反転フラグ」のクリアを行う。Ｓ１３０２はＳ９１０で得たフォーカス標準移動速度から、ジグザグ動作用の補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ − の算出ルーチンである。ここで補正量パラメータδ、及び補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ −は以下のように算出される。
【０１１３】
図１４は、補正量パラメータδに応じた補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ −の計算方法を説明するための図面である。本図において、横軸はズームレンズ位置、縦軸はフォーカスレンズ位置を示しており、６０４が追従すべきカム軌跡であるとする。
【０１１４】
いま、ズームレンズ位置がｘだけ変化するときフォーカスレンズ位置がｙ変化するフォーカス速度が１４０３で算出された標準速度Ｖｆ０であり、ズームレンズ位置がｘ変化するとき、フォーカスレンズ位置が変位ｙを基準としてｎ、またはｍだけ変化するフォーカス速度がそれぞれ、求めたい補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ −である。
【０１１５】
ここで、変位ｙよりさらに至近に駆動する速度（標準速度Ｖｆ０と正方向の補正速度Ｖｆ ＋を加算）の方向ベクトル１４０１と、変位ｙより無限に駆動する速度（標準速度Ｖｆ０と負方向の補正速度Ｖｆ −を加算）の方向ベクトル１４０２とが、標準速度Ｖｆ０の方向ベクトル１４０３に対して、等しい角度δだけ離れた方向ベクトルを持つようにｎ，ｍを決定する。
【０１１６】
まずｍ，ｎを求める。図１４より図形的に、
【０１１７】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【数１３】
となり、ｎ，ｍが知れる。ここで補正角度δは、被写界深度の深さや、焦点距離等をパラメータとした変数としている。そうすることにより、フォーカスレンズの駆動状態に応じて変化する鮮鋭度信号レベルの増減周期を、所定のフォーカスレンズ位置変化量に対して一定に保つことができ、ズーミング中追従すべき軌跡を見逃す可能性を低減する事が可能となる。
【０１２２】
δの値に応じてレンズ制御マイコン１１２のメモリ内に、テーブルとしてｋの値で記憶し、必要に応じて読み出すことにより、（１２），（１３）式の計算を行う。ここで、ズームレンズ位置が単位時間当たりｘ変化するとすれば、ズーム速度Ｚｓｐ＝ｘ、フォーカス標準速度Ｖｆ０＝ｙ、補正速度Ｖｆ ＋＝ｎ，Ｖｆ −＝ｍとなり、（１２），（１３）式により、補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ −（負の速度）が得られる。
【０１２３】
再び図１３に戻る。Ｓ１３０３は図７のＳ７０３で、シスコン１２４との相互通信により得られたズームＳＷユニット１２５の操作状態情報に応じて、ズーム中かどうかを判断する処理であり、真ならばＳ１３０６からの処理を行う。偽と判断されるとＳ１３０４で、ＡＦ評価信号レベルの現在値から、任意の定数μを減算した値をＴＨ１ とし、図６で説明した、補正方向のベクトル切換基準（ジグザグ動作の切換基準）となるＡＦ評価信号レベルが決定される。このＴＨ１ はズーム開始直前に決まることになり、この値が図６（Ａ）の６０２のレベルに対応する。
【０１２４】
次にＳ１３０５で補正フラグをクリアし、本処理を抜ける。ここで補正フラグとは、カム軌跡追従状態が正方向の補正がかかった状態（補正フラグ＝１）なのか、負方向の補正状態（補正フラグ＝０）であるのかを示すフラグである。
【０１２５】
Ｓ１３０３でズーム中と判断されると、Ｓ１３０４でズーム方向がワイドからテレ方向であるかの判別を行う。偽ならばＳ１３０９でＶｆ ＋＝０，Ｖｆ −＝０とし、Ｓ１３１０からの処理を行う。真ならば、Ｓ１３０７で現在のＡＦ評価信号レベルが、ＴＨ１ より小さいか否かの判別をする。偽ならばＳ１３１０へ行き、真ならば現在のＡＦ評価信号レベルが図６（Ａ）のＴＨ１ （６０２）のレベルを下回ったので、補正方向の切り換えを行うという意味で、Ｓ１３０８で反転フラグをセットする。
【０１２６】
Ｓ１３１０は反転フラグ＝１かどうかの判別で、真ならばＳ１３１１で前記補正フラグがセットかどうかの判別処理を行う。Ｓ１３１１で偽ならば、Ｓ１３１４で補正フラグ＝１（正方向の補正状態）とし、（４）式により、
【０１２７】
【数１４】
とする。一方、Ｓ１３１１で真ならばＳ１３１３で補正フラグ＝０（負方向の補正状態）とし、（５）式により、
【０１２９】
【数１５】
とする。Ｓ１３１０で偽と判断された場合は、Ｓ１３１２で補正フラグがセットかどうかを判別し、真ならばＳ１３１４へ、偽ならばＳ１３１３へ行く。
【０１３１】
本処理の終了後、図７のＳ７０６で動作モードに応じて、フォーカス、ズームの駆動方向と駆動速度が選択される。ズーム動作の場合、ここでは、Ｓ１３１３またはＳ１３１４で求めたフォーカス速度Ｖｆ が正であるのか、負であるのかにより、フォーカス駆動方向をそれぞれ、至近方向、無限方向に設定される。
【０１３２】
以上説明したように第２の実施の形態によれば、１垂直同期時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定する手法をＡＦ時のワイドからテレ方向のズーミングにも適用できるので、マイコン負荷の軽減しながら、ズーム速度に左右されることなく安定に合焦状態を維持した快適なＡＦ時のズーム性能の実現が可能となる。
【０１３３】
（第３の実施の形態）
第１および第２の実施の形態では、フォーカスレンズ駆動用のアクチュエータとしてステッピングモータを用いた場合を説明してきたが、第３の実施の形態では、駆動騒音、駆動振動が少なく高速性に優れたリニアモータを用いた例を説明する。
【０１３４】
まず、リニアモータをフォーカスレンズ駆動用モータ１１９（図１参照）として用いる長所について説明する。インナーフォーカスタイプのレンズを搭載したカメラにおいて、ズームを等速で移動させた際、合焦状態を維持する為には、カム軌跡の傾きが急峻になるテレ端付近でのフォーカス移動速度を速くする必要があるが、フォーカスモータがステッピングモータである場合には、この所望速度が脱調限界速度を越えてしまう場合がある。
【０１３５】
これを防止するため、フォーカスモータの速度は脱調限界速度以内を維持しながら、ズームモータの速度を減速して、合焦状態を維持するのが一般的に採用されている手法である。
【０１３６】
しかしながら、フォーカスレンズ駆動用モータに高速駆動に優れるリニアモータが用いられていれば、ズームモータ速度を減速する必要がなく、同時に等速度で移動するズーム速度自身も高速にする事が可能なので、超高速ズームを実現することが可能になる。
【０１３７】
図１６は、このようなリニアモータとしてムービングコイルタイプのボイスコイルモータを適用したレンズの移動機構の例を示す。ここで、図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面である。図１６において、レンズ１６１０ｂ１ 〜１６０１ｂ３ を保持したレンズ保持枠１６１１の外周にヨーク１６１７ａとボビン１６１９に巻き付けたコイル１６１６を配設し、ヨーク１６１７ａに対向してコイル１６１６の外側にヨーク１６１７ｂとこれに接着したマグネット１６１５を配設し、このヨーク１６１７ａ，ｂ、マグネット１６１５を固定筒１６０２に取り付けている。上記レンズ保持枠１６１１は光軸と平行な２本の案内棒１６０３ａ，１６０３ｂによって光軸方向に移動可能に保持されている。マグネット１６１５は図１６（Ｂ）に示されるように着磁されているので、ヨーク１６１７ａ，１６１７ｂの間には半径方向に磁場が形成されている。コイル１６１６はヨーク１６１７ａ，１６１７ｂの間に存在し、且つ円周方向に巻かれているので、このコイル１６１６に電流を流すと光軸方向への駆動力が発生し、ボビン１６１９を一体に構成しているレンズ保持枠１６１１及びレンズ群１６１０ｂ１ 〜１６０１ｂ３ が光軸方向に駆動する。
【０１３８】
図１５は、図１６に示した構成のリニアモータをフォーカスレンズ駆動用とした場合の、撮像装置の構成図である。図１５に於いて、図１と同様の構成については同一の番号を付して、ここでは説明を割愛する。
【０１３９】
次に、図１５を用いてリニアモータの制御方法について説明する。フォーカスレンズ１０５の位置は位置エンコーダ１５０２によって検出され、エンコーダ出力信号は増幅回路１５０３に入力されて適切なゲイン調節が施され、比較回路１５０４に入力される。一方、レンズ制御マイコン１１２からはフォーカスレンズを移動させる目標信号が比較回路１５０４に出力される。
【０１４０】
比較回路１５０４では２つの信号の差分に相当する偏差信号を出力し、積分回路１５０５で積分処理された後、加算回路１５０７で、位置エンコーダ出力を微分回路１５０６で微分した出力信号と、加算され、加算信号がモータドライバ１５０８に送られ、モータコイル１５０１に電流を印加することでループ制御を行っている。コイル１５０１の片側には基準電圧が印加されており、１５０８はコイル１５０１の反対側に基準電圧に対し、正または負となる電圧を印加する事でモータコイル１５０１に流れる電流の極性を切換えることでフォーカスレンズ１０５の移動方向を変更し、また、出力する電圧レベルを変化させることで、フォーカスレンズ１０５の駆動量を変更している。
【０１４１】
ここで、微分回路１５０６により速度フィードバックをしているのは、ループ系を安定させる為と、フォーカスレンズの急激な移動を抑制することで、自然な撮影映像を作り出すと共に、移動範囲を超えてメカ部材に衝突することを防ぐ為である。また、レンズ制御マイコン１１２から出力される信号は移動目標信号は、例えば、フォーカスレンズ位置に対して出力する目標信号レベルの相関が予め分かっており、その関係をマイコン内にデータテーブルとして記憶し、移動させたいレンズ位置に対して前記データテーブルを参照し、出力値換算することで生成される。
【０１４２】
次に、図１７を用いて、第３の実施の形態に於けるカム軌跡追従方法を説明する。この図１７の処理は、図７におけるＳ７０５のズーム処理ルーチンを詳しく示した図面である。なお、リニアモータによるフォーカス制御では、図７においてフォーカスモータに関する処理は「速度」の項目は必要なく、目標位置信号を出力する、上述してきた様な制御方法になる。また、図１７の処理ルーチン中、図９および図１３と同様な処理は同一のステップ番号を付してある。
【０１４３】
図１７のＳ９００は、シスコン１２４から受け取るズームスイッチ１２５の押圧情報に応じて、自然な変倍動作が行えるよう、ズームモータの駆動速度Ｚｓｐを設定するルーチンである。
【０１４４】
Ｓ９０１は、現在のズームレンズ、フォーカスレンズ位置から撮影している被写体の撮影距離を特定し、その被写体距離情報を３つの軌跡パラメータα，β，γとしてＲＡＭなどのメモリ領域に記憶する処理ルーチンであり、図１０に示した処理から構成されており、第１の実施の形態で既に説明した通りである。Ｓ９０１により、現在のズーム、フォーカスレンズ位置が図３のカム軌跡上でどの位置なのか、軌跡パラメータの記憶が行える。
【０１４５】
Ｓ９０２は１垂直同期時間後にズームレンズが到達しているズーム位置Ｚｘ ′を算出するルーチンである。Ｓ９００で決定されたズーム速度をＺｓｐ（ｐｐｓ）とすると、１垂直同期時間後のズーム位置Ｚｘ ′は以下の（７）式で与えられる。次に、Ｚｘ ′がどのズームエリアｖ′に存在するのかをＳ９０３で決定する。
【０１４６】
Ｓ９０３は図１１の処理と同様な処理であり、図１１に於いてＺｘ →Ｚｘ ′，ｖ→ｖ′としたものである。
【０１４７】
次にＳ９０４で１Ｖ後のズームレンズ位置Ｚｘ ′がズームエリアの境界上に存在しているかどうかを判別し、境界フラグ＝０ならば境界上にないとしてＳ９０５からの処理へ行く。
【０１４８】
Ｓ９０５で、Ｚｋ ←Ｚ（ｖ’），Ｚｋ−１ ←Ｚ（ｖ’−１）とする。次に、Ｓ９０６で図１０の処理により被写体距離γが特定された４つのテーブルデータＡ（γ，ｖ’−１），Ａ（γ，ｖ’），Ａ（γ＋１，ｖ’−１），Ａ（γ＋１，ｖ’）を読み出し、Ｓ９０７で、上述した（２），（３）式からａｘ ′，ｂｘ ′を算出する。
【０１４９】
一方、Ｓ９０３で真と判断された場合はＳ９０８で、被写体距離γ、ズームエリアｖ′の合焦フォーカス位置Ａ（γ，ｖ’）、及びＡ（γ＋１，ｖ’）を呼び出し、それぞれａｘ ′，ｂｘ ′としてメモリする。そして、Ｓ９０９でズーム位置がＺｘ ′に達したときの合焦フォーカス位置Ｐｘ ′を算出する。前述の（８）式より、１Ｖ後に到達すべき追従の標準目標位置は、
【０１５０】
【数１６】
Ｓ１３０１では以後の処理で用いる「反転フラグ」のクリアを行う。Ｓ１７０１ではＳ９０９で得たフォーカス標準目標位置を基に、ステッピングモータでのＡＦモード時のズーム動作と同様の動作を実現するために、ジグザグ動作用の補正位置Ｐｆ ＋，Ｐｆ −を算出する。
【０１５２】
図１４で既に説明した通り、ジグザグ動作の補正速度Ｖｆ ＋，Ｖｆ −は、補正パラメータδに応じ、標準移動速度Ｖｆ０からの変化速度として決定される。これら補正速度は単位時間当たりの移動量であるから、１垂直同期期間での標準目標位置Ｐｘ ′を基準とした補正移動量は、補正速度の絶対値を垂直同期周期で除算した量となる。従って、
【０１５３】
【数１７】
【数１８】
となる。次に、Ｓ１３０３は図７のＳ７０３で、シスコン１２４との相互通信により得られたズームＳＷユニット１２５の操作状態情報に応じて、ズーム中かどうかを判断する処理であり、真ならばＳ１３０６からの処理を行う。偽と判断されるとＳ１３０４で、ＡＦ評価信号レベルの現在値から、任意の定数μを減算した値をＴＨ１ とし、図６で説明した、補正方向のベクトルの切換基準（ジグザグ動作の切換基準）となるＡＦ評価信号レベルが決定される。このＴＨ１ はズーム開始直前に決まることになり、この値が図６（Ａ）の６０２のレベルに対応する。
【０１５６】
次にＳ１３０５で補正フラグをクリアし、本処理を抜ける。ここで補正フラグとは、カム軌跡追従状態が正方向の補正がかかった状態（補正フラグ＝１）なのか、負方向の補正状態（補正フラグ＝０）であるかを示すフラグである。
【０１５７】
Ｓ１３０３でズーム中と判断されると、Ｓ１３０４でズーム方向がワイドからテレ方向であるか否かの判別を行う。偽ならばＳ１７０２でＰｆ ＋＝０，Ｐｆ −＝０とし、Ｓ１３１０からの処理を行う。真ならば、Ｓ１３０７で現在のＡＦ評価信号レベルが、ＴＨ１ より小さいか否かの判別をする。偽ならばＳ１３１０へ行き、真ならば現在のＡＦ評価信号レベルが図６（Ａ）のＴＨ１ （６０２）のレベルを下回ったので、補正方向の切り換えを行うという意味で、Ｓ１３０８で反転フラグをセットする。
【０１５８】
Ｓ１３１０は反転フラグ＝１かどうかの判別で、真ならばＳ１３１１で前記補正フラグがセットかどうかの判別処理を行う。Ｓ１３１１で偽ならば、Ｓ１７０４で補正フラグ＝１（正方向の補正状態）とし、１垂直同期時間後に移動しているべきフォーカス目標値Ｐｆ を、
【０１５９】
【数１９】
とする。一方、Ｓ１３１１で真ならばＳ１７０３で補正フラグ＝０（負方向の補正状態）とし、１垂直同期時間後に移動しているべきフォーカス目標値Ｐｆ を、
【０１６１】
【数２０】
とする。Ｓ１３１０で偽と判断された場合は、Ｓ１３１２で補正フラグがセットかどうかを判別し、真ならばＳ１７０４へ、偽ならばＳ１７０３へ行き、本処理を抜ける。
【０１６３】
以上説明したように第３の実施の形態によれば、１垂直同期時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定する手法を、リニアモータによるフォーカス位置制御にも適用できるので、例えば、１垂直同期期間内の時間でズームレンズが図４の位置Ｚ４ から位置Ｚ６ まで移動する場合に、ループ制御によりフォーカス位置だけがｐ５ （図４のｐ６ ″）に取り残され、ボケが生ずるという問題を防ぎながら、超高速ズームを実現することが可能となる。
【０１６４】
特に、演算タイミングとズーム速度が変わっても、所定期間（ここでは１垂直同期期間）というズームが移動するのに要する所要時間は一定であるので、算出される追従目標位置とフォーカス現在位置の距離差を移動するのに要する所要時間だけを考慮しておけば、所定時間後のズーム位置に合わせフォーカス位置を目標位置に至らしめる事は容易であり、合焦性能に優れ、高速ズームで快適な撮像装置を提供することが可能となる。
【０１６５】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、処理用マイクロコンピュータに負荷を発生することなく、且つ変倍動作のズーム速度やフォーカスレンズモータの種類に依らずに、安価に快適な優れたズーミング性能を実現できる撮像装置および撮像方法を提供することができる。すなわち本発明によれば、所定時間後における第１のレンズ群の予測移動位置を演算し、当該演算結果に基づいて第２のレンズ群の移動速度又は位置を算出するので、例えば様々な変倍スピードであってもピントのあったズーム処理を行うことができる。
【０１６６】
より具体的には、以下に列挙する格別な効果を奏することができる。
【０１６７】
１．所定時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定することにより、所定期間内に複数回軌跡追従演算を行わなくとも、ズーム速度に左右されることなく安定に合焦状態を維持した、マニュアルモード時のズーム性能を実現できるので、マイコン負荷の軽減に繋がる。また、フォーカス標準移動速度を算出する際の、演算誤差を押さえることが可能となるので、正確にカム軌跡をトレースすることが可能となる。
【０１６８】
２．所定時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定する手法をＡＦ時のズーミングにも適用することにより、マイコン負荷を軽減しながら、ズーム速度に左右されることなく安定に合焦状態を維持した快適なＡＦ時のズーム性能の実現が可能となる。
【０１６９】
３．所定時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定する手法を、リニアモータによるフォーカス位置制御にも適用することにより、ループ位置制御している系に特有な、ズーム移動に対し、フォーカスだけが取り残され、ボケが生ずるという問題を防ぎながら、超高速ズームを実現することが可能となる。特に、演算タイミングとズーム速度が変わっても、所定期間というズームが移動するのに要する所要時間は一定であるので、算出される追従目標位置とフォーカス現在位置の距離差を移動するのに要する所要時間だけを考慮しておけば、所定時間後のズーム位置に合わせフォーカス位置を目標位置に至らしめる事は容易であり、合焦性能に優れ、高速ズームで快適な撮像装置を提供することが可能となる。
【０１７０】
４．所定時間後のズーム移動先を予測し、その位置に合わせフォーカスレンズのカム軌跡追従移動先を決定する手法を、リニアモータによるフォーカス位置制御、及びＡＦ時のズーミングにも適用することにより、ズーム速度に左右されることなく安定に合焦状態を維持した快適なＡＦ時のズーム性能の実現が可能となる。
【０１７１】
５．上記所定期間を１垂直同期期間とすることにより、撮像信号から焦点電圧信号を生成するタイミングと同期させることが出来るので、１垂直同期期間に１回のズーム制御処理を行うだけで、合焦カム軌跡と特定しながら、ボケのないズーム性能を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すブロック図である。
【図２】従来から用いられているインナーフォーカスタイプレンズシステムの構成を示す図である。
【図３】変倍レンズ位置とフォーカスレンズ位置との関係を示す線図である。
【図４】既に考案されている軌跡追従方法の一例を示す図である。
【図５】可変変倍レンズ位置に対する内挿方法を示す図である。
【図６】既に考案されている軌跡追従方法の一例を説明するための図である。
【図７】従来のレンズ制御手順を示すフローチャートである。
【図８】従来のレンズ制御手順を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態の一例による制御手順を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態の一例による制御手順を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態の一例による制御手順を示すフローチャートである。
【図１２】実施の形態の一例におけるカム軌跡情報のデータテーブルを示す図である。
【図１３】第２の実施の形態における制御手順を示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施の形態における演算について説明した図である。
【図１５】第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図１６】第３の実施の形態におけるリニアモータの構成図である。
【図１７】第３の実施の形態の制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０２ ズームレンズ
１０５ フォーカスレンズ
１０８ カメラ信号処理回路
１０９ ＡＦ信号処理回路
１１２ レンズ制御用マイクロコンピュータ（レンズ制御マイコン）
１２４ システムコントロールマイコン
Claims (19)
- 変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時による焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶した記憶媒体と、
変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算する予測手段と、
前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の移動速度を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて算出して駆動するようにする制御手段と
を具備したことを特徴とする撮像装置。 - 変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、
該第１のレンズ群の移動時に焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、
該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、
該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、
撮像手段により撮像された撮像信号中より焦点信号を抽出する抽出手段と、
変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算する予測手段と、
前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の移動速度を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて算出し、前記焦点信号の増減に応じて該移動速度を変化させながら駆動する制御手段と
を具備したことを特徴とする撮像装置。 - 変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、
該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、
該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、
該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、
変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算する予測手段と、
前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の補正位置を前記第１のレンズ群の予測位置に基づいて求める計算手段と、
前記所定時間後には前記補正位置に到達しているように前記第２のレンズ群の位置を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする撮像装置。 - 変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、
該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、
該第１および該第２のレンズ群をそれぞれに移動させるための駆動手段と、
該第１のレンズ群位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、
撮像手段により撮像された撮像信号中より焦点信号を抽出する抽出手段と、
変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算する予測手段と、
前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の補正位置を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて求める計算手段と、
前記焦点信号の増減に応じて前記補正位置を変更する補正位置変更手段と、
前記所定時間後には前記変更位置に到達しているように前記第２のレンズ群位置を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする撮像装置。 - 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の撮像装置において、
前記所定時間は、１垂直同期期間に相当することを特徴とする撮像装置。 - 請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記駆動手段としてステッピングモータを用いることを特徴とする撮像装置。 - 請求項３または４に記載の撮像装置において、
前記駆動手段としてリニアモータを用いることを特徴とする撮像装置。 - 変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体とを用いて撮像を行うに際して、
変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動先位置を演算し、
前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の移動速度を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて算出して駆動する
ことを特徴とする撮像方法。 - 変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、撮像手段により撮像された撮像信号中より焦点信号を抽出する抽出手段とを用いて撮像を行うに際して、
変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算し、
前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の標準移動速度を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて算出し、前記焦点信号の増減に応じて該移動速度を変化させながら駆動する
ことを特徴とする撮像方法。 - 変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群の位置に対する該第２のレンズ群の位置関係を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体とを用いて撮像を行うに際して、
変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算し、
前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の補正位置を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて求め、
前記所定時間後には前記補正位置に到達しているように前記第２のレンズ群位置を制御する
ことを特徴とする撮像方法。 - 変倍動作を行う為の第１のレンズ群と、該第１のレンズ群の移動時における焦点面の移動を補正するための第２のレンズ群と、該第１および該第２のレンズ群をそれぞれ移動させるための駆動手段と、該第１のレンズ群位置に対する該第２のレンズ群の合焦位置を、被写体距離に応じて記憶する記憶媒体と、撮像手段により撮像された撮像信号中より焦点信号を抽出する抽出手段とを用いて撮像を行うに際して、
変倍動作の際に、所定時間後における前記第１のレンズ群の移動位置を演算し、
前記記憶媒体内の情報に応じて、前記第２のレンズ群の補正位置を前記第１のレンズ群の予測移動位置に基づいて求め、
前記焦点信号の増減に応じて前記補正位置を変更し、
前記所定時間後には前記変更位置に到達しているように前記第２のレンズ群位置を制御する
ことを特徴とする撮像方法。 - 請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載の撮像方法において、
前記所定時間は、１垂直同期期間に相当することを特徴とする撮像方法。 - 請求項８または９に記載の撮像方法において、
前記駆動手段としてステッピングモータを用いることを特徴とする撮像方法。 - 請求項１０または１１に記載の撮像方法において、
前記駆動手段としてリニアモータを用いることを特徴とする撮像方法。 - 変倍レンズと、
前記変倍レンズの駆動に伴う焦点面位置の変位を補正するフォーカスレンズと、
前記変倍レンズの所定時間後における移動位置を演算し、該演算された前記変倍レンズの移動位置に対応する前記フォーカスレンズの予測移動位置を演算し、該予測移動位置へと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。 - 変倍レンズと、
前記変倍レンズの駆動を伴う焦点面位置の変位を補正するフォーカスレンズと、
前記変倍レンズの所定時間後における移動位置を演算し、該演算された前記変倍レンズの移動位置に対応する前記フォーカスレンズの予測移動位置を演算し、該予測移動位置に前記所定時間後に前記フォーカスレンズが到達するように、前記フォーカスレンズの速度を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするレンズ制御装置。 - 請求項１５または１６に記載のレンズ制御装置において、
焦点検出手段を備え、前記制御手段は、前記焦点検出手段の出力に基づいて前記予測移動位置を補正するように構成されていることを特徴とするレンズ制御装置。 - 請求項１５または１６に記載のレンズ制御装置において、
前記変倍レンズの移動に伴う前記焦点面位置の変位の軌跡を、前記フォーカスレンズの位置ごとに記憶した記憶手段を備え、前記制御手段は、この軌跡情報に基づいて、前記変倍レンズの移動位置および前記フォーカスレンズの予測移動位置を演算するように構成されていることを特徴とするレンズ制御装置。 - 請求項１８に記載のレンズ制御装置において、
前記制御手段は、所定の周期で、前記変倍レンズと前記フォーカスレンズの位置を検出し、その時刻より前記所定時間後までの間は、前記変倍レンズを一定速度で駆動するとともに、前記フォーカスレンズを前記軌跡情報によらず、前記予測移動位置へと移動するように構成されていることを特徴とするレンズ制御装置。
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