JP3576784B2 - 撮像装置、撮像方法およびレンズ制御装置 - Google Patents
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Description
【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
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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