JP3902950B2 - 撮像装置およびその撮像方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ等の撮像装置におけるレンズ制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の撮像装置の一例を示し、撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図４に示したように、この撮像装置は撮像素子５０１、固体撮像素子制御手段５０２、ＡＤ変換器５０３、カメラ信号生成手段５０４、ＤＡ変換器５０５、第１のクロック生成手段５０６、第２のクロック生成手段５０７、第１の制御信号生成手段５０８、第２の制御信号生成手段５０９、ローパスフィルタ手段５１０、間引き手段５１１、第１の変換手段５１２、第２の変換手段５１３、第３のクロック手段５１４、第３の制御信号生成手段５１５、選択手段５１６によって構成されている。
【０００３】
このような構成により、２つのクロックを切り替えることによって、固体撮像素子の一部の領域の映像信号と、全領域の映像信号とを選択的に読み出すことができるようになっている。それにより動画撮影時には動画の規格に必要な映像を撮影することができ、静止画撮影時にはより多くの画素を用いて高精細な映像を撮影することができる。
【０００４】
図５は、従来から用いられているインナーフォーカスタイプのレンズシステムの簡単な構成を示すものである。図５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、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（以下フォーカスレンズと称す）、１０６は撮像面（図４：撮像素子５０１）である。
【０００５】
図５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６のようになる。変倍中は、被写体距離に応じて図６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。
【０００６】
近年、撮像装置の小型化のために、撮像素子上に受光される領域を焦点距離により可変とし、広角側での受光領域（所謂、有効像円径）を小さくすることによって、前玉レンズ（図２、第１のレンズ群１０１）の径を小さくする手法が採られている。例えば、動画規格よりも多くの画素を有する撮像素子を用い、ワイド側では動画規格の画素領域のみが受光でき、テレ側では撮像素子全面で受光できるように受光領域が変化するような撮像装置である。この撮像装置では、動画規格の画素領域を切り出して、動画規格以上の画素に受光できる焦点距離から、その余剰画素分だけ切り出し位置を動かすことにより電子式の手ぶれ補正を行うことが可能となる。
【０００７】
図７（ａ）は焦点距離に対し、有効像円径が変化している様子を示した一例であり、図７（ｂ）はワイド端での撮像領域と有効像円径の関係、図７（ｃ）は特定の焦点距離（ポイント）４０１での撮像領域と有効像円径の関係をそれぞれ示している。図７から分かるように焦点距離に対し、ワイド端では切り出し位置を変化させると、撮影画面にケラレが生じるが、ポイント４０１以上の望遠側では、切り出し位置を変化させても画面のケラレは発生しないことが分かる。つまり、ポイント４０１よりも広角側では防振範囲が限定（ワイド端では防振不能）されるのに対し、ポイント４０１よりも望遠側では防振することが可能となる。このように防振範囲の限定付きではあるが、レンズを小型化することで、撮像装置本体のコストダウン、小型軽量化という大きな利点が生み出されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例では、動画撮影用の第１のクロックと静止画撮影用の第２のクロックとで、固体撮像素子の読み出し領域が異なる。例えば、図８（ａ）に示すように、第１のクロックでは固体撮像素子中の被写体像の一部の領域（破線部）である領域の映像、すなわち図８（ｂ）が読み出されるのに対し、第２のクロックでは全領域である映像、すなわち図８（ｃ）が読み出されてしまう。
【０００９】
このため上記のように動画と静止画の両者が撮像できる小型軽量化に優れた有効像円径可変のレンズタイプを組み合わせた場合、図８（ａ）の有効像円径６０１のように放送方式に必要な画素領域のみが受光領域となっている場合には動画は撮影可能である。ところが、静止画撮影のように撮像素子の有効画素全面を使って映像信号を作る場合では、画面のケラレが生じてしまうという問題があった。
【００１０】
また、つねに図８（ａ）の有効像円径６０２のように設定していると、結局レンズの前玉径を大きくせねばならず、レンズの小型化が図れなくなるだけでなく、撮像装置本体の小型化のメリットが無くなってしまい、ユーザにとって高価で、大きく重いカメラとなってしまっていた。
【００１１】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、ユーザに安価で小型軽量に優れ、かつ動画撮影および高精細な静止画撮影を実現できる撮像装置およびその撮像方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による撮像装置は、少なくとも変倍動作を行う変倍レンズ群を含む光学レンズ群を使用する撮像装置において、前記光学レンズ群を通過した被写体像を映像信号に変換する撮像素子と、前記変倍レンズ群の位置を制御して前記撮像素子上の受光領域の大きさを変更すると共に、変倍動作を行わせる変倍動作制御手段と、前記撮像素子の有効画素領域中から映像信号として読み出す第１のモードと、前記第１のモードで読み出される領域と異なる領域を前記撮像素子の有効画素領域中から映像信号として読み出す第２のモードとに設定制御する撮像素子制御手段と、前記第１のモードおよび前記第２のモードを選択するモード選択手段と、前記モード選択手段により選択されたモードの状態に応じて、変倍動作時の前記変倍レンズ群の移動範囲を変更する移動範囲制御手段と、前記移動範囲内における前記変倍レンズ群の現在位置の焦点距離比率を算出し、前記モード選択手段によるモード切替前後で、算出される前記焦点距離比率が等しくなるように前記変倍レンズ群の位置を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の撮像装置において、前記制御手段は前記第１のモードでの前記変倍レンズ群の現在位置がワイド端またはテレ端であるとき、前記第２のモードへ移行後も前記変倍レンズ群の現在位置がそれぞれワイド端またはテレ端に位置するように制御することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の撮像装置において、変倍動作の状態を撮影者に知らせる表示手段を有し、前記モード選択手段によるモードの切替で、前記表示手段により表示される変倍動作表示が変化しないように制御する表示制御手段を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の撮像装置において、前記モード切替時に前記撮像素子から出力された映像信号を前記表示手段に出力しないことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の撮像装置において、前記表示手段は映像信号に変倍動作の状態を表すキャラクタで多重表示され、前記表示制御手段は前記モードに応じた現在の変倍レンズ位置の焦点距離比率を算出し、正規化した信号によってキャラクタ表示することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の撮像装置おいて、前記第１のモードは動画撮影モードで、前記第２のモードは静止画撮影モードであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の撮像装置において、前記第１のモードでは前記撮像素子の有効画素領域中から一部の領域を映像信号として読み出し、前記第２のモードでは前記撮像素子の全有効画素領域を映像信号として読み出すことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の撮像方法は、少なくとも変倍動作を行う変倍レンズ群を含む光学レンズ群を使用する撮像方法において、前記光学レンズ群を通過した被写体像を、撮像素子により映像信号に変換する撮像工程と、前記変倍レンズ群の位置を制御して前記撮像素子上の受光領域の大きさを変更すると共に、変倍動作を行わせる変倍動作制御工程と、前記撮像素子の有効画素領域中から映像信号として読み出す第１のモードと、前記第１のモードで読み出される領域と異なる領域を前記撮像素子の有効画素領域中から映像信号として読み出す第２のモードとに設定制御する撮像素子制御工程と、前記第１のモードおよび前記第２のモードを選択するモード選択工程と、前記モード選択工程により選択されたモードの状態に応じて、変倍動作時の前記変倍レンズ群の移動範囲を変更する移動範囲制御工程と、前記移動範囲内における前記変倍レンズ群の現在位置の焦点距離比率を算出し、前記モード選択工程によるモード切替前後で、算出される前記焦点距離比率が等しくなるように前記変倍レンズ群の位置を制御する制御工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の撮像方法において、前記制御工程において前記第１のモードでの前記変倍レンズ群の現在位置がワイド端またはテレ端であるとき、前記第２のモードへ移行後も前記変倍レンズ群の現在位置がそれぞれワイド端またはテレ端に位置するように制御することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の撮像方法において、変倍動作の状態を撮影者に知らせる表示工程を含み、前記モード選択工程によるモードの切替で、前記表示工程により表示される変倍動作表示が変化しないように制御する表示制御工程を有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の撮像方法において、前記モード切替時に前記撮像素子から出力された映像信号を前記表示工程において出力しないことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の撮像方法において、前記表示工程において映像信号に変倍動作の状態を表すキャラクタで多重表示され、前記表示制御工程において前記モードに応じた現在の変倍レンズ位置の焦点距離比率を算出し、正規化した信号によってキャラクタ表示することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の撮像方法において、前記第１のモードは動画撮影モードで、前記第２のモードは静止画撮影モードであることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の撮像方法において、前記第１のモードでは前記撮像素子の有効画素領域中から一部の領域を映像信号として読み出し、前記第２のモードでは前記撮像素子の全有効画素領域を映像信号として読み出すことを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、動画撮影や静止画撮影の撮影モードに合せて、固体撮像素子中の映像信号読み出し領域が異なる際に、固体撮像素子の受光領域が映像信号読み出し領域以上になる範囲に限定して変倍レンズ群の移動範囲を制御する。これにより焦点距離により有効像円径が変化する光学レンズユニットの利点を生かして、撮像装置本体の小型軽量化、コストダウンが行えると共に、高精細な静止画撮影を実現することが可能となる。
【００２７】
特に撮影モードの切替で、変倍レンズの移動範囲が撮影モードで異なっていても、変倍状態を示すズーム表示を表示状態が変化しないように、移動範囲内の割合で表示する。これによりワイド端位置、テレ端位置も変わらない同じズームバー表示を動画時、静止画時とも同一の表示形式で行える。
【００２８】
また、移動範囲内で変倍レンズの現在位置の割合がモード切替で変化しないように制御されるので、ズーム表示上の現在位置の変化も発生しないだけでなく、一方のモードでワイド端位置の場合、他方のモードでもワイド端位置となるので、撮影者の混乱を防止することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基き、従来例と実質的に同一または対応する部材には同一符号を用いて、本発明による撮像装置の好適な実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の特徴を表す実施形態の構成図である。
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（光学レンズ群）、それぞれ固定の前玉レンズ群（第１のレンズ群）、変倍を行うための第２のレンズ群（変倍レンズ）、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る（撮像工程）。そして増幅器１０７で最適なレベルに増幅され、カメラ信号処理手段１０８へと入力され、標準テレビ信号に変換される。
【００３０】
カメラ信号処理手段１０８は、入力されるデジタル映像信号に対し、アパーチャ処理、ガンマ補正処理、ニー処理、Ｙ／Ｃ分離処理等を行う手段であり、特に静止画撮影時には走査線数変換のための補間処理を行い、１フレームの静止画像を出力する処理を行う。また、システム制御手段１１１からの指令に応じて、撮像信号の代わりに所定の画像信号（例えば青色や白色や黒色などの色フェード信号や、図柄や文字を含んだ撮影者への警告画面の信号等）を出力することが可能な所定信号生成部１０８ａを含んでおり、所定の条件時には撮像信号をミューティングする処理が行われる。
【００３１】
固体撮像素子制御手段１０９は固体撮像素子１０６を駆動し、信号の読み出しや電荷蓄積時間を制御している。特に撮影モードに応じて、固体撮像素子１０６中の任意の領域の映像信号を読み出すような制御が可能であり、撮影モード選択スイッチ手段１１８（モード選択手段）の出力が、マイコン等のシステム制御手段１１１を介して、接続されており、撮影モードの状態が入力されている。
【００３２】
システム制御手段１１１は、ズーム駆動手段（モータドライバ）１１２、固体撮像素子制御手段１０９、カメラ信号処理手段１０８およびレコーダ信号処理手段１１０を統合的に制御する。そして、動画撮影時および静止画撮影時にそれぞれが連動して、適切な動作が行えるように指令を与えるマイコン等の制御プログラムからなっている。特に本発明の特徴であるズーム動作制御部１１１ｃ（変倍動作制御手段）は、システム制御手段１１１内部に組み込まれているものとして、以下説明する。
【００３３】
また別機能として、システム制御手段１１１は露出制御、焦点調節制御も行っている。カメラ信号処理手段１０８内の露出信号処理部１０８ｂ、ＡＦ（オートフォーカス）信号処理部１０８ｃで検波された評価値信号を、通信を介して受け取り、露出制御部１１１ａ、ＡＦ制御部１１１ｂ内のプログラム処理により、それぞれ映像信号が適正露出となるようにアイリス駆動手段１１６およびＩＧメータ１１７を駆動して、絞り１０３を制御し、光量調節を行う。一方、ＡＦ評価信号の強度が最大になるように、フォーカス駆動手段１１４およびフォーカスモータ１１５を駆動して焦点調節を行っている。
【００３４】
また、ズーム制御部１１１ｃではズーム動作時、図６に示したカム軌跡に追従しながら合焦状態を維持するためにレンズカム軌跡データ１１１ｄ（図６のカム軌跡情報がテーブルデータ化されている）を有している。ズーミング動作時には、ズーム駆動手段１１２およびズームモータ１１３を駆動しつつ、合焦状態を維持するため、フォーカス駆動手段１１４およびフォーカスモータ１１５を同時に駆動する（変倍動作）。このとき変倍レンズ１０２の可動範囲は、図示しないレンズバランス出し調整（撮像素子１０６までのフランジバック量とレンズメカのバラツキを含め、マイコン内部に記憶している設計カム軌跡に最も近づくように、実物レンズの合わせ込みを行う調整）で決定されるワイド端とテレ端間が最大可動範囲と設定されている。
そして、この範囲を超えて超ワイド側あるいは超テレ側へのレンズ移動は禁止されている。
【００３５】
さらにシステム制御手段１１１は、操作スイッチの検出も行っている。撮影モードを動画または静止画に選択するための撮影モードスイッチ手段１１８、ズームスイッチ１１９（ユニット化されたズームＳＷ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なされる）やＡＦ／ＭＦ（マニュアルフォーカス）モードの切換ＳＷ１２０が接続されている。カメラ信号処理手段１０８で生成された映像信号は、レコーダ信号処理手段１１０に出力される。レコーダ信号処理手段１１０では、ファインダ等の表示手段１２１に表示信号を送ると共に、システム制御手段１１１から受け渡される撮影モード状態に応じ、記録媒体に対して最適となるように映像信号を処理しつつ、動画記録手段１２２または静止画記録手段１２３に記録を行う。
【００３６】
ここで、レンズ駆動用モータ（ズームモータ１１３およびフォーカスモータ１１５）がステッピングモータであるとして、以下、駆動方法を説明する。ステッピングモータは、制御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。
【００３７】
システム制御手段１１１は、プログラム処理によりズームモータ１１３、フォーカスモータ１１５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１１３、ズーム駆動手段１１２、フォーカスモータ１１５およびフォーカス駆動手段１１４に送る。また、各モータ１１３，１１５の駆動／停止命令および各モータ１１３，１１５の回転方向命令を駆動手段１１２，１１４に送っている。その駆動／停止信号および回転方向信号は、ズームモータ１１３に関しては主としてズームスイッチユニット１１９の状態に応じて、フォーカスモータ１１５に関しては、ＡＦ時およびズーム時にシステム制御手段１１１内の処理で決定する駆動命令に応じている。モータドライバは、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および逆回転の位相に設定し、か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。これ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、モータへの出力をＯＮ／ＯＦＦ制御している。
【００３８】
本発明の特徴である変倍レンズの移動範囲を撮影モードに応じ変更する移動範囲制御方法について、図２のフローチャートを用いて動作シーケンスを説明する。図２の処理は１フィールド周期で行われ、システム制御部１１１で実行される。本処理はサブルーチン化されており、本処理とは別の処理で（図示せず）、記録媒体への記録制御等のレコーダ制御や露出制御等のカメラ制御がなされているものとする。なお、本発明の受光領域つまり有効像円径は、図７と同様な特性を持つものとして説明を行う。
【００３９】
本発明の特徴として、撮影モードにより変倍レンズの移動範囲を変更することで、固体撮像素子への受光領域（有効像円径）が、撮像素子の読み出し領域以上の大きさとなるように設定することで、画面のケラレ防止と有効像円径可変のレンズシステムの利点を生かした小型化とを同時に図っている。
つまり変倍レンズの移動範囲を、動画モード時（動画撮影モード）は図７（ａ）のワイド端からテレ端まで移動可能とし、静止画モード時（静止画撮影モード）にはポイント４０１からテレ端までを移動範囲とするようにズーミング範囲を限定している。
以下詳細な動作フローを説明する。
【００４０】
先ずステップＳ７０１で処理を開始し、撮影モード選択スイッチ手段１１８の状態を検出し、前回の撮影モードと今回の撮影モードとでモード状態が変化したかどうかを判別する（ステップＳ７０２）。モード状態の切替があった場合には、ステップＳ７０３で撮影モードを判別し（モード選択工程）、各モードに応じて変倍レンズの可動範囲のワイド端Ｗendを、動画モード時には図７（ａ）のワイド端位置４００（＝Ｗmovie）と設定し（ステップＳ７０５）、静止画モード時には図７（ａ）のズーム位置（ポイント４０１＝Ｗstill）と設定する（ステップＳ７０４）。このように設定することで、各撮影モードでケラレの生じないワイド位置として可動範囲が設定される（移動範囲制御手段、移動範囲制御工程）。
【００４１】
これと共にステップＳ７１６で現在の変倍レンズ１０２の位置が、各モードで異なる可動範囲内でどの焦点距離比率Ｚrateにいるのかを算出する。動画モード時には図７（ａ）のワイド端Ｗmovie４００を「０」、テレ端Ｔend４０６を「１」とした場合での焦点距離比率Ｚrateが、静止画モード時には図７（ａ）のポイントＷstill４０１を「０」、テレ端Ｔend４０６を「１」とした場合での焦点距離比率Ｚrateが、それぞれ算出されることになる。
【００４２】
一方、ステップＳ７０２でモード切替が行われた場合には、ステップＳ７０６で撮影モードを判別し、この場合にも各モードに応じて変倍レンズの可動範囲のワイド端Ｗendを、ステップＳ７０４およびステップＳ７０５と同様に設定する。すなわち、動画モード時には図７（ａ）のワイド端位置４００（＝Ｗmovie）と設定し（ステップＳ７０８）、静止画モード時には図７（ａ）のズーム位置（ポイント４０１＝Ｗstill）と設定し（ステップＳ７０７）、撮像素子の読み出し領域の設定をステップＳ７１０およびステップＳ７０９で行う（撮像素子制御工程）。動画時にはステップＳ７１０で読み出し領域を動画モード用に設定すると共に（図７（ｂ），（ｃ）の画素領域４０２）、レコーダ信号処理手段に撮影モードを動画撮影と指示することで、動画用の記録媒体を選択させ、静止画モード時には、ステップＳ７０９で撮像素子の読み出し領域を静止画用に設定し（図７（ｂ），（ｃ）の有効画素領域４０３）、レコーダ信号処理手段に撮影モードを静止画撮影と指示することで、静止画用の記録媒体を選択させる。
【００４３】
つぎにステップＳ７１１で、モード切替時の変倍レンズ１０２の位置が、切替前と切替後とで、可動範囲内での焦点距離比率が等しくなるように、切替後の変倍レンズ１０２の移動目標位置Ｚtrgtを算出する。ステップＳ７１１によれば、移動目標位置Ｚtrgtは、モード切替前の焦点距離比率Ｚrateを用い、切替後の撮影モードの変倍レンズ１０２の可動範囲内での切替前比率が示す位置が目標位置として算出される。ステップＳ７１２では、変倍レンズ１０２の移動中、撮像信号をミュートするため、カメラ信号処理手段１０８に撮像信号の出力を禁止させる。その代わりに所定のミューティング信号を出力させるように制御し、ファインダ等の表示手段１２１に所定画面が表示されるようにする。また、同時に記録媒体への記録動作も禁止させる。
【００４４】
そしてステップＳ７１３で受光領域が読み出し領域以上となるように、また可動範囲の切替での焦点距離比率が変化しないように、変倍レンズをＺtrgtに強制的に移動させる。そして、ステップＳ７１４でＺtrgtまで変倍レンズ１０２が到達するまで待機し、到達後変倍レンズ１０２を停止させる（ステップＳ７１５）。そして、ステップＳ７１６で先に説明したように、現在の変倍レンズ１０２位置での焦点距離比率を算出し、ステップＳ７１７でカメラ信号処理手段１０８に撮像信号の出力を許可し、ミューティングを解除する。また、同時に記録媒体への記録動作も許可させ、ステップＳ７１８で今回の撮影モードのバックアップを行い、つぎのフィールドの処理でのステップＳ７０２に用いる。
【００４５】
ステップＳ７１９からの処理は、ズーム動作時の変倍レンズ１０２が、各撮影モードで、可動範囲を超えないようにする処理である。ステップＳ７１９では、ズームスイッチユニット１１９の状態を検出し、ズーム中かどうかの判別を行う。ズーム中でない場合には、ステップＳ７２５で変倍レンズを停止させる。ズーム中の場合、ワイド方向への命令かどうかを判別し（ステップＳ７２０）、ワイド方向ならばステップＳ７２１で、変倍レンズの現在位置１０２が、ステップＳ７０４（ステップＳ７０７）またはステップＳ７０５（ステップＳ７０８）で設定されたワイド端Ｗendよりも大きいか（望遠側か）を判別し、真ならばワイド方向へのズーミングを許可する（ステップＳ７２３）。
【００４６】
既にワイド端位置にいる場合はステップＳ７２５に進み、変倍レンズの移動を禁止する。ステップＳ７２０でテレ方向にズームスイッチ１１９が操作されていると判断された場合には、ステップＳ７２２で変倍レンズの現在位置１０２が、テレ端Ｔendよりも小さい（広角側か）を判別する。これが真ならばテレ方向へのズーミングを許可し（ステップＳ７２４）、既にテレ端位置にいる場合はステップＳ７２５に進み、変倍レンズの移動を禁止し、本処理を終了する（ステップＳ７２６）。本発明では、変倍レンズの位置は、望遠側（テレ方向）に進むほど、大きな値となるよう設定されているものとして、上記動作の説明を行った。
【００４７】
以上説明してきたように、放送方式よりも多い画素数をもつ固体撮像素子を用い、動画撮影と動画より多い画素情報を使って高精細な静止画撮影とを行える撮像装置において、撮像素子の受光領域が、広角で少なくとも動画撮影に使用する画素領域以上の大きさで、望遠になるに従い受光領域が広がるような有効像円径可変のレンズシステムを組み合わせつつ、撮影モードに合わせ使用される画素領域以上の受光領域となる範囲内でのみ、ズーミングが可能に設定される。これによりズーミングによる撮像画面のケラレなどが発生することなく、高精細な静止画撮影可能な撮像装置を、安価で小型軽量化というユーザにとって魅力ある製品として提供することが可能となる。また、移動範囲内で変倍レンズの現在位置の割合がモード切替で変化しないように制御されるので、一方のモードでワイド端位置の場合、他方のモードでもワイド端位置となるので、撮影者の混乱を防止することが可能となる。
【００４８】
（第２の実施形態）
つぎに、本発明の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態では、撮影モードに応じてズーム範囲が変更される例を説明したが、このとき撮影者にズーミング状態を知らせるズーム表示は、モードによってワイド端位置（ワイド焦点距離）が異なるため、トータルの光学ズーム倍率が異なる結果となる。例えば動画撮影時には１０倍、静止画撮影時には８倍のように静止画撮影時の倍率が動画時よりも低い倍率となる。このときスケールによるズームバー表示を正確に表示すると、ワイド端位置が静止画撮影時にテレ方向にずれることになり、かつバーの長さも動画撮影時に比べて短くなる結果となる。一方、変倍レンズが動画ワイド端から静止画ワイド端に強制移動する動きは、第１の実施形態で述べたようにミューティング、記録禁止を行ない、撮影者が混乱しないように、不用意な画面の乱れを認識できないように配慮している。前者の表示位置の移動は、後者の配慮を無駄にすることになり、撮影者の混乱を招くおそれがある。
【００４９】
そこで、第２の実施形態ではズーム表示は撮影モードによらず、同様な長さを有するズームバー表示形式が行えるようにするための例であり、以下詳細に説明する。
図３は、第２の実施形態を行うためのフローチャートであり、構成ブロックとしては第１の実施形態と同様な図１のシステムにおけるシステム制御手段１１１で実行される。また、図３のフローチャートで図２と同一の番号で示される処理は、既に図２で説明済みなので割愛するものとする。
【００５０】
ステップＳ８０１までの処理で、各動作モードに応じた、撮像素子からの読み出し領域の設定、変倍レンズ１０２の可動範囲の端設定、モード切替時の焦点距離比率を変えない変倍レンズ位置への強制移動処理等が完了しており、ステップＳ７１６で現在の変倍レンズ位置１０２の焦点距離比率Ｚrateが算出されている。ステップＳ８０１では、現在の焦点距離比率Ｚrateをズーム表示用バッファＺinfに変換する処理である。
【００５１】
Ｚrateはズーム全ストロークを変倍レンズ１０２が移動する際、ワイド端からテレ端までで「０」から「１」まで変化する値となる。例えば簡単のため、ズームバー表示は全ズームストロークを８分割、つまり９ポイントの停止位置を持つ表示であるとした場合、焦点距離比率Ｚrateを８倍してＺinfを算出する。Ｚinfは０から８まで変化するように正規化（規格化）されるので、この情報をレコーダ信号処理手段１１０に送り（ステップＳ８０２）、撮像信号にズームバー表示を多重して、表示手段１２１に出力し（表示工程）、表示処理を終了し、以下ステップＳ７１７からステップＳ７２６までの処理を実行する。ステップＳ７１８以降の処理は、図２の処理と同一なので、表記は割愛した。
【００５２】
第２の実施形態によれば、撮影モードの切替で、変倍レンズ移動範囲が撮影モードで異なっていても、変倍状態を示すズーム表示を表示状態が変化しないように、表示制御を行って移動範囲内の割合で表示するので、ワイド端位置、テレ端位置も変わらない、すなわち同じズームバー表示を動画時、静止画時とも同一のキャラクタ表示形式で行える（表示制御手段、表示制御工程）。また、移動範囲内で変倍レンズの現在位置の割合がモード切替で変化しないように制御されるので、ズーム表示上の現在位置の変化も発生しないだけでなく、一方のモードでワイド端位置の場合、他方のモードでもワイド端位置となるので、撮影者の混乱を防止することが可能となる。
【００５３】
ここで、上記様々な実施形態に示した各機能ブロックおよび処理手順は、ハードウェアにより構成してもよいし、ＣＰＵあるいはＭＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータシステムによって構成し、その動作をＲＯＭやＲＡＭに格納された作業プログラムに従って実現するようにしてもよい。また、上記各機能ブロックの機能を実現するように当該機能を実現するためのソフトウェアのプログラムをＲＡＭに供給し、そのプログラムに従って上記各機能ブロックを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００５４】
この場合、上記ソフトウェアのプログラム自体が上述した各実施形態の機能を実現することになり、そのプログラム自体およびそのプログラムをコンピュータに供給するための手段、たとえばかかるプログラムを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムを記憶する記憶媒体としては、ＲＯＭやＲＡＭの他にたとえばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｉ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ、ｚｉｐ、磁気テープ、あるいは不揮発性のメモリカード等を用いることができる。
【００５５】
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより、上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等の共同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
【００５６】
さらに、供給されたプログラムがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、動画撮影や静止画撮影の撮影モードに合せて、固体撮像素子中の映像信号読み出し領域が異なるものであっても、変倍レンズ群の移動範囲内で変倍レンズの現在位置の割合がモード切替で変化しないように制御されるので、ズーム表示上の現在位置の変化も発生しないだけでなく、一方のモードでワイド端位置の場合、他方のモードでもワイド端位置となるので、撮影者のカメラ操作における混乱を防止することが可能となる。
【００５８】
また、変倍レンズの移動範囲が撮影モードで異なっていても、変倍状態を示すズームバー表示のワイド端位置、またはテレ端位置が変わらないようにモニタ上に表示されるので、撮影者に混乱を与えない撮像装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における撮像装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における動作シーケンスを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態における動作シーケンスを示すフローチャートである。
【図４】従来の撮像装置の構成例を示す図である。
【図５】インナーフォーカスタイプのレンズシステムの構成例を示す図である。
【図６】インナーフォーカスタイプのレンズシステムにおける焦点位置とフォーカスレンズの位置関係を示す図である。
【図７】インナーフォーカスタイプのレンズシステムにおける焦点距離と有効像円径の関係等を示す図である。
【図８】インナーフォーカスタイプのレンズシステムにおける動画および静止画撮影用クロックと読み出し領域との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 前玉レンズ群（第１のレンズ群）
１０２ 第２のレンズ群（変倍レンズ）
１０３ 絞り
１０４ 第３のレンズ群
１０５ 第４のレンズ群（フォーカスレンズ）
１０８ カメラ信号処理手段
１０９ 固体撮像素子制御手段
１１０ レコーダ信号処理手段
１１１ システム制御手段
１１２ ズーム駆動手段（モータドライバ）
１１３ ズームモータ
１１４ フォーカス駆動手段
１１５ フォーカスモータ
１１６ アイリス駆動手段
１１７ ＩＧメータ
１１８ 撮影モードスイッチ手段
１１９ ズームスイッチ
１２０ モードの切換ＳＷ
１２１ 表示手段
１２２ 動画記録手段
１２３ 静止画記録手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ等の撮像装置におけるレンズ制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の撮像装置の一例を示し、撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図４に示したように、この撮像装置は撮像素子５０１、固体撮像素子制御手段５０２、ＡＤ変換器５０３、カメラ信号生成手段５０４、ＤＡ変換器５０５、第１のクロック生成手段５０６、第２のクロック生成手段５０７、第１の制御信号生成手段５０８、第２の制御信号生成手段５０９、ローパスフィルタ手段５１０、間引き手段５１１、第１の変換手段５１２、第２の変換手段５１３、第３のクロック手段５１４、第３の制御信号生成手段５１５、選択手段５１６によって構成されている。
【０００３】
このような構成により、２つのクロックを切り替えることによって、固体撮像素子の一部の領域の映像信号と、全領域の映像信号とを選択的に読み出すことができるようになっている。それにより動画撮影時には動画の規格に必要な映像を撮影することができ、静止画撮影時にはより多くの画素を用いて高精細な映像を撮影することができる。
【０００４】
図５は、従来から用いられているインナーフォーカスタイプのレンズシステムの簡単な構成を示すものである。図５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、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（以下フォーカスレンズと称す）、１０６は撮像面（図４：撮像素子５０１）である。
【０００５】
図５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６のようになる。変倍中は、被写体距離に応じて図６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。
【０００６】
近年、撮像装置の小型化のために、撮像素子上に受光される領域を焦点距離により可変とし、広角側での受光領域（所謂、有効像円径）を小さくすることによって、前玉レンズ（図２、第１のレンズ群１０１）の径を小さくする手法が採られている。例えば、動画規格よりも多くの画素を有する撮像素子を用い、ワイド側では動画規格の画素領域のみが受光でき、テレ側では撮像素子全面で受光できるように受光領域が変化するような撮像装置である。この撮像装置では、動画規格の画素領域を切り出して、動画規格以上の画素に受光できる焦点距離から、その余剰画素分だけ切り出し位置を動かすことにより電子式の手ぶれ補正を行うことが可能となる。
【０００７】
図７（ａ）は焦点距離に対し、有効像円径が変化している様子を示した一例であり、図７（ｂ）はワイド端での撮像領域と有効像円径の関係、図７（ｃ）は特定の焦点距離（ポイント）４０１での撮像領域と有効像円径の関係をそれぞれ示している。図７から分かるように焦点距離に対し、ワイド端では切り出し位置を変化させると、撮影画面にケラレが生じるが、ポイント４０１以上の望遠側では、切り出し位置を変化させても画面のケラレは発生しないことが分かる。つまり、ポイント４０１よりも広角側では防振範囲が限定（ワイド端では防振不能）されるのに対し、ポイント４０１よりも望遠側では防振することが可能となる。このように防振範囲の限定付きではあるが、レンズを小型化することで、撮像装置本体のコストダウン、小型軽量化という大きな利点が生み出されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例では、動画撮影用の第１のクロックと静止画撮影用の第２のクロックとで、固体撮像素子の読み出し領域が異なる。例えば、図８（ａ）に示すように、第１のクロックでは固体撮像素子中の被写体像の一部の領域（破線部）である領域の映像、すなわち図８（ｂ）が読み出されるのに対し、第２のクロックでは全領域である映像、すなわち図８（ｃ）が読み出されてしまう。
【０００９】
このため上記のように動画と静止画の両者が撮像できる小型軽量化に優れた有効像円径可変のレンズタイプを組み合わせた場合、図８（ａ）の有効像円径６０１のように放送方式に必要な画素領域のみが受光領域となっている場合には動画は撮影可能である。ところが、静止画撮影のように撮像素子の有効画素全面を使って映像信号を作る場合では、画面のケラレが生じてしまうという問題があった。
【００１０】
また、つねに図８（ａ）の有効像円径６０２のように設定していると、結局レンズの前玉径を大きくせねばならず、レンズの小型化が図れなくなるだけでなく、撮像装置本体の小型化のメリットが無くなってしまい、ユーザにとって高価で、大きく重いカメラとなってしまっていた。
【００１１】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、ユーザに安価で小型軽量に優れ、かつ動画撮影および高精細な静止画撮影を実現できる撮像装置およびその撮像方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による撮像装置は、少なくとも変倍動作を行う変倍レンズ群を含む光学レンズ群を使用する撮像装置において、前記光学レンズ群を通過した被写体像を映像信号に変換する撮像素子と、前記変倍レンズ群の位置を制御して前記撮像素子上の受光領域の大きさを変更すると共に、変倍動作を行わせる変倍動作制御手段と、前記撮像素子の有効画素領域中から映像信号として読み出す第１のモードと、前記第１のモードで読み出される領域と異なる領域を前記撮像素子の有効画素領域中から映像信号として読み出す第２のモードとに設定制御する撮像素子制御手段と、前記第１のモードおよび前記第２のモードを選択するモード選択手段と、前記モード選択手段により選択されたモードの状態に応じて、変倍動作時の前記変倍レンズ群の移動範囲を変更する移動範囲制御手段と、前記移動範囲内における前記変倍レンズ群の現在位置の焦点距離比率を算出し、前記モード選択手段によるモード切替前後で、算出される前記焦点距離比率が等しくなるように前記変倍レンズ群の位置を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の撮像装置において、前記制御手段は前記第１のモードでの前記変倍レンズ群の現在位置がワイド端またはテレ端であるとき、前記第２のモードへ移行後も前記変倍レンズ群の現在位置がそれぞれワイド端またはテレ端に位置するように制御することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の撮像装置において、変倍動作の状態を撮影者に知らせる表示手段を有し、前記モード選択手段によるモードの切替で、前記表示手段により表示される変倍動作表示が変化しないように制御する表示制御手段を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の撮像装置において、前記モード切替時に前記撮像素子から出力された映像信号を前記表示手段に出力しないことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の撮像装置において、前記表示手段は映像信号に変倍動作の状態を表すキャラクタで多重表示され、前記表示制御手段は前記モードに応じた現在の変倍レンズ位置の焦点距離比率を算出し、正規化した信号によってキャラクタ表示することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の撮像装置おいて、前記第１のモードは動画撮影モードで、前記第２のモードは静止画撮影モードであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の撮像装置において、前記第１のモードでは前記撮像素子の有効画素領域中から一部の領域を映像信号として読み出し、前記第２のモードでは前記撮像素子の全有効画素領域を映像信号として読み出すことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の撮像方法は、少なくとも変倍動作を行う変倍レンズ群を含む光学レンズ群を使用する撮像方法において、前記光学レンズ群を通過した被写体像を、撮像素子により映像信号に変換する撮像工程と、前記変倍レンズ群の位置を制御して前記撮像素子上の受光領域の大きさを変更すると共に、変倍動作を行わせる変倍動作制御工程と、前記撮像素子の有効画素領域中から映像信号として読み出す第１のモードと、前記第１のモードで読み出される領域と異なる領域を前記撮像素子の有効画素領域中から映像信号として読み出す第２のモードとに設定制御する撮像素子制御工程と、前記第１のモードおよび前記第２のモードを選択するモード選択工程と、前記モード選択工程により選択されたモードの状態に応じて、変倍動作時の前記変倍レンズ群の移動範囲を変更する移動範囲制御工程と、前記移動範囲内における前記変倍レンズ群の現在位置の焦点距離比率を算出し、前記モード選択工程によるモード切替前後で、算出される前記焦点距離比率が等しくなるように前記変倍レンズ群の位置を制御する制御工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の撮像方法において、前記制御工程において前記第１のモードでの前記変倍レンズ群の現在位置がワイド端またはテレ端であるとき、前記第２のモードへ移行後も前記変倍レンズ群の現在位置がそれぞれワイド端またはテレ端に位置するように制御することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の撮像方法において、変倍動作の状態を撮影者に知らせる表示工程を含み、前記モード選択工程によるモードの切替で、前記表示工程により表示される変倍動作表示が変化しないように制御する表示制御工程を有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の撮像方法において、前記モード切替時に前記撮像素子から出力された映像信号を前記表示工程において出力しないことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の撮像方法において、前記表示工程において映像信号に変倍動作の状態を表すキャラクタで多重表示され、前記表示制御工程において前記モードに応じた現在の変倍レンズ位置の焦点距離比率を算出し、正規化した信号によってキャラクタ表示することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の撮像方法において、前記第１のモードは動画撮影モードで、前記第２のモードは静止画撮影モードであることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の撮像方法において、前記第１のモードでは前記撮像素子の有効画素領域中から一部の領域を映像信号として読み出し、前記第２のモードでは前記撮像素子の全有効画素領域を映像信号として読み出すことを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、動画撮影や静止画撮影の撮影モードに合せて、固体撮像素子中の映像信号読み出し領域が異なる際に、固体撮像素子の受光領域が映像信号読み出し領域以上になる範囲に限定して変倍レンズ群の移動範囲を制御する。これにより焦点距離により有効像円径が変化する光学レンズユニットの利点を生かして、撮像装置本体の小型軽量化、コストダウンが行えると共に、高精細な静止画撮影を実現することが可能となる。
【００２７】
特に撮影モードの切替で、変倍レンズの移動範囲が撮影モードで異なっていても、変倍状態を示すズーム表示を表示状態が変化しないように、移動範囲内の割合で表示する。これによりワイド端位置、テレ端位置も変わらない同じズームバー表示を動画時、静止画時とも同一の表示形式で行える。
【００２８】
また、移動範囲内で変倍レンズの現在位置の割合がモード切替で変化しないように制御されるので、ズーム表示上の現在位置の変化も発生しないだけでなく、一方のモードでワイド端位置の場合、他方のモードでもワイド端位置となるので、撮影者の混乱を防止することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基き、従来例と実質的に同一または対応する部材には同一符号を用いて、本発明による撮像装置の好適な実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の特徴を表す実施形態の構成図である。
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（光学レンズ群）、それぞれ固定の前玉レンズ群（第１のレンズ群）、変倍を行うための第２のレンズ群（変倍レンズ）、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る（撮像工程）。そして増幅器１０７で最適なレベルに増幅され、カメラ信号処理手段１０８へと入力され、標準テレビ信号に変換される。
【００３０】
カメラ信号処理手段１０８は、入力されるデジタル映像信号に対し、アパーチャ処理、ガンマ補正処理、ニー処理、Ｙ／Ｃ分離処理等を行う手段であり、特に静止画撮影時には走査線数変換のための補間処理を行い、１フレームの静止画像を出力する処理を行う。また、システム制御手段１１１からの指令に応じて、撮像信号の代わりに所定の画像信号（例えば青色や白色や黒色などの色フェード信号や、図柄や文字を含んだ撮影者への警告画面の信号等）を出力することが可能な所定信号生成部１０８ａを含んでおり、所定の条件時には撮像信号をミューティングする処理が行われる。
【００３１】
固体撮像素子制御手段１０９は固体撮像素子１０６を駆動し、信号の読み出しや電荷蓄積時間を制御している。特に撮影モードに応じて、固体撮像素子１０６中の任意の領域の映像信号を読み出すような制御が可能であり、撮影モード選択スイッチ手段１１８（モード選択手段）の出力が、マイコン等のシステム制御手段１１１を介して、接続されており、撮影モードの状態が入力されている。
【００３２】
システム制御手段１１１は、ズーム駆動手段（モータドライバ）１１２、固体撮像素子制御手段１０９、カメラ信号処理手段１０８およびレコーダ信号処理手段１１０を統合的に制御する。そして、動画撮影時および静止画撮影時にそれぞれが連動して、適切な動作が行えるように指令を与えるマイコン等の制御プログラムからなっている。特に本発明の特徴であるズーム動作制御部１１１ｃ（変倍動作制御手段）は、システム制御手段１１１内部に組み込まれているものとして、以下説明する。
【００３３】
また別機能として、システム制御手段１１１は露出制御、焦点調節制御も行っている。カメラ信号処理手段１０８内の露出信号処理部１０８ｂ、ＡＦ（オートフォーカス）信号処理部１０８ｃで検波された評価値信号を、通信を介して受け取り、露出制御部１１１ａ、ＡＦ制御部１１１ｂ内のプログラム処理により、それぞれ映像信号が適正露出となるようにアイリス駆動手段１１６およびＩＧメータ１１７を駆動して、絞り１０３を制御し、光量調節を行う。一方、ＡＦ評価信号の強度が最大になるように、フォーカス駆動手段１１４およびフォーカスモータ１１５を駆動して焦点調節を行っている。
【００３４】
また、ズーム制御部１１１ｃではズーム動作時、図６に示したカム軌跡に追従しながら合焦状態を維持するためにレンズカム軌跡データ１１１ｄ（図６のカム軌跡情報がテーブルデータ化されている）を有している。ズーミング動作時には、ズーム駆動手段１１２およびズームモータ１１３を駆動しつつ、合焦状態を維持するため、フォーカス駆動手段１１４およびフォーカスモータ１１５を同時に駆動する（変倍動作）。このとき変倍レンズ１０２の可動範囲は、図示しないレンズバランス出し調整（撮像素子１０６までのフランジバック量とレンズメカのバラツキを含め、マイコン内部に記憶している設計カム軌跡に最も近づくように、実物レンズの合わせ込みを行う調整）で決定されるワイド端とテレ端間が最大可動範囲と設定されている。
そして、この範囲を超えて超ワイド側あるいは超テレ側へのレンズ移動は禁止されている。
【００３５】
さらにシステム制御手段１１１は、操作スイッチの検出も行っている。撮影モードを動画または静止画に選択するための撮影モードスイッチ手段１１８、ズームスイッチ１１９（ユニット化されたズームＳＷ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なされる）やＡＦ／ＭＦ（マニュアルフォーカス）モードの切換ＳＷ１２０が接続されている。カメラ信号処理手段１０８で生成された映像信号は、レコーダ信号処理手段１１０に出力される。レコーダ信号処理手段１１０では、ファインダ等の表示手段１２１に表示信号を送ると共に、システム制御手段１１１から受け渡される撮影モード状態に応じ、記録媒体に対して最適となるように映像信号を処理しつつ、動画記録手段１２２または静止画記録手段１２３に記録を行う。
【００３６】
ここで、レンズ駆動用モータ（ズームモータ１１３およびフォーカスモータ１１５）がステッピングモータであるとして、以下、駆動方法を説明する。ステッピングモータは、制御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。
【００３７】
システム制御手段１１１は、プログラム処理によりズームモータ１１３、フォーカスモータ１１５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１１３、ズーム駆動手段１１２、フォーカスモータ１１５およびフォーカス駆動手段１１４に送る。また、各モータ１１３，１１５の駆動／停止命令および各モータ１１３，１１５の回転方向命令を駆動手段１１２，１１４に送っている。その駆動／停止信号および回転方向信号は、ズームモータ１１３に関しては主としてズームスイッチユニット１１９の状態に応じて、フォーカスモータ１１５に関しては、ＡＦ時およびズーム時にシステム制御手段１１１内の処理で決定する駆動命令に応じている。モータドライバは、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および逆回転の位相に設定し、か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。これ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、モータへの出力をＯＮ／ＯＦＦ制御している。
【００３８】
本発明の特徴である変倍レンズの移動範囲を撮影モードに応じ変更する移動範囲制御方法について、図２のフローチャートを用いて動作シーケンスを説明する。図２の処理は１フィールド周期で行われ、システム制御部１１１で実行される。本処理はサブルーチン化されており、本処理とは別の処理で（図示せず）、記録媒体への記録制御等のレコーダ制御や露出制御等のカメラ制御がなされているものとする。なお、本発明の受光領域つまり有効像円径は、図７と同様な特性を持つものとして説明を行う。
【００３９】
本発明の特徴として、撮影モードにより変倍レンズの移動範囲を変更することで、固体撮像素子への受光領域（有効像円径）が、撮像素子の読み出し領域以上の大きさとなるように設定することで、画面のケラレ防止と有効像円径可変のレンズシステムの利点を生かした小型化とを同時に図っている。
つまり変倍レンズの移動範囲を、動画モード時（動画撮影モード）は図７（ａ）のワイド端からテレ端まで移動可能とし、静止画モード時（静止画撮影モード）にはポイント４０１からテレ端までを移動範囲とするようにズーミング範囲を限定している。
以下詳細な動作フローを説明する。
【００４０】
先ずステップＳ７０１で処理を開始し、撮影モード選択スイッチ手段１１８の状態を検出し、前回の撮影モードと今回の撮影モードとでモード状態が変化したかどうかを判別する（ステップＳ７０２）。モード状態の切替があった場合には、ステップＳ７０３で撮影モードを判別し（モード選択工程）、各モードに応じて変倍レンズの可動範囲のワイド端Ｗendを、動画モード時には図７（ａ）のワイド端位置４００（＝Ｗmovie）と設定し（ステップＳ７０５）、静止画モード時には図７（ａ）のズーム位置（ポイント４０１＝Ｗstill）と設定する（ステップＳ７０４）。このように設定することで、各撮影モードでケラレの生じないワイド位置として可動範囲が設定される（移動範囲制御手段、移動範囲制御工程）。
【００４１】
これと共にステップＳ７１６で現在の変倍レンズ１０２の位置が、各モードで異なる可動範囲内でどの焦点距離比率Ｚrateにいるのかを算出する。動画モード時には図７（ａ）のワイド端Ｗmovie４００を「０」、テレ端Ｔend４０６を「１」とした場合での焦点距離比率Ｚrateが、静止画モード時には図７（ａ）のポイントＷstill４０１を「０」、テレ端Ｔend４０６を「１」とした場合での焦点距離比率Ｚrateが、それぞれ算出されることになる。
【００４２】
一方、ステップＳ７０２でモード切替が行われた場合には、ステップＳ７０６で撮影モードを判別し、この場合にも各モードに応じて変倍レンズの可動範囲のワイド端Ｗendを、ステップＳ７０４およびステップＳ７０５と同様に設定する。すなわち、動画モード時には図７（ａ）のワイド端位置４００（＝Ｗmovie）と設定し（ステップＳ７０８）、静止画モード時には図７（ａ）のズーム位置（ポイント４０１＝Ｗstill）と設定し（ステップＳ７０７）、撮像素子の読み出し領域の設定をステップＳ７１０およびステップＳ７０９で行う（撮像素子制御工程）。動画時にはステップＳ７１０で読み出し領域を動画モード用に設定すると共に（図７（ｂ），（ｃ）の画素領域４０２）、レコーダ信号処理手段に撮影モードを動画撮影と指示することで、動画用の記録媒体を選択させ、静止画モード時には、ステップＳ７０９で撮像素子の読み出し領域を静止画用に設定し（図７（ｂ），（ｃ）の有効画素領域４０３）、レコーダ信号処理手段に撮影モードを静止画撮影と指示することで、静止画用の記録媒体を選択させる。
【００４３】
つぎにステップＳ７１１で、モード切替時の変倍レンズ１０２の位置が、切替前と切替後とで、可動範囲内での焦点距離比率が等しくなるように、切替後の変倍レンズ１０２の移動目標位置Ｚtrgtを算出する。ステップＳ７１１によれば、移動目標位置Ｚtrgtは、モード切替前の焦点距離比率Ｚrateを用い、切替後の撮影モードの変倍レンズ１０２の可動範囲内での切替前比率が示す位置が目標位置として算出される。ステップＳ７１２では、変倍レンズ１０２の移動中、撮像信号をミュートするため、カメラ信号処理手段１０８に撮像信号の出力を禁止させる。その代わりに所定のミューティング信号を出力させるように制御し、ファインダ等の表示手段１２１に所定画面が表示されるようにする。また、同時に記録媒体への記録動作も禁止させる。
【００４４】
そしてステップＳ７１３で受光領域が読み出し領域以上となるように、また可動範囲の切替での焦点距離比率が変化しないように、変倍レンズをＺtrgtに強制的に移動させる。そして、ステップＳ７１４でＺtrgtまで変倍レンズ１０２が到達するまで待機し、到達後変倍レンズ１０２を停止させる（ステップＳ７１５）。そして、ステップＳ７１６で先に説明したように、現在の変倍レンズ１０２位置での焦点距離比率を算出し、ステップＳ７１７でカメラ信号処理手段１０８に撮像信号の出力を許可し、ミューティングを解除する。また、同時に記録媒体への記録動作も許可させ、ステップＳ７１８で今回の撮影モードのバックアップを行い、つぎのフィールドの処理でのステップＳ７０２に用いる。
【００４５】
ステップＳ７１９からの処理は、ズーム動作時の変倍レンズ１０２が、各撮影モードで、可動範囲を超えないようにする処理である。ステップＳ７１９では、ズームスイッチユニット１１９の状態を検出し、ズーム中かどうかの判別を行う。ズーム中でない場合には、ステップＳ７２５で変倍レンズを停止させる。ズーム中の場合、ワイド方向への命令かどうかを判別し（ステップＳ７２０）、ワイド方向ならばステップＳ７２１で、変倍レンズの現在位置１０２が、ステップＳ７０４（ステップＳ７０７）またはステップＳ７０５（ステップＳ７０８）で設定されたワイド端Ｗendよりも大きいか（望遠側か）を判別し、真ならばワイド方向へのズーミングを許可する（ステップＳ７２３）。
【００４６】
既にワイド端位置にいる場合はステップＳ７２５に進み、変倍レンズの移動を禁止する。ステップＳ７２０でテレ方向にズームスイッチ１１９が操作されていると判断された場合には、ステップＳ７２２で変倍レンズの現在位置１０２が、テレ端Ｔendよりも小さい（広角側か）を判別する。これが真ならばテレ方向へのズーミングを許可し（ステップＳ７２４）、既にテレ端位置にいる場合はステップＳ７２５に進み、変倍レンズの移動を禁止し、本処理を終了する（ステップＳ７２６）。本発明では、変倍レンズの位置は、望遠側（テレ方向）に進むほど、大きな値となるよう設定されているものとして、上記動作の説明を行った。
【００４７】
以上説明してきたように、放送方式よりも多い画素数をもつ固体撮像素子を用い、動画撮影と動画より多い画素情報を使って高精細な静止画撮影とを行える撮像装置において、撮像素子の受光領域が、広角で少なくとも動画撮影に使用する画素領域以上の大きさで、望遠になるに従い受光領域が広がるような有効像円径可変のレンズシステムを組み合わせつつ、撮影モードに合わせ使用される画素領域以上の受光領域となる範囲内でのみ、ズーミングが可能に設定される。これによりズーミングによる撮像画面のケラレなどが発生することなく、高精細な静止画撮影可能な撮像装置を、安価で小型軽量化というユーザにとって魅力ある製品として提供することが可能となる。また、移動範囲内で変倍レンズの現在位置の割合がモード切替で変化しないように制御されるので、一方のモードでワイド端位置の場合、他方のモードでもワイド端位置となるので、撮影者の混乱を防止することが可能となる。
【００４８】
（第２の実施形態）
つぎに、本発明の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態では、撮影モードに応じてズーム範囲が変更される例を説明したが、このとき撮影者にズーミング状態を知らせるズーム表示は、モードによってワイド端位置（ワイド焦点距離）が異なるため、トータルの光学ズーム倍率が異なる結果となる。例えば動画撮影時には１０倍、静止画撮影時には８倍のように静止画撮影時の倍率が動画時よりも低い倍率となる。このときスケールによるズームバー表示を正確に表示すると、ワイド端位置が静止画撮影時にテレ方向にずれることになり、かつバーの長さも動画撮影時に比べて短くなる結果となる。一方、変倍レンズが動画ワイド端から静止画ワイド端に強制移動する動きは、第１の実施形態で述べたようにミューティング、記録禁止を行ない、撮影者が混乱しないように、不用意な画面の乱れを認識できないように配慮している。前者の表示位置の移動は、後者の配慮を無駄にすることになり、撮影者の混乱を招くおそれがある。
【００４９】
そこで、第２の実施形態ではズーム表示は撮影モードによらず、同様な長さを有するズームバー表示形式が行えるようにするための例であり、以下詳細に説明する。
図３は、第２の実施形態を行うためのフローチャートであり、構成ブロックとしては第１の実施形態と同様な図１のシステムにおけるシステム制御手段１１１で実行される。また、図３のフローチャートで図２と同一の番号で示される処理は、既に図２で説明済みなので割愛するものとする。
【００５０】
ステップＳ８０１までの処理で、各動作モードに応じた、撮像素子からの読み出し領域の設定、変倍レンズ１０２の可動範囲の端設定、モード切替時の焦点距離比率を変えない変倍レンズ位置への強制移動処理等が完了しており、ステップＳ７１６で現在の変倍レンズ位置１０２の焦点距離比率Ｚrateが算出されている。ステップＳ８０１では、現在の焦点距離比率Ｚrateをズーム表示用バッファＺinfに変換する処理である。
【００５１】
Ｚrateはズーム全ストロークを変倍レンズ１０２が移動する際、ワイド端からテレ端までで「０」から「１」まで変化する値となる。例えば簡単のため、ズームバー表示は全ズームストロークを８分割、つまり９ポイントの停止位置を持つ表示であるとした場合、焦点距離比率Ｚrateを８倍してＺinfを算出する。Ｚinfは０から８まで変化するように正規化（規格化）されるので、この情報をレコーダ信号処理手段１１０に送り（ステップＳ８０２）、撮像信号にズームバー表示を多重して、表示手段１２１に出力し（表示工程）、表示処理を終了し、以下ステップＳ７１７からステップＳ７２６までの処理を実行する。ステップＳ７１８以降の処理は、図２の処理と同一なので、表記は割愛した。
【００５２】
第２の実施形態によれば、撮影モードの切替で、変倍レンズ移動範囲が撮影モードで異なっていても、変倍状態を示すズーム表示を表示状態が変化しないように、表示制御を行って移動範囲内の割合で表示するので、ワイド端位置、テレ端位置も変わらない、すなわち同じズームバー表示を動画時、静止画時とも同一のキャラクタ表示形式で行える（表示制御手段、表示制御工程）。また、移動範囲内で変倍レンズの現在位置の割合がモード切替で変化しないように制御されるので、ズーム表示上の現在位置の変化も発生しないだけでなく、一方のモードでワイド端位置の場合、他方のモードでもワイド端位置となるので、撮影者の混乱を防止することが可能となる。
【００５３】
ここで、上記様々な実施形態に示した各機能ブロックおよび処理手順は、ハードウェアにより構成してもよいし、ＣＰＵあるいはＭＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータシステムによって構成し、その動作をＲＯＭやＲＡＭに格納された作業プログラムに従って実現するようにしてもよい。また、上記各機能ブロックの機能を実現するように当該機能を実現するためのソフトウェアのプログラムをＲＡＭに供給し、そのプログラムに従って上記各機能ブロックを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００５４】
この場合、上記ソフトウェアのプログラム自体が上述した各実施形態の機能を実現することになり、そのプログラム自体およびそのプログラムをコンピュータに供給するための手段、たとえばかかるプログラムを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムを記憶する記憶媒体としては、ＲＯＭやＲＡＭの他にたとえばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｉ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ、ｚｉｐ、磁気テープ、あるいは不揮発性のメモリカード等を用いることができる。
【００５５】
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより、上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等の共同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
【００５６】
さらに、供給されたプログラムがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、動画撮影や静止画撮影の撮影モードに合せて、固体撮像素子中の映像信号読み出し領域が異なるものであっても、変倍レンズ群の移動範囲内で変倍レンズの現在位置の割合がモード切替で変化しないように制御されるので、ズーム表示上の現在位置の変化も発生しないだけでなく、一方のモードでワイド端位置の場合、他方のモードでもワイド端位置となるので、撮影者のカメラ操作における混乱を防止することが可能となる。
【００５８】
また、変倍レンズの移動範囲が撮影モードで異なっていても、変倍状態を示すズームバー表示のワイド端位置、またはテレ端位置が変わらないようにモニタ上に表示されるので、撮影者に混乱を与えない撮像装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における撮像装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における動作シーケンスを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態における動作シーケンスを示すフローチャートである。
【図４】従来の撮像装置の構成例を示す図である。
【図５】インナーフォーカスタイプのレンズシステムの構成例を示す図である。
【図６】インナーフォーカスタイプのレンズシステムにおける焦点位置とフォーカスレンズの位置関係を示す図である。
【図７】インナーフォーカスタイプのレンズシステムにおける焦点距離と有効像円径の関係等を示す図である。
【図８】インナーフォーカスタイプのレンズシステムにおける動画および静止画撮影用クロックと読み出し領域との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 前玉レンズ群（第１のレンズ群）
１０２ 第２のレンズ群（変倍レンズ）
１０３ 絞り
１０４ 第３のレンズ群
１０５ 第４のレンズ群（フォーカスレンズ）
１０８ カメラ信号処理手段
１０９ 固体撮像素子制御手段
１１０ レコーダ信号処理手段
１１１ システム制御手段
１１２ ズーム駆動手段（モータドライバ）
１１３ ズームモータ
１１４ フォーカス駆動手段
１１５ フォーカスモータ
１１６ アイリス駆動手段
１１７ ＩＧメータ
１１８ 撮影モードスイッチ手段
１１９ ズームスイッチ
１２０ モードの切換ＳＷ
１２１ 表示手段
１２２ 動画記録手段
１２３ 静止画記録手段
Claims (14)
- 少なくとも変倍動作を行う変倍レンズ群を含む光学レンズ群を使用する撮像装置において、
前記光学レンズ群を通過した被写体像を映像信号に変換する撮像素子と、
前記変倍レンズ群の位置を制御して前記撮像素子上の受光領域の大きさを変更すると共に、変倍動作を行わせる変倍動作制御手段と、
前記撮像素子の有効画素領域中から映像信号として読み出す第１のモードと、前記第１のモードで読み出される領域と異なる領域を前記撮像素子の有効画素領域中から映像信号として読み出す第２のモードとに設定制御する撮像素子制御手段と、
前記第１のモードおよび前記第２のモードを選択するモード選択手段と、
前記モード選択手段により選択されたモードの状態に応じて、変倍動作時の前記変倍レンズ群の移動範囲を変更する移動範囲制御手段と、
前記移動範囲内における前記変倍レンズ群の現在位置の焦点距離比率を算出し、前記モード選択手段によるモード切替前後で、算出される前記焦点距離比率が等しくなるように前記変倍レンズ群の位置を制御する制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。 - 請求項１に記載の撮像装置において、
前記制御手段は前記第１のモードでの前記変倍レンズ群の現在位置がワイド端またはテレ端であるとき、前記第２のモードへ移行後も前記変倍レンズ群の現在位置がそれぞれワイド端またはテレ端に位置するように制御することを特徴とする撮像装置。 - 請求項１に記載の撮像装置において、
変倍動作の状態を撮影者に知らせる表示手段を有し、前記モード選択手段によるモードの切替で、前記表示手段により表示される変倍動作表示が変化しないように制御する表示制御手段を有することを特徴とする撮像装置。 - 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置において、
前記モード切替時に前記撮像素子から出力された映像信号を前記表示手段に出力しないことを特徴とする撮像装置。 - 請求項３に記載の撮像装置において、
前記表示手段は映像信号に変倍動作の状態を表すキャラクタで多重表示され、前記表示制御手段は前記モードに応じた現在の変倍レンズ位置の焦点距離比率を算出し、正規化した信号によってキャラクタ表示することを特徴とする撮像装置。 - 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置おいて、
前記第１のモードは動画撮影モードで、前記第２のモードは静止画撮影モードであることを特徴とする撮像装置。 - 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置において、
前記第１のモードでは前記撮像素子の有効画素領域中から一部の領域を映像信号として読み出し、前記第２のモードでは前記撮像素子の全有効画素領域を映像信号として読み出すことを特徴とする撮像装置。 - 少なくとも変倍動作を行う変倍レンズ群を含む光学レンズ群を使用する撮像方法において、
前記光学レンズ群を通過した被写体像を、撮像素子により映像信号に変換する撮像工程と、
前記変倍レンズ群の位置を制御して前記撮像素子上の受光領域の大きさを変更すると共に、変倍動作を行わせる変倍動作制御工程と、
前記撮像素子の有効画素領域中から映像信号として読み出す第１のモードと、前記第１のモードで読み出される領域と異なる領域を前記撮像素子の有効画素領域中から映像信号として読み出す第２のモードとに設定制御する撮像素子制御工程と、
前記第１のモードおよび前記第２のモードを選択するモード選択工程と、前記モード選択工程により選択されたモードの状態に応じて、変倍動作時の前記変倍レンズ群の移動範囲を変更する移動範囲制御工程と、
前記移動範囲内における前記変倍レンズ群の現在位置の焦点距離比率を算出し、前記モード選択工程によるモード切替前後で、算出される前記焦点距離比率が等しくなるように前記変倍レンズ群の位置を制御する制御工程とを含むことを特徴とする撮像方法。 - 請求項８に記載の撮像方法において、
前記制御工程において前記第１のモードでの前記変倍レンズ群の現在位置がワイド端またはテレ端であるとき、前記第２のモードへ移行後も前記変倍レンズ群の現在位置がそれぞれワイド端またはテレ端に位置するように制御することを特徴とする撮像方法。 - 請求項８に記載の撮像方法において、
変倍動作の状態を撮影者に知らせる表示工程を含み、前記モード選択工程によるモードの切替で、前記表示工程により表示される変倍動作表示が変化しないように制御する表示制御工程を有することを特徴とする撮像方法。 - 請求項１０に記載の撮像方法において、
前記モード切替時に前記撮像素子から出力された映像信号を前記表示工程において出力しないことを特徴とする撮像方法。 - 請求項１０に記載の撮像方法において、
前記表示工程において映像信号に変倍動作の状態を表すキャラクタで多重表示され、前記表示制御工程において前記モードに応じた現在の変倍レンズ位置の焦点距離比率を算出し、正規化した信号によってキャラクタ表示することを特徴とする撮像方法。 - 請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の撮像方法において、
前記第１のモードは動画撮影モードで、前記第２のモードは静止画撮影モードであることを特徴とする撮像方法。 - 請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載の撮像方法において、前記第１のモードでは前記撮像素子の有効画素領域中から一部の領域を映像信号として読み出し、前記第２のモードでは前記撮像素子の全有効画素領域を映像信号として読み出すことを特徴とする撮像方法。
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