JPH0530402A - レンズ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】 インナーフォーカスタイプのレンズ群１０１
〜１０４でバリエーターレンズ１０２の鏡枠１１８には
位置検出のためのブラシ１１９が設けられ、バリエータ
ーが移動することにより焦点距離が検出される。撮像素
子１２１から出力された映像信号はＡＦ装置１２２に入
り、ＡＦ装置１２２は焦点電圧の値を検出してＣＰＵ１
３３に取り込むむ。ＣＰＵ１３３では、ズームエンコー
ダ１２３、フォーカスモータ駆動パルス検出器１２４で
検出されたフォーカスレンズ１０４Ｂの位置情報と、焦
点電圧の情報と、ズームスイッチ１３２の操作情況及び
マップ内の合焦軌跡データをもとにズームモータ１２９
とフォーカシングモータ１２７の駆動内容を決定し、合
焦軌動上をフォーカスレンズがトレースする様に、それ
ぞれのモーターを駆動する。 【効果】 撮影条件にかかわらず、ズーム動作中におけ
るボケを大幅に改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラ等の撮像
装置に用いるズームレンズにおいて、焦点合せのための
レンズ移動速度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来ビデオカメラ等に用いるズームレン
ズには様々なレンズタイプが挙げられる。図５は、従来
より一般的なズームレンズの構成を示すもので、１は光
軸方向に移動することによって焦点調節を行なう前玉レ
ンズ群、２は変倍のためのバリエーターレンズ群、３は
変倍が行なわれたさ際に結像面を一定に保つためのコン
ペンセーターレンズ群であり、バリエーターレンズ群２
とコンペンセーターレンズ群３はあらかじめ定められた
関係を保ちながら、変倍に際して移動する。

【０００３】４は結像のためのレンズ群であり、５はＣ
ＣＤ等の撮像素子が配置される結像面を示す。図５に示
した前玉レンズ群で焦点合せを行なう、所謂前玉フォー
カスレンズは、バリエーターレンズとコンペンセーター
レンズの連動の関係が一定あるために、この所定の関係
を得るのに、メカニカルなカム環を用いて機械的に連動
させるのが一般的であった。

【０００４】一方、前玉フォーカスレンズとは異なり、
バリエーターレンズより後方のレンズ群で焦点合せを行
なう所謂インナーフォーカス又はリアフォーカスなどと
称するタイプのレンズが知られている。

【０００５】図６はこの種のリアフォーカスズームレン
ズの一例を示すもので、前玉レンズ群は固定されてお
り、２のバリエーターレンズ群、３のコンペンセーター
レンズ群は図５で示す前玉フォーカスレンズ群と同様に
メカニカルなカム環等を用いて所定の連動を行なう。４
（又は４の１部）が焦点合せのためのレンズ群である。
この様に変倍レンズより後方にフォーカスレンズ群が配
置される場合、被写体距離が一定のままでもズーム中に
レンズ群４を移動する必要があり、且つ焦点距離に応じ
たレンズ群４のとるべき位置は、被写体距離に応じて変
化する。

【０００６】図７は、この図６に示したレンズ群４の焦
点距離に応じた被写体距離別の合焦位置を示す。同図で
横軸は焦点距離を示し、『Ｗ』がズームレンズのワイド
端『Ｔ』がテレ端となる。又、縦軸は、レンズ群４の位
置を示し、６〜１０で示す各曲線（又は直線）がある一
定の距離に対して、各焦点距離で合焦する位置を示して
おり、例えば、６は被写体距離にして５０ｃｍ、７は１
ｍ、８は２ｍ、９は１０ｍ、１０は∞距離での合焦軌跡
を示す。

【０００７】又、１１で示される点の様にワイドでレン
ズ群４が大きく繰り出した（被写体側へ移動）位置にあ
る時は、レンズ直前の距離にピント合せが可能となる。

【０００８】又、別のインナーフォーカスレンズの構成
例を図に示す。この場合、レンズ群１、バリエーターレ
ンズ２、絞り１２がワイドからテレへの変倍に際して矢
印方向に移動し、４Ａは固定のレンズ群、４Ｂがフォー
カスレンズ群となる。

【０００９】この場合、バリエーターレンズ２の後方に
所定の関係で連動する補正系のレンズ群（図６の３に相
当するレンズ群）がないことから、図７に示したような
グラフは図８に示したようになる。例えば、１３は５０
ｃｍ、１４は１ｍ、１５は２ｍ、１６は１０ｍ、１７は
∞距離の合焦軌跡を示す。

【００１０】この図８に示した様な特性を有するレンズ
は図８の光学系のほかに同図にてレンズ群１と絞り１２
を固定し、ズーミングに際してはレンズ群２のみが移動
する様なものでもよい。

【００１１】この様に、インナーフォーカスあるいはリ
アフォーカスと称されるレンズタイプの場合、前玉フォ
ーカスレンズに比較して至近距離に焦点合せが可能であ
ることの他、レンズタイプによってはレンズの小型化に
寄与するなどの利点があるが、逆にズームに際して被写
体距離が変化しなくても、焦点面の位置が移動するので
ズーム動作中のボケを生じさせないためには、図７、図
９に示したような関係を距離に応じて正しく保持する必
要がある。

【００１２】この様なズーム動作に伴うピンボケを発生
させない手法としては、以下に述べるものが考えられ
る。

【００１３】第１には、ＴＴＬ方式の自動焦点調節装置
との組み合わせが挙げられる。例えばビデオカメラの自
動焦点調節装置の中では、ＣＣＤ等の撮像信号の高周波
成分のピークを合焦位置とする方法が知られている。

【００１４】図１０にその原理を示す。横軸に焦点調節
のためのレンズ群位置をとり、縦軸に撮像信号の高周波
成分（焦点電圧）をとると、図中矢印で示した位置で焦
点電圧のピークを示しており、この位置Ａが合焦レンズ
の位置となる。

【００１５】図１１に図１０に示す焦点電圧Ｆの求め方
の一例を示す。

【００１６】図１１（Ａ）は実際の撮像視野を示し、２
０が画角、１８が自動焦点調節を行なうための映像信号
を取り出す範囲（測距枠）１９は被写体である。

【００１７】図１１（Ｂ）において、（ａ）は測距枠内
の被写体の様子を示す。（ｂ）は（ａ）で示した被写体
の映像信号（Ｙ信号）である。この信号を微分すると
（ｃ）のような波形となり、さらに絶対値化すると
（ｄ）の様になる。そしてこれをサンプルホールドした
信号（ｅ）のレーベルＦが焦点電圧となる。

【００１８】図１２は、この様な自動焦点調節装置とイ
ンナーフォーカスレンズを組合せたカメラのブロック構
成図を示す。５の結像位置にＣＣＤ等の撮像素子が配置
され、この後、不図示のカメラ回路等により輝度信号Ｙ
が作られ、測距枠内の情報が焦点検出（ＡＦ）回路２１
に取り込まれる。ＡＦ回路では前述した方法等により、
焦点電圧を求め、この値と、フォーカシングレンズ４Ｂ
の駆動方向や駆動に伴う焦点電圧値の変化の符号などを
もとに、合焦が非合焦か非合焦の場合には、ボケの種類
が前ピンか後ピンか等を判定し、この判定結果にもとづ
いて、フォーカスレンズ駆動用のモーター２２を所定方
向に駆動する。

【００１９】しかしながら、この様な撮像信号を利用し
た自動焦点調節装置の測距結果からのみで、ズーミング
中のレンズ群４Ｂの位置制御を正確に行ないボケを除去
することはきわめて困難である。

【００２０】即ち、図９に示す様にテレ近傍、遠距離で
は、横軸の微少変化（バリエーターの微少位置変化）に
対し、フォーカスレンズ群の移動が大きい（即ち曲線の
傾きが立っている）。これは自動焦点調節装置の測距動
作が素速く正確に行なわれないとすぐにピントボケの状
況におちいることを示している。

【００２１】ところが、一般に撮像信号を利用した自動
焦点調節装置の場合、測距結果の得られる間隔はフイー
ルド期間によって制約を受けるため最も短くして１／６
０秒程度である。

【００２２】したがって、『素速さ』に限界があり、又
実際には１／６０秒ごとの測距結果が全て正確に得られ
る訳ではなく、さらに選ぶべきフォーカスレンズの移動
速度も一度で最適化するのは困難である。

【００２３】以上の考察によって、一般には、図１２の
ブロック図に示した様な構成では、テレ端においては特
にズーム速度を極端に低下させるなどの手段をとらない
とズーム中のピンボケは除去できない。

【００２４】そこで、ズーム中のピンボケを除去する第
２の手段として、図７、図９にて示した合焦軌跡のデー
タを式、又は位置データ又は、ズーミング速度に応じた
フォーカスレンズの移動速度のデータ等の形でＣＰＵ内
にメモリーしておきズーム中に焦点距離とフォーカスレ
ンズの位置の情報からバリエーターレンズを駆動するズ
ームモーターとフォーカスレンズを駆動するフォーカス
モーターの両アクチュエーターの駆動内容をこのメモリ
ー内容から決定する方法が考えられる。

【００２５】例えば、図７、図９に示したのと同様に、
横軸に焦点距離、縦軸にフォーカスレンズ位置で示した
マップ内図１３に示した様な、小領域Ｉ、ＩＩ、ＩＩ
Ｉ、ＩＶ、…に分割すると共に横軸のバリエーターレン
ズの移動速度をＶ_Vとした時に、各領域毎にフォーカス
レンズの移動すべき速度Ｖ_Fをメモリーしておく方法
は、本出願人により、特開平１−２８０７０９号に開示
されている。この場合は小領域の中心の点を通る合焦軌
跡を微分することによってＶ_Fを求めている。このＶ_V、
Ｖ_Fをもってズーミングを行なった場合には、テレから
ワイド方向へのズーミングに際しては、被写体距離がズ
ーム途中で変化しないという条件下では合焦を維持でき
るものの、ワイドからテレ方向へのズーミングに際して
は最後迄合焦を維持することは困難になる。

【００２６】何故なら、図７、図９より明らかな様にテ
レ端では広い位置範囲に分かれていた各被写体距離に応
じた曲線例えば∞から１ｍの合焦点を表わす軌跡の間隔
がワイド側では被写界深度の関係から狭い範囲内に収束
する（合焦点の位置の差が減少する）。一方このような
マップ上である絞り値のもとでの許容錯乱円にもとづく
深度幅を求めると、インナーフォーカスレンズの場合、
多くは、焦点距離によらず略一定幅である。したがって
ワイド側における合焦状態（深度内ではあるがその中で
真の合焦点は不明）では、真の合焦点軌跡上に位置して
いるとはかぎらないため、その時のフォーカスレンズ位
置がわかったとしてもテレ側で曲線が発散すると、必ず
しも正確な曲線をトレースするとは限らず、テレ側にお
ける合焦点正確には決めることができない。

【００２７】以上述べてきたようにインナーフォーカス
レンズで被写体距離が変化しなくともズーム中ボケを発
生させない様にするのは難しく、一般的には前述の２つ
の方法、即ち撮像信号を利用したＴＴＬタイプの自動焦
点調節装置とマップ内の合焦軌跡のメモリーを併用した
ズーム中アルゴリズムを用いてボケを除去することが一
般的である。

【００２８】例えば本出願人による特開平３−４１８７
８号の中では、ＣＣＤをピエゾアクチュエーター等のよ
って光軸方向に微少変位させた時の焦点電圧の変化の位
相によりピンボケの方向が前ピンか後ピンかを判断し、
この判断結果をもとに、前述した各小領域毎に前述した
速度以外に前ピン、後ピンをそれぞれ補正する速度内容
もメモリーしておき、このうち最適な速度を選択すると
いう方法を開示している。

【００２９】この場合、ワイドからテレ方向では、ズー
ム中のピンボケを完全に除去することが可能であるが、
ピエゾアクチュエーター等を用いることによりコスト、
大きさ省費電力などで問題となる。

【００３０】また、非合焦時にボケの方向を知る手段と
してピエゾアクチュエーター等を用いて光学部材を光軸
方法に微少変動する、所謂、変調法によって前ピン、後
ピンを検出する方法以外では、フォーカスレンズをとり
あえずどちらか一方に移動させ、その際の焦点電圧の変
化が増加であったか減少であったかによって判断すると
いう所謂、試行法と称する方法が知られている。

【００３１】一般的には試行法により前ピン、後ピンの
検出を行なう場合変調法と比較すると判定に時間を要し
迅速な判断は困難である。

【００３２】

【発明が解決しようとしている課題】以上の説明から明
らかなように、前ピン、後ピンの方向判別を試行法を用
いインナーフォーカスタイプのレンズにおいて発生する
ボケの除去を可能にするためには、フォーカシングレ
ンズが焦点距離と被写体距離に応じて位置を変え続ける
必要があるため『とりあえず前ピン又は後ピン側にフォ
ーカスレンズを動かす』ということを行なうにはかなり
細かいフォーカスモーターの速度の設定、切換えが必要
となる。適確に焦点電圧の変化を得るためには、下値
による焦点深度の変化も考慮したフォーカスモーターの
速度設定が必要となる。といった問題を解決しなければ
ならず、前述した様な小領域毎に使用する速度を覚えて
おく方法では不充分であった。

【００３３】

【問題点を解決するための手段】本発明は上述した問題
点を解決することを目的としてなされたもので、その特
徴とするところは、ズームレンズと、前記ズームレンズ
の移動にともなう焦点位置を補正するフォーカスレンズ
と、前記ズームレンズの駆動中は、ズームレンズとフォ
ーカスレンズの位置によって決定される基準速度を、被
写界深度及び焦点状態に応じて補正した速度に基づいて
前記フォーカスレンズを駆動する制御手段とを備えたレ
ンズ制御位置にある。

【００３４】また本発明の他の特徴は、ズームレンズ
と、前記ズームレンズの移動にともなう焦点位置を補正
するフォーカスレンズと、前記ズームレンズが移動され
ていないときには０となり、前記ズームレンズの駆動中
は、ズームレンズとフォーカスレンズの位置によって決
定される基準速度を、被写界深度及び焦点状態に応じて
補正した速度に基づいて前記フォーカスレンズを駆動す
る制御手段とを備えたレンズ制御位置にある。

【００３５】また本発明の他の特徴は、前記制御手段
を、被写界深度に関する情報をＦ_NO、焦点状態に関する
係数をＫ、ズームレンズとフォーカスレンズの位置によ
って決定される基準速度をＶ_C、基準速度Ｖ_Cの変化量を
ΔＶ_Cとすると、前記フォーカスレンズの移動速度Ｖ
を、Ｖ＝Ｖ_C＋Ｆ_NO×Ｋ×ΔＶ_Cによって演算するように
構成したレンズ制御装置にある。

【００３６】

【作用】これによって、ズームレンズの速度のばらつ
き、被写界深度、ズームレンズの位置、前ピン、後ピ
ン、合焦度当の焦点状態等の種々の条件に対して補正さ
れた最適速度によるフォーカスレンズ駆動を実現するこ
とができ、インナーフォーカスレンズのズーム動作中の
フォーカスレンズの移動速度の設定において、試行法に
適したきめ細かな速度変化が可能となり、撮影条件にか
かわらず、インナーフォーカスレンズのワイドからテレ
方向へのズーム動作中におけるボケを大幅に改善するこ
とができるとともに、小型で消費電力の小さい低コスト
を実現することができる。

【００３７】

【実施例】図１は本発明を実施するに適した形態のイン
ナーフォーカスタイプレンズのＡＦシステムのブロック
構成図である。同図において、１０１、１０２、１０４
Ａ、１０４Ｂの各レンズ群は図１４の１、２、４Ａ，４
Ｂの各レンズ群と同一である。

【００３８】バリエーターレンズ群１０２の鏡枠１１８
には一体的に位置検出のためのブラシ部１１９が設けら
れており、バリエーターが移動することによって可変抵
抗、又はグレイコードパターン等が印刷された基板１２
０上をブラシ部１１９が摺動する。この出力をズームエ
ンコーダ回路１２３にて取り込むことによって焦点距離
が検出され、その情報がシステム制御要ＣＰＵ１３３に
取り込まれる。

【００３９】また、フォーカスレンズ１０４Ｂの位置検
出に際しては、フォーカスモーター１２７として、例え
ばステッピングモーターを用い、このステップモーター
に与えられた駆動パルス数をフォーカスモーター駆動パ
ルス検出器１２４よりＣＰＵ１３３へと取り込むことに
よって知ることが可能となる。

【００４０】撮像素子１２１から出力された映像信号は
ＡＦ装置１２２に入り、ＡＦ装置１２２は焦点電圧の値
を検出してＣＰＵ１３３に取り込む。

【００４１】ＣＰＵ１３３では、ズームエンコーダ１２
３及びフォーカスモーター駆動パルス検出器１２４によ
ってそれぞれ検出されたズームレンズ、フォーカスレン
ズの位置の情報と、焦点電圧の情報と、ズームスイッチ
１３２の操作状況及びマップ内の合焦軌跡データに担当
するメモリ１３４〜１３６にそれぞれ格納されている。
速度、方向、領域の各データをもとにズームモーター１
２９とフォーカスモーター１２７の駆動内容を決定し、
図９の合焦軌跡上をフォーカスレンズがトレースするよ
うにそれぞれのモーターのドライバー１２８、１２６を
介して駆動している。但しズームモーターに関してい
は、定められた電圧で一定速にて駆動してもよい。

【００４２】尚、フォーカスレンズ位置情報をステップ
モーターのステップ数で読み取る様な本発明構成の場
合、電源ＯＦＦと共に、位置情報が消滅してしまうた
め、次に電源を投入した時に正しい位置カウントに戻ら
ない。したがって、メインスイッチＳＷ１３１がオンし
た時に、パワーオンリセット１３０にて不図示の別スイ
ッチ等を制御してフォーカスレンズ群１０４Ｂを起算位
置に復帰させ、カウントを再スタートするように構成さ
れている。

【００４３】次に本発明におけるフォーカスレンズ駆動
速度の設定について説明する。

【００４４】本発明によれば、図１３に示すように、ズ
ームレンズとフォーカスレンズの移動領域を複数の小領
域に分割し、各領域それぞれには、その中心の点で微分
した軌跡を正しくトレースする速度Ｖ_Cのみが記憶され
ている点では、前述した本出願人による先願と同様であ
るが、本発明の場合には、この記憶されているトレース
速度を種々の条件に応じて補正することによって、最適
フォーカスレンズ駆動速度を演算するところに特徴を有
している。

【００４５】本発明では、この最終的なフォーカスレン
ズ駆動速度をＶ_Fを、次式によって演算する。 Ｖ_F＝Ｘ×（Ｖ_C＋Ｋ×Ｆ_NO×ΔＶ_C） この際、ズームレンズ移動速度は設計上定められたＶ_C
を求める前提となった速度を設計上設定（電圧設定）す
る。ただしズームレンズ移動速度は誤差を有していても
よい。

【００４６】この式において、Ｘはバリエーターレンズ
の移動速度の設計値からのずれを補正するための係数、
Ｆ_NOは絞り値ＦＮ₀の補正係数で被写界深度に基づく焦
点検出感度の補正を行なうものである。またＫは焦点電
圧を含む複数の信号からＣＰＵ１３３によって決定する
係数で、ズーム動作中、合焦軌跡をトレースしている状
態から前ピン方向にフォーカスレンズを駆動する際には
（＋）、後ピン方向にフォーカスレンズを駆動する際に
は（−）の符号となり、その絶対値は、トレース速度か
らの速度差を決定するものとなる。またΔＶ_Cはトレー
ス速度と使用速度の差の最小変化量である。

【００４７】本発明では、この式に基づいてフォーカス
レンズを駆動することによって、ズームレンズの速度の
ばらつき、被写界深度、ズームレンズの位置、前ピン、
後ピン、合焦度等の焦点状態等の種々の条件に対して補
正された最適速度によるフォーカスレンズ駆動を実現す
ることができ、インナーフォーカスレンズのズーム動作
中のフォーカスレンズの移動速度の設定において、試行
法に適したきめ細かな速度変化が可能となり、撮影条件
にかかわらず、インナーフォーカスレンズのワイドから
テレ方向へのズーム動作中におけるボケを大幅に改善す
ることができるとともに、小型で消費電力の小さい低コ
ストを実現することができるものである。

【００４８】以下、実際に上式に基づいて、フォーカス
レンズ駆動速度を決定するアルゴリズムを説明する。

【００４９】本発明では上述した原理に基づきＣＰＵ１
３３の中に格納されている制御プログラムによってレン
ズ制御が行なわれ、具体的には、図２に示す様なフロー
チャートをもってフォーカスレンズの駆動速度を定めて
いる。

【００５０】以下、図２のフローチャートについて説明
する。

【００５１】ステップ２０１にてＣＰＵ１３３内の自動
焦点調節のルーチンがスタートする。ステップ２０２〜
２０３は制御をスタートして、最初の１周目だけの初期
リセットのステップであり、ステップ２０２で、フラグ
Ａ及びフラグＴをハイにセットする。ステップ２０３
で、その時の焦点電圧の値ＦをＦ₀としてメモリーに記
憶する。

【００５２】ステップ２０４からステップ２１５は、本
発明の特徴であるＶ＝Ｖ_C＋Ｆ_NO×Ｋ×ΔＶ_Cの算出に際
しての絞り値Ｆ_NO、図１３の各領域に記憶されているズ
ームレンズ及びフォーカスレンズ位置に応じたフォーカ
スレンズの基準追従速度Ｖ_Cの決定及び毎Ｖの焦点電圧
値Ｆの取り込みといった処理の部分にあたる。尚、本フ
ローでは前述したＶ＝Ｘ×（Ｖ_C＋Ｆ_NO×Ｋ×ΔＶ_C）の
Ｘの算出の部分は説明の便宜上除外してある。

【００５３】ステップ２０４にて撮影者がズームスイッ
チ１３１の操作をしているかどうかが判別される。ズー
ムスイッチ１３１が押されている場合、ステップ２０５
にてフラグＺがＨｉとされ、ステップ２０６で２群のズ
ームレンズ１０２の位置が検出される。次にステップ２
０７にて、図１の例の場合はステップモーターのステッ
プ数をカウントする等により、フォーカスレンズ１０４
Ｂの絶対位置が検出される。ステップ２０６、２０７で
取り込んだバリエーターレンズ群とフォーカスレンズ群
の位置から図１３にＩ、ＩＩ、…で示した様な小領域を
ステップ２０８で確定し、ステップ２０９にて確定した
小領域における速度Ｖ_Cの記憶値がメモリーから読み出
される。

【００５４】一方、ステップ２０４でズーム操作が行な
われていなかった場合は、ステップ２１０にてフラグＺ
をＬｏｗとして、又ズームモーターが停止される（それ
まで駆動していた場合のみ）。

【００５５】ステップ２１１でフォーカスモーター駆動
速度Ｖ_C＝０となる。即ち本発明では、フォーカスモー
ターの使用速度はズーム中、ズーム時以外にかかわら
ず、Ｖ＝Ｖ_C＋Ｆ_NO・Ｋ・ΔＶ_Cの式にて算出するのを基
本とし、ズーム時以外はＶ_C＝０とおかれることにな
る。即ちズーム動作が行なわれていないときは、ズーム
動作による焦点面の位置ずれはないから、フォーカスレ
ンズの補正は合焦しているかぎり不要であるからであ
る。

【００５６】ステップ２１２、２１３で従来最新の焦点
電圧Ｆ₀の内容をＦ₁へ送り、新に最新のＦをＦ₀に取り
入れてこれを更新する。即ち、Ｆ₀が現在の焦点電圧、
Ｆ₁が１Ｖ前の焦点電圧の値となっている。ステップ２
１４では絞り値ＦＮＯが読みとられ、ステップ２１５で
その値が前述の式で用いる値に変換される。

【００５７】絞り値を検出する方法としては種々知られ
ているが、例えば絞りメーターの中にホール素子を配す
る方法などがある。ホール素子の出力をＡ／Ｄを変換
し、あらかじめＣＰＵ内に作られた変換式、変換表など
から絞り値を求める等の方法がある。また、Ｖを求める
式においてはΔＶ_Cを絞りがいくつの時を基準に設定し
ているかによって実際計算上、Ｆ_NOをどういう値にする
かが異なる。例えば、絞り値Ｆ＝１．０を基準の時は、
実際の絞り値をそのまま用いればより。又理論上は錯乱
円が変化して行く速度を一定に保つためには、絞り値に
比例して係数Ｆ_NOを変えればよい訳であるが、実動作
上、不具合が生じる場合はＣＰＵ１３３内でその様な変
換を行なえばよい。例えばＫの算出に際して用いるデー
タが、過去どの時点のデータ迄使っているかによって
は、単純な絞り値の比で係数Ｆ_NOを決められない場合も
考えられる。

【００５８】ステップ２１６でフラグＡの判別が行なわ
れる。ステップ２０２でフラグＡをハイとしているが、
この意味は方向（後ピン、前ピン）は合焦非合焦判別が
不明の時、又は合焦から非合焦になった場合のように、
同様に方向が不明の時にステップ２１７以降ステップ２
３９迄のルーチンを通るようにするためのものである。

【００５９】本実施例によれば試行法の自動焦点調節装
置であるから、まず『とりあえずどちらかの方向にフォ
ーカスレンズ１０４Ｂを動かす』ための駆動方向をステ
ップ２１７にて決めることになる。算出式上、Ｋの符号
を決めることがこれに相当する。本実施例では、その決
定に乱数表を用いている。次にステップ２１８にてフラ
グＣの状態を判別する。フラグＣは方向判別を行なうの
に充分な信号変化が得られない時には、大ぼけ状態と考
え、フォーカスレンズを高速で送るため『とりあえず動
かす』速度を増加させていくためのものである。一周目
はフラグＣはＬｏｗであり、ステップ２２０で『とりあ
えず動かす』ための初期設定速度を、この例では｜Ｋ｜
＝１とした。この数値はΔＶ_Cをどの様に設定したかに
よって異なってくるが、例えば、ＮＴＳＣのビデオカメ
ラの測距が１フィールド１／６０ｓｅｃの３フィールド
分ごとに行なわれ（１／２０ｓｅｃ）、又焦点調節装置
のボケ判断の能力が絞り値１．０の時にステップモータ
ーのパルス数にして１パルス程度であり、又、許容錯乱
円が（人間にボケがわかる錯乱円）真の合焦から３パル
ス程度のところであり、係数Ｆ_NOが実際の絞り値をその
まま用いる様に構成された場合には、１／２０ｓｅｃで
１〜２パルス程度の変化が望ましい。即ち２０〜４０ｐ
ｐｓが補正項のうちＫ×ΔＶ_Cとして算出されればより
訳である。例えば、ΔＶ_C＝３０と設定する。

【００６０】実際にこの設定でＦ２．０、Ｋ＝１、ズー
ム中でＶ_C＝２００ｐｐｓの場合のフォーカシングレン
ズ駆動速度Ｖとしては、Ｖ＝２００＋２．０×１×３０
＝２６０ｐｐｓが使用速度として算出されることにな
る。

【００６１】ステップ２２１では、この様な算出が行な
われ、ステップ２２２でズーム操作有無の判定が行なわ
れ、これによってズーム操作中であればステップ２２３
にてズーム、フォーカスの両モーターが同時に駆動スタ
ートする。又、ステップ２２４はズーム操作時以外であ
り、フォーカスモーターのみが駆動される。

【００６２】ステップ２２５でフラグＴが判別される。
フラグＴは電源投入直後のみハイとなっているもので、
この場合はＬｏｗにした後、ステップ２０４へ戻る。即
ち電源投入直後は焦点電圧Ｆ₀とＦ₁の内容が、レンズの
位置を異ならせて検出した焦点電圧となっていないため
に、正しい方向判別が行なわれる条件が揃っておらず、
焦点状態の判別処理を１回見送るためのものである。

【００６３】２周目以降は、一周目のステップ２２６で
フラグＴがＬｏｗとなっているので、ステップ２２５の
判定によってステップ２２８へ至る。まずＦ₀と所定の
しきい値Ｆ_th1が比較され、Ｆ₀が小さいときにはフラグ
ＣをＨｉにしてステップ２１９を介して｜Ｋ｜の値を増
加し、速度を上げる。Ｆ₀が小さいということは焦点電
圧がきわめて低い、ボケの大きな状態にあることを意味
しているため、Ｆ₀とＦ₁の充分な差が得られないと思わ
れるために加速していく訳である。但し、加速しても方
向が間違っていると焦点電圧ＦがＦ_th1を越えるとは限
らない。したがって、ここの部分は、更に他の判断項目
を入れてスムースな動きとすることが望ましいが、ここ
では本発明の本質でないので除く。

【００６４】ステップ２２９でフラグＣをＬｏｗとす
る。ステップ２３０で試行法の方向（後ピンか前ピン
か）を検出するためにΔＦ＝Ｆ₀−Ｆ₁の算出を行なう。
ステップ２３１で｜ΔＦ｜とΔＦ_th1との比較がなされ
る。ΔＦ_th1は合焦、非合焦判別のためのしきい値であ
り、このしきい値を｜ΔＦ｜が下回っていれば合焦を判
断される。合焦の場合２３２、２３３でフラグＡをＬｏ
ｗ、フラグＢをＨｉとする処置を施し、又Ｆ₀を合焦→
非合焦判断の基準となるＦ_Kへ格納する。フラグＬｏ
ｗ、ＢをＨｉにすることで、次からは、ステップ２１
６、２４０の判定によってステップ２４１〜２４４のフ
ローを通ることとなる。ステップ２３１で｜ΔＦ｜＞Δ
Ｆ_th1と判断された際には、方向判別が可能であること
からΔＦの符号をステップ２３５で見きわめ、ΔＦが正
であればＫの符号はそのままに維持し（ステップ２３
７）、負であれば反転する（ステップ２３６）。これに
よってフォーカスレンズの基準速度Ｖ_Cに対する補正速
度の方向が決定される。

【００６５】方向確定後は、ステップ２３８、２３９で
フラグＡとＢをＬｏｗにする。これによって次周目から
ステップ２１６、２４０の実行によってステップ２４５
以後の非合焦→合焦のためのルーチンに入る。

【００６６】ステップ２３１の判定がＮｏで、合焦とみ
なされた場合、次の周からはステップ２０４〜２１５は
前述の様に経過し、ステップ２４１に至る。合焦である
のでＫ＝０となる。即ちズーム時はＶ＝Ｖ_Cとなり、フ
ォーカスレンズは、ズームによるピント面のずれを補正
するだけの駆動となる。そしてズーム時以外にはフォー
カスモーターは停止する。

【００６７】ステップ２４２にて、現在の焦点電圧と合
焦判定がなされた時の焦点電圧Ｆ_Kの差の絶対値とΔＦ
_th2が比較される。ΔＦ_th2は合焦→非合焦（又は信号変
化があった）判定のためのしきい値であり，合焦後の再
起動を意味するものである。ステップ２４２の判定がＮ
ｏであればそのままステップ２５８へと進み、Ｙｅｓで
あれば非合焦となった可能性があるため、フラグＢをＬ
ＯＷ、フラグＡをＨｉとし（ステップ２４３、２４
４）、次からはステップ２１６の判定によりステップ２
１７へ到るようにする。

【００６８】又、ステップ２３１の判定がＹｅｓで、非
合焦でかつ前ピン、後ピンの方向が決まった場合には、
次周目ではステップ２４０でＮｏとなり、ステップ２４
５に到る。ステップ２４５は、ΔＦ＝Ｆ₀−Ｆ₁が算出さ
れ、ステップ２４６で符号が確認され、負であればフラ
グＡがステップ２４７でＨｉとなり、次からは再度ステ
ップ２１７へ入るようになる。この判定も、実際にはノ
イズ等で必ずしもΔＦが（モーターの回転方向が正しく
ても）正になり続けるとは限らないことを考慮し、一回
負となってもすぐ戻すのではなく、符号の頻度等例えば
所定回数中、決められた回数以上判定されたとき、その
判定を真とするアルゴリズムなどが考えられるが、本発
明の本質でないのでここでは最も簡単な形とした。

【００６９】ステップ２４８、２５１、２５２はそれぞ
れピンボケの程度の判別を行ない速度内容を変更する処
理を行なうものである。Ｆ_th2は焦点電圧下に対して、
前述のＦ_th1よりは大きいしきい値で、Ｆ_th1とＦ_th2の
間にＦ₀がある場合はステップ２４８の判別がＮｏとな
り、ステップ２４９でＫの絶対値が３と設定される。即
ち、非合焦でピンボケ方向がわかっており、かつボケが
かなり大きい時である。Ｆ_th3はＦ_th2より大きい時でボ
ケが中程度と見なされるので、Ｆ₀がＦ_th3とＦ_{th 2}にあ
る時はステップ２５０で｜Ｋ｜＝２と設定される。又、
Ｆ₀がＦ_th2より大きいがΔＦは合焦判定しきい値である
前述のΔＦ_th1より大きくなっている時には、ボケの程
度は小さいのでステップ２５３で｜Ｋ｜＝１となる。又
ステップ２５２で合焦判定が出ている時は非合焦から合
焦に到ったと判断され、ステップ２５４でＫ＝０とした
上、ステップ２３２〜２３４と同じ動作をステップ２５
５〜２５７で行なう。

【００７０】ステップ２５８では、上述の処理によって
定められたＫの値をもとに、式（１）にもとづいてフォ
ーカスレンズの実際の速度Ｖを算出している。尚、フォ
ーカスモーター速度は例えばステップ２２１又は２５８
通過時に設定され、ステップ２０４に入る時点で演算さ
れた最新のＶに切換えられるものとする。

【００７１】以上説明したように、本発明では、ズーム
中、ズーム中以外にかかわらず、フォーカスモーターの
速度を前述したＶ＝Ｖ_C＋Ｆ_NO・Ｋ・ΔＶ_Cの式にて算出
して求めることにより、（ａ）ズーム時とそうでない時
も基本的に同じ試行法のルーチンを兼用してＶを設定で
きる（ズームしてない時はＶ_C＝０とすればよい）。
（ｂ）ΔＶ_Cを適当に設定することによって、後はＦ_NO
によらず（Ｆ_NOを係数化し）ボケの状態に応じて錯乱円
変化が同条件となるＶの設定が簡単に行なえる。（ｃ）
Ｋを変えることによりきめ細かな速度変化が可能となる
等のメリットが生じ、インナーフォーカスレンズを用い
た際のワイドからテレ方向のズームでのピンボケの発生
を可及的に抑制することができる。

【００７２】上述した本発明の第１実施例では｜Ｋ｜＝
０〜｜Ｋ｜＝３迄を用いて速度を決定する例を述べた
が、本発明の特徴とするきめ細かな速度制御を、さらに
細かく行なってスムーズに行なうためには、ΔＶ_Cを第
１実施例の説明において示した例のΔＶ_C＝３０といっ
た値にはせず、ΔＶ_C＝５といった小さな値にしてお
き、｜Ｋ｜をより広いレンジで（例えば｜Ｋ｜＝０〜１
００）使い分けることが考えられる。

【００７３】この様に細かいＫの決定に際しては図２で
示した様なＩＦ文でのフローチャートではなく、近年制
御系への適用が盛んなファジィ適している。

【００７４】第１実施例では焦点電圧を得るための信号
の種類を一種類と考えていたが、第２実施例では例えば
図３に示すような被写体像のエッジ部分の幅に応じた信
号ＥＳと高周波成分ＦＶの２つの信号が得られると仮定
する。エッジ幅信号ＥＳは、合焦点に近付く程エッジ幅
が狭くなることを利用して合焦検出を行なうものでエッ
ジ幅をΔｘとし、ＥＳ＝１／Δｘを用いると合焦点でピ
ークとなる。図に示すようにＥＳは合焦付近で急峻な特
性を有する性質があり、ＦＶはよりなだらかな特性を有
している。尚、これらの信号の検出方法については、特
開昭６２−１０３６１６号等で公知となっており、説明
を省略する。この場合にファジィ推論によってＫ値を決
定する上でのルールの例を図４に示す。

【００７５】例えば現在のＫの符号が正の時にＥＳが大
きな値を示し、ｄＥＳ（ＥＳに対する変化分のΔＦ）が
正であるが、その絶対値が小さい時には山の頂上である
可能性が大であり合焦が近いと思われるので、Ｋの符号
は正のまま、速度内容は小さ目にするというのが○印を
付したリールの内容となっている。

【００７６】実際には、ルールφ用いたＥｓ，ｄＥＳ，
ＦＶ，ｄＦＶ，（ＦＶの変化量）Ｋにそれぞれ入力のメ
ンバーシップ関数が与えられると共に、最修的に出力さ
れるＫに対して出力のメンバーシップ関数が与えられる
こととなる。

【００７７】この例の様にＫの決定に際してファジィ推
論を導入すると本発明の特徴とするところのＶ＝Ｖ_C＋
Ｆ_NO・Ｋ・ΔＶ_Cの算出式を用いて細い速度制御が可能
となる訳である。

【００７８】即ち、単にＫの値をしきい値によって決定
するのではなく、Ｋ＝０、の他にＫの値にあいまいな要
素を含めたまま決定することにより、より自然な制御を
行なうことができる。

【００７９】前述の第１、第２実施例では、フォーカス
レンズの速度を決定する式Ｖ＝Ｖ_C＋Ｆ_NO・Ｋ・ΔＶ_Cの
うち特に係数Ｋの決め方に関して説明したが、ここでは
上式をズームモーター速度の補正項を導入したＶ＝Ｘ×
（Ｖ_C＋Ｆ_NO・Ｋ・ΔＶ_C）のようにした場合の速度演算
法について説明する。

【００８０】前述した様に本発明の実施に際して、Ｖ_C
の値を小領域に分割した個々の領域毎にメモリーした方
法をとり、しかもＶ_Cがフォーカスモーターの速度を示
す場合に、実際にＶ_Cの算出は以下のようになる。図
７、図９の横軸はバリエーター位置（焦点距離）ではな
く、バリエーターが一定速度で動くという仮定のもとに
時間軸に置きかえることが可能である。即ち領域の中心
の点は（ｔ，ｇ）（ｔは仮にワイド端を０とした時その
バリエーター位置までに要する時間、ｇはフォーカスレ
ンズ位置）で示され、ここを通る合焦カム軌跡はｆ
（ｔ）となる。したがってｆ（ｔ）を微分した値をｐｐ
ｓオーダーに変換すれば、その領域のＶ_Cが示されるこ
とになる。

【００８１】したがって、ズーム速度が変わった時にも
Ｖの値を錯乱円の変化のしかたが一定となるようにする
には設計上のズーム速度ｔ_Zと実際のズーム速度ｔ_Z′に
より求まるＸ＝ｔ_Z′／ｔ_Zの値を（Ｖ_C＋Ｆ_NO・Ｋ・Δ
Ｖ_C）に乗ずればよいことがわかる。これを実施する際
には、ｔ_Z′を知る必要がある。ｔ_Z′の検出方法として
は、ボリュームエンコーダーの単位時間の変化を測定す
ることにより予測する方法が考えられる。実際には、
電源ＯＮの時点で実際に微少距離ズームモーターを動か
しｔ_Z′を算出しＸを求め、以後、その値を用いる。
ズーム操作が行なわれている最中、継続してエンコーダ
ー出力の変化速度を測定し続け、ｔ_Z′を更新してい
く。補正は最新のＸを用いる。などの方法が考えられ
る。

【００８２】本発明では特に、ズーム中にはＶ_Cの値が
正確であることが要求されるため、実際には、このＸの
算出は欠かせないものとなる。

【００８３】さらに第３実施例で算出したＸをより正確
につかむためにはズームモーターもステップモーターを
用いることが考えられる。

【００８４】又、本発明の第１〜第３実施例ともに、Ｖ
_Cは図７、図９に示した様なマップ内を図１３に示した
様な小領域ごとにメモリーされたＶ_Cを読み出して用い
ることを前提としていたが、これ以外に図９の１３、１
４、１５といったそれぞれのカム軌跡を軌跡上のポイン
ト（ズームエンコーダーのＡ／Ｄ値、ステップモーター
番地）としてメモリーするような場合も考えられる。こ
の場合は現在のズームエンコーダーの値を最初に示した
時と、一つ過去のズームエンコーダー値を最初に示した
時との時間差Δｔと、現在のステップモーターの番地と
一つ未来のズームエンコーダーの値になった時のステッ
プモーターのとるべき番地の差ΔｙからΔｙ／Δｔを求
めＶ_Cとするなどが考えられる。この場合はＶ_Cの中にＸ
も考慮されたことになるのでＶ_Cに対するＸの補正は不
要となる。（補正項のみＸを考慮したい場合には、Ｖ＝
Ｖ_C＋Ｘ・Ｆ_NO・Ｋ・ΔＶ_Cとすればよい）上述のように
本発明によれば、インナーフォーカスレンズのフォーカ
スモーターの速度の決定を式Ｖ＝Ｖ_C＋Ｆ_NO・Ｋ・ΔＶ_C
又はＶ＝Ｘ×（Ｖ_C＋Ｆ_NO・Ｋ・ΔＶ_C）によって決定す
ることにより、ズーム時とそれ以外のフォーカスモー
ターの速度決定アルゴリズムを統一できる（ズームして
ない時はＶ_C＝０）。Ｋを変えることによりきめ細か
な速度制御に対応できる。絞り値Ｆ_NO考慮により、Ｆ
_NOによらず錯乱円変化の速度が略一定となる様な速度設
定が容易となる。等の特長を有する。又特にファイジィ
推論アルゴリズム等を組合せた時には、種々の状況に応
じたきめ細やかな速度制御が可能なが有効となる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フォーカスレンズの駆動速度をズームレンズとフォーカ
スレンズの位置によって決定される基準速度を、被写界
深度及び焦点状態に応じて補正した速度に基づいて決定
するようにしたので、ズームレンズの速度のばらつき、
被写界深度、ズームレンズの位置、前ピン、後ピン、合
焦度等の焦点状態等の種々の条件に対して補正された最
適速度によるフォーカスレンズ駆動を実現することがで
き、インナーフォーカスレンズのズーム動作中のフォー
カスレンズの移動速度の設定において、試行法に適した
きめ細かな速度変化が可能となり、撮影条件にかかわら
ず、インナーフォーカスレンズのワイドからテレ方向へ
のズーム動作中におけるボケを大幅に改善することがで
き、品位のよい自動焦点調節が可能となるとともに、小
型で消費電力の小さい低コストを実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるレンズ制御装置をビデオカメラ
に適用した場合の位置構成を示すブロック図である。

【図２】本発明におけるフォーカスレンズ速度の制御ア
ルゴリズムを示すフローチャートである。

【図３】本発明の他の実施例に関するフォーカスレンズ
位置と焦点電圧の関係を示す特性図である。

【図４】本発明の他の実施例に関するファイジィ推論を
適用した場合のルールを説明するための図である。

【図５】前玉レンズを駆動して焦点調節を行なうズーム
レンズの一例を示す図である。

【図６】リアフォーカス（インナーフォーカス）タイプ
のズームレンズの一例を示す図である。

【図７】図６に示すリアフォーカスズームレンズにおけ
るズーム位置に応じたフォーカスレンズの合焦位置の軌
跡を示す特性図である。

【図８】リアフォーカス（インナーフォーカス）タイプ
のズームレンズの他の例を示す図である。

【図９】図８に示すリアフォーカスズームレンズにおけ
るズーム位置に応じたフォーカスレンズの合焦位置の軌
跡を示す特性図である。

【図１０】フォーカスレンズ位置と焦点電圧との関係を
示す特性図である。

【図１１】撮像画面内における測距エリアと焦点電圧の
求め方を説明するための図である。

【図１２】自動焦点調節装置を備えたリアフォーカスレ
ンズタイプのカメラの一例を示すブロック図である。

【図１３】ズームレンズ位置（焦点距離）を横軸に、フ
ォーカスレンズ位置（被写体距離）を横軸にとり、焦点
距離に応じたフォーカスレンズ駆動速度を複数の小領域
に分割して記憶したマップを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 邦彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 金田 北洋 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ズームレンズと、 前記ズームレンズの移動にともなう焦点位置を補正する
   フォーカスレンズと、 前記ズームレンズの駆動中は、ズームレンズとフォーカ
   スレンズの位置によって決定される基準速度を、被写界
   深度及び焦点状態に応じて補正した速度に基づいて前記
   フォーカスレンズを駆動する制御手段と、 を備えたことを特徴とするレンズ制御装置。
2. 【請求項２】 ズームレンズと、 前記ズームレンズの移動にともなう焦点位置を補正する
   フォーカスレンズと、 前記ズームレンズが移動されていないときには０とな
   り、前記ズームレンズの駆動中は、ズームレンズとフォ
   ーカスレンズの位置によって決定される基準速度を、被
   写界深度及び焦点状態に応じて補正した速度に基づいて
   前記フォーカスレンズを駆動する制御手段と、 を備えたことを特徴とするレンズ制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２において、前記制
   御手段は、被写界深度に関する情報をＦ_NO、焦点状態に
   関する係数をＫ、ズームレンズとフォーカスレンズの位
   置によって決定される基準速度をＶ_C、基準速度Ｖ_Cの変
   化量をΔＶ_Cとすると、前記フォーカスレンズの移動速
   度Ｖを、Ｖ＝Ｖ_C＋Ｆ_NO×Ｋ×ΔＶ_Cによって演算するよ
   うに構成されていることを特徴とするレンズ制御装置。