JP2010164680A - レンズ制御装置、光学機器及びレンズ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速ズーミング等においても合焦状態を維持した高品位なズーミングを行う。
【解決手段】レンズ制御装置は、変倍用の第１レンズユニット１０２及び焦点調節用の第２レンズユニット１０５を含む光学系により形成された光学像の光電変換信号から焦点信号を生成する。また、制御手段１１９は、所定の合焦距離ごとに作成された、第１レンズユニットの位置に応じた第２レンズユニットの位置を示すデータを用いて生成したカム軌跡の情報に基づいて第２レンズユニットを移動させる。制御手段は、第２レンズユニットを、距離に対応する情報に基づいて設定した移動範囲内で無限方向及び至近方向に移動させ、光学系の動作に関する情報、該光学系の状態に関する情報及び光学像の光電変換動作に関する情報のうち少なくとも１つに応じて、第２レンズユニットの移動中心位置の移動量を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビデオカメラ等の光学機器におけるレンズ制御に関する。

いわゆるインナーフォーカスタイプの光学系を備えた光学機器は、変倍用レンズユニットを移動させる際に、予めメモリに記憶された電子カム軌跡データに基づいて焦点調節用レンズユニットを移動させ、変倍に伴う像面移動を補正する機能を有することが多い。このような機能により、合焦状態を維持したままでの変倍（ズーミング）を容易に行うことができる。

図８には、従来の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。同図において、９０１は固定されている前玉レンズ、９０２は変倍用のズームレンズ、９０３は絞り、９０４は固定されている固定レンズ、９０５は焦点調節機能と変倍に伴う像面移動の補正機能（コンペンセータ機能）とを有するフォーカスレンズである。また、９０６は撮像面である。

このようなインナーフォーカスタイプレンズシステムでは、焦点距離が等しくても、合焦対象である被写体に対して合焦するためのフォーカスレンズ９０５の位置は、被写体距離によって異なる。各焦点距離において被写体距離を変化させたときに、ピントが合った被写体像を撮像面９０６上に形成するためのフォーカスレンズ９０５の合焦位置を連続してプロットすると、図９に示すような被写体距離ごとの複数の電子カム軌跡が得られる。ズームレンズ９０２の移動によるズーミング中に、これら複数の電子カム軌跡の中から被写体距離に応じて選択したカム軌跡を辿るようにフォーカスレンズ９０５を移動させれば、合焦状態を維持したままでのズーミングが可能になる。

図９に示すように、ズームレンズ９０２がテレ側からワイド側に移動する場合には、複数のカム軌跡が互いにある程度の間隔を有した状態からその間隔が狭まる（収束する）状態となる。このため、被写体距離に応じたカム軌跡の選択は容易である。ただし、ズームレンズ９０２がワイド側からテレ側に移動する場合には、互いの間隔が狭い複数のカム軌跡の中からフォーカスレンズが辿るべき１つのカム軌跡を正確に選択することは困難である。

特許文献１には、いわゆるＴＶ−ＡＦ方式を用いる光学機器において、ズーミングの際にフォーカスレンズが辿るべき軌跡を特定する方法が開示されている。この方法では、ズーミング中にフォーカスレンズを至近方向と無限方向に微小移動させながら得られたＡＦ評価値（焦点信号）を比較して、合焦位置の方向を判定する。そして、判定した合焦位置の方向にフォーカスレンズの微小移動の中心を所定量移動させて該微小移動を繰り返すことで、ズーミング中にフォーカスレンズが辿るべきカム軌跡を特定する。

しかしながら、図９に示したように、ズームレンズがテレ端に近づくほどカム軌跡間の間隔が広くなる。このため、フォーカスレンズを微小移動させながらＡＦ評価値を用いて合焦位置の方向を判定する特許文献１にて開示された方法では、限られたズーミング時間内でフォーカスレンズが辿るべきカム軌跡を特定するのは困難である。

また、複数のカム軌跡に対してＡＦ評価値を取得するため、フォーカスレンズの移動量を大きく設定した場合にフォーカスレンズの移動量が焦点深度を大きく超えてしまい、像ぼけが発生する可能性がある。

しかも、ＴＶ−ＡＦ方式では、ＡＦ評価値を取得する周期が垂直同期信号の周期となるため、ズーミング速度が高速になるほどカム軌跡を特定する精度が劣化する。したがって、カム軌跡の特定を誤る頻度が増加する。

そこで、特許文献２には、高速ズーミングにおいても合焦状態を維持でき、撮影シーンやカメラワークに左右されることなくズーミングが行える方法が開示されている。この方法では、合焦対象物までの距離（被写体距離）を検出し、検出した距離に基づいて、カム軌跡を補正する（ＡＦ評価値を取得する）ためのフォーカスレンズの移動範囲を制限する。
特許第２９０１１１６号公報 特許第２７９５４３９号公報

しかしながら、特許文献２には、制限したフォーカスレンズの移動範囲内でどのようにして辿るべきカム軌跡の補正を行うかについては記載されていない。このため、単純にフォーカスレンズの移動範囲を制限しただけでは、実際の撮影環境において以下のような問題が生ずる。

まず、特許文献２では、距離の検出結果とその検出精度に基づいてフォーカスレンズの移動範囲を制限する。そして、該移動範囲内のカム軌跡の中から辿るべきカム軌跡を特定する。しかし、移動範囲は、図２に示すように、テレ側ほど広くなる。このため、１つのカム軌跡を中心として無限及び至近方向にフォーカスレンズを微小移動させる動作を繰り返しながらフォーカスレンズが辿るべきカム軌跡を特定する方法では、該カム軌跡を特定できないままズーミングが終了してしまうおそれがある。

また、前述したように、ＴＶ−ＡＦ方式では、ＡＦ評価値を取得する周期が垂直同期信号の周期となるため、ズーミング速度が高速になるにつれてＡＦ評価値の取得回数が減少し、この結果、微小移動の中心を移動させる回数が減少する。つまり、少ない中心移動回数で移動範囲内にてフォーカスレンズが辿るべきカム軌跡の特定を行うため、カム軌跡の特定を誤る可能性が高くなり、カム軌跡の特定精度が低下する。

同様に、いわゆるスローシャッタ等の長秒時露光時にはズーミング速度が高速でなくともＡＦ評価値の取得周期が露光周期となってしまうため、カム軌跡の特定精度が低下する。

このように、特許文献２に開示された方法では、無限から至近までのすべての被写体距離に対するカム軌跡の中からフォーカスレンズが辿るべきカム軌跡を特定するのではなく、検出距離に基づいて制限された移動範囲内で辿るべきカム軌跡を絞り込む。しかし、高速ズーミング等が行われる場合には、ＡＦ評価値の取得回数を考慮して中心移動の回数や量を設定する必要がある。しかし、ＡＦ評価値の取得回数を考慮したこれらの設定方法について、特許文献２に開示されていない。

本発明は、高速ズーミング等においても合焦状態を維持した高品位なズーミングが行えるようにしたレンズ制御装置、光学機器及びレンズ制御方法を提供する。

本発明の一側面としてのレンズ制御装置は、変倍用の第１レンズユニットの移動に伴う像面移動を補正するために第２レンズユニットを移動させる。該装置は、第１及び第２レンズユニットを含む光学系により形成された光学像の光電変換信号から、該光学系の焦点状態を表す焦点信号を生成する焦点信号生成手段と、所定の合焦距離ごとに作成された、第１レンズユニットの位置と第２レンズユニットの位置との関係を示すデータを記憶した記憶手段と、該データに基づいて、第１レンズユニットの移動に伴う第２レンズユニットの移動を制御する制御手段と、合焦対象物までの距離に対応する情報を検出する検出手段とを有する。そして、制御手段は、第２レンズユニットを、上記距離に対応する情報に基づいて設定した移動範囲内で無限方向及び至近方向に移動させ、第２レンズユニットを無限方向及び至近方向に移動させる際の中心位置の移動量を、光学系の動作に関する情報、該光学系の状態に関する情報及び前記光学像の光電変換動作に関する情報のうち少なくとも１つに応じて、変化させることを特徴とする。

なお、第１及び第２レンズユニットを含む光学系と上記レンズ制御装置とを備えた光学機器も本発明の他の一側面を構成する。

さらに、本発明の一側面としてのレンズ制御方法は、変倍用の第１レンズユニットの移動に伴う像面移動を補正するために第２レンズユニットを移動させる。該方法は、第１及び第２レンズユニットを含む光学系により形成された光学像の光電変換信号から、該光学系の焦点状態を表す焦点信号を生成する焦点信号生成ステップと、所定の合焦距離ごとに作成された、第１レンズユニットの位置と第２レンズユニットの位置との関係を示すデータに基づいて、第１レンズユニットの移動に伴う第２レンズユニットの移動を制御する制御ステップと、合焦対象物までの距離に対応する情報を検出する検出ステップとを有する。そして、制御ステップにおいて、第２レンズユニットを、上記距離に対応する情報に基づいて設定した移動範囲内で無限方向及び至近方向に移動させ、第２レンズユニットを無限方向及び至近方向に移動させる際の中心位置の移動量を、光学系の動作に関する情報、該光学系の状態に関する情報及び光学像の光電変換動作に関する情報のうち少なくとも１つに応じて、変化させることを特徴とする。

本発明によれば、第２レンズユニットが辿るべきカム軌跡を特定するために第２レンズユニットを無限及び至近方向に移動させる際の中心位置の移動量を、光学系の動作・状態に関する情報や光学像の光電変換動作に関する情報に応じて変化させる。これにより、高速ズーミング時やスローシャッタ時においても像ぼけの発生を抑制しつつ合焦状態を維持することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

（前提技術）
まず本発明の実施例の説明に先立って、本発明の前提となる技術について説明する。

図１０は、インナーフォーカスタイプのレンズシステムにおけるフォーカスレンズのカム軌跡追従方法の一例を説明するための図である。

図１０において、Ｚ_０，Ｚ_１，Ｚ_２，・・・Ｚ_６はズームレンズの位置を示しており、ａ_０，ａ_１，ａ_２，・・ａ_６及びｂ_０，ｂ_１，ｂ_２，・・ｂ_６は、不図示のマイクロコンピュータに予め記憶されている被写体距離に応じたフォーカスレンズの位置である。これらのフォーカスレンズ位置の集まり（ａ_０，ａ_１，ａ_２，・・ａ_６及びｂ_０，ｂ_１，ｂ_２，・・ｂ_６）が、代表的な被写体距離ごとのフォーカスレンズが辿るべき合焦カム軌跡（代表カム軌跡）となる。

また、ｐ_０，ｐ_１，ｐ_２，・・ｐ_６は、上記２つの代表カム軌跡を基に算出された、フォーカスレンズが追従すべき合焦カム軌跡上の位置である。この合焦カム軌跡上の位置の算出式を以下に示す。

ｐ_{（ｎ＋１）}
＝｜ｐ_（ｎ）−ａ_（ｎ）｜／｜ｂ_（ｎ）−ａ_（ｎ）｜×｜ｂ_{（ｎ＋１）}−ａ_{（ｎ＋１）}｜＋ａ_{（ｎ＋１）} …（１）
上記（１）式によれば、例えば図１０においてフォーカスレンズがｐ_０にある場合、ｐ_０が線分ｂ_０−ａ_０を内分する比を求め、この比にしたがって線分ｂ_１−ａ_１を内分する点をｐ_１とする。このｐ_１−ｐ_０の位置差と、ズームレンズがＺ_０〜Ｚ_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移動速度が分かる。

次に、ズームレンズの停止位置が、記憶された代表カム軌跡データを有するズームエリアの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。図１１はズームレンズの移動方向の内挿方法を説明するための図であり、図１０の一部を抽出してズームレンズの位置を任意としたものである。

図１１において、縦軸はフォーカスレンズの位置、横軸はズームレンズの位置を示している。マイクロコンピュータで記憶している代表カム軌跡上のフォーカスレンズ位置を、ズームレンズの位置を Ｚ_０，Ｚ_１，・・Ｚ_ｋ−１，Ｚ_ｋ・・Ｚ_ｎとしたとき、フォーカスレンズ位置を被写体距離別に、
ａ_０，ａ_１，・・ａ_ｋ−１，ａ_ｋ・・ａ_ｎ
ｂ_０，ｂ_１，・・ｂ_ｋ−１，ｂ_ｋ・・ｂ_ｎ
としている。

今、ズームレンズ位置がズームエリア境界上でないＺｘにあり、フォーカスレンズ位置がｐｘである場合にａｘ，ｂｘを求めると、
ａ_ｘ＝ａ_ｋ−（Ｚ_ｋ−Ｚ_ｘ）×（ａ_ｋ−ａ_ｋ−１）／（Ｚ_ｋ−Ｚ_ｋ−１）…（２）
ｂ_ｘ＝ｂ_ｋ−（Ｚ_ｋ−Ｚ_ｘ）×（ｂ_ｋ−ｂ_ｋ−１）／（Ｚ_ｋ−Ｚ_ｋ−１）…（３）
となる。つまり、現在のズームレンズ位置とそれを挟む２つのズームエリア境界位置（例えば、図１１におけるＺ_ｋとＺ_ｋ−１）とから内分比を求める。そして、記憶している４つの代表カム軌跡データ（図１１でのａ_ｋ，ａ_ｋ−１，ｂ_ｋ，ｂ_ｋ−１）のうち同一被写体距離のものを上述の内分比で内分して、ａ_ｘ，ｂ_ｘを求める。

そして、ａ_ｘ，ｐ_ｘ，ｂ_ｘから得られる内分比に従い、予め記憶されている上記４つの代表データのうち、同一焦点距離のものを（１）式のように上述の内分比で内分することにより、ｐ_ｋ，ｐ_ｋ−１を求めることができる。

ワイド側からテレ側へのズーミング時には、追従移動先のフォーカス位置ｐ_ｋ及び現在のフォーカス位置ｐ_ｘの差と、ズームレンズがＺ_ｘ〜Ｚ_ｋまで移動するのに要する時間とから、合焦を保つために必要なフォーカスレンズの移動速度が分かる。

テレ側からワイド側へのズーミング時には、追従移動先のフォーカス位置ｐ_ｋ−１及び現在のフォーカス位置Ｐ_ｘの差と、ズームレンズがＺｘ〜Ｚ_ｋ−１まで移動するのに要する時間とから、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。

このとき、マイクロコンピュータ内に予め記憶されている合焦カム軌跡情報のテーブルデータの例を図１２に示す。図１２は、ズームレンズ位置により変化する、被写体距離別のフォーカスレンズ位置データＡ_{（ｎ，ｖ）}を示している。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。ここでは、ｎ＝０が無限遠の被写体距離を表し、ｎが大きくなるにしたがって被写体距離は最至近距離側に変化する。ｎ＝ｍは１ｃｍの被写体距離を示している。

一方、ｖ＝０はワイド端を表す。さらに、ｖが大きくなるにしたが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。したがって、１列のテーブルデータで１本の代表カム軌跡が描かれることになる。

次に、前述したように、ワイドからテレ方向におけるズーミング時にフォーカスレンズがどのカム軌跡を辿るべきかが判らなくなる問題を解消するためのカム軌跡追従方法について説明する。

フォーカスレンズを至近側から無限側に移動させ、その移動時のＡＦ評価信号を図示すると、図１５のようになる。このＡＦ評価信号は、撮像信号の高周波成分（鮮鋭度信号）のレベルを示している。評価値がピークとなる点Ｐがフォーカスレンズの合焦位置となる。

よって、ＡＦ評価値のピーク（点Ｐ）にフォーカスレンズを維持しつづけることで、ズーミング時にどのカム軌跡を辿るべきかが判らなくなる問題を解消することができる。しかし、ＡＦ評価値のピークは相対的な値であり、ズーミングによる画角変化や、被写体のコントラストの変化により、その値は逐次変化する。よって、フォーカスレンズを無限方向及び至近方向に微小量だけ移動させる微小移動を行い、ＡＦ評価値の変化を観察することにより、ＡＦ評価値のピーク（合焦位置）が存在する方向が分かる。

図１５において、点Ａや点Ｂを中心位置としてフォーカスレンズを微小移動させた場合、ＡＦ評価値は増加と減少を繰り返し、大きな変動を示す。ＡＦ評価値のピークは、微小移動の際のＡＦ評価値の増加方向に存在するため、フォーカスレンズを増加方向に移動させることにより、ＡＦ評価値のピークを特定できる。

一方、点Ｐにおいて、フォーカスレンズを微小移動させた場合、ＡＦ評価値の変動は小さい値となる。この変化を、図示すると図１６のようになる。また、合焦点付近では、至近・無限方向に移動した場合も、どちらもＡＦ評価値が下がる傾向にあるため、この特性を利用し合焦点を特定する。所定回数連続して同一エリアを往復してＡＦ評価値の取得を繰り返してしていた場合、合焦点であると判断する。

図１７において、ある距離に位置する被写体に対して合焦を得ながらズーミングを行う際にフォーカスレンズが辿るべきカム軌跡（フォーカスレンズ位置の集まり）が１９００であるとする。ここで、フォーカスレンズの微小移動の中心位置となる中心カム軌跡を１９００として、フォーカスレンズの微小移動について説明する。

フォーカスレンズが中心カム軌跡より無限側にＬだけ離れたＦ_０の位置にあるとき、Ｆ_０でのＡＦ評価値を取得するために、中心カム軌跡１９００と同じ傾きでフォーカスレンズをＦ_１（中心カム軌跡からＬだけ無限側に離れた点）まで移動させる。そして、ＡＦ評価値Ｅ_０を得る。

次に、中心カム軌跡１９００からＬだけ至近側に離れた点Ｆ_２にフォーカスレンズを移動させる。

次に、Ｆ_２におけるＡＦ評価値を取得するため、中心カム軌跡１９００と同じ傾きでフォーカスレンズをＦ_３（中心カム軌跡１９００からＬだけ至近側に離れた点）まで移動させ、ＡＦ評価値Ｅ_１を得る。同様に、中心カム軌跡１９００からＬだけ無限側に離れた点Ｆ_４にフォーカスレンズを移動させる。この動作を繰り返すことで、中心カム軌跡１９００を中心とした、フォーカスレンズの微小移動が可能となる。

以上説明したフォーカスレンズの移動は、辿るべきカム軌跡（合焦カム軌跡）が１９００であることから、微小移動により得られる至近側と無限側の評価値Ｅ_０、Ｅ_１、Ｅ_２…は、図１７（ｂ）のようにほぼ一定の値となる。つまり、合焦を維持しながらズーミングしている状態となる。

しかし、常に中心カム軌跡がフォーカスレンズが辿るべきカム軌跡（合焦カム軌跡）であるとは限らない。その場合を、図１８を用いて説明する。まず、Ｆ’_０の位置にフォーカスレンズがある場合、仮の中心カム軌跡１９０１を中心として前述の微小移動を行う。Ｆ’_０からＦ’_５まで移動した場合、軌道上のＡＦ評価値Ｅ’_０、Ｅ’_２、Ｅ’_４が記憶されている。ここで、この評価値を比較することにより、次のフォーカス位置Ｆ’_６を決定する。

ＡＦ評価値が図１８（ｂ）のような値であった場合、Ｅ’_０＜Ｅ’_２、Ｅ’_４＜Ｅ’_２であるため、ＡＦ評価値のピークはＥ’_２の方向、つまり、至近側に辿るべきカム軌跡（合焦カム軌跡）が存在することが分かる。

よって、Ｆ’_６の位置は、仮の中心カム軌跡１９０１よりも、Ｗだけ至近側に移動（中心移動）させる。そして、１９０１よりＷだけ至近側にあるカム軌跡１９０２を仮の中心カム軌跡として、微小移動を再度行う。

同様に、仮の中心カム軌跡１９０２を中心として、前述の微小移動を数回行い、ＡＦ評価値を比較する。その結果に基づき、中心移動量Ｗを設定し、カムの乗り移りを行うことを合焦カム軌跡が特定できるまで繰り返す。

このように、微小移動に際して得られるＡＦ評価値に基づいて、ズーミング中に中心カム軌跡を乗り移りながら、ＡＦ評価値がほぼ一定になるカム軌跡を特定する。これにより、ワイド側からテレ側におけるズーミング時にフォーカスレンズがどのカム軌跡を辿るべきかが判らなくなる問題を解消できる。

以上説明してきたズーミング制御は、撮像素子からの撮像信号を用いて焦点検出を行う関係から、映像の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。

図７は、マイクロコンピュータ内で行われるズーミング制御のフローチャートである。ステップ（図ではＳと記す）７０１で処理が開始されると、Ｓ７０２で初期設定が行われる。初期設定では、マイクロコンピュータ内のＲＡＭや各種ポートの初期化を行う。

Ｓ７０３では、マイクロコンピュータは、カメラ本体の操作系の状態を検出する。マイクロコンピュータは、ここで撮影者が操作するズームスイッチユニットの情報を受け取り、撮影者にズーミング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をディスプレイに表示する。

Ｓ７０４では、マイクロコンピュータは、ＡＦ処理を行う。すなわちＡＦ評価信号の変化に応じて自動焦点調節処理を行う。

Ｓ７０５では、マイクロコンピュータは、ズーミング処理を行う。すなわち変倍に際して合焦を維持するためのコンペセータ動作の処理を行う。具体的には、図１０に示すカム軌跡をほぼトレースするために、フォーカスレンズの標準移動方向及び標準移動速度を算出する。

Ｓ７０６では、マイクロコンピュータは、ＡＦやズーミングに際して、Ｓ７０４からＳ７０５の処理ルーチンで算出されるズームレンズやフォーカスレンズの移動方向や移動速度のうちいずれを使用するかを選択する。このルーチンは、ズームレンズやフォーカスレンズを、それぞれがメカ端に当たらないようにソフト的に設けている制御上のテレ端及びワイド端の間又は制御上の至近端及び無限端の間で移動させるルーチンである。

Ｓ７０７では、マイクロコンピュータは、Ｓ７０６で定めたズーム及びフォーカス用の移動方向情報、移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／停止を制御する。Ｓ７０７の処理終了後はＳ７０３に戻る。

なお、図７に示した一連の処理は、垂直同期信号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入力されるまで待機する）。

図５及び図６には、１垂直同期時間に１回、マイクロコンピュータ内で実行される制御フローを示しており、図７のＳ７０５で実行される処理の内容を詳細に示している。なお、図５及び６において、同じ丸囲み数字が付された部分は互いにつながっている。

以下、図４〜図７、さらには図１０を用いて説明を行う。

図４のＳ４００では、マイクロコンピュータは、ズームスイッチユニットの操作情報に応じて、自然な変倍動作が行えるようズームモータの駆動速度（ズーム速度Ｚｓｐ）を設定する。

次に、Ｓ４０１において、マイクロコンピュータは、微小移動より得られた中心カム軌跡の至近側及び無限側のＡＦ評価値を比較して、中心移動の方向を決定する。決定方法は図１７（ｂ）のように、無限側のＡＦ評価値Ｅ_０、Ｅ_２と、至近側のＡＦ評価値Ｅ_１、Ｅ_３の連続する最低３つのＡＦ評価値を比較し、ＡＦ評価値の高い方向を中心移動方向とする。

そして、マイクロコンピュータは、中心カム軌跡に対して所定回数連続して同一エリアを往復してＡＦ評価値の取得を繰り返した場合、そこが合焦点（合焦カム軌跡）であると判断する。また、中心移動を行う場合は、至近側を＋、無限側を−とする符号を設定する。

続いてＳ４０２において、マイクロコンピュータは、中心移動の必要の有無を判定し、中心移動を行う必要がある場合（合焦状態を示すＡＦ評価値が得られない非合焦状態である場合）は、Ｓ４０３において中心移動量Ｗの算出を行う。中心移動の必要が無い場合、つまり、合焦状態である場合はＳ４０５の処理に移る。

Ｓ４０３における中心移動量Ｗの算出は、焦点距離（ズームレンズ位置）等に基づいて決定される。図９に示すように、焦点距離によって、カム軌跡間の間隔が異なっている。ワイド側は複数のカム軌跡が収束するように集まっているのに対して、テレ側に行くにしたがって複数のカム軌跡間の間隔が徐々に広くなっている。例えば、焦点距離に関わらず中心移動量Ｗを一定にした場合、ワイド側ではカム軌跡が密集しているため、一度の中心移動で被写体距離の異なるカム軌跡に乗り移ることができる。

一方、テレ側ではカム軌跡間の間隔が広いため、ワイド側と同じ中心移動量Ｗでは、被写体距離の異なるカム軌跡への乗り移りが困難となる。よって、中心移動量Ｗは焦点距離に応じて変化し、その値はカム軌跡間の間隔に基づいて決定される。なお、中心移動量Ｗの値は、ワイドからテレまでのズーミング動作中に、フォーカスレンズが被写体距離が無限遠のカム軌跡から最至近のカム軌跡までのすべてのカム軌跡上を微小移動する（カバーする）のに十分な値とする。

決定された中心移動量Ｗには、移動方向に基づき符号が付加される。マイクロコンピュータは、それをＳ４０４において微小移動中心フォーカスレンズ位置Ｐ_ｘに加算して、該Ｐ_ｘを更新する。

Ｐ_ｘ＝Ｐ_ｘ±Ｗ
中心移動が発生した場合は、この更新されたＰ_ｘを新しい微小移動中心フォーカスレンズ位置としてフォーカスレンズの微小移動を行う。

次に、Ｓ４０５では、マイクロコンピュータは、現在のズームレンズ位置及び微小移動中心フォーカスレンズ位置が図９に示したどのカム軌跡上の位置なのかを知るための３つのカム軌跡パラメタα、β、γを用いて、図５に示した処理を行う。なお、以下、説明を簡単にするために、現在のレンズ位置にて合焦状態が維持されているものとして図５に示した処理を説明する。

図５のＳ５０１では、マイクロコンピュータは、現在のズームレンズ位置Ｚ_ｘが、図１２に示したデータテーブル上で、ワイド端からテレ端までをｓ等分したうちの何番目のズームエリアｖに存在するのかを算出する。その算出方法を、図６を用いて説明する。

Ｓ６０１では、マイクロコンピュータは、ズームエリア変数ｖをクリアする。Ｓ６０２では、マイクロコンピュータは、次に示す（６）式にしたがって、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、図１０で示したズームレンズ位置Ｚ_０，Ｚ_１，Ｚ_２，・・に相当する。

Ｚ_（ｖ）＝（テレ端ズームレンズ位置−ワイド端ズームレンズ位置）×ｖ／ｓ
＋ワイド端ズームレンズ位置 …（６）
Ｓ６０３では、マイクロコンピュータは、Ｓ６０２で求めたＺ_（ｖ）が現在のズームレンズ位置Ｚ_ｘと等しいかどうかを判別する。等しければ、ズームレンズ位置Ｚ_ｘはズームエリアｖの境界上に位置するとして、Ｓ６０７で境界フラグに１を立てる。

Ｓ６０３で等しくなければ、Ｓ６０４で、マイクロコンピュータは、Ｚ_ｘ＜Ｚ_（ｖ）かどうかを判別する。Ｓ６０４がＹｅｓならば、Ｚ_ｘはＺ_{（ｖ−１）}とＺ_（ｖ）との間にあることになり、Ｓ６０６で境界フラグを０とする。Ｓ６０４でＮｏならば、Ｓ６０５でズームエリアｖをインクリメントしてＳ６０２に戻る。

以上の処理を繰り返し行うことにより、図６のフローを抜けるときには、現在のズームレンズ位置Ｚ_ｘが、図１２のデータテーブル上におけるｖ＝ｋ番目のズームエリアに存在し、さらにＺ_ｘがズームエリア境界上か否かを知ることができる。

図５に戻って、Ｓ５０１で図６の処理により現在の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レンズが図１２のデータテーブル上のどこに位置するのかを算出する。

まず、Ｓ５０２では、マイクロコンピュータは、被写体距離変数ｎをクリアし、Ｓ５０３では、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する。境界フラグが０ならば境界上にないとしてＳ５０５からの処理に進む。

Ｓ５０５では、マイクロコンピュータは、ＺｋにＺ_（ｖ）をセットし、またＺ_ｋ−１にＺ_{（ｖ−１）}をセットする。次に、Ｓ５０６では、マイクロコンピュータは、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、Ｓ５０７で、上述した（２），（３）式からａｘ，ｂｘを算出する。

一方、Ｓ５０３で境界フラグが１であった場合は、マイクロコンピュータは、Ｓ５０４で被写体距離ｎでのズームレンズ位置（ここではｖとなる）に対する合焦位置Ａ_{（ｎ，ｖ）}と被写体距離ｎ＋１でのズームレンズ位置に対するＡ_{（ｎ＋１，ｖ）}とを呼び出す。そして、これらのそれぞれをａ_ｘ，ｂ_ｘとしてメモリする。

Ｓ５０８では、マイクロコンピュータは、微小移動中心フォーカスレンズ位置Ｐ_ｘがａ_ｘ以上であるかを判別する。ａｘ以上であるときは、Ｓ５０９で微小移動中心フォーカスレンズ位置Ｐ_ｘがｂ_ｘ以上か否かを判別する。ｂ_ｘ以上でないときは、微小移動中心フォーカスレンズ位置Ｐ_ｘは被写体距離ｎとｎ＋１の間にあることになり、このときのカム軌跡パラメタをＳ５１３からＳ５１５でメモリに格納する。Ｓ５１３では、α＝Ｐ_ｘ−ａ_ｘ とし、Ｓ５１４でβ＝ｂ_ｘ−ａ_ｘ、Ｓ５１５でγ＝ｎとする。

Ｓ５０８でＮｏとなるのは、微小移動中心フォーカスレンズ位置Ｐ_ｘが超無限遠位置である場合である。このとき、マイクロコンピュータは、Ｓ５１２で、α＝０としてＳ５１４からの処理へ進み、無限遠のカム軌跡パラメタを記憶する。

Ｓ５０９でＹｅｓとなる場合は、微小移動中心フォーカスレンズ位置Ｐ_ｘがより至近側である場合である。この場合、マイクロコンピュータは、Ｓ５１０で被写体距離ｎをインクリメントして、Ｓ５１１でｎが最至近距離に対応した位置ｍより無限遠側であるかを判別する。最至近距離位置ｍより無限遠側であればＳ５０３へ戻る。Ｓ５１１でＮｏとなる場合は、微小移動中心フォーカスレンズ位置Ｐ_ｘが超至近位置である場合である。このとき、マイクロコンピュータは、Ｓ５１２からの処理へ進むことにより、最至近距離に対するカム軌跡パラメタをメモリする。

図４に戻って説明を続ける。前述したようにＳ４０５では、現在のズームレンズ位置及び微小移動中心フォーカスレンズ位置が図９に示したどのカム軌跡上の位置なのかを知るためのカム軌跡パラメタの記憶を行った。

そして、Ｓ４０６では、マイクロコンピュータは、１垂直同期時間（１Ｖ）後にズームレンズが到達しているズームレンズ位置（現在位置からの移動先の位置）Ｚ_ｘ’を算出する。ここで、Ｓ４００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レンズ位置Ｚ_ｘ’は以下の（７）式で与えられる。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）を示している。また、（７）式の符号は、ズームレンズの移動方向によってそれぞれ、テレ方向は＋、ワイド方向は−としている。

Ｚ_ｘ’＝Ｚ_ｘ±Ｚｓｐ／垂直同期周波数 …（７）
次に、マイクロコンピュータは、Ｚ_ｘ’がどのズームエリアｖ’に存在するのかをＳ４０７で決定する。Ｓ４０７では、図６の処理と同様の処理を行い、図６におけるＺ_ｘをＺ_ｘ’に、ｖをｖ’に置き換えた処理を行う。

次にＳ４０８で、マイクロコンピュータは、１垂直同期時間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ならば境界上ではないとして、Ｓ４０９からの処理に進む。

Ｓ４０９では、マイクロコンピュータは、Ｚ_ｋ←Ｚ_（ｖ’），Ｚ_ｋ−１←Ｚ_{（ｖ’−１）}と設定する。次に、Ｓ４１０では、マイクロコンピュータは、図５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’）}を読み出す。そして、Ｓ４１１で上述した（２），（３）式からａ_ｘ’，ｂ_ｘ’を算出する。一方、Ｓ４０８でＹｅｓと判断した場合は、Ｓ４１２で、マイクロコンピュータは、被写体距離γでのズームエリアｖ’に対する合焦位置Ａ_{（γ，ｖ’）}、及び被写体距離γ＋１でのズームエリアｖ’に対する合焦位置Ａ_{（γ＋１，ｖ’）}を呼び出す。そして、これらのそれぞれをａ_ｘ’，ｂ_ｘ’としてメモリする。

次に、Ｓ４１３では、マイクロコンピュータは、ズームレンズ位置がＺ_ｘ’に達したときの微小移動中心フォーカスレンズの合焦位置（目標位置）Ｐ_ｘ’を算出する。（１）式を用いて、１垂直同期時間後の追従目標位置は（８）式のように表せる。

Ｐ_ｘ’＝（ｂ_ｘ’−ａ_ｘ’）×α／β＋ａ_ｘ’ …（８）
次に、Ｓ４１４〜４１７では、マイクロコンピュータは、微小移動カウントＮにより、振幅Ｌの符号判定を行う。図１７に示すように、微小移動は微小移動カウントＮに同期する。Ｓ４１４において、マイクロコンピュータは、微小移動カウントＮが０，１，４，５の場合、フォーカスレンズ位置が微小移動の中心カム軌跡より無限側を移動するため、微小移動中心フォーカスレンズ位置から、振幅Ｌ分だけを減算する。よって、Ｓ４１５において１ｖ先のフォーカスレンズ位置Ｐ’_Ｌは、Ｐ’_ｘ−Ｌとなる。

同様に、Ｓ４１４において、マイクロコンピュータは、微小移動カウントＮが２，３，６，７の場合、フォーカスレンズ位置が微小移動中心カム軌跡より至近側を移動するため、微小移動中心フォーカスレンズ位置から、振幅Ｌ分を加算する。よって、Ｓ４１６において１ｖ先のフォーカスレンズ位置Ｐ’Ｌは、Ｐ’_ｘ＋Ｌとなる。図１９（ａ）は、フォーカスレンズの微小移動が無限側から至近側に移る際の動作を図示したものである。なお、この振幅Ｌは、焦点深度等によって決定される。

次に、Ｓ４１７において、マイクロコンピュータは、微小移動カウントＮをインクリメントする。そして、Ｓ４１８において、微小移動カウントＮが８になった場合、Ｎ＝０に初期化する。微小移動カウントＮは必ずしも最大値が８である必要はない。また、本実施例では、微小移動を無限・無限・至近・至近の４回で１サイクルとしたが、無限・至近を交互に繰り返す２回で１サイクルの微小移動方法でも可能である。

以上の処理により、１Ｖ先のフォーカスレンズ位置Ｐ’_Ｌが算出される。本処理終了後、図７に示すＳ７０６で、マイクロコンピュータは、動作モードに応じて、フォーカスレンズ及びズームレンズの移動方向と速度を選択する。図１９（ｂ）に示すように、中心移動量ズーミング動作の場合、Ｓ４１５またはＳ４１６で求めた、１ｖ先のフォーカスレンズ位置Ｐ’_Ｌの値と、現在のフォーカスレンズ位置ＰＬ（微小移動中心位置Ｐ_ｘからＬだけ離れた点）との差ΔＦは、
ΔＦ＝Ｐ’_Ｌ−Ｐ_Ｌ
ΔＦ＝｛（ｂ_ｘ’−ａ_ｘ’）×α／β＋ａ_ｘ’±Ｌ｝−（Ｐ_ｘ±Ｌ）±Ｗ
ただし、Ｌの符号は、微小移動カウントＮに基づく
Ｗは、蓄積されたＡＦ評価値の比較結果に基づく
となる。よって、このΔＦが正であるか負であるかにより、フォーカスレンズを移動させる方向がそれぞれ至近方向か無限方向に設定される。このように、フォーカスレンズを微小移動させることにより、辿るべきカム軌跡の特定を行うように動作する。

以上が本発明の前提技術であり、以下、本発明の実施例について前提技術との差異を中心に説明する。
（実施例）
図１には、本発明の実施例であるレンズ制御装置を搭載した撮像装置（光学機器）としてのビデオカメラの構成を示す。なお、本実施例は、撮影レンズ一体型の撮像装置に本発明を適用した例を説明するが、本発明は、交換レンズとこれが装着されるカメラ本体とを有する撮像システムの交換レンズ（光学機器）にも適用できる。この場合、カメラ本体側から送信された信号に応答してレンズ内のマイクロコンピュータが以下に説明するズーミング動作を行う。また、本発明は、ビデオカメラに限らず、デジタルスチルカメラ等、各種の撮像装置に適用できる。

図１において、被写体側（図の左側）から順に、１０１は固定された前玉レンズユニット１０１である。１０２は光軸方向に移動して変倍を行う変倍用のズームレンズユニット（第１レンズユニット：以下、ズームレンズという）である。１０３は光量調節手段としての絞りである。１０４は固定された固定レンズユニットである。１０５は焦点調節機能と変倍による像面移動を補正するコンペセータ機能とを有し、光軸方向に移動する焦点調節用のフォーカスレンズユニット（第２レンズユニット：以下、フォーカスレンズという）である。

これらレンズユニットを含む撮影光学系は、被写体側から順に、正、負、正、正の光学パワーを有する４つのレンズユニットで構成されたリアフォーカス（インナーフォーカス）光学系である。なお、図中には、各レンズユニットが１枚のレンズにより構成されているように記載されているが、実際には、１枚のレンズにより構成されていてもよいし、複数枚のレンズにより構成されていてもよい。

１０６はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサにより構成される撮像素子である。撮影光学系を通ってきた物体からの光束はこの撮像素子１０６上に結像する。撮像素子１０６は、結像した物体像を光電変換して撮像信号（光電変換信号）を出力する。撮像信号は、増幅器（ＡＧＣ）１０７で最適なレベルに増幅されてカメラ信号処理回路１０８へと入力される。

カメラ信号処理回路１０８は、入力された撮像信号を標準テレビ信号（映像信号）に変換した後、増幅器１１０に出力する。増幅器１１０で最適レベルに増幅されたテレビ信号は、磁気記録再生装置１１１に出力され、ここで磁気テープ等の磁気記録媒体に記録される。記録媒体としては、半導体メモリや光ディスク等、他のものを用いてもよい。

また、増幅器１１０で増幅されたテレビ信号は、ＬＣＤ表示回路１１４にも送られ、ＬＣＤ１１５に撮影画像として表示される。なお、ＬＣＤ１１５には、撮影モードや撮影状態、警告等を撮影者に知らせる画像も表示される。このような画像は、カメラマイクロコンピュータ１１６がキャラクタジェネレータ１１３を制御して、ここからの出力信号をＬＣＤ表示回路１１４でテレビ信号にミックスすることで、撮影画像に重畳して表示される。

一方、カメラ信号処理回路１０８に入力された撮像信号を、同時に内部メモリを使って圧縮処理した後、カードメディア等の静止画記録媒体１１２に記録することもできる。

また、カメラ信号処理回路１０８に入力された撮像信号は、焦点信号生成手段としてのＡＦ信号処理回路１０９へも入力される。ＡＦ信号処理回路１０９で生成された、撮影光学系の焦点状態を示す信号であるＡＦ評価値信号（焦点信号）は、カメラマイクロコンピュータ１１６との通信により読み出される。

また、カメラマイクロコンピュータ１１６は、ズームスイッチ１３０及びＡＦスイッチ１３１の状態を読み込み、さらにフォトスイッチ１３４の状態も検出する。

フォトスイッチ１３４が半押し操作された状態では、ＡＦによる合焦動作が開始され、合焦状態にてフォーカスロックされる。さらに、フォトスイッチ１３４が全押し操作された状態では、合焦／非合焦に関わらずフォーカスロックして、カメラ信号処理回路１０８内のメモリ（不図示）に画像を取り込み、磁気テープや静止画記録媒体１１２に静止画記録を行う。

なお、カメラマイクロコンピュータ１１６は、モードスイッチ１３３の状態に応じて動画撮影モードか静止画撮影モードかを判別し、カメラ信号処理回路１０８を介して磁気記録再生装置１１１や静止画記録媒体１１２を制御する。これにより記録媒体に適したテレビ信号をこれに供給する。また、モードスイッチ１３３が再生モードにセットされている場合に磁気記録再生装置１１１や静止画記録媒体１１２からこれらに記録されたテレビ信号の再生制御を行う。

カメラマイクロコンピュータ１１６内には、制御手段としてのコンピュータズームユニット（制御手段）１１９が設けられている。コンピュータズームユニット１１９は、ＡＦスイッチ１３１がオフでズームスイッチ１３０が操作されているときは、内部のプログラムに従ってズームモータドライバ１２２に対してズーム信号を出力する。ズーム信号は、ズームレンズ１０２をズームスイッチ１３０の操作されている方向に対応したテレ方向又はワイド方向に移動させるための信号である。

ズームモータドライバ１２２はこのズーム信号を受けて、ズームモータ１２１を介してズームレンズ１０２をズームスイッチ１３０の操作方向に対応する方向に移動させる。

カムデータメモリ（記憶手段）１２０には、予め所定の合焦距離ごとに作成された、図１１に示したような代表カム軌跡データやカム軌跡パラメタのデータが記憶されている。コンピュータズームユニット１１９は、該データに基づいてカム軌跡データ（カム軌跡の情報）を生成する。そして、該カム軌跡データに基づいてフォーカスモータドライバ１２６を介してフォーカスモータ１２５を駆動し、変倍に伴う像面移動を補正するようフォーカスレンズ１０５を移動させる。

また、カメラマイクロコンピュータ１１６内には、ＡＦ制御ユニット１１７が設けられている。

ＡＦスイッチ１３１がオンで、ズームスイッチ１３０が操作されているときは、合焦状態を保ち続けつつズーミングを行う必要がある。この場合、コンピュータズームユニット１１９は、ＡＦ信号処理回路１０９からのＡＦ評価値信号や、被写体距離検出回路（検出手段）１２７からの被写体（合焦対象物）までの距離情報を取得する。そして、上記カム軌跡データと、ＡＦ評価値及び距離情報とに基づいて、ズームレンズ１０２及びフォーカスレンズ１０５を移動させる。

なお、被写体距離検出回路１２７からの検出信号（距離に対応する情報）は、カメラマイクロコンピュータ１１６内の距離情報処理部１２８で演算処理され、距離情報としてコンピュータズームユニット１１９に出力される。

また、ＡＦスイッチ１３１がオンで、ズームスイッチ１３０が操作されていない場合は、ＡＦ制御ユニット１１７は、ＡＦ評価値信号が最大になるようにフォーカスレンズ１０５を移動させるようフォーカスモータドライバ１２６に信号を出力する。これにより、フォーカスモータ１２５を介してフォーカスレンズ１０５が移動され、自動焦点調節動作が行われる。

ここで、被写体距離検出回路１２７は、アクティブセンサを用いた三角測距方式で被写体までの距離を測定し、その測定結果である距離情報を出力する。この場合のアクティブセンサとしては、コンパクトカメラに多く使用される赤外線センサを用いることができる。

なお、本実施例では、三角測距方式で距離検出を行う場合を例として説明するが、本発明における検出手段としてはこれ以外のものを用いることができる。例えば、ＴＴＬ位相差検出方式により被写体距離に応じた信号（位相差信号：距離に対応する情報）を得てもよい。この場合、撮影光学系の射出瞳を通ってきた光束を分割するハーフプリズムやハーフミラー等の素子を設け、該素子から射出した光束をサブミラーや結像レンズを介して少なくとも２つのラインセンサへと導く。そして、これらラインセンサの出力の相関を取って、該出力のずれ方向及びずれ量を求め、その結果から被写体距離を求める。

三角測距及び位相差検出方式による距離演算の原理図をそれぞれ図１３及び図１４に示す。図１３において、２０１は被写体、２０２は第１の光路用の結像レンズ、２０３は第１の光路用のラインセンサ、２０４は第２の光路用の結像レンズ、２０５は第２の光路用のラインセンサである。両ラインセンサ２０３，２０４は基線長Ｂだけ離れて設置されている。被写体２０１からの光束のうち結像レンズ２０２によって第１の光路を通った光束がラインセンサ２０３上に結像し、結像レンズ２０４によって第２の光路を通った光束がラインセンサ２０５上に結像する。

第１の光路と第２の光路を通った光束により形成された２つの被写体像を受けたラインセンサ２０３，２０５から読み出した信号（被写体像信号）Ｃ，Ｄの例を図１４に示す。２つのラインセンサは基線長Ｂだけ離れているため、図１３から分かるように、被写体像信号Ｃ，Ｄは画素数Ｘだけずれたものとなる。そこで該２つの被写体像信号Ｃ，Ｄの相関を、画素をずらしながら演算し、相関が最大になる画素ずらし量を求めることでＸを演算できる。このＸと、基線長Ｂと、結像用レンズ２０２，２０４の焦点距離ｆとから、三角測量の原理で被写体までの距離Ｌが、Ｌ＝Ｂ×ｆ／Ｘにより求められる。

さらに、検出手段として、超音波センサを用いてその伝搬速度を測定し、被写体までの距離に相当する信号を得る方法も採用することができる。

被写体距離検出回路１２７からの距離情報は、距離情報処理部１２８に送られる。距離情報処理部１２８では、以下の３種類の処理を行う。

１．距離情報処理部１２８は、現在のズームレンズ１０２及びフォーカスレンズ１０５の位置が、図９上のどの被写体距離に対応するカム軌跡上の位置かを算出する。カム軌跡は、例えば図４のＳ４０５で説明したように算出することができる。具体的には、現在の各レンズ位置とカム軌跡パラメタα、β、γとを用いて、γ列のカム軌跡とγ＋１列のカム軌跡とをα／βの比率に内分する仮想的なカム軌跡が被写体距離として何ｍに相当するのかを求める。カム軌跡パラメタα、β、γは、所定の相関テーブルデータを用いて被写体距離に変換される。これにより、被写体までの実距離を求めることができる。

２．距離情報処理部１２８は、被写体距離検出回路１２７から得られた被写体までの距離を上記１で説明した相関テーブルデータにを用いて逆変換することで、軌跡パラメタα、β、γで表現されるカム軌跡を求める。このとき、相関テーブルの逆変換処理は、図９のカム軌跡が収束しているワイド側のデータは使用せず、カム軌跡が分散しているテレ側のデータを用いて行われる。これにより、分解能の高いカム軌跡パラメタ（つまりはカム軌跡）が得られる。

３．上記１で得られた被写体までの実距離と、上記２で被写体距離検出回路１２７から得られた被写体までの距離との差分とその方向を算出する。

これら１，２，３の処理のうち２の処理によって、被写体距離検出回路１２７で検出された距離情報に対応するカム軌跡を特定することができる。

一方、カメラマイクロコンピュータ１１６は、露出制御も行う。カメラマイクロコンピュータ１１６は、カメラ信号処理回路１０８で生成されたテレビ信号の輝度レベルを参照し、輝度レベルが露出に適正となるようアイリスドライバ１２４を制御してＩＧメータ１２３を駆動する。これにより、絞り１０３の開口径（開口量又は絞り値）を制御する。絞り１０３の開口径は、アイリスエンコーダ１２９により検出され、絞り１０３のフィードバック制御が行われる。また、絞り１０３のみでは適正な露出制御ができない場合には、撮像素子１０６の露光時間をタイミングジェネレータ（ＴＧ）１３２により制御して、高速シャッタからスローシャッタと呼ばれる長時間露光まで行う。さらに、カメラマイクロコンピュータ１１６は、低照度下での撮影等、露出が不足する場合には、増幅器１０７を通じてテレビ信号のゲインを制御する。

撮影者は、メニュースイッチユニット１３５を操作することで、撮影条件に適した撮影モードやカメラの機能の切換えをマニュアル設定することができる。

次に、ズーミング時のアルゴリズムを図３を用いて説明する。本実施例では、カメラマイクロコンピュータ１１６内のコンピュータズームユニット１１９が、前述した各動作フロー（プログラム）を含めて、以下に説明する動作フローの処理を実行する。

また、本実施例では、被写体距離検出回路１２７より得られる距離情報に応じて、フォーカスレンズ１０５が辿る（追従）すべきカム軌跡を特定（生成）し、合焦状態を維持しつつズーミングを行う。図３の動作フローは、距離情報を用いて追従すべきカム軌跡であるズームトラッキングカーブを特定（生成）しながらズーミング動作する方法の例である。特にこの方法は、超高速ズーミング等、ＡＦ評価値の取得周期が粗くなり、ＴＶ−ＡＦの参照信号であるＡＦ評価値信号だけでは、ズームトラッキングカーブの特定に十分な精度が上げられない場合に有効である。

図３は、本実施例において、先に説明した図７のＳ７０５で行われる処理であり、図４と同様な処理（ステップ）については、図４と同符号を付して説明を省略する。

Ｓ４００では、コンピュータズームユニット１１９は、ズーミング時のズームレンズ１０２の移動速度（以下、ズーム速度という）を決定する。

Ｓ３００では、コンピュータズームユニット１１９は、被写体距離検出回路１２７により得られた距離情報に応じたカム軌跡パラメタを、αｄ、βｄ、γｄとして、例えば以下の方法で算出する。

まず、距離情報と図９に示した代表カム軌跡との相関を得るために、予め代表的な被写体距離のカム軌跡（カムカーブ）形状が均一な範囲で、距離情報の変化とカム軌跡パラメタとの相関をテーブルデータ化しておく。これにより、距離情報を入力として、カム軌跡パラメタの算出を行う。カム軌跡形状が変化する被写体距離では、別の相関関係を表すルックアップテーブルを設け、これらテーブルを複数持つことで全ての被写体距離ごとにカム軌跡パラメタが得られる。

焦点距離に関しては、メモリ内にデータとして有している図９の離散的なカム軌跡データのうち、カム軌跡パラメタα、β、γの分解能が最も高い長焦点距離側でのカム軌跡パラメタが出力できるようにする。これにより、図９に示すように、ワイド側でカム軌跡が収束している領域に現在のレンズ位置が存在しても、距離情報に応じて、カム軌跡が発散しているテレ側のポイントでのカム軌跡パラメタを引き出すことが可能となる。したがって、ズームレンズ１０２がワイド側に位置している時点で、テレ側でのカム軌跡パラメタに基づいて内挿演算を行うことで、フォーカスレンズ１０５が辿るべき１つのカム軌跡を特定することが可能となる。

なお、Ｓ３００は、所定周期（例えば、１垂直同期周期）ごとに実行される。このため、ズーミング中に被写体距離が変化したとしても、被写体距離検出回路１２７からの距離情報に基づいて、フォーカスレンズ１０５が辿るべき最新のカム軌跡が逐次更新される。

次に、Ｓ３０１では、コンピュータズームユニット１１９は、被写体距離検出回路１２７により得られた距離情報に応じたカム軌跡パラメタαｄ、βｄ、γｄに基づいて、カム軌跡の補正範囲を決定する。この補正範囲は、ＡＦ評価値を用いたカム軌跡の補正動作、言い換えればＡＦ評価値を得るためにフォーカスレンズ１０５を微小移動させるときの移動範囲に相当し、例えば図２に示した上限２０１と下限２０２とで挟まれた範囲である。

本実施例では、例えば、被写体距離検出回路１２７により得られた距離情報（被写体距離）２０３が５ｍであるときに、補正範囲をその被写体距離に対して±５０ｃｍの増減範囲に制限する。すなわち、上限２０１は４．５ｍの被写体距離に対応するカム軌跡に相当し、下限２０２は５．５ｍの被写体距離に対応するカム軌跡に相当する。なお、この増減範囲は、被写体距離検出回路１２７の検出精度に応じて決定すればよい。

本実施例では、距離情報に基づいて追従すべきカム軌跡（以下、追従カム軌跡という）を大まかに特定した後、さらにＡＦ評価値を得るためのフォーカスレンズ１０５の微小移動により精密な追従カム軌跡の再特定（再生成）を行う。上記補正範囲は、該微小移動におけるフォーカスレンズ１０５の移動範囲を制限するために設定される。

このような構成を採用することで、被写体距離検出回路１２７の検出分解能（検出精度）をそれほど高くしなくても済み、この結果、安価で小型の光学機器を実現できる。

また、従来では、ワイド側からテレ側へのズーミングにおいて被写体距離が分からなかった。このため、ズーミング中にフォーカスレンズの微小移動の中心位置（移動中心）を大きく移動させて多数のカム軌跡に対して追従カム軌跡を特定する処理を行っており、その際に像ぼけが発生するおそれがあった。しかし、本実施例では、補正範囲を限定することにより、補正範囲内の限定された少数のカム軌跡に対して追従カム軌跡を特定する処理を行う。これにより、微小移動の中心位置の移動量（中心移動量）は小さくなり、像ぼけの発生を抑制できる。

また、フォーカスレンズの中心移動量が小さくなることにより、フォーカスレンズの移動速度を低くすることかできるというメリットも生じる。

図９に示すように、ワイド側に比べてテレ側でのカム軌跡の傾きが急になる。このため、フォーカスレンズをカム軌跡を辿るように移動させる場合、テレ側に移動するにしたがって垂直同期周期におけるフォーカスレンズの移動速度が増加する。さらに、これに無限方向への大きな中心移動が加わった場合、フォーカスレンズの移動速度はさらに高くなる。フォーカスレンズの移動速度が増加すると、フォーカスレンズ駆動時の騒音やモータの性能の問題が発生する。これに対し、補正範囲を制限して中心移動量が小さくなることにより、そのような問題を緩和することが可能となる。

本実施例における実際の動作としては、フォーカスレンズの微小移動による追従カム軌跡の特定を、図２に示す上限２０１と下限２０２とで挟まれた補正範囲内でのみ行い、この補正範囲を超えないようにフォーカスレンズ１０５の中心移動量を設定する。この設定方法を、後述するＳ３０２〜Ｓ３１１において行う。この結果、上限２０１と下限２０２間の補正範囲外での追従カム軌跡の再特定が禁止されることになる。

このように、本実施例では、被写体距離検出回路１２７の距離検出分解能に応じて補正範囲を設定し、その補正範囲内でのみ得られたＡＦ評価値を用いた精密な追従カム軌跡の特定を行う。これにより、追従カム軌跡の再特定にＡＦ評価値を使用することによる誤動作や像ぼけの発生を抑制することができる。

図３に戻って説明を続ける。Ｓ４０１において、コンピュータズームユニット１１９は、図４のＳ４０１と同様に、フォーカスレンズ１０５の微小移動より得られた中心カム軌跡の至近側と無限側でのＡＦ評価値を比較して、中心移動の方向を決定する。続いてＳ４０２では、コンピュータズームユニット１１９は、Ｓ４０１の結果から中心移動の必要の有無を判定し、中心移動を行う必要がある場合はＳ３０２から中心移動量の算出を行うフローに入る。中心移動を行う必要が無い場合、つまりは合焦状態である場合は、Ｓ４０５に処理に移る。

ここで、Ｓ３０２〜Ｓ３１１において行われる中心移動量の算出方法について詳しく説明する。

ズーミング時の追従カム軌跡の特定は、ズーミングがワイド端から開始される場合、テレ側に比べてワイド側の方が像ぼけを抑制しつつ行うことが可能である。その理由は以下の通りである。

ワイド側ではすべてのカム軌跡が密集しているため、追従カム軌跡が無限側から至近側のどのカム軌跡であっても、小さな中心移動によってすべてのカム軌跡をカバーすることができる。しかも、ワイド側では、焦点深度（人の肉眼で像ぼけの発生を判別できない距離範囲）が深いので、像ぼけの発生を抑えながら追従カム軌跡を特定することができる。

ただし、ワイド側では画角が広いため、様々な被写体がＡＦ対象画角内に入り、合焦対象物である主被写体までの距離を検出しにくく、この結果、追従カム軌跡を特定しにくいという問題も存在する。

一方、テレ側ではカム軌跡同士が離れているため、複数のカム軌跡に対して追従カム軌跡を特定する処理を行うためには、ワイド側に比べて中心移動量を大きくする必要がある。しかし、中心移動量を大きくすると、テレ側では焦点深度が浅いので、像ぼけを抑えながらの追従カム軌跡の特定が難しい。その反面、テレ側での画角がワイド側に比べ狭くなることにより、主被写体までの距離を得易く、追従カム軌跡の特定が容易になる。

つまり、ワイド側では、像ぼけは発生しにくいが追従カム軌跡を特定しにくいという特性があり、テレ側では、像ぼけが発生し易いが追従カム軌跡を特定し易いという特性がある。

このような特性は、焦点深度が重要な要素となる。焦点深度は、絞り１０３の開口径（開口量）によって決定される。絞り１０３の開口径が大きい場合、焦点深度は浅くなる。つまり、像ぼけが生じ易くなる。逆に、開口径が小さい場合は、焦点深度は深くなり、像ぼけが発生しにくい。そこで、本実施例では、絞り１０３の開口径（焦点深度）に応じて、ズーミング中のフォーカスレンズ１０５の微小移動における移動中心（中心位置）の移動量である中心移動量を変化させることで、像ぼけの発生を抑制しつつ追従カム軌跡を特定し易くする。絞り１０３の開口径及び焦点深度は、撮影光学系の動作又は状態に関する情報である。

本実施例における被写体距離検出回路１２７の距離検出分解能と補正範囲との関係を図２０に示す。前述したように、ここでは、被写体距離検出回路１２７により得られる被写体距離が５ｍであるとき、補正範囲をその被写体距離の±５０ｃｍの範囲に制限する。すなわち、上限２０１は４．５ｍの被写体距離に対応するカム軌跡に相当し、下限２０２は５．５ｍの被写体距離に対応するカム軌跡に相当する。

これに、焦点深度を重ねて図示すると、焦点深度の範囲は上限側の曲線２２１と下限側の曲線２２２とにより囲まれた範囲となる。例えば、ワイド端での被写体深度（焦点深度を被写体距離に換算した値）が５ｍを中心に±１ｍである場合、テレ端での被写体深度はワイド側よりも小さい±３０ｃｍになり、被写体深度の範囲（つまりは焦点深度の範囲）は補正範囲よりも小さくなる。

図２０に示すように、補正範囲と焦点深度はある焦点距離（ズームレンズ位置）において大小関係が逆転する点Ｐを持つ。この点Ｐは、被写体距離と絞り値によって変化する。点Ｐを境として「焦点深度＞補正範囲」となるワイド側の範囲では、焦点深度が大きいためにズーミング中に像ぼけが目立たない。

また、前述したワイド側でＡＦ対象画角内に様々な被写体が入る問題は、被写体距離検出回路１２７を用いることにより解決することができる。被写体距離検出回路１２７は、画角に関係なく、画角内の一点又は数点での被写体距離を検出するため、画角が広い場合でも主被写体までの距離を検出することができる。つまり、ズーミング開始時における「焦点深度＞補正範囲」となるワイド側範囲においては、被写体距離検出回路１２７を利用して、補正範囲内に存在する追従カム軌跡をフォーカスレンズ１０５の微小移動と中心移動によるカム軌跡の乗り移りによって特定する。このことが、像ぼけの発生を抑えたズーミングに重要である。

次に、この際の中心移動量Ｗ’の設定について、図３のＳ３０２に戻って説明する。中心移動量Ｗ’は、焦点深度と補正範囲との大小関係に基づいて決定される。追従カム軌跡は、補正範囲（上限２０１〜下限２０２）内に存在するため、ズーミング中にこの補正範囲内に存在するどのカム軌跡が追従カム軌跡であっても、それをズーミング中に特定できるような中心移動量Ｗ’を設定する。このため、補正範囲内の最無限から最至近までのすべてのカム軌跡を微小移動によってカバーできる中心移動量Ｗ’を設定する。

Ｓ３０２において、まず、コンピュータズームユニット１１９は、絞り１０３から開口径（絞り値）を取得する。次に、Ｓ３０３において、コンピュータズームユニット１１９は、Ｓ３０２で得られた絞り値とズームレンズ位置とから焦点深度を算出する。

次に、Ｓ３０４では、コンピュータズームユニット１１９は、ズーム速度Ｚｓｐとタイミングジェネレータ（ＴＧ）１３２により決定された、撮像素子１０６の露光時間（シャッタ速度）を取得する。

次に、Ｓ３０５では、コンピュータズームユニット１１９は、焦点深度と補正範囲の大小を判定する。補正範囲の方が小さい場合（補正範囲＜焦点深度）は、Ｓ３０６の処理に移り、点Ｐ（焦点深度＝補正範囲）までのズーム時間Ｔｚ（焦点深度＞補正範囲となる範囲のズーム時間）を算出する。ズーム時間Ｔｚは、
ズーム時間Ｔｚ［ｓ］＝点Ｐまでの距離［ｐｕｌｓｅ］÷ズーム速度Ｚｓｐ［ｐｐｓ］
により算出できる。

続いて、Ｓ３０７において、コンピュータズームユニット１１９は、ズーム時間Ｔｚ中の中心移動回数Ｍを算出する。中心移動回数Ｍは、垂直同期周期Ｖに同期するＡＦ評価値の取得の回数に比例し、垂直同期周期Ｖを用いて算出する。すなわち、中心移動回数Ｍは、
中心移動回数Ｍ＝ズーム時間Ｔｚ［ｓ］×垂直同期周期Ｖ［ｈｚ］
で求めることができる。中心移動回数Ｍは、ＡＦ評価値の取得の回数でもある。

次に、コンピュータズームユニット１１９は、ズーム時間Ｔｚ中のＭ回の中心移動によって、下限２０２から上限２０１までの補正範囲をフォーカスレンズ１０５が微小移動できる中心移動量Ｗ’を算出する。これは、補正範囲を中心移動回数Ｍで除することにより算出できる。

まず、Ｓ３０８では、多少の誤差を考慮して、中心移動回数Ｍに対して誤差Ｋを付加し、
Ｃ＝Ｍ−Ｋ （ただし、Ｋは１以上の整数）
を算出する。なお、ここでは、被写体距離の変化がない撮影条件であることを前提とする。

次に、Ｓ３０９において、１回の中心移動量Ｗ’を、
中心移動量Ｗ’＝補正範囲／Ｃ
により算出する。

シャッタ速度が垂直同期周期Ｖ［ｈｚ］よりも低速である場合は、中心移動回数Ｍは、
中心移動回数Ｍ＝ズーム時間Ｔｚ［ｓ］÷シャッタ速度［ｓ］
により算出する。なお、中心移動量Ｗ’は、ズーム速度、シャッタ速度（撮像素子１０６の露光時間）の他、焦点距離（ズームレンズ位置）に応じて変化させてもよい。ズーム速度や焦点距離は、撮影光学系の動作又は状態に関する情報である。また、シャッタ速度は、光学像の光電変換動作に関する情報である。

次に、図２０において点Ｐよりもテレ側において、焦点深度が補正範囲に比べ小さくなる（焦点深度＜補正範囲となる）範囲について説明する。この範囲では、補正範囲内であっても一度の誤った中心移動によって像ぼけが発生する可能性がある。このため、この範囲では、ワイド側で特定された追従カム軌跡の微修正を行うために中心移動量Ｗ’を小さく設定し、誤った中心移動を行った場合でも像ぼけの発生が抑えられるようにする。したがって、中心移動量Ｗ’は焦点深度よりも小さく設定される必要がある。

この範囲での中心移動量Ｗ’の設定について、図３のＳ３０５に戻って説明する。Ｓ３０５において、コンピュータズームユニット１１９が焦点深度＜補正範囲と判定した場合、処理はＳ３１０に移る。

Ｓ３１０では、コンピュータズームユニット１１９は、中心移動量Ｗ’を、
中心移動量Ｗ’＝補正範囲／Ｃ’
により算出する。ここで、Ｃ’は、Ｗ’＜焦点深度の関係を満たす値であり、かつ予め十分な回数の実測を行って、ズーム終了時まで像ぼけが発生しない値を用いる。

以上の処理が終了した後、コンピュータズームユニット１１９は、Ｓ３１１において、微小移動位置Ｐ_ｘを、それに中心移動量Ｗ’を付加した、
微小移動位置Ｐ_ｘ＝Ｐ_ｘ＋Ｗ’
に更新する。

次に、Ｓ４０５において、コンピュータズームユニット１１９は、微小移動の中心カム軌跡に対応するカム軌跡パラメタを算出する。この処理は、前述した図４に示したＳ４０５の処理と同様である。そして、Ｓ４０５以降の処理も、図４と同様である。

以上説明したように、本実施例では、被写体距離に基づいて制限されたフォーカスレンズの微小移動を行う補正範囲内（移動範囲内）において、絞り値（言い換えれば、焦点深度）に応じて該微小移動における中心位置の移動量を変化させる。これにより、ＡＦ評価値を用いて追従カム軌跡の特定を行う際の特定精度を向上させつつ、像ぼけの発生を抑制することができる。

また、ズーム速度、焦点距離及びシャッタ速度に応じて中心移動量を変化させることにより、追従カム軌跡の特定精度をより向上させることができる。

このように本実施例では、光学系の動作や状態に関する情報及び光学像の光電変換動作に関する情報のうち少なくとも１つに応じて中心移動量を変化させる。これにより、ＡＦ評価値の検出周期に起因する高速ズーミング時やスローシャッタ時におけるＡＦ評価値の取得回数の減少や、テレ側でのカム軌跡の特性によって、追従カム軌跡を特定できないままズーミングが終了してしまうことを回避できる。しかも、追従カム軌跡を特定するためのフォーカスレンズの微小移動による像ぼけの発生を抑制したズーミングを行うことができる。

以上説明した実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

本発明の実施例であるビデオカメラの構成を示すブロック図。 実施例におけるカム軌跡の補正動作における補正範囲を示す概念図。 実施例のビデオカメラにおける動作を示すフローチャート。 本発明の前提技術を示すフローチャート。 本発明の前提技術を示すフローチャート。 本発明の前提技術を示すフローチャート。 本発明の前提技術を示すフローチャート。 従来の撮影光学系の構成を示す概略図。 被写体距離に応じた合焦カム軌跡を示す概念図。 合焦カム軌跡を説明する図。 ズームレンズの移動方向の内挿方法を説明するための図。 合焦カム軌跡のデータテーブルの例を示す図。 三角測距法を説明するための図。 位相差検出方式による距離測定方法を説明するための図。 ＡＦ評価値と合焦位置との関係を示す図。 ＡＦ評価値の変動成分を示す図。 実施例におけるフォーカスレンズの微小移動とＡＦ評価値の変化を説明するための図。 実施例におけるフォーカスレンズの微小移動の中心位置の移動とＡＦ評価値の変化を説明するための図。 実施例におけるフォーカスレンズの微小移動と中心位置の移動を説明するための図。 実施例における補正範囲と焦点深度との関係を示す図。

１０２ ズームレンズ
１０５ フォーカスレンズ
１０６ 撮像素子
１０９ ＡＦ信号処理回路
１１６ カメラマイクロコンピュータ
１１７ ＡＦ制御ユニット
１１９ コンピュータズームユニット
１２０ カムデータメモリ
１２７ 被写体距離検出回路

Claims (8)

1. 変倍用の第１レンズユニットと焦点調節用の第２レンズユニットとを移動させるレンズ制御装置であって、
   前記第１及び第２レンズユニットを含む光学系により形成された光学像の光電変換信号から、前記光学系の焦点状態を表す焦点信号を生成する焦点信号生成手段と、
   所定の合焦距離ごとに作成された、前記第１レンズユニットの位置と前記第２レンズユニットの位置との関係を示すデータを記憶した記憶手段と、
   前記データに基づいて、前記第１レンズユニットの移動に伴う前記第２レンズユニットの移動を制御する制御手段と、
   合焦対象物までの距離に対応する情報を検出する検出手段とを有し、
   前記制御手段は、前記第２レンズユニットを、前記距離に対応する情報に基づいて設定した移動範囲内で無限方向及び至近方向に移動させ、
   前記第２レンズユニットを無限方向及び至近方向に移動させる際の中心位置の移動量を、前記光学系の動作に関する情報、該光学系の状態に関する情報及び前記光学像の光電変換動作に関する情報のうち少なくとも１つに応じて、変化させることを特徴とするレンズ制御装置。
2. 前記光学系は、光量を調節する光量調節手段を有し、
   前記制御手段は、前記光学系の状態に関する情報としての前記光量調節手段の開口量に応じて前記中心位置の移動量を変化させることを特徴とする請求項１に記載のレンズ制御装置。
3. 前記制御手段は、前記光量調節手段の開口量に対応する焦点深度に応じて前記中心位置の移動量を変化させることを特徴とする請求項２に記載のレンズ制御装置。
4. 前記制御手段は、前記光学像の光電変換動作に関する情報としての、前記光学系により形成された光学像を光電変換する撮像素子の露光時間に応じて前記中心位置の移動量を変化させることを特徴とする請求項１に記載のレンズ制御装置。
5. 前記制御手段は、前記光学系の動作に関する情報としての、前記第１レンズユニットの移動速度に応じて前記中心位置の移動量を変化させることを特徴とする請求項１に記載のレンズ制御装置。
6. 前記制御手段は、前記光学系の動作又は状態に関する情報としての、前記第１レンズユニットの位置に応じて前記中心位置の移動量を変化させることを特徴とする請求項１に記載のレンズ制御装置。
7. 前記第１及び第２レンズユニットを含む光学系と、
   請求項１から６のいずれか１つに記載のレンズ制御装置とを備えたことを特徴とする光学機器。
8. 変倍用の第１レンズユニットと焦点調節用の第２レンズユニットとを移動させるレンズ制御方法であって、
   前記第１及び第２レンズユニットを含む光学系により形成された光学像の光電変換信号から、前記光学系の焦点状態を表す焦点信号を生成する焦点信号生成ステップと、
   所定の合焦距離ごとに作成された、前記第１レンズユニットの位置と前記第２レンズユニットの位置との関係を示すデータに基づいて、前記第１レンズユニットの移動に伴う前記第２レンズユニットの移動を制御する制御ステップと、
   合焦対象物までの距離に対応する情報を検出する検出ステップとを有し、
   前記制御ステップにおいて、前記第２レンズユニットを、前記距離に対応する情報に基づいて設定した移動範囲内で無限方向及び至近方向に移動させ、
   前記第２レンズユニットを無限方向及び至近方向に移動させる際の中心位置の移動量を、前記光学系の動作に関する情報、該光学系の状態に関する情報及び前記光学像の光電変換動作に関する情報のうち少なくとも１つに応じて、変化させることを特徴とするレンズ制御方法。