透镜控制设备、光学设备和透镜控制方法

专利名称：透镜控制设备、光学设备和透镜控制方法
技术领域：
本发明涉及在例如摄像机等的光学设备中进行的透镜控制处理。
背景技术：
通常是以下情况包括内对焦(inner focus)型光学系统的光学设备具有用于在 移动变焦用透镜单元时基于预先存储在存储器中的电子凸轮跟踪数据移动调焦用透镜单 元的功能，以对伴随变焦的像平面变化进行校正。该功能便于在维持对焦状态的情况下进 行变焦。 图8示出传统的内对焦型镜头系统的结构。在该图中，附图标记901表示固定前 透镜，附图标记902表示变焦用的变倍透镜(变焦透镜)，附图标记903表示光圈，附图标 记904表示固定透镜，并且附图标记905表示用于进行调焦且具有针对伴随变焦的像平面 变化的校正功能(补偿功能)的调焦透镜。附图标记906表示摄像面。
在这种内对焦型镜头系统中，即使镜头系统具有相同的焦距，不同的被摄体距离 也改变用于聚焦在作为聚焦目标的被摄体上的调焦透镜905的对焦位置。当被摄体距离在 各焦距处变化时，连续描绘在摄像面906上形成对焦被摄体图像的调焦透镜905的对焦位 置，提供了如图9所示针对各个被摄体距离的多个电子凸轮轨迹。 在通过移动变焦透镜902进行变焦期间，移动调焦透镜905以跟踪根据被摄体距 离从多个电子凸轮轨迹中选择出的凸轮轨迹，这使得能够在维持对焦状态的情况下进行变 焦。 如图9所示，当使变焦透镜902从远摄侧向广角侧移动时，多个凸轮轨迹从其间间 隔具有一定宽度的状态起彼此接近(会聚)。因而，容易根据被摄体距离选择一个凸轮轨 迹。然而，当使变焦透镜902从广角侧向远摄侧移动时，难以从其间间隔窄的多个凸轮轨迹 中精确地选择调焦透镜要跟踪的一个凸轮轨迹。 日本专利2901116公开了使用以下TV-AF方法的光学设备，该TV-AF方法在变焦 期间使用AF评价值来确定调焦透镜要跟踪的凸轮轨迹。该设备将变焦期间通过使调焦透 镜沿近方向和无限远方向微小移动所获得的AF评价值(焦点信号)进行相互比较，来判断 对焦位置所在的方向(在下文，称为"对焦方向")。然后，该设备使调焦透镜微小移动的中 心位置沿判断出的对焦方向移动预定量以重复该微小移动，由此确定变焦期间调焦透镜要 跟踪的一个凸轮轨迹。 然而，如图9所示，随着变焦透镜接近远摄侧，凸轮轨迹之间的间隔变宽。因而，对 于日本专利2901116所公开的通过在使调焦透镜微小移动的情况下使用AF评价值来判断 对焦方向的设备来说，难以在限定的变焦时间段内确定调焦透镜要跟踪的凸轮轨迹。
此外，用于获得针对多个凸轮轨迹的AF评价值的调焦透镜的大移动量可能大大 超过焦深，这引起离焦(defocusing)。 此外，在TV-AF方法中，获得AF评价值的周期与垂直同步信号的周期相对应，因而 随着变焦速度变高，确定凸轮轨迹的精度下降。结果，错误地确定凸轮轨迹的频率增加。
在这些情况下，日本专利2795439公开了在不依赖于拍摄场景或摄影技巧的情况 下进行变焦并且即使在高速变焦期间也能够维持对焦状态的光学设备。该设备检测到聚焦 目标被摄体的距离(被摄体距离)，并基于检测到的距离限制用于校正凸轮轨迹(即，用于 获得AF评价值)的调焦透镜的可移动范围。 然而，日本专利2795439没有说明在调焦透镜的限制的可移动范围内应当如何校 正要跟踪的凸轮轨迹。因此，在实际的摄像环境中，单纯限制调焦透镜的可移动范围引起以 下问题。 首先，日本专利2795439所公开的设备基于距离检测结果及其检测精度限制调焦 透镜的可移动范围。然后，该设备从可移动范围内的凸轮轨迹中确定要跟踪的一个凸轮轨 迹。然而，如图2所示，可移动范围朝向远摄侧变得更宽。结果，在通过重复调焦透镜围绕 一个凸轮轨迹沿无限远方向和近方向的微小移动来确定调焦透镜要跟踪的凸轮轨迹的情 况下，可能在没有确定凸轮轨迹的情况下完成变焦。 如上所述，在TV-AF方法中，获得AF评价值的周期与垂直同步信号的周期相对应，
因而随着变焦速度增加，获得AF评价值的次数减少。结果，微小移动的中心位置移动的次
数减少。换言之，由于在可移动范围内以移动的中心位置的少次数移动来确定调焦透镜要
跟踪的凸轮轨迹，因此可能经常错误地确定凸轮轨迹，这降低了凸轮轨迹的确定精度。 同样，在例如所谓的低速快门等的长时间曝光期间，即使变焦速度不高，获得AF
评价值的周期也与曝光周期相对应。结果，凸轮轨迹的确定精度降低。 因而，日本专利2795439所公开的光学设备不是在针对从无限远端至最近端的所
有被摄体距离的多个凸轮轨迹中确定调焦透镜要跟踪的凸轮轨迹，而是基于检测距离将要
跟踪的凸轮轨迹縮减至所限制的可移动范围内。然而，当进行高速变焦时，需要通过考虑到
获得AF评价值的次数来设置中心位置移动的次数和量。然而，日本专利2795439没有公开
考虑到获得AF评价值的次数的设置方法。

发明内容
本发明旨在提供一种透镜控制设备、光学设备和透镜控制方法，以即使在高速变 焦期间也能够在维持对焦状态的情况下进行高质量变焦。 本发明的第一方面提供一种透镜控制设备，其被配置为移动用于变焦的第一透镜 单元和用于调焦的第二透镜单元。所述透镜控制设备包括焦点信号生成器，用于根据由包 括所述第一透镜单元和所述第二透镜单元的光学系统所形成的光学图像的光电转换信号， 生成表示所述光学系统的焦点状态的焦点信号；存储器，用于存储针对各预定的对焦距离 所生成的、并且表示所述第一透镜单元的位置和所述第二透镜单元的位置之间的关系的数 据；控制器，用于基于所述数据控制伴随所述第一透镜单元的移动的所述第二透镜单元的 移动；以及检测器，用于检测与到聚焦目标被摄体的距离相对应的信息。所述控制器使所述 第二透镜单元在基于与距离相对应的信息所设置的可移动范围内沿无限远方向和近方向 移动，并且所述控制器根据从(a)与所述光学系统的操作有关的信息、(b)与所述光学系统 的状态有关的信息和(c)与所述光学图像的光电转换操作有关的信息中选择出的至少一 个信息，改变所述第二透镜单元沿所述无限远方向和所述近方向的移动的中心位置的移动
本发明的另一方面提供一种光学设备，其包括光学系统，被配置为包含用于变焦 的第一透镜单元和用于调焦的第二透镜单元的光学系统的光学设备；以及上述透镜控制设 备。 本发明的又一方面提供一种透镜控制方法，其用于移动用于变焦的第一透镜单元
和用于调焦的第二透镜单元。所述透镜控制方法包括以下步骤焦点信号生成步骤，用于根
据由包括所述第一透镜单元和所述第二透镜单元的光学系统所形成的光学图像的光电转
换信号，生成表示所述光学系统的焦点状态的焦点信号；控制步骤，用于基于针对各预定的
对焦距离所生成的、并且表示所述第一透镜单元的位置和所述第二透镜单元的位置之间的
关系的数据，控制伴随所述第一透镜单元的移动的所述第二透镜单元的移动；以及检测步
骤，用于检测与到聚焦目标被摄体的距离相对应的信息。所述控制步骤使所述第二透镜单
元在基于与距离相对应的信息所设置的可移动范围内沿无限远方向和近方向移动，并且所
述控制步骤根据从与所述光学系统的操作有关的信息、与所述光学系统的状态有关的信息
和与所述光学图像的光电转换操作有关的信息中选择出的至少一个信息，改变所述第二透
镜单元沿所述无限远方向和所述近方向的移动的中心位置的移动量。 根据以下说明和附图，本发明的其它特征将变得清楚。


图1是示出作为本发明实施例的摄像机的结构的框图。 图2是示出根据实施例的凸轮轨迹的校正操作中的校正范围的概念图。 图3是示出根据实施例的摄像机中的操作的流程图。 图4 图7是示出本发明的基础技术的流程图。 图8是示出传统的摄像光学系统的结构的示意图。 图9是示出与被摄体距离相对应的对焦凸轮轨迹的概念图。 图10示出对焦凸轮轨迹。 图11示出沿变焦透镜移动方向的插值的方法。 图12示出对焦凸轮轨迹的表数据的示例。 图13示出三角测量法。 图14示出使用相位差检测法的测距方法。 图15示出AF评价值和对焦位置之间的关系。 图16示出AF评价值的波动分量。 图17A和图17B示出实施例中调焦透镜的微小移动和AF评价值的变化。 图18A和图18B示出实施例中调焦透镜的微小移动的中心位置的移动和AF评价
值的变化。 图19A和图19B示出实施例中调焦透镜的微小移动和中心位置的移动。 图20示出实施例中校正范围和焦深之间的关系。
具体实施例方式
在下文，将参考

本发明的典型实施例。
基础技术
首先，在说明实施例之前将描述用于本发明实施例的基本技术。
图10示出在内对焦型的镜头系统中，调焦透镜的凸轮轨迹跟踪方法的示例。 在图10中，附图标记Z。、 Z2.....Ze表示变焦透镜的位置。附图标记a。、 &1、
a2.....a6和b。A、h.....b6表示与被摄体距离相对应的、预先存储在微计算机(未示出)
中的调焦透镜的位置。这些调焦透镜位置的集合(a。、ai、a2.....ae和b。、bp、.....b6)形
成针对代表性被摄体距离的、调焦透镜要跟踪的对焦凸轮轨迹(在下文，称为"代表性凸轮轨迹")。 另外，附图标记p。、 Pl、 p2.....p6表示基于这两个代表性凸轮轨迹计算出的调焦
透镜要跟踪的对焦凸轮轨迹上的位置。通过以下表达式(1)来计算该对焦凸轮轨迹上的位置 <formula>formula see original document page 7</formula> 根据该表达式(l)，例如，当调焦透镜位于图10中的位置p。时，获得按p。内分线段b。-a。的内分比，并将根据该内分比对线段b「A进行内分的点定义为Pl 。可以根据p。和Pl之间的位置差以及使变焦透镜从Z。移动至Z工所需的时间段，得知调焦透镜维持对焦状态的移动速度。 接着，将说明以下情况不存在应当将变焦透镜的停止位置仅设置在已存储有代表性凸轮轨迹数据的变焦区域的边界上的限制。图11示出沿变焦透镜的移动方向插值的方法，其中，提取出图10的一部分并且变焦透镜的位置是可选的。
在图11中，纵轴表示调焦透镜的位置(在下文，称为"调焦透镜位置")，横轴表示
变焦透镜的位置(在下文，称为"变焦透镜位置")。当由Z。、Z工.....Zk—.....Zn表示变
焦透镜位置时，针对各被摄体距离如下表示调焦透镜位置
a0、 a" 、 ak—" ak、 、 an
VV. 、bk—pbk、. 、bn 当变焦透镜位置是不位于变焦区域的边界(在下文，称为"变焦区域边界")上的Zx并且调焦透镜位置是Px时，通过以下表示式(2)和(3)来计算ax和bx :<formula>formula see original document page 7</formula> 换言之，根据当前的变焦透镜位置和两个变焦区域边界位置(例如，图11中的Zk和Zk—》获得内分比。然后，对所存储的四个代表性凸轮轨迹数据(图11中的ak、a^、bk和bk—》中针对同一被摄体距离的两个凸轮轨迹数据，基于以上内分比进行内分，以获得 和bx。 此外，根据基于ax、px和bx所获得的内分比，对所存储的四个代表性凸轮轨迹数据中针对同一焦距的两个凸轮轨迹数据，与表达式(1)的情况相同地进行内分。这样，可以获得pk禾口 pk—!。 在从广角侧到远摄侧的变焦期间，可以根据作为跟踪移动目的地的调焦位置pk和当前的调焦位置Px之间的差以及使变焦透镜从Zx移动至Zk所需的时间段，得知使调焦透镜维持对焦状态所需的移动速度。 在从远摄侧到广角侧的变焦期间，可以根据作为跟踪移动目的地的调焦位置Pk—工和当前的调焦位置Px之间的差以及使变焦透镜从Zx移动至Zk—工所需的时间段，得知使调焦透镜维持对焦状态所需的移动速度。 图12示出预先存储在微计算机中的对焦凸轮轨迹信息的表数据的示例。图12示出针对各个被摄体距离的调焦透镜位置数据A(n, v)，其中，调焦透镜位置数据根据变焦透镜位置而变化。被摄体距离沿变量n的列方向变化，变焦透镜位置(焦距)沿变量v的行方向变化。在这种情况下，n = 0表示无限远被摄体距离，随着n增加被摄体距离变为最近距离侧，并且n = m表示1cm的被摄体距离。 在图12中，v = 0表示广角端。随着v变大，焦距增加，并且V = s表示远摄端的变焦透镜位置。因而，一列表数据与一个代表性凸轮轨迹相对应。 接着说明用于解决不能确定从广角侧到远摄侧的变焦期间调焦透镜要跟踪的凸轮轨迹的前述问题的凸轮轨迹跟踪方法。 图15示出当使调焦透镜从近侧向无限远侧移动时AF评价信号的变化。AF评价信号表示摄像信号的高频分量(清晰度(sharpness)信号)的水平。AF评价信号的值(在下文，称为"AF评价值")变为峰值的点P与调焦透镜的对焦位置相对应。
因而，将调焦透镜连续维持在AF评价值的峰值(点P)处，这可以解决不能确定变焦期间要跟踪的凸轮轨迹的问题。然而，AF评价值的峰值是因由变焦所引起的视角变化或被摄体的对比度变化而顺次变化的相对值。因而，使调焦透镜沿无限远方向和近方向微小移动以观察AF评价值的变化，这使得能够检测到AF评价值的峰值(对焦位置)所在的方向。 在图15中，在将点A或点B设置为中心位置的情况下使调焦透镜微小移动时，AF评价值重复增大和减小，从而展现了大的波动。在微小移动期间，AF评价值的峰值出现在AF评价值增大的方向上，因而使调焦透镜沿增大方向移动能够指定AF评价值的峰值。
在点P处，当调焦透镜微小移动时，AF评价值以小的宽度波动。该波动如图16所示。在对焦点附近，即使在使调焦透镜沿无限远方向和近方向移动时，AF评价值也趋于沿这两个方向减小，因而通过使用该特性来指定对焦点。当通过使调焦透镜在同一区域中连续往返移动多次而反复获得了 AF评价值时，判断为调焦透镜位于对焦点处。
在图17A中，附图标记1900表示在针对位于一定距离处的被摄体维持对焦状态的情况下进行变焦的期间，调焦透镜要跟踪的凸轮轨迹(调焦透镜位置的集合)。将说明调焦透镜的微小移动，其中，凸轮轨迹1900是与调焦透镜的微小移动的中心位置相对应的中心凸轮轨迹。 当调焦透镜位于从中心凸轮轨迹向无限远侧偏离L的点F。处时，为了获得点F。处
的AF评价值，以与中心凸轮轨迹1900的倾斜相同的倾斜使调焦透镜移动至点巳(从中心
凸轮轨迹向无限远侧偏离L的点)处。从而，获得AF评价值E。。 然后，使调焦透镜移动至从中心凸轮轨迹1900向近侧偏离L的点F2处。 然后，为了获得点F2处的AF评价值，以与中心凸轮轨迹1900的倾斜相同的倾斜使
调焦透镜移动至点F3(从中心凸轮轨迹1900向近侧偏离L的点)处，由此获得AF评价值
E2。同样，使调焦透镜移动至从中心凸轮轨迹1900向无限远侧偏离L的点^处。重复这些
操作使得调焦透镜能够绕中心凸轮轨迹1900进行微小移动。 在以上调焦透镜的移动中，由于要跟踪的凸轮轨迹(对焦凸轮轨迹)是中心凸轮轨迹1900，因此如图17B所示，通过微小移动所获得的近侧和无限远侧的AF评价值E。、 E2、
8E4、...近似恒定。换言之，镜头系统处于在维持对焦状态的情况下进行变焦的状态。
然而，中心凸轮轨迹不总是调焦透镜要跟踪的凸轮轨迹(对焦凸轮轨迹)。将参考图18A说明该情况。首先，当调焦透镜位于点F'。时，在将虚拟中心凸轮轨迹1901设置为中心的情况下进行微小移动。当使调焦透镜从点F'。移动至点F' 5时，存储了该轨迹的AF评价值E' 。、 E' 2和E' 4。将这些AF评价值彼此进行比较，以确定下一调焦位置F' 6。
当AF评价值如图18B所示时，根据E' 。 < E' 2且E' 4 < E' 2的关系，可以得知在E' 2的方向上存在AF评价值的峰值，换言之，在近侧上存在要跟踪的凸轮轨迹(对焦凸轮轨迹)。 因而，与虚拟中心凸轮轨迹1901相比，使位置F' 6向近侧更移近了量W。然后，通过与凸轮轨迹1901相比离近侧更了量W的凸轮轨迹(虚拟凸轮轨迹)1902，再次进行微小移动。 同样，在将虚拟中心凸轮轨迹1902设置为中心的情况下，进行几次微小移动以将所获得的AF评价值彼此比较。基于比较结果设置量(中心移动量)W，并且重复进行中心凸轮轨迹的变化，直到确定了对焦凸轮轨迹为止。 如上所述，基于变焦期间调焦透镜的微小移动时获得的AF评价值，本实施例在改
变中心凸轮轨迹的情况下确定(指定)AF评价值近似恒定所根据的凸轮轨迹。结果，可以
解决不能确定在从广角侧到远摄侧的变焦期间调焦透镜要跟踪的凸轮轨迹的问题。 为了通过使用来自摄像元件的摄像信号进行焦点检测，通常与图像(视频)的垂
直同步信号同步地进行前述变焦控制。 图7是示出微计算机中进行的变焦控制的流程图。当在步骤S701中开始变焦控制的处理时，微计算机在步骤S702中进行初始设置。在初始设置时，对微计算机中的RAM和各种端口进行初始化。 在步骤S703中，微计算机检测照相机主体的操作系统的状态。微计算机接收与用户所操作的变焦开关单元有关的信息，并将例如变焦透镜位置等的变倍(变焦)操作信息显示在显示器上，以向用户通知变焦执行。 在步骤S704中，微计算机进行AF处理。换言之，微计算机根据AF评价信号的变化进行自动调焦处理。 在步骤S705中，微计算机进行变焦处理。换言之，微计算机进行用于在变焦期间维持对焦状态的补偿操作的处理。具体地，为了跟踪图9所示的凸轮轨迹，微计算机计算调焦透镜的标准移动方向和标准移动速度。 在步骤S706中，微计算机选择根据步骤S704和S705中的处理计算出的变焦透镜和调焦透镜的移动方向和移动速度中的任意一个，以在AF处理和变焦期间使用。该处理用于使变焦透镜和调焦透镜在所控制的远摄端和所控制的广角端以及所控制的最近端和所控制的无限远端之间移动，其中，各个所控制的端是由软件来所设置的，使得透镜接触机械
丄山顺。 在步骤S707中，微计算机根据在步骤S706中设置的变焦和调焦用的移动方向信息和移动速度信息，向马达驱动器输出控制信号以控制各透镜的驱动和停止。在步骤S707中的处理完成之后，微计算机返回步骤S703。 与垂直同步信号同步地执行图7所示的一系列处理(即，直到在步骤S703的处理期间输入下一垂直同步信号为止，微计算机待机)。 图5和图6表示微计算机在一个垂直同步时间段期间一次进行的控制流程，以详
细示出在图7所示的步骤S705中所进行的处理。 在下文，将参考图4 图7和图10说明该处理。 在图4所示的步骤S400中，微计算机根据变焦开关单元的操作信息，设置变焦马达的驱动速度(变焦速度Zsp)，以使得能够进行自然的变焦操作。 在步骤S401中，微计算机将通过微小移动所获得的近侧和无限远侧相对于中心凸轮轨迹的AF评价值彼此比较，以确定中心移动的方向。在该确定方法中，如图17B所示，将例如无限远侧AF评价值E。和E4以及近侧AF评价值E2和E6等的至少3个连续的AF评价值彼此比较，以将较高的AF评价值的方向设置为中心移动方向。 当调焦透镜在同一区域中相对于中心凸轮轨迹连续往返移动预定次数以反复获得AF评价值时，微计算机判断为该区域包括对焦点(对焦凸轮轨迹)。当进行中心移动时，微计算机设置分别表示近侧和无限远侧的符号+和_。 随后，在步骤S402中，微计算机判断中心移动的必要性。如果有必要进行中心移动(S卩，如果镜头系统处于没有获得表示对焦状态的AF评价值的离焦状态)，则在步骤S403中微计算机计算中心移动量W。如果没有必要进行中心移动，换言之，如果镜头系统处于对焦状态，则微计算机返回至步骤S405。 在步骤S403中基于焦距(变焦透镜位置)等计算中心移动量W。如图9所示，凸轮轨迹之间的间隔根据焦距而变化。凸轮轨迹汇集以会聚在广角侧，而这些凸轮轨迹之间的间隔朝向远摄侧逐渐增大。例如，当无论焦距如何都将中心移动量W设置为恒定时，凸轮轨迹在广角侧密集地设置，因而一次中心移动使得能够在针对不同的被摄体距离的凸轮轨迹之间变化。 另一方面，由于凸轮轨迹之间的间隔在远摄侧比广角侧宽，因此如果中心移动量W
等于广角侧的中心移动量，则难以在针对不同的被摄体距离的凸轮轨迹之间变化。因而，中心移动量W根据焦距而变化，并且基于凸轮轨迹之间的间隔确定中心移动量W的值。将中心移动量W设置为足以使调焦透镜在从针对无限远被摄体距离的凸轮轨迹到针对最近被摄体距离的凸轮轨迹的所有凸轮轨迹上微小移动(覆盖)的值。 基于调焦透镜的移动方向为所确定的中心移动量W添加符号。在步骤S404中，微计算机如下将中心移动量W相加至微小移动中心调焦透镜位置Px，以更新Px :
Px = PX±W 当发生中心移动时，通过使用更新后的P,作为新的微小移动中心调焦透镜位置，使调焦透镜微小移动。 接着，在步骤S405中，微计算机通过使用3个凸轮轨迹参数a 、 |3和Y来进行图5所示的处理，以在图9所示的凸轮轨迹中检测变焦透镜和微小移动中心调焦透镜位置当前所在的一个凸轮轨迹。在下文，将通过假定在当前的透镜位置上维持对焦状态来说明图5的处理。 在图5所示的步骤S501中，微计算机计算图12所示的数据表中当前的变焦位置Zx所在的变焦区域v。变焦区域v是通过将从广角端到远摄端的整个变焦范围等分为s个区域所形成的变焦区域中的一个变焦区域。将参考图6说明该计算方法。
在步骤S601中，微计算机清除变焦区域变量v。在步骤S602中，微计算机利用以 下表达式(6)计算位于变焦区域v的边界上的变焦透镜位置Z(v)。变焦透镜位置Z(v)与图 10所示的变焦透镜位置Z。、 Z2、...相对应。 Z(v)=(远摄端变焦透镜位置_广角端变焦透镜位置)X v/s+广角端变焦透镜位 置… (6) 在步骤S603中，微计算机判断在步骤S602中获得的变焦透镜位置Z(v)与当前的 变焦透镜位置Zx是否一致。如果变焦透镜位置Z(v)与当前的变焦透镜位置Zx —致，则在步 骤S607中，微计算机将边界标志设置为l，这表示变焦透镜位置Zx位于变焦区域v的边界 上。 如果在步骤S603中变焦透镜位置Z(v)与当前的变焦透镜位置Zx不一致，则在步骤 S604中，微计算机判断Z, < Z(v)的关系是否成立。如果在步骤S604中该关系成立，则当前 的变焦透镜位置Zx位于Z(v—d和Z(v)之间，并且在步骤S606中微计算机将边界标志设置为 0。如果在步骤S604中该关系不成立，则在步骤S605中，微计算机使变焦区域v递增，然后 返回至步骤S602。 重复以上处理，使得在处理退出图6的流程图时，能够检测当前的变焦位置Zx是 否位于图12的数据表中的第v(=第k)变焦区域中且还位于变焦区域边界上。
返回图5，在步骤S501中，通过图6的处理确定了当前的变焦区域。因而，在以下 处理中，微计算机计算调焦透镜在图12的表数据中的位置。 首先，在步骤S502中，微计算机清除被摄体距离变量n。在步骤S503中，微计算机 判断当前的变焦透镜位置是否位于变焦区域边界上。如果边界标志为0，则由于当前的变焦 透镜位置不位于变焦区域边界上，因此微计算机进入步骤S505及其后续步骤。
在步骤S505中，微计算机将Z(v)设置为Zk，并将Z(v—d设置为Zk—lt)然后，在步骤 S506中，微计算机读取四个表数据A(n,v—D、A(n,v)、A(w,v—d和A(n+1,v)。在步骤S507中，微计算 机利用表达式(2)和(3)计算 和lv 另一方面，如果在步骤S 503中边界标志是l，则在步骤S504中，微计算机载入与 被摄体距离n处的变焦透镜位置(在以下说明中，v)相对应的对焦位置A(n,v)以及与被摄 体距离n+l处的变焦透镜位置相对应的对焦位置A(n+1, v)。微计算机将它们作为ax和bx分 别存储在存储器中。 在步骤S508中，微计算机判断微小移动中心调焦透镜位置Px是否等于或高于ax。 如果Px等于或高于ax，则在步骤S509中，微计算机判断微小移动中心调焦透镜位置Px是否 等于或高于bx。如果Px不是等于或高于bx，则微小移动中心调焦透镜位置Px位于被摄体距 离n和n+l之间，并且在步骤S513 S515中微计算机将针对该情况的凸轮轨迹参数存储 在存储器中。在步骤S513中，微计算机设置a =Px_ax。在步骤S514中，微计算机设置P =bx-ax。在步骤S515中，微计算机设置Y = n。 当微小移动中心调焦透镜位置P,是超无限远位置时，在步骤S508中微计算机判
断为"否"。在这种情况下，在步骤S512中微计算机设置a = 0，然后进入步骤S514及其
后续步骤，以将针对无限远被摄体距离的凸轮轨迹参数存储在存储器中。 当微小移动中心调焦透镜位置Px位于更向近侧时，在步骤S509中微计算机判断
为"是"。在这种情况下，在步骤S510中，微计算机使被摄体距离n递增，并且在步骤S511
11中，判断被摄体距离n是否比与最近位置相对应的位置m更朝向无限远侧。如果位置n比 最近距离位置m更朝向无限远侧，则微计算机返回至步骤S503。 当微小移动中心调焦透镜位置P,位于超近位置时，在步骤S511中微计算机判断 为"否"。在这种情况下，微计算机进入步骤S512及其后续步骤，以将针对最近被摄体距离 的凸轮轨迹参数存储在存储器中。 返回参考图4，如上所述，在步骤S405中，微计算机存储用于检测当前的变焦透镜 位置和微小移动中心调焦透镜位置是否位于图9所示的凸轮轨迹上的凸轮轨迹参数。
然后，在步骤S406中，微计算机计算一个垂直同步时间段(IV)之后变焦透镜将到 达的变焦透镜位置(自当前的变焦透镜位置起的移动目的地位置)Z'x。可以通过以下表 达式(7)来计算一个垂直同步时间段之后的变焦透镜位置Z'x，其中，Zsp(卯s)表示在步骤 S400中确定的变焦速度。Z'x = Zx士Zsp/垂直同步频率 ...(7) 在该表达式中，pps表示用作为变焦马达的步进马达的旋转速度的单位，具体是每 秒的旋转步进量(1步进=l脉冲)。表达式(7)中的符号+和-分别表示与变焦透镜的移 动方向相对应的远摄方向和广角方向。 然后，在步骤S407中，微计算机确定变焦透镜位置Z' x所位于的变焦区域v'。在 步骤S407中，微计算机进行与图6所示相同的处理，具体是由Z' x和v'分别替换图6中的 Zx和v的处理。 在步骤S408中，微计算机判断一个垂直同步时间段之后的变焦透镜位置Z'x是否 位于变焦区域的边界上。在边界标志=0的情况下，微计算机判断为变焦透镜位置Z',不 位于边界上，然后进入步骤S409及其后续步骤。 在步骤S409中，微计算机设置Zk — Z(v"、 Zk—丄—Z(v'—d。在步骤S410中，微计算 机读取通过图5的处理指定了被摄体距离Y的四个表数据A(Y,V，—d、 A(Y,V，)、 A(Y+1,V，—d和 A(Y+1,V，)。在步骤S411中，微计算机利用表达式(2)和(3)计算a' jPb' x。
另一方面，如果在步骤S408中微计算机判断为"是"，则在步骤S412中，微计算机 载入与被摄体距离Y处的变焦区域v'相对应的对焦位置A(Y,v，)以及与被摄体距离Y+l 处的变焦区域v'相对应的对焦位置A(w,v，)。然后，微计算机将这些对焦位置作为a',和 b' x存储在存储器中。 接着，在步骤S413中，微计算机在变焦透镜位置到达Z'x时，计算微小移动中心调 焦透镜的对焦位置(目标位置)P' x。通过使用表达式(l)，可以由以下表达式(8)来表示 一个垂直同步时间段之后的跟踪目标位置
p， x = (b， x-a， x) X a/P+a， x (8) 接着，在步骤S414 S417中，微计算机基于微小移动计数N进行振幅L的符号判 断。如图17A所示，使微小移动与微小移动计数N同步。在步骤S414中，当微小移动计数N 是0、1、4和5中的一个时，使调焦透镜与微小移动的中心凸轮轨迹相比向无限远侧进一步 移动，因而微计算机从微小移动中心调焦透镜位置中减去振幅L。结果，在步骤S415中，提 前了 IV的调焦透镜位置P\变为P' X_L。 同样，在步骤S414中，当微小移动计数N是2、3、6和7中的一个时，使调焦透镜与 微小移动中心凸轮轨迹相比向近侧进一步移动，微计算机将振幅L相加至微小移动中心调焦透镜位置。因而，在步骤S416中，提前1V的调焦透镜位置P'^变为P',+L。图19A示出 调焦透镜从无限远侧向近侧的微小移动。振幅L由焦深等所确定。 接着，在步骤S417中，微计算机使微小移动计数N递增。然后，在步骤S418中，当 微小移动计数N到达8时，微计算机将微小移动计数N初始化为0。微小移动计数N的最大 值不一定是8 。在本实施例中，沿无限远方向、无限远方向、近方向和近方向的4个微小移动 构成1个周期。然而，可以由沿无限远方向和近方向的交替的两个移动构成1个周期。
以上处理使得能够计算提前IV的调焦透镜位置P' p在本处理完成之后，在图7 的步骤S706中，微计算机根据操作模式选择调焦透镜和变焦透镜的移动方向和速度。
如图19B所示，在具有中心移动量W的变焦操作的情况下，在步骤S415或S416中 所获得的提前IV的调焦透镜位置P' ^的值和当前的调焦透镜位置PJ与微小移动中心位 置Px相距L的点)之间的差A F如下所示
AF = P，L_PL AF= Kb'x—a'X)X a/p+a' x±L}_(Px±L)±W 基于微小移动计数N来设置L的符号，并且基于AF评价值的计算结果计算中心移 动量W。 因而，根据差AF为正还是为负，从近方向和无限远方向的其中一个选择用于移 动调焦透镜的方向。结果，调焦透镜的微小移动使得能够确定要跟踪的凸轮轨迹。
已经说明了本发明的基础技术。在下文，将说明本发明的实施例与基础技术的不 同之处。 实施例 图1示出作为摄像设备(光学设备)的摄像机的结构，该摄像设备包括安装在其 上的作为本发明实施例的透镜控制设备。本实施例将说明应用本发明的镜头一体化摄像设 备的例子。然而，本发明的替代实施例包括包含可更换镜头(光学设备)和安装有可更换 镜头的照相机主体的摄像设备的可更换镜头。 在这种情况下，可更换镜头中的微计算机响应于从照相机主体发送来的信号进行 以下所述的变焦操作。本发明的替代实施例不仅包括摄像机，而且还包括例如数字静止照 相机等的各种其它摄像设备。 在图1中，按从被摄体侧(图中的左侧)开始的顺序，附图标记IOI表示前透镜 单元，附图标记102表示沿光轴方向移动以进行变焦(变倍)的变焦透镜单元(第一透镜 单元，并且在下文称为"变焦透镜")。附图标记103表示作为光量调节器的光圈，附图标记 104表示固定透镜单元。附图标记105表示具有调焦功能和用于对因变焦所引起的像平面 变化进行校正的补偿功能的调焦透镜单元(第二透镜单元，在下文称为"调焦透镜")。
透镜单元101、 102、 104和105以及光圈103构成摄像光学系统。该摄像光学系统 是包括按从被摄体侧开始的顺序具有正、负、正和正光焦度(optical power)的4个透镜单 元的后调焦(内调焦)型光学系统。在图中，各透镜单元包括一个透镜。然而实际上，各透 镜单元可以包括多个透镜。 附图标记106表示例如CCD传感器或CMOS传感器等的摄像元件。来自被摄体的 通过了摄像光学系统的光束在摄像元件106上形成图像。摄像元件106对被摄体图像进行 光电转换以输出摄像信号(光电转换信号)。由放大器(AGC)107将该摄像信号放大至最佳水平，以将其输入至照相机信号处理电路108。 照相机信号处理电路108将所输入的摄像信号转换成标准电视信号(视频信号)，以将该信号输出至放大器110。将由放大器110放大至最佳水平的电视信号输出至磁性记录/再现装置lll，以将其记录在例如磁带等的磁性记录介质中。作为记录介质，可以使用例如半导体存储器和光盘等的其它介质。 将由放大器110放大后的电视信号发送至LCD显示电路114，以由LCD 115将其作为所拍摄的图像来显示丄CD 115还显示用于向用户通知摄像模式、摄像状态和各种警告的图像。由照相机微计算机116所控制的字符生成器113来生成这种图像，并由LCD显示电路114将这种图像与电视信号混合，由此将其叠加在所拍摄图像上并与所拍摄图像一起显示。 可以通过使用内部存储器同时压縮输入至照相机信号处理电路108的摄像信号，然后将该摄像信号记录在例如卡介质等的静止图像记录介质112中。 还将输入至照相机信号处理电路108的摄像信号输入至作为焦点信号生成器的AF信号处理电路109。通过与照相机微计算机116进行通信来读取由AF信号处理电路109生成且表示摄像光学系统的焦点状态的AF评价值信号(焦点信号)。 照相机微计算机116读取变焦开关130和AF开关131的状态，并检测照相开关134的状态。 在半按下照相开关134的状态下，开始通过AF的调焦操作，并且在对焦状态下启动焦点锁定。在全按下照相开关134的状态下，无论对焦还是离焦状态都进行焦点锁定，以捕获照相机信号处理电路108的存储器(未示出)中的图像，并将静止图像记录在磁带或静止图像记录介质112中。 照相机微计算机116根据模式开关133的状态，判断当前的摄像模式是运动图像摄像模式还是静止图像摄像模式，并且经由照相机信号处理电路108控制磁性记录/再现装置111和静止图像记录介质112。照相机微计算机116相应地供给适合于记录的电视信号。当在再现模式下设置模式开关133时，照相机微计算机116控制磁性记录/再现装置111和静止图像记录介质112中所记录的电视信号的再现。 照相机微计算机116包括被设置为控制器的计算机变焦单元119。当在AF开关131断开(OFF)的情况下操作变焦开关130时，计算机变焦单元119根据内部程序经由马达控制器118向变焦马达驱动器122输出变焦信号。该变焦信号用于使变焦透镜102沿与操作变焦开关130的方向相对应的远摄方向或广角方向移动。 变焦马达驱动器122响应于接收到变焦信号，经由变焦马达121使变焦透镜102沿与变焦开关130的操作方向相对应的方向移动。 凸轮数据存储器(存储器)120存储针对各对焦距离预先创建的、图ll所示的代表性凸轮轨迹数据或凸轮轨迹参数的数据。计算机变焦单元119基于所存储的数据生成凸轮轨迹数据(凸轮轨迹信息)。计算机变焦单元119基于该凸轮轨迹数据经由调焦马达驱动器126驱动调焦马达125，并移动调焦透镜105以对伴随变焦的像平面变化进行校正。
照相机微计算机116包括AF控制单元117。 当AF开关131接通(ON)并且操作变焦开关130时，需要在维持对焦状态的情况下进行变焦。在这种情况下，计算机变焦单元119从AF信号处理电路109获得AF评价值信号，并且从被摄体距离检测电路(检测器)127获得与被摄体(聚焦目标被摄体)的距离信息。然后，计算机变焦单元119基于凸轮轨迹数据、AF评价值信号和距离信息，移动变焦透镜102和调焦透镜105。 由照相机微计算机116的距离信息处理器128对来自被摄体距离检测电路127的检测信号(与距离相对应的信息)进行计算处理，并将该检测信号作为距离信息输出至计算机变焦单元119。 在AF开关131接通且未操作变焦开关130的情况下，AF控制单元117经由马达控制器118向调焦马达驱动器126输出信号以移动调焦透镜105，从而使得AF评价值信号的水平变为最大。因而，经由调焦马达125使调焦透镜105移动，以进行自动调焦操作。
被摄体距离检测电路127通过使用有源传感器的三角测量法测量到被摄体的距离，并输出作为测量结果的距离信息。在这种情况下，作为有源传感器，可以使用小型照相机中经常使用的红外线传感器。 本实施例说明了利用三角测量法进行距离检测的例子。然而，可以采用其它距离检测方法。例如，可以采用获得了与被摄体距离相对应的信号(作为与距离相对应的信息的相位差信号)的TTL相位差检测法。 在这种情况下，设置用于对已通过摄像光学系统的出瞳的光束进行分割的例如半棱镜或半透半反镜等的元件，并且经由辅助镜或成像镜将从该元件出射的光束引导至至少两个线传感器。然后，对这些线传感器的输出进行相关计算，由此获得这些输出的偏离方向和偏离量。根据该偏离方向和偏离量获得被摄体距离。 图13和图14示出利用三角测量法或相位差检测法所进行的距离计算的原理。在图13中，附图标记201表示被摄体，附图标记202表示第一光路用的成像透镜，并且附图标记203表示第一光路用的线传感器。附图标记204表示第二光路用的成像透镜，并且附图标记205表示第二光路用的线传感器。线传感器203和205被布置为彼此隔开基线长度B。
在来自被摄体201的光束中，通过第一光路的光束经由成像透镜202在线传感器203上形成图像，并且通过第二光路的光束经由成像透镜204在线传感器205上形成图像。
图14示出从接收了由通过第一光路和第二光路的光束所形成的两个被摄体图像的线传感器203和205读取的信号(被摄体图像信号)C和D的例子。
这两个线传感器彼此隔开基线长度B。因而，如从图13显而易见，被摄体图像C和D彼此偏离像素数X。因而，通过偏移像素来计算这两个被摄体图像信号C和D之间的相关性，并获得用于使相关性最大化的像素偏移量，由此使得能够计算X。根据该X、基线长度B以及各个成像透镜202和204的焦距f，可以通过作为三角测量法的原理的L = BXf/X获得与被摄体的距离L。 对于检测器，可以使用通过使用超声波传感器来测量传播速度而获得与到被摄体的距离等同的信号的方法。 将来自被摄体距离检测电路127的距离信息发送至距离信息处理器128。距离信息处理器128进行以下3个处理处理1 处理3。
处理1 距离信息处理器128计算，在图9所示的针对各种被摄体距离的凸轮轨迹中，变焦透镜102和调焦透镜105当前所位于的凸轮轨迹。例如，可以如图4的步骤S405所述计算凸轮轨迹。 具体地，距离信息处理器128通过使用当前的透镜位置以及凸轮轨迹参数a 、 |3和Y，计算与以内分比a/P对Y列凸轮轨迹和Y+l列凸轮轨迹进行内分的虚拟凸轮轨迹相对应的被摄体距离(米)。通过使用预定的相关表数据将凸轮轨迹参数a 、 13和Y转换成被摄体距离。因而，可以获得与被摄体的实际距离。
处理2 距离信息处理器128通过使用以上在处理1中所述的相关表数据，对从被摄体距离检测电路127获得的到被摄体的距离进行逆转换，以获得由凸轮轨迹参数a 、 |3和Y所表示的凸轮轨迹。在逆转换时，在相关表数据中，不使用图9的凸轮轨迹会聚的广角侧数据，而使用凸轮轨迹分散的远摄侧数据。因而，可以获得高分辨率凸轮轨迹参数(凸轮轨迹)。 处理3 计算在处理1中获得的到被摄体的实际距离与在处理2中从被摄体距离检测电路127所获得的到被摄体的距离之间的差以及该差的方向。 在这些处理1、2和3中，处理2使得能够确定与由被摄体距离检测电路127检测到的距离信息相对应的凸轮轨迹。 照相机微计算机116还进行曝光控制。照相机微计算机116参考由照相机信号处理电路108所生成的电视信号的亮度水平，并且控制光圈驱动器124以驱动IG计123，从而使得亮度水平可以适合于曝光。因而，照相机微计算机116控制光圈103的开口直径(开口量或开口值)。 由光阑编码器129检测光圈103的开口直径以对光圈103进行反馈控制。当仅由光圈103不能进行适当的曝光控制时，由时序发生器(TG) 132控制摄像元件106的曝光时间段，以进行高速快门和被称为长时间曝光的低速快门。当因低亮度下的摄像等而曝光不足时，照相机微计算机116经由放大器107控制电视信号的增益。 用户可以手动设置适合于各种摄像条件中的各摄像条件的摄像模式和照相机功能。 接着，将参考图3说明变焦期间的算法。在本实施例中，包括在照相机微计算机116中的计算机变焦单元119根据计算机程序执行前述处理和以下处理。
在本实施例中，基于由被摄体距离检测电路127所获得的距离信息，确定(生成)调焦透镜105要跟踪(跟随)的凸轮轨迹，由此在维持对焦状态的情况下进行变焦。
图3示出用于在通过使用距离信息确定(生成)作为要跟随的凸轮轨迹的变焦跟踪曲线的情况下进行变焦操作的方法的示例。该方法在以下情况下尤其有效在超速变焦等期间AF评价值信号的采样周期是粗略的，因此仅通过作为TV-AF的参考信号的AF评价值信号不能充分提高确定变焦跟踪曲线的精度。 图3示出本实施例中在图7的步骤S 705中进行的前述处理。利用相同的附图标记来表示与图4的处理(步骤)相同的处理(步骤)，以省略对其的说明。在图3中，添加有相同的圆形数字的部分彼此相连接。 在步骤S400中，计算机变焦单元119确定变焦期间变焦透镜102的移动速度(在下文，称为"变焦速度")。
在步骤S300，计算机变焦单元119例如通过以下方法，计算与由被摄体距离检测电路127所获得的距离信息相对应的凸轮轨迹参数a d、 13 d和Y d。 首先，为了获得距离信息与图9所示代表性凸轮轨迹之间的相关性，在针对代表性被摄体距离的凸轮轨迹(凸轮曲线)具有均匀形状的范围中，创建距离信息的变化与凸轮轨迹参数之间的相关性的表数据。该表数据使得能够通过输入距离信息来计算凸轮轨迹参数。对于凸轮轨迹的形状变化的被摄体距离，设置表示其它相关性的查找表。设置多个这种查找表使得能够获得针对所有被摄体距离的凸轮轨迹参数。 关于焦距，在存储器中离散存储的图9所示的凸轮轨迹数据中，允许输出在凸轮轨迹参数a 、 |3和Y的分辨率最高的长焦距侧的凸轮轨迹参数。这使得即使在当前的透镜位置位于凸轮轨迹会聚的广角侧区域时，也可以根据距离信息从如图9所示凸轮轨迹分散的远摄侧点提取凸轮轨迹参数。 因此，在变焦透镜102位于广角侧的时间点，基于远摄侧的凸轮轨迹参数进行插值计算，由此可以确定调焦透镜105要跟踪的一个凸轮轨迹。 针对各个预定周期(例如，一个垂直同步周期)执行步骤S300。因而，即使被摄体距离在变焦期间变化时，基于来自被摄体距离检测电路127的距离信息，也顺次更新调焦透镜105要跟踪的最新的凸轮轨迹。 在步骤S301中，计算机变焦单元119基于与由被摄体距离检测电路127所获得的距离信息相对应的凸轮轨迹参数ad、 Pd和Yd，确定凸轮轨迹的校正范围。该校正范围与使用AF评价值对凸轮轨迹的校正操作期间调焦透镜105的可移动范围相对应，换言之，与为获得AF评价值所进行的调焦透镜105的微小移动的可移动范围(例如，图2所示的上限201和下限202之间的范围)相对应。 在本实施例中，例如，当由被摄体距离检测电路127所获得的距离信息(被摄体距离)203是5m时，将校正范围限制在相对于该被摄体距离的士50cm的增减范围内。换言之，上限201等同于与4. 5m的被摄体距离相对应的凸轮轨迹，并且下限202等同于与5. 5m的被摄体距离相对应的凸轮轨迹。可以根据被摄体距离检测电路127的检测精度确定该增减范围。 在本实施例中，在基于距离信息粗略确定要跟随的凸轮轨迹(在下文，称为"跟随凸轮轨迹")之后，通过为获得AF评价值所进行的调焦透镜105的微小移动更精确地重新确定(重新生成)跟随凸轮轨迹。设置该校正范围，以限制微小移动期间调焦透镜105的可移动范围。 采用这种结构消除了将被摄体距离检测电路127的检测分辨率(检测精度)设置为过高的必要性，因而使得能够实现低成本且紧凑型光学设备。 传统上，在从广角侧到远摄侧的变焦期间不能确定被摄体距离。结果，调焦透镜的微小移动的中心位置(移动中心)在变焦期间大幅移动，以在多个凸轮轨迹中确定跟随凸轮轨迹，从而产生离焦(图像模糊)的可能性。 另一方面，在本实施例中，设置校正范围，并且在被限制在该校正范围内的少量凸轮轨迹中确定跟随凸轮轨迹。因而，微小移动时调焦透镜的中心位置的移动量(中心移动量)小，从而能够抑制离焦。 调焦透镜的小的中心移动量提供了降低调焦透镜的移动速度的优点。
如图9所示，与在广角侧相比，凸轮轨迹的倾斜在远摄侧更加陡峭。因此，当调焦
透镜移动以跟踪凸轮轨迹时，随着调焦透镜朝向远摄侧移动，在垂直同步周期中该调焦透
镜的移动速度增大。当添加了沿无限远方向的大的中心移动时，调焦透镜的移动速度进一
步增大。调焦透镜的移动速度的增大引起驱动调焦透镜期间的噪音或性能问题。 另一方面，限制校正范围以减小中心移动量使得能够缓和这种问题。 作为本实施例中的实际操作，仅在图2所示的上限201和下限202之间的校正范
围内进行通过调焦透镜的微小移动确定跟随凸轮轨迹，并且设置调焦透镜105的中心移动
量以不超过该校正范围。在以下所述的步骤S302 S311中实现该设置方法。结果，禁止
重新确定位于上限201和下限202之间的校正范围外的跟随凸轮轨迹。 因而，在本实施例中，根据被摄体距离检测电路127的距离检测分辨率设置校正
范围，并且使用仅在该校正范围内获得的AF评价值来进行跟随凸轮轨迹的精确确定。结
果，可以抑制由使用用以重新确定跟随凸轮轨迹的AF评价值所引起的错误操作或离焦。 返回参考图3，在步骤S401中，与图4的步骤S401的情况相同，计算机变焦单元
119将通过调焦透镜105的微小移动所获得的中心凸轮轨迹的近侧和无限远侧的AF评价值
彼此进行比较，以确定中心移动的方向。 在步骤S402中，计算机变焦单元119基于步骤S401的结果判断中心移动的必要
性，并且如果有必要进行中心移动，则自步骤S302起开始计算中心移动量。如果不需要进
行中心移动，换言之，在对焦状态下，则计算机变焦单元119进入步骤S405 。 以下将详细说明在步骤S302 S311中实现的中心移动量的计算。 在广角侧比远摄侧更大程度地抑制离焦的情况下，如果从广角侧开始变焦，则可
以进行变焦期间的跟随凸轮轨迹的确定。原因如下。 所有的凸轮轨迹在广角侧密集地设置。因而，即使在将无限远侧和近侧的凸轮轨迹中的任意凸轮轨迹选择为跟随凸轮轨迹时，可以通过小的中心移动来覆盖所有的凸轮轨迹。另外，焦深(由人眼不能识别出离焦的距离范围)在广角侧上较大(较深)，因而可以在抑制离焦的情况下确定跟随凸轮轨迹。 然而，在广角侧视角较宽，因而各种被摄体进入AF目标视角，并且难以检测与作
为聚焦目标被摄体的主被摄体的距离。结果，存在难以确定跟随凸轮轨迹的问题。 在远摄侧，凸轮轨迹彼此远离。因而，为了在多个凸轮轨迹中确定一个跟随凸轮轨
迹，需要将中心移动量设置为比广角侧的中心移动量大。然而，由于远摄侧上的小的焦深，
大的中心移动量引起难以在抑制离焦的情况下确定跟随凸轮轨迹的问题。另一方面，远摄
侧上的视角比广角侧的视角窄，因而可以容易地获得与主被摄体的距离，这便于确定跟随
凸轮轨迹。 换言之，广角侧具有难以确定跟随凸轮轨迹而很少发生离焦的特性。远摄侧具有容易确定跟随凸轮轨迹而容易发生离焦的特性。 对于这种特性，焦深是重要的因素。基于光圈103的开口直径(开口量)确定焦深。当光圈103的开口直径大时，焦深小。换言之，容易发生离焦。相反，当开口直径小时，焦深大，并且难以发生离焦。 因而，在本实施例中，根据光圈103的开口直径(焦深)，作为变焦期间调焦透镜105的微小移动的移动中心(中心位置)的移动量的中心移动量改变了，由此便于在抑制离焦的情况下确定跟随凸轮轨迹。光圈103的开口直径和焦深是与摄像光学系统的操作或状态有关的信息。 图20示出本实施例中被摄体距离检测电路127的距离检测分辨率和校正范围之间的关系。如上所述，当由被摄体距离检测电路127所获得的被摄体距离为5m时，将校正范围限制在被摄体距离的士50cm的范围内。换言之，上限201等同于针对4.5m的被摄体距离的凸轮轨迹，并且下限202等同于针对5. 5m的被摄体距离的凸轮轨迹。
当将焦深叠加在图20上时，焦深的范围是以上限侧曲线221和下限侧曲线222所围绕的范围。例如，广角侧景深(景深是通过将焦深转换成被摄体距离所获得的值)是围绕5m正负lm，远摄侧景深是比广角侧景深小的士30cm，并且景深的范围(S卩，焦深的范围)小于校正范围。 如图20所示，校正范围和焦深具有大小关系在特定焦距(变焦透镜位置)处反转的点P。点P根据被摄体距离和开口直径而变化。在以点P作为边界设置的"焦深〉校正范围"的广角侧范围中，大的焦深防止变焦期间离焦显著。 利用被摄体距离检测电路127可以解决在广角侧上的AF目标视角中存在各种被摄体的上述问题。无论视角的大小如何，被摄体距离检测电路127都检测视角中的一个或几个点处的被摄体距离，因而被摄体距离检测电路127即使在视角宽时也可以检测与主被摄体的距离。 换言之，在开始变焦时设置的"焦深>校正范围"的广角侧范围中，通过利用被摄体距离检测电路127，经由调焦透镜105的微小移动和因中心移动引起的凸轮轨迹变化来确定存在于校正范围内的跟随凸轮轨迹。该处理对于抑制了离焦的变焦是重要的。
接着，返回参考图3的步骤S302，将说明在这种情况下中心移动量W'的设置。基于焦深和校正范围之间的大小关系来确定中心移动量W'。在上限201和下限202之间的校正范围内存在跟随凸轮轨迹，因而，即使当存在于校正范围内的任意凸轮轨迹是变焦期间的跟随凸轮轨迹时，也设置中心移动量W'，以确定变焦期间的跟随凸轮轨迹。就此，设置中心移动量W'，以使得微小移动可以覆盖校正范围内从无限远侧到近侧的所有凸轮轨迹。
在步骤S302中，计算机变焦单元119从光圈103获得开口直径(开口值)。在步骤S303中，计算机变焦单元119基于在步骤S302中获得的开口值和变焦透镜位置，计算焦深。 在步骤S304中，计算机变焦单元119获得变焦速度Zsp和由时序发生器(TG) 132所确定的摄像元件106的曝光时间段(快门速度)。 在步骤S305中，计算机变焦单元119判断焦深和校正范围的大小关系。当校正范围小于焦深("校正范围<焦深")时，计算机变焦单元119进入步骤S306，以计算到焦深等于校正范围的点P的变焦时间段Tz("焦深>校正范围"成立的范围中的变焦时间段)。可以如下计算该变焦时间段 变焦时间段Tx[s]=到点P的距离[脉冲]+变焦速度Zsp[卯s] 在步骤S307中，计算机变焦单元119计算变焦时间段Tz期间的中心移动频率M。
中心移动频率M与获得同步于垂直同步周期V的AF评价值的次数成比例，并且通过使用垂
直同步周期V来计算中心移动频率M。换言之，可以如下计算中心移动频率M : 中心移动频率M 二变焦时间段Tz[s] X垂直同步周期V[hz]
中心移动频率M与获得AF评价值的次数相对应。 接着，计算机变焦单元119通过在变焦时间段Tz期间进行的M次中心移动，来计
算使得调焦透镜105能够在从下限202至上限201的校正范围内进行微小移动的中心移动
量W'。可以通过将校正范围除以中心移动频率M来计算中心移动量W'。 首先，在步骤S308中，计算机变焦单元119通过考虑到一些误差，将误差K添加至
中心移动频率M，以计算以下C : C = M-K (K是1以上的整数) 以上计算假定被摄体距离无变化的摄像条件。 接着，在步骤S309中，计算机变焦单元119如下计算一个中心移动量W':
中心移动量W'=校正范围/C 当快门速度低于垂直同步周期V[hz]时，如下计算中心移动频率M:
中心移动频率M =变焦时间段Tz[s] +快门速度[s] 除变焦速度和快门速度(摄像元件106的曝光时间段)以外，中心移动量W'可以根据焦距(变焦透镜位置)变化。变焦速度和焦距是与摄像光学系统的操作或状态有关的信息。快门速度是与光学图像的光电转换操作有关的信息。 接着，参考图20，将说明在自点P起的远摄侧上焦深小于校正范围("焦深<校正范围")的范围。在该范围内，即使在校正范围内，仅一个错误的中心移动也可能引起离焦。因而，在该范围内，将中心移动量W'设置为小，以细微地校正在广角侧所确定的跟随凸轮轨迹，由此即使在进行错误的中心移动时也抑制了离焦。因而，需要将中心移动量W'设置为小于焦深。 返回参考图3的步骤S305，将说明该范围内中心移动量W'的设置。在步骤S305中，计算机变焦单元119判断为"焦深<校正范围"的关系。然后，处理进入步骤S310。
在步骤S310中，计算机变焦单元119如下计算中心移动量W':
中心移动量W'=校正范围/C' 在该表达式中，C'表示满足W' <焦深的关系的值，并且使用通过预先进行充分次数的实际测量所获得的且直到变焦完成为止未发生离焦的值。 在处理完成之后，在步骤S311中，计算机变焦单元119通过将中心移动量W'与微
小移动位置Px相加，如下更新微小移动位置Px :
微小移动位置Px = Px+W， 接着，在步骤S405中，计算机变焦单元119计算与微小移动的中心凸轮轨迹相对应的凸轮轨迹参数。该处理与图4所示的步骤S405的处理相同。步骤S405及其后续步骤的处理与图4的处理相同。 如上所述，在本典型实施例中，在作为基于被摄体距离所限制的范围且用于进行调焦透镜的微小移动的校正范围内(在移动范围内)，微小移动时中心位置的移动量根据开口值(换言之，根据焦深)而变化。结果，可以在通过使用AF评价值提高跟随凸轮轨迹的确定精度的情况下，抑制离焦。 根据变焦速度、焦距和快门速度改变中心移动量，这使得能够进一步提高跟随凸轮轨迹的确定精度。 因而，根据本实施例，中心移动量根据与光学系统的操作或状态有关的信息以及与光学图像的光电转换操作有关的信息至少之一而改变。因而，可以防止由于以下原因而 在未确定任何跟随凸轮轨迹的情况下完成变焦由高速变焦操作或低速快门操作期间AF 评价值的检测周期所引起的获得AF评价值的次数的减少，或者远摄侧上凸轮轨迹的特性。 此外，可以进行由用于确定跟随凸轮轨迹的调焦透镜的微小移动所引起的离焦被抑制的变 焦。 此外，本发明不限于这些实施例，可以在没有背离本发明范围的情况下进行各种 改变和修改。
权利要求
一种透镜控制设备，其用于移动用于变焦的第一透镜单元和用于调焦的第二透镜单元，所述透镜控制设备包括焦点信号生成器，用于根据由包括所述第一透镜单元和所述第二透镜单元的光学系统所形成的光学图像的光电转换信号，生成表示所述光学系统的焦点状态的焦点信号；存储器，用于存储针对各预定的对焦距离所生成的、表示所述第一透镜单元的位置和所述第二透镜单元的位置之间的关系的数据；控制器，用于基于所述数据对伴随所述第一透镜单元的移动的所述第二透镜单元的移动进行控制；以及检测器，用于检测与到聚焦目标被摄体的距离相对应的信息，其特征在于，所述控制器使所述第二透镜单元在基于与所述距离相对应的所述信息所设置的可移动范围内沿无限远方向和近方向移动，并且所述控制器根据从与所述光学系统的操作有关的信息、与所述光学系统的状态有关的信息和与所述光学图像的光电转换操作有关的信息中选择出的至少一个信息，改变所述第二透镜单元沿所述无限远方向和所述近方向移动的中心位置的移动量。
2. 根据权利要求1所述的透镜控制设备，其特征在于， 所述光学系统包括光量调节器，所述光量调节器用于调节光量；以及 其中，所述控制器根据所述光量调节器的开口大小改变所述中心位置的移动量，其中，所述开口大小被用作为与所述光学系统的状态有关的信息。
3. 根据权利要求2所述的透镜控制设备，其特征在于，所述控制器根据与所述光量调节器的开口大小相对应的焦深，改变所述中心位置的移动量。
4. 根据权利要求1所述的透镜控制设备，其特征在于，所述控制器根据用于对由所述光学系统所形成的所述光学图像进行光电转换的摄像 元件的曝光时间段，改变所述中心位置的移动量，其中，所述曝光时间段被用作为与所述光 学图像的光电转换操作有关的信息。
5. 根据权利要求1所述的透镜控制设备，其特征在于，所述控制器根据所述第一透镜单元的移动速度改变所述中心位置的移动量，其中，所 述移动速度被用作为与所述光学系统的操作有关的信息。
6. 根据权利要求1所述的透镜控制设备，其特征在于，所述控制器根据所述第一透镜单元的位置改变所述中心位置的移动量，其中，所述第 一透镜单元的位置被用作为与所述光学系统的操作和状态之一有关的信息。
7. —种光学设备，包括光学系统，被配置为包括用于变焦的第一透镜单元和用于调焦的第二透镜单元；以及 透镜控制设备，用于移动所述第一透镜单元和所述第二透镜单元， 其中，所述透镜控制设备包括焦点信号生成器，用于根据由所述光学系统所形成的光学图像的光电转换信号，生成 表示所述光学系统的焦点状态的焦点信号；存储器，用于存储针对各预定的对焦距离所生成的、表示所述第一透镜单元的位置和 所述第二透镜单元的位置之间的关系的数据；控制器，用于基于所述数据对伴随所述第一透镜单元的移动的所述第二透镜单元的移 动进行控制；以及检测器，用于检测与到聚焦目标被摄体的距离相对应的信息，其特征在于，所述控制器使所述第二透镜单元在基于与所述距离相对应的所述信息所 设置的可移动范围内沿无限远方向和近方向移动，并且所述控制器根据从与所述光学系统 的操作有关的信息、与所述光学系统的状态有关的信息和与所述光学图像的光电转换操作 有关的信息中选择出的至少一个信息，改变所述第二透镜单元沿所述无限远方向和所述近 方向移动的中心位置的移动量。
8. —种透镜控制方法，用于移动用于变焦的第一透镜单元和用于调焦的第二透镜单 元，所述透镜控制方法包括以下步骤焦点信号生成步骤，用于根据由包括所述第一透镜单元和所述第二透镜单元的光学系 统所形成的光学图像的光电转换信号，生成表示所述光学系统的焦点状态的焦点信号；控制步骤，用于基于针对各预定的对焦距离所生成的、表示所述第一透镜单元的位置 和所述第二透镜单元的位置之间的关系的数据，对伴随所述第一透镜单元的移动的所述第 二透镜单元的移动进行控制；以及检测步骤，用于检测与到聚焦目标被摄体的距离相对应的信息，其特征在于，所述控制步骤使所述第二透镜单元在基于与所述距离相对应的所述信息 所设置的可移动范围内沿无限远方向和近方向移动，并且所述控制步骤根据从与所述光学 系统的操作有关的信息、与所述光学系统的状态有关的信息和与所述光学图像的光电转换 操作有关的信息中选择出的至少一个信息，改变所述第二透镜单元沿所述无限远方向和所 述近方向移动的中心位置的移动量。
全文摘要
本发明涉及透镜控制设备、光学设备和透镜控制方法。该光学设备包括焦点信号生成器，用于根据由包括用于变焦的第一透镜单元和用于调焦的第二透镜单元的光学系统所形成的光学图像的光电转换信号生成焦点信号；存储器，用于存储表示第一透镜单元的位置和第二透镜单元的位置之间的关系的数据，其中，该数据是针对各预定的对焦距离生成的。控制器使第二透镜单元沿无限远方向和近方向移动。该控制器根据从与光学系统的操作有关的信息、与光学系统的状态有关的信息和与光学图像的光电转换操作有关的信息中选择出的至少一个信息，改变第二透镜单元沿无限远方向和近方向移动的中心位置的移动量。
文档编号G02B7/28GK101782675SQ20101000163
公开日2010年7月21日 申请日期2010年1月14日 优先权日2009年1月14日
发明者本宫英育 申请人:佳能株式会社