JP2003202488A

JP2003202488A - ズームレンズの制御システムおよびその方法

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Publication number: JP2003202488A
Application number: JP2002358843A
Authority: JP
Inventors: Gregory V Hofer; グレゴリー・ヴイ・ホーファー; Jason E Yost; ジェイソン・イー・ヨスト
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2003-07-18
Also published as: US20030123865A1; DE10256933A1

Abstract

(57)【要約】【課題】的確なズーム動作を可能とするズームレンズ
制御のシステムおよびその方法を提供する。【解決手段】ズームレンズの制御方法であって、２つ
の方向のうちの１つの方向に、所望の焦点距離までズー
ムする段階と、前記２つの方向のうちの前記１つの方向
に基づいて、少なくとも部分的に前記所望の焦点距離か
ら前記ズームレンズのフォーカスレンズ位置を決定する
段階とを含む方法、並びに、焦点距離が可変であるズー
ムレンズアセンブリ１２と、ズームレンズ駆動システム
７０と、ズーム位置センサ７２，７４と、フォーカスレ
ンズアセンブリとを備える光学装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般的にズームレン
ズに関し、より詳細には、ズームレンズ制御のシステム
および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】スチルカメラ、ビデオカメラ、等、多数
のタイプの撮像装置に、ズームレンズが用いられてい
る。ズームレンズアセンブリには、低コストである等、
他の利点があるために用いられる、駆動システムやズー
ム位置センサ等、精密でなく、かつ／または低解像度の
構成要素を含むタイプのものもある。このような精密で
なく、かつ／または低解像度の構成要素のために、不連
続な数のズーム位置（すなわち（or）焦点距離）を有す
るズームレンズアセンブリが、所望のズーム位置からず
れる（come to rest at an offset）かもしれない。さ
らに、ズームレンズがズーム位置に接近する方向が、所
望のズーム位置からのずれの方向に影響を及ぼす。たと
えば、ズームレンズアセンブリが、その不連続な位置セ
ンサが測定する不連続なズーム位置の中で１０ｍｍ、１
２ｍｍ、および１４ｍｍという焦点距離を含み、ズーム
レンズアセンブリが１２ｍｍの位置にズームする場合、
実際の結果として生じる１２ｍｍからのずれは、ズーム
レンズが１２ｍｍに接近する方向によって異なる。ズー
ムレンズが１０ｍｍから１２ｍｍにズームする場合、あ
るずれだけ１２ｍｍの位置を行き過ぎて、実際の焦点距
離がたとえば１２．３ｍｍになるかもしれない。ズーム
レンズが１４ｍｍから１２ｍｍにズームする場合、他方
の方向にあるずれだけ１２ｍｍの位置を行き過ぎて、実
際の焦点距離が１１．８ｍｍになるかもしれない。

【０００３】この問題に対する典型的な解決策のひとつ
は、ズームレンズが確実に常に同じ方向から所望のズー
ム位置に接近するようにする、というものである。した
がって、ズームレンズは、あるズーム動作を完了すると
きには自動的に方向を逆転する。これを、本明細書にお
いてズームレンズ逆転（reversal）と呼ぶ。たとえば、
ズームインするとき、ズームレンズは直接所望のズーム
位置にズームインして停止する。しかし、ズームアウト
するときは、ズームレンズは所望のズーム位置を通り過
ぎ、次に方向を逆転してわずかにズームインし、ズーム
動作が確実に常に同じズーム方向から所望のズーム位置
に接近するようにする。このズームレンズ逆転によっ
て、ズームレンズの初期位置にかかわらず、ズームレン
ズは所望のズーム位置から略同じずれのところで停止す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この問題点としては、
ズームレンズ逆転はズームレンズアセンブリの動作を遅
くしてしまい、特に映像の取り込み中にズームするとき
には、ユーザを非常に苛立たせてしまう可能性がある。
結果として生じる映像において、前後するズーム効果
（effect）が目立ってしまうからである。したがって、
ズームレンズ逆転は、ズームレンズアセンブリにおける
精密でなく、かつ／または低解像度の構成要素から生じ
る問題の充分な解決策ではない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の一実施形態は、
ズームレンズの制御方法を提供する。本発明の方法は、
２つの方向（たとえば、１１６、１２０）のうちの１つ
の方向に所望の焦点距離までズームする段階と、上記２
つの方向のうちの上記１つの方向に基づいて、少なくと
も部分的に所望の焦点距離から、フォーカスレンズ位置
（focus lens position）を決定する段階とを含む。

【０００６】本発明の一実施形態はまた、光学装置を提
供する。光学装置は、焦点距離が可変であるズームレン
ズアセンブリと、ズームレンズアセンブリに接続されて
ズームレンズアセンブリの焦点距離を延長または短縮す
るズームレンズ駆動システムとを有する。ズームレンズ
アセンブリにはズーム位置センサが接続されて、ズーム
レンズアセンブリの焦点距離を決定する。ズームレンズ
アセンブリには、フォーカスレンズアセンブリが光学的
に結合しており、上記フォーカスレンズアセンブリは、
ズームレンズアセンブリの焦点距離が最後に延長された
か短縮されたかに少なくとも部分的に基づいて、調整可
能である。

【０００７】本発明の１実施形態はまた、少なくとも１
つのズーム要素と少なくとも１つの焦点（合焦、focu
s）要素とを有するズームレンズを備えた撮像装置を含
んでもよい。撮像装置は、少なくとも１つのズーム要素
を調整して、焦点距離を延長または短縮する手段を含
む。撮像装置はまた、少なくとも１つのズーム要素の焦
点距離が最後に延長されたか短縮されたかに少なくとも
部分的に基づいて、少なくとも１つの焦点要素について
適切な設定を決定する手段を含む。

【０００８】本発明を説明する現在好ましい実施形態
を、添付図面において示す。

【０００９】

【発明の実施の形態】図面および説明は、一般的にズー
ムレンズアセンブリを開示する。ズームレンズアセンブ
リは、駆動モータや焦点距離センサ等、精密でなく、か
つ／または低解像度の構成要素を含んでもよいが、ズー
ムインまたはズームアウトによって焦点距離を変更した
後自動的に方向を逆転するものではない。図面および説
明は、一般的に、ズームレンズを有する撮像装置も開示
する。このズームレンズのフォーカスレンズ位置は、焦
点距離のずれが内側へのズーム移動から生じるか外側へ
のズーム移動から生じるかによって、異なる方法で計算
される。ズーム方向に帰因する焦点距離のずれに基づい
て焦点情報の計算を調整することによって、焦点誤差が
防止され、それによって、ズームレンズ逆転が不要にな
る。防止される焦点関係の誤差のタイプは、ズームレン
ズが手動焦点か自動焦点かによって決まる。手動焦点モ
ードにおいては、本明細書において開示するシステムお
よび方法は、焦点誤差を補正する。自動焦点モードにお
いては、システムおよび方法は、取り込んだ画像ととも
に記憶されている記述的焦点情報（descriptive focus
information）の誤差を補正する。

【００１０】焦点距離という用語の従来の定義は、平行
な画像からの光線がレンズに収束する焦点からの距離で
あるが、同様ではあるがいくらか違いのある定義も存在
し、このような定義も、視野内の物体の倍率を変更して
フォーカスレンズ位置に影響を及ぼす限り、本明細書に
おいて等しく適用できる。ズームレンズアセンブリのズ
ーム位置は、通常は焦点距離によって示し、焦点距離は
一般的にミリメートル（ｍｍ）で測定する。本明細書に
おいて説明する例示的光学装置はデジタルカメラである
ので、３５ｍｍのズームレンズの焦点距離の範囲におけ
るより大きい値ではなく、７ｍｍから１８ｍｍという一
般的な焦点距離が与えられている。デジタルカメラは、
３５ｍｍネガよりもはるかに小さい光検出器を有してい
る。したがって、レンズもまた小さくすることができ、
同じ倍率にするのも、それに応じて焦点距離が短くな
る。

【００１１】カメラ等の撮像装置を含む、光学ズーム機
能が必要ないかなる光学装置においても、ズームレンズ
を用いてもよい。本明細書において、ズームレンズとそ
の制御および動作については、デジタルカメラに関して
説明するが、ズームレンズとその制御および動作は、い
かなる特定の装置との使用にも限定されない、というこ
とに注意することが重要である。

【００１２】次に、図１および図２を参照して、ズーム
レンズ１２を含む例示的デジタルカメラ１０を説明す
る。デジタルカメラ１０は、ハウジング部すなわち本体
１４を含む。本体１４は、デジタルカメラ１０が必要と
する様々なシステムおよび構成要素を収容するような大
きさになっている。たとえば、本明細書において示し説
明する実施形態において、本体１４は、ズームレンズ１
２、光検出器、光検出器が収集した画像データを記憶す
る記憶装置、および画像データを処理およびフォーマッ
トする画像処理システムを収容するような大きさになっ
ている。ズームレンズ１２は、デジタルカメラ１０に光
が入ることができるよう本体１４内に配置されている。
本体１４はまた、バッテリー等の電源を収容するような
大きさになっていてもよい。必要に応じて、シャッター
制御ボタン１６等の制御ボタン、モードダイヤル２０、
ズーム制御スイッチ２２、その他（たとえば、２４、２
６、３０）が、本体１４の外側に設けられる。デジタル
カメラ１０は、好ましくは、本体１４の外側に搭載した
フラッシュ３２等の照明システムを含む。ファインダー
窓３４、３６およびディスプレイ装置４０、４２もま
た、本体１４の外側に配置されている。次に、前述のシ
ステムおよび装置のそれぞれについて説明する。

【００１３】画像光（Image light）が、ズームレンズ
１２を通ってデジタルカメラ１０に入る。ＣＣＤを含む
光検出器が、ズームレンズ１２によって光検出器に焦点
を合わせた画像光を検出するが、他の装置を用いてもよ
い。典型的なＣＣＤは、個々のセルすなわち画素のアレ
イを含み、そのようなセルすなわち画素のそれぞれが、
露光に応答して電荷を収集すなわち蓄積する。いかなる
所与のセルすなわち画素に蓄積した電荷量も、露光の強
さおよび継続時間に関係するので、ＣＣＤを用いて、Ｃ
ＣＤに焦点を合わせた画像における明るい点と暗い点と
を検出することができる。

【００１４】本明細書において使用される画像光という
用語は、可視光であれそうでないものであれ、ズームレ
ンズ１２によって光検出器アレイの表面に焦点を合わせ
た光を指す。画像光は、基本的に３段階でデジタル信号
に変換することができる。第１に、ＣＣＤ検出器内のそ
れぞれの画素が、受け取った光を電荷に変換する。第２
に、アナログ増幅器が、画素からの電荷をアナログ電圧
に変換する。最後に、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換
器が、アナログ電圧をデジタル化する。次にこのデジタ
ルデータを、所望のとおりに処理および／または記憶す
ることができる。

【００１５】デジタルカメラ１０の本体１４内には、光
学撮像アセンブリが収集した画像データを記憶する記憶
装置が配置されている。記憶装置は、取り外し可能再書
き込み可能の不揮発性メモリを含むか、または、ランダ
ムアクセスメモリ（ＲＡＭ）や、磁気、光学、その他ソ
リッドステートの記憶媒体を含んでもよい。デジタルカ
メラ１０の本体１４内には、記憶装置への記憶前または
記憶後に画像データを処理およびフォーマットする、画
像処理システムが配置されている。画像処理システム
は、好ましくは、マイクロプロセッサおよび関連するメ
モリとを含む。または、画像処理システムは、特定用途
向け集積回路（ＡＳＩＣ）等のハードコード化デバイス
を含んでもよい。画像処理システムは、画像データを処
理して、数ある作業の中でも特に、グラフィックディス
プレイ装置４２上で表示するために画像を変倍する。た
とえば、画像処理システムはまた、表示するために画像
をズーム、パン、およびクロッピングする。

【００１６】グラフィックディスプレイ装置４２は、液
晶表示装置（ＬＣＤ）その他任意の好適な表示装置を含
む。デジタルカメラ１０上の英数字表示装置４０もま
た、ＬＣＤその他任意の好適な表示装置を含む。英数字
表示装置４０を用いて、記憶装置に取り込みかつ記憶す
ることができる画像数やデジタルカメラ１０の現在のモ
ード等のステータス情報を示す。

【００１７】デジタルカメラ１０はまた、オーディオシ
ステム等、他の構成要素も含み得る。しかし、デジタル
カメラは当該技術分野において既知であり、本発明の教
示に精通した後の当業者であれば提供できるので、本発
明の一実施形態において利用されるデジタルカメラ１
０、ならびに本発明の一実施形態において利用してもよ
いさまざまな補助のシステムおよび装置（たとえば、バ
ッテリーシステムや記憶装置）については、本明細書に
おいてさらに詳細には説明しない。

【００１８】デジタルカメラ１０の動作中、モードダイ
ヤル２０等、制御ボタンのうちの１つによってデジタル
カメラ１０の電源をオン・オフし、静止画像取込みモー
ドや映像取込みモード等のモードを選択する。デジタル
カメラ１０を、ズームレンズ１２が被写体に向いた状態
になるように配向する。被写体は、ファインダー３４、
３６を通して監視するか、またはグラフィックディスプ
レイ装置４２上で監視してもよい。ズームレンズ１２の
焦点距離は、ズーム制御スイッチ２２等の制御ボタンを
押すことによって調整する。たとえば、ズーム制御スイ
ッチ２２の一方の側４４を押すと、ズームレンズ１２の
焦点距離が長くなり、被写体をズームインで拡大する。
ズーム制御スイッチ２２の他方の側４６を押すと、ズー
ムレンズ１２の焦点距離が短くなって、被写体をズーム
アウトして縮小する。

【００１９】ファインダー３４、３６内の合焦領域は、
視野内の焦点を合わせる物体である合焦物体に向けら
れ、ズームレンズ１２内の各フォーカスレンズ素子を調
整して、合焦物体からの画像光の焦点を光検出器に合わ
せる。デジタルカメラ１０の向き、ズーム、および合焦
が適切になると、シャッター制御ボタン１６を押す。必
要であれば、フラッシュ３２が被写体を照明する。次に
光検出器が、ズームレンズ１２によって光検出器に向け
られた画像光を、電気的な画像データに変換し、これら
のデータは記憶装置に記憶される。次に画像処理システ
ムが画像データを処理し、取り込んだ画像をディスプレ
イ装置４２上で表示する。

【００２０】例示的実施形態におけるズームレンズ１２
は引き込み式である、すなわち、ズームレンズ１２をデ
ジタルカメラ１０の本体１４内に引き込んで、図１およ
び図５ａに示すようにズームレンズ１２の前面５０がデ
ジタルカメラ１０の前面５２と略同一平面をなすように
することができる、ということに注意されたい。デジタ
ルカメラ１０の電源をオフにすると、ズームレンズ１２
が後退して、デジタルカメラ１０の大きさを最小にし、
ズームレンズ１２の損傷を防止する。デジタルカメラ１
０の電源をオンにし、ズームレンズ１２がその最小焦点
距離までズームして、可能な限り広角で取り込みを行う
と、図３および図５ｂに示すように、ズームレンズ１２
がデジタルカメラ１０の前面５２から、短い距離５４だ
け伸びる。ズームレンズ１２がその最大焦点距離までズ
ームして望遠位置に伸びると、図４および図５ｃに示す
ように、ズームレンズ１２がデジタルカメラ１０の前面
５２から、より長い距離５６だけ伸びる。

【００２１】ズームレンズ１２はいかなる特定の光学装
置または撮像装置とともに用いることにも限定されず、
したがって、例示的デジタルカメラ１０について上述し
た詳細には限定されない、ということに再び注意するこ
とが重要である。さらに、ズームレンズ１２は、本明細
書において詳細に説明する例示的実施形態に限定され
ず、所望するとおりに改造し（適合させ、adapted）て
もよい。たとえば、例示的ズームレンズは、本明細書に
おいて３つのバレルを有するものとして説明している
が、いかなる他の構成を有していてもよい。また、ズー
ムレンズ１２のズーム位置すなわち焦点距離も、逆転し
て、ズームレンズ１２の最も伸ばした位置が望遠位置で
はなく広角位置になるように、したがって図３と図４と
を逆転してもよい。

【００２２】次に図６を参照して、ズームレンズ１２を
より詳細に説明する。ズームレンズ１２の例示的実施形
態は、３つのバレル６０、６２、６４を有し、焦点距離
を調整するときにそのうちの２つ（６２、６４）がデジ
タルカメラ１０の本体１４から突き出し、最も外側にあ
る、残りの１つのバレル６０は、デジタルカメラ１０内
にとどまる。最も外側のバレル６０は、ズームレンズ１
２の光軸６６を中心として回転し、それによって内側の
バレル６２、６４を伸ばして焦点距離を調整する。ズー
ムレンズ１２はまた、フォーカスレンズ素子も含む。フ
ォーカスレンズ素子は、１つまたは複数のレンズを含ん
でズームレンズ１２の焦点を調整してもよく、１つまた
は複数のフォーカスレンズモータによって自動的に調整
される。ズームレンズアセンブリは、直流（ＤＣ）ズー
ム駆動モータ７０やズームセンサ等の、精密でなく、か
つ／または低解像度の構成要素を含んでもよい。ＤＣズ
ーム駆動モータ７０は焦点距離を調整し、ズームセンサ
は、コードリング７２と１組の導電性接点７４とを有し
て、不連続な焦点距離位置を決定する。

【００２３】ＤＣズーム駆動モータ７０を用いることに
よって、ステッパモータ等、より精密な選択肢と比較し
て、安価により大きなトルクを発生し、ズームレンズ１
２をデジタルカメラ１０の本体１４内に引き込むことが
できる。しかし、ＤＣズーム駆動モータ７０の位置を直
接制御することはできない。したがって、ズームセンサ
を設けて、変更される焦点距離を測定する。ズームセン
サ内のコードリング７２は、最も外側のバレル６０に巻
き付けられ、あるパターンをバレル６０の周りに形成す
る１組の導電性表面（たとえば、７６、８０）からなっ
ている。１組の導電性接点７４は、コードリング７２の
上方の所定位置、たとえばプリント回路基板８２上に搭
載され、接点７４がコードリング７２を押すようになっ
ている。１組の導電性接点７４が所定位置に固定された
ままである一方で、バレル６０とコードリング７２と
は、ズーム駆動モータ７０によってズームレンズ１２の
光軸６６を中心として回転し、焦点距離を調整する。し
たがって、コードリング７２が回転することによって呈
するパターンが変化し、この変化を導電性接点７４が検
出する。このパターンを復号して、ズームレンズ１２の
現在の焦点距離を不連続なインクリメントで（in discr
ete increments）示すことができる。

【００２４】例示的コードリング７２の、ズームレンズ
１２におけるバレル６０に巻き付けたときではなく平ら
にしたときの外観を、図７に示す。この例示的コードリ
ングは、横に並べて配置した４つの行すなわちストリッ
プ８４、８６、９０、９２からなっており、ある部分は
略導電性であり、他の部分は略非導電性である。（図７
において、導電性の部分に陰をつけている。）ストリッ
プのうちの３つ、８４、８６、９０は、導電率のパター
ンが変化し、最後のストリップ９２は、均一に導電性で
ある共通のストリップである。

【００２５】３つの符号化したストリップ、ストリップ
０（Ｓ０）８４、ストリップ１（Ｓ１）８６、およびス
トリップ２（Ｓ２）９０は、順にインクリメントする２
進符号化数を表してもよい。または、３つの符号化した
ストリップ８４、８６、９０は、いかなる好適なパター
ンを有してもよい。ズームレンズ１２は、広角から望遠
までに及ぶ所与の数の、本例では図７の表のズーム位置
の行において示すように、７つの、不連続な焦点距離す
なわちズーム位置と、後退位置とを有する。

【００２６】例示的コードリング７２は、バレル６０に
巻き付けた固体の導電性リングとして形成し、固体のリ
ングの一部を非導電性材料でコーティングして、パター
ンを作成してもよい。したがって、導電性の部分は、単
一の固体のリングで形成されているため、すべて電気接
続されている。パターンは、コードリング７２の共通の
ストリップ９２、または共通のストリップ９２を押す、
関連する導電性接点９４、を電気的に接地することによ
って検出してもよい。次にプルアップ抵抗器を、それぞ
れコードリング７２のストリップ０８４、１８６、
２９０を検出する、他方の導電性接点９６、１００、
１０２に接続する。コードリング７２が回転するにつれ
て、導電性接点９６、１００、１０２は、コードリング
７２の非導電性の部分を押すと、プルアップ抵抗器によ
って電圧がＨレベルにプルアップされる。導電性接点９
６、１００、１０２は、コードリング７２の導電性の部
分を押すと、共通のストリップ９２を通じて接地レベル
にプルダウンされ、ゼロ電圧を記録する。したがって、
導電性接点９６、１００、１０２上の電圧変化を測定し
て、コードリング７２上のパターンを検出することがで
きる。

【００２７】または、コードリング７２は、センサが検
出することができる、ズーム位置を示すいかなる形式お
よび構造を有していてもよい。

【００２８】コードリング７２の３つの符号化したスト
リップ８４、８６、９０が示すパターンは、ズームレン
ズ１２が提供するそれぞれの不連続なズーム位置におい
て変化する。したがって、バレル６０とコードリング７
２とが回転するにつれて、１組の導電性接点７４がコー
ドリングのパターンの遷移を検出する。所望の焦点距離
すなわちズーム位置を示す遷移を１組の導電性接点７４
が検出すると、ズームレンズ１２は停止する。

【００２９】上述のように、ズームレンズ１２の焦点距
離は、ズーム制御スイッチ２２（図２）を押すことによ
って調整する。ズームレンズ１２は不連続な数のズーム
位置を有しているので、ズームレンズ１２のズーム動作
は一般的に、ズーム制御スイッチ２２を開放してもすぐ
には停止せず、ズーム制御スイッチ２２の解放後も、ズ
ームレンズ１２は、次の不連続なズーム位置に達するま
でズーミングを続行する。たとえば、ズームレンズ１２
が、１２ｍｍおよび１４ｍｍという焦点距離のズーム位
置を含み、ズーム制御スイッチ２２を押して、ズームレ
ンズ１２に１２ｍｍからズームインさせ、次にズームレ
ンズ１２が１３ｍｍ付近のどこかの焦点距離にあるとき
にすぐに開放しても、１４ｍｍという焦点距離を示すコ
ードリング７２の遷移をセンサが検出するまで、ズーム
レンズ１２はズームインを続行する。そしてその検出の
時点で、ズームレンズ１２が停止する。

【００３０】上述のＤＣズーム駆動モータ７０と、コー
ドリング７２等の不連続なすなわち粗い（granular）ズ
ーム位置センサとを、たとえばこのように組み合わせる
ことによって、ズームレンズ１２は、安価に製造するこ
とができ、高速でズームし光学装置内に後退するのに充
分なトルクを有することができる。しかしこれによっ
て、ズームレンズ１２は所望の焦点距離を行き過ぎてし
まう。ズーム駆動モータ７０は、ズーム位置センサが所
望の焦点距離を検出した後、瞬時に停止することができ
ないからである。図８に示すように、ズームレンズ１２
は所望の焦点距離を行き過ぎ、ズームレンズ１２が移動
していた方向に、焦点距離のずれが生じる。たとえば、
ズームレンズ１２は、ＤＣズーム駆動モータ７０に定電
圧を印加することによって後退位置から導かれ、ズーム
レンズの速度が増加し（１０４）、ついには一定になり
（１０６）、ズームレンズ１２の焦点距離は第１のズー
ム位置１１０まで長くなる。回転するコードリング７２
上の広角位置１１０等の所望のズーム位置を、ズーム位
置センサが検出するとすぐに、ＤＣズーム駆動モータ７
０への電力供給を停止し、ＤＣズーム駆動モータ７０を
停止させる。しかし、ズームレンズ１２の速度がゼロに
減少する（１１２）には少し時間がかかるので、ズーム
レンズ１２は所望のズーム位置１１０を行き過ぎてしま
う。

【００３１】上述のように、所望のズーム位置を行き過
ぎる方向は、ズーム方向によって決まる。たとえば、ズ
ーム制御スイッチ２２の「ズームイン」部４４を押し
て、第３のズーム位置１２６（図８）を通り越してズー
ムインすることができる。第３の位置１２６と中間ズー
ム位置１１４との間のあるポイントでズーム制御スイッ
チ２２を開放すると、コードリング７２上の中間ズーム
位置１１４のパターンをズーム位置センサが検出するま
で、ズームレンズ１２はズームインを続行する。その時
点で、ズームレンズ１２は停止し始め、所望の中間ズー
ム位置１１４から短い距離１２２すなわち焦点距離のず
れのところで停止する。ズームレンズ１２が反対方向か
ら接近する場合は、ズーム制御スイッチ２２のズームア
ウト部４６を押すと、ズームレンズ１２は第５のズーム
位置１２８を通り越してズームアウトする。第５のズー
ム位置１２８と中間ズーム位置１１４との間のあるポイ
ントでズーム制御スイッチ２２を開放すると、コードリ
ング７２上の中央のズーム位置１１４のパターンをズー
ム位置センサが検出するまで、ズームレンズ１２はズー
ムアウトを続行する。その時点で、ズームレンズ１２は
停止し始め、所望の中央のズーム位置１１４から少しの
距離１２４すなわち焦点距離のずれであるが、ズームイ
ンするときのずれ１２２とは反対方向のところで停止す
る。

【００３２】ＤＣズーム駆動モータを用いる例示的ズー
ムレンズ１２においては、ズームレンズがズーム位置同
士の間を移動するのに約１００〜３００ｍｓ、そして所
望のズーム位置に達してモータが停止するのに約５０ｍ
ｓかかる場合がある。したがって、行き過ぎる（たとえ
ば、１２２）ことによって、かなりの焦点距離誤差が生
じる可能性がある。ズームレンズ１２がズームイン１１
６とズームアウト１２０のいずれかの方向からズーム位
置（たとえば、１１４）に接近できるようにすることに
よって、所与のズーム位置１１４についての焦点距離に
おける全許容誤差は、両方の方向の行き過ぎのずれ１２
２、１２４の合計と等しくなる。焦点距離の行き過ぎの
ずれの大きさは、必ずしも両方向で同一であるわけでは
ない。ズームレンズ１２のズームに対する抵抗が、両方
向で同一でないかもしれないからである。

【００３３】ズームレンズ１２における焦点距離の行き
過ぎは、ユーザにとっては重要でないことが多い、とい
うことに注意されたい。ズーム位置を調整するのは、満
足なように被写体の構図を決めるためであって、所与の
焦点距離に達するためではないからである。しかし、焦
点距離のこのようなずれは、フォーカスレンズ位置の計
算時に考慮するべきである。ズームレンズ１２のフォー
カスレンズ位置は、合焦物体すなわち被写体までの距離
だけでなく、ズームレンズ１２の焦点距離にも基づいて
いるからである。ズームレンズの行き過ぎによって生じ
る焦点距離のずれが許容できるとすれば、ズームの最後
の方向、すなわち、ズームレンズ１２が所与のズーム位
置に達したのがズームインによるものかズームアウトに
よるものか、を考慮することによって、フォーカスレン
ズ位置を正確に計算することができる。

【００３４】フォーカスレンズの正確な位置は、デジタ
ルカメラ１０から合焦物体までの距離と、ズームレンズ
１２の焦点距離とに基づいている。フォーカスレンズ位
置は、フォーカスレンズ位置決め（positioning）モー
タの状態またはその他何らかの好適な方法によって、間
接的に判定することができる、ということに注意された
い。例示的一実施形態において、フォーカスレンズは、
連動機構または駆動機構を通じてフォーカスレンズ位置
決めモータによって駆動されるので、フォーカスレンズ
位置は、フォーカスレンズ位置決めモータの角度（ＤＣ
モータの場合）またはステップ（ステッパモータの場
合）を用いて間接的に扱うことができる。しかし、この
ような間接的制御は、最終的にはフォーカスレンズの位
置に戻って参照する（refer back）。本明細書において
開示するズームレンズ１２およびズームレンズ１２の制
御方法は、ズームレンズ位置を直接参照するものに限定
されず、ズームレンズ位置に戻って関係する（relates
back）いかなる制御を用いてもよい。

【００３５】デジタルカメラ１０または光学装置は、ズ
ーム動作後にフォーカスレンズ位置を決定する。デジタ
ルカメラ１０の現在のモードによって、フォーカスレン
ズ位置の用途はさまざまである。手動合焦モードにおい
ては、デジタルカメラ１０は、実際の焦点距離と合焦物
体までの所望の距離とに基づいてズーム動作後に計算さ
れるフォーカスレンズ位置に従って、ズームレンズ１２
の焦点を合わせる。自動合焦モードにおいては、デジタ
ルカメラ１０は、合焦物体の画像のコントラストを監視
しながら焦点モータ（focus motor）を動かすことによ
って、適切な焦点を自動的に検出してもよい。自動焦点
処理が完了すると、焦点モータは、最大コントラストが
検出された位置に動く。この場合、結果として得られる
焦点距離は、ずれを含む焦点距離とフォーカスレンズ位
置とに基づいて計算される。この焦点距離情報は、グラ
フィックディスプレイ装置４２上で表示してもよく、合
焦物体距離を画像とともに記憶することによって、記憶
する画像を識別および説明するのに用いてもよい。

【００３６】フォーカスレンズ位置、焦点距離（ずれを
含む）、および合焦物体距離、という３つの変数の関係
は、図９のように、グラフ上の１組の曲線として表すこ
とができる。フォーカスレンズ位置は、Ｙ軸１３０に沿
ってプロットし、フォーカスレンズ位置の範囲に０から
１００まで目盛りをつけている。ズームレンズ位置すな
わち焦点距離は、Ｘ軸１３２に沿ってプロットし、広角
位置から望遠位置までに及ぶ.

【００３７】２組の曲線が提供される。一方はズームイ
ン後、すなわち焦点距離を長くした後に用い、他方はズ
ームアウト後、すなわち焦点距離を短くした後に用い
る。ズームイン後に用いる方の１組の曲線は、グラフに
おいて「焦点距離プラス」（ｆｌ＋）１３４と呼ぶ。ズ
ームイン後、結果として生じる焦点距離が、行き過ぎに
よって所望よりも長くなるからである。ズームアウト後
に用いる方の１組の曲線は、グラフにおいて「焦点距離
マイナス」（ｆｌ−）１３６と呼ぶ。ズームアウト後、
結果として生じる焦点距離が、行き過ぎによって所望よ
りも短くなるからである。多数の異なる合焦物体距離に
ついて、ｆｌ＋１３４（たとえば、１４０、１４２）と
ｆｌ−１３６（たとえば、１６０、１６２）のそれぞれ
の組において曲線が提供される。（わかりやすくするた
めに、図９において示す曲線は少数である、ということ
に注意されたい。）曲線１４０、１４２、１４４、１４
６、１５０、および１５２を含むｆｌ＋の曲線１３４は
それぞれ、０．２ｍというクローズアップ距離（曲線１
４０）や無限遠の距離（曲線１５２）等、異なる合焦物
体距離に適用される。無限遠は、物体を水平線のところ
に配置して焦点を合わせる（places objects out to th
e horizon in focus）焦点位置である。曲線１６０、１
６２、１６４、１６６、１７０、および１７２を含むｆ
ｌ−の曲線１３６もまたそれぞれ、０．２ｍというクロ
ーズアップ距離（曲線１６０）や無限遠の距離（曲線１
７２）等、異なる合焦物体距離に適用される。

【００３８】２組の曲線１３４、１３６におけるフォー
カスレンズ位置と合焦物体距離とについてのデータは、
焦点距離の行き過ぎによるずれが補正され、Ｘ軸１３２
に沿って目標焦点距離に対してプロットすると、２組の
曲線１３４、１３６が互いに異なるようになっている。
ｆｌ＋の曲線１３４は、所望の焦点距離からの正のずれ
が補正され、ｆｌ−の曲線１３６は、所望の焦点距離か
らの負のずれが補正される。その他の点では、ｆｌ＋と
ｆｌ−についての２組の曲線は同一であり、本質的には
１組の曲線のみとなるであろう。ズームレンズ１２が目
標ズーム位置に正確に停止することができるならば、１
組の曲線のみで妥当であろう。

【００３９】図９に示す２組の曲線１３４、１３６は、
例示の目的のために、限られた１組の可能性のある合焦
物体距離のみを示している。また、フォーカスレンズ位
置、焦点距離、および合焦物体距離という３つの変数
は、フォーカスレンズ位置をＹ軸１３０に沿ってプロッ
トし、合焦物体距離をＸ軸１３２に沿ってプロットした
状態で、プロットしてもよい。それぞれの不連続なズー
ム位置についてこのグラフ上で与えられる曲線は、より
完全な１組の合焦物体距離を示す。

【００４０】デジタルカメラ１０には、たとえばレンズ
設計式の形で、このような曲線を提供することができ
る。デジタルカメラ１０は、ズーム動作後、曲線からフ
ォーカスレンズ位置を計算することができる。しかし、
上述の曲線からフォーカスレンズ位置を計算するのに、
デジタルカメラ１０その他光学装置の利用できる処理能
力よりも多くが必要な場合、または、連続値の精度が必
要ない場合には、フォーカスレンズ位置情報を、フォー
カスレンズ位置を示す以下の例示的ルックアップテーブ
ルのような、１つまたは複数のルックアップテーブルに
記憶することができる。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】自動合焦動作においては、ズームレンズ１
２を所望のズーム位置に調整後、最大画像コントラスト
が達成されるまでフォーカスレンズを調整する。次に、
上のルックアップテーブルのうちの１つにおける現在の
ズーム位置についての列でフォーカスレンズ位置を探索
し、対応する合焦物体距離を読み出すことによって、合
焦物体距離を決定する。用いるルックアップテーブル
は、最後に行ったズームの方向によって決まる。手動合
焦動作においては、ズームレンズ１２を所望のズーム位
置に調整後、上のルックアップテーブルのうちの１つに
おいて合焦物体距離を探索し、現在のズーム位置につい
ての列からフォーカスレンズ位置を読み出すことによっ
て、フォーカスレンズ位置を決定する。ここでもまた、
用いるルックアップテーブルは、最後に行ったズームの
方向によって決まる。

【００４４】実際には、ルックアップテーブルは、精度
の要求事項とテーブルを記憶するのに必要なメモリ量と
が釣り合う、所望数だけの入力を含み得る、ということ
に注意されたい。たとえば、ルックアップテーブルは、
入っているデータがまばらであってもよいが、光学装置
は最も近い適切な値を選択するか、または値と値との間
を補間する必要があろう。または、ルックアップテーブ
ルは、入っているデータが密であってもよい。この場
合、目盛りの要求事項が増大するが、精度も上がる。た
とえば、焦点モータが、所与の数の不連続な位置を有す
るステッパモータである場合、ルックアップテーブル
は、焦点モータの利用できる不連続な位置に対応する、
可能性のあるすべての入力を含み得る。（上の例示的ル
ックアップテーブルにおいて、焦点距離と合焦物体距離
との多数の異なる組み合わせが、ｆｌ−の表の一番下の
行における位置９４等、同一の焦点位置に対応してい
る、ということに注意されたい。）ルックアップテーブ
ルにおいて的確な値が見つからない場合、そのような設
定におけるズームレンズ１２には被写界深度があるの
で、最も近い利用できる値を適用できる。被写界深度に
よって、合焦物体からある距離内にある物体には、焦点
が合ったままである。

【００４５】他の実施形態において、ｆｌ＋の表におけ
る値とｆｌ−の表における値との差が、それぞれの曲線
について、または表全体について略一定である場合に
は、単一のルックアップテーブルを提供して、あるずれ
を表からの値に適用してもよい。この場合、最後のズー
ム動作の方向によって、このずれを加えるかまたは減じ
る。しかし、差が略一定であるためには、図９における
各値のグラフは、傾きが略一定である必要がある。

【００４６】本発明を説明する現在好ましい実施形態
を、本明細書において詳細に説明したが、発明の概念
は、他の方法で様々に実施および採用することができ、
併記の特許請求の範囲は、従来技術によって限定される
場合を除いて、このような変形を含むよう解釈されるこ
とが意図される、ということが理解されなければならな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】ズームレンズを有する例示的撮像装置の、ズー
ムレンズを引き込んだ状態の、正面側から見た等角図で
ある。

【図２】図１の例示的撮像装置の背面側から見た等角図
である。

【図３】ズームレンズを広角位置に伸ばした状態の、図
１の例示的撮像装置の正面側から見た等角図である。

【図４】ズームレンズを望遠位置に伸ばした状態の、図
１の例示的撮像装置の正面側から見た等角図である。

【図５ａ】後退位置にある、例示的ズームレンズアセン
ブリの側面図である。

【図５ｂ】広角位置に伸ばした、例示的ズームレンズア
センブリの側面図である。

【図５ｃ】望遠位置に伸ばした、例示的ズームレンズア
センブリの側面図である。

【図６】ズーム位置エンコーダを有する例示的ズームレ
ンズアセンブリの図である。

【図７】図６のズーム位置エンコーダの例示的コードリ
ングを示す表（chart）である。

【図８】図６のズームレンズアセンブリのズーム速度対
ズームレンズ位置の例示的グラフである。

【図９】図６のズームレンズアセンブリについての、多
数の異なる合焦物体距離についてのフォーカスレンズ位
置対ズームレンズ位置（すなわち焦点距離）の例示的グ
ラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 7/10 Ｇ０２Ｂ 7/10 Ｄ (72)発明者ジェイソン・イー・ヨストアメリカ合衆国コロラド州80550，ウィンザー，メディシン・マン・コート 1002 Ｆターム(参考） 2H044 DA01 DA02 DC01 DC02 DE06 DE08 EC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ズームレンズの制御方法であって、２つの方向のうちの１つの方向に、所望の焦点距離まで
ズームする段階と、前記２つの方向のうちの前記１つの方向に基づいて、少
なくとも部分的に前記所望の焦点距離から前記ズームレ
ンズのフォーカスレンズ位置を決定する段階とを含む方
法。
【請求項２】前記フォーカスレンズ位置に従って前記
ズームレンズの焦点を合わせる段階をさらに含む、請求
項１に記載の方法。
【請求項３】前記フォーカスレンズ位置を記憶するこ
とにより、前記ズームレンズを通して受け取った光学デ
ータを表す段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】前記所望の焦点距離から前記フォーカス
レンズ位置を決定する前記段階は、複数のズーム位置の
うちのどの現在のズーム位置に前記ズームレンズがズー
ムしているかを判定する段階と、前記現在のズーム位置
に基づいて前記フォーカスレンズ位置を計算する段階と
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】前記フォーカスレンズ位置を決定する前
記段階は、焦点距離、フォーカスレンズ位置、および合
焦物体までの距離に関する２つのデータセットのうちの
１つを用いて前記焦点情報を計算する段階を含み、前記
２つのデータセットのうちの第１のものは、ズームイン
後に適用でき、前記２つのデータセットのうちの第２の
ものは、ズームアウト後に適用できる、請求項１に記載
の方法。
【請求項６】焦点距離が可変であるズームレンズア
センブリと、該ズームレンズアセンブリに接続されて、該ズームレン
ズアセンブリの焦点距離を延長または短縮する、ズーム
レンズ駆動システムと、前記ズームレンズアセンブリに接続されて、該ズームレ
ンズアセンブリの前記焦点距離を決定する、ズーム位置
センサと、前記ズームレンズアセンブリに光学的に結合して、該ズ
ームレンズアセンブリの前記焦点距離が最後に延長され
たか短縮されたかに少なくとも部分的に基づいて調整可
能である、フォーカスレンズアセンブリとを備える光学
装置。
【請求項７】前記ズーム位置センサに接続された制御
システムをさらに含み、該制御システムは、前記ズーム
レンズアセンブリの前記焦点距離が最後に延長されたか
短縮されたかを示す、前記ズームレンズアセンブリの最
後の変化の方向を判定し、前記制御システムは、前記焦
点距離と前記最後の変化の方向とに基づいて、前記フォ
ーカスレンズアセンブリについての環境設定を計算す
る、請求項６に記載の光学装置。
【請求項８】前記制御システムは、前記ズームレンズ
アセンブリの位置と、前記フォーカスレンズアセンブリ
の位置と、合焦物体までの距離とを相関させるデータを
含む２つのルックアップテーブルを含み、前記２つのル
ックアップテーブルのうちの第１のものは、前記ズーム
レンズアセンブリの前記焦点距離が最後に延長された場
合に適用でき、前記２つのルックアップテーブルのうち
の第２のものは、前記ズームレンズアセンブリの前記焦
点距離が最後に短くなった場合に適用できる、請求項７
に記載の光学装置。
【請求項９】前記ズーム位置センサは、前記ズームレ
ンズアセンブリ上のコードリングと、該コードリングが
前記ズームレンズアセンブリとともに回転するときに前
記コードリングを押して該コードリングからコードを読
み取る、少なくとも１つの導電性接点とを含む、請求項
６に記載の光学装置。
【請求項１０】少なくとも１つのズーム要素と少な
くとも１つの焦点要素とを有する、ズームレンズと、前記少なくとも１つのズーム要素を調整して、焦点距離
を延長または短縮する手段と、前記少なくとも１つのズーム要素の前記焦点距離が最後
に延長されたか短縮されたかに少なくとも部分的に基づ
いて、前記少なくとも１つの焦点要素について適切な設
定を決定する手段とを含む、撮像装置。