JP2010191261A - ズームレンズ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的安価で小型でありながら、適切なズーミングを可能とするズームレンズ装置を提供する。
【解決手段】制御装置１３０が、第２レンズ群Ｌ２，第４レンズ群Ｌ４をワイド端へと移動させるとき、オープンループ制御により圧電素子ＰＺ２，ＰＺ４を制御し、少なくとも１度、第２レンズ群Ｌ２，第４レンズ群Ｌ４をストッパ１０１ａ、１０１ｄに当接させるので、ストッパストッパ１０１ａ、１０１ｄへの当接により、第２レンズ群Ｌ２，第４レンズ群Ｌ４をワイド端へ精度良く移動させることができるため、小型で低コストな構成を提供できる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、ズームレンズ装置に関し、特に監視カメラや携帯電話等に搭載すると好適なズームレンズ装置に関するものである。

近年、監視カメラや携帯電話においても、ズーミングやフォーカシング等の高機能を有するレンズユニットが求められているという実情がある。一般的には、ズーミングやフォーカシングを実現するためには、少なくとも１つのレンズを光軸方向に移動するアクチュエータが必要になる。このようなアクチュエータとしては、ステッピングモータやピエゾアクチュエータが知られている。ピエゾアクチュエータは、ステッピングモータに比べ小型で消費電力が小さいため、広範囲に用いられている。特許文献１には、ピエゾアクチュエータを用いて、カメラレンズを支持するカメラレンズ支持体を駆動させる自動焦点調節装置が開示されている。

国際公開第２００５／０５９６１５号パンフレット

しかるに、特許文献１のように、レンズ駆動用としてピエゾアクチュエータを用いる場合、適切な位置にレンズを停止させるため、レンズ位置を検出するセンサが別個に必要となる。特に、複数の位置で精度良くレンズを停止させるには、エンコーダ等により連続的にレンズの位置を検出して、ピエゾアクチュエータをフィードバック制御しなくてはならず、高価で大型のセンサを用いる必要があり、それによりレンズユニットの高コスト化や大型化を招くという問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、比較的安価で小型でありながら、適切なズーミングを可能とするズームレンズ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載のズームレンズ装置は、通過した光束が撮像素子に結像する可動レンズと、
前記可動レンズを移動可能に支持すると共に、移動端で前記可動レンズに当接するストッパを備えた鏡筒と、
前記可動レンズを複数のズーム位置のいずれかにズーム移動させるために、前記鏡筒に対して前記可動レンズを光軸方向に移動させる駆動機構と、
前記駆動機構を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記可動レンズを前記ズーム位置のいずれかへと移動させるとき、オープンループ制御により前記駆動機構を制御し、少なくとも１度、前記可動レンズを前記ストッパに当接させることを特徴とする。

本発明によれば、前記制御装置が、前記可動レンズを前記ズーム位置のいずれかへと移動させるとき、オープンループ制御により前記駆動機構を制御し、少なくとも１度、前記可動レンズを前記ストッパに当接させるので、前記ストッパへの当接により、前記可動レンズを前記ズーム位置のいずれかへ精度良く移動させることができるため、小型で低コストな構成を提供できる。一般的に、撮像素子の画素数に比べ、撮像素子から得られた被写体の画像を表示するモニタの画素数の方が大幅に少ないので、例えばユーザーがモニタで被写体のスルー画像を視認する場合、画素数比に応じて許容錯乱円が小さくなることから、前記可動レンズが合焦位置からずれていてもピンボケを感じにくいという特性がある。かかる特性を利用して、前記可動レンズを前記ストッパに当接させた状態を、前記ズーム位置のいずれかとすることもできる。

しかしながら、実際に撮像を行う場合など、前記可動レンズをフォーカシングさせることが必要になる。そこで、前記可動レンズを前記ズーム位置のテレ端もしくはワイド端に移動させる場合、前記可動レンズを前記ストッパに当接させ、更にフォーカシングのために逆方向に戻すと良い。これによりポジションセンサがなくても、前記可動レンズを過焦点距離合焦位置（後述）に移動させることができ、高画質な画像を撮像できる。ただし、テレ端とワイド端以外の中間端に前記可動レンズを停止させるには、後述のポジションセンサを設けるのが好ましい。

請求項２に記載のズームレンズ装置は、請求項１に記載の発明において、前記可動レンズは第１の可動レンズと第２の可動レンズを含み、前記ストッパは、前記第１の可動レンズに当接する第１のストッパと、前記第２の可動レンズに当接する第２のストッパとを含み、
前記制御装置は、前記第１の可動レンズ及び前記第２の可動レンズをそれぞれ前記ズーム位置のいずれかへと移動させるとき、前記第１の可動レンズが、前記第１のストッパに当接した状態を維持され、前記第２の可動レンズが、前記第２のストッパに当接した後、前記第２の可動レンズが所定距離だけ逆方向に移動させられるように、前記駆動機構を制御することを特徴とする。

請求項３に記載のズームレンズ鏡筒は、請求項２に記載の発明において、前記第２の可動レンズは、フォーカス移動のために逆方向に前記所定距離だけ移動させられ、前記所定距離だけ移動した後、前記第２の可動レンズは過焦点距離合焦位置にあることを特徴とする。

ズームレンズ装置においては、長焦点では被写界深度が浅くなるので、可動レンズのズーム移動後には合焦動作を行うことが好ましい。しかしながら、可動レンズを合焦位置に移動させるために精度良く位置検出を行おうとすると、可動レンズの位置を連続的に検出する高価なセンサが必要となり、また合焦のための時間がかかるという問題がある。これに対し本発明によれば、前記第２の可動レンズは、フォーカス移動のために逆方向に前記所定距離だけ移動させられ、前記所定距離だけ移動した後、前記第２の可動レンズは過焦点距離合焦位置にあるように駆動されるので、過焦点距離から無限遠方までピントがあった状態で撮像を行うことができる。ここで、「過焦点距離」とは、被写界深度により無限遠方からそこまでピントが合う距離をいい、通常は設定焦点距離及び適正絞り値（Ｆナンバー）により決定される。従って、「過焦点距離合焦位置」に前記可動レンズが位置すれば、常にピンボケのない画像を撮像できることとなる。

請求項４に記載のズームレンズ装置は、請求項２又は３に記載の発明において、前記制御装置は、前記第２の可動レンズが前記逆方向に移動開始したときから所定時間経過したことにより、前記所定距離だけ移動したと判断することを特徴とする。前記駆動機構の動作時間から、前記第２の可動レンズの移動距離を推定することができる。

請求項５に記載のズームレンズ装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記駆動機構は、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材と、前記可動レンズに連結され且つ前記駆動部材上に移動可能に保持された可動部材と、を有し、前記電気機械変換素子を、伸び方向と縮み方向とで速度を変えて繰り返し伸縮させることで、前記可動部材を移動させるようになっていることを特徴とする。これによりコンパクトで低コストの駆動機構を提供できる。

請求項６に記載のズームレンズ装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記複数のズーム位置のいずれかとは、前記可動レンズの光軸方向移動端であることを特徴とする。前記可動レンズの光軸方向移動端としてはテレ端又はワイド端がある。

請求項７に記載のズームレンズ装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記複数のズーム位置は、前記可動レンズの光軸方向移動両端と、前記光軸方向移動両端間の中間位置とを含み、前記中間位置を検出するポジションセンサを有することを特徴とする。かかるポジションセンサは、例えばセンサ光を照射する発光部と、それに対向してセンサ光を受光する受光部とを備えたもので良く、それによりコンパクト且つ低コストとできる。

請求項８に記載のズームレンズ装置は、請求項７に記載の発明において、前記ポジションセンサは、前記可動レンズの通過の際に２種類の信号を発生し、それにより前記可動レンズの２つの中間位置を検出可能となっていることを特徴とする。

請求項９に記載のズームレンズ装置は、請求項７又は８に記載の発明において、前記制御装置は、前記ポジションセンサからの信号に応じて、前記駆動機構の制御をオープンループ制御から、前記撮像素子からの信号に基づくクローズドループ制御に変更することを特徴とする。前記撮像素子からの信号に基づくクローズドループ制御の一例としては、コントラスト検出ＡＦがある。

請求項１０に記載のズームレンズ装置は、請求項７〜９のいずれかに記載の発明において、前記ポジションセンサは、前記中間位置を検出した時点で前記撮像素子から出力される信号に基づく評価値が、ピーク値の１／２以上となる範囲に配置されていることを特徴とする。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係るズームレンズ装置の断面図である。図１において、筒状のレンズ鏡筒１０１の内部に、物体側から順に、第１レンズ群Ｌ１，第２レンズ群Ｌ２、絞りＳ、第３レンズ群Ｌ３，第４レンズ群Ｌ４，第５レンズ群Ｌ５，及び撮像素子ＣＣＤが配置されている。被写体像は、各レンズ群Ｌ１〜Ｌ５を介して撮像素子ＣＣＤの受光面に入射するようになっている。第１レンズ群Ｌ１，絞りＳ、第３レンズ群Ｌ３、第５レンズ群Ｌ５はレンズ鏡筒１０１に固定されている。更に、レンズ鏡筒１０１の内側には、２群ポジションセンサＳ２と、４群ポジションセンサＳ４が設けられている。

レンズ鏡筒１０１の内側には、レンズの光軸を挟んで平行且つ対称的になるようにして、丸軸状の２群駆動軸１０２及び２群ガイド軸１０３，並びに丸軸状の４群駆動軸１０４及び４群ガイド軸１０５が設けられている。２群ガイド軸１０３及び４群ガイド軸１０５は、それぞれ両端がレンズ鏡筒１０１に固定されている。一方、駆動部材である２群駆動軸１０２は、一端が圧電素子ＰＺ２を介してレンズ鏡筒１０１に固定され、他端はレンズ鏡筒１０１に対して軸線方向に移動可能に支持されている。又、駆動部材である４群駆動軸１０４は、一端が電気機械変換素子である圧電素子ＰＺ４を介してレンズ鏡筒１０１に固定され、他端はレンズ鏡筒１０１に対して軸線方向に移動可能に支持されている。より具体的には、２群駆動軸１０２の端部には圧電素子ＰＺ２の一方の端部が接着固定され、圧電素子ＰＺ２の他方の端部はレンズ鏡筒１０１に固定されており、４群駆動軸１０４の端部には圧電素子ＰＺ４の一方の端部が接着固定され、圧電素子ＰＺ４の他方の端部はレンズ鏡筒１０１に固定されている。２群駆動軸１０２と４群駆動軸１０４の他端同士は、対向していると好ましい。なお、レンズ枠１０６，１０７が、それぞれ請求項の可動部材に相当する。また、圧電素子ＰＺ２，ＰＺ４が請求項の電気機械変換素子に相当する。

圧電素子ＰＺ２，ＰＺ４は、ＰＺＴ(ジルコン・チタン酸鉛)などで形成された圧電セラミックスを積層してなる。圧電セラミックスは、その結晶格子内の正電荷の重心と負電荷の重心とが一致しておらず、それ自体分極していて、その分極方向に電圧を印加すると伸びる性質を有している。しかし、圧電セラミックスのこの方向への歪みは微小であり、この歪み量により被駆動部材を駆動することは困難であるため、複数の圧電セラミックスを積み重ねてその間に電極を並列接続した構造の積層型圧電素子が実用可能なものとして提供されている。本実施の形態では、この積層型圧電素子を駆動源として用いている。

図２は、第２レンズ群Ｌ２及び２群レンズ枠１０６、又は第４レンズ群Ｌ４及び４群レンズ枠１０７を光軸方向に見た図である。２群レンズ枠１０６には、２群駆動軸１０２が貫通する接触部材１０６ａ及び圧接バネ１０６ｂが形成されており、２群駆動軸１０２と接触部材１０６ａとは圧接バネ１０６ｂにより圧接し、適当な摩擦力で互いに摩擦結合している。接触部材１０６ａと２群駆動軸１０２との摩擦結合力は、圧接バネ１０６ｂにより調整できる。又、２群レンズ枠１０６は、２群ガイド軸１０３に摺動自在に係合する二股状の係合部１０６ｃを有し、これにより係合部１０６ｃが２群ガイド軸１０３に係合することで、光軸方向の移動は許すが回転を禁止するようになっている。第２レンズ群Ｌ２と２群レンズ枠１０６により、第１の可動レンズを構成する。

同様に、４群レンズ枠１０７には、４群駆動軸１０４が貫通する接触部材１０７ａ及び圧接バネ１０７ｂが形成されており、４群駆動軸１０４と接触部材１０７ａとは圧接バネ１０７ｂにより圧接し、適当な摩擦力で互いに摩擦結合している。接触部材１０７ａと４群駆動軸１０４との摩擦結合力は、圧接バネ１０７ｂにより調整できる。又、４群レンズ枠１０７は、４群ガイド軸１０５に摺動自在に係合する二股状の係合部１０７ｃを有し、これにより係合部１０７ｃが４群ガイド軸１０５に係合することで、光軸方向の移動は許すが回転を禁止するようになっている。第４レンズ群Ｌ４と４群レンズ枠１０７により、第２の可動レンズを構成する。

図１において、レンズ鏡筒１０１の内壁の一部は内側に突出し、２群ワイド側ストッパ１０１ａ、２群テレ側ストッパ１０１ｂ、４群テレ側ストッパ１０１ｃ、４群ワイド側ストッパ１０１ｄを構成している。２群レンズ枠１０６は、ワイド側に移動したときには２群ワイド側ストッパ１０１ａに当接することで、それ以上の移動が制限され、テレ側に移動したときには２群テレ側ストッパ１０１ｂに当接することで、それ以上の移動が制限されるようになっている。又、４群レンズ枠１０７は、ワイド側に移動したときには４群ワイド側ストッパ１０１ｄに当接することで、それ以上の移動が制限され、テレ側に移動したときには４群テレ側ストッパ１０１ｃに当接することで、それ以上の移動が制限されるようになっている。ストッパは、レンズ鏡筒１０１とは別体としても良い。

次に、可動レンズの駆動態様について説明する。図３は、本実施の形態にかかるズームレンズ装置に備えられた制御装置のブロック図である。制御装置１３０は、ＣＰＵ１３１を中心に構成され、ＣＰＵ１３１の入力ポートには、ズームスイッチ１３２、ポジションセンサＳ１，Ｓ２、撮像素子ＣＣＤ、レリーズスイッチ１３３が信号授受可能に接続され、ＣＰＵ１３１の出力ポートには、圧電素子ＰＺ２、ＰＺ４に駆動パルスを独立して供給する駆動回路１３４が接続されている。ＣＰＵ１３１は、タイマを内蔵している。ポジションセンサＳ１，Ｓ２、撮像素子ＣＣＤからの信号の利用、及び駆動パルスの波形については、後で説明する。

図４は、駆動回路１３４から圧電素子ＰＺ２，ＰＺ４に供給される駆動パルスの波形の一例を示す図である。２群レンズ枠１０６，４群レンズ枠１０７を図３で矢印Ｔ方向に移動させるときは、図４（ａ）に示すように、緩やかな立ち上がり部とこれに続く急速な立ち下がり部からなる波形の駆動パルスが圧電素子ＰＺ２，ＰＺ４に供給される。このとき、２群駆動軸１０２，４群駆動軸１０４に発生する速度の異なる往復振動により、２群レンズ枠１０６，４群レンズ枠１０７を矢印Ｔ方向へ移動させることができる。

即ち、図４（ａ）に示す駆動パルスの緩やかな立ち上がり部では、圧電素子ＰＺ２，ＰＺ４が緩やかに厚み方向の伸び変位を生じ、２群駆動軸１０２，４群駆動軸１０４は矢印Ｔ方向へ移動する。このため、２群駆動軸１０２、４群駆動軸１０４に圧接バネ１０６ｂ、１０７ｂにより圧接して摩擦結合している２群レンズ枠１０６，４群レンズ枠１０７も矢印Ｔ方向へ移動し、第２レンズ群Ｌ２，第４レンズ群Ｌ４を矢印Ｔ方向、即ち互いに接近する方向へ移動させることができる。

駆動パルスの急速な立ち下がり部では、圧電素子ＰＺ２，ＰＺ４が急速に厚み方向の縮み変位を生ずる。このとき、２群駆動軸１０２，４群駆動軸１０４に圧接バネ１０６ｂ、１０７ｂにより圧接している２群レンズ枠１０６，４群レンズ枠１０７は、その慣性力により２群駆動軸１０２，４群駆動軸１０４との間の摩擦力に打ち勝って実質的にその位置に留まるので、第２レンズ群Ｌ２，第４レンズ群Ｌ４は移動しない。このように駆動軸１０２，１０４に発生する振動を用いて、レンズ枠１０６，１０７を駆動する構成では、ＤＣモータ等とは異なり、後述するストッパに当接した際に可動部材がストッパに食い込まないというメリットがある。但し、ＤＣモータを駆動源としても良い。

一方、２群レンズ枠１０６，４群レンズ枠１０７を矢印Ｗ方向（矢印Ｔの反対方向）へ移動させるときは、図４（ａ）とは逆の波形、即ち急速な立ち上がり部とこれに続く緩やかな立ち下がり部からなる波形の駆動パルスを圧電素子ＰＺ２，ＰＺ４に供給することで達成できる（図４（ｂ）参照）。

以上述べたように、制御装置１３０は、ズーム移動の際には駆動回路１３４を介して圧電素子ＰＺ２，ＰＺ４をオープンループ制御するので、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４を所定位置に停止させるためには、何らかの工夫が必要である。以下、具体的なズームレンズの位置制御について説明する。

図５は、本実施の形態にかかるズームレンズ装置において、可動レンズのズーム位置と軌跡を示す概略図である。本実施の形態においては、可動レンズのズーム位置は、ワイド端、第１の中間位置、第２の中間位置、テレ端の４カ所とし、ワイド端からテレ端に向かうに連れて、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４は漸次光軸方向に接近するものとし、その間に２つの中間位置Ｍ１，Ｍ２を持つものとする。但し、これに限らず、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４のうち少なくとも一方は、中間で最も近接するように構成しても良い。

中間位置の検出について説明する。図６は、４群レンズ枠１０７と、ポジションセンサＳ４との関係を示す図である。図７は、ポジションセンサＳ４から出力される信号と、４群レンズ枠１０７との関係を示す図である。図６において、ポジションセンサＳ４は、センサ光を発光する発光部Ｓ４ａと、センサ光を受光する受光部（不図示）とを有し、発光部Ｓ４ａから発光させたセンサ光を受光部が受光したときは低い電圧（Ｌｏ）を発生し、発光部Ｓ４ａから発光させたセンサ光が４群レンズ枠１０７により遮られたときは高い電圧（Ｈｉ）を出力するようになっている。尚、２群レンズ枠１０６と、ポジションセンサＳ２とについては、相対移動方向が逆になる点のみが異なるため、ここでは省略する。

４群レンズ枠１０７が、ワイド端からテレ端側へと移動を開始したとき、図６（ａ）に示すように、発光部Ｓ４ａから発光させたセンサ光が４群レンズ枠１０７により遮られるまでは、ポジションセンサＳ４から出力される電圧は低いまま（Ｌｏ）である（図７の領域ａ）。しかし、図６（ｂ）に示すように、発光部Ｓ４ａから発光させたセンサ光が４群レンズ枠１０７により遮られ始めると、ポジションセンサＳ４から出力される電圧は急激に上昇し始め（図７の領域ｂ）、センサ光が完全に４群レンズ枠１０７により遮られると、ポジションセンサＳ４から出力される電圧は高い（Ｈｉ）状態に維持される（図７の領域ｄ）。その後、図６（ｃ）に示すように、４群レンズ枠１０７がポジションセンサＳ４を通り過ぎるに連れて遮光されなくなるため、ポジションセンサＳ４から出力される電圧は急激に低下し始め（図７の領域ｄ）、完全に４群レンズ枠１０７がポジションセンサＳ４から離れると、再び、ポジションセンサＳ４から出力される電圧は低い状態（Ｌｏ）となる（図７の領域ｅ）。

以上、電圧の立ち上がり信号及び立ち下がり信号の２種類の信号を利用して、本実施の形態では、中間位置Ｍ１については、ポジションセンサＳ４から出力される電圧が立ち上がる位置（具体的には図７の領域ｂの中央）とし、中間位置Ｍ２については、ポジションセンサＳ４から出力される電圧が立ち下がる位置（具体的には図７の領域ｄの中央）とする。中間位置Ｍ１，Ｍ２の間隔は、４群レンズ枠１０７の光軸方向の厚みΔを変更することで、任意に設定できる。以上により、単一のポジションセンサＳ４を用いた場合でも、２つの位置を検出できることとなる。

しかしながら、４群レンズ枠１０７を任意の位置に置くだけでは、適切な被写体像を撮像できるとは限らず、それに加えて合焦動作が必要になることが多い。そこで、本実施の形態では、第４レンズ群Ｌ４が中間位置に移動した後、オープンループ制御からクローズドループ制御に切り換え、コントラスト検出ＡＦ方式で、第４レンズ群Ｌ４を合焦位置に移動させるものとする。

図８は、フォーカス移動する第４レンズ群Ｌ４の光軸方向位置とＡＦ評価値との関係の一例を示すグラフであり、実線は無限遠方の被写体に対するものであり、点線は至近の被写体に対するものである。撮像素子ＣＣＤに結像される被写体像のボケの程度と、画像のコントラストとの間には相関があり、焦点が最も合ったときの被写体像のコントラストは最大になることが知られている。コントラストの高低は、撮像信号の高周波成分を抽出して得られるＡＦ評価値によって評価することができる。図８において、ＡＦ評価値の曲線がピークとなる位置が合焦位置である。

コントラスト検出ＡＦの場合、フォーカスレンズを通常無限遠側または至近側に所定量ずらして、そのときに算出されるＡＦ評価値と移動前のＡＦ評価値と比較する。そして、移動後のＡＦ評価値の方が大きい場合には、その移動方向に関しては解像感（合焦度合い）がより高まる傾向であるとみなして、フォーカスレンズをさらに同一方向に移動して同様の演算および比較を行う。また移動後のＡＦ評価値の方が小さい場合は、その移動方向は合焦度合いが低くなる傾向にあるので、フォーカスレンズを逆方向に移動して同様の演算および比較を行う。このような処理を繰り返し行う山登りＡＦを行うことにより、焦点評価値が極大となる合焦位置を探すことができる。

このように、コントラスト検出ＡＦのみを用いて焦点調節を行う場合には、合焦点サーチ開始点から焦点評価値が増大する方向に所定量ずつ移動しながら探査を行うため、ピークを検出するのに広い範囲をサーチする必要があり、時間がかかるという問題がある。本実施の形態によれば、ズーム位置のいずれかにおいて、より迅速に合焦位置を求めることができる。なお、ワイド端、テレ端についても、ピーク位置を過ぎてから（ピーク位置よりＡＦ評価値が低い位置で）、可動レンズがストッパに当接するようにしている。

本実施の形態では、図８に示すように、それぞれ中間位置Ｍ１，Ｍ２が、至近の被写体に合焦する位置（点線のピーク位置）と、無限遠方の被写体に合焦する位置（実線のピーク位置）の間になるように、ポジションセンサＳ２，Ｓ４の位置を決めている。このようにすれば、中間位置Ｍ１，Ｍ２で完全な合焦を得られなくても、コントラスト検出ＡＦ方式ですぐに合焦位置へと第４レンズ群Ｌ４を移動させることができ、迅速な合焦動作を行える。同様なことは、ワイド端、テレ端でも言える。

尚、迅速なコントラスト検出ＡＦを実現するためには、図９に示すように、中間位置Ｍ１，Ｍ２を、少なくとも至近の被写体に対するＡＦ評価値又は無限遠方の被写体に対するＡＦ評価値のピーク値（ＭＡＸ）の１／２（ＨＡＲＦ）以上となる範囲Ｒ内におくことが望ましい。

図１０は、ズームレンズ装置の動作の一例を示すフローチャートである。図１０において、ＣＰＵ１３１は、ステップＳ１０１でパワーオンを検出した後、ステップ１０２において、駆動回路１３４から圧電素子ＰＺ２，ＰＺ４にパルス信号を送信すると共に内蔵タイマでカウントを開始し、２群レンズ枠１０６及び４群レンズ枠１０７を、それぞれワイド端側に向かって（即ち互いに離れるように）、オープンループ制御により駆動する。内蔵タイマのカウントに基づいて、実験やシミュレーション等で求めた必要な時間以上駆動を続行することで、２群レンズ枠１０６は２群ワイド側ストッパ１０１ｃに当接し、４群レンズ枠１０７は４群ワイド側ストッパ１０１ｄに当接する。その後ＣＰＵ１３１は、２群レンズ枠１０６及び４群レンズ枠１０７の駆動を中断するため、第２レンズ群Ｌ１と第４レンズ群Ｌ４はワイド端に位置することとなる。

次に、ＣＰＵ１３１は、ステップＳ１０３において、フォーカス移動のため、駆動回路１３４から圧電素子ＰＺ４に逆のパルス信号を送信すると共に内蔵タイマでカウントを開始し、かかるカウントに基づき所定の時間ｔだけ、４群レンズ枠１０７のみを、テレ端側に向かってオープンループ制御により駆動する。かかる所定の時間ｔは、実験やシミュレーション等で求めた時間であって、ワイド端から所定時間ｔの逆方向への駆動により、図８に示すように、至近の被写体に合焦する位置（点線のピーク位置）と、無限遠方の被写体に合焦する位置（実線のピーク位置）の間（すなわち過焦点距離合焦位置）に、第４群レンズＬ４が位置するようになる。かかる位置では、至近の被写体と無限遠方の被写体のいずれにも合焦していないが、ワイド端側であるから被写界深度が大きくなること、及び撮像素子の画素数がモニタの画素数より大きいため、例え撮像素子ＣＣＤからの信号に基づきスルー画像を表示している場合でも、画像がピンぼけとして認識される恐れが低いため、特に問題は生じない。これは、後述する中間位置Ｍ１，Ｍ２，テレ端でも同様である。

ＣＰＵ１３１は、ステップＳ１０４で、ズームスイッチ１３２が操作されたか否かを判断し、操作されないと判断すれば、ステップＳ１１２へ進み、レリーズスイッチ１３３の操作を待つ。

一方、ＣＰＵ１３１は、ステップＳ１０４で、ズームスイッチ１３２が操作されたと判断すれば、ステップＳ１０５で、ズーム移動のため、駆動回路１３４から圧電素子ＰＺ２，ＰＺ４にパルス信号を送信すると共に内蔵タイマでカウントを開始し、２群レンズ枠１０６及び４群レンズ枠１０７のみを、テレ端側に向かって独立して駆動する。

ステップＳ１０６で、ポジションセンサＳ１，Ｓ２からの立ち上がり信号を受信したＣＰＵ１３１は、第１の中間位置Ｍ１にそれぞれ第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４とが到達したものと判断し、更にステップＳ１０７で、ズームスイッチ１３２が操作され続けているか否かを判断し、操作され続けていないと判断すれば、ステップＳ１１１へと進み、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４のズーム移動を停止させる。

一方、ステップＳ１０７で、ズームスイッチ１３２が操作され続けていると判断すれば、ＣＰＵ１３１は、更に第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４のズーム移動を続行する。ステップＳ１０８で、ポジションセンサＳ１，Ｓ２からの立ち下がり信号を受信したＣＰＵ１３１は、第２の中間位置Ｍ２にそれぞれ第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４とが到達したものと判断し、更にステップＳ１０９で、ズームスイッチ１３２が操作され続けているか否かを判断し、操作され続けていないと判断すれば、ステップＳ１１１へと進み、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４のズーム移動を停止させる。

一方、ステップＳ１０９で、ズームスイッチ１３２が操作され続けていると判断すれば、ＣＰＵ１３１は、更に第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４のズーム移動を続行する。更にステップＳ１１０で、内蔵タイマが十分長い制限時間をカウントしたときは、ＣＰＵ１３１は、テレ端にそれぞれ第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４とが到達したものと判断し、更にステップＳ１１１で第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４のズーム移動を停止させる。

次いで、ＣＰＵ１３１は、ステップＳ１１２で、レリーズスイッチの半押し（フォーカス開始信号の入力）に応じて、撮像素子ＣＣＤからの信号に基づいて、クローズドループ制御にてコントラストＡＦ検出を行い、第４レンズ群Ｌ４をフォーカス駆動する。かかる場合、第４レンズ群Ｌ４がワイド端、中間位置Ｍ１，Ｍ２、テレ端のいずれにあっても、ピークの１／２以上のＡＦ評価値が得られるので、フォーカス動作を迅速に行うことができる。ここでレリーズスイッチの半押しがなければ、フローはステップＳ１０４へと戻る。尚、テレ側からワイド側へのズーム動作の制御も同様に行うことができる。

フォーカス動作後に、ＣＰＵ１３１は、ステップＳ１１４で、レリーズスイッチの全押し（撮像開始信号の入力）を待ち、レリーズスイッチの全押しに応じて、ステップＳ１１５で撮像素子ＣＣＤからの信号の取り込みを行い、所定の画像処理の後、ステップＳ１１６で不図示のメモリに画像の記録を行うようになっている。画像の記録後、或いはステップＳ１１４でレリーズスイッチの全押しがなければ、フローはステップＳ１１２へと戻る。

本発明は、監視カメラや携帯電話の他、ビデオカメラ、デジタルカメラ等にも適用できる。上述した実施の形態では、レンズは５群としたが、それより多くても少なくても良いし、フォーカス駆動用のレンズは４レンズ群Ｌ４でなく、第２レンズ群Ｌ２であっても良い。更に、テレ端からズームを開始するようにしても良いし、ズーム移動の際に、光軸方向におけるテレ端とワイド端の外側に中間位置が設けられているようなズーム移動軌跡としても良い。更に、ポジションセンサの数を
増やすことにより、中間のズーム位置の数を増やしても良い。

本実施の形態に係るズームレンズ装置の断面図である。 第２レンズ群Ｌ２及び２群レンズ枠１０６、又は第４レンズ群Ｌ４及び４群レンズ枠１０７を光軸方向に見た図である。 本実施の形態にかかるズームレンズ装置に備えられた制御装置のブロック図である。 駆動回路１３４から圧電素子ＰＺ２，ＰＺ４に供給される駆動パルスの波形の一例を示す図である。 本実施の形態にかかるズームレンズ装置において、可動レンズのズーム位置と軌跡を示す概略図である。 ４群レンズ枠１０７と、ポジションセンサＳ４との関係を示す図である。 ポジションセンサＳ４から出力される信号と、４群レンズ枠１０７との位置の関係を示す図である。 フォーカス移動する第４レンズ群Ｌ４の光軸方向位置とＡＦ評価値との関係の一例を示すグラフである。 至近の被写体に対するＡＦ評価値及び無限遠方の被写体に対するＡＦ評価値の曲線を示す図である。 ズームレンズ装置の動作の一例を示すフローチャートである。

１０１ レンズ鏡筒
１０１ａ ２群ワイド側ストッパ
１０１ｂ ２群テレ側ストッパ
１０１ｃ ４群ワイド側ストッパ
１０１ｄ ４群テレ側ストッパ
１０２ ２群駆動軸
１０３ ２群ガイド軸
１０４ ４群駆動軸
１０５ ４群ガイド軸
１０６ ２群レンズ枠
１０６ａ 接触部材
１０６ｂ 圧接バネ
１０６ｃ 係合部
１０７ ４群レンズ枠
１０７ａ 接触部材
１０７ｂ 圧接バネ
１０７ｃ 係合部
１３０ 制御装置
１３２ ズームスイッチ
１３３ レリーズスイッチ
１３４ 駆動回路
ＣＣＤ 撮像素子
Ｌ１〜Ｌ５ 各レンズ群
ＰＺ２，ＰＺ４ 圧電素子
Ｓ１，Ｓ２ ポジションセンサ

Claims (10)

1. 通過した光束が撮像素子に結像する可動レンズと、
   前記可動レンズを移動可能に支持すると共に、移動端で前記可動レンズに当接するストッパを備えた鏡筒と、
   前記可動レンズを複数のズーム位置のいずれかにズーム移動させるために、前記鏡筒に対して前記可動レンズを光軸方向に移動させる駆動機構と、
   前記駆動機構を制御する制御装置と、を有し、
   前記制御装置は、前記可動レンズを前記ズーム位置のいずれかへと移動させるとき、オープンループ制御により前記駆動機構を制御し、少なくとも１度、前記可動レンズを前記ストッパに当接させることを特徴とするズームレンズ装置。
2. 前記可動レンズは第１の可動レンズと第２の可動レンズを含み、前記ストッパは、前記第１の可動レンズに当接する第１のストッパと、前記第２の可動レンズに当接する第２のストッパとを含み、
   前記制御装置は、前記第１の可動レンズ及び前記第２の可動レンズをそれぞれ前記ズーム位置のいずれかへと移動させるとき、前記第１の可動レンズが、前記第１のストッパに当接した状態を維持され、前記第２の可動レンズが、前記第２のストッパに当接した後、前記第２の可動レンズが所定距離だけ逆方向に移動させられるように、前記駆動機構を制御することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ装置。
3. 前記第２の可動レンズは、フォーカス移動のために逆方向に前記所定距離だけ移動させられ、前記所定距離だけ移動した後、前記第２の可動レンズは過焦点距離合焦位置にあることを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ装置。
4. 前記制御装置は、前記第２の可動レンズが前記逆方向に移動開始したときから所定時間経過した、ことにより、前記所定距離だけ移動したと判断することを特徴とする請求項２又は３に記載のズームレンズ装置。
5. 前記駆動機構は、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材と、前記可動レンズに連結され且つ前記駆動部材上に移動可能に保持された可動部材と、を有し、前記電気機械変換素子を、伸び方向と縮み方向とで速度を変えて繰り返し伸縮させることで、前記可動部材を移動させるようになっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のズームレンズ装置。
6. 前記複数のズーム位置のいずれかとは、前記可動レンズの光軸方向移動端であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のズームレンズ装置。
7. 前記複数のズーム位置は、前記可動レンズの光軸方向移動両端と、前記光軸方向移動両端間の中間位置とを含み、前記中間位置を検出するポジションセンサを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のズームレンズ装置。
8. 前記ポジションセンサは、前記可動レンズの通過の際に２種類の信号を発生し、それにより前記可動レンズの２つの中間位置を検出可能となっていることを特徴とする請求項７に記載のズームレンズ装置。
9. 前記制御装置は、前記ポジションセンサからの信号に応じて、前記駆動機構の制御をオープンループ制御から、前記撮像素子からの信号に基づくクローズドループ制御に変更することを特徴とする請求項７又は８に記載のズームレンズ装置。
10. 前記ポジションセンサは、前記中間位置を検出した時点で前記撮像素子から出力される信号に基づく評価値が、ピーク値の１／２以上となる範囲に配置されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のズームレンズ装置。

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