JP2014016513A - レンズ制御装置、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インナーフォーカスタイプのレンズシステムにおいて、変倍レンズ速度に変化が発生した場合でも変倍中の合焦を維持するレンズ制御装置、及び撮像装置の提供する。
【解決手段】変倍動作のための第１のレンズ４と、第１のレンズ４の移動時の焦点面の移動を補正する第２のレンズ７と、第１のレンズ４の操作部材８と、第２のレンズ７を移動させるレンズ駆動手段１１と、第１のレンズ４の位置情報、速度情報、加速度情報を検出する第１の検出手段と、第２のレンズ７の位置情報を検出する第２の検出手段と、第１のレンズ位置４に対する第２のレンズ７の合焦位置の軌跡情報を被写体距離に応じて予め記憶した合焦位置記憶手段と、第２のレンズ７の移動制御を行う制御手段とを有し、第１のレンズ４の位置情報、速度情報、加速度情報と、第２のレンズ７の位置情報と、合焦位置記憶手段に記憶された軌跡情報とに基づいて、第２のレンズ７の移動制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、インナーフォーカスタイプのレンズシステムに対するレンズ制御装置に関するものである。

焦点調節のためのフォーカスレンズに、変倍動作に伴う焦点面の移動を補正する機能を兼用させ、被写体に最も近い全面のレンズを固定して小型化を図ったインナーフォーカスタイプのズームレンズが製品化されている。

このインナーフォーカスタイプのズームレンズは、焦点距離が等しくとも合焦となるフォーカスレンズ位置は被写体距離により異なる。このため、変倍動作中、合焦を維持するために、変倍レンズの位置に対し所定の関係でフォーカスレンズを動作させなければならない。また、変倍動作中の合焦精度を確保するために、各レンズの位置を正確に推定し移動させることが重要である。

この実現方法として種々の提案がなされているが、一例として特許文献１がある。特許文献１には、被写体距離に対応する複数の合焦軌跡情報を何らかの形でレンズ制御用マイコンに記憶させておき、フォーカスレンズと変倍レンズとの位置によって合焦軌跡を選択して、この選択した合焦軌跡上を辿りながら変倍動作を行う軌跡追従方法が開示されている。この軌跡追従方法は、各レンズをモータにより駆動するものとし、変倍レンズを等速度で駆動することを前提としフォーカスレンズの駆動速度もしくは駆動量を推定し動作させるものとしている。

特許文献２には、変倍レンズがマニュアルリング等に機械的に連動しユーザが手動で操作可能としたズームレンズにおける軌跡追従方法が開示されている。この軌跡追従方法は、検出した変倍レンズの位置から変倍レンズ速度に応じた所定量だけ離れた変倍レンズの位置に対応するフォーカスレンズの合焦位置を求め駆動するものである。

特開２００１−２０８９５５号公報 特開２０１０−０９２０３５号公報

前述の特許文献１に開示された従来技術は、変倍レンズをモータにより駆動するものに適用可能な方法であり、変倍レンズがマニュアルリング等に機械的に連動しユーザが手動で操作する場合の手法として適用することができない。

前述の特許文献２に開示された従来技術は、変倍レンズの検出位置と検出速度から所定時間後の変倍レンズの位置を推定するものであり。速度の変化が発生した場合、変倍レンズ位置を正確に推定できないため、変倍動作中に合焦を維持することができない。

本発明の目的は、変倍レンズがマニュアルリング等に機械的に連動しユーザが手動で操作可能としたズームレンズにおいて、変倍レンズ速度に変化が発生した場合でも変倍中の合焦を維持するレンズ制御装置、及び撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、
変倍動作を行うための第１のレンズと、
該第１のレンズの移動時の焦点面の移動を補正するための第２のレンズと、
前記第１のレンズを光軸と平行に移動させる操作部材と、
前記第２のレンズを光軸と平行に移動させるレンズ駆動手段と、
前記第１のレンズの位置情報、速度情報、加速度情報を検出する第１の検出手段と、
前記第２のレンズの位置情報を検出する第２の検出手段と、
前記第１のレンズ位置に対する前記第２のレンズの合焦位置の軌跡情報を被写体距離に応じて予め記憶した合焦位置記憶手段と、
前記第２のレンズの移動制御を行う制御手段とを有し、
前記第１のレンズの位置情報、速度情報、加速度情報と、前記第２のレンズの位置情報と、前記合焦位置記憶手段に記憶された軌跡情報とに基づいて、前記第２のレンズの移動制御を行うことを特徴とするレンズ制御装置、もしくは撮像装置とする。

本発明によれば、変倍レンズがマニュアルリング等に機械的に連動しユーザが手動で操作可能としたズームレンズにおいて、変倍レンズ速度に変化が発生した場合でも変倍中の合焦を維持するレンズ制御装置、及び撮像装置を提供することができる。

レンズ制御装置を備えた撮像装置の構成図 合焦を維持するための変倍レンズとフォーカスレンズの関係図 軌跡追従方法のフローチャート図 変倍レンズとレンズ位置検出手段の出力電圧の関係図 フォーカスレンズ位置の推定方法を示す図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明によるレンズ制御装置を備えた撮像装置の概要を示す構成図である。

図１において、１はカメラ本体であり、２はカメラ本体１に着脱可能な交換型撮影レンズ装置（以下、撮影レンズという）である。

撮影レンズ２は、インナーフォーカス型のレンズシステムであり、図において左側の被写体側から右側に向かって順次光軸に沿って配設された第１固定レンズ３、光軸と平行に移動して変倍を行う変倍レンズ４、絞り５、第２固定レンズ６、光軸と平行に移動して焦点調節を行うと共に、変倍が行われて焦点面が移動した場合の補正を行ういわゆるコンペ機能を兼ね備えたフォーカスレンズ７を有している。

変倍レンズ４は、マニュアル操作環８と機械的に連動している。ユーザがマニュアル操作環８を手動で操作することにより変倍レンズ４が移動される。また、変倍レンズ４の位置は、レンズ位置検出手段９により検出され、レンズＣＰＵ１０に入力される。レンズ位置検出手段９は例えば公知のボリウムエンコーダであり、変倍レンズ４に機械的に連動するように接続され、変倍レンズ４の移動に伴いその出力電圧が変化するものである。この出力電圧をレンズＣＰＵ１０に内蔵したＡＤＣで検出することにより変倍レンズ４の位置を検出するものである。また、レンズ位置検出手段９はマニュアル操作環８に機械的に連動するように接続し、マニュアル操作環８の移動に伴いその出力電圧が変化するものとし、間接的に変倍レンズ４の位置を検出するものとすることもできる。

フォーカスレンズ７は、フォーカスレンズ駆動手段１１により移動される。フォーカスレンズ移動手段１１は、ステッピングモータとドライバとを有している（以下、フォーカスレンズ７駆動用のステッピンクモータをフォーカスモータという）。フォーカスモータに直結された出力軸にはラックが噛合され、ラックはフォーカスレンズ７に固定されている。レンズＣＰＵ１０から出力される歩進パルス信号に従ってドライバから駆動エネルギーがフォーカスモータに供給されて出力軸が回転することにより、ラックと一体にフォーカスレンズ７が光軸と平行に移動する。

ステッピングモータは、レンズ制御用のマイコン等から出力される歩進パルスに同期しながら回転し、１パルス当たりの歩進角度が一定なので、高い速度応答性と停止精度、位置精度が得られるものである。さらに、ステッピングモータを用いる場合、歩進パルスに対する歩進角度が一定であるから、歩進パルスをそのままインクリメント型の位置エンコーダとして用いることができ、特別な位置エンコーダを追加しなくても良い。

リセットＳＷ１２は、フォーカスレンズ７の基準位置を検出する。リセットＳＷ１２は、フォトインタラプタと遮光板とを有しており、遮光板はフォーカスレンズ７に固定されている。フォーカスレンズ７が光軸と平行に移動すると、それと一体に遮光板が移動し、フォトインタラプタの発光部と受光部との間の光路を遮ったとき、受光部の出力信号はロー（Ｌｏｗ）レベルになり、遮らないときはハイ（Ｈｉｇｈ）レベルになる。従って、受光部の出力信号が変化する位置を基準位置として、フォーカスレンズ７が基準位置に存在するか否かを検知することができる。

レンズＣＰＵ１０は、この基準位置を起点とし前述の歩進パルスをインクリメントすることによりフォーカスレンズ７の位置を検出することができる。

絞り５は、絞り駆動手段１３により移動される。絞り駆動手段１３は、ステッピングモータとドライバとを有している。レンズＣＰＵ１０から出力される歩進パルス信号に従ってドライバから駆動エネルギーがステッピングモータに供給されて出力軸が回転することにより、絞り５の開口径を制御する。

レンズＣＰＵ１０は、レンズ通信回路１４およびカメラ通信回路２１を介してカメラＣＰＵ（制御手段）２０との情報のやり取りを行うとともに、撮影レンズ２内の制御全体を司っている。また、レンズＣＰＵ１０はＲＯＭ、ＲＡＭを併設して構成されており、ＲＯＭには実行プログラムの他に、撮影レンズ２のＩＤ（製品型番やシリアルナンバー等）、焦点距離情報、焦点距離毎のフォーカスレンズ７の移動量に対する像面変位量の比であるフォーカス敏感度等が格納されている。

被写体からの光束は、前述の撮影レンズ２を通過して撮影光束としてカメラ本体１内のプリズム２２に入射する。プリズム２２の固定ハーフミラーを透過した撮影光束は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子２３の撮像面に結像する。なお、プリズム２２の固定ハーフミラーでは、撮影光量の一部（例えば、１／３）が上方に分岐してペンタプリズム２４に入射する。ペンタプリズム２４を通過した光束はファインダー光学系２５を通過して光学ファインダー像として撮影者に視認される。また、撮像素子２３では、入射した光を光電変換して電気信号を出力する。この出力信号は、増幅されてデジタル映像信号（撮像信号）としてカメラＣＰＵ２０に出力される。カメラＣＰＵ２０は、この映像信号を用いて、動画像もしくは静止画像を形成する。また、デジタル化された映像信号は、カメラＣＰＵ２０への出力とは別に、焦点検出手段としてのＡＦ処理回路２６に対しても出力される。ＡＦ処理回路２６においては、デジタル映像信号の一画面分の画像データに含まれる高周波成分がハイパスフィルタ（ＨＰＦ）等を介して抽出され、これに対して累積加算の演算処理等が行なわれる。これによって高域側の輪郭成分量等に対応するＡＦ評価値が算出され、いわゆるコントラスト検出方式による撮影レンズ２の焦点調節状態の検出（以下、焦点検出という）を可能とする。そして、このＡＦ評価値はカメラＣＰＵ２０に出力される。このように、本カメラ１においては、コントラスト検出方式で撮影レンズ２の焦点検出を行う。

カメラ本体１内において、２７は測光回路であり、測光情報をカメラＣＰＵ２０へと伝達する。２８は２段スイッチを有し、１段目スイッチのオンにより測光、焦点検出および焦点調節動作を開始させる信号（ＳＷ１信号）を出力し、２段目スイッチのオンにより撮像素子２３による撮像（露光）開始を開始させる信号（ＳＷ２信号）をカメラＣＰＵ２０に出力するレリーズスイッチ回路である。

また、カメラＰＵ２０は、前述したレンズＣＰＵ１０との通信のほかに、撮像素子２３により撮影された映像や設定された撮影条件および撮影モード等を表示する表示回路２９の制御や、各種撮影条件および撮影モード等を設定する設定スイッチ回路３０からの入力に対する制御や、電源３１の残容量チェックや電力の分担等、様々なカメラ本体側の制御を担っている。また、映像信号のメモリや各種バッファメモリ等もカメラＣＰＵ２０内に含まれている。

インナーフォーカス型のレンズシステムでは、合焦を保ちながら変倍動作を行うために図２に示された各被写体距離に応じた軌跡どおりにフォーカスレンズ７を移動させる必要がある。このためには、変倍レンズ４の位置の推定と、推定した変倍レンズ４の位置からフォーカスレンズ７の位置を推定することが重要である。

本実施例記載の構成において、変倍レンズ４位置を検出し、フォーカスレンズ７を移動させるまでの動作（軌跡追従方法）を説明する。

レンズＣＰＵ１０は、所定時間毎（例えば１/６０ｓ毎）に図３に示すフローチャートの動作を行う。

［Ｓ１］変倍レンズ４の位置を検出する。

変倍レンズ４の位置とレンズ位置検出手段９の出力電圧との関係を図４に示す。図４において、縦軸はレンズ位置検出手段９の出力電圧、横軸は変倍レンズ４の位置を示している。レンズ位置検出手段９の出力電圧は、テレ端においてＶｔ、ワイド端においてＶｗとなり、変倍レンズ４の位置との関係は略比例関係となる。

前述のとおりこのレンズ位置検出手段９の出力電圧は、レンズＣＰＵ１０に内蔵したＡＤＣに入力され、レンズＣＰＵ１０はＡＤＣを動作させ出力電圧をデジタル値に変換する。この変換データが変倍レンズ４の位置データ（Ｐ０）となる。

［Ｓ２］速度データ、加速度データを算出する。

位置データ（Ｐ０）と前回検出した位置データ（Ｐ１）との差を取ることで所定時間間隔の位置変化データ、即ち速度データ（Ｖ０）を算出する。更に、この速度データ（Ｖ０）と前回検出した速度データ（Ｖ１）との差を取ることで所定時間間隔の速度変化データ、即ち加速度データ（Ａ０）を算出する。

［Ｓ３］変倍レンズ４の位置を推定する。

レンズＣＰＵ１０は、次の動作周期のタイミング（本例では１/６０ｓ後）の変倍レンズ４位置を推定する。次の動作周期のタイミング（本例では１/６０ｓ後）の変倍レンズ４位置（Ｐｐ）は数式１により算出する。
［数１］
Ｐｐ＝Ｐ０＋Ｖ０＋Ａ０／２
各データ（Ｐ０、Ｖ０、Ａ０）の検出周期と、変倍レンズ４位置の推定周期を同一とすることで時間要素を簡略化した数式２とすることができる。

［Ｓ４］推定した変倍レンズ４の位置からフォーカスレンズ７の位置を推定する。

図５において、縦軸はフォーカスレンズ７の位置、横軸は変倍レンズ４の位置を示している。また、ｚ０、ｚ１、ｚ２、…ｚ１１は変倍レンズ４の位置を示しており、ａ０、ａ１、ａ２、…ａ１１と、ｂ０、ｂ１、ｂ２、…ｂ１１とは、異なる２つの被写体距離に対応しており、変倍レンズ４の移動に追従してフォーカスレンズ７が辿るべき代表的な合焦レンズ軌跡を示している。これら合焦レンズ軌跡情報は、合焦レンズ軌跡テーブルとして制御用マイコンに記憶されている。

図５に示したように、合焦レンズ軌跡テーブルには、離散的な被写体距離に対応する代表的な合焦レンズ軌跡しか記憶されていないため、記憶されていない被写体距離の場合には、記憶された合焦レンズ軌跡をそのまま辿ったのでは、合焦を保ちながら変倍動作を行うことができなくなる。記憶されていない被写体距離の場合には、記憶された合焦レンズ軌跡に基づいて、記憶されていない被写体距離に対応する合焦レンズ軌跡を算出する。図５のｐ０、ｐ１、ｐ２、…ｐ１１は、算出された合焦レンズ軌跡である。このｐ０、ｐ１、ｐ２、…ｐ１１のような合焦レンズ軌跡は、数式２により算出される。
［数２］
ｐ（ｎ＋１）＝｜ｂ（ｎ＋１）−ａ（ｎ＋１）｜×｜ｐ（ｎ）−ａ（ｎ）｜／｜ｂ（ｎ）−ａ（ｎ）｜＋ａ（ｎ＋１）
例えば図５において、変倍レンズがｚ０に位置し、フォーカスレンズ７がｐ０に位置した場合、まずｐ０が線分「ｂ０−ａ０」を内分する比を求める。前述の変倍レンズ４の推定位置（Ｐｐ）がｚ１であると推定した場合、この内分比に従って「ｂ１−ａ１」を内分する点をｐ１と求めフォーカスレンズ７の目標位置とする。

［Ｓ５］フォーカスレンズ７を駆動する。

次の動作周期のタイミング（本例では１/６０ｓ後）のフォーカスレンズ７の位置が［Ｓ３］で求めた目標位置とするための駆動速度を算出し、算出した駆動速度でフォーカスレンズ７を駆動する。駆動速度は、ｐ１とｐ０の差を取り、動作周期時間（本例では１/６０ｓ）で除算した速度とする。

以上記載のとおり、ユーザがマニュアル操作環８を手動で操作することにより変倍動作させた場合であっても、本実施例記載の構成において、所定時間毎（例えば１/６０ｓ毎）に［Ｓ１］から［Ｓ５］の動作を繰り返し実行することにより、合焦を保つことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明は、インナーフォーカスタイプのレンズシステムに対するレンズ制御装置に関するものである。

1…カメラ、2…撮像レンズ、4…変倍レンズ、7…フォーカスレンズ、10…レンズＣＰＵ

Claims (3)

1. 変倍動作を行うための第１のレンズと、
   該第１のレンズの移動時の焦点面の移動を補正するための第２のレンズと、
   前記第１のレンズを光軸と平行に移動させる操作部材と、
   前記第２のレンズを光軸と平行に移動させるレンズ駆動手段と、
   前記第１のレンズの位置情報、速度情報、加速度情報を検出する第１の検出手段と、
   前記第２のレンズの位置情報を検出する第２の検出手段と、
   前記第１のレンズ位置に対する前記第２のレンズの合焦位置の軌跡情報を被写体距離に応じて予め記憶した合焦位置記憶手段と、
   前記第２のレンズの移動制御を行う制御手段とを有し、
   前記第１のレンズの位置情報、速度情報、加速度情報と、前記第２のレンズの位置情報と、前記合焦位置記憶手段に記憶された軌跡情報とに基づいて、前記第２のレンズの移動制御を行うことを特徴とするレンズ制御装置。
2. 前記第１の検出手段の検出周期と前記制御手段の制御周期を同一の周期とす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. 請求項１又は請求項２に記載のレンズ制御装置を備えた撮像装置。