JP2021015193A - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 深度を考慮したフォーカシング制御を行うことで、画角変化の抑制や制御負荷低減することが可能なズームレンズを得ること。【解決手段】 物体側から順にズーミングのためには不動の正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングのために移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングのために移動する少なくとも１つのレンズ群を有し、前記第１レンズ群はフォーカシング時に一部または全体が移動するフォーカス移動群を有し、焦点距離、Ｆナンバー、前記フォーカス移動群の位置を各々取得する取得装置、演算装置を有し、前記演算装置により前記フォーカス移動群の移動範囲を制限することを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、ズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、例えば放送用テレビカメラ、映画用カメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、監視用カメラ、銀塩写真用カメラ等に好適なものである。

従来、放送用テレビカメラ、映画用カメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、監視用カメラ、銀塩写真用カメラ等では、最も物体側にズーミングのためには不動でレンズ群の一部または全体でフォーカシングを行うズームレンズが知られている。

また、ピント調整するためのフォーカシングにより画角も変化することを抑制するための種々の技術が知られている（特許文献１、２）。

特許文献１では、フォーカシングに基づく画角変化をズーミングにより補正している。特許文献２では、ピントを探るウォブリング動作の像倍率変化量が所定値以上の場合にはウォブリング駆動を停止している。

特開平１０−２８２３９６号公報 特開２０１３−０５４０８７号公報

前述した最も物体側のレンズ群の一部または全体でフォーカシングを行うズームレンズは、ズーミングで移動するレンズ群よりも物体側にあるため、物体までの距離とフォーカス移動群の位置が一対一で決まり制御が容易である。

しかしながら、最も物体側のレンズ群がフォーカシングで移動するため、光線の通り方の変化が大きく、フォーカシングに伴う画角変化量が大きくなり易い。

上記の特許文献１に開示されているズームレンズは、フォーカシングによる画角変化をズーミングにより補正を行っている。これにより殆どの焦点レンジにおいて画角変化は起こらないが、広角端や望遠端のような端近傍において、補正するためのズーミングの移動量がズーミング端を超える場合、補正することができない。

上記の特許文献２に開示されているズームレンズは、像倍率の変化量を目安にウォブリング駆動の動作判定を行っている。これにより画角変化は起こらないが、深度を判定基準に用いていないため、深度内であっても常に動き続け、制御の負荷が大きい。

本発明は、深度を考慮したフォーカシング制御を行うことで、画角変化の抑制や制御負荷低減することが可能なズームレンズの提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るズームレンズは、
物体側から順にズーミングのためには不動の正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングのために移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングのために移動する少なくとも１つのレンズ群を有し、前記第１レンズ群はフォーカシング時に一部または全体が移動するフォーカス移動群を有し、焦点距離、Ｆナンバー、前記フォーカス移動群の位置を各々取得する取得装置、演算装置を有し、前記演算装置により前記フォーカス移動群の移動範囲を制限することを特徴とする。

本発明によれば、深度を考慮したフォーカシング制御を行うことで、画角変化の抑制や制御負荷低減することが可能なズームレンズおよびそれを有する撮像装置の提供を実現できる。

実施例１の要部概略図である。 実施例１の制御を示すフローチャートである。 実施例２の要部概略図である。 実施例２の制御を示すフローチャートである。 フォーカス駆動範囲外へ操作装置が操作を行ったときの図である。 ズーミングによりフォーカス駆動範囲外となったときの図である。 Ｆナンバーが変更されフォーカス駆動範囲外となったときの図である。 被写界深度を考慮した駆動の図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明のズームレンズは、物体側から順にズーミングのためには不動の正の屈折力の第１レンズ群を有する。更にズーミングのために移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングのために移動する少なくとも１つのレンズ群を有する。そして、第１レンズ群はフォーカシング時に一部または全体が移動するフォーカス移動群を有する。

各実施例において、本発明のズームレンズは、焦点距離、Ｆナンバー、フォーカス移動群の位置を各々取得する取得装置、演算装置を有する。そして、演算装置の演算結果よりフォーカス移動群の移動範囲を制限することを特徴としている。

これにより、深度を考慮し必要最低限のフォーカス駆動に留めることが可能となり、画角変化の抑制や、制御負荷低減が可能となる。

以上のように各要素を設定することにより、各実施例によれば深度を考慮したフォーカシング制御を行い、画角変化の抑制や制御負荷低減されたズームレンズを得ている。

各実施例において、更に好ましくは、フォーカス移動群の位置を指示する操作装置により、制限された移動範囲外を操作装置が指示したとき、操作装置による操作を受け付けないことが良い。

これにより、図５のように点Ａから制限されたフォーカス範囲外（点Ｂ）へフォーカス位置を動かすよう指示を受けたとき、点Ｂでフォーカスを停止する。

各実施例において、更に好ましくは、焦点距離、Ｆナンバーの何れかが変化し、フォーカス移動群の位置が制限された移動範囲外となるとき、制限された移動範囲内にフォーカス移動群を移動させるのが良い。

これにより、図６のようにフォーカス移動群が点Ｄにおり、ズーミングにより点Ｅのように制限された範囲外になるとき、制限された範囲に沿って点Ｆへフォーカス駆動する。点Ｆは全ての被写体距離に対しフォーカスが合っているので、フォーカス駆動指示が来てもフォーカスは停止する。また、図７のようにフォーカス移動群がフォーカス移動範囲内である点Ｈにおり、操作装置も点Ｈを示したとき、Ｆナンバーの変化により、フォーカスの制限範囲外となった場合には、点Ｇへフォーカス駆動する。

各実施例において、更に好ましくは、焦点距離、Ｆナンバーの何れかが変化し、フォーカス移動群の位置が制限された移動範囲内になるとき、操作装置に指示された位置へフォーカス移動群を移動させるのが良い。

これにより、図６のように、先ず、フォーカス移動群が点Ｄにおり、ズーミングにより点Ｆへフォーカス駆動する。そして、フォーカス操作装置が維持された状態で、元の位置までズーミングされたときには、点Ｄから点Ｆの制御と同様に制限された範囲に沿って点Ｄへフォーカス駆動する。また、図７のように、先ず、フォーカス移動群が点Ｈにおり、Ｆナンバーの変化によりフォーカス移動範囲外点なため点Ｇへフォーカス駆動する。そして、Ｆナンバーの変化により再びフォーカス移動範囲内になったとき、点Ｈへフォーカス駆動する。

こうして、制限範囲内でのスムーズなフォーカス操作に繋げることが可能となる。

各実施例において、更に好ましくは、焦点距離をｆ、ＦナンバーをＦｎｏ、許容錯乱円をδ、フォーカス移動群の最至近の被写体距離をＭＯＤ、フォーカス移動群の移動範囲の至近側の物体距離をＬ１、無限側の物体距離をＬ２とする。
このとき、
０．５＜（ＭＯＤ×（ｆ２＋δ×Ｆｎｏ×Ｌ１））／（δ×Ｆｎｏ×Ｌ１２）＜２．０
・・・（１）
０．５＜（Ｌ２×δ×Ｆｎｏ）／ｆ２＜２．０ ・・・（２）
なる条件式を満足するのが良い。

条件式（１）と（２）は、フォーカス移動群の移動範囲を規定している。条件式（１）は前方被写界深度と被写体距離の関係式である。
前方被写界深度は、被写体距離Ｌに対し、
（δ×Ｆｎｏ×Ｌ２）／（ｆ２＋δ×Ｆｎｏ×Ｌ） ・・・（３）
で求められることが知られており、式（３）と最至近の被写体距離から、至近側の移動範囲を適切に規定している。

条件式（２）は過焦点距離と被写体距離の関係式である。
過焦点距離は、被写体距離Ｌに対し、
ｆ２／（Ｌ×δ×Ｆｎｏ） ・・・（４）
で求められることが知られており、被写体距離Ｌにフォーカスを合わせると、後方被写界深度が無限遠と等しくなる。式（４）を用いて、無限側の移動範囲を適切に規定している。
フォーカス移動群を被写体距離Ｌ１からＬ２に相当する範囲で移動させることで、必要最低限のフォーカス駆動に留めることが可能となる。

条件式（１）の上限および、条件式（２）の下限を超えると、深度から外れてしまい映像が暈けてしまう。条件式（１）の下限および、条件式（２）の上限を超えると、深度に対し必要以上にフォーカスを駆動させるため、画角変化の増大や、制御負荷の増大に繋がる。

各実施例において、更に好ましくは、演算結果よりフォーカス移動群の移動量は、深度を考慮し、深度から外れない最少の移動量を取るのが良い。

これにより、図８のようにフォーカス移動群が点Ｉにおり、フォーカス操作装置が点Ｊを示したとき、点Ｊが後方被写界深度に含まれる点Ｋまでしかフォーカス駆動しない。そのため、微小なフォーカス変化等ではフォーカス駆動をさせないため、更なるフォーカス駆動量の低減が可能である。

各実施例において、更に好ましくは、フォーカス移動群の位置に相当する被写体距離をｏｂｊ、操作装置により指示された被写体距離をｓとする。
このとき、
｜ｓ｜＞｜ｏｂｊ｜のとき
０．５＜（ｏｂｊ×（ｆ２＋δ×Ｆｎｏ×ｓ））／（δ×Ｆｎｏ×ｓ２）≦１．０
・・・（５）
｜ｓ｜＜｜ｏｂｊ｜のとき
１．０≦（ｏｂｊ×（ｆ２−δ×Ｆｎｏ×ｓ））／（δ×Ｆｎｏ×ｓ２）＜２．０
・・・（６）
なる条件式を満足するとき、フォーカスを停止するのが良い。

条件式（５）と（６）は、フォーカス移動群の駆動の有無を規定している。条件式（５）は前方被写界深度と被写体距離の関係式である。条件式（６）は後方被写界深度と被写体距離の関係式である。

後方被写界深度は、被写体距離Ｌに対し、
（δ×Ｆｎｏ×Ｌ２）／（ｆ２−δ×Ｆｎｏ×Ｌ） ・・・（７）
で求められることが知られており、式（３）と式（７）を用いて、至近側と無限側の駆動有無を適切に規定している。これにより必要最低限のフォーカス駆動に留めることが可能となる。

条件式（５）の上限および、条件式（６）の下限を超えると、深度から外れてしまい映像が暈けてしまう。条件式（５）の下限および、条件式（６）の上限を超えると、深度に対し必要以上にフォーカスを駆動させるため、画角変化の増大や、制御負荷の増大に繋がる。

更に好ましくは条件式（１）（２）および（５）（６）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．９＜（ＭＯＤ×（ｆ２＋δ×Ｆｎｏ×Ｌ１））／（δ×Ｆｎｏ×Ｌ１２）＜１．１
・・・（１ａ）
０．９＜（Ｌ２×δ×Ｆｎｏ）／ｆ２＜１．１ ・・・（２ａ）
｜ｓ｜＞｜ｏｂｊ｜のとき
０．９＜（ｏｂｊ×（ｆ２＋δ×Ｆｎｏ×ｓ））／（δ×Ｆｎｏ×ｓ２）≦１．０
・・・（５ａ）
｜ｓ｜＜｜ｏｂｊ｜のとき
１．０≦（ｏｂｊ×（ｆ２−δ×Ｆｎｏ×ｓ））／（δ×Ｆｎｏ×ｓ２）＜１．１
・・・（６ａ）
次に各実施例の構成と制御フローについて説明する。

図１は実施例１に関わるズームレンズの要部構成図である。

１００はズームレンズである。２００はカメラである。ズームレンズ１００はカメラ２００に対して着脱可能となっている。ズームレンズ１００は第１レンズ群ＵＦ、変倍部ＵＺ、開口絞りＵＩを有している。第１レンズ群ＵＦは合焦用レンズ群が含まれている。

１０２〜１０４はフォーカス、ズーム、開口絞りの各種取得装置であり、エンコーダやポテンショメータ、あるいはフォトセンサ等の検出器である。カメラ２００において、Ｓはズームレンズ１００によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。

また、１０５はフォーカス駆動装置であり、１０６はフォーカスの位置を操作するための操作装置である。そして、１１０はズームレンズ１００の各種の駆動を制御するＣＰＵである。

図２は実施例１に関わるフローチャートである。

ステップ１０からスタートする。先ず、フォーカス、ズーム、開口絞りの各種パラメータを１０２〜１０４の各種取得装置が読み込み、ＣＰＵ１１０へ送信する（ステップ１１）。次にＣＰＵ１１０にて深度を考慮し、フォーカスの駆動範囲を算出する（ステップ１２）。次にフォーカス駆動範囲と現在のフォーカス位置の比較を行う（ステップ１３）。深度外の場合、ステップ１４〜１６へ進む（ステップ１４〜１６）。フォーカス操作により駆動範囲外となるときは図５のようにフォーカス範囲内で駆動を停止する（ステップ１８）。ズーミングにより駆動範囲外となるときは図６のようにフォーカス駆動する（ステップ１９）。絞り制御により駆動範囲外となるときは図７のようにフォーカス駆動する（ステップ２０）。そして、ステップ１１へ戻る。

一方、駆動範囲内のときはフォーカス操作装置に従いフォーカス駆動する（ステップ１７）。そして、同様にステップ１１へ戻る。

図３は実施例２に関わるズームレンズの要部構成図である。

実施例１と異なるのは、テーブル記憶部１０７を有することと、フォーカス操作装置をレンズが有することである。表１はメモリテーブルの一例であり、一つのＦナンバーに対し、各焦点距離（１行目）に相当する過焦点距離（２行目）と、最至近が前方被写界深度に含まれる最も遠い距離（３行目）を示している。よって、異なるＦナンバーについても同様のテーブルを持っている。

図４は実施例３に関わるフローチャートである。

ステップ３０からスタートする。先ず、フォーカス、ズーム、開口絞りの各種パラメータを１０２〜１０４の各種取得装置が読み込み、ＣＰＵ１１０へ送信する。そして、テーブル記憶部１０７から焦点距離、Ｆナンバーに対するフォーカス駆動範囲のテーブルデータを読み込み、ＣＰＵ１１０へ送信する（ステップ３１）。次にＣＰＵ１１０にて深度を考慮し、フォーカスの駆動範囲を算出する（ステップ３２）。次にフォーカス駆動範囲と現在のフォーカス位置の比較を行う（ステップ３３）。深度外の場合、ステップ３４〜３６へ進む（ステップ１４〜１６）。フォーカス操作により駆動範囲外となるときは図５のようにフォーカス範囲内で駆動を停止する（ステップ３８）。ズーミングにより駆動範囲外となるときは図６のようにフォーカス駆動する（ステップ３９）。絞り制御により駆動範囲外となるときは図７のようにフォーカス駆動する（ステップ４０）。そして、ステップ３１へ戻る。

一方、駆動範囲内のときはＣＰＵ１１０にて、現在のフォーカス位置における前方、後方被写界深度を算出する（ステップ３７）。次に現在のフォーカス位置とフォーカス操作装置の示す位置の比較を行う（ステップ４１）。深度内の場合、フォーカス駆動を停止する（ステップ４２）。そして、ステップ３１へ戻る。

一方、深度外の場合、深度内に入るまで、フォーカス操作装置の指示に従い、フォーカス駆動を行う（ステップ４３）。そして、ステップ３１へ戻る。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００ ズームレンズ、ＵＦ 第１レンズ群、ＵＺ 変倍部、ＵＩ 開口絞り

Claims (8)

1. 物体側から順にズーミングのためには不動の正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングのために移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングのために移動する少なくとも１つのレンズ群を有し、前記第１レンズ群はフォーカシング時に一部または全体が移動するフォーカス移動群を有し、焦点距離、Ｆナンバー、前記フォーカス移動群の位置を各々取得する取得装置、演算装置を有し、前記演算装置により前記フォーカス移動群の移動範囲を制限することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記フォーカス移動群の位置を指示する操作装置により、前記制限された移動範囲外を前記操作装置が指示したとき、前記操作装置による操作を受け付けないことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記焦点距離、前記Ｆナンバーの何れかが変化し、前記フォーカス移動群の位置が前記制限された移動範囲外となるとき、前記制限された移動範囲内にフォーカス移動群を移動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のズームレンズ。
4. 前記焦点距離、前記Ｆナンバー、前記フォーカス移動群の位置の何れかが変化し、前記フォーカス移動群の位置が前記制限された移動範囲内となるとき、前記操作装置に指示された位置へ前記フォーカス移動群を移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のズームレンズ。
5. 前記焦点距離をｆ、前記ＦナンバーをＦｎｏ、許容錯乱円をδ、前記フォーカス移動群の最至近の被写体距離をＭＯＤ、前記フォーカス移動群の移動範囲の至近側の物体距離をＬ１、無限側の物体距離をＬ２としたとき、
   ０．５＜（ＭＯＤ×（ｆ２＋δ×Ｆｎｏ×Ｌ１））／（δ×Ｆｎｏ×Ｌ１２）＜１．５
   ０．５＜（Ｌ２×δ×Ｆｎｏ）／ｆ２＜１．５
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のズームレンズ。
6. 前記演算結果より前記フォーカス移動群の移動量は、深度を考慮し、深度から外れない最少の移動量を取ることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のズームレンズ。
7. 前記フォーカス移動群の位置に相当する被写体距離をｏｂｊ、前記操作装置により指示された被写体距離をｓとし、
   ｜ｓ｜＞｜ｏｂｊ｜のとき
   ０．５＜（ｏｂｊ×（ｆ２＋δ×Ｆｎｏ×ｓ））／（δ×Ｆｎｏ×ｓ２）≦１．０
   ｜ｓ｜＜｜ｏｂｊ｜のとき
   １．０≦（ｏｂｊ×（ｆ２−δ×Ｆｎｏ×ｓ））／（δ×Ｆｎｏ×ｓ２）＜２．０
   なる条件式を満足するとき、フォーカスを停止することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のズームレンズ。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載のズームレンズと固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。