JP2548307B2 - 光学機器におけるレンズ位置制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はカメラや観測機器等の光学機器におけるレン
ズ位置制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、ビデオカメラに搭載されているズームレンズは
第９図に示されるように４群のレンズ群から構成されて
いるものが一般的であった。

第９図において、１はレンズ鏡胴の先端に配置された
焦点合わせの為の１群レンズＦ、２は変倍を行うための
バリエータレンズである２群レンズＶ、３は変倍動作後
に焦点を正しく結ばせるためのコンペンセータレンズで
ある３群レンズＣ、４は結像させるためのリレーレンズ
である４群レンズＲ、である。なお、第７図は該ズーム
レンズの焦点距離がワイド端（最短）状態であり、且つ
∞距離の被写体に合焦している図であり、以下、各レン
ズ群の動き方の説明の為に、ここではこの状態の１群レ
ンズＦ、２群レンズＶ及び３群レンズＣの位置をそれぞ
れ零（０）位置と考えることとする。

第10図乃至第12図は該ズームレンズにおいて、各レン
ズ群Ｆ〜Ｒの位置変化と該ズームレンズの焦点距離もし
くは被写体距離との関係を示したものである。以下に
は、これらの図を参照して該ズームレンズの特性を説明
する。

第10図（ａ）は第２群レンズＶを光軸に沿って移動さ
せた位置を横軸にとり、該ズームレンズの焦点距離ｆを
縦軸にとって第２群レンズＶを移動させた時に焦点距離
ｆがどのように変化するかを示したグラフである。な
お、Ｗは該ズームレンズの焦点距離が最も短くなったワ
イド状態を表わし、Ｔは該ズームレンズの焦点距離が最
も長くなったテレ状態を表わす。

第10図（ｂ）は３群レンズＣの光軸方向の位置を横軸
にとり、縦軸に該ズームレンズの焦点距離ｆをとって第
３群レンズＣの位置の変化に対する焦点距離ｆの変化を
表わしたグラフである。

第11図は被写体までの距離（メートル）の逆数を横軸
にとり、縦軸には第１群レンズＦを光軸方向に沿って前
方移動させた時の位置をとって第１群レンズＦの位置の
変化に対する被写体距離の変化を示した図である。

第12図は第１群レンズＦを光軸方向に沿って前方移動
させた時の位置を縦軸にとり、横軸に該ズームレンズの
焦点距離ｆをとって第１レンズ群の位置と焦点距離ｆと
の関係を示すとともに被写体までの距離が1m、2m、3m、
∞の各場合について第１レンズ群Ｆの位置を例示したグ
ラフである。

以上の各図から、公知のズームレンズには次のような
特性のあることがわかる。すなわち、第11図及び第12図
から明らかであるように、被写体距離が変らない場合に
はズーミングを行って焦点距離を変化させた時にも第１
群レンズＦを移動させる必要がないため第２群レンズＶ
と第３群レンズＣとを第10図の特性に従って連動させれ
ばよいので各レンズの位置制御が比較的簡単であり、そ
の位置制御をカム等の機械的制御機構で行うことができ
るという長所がある。

第13図は公知のズームレンズの２群レンズ２（バリエ
ータレンズ）と３群レンズ３（コンペンセータレンズ）
との連動機構を示した図である。同図において、５は２
群レンズ２を保持している２群レンズ保持枠、６は３群
レンズ３を保持している３群レンズ保持枠、７及び８は
該レンズ保持枠５及び６を光軸に沿って案内するガイド
バー、９は該レンズ保持枠５及び６に突設されたピン5a
及び6aを挿入するカム溝9a及び9bが周面に穿設されてい
るカム筒、10はカム筒の外周に嵌装されるとともにレン
ズ鏡胴などの静止部材に固定された固定筒、11はカム筒
９に連結部11aで固定されるとともに固定筒10の外周面
に対して相対回転のみ可能に嵌装されたズーム操作環で
ある。ズーミング時にズーム操作環11が回転されるとカ
ム筒９も回転され、その結果、カム溝9a内でのピン5aの
相対位置とカム溝9b内でのピン6aの相対位置とが変化す
るため２群レンズ保持枠５と３群レンズ保持枠６がそれ
ぞれ光軸方向に沿って相対移動されることになる。

しかしながらカム筒を用いる従来公知の制御機構は該
カム筒の嵌合精度やカム溝の加工精度等を極めて高精度
にしなければならないので製造コストが高価であるとい
う短所もあった。

しかも、第11図及び第12図から明らかなように、従来
のズームレンズでは至近距離（たとえば1m以下の）の被
写体にピントを合せるためには１群レンズ１の繰り出し
量を距離の逆数に比例して大きくしなければならず、レ
ンズ直前にピントを合わせるには無限に近い量だけ繰り
出さなければならないので至近距離での撮影が不可能で
あるという重大な欠点があった。

それ故、最近では、１群レンズ１を移動させないでピ
ント合せを行うことができる所謂インナーフォーカスタ
イプのズームレンズが提案されている。

このズームレンズの一例は第14図に示すように、１群
レンズ１と２群レンズ２を有しているが、従来のコンペ
ンセータに相当する３群レンズがない。このズームレン
ズでは、１群レンズ１と４群レンズの前方レンズ4A
（Ｒ）とが非移動レンズとして構成される一方、２群レ
ンズ２のバリエータは第９図の公知のズームレンズと同
様に焦点距離変更の際に移動されるように構成されてい
る。また、リレーレンズ群４の後方レンズ4B（RR）は従
来のズームレンズのコンペンセータレンズと同様に焦点
調節と補正とを行う機能を有しており、該レンズ4Bが従
来のコンペンセータレンズと同様に光軸に沿って移動さ
れることによって焦点調節と補正とが行われる。

また、インナーフォーカスタイプのズームレンズの別
の構成例としては第17図の様な例が挙げられる。この場
合には４群構成で第２群レンズ２が変倍機能を有するこ
とは第９図の従来の４群ズームと同様である。しかしな
がら第９図と比べて異なっているのは第１群１が固定の
鏡胴101に取次き固定されていることである。この為、
従来補正の働きのみをしていた第３群レンズ３が焦点合
せの機能をも兼用することとなる。

この様なレンズ構成を有するズームレンズでは１群レ
ンズ１を移動させない構造であるため、極めて至近距離
の被写体にもピントを合わせることができるが、移動レ
ンズである２群レンズ２と第14図のリレー後方レンズ4B
又は17図の場合の３群レンズ３との相対位置関係が極め
て複雑であるため、第13図の如きカム機構等の簡単な制
御機構では２群レンズ２と第14図のリレー後方レンズ4B
又は第17図の３群レンズ３とを制御することができず、
従って、第14図又は第17図に示したレンズ構成のズーム
レンズを実用化することは機械的機構のみではきわめて
困難であった。

第15図は第14図のズームレンズにおける２群レンズ
（Ｖ）の位置を横軸にとり、縦軸にリレー後方レンズ4B
（RR）の位置をとって被写体距離毎に両レンズの相対位
置関係を表したグラフであり、第15図から明らかなよう
に、両レンズの相対的位置関係は被写体の距離が∞、3
m、1m、0.5m、0.2m、0.01mのように変化するにつれて変
化するため、両レンズをカム等の簡単な制御機構によっ
て制御することは不可能であることがわかる。

しかるに最近では焦点面に正しく像が結ばれているか
否かの検出結果に応じてリレー後方レンズ4Bのみを２群
レンズ２に対して制御するという制御方法を採用するこ
とにより第14図のズームレンズを実用化しようとする提
案が行われ、また、この提案に基いて開発された商品も
発表されている。

第16図（Ａ）は該提案乃至商品において採用されてい
るレンズ位置制御方法及びレンズ構成を図示した概略図
であり、１は１群レンズ、２は２群レンズ、4Aはリレー
レンズの前方レンズ、4Bはリレーレンズの後方レンズ、
12は焦点面における結像検出手段、13は合焦検出及び合
焦制御のための合焦制御（AF）回路、14はAF回路13によ
り制御されてリレー後方レンズ4Bの位置決め及び駆動を
行う駆動手段である。

第16図（Ｂ）〜第16図（Ｄ）は自動焦点調節装置の一
例を示すものである。第16図（Ｂ）において、17はビデ
オカメラの全画面領域を示し、18はその中で測距の為に
信号を取り出す範囲を示し、又19は実際に被写体が有す
るコントラストであるとする。第16図（Ｃ）において、
（Ｂ）がこのコントラスト部分であるとすると、（ｂ）
はＹ信号出力であり、（ｃ）はＹ信号の微分値を示し、
（ｄ）はその絶対値、（ｅ）はピークホールドを行なっ
た信号であり、ここで、高さＡがピントの合っている度
合（以下ボケ評価値と称す）を示している。第16図
（Ｄ）は縦軸に第９図の１群レンズ１又は第14図のレン
ズ4Bのレンズ位置をとり縦軸にボケ評価値Ａをとったも
ので、ピークの位置Ｂで合焦が実現する。

なお、別の改善した方式としては、特開昭62−296110
号、特開昭62−284316号等が提案されている。これは、
バリエータレンズと、コンペンセータ及びフォーカス機
能を兼用するレンズの位置情報もしくは、バリエータレ
ンズと距離操作部材（距離環）の位置情報に応じて、バ
リエータレンズの所定移動量に対応するコンペンセータ
及びフォーカス機能を兼用するレンズ（以下、兼用レン
ズと称す）の単位移動量をメモリーしておき、バリエー
タレンズの所定量移動の度にメモリーされた該単位移動
量に基づき兼用レンズの移動を制御するようにしたもの
である。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、第16図（Ａ）に示した公知のズームレンズ
及びレンズ位置制御方式では、結像検出手段12からAF回
路13への入力信号の精度及び速度が高ければ結像面に生
じる映像にボケや歪みが生じることはないが、実際には
測距サイクル等の応答遅れ等によってリレー後方レンズ
4Bの制御精度が低くなる可能性が非常に高いので、大き
なボケを生じやすいという重大な欠点があった。

また、上述改善した方式においては、バリエータレン
ズの所定量の移動を検出することが前提となる為、高精
度な上記兼用レンズの移動を得るためにはバリエータレ
ンズの移動量を極めて細くしていく必要があり、更には
この兼用レンズの移動速度を高速にしないと、発生した
ボケを補正するにかなりの時間を要することが懸念され
る。

従って、本発明の目的は、測距サイクル等の応答遅れ
があっても、大きなボケを発生させないと共に、バリエ
ータの位置の検出をさほど細かくしなくても大きなボケ
を発生することがなく、特にバリエータが予め設定され
た移動速度に対しズレを有して移動してもボケの発生が
ないズームレンズを構成することのできるレンズ位置制
御装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明のレンズ位置制
御装置は、所定の移動速度で光軸に沿って移動して変倍
を行う第１レンズ群と、光軸に沿って移動して焦点合わ
せを行う第２レンズ群と、第１レンズ群の位置を検出す
る第１位置検出手段と、第２レンズ群の位置を検出する
第２位置検出手段と、複数個の被写体距離に関する合焦
状態で変倍を行う時の第２レンズ群の移動軌跡に基づい
て第１、第２レンズ群の双方の位置に応じて設定した第
２レンズ群に関する複数個の移動速度を記憶しており、
第１、第２位置検出手段により検出した第１、第２レン
ズ群の双方の位置に基づいて複数個の移動速度の中から
一つの移動速度を選択し、第２レンズ群を第１レンズ群
とほぼ同時に移動させる制御手段とを有する。そして、
この制御手段により、第１位置検出手段の出力を用いて
所定の時間における第１レンズ群の移動量を測定するこ
とにより第１レンズ群の移動速度を検出し、検出した移
動速度の上記所定の移動速度に対する比を上記選択した
移動速度に乗じた結果を第２レンズ群の移動速度とし
て、第１、第２レンズ群の移動速度の比を一定に維持す
る。

［作用］ 上記した構成の本発明は、第１のレンズ群が設定速度
で移動しない場合でも、その速度比を利用して第２のレ
ンズ群の移動速度を補正することにより、第１のレンズ
群の速度ズレがみかけ上補正できることになり、また第
１のレンズ群の移動速度を補正すれば第１のレンズ群の
速度ズレを直接補正することができ、大きなボケを生じ
ることなく合焦状態を維持しながら変倍操作を行なうこ
とができる。

［実 施 例］ 以下本発明装置を図面に示す実施例に基づいて詳細に
説明する。

実施例１ 第１図（Ａ）は本発明によるレンズ位置制御装置の実
施例１を適用したズームレンズ鏡筒の断面図を示してい
る。

図中、1,2,4A,4Bは既に第14図において説明したレン
ズ群である。１群レンズ１は、鏡枠103に固定され、固
定鏡筒102との間でレンズ位置を最適位置をとるようネ
ジ嵌合し、調整後ビス104にて固定される。バリエータ
２はバリエータ移動環105に固定され、バー108を案内に
スラスト方向（光軸方向）に移動する。ここでバー108
は図の様に外周にあるリードを持ったＶ溝が加工してあ
り、不図示のボールを、バリエータ移動環に固定された
不図示の板バネによってこのＶ溝に圧接することにより
位置が決まると共に、第１図（Ｂ）に示すズームモータ
ー140によりバー108を回転させることで、この位置を変
えることが出来る。

また、この移動環にはブラシ107が取付けてあり、エ
ンコーダー基板106との間で摺動することによりバリエ
ータの位置を検出するバリエータ・エンコーダーを構成
している。なお、本発明はバリエータの位置を検出する
検出手段としてこのバリエータ・エンコーダーに限定さ
れることはなく、例えば公知の回転型アブソリュートエ
ンコーダーを用いても良い。

109はiGメーターであり羽根111を駆動することにより
絞り口径を制御している。レンズ群4Aは鏡胴118に固定
されている。

一方、レンズ（RR）4Bは移動環117に取付けてあり、
移動環117は内側にメネジ加工を施した光軸方向に延び
るスリーブ115が一体に設けられており、このスリーブ1
15は光軸方向への移動が不能で且つ光軸回りの回転が可
能な外周にオネジ加工を施した駆動軸114に螺合してい
る。この駆動軸114は一端部に駆動軸プーリー113aを有
し、ステップモーター112のプーリー113bとの間に掛け
回されるＶベルト120を介して回転駆動力が伝達され
る。すなわち、ステップモーター112を回転させること
により、駆動軸114が回転し、スリーブ115が螺出、螺入
してレンズ群4Bの光軸方向の位置を変えることができる
ことになる。

ここで、例えばスリーブ115のネジのピッチを0.35m
m、駆動軸プーリー113aとプーリー113bとの比を2,ステ
ップモーター112の１パルス入力当たりの回転角を18度
とした場合、ステップモーター112に１パルス入力する
と、レンズ群4Bは8.75μｍ光軸方向に移動することとな
るが、レンズ群4Bの移動による焦点面であるところの撮
像素子129への効き量を1.0程度に設定しておけば、合焦
時から１パルス分レンズ群4Bがずれても発生する錯乱円
は10μｍ程度であり、この程度の精度であれば充分な合
焦精度が得られる。

本実施例は、コンペンセータとフォーカスの機能を兼
用するレンズ群4Bの位置検出の為に、ステップモーター
112の入力パルス数を用いるものであるが、カメラの電
源オン又はオフに際して、レンズ群4Bをある所定の０番
地に移動させておく必要があり、本実施例では移動環11
7の後端部分122が０番地調整カム121と当たる位置を０
番地とする様構成してある。

そして、このように構成されたズームレンズ系におけ
る、２群レンズ２（以下にはＶと記載する）の位置とリ
レー後方レンズ4B（以下にはRRと記載する）の位置との
相対関係は、被写体距離に応じて第５図の図表に示す如
く表わされる。

第５図において、RRの位置とＶの位置とをそれぞれ位
置検出手段で検出した点がP₁であったとし、このズーム
レンズを制御する合焦制御手段における測距サイクルが
t₁であったとする。そして、Ｖの移動が行われたと同時
に測距サイクルが開始されたと仮定すると次の測距結果
が出るまでの間にＶとRRとの位置関係は点P₂にまで変化
すると考えられる。

これに対して、Ｖの移動と同時にRRを移動させると、
例えば測距による補正が行われなくともＶとRRとの相対
位置関係は点P₃で表わされる値となり、その結果、理想
の点P₄とのずれはd₂となる。このP₁〜P₄の焦点距離での
Ｖの焦点面への効き量をたとえば1.0で表わした場合、
この時のＦナンバーをＦとすると、発生する錯乱円の径
は点P₄ではゼロ、点P₃ではd₂/F、点P₂でd₁/F、となる。
ここで、d₁＝5d₂と仮定すると、点P₂及びP₄におけるボ
ケは錯乱円で５倍の差となって現れる。この動きは被写
体距離に変化がないという前提の下に求められているも
のの、ズーム中のボケの発生率の改善には多大な効果が
ある。

しかしながら、この考えを理想的に実現するためには
ＶとRRの位置を正確に求めて点P₁を求め、点P₁を通る特
性曲線を正しく予測した上で必要なRRの移動速度を算出
することが必要となるため、大規模な演算を要すること
になり、その結果、大規模な演算回路を必要とすること
になって合焦制御手段のコストが高価になるという問題
が生じてくる。

それ故、本実施例では、第５図に示したマップを必要
精度に応じてＶ方向及びRR甲の両方向で分割し、それぞ
れの領域で代表の速度を第１図（Ａ）に示す後記の速度
データメモリー131内に覚え込ませておくという方法を
採用している。

第６図は第５図のマップ内を領域分割した例を示した
ものである。この分割例ではＶの移動を均等分割する一
方、RR方向はＶの一つの領域内を通る∞と至近の軌跡の
傾きの差を目標とする被写界深度で割った数で分割して
いる。

第７図（Ａ）は、第６図のＩ及びIIの領域内でＶとRR
との相対位置曲線からRRの移動速度などを求めるための
図である。

第７図（Ａ）において、23を点P₅を通る被写体距離一
定の場合の相対位置曲線とし、曲線20及び21を夫々の領
域におけるレンズ移動の傾きとし（なお、バリエータの
移動速度が一定である時にはRRの移動速度と考えてもよ
い）、AFからのフィードバックなしに点P₅からＶ及びRR
が動く場合には、領域IIにある間は点P₅を通り直線21に
平行な軌跡で動き、領域Ｉでは直線20と平行に動くので
軌跡としては22のようになり、理想的軌跡23と軌跡22と
のズレが誤差となるが、この場合軌跡22は理想的軌跡23
すなわち実際の被写体距離よりも遠方側で合焦する、所
謂後ピンと称する状態にあり、１測距サイクル中におい
て非合焦であると判定されれば、例えばＶの移動速度を
一定とすると、RRを理想的軌跡23に近づけるのに、RRを
被写体側に向け移動速度を速くすれば良いことになる。

また、第７図（Ａ）において、領域IIにおける代表速
度はこの場合後ピンとなるが、代表速度の設定、RRの移
動開始位置等によっては必ずしも常に後ピンとはなら
ず、実際の被写体距離よりも前方側で合焦する、所謂前
ピンと称する状態にもなり、この場合にはRRの移動速度
を遅くすれば合焦状態に近づけることができることにな
る。

このことから、本実施例では、１測距サイクルにおい
て非合焦と判定されると、例えばRRの移動速度を速めて
次の測距サイクルにおいて合焦方向に近づいたか否かを
判別し、近づいていればその補正速度でRRの駆動を行な
い、否であると移動速度を減少させた補正速度で駆動を
行ない、例えば第７図（Ｂ）に示すように、バリエータ
ＶをＴ端からＷ端の間を一定速度で移動させるとした場
合（その間の所要時間をｔとする）、RRは１点鎖線で示
す理想的軌跡102に対し、実線で示す軌跡104のように駆
動制御する。

また、第８図は領域分割の別方法を示したものであ
る。本図では横軸を理想的な軌跡の直線近似とのズレを
考慮した区切ってあり、従って、ワイド寄りの領域では
バリエータ移動方向の長さが長くなっている。本図を用
いて前記のようにレンズ位置制御を行った場合には第６
図を用いた場合よりは精度が劣るものの殆んど大差のな
い結果を得ることができた。

さらに、第６図、第８図の領域分割例は発明者の検討
によれば６倍クラスの標準的ズームに採用しても充分な
精度が得られる。一般に、Ｔ〜Ｗのバリエータの移動量
は20mm前後であるので、バリエータエンコーダーの１ゾ
ーンの長さは第６図の例でも1mm前後でよいことにな
る。

したがって本実施例では従来例に比べてバリエータエ
ンコーダーの分割精度がラフでよいという利点がある。

ところで、上記した本実施例の説明はバリエーターＶ
が予め設定された一定速度により駆動制御されているこ
とを条件にしたRRの駆動制御であることから、バリエー
ターＶの速度変化も考慮する必要がある。

すなわち、バリエーターＶを駆動する駆動機構等が環
境温度等の変化の影響を受けると、ズームモーター140
の負荷が変動するため、予め設定されているバリエータ
ーＶの移動速度が変化し、各分割領域毎に設定してある
RRレンズの領域代表速度の内容の基本が変化する場合が
生じ、例えばズームスピードをｔに設定したのに対し、
実際のバリエーターＶの所要時間がt₁（t₁＞ｔ）となっ
たとすると、第７図（Ｃ）に示すように、RRは時間ｔを
基本として各分割領域毎に設定してある領域代表速度v_n
で移動するため、Ｔ端からＷ端へのズーム操作では理想
的軌跡102に対し、RRは実線で示す軌跡105のように駆動
制御され、Ｔ端に近づくに従って理想的軌跡102から外
れる傾向となり、このズレの許容範囲は自動焦点距離の
性能により決定されるものの、合焦状態を維持したズー
ム操作ができなくなる虞れが生じる。

本発明は、このようなバリエーターＶの移動速度のズ
レも考慮して、ボケを生じさせることなくズーム操作を
可能にしたもので、この点を解決するために本実施例で
は後記する第２図の説明において詳述するが、バリエー
ターＶの速度のズレを検出し、予め設定されている速度
との比に基づいてRRレンズの駆動速度を補正して、バリ
エーターＶ移動速度のズレをみかけ上補正し、ズーム操
作に伴ってボケが大きくなるのを防ぐようにしており、
ズーム中においてボケが大きくならないようにRRを理想
的軌跡に近付けるためのRRの移動を制御する副補正も併
せて行なっている。

第１図（Ｂ）は、第１図（Ａ）と組合せるべき制御回
路の回路図を示している。

この制御回路は、カメラのメインスイッチ（SW）142
をオンすると、パワーオンリセット回路143からのリセ
ット信号がCPU130に入力され、ステップモーター駆動パ
ルス出力部137にRRを実使用範囲外の初期リセット位置
から０番地にリセットのために所定数のパルスの出力を
指示し、ステップモータードライバ138を介してステッ
プモーター112を駆動し、０番地のリセットが行なわれ
る。

141はズーム操作検出部であり、ズームスイッチ（T,
W）141の操作が行なわれると、Ｔ操作信号又はＷ操作信
号がCPU130に伝達され、ズームモータードライバー139
を介しズームモーター140が駆動され、同時にステップ
モータードライバー138を介してステップモーター112が
駆動される。CPU130ではズームスイッチ（T,W）141の操
作が行なわれたことがトリガーとなり、バリエータレン
ズ２の位置を前述のブラシ107及び基板106を用いて検出
し、ズームエンコーダー読み取り回路134を介してバリ
エータレンズ位置情報をCPU130へ伝達する。また、ステ
ップモーター112が０番地のリセット位置から何パルス
の位置にあるのかをステップモーター駆動パルスカウン
ト回路136によりカウントし、RRの絶対位置情報をCPU13
0に伝達する。CPU130はこの２つのレンズ位置情報と、
例えば第６図、第８図に示すようなデータをメモリーし
た領域データメモリ133との数値の比較からＶとRRとの
光軸方向における絶対位置の存在する領域を判別し、例
えば第６図、第８図中に符合Ｉ、II・・・で示す代表速
度データをメモリーした速度データメモリー131から各
領域毎に決められている領域代表速度を読み出す。

141はズーム操作検出部であるズームスイッチ（T,W）
で、ズーム操作がワイドからテレ方向か、テレからワイ
ド方向かに応じて方向データメモリー132からステップ
モーター112の回転方向がCPU130に読み込まれる。CPU13
0では、これらのデータメモリーから読み出した内容
と、AF装置135より読み込んだボケ情報とからレンズ群4
B駆動の為のステップモーター112の移動方向と速度を決
定すると共に、ズームスイッチ（T,W）の操作結果に応
じてバリエータレンズ駆動用のモーター140の駆動方向
を決定する。この後、２つのモーターが、ほぼ同時に動
くように、ステップモーター駆動パルス出力回路137へ
の出力と、ズームモータードライバー139への出力を行
なうものである。

第２図は上記したCPU130の動作手順を説明する為のフ
ローチャートで、ステップ110〜ステップ119は録画動作
前におけるバリエーターＶの移動速度の狂いからRRの領
域代表速度に対する補正係数を決めるフロー、ステップ
120以降は録画に伴うズーム操作時のＶとRRの駆動制御
のフローを示しており、ステップ120以降のフローは例
えば1/60secで１周するように構成される。

ステップ101で、ビデオカメラ等本発明が実施された
レンズを搭載する機器の電源がONされると、ステップ11
1でＶの位置をズームエンコーダー読み取り回路134を介
して読み取り、ステップ112に進む。

ステップ112ではステップ111で読み取った絶対位置か
ら、Ｖの全移動範囲の中央を基準にしてＶが望遠側に存
在しているか又は広角側に存在しているかを判定し、予
め設定されるＶの移動速度に対し実際にどの程度の速度
ズレがあるかをプリスキャンするためのＶの移動方向を
決定する。ここで、例えばＶが中央基準位置よりも広角
側に存在していると、充分なプリスキャンを確保可能と
するために反対方向の望遠側にプリスキャンすると決定
し、ステップ113において決定された方向に向けＶを駆
動する。

プリスキャンは広角端又は望遠端まで行なうのではな
く、所定の距離移動させ、その間の所要時間から実際の
移動速度を検出するもので、本実施例ではＶの位置を検
出するズームエンコーダーの分割ゾーンを利用し、この
ゾーンを数ゾーンカウントすることにより行なってお
り、ステップ114でＶの移動に伴いゾーンナンバーが変
わったかを判定し、変わっていればステップ115でゾー
ンナンバーをカウントするカウンターをスタートさせ
る。

そして、ステップ117でゾーン数を３ゾーン分カウン
トすると（ステップ117）、ステップ118でカウンターの
カウントをステップさせ、ステップ119に進む。

ステップ119では、バリエータＶが３ゾーン分移動す
るのに要する予め設定された所定時間Ｔで、プリスキャ
ンにより実際にＶが３ゾーン分移動するのに要した時間
T₀を割算し、得られたズレの割合ｋ（ｋ＝T/T₀）をバリ
エーター補正メモリーに記憶し、予め設定されているRR
レンズの領域代表速度v_nに対しこの補正係数ｋを乗じた
速度ｖ、ｖ＝kv_nで録画に伴うズーム操作時にRRを駆動
させる（ステップ131）。なお補正係数ｋは以後電源が
オフされるまでメモリーされる。

以上で録画時における実際のバリエータ移動速度の決
定が終了し、ステップ120において録画動作がスタート
すると、先ずステップ121において、補正係数ｋがステ
ップ119において算出されているか否かを判定し、算出
されていなければステップ122において録画動作を禁止
し、算出されていればステップ123においてAF装置135が
オンされているか否かを判定する。ステップ123におい
てAF装置135がオンしていなければステップ124において
ズーム動作及び測距動作を禁止し、オンしていればステ
ップ125に進む。ステップ125では合焦、非合焦の判定を
行ない、非合焦であればステップ126で通常の測距ルー
チンを行ない、合焦していればステップ127でズーム動
作を行なったか否かを判定する。

ステップ127では、ズーム操作をしていなければ上記
したステップ126に進み、ズーム操作をしていると、Ｖ
及びRRを合焦させながら駆動させるための動作をステッ
プ128以降で行なわれる。

ステップ128で先ずズームエンコーダー読み取り回路1
34及びステップモーター駆動パルスカウント回路136か
らＶ及びRRの絶対位置を読み取り、その結果に基づきス
テップ129において、領域データメモリー139から第５図
におけるマップ内で（V,RR）の座標が属している領域を
検出し、ステップ130でRRの代表速度v_nを決定する。な
お、この領域代表速度は、mm/sec等のディメンジョンの
他入力パルス間隔としてメモリーされていてもよい。

そして、ステップ131でRRの移動速度v_nに対し、補正
係数ｋを乗じて補正移動速度（以下主補正移動速度と称
す）ｖ、ｖ＝kv₀を設定し、Ｖ及びRRを同時に駆動させ
る。なおズーム操作が終了するか、又はＶが移動範囲の
端に達した場合以外はV,RRの移動は以後継続するもので
ある。

したがって、Ｖが設定されている一定の速度に対し実
際の速度に誤差があっても、その誤差に見合ってRRを駆
動しているので、前述した如くズーム動作の途中からボ
ケがだんだんと大きくなることが防がれることになる。

そして、このズーム動作中にステップ132でボケ評価
値Ａが許容ボケのレベルTh₁を越えているか否かが判定
され、越えていなければ合焦状態であるといえるので、
ステップ128に戻り同様にしてRRの新たな領域代表速度
に対して補正係数ｋを乗じて駆動制御を行なう。

また、ボケ評価値Ａが許容ボケのレベルTh₁を越えて
いない、すなわち非合焦状態であると判定されると、以
下RRを駆動制御して合焦状態に近付けるためのRR補正ル
ーチンに移行することになる。このRR補正ルーチンとし
てはいくつかの方式があるが、例えばRRの主補正移動速
度を、増加又は減少させる速度の副補正を行ない、その
結果ボケが拡大する方向にあるか又は収束する方向にあ
るかを判定し、ボケが拡大する方向にあれば速度補正の
増減を逆にし、ボケが収束する方向にあればそのままの
副補正速度でRRを合焦するまで駆動する。

なお、上記した実施例では、電源オンの際にプリスキ
ャンを行なっているが、これはバリエーターの全移動量
に対しズームエンコーダーの検出をどのような分割を行
なったかにもよるが、実際の撮影中にＶの速度の狂いを
検出してRRの代表速度に対し主補正を行なうようにして
もよい。

すなわち、ズームエンコーダーの分割数をＴ端〜Ｗ端
で例えば14等分に分割した場合、Ｔ端〜Ｗ端間のズーム
速度が７秒であると、バリエーターＶが１ゾーンを通過
するのに要する時間は0.5秒となり、上記実施例では３
ゾーンの通過時間で速度ズレを検出しているので、速度
ズレの検出には1.5秒要することになり、撮影中に主補
正制御を行なうには時間がかかりすぎる。

しかし、Ｔ端〜Ｗ端間におけるズームエンコーダーの
分割数を多くすれば、主補正係数の算出に要する時間を
短縮でき、ズーム中に主補正係数を測定し続けてその度
ごとに領域代表速度に対し主補正を行なっても画像に影
響を及ぼすことがなく、電源オン以降の観光変化や撮影
時におけるビデオカメラ姿勢差等の変化による速度ズレ
も吸収でき、より精度が高くなる。

また、上記した実施例はステップ119において算出し
た補正係数ｋをRRレンズの領域代表速度に乗じている
が、この補正係数ｋを利用してバリエーターＶを駆動制
御することも可能である。

実施例２ 第３図は補正係数ｋによりバリエーターＶを駆動制御
する本発明の実施例２のフローチャートを示し、上記し
た実施例１の第２図に示すステップ119の後にステップ2
00を追加したものである。

本実施例はプリスキャンの結果により得られた補正係
数ｋに応じて、バリエーターＶを駆動するズームモータ
ー140のデューティ制御の比率を変えることにより、ズ
ーム速度を予め設定された速度に合せ込むようにしてい
る。

すなわち、第４図に示すズームモーターを駆動するた
めの電圧波形において、t₁:t₂の比（t₁＋t₂＝t₀）を変
えることによりズーム速度を可変させるもので、この比
率は補正係数ｋに応じて、例えば下記に示す表のように
設定され、ステップ200において補正係数ｋに応じたデ
ューティ比が決定され、その比率でズームモーターを駆
動制御する。

なお、本実施例は上記した実施例１と同様にズームエ
ンコーダー３ゾーン分の移動速度を検出するように構成
したが、これに限定されることはなく、ゾーン数を多く
する程検出精度が向上し、また上記表に示す補正係数ｋ
の範囲を狭くしてデューティ比を細分化すれば、さらに
精度の向上が図れる。

なお上記した各実施例においては、レンズタイプとし
て第14図に示したタイプのものについて説明したが、第
17図のようなレンズタイプ等でも実施可能である。

［発明の効果］ 本発明によれば、変倍作用を行なう第１のレンズ群と
焦点合わせを行なう第２のレンズ群とを略同時に駆動さ
せ、第２のレンズ群の移動速度を、第１、２のレンズ群
の位置及び第１のレンズ群の移動速度に応じて設定する
ことにより、合焦状態を維持しながら変倍操作を行な
え、しかも第１のレンズ群の移動速度と設定速度の比を
利用し、第２のレンズ群の移動速度を補正して、第１の
レンズ群の速度ズレをみかけ上補正したり、第１のレン
ズ群の移動速度を直接補正したりするので、第１のレン
ズ群と第２のレンズ群とを同時移動しても常に高精度の
合焦状態を維持した変倍が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明による光学機器におけるレンズ位
置制御装置の実施例１のズームレンズの断面図、第１図
（Ｂ）は第１図（Ａ）のズームレンズを駆動制御する制
御装置の回路図、第２図は実施例１の動作手順を示すフ
ローチャート、第３図は実施例２のフローチャート、第
４図はズームモーターのデューティ制御を説明する図、
第５図は本発明が実施される光学機器としてのズームレ
ンズにおいて２つの可動レンズの相対的位置関係を被写
体距離毎に表示するとともに本発明の原理を説明するた
めに用いられるマップ、第６図は第５図を本発明の原理
に従って分割した図、第７図（Ａ）は第６図の一部を拡
大して制御方式の原理を説明した図、第７図（Ｂ）はバ
リエーターレンズが設定速度で移動した場合のRRレンズ
の理想的軌跡に対する移動軌跡を示す図、第７図（Ｃ）
はバリエーターレンズが設定速度に対しズレを生じて移
動した場合のRRレンズの理想的軌跡に対する移動軌跡を
示す図、第８図は第６図と同様に本発明の原理に従って
別の分割方法で第５図を分割した図、第９図は本発明を
適用し得ない従来の慣用的なズームレンズのレンズ構成
を示した図、第10図（ａ）及び（ｂ）は前記の慣用的ズ
ームレンズにおけるバリエータレンズの移動特性とコン
ペンセータレンズの移動特性とを示した図、第11図及び
第12図は第９図の慣用的なズームレンズにおける第１群
レンズの位置と被写体距離との関係を示した図、第13図
は第９図のズームレンズにおいてバリエータレンズとコ
ンペンセータレンズとの連動を行なわせるために採用さ
れている機械的制御機構を示した図、第14図は本発明の
適用対象となるズームレンズのレンズ構成を示した図、
第15図は第14図に示したズームレンズにおいてバリエー
タレンズ（Ｖ）とリレー後方レンズ（RR）との相対的位
置関係を被写体距離毎に表示した図、第16図（Ａ）は第
14図に示したズームレンズを制御するための公知の制御
方式を示した概略図、第16図（Ｂ）〜（Ｄ）はAF原理の
説明図、第17図は他のズームレンズのレンズ構成を示し
た図である。 １……第１群レンズ、２……第２群レンズ、 ３……第３群レンズ、４……第４群レンズ、 4A……リレー前方レンズ、 4B……リレー後方レンズ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須田 浩史 神奈川県川崎市高津区下野毛770番地 キヤノン株式会社玉川事業所内 (56)参考文献 特開 昭61−264307（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−284316（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−143309（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の移動速度で光軸に沿って移動して変
   倍を行う第１レンズ群と、光軸に沿って移動して焦点合
   わせを行う第２レンズ群と、前記第１レンズ群の位置を
   検出する第１位置検出手段と、前記第２レンズ群の位置
   を検出する第２位置検出手段と、複数個の被写体距離に
   関する合焦状態で変倍を行う時の前記第２レンズ群の移
   動軌跡に基づいて前記第１、第２レンズ群の双方の位置
   に応じて設定した前記第２レンズ群に関する複数個の移
   動速度を記憶しており、前記第１、第２位置検出手段に
   より検出した前記第１、第２レンズ群の双方の位置に基
   づいて前記複数個の移動速度の中から一つの移動速度を
   選択し、前記第２レンズ群を前記第１レンズ群とほぼ同
   時に移動させる制御手段とを有し、 前記制御手段は、前記第１位置検出手段の出力を用いて
   所定の時間における前記第１レンズ群の移動量を測定す
   ることにより前記第１レンズ群の移動速度を検出し、検
   出した移動速度の前記所定の移動速度に対する比を前記
   選択した移動速度に乗じた結果を前記第２レンズ群の移
   動速度とすることにより、前記第１、第２レンズ群の移
   動速度の比を一定に維持することを特徴とするレンズ位
   置制御装置。