JP2903114B2 - ズームレンズの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、被写体側にバリエータレンズ系を有すると
ともに結像面側にリレーレンズ系を有し、バリエータレ
ンズ系の移動に対する焦点移動の補正および被写体まで
の焦点調整をリレーレンズ系により行うリヤフォーカシ
ング方式のズームレンズの制御装置に関する。

（従来の技術） コンペンセーターを持たないリヤフォーカシング方式
のズームレンズは、被写体側に配置される変倍用のバリ
エータレンズ系に対して、結像面側に被写体までの焦点
調整を行うリレーレンズ系が配置されている。

このようなリヤフォーカシング方式のズームレンズで
は、被写体距離を一定として、変倍動作を行うためにバ
リエータレンズ系を光軸方向へ移動させると、それに伴
って焦点が移動するので、この焦点移動の補正のために
リレーレンズ系を光軸方向に移動させなければならな
い。このバリエータレンズ系の位置とリレーレンズ系の
位置との合焦点の関係を第２図に示しており、バリエー
タレンズ系の光軸方向への移動に対して、各被写体距離
ごとにリレーレンズ系は複雑な軌跡の曲線（A₁〜A₇）上
を移動させなければ合焦しない。

そして、従来、リヤフォーカシング方式のズームレン
ズにおいて、変倍動作が行われるバリエータレンズ系の
位置に対してリレーレンズ系の位置を自動調整する方法
としては、例えば特開平２−3005号公報に記載されてい
るように、バリエータレンズ系の移動位置を複数の領域
としてｎ分割し、このバリエータレンズ系が位置する領
域とリレーレンズ系の位置とから、リレーレンズ系を移
動させる曲線の傾きが一次式Ｙ＝AX＋Ｂ（Ｙはリレーレ
ンズ系の変位量、Ｘはリレーレンズ系の位置、A,Bは各
領域ごとに予め定められた係数）で算出できるという原
理を用いて、リレーレンズ系を移動させるようにした方
法がある。

また、特開平１−269907号公報に記載されているよう
に、結像そのもののぼけ具合をみて常に一番良い合焦点
にリレーレンズ系を移動させるようにした、いわゆるオ
ートフォーカスで行う方法がある。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、変倍動作によって焦点が移動してしま
うリヤフォーカシング方式のズームレンズにおいて、リ
レーレンズ系の移動を一次式Ｙ＝AX＋Ｂで算出して行う
ようにした方式では、その一次式のＡとＢの係数値をｎ
個の各領域ごとにそれぞれ記憶しておかなければならな
いとともに、合焦点が無限遠や最至近となるリミット値
などもｎ個の各領域ごとにそれぞれ記憶しなければなら
ないので、すなわち、係数値Ａがｎ個＋係数値Ｂがｎ個
＋最至近のリミット値がｎ個＋無限遠のリミット値がｎ
個＝４×ｎ個の記憶容量が必要となるので、記憶手段と
して記憶容量の大きいROMが必要となり、コストが高く
なる。

また、オートフォーカス方式では、バリエータレンズ
系が高速で移動したとき、オートフォーカスの合焦点動
作では十分に追従させることはできず、大きくぼけてし
まいやすい。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、変
倍動作によって焦点が移動するリヤフォーカシング方式
のズームレンズにおいて、記憶手段の容量を最小限に抑
えるとともに、複雑な演算が不要で演算手段を簡素化
し、しかも、変倍動作の過程で焦点がぼけることなく、
変倍動作に連動して焦点を追従させることができるズー
ムレンズの制御装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、被写体側に少なくともバリエータレンズ系
２を有するとともに結像面側にリレーレンズ系４を有
し、バリエータレンズ系２の光軸方向への移動に対する
焦点移動の補正および被写体までの焦点調整をリレーレ
ンズ系４により行うリヤフォーカシング方式のズームレ
ンズの制御装置において、上記バリエータレンズ系２を
光軸方向に移動させるバリエータレンズ系移動手段12
と、上記バリエータレンズ系２の移動位置を検出するバ
リエータレンズ系位置検出手段13と、上記リレーレンズ
系４を光軸方向に移動させるリレーレンズ系移動手段14
と、上記リレーレンズ系４の移動位置を検出するリレー
レンズ系位置検出手段15と、上記バリエータレンズ系２
の移動による焦点の移動を補正するために上記リレーレ
ンズ系４を移動させる特性曲線を少なくとも２つの被写
体距離に関して記憶する記憶手段17と、上記バリエータ
レンズ系２の移動前における上記リレーレンズ系４の位
置が上記少なくとも２つの特性曲線に対してどのような
割合の位置にあるのか算出するとともに、バリエータレ
ンズ系２の移動に伴うリレーレンズ系４の移動位置を上
記少なくとも２つの特性曲線に対する割合から算出し、
バリエータレンズ系２の移動に伴って上記リレーレンズ
系移動手段14にてリレーレンズ系４をなめらかな特性曲
線で移動させる演算手段16とを具備したものでる。

（作用） 本発明では、演算手段16によって、バリエータレンズ
系２の移動前におけるリレーレンズ系４の位置が少なく
とも２つの特性曲線に対してどのような割合の位置にあ
るのか算出するとともに、バリエータレンズ系２の移動
に伴うリレーレンズ系４の移動位置を２つの特性曲線に
対する割合から算出し、バリエータレンズ系２の移動に
伴ってリレーレンズ系４をなめらかな特性曲線で移動さ
せるため、変倍動作によって焦点が移動するリヤフォー
カシング方式のズームレンズにおいても、少なくとも２
つの特性曲線を記憶すればよく、記憶手段17の容量が最
小限に抑えられるとともに、複雑な演算が不要で演算手
段16が簡素化され、コスト低減が可能となり、しかも、
変倍動作の過程で焦点がぼけることなく、変倍動作に連
動して焦点を追従される。

（実施例） 以下、本発明のズームレンズの制御装置の一実施例の
構成を図面を参照して説明する。

まず、構成について説明する。

第１図において、リヤフォーカシング方式のズームレ
ンズは、被写体側のフロントレンズ系１、変倍用のバリ
エータレンズ系２、前方のリレーレンズ系３、後方の焦
点調整用のリレーレンズ系４とで構成され、フロントレ
ンズ系１とリレーレンズ系３とは位置固定とし、バリエ
ータレンズ系２とリレーレンズ系４とは光軸方向に移動
可能としており、バリエータレンズ系２の光軸方向への
移動によって変倍が行われ、リレーレンズ系４の光軸方
向への移動によって結像面５に対する焦点調整が行われ
る。

そして、このズームレンズの制御装置は、移動指示手
段11からの変倍指示にしたがって上記バリエータレンズ
系２を光軸方向に移動させるバリエータレンズ系移動手
段12、そのバリエータレンズ系２の光軸方向への移動位
置を検出するバリエータレンズ系位置検出手段13を有
し、かつ、上記リレーレンズ系４を光軸方向に移動させ
るリレーレンズ系移動手段14、このリレーレンズ系４の
光軸方向への移動位置を検出するリレーレンズ系位置検
出手段15を有している。また、各位置検出手段13,15か
ら位置信号を入力し、リレーレンズ系移動手段14を制御
する演算手段16を有し、この演算手段16は、バリエータ
レンズ系２の光軸方向への移動に対してリレーレンズ系
４を移動させる特性曲線を少なくとも２つの被写体距離
（本実施例では無限遠曲線と最至近曲線の２つ）に関し
て記憶するROMなどからなる記憶手段17と、データを書
込呼出可能なRAMなどからなるデータ記憶手段18とを備
えており、バリエータレンズ系２の移動前におけるリレ
ーレンズ系４の位置が少なくとも２つの特性曲線に対し
てどのような割合の位置にあるのか算出するとともに、
バリエータレンズ系２の移動後におけるリレーレンズ系
４の移動位置を２つの特性曲線に対する割合から算出す
るようにしている。

次に、原理について説明する。

第３図は、第２図に示す各曲線A₁〜A₆について曲線A₇
との差を求めた曲線y₁₁〜y₁₆を示す特性図である。この
特性図の各曲線y₁₁〜y₁₆を数学的に分析すると、数式に
近似することができる。この数式を以下に示す。

y₁₁＝2.96559×e^{-0.30870143(15.42-x)} y₁₂＝2.08474×e^{-0.30870143(15.42-x)} y₁₃＝1.05358×e^{-0.30870143(15.42-x)} y₁₄＝0.70591×e^{-0.30870143(15.42-x)} y₁₅＝0.42547×e^{-0.30870143(15.42-x)} y₁₆＝0.21353×e^{-0.30870143(15.42-x)} 各曲線y₁₁〜y₁₆は、ｙ＝ａ×e^-b(c-x)の形で近似さ
れ、式中のe^-b(c-x)の部分は変化しない。この特徴を用
いると、任意の曲線y_nを簡単に知ることができる。例え
ば曲線y₁₆だけわかっているとき、 という式が成り立ち、Ｒの値を知っておけば、曲線y₁₆
から任意の曲線y_nを簡単な掛算で求めることができる。

このように、リヤフォーカシング方式のズームレンズ
における特性曲線が指数関数で表現できることに着目し
たものであり、この方法を用いてバリエータレンズ系２
の移動位置に対するリレーレンズ系４の補正移動位置を
求めることが可能であり、それを第４図で説明する。い
ま、バリエータレンズ系２がx₁の位置にあり、任意の距
離にある被写体に合焦しているとすると、リレーレンズ
系４はY_n（x₁）の位置にある。このとき、演算手段16に
は、バリエータレンズ系２の位置x₁とリレーレンズ系４
の位置y_n（x₁）が与えられるとともに、記憶手段17から
無限遠曲線データY₁（x₁）と最至近曲線データY₂（x₁）
が与えられる。そして、演算手段16は、ここで（１）式
のＲを求める。

次に、変倍動作によってバリエータレンズ系２の位置
がx₂になったとする。このとき、演算手段16には、バリ
エータレンズ系２の位置x₂が与えられるとともに、記憶
手段17から無限遠曲線データY₁（x₂）と最至近曲線デー
タY₂（x₂）が与えれられる。したがって、x₂でのリレー
レンズ系４の位置は、次式で求めることができる。

Y_n（x_n）＝｛Y₂（x₂）−Y₁（x₂）｝×Ｒ＋Y₁（x₂） ……（４） なお、ここでは、Ｒを先に求めたが、Y_n（x₁）とx₁を
記憶しておき、x₂がわかった時点で（３）（４）式の演
算を行ってもよく、これはＲを先に求めるとＲの値が１
以下の数値になって演算手段16での演算が複雑になるた
めであり、割算を最後にすれば１以下の数値をあつかわ
ないで済む。この場合の数式を以下に示す。

Y_n（x₂）＝｛Y₂（x₂）−Y₁（x₂）｝×｛Y_n（x₁）−Y
₁（x₁）｝÷｛Y₂（x₁）−Y₁（x₁）｝＋Y₁（x₂） ……（５） また、第４図ではx₁からx₂への移動は極端に大きい
が、それに応じてリレーレンズ系４が直接移動するので
はなく、実際にはバリエータレンズ系２のx₁位置からの
微小移動に伴ってリレーレンズ系４も微小移動されるた
め、なめらかな曲線でリレーレンズ系４が移動される。

次に、リレーレンズ系４の制御移動を説明する。

なお、第４図に示すように、バリエータレンズ系２は
x₁位置からx₂位置に移動し、リレーレンズ系４はY
_n（x₁）位置からY_n（x₂）に移動することとする。

まずは、Ｒの値を直接算出するようにした制御方式を
第５図のフローチャートを参照して説明する。

各レンズの位置データのセットなどの初期処理が行わ
れ（ステップ１）、焦点調整または変倍操作がなされる
のを待機する（ステップ2,3）。

被写体の距離が変わるなどによってリレーレンズ系４
を移動させる焦点調整があると、演算手段16は上記
（３）式にてＲの値を算出する（ステップ４）。すなわ
ち、演算手段16は、ｆ＝Y_n（x₁）−Y₁（x₁）、ｇ＝Y
₂（x₁）−Y₁（x₁）、Ｒ＝ｆ÷ｇの演算を順に行う。

そして、演算手段16で算出されたＲの値をデータ記憶
手段18に記憶する（ステップ５）。

また、バリエータレンズ系２をx₁位置からx₂位置に移
動させる変倍操作があると、演算手段16は上記（４）式
にてリレーレンズ系４を移動させる位置Y_n（x₂）を算出
する（ステップ６）。すなわち、ｈ＝Y₂（x₂）−Y
₁（x₂）、ｉ＝ｈ×Ｒ、Y_n（x₂）＝ｉ＋Y₁（x₂）の演算
を順に行う。

そして、演算手段16で算出されたY_n（x₂）の位置にリ
レーレンズ系４を移動させる（ステップ７）。

次は、計算の過程で間接的にＲの値を利用するように
した制御方式を第６図のフローチャートを参照して説明
する。

各レンズの位置データのセットなどの初期処理が行わ
れ（ステップ11）、焦点調整または変倍操作がなされる
のを待機する（ステップ12,13）。

被写体の距離が変わるなどによってリレーレンズ系４
を移動させる焦点調整があると、バリエータレンズ系２
の位置x₁の値とリレーレンズ系４の位置Y_n（x₁）の値と
をデータ記憶手段18に記憶する（ステップ14,15）。

また、バリエータレンズ系２をx₁位置からx₂位置に移
動させる変倍操作があると、演算手段16は上記（５）式
にてリレーレンズ系４を移動させる位置Y_n（x₂）を算出
する（ステップ16）。すなわち、ｊ＝Y₂（x₂）−Y
₁（x₂）、ｋ＝Y_n（x₁）−Y₁（x₁）、ｌ＝ｊ×ｋ、ｍ＝Y
₂（x₁）−Y₁（x₁）、ｎ＝ｍ≫１（ｍを右へ１ビットシ
フト）、ｏ＝１＋ｎ、ｐ＝ｏ÷ｍ、Y_n（x₂）＝ｐ＋Y
₁（x₂）の演算を順に行う。

そして、演算手段16で算出されたY_n（x₂）の位置にリ
レーレンズ系４を移動させる（ステップ17）。

以上のように、バリエータレンズ系２の移動前におけ
るリレーレンズ系４の位置が２つの特性曲線A₁，A₇に対
してどのような割合の位置にあるのか直接または間接的
に算出するとともに、バリエータレンズ系２の移動後に
おけるリレーレンズ系４の移動位置を２つの特性曲線
A₁，A₇に対する割合から算出し、バリエータレンズ系２
の高速移動にも追従した高精度な制御を行うことができ
る。このとき、バリエータレンズ系２の移動に伴うリレ
ーレンズ系４の移動位置を２つの特性曲線A₁，A₇に対す
る割合から算出し、バリエータレンズ系２の移動に伴っ
てリレーレンズ系４をなめらかな特性曲線で移動させる
ため、変倍動作の過程で焦点がぼけることなく、変倍動
作に連動して焦点を追従させることができる。また、少
なくとも２つの特性曲線を記憶すればよいため、記憶手
段17として容量の小さいROMの使用が可能であり、か
つ、四則計算のみで複雑な演算が不要であるため、演算
手段16として安価なマイクロコンピュータの使用が可能
であり、コストの低減を図ることができる。

なお、被写体距離が無限遠の曲線A₇と最至近の曲線A₁
は記憶されているので、それらの被写体距離に対するリ
レーレンズ系４の移動誤差は特に少ない。また、ある被
写体距離に対するリレーレンズ系４の移動誤差を特に少
なくするためには、その被写体距離の特性曲線を記憶し
ておくことにより、その特性曲線に忠実に沿わせてリレ
ーレンズ系４を移動させることができる。この場合に
は、第４図に示す無限遠曲線A₇と最至近曲線A₁の間に特
性の曲線A_nが入ることになり、その曲線A_nと無限遠曲線
A₇との間の領域はその両曲線A_n，A₇から、曲線A_nと最至
近曲線A₁との領域はその両曲線A_n，A₁からリレーレンズ
系４の位置をそれぞれ算出すればよい。

（発明の効果） 本発明によれば、バリエータレンズ系の移動前におけ
るリレーレンズ系の位置が少なくとも２つの特性曲線に
対してどのような割合の位置にあるのか算出するととも
に、バリエータレンズ系の移動に伴うリレーレンズ系の
移動位置を２つの特性曲線に対する割合から算出し、バ
リエータレンズ系の移動に伴ってリレーレンズ系をなめ
らかな特性曲線で移動させるため、変倍動作によって焦
点が移動するリヤフォーカシング方式のズームレンズに
おいても、少なくとも２つの特性曲線を記憶すればよ
く、記憶手段の容量を最小限に抑えることができるとと
もに、複雑な演算が不要で演算手段を簡素化でき、コス
ト低減を可能にでき、しかも、変倍動作の過程で焦点が
ぼけることなく、変倍動作に連動して焦点を追従させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のズームレンズの制御装置の一実施例を
示す構成図、第２図はバリエータレンズ系の位置に対す
るリレーレンズ系の合焦位置を複数の被写体距離につい
て示す特性図、第３図はバリエータレンズ系の位置に対
するリレーレンズ系の位置を示す特性図、第４図はバリ
エータレンズ系の位置に対するリレーレンズ系の合焦位
置を２つの被写体距離について示す特性図、第５図はリ
レーレンズ系の制御方法の一例を説明するフローチャー
ト、第６図はリレーレンズ系の制御方法の他の例を説明
するフローチャートである。 ２・・バリエータレンズ系、４・・リレーレンズ系、12
・・バリエータレンズ系移動手段、13・・バリエータレ
ンズ系位置検出手段、14・・リレーレンズ系移動手段、
15・・リレーレンズ系位置検出手段、16・・演算手段、
17・・記憶手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体側にバリエータレンズ系を有すると
   ともに結像面側にリレーレンズ系を有し、バリエータレ
   ンズ系の光軸方向への移動に対する焦点移動の補正およ
   び被写体までの焦点調整をリレーレンズ系により行うリ
   ヤフォーカシング方式のズームレンズの制御装置におい
   て、 上記バリエータレンズ系を光軸方向に移動させるバリエ
   ータレンズ系移動手段と、 上記バリエータレンズ系の移動位置を検出するバリエー
   タレンズ系位置検出手段と、 上記リレーレンズ系を光軸方向に移動させるリレーレン
   ズ系移動手段と、 上記リレーレンズ系の移動位置を検出するリレーレンズ
   系位置検出手段と、 上記バリエータレンズ系の移動による焦点の移動を補正
   するために上記リレーレンズ系を移動させる特性曲線を
   少なくとも２つの被写体距離に関して記憶する記憶手段
   と、 上記バリエータレンズ系の移動前における上記リレーレ
   ンズ系の位置が上記少なくとも２つの特性曲線に対して
   どのような割合の位置にあるのか算出するとともに、バ
   リエータレンズ系の移動に伴うリレーレンズ系の移動位
   置を上記少なくとも２つの特性曲線に対する割合から算
   出し、バリエータレンズ系の移動に伴って上記リレーレ
   ンズ系移動手段にてリレーレンズ系をなめらかな特性曲
   線で移動させる演算手段と を具備したことを特徴とするズームレンズの制御装置。