JP3037030B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変倍作用の機能を持
ち、焦点距離に応じて結像位置が変化するレンズ系を用
いたフォ−カスビデオカメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラ等に用いられる合焦方式
は、移動させるレンズの種類によって、最前部（撮像素
子から最も離れた位置）のレンズ群を用いる前玉方式
と、それ以外の後段のレンズ群を用いる所謂インナー方
式がある。これら２方式の大きな相違点として、焦点距
離を変化させる変倍（ズーム）動作に於ける振舞があ
る。

【０００３】前玉方式では、後方の変倍レンズ群の移動
に連動したカム機構を用いて補償用レンズを移動させる
ことで、変倍（ズーム）動作時に合焦レンズ群を移動さ
せることなく、合焦状態を維持していた。これに対し
て、インナー方式では、例えば特公昭５２−１５２２６
号公報（Ｇ０２Ｂ７／０４）に示すように、合焦状態を
維持するのにズーム動作に伴って合焦レンズ群を移動さ
せることが必要となる。

【０００４】しかし、近年、前玉方式に比べてレンズ系
全体の小型化が可能なこと、合焦のための合焦レンズの
移動量が小さいため、省電力化、迅速な動作が実現可能
なことから、インナー方式が賞用されている。

【０００５】このインナー方式では、合焦位置を一定に
保持するとき、ズーム位置、即ち変倍レンズ群の位置に
応じて合焦レンズ群を図２に示すように移動させる必要
がある。この図２は各焦点距離に相当する変倍レンズの
位置と合焦レンズの位置関係を示すもので、極端に近い
位置にある被写体が広角（ワイド）側で合焦状態にある
場合に、望遠（テレ）側にズーム動作を実行すると、曲
線Ｌ１に沿って合焦レンズも追従して変位させる必要が
ある。また、同様に極めて遠い位置にある被写体につい
ては曲線Ｌ２に沿って、更に例えば被写体距離が１ｍの
被写体に対して曲線Ｌ３に沿って変位させなければなら
ないことを示している。

【０００６】従来、このインナー方式の合焦動作を実現
するために、図３に示すような構成を用いていた。この
図３において、レンズ系に入射した光は変倍レンズ群
１、合焦レンズ群２を通過し、撮像素子３上に結像され
て光電変換され、信号処理回路４で処理された後に撮像
映像信号として出力される。

【０００７】変倍レンズ群１はズーム操作釦２０の操作
に応じて駆動するズームモータ５により光軸方向に進退
され、撮像系の焦点距離を可変とする。この時の変倍レ
ンズ群１の位置、即ちズーム位置は、第１位置検出部７
によって検出され、目標位置算出部１１に送られる。

【０００８】ここで、第１位置検出部７の構成例を図４
に示す。この図４で明らかなように、変倍レンズ群１に
は電圧Ｖｃｃの電源線路とアース間に挿入された可変抵
抗素子７１の可動端子７５が固定されており、この変倍
レンズ１の光軸方向の移動に連動して可動素子７５が矢
印方向に進退し、これにより可動端子７５での出力電圧
が変化する。この出力電圧はＡ／Ｄ変換器７２にてディ
ジタル化され、このディジタル値が変倍レンズ群１の位
置データとして目標位置算出部１１に出力される。

【０００９】目標位置算出部１１には、被写体距離に応
じて図２に示すような変倍レンズ群１と合焦レンズ群２
の位置関係が予め記憶されており、一旦合焦状態にある
被写体の被写体距離、即ち合焦状態にあるときの合焦レ
ンズ群２のレンズ位置と、Ａ／Ｄ変換器７２の出力にて
決定されるズーム位置を図２の位置関係図に入力するこ
とにより、ズーム動作に伴い合焦レンズ群２の取るべき
位置を決定し、フォーカスモータ６に駆動指令を発して
合焦レンズ群２を決定されたレンズ位置に移動させて、
ズーム動作を行っても合焦状態が維持されることにな
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述のインナー方式で
は、変倍レンズ群の位置検出の分解能が十分でないと、
合焦レンズ群の取るべき位置の不確定分が大きくなり、
合焦レンズ群による合焦距離の変動が発生し像のボケが
発生する。特に、実際の変倍レンズ群では、望遠側で変
倍レンズ群の位置の変化に対する合焦レンズ群の必要移
動量が大きくなり、上述のボケが生じやすい。この欠点
を防ぐためには、第１位置検出部の分解能を上げる必要
がある。具体的には、Ａ／Ｄ変換器のビット数を上げる
ことになるが、これはコストの大幅な上昇を招く。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ズーム動作時
に光軸方向に移動する変倍レンズと、変倍レンズの位置
を検出し変倍レンズ位置を有限の分解能を有するＡ／Ｄ
変換器にてディジタル値に変換して位置粗データとして
を出力する第１の位置検出部と、位置粗データの最新の
データ変化時点からの経過時間を変倍レンズの移動速度
に乗算し該乗算値に基づく値を位置微データとして出力
する第２の位置検出部と、位置粗データ及び位置微デー
タの加算値を変倍レンズの位置データとし、位置データ
にて決定される焦点距離に応じて合焦レンズの移動位置
を決定する移動位置決定手段と、移動位置決定手段にて
決定された移動位置に合焦レンズを移動させることを特
徴とする。

【００１２】

【作用】本発明は上述のように構成したので、位置微デ
ータは第１の位置検出部の出力変化以後の変倍レンズの
移動量、即ち第１の位置検出部の分解能以下の情報を補
うデータを表すことになり、両者の和は変倍レンズの高
精度な位置を示し、これを基に合焦レンズの移動位置を
決定すれば、ピンぼけ状態を生じることなくズーム動作
に連動して合焦レンズを移動させることができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面に従い本発明の一実施例について
説明する。図１は本実施例の回路ブロック図である。
尚、図１において、従来例の図３と同一部分には同一符
号を付して説明を割愛する。

【００１４】１７は基本的には図４の第１位置検出部７
の構成要件を含んでいるが、更にＡ／Ｄ変換器７２の出
力に変化が生じるか否かを監視する監視回路が追加さ
れ、Ａ／Ｄ変化器出力に変化が生じたときに、所定パル
ス幅のリセット信号を発する機能が追加された第１位置
検出部である。

【００１５】８は直流モータであるズームモータ５の駆
動電圧値Ｅを示す信号を受けて、この駆動電圧値Ｅに予
め実験によって設定された定数ａを掛算し、この掛け算
結果を変倍レンズ群１の移動速度Ｖを示すデータとして
出力する。即ち、Ｖ＝ａＥが成り立つことになる。ここ
で、ズームモータ５は駆動電圧が正で絶対値が大きい
程、変倍レンズ群１を望遠側に速く移動させ、逆に駆動
電圧が負で絶対値が大きい程、変倍レンズ群１を広角側
に速く移動させる。

【００１６】変倍レンズ群１がある位置にある状態で、
図示省略のフォーカス制御回路により合焦レンズ群２が
合焦位置に達して合焦状態が実現された状態で、変倍レ
ンズ群１を望遠側に定速で移動させた場合を考えると、
速度検出部８にて得られた移動速度データは、第２位置
検出部９で積分され、この積分値が変倍レンズ群１の位
置として算出される。この積分値は第１位置検出部１７
のＡ／Ｄ変換出力の変化、即ち最小分解能分の変化毎に
初期化されて初期値Ｑに設定される。

【００１７】更に、この第２位置検出部９での動作を具
体的に説明すると、変倍レンズ群１の変位量が第１位置
検出部１７の最小分解能を超えると、第１位置検出部１
７のディジタル出力データはそれまで出力されていたデ
ータに最小分解能分を加算または減算して、新たなデー
タとして出力する。即ち、第１位置検出部１７の出力に
最小分解能分の変化が生じることになり、この変化に同
期してリセット信号が第２位置検出部９及びタイマー２
１に出力される。

【００１８】タイマー２１は発振器（図示省略）の予め
周波数の決められたクロック信号をカウントして時間を
計時するもので、前記リセット信号が入力されてからの
経過時間ｔが出力される。

【００１９】第２位置検出部９では、移動速度Ｖ及び経
過時間ｔを乗算した後に予め設定されている初期値Ｑを
乗算値に加算して、Ｐ＝Ｖ×ｔ＋Ｑを第１位置検出部１
７のＡ／Ｄ変換出力（粗データ）に対する微データとし
てディジタル値にて出力する。ここで、初期値Ｑは次の
ように設定されている。実際の変倍レンズ群１の取る位
置と第１位置検出部１７のＡ／Ｄ変換出力タイミングに
は、Ａ／Ｄ変換器７２のＡ／Ｄ変換のサンプリングの頻
度、更にはＡ／Ｄ変換自体に要する時間に起因する所定
の時間遅れＴｐが生じる。この時間遅れの間にも変倍レ
ンズ群１は移動しているので、この時間遅れによる移動
量を補償するために初期値Ｑ＝Ｖ×Ｔｐが設定される。

【００２０】第１位置検出部１７と第２位置検出部９の
出力は、演算部１０に送られ、ここで両者の和が取ら
れ、最終的な変倍レンズ群１の位置データとして出力す
る。

【００２１】こうして得られた変倍レンズ群１の位置デ
ータは図５の実線で示すように、第１位置検出部１７の
分解能を補うことになる。尚、第１位置検出部１７のＡ
／Ｄ変換出力は図中破線で示されている。この図５を更
に拡大したものが図６であり、この図６において経過時
間ｔは第１位置検出部１７の出力が発せられるタイミン
グＴ１からの経過時間に該当し、第１位置検出部１７か
らの次の出力が発せられるタイミングＴ２までが最大と
なる。ここで移動速度Ｖは実線の傾きに該当する。

【００２２】こうして演算部１０にて算出された変倍レ
ンズ群１の位置データが目標位置算出部１１に入力され
て、従来例と同様に図２の関係図より合焦レンズ群２の
移動すべき位置を算出し、フォーカスモータ６を駆動さ
せて合焦レンズ群２のズーム動作に対する追従動作が実
行される。

【００２３】以上のように、第２位置検出部９の出力は
適宜初期化されるので、積分による誤差の蓄積がなく、
比較的荒い精度でも性能の向上が期待できる。

【００２４】前記実施例では、変倍レンズ群１の移動速
度を、ズームモータ５の駆動電圧から算出したが、これ
に代えてズームモータにパルス発生器を装着してズーム
モータの回転速度に応じてパルスを発生させてこのパル
スの周波数より速度を算出したり、あるいは第１位置検
出部１７の出力変化の時間間隔から算出することも可能
である。

【００２５】また、前記実施例では望遠側へのズーム動
作について説明したが、広角側へのズーム動作も同様で
ある。但し、この場合、移動速度Ｖが負となることによ
り、最終的に得られる位置データは第１位置検出部１７
出力を示す破線より下側に現れることになる。

【００２６】また、前記実施例において、ズーム動作を
実行する前に合焦レンズ群２を合焦位置に移動させる合
焦動作を実行させるフォーカスモータ制御回路は、赤外
線による測距方式や撮像輝度信号の高周波成分が最大と
なる位置に移動させる所謂ＴＴＬ方式等の各種のオート
フォーカス方式を採用することが可能であり、更には手
動により合焦動作を為すマニュアルフォーカス方式でも
可能である。

【００２７】尚、前記実施例の各回路ブロック図の回路
動作をマイクロプロセッサによりソフトウェア的に処理
可能であることは言うまでもない。また、前記実施例で
は、レンズ１を光軸方向に進退させて合焦動作を実行し
たが、レンズ１を固定して撮像素子自体を光軸方向に進
退させても、同様の効果が得られることはいうまでもな
い。この場合、撮像素子の進退にはモータに代えて圧電
素子を用いてもよく、これらのモ−タあるいは圧電素子
にフォーカスモータ制御回路１１０からの制御信号を供
給するように構成すればよい。

【００２８】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、第１の位置
検出部の出力の変化以後の変倍レンズ群の移動量を第２
の位置検出部により算出し、これを第１の位置検出部に
加えることにより、第１の位置検出部の最小分解能以下
の情報を補うことになり、第１の位置検出部の分解能を
上げることなく、実質的に同等の効果を得て、変倍レン
ズ群の位置を高精度に検出することができる。従って、
この変倍レンズ群の位置に応じて決まる合焦レンズの移
動位置も正確に設定可能となり、一旦合焦状態になった
後にズーム動作を実行してもピンボケ状態が発生するこ
とはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路ブロック図である。

【図２】合焦距離を一定にするための変倍レンズ群位置
に対する合焦レンズ位置を示す図である。

【図３】従来例の回路ブロック図である。

【図４】従来例の第１の位置検出部の説明図である。

【図５】本発明の一実施例によって得られる変倍レンズ
群位置を示す図である。

【図６】図５を拡大した図である。

【符号の説明】

１ 変倍レンズ群 ７２ Ａ／Ｄ変換器 １７ 第１位置検出部 ９ 第２位置検出部 １１目標位置算出部 ２ 合焦レンズ群

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ズーム動作時に光軸方向に移動する変倍
   レンズと、 該変倍レンズの位置を検出し、該変倍レンズ位置を有限
   の分解能を有するＡ／Ｄ変換器にてディジタル値に変換
   して位置粗データとして出力する第１の位置検出部と、 該位置粗データの変化時点からの経過時間を前記変倍レ
   ンズの移動速度に乗算し、該乗算値に基づく値を位置微
   データとして出力する第２の位置検出部と、 前記位置粗データ及び前記位置微データの加算値を前記
   変倍レンズの位置データとし、該位置データにて決定さ
   れる焦点距離に応じて合焦レンズの移動位置を決定する
   移動位置決定手段と、 該移動位置決定手段にて決定された移動位置に該合焦レ
   ンズを移動させることを特徴とする撮像装置。