JP3082926B2 - 光学制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光学制御装置に係り、さらに詳しくは、レン
ズ等の光学特性を変化させる要素の駆動制御装置に関す
るものである。

（従来の技術） 近年、ビデオカメラ等の映像機器の発展は目覚まし
く、そのレンズシステムにおいては、自動的に合焦状態
を得るオートフォーカス（以下AFと称す）を採用したも
のが主流となつている。この種のAFシステムにおいて
は、フォーカス調整用レンズの実際の繰り出し量を検出
する必要があるため、その検出手段として摺動式の可変
抵抗やフォトセンサ等のエンコーダを用いるもの、ある
いはパルスモータ等を用いてフォーカス調整用レンズを
駆動するものでは、その駆動パルス数をカウントして必
要なフォーカスレンズの繰り出し量を得るもの等があ
る。

一般にリアフォーカスレンズと称され、レンズ系の後
群を駆動して合焦動作を行なうようなシステムにおいて
は、駆動トルクが小さくてすみ、さらにズーミング中の
ピント面の移動の補正が行い易い等の理由から、後者の
パルスモータを用いる方式が広く用いられている。

そして、この種のレンズシステムの場合、ズーミング
中に変化するピント面の位置の補正と被写体に対して合
焦させる焦点調節とを同じレンズ（後述の第１図のレン
ズシステムで示せば第４群レンズ15）を用い、その位置
制御には高精度を要するため、フォーカスレンズの位置
検出を正確に、且つ迅速に行う必要がある。

具体的には、フォーカスレンズの移動範囲の端部近傍
に設定された初期設定位置を検出するリーフスイツチ等
を設け、フォーカスレンズでスイツチを開閉することに
よつてフォーカスレンズ位置を正確に検出し、たとえば
電源投入時にレンズをスイツチの方向に移動してレンズ
位置を基準位置にリセツトする構成が取られている。

（発明の解決しようとする問題点） ところで、この種のレンズシステムにおいて行われる
ような、たとえば電源投入時にフォーカスレンズの初期
リセツト動作として、フォーカスレンズを移動させ、初
期設定位置検出用のスイツチを開閉させるような一連の
リセツト動作は、本来自動焦点調節動作そのものに関し
ては不都合な動作であるから、電源投入時にこの動作を
行なう場合、最小の時間で終了させなければならない。

一方、機械的に開閉されるスイツチでは開閉動作の瞬
間にチャタリングを生じるため、レンズ駆動用モータの
制御回路においてチャタリングを除去してからスイツチ
の開閉を検出しないと、フォーカスレンズの基準位置の
検出タイミングがばらついて結局フォーカスレンズの位
置に誤差を生じる問題がある。

すなわち、機械的スイツチのチャタリングを除去する
ためにはチャタリングが発生している間、スイツチの開
閉を読み取り続けるようにすることが考えられるが、チ
ャタリングが納まるまでにある程度の時間を要するた
め、この間もパルスモータを駆動し、レンズを移動する
ことになり、したがって実際にスイツチが開放された時
のレンズの位置と、モータ制御回路がスイツチの開閉を
検出してパルスモータのカウント値を所定の値にリセツ
トした時のレンズの位置とではその時間分の誤差を生じ
るわけである。

しかしながらこの誤差を少なくするために、パルスモ
ータ駆動速度を遅くすれば、迅速なリセツト動作を行な
うことができなくなる。

すなわち、リセツト動作時のモータ速度は一定である
と、全体のリセツト動作に要する時間を短く押えようと
すればリセツト位置の検出誤差が大きくなり、逆にリセ
ツト位置の検出精度を上げようとすると、全体のリセツ
ト動作に時間がかかるという相反する問題を生じる。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上述した問題点を解決することを目的として
なされたもので、その特徴とするところは、所定の方向
に変位して光学特性を変化させる光学系と、前記光学系
の移動位置を検出する位置検出手段と、前記光学系が所
定の初期設定位置に到達したことを検出するスイッチ
と、前記光学系を所定の初期設定位置へと高速で移動
し、前記光学系が前記初期設定位置に到達して前記スイ
ッチがオンされた後、移動方向を反転させて低速で移動
し、前記スイッチがオフになったことが検出されたと
き、前記位置検出手段をリセットする制御手段と備えた
光学制御装置にある。

（作用） これによつて、フォーカスレンズの位置検出手段のリ
セツト動作に際し、フォーカスレンズの位置検出精度を
低下させることなく常に高精度を維持したまま位置検出
手段のリセツト動作をきわめて迅速に行なうことができ
大幅な時間短縮が可能となる。

（実施例） 以下、本発明における光学制御装置を各図を参照しな
がらその位置実施例について詳述する。

第１図はリアフォーカスレンズを用いたビデオカメラ
の一例を示すブロツク図である。

同図において、１はレンズシステム、11はレンズ鏡
筒、12は第１群レンズ,13は第２群レンズ、１は第１群
レンズとともに移動して焦点距離を可変して変倍（ズー
ム）を行う第３群レンズ、14は第１群及び第２群レンズ
の移動すなわちズーミングに伴う結像面の変位を補正す
るとともに、焦点調節を行なう第４群の補正兼フォーカ
スレンズ、16はフォーカスレンズ15の初期設定位置検出
のためのスイツチである。

また２はレンズシステム１によって撮像面に結像され
た被写体像を光電変換して撮像信号を出力するCCD等の
撮像素子、３は撮像素子２より出力された撮像信号を所
定のレベルに増幅するプリアンプ、４はプリアンプ３よ
り出力された撮像信号にガンマ補正、ブランキング処
理、同期信号の付加等の処理を施し規格化された映像信
号に変換するカメラプロセス回路、５はプリアンプ３の
出力信号中より焦点状態に応じて変化する高周波成分を
抽出するバンドパスフィルタ（BPF）、６はBPF5によつ
て抽出された撮像信号中の高周波成分のたとえば１フィ
ールド期間におけるピーク値を検出して保持するピーク
ホールド回路、７はスイツチ16の状態を検出した結果の
情報、焦点検出手段としてのピークホールド回路より出
力されたピーク値情報に基づいて第４群のフォーカシン
グレンズ15を移動するパルスモータ８を駆動制御するモ
ータ制御回路である。

上述したように、このシステムにおいては、焦点状態
を調節するのは第４群の補正レンズ兼フォーカスレンズ
であり、レンズシステム１に投影された被写体像は、撮
像素子２により撮像信号に光電変換され、プリアンプ３
によつて所定のレベルに増幅され、モータ制御回路７へ
と供給される。続いてフォーカスレンズのリセツト動作
を行ない、通常動作状態では１フィールド周期で更新さ
れるピークホールド回路６の出力ピーク値が大きくなる
方向にフォーカシングレンズを駆動し、そのピーク値が
最大となる位置にフォーカシングレンズを停止させるこ
とにより焦点調節を行なうものである。

またこの種のリアフォーカスレンズでは、レンズシス
テム１の第１群レンズ12及び第３群レンズ14を移動して
焦点距離を変化させる所謂ズーミングを行なうと、結像
面が変化するため、ズーミング中は撮像素子２の撮像面
上のピントが移動しない様、モータ８を駆動して第４群
レンズ15を移動し、結像位置の補正を行なう。

したがつてモータ制御回路７における以上の動作を行
なうためには、第４群レンズ15の位置を正確に検出する
手段が必要となる。この点本実施例においては、モータ
制御回路７内においてパルスモータ８に印加する駆動パ
ルス数をカウントすることにより、このフォーカスレン
ズ15の駆動位置情報を得る方法を用いている。

また電源投入時は、第４群レンズ15の位置が不定であ
るため、あらかじめ決められた初期設定用基準位置（初
期設定位置と称す）にスイツチ16を設け、パルスモータ
８を駆動して第４群のフォーカスレンズ15をスイツチ16
の方向に移動させ、第４群レンズ15の鏡筒の一部がスイ
ツチ16に突き当たり、スイツチ16の状態が変化したこと
を検出することにより、第４群レンズ15の初期位置を設
定している。

すなわちモータ制御回路７は、第４群レンズ15のレン
ズ鏡筒がスイツチ16に突き当たり、スイツチ16が閉成さ
れたことが確認されたところでパルスモータ８のカウン
タのカウント値を所定の値にリセツトする。具体的に
は、スイツチ16を、第４群レンズ15の無限遠端側に通常
ズーミングあるいは焦点状態に応じて移動する移動領域
の基準となる端位置よりさらに無限側に取り付け、この
スイツチ16が閉成されたことを検出することによりカウ
ンタに通常移動領域の基準位置とスイツチ16の取り付け
位置との距離情報をメモリに記憶しておき、このメモリ
の記憶情報を読み出してカウンタに設定し、パルスモー
タ８を反転してカウント値をダウンカウントし、０にな
つたところが移動領域の基準位置と判断することがで
き、これによつてフォーカスレンズのリセツト動作が完
了する。

ところで、上述したような電源投入時に第４群レンズ
を移動させ、スイツチ16を開閉させるような一連の動作
（リセツト動作）は、本来自動焦点調節動作そのものに
対しては、焦点調節動作を遅らせるため不都合な動作で
あり、電源投入時にこの動作を行なう場合、最小の時間
で終了させる必要がある。

一方、従来技術でも説明したように、一般に第１図に
おいて示すスイツチ16のような機械的に開閉されるスイ
ツチは開閉動作の瞬間にチャタリングを生じるため、モ
ータ制御回路７においてチャタリングを除去してからス
イツチ16の開閉を検出しないと、フォーカスレンズの基
準位置を検出するためのカウンタのリセツトタイミング
がばらついて結局フォーカスレンズの位置に誤差を生じ
ることになる。すなわちリセツト動作時のモータ速度が
一定であると、全体のリセツト動作に要する時間を短く
押えようとすればリセツト位置の検出誤差が大きくな
る。

またモータ制御回路７はマイクロコンピユータによる
論理制御を行なっており、スイツチ16の開閉の検出は、
一定の周期で断続Ｖ的に行われているため、機械的スイ
ツチのチャタリングを除去するためにはチャタリングが
発生している間、スイツチ16の開閉状態を読み取り続け
るようにすることが考えられるが、この方法では、チャ
タリングが納まるまでにある程度の時間を要するため、
モータ制御回路７はこの間もパルスモータ８を駆動して
第４群レンズ15を移動することになり、実際にスイツチ
16が開放された時の第４群レンズ15の位置と、モータ制
御回路７がスイツチ16の開閉を検出してパルスモータ８
のカウント値を所定の値にリセツトした時の第４群レン
ズ15の位置とではその時間分の誤差を生じる。そしてこ
の誤差を少なくするため、パルスモータ８駆動速度をあ
る程度遅くすればリセツト動作に要する時間が長くな
り、リセツト位置の検出精度を上げようとすると、全体
のリセツト動作に時間がかかる。

ここで上述の問題点を解決するための、本発明のモー
タ制御回路７のフォーカスレンズのリセツト動作を第２
図のフローチャートに示す。

同図において、電源投入時にフォーカスレンズのリセ
ツト動作の制御フローの実行を開始すると、step1にお
いてモータ制御回路７は、スイツチ16の方向に第４群フ
ォーカスレンズ15を駆動すべくパルスモータ８を最高速
で駆動する。

step2で、第４群フォーカスレンズ15がスイツチ16に
突き当たり、これを閉成したことが判定されると、step
3へと進み、モータ制御回路７は、チャタリングを除去
するための数回にわたるスイツチ状態検出動作の間及び
その後のパルスモータ８のカウント値を所定の値にリセ
ツトするために要している間に第４群レンズ15が駆動さ
れてもその検出位置誤差が許容範囲となるような低い速
度でパルスモータ８を反転し、スイツチ16から離間する
方向に駆動する。

step4において、第４群レンズ15がスイツチ16から離
間し、スイツチ16が開放されたことがモータ制御回路７
によつて検出されると、step5へと進み、あらかじめ記
憶されている４群レンズ15の通常移動範囲の基準位置と
スイツチ16の取り付け位置との間の距離に関する情報
を、第４群レンズ15の位置検出用カウンタにプリセツト
してパルスモータ８をリセツトし、step6へと進み、カ
ウンタにプリセツトしたカウント値を減算しながらパル
スモータ８を第４群レンズ15が最高速でスイツチ16から
遠ざかる方向に駆動し、カウンタのカウント値が０にな
つたときに第４群フォーカスレンズがその通常移動領域
端部の基準位置に到達したことになり、step6において
リセツト動作を終了する。

以上のリセツト動作によれば、第４群レンズ15がスイ
ツチ16に突き当たつてスイツチ16が閉成されてから、ス
イツチと逆方向に第４群レンズを駆動してスイツチ16が
開放されるまでの間のみ低速で駆動し、それ以外の過程
では最高速で駆動するため、全体のリセツト動作として
は、位置検出の精度を十分に確保した状態で所要時間を
最小限とすることができる。

上述の実施例によれば、第４群のフォーカスレンズ15
の位置検出のためのスイツチに機械的に開閉動作するス
イツチを用いた場合について説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、たとえばフォトセンサ等の
光学センサを用いたスイツチであつても、本発明を適用
可能である。

第３図は、フォトセンサによるスイツチの構成を示す
ものである。

同図において、９は互いに所定の間隔を経て対向配置
された赤外線等を発光する発光素子9A,受光素子9Bとか
らなる光学的スイツチであり、第１図において、スイツ
チ16に相当する位置に取り付けられるとともに、発光素
子9A,受光素子9B間に位置し、第４群のフォーカスレン
ズ15と連動して移動し、その位置に応じて発光素子9A,
受光素子9B間を透過あるいは遮光する遮光板10が配され
ている。

他の部分は、第１図と同様であるため、説明を省略す
る。

同図に示すような位置関係に発光素子9A,受光素子9B,
遮光板10がおかれていたとすると、発光素子9Aよりの光
が受光素子9Bへと到達し、スイツチ９はON状態となる。
遮光板10が図中矢印で示す方向に移動し、発光素子9Aの
光を遮断すると、スイツチ９はOFF状態となる。

さらに遮光板10を矢印と反対方向に駆動すると再び発
光素子9Aの光が受光素子9Bに到達し、スイツチ９はONと
なる。

以上のようなスイツチの状態変化基づいてリセツト動
作を行なうが、フォトセンサ等のように光学的センサを
用いたスイツチは基本的にチャタリンングは発生しな
い。

しかしながら、第１図に示すモータ制御回路７におけ
るスイツチの状態の読み取りは周期的に断続して行なわ
れるため、実際にスイツチがON状態からOFF状態に変化
した時間と、モータ制御回路７がこのスイツチの状態変
化を検出した時間とでは最大１周期分の時間差が生じ
る。この時間差により位置検出に誤差が生じるたメモ
リ、この時の誤差を小さくするため、モータの駆動速度
はある程度低くしなければならない。

したがつて、フォトセンサ等の光学スイツチを用いた
場合も本発明によるリセツト動作を行なえば、検出精度
を維持した上で、リセツト時間を最小限とすることがで
きるものである。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明における光学制御装置によ
れば、光学特性を変化させるレンズ等の初期リセツト動
作等において、レンズの位置検出用のスイツチを開閉制
御することによつて前記レンズ等の初期設定位置への到
達を確認するにあたり、前記光学系が前記初期設定位置
に到達して前記スイッチがオンされるまでの間を高速
で、前記スイッチがオンされて前記光学系の移動方向が
反転されてから、前記スイッチがオフされるまでの間を
低速で駆動するように構成したことにより、高精度の検
出を可能としながら、リセット動作に要する時間を極力
少なくできるとともに、その検出を単一のスイッチで行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における光学制御装置をビデオカメラに
適用した場合を示すブロツク図、第２図は本発明の装置
における初期設定動作を説明するためのフローチャー
ト、第３図は本発明における位置検出スイツチの他の実
施例を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−265215（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−36618（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−36619（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の方向に変位して光学特性を変化させ
   る光学系と、 前記光学系の移動位置を検出する位置検出手段と、 前記光学系が所定の初期設定位置に到達したことを検出
   するスイッチと、 前記光学系を所定の初期設定位置へと高速で移動し、前
   記光学系が前記初期設定位置に到達して前記スイッチが
   オンされた後、移動方向を反転させて低速で移動し、前
   記スイッチがオフになったことが検出されたとき、前記
   位置検出手段をリセットする制御手段と、 を備えたことを特徴とする光学制御装置。