JP3083993B2

JP3083993B2 - 光学機器

Info

Publication number: JP3083993B2
Application number: JP08209705A
Authority: JP
Inventors: 金田直也; 和田宏之; 平沢方秀
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 2000-09-04
Anticipated expiration: 2015-09-04
Also published as: JPH09189843A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカメラや観測機器等
の光学機器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９はズーミング機能を備えたレンズシ
ステムの基本的な構成図である。図９に於て、５０１，
５０２，５０３及び５０５はそれぞれ第１群、第２群、
第３群及び第４群のレンズ群であり、また５０４は絞
り、５０６は撮像面である。

【０００３】このレンズ構成で焦点調節や変倍を行う場
合、第２群のレンズ群５０２で変倍を行い、第３群のレ
ンズ群５０３で変倍に伴う焦点面保持の為の補正と焦点
調節を行う方式がある。この場合、第１群のレンズ群５
０１は固定のレンズ群となり、第４群のレンズ群５０５
は固定の結像系レンズ群となる。

【０００４】図１０は第２群のレンズ群（以下Ｖレンズ
と略す）５０２のレンズの位置を横軸にとり、それに対
する合焦時の第３群のレンズ群（以下Ｃレンズと略す）
５０３のレンズ位置を、被写体距離をパラメータとして
表わしたものである。図１０を見て明らかな様に、Ｖレ
ンズ５０２で変倍、Ｃレンズ５０３でフォーカシングを
行う場合には、被写体距離によってＶレンズ５０２の位
置に対するＣレンズ５０３の位置が変化する。従って、
ズーム中のＶレンズ５０２とＣレンズ５０３の連動は、
カム溝を持つカム環を介して２つを連結し、カム溝に沿
ってレンズを案内するといった単純な機械的構造では実
現出来ない。

【０００５】この様に、被写体距離によって、ズーム時
のレンズ移動軌跡が変化するという複雑な動きを制御す
る為には、例えば判断機能を有するマイクロコンピュー
タを用いて、このマイクロコンピュータに図１０に示さ
れる様なレンズ軌跡を記憶させ、前記２つのレンズ群の
位置情報から、ズーム中のレンズ挙動を決定するといっ
た方法をとる事が考えられる。この場合、前記２組のレ
ンズ群の正確な位置を検出する必要があり、その為に
は、例えばパルスエンコーダ等、高い分解能を持つ位置
検出装置を用いる必要がある。そして、マイクロコンピ
ュータ内には、このパルスエンコーダの出力パルス数を
カウント出来る様なカウンタを備えておき、このカウン
タ値とレンズの絶対位置を予め正しく対応させておけ
ば、精度の高い位置検出が可能となる。

【０００６】しかし、この方式によれば、マイクロコン
ピュータ内部にカウンタを備えている為、マイクロコン
ピュータの電源が一度遮断されてしまうと、カウンタメ
モリの値も揮発してしまう。この、カウンタメモリの内
容を揮発させない為には、（１）メモリ保持用の電源を
用いる。（２）Ｅ² ＰＲＯＭ等の書き換え可能な記憶素
子を用いる等の手段を講じる事が可能であるが、消費電
力や実装面積、Ｅ² ＰＲＯＭの書き換え回数の限度等の
問題から、適当な方策とはなり得ない。更に、この様に
カウンタの値を記憶させておく方式では、エンコーダの
カウントエラーを蓄積する可能性がある。

【０００７】そこで、これらの問題を除き、かつ消費電
力や部品点数の増加なしに、正確にカウンタを動作させ
る方法として、レンズの移動範囲内に基準点を設定し、
電源投入後最初のカウントを開始する前にレンズをその
基準点まで移動して停止させ、カウンタを基準点に対応
した値にリセットするという方式がとられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、電源投入後に、電源遮断時に停止したままの
位置からレンズのリセット動作を実行する事から、電源
投入から通常動作に移行するまでの時間を長く要し、リ
セット期間中は撮影出来ないという欠点があった。

【０００９】なお、単に電源のオフに基づいて撮影レン
ズを繰込む方向に強制的に駆動させることは、特開昭６
２−１０９０３１号にて本出願人が提案しているが、こ
の提案の構成では上述の問題を解決することができない
ことになる。

【００１０】本出願に係る発明の目的は、電源のオンか
らレンズ駆動の通常動作への移行を迅速に行える光学機
器を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本出願に係る発明の目的
を実現する構成は、第1群のレンズを固定とするもので
あって、他に少なくとも変倍時に光軸方向に移動する第
１のレンズ及び第２のレンズを有し、更に、前記第１の
レンズ及び第２のレンズの移動位置を検出する位置検出
手段を有する光学機器において、前記位置検出手段は、
前記第１のレンズの移動位置検出としてエンコーダを用
い、前記第２のレンズの移動位置検出は、移動の為の駆
動源としてステップモーターを用いると共に、基準位置
からの前記ステップモーターの駆動パルス数を用いて行
なうものであり、電源スイッチのオフに応答して前記ス
テップモーターを駆動して前記第２のレンズを前記基準
位置に向けて移動させるようにしたものである。

【００１２】

【作用】上記した構成の光学機器において、電源スイッ
チのオフで前記ステップモーターは第２のレンズを基準
位置に向けて移動させる。したがって、次に電源スイッ
チがオンされ、変倍動作時に、第２のレンズの移動速度
を制御する通常動作へ移行する際、電源スイッチのオン
の時にリセット動作を短時間で終了できるので、電源ス
イッチのオンから第２のレンズの駆動の通常動作への移
行が迅速に行なえることとなる。

【００１３】

【実施例】以下に図１乃至図５及び図７を参照して、本
発明の一実施例のズームレンズを備えたカメラの具体例
について説明する。

【００１４】図２は図７のレンズ構成において第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
係を被写体距離毎に表わしたマップである。

【００１５】図２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。

【００１６】これに対して、Ｖの移動と同時にＲＲを移
動させるとたと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、ｄ
₁ ＝５ｄ₂ と仮定すると、点Ｐ₂ 及びＰ₃ 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。

【００１７】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 を通るカム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。

【００１８】それ故、本具体例では、図２に示したマッ
プを必要精度に応じてＶ方向及びＲＲ方向の両方向で分
割していき、それぞれの領域で代表の速度を電子回路の
メモリー内に覚え込ませておくという方法を採用した。

【００１９】図３は図２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。

【００２０】図４は図３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場合
を説明するための図である。図４において、２３は点Ｐ
₅ を通り被写体距離一定の場合の相対位置曲線であり、
曲線２０及び２１はそれぞれの領域に対応して電子回路
等に覚え込ませてあるレンズ移動の傾きである。（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 から動く場合に
は領域IIにある間は点Ｐ₅ を通り曲線２１に平行な軌跡
で動き、領域Ｉでは曲線２０と平行に動くので軌跡とし
ては２２のようになる。理想的軌跡２３と軌跡２２との
ズレが誤差となる。

【００２１】図５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
考慮して区切ってあり、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図３
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。

【００２２】又、図３、図５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ゾーンの長さは図３の例でも１ｍｍ前後でよいこと
になる。

【００２３】したがって、本具体例では、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。

【００２４】図６（Ａ），（Ｂ）乃至図８を参照して、
本実施例のカメラのレンズ位置制御を説明する。

【００２５】図６（Ａ）において、１，２，４Ａ，４Ｂ
は既に図７において説明したレンズ群である。第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、図６（Ｂ）に示すズームモーター１４
０によりバー１０８を回転することにより、その位置を
変えることが出来る。又、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・エンコーダーを構成してい
る。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。又、レンズ（ＲＲ）４Ｂは
移動環１１７に取付けてあり、１１７は内側にメネジ加
工が施されたスリーブ１１５と一体となっている。バー
１１４はオネジ加工してあり、結果、このバー１１４の
回転によりレンズ群４Ｂが位置を変える。このバー１１
４の回転動作の為にはステップモーター１１２を有しプ
ーリー１１３とＶベルト１２０により連動するものであ
る。

【００２６】この例で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の位置検出の為にはステッ
プモーター１１２の入力パルス数を用いることができ
る。しかるに、本実施例においては、電源オフに際し
て、レンズ群４Ｂをある所定の０番地（０リセット位
置）に移動させるように構成されている。図においては
移動環１１７のうち１２２部分が０番地調整カム１２１
と当たる位置を０番地とするように構成している。

【００２７】図６（Ｂ）は図６（Ａ）と組合せるべき回
路図を示す。メインＳw １４２がオフされるとパワーオ
フリセット回路１４３により前述の通りステップモータ
ー１１２の０番地のリセットが行なわれる。

【００２８】１４１はズーム操作検出部であり、ズーム
スイッチ（Ｔ，ｗ）の操作が行なわれると、CPU １３０
に伝達される。CPU １３０ではズームスイッチ（Ｔ，
ｗ）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基板１０６を
用いて、ズームエンコーダー読み取り回路１３４にて、
CPU １３０へ伝達する。又、ステップモーター１１２が
０リセット位置から何パルスの位置にあるのか、ステッ
プモーター駆動パルスカウント回路によりカウントし、
CPU １３０に伝達される。この２つのレンズ位置情報
と、領域データメモリ１３３との数値の比較から領域を
判別し、速度データメモリー１３１から領域代表速度が
読み出される。更にズーム操作検出部１４１のズームス
イッチ（Ｔ，ｗ）の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、 CPU １３０に
読み込まれる。CPU １３０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４Ｂ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。

【００２９】図１は図６（Ａ）、図６（Ｂ）にて説明し
た本発明の、CPU １３０でのフローを説明する為のフロ
ーチャートである。このフローは例えば１／６０ｓｅｃ
で１周する様構成される。

【００３０】ステップ２０１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オンされ
る。

【００３１】この後ステップ２０２でＡＦ装置のオン、
オフの判定がなされ、オフの場合には、補正機能が働か
ないので、ズームは禁止する（ステップ２０３）。次に
ステップ２０４にてズーム操作（図６（Ｂ）１４１）が
行なわれたかが、判断される。ズーム操作が行なわれて
いなければ、ステップ２０５の通常測距ルーチン２０５
へと進む。

【００３２】ズーム操作が行なわれている時には、ステ
ップ２０６で前回のＡＦ装置のボケ評価結果Ａ₀ （レジ
スタＡ₀ の内容）をレジスタＡ₂ に格納する。ズーム開
始時でＡ₀ がない時には例えば、Ａ₂ ＝０とする。ステ
ップ２０７では現在のボケ評価値ＡをレジスタＡ₁ に格
納する。ステップ２０８では、Ａ₁ −Ａ₂ の値をレジス
タＡ_d に格納する。ステップ２０９では現在のボケ評価
値ＡをレジスタＡ₀ に格納する。ステップ２１０ではズ
ームエンコーダー及びステップモーターのパルスによ
り、バリエータレンズ２とコンペ及びフォーカスを兼用
するレンズ群（ＲＲレンズ）４Ｂの位置を検出する。こ
の結果に基きステップ２１１にて、領域データメモリー
からマップ内で（Ｖ，ＲＲ）の点が属している領域を検
出し、ステップ２１２で、この領域に対応して速度デー
ターメモリーより領域代表速度を読み出す。この結果を
ｖ_n とする。(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。）
ステップ２１３で、ズーム開始時かどうかが判断され
る。開始時には、ステップ２１５にてモーター１１２の
駆動速度ｖ＝ｖ_n とし、(又バリエータ用のモーター１４
０の速度はあらかじめ定められた一定速で）バリエータ
レンズ２と上記レンズ群４Ｂを、同時に駆動開始する。
この２つのレンズの移動はズーム操作が終了するか又は
バリエータレンズ２が移動範囲の端に来た場合以外は、
以後継続するものである。

【００３３】本フローの２周目以降はステップ２１４と
なる。ステップ２１４では、ボケ評価値Ａが許容ボケの
レベルＴｎ₁ を超えているかどうかが判定される。Ａ＞
Ｔｎ ₁ であればボケが許容範囲外にあるので、ステップ
２１９でｖ＝ｖ_n と設定される。

【００３４】又、ボケがＡ＜Ｔｎ₁ である時にはステッ
プ２１６にてＡ_d の正負が判定される。Ａ_d ＜０という
ことは前回から今回の１／６０ｓｅｃの間にボケの程度
が軽減したことを示しているので、増加フラグの変更は
行なわず、したがってステップ２１８では前回と同じ判
定がなされ、前回の通りのｖがステップ２２０又は２２
１で設定される。ボケがＴｎ₁ を下回っている時の速度
ｖをｖ＝ｋ・ｖ_n で示し、ステップ２２０のｋをｋ₂₂₀
２２１のｋをｋ₂₂₁ とすると、ｋ₂₂₀ とｋ₂₂₁は、ｋ₂₂₀
＜１＜ｋ₂₂₁ 又はｋ₂₂₁ ＜１＜ｋ₂₂₀ の関係にあれば
よい。（図１では仮にｋ₂₂₀ ＝１．１、ｋ₂₂₁ ＝０．９
とした。）前回と今回の間で、ボケが拡大している時にはステップ
２１７にて増加フラグの反転が行なわれ、ステップ２１
８にて、前回と違う選択が行なわれる。

【００３５】以上、実施例においては、レンズタイプと
して図７に示したタイプのものについて説明したが、図
８の様なレンズタイプ等でも実施可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、第
1群のレンズを固定とするレンズ構成を前提とし、変倍
時に光軸方向に移動する第１のレンズ及び第２のレンズ
における第１のレンズの移動位置検出としてエンコーダ
を用い、前記第２のレンズの移動位置検出は、移動の為
の駆動源としてステップモーターを用いると共に、基準
位置からの前記ステップモーターの駆動パルス数を用い
て行なうものであり、この第２のレンズについては電源
スイッチのオフに応答して前記ステップモーターの駆動
で前記基準位置に向けて移動するという機能を有したも
ので、レンズの移動位置検出にエンコーダと基準パルス
を用いることにより、使用するレンズの機能に応じたモ
ータ及び位置検出を選択することができる。また、第２
のレンズは電源スイッチがオンのリセット動作を短時間
で終了できるので、第２のレンズの駆動の通常動作への
移行が迅速に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置を実施するための光学機器（図６）
において実施されるプログラムのフローチャート

【図２】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

【図３】図２を本発明の原理に従って分割した図

【図４】図３の一部を拡大して本発明の原理を説明した
図

【図５】図３と同様に本発明の原理に従って別の分割方
法で図２を分割した図

【図６】（Ａ）は本発明を実施するための光学機器とし
てのズームレンズの一例を示した図（Ｂ）は（Ａ）の回路図

【図７】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

【図８】他のズームレンズのレンズ構成を示した図

【図９】従来例のズームレンズのレンズ構成を示した図

【図１０】従来例の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した図

【符号の説明】

１…第第１群レンズ２…第第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)発明者和田宏之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 (72)発明者平沢方秀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60−260909（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−43434（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−38917（ＪＰ，Ａ) 特開平１−280709（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第1群のレンズを固定とするものであっ
て、他に少なくとも変倍時に光軸方向に移動する第１の
レンズ及び第２のレンズを有し、更に、前記第１のレン
ズ及び第２のレンズの移動位置を検出する位置検出手段
を有する光学機器において、前記位置検出手段は、前記第１のレンズの移動位置検出
としてエンコーダを用い、前記第２のレンズの移動位置
検出は、移動の為の駆動源としてステップモーターを用
いると共に、基準位置からの前記ステップモーターの駆
動パルス数を用いて行なうものであり、電源スイッチの
オフに応答して前記ステップモーターを駆動して前記第
２のレンズを前記基準位置に向けて移動させたことを特
徴とする光学機器。