JP3253983B2 - レンズ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラのレンズ制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、カメラ一体型ビデオテープレコー
ダ（ＶＴＲ）の普及は目覚ましく、機能の上でも、その
小型・軽量化に伴い、レンズ部や自動焦点調節装置が占
めるスペース・重量は急速に減少しつつある。

【０００３】このような背景の中で、自動焦点調節装置
に関しては、赤外線の投受光装置を有する所謂アクテイ
ブタイプから、前記投受光装置を用いず、撮像素子を介
した映像信号から合焦点を検出するパツシブ方式へと移
行されつつある。

【０００４】一方レンズ部では、変倍による焦点面の移
動を補正するレンズに焦点調節機能を兼ね備え、さらに
前面のレンズを固定して小型化をはかるといつた所謂イ
ンナーフオーカスタイプのレンズが広く導入される様に
なつた。

【０００５】図４は上記インナーフオーカスレンズタイ
プの一例を示したものであり、１０１は固定の第１のレ
ンズ群、１０２は変倍を行う第２のレンズ群（ズームレ
ンズ）、１０３は絞り、１０４は固定の第３のレンズ
群、１０５は変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能と
ピント合わせの機能を兼ね備えた第４のレンズ群（フオ
ーカスレンズあるいはコンペンセータレンズ）である。
また、１０６は撮像素子で、図はその撮像面を表わして
いる。

【０００６】図５は焦点距離の変化、すなわちズームレ
ンズ１０２の位置に対して、各被写体距離に合焦するた
めのフオーカスレンズ１０５の位置を示したものであ
る。焦点距離の変化がない場合、すなわちズームレンズ
１０２が停止している場合には、フオーカスレンズ１０
５が同図の該当する焦点距離（横軸）上で、縦軸と平行
に移動する事によつて焦点調節を行うことができる。
又、ズーム動作中は各被写体距離に応じて図５の中から
フオーカスレンズ１０５の軌跡を選択し、この軌跡にし
たがつて、焦点距離の変化に対応した駆動制御をフオー
カスレンズ１０５に施せば、変倍による焦点面の補正と
焦点調節機能をもたせながらズーム動作を行なうことが
でき、ズーム動作中もボケのない映像信号を得ることが
できる。

【０００７】図６は、前記フオーカスレンズ１０５のズ
ーム動作中の駆動制御方法の一例について説明するため
のものであり、座標のとり方は図５と同じである。図５
に示す各カム軌跡をズームレンズの位置（焦点距離）と
フオーカスレンズの位置（被写体距離）によつて複数の
領域に分割し、それぞれの領域についてフオーカスレン
ズの代表速度が与えられている。図６中の、角度が刻々
と変化している矢印はフオーカスレンズ１０５の速度を
表わしている。

【０００８】図６ではズームレンズ１０２の移動領域
（横軸）を１６等分し、各領域ごとにレンズ駆動速度を
設定している。ここでこの１６等分後の各領域をズーム
ゾーンと称する事にする。さて、各ズームゾーン毎に図
５の曲線を区切ってみると、それぞれのズームゾーンで
傾きのほぼ等しい部分に分割する事が出来る。ズームレ
ンズの駆動速度すなわちズームスピードが一定の場合、
各ズームゾーン内のフオーカスレンズの速度すなわち傾
きが等しければ、被写体距離が異なつていても、フオー
カスレンズ１０５の移動速度を等しくする事ができる。
そこで図６のように、縦軸を各ズームゾーン毎に傾きの
等しい部分に分割し、各領域ごとに１つの代表速度をそ
れぞれ与える。

【０００９】こうすることによつて、ズームスタート時
に合焦させておけば、ズームレンズとフオーカスレンズ
の位置を検出してフオーカスレンズの基準の駆動速度を
決定するとともに、たとえばＡＦ装置からの前ピン後ピ
ン情報によつてこれに補正をかけながらズーム動作を行
うことができ、常に適切なフオーカスレンズ１０５の移
動速度で図５の軌跡に追従することが可能となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、変倍レンズ
１０２が図５に示すところのワイド端に位置し、またフ
オーカスレンズ１０５が無限距離にある被写体に合焦す
る位置、すなわち点Ａの近傍にあつたとする。図５にお
いて明らかなように、ワイド端では各被写体距離に対す
るカム軌跡が点Ａの近傍に集中しており、レンズまたは
絞りのＦ値によつては例えば無限と３ｍの合焦レンズ位
置が深度内に入ってしまうといつたことが発生する。先
に述べたパツシブタイプの自動焦点調節手段の場合、特
に前記フオーカスレンズの位置が深度内に入ってしまう
と、たとえ無限の被写体を撮影していても被写体距離３
ｍの合焦位置にフオーカスレンズが停止することも少な
くない。このように実際の被写体距離とは異なるレンズ
位置で合焦と判断され、レンズが停止している時、従来
例に示したごとくワイド側からテレ側にズームを行なう
と、異なった位置の軌跡を追従し続け、やがて各被写体
距離に対応するカム軌跡が分散し、深度をはずれてぼけ
が拡大するという欠点があつた。特に、該自動焦点調節
装置の制御を遮断し、いわゆるマニユアルフオーカスの
状態でズームを実行すると、変倍中の軌跡補正ができな
いので、ほとんど確実に変倍中にボケを生じるという欠
点があつた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するためになされたもので、その特徴とするとこ
ろは、変倍を行なう第１のレンズ群と、前記第１のレン
ズ群の移動に伴う焦点面の変位を補正し合焦状態を維持
する第２のレンズ群と、前記第１のレンズ群によるテレ
側からワイド側へのズーム動作中、前記第１のレンズ群
の通過した複数の所定の移動位置に対応する前記第２の
レンズ群の複数の移動位置情報をそれぞれ記憶する記憶
手段と、前記第１のレンズ群によるワイド側からテレ側
へのズーム動作に際し、該第１のレンズ群が前記複数の
所定の移動位置の内で第１の移動位置から第２の移動位
置へと移動するにあたり、該第１のレンズ群の第１の移
動位置と第２の移動位置にそれぞれ対応する前記第２の
レンズ群の記憶位置情報の差分を、前記第１のレンズ群
の前記第１の移動位置と第２の移動位置間の移動時間で
除することにより、前記第１のレンズ群の移動中合焦状
態を維持するための前記第２のレンズ群の移動速度を演
算する演算手段と、ワイド側からテレ側へのズーム動作
に際し、前記記憶手段に記憶されている前記第２のレン
ズ群の複数の移動位置情報に対し逐次行なわれる前記演
算手段の演算結果に基づいて前記第２のレンズ群の駆動
を制御する制御手段と、を備えたレンズ制御装置にあ
る。なお、前記ズーム動作は、例えばマニュアルフォー
カス時におけるズーム動作であるものとする。

【００１２】

【作用】これによって、比較的ボケを生じにくいテレ側
からワイド側へのズーム動作時において、ズームレンズ
（第１のレンズ群）の通過した複数の所定の移動位置に
対応するフォーカスレンズ（第２のレンズ群）の複数の
移動位置情報を記憶しておき、特にマニュアルフォーカ
スモードにおいて、ワイド側からテレ側へのズーム動作
を行なう際、フォーカスレンズの前記の記憶した複数の
移動位置情報の差分とズームレンズの前記複数の所定の
移動位置間の移動時間からフォーカスレンズの移動速度
を演算し、この演算結果に基づいてフォーカスレンズの
駆動を制御することにより、マニュアルフォーカスモー
ドにおいても、ボケの少ないズーム動作を行なうことが
できる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の特徴を最も良く表わす第１の
実施例の構成図で、１０１、１０２、１０３、１０４、
１０５、１０６はそれぞれ図４に示したレンズ、絞り等
各種光学系素子と同様である。１０７、１０８、１０９
はそれぞれズームレンズ１０２、絞り１０３、フオーカ
スレンズ１０５を移動させるためのアクチユエータ、１
１０、１１１、１１２はそれぞれアクチユエータ１０
７、１０８、１０９をシステム全体を制御する後述のシ
ステムコントロール回路１１９からの信号によつて駆動
するためのドライバー、１１３、１１４、１１５はそれ
ぞれズームレンズ１０２、絞り１０３、フオーカスレン
ズ１０５の移動状態を検出して電気信号に変換するため
の位置エンコーダで、１１３はズームエンコーダ、１１
４はアイリスエンコーダ、１１５はフオーカスエンコー
ダである。１１６は撮像素子１０６の出力を所定のレベ
ルに増幅する増幅器、１１７は撮像素子１１６の出力信
号中より焦点検出に用いられる高域成分を抽出するバン
ドパスフイルタ、１１８は撮像素子１１６の出力信号レ
ベルを用いて絞りの状態をコントロールする絞り制御回
路、１１９は本システム全体を総合的に制御するととも
にズームエンコーダ１１３、アイリスエンコーダ１１
４、フオーカスエンコーダ１１５、バンドパスフイルタ
１１７の出力信号に基づいて、アクチユエータ１０７、
１０９をコントロールするシステムコントロール回路
で、マイクロコンピユータ（マイコン）によつて構成さ
れている。

【００１４】１２０はマニユアルフオーカス時にフオー
カスレンズ１０５を移動させるためのフオーカススイツ
チ、１２１はズームスイツチ、１２２は焦点調節の自動
と手動を切換えるオート・マニユアル切換スイツチであ
る。

【００１５】図１のように構成されたカメラシステムに
おいては、前述した図５のズームレンズとフオーカスレ
ンズの描く軌跡のトレース動作をシステムコントロール
回路１１９によつて制御しており、図６の速度情報はシ
ステムコントロール回路１１９内にテーブルとして記憶
しており、フオーカスレンズとズームレンズの位置から
テーブルを参照してトレースすべき軌跡を決定し、これ
を追従するフオーカスレンズ駆動速度を決定する。

【００１６】またシステムコントロール回路１１９内で
は、自動焦点調節のためのフオーカスレンズ制御も行な
われており、たとえばバンドパスフイルタ１１７の出力
信号から映像信号の高周波成分のレベルを検出し、この
レベルが最大となるようにフフオーカスレンズ１０５を
ドライバ１１２、アクチユエータ１０９を介して駆動制
御するものである。したがつて、この自動焦点調節アル
ゴリズムを用いることによつて、ズーム中であつても合
焦、非合焦の判断、前ピン後ピンの判断が可能である。

【００１７】図２はレンズマイコン１１９内の処理手順
を示すフローチヤートである。

【００１８】同図において、２０１で処理が開始される
と、２０２でズームスイツチが１２１が操作されている
か否かの判定が行なわれる。ズームスイツチが操作され
ていなければ、２０３へと進んでスイツチ１２２の状態
に応じて、ＡＦ動作あるいはマニユアル焦点調節が行な
われる。

【００１９】２０３でフオーカス調節が終了し、合焦状
態になつたとして、２０２の判別処理が行なわれた際、
ズームスイツチ１２１が操作されており、いずれかの方
向にズーム動作が行なわれていると判定された場合、テ
レからワイドへのズーム動作であるか、ワイドからテレ
へのズーム動作であるかが判定される。

【００２０】テレからワイドへのズーム動作であつた場
合には、以下の動作を実行する。すなわち、２０４へと
進み、ズームレンズ位置が図６に示す各ズームゾーンの
境界にあるか否かの判別を行なう。ズームゾーンの境界
上に位置していた場合には、２０５へと進んでその境界
に割り振られた番号を取り込んで確認し、２０６でその
ときのフオーカスレンズ位置を取り込む。そして２０５
で取り込んだ境界番号に対応するメモリ内にフオーカス
レンズ位置情報を記憶する。

【００２１】テレからワイドへとズーム動作を行なった
とき、前記の記憶データは、図３の○印で示す部分とな
る。なお同図においてｍ，ｍ＋１はズームゾーン番号
で、Ｐｍ，Ｐｍ＋１は、それぞれｍ，ｍ＋１をアドレス
として記憶されたフオーカスレンズ位置情報である。

【００２２】以後、２０８へと進んで、現在のズームゾ
ーンとフオーカスレンズ位置に対応するズーム動作中の
フオーカスレンズ駆動速度を図６に示すテーブルより読
み出し、かつ必要であれば、２０３で用いたＡＦ制御プ
ログラムよりの前ピン，後ピン情報も参照し、軌跡の補
正を行ないながらズーム動作を実行する。

【００２３】また２０４の処理において、ズームレンズ
がズームゾーンの境界にないと判定された場合には、２
０５，２０６，２０７の処理を実行せず、そのまま２０
８の処理が行なわれ、現在のズームゾーンとフオーカス
レンズ位置に対応するズーム動作中のフオーカスレンズ
駆動速度を図６に示すテーブルより読み出し、ＡＦ制御
プログラムよりの前ピン，後ピン情報によつて、軌跡の
補正を行ないながらズーム動作が実行される。

【００２４】ここで、前記の説明においても簡単に触れ
たが、本発明のようなインナーフオーカスタイプのレン
ズシステムでは、テレ側で被写体距離に対するカム軌跡
の識別を行ないやすく、またワイド側では、各軌跡が収
束するので識別が行ないにくい。これは図５を見れば明
らかである。したがつて、テレ側から合焦状態でワイド
側へとズーム動作を行なう場合、仮に自動焦点調節を行
なっていなくても、被写体距離に対応するカム軌跡を一
意的に選択してボケのないズーム動作を行なうことが可
能である。

【００２５】したがつて、以上の処理によつて、テレか
らワイドへのズーム動作ではボケの少ない、良好な操作
が行なえ、且つ良好な変倍操作によるフオーカスレンズ
の軌跡をメモリ上に記憶することができる。

【００２６】次に、ズームレンズをワイドからテレへ移
動する場合について説明する。

【００２７】２０２の判定で、ズームレンズがワイド側
からテレ側に移動されていることが確認されると、２０
９でマニユアルフオーカスモードかオートフオーカスモ
ードかの判別を行なう。オートフオーカスモードの場合
には、２０３で用いた自動焦点調節装置からの前ピン，
後ピン判別情報を用いて、正確にカム軌跡の補正を行な
うことができるので、２１７においてズームレンズ位置
とフオーカスレンズ位置に応じたフオーカスレンズ駆動
速度を格納した前述のテーブルを参照しながらワイドか
らテレへ向けてズーム動作が実行される。

【００２８】２０９の判別処理において、マニユアルフ
オーカスモードであることが判別されると、２１０へと
進んでズームゾーンの境界にズームレンズが位置してい
るか否かの判定を行ない、ゾーンの境界になければ、２
１６へと移行し、１つ前の処理（前回の制御フローの実
行）において２１５（後述）の処理で決定されたフオー
カスレンズ速度情報等を用い、ズームレンズのワイドか
らテレへのズーム動作にフオーカスレンズを追従させ
る。

【００２９】２１０の判別において、ズームレンズがズ
ームゾーンの境界に位置していると判定された場合に
は、２１１へと進んでそのズームゾーンの番号ｍを取り
込み、２１２と２１３で、ズームゾーンの番号ｍと番号
ｍ＋１にそれぞれ対応するメモリ番地から、２０７で記
憶したフオーカスレンズ位置記憶データＰｍとＰｍ＋１
を読み出す。そして２１４において、ＰｍとＰｍ＋１の
差をΔＰとして演算し、２１５において、ΔＰを、１ズ
ームゾーン通過時間で割り、該当ズームゾーンを通過す
るときのフオーカスレンズ移動速度Ｖｐを演算する。

【００３０】続いて２１６へと進み、２１５で求めたフ
オーカスレンズ駆動速度Ｖｐを用いて、フオーカスレン
ズを駆動し、ズーム動作に追従させる。

【００３１】１ズームゾーン通過時間は、たとえば、ズ
ームレンズのワイド端からテレ端までの移動時間が判明
していれば、これをズームゾーン分割数で割れば求める
ことができる。またズームエンコーダ１１３の出力信号
を用いて、各ズームゾーンの境界に変倍レンズがある時
から、次の境界に行き着くまでの垂直同期期間数をシス
テムコントロール回路１１９でカウントすると、１垂直
同期期間がＮＴＳＣ方式の場合１／６０であるから、１
ズームゾーンの通過時間を測定することが可能となる。

【００３２】また、たとえばフオーカスレンズのアクチ
ユエータとしてステツピングモータを用い、フオーカス
レンズの位置を、このモータの駆動パルス数で表わすこ
とができるとすれば、Ｖｐはそのままステツピングモー
タの単位時間あたりの駆動パルス数となる。

【００３３】以上のようにして、ワイドからテレへの、
自動焦点調節装置を用いないズーム動作の場合における
フオーカスレンズ駆動速度Ｖｐを決定することができ
る。ワイド側でズーム前に、フオーカスレンズを合焦位
置に移動させ、この速度で、２１６においてフオーカス
レンズの駆動を行なえば、自動焦点調節装置を用いなく
ても、被写体距離が変化しなければボケのないズーム動
作を行なうことが可能となる。

【００３４】以上の操作によつて、マニユアルフオーカ
ス時であつてもテレからワイドへズームを行なうときに
は、カム軌跡に忠実なフオーカスレンズ制御を行ない、
またワイドからテレへのズームの際には、マニユアルフ
オーカス時に限ってテレからワイドにズームした際のカ
ム軌跡に忠実なズームを行なう。結果として、自動焦点
調節動作を行なう際にはもちろん、マニユアルフオーカ
ス時にも、被写体距離が変化しなければ、ボケのないズ
ーム動作を実行することができる。

【００３５】図４のような、いわゆるインナーフオーカ
スタイプのレンズシステムでは、フオーカスレンズが変
倍レンズよりも撮像素子側に配されているので、焦点距
離の変化に対するフオーカスレンズ位置敏感度の変化は
ほとんどない。したがつて、ズーム動作を行なう際、出
発点で深度内に合焦していれば、その後固定のカム軌跡
を追従するスピードを与えた場合、出発時のデフオーカ
ス量を維持したまま、すなわちほとんどボケを生じるこ
となく固定のカム軌跡を追従することが可能である。こ
れは本発明者によつて実験にても確認済である。

【００３６】また、前述した本発明の解決しようとする
課題として説明した中で、ワイドからテレへのズームを
行なう際、深度内の別の被写体距離に対する合焦位置か
らスタートするとボケを生じる旨の説明を行なったが、
これは図６のように、複数のカム軌跡をテーブル内に記
憶している中から、適当な軌跡を選択する際、誤った軌
跡を選択することによつて発生する現象であり、本実施
例との間に矛盾を生じることはない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明におけるレ
ンズ制御装置によれば、比較的ボケを生じにくいテレ側
からワイド側へのズーム動作時において、ズームレンズ
の通過した複数の所定の移動位置に対応するフォーカス
レンズの複数の移動位置情報を記憶しておき、特にマニ
ュアルフォーカスモードにおいて、ワイド側からテレ側
へのズーム動作を行なう際、フォーカスレンズの前記の
記憶した複数の移動位置情報の差分とズームレンズの前
記複数の所定の移動位置間の移動時間からフォーカスレ
ンズの移動速度を演算し、この演算結果に基づいてフォ
ーカスレンズの駆動を制御することにより、被写体距離
が変化しなければ、いずれの方向からであってもボケの
ないズーム動作を行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるレンズ制御装置の構成を示すブ
ロツク図である。

【図２】本発明のレンズ制御装置の動作を説明するため
のフローチヤートである。

【図３】ズームレンズ位置に対するフオーカスレンズ駆
動速度を記憶したテーブル内の構成を説明するための図
である。

【図４】一般的なインナーフオーカスレンズシステムの
構成を示す図である。

【図５】ズームレンズによる焦点距離の変化に対して合
焦状態を保ちながら追従するためのフオーカスレンズの
軌跡を示す特性図である。

【図６】ズームレンズの移動範囲を複数のゾーンに分割
し、その各ゾーンに代表されるフオーカスレンズ移動速
度を割り当てた状態を示す図である。

【符号の説明】

１０５ ズームレンズ １０６ 撮像素子 １０７〜１０９ アクチュエータ １１０〜１１２ ドライバ １１３ ズームエンコーダ １１４ アイリスエンコーダ １１５ フォーカスエンコーダ １１７ バンドパスフィルタ １１８ 絞り制御回路 １１９ システムコントロール回路 １２０ マニュアルフォーカススイッチ １２１ ズームスイッチ １２２ オート・マニュアル切換スイッチ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変倍を行なう第１のレンズ群と、 前記第１のレンズ群の移動に伴う焦点面の変位を補正し
   合焦状態を維持する第２のレンズ群と、 前記第１のレンズ群によるテレ側からワイド側へのズー
   ム動作中、前記第１のレンズ群の通過した複数の所定の
   移動位置に対応する前記第２のレンズ群の複数の移動位
   置情報をそれぞれ記憶する記憶手段と、 前記第１のレンズ群によるワイド側からテレ側へのズー
   ム動作に際し、該第１のレンズ群が前記複数の所定の移
   動位置の内で第１の移動位置から第２の移動位置へと移
   動するにあたり、該第１のレンズ群の第１の移動位置と
   第２の移動位置にそれぞれ対応する前記第２のレンズ群
   の記憶位置情報の差分を、前記第１のレンズ群の前記第
   １の移動位置と第２の移動位置間の移動時間で除するこ
   とにより、前記第１のレンズ群の移動中合焦状態を維持
   するための前記第２のレンズ群の移動速度を演算する演
   算手段と、ワイド側からテレ側へのズーム動作に際し、前記記憶手
   段に記憶されている前記第２のレンズ群の複数の移動位
   置情報に対し逐次行なわれる 前記演算手段の演算結果に
   基づいて前記第２のレンズ群の駆動を制御する制御手段
   と、 を備えたことを特徴とするレンズ制御装置。
2. 【請求項２】 前記ズーム動作は、マニュアルフォーカ
   ス時におけるズーム動作であることを特徴とする請求項
   １に記載のレンズ制御装置。