JP3584088B2 - 光学機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ビデオカメラ、銀塩カメラ、電子スチルカメラ等の光学機器に関し、特にフォーカスや変倍の際に光軸上移動する移動レンズ群を有する光学系（撮影光学系）、例えば単一焦点距離のレンズやズームレンズ等の撮影光学系において、環境変化があったときのピントズレを補正するようにした光学機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ等の光学機器においては、撮影光学系の小型化、及び固体撮像素子のイメ−ジサイズの小径化が急速に進んでいる。又、撮影光学系を構成する光学材料としてプラスチック材料が多く用いられている。なぜならば、プラスチック材料を用いると、レンズが金型により容易に成形でき、又、その形状の任意性も大きく、又ガラス材料に対してコストメリットが大きいからである。この為、プラスチック材料より成るレンズがファインダ系や、赤外線アクティブオートフォーカスユニット等にも使用されている。
【０００３】
しかしながら、プラスチック材料は、無機ガラス材料に比べて環境変化に対する物理的性質の変化が大きい。例えば、線膨張係数が大きく、プラスチック材料のＰＭＭＡでは代表値で６７．９×１０−６／℃なのに対して、無機ガラスのＬａＫ １４（ＯＨＡＲＡ製）では、５７×１０−７／℃と１桁小さい。又、温度変化に対する屈折率の変化についてもＰＭＭＡでは、代表値で１．０〜１．２×１０−４／℃なのに対して、上記ＬａＫ １４では、Ｄ線で３．９〜４．４×１０−６／℃と２桁小さい。このようにプラスチック材料は、無機ガラス材料に比べて、温度変化に対して光学的諸定数（屈折率や形状等）の変化が大きいので、プラスチック材料より成るレンズ（プラスチックレンズ）は、温度変化に対して、焦点距離が、無機ガラス材料より成るレンズに比べて大きく変化する。
【０００４】
又プラスチック材料は無機ガラス材料に比べて吸水率が大きい。この為プラスチックレンズの光学的諸定数は、温度変化と同様に湿度変化に対しても、無機ガラス材料より成るレンズに比べて大きく変化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プラスチックレンズを用いると、環境変化、特に温度変化や湿度変化があると、無機ガラス材料より成るレンズを用いた場合に比べて、焦点距離等の光学的性質が大きく変化してくるという問題点が生じてくる。特に最近の光学機器は、撮影光学系の小型化や、固体撮像素子の小型化、そして各要素の高密度化を図って小型化されている。この為光学機器に用いている光学系の結像面の予定結像面に対する温度変化や湿度変化等によるズレの影響が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、温度変化や湿度変化などの環境変化による結像位置の誤差を小さくできる光学機器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、変倍のための第１レンズ群と、該第１レンズ群よりも像側に変倍による結像位置の変化を補正するための第２レンズ群を含む可動レンズを有するズームレンズと、前記可動レンズを前記ズームレンズの光軸方向に移動させるステッピングモータを含むレンズ駆動手段と、前記ズームレンズに関連する温度を検出する温度検出手段と、互いに異なる多数個の温度領域毎に前記レンズ駆動手段の制御に用いる制御データを記憶している記憶手段と、前記多数個の温度領域の中から前記温度検出手段が検出した温度が含まれる温度領域を検出し、該検出した温度領域に対応する前記制御データを用いて前記レンズ駆動手段の制御を行なう制御手段と、前記可動レンズのスタート位置を検出するためのレンズ位置検出器とを有し、前記制御データは、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各位置データで定められる多数個の位置領域の各々に対応した前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各々の速度データと、前記多数個の位置領域の各々に対応した前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各々のスタート位置データを含んでおり、前記制御手段は、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各位置を検出しており、前記ステッピングモーターに対する駆動パルスを計数するカウンターを備え、前記レンズ位置検出器を用いて前記可動レンズの初期位置を検出したときに前記カウンターをリセットし、前記第１レンズ群の検出位置と前記第２レンズ群の検出位置と前記第２レンズ群の各位置データの差分を用いて、前記多数個の位置領域の内のある位置領域を特定し、特定した位置領域に対応する前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各々の速度データと初期位置データを用いて前記レンズ駆動手段を制御することを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記制御データは、前記可動レンズの位置を含むことを特徴としている。
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記制御データは、前記可動レンズの移動速度を含むことを特徴としている。
請求項４の発明は請求項１，２又は３の発明において、前記制御データは、前記可動レンズのスタート位置を含むことを特徴としている。
請求項５の発明は請求項１の発明において、前記制御データは、前記第２レンズ群のカム軌跡に関連する前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各々の多数個の位置データを含むことを特徴としている。
請求項６の発明は請求項１の発明において、前記ズームレンズに関連する湿度を検出する湿度検出手段と、多数個の互いに異なる湿度領域毎に前記レンズ駆動手段の制御に用いる第２制御データを記憶している第２記憶手段とを有し、前記制御手段は、前記多数個の湿度領域の中から前記湿度検出手段が検出した湿度が含まれる湿度領域を検出し、該検出した湿度領域に対応する前記第２制御データを用いて前記レンズ駆動手段の制御を行なうことを特徴としている。
【０００９】
【実施例】
図１は本発明の実施例１の要部ブロック図である。図中１は光学系であり、４つのレンズ群より成る、所謂４群構成のリアフォ−カスズ−ムレンズ（以下「ＲＦＺレンズ」と称する）より成っている。
【００１０】
ＲＦＺレンズ１は固定レンズ群である第１のレンズ群（以下「前玉」と称する）１０１、移動レンズ群であり且つ変倍機能を有する第２のレンズ群（以下「バリエータ」と称する）１０２、固定レンズ群である第３のレンズ群（以下「アフォーカル」と称する）１０３、そして移動レンズ群であり且つフォ−カス機能と第２レンズ群による変倍に伴う像面変動を補正するコンペンセータとしての機能（これも一種のフォーカス機能と言える。）を有する第４のレンズ群（以下「ＲＲ」と称する）１０４より成っている。
【００１１】
実際には、本実施例においては、前玉１０１は３枚、バリエータ１０２は３枚、アフォーカル１０３は１枚、ＲＲ１０４は２枚の、４群９枚のレンズ構成より成っている。
【００１２】
本実施例においては、各レンズ群１０１〜１０４の少なくとも１つのレンズ群にプラスチック材より成るプラスチックレンズを使用している。該プラスチックレンズの材料としては、アクリル系材料、ポリオレフィン系材料、ポリカーボネート等が適用可能である。
【００１３】
本発明では、プラスチックレンズをレンズ群中のどこに用いるかは特に限定されるものではなく、又、プラスチックレンズを各レンズ群中に全く使用しない場合もある。なぜならば、ガラスレンズであっても環境変化により焦点距離が変化するからである。
【００１４】
１０２ａは、バリエータ１０２を保持するための部材（以下「Ｖ移動環」と称する）、１０４ａはＲＲ１０４を保持するための部材（以下「ＲＲ移動環」と称する）であり、各移動環はＰＣ（ポリカーボネート）を使用して、金型による成形、又は切削加工により製作する。
【００１５】
２は上記レンズ群を保持するための部材（以下「鏡筒」と称する）であり、ＰＣ（ポリカーボネート）を使用して金型による成形、又は切削加工により製作する。
【００１６】
尚本発明においては、鏡筒や移動環について、特に上記材料及び製作方法を限定するものではなく、上記以外でも例えば、アルミニウムをダイカストにより成形したり、ダイカスト成形した後に２次加工によって製作したり、又はアルミニウムのブロックから直接切削加工したりしても良い。
【００１７】
鏡筒２はいくつかの部材に分けて形成しても良く、本発明においては特に限定するものでない。例えば、ＲＦＺレンズ１の光軸１０５に対して、筒状もしくは箱形の鏡筒２を光軸１０５に対して平行に分けた２部材から形成しても良く、又、光軸１０５に対して垂直に分けた２部材から形成しても良く、又各々の場合において２部材だけでなく数部材から形成しても良い。
【００１８】
又本実施例においては、前玉１０１及びアフォーカル１０３は、保持部材１０１ａ，１０３ａに各々固定した後、鏡筒２に固定する構成としているが、鏡筒２に直接固定しても良く、特に限定するものではない。
【００１９】
３はＣＣＤ等の光電変換素子１８に入射する光束の光量を調節するための絞り部材であり、絞り部材３はｉＧメータ（又はＳＴＥＰモーター等）の駆動手段７により、絞り部材３内の絞り羽根３ａを光軸１０５に略垂直方向に駆動することによって絞り部材３の開口部３ｂの面積を変える。９は絞りエンコーダであり、ｉＧメータの回転角度を検出している。光量調節は、絞り制御回路２０と駆動回路１６によって、光電変換素子１８に入射する光量が一定になるように絞り部材３の絞り羽根を駆動手段７とエンコーダ９とによって駆動することで開口部３ｂの面積を制御して行っている。２２は絞りエンコーダ９からの信号を検出する検出回路である。
【００２０】
本実施例では機械式の絞り部材３と駆動手段７及びエンコーダ９より絞りユニットとを構成しているが、これに限定するものではなく電気化学作用により光に対する吸収作用を制御するエレクトロクロミー機能等を有する物性絞りであっても良い。
【００２１】
４は光電変換素子１８の前に置かれたフィルタユニットであり、ユニット４は水晶等の光学的ローパスフィルタ４ａ、赤外線遮断フィルタ４ｂ等を有している。
【００２２】
本実施例において、各フィルター４ａ，４ｂは、光電変換素子１８の直前に一体的に配置されているが、各々別体で配置しても良く、又、ＲＦＺレンズ１の各フィルタの機能を発揮できる任意の位置に配置しても良い。
【００２３】
５，６は各々移動レンズ群１０２，１０４を駆動するためのステッピングモーターや電磁力により駆動力を発生するボイスコイルモーター等の駆動手段（レンズ駆動手段）で、ここではステッピングモーターを用いてある。５ａ，６ａは表面に所定のピッチでネジが切られているリードスクリューネジである。１０２ｂ，１０４ｂは、各々ラックであり、各々Ｖ移動環１０２ａ，ＲＲ移動環１０４ａと同一部材として形成するか、又は別部材としてＶ移動環１０２ａ及びＲＲ移動環１０４ａへ接着等で一体に形成する。該ラック１０２ｂ，１０４ｂは、リードスクリューネジ５ａ，５ｂとかみ合っており、ステップモーター５，６が正逆転することによって、Ｖ移動環１０２ａ，ＲＲ移動環１０４ａが光軸１０５に平行に移動し、バリエータ１０２とＲＲ１０４とが光軸に沿って移動する。
【００２４】
８ａ，１０ａは各々フォトインタラプタである。８ｂ，１０ｂは、各々遮光板であり、それぞれＶ移動環１０２ａ，ＲＲ移動環１０４ａと同一部材として形成するか、又は別部材としてＶ移動環１０２ａ，ＲＲ移動環１０４ａに接着等で一体に形成している。該遮光板８ｂ，１０ｂが、Ｖ移動環１０２ａ，ＲＲ移動環１０４ａの移動によってフォトインタラプタ８ａ，１０ａの位置に来ることで、フォトインタラプタ８ａ，１０ａからの信号が変化し、この信号変化を検出することでバリエータ１０２及びＲＲ１０４の基準位置を決定している。尚、フォトインタラプタ８ａ（１０ａ）と遮光板８ｂ（１０ｂ）はレンズの初期位置を検出する検出手段の一要素を構成している。２１，２３は、フォトインタラプタ８ａ，１０ａからの各信号を検出する検出回路である。
【００２５】
本実施例においてはレンズ初期位置検出手段としてフォトインタラプタ８ａ，１０ａと遮光板８ｂ，１０ｂの組み合わせを採用しているが、例えばホール素子とマグネットの組み合わせや、ＰＳＤ（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ） とｉＲＥＤ（赤外発光ダイオード）の組み合わせ等を用いても良い。
【００２６】
１５，１７はレンズ駆動手段としてのステッピングモーター５，６を駆動するための駆動回路である。１２は検出手段としてのサーミスターや感熱抵抗等の温度検出手段であり、検出回路２４によって温度に対応した出力信号をマイコン等の制御回路１３へ出力している。以下温度検出手段はサーミスター１２として説明するが、感熱抵抗を用いても良い。
【００２７】
本実施例においては、サーミスター１２は前玉１０１近傍に配置してある。これは、本実施例では前玉１０１が、計算上、温度変化に対する焦点距離の変化量が他のレンズ群に比べて大きいためである。温度センサー（サーミスター、感熱抵抗）を置く位置は、全系の焦点距離の変化量に対して、そのレンズ群の焦点距離の変化が支配的であるレンズ群の近傍におくと良い。
【００２８】
１９は光電変換素子１８からの出力信号を処理して画像信号として出力するカメラプロセス回路である。１４はバリエータ１０２及びＲＲ１０４の駆動情報が格納されるＲＯＭ等の記憶手段である。１１はズームスイッチであり、広角側（以下「ＷＩＤＥ」と称する）へズーミングしたいときにはズームスイッチ１１ａを押し、望遠側（以下「ＴＥＬＥ」と称する）へズーミングしたいときにはズームスイッチ１１ｂを押すことによってズーミング動作を行っている。ズームスイッチ１１が操作されると、制御回路１３からの駆動信号によってバリエータ１０２とＲＲ１０４とを駆動してズーミングを行っている。２５は電源である。
【００２９】
次に図１の実施例１の動作について説明する。
【００３０】
ＲＦＺレンズ１は、フォーカス状態を維持しつつ変倍を行なうために被写体距離毎に、バリエータ１０２の光軸上のレンズ停止位置（ズーム位置）に対するＲＲ１０４の光軸上の停止位置が決まっている。
【００３１】
図２に被写体距離ごとにＲＦＺレンズ１のバリエータ１０２とＲＲ１０４の光軸上の停止位置をプロットしたもの（以下「カム軌跡」と称する）を示す。
【００３２】
図２において、例えば被写体距離が無限遠（２ｍ）のとき、バリエータ１０２がＷＩＤＥからＴＥＬＥへ光軸上、移動するとＲＲレンズ１０４は曲線Ｙ∞（Ｙ２）の如く、光軸上物体側へ凸状の軌跡を有しつつ移動する。
【００３３】
このように本実施例では、ＷＩＤＥからＴＥＬＥ、又はＴＥＬＥからＷＩＤＥへズーミングする時には、被写体距離に応じて上記カム軌跡をトレースするように、バリエータ１０２とＲＲ１０４を駆動制御して、これによりピントズレのない良好な画像を得ている。
【００３４】
本実施例においては少なくとも１つのレンズ群にプラスチックレンズを使用している。この為、プラスチックレンズの周囲に温度変化や湿度変化などの環境変化が生じると前述したようにプラスチックレンズの形状や屈折率が変化し、焦点距離も変化してくる。尚以下の説明では環境変化として温度変化を中心に述べる。
【００３５】
この為ＲＦＺレンズ１のトータルの焦点距離も変化してくる。その結果、基準温度Ｔｒｅｆ （本実施例では２０℃に設定してある）の時の結像面に対して温度変化した時の結像面はズレてくる。即ちピントズレが発生してくる。従ってズーミングする場合、温度変化が生じた時は、温度変化によって発生した結像面のズレを補正するように、移動レンズ群をトレースする上記カム形状を補正する必要がある。
【００３６】
図３に、基準温度Ｔｒｅｆ ＝２０℃、温度（Ｔｒｅｆ ＋３０）℃の時と、温度（Ｔｒｅｆ −３０）℃の時の、被写体距離が無限の場合のカム軌跡を示す。
【００３７】
本実施例においては、基準温度Ｔｒｅｆ よりも高温になるとＲＲレンズ１０４の物体側への繰り出し量が大きくなり、逆に基準温度よりも低温になるとＲＲレンズ１０４の繰り出し量が小さくなる。
【００３８】
本実施例においては温度変化に対するピントずれが最も大きいのは、ＴＥＬＥ端である。
【００３９】
本実施例では、図７に示す様にバリエータ１０２とＲＲ１０４の各々の光軸上の移動範囲を領域分割して多数個の位置領域Ｉ〜ＶＩＩ ・・・・を形成している。バリエータ１０２とＲＲ１０４の各領域分割データとして多数個の基準位置データ（図７の各位置領域）が予めＲＯＭ１４に格納してある。そして該位置領域ごとに、ズーミングするときのバリエータ１０２とＲＲ１０４の駆動データとしてのバリエータ１０２とＲＲ１０４の代表速度が予めＲＯＭ１４に格納してある。従ってバリエータ１０２とＲＲ１０４の各々の位置を検出して該検出した各位置より位置領域を決定し、該領域の代表速度をＲＯＭ１４より読み出してバリエータ１０２とＲＲ１０４を駆動して、これによりピントズレのないズーミングを行っている。
【００４０】
本実施例においては、上記の領域分割データや代表速度が相異なる温度（領域）毎に個別に設定されており、作動温度領域を所定の温度幅ΔＧＴ で多数の部分温度領域に分割し、その部分温度領域ごとにバリエータ１０２とＲＲ１０４の温度基準位置データ（図７のバリエータ１０２とＲＲ１０４の各位置座標）と、各位置領域ごとの温度領域代表速度データが、ＲＯＭ１４にあらかじめ格納されている。従って温度変化が生じたときには変化後の部分温度領域における温度基準位置データを用いてバリエータ１０２とＲＲ１０４の温度基準位置データを更新し、現在のバリエータ１０２とＲＲ１０４の位置データと、バリエータ１０２とＲＲ１０４の対応する各温度基準位置データとの差分値から前記位置領域を決定して、該位置領域のバリエータ１０２とＲＲ１０４の温度代表速度データをＲＯＭ１４から読み出してバリエータ１０２とＲＲ１０４を駆動制御している。
【００４１】
本実施例では作動温度−１０℃〜＋７０℃を温度幅１℃以上の幅で分割している。ＲＯＭ１４に格納される前記温度基準位置データと前記温度代表速度データは、前述したように基準温度Ｔｒｅｆ に対して温度変化が生じたときのプラスチックレンズの焦点距離の変化、ＲＦＺレンズ１の各レンズ群を保持しているメカ部材の温度変化による伸び縮みによるレンズ間隔の変化によるピントずれの影響を考慮して補正されたデータである。又これらのデータは、サーミスター１２が検出した温度に対するプラスチックレンズと保持部材の実際の温度との差ををあらかじめ考慮に入れて補正して算出している。これはレンズの位置によって、例えばＣＣＤ１８のそばに置かれたレンズやメカ部材は、前玉１０１に比べてＣＣＤの発熱による温度上昇が大きい場合があること等を考慮しているということである。
【００４２】
以下、本実施例の動作について図４，図５，図６に示すフローチャートによって説明する。
【００４３】
初めに電源２５が投入される。次に制御回路１３は、フォトインタラプタ８ａ，１０ａからの信号を各検出回路２１，２３を通して読み込み、各々読み込んだ信号に応じた方向、即ち本実施例においては検出回路２１，２３からの信号が、ｈｉｇｈのときはｌｏｗとなる方向へ、ｌｏｗのときはｈｉｇｈとなる方向へバリエータ１０２とＲＲ１０４とを各々駆動し、各フォトインタラプタ８ａ，１０ａからの信号が変化するまでバリエータ１０２とＲＲ１０４を駆動し光軸に沿って移動させる。
【００４４】
各フォトインタラプタ８ａ，１０ａの信号が変化した位置を、バリエータ１０２，ＲＲ１０４のそれぞれの初期リセット位置とする。即ち、上記信号の変化した位置でバリエータ１０２とＲＲ１０４を停止させて、制御回路１３内のバリエータ１０２、ＲＲ１０４の各カウンタをクリアする。該カウンタは、バリエータ１０２，ＲＲ１０４の駆動パルスをカウントするものであり、これによってバリエータ１０２及びＲＲ１０４の初期リセット位置からの移動距離即ち現在位置を検出している。
【００４５】
前玉１０１の周囲に配置したサーミスター１２からの出力信号を検出回路２４を通して制御回路１３に入力することで、サーミスター１２が置かれている場所の温度ＴＳ が検出される。以下、電源が投入されてからＫ回目の検出温度をＴＳ（Ｋ）とする。該検出温度ＴＳ（１）の温度領域を決定する。該温度ＴＳ（１）に応じたバリエータ１０２とＲＲ１０４の温度基準位置データと温度リセット位置データをＲＯＭ１４から読み出し、制御回路１３内に格納している。
【００４６】
該温度リセット位置データは、基準温度Ｔｒｅｆ での初期リセット位置とその他の温度ＴＳ での初期リセット位置が温度変化によるメカ部材の伸縮や、フォトインタラプタ８ａ，１０ａの温度特性によってズレるためにその位置を補正するためのものである。従って、検出温度Ｔｓ（Ｋ）が基準温度Ｔｒｅｆ の入っている温度領域以外の領域に属するものであれば、該温度リセット位置データに従って、上記カウンタをカウントし、初期リセット位置を補正する。該初期リセット位置は本実施例においては、前記領域分割した分割領域外に設定しているが、分割領域に設定しても構わない。該温度基準位置データには初期リセット位置データ（本実施例ではバリエータ１０２とＲＲ１０４の各カウンタの値が０の場所であり、どの温度でも共通である）からの差分値を格納している。
【００４７】
ズームスイッチ１１が押されているかチェックする。ズームスイッチ１１ａが押されている時はＷＩＤＥ方向へズーミング行われ、ズームスイッチ１１ｂが押されている時は、ＴＥＬＥ方向へズーミングが行われる。押されていない場合については、ズーミング動作しない。
【００４８】
以下、ＴＥＬＥ方向にズーミングされる場合についてのみ説明するが、ＷＩＤＥ方向でも全く同様のルーチンである。
【００４９】
カウンタよりバリエータ１０２の位置ＰＶｋ を読み出す。カウンタよりＲＲ１０４の位置ＰＲＲｋ を読み出す。前玉１０１の周囲に配置されたサーミスター１２からの出力信号を検出回路２４を通して制御回路１３に入力することでサーミスター１２が置かれている場所の温度ＴＳ を検出する。該検出温度ＴＳ の温度領域を決定する。
【００５０】
該温度領域に応じたバリエータ１０２及びＲＲ１０４の温度基準位置データＰＶＴｒｅｆ ，ＰＲＲＴｒｅｆがＲＯＭ１４から読み出され、制御回路１３内に格納される。バリエータ１０２の温度位置データ
ＰＶＴ（ｋ）＝ＰＶ（ｋ） −ＰＶＴｒｅｆ
及び
ＰＲＲＴ（ｋ）＝ＰＲＲ（ｋ） −ＰＲＲＴｒｅｆ
を求め、位置領域を決定する。
【００５１】
次に、該位置領域のバリエータ１０２及びＲＲ１０４の温度代表速度ＶＶＴ（ｋ） ，ＶＲＲＴ（Ｋ）をＲＯＭ１４より読み出して制御回路１３に格納する。温度変化が大きい時は、現在の温度の計測回数をＫ回としたときに、
ΔＴ＜｜ＴＳ（Ｋ）−ＴＳ（Ｋ−１）｜
なる関係の時には、現在記憶しているバリエータ１０２及びＲＲ１０４の温度代表速度データを補正する。そうでない場合は、現在記憶しているバリエータ１０２とＲＲ１０４の温度代表速度データによってバリエータ１０２とＲＲ１０４を駆動する。
【００５２】
本実施例ではΔＴ≦ΔＧＴ ／２に設定している。補正の仕方は以下の通りである。現在記憶しているバリエータ１０２、ＲＲ１０４の温度代表速度ＶＶＴ（Ｋ） ，ＶＲＲＴ（Ｋ）とすると、バリエータ１０２とＲＲ１０４の補正温度代表速度を
Ｖ＊ ＶＴ（Ｋ），Ｖ＊ ＲＲＴ（Ｋ） とする。
【００５３】
Ｖ＊ ＶＴ（Ｋ）＝ＶＶＴ（Ｋ）
Ｖ＊ ＲＲＴ（Ｋ） ＝ＶＲＲＴ（Ｋ）＋Ｃａ ×（ＰＶＴ（Ｋ）−ＰＶＴ（Ｋ−１））
ただし、Ｃａ は任意の定数とする。
【００５４】
Ｖ＊ ＲＲＴ（Ｋ） ＞ＶＲＲｍａｘ
の時は以下とする。ただし、ＶＲＲｍａｘ は駆動手段６の最高速度である。
【００５５】
Ｖ＊ ＶＴ（Ｋ）＝（ＶＲＲｍａｘ ／Ｖ＊ ＲＲＴ（Ｋ） ）×ＶＶＴ（Ｋ）
Ｖ＊ ＲＲＴ（Ｋ） ＝ＶＲＲｍａｘ
上記補正温度代表速度データによって、バリエータ１０２、ＲＲ１０４を駆動する。
【００５６】
以上ズーミング中の補正動作についてについて説明したが、次にＡＦ（自動焦点検出）中の補正動作について説明する。
【００５７】
本実施例のＲＦＺレンズ１における合焦動作は、例えば特願平６−８２３７４号や、特願平６−１０２２３６号等で提案している方式を利用している。即ちＲＲ１０４を光軸１０５と平行方向に振動させ、このときＣＣＤ１８から出力される映像信号の高周波成分が最大となるようにＲＲ１０４を駆動制御することにより行っている。この方式は、いわゆる山登りＡＦと呼ばれるものであるが、山の裾野ではＲＲ１０４の駆動スピードを早くし、頂上付近ではゆっくりとすることで山の頂上にＲＲ１０４が停止するようにしている。
【００５８】
しかしながら、ＡＦ動作中に基準温度領域から温度変化が生じて山の頂上、即ちＲＲ１０４の到達目標位置が離れてしまう場合や、到達目標位置が近くなる場合には、その時に採用しているＲＲ１０４の駆動手段６のスピードでは、前者の場合は、時間がかかる、又後者の場合には到達目標位置を行き過ぎてしまう恐れがある。
【００５９】
従って本実施例においては、サーミスター１２の出力から検出される温度ＴＳ によって、ＲＲ１０４の基準温度領域の場合の駆動スピードＶＲＲＡＦに重み付けをして、駆動制御している。到達位置が離れる場合は１より大きい任意の定数ＣａｆをＶＲＲＡＦにかけ、到達位置が近くなる場合には、１より小さい任意の定数Ｃａｆｆ をかけている。
【００６０】
以上説明したように、本実施例の構成とすることで、使用中の環境温度（一定）が基準温度からずれている場合は勿論のこと、ズーミング中及びＡＦ動作中に温度変化があった場合でも、ピントズレのない良好な画像を得ることができる。
【００６１】
本実施例においては、温度検出手段としてのサーミスター１２を１個使用しているが、複数個使用してもよく、これによれば、より良好なる効果が得られる。
【００６２】
又本実施例では初期リセット位置の温度変化による補正を行っているが、この補正は補正量が像ずれの影響を無視できる場合には行わなくても良い。
【００６３】
図８は本発明の実施例２の要部ブロック図である。図中、図１で示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６４】
本実施例は環境変化として湿度が変化した場合を示している。図８において２６は静電容量式又はサーミスターを使用した湿度検出センサーである。２７は湿度検出センサー２６からの出力によって湿度を検出する検出回路であり検出した湿度情報に相当する出力信号を制御回路１３へ出力する。
【００６５】
本実施例は環境変化として湿度が変化したときのプラスチックレンズの形状変化やその材質の屈折率変化により焦点距離が変化したときのピントズレを実施例１で温度変化があったときと同様にして補正する。即ち、温度と湿度の違いはあるものの基本構成は同じである。
【００６６】
次に本実施例の動作について説明する。本実施例においては、各レンズ群にプラスチックレンズを使用している。この為、プラスチックレンズに湿度変化が生じるとプラスチックレンズの形状が変化してきて各レンズ群の焦点距離が変化してＲＦＺレンズ１の全系の焦点距離も変化してくる。その結果、基準湿度Ｈｒｅｆ （本実施例では５０％に設定してある）の結像面に対して結像面がズレてくる。即ちピントズレが発生してくる。従って、ズーミングする場合に湿度変化が生じた時は、湿度変化によって発生した結像面のズレを補正する様に、トレースするカム形状も補正する必要がある。
【００６７】
本実施例においては、作動湿度領域を所定の湿度幅ΔＧＨ に領域分割している。その湿度幅ΔＧＨ ごとにバリエータ１０２とＲＲ１０４の湿度基準位置データと各位置領域ごとの湿度領域代表速度データを、ＲＯＭ１４にあらかじめ格納している。湿度変化が生じたときには、バリエータ１０２とＲＲ１０４の湿度基準位置データを更新し、現在のバリエータ１０２とＲＲ１０４の位置データと、バリエータ１０２とＲＲ１０４の該湿度基準位置データとの差分値から前記位置領域を決定して該位置領域のバリエータ１０２とＲＲ１０４の湿度代表速度データをＲＯＭ１４から読み出してバリエータ１０２とＲＲ１０４を駆動制御している。
【００６８】
ＲＯＭ１４に格納される前記湿度基準位置データと前記湿度代表速度データは前述したように、基準湿度Ｈｒｅｆ に対して湿度変化が生じたときのプラスチックレンズの焦点距離の変化の影響を考慮して補正されたデータである。又、これらのデータは、湿度検出センサーが検出した湿度に対するプラスチックレンズの実際の湿度との差ををあらかじめ考慮に入れて補正して算出している。これはレンズの位置によって、例えばＣＣＤのそばに置かれたレンズ付近の湿度は、例えば前玉１０１に比べて小さい場合があること等を考慮しているためである。
【００６９】
以上ズーミング中の補正動作についてについて説明したが、次にＡＦ中の補正動作について説明する。
【００７０】
本実施例でのＲＦＺレンズ１における合焦動作は実施例１と同様である。即ちＲＲ１０４を光軸１０５と平行方向に振動させ、このときＣＣＤ１８から出力される映像信号の高周波成分が最大となるようにＲＲ１０４を駆動制御することにより行っている。いわゆる山登りＡＦと呼ばれるものであるが、山の裾野ではＲＲ１０４の駆動スピードを早くし、頂上付近ではゆっくりとすることで山の頂上にＲＲ１０４が停止するようにしている。
【００７１】
しかしながらＡＦ動作中に湿度変化が生じて山の頂上、即ちＲＲ１０４の到達目標位置が離れてしまう場合、逆に到達目標位置が近くなる場合には、その時に採用しているＲＲ１０４の駆動手段６のスピードでは、前者の場合は時間がかかる、又後者の場合には到達目標位置を行き過ぎてしまう恐れがある。
【００７２】
従って本実施例においては、湿度検出センサー２６の出力から検出される湿度ＨＳ によって、ＲＲ１０４の基準駆動スピードＶＨＲＲＡＦ に重み付けをして駆動制御するものとする。到達位置が離れる場合は１より大きい任意の定数ＣＨａｆ をＶＨＲＲＡＦ にかけ、到達位置が近くなる場合には１より小さい任意の定数ＣＨａｆｆをかける。
【００７３】
以上説明したように、本実施例の構成とすることで、使用中の環境湿度（一定）が基準湿度からずれている場合は勿論のことズーミング中及びＡＦ動作中に湿度変化があった場合でも、ピントズレの無い良好な画像を得ることができる。
【００７４】
本実施例においては湿度検出センサー２６を１個使用しているが、複数個使用しても良く、これによればより良好なる効果が得られる。
【００７５】
尚以上の各実施例においては温度検出手段と湿度検出手段を各々設けた場合について説明したが、双方の検出手段を光学機器内に設けて、温度変化及び湿度変化によるピントズレについて各実施例で示した方法を用いて同様に補正するようにしても良い。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、フォーカスや変倍の為に光軸上移動する移動レンズ群を有する光学系（撮影レンズ）を用いたとき環境変化があったとき、例えば温度変化や湿度変化があっても環境変化に応じて該移動レンズ群の移動軌跡をその都度適切に設定することにより結像面のズレを補正し、高い光学性能を維持することのできるビデオカメラや銀塩カメラそして電子スチルカメラ等に好適な光学機器を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の要部概略図
【図２】図１の移動レンズ群のカム軌跡の説明図
【図３】温度変化に対するカム軌跡の変化を示す説明図
【図４】本発明の実施例１の動作を示すフローチャート
【図５】本発明の実施例１の動作を示すフローチャート
【図６】本発明の実施例１の動作を示すフローチャート
【図７】本発明における移動レンズ群の領域分割を示す説明図
【図８】本発明の実施例２の要部概略図
【符号の説明】
１ 光学系
１０２，１０４ 移動レンズ群
２ 鏡筒
５，６ レンズ駆動手段
１２ 温度検出手段
２６ 湿度検出手段
１３ 制御手段
１４ 記憶手段
１５〜１７ 駆動回路
２１〜２４ 検出回路
【産業上の利用分野】
本発明は、ビデオカメラ、銀塩カメラ、電子スチルカメラ等の光学機器に関し、特にフォーカスや変倍の際に光軸上移動する移動レンズ群を有する光学系（撮影光学系）、例えば単一焦点距離のレンズやズームレンズ等の撮影光学系において、環境変化があったときのピントズレを補正するようにした光学機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ等の光学機器においては、撮影光学系の小型化、及び固体撮像素子のイメ−ジサイズの小径化が急速に進んでいる。又、撮影光学系を構成する光学材料としてプラスチック材料が多く用いられている。なぜならば、プラスチック材料を用いると、レンズが金型により容易に成形でき、又、その形状の任意性も大きく、又ガラス材料に対してコストメリットが大きいからである。この為、プラスチック材料より成るレンズがファインダ系や、赤外線アクティブオートフォーカスユニット等にも使用されている。
【０００３】
しかしながら、プラスチック材料は、無機ガラス材料に比べて環境変化に対する物理的性質の変化が大きい。例えば、線膨張係数が大きく、プラスチック材料のＰＭＭＡでは代表値で６７．９×１０−６／℃なのに対して、無機ガラスのＬａＫ １４（ＯＨＡＲＡ製）では、５７×１０−７／℃と１桁小さい。又、温度変化に対する屈折率の変化についてもＰＭＭＡでは、代表値で１．０〜１．２×１０−４／℃なのに対して、上記ＬａＫ １４では、Ｄ線で３．９〜４．４×１０−６／℃と２桁小さい。このようにプラスチック材料は、無機ガラス材料に比べて、温度変化に対して光学的諸定数（屈折率や形状等）の変化が大きいので、プラスチック材料より成るレンズ（プラスチックレンズ）は、温度変化に対して、焦点距離が、無機ガラス材料より成るレンズに比べて大きく変化する。
【０００４】
又プラスチック材料は無機ガラス材料に比べて吸水率が大きい。この為プラスチックレンズの光学的諸定数は、温度変化と同様に湿度変化に対しても、無機ガラス材料より成るレンズに比べて大きく変化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プラスチックレンズを用いると、環境変化、特に温度変化や湿度変化があると、無機ガラス材料より成るレンズを用いた場合に比べて、焦点距離等の光学的性質が大きく変化してくるという問題点が生じてくる。特に最近の光学機器は、撮影光学系の小型化や、固体撮像素子の小型化、そして各要素の高密度化を図って小型化されている。この為光学機器に用いている光学系の結像面の予定結像面に対する温度変化や湿度変化等によるズレの影響が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、温度変化や湿度変化などの環境変化による結像位置の誤差を小さくできる光学機器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、変倍のための第１レンズ群と、該第１レンズ群よりも像側に変倍による結像位置の変化を補正するための第２レンズ群を含む可動レンズを有するズームレンズと、前記可動レンズを前記ズームレンズの光軸方向に移動させるステッピングモータを含むレンズ駆動手段と、前記ズームレンズに関連する温度を検出する温度検出手段と、互いに異なる多数個の温度領域毎に前記レンズ駆動手段の制御に用いる制御データを記憶している記憶手段と、前記多数個の温度領域の中から前記温度検出手段が検出した温度が含まれる温度領域を検出し、該検出した温度領域に対応する前記制御データを用いて前記レンズ駆動手段の制御を行なう制御手段と、前記可動レンズのスタート位置を検出するためのレンズ位置検出器とを有し、前記制御データは、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各位置データで定められる多数個の位置領域の各々に対応した前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各々の速度データと、前記多数個の位置領域の各々に対応した前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各々のスタート位置データを含んでおり、前記制御手段は、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各位置を検出しており、前記ステッピングモーターに対する駆動パルスを計数するカウンターを備え、前記レンズ位置検出器を用いて前記可動レンズの初期位置を検出したときに前記カウンターをリセットし、前記第１レンズ群の検出位置と前記第２レンズ群の検出位置と前記第２レンズ群の各位置データの差分を用いて、前記多数個の位置領域の内のある位置領域を特定し、特定した位置領域に対応する前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各々の速度データと初期位置データを用いて前記レンズ駆動手段を制御することを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記制御データは、前記可動レンズの位置を含むことを特徴としている。
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記制御データは、前記可動レンズの移動速度を含むことを特徴としている。
請求項４の発明は請求項１，２又は３の発明において、前記制御データは、前記可動レンズのスタート位置を含むことを特徴としている。
請求項５の発明は請求項１の発明において、前記制御データは、前記第２レンズ群のカム軌跡に関連する前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各々の多数個の位置データを含むことを特徴としている。
請求項６の発明は請求項１の発明において、前記ズームレンズに関連する湿度を検出する湿度検出手段と、多数個の互いに異なる湿度領域毎に前記レンズ駆動手段の制御に用いる第２制御データを記憶している第２記憶手段とを有し、前記制御手段は、前記多数個の湿度領域の中から前記湿度検出手段が検出した湿度が含まれる湿度領域を検出し、該検出した湿度領域に対応する前記第２制御データを用いて前記レンズ駆動手段の制御を行なうことを特徴としている。
【０００９】
【実施例】
図１は本発明の実施例１の要部ブロック図である。図中１は光学系であり、４つのレンズ群より成る、所謂４群構成のリアフォ−カスズ−ムレンズ（以下「ＲＦＺレンズ」と称する）より成っている。
【００１０】
ＲＦＺレンズ１は固定レンズ群である第１のレンズ群（以下「前玉」と称する）１０１、移動レンズ群であり且つ変倍機能を有する第２のレンズ群（以下「バリエータ」と称する）１０２、固定レンズ群である第３のレンズ群（以下「アフォーカル」と称する）１０３、そして移動レンズ群であり且つフォ−カス機能と第２レンズ群による変倍に伴う像面変動を補正するコンペンセータとしての機能（これも一種のフォーカス機能と言える。）を有する第４のレンズ群（以下「ＲＲ」と称する）１０４より成っている。
【００１１】
実際には、本実施例においては、前玉１０１は３枚、バリエータ１０２は３枚、アフォーカル１０３は１枚、ＲＲ１０４は２枚の、４群９枚のレンズ構成より成っている。
【００１２】
本実施例においては、各レンズ群１０１〜１０４の少なくとも１つのレンズ群にプラスチック材より成るプラスチックレンズを使用している。該プラスチックレンズの材料としては、アクリル系材料、ポリオレフィン系材料、ポリカーボネート等が適用可能である。
【００１３】
本発明では、プラスチックレンズをレンズ群中のどこに用いるかは特に限定されるものではなく、又、プラスチックレンズを各レンズ群中に全く使用しない場合もある。なぜならば、ガラスレンズであっても環境変化により焦点距離が変化するからである。
【００１４】
１０２ａは、バリエータ１０２を保持するための部材（以下「Ｖ移動環」と称する）、１０４ａはＲＲ１０４を保持するための部材（以下「ＲＲ移動環」と称する）であり、各移動環はＰＣ（ポリカーボネート）を使用して、金型による成形、又は切削加工により製作する。
【００１５】
２は上記レンズ群を保持するための部材（以下「鏡筒」と称する）であり、ＰＣ（ポリカーボネート）を使用して金型による成形、又は切削加工により製作する。
【００１６】
尚本発明においては、鏡筒や移動環について、特に上記材料及び製作方法を限定するものではなく、上記以外でも例えば、アルミニウムをダイカストにより成形したり、ダイカスト成形した後に２次加工によって製作したり、又はアルミニウムのブロックから直接切削加工したりしても良い。
【００１７】
鏡筒２はいくつかの部材に分けて形成しても良く、本発明においては特に限定するものでない。例えば、ＲＦＺレンズ１の光軸１０５に対して、筒状もしくは箱形の鏡筒２を光軸１０５に対して平行に分けた２部材から形成しても良く、又、光軸１０５に対して垂直に分けた２部材から形成しても良く、又各々の場合において２部材だけでなく数部材から形成しても良い。
【００１８】
又本実施例においては、前玉１０１及びアフォーカル１０３は、保持部材１０１ａ，１０３ａに各々固定した後、鏡筒２に固定する構成としているが、鏡筒２に直接固定しても良く、特に限定するものではない。
【００１９】
３はＣＣＤ等の光電変換素子１８に入射する光束の光量を調節するための絞り部材であり、絞り部材３はｉＧメータ（又はＳＴＥＰモーター等）の駆動手段７により、絞り部材３内の絞り羽根３ａを光軸１０５に略垂直方向に駆動することによって絞り部材３の開口部３ｂの面積を変える。９は絞りエンコーダであり、ｉＧメータの回転角度を検出している。光量調節は、絞り制御回路２０と駆動回路１６によって、光電変換素子１８に入射する光量が一定になるように絞り部材３の絞り羽根を駆動手段７とエンコーダ９とによって駆動することで開口部３ｂの面積を制御して行っている。２２は絞りエンコーダ９からの信号を検出する検出回路である。
【００２０】
本実施例では機械式の絞り部材３と駆動手段７及びエンコーダ９より絞りユニットとを構成しているが、これに限定するものではなく電気化学作用により光に対する吸収作用を制御するエレクトロクロミー機能等を有する物性絞りであっても良い。
【００２１】
４は光電変換素子１８の前に置かれたフィルタユニットであり、ユニット４は水晶等の光学的ローパスフィルタ４ａ、赤外線遮断フィルタ４ｂ等を有している。
【００２２】
本実施例において、各フィルター４ａ，４ｂは、光電変換素子１８の直前に一体的に配置されているが、各々別体で配置しても良く、又、ＲＦＺレンズ１の各フィルタの機能を発揮できる任意の位置に配置しても良い。
【００２３】
５，６は各々移動レンズ群１０２，１０４を駆動するためのステッピングモーターや電磁力により駆動力を発生するボイスコイルモーター等の駆動手段（レンズ駆動手段）で、ここではステッピングモーターを用いてある。５ａ，６ａは表面に所定のピッチでネジが切られているリードスクリューネジである。１０２ｂ，１０４ｂは、各々ラックであり、各々Ｖ移動環１０２ａ，ＲＲ移動環１０４ａと同一部材として形成するか、又は別部材としてＶ移動環１０２ａ及びＲＲ移動環１０４ａへ接着等で一体に形成する。該ラック１０２ｂ，１０４ｂは、リードスクリューネジ５ａ，５ｂとかみ合っており、ステップモーター５，６が正逆転することによって、Ｖ移動環１０２ａ，ＲＲ移動環１０４ａが光軸１０５に平行に移動し、バリエータ１０２とＲＲ１０４とが光軸に沿って移動する。
【００２４】
８ａ，１０ａは各々フォトインタラプタである。８ｂ，１０ｂは、各々遮光板であり、それぞれＶ移動環１０２ａ，ＲＲ移動環１０４ａと同一部材として形成するか、又は別部材としてＶ移動環１０２ａ，ＲＲ移動環１０４ａに接着等で一体に形成している。該遮光板８ｂ，１０ｂが、Ｖ移動環１０２ａ，ＲＲ移動環１０４ａの移動によってフォトインタラプタ８ａ，１０ａの位置に来ることで、フォトインタラプタ８ａ，１０ａからの信号が変化し、この信号変化を検出することでバリエータ１０２及びＲＲ１０４の基準位置を決定している。尚、フォトインタラプタ８ａ（１０ａ）と遮光板８ｂ（１０ｂ）はレンズの初期位置を検出する検出手段の一要素を構成している。２１，２３は、フォトインタラプタ８ａ，１０ａからの各信号を検出する検出回路である。
【００２５】
本実施例においてはレンズ初期位置検出手段としてフォトインタラプタ８ａ，１０ａと遮光板８ｂ，１０ｂの組み合わせを採用しているが、例えばホール素子とマグネットの組み合わせや、ＰＳＤ（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ） とｉＲＥＤ（赤外発光ダイオード）の組み合わせ等を用いても良い。
【００２６】
１５，１７はレンズ駆動手段としてのステッピングモーター５，６を駆動するための駆動回路である。１２は検出手段としてのサーミスターや感熱抵抗等の温度検出手段であり、検出回路２４によって温度に対応した出力信号をマイコン等の制御回路１３へ出力している。以下温度検出手段はサーミスター１２として説明するが、感熱抵抗を用いても良い。
【００２７】
本実施例においては、サーミスター１２は前玉１０１近傍に配置してある。これは、本実施例では前玉１０１が、計算上、温度変化に対する焦点距離の変化量が他のレンズ群に比べて大きいためである。温度センサー（サーミスター、感熱抵抗）を置く位置は、全系の焦点距離の変化量に対して、そのレンズ群の焦点距離の変化が支配的であるレンズ群の近傍におくと良い。
【００２８】
１９は光電変換素子１８からの出力信号を処理して画像信号として出力するカメラプロセス回路である。１４はバリエータ１０２及びＲＲ１０４の駆動情報が格納されるＲＯＭ等の記憶手段である。１１はズームスイッチであり、広角側（以下「ＷＩＤＥ」と称する）へズーミングしたいときにはズームスイッチ１１ａを押し、望遠側（以下「ＴＥＬＥ」と称する）へズーミングしたいときにはズームスイッチ１１ｂを押すことによってズーミング動作を行っている。ズームスイッチ１１が操作されると、制御回路１３からの駆動信号によってバリエータ１０２とＲＲ１０４とを駆動してズーミングを行っている。２５は電源である。
【００２９】
次に図１の実施例１の動作について説明する。
【００３０】
ＲＦＺレンズ１は、フォーカス状態を維持しつつ変倍を行なうために被写体距離毎に、バリエータ１０２の光軸上のレンズ停止位置（ズーム位置）に対するＲＲ１０４の光軸上の停止位置が決まっている。
【００３１】
図２に被写体距離ごとにＲＦＺレンズ１のバリエータ１０２とＲＲ１０４の光軸上の停止位置をプロットしたもの（以下「カム軌跡」と称する）を示す。
【００３２】
図２において、例えば被写体距離が無限遠（２ｍ）のとき、バリエータ１０２がＷＩＤＥからＴＥＬＥへ光軸上、移動するとＲＲレンズ１０４は曲線Ｙ∞（Ｙ２）の如く、光軸上物体側へ凸状の軌跡を有しつつ移動する。
【００３３】
このように本実施例では、ＷＩＤＥからＴＥＬＥ、又はＴＥＬＥからＷＩＤＥへズーミングする時には、被写体距離に応じて上記カム軌跡をトレースするように、バリエータ１０２とＲＲ１０４を駆動制御して、これによりピントズレのない良好な画像を得ている。
【００３４】
本実施例においては少なくとも１つのレンズ群にプラスチックレンズを使用している。この為、プラスチックレンズの周囲に温度変化や湿度変化などの環境変化が生じると前述したようにプラスチックレンズの形状や屈折率が変化し、焦点距離も変化してくる。尚以下の説明では環境変化として温度変化を中心に述べる。
【００３５】
この為ＲＦＺレンズ１のトータルの焦点距離も変化してくる。その結果、基準温度Ｔｒｅｆ （本実施例では２０℃に設定してある）の時の結像面に対して温度変化した時の結像面はズレてくる。即ちピントズレが発生してくる。従ってズーミングする場合、温度変化が生じた時は、温度変化によって発生した結像面のズレを補正するように、移動レンズ群をトレースする上記カム形状を補正する必要がある。
【００３６】
図３に、基準温度Ｔｒｅｆ ＝２０℃、温度（Ｔｒｅｆ ＋３０）℃の時と、温度（Ｔｒｅｆ −３０）℃の時の、被写体距離が無限の場合のカム軌跡を示す。
【００３７】
本実施例においては、基準温度Ｔｒｅｆ よりも高温になるとＲＲレンズ１０４の物体側への繰り出し量が大きくなり、逆に基準温度よりも低温になるとＲＲレンズ１０４の繰り出し量が小さくなる。
【００３８】
本実施例においては温度変化に対するピントずれが最も大きいのは、ＴＥＬＥ端である。
【００３９】
本実施例では、図７に示す様にバリエータ１０２とＲＲ１０４の各々の光軸上の移動範囲を領域分割して多数個の位置領域Ｉ〜ＶＩＩ ・・・・を形成している。バリエータ１０２とＲＲ１０４の各領域分割データとして多数個の基準位置データ（図７の各位置領域）が予めＲＯＭ１４に格納してある。そして該位置領域ごとに、ズーミングするときのバリエータ１０２とＲＲ１０４の駆動データとしてのバリエータ１０２とＲＲ１０４の代表速度が予めＲＯＭ１４に格納してある。従ってバリエータ１０２とＲＲ１０４の各々の位置を検出して該検出した各位置より位置領域を決定し、該領域の代表速度をＲＯＭ１４より読み出してバリエータ１０２とＲＲ１０４を駆動して、これによりピントズレのないズーミングを行っている。
【００４０】
本実施例においては、上記の領域分割データや代表速度が相異なる温度（領域）毎に個別に設定されており、作動温度領域を所定の温度幅ΔＧＴ で多数の部分温度領域に分割し、その部分温度領域ごとにバリエータ１０２とＲＲ１０４の温度基準位置データ（図７のバリエータ１０２とＲＲ１０４の各位置座標）と、各位置領域ごとの温度領域代表速度データが、ＲＯＭ１４にあらかじめ格納されている。従って温度変化が生じたときには変化後の部分温度領域における温度基準位置データを用いてバリエータ１０２とＲＲ１０４の温度基準位置データを更新し、現在のバリエータ１０２とＲＲ１０４の位置データと、バリエータ１０２とＲＲ１０４の対応する各温度基準位置データとの差分値から前記位置領域を決定して、該位置領域のバリエータ１０２とＲＲ１０４の温度代表速度データをＲＯＭ１４から読み出してバリエータ１０２とＲＲ１０４を駆動制御している。
【００４１】
本実施例では作動温度−１０℃〜＋７０℃を温度幅１℃以上の幅で分割している。ＲＯＭ１４に格納される前記温度基準位置データと前記温度代表速度データは、前述したように基準温度Ｔｒｅｆ に対して温度変化が生じたときのプラスチックレンズの焦点距離の変化、ＲＦＺレンズ１の各レンズ群を保持しているメカ部材の温度変化による伸び縮みによるレンズ間隔の変化によるピントずれの影響を考慮して補正されたデータである。又これらのデータは、サーミスター１２が検出した温度に対するプラスチックレンズと保持部材の実際の温度との差ををあらかじめ考慮に入れて補正して算出している。これはレンズの位置によって、例えばＣＣＤ１８のそばに置かれたレンズやメカ部材は、前玉１０１に比べてＣＣＤの発熱による温度上昇が大きい場合があること等を考慮しているということである。
【００４２】
以下、本実施例の動作について図４，図５，図６に示すフローチャートによって説明する。
【００４３】
初めに電源２５が投入される。次に制御回路１３は、フォトインタラプタ８ａ，１０ａからの信号を各検出回路２１，２３を通して読み込み、各々読み込んだ信号に応じた方向、即ち本実施例においては検出回路２１，２３からの信号が、ｈｉｇｈのときはｌｏｗとなる方向へ、ｌｏｗのときはｈｉｇｈとなる方向へバリエータ１０２とＲＲ１０４とを各々駆動し、各フォトインタラプタ８ａ，１０ａからの信号が変化するまでバリエータ１０２とＲＲ１０４を駆動し光軸に沿って移動させる。
【００４４】
各フォトインタラプタ８ａ，１０ａの信号が変化した位置を、バリエータ１０２，ＲＲ１０４のそれぞれの初期リセット位置とする。即ち、上記信号の変化した位置でバリエータ１０２とＲＲ１０４を停止させて、制御回路１３内のバリエータ１０２、ＲＲ１０４の各カウンタをクリアする。該カウンタは、バリエータ１０２，ＲＲ１０４の駆動パルスをカウントするものであり、これによってバリエータ１０２及びＲＲ１０４の初期リセット位置からの移動距離即ち現在位置を検出している。
【００４５】
前玉１０１の周囲に配置したサーミスター１２からの出力信号を検出回路２４を通して制御回路１３に入力することで、サーミスター１２が置かれている場所の温度ＴＳ が検出される。以下、電源が投入されてからＫ回目の検出温度をＴＳ（Ｋ）とする。該検出温度ＴＳ（１）の温度領域を決定する。該温度ＴＳ（１）に応じたバリエータ１０２とＲＲ１０４の温度基準位置データと温度リセット位置データをＲＯＭ１４から読み出し、制御回路１３内に格納している。
【００４６】
該温度リセット位置データは、基準温度Ｔｒｅｆ での初期リセット位置とその他の温度ＴＳ での初期リセット位置が温度変化によるメカ部材の伸縮や、フォトインタラプタ８ａ，１０ａの温度特性によってズレるためにその位置を補正するためのものである。従って、検出温度Ｔｓ（Ｋ）が基準温度Ｔｒｅｆ の入っている温度領域以外の領域に属するものであれば、該温度リセット位置データに従って、上記カウンタをカウントし、初期リセット位置を補正する。該初期リセット位置は本実施例においては、前記領域分割した分割領域外に設定しているが、分割領域に設定しても構わない。該温度基準位置データには初期リセット位置データ（本実施例ではバリエータ１０２とＲＲ１０４の各カウンタの値が０の場所であり、どの温度でも共通である）からの差分値を格納している。
【００４７】
ズームスイッチ１１が押されているかチェックする。ズームスイッチ１１ａが押されている時はＷＩＤＥ方向へズーミング行われ、ズームスイッチ１１ｂが押されている時は、ＴＥＬＥ方向へズーミングが行われる。押されていない場合については、ズーミング動作しない。
【００４８】
以下、ＴＥＬＥ方向にズーミングされる場合についてのみ説明するが、ＷＩＤＥ方向でも全く同様のルーチンである。
【００４９】
カウンタよりバリエータ１０２の位置ＰＶｋ を読み出す。カウンタよりＲＲ１０４の位置ＰＲＲｋ を読み出す。前玉１０１の周囲に配置されたサーミスター１２からの出力信号を検出回路２４を通して制御回路１３に入力することでサーミスター１２が置かれている場所の温度ＴＳ を検出する。該検出温度ＴＳ の温度領域を決定する。
【００５０】
該温度領域に応じたバリエータ１０２及びＲＲ１０４の温度基準位置データＰＶＴｒｅｆ ，ＰＲＲＴｒｅｆがＲＯＭ１４から読み出され、制御回路１３内に格納される。バリエータ１０２の温度位置データ
ＰＶＴ（ｋ）＝ＰＶ（ｋ） −ＰＶＴｒｅｆ
及び
ＰＲＲＴ（ｋ）＝ＰＲＲ（ｋ） −ＰＲＲＴｒｅｆ
を求め、位置領域を決定する。
【００５１】
次に、該位置領域のバリエータ１０２及びＲＲ１０４の温度代表速度ＶＶＴ（ｋ） ，ＶＲＲＴ（Ｋ）をＲＯＭ１４より読み出して制御回路１３に格納する。温度変化が大きい時は、現在の温度の計測回数をＫ回としたときに、
ΔＴ＜｜ＴＳ（Ｋ）−ＴＳ（Ｋ−１）｜
なる関係の時には、現在記憶しているバリエータ１０２及びＲＲ１０４の温度代表速度データを補正する。そうでない場合は、現在記憶しているバリエータ１０２とＲＲ１０４の温度代表速度データによってバリエータ１０２とＲＲ１０４を駆動する。
【００５２】
本実施例ではΔＴ≦ΔＧＴ ／２に設定している。補正の仕方は以下の通りである。現在記憶しているバリエータ１０２、ＲＲ１０４の温度代表速度ＶＶＴ（Ｋ） ，ＶＲＲＴ（Ｋ）とすると、バリエータ１０２とＲＲ１０４の補正温度代表速度を
Ｖ＊ ＶＴ（Ｋ），Ｖ＊ ＲＲＴ（Ｋ） とする。
【００５３】
Ｖ＊ ＶＴ（Ｋ）＝ＶＶＴ（Ｋ）
Ｖ＊ ＲＲＴ（Ｋ） ＝ＶＲＲＴ（Ｋ）＋Ｃａ ×（ＰＶＴ（Ｋ）−ＰＶＴ（Ｋ−１））
ただし、Ｃａ は任意の定数とする。
【００５４】
Ｖ＊ ＲＲＴ（Ｋ） ＞ＶＲＲｍａｘ
の時は以下とする。ただし、ＶＲＲｍａｘ は駆動手段６の最高速度である。
【００５５】
Ｖ＊ ＶＴ（Ｋ）＝（ＶＲＲｍａｘ ／Ｖ＊ ＲＲＴ（Ｋ） ）×ＶＶＴ（Ｋ）
Ｖ＊ ＲＲＴ（Ｋ） ＝ＶＲＲｍａｘ
上記補正温度代表速度データによって、バリエータ１０２、ＲＲ１０４を駆動する。
【００５６】
以上ズーミング中の補正動作についてについて説明したが、次にＡＦ（自動焦点検出）中の補正動作について説明する。
【００５７】
本実施例のＲＦＺレンズ１における合焦動作は、例えば特願平６−８２３７４号や、特願平６−１０２２３６号等で提案している方式を利用している。即ちＲＲ１０４を光軸１０５と平行方向に振動させ、このときＣＣＤ１８から出力される映像信号の高周波成分が最大となるようにＲＲ１０４を駆動制御することにより行っている。この方式は、いわゆる山登りＡＦと呼ばれるものであるが、山の裾野ではＲＲ１０４の駆動スピードを早くし、頂上付近ではゆっくりとすることで山の頂上にＲＲ１０４が停止するようにしている。
【００５８】
しかしながら、ＡＦ動作中に基準温度領域から温度変化が生じて山の頂上、即ちＲＲ１０４の到達目標位置が離れてしまう場合や、到達目標位置が近くなる場合には、その時に採用しているＲＲ１０４の駆動手段６のスピードでは、前者の場合は、時間がかかる、又後者の場合には到達目標位置を行き過ぎてしまう恐れがある。
【００５９】
従って本実施例においては、サーミスター１２の出力から検出される温度ＴＳ によって、ＲＲ１０４の基準温度領域の場合の駆動スピードＶＲＲＡＦに重み付けをして、駆動制御している。到達位置が離れる場合は１より大きい任意の定数ＣａｆをＶＲＲＡＦにかけ、到達位置が近くなる場合には、１より小さい任意の定数Ｃａｆｆ をかけている。
【００６０】
以上説明したように、本実施例の構成とすることで、使用中の環境温度（一定）が基準温度からずれている場合は勿論のこと、ズーミング中及びＡＦ動作中に温度変化があった場合でも、ピントズレのない良好な画像を得ることができる。
【００６１】
本実施例においては、温度検出手段としてのサーミスター１２を１個使用しているが、複数個使用してもよく、これによれば、より良好なる効果が得られる。
【００６２】
又本実施例では初期リセット位置の温度変化による補正を行っているが、この補正は補正量が像ずれの影響を無視できる場合には行わなくても良い。
【００６３】
図８は本発明の実施例２の要部ブロック図である。図中、図１で示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６４】
本実施例は環境変化として湿度が変化した場合を示している。図８において２６は静電容量式又はサーミスターを使用した湿度検出センサーである。２７は湿度検出センサー２６からの出力によって湿度を検出する検出回路であり検出した湿度情報に相当する出力信号を制御回路１３へ出力する。
【００６５】
本実施例は環境変化として湿度が変化したときのプラスチックレンズの形状変化やその材質の屈折率変化により焦点距離が変化したときのピントズレを実施例１で温度変化があったときと同様にして補正する。即ち、温度と湿度の違いはあるものの基本構成は同じである。
【００６６】
次に本実施例の動作について説明する。本実施例においては、各レンズ群にプラスチックレンズを使用している。この為、プラスチックレンズに湿度変化が生じるとプラスチックレンズの形状が変化してきて各レンズ群の焦点距離が変化してＲＦＺレンズ１の全系の焦点距離も変化してくる。その結果、基準湿度Ｈｒｅｆ （本実施例では５０％に設定してある）の結像面に対して結像面がズレてくる。即ちピントズレが発生してくる。従って、ズーミングする場合に湿度変化が生じた時は、湿度変化によって発生した結像面のズレを補正する様に、トレースするカム形状も補正する必要がある。
【００６７】
本実施例においては、作動湿度領域を所定の湿度幅ΔＧＨ に領域分割している。その湿度幅ΔＧＨ ごとにバリエータ１０２とＲＲ１０４の湿度基準位置データと各位置領域ごとの湿度領域代表速度データを、ＲＯＭ１４にあらかじめ格納している。湿度変化が生じたときには、バリエータ１０２とＲＲ１０４の湿度基準位置データを更新し、現在のバリエータ１０２とＲＲ１０４の位置データと、バリエータ１０２とＲＲ１０４の該湿度基準位置データとの差分値から前記位置領域を決定して該位置領域のバリエータ１０２とＲＲ１０４の湿度代表速度データをＲＯＭ１４から読み出してバリエータ１０２とＲＲ１０４を駆動制御している。
【００６８】
ＲＯＭ１４に格納される前記湿度基準位置データと前記湿度代表速度データは前述したように、基準湿度Ｈｒｅｆ に対して湿度変化が生じたときのプラスチックレンズの焦点距離の変化の影響を考慮して補正されたデータである。又、これらのデータは、湿度検出センサーが検出した湿度に対するプラスチックレンズの実際の湿度との差ををあらかじめ考慮に入れて補正して算出している。これはレンズの位置によって、例えばＣＣＤのそばに置かれたレンズ付近の湿度は、例えば前玉１０１に比べて小さい場合があること等を考慮しているためである。
【００６９】
以上ズーミング中の補正動作についてについて説明したが、次にＡＦ中の補正動作について説明する。
【００７０】
本実施例でのＲＦＺレンズ１における合焦動作は実施例１と同様である。即ちＲＲ１０４を光軸１０５と平行方向に振動させ、このときＣＣＤ１８から出力される映像信号の高周波成分が最大となるようにＲＲ１０４を駆動制御することにより行っている。いわゆる山登りＡＦと呼ばれるものであるが、山の裾野ではＲＲ１０４の駆動スピードを早くし、頂上付近ではゆっくりとすることで山の頂上にＲＲ１０４が停止するようにしている。
【００７１】
しかしながらＡＦ動作中に湿度変化が生じて山の頂上、即ちＲＲ１０４の到達目標位置が離れてしまう場合、逆に到達目標位置が近くなる場合には、その時に採用しているＲＲ１０４の駆動手段６のスピードでは、前者の場合は時間がかかる、又後者の場合には到達目標位置を行き過ぎてしまう恐れがある。
【００７２】
従って本実施例においては、湿度検出センサー２６の出力から検出される湿度ＨＳ によって、ＲＲ１０４の基準駆動スピードＶＨＲＲＡＦ に重み付けをして駆動制御するものとする。到達位置が離れる場合は１より大きい任意の定数ＣＨａｆ をＶＨＲＲＡＦ にかけ、到達位置が近くなる場合には１より小さい任意の定数ＣＨａｆｆをかける。
【００７３】
以上説明したように、本実施例の構成とすることで、使用中の環境湿度（一定）が基準湿度からずれている場合は勿論のことズーミング中及びＡＦ動作中に湿度変化があった場合でも、ピントズレの無い良好な画像を得ることができる。
【００７４】
本実施例においては湿度検出センサー２６を１個使用しているが、複数個使用しても良く、これによればより良好なる効果が得られる。
【００７５】
尚以上の各実施例においては温度検出手段と湿度検出手段を各々設けた場合について説明したが、双方の検出手段を光学機器内に設けて、温度変化及び湿度変化によるピントズレについて各実施例で示した方法を用いて同様に補正するようにしても良い。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、フォーカスや変倍の為に光軸上移動する移動レンズ群を有する光学系（撮影レンズ）を用いたとき環境変化があったとき、例えば温度変化や湿度変化があっても環境変化に応じて該移動レンズ群の移動軌跡をその都度適切に設定することにより結像面のズレを補正し、高い光学性能を維持することのできるビデオカメラや銀塩カメラそして電子スチルカメラ等に好適な光学機器を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の要部概略図
【図２】図１の移動レンズ群のカム軌跡の説明図
【図３】温度変化に対するカム軌跡の変化を示す説明図
【図４】本発明の実施例１の動作を示すフローチャート
【図５】本発明の実施例１の動作を示すフローチャート
【図６】本発明の実施例１の動作を示すフローチャート
【図７】本発明における移動レンズ群の領域分割を示す説明図
【図８】本発明の実施例２の要部概略図
【符号の説明】
１ 光学系
１０２，１０４ 移動レンズ群
２ 鏡筒
５，６ レンズ駆動手段
１２ 温度検出手段
２６ 湿度検出手段
１３ 制御手段
１４ 記憶手段
１５〜１７ 駆動回路
２１〜２４ 検出回路
Claims (6)
- 変倍のための第１レンズ群と、該第１レンズ群よりも像側に変倍による結像位置の変化を補正するための第２レンズ群を含む可動レンズを有するズームレンズと、前記可動レンズを前記ズームレンズの光軸方向に移動させるステッピングモータを含むレンズ駆動手段と、前記ズームレンズに関連する温度を検出する温度検出手段と、互いに異なる多数個の温度領域毎に前記レンズ駆動手段の制御に用いる制御データを記憶している記憶手段と、前記多数個の温度領域の中から前記温度検出手段が検出した温度が含まれる温度領域を検出し、該検出した温度領域に対応する前記制御データを用いて前記レンズ駆動手段の制御を行なう制御手段と、前記可動レンズのスタート位置を検出するためのレンズ位置検出器とを有し、前記制御データは、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各位置データで定められる多数個の位置領域の各々に対応した前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各々の速度データと、前記多数個の位置領域の各々に対応した前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各々のスタート位置データを含んでおり、前記制御手段は、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各位置を検出しており、前記ステッピングモーターに対する駆動パルスを計数するカウンターを備え、前記レンズ位置検出器を用いて前記可動レンズの初期位置を検出したときに前記カウンターをリセットし、前記第１レンズ群の検出位置と前記第２レンズ群の検出位置と前記第２レンズ群の各位置データの差分を用いて、前記多数個の位置領域の内のある位置領域を特定し、特定した位置領域に対応する前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各々の速度データと初期位置データを用いて前記レンズ駆動手段を制御することを特徴とする光学機器。
- 前記制御データは、前記可動レンズの位置を含むことを特徴とする請求項１の光学機器。
- 前記制御データは、前記可動レンズの移動速度を含むことを特徴とする請求項１又は２の光学機器。
- 前記制御データは、前記可動レンズのスタート位置を含むことを特徴とする請求項１，２又は３の光学機器。
- 前記制御データは、前記第２レンズ群のカム軌跡に関連する前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の各々の多数個の位置データを含むことを特徴とする請求項１の光学機器。
- 前記ズームレンズに関連する湿度を検出する湿度検出手段と、多数個の互いに異なる湿度領域毎に前記レンズ駆動手段の制御に用いる第２制御データを記憶している第２記憶手段とを有し、前記制御手段は、前記多数個の湿度領域の中から前記湿度検出手段が検出した湿度が含まれる湿度領域を検出し、該検出した湿度領域に対応する前記第２制御データを用いて前記レンズ駆動手段の制御を行なうことを特徴とする請求項１の光学機器。
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