JP3599463B2 - 光学機器 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
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撮影レンズやズームレンズ等の光学系において環境変化があったときのピントズレ(結像面ズレ)を該移動レンズ群によって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。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などの特長がある。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そして撮影光学系の一部等に多く使用されている。
【0003】
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。
【0004】
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。例えばプラスチック材料より成るレンズ、所謂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。
【0005】
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に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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
光学系の一部にプラスチックレンズを用いると前述のような効果が得られる。しかしながらその反面、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。
【0007】
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。従ってこのような環境変化による結像位置のズレをいかに効果的に補正するかが大きな問題点となっている。
【0008】
又、最近の光学機器は光学系の合焦位置を自動的に検出する自動合焦機能(AF機能)を設けたものが多い。AF機能を動作させて撮影しているときに、例えば光学機器と被写体との間に車や歩行者等の何んらかの障害物が入ってくると、AF手段は該障害物に合焦させてしまう。この為、結像面には対象とする被写体が形成されなくなってくる。そこで、これを避ける為に、AF機能を停止させて撮影しなければならないといった問題点があった。プラスチックレンズを含んだ光学系を用いた光学機器では、前述の如く環境変化によって結像面位置が大きく変化するので、撮影中AF機能の動作を停止させることは好ましくない。
【0009】
本発明は、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)を用いて自動合焦機能を動作させて撮影する際に、何んらかの理由で自動合焦機能の動作を停止させたときに環境変化があっても、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の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の光学機器は、複数の移動レンズ群を含む光学系により結像面上に物体像を形成する光学機器において、
該移動レンズ群を駆動するレンズ駆動手段、
該移動レンズ群を駆動する為に、温度または/且つ湿度変動に対する移動レンズ群の補正情報を含む制御情報を記憶する記憶手段、
該光学系に関する温度情報又は/及び湿度情報を検出する温度湿度検出手段、
該光学系の合焦状態を自動的に検出する自動合焦手段、
前記自動合焦手段の検出結果に基づいて前記レンズ駆動手段を制御する制御手段と、前記自動合焦手段の動作の実行/停止を指示する自動合焦制御手段と、を有し、
前記自動合焦制御手段の指示により、前記自動合焦手段の動作を実行しているときは前記自動合焦手段に基づいて前記制御手段により該レンズ駆動手段を制御すると共に、
前記自動合焦制御手段の指示により、前記自動合焦手段の動作を停止しているときには、
前記制御手段は前記記憶手段に記憶された前記補正情報及び前記前記温度湿度検出手段からの出力信号に基づいて該レンズ駆動手段を制御することを特徴としている。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記光学系はリアフォ−カスタイプのズ−ムレンズであることを特徴としている。
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記温度または/且つ湿度変動に対する移動レンズ群の補正情報は、基準温度又は/及び基準湿度における前記移動レンズ群の複数の位置データと該位置データを前記検出手段からの信号に基づいて補正する為の温度補正係数データ又は/及び湿度補正係数データを含んでおり、前記制御手段は前記駆動手段を制御する為の該制御情報を該検出手段によって検出された温度又は/及び湿度に応じて前記記憶手段から引き出し、該制御情報に基づいて該移動レンズ群の温度補正位置データ又は/及び湿度補正位置データを算出することを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施形態1の要部ブロック図である。図中1は光学系(撮影系)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。
【0014】
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、移動レンズ群である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るフォ−カスと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。
【0015】
実際には上記レンズ群は複数枚のレンズで構成されていて、例えば本実施形態においては、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。
【0016】
本実施形態においては、各レンズ群の少なくとも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,ポリオレフィン系,ポリカーボネート等が適用可能である。
【0017】
本実施形態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、又各レンズ群中に全く使用しない場合もある。
【0018】
2はCCD等の光電変換素子(撮像手段)、3は光電変換素子2に入射する光量を調節する為の絞り部材である。6は絞り駆動手段であり、iGメータ又はSTEPモータ等から成り、制御手段7からの信号に基づいて絞り部材3内の絞り羽を光軸に略垂直に駆動することによって絞り部材3の開口部の面積を可変として光電変換素子2に入射する光量が一定となるようにしている。4は絞り位置検出手段であり、絞り部材3の開口径を検出している。
【0019】
8,9は移動レンズ群102,104を駆動する為のステップモータ等の駆動手段、10,11は駆動手段8,9を駆動させる為のドライバである。12はサーミスタ・感温抵抗等の温度検出手段、13は温度検出手段12の出力を検出し、制御手段7に出力する検出回路である。尚、湿度を検出するときは、13は静電容量式のセンサ又はサーミスタ等の湿度検出手段となる。
【0020】
14は光電変換素子2の出力を増幅させるアンプ、15はアンプ14からの信号をNTSC映像信号等の信号に変換するプロセス回路、16はプロセス回路15の信号出力から自動合焦(以下AFと称す)の為の信号を生成し、AF動作させる自動合焦手段、17は自動合焦制御手段であり、自動合焦手段16のAF動作のON・OFFを行うスイッチからなっている。尚、AF方法においては所謂山登り方式など、例えば特開昭62−103616号公報で提案されている方法を用いている。
【0021】
本実施形態では、自動合焦手段16からの合焦信号に基づいて制御手段7はRR104の駆動量を求め、駆動手段11に入力している。そして駆動手段11は合焦信号に基づいてモータ9を駆動させてRR104を移動させて自動合焦を行っている。
【0022】
本実施形態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。この為環境変化によりプラスチックレンズの周囲に温度変化や湿度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が変化したり、材質の屈折率の温度係数が大きい為に、屈折率が変化したりして焦点距離が大きく変化してくる。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が、湿度変化についても同様である。
【0023】
温度変化が生じると各レンズ群の焦点距離が変化してレンズ系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(本実施形態では20℃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。
【0024】
従ってAF機能を働かせずにフォーカスを固定して撮影を行う場合に、温度の変化に伴いピントがずれ、光学機器として極めて好ましくない問題点が生じてくる。そこで本実施形態では、この問題を解決する為に温度を検出し、温度変化に応じてピントを補正するようにしている。
【0025】
具体的には、自動合焦制御手段17が自動合焦手段16の動作を停止しているときに環境変化(温度変化や湿度変化)があっても、検出回路13からの出力信号に基づいて制御手段7によりドライバ11を介してモータ9を駆動させてRR(移動レンズ)104を移動させている。これにより結像面の位置を補正し、良好なる画像が得られるようにしている。
【0026】
制御手段7は単位温度あたりのピント移動量(温度補正係数データ)Trrを持っている。即ち温度変化量ΔTにピント移動量Prrを乗じたものがピント移動量、即ち補正量(温度補正位置データ)Prrである。
【0027】
ΔT =|検出温度−基準温度|
Prr= ΔT × Trr
ここで、温度補正係数データは、変倍の為の移動レンズ群の位置の関数として定義されている。尚、湿度についても上式がそのまま適用できる。
【0028】
次に本実施形態の動作を図2のフローチャートを用いて説明する。
【0029】
図2では、ステップ201において自動合焦手段16のAF機能がオンかオフかを判定し、オンであればステップ202においてAFオフフラグをセットしステップ201に戻り、オフならばステップ203においてAFオフフラグがオフかどうか判定し、オフであればステップ204において検出回路13で温度検出出力を読み込み、ステップ205において検出温度を基準温度と設定し、ステップ206においてAFオフフラグをセットする。ステップ203においてAFオフフラグがセットされていたら、ステップ207において検出回路13で温度検出出力を読み込み、ステップ208において基準温度と同じか判定する。同じであればステップ201に戻り、異なればステップ209において温度変化量ΔT及び補正量Rrrを計算し、RR104を駆動させる温度補償制御を行い、ステップ210において検出した温度を基準温度とし、ステップ201に戻る。
【0030】
本実施形態では以上のようにして自動合焦手段16の動作を停止させたとき、環境変化があっても検出回路13からの信号に基づいて制御手段7がRR104を駆動させることにより良好なる画像情報が得られるようにしている。
【0031】
図3,図4は本発明の実施形態2の要部概略図と動作のフローチャートである。図中、図1の実施形態1で示した要素と同じ要素には同符番を付している。
【0032】
図中、18,19は手動焦点調節(以下MFDと称す)のスイッチであり、スイッチONの状態で、スイッチ18は至近側、スイッチ19は無限側にフォーカスレンズ104を駆動させるものである。本実施形態ではMFD動作の終了時の焦点位置が合焦位置で動作が終了した温度であるという認識を前提にしており、手動焦点点調節が行われた場合は動作終了時の温度を記憶し、これより温度変化を検知して補正を行う点が実施形態1と異なっており、その他の構成は同じである。
【0033】
次に本実施形態の動作を図4のフローチャートを用いて説明する。
【0034】
ステップ401においてMFDスイッチ18又は19がオンかオフかを判定し、どちらかオンであればステップ402においてMFDオフフラグをセットしステップ401に戻り、オフならばステップ403においてMFDオフフラグがオフかどうか判定し、オフであればステップ404において温度検出出力を読み込み、ステップ405において検出温度を基準温度と設定し、ステップ406においてMFDオフフラグをセットする。ステップ403においてAFオフフラグがセットされていたらステップ407において温度検出出力を読み込み、ステップ408において基準温度と同じか判定する。同じであればステップ401に戻り、異なればステップ409において温度変化量ΔT及び補正量Prrを計算しRR104を駆動させる温度補償制御を行い、ステップ410において検出した温度を基準温度とし、ステップ401に戻る。MFDではこうしたスイッチのON・OFFに限らず、動作が検出できればどのようなものでも良い。
【0035】
図5,図6は、本発明の実施形態3の要部概略図と、動作のフローチャートである。図中、図1の実施形態1で示した要素と同じ要素には同符番を付している。
【0036】
図中、20,21はズームスイッチであり、スイッチONの状態で、ズームスイッチ20はテレ側、ズームスイッチ21はワイド側にバリエータレンズ103を駆動させるものである。本実施形態では、ズーム動作により画角変化を行った場合は放置状態でなくなったと判断し、ズーム動作終了時の温度を記憶し、それ以後再び放置状態であるとみなして温度変化を検知して補正を行う点が実施形態1と異なっており、その他の構成は同じである。
【0037】
次に本実施形態の動作を図6のフローチャートを用いて説明する。
【0038】
ステップ601においてズームスイッチ20又は21がオンかオフかを判定し、どちらかでもオンであればステップ602においてオフフラグをセットしステップ601に戻り、オフならばステップ603においてズームオフフラグがオフかどうか判定し、オフであればステップ604において温度検出出力を読み込み、ステップ605において検出温度を基準温度と設定し、ステップ606においてズームオフフラグをセットする。ステップ603においてズームオフフラグがセットされていたらステップ607において温度検出出力を読み込み、ステップ608において基準温度と同じか判定する。同じであればステップ601に戻り、異なればステップ609において温度変化量ΔT及び補正量Prrを計算しRR104を駆動させる温度補償制御を行い、ステップ610において検出した温度を基準温度とし、ステップ601に戻る。尚、本実施形態においてズーム動作検出はこうしたスイッチのON・OFFに限らず、動作が検出できればどのようなものでも良い。
【0039】
以上説明したように、本実施形態の構成とすることで、ズーミング中、及びAF機能の動作中又はAF機能の停止中に温度変化があった場合でも、又温度が一定でも基準温度からのずれが生じた場合においてもピントズレのない良好な画像を得ている。
【0040】
本実施形態においては、温度検出手段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。
【0041】
尚、本実施形態では環境変化として温度変化があったときを説明したが、環境変化として湿度変化や気圧変化があったときでも、それらの検出手段を設ければ前述した構成で同様に取り扱うことができる。例えば、温度検出手段と湿度検出手段を各々設けても良く、又は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補正するようにしても良い。
【0042】
【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)を用いて自動合焦機能を動作させて撮影する際に、何んらかの理由で自動合焦機能の動作を停止させたときに環境変化があっても、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】本発明の実施形態1の要部概略図
【図2】本発明の実施形態1の動作のフローチャート
【図3】本発明の実施形態2の要部概略図
【図4】本発明の実施形態2の動作のフローチャート
【図5】本発明の実施形態3の要部概略図
【図6】本発明の実施形態3の動作のフローチャート
【符号の説明】
1 光学系
102,104 移動レンズ群
2 CCD
3 絞り部材
4 絞り位置検出回路
6 絞り駆動手段
7 制御手段
8,9 駆動手段
10,11 ドライバ
12 温度検出手段(湿度検出手段)
13 検出回路
15 プロセス回路
16 自動合焦手段
17 自動合焦制御手段
18,19 手動合焦スイッッチ
20,21 ズームスイッチ

Claims (3)

  1. 複数の移動レンズ群を含む光学系により結像面上に物体像を形成する光学機器において、
    該移動レンズ群を駆動するレンズ駆動手段、
    該移動レンズ群を駆動する為に、温度または/且つ湿度変動に対する移動レンズ群の補正情報を含む制御情報を記憶する記憶手段、
    該光学系に関する温度情報又は/及び湿度情報を検出する温度湿度検出手段、
    該光学系の合焦状態を自動的に検出する自動合焦手段
    前記自動合焦手段の検出結果に基づいて前記レンズ駆動手段を制御する制御手段と、前記自動合焦手段の動作の実行/停止を指示する自動合焦制御手段と、を有し、
    前記自動合焦制御手段の指示により、前記自動合焦手段の動作を実行しているときは前記自動合焦手段に基づいて前記制御手段により該レンズ駆動手段を制御すると共に、
    前記自動合焦制御手段の指示により、前記自動合焦手段の動作を停止しているときには、前記制御手段は前記記憶手段に記憶された前記補正情報及び前記前記温度湿度検出手段からの出力信号に基づいて該レンズ駆動手段を制御することを特徴とする光学機器。
  2. 前記光学系はリアフォ−カスタイプのズ−ムレンズであることを特徴とする請求項1の光学機器。
  3. 前記温度または/且つ湿度変動に対する移動レンズ群の補正情報は、基準温度又は/及び基準湿度における前記移動レンズ群の複数の位置データと該位置データを前記検出手段からの信号に基づいて補正する為の温度補正係数データ又は/及び湿度補正係数データを含んでおり、前記制御手段は前記駆動手段を制御する為の該制御情報を該検出手段によって検出された温度又は/及び湿度に応じて前記記憶手段から引き出し、該制御情報に基づいて該移動レンズ群の温度補正位置データ又は/及び湿度補正位置データを算出することを特徴とする請求項1の光学機器。
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