JP3713142B2 - ステップズーム光学系及びそのフォーカス制御方式 - Google Patents
ステップズーム光学系及びそのフォーカス制御方式 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズーム（可変焦点距離）光学系に関し、特にズーミング動作に追従してフォーカス（焦点）を自動補正する機能を備えたフォーカス制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラ等のような撮像光学系をズーム光学系で構成する場合には、ズーム動作に追従して撮像素子におけるフォーカス動作を自動的に行う必要がある。このようなズーム光学系として、例えば、図９（ａ）に示す２群レンズ構成の撮影光学系について見ると、前記第１群レンズ１０１及び第２群レンズ１０２はそれぞれ光軸方向に移動可能とされており、前記第２群レンズ１０２の光軸方向の位置（以下、光軸方向位置と称する）の制御によってズーム動作が行われ、前記第１群レンズ１０１の光軸方向位置の制御によって撮像素子１０３に対する焦点補正、すなわちフォーカス動作が行われる。図９（ｂ）はズーム比に対する前記第２群レンズ１０２と第１群レンズ１０１の光軸位置を示す図であり、第２群レンズ１０２を光軸に沿って撮像素子１０３側に移動するとワイド（広角）となり、前方に移動するとテレ（望遠）となる。また、このズーム動作に追従して、前記ズーム光学系のフォーカス動作を行うために第１群レンズ１０１はワイド時には光軸方向の前方に移動され、テレ時には後方に移動される。なお、第１群レンズ１０１の光軸方向の位置は、被写体までの距離により、図９（ｂ）に実線で示す無限遠から破線で示す近接距離（１メートル）の間でその光軸方向位置は異なる特性曲線の位置に設定されることになる。
【０００３】
このようなズーム光学系では、先に第２群レンズ１０２を設定されたズーム比に設定すべく第２群レンズ１０２を撮影光学系の光軸方向位置を制御し、この第２群レンズ１０２が所定の光学方向位置に設定されるのを待って第１群レンズ１０１を対応する光軸位置に設定する方式がとられている。この場合、従来では、前記第１群レンズ１０１と第２群レンズ１０２をそれぞれ独立したパルスモータを駆動源とするレンズ移動機構で光軸位置の制御を行う構成がとられており、このパルスモータに印加するパルス信号を制御して各レンズを所望の光軸位置に設定する。そして、前記各レンズのパルスモータの回転位置を調整すべく、各パルスモータに印加するパルス信号をＣＰＵ（マイクロプロセッサ）等により制御する。
【０００４】
例えば、図外のズームレバーをテレ側に操作して所望のズーム比（焦点距離）に設定すると、このズーム比に対応する数のパルス信号がＣＰＵから第２群レンズ１０２を移動するためのズームパルスモータに入力される。これにより、ズームパルスモータは当該ズーム値が得られる光軸位置にまで第２群レンズ１０２を移動する。また、ＣＰＵは前記ズームパルスモータに対して入力されるパルス信号のパルス数を監視しており、ズームパルスモータに所定の数のパルス信号が入力されたことを確認した上で、すなわち第２群レンズ１０２が所定の光軸方向位置にまで到達されて所定のズーム比に設定されたことを確認した上で、ＣＰＵからは第１群レンズ１０１を前記ズーム比に対応した光軸位置にまで移動するためのパルス信号を第１群レンズ１０１を移動させるフォーカスパルスモータに入力する。これにより、フォーカスパルスモータは第１群レンズを設定した光軸位置に移動する。このズーム動作とフォーカス動作により、第２群レンズ１０２と第１群レンズ１０１は、図９（ｂ）に示した特性に従って光軸位置が設定されることになる。なお、同図において、縦軸はテレ側からワイド側にわたるズーム比、横軸は光軸方向位置であり、曲線Ｆ０，Ｚ０はそれぞれ第１群レンズ１０１と第２群レンズ１０２の各光軸位置を示す特性曲線である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のズーム制御とフォーカス制御では、先ず、ズーム制御を実行し、所定のズーム比に設定されたことを確認した上でフォーカス制御を実行する方式となっている。このため、ズーム制御される第２群レンズ１０２は、ズームパルスモータでのパルス信号による光軸方向位置制御によって図９（ｂ）に示したように連続に近い特性で光軸方向位置が変化制御されるが、これに追従してフォーカス制御される第１群レンズ１０１の光軸位置を示す曲線Ｆ０は、例えば、ズーム比がテレ側からワイド側に制御される場合を図９（ｃ）に示すように、第２群レンズ１０２のズーム比がテレ側からワイド側に変化されるのに追従して同図に太実線で示すステップ的に変化される特性となる。ここで、ズーム比の設定値がＺ（Ｎ−１），Ｚ（Ｎ），Ｚ（Ｎ＋１）のときに、適正フォーカスを与えるフォーカス比としてＦ（Ｎ−１），Ｆ（Ｎ），Ｆ（Ｎ＋１）がそれぞれ対応しているものとする。
【０００６】
このため、例えば、第２群レンズのズーム比がＺ（Ｎ＋１）からＺ（Ｎ）に変化するときには、図９（ｃ）の太実線で示した特性を矢印ｂ方向に辿ることになるため、ズーム比がＺ（Ｎ＋１）よりも小さくなっても第１群レンズ１０１のフォーカス位置はＦ（Ｎ＋１）の位置に留まっており、第２群レンズ１０２のズーム値がＺ（Ｎ）に達したときに初めて第１群レンズ１０１はＦ（Ｎ）の位置に移動される。このため、液晶モニタで被写体像を常時観察するように構成されているデジタルカメラでは、前記した方式でのズーム制御を行った場合には、モニタ画面では、ズーミングが１ステップ完了した後に、遅れてフォーカス動作が行われることになり、このフォーカス動作が遅れている間、モニタで表示される画像がピントぼけの状態となり、モニタ品質が低下され、カメラ品質が低下される原因となっている。
【０００７】
本発明の目的は、ズーム動作がテレ側からワイド側及びワイド側からテレ側のいずれの方向に行われる場合においても、モニタ上における迅速なフォーカス動作を実現可能にしたステップズーム光学系及びフォーカス制御方式を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のズーム光学系は、光軸に沿ってステップ的に位置制御可能な第１のレンズまたはレンズ群（以下、第１のレンズ）と、前記第１のレンズと同一光軸上に配置されて前記光軸に沿ってステップ的に位置制御可能な第２のレンズまたはレンズ群（以下、第２のレンズ）と、前記第２のレンズの光軸方向における位置（以下、光軸方向位置と称する）を制御してズーム動作を行うズーム動作手段と、前記第２のレンズの前記光軸方向位置の制御に追従して前記第１のレンズの光軸方向位置を制御してフォーカス動作を行うフォーカス動作手段と、ズーム比が設定されたときに当該ズーム比に対応するズームデータを前記ズーム動作手段に供給するとともに、当該ズームデータに対応するフォーカスデータを前記フォーカス動作手段に供給して前記第１のレンズと第２のレンズをそれぞれ光軸方向位置制御する制御手段とを備えるステップズーム光学系であって、前記ズーム動作手段とフォーカス動作手段は、それぞれ前記第１のレンズ及び第２のレンズの位置を検出するレンズ位置検出手段と、予め光軸方向に沿ってステップ的に設定されている前記各レンズの複数の光軸方向位置のうちの１つを選択し、これを目標位置として設定する設定手段と、前記第１のレンズ及び第２のレンズの位置と前記設定された目標位置とが一致するように前記第１及び第２のレンズを駆動制御するレンズ駆動制御手段とを備え、前記設定手段は、前記第２のレンズの目標位置設定を行うときに、前記第１のレンズの目標位置をステップ単位で設定するとともに、前記第２のレンズの移動方向の違いに応じて前記第１のレンズの目標位置を１ステップずれた位置に設定するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明のフォーカス制御方式は、光軸に沿ってそれぞれ独立してステップ的に位置制御可能な第１のレンズと第２のレンズとを備え、前記第２のレンズの光軸方向位置を制御してズーム動作を行い、前記第２のレンズの前記光軸方向位置の制御に追従して前記第１のレンズの光軸方向位置をステップ的に制御してフォーカス動作を行うステップズーム光学系において、前記第２のレンズをテレ（望遠）側およびワイド（広角）側の各目標となる光軸方向位置に向けて位置制御するときには、前記テレ側とワイド側とで前記第１のレンズの目標位置を１ステップずらして位置制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、第２のレンズを設定された光軸方向位置に設定すべく光軸方向位置制御を行なうときには、第１のレンズの目標位置として目標位置に向けて１ステップの変化設定を行い、この設定した光軸方向位置に向けて位置制御を行って適正なフォーカスの光軸方向位置制御を行なうため、第２のレンズが目標とする光軸方向位置に位置設定されるときには第１のレンズの光軸方向位置制御が完了されることになり、設定されたズーム比に対する迅速なフォーカス制御が実現される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明のフォーカス制御方式を適用したズーム光学系の概略斜視図である。前記ズーム光学系は、固定レンズ１０と、第１群及び第２群の各可動レンズ１１，１２で構成されており、前記固定レンズ１０は光学筒１に固定される一方、第１群及び第２群の各可動レンズ１１，１２はそれぞれのレンズ枠１１１，１２１が前記光学筒１に架設されたガイドシャフト２に挿通支持され、このガイドシャフト２に沿ってそれぞれ独立して光軸方向に移動可能とされている。そして、光軸上の後側に位置されている前記第２群レンズ１２の光軸方向の位置制御によってズーミングが行われ、光軸の前側に位置されている前記第１群レンズ１１の光軸方向の位置制御によってフォーカス動作が行われ、ＣＣＤ等で構成される撮像素子３によって撮像が行われる。また、前記第１群レンズ１１及び第２群レンズ１２の前記ズーム動作及びフォーカス動作を実行するために各レンズ１１，１２を光軸方向位置制御するための機構として、それぞれ駆動源としてのパルスモータ１３，１４を備えている。そして、これらパルスモータ１３，１４の回転を歯車列１５，１６によって減速して前記光軸と平行な平面上で回動される第１及び第２のセクタ１７，１８に伝達し、これらのセクタ１７，１８に設けたカム溝１７１，１８１に前記第１群レンズおよび第２群レンズ１１，１２の各レンズ枠１１１，１２１から突出されるカムピン１１２，１２２を係合させている。これにより、各パルスモータ１３，１４が回転駆動されて各セクタ１７，１８が回動されることで、前記第１群レンズ１１と第２群レンズ１２がそれぞれ独立して光軸方向に移動される。
【００１２】
前記各パルスモータ１３，１４はＣＰＵ５に接続されており、このＣＰＵ５から供給されるパルス数に対応する角度だけ回転駆動される。また、前記ＣＰＵ５は前記ズーム用のパルスモータ１４に供給するパルス信号のパルス数を常時監視しており、このパルス数により第２群レンズ１２の光軸方向位置、換言すればズーム位置を認識することが可能とされている。さらに、前記ＣＰＵ５にはＥＥＰＲＯＭ６が接続されており、このＥＥＰＲＯＭ６には、前記第２群レンズ１２を任意のズーム値に設定するために前記パルスモータ１４の回転角度に対応するパルス数と、その際に前記第１群レンズ１１が適正なフォーカスの光軸方向位置に設定されるために前記パルスモータ１３に供給するパルス数とが、テーブルとして記憶されている。図２はその一例であり、ズーム比を×１，×１．５，×２，×２．５，×３と変化する際に２群レンズのパルスモータ１４に供給するズーム設定値Ｚとしてのパルス数と、各ズーム比において焦点位置が無限遠位置のときに第１群レンズのパルスモータ１３に供給するフォーカス補正値Ｈとしてのパルス数と、被写体の距離が近距離に変化したときに第１群レンズのパルスモータ１３に供給する合焦補正値Ｇとしてのパルス数が記憶されている。これらのパルス数は所定位置からの光軸上における絶対位置を示すものである。また、図２の値は、理解のために１０進数で表されているが、ＥＥＰＲＯＭ６には８ビットのデジタル値で格納されている。
【００１３】
なお、図１において、前記ＣＰＵ５には、例えばオートフォーカス機構のＡＦモジュール７が接続されており、被写体の測距情報が入力される。また、前記ＣＰＵ５には、カメラを非使用状態から撮影待機状態へ移行する際にオン操作される電源スイッチ４が接続されており、この電源スイッチ４がオフされた状態では他のスイッチ操作がなされても何ら動作することはない。また、ズームレバー８が操作されたときにいずれか一方がオンされて前記ＣＰＵ５にズーミングの方向を指示するテレズームスイッチ８ａ及びワイドズームスイッチ８ｂが接続される。さらに、レリーズボタン９が押下されたときに順序的にオンされる測光スイッチ９ａとレリーズスイッチ９ｂが接続されており、測光スイッチ９ａがオンされると被写体の測光を行って露出制御因子（絞りやシャッター速度）を適宜決定するとともに、測距動作を行って被写体までの距離を算出し、測距データをＣＰＵ５に出力する。また、レリーズスイッチ９ｂがオンされると、測光動作にて算出した前記露出制御因子に基づいてＣＰＵ５は撮影制御を行う。
【００１４】
次に、以上の構成のデジタルカメラにおけるズーム動作とフォーカス動作の全体の流れを説明する。先ず、撮影者がズーム比を変化すべくズームレバー８を操作してテレズームスイッチ８ａ又はワイドズームスイッチ８ｂのいずれか一方をオンすると、ＣＰＵ５はオンされたスイッチに基づいて撮影者が設定したズーム比を得る。ついで、ＣＰＵ５は当該ズーム比に基づいて前記ＥＥＰＲＯＭ６の図２のテーブルから対応するパルス数を読み出して第２群レンズ１２のパルスモータ１４に供給する。したがって、パルスモータ１４は供給されたパルス数に対応する角度だけ回転駆動され、第２セクタ１８を所要角度だけ回動して第２群レンズ１２を光軸方向に移動し、所要のズーム比を与える光軸方向位置に設定する。このとき前記第２群レンズ１２の光軸方向位置は、ＣＰＵ５がパルスモータ１４に供給されているパルス数を計数することにより検出する。また、これと同時にＣＰＵ５は、ＡＦモジュール７から入力される被写体の測距情報と、前記第２群レンズ１２が現在設定されようとする光軸方向位置とに基づいて、ＥＥＰＲＯＭ６の図２のテーブルから第１群レンズ１１の無限遠焦点位置のフォーカス補正値Ｈを読み出す。さらに、測距された被写体までの距離に基づいて合焦補正値Ｇを読み出し、前記フォーカス補正値Ｈに加えてフォーカス設定値Ｆを得る。そして、このフォーカス設定値Ｆに対応するパルス数のパルス信号を直ちに第１群レンズ１１のパルスモータ１３に供給する。これにより、第１セクタ１７が所定角度だけが回動されて第１群レンズ１１が光軸方向に移動され、第１群レンズ１１は設定されるズーム比に基づき、測距された被写体距離に対応した適正なフォーカスを与える光軸位置に設定されることになる。
【００１５】
前記ズーム動作とフォーカス動作を含む本実施形態のカメラの撮影動作を図３のフローチャートを参照して説明する。電源スイッチ４がオンされると、被写体距離データを無限遠に初期化する（Ｓ１０１）。ついで、レリーズボタン９の押下に伴って測光スイッチ９ａがオンされると（Ｓ１０２）、測光・測距動作が実行され（Ｓ１０３）、ＣＰＵ５は被写体までの距離データを取得する（Ｓ１０４）。次いで、ズームレバー８の操作に伴うテレズームスイッチ８ａ又はワイドズームスイッチ８ｂのオンに基づいて詳細を後述するＺ値変更処理（Ｓ２００）を実行する。さらに、Ｚ値変更処理が完了すると、取得した被写体までの距離データに基づいて詳細を後述するフォーカス補正処理（Ｓ３００）を実行する。そして、レリーズイッチ９ｂがオンされたことを検出すると（Ｓ１０５）、撮影制御を行い、撮影を実行する（Ｓ１０６）。その後、電源スイッチ４の状態を検出し（Ｓ１０７）、電源スイッチがオンの状態のときには前記ステップＳ１０２に戻る。ここで、前記フローにおいて１回も測距動作を行わない場合、又は測距不能の場合には、ステップＳ１０１で初期化された被写体距離が無限遠の状態として、ステップＳ２００及びステップＳ３００の処理を実行する。また、測距後に測光スイッチ９ａをオフさせても、次に測光スイッチ９ａが再びオンされるまではステップＳ１０４を通らないので、被写体距離データは全体測距時のデータがそのまま保持されている。
【００１６】
前記Ｚ設定値変更処理Ｓ２００を図４を参照して説明する。先ず、テレズームスイッチ８ａがオンされているかを判定し（Ｓ２０１）、オンされているときには直ちにＺ設定値をＺ設定値（Ｎ＋１）とする（Ｓ２０２）。また、テレズームスイッチ８ａがオフされていてワイドズームスイッチ８ｂがオンされているときには（Ｓ２０３）、直ちにＺ設定値をＺ設定値（Ｎ−１）とする（Ｓ２０４）。しかる上で、図５のタイマー割り込み処理Ｓ４００に移行する。
【００１７】
タイマー割込み処理Ｓ４００を、図５のフロー図を参照して説明する。なお、前記第１群レンズ１１及び第２群レンズ１２を駆動するためのパルスモータ１３，１４は図６に示す回路構成であり、Ａ相及びＢ相のコイルＬＡ，ＬＢと、これと位相が逆な−Ａ相及び−Ｂ相のコイルＬ−Ａ，Ｌ−Ｂの４つのコイルに対して順序的にパルスを印加して励磁を行うことにより、ロータＲを励磁されたコイルに回転位置させることができ、これによりパルスモータ１３，１４の回転量を制御する構成とされている。
【００１８】
図５において、ＣＰＵ５は図４のフローで設定されたＺ設定値を現在のズーム比の値（Ｚ現在値）と比較する（Ｓ４０１ ，Ｓ４０２）。Ｚ設定値がＺ現在値と等しいときには、ズーム動作は行われず、ワイドフラグを「０」、テレフラグを「０」にし、かつパルスモータ１４の励磁を切る（Ｓ４０３）。Ｚ設定値がＺ現在値よりも小さいときには、Ｚ現在値をデクリメントし、ワイドフラグに「１」を立てる（Ｓ４０４）。逆に、Ｚ設定値がＺ現在値よりも大きいときには、Ｚ現在値をインクリメントし、テレフラグに「１」を立てる（Ｓ４０５）。次いで、前記Ｚ現在値を表している８ビットのデータのうち下位２ビットを切り出し（Ｓ４０６）、この下位２ビットで表される１０進数が「０」，「１」，「２」のいずれであるかを判定し（Ｓ４０７〜Ｓ４０９）、「０」の場合にはパルスモータ１４のＡ相コイルを励磁し（Ｓ４１０），「１」の場合にはＢ相コイルを励磁し（Ｓ４１１）、「２」の場合には−Ａ相コイルを励磁し（Ｓ４１２）、それ以外、すなわち「３」のときには−Ｂ相コイルを励磁する（Ｓ４１３）。このように、８ビットデータの下位２ビットの値が「０」から「３」に或いはその逆に巡回する性質を利用してモータへのパルス印加を行うフローにより、最終的にＺ現在値がＺ設定値に一致され、パルスモータ１４は、Ｚ設定値に設定されているパルス数の位置に回転位置されることになり、第２群レンズ１２は所定の光軸方向の位置に設定され、ズーム比が設定される。
【００１９】
次いで、設定された前記Ｚ設定値のズーム比に対応するフォーカスのＦ設定値を現在のフォーカシング値（Ｆ現在値）と比較し（Ｓ４１４，Ｓ４１５）、Ｆ設定値がＦ現在値と等しいときには、フォーカシング動作はその状態に保持すべくパルスモータ１３のコイルの励磁を切る（Ｓ４１６）。Ｆ設定値がＦ現在値よりも小さいときには、Ｆ現在値をデクリメントする（Ｓ４１７）。逆に、Ｆ設定値がＦ現在値よりも大きいときには、Ｆ現在値をインクリメントする（Ｓ４１８）。しかる上で、Ｚ設定値のフローと同様に、Ｆ現在値を表している８ビットのデータのうち下位２ビットを切り出し（Ｓ４１９）、この下位２ビットで表される１０進数が「０」，「１」，「２」のいずれであるかを判定し（Ｓ４２０〜Ｓ４２２）、「０」の場合にはパルスモータ１３のＡ相コイルを励磁し（Ｓ４２３），「１」の場合にはＢ相コイルを励磁し（Ｓ４２４）、「２」の場合には−Ａ相コイルを励磁し（Ｓ４２５）、それ以外、すなわち「３」のときには−Ｂ相コイルを励磁する（Ｓ４２６）。このフローにより、最終的にＦ現在値がＦ設定値に一致され、パルスモータ１３は、Ｆ設定値に設定されているパルス数の位置に回転位置されることになり、第１群レンズ１１は所定の光軸方向の位置に設定され、前記ズーム比に対応したフォーカス位置に設定される。
【００２０】
また、このＦ設定値への設定を行った直後に、フォーカス補正処理（Ｓ３００）を行う。図７に示すように、先ず、テレフラグを判定する（Ｓ３０１）。テレフラグが「０」のときには、続いてワイドフラグを判定する（Ｓ３０２）。ステップＳ３０１においてテレフラグが「１」のときには、フォーカス設定値Ｈを直ちにテレ側に１段上がったＦ設定値に変更する（Ｓ３０３）。すなわち、現在のＦ補正値がＦ補正値（Ｎ）のときには、Ｆ補正値（Ｎ＋１）に変更する。また、ステップＳ３０２において、ワイドフラグが「１」のときには、Ｆ補正値を直ちにワイド側に１段下がったＦ補正値に変更する（Ｓ３０４）。すなわち、現在のＦ補正値がＦ補正値（Ｎ）のときには、Ｆ補正値（Ｎ−１）の設定値に変更する。そして、ステップＳ３０３，Ｓ３０４で補正され、あるいはステップＳ３０２でワイドフラグが「０」であるために補正されないＦ補正値に、前記したように、ＥＥＰＲＯＭ６から読み出したそのときの被写体までの距離から得られる合焦補正値Ｇを加算してＦ設定値Ｆを算出する（Ｓ３０５）。
【００２１】
以上のフローの動作における、Ｚ設定動作とＦ設定動作のタイミング関係を図８を用いて詳細に説明する。同図は従来の図９（ｂ）に示した特性の一部を拡大した図であり、縦軸はテレ側からワイド側に変化する光学系のズーム比を示し、横軸は光軸方向位置を示す。また、特性Ｆ，Ｚはそれぞれ前記第１群レンズ１１と第２群レンズ１２の論理上の光軸方向位置を示している。なお、この図は被写体距離がある特定の値の場合の特性であり、被写体距離が異なる場合には、特性Ｆは図９（ｂ）に示したように概ね横軸に沿って平行移動された特性となる。ここで、Ｚ設定値がＺ（Ｎ）のときにＦ設定値がＦ（Ｎ）であり、同様にＺ設定値がＺ（Ｎ＋１），Ｚ（Ｎ−１）のときにそれぞれＦ設定値がＦ（Ｎ＋１），Ｆ（Ｎ−１）であるとする。Ｚ設定値が（Ｎ）から（Ｎ＋１）に変更されるとき、すなわちズーム比が図示上側のワイド側から下側のテレ側に変更されるときには、前記ステップＳ３０１，Ｓ３０３，Ｓ３０５のフローにより、Ｆ設定値はＦ（Ｎ）から直ちにＦ（Ｎ＋１）に変更される。このため、ズーム比に対するフォーカスの特性は、同図の太実線で示すようなステップ特性となる。したがって、同図に矢印ａで示すように、Ｚ（Ｎ）が現在値からテレ側に向けて変化されるべくパルスモータ１４にパルス信号の入力が開始されるのと同時に、パルスモータ１３には対応するパルス信号の入力が開始され、第１群レンズのフォーカス位置はＦ（Ｎ）からＦ（Ｎ＋１）に設定され、このＦ（Ｎ＋１）に基づいてフォーカス動作が行われることになる。このため、新たなＺ設定値Ｚ（Ｎ＋１）に対するＦ（Ｎ＋１）へのフォーカス動作が直ちに実行され、目的とするテレ側へのズーム動作が完了された時点には、モニタ画面においてピントの合った画像が得られることになる。
【００２２】
一方、Ｚ設定値が（Ｎ）から（Ｎ−１）に変更されるとき、すなわちズーム比がテレ側からワイド側に変更されるときには、前記ステップＳ３０２，Ｓ３０４，Ｓ３０５のフローにより、Ｆ設定値はＦ（Ｎ）から直ちにＦ（Ｎ−１）に変更される。このため、ズーム比に対するフォーカスの特性は、同図の太破線で示すように、前記ワイド側からテレ側に変化される場合とは１ステップずれたステップ特性となる。したがって、同図に矢印ｂで示すように、Ｚ（Ｎ）が現在値からワイド側に向けて変化すべくパルスモータ１４にパルス信号を入力すると同時に、対応するパルス数のパルス信号をパルスモータ１３に入力し始めるため、第２群レンズ１２のズーム動作が開始される時点で、第１群レンズのフォーカス位置はＦ（Ｎ）からＦ（Ｎ−１）に設定され、このＦ（Ｎ−１）に基づいてフォーカス動作が行われることになる。このため、新たなＺ設定値Ｚ（Ｎ−１）に対するＦ（Ｎ−１）へのフォーカス動作が直ちに実行され、目的とするワイド側へのズーム動作が完了された時点には、モニタ画面においてピントの合った画像が得られることになる。
【００２３】
したがって、このフォーカス制御方式では、ワイド側からテレ側にズーム動作が行われる場合と、逆にテレ側からワイド側にズーム動作が行われる場合のいずれの場合でも、Ｚ設定値が変化されるのと同時にＦ設定値が新たなＺ設定値に対応したＦ設定値に変更されることになる。したがって、ズーム動作をテレ側とワイド側のいずれの方向に向けて行う場合でも、ズーム動作が完了される時点では、ピントの合ったモニタ画像を得ることができ、好適なモニタ画像を得て、品質の高いデジタルカメラを構成することが可能となる。
【００２４】
なお、前記実施形態では、固定レンズと、第１及び第２群の可動レンズからなるレンズ構成の撮像光学系の例を示しているが、図９（ａ）に示したように、固定レンズを有していないレンズ構成の撮像光学系においても同様に適用することができる。また、前記実施形態では、ズーム制御とフォーカス制御をそれぞれパルスモータで行なうズーム光学系の例を示しているが、少なくともフォーカス制御をステップ的に行うズーム光学系であれば、本発明を同様に適用することができるため、ズーム制御の方式やパルス制御であることに限定されるものではない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、第２のレンズを光軸方向位置を制御してズーム動作を行い、この第２のレンズの光軸方向位置制御に追従して第１のレンズをステップ的に光軸方向位置制御してフォーカス動作を行うズーム光学系において、第２のレンズを設定された目標位置に位置設定するときには、第２のレンズのテレ、ワイドの移動方向の違いに応じて第１のレンズの目標位置を１ステップずらして位置制御を行うので、第２のレンズを設定されたズーム比にすべくテレ側、あるいはワイド側のいずれに向けてズーム比を設定する場合においても、第２のレンズに対するズーム比の設定が完了されるときには第１のレンズの光軸方向位置の制御が完了されていることになり、設定されたズーム比に対する迅速なフォーカス制御が実現される。これにより、モニタ画面での画像の表示品質が向上でき、高品質なデジタルカメラを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるズーム光学系とそのシステムの概略構成を示す図である。
【図２】ズーム比とフォーカス位置を制御するためのパルス数のテーブルの一例を示す図である。
【図３】本発明におけるズーム動作及びフォーカス動作の全体の流れを説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明におけるＺ設定値変更フローを説明するためのフローチャートである。
【図５】Ｚ設定値及びＦ設定値に基づくズーム動作及びフォーカス動作のフローチャートである。
【図６】パルスモータの模式的な回路図てある。
【図７】本発明におけるフォーカス補正動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明のフォーカス制御動作を説明するための特性図である。
【図９】従来のズーム光学系とその動作を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ 光学筒
３ 撮像素子
４ 電源スイッチ
５ ＣＰＵ
６ ＥＥＰＲＯＭ
７ ＡＦモジュール
８ ズームレバー
９ レリーズボタン
１０ 固定レンズ
１１ 第１群レンズ
１２ 第２群レンズ
１３，１４ パルスモータ
【発明の属する技術分野】
本発明はズーム（可変焦点距離）光学系に関し、特にズーミング動作に追従してフォーカス（焦点）を自動補正する機能を備えたフォーカス制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラ等のような撮像光学系をズーム光学系で構成する場合には、ズーム動作に追従して撮像素子におけるフォーカス動作を自動的に行う必要がある。このようなズーム光学系として、例えば、図９（ａ）に示す２群レンズ構成の撮影光学系について見ると、前記第１群レンズ１０１及び第２群レンズ１０２はそれぞれ光軸方向に移動可能とされており、前記第２群レンズ１０２の光軸方向の位置（以下、光軸方向位置と称する）の制御によってズーム動作が行われ、前記第１群レンズ１０１の光軸方向位置の制御によって撮像素子１０３に対する焦点補正、すなわちフォーカス動作が行われる。図９（ｂ）はズーム比に対する前記第２群レンズ１０２と第１群レンズ１０１の光軸位置を示す図であり、第２群レンズ１０２を光軸に沿って撮像素子１０３側に移動するとワイド（広角）となり、前方に移動するとテレ（望遠）となる。また、このズーム動作に追従して、前記ズーム光学系のフォーカス動作を行うために第１群レンズ１０１はワイド時には光軸方向の前方に移動され、テレ時には後方に移動される。なお、第１群レンズ１０１の光軸方向の位置は、被写体までの距離により、図９（ｂ）に実線で示す無限遠から破線で示す近接距離（１メートル）の間でその光軸方向位置は異なる特性曲線の位置に設定されることになる。
【０００３】
このようなズーム光学系では、先に第２群レンズ１０２を設定されたズーム比に設定すべく第２群レンズ１０２を撮影光学系の光軸方向位置を制御し、この第２群レンズ１０２が所定の光学方向位置に設定されるのを待って第１群レンズ１０１を対応する光軸位置に設定する方式がとられている。この場合、従来では、前記第１群レンズ１０１と第２群レンズ１０２をそれぞれ独立したパルスモータを駆動源とするレンズ移動機構で光軸位置の制御を行う構成がとられており、このパルスモータに印加するパルス信号を制御して各レンズを所望の光軸位置に設定する。そして、前記各レンズのパルスモータの回転位置を調整すべく、各パルスモータに印加するパルス信号をＣＰＵ（マイクロプロセッサ）等により制御する。
【０００４】
例えば、図外のズームレバーをテレ側に操作して所望のズーム比（焦点距離）に設定すると、このズーム比に対応する数のパルス信号がＣＰＵから第２群レンズ１０２を移動するためのズームパルスモータに入力される。これにより、ズームパルスモータは当該ズーム値が得られる光軸位置にまで第２群レンズ１０２を移動する。また、ＣＰＵは前記ズームパルスモータに対して入力されるパルス信号のパルス数を監視しており、ズームパルスモータに所定の数のパルス信号が入力されたことを確認した上で、すなわち第２群レンズ１０２が所定の光軸方向位置にまで到達されて所定のズーム比に設定されたことを確認した上で、ＣＰＵからは第１群レンズ１０１を前記ズーム比に対応した光軸位置にまで移動するためのパルス信号を第１群レンズ１０１を移動させるフォーカスパルスモータに入力する。これにより、フォーカスパルスモータは第１群レンズを設定した光軸位置に移動する。このズーム動作とフォーカス動作により、第２群レンズ１０２と第１群レンズ１０１は、図９（ｂ）に示した特性に従って光軸位置が設定されることになる。なお、同図において、縦軸はテレ側からワイド側にわたるズーム比、横軸は光軸方向位置であり、曲線Ｆ０，Ｚ０はそれぞれ第１群レンズ１０１と第２群レンズ１０２の各光軸位置を示す特性曲線である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のズーム制御とフォーカス制御では、先ず、ズーム制御を実行し、所定のズーム比に設定されたことを確認した上でフォーカス制御を実行する方式となっている。このため、ズーム制御される第２群レンズ１０２は、ズームパルスモータでのパルス信号による光軸方向位置制御によって図９（ｂ）に示したように連続に近い特性で光軸方向位置が変化制御されるが、これに追従してフォーカス制御される第１群レンズ１０１の光軸位置を示す曲線Ｆ０は、例えば、ズーム比がテレ側からワイド側に制御される場合を図９（ｃ）に示すように、第２群レンズ１０２のズーム比がテレ側からワイド側に変化されるのに追従して同図に太実線で示すステップ的に変化される特性となる。ここで、ズーム比の設定値がＺ（Ｎ−１），Ｚ（Ｎ），Ｚ（Ｎ＋１）のときに、適正フォーカスを与えるフォーカス比としてＦ（Ｎ−１），Ｆ（Ｎ），Ｆ（Ｎ＋１）がそれぞれ対応しているものとする。
【０００６】
このため、例えば、第２群レンズのズーム比がＺ（Ｎ＋１）からＺ（Ｎ）に変化するときには、図９（ｃ）の太実線で示した特性を矢印ｂ方向に辿ることになるため、ズーム比がＺ（Ｎ＋１）よりも小さくなっても第１群レンズ１０１のフォーカス位置はＦ（Ｎ＋１）の位置に留まっており、第２群レンズ１０２のズーム値がＺ（Ｎ）に達したときに初めて第１群レンズ１０１はＦ（Ｎ）の位置に移動される。このため、液晶モニタで被写体像を常時観察するように構成されているデジタルカメラでは、前記した方式でのズーム制御を行った場合には、モニタ画面では、ズーミングが１ステップ完了した後に、遅れてフォーカス動作が行われることになり、このフォーカス動作が遅れている間、モニタで表示される画像がピントぼけの状態となり、モニタ品質が低下され、カメラ品質が低下される原因となっている。
【０００７】
本発明の目的は、ズーム動作がテレ側からワイド側及びワイド側からテレ側のいずれの方向に行われる場合においても、モニタ上における迅速なフォーカス動作を実現可能にしたステップズーム光学系及びフォーカス制御方式を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のズーム光学系は、光軸に沿ってステップ的に位置制御可能な第１のレンズまたはレンズ群（以下、第１のレンズ）と、前記第１のレンズと同一光軸上に配置されて前記光軸に沿ってステップ的に位置制御可能な第２のレンズまたはレンズ群（以下、第２のレンズ）と、前記第２のレンズの光軸方向における位置（以下、光軸方向位置と称する）を制御してズーム動作を行うズーム動作手段と、前記第２のレンズの前記光軸方向位置の制御に追従して前記第１のレンズの光軸方向位置を制御してフォーカス動作を行うフォーカス動作手段と、ズーム比が設定されたときに当該ズーム比に対応するズームデータを前記ズーム動作手段に供給するとともに、当該ズームデータに対応するフォーカスデータを前記フォーカス動作手段に供給して前記第１のレンズと第２のレンズをそれぞれ光軸方向位置制御する制御手段とを備えるステップズーム光学系であって、前記ズーム動作手段とフォーカス動作手段は、それぞれ前記第１のレンズ及び第２のレンズの位置を検出するレンズ位置検出手段と、予め光軸方向に沿ってステップ的に設定されている前記各レンズの複数の光軸方向位置のうちの１つを選択し、これを目標位置として設定する設定手段と、前記第１のレンズ及び第２のレンズの位置と前記設定された目標位置とが一致するように前記第１及び第２のレンズを駆動制御するレンズ駆動制御手段とを備え、前記設定手段は、前記第２のレンズの目標位置設定を行うときに、前記第１のレンズの目標位置をステップ単位で設定するとともに、前記第２のレンズの移動方向の違いに応じて前記第１のレンズの目標位置を１ステップずれた位置に設定するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明のフォーカス制御方式は、光軸に沿ってそれぞれ独立してステップ的に位置制御可能な第１のレンズと第２のレンズとを備え、前記第２のレンズの光軸方向位置を制御してズーム動作を行い、前記第２のレンズの前記光軸方向位置の制御に追従して前記第１のレンズの光軸方向位置をステップ的に制御してフォーカス動作を行うステップズーム光学系において、前記第２のレンズをテレ（望遠）側およびワイド（広角）側の各目標となる光軸方向位置に向けて位置制御するときには、前記テレ側とワイド側とで前記第１のレンズの目標位置を１ステップずらして位置制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、第２のレンズを設定された光軸方向位置に設定すべく光軸方向位置制御を行なうときには、第１のレンズの目標位置として目標位置に向けて１ステップの変化設定を行い、この設定した光軸方向位置に向けて位置制御を行って適正なフォーカスの光軸方向位置制御を行なうため、第２のレンズが目標とする光軸方向位置に位置設定されるときには第１のレンズの光軸方向位置制御が完了されることになり、設定されたズーム比に対する迅速なフォーカス制御が実現される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明のフォーカス制御方式を適用したズーム光学系の概略斜視図である。前記ズーム光学系は、固定レンズ１０と、第１群及び第２群の各可動レンズ１１，１２で構成されており、前記固定レンズ１０は光学筒１に固定される一方、第１群及び第２群の各可動レンズ１１，１２はそれぞれのレンズ枠１１１，１２１が前記光学筒１に架設されたガイドシャフト２に挿通支持され、このガイドシャフト２に沿ってそれぞれ独立して光軸方向に移動可能とされている。そして、光軸上の後側に位置されている前記第２群レンズ１２の光軸方向の位置制御によってズーミングが行われ、光軸の前側に位置されている前記第１群レンズ１１の光軸方向の位置制御によってフォーカス動作が行われ、ＣＣＤ等で構成される撮像素子３によって撮像が行われる。また、前記第１群レンズ１１及び第２群レンズ１２の前記ズーム動作及びフォーカス動作を実行するために各レンズ１１，１２を光軸方向位置制御するための機構として、それぞれ駆動源としてのパルスモータ１３，１４を備えている。そして、これらパルスモータ１３，１４の回転を歯車列１５，１６によって減速して前記光軸と平行な平面上で回動される第１及び第２のセクタ１７，１８に伝達し、これらのセクタ１７，１８に設けたカム溝１７１，１８１に前記第１群レンズおよび第２群レンズ１１，１２の各レンズ枠１１１，１２１から突出されるカムピン１１２，１２２を係合させている。これにより、各パルスモータ１３，１４が回転駆動されて各セクタ１７，１８が回動されることで、前記第１群レンズ１１と第２群レンズ１２がそれぞれ独立して光軸方向に移動される。
【００１２】
前記各パルスモータ１３，１４はＣＰＵ５に接続されており、このＣＰＵ５から供給されるパルス数に対応する角度だけ回転駆動される。また、前記ＣＰＵ５は前記ズーム用のパルスモータ１４に供給するパルス信号のパルス数を常時監視しており、このパルス数により第２群レンズ１２の光軸方向位置、換言すればズーム位置を認識することが可能とされている。さらに、前記ＣＰＵ５にはＥＥＰＲＯＭ６が接続されており、このＥＥＰＲＯＭ６には、前記第２群レンズ１２を任意のズーム値に設定するために前記パルスモータ１４の回転角度に対応するパルス数と、その際に前記第１群レンズ１１が適正なフォーカスの光軸方向位置に設定されるために前記パルスモータ１３に供給するパルス数とが、テーブルとして記憶されている。図２はその一例であり、ズーム比を×１，×１．５，×２，×２．５，×３と変化する際に２群レンズのパルスモータ１４に供給するズーム設定値Ｚとしてのパルス数と、各ズーム比において焦点位置が無限遠位置のときに第１群レンズのパルスモータ１３に供給するフォーカス補正値Ｈとしてのパルス数と、被写体の距離が近距離に変化したときに第１群レンズのパルスモータ１３に供給する合焦補正値Ｇとしてのパルス数が記憶されている。これらのパルス数は所定位置からの光軸上における絶対位置を示すものである。また、図２の値は、理解のために１０進数で表されているが、ＥＥＰＲＯＭ６には８ビットのデジタル値で格納されている。
【００１３】
なお、図１において、前記ＣＰＵ５には、例えばオートフォーカス機構のＡＦモジュール７が接続されており、被写体の測距情報が入力される。また、前記ＣＰＵ５には、カメラを非使用状態から撮影待機状態へ移行する際にオン操作される電源スイッチ４が接続されており、この電源スイッチ４がオフされた状態では他のスイッチ操作がなされても何ら動作することはない。また、ズームレバー８が操作されたときにいずれか一方がオンされて前記ＣＰＵ５にズーミングの方向を指示するテレズームスイッチ８ａ及びワイドズームスイッチ８ｂが接続される。さらに、レリーズボタン９が押下されたときに順序的にオンされる測光スイッチ９ａとレリーズスイッチ９ｂが接続されており、測光スイッチ９ａがオンされると被写体の測光を行って露出制御因子（絞りやシャッター速度）を適宜決定するとともに、測距動作を行って被写体までの距離を算出し、測距データをＣＰＵ５に出力する。また、レリーズスイッチ９ｂがオンされると、測光動作にて算出した前記露出制御因子に基づいてＣＰＵ５は撮影制御を行う。
【００１４】
次に、以上の構成のデジタルカメラにおけるズーム動作とフォーカス動作の全体の流れを説明する。先ず、撮影者がズーム比を変化すべくズームレバー８を操作してテレズームスイッチ８ａ又はワイドズームスイッチ８ｂのいずれか一方をオンすると、ＣＰＵ５はオンされたスイッチに基づいて撮影者が設定したズーム比を得る。ついで、ＣＰＵ５は当該ズーム比に基づいて前記ＥＥＰＲＯＭ６の図２のテーブルから対応するパルス数を読み出して第２群レンズ１２のパルスモータ１４に供給する。したがって、パルスモータ１４は供給されたパルス数に対応する角度だけ回転駆動され、第２セクタ１８を所要角度だけ回動して第２群レンズ１２を光軸方向に移動し、所要のズーム比を与える光軸方向位置に設定する。このとき前記第２群レンズ１２の光軸方向位置は、ＣＰＵ５がパルスモータ１４に供給されているパルス数を計数することにより検出する。また、これと同時にＣＰＵ５は、ＡＦモジュール７から入力される被写体の測距情報と、前記第２群レンズ１２が現在設定されようとする光軸方向位置とに基づいて、ＥＥＰＲＯＭ６の図２のテーブルから第１群レンズ１１の無限遠焦点位置のフォーカス補正値Ｈを読み出す。さらに、測距された被写体までの距離に基づいて合焦補正値Ｇを読み出し、前記フォーカス補正値Ｈに加えてフォーカス設定値Ｆを得る。そして、このフォーカス設定値Ｆに対応するパルス数のパルス信号を直ちに第１群レンズ１１のパルスモータ１３に供給する。これにより、第１セクタ１７が所定角度だけが回動されて第１群レンズ１１が光軸方向に移動され、第１群レンズ１１は設定されるズーム比に基づき、測距された被写体距離に対応した適正なフォーカスを与える光軸位置に設定されることになる。
【００１５】
前記ズーム動作とフォーカス動作を含む本実施形態のカメラの撮影動作を図３のフローチャートを参照して説明する。電源スイッチ４がオンされると、被写体距離データを無限遠に初期化する（Ｓ１０１）。ついで、レリーズボタン９の押下に伴って測光スイッチ９ａがオンされると（Ｓ１０２）、測光・測距動作が実行され（Ｓ１０３）、ＣＰＵ５は被写体までの距離データを取得する（Ｓ１０４）。次いで、ズームレバー８の操作に伴うテレズームスイッチ８ａ又はワイドズームスイッチ８ｂのオンに基づいて詳細を後述するＺ値変更処理（Ｓ２００）を実行する。さらに、Ｚ値変更処理が完了すると、取得した被写体までの距離データに基づいて詳細を後述するフォーカス補正処理（Ｓ３００）を実行する。そして、レリーズイッチ９ｂがオンされたことを検出すると（Ｓ１０５）、撮影制御を行い、撮影を実行する（Ｓ１０６）。その後、電源スイッチ４の状態を検出し（Ｓ１０７）、電源スイッチがオンの状態のときには前記ステップＳ１０２に戻る。ここで、前記フローにおいて１回も測距動作を行わない場合、又は測距不能の場合には、ステップＳ１０１で初期化された被写体距離が無限遠の状態として、ステップＳ２００及びステップＳ３００の処理を実行する。また、測距後に測光スイッチ９ａをオフさせても、次に測光スイッチ９ａが再びオンされるまではステップＳ１０４を通らないので、被写体距離データは全体測距時のデータがそのまま保持されている。
【００１６】
前記Ｚ設定値変更処理Ｓ２００を図４を参照して説明する。先ず、テレズームスイッチ８ａがオンされているかを判定し（Ｓ２０１）、オンされているときには直ちにＺ設定値をＺ設定値（Ｎ＋１）とする（Ｓ２０２）。また、テレズームスイッチ８ａがオフされていてワイドズームスイッチ８ｂがオンされているときには（Ｓ２０３）、直ちにＺ設定値をＺ設定値（Ｎ−１）とする（Ｓ２０４）。しかる上で、図５のタイマー割り込み処理Ｓ４００に移行する。
【００１７】
タイマー割込み処理Ｓ４００を、図５のフロー図を参照して説明する。なお、前記第１群レンズ１１及び第２群レンズ１２を駆動するためのパルスモータ１３，１４は図６に示す回路構成であり、Ａ相及びＢ相のコイルＬＡ，ＬＢと、これと位相が逆な−Ａ相及び−Ｂ相のコイルＬ−Ａ，Ｌ−Ｂの４つのコイルに対して順序的にパルスを印加して励磁を行うことにより、ロータＲを励磁されたコイルに回転位置させることができ、これによりパルスモータ１３，１４の回転量を制御する構成とされている。
【００１８】
図５において、ＣＰＵ５は図４のフローで設定されたＺ設定値を現在のズーム比の値（Ｚ現在値）と比較する（Ｓ４０１ ，Ｓ４０２）。Ｚ設定値がＺ現在値と等しいときには、ズーム動作は行われず、ワイドフラグを「０」、テレフラグを「０」にし、かつパルスモータ１４の励磁を切る（Ｓ４０３）。Ｚ設定値がＺ現在値よりも小さいときには、Ｚ現在値をデクリメントし、ワイドフラグに「１」を立てる（Ｓ４０４）。逆に、Ｚ設定値がＺ現在値よりも大きいときには、Ｚ現在値をインクリメントし、テレフラグに「１」を立てる（Ｓ４０５）。次いで、前記Ｚ現在値を表している８ビットのデータのうち下位２ビットを切り出し（Ｓ４０６）、この下位２ビットで表される１０進数が「０」，「１」，「２」のいずれであるかを判定し（Ｓ４０７〜Ｓ４０９）、「０」の場合にはパルスモータ１４のＡ相コイルを励磁し（Ｓ４１０），「１」の場合にはＢ相コイルを励磁し（Ｓ４１１）、「２」の場合には−Ａ相コイルを励磁し（Ｓ４１２）、それ以外、すなわち「３」のときには−Ｂ相コイルを励磁する（Ｓ４１３）。このように、８ビットデータの下位２ビットの値が「０」から「３」に或いはその逆に巡回する性質を利用してモータへのパルス印加を行うフローにより、最終的にＺ現在値がＺ設定値に一致され、パルスモータ１４は、Ｚ設定値に設定されているパルス数の位置に回転位置されることになり、第２群レンズ１２は所定の光軸方向の位置に設定され、ズーム比が設定される。
【００１９】
次いで、設定された前記Ｚ設定値のズーム比に対応するフォーカスのＦ設定値を現在のフォーカシング値（Ｆ現在値）と比較し（Ｓ４１４，Ｓ４１５）、Ｆ設定値がＦ現在値と等しいときには、フォーカシング動作はその状態に保持すべくパルスモータ１３のコイルの励磁を切る（Ｓ４１６）。Ｆ設定値がＦ現在値よりも小さいときには、Ｆ現在値をデクリメントする（Ｓ４１７）。逆に、Ｆ設定値がＦ現在値よりも大きいときには、Ｆ現在値をインクリメントする（Ｓ４１８）。しかる上で、Ｚ設定値のフローと同様に、Ｆ現在値を表している８ビットのデータのうち下位２ビットを切り出し（Ｓ４１９）、この下位２ビットで表される１０進数が「０」，「１」，「２」のいずれであるかを判定し（Ｓ４２０〜Ｓ４２２）、「０」の場合にはパルスモータ１３のＡ相コイルを励磁し（Ｓ４２３），「１」の場合にはＢ相コイルを励磁し（Ｓ４２４）、「２」の場合には−Ａ相コイルを励磁し（Ｓ４２５）、それ以外、すなわち「３」のときには−Ｂ相コイルを励磁する（Ｓ４２６）。このフローにより、最終的にＦ現在値がＦ設定値に一致され、パルスモータ１３は、Ｆ設定値に設定されているパルス数の位置に回転位置されることになり、第１群レンズ１１は所定の光軸方向の位置に設定され、前記ズーム比に対応したフォーカス位置に設定される。
【００２０】
また、このＦ設定値への設定を行った直後に、フォーカス補正処理（Ｓ３００）を行う。図７に示すように、先ず、テレフラグを判定する（Ｓ３０１）。テレフラグが「０」のときには、続いてワイドフラグを判定する（Ｓ３０２）。ステップＳ３０１においてテレフラグが「１」のときには、フォーカス設定値Ｈを直ちにテレ側に１段上がったＦ設定値に変更する（Ｓ３０３）。すなわち、現在のＦ補正値がＦ補正値（Ｎ）のときには、Ｆ補正値（Ｎ＋１）に変更する。また、ステップＳ３０２において、ワイドフラグが「１」のときには、Ｆ補正値を直ちにワイド側に１段下がったＦ補正値に変更する（Ｓ３０４）。すなわち、現在のＦ補正値がＦ補正値（Ｎ）のときには、Ｆ補正値（Ｎ−１）の設定値に変更する。そして、ステップＳ３０３，Ｓ３０４で補正され、あるいはステップＳ３０２でワイドフラグが「０」であるために補正されないＦ補正値に、前記したように、ＥＥＰＲＯＭ６から読み出したそのときの被写体までの距離から得られる合焦補正値Ｇを加算してＦ設定値Ｆを算出する（Ｓ３０５）。
【００２１】
以上のフローの動作における、Ｚ設定動作とＦ設定動作のタイミング関係を図８を用いて詳細に説明する。同図は従来の図９（ｂ）に示した特性の一部を拡大した図であり、縦軸はテレ側からワイド側に変化する光学系のズーム比を示し、横軸は光軸方向位置を示す。また、特性Ｆ，Ｚはそれぞれ前記第１群レンズ１１と第２群レンズ１２の論理上の光軸方向位置を示している。なお、この図は被写体距離がある特定の値の場合の特性であり、被写体距離が異なる場合には、特性Ｆは図９（ｂ）に示したように概ね横軸に沿って平行移動された特性となる。ここで、Ｚ設定値がＺ（Ｎ）のときにＦ設定値がＦ（Ｎ）であり、同様にＺ設定値がＺ（Ｎ＋１），Ｚ（Ｎ−１）のときにそれぞれＦ設定値がＦ（Ｎ＋１），Ｆ（Ｎ−１）であるとする。Ｚ設定値が（Ｎ）から（Ｎ＋１）に変更されるとき、すなわちズーム比が図示上側のワイド側から下側のテレ側に変更されるときには、前記ステップＳ３０１，Ｓ３０３，Ｓ３０５のフローにより、Ｆ設定値はＦ（Ｎ）から直ちにＦ（Ｎ＋１）に変更される。このため、ズーム比に対するフォーカスの特性は、同図の太実線で示すようなステップ特性となる。したがって、同図に矢印ａで示すように、Ｚ（Ｎ）が現在値からテレ側に向けて変化されるべくパルスモータ１４にパルス信号の入力が開始されるのと同時に、パルスモータ１３には対応するパルス信号の入力が開始され、第１群レンズのフォーカス位置はＦ（Ｎ）からＦ（Ｎ＋１）に設定され、このＦ（Ｎ＋１）に基づいてフォーカス動作が行われることになる。このため、新たなＺ設定値Ｚ（Ｎ＋１）に対するＦ（Ｎ＋１）へのフォーカス動作が直ちに実行され、目的とするテレ側へのズーム動作が完了された時点には、モニタ画面においてピントの合った画像が得られることになる。
【００２２】
一方、Ｚ設定値が（Ｎ）から（Ｎ−１）に変更されるとき、すなわちズーム比がテレ側からワイド側に変更されるときには、前記ステップＳ３０２，Ｓ３０４，Ｓ３０５のフローにより、Ｆ設定値はＦ（Ｎ）から直ちにＦ（Ｎ−１）に変更される。このため、ズーム比に対するフォーカスの特性は、同図の太破線で示すように、前記ワイド側からテレ側に変化される場合とは１ステップずれたステップ特性となる。したがって、同図に矢印ｂで示すように、Ｚ（Ｎ）が現在値からワイド側に向けて変化すべくパルスモータ１４にパルス信号を入力すると同時に、対応するパルス数のパルス信号をパルスモータ１３に入力し始めるため、第２群レンズ１２のズーム動作が開始される時点で、第１群レンズのフォーカス位置はＦ（Ｎ）からＦ（Ｎ−１）に設定され、このＦ（Ｎ−１）に基づいてフォーカス動作が行われることになる。このため、新たなＺ設定値Ｚ（Ｎ−１）に対するＦ（Ｎ−１）へのフォーカス動作が直ちに実行され、目的とするワイド側へのズーム動作が完了された時点には、モニタ画面においてピントの合った画像が得られることになる。
【００２３】
したがって、このフォーカス制御方式では、ワイド側からテレ側にズーム動作が行われる場合と、逆にテレ側からワイド側にズーム動作が行われる場合のいずれの場合でも、Ｚ設定値が変化されるのと同時にＦ設定値が新たなＺ設定値に対応したＦ設定値に変更されることになる。したがって、ズーム動作をテレ側とワイド側のいずれの方向に向けて行う場合でも、ズーム動作が完了される時点では、ピントの合ったモニタ画像を得ることができ、好適なモニタ画像を得て、品質の高いデジタルカメラを構成することが可能となる。
【００２４】
なお、前記実施形態では、固定レンズと、第１及び第２群の可動レンズからなるレンズ構成の撮像光学系の例を示しているが、図９（ａ）に示したように、固定レンズを有していないレンズ構成の撮像光学系においても同様に適用することができる。また、前記実施形態では、ズーム制御とフォーカス制御をそれぞれパルスモータで行なうズーム光学系の例を示しているが、少なくともフォーカス制御をステップ的に行うズーム光学系であれば、本発明を同様に適用することができるため、ズーム制御の方式やパルス制御であることに限定されるものではない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、第２のレンズを光軸方向位置を制御してズーム動作を行い、この第２のレンズの光軸方向位置制御に追従して第１のレンズをステップ的に光軸方向位置制御してフォーカス動作を行うズーム光学系において、第２のレンズを設定された目標位置に位置設定するときには、第２のレンズのテレ、ワイドの移動方向の違いに応じて第１のレンズの目標位置を１ステップずらして位置制御を行うので、第２のレンズを設定されたズーム比にすべくテレ側、あるいはワイド側のいずれに向けてズーム比を設定する場合においても、第２のレンズに対するズーム比の設定が完了されるときには第１のレンズの光軸方向位置の制御が完了されていることになり、設定されたズーム比に対する迅速なフォーカス制御が実現される。これにより、モニタ画面での画像の表示品質が向上でき、高品質なデジタルカメラを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるズーム光学系とそのシステムの概略構成を示す図である。
【図２】ズーム比とフォーカス位置を制御するためのパルス数のテーブルの一例を示す図である。
【図３】本発明におけるズーム動作及びフォーカス動作の全体の流れを説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明におけるＺ設定値変更フローを説明するためのフローチャートである。
【図５】Ｚ設定値及びＦ設定値に基づくズーム動作及びフォーカス動作のフローチャートである。
【図６】パルスモータの模式的な回路図てある。
【図７】本発明におけるフォーカス補正動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明のフォーカス制御動作を説明するための特性図である。
【図９】従来のズーム光学系とその動作を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ 光学筒
３ 撮像素子
４ 電源スイッチ
５ ＣＰＵ
６ ＥＥＰＲＯＭ
７ ＡＦモジュール
８ ズームレバー
９ レリーズボタン
１０ 固定レンズ
１１ 第１群レンズ
１２ 第２群レンズ
１３，１４ パルスモータ
Claims (4)
- 光軸に沿ってステップ的に位置制御可能な第１のレンズまたはレンズ群（以下、第１のレンズと称する）と、前記第１のレンズと同一光軸上に配置されて前記光軸に沿ってステップ的に位置制御可能な第２のレンズまたはレンズ群（以下、第２のレンズと称する）と、前記第２のレンズの光軸方向における位置（以下、光軸方向位置と称する）を制御してズーム動作を行うズーム動作手段と、前記第２のレンズの前記光軸方向位置の制御に追従して前記第１のレンズの光軸方向位置を制御してフォーカス動作を行うフォーカス動作手段と、ズーム比が設定されたときに当該ズーム比に対応するズームデータを前記ズーム動作手段に供給するとともに、当該ズームデータに対応するフォーカスデータを前記フォーカス動作手段に供給して前記第１のレンズと第２のレンズをそれぞれ光軸方向位置制御する制御手段とを備えるステップズーム光学系であって、前記ズーム動作手段とフォーカス動作手段は、それぞれ前記第１のレンズ及び第２のレンズの位置を検出するレンズ位置検出手段と、予め光軸方向に沿ってステップ的に設定されている前記各レンズの複数の光軸方向位置のうちの１つを選択し、これを目標位置として設定する設定手段と、前記第１のレンズ及び第２のレンズの位置と前記設定された目標位置とが一致するように前記第１及び第２のレンズを駆動制御するレンズ駆動制御手段とを備え、前記設定手段は、前記第２のレンズの目標位置設定を行うときに、前記第１のレンズの目標位置をステップ単位で設定するとともに、前記第２のレンズの移動方向の違いに応じて前記第１のレンズの目標位置を１ステップずれた位置に設定するように構成されていることを特徴とするステップズーム光学系。
- 前記第１のレンズ及び第２のレンズを駆動制御するレンズ駆動制御手段はそれぞれパルス信号に基づいて回転動作されるパルスモータを備え、前記制御手段は前記ズームデータ及びフォーカスデータとして前記各パルスモータにパルス信号を供給し、前記設定されたズーム比に対応するズームデータのパルス信号とフォーカスデータのパルス信号を前記各パルスモータに同時に供給する請求項１に記載のステップズーム光学系。
- 光軸に沿ってそれぞれ独立してステップ的に位置制御可能な第１のレンズと第２のレンズとを備え、前記第２のレンズの光軸方向位置を制御してズーム動作を行い、前記第２のレンズの前記光軸方向位置の制御に追従して前記第１のレンズの光軸方向位置をステップ的に制御してフォーカス動作を行うステップズーム光学系において、前記第２のレンズをテレ（望遠）側およびワイド（広角）側の各目標となる光軸方向位置に向けて位置制御するときには、前記テレ側とワイド側とで前記第１のレンズの目標位置を１ステップずらして位置制御することを特徴とするフォーカス制御方式。
- 前記第１のレンズ及び第２のレンズの光軸方向位置制御は、それぞれ予め設定されたパルス数に基づいて駆動されるパルスモータによって行われ、前記第２のレンズを駆動するパルスモータに設定されたパルス数信号を供給すると同時に、前記第１のレンズを駆動するパルスモータに前記第２のレンズのパルス数信号に対応するパルス数信号を供給する請求項３に記載のフォーカス制御方式。
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