JP3893203B2 - 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、或いは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に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に生じるピントズレ（結像面ズレ）を移動レンズ群を移動させることにより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ージサイズの小径化が急速に進んでいる。また、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使用されている。
【０００３】
光学材料としてプラスチック材料を使用すると、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い上、ガラス材料に比しコストメリットが大きいなど多くの利点がある。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採用されている。
【０００４】
ところが、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６７．９Ｘ１０−６／℃であるのに対して、無機ガラスのＬａＫ １４（ＯＨＡＲＡ製）では５７Ｘ１０−７／℃と一桁小さい。また、温度変化に対する屈折率の変化についても、ＰＭＭＡで１．０〜１．２Ｘ１０−４／℃であるのに対して、上記ＬａＫ １４では、Ｄ線で３．９〜４．４Ｘ１０−６／℃と二桁小さい。
【０００５】
このようにプラスチック材料は、無機ガラス材料に比べ温度変化に対して光学諸定数（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。
【０００６】
また、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。
【０００７】
かくして、光学系の一部にプラスチックレンズを使用した場合、前述したような多くの利点がある反面、環境変化、特に、温度変化や湿度変化に対し無機ガラス材料より成るレンズを使用した場合に比べ、焦点距離等の光学的性質が大きく変化してしまうという光学性能上の弊害が生じてくる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ビデオカメラなどの光学機器においては、従来から環境の変化に伴い、光学系の結像位置（ピント）がずれる、適切なレンズ制御が行われないといった問題があった。特にデジタル技術による高画質化が進むなかで、光学系の環境変化によるピントずれの影響が顕著に現れるようになり、極めて大きな問題となっている。
【０００９】
更に、最近の光学系はズームの高倍率化、小型化が先を競って行われている。それに伴い温度変化や湿度変化等による光学系の予定結像面に対するピントずれ量が増加し、製品として致命的な欠点となりかねない極めて重要な問題となっている。
【００１０】
特に、常温で焦点調節用レンズ（フォーカスレンズ）のフォーカス駆動範囲を決めている場合、環境変化（温度変化あるいは湿度変化）によって結像面が変動するとピントが合焦できなくなる場合があり、極めて好ましくない。
【００１１】
そこで、叙情のような場合に対処すべく、あらかじめフォーカス駆動範囲に余裕を持たせることも考えられるが、ピント位置があるはずの無いところまでも上記レンズを必要以上にフォーカス駆動させてしまうことになり、被写体像の合焦に時間がかかり、ＡＦ機能の性能として、また、光学機器として好ましい解決策ではない。
【００１２】
また、温度変化によるフォーカス合焦位置の変化に対応させてフォーカス駆動範囲を設定、記憶させておくことも考えられるが、かゝる温度変化に対応するフォーカス合焦位置を全て記憶することは莫大な記憶容量のメモリを必要とし、製品の高価格化を招くという問題があった。
【００１３】
本発明は、焦点調節用の移動レンズ群の制御情報と温度変化や湿度変化などの環境変化に応じて求めた補正量とに基づいて移動レンズ群を駆動制御することにより、被写体像の合焦時間を短縮し、かつ環境変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成することのできる光学機器を提供することを目的とする。
【００１４】
【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、変倍レンズ群と、
前記変倍レンズ群の移動に伴う結像面の変動を補正する機能を有するフォーカスレンズ群と、
前記変倍レンズ群を駆動する変倍レンズ群駆動手段と、
前記フォーカスレンズ群を駆動するフォーカスレンズ群駆動手段と、
前記変倍レンズ群の位置を検出するズーム位置検出手段と、
前記フォーカスレンズ群の位置を検出するためのフォーカス位置検出手段と、
基準温度または / 及び基準湿度における、複数の距離毎に決定された前記変倍レンズ群とフォーカスレンズ群の位置関係を示したカム軌跡を記憶したカム軌跡記憶部と、
設定されたフォーカス駆動範囲内において、前記カム軌跡記憶部に記憶されたカム軌跡と前記前記フォーカス位置検出手段と前記ズーム位置検出手段と、に基づいて前記変倍レンズ群と前記フォーカスレンズ群を制御する制御手段と、を有する光学機器であって、
前記光学機器の温度または / 及び湿度を検出する環境検出手段と、
環境の変化に応じた補正値を記憶した環境係数記憶手段と、を有し、
前記制御手段は、前記環境検出手段の検出結果に応じて、前記環境係数記憶手段に記憶された補正値と、前記カム軌跡とに基いて演算し、演算結果に基いて前記フォーカス駆動範囲を決定することを特徴としている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
〔実施形態例１〕
図１は本実施形態例１の光学機器のブロック図である。実施形態例においては、光学機器としてビデオカメラを例示している。
【００３２】
図中１は光学系であり、４つのレンズ群より成る４群構成のリアフォーカスズームレンズ（以下、”ＲＦＺレンズ”と称する。）より成っている。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、”バリエータレンズ”と称する。）１０２、固定レンズ群である第３のレンズ群（以下、”アフォーカルレンズ”と称す。）１０３、そして移動レンズ群であるフォーカス機能と、変倍に伴う結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レンズ”と称する。）１０４より成っている。
【００３３】
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るが、各レンズ群の構成枚数については、特に限定するものではない。
【００３４】
本実施形態例においては、各レンズ群の少なくとも１枚のレンズをプラスティック材料より成るプラスティックレンズを採用している。該プラスティ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、ポリカーボネート系等のプラスティック材料が適用可能であり、本発明において特に限定するものでない。
【００３５】
又、本実施例においては、レンズ群の中のどこに用いるかは特に限定されるものでなく、各レンズ群中に１枚も使用しなくともよい。
【００３６】
ＲＦＺレンズ１には、バリエータレンズ１０２の初期位置を検出するズーム位置検出手段（第一の位置検出手段）（不図示）とＲＲレンズ１０４の初期位置を検出するフォーカス位置検出手段（第二の位置検出手段）（不図示）とが具備されており、これらの位置検出手段はレンズと共に移動する遮光板の位置をフォトインタラプタなどで検出して、後述の制御手段７に信号を出力している。この信号は、制御手段７でバリエータレンズ１０２及びＲＲレンズ１０４を駆動制御する際の初期位置設定データとして使用される。
【００３７】
２はＣＣＤ等の光電変換素子、３は光電変換素子２に入射する光量を調節するための絞り部材、４は絞り位置選出手段、５は絞り駆動手段であり、光電変換素子２に入射する光量が一定になるように絞り部材３を制御手段７によって駆動する。６は絞り位置検出手段４の出力を検出して、制御手段７に出力する検出回路である。
【００３８】
８・９は移動レンズ群１０２・１０４を駆動するためのステップモータ等の駆動手段、１０・１１は駆動手段８・９を駆動させるためのドライバである。
【００３９】
１２はサーミスタ又は感温抵抗等の温度検出手段、１３は温度検出手段１２の出力を検出して、制御手段７に出力する検出回路である。
【００４０】
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の出力信号を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。）のための信号を生成し、ＡＦ動作させる自動合焦手段、１７はＡＦ動作のＯＮ・ＯＦＦスイッチである。尚、ＡＦ方法においては、いわゆる山登り式など、例えば特開昭６２−１０３６１６号公報等で提案されている方法を用いることができる。
【００４１】
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ＲＲレンズ１０４を駆動させるものである。
【００４２】
ＲＦＺレンズ１は、フォーカス状態を維持しつつ変倍を行うために被写体距離毎に、バリエータレンズ１０２の光軸上のレンズ停止位置（ズーム位置）に対するＲＲレンズ１０４の光軸上の停止位置が決まっている。
【００４３】
図２に被写体距離毎にバリエータレンズ１０２とＲＲレンズ１０４の光軸上の停止位置を示したカム軌跡（位置データ）を示す。このカム軌跡は制御手段７のカム軌跡用記憶部７ａに制御情報として記憶されている。
【００４４】
図２において、例えば被写体距離が無限遠（２ｍ）の時、バリエータレンズ１０２がＷＩＤＥからＴＥＬＥへ光軸上移動すると、ＲＲレンズ１０４はバリエータレンズ１０２の位置に応じて光軸上物体側へ凸状の軌跡である曲線Ｙ∞（Ｙ２）に沿って移動する。
【００４５】
このように本実施形態例では、ＷＩＤＥからＴＥＬＥ、又はＴＥＬＥからＷＩＤＥへズームミングする時には、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、バリエータレンズ１０２とＲＲレンズ１０４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。
【００４６】
本実施形態例においては少なくとも１つのレンズ群にプラスティックレンズを使用している。このため、プラスティ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ティ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。その結果、所定の基準温度又は基準湿度のときの結像面に対して温度変化又は湿度変化した時の結像面はズレてくる。すなわちピントずれが発生する。
【００４７】
即ち、図２における無限軌跡データＹ∞より下側の位置は通常ピント位置ではない。従って、無限軌跡またはそれに基づいて無限端を設定し、必要以上にフォーカス駆動を行わないことができる。至近側についても同様に、至近端を設定できる。しかしながら、例えば、温度変化によって結像面がずれてしまう場合、こうして決めたカム軌跡の無限端あるいは至近端ではＲＲレンズ１０４が合焦位置に達しないことがある。特に結像面変化が著しい場合は、ピント位置が著しくずれ、大きなボケが生じ、光学機器として好ましくない。
【００４８】
図３に温度変化におけるフォーカス合焦位置範囲をやや摸式的に表したものを示す。この図から低温時及び高温時におけるフォーカス合焦位置が変化することが判る。つまり、常温では図にて破線で示す範囲（常温時駆動範囲）が合焦位置であるのに対し、温度変化によってその合焦位置が図にて実線で示す範囲（低温時駆動範囲あるいは高温時駆動範囲）のように変動してしまう。
【００４９】
また、ＡＦ制御としては、ＡＦ性能の向上、合焦時間の最短化を図るため、カム軌跡の位置データに応じた図中のような範囲（常温時駆動範囲）でフォーカス駆動範囲を設定している。そのため、温度変化によって結像面がズレる場合、ＲＲレンズ１０４が合焦位置に達しないことがある。
【００５０】
このようなフォーカス合焦位置の変動、これに伴う結像面のズレは温度が変化した場合だけでなく、湿度が変化した場合でも同じような現象が生ずる。
【００５１】
以下に、環境変化として温度が変化した場合を説明する。
【００５２】
本実施形態例では、温度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量を制御手段７により算出するとともに、該ズレ量を所定温度におけるカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減し、そのカム軌跡データに基づいて駆動手段９を介してＲＲレンズ１０４を駆動制御することにより、被写体像の合焦時間を短縮し、かつ温度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成するようにしている。
【００５３】
しかして、制御手段７は、温度係数用記憶部７ｂを有しており、温度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量（ＲＲレンズ１０４のカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正するための補正量）を算出するために、温度係数データＴｒｒとして単位温度当りの結像面のズレ量をあらかじめ該温度係数用記憶部７ｂに記憶している。この結像面のズレ量は、温度が変化することによってプラスティックレンズの形状が変形したり、屈折率が変化したりすることによる焦点距離変化、あるいはレンズを保持する部材の変化によってレンズ間隔が変化し、結像面移動する量などをあらかじめ計算又は実測したデータに基づいて記憶させているものである。
【００５４】
従って、所定の基準温度と温度検出手段１２による温度検出出力との温度差をΔｔとすると、温度変化によるフォーカス合焦位置の補正量Ｐｒｒは下記の式から容易に算出できる。
【００５５】
Ｐｒｒ＝Δｔ×Ｔｒｒ……（１）
そして、この補正量Ｐｒｒを温度変化及びレンズの焦点位置に応じて記憶しているある所定の温度でのカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減して、そのカム軌跡データの至近端及び無限端をそれぞれ新たに設定する。
【００５６】
図４にＲＲレンズ１０４の至近端及び無限端を新たに設定するときの制御手段７のフローチャートを示す。
【００５７】
図４において、４０１でズーム位置検出手段の出力を読み込み、４０２において温度検出手段１２の温度検出出力を読み込み、４０３で温度検出手段１２の温度検出出力値と所定の基準温度とを比較し、温度検出出力値が基準温度と同じであれば（ｙ）、記憶しているカム軌跡データの至近端、無限端のままに設定し、温度検出出力値が基準温度と異なれば（ｎ）、４０４で上記（１）の式により温度変化によるカム軌跡データの変更・補正のための温度補正量Ｐｒｒを算出し、４０５でその補正量Ｐｒｒを基準温度でのカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減して、基準温度でのカム軌跡データの至近端及び無限端をその温度（検出温度）下における至近端及び無限端として設定する。
【００５８】
制御手段７はビデオカメラの電源スイッチ（不図示）がＯＮになると直ちに図４のフローチャートに従って動作して、温度検出手段１２の温度検出出力に応じて基準温度でのカム軌跡データの至近端及び無限端をそのまま設定するか、或いはそのカム軌跡データの至近端及び無限端を検出温度下における至近端及び無限端に設定する。そして、ＡＦ動作スイッチがＯＮにされると、自動合焦手段１６を機能させて上記カム軌跡データに基づいて駆動手段９によりＲＲレンズ１０４を駆動制御することで、温度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成する。またＡＦ動作スイッチ１７がＯＦＦの状態でＭＦＤスイッチ１８又は１９がＯＮにされると、上記カム軌跡データに基づいて駆動手段９によりＲＲレンズ１０４を至近側又は無限側に駆動制御することで、温度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成する。
【００５９】
本実施形態例では、温度変化に応じてある所定の温度（基準温度）におけるカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正して、そのカム軌跡データによりＲＲレンズ１０４を駆動制御する。これにより、被写体像の合焦時間を短縮でき、また温度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成することができる。
【００６０】
従って、ＭＦＤによる撮像時だけでなく、ＡＦ機能を利用した撮像時において、温度変化があっても好適な撮像性能を維持できて高精度の画像情報を得ることができる。
【００６１】
また、所定の温度におけるカム軌跡データを基準として、計算によってフォーカス駆動範囲を設定するので、環境温度下におけるフォーカス合焦位置を記憶するためのメモリを不要とし、簡素な構成とすることができる。
【００６２】
本実施形態例における基準温度とは、例えばレンズ調整を行った時の温度であったり、ある絶対値を基準とした値であっても良く特に限定するものではない。また基準温度は実際にビデオカメラが使用される頻度が高い温度に近いほど計算による補正量の誤差が少なくなるので、ビデオカメラの使用環境下に応じて適宜設定できることは言うまでもない。
【００６３】
〔実施形態例２〕
本実施形態例は環境変化として湿度が変化した場合を説明する。
【００６４】
図５は本実施形態例の光学機器のブロック図を示している。図中２０は静電容量式の湿度センサー又はサーミスタなどの湿度検出手段、２１は湿度検出手段２０の検出回路２１である。本実施形態例においては、実施形態例１のビデオカメラと同じ構成の部材には同一符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
本実施形態例では、湿度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量（後述の補正量）を制御手段７により算出するとともに、該ズレ量を所定湿度におけるカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減し、そのカム軌跡データに基づいて駆動手段９を介してＲＲレンズ１０４を駆動制御することにより、被写体像の合焦時間を短縮し、かつ湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成するようにしている。
【００６６】
しかして、制御手段７は、湿度係数用記憶部７ｃを有しており、湿度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量（ＲＲレンズ１０４のカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正するための補正量）を算出するために、湿度係数データＨｒｒとして単位温度当りの結像面のズレ量をあらかじめ該湿度係数用記憶部７ｃに記憶している。この結像面のズレ量は、湿度が変化することによってプラスティックレンズの形状が変形したり、屈折率が変化したりすることによる焦点距離変化、あるいはレンズを保持する部材の変化によってレンズ間隔が変化し、結像面移動する量などをあらかじめ計算又は実測したデータに基づいて記憶させているものである。
【００６７】
従って、所定の基準湿度と湿度検出手段２０による湿度検出出力との湿度差をΔＨとすると、湿度変化によるフォーカス合焦位置の補正量Ｐｒｒは下記の式から容易に算出できる。
【００６８】
Ｐｒｒ＝ΔＨ×Ｈｒｒ……（２）
そして、この補正量Ｐｒｒを湿度変化及びレンズの焦点位置に応じて記憶しているある所定の湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減して、そのカム軌跡データの至近端及び無限端をそれぞれ新たに設定する。
【００６９】
図６にＲＲレンズ１０４の至近端及び無限端を新たに設定するときの制御手段７のフローチャートを示す。
【００７０】
図６において、６０１でズーム位置検出手段の出力を読み込み、６０２において湿度検出手段２０の湿度検出出力を読み込み、６０３で湿度検出手段２０の湿度検出出力値と所定の基準湿度とを比較し、湿度検出出力値が基準湿度と同じであれば（ｙ）、記憶しているカム軌跡データの至近端、無限端のままに設定し、湿度検出出力値が基準温度と異なれば（ｎ）、６０４で上記（２）の式により湿度変化によるカム軌跡データの変更・補正のための湿度補正量Ｐｒｒを算出し、６０５でその補正量Ｐｒｒを基準湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減して、基準温度でのカム軌跡データの至近端及び無限端をその湿度（検出湿度）下における至近端及び無限端として設定する。
【００７１】
制御手段７はビデオカメラの電源スイッチ（不図示）がＯＮになると直ちに図４のフローチャートに従って動作して、湿度検出手段２０の湿度検出出力に応じて基準湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端をそのまま設定するか、或いはそのカム軌跡データの至近端及び無限端を検出湿度下における至近端及び無限端に設定する。そして、ＡＦ動作スイッチ１７がＯＮにされると、自動合焦手段１６を機能させて上記カム軌跡データに基づいて駆動手段９によりＲＲレンズ１０４を駆動制御することで、湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成する。またＡＦ動作スイッチがＯＦＦの状態でＭＦＤスイッチ１８又は１９がＯＮにされると、上記カム軌跡データに基づいて駆動手段９によりＲＲレンズ１０４を至近側又は無限側に駆動制御することで、湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成する。
【００７２】
本実施形態例では、湿度変化に応じてある所定の湿度（基準湿度）におけるカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正して、そのカム軌跡データによりＲＲレンズ１０４を駆動制御する。これにより、被写体像の合焦時間を短縮でき、また湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成することができる。
【００７３】
従って、ＭＦＤによる撮像時だけでなく、ＡＦ機能を利用した撮像時において、湿度変化があっても好適な撮像性能を維持できて高精度の画像情報を得ることができる。
【００７４】
また、所定の湿度におけるカム軌跡データを基準として、計算によってフォーカス駆動範囲を設定するので、環境湿度下におけるフォーカス合焦位置を記憶するためのメモリを不要とし、簡素な構成とすることができる。
【００７５】
本実施形態例における基準湿度とは、例えばレンズ調整を行った時の湿度であったり、ある絶対値を基準とした値であっても良く特に限定するものではない。また基準湿度は実際にビデオカメラが使用される頻度が高い湿度に近いほど計算による補正量の誤差が少なくなるので、ビデオカメラの使用環境下に応じて適宜設定できることは言うまでもない。
【００７６】
〔実施形態例３〕
本実施形態例は環境変化として温度及び湿度がともに変化した場合を説明する。
【００７７】
図７は本実施形態例の光学機器のブロック図を示している。図中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の検出回路、２０は静電容量式の湿度センサー又はサーミスタなどの湿度検出手段、２１は湿度検出手段２０の検出回路２１である。本実施形態例においては、実施形態例１のビデオカメラと同じ構成の部材には同一符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
本実施形態例では、温度変化及び湿度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量（後述の補正量）を制御手段７によりそれぞれ算出するとともに、これらのズレ量を所定温度及び所定湿度におけるカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減し、そのカム軌跡データに基づいて駆動手段９を介してＲＲレンズ１０４を駆動制御することにより、被写体像の合焦時間を短縮し、かつ温度変化及び湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成するようにしている。
【００７９】
しかして、制御手段７は、温度係数用記憶部７ａと湿度係数用記憶部７ｃとを含む環境係数記憶手段を有している。そして、温度係数用記憶部７ａには、温度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量（ＲＲレンズ１０４のカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正するための補正量）を算出するために、温度係数データＨｒｒとして単位温度当りの結像面のズレ量をあらかじめ記憶している。また、湿度係数用記憶部７ｃには、湿度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量（ＲＲレンズ１０４のカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正するための補正量）を算出するために、湿度係数データＨｒｒとして単位温度当りの結像面のズレ量をあらかじめ記憶している。上記結像面のズレ量は、温度及び湿度が変化することによってプラスティックレンズの形状が変形したり、屈折率が変化したりすることによる焦点距離変化、あるいはレンズを保持する部材の変化によってレンズ間隔が変化し、結像面移動する量などをあらかじめ計算又は実測したデータに基づいて記憶させているものである。
【００８０】
従って、所定の基準温度と温度検出手段１２による温度検出出力との温度差をΔｔ、所定の基準湿度と湿度検出手段２０による湿度検出出力との湿度差をΔＨとすると、温度及び湿度変化によるフォーカス合焦位置の補正量Ｐｒｒは下記の式から容易に算出できる。
【００８１】
Ｐｒｒ＝ΔＴ×Ｔｒｒ＋ΔＨ×Ｈｒｒ……（３）
ここで、温度補正量Ｔｐｒｒ、湿度補正量Ｈｐｒｒとすると、
Ｐｒｒ＝Ｔｐｒｒ＋Ｈｐｒｒ……（４）
そして、この補正量Ｐｒｒを温度変化及び湿度変化とレンズの焦点位置に応じて記憶しているある所定の温度及び湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減して、そのカム軌跡データの至近端及び無限端をそれぞれ新たに設定する。
【００８２】
図８にＲＲレンズ１０４の至近端及び無限端を新たに設定するときの制御手段７のフローチャートを示す。
【００８３】
図８において、８０１でズーム位置検出手段の出力を読み込み、８０２で温度検出手段１２の温度検出出力を読み込み、８０３で温度検出手段１２の温度検出出力値と所定の基準温度とを比較し、温度検出出力値が基準温度と同じであれば（ｙ）、８０４で温度変化によるカム軌跡データの変更・補正のための温度補正量Ｔｐｒｒ＝０として、８０６に進む。８０３で温度検出出力値が基準温度と異なれば（ｎ）、８０５で上記（３）の式により温度変化によるカム軌跡データの変更・補正のための温度補正量Ｔｐｒｒを算出する。
【００８４】
次に、８０６で湿度検出手段２０の温度検出出力を読み込み、８０７で湿度検出手段２０の湿度検出出力値と所定の基準湿度とを比較し、湿度検出出力値が基準湿度と同じであれば（ｙ）、８０８で湿度変化によるカム軌跡データの変更・補正のための湿度補正量Ｈｐｒｒ＝０として、８０９に進む。８０７で温度検出出力値が基準温度と異なれば（ｎ）、８０９で上記（３）の式により湿度変化によるカム軌跡データの変更・補正のための湿度補正量Ｈｐｒｒを算出する。
【００８５】
そして、８１０で温度補正量Ｔｐｒｒと湿度補正量Ｈｐｒｒとを足して、８１１でその温度補正量Ｔｐｒｒと湿度補正量Ｈｐｒｒとを足した補正量Ｐｒｒを基準温度及び基準湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減して、基準温度及び基準湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端をその温度（検出温度）及び湿度（検出湿度）下における至近端及び無限端として設定する。
【００８６】
制御手段７はビデオカメラの電源スイッチ（不図示）がＯＮになると直ちに図８のフローチャートに従って動作して、温度検出手段１２の温度検出出力及び湿度検出手段１２の湿度検出出力に応じて基準温度及び基準湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端をそのまま設定するか、或いはそのカム軌跡データの至近端及び無限端を検出温度下及び検出湿度下における至近端及び無限端に設定する。そして、ＡＦ動作スイッチ１７がＯＮにされると、自動合焦手段１６を機能させて上記カム軌跡データに基づいて駆動手段９によりＲＲレンズ１０４を駆動制御することで、湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成する。またＡＦ動作スイッチがＯＦＦの状態でＭＦＤスイッチ１８又は１９がＯＮにされると、上記カム軌跡データに基づいて駆動手段９によりＲＲレンズ１０４を至近側又は無限側に駆動制御することで、湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成する。
【００８７】
本実施形態例では、温度変化及び湿度変化に応じてある所定の温度（基準温度）及び湿度（基準湿度）におけるカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正して、そのカム軌跡データによりＲＲレンズ１０４を駆動制御する。これにより、被写体像の合焦時間を短縮でき、また温度変化及び湿度変化などの環境変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成することができる。
【００８８】
従って、ＭＦＤによる撮像時だけでなく、ＡＦ機能を利用した撮像時において、環境変化があっても好適な撮像性能を維持できて高精度の画像情報を得ることができる。
【００８９】
また、所定の温度及び湿度におけるカム軌跡データを基準として、計算によってフォーカス駆動範囲を設定するので、環境温度及び湿度下におけるフォーカス合焦位置を記憶するためのメモリを不要とし、簡素な構成とすることができる。
【００９０】
本実施形態例における基準温度及び基準湿度とは、例えばレンズ調整を行った時の温度及び湿度であったり、ある絶対値を基準とした値であっても良く特に限定するものではない。また基準温度及び基準湿度は実際にビデオカメラが使用される頻度が高い温度及び湿度に近いほど計算による補正量の誤差が少なくなるので、ビデオカメラの使用環境下に応じて適宜設定できることは言うまでもない。
【００９１】
以上、述べたように、本発明に係る実施形態例の光学機器にあっては、使用環境下において温度や湿度あるいは温度及び湿度が変化した場合でも、使用環境に応じて制御情報（カム軌跡）を適応的に制御できるので、ピントが合焦位置に達しないといった問題や、ＡＦの合焦時間がかかるといった問題を解決することができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、温度検出手段の検出温度出力に応じて移動レンズ群の焦点調節のための至近方向又は無限方向での駆動範囲を可変ならしめる補正量を制御手段により算出するとともに、該補正量と該移動レンズ群を駆動制御する制御情報とに基づいてレンズ駆動手段を駆動制御して、温度変化、湿度変化あるいは温度変化及び湿度変化に伴い変動する光学系の結像面を所定位置に形成させる構成としたので、被写体像の合焦時間を短縮でき、かつ環境変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成できる光学機器を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の光学機器のブロック図。
【図２】実施形態例１の光学機器における移動レンズ群のカム軌跡の説明図。
【図３】温度変化に対するフォーカス合焦位置範囲の変化を示す説明図。
【図４】実施形態例１の光学機器において移動レンズ群（ＲＲレンズ）の至近端及び無限端を新たに設定するときのフローチャート。
【図５】実施形態例２の光学機器のブロック図。
【図６】実施形態例２の光学機器において移動レンズ群（ＲＲレンズ）の至近端及び無限端を新たに設定するときのフローチャート。
【図７】実施形態例３の光学機器のブロック図。
【図８】実施形態例３の光学機器において移動レンズ群（ＲＲレンズ）の至近端及び無限端を新たに設定するときのフローチャート。
【符号の説明】
１ リアフォーカスズームレンズ（光学系）
１０２ バリエータレンズ（移動レンズ群）
１０４ ＲＲレンズ（移動レンズ群）
７ 制御手段
７ａ カム軌跡用記憶部（記憶手段）
７ｂ 温度係数用記憶部
７ｃ 湿度係数用記憶部
９ ステップモータ（レンズ駆動手段）
１２ 温度検出手段
１６ 自動合焦手段
２０ 湿度検出手段
【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、或いは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に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に生じるピントズレ（結像面ズレ）を移動レンズ群を移動させることにより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ージサイズの小径化が急速に進んでいる。また、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使用されている。
【０００３】
光学材料としてプラスチック材料を使用すると、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い上、ガラス材料に比しコストメリットが大きいなど多くの利点がある。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採用されている。
【０００４】
ところが、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６７．９Ｘ１０−６／℃であるのに対して、無機ガラスのＬａＫ １４（ＯＨＡＲＡ製）では５７Ｘ１０−７／℃と一桁小さい。また、温度変化に対する屈折率の変化についても、ＰＭＭＡで１．０〜１．２Ｘ１０−４／℃であるのに対して、上記ＬａＫ １４では、Ｄ線で３．９〜４．４Ｘ１０−６／℃と二桁小さい。
【０００５】
このようにプラスチック材料は、無機ガラス材料に比べ温度変化に対して光学諸定数（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。
【０００６】
また、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。
【０００７】
かくして、光学系の一部にプラスチックレンズを使用した場合、前述したような多くの利点がある反面、環境変化、特に、温度変化や湿度変化に対し無機ガラス材料より成るレンズを使用した場合に比べ、焦点距離等の光学的性質が大きく変化してしまうという光学性能上の弊害が生じてくる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ビデオカメラなどの光学機器においては、従来から環境の変化に伴い、光学系の結像位置（ピント）がずれる、適切なレンズ制御が行われないといった問題があった。特にデジタル技術による高画質化が進むなかで、光学系の環境変化によるピントずれの影響が顕著に現れるようになり、極めて大きな問題となっている。
【０００９】
更に、最近の光学系はズームの高倍率化、小型化が先を競って行われている。それに伴い温度変化や湿度変化等による光学系の予定結像面に対するピントずれ量が増加し、製品として致命的な欠点となりかねない極めて重要な問題となっている。
【００１０】
特に、常温で焦点調節用レンズ（フォーカスレンズ）のフォーカス駆動範囲を決めている場合、環境変化（温度変化あるいは湿度変化）によって結像面が変動するとピントが合焦できなくなる場合があり、極めて好ましくない。
【００１１】
そこで、叙情のような場合に対処すべく、あらかじめフォーカス駆動範囲に余裕を持たせることも考えられるが、ピント位置があるはずの無いところまでも上記レンズを必要以上にフォーカス駆動させてしまうことになり、被写体像の合焦に時間がかかり、ＡＦ機能の性能として、また、光学機器として好ましい解決策ではない。
【００１２】
また、温度変化によるフォーカス合焦位置の変化に対応させてフォーカス駆動範囲を設定、記憶させておくことも考えられるが、かゝる温度変化に対応するフォーカス合焦位置を全て記憶することは莫大な記憶容量のメモリを必要とし、製品の高価格化を招くという問題があった。
【００１３】
本発明は、焦点調節用の移動レンズ群の制御情報と温度変化や湿度変化などの環境変化に応じて求めた補正量とに基づいて移動レンズ群を駆動制御することにより、被写体像の合焦時間を短縮し、かつ環境変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成することのできる光学機器を提供することを目的とする。
【００１４】
【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、変倍レンズ群と、
前記変倍レンズ群の移動に伴う結像面の変動を補正する機能を有するフォーカスレンズ群と、
前記変倍レンズ群を駆動する変倍レンズ群駆動手段と、
前記フォーカスレンズ群を駆動するフォーカスレンズ群駆動手段と、
前記変倍レンズ群の位置を検出するズーム位置検出手段と、
前記フォーカスレンズ群の位置を検出するためのフォーカス位置検出手段と、
基準温度または / 及び基準湿度における、複数の距離毎に決定された前記変倍レンズ群とフォーカスレンズ群の位置関係を示したカム軌跡を記憶したカム軌跡記憶部と、
設定されたフォーカス駆動範囲内において、前記カム軌跡記憶部に記憶されたカム軌跡と前記前記フォーカス位置検出手段と前記ズーム位置検出手段と、に基づいて前記変倍レンズ群と前記フォーカスレンズ群を制御する制御手段と、を有する光学機器であって、
前記光学機器の温度または / 及び湿度を検出する環境検出手段と、
環境の変化に応じた補正値を記憶した環境係数記憶手段と、を有し、
前記制御手段は、前記環境検出手段の検出結果に応じて、前記環境係数記憶手段に記憶された補正値と、前記カム軌跡とに基いて演算し、演算結果に基いて前記フォーカス駆動範囲を決定することを特徴としている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
〔実施形態例１〕
図１は本実施形態例１の光学機器のブロック図である。実施形態例においては、光学機器としてビデオカメラを例示している。
【００３２】
図中１は光学系であり、４つのレンズ群より成る４群構成のリアフォーカスズームレンズ（以下、”ＲＦＺレンズ”と称する。）より成っている。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、”バリエータレンズ”と称する。）１０２、固定レンズ群である第３のレンズ群（以下、”アフォーカルレンズ”と称す。）１０３、そして移動レンズ群であるフォーカス機能と、変倍に伴う結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レンズ”と称する。）１０４より成っている。
【００３３】
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るが、各レンズ群の構成枚数については、特に限定するものではない。
【００３４】
本実施形態例においては、各レンズ群の少なくとも１枚のレンズをプラスティック材料より成るプラスティックレンズを採用している。該プラスティ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、ポリカーボネート系等のプラスティック材料が適用可能であり、本発明において特に限定するものでない。
【００３５】
又、本実施例においては、レンズ群の中のどこに用いるかは特に限定されるものでなく、各レンズ群中に１枚も使用しなくともよい。
【００３６】
ＲＦＺレンズ１には、バリエータレンズ１０２の初期位置を検出するズーム位置検出手段（第一の位置検出手段）（不図示）とＲＲレンズ１０４の初期位置を検出するフォーカス位置検出手段（第二の位置検出手段）（不図示）とが具備されており、これらの位置検出手段はレンズと共に移動する遮光板の位置をフォトインタラプタなどで検出して、後述の制御手段７に信号を出力している。この信号は、制御手段７でバリエータレンズ１０２及びＲＲレンズ１０４を駆動制御する際の初期位置設定データとして使用される。
【００３７】
２はＣＣＤ等の光電変換素子、３は光電変換素子２に入射する光量を調節するための絞り部材、４は絞り位置選出手段、５は絞り駆動手段であり、光電変換素子２に入射する光量が一定になるように絞り部材３を制御手段７によって駆動する。６は絞り位置検出手段４の出力を検出して、制御手段７に出力する検出回路である。
【００３８】
８・９は移動レンズ群１０２・１０４を駆動するためのステップモータ等の駆動手段、１０・１１は駆動手段８・９を駆動させるためのドライバである。
【００３９】
１２はサーミスタ又は感温抵抗等の温度検出手段、１３は温度検出手段１２の出力を検出して、制御手段７に出力する検出回路である。
【００４０】
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の出力信号を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。）のための信号を生成し、ＡＦ動作させる自動合焦手段、１７はＡＦ動作のＯＮ・ＯＦＦスイッチである。尚、ＡＦ方法においては、いわゆる山登り式など、例えば特開昭６２−１０３６１６号公報等で提案されている方法を用いることができる。
【００４１】
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ＲＲレンズ１０４を駆動させるものである。
【００４２】
ＲＦＺレンズ１は、フォーカス状態を維持しつつ変倍を行うために被写体距離毎に、バリエータレンズ１０２の光軸上のレンズ停止位置（ズーム位置）に対するＲＲレンズ１０４の光軸上の停止位置が決まっている。
【００４３】
図２に被写体距離毎にバリエータレンズ１０２とＲＲレンズ１０４の光軸上の停止位置を示したカム軌跡（位置データ）を示す。このカム軌跡は制御手段７のカム軌跡用記憶部７ａに制御情報として記憶されている。
【００４４】
図２において、例えば被写体距離が無限遠（２ｍ）の時、バリエータレンズ１０２がＷＩＤＥからＴＥＬＥへ光軸上移動すると、ＲＲレンズ１０４はバリエータレンズ１０２の位置に応じて光軸上物体側へ凸状の軌跡である曲線Ｙ∞（Ｙ２）に沿って移動する。
【００４５】
このように本実施形態例では、ＷＩＤＥからＴＥＬＥ、又はＴＥＬＥからＷＩＤＥへズームミングする時には、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、バリエータレンズ１０２とＲＲレンズ１０４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。
【００４６】
本実施形態例においては少なくとも１つのレンズ群にプラスティックレンズを使用している。このため、プラスティ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ティ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。その結果、所定の基準温度又は基準湿度のときの結像面に対して温度変化又は湿度変化した時の結像面はズレてくる。すなわちピントずれが発生する。
【００４７】
即ち、図２における無限軌跡データＹ∞より下側の位置は通常ピント位置ではない。従って、無限軌跡またはそれに基づいて無限端を設定し、必要以上にフォーカス駆動を行わないことができる。至近側についても同様に、至近端を設定できる。しかしながら、例えば、温度変化によって結像面がずれてしまう場合、こうして決めたカム軌跡の無限端あるいは至近端ではＲＲレンズ１０４が合焦位置に達しないことがある。特に結像面変化が著しい場合は、ピント位置が著しくずれ、大きなボケが生じ、光学機器として好ましくない。
【００４８】
図３に温度変化におけるフォーカス合焦位置範囲をやや摸式的に表したものを示す。この図から低温時及び高温時におけるフォーカス合焦位置が変化することが判る。つまり、常温では図にて破線で示す範囲（常温時駆動範囲）が合焦位置であるのに対し、温度変化によってその合焦位置が図にて実線で示す範囲（低温時駆動範囲あるいは高温時駆動範囲）のように変動してしまう。
【００４９】
また、ＡＦ制御としては、ＡＦ性能の向上、合焦時間の最短化を図るため、カム軌跡の位置データに応じた図中のような範囲（常温時駆動範囲）でフォーカス駆動範囲を設定している。そのため、温度変化によって結像面がズレる場合、ＲＲレンズ１０４が合焦位置に達しないことがある。
【００５０】
このようなフォーカス合焦位置の変動、これに伴う結像面のズレは温度が変化した場合だけでなく、湿度が変化した場合でも同じような現象が生ずる。
【００５１】
以下に、環境変化として温度が変化した場合を説明する。
【００５２】
本実施形態例では、温度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量を制御手段７により算出するとともに、該ズレ量を所定温度におけるカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減し、そのカム軌跡データに基づいて駆動手段９を介してＲＲレンズ１０４を駆動制御することにより、被写体像の合焦時間を短縮し、かつ温度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成するようにしている。
【００５３】
しかして、制御手段７は、温度係数用記憶部７ｂを有しており、温度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量（ＲＲレンズ１０４のカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正するための補正量）を算出するために、温度係数データＴｒｒとして単位温度当りの結像面のズレ量をあらかじめ該温度係数用記憶部７ｂに記憶している。この結像面のズレ量は、温度が変化することによってプラスティックレンズの形状が変形したり、屈折率が変化したりすることによる焦点距離変化、あるいはレンズを保持する部材の変化によってレンズ間隔が変化し、結像面移動する量などをあらかじめ計算又は実測したデータに基づいて記憶させているものである。
【００５４】
従って、所定の基準温度と温度検出手段１２による温度検出出力との温度差をΔｔとすると、温度変化によるフォーカス合焦位置の補正量Ｐｒｒは下記の式から容易に算出できる。
【００５５】
Ｐｒｒ＝Δｔ×Ｔｒｒ……（１）
そして、この補正量Ｐｒｒを温度変化及びレンズの焦点位置に応じて記憶しているある所定の温度でのカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減して、そのカム軌跡データの至近端及び無限端をそれぞれ新たに設定する。
【００５６】
図４にＲＲレンズ１０４の至近端及び無限端を新たに設定するときの制御手段７のフローチャートを示す。
【００５７】
図４において、４０１でズーム位置検出手段の出力を読み込み、４０２において温度検出手段１２の温度検出出力を読み込み、４０３で温度検出手段１２の温度検出出力値と所定の基準温度とを比較し、温度検出出力値が基準温度と同じであれば（ｙ）、記憶しているカム軌跡データの至近端、無限端のままに設定し、温度検出出力値が基準温度と異なれば（ｎ）、４０４で上記（１）の式により温度変化によるカム軌跡データの変更・補正のための温度補正量Ｐｒｒを算出し、４０５でその補正量Ｐｒｒを基準温度でのカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減して、基準温度でのカム軌跡データの至近端及び無限端をその温度（検出温度）下における至近端及び無限端として設定する。
【００５８】
制御手段７はビデオカメラの電源スイッチ（不図示）がＯＮになると直ちに図４のフローチャートに従って動作して、温度検出手段１２の温度検出出力に応じて基準温度でのカム軌跡データの至近端及び無限端をそのまま設定するか、或いはそのカム軌跡データの至近端及び無限端を検出温度下における至近端及び無限端に設定する。そして、ＡＦ動作スイッチがＯＮにされると、自動合焦手段１６を機能させて上記カム軌跡データに基づいて駆動手段９によりＲＲレンズ１０４を駆動制御することで、温度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成する。またＡＦ動作スイッチ１７がＯＦＦの状態でＭＦＤスイッチ１８又は１９がＯＮにされると、上記カム軌跡データに基づいて駆動手段９によりＲＲレンズ１０４を至近側又は無限側に駆動制御することで、温度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成する。
【００５９】
本実施形態例では、温度変化に応じてある所定の温度（基準温度）におけるカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正して、そのカム軌跡データによりＲＲレンズ１０４を駆動制御する。これにより、被写体像の合焦時間を短縮でき、また温度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成することができる。
【００６０】
従って、ＭＦＤによる撮像時だけでなく、ＡＦ機能を利用した撮像時において、温度変化があっても好適な撮像性能を維持できて高精度の画像情報を得ることができる。
【００６１】
また、所定の温度におけるカム軌跡データを基準として、計算によってフォーカス駆動範囲を設定するので、環境温度下におけるフォーカス合焦位置を記憶するためのメモリを不要とし、簡素な構成とすることができる。
【００６２】
本実施形態例における基準温度とは、例えばレンズ調整を行った時の温度であったり、ある絶対値を基準とした値であっても良く特に限定するものではない。また基準温度は実際にビデオカメラが使用される頻度が高い温度に近いほど計算による補正量の誤差が少なくなるので、ビデオカメラの使用環境下に応じて適宜設定できることは言うまでもない。
【００６３】
〔実施形態例２〕
本実施形態例は環境変化として湿度が変化した場合を説明する。
【００６４】
図５は本実施形態例の光学機器のブロック図を示している。図中２０は静電容量式の湿度センサー又はサーミスタなどの湿度検出手段、２１は湿度検出手段２０の検出回路２１である。本実施形態例においては、実施形態例１のビデオカメラと同じ構成の部材には同一符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
本実施形態例では、湿度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量（後述の補正量）を制御手段７により算出するとともに、該ズレ量を所定湿度におけるカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減し、そのカム軌跡データに基づいて駆動手段９を介してＲＲレンズ１０４を駆動制御することにより、被写体像の合焦時間を短縮し、かつ湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成するようにしている。
【００６６】
しかして、制御手段７は、湿度係数用記憶部７ｃを有しており、湿度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量（ＲＲレンズ１０４のカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正するための補正量）を算出するために、湿度係数データＨｒｒとして単位温度当りの結像面のズレ量をあらかじめ該湿度係数用記憶部７ｃに記憶している。この結像面のズレ量は、湿度が変化することによってプラスティックレンズの形状が変形したり、屈折率が変化したりすることによる焦点距離変化、あるいはレンズを保持する部材の変化によってレンズ間隔が変化し、結像面移動する量などをあらかじめ計算又は実測したデータに基づいて記憶させているものである。
【００６７】
従って、所定の基準湿度と湿度検出手段２０による湿度検出出力との湿度差をΔＨとすると、湿度変化によるフォーカス合焦位置の補正量Ｐｒｒは下記の式から容易に算出できる。
【００６８】
Ｐｒｒ＝ΔＨ×Ｈｒｒ……（２）
そして、この補正量Ｐｒｒを湿度変化及びレンズの焦点位置に応じて記憶しているある所定の湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減して、そのカム軌跡データの至近端及び無限端をそれぞれ新たに設定する。
【００６９】
図６にＲＲレンズ１０４の至近端及び無限端を新たに設定するときの制御手段７のフローチャートを示す。
【００７０】
図６において、６０１でズーム位置検出手段の出力を読み込み、６０２において湿度検出手段２０の湿度検出出力を読み込み、６０３で湿度検出手段２０の湿度検出出力値と所定の基準湿度とを比較し、湿度検出出力値が基準湿度と同じであれば（ｙ）、記憶しているカム軌跡データの至近端、無限端のままに設定し、湿度検出出力値が基準温度と異なれば（ｎ）、６０４で上記（２）の式により湿度変化によるカム軌跡データの変更・補正のための湿度補正量Ｐｒｒを算出し、６０５でその補正量Ｐｒｒを基準湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減して、基準温度でのカム軌跡データの至近端及び無限端をその湿度（検出湿度）下における至近端及び無限端として設定する。
【００７１】
制御手段７はビデオカメラの電源スイッチ（不図示）がＯＮになると直ちに図４のフローチャートに従って動作して、湿度検出手段２０の湿度検出出力に応じて基準湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端をそのまま設定するか、或いはそのカム軌跡データの至近端及び無限端を検出湿度下における至近端及び無限端に設定する。そして、ＡＦ動作スイッチ１７がＯＮにされると、自動合焦手段１６を機能させて上記カム軌跡データに基づいて駆動手段９によりＲＲレンズ１０４を駆動制御することで、湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成する。またＡＦ動作スイッチがＯＦＦの状態でＭＦＤスイッチ１８又は１９がＯＮにされると、上記カム軌跡データに基づいて駆動手段９によりＲＲレンズ１０４を至近側又は無限側に駆動制御することで、湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成する。
【００７２】
本実施形態例では、湿度変化に応じてある所定の湿度（基準湿度）におけるカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正して、そのカム軌跡データによりＲＲレンズ１０４を駆動制御する。これにより、被写体像の合焦時間を短縮でき、また湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成することができる。
【００７３】
従って、ＭＦＤによる撮像時だけでなく、ＡＦ機能を利用した撮像時において、湿度変化があっても好適な撮像性能を維持できて高精度の画像情報を得ることができる。
【００７４】
また、所定の湿度におけるカム軌跡データを基準として、計算によってフォーカス駆動範囲を設定するので、環境湿度下におけるフォーカス合焦位置を記憶するためのメモリを不要とし、簡素な構成とすることができる。
【００７５】
本実施形態例における基準湿度とは、例えばレンズ調整を行った時の湿度であったり、ある絶対値を基準とした値であっても良く特に限定するものではない。また基準湿度は実際にビデオカメラが使用される頻度が高い湿度に近いほど計算による補正量の誤差が少なくなるので、ビデオカメラの使用環境下に応じて適宜設定できることは言うまでもない。
【００７６】
〔実施形態例３〕
本実施形態例は環境変化として温度及び湿度がともに変化した場合を説明する。
【００７７】
図７は本実施形態例の光学機器のブロック図を示している。図中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の検出回路、２０は静電容量式の湿度センサー又はサーミスタなどの湿度検出手段、２１は湿度検出手段２０の検出回路２１である。本実施形態例においては、実施形態例１のビデオカメラと同じ構成の部材には同一符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
本実施形態例では、温度変化及び湿度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量（後述の補正量）を制御手段７によりそれぞれ算出するとともに、これらのズレ量を所定温度及び所定湿度におけるカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減し、そのカム軌跡データに基づいて駆動手段９を介してＲＲレンズ１０４を駆動制御することにより、被写体像の合焦時間を短縮し、かつ温度変化及び湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成するようにしている。
【００７９】
しかして、制御手段７は、温度係数用記憶部７ａと湿度係数用記憶部７ｃとを含む環境係数記憶手段を有している。そして、温度係数用記憶部７ａには、温度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量（ＲＲレンズ１０４のカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正するための補正量）を算出するために、温度係数データＨｒｒとして単位温度当りの結像面のズレ量をあらかじめ記憶している。また、湿度係数用記憶部７ｃには、湿度変化によるフォーカス合焦位置のズレ量（ＲＲレンズ１０４のカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正するための補正量）を算出するために、湿度係数データＨｒｒとして単位温度当りの結像面のズレ量をあらかじめ記憶している。上記結像面のズレ量は、温度及び湿度が変化することによってプラスティックレンズの形状が変形したり、屈折率が変化したりすることによる焦点距離変化、あるいはレンズを保持する部材の変化によってレンズ間隔が変化し、結像面移動する量などをあらかじめ計算又は実測したデータに基づいて記憶させているものである。
【００８０】
従って、所定の基準温度と温度検出手段１２による温度検出出力との温度差をΔｔ、所定の基準湿度と湿度検出手段２０による湿度検出出力との湿度差をΔＨとすると、温度及び湿度変化によるフォーカス合焦位置の補正量Ｐｒｒは下記の式から容易に算出できる。
【００８１】
Ｐｒｒ＝ΔＴ×Ｔｒｒ＋ΔＨ×Ｈｒｒ……（３）
ここで、温度補正量Ｔｐｒｒ、湿度補正量Ｈｐｒｒとすると、
Ｐｒｒ＝Ｔｐｒｒ＋Ｈｐｒｒ……（４）
そして、この補正量Ｐｒｒを温度変化及び湿度変化とレンズの焦点位置に応じて記憶しているある所定の温度及び湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減して、そのカム軌跡データの至近端及び無限端をそれぞれ新たに設定する。
【００８２】
図８にＲＲレンズ１０４の至近端及び無限端を新たに設定するときの制御手段７のフローチャートを示す。
【００８３】
図８において、８０１でズーム位置検出手段の出力を読み込み、８０２で温度検出手段１２の温度検出出力を読み込み、８０３で温度検出手段１２の温度検出出力値と所定の基準温度とを比較し、温度検出出力値が基準温度と同じであれば（ｙ）、８０４で温度変化によるカム軌跡データの変更・補正のための温度補正量Ｔｐｒｒ＝０として、８０６に進む。８０３で温度検出出力値が基準温度と異なれば（ｎ）、８０５で上記（３）の式により温度変化によるカム軌跡データの変更・補正のための温度補正量Ｔｐｒｒを算出する。
【００８４】
次に、８０６で湿度検出手段２０の温度検出出力を読み込み、８０７で湿度検出手段２０の湿度検出出力値と所定の基準湿度とを比較し、湿度検出出力値が基準湿度と同じであれば（ｙ）、８０８で湿度変化によるカム軌跡データの変更・補正のための湿度補正量Ｈｐｒｒ＝０として、８０９に進む。８０７で温度検出出力値が基準温度と異なれば（ｎ）、８０９で上記（３）の式により湿度変化によるカム軌跡データの変更・補正のための湿度補正量Ｈｐｒｒを算出する。
【００８５】
そして、８１０で温度補正量Ｔｐｒｒと湿度補正量Ｈｐｒｒとを足して、８１１でその温度補正量Ｔｐｒｒと湿度補正量Ｈｐｒｒとを足した補正量Ｐｒｒを基準温度及び基準湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端の位置データに加減して、基準温度及び基準湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端をその温度（検出温度）及び湿度（検出湿度）下における至近端及び無限端として設定する。
【００８６】
制御手段７はビデオカメラの電源スイッチ（不図示）がＯＮになると直ちに図８のフローチャートに従って動作して、温度検出手段１２の温度検出出力及び湿度検出手段１２の湿度検出出力に応じて基準温度及び基準湿度でのカム軌跡データの至近端及び無限端をそのまま設定するか、或いはそのカム軌跡データの至近端及び無限端を検出温度下及び検出湿度下における至近端及び無限端に設定する。そして、ＡＦ動作スイッチ１７がＯＮにされると、自動合焦手段１６を機能させて上記カム軌跡データに基づいて駆動手段９によりＲＲレンズ１０４を駆動制御することで、湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成する。またＡＦ動作スイッチがＯＦＦの状態でＭＦＤスイッチ１８又は１９がＯＮにされると、上記カム軌跡データに基づいて駆動手段９によりＲＲレンズ１０４を至近側又は無限側に駆動制御することで、湿度変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成する。
【００８７】
本実施形態例では、温度変化及び湿度変化に応じてある所定の温度（基準温度）及び湿度（基準湿度）におけるカム軌跡データの至近端及び無限端を変更・補正して、そのカム軌跡データによりＲＲレンズ１０４を駆動制御する。これにより、被写体像の合焦時間を短縮でき、また温度変化及び湿度変化などの環境変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成することができる。
【００８８】
従って、ＭＦＤによる撮像時だけでなく、ＡＦ機能を利用した撮像時において、環境変化があっても好適な撮像性能を維持できて高精度の画像情報を得ることができる。
【００８９】
また、所定の温度及び湿度におけるカム軌跡データを基準として、計算によってフォーカス駆動範囲を設定するので、環境温度及び湿度下におけるフォーカス合焦位置を記憶するためのメモリを不要とし、簡素な構成とすることができる。
【００９０】
本実施形態例における基準温度及び基準湿度とは、例えばレンズ調整を行った時の温度及び湿度であったり、ある絶対値を基準とした値であっても良く特に限定するものではない。また基準温度及び基準湿度は実際にビデオカメラが使用される頻度が高い温度及び湿度に近いほど計算による補正量の誤差が少なくなるので、ビデオカメラの使用環境下に応じて適宜設定できることは言うまでもない。
【００９１】
以上、述べたように、本発明に係る実施形態例の光学機器にあっては、使用環境下において温度や湿度あるいは温度及び湿度が変化した場合でも、使用環境に応じて制御情報（カム軌跡）を適応的に制御できるので、ピントが合焦位置に達しないといった問題や、ＡＦの合焦時間がかかるといった問題を解決することができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、温度検出手段の検出温度出力に応じて移動レンズ群の焦点調節のための至近方向又は無限方向での駆動範囲を可変ならしめる補正量を制御手段により算出するとともに、該補正量と該移動レンズ群を駆動制御する制御情報とに基づいてレンズ駆動手段を駆動制御して、温度変化、湿度変化あるいは温度変化及び湿度変化に伴い変動する光学系の結像面を所定位置に形成させる構成としたので、被写体像の合焦時間を短縮でき、かつ環境変化に伴い変動する結像面上に物体像を形成できる光学機器を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の光学機器のブロック図。
【図２】実施形態例１の光学機器における移動レンズ群のカム軌跡の説明図。
【図３】温度変化に対するフォーカス合焦位置範囲の変化を示す説明図。
【図４】実施形態例１の光学機器において移動レンズ群（ＲＲレンズ）の至近端及び無限端を新たに設定するときのフローチャート。
【図５】実施形態例２の光学機器のブロック図。
【図６】実施形態例２の光学機器において移動レンズ群（ＲＲレンズ）の至近端及び無限端を新たに設定するときのフローチャート。
【図７】実施形態例３の光学機器のブロック図。
【図８】実施形態例３の光学機器において移動レンズ群（ＲＲレンズ）の至近端及び無限端を新たに設定するときのフローチャート。
【符号の説明】
１ リアフォーカスズームレンズ（光学系）
１０２ バリエータレンズ（移動レンズ群）
１０４ ＲＲレンズ（移動レンズ群）
７ 制御手段
７ａ カム軌跡用記憶部（記憶手段）
７ｂ 温度係数用記憶部
７ｃ 湿度係数用記憶部
９ ステップモータ（レンズ駆動手段）
１２ 温度検出手段
１６ 自動合焦手段
２０ 湿度検出手段
Claims (1)
- 変倍レンズ群と、
前記変倍レンズ群の移動に伴う結像面の変動を補正する機能を有するフォーカスレンズ群と、
前記変倍レンズ群を駆動する変倍レンズ群駆動手段と、
前記フォーカスレンズ群を駆動するフォーカスレンズ群駆動手段と、
前記変倍レンズ群の位置を検出するズーム位置検出手段と、
前記フォーカスレンズ群の位置を検出するためのフォーカス位置検出手段と、
基準温度または / 及び基準湿度における、複数の距離毎に決定された前記変倍レンズ群とフォーカスレンズ群の位置関係を示したカム軌跡を記憶したカム軌跡記憶部と、
設定されたフォーカス駆動範囲内において、前記カム軌跡記憶部に記憶されたカム軌跡と前記前記フォーカス位置検出手段と前記ズーム位置検出手段と、に基づいて前記変倍レンズ群と前記フォーカスレンズ群を制御する制御手段と、を有する光学機器であって、
前記光学機器の温度または / 及び湿度を検出する環境検出手段と、
環境の変化に応じた補正値を記憶した環境係数記憶手段と、を有し、
前記制御手段は、前記環境検出手段の検出結果に応じて、前記環境係数記憶手段に記憶された補正値と、前記カム軌跡とに基いて演算し、演算結果に基いて前記フォーカス駆動範囲を決定することを特徴とする光学機器。
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