JP6223101B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学装置に関し、特にズームおよび合焦動作を電子制御する方式の撮影レンズに関する。

ズーム操作用のズーム操作環を回転させ、カムリングと直進案内筒の作用により光軸に沿って移動するズームレンズ群と、ズームレンズ群の光軸方向位置を検出することで焦点距離を判別する焦点距離判別手段を備える電子制御式ズームレンズが知られている。電子制御式ズームレンズは、合焦を行う光学素子を駆動用モータ等によりメカニカル駆動を行うカムリングとは独立して、検出された焦点距離に応じて電子制御を行い、ズームおよび合焦動作を行う。

電子制御式ズームレンズでは、撮影者によるズーム操作環の操作によりメカニカルに動作するズームレンズの動きに応じて、合焦レンズがそのときの被写体距離に合焦し続けるように光軸方向の位置が電子制御される。また、このような電子制御式ズームレンズにおけるマニュアルフォーカス動作は、マニュアル操作リングを操作することでその操作量に応じた量だけ合焦レンズを光軸に沿って進退させ、撮影者の目的に応じた合焦動作を実現することができる。

特許第４６８５１８３号

しかしながら、特許文献１に開示された従来技術では、撮影者がマニュアルフォーカス動作を行うときはマニュアルフォーカス操作リングを操作し、ズーム操作を行うときはズーム操作リングを操作することが必要となる。そのため、撮影者は二つの操作部材をそれぞれの目的に応じて操作する必要が生じるため機動性に問題が生じるとともに、これら二つの操作を行うための操作手段が必要となるのでコストが上昇してしまうという問題が生じる。

このような課題を鑑みて、本発明は、一つの操作手段によりマニュアルフォーカス操作とズーム操作を行い、撮影の機動性を向上することができる光学装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての光学装置は、ズーム操作および合焦操作を行う光学装置であって、手動でズームレンズを駆動可能なズーム操作部と、手動で合焦レンズを駆動可能なフォーカス操作部と、前記フォーカス操作部が操作されたときに前記合焦レンズを駆動可能な合焦レンズ駆動部と、前記ズーム操作部が操作されたときに前記フォーカス操作部が操作されると前記合焦レンズ駆動部が前記合焦レンズを駆動する第１の制御状態と、前記ズーム操作部が操作されたときに前記フォーカス操作部が操作されても前記合焦レンズ駆動部が前記合焦レンズを駆動しないように制御する第２の制御状態と、を選択する選択部と、前記合焦レンズが所定の範囲内に位置していることを判別する合焦レンズ位置判別部と、を有し、前記選択部は、前記合焦レンズ位置判別部が前記合焦レンズが前記所定の範囲内に位置していると判別したとき、前記第２の制御状態を選択し、前記合焦レンズ位置判別部が前記合焦レンズが前記所定の範囲外に位置していると判別したとき、前記第１の制御状態を選択することを特徴とする。

本発明によれば、ズーム操作手段の操作のみでマニュアルフォーカス操作とズーム操作を行うことが可能となるので、撮影の機動性を向上することができる光学装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電子制御式ズームレンズの概略構成図である。 通常マニュアルフォーカス操作の説明図である。 ズーム操作リングを操作し合焦動作を行わせる制御の様子を表す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る電子制御式ズームレンズ（光学装置）の概略構成図である。図１（ａ）は撮影画角が大きくなるワイド状態、図１（ｂ）は撮影画角が小さくなるテレ状態の光学配置および保持機構を示している。なお、図中左側が物体側、右側がピント面１０１側である。本実施形態のズームレンズは、カメラ本体（撮像装置）に着脱可能に取り付けられることでカメラシステムの一部として作動する。

正のパワーを有する第１レンズ群１０２は、１群レンズ鏡筒１０３に保持される。負のパワーを有する第２レンズ群１０４は、２群レンズ鏡筒１０５に保持される。正のパワーを有する第３レンズ群（合焦レンズ）１０６は、３群レンズ保持部材１０７に保持される。第１から第３レンズ群により撮影光学系が構成される。３群レンズ保持部材１０７は、２群レンズ鏡筒１０５に固定され第３レンズ群１０６を光軸に沿って移動可能に支持するガイドバー１０８と摺動自在に係合する。フォーカス駆動モータ１０９は、２群レンズ鏡筒１０５に固定されている。フォーカス駆動モータ１０９の出力軸１１０には、駆動用ネジ部（不図示）が形成され、３群レンズ保持部材１０７の被駆動部と係合する。この結果、フォーカス駆動モータ１０９が回転すると、３群レンズ保持部材１０７は光軸に沿って駆動される。

フォーカス駆動モータ１０９は、中央演算手段１２０に設けられた合焦レンズ駆動手段（合焦レンズ駆動部）１２１および合焦レンズ保持手段１２２により駆動制御されている。合焦レンズ駆動手段１２１は、フォーカス駆動モータ１０９を駆動制御することで、第３レンズ群１０６を光軸方向に駆動可能としている。合焦レンズ保持手段１２２は、フォーカス駆動モータ１０９の回転を止め、第３レンズ群１０６を現在の位置に保持する。すなわち、合焦レンズ保持手段１２２は、合焦レンズ駆動手段１２１が第３レンズ群１０６を駆動しないように制御する。選択手段（選択部）１２３は、合焦レンズ駆動手段１２１の制御信号あるいは合焦レンズ保持手段１２２の制御信号のいずれかを選択してフォーカス駆動モータ１０９に入力する。

直進案内筒１１１の外周には、カムリング１１２が相対回転自在に位置する。１群レンズ鏡筒１０３の後部に固定されたカムフォロア１１３は、カムリング１１２の外周部から内径方向にカムリング１１２を挿通し、直進案内筒１１１と係合する。また、２群レンズ鏡筒１０５の後端部に固定されたカムフォロア１１４は、直進案内筒１１１の内径側から外周方向に直進案内筒１１１を挿通し、カムリング１１２と係合する。固定筒１１５の後部には、マウント１１６が取りつけられるとともに、直進案内筒１１１が固定されている。マウント１１６は、本実施形態のズームレンズをカメラ本体に取り付けるためのバヨネット連結機構を有する公知の部品である。

直進案内筒１１１に形成された案内溝とカムリング１１２に形成されたカム溝との相対関係により、各カムフォロアは決められた位置に駆動される。よって、第１レンズ群１０２と第２レンズ群１０４は、光学上決められた位置に繰り出され、撮影光学系の像倍率を変化させることが可能となる。このとき、各レンズ群は、図１（ａ）から図１（ｂ）に向けて図中破線で示した軌跡を辿ってワイド状態からテレ状態に撮影画角が変化する。また、第３レンズ群１０６は、前述の通りフォーカス駆動モータ１０９の回転により光軸方向位置を変えることが可能となっている。

マニュアルフォーカスリング１１７は、合焦状態を手動で変更することが可能である。ズーム操作リング（ズーム操作部）１１８は、カムリング１１２と一体となって回転するように連結手段（不図示）で連結されている。ズーム操作リング１１８を操作すると、カムリング１１２も一体となって回転する。

ズーム操作リング１１８の回転操作に伴って次のような制御が行われる。まず、撮影者によりズーム操作リング１１８が操作されると、第１レンズ群１０２および第２レンズ群１０４の光軸方向位置がカムリング１１２と直進案内筒１１１の作用により変化する。このときの焦点距離は、第２レンズ群１０４の位置を検出するズーム位置センサ（不図示）により検出される。また、第２レンズ群１０２に対する第３レンズ群１０６の相対位置は、位置検出センサ（不図示）等により検出される。位置検出センサによる位置検出信号は中央演算手段１２０に取り込まれ、合焦レンズ位置判別手段（合焦レンズ位置判別部）１２４が現在の第３レンズ群１０６の位置が合焦可能範囲であるか否かを判別する。また、焦点距離の情報が分かればそのときの被写体距離における第３レンズ群１０６の位置も光学設計上の計算で求められる。その結果、第２レンズ群１０４に対する第３レンズ群１０６の位置もそれぞれの光学設計情報から差分を取ることで決定される。したがって、位置検出センサの情報を元に第３レンズ群１０６を駆動制御することが可能となる。

以上のようにして、ズーム操作に伴う第３レンズ群１０６の駆動制御が行われる。レリーズ動作に伴う駆動制御については以下のように行われる。

ある焦点距離においてレリーズ動作が行われると、まずカメラ本体側で被写体までの距離を検出する測距動作が行われ、ピントのズレ量が計算される。このピントズレ量が分かれば合焦レンズである第３レンズ群１０６のピント敏感度でピントズレ量を割った値だけ合焦レンズ駆動手段１２１が第３レンズ群１０６を駆動制御することで被写体への合焦動作が可能となる。

次に、マニュアルフォーカス動作について説明する。通常モードおいては、検出スイッチ（不図示）によりマニュアルフォーカスリング１１７の回転が検出されると、その回転量と回転方向に応じて第３レンズ群１０６の光軸方向駆動が行われる。

このときの第３レンズ群１０６の動作について図２を用いて説明する。図２は、通常マニュアルフォーカス操作の説明図である。

撮影者がマニュアルフォーカスモードに設定したとき、撮影光学系は図２中ａに位置していたとする。この状態でマニュアルフォーカスリング１１７が操作されると、マニュアルフォーカスリング１１７の操作信号が中央演算手段１２０に入力される。合焦レンズ駆動手段１２１の信号により第３レンズ群１０６は光軸に沿ってフォーカス駆動モータ１０９の作用により駆動制御され、撮影者の意思に沿った合焦操作が行われる。このとき、第３レンズ群１０６は、その合焦可能範囲を合焦レンズ位置判別手段１２４により判別されているため、その範囲の間で駆動制御されることとなる。

次に、本発明の根幹をなす、ズーム操作リング１１８を操作することで合焦動作を行わせる制御（以後、ズーム合焦モードという）に関して図３を用いて説明する。図３は、ズーム操作リングを操作し合焦動作を行わせる制御の様子を表す図である。

各レンズ群が図３のａ（ワイド端（広角端）とテレ端（望遠端）の中間位置）に位置した状態で撮影者がズーム合焦モードにカメラをセットした場合について説明する。このとき第３レンズ群１０６は、図中黒丸で示される位置１０６ａに停止していたとする。位置１０６ａは、無限と至近の中間に位置している。

この状態で撮影者がズーム操作リング１１８を操作してテレ端方向に回転させると、第１および第２レンズ群１０２、１０４は、カムリング１１２と直進案内筒１１１の作用によりズーム軌跡に沿って光軸上をテレ端側に移動する。このとき、選択手段１２３は、合焦レンズ保持手段１２２の信号をフォーカス駆動モータ１０９に伝える制御状態を選択する。そのため、第３レンズ群１０６は、フォーカス駆動モータ１０９によって駆動されず、結果としてズーム合焦モード軌跡ａに沿って光軸上を第２レンズ群１０４と一体となって移動する。各レンズ群が位置１０２ｂ、１０４ｂ、１０６ｂまで来ると、第３レンズ群１０６は無限端合焦位置に達する。この位置は、位置１０６ａにおける合焦可能範囲（所定の範囲）の無限側限界位置である。

次に、ズーム操作リング１１８をワイド端方向に回転させると、第１レンズ群１０２と第２レンズ群１０４は、カムリング１１２と直進案内筒１１１の作用によりズーム軌跡に沿って光軸上をワイド端側に移動する（図中の位置１０２ａ、１０４ａ）。このとき、第３レンズ群１０６は、フォーカス駆動モータ１０９によって駆動されず、結果としてズーム合焦モード軌跡ａに沿って光軸上を第２レンズ群１０４と一体となって移動する。各レンズ群が位置１０２ｃ、１０４ｃ、１０６ｃまで来ると、第３レンズ群１０６は至近端合焦位置に達する。この位置は、合焦可能範囲の至近側限界位置である。

以上、説明したように、ズーム操作リング１１８の回転により合焦動作が可能となる。このとき、ズーム操作リング１１８を操作して合焦動作を行わせるため、撮影画角の変化が懸念される。一般に合焦レンズを駆動して合焦動作を行わせると、至近に向かって合焦させた際、撮影画角は小さく、つまりテレ端側に移動することが知られている。これに対して、本実施形態のズーム合焦モードでは、至近に合焦させるためにワイド端側にズーム操作が行われるため、上記問題を解消することができる。すなわち、マニュアルフォーカスリング１１７を用いて合焦操作を行った場合よりも、ズーム操作リング１１８を用いて合焦操作を行った場合の方がその操作による画角変動（像倍率変動）を少なくできる。

次に、ズーム操作リング１１８が位置１０６ａにおける合焦可能範囲外に回転操作されたときの制御について説明する。各レンズ群が無限端合焦位置（１０２ｂ、１０４ｂ、１０６ｂ）を超えてズーム操作リングがテレ端方向に操作されると、第３レンズ群１０６が合焦可能範囲の無限側限界位置に来たことが位置検出センサを介して合焦レンズ判別手段１２４により検出される。それに応じて、選択手段１２３が合焦レンズ駆動手段１２１の制御信号をフォーカス駆動モータ１０９に入力する。このとき、第３レンズ群１０６は、無限位置合焦軌跡（図３中３０１）に沿ってズーム操作リング１１８の操作量に基づいて駆動されるように制御される。無限位置合焦軌跡は、合焦可能範囲の無限側限界位置を規定している。その後、撮影者がズームリングの操作を中断し無限端合焦位置（１０２ｂ、１０４ｂ、１０６ｂ）に各レンズ群を停止させた後、ワイド端側にズーム操作リング１１８を操作する。このとき、第１および第２レンズ群１０２、１０４は、カムリング１１２と直進案内筒１１１の作用により各ズーム軌跡に沿って光軸上を移動する。第３レンズ群１０６は、ズーム合焦モード軌跡ｂに沿って光軸上を第２レンズ群１０４と一体となって移動する。そのため、撮影者の決めた構図の位置でズーム操作リング１１８を回転操作することでマニュアルフォーカス動作を実現することが可能である。この結果、画角を細かく変化させながらマニュアルフォーカス操作を行う際の機動性を飛躍的に向上させることができる。

ズーム操作リング１１８がワイド端またはテレ端に位置した状態でズーム合焦モードに切り替えられたとき、第３レンズ群１０６がズーム操作リング１１８の操作により合焦動作を行う際に一方の端位置から他方の端位置に向かうように駆動制御する。そうすることで、さらに機動性を高めることができる。具体的には、合焦レンズ保持手段１２２が第３レンズ群１０６をワイド端時は至近端、テレ端時は無限端に、すなわち遠近いずれかの限界位置に保持する。

また、各レンズ群が図中ａの位置から至近端側限界位置（１０２ｃ、１０４ｃ、１０６ｃ）を超えてさらにワイド端方向にズーム操作されたときは、第３レンズ群１０６は至近側合焦軌跡３０２に沿ってフォーカス駆動モータ１０９によって駆動制御される。その後の反転操作によりズーム合焦モード軌跡ｃに沿って光軸上を移動することでマニュアルフォーカス操作が可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０２ 第１レンズ群
１０４ 第２レンズ群
１０６ 第３レンズ群（合焦レンズ）
１１８ ズーム操作リング（ズーム操作部）
１２１ 合焦レンズ駆動手段（合焦レンズ駆動部）
１２３ 選択手段（選択部）

Claims (7)

1. ズーム操作および合焦操作を行う光学装置であって、
   手動でズームレンズを駆動可能なズーム操作部と、
   手動で合焦レンズを駆動可能なフォーカス操作部と、
   前記フォーカス操作部が操作されたときに前記合焦レンズを駆動可能な合焦レンズ駆動部と、
   前記ズーム操作部が操作されたときに前記フォーカス操作部が操作されると前記合焦レンズ駆動部が前記合焦レンズを駆動する第１の制御状態と、前記ズーム操作部が操作されたときに前記フォーカス操作部が操作されても前記合焦レンズ駆動部が前記合焦レンズを駆動しないように制御する第２の制御状態と、を選択する選択部と、
   前記合焦レンズが所定の範囲内に位置していることを判別する合焦レンズ位置判別部と、
   を有し、
   前記選択部は、前記合焦レンズ位置判別部が前記合焦レンズが前記所定の範囲内に位置していると判別したとき、前記第２の制御状態を選択し、前記合焦レンズ位置判別部が前記合焦レンズが前記所定の範囲外に位置していると判別したとき、前記第１の制御状態を選択することを特徴とする光学装置。
2. 前記所定の範囲は、前記合焦レンズの焦点距離に応じて定められる範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記第２の制御状態が選択されているとき、前記合焦レンズは、前記ズーム操作部の操作による前記ズームレンズの駆動に伴い、第１の軌跡に沿って駆動されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
4. 前記ズーム操作部の操作によって前記第１の軌跡が前記所定の範囲外となるとき、前記合焦レンズは、第２の軌跡に沿って駆動されることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
5. 前記第２の軌跡は、前記合焦レンズの合焦可能範囲の限界位置を規定していることを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 前記ズームレンズが広角端または望遠端に位置しているとき、前記合焦レンズ駆動部は、前記合焦レンズを合焦可能範囲の限界位置に保持することを特徴とする請求項４または５に記載の光学装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の光学装置と、
   前記光学装置を着脱可能とする撮像装置と、を有することを特徴とするカメラシステム。