JPH04143712A - 光学機器のレンズ位置制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ビデオカメラや観測機器等の光学機器におけ
るレンズ位置制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来よりビデオカメラ等に用いられている焦点距離可変
の撮影レンズ（いわゆるズームレンズ）として多くの光
学設計例がある。特に光軸前方の第１群レンズ群が焦点
調節の為のレンズであり、第２群が変倍の為のレンズ群
、第３群が補正の為のレンズ群となり、第２群及び第３
群が所定の関係で動くことによってズーム動作を成し、
第４群か結像の為の固定のレンズ群となる４群ズームレ
ンズは、最も一般的なズームレンズとして知られている
。

この４群ズームレンズにおいては、焦点調節の為の第１
レンズ群と焦点距離可変の為の第２及び第３群レンズ群
とが全く別々の機能を有している為ズーミングに連動し
て第１レンズ群を動かしたり、焦点調節の為に第２レン
ズ群を動かしたりする必要はない。この為、比較的簡単
な鏡筒メカニズムを構成できるという長所があった。こ
れに対し、焦点調節動作を第３群以降のレンズ群で行う
リヤフォーカスタイプのズームレンズがある。このリヤ
フォーカスタイプのズームレンズは前述の４群ズームレ
ンズと異なり、焦点調節の為のレンズ群が最も繰り出し
た位置にある場合、合焦可能な最至近距離が焦点距離に
よって変化するという特性を有しており、従って、ワイ
ド端ではレンズ直前まて合焦可能であるという、４群ズ
ームレンズでは達成できない大きな利点があった。

しかしながら、この様なりャフォーカスタイプのズーム
レンズでは、焦点調節の為のレンズ群が変倍の為のレン
ズ群より後方にあることから被写体距離が変化しない場
合でもズーミングによフて焦点調節の為のレンズ群を移
動しなければならないという特性も有している為レンズ
駆動メカニズムの構成及び動作が非常に複雑になるとい
う欠点があり、従来は実用化された例が少なかった。し
かしながら、近年では自動焦点調節装置の発達により、
焦点面のボケを直接評価し、この情報に基づいて焦点調
節の為のレンズ群の位置制御を行う方式が実用化された
為、この方式の自動焦点調節装置とりャフォーカスタイ
プのレンズを組み合わせることによって複雑なレンズ駆
動構造をとらなくとも焦点調節の為のレンズ群の位置を
正しい位置とすることが可能となった。第５図にリヤフ
ォーカスレンズの例を示す。図において、第２レンズ群
２の位置（実線）がワイド側の焦点距Ｉ！（ワイド端）
の位置であり、２°の位置（２点鎖線）がテレ側の焦点
距離（テレ端）の位置となる。

また、後方レンズ群４Ｂが焦点調節の為のレンズ群とし
て所定範囲光軸方向に位置可変に構成されている。

第６図は第５図のりャフォーカスレンズにて、各焦点調
節の為のレンズ群のとるべき位置と焦点距！！！ｌ（第
２群レンズ位置）との関係を示している。図にて縦軸が
ゼロの位置はテレ端■合焦の際の焦点調節の為のレンズ
群位置である。

第６図にて明らかな様に、第５図で示したレンズタイプ
の場合には例えば図中に示すようにワイド端での合焦可
能な至近距離はＯｍ、中間で約１ｍとなり、テレ端では
０．６　ｍ程度となる。

第７図は前述した焦点面のボケを直接評価する方式の自
動焦点調節装置の一例の基本的考え方を示している。第
７図（Ａ）　にて１７はビデオカメラ等の画面であり、
１８はこのうち自動焦点調節を行う為の信号を抽出する
領域である測距視野を示している。１９は被写体の有す
るコントラストパターンである。第７図（８）は信号処
理を示しくａ）のコントラストパターンに対する輝度信
号は（ｂ）の様になる。これを微分すると（Ｃ）の様に
なり、更に絶対値をとると（ｄ）の様になる。これをサ
ンプルホールドした（ｅ）の高さを仮にＡとする。第７
図（Ｃ）で示す様に横軸に焦点調節の為のレンズ群位置
をとり縦軸にＡの値をとると山状の信号となり、ピーク
であるところのレンズ群位置（Ｂ）が合焦レンズ位置と
なる。

第８図は第５図に示すインナーフォーカス式のズームレ
ンズと第７図の様な自動焦点調節装置１２．１３とを組
み合わせた場合のブロック構成図である。１２がセンサ
ーであり、１３がセンサー１２の出力により合焦状態を
検知するＡＦ回路。１４が焦点調節の為のレンズ群４Ｂ
を光軸方向に位置可変とする駆動手段の駆動源であると
ころのモータである。

しかしながら、実際には第８図に示したような構成では
、特にズーム中に常時、合焦状態を得ることは困難なこ
とが多い。これは自動焦点調節装置１２．１３がボケを
検知し、このボケがマエビンであるかアトビンであるか
を判定し、モータ１４の回転方向を決定する為に要する
時間に、変倍用の第２群レンズだけが移動することによ
って第６図に示す固有の被写体距離に合焦し続ける為の
軌跡から脱線してしまうこと等に起因する。

そこで、このような問題点を解決する為に、本出願人は
次のような提案を行っている。以下には再び第６図を参
照して本出願人による前記提案について説明する。

本出願人により提案されている方法とは、第６図に示す
ように横軸に焦点距離、縦軸に焦点調節の為のレンズ群
位置をとったマツプ内を、例えば第１２図のように（Ｉ
、１１・・・というような）複数のブロックに分け、そ
れぞれのブロックのほぼ中心の点を通る軌跡の微分値と
第２レンズ群２の移動速度とから、ズーム中に焦点調節
の為のレンズ群かり動ずべき方向と速度を決定し、自動
焦点調節装置の測距結果が得られなくてもズーミングの
為の第２レンズ群用の駆動手段と焦点調節の為のレンズ
群用の駆動手段とを同時に駆動開始することによフてズ
ーム中のボケを解消しようとするものである。

なお、前記提案の方法以外にも前述の問題点を解決する
方法として、各焦点距離での合焦レンズ位置を距＃毎に
メモリーして、その値をたどることによってズーム中も
非合焦を排除する方法が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしなから、前述した二つの提案によるレンズ位置制
御方法も前述の問題点を解決するには不充分なものであ
った。

すなわち、上記提案の菓−の方法では、前記各ブロック
のほぼ中心を通る軌跡の微分値と焦点距離可変用レンズ
群の移動速度とから、ズーム中に前記焦点調節用レンズ
群の移動すべき方向と速度とを決定し、この速度決定値
に基づいて焦点調節用レンズ群の駆動手段を駆動するよ
うになっているが、この方法には次のような欠点があっ
た。例えば焦点調節の為のレンズ群用駆動手段がステッ
ピングモータ等のパルス式駆動手段である場合、焦点調
節の為のレンズ群の速度が所定値以上になると、駆動手
段の動作可能速度限界値を越え、駆動手段が正常に動作
できなくなり、そして、その後のレンズ位置制御に支障
をきたす恐れがあった。

同様に、各焦点距離での合焦レンズ位置を距離毎にメモ
リーしている前述の第二の方法においても焦点距離可変
用レンズ群の移動速度に応じて焦点調節用レンズ群の速
度が差となってあられれてしまう、という欠点があフた
。

従って、本発明の目的は、前述した既提案の方法に内在
する欠点を排除し、ステッピングモータ等の駆動源をも
使用することができる実用的なレンズ位置制御装置を提
供することである。

［課題を解決する為の手段］ 本発明のレンズ位置制御装置は、駆動制御手段（ＣＰＵ
）で決定された焦点調節用レンズ群の速度Ｖと焦点調節
用レンズ群の駆動手段の動作可能速度限界値Ｖ、８の比
較を行い、その比較の結果、Ｖ≧Ｖ　ｍａＸとなる場合
は所定の演算を行い、この演算結果を駆動制御手段（ｃ
ｐｕ）にフィードバックすると共に、この演算結果に基
づいて前記焦点調節用レンズ群の駆動手段及び焦点距離
可変用レンズ群のいずれか一方の速度を所定の方式に従
って変更させるように構成されていることを特徴とする
。

［作　　　用コ 本発明によるレンズ位置制御装置では、ズーミング動作
中に）オー力シングモータがそれ自身の動作可能限界速
度以下で動作するように、フォーカシングモータもしく
はズーミングモータの速度制御が行われる為、高速動作
に問題のあるステッピングモータをフォーカシングモー
タとじて用いる場合であっても、フォーカシングレンズ
の移動を所定の移動曲線に基づいて正確に行わせること
かでき、従って、本発明によれば従来技術に内在する前
述の問題点を解決することができる。

口実　旅　例〕 以下に第１図乃至第４図を参照して本発明の詳細な説明
する。

第４図は本発明のレンズ位置制御装置を備えた光学機器
の実施例を示すブロック図である。

同図において、１．２．４Ａ、４Ｂは第６図で説明した
レンズ群、２１は撮像素子である。

２２は撮像素子２１の出力に基づいて合焦、非合焦の判
断を行うオートフォーカス（ＡＦ）装置である。

ＡＦ装置２２による測距結果はＣＰＵ３３内入力される
。３１はメインスイッチであり、該スイッチ３１がＯＮ
になるとパワーオンリセット３０により所定のパワーオ
ンリセット３ｏにより所定のパワーオンリセットが行わ
れる。

３２はズーム操作ボタンであり、このボタン３２が操作
された時にはズーム駆動中の二つのモータ２７および２
９の制御が次のように行われる。

第２群レンズ群２の鏡体枠１８に一体に設けられたブラ
シ１９と、このブラシ１９に摺接する抵抗体基板２ｏと
によって時々刻々のズーム位置を検出する。また、フォ
ーカシングモータ２７（本実施例ではフォーカシングモ
ータ２７かステップモータである）のステップをカウン
トするフォーカシングモータ駆動パルスカウンタ２４で
モータ２７の駆動量を検出し、これら検出値をＣＰＵ３
３内 ＣＰＵ３３はこの二つの位置情報とあらかじめＣＰＵ３
３内のＲＯＭ領域に記憶させておいた第９図の各ブロッ
クの領域データとを比較することによって前記二つの位
置情報が′８９図のどのブロックの領域に属しているか
を判定すると共に方向データ３５と速度データ３４の中
からズーム方向及びＡＦ測距結果に基づいてモータ２７
駆勧方向と速度とを決定する。更に、モータ２７の速度
はモータ２７の動作可能速度限界値と比較され、もし、
ＡＦ測距結果に基づいて決定された速度が動作可能速度
限界値を上まわる時は、比較演算器３７に所定の演算を
行わせ、演算後の速度をモータ２７の速度としてフォー
カシングモータ駆動パルス発生器２５に対し出力する。

第１図は本発明の装置において各種の制御を実行する為
のフローチャートである。ステップ１０１でスタートし
、ステップ１０２でズームボタン操作の判定が行われる
。ズーム操作が行われていない時は、ズーム時以外のル
ーチンとしてステップ１２０へ進む。一方、ズームスイ
ッチが操作されていると判定されたらステップ１０３へ
進み、現在の焦点距ＭＺをエンコーダにて読み取る。

ステップ１０４ではｚＯにこのＺをメモリーする。ステ
ップ１０５ては同しくフォーカシングレンズの位置Ｆを
読み取る。ステップ１０６ではＡＦ装置からの測距結果
を読み取る。ステップ１０９ではズームスイッチの操作
がワイド方向への操作であったかテレ方向への操作であ
ったかが読み取られる。

以上の読み取り結果からステップ１０８で領域決定が行
われ、ステップ１０９でフォーカシングモータの方向と
速度Ｖを決定する。ステップ１１０ではフォーカシング
モータの速度Ｖとモータの動作可能速度限界値Ｖ　ｍａ
ｘとの比較を行う。フォーカシングモータの速度Ｖが限
界値ｖ１１１ｘ以上ならばステップ１１１へ進み■＝■
□つとしてステップ１１２へ進む。一方、フォーカシン
グモータの速度ＶがＶ、、８未満ならば速度Ｖのままス
テップ１１２へ進む。最後にステップ１１２では、フォ
ーカシングモータ駆動パルス発生器にフォーカシングモ
ータの速度がＶとなるようなパルスを発生させる。

第２図は本発明のレンズ位置制御装置の第２実施例を示
した図である。

前述した第１実施例では、ＡＦ測距結果に基づいて決定
された速度Ｖとモータ２７の動作速度限界値Ｖ。１ｘと
を比較しＶ２Ｖ５，８どなる場合はＶ　＝　Ｖ　、、ｘ
として制御を行っているが本実施例では、Ｖ≧Ｖ　ｍｉ
ｘ　となる時はＶ　ｍｉｘと■との比ｋを演算し、この
比ｋをズームモータ２９の印加電圧Ｅ２に乗することに
よりズームモータの速度Ｅ２を制御してフォーカスモー
タ２７が正常に動作するようにしたものである。

第３図は本発明の第３実施例の機能を示したものである
。本実施例は、フォーカシングモータ２７の動作可能速
度限界値Ｖ□８とＡＦ測距結果に基づいて決定された速
度Ｖとの比ｋが所定値α以上ならば、この比ｋをズーム
モータの印加電圧Ｅ２に乗してズームモータの印加電圧
Ｅ２とし、一方、前記比ｋが所定値α未満ならば、この
所定値αをズームモータの印加電圧Ｅ、に乗して、これ
をズームモータの印加電圧ＥＺとして制御を行うもので
ある。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によるレンズ位置制御装置
では、ＣＰＵで決定されたフォーカシングモータ２７の
速度Ｖが前記モータ２７の動作可能速度限界値Ｖ　ｗａ
ｘを上まわる時、フォーカシングモータ２７の速度■を
もとに所定の演算を行ないその結果を用いてフォーカシ
ングモータ２７の速度■を制御することにより、あるい
はズームモータの速度■２を制御することによりフォー
カシングモータ２７を正常に動作させることができる。

また、以上の実施例では、ＣＰＵ３３内のＲＯＭ領域に
記憶させておいた焦点距離可変用レンズ群位置に対する
焦点調節用レンズ群位置の領域データと方向データ３５
と速度データ３４を用いる場合のみを示したが、各焦点
距離での合焦レンズ群位置を距離毎にメモリーする方法
など、他の方式のものにも応用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレンズ位置制御装置の第１実施例の動
作及び機能を示したフローチャート、第２図は本発明の
第２実施例の動作及び機能を示したフローチャート、第
３図は本発明の第３実施例の動作及び機能を示したフロ
ーチャート、第４図は第１図乃至第３図の機能及び動作
を実現するに通したレンズ位置制御装置を具備した光学
機器の概略構成を示した図、第５図は公知のりャフォー
カスタイプのズームレスズームレンズにおいて焦点面の
ボケを直接評価する方式の自動焦点調節装置の機能及び
動作を説明する為の図、第８図は第５図に示したりャフ
ォーカスズームレンズと第７図に示した自動焦点調節装
置とを組み合わせて構成されたレンズ位置制御装置の概
略構成図、第９図は焦点調節の為のレンズ位置と変倍の
為のレンズ位置との関係を示した図である。 １・・・第１レンズ群　　　２・・・第２レンズ群４Ｂ
・・・フォーカシングレンズ ２３・・・ズームエンコーダ ２４・・・フォーカシングモータ駆動パルス検出器２５
・・・フォーカシングモータ駆動パルス発生器２７・・
・フォーカシングモータ ２９・・・ズームモータ ３３・・・ＣＰＬＩ ３７・・・フォーカシングモータ速度用比較演算器他４
名 第 図 第 図 第 図 焦点調節のろのレンズ群位置 第 図 （Ａ） （Ｂ） （ｄ） ＸＶ− （Ｃ） 第 図 変倍の為のレンズ位置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光軸と平行に移動することによって焦点距離を変化
   させる第１レンズ群と、焦点距離が変化した時や被写体
   距離が変化した時に光軸と平行に駆動される第２レンズ
   群と、を有する光学機器のレンズ位置制御装置であって
   、前記第１レンズ群の位置を検出する第１レンズ群位置
   検出手段と、合焦状態を検出する合焦検出手段と、前記
   第２レンズ群を駆動する第２レンズ群駆動手段と、前記
   第１レンズ群位置検出手段の検出結果と前記合焦検出手
   段の検出結果とに基づいて前記第２レンズ群駆動手段の
   駆動速度を制御する駆動制御装置と、前記駆動速度が前
   記第２レンズ群駆動手段の動作可能速度限界値を越えた
   速度であるか否か比較を行って前記駆動速度が前記第２
   レンズ群駆動手段の動作可能速度限界値を越える場合は
   前記駆動速度を変更するように前記駆動制御装置に対し
   制御を行う速度変更手段と、を有していることを特徴と
   する光学機器のレンズ位置制御装置。 ２　前記第２レンズ群駆動手段がパルス信号によって制
   御されるステッピングモータの如き駆動源であることを
   特徴とする請求項１記載の光学機器のレンズ位置制御装
   置。