JPH04256912A - レンズ位置制御装置 - Google Patents

レンズ位置制御装置

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JPH04256912A
JPH04256912A JP1901791A JP1901791A JPH04256912A JP H04256912 A JPH04256912 A JP H04256912A JP 1901791 A JP1901791 A JP 1901791A JP 1901791 A JP1901791 A JP 1901791A JP H04256912 A JPH04256912 A JP H04256912A
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はカメラや観測機器等の光
学機器におけるレンズ位置の制御装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来技術】従来、ビデオカメラに搭載されているズー
ムレンズは図5に示すように4つのレンズ群で構成して
いる。
【0003】図5において、1はレンズ鏡筒の先端に配
置された焦点合わせのための第1群レンズ(Fレンズ)
、2は変倍を行なうためのバリエータレンズ(Vレンズ
)、3は変倍動作時に焦点を正しく結ばせるためのコン
ペンセータレンズ(Cレンズ)、4は像面に結像させる
ためのリレーレンズ(Rレンズ)である。
【0004】以下、各レンズ群の動きの説明をする。図
6はFレンズの位置と被写体距離の関係を示す。図7は
VレンズおよびCレンズと焦点距離の関係を示す。
【0005】通常Fレンズをフォーカス部、Vレンズと
Cレンズをズーム部と呼び、Fレンズは図6に示すよう
に焦合作用のために単独で光軸に沿って移動する。そし
て、VレンズとCレンズは図7に示すように変倍作用の
ために連動して光軸に沿って移動する。この構成では、
焦合作用と変倍作用が分離されており、かつVレンズと
Cレンズの移動する軌跡が一意的に決まるため、その制
御は比較的簡単であり、カム等の電気機械制御機構で行
なうことができるという長所がある。
【0006】図8に従来のズームレンズにおけるVレン
ズとCレンズとの連動機構を示す。図において、5およ
び6はそれぞれVレンズおよびCレンズを保持するレン
ズ保持枠、7および8はレンズ保持枠5および6を光軸
に沿ってガイドするガイドバー、9はレンズ保持枠5お
よび6に設けたピン5aおよび6aを挿入するカム溝9
aおよび9bを周面に設けたカム筒、10はカム筒の外
周に嵌装されるとともに鏡筒などの静止部材に固定され
た固定筒、11はカム筒9に連結部11aで固定される
とともに固定筒10の外周面に対して相対回転のみ可能
とするように嵌装されたズーム操作環である。
【0007】変倍作用時の動作は、ズーム操作環11が
回転するカム筒9も回転し、その結果、カム溝9a内で
のピン5aの相対位置とカム溝9bでのピン6aの相対
位置とが変化するためVレンズ保持枠5とCレンズ保持
枠6がそれぞれ光軸に沿って相対移動することになる。 カム筒を用いる制御機構は、制御が簡単である反面、カ
ム筒の嵌合精度やカム溝の加工精度等が極めて高精度に
なるため製造コストが高価となる短所もある。その他に
も、従来のズームレンズでは至近距離(例えば1m以下
)の被写体にピントを合わせるには、Fレンズの繰り出
し量が被写体距離に逆数に比例して大きくなり、このた
めFレンズの口径も大きくなる。以上の結果としてズー
ムレンズの長さ、口径、および重量が大きくなるという
短所もある。
【0008】以上の短所を解決するため、Fレンズを動
かさせないでピント合わせを行なう所謂インナーフォー
カスタイプのズームレンズが提案されている。4つのレ
ンズ群のインナーフォーカスズームレンズは従来ズーム
レンズと同様に構成するが、異なる点は第1群レンズが
固定であること、従来補正の働きのみしていた第3群レ
ンズが焦合作用も兼ねることである。この様な構成のズ
ームレンズでは第1群レンズを動かさないため、極めて
至近距離の被写体にもピントを合わせられ、小型に出来
る。
【0009】以下、動作例について説明する。図9はイ
ンナーフォーカスズームレンズの一構成例である。図に
おいて、21は第1群レンズ、22は第2群レンズ、2
3は第3群レンズ、24は第4群レンズ、25は第5群
レンズ、26は第1群レンズ21を鏡筒等に固定するも
のである。
【0010】図5の従来のズームレンズと対比すれば、
レンズ21はレンズ1、レンズ22はレンズ2、レンズ
23はレンズ3、レンズ24はレンズ4に相当する。
【0011】図10はレンズ22、レンズ23およびレ
ンズ24と焦点距離および被写体距離の関係を示す。
【0012】ここでは変倍用のレンズ22、補正用のレ
ンズ23および伝達用のレンズ24がそれぞれ移動する
ことにより焦点距離および被写体距離(ピント)が変わ
り、目的とする作用をさせるためには、例えばボケなく
変倍動作を行なうにはレンズ22、レンズ23およびレ
ンズ24の3つのレンズ群を同時に焦点距離あるいは被
写体距離によって一意的に決まる軌跡に従い移動させる
必要があることを示す。
【0013】図11は上記インナーフォーカスズームレ
ンズの基本構成概念図である。図において、31は第1
群レンズ、32は第2群レンズ、33は第3群レンズ、
34は第4群レンズ、35は第5群レンズ、36は第2
群レンズの位置検出器、37は第3群レンズの位置検出
器、38は第4群レンズの位置検出器、39は第2群レ
ンズを移動させる制御器、40は第3群レンズを移動さ
せる制御器、41は第4群レンズを移動させる制御器、
42は外部制御指令器、43は初期設定用リセットスイ
ッチ、44は誤差補正用リセットスイッチ、45は作用
種類検出器、46は作用方向検出器、47は作用速度検
出器、48は軌跡を記憶するメモリー、49は演算回路
である。
【0014】このレンズ系の動作を説明する前に、通常
の変倍作用を例にとり、動作の説明を行なう。放送機器
用のTVカメラでは、変倍作用、焦合作用、および変倍
と焦合の合成作用の3種類の作用が要求される。そして
、各作用は、例えば、変倍作用には縮小あるいは拡大と
いった方向がある。また、その作用速度は0.6sec
 〜低速まで幅広い範囲で使われる。従って、作用の種
類、方向、作用速度が制御対象となるが、例えば作用種
類は外部に取り付けられたスイッチにより、作用方向は
ハンドルの回転方向により、作用速度はハンドルの回転
角により手動で指令できる。ここでは、スイッチおよび
ハンドル等の外部から制御指令するものを総称して外部
制御指令器42としている。外部制御指令器42の信号
を作用種類検出器45、作用方向検出器46および作用
速度検出器47で検出し、作用種類、作用方向、および
作用速度を得る。
【0015】位置検出器36,37および38はレンズ
群位置をレンズ群に付けたマーカから検出したり、ある
いはレンズ群を移動させるモータの回転数から検出する
。ここで求まるレンズ群位置から図10に示すように焦
点距離および被写体距離が求まり、焦点距離および被写
体距離は制限の際の状態を与える。
【0016】図10に示すように、変倍作用あるいは焦
合作用はそれぞれ第2群レンズ32、第3群レンズ33
、および第4群レンズ34を光軸にそって移動させるこ
とにより行なう。メモリー48には図10に示すような
第2群レンズ32、第3群レンズ33、および第4群レ
ンズ34の移動の軌跡が作用量に関して分割した各分割
領域の基準となる位置を記憶している。
【0017】ここで、分割領域とは、例えば第2群レン
ズ32の移動範囲内を複数の領域に分割すると共に、被
写体距離に関して複数領域に分割し、これらの分割され
た各領域毎に例えばその移動方向に応じて上記したデー
タが記憶されている。
【0018】例えば、各値は以下の式で表わされる。 L32(n,m)=L32(Vn ,Fm )L33(
n,m)=L33(Vn ,Fm )L34(n,m)
=L34(Vn ,Fm )ここで、L32、L33、
およびL34は第2群レンズ32、第3群レンズ33、
および第4群レンズ34の光軸上の位置 Vn およびFm は焦点距離と被写体距離n,mは分
割した領域の番号。
【0019】先ず、変倍作用に対する詳細な説明をする
。変倍作用では、第2群レンズ、第3群レンズ、および
第4群レンズは被写体距離により軌跡が異なるため、位
置検出器36,37、および38で検出した第2群レン
ズ、第3群レンズ、および第4群レンズの位置からメモ
リー48の値をもとに被写体距離を求める。被写体距離
が決まれば、第2群レンズ、第3群レンズ、および第4
群レンズを移動させる軌跡は一意的に決まるから、各レ
ンズ群を軌跡に従って移動させることになる。
【0020】図10からわかるように、等速で変倍作用
させるには軌跡の曲率に応じてレンズ群の移動速度を変
える必要があるため、レンズ群移動の制御には移動量と
移動速度を焦点距離と被写体距離をパラメータとして求
める必要がある。これは、メモリー48に記憶された各
レンズ群移動の軌跡の位置に関するデータから、計算に
より移動量(軌跡の差分値)と移動速度(軌跡の傾き)
を求まる。
【0021】焦合作用をさせたい場合には、変倍作用に
おける被写体距離が焦点距離に変わる点を除けば、変倍
作用と同様に行なうことができる。また、焦合作用と変
倍作用をさせたい場合には、被写体距離および焦点距離
を逆転することがないように単調に変化させるように移
動させることにより行なうことができる。
【0022】これまで作用速度に関しては触れなかった
ので、以下で説明する。先で説明したように、作用速度
は外部制御指令器42の信号から得られる。作用速度に
比例してレンズ群の移動速度を変えるため、メモリー4
8の移動速度を換算する必要がある。
【0023】また、作用速度が高速の場合、動画像の視
覚特性から、軌跡への追従性が低速の場合に比べて少し
ぐらい悪くても画質の劣化とはならないため、メモリー
48の移動量を換算(軌跡上の曲線部を直線とみなす処
理)し、制御を容易にすることが可能である。
【0024】以上で述べたことは、メモリー48に作用
速度が低速の場合を基準にし、被写体距離および焦点距
離の値を分割し各分割領域の基準レンズ位置の値および
、レンズ群の移動量と移動速度を記憶し、演算回路49
で位置検出器36,37および38で検出したレンズ群
の位置の値から焦点距離あるいは被写体距離を求めるこ
と、作用種類検出器45、作用方向検出器46、および
作用速度検出器47の値に対し移動量と移動速度を換算
することにより実現出来る。
【0025】図12に上記した変倍作用の処理の流れ図
を示す。図において、50は作用種類を読み出す処理、
51は分岐処理、52は作用方向を読み出す処理、53
は作用速度を読み出す処理、54は各レンズ群の位置を
読み出す処理、55は被写体距離を求める処理、56は
メモリーから位置を読み出す処理、57は作用速度に応
じた移動量に換算する処理、58は作用速度に応じた移
動速度に換算する処理、59は制御信号として移動量と
移動速度および制御のタイミングを各レンズ群を移動さ
せる制御器に出力する処理、60は制御、61は各レン
ズ群の位置を読み出す処理、64は焦合作用および変倍
&焦合作用である。
【0026】以下動作を説明する。以下の処理はCPU
等で構成される演算回路49で行なう。先ず、作用種類
を読み出す処理50は作用種類検出器45内のメモリー
の値を読み出し、演算回路49のメモリー(1)に記憶
する。分岐処理51は作用種類により変倍作用、焦合作
用、あるいは変倍と焦合作用の分岐処理を行なう。
【0027】以下の動作では、作用方向を読み出す処理
52以降の処理で変倍作用の処理を示す。作用方向を読
み出す処理52は作用方向検出器46内のメモリーの値
を読み出し演算回路49のメモリー(2)に記憶する。 作用速度を読み出す処理53は作用速度検出器47内の
メモリーの値を読み出し、演算回路49のメモリー(3
)に記憶する。各レンズ群の位置を読み出す処理54は
、第2群レンズの位置検出器36、第3群レンズの位置
検出器37、および第4群レンズの位置検出器38内の
メモリーの値を読み出し、演算回路49のメモリー(4
)、メモリー(5)、およびメモリー(6)に記憶する
【0028】被写体距離を求める処理55は軌跡を記憶
するメモリー48との照合を行ない、被写体距離を求め
、演算回路49のメモリー(7)に記憶する。  メモ
リー48から位置を読み出す処理56は、メモリー(7
)の被写体距離一定のもとで、メモリー(3)の作用速
度、およびメモリー(2)の作用方向に対応させ、移動
先の各レンズ群の位置を読み出し、演算回路49のメモ
リー(8)、メモリー(9)、およびメモリー(10)
に記憶する。
【0029】例えば、作用速度への対応は、基準の低速
作用速度に対する位置をメモリー48に記憶しているか
ら、基準速度のn倍の速度で作用させる場合、現在の位
置からn番目の分割領域位置の値を読み出せばよい。
【0030】移動量の算出処理57は、メモリー(8)
、メモリー(9)、およびメモリー(10)に記憶する
各レンズ群の移動先の位置と、メモリー(4)、メモリ
ー(5)、およびメモリー(6)に記憶する各レンズ群
の現在位置の差を求め、メモリー(11)、メモリー(
12)、およびメモリー(12)に記憶する。
【0031】作用速度に応じた移動速度に換算する処理
58は、メモリー(11)、メモリー(12)、メモリ
ー(13)の値を基準移動速度に対応する移動量で割り
、基準移動速度の倍数として移動速度を求め、演算回路
49のメモリー(14)、メモリー(15)、メモリー
(16)に記憶する。
【0032】制御信号処理59は、移動量と移動速度お
よび制御のタイミングを各レンズ群を移動させる制御器
39、40、41に出力する。制御処理60は制御器3
9、40、41による処理である。
【0033】各レンズ群の位置を読み出す処理61は、
各レンズ群の位置を読み出す処理54と同等の処理を行
なうものであり、第2群レンズの位置検出器36、第3
群レンズの位置検出器37、および第4群レンズの位置
検出器38内のメモリーの値を読み出し、演算回路49
のメモリー(4)、メモリー(5)、およびメモリー(
6)に記憶する。
【0034】外部制御指令器42から停止の指示が出る
まで、次の作用を実行するために位置を読み出す処理5
6から各レンズ群の位置を読み出す処理61の処理を繰
り返し行なう。
【0035】
【発明が解決しようとしている課題】上記の従来の制御
では、レンズ移動の軌跡上のある区間(区間1)の移動
速度がS1 、次の区間(区間2)の移動速度がS2 
であり、移動速度S1 と移動速度S2の差が大きい時
には、(1)  モータの急激な速度変化は脱調を引き
起こすため、スローアップあるいはスローダウンにより
、速度を変える必要がある。これは、画像に不自然な変
化を与える。 (2)  加速あるいは減速するまでの動作時間は、移
動させる複数のレンズ群間の相対位置関係を乱したり、
制御精度を悪くする。 という問題がある。
【0036】本発明の目的は、上記した従来の問題を解
決し、レンズの移動速度が急変するような速度設定がな
されていても、スムーズに移行して違和感なく画像を得
ることができるレンズ位置制御装置を提供することにあ
る。
【0037】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を実現する
ための構成は、レンズ位置を駆動手段により個々に移動
可能とする複数のレンズ群の位置を検出するレンズ位置
検出手段と、これら複数のレンズ群を変倍作用あるいは
焦合作用等の動作をさせる作用種類を検出する作用種類
検出手段と、レンズ群の作用方向及び速度を検出する作
用方向検出器と、レンズ群の移動範囲を複数の領域に分
割しこれらの分割領域毎に作用量に関して基準となるレ
ンズ群の位置を記憶するメモリー部及び、該レンズ位置
検出手段からのレンズ位置情報、該作用種別検出手段か
らの作用種類情報並びに作用方向と速度に対してメモリ
ーに記憶した基準移動量から制御目標とする移動量と移
動速度を求める演算手段とからなるレンズ位置制御装置
において、該演算手段は、現段階の移動速度と、次ぎの
領域の移動速度からその後の移動速度を調整することを
特徴とする。
【0038】
【作用】上記した構成のレンズ位置制御装置は、ファジ
ィルールとファジィ推論により、次の分割領域へスムー
ズに移行するように制御する。
【0039】
【実施例】図1は本発明によるレンズ位置制御装置の一
実施例を示す、レンズ位置の制御動作を示すフローチャ
ートで、装置の基本的構成は図11に示す従来例と同様
であり、異なるところは演算回路49の動作であり、具
体的には移動速度の制御にある。これは、図1における
ステップ58の移動速度の算出処理の結果を調整する処
理70を行なうもので、図2乃至図4に基づき説明する
処理により制御するようにしている。
【0040】図2はレンズ群の移動特性を示しており、
説明を簡単とするために2段階(S1 とS1 ’)に
変化させる。例えば移動速度S1 でτ1 時間移動さ
せた後、τ−1’時間加速させて移動速度をS1 にす
る場合を示す。ここで、S1 は現段階の移動速度、S
2 は次段階の移動速度で、これらの速度は図1に示す
移動速度の算出処理58で求まる。速度S1’は速度S
1からS2への速度の移行をスムーズにするための速度
で、速度S1’=1/2(S2 −S1 )で求められ
る。
【0041】つまり、基準速度でレンズを移動させてい
る場合には、分割領域毎に設定されている速度によって
は、撮影者に違和感等を与えないが、速度変更が指示さ
れると、レンズが加速、あるいは減速して移動すること
になり、その際時間τ1 とτ1 ’との設定如何によ
って、スムーズな画像が得られるか否かが左右される。
【0042】例えば、線形加速あるいは線形減速により
レンズの移動速度をS1 からS1 ’、S2 へ変え
るならば、加速/減速の加速度および移動速度から時間
τ1 とτ1’は数1に示す如く容易に求まるので、こ
れにより移動速度調整が決定される。例えば、加速度を
A、調整後の移動速度をS1 ’現段階の全動作時間を
Tとすれば、
【0043】
【数1】
【0044】と求まる。
【0045】しかし、移動する複数のレンズ群の位置関
係を出来るだけ正確に保つために、加速/減速に要する
時間をできるだけ短くした場合、非線形加速/減速が必
要となるが、この非線形加速/減速による速度制御は、
速度変更の指示が行なわれた際の現段階における移動速
度、指示された速度との速度差(移動速度差)に依存す
るため、上述した線形加速/減速法による制御のように
簡単な式で時間τ1 、τ1 ’が求められない。
【0046】そのため本実施例では、ファジィ理論を使
った非線形加速/減速によるレンズの移動速度制御を行
なうようにしており、以下に図3および図4を用いて、
速度制御を説明する。
【0047】条件(即ち、移動速度と移動速度差)を決
めれば、実験等の手段により、適当な加速/減速方法(
簡単な場合には、加速度と必要な時間)が決まる。従っ
て、複数個の移動速度と移動速度差に対する適当な加速
/減速方法を用意することができる。
【0048】用意したものをもとにファジィ・ルールを
作り、ファジィ推論で途中の状態を内挿すれば、必要な
移動速度と移動速度差に対する適当な加速/減速方法が
求まる。
【0049】例えば、移動速度および移動速度差が共に
小さい代表値の適当な加速度が分かっているとき、ファ
ジィ・ルールで、    If s1  is Ss  and  δs1
 is  PSds  Then  Δs  is  
A1  ここで、s1 は移動速度、δsは移動速度差
、Δsは加速度、A1 は代表値での加速度、Ss は
移動速度の小さな値、PSdsは移動速度差の正の小さ
な値と記述できる。
【0050】移動速度および移動速度差の別の条件下で
も同じ形式のファジィ・ルールができる。例えば、移動
速度が小さくおよび移動速度差が正で中程度の値の場合
、    If s1  is Ss  and  δs1
 is  PMds  Then  Δs  is  
A2  ここで、A2 は代表値での加速度、PMds
は移動速度差の正の中程度の値と記述できる。
【0051】s1 およびδs1 は図3および図4に
あるようなメンバーシップ関数で表わされる。ここで、
ファジィ・ルールの前件部(移動速度および移動速度差
の条件部)はあいまいな表現の条件であるため、ファジ
ィ推論によりクリスプな値を求める必要がある。
【0052】例えば、s1 がs10、δs1 がδs
10の場合、それぞれのメンバーシップ関数の値がSs
 (s10)とPSds(δs10)、Ms (s10
)とPMds(δs10)であれば、よく知られたファ
ジィ推論法により、加速度Aは数2により求まる。
【0053】
【数2】
【0054】と求まる。
【0055】加速度が求まれば、τ1 とτ1 ’は線
形加速/減速の場合と同じ方法で容易に求まる。
【0056】以上の実施例では、簡単のため移動速度と
移動速度差から加速度が決まる場合について説明したが
、非線形加速/減速の場合には段階的に加速度を変える
方法もある。この場合、先のファジィ・ルールの後件部
は加速度関数と必要な時間関数に関するものとなる。 この場合にもよく知られたファジィ推論処理とあいまい
な値をクリスプな値に変換するための重心法により加速
度関数と必要な時間関数を求めることができる。
【0057】
【発明の効果】1  移動速度の急激な移行をスムージ
ング処理で調整することにより、自然な形で変化する変
倍作用および焦合作用時の画像が得られる。 2  ファジィ理論を使うことにより、レンズ群の非線
形加速および減速を利用した加速および減速の高速化を
可能にし、複数のレンズ群の相対的位置関係をより正確
に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例のフローチャートである。
【図2】第1実施例の移動速度特性である。
【図3】メンバーシップ関数を示す。
【図4】メンバーシップ関数を示す。
【図5】ビデオカメラに搭載されているズームレンズを
示す図である。
【図6】Fレンズの位置と被写体距離の関係を示す図で
ある。
【図7】VレンズおよびCレンズと焦点距離の関係を示
す図である。
【図8】従来のズームレンズにおけるVレンズとCレン
ズとの連動機構を示す図である。
【図9】インナーフォーカスズームレンズの一構成例を
示す図である。
【図10】Vレンズ及びCレンズと焦点距離および被写
体距離の関係を示す図である。
【図11】従来の基本構成概念図である。
【図12】変倍作用の処理の流れを示すフローチャート
である。
【符号の説明】
21…第1群レンズ                
22…第2群レンズ 23…第3群レンズ                
24…第4群レンズ 25…第5群レンズ                
31…第1群レンズ 32…第2群レンズ                
33…第3群レンズ 34…第4群レンズ                
35…第5群レンズ 36〜38…位置検出器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  レンズ位置を駆動手段により個々に移
    動可能とする複数のレンズ群の位置を検出するレンズ位
    置検出手段と、これら複数のレンズ群を変倍作用あるい
    は焦合作用等の動作をさせる作用種類を検出する作用種
    類検出手段と、レンズ群の作用方向及び速度を検出する
    作用方向検出器と、レンズ群の移動範囲を複数の領域に
    分割しこれらの分割領域毎に作用量に関して基準となる
    レンズ群の位置を記憶するメモリー部及び、該レンズ位
    置検出手段からのレンズ位置情報、該作用種別検出手段
    からの作用種類情報並びに作用方向と速度に対してメモ
    リーに記憶した基準移動量から制御目標とする移動量と
    移動速度を求める演算手段とからなるレンズ位置制御装
    置において、該演算手段は、現段階の移動速度と、次ぎ
    の領域の移動速度からその後の移動速度を調整すること
    を特徴とするレンズ位置制御装置。
  2. 【請求項2】  請求項1において、演算手段は、現段
    階の移動速度及び移動速度差を前件部、移動速度調整を
    後件部とするファジィルールとファジィ推論により求め
    ることを特徴とするレンズ位置制御装置。
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