JPH06289275A - フォーカスレンズのトラッキング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】使用環境温度に左右されることなく安定、正確
なズーム動作を実現するフォーカスレンズのトラッキン
グ制御装置を提供する。 【構成】レンズ群近傍に環境温度を検出する温度検出器
を備え、温度検出器からの出力結果に応じてズームトレ
ースカーブを上下シフト、即ちフォーカスレンズ駆動の
位置基準点であるＢＦ点を逐次環境温度に応じて変更制
御する。 【効果】ズーム操作時には、レンズ環境温度に応じて逐
次最適に変更されたズームトレースカーブを基準にフォ
ーカスレンズ群のトラッキング制御が行えるため、環境
温度に左右されることなく正確なフォーカスレンズの追
従、即ち合焦ぼけを起こすことのないフォーカスレンズ
のトラッキングが実現出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラ等におけ
るフォーカスレンズのトラッキング制御装置に係り、特
にインナーフォーカス方式ズームレンズを用いた構成に
あって、そのズーム操作時に使用時の環境温度の影響を
受けることなく正確なフォーカスレンズの追従、即ち合
焦ぼけを起こすことなくフォーカスレンズを駆動制御す
るようにしたフォーカスレンズのトラッキング制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】家庭用ビデオカメラは、カメラ部とＶＴ
Ｒ部を一体化して使い勝手を向上させたＶＴＲ一体型ビ
デオカメラ（以下、ムービーと称す）の登場と、近年の
ムービーの小型、軽量、低価格化および高性能化等によ
り急速に普及してきた。

【０００３】持ち運びを追及した小型、軽量化、更には
家庭用途を狙った低価格化の実現に寄与した技術には、
信号処理回路・手振れ補正・電子ズームなどのディジタ
ル技術、ＣＣＤ撮像素子の小形化・高集積ディジタル信
号処理ＬＳＩなどの半導体技術、自動フォーカス・自動
白バランスなどのファジー技術、メカ、テープ等の小型
化技術、レンズ技術等々数多くあるが、中でもレンズ技
術の開発が果たした役割は極めて大きく、その一つがイ
ンナーフォーカス（又はマスタリアフォーカス）方式の
採用である。

【０００４】インナーフォーカス方式とは、被写体側の
第１レンズ群を固定とし、ズーミング用のバリエータレ
ンズ群より後方のレンズ群を移動させることによって焦
点調整を行うようにしたものである。従来の被写体側の
第１レンズ群を移動させて焦点調整を行う一般的な「前
玉フォーカス方式」に比べて、至近距離の撮影が可能で
あるばかりでなく、前玉レンズ径を小さくでき、レンズ
群の削減により光学系の長さも短くすることが可能で、
小型化に好適な方式であるのは周知なところである。

【０００５】図５に、現在実用化されている代表的なイ
ンナーフォーカス方式ズームレンズの原理構成を示し
た。レンズ構成には、ズーミング時に被写体がぼけない
ように焦点距離を変化させるバリエータレンズ群の動き
に同期してコンペンセータなるレンズを移動させるコン
ペンセータレンズ付きのもの、及びコンペンセータレン
ズを除去しこの役割をフォーカスレンズ群で兼用するコ
ンペンセータレンズレス方式の２つの方式が有るが、図
５は後者のコンペンセータレンズレス方式を示したもの
である。同図において１は固定の前玉レンズ群、２はズ
ーム動作用のバリエータレンズ群、３は固定のレンズ
群、４はフォーカスレンズ群、５はＣＣＤ等の固体撮像
素子、６および７は絞りユニット、８はフォーカスレン
ズ群の位置基準点検出手段、９はズームモータ、１０は
バリエータレンズ群２を動かす送りねじ等で構成される
ズームモータの出力軸部、１１はバリエータレンズ群２
の位置検出を行うズームエンコーダ（ポテンショメー
タ）、１２はフォーカスモータであるところのステッピ
ングモータ、１３はステッピングモータ１２に連結さ
れ、フォーカスレンズ群４を動かすギヤ等で構成された
駆動部、１４はレンズ系を包む鏡筒である。

【０００６】以上の構成により、ステッピングモータ１
２が駆動されるとフォーカスレンズ群４は駆動部１３に
より図中矢印で示した光軸方向に移動する。又、ズーム
モータ９が駆動されると送りねじ機構１０が回転し、バ
リエータレンズ群２が図中矢印の光軸方向に移動すると
同時にその位置がズームエンコーダ１１によって検出さ
れる。

【０００７】図５のようなインナーフォーカス方式コン
ペンセータレスレンズでズーム動作を行う場合、フォー
カスレンズ群４で焦点調整を行うと同時にコンペンセー
タレスレンズの役割も持たせなければならない。このよ
うなレンズにおけるバリエータレンズ群とフォーカスレ
ンズ群の位置関係の理論特性を示したのが図６である。
被写体までの距離が無限遠（∞），２ｍ，１ｍ，５０ｃ
ｍ，１ｃｍの場合を示したがバリエータレンズ群位置に
応じ特性は弓なりに大きく曲がる。即ち、被写体との距
離及びバリエータレンズ群の広角（以下Ｗと称す）、望
遠（以下Ｔと称す）方向の位置移動に応じ図６の関係
（以下ズームトレースカーブと称す）を満足するように
フォーカスレンズ群を複雑にトラッキング制御しなけれ
ば合焦関係を保つことは出来ない。

【０００８】図６のズームトレースカーブに沿ってフォ
ーカスレンズ群をトラッキングさせるには、例えばマイ
クロプロセッサ（図５には図示せず）等を用い、予めこ
れにトレースカーブをテーブルとして記憶しておき、ズ
ームモータ９の駆動によるバリエータレンズ群２の移動
量、方向をズームエンコーダ１１からの電気信号として
検出し、これを元にフォーカスレンズ群４の位置がトレ
ースカーブに沿うようステッピングモータ１２を所要量
駆動するような制御が用いられる。即ち、図６に示すよ
う自動フォーカス或るいは手動フォーカスにより被写体
距離２ｍ，バリエータレンズ群の位置がＡ点で合焦して
いる状態から図中矢印のＷ方向にズーム操作がなされた
場合、バリエータレンズ群２の移動速度、位置をズーム
エンコーダ１１の検出信号で監視しながら、記憶された
トレースカーブ上をフォーカスレンズ群４がトラッキン
グするよう、すなわち合焦ずれが起こらないようステッ
ピングモータ１２（１ステップ駆動当りのフォーカスレ
ンズの移動距離は一定）を追従駆動するものである。

【０００９】なお、インナーフォーカス方式のレンズで
はフォーカスレンズ群から撮像素子までの距離が構造部
品の精度、取付けの誤差等によりバラツキを持つため、
フォーカスレンズ群には駆動の基準となる位置基準点
（以下、バックフォーカス点；ＢＦ点と称す）を設け、
機器ごとにこれの検出、認識が必要である。図６で示し
た８がこのためのＢＦ点検出手段であり、詳細は省略す
るが、例えばフォトインタラプタ等を利用した光学位置
検出装置で構成される。また、ＢＦ点は図６のズームト
レースカーブ上で示すＸ−Ｘ等の位置に設定されるのが
一般的である。

【００１０】以上、インナーフォーカス方式について、
コンペンセータレンズレス方式を例にその原理構成とズ
ーム操作時のフォーカスレンズ群の位置制御方法につい
て記した。

【００１１】なお、インナーフォーカス方式のフォーカ
スレンズトラッキング方法の従来関連技術としては、例
えば特開平１−２８０７０９号公報、特開平１−３１６
７１３号公報が挙げられる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来のインナーフォーカス方式におけるフォーカスレンズ
のトラッキング方法では、使用時の環境温度変化に対し
てズーム操作時に正確なトラッキングが出来ない、即ち
合焦ずれを生じるという問題があるが、この点について
は従来開示技術等でも何ら配慮がなされていなかった。

【００１３】以下この点について説明する。

【００１４】図７は、ズームトレースカーブであり、実
線は被写体との距離が２ｍ，１．５ｍの場合を示したも
のである。勿論このカーブは常温の条件下におけるレン
ズ特性から定まるものであるが、周囲温度変化が起こっ
た場合、当然レンズ特性が温度依存性を持つためにこの
カーブは変化する。この様相を示したのが図中の破線の
カーブであるが、例えば距離２ｍの場合でみれば、実線
のカーブは高温側の温度変化に対してカーブＩ、低温側
の温度変化に対してはカーブＩ´の様に温度変化の方
向、変化幅に応じ上下してしまう。これにより、例えば
高温条件下で使用した場合、バリエータレンズ群の位置
Ｂ点での被写体距離２ｍの合焦フォーカスレンズ群位置
はａからａ´点に移ることになる。従って、ａ´点で合
焦している状態で図中矢印のＷ方向へのズーム操作が行
われた場合、フォーカスレンズ群のトラッキングはカー
ブＩをトレースしなければならないのであるが、既述し
た様にマイクロプロセッサ等に記憶されているズームト
レースカーブは当然のことながら常温時の特性である実
線カーブであるため、ａ´点に近い例えば１．５ｍの実
線カーブ上を矢印に従って誤ったトラッキングしてしま
うことになり、合焦ずれを生じてしまうことになる。

【００１５】本発明の目的は、上記の問題点を解決し、
ズーム操作時に、使用時の環境温度に左右されることな
く正確なフォーカスレンズ群の追従、即ち合焦ぼけを起
こすことなくフォーカスレンズ群を駆動制御するフォー
カスレンズのトラッキング制御装置を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記した目的は、レンズ
群近傍に環境温度を検出する温度検出器を備え、温度検
出器からの出力結果に応じてズームトレースカーブを上
下シフト、即ちフォーカスレンズ群駆動の位置基準点で
あるＢＦ点を逐次環境温度に応じて変更制御することに
より達成される。

【００１７】

【作用】ズーム操作時には、マイクロプロセッサはバリ
エータレンズ群の移動が所定の速度となるようズームモ
ータ駆動手段を制御するとともに、フォーカスレンズ群
が、記憶されているズームトレースカーブを正確にトラ
ッキングするようズームエンコーダ出力を介してバリエ
ータレンズ群の位置を監視しながらステッピングモータ
駆動手段の制御を行う。又、マイクロプロセッサは温度
検出器を介してレンズ環境温度を監視しながら、環境温
度に応じてフォーカスレンズ駆動の位置基準点であるＢ
Ｆ点を逐次変更制御する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００１９】図１は、本発明によるフォーカスレンズの
トラッキング制御装置の一実施例を示す要部ブロック図
である。

【００２０】図１において、１５はズームモータ９及び
駆動回路１９より成るバリエータレンズ群２を駆動する
第１駆動手段、１６はステッピングモータ１２及び駆動
回路２０より成るフォーカスレンズ群４を駆動する第２
駆動手段、１７は制御手段、１８はレンズ群の使用環境
温度を検出する温度検出手段であり、その他図５と同一
符号を付した部分は、同一もしくは同等な部分を指す。

【００２１】本実施例は、制御手段１７を例えばマイク
ロプロセッサで構成して、これにズームトレースカーブ
及び基準位置検出手段８で検出したフォーカスレンズ駆
動の位置基準点であるＢＦ点を記憶させておくと共に、
温度検出手段１８により使用環境温度を監視しながら、
使用環境温度に応じてズームトレースカーブを逐次最適
に変更、補正してズーム時のフォーカスレンズのトラッ
キングを行うものである。

【００２２】先ず、各部の構成、動作について説明す
る。

【００２３】図２は温度検出手段１８の具体例である。
同図にて、２１は直流電圧源、２２は抵抗素子、２３は
ダイオードであるが、周知のようにダイオードの順方向
導通電圧（略０．７Ｖ）は略−２ｍｖ／゜の温度係数を
持つため、ダイオード２３を図１に図示した様にレンズ
鏡筒１４の表面上に取り付ければレンズ群の使用環境温
度を検出することが出来る。即ち、制御手段であるマイ
クロプロセッサ１７はダイオード２３の端子電圧を監視
し、この変動分を検知して使用環境温度の判別を行う。

【００２４】基準位置検出手段８は、周知のフォトイン
タラプタ等で構成され、フォーカスレンズ群４の位置が
図中の基準位置検出手段８より左側の場合は例えば通
光、右側の場合は遮光の識別信号を出力する。そして、
マイクロプロセッサ１７は通光、遮光の識別信号の境界
点を認識しフォーカスレンズ駆動の位置基準点としてズ
ームトレースカーブ上に記憶処理する。

【００２５】位置検出手段１１は、図５で示したポテン
ショメータ等で構成され、バリエータレンズ群２の位置
情報をマイクロプロセッサ１７へ出力、マイクロプロセ
ッサ１７はこの検出出力からバリエータレンズ位置の識
別を行う。

【００２６】又、第１駆動手段１５はマイクロプロセッ
サ１７によって制御され、ズーム操作時にマイクロプロ
セッサ１７から駆動回路１９に制御信号が入力される
と、ズームモータ９を駆動してバリエータレンズ群２を
所定速度で移動させる。更に、ズーム操作時には、マイ
クロプロセッサ１７は位置検出手段１１であるポテンシ
ョメータの検出信号を元に、バリエータレンズ群２の位
置を判別しながらフォーカスレンズ群４の位置が記憶、
且つ使用環境温度に応じて最適に変更、補正したズーム
トレースカーブをトラッキングするよう第２駆動手段１
６の制御も行う。なお、図１ではズームモータ９とバリ
エータレンズ群２を、又ステッピングモータ１２とフォ
ーカスレンズ群４を直結しているが、それぞれは図５に
示したと同様に送りねじ機構１０、ギヤ機構１３によっ
て連結されるものである。

【００２７】以下、係る構成による全体の動作について
説明する。

【００２８】図３は、図１実施例における使用環境温度
変化に対するズーム動作を示すものである。実線は、被
写体との距離が図７と同様２ｍ，１．５ｍの場合のマイ
クロプロセッサ１７に予め設定、記憶されているズーム
トレースカーブであり、勿論このカーブは常温の条件下
におけるものである。又、縦軸上のＹ−Ｙの位置がマイ
クロプロセッサ１７が基準位置検出手段８の検出結果を
元にズームトレースカーブ上に認識、記憶したフォーカ
スレンズ駆動の位置基準点、即ち、ＢＦ点である。

【００２９】今、被写体距離が２ｍ，バリエータレンズ
位置がＣ点、フォーカスレンズ位置がｂ点で合焦してい
る状態からズーム動作が行われた場合、使用環境温度が
常温である場合には、制御手段１７によりフォーカスレ
ンズは実線で示す２ｍのズームトレースカーブ上をトラ
ッキングするよう制御が成される。この動作は図６で示
した従来の制御と何ら変わりはない。

【００３０】しかしながら、使用環境温度が常温より高
温側に変動していた場合、マイクロプロセッサ１７は温
度検出手段１８の出力変動幅から常温に対する環境温度
変動を識別し、ＢＦ点を図中のＹ−ＹからＹ´−Ｙ´に
変更する。即ち、ＢＦ点を図中ｋに相当する量だけ上側
にシフトするよう働き、これにより実線で示した２ｍ，
１．５ｍのズームトレースカーブはそれぞれＩ、IIの破
線で示すものに変更される。ここで、使用環境温度変化
に対するｋの量は、当然のことではあるがズームトレー
スカーブの温度依存性データを元に決定されるものであ
り、又、図３では任意の一温度条件におけるズームトレ
ースカーブの変更様相を示しているが、詳細には使用環
境温度に応じて逐次極め細かな変更が成されるものであ
る。

【００３１】係る、使用環境温度が高温状態の時、被写
体距離が２ｍ，バリエータレンズ位置がＣ点の合焦フォ
ーカスレンズ位置は図中のｂ点からｂ´点に移るが、こ
の状態でズーム動作が行われた場合、マイクロプロセッ
サ１７による被写体距離２ｍのズームトレースカーブは
Ｉに変更、認識されているため、マイクロプロセッサ１
７の制御によるフォーカスレンズのトラッキングは図中
矢印で示すようにズームトレースカーブＩに沿ったもの
と出来、従来の制御のように誤ってｂ´点に近い１．５
ｍの実線カーブをトラッキングするようなことはない。

【００３２】図４は、使用環境温度が常温より低温側に
変動した場合のズーム動作を示したものである。図３と
は逆に、マイクロプロセッサ１７は温度検出手段１８の
出力変動幅から常温に対する環境温度変動を識別し、Ｂ
Ｆ点を図中のＹ−ＹからＹ゛−Ｙ゛に変更、即ち、ＢＦ
点を図中ｋ´に相当する量だけ下側にシフトするよう働
き、これにより実線で示した２ｍ，１．５ｍのズームト
レースカーブはそれぞれＩ´、II´の破線で示すものに
変更される。係る制御により、低温時の被写体距離が２
ｍ，バリエータレンズ位置がＤ点の合焦フォーカスレン
ズ位置は図中のｃ点からｃ´点に移るが、この状態でズ
ーム動作が行われた場合、マイクロプロセッサ１７によ
る被写体距離２ｍのズームトレースカーブはＩ´に変
更、認識されているため、マイクロプロセッサ１７の制
御によるフォーカスレンズのトラッキングは図中矢印で
示すようにズームトレースカーブＩ´に沿ったものとな
り、使用環境温度が高温時の場合と同様、環境温度に左
右されることのない正確なフォーカスレンズのトラッキ
ングを行うことが出来る。

【００３３】以上、本発明の実施例について説明した。

【００３４】図１の実施例では、使用環境温度に応じフ
ォーカスレンズ駆動の位置基準点、即ち、ＢＦ点を広角
端（Ｗ）、望遠端（Ｔ）の範囲において一律に上下シフ
トしてズームトレースカーブを変更する例を示したが、
これは特に限定するものではなく、例えば使用環境温度
変化に対するズームトレースカーブの変化がＷ側、Ｔ側
で異なる場合では、これに応じてＢＦ点のシフト量をＷ
側、Ｔ側で重み付けしてズームトレースカーブを変更す
れば良い。

【００３５】又、実施例ではコンペンセータレンズレス
のインナーフォーカス方式ズームレンズを例に挙げた
が、これも特に限定されるものではなく、例えばコンペ
ンセータレンズを有するインナーフォーカス方式ズーム
レンズであっても同様に適用出来るのは勿論であり、更
に、ズームトレースカーブの変更をＢＦ点を制御して行
う例に限定したが、これも特に限定されるものではな
く、例えば使用環境温度に応じてズームトレースカーブ
自体にオフセットを重畳する等して直接に変更するよう
にすることも可能で、本発明の要旨を変えない範囲で種
々変形可能は容易である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レンズ群近傍に環境温度を検出する温度検出器を備え、
レンズ環境温度に応じてズーム操作時にはズームトレー
スカーブを上下シフト、即ちフォーカスレンズ群駆動の
位置基準点であるＢＦ点を逐次変更制御し、変更後のズ
ームトレースカーブを基準にフォーカスレンズ群のトラ
ッキング制御を行う様にしたため、環境温度に左右され
ることなく正確なフォーカスレンズ群の追従、即ち合焦
ぼけを起こすことのないフォーカスレンズのトラッキン
グ制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるフォーカスレンズのトラッキング
制御装置の一実施例を示す要部ブロック図である。

【図２】図１の温度検出手段の具体構成例を示す図であ
る。

【図３】図１実施例のズーム操作（高温時）におけるフ
ォーカスレンズのトラッキング動作を示す図である。

【図４】図１実施例のズーム操作（低温時）におけるフ
ォーカスレンズのトラッキング動作を示す図である。

【図５】コンペンセータレンズレスのインナーフォーカ
ス方式ズームレンズの原理構成を示す図である。

【図６】図５のレンズ構成のバリエータレンズ群とフォ
ーカスレンズ群の位置関係の理論特性を示す図である。

【図７】図５のレンズ構成の環境温度変化に対するバリ
エータレンズ群とフォーカスレンズ群の位置関係を示す
図である。

【符号の説明】

１…第１レンズ群、 ２…変倍（ズーム）用第２レンズ群、 ４…フォーカス用第３レンズ群、 ８…基準位置検出手段、 １１…位置検出手段、 １５…第１駆動手段、 １６…第２駆動手段、 １７…制御手段、 １８…温度検出手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体側の第１レンズ群を固定とし、変倍
   （ズーム）のために光軸に沿って位置可変に駆動される
   第２（バリエータ）レンズ群より後方の第３レンズ群を
   同様に光軸に沿って位置可変に駆動して焦点調整を行う
   ようにしたインナーフォーカス方式ズームレンズであっ
   て、前記第２レンズ群を駆動する第１駆動手段と、前記
   第３レンズ群を駆動する第２駆動手段と、前記第２レン
   ズ群の可変位置を検出する位置検出手段と、前記第３レ
   ンズ群の取付け位置の基準点を検出する基準位置検出手
   段と、前記第１及び第２の駆動手段を制御する制御手段
   で構成され、前記制御手段は前記第２レンズ群の位置に
   対する前記第３レンズ群の合焦位置関係を示すところの
   ズームトレースカーブを記憶して成り、ズーム動作にお
   いて前記制御手段により前記第１駆動手段を駆動して前
   記第２レンズ群を移動させると同時に、前記位置検出手
   段の検出結果を元に前記第３レンズ群の位置が前記ズー
   ムトレースカーブを追従するよう前記第２駆動手段を駆
   動するようにしたフォーカスレンズのトラッキング制御
   装置において、前記第１乃至第３レンズ群の使用環境温
   度を検出する温度検出手段を具備し、前記制御手段は該
   温度検出手段の検出結果に応じて前記ズームトレースカ
   ーブを変更、補正すると共に、変更補正後のズームトレ
   ースカーブを元にズーム動作を行うようにしたことを特
   徴とするフォーカスレンズのトラッキング制御装置。
2. 【請求項２】前記制御手段による前記ズームトレースカ
   ーブの変更、補正を前記基準位置検出手段による検出結
   果を制御して行うようにしたことを特徴とする特許請求
   項１記載のフォーカスレンズのトラッキング制御装置。
3. 【請求項３】前記制御手段による前記ズームトレースカ
   ーブの変更、補正を前記第２レンズ群の最広角位置、最
   望遠位置の両端の範囲内において重み付けして行うよう
   にしたことを特徴とする特許請求項１および２記載のフ
   ォーカスレンズのトラッキング制御装置。