KR910007515B1

KR910007515B1 - 주움렌즈 구동장치

Info

Publication number: KR910007515B1
Application number: KR1019880017675A
Authority: KR
Inventors: 요시아끼 히라오; 류이찌로 쿠가; 마사유끼 요네야마; 슈스케 오노
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤; 다니이 아끼오
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1991-09-26
Also published as: EP0323237A2; JPH01172914A; JP2956053B2; DE3853986T2; KR890011389A; DE3853986D1; EP0323237B1; EP0323237A3

Abstract

내용 없음.

Description

주움렌즈 구동장치

제1도는 본 발명의 실시예를 도시한 블록도.

제2도는 이너포커스방식에 있어서 주움렌즈의 촛점길이와 촛점조절용 렌즈부의 이동거리와의 관계를 도시한 그래프.

제3도는 통상의 4군(群)주움렌즈의 배율변경렌즈부의 위치와 주움렌즈의 촛점길이와의 관계를 도시한 그래프.

제4도는 배율변경렌즈부의 위치와 주움구동속도의 설정을 위해 사용되는 실시예의 주움렌즈 촛점길이와의 관계를 도시한 그래프.

제5도는 촛점이동 보정장치의 주우밍동안의 동작을 설명하는 흐름도.

제6도는 촛점이동 보정장치의 중요부를 설명하는 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 :주움렌즈 1-1 : 제1렌즈군

1-2 : 제2렌즈군 1-3 : 제3렌즈군 또는 촛점조절용 렌즈부

2 : 피사체 4 : 비데오카메라회로

5 : 촛점검출부 6 : 촛점제어부

7 : 포커스구동부 8 : 활동자

9 : 주움엔코우더 10 : 주우밍제어부

11 : 주움스위치 12 : 주움구동부

13 : 주움렌즈 13-1 : 대물렌즈부

13-2 : 배율변경렌즈부 13-3 : 촛점조절용 렌즈부

14 : 활동자 15 : 주움엔코우더

16 : 활동자 17 : 포커스엔코우더

18 : 주움구동부 19 : 처리회로

20 : 촛점구동부

본 발명은 카메라의 주우밍을 전기적으로 제어하는 주움렌즈 구동장치에 관한 것이다.

비데오카메라 등의 주움렌즈의 주우밍(Zooming)에 대해서는, 조작성의 관점에서 동력전달기구를 거쳐 주움렌즈의 일부분이며 배율변경기능을 갖는 배율변경렌즈부를 모우터로 구동, 제어하는 방법이 통상 사용되고 있다. 이 경우, 구동회로의 단순화를 위해 배율변경렌즈부를 미리 정해진 일정한 속도로 구동하는 방법이 일반적이다.

최근, 주움렌즈의 포커스방식으로써, 제2군(第二群)이후의 렌즈부를 구동하는 소위 이너포커스(inner focus)방식이 실용화되고 있다. 이 방식은 이전의 방식에 비해 촛점조절용 렌즈부의 중량이 가볍고, 구동력이 적으며 또 촬영 지근거리의 단축이 가능하다.

그러나, 이너포커스방식이 주움렌즈는 주우밍조작에 의해 촛점의 이동이 발생한다.

이너포커스방식의 주움렌즈의 경우, 무한원점의 피사체에 대한 값을 기준으로한 촛점조절용 렌즈부(제2군 이하의 레즈부)의 이동거리 s는 주움렌즈의 촛점거리 f, 피사체까지의 거리 u를 사용하여 다음의 근사식으로 표현된다.

제2도는 주움렌즈의 촛점거리 f(횡축)와 촛점조절용 렌즈부의 이동거리 s(종축)사이의 (1)식의 관계를 도시한 것이다. 즉u=∞인 경우에는 s=0, 또 촬영지근거리(u=Unear)에 대하여는 s=f²/Unear 로 된다.

(1)식에서 명백한 바와같이 촛점조절용 렌즈부의 이동거리 s는 촛점거리 f의 제곱에 비례한다. 따라서 이너포커스방식의 주움렌즈에서는 피사체거리 u가 일정하여도 촛점거리의 변화에 응하여 촛점조절용 렌즈부의 이동거리(즉 촛점의 위치)가 변화한다. 제2도에 있어서 N 점은 주움렌즈의 촛점거리 f=f_N에 해당하는 점이며 지근거리(촛점조절용 렌즈부의 이동거리량=s_N)에 있는 피사체에 촛점을 맞추고 있는 것을 도시하고 있다. 다음에 피사체위치와 촛점조절용 렌즈부가 일정한 상태에서 촛점거리가 fN에서 fW로 변화하면(f_N〉f_W), 주움렌즈가 동도(同圖) w 점으로 표시된 상태에 있어 큰 촛점의 이동(|s_N-s_W|)이 발생한다.

일반적으로, 배율변경렌즈부의 위치변위 D와 그에 대응하는 주움렌즈의 촛점거리사이에는 선형적 관계가 없다. 한예로 통상의 비데오카메라용 4군 주움렌즈에 있어서의 관계를 설명하기 위하여 제3도는 통상 주움렌즈의 배율변경렌즈부의 변위량 D와 주움렌즈의 촛점거리와의 관계를 한예로써 도시하고 있다. 제3도에서 횡축은 배율변경렌즈부의 위치변위 D(제2군 렌즈의 변위량)를 나타내며, 종축은 주움렌즈의 촛점길이 f를 나타내고 있다. 제3도에 도시한 바와같이, 통상의 비데오카메라용 4군 주움렌즈에 있어서, 배율변경렌즈부의 위치변위 D의 변화량에 대한 주움렌즈의 촛점길이 변화량(d_f/d_D)은 촛점길이가 커질수록 증가하는 경향을 가지고 있다.

피사체 거리가 일정한 상태에서 주우밍조작이 이루어지는 경우를 가정하고 (1)식을 시간 t로 양변을 미분하면 다음식이 얻어진다.

그리고 (2)식을 변형해서 다음의 관계식을 얻을 수 있다.

주우밍조작이 일정속도로 이루어진다고 가정하면, 배율변경렌즈부는 미리 정해진 일정속도로 구동하게 된다. 즉 (3)식에서 (d_D/d_t)가 일정하므로 촛점조절용렌즈부 이동거리 s의 시간 변화량(d_s/d_t)은

에 비례하게 된다. 상기와 같이, 촛점길이 f가 길어지면

가 증가하고 촛점의 변위량도 증가한다.

최근, 조작성의 관점에서, 자동촛점조절기구가 주움렌즈가 구비된 카메라에 필수적이 되었다. 그러나 자동촛점조절기구가 이너포커스방식의 주움렌즈와 조합되면 상기와같이 주우밍에 의한 촛점의 이동변화량은 특히 장촛점측에서 크게되기 때문에 자동촛점 조절기구의 응답이 이러한 변화를 따를 수 없게되어 크게 촛점이 벗어나거나 오동작의 원인이 된다.

반면에, 주우밍시 유효한 촛점 보정장치가 공지되어 있는데 이 장치는 촛점조절렌즈부와 주움렌즈의 배율변경렌즈부의 위치 정보를 이용, 계산을 해서 촛점조절렌즈부를 제어하여 주우밍에 의한 촛점의 벗어남을 보정한다.(일본국 특허출원 공보 제49-115322호) 그러나, 이 방식에도 있어서도, 주우밍에 의한 촛점이동의 변화량이 장촛점측에서 증가하기 때문에 보정작용이 이 변화를 따를 수 없고 따라서 렌즈의 응답성이 저하된다.

본 발명의 목적은 주우밍동안에도 촛점이 잘 맞고 따라서 항상 좋은 응답성을 유지하는 이너포커스방식에 있어서의 주움렌즈 구동장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 주움렌즈 구동장치는 주움렌즈의 배율변경렌즈부의 위치를 검출하는 주움엔코우너(en coder) 배율변경렌즈부를 구동하는 주움구동부, 상기 배율변경렌즈부의 정지, 구동 및 제어속도를 제어하기 위해 주움구동부를 제어하는 주우밍제어부로 구성된다.

상기 구성에 의해, 주우밍제어부는 항상 주움엔코우더가 지시하는 배율변경렌즈부의 위치를 감지하고 미리 설정된 배율변경렌즈부의 위치와 주움구동속도와의 관계에 의해 배율변경렌즈부의 위치에 해당하는 주움렌즈의 촛점길이가 짧은쪽에 보다 큰 속도가 설정된다.

좀데 상세히 설명하면, 촛점길이의 변화에 대한 배율변경렌즈부의 위치변화율에 반비례하도록 설정된, 구동속도를 지시하는 제어신호를 주움구동부에 공급하므로써 이너포커스방식을 이용한 주움렌즈에 있어서 촛점거리가 증대함에 따라 갑자기 증대되는 촛점이동량의 변화경향을 대폭 억제하고, 상기 주움렌즈의 구비된 자동촛점 조절기구가 상기 주움렌즈의 촛점이동을 충분히 따를 수 있도록 작용하여 항상 응답성이 우수한 렌즈제어를 가능하게 한다.

이하 본 발명의 실시예인 주움구동장치에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

제1도는 자동촛점조절장치가 구비된 비데오카메라에 적용되는 본 발명의 실시예를 도시한 블록도이다.

제1도에 주움렌즈(1)는 피사체쪽에서부터 정의 굴절력을 갖는 제1렌즈군(1-1), 부의 굴절력과 배율변경기능을 갖는 제2렌즈군(1-2)양의 굴절력과 영상형성기능을 갖는 제3렌즈군(1-3)의 순서로 배열되어 구성된다. 각 렌즈부는 한 개의 볼록렌즈 또는 오목렌즈로 구성된 것처럼 도시되어 있지만 실제로는 다수의 볼록렌즈 또는 오목렌즈로 구성되어 있다. 본 실시예에서, 제3렌즈군(1-3)은 촛점조절용 렌즈부로 구성되어 있는 반면, 제2렌즈군(1-2)은 배율변경렌즈부로 구성되어 있다.

피사체(2)의 상은 주움렌즈(1)을 통해 CCD(3)에 입력된다. 비데오카메라 회로(4)는 CCD(3)를 구동함과 동시에 CCD(3)에 의해 얻어진 전기신호에 각종 신호처리를 하여 영상신호(예를들면 NTSC 신호) c₀를 출력시킨다.

촛점검출부(5)는 비데오카메라 회로(4)에서 출력된 휘도신호내의, 일정치 이상의 주파수 성분(이하 고주파수 성분이라 칭함)의 다수의 피일드(field)간에 있어서의 증감을 검출하는 것에 의해 주움렌즈(1)의 촛점상태를 판단하고 촛점제어부(6)에 제어신호 T를 인가한다.

이런 방식의 촛점 검출수단에 대해서는 공지되어 있으며 예를들면 "인포커스제어 서어보 방식에 의한 텔레비젼 카메라의 자동촛점조정"「NHK 기술연구」제17권 제1호 21페이지, 1965년판, 이시디외)이라는 제목의 논문에 보다 상세하게 발표되어 있다.

촛점제어부(6)는 제어신호 T에 의해 구동속도 및 구동방향을 규정하는 포커스 속도 신호 F_s및 포커스방향신호 F_D를 생성하여 포커스구동부(7)에 공급한다. 포커스구동부(7)은 주움렌즈(1)의 제3렌즈군(1-3)를 소정의 위치로 이동시켜 자동촛점조절이 이루어지도록 한다.

다음에 본 발명의 목적인 이너포커스방식의 주움렌즈의 주우밍에 의해 발생하며 특히 장촛점측에 증대되는 촛점이동의 변화율을 감소시키는 주움렌즈 구동장치를 설명한다.

주움렌즈(1)의 배율변경렌즈부의 위치를 제1렌즈군(1-1)과 제2렌즈군(1-2)와의 거릴 표시하고 이를 D_1-2로 하자. D_1-2와 주움렌즈(1)의 촛점거리 f와의 관계는 상기의 식(3)에서 D를 D_1-2로 치환한 것과 동일하다. 참고로 무한원점의 피사체에 촛점이 맞추어진 위치와 관련하여 촛점조절용 렌즈부(1-3)의 이동거리를 s₃라하면 상기의 식(3)은 다음과 같이 된다.

주우밍속도를 나타내는

의 값이

에 비례하도록 설정되면, 이것은 촛점조절용 렌즈부(1-3)의 이동거리 s₃의 시간적변화율, 즉 촛점의 이동량을 나타낸다.

항은 촛점길이 f의 1승에 비례한다. 즉 촛점의 이동량은 촛점길이 전범위에 걸쳐서 촛점길이와 선형적 관계를 갖고 있으며 촛점이동의 변화율은 장촛점측에서 대폭 억압된다.

이것을 실제의 시스템에서 수행하는 방법을 이하에 설명한다. 제4도에서 점선A는, 종축에 주움렌즈(1)의 촛점거리 f를 잡고 횡축에 주움렌즈(1)의 제1렌즈군(1-1)과 제2렌즈군(1-2) 사이의 간격을 잡아서 f와 D_1-2사이의 관계의 일예를 도시하고 있다. D_1-2는 d_w와 d_T사이에서 변화하고 이에 대응하여 촛점길이 f는 f_w와 f_T사이에서 변한다. 첨차 w와 T는 각각 광각단(가장 짧은 촛점길이) 및 망원단(가장 긴 촛점길이)을 의미한다.

본 실시예에서는, 제4도에 도시된 바와 같이 촛점거리범위(f_T∼f_W)를 5등분한 각 촛점거리 f의 값 f₀, f₁, f₂, f₃, f₄, f₅에 대응하는 값 d₀, d₁, d₂, d₃, d₄, d₅가 설정되고 주움엔코우더는 적어도 6개의 D_1-2값을 판별할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 주지(主旨)인 배율변경렌즈부의 위치에 따른 최적의 주움렌즈 구동속도는 다음과 같은 방법으로 설정된다.

제4도에서, 실선 B는 촛점거리 f와 D_1-2와의 관계를 표시하는 점선 A에 기초하여 6개의 D_1-2의 값 d_0,d_1,d_2,d_3,d_4,d₅의 각각을 연결하여 그린 다각형에 모양의 선이다.

이에 관해서, 각 구단 d_k-1∼d_k(k=1,2,…,5)에 있어서의 각 선의 경사도 h_k는 각 구간에서는 (d_f/d_D1-2)의 평균치인

로 주어지며 주움렌즈의 구동속도는 각 구간의 h_k에 반비례하도록 설정된다. 즉 각 구간에서의 주움구동속도 V_k(k=1,2,…,5)는

로 주어진다. 따라서 주움구동속도는 식(6)과 자동촛점 조절기구의 응답조건에 의해 유일하게 결정된다.

이상에서와 같이, 촛점이동의 변화율 또는 촛점의 이동량(d_s3/d_t)은 식(4)에 의해 대체로 촛점거리 f에 비례하고 촛점이동의 변화율은 장촛점측에서 대폭 억압된다.

제1도는 다시 참고하면, 본 실시예에서는 제2렌즈군(1-2)이 움직이기 시작하면 이것과 운동하도록 설치된 활동자(8)가 주움엔코우더(9)상을 이동하고 주움엔코우더(9)가 앞에서 설명한 5분할된 제2렌즈군(1-2)의 현재위치를 읽어내어 배율변경렌즈의 위치신호 Z_k(k=1,2,…,5)를 출력한다. 주우밍제어부(10)는 배율변경렌즈의 위치신호 Z_k를 받고 상기와 같이 설정된 제2렌즈군(1-2)의 구동속도 V_k를 지시하는 주움속도신호 Z_s를 생성한다. 예를들면 주우밍제어부(10)는 마이크로컴퓨우터로 쉽게 실현된다. 촬영자가 주우밍을 실시하기 위해 주움스위치(11)을 누르면 주우밍제어부(10)에 촬영자의 의사대로 주우밍의 방향을 지시하는 주우밍신호 Z_D가 보내진다. 주움구동부(12)는 주우밍신호 Z_D와 주움속도신호 Z_s를 받아서 제2렌즈군(1-2)로 구동한다.

이상과 같이해서, 주움렌즈(1)가 주우밍된 경우에는 자동촛점조절기구가 줌렌즈(1)의 촛점이동에 충분히 응답하여 항상 양호한 렌즈제어를 실시할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예는 촛점조절렌즈부와 주움렌즈의 배율변경렌즈부의 위치정보를 기초로 계산을하여 주우밍에 의해 촛점이 맞지않는 상태를 보정하는 상기의 보정장치가 구비된 비데오카메라등에 아주 효율적으로 적용할 수 있다.

상기 보정장치에 있어서, 주우밍에 의한 촛점조절용 렌즈부의 이동량 b는, 촛점이 잘맞는 상태에서의 촛점조절용 렌즈부의 위치 a 및 주우밍시 배율변경렌즈부의 기준위치(예를들면 망원단)로부터의 이동량 c를 변수로 한 함수 F에 의해 다음과 같이 계산한다.

b=F(a, c) ……………………………………………………………………(7)

여기에서 F(a,c)는 렌즈시스템의 굴절력 및 주요점의 거리에 의해 결정되는 함수이다.

제5도는 보정장치의 작동을 도시한 흐름도이다. A 단계에서 주움렌즈는 수동 또는 자동촛점조절기구에 의해 촛점이 맞추어진다. B 단계에서, 주우밍이 이루어지고 주우밍에 의한 촛점조절용 렌즈부의 이동량 a와 배율변경렌즈부의 이동량 c가 검출된다. C 단계에서, 주우밍의 변화에 따른 촛점조절용 렌즈부의 이동량 b는 식(7)의 관계에서 계산될 수 있다. D 단계에서, 촛점조절용 렌즈부는 주움렌즈의 영상의 위치가 변하지 않도록하는 계산의 결과를 근거로하여 구동된다.

상기 보정기능은 제6도에 도시한 바와같은 구성으로 실현될 수 있다.

배율변경렌즈(13-2)와 촛점조절용 렌즈부(13-3)로 되어 있는 주움렌즈(13)는 제6도에 도시한 주움렌즈(1)와 비슷한 구성으로 되어 있다. 배율변경렌즈부(13-2)위치는 활동자(14) 및 주움엔코우더와 또다른 활동자(16) 및 포커스엔코우더(17)에 의해 각각 검출된다. 주움구동부(18)는 배율변경렌즈부(13-2)를 구동하여 주우밍을 시행하며 처리회로(19)는 상기의 계산을 하여 그 결과를 촛점구동부(20)로 보낸다. 촛점구동부(20)는 계산의 결과치인 이동량 b 만큼 되는 위치까지 촛점조절용 렌즈부(13-3)를 이동시킨 다음 정지시킴으로써 촛점조절을 완료한다.

처리회로(19)는 실체로 ROM(read only momory)이 내장된 마이크로컴퓨우터로 구성할 수 있다.

본 발명의 실시예는 주우밍에 의한 촛점의 이동을 보정하기 위한, 상기와 같은 보정장치에 아주 효율적으로 적용할 수 있다. 즉, 실시예에 따라, 촛점이동의 변화율은 장촛점측에서 대폭억압되고 예를들면, 주우밍에 의해서 촛점이 맞지않는 상태를 보정하기 위한 마이크로컴퓨우터의 처리시간을 충분히 확보할 수 있다. 또 본 실시예에 따라, 촛점의 이동량은 촛점의 길이와 선형적 관계가 있기 때문에 촛점이 맞지않는 상태를 보정하기 위한 계산이 단순화된다.

Claims

주움렌즈의 배율변경기능을 갖는 배율변경렌즈부(14-2), (13-2)의 위치를 검출하는 주움엔코우딩수단(9), (15)과, 배율변경렌즈부를 구동시키기 위한 주움구동수단(12), (18)과 주움구동수단을 제어하기 위한 주움제어수단(10)으로 구성되며, 상기 주움제어수단은 상기 주움엔코우딩수단(9), (15)에 의해 검출된 배율변경렌즈부의 위치에 응답하며 상기 주움구동수단(12), (18)에, 배율변경렌즈의 위치(d_D1-2)와 주움구동속도
사이의 미리 설정된 관계에 따라 정해지는 구동속도(V_k)를 지시하는 제어신호(Z_s)(Z_D)를 공급하는 것을 특징으로 하는 주움렌즈 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 주움구동속도
는 배율변경렌즈부(1-2),(13-2)의 위치에 대응한 주움렌즈(1)(13)의 촛점길이(f)가 긴쪽보다 짧은쪽에 더 빠르게 설정되는 것을 특징으로 하는 주움렌즈 구동장치.
제1항에 있어서, 배율변경렌즈부(1-2)(13-2)의 각 위치에 있어서, 상기 주움구동속도
는, 특히 주움렌즈(1)(13)에서 정의되는 배율변경렌즈부(1-2), (13-2)의 위치(D_1-2)와 촛점길이(f) 사이의 관계에서 결정되는, 촛점길이(f)의 변화에 대한 배율변경렌즈부(1-2), (13-2)의 위치변화율
에 반비례하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 주움렌즈 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 주움엔코우딩 수단(9), (15)이 지시하는 배율변경렌즈부의 위치(D_1-2)는 연속한 복수개의 영역(d_k-1-d_k: 단, k=1,2,…)으로 분할되며 주움구동속도(V_k: 단, k=1,2,…)는 상기 분할된 배율변경렌즈부 위치의 영역에 하나의 값(Z_k)만이 대표적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 주움렌즈 구동장치.
제4항에 있어서, 배율변경렌즈부 위치(D_1-2)와 주움렌즈의 촛점거리(f)의 평균치가 각 분할영역마다 설정되고 각 영역에 대한 주움구동속도(V_k: 단, k=1,2,…)가 인접영역에 대한 촛점거리의 변화(f_k-f_k1)대비 배율변경렌즈부(1-2)(13-2)의 위치변화율
에 반비례하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 주움렌즈 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 주움렌즈(1)(13)는 그의 포커싱 기능이 제2렌즈부(1-2)(13-2)를 구동함으로써 달성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 주움렌즈 구동장치.