JPH049911A - 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］ 本発明は、カメラや観測機器等の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、所謂ズームレンズとして多くの光学設計
例が知られている。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群か変倍の為のレンズ
群、第３群が補正の為のレンズ群となり、第２群、第３
群が所定の関係で連動することによって、ズーム動作を
成し、第４群が結像の為の固定のレンズ群となる所謂４
群ズームは最も一般的なズームレンズ構成と言える。こ
の４群ズームレンズにおいては焦点調節の為の第１群レ
ンズ群と、焦点距離可変の為の第２．３群レンズ群は、
全く別個に機能することから、ズーミングに連動して第
１群を動かしたり焦点調節の為に第２群を動かしたりす
る必要はない。この為比較的簡単な構成で鏡筒メカニズ
ムを達成できた。

これに対して焦点調節の為のレンズ群を第３群以降のレ
ンズ群とする、所謂インナーフォーカスタイプのズーム
レンズが知られている。インナーフォーカスタイプのレ
ンズ構成の場合、前述の４群ズームレンズと異り、焦点
距離によって、焦点調節の為のレンズ群が最もくり出し
た位置にある場合に撮影可能（合焦可能）な最至近距離
が変化する。特にワイド端ではレンズ直前迄合焦可能と
なるという、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、一方で、この様なインナーフォ
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くてもズーミングによって焦点調節
の為のレンズ群を移動しなければならないという特性を
有している。この為鏡筒メカニズムの構成が非常に複雑
になるという欠点があった。この為、従来は実用化され
た例が少なかった。しかしながら近年、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て、この情報
に基き焦点調節の為のレンズ群の位置制御を行う方式が
実用化されている。この方式の自動焦点調節装置とイン
ナーフォーカスレンズを組合わせることによって、複雑
な鏡筒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る。

第４図〜第７図はインナーフォーカスレンズの幾つかの
例を示す。第５図のタイプでは、第１群レンズ１は固定
されており、第２群レンズ２の位置（実線）がワイド側
の焦点圧ｍ＜ワイド端）の位置、２′の位置（２点鎖線
）がテレ側の焦点圧１！［（テレ端）の位置となる。又
、この例では第３群レンズ３が従来の４群ズーム同様第
２群レンズと所定の関係をもって連動しており、３の位
置（実線）がワイド端位置、３の位置（２点鎖線）がテ
レ端位置となる。第２群及び第３群のレンズは従来の４
群ズームの鏡筒メカニズム構成と同じく、例えばカム環
によって連動するものである。４が焦点調節の為のレン
ズ群となり、矢印で示す様に定められた所定範囲内で光
軸方向に位置可変に構成される。

′ｓ５図の場合、第４図の３に相当するレンズ群がない
場合である。又、この例ではレンズ群４を前方レンズ群
４Ａと後方レンズ群４Ｂに分け、前方レンズ群４Ａは固
定し、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図の例では第１と第４レンズ群１と４が固定であり
、第２レンズ群２は、同じく２の位置がワイド端位置、
２゛の位置がテレ端位置となる。又、焦点調節の為のレ
ンズ群は３であり、所定範囲光軸方向に位置可変に構成
されている。

第７図の例では第１群レンズは固定されてなく、第１群
レンズ１と第２群レンズ２はズーミングに伴って連動す
るものである。ここで１゜２はワイド端での位置を示し
、又、１′、２“はテレ端での位置を示している。又、
焦点調節の為のレンズ群は第５図の例と同じく最後部の
後方レンズ群４Ｂにて行うものである。

第８図、第９図は第４図〜第７図のインナーフォーカス
レンズにて、各焦点調節の為のレンズ群のとるべき位置
と焦点圧１ｍ（２群レンズ位置）との関係を示しており
、第８図は第５図〜第７図のレンズタイプの場合の、第
９図は第４図のレンズタイプの場合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８図にて明らかな様に第５図〜第７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
撮影可能（合焦可能）な至近距離はＯｍ、中間で約１ｍ
となり、テレ端では０．６ｍ程度となる。又、′ｆＳ４
図で示した様な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Ｏｍ、徐々に至近距離が遠方になり
テレ端で約１ｍとなっている。

第１０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１０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１０図（Ｂ）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１０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１１図は第５図に示すインナーフォーカスレンズを例
として、この様な自動焦点調節装置１２．１３とを組合
わせた場合のブロック構成図である。１２かセンサーで
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か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
のモーターである。

しかしながら、実際には第１１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ピンである
かを判定し、モーター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８図、第９図に示す固有の被写体距離に合
焦し続ける為の奇跡から脱線してしまうこと等に起因す
る。

この点に鑑み、本件同−比願人による特願昭６３−１０
９９６６号等によれは、第８図、第９図に示す横軸に焦
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（１，Ｉ＋・・・と
いうような）複数のブロックに分け、例えばそれぞれの
ブロックのほぼ中心の点を通る軌跡の微分値と、第２群
レンズ２の８動速度から、ズーム中に焦点調節の為のレ
ンズ群が移動す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とも、ズーミングの為の第
２群レンズ群用の駆動手段と、焦点調節の為のレンズ群
用の駆動手段を同時に駆動開始することによってズーム
中のピンボケを解消しようというものが提案されている
。

［発明が解決しようとする課題］ 第４図乃至第７図に示したインナーフォーカスタイプの
ズームレンズには次のような長所及び短所がある。

（ｉ）第４図に示すタイプはレンズ群２及び３がズーム
中に所定の関係で連動しているため第９図に示したよう
な合焦関係を有している。

この場合、任意の一つの距離において（第９図では■）
ズーム中、レンズ群４を動かさなくとも合焦か維持でき
ることになる。

この距離を適当に選ぶとズーム倍率及びテレ端ワイド噛
焦点距離及びテレ−ワイドに要するズーム時間を第４図
〜第７図の各タイプで一定値とした場合に、ズーム中す
へての撮影可能な被写体距離に対してボケを発生させな
いための焦点調節のためのレンズ群移動速度を、第４図
のレンズタイプは最も遅く設定できることか多い。

（ｉｉ）　　第４図のレンズタイプは他のレンズタイプ
にくらべてガラス枚数か多く、従って、各設計パラメー
タを同一とした場合は他のレンズタイプより全長か長く
なり、小型化には不利である。

（ｉｉｉ）第４図及び第５区並びに第６区のレンズタイ
プは第１群レンズが固定であり、コンバージョンレンズ
等を装着してもズーミング、フォーカシングが正しく行
える。

（ｉｖ）　　’８７図のレンズは各設計パラメータを同
一とした場合には他のレンズタイプよりワイドでの全長
を短縮でき、収納時などのレンズ及びカメラの小型化に
有利である。

（Ｖ）第７図のレンズは第１群レンズが可動であルタメ
、コンバージ“コンレンズ等を装着すると、ズーミング
の際にアクチュエータの負荷トルクが大きくなり、従っ
てズーミングを行うことができなくなる恐れがある。

以上のように、第７図に示したようなレンズタイプを有
するインナーフォーカスレンズは、レンズの小型化に対
しては充分な価値が見出せる反面、一方のインナーフォ
ーカスレンズの特徴であるコンバージョンレンズ装着時
においても正常なズーミング及びフォーカシングが行え
るという点に対して不利であった。

特に、前述したように、ズーミング中にも正しく被写体
に合焦を維持する目的でズーミングのためのレンズ群（
第７図の１及び２）の移動と焦点調節のためのレンズ群
４Ｂの移動とを同時に行う場合、その「同時性」をズー
ミングのアクチュエータと焦点調節のためのアクチュエ
ータに同時に駆動命令を発生することによって達成する
場合には、ズーム操作と同時にピンボケが発生するとい
う問題が生じることになる。即ち、両アクチュエータに
同時に駆動命令を出力してもズーミング用のアクチュエ
ータは正しく第７図のレンズ群１及び２を駆動できない
ため、レンズ群４Ｂのみが駆動され、その結果、ピンボ
ケが発生するのである。

これは、仮りにコンバージョンレンズ等の付属品がない
場合でも伸縮する第１群レンズの鏡筒を手で押えるなど
が可能になっている構造の場合は手で押えながらズーム
ボタンの操作を行うことで同様のピンボケが発生するこ
とになる。

従って、′ｓ７図に示したレンズタイプから成るインナ
ーフォーカスレンズはレンズの小型化に対しては利点が
ある反面、操作性に関して制約があるばかりでなく、ピ
ンボケが生じやすいという重大な欠点を有している。

それ故、本発明の目的は、ズーム中にピンボケが発生す
る恐れがなく、しかも小型化に有利であるズームレンズ
を構成可能なレンズ位置制御装置を提供することである
。

［課題を解決するための手段］ 前述の課題を解決するために、本発明のレンズ位置制御
装置では、二つのレンズ群を駆動する二つの駆動源を同
時に起動させ、該駆動源の駆動中に二つのレンズ群が正
確に移動しているか否かを二つ検出手段により検出する
とともに、その検出手段の出力を監視し、所定時間内に
所定量の変化が起らなかった場合はコンバージョンレン
ズ等による負荷増大やカメラ使用者の手による押え込み
があったものと判定し、焦点調整用レンズ群の駆動源を
停止させる制御信号を発するようにした。

（実　施　例］ 以下に第１図乃至第３図を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。

第１図は本発明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８図で説明したレン
ズ群、２１はＣＣＤ等の撮像素子である。２２は撮像素
子２１の出力に基いて合焦、非合焦、非合焦の場合には
ボケの程度はどの位か、ボケは前ピンが後ピンか、等の
判断を行うオートフォーカス（八Ｆ）装置である。

ＡＦ装置２２による測距結果はＣＰＵ３３に入力される
。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
ンリセットが行われる。

３２はズーム操作ボタンであり、該ボタン３２が操作さ
れた時にはズーム駆動中の二つのモーター２７及び２９
の制御が以下のように行われる。すなわち、第２群レン
ズ２の鏡枠１８に一体的に設けられたブラシ１９と該ブ
ラシ１９に摺接する抵抗体基板２０とによって時々刻々
のズーム位置を検出する一方、フォーカシングモーター
２７（本実施例では該モーター２７がステップモーター
となっている）のステップをカウントするフォーカシン
グモーター駆動パルスカウンタ２４で該モーター２７の
駆動量（フォーカシングレンズ群４Ｂの瞬時移動位置）
を検出し、前記雨検出値をＣＰＵ３３に人力させ、ＣＰ
Ｕ３３はこの二つの位置情報と予めＣＰＬ１３３内のＲ
ＯＭ領域に格納しである第１２図の１．ＩＩ、・・・で
示される領域データーとを比較することにより、前記二
つの位置情報が第１２図のマツプ内のどの領域に属して
いるかを判定すると共に方向データー３５と速度データ
ー３４の中からズーム方向及びＡＦ測距結果に基づいて
モーター２７の駆動方向と速度とを決定する。このよう
にしてモーター２フとモーター２９とが同時に駆動され
、ズームレンズ群とフォーカシングレンズ群とが同時に
動かされてゆく。

ところで、従来のズームレンズではコンバージョンレン
ズ等の装着によりモーター２９の負荷が非常に大ぎくな
っている場合にはモーター２９が正常に回転しなくなり
、その結果、フォーカシングレンズ群４Ｂが正確に動か
ず、従ってズーム駆動中にピンボケが発生するという現
象が生じていた。

本発明ではこのような現象の発生を防止するために次の
ような制御が行われる。すなわち、ＣＰＵ３３から二つ
のモーター２７及び２９の同時駆動命令を出す時には、
ズーム駆動開始時のズームエンコーダー読取り２３によ
る読取り結果と、一定時間経過後のズームエンコーダー
２３による読取り結果と、の間に差がなければ、直ちに
フォーカシングモーター２９の駆動を停止させる命令を
出す。

第２図は上記の如き制御を実行するためのフローチャー
トである。

ステップ１０１でスタートし、ステップ１０２でズーム
操作の有無の判定が行われる。この判定の結果、ズーム
操作が行われていない場合には通常ルーチン（ズーム時
以外）としてステップ１０３に進む。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１１２に
進み、現在の焦点距ｌｉ！（または、レンズ群２の絶対
位置）２をエンコーダーにて読取る。

ステップ１０４ではＺ、にこのＺをメモリーする。ステ
ップ１０５では同じくフォーカシングレンズの位置Ｆを
読取る。

ステップ１０６ではＡＦ装置からの測距結果を読取る。

ステップ１０７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があったかが読取
られる。

以上の読取り結果からステップ１０８で領域決定を行い
、ステップ１０９でフォーカシングモーターの方向と速
度とを決定し、ステップ１１０で両モーター２７及び２
９を同時に起動させる。

（なお、この場合、ズームモーター２９の速度は予め定
められた一定速である。） ステップ１１１ではタイマーＴの値が所定値ＴＫになっ
ているか否かを判定する。１サイクル目はＴ＝Ｏである
ためステップ１１１の結果は０であり、ステップ１１２
でＴがカウントアツプされる。

ステップ１１３てはＺの値を最新のＺに更新してステッ
プ１０５に戻る。Ｔ＝ＴＫとなるまでくり返した後、Ｔ
＝ＴＫになった時にステップ１１４　に進む。

ステップ１１４では２の値を更新し、ステップ１１５で
この２の値を２１としてメモリーする。

ステップ１１６ではタイマーＴをＴ＝Ｏとクリアーし、
ステップ１１７てはΔＺ　＝　　ｌ　Ｚ　ｌ−Ｚ　ｏｌ
の演算を行う。すなわち、ΔＺはＴＫの時間の差におけ
るズームエンコーダー２３の出力差を示している。

ステップ１１８では所定のしきい値ΔＺＫとΔＺとの間
の大小の判定を行い、ΔＺがΔＺＫ以上であればズーム
は正しく行われていると判定する。

ステップ１１９では最新のｚｌをＺｏとしてメモリ−し
、ステップ１０５　に戻る。

ステップ１１８における判定結果がＮｏの場合は何らか
の理由でズームモーター２９が正しく駆動されていない
と判定し、ステップ１２０で両モーター２７及び２９を
停止させる命令を出し、−度ズーム操作が終了するまで
はステップ１２１で両モーターの再起動を禁止する。

１１叉１１ 前述した第１実施例では、ズームエンコーダー２３の所
定時間内の出力差が予め定められた値以下の場合には両
モーターの駆動を停止させていたが、本実施例では設定
値のΔ２をΔＺＡとした場合にΔＺとΔＺＡ比ｋを算出
し、タイマーＴの２サイクル目からはこのｋを用いてフ
ォーカシングモーター２７の速度に補正を行う。

本実施例では、負荷増大によってズーム速度が遅く、な
ってしまう場合でも第１案施例のようにモーター停止を
させる必要がなくなるため、第１実施例よりも実用性の
高いレンズ位置制御装置を構成することができる。

第３図はに算出のためのフローチャートである。なおに
未定のタイマーＴのズーム操作後の１サイクル目のｋは
に＝１とすることが望ましい。

第３実施例 第２実施例ではｋの値によりフォーカシングモーター２
７の駆動速度を補正していたが、逆にｋが１を大きく越
えるような場合にはｋが１になるようにズームモーター
２９を電圧制御等によって減速してもよい。

本実施例はこのような制御を行うものである。このよう
な制御を行う理由は、前述のズーミングモーターの負荷
増大の場合とは逆に何らかの理由によりズーミング速度
が高くなり過ぎるとフォーカシングモーターのズーム中
の必要最高速も高くなり、特に、フォーカシングモータ
ーが前記実施例のようにステップモーターである場合は
脱調する危険性が大きくなるため、上述のようにズーム
モーターの速度増大を抑制することが必要となるからで
ある。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明は、インナーフォーカス
タイプのズームレンズのうちでズーミング中に第１群レ
ンズが移動する型式のものに好適なレンズ位置制御装置
に関するものであり、本発明によるレンズ位置制御装置
では、ズーム時にフォーカシングモーターとズーミング
モーターとに同時に駆動命令を出すとともに所定時間内
におけるズームエンコーダーの出力変化を読取り、その
読取り結果に応じて所定の対応をとることによってズー
ミング中のピンボケの発生を防止するようにしたので従
来のレンズに内在する問題点が解決され、レンズの小型
化と高性能化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレンズ位置制御装置の概略図、第
２図は第１図に示した装置において実行される制御動作
のフローチャートであって本発明の第１実施例の装置の
機能を示す図、第３図は本発明の第２実施例の装置の機
能を示す図、第４図乃至第７図は公知のインナーフォー
カスレンズの構成を示した図、第８図及び第９図は第４
図乃至第７図に示したインナーフォーカスレンズにおい
て焦点調節のためのレンズ群のとるべき位置と焦点距離
との関係を示した図、第１０図（Ａ）　、　（Ｂ）　、
　（Ｃ）　はインナーフォーカス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一例の
基本的考え方を示した図、第１１図は第５図に示したイ
ンナーフォーカスレンズと第１０図に示した自動焦点調
節装置とを組合せて構成されたレンズ位置制御装置の概
略図、第１２図は焦点調節のためのレンズ位置と変倍の
ためのレンズ位置との関係を示した図、である。 １・・・第１群レンズ ２・・・第２群レンズ（ズーミングレンズ）４Ｂ・・・
フォーカシングレンズ ２３・・・ズームエンコーダ− ２４・・・フす−カシングモーター胆動パルス検出器 ２５・・・フォーカシングモーター駆動パルス発生器 ２７・・・フォーカシングモーター ２９・・・ズームモーター ３３・・・ＣＰＵ ３２・・・ズーム操作ボタン 他４名 第 図 第 図 第 図 （Ａ） （Ｂ） （ｄｌ ＡＶ− （Ｃ１ 焦点調節の為のレンズ群位置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ズーミングの際に光軸と平行に移動される第１レン
   ズ群と、被写体距離が変化した時や、焦点距離が変化し
   た時に光軸と平行に動かされる第２レンズ群と、該第１
   レンズ群を動かすためのズーム操作部と、を有したイン
   ナーフォーカス式ズームレンズ装置のためのレンズ位置
   制御装置であって、 該第１レンズ群の位置を検出する第１検出手段と、該第
   ２レンズ群の位置を検出する第２検出手段と、合焦状態
   を検出する合焦検出手段と、該第１レンズ群を駆動する
   第１駆動源と、該第２レンズ群を駆動する第２駆動源と
   、該ズーム操作部によって操作が行われた時に該第１及
   び第２の検出手段による検出結果と該合焦検出手段によ
   る検出結果とに基いて該第１及び第２の駆動源を同時に
   駆動させた後に所定時間後に第１検出手段の検出結果に
   所定の変化が現われたか否かを検出する手段と、を有し
   ていることを特徴とするレンズ位置制御装置。