JPH055820A

JPH055820A - ズームレンズ装置

Info

Publication number: JPH055820A
Application number: JP12278191A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sakano; 誠坂野
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1991-04-26
Publication date: 1993-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】撮影者の変倍意図や、焦点調節意図を演算制
御部に信号として導入し、演算制御部から変倍のための
レンズ群や焦点位置補正及びフォーカシングのためのレ
ンズ群の位置を能動的に制御し、早い検出値変化による
焦点外れや、駆動部の小型化、高信頼性と低コストを実
現したズームレンズ装置を得ようとする。【構成】変倍レンズ群２、焦点ずれの補正とフォーカ
シングのためのレンズ群４、およびそれぞれのレンズ群
を駆動し位置決めする手段を有すズームレンズにおい
て、各駆動手段を制御する演算制御部２４は各レンズ群
の位置テーブルを内蔵すると共に各レンズ群位置を記憶
するメモリ２５を有し、演算制御部２４に変倍等を指示
する指示手段２０〜２２の信号によって、上記位置テー
ブルとメモリとを比較制御することによりレンズ位置を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はズームレンズ装置、特
に、その変倍、合焦のためのレンズ位置制御を能動的に
行なうズームレンズ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ズームレンズにおいてもカム等に
よるレンズ位置制御に換えて、各レンズの位置検出手段
からの検出値に基づき演算をしてレンズ群の位置を設定
する制御方式が用いられるようになり、カム溝の形状に
由来する欠点等の制約を受けないものとなっている。例
えば、特公昭５２−１５２２６号公報記載のものは、変
倍レンズ系の焦点距離設定値を検出するための第１の検
出手段と、結像設定位置を検出するための第２の検出手
段とを有し、第１と第２の検出手段の検出値に基づいて
演算によりレンズ群の位置を決定し、それに従ってレン
ズ群位置を制御して結像位置を一定にするズームフォー
カス方式を開示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような従来
例は、検出値が時間的に変化する場合、以下の問題が発
生する。レンズ群の位置設定手段の応答速度以上に検出値が速
く変化した場合、結像位置を一定に保つことが困難とな
る。想定される検出値の高速度の変化に追従可能な位置設
定手段は大がかりで高価なものとなり、特にアマチュア
用途のカメラには搭載のむづかしいものとなる。

【０００４】この発明は、変倍のためのレンズ群や焦点
位置補正及びフォーカシングのためのレンズ群の位置を
検出して演算制御するという受動的な制御方法から、ユ
ーザからの変倍意図や、焦点調節意図等を各指示手段を
介して演算制御部に信号を導入し、演算制御部から変倍
のためのレンズ群や焦点位置補正及びフォーカシングの
ためのレンズ群の位置を能動的に制御設定することで、
駆動部の駆動能力に合わせ最適な制御速度により制御す
ることができ、前述の能力以上の検出値変化による焦点
外れや、駆動部の大規模化、高価格化を防ぎ、小型で信
頼性も高く廉価なズームレンズ装置を得ようとするもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、変倍のために
移動するレンズ群、変倍に伴う焦点ずれの補正とフォー
カシングのために移動するレンズ群、およびそれぞれの
レンズ群を駆動し位置決めする手段を有すズームレンズ
において、各駆動手段を制御する演算制御手段は各レン
ズ群の位置テーブルを内蔵すると共に、各レンズ群位置
を記憶するメモリを有し、演算制御手段に変倍を指示す
る変倍指示手段の信号によって、上記位置テーブルとメ
モリとを比較しレンズ位置を制御することにより結像位
置を一定にすることを特徴とする。

【０００６】上記ズームレンズ装置は、また同様に、焦
点状態検出手段を含み、最良の焦点状態とするためにフ
ォーカシングレンズ群を駆動制御すること、更に焦点調
節指示手段及び自動合焦か電動焦点調節かを選択するス
イッチ手段を含み、電動焦点調節が選択されているとき
は自動合焦制御を停止し、焦点調節指示手段の信号に基
づきフォーカシングレンズ群を駆動制御することが出来
る。

【０００７】さらには、円筒形状のカム筒を必要としな
いため、レンズの形状を小型化、軽量化出来、鏡胴構造
の簡素化が図れると共に、ステッピングモータのような
歩進駆動手段を用いることにより、各レンズ群の位置検
出手段なしで制御することにより、各レンズ群に余分な
負荷をかけることなくよりスムーズに駆動でき安価に構
成できる装置を提供することが出来る。

【０００８】

【実施例】以下、この発明を実施例に基いて詳細に説明
する。図１に１実施例の構成図を示す。図中、１〜４は
ズームレンズ系の１例を示し、１は固定レンズ群、２は
変倍のためのレンズ群、３は固定レンズ群、４はフォー
カシングレンズ群であるが、フォーカシングレンズ群４
は変倍のためのレンズ群２の移動に伴って発生する焦点
ずれを補正するため、変倍時にもある関係を保って同時
に駆動される。また、フォーカシングレンズ群４の後方
に更に固定のレンズ群を配した５群構成のズームレンズ
であっても以下の実施例についての構成はそのまま適用
可能である。

【０００９】ズーミング及び合焦のためのレンズ移動
は、演算制御部２４によって制御され、フォーカシング
は駆動回路１６を介して駆動モータ１５によりスクリュ
ー軸１３を回動し、これに係合するレンズ群４の保持枠
１４を移動して行われる。また、ズーミングは、駆動回
路１７を介して駆動モータ９のスクリュー軸８を駆動
し、レンズ群２の保持枠７を移動させるとともに、変倍
時に発生する焦点ずれを補正するように前記の駆動回路
１６を介してレンズ群４を同時に移動させる。駆動量
は、演算制御部２４中のメモリ２５に記憶された位置テ
ーブルに基づいて決定される。その１例を図７に示す。
図７のテーブルにおいて、Ｘ(i)は第２レンズ群の位置
に対応し、Ｙ(i,j)は第４レンズ群の位置に対応する。
図中の各曲線はある物体距離に対するズーミング時のレ
ンズ群位置を示すものであり、物体距離が変われば、そ
の上下の物体距離に対応するｊの異なる曲線に移る。図
中、［Ｘ(i)、Ｙ(i,₀)］は、物体距離無限遠の、［Ｘ
(i)、Ｙ(i,N)］は、至近物体距離のズーム曲線であり、
点線で示す［（Ｘ(i)、Ｙ(i,M)］は、マクロ位置の曲線
群である。

【００１０】さらに、図中、５、６はローパスフィル
タ、撮像素子であり、１８はその信号処理回路、１９は
ピント信号検出回路である。１１、２３はフォトインタ
ラプタであり、レンズ保持枠７及び１４に設けられた遮
光板１０、２６によってレンズ群の初期位置決めに用い
られる。２０〜２２は手動スイッチであり、２０は変倍
方向指示スイッチ、２１はオート、マニュアルの選択ス
イッチ、２２は焦点調節方向指示スイッチである。

【００１１】このシステムは、電源が入ると図３のプロ
グラムフローが記憶されている演算制御部２４が初期化
ルーチンを実行し、変倍レンズ群２、焦点位置補正及び
フォーカシングのためのレンズ群４を初期設定位置であ
るフォトインタラプタ１１及び２３の方向にそれぞれ駆
動し、フォトインタラプタ１１及び２３の出力が所定の
信号レベルとなった所で、レンズ群２とレンズ群４の位
置メモリＭＸとＭＹを予め決められた値（例えば０）に
リセットする。同時にＡＦ制御モードフラグＦM および
フォーカシングレンズ制御方向指定フラグＦD も初期設
定される。次にオート・マニュアル選択スイッチ２１の
選択状態に応じ、次の各モードの処理を実行する。

【００１２】１．スイッチ２１がマニュアルＭ選択の場
合この場合の処理フローを図４に示す。演算制御部２４は
変倍指示スイッチ２０及び焦点調節指示スイッチ２２の
信号待ちの状態となる。スイッチ２０が望遠側Ｔ或いは
広角側Ｗの方向を示す信号を出すと、位置メモリＭＸ、
ＭＹに記憶されている［Ｘ(i)，Ｙ(i,j)］に応じ、演算
制御部２４に記憶されたレンズ群２とレンズ群４の位置
テーブル２５中から［Ｘ(i)，Ｙ(i,j)］を含む曲線を選
択し、スイッチ２０が望遠側であればメモリＭＸの内容
をＸ(i-1)とし、対応するＹ(i-1,j)をメモリＭＹに入
れ、レンズ群２及びレンズ群４をそれぞれステッピング
モータ９及び１５により対応する量だけ光軸方向に駆動
する。上記のように、予め定められた位置テーブル２５
中の曲線［Ｘ(i)，Ｙ(i,j)］に従ってレンズ群を駆動す
るため、焦点位置は一定のまま維持される。スイッチ２
０が押されつづけている間上記手順をくり返すことで、
ピント位置を一定に保ちながら変倍が行なわれる。又、
スイッチ２２が押されると、ＭＸはＸ(i)で一定のまま
ＭＹが更新される。スイッチ２２が近側Ｎへ押されると
メモリＭＹが加算され、その内容がＹ(i,j＋1)に変更さ
れ、それに応じてレンズ群４が繰り出され、遠側Ｆに押
されるとＭＹが減算され、それに応じてレンズ群４が繰
り入れられるが、物体距離∞の基準曲線［Ｘ(i)，Ｙ(i,
₀)］まで制御された場合は、それ以上は押されても減算
されないことになる。至近側は夫々のレンズ系の設計に
よって定まるので任意性があるが、この実施例では、合
焦操作はｊが至近合焦距離に対応するＮとなるＹ(i,j)
＝(Ｙi,N)までとし、それ以上はスイッチ２２が押され
てもレンズ群４は停止したまま入力は無視される。（Ｍ
Ｘ，ＭＹ）が通常撮影距離範囲［（Ｘ(i)，Ｙ(i,₀)］〜
［Ｘ(i)，Ｙ(i,N)］の範囲内の曲線群の１つに乗ってい
るときは望遠端〜広角端までズーミングしても焦点位置
は各被写距離ｊに対し一定に保たれるが、マクロ域曲線
群［Ｘ(i)，Ｙ(i,M)］ではＹ(i,M)＝(Ｙi,N)となるＸ
(i)から広角端までしか焦点位置は維持できなくなる。

【００１３】曲線群の数値は実際にはデジタル値で記憶
され図７の曲線に最も近いデジタル位置が［Ｘ(i)，Ｙ
(i,j)］テーブルとして記憶され読み出されることにな
り、アナログ量とデジタル量の間にデジタル化のための
僅かの位置誤差が発生するが、この誤差は焦点深度内と
なるようにレンズ群移動のステップ刻み及びズーム側の
ステップ刻みは決められる。

【００１４】２．スイッチ２１がオートＡ選択の場合この場合の処理フローを図５に示す。このシステムでは
変倍優先であり、変倍指示スイッチ２０が押されると自
動合焦制御を停止し、前述１．のズーム制御がＭＹとＭ
Ｘの値により実施され、焦点位置を維持したまま、ズー
ミングが行われる。

【００１５】変倍信号が出力されておらず、ＡＦ制御モ
ードフラグＦM が合焦方向検出のための揺動モードすな
わちＦM ＝Ｉとなっている場合、演算制御部２４はビデ
オ信号処理部１８からピント信号検出部１９を介して入
力されるピント信号強度をモニターしながら、レンズ群
４をピント信号の強度やピント信号検出部１９内のＢＰ
フィルター１９−２−ｉの選択状態により、適切な揺動
量αを設定し、ピント方向検出のための揺動を行う。た
とえば図８に示すように、Ｙ(i,j)位置におけるピント
信号Ｐ(i)を、レンズ群４を一定量αだけ近側Ｎに動か
しＹ(i，j+1)としたときのピント信号Ｐ(i+1)と比較
し、Ｐ(i+1)≧Ｐ(i)＋Δとなれば、近側へ更にレンズ群
４を駆動すればピント信号の有意な増大が期待されるも
のと判断し、フォーカシングレンズ制御方向指定フラグ
ＦD をフォーカシングレンズ群４の至近方向への駆動に
設定し（ＦD←Ｎ）、ＡＦ制御モードフラグＦM は、ピ
ント信号のピークを見出すためのモードIIに設定（ＦM
←II）され、ピークに到達するまでレンズ群４は至近距
離方向へ駆動される。ここでΔは、現在得ているピント
信号Ｐ(i)や使用しているバンドパスフィルタの空間周
波数帯域（レンズの絞り径や被写体輝度情報）等により
選択される量である。また逆にＰ(i+1)≦Ｐ(i)＋Δとな
れば、至近側へ更にレンズ群４を駆動すればピント信号
の有意な減少が期待されることとなり、フォーカシング
レンズ制御方向指定フラグＦD をフォーカシングレンズ
群４の∞側への駆動に設定し（ＦD←Ｆ）、ＡＦ制御モ
ードフラグＦM は、ピント信号のピークを見出すための
モードIIに設定（ＦM←II）され、ピークに到達するま
でレンズ群４は∞方向へ駆動される。

【００１６】Ｐ(i+1)≧Ｐ(i)＋ΔでもＰ(i+1)≦Ｐ(i)＋
Δでもない場合は、ピント信号はピークに達した、すな
わち合焦と判断され、フォーカシングレンズは停止（Ｆ
D←Ｉ）される。ピークの判定には、上記以外に、前回
のピント信号Ｐ(ｉ)と次ぎの信号Ｐ(i+1)を比較し、更
に数ステップ前までのピント信号の最大値ＰmaxとＰ(i+
1)を比較したとき、前者が△以上減少し、Ｐ(i+1)＜Ｐm
axであれば、Ｐmaxがあったフォーカシングレンズ群位
置がピークと判断し、その位置へ戻すという方法もあ
る。

【００１７】ＡＦ制御モードフラグＦM がモードIIに設
定されたとき、フォーカシングレンズ制御方向指定フラ
グＦD がＦかＮかにより、フォーカスレンズ群４は∞側
か至近距離側にピント信号をモニターしながら駆動され
つづけるが、途中、微小量α駆動しても有意な変化が認
められなくなった場合、すなわち｜Ｐ(j±1)−Ｐ(j)|＜
Δのときは、図８における山の頂点、すなわち合焦状態
にあるか、または、Ｐ(j±1)≒Ｐ(j)≒０というコント
ラストが非常に低い状態にあると判断され、フォーカシ
ングレンズを動かす状況ではないと判断されレンズ駆動
を停止し、更にピント方向検出を続けるため、ＦD＝Iと
し、ＦM は更新しないで次の処理に移る。ここでは、Δ
は合焦、非合焦の判断と共に、低コントラストの判断に
も用いられている。コントラストの判断には、△c とい
う別の値を使って現在のピント信号Ｐ(i)と比較し、Ｐ
(i)＜△cなら低コントラストとしてフォーカシングレン
ズを動かさないでピント方向検出を続ける方法もある。
低コントラスト判別値△cは、レンズの絞り系やズーム
位置により、またピント検出エリアによりダイナミック
に変更させることで更に適切な自動合焦制御が実現出来
る。

【００１８】図２中、１９−１はタイミング回路、１９
−２−１〜１９−２−Ｎはビデオ信号から特定周波数帯
域の信号を抽出するフィルタ、１９−４は整流回路、１
９−５は積分回路、１９−６は演算制御部へピント信号
を送るインターフェース回路である。

【００１９】このシステムの他の特徴としては、演算制
御部に被写体距離Ｕと焦点距離ｆに対応するテーブル情
報［Ｘ(i)，Ｙ(i,j)］が記憶されているため、次のよう
な有益な情報の表示やレンズの状態のプリセットが可能
となる。被写体距離や焦点距離の表示表示演算制御部には［Ｘ(i)，Ｙ(i,j)］曲線群があり、
Ｘ(i)はズームの焦点距離、ｊは被写体距離に１：１の
対応関係のある数字であるので、これらを利用して、焦
点距離や被写体距離を詳細に知ることができる。例え
ば、レンズの鏡枠上に液晶等を利用した表示素子を構成
し演算制御部から信号を送り、選択されている焦点距離
や被写体距離を表示することが出来る。焦点距離、被写体距離、倍率のプリセットカメラ側から図示しない入力装置により、演算制御部に
数値信号でＸ(i)やｊを指定することで、所望の焦点距
離や被写体距離を設定できる。又、ズーミングの範囲も
任意に指定することができ、ユーザーの撮影技術レベル
や撮影意図によりズーム範囲を制限することも可能とな
る。又、焦点距離と被写体距離を撮影倍率が一定となる
ように選択しながら自動合焦させることも容易にでき
る。カメラ側から例えばバストショットとか或いは具体
的な倍率値を演算制御部に送るとズームとフォーカスを
所望の倍率となるように制御する。この機能は単に屋外
での撮影だけでなく、ドキュメントや静物を画面上に一
定比率でとらえたい用途（例えば印刷物用の映像等とし
て）にも最適の機能となる。

【００２０】上記の実施例の変形として、ズームスイッ
チやフォーカススイッチを単なるシーソースイッチでは
なくインクリメンタルで回転方向の分かるエンコーダの
付いたダイアルあるいはリングとし、その操作による出
力を演算制御部に入力することでより操作感触の良いズ
ームレンズ装置が実現できる。他の変形として、ズーム
スイッチやフォーカススイッチの代わりに、それぞれ回
転角の絶対値を示すエンコーダを用いた回転リングと
し、そのリング上に焦点距離や被写体距離を表示するこ
とで、従来のフロントフォーカス、メカニカルズーム方
式のレンズと同様の操作感触と外観のズームレンズ装置
とすることができる。

【００２１】さらに、変倍レンズ群２やフォーカシング
レンズ群４の駆動手段をステッピングモーターの代わり
にピエゾアクチュエータ、特に尺取り虫構造のものとす
る等、他の駆動手段を用いることも可能である。

【００２２】更に他の変形として、駆動手段をインクリ
メンタルなパルスをレンズ群の移動とともに発生するＤ
Ｃモータとし、その発生パルスによってメモリＭＸ、Ｍ
Ｙを書き換え、［Ｘ(i)，Ｙ(i,j)］テーブルと比較しな
がら制御することも可能である。

【００２３】また、各レンズ群の初期化に使うフォトイ
ンタラプタ等の位置決め装置を廃し、ストッパーを設
け、一度各レンズ群をストッパーに突き当てて、レンズ
群位置を機械的に初期化した後、前述の制御をするよう
にすることも出来る。さらには、ピント状態検出装置と
して、ビデオ信号を用いないで、被写体距離を検出する
装置、例えば、発光素子、受光素子を用いた赤外アクテ
イブ方式３角測距儀或いはパッシブの一対のセンサアレ
イ上に所定の基線長離した一対のレンズで形成される一
対の像をそれぞれのセンサに形成しその相対的位置関係
から距離を検出する装置からの出力で合焦を検出する自
動合焦装置からの信号で制御するようにしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、この発明は、従来例
のような各レンズ群の位置検出手段を設けることなく、
しかも演算制御部から能動的に変倍レンズ群やフォーカ
シングレンズ群を位置決めするようにしたため、高速、
高精度でしかも安価なズームレンズ装置が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のズームレンズ装置の１実施例のシス
テム図

【図２】上記実施例のピント信号検出回路ブロック図

【図３】上記実施例の制御の概要を示すフローチャート

【図４】マニュアル制御の場合のフローチャート

【図５】オート制御の場合のフローチャート

【図６】合焦制御モードのフローチャート

【図７】フオーカス曲線群

【図８】合焦検出のためのビデオ信号図

【符号の説明】１固定レンズ群２変倍レンズ群３固定レンズ群４フォーカシングレンズ群５ローパスフィルター６撮像素子７駆動モータ９のスクリュー軸８係合する雌スクリユーを持つレンズ群２の保持枠１０、２６遮光板１１、２３初期位置決めのフォトインタラプタ１２オートアイリス１４駆動モータ１５のスクリュー軸１３係合する雌スクリュー１４を持つレンズ群４の保
持枠１６、１７それぞれ駆動モーター９、１５の駆動用回
路１８信号処理回路１９ピント信号検出回路２０変倍方向指示スイッチ２１オートマニュアル指示スイッチ２２焦点調節方向指示スイッチ２４演算制御部２５ズームフォーカス曲線位置テーブル１９−１タイミング回路１９−２−１〜１９−２−Ｎビデオ信号から特定周波
数帯域の信号を抽出するフィルタ１９−４整流回路１９−５積分回路１９−６演算制御部へピント信号を送るインターフェ
ース回路

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【手続補正書】

【提出日】平成４年７月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図７】

【図４】

【図５】

【図６】

【図８】

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】変倍のために移動するレンズ群、変倍に
伴う焦点ずれの補正とフォーカシングのために移動する
レンズ群、およびそれぞれのレンズ群を駆動し位置決め
する手段を有すズームレンズにおいて、各駆動手段を制
御する演算制御手段は各レンズ群の位置テーブルを内蔵
すると共に、各レンズ群位置を記憶するメモリを有し、
演算制御手段に変倍を指示する変倍指示手段の信号によ
って、上記位置テーブルとメモリとを比較制御すること
により結像位置を一定にすることを特徴とするズームレ
ンズ装置【請求項２】請求項１において焦点状態検出手段を含
み、最良の焦点状態とするためにフォーカシングレンズ
群を駆動制御することを特徴とするズームレンズ装置【請求項３】請求項２において、更に焦点調節指示手
段及び自動合焦か電動焦点調節かを選択するスイッチ手
段を含み、電動焦点調節が選択されているときは、自動
合焦制御を停止し、焦点調節指示手段の信号に基づきフ
ォーカシングレンズ群を駆動制御することを特徴とする
ズームレンズ装置【請求項４】請求項１において、駆動手段が歩進式の
駆動手段であることを特徴とするズームレンズ装置