JP3270493B2 - レンズ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラのレンズ制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、カメラ一体型ビデオテープレコー
ダ（ＶＴＲ）の普及は目覚ましく、機能の上でも、その
小型・軽量化に伴い、レンズ部や自動焦点調節装置が占
めるスペース・重量は急速に減少しつつある。

【０００３】このような背景の中で、自動焦点調節装置
に関しては、赤外線の投受光装置を有する所謂アクテイ
ブタイプから、前記投受光装置を用いず、撮像素子を介
した映像信号から合焦点を検出するパツシブ方式へと移
行されつつある。

【０００４】一方レンズ部では、変倍による焦点面の移
動を補正するレンズに焦点調節機能を兼ね備え、さらに
前面のレンズを固定して小型化をはかるといつた所謂イ
ンナーフオーカスタイプのレンズが多く導入される様に
なつた。

【０００５】図４は上記インナーフオーカスレンズタイ
プの一例を示したものであり、１０１は固定の第１のレ
ンズ群、１０２は変倍を行う第２のレンズ群（ズームレ
ンズ）、１０３は絞り、１０４は固定の第３のレンズ
群、１０５は変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能と
ピント合わせの機能を兼ね備えた第４のレンズ群（フオ
ーカスレンズあるいはコンペンセータレンズ）である。
また、１０６は撮像素子で図はその撮像面を示してい
る。

【０００６】図５は焦点距離の変化、すなわちズームレ
ンズ１０２の位置に対して、各被写体距離に合焦するた
めのフオーカスレンズ１０５の位置を示したものであ
る。焦点距離の変化がない場合、すなわちズームレンズ
１０２が停止している場合には、フオーカスレンズ１０
５が同図の該当する焦点距離（横軸）上で、縦軸と平行
に移動する事によつて焦点調節を行うことができる。
又、ズーム動作中は各被写体距離に応じて図５の中から
フオーカスレンズ１０５の軌跡を選択し、この軌跡にし
たがつて、焦点距離の変化に対応した駆動制御をフオー
カスレンズ１０５に施せば、変倍による焦点面の補正と
焦点調節機能をもたせながらズーム動作を行なうことが
でき、ズーム動作中もボケのない映像信号を得ることが
できる。

【０００７】図６は、前記フオーカスレンズ１０５のズ
ーム動作中の駆動制御方法の一例について説明するため
のものであり、座標のとり方は図５と同じであり、図５
に示す各カム軌跡をズームレンズの位置（焦点距離）と
フオーカスレンズ位置（被写体距離）によつて複数の領
域に分割し、それぞれの領域についてフオーカスレンズ
の代表速度が与えられている。図６中の、角度が刻々と
変化している矢印はフオーカスレンズ１０５の速度の変
化を表わしている。

【０００８】同図の例ではズームレンズ１０２の移動領
域（横軸）を１６等分し、各領域ごとにフオーカスレン
ズ駆動速度が設定されている。ここでこの１６等分後の
各領域をズームゾーンと称する事にする。さて、各ズー
ムゾーン毎に図５の曲線を区切ってみると、それぞれの
ズームゾーンで傾きのほぼ等しい部分に分割する事が出
来る。ズームレンズの駆動速度すなわちズームスピード
が一定の場合、各ズームゾーン内のフオーカスレンズの
速度すなわち傾きが等しければ、被写体距離が異なつて
いても、フオーカスレンズ１０５の移動速度を等しくす
る事ができる。そこで図６のように、縦軸を各ズームゾ
ーン毎に傾きの等しい部分に分割し、各領域ごとに１つ
の代表速度をそれぞれ与える。

【０００９】こうすることによつて、ズームスタート時
に合焦させておけば、ズームレンズとフオーカスレンズ
の位置を検出してフオーカスレンズの基準の駆動速度を
決定するとともに、たとえばＡＦ装置からの前ピン後ピ
ン情報によつてこれに補正をかけながらズーム動作を行
うことができ、常に適切なフオーカスレンズ１０５の移
動速度で図５の軌跡に追従させることが可能となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、変倍レンズ
１０２が図５に示すところのワイド端に位置し、またフ
オーカスレンズ１０５が無限距離にある被写体に合焦す
る位置、すなわち点Ａの近傍にあつたとする。図５にお
いて明らかなように、ワイド端では各被写体距離に対す
るカム軌跡が点Ａの近傍に集中しており、レンズまたは
絞りのＦ値によつては例えば無限と３ｍの合焦レンズ位
置が深度内に入ってしまうといつたことが発生する。先
に述べたパツシブタイプの自動焦点調節手段の場合、特
に前記フオーカスレンズの位置が深度内に入ってしまう
と、たとえ無限の被写体を撮影していても被写体距離３
ｍの合焦位置にフオーカスレンズが停止することも少な
くない。このように実際の被写体距離とは異なるレンズ
位置で合焦と判断され、レンズが停止している時、従来
例に示したごとくワイド側からテレ側にズームを行なう
と、異なった位置のカム軌跡を追従し続け、やがて各被
写体距離に対応するカム軌跡が分散し、深度をはずれて
ぼけが拡大するという欠点があつた。特に、該自動焦点
調節装置の制御を遮断し、いわゆるマニユアルフオーカ
スの状態でズームを実行すると、変倍中の軌跡補正がで
きないので、ほとんど確実に変倍中にボケを生じるとい
う欠点があつた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するためになされたもので、その特徴とするとこ
ろは、変倍を行なう第１のレンズ群と、前記第１のレン
ズ群の移動に伴う焦点面の変位を、予め記憶された移動
軌跡情報にしたがって補正し、合焦状態を維持するため
の第２のレンズ群と、前記第１のレンズ群によるテレ側
からワイド側への変倍動作中、前記第１のレンズ群の通
過した複数の移動位置に対応する前記第２のレンズ群の
移動位置情報を記憶する記憶手段と、前記第１のレンズ
群のワイド側からテレ側への移動時、該第１のレンズ群
が前記複数の移動位置のそれぞれを通過する毎に、前記
記憶手段に記憶されている前記第２のレンズ群の移動位
置情報と、現在の第２のレンズ群の移動位置情報とを比
較して前記第２のレンズ群のずれ量を演算し、該ずれ量
の情報に基づいて前記第２のレンズ群の前記移動軌跡情
報に基づく駆動速度を補正する制御手段と、を備えたレ
ンズ制御装置にある。なお、前記制御手段は例えばマニ
ュアルフォーカス時に動作するものとする。

【００１２】

【作用】これによって、比較的ボケを生じにくいテレ側
からワイド側へのズーム動作時において、ズームレンズ
（第１のレンズ群）の通過した複数の移動位置に対応す
るフォーカスレンズ（第２のレンズ群）の移動位置情報
を記憶しておき、特にマニュアルフォーカスモードにお
いてワイド側からテレ側へのズーム動作を行なう際、ズ
ームレンズが前記複数の移動位置のそれぞれを通過する
毎に、フォーカスレンズの前記記憶した移動位置情報と
現在の移動位置情報とを比較してフォーカスレンズのず
れ量を演算し、このずれ量の情報に基づいてフォーカス
レンズの移動軌跡情報に基づく駆動速度を補正すること
により、マニュアルフォーカスモードにおいても、ボケ
の少ないズーム動作を行なうことができる。

【００１３】

【実施例】以下本発明におけるレンズ制御装置を各図を
参照しながら、その実施例について説明する。

【００１４】図１は本発明のレンズ制御装置をビデオカ
メラに適用した実施例の構成を示すブロツク図で、１０
１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６はそれぞ
れ図４に示したレンズ、絞り等各種光学系素子と同様で
ある。１０７、１０８、１０９はそれぞれズームレンズ
１０２、絞り１０３、フオーカスレンズ１０５を移動さ
せるためのアクチユエータ、１１０、１１１、１１２は
それぞれアクチユエータ１０７、１０８、１０９を後述
のシステムコントロール回路１１９からの信号によつて
駆動するためのドライバー、１１３、１１４、１１５は
それぞれズームレンズ１０２、絞り１０３、フオーカス
レンズ１０５の移動状態を検出して電気信号に変換する
ための位置エンコーダで、１１３はズームエンコーダ、
１１４はアイリスエンコーダ、１１５はフオーカスエン
コーダである。１１６は撮像素子１０６の出力を所定の
レベルに増幅する増幅器、１１７は撮像素子１１６の出
力信号中より焦点検出に用いられる高域成分を抽出する
バンドパスフイルタ、１１８は撮像素子１１６の出力信
号レベルを用いて絞りの状態をコントロールする絞り制
御回路、１１９は本システム全体を総合的に制御すると
ともにズームエンコーダ１１３、アイリスエンコーダ１
１４、フオーカスエンコーダ１１５、バンドパスフイル
タ１１７の出力信号に基づいて、アクチユエータ１０
７、１０９をコントロールするシステムコントロール回
路で、マイクロコンピユータ（マイコン）によつて構成
されている。

【００１５】１２０はマニユアルフオーカス時にフオー
カスレンズ１０５を移動させるためのフオーカススイツ
チ、１２１はズームスイツチ、１２２は焦点調節の自動
と手動を切換えるオート・マニユアル切換スイツチであ
る。

【００１６】図１のように構成されたビデオカメラシス
テムにおいては、前述した図５のズームレンズとフオー
カスレンズの描くカム軌跡のトレース動作をシステムコ
ントロール回路１１９によつて制御しており、図６の速
度情報はシステムコントロール回路１１９内にテーブル
として記憶しており、フオーカスレンズとズームレンズ
の位置からテーブルを参照してトレースすべき軌跡を決
定し、これを追従するフオーカスレンズ駆動速度を決定
する。

【００１７】またシステムコントロール回路１１９内で
は、自動焦点調節のためのフオーカスレンズ制御も行な
われており、たとえばバンドパスフイルタ１１７の出力
信号から映像信号の高周波成分のレベルを検出し、この
レベルが最大となるようにフフオーカスレンズ１０５を
ドライバ１１２、アクチユエータ１０９を介して駆動制
御するものである。したがつて、この自動焦点調節アル
ゴリズムを用いることによつて、ズーム中であつても合
焦、非合焦の判断、前ピン後ピンの判断が可能である。

【００１８】図２はレンズマイコン１１９内の処理手順
を示すフローチヤートである。

【００１９】同図において、２０１で処理が開始される
と、２０２でズームスイツチ１２１が操作されているか
否かの判定が行なわれる。ズームスイツチが操作されて
いなければ、２０３へと進んでスイツチ１２２の状態に
応じて、ＡＦ動作あるいはマニユアル焦点調節が行なわ
れる。

【００２０】２０３でフオーカス調節が終了し、合焦状
態になつたとして、２０２の判別処理が行なわれた際、
ズームスイツチ１２１が操作されており、いずれかの方
向にズーム動作が行なわれていると判定された場合、テ
レからワイドへのズーム動作であるか、ワイドからテレ
へのズーム動作であるかが判定される。

【００２１】テレからワイドへのズーム動作であつた場
合には、以下の動作を実行する。すなわち、２０４へと
進み、ズームレンズ位置が図６に示す各ズームゾーンの
境界にあるか否かの判別を行なう。ズームゾーンの境界
上に位置していた場合には、２０５へと進んでその境界
に割り振られた番号を取り込んで確認し、２０６でその
ときのフオーカスレンズ位置を取り込む。そして２０５
で取り込んだ境界番号に対応するメモリ内にフオーカス
レンズ位置情報を記憶する。

【００２２】テレからワイドへとズーム動作を行なった
とき、前記の記憶データは、図３の○印で示す部分とな
る。なお同図においてｍ，ｍ＋１はズームゾーン番号
で、Ｐｍ，Ｐｍ＋１は、それぞれｍ，ｍ＋１をアドレス
として記憶されたフォーカスレンズ位置情報である。

【００２３】以後、２０８へと進んで、現在のズームゾ
ーンとフオーカスレンズ位置に対応するズーム動作中の
フオーカスレンズ駆動速度を図６に示すテーブルより読
み出し、かつ必要であれば、２０３で用いたＡＦ制御プ
ログラムよりの前ピン，後ピン情報も参照し、軌跡の補
正を行ないながらズーム動作を実行する。

【００２４】また２０４の処理において、ズームレンズ
がズームゾーンの境界にないと判定された場合には、２
０５，２０６，２０７の処理を実行せず、そのまま２０
８の処理が行なわれ、現在のズームゾーンとフオーカス
レンズ位置に対応するズーム動作中のフオーカスレンズ
駆動速度を図６に示すテーブルより読み出し、ＡＦ制御
プログラムよりの前ピン，後ピン情報によつて、軌跡の
補正を行ないながらズーム動作が実行される。

【００２５】ここで、前記の説明においても簡単に触れ
たが、本発明のようなインナーフオーカスタイプのレン
ズシステムでは、テレ側で被写体距離に対するカム軌跡
の識別を行ないやすく、またワイド側では、各軌跡が収
束するので識別が行ないにくい。これは図５を見れば明
らかである。したがつて、テレ側から合焦状態でワイド
側へとズーム動作を行なう場合、仮に自動焦点調節を行
なっていなくても、被写体距離に対応するカム軌跡を一
意的に選択してボケのないズーム動作を行なうことが可
能である。

【００２６】したがつて、以上の処理によつて、テレか
らワイドへのズーム動作ではボケの少ない、良好な操作
が行なえ、且つ良好な変倍操作によるフオーカスレンズ
の軌跡をメモリ上に記憶することができる。

【００２７】次に、ズームレンズをワイドからテレへ移
動する場合について説明する。

【００２８】２０２の判定で、ズームレンズがワイド側
からテレ側に移動されていることが確認されると、２０
９でマニユアルフオーカスモードかオートフオーカスモ
ードかの判別を行なう。オートフオーカスモードの場合
には、２０３で用いた自動焦点調節装置からの前ピン，
後ピン判別情報を用いて、正確にカム軌跡の補正を行な
うことができるので、２１８においてズームレンズ位置
とフオーカスレンズ位置に応じたフオーカスレンズ駆動
速度を格納した前述のテーブルを参照しながらその対応
するカム軌跡を選択し、その軌跡に沿ってワイドからテ
レへ向けてズーム動作が実行される。

【００２９】２０９の判別処理において、マニユアルフ
オーカスモードであることが判別されると、２１０へと
進んでズームゾーンの境界にズームレンズが位置してい
るか否かの判定を行ない、ゾーンの境界になければ、２
１７へと移行し、１つ前の処理（前回の制御フローの実
行）において２１６（後述）の処理で決定された補正済
のフオーカスレンズ速度情報等を用い、ズームレンズの
ワイドからテレへのズーム動作にフオーカスレンズを追
従させる。

【００３０】２１０の判別において、ズームレンズがズ
ームゾーンの境界に位置していると判定された場合に
は、２１１へと進んでそのズームゾーンの番号ｍを取り
込み、２１２でフォーカスレンズの現在位置情報をフォ
ーカスレンズ位置エンコーダ１１５の出力に基づいて取
り込み、さらに２１３において２１１で取り込んだズー
ムゾーンの番号ｍに相当するメモリ番地より、２０７の
処理において記憶したフォーカスレンズ位置記憶データ
Ｐｍすなわち図３において○印のついた位置データを読
み出す。この読み出しデータは、テレからワイドにズー
ム動作を行なって各データを記憶したときと被写体距離
が変化していない場合には、ボケの少ないズーム動作を
行なうためのカム軌跡位置を示すものである。

【００３１】そこで２１４において、２１２で取り込ん
だ現在のフォーカスレンズ位置情報と、２１３でメモリ
より読み出した位置記憶データＰｍとを比較し、メモリ
記憶データに比較してどちらの方向にどれだけの量、現
在のフォーカスレンズ位置がずれているのかを検出す
る。

【００３２】続いて２１５において２１８の処理と同様
にして図６のテーブルを参照し、２１１の処理によるズ
ームレンズ位置情報と２１２の処理によるフオーカスレ
ンズ位置情報から、ズーム中のフオーカスレンズ移動速
度のカム軌跡を選択し、その軌跡のデータだけを引き出
す。２１６では２１４の処理によつて得られたフオーカ
スレンズの移動位置のずれ量及びその方向から前ピン側
にずれを生じているか、後ピン側にずれを生じているか
を判別し、２１５によつてテーブルより選択されたフオ
ーカスレンズ駆動速度情報を補正する処理を行なう。た
とえば２１５の処理において引き出した速度データがフ
オーカスレンズを至近側に駆動するものであり、２１４
の比較処理の結果が前ピン側にずれていることを意味す
るものであつた場合には、２１５でテーブルより引き出
した速度を減少させて、フオーカスレンズを後ピン方向
へと位置補正する。そして２１７へと進んで、ワイドか
らテレへとズーム動作を行ない、２１６で補正した速度
でフオーカスレンズを追従させる。また２１４の比較処
理の結果が後ピン側にずれていることを意味するもので
あつた場合には、２１５でテーブルより引き出した速度
を増加させて、フオーカスレンズを前ピン方向へと位置
補正する。

【００３３】２１５の処理において引き出した速度デー
タがフオーカスレンズを無限側に駆動するものであつた
場合も、フオーカスレンズの位置補正方向が反対になる
のみで同様に補正を行なうことができる。

【００３４】以上の操作によつて、マニユアルフオーカ
ス時であつてもテレからワイドへズームを行なうときに
は、カム軌跡に忠実なフオーカスレンズ制御を行ない、
またワイドからテレへのズームの際には、マニユアルフ
オーカス時に限ってテレからワイドにズームした際のカ
ム軌跡に忠実なズームを行なう。結果として、自動焦点
調節動作を行なう際にはもちろん、マニユアルフオーカ
ス時にも、被写体距離が変化しなければ、ボケのないズ
ーム動作を実行することができる。

【００３５】以上のような、いわゆるインナーフオーカ
スタイプのレンズシステムでは、フオーカスレンズが変
倍レンズよりも撮像素子側に配されているので、焦点距
離の変化に対するフオーカスレンズ位置敏感度の変化は
ほとんどない。したがつて、ズーム動作を行なう際、出
発点で深度内に合焦していれば、その後固定のカム軌跡
を追従するスピードを与えた場合、出発時のデフオーカ
ス量を維持したまま、すなわちほとんどボケを生じるこ
となく固定のカム軌跡を追従することが可能である。こ
れは本発明者によつて実験にても確認済である。

【００３６】また、前述した本発明の解決しようとする
課題として説明した中で、ワイドからテレへのズームを
行なう際、深度内の別の被写体距離に対する合焦位置か
らスタートするとボケを生じる旨の説明を行なったが、
これは図６のように、複数のカム軌跡をテーブル内に記
憶している中から、適当な軌跡を選択する際、誤った軌
跡を選択することによつて発生する現象であり、本実施
例との間に矛盾を生じることはない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明におけるレ
ンズ制御装置によれば、比較的ボケを生じにくいテレ側
からワイド側へのズーム動作時において、ズームレンズ
の通過した複数の移動位置に対応するフォーカスレンズ
の移動位置情報を記憶しておき、特にマニュアルフォー
カスモードにおいてワイド側からテレ側へのズーム動作
を行なう際、ズームレンズが前記複数の移動位置のそれ
ぞれを通過する毎に、フォーカスレンズの前記記憶した
移動位置情報と現在の移動位置情報とを比較してフォー
カスレンズのずれ量を演算し、このずれ量の情報に基づ
いてフォーカスレンズの移動軌跡情報に基づく駆動速度
を補正することにより、被写体距離が変化しなければ、
いずれの方向からであってもボケのないズーム動作を行
なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるレンズ制御装置の構成を示すブ
ロツク図である。

【図２】本発明のレンズ制御装置の動作を説明するため
のフローチヤートである。

【図３】ズームレンズ位置に対するフオーカスレンズ駆
動速度を記憶したテーブル内の構成を説明するための図
である。

【図４】一般的なインナーフオーカスレンズシステムの
構成を示す図である。

【図５】ズームレンズによる焦点距離の変化に対して合
焦状態を保ちながら追従するためのフオーカスレンズの
軌跡を示す特性図である。

【図６】ズームレンズの移動範囲を複数のゾーンに分割
し、その各ゾーンに代表されるフオーカスレンズ移動速
度を割り当てた状態を示す図である。

【符号の説明】

１０５ ズームレンズ １０６ 撮像素子 １０７〜１０９ アクチュエータ １１０〜１１２ ドライバ １１３ ズームエンコーダ １１４ アイリスエンコーダ １１５ フォーカスエンコーダ １１７ バンドパスフィルタ １１８ 絞り制御回路 １１９ システムコントロール回路 １２０ マニュアルフォーカススイッチ １２１ ズームスイッチ １２２ オート・マニュアル切換スイッチ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変倍を行なう第１のレンズ群と、 前記第１のレンズ群の移動に伴う焦点面の変位を、予め
   記憶された移動軌跡情報にしたがって補正し、合焦状態
   を維持するための第２のレンズ群と、 前記第１のレンズ群によるテレ側からワイド側への変倍
   動作中、前記第１のレンズ群の通過した複数の移動位置
   に対応する前記第２のレンズ群の移動位置情報を記憶す
   る記憶手段と、 前記第１のレンズ群のワイド側からテレ側への移動時、
   該第１のレンズ群が前記複数の移動位置のそれぞれを通
   過する毎に、前記記憶手段に記憶されている前記第２の
   レンズ群の移動位置情報と、現在の第２のレンズ群の移
   動位置情報とを比較して前記第２のレンズ群のずれ量を
   演算し、該ずれ量の情報に基づいて前記第２のレンズ群
   の前記移動軌跡情報に基づく駆動速度を補正する制御手
   段と、 を備えたことを特徴とするレンズ制御装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段はマニュアルフォーカス時
   に動作するものであることを特徴とする請求項１に記載
   のレンズ制御装置。