JP4692980B2 - 光学装置 - Google Patents
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Description
なお、これらのカメラシステムは、テレビカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置と、テレビレンズまたはビデオレンズ等のレンズ装置を備えたものを意味しているが、このカメラシステムは、以下で説明する本発明の光学装置と同義のものである。
一方、交換レンズ方式のカメラシステムにも、近年、AF方式のレンズが使用されるようになってきており、今までは、専用のレンズとカメラによるシステムとなっていたが、昨今、マニュアルフォーカス方式のレンズとAF方式のレンズを共用する要望が高まってきている。
図4において、ズームレンズは物体側より順に、131の固定の前玉レンズ群(第1群)、132の光軸上移動する変倍用のズームレンズ群(第2群,バリエータともいう。)、136の固定のレンズ群(第3群)、118の変倍に伴う像面変動を補正すると共にフォーカス調整を行うために光軸上移動するフォーカスレンズ群(第4群)の4つのレンズ群より成っている。
また、111はズームリングである。ズームリング111は回転に応じて、ズームレンズ群132を固定鏡筒に施された、カム溝に沿って移動し、変倍可能となるように作動する。
121はフォーカスモータであり、例えばステップモータより成っている。
122は移動枠であり、フォーカスレンズ群118に固定され、かつメネジ部が施され、出力軸123のオネジ部と噛み合っている。
123はフォーカスモータ121の出力軸であり、その一部にはフォーカスレンズ群118を移動させる為のオネジ部が施されている。フォーカスモータ121が駆動すると、出力軸123が回転し、そのネジが回転することで、移動枠122が光軸方向に移動し、フォーカスレンズ群118を駆動する。135は露出を決める絞りユニット(ここでは紙面と直角に挿入されている)、137は固定鏡筒である。
リアフォーカス方式レンズの場合、ズームレンズ群よりCCD側にフォーカスレンズ群があるため、図4の様な構造のもとで単純にズームモータ115を駆動し、ズームレンズ群132を駆動した場合、変倍に伴って像面変動が生じてしまう。そのため、現在のフォーカス状態を維持するためには、図6の軌跡データに従い、ズーム位置と物体距離により、フォーカスレンズ位置を求め、ズームレンズ群に連動してフォーカスレンズ群118を制御する必要がある。
図5において、102はCCD等の撮像素子、103はカメラ処理回路である。撮像素子102で得られる映像信号から、水平同期信号及び、垂直同期信号を検出し、基準信号を作成し、104のAF回路に出力する。AF回路104では、得られた基準信号を用いて、合焦、非合焦の判別を判定している。これらの結果はCPU140に取り込まれる。
125はフォーカスモータドライバで、ステップモータであるフォーカスモータ121を駆動する。このステップモータの入力パルス数は連続してレンズ制御部139を介し、CPU140内にてカウントし、フォーカスレンズ群118の絶対位置のエンコーダとして用いている。
138は、絞りユニット135に連動し、絞り値を検出する絞り位置検出手段である。
139はレンズ内部にあるレンズ制御部であり、ズーム操作回路141からのコントロール信号を用い、ズームレンズ群の駆動信号を生成する。また、CPU140から出力されたフォーカスコントロール信号を用い、フォーカスレンズ群118の駆動信号を生成する。
145は図6に示した軌跡データを記憶する軌跡データメモリである。通常、レンズの倍率の違い等によって、ズームレンズ移動量など、光学特性が異なるため、軌跡データは、レンズごとに異なってしまう。そのため、カメラ側にて、リアフォーカス方式レンズのフォーカス制御を行うためには、レンズ接続時に、軌跡データをレンズ側より、カメラ側に通信し、送信、記憶しておく必要がある。
これに対して、従来のマニュアルフォーカス方式を搭載したビデオレンズ、ビデオカメラ、テレビレンズまたはテレビカメラをはじめとした光学装置においては、リアフォーカス方式のズームレンズと異なり、前玉フォーカス方式が採られていて、フォーカスレンズ群がズームレンズ群より、被写体側にあることから、変倍系による変倍動作に伴って、フォーカス用のレンズ群の光軸方向の位置が異なることはないため、変倍動作と連動させてフォーカス用レンズ群の位置を調整する必要はない。
図7において、109はカメラ101を経由してズームレンズ、フォーカスレンズを操作可能なコントローラである。また、110はズーム、フォーカス操作回路であり、これにはズーム操作手段112、フォーカス操作手段113が接続されていて、その操作量に応じたコントロール信号を生成、出力する。
112はズームレンズ群をサーボ駆動するための操作信号を出力するズーム操作手段、113はフォーカスレンズ群をサーボ駆動するための操作信号を出力するフォーカス操作手段である。
117は、フォーカス位置検出手段で、現在のフォーカスレンズ群の位置を検出し、レンズ制御部143に伝える。
124はフォーカスレンズ群に連動し、回転させることで、フォーカスレンズ群を移動させ、フォーカス調整が可能なフォーカスリング、143はズームモータ115、フォーカスモータ114を制御するレンズ制御部、144はカメラの制御をつかさどり、コントローラ109が接続された場合、そのフォーカス、ズームのコントロール信号をレンズ制御部143に出力する、カメラ制御部である。
一方、マニュアルフォーカス時の前玉フォーカスレンズ方式のレンズにおいては、前述したように変倍動作と連動させてフォーカス用レンズ群の位置を調整する必要はないが、カメラ側より、フォーカス操作手段を用いて、フォーカス調整をおこなう場合においては、コントロール信号はそのフォーカス操作手段の操作量に応じたコントロール信号となり、その信号の生成方法が異なってしまうため、カメラ側でフォーカス制御を行う場合、マニュアルフォーカス方式か、オートフォーカス方式かどちらか一方の方式を採用したものしか使用することができないこととなる。
図8において、200はレンズの制御を司る、レンズ制御部である。またテレビカメラ101には、レンズが接続されている。レンズは、マニュアルフォーカス方式レンズあるいは、オートフォーカス式レンズである。
レンズが接続された場合、カメラ内のカメラ制御部105は、レンズ内のレンズ制御部に対し、接続されているレンズがマニュアルフォーカス方式レンズか、オートフォーカス式レンズであるか判別するために、接続レンズ識別信号を出力する。その接続レンズ識別信号をうけて、レンズ側では、マニュアルフォーカス方式レンズか、オートフォーカス式レンズであるかをカメラ制御部105に返信する。ただし、カメラ制御部105から受けた、接続レンズ識別信号に対し、返信が不可能なレンズもあるため、その場合、カメラ制御部105は一定時間に、返信がない場合、接続されたレンズをマニュアルフォーカス方式レンズとし、制御を開始する。
このような、テレビカメラの場合、オートフォーカス方式レンズを接続したとき、必ず、データ量の大きい軌跡データを、レンズから、電源投入時に取得する必要がある。
フォーカス方式の違いやフォーカス制御方式の違いによって、撮像装置側から出力されるフォーカス制御信号を変更する必要がなく、これら方式の異なるレンズ装置を共通の撮像装置と組合せて使用することが可能となる光学装置を提供することを目的とするものである。
すなわち、本発明の光学装置は、フォーカスレンズを有するレンズ装置と、該レンズ装置を着脱自在に装着した撮像装置とを含む光学装置であって、
前記撮像装置は、前記レンズ装置を介して撮影光が入射する撮像素子と、前記撮像素子で得られる映像信号を用いてAF評価値を算出するAF回路と、前記AF回路からの信号に基づいて前記フォーカスレンズの駆動に関するAF用フォーカスコントロール信号を前記レンズ装置に出力するカメラ制御部とを有し、
前記レンズ装置は、前記フォーカスレンズを含む撮像光学系と、
前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段と、
前記カメラ制御部から出力される前記AF用フォーカスコントロール信号と、マニュアルによる操作量に応じて生成、出力されたフォーカス操作回路からのMF用フォーカスコントロール信号とを含むフォーカスコントロール信号を出力し、前記フォーカスレンズ駆動手段の駆動の制御を司るレンズ制御部とを有し、
前記レンズ制御部は、前記カメラ制御部から出力される前記フォーカスコントロール信号を用いて、フォーカス方式の種類あるいはフォーカス制御方式の種類を判断し、これらの種類に応じて、前記レンズ制御部から出力される前記フォーカスコントロール信号により前記フォーカスレンズの駆動信号を生成し、該駆動信号を前記フォーカスレンズ駆動手段に出力するに当たり、
少なくとも、
前記カメラ制御部から出力される前記フォーカスコントロール信号がポジション信号である場合は、フォーカス方式の種類およびフォーカス制御方式の種類の少なくとも一方の種類に応じて前記フォーカスレンズの目標位置を表す駆動信号を生成し、
前記カメラ制御部から出力される前記フォーカスコントロール信号がスピード信号である場合は、フォーカス方式の種類およびフォーカス制御方式の種類の少なくとも一方の種類に応じて前記フォーカスレンズの移動速度を表す駆動信号を生成することを特徴としている。
また、本発明の光学装置は、前記フォーカス方式の種類は、フォーカスレンズがズームレンズ群より被写体側にある前玉フォーカス方式か、フォーカスレンズがズームレンズ群より撮像素子側にあるリアフォーカス方式かであることを特徴としている。
また、本発明の光学装置は、前記フォーカス制御方式の種類は、操作部材を手動操作により制御するマニュアルフォーカス制御方式か、自動でフォーカス調整を行うオートフォーカス制御方式かであることを特徴としている。
また、本発明の光学装置は、前記レンズ制御部で生成される駆動信号は、前記撮像装置のズーム位置情報とフォーカス指令情報とから算出されるフォーカスレンズ移動量としての駆動信号であることを特徴としている。
また、本発明の光学装置は、前記フォーカスレンズ駆動手段は、
前記レンズ制御部から出力される駆動信号に応じてフォーカスモータドライバ部によって駆動され、前記フォーカスレンズを移動するフォーカスモータと、
前記フォーカスレンズの位置を検出し、該検出した情報を前記レンズ制御部に伝達するフォーカス位置検出手段と、
を有することを特徴としている。
また、本発明の光学装置は、前記フォーカスモータが、ステップモータであることを特徴としている。
また、本発明の光学装置は、前記フォーカス位置検出手段が、前記フォーカスレンズの位置の検出を、前記ステップモータの基準点からのステップ数から算出することを特徴としている。
フォーカス方式の違いやフォーカス制御方式の違いによって、撮像装置側から出力されるフォーカス制御信号を変更する必要がなく、これら方式の異なるレンズ装置を共通の撮像装置と組合せて使用することが可能となる光学装置を実現することができる。
図1及び図2において、101はビデオカメラ、またはテレビカメラ等のカメラ、102はCCD等の撮像素子、103はカメラ処理回路であり、撮像素子102で得られる映像信号から、水平同期信号及び、垂直同期信号を検出し、基準信号を作成し、104のAF回路に出力する。AF回路104では、得られた基準信号を用いて、合焦、非合焦の判別を判定している。これらの結果はカメラ制御部105に取り込まれる。
また、106はズーム位置検出手段であり、ズームリング111にかみ合ったギアに連結され、ズームレンズの位置を検出する。107はズームモータドライバで、ズーム駆動信号によりズームモータ115を駆動する。108はレンズ内部にあるレンズ全体の制御を司るレンズ制御部であり、ズーム、フォーカス操作回路110や、コントローラ109からのMF用コントロール信号を用い、ズームレンズ、フォーカスレンズの駆動信号を生成する。また、このレンズ制御部108はカメラ制御部から出力されたフォーカスコントロール信号を用い、前玉フォーカス方式、リアフォーカス方式等のフォーカス方式の違い、あるいはマニュアルフォーカス方式、オートフォーカス方式等のフォーカス制御方式の違いに応じて、フォーカスレンズ群118を駆動する駆動信号を生成する。
112はズームレンズ群をサーボ駆動するための操作信号を出力するズーム操作手段、113はフォーカスレンズ群118をサーボ駆動するための操作信号を出力するフォーカス操作手段である。
114は連動ギアに接続され、フォーカスレンズ群118を駆動するフォーカスモータ、115はギアを介し、ズームリング111を回転させ、ズームレンズを駆動するズームモータ、116はフォーカスモータドライバで、レンズ制御部108からのフォーカス駆動信号を受け、フォーカスモータ114を駆動する。
122は移動枠であり、フォーカスレンズ群118に固定され、かつメネジ部が施され、オネジ部と噛み合っている。123はフォーカスモータ121の出力軸であり、その一部にはフォーカスレンズ群118を移動させる為のオネジ部が施されている。フォーカスモータ121が駆動すると、出力軸123が回転し、そのネジが回転することで、移動枠122が光軸方向に移動し、フォーカスレンズ群118を駆動する。124は前玉フォーカスレンズ群に連動し、回転させることで、前玉フォーカスレンズ群を移動させ、フォーカス調整が可能なフォーカスリング、125はフォーカスモータドライバで、ステップモータであるフォーカスモータ121を駆動する。
本実施例では、カメラ101内部のカメラ制御部105より出力されるフォーカスコントロール信号はフォーカスレンズ群を駆動するフォーカス駆動信号そのものとしフォーカス位置を示す、位置信号あるいはフォーカスの駆動方向と駆動スピードを定める速度信号とする。
step101にて、レンズ制御部108はカメラ制御部より、フォーカスコントロール信号を取得する。そして、step102にて、このレンズがリアフォーカス方式レンズか、前玉フォーカス方式レンズかを判別する。リアフォーカス方式レンズの場合step103に進み、前玉フォーカス方式レンズの場合は、step104へ進む。リアフォーカス方式レンズの場合、現在のモードが、オートフォーカス(AF)モード状態か、マニュアルフォーカスモード状態か判別する(step103)。AFモードの場合、step105に進み、ズーム位置検出手段106にて、現在、ズームレンズが駆動中かどうか判断する。step105で、ズームレンズが駆動していないと判断された場合、step106へ進み、AF処理をおこなう。AF処理に関しては以下、説明する。AFモードでない場合、step111に進む。
被写体を撮影しているとき、レンズを通った光がCCD102の撮像面上に結像し、CCD102にて映像信号に変換し、出力される。カメラ処理回路103では、CCD102から入力された映像信号をフィルタ等により処理し、映像信号から、水平同期信号及び、垂直同期信号を検出し、基準信号を作成する。AF回路104では、撮影画面の中央に設定された焦点検出エリア内において、AF評価値として、基準信号から鮮鋭度を算出する。ここで焦点検出エリアが撮影画面の中央に設定されていれば、被写体は常に撮影エリアの中央において合焦されることになる。そしてフォーカスモータ121の駆動ステップ数のカウント数により、フォーカスレンズ群118の位置を検出し、カメラ制御部105では、AF回路104で算出された鮮鋭度およびフォーカス位置を元に、鮮鋭度が最大となるようなフォーカスレンズ群118の目標位置を算出し、レンズ制御部108にフォーカスコントロール信号を入力する。そして、レンズ制御部108からのフォーカス駆動信号により、フォーカスモータドライバ125が、フォーカスモータ121を駆動し、フォーカスレンズ群118を駆動することで、フォーカスレンズ群118の制御を行い、被写体への合焦処理を行う。
step107では、レンズ制御部108でズーム位置検出手段106より、現在のズームレンズ位置を取得しstep108に進む。step108ではフォーカスモータ121の駆動ステップ数により、フォーカス位置を算出する。このフォーカス位置の算出方法は、電源投入時のフォーカス位置の原点(基準点)出しを行い、その基準点からのステップ数を常にカウントしておき、フォーカス位置検出時のステップ数から、フォーカス位置を算出する。また、フォーカスモータが通常のDCモータで、フォーカス位置検出手段を構成した場合、ズームレンズ同様に位置検出手段の出力により、フォーカスレンズ群118の位置を取得する。そして、検出したズーム位置とフォーカスレンズ群の位置を、レンズ内に記憶する。
step102に戻り、カメラ101に接続されたレンズがリアフォーカス方式レンズでなく、前玉フォーカス方式レンズの場合(この場合、図2あたる)、step104へ進み、リアフォーカス方式レンズであった場合と同様、フォーカスコントロール信号が、ポジション信号か、スピード信号かを確認する。ポジション信号の場合、図2のフォーカスモータ114に連動するフォーカス位置検出手段117の出力より、フォーカス位置を取得する(step116)。そして、フォーカスコントロール信号と、取得したフォーカス位置より、レンズ制御部108にて、フォーカス駆動信号を生成する(step118)。この場合、ポジションサーボとなるので、フォーカスコントロール信号が示す位置とフォーカス位置検出手段117より検出したフォーカス位置が等しいと判断したとき、フォーカスモータ114を停止させる。step104にて、スピード信号によるスピードサーボと判断したときは、フォーカスコントロール信号をスピードサーボ信号として、フォーカス駆動信号を生成する(step117)。そして、フォーカスモータ114をフォーカスモータドライバ116により駆動する(step120)。
102:CCD等の撮像素子
103:カメラ処理回路
104:AF回路
105、144:カメラ制御部
106:ズーム位置検出手段
107:ズームモータドライバ
108、139、143、200:レンズ制御部
109:コントローラ
110:ズーム、フォーカス操作回路
111:ズームリング
112、142:ズーム操作手段
113:フォーカス操作手段
114、121:フォーカスモータ
115:ズームモータ
116、125:フォーカスモータドライバ
117:フォーカス位置検出手段
118:フォーカスレンズ群
119、120:案内棒
122:移動枠
123:出力軸
124:フォーカスリング
131:前玉レンズ群
132:ズームレンズ群
133、134:連動ギア
135:絞りユニット
136:固定レンズ群
137:固定鏡筒
138:絞り位置検出手段
140:CPU
141:ズーム操作回路
145:軌跡データメモリ
Claims (7)
- フォーカスレンズを有するレンズ装置と、該レンズ装置を着脱自在に装着した撮像装置とを含む光学装置であって、
前記撮像装置は、前記レンズ装置を介して撮影光が入射する撮像素子と、前記撮像素子で得られる映像信号を用いてAF評価値を算出するAF回路と、前記AF回路からの信号に基づいて前記フォーカスレンズの駆動に関するAF用フォーカスコントロール信号を前記レンズ装置に出力するカメラ制御部とを有し、
前記レンズ装置は、前記フォーカスレンズを含む撮像光学系と、
前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段と、
前記カメラ制御部から出力される前記AF用フォーカスコントロール信号と、マニュアルによる操作量に応じて生成、出力されたフォーカス操作回路からのMF用フォーカスコントロール信号とを含むフォーカスコントロール信号を出力し、前記フォーカスレンズ駆動手段の駆動の制御を司るレンズ制御部とを有し、
前記レンズ制御部は、前記カメラ制御部から出力される前記フォーカスコントロール信号を用いて、フォーカス方式の種類あるいはフォーカス制御方式の種類を判断し、これらの種類に応じて、前記レンズ制御部から出力される前記フォーカスコントロール信号により前記フォーカスレンズの駆動信号を生成し、該駆動信号を前記フォーカスレンズ駆動手段に出力するに当たり、
少なくとも、
前記カメラ制御部から出力される前記フォーカスコントロール信号がポジション信号である場合は、フォーカス方式の種類およびフォーカス制御方式の種類の少なくとも一方の種類に応じて前記フォーカスレンズの目標位置を表す駆動信号を生成し、
前記カメラ制御部から出力される前記フォーカスコントロール信号がスピード信号である場合は、フォーカス方式の種類およびフォーカス制御方式の種類の少なくとも一方の種類に応じて前記フォーカスレンズの移動速度を表す駆動信号を生成することを特徴とする光学装置。 - 前記フォーカス方式の種類は、フォーカスレンズがズームレンズ群より被写体側にある前玉フォーカス方式か、フォーカスレンズがズームレンズ群より撮像素子側にあるリアフォーカス方式かであることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
- 前記フォーカス制御方式の種類は、操作部材を手動操作により制御するマニュアルフォーカス制御方式か、自動でフォーカス調整を行うオートフォーカス制御方式かであることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
- 前記レンズ制御部で生成される駆動信号は、前記撮像装置のズーム位置情報とフォーカス指令情報とから算出されるフォーカスレンズ移動量としての駆動信号であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光学装置。
- 前記フォーカスレンズ駆動手段は、
前記レンズ制御部から出力される駆動信号に応じてフォーカスモータドライバ部によって駆動され、前記フォーカスレンズを移動するフォーカスモータと、
前記フォーカスレンズの位置を検出し、該検出した情報を前記レンズ制御部に伝達するフォーカス位置検出手段と、
を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学装置。 - 前記フォーカスモータが、ステップモータであることを特徴とする請求項5に記載の光学装置。
- 前記フォーカス位置検出手段は、前記フォーカスレンズの位置の検出を、前記ステップモータの基準点からのステップ数から算出することを特徴とする請求項6に記載の光学装置。
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