JPH05191701A - 撮影装置あるいはレンズ位置制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リヤーフォーカス式ズームレンズの光学ズー
ムと電子ズーム機能を備える撮影装置に於いてズーミン
グ中に合焦レンズが良好に合焦状態を維持するように所
定のズーム軌跡を描けるように移動させること、又スム
ースなズーム動作が行えるようにすること。 【構成】 変倍レンズ群と合焦レンズ群を有するリヤー
フォーカス式ズームレンズの位置制御装置において合焦
状態である時には光学ズームを行い、非合焦の場合には
電子ズームを行うとともに、焦点状態検出手段の出力に
よって合焦状態を調節する撮影装置を開示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は撮影装置、特にズームレ
ンズによる光学ズーム機能と撮像手段の電気処理による
所謂電子ズーム機能とを有する撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年ビデオカメラが急速に普及している
中でカメラの高性能化が要求される一方で多様な撮影状
況に対して対応できるために高いズーム比を持ったズー
ムレンズが要求されている。そして近年６〜１０倍程の
高いズーム比のズームレンズが提供され、又更なる高変
倍なズームレンズが開発されつつある。

【０００３】ズームレンズに高いズーム比を与えようと
すると一般にレンズ全長の増大をきたし、又全ズーム領
域にわたっての収差補正が困難となり、更にはコスト面
でもかなり高価になってくる傾向にあり小型化を図り、
しかも低価格で高いズーム比を持ったズームレンズを提
供するにはかなり困難な状況にある。

【０００４】一方こうした点に鑑みてＣＣＤ等の撮像素
子からの電気信号を処理して電気的にモニター上で映像
を拡大する所謂電子ズーム機能をビデオカメラに付加す
ることで、光学式のズーム比は従来のままであってもよ
り広いレンジのズーミング効果を得ようとすることが考
えられる。

【０００５】さて特公昭５２−１５２２６号公報や特開
平１−２８０７０９号公報では少なくとも変倍レンズ群
以後のレンズ群を合焦レンズ群として扱うことでズーム
レンズを小型化でき、又至近被写体まで撮影できるとい
う利点を持つ所謂リヤーフォーカス式のズームレンズの
合焦レンズ位置制御に関する技術を開示している。本発
明はこうしたリヤーフォーカス式ズームレンズに先の所
謂電子ズーム機能を付加しようとする時に、更に光学ズ
ームの領域に対するズーミングが終了した後に、より広
いズーム領域をカバーするために電子ズームを作動させ
るという単純な方式を採用するのではなく、リヤーフォ
ーカス式ズームレンズの特徴を生かした撮影装置を提供
することにある。

【０００６】具体的には、リヤーフォーカス式ズームレ
ンズにおいては被写体が一定の距離にいる状態でもズー
ミングに伴って合焦レンズを移動させなければならず、
又特に広角側と望遠側での合焦レンズ群のフォーカス繰
り出量が異なるという光学的性質を有している。従って
例えば先にあげた特開昭１−２８０７０９号公報にあげ
た通り合焦レンズを移動制御させるためには、変倍レン
ズと合焦レンズのレンズ位置に応じて合焦レンズが望ま
しいカム軌跡をトレースできるように予め合焦レンズの
移動に関する情報をＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅ
ｍｏｒｙ）に記憶させておき、この記憶情報に従って合
焦レンズ群を移動させることが望ましい。

【０００７】ここで、問題となるのは光学ズームを行っ
ている間に、例えば被写体距離が急に変化したりすると
合焦レンズは変化する以前の被写体距離に対するカム軌
跡をトレースすることになり常に非合焦の状態を維持す
ることになる。ＡＦ（Ａｕｔｏ−Ｆｏｃｕｓ）で合焦さ
せることも考えられるが、ズーミングに対するＡＦの追
従性が準い場合にはやはり合焦させることはできない。
特に広角側から望遠側へのズーミングに対しては仮にＡ
Ｆを使ってもボケが拡大することもありうる。

【０００８】本発明の第１の目的は、こうした点に鑑み
て光学ズームと電子ズームを効果的に併用することでズ
ーミング中での発生するボケを軽減させ極力合焦状態を
維持しながらズーミングを行える撮影装置を提供するこ
とにある。

【０００９】この第１の目的に対して本発明の特徴とす
るところはリヤーフォーカス式のズームレンズ、前記ズ
ームレンズの光学像を電気信号に変換する撮像手段、電
子ズーミング効果を得るために前記電気信号を信号処理
する信号処理手段、前記ズームレンズの焦点調節状態を
検出する焦点検出手段、前記ズームレンズの変倍レンズ
群と合焦レンズ群のレンズ位置に応じて前記合焦レンズ
群の移動すべき情報を記憶した記憶手段、ズーム動作中
に前記焦点検出手段にもとづいて前記ズームレンズが合
焦状態の場合には前記変倍レンズ群と前記記憶手段の記
憶情報にもとづいて前記合焦レンズ群を移動させ、前記
ズームレンズが非合焦状態の場合には前記信号処理手段
の信号処理にもとづいてズーミングを行うとともに前記
焦点検出手段の検出情報にもとづいて前記合焦レンズ群
を移動させる制御手段を具備することにある。

【００１０】更に本発明の第２の目的は電子ズームと光
学ズームを併用した時の各ズームの切り換えを工夫して
連続的で安定したズーミングが行えるようにした撮影装
置の提供を目的とする。

【００１１】そしてこの第２の目的のもとで本発明の特
徴とする撮影装置は、変倍レンズ群と合焦レンズ群を有
するリヤーフォーカス式ズームレンズと、前記ズームレ
ンズの光学像を電気信号に変換するための撮像手段と、
電子ズーム効果を得るために前記電気信号を信号処理す
る信号処理手段とを備え、前記変倍レンズ群の移動によ
る光学ズームと電子ズーム機能を有する撮影装置であっ
て、前記光学ズームと前記電子ズームとを切り換える場
合に、少なくとも一方のズーム動作が停止する前に他方
のズーム動作を開始させることにある。

【００１２】更に本発明の第３の目的は、光学ズームと
電子ズームとを同時に併用することで、高速なズーミン
グが行える時にできる撮影装置を提供することにある。
そしてこの目的のもとで本発明の特徴とするところは、
変倍レンズ群と合焦レンズ群を有するリヤーフォーカス
式ズームレンズと、前記ズームレンズの光学像を電気信
号に変換するための撮像手段と、電子ズーム効果を得る
ために前記電気信号を信号処理する信号処理手段とを備
え、前記変倍レンズ群の移動による光学ズームと電子ズ
ーム機能を有する撮影装置であって、前記光学ズームと
電子ズームを同時に作動させることにある。

【００１３】

【実施例】以下図面を参照しながら本発明に関する撮影
装置の実施例を説明する。図１は本発明に関する撮影装
置の制御ブロック図である。１，２，３，４はそれぞれ
順に正、負、正、正の屈折力を有するレンズ群で、バリ
エータとしての第２レンズ群２とコンペンセータとして
の第４レンズ群４を光軸に沿って移動させてズーミング
を行い、又第４レンズ群４を移動させて合焦作用を行っ
ている。尚、第１、第３レンズ群（１と３）は常に静止
している。５は絞り、５，６はそれぞれ第２レンズ群と
第４レンズ群を駆動させるモータで、特にモータ６はス
テッピングモーターである。７と８はそれぞれ第２レン
ズ群と絞り５の位置を検出するためのボリュームタイプ
のズームエンコーダとアイリスエンコーダである。

【００１４】１３は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐ
ｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子で、ズームレンズ
が形成する光学像を電気信号に変換する。１４はこの電
気信号のうち高周波成分だけを抽出するハイパスフィル
ターである。１５は像信号処理回路で撮像素子１３の信
号を処理するとともに、フィルター１４からの電気信号
を公知のコントラスト方式にもとづいて信号処理してズ
ームレンズの合焦状態を検出する。１６はズーミング指
定を出力させるための操作スイッチで、不図示ではある
が、ズーミング速度を標準スピードで行うか、高速スピ
ードで行うかを選択できるようになっている。１７はＥ
²ＰＲＯＭで被写体距離と第２レンズ群の位置に応じて
第４レンズ群のあるべき位置に関する情報を記憶してい
る。本発明に係る所謂リヤーフォーカス式ズームレンズ
においては従来の前玉フォーカスタイプのズームレンズ
とは異なり、被写体距離がある一定の距離であってもズ
ーミングの間に第４レンズ群（合焦レンズ）を所定のズ
ーム軌跡に従って移動させなければ合焦が得られないと
いう特性を持っている。又、広角側と望遠側での合焦レ
ンズの繰り出し量が異なり、特に広角側で小さく一方望
遠側では大きく繰り出さなければならないという特性を
持っている。こうした点に鑑みて本実施例ではこの記憶
回路Ｅ²ＰＲＯＭに被写体距離と第２レンズ群の位置に
応じて合焦されるべき第４レンズ群の位置を記憶してい
る。尚この記憶情報はレンズ設計段階で決定される。２
０は後述する処理を行うマイクロコンピュータである。

【００１５】図３は電子ズームを行うためのブロック図
を示す。マイクロコンピュータによって撮像素子１３が
駆動され、撮像素子からのディジタル信号がＡ／Ｄ変換
され信号処理回路へ送られる。この信号処理回路では公
知のラインメモリーラインマトリックス処理か行なわ
れ、電子ズーム処理を行うディジタルＬＳＩ間とのイン
ターフェイスにより図４に示すような電子ズームが行な
われる。このように撮像素子受光面の中央領域をモニタ
ー上で拡大することにより光学式ズームと変わらない倍
率変化を得ることが可能となる。

【００１６】ここで光学によるズーム倍率をＡ、電子ズ
ームによる倍率をＢとすると両方を組み合わせた倍率は
Ａ×Ｂ倍と成り、たとえば光学的に６倍のズームレンズ
に２倍の電子ズームを用いることで１２倍のズーム比の
カメラと成る。

【００１７】Ｗｉｄ端（１倍）からＴｅｌ端（１２倍）
までの間の変化は、図５のように光学及び電子ズームの
組み合せが可能である。

【００１８】次に図２にもとづいて本発明に関する撮影
装置の制御フローを説明する。

【００１９】通常の撮影を行っている中で現在ズームス
イッチによるズーム指令が出力されているかのチェック
を行い（＃００１）、次にこのズーム指令が高速指令な
のか、あるいは標準スピードなのかの判断を行う（＃０
０２）。

【００２０】まず高速指令でないのであれば、標準スピ
ードでモータ３を介して第２レンズ群の駆動を開始する
（＃００３）。

【００２１】次にズームレンズの合焦状態を判別する際
そのボケ量が所定のスレッショホールドレベル以下、即
ち合焦であると判別されれば第２レンズ群と第４レンズ
群の位置を検出する（＃００５）。

【００２２】尚第４レンズ群の位置検出はモータ６のパ
ルス数で検出できる。

【００２３】そしてこのズーム位置情報にもとづいて記
憶回路Ｅ²ＰＲＯＭ内のこのズーム位置に対応した第４
レンズ群の移動すべき位置情報を読み出す（＃００
６）。そしてこの記憶情報とズーム検出情報とにもとづ
いて第４レンズ群を移動させる（＃００７）。こうする
ことで第４レンズ群が合焦状態で正しくカム軌跡をトレ
ースすることができる。そしてズーム端であれば第２レ
ンズ群の停止を行いそうでなければ最初のフローに乗る
（＃００８）。

【００２４】次に前回焦点状態を検出するにあたり大き
なボケであると判別された時のフロー（＃０１０〜＃０
１２）について述べる。ここではまず第２レンズ群の減
速を行った後に、映像信号処理による電子ズームをスタ
ートさせる。そして第２レンズ群の完全な停止が行なわ
れるようにする（＃０１０〜＃０１２）。ここで光学式
のズーミングから電気的ズーミングへ切り換えるのは、
大ボケ状態でのズーム位置に従って先の記憶されたカム
軌跡をトレースしてしまうと常に非合焦の状態で第２レ
ンズ群と第４レンズ群が移動しつづけてしまうことによ
る。特に広角側から望遠側へズーミングを行う場合には
ボケが拡大する方向に第４レンズ群が移動してしまうこ
とになる。一方望遠側から広角側へのズーミングではカ
ム軌跡をトレースするとそのボケが収束する方向ではあ
るが環境温度の変化によるカム軌跡のずれが考えられ正
しくトレースすることができないケースに対応させるた
めである。

【００２５】又、この時に光学式ズームから電子ズーム
への切り換えを瞬時に行なわないのは、第２レンズ群を
急に停止あるいは一定速度で移動させることは実際に困
難でタイムラグが生じてしまい急峻な切り換えを行った
場合にはズームスピードが急に速くなったり遅くなった
り不安定な状態となる。本実施例では光学式ズームから
電子ズーム、あるいは電子ズームから光学式ズームへの
切り換えに際して、こうした不安定動作を防止し、スム
ースなズーミングが行えるようにするために図５に示す
ように一方のズーミングが完全に停止状態になる前に他
のズーミングを開始させる互いの動作がオーバーラップ
するような制御を行っている。

【００２６】さて、第２レンズ群が停止、即ち光学式ズ
ームから電子ズームに完全に切り換えた後で第４レンズ
群を移動させて合焦になったかの判断を行う（＃０１３
〜＃０１４）。合焦領域に入ったら今度は十分に光学式
ズームで所定のズーム軌跡を第４レンズ群がトレースで
きる状態であるとの判断で光学式ズームへの切り換えを
行う。この時も前述した理由からまず電子ズームをまず
減速、次に第２レンズ群の駆動開始、そして電子ズーム
を完全に停止させている（＃０１５〜＃１０７）。

【００２７】以上の実施例では光学ズームと電子ズーム
とを切り換えることを中心に説明したが、本実施例の撮
影装置では光学ズームと電子ズームとの全ズーム領域に
わたって高速でズーミングを行いたい場合には、光学ズ
ームと電子ズームとを図６に示す通り同時に行うモード
を備えている（＃００２〜＃０２０〜＃０２１）。

【００２８】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、まず
第１にズーミング中に焦点検出装置によって非合焦であ
ると判断された時には光学ズームから電子ズームへ切り
換えて更に合焦レンズを焦点検出装置の出力にもとづい
て合焦領域に見るよう移動させているので大きなピント
外れがなく追従性の良好な撮影装置が得られる。

【００２９】又光学ズームと電子ズームとの切り換えに
際して一方のズーム動作が停止する前に他のズーム動作
を開始させるようにしているので、スムースで連続的な
ズーミングが行える。

【００３０】又、電子ズームと光学ズームの両者を同時
に作動させることによってハイスピードなズーミングが
得られる撮影装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関する撮影装置のブロック図

【図２】本発明に関する撮影装置の制御を示すフローチ
ャート図

【図３】撮像素子の出力を処理するブロック図

【図４】電子ズームの概念を示す図

【図５】本発明に関する光学ズームと電子ズームの切り
換えの様子を示す図

【図６】本発明に関する光学ズームと電子ズームを同時
駆動した時の様子を示す図

【符号の説明】

２ 第２レンズ群（変倍レンズ群） ４ 第４レンズ群（合焦レンズ群） １３ 撮像手段 １７ 記憶手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リヤーフォーカス式のズームレンズ、前
   記ズームレンズの光学像を電気信号に変換する撮像手
   段、電子ズーミング効果を得るために前記電気信号を信
   号処理する信号処理手段、前記ズームレンズの焦点調節
   状態を検出する焦点検出手段、前記ズームレンズの変倍
   レンズ群と合焦レンズ群のレンズ位置に応じて前記合焦
   レンズ群の移動すべき情報を記憶した記憶手段、ズーム
   動作中に前記焦点検出手段にもとづいて前記ズームレン
   ズが合焦状態の場合には前記変倍レンズ群と前記記憶手
   段の記憶情報にもとづいて前記合焦レンズ群を移動さ
   せ、前記ズームレンズが非合焦状態の場合には前記信号
   処理手段の信号処理にもとづいてズーミングを行うとと
   もに前記焦点検出手段の検出情報にもとづいて前記合焦
   レンズ群を移動させる制御手段を具備することを特徴と
   するリヤーフォーカス式ズームレンズのレンズ位置制御
   装置。
2. 【請求項２】 前記光学ズームと前記電子ズームとを切
   り換える場合に一方のズーム動作が停止する前に他方の
   ズーム動作を開始させることを特徴とする請求項１のレ
   ンズ位置制御装置。
3. 【請求項３】 変倍レンズ群と合焦レンズ群を有するリ
   ヤーフォーカス式ズームレンズと、前記ズームレンズの
   光学像を電気信号に変換するための撮像手段と、電子ズ
   ーム効果を得るために前記電気信号を信号処理する信号
   処理手段とを備え、前記変倍レンズ群の移動による光学
   ズームと電子ズーム機能を有する撮影装置であって、前
   記光学ズームと前記電子ズームとを切り換える場合に、
   少なくとも一方のズーム動作が停止する前に他方のズー
   ム動作を開始させることを特徴とする撮影装置。
4. 【請求項４】 変倍レンズ群と合焦レンズ群を有するリ
   ヤーフォーカス式ズームレンズと、前記ズームレンズの
   光学像を電気信号に変換するための撮像手段と、電子ズ
   ーム効果を得るために前記電気信号を信号処理する信号
   処理手段とを備え、前記変倍レンズ群の移動による光学
   ズームと電子ズーム機能を有する撮影装置において、前
   記光学ズームと電子ズームを同時に作動させることを特
   徴とする撮影装置。