(57)【要約】【課題】  光学機器において温度変化が生じても、倍率とピントを維持する。【解決手段】  移動レンズ群ＲＲ及びバリエータレンズ群を含む複数のレンズ群を有する光学系により結像面上に物体像を形成し、  移動レンズ群ＲＲ及びバリエータレンズ群を駆動するレンズ駆動手段と、  光学系の構造部材の温度情報を検出する温度検出手段と、  移動レンズ群のうち少なくとも一つのレンズの基準位置出しを行う基準位置出し手段と、  基準位置出しが行われた温度を記憶する基準位置出し温度記憶手段とを有する光学機器において、  基準位置出し温度記憶手段に記憶された温度に基づいてバリエータの可動範囲を補正する。【選択図】  図１
2010066456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動レンズ群ＲＲ及びバリエータレンズ群を含む複数のレンズ群を有する光学系により結像面上に物体像を形成し、
前記移動レンズ群ＲＲ及びバリエータレンズ群を駆動するレンズ駆動手段と、
前記光学系の構造部材の温度情報を検出する温度検出手段と、
前記移動レンズ群のうち少なくとも一つのレンズの基準位置出しを行う基準位置出し手段と、
前記基準位置出しが行われた温度を記憶する基準位置出し温度記憶手段とを有する光学機器において、
前記基準位置出し温度記憶手段に記憶された温度に基づいてバリエータの可動範囲を補正することを特徴とする光学機器。
【請求項２】
移動レンズ群ＲＲ及びバリエータレンズ群を含む複数のレンズ群を有する光学系により結像面上に物体像を形成し、
前記移動レンズ群ＲＲ及びバリエータレンズ群を駆動するレンズ駆動手段と、
前記光学系の構造部材の温度情報を検出する温度検出手段と、
前記移動レンズ群のうち少なくとも一つのレンズの基準位置出しを行う基準位置出し手段と、
前記基準位置出しが行われた温度を記憶する基準位置出し温度記憶手段と
基準温度を温度する基準温度記憶手段を有する光学機器において、
前記基準位置出し温度記憶手段に記憶された温度と
前記基準温度記憶手段に設定された温度に基づいてバリエータの可動範囲を補正することを特徴とする光学機器。
【請求項３】
前記基準温度とは、前記レンズ群の固体差と補正するために調整を行ったときの温度であることを特徴とする請求項２に記載の光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学機器に関し、特にフォーカシングや変倍の際に光軸上を移動する移動レンズ群を有する光学機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、カメラ等の光学機器においては、レンズ鏡筒の小型化及び固体撮像素子のイメージサイズの小径化が急速に進んでおり、レンズ鏡筒及び光学系の保持部材に合成樹脂材料が多く使用されている。レンズ鏡筒及び光学系の保持部材に合成樹脂材料を使用すると、これらの部材は金型により容易に成形でき、またその形状の任意性も大きい上に、他の材料に比べてコストメリットが大きい等の多くの利点がある。
【０００３】
レンズ鏡筒及び光学系の保持部材に合成樹脂材料を使用した場合には、前述したような多くの利点がある反面で、環境変化特に温度変化や湿度変化に対し物理的性質や寸法の変化が大きいという問題がある。例えば、合成樹脂をレンズ鏡筒の構造材料に使用すれば、金属材料を使用した場合に比べて、温度により焦点距離や合焦位置等が大きく変化してしまうという性能上の弊害が生じてくる。
【０００４】
図９は各移動レンズ群がどのように位置制御されるかを、横軸をバリエータの位置とし、縦軸をＲＲの位置としたときのカム軌跡の説明図である。横軸の左端が焦点距離が広角位置（以下”ＷＩＤＥ“）、横軸の右端が焦点距離が望遠位置（以下”ＴＥＬＥ”）であり、縦軸の下方がピント位置が無限、縦軸の上方がピント至近となっている。
【０００５】
一般にカム軌跡の形状は、被写体距離が無限遠の場合のカム軌跡Ａのように、ＷＩＤＥ端からＭＩＤＤＬＥ位置までなだらかな右肩上がりで、ＭＩＤＤＬＥ位置でなだらかな頂点を通り、ＭＩＤＤＬＥ位置からＴＥＬＥ端までは右肩下がりの山型の連続曲線となる。このカム軌跡の特徴として、ＭＩＤＤＬＥ位置からＴＥＬＥ端までは、ＴＥＬＥ端に近付くほど急峻な傾きとなることが知られている。最もこの傾きが急峻となるのは、ズーム状態がＴＥＬＥ、被写体距離が無限遠の位置で、その時の傾きを［ｄｙ／ｄｘ］と表す。この数値が大きいということは、バリエータの移動に対して、ＲＲを大きく移動しなければならないことを示している。さらに高倍率のものになれば傾きが急になることが知られている。
【０００６】
本発明に近いものとして、特許文献１には温度変化から結像面位置のずれ量を求め、ＲＲの位置を補正する提案がされている。
【特許文献１】特許第３５８１５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、光学系の高倍化とレンズ鏡筒の小型化を進めてゆくと、上記したようにカム軌跡のＴＥＬＥ端近傍の急峻な傾き［ｄｙ／ｄｘ］は、急激にその傾きが大きくなってしまう。それは、高倍になるとバリエータの敏感度がＲＲの敏感度に比べ大きくなるからである。具体的な数値例として、（１）光学倍率が２０〜３５倍程度までは、傾き［ｄｙ／ｄｘ］＝−１１〜−１３程度、（２）光学倍率が４０倍程度になると、傾き［ｄｙ／ｄｘ］＝−３０程度となる。上述の特許文献に開示された従来技術では、温度による影響でバリエータの位置がずれると、そのずれ量の３０倍もの量を動かさなければならない。
【０００８】
また、ズーム動作をする場合、バリエータとＲＲがカム軌跡をトレースする形で移動する。その際に、バリエータ、ＲＲとも基準位置からの相対位置で制御される。基準位置出しはレンズの初期化時に行われる。前記基準位置も温度により変化するため、初期化時の温度による補正も必要となる。高倍率のレンズにおいては、初期化時の補正量によって、バリエータの位置がずれると、そのずれ量の３０倍もの量を動かさなければならない。さらに、その分ＲＲの移動可能なスペースを必要とするので、レンズ鏡筒の全長が大きくなるという問題が発生する。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記問題点を解消し、低温から高温までの温度環境下に基準位置出しが行われても高倍率を維持し、ピントのずれることのない光学機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、
移動レンズ群ＲＲ及びバリエータレンズ群を含む複数のレンズ群を有する光学系により結像面上に物体像を形成し、
前記移動レンズ群ＲＲ及びバリエータレンズ群を駆動するレンズ駆動手段と、
前記光学系の構造部材の温度情報を検出する温度検出手段と、
前記移動レンズ群のうち少なくとも一つのレンズの基準位置位置出しを行う基準位置出し手段と、
前記基準位置出しが行われた温度を記憶する基準位置出し温度記憶手段とを有する光学機器において、
前記基準位置出し温度記憶手段に記憶された温度に基づいてバリエータの可動範囲を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光学機器において低温から高温までの温度環境下で基準位置出し動作が行われても、倍率とピントを維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の光学機器の実施形態１の概略説明図である。
【００１５】
図１中１はレンズ鏡筒であり、４つのレンズ群より成る４群構成のリアフォーカスズームレンズ（以下”ＲＦＺレンズ”）より成っている。ＲＦＺレンズ１は固定レンズ群である第１のレンズ群（以下”前玉”）１０１、変倍機能を有する移動レンズ群である第２のレンズ群（以下”バリエータ”）１０２、固定レンズ群である第３のレンズ群（以下”アフォーカル”）１０３と配置される。そして、移動レンズ群であり、フォーカス機能と第２群による変倍に伴う結像面変動を補正するコンペンセータとしての機能を有する第４のレンズ群（以下”ＲＲ”）１０４より成っている。
【００１６】
実際には、上記レンズ群は複数枚のレンズで構成されていて、各レンズ群の構成枚数については、特に限定するものでない。
【００１７】
１０２ａは、バリエータ１０２を保持するための保持部材（以下“Ｖ移動環”）、１０４ａはＲＲ１０４を保持するための保持部材（以下“ＲＲ移動環”）であり、ガラス繊維の混合されたポリカーボネート等のプラスティック材料を使用して金型による成形、又は切削加工により製作している。
【００１８】
１１０は上記レンズ群の保持部材（以下”鏡筒”）であり、ポリカーボネート等のプラスティック材料を使用して金型による成形、又は切削加工により製作している。
【００１９】
なお、本発明においては、鏡筒や移動環について特に上記材料及び製作方法に限定するものではなく、上記以外のもの、例えばアルミニウム、チタン等の金属材料をダイカストにより成形したものや、ダイカスト成形した後に２次加工によって製作したもの、又はブロックから直接切削加工したものでも良い。
【００２０】
又、鏡筒１１０は、いくつかの部材に分けて形成したものでもよく、部材の数は特に限定するものでない。例えば、ＲＦＺレンズ１の光軸１０５に対して平行に分割した２部材から形成してもよく、また上記光軸１０５に垂直に分割した２部材でもよく、又、各々２部材だけでなく数部材から形成してもよい。
【００２１】
１１１は、ＣＣＤ等の光電変換素子２に入射する光量を調節するための絞り部材である。ｉＧメータ又はステップモータ等の駆動手段により絞り部材１１１内の絞り羽根を光軸１０５に略垂直に駆動することによって絞り部材１１１の開口部の面積を可変させ、光量調節を行う。
【００２２】
本実施形態においては、機械式の絞り部材１１１により光量調節を行っているが、絞りユニットはこれに限定するものでなく電気化学作用により光の透過率を制御するエレクトロクロミー機能等を有する所謂物性絞りであってもよい。
【００２３】
水晶等の光学的ローパスフィルタ１０６、赤外除去フィルタ１０７が光電変換素子２の前に設置される。
【００２４】
１０８、１０９は移動レンズ群１０２、１０４を駆動するためのステップモータ等の駆動手段（レンズ駆動手段）である。１０８ａ、１０９ａは表面に所定のピッチでネジを切っているリードスクリューネジである。１０８ｂ、１０９ｂはラックであり、Ｖ移動環１０２ａ、ＲＲ移動環１０４ａと同一部材として形成している。該ラック１０８ｂ、１０９ｂはリードスクリューネジ１０８ａ、１０９ａとかみ合っておりステップモータ１０８、１０９が正逆転することによってＶ移動環１０２ａ、ＲＲ移動環１０４ａが光軸１０５に平行に移動し、バリエータ１０２とＲＲ１０４とが光軸に沿って平行に移動する。
【００２５】
１１２、１１３は各々フォトインターラプタである。１１２ａ、１１３ａは各々遮光板であり、それぞれＶ移動環１０２ａ、ＲＲ移動環１０４ａと同一部材、又は、別部材としてＶ移動環１０２ａ、ＲＲ移動環１０４ａに一体的に配設している。該遮光板１１２ａ、１１３ａが、Ｖ移動環１０２ａ、ＲＲ移動環１０４ａの移動によってフォトインターラプタ１１２、１１３の信号が変化し、この変化を検出することでバリエータ１０２及びＲＲ１０４の基準位置（以下“リセット位置”）を決定する。本実施形態においては、該リセット位置に対して前記ステップモータを駆動するための駆動パルス数をカウントすることで各リセット位置からの相対位置情報を検出する。
【００２６】
本実施形態においては、リセット位置検出手段として上記フォトインターラプタと遮光板の組み合わせを採用しているが、これに代わって例えば、ホール素子とマグネットの組み合わせや、ＰＳＤとｉＲＥＤの組み合わせ等を用いてもよい。
【００２７】
又、本実施形態においてはステップモータとレンズ初期リセット位置検出手段の組み合わせを採用したが、ボイスコイルモータ、ＤＣモータ等と、磁気抵抗効果素子とマグネット等の組み合わせによるレンズ位置検出手段との組み合わせでもよく、本実施形態の構成に特に限定するもでない。
【００２８】
２は撮像素子である。
【００２９】
３、４はＲＲ/バリエータ駆動部であり、バリエータ１０２、ＲＲ１０４を駆動するための駆動回路である。
【００３０】
１１４は、サーミスタ、感温抵抗等の温度検出手段（温度センサ、環境検出手段）であり、温度検出回路５によって温度に対応した出力信号をマイコン等の制御回路１３へ出力する。
【００３１】
本実施形態においては温度検出手段１１４をレンズの前方に配置してある。これは、前玉１０１、バリエータ１０２が温度変化に対する影響度が、他のレンズ群に比べて大きいためである。
【００３２】
６は、光電変換素子２からの出力信号を処理して画像信号として出力するカメラ信号処理部である。また、映像信号からオートフォーカスなどに必要な評価値を生成する。１４はバリエータ１０２及びＲＲ１０４の制御情報が格納されるＲＯＭ等の記憶手段（第一記憶手段）である。
【００３３】
制御情報記憶部８にはズーム動作時に満たすべきＲＲとバリエータの位置関係、温度変化量によるＲＲおよびバリエータの補正量算出、ＲＲの可動範囲などの制御に必要なデータが記憶されている。
【００３４】
７はＲＲ/バリエータ演算部である。ＲＲ/バリエータ演算部７は制御情報記憶部８の制御情報に基づき、バリエータ、ＲＲの指定位置を演算し、バリエータ駆動部４またはＲＲ駆動部３を介して、ズーム動作を行う。さらにカメラ信号処理部６からの評価値からＲＲの位置の算出などバリエータ、ＲＲの制御全般を行う。
【００３５】
９は画角指定部であり、手動で操作する画角指定部材、もしくはＰＣなどの外部からコマンドを送信する部であり、ズーム動作をする場合にＲＲ/バリエータ演算部７に画角情報を指定する。
【００３６】
１０は温度記憶部であり、リセット位置検出時の温度、基準温度などを記憶する。
【００３７】
ＲＦＺレンズ１はフォーカス状態を維持しつつ変倍を行う為に被写体距離毎にバリエータ１０２の光軸上のレンズ停止位置、すなわちズーム位置に対してＲＲ１０４の光軸上の停止位置が決まっている。
【００３８】
図２に被写体距離毎にバリエータ１０２ＲＲ１０４の光軸上の停止位置をプロットした図を示す（以下これらの曲線を“カム軌跡”）を示す。
【００３９】
図２において、例えば被写体距離が無限遠（又は２ｍ）のとき、バリエータ１０２がＷＩＤＥからＴＥＬＥへ光軸上で移動するとＲＲレンズ１０４は、光軸上で物体側へ凸状の軌跡である曲線Ｙ∞（又はＹ２）に沿って移動する。
【００４０】
このように本実施形態では、ＷＩＤＥからＴＥＬＥ、又はＴＥＬＥからＷＩＤＥへズーミングするときには、被写体距離に応じて上記カム軌跡をトレースするように、バリエータ１０２とＲＲ１０４を駆動制御して、これによりピントずれのない良好な画像を得ている。
【００４１】
しかしながら、光学系は一般に温度変化等の環境変化によりレンズの保持部材に形状変化が生じてレンズ間隔が伸縮し、結像面のずれが生じる。
【００４２】
このため各レンズ群の焦点距離が変化してＲＦＺレンズ１のトータル焦点距離も変化してくる。その結果、基準温度Ｔ０の際の結像面に対して結像面位置がずれる。すなわちピントずれが発生する。したがってズーム動作時に際しては、基準温度Ｔ０に対し温度変化ΔＴが生じている時には、温度変化ΔＴによって発生した結像面位置のずれを補正するように、移動レンズ群がトレースする上記カム軌跡を補正する必要がある。本実施形態では基準温度Ｔ０は２０℃に設定してある。が、特にこの温度に限定するものでない。ＲＦＺレンズ１は固体バラつきが存在するため、バリエータ１０２、ＲＲ１０４の相対位置関をレンズ毎に調整を行う必要がある。基準温度Ｔ０は上記調整時の温度としても構わない。
【００４３】
図３に基準温度Ｔ０に対して温度が（Ｔ０＋３０）℃のときと、（Ｔ０−３０）℃のときのカム軌跡（但し、被写体距離は無限遠）の一例を示す。
【００４４】
一般的に、基準温度Ｔ０に対して高温になるとＲＲレンズ１０４が無限側へ、逆に低温側になると至近側へピント位置がずれる。基準温度とは一般的な外気温である２５℃近辺としても構わないし、工場などでレンズ毎の誤差を補正するために調整が行われるが、その調整時の温度であっても構わない。温度変化に対するピントずれが最も大きいのは、ＴＥＬＥ端である。これは、バリエータ１０２が温度によりずれることによる影響が大きい。図４に示すように、高温になり、バリエータ１０２の位置がｄｘだけ温度変化によりＴＥＬＥ側へのずれが生ずる。ＴＥＬＥ・無限遠の位置では、ＲＲ１０４をｄｙだけ多く繰り込むことになり、スペース的な不都合を生ずる。光学倍率が４０倍程度になると、傾き［ｄｙ／ｄｘ］＝−３０程度となり、メカバラつきも考慮するとスペース的な余裕を大きく持たなければならず、小型化するのに不都合となる。また、ＷＩＤＥ側に比べ、ＴＥＬＥ側はバリエータ１０２の変化ｄｘに対する焦点距離の変化量が大きくなる。そのため、ＴＥＬＥの焦点距離の変化量がＷＩＤＥの焦点距離の変化量に比べ大きく、光学倍率は常温時よりも大きくなっている。上記補正を以下リセット検出後温度補正と記述する。
【００４５】
また、さらにレンズ初期リセット位置検出（以下”リセット位置検出”）においても温度の影響は発生する。そのためリセット位置検出時の温度による補正（以下、リセット位置検出時温度補正）も必要となる。
【００４６】
図５を用いて、温度差によるリセット位置検出時のズレについて説明する。バリエータを例に出し、説明するがＲＲについても同様である。上記のように１０２はバリエータ、１１２はフォトインターラプタ、１１２ａは遮光板、２は撮像部材となっている。レンズ鏡筒は温度により伸び縮みを行うが、部材の差、ピント面（撮像素子）からの距離の差によりピント面からの伸縮量が異なる。そのため、高温時にリセット位置検出を行った場合、図５のように基準温度下でリセット位置検出を行った位置に対して、リセット検出位置が異なってしまう。リセット位置からの相対位置情報を基にカム情報を算出するため、リセット検出時の温度によりカムが変わってしまう。図６に同じ基準温度におけるカムであるが、基準温度下でリセット検出を行った時のカム軌跡と基準温度＋１０℃下でリセット検出を行った時のカム軌跡の変化の一例を示す（ともに無限）。これは、リセット位置から同じパルス数の位置にいたとしても、物理的にバリエータ、ＲＲの位置が異なることが理由となる。リセット位置検出時温度補正も先述のリセット検出後温度補正と同様に高倍率のレンズのＴＥＬＥ・無限において補正量が大きくなり、メカバラつきも考慮するとスペース的な余裕を大きく持たなければならず、小型化するのに不都合となる。
【００４７】
上記、問題を回避するためには、リセット検出後温度補正、リセット検出時温度補正を行うとともに、合わせてバリエータの可動範囲を変化させればよい。
【００４８】
上記の動きを図７のリセット検出時温度補正概略図、図８のフローチャートを用いて説明する。
【００４９】
Ｓ８０１にて、リセット位置検出中である場合には温度検出手段１１４から現在温度Ｔの読み込みを行う。リセット検出時温度Ｔrstと基準温度Ｔ０との温度変化量ΔＴrstを算出する。Ｓ８０２、Ｓ８０３にて、ΔＴrstからバリエータ１０２の補正量ΔrstＶ、ＲＲによる補正量ΔrstＲＲを算出する。算出方法としては、バリエータ温度補正係数ＫＲv、ＲＲ温度補正係数ＫＲrrを設定しておき、式（１）の方法にて演算する。
【００５０】
ΔrstＲＲ＝ＫＲrr×ΔＴ
ΔrstＶ＝ＫＲv×ΔＴ                      （１）
Ｓ８０５にて、実際に補正動作が行われる。バリエータによる補正は、現在のバリエータ位置Ｖとバリエータによる補正量ΔrstＶから算出される。
【００５１】
Ｖcmp＝Ｖ＋ΔrstＶ                        （２）
実際のバリエータパルス位置としてはＶなのに対して、カムテーブルはＶcmpとして参照する。ＲＲによる補正はカムテーブルから算出されたＲＲ位置に対して、ＲＲによる補正量ΔrstＲＲ分補正を行う。
【００５２】
上記はリセット位置検出時の補正量の一例をあげただけであり、上記の方法に限ったものではない。
【００５３】
Ｓ８０６にて、バリエータの端の設定が行われる。図７のように高温下でリセット位置検出が行われた場合、ＲＲはカムの傾き［ｄｙ／ｄｘ］が急であればあるほどより無限側に行かないと合焦できなくなる。上記のようにパルスとしては同値であってもリセット位置検出時の温度の差により物理的なバリエータ位置は超ＴＥＬＥ側にズレていることと同意となる。そのため、バリエータの補正量ΔrstＶ分ずらしたバリエータ位置を可動範囲として設定する。バリエータ端の補正をすることでバリエータのＴＥＬＥ端がリセット位置検出時の温度によらず一律に保つことが可能となり、基準温度下に比べ、より無限側に動かす必要がなくなる。
【００５４】
リセット位置検出時温度補正だけでなく、リセット位置検出後温度補正と合わせて併用することにより、リセット位置検出後に温度が変化してもより無限側に動かす必要がなくなる。
【００５５】
また、図７はＴＥＬＥ端、ＷＩＤＥ端ともに端を補正しているが、ＷＩＤＥ側はＴＥＬＥ側に比べ、カムの変化も焦点距離の変化も急峻ではないため、ＴＥＬＥ端のみ補正を行うのでもかまわない。
【００５６】
上記のようにリセット位置検出時の温度によりバリエータ位置、また、バリエータ端を補正することにより高倍率のレンズにおいて、温度変化時にも倍率を維持しつつ、ピントの合った映像を提供することが可能となる。
【００５７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の光学機器の概略説明図
【図２】被写体距離毎のカム軌跡
【図３】基準温度に対する高温・低温のカム軌跡
【図４】高温時ＴＥＬＥ端におけるバリエータ・ＲＲ変化説明図
【図５】リセット検出時のズレ要因の説明図
【図６】リセット位置検出時の温度差によるカム軌跡の変化（基準温度時）
【図７】リセット位置検出時の温度差によるバリエータ可動範囲変化図
【図８】本実施例における動作フローチャート
【図９】カム軌跡説明図
【符号の説明】
【００５９】
１  レンズ鏡筒
１０２  バリエータ
１０４  ＲＲ
１１４  温度検出手段
２  撮像素子
３  ＲＲ駆動部
４  バリエータ駆動部
５  温度検出部
６  カメラ信号処理部
７  ＲＲ/バリエータ演算部
８  制御情報記憶部
９  画角指定部
１０  温度記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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