(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動レンズ群を含む光学系により結像面上に像を形成する光学機器であって、
前記移動レンズ群を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段と、
前記光学系の変倍の為の移動レンズ群を広角側から望遠側に移動した場合の前記結像面の位置と、望遠側から広角側に移動した場合の前記結像面の位置との差を検出する検出手段と、
前記結像面の位置の差の情報を含む、前記移動レンズ群を駆動する為の制御情報を記録する記録手段とを有し、
前記制御手段は前記制御情報に基づいて前記駆動手段を制御して、前記結像面の位置の差を補正することを特徴とする光学機器。
【請求項２】
前記光学系はリアフォーカスタイプのズームレンズである請求項１に記載の光学機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等に使用される光学機器に関し、特にフォーカス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系（撮像光学系）、例えばズームレンズの光学系において、広角から望遠側に移動した場合の結像面位置と望遠から広角に移動した場合の結像面位置との差（結像面のずれ）を前記移動レンズによって補正するようにした光学機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ等に使用される光学機器においては、撮影光学系の小型化及び固体撮像素子のイメージサイズの小型化が急速に進んでいる。撮影光学系の小型化により、特に望遠端側において、変倍の為の移動レンズ群の移動量に対してフォーカスの為の移動レンズ群の移動量が大きくなる傾向がある。ステップモータ等の駆動手段（レンズ駆動手段）と移動レンズ群との間に小さなガタ（ヒステリシス）があり、変倍を行った時に変倍の為の移動レンズ群がヒステリシスの量だけ移動されずに、移動量が大きいフォーカスの為の移動レンズ群のみが移動をして、ピントズレ（結像面のズレ）を生じることがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近の光学系は、撮影光学系の小型化や固体撮像素子の小型化がされている。この為、光学機器に用いている光学系の予定結像面に対するステップモータ等の駆動手段（レンズ駆動手段）と移動レンズ群との小さなガタ（ヒステリシス）の影響がより大きくなるという問題があった。従ってこのようなヒステリシスによる結像位置のズレをいかに効果的に補正するかが大きな問題となっている。
【０００４】
本発明は、フォーカスや変倍の為に光軸上を移動する移動レンズ群を有する光学系（撮影レンズ）を用いて撮影するとき、上記ヒステリシスがあっても結像面のズレを補正し、高い光学性能を維持することのできるビデオカメラや電子スチルカメラ等に好適な光学機器の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は以下の構成とする。
【０００６】
すなわち、本発明の光学機器は、移動レンズ群を含む光学系により結像面上に像を形成する光学機器であって、前記移動レンズ群を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、前記光学系の変倍の為の移動レンズ群を広角側から望遠側に移動した場合の前記結像面の位置と、望遠側から広角側に移動した場合の前記結像面の位置との差（ヒステリシス）を検出する検出手段と、前記結像面の位置の差の情報を含む、前記移動レンズ群を駆動する為の制御情報を記録する記録手段とを有し、前記制御手段は前記制御情報に基づいて前記駆動手段を制御して、前記結像面の位置の差を補正することを特徴とする。かかる構成によれば、移動レンズ群にヒステリシスがあってもこれに起因する結像面のズレが補正され、高い光学性能を維持することができる光学機器を得ることができる。
【０００７】
上記の構成において、前記光学系はリアフォーカスタイプのズームレンズであることが好ましい。本発明をリアフォーカスタイプのズームレンズを有する光学機器に適用することにより、ヒステリシスがあってもこれに起因する結像面のズレが補正され、高い光学性能を維持することができる光学機器を得ることができる。
【０００８】
ビデオカメラが上記の構成の光学機器を有することが好ましい。かかる構成によれば、小型化しても、ズーミング時にピントのずれのない良好な画像が得られるビデオカメラを得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る光学機器の要部ブロック図である。図中、１は光学系であり、４つのレンズ群からなる、４群構成のリアフォーカスズームレンズより成っている。
【００１１】
リアフォーカスズームレンズ１は、固定レンズ群である第１のレンズ群（以下「第１群」と称する）１０１と、移動レンズ群で、変倍機能を有する第２のレンズ群（以下「第２群」と称する）１０２と、固定レンズ群である第３のレンズ群（以下「第３群」と称する）１０３と、移動レンズ群で、フォーカス機能と変倍に伴う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「第４群」と称する）１０４とから成っている。
【００１２】
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、例えば本実施形態においては、第１群１０１は３枚、第２群１０２は３枚、第３群は１０３は３枚、第４群１０４は１枚からなっており、全体として４群１０枚構成の光学系より成っている。
【００１３】
１０２ａは、第２群１０２を保持する為の部材（以下「第２群枠」と称する）、１０４ａは第４群１０４を保持する為の部材（以下「第４群枠」と称する）であり、いずれもＰＣ（ポリカーボネート）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。
【００１４】
２は上記レンズ群を保持する為の部材（以下「鏡筒」と称する）であり、ＰＣ（ポリカーボネート）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。
【００１５】
なお、本発明は、特に上記材料及び製作方法に限定されるものではなく、上記以外でも例えば、アルミニウムやチタン等の金属材料をダイカストにより成形した後に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などでも良い。また、鏡筒２はいくつかの部材に分けて形成しても良く、本発明においては特に限定されない。
【００１６】
また、本実施形態においては、第１群１０１及び第３群１０３は、保持部材１０１ａ、１０３ａに各々固定した後、鏡筒２に固定する構成としているが、鏡筒２に直接固定しても良く、特に限定するものではない。
【００１７】
３は撮像素子８の前に置かれたフィルタユニットであり、水晶等の光学的ローパスフィルタ３ａ、赤外カットフィルタ３ｂ等を有している。
【００１８】
４、５は各々移動レンズ群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。４ａ、５ａは表面に所定のピッチでネジが切られているリードスクリューネジである。１０２ｂ、１０４ｂはラックであり、各々第２群枠１０２ａ、第４群枠１０４ａと同一部材として形成するか、又は別部材として第２群枠１０２ａ及び第４群枠１０４ａへ接着等で一体に形成される。前記ラック１０２ｂ、１０４ｂはそれぞれリードスクリューネジ４ａ、５ａとかみ合っており、ステップモータ４、５が正逆転することによって、第２群枠１０２ａ、第４群枠１０４ａが光軸１０５に平行に移動する。
【００１９】
６ａ、７ａは各々フォトインタラプタである。６ｂ、７ｂは各々遮光板であり、それぞれ第２群枠１０２ａ、第４群枠１０４ａと同一部材として形成している。前記遮光板６ｂ、７ｂが第２群枠１０２ａ、第４群枠１０４ａの移動によってフォトインタラプタ６ａ、７ａの位置に来ることで、フォトインタラプタ６ａ、７ａからの信号が変化し、この変化を検出することで第２群１０２及び第４群１０４の基準位置を決定している。
【００２０】
本実施形態においては、前記基準位置に対して前記ステップモータ４，５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レンズの基準位置からの相対位置情報を検出している。
【００２１】
なおフォトインタラプタ６ａ、７ａと遮光板６ｂ、７ｂはレンズの基準位置検出手段の一要素を構成している。１１、１２はフォトインタラプタ６ａ、７ａからの信号を検出する検出回路である。
【００２２】
本実施形態においてはステップモータとレンズの基準位置検出手段との組み合わせを採用したが、ボイスコイルモータと磁気抵抗効果素子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良く、特に限定するものではない。
【００２３】
１３、１４はレンズ駆動手段としてのステップモータ４、５を駆動するための駆動回路である。
【００２４】
１５は撮像素子８からの出力信号を処理して画像信号Ｓ１として出力するカメラプロセス回路である。１６は第２群１０２及び第４群１０４の駆動情報を納めているＲＯＭ等の記録手段である。１７はステップモータ４、５を駆動する駆動回路１３，１４を制御する制御回路である。
【００２５】
図１においては制御回路１７とＲＯＭ１６は別のブロックとしているが、マイクロプロセッサ内に制御回路１７とＲＯＭ１６が入っていても良い。
【００２６】
リアフォーカスズームレンズ１においては、被写体距離毎に第２群１０２の光軸１０５上の停止位置（ズーム位置）に対して第４群１０４の停止位置が決まっている。
【００２７】
図２に被写体距離毎に第２群１０２と第４群１０４の光軸上の停止位置をプロットしたもの（以下「カムカーブ」と称する）を示す。図２において、横軸は第２群１０２の位置を示し、左側がＷＩＤＥ（広角）、右側がＴＥＬＥ（望遠）である。また、縦軸は第４群１０４の位置を示し、上側が物体側、下側が像面側（結像側）である。
【００２８】
図２において、例えば被写体距離が無限遠の場合、第２群１０２が広角側から望遠側へ光軸上を移動すると、第４群１０４は曲線Ｙ∞の様に、光軸上を物体側に凸の軌跡のとおり移動する。
【００２９】
このように本実施形態では、広角側から望遠側、又は望遠側から広角側へズーミングする場合は、被写体距離に応じて前記カムカーブをトレースするように、メモリに記憶しているカムカーブに基づいて第２群１０２の移動に応じて第４群１０４を駆動制御して、これによりピントズレのない良好な画像を得ている。
【００３０】
図２のカムカーブから明らかな通り、望遠側ではカーブの傾斜角が大きく、第２群１０２の移動量に対して、第４群１０４の移動量が大きくなる。このため、ズーミングをスタートした一瞬、リードスクリューネジ４ａとラック１０２ｂとの間のガタ（ヒステリシス）の量だけ第２群１０２が光軸上を移動せず、遅れて移動し始める。この遅れの量だけカムカーブが進むこととなり、ピントズレの画像となる。これを防止するためには、前記ヒステリシスを測定し前記カムカーブを補正する必要がある。
【００３１】
図３は本実施形態における結像面位置のずれ量の検出方法を示した説明図である。縦軸はピント（解像度）を示し、上にいくほどピントが合っていることを示す。横軸は第２群１０２の位置を示し、左側がＷＩＤＥ（広角）、右側がＴＥＬＥ（望遠）である。
【００３２】
図４は本実施の形態における前記カムカーブの補正の動作を示したフローチャートである。
【００３３】
図４に示すように、電源が投入されると（ステップ２０１）、フォトインタラプタ６ａ，７ａからの出力信号を検出回路１１，１２により読み込む（ステップ２０２）。次に制御回路１７にて、読み込んだ信号に応じた方向、すなわちフォトインタラプタ６ａ，７ａの出力信号がｈｉｇｈの場合はｌｏｗとなる方向へ、ｌｏｗに場合はｈｉｇｈとなる方向へ第２群１０２、第４群１０４を駆動する。駆動はフォトインタラプタ６ａ，７ａからの出力信号が変化するまで行ない、出力信号が変化した位置を第２群１０２、第４群１０４の基準位置とする。上記出力信号が変化した位置で第２群、第４群の位置カウンタをリセットする。ついで、第４群１０４の位置及び被写体距離を固定して（ステップ２０３）、第２群を往復移動させる。すなわち、本実施形態においては、被写体距離、及び第４群１０４の光軸上の位置を固定し、望遠側近傍において第２群１０２を望遠側から広角側に移動させた時の、ピントズレのない良好な画像を得られる第２群１０２の光軸上の位置Ｐ１（第２群１０２の基準位置からのカウント数）と、前記被写体距離、及び前記第４群１０４の光軸上の位置において、望遠側近傍において第２群１０２を広角側から望遠側に移動させた時の、ピントズレのない良好な画像を得られる第２群１０２の光軸上の位置Ｐ２（第２群１０２の基準位置からのカウント数）との差の絶対値ＨＩＳを算出する（ステップ２０４、図３参照）。即ち、以下の式にてＨＩＳを算出する。
【００３４】
【数１】
ＨＩＳ＝｜Ｐ１−Ｐ２｜
【００３５】
得られた値を記録手段１６に記録しておく（ステップ２０５）。
【００３６】
以下、望遠側から広角側にズーミングされる場合について説明する。なお、広角側から望遠側にズーミングする場合も全く同様なルーチンなので詳細な説明を省略する。
【００３７】
望遠側から広角側にズーミングが行われる場合、算出されたＨＩＳの量だけカムカーブを望遠側に移動させ、第４群１０４の移動を遅れさせるような駆動制御を行う。これにより、第２群１０２のヒステリシスにより第２群１０２が光軸上をすぐに移動せずに遅れて移動し始めることによるピントズレを補正することができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の構成とすることで、大きなヒステリシスがある場合でも、ピントズレのない良好な画像を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、移動レンズ群にヒステリシスがあってもこれに起因する結像面のズレが補正され、高い光学性能を維持することができる光学機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の光学機器の要部の構成を示したブロック図
【図２】図１の光学機器の移動レンズ群のカムカーブを示した説明図
【図３】本発明の実施の形態１における移動レンズの結像面位置の差の検出方法を示した説明図
【図４】本発明の実施の形態１の光学機器の動作を示したフローチャート
【符号の説明】
１  光学系
１０１、１０３  固定レンズ群
１０２、１０４  移動レンズ群
２  鏡筒
４，５  レンズ駆動手段
１７  制御回路
１６  記録手段
１１、１２  検出回路
１３、１４  駆動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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