可变焦距镜头以及摄像装置的制作方法

专利名称：可变焦距镜头以及摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备自动聚焦功能的可变焦距镜头。
背景技术：
现有的可变焦距镜头(variable focal lens)(通常称为变焦距镜头 (varifocal lens)，以下相同)作为简单的变焦镜头(zoom lens)已广 为人知，并应用于监视摄像机等中。通常的变焦镜头是随着变焦一起 自动调焦，而可变焦距镜头则必须在变焦之后重新调焦。
可变焦距镜头的调焦是通过手动转动设于镜筒上的聚焦环而进行 的。但是，通过手动来转动聚焦环，有时调焦会不充分。例如，假设 将可变焦距镜头安装在监视摄像机上。在监视摄像机的设置施工中， 多会将监视器设在远离摄像机的地方。这时，由一名操作员来操作摄 像机，而由另一名操作员来观看监视器，由两名操作员共同进行调焦。 为此，在设置作业中，难以准确地进行对焦。此外，假设监视摄像机 的设置作业是在白天进行的。就白天和夜晚来说，夜晚的景深更窄。 为此，即使白天通过手动调节而对好了焦，到了夜晚，有时也会出现 偏焦。
因此，理想的是可变焦距镜头也具备自动聚焦功能。现有的可变
焦距镜头中所应用的自动聚焦功能如下 一边移动聚焦环， 一边对摄
像信号的高通分量进行检测，并将聚焦环停止在高通分量达到最大的
位置上。这样的自动聚焦技术例如公开于日本专利特开平6-217180号
公报中。
图12表示具备现有的附带自动聚焦功能的可变焦距镜头的摄像 装置。图12中，摄像装置101具备变焦环103、聚焦环105、摄像元 件107、摄像机DSP) 109及图像电路111，以作为与摄像有关的结构。 变焦环103以及聚焦环105中设置的多个镜头将被摄体像形成于摄像 元件107上，然后摄像元件107将被摄体像转换成电信号。将摄像元 件107的输出信号经过摄像机DSP109中的处理后提供给图像电路111。
变焦环103以及聚焦环105可以单独通过手动来转动。转动各个 环时，使各个环围绕着光轴转动，由此，固定在环上的镜头沿着光轴 方向移动。通过转动变焦环103来进行变焦，以调节视角。此外，通 过转动聚焦环105来进行调焦。
作为与自动聚焦功能有关的结构，摄像装置101具备步进马达 113、微电脑115以及原点传感器117。
步进马达113设置在聚焦环105上，向FAR侧以及NEAR侧移动 聚焦环105。步进马达113由微电脑115来控制。
微电脑115中内置有可逆计数器，利用可逆计数器的计数值来控 制步进马达113的转动量，从而对聚焦环105的位置进行控制。
原点传感器117检测出聚焦环105已到达规定的原点位置。根据 原点传感器117的输出，微电脑115检测出聚焦环105的绝对位置。典 型的原点传感器117是光断续传感器，用于检测聚焦环105中是否具 备屏蔽板。屏蔽板的设置使得原点传感器117的开关(on-off)在原点 两侧相反。由此，原点传感器117可以检测出聚焦环105位于原点
微电脑115根据摄像机DSP109提供的聚焦评估值来控制聚焦环 105的位置。聚焦评估值是表示摄像信号的高频分量大小的信号，摄像 机DSP109根据摄像元件107的输出信号生成聚焦评估值。微电脑115 根据转动聚焦环105时的聚焦评估值的变化将聚焦环105转动到对焦 位置(焦点准确对准的位置、或者焦点恰好对准的位置，以下相同)。 对焦位置是摄像信号的高通分量达到最大的位置。
图13A至图13C表示现有的可变焦距镜头的自动聚焦控制。在各 图中，表示了聚焦环的位置及其变化，左侧为NEAR侧，右侧为FAR 侧。图13A至图13C是聚焦环105的开始位置(自动聚焦前的位置) 与对焦位置(自动聚焦后的位置)不同的示例。在图13A、图13B、图 13C中，开始位置与对焦位置分别位于聚焦环可移动范围的中央附近、 FAR端附近以及NEAR端附近。
在此，在现有的自动聚焦控制中，如图中所示，软件端设定在机 械端的内侧。机械端是聚焦环可移动范围的两端，是机械性地限制马 达旋转的位置。软件端是聚焦环移动范围的末端，设定在微电脑115 的软件上，以使聚焦环115不会到达机械端。
在自动聚焦控制中，首先，微电脑115根据原点传感器117的输 出判断聚焦环105的位置相对于原点传感器117是位于FAR侧还是位 于NEAR侧。然后，微电脑115使聚焦环105向原点传感器117的所 在方向移动。聚焦环105在图13A、图13B的示例中是向NEAR方向 移动，在图13C的示例中是向FAR方向移动。为了除去无效行程 (backlash),必须在FAR方向上搜寻原点，在通过原点的瞬间使可逆 计数器复位。
其次，微电脑115 —边检测对焦位置， 一边使聚焦环105在两软 件端之间的区间内高速往复移动一次，由此，微电脑115检测出大致的对焦位置。此时，为了除去无效行程，必须以FAR方向的移动来进
行检测。
接着，微电脑115使聚焦环105在通过高速移动检测出的对焦位 置附近低速往复移动一次，由此，微电脑115检测出准确的对焦位置。 最后，微电脑115使聚焦环105停止在对焦位置上。在此，微电脑115 为了除去无效行程，也必须使聚焦环105向FAR方向移动后停止。
如以上说明所述，现有的可变焦距镜头使用原点传感器117来检 测原点，对聚焦环105的绝对位置进行控制。
此外，如上所述，在现有的可变焦距镜头中，在聚焦环105的机 械端的近前设定有软件端，对环的位置进行控制，以使聚焦环105不 会到达机械端。这是为了防止处于机械端的步进马达113出现失步。 所谓失步，是指步进马达的控制上的位置与实际的位置偏离。当聚焦 环105到达机械端时，即使提供驱动信号，步进马达113也不会旋转 而出现失步。如果出现失步，那么步进马达113的位置将与可逆计数 器的计数值出现偏差，从而无法获知绝对位置。因此，为了防止失步， 在机械端的近前设定软件端，以在两端形成余量区域。
但是，现有的可变焦距镜头必须如上述在聚焦环可移动范围的两 端留出余量区域，为此，与光学设计上的变焦倍率相比，实际上的变 焦倍率需要有所减小，在这一点上来说是不利的。
此外，现有的可变焦距镜头需要有原点传感器，因此需要相应的 成本，此外镜筒的构造将变得复杂。

发明内容
本发明是在上述背景下形成的，其目的在于提供一种变焦倍率不 会减小并且不需要原点传感器的可变焦距镜头。
本发明的可变焦距镜头具备变焦环、聚焦环、使聚焦环向FAR侧
及NEAR侧移动的步进马达和通过控制步进马达使聚焦环移动而进行 调焦的调焦部，调焦部使聚焦环向着第1移动方向移动第1移动距离， 所述第1移动方向朝向FAR侧以及NEAR侧中的一侧，然后使聚焦环 向着与第1移动方向相反的第2移动方向移动第2移动距离，所述第2 移动距离被设定为大于第1移动距离且在聚焦环可移动范围以内，将 向此第2移动方向移动的聚焦环的到达点作为调节基准点，使聚焦环 在第2移动距离以下的范围内从调节基准点朝向第1移动方向移动， 从而进行调焦。在此，第1移动距离及第2移动距离也可以是预先设 定的固定值。此外，如后述的示例，第1移动距离以及第2移动距离 也可以改变，其中第2移动距离也可以根据第1移动距离来确定。
本发明的另外的形式是摄像装置，此摄像装置具备变焦环、聚焦 环、摄像元件、使聚焦环向FAR侧及NEAR侧移动的步进马达和通过 根据由摄像元件的摄像信号所生成的聚焦评估值控制步进马达使聚焦 环移动而进行调焦的调焦部，调焦部使聚焦环向着第1移动方向移动 第1移动距离，所述第1移动方向朝向FAR侧以及NEAR侧中的其中 一侧，然后使聚焦环向着与第l移动方向相反的第2移动方向移动第2 移动距离，所述第2移动距离被设定为大于第1移动距离且在聚焦环 可移动范围以内，将向此第2移动方向移动的聚焦环的到达点作为调 节基准点，使聚焦环在第2移动距离以下的范围内从调节基准点向第1 移动方向移动来进行调焦。
本发明的另外的形式是变焦距镜头的自动聚焦方法，此方法适用 于可变焦距镜头，以控制步进马达来使聚焦环移动，所述可变焦距镜 头具备变焦环、聚焦环和使聚焦环向FAR侧及NEAR侧移动的步进马 达。此方法是使聚焦环向着第1移动方向移动第1移动距离，所述第1 移动方向朝向FAR侧以及NEAR侧中的其中一侧，然后使聚焦环向着 与第1移动方向相反的第2移动方向移动第2移动距离，所述第2移
动距离被设定为大于第1移动距离且在聚焦环可移动范围以内，将向 此第2移动方向移动的聚焦环的到达点作为调节基准点，使聚焦环在 第2移动距离以下的范围内从调节基准点向第1移动方向移动来进行 调焦。
发明的效果
本发明可以提供一种可变焦距镜头，如上所述，所述可变焦距镜 头通过设置对聚焦环的移动进行适当地控制的结构，具有变焦倍率不 会减小并且可以不需要原点传感器的效果。
如以下说明，本发明还存在其它的形式。因此，本发明的公开旨 在提供本发明的其中一部分形式，而不是要限制在此所记述的权利要 求的范围。


图1是表示具备本发明实施方式的可变焦距镜头的摄像装置的图。
图2是表示本实施方式涉及的可变焦距镜头的自动聚焦动作的流 程图。
图3是一并表示可变焦距镜头的聚焦范围与通常的变焦镜头的聚 焦范围的图。
图4是表示对焦位置位于中央附近时的自动聚焦动作的示例的图。
图5是表示对焦位置位于FAR端附近时的自动聚焦动作的示例的图。
图6是表示对焦位置位于NEAR端附近时的自动聚焦动作的示例 的图。
图7A是表示变焦环位于TELE侧时的聚焦环位置与聚焦评估值的 关系的图。
图7B是表示变焦环位于WIDE侧时的聚焦环位置与聚焦评估值的
关系的图。
图8是表示具备本发明第2实施方式的可变焦距镜头的摄像装置 的图。
图9A是表示变焦环的TELE侧/WIDE侧的检测处理的图。 图9B是表示变焦环的TELE侧/WIDE侧的检测处理的图。 图10是表示第2实施方式中变焦环位于TELE侧时的调焦处理的图。
图11是表示第2实施方式中变焦环位于WIDE侧时的调焦处理的图。
图12是表示具备现有的可变焦距镜头的摄像装置的图。
图13A是表示对焦位置位于中央附近时的现有的自动聚焦动作的图。
图13B是表示对焦位置位于FAR端附近时的现有的自动聚焦动作 的图。
图13C是表示对焦位置位于NEAR端附近时的现有的自动聚焦动 作的图。
附图标记说明
I 摄像装置 3 变焦环
5 聚焦环
7 摄像元件
9 摄像机DSP
II 图像电路 13 步进马达 15 微电脑
具体实施例方式
以下对本发明进行详细说明。但是，以下的详细说明和附图并非 用于限定发明。相反，发明的范围是由附上的权利要求书来规定的。
本发明的可变焦距镜头具备变焦环、聚焦环、使聚焦环向FAR侧
及NEAR侧移动的步进马达、和通过控制步进马达使聚焦环移动来进 行调焦的调焦部，调焦部使聚焦环向着第1移动方向移动第1移动距 离，所述第1移动方向朝向FAR侧以及NEAR侧中的其中一侧，然后 使聚焦环向着与第1移动方向相反的第2移动方向移动第2移动距离， 所述第2移动距离被设定为大于第1移动距离且在聚焦环可移动范围 以内，将向此第2移动方向移动的聚焦环的到达点作为调节基准点， 使聚焦环在第2移动距离以下的范围内从调节基准点向第1移动方向 移动来进行调焦。在此，第1移动距离以及第2移动距离也可以是预 先设定好的固定值。此外，如后述的示例，第1移动距离以及第2移 动距离也可以改变，其中第2移动距离也可以根据第1移动距离来确 定。
根据该结构，由于设置有基于如上所述的调节基准点来控制聚焦 环的移动的结构，因此，即使不进行基于特定固定原点的绝对位置控 制，也可以检测出对焦位置。此外，即使不通过软件在可移动范围端 部设定余量，也可以顺利地检测出对焦位置。因此，可以提供一种变 焦倍率不会减小并且可以不需要原点传感器的可变焦距镜头。
此外，可以将第1移动距离设定为在聚焦环可移动范围的1/8以 下，且可以将第2移动距离设定为在聚焦环可移动范围的1/4以下。根 据此结构，可以縮短用于调焦的聚焦环的移动距离，从而可以在短时 间内进行调焦。不必像现有的那样组合高速驱动与低速驱动，仅通过 低速驱动即可进行调焦。
此外，可以将第2移动距离设定为第l移动距离的2倍。根据此 结构，可以从调焦开始位置两侧的适当区域适当地检测出对焦位置。
此外，调焦部也可以具有TELE/WIDE检测部，所述TELE/WIDE
检测部检测变焦环是位于TELE侧还是位于WIDE侧，可以使变焦环 位于WIDE侧时的第1移动距离大于变焦环位于TELE侧时的第1移 动距离。
根据此结构，将变焦环位于WIDE侧时的第1移动距离设定为大 于变焦环位于TELE侧时的第l移动距离。由此，可以实现在TELE侧 縮短聚焦环移动距离，从而将调焦时间抑制得较短，并且在WIDE侧 也可确保足够的聚焦环移动距离，从而切实地进行调焦。
此外，TELE/WIDE检测部可以使用表示摄像信号空间频率特性的 积分值的聚焦评估值，基于与TELE侧相比在WIDE侧聚焦环移动时 的聚焦评估值的变化量变小这一聚焦评估值特性，根据聚焦评估值的 变化量来检测变焦环是位于TELE侧还是位于WIDE侧。根据此结构， 由于利用聚焦评估值，所以不使用特殊的传感器等便可进行TELE侧与 WIDE侧的检测。因此，可以用简单结构来实现本发明。
此外，调焦部在变焦环位于TELE侧时可以将基准第1移动距离 作为第1移动距离，变焦环位于WIDE侧时可以将基准第1移动距离 加上延长第1移动距离所得的距离作为第1移动距离。根据此结构， 可以使第1移动距离在变焦环位于TELE侧时与位于WIDE侧时适当 地不同。
此外，TELE/WIDE检测部可以在聚焦环向第1移动方向移动基准 第1移动距离的期间根据聚焦评估值进行TELE侧/WIDE侧的检测。
根据此结构，可以在移动基准第1移动距离的期间进行TELE侧 /WIDE侧的检测，从而可以判断出是否附加了延长第1移动距离。在 移动基准第1移动距离的过程中，完成TELE/WIDE检测处理。因此， 尽管使用从摄像信号获得的聚焦评估值，也可以迅速地进行调焦而不 会将时间浪费在TELE/WIDE检测处理中。
本发明并不限定于上述的可变焦距镜头的形式。本发明的另外的 形式例如是如上所述的摄像装置以及自动聚焦方法。这些其它形式也 以可实现上述可变焦距镜头形式中所述的调焦的方式构成。此外，关 于摄像装置所说明的附加事项也可以同样地应用于这些其它形式。而 且，在这些其它形式中，也可以获得与可变焦距镜头的形式相同的优 点。
以下，利用

本发明的实施方式中的可变焦距镜头与具备 该可变焦距镜头的摄像装置。
(第1实施方式) 图1表示具备本发明实施方式涉及的可变焦距镜头的摄像装置。
在图1中，摄像装置1具备变焦环3、聚焦环5、摄像元件7、摄像机 DSP9及图像电路11，以作为与摄像有关的结构。变焦环3以及聚焦环 5中设置的多个镜头将被摄体像形成于摄像元件7中，然后摄像元件7 将被摄体像转换成电信号。将摄像元件7的输出信号经过摄像机DSP9 中的处理后提供给图像电路11。
变焦环3以及聚焦环5并列配置在镜筒中，可以单独进行手动转 动。转动各个环时，使各个环围绕着光轴转动，由此，固定在环上的 镜头沿着光轴方向移动。通过转动变焦环3来进行变焦，以调节视角。 此外，通过转动聚焦环5来进行调焦。
此外，作为与自动聚焦功能有关的结构，摄像装置1具备步进马 达13以及微电脑15。与现有的摄像装置相比，省去了原点传感器。
步进马达13设置在聚焦环5上，使聚焦环5向FAR侧以及NEAR 侧移动。步进马达13由微电脑15控制。
微电脑15中内置有可逆计数器，利用可逆计数器的计数值来控制
步进马达13的转动量，从而对聚焦环5的位置进行控制。微电脑15 相当于本发明的调焦部。可逆计数器也可以设置在步进马达13的驱动 IC中。
此外，摄像装置1中具备自动聚焦指示按钮17。当按下自动聚焦 指示按钮17时，微电脑15控制步进马达13，从而进行调焦。但是， 在本发明的范围内，可以根据按钮操作以外的触发器来进行自动调焦。 例如，可以通过通信将聚焦指示发送给摄像装置1。
微电脑15根据由摄像机DSP9提供的聚焦评估值控制聚焦环5的 位置。聚焦评估值是表示摄像信号的高通分量大小的信号，摄像机DSP9 根据摄像元件7的输出信号生成聚焦评估值。微电脑15根据转动聚焦 环5时的聚焦评估值的变化使聚焦环5转动到对焦位置(最佳对焦位 置、焦点准确对准的位置、或者焦点恰好对准的位置，以下相同)。对 焦位置是摄像信号的高通分量达到最大的位置。
图2表示本实施方式中的摄像装置1的自动聚焦动作。图2是微 电脑15中的控制流程图。在以下说明中，步数是利用可逆计数器计数 的步进马达13的步数。步数与聚焦环5的移动量一一对应，因此，在 以下说明中，用步数来表示聚焦环5的移动量。在本实施方式的示例 中，100步相当于聚焦环可移动范围(聚焦环5的机械可移动范围)的 约1/8， 200步相当于聚焦环可移动范围的约1/4。
如图2所示，微电脑15首先使聚焦环5向FAR侧转动IOO步(SI)， 接着向NEAR侧转动200步(S3)，然后使可逆计数器复位(S5)。此 位置成为调节基准点。进而，微电脑15使聚焦环5向FAR侧转动200 步，在此期间，进行对焦位置的检测(S7)。
然后，微电脑15使聚焦环5向NEAR侧转动，以到达超过被检测
出的对焦位置的位置为止(S9)。最后，微电脑15使聚焦环5向FAR 侧转动，并使聚焦环5停止在对焦位置上(Sll)。
在上述过程中，步骤S7的对焦位置检测是在朝向FAR侧移动的 过程中进行的。并且，步骤Sll的停止控制也是在朝向FAR侧移动的 过程中进行的。这些动作均是为了除去无效行程。
在上述控制中，设定了 100步、200步之类的移动范围。如上所 述，100步、200步相当于聚焦环可移动范围的约1/8以及约1/4。这样， 聚焦环5的移动范围设定得较窄，因此对焦位置的搜寻范围也设定得 较窄。能够在这样窄的移动范围内进行调焦的理由如下。
图3 —并表示可变焦距镜头的聚焦范围与通常的变焦镜头的聚焦 范围。图中，横轴是视角，左侧是WIDE，右侧是TELE (远距镜头)。 此外，纵轴是聚焦位置。而且，图表中的实线是INF (无限远)，虚线 是MOD (Minimum Object Distanse，最近距离)。
如图3所示，可变焦距镜头的聚焦范围不同于变焦镜头的聚焦范 围，具有在WIDE侧和在TELE侧聚焦范围均较窄的特征。由于聚焦 范围较窄，所以在视角调节过程中，焦点也是大致对准的。因此，只 要搜寻调焦开始时的聚焦环位置的附近，便可以搜寻到对焦位置。关 于这一点，以下使用示例来进行更详细的说明。
在此，以监视摄像机为例来考虑。简易型变焦镜头的可变焦距镜 头，作为监视摄像机用镜头而得到普及。在监视摄像机的设置作业中， 操作员用手分别转动变焦环与聚焦环，以进行视角调节和调焦。此时， 假设操作员只是试着单独进行视角调节。这时，如图3所示，由于可 变焦距镜头的聚焦范围较窄，所以发生较大程度的偏焦，从而导致图 像模糊。因此，实际上不可能只是单独调节视角。于是，操作员转动 变焦环与聚焦环两者来同时进行视角调节与调焦。由于进行这样的作
业，所以在视角调节过程中焦点也是大致对准的。因此，如本实施方 式的控制那样，即使调焦的搜寻范围狭窄，搜寻范围内也存在对焦位置。
图4至图6表示本实施方式的自动聚焦动作的示例。图4至图6 是聚焦环5的位置变化的图，左侧是NEAR侧，右侧是FAR侧。NEAR 端与FAR端是机械末端。并未设定如现有那样的软件端的余量。
图4的示例中，聚焦环5的开始位置(自动聚焦前的位置)以及 对焦位置(自动聚焦后的位置)均位于聚焦环可移动范围的中央附近。
此时，在微电脑15的控制下，聚焦环5向FAR侧前进100步， 并向NEAR侧前进200步。在此，使可逆计数器复位，然后，聚焦环5 向FAR侧前进200步，在该过程中，检测出对焦位置。继而，聚焦环 5向NEAR侧移动并超过对焦位置，然后向FAR侧移动并停止在对焦 位置上。在此例中，步进马达13在聚焦环可移动范围的两端并未产生 失步。
其次，在图5的示例中，聚焦环5的开始位置以及对焦位置均位 于聚焦环可移动范围的FAR端附近。此时，在最初聚焦环5向FAR侧 移动100步的过程中，步进马达13出现失步，聚焦环5停止在FAR端。 其次，聚焦环5向NEAR侧前进200步。
在此，使可逆计数器复位，然后聚焦环5向FAR侧前进200步， 在该过程中，检测出对焦位置。进而，聚焦环5向NEAR侧移动并超 过对焦位置，然后向FAR侧移动并停止在对焦位置。
此例中，在最初聚焦环5向FAR侧移动的过程中，步进马达13 出现失步。但是，其后，向NEAR侧后退200步来设定调节基准点。 此后，向FAR侧移动200步之后不再继续移动。因此，在设定调节基准点之后，就不会再出现失步。这样一来，可以准确地检测对焦位置， 从而使聚焦环5准确地停止在对焦位置。
其次，在图6的示例中，聚焦环5的开始位置以及对焦位置均位
于聚焦环可移动范围的NEAR端附近。此时，在聚焦环5向FAR侧移 动100步后再向NEAR侧移动200步的过程中，步进马达13出现失步， 聚焦环5停止在NEAR端。在此NEAR端，使可逆计数器复位，然后 聚焦环5向FAR侧前进200步，在此过程中检测对焦位置。进而，聚 焦环5向NEAR侧移动并超过对焦位置，然后向FAR侧移动并停止在 对焦位置。
在此例中，在聚焦环5向NEAR侧后退200步的过程中，步进马 达13出现失步，聚焦环5—直停止在NEAR端。因此，在NEAR端使 可逆计数器复位，NEAR端成为调节基准点。并且，聚焦环5向FAR 侧移动200步并检测出对焦位置。其后，聚焦环5向NEAR侧后退200 步之后便不再继续后退，而是停止在对焦位置上。因此，在设定调节 基准点之后，步进马达13便不会再出现失步。如此一来，便可以准确 地检测对焦位置，从而使聚焦环5准确地停止在对焦位置上。
如使用上述三个示例所说明的那样，在本实施方式中，通过进行 图2的控制，聚焦环5的开始位置不论位于聚焦环可移动范围的何处， 均可以顺利地检测出对焦位置，并可以使聚焦环5向对焦位置移动。 尤其是本实施方式的控制中，如上所述使用通过最初的往复移动而设 定的调节基准点来代替固定原点。而且，设法进行控制，以允许在设 定此调节基准点之前发生失步。由此，本实施方式中，即使不设置软 件端的余量，且无论聚焦环5位于何处，均可以实现对调焦的适当控 制。
其次，说明上述实施方式的变形例。在上述示例中，聚焦环5按 FAR方向、NEAR方向、FAR方向的顺序移动。但是，聚焦环5的移
动方向也可以与上述相反，按NEAR方向、FAR方向、NEAR方向的 顺序移动。也就是说，在上述示例中，FAR方向以及NEAR方向分别 是本发明的第1移动方向以及第2移动方向，而在变形例中，NEAR 方向可以是第l移动方向，FAR方向是第2移动方向。
此外，在上述的示例中，朝向第l移动方向(FAR方向)的第1 移动距离是100步，接下来的朝向第2移动方向(NEAR方向)的第2 移动距离是200步。但是，在本发明的范围内也可以改变移动距离。 可以将第2移动距离设定为大于第1移动距离并在聚焦环可移动范围 以内。并且，将两距离的大小设定为通过第1移动距离以及第2移动 距离的移动使聚焦环5超过对焦位置的程度。
但是，如上所述的100步、200步之类的移动距离被设定得较窄， 分别相当于聚焦环可移动范围的1/8以及1/4。如已经说明的，考虑到 聚焦范围较窄这一可变焦距镜头的特征，从而移动距离被设定得较小。 并且，这样狭窄的移动距离可以縮短自动聚焦动作所需的时间，所以 是有利的。进而，在现有技术中，由于移动距离较大，所以对高速往 复移动和低速往复移动进行了组合。对此，在本实施方式中，由于移 动距离较小，因此聚焦环5可以从一开始就以低速移动。在这一点上， 上述移动距离的设定也是有利的。
此外，在上述示例中，虽然第2移动距离是第l移动距离的2倍， 但是在本发明中不受限定。但是， 一般来说，对焦位置能够以相同概 率存在于聚焦环5的开始位置的任一侧。如果考虑到这一点，那么只 要第2移动距离为第1移动距离的2倍，则可以对开始位置的两侧同 样地进行搜寻，所以是有利的。
以上，对本发明的实施方式涉及的可变焦距镜头以及具备所述可 变焦距镜头的摄像装置1进行了说明。根据上述实施方式，调焦时聚 焦环5向第1移动方向移动规定的第1移动距离，接着向第2移动方 向移动规定的第2移动距离，将向此第2移动方向移动的聚焦环5的
到达点设为调节基准点(在上述示例中，第1移动方向是FAR方向， 第2移动方向是NEAR方向，第1移动距离是100步，第2移动距离 是200步)。进而，使聚焦环5在第2移动距离以下的范围内从调节基 准点向第1移动方向移动，以进行调焦。由于基于这样的调节基准点 进行控制，因此即使不进行基于特定固定原点的绝对位置的控制，也 可以检测出对焦位置。此外，即使不利用软件在可移动范围端部设定 余量，也可以顺利地检测出对焦位置。因此，变焦倍率不会减小，并 且可以不需要原点传感器。
此外，根据上述实施方式，将第1移动距离设定为聚焦环可移动 范围的1/8以下，并将第2移动距离设定为聚焦环可移动范围的1/4以 下。由此，可以縮短用于调焦的聚焦环的移动距离，从而可以在短时 间内进行调焦。不像现有的那样组合高速驱动和低速驱动，仅通过低 速驱动也可以进行调焦。
此外，根据上述实施方式，将第2移动距离设定为第1移动距离 的2倍。由此，可以根据调焦的开始位置两侧的适当区域适当地检测 出对焦位置。
(第2实施方式)
其次，对本发明的第2实施方式涉及的可变焦距镜头以及具备所 述可变焦距镜头的摄像装置进行说明。
如果将上述第1实施方式和第2实施方式进行对比，则在第1实 施方式中，进行自动调焦时，最初使聚焦环移动规定的第1移动距离， 且此规定的第1移动距离被设定为固定值。与之相对，在第2实施方 式中，第1移动距离则可以改变。更详细来说，可以检测出变焦环是 位于TELE侧还是位于WIDE侦lj。而且，变焦环位于WIDE侧时的第1 移动距离大于变焦环位于TELE侧时的第1移动距离。此外，第2移动
距离也随之根据变焦环是位于TELE侧还是位于WIDE侧而发生变更。 而且，在变焦环位于WIDE侧时，第2移动距离变长。以下，主要说 明与第1实施方式的不同之处，对于与第1实施方式共同的事项则省 略说明。
首先，说明需要利用本实施方式的技术的背景情况。图7A、图7B 示意性地表示变焦环3位于TELE侧及WIDE侧时的聚焦环位置与聚 焦评估值的关系。图7A表示变焦环3位于TELE侧，图7B表示变焦 环3位于WIDE侧。例如，TELE侧的端部的倍率为3.3倍，WIDE侦U 的端部的倍率为l倍。在图7A、图7B中，点JP是对焦位置。点MP 是最初手动调焦后的聚焦环位置，且是自动聚焦开始时的聚焦环位置。 此外，Dl是第1移动距离。
如图7A、图7B所示，在TELE侧、WIDE侧这两侧中，聚焦评 估值在对焦位置JP达到最大，在其两侧则变小。如果将两者进行对比， 虽然会因被摄体的不同而不同，但是如图所示，在TELE侧，聚焦评估 值的变化剧烈，而在WIDE侧，聚焦评估值的变化则较平缓。
如上所述，在TELE侧，聚焦评估值的变化较为剧烈，因此调焦 较为灵敏，只要稍微移动聚焦环，聚焦状态就会发生较大变化。这意 味着，如果手动调节时没有准确地对焦，就会产生较大模糊。结果将 如图7A所示，手动调节的聚焦环位置MP距离对焦位置JP相当近。 并且，当从此位置MP开始调焦，使聚焦环移动第1移动距离D1时， 聚焦环将顺利地通过对焦位置JP。并且，利用第1实施方式中所说明
的方式来实现调焦。
与之相对，在WIDE侦ij，聚焦评估值的变化较为平缓，调焦较为 迟钝，即使聚焦环与对焦位置JP有相当的距离，模糊程度也较小。因 此，手动调节时的调焦变得不准确，结果如图7B所示，手动调节的聚 焦环位置MP有可能距离对焦位置JP相当远。这时，即使从位置MP
开始调焦，使聚焦环移动第1移动距离D1，聚焦环也无法通过对焦位 置JP。其结果为，即使进行第1实施方式中说明的调焦，也无法使聚 焦环移动到真正的对焦位置JP上。而且，将聚焦位置确定在看似是对
焦位置而实则错误的位置。
在设定较小的第1移动距离D1的情况下，会产生上述问题。只要
事先设定足够大的第1移动距离Dl，便可以避免上述问题。在图7B 的示例中，也可以利用第1移动距离D1的移动，使聚焦环通过对焦位
置JP。
但是，从调焦时间的观点来说，增大第1移动距离D1绝对不利于 缩短调焦时间。为了缩短调焦时间，希望尽可能地縮短第1移动距离 Dl。
本实施方式可以恰当地解决上述问题。本实施方式中，如以下所 述，进行变焦镜头的TELE侧/WIDE侧的检测，并根据检测结果来控 制第1移动距离。由此，在本实施方式中，尽可能地縮小了第1移动 距离的同时，也确保了在WIDE侧的调焦能力。
图8表示具备本实施方式涉及的可变焦距镜头的摄像装置。如图 所示，在本实施方式中，追加了 TELE/WIDE检测部18。 TELE/WIDE 检测部18设置在作为本发明的调焦部而发挥作用的微电脑15中。下 述TELE/WIDE检测处理的程序由微电脑15来执行，由此，可以使 TELE/WIDE检测部18的功能得到实现。
TELE/WIDE检测部18根据由摄像机DSP9所提供的聚焦评估值 来检测变焦环3是位于TELE侧还是位于WIDE侦ij。聚焦评估值(也 称作AF评估值)是空间频率特性的全像素积分值，表示摄像信号的高 通分量的大小。
如图9A及图9B所示，在WIDE侧与在TELE侧，相对于聚焦环 位置的聚焦评估值的变化量是不同的。TELE侧比WIDE侧的变化大。 这一点如同使用图7A以及图7B所说明的那样。因此，TELE/WIDE 检测部18对所获得的聚焦评估值进行处理，求出其变化量。并且，如 果聚焦评估值的变化量大于规定的阈值，则TELE/WIDE检测部18判 定变焦环3位于TELE侦ij，而如果聚焦评估值的变化量在规定的阈值以 下，则TELE/WIDE检测部18判定变焦环3位于WIDE侧。
在本实施方式中，使用步进马达13，并且如前所述，以步数来表 示聚焦环位置。因此，在具体的结构中，TELE/WIDE检测部18可以 将一步的聚焦评估值的变化量与阈值进行对比。
此外，如图9A以及图9B所示，在开始调焦而使聚焦环5开始移 动直至聚焦环5移动基准第1移动距离D10为止的期间，TELE/WIDE 检测部18进行上述TELE侧/WIDE侧的检测。艮P ， TELE/WIDE检测 部18在基准第1位移动距离D10的范围内进行TELE侧/WIDE侧的检
微电脑15根据TELE/WIDE检测部18的检测结果控制第1移动 距离D1。如果变焦环位置在TELE侧，则微电脑15将基准第1移动距 离D10作为第1移动距离D1。如果变焦环位置在WIDE侧，则微电脑 15将基准第1移动距离D10加上规定的延长第1移动距离Dll所得的 距离作为第1移动距离Dl。将基准第1移动距离D10与延长第1移动 距离D11预先设定好，并存储在微电脑15的存储装置中，并通过微电 脑15来进行参照。这样，微电脑15使变焦环3位于WIDE侧时的第1 移动距离Dl大于变焦环3位于TELE侧时的第1移动距离Dl。此外， 在任一情况下，第2移动距离D2均被设定为第1移动距离D1的2倍。
图10、图ll表示TELE侧以及WIDE侧的聚焦环位置的控制处理。 图10为TELE侧，图11为WIDE侧。 参照图10，在本实施方式中，基准第1移动距离D10为250步。 在图10的示例中，在移动基准第1移动距离D10的过程中，检测出变 焦环3位于TELE侧。此时，微电脑15将基准第1移动距离D10作为 第1移动距离Dl。 g卩，微电脑15在聚焦环5移动了基准第1移动距 离D10时，使移动方向反转。而且，微电脑15使聚焦环5向NEAR侧 移动第2移动距离D2。第2移动距离D2是第1移动距离的2倍，此 时，第2移动距离D2是500步。
如果聚焦环5向NEAR侧移动第2移动距离D2，则使可逆计数器 复位，此位置成为调节基准点。然后，聚焦环5向FAR侧和NEAR侧 移动第2移动距离D2 (500步)，在该往复过程中检测出对焦位置。最 后，使聚焦环5向FAR侧移动，并停止在对焦位置上。
其次，参照图ll，在移动基准第1移动距离D10的过程中，当检 测出变焦环3位于WIDE侧时，微电脑15将基准第1移动距离D10加 上延长第1移动距离D11所得的距离作为第1移动距离D1。即，即使 聚焦环5到达基准第1移动距离DIO，微电脑15也会使此聚焦环5继 续移动，再移动延长第1移动距离Dll。由此，向第1移动方向移动的 到达点被延长并偏移延长第1移动距离Dll。在图示中，延长第1移动 距离Dll为150步。这时，第1移动距离D1共计为400步(=250步 + 150步)。以后的处理与图IO的TELE侧的示例相同。但是，第2移 动距离D2是第1移动距离D1的2倍，即为800步。这样一来，当变 焦环3位于WIDE侧时，对焦位置的搜寻范围将扩大。
比较上述图10、图11，在图10的示例中，变焦环3位于TELE 侧，因此可以比较准确地进行手动调节，从而使调焦的开始位置靠近 对焦位置。因此，聚焦环5只要移动基准第1移动距离D10 (250 步)， 便可以通过对焦位置，从而聚焦环5最终可以顺利地停止在对焦位置 上。
与之相对，在图ll的示例中，由于变焦环3位于WIDE侧，所以 手动调节不准确，开始位置距离对焦位置较远。因此，假如未应用本
实施方式的处理，则聚焦环5在通过对焦位置之前便返回。没有检测 出真正的对焦位置，结果是聚焦环5停止在错误的位置上。利用本实 施方式可避免这样的情况。即，如图所示，如果检测出位于WIDE侧， 则最初的第1移动距离Dl被延长，因此聚焦环5可以通过对焦位置。 可以使真正的对焦位置包含在自动聚焦的搜寻范围中，由此，可以准 确地进行调焦。
另外，在上述图10、图11的动作示例中，并未说明步进马达13 出现失步的情况。但是，本实施方式的控制与第1实施方式中使用图4 至图6所说明的相同，无论马达是否出现失步，均可通过相同处理来 进行调焦。关于这一点，由于与第1实施方式相同，所以省略说明。 但是，在第1实施方式的图5的示例中，马达提前出现失步。如果考 虑到这样的早期失步的可能性，则理想的是，在聚焦环5刚刚开始移 动后的早期阶段就实施TELE侧/WIDE侧的检测。例如，可以在聚焦 环5开始移动后的数步内就进行TELE侧/WIDE侧的检测。
此外，如果将第2实施方式的自动聚焦处理(图10、图ll)与第 1实施方式(例如图4)进行对比，则第2实施方式的步数(移动距离) 总体来说较大。这一点可以根据摄像装置的规格来适当地设定。
此外，如果将第2实施方式的自动聚焦处理(图10、图ll)与第 1实施方式(例如图4)进行对比，则检测出对焦位置后的、朝向NEAR 侧的聚焦环5的后退量设定得较大。具体来说，在第1实施方式中， 聚焦环5后退到稍微超过对焦位置的位置，而在第2实施方式中，聚 焦环5则是后退到基准点。关于这一部分，在本发明的范围内进行哪 一个处理都行。
以上，对本实施方式中的调焦处理进行了说明。最后，对TELE 侧/WIDE侧的设定进行补充说明。关于TELE侧与WIDE侧的分界， 可以在能理想地获得本发明的效果的范围内进行适当设定。如果增大 TELE/WIDE检测的阈值，贝ljTELE侧变窄，而WIDE侧变宽。反之， 如果减小阈值，则TELE侧变宽，而WIDE侧变窄。并且，如果使WIDE 侧增宽，那么使用较广的搜寻范围的机会将增多。因此，整体来说， 调焦精度将提高，但会延长调焦时间。反之，如果使WIDE侧变窄， 那么使用较窄的搜寻范围的机会将增多。因此，整体来说，调焦时间 将縮短，但却对调焦精度不利。考虑到这些因素，理想的是在能够确 保调焦精度的范围内，尽可能地降低检测阈值，从而使得WIDE侧区 域变窄。
以上，对本发明的第2实施方式涉及的可变焦距镜头以及具备所 述可变焦距镜头的摄像装置1进行了说明。根据本实施方式，可以检 测变焦环是位于TELE侧还是位于WIDE侧。并且，使变焦环位于WIDE 侧时的第1移动距离大于变焦环位于TELE侧时的第l移动距离。由此， 可以实现在TELE侧縮短聚焦环移动距离，从而将调焦时间抑制得较 短，同时在WIDE侧也确保了足够的聚焦环移动距离，从而可切实地 进行调焦。
此外，根据本实施方式，使用表示摄像信号空间频率特性的积分 值的聚焦评估值，基于与TELE侧相比在WIDE侧聚焦环移动时的聚 焦评估值的变化量较小这一聚焦评估值特性，根据聚焦评估值的变化 量来进行TELE侧/WIDE侧的检测。由此，通过利用聚焦评估值，不 使用特殊的传感器等便可以进行TELE侧与WIDE侧的检测，从而可 以用简单的结构来实现本发明。
此外，本实施方式的调焦处理中，在变焦环位于TELE侧时，将 基准第1移动距离作为第1移动距离，在变焦环位于WIDE侧时，将 基准第1移动距离加上延长第1移动距离所得的距离作为第1移动距
离。由此，可以使第1移动距离在变焦环位于TELE侧时与位于WIDE 侧时适当地不同。
此外，根据本实施方式，在聚焦环向第1移动方向移动基准第1 移动距离的期间，根据聚焦评估值来进行TELE侧/WIDE侧的检测。 由此，可以在移动基准第1移动距离的期间进行TELE侧/WIDE侧的 检测，并判断是否附加有延长第1移动距离。在移动基准第1移动距 离的过程中，完成TELE/WIDE检测处理。因此，尽管使用从摄像信号 获得的聚焦评估值，也可以迅速地进行调焦，而不会将时间浪费在 TELE/WIDE检测处理中。
以上说明了当前所能考虑到的本发明的优选实施方式，但应理解 的是对于本实施方式可进行多种变形，并且旨在将本发明的实质精神 和范围内的所有变形都包含在附上的权利要求书中。
工业利用可能性
如上所述，本发明涉及的可变焦距镜头具有不会减小变焦倍率并 且可以不需要原点传感器的效果，能够用于监视摄像机用镜头等。
权利要求
1.一种可变焦距镜头，具备变焦环；聚焦环；步进马达，其使所述聚焦环向FAR侧以及NEAR侧移动；以及调焦部，其控制所述步进马达来移动所述聚焦环，从而进行调焦，其特征在于所述调焦部使所述聚焦环向着第1移动方向移动第1移动距离，所述第1移动方向朝向所述FAR侧以及所述NEAR侧中的其中一侧，然后使所述聚焦环向着与所述第1移动方向相反的第2移动方向移动第2移动距离，所述第2移动距离被设定为大于所述第1移动距离且在聚焦环可移动范围以内，将向该第2移动方向移动的所述聚焦环的到达点作为调节基准点，使所述聚焦环在所述第2移动距离以下的范围内从所述调节基准点向所述第1移动方向移动，从而进行调焦。
2. 根据权利要求l所述的可变焦距镜头，其特征在于-将所述第1移动距离设定为所述聚焦环可移动范围的1/8以下，将所述第2移动距离设定为所述聚焦环可移动范围的1/4以下。
3. 根据权利要求1所述的可变焦距镜头，其特征在于 将所述第2移动距离设定为所述第1移动距离的2倍。
4. 根据权利要求l所述的可变焦距镜头，其特征在于 所述调焦部具有检测所述变焦环是位于TELE侧还是位于WIDE侧的TELE/WIDE检测部，并且使所述变焦环位于WIDE侧时的所述第 1移动距离大于所述变焦环位于TELE侧时的所述第1移动距离。
5. 根据权利要求4所述的可变焦距镜头，其特征在于所述TELE/WIDE检测部使用表示摄像信号空间频率特性的积分值的聚焦评估值，基于与TELE侧相比在WIDE侧聚焦环移动时的所 述聚焦评估值的变化量变小这一聚焦评估值特性，根据所述聚焦评估 值的变化量来检测所述变焦环是位于TELE侧还是位于WIDE侧。
6. 根据权利要求5所述的可变焦距镜头，其特征在于 所述调焦部在所述变焦环位于TELE侧时将基准第1移动距离作为所述第1移动距离，在所述变焦环位于WIDE侧时将所述基准第1 移动距离加上延长第1移动距离所得的距离作为所述第1移动距离。
7. 根据权利要求6所述的可变焦距镜头，其特征在于 在所述聚焦环向所述第1移动方向移动所述基准第1移动距离的期间，所述TELE/WIDE检测部根据所述聚焦评估值来进行TELE侧 /WIDE侧的检测。
8. —种摄像装置，具备 变焦环；聚焦环； 摄像元件；步进马达，其使所述聚焦环向FAR侧以及NEAR侧移动；以及 调焦部，其根据由所述摄像元件的摄像信号生成的聚焦评估值控 制所述步进马达来移动所述聚焦环，从而进行调焦， 其特征在于所述调焦部使所述聚焦环向着第1移动方向移动第1移动距离， 所述第1移动方向朝向所述FAR侧以及所述NEAR侧中的其中一侧， 然后使所述聚焦环向着与所述第1移动方向相反的第2移动方向移动 第2移动距离，所述第2移动距离被设定为大于所述第1移动距离且 在聚焦环可移动范围以内，将向该第2移动方向移动的所述聚焦环的 到达点作为调节基准点，使所述聚焦环在所述第2移动距离以下的范 围内从所述调节基准点向所述第1移动方向移动，从而进行调焦。
9. 根据权利要求8所述的摄像装置，其特征在于所述调焦部具有检测所述变焦环是位于TELE侧还是位于WIDE 侧的TELE/WIDE检测部，并且使所述变焦环位于WIDE侧时的所述第 1移动距离大于所述变焦环位于TELE侧时的所述第1移动距离。
10. —种自动聚焦方法，适用于具备变焦环、聚焦环以及使所述 聚焦环向FAR侧及NEAR侧移动的步进马达的可变焦距镜头，通过控 制所述步进马达来移动所述聚焦环，从而进行调焦，其特征在于使所述聚焦环向着第1移动方向移动第1移动距离，所述第1移 动方向朝向所述FAR侧以及所述NEAR侧中的其中 一 侧，然后使所述聚焦环向着与所述第1移动方向相反的第2移动方向 移动第2移动距离，所述第2移动距离被设定为大于所述第1移动距 离且在聚焦环可移动范围以内，并将向该第2移动方向移动的所述聚 焦环的到达点作为调节基准点，使所述聚焦环在所述第2移动距离以下的范围内从所述调节基准 点向所述第1移动方向移动，从而进行调焦。
11. 根据权利要求IO所述的自动聚焦方法，其特征在于 检测所述变焦环是位于TELE侧还是位于WIDE侧，并且使所述变焦环位于WIDE侧时的所述第l移动距离大于所述变焦环位于TELE 侧时的所述第l移动距离。
全文摘要
本发明提供一种可变焦距镜头，其不会减少变焦倍率，并且可以不需要原点传感器。微电脑(15)是调焦部，控制步进马达(13)来移动聚焦环(5)，从而进行调焦。微电脑(15)使聚焦环(5)向着朝向FAR侧以及NEAR侧中的其中一侧的第1移动方向移动第1移动距离，然后使聚焦环(5)向着与第1移动方向相反的第2移动方向移动第2移动距离，将向该第2移动方向移动的聚焦环的到达点作为调节基准点，使聚焦环在第2移动距离以下的范围内从调节基准点向第1移动方向移动，从而进行调焦。不再需要依靠软件在聚焦环(5)的可移动范围的端部设定余量。
文档编号G02B7/08GK101371179SQ20078000242
公开日2009年2月18日 申请日期2007年3月16日 优先权日2006年3月16日
发明者中村靖治, 入泽元太郎, 堀口修一, 森雄一郎, 水野雅文 申请人:松下电器产业株式会社