专利名称：镜头装置和成像装置的制作方法
镜头装置和成像装置
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本发明涉及包括驱动对焦镜头的对焦环的镜头装置和包括该镜头装置 的成像装置。
背景技术：
过去，在能够完成用于商业目的等的较先进操作的视频摄像机中，镜 头盒设置有用于移动对焦镜头的位置的对焦环。对焦环被手动旋转，以根 据需要调焦，并且对焦镜头可以基于对焦环的旋转量被沿着光轴向前和向 后移动。
在此情况下，对焦环不直接与对焦镜头驱动机构机械作用。对焦环的 旋转量被以电学方式检测，以驱动电动机，从而通过对焦镜头驱动机构移 动镜头。就是说，设置检测对焦环的旋转量的编码器，并且由编码器所检 测的旋转量被变换为信号，并被发送到电动机，以经由电动机驱动对焦镜 头。因此，对焦环不能具有固定的终点，并且可以在顺时钟和逆时针方向 上不受限制地无限旋转。利用不设置这样的固定终点的结构，例如，在利 用自动对焦功能自动进行调焦的同时，可以通过不受限制地手动旋转对焦 环，以简化方式校正调焦状态。
例如，在日本专利局所公布的日本未审査专利申请公开号H8-146282 中，公开了一种在自动调焦时与刻度环脱开的对焦环，以防止对焦环被旋 转。
在对焦环上没有固定终点的结构的优点在于，在自动对焦时可以较容 易地进行焦点校正，然而需要在取景器的显示器上确定自动对焦中的对焦 状态程度。在具有固定终点的对焦环的类型的镜头的情形中，对焦环的旋 转位置对应于调焦状态(焦距)，并因此可以容易地进行手动操作调节， 然而，具有固定终点的对焦环必须根据自动对焦时的调焦状态旋转，因而存在旋转对焦环的机构非常复杂的问题。
在此，在使用自动对焦功能的情况下，电动机的旋转速度存在限制， 并且因而难以以高于电动机的旋转速度的速度进行对焦。
鉴于上述问题完成了本发明，并且本发明意在在自动对焦和在手动调 焦时都可以执行合适的操作。
发明内容
根据本发明，设置了对焦镜头；驱动单元，其驱动所述对焦镜头；以 及第一对焦环，其可在光轴上的第一位置和第二位置之间移动。当所述第 一对焦环位于所述第一位置时，其旋转范围不受限制。第一旋转角度检测 单元检测所述第一对焦环处于所述第一位置时的旋转量。还设置了第二对 焦环，其在所述第一对焦环位于所述第二位置时与所述第一对焦环耦合。 第二对焦环的旋转范围被限制为对应于所述对焦镜头的可调节范围。第二 旋转角度检测单元检测所述第二对焦环的旋转量。在所述第一对焦环位于 所述第一位置时，基于由所述第一旋转角度检测单元所检测的所述旋转量 生成控制信号，并将所述信号提供到所述驱动单元，并且在所述第一对焦 环位于所述第二位置时，基于由所述第二旋转角度检测单元所检测的所述 旋转量生成控制信号，并将所述信号提供到所述驱动单元。
因此，当第一对焦环处于第一位置时，对焦镜头被响应于第一对焦环 的没有固定终点的旋转量来驱动，而当第一对焦环处于第二位置时，所述 第一对焦环处于具有固定终点的状态，并且对焦镜头被基于其旋转位置来 驱动。
根据本发明，通过切换第一对焦环的位置，可以容易地进行存在固定 终点的调焦和不存在固定终点的调焦两者，从而允许通过针对具体情况在 两种模式之间切换来实现快速调焦。
图1是示出了根据本发明的实施例的镜头装置的示例性构造的立体图。图2是示出了根据本发明的实施例的镜头装置的示例性构造的立体图。
图3是示出了根据本发明的实施例的镜头装置的示例性构造的立体图。
图4是示出了根据本发明的实施例的视频摄像机的内部构造的示例的 框图。
图5是示出了根据本发明的实施例，响应于沿光轴方向向前和向后移
动第一对焦环的操作在手动模式和全手动模式之间进行切换的处理的示例 的流程图。
具体实施例方式
下面将参考图l-5描述本发明的实施例。
本实施例被应用于具有手动模式和全手动模式的视频摄像机，在手动 模式中，可以执行自动对焦功能，而在全手动模式中，可以执行利用测距
取景器的对焦操作。图1和2是示出了视频摄像机100中的镜头单元的外 观的实例的立体图。在此实施例中，驱动对焦镜头的对焦环可以被夹在两 个位置(即沿光轴方向的前方位置和后方位置)之间。图1示出了其中对 焦环1位于光轴方向上的前方位置的状态，而图2示出了其中对焦环1位 于光轴方向上的后方位置的状态。
在图1和2中，镜头单元50包括透镜组10，其包含对焦镜头(没 有示出)等；镜头盒7，其容纳透镜组10;第一对焦环1，其沿光轴向前 和向后移动透镜组10中的对焦镜头；测距取景器3，其测量到对象的距 离；变焦环5，其改变透镜组10的焦距；变焦环手柄5a，其帮助变焦环5 的旋转；开关组6，其改变各种设置；以及安装单元8，其为与视频摄像 机的主体连接的部分。
第一对焦环1被沿顺时针或反时钟方向旋转，以沿光轴向前或向后移
动透镜组10中的对焦镜头。第一对焦环1和透镜组10之间的配合的细节 将在下面进行描述。第一对焦环1可以在两个位置，即沿光轴方向的前方 位置(第一位置图1中所表示的位置)和沿光轴方向的后方位置(第二位置图2中所表示的位置)，之间切换。当第一对焦环l位于如图2所 示的沿光轴方向的后方位置时，通过与测距取景器3合作来移动对焦镜 头。在第一对焦环1的各个位置处镜头单元50中的内部操作的细节将在 下面进行描述。
第一对焦环1其中设置有齿轮(带齿部分)，并且与类似地设置有带
齿部分的第二对焦环2啮合以及与其脱离，形成离合器机构。当第一对焦
环1沿着光轴向前移动时离合器被脱离，而当第一对焦环1沿着光轴向后
移动时离合器啮合。第一对焦环1和第二对焦环2之间的离合器机构将参 考图3来进行描述。图3 (a)是示出了连接第一对焦环1和第二对焦环2 的离合器的脱离状态的视图，而图3 (b)是示出了该离合器的啮合状态的 视图。在图3 (a)和3 (b)中，为了以类似方式表示第一对焦环l与第二 对焦环2啮合或者与其脱离的状态，用虚线来表示第二对焦环2的外围部 件。
图3 (a)示出了第一对焦环1沿着光轴在由箭头所示的方向上移动， 并且第一对焦环1的带齿部分la和第二对焦环2的带齿部分2a彼此分 离。当第一对焦环1在此状态下旋转时，其旋转量可以由设置作为旋转角 度检测单元(第一旋转角度检测单元)的编码器4a检测，并且检测信号被 发送到后面描述的电动机。注意，在此实施例中，编码器(旋转编码器) 被用作旋转角度检测单元，但是也可以使用任何检测旋转角度的其它传感 器。
图3 (b)示出了第一对焦环l沿着光轴在由箭头所示的方向上移动， 并且第一对焦环1的带齿部分la和第二对焦环2的带齿部分2a彼此啮 合。因为第一对焦环1和第二对焦环2彼此啮合，所以第一对焦环1的旋 转允许第二对焦环2可以一起工作并一同旋转。第二对焦环2的两端都设 置有固定终点，并且其旋转角度范围可以例如被设为120度。
下面将参考图4的框图描述视频摄像机100的内部构造的示例。在图 4所示的视频摄像机100中，对象的图像通过对焦镜头ll被形成在成像器 13的光接受部分(没有示出)，并且在成像器13处进行光电转换，以获 得成像信号。在此，入射在成像器13上的光的量由光圈12的开/合量来控制。在成像器13处产生的成像信号被输出到模拟信号处理单元14。
模拟信号处理单元14例如由校正双取样电路和AGC (自动增益控 制)电路(都没有在图中示出)形成。校正双取样电路去除输入到其的图 像信号中的重置噪音，AGC电路放大输入到其的图像信号，以将信号调节 到一定的信号水平。在模拟信号处理单元14中经过信号处理的成像信号 被提供到模拟/数字转换器15，并且从模拟信号转换为数字信号。
由模拟/数字转换器15转换为数字信号的成像信号被提供到信号处理 单元16。在信号处理单元16中，对于输入到其的成像信号执行图像信号 处理，以生成输出成像信号。图像信号处理包括例如膝校正(knee correction)，其压縮某一水平或多个水平的成像信号；伽马校正，其根据 已设定的伽马取向校正成像信号水平；白剪切处理和黑剪切处理，其限制 预定范围内的成像信号的信号水平等等。此外，信号处理单元16执行Y/C 分离，其中亮度信号(Y)和色度信号(C)被从视频信号分离，经分离的 亮度信号被提供到自动对焦检测单元17。
自动对焦检测单元17通过提取在成像框中设置的特定区域中的成像 信号的高频分量，计算与图线对比度相对应的估计值。对于一般的对象， 当靠近焦点位置对焦时，估计值增大，并且当焦点处于焦点位置时，估计 值变为相对最大值。在自动对焦检测单元17处计算出的估计值被输出到 控制单元18。
例如，控制单元18包括CPU (中央处理单元)、RAM (随机访问存 储器)以及ROM (只读存储器)，并且将存储在ROM中的计算机程序读 出到RAM，并执行该程序，从而控制视频摄像机100的各个部分。此 外，控制单元18基于从自动对焦检测单元17输入的估计值生成用于控制 电动机21 (在后面描述)的控制信号，将控制信号提供到电动机驱动单元 20。电动机驱动单元20是被配置来驱动电动机21的电路。电动机驱动单 元20基于从控制单元18提供的控制信号驱动电动机21，并且电动机21 沿光轴方向向前或向后移动对焦镜头11。当利用自动对焦功能进行成像操 作时，对焦镜头11在受控状态下沿光轴方向移动，使得估计值变为相对 最大值(焦点处于焦点位置上)。当通过对焦模式切换开关(没有示出)选择自动对焦模式或者当按下
用于操作单次自动对焦(one-Shot automatic focusing)的单次开关19时， 自动对焦检测单元17中的处理被执行。
根据本实施例的视频摄像机100包括编码器4a，其检测如图3 (a) 所示的离合器脱离状态下的第一对焦环1的旋转，并且生成与旋转量相对 应的检测信号；以及编码器4b (第二旋转角度检测单元)，其检测离合器 啮合状态下的第二对焦环2 (见图3)的旋转，并且生成与旋转量相对应 的检测信号。在编码器4a或4b处生成的检测信号被提供到控制单元18。
此外，本实施例的视频摄像机100包括第二对焦环位置检测单元22， 其检测第二对焦环2在旋转方向上的位置。由第二对焦环位置检测单元22 检测的位置信息被发送到测距取景器3。
测距取景器3指示第二对焦环2的旋转量，即与对焦镜头11的移动距 离相对应的焦点位置。当第一对焦环1位于沿光轴方向的后方位置时可以 执行与测距取景器3合作的对焦操作，但是当第一对焦环1位于沿光轴方 向的前方位置时，对焦操作可能不与焦点位置相对应。
此外，因为第二对焦环2与测距取景器3合作，所以当如图3 (a)所 示的离合器脱离状态被改变到如图3 (b)所示的离合器啮合状态时，允许 焦点距离对应于由测距取景器3指示的距离，并且与之协作，对焦镜头ll 的位置在控制单元18的控制下被移位。因此，不管在离合器脱离状态下 所确定的镜头和对象之间的距离如何，当对焦环1被向后移动并耦合到第 二对焦环2时，镜头的焦点距离可以被调节到由测距取景器3所指示的距 离。
相反，如果如图3 (b)所示的离合器啮合状态被改变为如图3 (a) 所示的离合器脱离状态，在离合器脱离状态下的镜头和对象图像之间的距 离(对焦镜头ll的位置)被保持。
下面将参考图5的流程图描述响应于沿光轴方向向前或向后移动第一 对焦环1的操作在手动模式和全手动模式之间进行切换的处理的示例。
手动模式是其中自动对焦功能能够工作的模式。在此模式中，在用自 动对焦机构对焦之后可以通过旋转第一对焦环1手动调节焦点位置。全手动模式是其中可以执行与测距取景器3合作的对焦操作并且自动对焦功能 不能工作的模式。
下面将描述图5的流程图首先，如果在判断离合器是否啮合或者第 一对焦环1是否与第二对焦环2耦合(步骤Sl)时判定离合器是啮合的， 则处理前进到步骤S13。当判定没有啮合时，处理前进到手动模式(步骤
52) 。通过如图3 (a)和3 (b)所示沿光轴方向向前或向后移动第一对 焦环1的动作，切换离合器的啮合和脱离，其中通过向前移动第一对焦环 1来脱离离合器，通过向后移动第一对焦环1来啮合离合器。
接着，在手动模式中，判断是否已经进行了自动对焦操作(步骤
53) 。在判断是否进行了自动对焦操作(或者通过按下单次开关采用自动 对焦机构的对焦操作)时，如果判定已经进行了自动对焦操作，则判断第 一对焦环1是否已经被旋转(步骤S4)。如果第一对焦环1的旋转没有被 确认，则处理前进到在后面描述的步骤SIO。如果判定第一对焦环1己经 被旋转，则由第一对焦环1侧的编码器4a检测其旋转量(步骤S5)。随 后，基于旋转量校正采用自动对焦操作的焦点调节量(步骤S6)。
如果在步骤S3中判定还没有进行自动对焦操作，则判断第一对焦环1 是否已经被旋转(步骤S7);如果第一对焦环1的旋转没有被确认，则处 理前进到后面所述的步骤SIO。如果判定第一对焦环1已经被旋转，则由 第一对焦环1侧的编码器4a检测其旋转量(步骤S8)。随后，响应于选 旋转量驱动对焦镜头ll (步骤S9)。
接着，在步骤S10判断离合器是否已经被改变到啮合状态。如果判定 离合器是脱离的，则处理再次返回到步骤S3。如果判断离合器已经被改变 到啮合状态，则处理变化到全手动模式(步骤Sll)。
当处理进入全手动模式时，对焦镜头11被驱动，从而使得镜头和对 象图像之间的距离可以对应于通过测距取景器3所选定的距离(步骤 S12)。接着，判断第一对焦环1是否被旋转(步骤S13)。如果第一对焦 环1的旋转没有被确认，则处理前进到后面所述的步骤S16。如果判定第 一对焦环l已经被旋转，则由第二对焦环2侧的编码器4b检测旋转量(步 骤S14)，并且基于所检测的旋转量驱动对焦镜头11 (步骤S15)。接着，判断离合器是否被改变到脱离状态(步骤S16)。如果判定改 变已经发生，则处理前进到步骤S2，同时在此刻的对焦位置被保持(步骤
S17)。换句话说，处理进入手动模式，同时最终的对焦位置被保持。如 果在步骤S16判定离合器状态没有改变(维持啮合状态)，则处理返回到 步骤S13。
如上所述，因为第一对焦环1被构造成可在光轴方向上向前和向后移 动，并且第一对焦环1被允许通过向后移动第一对焦环1而与测距取景器 3 —起工作，所以通过切换第一对焦环1的位置可以进行与测距取景器3 合作的对焦操作。
因此，当到对象的距离已经被确定时，沿光轴向后移动第一对焦环 1，从而进行与测距取景器3合作的对焦操作。换句话说，因为不需要通 过取景器确认对焦状态，所以可以更快速地执行对焦。
此外，沿光轴方向向后移动第一对焦环1允许焦点被自动调节到通过 测距取景器3所选定的距离，因此在全手动模式中，如果希望将焦距从其 中焦距为无穷远处的状态调到3 m等时，较之无限制地旋转第一对焦环 1，可以更快速地执行对焦。
此外，在手动对焦操作中，可以执行两种不同的操作，即没有任何固 定终点地旋转第一对焦环1的操作和在与测距取景器3合作的状态下带固 定终点地旋转第一对焦环1的操作，因此，可以根据不同情况针对对象的 不同状况进行成像。
注意，上述的实施例是应用于视频摄像机的示例；或者，其可以是具 有与记录单元集成的成像单元的视频摄像机或其它具有与视频摄像机相同 功能的装置，因此，其可应用于各种类型的装置。镜头单元可以是可从视 频摄像机拆卸的，使得镜头单元可以是可更换的。
标号说明
1 第一对焦环 la 带齿部分
2 第二对焦环2a带齿部分
3测距取景器
4， 4a， 4b编码器
5变焦环
5a变焦环手柄
6开关组
7镜头盒
8安装单元
10透镜组
11对焦镜头
12光圈
13成像器
14模拟信号处理单元
15模拟/数字转换器
16信号处理单元
17自动对焦检测单元
18控制单元
19单次开关
20电动机驱动单元
21电动机
22第二对焦环位置检测单元
权利要求
1.一种可安装在成像装置上的镜头装置，其特征在于包括对焦镜头；第一对焦环，其可在光轴上的第一位置和第二位置之间移动，并且当位于所述第一位置时具有无限的旋转范围；第一旋转角度检测单元，其检测所述第一对焦环处于所述第一位置时的旋转量；第二对焦环，其在所述第一对焦环位于所述第二位置时与所述第一对焦环耦合，具有对应于所述对焦镜头的可调节范围的有限旋转范围；第二旋转角度检测单元，其检测所述第二对焦环的旋转量；控制单元，其在所述第一对焦环位于所述第一位置时向所述成像装置输出至少关于由所述第一旋转角度检测单元所检测的所述旋转量的信息，并且在所述第一对焦环位于所述第二位置时向所述成像装置输出至少关于由所述第二旋转角度检测单元所检测的所述旋转量的信息。
2. —种成像装置，其特征在于包括输入单元，其输入来自镜头装置的关于第一旋转量的信息和关于第二 旋转量的信息，所述镜头装置包括 对焦镜头；驱动单元，其驱动所述对焦镜头；第一对焦环，其可在光轴上的第一位置和第二位置之间移 动，并且当位于所述第一位置时具有无限的旋转范围； 第一旋转角度检测单元，其检测所述第一对焦环处于所述第一位 置时的旋转量；第二对焦环，其在所述第一对焦环位于所述第二位置时与所述第 一对焦环耦合，具有对应于所述对焦镜头的可调节范围的有限旋转范 围；第二旋转角度检测单元，其检测所述第二对焦环的旋转量；及 第一控制单元，其在所述第一对焦环位于所述第一位置时输出至少关于由所述第一旋转角度检测单元所检测的所述第一旋转量的信 息，并且在所述第一对焦环位于所述第二位置时输出至少关于由所述 第二旋转角度检测单元所检测的所述第二旋转量的信息；以及 第二控制单元，其响应于输入到所述输出单元的关于所述第一旋转量的信息和关于所述第二旋转量的信息生成控制信号，并将所述控制信号输出到所述镜头装置的所述驱动单元。
3. 根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于当所述第一对焦环位于所述第一位置时，在基于所述对焦镜头的对焦 状态的检测进行自动调焦的同时，可以通过旋转所述第一对焦环进行手动 调焦；以及当所述第一对焦环位于所述第二位置时，可以通过旋转所述第一对焦 环和所述第二对焦环进行手动调焦。
4. 根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于当所述第一对焦环的位置被从所述第一位置改变到所述第二位置时， 所述第一对焦镜头的位置被设定为所述对焦镜头的对应于先前的第二位置 的最后调节位置。
5. 根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于当所述第一对焦环位于所述第二位置时，所述第一对焦环与指示所述 对焦镜头的位置的测距取景器合作。
6. —种成像装置，其特征在于包括 对焦镜头；驱动单元，其驱动所述对焦镜头；第一对焦环，其可在光轴上的第一位置和第二位置之间移动，并且当位于所述第一位置时具有无限的旋转范围；第一旋转角度检测单元，其检测所述第一对焦环处于所述第一位置时 的旋转量；第二对焦环，其在所述第一对焦环位于所述第二位置时与所述第一对 焦环耦合，具有对应于所述对焦镜头的可调节范围的有限旋转范围； 第二旋转角度检测单元，其检测所述第二对焦环的旋转量；控制单元，其在所述第一对焦环位于所述第一位置时，基于由所述第 一旋转角度检测单元所检测的所述旋转量生成控制信号，并将所述信号提 供到所述驱动单元，以及在所述第一对焦环位于所述第二位置时，基于由 所述第二旋转角度检测单元所检测的所述旋转量生成控制信号，并将所述 信号提供到所述驱动单元。
7. 根据权利要求6所述的成像装置，其特征在于当所述第一对焦环位于所述第一位置时，在基于所述对焦镜头的对焦 状态的检测进行自动调焦的同时，可以通过旋转所述第一对焦环进行手动 调焦；以及当所述第一对焦环位于所述第二位置时，可以通过旋转所述第一对焦 环和所述第二对焦环进行手动调焦。
8. 根据权利要求6所述的成像装置，其特征在于当所述第一对焦环的位置被从所述第一位置改变到所述第二位置时， 所述第一对焦镜头的位置被设定为所述对焦镜头的对应于先前的第二位置 的最后调节位置。
9. 根据权利要求6所述的成像装置，其特征在于当所述第一对焦环位于所述第二位置时，所述第一对焦环与指示所述 对焦镜头的位置的测距取景器合作。
10. 根据权利要求6所述的成像装置，还包括自动对焦检测单元，其利用由成像单元获取的特定范围的成像信号的 高频分量计算估计值，所述成像装置的特征在于在所述第一对焦环位于所述第一位置时，所述控制单元响应于由所述 自动对焦检测单元计算的所述估计值生成控制信号，并将所述控制信号提 供到所述驱动单元，以基于所述估计值进行自动对焦控制。
全文摘要
本发明意在在自动对焦和手动调焦的每种情况下适当地进行对焦操作。因此，在本发明中，设置了第一对焦环，其可在光轴上的第一位置和第二位置之间移动。此外，设置了第一旋转角度检测单元，其检测第一对焦环处于第一位置时的旋转量；第二对焦环，其在第一对焦环位于第二位置时与第一对焦环耦合；以及第二旋转角度检测单元，其检测第二对焦环的旋转量。当第一对焦环位于第一位置时，基于由第一旋转角度检测单元检测的旋转量来驱动对焦镜头，而当第一对焦环位于第二位置时，基于由第二旋转角度检测单元检测的旋转量来驱动对焦镜头。
文档编号G02B7/09GK101529303SQ200780038750
公开日2009年9月9日 申请日期2007年10月4日 优先权日2006年10月17日
发明者原田洁, 竹本新治, 菊地雅仁 申请人:索尼株式会社