专利名称：透镜组控制装置,图像拾取装置及透镜组控制方法
技术领域：
本发明涉及一种透镜组控制装置，一图像拾取装置，一种用于例如具有图像拾取装置的一体化数字VCR等中的透镜组控制方法。
在用于具有图像拾取装置的一体化数字VCR等的4组内聚焦型的变焦透镜组系统中，为了通过变焦，即在保持焦点对准状态下移动一组变焦透镜组(也称为变倍)，以改变一图片的放大倍率，必须沿着一预定轨迹移动一聚焦透镜组。这样的轨迹称为变焦轨迹曲线。
变焦轨迹曲线通常依据离将被拍摄的目标的距离改变。因此，在实际的透镜组控制中，几种典型距离的典型变焦轨迹曲线数据被按事先确定的方法存储起来，对于非典型距离，在典型变焦轨迹曲线的数据基础上控制聚焦透镜组位置。
为了进一步提高图片质量、增加新功能等目的，有一种方式是增加一种可以从4组内聚焦型变焦透镜组系统的光程中，插入或取出滤光器的结构。
由于象透镜组系统的光学系统的性质，可能通过滤光器的插入和取出时，滤光器的折射率不同于空气的折射率等因素加以改变，因而变焦轨迹曲线也得改变。所以，如果聚焦透镜组的位置，仅根据变焦轨迹曲线在滤光器插入或取出时的数据加以控制，则滤光器的插入和取出会引起散焦，并且引起轨迹性能恶化和整个透镜组系统性能恶化。
为了防止这样的透镜组系统性能恶化，一种可以考虑的方法是存储变焦轨迹曲线在滤光器插入和取出时的数据，这些用于计算聚焦透镜组应该移动的距离的变焦轨迹曲线数据根据滤光器的插入和取出而被切换。
然而，此方法可能引起一些问题，比如由于将要存储的数据量的增加，需要大容量的ROM(只读内存)，又比如由于用于计算过程的数据量极大，由此引起对控制的可靠性的担心。还有一种情况是，当滤光器被插入时的变焦轨迹曲线不同于设计阶段所做的模拟结果，这是由于滤光器的质量变化等引起。在此情况下，所担心的是根据滤光器被插入时的模拟结果而获得的变焦曲线数据，聚焦透镜组位置控制难以做到充分精确。
本发明的目的是提供一种透镜组控制装置，一图像拾取装置，以及一种透镜组控制方法，以此方法操作，即使在滤光器插入和取出时也不会发生性能恶化现象。
根据权利要求1的发明，提供一具有聚焦透镜组和一变焦透镜组，并构造得可以在一光程中插入或取出一滤光器的透镜组控制装置。包括在滤光器取出和插入的第一种状态下，在变焦透镜组位置处的焦距处于焦距对准状态时，用于存储多个表示变焦透镜组位置和聚焦透镜组位置之间关系的变焦轨迹曲线数据的存储机构；用于分别驱动变焦透镜组位置和聚焦透镜组位置的透镜组位置驱动机构；和用于控制透镜组位置驱动机构，以便消除由于装置被转换到关于滤光器在插入和取出的第二种状态在相应于变焦透镜组的任意位置的变焦轨迹曲线数据中得到的聚焦透镜组位置处引起的散焦的控制装置。
根据权利要求3的发明，提供了一图像拾取装置，包括一具有一聚焦透镜组和一变焦透镜组，构造得可以在光程中插入或取出滤光器的透镜组控制装置。其中的透镜组控制装置按以下方式构造在关于滤光器取出和插入的第一种状态下，当在变焦透镜组的位置处达到聚焦状态时，用于存储多个表示变焦透镜组位置和聚焦透镜组位置之间关系的变焦轨迹曲线数据的存储装置，用于分别驱动变焦透镜组位置和聚焦透镜组位置的透镜组位置驱动机构，和用于控制透镜组位置驱动机构，以便消除由于装置被转换到关于滤光器在插入和取出的第二种状态在相应于变焦透镜组的任意位置的变焦轨迹曲线数据中得到的聚焦透镜组位置处引起的散焦的控制装置；一图像拾取设备，光线通过聚焦透镜组和变焦透镜组输入给它，和信号处理装置，用于对图像拾取设备中输出的图像进行信号处理。
根据权利要求4的发明，提供一种在具有一聚焦透镜组和一变焦透镜组的透镜组控制装置中使用的透镜组控制方法，其中控制装置构造得便于在光程中插入或取出一滤光器，包括在关于滤光器取出和插入的第一种状态下，当在变焦透镜组位置处焦距达到对准状态时，用于存储该状态的大量表示变焦透镜组位置和聚焦透镜组位置之间关系的变焦轨迹曲线数据的步骤；用于分别驱动变焦透镜组位置和聚焦透镜组位置的透镜组位置驱动步骤；和用于控制透镜组位置驱动步骤，以便消除由于装置被转换到关于滤光器在插入和取出的第二种状态时在相应于变焦透镜组的任意位置的变焦轨迹曲线数据中得到的聚焦透镜组位置处引起的散焦的步骤。
根据上述发明，聚焦透镜组的位置可以被修正，以便消除由于如透镜组系统的光学系统的性质在滤光器插入和取出时滤光器的折射率等不同于空气的折射率的因素所引起的变化而导致的散焦。
本发明的以上和其它目的及特性，将从以下参考附图的详细说明和附加的权利要求中变得很明显。
图1A和图1B是解释可实施本发明的透镜组系统的例子的示意图。
图2是解释根据7种不同目标距离的变焦距轨迹曲线例子的示意图。
图3是解释本发明的一实施例的方框图。
图4是解释由于插入或撤去滤光器所引起的变焦距轨迹曲线的变化的示意图。
图5是显示由于插入或撤去滤光器所引起的聚焦位置修正量的例子和折线近似例子的示意图。
图6是聚焦位置修正程序的例子的流程图。
为便于理解本发明，下面首先参考图1A和1B描述一般使用的4组内部聚焦型变焦距透镜组系统的例子。这种4组内部聚焦型变焦距透镜组系统有前透镜组10，变焦距透镜组11，主透镜组12，及聚焦透镜组13，设定焦点位于聚焦面14上，即，例如一图像拾取装置如CCD(电荷耦合器件)或诸如此类的装置的图像拾取表面上。另外，通过沿预定的变焦距轨迹曲线移动变焦距透镜组11，伴随移动聚焦透镜组13，例如，从图1A所示的位置到图1B所示位置，可执行一变焦距操作。即，当维持焦点设定到聚焦面14的状态时，图像的放大率可被改变。
变焦距轨迹曲线根据被拍摄目标的距离而变化。因此，尽管根据到目标的距离，理论上变焦距轨迹曲线存在无限个数，聚焦透镜组的位置实际上按照下述方法被控制。即，设定几种典型的距离，对应于这些距离的几种典型的变焦距轨迹曲线数据被存储在预定的记忆装置中，设定的典型距离以外的距离，可根据典型变焦距轨迹曲线数据的计算而求得。
图2显示典型的变焦距轨迹曲线的例子。参考值20,21,22,23,24,25,26和27代表当到目标的距离分别等于无穷远，4米，2米，1米，20厘米，5厘米，2.2厘米1厘米时的变焦距轨迹曲线。当目标距离与这些距离不同时，聚焦透镜组13的位置根据这八条变焦距轨迹曲线的数据计算而确定。
在下面将参考图3进行描述的本发明的一实施例是将本发明用在具有一体化的图象拾取装置的数字VCR的情况。首先，作为关于聚焦透镜组13和变焦透镜组11的位置控制的部分零件，有一透镜组30，一聚焦马达33，一变焦马达34，一马达驱动器35，一CPU(微处理器)36等。
CPU36根据变焦移动信息发出命令给马达驱动器35，其中的变焦移动信息由使用者等的操作来提供。马达驱动器35依据命令驱动变焦马达34，从而移动变焦透镜组11。然后，CPU 36根据存储在ROM等内的变焦轨迹曲线数据计算聚焦透镜组13应该被移动的位置，并据此计算结果给马达驱动器35发出命令。马达驱动器35根据该命令驱动变焦马达34，从而移动聚焦透镜组13。
进而，一CCD100作为图像拾取装置转换通过透镜组30进入的光为电信号，并且把该电信号提供给摄像机信号处理系统101。摄像机信号处理系统101依据以上提供的电信号执行预设的信号处理，并输出处理过信号给记录系统102。记录系统102转换接收到的信号为记录的信号格式，并通过写入装置，如磁头等记录到记录介质如磁带等上。
为了进一步改善图象质量、加入新功能等目的，有一种增加一结构，以便插入一滤光器到透镜组系统的光路中，或从透镜组系统的光路去除一滤光器的情况。这样的滤光器，有用以避免由于光阑衍射现象使得图片的质量恶化的ND滤光器，有用于提高透镜组的灵敏度的IR截断滤光器(红外线截断滤光器)等等。
由于象滤光器的折射率不同于空气的折射率等原因，既然如透镜组系统的光学系统的性质随着滤光器的插入和取出而改变，变焦轨迹曲线也随着滤光器的插入和取出而变化，如图4所示。在图4中，参考值40表示当滤光器被取出时的变焦轨迹曲线，而41表示当滤光器被插入时的变焦轨迹曲线。
因此，如果仅有当滤光器被取出时的变焦轨迹曲线数据和当滤光器被插入时的变焦轨迹曲线数据之一被存储，并且聚焦透镜组13的位置控制依据该存储数据操作，则随着滤光器的插入和取出而发生散焦。由于这样的散焦，轨迹精度的恶化问题，甚至整个透镜组的性能恶化问题随之而来。
为了处理以上问题，考虑了一种既存储当滤光器被取出时的变焦轨迹曲线数据，也存储当滤光器被插入时的变焦轨迹曲线数据的方法。然而，若采用该方法，将要被存储的变焦轨迹曲线数据的数量就要增加，从而不得不增加存储装置的容量，这成为实现电路尺寸的微型化以及低价格的障碍。既然用于计算过程的数据量极大，因此对控制的可靠性的恶化也存在忧虑。
另外，变焦轨迹曲线数据依据例如在设计阶段进行的模拟结果等而形成。如果使用以这种方式形成的在滤光器被插入的状态下的变焦轨迹曲线数据，在滤光器的误差达到甚至超过一定程度时，恐怕不可能实施正确的变焦轨迹。
因此，在本发明中例如只存储当滤光器被取出时的变焦轨迹曲线数据。另一方面，获取例如关于预定数目的变焦透镜组位置(以后简称为变焦位置)的实际测量值作为为了消除插入滤光器而引起的散焦所必须的聚焦透镜组位置(以后简称为聚焦位置)的修正量并将其结果进一步存储。根据以上数据，通过折线逼近，在任意变焦位置插入滤光器时的聚焦位置修正量(聚焦位置的修正量在以下的解释中简称为修正量)被计算出来。通过使用这些计算出的修正量，在存储的变焦轨迹曲线数据上得到的聚焦位置被修正，因此聚焦位置被控制在甚至当滤光器插入时也能达到聚焦的状态。
为了避免解释的复杂，紧接着将说明存储当滤光器被取出时变焦轨迹曲线数据的情形。然而，也可以存储当滤光器被插入时的变焦轨迹曲线数据。在这种情况下，通过一折线逼近来计算当滤光器取出时的修正量就够了。
一折线逼近的例子将参考图5加以专门解释，在图5中示出，关于四个变焦位置zm0,zm1,zm2和zm3(这些位置被称为基本变焦位置)的在滤光器被插入时为了得到聚焦状态所需要的修正量fc0,fc1,fc2,fc3和fc4，通过实际测量得出，关于任意变焦位置(即非基本变焦位置)，在滤光器被插入时为了得到聚焦状态所需要的修正量，通过基于这些数据作的折线逼近得到。
也就是说，在一任意变焦位置插入滤光器时，实际的修正量(在图5中由实线显示)通过由顺序连接四个点(zm0,fc0),(zm1,fc1),(zm2,fc2)和(zm3,fc3)的直线所得的折线来逼近。在任意变焦位置的修正量从折线中读取。被读取的修正量将加到根据基于存储的关于变焦位置的变焦轨迹曲线数据计算得到的聚焦位置中，从而修正聚焦位置。如图5所示，由于折线逼近具有很高的精度，可以实现没有散焦发生或散焦程度很小的聚焦位置控制。
图5中，四个基本变焦位置和这些位置的修正量，已经事先被存储。然而，一般来说，如果存储了(N+1)个基本变焦位置zm0,zm1,…,zm(N)和这些位置的修正量fc0,fc1,…,fc(N)，那么关于任意变焦位置zmx，它的修正量fcx能够按以下公式计算出来。fcx=(zmx-zm(M))×(fc(M+1)-fc(M))zm(M+1)-zm(M)+fc(N)------(1)]]>其中，zm(M)≤zmx＜zm(M+1)(M和M+1满足0≤M＜M+1≤N)通过执行基于按如上提到的方法获得的修正量fcx的聚焦位置控制，即可获得则正确的聚焦状态。进一步，假定zm0设置为广角端，zm3设置为长焦端，为了执行聚焦位置修正，只要存储由两个变焦位置，四个聚焦位置组成的总共六个数据以及变焦轨迹曲线数据即可。因此，与存储两种变焦轨迹曲线相比，将被存储的数据量能够减少。
虽然在这里已经描述了使用四种基本变焦位置的情况，但一般来说使用为了达到足够的精度的折线逼近所需要的位置数目的基本变焦位置就够了。更具体地说，基本变焦位置的数目取的能使修正误差量，即实际修正量和由折线逼近计算出的修正量之差，在焦深以内就足够了。
以下根据流程图6说明一种在插入滤光器时的修正方法。使用zm0,zm1,zm2,zm3和zm4作为基本变焦位置，zm0设置为广角端，zm3设置成长焦端。修正程序由S1步开始，S2步检查是否启动时的变焦位置位于比zm1更广角的一边。当修正程序启动时的变焦位置位于比zm1更广角的一边时，进行S3步，否则进行S4步。
在S3步中，zm0,zm1,fc0和fc1的值被存储到作为存储装置的临时RAM中，并接着进行S9步。如后文将解释到的，S9步将按公式(1)，通过折线逼近方法进行修正量的计算。
S4步检查是否修正程序启动时的变焦位置处于比zm2更广角度的一边。当修正程序启动时的变焦位置位于比zm2更广角的一边时，进行S5步，否则进行S6步。在S5步中，zm0,zm1,fc1和fc2的值被存储到临时RAM中，并接着进行S9步。
S6步检查是否修正程序启动时的变焦位置处于比zm3更广角度的一边。当修正程序启动时的变焦位置位于比zm3更广角的一边时，进行S7步，否则进行S8步。在S7步中，zm2,zm3,fc2和fc3的值被存储到临时RAM中，接着进行S9步。
在处理程序进行到S8步时，由于在修正程序启动时的变焦位置处于zm3和zm4之间已经得到确定，在S8步中，zm3,zm4,fc3和fc4的值被存储到临时RAM中，接着进行S9步。
在处理程序进行到S9步时，由于按公式(1)执行计算的数据已经存储在临时RAM中，在S9步就根据公式(1)计算出修正量。
此后，接着进行S10步，在该步中，检查滤光器是否被插入，如果滤光器被插入，就转入S11步并把S9步计算到的修正量加到根据基于变焦位置存储的轨迹曲线数据计算到的聚焦位置中，从而计算出正确的聚焦位置。然后转入S12步完成修正程序。如果滤光器未被插入，就马上转到S12步，完成修正程序。
在以上修正程序中，在S9步计算出修正量以后，滤光器是否被插入在S10步中确定。但也可能在确认了滤光器的插入后，开始关于修正量的计算的程序。
为了实施聚焦位置的控制而必须事先被存储的数据，如变焦轨迹曲线数据，相应于在几个变焦位置处滤光器的插入和取出的修正数据等，同样能够被存储在CPU36的ROM或能够被存储在记忆装置如EEPROM(电子可擦除可编程ROM)等存储内容容易被改变的存储器中。在后一种情况，在由于性能的变化等原因交换其中的透镜组或滤光器或作类似处理时，能够容易地改变为了计算修正量而事先需要存储的数据。
虽然本发明的以上实施例是涉及本发明用于具有一体化图像拾取装置的数字VCR中，根据本发明的透镜组控制装置，透镜组控制方法，以及透镜组控制装置也能应用于任何别的，使用具有聚焦透镜组和变焦透镜组的透镜组系统的图像拾取装置，以及每一使用这样的图像拾取装置作为部件的视频信息记录装置中。
如上所述，例如，根据本发明，当滤光器被取出时，变焦轨迹曲线数据被存储，进而以例如关于一变焦位置的预定数目值的实际测量值得到消除由滤光器插入而引起的散焦所需要的聚焦位置的修正量，并且结果被存储。当在一任意变焦位置插入滤光器时的修正量，可以通过基于修正量的数据的折线逼近来计算。计算到的修正量加到根据基于变焦位置存储的轨迹曲线数据计算到的聚焦位置，从而控制聚焦位置，以便关于任意变焦位置甚至在滤光器插入的情况下，得到正确的聚焦状态。
因此，与滤光器插入时的变焦轨迹曲线数据和滤光器取出时的变焦轨迹曲线数据都要存储的情形相比，需要被事先存储的数据量减少了。
由于不需要大容量的记忆装置，不增加电路结构的规模能够防止滤光器插入和取出引起的散焦，数据也能按照需要加以重写。
而且计算程序能比事先要存储滤光器插入时的变焦轨迹曲线数据和滤光器取出时的变焦轨迹曲线数据而根据情况切换它们来实现聚焦位置的控制的情形要简单些，计算程序也能按照需要容易地加以改变。
例如，对于由于制造处理的环境等造成的特性误差较大的滤光器，难于通过模拟等方式，无条件高精度地得到滤光器插入时的变焦轨迹曲线数据。对于这样的滤光器，存储在滤光器插入状态下变焦轨迹曲线数据，基于已存储的变焦轨迹曲线数据实现足够高精度的聚焦位置控制都很困难。根据本发明，即使在这种情况下，在每个滤光器被安装到每个大规模生产的装置上的情况下，关于几个变焦位置的修正量的数据也可以得到，这样的数据以及在滤光器取出时的变焦轨迹曲线数据一起存储到大规模生产装置内的收集数据的记忆装置中。因此，即使在滤光器被取出和滤光器被插入两种情况中的任何一种里，都可以设定正确的聚焦状态。
本发明不限于上文中的实施例，在本发明的附加权利要求和精神的范围内，可以有很多修改和变形。
权利要求
1．一具有一聚焦透镜组和一变焦透镜组，构造的可以在一光路中插入或取出一滤光器的透镜组控制装置，包括用于存储多个在所述滤光器取出和插入的第一种状态下，所述变焦透镜组位置达到聚焦状态时表示变焦透镜组位置和聚焦透镜组之间关系的变焦轨迹曲线数据的记忆装置；用于分别驱动所述变焦透镜组位置和所述聚焦透镜组位置的透镜组位置驱动装置；和用于控制所述透镜组位置驱动装置，以便消除由于装置被转换到关于所述滤光器的插入和取出的第二种状态在相应于所述变焦透镜组的任意位置的变焦轨迹曲线数据中得到的聚焦透镜组位置处引起的散焦的控制装置。
2．根据权利要求1的装置，其中所述控制装置存储关于当所述散焦被消除，并且根据预设数目的在关于所述滤光器的插入和取出的第二种状态下变焦透镜组位置设定聚焦状态时，聚焦透镜组位置的修正数据，和通过基于所述修正数据应用折线逼近计算一为了消除所述散焦并为从关于所述透镜组的任意位置的在关于所述滤光器的插入和取出的第二种状态下所述变焦轨迹曲线数据中获得的透镜组位置设定聚焦状态而要执行的修正量。
3．一图像拾取装置，包括一具有一聚焦透镜组和一变焦透镜组，构造得可以在一光路中插入或取出一滤光器的透镜组控制装置，所述透镜组控制装置按以下方式构造用于存储多个在所述滤光器取出和插入的第一种状态下在所述变焦透镜组位置达到聚焦状态时表示变焦透镜组位置和聚焦透镜组之间关系的变焦轨迹曲线数据的记忆装置，用于分别驱动所述变焦透镜组位置和所述聚焦透镜组位置的透镜组位置驱动装置，和用于控制所述透镜组位置驱动装置，以便消除由于装置被转换到关于所述滤光器在插入和取出的第二种状态在从相应于所述变焦透镜组的任意位置的变焦轨迹曲线数据中得到的聚焦透镜组位置处引起的散焦的控制装置，一图像拾取设备，光线通过所述聚焦透镜组和所述变焦透镜组进入它，和一信号处理装置，用于对从所述图像拾取设备中输出的图像拾取信号进行信号处理。
4．一具有一聚焦透镜组和一变焦透镜组并构造的可以在一光路中插入或取出一滤光器的透镜组控制装置的透镜组控制方法，包括用于存储多个在关于所述滤光器取出和插入的第一种状态下，所述变焦透镜组位置达到聚焦状态时表示变焦透镜组位置和聚焦透镜组之间关系的变焦轨迹曲线数据的步骤；用于分别驱动所述变焦透镜组位置和所述聚焦透镜组位置的透镜组位置驱动步骤；和用于控制所述透镜组位置驱动步骤，以便消除由于装置被转换到关于所述滤光器在插入和取出的第二种状态在从相应于所述变焦透镜组的任意位置的变焦轨迹曲线数据中得到的聚焦透镜组位置处引起的散焦的步骤。
5．一透镜组控制装置，一图像拾取装置，或一根据权利要求1-4中任一的透镜组控制方法，其中所述关于所述滤光器的插入和取出的第一状态是滤光器被取出的状态，和所述关于所述滤光器的插入和取出的第二状态是滤光器被插入的状态。
6．一透镜组控制装置，一图像拾取装置，或一根据权利要求1-4中任一的透镜组控制方法，其中所述关于所述滤光器的插入和取出的第一状态是滤光器被插入的状态，和所述关于所述滤光器的插入和取出的第二状态是滤光器被取出的状态。
全文摘要
一即使在滤光器被插入和取出时,其性能也不会恶化的透镜组控制装置。为了消除在滤光器插入时引起的散焦所需要的聚焦透镜组的修正量,在几个位置被精确测量,其结果被存储在存储器中。当滤光器在任意变焦位置被插入时,修正量可以通过用几个变焦位置的修正量作折线逼近来计算。把计算到的修正量加到根据在滤光器被取出时,分别存储的变焦轨迹曲线的数据计算得到的聚焦透镜组位置中,即使在滤光器插入时,也能得到正确的聚焦状态。
文档编号G02B7/28GK1225539SQ9812243
公开日1999年8月11日 申请日期1998年8月28日 优先权日1997年8月28日
发明者茅野纪子 申请人:索尼公司