專利名稱:控制變焦透鏡的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于視頻攝像機的變焦透鏡設(shè)備,例如用于一體化視頻攝錄機的變焦透鏡設(shè)備。
對于用在例如一體化,視頻攝錄機上的視頻攝象機的變焦透鏡設(shè)備而言,可以利用一種叫做無補償鏡內(nèi)聚焦透鏡(compensator-less inner-focus lens)。
附圖的
圖1表示了一種含有無補償鏡內(nèi)聚焦透鏡的變焦透鏡設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
在圖1中,參考數(shù)字1表示一個固定的前置部件。一個所謂聚束器透鏡(Variator lens)2放在固定的前置部件1的后面,用于確定變焦位置。用于把物體正確聚焦的聚焦透鏡與通過一個可變光闌3及一個固定透鏡4放在聚束器透鏡2的后面。參考數(shù)字6表示一個成象裝置,例如CCD(電荷耦合器件)。
在上述的變焦透鏡設(shè)備中,當(dāng)聚束器透鏡2的位置從A(廣角透鏡方式)直線移動到B(望遠透鏡方式)以實現(xiàn)所謂連續(xù)變焦時,聚焦透鏡5的位置沿著圖1所示的預(yù)定的曲線30和31的軌跡而移動。這樣,當(dāng)攝象人員通過把聚束器透鏡2設(shè)在廣角透鏡方式(A)和望遠透鏡方式(B)之間的任選位置上,對以任選距離遠離攝象機的物體攝象時,聚焦透鏡5的位置是這樣來決定的,即它能使物體被穩(wěn)定地正確聚焦。曲線30表示聚焦透鏡5設(shè)在物體附近的情況,而曲線31則表示聚焦透鏡5遠距物體的情況。
為了確定聚焦透鏡5沿著曲線30和31的軌跡上的位置,使用了一個微計算機(未示出),它包括一個存儲器,其中存放著曲線30和31的數(shù)據(jù)(偏心輪操作數(shù)據(jù))。與表明聚束器透鏡2的位置信息相關(guān)的、用以表示聚焦透鏡5的位置的數(shù)據(jù)從微計算機的存儲器讀出。此外,表明有關(guān)從攝象機到物體距離的若干個距離(例如從最短距離到最長距離(無窮遠))的曲線的數(shù)據(jù)也存在微計算機的存儲器中。對于這些距離,微計算機把表示若干個距離的數(shù)據(jù)按比例進行劃分以確定聚焦透鏡5的位置。關(guān)于相關(guān)的技術(shù),有屬于本申請同一受讓人的美國專利5,212,593號和5,335,282號。
當(dāng)上述的變焦透鏡設(shè)備用于一體化的攝錄象機的視頻攝象機時,如果變焦鏡頭設(shè)備裝在攝象機的密閉的外殼中時,由于從基板或類似部件產(chǎn)生的熱而使攝象機內(nèi)部溫度升高,這樣就會引起透鏡鏡筒和透鏡本身被高溫所加熱的危險。
另一方面,在變焦透鏡設(shè)備中,當(dāng)變焦透鏡設(shè)備的使用環(huán)境溫度變化時,經(jīng)??捎^察到透鏡的聚焦位置(聚焦位置)會移動,這取決于受環(huán)境溫度影響的組合部件的溫度特性,例如透鏡鏡筒的膨脹或收縮以及透鏡本身的曲率的變化。
具體地說,在上述變焦透鏡設(shè)備中,當(dāng)物體與攝象機相距一任意距離時,假定聚焦透鏡5的位置(縱軸)沿著某一曲線相對于聚束器透鏡2的位置(橫軸)而移動,該曲線由圖2中的一條曲線a來表示。表明該曲線a的數(shù)據(jù)是在該變焦透鏡設(shè)計和制造時的某個特定環(huán)境溫度下取得的,并存儲在上述的微計算機的存儲器中。
假定在另一方面,透鏡鏡筒材料隨著環(huán)境溫度的變化而膨脹或收縮,且透鏡的曲率也隨溫度而變化,則曲線a在水平方向移動而呈現(xiàn)出圖2中所表示的曲線b。在這種情況下,當(dāng)聚束器透鏡2處在望遠透鏡端的情況下,如果聚焦透鏡5的位置相對于任意物體移動時,則任意物體就正確地聚焦在圖2的B位置上。
如果在聚焦透鏡5位于位置B的情況下聚束器透鏡2從望遠透鏡一端移動到廣角透鏡一端,則聚焦透鏡5的位置應(yīng)該如曲線b所示那樣進行移動。但是在上述例子中,微計算機按比例地劃分從存放在存儲器中的、表明由某個任意的物體距離所得的曲線a的數(shù)據(jù)、和表明下一個物體距離的曲線a的數(shù)據(jù),其結(jié)果是透鏡5的位置將被移到由所得結(jié)果的曲線d所表明的位置上。
其結(jié)果是,由于曲線b和d的縱軸的位移,任意距離上的物體將不能正確聚焦。因此,當(dāng)聚束器透鏡2的位置(連續(xù)變焦位置)從望遠透鏡一端移到廣角透鏡一端時,由于聚束器透鏡2的位置的移動而使位于任意距離的物體將不能正確聚焦。當(dāng)物體不能正確聚焦時,變焦透鏡設(shè)備的性能被降低。此外,當(dāng)變焦透鏡設(shè)備和自動對焦調(diào)節(jié)設(shè)備一起使用時,自動對焦調(diào)節(jié)設(shè)備就必須對焦點的移動進行調(diào)節(jié),而不是調(diào)節(jié)變焦透鏡設(shè)備。
因此,由于環(huán)境溫度的變化使物體不能正確聚焦時所引起的焦點的移動是必須校正的。但是,在變焦透鏡設(shè)備中,曲線a不僅在垂直和水平方向平行地變動,而且也隨著各個透鏡的特性(例如曲率的膨脹和收縮以及透鏡鏡筒的結(jié)構(gòu)和透鏡的倍率)而有各式各樣的變化。因此,很難預(yù)測曲線a的變化。此外,為了要按曲線b而校正曲線a,需要進行復(fù)雜的處理,而這種復(fù)雜的處理是不可能很方便地實現(xiàn)的。
另一方面,在一體化攝錄象機的攝象機中,隨著以高密度將攝象部件安裝在攝象機中的技術(shù)的不斷進步,一體化攝錄象機中的視頻攝象機已經(jīng)小型化,不但變得更加小巧方便,而且可以用于各種場合。此外,用戶對機器所提出的性能要求變得更高。例如,要求物體在攝錄機可能使用的任何情況下都應(yīng)能夠正確聚焦。
考慮到上述情況,本發(fā)明的一個目的是提供一種變焦透鏡設(shè)備,其中當(dāng)物體由于環(huán)境溫度變化不能正確聚焦時所引起的焦點的移動可以被穩(wěn)定而滿意地得到校正。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提供一種變焦透鏡設(shè)備,它包括用于把來自物體的光轉(zhuǎn)換成電信號的成象裝置6;一個位于物體和成象裝置之間的變焦透鏡和聚焦透鏡;一個用于調(diào)節(jié)變焦透鏡的運動的變焦調(diào)節(jié)電路;用于調(diào)節(jié)聚焦透鏡的運動的聚焦調(diào)節(jié)電路;用于對應(yīng)于變焦透鏡調(diào)節(jié)而輸出調(diào)節(jié)值的校正電路;用于檢測物體周圍溫度的溫度檢測電路;以及用于根據(jù)溫度檢測電路的輸出信號而校正該校正電路的校正值的系數(shù)電路。
根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡設(shè)備,可以解決由于環(huán)境溫度的變化而使物體不能很好地聚焦所引起的焦點位移的問題。
此外,根據(jù)本發(fā)明,當(dāng)變焦位置從望遠透鏡一端移到廣角透鏡一端時,它也可以解決在由于變焦位置的移動而使物體不能正確聚焦所引起的焦點移動的問題。
圖1是一個示意圖,用來說明按照相關(guān)技術(shù)的、包括無補償鏡內(nèi)聚焦透鏡的變焦透鏡設(shè)備;圖2是一個示意圖,用于說明隨著環(huán)境溫度的變化而使焦點移動的狀態(tài);圖3是部分地以方框形式表明的示意圖,表明根據(jù)本發(fā)明的實施例的變焦透鏡設(shè)備,其中把本發(fā)明應(yīng)用在無補償鏡內(nèi)聚焦透鏡中;圖4表示焦點位移量的一個例子的示意圖,在解釋由于環(huán)境溫度的變化而使曲線僅在水平方向移動時所發(fā)生的焦點位移中將參考這一圖;圖5表示焦點位移量的一個例子的示意圖,在解釋由于環(huán)境溫度改變而使曲線僅在垂直方向移動時所發(fā)生的焦點位移中將參考這一圖;圖6表示焦點位移量的一個例子的示意圖,在解釋由于環(huán)境溫度的變化而使曲線按相同的水平和垂直方向移動時所發(fā)生的焦點的位移中將參考這一圖;圖7表示焦點位移量的一個例子的示意圖,在解釋由于環(huán)境溫度的變化而使曲線按相反的水平和垂直方向移動時所發(fā)生的焦點的位移中將參考這一圖;現(xiàn)在將參考這些圖來說明本發(fā)明。
圖3用部分為方框圖的形式概括地表明了按照本發(fā)明的一個實施例的一個變焦透鏡設(shè)備,它用于一個無補償鏡的內(nèi)聚焦透鏡。如圖3所示,一個用于確定變焦位置的聚束器透鏡2設(shè)置在固定的前端部件1的后面。用于將物體聚焦的聚焦透鏡5通過一個光闌機構(gòu)3和一個固定透鏡4而設(shè)置在聚光器透鏡2的后面。如圖3中,參考數(shù)字6表明一個成象設(shè)備(CCD)。
當(dāng)變焦調(diào)節(jié)裝置11被手動或電力驅(qū)動時,聚束器透鏡2被移動到任一特定位置。表明聚束器透鏡2所移動距離的量的信息由變焦調(diào)節(jié)裝置11提供給微計算機12。
從聚焦調(diào)節(jié)裝置13來的信號通過聚焦電機驅(qū)動器14提供給聚焦電機(M)15以便移動聚焦透鏡5的位置使得任意物體能正確聚焦。為此目的,聚焦調(diào)節(jié)裝置13產(chǎn)生表明到任意物體的距離信息。這個表明到任意物體的距離的信息從聚焦調(diào)節(jié)裝置13提供給微計算機12。
微計算機12含有一個存儲器(未示出)以存儲映象圖21,其中存放著表示相對于任意物體距離的聚束器透鏡2位置的、聚焦透鏡5的焦點軌跡位置的數(shù)據(jù)。
微計算機12根據(jù)從變焦調(diào)節(jié)裝置11所提供來的表明聚束器透鏡2移動距離的信息、和從聚焦調(diào)節(jié)裝置13所提供來的表明到任意物體的距離的信息來檢索映象圖21,從而產(chǎn)生信息F,該信息F表明使任意物體正確聚焦的聚焦透鏡5的位置。
位置信息F通過一個將在后面說明的加法裝置25而加到聚焦電機驅(qū)動器14上,使得當(dāng)變焦調(diào)節(jié)裝置11把聚束器透鏡2移到任意位置時,聚焦電機驅(qū)動器14從映象圖21接收位置信息F并根據(jù)位置信息F驅(qū)動聚焦電機15而移動聚焦透鏡5的位置。
聚焦透鏡5的位置信息F是在變焦透鏡設(shè)備設(shè)計和生產(chǎn)時的特定的環(huán)境溫度下取得,并且將其存放在存儲器(未示出)的映象圖21中。
按照本發(fā)明的變焦透鏡設(shè)備包括一個溫度檢測裝置16,用于檢測透鏡鏡筒和透鏡的溫度。根據(jù)溫度檢測裝置16所檢測到的表明溫度的信息,就可能校正存放在映象圖21中的聚焦透鏡5的位置信息F。
在由圖2中的曲線a所表示的特性中,由于環(huán)境溫度變化而僅使曲線a在水平方向發(fā)生位移所引起的焦點的位移(在曲線b和d之間的垂直方向的差),由圖4中的相應(yīng)曲線所表示,在這些曲線中,是以相對于因透鏡鏡筒及透鏡受到環(huán)境溫度的變化而引起的位移量(其范圍從-20微米到+20微米,間距為5微米)來表示的。
在圖4中,水平軸表示聚束器透鏡2的位置,垂直軸則表示焦點的位移。圖4中的中間水平軸表示環(huán)境溫度完全不變化的部分。在圖4中,各相應(yīng)的曲線呈會聚狀的靠右手側(cè)的位置表示聚束器透鏡2在望遠透鏡的一端。每條曲線的形狀是這樣的,即從望遠透鏡一端的位置移向左手側(cè)(廣角透鏡側(cè))時位移量在短暫地加大后就逐步減小。
當(dāng)曲線a僅僅在垂直方向移動時所引起的焦點位移(曲線a和d之間垂直方向的差)表示在圖5的曲線中,這些曲線是按相對于因環(huán)境溫度變化而使透鏡鏡筒和透鏡發(fā)生位移的量(其范圍為從-20微米到+20微米,間距5微米)來表示的。
在圖5中,水平軸表示聚束器透鏡2的位置,垂直軸表示焦點位移。圖5中的中間水平軸表示環(huán)境溫度完全沒有變化(零)的部分。在相應(yīng)各曲線會聚的右手側(cè)位置是聚束器透鏡2的望遠透鏡一側(cè)。每一曲線的形狀都是這樣的即從望遠透鏡一側(cè)的位置移向左手側(cè)(廣角透鏡側(cè))時位移量以拋物線的形式逐漸增大。
當(dāng)曲線a在水平和垂直方向按相同的方向移動時所引起的焦點位移示于圖6中的相應(yīng)各曲線中,這些曲線是以對于透鏡鏡筒和透鏡在環(huán)境溫度變化時透鏡鏡筒和透鏡移動的位移量(范圍從-20微米到+20微米,間距為5微米)而表示的。
在圖6中,水平軸表示聚束器透鏡2的位置,垂直軸表示焦點的位移。圖6的中間水平軸表示環(huán)境溫度完全沒有變化(零)的那部分。各相應(yīng)曲線呈會聚狀的右手側(cè)的位置是聚束器透鏡2在望遠透鏡的一端。每條曲線的形狀是這樣的即從望遠透鏡一端的位置趨向左手側(cè)(廣角透鏡側(cè))時位移量是逐步增加的。
由于曲線a按水平和垂直方向的相反方向偏移時所引起的焦點位移(曲線b和d在垂直方向的差)示于圖7的各曲線,這些曲線是以相對于透鏡鏡筒和透鏡隨著環(huán)境溫度改變而使透鏡鏡筒和透鏡移動時的位移量(范圍從-20微米到+20微米,間距為5微米)來表示的。
在圖7中,水平軸表示聚束器透鏡2的位置,垂直軸表示焦點位移。圖7的中間水平軸表示環(huán)境溫度完全沒有變化(零)的部分。各相應(yīng)的曲線呈會聚狀的右手側(cè)位置是聚束器2在望遠透鏡一端。每條曲線的形狀是這樣的即從望遠透鏡的一端位置趨向于左手側(cè)(廣角透鏡一側(cè))時先暫時增大之后就基本上成為恒定不變。
在研究了從圖4到圖7所示的相應(yīng)的特性之后,應(yīng)該指出,雖然相應(yīng)的曲線在形狀上有所不同,但圖4到圖7所示的曲線都有這樣的形狀即與在環(huán)境溫度變化時所產(chǎn)生的透鏡鏡筒和透鏡的位移量(范圍從-20微米到+20微米,間距為5微米)成正比。
在上述的變焦透鏡設(shè)備中,從變焦調(diào)節(jié)裝置11來的表明聚束器透鏡2移動量的信息被提供給微計算機12的校正映象圖22,并且因而按照移動量信息(Z)而產(chǎn)生的焦點位移的基本校正量H(Z)由該計算機檢索取出。存放在校正映象圖22中的基本校正量H(Z)是根據(jù)圖4到圖7所示的相應(yīng)各曲線的數(shù)據(jù)而得的,從那里可以得到基本校正量H(Z)的各種數(shù)據(jù)。每個曲線的形狀是根據(jù)變焦透鏡設(shè)備在設(shè)計或制造時該變焦透鏡設(shè)備或其相關(guān)設(shè)備的構(gòu)造情況而確定的。按這樣所確定的表明基本校正量H(Z)的數(shù)據(jù)被存放在存儲器中。
溫度信息(t)是由溫度檢測裝置16檢測的,該裝置檢測透鏡鏡筒和透鏡的溫度,溫度信息(t)提供給微計算機12的映象圖23,在其中按照一個特定的函數(shù)而形成一個溫度系數(shù)K(t)。這樣所形成的溫度系數(shù)K(t)和檢索出的基本校正量H(Z)用一個乘法裝置24來相乘,從乘法裝置24得出的乘積通過一個加法裝置25來將其加到由映象圖21所提供的聚焦透鏡5的位置信息F上。
因此,根據(jù)本發(fā)明的這個變焦透鏡設(shè)備,當(dāng)由于調(diào)節(jié)變焦調(diào)節(jié)裝置11而把聚束器透鏡2移到任意位置時,從映象圖21來的位置信息F被加上了一個由基本校正量H(Z)和溫度系數(shù)K(t)相乘所得的值,因而就被校正。然后,經(jīng)過這樣校正后得到的位置信息F′從加法裝置25提供給聚焦電機驅(qū)動器14以驅(qū)動電機15使得聚焦透鏡5的位置按照這樣所產(chǎn)生的位置信息F′而移動。
雖然根據(jù)每種設(shè)備的不同變化條件其特性曲線的形狀是各不相同的,但在同一設(shè)備中,特性曲線的形狀是與當(dāng)環(huán)境溫度變化時透鏡鏡筒和透鏡的移動量成比例。因此,如果變化的特性表示成為基本校正量H(Z)和將該基本校正量H(Z)與溫度系數(shù)K(t)的乘積并加到聚焦透鏡5的位置信息F′上,那么就有可能在任意物體因環(huán)境溫度改變而不能正確聚焦時得到恒定和滿意的校正。
變焦透鏡設(shè)備中的第二透鏡(聚焦透鏡5)以預(yù)定的關(guān)系(映象圖21)相對于第一透鏡(聚束器透鏡2)由聚焦電機驅(qū)動器推動,這種變焦透鏡設(shè)備包括一個特定校正映象圖22,在該校正圖22中,在望遠透鏡一端的校正量成為零。溫度檢測裝置16檢測出溫度,并且基本校正量則根據(jù)第一透鏡移動的量(變焦調(diào)節(jié)裝置11)而由校正映象圖22所確定。然后,把校正量和測得的溫度系數(shù)(映象圖23)相乘(在乘法裝置24中)而得的結(jié)果值(在加法裝置25中)與一個量(F)相加,以控制第二透鏡(聚焦透鏡5)的移動,從而去校正因環(huán)境溫度變化而引起的焦點的位移。因此,當(dāng)變焦位置從望遠透鏡一端移到廣角透鏡一端時,任意物體不能正確聚焦而引起焦點偏移的問題就可得到解決。
此外,在上述的變焦透鏡設(shè)備中,從校正映象圖得到的基本校正量H(Z)的曲線的形狀根據(jù)各個不同的透鏡而有變化,這不僅因為曲線會在水平和垂直方向平行地移動,曲率變寬或收縮,透鏡鏡筒的構(gòu)造有變化,且透鏡的倍率也會變化。因此,預(yù)測焦點位移的校正量是很困難的。
但是,在同一個變焦透鏡設(shè)備中,由于特性曲線的形狀與環(huán)境溫度改變時所產(chǎn)生的透鏡鏡筒和透鏡的移動量是成比例的,如果這種改變的特性在變焦透鏡設(shè)備的設(shè)計或制造時就能獲得,且把這樣所得的改變的特性用來作為基本校正量H(Z),則就有可能預(yù)測焦點偏移的校正量。這樣,焦點偏移可用簡單的計算而得到恒定和滿意的校正。
上面采取參照附圖的方式說明了本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例,但必須理解,本發(fā)明并不嚴(yán)格局限于該實施例,熟悉本技術(shù)的人們能夠在不違背所附權(quán)利要求書所規(guī)定的本發(fā)明的精神或范圍的情況下來實現(xiàn)它的各種改變和修正。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡設(shè)備,其特征在于包括用于把來自物體的光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕某上笱b置;設(shè)在上述物體和上述成象裝置之間的變焦和聚焦透鏡;用于調(diào)節(jié)上述變焦透鏡的運動的變焦調(diào)節(jié)電路;用于調(diào)節(jié)上述聚焦透鏡的運動的聚焦調(diào)節(jié)電路;用于根據(jù)對上述變焦透鏡進行的調(diào)節(jié)而輸出一個調(diào)節(jié)值的校正電路;用于檢測上述物體周圍的溫度的溫度檢測電路;以及用于根據(jù)上述溫度檢測電路的輸出信號以校正上述校正電路的校正值的系數(shù)電路。
2.按照權(quán)利要求1的變焦透鏡設(shè)備,其特征在于,還包括一個存儲器,在存儲器中作為校正映象圖而存儲著由上述校正電路為每個設(shè)備所準(zhǔn)備的校正值;還包括一個聚焦電路,用于把上述存儲器的輸出值加到上述的系數(shù)電路的調(diào)節(jié)值上并由此來調(diào)節(jié)上述的聚焦透鏡。
3.按照權(quán)利要求2的變焦透鏡設(shè)備,其特征在于,其中變焦透鏡是一個凹透鏡,聚焦透鏡是一個凸透鏡,上述的凹透鏡和上述的凸透鏡構(gòu)成了無補償鏡的結(jié)構(gòu)。
4.按照權(quán)利要求3的變焦透鏡設(shè)備,其特征在于,其中校正電路包括校正數(shù)據(jù)中的第一校正數(shù)據(jù),它用于當(dāng)上述的變焦透鏡從最靠近上述物體的一側(cè)位置移到最靠近上述成象裝置的位置的情況;還包括校正數(shù)據(jù)中的第二校正數(shù)據(jù),它用于當(dāng)上述的變焦透鏡處在廣角透鏡的一端以便把上述的物體顯示成最大。
5.按照權(quán)利要求4的變焦透鏡設(shè)備,其特征在于,其中所述的系數(shù)電路的輸出信號和上述的第二校正電路的輸出信號相乘,其乘積值加到第一輸出信號的值上,上述的聚焦透鏡就根據(jù)相加后的輸出而受控制。
全文摘要
一種變焦透鏡設(shè)備,包括一個成像裝置(6)以便把來自物體的光轉(zhuǎn)變成電信號,一個變焦透鏡和一個聚焦透鏡設(shè)在物體和成像裝置之間,變焦調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)變焦透鏡的移動,聚焦調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)聚焦透鏡的移動,校正電路用于按照變焦透鏡的調(diào)節(jié)而輸出一個調(diào)節(jié)值,溫度檢測電路用于檢測物體周圍的溫度,以及系數(shù)電路用于根據(jù)溫度檢測電路的輸出信號來校正校正電路的校正值。
文檔編號H04N5/232GK1118444SQ9510286
公開日1996年3月13日 申請日期1995年3月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月14日
發(fā)明者盛繁 申請人:索尼公司