JP3814545B2 - Telephoto zoom lens position control device and telephoto camera device provided with the same - Google Patents

Description

ただし、
Ｍ ：拡大率
Ｘ _１ （Ｍ）：拡大率がＭのときの拡大用レンズのフォーカス用ステージ上で
の位置（原点位置を対物レンズの結像面側の焦点位置とする）
Ｘ _２ （Ｍ）：拡大率がＭのときの撮像面のズーム用ステージ上での位置（原
点位置を拡大用レンズの位置とする）
Ｓ ：対物レンズから被写体までの距離
ｆ _１ ：対物レンズの焦点距離
ｆ _２ ：拡大用レンズの焦点距離
Ｘ _{１ OFFSET} ：フォーカス用ステージの原点位置校正値
Ｘ _{２ OFFSET} ：ズーム用ステージの原点位置校正値
この場合において、前記式（１）、（２）を各々前記拡大率Ｍにより微分し、その微分された式に基づいて速度制御を行うように構成することも可能である。
また、本発明の第２の望遠用ズームレンズの位置制御装置は、被写体側から順に、対物レンズと、この対物レンズの結像面側に配置され、該対物レンズにより結像される被写体像を拡大する拡大用レンズと、
該拡大用レンズにより形成される被写体像を撮像する撮像素子を備え、
該撮像素子が固定されたズーム用スライダを、光軸方向に移動させるズーム用ステージと、
該ズーム用ステージが固定され、かつ該ズーム用ステージの所定位置に前記拡大用レンズが設けられたフォーカス用スライダを、光軸方向に移動可能に保持するフォーカス用ス テージと、
前記被写体像の拡大率および前記被写体までの距離に応じて、ズーミングおよびフォーカシングされる前記ズーム用スライダおよび前記フォーカス用スライダを設定する制御部を備え、
該制御部は、前記被写体像の所望する拡大率に関するデータおよび前記被写体までの距離に関するデータが入力されるデータ入力部と、
入力された該データに基づいて、予め定められた算出テーブルにより前記ズーム用スライダおよび前記フォーカス用スライダの位置を設定する位置データを求め、該求められた位置データを出力する算出部と、
該出力された位置データに基づいて、前記ズーム用スライダおよび前記フォーカス用スライダを各々スライド駆動する駆動部と、
を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、前記拡大用レンズは、前記ズーム用ステージの所定位置に固定するように構成されていてもよいし、前記フォーカス用スライダに直接設けるように構成されていてもよい。
【００１０】
また、本発明の望遠カメラ装置は、上述した望遠用ズームレンズの位置制御装置の少なくとも一部を内蔵したカメラ本体を、パンニングおよびチルティングの各操作が可能な雲台に搭載したことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る望遠用ズームレンズの位置制御装置およびこれを搭載した望遠カメラ装置について図面を用いて説明する。
図２は本発明の実施形態に係る望遠用ズームレンズの位置制御装置を示すものであり、図１はそのステージ部上の構成を詳細に示すものである。
【００１２】
図２に示すように、本実施形態に係る望遠用ズームレンズの位置制御装置は、対物レンズ１１と、拡大用レンズ１２と、ＣＣＤ撮像素子１３よりなる光学系、ＣＣＤ撮像素子１３が固定されたズーム用スライダ１４を光軸方向にスライド可能に保持してなるズーム用ステージ１５、およびその原点位置付近に拡大用レンズ１２を取り付けたズーム用ステージ１５が固定されたフォーカス用スライダ１６を光軸方向にスライド可能に保持してなるフォーカス用ステージ１７を備えたステージ部２０を有している。
【００１３】
また、被写体までの距離Ｓおよび所望する拡大率Ｍ等の各データを入力するためのデータ入力部３０、入力されたデータに応じて、適切なズーミングおよびフォーカシングがなされるような、上記ズーム用スライダ１４およびフォーカス用スライダ１６の位置を演算し、その演算結果をデータ信号として出力するコンピュータからなる演算部４０、および演算部４０からのデータ信号に基づき、ズーム用スライダ１４およびフォーカス用スライダ１６を所定位置に各々駆動するためのサーボアンプ５１、５２を備えている。
【００１４】
さらに、ＣＣＤ撮像素子１３により撮像された被写体情報を担持した映像信号を再生するモニタ６０を備えている。
【００１５】
上述した対物レンズ１１および拡大用レンズ１２は、複数枚から構成されるものが一般的であるが、１枚で構成することも可能である。なお、各収差を軽減するためにレンズ１１、１２の少なくとも１つのレンズ面を所定の非球面とすることが可能である。さらに、上述したステージ１５、１７やスライダ１４、１６は装置の可搬性を高めるために、軽くて強度の大きい材料、例えばアルミニューム等により形成することが好ましい。
【００１６】
また、上述したズーム用ステージ１５およびフォーカス用ステージ１７には図示されない、リニアモータからなる駆動用サーボモータが設けられており、上述した２つのサーボアンプ５１、５２からの駆動電流によりこれらの駆動用サーボモータが各スライダ１４、１６を所定位置、すなわち、所望する拡大率Ｍおよび被写体までの距離Ｓに応じた所定の位置に設定するようになっている。
【００１７】
また、各ステージ１５、１７上におけるスライダ１４、１６の位置を読み取り、その読取結果を演算部４０に送出するスライダ位置読取用のリニアエンコーダ５３、５４が設けられており、リニアエンコーダ５３、５４から演算部４０に入力される、読み取られたデータに基づきフィードバック制御が行なわれ、上記各スライダ１４、１６は数μｍの精度で位置制御がなされる。
【００１８】
なお、上述した駆動用サーボモータは、高速性および高精度化を図るため、リニアモータによって構成されているが、これを回転型モータに替えることも勿論可能である。この場合には、リニアエンコーダ５３、５４に替えてロータリエンコーダを用いることが可能である。
【００１９】
さらに、上述したデータ入力部３０は、ジョイスティックやダイヤル等の操作つまみ、あるいはテンキーボード等を備えた専用のデータ入力装置であってもよいし、パソコン用の一般のキーボードとすることも勿論可能である。
【００２０】
以上に説明した如く構成された本実施形態装置によれば、遠距離に位置する被写体の像が対物レンズ１１によって、対物レンズ１１と拡大用レンズ１２との間の結像面に形成され、この結像面に形成された像が拡大用レンズ１２により、ＣＣＤ撮像素子１３の撮像面（以下、単にＣＣＤ撮像素子１３と称する）上に拡大形成される。ＣＣＤ撮像素子１３から出力された映像信号により、拡大された被写体像がモニタ６０上に映出されるとともに、この映像情報が図示されない記録媒体に記録される。
【００２１】
ところで、本発明装置の光学系部分は望遠鏡の光学系にヒントを得ている。すなわち、現行のテレビ用カメラの超望遠レンズでは、テレコンバータレンズを取り付けたとしても焦点距離ｆはたかだか2300ｍｍ程度であり、焦点距離ｆが5000ｍｍから10000ｍｍとなる、いわゆる極超望遠域での使用は困難である。また、レンズ枚数も多く構成が複雑である。そこで、本発明者は、レンズ構成の簡易な望遠鏡の光学系に着目し、望遠鏡タイプの光学系の各要素を高精度なフィードバック制御を用いて位置設定することで、極超望遠域での撮影を可能としつつ望遠鏡の課題である迅速なズーミングとフォーカシングを達成し、迅速な遠距離撮影が必要とされる緊急報道等での使用を可能とした。
【００２２】
以下、本発明装置の原理を説明する。
【００２３】
図３は、代表的な屈折型望遠鏡であるケプラー式の天体望遠鏡を用いて眼視観測した場合の様子を示すものである。すなわち、天体望遠鏡を用いた眼視観測では、焦点距離ｆ′のアイピース７２を、焦点距離ｆの対物レンズ７１の結像面（焦点面）から略ｆ′だけ離れた位置に配置する。こうすると、アイポイントでは、アイピース７２から射出された光が平行光線となる。アイポイントでは、極めて遠距離の被写体Ａ、Ｂから到達する光線の光軸に対する角度が直視の場合における該被写体Ａ、Ｂからの光線の光軸に対する角度よりも拡大しているために、それだけ拡大されて見えることになる。なお、このときの拡大率はｆ／ｆ′である。
【００２４】
なお、図３において、結像面（焦点面）にＣＣＤ撮像素子を配設した場合を直焦撮影（通常の撮影）と称している。
【００２５】
一方、図３に示す状態からアイピース７２を後方にΔだけずらして図４に示す状態とすることにより、アイピース７２から射出される、被写体Ａ、Ｂからの光線は焦点を結ぶことになる。この焦点を結んだ面（結像面）にＣＣＤ撮像素子を配置することで、拡大撮影（本発明装置における撮影）を実現できる。
【００２６】
この拡大撮影時における、直焦撮影時に対する拡大率Ｍ′はＬ／ｆ′−１となる。
ここで、アイピース７２から拡大撮影の結像面（合成焦点面）までの距離Ｌは下式（３）で表わされる。
【００２７】
【数２】

【００２８】
また、Δを用いて拡大率Ｍ′を表わすと下式（４）となる。
【００２９】
【数３】

【００３０】
したがって、対物レンズ７１の焦点距離をｆとすれば、図４のレンズ系全系の合成焦点距離はＭ′・ｆとなる。
【００３１】
以上の検討から、図４の系において、対物レンズ７１として焦点距離ｆ＝2000ｍｍ、Ｆ５程度（口径２５ｃｍ程度）のものを用い、Δを変化させ、拡大率Ｍ′を１／２から５まで変化させることで焦点距離を1000ｍｍ〜10000ｍｍの範囲でズーミングすることが可能となる。ただし、上記Δは上記Ｌの値が実用的な値となる範囲で変化させる。ズーミングに際しては、これらΔとＬの両者を同時に高精度で制御する必要がある。
【００３２】
以下、図２の如く構成された本実施形態装置における、レンズ設定位置を決定する演算式を導出する手法について図１を用いて説明する。
【００３３】
図１において、フォーカス用ステージ１７の原点（フォーカス用ステージ１７上の位置０）は無限遠に位置する被写体を撮影したときの対物レンズ１１の結像面（焦点面）位置に対応する。フォーカス用ステージ１７のフォーカス用スライダ１６（フォーカス用ステージ１７上の位置Ｘ_１）上にはズーム用ステージ１５が固定されている。ズーム用ステージ１５の原点（ズーム用ステージ１５上の位置０）はフォーカス用スライダ１６の位置に一致している。
【００３４】
また、ズーム用ステージ１５の原点位置には拡大用レンズ１２が固定されており、ズーム用スライダ１４（ズーム用ステージ１５上の位置Ｘ_２）上にはＣＣＤ撮像素子１３が固定されている。
【００３５】
ここで、フォーカス用スライダ１６をフォーカス用ステージ１７上でスライドさせ、フォーカス用スライダ１６の位置Ｘ_１を変化させると、拡大用レンズ１２とＣＣＤ撮像素子１３が、その相対距離を保持した状態で互いに同一距離だけ移動する。一方、ズーム用スライダ１４をズーム用ステージ１５上でスライドさせ、ズーム用スライダ１４の位置Ｘ_２を変化させると、ＣＣＤ撮像素子１３のみが移動する。
【００３６】
対物レンズ１１の焦点距離をｆ_１とし、拡大用レンズ１２の焦点距離をｆ_２とする。
ここで、対物レンズ１１から被写体までの距離（以下、単に被写体までの距離と称する）がＳのときに、無限遠に被写体がある場合に比べて結像面位置がｄだけ図面右方向（対物レンズ１１から離れる方向）に移動したものとする。
すなわち、対物レンズ１１から、その結像面位置（第１の結像面）までの距離ｆ_Ｓをｆ_１+ｄとすると、薄肉レンズの公式より、
【００３７】
【数４】

が得られる。
【００３８】
また、拡大用レンズ１２に着目すると、上記結像面位置から拡大用レンズ１２までの距離Ｌ′はＸ_１−ｄであり、拡大用レンズ１２からＣＣＤ撮像素子１３までの距離ＬはＸ_２となるので、上記と同様に薄肉レンズの公式より、
【００３９】
【数５】

が得られる。
【００４０】
ここで、拡大用レンズ１２による拡大率ＭはＬ′に対するＬの比の値となるので、
【００４１】
【数６】

となる。
【００４２】
上述した式（６）、（７）より、拡大率がＭとされたときの拡大用レンズ１２からＣＣＤ撮像素子１３までの距離Ｘ_２（Ｍ）は、拡大用レンズ１２の厚さを無視すれば、
【００４３】
【数７】

となる。
【００４４】
また、無限遠に位置する被写体を撮影したときの対物レンズ１１の結像面（焦点面）位置から拡大用レンズ１２までの位置Ｘ_１（Ｍ）は、上述した式（５）、（７）、（８）より、
【００４５】
【数８】

となる。
【００４６】
Ｘ_１（M）については、理論的な原点位置と、フォーカス用ステージ１７の実際上の機械原点位置にずれが生じていると考えられるので、このずれ量をＸ_{１ OFFSET}で表し、上記式（９）の右辺に加えることで、下式（１０）が得られる。
【００４７】
【数９】

【００４８】
また、Ｘ_２（M）についても、理論的な原点位置と、ズーム用ステージ１５の実際上の機械原点位置にずれが生じていると考えられ、このずれ量、および上記計算において考慮されていなかった拡大用レンズ１２の厚み分を合計してＸ_{２ OFFSET}で表し、上記式（８）の右辺に加えることで、下式（１１）が得られる。
【００４９】
【数１０】

【００５０】
なお、上述したＸ_{１ OFFSET}とＸ_{２ OFFSET}の値は、装置に応じて適宜校正される。
被写体までの距離Ｓおよび所望する拡大率Ｍに対し、上記のようにして求められた式（１０）および式（１１）を適用して演算することにより、拡大用レンズ１２の設定位置（フォーカス用スライダ１６の設定位置）およびＣＣＤ撮像素子１３の設定位置（ズーム用スライダ１４の設定位置）が決定されることになる。
【００５１】
実際には、このようにして求められた式（１０）、（１１）は、図２に示された演算部４０内のメモリ領域に記憶される。対物レンズ１１の焦点距離ｆ_１および拡大用レンズ１２の焦点距離ｆ_２は既知であり、初期設定段階において既に該メモリ領域に記憶されていることから、データ入力部３０から被写体までの距離Ｓおよび所望する拡大率Ｍのデータを入力することにより、これらのデータが、上記メモリ領域に格納されていた式（１０）、（１１）に代入され、演算部４０においてフォーカス用スライダ１６の設定位置（拡大用レンズ１２の設定位置）Ｘ_１（Ｍ）とズーム用スライダ１４の設定位置（ＣＣＤ撮像素子１３の設定位置）Ｘ_２（Ｍ）が演算される。
【００５２】
このようにして算出されたＸ_１（Ｍ）の値ｘ_１に応じた指示信号がサーボアンプ５２に入力され、前述したフォーカス用サーボモータが駆動され、フォーカス用スライダ１６がフォーカス用ステージ１７上の位置ｘ_１に設定される。これにより拡大用レンズ１２もその位置に設定される。
【００５３】
さらに、上述したようにして算出されたＸ_２（Ｍ）の値ｘ_２に応じた指示信号がサーボアンプ５１に入力され、ズーム用スライダ１４がズーム用ステージ１５上の位置ｘ_２に設定される。これによりＣＣＤ撮像素子１３を適切な位置に設定することができる。上記両スライダ１４、１６の設定位置は、スライダ位置読取用のリニアエンコーダ５３、５４の読取値が演算部４０にフィードバックされることで、高精度の位置制御がなされるようになっている。また、上述したような構成とすることで、一般に用いられているリニアステージを利用して、拡大用レンズ１２とＣＣＤ撮像素子１３を互いに近接した所定距離に容易に設定可能である。
【００５４】
また、所望する拡大率Ｍが予め設定してあるような場合も多く、この場合には上式（１０）、（１１）から明らかなようにＸ_１（Ｍ）のデータ値のみを演算し、スライダ１６の位置のみを設定することで、良好なズーミングおよびフォーカシングの各操作が可能となり、この点において本実施形態のステージ構成は極めて優れている。
【００５５】
本実施形態のものとの比較のために、例えば、以下のようなステージ構成のものについて検討してみる。
【００５６】
すなわち、互いに独立な第１および第２のステージを設け、その原点を共に、無限遠に位置する被写体を撮影したときの対物レンズの結像面（焦点面）位置に対応させる。第１のステージのスライダ（第１のステージ上の位置Ｘ_Ｓ１）上に拡大用レンズを固定し、第２のステージのスライダ（第２のステージ上の位置Ｘ_Ｓ２）上にはＣＣＤ撮像素子を固定する。
【００５７】
なお、本実施形態のものと同様に、対物レンズの焦点距離をｆ_１とし、拡大用レンズの焦点距離をｆ_２とする。
また、被写体までの距離がＳのときに、無限遠に被写体がある場合に比べて、対物レンズの像面位置がｄだけ結像面側に移動したものとする。
【００５８】
この場合において、上述した本実施形態の場合と同様にして、位置Ｘ_Ｓ１および位置Ｘ_Ｓ２を算出してみると、位置Ｘ_Ｓ１および位置Ｘ_Ｓ２は以下のような式（１３）、（１４）で表される。
【００５９】
なお、拡大用レンズによる拡大率Ｍは、下式（１２）で表される。
【００６０】
【数１１】

【００６１】
【数１２】

【００６２】
【数１３】

【００６３】
このように、上記比較例によれば、所望する拡大率Ｍが予め設定してあり、被写体までの距離Ｓのみに応じて操作を行う場合であっても、上式（１３）、（１４）から明らかなようにＸ_Ｓ１（Ｍ）およびＸ_Ｓ２（Ｍ）の両データ値を演算し、これに基づいて第１および第２の両スライダの位置を設定しなければならず、操作が複雑となる。また、上式（１４）に示されるように演算部における演算量も多くなってしまう。
【００６４】
図５は上記実施形態に係る望遠カメラ装置を示す概略図である。
この望遠カメラ装置８０は、上述した望遠用ズームレンズの位置制御装置を搭載したカメラ本体８１と、このカメラ本体８１を旋回方向のパンおよび上下傾動方向のチルトが可能となるように支承する雲台８２と、この雲台８２を安定した姿勢に設定する三脚等の脚部８３から構成されている。
【００６５】
このように構成することで、高撮影倍率であっても望遠カメラ装置８０による遠距離の被写体撮影を安定して行うことが可能となる。
【００６６】
なお、上記雲台８２のパンニングおよびチルティングの各操作は図示されないサーボモータによって駆動可能に設けられている。また、これらのサーボモータは、前述したズーミングおよびフォーカシングの各操作と同様に、演算部４０からの指示信号に基づき、所定のサーボアンプから出力されるモータ駆動信号により制御されるようになっている。
【００６７】
また、それらのパンニングおよびチルティングの各操作が、前述したズーミング、フォーカシングの各操作と同様に、データ入力部３０におけるオペレータの操作に基づいて行えるように構成されている。このデータ入力部３０におけるパンニングおよびチルティングのオペレータによる操作は、操作の容易性を考慮して、例えば左右上下に傾動可能な棒状の操作部材であるジョイスティックにより行う。
【００６８】
なお、本発明の望遠用ズームレンズの位置制御装置およびこれを備えた望遠カメラ装置は、上述した実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。
【００６９】
例えば、上記実施形態のものでは、光学系として屈折型の望遠鏡の光学構成を採用しているが、これに替えて反射型の望遠鏡の光学構成を採用することも可能である。この場合には、対物レンズの替わりに反射対物鏡を用いるが、その原理は上記実施形態のものと同様である。反射型の望遠鏡の光学構成を採用すれば、上述した実施形態装置の作用効果のほか、筒長距離を短くしつつ、大口径の光学系とすることが容易である。
【００７０】
また、上述したデータ入力部３０および／または演算部４０はカメラ本体８１に内蔵または付設されていてもよいし、カメラ本体８１から離れた位置に配設するようにしてもよい。データ入力部３０をカメラ本体８１から離れた位置に配設する場合には、データ入力部３０でのオペレータの操作に基づいて、前述したズーミング、フォーカシングの各動作、さらにはパンニング、チルティングの各動作が、遠隔制御されるように構成される。これにより、オペレータはさらに好環境あるいは安全な位置において被写体撮影を行うことができる。
【００７１】
また、上記実施形態装置においては、演算式を用いて各スライダ１４、１６の設定位置を求めるようにしているが、演算式に替えて、例えば、所望する拡大率Ｍ、被写体までの距離Ｓ、対物レンズの焦点距離ｆ_１、拡大用レンズの焦点距離ｆ_２の各データ値と、拡大用レンズ（フォーカス用スライダ）のフォーカス用ステージ上での位置Ｘ_１とを対応させる第１の算出テーブル、および拡大率Ｍ、拡大用レンズの焦点距離ｆ_２の各データ値と、撮像面（ズーム用スライダ）のズーム用ステージ上での位置Ｘ_２とを対応させる第２の算出テーブルを用いることが可能である。なお、各算出テーブルにおける入力データと出力データの対応関係は、上記演算式を用いた場合のデータ対応関係と同様であり、ズーミングおよびフォーカシングが良好に行なわれるような対応関係とされている。
【００７２】
この場合にも、上記算出テーブルは制御部のメモリ内に格納しておき、入力された各データに基づきズーム用スライダおよびフォーカス用スライダを設定する所定位置を求めることになる。
【００７３】
また、上記実施形態装置においては、被写体までの距離Ｓのデータを、オペレータによるデータ入力部３０でのデータ入力操作によって与えるようにしているが、例えば、カメラ本体等に設けられたオートフォーカス装置により測距されたデータを自動的に取込むようにして与える構成とすることも可能である。
【００７４】
また、上記実施形態装置において、ズーミング操作中におけるフォーカシングのずれをさらに軽減するために、前述した式（１０）、（１１）を各々拡大率Ｍにより微分し、それに基づいて速度制御を行うようにすることも可能である。
さらに、本発明装置は、緊急報道時の撮影に利用される場合に限られず、その他の種々の被写体、例えば、絶滅の危機に瀕している動植物の遠隔撮影等にも適用できることはいうまでもない。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の望遠用ズームレンズの位置制御装置によれば、光学系を、望遠鏡の光学系にヒントを得た、対物レンズ、拡大用レンズおよび撮像部材からなる簡単な構成とするとともに、撮像部材を拡大用レンズに対して光軸方向にスライドさせるズーム用ステージを、拡大用レンズを対物レンズに対してスライドさせるフォーカス用ステージのスライダ上に固定する、スライダ積載構成とし、さらに、被写体像の所望する拡大率および前記被写体までの距離に応じて、所望するズーミングおよびフォーカシングがなされるように前記撮像部材および前記拡大用レンズを所定位置にスライド設定するよう制御することで、極めて軽量化された光学系でありながら、迅速かつ高精度の極超望遠域の撮影を可能としている。
【００７６】
これにより、従来技術に比べ、レンズ重量のみならず、レンズ設計の負担および製造コストを格段に低減することが可能となる。また、光束が透過するレンズ部材の枚数が少ないので、光透過率に優れ、より明るい被写体像を得ることが可能である。
【００７７】
また、本発明の望遠カメラ装置は、上述した望遠用ズームレンズの位置制御装置の少なくとも一部を内蔵したカメラ本体を、パンニングおよびチルティングの各操作が可能な雲台に搭載したものであり、これにより、手ぶれ等の振動による影響を極めて受けやすい遠隔撮影においても、安定した撮影を行うことが可能となり、また、撮影方向の角度調整を極めて容易なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る望遠用ズームレンズの位置制御装置のステージ部の構成および作用を説明するための図
【図２】 本発明の実施形態に係る望遠用ズームレンズの位置制御装置を示す概略構成図
【図３】 本発明の望遠用ズームレンズの位置制御装置の原理を説明するためのケプラー式望遠鏡を示す概略図
【図４】 本発明の望遠用ズームレンズの位置制御装置の原理を説明するためのケプラー式望遠鏡の変形例を示す概略図
【図５】 本発明の実施形態に係る望遠カメラ装置の構成を示す概略図
【図６】 従来技術に係るズームレンズのレンズ構成を示す概略図
【符号の説明】
１１、７１ 対物レンズ
１２ 拡大用レンズ
１３ ＣＣＤ撮像素子
１４ ズーム用スライダ
１５ ズーム用ステージ
１６ フォーカス用スライダ
１７ フォーカス用ステージ
２０ ステージ部
３０ データ入力部
４０ 演算部
５１、５２ サーボアンプ
６０ モニタ
７２ アイピース
８０ 望遠カメラ装置
８１ カメラ本体
８２ 雲台
８３ 脚部
１０１ フォーカスレンズ群
１０２ バリエータレンズ群
１０３ コンぺンセータレンズ群
１０４ リレーレンズ群
１０５ 色分解プリズム
１０６ ＣＣＤ撮像素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a telephoto zoom lens position control device and a telephoto camera device including the same, and more particularly to a zoom lens position control device and a telephoto camera device suitable for emergency news shooting in a so-called hyper telephoto area. .
[0002]
[Prior art]
In a conventional television camera or the like, a camera equipped with a zoom lens with a high shooting magnification is used for telephoto shooting of a subject. In this type of general zoom lens, for example, as shown in FIG. 6, a focus lens group 101, a variator lens group 102, a compensator lens group 103, and a relay lens group 104 are arranged along the optical axis X in order from the object side. Then, zooming and focusing adjustment by moving these lens groups forms an image with a desired magnification on the CCD image sensor 106 arranged at the subsequent stage of the color separation prism 105.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, since the zoom lens is composed of a large number of lenses in a multi-group, the lens weight increases, the portability decreases, and the lens design effort and manufacturing cost also increase.
[0004]
Further, since the light beam passes through a large number of lens members, the light transmittance is greatly reduced, and the subject image becomes dark.
In particular, in television news programs, it is difficult to get close to the site, and it may be necessary to shoot from a very long distance.
[0005]
For example, if an airplane hijacking incident occurred in the evening or at night, and the airplane was parked more than 500m away from the terminal building, the criminal who was standing in the cockpit without lighting There is a demand to photograph the appearance and the inside of the cockpit. In such a case, it is necessary to have a zoom function capable of easily aiming at a target subject and to be set to a telephoto lens having a focal length of about f = 5000 mm or more. With such a conventional zoom lens, it is difficult to obtain a lens having such a focal length. Also, it should be bright enough to determine the appearance of the criminal, the situation inside the aircraft, etc., but since the light transmittance is reduced by passing through a large number of lenses, the image of the subject is It will be extremely dark and difficult to judge.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and can easily perform zooming and focusing on a long-distance subject according to a desired enlargement ratio and a distance to the subject, and in comparison with a conventional technique. It is an object of the present invention to provide a telephoto zoom lens position control device and a telephoto camera device including the telephoto zoom lens having excellent light transmittance that can significantly reduce the weight, the burden of lens design, and the manufacturing cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The position control device for a telephoto zoom lens according to the present invention is a simple configuration of an objective lens and a magnifying lens by changing the concept of a zoom lens for long-distance shooting, which has generally used a multi-group multiple lens configuration. And a zoom stage for sliding the imaging member in the optical axis direction with respect to the magnifying lens, the zoom stage, and a magnifying lens provided so as to coincide with a predetermined position of the stage. The position of the imaging member on the zoom stage and the position of the zoom stage and the magnifying lens on the focus stage are determined according to the desired enlargement ratio and the distance to the subject. It is intended to be controlled.
[0008]
  That is,The first telephoto zoom lens position control device according to the present invention isIn order from the objective lens and the imaging plane side of this objective lensArrangementBy the objective lensImagedA magnifying lens that magnifies the subject image;
  With the magnifying lensIt is formedSubject imageEquipped with an image sensor,
  The imaging deviceThe zoom slider is fixed,In the direction of the optical axisMoveA zoom stage,
  The zoom stage is fixed, andThePredetermined position of the zoom stageBeforeA focusing slider with a magnifying lens,In the direction of the optical axisMovePossible holdDoA focus stage,
  The subject imageExpansion ofDepending on the percentage and the distance to the subjectTheTeaming and focusingBe doneZoom slider and focus sliderSet upControl sectione,
The control unit includes a data input unit to which data relating to a desired magnification of the subject image and data relating to a distance to the subject are input
A calculation unit that obtains position data for setting the zoom slider using a predetermined calculation formula based on the input data, and outputs the obtained position data;
A drive unit that slide-drives each of the zoom slider and the focus slider based on position data output from the arithmetic unit;
The predetermined arithmetic expressions stored in the memory installed in the control unit are the following expressions (1) and (2).It is characterized by this.
[Expression 2]

  However,
          M: Expansion rate
    X ₁ (M): on the focusing stage of the magnifying lens when the magnifying power is M
                Position (the origin position is the focal position on the imaging surface side of the objective lens)
    X ₂ (M): The position of the imaging surface on the zoom stage when the magnification is M (original
                Point position is the position of the magnifying lens)
          S: Distance from the objective lens to the subject
          f ₁ : Focal length of objective lens
          f ₂ : Focal length of magnifying lens
    X _{1 OFFSET} : Origin position calibration value of focus stage
    X _{2 OFFSET} ： Zoom stage home position calibration value
  In this case, the formulas (1) and (2) may be differentiated by the enlargement factor M, and the speed control may be performed based on the differentiated formula.
The second telephoto zoom lens position control device of the present invention is arranged in order from the subject side on the objective lens and the imaging surface side of the objective lens, and the subject image formed by the objective lens A magnifying lens to enlarge,
An image sensor that captures a subject image formed by the magnifying lens;
A zoom stage for moving the zoom slider to which the image sensor is fixed in the optical axis direction;
A focus slider for holding a focus slider, which is fixed to the zoom stage and is provided with the magnifying lens at a predetermined position of the zoom stage, is movable in the optical axis direction. And
A control unit for setting the zoom slider and the focus slider to be zoomed and focused according to an enlargement ratio of the subject image and a distance to the subject;
The control unit includes a data input unit to which data relating to a desired magnification of the subject image and data relating to a distance to the subject are input
A calculation unit for obtaining position data for setting positions of the zoom slider and the focus slider based on the input data, and outputting the obtained position data;
Based on the output position data, a drive unit that slide-drives each of the zoom slider and the focus slider;
It is characterized by comprising.
[0009]
Here, the magnifying lens may be configured to be fixed at a predetermined position of the zoom stage, or may be configured to be directly provided on the focus slider.
[0010]
In addition, the telephoto camera device of the present invention is characterized in that a camera body including at least a part of the position control device for the telephoto zoom lens described above is mounted on a pan head capable of panning and tilting operations. To do.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A telephoto zoom lens position control device and a telephoto camera device equipped with the same according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 2 shows a position control apparatus for a telephoto zoom lens according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 shows the configuration on the stage portion in detail.
[0012]
As shown in FIG. 2, the telephoto zoom lens position control device according to the present embodiment has an objective lens 11, a magnifying lens 12, an optical system comprising a CCD image sensor 13, and a CCD image sensor 13 fixed. A zoom stage 15 in which the zoom slider 14 is slidably held in the optical axis direction and a focus slider 16 to which the zoom stage 15 having the magnifying lens 12 attached in the vicinity of the origin position are fixed in the optical axis direction. The stage unit 20 includes a focusing stage 17 that is slidably held.
[0013]
In addition, the data input unit 30 for inputting each data such as the distance S to the subject and the desired enlargement ratio M, and the zoom slider for performing appropriate zooming and focusing according to the input data 14 and the focus slider 16 are calculated, and a calculation unit 40 including a computer that outputs the calculation result as a data signal, and the zoom slider 14 and the focus slider 16 are determined based on the data signal from the calculation unit 40. Servo amplifiers 51 and 52 for driving each position are provided.
[0014]
Further, a monitor 60 for reproducing a video signal carrying subject information picked up by the CCD image pickup device 13 is provided.
[0015]
The objective lens 11 and the magnifying lens 12 described above are generally composed of a plurality of lenses, but may be composed of a single lens. In order to reduce each aberration, at least one lens surface of the lenses 11 and 12 can be a predetermined aspherical surface. Furthermore, the above-described stages 15 and 17 and sliders 14 and 16 are preferably formed of a light and strong material such as aluminum in order to improve the portability of the apparatus.
[0016]
The zoom stage 15 and the focus stage 17 described above are provided with a drive servo motor (not shown) composed of a linear motor. The drive current from the two servo amplifiers 51 and 52 described above is used to drive these. The servo motor sets each slider 14, 16 to a predetermined position, that is, a predetermined position corresponding to a desired enlargement ratio M and a distance S to the subject.
[0017]
Further, linear encoders 53 and 54 for reading the position of the sliders 14 and 16 on the respective stages 15 and 17 and sending the read results to the arithmetic unit 40 are provided. Feedback control is performed based on the read data input to the arithmetic unit 40, and the positions of the sliders 14 and 16 are controlled with an accuracy of several μm.
[0018]
The drive servo motor described above is composed of a linear motor in order to increase the speed and accuracy, but it is of course possible to replace it with a rotary motor. In this case, a rotary encoder can be used in place of the linear encoders 53 and 54.
[0019]
Furthermore, the data input unit 30 described above may be a dedicated data input device provided with an operation knob such as a joystick or a dial, a numeric keyboard, or the like, or may be a general keyboard for a personal computer. is there.
[0020]
According to the embodiment of the present invention configured as described above, an image of a subject located at a long distance is formed on the imaging plane between the objective lens 11 and the magnifying lens 12 by the objective lens 11, and this The image formed on the imaging surface is enlarged and formed on the imaging surface of the CCD imaging device 13 (hereinafter simply referred to as the CCD imaging device 13) by the magnifying lens 12. An enlarged subject image is displayed on the monitor 60 by the video signal output from the CCD image pickup device 13, and this video information is recorded on a recording medium (not shown).
[0021]
By the way, the optical system portion of the device of the present invention is inspired by the optical system of the telescope. That is, in the super telephoto lens of the current TV camera, even if a teleconverter lens is attached, the focal length f is at most about 2300 mm, and the focal length f is 5000 mm to 10000 mm. Have difficulty. Also, the number of lenses is large and the configuration is complicated. Therefore, the present inventor pays attention to the optical system of a telescope with a simple lens configuration, and positions each element of the telescope-type optical system using high-precision feedback control, so that imaging in the hyper-telephoto range is possible. This enables quick zooming and focusing, which are the challenges of telescopes, and enables use in emergency reports that require rapid long-distance shooting.
[0022]
Hereinafter, the principle of the device of the present invention will be described.
[0023]
FIG. 3 shows a state of visual observation using a Kepler-type astronomical telescope, which is a typical refracting telescope. That is, in the visual observation using the astronomical telescope, the eyepiece 72 having the focal length f ′ is arranged at a position approximately f ′ away from the imaging surface (focal plane) of the objective lens 71 having the focal length f. If it carries out like this, in the eye point, the light inject | emitted from the eyepiece 72 will become a parallel ray. At the eye point, the angle with respect to the optical axis of the light beam arriving from the subjects A and B at a very long distance is larger than the angle with respect to the optical axis of the light beam from the subjects A and B in direct viewing. Will be seen. Note that the enlargement ratio at this time is f / f ′.
[0024]
In FIG. 3, the case where a CCD image sensor is disposed on the image plane (focal plane) is referred to as direct focus shooting (normal shooting).
[0025]
On the other hand, by shifting the eyepiece 72 backward Δ from the state shown in FIG. 3 to the state shown in FIG. 4, the light rays from the subjects A and B emitted from the eyepiece 72 are focused. By arranging the CCD image sensor on the focused surface (imaging surface), enlarged photographing (photographing in the device of the present invention) can be realized.
[0026]
An enlargement ratio M ′ at the time of the magnified photographing with respect to the direct-focus photographing is L / f′−1.
Here, the distance L from the eyepiece 72 to the image plane (synthetic focal plane) for enlarged photographing is expressed by the following equation (3).
[0027]
[Expression 2]

[0028]
Further, when the enlargement ratio M ′ is expressed using Δ, the following expression (4) is obtained.
[0029]
[Equation 3]

[0030]
Therefore, if the focal length of the objective lens 71 is f, the combined focal length of the entire lens system in FIG. 4 is M ′ · f.
[0031]
From the above examination, in the system of FIG. 4, the objective lens 71 having a focal length f = 2000 mm and about F5 (aperture 25 cm) is used, Δ is changed, and the magnification rate M ′ is changed from 1/2 to 5. By doing so, it becomes possible to zoom in the focal length range of 1000 mm to 10000 mm. However, Δ is changed within a range where the value of L is a practical value. In zooming, it is necessary to control both Δ and L simultaneously with high accuracy.
[0032]
Hereinafter, a method for deriving an arithmetic expression for determining the lens setting position in the apparatus of the present embodiment configured as shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG.
[0033]
In FIG. 1, the origin of the focusing stage 17 (position 0 on the focusing stage 17) corresponds to the image plane (focal plane) position of the objective lens 11 when a subject located at infinity is photographed. The focus slider 16 of the focus stage 17 (position X on the focus stage 17)₁The zoom stage 15 is fixed above. The origin of the zoom stage 15 (position 0 on the zoom stage 15) coincides with the position of the focus slider 16.
[0034]
Further, the magnifying lens 12 is fixed at the origin position of the zoom stage 15, and the zoom slider 14 (position X on the zoom stage 15) is fixed.₂The CCD image sensor 13 is fixed on the top.
[0035]
Here, the focus slider 16 is slid on the focus stage 17, and the position X of the focus slider 16 is changed.₁Is changed, the magnifying lens 12 and the CCD image sensor 13 move by the same distance from each other while maintaining the relative distance. On the other hand, the zoom slider 14 is slid on the zoom stage 15, and the position X of the zoom slider 14 is changed.₂Is changed, only the CCD image sensor 13 moves.
[0036]
The focal length of the objective lens 11 is f₁And the focal length of the magnifying lens 12 is f₂And
Here, when the distance from the objective lens 11 to the subject (hereinafter simply referred to as the distance to the subject) is S, the imaging plane position is d in the right direction of the drawing (objective) compared to the case where the subject is at infinity. It is assumed that the lens has moved in a direction away from the lens 11.
That is, the distance f from the objective lens 11 to the imaging plane position (first imaging plane)_SF₁+ d from the thin lens formula,
[0037]
[Expression 4]

Is obtained.
[0038]
Focusing on the magnifying lens 12, the distance L 'from the image plane position to the magnifying lens 12 is X₁−d, and the distance L from the magnifying lens 12 to the CCD image sensor 13 is X₂So, like the above, from the thin lens formula,
[0039]
[Equation 5]

Is obtained.
[0040]
Here, since the enlargement ratio M by the enlargement lens 12 is a value of the ratio of L to L ′,
[0041]
[Formula 6]

It becomes.
[0042]
From the above formulas (6) and (7), the distance X from the magnifying lens 12 to the CCD image sensor 13 when the magnifying power is M.₂If (M) ignores the thickness of the magnifying lens 12,
[0043]
[Expression 7]

It becomes.
[0044]
Further, the position X from the imaging plane (focal plane) position of the objective lens 11 to the magnifying lens 12 when a subject located at infinity is photographed.₁(M) is obtained from the above formulas (5), (7), and (8).
[0045]
[Equation 8]

It becomes.
[0046]
X₁Regarding (M), since it is considered that there is a deviation between the theoretical origin position and the actual machine origin position of the focusing stage 17, this deviation amount is expressed as X._{1 OFFSET}And the following expression (10) is obtained by adding to the right side of the above expression (9).
[0047]
[Equation 9]

[0048]
X₂With regard to (M) as well, it is considered that there is a deviation between the theoretical origin position and the actual mechanical origin position of the zoom stage 15, and this deviation amount and the magnifying lens that was not considered in the above calculation X for the total thickness of 12_{2 OFFSET}And the following expression (11) is obtained by adding to the right side of the above expression (8).
[0049]
[Expression 10]

[0050]
In addition, X mentioned above_{1 OFFSET}And X_{2 OFFSET}The value of is appropriately calibrated according to the apparatus.
By applying the expressions (10) and (11) obtained as described above to the distance S to the subject and the desired enlargement ratio M, the setting position of the magnifying lens 12 (for focus) is calculated. The setting position of the slider 16) and the setting position of the CCD image pickup device 13 (setting position of the zoom slider 14) are determined.
[0051]
Actually, the equations (10) and (11) obtained in this way are stored in the memory area in the arithmetic unit 40 shown in FIG. Focal length f of the objective lens 11₁And the focal length f of the magnifying lens 12₂Is already stored in the memory area at the initial setting stage, and by inputting data of the distance S to the subject and the desired magnification M from the data input unit 30, these data are Substituting into the equations (10) and (11) stored in the memory area, the setting position of the focus slider 16 (setting position of the magnifying lens 12) X in the calculation unit 40₁(M) and the setting position of the zoom slider 14 (setting position of the CCD image sensor 13) X₂(M) is calculated.
[0052]
X calculated in this way₁The value x of (M)₁Is sent to the servo amplifier 52, the focusing servo motor is driven, and the focusing slider 16 is moved to the position x on the focusing stage 17.₁Set to Thereby, the magnifying lens 12 is also set at that position.
[0053]
Furthermore, X calculated as described above₂The value x of (M)₂Is sent to the servo amplifier 51, and the zoom slider 14 is moved to the position x on the zoom stage 15.₂Set to Thereby, the CCD image pickup device 13 can be set at an appropriate position. The set positions of the sliders 14 and 16 are controlled with high accuracy by feeding back the read values of the linear encoders 53 and 54 for reading the slider position to the arithmetic unit 40. Further, with the above-described configuration, the magnifying lens 12 and the CCD image sensor 13 can be easily set at a predetermined distance close to each other using a generally used linear stage.
[0054]
Further, there are many cases where a desired enlargement ratio M is set in advance. In this case, as is clear from the above equations (10) and (11), X₁By calculating only the data value of (M) and setting only the position of the slider 16, it is possible to perform favorable zooming and focusing operations. In this respect, the stage configuration of this embodiment is extremely excellent.
[0055]
For comparison with the present embodiment, for example, consider the following stage configuration.
[0056]
That is, first and second stages that are independent from each other are provided, and their origins are made to correspond to the imaging plane (focal plane) position of the objective lens when a subject located at infinity is photographed. First stage slider (position X on the first stage_S1) And a magnifying lens is fixed on the second stage slider (position X on the second stage)._S2) CCD image sensor is fixed on the top.
[0057]
As in the present embodiment, the focal length of the objective lens is f₁And the focal length of the magnifying lens is f₂And
Further, it is assumed that when the distance to the subject is S, the image plane position of the objective lens has moved to the imaging plane side by d as compared to the case where the subject is at infinity.
[0058]
In this case, the position X is the same as in the above-described embodiment._S1And position X_S2Is calculated, the position X_S1And position X_S2Is expressed by the following equations (13) and (14).
[0059]
The enlargement ratio M by the enlargement lens is expressed by the following expression (12).
[0060]
## EQU11 ##

[0061]
[Expression 12]

[0062]
[Formula 13]

[0063]
As described above, according to the comparative example, even when the desired enlargement ratio M is set in advance and the operation is performed only according to the distance S to the subject, the above equations (13) and (14) As is clear from X_S1(M) and X_S2Both data values of (M) must be calculated, and the positions of both the first and second sliders must be set based on this, which complicates the operation. Further, as shown in the above equation (14), the amount of calculation in the calculation unit also increases.
[0064]
FIG. 5 is a schematic view showing the telephoto camera device according to the embodiment.
The telephoto camera device 80 includes a camera body 81 on which the above-described zoom lens position control device is mounted, and a pan head that supports the camera body 81 so as to be capable of panning in a turning direction and tilting in a vertical tilt direction. 82 and a leg 83 such as a tripod for setting the camera platform 82 in a stable posture.
[0065]
With this configuration, it is possible to stably shoot a long-distance subject with the telephoto camera device 80 even at a high shooting magnification.
[0066]
Note that panning and tilting operations of the pan head 82 are provided so as to be driven by a servo motor (not shown). These servo motors are controlled by a motor drive signal output from a predetermined servo amplifier based on an instruction signal from the arithmetic unit 40, similarly to the above-described zooming and focusing operations. .
[0067]
Further, each of the panning and tilting operations can be performed based on the operation of the operator in the data input unit 30 as in the above-described zooming and focusing operations. In consideration of the ease of operation, panning and tilting operations in the data input unit 30 are performed by, for example, a joystick that is a rod-shaped operation member that can be tilted left and right and up and down.
[0068]
Note that the telephoto zoom lens position control device and the telephoto camera device including the same according to the present invention are not limited to those in the above-described embodiments, and various other modifications can be made.
[0069]
For example, in the above-described embodiment, the optical configuration of a refractive telescope is employed as the optical system, but it is also possible to employ the optical configuration of a reflective telescope instead. In this case, a reflective objective mirror is used instead of the objective lens, but the principle is the same as that of the above embodiment. If the optical configuration of the reflective telescope is adopted, in addition to the operational effects of the above-described embodiment apparatus, it is easy to make an optical system with a large aperture while shortening the tube length distance.
[0070]
Further, the data input unit 30 and / or the calculation unit 40 described above may be built in or attached to the camera body 81 or may be disposed at a position away from the camera body 81. When the data input unit 30 is disposed at a position away from the camera body 81, each of the above-described zooming and focusing operations, panning and tilting operations is performed based on the operation of the operator at the data input unit 30. The operation is configured to be remotely controlled. As a result, the operator can shoot the subject in a more favorable environment or a safe position.
[0071]
Further, in the above-described embodiment device, the setting positions of the sliders 14 and 16 are obtained using an arithmetic expression. However, instead of the arithmetic expression, for example, a desired enlargement ratio M, a distance S to a subject, Focal length f of the objective lens₁The focal length f of the magnifying lens₂And the position X of the magnifying lens (focus slider) on the focus stage₁And the first calculation table, the magnification ratio M, and the focal length f of the magnifying lens₂And the position X on the zoom stage of the imaging surface (zoom slider)₂Can be used. The correspondence relationship between the input data and the output data in each calculation table is the same as the data correspondence relationship when the above arithmetic expression is used, and the correspondence relationship is such that zooming and focusing are performed satisfactorily.
[0072]
Also in this case, the calculation table is stored in the memory of the control unit, and predetermined positions for setting the zoom slider and the focus slider are obtained based on each input data.
[0073]
In the above-described embodiment device, the data of the distance S to the subject is given by the data input operation by the data input unit 30 by the operator. For example, by the autofocus device provided in the camera body or the like. It is also possible to adopt a configuration in which the measured data is automatically taken in.
[0074]
Further, in the above-described embodiment device, in order to further reduce the shifting of the focusing during the zooming operation, the above-described equations (10) and (11) are differentiated by the enlargement factor M, and the speed control is performed based thereon. It is also possible to do.
Furthermore, the device of the present invention is not limited to being used for shooting during emergency reporting, but can be applied to other various subjects, for example, remote shooting of endangered animals and plants. Absent.
[0075]
【The invention's effect】
According to the telescopic zoom lens position control device of the present invention, the optical system has a simple configuration including an objective lens, a magnifying lens, and an imaging member inspired by the optical system of the telescope. The zoom stage that slides in the optical axis direction with respect to the magnifying lens is fixed on the slider of the focus stage that slides the magnifying lens with respect to the objective lens, and has a slider stacking configuration. An optical system that is extremely light-weighted by controlling the imaging member and the magnifying lens to slide to predetermined positions so that desired zooming and focusing can be performed according to the magnification ratio and the distance to the subject. However, it is possible to shoot quickly and with high accuracy in the ultra telephoto range.
[0076]
As a result, not only the lens weight but also the lens design burden and the manufacturing cost can be significantly reduced as compared with the prior art. Further, since the number of lens members through which the light beam passes is small, it is possible to obtain a brighter subject image with excellent light transmittance.
[0077]
In addition, the telephoto camera device of the present invention is a camera body in which at least a part of the above-described telephoto zoom lens position control device is incorporated in a pan head capable of panning and tilting operations. This makes it possible to perform stable shooting even in remote shooting that is extremely susceptible to vibrations such as camera shake, and to make angle adjustment in the shooting direction extremely easy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration and operation of a stage unit of a position control device for a telephoto zoom lens according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a position control device for a telephoto zoom lens according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a Keplerian telescope for explaining the principle of the position control device for a telephoto zoom lens according to the present invention;
FIG. 4 is a schematic diagram showing a modified example of a Kepler telescope for explaining the principle of the position control device for a telephoto zoom lens according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a telephoto camera device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a lens configuration of a zoom lens according to the prior art.
[Explanation of symbols]
11, 71 Objective lens
12 Magnifying lens
13 CCD image sensor
14 Zoom slider
15 Zoom stage
16 Focus slider
17 Focus stage
20 Stage part
30 Data input section
40 Calculation unit
51, 52 Servo amplifier
60 monitors
72 Eyepiece
80 Telephoto camera device
81 Camera body
82 pan head
83 legs
101 Focus lens group
102 Variator lens group
103 Compensator lens group
104 Relay lens group
105 Color separation prism
106 CCD image sensor

Claims (4)

In order from the subject side , an objective lens, an enlargement lens that is arranged on the imaging surface side of the objective lens and that enlarges the subject image formed by the objective lens,
An image sensor that captures a subject image formed by the magnifying lens;
A zoom stage for moving the zoom slider to which the image sensor is fixed in the optical axis direction;
And focusing stage the zoom stage is fixed, and the focus slider provided previous SL magnifying lens to a predetermined position of the stage for the zoom is movably held in the optical axis direction,
Depending on the distance to the expansion rate and the object of the object image, Bei example the control unit to set the slider and the focus slider zoom is's Mingu and focusing,
The control unit includes a data input unit to which data relating to a desired magnification of the subject image and data relating to a distance to the subject are input
A calculation unit for obtaining position data for setting positions of the zoom slider and the focus slider based on the input data, and outputting the obtained position data;
A drive unit that slide-drives each of the zoom slider and the focus slider based on position data output from the arithmetic unit;
A telephoto zoom lens position control device , wherein the predetermined arithmetic expressions stored in a memory installed in the control unit are the following expressions (1) and (2) .

However,
M: Expansion rate
X ₁ (M): on the focusing stage of the magnifying lens when the magnifying power is M
Position (the origin position is the focal position on the imaging surface side of the objective lens)
X ₂ (M): position on the zoom stage of the imaging surface when the enlargement factor is M (original
Point position is the position of the magnifying lens)
S: Distance from the objective lens to the subject
f ₁ : Focal length of the objective lens
f ₂ : Focal length of the magnifying lens
X _{1 OFFSET:} origin position calibration value of the focus for the stage
X _{2 OFFSET} : Origin position calibration value of zoom stage 2. The telephoto zoom lens according to claim 1, wherein each of the expressions (1) and (2) is differentiated by the magnification factor M, and speed control is performed based on the differentiated expressions. Position control device. In order from the subject side, an objective lens, an enlargement lens that is arranged on the imaging surface side of the objective lens and that enlarges the subject image formed by the objective lens,
An image sensor that captures a subject image formed by the magnifying lens;
A zoom stage for moving the zoom slider to which the image sensor is fixed in the optical axis direction;
Is fixed stage for the zoom, and the focus slider which the magnifying lens is disposed in a predetermined position of the stage for the zoom, and focus stages movably held in the optical axis direction,
A control unit for setting the zoom slider and the focus slider to be zoomed and focused according to an enlargement ratio of the subject image and a distance to the subject;
The control unit includes a data input unit for data on the distance to the data and the subject regarding enlargement ratio desired for the object image is input,
And based on the input the data, obtain the position data for setting the position of the slider and the focus slider the zoom by the calculation tables predefined, a calculation unit for outputting the position data obtained said,
And based on the position data the output, a drive unit for each slide drive the slider and the focus slider the zoom,
Position control device for Nozomu distance zoom lens comprising the. A camera body including at least a part of the position control device for a telephoto zoom lens according to any one of claims 1 to 3 is mounted on a pan head capable of panning and tilting operations. Telephoto camera device characterized by.

Images