JPH04190206A - 自動合焦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明は、ビデオカメラやスチルカメラ等に配置される
自動合焦装置の改良に関するものである。

（発明の背景） 第４図は従来のこの種の装置の主要部分の機械的及び電
気的構成を示す図であり、光電変換素子であるＣＯＤ　
（電荷結合素子）を有する撮像装置を示している。

図中、１はフォーカシング機能とズーミング時の焦点移
動補正機能をもつ凹の第１１２１群であり、２はズーミ
ング時の変倍機能をもつバリーエータであるところの凸
の第２レンズ群であり、第ルンズ群１．第２レンズ群２
により２群ズームを構成している。３は内部に第ルンズ
群１を保持した保持枠であり、一端部にはオスへリコイ
ド部３ａが形成され、他端部にはギヤ部３ｂが形成され
ている。４は内周にメスへリコイド部４ａが形成された
移動部材であり、保持部材３とへリコイド結合されてい
る。６は内部に第２レンズ群２を保持した保持枠である
。

８は固定筒、９はその一端部にギヤ部９ａが形成された
ズーム環であり、該ズーム環９は光軸方向に移動するこ
となく前記固定筒８の外周に沿って光軸まわりを回転す
る様に該固定筒８に取付けられている。５．７は移動部
材４．保持枠６に植設されたビンであり、これらビン５
．７は前記固定筒８に形成された直進溝内に嵌太し、更
にズーム環９に形成されたカム溝内に嵌入して公知のズ
ーム機構を構成している。１０はそのシャフト１０ａに
ギヤ１１が固定されたズーム用モータであり、上記ギヤ
１１はズーム環９のギヤ部９ａと噛み合っており、よっ
てズーム用モータ１０を通電制御する（正転、逆転させ
る）ことによりズーミングが行われる。

１２はそのシャフト１２ａにギヤ１３が固定されたフォ
ーカス用モータであり、上記ギヤ１３は保持枠３のギヤ
部３ｂと噛み合っており、よってフォーカス用モータ１
２を通電制御する（正転。

逆転させる）ことにより保持枠３が光軸のまわりに回転
し、該保持枠３のオスへリコイド部３ａと移動部材４の
メスへりコイト部４ａとが噛み合っている事から、保持
枠３は移動部材４に対し光軸方向に移動し、第１１２１
群１が移動して焦点合せが行われる。１４はフォーカス
用モータ１２の回転方向の位置を検出する位置センサで
あり、ギヤ１３と保持枠３のギヤ部３ｂのギヤ比及びへ
りコイト部３ａ、４ａのピッチより、第１１２１群１の
焦点合せ時の移動量を検知するものである。

１５は測距手段であり、三角測量の原理あるいは超音波
の反射波の検出などにより被写体距離を測定するもので
ある。１６はマイコンからなるシステムコントローラで
あり、該装置を含む撮像装置全体の制御及び各種演算を
行う。１７は上記フォーカス用モータ１２の駆動を行う
モータ駆動回路である。１８は撮像素子であるところの
Ｃ０Ｄ（電荷結合素子）である。１９は上記のズーム用
モータ１０を駆動するモータ駆動回路である。

以上の構成において、ズーム用モータ１０がモータ駆動
回路１９を介して通電制御されることによりギヤ１１を
介してズーム環９が回転すると、ビン５．７がズーム環
９のカム溝に従って固定筒８の直進溝内を光軸方向に変
位し、これに伴って移動部材４．保持枠３．第１１２１
群１及び保持枠６．第２レンズ群２が一体に光軸方向に
変位し、ズーミングが行われる。

次に、測距手段１５からの出力により算出される被写体
距離情報に基づいてシステムコントローラ１６にて求め
られるフォーカス用モータ１２の回転方向１回転量が、
あるいは上記被写体距離情報に対応する予めシステムコ
ントローラ１６内部に記憶されているデータより選び出
されたフォーカス用モータ１２の回転方向１回転量が、
該システムコントローラ１６よりモータ駆動回路１７へ
出力されると、フォーカス用モータ１２が回転を始める
。

このフォーカス用モータ１２の回転状態は位置センサ１
４により検知されており、システムコントローラ１６は
前記位置センサ１４からの信号を監視しつつ目標の位置
まで上記フォーカス用モータ１２が回転する様モータ駆
動回路１７へ加速。

減速、ブレーキなどの信号を出力することになる。

上記のように回転制御されるフォーカス用モータ１２の
回転出力はギヤ１３を介して保持枠３に伝達され、前記
のように移動部材４とのヘリコイド結合によって該保持
枠３．第ルンズ群１が光軸方向に変位し、焦点合せが行
われる。

ところで、近年、撮像素子であるところの例えばＣＯＤ
　１８の小型化が行われ、従来２／３インチサイズが主
流であったものが１／２インチサイズに、更には１／３
インチサイズとなりつつある。この様に小型化が達成さ
れることにより、撮像面での許容錯乱円径は小さくなり
、従って上記の様な撮影レンズのズーミング時、焦点合
せ時の光軸方向の位置決め精度も高精度が要求される。

また、レンズの小型化が行われ、この事によりレンズの
各群のフォーカス敏感度、即ちレンズ各群の光軸方向の
変位に対する結像面のピント移動量の比が大きくなり、
高精度のレンズ位置決めが必要となっている。したがっ
て、従来のレンズ位置決め機構では、駆動系のバックラ
ッシュ、レンズ保持枠のガタ、駆動時のレンズ保持枠の
ゆがみ。

更には温度、湿度変化によるレンズ保持枠、鏡筒の伸縮
などにより、充分精度の高い焦点合せが回能である。

また、上記の点を解決するために、高精度のレンズ送り
機構を備えることが考えられるが、これは装置の大型化
を招き、装置のコンパクト化を実現することとは相反す
るものであった。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述した問題点を解決し、装置の大型
化を招く事になる高精度のレンズ送り機構を配置するこ
となく、より精確な焦点合せを行うことのできる自動合
焦装置を提供することである。

（発明の特徴） 上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも１つ
の比較的フォーカス敏感度の高いレンズ群の光軸方向の
位置を検出する位置検出手段と、ズーミング手段による
ズーミング動作終了後、前記位置検出手段よりの出力と
測距手段よりの出力に基づいて、レンズ保持手段に保持
された全てのレンズ群と撮像手段とを相対的に変位させ
ることにより合焦動作を行う合焦動作実行手段とを設け
、以て、ズーミング動作を行った後に、例えばレンズ保
持手段のガタやゆるみ、更には温度等による伸縮に起因
する光軸方向の合焦目標位置との誤差を、前記位置検出
手段の出力によって求め、この誤差分だけ全てのレンズ
群と撮像手段とを相対的に変位させることにより補正す
るようにしたことを特徴とする。

（発明の実施例） 第１図は本発明の一実施例における主要部分の機械的及
び電気的構成を示す図であり、第４図と同部材には同一
番号を付しである。また、レンズ光学系、鏡筒部は従来
例同様、公知のズーム機構を構成している。

第１図において、２０は内部に第１１２１群１を保持し
た保持枠であり、ビン５が植設されており、従来例と異
なりへリコイドは形成されていない。２１は第１１２１
群１と一体的に変位する保持枠２０或はビン５の光軸方
向の位置を検知する高分解能の位置センサ、２２は第２
レンズ群２と一体的に変位する保持枠６或はビン７の光
軸方向の位置を検知する高分解能の位置センサである。

２３はＣＯＤ　１８が固定されたＣＣＤホルダであり、
内部にナツト部が形成されており、送りネジ２４と噛み
合っている。２５はそのシャフト２５ａに送りネジ２４
が固定されたモータであり、該モータ２５が回転するこ
とによりＣＣＤホルダ２３及びＣＣＤ　１８が光軸方向
に可動となっている。２６はＣＣＤホルダ２３の位置、
即ちＣＣＤ１８の光軸方向の位置を検知する高分解能の
位置センサである。２７はモータ２５の駆動を行うモー
タ駆動回路である。

次に、上記構成における動作説明を第２図のフローチャ
ートを用いて行う。

モータ駆動回路１９を介してズーム用モータ１０が通電
制御されると、前述したようにしてズーミングが行われ
、第１１２１群１及び第２レンズ群２が駆動される（＃
１）。

この時、各レンズ群が誤差なしに変位すれば、ＣＣＤ　
１８の位置は測距手段１５の出力により一義的に決定さ
れる。しかし、ズーミング時にはズーム環９のカム溝の
工作精度、ズーム環９のカム溝内のビン５．７の遊び、
或はズーム環９のガタ、温度による伸縮などにより、各
レンズ群は所定の位置に対し、誤差をもって位置してい
る。この誤差が数ミクロンであっても各レンズ群のフォ
ーカス敏感度が高い場合には、ＣＣＤ１８面上、つまり
結像面では拡大され、ボケとなって検知される。これを
解決するためには、各レンズ群を高精度で位置制御しな
ければならない。位置センサは光学式、磁気式など高分
解能のものが各種あるが、各レンズ群を駆動制御する為
には、高精度送り機構が必要となり、装置が大型化して
しまう。

そこで、この実施例では、後述する様に各レンズ群の位
置を、高分解能の位置センサ２１，２２で検知し、その
誤差に対する結像面の変位（ずれ）を、ＣＣＤ　１８を
モータ２５、位置センサ２６、モータ駆動回路２７によ
り駆動制御することにより、補正するようにして、装置
の大型化を防止している。

次に、測距手段１５からの出力に基づいて被写体距離を
演算しく＃２）、次いで該被写体距離に対応するＣＣＤ
　１８の光軸方向の位置をシステムコントローラ１６に
より演算、或はシステムコントローラ１６内部に予め記
憶されたデータよりＣＣＤ　１８の光軸方向の位置Ａを
選び出す（＃３）０次に位置センサ２１，２２からの出
力により第ルンズ群１．第２レンズ群２の所定の位置か
らの誤差を検知しく＃４）、システムコントローラ１６
はＣＣＤ　１８の光軸方向の補正値Ｂを演算し、或はシ
ステムコントローラ１６内部に予め記憶されたデータよ
り補正値Ｂを選び出しく＃５）、前記被写体距離に対応
するＣＣＤ　１８の位置に加算（Ａ＋Ｂ）Ｌ　（＃６）
、モータ駆動回路２７を介してモータ２５を駆動制御し
、送りネジ２４によってＣＣＤ　１８を位置制御し、位
置センサ２６より目的の値となった信号が入力したとこ
ろで停止させる。

ここで、各レンズ群のフォーカス敏感度が高い場合、各
レンズ群を単独で変位させて合焦動作を行う場合は、ミ
クロンオーダーの精密な位置決めが必要であるが、上記
の実施例の様に撮影レンズ全体とＣＣＤ　１８の相対位
置を変化させて合焦動作を行う場合には、フォーカス敏
感度は「１」となり、特別な機構を用いず、精確な合焦
を行うことが可能である。

従って、この第１の実施例では、各レンズ群の位置を検
知した後、ＣＣＤ　１８を駆動制御して誤差を補正して
いる。

第３図は本発明の第２の実施例における主要部分の機械
的及び電気的構成を示す図であり、第１図及び第４図と
同じ部材には同一番号を付しである。又各しンズ群、ズ
ーム機構は第１図と同様である。

上記の第１の実施例は、上述したようにズーミングの後
に各レンズ群の位置を検知し、この結果に基づいてＣＣ
Ｄ　１　Ｂを駆動制御して誤差を補正（フォーカシング
時に同時に）しているが、この第２の実施例では、各レ
ンズ群の位置を検知した後、撮影レンズ全体を駆動制御
して誤差を補正するようにしている。

第３図において、２８は固定筒であり、第１図及び第４
図に於ては固定筒８は装置内の固定部材に固定されてい
るが、この実施例に於ては該固定筒２８は後述のホルダ
２９に固定されており、後述の機構により光軸方向に直
線的に移動可能となっている。２９は前出のホルダであ
り、内部にナツト部が形成されており、送りネジ３１と
噛み合っている。３０はモータであり、そのシャフト３
０ａに送りネジ３１が固定されている。３３は高分解能
の位置センサであり、固定筒１８の光軸方向の位置、即
ちレンズ全体の光軸方向の位置を検知するものである。

３２はモータ３０を駆動するモータ駆動回路である。

この第２の実施例においては、位置センサ２１．２２は
固定筒２８に対する保持枠２０或はビン５、保持枠６或
はビン７の位置を検知する様になされている。また、合
焦動作はレンズ光学系全体を駆動し、ＣＯＤ　１８との
光軸方向の距離を調整することにより行っている。

次に、上記構成における動作説明を行う。

モータ駆動回路１９を介してズーム用モータｌＯが通電
制御されると、第１の実施例（第４図の場合）と同様に
ズーミングが行われ、第ルンズ群１及び第２レンズ群２
が駆動される。

次に、測距手段１５からの出力に基づいて被写体距離を
演算し、次いで該被写体距離に対応する光学系、即ち固
定筒２８の光軸方向の位置をシステムコントローラ１６
により演算、或はシステムコントローラ１６内部に予め
記憶されたデータより固定筒２８の光軸方向の位置を選
び出す。次に位置センサ２１，２２からの出力により第
ルンズ群１．第２レンズ群２の所定の位置からの誤差を
検知し、システムコントローラ１６は固定筒２８の光軸
方向の補正値を演算し、或はシステムコシトローラ１６
内部に予め記憶されたデータより補正値を選び出し、前
記被写体距離に対応する固定筒２８の位置に加算し、モ
ータ駆動回路３２を介してモータ３０を駆動制御し、送
りネジ３１によって固定筒２８を位置制御し、位置セン
サ３３より目的の値となった信号が入力したところで停
止させる。

以上の各実施例によれば、各レンズ群を変位させること
によりズーミングを行い、レンズ光学系とＣＣＤの距離
を変えることにより合焦動作を行わせる構成とし、各レ
ンズ群、少なくともフォーカス敏感度の比較的高いレン
ズ群の位置を検知し、これに基づいてレンズ光学系とＣ
ＣＤの距離を補正させることにより、より精確な合焦動
作が複雑な構成にすることなく行う事が可能となった。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、少なくとも１つ
の比較的フォーカス敏感度の高いレンズ群の光軸方向の
位置を検出する位置検出手段と、ズーミング手段による
ズーミング動作終了後、前記位置検出手段よりの出力と
測距手段よりの出力に基づいて、レンズ保持手段に保持
された全てのレンズ群と撮像手段とを相対的に変位させ
ることにより合焦動作を行う合焦動作実行手段とを設け
、以て、ズーミング動作を行った後に、例えばレンズ保
持手段のガタやゆるみ、更には温度等による伸縮に起因
する光軸方向の合焦目標位置との誤差を、前記位置検出
手段の出力によって求め、この誤差分だけ全てのレンズ
群と撮像手段とを相対的に変位させることにより補正す
るようにしたから、装置の大型化を招く事になる高精度
のレンズ送り機構を配置することなく、より精確な焦点
合せを行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す自動合焦装置の主
要部の機械的及び電気的構成図、第２図はその動作を示
すフローチャート、第３図は本発明の第２の実施例を示
す自動合焦装置の主要部の機械的及び電気的構成図、第
４図は従来の自動合焦装置の主要部の機械的及び電気的
構成図である。 １・・・・・・第ルンズ群、２・・・・・・第２レンズ
群、３・・・・・・保持枠、４・・・・・・移動部材、
９・・・・・・ズーム環、１０・・・・・・ズーム用モ
ータ、１２・・・・・・フォーカス用モータ、１５・・
・・・・測距手段、１６・・・・・・システムコントロ
ーラ、１８・・・・・・ＣＣＤ、２０・・・・・・保持
枠、２２・・・・・・ＣＣＤホルダ、２４・・・・・・
送りネジ、２５・・・・・・モータ、２６・・・・・・
位置センサ、２７・・・・・・モータ駆動回路、２８・
・・・・・固定筒、２９・・・・・・ホルダ、３０・・
・・・・モータ、３１・・・・・・送りネジ、３２・・
・・・・モータ駆動回路、３３・・・・・・位置センサ
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）測距対象までの距離を測定する測距手段と、少な
   くとも１つの比較的フォーカス敏感度の高いレンズ群を
   保持するレンズ保持手段と、該レンズ保持手段に保持さ
   れた少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に移動させて
   ズーミングを行うズーミング手段と、撮像手段とを備え
   た自動合焦装置において、前記少なくとも１つの比較的
   フォーカス敏感度の高いレンズ群の光軸方向の位置を検
   出する位置検出手段と、前記ズーミング手段によるズー
   ミング動作終了後、前記位置検出手段よりの出力と前記
   測距手段よりの出力に基づいて、前記レンズ保持手段に
   保持された全てのレンズ群と前記撮像手段とを相対的に
   変位させることにより合焦動作を行う合焦動作実行手段
   とを設けたことを特徴とする自動合焦装置。