JPH04324408A - レンズ位置検出装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スチルカメラやビデオ
カメラ、観測装置等の光学機器のレンズ鏡筒内を移動す
る成分レンズの光軸上位置を測定するための装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来よりスチルカメラやビデオカメラの
レンズ鏡筒に於て、ＤＣモーターと送りネジやカムを使
用して、レンズを移動させ、実際のレンズ位置や移動速
度をポテンシヨメータや光エンコーダまたは可変容量コ
ンデンサーを用いて検出していた。

【０００３】特に小型のリアフオーカス方式のズームレ
ンズにおいては、必要とするレンズ位置決め精度が高く
、例えば１／３′ＣＣＤ撮像素子用の８倍ズームでは数
ミクロン程度の検出分解能を要求される場合もある。 また画像信号から合焦状態を判断する方式のオートフオ
ーカスでは、レンズの一部を高速に光軸方向に振動させ
る機構（ウオプリング）が要求されるので、検出応答性
も高い事が望まれる。

【０００４】殊にＣＣＤ等の撮像素子の小型化に伴いレ
ンズ内で発生するゴミが映像に与える影響が大きくなっ
たので、ゴミが発生しない機構が望まれている。

【０００５】一方、閉ループ構成ではなく、ステツピン
グモーターを使用したオープン・ループ制御のレンズ位
置調節装置も知られている。

【０００６】先の閉ループ制御の装置では予めレンズの
光軸の位置を計測する必要があるが、例えばポテンシヨ
ンメーターについては、摺動による摩擦抵抗が大きく、
ゴミを発生しやすく、素子の寿命も短い。光を用いたエ
ンコーダについては構成部品が多いためコストも高く、
装置が大型化し易い。可変静電容量を用いたものは、電
極を広くとらなければならないため、やはり装置が大型
化することが多い。またステツピングモーターを用いた
オープンループ方式は、駆動力伝達のためのギヤ、ネジ
部でガタ、バツクラツシユを極限まで減らさなければな
らないので、このようなメカ部材のコストが高く形状も
大きい。またモーターが脱調した場合や撮影者がマニア
ルで操作する場合はレンズの位置は検出できない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高精度で速
い応答時間で構成要素の位置を測定し得る装置を提供す
ることを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】移動可能に保持されたレ
ンズに連結された可撓弾性を持つ変形部材に歪ゲージを
設けてなる。

【０００９】尚、変形部材はレンズの移動に伴ない一部
又は全体が伸縮、曲折して組織に歪を生じるものとする
。

【００１０】又歪ゲージは変形部材の歪量を測定するも
ので、変換電子回路内で予め求めておいた歪量とレンズ
位置との関係式に従った回路もしくはテーブルからレン
ズの位置に相当する信号を形成する。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示し、図２はこの
装置を適用するに適したズームレンズの一例を示す。

【００１２】図２で、Ａは固定の物体側正レンズ群、Ｂ
は変換のために光軸方向へ可動の負レンズ群、Ｃは固定
の正レンズ群、Ｄはズーミングの際の像面移動を保証と
フオーカシングそしてウオブリングのための可動の正レ
ンズ群である。なおレンズ群は１枚レンズの場合も含む
ものとする。

【００１３】図１で成分レンズ１ａ，１ｂ，１ｃは可動
の正レンズ群Ｄを構成するもので、２はレンズ保持筒で
正レンズ群Ｄを示す。３はスリーブで、レンズ保持筒２
に連結されている。４は案内バーで、スリーブ３を貫通
する。５はレンズ鏡筒の外筒で、案内バー４はそこに固
設されている。

【００１４】一方、６は伝導モータで、７は送りネジで
あり、モータ６の回動軸に連結されているものとする。 ８はナツトで、送りネジ７に螺合すると共にレンズ保持
筒２に結合されている。

【００１５】９は固体撮像素子で、成分レンズ１ａ，１
ｂ，１ｃを射出した光束を受像する。１０は図３の様な
コイルバネで矩形断面を持ち、レンズ保持筒２とレンズ
鏡筒５の後側凸部との間に圧入されている。

【００１６】１１と１２は共に歪ゲージで、コイルバネ
１０の一部の表裏面に図４の様に夫々接着されている。

【００１７】次に信号処理系の内、２０と２１は検出ア
ンプで順に歪ゲージ１１と１２に夫々結線されている。 ２２と２４は差動型アンプ回路で、２２の方は検出アン
プ２０と２１に接続されている。２３は直線性補正回路
、２５は制御回路、２６はパワーアンプ回路である。

【００１８】以上の構成で、モータ６が回転すれば送り
ネジ７が回転し、これに螺合するナツト８が軸方向へ移
動する。その際、コイルバネ１０はスリーブ３とバー４
との間や送りネジ７とナツト８との間のガタツキやバツ
クラツシユを解消するためのバイアスバネとして役立つ
。

【００１９】更にコイル・バネ１０はレンズ群の移動に
従って伸縮し、その際、バネの組織は歪を生じたことに
なる。バネに密着している歪ゲージ１１と１２はこの歪
量を検出する。通常の歪ゲージは半導体に歪が加わった
際に抵抗値が変化する性質を利用するもので、検出アン
プ２０、２１で抵抗値を電気信号に変換する。

【００２０】尚、基本的には歪ゲージは片側で済むわけ
である。但し温度変化が抵抗値に与える影響を除くため
の一法として２つの歪ゲージを使用して相殺する方法を
採用しているがこの方法に限らない。また鏡筒全体が受
けた振動によってコイルバネが変形し、それによって歪
ゲージの抵抗値が変化することがある。従って要求され
る性能によってはこの様な対処が必要になる場合がある
。

【００２１】そこで本実施例は歪ゲージをバネを挟んで
配置し、両者の影響が対称である点を利用し、出力の差
分を作動アンプ回路２２で検出することで、温度変化や
鏡筒全体の振動の影響を除去している。

【００２２】続く直線性補正回路２３で作動アンプ回路
２２の出力をレンズ位置を示す信号に変換して出力する
。以上の動作によりレンズ群の光軸上の位置は電気信号
として求まったことになる。

【００２３】一般に歪ゲージは、素子自体がノイズを発
生しないことから、原理的に分解能が高く、再現性も高
い。従って本装置の位置検出分解能は１０−４〜１０−
５ｍｍオーダが得られ、カメラのレンズ位置決めに充分
な特性である。

【００２４】また素子自体に摺動やガタを生じる要因が
ないため、検出の応答も速く、駆動状態に影響を与える
ことがない。

【００２５】そして図１の回路２４、２５、２６を用い
ることにより、レンズ駆動系を閉ループで組んでおり、
所望の命令値に対して高速に位置決めできるシステムを
構成することも可能である。そのため例えば固体撮影素
子の出力を使ったオートフオーカスのための高速ウオプ
リング等も可能になっている。

【００２６】以上歪ゲージは半導体タイプのものを例に
上げたが、圧電素子を利用したものでもよい。また、歪
ゲージを２組以上設け、多方向の振動をキヤンセルする
ように設定するとよい。歪ゲージ自体をエツチング等に
より弾性バネ１０と一体で製造することもよい。

【００２７】以上説明した様に第１の実施例に係る装置
は、バイアスバネと位置検出機構を兼用しており、小型
で安価に製造可能である。また位置検出分解能は高く応
答性も速いので電子光学機器に適したレンズ位置検出装
置である。

【００２８】続いて図５、図６を使って第２実施例を説
明する。図５は図６の直径上断面に相当する。

【００２９】図５でレンズ群１ａ，１ｂ，１ｃ、保持筒
２、鏡筒５は図１と同様である。

【００３０】３１、３２は共にジンバルバネで、図６に
正面形状を示す様にバネ板を斜線部を残して打ち抜いて
形成されており、ジンバル機構の特性を前後方向の移動
の自由が付与されている。保持筒２は前後がジンバルバ
ネ３１と３２で鏡筒に指示されている。

【００３１】３３ａ，３３ｂは夫々、環形を４半円程度
切り取りＮ極とＳ極を密着させた永久磁石を示し、３４
ａ，３４ｂそして３５ａ，３５ｂは内外のヨークである
。３７は環状のボビン、３６は電磁コイルである。

【００３２】一方、４１から４４、４５から４８は各々
歪ゲージである。

【００３３】本例は全例のＤＣモータや送りネジ機構の
代りに電磁誘導によって直接レンズ群を移動する構造と
なっており、ヨーク３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂ、
永久磁石３３ａ，３３ｂ、コイル３６によって閉磁系の
ボイスコイル型リニア・アクチユエータを構成している
。

【００３４】前記電磁コイル３６はボビン３７上に巻か
れているものとし、ボビンはレンズ保持筒２に結合され
ている。上で触れた様にジンバルバネ３１、３２の一部
内側の帯はレンズ保持筒２に結合され、外縁は鏡筒５に
接合されている。従ってジンバルバネ３１、３２と保持
筒の組合せによりレンズ群を光軸方向のみに直線案内す
ることができる。

【００３５】またコイル３６に電流を流すと、レンズ群
は光軸方向に推進力を受けることになる。

【００３６】図７と図８は、レンズ群を指示しているジ
ンバルバネ３１、３２の中立状態と変形状態を比較でき
る様に描かれている。図８はレンズ保持筒２に矢印方向
の力が加わった場合である。

【００３７】図示の様な構造になっているため摺動する
処がなく、摩擦の悪影響を回避できるので高い効率でか
つ高速の駆動が可能となる。

【００３８】一方、本例では歪ゲージ４１から４８は直
交線上の４ケ所に、ジンバルバネを挟んで表裏一対づつ
接着してバネの変形量を測定している。この内、４ケ所
に配置したのはジンバルバネの変形が回転対称にならな
い場合を考慮したためで、基本的には１ケ所もしくは直
交線上の各１ケ所に配置すれば良い。但し精密な位置検
出を行なうには４組の平均をとるのが望ましい、表裏に
歪ゲージを設けた理由は、前述したものと同様である。

【００３９】以上の通り本装置は駆動部も位置検出部も
摺動による摩擦を生じる部分が全くなく、高速かつ正確
な位置決めが可能で、又摩擦に伴なうゴミ発生も全くな
い。またレンズ位置検出装置は、特にボイスコイルアク
チユエータ等を用いた駆動系において、摺動部が全く悪
いという意味で有効である。

【００４０】

【発明の効果】以上述べた本発明は、小型化と云う最近
求められている最も大きな要望に答えることができ、ま
た殊に安価である。更に小型で安価と云う制約があるに
も拘らず、高い応答速度で高精度の検出を行なうことが
できる効果がある。

【００４１】また本発明に付随して温度変化や振動等の
外乱による影響を受難い装置、更には摺動や摩擦がなく
ゴミを発生しない装置の構成が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す構成図。

【図２】本発明を適用するのに適したズームレンズの概
念図。

【図３】実施例の部分を示す図。

【図４】実施例の部分を示す図。

【図５】別の実施例を示す断面図。

【図６】図５の構成を軸方向から見た正面図。

【図７】実施例の構成要素の中立状態を示す斜視図。

【図８】実施例の構成要素の変形状態を示す斜視図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ　　成分レンズ ２　　レンズ保持筒 １０　　コイルバネ １１、１２　　歪ゲージ ２０、２１　　検出アンプ回路 ２２　　差動アンプ回路 ２３　　直線性補正回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　移動可能なレンズに連結され変形自在
   な部材と変形自在な部材の歪を測定するための測定手段
   を有することを特徴とするレンズ位置検出装置。
2. 【請求項２】　　測定手段は２つあって、変形自在な部
   材の歪の符号が逆になる位置に設けていることを特徴と
   する請求項１のレンズ位置検出装置。