JPH0651176A - レンズ鏡筒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レンズ鏡筒の姿勢が変化することによって可
動レンズ群により生じる焦点ずれを、簡単な構成で解消
する。 【構成】 レンズ鏡筒の姿勢を検知するためにレンズ鏡
筒と同様の姿勢をとるように固定された姿勢検出手段７
ａ，７ｂを設ける。この姿勢検出手段からの姿勢信号を
基に、その姿勢での焦点ずれが生じないように各可動レ
ンズ群の位置を補正する方向と量を演算手段８によって
算出する。この演算手段にて算出された補正量を可動レ
ンズ群の駆動の指令値に加算し、可動レンズ群を補正手
段６を介して常に焦点ずれが発生しない位置に制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば焦点距離調整
や焦点合わせを行なうために、少なくとも一つの可動レ
ンズ群を備えてなるレンズ鏡筒に関し、特に複数の異な
る姿勢で使用する際に姿勢変化に伴なって生じる焦点ず
れを、レンズの駆動方法を改良することによって補正し
てなるレンズ鏡筒に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のレンズ鏡筒として、水平
状態での焦点ずれを生じないように調整したものが知ら
れている。このようなレンズ鏡筒では、水平状態での姿
勢変化に対しては問題はない。しかし、このレンズ鏡筒
を、たとえば上向きや下向き、さらには光軸を中心とし
て回転させるというように垂直方向や回転方向での姿勢
の変化（以下、姿勢差という）が生じる状態で使用した
場合には、このレンズ鏡筒やレンズ鏡筒内の可動レンズ
群を駆動する構成部材の弾性変形量が姿勢変化と共に変
化してしまう。このため、レンズ群の位置設定位置に対
してずれを生じてしまい、その結果として焦点ずれが発
生するという問題があった。

【０００３】また、レンズ鏡筒において、可動レンズ群
を駆動源によって可動させるための駆動力伝達手段とし
ては、たとえばヘリコイドギヤ機構や送りねじ機構等が
ある。しかし、このような機構では、バックラッシュや
加工誤差等の存在によって各部にがたを生じることは避
けられず、これは駆動源として一般に用いられるモータ
にあっても同様である。一方、このようながたを生じる
機構構造では、いわゆるかじり等がない機構動作を円滑
に保つうえでがたの存在はある程度必要であり、これに
対する対策が必要となる。

【０００４】さらに、このようなレンズ鏡筒によれば、
上述した姿勢差によって、焦点合わせや変倍のために、
光軸方向に移動可能に構成されている可動レンズ群の移
動方向として、水平方向だけではなく垂直方向の成分も
もつことになり、この移動レンズ群を駆動するモータに
対しての負荷が変化するという現象を生じる。

【０００５】このような現象のため、位置制御にあたっ
てフィードバックを行なっていないオープンループタイ
プの制御系では、レンズの位置信号とこれに対応するモ
ータにおけるロータの回転角度とが一致せず、両者間に
ずれを生じることになる。このようなずれは、移動レン
ズ群の移動方向が垂直方向での上向き成分をもつ場合に
はロータの回転角度が移動レンズ群に対しての指令角度
よりも小さくなり、この移動レンズ群の位置が指令位置
に対して遅れる（以下、遅れ量という）方向に生じる。
また、これとは逆に移動レンズ群の移動方向が垂直方向
での下向き成分をもつ場合には、ロータの回転角度が前
記指令角度よりも大きくなり、移動レンズ群の位置が指
令位置に対して先に進む（以下、先行量という）方向に
発生する。

【０００６】このようなレンズ鏡筒の姿勢変化による遅
れ量や先行量のために、移動レンズ群に位置ずれが生じ
ることも前述した焦点ずれの原因となる。特に、このよ
うな現象は、姿勢変化による負荷の変化に対応するため
に充分なトルクをもたないモータを使用した場合や、オ
ープンループタイプの制御系での影響が大きい。

【０００７】また、レンズ鏡筒内の可動レンズ群を駆動
する構成部材間に生じるがた（以下、単にがたという）
のため、姿勢差のある状態で使用した場合には、可動レ
ンズ群が重力の光軸成分の方向に引かれることになり、
光軸方向において上述したがたの範囲内で動いてしまう
ことも前述した焦点ずれの原因となっていた。

【０００８】このようなレンズ鏡筒の姿勢差による焦点
ずれへの対策として、従来からレンズ鏡筒の構成部材の
剛性を上げることで弾性変形量を小さくしたり、モータ
に対する負荷の変化に対して遅れや先行が発生しないよ
うな充分なトルクをもつ大型のモータを使用したり、あ
るいは設計公差を厳密に管理したり、組立時の調整によ
り可動レンズ群のがたをできるだけ減少させたりしてい
た。また、可能な部分にあっては、がた部分に弾性部材
等を入れたり、光軸方向のどちらかに常に押圧力を作用
させる付勢手段を付設することによって、がたの発生を
減少させることが行なわれてきた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た焦点ずれを防止するにあたっての従来の構造のうち、
弾性変形が少なくなるように構成部材の剛性を上げるた
めには、構成部材の寸法を大きくしたり、剛性の高い形
状にしたり、あるいは弾性変形量の少ない素材を使用す
る等の対策がなされているが、このようにすると、大き
く、重く、しかも高価な製品になってしまうという問題
があった。

【００１０】また、上述した遅れ量や先行量を少なくす
るために、大型のモータを使用すると、レンズ鏡筒が大
きく重くなり、しかも大型化されたモータを駆動するた
めの回路も大型化が必要となるため、製品全体が大型
化、コスト高になるという問題があった。

【００１１】さらに、がたを減少させるために各部材の
公差を厳密に管理したり、調整によって目的の精度を得
るようにするためには、各部材の加工に高い精度が要求
されるとともに、組立時には調整のために多くの時間を
要することになり、必然的にコスト高となる。

【００１２】また、がたを生じる部分に弾性部材を入れ
たり、構成部材を付勢手段により押圧することによって
がたを減少させる構造では、構成部材間での摩擦が増加
することになり、レンズ駆動にあたっての負荷が増加す
ることになる。このようなレンズ駆動にあたっての負荷
が増加すれば、これに応じてレンズ駆動のためのモータ
にも高トルクのものが必要とされることから、その大型
化が避けられず、前述したトルク不足に対応した場合と
同様の問題が生じる。

【００１３】さらに、上述した焦点ずれを防止する従来
の構造では、いずれも焦点ずれの発生要因を少なくする
ことは可能であっても、焦点ずれを完全に解消すること
はできず、このような点を考慮し前述した問題点を一掃
し得る何らかの対策を講じることが望まれている。

【００１４】特に、レンズ鏡筒において、その内部に配
設されるレンズ群は、固定レンズ群は勿論、可動レンズ
群の位置を厳密に設定することが、光学系の精度を確保
し、所望の撮影を行なううえで重要とされるところであ
り、可動レンズ群の位置をかなりの精度をもたせて確保
することが必要とされている。そして、このようなレン
ズ鏡筒にあっては、前述したようながたの発生は、焦点
合わせに微妙に影響するものであり、可動レンズ群の駆
動源や駆動伝達系等でのがたによって姿勢変化時に生じ
る焦点ずれという問題を解決することが必要とされてい
る。このような姿勢変化時における焦点ずれという問題
は、レンズ鏡筒が大型となり、重量も重くなる程顕著で
あり、このような点を考慮し何らかの対策を講じること
が望まれている。

【００１５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、姿勢が変化することで発生する焦点ずれの
発生問題を解決するとともに、従来のようにレンズ鏡筒
の構成部材の剛性を上げたり、大型のモータを使用した
り、がたの減少のための高精度な加工技術や製造技術を
必要とせず、小型、軽量かつ低コスト化を図れるレンズ
鏡筒を得ることを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このような要請に応える
ために本発明に係るレンズ鏡筒は、可動レンズ群を備え
てなるレンズ鏡筒の光軸を含んだ上下方向に垂直な面内
での垂直変位姿勢と光軸を中心とする回転方向での回転
変位姿勢とを検出可能な状態で配設された姿勢検出手段
と、この姿勢検出手段にて検知されたレンズ鏡筒の姿勢
情報に応じて可動レンズ群の鏡筒内での位置による焦点
ずれをなくすために必要な可動レンズ群の補正量を演算
処理する演算手段と、この演算手段の演算結果に基づき
可動レンズ群を焦点ずれの生じない位置に補正する補正
手段とを備えたものである。

【００１７】

【作用】本発明によれば、レンズ鏡筒の姿勢を検知する
ために付設されてレンズ鏡筒と同様の姿勢をとる姿勢検
出手段からの姿勢信号を基に、その姿勢差による焦点ず
れが生じないようにするための可動レンズ群の位置を補
正する方向と量をデータとして有する演算手段によって
算出処理し、この演算手段にて算出された補正量を可動
レンズ群の駆動の指令値に加算することにより、常に可
動レンズ群を焦点ずれが発生しない位置に制御し、たと
えばレンズ鏡筒の弾性変形や可動レンズ群の遅れ量や先
行量、さらに構成部材間のがたが存在していても、焦点
ずれを生じることがないレンズ鏡筒を得ることが可能と
なる。

【００１８】

【実施例】図１および図２は本発明に係るレンズ鏡筒の
第１実施例を示すものであり、これらの図において、符
号１は固定筒、２はこの固定筒１内に可動自在に設けら
れた可動レンズ群としてのフォーカスレンズ群、３はこ
のフォーカスレンズ群２等を駆動する駆動源であるＤＣ
モータ、４はＤＣモータ３の動力をフォーカスレンズ群
２に伝達する駆動ギア、５はフォーカスレンズ群２の回
転を検出するためのポテンショメータである。また、図
２中符号６はＤＣモータ３の駆動回路で、さらに７ａ，
７ｂは後述するように本発明を特徴づける姿勢検出装
置、８は同じく本発明を特徴づける姿勢差補正量演算装
置（以下、演算装置という）である。なお、図１はレン
ズ鏡筒の要部構成のみを図示しており、ここでは詳細な
図示は省略したが鏡筒外周部の一部または全部を覆う外
筒部材が付設されることは言うまでもない。

【００１９】前記フォーカスレンズ群２は、光軸Ｉを中
心に回転することで、光軸方向に移動するように固定筒
１とヘリコイド結合により螺合状態で結合されている。
そして、フォーカスレンズ群２の焦点合わせのための指
令信号がＤＣモータ３のＤＣモータ駆動回路６に入り、
このＤＣモータ駆動回路６に制御されたＤＣモータ３の
回転が駆動ギア４を通じてフォーカスレンズ群２に伝わ
ると、フォーカスレンズ群２が光軸方向に動き、所要の
焦点合わせが行われるとともに、この時のフォーカスレ
ンズ群２の回転角度がポテンショメータ５で検出され
て、ＤＣモータ３にフィードバックされる。

【００２０】上述した構成において、固定筒１やその他
の構成部材の弾性変形によるフォーカスレンズ群２のず
れ量や、フォーカスレンズ群２と固定筒１の構成部材間
でのがたのために生じるフォーカスレンズ群２の光軸方
向でのずれは、前記ポテンショメータ５では検出するこ
とはできないから、固定筒１の姿勢が上向きや下向き、
または光軸Ｉ回りでの回転というように変化すると焦点
ずれが発生することになる。

【００２１】そこで、本発明によれば、固定筒１の光軸
Ｉを含んだ上下方向に垂直な面内での垂直変位姿勢（図
１中αで示す）と光軸Ｉを中心とする回転方向での回転
変位姿勢（図１中βで示す）を検出可能な姿勢検出装置
７ａ，７ｂを、固定筒１の周囲に配置し、これらの姿勢
検出装置７ａ，７ｂによって固定筒１の姿勢を検知する
ことにより、その姿勢差において固定筒１内でのレンズ
群のずれによる焦点ずれをなくすために必要なフォーカ
スレンズ群２の補正量をデータとして有している演算装
置８によって算出処理し、その補正量をモータ３への指
令値に加算することによって姿勢差のある状態で焦点ず
れのない固定筒１が得られる。

【００２２】図３は本発明に係る固定筒１において、姿
勢変化による焦点ずれ補正装置を構成するＣＰＵ等によ
る演算装置８の動作を示すフローチャートであって、始
めにステップ１０１に示されるように、レンズ群位置に
伴なう指令入力が行なわれる。これは各レンズ群の位置
に基づいて予め定められている規定値である。

【００２３】次に、前記姿勢検出装置７ａ，７ｂからの
固定筒１の姿勢データが入力され（ステップ１０２）、
この入力データを基に、その姿勢でのレンズ位置の補正
量を算出してＲＯＭ等から読み込むようになっている
（ステップ１０３）。

【００２４】そして、このステップ１０３で得られた補
正量を前記ステップ１０１で得られた指令値に加算し
（ステップ１０４）、これによりステップ１０５でモー
タ駆動回路６に位置信号を出力し、ＤＣモータ３を、所
要の方向に、必要な量だけ駆動し、可動レンズ群である
フォーカスレンズ群２を焦点ずれの生じないような状態
で可動させるようになっている。

【００２５】なお、この実施例ではフォーカスレンズ群
２を駆動するための駆動源としてＤＣモータ３を用いた
場合を説明したが、他の形式によるモータ、たとえばス
テッピングモータに置き換えても同様の効果が期待でき
ることは言うまでもない。

【００２６】また、上述した姿勢検出装置７ａ，７ｂと
しては、たとえば図４から明らかなように、ポテンショ
メータ１１と、その回転軸１２上で重心がこの軸１２の
回転中心と異なる位置にあるように設けられた重り１３
とからなり、ポテンショメータ１１の姿勢がどのように
変化しても、重り１３の重心位置が重力の作用によって
可動自在な範囲内で最下点に位置するように構成されて
いるものを用いるとよい。すなわち、以上のような構成
による姿勢検出装置７ａ，７ｂでのポテンショメータ１
１のハウジング部をプレート１４に固定し、このプレー
ト１４を介して固定筒１の外周部等に取付けることによ
り、ポテンショメータ１１の出力から固定筒１の傾斜角
度を求めることが可能となる。

【００２７】また、固定筒１の姿勢の自由度は、固定筒
１の光軸Ｉ回りでの回動変位姿勢と、光軸Ｉを含んだ垂
直な面内での垂直変位姿勢の二つであり、それぞれ単独
またはその組み合わせによるものである。このため、本
実施例では、前記姿勢検出装置７ａ，７ｂをそれぞれの
傾斜状態が検知可能となるような図１に示した位置関係
をもって配置させている。

【００２８】なお、このような固定筒１の姿勢を検知す
るための手段としては、上述した構造によるものに限定
されるものではなく、たとえばポテンショメータをエン
コーダに置き換えても同様の効果が得られる。また、既
知の技術であるジャイロセンサにより、固定筒１の姿勢
を検出することも可能である。さらに、単一のセンサに
よって上述した二種類の自由度での傾斜角を検知できる
ものであれば姿勢差検出装置を二つ配置する必要はな
い。

【００２９】一方、前記演算装置８では、姿勢検知装置
７ａ，７ｂによって得られた固定筒１の姿勢データを基
にしてレンズ群の補正量を決定するように構成されてい
る。その方法としては、レンズ鏡筒毎に各姿勢で焦点ず
れを生じないようにするために必要な各駆動軸毎の補正
量を予め測定しておき、そのデータをＲＯＭ等の記憶手
段に書き込んでおき、姿勢の変化に応じて所定のデータ
を読み込むよう構成するとよい。

【００３０】図５および図６は本発明に係るレンズ鏡筒
の第２実施例を示すものであり、これらの図において前
述した図１等による第１実施例と同一または相当する部
分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。ここ
で、この第２実施例では、符号２１で示した移動レンズ
群を、送りねじ２２を用いて光軸方向に移動させる機構
を採用しており、さらにこの第２実施例では前記移動レ
ンズ群２１を駆動するための駆動源としてステッピング
モータ２３を用いた場合を示している。また、図６中２
４はステッピングモータ駆動回路である。

【００３１】この第２実施例の構造においても、演算装
置８およびステッピングモータ駆動回路２４での制御動
作は、前述した第１実施例と略同じである。これを簡単
に説明すると、移動レンズ群２１の位置の指令信号が、
演算装置８からステッピングモータ２３の駆動回路２４
に入いることにより、駆動回路２４に制御されたステッ
ピングモータ２３は指令された角度まで回転駆動され、
その回転が駆動ギア４を通じて送りねじ２２に伝わる。
この結果、移動レンズ群２１は、送りねじ２２が回転す
ることによって、光軸方向に動くように送りねじ２２に
螺合されているため、移動レンズ群２１は指令信号の位
置に移動されることになる。

【００３２】このような構成によれば、固定筒１やその
他の構成部材の弾性変形によるレンズ鏡筒内の各レンズ
群のずれや、ステッピングモータ２３の遅れ量や先行
量、あるいは移動レンズ群２１と送りねじ２２間のがた
や、送りねじ２２とこれと係合する固定筒１間のがたの
ために、姿勢変化による焦点ずれが発生する。このよう
な焦点ずれをなくす手段として、レンズ鏡筒と同様の姿
勢をとるように固定された姿勢検出装置７ａ，７ｂによ
りレンズ鏡筒の姿勢を検知し、その姿勢においてレンズ
鏡筒１の焦点ずれをなくすために必要な移動レンズ群２
１の補正量を演算装置８で算出する。その補正量をモー
タ２３の指令値に加算することによって姿勢差のある状
態で焦点ずれのないレンズ鏡筒を実現できる。

【００３３】ここで、本実施例では移動レンズ群２１の
駆動源をステッピングモータ２３としたが、他のモータ
例えばＤＣモータに置き換えたレンズ鏡筒においてもエ
ンコーダ等で制御のための位置検出をすれば、同様の効
果が期待できる。

【００３４】また、本実施例では、姿勢差による焦点ず
れの補正について説明したが、焦点ずれの他にも像の結
像に影響を与えるもの、たとえば球面収差やコマ収差、
非点収差、像面湾曲等に関しても、それらの姿勢差によ
る変化を補正するデータを演算装置８に記憶させておく
ことにより、移動レンズ群２，２１の位置を補正するこ
とが可能で、各収差の影響を少なくできるという効果が
期待できる。

【００３５】なお、本発明は上述した第１、第２実施例
の構造には限定されず、各部の形状、構造等を適宜変
形、変更できることは言うまでもない。たとえば第１実
施例では可動レンズ群２を駆動する手段としてＤＣモー
タ３を、第２実施例では移動レンズ群２１を駆動する手
段としてステッピングモータ２３および送りねじ機構を
用いた構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、
このような可動レンズ群の駆動系やその駆動伝達系とし
ては適宜の変形例が考えられる。

【００３６】また、本発明に係るレンズ鏡筒は、一般的
なカメラに限らず、テレビカメラ等を始めとする各種の
光学機器において適用し得るものであり、特に大型で重
量の大きいレンズ鏡筒に適用した場合に効果的である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るレン
ズ鏡筒によれば、光軸を含んだ上下方向に垂直な面内で
の垂直変位姿勢と光軸を中心とする回転方向での回転変
位姿勢とを検出可能に配置された姿勢検出手段によっ
て、レンズ鏡筒の姿勢情報を検知し、その検知された姿
勢状態に応じて演算手段と補正手段とによって焦点のず
れ量をなくすように可動レンズ群の位置を補正するよう
にしたので、簡単な構造にもかかわらず、レンズ鏡筒が
垂直変位姿勢や回転変位姿勢といったいずれの姿勢状態
にあっても、レンズ鏡筒の弾性変形や移動レンズ群の遅
れ量や先行量、構成部材間のがたの影響によって、焦点
ずれが生じることがないようにすることができるという
優れた効果がある。

【００３８】特に、本発明によれば、レンズ鏡筒の姿勢
変化に伴なうがたによる焦点ずれを適切に補正して解消
できることから、高精度を要求されるレンズ鏡筒の場合
に効果的であり、また上述した姿勢変化に伴なう焦点ず
れが大きな問題となる大型で重量の重いレンズ鏡筒に採
用して効果的である。

【００３９】また、本発明によれば、レンズ鏡筒の弾性
変形よる焦点ずれを補正可能とし得るため、レンズ鏡筒
の剛性を下げることが可能となる。さらに、移動レンズ
群の遅れ量や先行量による焦点ずれも補正可能であるた
め、従来よりも低トルクのモータの使用により遅れ量や
先行量が大きくなる場合でも焦点ずれを生じなくするこ
とができる。

【００４０】また、本発明によれば、可動レンズ群の駆
動部材間にがたがある場合でも、そのがた分も含めて焦
点ずれをなくすようにレンズの位置を補正することがで
きるため、従来のようにがた量を厳密に規定する必要は
なく、がたの量の再現性があればよいのであるから、加
工や組立の精度を緩くすることが可能となり、製造段階
でのコストを軽減することができる。さらに、レンズ鏡
筒を構成する部材間のがた量を許容できることにより、
がたを減少させるために用いられていた従来方法の弊害
である摩擦増加による移動レンズ群の駆動トルクの増加
の問題を解決できる。そして、これにより、小型、軽量
で安価なレンズ鏡筒を得ることができる。

【００４１】また、本発明によれば、姿勢差の補正のた
めに駆動する対象を可動レンズ群としたため、可動レン
ズ群のレンズ駆動装置への制御信号を、補正値を加えた
信号に変換するだけで補正を達成できることから、新た
に補正のための駆動装置を設けることなく、簡単な構造
で姿勢差を補正できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレンズ鏡筒の第１実施例を示す要
部構成の概略斜視図である。

【図２】本発明の第１実施例での制御方法を示すブロッ
ク図である。

【図３】本発明の要部である演算装置の制御動作を説明
するためのフローチャートである。

【図４】本発明に採用して好適な姿勢検出装置を例示す
る概略斜視図である。

【図５】本発明に係るレンズ鏡筒の第２実施例を示す概
略斜視図である。

【図６】本発明の第２実施例での制御方法を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ 固定筒 ２ フォーカスレンズ群（可動レンズ群） ３ ＤＣモータ（駆動源） ４ 駆動ギア ５ ポテンショメータ ６ ＤＣモータ駆動回路（補正手段） ７ａ 姿勢検出装置（姿勢検出手段） ７ｂ 姿勢検出装置（姿勢検出手段） ８ 姿勢差演算装置（演算手段） １１ ポテンショメータ １２ 回転軸 １３ 重り １４ プレート ２１ 移動レンズ群 ２２ 送りねじ ２３ ステッピングモータ（駆動源） ２４ ステッピングモータ駆動回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一つの可動レンズ群を備えて
   なるレンズ鏡筒において、 前記レンズ鏡筒の光軸を含んだ上下方向に垂直な面内で
   の垂直変位姿勢と前記光軸を中心とした回転方向での回
   転変位姿勢とを検出可能な状態で配設された姿勢検出手
   段と、 この姿勢検出手段で検知されたレンズ鏡筒の姿勢情報に
   応じてレンズ鏡筒内での可動レンズ群の位置による焦点
   ずれをなくすために必要な可動レンズ群の補正量を演算
   する演算手段と、 この演算手段の演算結果に基づき前記可動レンズ群を焦
   点ずれの生じない位置に補正する補正手段とを備えたこ
   とを特徴とするレンズ鏡筒。