JPS62262014A - 焦点調節装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、焦点調節装置、更に詳しくは、カメラ等の光
学装置において、ズーミングの操作に応じて後群レンズ
でなるフォーカスレンズの焦点調節動作を自動的に行な
う焦点調節装置に関する。

〔従来の技術〕

スチルカメラ、ビデオカメラ等の焦点調節手段として、
前群レンズを駆動する方式と、後群レンズを駆動する方
式とがある。後者には、■前群レンズより後群レンズが
小さく軽いためレンズを移、動させる。ための消費電力
が少なくて済む、■前群レンズの場合に較べて後群レン
ズの移動量が少ないため短時間で合焦させることができ
る、■前群レンズ駆動用のヘリコイドが不要になるので
レンズの製作費が安くて済む、等の多くの優れた利点が
ある。このように後者には多くの利点があるにもかかわ
らず、ズームレンズを有してなるカメラにおいては、前
者の駆動方式が採用されている（実公昭５４−１４４９
６号。

特公昭５１−１７０４５号公報参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

その理由としては、後群レンズを駆動する方式では、マ
ニュアルフォーカス時に、ズームレンズの移動に伴い焦
点位置が変化してしまうからである。即ち、オートフォ
ーカス時において、後群レンズが追従できる速度でズー
ムレンズが移動するものであれば問題ないが、マニュア
ルフォーカスの場合は、後群レンズを静止させたままで
ズームレンズを移動させると焦点位置がずれてしまうこ
とになる。

そこで、これを解決するために、ズームレンズと後群レ
ンズの移動量を決定しているそれぞれのカムに相関性を
持たせ、ズームレンズが移動するときにそれに追従して
後群レンズが移動するようにすればよいが、このような
カム機構をレンズ鏡筒に実際に設けることは構成が非常
に複雑になり困難である。また、上記のようなカム機・
構を設けることができたとしても十分な工作精度を出す
ことができず、ズーミングの全領域に亘って高い合焦精
度を得ることができないものとなる。従って、このよう
な複雑なカム機構を設けることなく、マニュアルフォー
カス時にも、ズーミングに対応させて後群レンズを移動
できるものとすれば、ズームレンズを有したカメラにお
いても、前述したように利点の多い後群駆動方式が実現
できることになる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、
複雑な機構等を用いることなく簡単な構成で、設定距離
に応じた合焦対応位置に後群レンズでなるフォーカシン
グレンズを自動的に移動させることによりズーミング操
作の如何に係わらず合焦状態を維持することのできる焦
点調節装置、を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の焦点調節装置は、少くともズームレンズと合焦
調節のための移動が可能に設けられた後群レンズとを含
んでなるレンズ系と、上記レンズ系に関する設定距離に
対応する信号を生成する設定距離信号生成手段と、上記
ズームレンズの位置を検知するズームセンサと、 種々の設定距離についてその距離での合焦状態における
上記ズームレンズと後群レンズとの位置関係が了め内部
に設定され、上記ズームセンサにより検出されたズーム
レンズ位置並びに上記設定距離信号生成手段の出力信号
による設定距離に対応した上記合焦状態における後群レ
ンズ位置を上記内部の設定に基づいてトレースし、その
位置に後群レンズを移動せしめるための制御信号を出力
するコントロール回路と、上記コントロール回路からの
制御信号に応動して上記後群レンズを駆動する駆動手段
と、を具備してなる。

〔作　用〕

上記構成の本発明の装置では、例えば距離環等の操作に
より成る設定距離に対して合焦状態が得られているとき
にズームレンズを操作すると、ズームセンサにより検知
されるズームレンズ位置に対応する信号並びに上記設定
距離信号生成手段による上記設定距離を表わす信号がコ
ントロール回路に入力される。

上記コントロール回路は、同回路内部に設定された種々
の設定距離に対応したその距離での合焦状態におけるズ
ームレンズと後群レンズとの位置関係に関するデータに
基づいて、上記ズームレンズ位置と上記設定距離とに対
応した合焦状態における後群レンズ位置をトレースし、
この結果に応じて上記制御信号を出力して駆動手段を動
作せしめ、ズーミング操作の如何にかかわらず、後群レ
ンズを自動的に合焦対応位置に駆動させる。従ってズー
ムレンズを動かしても、そのときの設定距離に応じた合
焦状態が維持される。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す焦点調節装置のブロ
ック図である。この第１図に示す焦点調節装置はビデオ
カメラに適用されたもので、同カメラの撮像レンズ鏡筒
１は、前群レンズ２゜ズームレンズ３．絞り４および後
群レンズ５等を内蔵していて、前群レンズ２が鏡筒１の
固定部に固定されているのに対して、後群レンズ５は焦
点調節のために光軸方向に移動できるようになっている
。即ち、後群レンズ５は、第２図に示すように、レンズ
保持枠７に一体的に設けたピン７ａがステ７ピングモー
タ８の出力軸８ａに連結した送りねじ９に係合している
ので、ステッピングモータ８が駆動されると、送りねじ
９のピッチによりレンズ保持枠７が光軸方向に沿って設
けたガイド部材１０を矢印Ａ、又は矢印Ｂ方向に移動す
ることになる。ステッピングモータ８はコントロール回
路１１からの制御信号により駆動される。また、後群レ
ンズ５は無限遠位置に至ったとき、第２図に示すように
、レンズ保持枠７に一体的に設けた遮光部７ｂがフォト
インタラプタからなるゼロ点センサ１２により後群レン
ズ５の基準位置（ゼロ点）が検知されるようになってい
る。このゼロ点センサ１２の出力はコントロール回路１
１に入力されることになる。

レンズ鏡筒１の外周には、第３図に示すように、距離目
盛を刻設した操作環６が固定枠との間に適当な摩擦力を
有して回動自在に設けられている。この操作環６はレン
ズ鏡筒１内の光学素子等とは機械的には何ら連結してお
らず、それ自身の回動により、指標１ａによって支持さ
れた距離目盛が距離目盛センサ１３によって電気的に読
み取られ、この読み取られた電気信号がコントロール回
路１１に入力されるようになっている。

距離目盛センサ１３は、例えば、第４図に示すように構
成されている。即ち、第４図において、操作環６の内側
には、導電接点１４が固設されていて、同導電接点１４
は、レンズ鏡筒１の固定枠外周に回転方向に沿って形成
された薄膜状の導電体１５と、この導電体１５に略平行
して同様に形成された薄膜状の抵抗体１６に摺接してい
る。導電体１５は接地され、抵抗体１６はコントロール
回路１１の入力端に接続されている。そして、この操作
環６は「至近」の目盛位置または「無限」の目盛位置を
越える「オート」（図示されず）の位置まで回動できる
ようになっており、操作環６の回動位置に応じて抵抗値
が変化すると、この抵抗値の変化に応じて、コントロー
ル回路１１のＡ／Ｄコンバータ１７に入力する電気信号
が変化する。Ａ／Ｄコンバータ１７はこの距離目盛セン
サ１３からの電気信号をＡ／Ｄ変換し、距＾Ｕ目盛に応
じたディジタル信号をマイクロコンピュータ１８に送る
。操作環６が「オート」の回動位置に設定されたときに
は、導電接点１４は抵抗体１６に接触せず、導電体１５
のみに接触するので、導電体１５と抵抗体１６間が開放
状態となり、このときのコントロール回路１１への人力
情報は、「オート」となる、即ち、コントロール回路１
１は「オート」を読み取ると、同コントロール回路１１
は後群レンズ５を駆動するステッピングモータ８の制御
を操作環６によるマニュアルフォーカスからオートフォ
ーカスに切り換える。

ズームレンズ３はズームスイッチ３２を操作したとき、
レンズコントロール部１９からの制御信号によって駆動
されるモータ２ｏにより光軸方向に移動でき、ズームセ
ンサ２１によって焦点距離が読み取られ、この読み取ら
れた電気信号がレンズコントロール部１９に入力される
ようになっている。ズームセンサ２１は、例えば、ボテ
ンシッメー夕、ホトセンサ等によって構成される位置セ
ンサである。

絞り４は、手動、自動のいずれより操作されるものであ
ってもよいが、その絞り値が絞りセンサ２２により読み
、取られ、この読み取られた電気信号がレンズコントロ
ール部１９に入力されるようになっている。

上記レンズ鏡筒１の光学系を透過する被写体光は撮像素
子２３の撮像面に結像され、同逼像素子２３で光電変換
されて映像信号となるが、この映像信号はカメラ回路２
４で処理されてビデオ信号として取り出される。映像信
号のうちの輝度信号はカメラ回路２４からオートフォー
カス処理回路２５に入力される。このオートフォーカス
処理回路２５は輝度信号から微分などの信号処理を施し
て高調波成分を抽出し、オートフォーカス時に同高調波
成分の出力の位相と、後群レンズ５の振動の位相とを比
較して、前ピン、後ピン。

合焦のいずれかを判断してコントロール回路１１に焦点
状態信号を送るそれ自体は公知の回路（例えば、特開昭
５６−１１６００７号公報）である。

また、コントロール回路１１には基準周波数発生回路２
６より、例えば、１５Ｈｚの整数倍のクロック信号が入
力されている。このクロック信号がコントロール回路１
１に入力されていることにより、１５Ｈｚの周波数を基
にコントロール回路１１からステンピングモータ８に必
要パルスが送られ同パルスによりステンピングモータ８
がオートフォーカス、或いはマニュアルフォーカスの駆
動を行なう。

コントロール回路１１は第５図に示すように、マイクロ
コンピュータ１８内に、記憶部３０．演算部２８および
ステップ数計算部２９を有している。

記憶部３０は焦点距離と撮影距離により決定される後群
レンズ５の適正位置を表わす特性曲線を記憶しているＲ
ＯＭ　（リードオンリーメモリ）である、演算部２８は
、Ａ／Ｄコンバータ１７より入力される距離目盛センサ
１３の出力と、レンズコントロール部１９より入力され
るズームセンサ２１の出力および絞りセンサ２２の出力
を読み込み、上記記憶部３０に記憶している特性曲線か
ら後群レンズ５の適正位置を算出するものである。また
、オートフォーカス時にはオートフォーカス処理回路２
５の出力が導かれてこれを演算するようになっている。

この演算部２８の出力はモータ駆動回路３０に導かれて
いるとともに、ステップ数計算部２９により後群レンズ
５の位置がどこにあるか常にステップ数がカウントされ
るようになっている。また、演算部２８にはオートフォ
ーカス時に距離表示を行なうための距離表示装置２７が
接続されている。

上記マイクロコンピュータ−８内の記憶部３０に記憶さ
れている特性曲線としては、例えば、第６図に示すよう
なものである。この第６図において、横軸は後群レンズ
５の、逼像素子２３の逼像面を基準とする繰出量を示し
、縦軸は、ズームレンズ３の移動量を示す、この第６図
から明らかなように、ズームレンズ３がｒＴ（望遠）」
の位置にあるとき、後群レンズ５が「無限」。

ｒ　１　ｍｌ　、　　ｒＯ，５ｍｌの距離位置に焦点が
合うのはそれぞれ位Ｚａｌ＋２＋　　２３である。また
、ズームレンズ３がｒＳ　（標準）」の位Ｗにあるとき
、後群レンズ５が上記各距離位置に焦点が合うのはそれ
ぞれ位置ｂ＋　、ｂｚ　、ｂ３であり、ズームレンズ３
が「Ｗ（広角）」の位置にあるときに、後群レンズ５が
上記各距離位置に焦点が合うのはそれぞれ位３ｃ、、ｃ
ｚ、ｃ。

である。即ち、後群レンズ５を「無限」に合焦させた状
態にしておこうとするとき、ズームレンズ３のｒＷＪか
ら「Ｔコまでの移動による焦点距離の変化に対して、略
「り」の字形状の特性曲ｎ　ｉ　ｒ　で示すように後群
レンズ５の繰出量を変化させる必要がある。また、後群
レンズ５をｒ　１　ｍ」、　　ｒｏ、５　ｍｌにそれぞ
れ合焦させておくには、上記ズームレンズ３の全領域の
移動による焦点距離の変化に対して、略「り」の字形状
の特性曲線１ｔ、１．で示すように後群レンズ５の操出
量を変化させる必要がある。この特性曲線１．、Ｎ、、
６．の形状は全て異なる。

この３つの距離位置「無限Ｊ　、　　ｒ　１ｍＪ、　ｒ
ｏ、５ｍ」以外のこの間の距離位置についても、後群レ
ンズ５の繰出量は上記特性曲線ＩＩ、ｌ□。

ｌ１間で、これらと異なる形状の図示しない特性曲線に
沿ったものになることは言うまでもない。

上記特性曲線Ｎ、、１．．　　！、で代表されるような
、・焦点距離および撮影距離に応じて異なる後群レンズ
５の繰り出しをカム機構で行なわせることは困難である
が、上記各特性曲線１１゜１、．１！およびこれらの各
曲線間の領域で、焦点距離および撮影距離に応じた図示
されない各特性曲線が上記記憶部３０に記憶されている
ことによりステッピングモータ８によって繰出量の複雑
な制御が可能となる。上記「無限」の特性曲線！、と「
至近」の特性的に１　ｐ　３　との間の領域以外には後
群レンズ５が制御されないようになっている。

次に、上記のように構成されている焦点調節装置の動作
を説明する。

マニュアルフォーカスの場合、操作環６を回動させ所望
の距離目盛に指標１ａを合わせると、この設定された距
離目盛に応じた電気信号が距離目盛センサ１３よりコン
トロール回路１１に入力される。なお、このとき焦点距
離の設定はズームスイッチ３２の操作により行なわれる
ようになっており、レンズコントロール部１９からの制
御信号によりモータ２０が駆動してズームレンズ３は所
望の焦点距離の位置に制御される。そして、このズーム
レンズ３の位置、即ち、焦点距離情報がズームセンサ２
１により専★知されレンズコントロール部１９によって
読み取られる。また、絞り４の情報も絞すセンサ２２に
よって電気信号に変換されレンズコントロール部１９に
よって読み取られる。

距離目盛センサ１３からの電気信号はＡ／Ｄコンバータ
１７でＡ／Ｄ変換され当該時点において設定されている
撮影距離情報としてコントロール回路１１のマイクロコ
ンピュータ１８の演算部２８に入力され、また、レンズ
コントロール部１９から演算部２８に上記焦点距離情報
および絞り情報が入力されると、演算部２８では、これ
らの各情報を読み込んでこれを記憶部３０の内容である
各特性曲線と参照させる。そして、入力情報に適した特
性曲線から後群レンズ５の適正な繰出位置をトレースす
ると、演算部２８はこれに応じた信号をモータ駆動回路
３１に送出してステッピングモータ８を適正位置に回転
させる。これによって後群レンズ５は、成る撮影距離に
おいてズーミング操作がなされた場合、この操作に応動
して常に合焦状態を維持すべく追従移動する。

従ってズーミング操作を行った後も自動的に合焦状態と
なる。

上記焦点調節装置をオートフォーカスの状態にする場合
には、第３．４図に示すように、操作環６を矢印Ｃの方
向に回動させ、「無限」位置を越える「オート」（図示
されず）の位置に設定する。すると、このときコントロ
ール回路１１はオートフォーカスのための制御動作を行
なうように切り換えられ、このコントロール回路１１か
らの１５１１ｚの周波数を基準とするパルスにより、ス
テッピングモータ８は後群レンズ５を矢印Ａ、Ｂに沿う
光軸方向（第２図参照）に交互に振動させる。後群レン
ズ５は光軸方向に振動することによって光路長が微小変
動するので、オートフォーカス処理回路２５に入力する
輝度信号に含まれる高周波成分のレベルが微小変動する
。この高周波成分の変動波形（変調信号）は合焦状態で
最小になり、前ピンと後ピンでは変調信号の位相が１８
０°反転することになるので、オー、トフォーカス処理
回路２５から金魚信号がコントロール回路１１の演算部
２８に入力されると、同演算部２８はモータ駆動回路３
１にステッピングモータ８を合焦点を中心として前後に
同一振幅で振動させるための信号を与える。この振幅は
絞り情報、即ち、被写界深度を考慮して行なわれるので
、後群レンズ５は実際には合焦点に静止しているのと変
らない状態になる。この合焦状態では、距離表示袋ｆｆ
１２７に演算部２８より表示信号が送られ合焦点の距離
表示が発光ダイオード、或いは液晶等により行なわれる
。

合焦点からずれ、オートフォーカス処理回路２５から前
ピン、又は後ピンの信号がコントロール回路１１の演算
部２８に導かれると、同演算部２８はモータ駆動回路３
１にステッピングモータ８を振動させながら合焦点に向
って歩進させる信号を与える。即ち、合焦点に向っては
大なる振幅で、その反対方向には小なる振幅で振動する
信号がステッピングモータ８に与えられることによって
後群レンズ５が合焦点に向って移動していく、なお、オ
ートフォーカス時にズームレンズ３がモータ２０によっ
て移動する速度は、後群レンズ５が合焦点に向って移動
する速度よりも遅くオートフォーカス動作が追従できる
ようになっている。

上記実施例における距離目盛センサ１３は砥抗値の変化
を利用して距離目盛を電気信号に変換するものであるが
、このほか、例えば、第７図に示す距離目盛センサ３３
．或いは第８図に示す距離目盛センサ４３等を用いるよ
うにしてもよい。

距離目盛センサ３３は第７図に示すように、操作環６に
一体的に取り付けられた３ビツト構成のホトセンサ３４
と、レンズ鏡筒ｌの固定枠外周に、各ビット毎に回転方
向に沿って部分的に貼り付けられた反射体３５．３６．
３７とによって構成されており、ホトセンサ３４のリー
ド線はコントロール回路１１のマイクロコンピュータ１
日に接続されている。従って、この距離目盛センサ３３
においては、操作環６の回動量に応じた位置でホトセン
サ３４が反射体３５．３６．３７の有無を反射光の有無
Ｇ；よって読み取り、これを電気信号に変換してマイク
ロコンピュータ１日に送るので、距舗目盛がディジタル
信号としてマイクロコンピュータ１８に読み込まれるこ
とになる。

また、距離目盛センサ４３は第８図に示すように、操作
環６に一体的に取り付けられた３ビツト構成の導電接点
４４と、レンズ鏡筒１の固定枠外周に、各とソト毎に回
転方向に沿って形成された薄膜状の導電体４５〜４８と
によって構成されており、このうち導電体４５は接地さ
れ、他の導電体４６〜４８は抵抗５１〜５３によって電
圧Ｖ　ｃｃが印加されているとともに、マイクロコンピ
ュータ１８の入力端に接続されている。従って、この距
離目盛センサ４３においては、操作環６の回動位置に応
じて導電接点４４が導電体４６〜４８と導電体４５との
間を短絡又は解放状態とするので、導電体４６〜４８の
それぞれはローレベル“Ｌ”（接地）或いはハイレベル
″Ｈ”　（を圧Ｖ　ｃｃ　）になり、マイクロコンピュ
ータ１８に３ビツトのディジクル信号で距離目盛が入力
されることになる。なお、第７．８図に示す距離目盛セ
ンサ３３．４３は３ビツト構成のものとしているが、実
際には、望遠（Ｔ）状態で、０．５ｍ−”（第６図参照
）の距離を約８０〜１００に分割できるように７ビツト
程度の構成にするのが望ましい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、カム機構等を用い
ることなく簡単な電気的な回路構成で、ズーミング操作
の如何に係わらず設定距離に応じた合焦状態を維持する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す焦点調節装置の電気
回路のブロック図、 第２図は、上記第１図中の後群レンズの駆動部分を示す
断面図、 第３図は、上記第１図中の操作環の外観を示す斜視図、 第４図は、上記第１図中の距離目盛センサの一例を示す
概略構成図、 第５図は、上記第１図中のコントロール回路の機能の一
部を示すブロック図、 第６図は、上記第５図中の記憶部、に記憶されたレンズ
制御用の特性曲線図、 第７．８図は、距離目盛センサの他の例を示す概略構成
図である。 ３・・・・・・ズームレンズ ５・・・・・・後群レンズ（フォーカスレンズ）８・・
・・・・ステンピングモータ（駆動手段）１１・・・・
・・コントロール回路 １３・・・・・・距離目盛センサ（設定距離信号生成手
段） ２１・・・・・・ズームセンサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少くともズームレンズと合焦調節のための移動が可能に
   設けられた後群レンズとを含んでなるレンズ系と、 上記レンズ系に関する設定距離に対応する信号を生成す
   る設定距離信号生成手段と、 上記ズームレンズの位置を検知するズームセンサと、 種々の設定距離についてその距離での合焦状態における
   上記ズームレンズと後群レンズとの位置関係が了め内部
   に設定され、上記ズームセンサにより検出されたズーム
   レンズ位置並びに上記設定距離信号生成手段の出力信号
   による設定距離に対応した上記合焦状態における後群レ
   ンズ位置を上記内部の設定に基づいてトレースし、その
   位置に後群レンズを移動せしめるための制御信号を出力
   するコントロール回路と、上記コントロール回路からの
   制御信号に応動して上記後群レンズを駆動する駆動手段
   と、を具備したことを特徴とする焦点調節装置。