JP2008058392A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな構成で簡易な動作により時系列瞳分割方式の焦点検出を可能とする光学機器を提供する。
【解決手段】光学機器は、開口３１ａが形成された遮光部材３１と、焦点検出に用いられる光束が通過する第１の開口及び該第１の開口に対して光軸に直交する方向において位置が異なる第２の開口が形成されるように遮光部材を移動させる駆動手段とを有する。第１及び第２の開口は、光軸位置ＡＸＬを含んだ互いに共通の領域Ｓを含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、光束が通過する開口を移動させて焦点検出を可能とする光学機器及び光開口移動装置に関する。

位相差検出方式によるオートフォーカスを行うカメラ等の光学機器には、いわゆる時系列瞳分割方式の焦点検出を行うものがある。このような光学機器として、瞳位置を光軸に直交する方向に移動させるための遮光部材を備えたカメラが、特許文献１，２において開示されている。

特許文献１にて開示されたカメラは、２つの瞳絞り開口（以下、瞳開口という）が形成された光路に対して挿入及び退避可能なマスク板と、該２つの瞳開口のうち一方を覆うことができる遮光羽根とを有する。焦点検出（つまりはフォーカス制御）を行うときには、マスク板を光路内に挿入し、遮光羽根で覆う瞳開口を切り替えることで、時系列的に瞳位置を移動させる。

また、特許文献２にて開示されたカメラでは、２つの絞り羽根のそれぞれを異なるアクチュエータで駆動可能とし、該２つの絞り羽根によって形成する瞳開口の位置を光軸を挟んだ一方と他方とに切り替えることにより、時系列的に瞳位置を移動させる。
特開平１０−３１９３１０号公報（段落００２８〜００２９、図５等） 特開２００４−３８１１４号公報（段落００１２〜００１３、図２，３等）

しかしながら、特許文献１にて開示されたカメラでは、マスク板に２つの小さな瞳開口が形成されているために、撮影時にはマスク板を光路外に退避させる必要がある。このため、マスク板を駆動するためのアクチュエータと、遮光部材を駆動するためのアクチュエータとが必要である。このため、カメラが大型化する。

また、特許文献２にて開示されたカメラでは、光軸上において開口径を変化させて光量調節を行う絞り羽根によって、光軸を挟んだ一方と他方とに瞳開口を形成するという複雑な動作を行うために、アクチュエータの制御も複雑化する。このため、瞳開口の大きさがその都度変動したり、動作が遅れたりするという不都合が生じやすい。

本発明は、コンパクトな構成で簡易な動作により時系列瞳分割方式の焦点検出（フォーカス制御）を可能とする光学機器及び光開口移動装置を提供することを目的の１つとしている。

本発明の一側面としての光学機器は、開口が形成された遮光部材と、焦点検出に用いられる光束が通過する第１の開口及び該第１の開口に対して光軸に直交する方向において位置が異なる第２の開口が形成されるように遮光部材を移動させる駆動手段とを有する。そして、第１及び第２の開口は、光軸位置を含んだ互いに共通の領域を含むことを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての光開口移動装置は、開口が形成された基板と、開口が形成された遮光部材と、基板の開口と遮光部材の開口とが重なる領域であって焦点検出に用いられる光束を通過させるための第１の開口及び該第１の開口に対して光束の通過方向に直交する方向に位置が異なる第２の開口が形成されるように遮光部材を基板に対して移動させる駆動手段とを有する。そして、第１及び第２の開口は、基板の開口の中心軸位置を含んだ互いに共通の領域を含むことを特徴とする。

本発明によれば、コンパクトな構成で簡易な動作により時系列瞳分割方式の焦点検出（フォーカス制御）を行うことができる。しかも、第１及び第２の開口を、光軸位置を含んだ共通の領域を含むように形成するので、遮光部材の移動量を、共通の領域を含まないように第１及び第２の開口を形成する場合に比べて小さくすることができる。したがって、駆動手段の駆動ストロークを小さくすることができ、第１及び第２の開口を高速で切り替えることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１から図６には、本発明の実施例１である光学機器としてレンズ装置の構成を示している。このレンズ装置は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置（光学機器）に用いられる。

図１は、本実施例のレンズ装置における後述するシフト枠及び光量調節ユニットの断面図である。図２は、本実施例のレンズ装置の断面図である。図３は、本実施例のレンズ装置を分解し、斜め上方から見た斜視図である。図４から図６は、シフト枠を第１レンズユニット側から見た図である。

これらの図において、１は最も物体側に配置された第１レンズユニットである。２は光軸ＡＸＬ（図２参照）に平行な方向（以下、光軸方向という）に移動して変倍を行う第２レンズユニットである。３は固定された第３レンズユニットである。４は光軸方向に移動して変倍に伴う焦点面移動の補正や焦点調節を行う第４レンズユニットである。第１〜第４レンズユニット１〜４及び後述する光量調節ユニット６１により撮影光学系が構成される。

５は不図示のカメラ本体に固定された後部枠である。６は第１レンズユニット１を保持しする第１レンズ鏡筒である。７は第１レンズ鏡筒６がネジ８，９，１０で固定される前部枠である。１１は前部枠７と後部枠５に挟まれて保持されるシフトベースである。

１２は結合板金である。結合板金１２は、図３に示すように、その内側の斜面１２ａが前部枠７の突起７ａに係合し、内側の端面１２ｂが後部枠５の突起５ａに係合することで、前部枠７を後部枠５側に引き込む。これにより、シフトベース１１を挟み込みながら、後部枠５と前部枠７とを結合させることができる。

１３は結合板金１２を後部枠５に取り付けるネジである。１４は結合板金である。結合板金１４は、結合板金１２と同様に、前部枠７の不図示の突起と後部枠５の不図示の突起に係合して後部枠５と前部枠７とをシフトベース１１を挟み込んで結合させる。１５は結合板金１４を後部枠５に取り付けるネジである。

１６，１７はガイドバーであり、その両端が後部枠５と第１レンズ鏡筒６に保持されて光軸方向に延びるように固定される。

１８は第２レンズユニット２を保持する第２レンズ鏡筒である。第２レンズ鏡筒１８のスリーブ部１８ａは、ガイドバー１６に光軸方向に移動可能に係合している。また、第２レンズ鏡筒１８のＵ溝部１８ｂは、ガイドバー１７に光軸方向に移動可能に係合している。Ｕ溝部１８ｂとガイドバー１７との係合により、第２レンズ鏡筒１８のガイドバー１６回りでの回転が阻止されている。

１９は第２レンズ鏡筒１８を光軸方向に移動させるためのステッピングモータユニットであり、モータ部１９ａとその出力軸である送りネジ部１９ｂと、これらを保持する保持板金１９ｃとを有する。２０，２１はステッピングモータユニット１９の保持板金１９ｃを前部枠７に固定するネジである。

２２は第２レンズ鏡筒１８に光軸ＡＸＬに平行な軸回りで回転可能に取り付けられたラックである。ラック２２は、そのラック歯部２２ａがステッピングモータ１９の送りネジ部１９ｂに噛み合う。ラック２２は、ラックバネ２３によって第２レンズ鏡筒１８に対して光軸方向端面に当接するよう付勢されている。

２４はフォトインタラプタであり、第２レンズ鏡筒１８の不図示の遮光部が該フォトインタラプタ２４のスリット部２４ａ内に位置している状態か否かに応じた信号を出力する。フォトインタラプタ２４からのこれらの状態を示す信号の切り換わりを検出することで、第２レンズ鏡筒１８が基準位置に位置しているか否かを検出できる。２５はフォトインタラプタ２４を取り付ける基板である。２６は基板２５を前部枠７に固定するネジである。

次に、瞳開口の位置を移動させる瞳開口移動ユニット（光開口移動装置）について説明する。

３１は被写体からの光束を遮る遮光部材としてのシフト枠である。このシフト枠３１を光軸に直交する方向に移動させることで、撮影光学系の射出瞳位置での光束断面の中心を移動させることができる。

３２はシフトベース１１に対して光軸（ＡＸＬ）回りにおいては回転が阻止され、かつ光軸ＡＸＬに直交する面内で横方向（左右方向）に移動可能に取り付けられたロール防止バーである。ロール防止バー３２は、シフト枠３１に対しては光軸回りにおいて回転できず、かつ光軸ＡＸＬに直交する面内で縦方向（上下方向）に移動可能なように取り付けられている。この構成により、シフト枠３１はシフトベース１１に対して光軸回りでの回転が阻止された状態で、光軸直交面内で縦横に移動可能に保持される。シフト枠３１の移動により、射出瞳位置での光束断面の中心を縦横に移動させることができる。

なお、本実施例にいう「光軸に直交する」とは、完全に光軸に直交する場合だけでなく、許容誤差の範囲で完全な直交状態からずれている場合等、直交しているとみなせる場合も含む。また、「光軸に平行」や「光軸方向」についても、同様である。

３３はマグネットベースである。マグネットベース３３には、シフト枠３１の駆動用と位置検出用とを兼ねるマグネット３４，３５が圧入されて保持されている。マグネット３４，３５をマグネットベース３３に圧入して組み込むことにより、組み込み後にマグネットベース３３とマグネット３４，３５との相対位置関係がずれることはない。マグネットベース３３は、シフト枠３１に対してビス３６で固定される。このため、マグネット３４，３５の位置はシフト枠３１に対して位置決めされ、マグネット３４，３５によってシフト枠３１の位置を正確に検出することができる。

シフト枠３１とマグネットベース３３は、これらの間に金属プレート３７が挟み込まれた状態で、ビス３６で結合される。金属プレート３７の材質としては、例えばステンレス鋼が適する。

３８，３９，４０はシフトベース１１とマグネットベース３３との間に配置されたボールであり、光軸直交面内において光軸回りの３箇所に配置されている。ボール３８，３９，４０とマグネットベース３３との間には、前述した金属プレート３７が配置される。この金属プレート３７があることによって、カメラが衝撃を受けたときに、ボール３８，３９，４０がモールド部品であるマグネットベース３３を傷付けてマグネットベース３３の駆動特性を劣化させることを防止できる。

一方、ボール３８，３９，４０とシフトベース１１との間には、ステンレス鋼等によってＵ字形状に形成されたボールホルダ４１，４２，４３が配置されている。このボールホルダ４１，４２，４３は、シフトベース１１に形成された不図示の穴部に圧入され、その内側にてボール３８，３９，４０を回転可能に保持する。

なお、ボール３８，３９，４０の材質としては、その周辺に配置されたマグネット３４、３５に吸引されないように、ステンレス鋼等が好適である。

次に、マグネットベース３３及びシフト枠３１を駆動するアクチュエータについて説明する。マグネット３４，３５は、図１に示すように光軸ＡＸＬの方向にその内径側と外形側とで反対方向に着磁されている。４４，４５はマグネット３４，３５の光軸方向前側の磁束を閉じるための前ヨークである。前ヨーク４４，４５は、マグネット３４，３５に吸着されて固定されている。

４６，４７はシフトベース１１に接着により固定されたコイルである。４８，４９はマグネット３４，３５の光軸方向後側の磁束を閉じるための後ヨークである。後ヨーク４８，４９は、コイル４６，４７を挟んでマグネット３４，３５とは反対側に配置され、シフトベース１１により保持されている。これらマグネット３４，３５、前ヨーク４４，４５，後ヨーク４８，４９及びコイル４６，４７により磁気回路が形成されている。

シフトベース１１（ボールホルダ４１，４２，４３の光軸方向端面）とマグネットベース３３（金属プレート３７）とにボール３８，３９，４０を確実に当接させておくための力は、マグネット３４，３５と後ヨーク４８，４９との間に作用する吸引力である。この吸引力によって、マグネットベース３３がシフトベース１１に近づく方向に付勢されることにより、３つのボール３８，３９，４０は、３つのボールホルダ４１，４２，４３の光軸方向端面と金属プレート３７の３箇所に対して押圧状態で当接する。３つのボール３８，３９，４０が当接する各面は、光軸直交方向に延びている。

３つのボール３８，３９，４０の呼び径は同じであるので、３つのボールホルダ４１，４２，４３の光軸方向端面同士の光軸方向での位置差及び金属プレート３７における３つのボール当接箇所の光軸方向での位置差を小さく抑えることができる。これにより、シフト枠３１を光軸ＡＸＬに対する倒れを生じさせることなく光軸直交面内で移動させることができる。

以上のように、マグネット３４，３５と後ヨーク４８，４９との間の吸引力を利用してマグネットベース３３をシフトベース１１に対して付勢しているので、該付勢のためのバネ部材等の部品が不要となり、遮光部の構造の小型化を図ることができる。

コイル４６，４７に電流を流すと、マグネット３４，３５の着磁境界に対して直交する方向に、マグネット３４，３５とコイル４６，４７間に発生する磁力の相互作用によってローレンツ力が発生する。これにより、マグネットベース３３を光軸直交方向に移動させることができる。コイル４６に特定の方向の電流を流すと、図４及び図５に示すように、マグネットベース３３は上方向に移動する。また、コイル４６に該特定の方向とは反対方向の電流を流すと、マグネットベース３３は下方向に移動する。コイル４７に特定の方向の電流を流すと、図６に示すようにマグネットベース３３は左方向に移動する。また、コイル４７に該特定の方向とは反対方向に電流を流すと、マグネットベース３３は右方向に移動する。このように、本実施例の瞳開口移動ユニットのアクチュエータは、いわゆるムービングマグネット型のアクチュエータである。

このような構成のアクチュエータが、縦方向と横方向にそれぞれ配置されているので、マグネットベース３３及びシフト枠３１は、これら縦方向と横方向の駆動の合成により、光軸直交面内で移動することができる。

なお、マグネットベース３３が光軸直交方向に動くときの摩擦は、ボール３８，３９，４０と金属プレート３７との間およびボール３８，３９，４０とボールホルダ４１，４２，４３との間のそれぞれに発生する転がり摩擦のみである。このため、上記吸引力が作用するにもかかわらず、マグネットベース３３（つまりはシフト枠３１）はきわめてスムーズに光軸直交面内で移動することができ、かつ微小な移動量制御も可能となる。なお、ボール３８，３９，４０に潤滑油を塗布することで、更に摩擦力を低減させることができる。

次に、マグネットベース３３及びシフト枠３１の位置検出について説明する。５１，５２は磁束密度を電気信号に変換するホール素子であり、フレキシブルプリントケーブル（以下、ＦＰＣという）５３が半田付けされている。ＦＰＣ５３はシフトベース１１に対して位置決めされている。また、ＦＰＣ押え金具５４をビスでシフトベース１１に対して固定することによって、ＦＰＣ５３の浮きを防止し、かつホール素子５１，５２の位置ずれを防止している。以上の構成により、マグネットベース３３及びシフト枠３１の位置を検出する位置センサが形成されている。

マグネットベース３３及びシフト枠３１が縦方向若しくは横方向に駆動されたとき、ホール素子５１，５２によって磁束密度の変化が検出され、この磁束密度の変化を示す電気信号がホール素子５１，５２から出力される。このホール素子５１，５２からの電気信号に基づいて、マグネットベース３３及びシフト枠３１の位置を検出することができる。なお、マグネット３４，３５は、駆動用マグネットであるとともに、位置検出用マグネットとしても用いられている。

次に、シフト枠３１の中心位置合わせ（光軸合わせ）方法について説明する。この光軸合わせは、シフトベース１１に形成された開口部１１ａの内周に設けられた壁部１１ｂが基準となる。図２は、縦方向の断面であるが、横方向にも壁部１１ｂが上下２箇所に存在し、合計４箇所の壁部１１ｂが存在する。設計値としては、光軸ＡＸＬから４つの壁部１１ｂまでの距離は互いに同じに設定されている。

まず、シフト枠３１とマグネットベース３３を含む可動部を光軸直交方向である図２中の縦方向及び横方向に移動させて壁部１１ｂに突き当て、それぞれの突き当て位置でのホール素子５１，５２の出力を読み取る。そして、読み取ったホール素子５１，５２の出力の中心に相当する位置（以下、中心位置という）が、シフト枠３１の光軸が撮影光学系の光軸ＡＸＬに一致する位置となる。この位置は、カメラに搭載された不図示のメモリに記憶される。射出瞳位置での被写体光束の断面の中心を光軸と一致させる場合（撮影動作時）には、上記可動部が該中心位置に保持されるようにコイル４８，４９への通電が制御される。

このように、シフトベース１１は、可動部の中心位置合わせのための壁部１１ｂを有する部材であり、かつコイル４６，４７や後ヨーク４８，４９を保持する部材としても用いられている。このため、部品点数の削減に寄与している。

６１は撮影光学系に入射した光量を変化させる光量調節ユニット（絞りユニット）であり、２枚の絞り羽根６２，６３を光軸直交面内で移動させて開口径を変化させる。また、この光量調節ユニット６１は、シフトベース１１にビス６４で固定されている。

６５は第３レンズユニット３を保持する第３レンズ鏡筒である。６６は第３レンズ鏡筒６５を保持し、シフトベース１１にビス６７，６８で固定された第３レンズ枠である。

７１，７２は後部枠５とシフトベース１１により両端を保持されて光軸方向に延びるよう保持されたガイドバーである。７３は第４レンズユニット４を保持する第４レンズ鏡筒である。第４レンズ鏡筒７３のスリーブ部７３ａは、ガイドバー７１に光軸方向に移動可能に係合している。また、第４レンズ鏡筒７３のＵ溝部（図示せず）はガイドバー７２に光軸方向に移動可能に係合している。Ｕ溝部とガイドバー７２との係合により、第４レンズ鏡筒７３のガイドバー７１回りでの回転が阻止される。

７４は、第４レンズ鏡筒７３に固定され、第４レンズユニット４を光軸方向に駆動するフォーカスモータ（ボイスコイルモータ）を構成するコイルである。７５はフォーカスモータを構成するドライブマグネットである。７６，７７はフォーカスモータにおいて、磁束を閉じるためのヨーク部材である。コイル７４に電流を流すと、マグネット７５とコイル７４との間に発生する磁力の相互作用によるローレンツ力が発生し、第４レンズ鏡筒７３とともに第４レンズユニット４が光軸方向に駆動される。また、第４レンズ鏡筒７３は、光軸方向に多極着磁された不図示のセンサマグネットを保持している。また、後部枠５におけるセンサマグネットに対向した位置には、センサマグネットの移動に伴う磁力の変化を読み取るＭＲセンサ７８がビスにより固定されている。ＭＲセンサ７８からの信号を用いることで、第４レンズ鏡筒７３、つまりは第４レンズユニット４の特定の基準位置からの移動量を検出することができる。

８１は赤外カットフィルタとローパスフィルタが接着されたフィルタである。８２は高速読み出しが可能な撮像素子である。本実施例では、撮像素子８２として、ＣＭＯＳセンサが用いられる。

図７には、本実施例のレンズ装置を用いて構成されたビデオカメラの電気的構成を示す。この図において、図１〜図６にて説明したレンズ装置の構成要素については、図１〜図６と同符号を付す。

１０１は第２レンズ鏡筒１８の駆動源であるステッピングモータ１９を含む第２レンズ駆動源である。１０２は第４レンズ鏡筒７３の駆動源であるボイスコイルモータのコイル７４を含む第４レンズ駆動源である。

１０５は光量調節ユニット６１の駆動源である絞り駆動源であり、ガルバノメータタイプのアクチュエータが用いられる。

１０６はフォトインタラプタであり、第２レンズ鏡筒１８が光軸方向における基準位置に位置しているか否かを検出するズームリセットスイッチとして機能する。第２レンズ鏡筒１８が基準位置に位置したことが検出された後、第２レンズ駆動源１０１に入力するパルス信号数を連続してカウントすることにより、第２レンズ鏡筒１８の光軸方向の移動量（基準位置に対する位置）の検出を行うことができる。

１０７は絞りエンコーダであり、絞り駆動源１０５内にホール素子を配置し、ロータとステータの回転位置関係を検出する方式のものなどが用いられる。

１２０はＭＲセンサ７８を含む第４レンズエンコーダである。

１０８はカメラの制御を司る、ＣＰＵ等からなるコントロール回路である。１１０はカメラ信号処理回路であり、撮像素子８２からの出力に対して特定の増幅やガンマ補正などの信号処理を施す。これらの処理を受けた映像信号のコントラスト信号は、ＡＥゲート１１１およびＡＦゲート１１２に供給される。ＡＥゲート１１１及びＡＦゲート１１２はそれぞれ、露出制御及びピント合わせのために最適な信号の取り出し範囲を撮影画面全体の映像信号の中から設定する。ゲートの大きさは可変であったり、複数設けられたりする場合がある。

１１３はＡＦ（オートフォーカス）のためのＡＦ信号を処理するＡＦ信号処理回路である。

１１４はズームスイッチである。１１５はズームトラッキングメモリである。ズームトラッキングメモリ１１５は、変倍に際して被写体距離と第２レンズユニット２の位置に応じた第４レンズユニット４の位置情報を記憶している。なお、ズームトラッキングメモリ１１５として、コントロール回路１０８内のメモリを使用してもよい。

例えば、撮影者によりズームスイッチ１１４が操作されると、コントロール回路１０８は、第２レンズ駆動源１０１を制御して第２レンズユニット２を移動させる。このとき、第２レンズユニット２とズームトラッキングメモリ１１５に記憶された位置情報に基づいて算出された位置に第４レンズユニット４を移動させるよう第４レンズ駆動源１０１を制御する。これにより、変倍に伴う像面変位が補正される。

また、適正露出を得るために、コントロール回路１０８は、ＡＥゲート１１１を通過したＹ信号の出力の平均値を基準値として、絞りエンコーダ１０７の出力がこの基準値に一致するように絞り駆動源１０５を制御し、光量をコントロールする。

１１６はコイル４６を含むシフト枠縦方向駆動源である。１１７はコイル４７を含むシフト枠横方向駆動源である。１１８はホール素子５１を含むシフト枠縦方向エンコーダである。１１９はホール素子５２を含むシフト枠横方向エンコーダである。シフト枠３１を縦方向に移動させる場合には、コントロール回路１０８は、シフト枠縦方向エンコーダ１１８の信号を使用してシフト枠縦方向駆動源１１６をコントロールする。また、シフト枠３１を横方向に移動させる場合には、コントロール回路１０８は、シフト枠横方向エンコーダ１１９の信号を使用してシフト枠縦方向駆動源１１７をコントロールする。

次に、以上のように構成されたビデオカメラにおける時系列瞳分割方式によるＡＦ動作について説明する。

通常のビデオ出力では１画像の出力は、１／６０秒である。本実施例では、撮像素子８２としてＣＭＯＳセンサを用いており、この光学像を光電変換する受光素子であるＣＭＯＳセンサは、高速読み出しが可能であり、１回の画像出力の間に複数の画像を取り込むことができる撮像素子である。例えば、１／６０秒の間に、６つの画像が取り込める。

この６つの画像のうちの１つとして、１／６０秒の１／６の時間の間にシフト枠３１を中心位置から任意の方向（第１の方向）に移動させて画像を取り込む。また、６つの画像のうちの他の１つとして、１／６０秒の１／６の時間の間にシフト枠３１を中心位置から第１の方向とは反対の第２の方向に移動させて画像を取り込む。残りの４つの画像は、シフト枠３１を中心に配置した状態で取り込み、該４つの画像を合成して画像出力とする。

なお、シフト枠３１を中心位置から移動させたときに取り込む画像は、撮像素子８２上に形成された像の全体に対応する画像であってもよいし、ＡＦに必要な一部分の画像であってもよい。

このように、高速で画像が取り込めるＣＭＯＳセンサ（光学像を光電変換する受光素子）に対応するために、シフト枠３１は１／６０秒の１／６というきわめて短い時間に移動が完了することが必要である。つまり、高速で移動できることが必要である。

図６には、実線により、シフト枠３１を中心位置から左方向に移動させたときの光束が通過する開口、すなわち光量調節ユニット（基板）６１の開放開口６１ａとシフト枠３１の開口３１ａとが光軸方向において重なって形成される第１の開口を示している。また、二点鎖線Ａ，Ｃにより、シフト枠３１を中心位置から右方向に移動させたときの光束が通過する第２の開口を示している。シフト枠３１の開口３１ａの径は、光量調節ユニット６１の開放開口径と同じかそれよりも若干大きい。

そして、これら第１及び第２の開口（瞳開口）は、その中心位置は左右方向において異なるが、光軸ＡＸＬの位置を含み互いに共通の領域（ハッチングした領域）Ｓを含む。

このときのシフト枠３１の中心位置からの左右への移動量Ｄはそれぞれ、光量調節ユニット６１の開放開口６１ａの半径より小さい。さらに言えば、開放開口６１ａの径の１／３以下である。

このように本実施例では、第１及び第２の開口が光軸位置を含んだ共通領域Ｓを含むように形成されるので、シフト枠３１の移動量Ｄを小さくすることができる。具体的には、該共通領域Ｓを含まないように第１及び第２の開口を形成するために、シフト枠の開口縁が光軸位置を超えて移動する場合に比べて移動量Ｄを小さくすることができる。

したがって、１／６０秒の１／６というきわめて短い時間内でも、シフト枠３１の中心位置から左右への移動を完了させることができる。また、シフト枠３１に求められる移動量が小さいために、これを駆動するアクチュエータを小型化することができる。

そして、シフト枠３１が中心から移動した位置では、射出瞳位置での被写体からの光束の中心がずれるので、撮影光学系が該被写体に対して合焦状態にない場合は、撮像素子８２上に互いにずれた被写体像が形成される。ＡＦ信号処理回路１１３は、撮像素子８２から時系列的に取り込んだ２つの画像上での被写体像のずれ量に基づいて、撮影光学系のデフォーカス量を計算することができる。すなわち、位相差検出方式の焦点検出を行うことができる。コントロール回路１０８は、該デフォーカス量に基づいて第４レンズユニット４の合焦位置までの駆動方向及び駆動量を算出し、第４レンズ群駆動源１０２を制御することで、合焦を得ることができる。

次に、図８のフローチャートを用いて、本実施例のビデオカメラの動作について説明する。

まずステップＳ３０１では、コントロール回路１０８は、光量調節ユニット６１が開放状態にあるか否かを、絞りエンコーダ１０７からの出力を用いて判別する。開放でなければステップＳ３０２にて、絞りエンコーダ１０７の値（絞り位置）をコントロール回路１０８内のメモリに記憶する。そして、ステップＳ３０３にて、絞り駆動源１０５を制御して光量調節ユニット６１を開放位置に駆動する。

ステップＳ３０１で光量調節ユニット６１が開放状態である場合は、ステップＳ３０４に進み、シフト枠横方向エンコーダ１１９の信号を用いてシフト枠横方向駆動源１１７を制御し、シフト枠３１を中心位置から左方向へ駆動する。これにより、図６に示した第１の開口が形成される。そして、コントロール回路１０８は、ステップＳ３０５にて撮像素子８２に特定の時間の電荷蓄積を行わせ、その後撮像素子８２から画像信号を読み出す。

次に、ステップＳ３０６では、シフト枠横方向エンコーダ１１９の信号を用いてシフト枠横方向駆動源１１７を制御し、シフト枠３１を左位置から中心位置を経て右方向へ駆動する。これにより、図６に示した第２の開口が形成される。そして、コントロール回路１０８は、ステップＳ３０７にて撮像素子８２に特定の時間の電荷蓄積を行わせ、その後撮像素子８２から画像信号を読み出す。

次に、ステップＳ３０８では、シフト枠横方向エンコーダ１１９の信号を用いてシフト枠横方向駆動源１１７を制御し、シフト枠３１を中心位置に戻す。

ステップＳ３０９では、コントロール回路１０８は、ＡＦ信号処理回路１１３にステップＳ３０５とステップＳ３０７にて読み出した画像信号に基づいてデフォーカス量を算出させる。そして、コントロール回路１０８は、算出されたデフォーカス量に基づいて第４レンズユニット４の合焦位置までの駆動方向及び駆動量を算出する。

次に、ステップＳ３１０では、ステップＳ３０９での算出結果から求めた第４レンズユニット４の合焦位置と第４レンズエンコーダ１２０により検出された第４レンズユニット４の位置とを比較する。これらが一致しない場合は、合焦していないとしてステップＳ３１１に進み、第４レンズ駆動源１０２を介して第４レンズユニット４を合焦位置に向けて駆動する。

ステップＳ３１０で第４レンズユニット４の合焦位置と検出位置とが一致した場合は、ステップＳ３１２に進む。ステップＳ３１２では、ステップＳ３０２でメモリに記憶した絞り値に対応する絞りエンコーダ１０７の出力が得られる位置まで、絞り駆動源１０５を介して光量調節ユニット６１を駆動する。こうして一連の動作を終了する。

以上説明したように、本実施例によれば、コンパクトな構成で、かつ簡易な動作により時系列瞳分割方式の焦点検出（フォーカス制御）を行うことができる。しかも、第１及び第２の開口を、光軸位置を含んだ共通の領域を含むように形成することで、シフト枠３１の移動量を小さくし、瞳開口を高速でシフトさせることができる。

また、焦点検出時に光量調節ユニット６１を開放状態にするので、シフト枠３１の移動量が常に一定で良く、光量調節ユニット６１の開口径に応じてシフト枠３１の移動量を変化させるといった複雑な制御も必要がない。したがって、コントロール回路１０８の演算処理負担を軽減することができる。

図９Ａ及び図９Ｂには、本発明の実施例２である瞳開口移動ユニットの構成を示す。図９Ａは瞳開口移動ユニットの分解斜視図であり、図９Ｂは該瞳開口移動ユニットの組立て状態を示す斜視図である。

これらの図において、４０１はベース板（基板）であり、その中央には開口４０１ａが形成されている。ベース板４０１の開口部４０１ａは、実施例１で説明した光量調節ユニットの開放開口径と同じ径を有する。また、ベース板４０１の上下部には、ガイドピン４０１ｂが形成されている。

４０２は遮光部材としてのシフト板であり、その中央には、ベース板４０１の開口部４０１ａと同じ径又はそれよりも若干大きな径の開口４０２ａが形成されている。シフト板４０２の上下部には、左右方向に延び、ベース板４０１のガイドピン４０１ｂが挿入されるガイド溝４０２ｂが形成されている。また、シフト板４０２の右側部分には、上下方向に延びる駆動溝４０２ｃが形成されている。４０３ｄはシフト板４０２において光を遮る遮光部である。

４０３はシフト板駆動モータであり、４０３ｂはそのモータ本体部、４０３ｃは該モータの出力軸に取り付けられたレバーである。４０３ａはレバー４０３ｃの先端に形成されたリンクピンである。

図９Ｂに示すように、シフト板４０２のガイド溝４０２ｂにベース板４０１のガイドピン４０１ｂが挿入されるため、シフト板４０２はベース板４０１に対して左右方向にシフト可能に保持される。

また、シフト板４０２の駆動溝４０２ｃに、シフト板駆動モータ４０３のリンクピン４０３ａが挿入されるので、該モータ４０３が作動してリンク部４０３ａが回転すると、シフト板４０２はベース板４０１に対して左右方向に駆動される。

なお、ベース板４０１は、実施例１で説明した前部枠等に固定されている。また、シフト板駆動モータ４０３も、図示しない保持部材により前部枠等に固定されている。

図１０Ａ〜図１０Ｃには、本実施例の瞳開口移動ユニットをシフト板４０２側（撮像素子側）から見た様子を示している。

図１０Ａは、ベース板４０１の開口４０１ａの中心軸位置（光軸位置）とシフト板４０２の開口４０２ａの中心軸位置とが一致した状態（中心位置にある状態）であって、ベース板４０１の開口４０１ａを通る光束が遮光されていない状態を示す。

図１０Ａに示す状態からシフト板駆動モータ４０３のリンク部４０３ａが図中の矢印方向に回転すると、シフト板４０２は左方向に移動し、シフト板４０２の遮光部４０２ｄがベース板４０１の開口４０１ａの一部を覆う。これにより、図１０Ｂに実線で示すように、ベース板４０１の開口４０１ａとシフト板４０２の開口４０２ａとが光軸方向において重なった第１の開口が形成される。

図１０Ａに示す状態からシフト板駆動モータ４０３のリンク部４０３ａが図中の矢印方向とは反対方向に回転すると、シフト板４０２は右方向に移動し、シフト板４０２の遮光部４０２ｄがベース板４０１の開口４０１ａの一部を覆う。これにより、図１０Ｃに実線で示すように、ベース板４０１の開口４０１ａとシフト板４０２の開口４０２ａとが光軸方向において重なった第２の開口が形成される。

ここで、これら第１及び第２の開口（瞳開口）は、その中心位置は左右方向において異なるが、光軸（中心軸位置）ＡＸＬの位置を含み互いに共通の領域（ハッチングした領域）Ｓを含む。

このときのシフト板４０２の中心軸位置からの左右への移動量Ｄはそれぞれ、ベース板４０１の開口４０１ａ（つまりは、実施例１の光量調節ユニット６１の開放開口６１ａ）の半径より小さい。さらに言えば、開口４０１ａ（開放開口６１ａ）の径の１／３以下である。また、本実施例では、シフト板４０２の移動方向において、第１及び第２の開口のうち上記共通領域Ｓの幅が、これ以外の領域の幅の半分よりも小さい。すなわち、共通領域Ｓが大きくなり過ぎないようにして、瞳分割の効果が確実に得られるようにしている。

このように本実施例では、第１及び第２の開口が光軸位置を含んだ共通の領域を含むように形成されるので、シフト板４０２の移動量Ｄを小さくすることができる。具体的には、該共通の領域を含まないように第１及び第２の開口を形成するために、シフト板の開口縁が中心軸位置を超えて移動する場合に比べて移動量Ｄを小さくすることができる。

したがって、１／６０秒の１／６というきわめて短い時間内でも、シフト板４０２の中心軸位置から左右への移動を完了させることができる。また、シフト板４０２に求められる移動量が小さいために、これを駆動するシフト板駆動モータ４０３及びレバー４０３ｃを小型化することができる。

そして、シフト板４０２が中心軸位置から移動した位置では、これを搭載したレンズ装置の射出瞳位置での被写体からの光束の中心がずれるので、撮影光学系が該被写体に対して合焦状態にない場合は、撮像素子上に互いにずれた被写体像が形成される。これにより、撮像素子から時系列的に取り込んだ２つの画像上での被写体像のずれ量に基づいて、撮影光学系のデフォーカス量を計算することができる。すなわち、位相差検出方式の焦点検出、さらには該検出結果に基づくデフォーカス量演算及フォーカス制御を行うことができる。

図１１には、本実施例の瞳開口移動ユニットを用いたビデオカメラの電気的構成を示す。なお、図１１中、実施例１の図７で示した構成要素と共通する構成要素については、図７と同符号を付して説明に代える。本実施例では、図７中のシフト枠縦方向及び横方向駆動源１１６，１１７に代えて、シフト板駆動モータ４０３が用いられている。また、図７中のシフト枠横縦方向及び横方向エンコーダ１１８，１１９に代えて、シフト板エンコーダ４０４が用いられている。

また、図１２には、本実施例のビデオカメラの動作フローチャートを示す。このフローチャートは、基本的に実施例１の図８に示したフローチャートと同じであり、共通するステップには図８と同じステップ番号を付す。本実施例は、ステップＳ３０４’，Ｓ３０６’及びＳ３０８’において、シフト板駆動モータ４０３を制御してシフト板４０２を移動させる点で実施例１と異なる。

以上説明したように、本実施例によれば、コンパクトな構成で、かつ簡易な動作により時系列瞳分割方式の焦点検出（フォーカス制御）を行うことができる。しかも、第１及び第２の開口を、光軸位置を含んだ共通の領域を含むように形成することで、シフト板４０２の移動量を小さくし、瞳開口を高速でシフトさせることができる。

また、焦点検出時に光量調節ユニット６１を開放状態にするので、シフト板４０２の移動量が常に一定で良く、光量調節ユニット６１の開口径に応じてシフト板４０２の移動量を変化させるといった複雑な制御も必要がない。したがって、コントロール回路１０８の演算処理負担を軽減することができる。

なお、上記各実施例では、ビデオカメラ（又はデジタルスチルカメラ）に搭載されるレンズ装置について説明したが、各実施例で説明した瞳開口移動ユニットは、交換レンズに搭載することもできる。

本発明の実施例１であるレンズ装置における光量調節ユニット及び瞳開口移動ユニットの断面図。 実施例１のレンズ装置の断面図。 実施例１のレンズ装置の分解斜視図。 実施例１の瞳開口移動ユニット（中心位置）の正面図。 実施例１の瞳開口移動ユニット（上シフト状態）の正面図。 瞳開口移動ユニット（左シフト状態）の正面図。 実施例１のレンズ装置を用いたビデオカメラの電気的構成を示すブロック図。 実施例１のビデオカメラの動作を示すフローチャート。 本発明の実施例２である瞳開口移動ユニットの分解斜視図。 実施例２の瞳開口移動ユニットの斜視図。 実施例２の瞳開口移動ユニット（中心位置）の正面図。 実施例２の瞳開口移動ユニット（左シフト状態）の正面図。 実施例２の瞳開口移動ユニット（右シフト状態）の正面図。 実施例２の瞳開口移動ユニットを用いたビデオカメラの電気的構成を示すブロック図。 実施例２のビデオカメラの動作を示すフローチャート。

符号の説明

１ 第１レンズユニット
２ 第２レンズユニット
３ 第３レンズユニット
４ 第４レンズユニット
５ 後部枠
６ 第１レンズ鏡筒
７ 前部枠
１１ シフトベース
１８ 第２レンズ鏡筒
３１ シフト枠
３２ ロール防止バー
３４，３５ マグネット
３８，３９，４０：ボール
４６，４７ コイル
６１ 光量調節ユニット
６２，６３ 絞り羽根
６５ 第３レンズ鏡筒
７３ 第４レンズ鏡筒
８２ 撮像素子
１１３ ＡＦ信号処理回路
４０２ シフト板

Claims (8)

1. 開口が形成された遮光部材と、
   焦点検出に用いられる光束が通過する第１の開口及び該第１の開口に対して光軸に直交する方向において位置が異なる第２の開口が形成されるように前記遮光部材を移動させる駆動手段とを有し、
   前記第１及び第２の開口は、光軸位置を含んだ互いに共通の領域を含むことを特徴とする光学機器。
2. 前記第１及び第２の開口を通過した光束により形成された光学像を光電変換する受光素子と、
   該受光素子からの出力に基づいて焦点検出を行い、該焦点検出の結果に基づいてフォーカス制御を行う制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 絞り部材を移動させて光束を通過させる開口の大きさを変化させる光量調節ユニットを有し、
   前記遮光部材は、前記絞り部材とは別部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
4. 前記第１及び第２の開口を形成するときは、前記光量調節ユニットを開放状態とすることを特徴とする請求項３に記載の光学機器。
5. 前記第１及び第２の開口をそれぞれ形成するための前記遮光部材の移動量は、前記光量調節ユニットの開放開口の半径より小さいことを特徴とする請求項４に記載の光学機器。
6. 前記第１及び第２の開口をそれぞれ形成するための前記遮光部材の移動量は、前記光量調節ユニットの開放開口径の１／３以下であることを特徴とする請求項５に記載の光学機器。
7. 前記遮光部材の開口は、前記光量調節ユニットの開放開口径以上の大きさを有することを特徴とする請求項４から６のいずれか１つに記載の光学機器。
8. 開口が形成された基板と、
   開口が形成された遮光部材と、
   前記基板の開口と前記遮光部材の開口とが重なる領域であって焦点検出に用いられる光束を通過させるための第１の開口及び該第１の開口に対して光束の通過方向に直交する方向に位置が異なる第２の開口が形成されるように前記遮光部材を前記基板に対して移動させる駆動手段とを有し、
   前記第１及び第２の開口は、前記基板の開口の中心軸位置を含んだ互いに共通の領域を含むことを特徴とする光開口移動装置。