JP2008158004A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明では、時分割を使用した遮光枠の開口部の移動によるオートフォーカス制御時に起る遮光枠を移動させるためのアクショエータへの負荷を問題としている。
【解決手段】 そこで、撮像素子と、撮像素子の撮像面に被写体像を結像させるフォーカスレンズと、開口部を有する光量調整ユニットと、光軸に垂直な面内において開口部の中心が光軸上にある第１の位置、開口部の中心が光軸からずれた第２の位置、開口部の中心が第２の位置と光軸に対して反対方向にずれた第３の位置に開口部を移動させるアクチュエータと、を有する光学機器であって、
第２の位置、第１の位置、第３の位置または第３の位置、第１の位置、第２の位置の順に移動し、各位置にて被写体像を撮像し、第２の位置、第３の位置にて撮像された画像を用いて被写体の距離を演算する制御手段を有する構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光量調整ユニットの遮光枠の開口部を光軸に垂直な面内において移動させ、開口部が特定の２点に位置したときに得られる２つの映像信号を用いて測距演算を行うビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、交換レンズ等の光学機器に関する。

更に詳しくは、前記特定の２点と光軸位置の３点間での光量調整ユニットの最適な移動の方法及び測距演算方法に関する。

レンズ光軸と垂直な面内で、開口絞りの開口部の中心をレンズ光軸中心からずれた特定の２箇所に移動させ、前記２箇所で取り込んだフォーカス状態検出用画像を用いて測距演算を行う光学機器が知られている。また、このとき光軸中心に開口部の中心が一致したときの画像を記録または表示用の画像として用いる。

また、光学機器では、２つのフォーカス状態検出用画像の位置ずれ量を演算し、被写体までの距離の演算を行う。演算された距離に合焦するようにフォーカスレンズ群を移動することによりオートフォーカス機能を実現する。

特許文献１では、上記機能を実現するために以下の方法が記載されている。

開口絞りの開口部の中心をレンズ光軸から右側にシフトさせ、第一のフォーカス状態検出用画像を取り込む。続けて開口絞りの開口部の中心をレンズ光軸から左側にシフトさせ、第二のフォーカス状態検出用画像を取り込む。

そして、開口絞りの開口部の中心をレンズ光軸中心位置に戻して、記録または表示用の画像を取り込む。
特開２００４−０３８１１４号公報（段落００２５〜００２７、図６参照）

しかしながら、特許文献１の開口絞りの制御方法では、１フィールドの間に複数回の画像を取り込み可能なＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を使用した場合には、以下の問題が発生する。

通常のＮＴＳＣ方式のビデオ信号では１フィールドの時間は、６０分の１秒である。

特許文献１では、開口絞りの開口部の中心をレンズ光軸から右側にシフトさせ、第一のフォーカス状態検出用画像を取り込む。

その後、開口部の中心をレンズ光軸から左側にシフトさせ第二のフォーカス状態検出用画像を取り込む。

特許文献１では、開口部の中心を右側シフト位置から左側シフト位置に停止することなく移動させている。

従って、任意の撮影用画像の取り込み時から次の撮影用画像の取り込み時までの時間が長い。第１のフォーカス状態検出用画像の取り込み時から第２のフォーカス状態検出用画像の取り込み時までの開口絞りの移動量が大きいためである。

従って、特許文献１では、開口絞りを高速で駆動させる必要が出てくるため、高い駆動エネルギーを出力できるアクチュエータが必要である。

その様なアクチュエータは、サイズが大きく且つコストが高い恐れがある。

また、高速駆動可能なアクチュエータを搭載しても高速で移動させるため、開口絞りの停止位置のバラツキが増大する。これは測距の精度に影響する。

そこで、本発明では、高速の画像取り込み可能な撮像素子を使用した場合でも、開口絞りの駆動速度を低減できる光学機器を提供することを目的とする。

本発明では、撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に被写体像を結像させるフォーカスレンズと、開口部を有する光量調整ユニットと、光軸に垂直な面内において前記開口部の中心が前記光軸上にある第１の位置、前記開口部の中心が前記光軸からずれた第２の位置、前記開口部の中心が前記第２の位置と前記光軸に対して反対方向にずれた第３の位置に前記開口部を移動させるアクチュエータと、を有する光学機器であって、
前記第２の位置、前記第１の位置、前記第３の位置の順または前記第３の位置、前記第１の位置、前記第２の位置の順に移動し、各位置にて被写体像を撮像し、前記第２の位置、前記第３の位置にて撮像された画像を用いて被写体の距離を演算する制御手段を有することを特徴とする。

本発明では、第２の位置と第３の位置の間に存在する第１の位置にて撮影画像を取り込むので、開口部の１回あたりの移動量を従来の移動量より半減できる。従って前記開口部の移動速度の低減もできる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。

［実施例１］
（本実施例の基本構成の説明）
本実施例１は、本発明に基いて合焦動作（オートフォーカス動作）を行いながら連続的に画像を取り込むビデオカメラに関する。図１〜図７を用いて説明をする。

図１、図２、図３において、１は最も物体側にある第１レンズ群である。
２は変倍時に光軸方向に移動する第２レンズ群である。
３は変倍時に固定の第３レンズ群である。
４は変倍時と焦点調節（フォーカス）時に撮影光学系の光軸方向に移動する第４レンズ群である。

第１レンズ群１、第２レンズ群２、第３レンズ群３、第４レンズ群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る後部枠である。
６は第１レンズ群１を保持する第１レンズ鏡筒である。
７は第１レンズ鏡筒６をネジ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は後部枠５に前部枠７を固定している結合板金である。

前部枠７の突起７ａに斜面１２ａを突き当て、後部枠５の突起５ａに端面１２ｂを突き当てる。

そして、斜面１２ａに沿って前部枠７を光軸方向に引き込むことにより、シフトベース１１を挟み込みながら、後部枠５に前部枠７を固定する。
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により前部枠７を後部枠５に固定する。

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の不図示の突起を光軸方向に引き込み、シフトベース１１を挟み込みながら前部枠７を後部枠５に固定する。
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は両端を後部枠５と第１レンズ鏡筒６に挟まれて光軸に平行に固定されたバーである。
１８は第２レンズ群２を保持する第２レンズ鏡筒である。

第２レンズ鏡筒１８は、スリーブ部１８ａがバー１６と嵌合して、回転自在で光軸方向に移動可能に保持される。

また、第２レンズ鏡筒１８はＵ溝部１８ｂがバー１７と勘合して、回転規制されることにより、光軸方向に直進可能に保持される。

１９は駆動部１９ａと送りネジ部１９ｂと保持板金１９ｃを有するステッピングモータである。第２レンズ鏡筒１８を光軸方向に移動するための駆動部材である。

２０、２１はステッピングモータ１９の保持板金１９ｃを前部枠７に固定するネジである。

２２はラックである。ラックバネ２３により第２レンズ鏡筒１８に光軸方向に片寄せされる。ラック２２は、光軸に平行な軸に対して回転可能である。

ラック２２のラック歯部２２ａは、ステッピングモータ１９の送りネジ１９ｂに係合している。

２４はフォトインタラプタである。第２レンズ鏡筒１８の不図示の遮光部がスリット部２４ａにある状態と無い状態を検出することにより、第２レンズ鏡筒１８の位置を検出する。
２５は、フォトインタラプタ２４を取り付けた基板である。
２６は、基板２５を前部枠７に固定するネジである。
６５は、第３レンズ群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を保持する第３レンズ枠である。シフトベース１１にビス６７、６８で固定される。

７１、７２はガイドバーである。後部枠５とシフトベース１１の両端を挟まれて光軸に平行に保持される。

７３は、撮像素子の撮像面に被写体像を結像させる第４レンズ群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、光軸方向に移動可能で且つ回転自在に、ガイドバー７１と嵌合する。第４レンズ鏡筒７３は、ガイドバー７２により、光軸回りの回転を規制される。

これにより第４レンズ鏡筒７３は光軸方向に直進可能に保持される。
７４は、第４レンズ鏡筒７３に固定されるコイルである。第４レンズ群４を光軸方向に駆動するフォーカスレンズ群を駆動するためのモータ（ボイスコイルモータ）を構成する。

７５はドライブマグネットである。フォーカスレンズ群である第４レンズ群４を光軸方向に駆動する駆動用のモータ（ボイスコイルモータ）７４を構成する。

７６、７７はヨーク部材である。第４レンズ群４を光軸方向に駆動する駆動用のモータ（ボイスコイルモータ）７４を構成し、モータ７４の磁束を閉じるための部材である。

ここで、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する。

このローレンツ力により第４レンズ鏡筒７３が駆動され、それに伴って、撮像素子の撮像面に被写体像を結像させる第４レンズ群４が光軸方向に移動する。

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する。

後部枠５のセンサマグネットに対向した位置には、ＭＲセンサ７８がビス止め固定されている。センサマグネットの移動に伴う磁力の変化を読み取るためである。

ＭＲセンサ７８で検出された信号により第４レンズ鏡筒７３（第４レンズ郡４）の移動量を検出できる。
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ーである。
８２はＣＭＯＳセンサである。このＣＭＯＳセンサは、高速読み出しが可能な撮像素子である。

（本実施例の遮光枠３１の説明）
次に、瞳位置の光束断面の中心を移動させる遮光枠３１について説明する。
６１は、撮影光学系に入射した光量を変化させる開口絞りユニットである。
２枚の絞り羽根６２，６３を光軸直交方向に移動させて開口径を変化させることにより撮像素子に入射する被写体光の光量を調整する。

また、この開口絞りユニット６１は、シフトベース１１にビス６４で固定されている。

光量調整ユニットは、シフトベース１１、遮光枠３１、開口絞りユニット６１を構成部材とする。
３１は被写体光を遮光して、瞳位置の光束断面の中心を光軸に垂直な面内において移動させる遮光枠３１を有する光量調整ユニットを構成する遮光枠である。
３２はロール防止バーである。遮光枠３１が、シフトベース１１に対して撮影光学系の光軸回りに回転不可で、光軸に垂直な面内で横方向に可動可能なように取り付けられている。

従って、遮光枠３１は、シフトベース１１に対して、光軸に垂直な面内では回転せずに、で縦横には自由に移動できる。

遮光枠３１が縦横に自由に移動することにより、瞳位置の光束断面の中心を縦横に自由に移動できる。

３３はマグネットベースである。マグネットベース３３には、遮光枠３１の駆動用と遮光枠３１の位置検出用とを兼ねるマグネット３４、３５が圧入保持されている。

従って、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、遮光枠３１に対してビス３６で固定される。
このため、遮光枠３１の位置検出機能も兼ねるマグネット３４、３５の位置は、遮光枠３１に対して固定された位置になる。

従って、マグネット３４、３５の位置を検出することによって遮光枠３１の位置を正確に検出することができる。

遮光枠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により結合固定される。
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、光軸と垂直な面内における光軸回りに３つ配置されている。

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。

ビデオカメラが衝撃を受けた際に、ボール３８、３９、４０によりモールド部品であるマグネットベース３３に打痕が付くことにより、マグネットベース３３の駆動特性が劣化するのを防止できる。

一方、ボール３８、３９、４０とシフトベース１１との間には、ステンレス鋼製の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、ステンレス鋼が好適である。

（本実施例のアクチュエータの説明）
次に、マグネットベース３３および遮光枠３１を光軸と垂直な面内にて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２に示すように撮影光学系の光軸方向に内径側と外形側で反対方向に着磁される。

４４、４５は、光軸方向においてマグネット３４、３５の前側の磁束を閉じるための前側ヨークである。
前側ヨーク４４、４５は、マグネット３４、３５に吸着固定されている。
４６、４７はシフトベース１１に接着固定されたコイルである。
４８、４９は、光軸方向においてマグネット３４、３５の磁束を閉じるための後側ヨークである。

後側ヨーク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、前側ヨーク４４，４５、後側ヨーク４８、４９、およびコイル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の光軸方向の端面）とマグネットベース３３（金属プレート３７）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と後側ヨーク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。

よって、３つのボール３８、３９、４０は、３つのボールホルダ４１、４２、４３の光軸方向の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、撮影光学系の光軸に垂直な方向に広がっている。
３つのボール３８、３９、４０の直径は同じである。

よって、３つのボールホルダ４１、４２、４３の光軸方向の端面間の光軸方向における位置差および金属プレート３７における３つのボール当接箇所の光軸方向における位置差を小さく抑えることができる。

従って、遮光枠３１を光軸に対する倒れを生じさせないで光軸と垂直な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と後側ヨーク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に対して付勢する。

よって、付勢のためのバネ部材が不要となるので、光量調整ユニットを小型化をできる。

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、ローレンツ力が発生する。
これは、マグネット３４、３５とコイル４６、４７に発生する磁力の相互作用による。

そのローレンツ力により、マグネットベース３３を光軸と垂直な方向に移動できる。

コイル４６に電流を特定の方向に流すと、マグネットベース３３は図５に示すように縦方向に移動する。

また、電流を反対方向に流すと、マグネットベース３３は反対方向に移動する。

コイル４７に特定の方向に電流を流すと、マグネットベース３３は図６に示すように横方向に移動する。

また、電流を反対方向に流すとマグネットベース３３は反対側に移動する。
これは、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および遮光枠３１を互いに直交する２つ光軸と垂直な方向に駆動できる。

よって、これら縦方向と横方向の駆動の合成によりマグネットベース３３および遮光枠３１を光軸と垂直な面内で自由に移動させられる。

なお、マグネットベース３３が光軸と垂直な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とポールホルダー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。

よって、吸引力が作用するにもかかわらず、マグネットベース３３（つまりは遮光枠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る。また、微小な移動量制御もできる。

なお、ボール３８、３９、４０に潤滑油を塗布することで、更に摩擦力を低減できる。

（遮光枠３１の位置検出の説明）
次に、マグネットベース３３および遮光枠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る。ホール素子は、フレキシブルプリントケーブル（以下、ＦＰＣという）５３に半田付けされる。
ＦＰＣ５３はシフトベース１１に対して位置決めされて固定されている。

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の浮きを防止しする。また、ホール素子５１，５２の位置がずれるのを防止する。

以上の構成により、マグネットベース３３および遮光枠３１の位置を検出する位置センサが形成される。

マグネットベース３３および遮光枠３１が縦方向も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、電気信号として出力される。

この出力された電気信号に基づいて、マグネットベース３３および遮光枠３１の位置を検出できる。

なお、マグネット３４、３５は、駆動用マグネットと位置検出用マグネットを兼ねている。

（遮光枠３１の中心位置出し方法の説明）
次に、遮光枠３１の中心位置出し方法について説明する。
撮影光学系は、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を基準として光軸合わせされる。
光軸の中心から壁部１１ｂまでの距離は等しく設定される。

図１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。

まず、遮光枠３１とマグネットベース３３を含む可動部を光軸と垂直な方向である図１中の縦方向およびこの方向に直交する方向に移動させる。

壁部１１ｂと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の出力の中心に相当する位置（以下、中心位置という）が、遮光枠３１の光軸が撮影光学系の光軸に一致する位置（第一の位置）となる。

この第一の位置は、カメラ本体に搭載されたメモリに記憶される。

瞳位置での被写体光の断面の中心を光軸と一致させる場合には、上記可動部が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、可動部の中心位置出しのための壁部１１ｂを有する部材であり、かつコイル４６が削減できる。

（本実施例のカメラの電気的構成の説明）
図７は、本実施例のカメラの電気的構成を示す。
図１〜図６にて説明したレンズ鏡筒の構成要素については、図１〜図６と同符号を付す。

図８は本発明の動作実施例を示すフローチャートである。
図８に従い本実施例の制御の説明を行う。
１０１は第２レンズ群の駆動源である。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。
１０２は第４レンズ群の駆動源である。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。
１０５は開口絞りユニットの駆動源である。アイリスモータが用いられる。
１０６は、ズームリセットスイッチでの役目をするフォトインタラプタである。

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。
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レンズ群の駆動源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。

１０７は開口絞りユニット６１の開口径の大きさを検出するエンコーダである。
開口絞りユニット駆動源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が用いられている。

１２０はＭＲセンサ７８からなる第４レンズ群の光軸方向の位置を検出するエンコーダである。
１０８はカメラの制御を司るＣＰＵからなるコントロール回路である。
１０９はＣＭＯＳセンサからなる撮像素子である。１１０はカメラ信号処理回路である。撮像素子１０９からの出力信号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出力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およびＡＦゲート１１２はそれぞれ、露出制御およびピント合わせのために最適な信号の取り出し範囲を全画面の映像信号の中から設定する。
ゲートの大きさは可変にしても良いし、複数設けても良い。

１１３はオートフォーカス制御（ＡＦ）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レンズ群２の位置に応じた第４レンズ群４の位置情報を記憶する。

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。
そうすると、コントロール回路１０８は、ズームトラッキングメモリ１１５の情報を基に算出した第２レンズ群２と第４レンズ群４の特定の位置関係が保つような制御を行う。

つまり、コントロール回路１０８は、現在の第２レンズ群２の光軸方向の絶対位置を示すカウント値と算出された第２レンズ郡２のセットすべき位置とがするよう制御する。

かつ、現在の第４レンズ群４の光軸方向の絶対位置を示すカウント値と算出された第４レンズ郡４のセットすべき位置とが一致するよう制御する。

また、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と、開口絞りユニット６１の開口径の大きさを検出するエンコーダ１０７の出力とが一致するように開口絞りユニット駆動源１０５の駆動を制御する。

このようにして、撮像素子１０９に入射する被写体光の光量をコントロールする。
１１６はコイル４６からなる駆動源である。
遮光枠３１を光軸と垂直な面内において縦方向にシフトする。
１１７はコイル４７からなる駆動源である。
遮光枠３１の遮光枠３１を光軸と垂直な面内において横方向にシフトする。
１１８はホール素子５１からなるエンコーダである。
遮光枠３１を光軸と垂直な面内において縦方向にシフトする移動量を検出する。
１１９はホール素子５２からなるエンコーダである。
遮光枠３１を光軸と垂直な面内において横方向にシフトする移動量を検出する。

遮光枠３１を遮光枠３１を光軸と垂直な面内において縦方向に移動する場合には、コントロール回路１０８は遮光枠縦方向エンコーダ１１８の信号を使用して縦方向駆動源１１６をコントロールする。

遮光枠３１を遮光枠３１を光軸と垂直な面内において横方向に移動する場合には、コントロール回路１０８は横方向エンコーダ１１９の信号を使用して横方向駆動源１１７をコントロールする。
１２１はＡＦスイッチである。

（時分割を使用した遮光枠３１の移動によるオートフォーカス制御の説明）
次に、時分割を使用した遮光枠３１の移動によるオートフォーカス制御について説明する。

通常のＮＴＳＣ方式のビデオ信号の出力では１画像の出力は、６０分の１秒である。

ＮＴＳＣ方式とは、水平方向の走査線数が５２５本で毎秒３０フレームのインターレース方式で、水平走査周波数は１５．７５ｋＨｚ、垂直走査周波数は６０Ｈｚである。

本実施例のＣＭＯＳ８２は高速読み出しが可能で、１回のビデオ信号の出力の間に複数回の撮影画像が取り込める撮像素子である。

例えば、６０分の１秒の間に６回の撮影画像が取り込めるとし、図８を用いて画像の取り込み方法について説明する。
ＳＴＥＰ０１にてＡＦスイッチがＯＮかＯＦＦか確認する。
ＯＮの場合はＳＴＥＰ０２へ、ＯＦＦの場合は操作を終了する。

本実施例では、縦方向駆動源１１６を用いて光軸と垂直な面内において縦方向に遮光枠３１の開口部３１ａを移動させる。

横方向駆動源１１７を用いて光軸と垂直な面内において横方向に遮光枠３１の開口部３１ａを移動させても良い。

ＳＴＥＰ０２にて１／６０秒の１／６以内に遮光枠３１の開口部３１ａを光軸と垂直な面内において光軸から一定の距離離れた位置へ縦方向にシフトする（図５の第二の位置）。

つまり、ＳＴＥＰ０２にて図５の如く、遮光枠３１の開口部３１ａを光軸と垂直な面内において上方向に移動させる。

そして撮像素子１０９にて第１のフォーカス状態検出用画像光束を検出する。

続いて、ＳＴＥＰ０３にて撮像素子１０９の１／６０秒の１／６間隔のフォーカス状態検出用画像信号をカメラ信号処理回路１１０に取り込む。

そして、ＳＴＥＰ０４にて開口部３１ａの中心を光軸に移動させ、撮像素子１０９にて撮影画像光束を検出する（図４の第一の位置）。

ＳＴＥＰ０５にて、撮像素子１０９の１／６０秒の１／６間隔の撮影画像信号をカメラ処理回路１１０に取り込む。

ＳＴＥＰ０６では、ＳＴＥＰ０５の状態のまま、撮像素子１０９の撮影画像信号をカメラ処理回路１１０に取り込む。

次に、ＳＴＥＰ０７にて遮光枠３１の開口部３１ａの中心を光軸と垂直な面内においてＳＴＥＰ０２と光軸に対して反対方向へ同一量だけ移動させる（図６の第三の位置）。

つまり、ＳＴＥＰ０７にて図６の如く、光軸と垂直な面内において、開口部３１ａを下方向に移動させる。そしてその位置で、撮像素子１０９にて第２のフォーカス状態検出用画像光束を検出する。

ＳＴＥＰ０８にて撮像素子１０９の１／６０秒の１／６間隔のフォーカス状態検出用画像信号をカメラ信号処理回路１１０に取り込む。

次に、ＳＴＥＰ０９にて開口部の中心を再び光軸に移動させ、撮像素子１０９にて撮影画像光束を検出する（図４の第一の位置）。

ＳＴＥＰ１０、ＳＴＥＰ１１にて１／６０秒の１／６間隔の撮像素子１０９の１／６０秒の１／６の撮影画像信号をカメラ信号処理回路１１０に取り込む。

ＳＴＥＰ０２〜ＳＴＥＰ１１の一連の操作が終了した後、ＳＴＥＰ０１に戻り、オートフォーカス制御のＯＮ又はＯＦＦを確認して操作を続けるか終了する。

ＳＴＥＰ０１〜ＳＴＥＰ１１までの間に取り込んだ６つの画像のうち、遮光枠３１の開口部３１ａが光軸の中心位置にある状態（ＳＴＥＰ０５、ＳＴＥＰ０６、ＳＴＥＰ１０、ＳＴＥＰ１１）で取り込んだ４つの撮影画像を１つ以上合成してビデオ信号の出力とする。

本実施例では、ＳＴＥＰ０３及びＳＴＥＰ０８の２つのフォーカス状態検出用画像は撮影画像として用いない。

しかし、ＳＴＥＰ０３及びＳＴＥＰ０８の２つのフォーカス状態検出用画像を撮影画像として用いてもよい。

撮影画像の作成に必要な光量が１ＳＴＥＰで取り込んだ光量で十分な場合は、ＳＴＥＰ０５、ＳＴＥＰ０６、ＳＴＥＰ１０、ＳＴＥＰ１１のうち１ＳＴＥＰ分の撮影画像のみでビデオ信号を出力しても良い。

また、４つの撮影画像を合成しても必要な光量が得られない場合は、開口部３１ａを光軸の中心位置からずらしたＳＴＥＰ０３、ＳＴＥＰ０８で取り込んだ複数のフォーカス状態検出用画像を合成してもよい。

このように、高速で画像が取り込めるＣＭＯＳ８２に対応するために遮光枠３１は６０分の１秒の６分の１と言う短い時間に移動が必要であるため、高速で移動する必要がある。

遮光枠３１の開口部３１ａが中心から移動した位置では、瞳位置での被写体光の中心がずれている。

そのため、被写体の合焦位置がずれていると第１のフォーカス状態検出用画像と第２のフォーカス状態検出用画像の間にずれが生じる。

ＡＦ信号処理回路１１３により、第１のフォーカス状態検出用画像と第２のフォーカス状態検出用画像の間のずれ量から被写体の光軸方向の焦点ずれ量（合焦位置ずれ量）を算出できる。

コントロール回路１０８は、被写体の光軸方向の焦点ずれ量により、第４レンズ群駆動源１０２をコントフォーカスレンズ群である第４レンズ群４を光軸方向に移動させて、焦点合わせが出来る。

なお、本実施例１では、ムービングマグネット型のアクチュエータを用いて遮光枠３１を駆動する場合について説明した。

しかし、コイルを遮光枠３１に設け、マグネットをシフトベース１１側に設けたムービングコイル型のアクチュエータを用いても良い。

また、本実施例１では、マグネットで遮光部を吸着している。

また、遮光枠３１の回転をロール防止バーで規制し、ボールで保持している。

しかし、本発明では、バネで遮光枠３１を片寄せしてガタ取りをして、若干のロールを許容し、ガイドバー１６、１７の嵌合で保持しても良い。

また、本実施例１では、開口絞りユニット６１と別体の遮光枠３１を光軸と垂直な面内にて移動させてオートフォーカス制御を行っている。
しかし、本発明では、開口絞りユニット６１を光軸と垂直な面内にて移動させてオートフォーカス制御を行っても良い。

また、本実施例１では、動画撮影を行うビデオカメラを例に挙げ説明したが、本発明は、静止画撮影を行うデジタルスチルカメラにも適用できる。

本発明は、静止画撮影を行うデジタルスチルカメラに比べて動画撮影を行うビデオカメラにて更なる効果を発揮する。

動画撮影を行うビデオカメラでは、合焦状態を維持しながら連続的に撮影画像を取り込む必要性あるため、高速な撮影画像の読込みが必要だからである。

よって、本発明を本実施例１のような動画撮影を行うビデオカメラに適用すると、高速オートフォーカス制御が実現でき、画質向上が実現できる効果得られる。

また、本実施例１では、レンズ鏡筒がカメラ本体に一体的に設けられた光学機器について説明したが、本発明は、カメラ本体に対して着脱可能な交換レンズにも適用できる。

［実施例２］
本発明の実施例２の構造を図９及び図１０を用いて説明する。
本実施例２は、光束を遮光し瞳位置の光束の中心を光軸に垂直な面内にて移動させる遮光枠３１、遮光枠を保持する部材、遮光枠３１を駆動する駆動部材及び遮光枠３１の位置を検出位置検出部材を備えた光量調整ユニットが実施例１と異なる。

図９（Ａ）は光量調整ユニットの分解斜視図である。
図９（Ｂ）は光量調整ユニットの組立て状態の斜視図である。
図９において４０１はベース板、４０１ａは開口部、４０１ｂはガイドピン、４０２は遮光枠、４０２ａは開口部、４０２ｂは第１のガイド溝、４０２ｃは第２のガイド溝、４０２ｄは遮光部である。
４０３は遮光枠４０２を光軸と垂直な面内にて移動させる駆動モータである。４０３ａはリンク部、４０３ｂはエンジン部である。

図９（Ｂ）に示す通り、第１のガイド溝４０２ｂによりガイドピン４０１ｂはガイドされる。遮光枠４０２は光軸と垂直な面内にてベース板４０１に対してシフト可能に取り付けられている。

また、第２のガイド溝４０２ｃに駆動モータ４０３のリンク部４０３ａが嵌まっている。従ってリンク部４０３ａが回転すると、遮光枠４０２はベース板４０１に対してシフト駆動される。

尚、ベース板４０１は前部枠（図示せず）に固定されており、駆動モータ４０３もブラケット（図示せず）を介して前部枠に固定されている。

図１０は、遮光枠４０２はベース板４０１に対してシフトしている状態を光軸方向において撮像素子側から見た図である。

図１０（Ａ）はベース板４０１の開口部４０１ａと遮光枠４０２の開口部４０２ａの中心が光軸と垂直な面内にて一致した状態を示す。ベース板４０１の開口部４０１ａを通る光束は遮光されていない。

図１０（Ａ）状態の遮光枠４０２は、本発明の第１の位置に相当する。
なお、ベース板４０１の開口部４０１ａは、遮光枠４０２の開口部４０２ａよりも大きい。

図１０（Ａ）の状態から駆動モータ４０３のリンク部４０３ａが矢印方向に回転すると遮光枠４０２の開口部４０２ａは光軸と垂直な面内において左方向に移動する。
その結果、ベース板４０１の開口部４０１ａを通る光束を遮光する図１０（Ｂ）の状態となる。

図１０（Ｂ）状態の遮光枠４０２は、本発明の第２の位置に相当する。
更に、図１０（Ｂ）状態から遮光枠駆動モータ４０３のリンク部４０３ａが矢印方向に回転すると、遮光枠４０２の開口部４０２ａは光軸と垂直な面内にて右方向に移動する。
つまり、遮光枠４０２は図１０（Ｃ）状態となる。

光軸に垂直な面内において、図１０（Ｃ）状態の開口部４０２ａの中心位置と光軸とのずれ量と、図１０（Ｂ）状態の開口部４０２ａの中心位置と光軸とのずれ量と、は、同一量とする。

図１０（Ｃ）状態の遮光枠４０２は、本発明の第３の位置に相当する。
更に、駆動モータ４０３のリンク部４０３ａが矢印方向に回転すると、ベース板４０１の開口部４０１ａと遮光枠４０２の開口部４０２ａの中心が光軸と垂直な面内において一致し、図１０（Ａ）状態となる。開口部４０１ａを通る光束を遮光していない状態である。

実施例２の電気的構成は、駆動モータ４０３と遮光枠４０２の位置を検出するためのエンコーダ４０４以外は、実施例１の図７と同一である。
また、本実施例２におけるフローチャートを、図１１に示す。

図１１のオートフォーカス制御では、開口部４０２ａが光軸と一致する位置にある状態で撮影画像を取り込む画像取り込み時間が１／６０秒の２／６となっている。
ＳＴＥＰ０１にてＡＦスイッチがＯＮかＯＦＦか確認する。
ＯＮの場合はＳＴＥＰ０２へ、ＯＦＦの場合は操作を終了する。
ＳＴＥＰ０２にて１／６０秒の１／６以内に開口部４０２ａを光軸と垂直な面内において光軸から一定の距離だけずれた特定の位置へ左方向にシフトさせる（図１０（Ｂ）の第２の位置）。

つまり、ＳＴＥＰ０２にて開口部４０２ａを光軸と垂直な面内において左方向に移動させ、撮像素子１０９にて第１のフォーカス状態検出用画像光束を検出する。

続いて、ＳＴＥＰ０３にて撮像素子１０９の１／６０秒の１／６間隔の第１のフォーカス状態検出用画像信号をカメラ信号処理回路１１０に取り込む。

ＳＴＥＰ０４にて開口部４０２ａの中心を光軸に垂直な面内において光軸と一致する位置に移動させ（図１０（Ａ）の第一の位置）、撮像素子１０９にて撮影画像光束を検出する。

ＳＴＥＰ０５にて撮像素子１０９の１／６０秒の２／６間隔の撮影画像信号をカメラ処理回路１１０に取り込む。

ＳＴＥＰ０６にて、開口部の中心をＳＴＥＰ０２と光軸に対して反対方向へ移動させる。

ＳＴＥＰ０７にて、撮像素子１０９の１／６０秒の１／６間隔の第２のフォーカス状態検出用画像信号をカメラ信号処理回路１１０に取り込む。

ＳＴＥＰ０８にて、開口部４０２ａの中心を光軸と一致する位置に再び移動させる（図１０（Ａ）の第一の位置）。
そして、撮像素子１０９にて撮影画像光束を検出する。

ＳＴＥＰ９にて、１／６０秒の１／６間隔の撮像素子１０９の１／６０秒の２／６の撮影画像信号をカメラ信号処理回路１１０に取り込む。
ＳＴＥＰ０２〜ＳＴＥＰ０９の一連の操作が終了か決定する。

被写体が非合焦状態の時、開口部４０２ａが中心から外れた位置にあるときに作成される第１のフォーカス状態検出用画像と第２のフォーカス状態検出用画像は像の位置がずれる。

ＡＦ信号処理回路１１３により、第１のフォーカス状態検出用画像と第２のフォーカス状態検出用画像間の位置ずれ量から被写体の光軸方向の焦点ずれ量を算出できる。

コントロール回路１０８は前記被写体像の光軸方向の焦点ずれ量に応じて第４レンズ群４を光軸方向に移動させてことにより合焦状態にすることが出来る。

［実施例３］
図１２には、実施例１、実施例２とは異なるフローチャートを示す。
光量調整ユニットの構成は、実施例２の図９、図１０と同一構成である。
図１３のフローチャートは１／６０秒を４分割しているため、１分割時間あたりの間隔が１／６０秒の１／４となっている。
このように、６０分の１秒の間に４回画像が取り込めるとし、図１３を用いて撮像素子１０９による画像の取り込み方法について説明する。

ＳＴＥＰ０１’’にてＡＦスイッチがＯＮかＯＦＦか確認する。
ＯＮの場合はＳＴＥＰ０２’’へ、ＯＦＦの場合は操作を終了する。
ＳＴＥＰ０２’’にて１／６０秒の１／４以内に遮光枠４０２の開口部４０２ａを光軸と垂直な面内において光軸から一定の距離だけずれた特定の位置へ左方向にシフトさせる（図１０（Ｂ）の第二の位置）。

つまり、ＳＴＥＰ０２’’にて遮光枠４０２の開口部４０２ａを光軸と垂直な面内において左方向に移動させ、撮像素子１０９にて第１のフォーカス状態検出用画像光束を検出する。

続いて、ＳＴＥＰ０３’’にて撮像素子１０９の１／６０秒の１／４間隔の第１のフォーカス状態検出用画像信号をカメラ信号処理回路１１０に取り込む。
ＳＴＥＰ０４’’にて開口部４０２ａの中心を光軸に垂直な面内において光軸と一致する位置に移動させ（図１０（Ａ）の第一の位置）、撮像素子１０９にて撮影画像光束を検出する。

ＳＴＥＰ０５’’にて撮像素子１０９の１／６０秒の１／４間隔の撮影画像信号をカメラ処理回路１１０に取り込む。

次に、ＳＴＥＰ０６’’にて開口部４０２ａを光軸と垂直な面内において右方向に移動させ、開口部４０２ａの中心をＳＴＥＰ２’’と光軸に対して反対方向へ移動させる。

そして、撮像素子１０９にて第２のフォーカス状態検出用画像光束を検出する（図１０（Ｃ）の第三の位置）。

光軸に垂直な面内において、ＳＴＥＰ０６’’にて開口部４０２ａの中心位置と光軸とのずれ量を、ＳＴＥＰ０２’’における開口部４０２ａの中心位置と光軸とのずれ量と同一量とする。

ＳＴＥＰ０７’’にて撮像素子１０９の１／６０秒の１／４間隔の第２のフォーカス状態検出用画像信号をカメラ信号処理回路１１０に取り込む。

次に、ＳＴＥＰ０８’’にて開口部４０２ａの中心を光軸に垂直な面内において光軸と一致する位置に再び移動させる（図１０（Ａ）の第一の位置）。

ＳＴＥＰ０９’’にて１／６０秒の１／４間隔の撮像素子１０９の１／６０秒の１／４の撮影画像信号をカメラ信号処理回路１１０に取り込む。

被写体が非合焦状態の時、開口部４０２ａが中心から外れた位置にあるときに作成される第１のフォーカス状態検出用画像と、第２のフォーカス状態検出用画像は位置がずれる。

ＡＦ信号処理回路１１３により、第１のフォーカス状態検出用画像と第２のフォーカス状態検出用画像の間のずれ量から被写体の光軸方向の焦点ずれ量（合焦位置ずれ量）を算出できる。

コントロール回路１０８は前記被写体像の光軸方向の焦点ずれ量（合焦位置ずれ量）に応じて第４レンズ群４を光軸方向に移動させることにより合焦状態にすることが出来る。

ＳＴＥＰ０２’’〜ＳＴＥＰ０９’’の一連の操作が終了した後、ＳＴＥＰ０１’’に戻り、ＡＦのＯＮ，ＯＦＦを確認して操作を続けるか終了するかを決定する。

本実施例では、１ＳＴＥＰ画像当たりに取り込める光量が多いため、画像作成に必要な光量を満たすのに必要な画像を、６分割に比べて少なくできる。

本実施例１、２では時分割を６分割で行い、また、実施例３では４分割で説明を行った。しかし、本発明の動作原理を満たすものであれば何分割でも構わない。

また、撮像素子１０９からカメラ信号処理回路１１０に取り込む第１のフォーカス状態検出用画像及び第２のフォーカス状態検出用画像は、全ての画素を取り込む必要はない。

例えば、撮像素子１０９の撮像面の１ラインのみ取り込むように、被写体の光軸方向の焦点ずれ量の演算に必要な分だけ取り込んでも良い。

本発明では、２種類のフォーカス状態検出用画像光束を撮像素子にて取り込む過程の途中で、撮像画像光束を撮像素子に取り込むので、各ステップ間での開口部の移動量を最小限に抑えることができる。

そのため、駆動部を小型化でき、駆動速度や駆動エネルギーを低減することができる。

実施例１のレンズ鏡筒の断面図である。 実施例１の遮光枠の断面図である。 実施例１のレンズ鏡筒の分解し、光軸の斜め上方向から見た斜視図である。 実施例１の遮光枠を第１レンズ群側から見た遮光枠が中心にある図である。 実施例１の遮光枠を第１レンズ群側から見た遮光枠が上に移動した状態にある図である。 実施例１の遮光枠を第１レンズ群側から見た遮光枠が下に移動した状態にある図である。 実施例１のレンズ鏡筒を用いて構成した光学機器におけるカメラ本体の電気的構成を示す図である。 実施例１の動作を示すフローチャートである。 実施例２を示す説明図である。 実施例２を示す説明図である。 実施例２を示すフローチャートである。 実施例３を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 第１レンズ群
２ 第２レンズ群
３ 第３レンズ群
４ 第４レンズ群
５ 後部枠
６ 第１レンズ鏡筒
７ 前部枠
１１ シフトベース
１２ 結合板金
７ａ 突起
１２ａ 斜面
５ａ 突起
１２ｂ 端面
１３ ネジ
１４ 結合板金
１５ ネジ
１６、１７ バー
１８ 第２レンズ鏡筒
１８ａ スリーブ部
１８ｂ Ｕ溝部
１９ ステッピングモータ
１９ａ 駆動部
１９ｂ 送りネジ部
１９ｃ 保持板金
２０，２１ ネジ
２２ ラック
２３ ラックバネ
２２ａ ラック歯部
２４ フォトインタラプタ
２４ａ スリット部
２５ 基板
２６ ネジ
３１ 遮光枠
３１ａ 遮光枠
３２ ロール防止バー
３３ マグネットベース
３４、３５ マグネット
３６ ビス
３７ 金属プレート
３８，３９，４０ ボール
４１，４２，４３ ボールホルダ
４４，４５ 前側ヨーク
４６、４７ コイル
４８，４９ 後側ヨーク
５１、５２ ホール素子
５３ フレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）
５４ ＦＰＣ押え金具
１１ｂ 壁部
６１ 開口絞りユニット
６２，６３ 絞り羽根
６４ ビス
６５ 第３レンズ鏡筒
６６ 第３レンズ枠
７１、７２ ガイドバー
７３ 第４レンズ鏡筒
７３ａ スリーブ部
７４ コイル
７５ ドライブマグネット
７６、７７ ヨーク部材
７８ ＭＲセンサ
８１ フィルター
８２ センサ
１０１ 第２レンズ群の駆動源
１０２ 第４レンズ群の駆動源
１０５ 光量調節装置の駆動源
１０６ フォトインタラプタ
１０７ 光量調節装置のエンコーダ
１２０ 第４レンズ群のエンコーダ
１０８ コントロール回路
１０９ 撮像素子
１１０ カメラ信号処理回路
１１１ ＡＥゲート
１１２ ＡＦゲート
１１３ ＡＦ信号処理回路
１１４ ズームスイッチ
１１５ ズームトラッキングメモリ
１１６ 縦方向駆動源
１１７ 横方向駆動源
１１８ 縦方向エンコーダ
１１９ 横方向エンコーダ
１２１ ＡＦスイッチ

Claims (4)

1. 撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に被写体像を結像させるフォーカスレンズと、開口部を有する光量調整ユニットと、光軸に垂直な面内において前記開口部の中心が前記光軸上にある第１の位置、前記開口部の中心が前記光軸からずれた第２の位置、前記開口部の中心が前記第２の位置と前記光軸に対して反対方向にずれた第３の位置に前記開口部を移動させるアクチュエータと、を有する光学機器であって、
   前記第２の位置、前記第１の位置、前記第３の位置の順または前記第３の位置、前記第１の位置、前記第２の位置の順に移動し、各位置にて被写体像を撮像し、前記第２の位置、前記第３の位置にて撮像された画像を用いて被写体の距離を演算する制御手段を有することを特徴とする光学機器。
2. 前記制御手段は、前記第１の位置にて前記画像を複数回取り込むことを特徴とする請求項１記載の光学機器。
3. 更に、前記撮像素子は、前記撮像素子は１回の映像信号の出力の間に前記画像が複数回取り込めるＣＭＯＳセンサであることを特徴とする請求項１又は２記載の光学機器。
4. 前記制御手段は、前記演算された被写体の距離に応じて前記フォーカスレンズの移動を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の光学機器。

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