JP2010243957A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】移動レンズ群の位置をステッピングモータで制御する場合に、カメラに光軸方向の衝撃が加わると歯飛び現象が生じピントぼけを発生するので、これを防止する。
【解決手段】リセット時に用いるバリエータ移動枠１３の遮光部３９を、リードスクリュのねじ山ピッチに合わせて凹凸歯型形状の繰り返しパターンとすることで、歯飛び時にリードスクリュの何山分の歯飛びが生じたかを検出できる。歯飛び量を検知することで、バリエータ移動枠１３を元の位置に戻すことが可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ビデオカメラやデジタルカメラ等の撮像装置に用いられる光学機器に関するものである。

ビデオカメラやフィルムカメラなどの光学機器に用いられているレンズ鏡筒にあっては、特許文献１に開示されるように、鏡筒本体にズーミング用又はフォーカス用の移動レンズが内蔵されている。図６はこの移動レンズを内蔵するレンズ鏡筒の断面図を示している。

鏡筒本体１において、レンズ保持枠２はズーム用の移動レンズ３を保持し、ガイドバー４ａ、４ｂはレンズ保持枠２を移動レンズ３の光軸方向に案内し、スクリュ軸５はレンズ保持枠２を移動レンズ３の光軸方向に移動させる。

このような構成のレンズ鏡筒は、レンズ保持枠２のラック部２ａとスクリュ軸５を螺合し、ステッピングモータの駆動力によりスクリュ軸５を回転させ、レンズ保持枠２と移動レンズ３を光軸方向に移動するように構成されている。

このように、移動レンズ３をステッピングモータなどの駆動力により移動させる構成のレンズ鏡筒にあっては、移動レンズ３の初期的なホームポジション及び位置的情報を検出する必要がある。

通常では、ホトインタラプタ６を保持基板７を介して鏡筒本体１にビスで固定し、レンズ保持枠２の遮光片２ｂをホトインタラプタ６で検出することにより、移動レンズ３の初期的なホームポジション及び位置的情報を検出している。

図７は移動レンズ３とホトインタラプタ６の位置関係と位置検出信号の関係を示し、（ａ）はレンズ保持枠２の位置は広角端位置で、検出信号は（ｄ）のようにオン状態である。（ｂ）は初期的なホームポジション位置で、検出信号は（ｄ）のようにオン／オフの切換わり位置であり、（ｃ）は望遠端位置であり、検出信号は（ｄ）のようにオフ状態である。

特許第３２９８３４９号公報

しかし、このように移動レンズ３がズームレンズ群の場合に、ステッピングモータでオープンパルス制御を行っている場合は、カメラに光軸方向の衝撃が加わると、スクリュ軸５の送りねじに螺合しているラック部２ｂは、ねじ山に沿っての噛み合いを開く。結果的に、ラック部２ｂは送りねじのねじ山を越えて、歯飛び現象を引き起こすことになる。

一度、ズームレンズ系で歯飛び現象を生ずると、移動レンズ３の位置はマイコン内の位置情報とずれが生ずる。従って、その後のズーミングでは、フォーカスレンズは移動レンズ３の位置に対して、正確にカムトレースすることができず、ピントぼけが発生することになる。

ラックの歯飛び検知に、等間隔に着磁を行ったマグネットを移動枠に取り付け、ＧＭＲセンサ用いて移動枠の位置検知に用いる場合もあるが、コストアップの要因となっている。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、歯飛び現象が生じても、移動枠にずれが発生することのない光学機器を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る光学機器は、レンズを保持する移動枠を送りねじの回転によりラックを介して駆動する駆動手段と、前記移動枠の基準位置を検出する位置検出センサと、前記移動枠に設けた被検出部とを有する光学機器において、前記被検出部にオン／オフの繰り返しパターンを形成し、前記位置検出センサから前記繰り返しパターンに同期してオン／オフの繰り返しピッチを出力し、前記送りねじのねじ山のピッチ量Ｐｎと前記位置検出センサの繰り返しパターンの繰り返しピッチＰ１の比が２以下の整数の関係としたことを特徴とする。

本発明に係る光学機器によれば、従来と同じ構成で部品の追加をすることなく、ラックの歯飛び現象を検出することができ、補正処理を行うことができる。従って、ラックが歯飛びを起こした後でズーミングを行っても、ピントずれの発生を防ぐことができる。

実施例のレンズ鏡筒の断面図である。 レンズ鏡筒の分解斜視図である。 ブロック回路構成図である。 送りねじ部とラック部の歯型関係図である。 遮光部の凹凸歯型による出力波形図である。 従来例の移動レンズ群の断面図である。 従来例のリセット波形図である。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は実施例のビデオカメラやデジタルカメラ等の光学機器で使用されるレンズ鏡筒の断面図、図２は分解斜視図を示している。

撮影光学系は左側の物体側から順に、凸の第１レンズユニットＬ１、凹の第２レンズユニットＬ２、凸の第３レンズユニットＬ３、凸の第４レンズユニットＬ４が配列された変倍光学系である。第２レンズユニットＬ２は光軸方向に移動することにより変倍作用を行い、第３レンズユニットＬ３は第１アフォーカルレンズＬ３ａ、第２アフォーカルレンズＬ３ｂから成りシフト移動を行い、第４レンズユニットＬ４は光軸方向に移動し焦点調節作用を行う。

第１レンズユニットＬ１は前玉鏡筒１１に保持され、前玉鏡筒１１は固定鏡筒１２の前端に結合されている。第２レンズユニットＬ２はバリエータ移動枠１３に保持され、固定鏡筒１２内で移動可能に配置されている。第１アフォーカルレンズＬ３ａは、予め第１アフォーカルベース１４ａに接着又は熱かしめにより固定されている。同様に、第２アフォーカルレンズＬ３ｂは予め第２アフォーカルベース１４ｂに接着又は熱かしめにより固定されている。それぞれのベース１４ａ、１４ｂは、それぞれアフォーカルレンズＬ３ａ、Ｌ３ｂを保持した状態で、ベース１４ａとベース１４ｂを相対的に調芯を行った上で、例えば紫外線硬化型の接着材により接着固定される。そして、第２アフォーカルベース１４ｂが固定鏡筒１２の後端に結合されている。

アフォーカルベース１４ｂの後端に後部鏡筒１５が結合され、後部鏡筒１５内にはフォーカス移動枠１６に保持された第４レンズユニットＬ４が配置されている。ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等から成る撮像素子１７は、中間部材１８を介して後部鏡筒１５に接着等により固定されている。撮像素子１７の前側には、ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ、紫外線カットフィルタ等のフィルタ１９が配置されている。

固定鏡筒１２と後部鏡筒１５間に第１ガイドバー２０が保持され、固定鏡筒１２と第２アフォーカルベース１４ｂの間に第２ガイドバー２１が保持されている。また、第２アフォーカルベース１４ｂと後部鏡筒１５の間に第３ガイドバー２２（図示せず）及び第４ガイドバー２３が保持されている。

第１、第２ガイドバー２０、２１によりバリエータ移動枠１３が光軸方向に移動可能に支持され、第３、第４ガイドバー２２、２３によりフォーカス移動枠１６が光軸方向に移動可能に支持されている。

第１アフォーカルレンズＬ３ａと第２アフォーカルレンズＬ３ｂの間に、光量調節ユニット２４が配置され、光量調節ユニット２４は第２アフォーカルベース１４ｂに固定されている。光量調節ユニット２４は撮影光学系に入射した光量を調節し、２枚の絞り羽根２５、２６を光軸と直交方向に移動させることにより開口径を変化させる。また光量調節ユニット２４には、多濃度のＮＤフィルタ２７が絞り羽根２５、２６とは独立して、光路に対して進退できるようにされている。そして、この光量調節ユニット２４は光軸付近において、絞り羽根２５、２６、ＮＤフィルタ２７等から成る光軸方向の厚みｄを有している。

コイル２８、ドライブマグネット２９は、第４レンズユニットＬ４を光軸方向に駆動するボイスコイルモータから成るフォーカスモータを構成している。また、フォーカス移動枠１６に固定されたヨーク部材３０、３１はマグネット２９により生成される磁束を閉じるものであり、本実施例では２体化されている。

コイル２８に電流を流すと、マグネット２９とコイル２８との間に発生する磁力線相互の反発によるローレンツ力が発生し、フォーカス移動枠１６と共に第４レンズユニットＬ４が光軸方向に駆動される。

また、フォーカス移動枠１６は光軸方向に多極着磁された図示しないセンサマグネットを保持しており、後部鏡筒１５の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線の変化を読み取るＭＲセンサ３２がビス止め固定されている。このＭＲセンサ３２からの信号を用いることで、フォーカス移動枠１６つまりは第４レンズユニットＬ４の所定の基準位置からの移動量を検出することができる。

固定鏡筒１２には、支持部材３３を介してステッピングモータ３４がビス止め固定され、ステッピングモータ３４の出力軸の送りねじであるリードスクリュ３５には、バリエータ移動枠１３に取り付けられたラック３６が噛み合っている。ステッピングモータ３４に通電して、リードスクリュ３５が回転すると、送りねじにより第２レンズユニットＬ２がバリエータ移動枠１３と共に光軸方向に駆動される。

なお、ラック３６、バリエータ移動枠１３、第１、第２ガイドバー２０、２１、及びリードスクリュ３５は、捩りコイルばね３７の付勢力によって互いのがた付きが防止されている。

固定鏡筒１２には、基板を介してホトインタラプタ３８が固定されている。ホトインタラプタ３８はバリエータ移動枠１３つまりは第２レンズユニットＬ２の基準位置を検出し、バリエータ移動枠１３に形成された遮光部３９の光軸方向への移動による遮光／透光の切換わりを検出する。

図３はカメラにおけるブロック回路構成図を示している。図１、図２で説明したレンズ鏡筒の構成要素については、同じ符号を用いている。レンズユニットＬ１〜Ｌ４を通る入射光を受光する撮像素子１７の出力は、カメラ信号処理回路４１に接続され、カメラ信号処理回路４１の出力のＹ信号は、ＡＥゲート４２、ＡＦゲート４３に接続されている。ＡＥゲート４２の出力は制御回路４４に接続され、ＡＦゲート４３の出力はＡＦ信号処理回路４５を介して制御回路４４に接続されている。

制御回路４４には、第２レンズユニットＬ２の光軸方向位置を検出するホトインタラプタ３８、光量調節ユニット２４の開口径を検出する絞りエンコーダ４６、第４レンズユニットＬ４の光軸方向位置を検出するＭＲセンサ３２の出力が接続されている。更に制御回路４４には、ズームスイッチ４７、ズームトラッキングメモリ４８の出力が接続されている。制御回路４４の出力はズーム駆動源４９、絞り駆動源５０、フォーカス駆動源５１に接続されている。

ホトインタラプタ３８は第２レンズユニットＬ２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であり、初期的なホームポジション及び位置的情報を検出している。第２レンズユニットＬ２が基準位置に位置したことが検出された後に、ステッピングモータ３４に入力するパルス信号数を連続して計数することにより、第２レンズユニットＬ２の光軸方向の基準位置に対する移動量を検出できる。絞りエンコーダ４６は絞り駆動源５０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。

ズーム駆動源４９は第２レンズユニットＬ２を駆動するステッピングモータ３４を含み、フォーカス駆動源５１は第４レンズユニットＬ４を駆動するボイスコイルモータのコイル２８を含んでいる。絞り駆動源５０は光量調節ユニット２４を駆動し、ステッピングモータ等が用いられている。

制御回路４４はカメラの制御を司るＣＰＵ等から成り、カメラ信号処理回路４１は撮像素子１７からの出力に対して所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４２及びＡＦゲート４３に供給される。ＡＥゲート４２及びＡＦゲート４３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出範囲を全画面の映像信号の中から設定する。ゲート４２、４３の大きさは可変であったり、複数設ける場合がある。

ＡＦ信号処理回路４５はオートフォーカス（ＡＦ）のためのＡＦ信号を処理し、映像信号の高周波成分に関する１つ又は複数の出力を生成する。例えば、撮影者によりズームスイッチ４７が操作されると、制御回路４４はズームトラッキングメモリ４８の情報を基に、次のような演算を行う。なお、ズームトラッキングメモリ４８には、制御回路４４内のメモリを使用してもよい。

つまり、第２レンズユニットＬ２と第４レンズユニットＬ４の所定の位置関係が保たれるように、現在の第２レンズユニットＬ２の光軸方向の絶対位置を示す計数値と、算出された第２レンズユニットＬ２のセットすべき位置とが一致しているかの演算を行う。そして、現在の第４レンズユニットＬ４の光軸方向の絶対位置を示す計数値と、算出された第４レンズユニットＬ４のセットすべき位置とが一致するように、ズーム駆動源４９とフォーカス駆動源５１の駆動を制御する。

またオートフォーカス動作では、制御回路４４はＡＦ信号処理回路４５の出力のピークとＭＲセンサ３２からの信号に基づいて、コイル２８への通電量を変化させ、フォーカス駆動源５１により駆動を行う。

更に、適正露出を得るために、制御回路４４はＡＥゲート４２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４６の出力がこの基準値となるように、絞り駆動源５０の駆動を行い光量を制御する。

図４はバリエータ移動枠１３を動かすステッピングモータ３４のリードスクリュ３５がラック３６に噛み合った状態の駆動状態を示している。ラック３６のラック噛み合い山部３６ａ〜３６ｄが、リードスクリュ３５のねじ山の谷部に噛み合っている。リードスクリュ３５を挟んで、反対側にラック押さえ部３６ｅが設けられており、ラックばね３７はラック噛み合い山部３６ａ〜３６ｄとの間でリードスクリュ３５を挟み込んでいる。リードスクリュ３５のねじ山の１山分のピッチはＰｎであり、例えばＰｎ＝０．４ｍｍの２条ねじで、リード０．８ｍｍの送りねじが使われている。

ここで、カメラの光軸方向に衝撃が加わると、バリエータ移動枠１３に取り付けられているラック３６に衝撃が伝達される。これにより、ラック３６の噛み合い山部３６ａ〜３６ｄは、リードスクリュ３５のねじ山の山部を飛び越す方向にラック３６の山部３６ａ〜３６ｄの斜面を登り上がるため、ラック３６の対抗歯３６ｆ、３６ｇは逆にリードスクリュ３５に喰い込む方向に力が働く。

その結果、衝撃が弱い場合にはラック噛み合い山部３６ａ〜３６ｄが、リードスクリュ３５の山部を飛び越すことはない。しかし、ラック３６の対抗歯３６ｆ、３６ｇの剛性を超える衝撃が加わると、ラック３６は変形及び削られながら、リードスクリュ３５のねじ山を飛び越す歯飛び現象が生ずる。

図５はホトインタラプタ３８に対し被検出部である遮光部３９に形成した凹凸の歯形状の繰り返しパターンを示している。この遮光部３９はバリエータ移動枠１３に固定されている。（ａ）の状態を広角端、（ｂ）の状態を中間、（ｃ）の状態を望遠端とすると、第２レンズユニットＬ２が作動すると、広角端から望遠端までの間で、（ｄ）のようなオン／オフの比が５０％の検出信号が出力される。

通常のリセット動作は、一度超広角端から広角方向に戻すことで、遮光部３９の端面を検出することで可能となる。超広角領域の検知は、ホトインタラプタ３８の出力がオン状態で、遮光部３９の凹凸のピッチ間隔を超えてオン状態が続くことで検出できる。Ｐ１は遮光部３９の凹凸歯形状の繰り返しパターンの１ピッチの間隔である。

遮光部３９の形状を、ねじ山のピッチに合わせて凹凸歯型形状の繰り返しパターンとすることで、歯飛び時の送りねじ何山分の歯飛びであるかを、繰り返しパターンと同期してオン／オフの繰り返しピッチによる検出が可能となる。

ここで、図４のリードスクリュ３５のねじ山のピッチ量Ｐｎと凹凸歯形のピッチＰ１の関係は、２・Ｐｎ＝Ｐ１となっている。つまり、ホトインタラプタ３８のオンとオフのピッチＰ１がリードスクリュ３５の１山分と等しく設定されている。

従って、ラック３６の歯飛び現象が発生し、ラック３６がリードスクリュ３５の１山分飛んだときには、ホトインタラプタ３８の出力信号のオンとオフが逆転する。

また、このホトインタラプタ３８のオン／オフの逆転を検知することで、歯飛び現象を検出することができ、その場合に初期リセット動作を行うことで、正常な状態に戻すことが可能である。加えて、ホトインタラプタ３８のオン／オフの逆転信号の数を計数することで、歯飛びしたリードスクリュ２６のねじ山の数を計数することができる。

歯飛び山の数を計数できれば、元の位置に戻すことが可能であり、歯飛び検出分だけバリエータ移動枠１３の位置を制御回路４４により補正することもできる。リードスクリュ３５のねじ山のピッチ量Ｐｎと凹凸歯形の繰り返しピッチＰ１の関係は、歯飛び現象が検出できる関係であればよく、例えばＰｎ＝Ｐ１の場合も可能である。

また、ホトインタラプタ３８の出力ピッチＰ１をより細かくする方向で、同じ作用を持たせることができる。つまり、ピッチ量ＰｎとピッチＰ１の関係は互いに整数比の関係になっている。しかし、ピッチＰ１をあまり細かくすると、リードスクリュ３５の１山分の中で歯飛びが発生していないときでも、衝撃時にホトインタラプタ３８の出力が変化する。そのため、リードスクリュ３５のピッチ量Ｐｎは通常１ｍｍ以下なので、Ｐｎ＝Ｐ１又はＰｎ＝２・Ｐ１の関係が適切であり、２以下の整数の関係であることが好ましい。

カメラ電源がオンの時の光軸方向の衝撃は、カメラ前面の被写体側が衝突した場合が大半で、そのときはバリエータ移動枠１３はカメラ前方の被写体側に歯飛びすることになる。従って、歯飛び分だけバリエータ移動枠１３を撮像素子１７側に戻すか、制御回路４４内のレンズ位置情報を同様に撮像素子１７側に補正する。

また、ホトインタラプタ３８を遮光部３９の歯型形状の１ピッチＰ１を３６０度として、９０度（１／４）位相をずらして複数個配置することで、凹凸歯型形状の切換点での検出信号のチャタリングを検出することができる。そして、２つのホトインタラプタ３８からの出力によって、歯飛びの方向を検知することもできる。従って、歯飛び量と方向を判定することで、歯飛び量だけ移動レンズ３を元の位置に戻すことができる。また、歯飛び量分、マイコン内の移動レンズ群の位置情報を補正することが可能となる。

実施例の位置検出センサはホトインタラプタ３８を例に説明したが、これに限定するものではない。

１１ 前玉鏡筒
１２ 固定鏡筒
１３ バリエータ移動枠
１４ アフォーカルベース
１５ 後部鏡筒
１６ フォーカス移動枠
１７ 撮像素子
３２ ＭＲセンサ
３４ ステッピングモータ
３５ リードスクリュ
３６ａ〜３６ｄ ラック噛み合い山部
３６ｆ、３６ｇ 対抗歯
３８ ホトインタラプタ
３９ 遮光片
４４ 制御回路
Ｌ１ 第１レンズユニット
Ｌ２ 第２レンズユニット
Ｌ３ 第３レンズユニット
Ｌ４ 第４レンズユニット

Claims (7)

1. レンズを保持する移動枠を送りねじの回転によりラックを介して駆動する駆動手段と、前記移動枠の基準位置を検出する位置検出センサと、前記移動枠に設けた被検出部とを有する光学機器において、前記被検出部にオン／オフの繰り返しパターンを形成し、前記位置検出センサから前記繰り返しパターンに同期してオン／オフの繰り返しピッチを出力し、前記送りねじのねじ山のピッチ量Ｐｎと前記位置検出センサの繰り返しパターンの繰り返しピッチＰ１の比が２以下の整数の関係としたことを特徴とする光学機器。
2. 前記送りねじのねじ山から前記ラックが外れて、他のねじ山に前記ラックが噛み合う歯飛び現象の検出を前記位置検出センサによって検出することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記歯飛び時の歯飛びのねじ山の数を前記位置検出センサによって検出することを特徴とする請求項２に記載の光学機器。
4. 複数個の前記位置検出センサを用い、前記オン／オフの位相を９０度ずらして配置し、前記歯飛び現象の方向を判定することを特徴とする請求項２に記載の光学機器。
5. 前記位置検出センサにより前記歯飛び現象を検出すると、前記移動枠に対してリセット動作を行うことを特徴とする請求項２に記載の光学機器。
6. 前記位置検出センサが前記歯飛び現象を検出すると、歯飛び検出分だけ前記移動枠を戻すことを特徴とする請求項２に記載の光学機器。
7. 前記位置検出センサが前記歯飛び現象を検出すると、該歯飛び検出分だけ前記移動枠の情報を補正することを特徴とする請求項２に記載の光学機器。

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