JP2583490B2 - 焦点調節装置 - Google Patents

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54−14496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及び作用〕

本発明の焦点調節装置は、少な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像面に最も近
い側の後群レンズとを含んでなるレンズ系と、 操作者の任意による距離設定操作に基づいて変位せし
められる操作部材と、 上記操作部材の変位に応じて抵抗値が変化するように
なされ、その位置での抵抗値に対応した設定距離信号を
生成すると共に、上記操作部材が所定位置に達したとき
オートフォーカスモード設定信号を生成する設定信号生
成手段と、 上記設定距離信号をアナログ信号からディジタル信号
に変換するA/Dコンバータと、 上記ズームレンズの現在位置を検出するズームセンサ
と、 センサー等より得た信号に基づいてオートフォーカス
動作を行うための信号を出力するオートフォーカス処理
回路と、 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のデータ
が内部に設定され、上記A/Dコンバータよりディジタル
信号に変換された上記設定距離信号が与えられていると
きは、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信号生成手段の上記設定距離信号に
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
ズ位置を上記内部に設定されたデータに基づいてトレー
スし、その位置に後群レンズを移動せしめるためのマニ
ュアル制御信号を出力すると共に、上記設定信号生成手
段より上記オートフォーカスモード設定信号が与えられ
ているときは、上記オートフォーカス処理回路の出力信
号に基づいて上記後群レンズ位置を変位せしめるための
オートフォーカス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の上記マニュアル制御信号又は
オートフォカス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。

〔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がステッピングモータ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11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、距離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
の入力情報は、「オート」となる。即ち、コントロール
回路11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20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、ポテンショメー
タ，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、同撮像素子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24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26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11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
テッピングモータ８に必要パルスが送られ同パルスによ
りステッピングモータ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ROM（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25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18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、撮像素子23の撮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「Ｔ（望遠）」の位
置にあるとき、後群レンズ５が「無限」，「1m」，「0.
5m」の距離位置に焦点が合うのはそれぞれ位置a₁,a₂,a₃
である。また、ズームレンズ３が「Ｓ（標準）」の位置
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b₁,b₂,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置c₁,c₂,c₃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「Ｗ」から
「Ｔ」までの移動による焦点距離の変化に対して、略
「く」の字形状の特性曲線l₁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「1m」，「0.5m」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「く」の字形状の特性曲線l₂,l₃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。こ
の特性曲線l₁,l₂,l₃の形状は全て異なる。この３つの距
離位置「無限」，「1m」，「0.5m」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
l₁,l₂,l₃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l₁,l₂,l₃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l₁,l₂,l₃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l₁と「至近」の特性曲線l₃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21により検知
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の情報も絞りセンサ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、或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
15Hz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180゜反転すること
になるので、オートフォーカス処理回路25から合焦信号
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31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、距離表示装置27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31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は抵抗値の変化
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3
3,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ビット構成の
ホトセンサ34と、レンズ鏡筒１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18
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によって読み取
り、これを電気信号に変換してマイクロコンピュータ18
に送るので、距離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ビット構成の導電接点
44と、レンズ鏡筒１の固定枠外周に、各ビット毎に回転
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Vcc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"（電圧Vcc）になり、マイクロコンピ
ュータ18に３ビットのディジタ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ビッ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ビット程度の構成に
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。また、距離設定を行うための操作部材
によりマニュアルフォーカスモードとオートフォーカス
モードとの切換操作が可能なため、素早く且つ容易に切
り換えることができ、切換部材を別途に特設する必要が
なく構成を簡素化できる。

【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、距離目盛エ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……ステッピングモータ（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)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少な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像面に最も近い側の後群レン
   ズとを含んでなるレンズ系と、 操作者の任意による距離設定操作に基づいて変位せしめ
   られる操作部材と、 上記操作部材の変位に応じて抵抗値が変化するようにな
   され、その位置での抵抗値に対応した設定距離信号を生
   成すると共に、上記操作部材が所定位置に達したときオ
   ートフォーカスモード設定信号を生成する設定信号生成
   手段と、 上記設定距離信号をアナログ信号からディジタル信号に
   変換するA/Dコンバータと、 上記ズームレンズの現在位置を検出するズームセンサ
   と、 センサー等より得た信号に基づいてオートフォーカス動
   作を行うための信号を出力するオートフォーカス処理回
   路と、 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のデータが
   内部に設定され、上記A/Dコンバータよりディジタル信
   号に変換された上記設定距離信号が与えられているとき
   は、上記ズームセンサにより検出されたズームレンズ位
   置並びに上記設定信号生成手段の上記設定距離信号によ
   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
   位置を上記内部に設定されたデータ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マニュ
   アル制御信号を出力すると共に、上記設定信号生成手段
   より上記オートフォーカスモード設定信号が与えられて
   いるときは、上記オートフォーカス処理回路の出力信号
   に基づいて上記後群レンズ位置を変位せしめるためのオ
   ートフォーカス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の上記マニュアル制御信号又はオ
   ートフォーカス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。