JP2598500B2 - リアフオーカス方式ズームレンズの合焦装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はリアフオーカス方式ズームレンズの合焦装置
に係り、特に、ズームレンズ群の焦点距離誤差を補正す
る補正手段に関する。

〔従来の技術〕

従来より、例えばビデオカメラ用ズームレンズとし
て、合焦レンズを変倍レンズよりも撮像素子側に配置し
たリアフオーカス方式のズームレンズが用いられてい
る。

この方式のズームレンズは、被写体距離無限からマク
ロ域まで連続してフオーカシングすることができるが、
ある１つのズーム位置に対しても被写体距離が異なれば
合焦レンズの移動量が異なるという光学的特質を有す
る。従つて、まず手動等で変倍レンズを望遠端において
ピント合せを行い、次いでズーミングを行うときには、
ズーム位置に対応させて合焦レンズを光軸方向に移動さ
せる合焦装置を必要とする。

従来より、この種の合焦手段としては、例えば変倍
レンズの焦点距離設定値を検出する第１の検出手段およ
び結像位置を検出する第２の検出手段の検出値から合焦
レンズの設定位置を演算し、その演算結果に基づいて合
焦レンズを駆動するようにしたもの、あるいは、予じ
めズーム位置に対する合焦レンズ位置を記憶するマイク
ロコンピュータ等を有し、演算と組み合わせてズーム位
置に対する合焦レンズ位置を定めるものなどが提案され
ている。なお、これに関連する公知技術としては、特公
昭52-15226号、特開昭63-104008号、特開昭63-88534号
等を挙げることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、ズームレンズ群は多数のレンズから構成さ
れているため、各レンズの精度誤差によつてズームレン
ズ全体では３〜５％の焦点距離のばらつきがある。

上記した従来の合焦装置は、ズームレンズ群の焦点距
離のばらつきについて配慮がされておらず、そのため、
ズーム位置に対する合焦レンズの設定位置に誤差が生
じ、演算手段を用いてズーム位置に対する合焦レンズの
設定位置を定めても、ズーミング途中でピントぼけ（フ
オーカスずれ）をおこすという問題があった。

この問題をより詳細に説明すると、被写体距離をａ、
合焦レンズをｂ、焦点距離をｆとした場合、被写体距離
ａが焦点距離ｆよりも充分に大きいという条件の下で
は、合焦レンズ位置ｂは概略次の第１式のように表わす
ことができる。

ｂ＝ｆ²/a ・・・（１） 第７図に被写体距離ａを1.2m、3m、10mにした場合の
合焦レンズ位置ｂと焦点距離ｆとの関係を示す。この図
から判るように、被写体距離ａが1.2mのときを例にとつ
て説明すると、望遠端（図上、符号Ｔで表示）では合焦
レンズ位置をｂ₁に設定し、ズーミングを行つて広角側
（図中、符号Ｗで表示）にするに従つて順次合焦レンズ
位置をｂ₁からｂ₆まで変化させてやる必要がある。被写
体距離ａが異なつた場合もこれと同様である。

ズームレンズ群に焦点距離誤差がない場合には、ズー
ムレンズ群の焦点距離設定値を検出する第１の検出手段
および結像設定値を検出する第２の検出手段の検出値か
らマイクロコンピュータなどの演算手段によつて適正な
る合焦レンズの設定位置が演算され、その演算結果に基
づいて合焦レンズが適正位置に設定される。

然るに、ズームレンズ群に焦点距離誤差がある場合に
は、被写体距離ａを一定にし、ズーム位置を望遠端とし
て合焦レンズを異動させてピント合せを行うと、ズーム
レンズ群の焦点距離誤差に応じて合焦レンズ位置が設計
上の適正位置からずれる。

例えば、第７図において、被写体距離ａが1.2m、焦点
距離誤差がΔｆであるとき、合焦レンズ位置がｂ₁′〜
ｂ₆′になつたとする。

第１式より、このときの適正合焦レンズ位置を示す曲
線（第７図に破線で表示）の式は第２式のようになる。

ｂ′＝（ｆ＋Δｆ）²/a₁ 但し、ａ₁＝1.2m ・・・（２） 従つて、望遠端におけるズームレンズ群の焦点距離を
ｆ₁としたとき、望遠端における合焦レンズ位置ｂ₁′
は、次の第３式で表わされる。

ｂ₁′＝（ｆ₁＋Δｆ）²/a₁ ・・・（３） ところが、演算手段にはズームレンズ群の焦点距離誤
差が配慮がされていないため、演算手段は合焦レンズ位
置がｂ₁′になつたとき、被写体距離がａ_Zになつたとし
て、第４式のように処理する。

ｂ₁′＝ｆ₁ ²/a_Z ・・・（４） 第３式および第４式から、ａ_Zは第５式で表わされ
る。

ａ_Z＝ａ₁ｆ₁ ²／（ｆ₁＋Δｆ）² （５） 従つて、演算手段では、第４式および第５式から次の
第６式の演算を行つて合焦レンズ位置が求められる。

ｂ₁′＝ｆ₁ ²（ｆ₁＋Δｆ）²/a₁ｆ₁ ² ・・・（６） 第８図に、第２式によつて求められる合焦レンズ位置
と第６式によつて求められる合焦レンズ位置との差を示
す。この図から明らかなように、望遠端でのフオーカス
ずれは零となるがそれよりも広角側で常にフオーカスず
れを生じ、望遠端と広角端のほぼ中間付近でピントのぼ
けが最大になることが判る。

従つて、本発明の目的は、ズームレンズの焦点距離誤
差を補正し、ズーミングの途中でピントぼけを生じない
リアフオーカス方式ズームレンズの合焦装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成する第１の手段として、
変倍レンズの焦点距離設定値を検出する第１の検出手段
および結像位置を検出する第２の検出手段の検出値から
変倍レンズよりも撮像素子側に配置された合焦レンズの
設定位置を演算する演算手段を備えたリアフオーカス方
式ズームレンズの合焦装置において、上記第１の検出手
段に出力電圧調整用のボリユームを設けた。

また、第２の手段として、変倍レンズと合焦レンズと
の間にズームレンズ群の焦点距離誤差を補正するための
補正レンズを配置し、これら変倍レンズと補正レンズと
を一体として光軸方向に移動できるように保持した。

また、第３の手段として、合焦レンズと変倍レンズの
間または合焦レンズ群の後方にズームレンズ群の焦点距
離誤差を補正するための補正レンズを配置し、この補正
レンズを単独で光軸方向に移動できるように保持した。

さらに、第４の手段として、変倍レンズ群とこれを保
持する変倍レンズ鏡筒との間に、変倍レンズの設定位置
を調整するための設定位置調節手段を設けた。

〔作用〕

第７図に示したように、ズームレンズ群の焦点距離誤
差は、ズーム位置および被写体距離に関わりなく、一律
に合焦レンズ位置のずれに関与する。従つて、ズーム位
置および被写体距離をある条件に設定してピント合わせ
を行い、そのときの合焦レンズ位置と設計上の合焦レン
ズ位置とのずれ量を補正することによつて、ズームレン
ズ群の焦点距離を設計値にシフトすることができ、ズー
ミング途中のフオーカスずれを低減することができる。

上記第１の手段によると、ズームレンズ群に焦点距離
誤差があり、変倍レンズの焦点距離設定値を検出する第
１の検出手段の検出値が設計値よりもずれている場合、
ボリユームを操作して焦点距離の誤差分だけ検出値をシ
フトさせることによつてズームレンズ群の焦点距離誤差
を補正することができる。よつて、合焦レンズ群を適正
位置に移動させることができ、ズーミング途中のフオー
カスずれを低減または解消することができる。

また、上記第２の手段によると、ズームレンズ群の焦
点距離誤差が合焦レンズ位置に対する変倍レンズと補正
レンズとの設定位置を変更することによつて補正され、
ズーミング途中のフオーカスずれを低減することができ
る。

また、上記第３の手段によると、ズームレンズ群の焦
点距離誤差が合焦レンズ位置に対する補正レンズの設定
位置を変更することによつて補正され、ズーミング途中
のフオーカスずれを低減することができる。

さらに、上記第２の手段によると、ズームレンズ群の
焦点距離誤差が合焦レンズ位置に対する変倍レンズの設
定位置を変更することによつて補正され、ズーミング途
中のフオーカスずれを低減することができる。

〔実施例〕

まず、本発明の第１実施例を第１図により説明する。

第１図において、１はズームレンズ群、２はズーム
環、３は変倍レンズ、４はポテンシヨメータ、５はボリ
ユーム、６はマイクロコンピユータ、７は合焦レンズ、
８は撮像素子、９はパルスモータ、10は合焦レンズ７の
移送手段を示している。

ポテンシヨメータ４はズーム環２の駆動量、すなわち
ズーム位置に対応する変倍レンズ３の焦点距離設定値を
検出する。

ボリユーム５は、ズームレンズ群１の焦点距離誤差を
補正する方向にポテンシヨメータ４の検出値の電圧調整
を行い、マイクロコンピユータ６に入力する。

マイクロコンピユータ６は、ポテンシヨメータ４の検
出値から合焦レンズ位置を演算し、演算値に比例したパ
ルス信号を出力する。

パルスモータ９は、マイクロコンピユータ６から出力
されたパルス信号にて駆動され、移動手段10を介して合
焦レンズ７を光軸方向に移送する。

前記実施例のリアフオーカス方式ズームレンズの合焦
装置は、ズーム環２を望遠端にした状態で合焦レンズ群
７を移動して撮像素子８に結像される像のピント合わせ
を行つた後、ズーム環２を広角側にズーミングさせる
と、ポテンシヨメータ４から順次ズーム位置に対応する
焦点距離信号がマイクロコンピユータ６に送られる。マ
イクロコンピユータ６は、ズーム位置に対応する合焦レ
ンズ７の適正位置を演算し、合焦レンズ７を現在位置か
ら当該適正位置まで移送するに必要なパルス数を出力す
る。ズームレンズ群１の焦点距離が設計値に合致してい
る場合には、合焦レンズ７が第２図のｂ₁〜ｂ₆に沿つて
移動し、ズーミング途中でフオーカスずれを生じない。

ズームレンズ群１の焦点距離が設計値に合致していな
い場合、すなわち焦点距離誤差がある場合には、ズーム
環２を望遠端にしてピント合わせをしたとき、合焦レン
ズ位置が設計上の適正位置からずれる。このずれ量は、
合焦レンズ７に設けられた合焦レンズ位置検出手段（図
示せず）によつて容易に検出することができ、また、こ
のずれ量と焦点距離誤差との関係、および焦点距離誤差
とポテンシヨメータ４の検出値の過不足量との関係、さ
らにこの過不足量とボリユーム５の操作量との関係は予
じめ求めておくことができる。従つて、ボリユーム５を
操作し、ポテンシヨメータ４の検出値を焦点距離誤差分
だけシフトさせることによつてズームレンズ群１の焦点
距離誤差を補正することができる。

なお、前記実施例においては、ズーム環２を望遠端に
した状態で焦点距離誤差の補正を行うようにした場合に
ついて説明したが、ポテンシヨメータ４の広角端側にボ
リユーム５を設定し、ズーム環２を広角端にした状態で
焦点距離誤差の補正を行うようにすることもできる。

また、第２図に示すように、ポテンシヨメータ４の望
遠端と広角端の双方にボリユーム5a,5bを設け、ズーム
環２を望遠端にした状態および広角端にした状態の双方
で焦点距離誤差の補正を行うようにすることもできる。

さらに、前記実施例においては、ズームレンズ群１の
焦点距離を検出する検出手段としてズーム環２の駆動量
を検出するポテンシヨメータ４を用い、また合焦レンズ
７の移送手段としてパルスモータ９を用いた場合につい
て説明したが、同様の機能を有する他の装置に置き換え
ることもできる。

次に、本発明の第２実施例を第３図および第４図を用
いて説明する。

これらの図に示すように、第２実施例に係るリアフオ
ーカス方式ズームレンズの合焦装置は、主として固定筒
11と、固定筒11に外装された回転角規制環12と、固定筒
11に内装されたカム環13と、カム環13に内装された変倍
レンズ鏡筒14および補正レンズ鏡筒15とから構成されて
いる。

固定筒11には円周方向に延びる溝16が開設されてお
り、カム環13には上記溝16と対応する位置にズームピン
17が突設されている。ズームピン17の先端部は上記溝16
を通つて固定筒11の外部に達しており、このズームピン
17を操作することによつてカム環13を回動できるように
なつている。

カム環13の内周面にはカム溝18が形成されている。

変倍レンズ鏡筒14および補正レンズ鏡筒15は、上記固
定筒11の軸線方向に設定されたガイドバー19に摺動可能
に取り付けられており、これら変倍レンズ鏡筒14および
補正レンズ鏡筒15の外面に突設されたカムフオロワ14a,
15aが上記カム溝18内に係合されている。

従つて、ズームピン17を操作し、カム環13を回動する
ことによつて、変倍レンズ鏡筒14および補正レンズ鏡筒
15をその回動方向に対応する方向に、その回動量に比例
した量だけ移送することができる。

なお、補正レンズ鏡筒15に内装される補正レンズは、
必ずしも新設する必要はなく、リアフオーカス方式ズー
ムレンズを構成するレンズ群のうち、変倍レンズ鏡筒14
よりも撮像素子側に配置される既設のレンズをもつて代
用することができる。

回転角規制環12は、固定筒11に回動可能に取り付けら
れており、その端面12aまたは12bを上記ズームピン17を
衝合することによつて上記カム環13の回転角を規制でき
るようになつている。回転角規制環12には、ビス20が取
り付けられており、上記カム環13の回転角を規制した段
階で固定筒11に固定できるようになつている。

本実施例によるズームレンズ群の焦点距離誤差の補正
方法を説明すると、まず、ズームピン17を望遠端近傍に
置き、合焦レンズ（第３図および第４図に図示せず。第
１図参照。）を被写体距離に対して設計上の適正位置に
設定する。このとき、フオーカスずれが生じていたら、
ズームピン17を操作し、変倍レンズ鏡筒14および補正レ
ンズ鏡筒15を光軸方向に移送してピント合わせを行う。
ピントが合つたところで、回転角規制環12を回動してそ
の望遠端側の端面12aをズームピン17に衝合し、ビス20
を締め付けて回転角規制環環12を固定筒11に固定する。

なお、ズームピン17を広角端側に置いて変倍レンズ鏡
筒14および補正レンズ鏡筒15の設定位置を調整すること
もできる。

本実施例によると、望遠端位置または広角端位置と、
望遠端または広角端における適正な変倍レンズ鏡筒14お
よび補正レンズ鏡筒15の位置とが規制されるので、ズー
ムレンズ群の焦点距離誤差を補正することができる。よ
つて、ズーム位置に応じて合焦レンズ群を設計値通りに
動作させることによつて、ズーミング途中におけるフオ
ーカスずれを防止することができる。

本第２実施例は、回転角規制環12という簡単な部品を
設けるだけでズームレンズ群１の焦点距離誤差を補正す
ることができるので、安価に発明の実施を行うことがで
きる。

なお、前記実施例においては、変倍レンズ鏡筒14およ
び補正レンズ鏡筒15を光軸方向に移送する手段としてカ
ム環13と変倍レンズ鏡筒14および補正レンズ鏡筒15の外
面に突設されたカムフオロワ14a,15aとの組合せを用い
た場合について説明したが、同様の機能を有する他の装
置に置き換えることもできる。

次に、本発明の第３実施例を第５図を用いて説明す
る。

第５図はリアフオーカスズームレンズの要部断面図で
あつて、21は外マスタ筒、22はマスタ鏡筒、23は補正レ
ンズ群を示し、その他前出の第１図に示したと同一の部
材については同一の符号が表示されている。

この図に示すように、外マスタ筒21内には、合焦レン
ズ７と補正レンズ群23とが同軸に収納されている。

補正レンズ群23はマスタ鏡筒22内に保持されており、
マスタ鏡筒22は外マスタ筒21内の摺動可能に内装されて
いる。

外マスタ筒21には円周方向に斜めに延びるカム溝24が
開設されており、マスタ鏡筒22にはねじが刻設されたピ
ン状のカムフオロワ25が突設されている。カムフオロワ
25を操作することによつてマスタ鏡筒22を光軸方向に移
送できるようになつている。

また、上記カムフオロワ25にはナツト26が螺合されて
おり、ナツト26を締め付けることによつて適宜マスタ鏡
筒22すなわち補正レンズ群23を固定できるようになつて
いる。

本実施例によるズームレンズ群の焦点距離誤差の補正
方法を説明すると、まず所期の距離、例えば至近に被写
体距離を設定し、ズーム位置を望遠端にし、この被写体
距離およびズーム位置に対応する設計上の適正位置に合
焦レンズ７を設定する。このとき、フオーカスずれが生
じていたら、カムフオロワ25を操作し、マスタ鏡筒22を
光軸方向に移送してピント合わせを行う。ピントが合つ
たところで、ナツト26を締め付け、マスタ鏡筒22を外マ
スタ筒21に固定する。

ズーム位置を広角端に置いた状態で、マスタ鏡筒22の
設定位置を調整することもできる。

本実施例のリアフオーカス方式ズームレンズの合焦装
置も、上記第２実施例と同様の作用のもとに同様の効果
を奏する。

なお、マスタ鏡筒22に内装される補正レンズ群22は、
必ずしも新設する必要はなく、リアフオーカス方式ズー
ムレンズを構成するレンズ群のうち、外マスタ筒22内に
内装されている既設のレンズをもつて代用することがで
きる。

また、補正レンズ群23は、合焦レンズ７の前側で凹レ
ンズと凸レンズを組み合わせたものが特に望ましいが、
光学設計上の必要に応じて合焦レンズの後側に配置する
こともできるし、また、レンズ枚数を１枚とすることも
できる。

さらに、前記実施例においては、マスタ鏡筒22を光軸
方向に移動する手段としてカム溝24とマスタ鏡筒22の外
面に突設されたカムフオロワ25との組合せを用いた場合
について説明したが、その他、例えばヘリコイドと呼ば
れている多条ねじなど、同様の機能を有する他の装置に
置き換えることもできる。

次に、本発明の第４実施例を第６図を用いて説明す
る。

第６図はリアフオーカス方式ズームレンズの要部断面
図であつて、14は変倍レンズ鏡筒、31は変倍レンズ保持
鏡筒、32は前玉、33は前玉保持環を示し、その他第１図
に示したと同様の部材についてはそれと同一の符号が表
示されている。

変倍レンズ鏡筒14の内周面には牝ねじが刻設されてお
り、変倍レンズ保持鏡筒31の外周面にはこれと螺合可能
な牝ねじが刻設されている。変倍レンズ保持鏡筒31は両
ねじを螺合することによつて変倍レンズ鏡筒14内に内装
され、変倍レンズ３の設定位置は変倍レンズ鏡筒14に対
する変倍レンズ保持鏡筒31の螺合量を加減することによ
つて調整される。

また、前玉保持環33は固定筒11に着脱可能に取り付け
られている。

本実施例によるズームレンズ群の焦点距離誤差の補正
方法を説明すると、まず所期の距離、例えば至近に被写
体距離を設定し、ズーム位置を望遠端にし、この被写体
距離およびズーム位置に対応する設計上の適正位置に合
焦レンズ７を設定する。このとき、フオーカスずれが生
じていたら、前玉保持環33を取りのぞき、変倍レンズ保
持鏡筒31を回転させてフオーカスずれを修正する。その
後、変倍レンズ保持筒31を変倍レンズ鏡筒14に固定し、
さらに、前玉保持環33を固定筒11に固定して使用状態と
する。

なお、ズーム位置広角端に置いて、マスタ鏡筒22の設
定位置を調整するようにすることもできる。

また、前記実施例においては、変倍レンズ保持鏡筒31
を変倍レンズ鏡筒14に前後進可能に取り付ける手段とし
てねじを用いたが、ねじに代えて同様の機能を有する他
の装置に置き換えることもできる。

本実施例のリアフオーカス方式ズームレンズの合焦装
置も、上記第２実施例と同様の作用のもとに同様の効果
を奏する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、リアフオーカ
スズームレンズの焦点距離誤差を補正でき、ズーミング
途中のフオーカスずれを低減または解消することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の実施例図であつて、第１
図は第１実施例に係る合焦装置の要部断面図、第２図は
第１実施例の合焦装置に備えられる電圧調整装置の一例
を示す回路図、第３図は第２実施例に係る合焦装置の平
面図、第４図は第３図のＡ−Ａ断面図、第５図は第３実
施例に係る合焦装置の要部断面図、第６図は第４実施例
に係る合焦装置の要部断面図である。 第７図および第８図は従来のリアフオーカス方式ズーム
レンズの合焦装置の問題点を説明する説明図である。 １……ズームレンズ群、２……ズーム環、３……変倍レ
ンズ、４……ポテンシヨメータ、５……ボリユーム、６
……マイクロコンピユータ、７……合焦レンズ、８……
撮像素子、９……パルスモータ、10……移送手段、11…
…固定筒、12……回転角規制環、13……カム環、14……
ズームレンズ鏡筒、15……補正レンズ鏡筒、17……ズー
ムピン、21……外マスタ筒、22……マスタ鏡筒、23……
補正レンズ群、31……変倍レンズ保持鏡筒。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】変倍レンズの焦点距離設定値を検出する第
   １の検出手段と、結像位置を検出する第２の検出手段
   と、これら第１および第２の検出手段の検出値から上記
   変倍レンズよりも撮像素子側に配置された合焦レンズの
   設定位置を演算する演算手段と、この演算手段の出力に
   より上記合焦レンズを光軸方向に駆動する駆動手段とを
   備えたリアフオーカス方式ズームレンズの合焦装置にお
   いて、上記第１の検出手段に出力電圧調整用のボリユー
   ムを設けたことを特徴とするリアフオーカス方式ズーム
   レンズの合焦装置。
2. 【請求項２】変倍レンズと、この変倍レンズよりも撮像
   素子側に配置された合焦レンズと、これら変倍レンズお
   よび合焦レンズを別個に光軸方向に移動するレンズ移送
   手段とを備えたリアフオーカス方式ズームレンズの合焦
   装置において、上記変倍レンズと上記合焦レンズとの間
   にズームレンズ群の焦点距離誤差を補正するための補正
   レンズを配置し、これら変倍レンズおよび補正レンズを
   一体として光軸方向に移動できるように保持したことを
   特徴とするリアフオーカス方式ズームレンズの合焦装
   置。
3. 【請求項３】変倍レンズと、この変倍レンズよりも撮像
   素子側に配置された合焦レンズと、これら変倍レンズお
   よび合焦レンズを別個に光軸方向に移動するレンズ移送
   手段とを備えたリアフオーカス方式ズームレンズの合焦
   装置において、上記合焦レンズと変倍レンズとの間また
   は上記合焦レンズの後方にズームレンズ群の焦点距離誤
   差を補正するための補正レンズを配置し、この補正レン
   ズを単独で光軸方向に移動できるように保持したことを
   特徴とするリアフオーカス方式ズームレンズの合焦装
   置。
4. 【請求項４】変倍レンズと、この変倍レンズよりも撮像
   素子側に配置された合焦レンズと、これら変倍レンズ群
   および合焦レンズ群を別個に光軸方向に移動するレンズ
   移送手段とを備えたリアフオーカス方式ズームレンズの
   合焦装置において、上記変倍レンズとこれを保持する変
   倍レンズ鏡筒との間に、上記変倍レンズの設定位置を調
   整するための設定位置調節手段を設けたことを特徴とす
   るリアフオーカス方式ズームレンズの合焦装置。