JP2836880B2 - 光学系移動装置 - Google Patents

光学系移動装置

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JP2836880B2 JP2002010A JP201090A JP2836880B2 JP 2836880 B2 JP2836880 B2 JP 2836880B2 JP 2002010 A JP2002010 A JP 2002010A JP 201090 A JP201090 A JP 201090A JP 2836880 B2 JP2836880 B2 JP 2836880B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はカメラのレンズ等を移動させるための光学系
移動装置に関する。
[従来の技術] カメラのレンズ等においては、鮮明な像を得るため、
被写体の像をレンズによってたとえば撮像素子上に結像
させ、いわゆるピント合わせをする必要がある。
従来このようなピント合わせ手段としては、第6図に
示すような手段がとられていた。すなわち、第6図は従
来の光学系移動装置の断面図である。1はレンズ、2は
光学フィルタ、3は撮像素子である。被写体の像はレン
ズ1によって撮像素子3上に結像され撮像素子3から画
像信号が読みだされる。光学フィルタ2は撮像素子3に
入射する光の波長や空間周波数帯域を制限し偽信号の発
生を抑制する。24はレンズ1を保持する鏡筒、25は軸
受、26はレンズ1の移動をガイドするガイド軸、27はレ
ンズ1のガイド軸26回りの回転を禁止する回転止め、28
はスクリューカム、29はスクリューカム28の一端を支持
するための支持板、30は鏡筒24に固定され、かつスクリ
ューカム28に係合するピン、31はシャーシ、32はスクリ
ューカム28を回転軸とするステッピングモータである。
以下にこの従来の光学系移動装置の動作を説明する。
撮像素子3に被写体の像を鮮明に結像する(いわゆる
ピントを合わせる)には、撮像素子3と被写体との距離
に応じてレンズ1をその光軸方向に移動させる必要があ
る。第6図において、レンズ1を保持する鏡筒24は軸受
25を介してガイド軸26に案内され、レンズ1の光軸方向
に平行移動することができる。その鏡筒24の位置を決め
るのがピン30が係合されるスクリューカム28の回転角で
ある。スクリューカム28はステッピングモータ32の回転
軸であるので、ステッピングモータ32に与える駆動パル
ス電流のパルス数を加減すればスクリューカム28の回転
角を制御でき、従ってレンズ1の位置を制御できる。ス
テッピングモータ32に与える駆動パルス電流の1パルス
当りのレンズ1の移動量は、1パルス当りのスクリュー
カム28の回転角と、スクリューカム28の単位回転角当り
のピン30の移動量の積に等しい。
第7図は第6図に示した光学系移動装置の制御回路で
あり、33はステッピングモータ32の駆動回路、34はマイ
コンである。マイコン34はレンズ1の位置指令信号を入
力するとレンズ1の移動量に対する駆動パルス電流のパ
ルス数を計算し、駆動回路33に指令を与える。駆動回路
33はマイコン34によって指定されたパルス数だけ駆動パ
ルス電流をステッピングモータ32に与える。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら上記従来の構成ではレンズ1の移動量を
ステッピングモータ32に与える駆動パルス電流のパルス
数を加減することによって制御しており、レンズ1の位
置は直接検知していないため、以下に列挙するような原
因によりレンズ1の位置が不正確になるという課題があ
った。
スクリューカム28の加工バラツキ。
ピン30とスクリューカム28の係合のガタ。
摩擦力によるスクリューカム28の回転角の偏位。
本発明は上記従来技術の課題を解決するため、静電容
量検知手段を応用することにより、光学系の位置を検出
して高精度の位置決めが可能な光学系移動装置を提供す
るものである。
[課題を解決するための手段] この目的を達成するために本発明は、レンズを移動さ
せて被写体の像を結像させる光学系移動装置であって、
光学系の移動方向に平行な面に対して傾斜した第1の導
電面と、前記第1の導電面に概略平行であって、かつ前
記光学系と一体的に運動する第2の導電面と、前記第1
と第2の導電面の間の静電容量を検知する手段を備えた
ことを特徴とする光学系移動装置である。
[作用] 上記した本発明の構成によれば、光学系の移動に関係
して第1の導電面と第2の導電面との間の距離が変化
し、その結果、第1の導電面と第2の導電面との間の静
電容量が変化する。従って、この静電容量を検知するこ
とにより光学系の位置を正確に検出することができ、光
学系の高精度な位置決めを行うことができる。
[実施例] 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。なお、従来例と同一の構成要素に対しては同
一の番号を振り、説明を省略する。
第1図は同実施例の機構断面図であり、4はレンズ1
を保持するレンズ枠、5は互いに平行に配置された二つ
の支持部材8および9を介してレンズ枠4を光軸方向に
移動可能に支持する固定枠、10はレンズ枠4に巻かれた
コイル、11および12は磁石13から発生する磁束をムービ
ングコイル10に直交させるためのヨーク、14は上記の各
要素を所定の位置関係に配置するための外枠である。固
定枠5は、レンズ1の光軸上の一点を頂点とする円錐の
一部である傾斜面51を有し、その傾斜面51には導電面6
が固着されている。同様に、レンズ枠4もレンズ1の光
軸上の一点を頂点とする円錐の一部である傾斜面41を有
し、その傾斜面41には導電面7が固着されている。導電
面6と7は平行であり、また、それらの間には微少な間
隙が保たれている。
第2図は傾斜面41および51の部分拡大図を示す。同図
において、xはレンズ枠4の移動方向、すなわち光軸の
方向を表し、θは光軸に平行な面に対する導電面41およ
び51の傾き角、Lは両導電面の光軸方向の間隔、Dは両
導電面の距離を表す。導電面6と7との対向面積をSと
すると、導電面6と7によって形成されるコンデンサの
容量Cxは、 D=L・sinθ ……(1) であるから、 Cx=ε・S/D=ε・S/(L・sinθ) ……(2) ただし、ε=8.854×10-12(真空の誘電率)となる。
従って、 L=ε・S/(Cx・sinθ) ……(3) となる。
上式は、導電面6と導電面7の光軸方向の間隔Lをコ
ンデンサの静電容量Cxによって検出することができるこ
とを表す。すなわち、レンズ枠4の固定枠5に対する位
置は静電容量Cxによって知ることができる。
第3図は同実施例の回路ブロック図である。15は第1
図に示した導電面6と7によって形成されるコンデンサ
を表し、20はコンデンサ15の静電容量Cxを検知してレン
ズ枠4の固定枠6に対する位置を検出して位置信号を出
力する位置検出ブロックであり、その中の16は静電容量
がCrである基準コンデンサであり、17は発信器、18は増
幅器、19は交流信号を検波して直流電圧に変換する検波
回路である。23は位置指令信号と位置信号に基づいてレ
ンズ枠4を移動させるためにムービングコイル10に通電
する電流を制御する駆動ブロックであり、21は差動増幅
器、22はムービングコイル10に電流を通電する駆動回路
である。
以上のように構成された同実施例の光学系移動装置の
動作について以下に説明する。
ムービングコイル10に電流を通電すると、ムービング
コイル10はレンズ1の光軸方向に電磁力を発生し、レン
ズ枠4を同方向に運動させようとする。発生する電磁力
はムービングコイル10に通電される電流の大きさに比例
する。レンズ枠4が移動すると、導電面6と7の距離が
変化し、その結果、導電面6と7によって形成されるコ
ンデンサ15の容量Cxが変化する。
一方第3図に示した回路ブロックにおいて、位置検出
ブロック20の出力Eoは、 Eo=Ei(Cr/Cx) ……(4) である。従って、前記(2)式より、 Eo=Ei・Cr・L・sinθ/(ε・S)となる。すなわ
ち、Eoはレンズ枠4の固定枠5に対する相対位置に対応
する電圧である。位置指令電圧Emはレンズ枠4の目標の
位置に対応する電圧である。
差動増幅器の出力Esは(Em−Eo)に等しく、レンズ枠
4の目標位置と現在位置の差に対応する電圧である。駆
動回路22はEsに対応してムービングコイル10に電流を通
電する。その結果、最終的にレンズ枠4は目標位置に位
置決めされる。。
以上説明したように本実施例では、レンズ枠4の位置
検出部である導電面6および7がレンズ1の外径と略同
程度の円錐面を成し、光軸に対して微少な傾きを持つ傾
斜面で構成されているので、その位置検出部がレンズの
半径方向に広がらず、装置が非常にコンパクトに構成さ
れる。さらに、レンズ1を保持しているレンズ枠4の位
置を、何等拡大機構無く直接的に高精度に検出するの
で、レンズ1の位置決め制度が高い。
次に、第2図に示した導電面6および7の傾斜角θの
決定法を以下に示す。
第3図において、実際に位置検出ブロックに接続され
るコンデンサは導電面6および7によって形成されるコ
ンデンサ15のみではなく、引出し線や回路の浮遊容量な
どが等価的にコンデンサ15に並列に加わる。位置検出を
高精度に行うには上記浮遊容量に対するコンデンサ15の
静電容量の割合を高めることが必要である。従って、必
要な位置精度に対して、必要最小限の静電容量Cxminが
決められる。その静電容量の最小値Cxminを確保するた
めには以下のようにすればよい。
すなわち、前記(2)式より、 θ=sin-1(ε・S/(Lmax・Cxmin)) Lmax=:Lの最大値 とすればよい。また、 Lmax=Lmin+δmax Lmin:Lの最小値 δmax:レンズ1の最大移動量 であるが、Lminは可能な限り(機構のガタや加工バラツ
キによって導電面6と7が接触しない限り)小さくする
ほうが静電容量Cxの変化が大きくなり、位置検出精度が
高くなる。
さらに、導電面6と7の対向面積Sは小さいほど、装
置がコンパクトになる。しかしながら、θが小になる
と、1式よりDが小さくなり、レンズ枠4のガタや加工
バラツキによる静電容量Cxの変動が無視できなくなる。
この点から対向面積Sは装置の大きさが許す限り大なる
ことが望ましい。
ところで、本実施例では固定枠5に一つの導電面6を
設けたが、以下に述べるように複数の導電面を設けても
よい。
第4図はレンズ枠4に、光軸に対して傾斜した面41と
光軸に対して平行な面42とを設けている。また、固定枠
5にも同様に、光軸に対して傾斜した面51と光軸に対し
て平行な面52とを設けている。そして、面51には導電面
6aを、面52には導電面6bを設けると共に面41と42には共
通の導電面7を設けている。このように構成することに
より、第3図における基準コンデンサ16を導電面6bと7
によって形成されるコンデンサで代替出来る。
第5図は、傾斜面41とは傾きの方向が反対である傾斜
面42と、傾斜面51とは傾きの方向が反対である傾斜面52
を設けた場合の構成を示す。この構成も第4図の構成と
同様に、基準コンデンサ16の静電容量Crを導電面6bと7
とによって形成されるコンデンサで静電容量で代替でき
る。この場合は、CrとCxの変化方向が逆であるので、4
式からわかるように位置信号Eoの変化が大きく取れる。
従って、第4図の構成に比べて位置精度が高い。しかし
ながら、レンズ枠4を組み込むためには、固定枠5を二
つに分割する必要があり、組立が若干複雑になる。
上記二つの構成では、基準コンデンサと位置検出用コ
ンデンサが同一の構造となり、環境温度の変化に対する
容量変化が相殺されるので、環境温度の変化に対するレ
ンズ1の位置決めバラツキが小さくなる。しかしなが
ら、第2図に示した場合に比べて各コンデンサの静電容
量は小さくなるので、同じ位置決め精度を得るためには
各導電面を大きくする必要がある。
[発明の効果] 以上のように本発明は、光学系の移動方向に平行な面
に対して傾斜した第1の導電面と、第1の導電面に概略
平行であって、かつ光学系と一体的に運動する第2の導
電面と、第1と第2の導電面の間の静電容量を検知する
手段を備えることにより、光学系の位置検出部が光学系
に近接してコンパクトに設置できるので、装置が小さく
できると共に、光学系の位置を直接高精度に検出するの
で光学系の位置決め精度が高い。したがって、その実用
的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例になる光学系移動装置の断面
図、第2図は同実施例の部分拡大図、第3図は同実施例
の回路ブロック図、第4図および第5図は本発明の他の
実施例を説明するための拡大断面図、第6図は従来の光
学系移動装置の断面図、第7図は同従来例の回路ブロッ
ク図である。 1…レンズ、4…レンズ枠、41,51…傾斜面、5…固定
枠、6,7…導電面、8,9…支持部材、10…ムービングコイ
ル、11,12…ヨーク、13…磁石。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−262009(JP,A) 特開 昭64−57102(JP,A) 特開 昭62−220938(JP,A) 特開 昭57−33456(JP,A) 特開 平1−127909(JP,A) 実開 昭63−152503(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 7/04 G02B 7/08 G01B 7/00 - 7/34

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レンズを移動させて被写体の像を結像させ
    る光学系移動装置であって、光学系の移動方向に平行な
    面に対して傾斜した第1の導電面と、前記第1の導電面
    に概略平行であって、かつ前記光学系と一体的に運動す
    る第2の導電面と、前記第1と第2の導電面の間の静電
    容量を検知する手段を備えたことを特徴とする光学系移
    動装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0812314B2 (ja) * 1986-03-20 1996-02-07 チノン株式会社 焦点調節装置
JP2564117B2 (ja) * 1986-05-08 1996-12-18 チノン株式会社 レンズ鏡筒

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