JP3200333B2

JP3200333B2 - レンズ移動機構

Info

Publication number: JP3200333B2
Application number: JP19318895A
Authority: JP
Inventors: 節男 ▲吉▼田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 2001-08-20
Anticipated expiration: 2015-07-28
Also published as: JPH0943484A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学レンズ群を光
軸方向に微少移動させて合焦状態の検出を行うオートフ
ォーカス機能付き撮影レンズに好適なレンズ移動機構に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

〔従来例１〕従来、ビデオカメラのオートフォーカス装
置として、映像信号中の高域周波数成分から撮影画面の
精細度を検出し、精細度が最大となるようにレンズの位
置を制御する山登り方式が知られている。この方式は、
特開昭５６−５１１６４号公報などの詳細に述べられて
いるが、以下、図６を用いてこの方式を簡単に説明す
る。同図で１００はレンズ、１０１は信号処理部、１０
２はモータである。

【０００３】レンズ１００に入射する被写体の光は信号
処理部１０１で電気信号に変換される。この電気信号の
高域周波数成分は、レンズ１０２のピント状態が甘けれ
ば少なく、ピントがあっているほど多いことを利用し
て、信号処理部１０１は、変換された撮像素子の電気信
号を高域フィルタを通過させた後に画面１枚を形成する
期間、すなわち１フィールド期間（テレビジョン方式の
場合１／６０秒）にわたって検波積分し、焦点具合を検
出することになる。

【０００４】そして、高周波信号が得られるようにモー
タにてフォーカスレンズを移動させて、合焦状態を得
る。

【０００５】ところで、ピントのボケ方向を検出するに
あたり撮影レンズ１００の一部のレンズを光軸に沿った
前後方向に微少移動（ウォブリング）させることが通常
行われている。

【０００６】従来、このようなズームレンズ装置におい
て、レンズ群を微少移動させるレンズ移動機構は、図７
に示すような方式が一般的に用いられている。同図にお
いて、１０３は微少移動するレンズ群、１０３ａはレン
ズ１０３を保持する保持部材、１０４はレンズ装置本体
の固定部（固定鏡筒）である。レンズ保持部材１０３ａ
は、固定部に設けられた不図示の穴に嵌合し、光軸方向
に直進移動可能に支持されている。１０５ａはモータに
直結された送りネジの雄ネジであり、光軸と平行に配置
され、レンズ保持部材１０３ａに設けられた雌ネジ１０
３ｂと係合している。

【０００７】こうした構成のもとで、モータ１０５の回
動動作によってレンズ１０３が微少移動され信号処理部
によって合焦方向が検出されることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この方式で
は、レンズ群の微少移動によりピントがボケるので、撮
影用レンズ装置、特に動画を扱うＴＶ、ビデオのレンズ
装置においては、映像信号の変化は検出可能な範囲で、
しかも目には目立たない程度に、そのボケを抑える必要
がある。また、ウォブリングによる検出の後にフォーカ
スレンズ群を動かすので、反応の速いオートフォーカス
を実現するためには、ウォブリングを高速に行うことが
重要である。

【０００９】ここで、ウォブリングによるピント変化量
は、レンズ群１０３の移動量によって決まるが、上記条
件を満たすレンズ群１０３の移動量は、焦点深度に関係
する。つまり、焦点深度が浅いときは、レンズ群１０３
の移動量を小さくしなければピント変化が目立ち、焦点
深度が深いときは、レンズ群１０３の移動量を大きくし
なければピント変化を検出できない。一方、焦点深度
は、ズームレンズの焦点距離と絞りのＦ値によって大き
く変化し、焦点深度のもっとも深いときと、最も浅いと
きの差が、数十倍程度となる。従って、ウォブリングに
よるレンズ群１０３の移動量も、最小と最大とでは、数
十倍変化させなければならない。

【００１０】しかしながら、従来、ウォブリングに用い
られていたレンズ移動機構では、モータ１０５の回転に
対する送り量が一定である送りネジを用いていたので、
レンズ群を移動させるための送りネジの総回転数を、焦
点深度の浅い時には少なく、深い時には非常に多くしな
ければならなかった。そのため、深度の深い時にはウォ
ブリングを行うにはモータを多く回転させる必要があ
り、ウォブリング終了までに時間がかかり、結局、オー
トフォーカスの反応が遅くなってしまうという問題があ
った。逆に、深度の深い時、レンズ群が速く移動出来る
ように、送りネジのリードを大きくすると、深度の浅い
時のモータ回転数が非常に小さくなるので、レンズ群を
精度良く動かすことが困難になっていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そして、本発明は、撮影
レンズの焦点深度の変化に対して、容易に追従すること
のできるレンズ移動機構を提供することを目的とする。

【００１２】そして、本願第１の発明は、撮影レンズの
一部のウォブリングレンズ群を光軸方向前後に繰り返し
て移動させて焦点検出を行うものであって、ウォブリン
グレンズ群を保持する保持部材と、カム面を設けた円板
状の円板カム部材を有し、円板カム部材を所定の回動軸
を中心に正転、逆転させることにより保持部材をカム面
に従って移動させるウォブリングレンズ群移動機構にお
いて、

【００１３】正転、逆転される円板カム部材のカム面の
作用中心を基準とした時の回動角θを零とし、カム面の
使用範囲の角度をθa、回動軸からカム面までの距離をr
とした時、−θa〜０の範囲では

【００１４】

【外１０】

【外１１】０〜θaの範囲では

【００１５】

【外１２】

【外１３】なる条件を満足することを特徴とする。

【００１６】また、本願第２の発明は、撮影レンズの一
部のウォブリングレンズ群を光軸方向前後に繰り返して
移動させて焦点検出を行うものであって、ウォブリング
レンズ群を保持する保持部材と、カム面を設けた円板状
の円板カム部材を有し、円板カム部材を所定の回動軸を
中心に正転、逆転させることにより保持部材をカム面に
従って移動させるウォブリングレンズ群移動機構におい
て、正転、逆転される円板カム部材のカム面の作用中心
を基準とした時の回動角θを零とし、回動軸からカム面
までの距離をrとし、円板カム部材の停止精度による円
板カム部材の停止位置θ＝０を基準としたずれ幅をΔθ
とした時、Δθの範囲内では

【外１４】 Δθの範囲外で、かつθが負の場合では

【外１５】

【外１６】 Δθの範囲外で、かつθが正の場合では

【外１７】

【外１８】なる条件を満足することを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】まず、図４に本発明のレンズ移動
機構の全体図を示す。同図において、５１はピントを合
わせるためのフォーカスレンズ群、５２は変倍を行うズ
ームレンズ群、５３は露出を調整するための絞り部、５
４は焦点検出のために光軸方向に微少移動するレンズ
群、５６はレンズを駆動する駆動部、５７は結像作用を
担うリレーレンズ群であり、５８はフォーカスレンズ群
５１を駆動する駆動部である。そして、５９は撮像デバ
イス、６０は駆動部５６、５８を制御し自動焦点機能を
作動する制御部、６１はカメラ全体の制御を実行させる
回路である。６２はズームレンズ駆動部、並びにレンズ
位置検出部である。６３は絞り駆動部並びに絞り位置検
出部である。

【００１８】このような構成において、焦点検出のため
のレンズ群５４は、光軸方向に微少に移動させても、像
倍率がほとんど変化することなくピントのみボケるよう
になっている。従って、駆動部５６によりレンズ群５４
を光軸方向に微少移動することにより、撮像デバイス５
９の撮像面での焦点位置が微少に変化し、映像信号の変
化として検出できる。この信号変化をカメラ側の回路６
１に送って信号処理し、ピントのボケ量と方向を演算
し、制御部６０に出力することになる。制御部６０は、
ピントのボケ量と方向に応じた駆動信号を出し、駆動部
５８でフォーカスレンズ５１を駆動することによって、
オートフォーカスを行うことができる。

【００１９】次に図１に具体的なレンズ移動機構を示
す。１は微少移動するレンズ部、２はレンズ部１を保持
する保持部材であり、固定部３（固定鏡筒）と嵌合して
光軸方向に移動可能となっている。４は外周にカム面が
加工された円板カムであり、固定部３に取り付けられた
ステッピングモータ５の出力軸に連結されると共に、そ
のカム面がレンズ保持部材２の端面に接するように配置
されている。尚、このモータ５は、正転、逆転を繰り返
すように制御される。

【００２０】又、同図では、円板カム４はモータ５の出
力軸に直結されているが、適当な減速機構を介して連結
してもよい。６はリング状のバネ性を有する部材であ
り、レンズ保持部材２と固定部３の間に組み込まれて、
保持部材２を円板カム４のカム面に常時接するように、
押圧付勢している。１０は、フォトセンサーで、カム４
を設けた光反射部４０から反射された光を検出すること
でカム４の回転位置を検出している。

【００２１】また、図２は円板カム４のカム形状、及
び、回転角とカム変位の関係のグラフを示したものであ
る。図２において、円板カム４の回転中心をｚ軸とし、
ウォブリングが行われていないとき、つまり、レンズ部
１が基準位置にあるときのレンズ保持部材２が接するカ
ム面の位置に対する円板カム４の回動角度あるいは、正
転、逆転されるカム面の作用中心を基準とした時の角度
をθ＝０として、円柱座標系ｒ−θｚをとると、カム形
状はその特性図から明らかなようにθ＝０を中心として
ある範囲（−θ1 〜θ1 ）までは僅かにレンズ部１を前
後に移動させ、その範囲を超えたところで急激にレンズ
部１を大きく移動させる形状にしている。そして、カム
の使用範囲において、角度θに対するカム面のｚ軸から
の位置（距離）ｒの変化量が具体的にはこの円板状のカ
ム形状は、カム面の使用範囲の比較的離れた範囲の角度
−θa〜θａにおいて、−θa〜０の範囲では

【００２２】

【外１９】

【外２０】０〜θaの範囲では

【００２３】

【外２１】

【外２２】を満足するような形状をしており、作用中心から遠ざか
るに従いレンズ部の移動距離が長くなるように加工され
ている。

【００２４】上記のような構成において、モータ５を正
逆を繰り返して回転させると、その出力軸と連結された
円板カム４も同様に回転する。このとき、レンズ保持部
材２は、バネ６によって、円板カム４へ押しつけられて
いるので、円板４が回転してレンズ保持部材２と接する
カム面の変位が変化すると、レンズ保持部材２はそれに
習って光軸方向に進退しながら移動し、レンズ部１が光
軸方向前後に移動する。このようにして、ウォブリング
が達成される。

【００２５】さて、本実施例では、前述した形状の円板
カムを用い、焦点深度が深い時にはカムの１回転以下の
最大角度θ₂ まで回転制御するようになり高速にウォブ
リングを行うことを可能としている。一方、図２のよう
に焦点深度が浅い時にはカムの変位量が小さいところ
（−θ₁ 〜θ₁ ）のカム面を使用するようにしているの
でレンズ群の移動量が少ない時でも、モータの回転数が
それ程小さくなり過ぎず、精度良くレンズ群をウォブリ
ングすることができる。

【００２６】以上のように、本実施例のレンズ移動機構
により、焦点深度が深くレンズ移動量が大きい場合で
も、高速にウォブリングすることができ、しかも焦点深
度の浅くレンズ移動量が小さいときでも、高精度でウォ
ブリングすることが可能となる。もちろんこれらの回動
角制御は焦点深度を決定するズーム位置情報、そして、
絞り値にもとづいて行われることになる。

【００２７】図３は、本発明の第２の実施例の円板カム
のカム形状を示したものである。但し、円板カム以外の
部分については、第１実施例と同様の構成とする。

【００２８】図３において、図２と同様な円柱座標系ｒ
θｚをとると、本実施例の円板カムでは、ウォブリング
レンズ群が基準位置にあるときに相当するθ＝０の位置
の近傍の、微小の角度Δθの範囲内で、ｚ軸とカム面の
距離ｒを一定とし、Δθの範囲内では、

【００２９】

【外２３】それ以外の範囲で、かつθが正の場合で

【００３０】

【外２４】

【外２５】 Δθの範囲外で、かつθが負の場合で

【外２６】

【外２７】の関係を満たすように、カムの形状を設定したことを特
徴としている。

【００３１】本実施例によると、ウォブリング処理を行
っていない時に、モータの停止精度等によって円板カム
の停止位置がθ＝０の位置からずれると、ウォブリング
レンズ群が基準位置から移動してしまい、ピントがボケ
てしまうという問題点が解消される。尚、本実施例で
も、ウォブリングの際に、Δθの範囲外に円板カムを回
転させるようにモータを回転させることにより、第1実
施例と同じ効果が得られる。

【００３２】次にカムの初期位置設定について説明す
る。

【００３３】先に述べたように、モータ５を駆動する
と、非線形状のカム４が回転し、カム４の回転に応じ
て、レンズ１が移動する。一方、カム４の一部に図１
（Ｂ）のように光を反射する反射部４ａを設けてあり、
フォトセンサ１０は、フォトセンサの発光部から発光さ
れた光が反射部４ａに反射され、フォトセンサの受光部
に光がはいるように固定されている。そして、電源投入
時のレンズ１の初期位置設定が必要なときは、モータ５
を駆動し、カム４を回転させ、フォトセンサ１０の光が
反射部４ａによって反射され、フォトセンサ１０に達し
たとき、制御回路６０がその信号を感知し、モータ５を
停止させるようになっている。このように、非線形状の
カムを用い、かつカムの一部分に位置設定用のセンサを
設けることによって、フォーカス調整に必要なウォブリ
ングレンズの微少振動、ならびに確実な初期位置設定を
行っている。

【００３４】以上では、カムによって直接レンズ保持部
を移動制御する実施例を示した。

【００３５】次の図５では別形態の実施例を示す。

【００３６】同図において、１は移動レンズ群、２は移
動レンズを保持するレンズ保持部材、３はレンズ鏡筒本
体の固定部（固定鏡筒）である。２０は銅を主成分とす
る金属性の薄い弾性円板であり、その内径にレンズ保持
部材２を保持し、外径は固定部３に固定されている。但
し、レンズ保持部材２と弾性円板２０は、固定部３に対
して回転はしないようになっている。４は先に述べたと
同様のカムであり、固定部３に対して回転可能である。
１１はリング状の板であり、その片面には、先端の尖っ
たピン部材１１ａ，１１ｂが２ヶ所、光軸中心に関して
対称の位置に取り付けられ、逆の面には、１１ａ，１１
ｂの位置と９０°ずれた位置に、円錐状の穴１３とＶ形
溝１４が加工されている。但し、円錐穴１３とＶ形溝の
１４の位置は、１８０°ずれているものとする。また、
ピン部材１１ａ，１１ｂの先端はレンズ保持部材２の端
面に当接している。尚、図５（Ａ）は、レンズを上方か
ら見た、図５（Ｂ）は側方から見た要部を各々示す。

【００３７】円錐穴１３と対向する固定部３の壁面に
は、円錐穴１５が加工されており、１３と１５の間に、
球部材１６が挟み込まれている。さらに、Ｖ形溝１４に
対向した固定部３の壁面には、貫通穴１７が設けられて
いる。貫通穴１７には、球部材１８が１７の両側に突出
する様に嵌合し、１８の片面がＶ形溝１４にはまり込
み、逆側がカム部材４のカム面に当接している。そし
て、カム部材４は固定部３に対して回転可能なように支
持されており、これをモータ等による電動で回転できる
ようになっている。

【００３８】また、４ｂはスリットを有する円板で、カ
ム部材４と同期して回転するように取り付けられてい
る。２１はフォトインタラプタであり、円板４ｂを挟み
込むように配置され、カム部材４及び円板４ｂが回転し
たときに、４ｂのスリットが２１の間を通過するのを検
出する。

【００３９】このような構成において、電動でカム部材
４を回転させると、カム面によって球部材１８が押さ
れ、貫通穴１７中をリング状板１１の側へ移動し、リン
グ状の板１１を押す。板１１は、相対する溝１３と１５
の円錐穴に挟まれた球部材１６と、Ｖ形溝１４と貫通穴
１７に嵌合する球部材１６の効果によって、光軸に垂直
な方向への移動を規制されるので、１６を支点としてレ
ンズ保持部材２側へ傾く。すると、ピン部材11a，11bが
レンズ保持部材２を押し、保持部材２は光軸方向に移動
する。

【００４０】他方、カム部材４を逆転させることによっ
て、球部材１８に当接するカム面の変位が減少したとき
弾性円板２０の弾性力によってレンズ保持部材２が上記
とは逆方向に移動する。

【００４１】特に、この実施例においては、レンズ保持
部材２を押すリング状板２０が球部材１６を支点にして
傾くので、てこの原理により、ピン部材11a，11bの位置
で保持部材２を押す変位量と、円板カム部材４から球部
材１８を介してリング状板１１に与えられる変位量の比
は、支点となる球部材１６からピン部材11a，11bの距離
と球部材１６から球部材１８の距離の比に等しい。即
ち、カムの変位量は、レンズ移動量の上記距離比倍だけ
大きくなる。これにより、微小量だけレンズ群を移動し
たいときに、カムの変位とレンズ群の移動量が等しい場
合に比べて、カムの加工誤差の影響が少なくなり、カム
の加工が容易でレンズ位置の精度も良くなるという効果
が得られる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、[外１９]，[外２
０]，[外２１]，[外２２]で表されるような円板カム
を、所定の回動軸を中心に正転，逆転させ、レンズ保持
部材をカム面に従って移動させることにより、所望の移
動量で撮影レンズの一部のウォブリングレンズ群を光軸
方向前後に繰り返して駆動させることができ、従来のネ
ジ方式に比べてウォブリングレンズ群の移動量の設定に
自由度を持たせることができる。また、円板カムの形状
が作用中心から遠ざかるに従いウォブリングレンズ群の
移動量が大きくなるので、焦点深度の深い時にでも、高
速でウォブリングレンズ群を光軸方向前後に移動するこ
とができ、しかも、ウォブリングレンズ群の移動量が小
さいときでも、高精度でウォブリングレンズ群を光軸方
向前後に移動することが可能となる。また、円板カムの
停止位置誤差となる微小角度Δθの範囲内で、回動軸と
カム面の距離をほぼ一定にすることで、円板カムの停止
位置がθ＝０からずれてウォブリングレンズ群が基準位
置からずれたときでも、ピントがボケてしまうといった
問題点を解消することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関するレンズ移動機構を示す図。

【図２】本発明に関し、円板状のカムの形状を示す図。

【図３】本発明に関し、円板状のカムの形状を示す図。

【図４】本発明に関しレンズ移動機構を搭載したカメラ
全体のブロック図。

【図５】本発明に関するレンズ移動機構の第２の実施例
を示す図。

【図６】従来のズームレンズの制御ブロック図。

【図７】従来のレンズ移動機構を示す図。

【符号の説明】

１移動レンズ群２レンズ保持部材４円板状のカム部材５モータ６バネ部材

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影レンズの一部のウォブリングレンズ
群を光軸方向前後に繰り返して移動させて焦点検出を行
うものであって、前記ウォブリングレンズ群を保持する
保持部材と、カム面を設けた円板状の円板カム部材を有
し、前記円板カム部材を所定の回動軸を中心に正転、逆
転させることにより前記保持部材を前記カム面に従って
移動させるウォブリングレンズ群移動機構において、正転、逆転される前記円板カム部材の前記カム面の作用
中心を基準とした時の回動角θを零とし、前記カム面の
使用範囲の角度をθa、前記回動軸から前記カム面まで
の距離をrとした時、 −θa〜０の範囲では【外１】【外２】０〜θaの範囲では【外３】【外４】なる条件を満足することを特徴とするウォブリングレン
ズ群移動機構。
【請求項２】撮影レンズの一部のウォブリングレンズ
群を光軸方向前後に繰り返して移動させて焦点検出を行
うものであって、前記ウォブリングレンズ群を保持する
保持部材と、カム面を設けた円板状の円板カム部材を有
し、前記円板カム部材を所定の回動軸を中心に正転、逆
転させることにより前記保持部材を前記カム面に従って
移動させるウォブリングレンズ群移動機構において、正転、逆転される前記円板カム部材の前記カム面の作用
中心を基準とした時の回動角θを零とし、前記回動軸か
ら前記カム面までの距離をrとし、前記円板カム部材の
停止精度による前記円板カム部材の停止位置θ＝０を基
準としたずれ幅をΔθとした時、 Δθの範囲内では【外５】 Δθの範囲外で、かつθが負の場合では【外６】【外７】 Δθの範囲外で、かつθが正の場合では【外８】【外９】なる条件を満足することを特徴とするウォブリングレン
ズ群移動機構。