JPH04190207A - 自動合焦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明は、例えばビデオカメラやスチルカメラ等に配置
される自動合焦装置の改良に関するものである。

（発明の背景） 第３図は、従来のこの種の装置の主要部分の機械的及び
電気的構成を示す図であり、光電変換素子であるＣＣＤ
　（電荷結合素子）を有する撮像装置を示している。

図中、１はフォーカシング機能とズーミング時の焦点移
動補正機能をもつ凹の第ルンズ群であり、２はズーミン
グ時の変倍機能をもつバリ一二一タであるところの凸の
第２レンズ群であり、第ルンズ群１．第２レンズ群２に
より２群ズームを構成している。３は内部に第ルンズ群
１を保持した保持枠であり、一端部にはオスへリコイド
部３ａが形成され、他端部にはギヤ部３ｂが形成されて
いる。４は内周にメスヘリコイド部４ａが形成された移
動部材であり、保持部材３とへリコイド結合されている
。６は内部に第２レンズ群２を保持した保持枠である。

８は固定筒、９はその一端部にギヤ部９ａが形成された
ズーム環であり、該ズーム環９は光軸方向に移動するこ
となく前記固定筒８の外周に沿って光軸まわりを回転す
る様に該固定筒８に取付けられている６５．７は移動部
材４．保持枠６に植設されたビンであり、これらビン５
．７は前記固定筒８に形成された直進溝内に嵌入し、更
にズーム環９に形成されたカム溝内に嵌入して公知のズ
ーム機構を構成している。１０はそのシャフト１０ａに
ギヤ１１が固定されたズーム用モータであり、上記ギヤ
１１はズーム環９のギヤ部９ａと噛み合っており、よっ
てズーム用モータ１０を通電制御する（正転、逆転させ
る）ことによりズーミングが行われる。

１２はそのシャフト１２ａにギヤ１３が固定されたフォ
ーカス用モータであり、上記ギヤ１３は保持枠３のギヤ
部３ｂと噛み合っており、よってフォーカス用モータ１
２を通電制御する（正転。

逆転させる）ことにより保持枠３が光軸のまわりに回転
し、該保持枠３のオスへリコイド部３ａと移動部材４の
メスへリコイド部４ａとが噛み合っている事から、保持
枠３は移動部材４に対し光軸方向に移動し、第１１２１
群１が移動して焦点合せが行われる。１４はフォーカス
用モータ１２の回転方向の位置を検出する位置センサで
あり、ギヤ１３と保持枠３のギヤ部３ｂのギヤ比及びヘ
リコイド部３ａ、４ａのピッチより、第１１２１群１の
焦点合せ時の移動量を検知するものである。

１５は測距手段であり、三角測量の原理あるいは超音波
の反射波の検出などにより被写体距離を測定するもので
ある。１６はマイコンからなるシステムコントローラで
あり、該装置を含む撮像装置全体の制御及び各種演算を
行う。１７は上記フォーカス用モータ１２の駆動を行う
モータ駆動回路である。１８は撮像素子であるところの
ＣＣＤ（電荷結合素子）である。１９は上記のズーム用
モータ１０を駆動するモータ駆動回路である。

以上の構成において、ズーム用モータ１０がモータ駆動
回路１９を介して通電制御されることによりギヤ１１を
介してズーム環９が回転すると、ビン５．７がズーム環
９のカム溝に従って固定筒８の直進溝内を光軸方向に変
位し、これに伴って移動部材４．保持枠３．第１１２１
群１及び保持枠６．第２レンズ群２が一体に光軸方向に
変位し、ズーミングが行われる。

次に、測距手段１５からの出力により算出される被写体
距離情報に基づいてシステムコントローラ１６にて求め
られるフォーカス用モータ１２の回転方向１回転量が、
あるいは上記被写体距離情報に対応する予めシステムコ
ントローラ１６内部に記憶されているデータより選び出
されたフォーカス用モータ１２の回転方向１回転量が、
該システムコントローラ１６よりモータ駆動回路１７へ
出力されると、フォーカス用モータ１２が回転を始める
。

このフォーカス用モータ１２の回転状態は位置センサ１
４により検知されており、システムコントローラ１６は
前記位置センサ１４からの信号を監視しつつ目標の位置
まで上記フォーカス用モータ１２が回転する様子−タ駆
動回路１７へ加速。

減速、ブレーキなどの信号を出力することになる。

上記のように回転制御されるフォーカス用モータ１２の
回転出力はギヤ１３を介して保持枠３に伝達され、前記
のように移動部材４とのへリコイド結合によって該保持
枠３．第ルンズ群１が光軸方向に変位し、焦点合せが行
われる。

ところで、近年、撮像素子であるところの例えばＣＣＤ
　１８の小型化が行われ、従来２／３インチサイズが主
流であったものが１／２インチサイズに、更には１／３
インチサイズとなりつつある。この様に小型化が達成さ
れることにより、撮像面での許容錯乱円径は小さくなり
、従って上記の様な撮影レンズのズーミング時、焦点合
せ時の光軸方向の位置決め精度も高精度が要求される。

また、レンズの小型化が行われ、この事によりレンズの
各群のフォーカス敏感度、即ちレンズ各群の光軸方向の
変位に対する結像面のピント移動量の比が大きくなり、
高精度のレンズ位置決めが必要となっている。したがっ
て、従来のレンズ位置決め機構では、駆動系のバックラ
ッシュ、レンズ保持枠のガタ、駆動時のレンズ保持枠の
ゆがみ。

更には温度、湿度変化によるレンズ保持枠、鏡筒の伸縮
などにより、充分精度の高い焦点合せが困難である。

また、上記の点を解決するために、高精度のレンズ送り
機構を備えることが考えられるが、これは装置の大型化
を招き、装置のコンパクト化を実現することとは相反す
るものであった。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述した問題点を解決し、装置の大型
化を招くことになる高精度のレンズ送り機構を配置する
ことなく、より精確な焦点合せを行うことのできる自動
合焦装置を提供することである。

（発明の特徴） 上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも１つ
の比較的フォーカス敏感度の高いレンズ群の光軸方向の
位置を検出する位置検出手段と、レンズ保持手段を駆動
してこれに保持された全てのレンズ群を一体的に光軸方
向に移動させるレンズ群移動手段と、合焦動作実行手段
による合焦動作終了後、前記位置検出手段よりの出力に
基づき前記レンズ群移動手段にて全てのレンズ群を−・
体的に光軸方向に移動させ、該全てのレンズ群と撮像手
段との距離を補正する補正手段とを設け、以て、レンズ
保持手段やレンズ移動手段のガタ或はゆがみ、更には温
度等による伸縮に伴う、合焦動作時におけるレンズ保持
手段に保持される全てのレンズ群と撮像手段との光学的
な距離誤差を、前記位置検出手段の出力によって求め、
この誤差分だけ全てのレンズ群一体として光軸方向に変
位させることにより補正するようにしたことを特徴とす
る。

（発明の実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す機械的及び電気的構成
を示す図であり、第３図と同部材には同一番号を付しで
ある。また、レンズ光学系、鏡筒部は従来例同様、公知
のズーム機構を構成している。

第１図において、２０は第ルンズ群１或は該第１１２１
群１と一体的に変位する保持枠３の光軸方向の位置を検
知する高分解能の位置センサ、２１は第２レンズ群２或
は該第２レンズ群２と一体的に変位する保持枠６或はビ
ン７の光軸方向の位置を検知する高分解能の位置センサ
である。２２は固定筒８を固定した（従来例では固定筒
８は装置内の固定部材に固定されているが、本実施例で
はこの様にレンズホルダ２２に固定され、後述の機構に
より光軸方向に可動となっている）レンズホルダであり
、内部にナツトが形成されており、送りネジ２３と噛み
合っている。２４はそのシャフト２４ａに送りネジ２３
が固定されたモータであり、該モータ２４が回転するこ
とにより固定筒８が光軸方向に可動となっている。２５
は固定筒８の光軸方向の位置を検知する高分解能の位置
センサである。２６はモータ２４の駆動を行うモータ駆
動回路である。

次に、上記構成における動作説明を第２図のフローチャ
ートを用いて行う。

モータ駆動回路１９を介してモータ１ｏが通電制御され
ると、ズーミングが開始され、第ルンズ群１．第２レン
ズ群２が駆動される（＃　１　）　。

次に、測距手段１５の出力よりこの時の被写体距離情報
が算出され（＃２）、該被写体距離情報に基づいてフォ
ーカス用モータ１２の回転方向１回転量がシステムコン
トローラ１６により演算され、或は算出した被写体距離
情報に対応するフォーカス用モータ１２の回転方向１回
転量がシステムコントローラ１６内部に予め記憶されて
いるデータより選び出され（＃３）、モータ駆動回路１
７へ駆動信号が出力され、フォーカス用モータ１２が回
転を開始する。このフォーカス用モータ１２の回転状態
は位置センサ１４により検知されており、目標の位置ま
でフォーカス用モータ１２が回転するようにシステムコ
ントローラ１６により加速、減速、ブレーキなどの駆動
信号がモータ駆動回路１７へ出力されている。該フォー
カス用モータ１２の回転に伴い、ギヤ１３を介して保持
枠３が回転され、移動部材４とのへリコイド結合によっ
て保持枠３．第１１２１群１が光軸方向へ変位し、焦点
合せが行われる（＃４）。

以上のズーミング、フォーカシング動作時において、各
レンズ群が誤差なしに変位すれば、合焦面はＣＣＤ　１
　Ｂの撮像面と一致し、問題無く撮影が行われる。

しかし、ズーミング時には、ズーム環９のカム溝の工作
精度、ズーム環９のカム溝内のビン５゜７の遊び、或は
ズーム環９のガタ、温度による伸縮などにより、各レン
ズ群は所定の位置に対し誤差をもって位置している。さ
らに、フォーカシング時には、ギヤ１３とギヤ部３ｂの
バックラッシュ、ヘリコイド３ａ、４ａの噛み合いガタ
などにより、第１１２１群１は所定の位置に対し更に誤
差をもって位置している。位置センサ２０は直接第ルン
ズ群１或はこれと一体的に変位する部材の位置を検知す
るものであり、フォーカス用モータ１２の回転状態を検
知する位置センサ１４よりもより高分解能の位置センサ
である。そこで、位置センサ２０の出力によりフォーカ
ス用モータ１２を駆動制御し、第ルンズ群ｌを位置制御
する方法が考えられる。しかし、第１１２１群１のフォ
ーカス敏感度が高い場合、数ミクロンの位置制御を行わ
なければならず、ギヤ１３とギヤ部３ｂのバックラッシ
ュ、ヘリコイド３ａ。

４ａの遊びを考慮すると安定した制御が可能であり、特
別の高精度送り機構が必要となり、装置の大型化を招い
てしまう。

各レンズ群のフォーカス敏感度が高い場合、各レンズ群
を単独で変位させて合焦動作を行う場合は、ミクロンオ
ーダーの精密な位置決めが必要であるが、撮影レンズ全
体とＣＣＤ　１８の相対位置を変化させて合焦動作を行
う場合には、フォーカス敏感度は「１」となり、特別な
機構を用いず、精確な合焦を行うことが可能である。

そこで、本実施例では、次にフォーカス敏感度の高い第
１１２１群１．第２レンズ群２の位置を高分解能の位置
センサ２０，２１で検知しく＃５）、次いで各レンズ群
の所定の位置からの誤差に対応する合焦面の光軸方向の
誤差量を求め（＃６）、該誤差量だけ固定筒８を、即ち
レンズ光学系（撮影レンズ）を光軸方向に駆動制御して
（＃７）、精確に合焦させる構成としている。

即ち、測距手段１５の出力及び位置センサ２１の出力（
ズーミング位置）より第１１２１群１の目標位置をシス
テムコントローラ１６は演算し、或は予めシステムコン
トローラ１６内部に記憶されているデータより第１１２
１群１の目標位置を選び出し、これと位置センサ２０の
出力から得られる第１１２１群１の位置とを比較する。

そして、その結果得られる第１１２１群１の目標位置か
らの誤差に対応する合焦面の位置の誤差をシステムコン
トローラ１６は演算し、或は予めシステムコントローラ
１６内に記憶されているデータより選び出し、モータ駆
動回路２６を介してモータ２４を通電制御し、位置セン
サ２５の出力を監視しながら固定筒８を光軸方向に駆動
制御し、第１１２１群１．第２レンズ群２を一体的に光
軸方向に変位し、ＣＣＤ　１８の撮像面とレンズ光学系
の距離を前記誤差分だけ補正し、精確な合焦を行ってい
る。

レンズ光学系全体をＣＣＤ　１８の撮像面に対して変位
させる場合は、変位量と合焦面の変位量が１対１で対応
するため、特別な精密送り機構を用いず、例えば実施例
の様な送りネジ２３で良い。

本実施例によれば、各レンズ群を変位させることにより
ズーミング、フォーカシングを行った後、各レンズ群の
光軸方向の位置を検知し、この位置と目標の位置との比
較結果に基づいて固定筒８を光軸方向に移動させること
によりレンズ光学系全体を変位させるようにしている為
、特別な精密送り機構を必要とせずに精確なフォーカシ
ングが可能となった。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、少なくとも１つ
の比較的フォーカス敏感度の高いレンズ群の光軸方向の
位置を検出する位置検出手段と、レンズ保持手段を駆動
してこれに保持された全てのレンズ群を一体的に光軸方
向に移動させるレンズ群移動手段と、合焦動作実行手段
による合焦動作終了後、前記位置検出手段よりの出力に
基づき前記レンズ群移動手段にて全てのレンズ群を一体
的に光軸方向に移動させ、該全てのレンズ群と撮像手段
との距離を補正する補正手段とを設け、以て、レンズ保
持手段やレンズ移動手段のガタ或はゆがみ、更には温度
等による伸縮に伴う、合焦動作時におけるレンズ保持手
段に保持される全てのレンズ群と撮像手段との光学的な
距離誤差を、前記位置検出手段の出力によって求め、こ
の誤差分だけ全てのレンズ群一体として光軸方向に変位
させることにより補正するようにしたから、装置の大型
化を招くことになる高精度のレンズ送り機構を配置する
ことなく、より精確な焦点合せを行うことが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す自動合焦装置の主要部
の機械的及び電気的構成図、第２図はその動作を示すフ
ローチャート、第３図は従来の自動合焦装置の主要部の
機械的及び電気的構成図である。 １・・・・・・第ルンズ群、２・・・・・・第２レンズ
群、３・・・・・・保持枠、８・・・・・・固定筒、９
・・・・・・ズーム環、１０・・・・・・ズーム用モー
タ、１２・・・・・・フォーカス用モータ、１５・・・
・・・測距手段、１６・・・・・・システムコントロー
ラ、１８・・・・・・ＣＣＤ、２２・・・・・・レンズ
ホルダ、２３・・・・・・送りネジ、２４・・・・・・
モータ、２５・・・・・・位置センサ、２６・・・・・
・モータ駆動回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）測距対象までの距離を測定する測距手段と、少な
   くとも１つの比較的フォーカス敏感度の高いレンズ群を
   保持するレンズ保持手段と、該レンズ保持手段に保持さ
   れた少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に移動させる
   レンズ移動手段と、撮像手段と、前記測距手段よりの出
   力に基づいて前記レンズ移動手段の駆動制御を行い、前
   記少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に変位させて合
   焦動作を行う合焦動作実行手段とを備えた自動合焦装置
   において、前記少なくとも１つの比較的フォーカス敏感
   度の高いレンズ群の光軸方向の位置を検出する位置検出
   手段と、前記レンズ保持手段を駆動してこれに保持され
   た全てのレンズ群を一体的に光軸方向に移動させるレン
   ズ群移動手段と、前記合焦動作実行手段による合焦動作
   終了後、前記位置検出手段よりの出力に基づき前記レン
   ズ群移動手段にて全てのレンズ群を一体的に光軸方向に
   移動させ、該全てのレンズ群と前記撮像手段との距離を
   補正する補正手段とを設けたことを特徴とする自動合焦
   装置。