JPH05248860A

JPH05248860A - 自動焦点調節装置

Info

Publication number: JPH05248860A
Application number: JP4045596A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Sato; 裕信佐藤; Takesuke Maruyama; 竹介丸山; Takashi Azumi; 隆史安積; Kenji Sano; 賢治佐野; Takaki Hisada; 隆紀久田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】高い焦点調節精度を維持しながら、構成を簡
単なものとして小形化を可能とする。【構成】受光レンズ３と受光素子４との間に、投射レ
ンズ１の光軸と受光レンズ３の光軸を含む平面にほぼ直
交する回転軸９ａが設けられ、これに延長部材が一体に
成形された平行平面透明板９が回転可能に取りつけられ
ている。この延長部材の先端にはカムフォロアが形成さ
れており、このカムフォロアがフォーカス環のカム面６
に常時圧接されるように、延長部材が弾性部材８によっ
て付勢されている。平行平面透明板９は発光素子２から
照射されて被写体１１で反射された赤外光のみを透過
し、受光素子４の表面から受光素子３の焦点距離の約１
／３の位置に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラなどに用
いて好適な自動焦点調節装置に関する。【０００２】【従来の技術】従来、ビデオカメラには、操作性を高め
るために、焦点を自動的に調整する手段が設けられてい
る。かかる手段は種々提案されているが、その一例とし
て、たとえば、特開昭５７−１０４８０９号公報、特開
昭５７−２０７０８号公報および『光学』第１２巻第５
号第３５４頁（１９８３年１０月）に開示されるよう
に、発光手段と受光手段を備え、発光手段から発した光
を被写体に照射し、これからの反射光を受光手段で受光
し、受光手段におけるセンサでの反射光の照射位置を検
出して焦点を調節するようにした技術が知られている。【０００３】以下、図８により、かかる従来の自動焦点
調節装置を具体的に説明する。なお、同図において、１
は投射レンズ、２は発光素子、３は受光レンズ、４は受
光素子、５はフォーカスレンズを内蔵したフォーカス部
材、６はフォーカス部材５に設けられたカム面、７はリ
ンク機構、８は弾性体、１１は被写体である。【０００４】この自動焦点調節装置は、投射レンズ１と
発光素子２とからなる発光部と、受光レンズ３と２分割
センサを備えた受光素子４とからなる受光部と、カム面
６を有するフォーカス部材５とリンク機構７と弾性体８
とからなる受光素子駆動部とで構成される。発光部と受
光部とは、投射レンズ１と受光レンズ３との光軸が基線
長と呼ばれる所定の間隔ｌでかつ互いに平行となるよう
に配置されている。フォーカス部材５は図示しないモー
タによって回動駆動され、図示しない多条ネジにより光
軸方向に直進運動し、このフォーカス部材５の直進運動
が受光素子４に伝達され、これが矢印ｘ方向に移動でき
るように、フォーカス部材５と受光素子４との間にリン
ク機構７が設けられている。このリンク機構７は長さｌ
₁ のレバーと長さｌ₂ のレバーとが連結されてなり、連
結部が支点となり、支点を中心に回動し、長さｌ₁ のレ
バーの端部はフォーカス部材５に設けられたカム面６
に、長さｌ₂ のレバーの端部は受光素子４の一部に当接
している。受光素子４は弾性体８にょって付勢され、こ
れによってリンク機構７の長さｌ₂ のレバーの端部が受
光素子４の一部に隙間なく当接している。【０００５】かかる構成により、フォーカス部材５の回
転しながら直進する運動は、カム面６、リンク機構７に
よって矢印ｚ方向の直進運動に変換され、これによって
受光素子４は矢印ｘ方向に直進運動する。また、フォー
カス部材５の直進はカム面６によって拡大され、これに
よって受光素子４の位置決め精度が非常に高い。【０００６】次に、この従来技術の動作を説明すると、
発光素子２から発生した光は、投射レンズ１を経て、距
離ｙの位置にある被写体１１に照射される。この被写体
１１からの反射光は、受光レンズ３を経て、受光素子４
上（２分割受光センサ上）に結像する。このとき、２分
割受光センサの各分割面に均等に反射光が入射しないと
きには、各分割面に均等に反射光を入射させるために、
図示しないモータによってフォーカス部材５を回転し、
受光素子４は矢印ｘ方向に移動する。そして、反射光が
各分割面に均等に入射するようになったところで、モー
タの回動を停止させるようになっている。フォーカス部
材５の上記回転にともなってビデオカメラの光学系の投
影レンズが光軸方向に移動し、受光素子４の２分割セン
サのそれぞれの分割面に均等に反射光が入射した状態
で、ビデオカメラは正しく焦点が合った状態となる。【０００７】ところで受光素子４の移動量ｘは、投射レ
ンズ１の光軸レンズ３の光軸との間隔ｌと、受光レンズ
３の焦点距離ｆと、被写体１１までの距離ｙとにより、
次式で示される。ｘ＝ｆｌ／ｙ ………（１）また、受光素子４の移動量ｘと、フォーカス環５のカム
面６の移動量ｚと、リンク機構７の各レバーの長さ
ｌ₁，ｌ₂との間には、次の関係式が成り立つ。ｘ＝ｌ₂ｚ／ｌ₁ ………（２）【０００８】【発明が解決しようとする課題】ところで、ビデオカメ
ラを小型にするためには、発光部と受光部の小型化をは
かる必要があり、このためには、間隔ｌを小さくする必
要があるが、この間隔ｌを小さくすると、式（１）より
受光素子４の移動量ｘも小さくなる。このため、（２）
式におけるレバーの長さｌ₂ またはカム６面の移動量ｚ
を小さくするか、あるいはレバーの長さｌ₁ を大きくす
る必要がある。しかし、カム面６の移動量ｚは、前述し
たように、カム面６の拡大による受光素子４の位置決め
を高精度にするために設けたものであり、小さくするこ
とは不適である。また、レバーの長さｌ₂ も小さくする
には設計上限界がある。【０００９】また、レバーの長さｌ₁ を大きくすると、
受光部が撮影レンズよりますます離れることになり、ビ
テオカメラが全体として大きくなったり、被写体からの
反射光が、被写体距離ｙによっては画面内で大きくずれ
たりする不具合が生じるという欠点を有していた。この
ように、リンク機構７を用いると、発光部と受光部との
間隔ｌ（基線長）を小さくすることは困難であるし、ま
た、構成も非常に複雑なものとなる。【００１０】また、自動焦点調節手段として、図９に示
すように、受光素子４を受光レンズ３の光軸に対して略
直角方向に配置し、受光レンズ３と受光素子４との間に
回転可能な平面鏡１６を設け、この平面鏡１６にて受光
レンズ３を通過した光を略直角方向に反射させて受光素
子４に導き、この受光素子４上に結像させるようにした
ものである。なお、この種装置の関連するものとして、
特開昭４８−３９２５号公報が挙げられる。【００１１】しかし、このように平面鏡を用いた自動焦
点調節手段は、一般に平面鏡の回転角が数度以下で非常
に小さく、このために、高い回転精度が要求され、ま
た、基線長ｌを短縮すると、その平面鏡の回転角がさら
に小さくなり、一層高い回転精度が要求されるので、基
線長ｌを短縮してセットの小型化を図ることは困難とさ
れている。【００１２】本発明の目的は、かかる従来技術の問題点
を解消し、高い焦点調整精度を維持しながら構成を簡単
なものとして小型化を可能とした自動焦点調節装置を提
供することにある。【００１３】【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、受光部の受光光学系と受光素子との間
に、延長部材が一体成形された光透過性の偏向部材を、
発光部と受光部間の基線長と被写体の方向とを含む平面
にほぼ直交する軸を中心に回転可能に設け、延長部材の
先端に形成した係合部を、弾性部材により、フォーカス
部材のカム面に常時圧接される。【００１４】また、前記偏向部材は、前記受光素子の表
面から前記受光光学系の焦点距離の約１／３の位置に配
置される。【００１５】さらに、前記発光部が照射する光は赤外光
があって、前記偏向部材は、赤外光のみを透過する。【００１６】【作用】偏向部材の屈折力を発光部と受光部との間の基
線長に応じたものとすることにより、この基線長を小さ
くできて、測距ユニットの測距精度を高めることができ
る上、偏向部材に延長部材が一体成形されて該延長部材
の係合部がカム面に圧接される構成がとられるために、
構成が非常に簡単なものとなるし、部品点数の低減、偏
向部材とリンク機構との組立時の位相調整の削除が可能
となる。【００１７】また、偏向部材を、受光素子の表面から受
光光学系の焦点距離の約１／３の位置に配置することに
より、偏向部材を小形にすることができ、測距ユニット
の小型化が図れる。【００１８】さらに、偏向部材が赤外光のみを透過する
ことにより、発光部から照射されて被写体で反射された
赤外光のみを受光素子で受光させるようになり、可視光
の外光を遮断して測距ユニットの誤動作が防止できると
ともに、可視光遮断手段を別途設ける必要がなくなり、
測距ユニットでの部品点数の低減、小形化が可能とな
る。【００１９】【実施例】以下、本発明の実施例を図面によって説明す
る。図１は本発明による自動焦点調節装置の一実施例を
示す断面構成図であって、１は投射レンズ、２は発光素
子であり、投射レンズ１と発光素子２とで発光部２０を
構成し、３は受光レンズ、４は受光素子で２分割センサ
であって、受光レンズ３と２分割センサ４とで受光部４
０を構成している。１２は投影レンズであって、発光部
２０と受光部４０は、投影レンズ１２のまわりに近接し
て並行に設けられている。５０は発光部２０と受光部４
０の中心間距離で基線長である。受光部４０の受光レン
ズ３と２分割センサ４との間には、透過性の偏向部材と
して、例えば平行平面透明板９が設けられていて、回転
軸９ａで回転可能に保持されており、延長部材１４の一
端にはカムフォロア１５が設けられており、撮影レンズ
１２のフォーカスレンズを含んでいるフォーカス部材５
に設けたカム面６に弾性部材８で隙間なく当接してい
る。１０はビデオカメラ本体、１１は被写体である。【００２０】図２は図１の被写体１１側からみたビデオ
カメラの正面図であって、図１に対応する部分には同一
符号をつけている。【００２１】図３は図１における平行平面透明板９の取
りつけ部分を示す正面図、図４はその側面図であって、
１３は平行平面透明板９を保持するためフレーム，１４
は平行平面透明板９に固定された延長部材，１５はレバ
ー１４の一端に固定されたカムフォロアであり、図１に
対応する部分には同一符号をつけている。【００２２】図３および図４において、フレーム１３は
受光部の各部材（受光レンズ３，受光素子４など）が取
りつけられたケースに固定されており、このフレーム１
３に軸受（図示せず）が設けられて、平行平面透明板９
を取りつけた回転軸９ａを円滑に回転可能に保持してい
る。また、平行平面透明板９の側面には延長部材１４が
設けられ、この延長部材１４の先端には、フォーカス部
材５のカム面６（図１）に接する円筒状のカムフォロア
１５が設けられている。延長部材１４は、平行平面透明
板９が光軸に対して９０°まで回転したときにフレーム
１３に衝突しないように、フレーム１３を回避する形状
にしてある。【００２３】発光素子２よりの光は、投射レンズ１を経
て、被写体１１に投射され、この被写体１１からの反射
光は、受光レンズ３と平行平面透明板９を経て、受光素
子４の到達する。このとき、反射光が受光素子４の２分
割センサの各分割面に均等に入射しないとき、即ち、非
合焦時は、フォーカス部材５がモータ（図示せず）で回
動され、それに伴ないフォーカスレンズを内蔵したフォ
ーカス部材５のカム面６に接する平行平面透明板９も回
転軸９ａを中心として、反射光が２分割センサの各分割
面に均等に入射するまで回転する。これにより、ビデオ
カメラの撮影レンズ１２の焦点が合わされることにな
る。【００２４】次に、図５により、平行平面透明板９の作
用について説明する。いま、平行平面透明板９が受光レ
ンズ３の光軸Ｃに対して角度βだけ傾いているとする
と、この光軸Ｃに対し角度θで平行平面透明板９に入射
した光線Ｌは、図面から明らかなように平行平面透明板
９にて偏向し、受光面Ｒで、平行平面透明板９がない場
合に比較して、ｅだけ位置ずれが生じる。このずれ量ｅ
は次式より求められる。ｅ＝ｈ（ｓｉｎβ−ｃｏｓβｔａｎθ） ……（３）但し、ｈ＝ｄ（ｔａｎｉ−ｔａｎｉ’）ｉ＝θ＋９０°−β ｓｉｎｉ＝Ｎｓｉｎｉ’である。【００２５】即ち、位置ずれ量ｅは、平行平面透明板９
の屈折率Ｎと厚さｄ、平行平面透明板９に入射する光線
Ｌの光軸Ｃとなす角度θ、平行平面透明板９の光軸Ｃに
対する傾きβで定められる値である。屈折率Ｎは平行平
面透明板９の材質で定まり、厚さｄは形状寸法を決める
ことで定まる。また、角度θは、被写体距離（図８の
ｙ）と基線長（投射レンズ１と受光レンズ３との間隔で
図８のｌ）で定まる値であるから、角度βをコントロー
ルすることによって、位置ずれ量ｅを決定することがで
きる。【００２６】次に、上記原理による本発明の合焦動作に
ついて図６により説明する。受光素子４を受光レンズ３
の光軸上に設定し、受光レンズ３と受光素子４との間に
平行平面透明板９を設ける。平行平面透明板９には、延
長部材とカムフォロワが一体的に形成されており、フォ
ーカス部材のカム面６にカムフォロアが圧接している。
合焦状態では、被写体距離ｙとフォーカス部材５の合焦
位置と被写体１１からの反射光Ｌが二分割受光素子４の
各分割面に均等に入射するように平行平面透明板９を回
転させる。平行平面透明板９の角度βと位置ずれ量の関
係については、前述したとおりである。【００２７】次に、本発明は、基線長を短縮した場合に
おいても同等の精度を実現できる特徴があり、以下、基
線長５０ｍｍと２５ｍｍの場合について、説明する。【００２８】図６により、受光素子４を受光レンズ３の
光軸上に設定し、被写体距離ｙ＝１ｍ、基線長ｌ＝５０
ｍｍ、受光レンズ３の焦点距離ｆ＝３０ｍｍとした場
合、受光面４ａ上では、平行平面透明板９がないとき、
式（１）で求まるｘだけ光軸Ｃよりずれが生じる。即
ち、Ｘ＝１．５ｍｍとなる。【００２９】このずれ量を平行平面透明板９で光軸Ｃに
もっていくためには、平行平面透明板９の屈折率Ｎ＝
１．５１６８、厚さｄ＝３ｍｍとし、式（３）でｅ＝
１．５ｍｍとして角度βを求めると、３３．８度にな
り、平行平面透明板９を光軸に対して３３．８度傾けば
よい。【００３０】至近被写体距離ｙを１ｍとして無限遠距離
まで測距するならば、（３）式を計算し、平行平面透明
板９の光軸Ｃに対する角度βは、３３．８度から９０度
までの範囲であり、平行平面透明板９の回転角度α＝
（９０−β）は、５６．２度である。【００３１】次に、回転角度αは、投射レンズ１の光軸
と受光レンズ３の光軸との間隔（基線長）ｌと平行平面
透明板９の厚さｄおよび屈折率Ｎによって大きく変化す
る。このことは、基線長ｌを短縮した場合においても、
厚さｄを薄くしたり、屈折率Ｎを小さくすることによ
り、屈折率を小さくすることで、基線長ｌを短縮する以
前と同等の回転角度αを得ることができる。【００３２】具体的に説明すると、前述のように、基線
長ｌを５０ｍｍにした場合、板厚ｄが３ｍｍの平行平面
透明板９の回転角度αは、５６．２度である。ここで、
板厚ｄを３ｍｍのままにして、基線長ｌを２５ｍｍに半
減すると、回転角度αは３５．４度になる。しかし、板
厚ｄを２ｍｍにすると、回転角度αは、４７．４度と増
大する。【００３３】このように、基線長ｌを短縮した場合にお
いても、板厚ｄを薄くし、屈折力を小さくすることによ
って、回転角度αを大きくすることができるので、同一
撮影レンズについては回転の精度を一定に保つことがで
きる。【００３４】また、角度βを小さくしすぎると、平行平
面透明板９から空気中へ光線が入射するとき、全反射が
生じることが考えられる。しかし、この実施例の場合、
板厚ｄを１ｍｍにし、βを１５．８度にしても、入射角
が３９．７度となり、全反射は生じない。【００３５】次に、カムリフト量δは、従来のカムリフ
ト量とは異なるが、光学設計より求まる前玉移動量Ｄと
平行平面透明板９の回転角度αと、平行平面透明板９と
一体的に形成した延長部材１４の長さＬｎとで決まり、
次式で表わされる。 δ＝Ｄ−Ｌｎ×ｓｉｎα 従って、フォーカス部材上に形成されるカム形状δ’
は、 δ’＝Ｄ−δ＝Ｌｎ×ｓｉｎα となる。【００３６】この式から明らかなように、延長部材１４
の長さＬｎを大きくすれば、カム形状δ’は大きくな
り、精度的に有利になる。また、延長部材１４の長さＬ
ｎが基線長以内であっても、平行平面透明板９の屈折力
を小さくし、回転角度αを大きくするので、カム形状
δ’は大きくなり、精度的に有利になる。【００３７】また、平行平面透明板９を傾けると、受光
素子４に入射するスポット像が収差の影響で劣化するこ
とがある。このような場合には、受光レンズ３を非球面
化して平行平面透明板９と組み合わせることにより、ス
ポット像の劣化を低減することができる。本実施例にお
いては、次式に示す非球面を用いている。【００３８】Ｚ＝〔ｃ×ｈ²／｛１＋√（１−（Ｋ＋１）ｃ²ｈ²）｝〕＋（ＡＥ）ｈ⁴ 但し、ｈ＝面頂点から光軸に直角方向の距離Ｚ＝距離ｈにおける面頂点からの曲がり量ｃ＝０．０６７７４３Ｋ＝−０．７１３５２４３ＡＥ＝６．５５０６２７／１０⁶。【００３９】さらに、平行平面透明板９を受光レンズ３
と受光素子４との間に設けると、従来に比べ平行平面透
明板９の内部における光量ロスや、平行平面透明板９の
表面での反射による光量ロスが生ずる。しかし、本発明
では、この光量ロスを避けるために、反射防止コーティ
ング処理を行なっている。コーティング剤としては、Ｍ
ｇＦ₂ を使用し、膜厚を０．３μｍ程度として、光量ロ
スを防止している。【００４０】また、可視光を吸収し、赤外線のみを透過
する物質で平行平面透明板９を形成することにより、受
光素子４に悪影響を及ぼす光線を遮断するフィルタとし
て用いることもできる。【００４１】また、平行平面透明板９の代わりに、メニ
スカレンズや凸レンズ等の周知の偏向部材を用いても、
同様の効果を得ることができる。【００４２】次に、平行平面透明板９の設定位置は、受
光レンズ３と受光素子４との間であれば、傾けたとき
に、受光レンズ３や受光素子４に衝突したり、受光レン
ズ３の有効径と受光素子４の受光面外周部とを結んだ直
線内に平行平面透明板９の側面部が入り込まない限り、
任意に設定できる。本実施例では、平行平面透明板９の
大きさをできるだけ小さくするように、受光素子４の表
面から、受光レンズ３の焦点距離の約１／３の距離に平
行平面透明板９を設けた。【００４３】さらに、図７に示すように、平行平面透明
板９と回転軸９ａ、延長部材１４、カムフォロア１５
を、プラスチック材料を用いて、一体化して形成するこ
とにより、部品点数の低減や軽量化が達成でき、また、
組立時に延長部材１４と平行平面透明板９との位置調整
の手間をなくすことができる。【００４４】このように、本実施例によれば、基線長ｌ
を短縮した場合においても、上記（３）式から明らかな
ように、平行平面透明板９の厚さｄ或いは屈折率Ｎを変
えるだけで、自動焦点調節機能を容易になさしめること
ができ、換言すれば、平行平面透明板９の回転角を小さ
くする必要がなく、該平行平面透明板９の回転精度を厳
しくする必要がないので、その構成部品、例えば軸受部
９ａ等の公差を厳しくする必要がない。【００４５】また、平行平面透明板に回転軸９ａ、延長
部材１４、カムフォロア１５を一体化できるので、部品
点数の低減をはかることもできる。【００４６】このようにして、この実施例によれば、基
線長を短縮した場合においても、測距動作を容易に得る
ことができ、従来、受光素子を移動させるために用いて
いた複雑なリンク機構を必要とせず構造も簡単となり、
小形に構成できる。【００４７】【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
偏向部材の屈折力を発光部、受光部間の基線長に応じた
ものとすることにより、この基線長を小さくできて、測
距ユニットの測距精度を高めることができる上、偏向部
材に延長部材が一体成形されて該延長部材の係合部がカ
ム面に圧接される構成がとられるため、構成が非常に簡
単なものとなるし、部品点数の低減、偏向部材とリンク
機構の組立時の位置調整の削除が可能となる。【００４８】また、本発明によれば、偏向部材を、受光
素子の表面から受光光学系の焦点距離の約１／３の位置
に配置することにより、偏向部材を小形にすることがで
き、測距ユニットの小形化が図れる。【００４９】さらに、本発明によれば、偏向部材が赤外
光のみを透過することにより、発光部から照射されて被
写体で反射された赤外光のみを受光素子で受光させるよ
うになり、可視光の外光を遮断して測距ユニットの誤動
作が防止できるとともに、可視光遮断手段を別途設ける
必要がなくなり、測距ユニットでの部品点数の低減、小
形化が可能となる。

【図面の簡単な説明】【図１】本発明による自動焦点調節装置の一実施例を示
す断面構成図である。【図２】図１で示した実施例の被写体側からみた正面図
である。【図３】図１における平行平面透明板の取りつけ部分を
示す正面図である。【図４】図１における平行平面透明板の取りつけ部分を
示す側面図である。【図５】図１における平行平面透明板の動作原理の説明
図である。【図６】図１における受光素子を受光レンズの光軸上に
配置した場合の説明図である。【図７】平行平面透明板と回転軸、延長部材、カムフォ
ロアとを一体化した具体例を示す正面図である。【図８】従来の自動焦点調節装置の一例を示す構成図で
ある。【図９】従来の自動焦点調節装置の他の例を示す構成図
である。【符号の説明】１投射レンズ２発光素子３受光レンズ４受光素子５フォーカス部材６カム面９平行平面透明板９ａ回転軸１２撮影レンズ１３フレーム１４延長部材１５カムフォロア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 5/232 Ｊ (72)発明者佐野賢治横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所家電研究所内 (72)発明者久田隆紀横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所家電研究所内

Claims

【特許請求の範囲】（１）直線状に配置された投射光学系と発光素子とか
らなる発光部と、直線状に配置された受光光学系と受光
素子とからなる受光部とが近接して並列配置されてなる
測距ユニットが、カム面を備えたフォーカス部材を有す
る撮像レンズの周囲に近接して配置され、該発光部から
の光照射による被写体からの反射光の該受光素子での受
光状態に応じて該フォーカス部材を動作させることによ
り、該被写体に焦点を合わせるようにした自動焦点調節
装置において、該受光部の該受光光学系と該受光素子との間に、延長部
材が一体成形された光透過性の偏向部材を、該発光部と
該受光部との間の基線長と該被写体の方向とを含む平面
にほぼ直交する軸を中心に回転可能に設け、該延長部材の先端に形成した係合部を、弾性部材によ
り、該カム面に常時圧接させたことを特徴とする自動焦
点調節装置。（２）特許請求の範囲第（１）項において、前記偏向部材は、前記受光素子の表面から前記受光光学
系の焦点距離の約１／３の位置に配置されたことを特徴
とする自動焦点調節装置。（３）特許請求の範囲第（１）項または第（２）項に
おいて、前記発光部が照射する光は赤外線であって、前記偏向部
材は、赤外線のみを透過することを特徴とする自動焦点
調節装置。