JPH0581882B2

JPH0581882B2 -

Info

Publication number: JPH0581882B2
Application number: JP60092230A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Sato; Takesuke Maruyama; Takashi Azumi; Kenji Sano; Takaki Hisada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-05-01
Filing date: 1985-05-01
Publication date: 1993-11-16
Also published as: US4740676A; EP0201036A3; EP0201036A2; JPS61251809A; EP0201036B1; DE3686285D1; DE3686285T2

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、コンパクトビデオカメラに係り、特
に、これに備え付けられた自動焦点調節装置に関
する。

〔発明の背景〕

従来、ビデオカメラには、操作性を高めるため
に、焦点を自動的に調節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た焦点を調節するようにした
技術が知られている。

以下、第７図により、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はフオーカスレンズを内
蔵したフオーカス部材、６はフオーカス部材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。

この自動焦点調整装置は、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を有するフオーカス部材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
の間隔でかつ互いに平行となるように配置され
ている。フオーカス部材５は図示しないモータに
よつて回動駆動され、図示しない多条ネジにより
光軸方向に直進運動し、このフオーカス部材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、フオーカス部材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₁のレバーと長さ
₂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₁のレバー
の端部はフオーカス部材５に設けられたカム面６
に、長さ₂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によつて
付勢され、これによつてリンク機構７の長さ₂
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。

かかる構成により、フオーカス部材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
によつて矢印ｚ方向の直進運動に変換され、これ
によつて受光素子４は矢印ｘ方向に直進運動す
る。また、フオーカス部材５の直進はカム面６に
よつて拡大され、これによつて受光素子４の位置
決め精度が非常に高い。

次に、この従来技術の動作を説明すると、発光
素子２から発光した光は、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
等に反射光が入射させるために、図示しないモー
タによつてフオーカス部材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つたところで、
モータの回動を停止させるようになつている。フ
オーカス部材５の上記回転にともなつてビデオカ
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
正しく焦点が合つた状態となる。

ところで受光素子４の移動量ｘは、投射レンズ
１の光軸と受光レンズ３の光軸との間隔と、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＝ｆ／ｙ (1) また、受光素子４の移動量ｘと、フオーカス環
５のカム６の移動量ｚと、リンク機構７の各レバ
ーの長さ₁，₂との間には、次の関係式が成り
立つ。

ｘ＝₂z／₁ (2) 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、間隔を小さくする必要があ
るが、この間隔を小さくすると、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₂またはカム面６の移動
量ｚを小さくするか、あるいはレバーの長さ₁
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₂も小さくするには設計上
限界がある。

また、レバーの長さ₁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、
ビデオカメラが全体として大きくなつたり、被写
体からの反射光が、被写体距離ｙによつては画面
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（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。

また、自動焦点調節手段として、第８図に示す
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、この種装置に関連するものとして、特開昭48
−3925号公報が挙げられる。

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、基線長を短縮してセツトの小
型化を図ることは困難とされている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点を解
消し、高い焦点調節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
装置を備えたコンパクトビデオカメラを提供する
にある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明は、撮影レ
ンズの周りに、発光部と受光部を並列し小さな基
線長で配置し、該受光部の受光レンズと受光素子
の間に、該基線長に応じた小さな屈折力を有する
透過性の偏向部材を、該並行する面にほぼ直交す
る軸の周りに回転可能に設け、該偏向部材から、
該偏向部材と一体的に、該発光部と該撮影レンズ
との間に向かい該基線長内に位置する延長部材を
設け、この延長部材の先端部を該撮影レンズの外
周に設けたフオーカス部材のカム面に弾性部材に
より近接するようにして、該偏向部材を該フオー
カス部材に連動して回転させることにより、受光
素子に対する被写体からの反射光の結像状態を調
節して、合焦状態を得ることができるようにした
点に特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によつて説明す
る。

第１図は本発明によるコンパクトビデオカメラ
の一実施例を示す断面構成図であつて、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分割センサであり、受光レ
ンズ３と２分割センサ４で受光部４０を構成して
いる。１２は投影レンズであつて、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４０の中心間距離で基線長である。受光部４
０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、平面平行透明板９は延長部材１４
を有しており、延長部材１４の一端にはカムフオ
ロア１５が設けられており、撮影レンズ１２のフ
オーカスレンズを含んでいるフオーカス部材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。

第２図は第１図の被写体１１側からみたコンパ
クトビデオカメラの正面図であつて、第１図に対
応する部分には同一符号をつけている。

第３図は第１図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、第４図はその側面図で
あつて、１３は平行平面透明板９を保持するため
のフレーム、１４は平行平面透明板９に固定され
た延長部材、１５は延長部材１４の一端に固定さ
れたカムフオロアであり、第１図に対応する部分
には同一符号をつけている。

第３図および第４図において、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１３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、フオーカス部材５の
カム面６（第１図）に接する円筒状のカムフオロ
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。

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に到達する。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、フオーカス部
材５がモータ（図示せず）で回動され、それに伴
ないフオーカスレンズを内蔵したフオーカス部材
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分割センサーの各
分割面に均等に入射するまで回転する。

これによつて、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。

次に、第５図ａ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。

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に対する傾き角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（第７図のｙ）と基線長（投射
レンズ１と受光レンズ３との間隔で第７図の）
で定まる値であるから、角度βをコントロールす
ることによつて、位置ずれ量ｅを決定することが
できる。

次に、上記原理による本発明の合焦動作につい
て第５図ｂ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１４とカムフオロワ１５
が一体的に形成されており、フオーカス部材５の
カム面６にカムフオロア１５が圧接している。合
焦状態では、被写体距離ｙとフオーカス部材５の
合焦位置と被写体１１からの反射光Ｌが２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ｅの関係については前述した
とおりである。

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、
基線長が50mmと25mmの場合について、説明する。

第５図ｂにより、受光素子４を受光レンズ３の
光軸Ｃ上に設定し、被写体距離ｙ＝１ｍ、基線長
＝50mm、受光レンズの焦点距離ｆ＝30mmとした
場合、受光面４ａ上では、平行平面透明板９がな
い時、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。このずれ量を平行平
面透明板９で光軸Ｃにもつていくためには、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、
33.8度傾ければよい。

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。

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）と平行平
面透明板９の厚さｄおよび屈折率Ｎによつて大き
く変化する。

このことは、基線長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
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。

具体的に説明すると、前述のように、基線長
を50mmにした場合、板厚２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。

このように、基線長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
よつて、回転角度を大きくすることができるの
で、同一撮影レンズにおいては回転の精度を一定
に保つことができる。

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、全反射角41.2度より
小さいので、全反射は生じない。

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、次式で表される。

δ＝Ｄ−Ln×sinα 従つて、フオーカス部材上に形成されるカム形状
δ′は、 δ′＝Ｄ−δ＝L^-n×sinα となる。

式から明らかなように、延長部材の長さ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、延長部材の長さLnが基線
長以内であつても、平行平面透明板の屈折力を小
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。

また、平行平面透明板９を傾けると、受光素子
４に入射するスポツト像が収差の影響で劣化する
ことがある。このような場合は、受光レンズ３を
非球面化し、平行平面透明板９と組み合わせるこ
とにより、スポツ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。

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＝0.067743 Ｋ＝−0.7135243 AE＝6.550627／10⁶ 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内部における光量ロスや、平行平面透明
板９表面での反射による光量ロスが生じる。しか
し、本実施例では、光量ロスをさけるために、反
射防止コーテイング処理を行なつている。

コーテイング剤としては、MgF₂を使用し、膜
厚0.3μｍ程度とし、光量ロスを防止している。

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イ
ルターとして使用することもできる。

また、平行平面透明板９の代わりに、メニスカ
スレンズや凸レンズ等の周知の偏向部材を用いて
も、同等の効果を得ることができる。

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の間であれば、傾けた時に、
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
くするために、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。

さらに、第６図に示すように、平行平面透明板
９と回転軸９ａ、延長部材１４、カムフオロア１
５をプラスチツク材料を用いて、一体化して形成
することにより、部品点数の低減、軽量化や、組
立時に延長部材１４と平行平面透明板９との位置
調整をなくすことができる。

このように、本実施例によれば、基線長を短
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
の回転角を小さくする必要がなく、該平行平面透
明板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。

また、平行平面透明板に回転軸、延長部材、カ
ムフオロア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。

このように、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。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、発
光部と受光部の基線長を充分小さくして、屈折力
の小さい偏向部材を選択することにより、部品精
度を厳しくすることなく、発光部と受光部からな
る測距ユニツトを高い測距精度をもつてコンパク
ト化することができ、また、該偏向部材と一体的
に延長部材やカムフオロアを形成して、基線長内
にカムフオロア位置を設定できることから、測距
ユニツトを撮影レンズに充分近づけることがで
き、従つて、全体としてコンパクトで高精度な自
動焦点調節装置を備えたコンパクトビデオカメラ
を提供することができる。

さらに、偏向部材を回転させる測距方式と延長
部材とカムフオロアによるメカ機構を組み合わせ
ることにより、高精度な合焦動作が得られる。

また、受光素子を固定しておくことができるか
ら、受光素子に不当な加重がかかることなく、信
頼性が大幅に向上するなどの優れた効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるコンパクトビデオカメラ
の一実施例を示す断面構成図、第２図はその被写
体側からみた正面図、第３図は第１図における平
行平面板の取りつけ部分を示す正面図、第４図は
その側面図、第５図ａは第１図における平行平面
透明板の原理動作の説明図、第５図ｂは受光素子
を受光レンズの光軸上に配置した場合の説明図、
第６図は平行平面透明板と回転軸、延長部材、カ
ムフオロアとを一体化した具体例を示す正面図、
第７図は従来の自動焦点調整装置の一例を示す構
成図、第８図は従来の他の例を示す構成図であ
る。１……投射レンズ、２……発光素子、３……受
光レンズ、４……受光素子、５……フオーカス部
材、６……カム面、９……平行平面透明板、９ａ
……回転軸、１０……カメラ本体、１２……撮影
レンズ。

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
からなる発光部が発光部ハウジング内に収納さ
れ、同じく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が、上記発光部に対して並列
して受光部ハウジング内に収納され、上記発光部ハウジングおよび受光部ハウジング
は、カム面を備えたフオーカス部材を有する撮影
レンズの周辺に近接して、且つ、該撮影レンズの
光軸に対して平行に配置され、上記発光部と受光部とは、該発光部の光軸中心
と受光部の光軸中心との間の基線長が上記撮影レ
ンズの光透過部の直径よりも小さくなるように
し、且つ、上記発光部の光軸と上記受光部の光軸
とを含む平面が、上記撮影レンズの外周の接線を
含み上記撮影レンズの光軸に平行な平面に平行で
あつて、上記発光部ハウジングと受光部ハウジングとは
一体的に構成されて、且つ、発光部からの投射光
が装置内で乱反射して受光部ハウジング内へ漏れ
込まないように該発光部と該受光部とを隔離する
ための隔離壁が設けられており、上記受光部ハウジング内には、上記受光光学系
と上記受光素子との間に、上記投射光学系の光軸
と上記受光光学系の光軸とを含む平面にほぼ垂直
な軸を中心に回転する光透過性の偏向部材が配置
されており、該偏向部材は上記受光部ハウジング
内において上記受光部光軸に対して直交する軸心
回りに回転可能となるように上記受光部ハウジン
グに対して枢軸支持され、且つ、弾性部材によつ
て常に一方向に回転付勢されており、該弾性部材の一端部は上記偏向部材の一端部に
係合され、且つ、該弾性部材の他端部は上記受光
部ハウジングに対して係合されており、さらに該偏向部材は、これと一体に、該撮影レ
ンズの方向に向い、且つ、上記投射光学系の光軸
と上記受光光学系の光軸との間の基線長領域内に
おいて、上記撮影レンズの光透過部の直径よりも
小さくした上記基線長に対して、該偏向部材の最
大回転角度が、少なくとも被写体からの光が該偏
向部材で全反射しない範囲で、十分大きくなるよ
うに、該偏向部材の厚さ及び該カム面の形状を設
定するとともに、該カム面に向けて延びる延長部
材を形成し、該延長部材は、その先端に係合部を
有し、上記弾性部材によつて該係合部が上記フオ
ーカス部材のカム面に圧接付勢されており、さらに、上記一体的に構成された発光部ハウジ
ングおよび受光部ハウジングは、それぞれ上記発
光部および上記受光部を収納した上で上記撮影レ
ンズの外周に対して取り付けられていることを特
徴とするコンパクトビデオカメラ。