JPH0736056B2 - 焦点調節装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、焦点調節装置、更に詳しくは、カメラ等の光
学装置において、距離設定用の操作部材の操作に応じて
フォーカスレンズの焦点調節動作を行なう焦点調節装置
に関する。

［従来の技術］ スチルカメラ、ビデオカメラ等の焦点調節手段として、
前群レンズを駆動する方式と、後群レンズを駆動する方
式とがある。後者には、前群レンズより後群レンズが
小さく軽いためレンズを移動させるための消費電力が少
なくて済む、前群レンズの場合に較べて後群レンズの
移動量が少ないため短時間で合焦させることができる、
前群レンズ駆動用のヘリコイドが不要になるのでレン
ズの製作費が安くて済む、等の多くの優れた利点があ
る。このように後者には多くの利点があるにもかかわら
ず、ズームレンズを有してなるカメラにおいては、前者
の駆動方式が採用されている（実公昭54-14496号，特公
昭51-17045号公報参照）。

［発明が解決しようとする問題点］ その理由としては、後群レンズを駆動する方式では、マ
ニュアルフォーカス時に、ズームレンズの移動に伴い焦
点位置が変化してしまうからである。即ち、オートフォ
ーカス時において、後群レンズが追従できる速度でズー
ムレンズが移動するものであれば問題ないが、マニュア
ルフォーカスの場合は、後群レンズを静止させたままで
ズームレンズを移動させると焦点位置がずれてしまうこ
とになる。

そこで、これを解決するために、ズームレンズと後群レ
ンズの移動量を決定しているそれぞれのカムに相関性を
持たせ、ズームレンズが移動するときにそれに追従して
後群レンズが移動するようにすればよいが、このような
カム機構をレンズ鏡筒に実際に設けることは構成が非常
に複雑になり困難である。また、上記のようなカム機構
を設けることができたとしても十分な工作精度を出すこ
とができず、ズーミングの全領域に亘って高い合焦精度
を得ることができないものとなる。従って、このような
複雑なカム機構を設けることなく、マニュアルフォーカ
ス時にも、ズーミングに対応させて後群レンズを移動で
きるものとすれば、ズームレンズを有したカメラにおい
ても、前述したように利点の多い後群駆動方式が実現で
きることになる。

また、前群レンズを駆動する方式のものであっても、マ
クロ撮影を可能にしたものでは（前記公報，即ち実公昭
54-14496号，特公昭51-17045号公報参照）、マクロ撮影
時には前群レンズを通常の撮影領域からマクロ領域に大
きく変位させるようしており、このためのカム機構も複
雑になっている。従って、前群レンズを駆動する方式で
も、距離調節用のカム機構を設けることなくして前群レ
ンズを移動できるようにすれば上述した、構成上および
精度上の問題が解決されることになる。

一方、上述したような問題点を解決できる装置として、
距離設定用操作部材の操作に応じて複雑なカム機構等を
介することなく電動機構により焦点調節動作を行うよう
に構成された装置も提案されている。

しかしながら、マニュアルフォーカス動作及びオートフ
ォーカス動作を選択的に行うことができるようになされ
た上記の如き焦点調節装置において、マニュアルフォー
カス動作及びオートフォーカス動作の動作選択操作機構
並びに、その操作を複雑化させず、且つ、上記の複雑な
カム機構等を排して構成の簡素化を図ったこの種の装置
は未だ具体化されるに至っていない。

本発明は叙上の点に鑑みてなされたものであり、複雑な
カム機構等を排して構成の簡素化を図ると共に、マニュ
アルフォーカス動作及びオートフォーカス動作の動作選
択操作機構並びに、その操作の複雑化をも排した簡素で
操作性に優れた、この種の焦点調節装置を提供すること
を目的とする。

［問題点を解決するための手段および作用］ 上記問題点を解決するため、本発明の焦点調節装置は、 マニュアルフォーカス動作及びオートフォーカス動作を
選択的に行うことができるようになされた焦点調節装置
であって、外部操作により距離設定を行うための操作部
材と、この操作部材への操作による距離設定値に応じた
位置に当該レンズを駆動するための電動機構と、上記操
作部材への操作による距離設定値を表示するための表示
手段と、上記操作部材への操作が、その操作に応じた上
記表示手段での表示上でマニュアルフォーカス動作に対
応する所定の表示範囲を越えた表示状態になるまで行わ
れたときには本装置をオートフォーカス動作に切換える
ための切換手段とを備えたことを特徴とし、上記操作部
材への操作が、その操作に応じた上記表示手段での表示
上でマニュアルフォーカス動作に対応する所定の表示範
囲内の表示状態に留まっているうちは、マニュアルフォ
ーカス動作で動作し、上記操作がこの表示範囲を越えた
表示状態になるまで行われたときには本装置はオートフ
ォーカス動作に切換わる。

［実施例］ 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す焦点調節装置のブロ
ック図である。この第１図に示す焦点調節装置はビデオ
カメラに適用されたもので、同カメラの撮像レンズ鏡筒
１は、前群レンズ2,ズームレンズ3,絞り４および後群レ
ンズ５等を内蔵していて、前群レンズ２が鏡筒１の固定
部に固定されているのに対して、後群レンズ５は焦点調
節のために光軸方向に移動できるようになっている。即
ち、後群レンズ５は、第２図に示すように、レンズ保持
枠７に一体的に設けたピン7aがステッピングモータ８の
出力軸8aに連結した送りねじ９に係合しているので、ス
テッピングモータ８が駆動されると、送りねじ９のピッ
チによりレンズ保持枠７が光軸方向に沿って設けたガイ
ド部材10を矢印A,又は矢印Ｂ方向に移動することにな
る。ステッピングモータ８はコントロール回路11からの
制御信号により駆動される。また、後群レンズ５は無限
遠位置に至ったとき、第２図に示すように、レンズ保持
枠７に一体的に設けた遮光部7bがフォトインタラプタか
らなるゼロ点センサ12により後群レンズ５の基準位置
（ゼロ点）が検知されるようになっている。このゼロ点
センサ12の出力はコントロール回路11に入力されること
になる。

レンズ鏡筒１の外周には、第３図に示すように、距離目
盛を刻設した操作環６が固定枠との間に適当な摩擦力を
有して回動自在に設けられている。この操作環６はレン
ズ鏡筒１内の光学素子等とは機械的には何ら連結してお
らず、それ自身の回動により、指標1aによって支持され
た距離目盛が距離センサ13によって電気的に読み取ら
れ、この読み取られた電気信号がコントロール回路11に
入力されるようになっている。

距離目盛センサ13は、例えば、第４図に示すように構成
されている。即ち、第４図において、操作環６の内側に
は、導電接点14が固設されていて、同導電接点14は、レ
ンズ鏡筒１の固定枠外周に回転方向に沿って形成された
薄膜状の導電体15と、この導電体15に略平行して同様に
形成された薄膜状の抵抗体16に摺接している。導電体15
は接地され、抵抗体16はコントロール回路11の入力端に
接続されている。そして、この操作環６は「至近」の目
盛位置から「無限」の目盛位置を越える「オート」（図
示されず）の位置まで回動できるようになっており、操
作環６の回動位置に応じて抵抗値が変化すると、この抵
抗値の変化に応じて、コントロール回路11のA/Dコンバ
ータ17に入力する電気信号が変化する。A/Dコンバータ1
7はこの距離目盛センサ13からの電気信号をA/D変換し、
距離目盛に応じたディジタル信号をマイクロコンピュー
タ18に送る。操作環６が「オート」の回動位置に設定さ
れたときには、導電接点14は抵抗体16に接触せず、導電
体15のみに接触するので、導電体15と抵抗体16間が開放
状態となり、このときのコントロール回路11への入力情
報は「オート」となる。即ち、コントロール回路11は
「オート」を読み取ると、同コントロール回路11は後群
レンズ５を駆動するステッピングモータ８の制御を操作
環６によるマニュアルフォーカスからオートフォーカス
に切り換える。

ズームレンズ３はズームスイッチ32を操作したとき、レ
ンズコントロール部19からの制御信号によって駆動され
るモータ20により光軸方向に移動でき、ズームセンサ21
によって焦点距離が読み取られ、この読み取られた電気
信号がレンズコントロール部19に入力されるようになっ
ている。ズームセンサ21は、例えば、ポテンショメー
タ，ホトセンサ等によって構成される位置センサであ
る。

絞り４は、手動、自動のいずれより操作されるものであ
ってもよいが、その絞り値が絞りセンサ22により読み取
られ、この読み取られた電気信号がレンズコントロール
部19に入力されるようになっている。

上記レンズ鏡筒１の光学系を透過する被写体光は撮像素
子23の撮像面に結像され、同撮像素子23で光電変換され
て映像信号となるが、この映像信号はカメラ回路24で処
理されてビデオ信号として取り出される。映像信号のう
ちの輝度信号はカメラ回路24からオートフォーカス処理
回路25に入力される。このオートフォーカス処理回路25
は輝度信号から微分などの信号処理を施して高調波成分
を抽出し、オートフォーカス時に同高調波成分の出力の
位相と、後群レンズ５の振動の位相とを比較して、前ピ
ン，後ピン，合焦のいずれかを判断してコントロール回
路11に焦点状態信号を送るものである。また、コントロ
ール回路11には基準周波数発生回路26より、例えば、15
H_zの整数倍のクロック信号が入力されている。このクロ
ック信号がコントロール回路11に入力されていることに
より、15H_zの周波数を基にコントロール回路11からステ
ッピングモータ８に必要パルスが送られ同パルスにより
ステッピングモータ８がオートフォーカス，或いはマニ
ュアルフォーカスの駆動を行なう。

コントロール回路11は第５図に示すように、マイクロコ
ンピュータ18内に、マニュアルフォーカスのための記憶
部30,演算部28およびステップ数計算部29を有してい
る。記憶部30は焦点距離と撮影距離により決定される後
群レンズ５の適正位置を表わす特性曲線を記憶している
ROM（リードオンリーメモリ）である。演算部28は、A/D
コンバータ17より入力される距離目盛センサ13の出力
と、レンズコントロール部19より入力されるズームセン
サ21の出力および絞りセンサ22の出力を読み込み、上記
記憶部27に記憶している特性曲線から後群レンズ５の適
正位置を算出するものである。また、オートフォーカス
時にはオートフォーカス処理回路25の出力が導かれてこ
れを演算するようになっている。この演算部28の出力は
モータ駆動回路30に導かれているとともに、ステップ数
計算部29により後群レンズ５の位置がどこにあるか常に
ステップ数がカウントされるようになっている。また、
演算部28にはオートフォーカス時に距離表示を行なうた
めの距離表示装置27が接続されている。

上記マイクロコンピュータ18内の記憶部27に記憶されて
いる特性曲線としては、例えば、第６図に示すうような
ものである。この第６図において、横軸は後群レンズ５
の、撮像素子23の撮像面を基準とする繰出量を示し、縦
軸は、ズームレンズ３の移動量を示す。この第６図から
明らかなように、ズームレンズ３が「Ｔ（望遠）」の位
置にあるとき、後群レンズ５が「無限」，「1m」，「0.
5m」の距離位置に焦点が合うのはそれぞれ位置a₁，a₂，
a₃である。また、ズームレンズ３が「Ｓ（標準）」の位
置にあるとき、後群レンズ５が上記各距離位置に焦点が
合うのはそれぞれ位置b₁，b₂，b₃であり、ズームレンズ
３が「Ｗ（広角）」の位置にあるときに、後群レンズ５
が上記各距離位置に焦点が合うのはそれぞれ位置c₁，
c₂，c₃である。即ち、後群レンズ５を「無限」に合焦さ
せた状態にしておこうとするとき、ズームレンズ３の
「Ｗ」から「Ｔ」までの移動による焦点距離の変化に対
して、略「く」の字形状の特性曲線l₁で示すように後群
レンズ５の繰出量を変化させる必要がある。また、後群
レンズ５を「1m」，「0.5m」にそれぞれ合焦させておく
には、上記ズームレンズ３の全領域の移動による焦点距
離の変化に対して、略「く」の字形状の特性曲線l₂，l₃
で示すように後群レンズ５の繰出量を変化させる必要が
ある。この特性曲線l₁，l₂，l₃の形状は全て異なる。こ
の３つの距離位置「無限」，「1m」，「0,5m」以外のこ
の間の距離位置についても、後群レンズ５の繰出量は上
記特性曲線l₁，l₂，l₃で、これらと異なる形状の図示し
ない特性曲線に沿ったものになることは言うまでもな
い。

上記特性曲線l₁，l₂，l₃で代表されるような、焦点距離
および撮影距離に応じて異なる後群レンズ５の繰り出し
をカム機構で行なわせることは困難であるが、上記各特
性曲線l₁，l₂，l₃およびこれらの各曲線間の領域で、焦
点距離および撮影距離に応じた図示されない各特性曲線
が上記記憶部30に記憶されていることによりステッピン
グモータ８によって繰出量の複雑な制御が可能となる。
上記「無限」の特性曲線l₁と「至近」の特性曲線l₃との
間の領域以外には後群レンズ５が制御されないようにな
っている。

次に、上記のように構成されている焦点調節装置の動作
を説明する。

マニュアルフォーカスの場合、操作環６を回動させ所望
の距離目盛に指標1aを合わせると、この設定された距離
目盛に応じた電気信号が距離目盛センサ13よりコントロ
ール回路11に入力される。なお、このとき焦点距離の設
定はズームスイッチ32の操作により行なわれるようにな
っており、レンズコントロール部19からの制御信号によ
りモータ20が駆動してズームレンズ３は所望の焦点距離
の位置に制御される。そして、このズームレンズ３の位
置、即ち、焦点距離情報がレンズコントロール部19によ
って読み取られる。また、絞り４の情報も絞りセンサ22
によって電気信号に変換されレンズコントロール部19に
よって読み取られる。

距離目盛センサ13からの電気信号はA/Dコンバータ17でA
/D変換されて撮影距離情報としてマイクロコンピュータ
18の演算部28に入力され、また、レンズコントロール部
19から演算部28に上記焦点距離情報および絞り情報が入
力されると、演算部28では、これらの各情報を読み込ん
でこれを記憶部30の内容である各特性曲線と参照させ
る。そして、入力情報に適した特性曲線から後群レンズ
５の適正な繰出位置を算出すると、演算部28はこれに応
じた信号をモータ駆動回路31に送出してステッピングモ
ータ８を適正位置に回転させる。これによって後群レン
ズ５は、焦点距離情報，絞り情報（即ち、被写界深度）
を考慮し、かつ所望の撮影距離に焦点が合った状態で停
止する。

上記焦点調節装置をオートフォーカスの状態にする場合
には、第3,4図に示すように、操作環６を矢印Ｃの方向
に回動させ、「無限」位置を越える「オート」（図示さ
れず）の位置に設定する。すると、このときコントロー
ル回路11はオートフォーカスのための制御動作を行なう
ように切り換えられ、このコントロール回路11からの15
Hzの周波数を基準とするパネルにより、ステッピングモ
ータ８は後群レンズ５を矢印A,Bに沿う光軸方向（第２
図参照）に交互に振動させる。後群レンズ５は光軸方向
に振動することによって光路長が微小変動するので、オ
ートフォーカス処理回路25に入力する輝度信号に含まれ
る高周波数成分のレベルが微小変動する。この高周波成
分の変動波形（変調信号）は合焦状態で最小になり、前
ピンと後ピンでは変調信号の位相が180°反転すること
になるので、オートフォーカス処理回路25から合焦信号
がコントロール回路11の演算部28に入力されると、同演
算部28はモータ駆動回路31にステッピングモータ８を合
焦点を中心として前後に同一振幅で振動させるための信
号を与える。この振幅は絞り情報、即ち、被写界深度を
考慮して行なわれるので、後群レンズ５は実際には合焦
点に静止しているのと変らない状態になる。この合焦状
態では、距離表示装置27に演算部28より表示信号が送ら
れ合焦点の距離表示が発光ダイオード，或いは液晶等に
より行なわれる。

合焦点からずれ、オートフォーカス処理回路25から前ピ
ン，又は後ピンの信号がコントロール回路11の演算部28
に導かれると、同演算部28はモータ駆動回路31にステッ
ピングモータ８を振動させながら合焦点に向って進歩さ
せる信号を与える。即ち、合焦点に向っては大なる振幅
で、その反対方向には小なる振幅で振動する信号がステ
ッピングモータ８に与えられることによって後群レンズ
５が合焦点に向って移動作していく。なお、オートフォ
ーカス時にズームレンズ３がモータ20によって移動する
速度は、後群レンズ５が合焦点に向って移動する速度よ
りも遅くオートフォーカス動が追従できるようになって
いる。

上記実施例における距離目盛センサ13は抵抗値の変化を
利用して距離目盛を電気信号に変換するものであるが、
このほか、例えば、第７図に示す距離目盛センサ33,或
いは第８図に示す距離目盛センサ43等を用いるようにし
てもよい。距離目盛センサ33は第７図に示すように、操
作環６に一体的に取り付けられた３ビット構成のホトセ
ンサ34と、レンズ鏡筒１の固定枠外周に、各ビット毎に
回転方向に沿って部分的に貼り付けられた反射体35,36,
37とによって構成されており、ホトセンサ34のリード線
はコントロール回路11のマイクロコンピュータ18に接続
されている。従って、この距離目盛センサ33において
は、操作環６の回動量に応じた位置にホトセンサ34が反
射体35,36,37の有無を反射光の有無によって読み取り、
これを電気信号に変換してマイクロコンピュータ18に送
るので、距離目盛がディジタル信号としてマイクロコン
ピュータ18に読み込まれることになる。

また、距離目盛センサ43は第８図に示すように、操作環
６に一体的に取り付けられた３ビット構成の導電接点44
と、レンズ鏡筒１の固定枠外周に、各ビット毎に回転方
向に沿って形成された薄膜状の導電体45〜48とによって
構成されており、このうち導電体45は接地され、他の導
電体46〜48は抵抗51〜53によって電圧V_CCが印加されて
いるとともに、マイクロコンピュータ18の入力端に接続
されている。従って、この距離目盛センサ43において
は、操作環６の回動位置に応じて導電接点44が導電体46
〜48と導電体45との間を短絡又は開放状態とするので、
導電体46〜48のそれぞれはローレベル“L"（接地）或い
はハイレベル“H"（電圧V_CC）になり、マイクロコンピ
ュータ18に３ビットのディジタル信号で距離目盛が入力
されることになる。なお、第7,8図に示す距離目盛セン
サ33,43は３ビット構成のものとしているが、実際に
は、望遠（Ｔ）状態で0.5m〜∞（第６図参照）の距離を
約80〜100に分割できるように７ビット程度の構成にす
るのが望ましい。

また、上述した実施例は後群レンズ５を駆動する方式に
本発明を適用したものであるが、前群レンズ２を駆動す
る方式に本発明を適用することもできる。例えば、マク
ロ撮影を可能としたレンズ鏡筒では前群レンズを通常の
撮影領域からマクロ領域へ大きく移動させなければなら
ないが、このような場合も、マイクロコンピュータ18の
記憶部30に、前群レンズの移動特性を表わす特性曲線を
記憶させておくことにより、前群レンズの複雑な移動も
カム機構を用いることなく円滑に行なわせることができ
る。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、カム機構等を用い
ることなく簡単な電気的な回路構成で、操作部材の距離
設定操作に応じた位置にフォーカシングレンズを移動さ
せることができ、且つ、マニュアルフォーカス動作及び
オートフォーカス動作の動作選択操作機構並びに、その
操作の複雑化を排した簡素で操作性に優れた、この種の
焦点調節装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す焦点調節装置の電気
回路のブロック図、 第２図は、上記第１図中の後群レンズの駆動部分を示す
断面図、 第３図は、上記第１図中の操作環の外観を示す斜視図、 第４図は、上記第１図中の距離目盛センサの一例を示す
概略構成図、 第５図は、上記第１図中のコントロール回路の機能の一
部を示すブロック図、 第６図は、上記第５図中の記憶部に記憶されたレンズ制
御用の特性曲線図、 第7,8図は、距離目盛センサの他の例を示す概略構成図
である。 ５……後群レンズ（フォーカスレンズ） ６……操作環（操作部材） ８……ステッピングモータ（レンズ駆動手段） 11……コントロール回路（焦点調節信号生成手段） 13……距離目盛センサ（距離設定信号生成手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マニュアルフォーカス動作及びオートフォ
   ーカス動作を選択的に行うことができるようになされた
   焦点調節装置であって、 外部操作により距離設定を行うための操作部材と、 この操作部材への操作による距離設定値に応じた位置に
   当該レンズを駆動するための電動機構と、 上記操作部材への操作による距離設定値を表示するため
   の表示手段と、 上記操作部材への操作が、その操作に応じた上記表示手
   段での表示上でマニュアルフォーカス動作に対応する所
   定の表示範囲を越えた表示状態になるまで行われたとき
   には本装置をオートフォーカス動作に切換えるための切
   換手段と、 を備えたことを特徴とする焦点調節装置。