JPH11119276A - レンズシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】可動レンズの位置検出器がノイズに強く、高分
解能で、かつコンパクトであり、可動レンズの位置制御
を精度良く行うことが可能なレンズシステムを提供す
る。 【解決手段】所定の方向に移動可能な可動レンズＬ１，
Ｌ２と、レンズＬ１，Ｌ２を駆動する駆動手段としての
ボイスコイル型リニアモータ４，６とを有し、レンズＬ
１，Ｌ２の移動量を検出する位置検出手段として、レン
ズＬ１，Ｌ２に設置され、所定間隔で複数の溝が形成さ
れた反射板７と、反射板７に対してレーザ光を入射し、
当該反射板からの反射光を検出するレーザカプラ９とを
有するものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、フォー
カス機構、ズームレンズ機構、手振れ補正機構などのレ
ンズの可動機構を有するレンズシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ズーム機構、フォーカス機構などの可動
機構をもつレンズシステムにおいては、合焦点における
被写体距離とズームレンズ位置とフォーカスレンズ位置
とは所定の位置関係になければならない。特に、マニュ
アルフォーカスのときにズーム機構を働かせる場合に
は、ピントボケを防止するため上記位置関係を正確に保
たなければならない。

【０００３】この位置関係を満足させるため、従来にお
いては機械的なカムを用いる方法、または、ズームレン
ズ位置とマスタレンズ位置とを検出して演算による電子
カムを構成する方法が知られている。機械的なカムを用
いる方法では、装置構成が大きくなる、機械的摩耗によ
り精度が低下する等の問題がある。電子カムによる方法
では、位置検出として、ポテンショメータを用いる方
法、または、ズームレンズを移動させるステッピングモ
ータの制御ステップを計数する方法などが知られてい
る。しかしながら、ポテンショメータを用いる方法は、
接触式であるからモータにかかる負荷が増加するという
問題、信頼性が低いという問題、抵抗膜のばらつきによ
り直線性に劣るという問題がある。ステッピングモータ
のステップ数を計数する方法は、レンズ駆動にステッピ
ングモータを用いたレンズ系でなければ適用できない。

【０００４】かかる問題を解決する方法としては、磁気
抵抗（ＭＲ）素子を用いることが考えられる。すなわ
ち、ＭＲ素子が磁界の変化によって抵抗値が変化するこ
とを利用する。たとえば、レンズ側にＭＲ素子を装着
し、固定側に磁石を配設し、レンズの移動によりＭＲ素
子を磁石に対して移動させ、その抵抗変化を位置変化と
して取り出すものである。ＭＲ素子を用いる位置検出方
法としては、通常、レンズの停止位置精度を十分に満足
する位置分解能を得るために、ＭＲ素子の出力をアナロ
グ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換した後、この信号に所定
の演算を施すことにより位置を検出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たＭＲ素子を用いた位置検出では、ＭＲ素子のアナログ
出力をＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換し、所定の
演算を行うことから、ＭＲ素子の周辺回路や演算装置の
負担が大きく、複雑な演算を要することによって位置検
出に遅延が生じ、位置制御性能が悪化するという問題が
あった。また、ＭＲ素子からは正弦波信号が出力される
が、正弦波信号に歪みやオフセットが生じやすいという
問題もある。さらに、ＭＲ素子の出力はアナログ信号で
あるため、ノイズ外乱に影響を受けやすいという問題も
ある。このため、ＭＲ素子を用いた位置検出方法では、
位置位置分解能を向上させることが難しく、位置検出精
度の向上が困難であり、可動レンズの位置制御をさらに
精度良く制御することが難しかった。

【０００６】本発明は、可動レンズの位置検出器がノイ
ズに強く、高分解能で、かつコンパクトであり、可動レ
ンズの位置制御を精度良く行うことが可能なレンズシス
テムを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定の方向に
移動可能な少なくとも一のレンズと、前記レンズを駆動
する駆動手段と、前記レンズの移動量を検出する位置検
出手段と、前記位置検出手段の検出信号に基づいて、前
記駆動手段を通じて前記レンズの位置制御を行う位置制
御手段とを有するレンズシステムであって、前記位置検
出手段は、前記レンズに設置され、所定間隔で複数の溝
が形成された反射板と、前記反射板に対してレーザ光を
入射し、当該反射板からの反射光を検出して、前記検出
信号を出力するレーザカプラとを有する。

【０００８】本発明では、可動レンズの位置の検出を、
所定の間隔の溝が形成された反射板とレーザカプラとに
よって行うため、ＭＲ素子を用いた場合よりも、位置分
解能を向上させることが容易であり、また、レーザ光を
用いるため周辺ノイズに影響を受けにくく、また、位置
検出を反射光の強弱によって行うことができるため、複
雑な演算が必要ない。

【０００９】前記レーザカプラは、光検出器が形成され
た半導体基板上にレーザ光を出射するレーザダイオード
と、前記レーザダイオードから出射されたレーザ光を前
記反射板に入射させ、当該反射板からの反射光を前記光
検出器に入射させるプリズムとが搭載されている。

【００１０】前記レーザカプラと前記反射板との間に
は、前記レーザカプラからのレーザ光を絞るための対物
レンズが設置されている。

【００１１】前記反射板の２箇所にレーザ光を入射させ
るための２つのレーザダイオードと、レーザ光の各々の
入射位置からの反射光を受光する２つの光検出器を有す
る。このような構成とすることにより、レンズの移動量
とともに移動方向を検出することが可能になる。

【００１２】本発明は、光軸方向に移動可能な第１およ
び第２のレンズと、前記第１および第２のレンズをそれ
ぞれ駆動する第１および第２の駆動手段とを有する。

【００１３】前記レンズは手振れ補正用レンズであっ
て、前記手振れ補正用レンズが設置された筐体の角速度
を検出する角速度検出手段と、前記角速度検出手段の検
出信号に基づいて手振れ量を算出し、この算出値を前記
位置制御手段に出力する手振れ量演算手段とを有する。

【００１４】前記手振れ補正用レンズは、凹レンズおよ
び凸レンズからなる一対のレンズであり、前記駆動手段
は、前記位置制御手段からの指令に基づいて一対のレン
ズのうちいずれか一方を光軸に対して直交する方向に移
動する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。第１実施形態 図１は、本発明に係るレンズシステムの一実施形態を示
す説明図である。図１において、筒状のレンズ鏡筒２
は、倍率を変更するための可動レンズＬ１とピント位置
を変更するための可動レンズＬ２を備えている。可動レ
ンズＬ１，Ｌ２はそれぞれ、ボイスコイル型リニアモー
タ４，６によって保持されており、これらのボイスコイ
ル型リニアモータ４，６はレンズ鏡筒２の内周に固定さ
れている。ボイスコイル型リニアモータ４，６には、そ
れぞれ、反射板７，１１が固定されており、この反射板
７，１１に対向するように、対物レンズ８，１２および
レーザカプラ９，１３がそれぞれ設けられている。

【００１６】ボイスコイル型リニアモータ４，６は、図
示しない位置制御装置からの位置指令に基づいて、可動
レンズＬ１，Ｌ２を光軸Ｏの方向に駆動する。

【００１７】反射板７，１１は、例えば、図３に示すよ
うに、一定間隔、例えば０．５μｍの間隔でスリット状
の溝が形成されている。反射板７，１１は、具体的に
は、例えばプラスチックから形成された透明層７ｃ（１
１ｃ）に凹凸が一定間隔で形成され、透明層７ｃ（１１
ｃ）上に非常に薄いアルミニウム等の薄膜からなる反射
層７ｂ（１１ｂ）が形成され、さらに、反射層７ｂ（１
１ｂ）の上には保護層７ａ（１１ａ）が形成されてい
る。

【００１８】対物レンズ８，１２およびレーザカプラ
９，１３は、例えば、図２に示すように、反射板７，１
１に対して配列されている。対物レンズ８，１２はレー
ザカプラ９，１３から出射されるレーザ光を絞り、反射
板７，１１上に集束させる。

【００１９】レーザカプラ９，１３は、例えばシリコン
基板ＳＢ上に形成されたフォトディテクタＰＤと、シリ
コン基板ＳＢ上に搭載されたレーザダイオードＬＤおよ
びモニタＭｎと、シリコン基板ＳＢ上に搭載されたプリ
ズムＰとを有している。シリコン基板ＳＢには、フォト
ディテクタＰＤとともに、電流−電圧変換部や信号処理
回路部が形成されている。このレーザカプラ９，１３
は、一般的に、従来の光ピックアップの構成要素のう
ち、対物レンズ以外の要素を一体化して超小型ブロック
化したもので、光検出器とオペアンプを集積したシリコ
ン基板上に、半導体レーザとプリズムを搭載したもので
ある。レーザカプラ９，１３の外形寸法は、例えば、
６．５×６．５×１．７ｍｍ程度であり、重量は０．３
ｇ程度である。

【００２０】レーザダイオードＬＤは、所定の波長のレ
ーザ光ＬをプリズムＰのハーフミラー部Ｐａに向けて出
射する。ハーフミラー部Ｐａに出射されたレーザ光Ｌ
は、反射して対物レンズ８，１２を通って、反射板７，
１１に入射する。反射板７，１１に入射したレーザ光Ｌ
は、反射層７ｂで反射して、再度対物レンズ８，１２を
通ってプリズムＰのハーフミラー部Ｐａに入射してプリ
ズムＰ内に入り、反射光がフォトディテクタＰＤに入射
する。

【００２１】レーザカプラ９，１３によって反射板７，
１１にレーザ光Ｌを出射して、反射板７，１１からの反
射光を検出すると、反射板７，１１の凹部にレーザ光Ｌ
が照射された場合と、反射板７，１１の凸部にレーザ光
Ｌが照射された場合とではフォトディテクタＰＤの検出
する光量は異なる。すなわち、レーザ光Ｌが反射板７，
１１の凹部に照射された際のフォトディテクタＰＤの検
出する反射光の光量は小さく、レーザ光Ｌが反射板７，
１１の凸部に照射された際のフォトディテクタＰＤの検
出する反射光の光量は大きい。

【００２２】このため、レーザカプラ９，１３に対し
て、反射板７，１１が一定の速度で移動すると、フォト
ディテクタＰＤの検出信号は正弦波となる。この正弦波
信号を、一定のしきい値で２値化すると、図４（ａ）に
示すように、パルス信号を生成することができる。位置
制御装置では、上記のパルス信号をカウントすること
で、レンズＬ１，Ｌ２の移動量を検出することができ
る。

【００２３】しかしながら、位置制御装置では、単一の
パルス信号を受け取った場合には移動量については検出
することができるが、移動方向を検出することができな
い。そこで、本実施形態では、レーザカプラ９，１３に
は、それぞれ２つのレーザダイオードＬＤおよびフォト
ディテクタＰＤが搭載されているものを使用する。すな
わち、図３（ａ）に示すように、反射板７，１１に対し
て２つのレーザ光Ｂ１，Ｂ２を照射する。レーザ光Ｂ
１，Ｂ２の照射位置は、位相が９０度異なる位置とす
る。

【００２４】上記のようにレーザ光Ｂ１，Ｂ２を照射す
ることにより、各々のフォトディテクタＰＤ１，ＰＤ２
を通じて生成されるパルス信号は、レーザカプラ９，１
３に対して反射板７，１１が一定の方向に移動した場合
には、図４（ａ）のようになる。図４（ａ）に示すよう
に、一方のフォトディテクタＰＤ１を通じて生成される
パルス信号は、他方のフォトディテクタＰＤ２を通じて
生成されるパルス信号に対して位相が９０度進んだ状態
となる。

【００２５】一方、レーザカプラ９，１３に対して反射
板７，１１が逆の方向に移動した場合には、図４（ｂ）
に示すように、一方のフォトディテクタＰＤ１を通じて
生成されるパルス信号は、他方のフォトディテクタＰＤ
２を通じて生成されるパルス信号に対して位相が９０度
遅れた状態となる。

【００２６】したがって、一方のフォトディテクタＰＤ
１を通じて生成されるパルス信号と他方のフォトディテ
クタＰＤ２を通じて生成されるパルス信号との関係か
ら、レーザカプラ９，１３に対する反射板７，１１の移
動方向を検出することができる。

【００２７】以上のように、本実施形態では、可動レン
ズＬ１，Ｌ２にそれぞれ固定された反射板７，１１にレ
ーザカプラ９，１３からレーザ光を照射して、その反射
光の光量を検出することにより、可動レンズＬ１，Ｌ２
の移動量を検出することができる。したがって、可動レ
ンズＬ１，Ｌ２の移動量を算出する複雑な演算は必要な
い。また、レーザ光を用いるため、周辺ノイズの影響が
少ない。さらに、反射板７，１１に形成するスリット状
の溝は、０．５μｍ程度の間隔ならば容易に形成するこ
とができるため、位置検出の分解能を十分に高くとるこ
とができる。この結果、可動レンズＬ１，Ｌ２の精密な
位置制御が可能となり、レンズシステムの性能を向上さ
せ、安定化させることが可能となる。さらに、レーザカ
プラ９，１３は超小型ブロック化されているため、レン
ズシステムの小型化が可能となる。

【００２８】第２実施形態 図５は、本発明のレンズシステムの他の実施形態を示す
説明図である。図５に示すレンズシステムは、例えば、
ＣＣＤ(Charge coupled device) カメラに適用され、い
わゆる手振れ補正機能を有するものである。レンズ鏡筒
５２内には、第１実施形態で示した可動レンズＬ１，Ｌ
２および駆動機構が内蔵されている。レンズ鏡筒５２の
図面右側端部には、ＣＣＤ撮像素子６１が配置されてい
る。レンズ鏡筒５２の外周には、角速度センサ５９が設
けられている。

【００２９】レンズ鏡筒５２の図面左側端部には、板ば
ねサスペンション５５を介して凸レンズからなる可動レ
ンズＬ３が、光軸Ｏに直交する方向（矢印Ａ１，Ａ２方
向）に移動可能に固定されている。可動レンズＬ３の一
端には、ボイスコイル型リニアモータ５１が接続されて
おり、可動レンズＬ３を矢印Ａ１，Ａ２方向に駆動す
る。

【００３０】可動レンズＬ３の他端には、図３において
説明したのと同様の構造の反射板５３が設けられてお
り、この反射板５３に対向するように図２において説明
したと同様の構造のレーザカプラ５７が配置されてい
る。

【００３１】本実施形態に係るレンズシステムは、角速
度センサ５９からの検出信号が入力される手振れ量演算
回路６２と、手振れ量演算回路６２の算出結果およびレ
ーザカプラ５７の位置検出信号が入力される補正用レン
ズ位置制御回路６３とをさらに有している。なお、本実
施形態に係るレンズシステムは、矢印Ａ１，Ａ２方向に
直交する方向にも、ボイスコイル型リニアモータ５１、
反射板５３、レーザカプラ５７からなる駆動機構および
位置検出機構を有している。

【００３２】ここで、上記した手振れ補正機能の原理に
ついて図６を参照して説明する。本実施形態に係るレン
ズシステムは、図６に示すように、光軸Ｏに直交する方
向に移動可能な凸レンズからなる可動レンズＬ３と、凹
レンズからなる固定レンズＬ４を有している。なお、図
５においては、固定レンズＬ４を示さなかったが、固定
レンズＬ４は実際にはレンズ鏡筒５２内に内蔵されてお
り、説明の便宜上図６のように示してある。

【００３３】手振れが発生していないときには、図６
（ａ）に示すように、光軸ＯはＣＣＤ撮像素子６１に対
して垂直な状態にある。この状態から、レンズシステム
に対して手振れが発生すると、図６（ｂ），（ｃ）のよ
うに、光軸もＣＣＤ撮像素子６１に対してＯ’のように
傾くことになる。このため、手振れの方向に応じて、可
動レンズＬ３を移動することにより、傾斜した光軸Ｏ’
は補正されて、ＣＣＤ撮像素子６１に対して垂直に入射
することになる。このとき、手振れの方向および手振れ
の大きさは、角速度センサ５９の検出する角速度の向き
および大きさから算出することができる。

【００３４】図５に示したレンズシステムの動作を説明
する。角速度センサ５９は、手振れが発生すると、レン
ズ鏡筒５２に発生する角速度を検出する。角速度センサ
５９は光軸Ｏに垂直な平面方向の角速度を検出可能とな
っている。角速度センサ５９の検出信号は手振れ量演算
回路６２に出力される。

【００３５】手振れ量演算回路６２では、角速度センサ
５９の検出信号に基づいて、手振れ量を算出し、この算
出結果を補正用レンズ位置制御回路６３に出力する。補
正用レンズ位置制御回路６３では、入力された手振れ量
から、可動レンズ５３の移動すべき移動量を算出し、ボ
イスコイル型リニアモータ５１に移動指令を出力する。
このとき、補正用レンズ位置制御回路６３は、レーザカ
プラ５７から得られる信号から可動レンズＬ３の位置を
正確に検出することができるため、可動レンズＬ３の高
精度な位置フィードバック制御を行うことができる。以
上のように、本実施形態によれば、可動レンズＬ３の位
置検出器がノイズに強く、高分解能で、かつコンパクト
であり、可動レンズＬ３の位置制御を精度良く行うこと
が可能であり、手振れ補正機能の性能を向上させること
が可能となる。

【００３６】上述した実施形態では、各レーザカプラに
は、レーザダイオードが２つずつ搭載されているものと
して説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、各レーザカプラには単一のレーザダイオードが搭載
され、レーザダイオードと反射板との間に、回折格子な
どを設けてレーザダイオードからのレーザ光を分光して
反射板に照射させる構成としてもよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、可動レンズの位置検出
器がノイズに強く、高分解能で、かつコンパクトであ
り、可動レンズの位置制御を精度良く行うことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレンズシステムの一実施形態を示す説
明図である。

【図２】本発明のレンズシステムにおける位置検出機構
の構成を示す説明図である。

【図３】本発明の反射板の構造の一例を示す説明図であ
る。

【図４】各フォトディテクタを通じて生成されるパルス
信号の一例を示す説明図である。

【図５】本発明のレンズシステムの他の実施形態を示す
説明図である。

【図６】手振れ補正機能を説明するための説明図であ
る。

【符号の説明】

１…レンズシステム、２…レンズ鏡筒、４，６…ボイス
コイル型リニアモータ、７，１１…反射板、８，１１…
対物レンズ、Ｌ１，Ｌ２…可動レンズ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の方向に移動可能な少なくとも一のレ
   ンズと、前記レンズを駆動する駆動手段と、前記レンズ
   の移動量を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段
   の検出信号に基づいて、前記駆動手段を通じて前記レン
   ズの位置制御を行う位置制御手段とを有するレンズシス
   テムであって、 前記位置検出手段は、前記レンズに設置され、所定間隔
   で複数の溝が形成された反射板と、前記反射板に対して
   レーザ光を入射し、当該反射板からの反射光を検出し
   て、前記検出信号を出力するレーザカプラとを有するレ
   ンズシステム。
2. 【請求項２】前記レーザカプラは、光検出器が形成され
   た半導体基板上にレーザ光を出射するレーザダイオード
   と、前記レーザダイオードから出射されたレーザ光を前
   記反射板に入射させ、当該反射板からの反射光を前記光
   検出器に入射させるプリズムとが搭載されている請求項
   １に記載のレンズシステム。
3. 【請求項３】前記レーザカプラと前記反射板との間に
   は、前記レーザカプラからのレーザ光を絞るための対物
   レンズが設置されている請求項１に記載のレンズシステ
   ム。
4. 【請求項４】前記反射板の２箇所にレーザ光を入射させ
   るための２つのレーザダイオードと、 レーザ光の各々の入射位置からの反射光を受光する２つ
   の光検出器を有する請求項２に記載のレンズシステム。
5. 【請求項５】前記反射板の２箇所にレーザ光を入射させ
   るため一のレーザダイオードからのレーザ光を分光する
   分光手段と、 レーザ光の各々の入射位置からの反射光を受光する２つ
   の光検出器を有する請求項２に記載のレンズシステム。
6. 【請求項６】光軸方向に移動可能な第１および第２のレ
   ンズと、 前記第１および第２のレンズをそれぞれ駆動する第１お
   よび第２の駆動手段とを有する請求項１に記載のレンズ
   システム。
7. 【請求項７】前記レンズは手振れ補正用レンズであっ
   て、 前記手振れ補正用レンズが設置された筐体の角速度を検
   出する角速度検出手段と、 前記角速度検出手段の検出信号に基づいて手振れ量を算
   出し、この算出値を前記位置制御手段に出力する手振れ
   量演算手段とを有する請求項１に記載のレンズシステ
   ム。
8. 【請求項８】前記手振れ補正用レンズは、凹レンズおよ
   び凸レンズからなる一対のレンズであり、 前記駆動手段は、前記位置制御手段からの指令に基づい
   て一対のレンズのうちいずれか一方を光軸に対して直交
   する方向に移動する請求項７に記載のレンズシステム。