JPS63280208A - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等に用いて
好適な自動合焦装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の自動合焦装置に、ズームレンズのマスタ群を構成
するレンズを一定の周波数で微少振動させることにより
、結像面での被写体像の状態を変化、つまりズームレン
ズにより撮像素子受光面に結像する被写体像の位置を微
少量変化させるもの力５ある。斯る自動合焦装置はこの
変化に応じ、被写体の合焦状態も変化する。従って撮像
素子による映像信号より得られる高域周波数成分信号が
変化する。この高域周波数成分信号を抽出し、被写体に
対し合焦用レンズ群である前玉レンズ群の位置を光軸方
向でどちらに動かせばよいか、判定回路により判断する
。この結果を基にし、前玉レンズ群を被写体に合焦する
ように動かしている。即ち前記高周波信号成分が最大と
なるように帰還回路を構成している。このような従来例
としては、例えば特開昭６０−４２７２４号公報に記載
されているように、マスタレンズ群の巾に振動レンズを
配置し、該レンズを圧電素子で保持し、圧電素子に所定
の周波数の電気信号を入力するととくより、該レンズを
振動させ、これにより合焦状態を判定し前玉レンズ群を
光軸方向に移動し、被写体に合焦させていた。

またナシ１ナルテクニ力ルレポート３１巻６号１９８５
年１２月６５−６７頁記載のように、マスタレンズ群の
一部を前記同様圧電素子にて保持し。

振動させる方法が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、圧電素子にレンズまたはプリズム等を
保持し、光軸方向にそれらを平行に振訪させるために、
形状が大となる。つまり、第１２図に示す如く、レンズ
を保持する保持枠を、圧電素子で構成した振動板の中央
に保持する。そして振動板の外形を、！！枠の固定部に
保持された保持部材に固定する必要がある。このためレ
ンズ鏡筒の外形寸法が大きくなる。

また圧電素子は、印加電圧に対する歪量が大変小さいた
め、レンズを微少振動させるに必要な印加電圧は数１０
ｖ以上にもなってしまう。このためビデオカメラ等の低
電圧のバッテリで動作させる機器に使用する場合、上記
した比較的高い電圧を発生させる手段を余分に設ける必
要があり、高価になる。

また、ＶＴＲ一体型カメラ等においては、小形軽量化が
図られている。その中でズームレンズの重量に占める割
合が高い。そこでズームレンズの小形、軽量化が望壕れ
ている。つまりレンズ鏡筒のみならず、レンズ玉をもプ
ラスチック材にて成形することが考えられている。特に
レンズ玉をプラスチック化したときに、軽量効化が大き
いのは前玉レンズ群に適用したときである。プラスチッ
ク材にて前玉し、ンズ群を構成するには、レンズ面を非
球面化し収差補正をする必要がある。この非球面化した
レンズはガラス材のレンズに比し保持精度が厳しい。つ
まりレンズが光軸に対し倒れが・ない状態に近くしなけ
ればならない。ところが従来技術では前玉レンズ群を合
焦のために前後方向に移動させる必要があるため、移動
ガタによりレンズが倒れ性能上軒容出来なくなってしま
うため、前玉レンズをグラスチック化することが難しか
った。

また、上記したようにガラス材による前玉レンズ群は重
いため、この前玉レンズ群を光軸方向に移動させるに必
要な力も大きいため、その駆動用モータも大きくなる。

あるいは小さなモータを使用すると減速比を大きくする
ための減速機構が必要となり、結果的に重くなる。また
形状も大となる。

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点を解消し、構
成が簡単でかつ軽量、小形化可能な自動合焦装置を提供
するにある。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 上記目的は以下の手段により達成される。

（１）前玉レンズ群を固定、マスタレンズ群あるイハマ
スタレンズ群の一部レンズで合焦する光学系とし、前玉
し／ズ群の保持精度を確Ｐできるようにした。そして前
玉レンズ群にグラスチック材による非球面レンズを採用
できるようにした。

（２）合焦機能を有するレンズにもグラスチック材によ
る非球面レンズを採用し、グラスチック材の経時変化等
による性能上の不都合（結像面のシフト等）が入らない
ように、撮像素子による映像信号によりオートフォーカ
ス動作をするようにした。

（３）　　上記合焦用レンズを光軸方向に移動させる手
段を、オートフォーカス動作をさせる制御系の内に入れ
た。

〔作用〕

前玉レンズ群を固定したことによって、前玉部構造は、
移動機構が不要となり構造が簡略化される。またレンズ
保持精度を確保出来るようになるので、保持精度を要す
る非球面レンズを使用することができる。

合焦用レンズを、映像信号によりオートフォーカス動作
させる制御系の内に取入れたことにょうて、グラスチッ
ク材の経時変化、ある廖は１度変化等による結ｇＩ！面
のシフトによる性能上の不都合が生じないオートフォー
カスシステムが得られる。

上記前玉レンズ群をプラスチック材による非球面とする
ことによ秒、重量を軽減する作用がある。

〔笑施例〕

以下１本発明の一実施例゛を図面によって説明する。第
１図は本発明による自動合焦装置の一実施例を示す概略
構成図である。同図において、１はレンズ３枚で構成さ
れた前玉レンズ群、　　ｌａ、１ｃは、外周部にツバを
有するプラスチック材で成形された非球面レンズ、２は
変倍作用をさせるバリエータレンズ群、Ｓは変倍作用に
より生じる収差を補正するコンベンセータレンズ群、４
はマスタレンズ群、５Ｆｉバリ工−タレンズ群を保持す
るパリｘ−ｐ枠ｈ　６はコンベンセータ保持枠％７はズ
ーム動作時、バリエータ枠、コンペンセータ枠ヲ元軸方
向の所定位置に移＃させるカム環、８はこのカム環に設
けたカム溝に嵌入するカムフォロワ’７−．９Ｕバリエ
ーク枠、コンベンセータ枠を光＝軸方向に案内する案内
ロッド、１０はズーム作用するバリエータ枠、コンベン
セータ枠、カム環等を内包し、かつ前玉レンズ群を保持
する固定筒、１１は、固定筒とマスタ部をつなぐツナギ
筒、１２はズームモータ１ｓの駆動ギアにより駆動され
るズーム環であり、これはカム環と保合（図示せず）し
ている。１３はズーム環のギア部に噛合し、ズーム位置
を検出するズーム位置検出器、１４は、明るさを変化さ
せる絞り１５を駆動するアイリスモータ、１６６は、ア
イリスの絞り位置検出器、１７はマスタレンズ群を保持
する内マスタツツ、１８は内マスタッッを元軸方向移動
可能に保持する外マスタツツ、１９は、内マスタツツの
移動を規制するストッパ、２０は撮像素子２１を保持す
るセンサ保持枠、２２は据置素子にとらえる映像信号の
時間を変化させる機能を有する信号処理回路基板、２３
はシールドケース２４は映像信号より高域成分を抽出す
る回路、２５は、合焦用モータ２６を駆動制御するオー
トフォーカス回路（以下ＡＦ回路という）１合焦用モー
タ２６の出力軸は、減速・機構を介して内マスタッッ１
７のギアに噛合している。

以上の如く構成された自動合焦装置の動作について説明
をする。

ＡＰ回路２５により、マスタレンズ群を光軸方向に微少
振動をさせる周期的な信号をモータ２６に送る。このと
き、撮像素子２１により得られる映像信号より高域成分
を抽出した抽出信号と合焦状態との関係を第２図に示す
。横軸にフォーカスレンズ位置、縦軸に映像信号の高域
成分信号をとると、フォーカスレンズ位置を振動させる
ことにより、高域成分信号が変化する。合焦点に対して
どちら側にあるかけ、レンズ位置の振動方向と高域成分
信号の変動方向とを検知することにより判定できる。即
ちムの状態ではレンズ位置を矢印方向Ｃに動かしたとき
、高域成分信号は増えるが、Ｂの状態では、矢印Ｃ方向
に動かすと逆に高域成分信号は減少する。従ってレンズ
位置の動かす方向により高域成分信号の出方を判定すれ
ば、合焦点へレンズを動かす方向が分る。合焦判定は高
域成分信号の変動分をある程度以下なら合焦と見なす。

上記した如く高域成分信号により合焦用モータを駆動す
ると１合焦モータの出力軸より減速機構を介して内マス
タツツに回転が伝えられて、内マスタツツが回動する。

このとき、内マスタツツは、外マスタツツに対し回転し
ながら並進するようになっている。回転を並進にかえる
機構としてヘリコイドネジを使用している。

以上のように合焦動作が達成される。

第３図は、前玉部に非球面レンズを用い、前玉部を固定
し、マスタレンズを振動移動させるレンズ系の例を示す
図である。マスタレンズを前群４ｃＬ。

後群４６に分け、後群４６の凹レンズをプラスチック材
による非球面とし、この後群を光軸方向に振動移動させ
る。この際収差補正のためにコンペンセータレンズ群の
固定コンペンセータも、プラスチック材による非球面レ
ンズとした。

このようにプラスチック材による非球面レンズを多用し
た光学系においては、初期性能は確保で・きる。しかし
プラスチック材の経時変化および猥・境温度変化を受け
たとき、結像面のシフトを生じオートフォーカスとして
の性能を満足しないことがある。しかし本実施例では、
映像信号によりオートフォーカス動作する制御系の内に
１合焦用レンズを組入れてあり、かつ上記経時変化によ
る結像面のシフト量をカバーするように、合焦用レンズ
が移動出来るようにした。即ち第４図に示す保持枠３０
の移動量を規定するカム環３４に設けたカム溝を、長く
しである。つまり初期での保持枠３０の移動量より多く
移動できるようにしである。

第４図は、上記マスタレンズ後群を振動、移動させる機
構部の例である。

３０はマスタ後群を保持する保持枠、３１はこの保持枠
を光軸方向に微少振動させる振動部材１例えば積層した
圧電素子、６２は振動部材と、保持枠を内包する移動枠
、５３は移動枠に取り付けたカムフォロワー、３４はカ
ムフォロワーが嵌入するカム溝を有するカム環％６５は
カム環に設けたギア、３６は減速ギア、３７は、カム環
を回動軸支し、かつマスタ前群を保持するマスタ筒、３
８は圧電素子に電圧を供給するためのリード線用切欠溝
、３９は力易猿がマスタ筒より抜けないための抑え部材
である。

以上の如く構成したレンズ移動機構部の動作について説
明する。

圧電素子に電圧を供給することにより矢印で示す光軸方
向に、圧電素子が微少量伸縮する積層にすることにより
供給電圧は、単独で供給する電圧より少ない。これによ
りマスタレンズ後群位置も微少量変化する。次に移動枠
の動きについてのべる。駆動モータの出力軸より減速ギ
アを介して。

カムｌｉＫ取付けたギアに、駆動力が伝達されカム環と
一体となって回動する。カム環が回動するとカムＩＩＫ
設けたカム溝にそってカムフォロワーが光軸方向に動く
。カムフォロワーは移動枠に取付けであるので移動枠も
光軸方向に移動する。この際、カム環の回動トルクを減
少させるために第５図に示す如く円筒コロを３ケ所以上
設けてもよい。

これにより、駆動モータはより小さなモータを使用する
ことが出来る。

円筒コロを組込むためマスタ筒３７の一部に円筒コロ挿
入のＵ溝を設けた。

次に微少振動と移動をパルスモータ等を用い、微少振動
させるパルス数を、移動させるパルスに重乗させて駆動
すると、前記微少振動素子を省略することができる。

第６図は移動機構の第２の実施例を示す図であって、４
０はカム環に取付けたウオームホイール、４１はこのウ
オームホイールに噛合するウオームを示し、該ウオーム
４１は、パルスモータの軸に直結する。このようにウオ
ーム４１とウオームホイール４０を使用すると、減速比
を大きくとれることができるので、前記実施例に述べた
減速ギアは不要となる。ウオームの受部は第７図に示す
如く、スラスト方向を受ける構造としである。このスラ
スト受部４２を外マスタツツに設けた。４３はパルスモ
ータを保持し、パルスモータ軸部を、外マスタッッの他
の軸受部に押えるようにした部材である。

第８図は移動機構部の第３の実施例を示す図であって、
マスタレンズ後群の保持枠にリードネジ・部４６と、光
軸方向移動時のレンズの回り止め部４５を設けた。外マ
スタツッに、前記リードネジ部に係合するリードネジ４
７の受部と、回り止めロッド４８の受部を設けである。

４９はリードネジ４７に取付けたギアであり、このギア
は合焦用モータ２６に攻付けたギアと噛合している。

次に動作説明をする。合焦モータが回転するとギアを介
してリードネジ４７に回転が伝達されて、リードネジが
回転する。リードネジが回転するとリードネジに噛合う
リードネジ部により保持枠３σが光軸方向に移動する。

上記例においては、前記した如くカム環を回動させるの
ではなく、リードネジを回動させる。リードネジはカム
環に比べ、重盆が軽いので、回動負荷抵抗が少ない。従
ってモータによる駆動力を小さくできるので小形モータ
が使用できる。

またこの実施例において、保持枠３０を、バネ５０で一
方向に付勢するとともに第９図に示す如く回り止め部ガ
タを吸収するように、保持枠５ｏの回り止めｓ４５を弾
性変形するように切欠き溝５１を設けた。

次にマスタレンズ群の微少振動量を一定にする実施例に
ついて述べる。

第１０図は、絞り値を一定にして、被写界深度を一定に
するために、絞り位置を検出する例を示した例であって
、１６はアイリスモータ、５５はアイリスモータ１６の
回転軸に取付けた回動車、５６は回動車に取付けたブラ
シ、５４はアイリス七−夕に取付けた抵抗パターンを焼
付けた部材、５７け抵抗パターンの端部に設けた端子で
ある。５２は絞り値を決める絞り羽根の開放状態を変化
させる部材である。

アイリスモータ１６が回転すると、アイリスモータ１６
の回転軸に取付けた回動車が回転し、端子５７の抵抗パ
ターンに接触するブラシの位置が変化し。

出力端子５７に出る抵抗値が変化する。この変化量と絞
り値との間には１対１の対応関係がある。従って絞り位
置を、この抵抗値を一つ設定すれば、レンズ系が持つ焦
点深度は一定となる。つまり映像信号より抽出する高域
信号成分の変化を得るためＫ、レンズを振動させる量を
一定にすることができる。しかし、これでは明るい場所
での撮影時や暗い場所での撮影時に問題となる。そこで
この絞り位置を設定したとき、撮像素子により取り出す
映像信号時間をコントロールすればよい。

第１１図は、マスタレンズ後群の振動量を一定とするた
めのズームレンズの制御法を示す例である。

絞り位置検出回路より絞り位置を検出し、焦点深度を計
算し、ＡＰ回路によりマスタレンズ後群の振動量を決め
マスタレンズ後群を一定に振動させる。このとき、撮像
素子の受光光量が一定となるように、撮像素子での光量
を検出し、撮像素子に受光する時間を制御回路にて制御
する。また合焦動作は先に述べた如く回路系を通して、
合焦用レンズを駆動するモータを制御する。

上記例において絞り位置設定を、ポリ息−ム等でアンプ
に設定しておくと、焦点深度が深くすることができ、被
写体に合焦する距離範囲が大きくなる。逆にオーバに設
定しておくと被写体に合焦する距離範囲が小さくするこ
とができる。従って撮影者の好みに応じて合焦範囲を設
定できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、合焦用レンズであった前玉しンズを固
定したこと、合焦用レンズを映像信号により合焦動作さ
せる制御系の内に組入れたことにより以下の効果がある
。

（１）　　前玉レンズ群固定により、前玉移動機構が不
要になる。かつ移動時のガタに起因する性能劣化（レン
ズ群倒れ等）がなくなり、前玉レンズ群の保持精度を向
上させることが出来る。従ってレンズ保持精度の厳しい
非球面レンズの使用が可能となる。このため非球面レン
ズをプラスチック材にて成形し、前玉レン・構部に適用
することにより、前玉レンズ部の重量軽減効果がある。

（２）合焦用レンズを、合焦動作させる制御系の内に入
れたことにより、プラスチック材による非球面レンズの
経時変化等に伴った性能上の不都合（儂面シフト移動）
のない自動舎外装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
フォーカスレンズ位置と映像信号の高−成分信号との関
係を示す線図、第３図は前玉レンズを固定可能とするズ
ームレンズのレンズ配置を示す構成図、第４図は上記ズ
ームレンズのマスタレンズ後群の合焦動作をさせる移動
機構部を示す□第１の例を示す断面図、第５図は上記第
４図のカムカン回動トルクを低減する方法を示す断面図
、第６図はマスタレンズ後群を移動させる第２の例を示
す斜視図、第７図は、上記第６図のウオーム部受部を示
す部分の断面図、第８図はマスタレンズ後群を移動させ
る第３の例を示す断面図、第９図は第３の実施例におけ
る。ロッドガタを除去する構造の要部を示す正面図、第
１０図は絞りの絞り位置を検出する機構部を示す断面図
、第１１図は、焦点深度を一定に保ち、マスタ後群の振
動量を一定にするようにしたシステム構成を示す構成図
、第１２図は従来例によるレンズ振動法を示す概略構造
図である。 符号の説明 １・・・前玉レンズ群、　　　　　４山マスタレンズ群
１５・・・アイリス　　　　　　１６・・・絞り位置検
出幸、３０・・・保持枠　　　　　　　３２川移動枠、
３３山カムフオロワー　　　ｓ４由力ｂｌｌ１４１・・
・ウォーＡ、　　　　　　　４０・・・ウオームホイー
ル、 ４８・・・ロッド、　　　　　　　４９由リードネジ、
５０・・・バネ。 第５国 ３ｑ 閉　６図 ４０　ウイームボイノム 閑７Ｉ！］ 躬　９　ロ 躬１０圀 〜イ 躬１２０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被写体像を撮像素子上に結像させるズームレンズと
   、該撮像素子より得た映像信号から高域周波数成分信号
   を抽出する回路と、該回路よりの高周波成分信号を最大
   となるように、ズームレンズのレンズ系の一部を光軸方
   向に移動させる機構を制御する回路より構成し、被写体
   に合焦するようにした自動合焦装置において、前記ズー
   ムレンズを構成するレンズ系の前玉レンズ群を固定し、
   マスタレンズ群の一部あるいは全てを光軸方向に移動し
   合焦する光学系としたことを特徴とする自動合焦装置。 ２、上記光学系の前玉部およびマスタ群に、プラスチッ
   ク材による非球面レンズを採用したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の自動合焦装置。 ３、上記合焦用レンズの少なく１枚以上にプラスチック
   材による非球面レンズを採用し、該合焦用レンズを自動
   合焦制御する制御系の内に組入れたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の自動合焦装置。 ４、上記ズームレンズの光学系を保持する鏡筒に前玉レ
   ンズ群を固定保持する前玉レンズ固定部と、合焦用レン
   ズを光軸方向に移動可能に保持する可動保持部と、この
   可動保持部を光軸方向に移動させる駆動手段とを設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の自動合焦
   装置。 ５、上記固定部を、ズーム部レンズ群を構成し保持する
   、ズーム保持部材に一体にした鏡筒としたことを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の自動合焦装置。 ６、上記可動保持部を内包するマスタ外筒に可動保持部
   を保持し、この外筒に一部切欠部を設けこの切欠部を介
   して前記可動保持部材を駆動手段と係合するようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の自動合焦
   装置。 ７、上記駆動手段により、前記可動保持部材を光軸方向
   に微少振動させながら、至近から無限遠方までの合焦範
   囲の移動をさせるようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載の自動合焦装置。 ８、上記可動保持部材を光軸方向に微少振動させる振動
   部と、至近から無限遠方までの合焦範囲の移動する移動
   部材部とで構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項記載の自動合焦装置。 ９　上記ズームレンズにおいて、絞り位置を検出する検
   出部材と、この絞り位置検出信号により撮像素子上への
   映像情報蓄積時間を制動し読み出す回路とにより、微少
   振動量を一定となるように制御することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の自動合焦装置。 １０、上記絞り位置を最適状態より、オーバあるいはア
   ンダに切換える切換え部材と、この切換え部材により、
   微少振動量を変化させる回路とを設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第９項記載の自動合焦装置。