(57)【要約】      （修正有）【課題】小型かつ高速で合焦可能な可変焦点レンズを提供する。【解決手段】カム環６８の回動によってピン７４Ａを介してズームレンズ７０を光軸方向に移動させる。このとき同時にカム環６８に設けられたフォーカスカム７８に嵌合したピン７４Ｂはフォーカス枠６０を光軸方向に移動させる。フォーカス枠６０はシャフト８０Ｂによって回転方向の動きは規制されていて、カム環６８の回動により、フォーカス枠６０及び該フォーカス枠６０に固定されたフォーカスモータ６２を光軸方向に移動させる。これによりフォーカスレンズ７２のホームポジションもまた光軸方向へ移動し、合焦に必要なフォーカスレンズ７２の繰り出し量及び合焦に必要な時間を少なくすることができる。加えてフォーカスレンズ７２移動用リードスクリュー６６を短くすることができるので、可変焦点レンズ２１の全長を短くすることもできる。【選択図】図４
2006276464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム環の回転により光学エレメントの一部を光軸方向に移動させることで焦点距離を変更可能な可変焦点レンズであって、
光軸方向に移動することで合焦動作を行うフォーカスレンズを備え、
前記カム環の回転に連動して前記フォーカスレンズのホームポジション位置が移動することを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項２】
前記カム環のテレ端よりもテレ側またはワイド端よりもワイド側の一方あるいは両方をマクロ領域として前記フォーカスレンズを繰り出し、
前記マクロ領域においては前記カム環の回転に連動して前記フォーカスレンズのホームポジション位置が移動することを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３】
前記カム環の回転に連動して前記フォーカスレンズのホームポジション位置が被写体側に移動することを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の可変焦点レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変焦点レンズに関し、特に内蔵フォーカスレンズをモータで駆動し合焦する可変焦点レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通常の銀塩カメラ以上にデジタルビデオカメラやデジタルカメラにおいてピント合わせを自動で行う、いわゆるＡＦ（オートフォーカス）はきわめて重要かつ当然必要な機能となっている。また撮影レンズの焦点距離を可変とし、像倍率を変えられるズームレンズもまた極めて重要な機能となっている。
【０００３】
しかし高倍率なズームレンズにおいては最短撮影距離から無限遠までの間のフォーカスレンズの移動量が長くなり、このためＡＦに時間がかかるようになるので素早い撮影ができず、シャッターチャンスを逃す可能性がある。
【０００４】
また、フォーカスレンズの移動量が長くなれば、これに伴ってフォーカスレンズのリードスクリューも長くする必要があるためレンズが長大化し、カメラ全体の薄型化の妨げとなっている。
【０００５】
すなわち図８に示すように、レンズ１２１のフォーカスモータ６２はマウント６４側に固定されているので、撮影者がズームレンズ７０を光軸方向（図中左右方向）に移動させズーミングを行っても、フォーカス枠６０は常に同じホームポジションから駆動開始となるので、ズーム位置によってはフォーカスレンズ７２を駆動して合焦を行う際に長い距離を繰り出す必要がある。このため合焦動作にかかる時間が長くなり、結果として撮影までにかかる時間が長くなってしまう。
【０００６】
また、合焦を行う際に長い距離を繰り出す必要があればフォーカス枠６０を移動させるリードスクリュー６６もまた長くする必要があるので、レンズ１２１の全長もまた長くなり、カメラ全体の小型化・薄型化を妨げることになる。
【０００７】
一眼レフなどレンズ交換式カメラにおいてＡＦ時間の短縮のために、位相差検出・コントラスト検出など複数の焦点検出手段を備え、状況に応じて最適な焦点検出を行う構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかし上記の構成では焦点検出速度は向上するが、合焦動作すなわちフォーカスレンズの動作に要する時間を短縮している訳ではないので、例えばテレ側にズームした状況では合焦動作そのものに時間が掛かる問題は解消されていない。
【特許文献１】特開２００３−０２９１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事実を考慮し、小型かつ高速で合焦可能な可変焦点レンズの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の可変焦点レンズは、カム環の回転により光学エレメントの一部を光軸方向に移動させることで焦点距離を変更可能な可変焦点レンズであって、光軸方向に移動することで合焦動作を行うフォーカスレンズを備え、前記カム環の回転に連動して前記フォーカスレンズのホームポジション位置が移動することを特徴とする。
【００１１】
上記構成の発明では、レンズの焦点距離変化に連動してフォーカスレンズのホームポジションを移動させることができるので、合焦動作時のフォーカスレンズ移動量を少なくし、高速で合焦可能な可変焦点レンズとすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の可変焦点レンズは、前記カム環のテレ端よりもテレ側またはワイド端よりもワイド側の一方あるいは両方をマクロ領域として前記フォーカスレンズを繰り出し、前記マクロ領域においては前記カム環の回転に連動して前記フォーカスレンズのホームポジション位置が移動することを特徴とする。
【００１３】
上記構成の発明では、フォーカスレンズの繰り出し量が多く必要になるマクロ領域において、カム環の回転と連動してフォーカスレンズを繰り出すことでマクロ撮影時のフォーカスレンズ移動量を少なくし、高速で合焦可能な可変焦点レンズとすることができる。
【００１４】
請求項３に記載の可変焦点レンズは、前記カム環の回転に連動して前記フォーカスレンズのホームポジション位置が被写体側に移動することを特徴とする。
【００１５】
上記構成の発明では、カム環の回転と連動してフォーカスレンズのホームポジションを被写体側に繰り出すことで合焦動作時のフォーカスレンズ移動量を少なくし、高速で合焦可能な可変焦点レンズとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上記の構成としたので、小型かつ高速で合焦可能な可変焦点レンズとすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜外観＞
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０の外観上の構成を説明する。
【００１８】
図１には、本発明の第１実施形態に係るカメラが示されている。
【００１９】
デジタルカメラ１０の正面には、被写体像を撮像素子上に結像させるための可変焦点可変焦点レンズ２１と、撮影時に必要に応じて被写体に照射する光を発するストロボ４４と、撮影する被写体の構図を決定するために用いられるファインダ２０と、が備えられている。また、デジタルカメラ１０の上面には、撮影を実行する際に押圧操作されるレリーズボタン（所謂シャッター）５６Ａと、電源スイッチ５６Ｂと、が備えられている。
【００２０】
なお、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０のレリーズボタン５６Ａは、中間位置まで押下される状態（以下、「半押し状態」という。）と、当該中間位置を超えた最終押下位置まで押下される状態（以下、「全押し状態」という。）と、の２段階の押圧操作が検出可能に構成されている。
【００２１】
そして、デジタルカメラ１０では、レリーズボタン５６Ａを半押し状態にすることによりＡＥ（Automatic Exposure、自動露出）機能が働いて露出状態（シャッタースピード、絞りの状態）が設定された後、ＡＦ（Auto Focus、自動合焦）機能が働いて合焦制御され、その後、引き続き全押し状態にすると露光（撮影）が行われる。
【００２２】
一方、デジタルカメラ１０の背面には、前述のファインダ２０の接眼部と、撮影された被写体像やメニュー画面等を表示するための液晶ディスプレイ（以下、「ＬＣＤ」という。）３８と、撮影を行うモードである撮影モード及び被写体像をＬＣＤ３８に再生するモードである再生モードの何れかのモードに設定する際にスライド操作されるモード切替スイッチ５６Ｃと、が備えられている。
【００２３】
また、デジタルカメラ１０の背面には、十字カーソルボタン５６Ｄと、撮影時にストロボ４４を強制的に発光させるモードである強制発光モードを設定する際に押圧操作される強制発光スイッチ５６Ｅと、可変焦点レンズ２１を望遠／広角にズームさせるズームボタン５６Ｆが更に備えられている。
【００２４】
なお、十字カーソルボタン５６Ｄは、ＬＣＤ３８の表示領域における上・下・左・右の４方向の移動方向を示す４つの矢印キー及び当該４つの矢印キーの中央部に位置された決定キーの合計５つのキーを含んで構成されている。
【００２５】
ズームボタン５６Ｆはシーソー式にＴ（望遠）／Ｗ（広角）の一方を押すことで可変焦点レンズ２１の焦点距離を変更し、撮影画像の倍率を連続的に変えることができる。
＜電気系＞
次に、図２を参照して、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０の電気系の構成を説明する。
【００２６】
デジタルカメラ１０は、前述の可変焦点レンズ２１を含んで構成された光学ユニット２２と、可変焦点レンズ２１の光軸後方に配設された電荷結合素子（以下、「ＣＣＤ」という。）２４と、入力されたアナログ信号に対して各種のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部２６と、を含んで構成されている。
【００２７】
また、デジタルカメラ１０は、入力されたアナログ信号をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換器（以下、「ＡＤＣ」という。）２８と、入力されたデジタルデータに対して各種のデジタル信号処理を行うデジタル信号処理部３０と、を含んで構成されている。
【００２８】
なお、デジタル信号処理部３０は、所定容量のラインバッファを内蔵し、入力されたデジタルデータを後述するメモリ４８の所定領域に直接記憶させる制御も行う。
【００２９】
ＣＣＤ２４の出力端はアナログ信号処理部２６の入力端に、アナログ信号処理部２６の出力端はＡＤＣ２８の入力端に、ＡＤＣ２８の出力端はデジタル信号処理部３０の入力端に、各々接続されている。従って、ＣＣＤ２４から出力された被写体像を示すアナログ信号はアナログ信号処理部２６によって所定のアナログ信号処理が施され、ＡＤＣ２８によってデジタル画像データに変換された後にデジタル信号処理部３０に入力される。
【００３０】
一方、デジタルカメラ１０は、被写体像やメニュー画面等をＬＣＤ３８に表示させるための信号を生成してＬＣＤ３８に供給するＬＣＤインタフェース３６と、デジタルカメラ１０全体の動作を司るＣＰＵ（中央処理装置）４０と、撮影により得られたデジタル画像データ等を記憶するメモリ４８と、メモリ４８に対するアクセスの制御を行うメモリインタフェース４６と、を含んで構成されている。
【００３１】
更に、デジタルカメラ１０は、可搬型のメモリカード５２をデジタルカメラ１０でアクセス可能とするための外部メモリインタフェース５０と、デジタル画像データに対する圧縮処理及び伸張処理を行う圧縮・伸張処理回路５４と、を含んで構成されている。
【００３２】
なお、本実施の形態のデジタルカメラ１０では、メモリ４８としてＶＲＡＭ（Video RAM）が用いられ、メモリカード５２としてスマートメディア（Smart Media(登録商標)）が用いられている。
【００３３】
デジタル信号処理部３０、ＬＣＤインタフェース３６、ＣＰＵ４０、メモリインタフェース４６、外部メモリインタフェース５０、及び圧縮・伸張処理回路５４はシステムバスＢＵＳを介して相互に接続されている。従って、ＣＰＵ４０は、デジタル信号処理部３０及び圧縮・伸張処理回路５４の作動の制御、ＬＣＤ３８に対するＬＣＤインタフェース３６を介した各種情報の表示、メモリ４８及びメモリカード５２へのメモリインタフェース４６及び外部メモリインタフェース５０を介したアクセスを各々行うことができる。
【００３４】
一方、デジタルカメラ１０には、主としてＣＣＤ２４を駆動させるためのタイミング信号を生成してＣＣＤ２４に供給するタイミングジェネレータ３２が備えられており、ＣＣＤ２４の駆動はＣＰＵ４０によりタイミングジェネレータ３２を介して制御される。
【００３５】
更に、デジタルカメラ１０にはモータ駆動部３４が備えられており、光学ユニット２２に備えられた図示しないフォーカスモータ６２、ズームモータ及び絞り駆動モータの駆動もＣＰＵ４０によりモータ駆動部３４を介して制御される。
【００３６】
更に、前述のレリーズボタン５６Ａ、電源スイッチ５６Ｂ、モード切替スイッチ５６Ｃ、十字カーソルボタン５６Ｄ、及び強制発光スイッチ５６ＥはＣＰＵ４０に接続されており、ＣＰＵ４０は、これらの操作部５６に対する操作状態を常時把握できる。
【００３７】
また、デジタルカメラ１０には、ストロボ４４とＣＰＵ４０との間に介在されると共に、ＣＰＵ４０の制御によりストロボ４４を発光させるための電力を充電する充電部４２が備えられている。更に、ストロボ４４はＣＰＵ４０にも接続されており、ストロボ４４の発光はＣＰＵ４０によって制御される。
＜動作＞
次に、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０の撮影時における全体的な動作について簡単に説明する。
【００３８】
まず、ＣＣＤ２４は、光学ユニット２２を介した撮像を行い、被写体像を示すＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）毎のアナログ信号をアナログ信号処理部２６に順次出力する。アナログ信号処理部２６は、ＣＣＤ２４から入力されたアナログ信号に対して相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を施した後にＡＤＣ２８に順次出力する。
【００３９】
ＡＤＣ２８は、アナログ信号処理部２６から入力されたＲ、Ｇ、Ｂ毎のアナログ信号を各々１２ビットのＲ、Ｇ、Ｂの信号（デジタル画像データ）に変換してデジタル信号処理部３０に順次出力する。デジタル信号処理部３０は、内蔵しているラインバッファにＡＤＣ２８から順次入力されるデジタル画像データを蓄積して一旦メモリ４８の所定領域に直接格納する。
【００４０】
メモリ４８の所定領域に格納されたデジタル画像データは、ＣＰＵ４０による制御に応じてデジタル信号処理部３０により読み出され、所定の物理量に応じたデジタルゲインをかけることでホワイトバランス調整を行なうと共に、ガンマ処理及びシャープネス処理を行なって８ビットのデジタル画像データを生成する。
【００４１】
そして、デジタル信号処理部３０は、生成した８ビットのデジタル画像データに対しＹＣ信号処理を施して輝度信号Ｙとクロマ信号Ｃｒ、Ｃｂ（以下、「ＹＣ信号」という。）を生成し、ＹＣ信号をメモリ４８の上記所定領域とは異なる領域に格納する。
【００４２】
なお、ＬＣＤ３８は、ＣＣＤ２４による連続的な撮像によって得られた動画像（スルー画像）を表示してファインダとして使用することができるものとして構成されており、ＬＣＤ３８をファインダとして使用する場合には、生成したＹＣ信号を、ＬＣＤインタフェース３６を介して順次ＬＣＤ３８に出力する。これによってＬＣＤ３８にスルー画像が表示されることになる。
【００４３】
ここで、レリーズボタン５６Ａがユーザによって半押し状態とされた場合、前述のようにＡＥ機能が働いて露出状態が設定された後、ＡＦ機能が働いて合焦制御され、その後、引き続き全押し状態とされた場合、この時点でメモリ４８に格納されているＹＣ信号を、圧縮・伸張処理回路５４によって所定の圧縮形式（本実施の形態では、ＪＰＥＧ形式）で圧縮した後に外部メモリインタフェース５０を介してメモリカード５２に記録する。
＜可変焦点＞
図３、図４には本発明の第１実施形態に係る可変焦点レンズ２１が示されている。
【００４４】
本発明の第１実施形態に係る可変焦点レンズ２１は図３に示すように複数枚のレンズを有し、焦点距離の変更（変倍）が可能なズームレンズとして構成されている。
【００４５】
可変焦点レンズ２１はマウント６４でカメラ１０に固定され、ズームレンズ７０を光軸方向（図中左右方向）に移動させることで焦点距離を変化させ、撮影倍率を変えることができる。
【００４６】
すなわち、図示しないズームモータがカム環６８を回転させると、図４のようにカム環６８に設けられたズームカム７６に嵌合したピン７４Aによってズームレンズ７０が光軸方向に移動する。ズームレンズ７０はシャフト８０Aによって回転方向の動きは規制されているので、カム環６８の回動に合わせて光軸方向に直線運動し、可変焦点レンズ２１の焦点距離を変化させる。
【００４７】
このとき、従来のレンズでは図８のようにフォーカスレンズ７２の初期位置はズームレンズ７０の位置によらず固定なので、合焦の際には常に固定された初期位置から合焦動作を開始する。このためズーム位置によってはフォーカスレンズ７２の繰り出し量が大きくなり、合焦に時間がかかる。
【００４８】
本実施形態ではカム環６８に設けられたフォーカスカム７８に嵌合したピン７４Bによってフォーカスモータ６２を含むフォーカス枠６０が光軸方向に移動し、フォーカスレンズ７２の初期位置を移動させることで合焦に必要な繰り出し量を小さくすることができ、合焦動作にかかる時間を短くすることができる。
【００４９】
図４に示すようにカム環６８を図示しないズームモータが回動させることで、カム環６８に設けられたズームカム７６に嵌合したピン７４Aがズームレンズ７０を光軸方向に移動させる。このとき同時にカム環６８に設けられたフォーカスカム７８に嵌合したピン７４Bはフォーカス枠６０をも光軸方向に移動させる。フォーカス枠６０はシャフト８０Bによって回転方向の動きは規制されているので、カム環６８の回動に合わせて光軸方向に直線運動し、フォーカス枠６０を光軸方向に移動させる。
【００５０】
これによりフォーカス枠６０に固定されたフォーカスモータ６２も同時に光軸方向に移動するので、フォーカスレンズ７２のホームポジションもまた光軸方向へ移動し、合焦に必要なフォーカスレンズ７２の繰り出し量を少なくすることができる。このためフォーカスレンズ７２を移動させる時間も少なくなり、合焦に必要な時間を減らすことができる。またフォーカスレンズ７２を移動させるリードスクリュー６６を短くすることができるので、可変焦点レンズ２１の全長を短くすることもできる。
【００５１】
図５には本発明の第１実施形態に係る可変焦点レンズのズーム位置とフォーカスモータの駆動パルス数の関係が示されている。
【００５２】
図５に示すように可変焦点レンズ２１をズームさせた際、合焦に必要なフォーカスモータ６２の駆動パルス数はW（広角）からT（望遠）へズームする間に変動し、フォーカスレンズ７２の初期位置を固定した場合、最大で約８００パルスとなる（ピント位置0.8ｍ）。
【００５３】
これに対して本実施形態では、図中×−×で示したようにフォーカス枠位置をズーム位置に合わせて被写体側に繰り出すことで、合焦に必要なフォーカスモータ６２の駆動パルス数は前述の約８００パルスの位置では約２７０パルスに削減可能であり、フォーカスモータ６２の駆動パルス数を少なくできるので合焦動作を高速で行うことができる。
【００５４】
また本実施形態ではテレ端とワイド端にそれぞれマクロ撮影領域を設け、フォーカスレンズ７２の初期位置をフォーカスカム７８によって繰り出し側にシフトしている。これにより、マクロ撮影の合焦時におけるフォーカスレンズ７２の位置（図中○）までのフォーカスモータ６２の駆動パルス数を少なくできるので、マクロ撮影時の合焦動作を高速化することができる構成としている。
【００５５】
図６には本発明の第１実施形態に係る可変焦点レンズのズームカムとフォーカスカムの形状が示されている。
【００５６】
未使用時にはレンズ全体を沈動しカメラ１０に収納する場合、図６のように沈動→広角動作時には直線的にズームレンズ７０を繰り出し、ワイド端に設けられたワイドマクロ領域においてはズームを停止した状態でフォーカスレンズ７２を繰り出して近接撮影に対応し、フォーカスレンズ７２の初期位置をフォーカスカム７８によって繰り出し側にシフトすることで、マクロ撮影時の合焦動作を高速化することができる。通常の広角から望遠へのズーム時には再び直線的にズームレンズ７０を移動させる。
【００５７】
このとき、ズーム動作に合わせてフォーカス枠６０もまた、カム環６８に設けられたフォーカスカム７８のカーブに従って光軸方向に移動する。これにより前述の通りフォーカスレンズ７２は繰り出された状態から合焦動作を始めるので、合焦動作に要する時間は短くなり、またフォーカスレンズ７２を移動させるリードスクリュー６６を短くすることができるので可変焦点レンズ２１の全長を短くすることもできる。
【００５８】
テレ端より更に望遠側へズームさせると、テレ端に設けられたテレマクロ領域に入り、再びズームレンズ７０は移動停止しフォーカスレンズ７２はフォーカスカム７８のカーブに従って繰り出し側に移動する。このときもワイドマクロ側と同様、フォーカスレンズ７２の初期位置をフォーカスカム７８によって繰り出し側にシフトし、繰り出し量の大きくなるマクロ撮影時の合焦動作を高速化することができる。
【００５９】
図７には本発明の第１実施形態に係る可変焦点レンズのズームレンズとフォーカスレンズの合焦時の動作が示されている。
【００６０】
図７に示すように、ステップ１００で撮影者がズームボタン５６Ｆを操作してズーミング操作を行うと、ステップ１０２でカム環６８が回転しズームレンズ７０が光軸方向に移動することで焦点距離が変化する（ステップ１１２）。これは従来例と同様であるが、本発明ではステップ１０４にてフォーカス枠６０もまた光軸方向に移動し、これに固定されたフォーカスモータ６２もまた同時に移動することでフォーカスレンズ７２のホームポジションも移動する（ステップ１０６）。
【００６１】
これにより合焦動作の開始点となるホームポジションを、フォーカスレンズ７２の移動量を少なくする方向へ移動させることができるので、続くステップ１０８でフォーカスモータ６２を駆動し、ステップ１１０にてリードスクリュー６６を回転させフォーカスレンズ７２を光軸方向に移動させて合焦する際の必要時間を短くすることができる。
【００６２】
なお上記実施形態においてはＡＦレンズを例に挙げたが、撮影者が手動でフォーカスを行うマニュアルフォーカスレンズにも適用することができる。
【００６３】
また、ＣＣＤ２４を用いたデジタルカメラのみならず銀塩フィルムを使用するフィルムカメラに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態１に係る可変焦点レンズを含むカメラを示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るカメラの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る可変焦点レンズの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る可変焦点レンズの構造を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る可変焦点レンズのズーム位置と焦点移動量の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る可変焦点レンズのカム形状を示す図である。
【図７】本発明の実施形態１に係るカメラの合焦動作を示すフロー図である。
【図８】従来のズームレンズの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０      カメラ
２１      可変焦点レンズ
６０      フォーカス枠
６２      フォーカスモータ
６６      リードスクリュー
６８      カム環
７０      ズームレンズ
７２      フォーカスレンズ
７４      ピン
７６      ズームカム
７８      フォーカスカム
【図１】
2006276464.tif 000003
【図２】
2006276464.tif 000004
【図３】
2006276464.tif 000005
【図４】
2006276464.tif 000006
【図５】
2006276464.tif 000007
【図６】
2006276464.tif 000008
【図７】
2006276464.tif 000009
【図８】
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