JP2004205742A

JP2004205742A - 光学系駆動方法

Info

Publication number: JP2004205742A
Application number: JP2002373796A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Uchida; 亮宏内田; Akihisa Yamazaki; 彰久山崎
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】安価で正確かつ付加デバイスの不要な圧電アクチュエータ式光学系駆動方法を提供することを課題とする。
【解決手段】まずＡＦ評価値を取得しながら最短撮影距離まで光学系を駆動する（往路１）。最短撮影距離から無限遠まで戻る動作（復路）ではヒステリシスが存在するためグラフの破線のような特性となるので、ここでは合焦動作を行なわずに一旦、初期位置である無限遠まで光学系を復帰させる。次いで、再度初期位置つまり無限遠から、往路１で求めたＡＦ評価値が最大となる電圧、すなわち合焦点まで光学系を駆動する（往路２）。ここで、初期位置である無限遠と終端位置である最短撮影距離は既定値であり、圧電アクチュエータの繰り返し動作によってその位置が変化することはない。これにより、駆動方向と駆動開始位置が等しければ電圧と変位の関係は一義的に決定される圧電アクチュエータの特性に従って、往路１で求めたＡＦ評価値が最大になる電圧すなわち合焦点まで光学系を駆動させれば、往路２でも圧電アクチュエータは往路１と同じ特性を示すので合焦する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学系駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電アクチュエータにおいて、一般的に印加電圧と変位量（位置）の関係には図１に示すようなヒステリシスが存在する。すなわち、圧電アクチュエータは駆動方向、及び駆動スタート電圧（位置）により、印加電圧と変位量（位置）の関係が異なる。但し、駆動方向、駆動スタート電圧（位置）が決まっていれば、印加電圧と変位量（位置）の関係は一義的に決まる。図１では同じラインの描くループを正確にトレースして印加電圧と変位量の関係が決定する。
【０００３】
通常のＡＦ機構において光学系の合焦は、図２に示すように例えば無限遠から最短撮影距離までレンズを駆動しながら撮影画像のＡＦ評価値（例えばコントラスト検出による値）を小刻みに取得し、ＡＦ評価値のピーク位置を記憶したのち逆方向にレンズを駆動し、ＡＦ評価値のピーク位置すなわち合焦位置にレンズを停止させる。
【０００４】
しかし圧電アクチュエータは駆動方向によって印加電圧と変位量の関係が異なるため、この方法では図１に示すように例えば無限遠から最短撮影距離までの駆動時と最短撮影距離から無限遠までの駆動時では印加電圧と変位量の関係が異なり、同じ印加電圧でも変位量が異なることから、ＡＦサーチ時と逆方向に駆動すると合焦位置にレンズを正確に停止させることができない。
【０００５】
ヒステリシスの影響を避けて正確に合焦位置にレンズを停止させるには、何らかの手段（例えば外部センサ等の付加デバイス）を用いてレンズの位置を物理的に検出し、フィードバックを掛ける等の方法がある。
【０００６】
また、駆動回路を改良することで圧電アクチュエータのヒステリシスを低減する方法が考案されている（例えば、特許文献１、２参照）。しかし、これらの方法を用いてもヒステリシスの影響を無くすことはできず、前述した問題の根本的な解決には至っていない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−３１０７７３号公報（第７〜１４頁、第１図）
【特許文献２】
特開平９−３２７１８１号公報（第２〜５頁、第４図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、安価で正確かつ付加デバイスの不要な圧電アクチュエータ式光学系駆動方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光学系駆動方法は焦点調節が可能な光学系と、圧電アクチュエータを使用して前記光学系を駆動し合焦を行なう合焦機構と、を備え、前記合焦機構は前記光学系の駆動範囲の一端である初期位置から駆動範囲の他端である終端位置に至るまでＡＦサーチを行ないながら合焦位置を検出し、前記合焦位置での印加電圧を記憶し、光学系が終端位置に達した後、一旦前記初期位置に戻った後で前記印加電圧を前記圧電アクチュエータに印加して撮影が行なわれることを特徴とする。
【００１０】
上記構成の発明では、ＡＦサーチ時（ＡＦ評価値取得時）の駆動と合焦動作時の駆動を同じ方向、かつ同じ駆動開始位置とすることで、使用した圧電アクチュエータのヒステリシス特性における同一の印加電圧／変位量曲線に乗せて駆動する。これにより駆動方向および駆動開始位置の違いによる変位量の再現性の劣化、すなわちヒステリシスの影響をなくすことができる。
【００１１】
請求項２に記載の光学系駆動方法は圧電アクチュエータは、ＡＦサーチ開始時に初期位置において所定の時間、一定の電圧がかけられることを特徴とする。
【００１２】
上記構成の発明では、圧電アクチュエータに特有のクリープ現象、すなわち一定電圧を掛け続けると変位量が変動する現象への対策としてＡＦサーチ開始時に初期位置で所定の時間、一定の電圧をかけることで変位量を安定させる。
【００１３】
請求項３に記載の光学系駆動方法は圧電アクチュエータは、ＡＦサーチ後に初期位置に戻った後、所定の時間、一定の電圧がかけられることを特徴とする。
【００１４】
上記構成の発明では、圧電アクチュエータに特有のクリープ現象、すなわち一定電圧を掛け続けると変位量が変動する現象への対策としてＡＦサーチ後に初期位置で所定の時間、一定の電圧をかけることで変位量を安定させる。
【００１５】
請求項４に記載の光学系駆動方法は圧電アクチュエータは合焦から撮影完了までの間、合焦位置における印加電圧を中心とした範囲の電圧変動でウォブリングし、前記ウォブリングによる焦点距離の変動は前記光学系の焦点深度の範囲内であることを特徴とする。
【００１６】
上記構成の発明では、圧電アクチュエータに特有のクリープ現象、すなわち一定電圧を掛け続けると変位量が変動する現象によって、合焦位置へ駆動した後、撮影するまでの間に光学系が移動してしまうためにピントがずれる事態を回避するため、小範囲の電圧変動でウォブリングを行ない変位量の変動を抑える。ただしウォブリングを行なうことで微小に焦点距離が変動するので、ウォブリングによる焦点距離の変動範囲を光学系の焦点深度に収める。これによりピントズレの発生を回避することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１には、一般的な圧電アクチュエータにおける印加電圧と変位量の関係図が示されている。
【００１８】
図１に示すように、圧電アクチュエータの印加電圧（横軸）と変位量（縦軸）との関係にはヒステリシスが存在し、駆動方向及び駆動開始位置（電圧）によって印加電圧と変位量の関係は異なる。ただし駆動方向と駆動開始位置（電圧）が決まれば、印加電圧と変位量の関係は一義的に決定される。
【００１９】
圧電アクチュエータは印加電圧により位置制御を行うため、図２に示すように光学系を所定範囲内（例えば無限遠から最短撮影距離まで）で駆動しながら撮影画像のＡＦ評価値を取得し、評価値のピーク位置（合焦位置）に光学系を駆動する方式では、ＡＦ評価値取得時の駆動と合焦時の駆動で印加電圧／変位量の関係が異なるため正確に合焦ができない。
【００２０】
すなわち図３に示すように、無限遠からＡＦ評価値を取得しながら一旦、最短撮影距離まで光学系を駆動する圧電アクチュエータの動作においてグラフの実線のような特性を示すとき、この動作中（往路）では合焦位置は▲１▼となる。
【００２１】
しかし、最短撮影距離から無限遠まで戻る動作（復路）ではヒステリシスが存在するためグラフの破線のような特性となり、実際に合焦する電圧は▲２▼であるため、往路で求めたＡＦ評価値が最大となる▲１▼の電圧では合焦せず、ここで駆動を停止するとピントずれの状態となってしまう。合焦点で駆動を停止させるためには、位置センサなどの外部デバイスを用いて光学系の位置を検出し、フィードバックを行う必要があり、部品点数の増加、機構の複雑化を招く。
【００２２】
そこで本願発明では図４に示すように、まずＡＦ評価値を取得しながら最短撮影距離まで光学系を駆動する（往路１）。
【００２３】
最短撮影距離から無限遠まで戻る動作（復路）ではヒステリシスが存在するためグラフの破線のような特性となるので、ここでは合焦動作を行なわずに一旦、初期位置である無限遠まで光学系を復帰させる。
【００２４】
次いで、再度初期位置つまり無限遠から、往路１で求めたＡＦ評価値が最大となる電圧、すなわち合焦点まで光学系を駆動する（往路２）。
【００２５】
ここで、初期位置である無限遠と終端位置である最短撮影距離は既定値であり、圧電アクチュエータの繰り返し動作によってその位置が変化することはない。
【００２６】
これにより、駆動方向と駆動開始位置が等しければ電圧と変位の関係は一義的に決定される圧電アクチュエータの特性に従って、往路１で求めたＡＦ評価値が最大になる電圧すなわち合焦点まで光学系を駆動させれば、往路２でも圧電アクチュエータは往路１と同じ特性を示すので合焦する。
【００２７】
つまりＡＦ評価値取得、合焦動作ともに同じ駆動開始位置（無限遠）、同じ駆動方向とすることで、同じ電圧／変位量の関係となり、ヒステリシスの影響を無視することができる。
【００２８】
本実施例は上記構成としたので、安価で正確かつ付加デバイスの不要な圧電アクチュエータ式光学系駆動方法とすることができる。
【００２９】
図５には、本願発明における印加電圧と変位量の関係図が示されている。
【００３０】
図５に示すように、合焦位置ｆにおける電圧をＶ0、変位量をＤ0とすると、一般的な圧電アクチュエータでは、一定電圧を掛け続けると変位量が変動する性質のため変位量がＤ0から変動し、合焦から撮影までの間に光学系がピント位置から外れてしまう。
【００３１】
そこでＶ0を中心として微小な幅で電圧を変動させ、位置変動を抑えるウォブリングを行なうことで変位量が１方向に変動することを防いでいる。しかし、ウォブリングによって微小に変位量は変動するため光学系がピント位置から外れる恐れがある。
【００３２】
そのため本願ではウォブリング時の電圧変動幅をＶ0を中心としてＶ1からＶ2までのΔＶとし、Ｖ1およびＶ2における変位量Ｄ1からＤ2までの変動幅をΔＤとしたとき、ΔＤが本願の光学系における焦点深度内に収まるようにΔＶを設定する。
【００３３】
すなわち、本願の光学系の焦点深度をｄとすると、ΔＤ＜ｄなる関係が成り立つようにウォブリング時の電圧変動幅ΔＶを設定することで、ウォブリングによるピント位置のズレを防ぐことができる。
【００３４】
図６には、本願発明におけるＡＦ合焦位置検出のフロー図が示されている。
【００３５】
まずステップ１０で画像内のコントラスト値などからＡＦ評価値を算出しながら光学系を初期位置より終端位置へ向けて駆動する。
【００３６】
次いでステップ１２ではＡＦ評価値がｎ回連続して減少したかどうかを判定する。ここで予め設定された回数であるｎ回連続してＡＦ評価値が減少すれば、光学系は合焦位置を通過したと判断される。
【００３７】
ＡＦ評価値がｎ回連続して減少していない、すなわち合焦位置に達していない場合はステップ１８に進み、合焦位置検出フラグを０として（合焦位置未検出）ステップ２０へ進み、最初へ戻る。
【００３８】
ＡＦ評価値がｎ回連続して減少した場合は合焦位置を通過したものと判断し、ステップ１４へと進む。合焦位置検出フラグを１として（合焦位置既検出）、ステップ１６へ進む。
【００３９】
ステップ１６ではＡＦ評価値が減少し始める１ステップ手前の位置をＡＦ評価値のピーク、すなわち合焦位置として設定する。
【００４０】
図７には、本願発明における圧電アクチュエータによる光学系駆動のフロー図が示されている。
【００４１】
まずステップ３２で圧電アクチュエータに電圧を印加することによって光学系を初期位置である無限遠まで駆動する。
【００４２】
次いでステップ３４では、変位量すなわち光学系の位置精度を安定させるため初期位置用に設定された電圧を一定時間印加する。
【００４３】
次にステップ３６では圧電アクチュエータに電圧を印加し、ＡＦ評価値を取得しながら終端位置へ向けて光学系を駆動する。
【００４４】
次いでステップ３８でＡＦ合焦位置の検出を開始する。ステップ４０で、図６で説明した方法で合焦位置の検出を行う。ここで合焦位置検出フラグが１でない場合、すなわち合焦位置が未検出の場合はステップ４２に進む。
【００４５】
ステップ４２では光学系が終端位置、すなわち最短撮影距離まで到達したかを判別する。まだ到達していない場合はステップ４４に進み、さらに駆動を続ける。到達した場合は合焦位置検出フラグが１でない、すなわち合焦位置が未検出なので合焦位置は検出不能と判断され、ステップ４８に進む。ステップ４８では、合焦位置が検出不能だった場合のために予め設定された汎用撮影位置（１.２ｍ程度）に駆動位置を設定、記憶する。
【００４６】
一方、ステップ４０で合焦位置検出フラグが１である、すなわち合焦位置が検出された場合はステップ４６に進み、導出された合焦位置に駆動位置を設定、記憶する。
【００４７】
ステップ４８またはステップ４６で駆動位置を設定、記憶したのち、ステップ５０に進み光学系を終端位置すなわち最短撮影距離まで駆動する。
【００４８】
続いてステップ５２で一旦圧電アクチュエータによって光学系を初期位置すなわち無限遠まで戻す。さらにステップ５４で、ステップ３４と同様に初期位置用電圧を一定時間印加する。これにより圧電アクチュエータはＡＦ評価値取得の際と同じ駆動開始位置、駆動方向で駆動されることになるので、駆動開始位置、駆動方向の違いによるヒステリシスの影響を無視することができる。
【００４９】
次にステップ５６に進む。ここでステップ４８またはステップ４６で設定、記憶された駆動位置に光学系を駆動する。前述のようにヒステリシスの影響はないので、光学系を正確に設定された駆動位置で停止させることができる。
【００５０】
続いてステップ５８で、設定された駆動位置を中心として、光学系の焦点深度から外れない範囲でウォブリングを行なう。設定された駆動位置によって電圧／変位量の関係は異なるが、使用される圧電アクチュエータと駆動開始位置、駆動方向が決まればヒステリシス特性も決定されるので、焦点深度から外れない範囲の変位量幅を規定するウォブリングの電圧範囲は駆動位置の印加電圧値から容易に算出できる。
【００５１】
さらにステップ６０で撮影許可となり、撮影が行なわれる。
【００５２】
また本実施例では圧電アクチュエータによって光学系を駆動し、合焦動作を行なっているが、感光材料または受光素子を動かして合焦動作を行なってもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、安価で正確かつ付加デバイスの不要な圧電アクチュエータ式光学系駆動方法とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常の圧電アクチュエータにおける電圧／変位量の関係図である。
【図２】従来のＡＦにおけるＡＦ評価値／レンズ位置の関係図である。
【図３】通常の圧電アクチュエータにおけるＡＦ評価値／電圧の関係図である。
【図４】本実施形態に係るＡＦ評価値／電圧の関係図である。
【図５】本実施形態に係るウォブリング特性を示す図である。
【図６】本実施形態に係る合焦位置検出のフロー図である。
【図７】本実施形態に係る圧電アクチュエータ駆動のフロー図である。
【符号の説明】
Ｖ０合焦時の印加電圧
Ｖ１ウォブリング時の最低電圧
Ｖ２ウォブリング時の最高電圧
ΔＶウォブリング時の電圧幅
Ｄ０合焦時の変位量
Ｄ１ウォブリング時の最小変位量
Ｄ２ウォブリング時の最大変位量
ΔＤウォブリング時の変位幅

Claims

焦点調節が可能な光学系と、圧電アクチュエータを使用して前記光学系を駆動し合焦を行なう合焦機構と、を備え、
前記合焦機構は前記光学系の駆動範囲の一端である初期位置から駆動範囲の他端である終端位置に至るまでＡＦサーチを行ないながら合焦位置を検出し、前記合焦位置での印加電圧を記憶し、光学系が終端位置に達した後、一旦前記初期位置に戻った後で前記印加電圧を前記圧電アクチュエータに印加して撮影が行なわれることを特徴とする光学系駆動方法。
前記圧電アクチュエータは、ＡＦサーチ開始時に初期位置において所定の時間、一定の電圧がかけられることを特徴とする請求項１に記載の光学系駆動方法。
前記圧電アクチュエータは、ＡＦサーチ後に初期位置に戻った後、所定の時間、一定の電圧がかけられることを特徴とする請求項１に記載の光学系駆動方法。
前記圧電アクチュエータは合焦から撮影完了までの間、合焦位置における印加電圧を中心とした範囲の電圧変動でウォブリングし、前記ウォブリングによる焦点距離の変動は前記光学系の焦点深度の範囲内であることを
特徴とする請求項１に記載の光学系駆動方法。