JP2005165058A - オートフォーカス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リニアモータ方式のオートフォーカス装置において、位置センサを用いないＡＦ用レンズの位置制御を実現し、オートフォーカス装置を小型軽量化するとともに、耐衝撃性を向上させることを目的とする。
【解決手段】 入射光を撮像素子５の受光面に結像させるＡＦ用レンズ１と、ＡＦ用レンズ１が取り付けられ、光軸１００方向に移動可能なレンズホルダ２と、レンズホルダ２を駆動するリニアモータと、レンズホルダ２の可動範囲を規制するホルダ当接部２２とを備える。上記リニアモータは、マグネット４と、駆動電流に応じてレンズホルダ２に光軸１００方向の駆動力を印加する駆動コイル３と、レンズホルダ２を光軸１００方向に付勢するホルダバネ２０とを有し、上記ホルダ当接部２２は、ホルダバネ２０が中立状態となる位置を含まないようにレンズホルダ２の可動範囲を規制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リニアモータを用いてＡＦ用レンズを駆動するオートフォーカス装置の改良に関する。

オートフォーカス（ＡＦ）装置は、ＡＦ用レンズを光軸方向に駆動させ、距離の異なる様々な被写体を撮像素子に結像させる装置である。ＡＦ用レンズの駆動には、ステッピングモータやリニアモータ等が用いられる。特に、駆動コイル及びマグネットを用いてＡＦ用レンズを直線駆動するリニアモータ方式は小型化及び軽量化に適し、ビデオカメラ等のオートフォーカス装置に採用されることが少なくない（例えば、特許文献１、特許文献２）。

図１７は、リニアモータ方式を採用した従来のオートフォーカス装置の構成例を示した模式図であり、被写体からの入射光の光軸１００を含む断面が示されている。レンズホルダ２は、円筒形状からなる可動部材であり、その内部にはＡＦ用レンズ１が取り付けられ、側面には駆動コイル３が取り付けられている。この駆動コイル３に駆動電流を供給すれば、マグネット４により形成された磁界と、駆動コイル３に流れる電流との相互作用によって、光軸１００に平行な駆動力が駆動コイル３に生じ、レンズホルダ２を光軸１００に沿って駆動することができる。

位置センサ６は、ＡＦ用レンズ１の位置検出を行うためのセンサであり、ＭＲ（Magneto Resistance）センサや、フォトインタラプタ等が用いられる。撮像素子５はＣＣＤ（Charge Coupled Device）からなり、ＡＦ用レンズ１によって結像された被写体の画像が、画像信号として出力される。

この画像信号に基づいて合焦状態を評価することができることから、自動焦点制御を行う場合であれば、ＡＦ用レンズ１を移動させながら合焦状態を評価し、被写体を撮像素子５に結像させることができるレンズ位置を判別することができる。このようなレンズ移動には、位置センサ６の検出信号が用いられる。また、固定焦点制御を行う場合には、所定の被写体距離に対応するレンズ位置にＡＦ用レンズ１を移動させる。この場合も、位置センサ６の検出信号に基づいてレンズの駆動制御が行われる。
特開平７−２３９４３７号公報 特開２００２−３５０７１６号公報

上述した通り、リニアモータ方式では、駆動コイル３に電流を供給することにより、供給電流に応じた駆動力を発生させている。このため、リニアモータ方式を用いて１の位置制御を行おうとする場合、レンズ位置を検出するための位置センサ６が必要となる。このため、オートフォーカス装置の小型化、軽量化には限界があった。

また、リニアモータ方式を採用したオートフォーカス装置の場合、駆動中のＡＦ用レンズ１には駆動力が働いているが、所望のレンズ位置に到達した後のＡＦ用レンズ１には、当該レンズ位置を保持しようとするトルクが働いていない。このため、カメラを振動させた場合などの様に、外部から少しの加速度が加えられてもレンズが合焦位置から簡単にずれてしまうという問題があった。つまり、リニアモータ方式を採用したオートフォーカス装置は、耐衝撃性が劣るという問題があった。

既にカメラ機能を有する携帯電話機は広く普及している。しかしながら、携帯電話機をはじめとする携帯機器には、小型化及び軽量化が求められるとともに、耐衝撃性が求められている。このため、手動式のフォーカス調整用レンズを備えた携帯電話機は従来もあったが、オートフォーカス装置を備えた携帯電話機は未だ実現されていない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、リニアモータを用いたオートフォーカス装置を小型化するとともに軽量化することを目的とする。また、この様な小型で軽量のオートフォーカス装置を安価に提供することを目的とする。

また、本発明は、リニアモータを用いたオートフォーカス装置の耐衝撃性を向上させることを目的とする。また、リニアモータを用いたオートフォーカス装置において、位置センサを用いることなく、ＡＦ用レンズの位置制御を正確に行うことを目的とする。さらに、本発明は、リニアモータを用いたオートフォーカス装置における消費電力を抑制することを目的とする。

本発明によるオートフォーカス装置は、入射光を撮像素子の受光面に結像させるＡＦ用レンズと、ＡＦ用レンズが取り付けられ、入射光の光軸方向に移動可能なレンズホルダと、レンズホルダを駆動するリニアモータと、レンズホルダの可動範囲を規制するホルダ規制手段とを備え、上記リニアモータが、マグネットと、駆動電流に応じてレンズホルダに光軸方向の駆動力を印加する駆動コイルと、レンズホルダを光軸方向に付勢するホルダバネとを有し、上記ホルダ規制手段が、ホルダバネが中立状態となる位置を含まないようにレンズホルダの可動範囲を規制するように構成される。

ホルダバネが、レンズホルダを光軸方向に付勢するとともに、リニアモータが、駆動電流に応じて光軸方向の駆動力をレンズホルダに印加することによって、ホルダバネの付勢力と、駆動コイルの駆動力とが釣り合う位置にレンズホルダを移動させることができる。従って、位置センサを用いることなく、ＡＦ用レンズの位置制御を行うことができる。また、ホルダ規制手段が、ホルダバネが中立状態となる位置を含まないようにレンズホルダの可動範囲を規制することにより、レンズホルダに対して、ホルダバネの付勢力が常に加えられ、耐衝撃性を向上させることができる。また、ＡＦ用レンズの基準点がコイルの経時変化によって変動するのを防止することができる。

また、本発明によるオートフォーカス装置は、上記ホルダ規制手段が、駆動コイルへ電流供給を行わない状態において、ＡＦ用レンズが入射光を結像可能となる位置で、レンズホルダに当接するホルダ当接部からなる。この様な構成により、基準点を所定の被写体距離に対応させることができ、当該被写体距離で撮影を行う場合には駆動コイルに駆動電流を供給する必要がない。このため、消費電流を低減することができる。

また、本発明によるオートフォーカス装置は、上記ホルダバネが、レンズホルダを撮像素子側へ付勢し、上記ホルダ規制手段は、撮像素子側の端部において被写体距離が無限遠となるように、レンズホルダの可動範囲を規制するように構成される。この様な構成により、オーバーインフ領域を含まないように、ＡＦ用レンズの可動範囲を撮影可能な範囲のみに規制し、撮影可能な領域を狭めることなく、消費電流を低減することができる。

また、本発明によるオートフォーカス装置は、上記レンズホルダが、ＡＦ用レンズの光軸方向に関する取り付け位置を微調整することができるレンズ調整手段を備えて構成される。この様な構成により、ＡＦレンズの基準点を所定の被写体距離に対応させることが容易になる。

また、本発明によるオートフォーカス装置は、被写体距離に対応する駆動電流値をモータ特性データとして記憶するデータ記憶手段と、ユーザにより被写体距離が指定された場合に、データ記憶手段のモータ特性データに基づいて、駆動コイルに供給する駆動電流を決定する固定焦点制御手段とを備えて構成される。この様な構成によれば、位置センサを設けることなく、固定焦点制御を行うことができる。

また、本発明によるオートフォーカス装置は、撮像素子からの出力信号を監視しながら駆動電流を変化させ、合焦状態における駆動電流値を求める自動焦点制御手段と、自動焦点制御手段の出力に基づいてモータ特性データを生成し、上記データ記憶手段に格納する特性データ生成手段とを備えて構成される。この様な構成によれば、ホルダバネのバラツキなどの個体差を考慮したモータ特性データを生成することができるため、精度よくＡＦ用レンズの位置制御を行うことができる。

本発明によれば、リニアモータを用いたオートフォーカス装置を更に小型化、軽量化することができる。このため、携帯電話装置等の小型の携帯機器にオートフォーカス装置を搭載することができる。また、この様な小型で軽量のオートフォーカス装置を安価に提供することができる。

また、本発明によれば、リニアモータを用いたオートフォーカス装置における耐衝撃性を向上させることができる。また、リニアモータを用いたオートフォーカス装置において、位置センサを用いることなくＡＦ用レンズの位置制御を正確に行うことができる。さらに、本発明によれば、リニアモータを用いたオートフォーカス装置における消費電力を抑制することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるオートフォーカス装置の要部の一構成例を示した模式図であり、ＡＦ光学系Ｍ１について被写体からの入射光の光軸１００を含む断面が示されている。このＡＦ光学系Ｍ１は、ＡＦ用レンズ１、レンズホルダ２、駆動コイル３、マグネット４、撮像素子５及びホルダバネ２０を光学系筐体７に収容して構成される。図１７に示した従来のＡＦ光学系Ｍ３と比較すれば、位置センサ６を備えることなく構成され、ホルダバネ２０及びホルダ当接部２２が新たに設けられている点で異なる。

レンズホルダ２は、入射光の光軸１００を中心軸とする円筒形状からなり、その中空部にはＡＦ用レンズ１が取り付けられ、側面外側には駆動コイル３が取り付けられている。このレンズホルダ２は、光軸１００方向に移動可能な可動部材であり、駆動コイル３に通電することにより光軸１００方向に駆動力が印加され、光軸１００に沿って前方へ繰り出される。

ＡＦ用レンズ１は、前方の被写体からの入射光を集光し、後方の撮像素子５に結像させる焦点調整のためのレンズであり、その中心軸が光軸１００に一致するようにレンズホルダ２内に取り付けられている。被写体距離、つまり、撮像素子５に結像される被写体までの距離は、ＡＦ用レンズ１に固有の焦点距離と、ＡＦ用レンズ１から撮像素子５までの距離によって決まるため、レンズホルダ２を光軸１００方向に移動させて被写体距離を変化させれば、焦点調整を行うことができる。

撮像素子５は、ＡＦ用レンズ１により入射光が集光される受光面を有し、受光面上に結像された平面画像を電気信号に変換する光電変換素子、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサである。

駆動コイル３及びマグネット４は、レンズホルダ２に駆動力を印加し、レンズホルダ２を駆動することができる。つまり、後述するホルダバネ２０とともにリニアモータを構成している。駆動コイル３は、レンズホルダ２の側面に円周方向に巻き付けられた導電線からなる。マグネット４は、レンズホルダ２を収容する光学系筐体７の内面に取り付けられた永久磁石からなる。マグネット４は、駆動コイル３に対向させて、レンズホルダ２を取り囲むように配置されているため、駆動コイル３はマグネット４により形成される磁界内に位置している。従って、駆動コイル３に電流を供給すれば、磁界と電流の相互作用によって、光軸１００に平行な駆動力が駆動コイル３に生じ、レンズホルダ２を光軸に沿って直線駆動することができる。

ホルダバネ２０は、レンズホルダ２を光軸１００方向に付勢するための弾性部材であり、その一端が光学系筐体７の前方壁の内面に取り付けられ、他端は可動部材であるレンズホルダ２の前方端部に取り付けられている。このホルダバネ２０が中立状態よりも収縮していれば、その復元力によってレンズホルダ２は後方へ付勢される。このため、駆動コイル３に駆動電流を供給し、前方への駆動力を発生させた場合、レンズホルダ２は、当該駆動力がホルダバネ２０の復元力と釣り合う位置まで移動して静止する。

つまり、このＡＦ光学系Ｍ１は、ホルダバネ２０を設けることによって、駆動電流値を決定すればレンズ位置も決まる。このため、レンズ位置に対応する駆動電流を駆動コイル３へ供給すれば、位置センサを用いることなくレンズ位置を制御することができる。また、駆動コイル３への通電中に静止しているレンズホルダ２には、同時に反対向きの２つのトルクが加えられていることから、外部から多少の加速度が加えられたとしても容易に移動することはない。また、移動したとしても、その移動量が抑制される。つまり、駆動コイル３への通電中は、カメラを振動させてもレンズ位置がずれにくく、耐衝撃性が高められている。

ホルダ当接部２２は、光学系筐体７の後方壁の内面に設けられ、レンズホルダ２の後方端部を当接させて、レンズホルダ２の可動範囲を規制するホルダ規制手段であり、光学系筐体７の一部であってもよいし、別部材であってもよい。なお、被写体からの入射光を撮像素子５に到達させる光路を確保するため、ホルダ当接部２２にも中空部が設けられている。このホルダ当接部２２は、レンズホルダ２がホルダバネ２０により後方へ付勢された状態で、かつ、ＡＦ用レンズ１が入射光を撮像素子５に結像可能な状態で、レンズホルダ２が当接するように配置されている。

つまり、駆動コイル３へ駆動電流を供給していない場合、ホルダバネ２０の付勢力によって、レンズホルダ２はホルダ当接部２２に当接している。このため、オートフォーカス装置の起動直後におけるレンズ位置である基準点Ｄｏは、ホルダ当接部２２によって規定される。また、この基準点Ｄｏが結像可能なレンズ位置であることから、この基準点Ｄｏに対応する被写体距離を撮影しようとする場合には、駆動コイル３へ駆動電流を供給する必要がなく、消費電力を低減することができる。加えて、駆動電流を供給していない場合であっても、ホルダバネ２０がレンズホルダ２を付勢しているため、駆動コイル３への非通電中も耐衝撃性が著しく低下することはない。

図中のＤｎは、ホルダバネ２０が中立状態になるレンズ位置（中立点）を示している。中立状態とは、ホルダバネ２０がレンズホルダ２に対し付勢を行わない状態であり、図１に示した様に、レンズホルダ２の一方のみにホルダバネ２０を設けた場合には、当該ホルダバネ２０が自然長となる状態を意味し、レンズホルダ２の前後両側にホルダバネを設けた場合であれば、両ホルダバネの反発力が釣り合っている状態を意味する。

基準点Ｄｏは、レンズホルダ２の可動範囲における後方端であることから、基準点Ｄｏを中立点Ｄｎよりも前方にしておけば、レンズ可動範囲内において、ホルダバネ２０が中立状態になることがない。このため、駆動電流の有無にかかわらず、レンズホルダ２には、ホルダバネ２０のトルクが常に加えられ、全ての被写体距離について、耐衝撃性を確保することができる。

また、ＡＦ用レンズ１、撮像素子５間の距離が短くなるほど、被写体距離は長くなることから、最後方のレンズ位置である基準点Ｄｏにおいて結像可能にすれば、基準点Ｄｏでの被写体距離は無限遠となる。つまり、基準点Ｄｏから撮像素子５までの距離をＡＦ用レンズ１の焦点距離に一致させておけばよい。

なお、図１では、ホルダバネ２０をレンズホルダ２よりも前方に配置し、後方へ付勢する場合を示したが、レンズホルダ２よりも後方に配置し、レンズホルダ２を後方へ付勢させてもよい。また、レンズホルダ２の前後両方にホルダバネを取り付けて、後方へ付勢することがより望ましい。レンズホルダ２の両端部にホルダバネを取り付けることによって、レンズホルダ２が傾いてＡＦ用レンズ１の中心軸が光軸１００からずれるのを抑制することができる。

また、他の構成例としては、レンズホルダ２を前方へ付勢するホルダバネ２０を設けてもよい。この場合には、ホルダ当接部２２を光学系筐体７の前方壁の内面に設け、レンズホルダ２の前方端部をホルダ当接部２２に当接させればよい。

図２は、図１のＡＦ光学系Ｍ１に対する比較例を示した模式図であり、ホルダ当接部２２を有しないＡＦ光学系Ｍ２について、図１の場合と同様、入射光の光軸１００を含む断面が示されている。

このＡＦ光学系Ｍ２を用いた場合でも、位置センサ６を用いることなくＡＦ用レンズ１の位置制御を行うことはできる。しかしながら、基準点Ｄｏ及び中立点Ｄｎが一致しているため、基準点Ｄｏ付近では耐衝撃性が著しく低下してしまうという欠点がある。また、ホルダバネ２０の経時変化によって基準点Ｄｏの位置が変動するという欠点もある。これに対し、図１に示したＡＦ光学系Ｍ１は、ホルダ当接部２２を備えているため、このような欠点を有していない。

図３の（ａ）〜（ｄ）は、レンズ位置Ｄｎ，Ｄｏ，Ｄｆの関係を示した説明図である。図中のＤｆは、撮像素子５からの距離がＡＦ用レンズ１の焦点距離に一致するレンズ位置、つまり、無限遠への合焦状態におけるレンズ位置である。（ａ）には、図２のＡＦ光学系Ｍ２を用いた場合が示され、（ｄ）には、図１のＡＦ光学系Ｍ１を用いた場合が示されている。

（ａ）の場合には、基準点Ｄｏと中立点Ｄｎが一致しているため、上述した通り、基準点Ｄｏ付近では耐衝撃性が低下し、また、ホルダバネ２０の経時変化によって基準点Ｄｏが変動してしまう。これに対し、（ｂ）〜（ｄ）の場合には、基準点Ｄｏが中立点Ｄｎよりも前方にあるため、このような欠点を有していない。

（ｂ）の場合、無限遠合焦点Ｄｆが基準点Ｄｏよりも前方にある。このため、無限遠合焦点Ｄｆから基準点Ｄｏまでは、ＡＦ用レンズ１が結像できないオーバーインフと呼ばれる領域となり、無限遠合焦点Ｄｆよりも前方が撮影領域となる。この場合、撮影を行う際、常に基準点Ｄｏから無限遠合焦点Ｄｆまでレンズを駆動する必要があり、（ｄ）の場合に比べて、消費電流が大きくなるという欠点を有する。

（ｃ）の場合、基準点Ｄｏが無限遠合焦点Ｄｆよりも前方にある。このため、撮影領域内に無限遠合焦点Ｄｆが入っておらず、遠方の被写体に対して合焦することができない。これに対し、（ｄ）の場合には、基準点Ｄｏ及び無限遠合焦点Ｄｆを一致させているため、このような欠点を有していない。

図４及び図５は、ＡＦ光学系Ｍ１の詳細構成例を示した図である。図４は、ＡＦ光学系Ｍ１を構成する主要部品が示された分解斜視図であり、図５は、被写体からの入射光の光軸１００を含む断面が示されている。このＡＦ光学系Ｍ１は、レンズホルダ２の前方にホルダバネ２０ａが設けられ、後方にホルダバネ２０ｂが設けられている。また、光学系筐体は、前面筐体７ａ及び背面筐体７ｂにより構成される。

ホルダバネ２０ａ，２０ｂは、平板金属を打ち抜き加工して形成された板バネであり、同軸の外側リング２０１及び内側リング２０２と、両リング２０１，２０２間に形成された３本の連結バネ２０３により構成される。各連結バネ２０３は互いに１２０度の中心角を保持しながら螺旋状に両リング２０１，２０２を連結しており、ホルダバネ２０ａ，２０ｂは、両リング２０１，２０２を平衡状態に保ちながら、中心軸方向に伸縮することができる。

前方のホルダバネ２０ａの外側リング２０１は、スペーサ２１ａにより前面筐体７ａの前面内側に取り付けられ、内側リング２０２は、レンズホルダ２の前方端部に取り付けられている。同様にして、後方のホルダバネ２０ｂの外側リング２０１は、スペーサ２１ｂにより背面筐体７ｂの背面内側に取り付けられ、内側リング２０２は、レンズホルダ２の後方端部に取り付けられている。

また、ホルダバネ２０ａ，２０ｂはともに導電性を有し、外側リング２０１がモータ駆動部１５の出力端子に接続され、内側リング２０２が駆動コイル３の端部に接続されている。つまり、ホルダバネ２０ａ，２０ｂを介して、モータ駆動部１５から駆動コイル３へ駆動電流が供給される。

ホルダ当接部２２は、後方のホルダバネ２０ｂの内側リング２０２を介して、レンズホルダ２の後方端部に当接する。この当接状態において、前方のホルダバネ２０ａは中立状態よりも収縮し、後方のホルダバネ２０ｂは中立状態よりも伸長しているため、レンズホルダ２は後方へ付勢されている。

図６は、図４のレンズホルダ２について更に詳細な構成を示した一部破断図である。レンズホルダ２やホルダ当接部２２等の加工精度や組み立て精度によって、基準点Ｄｏを無限遠合焦点Ｄｆに一致させることは容易ではない。このため、レンズホルダ２には、ＡＦ用レンズ１の取り付け位置を微調整するための調整手段が設けられている。

このレンズホルダ２は、ともに円筒形状からなり、光軸１００方向に連結されるレンズ取付部２ａ及びレンズ微調整部２ｂからなる。レンズ取付部２ａの中空部には、ＡＦ用レンズ１が取り付けられている。また、レンズ微調整部２ｂは、レンズ取付部２ａの後方に回転可能に連結され、その後方端部には、調整操作を容易にするために外径を拡大させたフランジ部２０４が設けられている。

レンズ取付部２ａ及びレンズ微調整部２ｂは、一方の外周面と他方の内周面がネジ切り加工され、一方を他方にねじ込んで連結される。このため、レンズ取付部２ａ及びレンズ微調整部２ｂを相対的に回転させれば、ＡＦ用レンズ１からレンズホルダ２の後方端部（レンズ微調整部２ｂの後方端部）までの距離を微調整することができる。

図７は、図１のＡＦ光学系Ｍ１を含むオートフォーカス装置の一構成例を示したブロック図である。このオートフォーカス装置は、ＡＦ光学系Ｍ１、信号増幅部１０、カメラ信号処理部１１、ＡＦ信号処理部１２、ＡＦゲート生成部１３、自動焦点制御部１４及びモータ駆動部１５により構成される。

信号増幅部１０は、撮像素子５から出力されるカメラ信号を適切な信号レベルに増幅し、カメラ信号処理部１１へ出力する。カメラ信号処理部１１は、カメラ信号に対し所定の信号処理を行って、画像信号を生成している。例えば、輝度信号と２つの色差信号からなる画像信号を出力している。

ＡＦ信号処理部１２は、カメラ信号処理部１１から出力される輝度信号に基づいて、合焦状態を評価し、ＡＦ評価信号を生成している。ＡＦゲート生成部１３は、ＡＦ信号処理部１２においてＡＦ評価が行われる際、撮影された画像領域内の一部の画像領域を評価対象として指定するＡＦゲート信号を生成している。

一般に、合焦状態で撮影された画像は、非合焦状態で撮影された画像に比べて、隣接する画素間の輝度差が大きく、輝度信号に高周波成分が多く含まれる。このため、輝度信号中の高周波成分を評価すれば、合焦状態を評価することができる。ＡＦ信号処理部１２は、ＡＦ評価信号としてＡＦ積算値を求めている。ＡＦ積算値とは、隣接する画素間における輝度差の和であり、ＡＦゲート信号により指定された画像領域内について求められる。

自動焦点制御部１４は、ＡＦ信号処理部１２からのＡＦ積算値に基づいて、合焦点を判別し、この合焦点に相当する駆動電流値をモータ駆動部１５に指示することにより、自動焦点制御を行っている。モータ駆動部１５は、自動焦点制御部１４の指示に従って駆動コイル３へ駆動電流を供給している。

操作入力部１６は、ユーザ操作キーなどからなり、自動焦点制御に関する指示がユーザによって入力される。ユーザが自動焦点制御の開始を指示した場合、自動焦点制御部１４は、まず最初に、駆動電流値を順次に変化させてＡＦ用レンズ１を移動させ、可動範囲全体をスキャンさせる。そして、各レンズ位置ごとに得られたＡＦ積算値に基づいて、ＡＦ積算値が最大となるレンズ位置を合焦点と判別する。この様にして合焦点が判別された後は、駆動コイル３に対し、合焦点における駆動電流値を指示する。

図８は、ＡＦ用レンズ１を可動範囲全体にスキャンさせた場合のＡＦ積算値の一例を示した図である。駆動電流を最小値から最大値まで所定ピッチで変化させ、各駆動電流値ごとのＡＦ積算値を求めれば、合焦点を判別することができる。合焦点の判別後は、さらにスキャン範囲を狭めるとともに、ピッチを狭めて同様の動作を行うことにより、より正確に合焦点を判別することができる。また、その後も定期的に同様の動作を繰り返すことによって、被写体距離が変動しても合焦状態を保持することができる。

本実施の形態によれば、ＡＦ用レンズ１が取り付けられたレンズホルダ２を後方へ付勢するホルダバネ２０と、レンズホルダ２に当接するホルダ当接部２２を備え、このホルダ当接部２２により、ホルダバネ２０が中立状態にならないようにレンズホルダ２の可動範囲を規制している。このため、レンズホルダ２の可動範囲内にホルダバネ２０の中立点Ｄｎがなく、レンズホルダ２がホルダバネ２０によって常に付勢され、オートフォーカス装置の耐衝撃性を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、レンズホルダ２がホルダ当接部２２に当接している状態において、ＡＦ用レンズ１から撮像素子５までの距離をＡＦ用レンズ１の焦点距離に一致させ、無限遠に合焦させている。つまり、基準点Ｄｏと無限遠合焦点Ｄｆを一致させている。このため、無限遠の被写体については、駆動コイル３に駆動電流を供給することなく撮影を行うことができる。また、他の被写体距離で撮影する場合でも、レンズホルダ２の駆動距離を短くすることができ、駆動電流を低減できるとともに、ＡＦ用レンズ１の移動時間を短縮することができる。

さらに、本実施の形態によれば、レンズホルダ２にＡＦ用レンズ１の取り付け位置を微調整する調整手段を設けることにより、基準点Ｄｏを無限遠合焦点Ｄｆに一致させるのを容易にしている。

実施の形態２．
実施の形態１では、自動焦点制御を行う場合について説明した。これに対し、本実施の形態では、実施の形態１によるＡＦ光学系Ｍ１を用いて、固定焦点制御を行う場合について説明する。

図９は、本発明の実施の形態２によるオートフォーカス装置の一構成例を示したブロック図である。このオートフォーカス装置は、図７（実施の形態１）の場合に比べ、固定焦点制御部３０及びモータ特性記憶部３１、特性データ生成部３２を備えている点で異なる。

モータ特性記憶部３１には、リニアモータに関する特性データが保持されている。この特性データは、被写体距離を駆動電流値に対応づけるためのデータであり、固定焦点制御が行われる際に使用される。特性データ生成部３２は、自動焦点制御部１４によって判別された合焦点の駆動電流値に基づいて特性データを生成し、モータ特性記憶部３１に格納する。特性データの生成は、オートフォーカス装置の製造時、例えば、ＡＦ光学系の組み立て後に行われる。

固定焦点制御部３０は、モータ特性記憶部３１の特性データに基づいて、指定した被写体距離に合焦させる固定焦点制御を行っている。すなわち、固定焦点制御部３０は、ユーザが被写体距離を指定した場合には、リニアモータの特性データに基づいて演算処理を行って、当該被写体距離に対応する駆動電流値を求め、この駆動電流値をモータ駆動部１５へ出力する。例えば、操作入力部１６においてユーザが接写モードを指定した場合であれば、予め定められた接写モードの被写体距離に相当する駆動電流値を出力し、ＡＦ用レンズ１を移動させる。

図１０は、リニアモータのモータ特性の一例を示した図である。横軸に駆動電流ｉをとり、縦軸にレンズ位置Ｄをとって、異なる２つのリニアモータＣ１，Ｃ２の特性が示されている。駆動電流が供給されていない場合、ともにレンズ位置は基準点Ｄｏとなっている。このとき、レンズホルダ２はホルダバネ２０により付勢されているため、リニアモータＣ１の場合には駆動電流ｉ１、リニアモータＣ２の場合には駆動電流ｉ２になるまでレンズ位置は変化しない。さらに駆動電流を増大させれば、駆動電流ｉ１，ｉ２の超過分に比例した距離だけＡＦ用レンズ１が繰り出されるこのため、駆動電流がｉ３の場合に、リニアモータＣ１のレンズ位置はＤ１、リニアモータＣ２のレンズ位置はＤ２となる。

つまり、リニアモータＣ２は、リニアモータＣ１に比べて、ホルダバネ２０の反発力が強いため、モータ特性の傾きが小さくなっている。しかしながら、リニアモータＣ２は、リニアモータＣ１に比べて、ホルダバネの中立点Ｄｎが基準点Ｄｏに近いため、繰り出し開始時の駆動電流ｉ２は、ｉ１よりも小さくなっている。

ホルダバネ２０を用いたリニアモータの場合、実施の形態１において説明した通り、駆動コイル３による駆動力と、ホルダバネ２０の反発力が釣り合う位置へＡＦ用レンズ１を駆動している。このため、そのモータ特性は、ホルダバネ２０の個体差による影響を受け、比較的バラツキが大きい。従って、焦点制御を正確に行うためには、ＡＦ光学系Ｍ１の組み立て後に個体ごとのモータ特性を測定し、モータ特性記憶部３１に格納しておくことが望ましい。

図１１は、レンズ位置に基づいて駆動電流を求める方法の一例を説明するための説明図であり、モータ特性の一例が示されている。繰り出し開始後のモータ特性が直線である場合、基準点Ｄｏ以外の２点のレンズ位置Ｄａ、Ｄｂについて、駆動電流とレンズ位置との関係を予め測定しておけば、ＡＦ用レンズ１の繰り出し開始時の駆動電流ｉｏと、繰り出し後の特性の傾きを求めることができる。なお、モータ特性が曲線になる場合には、３点以上のレンズ位置について、駆動電流とレンズ位置との関係を予め測定しておくことが望ましい。

図１２は、レンズ位置と被写体距離との関係を示した図である。図中のＬａは、被写体からＡＦ用レンズ１までの距離、Ｌｂは、ＡＦ用レンズ１から撮像素子５の受光面までの距離、ＬｆはＡＦ用レンズの焦点距離である。一般に、Ｌａ、Ｌｂ及びＬｆには、１／Ｌａ＋１／Ｌｂ＝１／Ｌｆの関係が成立している。つまり、焦点距離Ｌｆが既知であれば、被写体距離Ｌａとレンズ位置Ｌｂは、１対１に対応している。

従って、基準点Ｄｏ以外の２点について、被写体距離と駆動電流との関係を測定しておけば、全ての被写体距離に対応する駆動電流値を求めることが可能となる。

図１３は、実施の形態２による特性データの生成方法の一例について説明するための説明図であり、所定の被写体距離に実際に被写体を置いて計測された駆動電流に対するＡＦ積算値の特性が示されている。図中のＴａ，Ｔｂは、被写体距離が異なる２つの場合である。

自動焦点制御部１４は、自動焦点制御時と同様にして、ＡＦ用レンズ１を可動範囲内でスキャンさせて上記特性を計測する。そして、この特性に基づいて、ＡＦ積算値のピークである合焦点σａ，σｂを判別し、これらの合焦点における駆動電流ｉａ，ｉｂを求める。特性データ生成部３２は、既知の被写体距離と、これらの駆動電流値ｉａ，ｉｂに基づいて特性データを生成し、モータ特性記憶部３１に格納する。

本実施の形態によれば、リニアモータに関する特性データを保持するモータ特性記憶部３１と、モータ特性記憶部３１の特性データに基づいて、指定した被写体距離に合焦させる固定焦点制御部３０を備えている。このため、精度よく固定焦点制御を行うことができる。

なお、本実施の形態では、特性データ生成部３２が、オートフォーカス装置の一部である場合について説明したが、本発明はこのような場合には限定されない。例えば、特性データ生成部３２が、特性データの生成時にだけオートフォーカス装置に接続して使用される外部回路であってもよい。

実施の形態３．
実施の形態２では、ＡＦ積算値に基づいて特性データを生成する場合について説明した。これに対し、本実施の形態では、画角に基づいて特性データを生成する場合について説明する。

図１４は、本発明の実施の形態３によるオートフォーカス装置の一構成例を示したブロック図である。このオートフォーカス装置は、図９（実施の形態２）の場合と比較すれば、特性データ生成部３２に対して輝度信号が入力される点で異なる。特性データ生成部３２は、カメラ信号処理部１１からの輝度信号に基づいて、撮影時におけるＡＦ用レンズ１の画角を判別し、特性データを生成している。

図１５は、実施の形態３による特性データの生成方法の一例について説明するための説明図である。一般に、レンズ位置を異ならせて撮影すると画角が変化し、同じ被写体を撮影しても、撮影された画像中における被写体の大きさが変化する。被写体距離が同じであっても、レンズ位置がＤｂの場合には長さＫａの被写体を撮影することができるが、レンズ位置Ｄａの場合には、上記被写体の一部である長さＫｂの部分しか撮影することができない。

このため、所定の長さＫａ及びＫｂの図形を描いたチャートを所定の被写体距離に実際に置いて、レンズ位置を変化させながら、撮影された画像領域における図形の大きさを判別すれば、リニアモータごとの特性データが得られる。また、レンズ位置を基準点Ｄｏから順次に変化させながら輝度信号を監視し、画角が変動し始めた時の駆動電流を判別すれば、ＡＦ用レンズ１の繰り出し開始時の駆動電流ｉｏが得られる。

なお、本実施の形態による方法と実施の形態２による方法を組み合わせて、特性データを生成することもできる。例えば、画角に基づいて繰り出し開始時の駆動電流ｉｏを求めるとともに、１以上の任意の被写体距離についてＡＦ積算値に基づき駆動電流を求めることにより、特性データを得ることができる。

実施の形態４．
図１６は、本発明によるオートフォーカス装置を適用した撮影装置の一例を示した図であり、いわゆるカメラ付き携帯電話機が示されている。図中の５０は、ＡＦ光学系Ｍ１に相当し、キー操作部５１は操作入力部１６に相当する。本発明によれば、ＡＦ光学系Ｍ１を更に小型軽量化することができるため、小型化、軽量化が求められる携帯機器にもオートフォーカス装置を組み込むことができる。特に、薄型筐体からなる携帯電話機に搭載されるオートフォーカス装置として好適である。

また、本発明によれば、自動焦点制御だけでなく、固定焦点制御も精度良く行うことができるため、上記携帯機器が、バーコード認識を行うための接写モードを備えている場合であれば、バーコードの読み取り精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態１によるオートフォーカス装置の要部の一構成例を示した模式図である。 図１のＡＦ光学系Ｍ１に対する比較例を示した模式図である。 レンズ位置Ｄｎ，Ｄｏ，Ｄｆの関係を示した説明図である。 ＡＦ光学系Ｍ１を構成する主要部品が示された分解斜視図である。 被写体からの入射光の光軸１００を含む断面が示されている。 図４のレンズホルダ２について更に詳細な構成を示した一部破断図である。 図１のＡＦ光学系Ｍ１を含むオートフォーカス装置の一構成例を示したブロック図である。 ＡＦ用レンズ１を可動範囲全体にスキャンさせた場合のＡＦ積算値の一例を示した図である。 本発明の実施の形態２によるオートフォーカス装置の一構成例を示したブロック図である。 リニアモータのモータ特性の一例を示した図である。 レンズ位置に基づいて駆動電流を求める方法の一例を説明するための説明図である。 レンズ位置と被写体距離との関係を示した図である。 実施の形態２による特性データの生成方法の一例について説明するための説明図である。 本発明の実施の形態３によるオートフォーカス装置の一構成例を示したブロック図である。 実施の形態３による特性データの生成方法の一例について説明するための説明図である。 本発明によるオートフォーカス装置を適用した撮像装置の一例を示した図である。 リニアモータ方式を採用した従来のオートフォーカス装置の構成例を示した模式図である。

符号の説明

１ ＡＦ用レンズ
２ レンズホルダ
２ａ レンズ取付部
２ｂ レンズ微調整部
３ 駆動コイル
４ マグネット
５ 撮像素子
７ 光学系筐体
１０ 信号増幅部
１１ カメラ信号処理部
１２ ＡＦ信号処理部
１３ ＡＦゲート生成部
１４ 自動焦点制御部
１５ モータ駆動部
１６ 操作入力部
２０，２０ａ，２０ｂ ホルダバネ
２１ａ，２１ｂ スペーサ
２２ ホルダ当接部
３０ 固定焦点制御部
３１ モータ特性記憶部
３２ 特性データ生成部
１００ 光軸
Ｄｆ 無限遠合焦点
Ｄｎ 中立点
Ｄｏ 基準点
Ｍ１〜Ｍ３ ＡＦ光学系

Claims (6)

1. 入射光を撮像素子の受光面に結像させるＡＦ用レンズと、
   ＡＦ用レンズが取り付けられ、入射光の光軸方向に移動可能なレンズホルダと、
   レンズホルダを駆動するリニアモータと、
   レンズホルダの可動範囲を規制するホルダ規制手段とを備え、
   上記リニアモータが、マグネットと、駆動電流に応じてレンズホルダに光軸方向の駆動力を印加する駆動コイルと、レンズホルダを光軸方向に付勢するホルダバネとを有し、
   上記ホルダ規制手段が、ホルダバネが中立状態となる位置を含まないようにレンズホルダの可動範囲を規制することを特徴とするオートフォーカス装置。
2. 上記ホルダ規制手段は、駆動コイルへ電流供給を行わない状態において、ＡＦ用レンズが入射光を結像可能となる位置で、レンズホルダに当接するホルダ当接部からなることを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
3. 上記ホルダバネは、レンズホルダを撮像素子側へ付勢し、
   上記ホルダ規制手段は、撮像素子側の端部において被写体距離が無限遠となるように、レンズホルダの可動範囲を規制することを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
4. 上記レンズホルダは、ＡＦ用レンズの光軸方向に関する取り付け位置を微調整することができるレンズ調整手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
5. 被写体距離に対応する駆動電流値をモータ特性データとして記憶するデータ記憶手段と、
   ユーザにより被写体距離が指定された場合に、データ記憶手段のモータ特性データに基づいて、駆動コイルに供給する駆動電流を決定する固定焦点制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
6. 撮像素子からの出力信号を監視しながら駆動電流を変化させ、合焦状態における駆動電流値を求める自動焦点制御手段と、
   自動焦点制御手段の出力に基づいてモータ特性データを生成し、上記データ記憶手段に格納する特性データ生成手段とを備えたことを特徴とする請求項５に記載のオートフォーカス装置。

Images