JP2007310004A - 自動合焦点装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】液晶レンズ含む光学レンズを使用しても、実用にあたって十分な速さと精度で合焦点を検出できるようにする。
【解決手段】液晶レンズドライバにより液晶レンズに所定電圧を印加する。所定電圧の印加により過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光学像に基づいて画像信号を生成し、そのうち焦点信号を抽出するエリアの画像信号を所定の周期でサンプリングして、複数の焦点信号を抽出する。その抽出された複数の焦点信号のレベルを比較して、焦点信号の最大値を判定する。これによって、液晶レンズを用い、液晶レンズの過渡応答動作を利用して、十分な速さで合焦点を検出する。
【選択図】 図32
【解決手段】液晶レンズドライバにより液晶レンズに所定電圧を印加する。所定電圧の印加により過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光学像に基づいて画像信号を生成し、そのうち焦点信号を抽出するエリアの画像信号を所定の周期でサンプリングして、複数の焦点信号を抽出する。その抽出された複数の焦点信号のレベルを比較して、焦点信号の最大値を判定する。これによって、液晶レンズを用い、液晶レンズの過渡応答動作を利用して、十分な速さで合焦点を検出する。
【選択図】 図32
Description
この発明は、自動合焦点装置に関し、特に焦点距離の調整用に液晶レンズを用い、その液晶レンズの過渡応答動作中に液晶レンズを通して結像する光学像より得られた画像信号から、焦点整合度に対応した複数の焦点信号を抽出し、その焦点信号の最大値を検出することによって合焦点を検出する自動合焦点装置に関する。
従来から、光学系の焦点距離または焦点位置を変化させる合焦点機構として、レンズを移動させることにより焦点を合わせる方式が広く用いられている。しかし、この方式では、レンズ駆動機構が必要であるため、機構が複雑になるとともに、レンズ駆動用モータに比較的多くの電力を要するという欠点がある。また、一般に耐衝撃性が低いという欠点もある。そこで、レンズ駆動機構が不要な合焦点装置として、液晶レンズの屈折率を変化させることにより焦点を合わせる方式が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
この方式の合焦点装置に用いる液晶レンズは、パターン電極と共通電極を備えた2枚のガラス基板間に液晶層を挟持した構成となっている。そして、そのパターン電極は、中心部電極と複数個の輪帯電極を有し、中心部電極と各輪帯電極とが電圧降下抵抗によって接続された構成となっている。そして、各輪帯電極とは絶縁して中心部電極に接続された引き出し電極には、電力増幅器を介して可変抵抗が接続されており、輪帯電極(外周部電極)に接続された引き出し電極には、増幅器を介して可変抵抗が接続されている。さらに、これらの可変抵抗に並列に接続された交流源から供給される交流電圧は、可変抵抗により、降圧されるようになっている。
このように、引き出し電極に印加された電圧信号と電圧降下抵抗により電圧分布が形成され、液晶層にその電圧分布による電圧が印加される。そして、上記各可変抵抗をそれぞれ調整することにより、液晶層に印加する様々な電圧分布を発生させることが可能となる。
ところで、ビデオカメラのオートフォーカス(自動合焦)システムとして、撮影映像信号から直接画像のボケに対応する情報を抽出し、このボケを最小化するようにレンズを山登り制御する輪郭検出方式が公知である(例えば、非特許文献1参照。)。また、この山登り制御方式を用いた種々のオートフォーカス装置等が提案されている(例えば、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5参照。)。
しかしながら、今までのところ、山登り制御方式により液晶レンズの屈折率の変化を制御して焦点を合わせることについては、報告されていない。その理由として、液晶レンズを用いた場合には、山登り制御により合焦点を検出するのに長時間を要することが考えられる。例えば、近遠景に対して予め設定されている焦点位置が50ポジションあるとし、ある方向に、ボケに対応する情報の最小点を探しに行き、その最小点が見つかるまでに平均25ポジション必要になると仮定して、レンズを移動させる方式と液晶レンズを用いる方式とで合焦点を検出するまでに要する時間を比較する。
レンズを移動させる方式では、あるポジションに対応する位置にレンズを移動させ、そのときのボケに対応する情報を取得したら、次のポジションに対応する位置にレンズを移動させてボケに対応する情報を取得する、という動作を繰り返し行う。この場合、1ポジションあたりの処理時間が例えば67ミリ秒と短いので、合焦点を検出するのに要する時間は平均約1.7秒(=67ミリ秒×25ポジション)で済む。
一方、液晶レンズを用いた方式では、液晶レンズを駆動するために液晶レンズに印加する電圧(駆動電圧)を変化させることによって、液晶レンズの屈折率分布を変化させる。従って、あるポジションに対応する駆動電圧を液晶レンズに印加し、そのときのボケに対応する情報を取得したら、次のポジションに対応する駆動電圧を液晶レンズに印加して再びボケに対応する情報を取得する、という動作を繰り返し行えばよい。
しかし、一般に、駆動電圧の変化に対する液晶の応答が遅れるため、駆動電圧を変化させてから液晶の応答が安定するまで待つ必要がある。そのため、1ポジションあたりの処理時間が例えば500ミリ秒と長くなり、合焦点を検出するまでに平均約12.5秒(500ミリ秒×25ポジション)もかかってしまう。これでは、非現実的である。
また、特許文献1によれば、液晶レンズが電圧降下抵抗の両端に電圧を印加する構成となっており、当然のことながら、どちらか一端に他端より低い電圧を印加する場合がある。例えば、凸レンズとして作用させたいときは一方の引き出し電極に低い電圧を、他方の引き出し電極に高い電圧を印加する。
このとき、使用した液晶層の液晶材料によっては、低い電圧を印加した側の液晶の過渡応答が完了する時間が、高い電圧を印加した側の液晶の過渡応答が完了する時間よりも遅くなる。そのため、液晶レンズの動作を凸レンズとしたいときに、凸レンズとして機能するまでの時間は低い電圧を印加した側の液晶の応答時間によって決定されることになる。
特に、レンズとしてのパワーを最大限に引き出そうとする場合には、中心部電極と外周部電極の電圧差を最大にすることになるので、低い電圧を印加した側では液晶層の液晶分子が実効的に動作するできるだけ低い電圧を使うことになり、この部分が適切な屈折率分布をもつレンズになるまで(過渡応答が完了するまで)に長い時間を要するという問題があった。
さらに、レンズとしてのパワーをできるだけ大きくする場合には、液晶材料の複屈折率異方性を大きくしたり、液晶層の厚みを大きくしたりしなくてはならなくなる。しかしながら、その様な構成にすると、この場合においても先に示したと同様に液晶の応答は遅くなり、適切な屈折率分布をもつレンズになるまで長い時間を要するという問題があった。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、液晶レンズの過渡応答動作中に焦点整合度に対応した複数の焦点信号を一括して抽出した後に、焦点信号のピーク値を検出することによって、実用にあたって十分な速さと精度で合焦点を検出することができる自動合焦点装置を提供することを目的とする。
この発明による自動合焦点装置は、上記の目的を達成するため、液晶レンズを含む光学レンズ手段と、その光学レンズ手段を通して結像する光学像を電気信号に変換して画像信号を出力する光電変換手段と、その画像信号から焦点整合度に対応した焦点信号を抽出し、その焦点信号が最大となるように上記液晶レンズの駆動条件を制御する液晶レンズ制御手段を有する自動合焦点装置であって、
上記液晶レンズ制御手段は、上記光学レンズ手段を通して結像する光学像のうち上記焦点信号を抽出するエリアを設定するエリア設定手段と、上記液晶レンズに所定電圧を印加する電圧印加手段と、その電圧印加手段により所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光による、上記エリア設定手段によって設定されたエリアの光学像に基づいて生成される画像信号を、所定の周期でサンプリングすることにより複数の焦点信号を抽出する焦点信号抽出手段と、その焦点信号抽出手段により抽出された複数の焦点信号に基づいて焦点信号の最大値を判定する合焦点判定手段と、を備えたことを特徴とする。
上記液晶レンズ制御手段は、上記光学レンズ手段を通して結像する光学像のうち上記焦点信号を抽出するエリアを設定するエリア設定手段と、上記液晶レンズに所定電圧を印加する電圧印加手段と、その電圧印加手段により所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光による、上記エリア設定手段によって設定されたエリアの光学像に基づいて生成される画像信号を、所定の周期でサンプリングすることにより複数の焦点信号を抽出する焦点信号抽出手段と、その焦点信号抽出手段により抽出された複数の焦点信号に基づいて焦点信号の最大値を判定する合焦点判定手段と、を備えたことを特徴とする。
上記エリア設定手段は、上記焦点信号を抽出するエリアとして、全結像エリアの中央部の所定エリアを設定することができる。
あるいは、上記エリア設定手段は、全結像エリアをマトリクス状に分割して、その分割した個々のエリアの一つ以上を選択して上記焦点信号を抽出するエリアとして設定することもできる。
あるいは、上記エリア設定手段は、全結像エリアをマトリクス状に分割して、その分割した個々のエリアの一つ以上を選択して上記焦点信号を抽出するエリアとして設定することもできる。
その場合、上記合焦点判定手段によって判定される焦点信号の最大値の閾値をセットする手段を設け、上記合焦点判定手段によって判定された焦点信号の最大値がその閾値を超えない場合には、上記エリア設定手段は、上記分割した個々のエリアの選択を変更して上記焦点信号を抽出するエリアを設定し直すようにするとい。
あるいはまた、上記エリア設定手段は、上記焦点信号を抽出するエリアとして、全結像エリアの中央部の所定エリアと周辺部の複数のエリアとを組み合わせて設定することもできる。
あるいはまた、上記エリア設定手段は、上記焦点信号を抽出するエリアとして、全結像エリアの中央部の所定エリアと周辺部の複数のエリアとを組み合わせて設定することもできる。
これらの自動合焦点装置において、上記電圧印加手段は、上記所定電圧として、上記液晶レンズを凸レンズの状態にするための電圧を印加することができる。
あるいは、上記電圧印加手段は、上記所定電圧として、上記液晶レンズを凹レンズの状態にするための電圧を印加するようにしてもよい。
さらに、上記電圧印加手段は、上記所定電圧として、上記液晶レンズを凸レンズの状態にするための第1の電圧と、上記液晶レンズを凹レンズの状態にするための第2の電圧を異なるタイミングで印加するようにすることもできる。
あるいは、上記電圧印加手段は、上記所定電圧として、上記液晶レンズを凹レンズの状態にするための電圧を印加するようにしてもよい。
さらに、上記電圧印加手段は、上記所定電圧として、上記液晶レンズを凸レンズの状態にするための第1の電圧と、上記液晶レンズを凹レンズの状態にするための第2の電圧を異なるタイミングで印加するようにすることもできる。
その場合、上記電圧印加手段は、上記液晶レンズに上記第1の電圧を印加する期間と第2の電圧を印加する期間との間に、上記液晶レンズを凸レンズの状態にするための電圧および凹レンズの状態にするための電圧のいずれでもない第3の電圧を印加する期間があるように、上記液晶レンズに電圧を印加するようにしてもよい。
また、上記液晶レンズ制御手段は、上記液晶レンズに上記第1の電圧および第2の電圧のいずれか一方を印加して上記液晶レンズが過渡応答動作をしている間に焦点信号が最大値であることを判定すると、上記液晶レンズにもう一方の電圧を印加するのを中止するようにするとよい。
また、上記液晶レンズ制御手段は、上記液晶レンズに上記第1の電圧および第2の電圧のいずれか一方を印加して上記液晶レンズが過渡応答動作をしている間に焦点信号が最大値であることを判定すると、上記液晶レンズにもう一方の電圧を印加するのを中止するようにするとよい。
また、上記液晶レンズは、抵抗接続された中心部電極と外周部電極とを有するパターン電極と共通電極がそれぞれ形成された2枚の透明基板間に液晶層を挟持してなり、上記電圧印加手段は、上記中心部電極と外周部電極とに異なる所定の電圧を印加するとよい。
さらに、上記液晶レンズ制御手段は、上記サンプリングが開始されてからの経過時間を計測する計測手段と、上記画像信号をサンプリングする各時点の経過時間と液晶レンズの焦点距離とを対応させたデータを予め記憶する第1の記憶手段と、静的な状態での液晶レンズの駆動電圧と焦点距離とを対応させたデータを予め記憶する第2の記憶手段とを備え、上記合焦点判定手段によって最大値と判定された焦点信号に対応する時点の上記計測手段による経過時間から上記第1の記憶手段と第2の記憶手段のデータに基いて液晶レンズの駆動電圧を求め、その求めた駆動電圧を液晶レンズに印加することができる。
この発明による自動合焦点装置は、焦点距離の調整用に液晶レンズを用い、その液晶レンズの過渡応答動作中に、全結像エリアのうちの焦点信号を抽出するエリアとして設定した所定エリアから、焦点整合度に対応した複数の焦点信号を一括して抽出し、その焦点信号の最高値(ピーク値)を検出することによって、実用にあたって十分な速さで合焦点を検出することができる。
以下に添付図面を参照して、この発明による自動合焦点装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図1は、この発明による自動合焦点装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。この自動合焦点装置は、液晶(LC)レンズ系1、光学レンズ系2、撮像素子3、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)4、オートフォーカス(AF)コントローラ5および液晶(LC)レンズドライバ6を備えている。液晶レンズ系1は、P波用液晶レンズとS波用液晶レンズを組み合わせた構成を有する。光学レンズ系2は、絞り、パンフォーカス組レンズおよび赤外線カットフィルタを有する。撮像素子3は、CCDやCMOS等の固体撮像素子よりなるイメージセンサとアナログ・デジタル(A/D)変換器を有する。
液晶レンズ系1および光学レンズ系2を通過して結像した光学像は、撮像素子3のイメージセンサにより電気信号に変換される。イメージセンサから出力された電気信号は、A/D変換器によりデジタル信号に変換される。DSP4は、A/D変換器から出力されたデジタル信号に対して画像処理を行う。AFコントローラ5は、液晶レンズの過渡応答動作期間中に、DSP4から出力される画像信号を所定の周期でサンプリングすることにより、焦点整合度に対応する複数の焦点信号(以下、オートフォーカス信号とする)を抽出する。そして、AFコントローラ5は、抽出した複数のオートフォーカス信号に基づいてオートフォーカス信号のレベルが最大となるときのサンプリングタイミングを判定し、その判定結果に基づいて、液晶レンズ系1の駆動条件の制御を行う。
AFコントローラ5は、上述した一連の制御を行うマイクロプロセッサ51と記憶手段(メモリ)52を有する。記憶手段52は、マイクロプロセッサ51が実行するプログラムや最適な駆動電圧を求めるために必要な種々の関係などを格納した読み出し専用メモリ(ROM)と、マイクロプロセッサ51が作業領域として使用する書き込み可能なメモリ(RAM)を有する。液晶レンズドライバ6は、AFコントローラ5から出力される制御信号に基づいて液晶レンズ系1に電圧を印加する。
AFコントローラ5により実行される処理内容については後述する。液晶レンズ系1および光学レンズ系2は、光学レンズ手段に相当する。撮像素子3およびDSP4は、光電変換手段に相当する。AFコントローラ5は、光学レンズ手段を通して結像する光学像のうち焦点信号を抽出するエリアを設定するエリア設定手段、液晶レンズ制御手段の焦点信号抽出手段、および合焦点判定手段に相当する。液晶レンズドライバ6は、液晶レンズ制御手段の電圧印加手段に相当する。
図2および図3は、それぞれ液晶レンズのセル構成を示す正面図および断面図である。これらの図に示すように、液晶レンズ7は、一対の対向するガラス基板8,9の内側にパターン電極10と共通電極11が対向して配置され、パターン電極10および共通電極11の内側に配向膜12,13が対向して配置され、その間に例えばホモジニアス配向の液晶層14が封入された液晶パネルを構成している。
P波用液晶レンズとS波用液晶レンズの構成は同じであるが、液晶層14の配向方向が90°異なる。これは、P波用液晶レンズの屈折率分布を変化させた場合、P波用液晶レンズの配向方向と同じ方向の偏光面を有する光は屈折率分布の変化の影響を受けるが、P波用液晶レンズの配向方向に対して直交する方向の偏光面を有する光は、屈折率分布の変化の影響を受けない。S波用液晶レンズについても同様である。
従って、配向方向が90°異なる2枚の液晶レンズ、すなわちP波用液晶レンズとS波用液晶レンズが必要となる。P波用液晶レンズとS波用液晶レンズは、同じ波形の駆動電圧によって駆動される。その駆動電圧は、例えばパルス高さ変調(PHM)またはパルス幅変調(PWM)された交流電圧である。
液晶パネルの中央部には、印加電圧に応じて屈折率が変化するレンズ部15が設けられている。また、液晶パネルの周縁部は、シール部材16と、封孔部材(図示せず)により封止されている。液晶層14の厚さは、スペーサ部材17により一定に保たれている。パターン電極10の電極取り出し部18には、フレキシブルプリント配線板(FPC)19が異方性導電膜を用いて接続されている。電極取り出し部18の一部は、パターン電極10から絶縁されており、共通電極11に接続されている。
特に限定しないが、一例として液晶レンズ7の寸法を示す。ガラス基板8,9の一辺の長さは数mmから十数mm程度、例えば10mmである。ただし、パターン電極10側のガラス基板8については、パターン電極10の電極取り出し部18を被う部分を除いた寸法である。ガラス基板8,9の厚さは数百μm程度、例えば300μmである。液晶層14の厚さは十数μmから数十μm程度、例えば23μmである。レンズ部15の直径は数mm程度、例えば2.4mmである。
図4は、パターン電極10の構成を示す正面図である。図4に示すように、パターン電極10は、円形状の中心部電極20の回りに、半径の異なる複数のC字状の輪帯電極21,22が同心円状に配置されたパターンを有する。中心部電極20と最も内側の輪帯電極21の間、および隣り合う輪帯電極21,22の間は、空間となっている。そして、中心部電極20と最も内側の輪帯電極21、および隣り合う輪帯電極21,22は、輪帯接続部23を介して互いに接続されている。
中心部電極20からは、中心部引き出し電極24が、他の輪帯電極21,22および輪帯接続部23から離れて(すなわち、絶縁された状態で)最外周の輪帯電極22(以下、外周部電極22とする)の外側まで伸びている。一方、外周部電極22からは、その外側まで、外周部引き出し電極25が他の電極から絶縁された状態で伸びている。パターン電極10の図4に示すパターンは、図2に示したレンズ部15に重なるように配置される。
中心部引き出し電極24と外周部引き出し電極25にそれぞれ印加される電圧に応じて、共通電極11に対する中心部電極20、中心部電極20と外周部電極22との間の各輪帯電極21、および外周部電極22のそれぞれの電圧値が異なる状態となる。つまり、パターン電極10によってレンズ部15に電圧分布が生じる。この電圧分布を変化させることによって、液晶レンズ7の屈折率の分布が変化し、液晶レンズ7を凸レンズの状態にしたり、平行ガラスの状態にしたり、凹レンズの状態にすることができる。
特に限定しないが、一例としてパターン電極10の各部の寸法や特性値を示す。中心部電極20、外周部電極22およびその間の輪帯電極21の総数は、例えば27である。また、中心部電極20の径、各輪帯電極21の幅および外周部電極22の幅は、レンズ部15において所望の屈折率の分布が得られるように選択される。中心部電極20、輪帯電極21および外周部電極22の隣り合うもの同士の間にある空間の幅は、例えば3μmである。また、各輪帯接続部23の抵抗値は、例えば1kΩである。なお、液晶レンズ7のパターン電極10の形態は、上記構成に限らず、各輪帯電極21を各々独立に駆動制御することにより、上述したと同様に、液晶レンズ7を凸レンズの状態にしたり、平行ガラスの状態にしたり、凹レンズの状態とすることができる。
次に、液晶の配向方向と同じ方向の偏光面を有する光が液晶を透過している状態で、液晶に電圧を印加したときの屈折率の変化について説明する。図5の(a)に示すように、液晶に外部から駆動電圧V0が印加されると、液晶の屈折率は図5の(b)に示すように、その駆動電圧V0の立ち上がりのタイミングからtfの時間だけ遅れて駆動電圧V0に対応した状態となる。また、液晶の屈折率は、駆動電圧V0の立ち下がりのタイミングからtrの時間だけ遅れて元の状態に戻る。このtfおよびtrの時間は、液晶が過渡応答動作をしている期間であり、屈折率が漸次変化する。ここで、上述した通り、駆動電圧V0は、例えばパルス高さ変調(PHM)またはパルス幅変調(PWM)された交流電圧である。
例えば、各部の寸法や特性値が上述した値の液晶レンズ7およびパターン電極10を用いるとする。また、液晶層14として、異常光線についての屈折率neおよび通常光線についての屈折率noがそれぞれ1.75および1.5であり、複屈折Δnが0.25であるネマティック液晶を用いるとする。この場合、例えば駆動電圧V0の0Vから5Vへの立ち上がりに対する液晶の過渡応答動作時間tf、および駆動電圧V0の5Vから0Vへの立ち下がりに対する液晶の過渡応答動作時間trは、ともに500ミリ秒程度である。
このように、液晶の過渡応答動作が終了するまでにはある程度の時間がかかる。そこで、液晶の過渡応答動作期間中に、液晶レンズ系1および光学レンズ系2を通過した光学像から生成された画像信号を所定の周期でサンプリングする。図6は、駆動電圧の立ち上がり時の過渡応答動作期間tfにおける液晶の屈折率の変化の様子と、液晶レンズ7の焦点距離の変化の様子を示している。
例えば、図6の(a)に示すように、液晶の屈折率は過渡応答動作期間tf中に変化し、過渡応答動作期間tfが経過すると一定になるので、液晶レンズ7の中心部電極20、各輪帯電極21および外周部電極22のそれぞれに対応する液晶部分の屈折率も一定となる。従って、過渡応答動作期間tfが経過した時点で、液晶レンズ7の屈折率分布がある分布に定まり、図6の(b)に示すように、液晶レンズ7の焦点距離fは、その屈折率分布に応じたある一定値に収束する。
図6の(b)における横軸よりも上側および下側に描かれた線は、それぞれ液晶レンズ7が凸レンズの状態および凹レンズの状態のときの焦点距離fの変化の様子を表している。この実施の形態1では、説明の便宜上、液晶レンズ7が凸レンズの状態になるときの焦点距離fを正の数値で表し、液晶レンズ7が凹レンズの状態になるときの焦点距離fを負の数値で表している。このように表すと、液晶レンズ7の焦点距離fが正または負の無限大であるとき、液晶レンズ7は平行ガラスの状態となる。
図6に示す例では、液晶レンズ7の焦点距離fが一定値に収束するまでの過渡応答動作期間tfの時刻t1、t2、t3、t4、t5およびt6において画像信号をサンプリングする。各サンプリングタイミングでは、液晶レンズ7の焦点距離fが異なる。従って、液晶レンズ7の1回の過渡応答動作期間中に、焦点距離fが種々異なる状態の液晶レンズ7を通過した光学像から生成された画像信号をサンプリングすることができるので、焦点整合度に対応した複数の焦点信号を抽出することができる。
ここで、サンプリング周期tsは、例えばフレームの周期に同期している。なお、液晶レンズ7の立ち下がり時の過渡応答動作期間trにおいて、画像信号をサンプリングしてもよい。また、サンプリング数は6個に限らない。
予め、1番目にサンプリングする時刻t1における液晶レンズ7の焦点距離f1、2番目にサンプリングする時刻t2における液晶レンズ7の焦点距離f2、というように、サンプリングする時点のサンプリング開始時点からの経過時間と液晶レンズ7の焦点距離との関係が求められている。この関係は、例えば図1に示したAFコントローラ5内の記憶手段52のROM(第1の記憶手段として機能する)に格納されている。
従って、AFコントローラ5のマイクロプロセッサ51は、液晶レンズ7の過渡応答動作期間中にサンプリングが開始されてからの経過時間を計測する計測手段の機能も有し、画像信号をサンプリングした時点の経過時間に基づいて、各サンプリング時刻における液晶レンズ7の焦点距離を求めることができる。それによって、液晶レンズ7の各焦点距離と焦点信号のレベルとの対応関係を得ることができるので、焦点信号のレベルが最大になったとき、すなわちピントが合ったときの液晶レンズ7の焦点距離を求めることができる。
また、予め、静的な状態で液晶レンズ7の焦点距離がf1になるときの液晶レンズ7の外周部電極22の電圧Vouterおよび中心部電極20の電圧Vinnerの値、静的な状態で液晶レンズ7の焦点距離がf2になるときのVouterおよびVinnerの値、というように、静的な状態における液晶レンズ7の焦点距離fと、液晶レンズ7の焦点距離fをある値にするために液晶レンズ7に印加する駆動電圧との関係も求められている。この関係も、例えばAFコントローラ5内の記憶手段52のROM(第2の記憶手段として機能する)に格納されている。
従って、液晶レンズ制御手段でもあるマイクロプロセッサ51は、実際にピントを合わせるため、すなわち液晶レンズ7の焦点距離を焦点信号のレベルが最大になったときの焦点距離に合わせる際には、自己の機能である合焦点判定手段によって最大値と判定した焦点信号に対応する時点の上記計測手段による経過時間から、第1の記憶手段と第2の記憶手段(ROM)のデータに基いて液晶レンズの駆動電圧を求めることができ、その求めた駆動電圧を液晶レンズ7に印加ればよい。図7に、静的な状態における液晶レンズ7の焦点距離と、液晶レンズ7の焦点距離をある値にするために液晶レンズ7に印加する電圧との関係の一例を示す。
次に、液晶レンズ7を凸レンズの状態と凹レンズの状態の両方に変化させる場合の液晶レンズ7への電圧印加パターンについて説明する。液晶レンズ7は、パターン電極10の外周部電極22に印加する電圧Vouterが、中心部電極20に印加する電圧Vinnerよりも高いときに凸レンズの状態となり、その逆のときに凹レンズの状態となる。電圧印加パターンとしては、以下の12通りが考えられる。
第1のパターンは、図8の(a)および(b)に示すように、最初にパターン電極10の外周部電極22に印加する電圧Vouterと中心部電極20に印加する電圧Vinnerをともに第1の電圧V1とする。次いで、時刻T0で外周部電極22の電圧Vouterのみを、第1の電圧V1よりも高い第2の電圧V2に変化させる。次いで、時刻T1で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第2の電圧V2に変化させる。次いで、時刻T2で外周部電極22の電圧Vouterのみを第1の電圧V1に変化させ、時刻T3で終了する。
液晶レンズ7は、時刻T0において平行ガラスの状態であり、時刻T0から時刻T1までの期間ではレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態であり、時刻T1から時刻T2までの期間ではレンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態であり、時刻T2から時刻T3までの期間ではレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態になる。図8の(c)は、第1のパターンにおける焦点距離fの逆数の変化を示す図である。
図8の(c)に示すように、1/fの値は、時刻T0ではゼロであり、時刻T0から時刻T1にかけては、下に凸の曲線から変曲点を経て上に凸の曲線を描くように変化し、時刻T1において正の値の最大値となる。従って、時刻T1において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。そして、1/fの値は、時刻T1から時刻T2にかけては、上に凸の曲線から変曲点を経て下に凸の曲線を描くように変化してゼロに至り、時刻T2から時T3にかけては下に凸の曲線を描くように変化しながら、時刻T3で負の値の最大値となる。
従って、時刻T3において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。第1の電圧V1を0Vとし、第2の電圧V2を5Vとすると、時刻T0で外周部電極22の電圧Vouterの立ち上がりとなるので、このときの液晶レンズ7の過渡応答動作時間tfは、上述したように、例えば500ミリ秒程度である。
また、時刻T1で中心部電極20の電圧Vinnerの立ち上がりとなるので、このときの液晶レンズ7の過渡応答動作時間tfは、上述したように、例えば500ミリ秒程度である。さらに、時刻T2で外周部電極22の電圧Vouterの立ち下がりとなるので、このときの液晶レンズ7の過渡応答動作時間trは、上述したように、例えば500ミリ秒程度である。従って、オートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で1.5秒程度である。
第2のパターンは、図9の(a)および(b)に示すように、最初に外周部電極22の電圧Vouterと中心部電極20の電圧Vinnerをともに第1の電圧V1とする。次いで、時刻T0で外周部電極22の電圧Vouterのみを第2の電圧V2に変化させる。次いで、時刻T1で外周部電極22の電圧Vouterのみを第1の電圧V1に変化させる。次いで、時刻T2で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第2の電圧V2に変化させ、時刻T3で終了する。
液晶レンズ7は、時刻T0、時刻T0から時刻T1までの期間、時刻T1から時刻T2までの期間、および時刻T2から時刻T3までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態となる。図9の(c)は、第2のパターンにおける焦点距離fの逆数の変化を示す図である。
図9の(c)に示すように、1/fの値は、時刻T0、T1、T2およびT3において、それぞれゼロ、正の値の最大値、ゼロおよび負の値の最大値となる。従って、時刻T1において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となり、時刻T3において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。また、第2のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で1.5秒程度である。
第3のパターンは、図10の(a)および(b)に示すように、最初に外周部電極22の電圧Vouterと中心部電極20の電圧Vinnerをともに第1の電圧V1とする。次いで、時刻T0で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第2の電圧V2に変化させる。次いで、時刻T1で外周部電極22の電圧Vouterのみを第2の電圧V2に変化させる。次いで、時刻T2で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第1の電圧V1に変化させ、時刻T3で終了する。
液晶レンズ7は、時刻T0、時刻T0から時刻T1までの期間、時刻T1から時刻T2までの期間、および時刻T2から時刻T3までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凹レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態となる。図10の(c)は、第3のパターンにおける焦点距離fの逆数の変化を示す図である。
図10の(c)に示すように、1/fの値は、時刻T0、T1、T2およびT3において、それぞれゼロ、負の値の最大値、ゼロおよび正の値の最大値となる。従って、時刻T1において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となり、時刻T3において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。また、第3のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で1.5秒程度である。
第4のパターンは、図11の(a)および(b)に示すように、最初に外周部電極22の電圧Vouterと中心部電極20の電圧Vinnerをともに第1の電圧V1とする。次いで、時刻T0で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第2の電圧V2に変化させる。次いで、時刻T1で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第1の電圧V1に変化させる。次いで、時刻T2で外周部電極22の電圧Vouterのみを第2の電圧V2に変化させ、時刻T3で終了する。
液晶レンズ7は、時刻T0、時刻T0から時刻T1までの期間、時刻T1から時刻T2までの期間、および時刻T2から時刻T3までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凹レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態となる。図11の(c)は、第4のパターンにおける焦点距離fの逆数の変化を示す図である。
図11の(c)に示すように、1/fの値は、時刻T0、T1、T2およびT3において、それぞれゼロ、負の値の最大値、ゼロおよび正の値の最大値となる。従って、時刻T1において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となり、時刻T3において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。また、第4のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で1.5秒程度である。
第5のパターンは、図12の(a)および(b)に示すように、最初に外周部電極22の電圧Vouterと中心部電極20の電圧Vinnerをともに第2の電圧V2とする。次いで、時刻T0で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第1の電圧V1に変化させる。次いで、時刻T1で外周部電極22の電圧Vouterのみを第1の電圧V1に変化させる。次いで、時刻T2で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第2の電圧V2に変化させ、時刻T3で終了する。
液晶レンズ7は、時刻T0、時刻T0から時刻T1までの期間、時刻T1から時刻T2までの期間、および時刻T2から時刻T3までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態となる。図12の(c)は、第5のパターンにおける焦点距離fの逆数の変化を示す図である。
図12の(c)に示すように、1/fの値は、時刻T0、T1、T2およびT3において、それぞれゼロ、正の値の最大値、ゼロおよび負の値の最大値となる。従って、時刻T1において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となり、時刻T3において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。また、第5のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で1.5秒程度である。
第6のパターンは、図13の(a)および(b)に示すように、最初に外周部電極22の電圧Vouterと中心部電極20の電圧Vinnerをともに第2の電圧V2とする。次いで、時刻T0で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第1の電圧V1に変化させる。次いで、時刻T1で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第2の電圧V2に変化させる。次いで、時刻T2で外周部電極22の電圧Vouterのみを第1の電圧V1に変化させ、時刻T3で終了する。
液晶レンズ7は、時刻T0、時刻T0から時刻T1までの期間、時刻T1から時刻T2までの期間、および時刻T2から時刻T3までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態となる。図13の(c)は、第6のパターンにおける焦点距離fの逆数の変化を示す図である。
図13の(c)に示すように、1/fの値は、時刻T0、T1、T2およびT3において、それぞれゼロ、正の値の最大値、ゼロおよび負の値の最大値となる。従って、時刻T1において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となり、時刻T3において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。また、第6のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で1.5秒程度である。
第7のパターンは、図14の(a)および(b)に示すように、最初に外周部電極22の電圧Vouterと中心部電極20の電圧Vinnerをともに第2の電圧V2とする。次いで、時刻T0で外周部電極22の電圧Vouterのみを第1の電圧V1に変化させる。次いで、時刻T1で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第1の電圧V1に変化させる。次いで、時刻T2で外周部電極22の電圧Vouterのみを第2の電圧V2に変化させ、時刻T3で終了する。
液晶レンズ7は、時刻T0、時刻T0から時刻T1までの期間、時刻T1から時刻T2までの期間、および時刻T2から時刻T3までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凹レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態となる。図14の(c)は、第7のパターンにおける焦点距離fの逆数の変化を示す図である。
図14の(c)に示すように、1/fの値は、時刻T0、T1、T2およびT3において、それぞれゼロ、負の値の最大値、ゼロおよび正の値の最大値となる。従って、時刻T1において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となり、時刻T3において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。また、第7のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で1.5秒程度である。
第8のパターンは、図15の(a)および(b)に示すように、最初に外周部電極22の電圧Vouterと中心部電極20の電圧Vinnerをともに第2の電圧V2とする。次いで、時刻T0で外周部電極22の電圧Vouterのみを第1の電圧V1に変化させる。次いで、時刻T1で外周部電極22の電圧Vouterのみを第2の電圧V2に変化させる。次いで、時刻T2で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第1の電圧V1に変化させ、時刻T3で終了する。
液晶レンズ7は、時刻T0、時刻T0から時刻T1までの期間、時刻T1から時刻T2までの期間、および時刻T2から時刻T3までの期間では、それぞれ平行ガラスの状態、レンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凹レンズの状態およびレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態となる。図15の(c)は、第8のパターンにおける焦点距離fの逆数の変化を示す図である。
図15の(c)に示すように、1/fの値は、時刻T0、T1、T2およびT3において、それぞれゼロ、負の値の最大値、ゼロおよび正の値の最大値となる。従って、時刻T1において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となり、時刻T3において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。また、第8のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で1.5秒程度である。
第9のパターンは、図16の(a)および(b)に示すように、最初に外周部電極22の電圧Vouterを第2の電圧V2とし、中心部電極20の電圧Vinnerを第1の電圧V1とする。次いで、時刻T0で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第2の電圧V2に変化させる。次いで、時刻T1で外周部電極22の電圧Vouterのみを第1の電圧V1に変化させ、時刻T2で終了する。
液晶レンズ7は、時刻T0、時刻T0から時刻T1までの期間、および時刻T1から時刻T2までの期間では、それぞれレンズパワーが最大の凸レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態となる。図16の(c)は、第9のパターンにおける焦点距離fの逆数の変化を示す図である。
図16の(c)に示すように、1/fの値は、時刻T0では正の値の最大値であり、時刻T0から時刻T1にかけては、上に凸の曲線から変曲点を経て下に凸の曲線を描くように変化し、時刻T1においてゼロとなる。そして、1/fの値は、時刻T1から時刻T2にかけては、上に凸の曲線から変曲点を経て下に凸の曲線を描くように変化して負の値の最大値となる。従って、時刻T2において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。また、第9のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で1.0秒程度である。
第10のパターンは、図17の(a)および(b)に示すように、最初に外周部電極22の電圧Vouterを第1の電圧V1とし、中心部電極20の電圧Vinnerを第2の電圧V2とする。次いで、時刻T0で外周部電極22の電圧Vouterのみを第2の電圧V2に変化させる。次いで、時刻T1で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第1の電圧V1に変化させ、時刻T2で終了する。
液晶レンズ7は、時刻T0、時刻T0から時刻T1までの期間、および時刻T1から時刻T2までの期間では、それぞれレンズパワーが最大の凹レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凹レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態となる。図17の(c)は、第10のパターンにおける焦点距離fの逆数の変化を示す図である。
図17の(c)に示すように、1/fの値は、時刻T0、T1およびT2において、それぞれ負の値の最大値、ゼロおよび正の値の最大値となる。従って、時刻T2において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。また、第10のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で1.0秒程度である。
第11のパターンは、図18の(a)および(b)に示すように、最初に外周部電極22の電圧Vouterを第2の電圧V2とし、中心部電極20の電圧Vinnerを第1の電圧V1とする。次いで、時刻T0で外周部電極22の電圧Vouterのみを第1の電圧V1に変化させる。次いで、時刻T1で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第2の電圧V2に変化させ、時刻T2で終了する。
液晶レンズ7は、時刻T0、時刻T0から時刻T1までの期間、および時刻T1から時刻T2までの期間では、それぞれレンズパワーが最大の凸レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態となる。図18の(c)は、第11のパターンにおける焦点距離fの逆数の変化を示す図である。
図18の(c)に示すように、1/fの値は、時刻T0、T1およびT2において、それぞれ正の値の最大値、ゼロおよび負の値の最大値となる。従って、時刻T2において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。また、第11のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で1.0秒程度である。
第12のパターンは、図19の(a)および(b)に示すように、最初に外周部電極22の電圧Vouterを第1の電圧V1とし、中心部電極20の電圧Vinnerを第2の電圧V2とする。次いで、時刻T0で中心部電極20の電圧Vinnerのみを第1の電圧V1に変化させる。次いで、時刻T1で外周部電極22の電圧Vouterのみを第2の電圧V2に変化させ、時刻T2で終了する。
液晶レンズ7は、時刻T0、時刻T0から時刻T1までの期間、および時刻T1から時刻T2までの期間では、それぞれレンズパワーが最大の凹レンズの状態、レンズパワーが徐々に小さくなる凹レンズの状態、およびレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態となる。図19の(c)は、第12のパターンにおける焦点距離fの逆数の変化を示す図である。
図19の(c)に示すように、1/fの値は、時刻T0、T1およびT2において、それぞれ負の値の最大値、ゼロおよび正の値の最大値となる。従って、時刻T2において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。また、第12のパターンでオートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で1.0秒程度である。
次に、液晶レンズ7を凸レンズの状態にして得た複数のオートフォーカス信号(焦点信号)と、液晶レンズ7を凹レンズの状態の両方の状態にして得た複数のオートフォーカス信号(焦点信号)の評価について説明する。特に限定はしないが、ここでは、図1に示した構成において液晶レンズ系1のない構成のときに、光学レンズ系2によって被写体までの距離Lが200mmでピントが合うように調整されているとする。
従って、図1に示した構成では、被写体までの距離Lが200mmよりも近いときには、液晶レンズ7は凸レンズの状態にされる。一方、被写体までの距離Lが200mmよりも遠いときには、液晶レンズ7は凹レンズの状態にされる。上述したように、この実施の形態1では、液晶レンズ7が凸レンズの状態になるときの焦点距離fを正の数値で表し、液晶レンズ7が凹レンズの状態になるときの焦点距離fを負の数値で表している。
従って、液晶レンズ7のパワーは、凸レンズの状態の場合には、例えばfの値が100mm、200mm、500mm、1000mmとなるに連れて弱くなり、凹レンズの状態の場合には、例えばfの値が−100mm、−200mm、−500mm、−1000mmとなるに連れて弱くなる。
上記第2の電圧印加パターンを例にして説明する。図20および図21は、第2の電圧印加パターンにおけるオートフォーカス信号の評価の仕方を示す説明図である。図20または図21の(a),(b)および(c)に示すように、第2の電圧印加パターンでは、時刻T0から時刻T1までの液晶レンズ7が凸レンズの状態になっている期間は特に限定しないが、図示の例では6個のオートフォーカス信号が得られる。
また、時刻T2から時刻T3までの液晶レンズ7が凹レンズの状態になっている期間も特に限定しないが、図示の例では6個のオートフォーカス信号が得られる。その際、外周部電極22の電圧Vouterまたは中心部電極20の電圧Vinnerの電圧を変化させた後は、少し時間が経ってからサンプリングを開始する。
図20の(c)に示す例は、被写体までの距離Lが200mmよりも短い場合、例えばLが170mmである場合である。従って、液晶レンズ7が凸レンズの状態になっているときに、オートフォーカス信号が最大となっている。ここで、便宜上、焦点距離fの逆数をとり、その値の正負を反転させた値、すなわち−1/fの値を用いる。
液晶レンズ7の過渡応答動作期間中のサンプリングにより得られた複数のオートフォーカス信号を、−1/fの値が負側に大きい方から正側に大きい方まで順に並べると、図20の(d)に示すようになる。この例では、−1/fの値が−1/100から1/100までの範囲でオートフォーカス信号をサンプリングしていることがわかる。そして、−1/fの値が−1/100と−1/1000との間でオートフォーカス信号が最大となっていることがわかる。
また、図21の(c)に示す例は、被写体までの距離Lが200mmよりも長い場合、例えばLが350mmである場合である。従って、液晶レンズ7が凹レンズの状態になっているときに、オートフォーカス信号が最大となっている。液晶レンズ7の過渡応答動作期間中のサンプリングにより得られた複数のオートフォーカス信号を、−1/fの値が負側に大きい方から正側に大きい方まで順に並べると、図21の(d)に示すようになる。
この例でも、−1/fの値が−1/100から1/100までの範囲でオートフォーカス信号をサンプリングしていることがわかる。そして、−1/fの値が1/100と1/1000との間でオートフォーカス信号が最大となっていることがわかる。いずれの場合も、すべてのオートフォーカス信号をサンプリングし終えてから、すべてのオートフォーカス信号のレベルを比較してその最大値を判定する。
上記第1の電圧印加パターンおよび第3から第8の電圧印加パターンの場合も同様である。被写体にピントが合ったときにオートフォーカス信号が最大値となる輪郭検出方式の原理については、上記非特許文献1に開示されているので、ここでは省略する。
別の例として、第9の電圧印加パターンにおけるオートフォーカス信号の評価の仕方を図22および図23に示す。図22に示す例は、被写体までの距離Lが200mmよりも短い場合、例えばLが170mmである場合である。図23に示す例は、被写体までの距離Lが200mmよりも長い場合、例えばLが350mmである場合である。液晶レンズ7の過渡応答動作期間中のサンプリングにより得られた複数のオートフォーカス信号を、−1/fの値が負側に大きい方から正側に大きい方まで順に並べると、図22または図23のそれぞれ(d)に示すようになる。
これらの例でも、−1/fの値が−1/100から1/100までの範囲でオートフォーカス信号をサンプリングしていることがわかる。すべてのオートフォーカス信号をサンプリングし終えてから、すべてのオートフォーカス信号のレベルを比較してその最大値を判定する。第10から第12の電圧印加パターンの場合も同様である。
いずれの電圧印加パターンを採用してもよい。例えば、第1、第2、第5、第6、第9または第11の電圧印加パターンを採用している場合、被写体までの距離Lが200mmよりも短いと、液晶レンズ7が凸レンズの状態になっている期間(T0〜T1)にオートフォーカス信号の最大値が得られる。その場合、その後のT1〜T2およびT2〜T3の期間の実行を中止してもよい。
また、例えば、第3、第4、第7、第8、第10または第12の電圧印加パターンを採用している場合、被写体までの距離Lが200mmよりも長いと、液晶レンズ7が凹レンズの状態になっている期間(T0〜T1)にオートフォーカス信号の最大値が得られる。その場合、その後のT1〜T2およびT2〜T3の期間の実行を中止してもよい。
このように、液晶レンズ7が凸レンズの状態になる期間または凹レンズの状態になる期間のいずれか一方のみを行った段階でオートフォーカス信号の最大値が得られたことを検出するためには、いずれか一方の期間のみで複数のオートフォーカス信号を取得した時点で、オートフォーカス信号の最大値を判定する。そして、判定の結果得られた最大値が、その最大値が得られたサンプリングタイミングの直前と直後のサンプリングタイミングでそれぞれ得られたオートフォーカス信号のレベルよりも大きいことを判定すればよい。
以上説明したように、液晶レンズに所定電圧が印加され、それによって液晶レンズが過渡応答動作をしている期間中に、複数の焦点信号(上述したオートフォーカス信号)がサンプリングされ、その複数の焦点信号に基づいて焦点信号の最大値が求められる。焦点信号のレベルは、被写体にピントが合っているときに最大となり、ピントのずれ具合(ボケ具合)が強くなるに従って小さくなる。従って、液晶に印加する電圧を段階的に変化させ、その都度、液晶の応答が安定するまで待ってから焦点信号をサンプリングする必要がないので、短時間で合焦点を検出することができる。
また、電圧印加手段は、所定電圧として液晶レンズを凸レンズの状態にするための第1の電圧と、液晶レンズを凹レンズの状態にするための第2の電圧を異なるタイミングで印加する。また、電圧印加手段は、液晶レンズに上記第1の電圧を印加する期間と第2の電圧を印加する期間との間に、液晶レンズを凸レンズの状態にするための電圧および凹レンズの状態にするための電圧のいずれでもない第3の電圧を印加する期間があるように、液晶レンズに電圧を印加する。このため、液晶レンズによる焦点距離の調整によらずに予めピントが合うように設定された所定の距離よりも被写体までの距離が短くなる場合と長くなる場合の両方に有効である。
さらに、液晶レンズ制御手段は、液晶レンズに上記第1の電圧および第2の電圧のいずれか一方を印加して液晶レンズが過渡応答動作をしている間に焦点信号が最大値であることを判定すると、液晶レンズにもう一方の電圧を印加するのを中止するため、合焦点を検出するのに要する時間が半分になる。
液晶レンズ7を凸レンズの状態としてのみ動作させるようにしてもよい。この場合には、特に限定しないが、例えば、図1に示した構成において液晶レンズ系1のない構成のときに、光学レンズ系2によって被写体までの距離Lが60cmでピントが合うように調整される。そして、被写体までの距離Lが60cmよりも短い場合に液晶レンズ7を凸レンズの状態にしてピントを合わせる。その他は、前述の場合と同様である。
図24は、この場合におけるオートフォーカス信号の評価の仕方を示す説明図である。図24の(a),(b)および(c)に示すように、時刻T0から時刻T1までの液晶レンズ7が凸レンズの状態になっている期間は特に限定しないが、この例では11個のオートフォーカス信号(焦点信号)が得られる。
前述の場合と同様に、−1/fの値に基づいてこれら11個のプロットを順に並べると、図24の(d)に示すようになる。この例においても、すべてのオートフォーカス信号をサンプリングし終えてから、すべてのオートフォーカス信号のレベルを比較してその最大値を判定する。なお、図24に示す例では、サンプリング周期tsが前述の例の場合よりも短い。
以上説明したように、この例によれば、電圧印加手段は所定電圧として、液晶レンズを凸レンズの状態にするための電圧を印加するため、液晶レンズによる焦点距離の調整によらずに予めピントが合うように設定された所定の距離よりも被写体までの距離が短くなる場合に有効である。
液晶レンズ7を凹レンズの状態としてのみ動作させるようにしてもよい。この場合には、特に限定しないが、例えば、図1に示した構成において液晶レンズ系1のない構成のときに、光学レンズ系2によって被写体までの距離Lが5cmでピントが合うように調整される。そして、被写体までの距離Lが5cmよりも長い場合に液晶レンズ7を凹レンズの状態にしてピントを合わせる。その他は、最初の例と同様である。
以上説明したように、この例によれば、電圧印加手段は、所定電圧として液晶レンズを凹レンズの状態にするための電圧を印加するため、液晶レンズによる焦点距離の調整によらずに予めピントが合うように設定された所定の距離よりも被写体までの距離が長くなる場合に有効である。
この発明による自動合焦点装置は、単に電圧印加手段によって液晶レンズに形成されるパターン電極に駆動電圧を印加するのではなく、この駆動電圧の内の小さい方の駆動電圧を印加する液晶領域で、過渡応答動作の遅れを無くす変調手段を有し、この所定の駆動電圧(具体的には、例えばパルス高さ変調(PHM)電圧)を印加して、液晶が過渡応答動作中において、所定の周期で焦点信号をサンプリングした複数個の焦点信号データを用いて、合焦点判定手段により、最大の焦点信号を判定できるようにしてもよい。
このような自動合焦点装置を構成することにより、液晶レンズにおいて低い電圧を印加する側の液晶の応答を早くするという作用を受け、液晶の過渡応答中にも適切な屈折率分布を持って合焦点を得ることができる。
この実施の形態にかかる自動合焦点装置の概略構成については、図1に示した自動合焦点装置と同様であるのでその説明は省略する。また、液晶レンズ系1の構成および液晶レンズ7に備えたパターン電極の構成とこの液晶レンズの作用についても、図2から図4に示した前述の例と同様であるのでそれらの説明は省略する。
ここで、この実施形態の自動合焦点装置における、液晶レンズ系1の制御について説明をする。まず、液晶の配向方向と同じ方向の偏光面を有する光が液晶を透過している状態で、液晶に電圧を印加したときの屈折率の変化について説明する。図25は、液晶に電圧を印加したときの屈折率の変化を示す図であり、(a)は高い駆動電圧を液晶に掛けたときの駆動電圧プロファイルを示し、(b)はそのときの屈折率変動を示す。また、(c)は(a)に示した高い駆動電圧よりも低い駆動電圧を液晶に掛けたときの駆動電圧プロファイルを示し、(d)はそのときの屈折率変動を示す。なお、液晶レンズ系1を構成するP波用液晶レンズとS波用液晶レンズには、ともに図示を省略する駆動手段によりこの液晶レンズ系1に入射する光を制御するものとする。
図25の(a)に示すように、液晶に駆動電圧V1が印加されていたところに駆動電圧V2が印加されると、液晶の屈折率は、同図の(b)に示すように、その駆動電圧V1の立ち上がりのタイミングからtf0の過渡応答動作期間だけ遅れて駆動電圧V2に対応した状態となる。また、液晶の屈折率は、駆動電圧をV2からV1へ立ち下げたタイミングからtr0の期間だけ遅れて元の状態に戻る。このtf0およびtr0の過渡応答動作期間は、液晶が過渡応答動作をしている期間であり、屈折率が漸次変化する。
一方、図25の(c)に示すように、駆動電圧V2より小さい駆動電圧V3が印加されると、液晶の屈折率は、同図の(d)に示すように、その駆動電圧のV1からV3への立ち上がりのタイミングから過渡応答動作期間tf1の時間だけ遅れて駆動電圧V3に対応した状態となる。また、液晶の屈折率は、駆動電圧の立ち下がりのタイミングから過渡応答動作期間tr1の時間だけ遅れて元の状態に戻る。このように、この図から、過渡応答動作期間tf1、tr1は、過渡応答動作期間tf0、tr0よりも長くなっていることがわかる。なお、駆動電圧V1、V2、V3は、例えばパルス高さ変調(PHM)された交流電圧である。
例えば、各部の寸法や特性値が上述した値の液晶レンズ7およびパターン電極10を用いるとする。また、液晶層14として、異常光線についての屈折率neおよび通常光線についての屈折率noがそれぞれ1.75および1.5であり、複屈折Δnが0.25であるネマティック液晶を用いるとする。この場合、例えば、駆動電圧V1を1[V]、駆動電圧V2を5[V]とすると、液晶の立ち上がりに対する過渡応答動作期間tf0および液晶の立ち下がりに対する液晶の過渡応答動作期間tr0は、ともに500ミリ秒程度である。そして、同じパルス高さ変調(PHM)で駆動するとき、駆動電圧V1を1[V]、駆動電圧V3を2[V]とすると、立ち上がりに対する液晶の過渡応答動作期間tf1および立ち下がりに対する液晶の過渡応答動作期間tr1は、ともに800ミリ秒程度となる。
このように、単に最終的な屈折率分布を得るための中心部電極20と外周部電極22との間に異なる駆動電圧を印加すると、中心部から外周の半径方向において過渡応答動作期間の間で分布ができてしまうこととなる。すなわち、低い電圧が印加された側では過渡応答動作期間が長くなる。そうすると、過渡応答中に屈折率分布が適切でなくなるので、レンズ収差が大きいものとなってしまうこととなる。
そこで、液晶の過渡応答時のレンズ収差を低減するために、中心部電極20もしくは外周部電極22に印加する駆動電圧の内の小さい方の駆動電圧(図25における駆動電圧V3に相当する)に対して、電圧印加手段により、初期の段階で予定していた駆動電圧より大きい値が印加され、ある期間それを維持した後に徐々に駆動電圧を低下させていくように変調を掛ける方式を採用するとよい。
図26は、電圧変調手段の一例と過渡応答動作期間の屈折率の変化を示す線図であり、(a)は、この電圧変調手段により外周部電極22に印加される駆動電圧プロファイルの一例を示し、(b)は、中心部電極20に印加される駆動電圧プロファイルの一例を示し、(c)は、(a),(b)の駆動電圧プロファイルを採用した場合の液晶層の屈折率変動を示す図面である。
例えば、図26の(a)に示すように、外周部電極22に高い駆動電圧V2、中心部電極20に低い駆動電圧V3を印加する場合を考える。そして駆動電圧V2,V3がパルス高さ変調(PHM)されているとする。このとき中心部電極20に、最初の50ミリ秒の間だけ外周部電極22に印加した駆動電圧と同じパルス高さに変調された駆動電圧V3を印加し、その後は同図の(b)に示すように、400ミリ秒かけて徐々にパルス高さを落としていくという変調を行った駆動電圧を印加する。そうすると、その初期の段階で中心部電極20側と外周部電極22側の過渡応答がほぼ同じとなり、ほぼ500ミリ秒で定常状態に到達させることができる。そして、このような動作をさせることで、同図の(c)に示すように、過渡応答中のレンズ収差を大幅に低減せることができるようになる。
上述のような変調を行った場合、中心部電極20と外周部電極22との間の輪帯電極21における液晶の過渡応答は、輪帯接続部23によって電気的に接続されているので、変調された駆動電圧の影響を受けることとなる。ただし、輪帯電極21に印加される駆動電圧は、中心部電極20と外周部電極22との駆動電圧が抵抗分圧された電圧となる。従って、中心部電極20により近い側の輪帯電極21が、上述した変調手段の影響をより強く受けることになり、過渡応答時間も中心部電極20に近い側の輪帯電極21の方が短くなる。
なお、上記変調手段では、中心部電極20に対して印加する駆動電圧の変調手段で、所定の時間だけ振幅を大きくし、その後は徐々に減衰させて所定の振幅に戻す変調を行う手段を示したが、初期の段階で外周部電極22に印加する駆動電圧V2と同じ電圧とし、段階的にこの駆動電圧を下げて駆動電圧V3としても構わないし、必ずしも初期の段階で印加する駆動電圧をV2とせずに、それよりも高い駆動電圧に設定してから目的の駆動電圧V3に戻すようにしても構わない。
この実施の形態においても、前述した実施の形態と同様に、液晶の過渡応答動作期間中に、液晶レンズ系1および光学レンズ系2を通過した光学像から生成された画像信号を所定の周期でサンプリングする手段を採用した。駆動電圧の立ち上がり時の過渡応答動作期間tfにおける液晶の屈折率の変化の様子と、液晶レンズ7の焦点距離の変化の様子についても、図6に示した例と同様であるので、その説明は省略する。また、静的な状態における液晶レンズ7の焦点距離と、液晶レンズ7の焦点距離をある値にするために液晶レンズ7に印加する電圧との関係の一例についても、図7に示した例と同様であるので、その説明は省略する。図7に示すように、中心部電極20に印加する電圧、すなわち中心部電圧Vinnerと、外周部電極22に印加する電圧、すなわち外周部電圧Vouterをそれぞれ異なる電圧の組み合わせにすることで凸レンズの状態、平行ガラスの状態、凹レンズの状態になることがわかる。
次に、液晶レンズ7を凸レンズの状態と凹レンズの状態の両方に変化させる場合の液晶レンズ7への電圧印加パターンについて説明する。図27の(a)は、液晶レンズ7における外周部電極22に印加する電圧Vouterプロファイルを示す図であり、(b)は、液晶レンズ7における中心部電極20に印加する電圧Vinnerプロファイルを示す説明図であり、(c)は、(a),(b)による電圧プロファイルが液晶レンズに印加された場合の焦点距離の逆数の変化を示す図である。なお、液晶レンズ7は、パターン電極10の外周部電極22に印加する電圧Vouterが、中心部電極20に印加する電圧Vinnerよりも高いときに凸レンズの状態となり、その逆のときに凹レンズの状態となる。電圧印加パターンとしては、種々考えられるが、ここでは凸レンズとなる場合の一例について説明する。
図27の(a)および(b)に示すように、最初にパターン電極10の外周部電極22に印加する電圧Vouterと、中心部電極20に印加する電圧Vinnerをともに第1の電圧V1とする。次いで、時刻T0で外周部電極22の電圧Vouterと中心部電極20の電圧Vinnerを第1の電圧V1よりも高い第2の電圧V2に変化させる。中心部電極20の電圧Vinnerは50ミリ秒経過後、徐々に駆動電圧を落としてゆく。次いで、時刻T1で外周部電極22の電圧Vouterを第1の電圧V1に変化させる。次いで、時刻T2で中心部電極20の電圧Vinnerと外周部電極22の電圧Vouterを第2の電圧V2に変化させ、時刻T3で終了する。
液晶レンズ7は、時刻T0において平行ガラスの状態であり、時刻T0から時刻T1までの期間ではレンズパワーが徐々に大きくなる凸レンズの状態であり、時刻T1から時刻T2までの期間ではレンズパワーが徐々に小さくなる凸レンズの状態であり、時刻T2から時刻T3までの期間ではレンズパワーが徐々に大きくなる凹レンズの状態になる。
このように液晶レンズ7を動作させると、図27の(c)に示すように、1/fの値は、時刻T0ではゼロであり、時刻T0から時刻T1にかけては、下に凸の曲線から変曲点を経て上に凸の曲線を描くように変化し、時刻T1において正の値の最大値となる。従って、時刻T1において、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。そして、1/fの値は、時刻T1から時刻T2にかけては、下に凸の曲線を描くように変化してゼロに至り、時刻T2から時刻T3にかけては上に凸の曲線を経て下に凸の曲線を描くように変化しながら、時刻T3で負の値の最大値となる。従って、時刻T3において、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。
ここで、第1の電圧V1を1[V]とし、第2の電圧V2を5[V]とすると、時刻T0で外周部電極22の電圧Vouterの立ち上がりとなり、第2の電圧V2に比べて第1の電圧V1の方が低いので、第1の電圧V1に対して図27−2に示したプロファイルに従って電圧変調を行う。このときの液晶レンズ7の過渡応答動作期間tfは、上述したように、例えば500ミリ秒程度とすることができる。
さらに、時刻T2で中心部電極20の電圧Vinnerの立ち上がりとなるので、図27の(a)に示したプロファイルに従って外周部電極22の電圧Vouterに電圧変調を行う。すなわち、時刻T2で外周部電極22の電圧Vouterを第1の電圧V1よりも高い第2の電圧V2に変化させ、50ミリ秒経過後徐々に駆動電圧を落としていく。このときの液晶レンズ7の過渡応答動作期間tfは、上述したように、例えば500ミリ秒程度となる。従って、オートフォーカス制御を終了するまでに要する時間は、合計で1.5秒程度で済むことになる。
次に、液晶レンズ7を凸レンズの状態にして得た複数のオートフォーカス信号と、液晶レンズ7を凹レンズの状態の両方の状態にして得た複数のオートフォーカス信号の評価について説明する。特に限定はしないが、ここでは、図1に示した構成において液晶レンズ系1のない構成のときに、光学レンズ系2によって被写体までの距離Lが200mmでピントが合うように調整されているものとする。
従って、この実施の形態においても前述した実施の形態と同様に、被写体までの距離Lが200mmよりも近いときには、液晶レンズ7は凸レンズの状態にされる。一方、被写体までの距離Lが200mmよりも遠いときには、液晶レンズ7は凹レンズの状態にされる。上述したように、この実施の形態でも、液晶レンズ7が凸レンズの状態になるときの焦点距離fを正の数値で表し、液晶レンズ7が凹レンズの状態になるときの焦点距離fを負の数値で表している。
そして、液晶レンズ7のパワーは、凸レンズの状態の場合には、例えばfの値が100mm、200mm、500mm、1000mmとなるに連れて弱くなり、凹レンズの状態の場合には、例えばfの値が−100mm、−200mm、−500mm、−1000mmとなるに連れて弱くなる。
この現象を、図27に示した電圧印加パターンを例にして説明する。図28および図29は、図27に示した電圧印加プロファイルにおけるオートフォーカス信号の評価の仕方を示す図である。
図28の(a)〜(c)と図29の(a)〜(c)に示すように、この電圧印加パターンでは、時刻T0から時刻T1までの、液晶レンズ7が凸レンズの状態になっている期間では、特に限定しないが、図示した例では6個のオートフォーカス信号が得られる。
また、時刻T2から時刻T3までの液晶レンズ7が凹レンズの状態になっている期間では、特に限定しないが、図示した例では6個のオートフォーカス信号が得られる。その際、外周部電極22の電圧Vouterまたは中心部電極20の電圧Vinnerの電圧を変化させた後は、少し時間が経ってからサンプリングを開始するようにするとよい。
そして、図28の(c)に示す例は、被写体までの距離Lが200mmよりも短い場合、例えばLが170mmである場合である。従って、液晶レンズ7が凸レンズの状態になっているときに、オートフォーカス信号が最大となっている。ここで、便宜上、焦点距離fの逆数をとり、その値の正負を反転させた値、すなわち−1/fの値を用いる。
液晶レンズ7の過渡応答動作期間中のサンプリングにより得られた複数のオートフォーカス信号を、−1/fの値が負側に大きい方から正側に大きい方まで順に並べると、図28(d)に示すようになる。この図示例では、−1/fの値が−1/100から1/100までの範囲でオートフォーカス信号をサンプリングしていることがわかる。そして、−1/fの値が−1/100と−1/1000との間でオートフォーカス信号が最大となっていることがわかる。
また、図29の(c)に示す例は、被写体までの距離Lが200mmよりも長い場合、例えばLが350mmである場合である。従って、液晶レンズ7が凹レンズの状態になっているときに、オートフォーカス信号が最大となっている。液晶レンズ7の過渡応答動作期間中のサンプリングにより得られた複数のオートフォーカス信号を、−1/fの値が負側に大きい方から正側に大きい方まで順に並べると、図29の(d)に示すようになる。
この例でも、−1/fの値が−1/100から1/100までの範囲でオートフォーカス信号をサンプリングしていることがわかる。そして、−1/fの値が1/100と1/1000との間でオートフォーカス信号が最大となっていることがわかる。いずれの場合も、すべてのオートフォーカス信号をサンプリングし終えてから、すべてのオートフォーカス信号のレベルを比較してその最大値を判定する。被写体にピントが合ったときにオートフォーカス信号が最大値となる輪郭検出方式の原理については、上記非特許文献1に開示されているので、ここでは省略する。
なお、被写体までの距離Lが200mmよりも短いと、液晶レンズ7が凸レンズの状態になっている期間(T0〜T1)にオートフォーカス信号の最大値が得られる。その場合、その後のT1〜T2およびT2〜T3の期間の実行を中止してもよい。
また、液晶レンズ7が凸レンズの状態になる期間または凹レンズの状態になる期間のいずれか一方のみを行った段階でオートフォーカス信号の最大値が得られたことを検出するためには、いずれか一方の期間のみで複数のオートフォーカス信号を取得した時点で、オートフォーカス信号の最大値を判定する。そして、判定の結果得られた最大値が、その最大値が得られたサンプリングタイミングの直前と直後のサンプリングタイミングでそれぞれ得られたオートフォーカス信号のレベルよりも大きいことを判定すればよい。
この発明による自動合焦点装置は、単に電圧印加手段にて液晶レンズに形成されるパターン電極に駆動電圧を印加するのではなく、この駆動電圧の内の小さい方の駆動電圧を印加する液晶領域で、過渡応答動作の遅れを無くす変調手段を有し、この所定の駆動電圧(具体的には、例えばパルス幅変調(PWM)電圧)を印加して、液晶が過渡応答動作中において、所定の周期で焦点信号をサンプリングした複数個の焦点信号データを用いて、合焦点判定手段により、最大の焦点信号を判定できるようにしてもよい。
このような自動合焦点装置を構成することにより、液晶レンズにおいて低い電圧を印加する側の液晶の応答を早くするという作用を受け、液晶の過渡応答中にも適切な屈折率分布を持って合焦点を得ることができる。
このばあいの自動合焦点装置の概略構成についても、図1に示した自動合焦点装置と同様であるのでその説明は省略する。また、この実施の形態にかかる自動合焦点装置における液晶レンズ系1の構成および液晶レンズ7に備えたパターン電極の構成とこの液晶レンズの作用についても、図2から図4に示した例と同様であるのでそれらの説明も省略する。
ここで、この実施の形態にかかる自動合焦点装置における、液晶レンズ系1の制御について説明をする。ここで、液晶の配向方向と同じ方向の偏光面を有する光が液晶を透過している状態で、液晶に電圧を印加したときの屈折率の変化については、図25に示した実施の形態4と同様であるのでその説明は省略する。ただし、図25において、駆動電圧V1、V2、V3は、例えばパルス幅変調(PWM)された交流電圧である点が上述した実施の形態とは異なる。
次に、このときのパルス幅変調(PWM)された波形を図30に示す。実効電圧が最も小さい駆動電圧V1に相当する波形を(a)に、実効電圧が最も大きい駆動電圧V2に相当する波形を(c)に、V1、V2の中間の駆動電圧V3に相当する波形を(b)にそれぞれ示す。周波数はどれも一定で、例えば1kHz程度の矩形波であり、パルス幅を変えることで実効電圧を変えるものである。
例えば、各部の寸法や特性値が上述した値の液晶レンズ7およびパターン電極10を用いるとする。また、液晶層14として、異常光線についての屈折率neおよび通常光線についての屈折率noがそれぞれ1.75および1.5であり、複屈折Δnが0.25であるネマティック液晶を用いるとする。この場合、例えば、駆動電圧V1を1[Vrms](実効電圧での表現であり、以下具体的な駆動電圧は実効電圧を意味する)、駆動電圧V2を5[Vrms]とすると、液晶の立ち上がりに対する過渡応答動作時間tf0および液晶の立ち下がりに対する液晶の過渡応答動作時間tr0は、ともに500ミリ秒程度である。そして、同じパルス幅変調(PWM)で駆動するとき、駆動電圧V1を1[Vrms]、駆動電圧V3を2[Vrms]とすると、立ち上がりに対する液晶の過渡応答動作時間tf1および立ち下がりに対する液晶の過渡応答動作時間tr1は、ともに800ミリ秒程度となる。
このように、単に最終的な屈折率分布を得るための中心部電極20と外周部電極22との間に異なる駆動電圧を印加すると、中心部から外周の半径方向において過渡応答動作時間に分布ができてしまうこととなる。すなわち、低い電圧が印加された側では過渡応答動作時間が長くなる。すると、過渡応答中に屈折率分布が適切でなくなるので、レンズ収差が大きいものとなってしまうこととなる。
そこで、液晶の過渡応答時のレンズ収差を低減するために、上述した実施の形態と同様に、中心部電極20もしくは外周部電極22に印加する駆動電圧の内の小さい方の駆動電圧(図25における駆動電圧V3、図25(c)参照)に対して、電圧印加手段により、初期の段階で予定していた駆動電圧より大きい値が印加され、ある期間それを維持した後に徐々に駆動電圧を低下させていくように変調を掛ける方式を採用した。
図31は、電圧変調手段の一例と過渡応答動作期間の屈折率の変化を示す説明図である。例えば、図31の(a)に示すように、外周部電極22に高い駆動電圧V2、中心部電極20に低い駆動電圧V3を印加する場合を考える。そして駆動電圧V2、V3がパルス幅変調(PWM)されているとする。このとき中心部電極20に最初の50ミリ秒の間だけ、駆動電圧V3を印加し、その後は同図(b)に示すように、400ミリ秒かけて徐々にパルス幅を短くしていくという変調を行った駆動電圧を印加する。そうすると、その初期の段階で中心部電極20側と外周部電極22側の過渡応答と同様となり、ほぼ500ミリ秒で定常状態に到達させることができる。そして、このような動作をさせることで、過渡応答中のレンズ収差を大幅に低減させることができるようになる。
上述のような変調を行った場合、中心部電極20と外周部電極22との間の輪帯電極21における液晶の過渡応答は、輪帯接続部23によって電気的に接続されているので、変調された駆動電圧の影響を受ける。ただし、輪帯電極21に印加される駆動電圧は、中心部電極20と外周部電極22との駆動電圧が抵抗分圧された電圧となる。従って、中心部電極20に近い側の輪帯電極21が、上述した変調手段の影響をより強く受けることになり、図31の(c)に示すように、中心部電極20に近い側から外周部電極22に近い側に渡って過渡応答時間はほぼ同じくらいになる。
なお、この例では中心部電極20に対して印加する駆動電圧の変調手段で、所定の時間だけパルス幅を長くし、その後は徐々に滑らかにパルス幅を短くし所定のパルス幅に戻すという変調を説明したが、初期の段階で外周部電極22に印加する駆動電圧V2と同じ電圧とし、複数のステップでパルス幅を短くし駆動電圧V3となるようにしても構わないし、初期の段階で中心部電極20に印加する駆動電圧を外周部電極22に印加する駆動電圧と同じにせずに、それよりも高い駆動電圧に設定してもよい。また、レンズとして作用する時の収差が小さくなる変調手段が望ましい。
この実施の形態においても、最初に説明した自動合焦点装置と同様に、液晶の過渡応答動作期間中に、液晶レンズ系1および光学レンズ系2を通過した光学像から生成された画像信号を所定の周期でサンプリングする手段を採用した。駆動電圧の立ち上がり時の過渡応答動作期間tfにおける液晶の屈折率の変化の様子と、液晶レンズ7の焦点距離の変化の様子についても、図6に示した例と同様であるので、その説明は省略する。また、静的な状態における液晶レンズ7の焦点距離と、液晶レンズ7の焦点距離をある値にするために液晶レンズ7に印加する電圧との関係の一例についても、図7に示した例と同様であるので、その説明は省略する。図7に示すように、中心部電極20に印加する電圧、すなわち中心部電圧Vinnerと、外周部電極22に印加する電圧、すなわち外周部電圧Vouterをそれぞれ異なる電圧の組み合わせにすることで凸レンズの状態、平行ガラスの状態、凹レンズの状態になることがわかる。
また、液晶レンズ7を凸レンズの状態と凹レンズの状態の両方に変化させる場合の液晶レンズ7への電圧印加パターンについては、図27に示した例と同様であるので、その説明は省略する。また、図27に示した電圧印加プロファイルにおけるオートフォーカス信号の評価の仕方についても、図28および図29に示した例と同様であるので、その説明は省略する。
〔エリア設定手段を有する自動合焦点装置の実施の形態〕
次に、この発明によるエリア設定手段を有する自動合焦点装置の実施の形態について説明する。以下に説明する各実施形態の自動合焦点装置も、そのハード構成は、図1から図4によって説明した前述の自動合焦点装置と同様である。また、液晶レンズを含む光学レンズ手段を通して結像する光学像のうち焦点信号を抽出するエリアを設定するエリア設定手段を有する点と、焦点信号抽出手段が、電圧印加手段により所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光による、エリア設定手段によって設定されたエリアの光学像に基づいて生成される画像信号を所定の周期でサンプリングすることにより複数の焦点信号を抽出する点以外の機能や作用も、前述した各実施の形態の例と同様であるから、それらの説明は省略する。
次に、この発明によるエリア設定手段を有する自動合焦点装置の実施の形態について説明する。以下に説明する各実施形態の自動合焦点装置も、そのハード構成は、図1から図4によって説明した前述の自動合焦点装置と同様である。また、液晶レンズを含む光学レンズ手段を通して結像する光学像のうち焦点信号を抽出するエリアを設定するエリア設定手段を有する点と、焦点信号抽出手段が、電圧印加手段により所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光による、エリア設定手段によって設定されたエリアの光学像に基づいて生成される画像信号を所定の周期でサンプリングすることにより複数の焦点信号を抽出する点以外の機能や作用も、前述した各実施の形態の例と同様であるから、それらの説明は省略する。
先ず、図32と図35によって、エリア設定手段を有する自動合焦点装置の第1の実施形態を説明する。
図32は、図1における−コントローラ5のマイクロプロセッサ51によって実行される、この実施形態による自動合焦点動作のフロー図である。このフロー図及び第2の実施形態のフロー図と以下の説明において、「ステップ」を「S」と略記する。
この自動合焦点装を搭載したカメラ等の撮影装置のシャッタボタンの初期押下等をトリガとして、図32に示す処理を開始する。まず、S101で図1に示した撮像素子3に相当するCMOSセンサを初期化して、フレーム数やピクセル数を設定する。なお、このフレーム数やピクセル数の設定は、撮像装置のシャッタボタンを押下する前に、予め撮影条件として設定しておいても良い。
図32は、図1における−コントローラ5のマイクロプロセッサ51によって実行される、この実施形態による自動合焦点動作のフロー図である。このフロー図及び第2の実施形態のフロー図と以下の説明において、「ステップ」を「S」と略記する。
この自動合焦点装を搭載したカメラ等の撮影装置のシャッタボタンの初期押下等をトリガとして、図32に示す処理を開始する。まず、S101で図1に示した撮像素子3に相当するCMOSセンサを初期化して、フレーム数やピクセル数を設定する。なお、このフレーム数やピクセル数の設定は、撮像装置のシャッタボタンを押下する前に、予め撮影条件として設定しておいても良い。
次のS102では、液晶レンズを含む光学レンズ手段を通して結像する光学像のうち焦点信号を抽出するエリアを設定する(エリア設定手段に相当する)。この例では、図1に示した撮像素子(CMOSセンサ)3の図35に示す有効撮像エリア30(全結像エリアに相当する)の中央部の所定のエリア(任意サイズの四角形のエリア)Xを設定する。
その設定は、四角形の各頂点の座標、各四角形の対角2頂点の座標、あるいはエリア内のライン番号とピクセル番号等を、図1に示した記憶手段52のRAMに記憶させることによって行う。
その設定は、四角形の各頂点の座標、各四角形の対角2頂点の座標、あるいはエリア内のライン番号とピクセル番号等を、図1に示した記憶手段52のRAMに記憶させることによって行う。
その後、S103で液晶レンズ7に所定電圧(例えば凹レンズ最大にするための電圧)を印加し、S104でAF動作を開始し、S105で液晶レンズ7にS103で印加した所定電圧とは異なる所定電圧(例えば凸レンズ最大にするための電圧)を印加する。
そして、S106で、その異なる所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光による、撮像素子3のS102で設定したエリアXの光学像に基づいて生成される画像信号を、所定の周期(例えば33.3ms間隔で20回)でサンプリングすることにより、複数の焦点信号を抽出して図1に示した記憶手段52のRAMに記憶する(焦点信号抽出手段に相当する)。
そして、S106で、その異なる所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光による、撮像素子3のS102で設定したエリアXの光学像に基づいて生成される画像信号を、所定の周期(例えば33.3ms間隔で20回)でサンプリングすることにより、複数の焦点信号を抽出して図1に示した記憶手段52のRAMに記憶する(焦点信号抽出手段に相当する)。
全てのサンプリングが終了すると、S107で焦点信号最大値を判定する(合焦点判定手段に相当する)。この判定については、先に種々の例について説明した通りである。
そして、S108で判定結果に対応する所定の電圧を液晶レンズに印加し、合焦点セットを完了する。
すなわち、S107で最大値と判定された焦点信号に対応する時点の経過時間から、記憶手段52に予め記憶しているデータに基いて液晶レンズの駆動電圧を求め、その求めた駆動電圧を液晶レンズ7に印加する。これについても前述した通りである。
そして、S108で判定結果に対応する所定の電圧を液晶レンズに印加し、合焦点セットを完了する。
すなわち、S107で最大値と判定された焦点信号に対応する時点の経過時間から、記憶手段52に予め記憶しているデータに基いて液晶レンズの駆動電圧を求め、その求めた駆動電圧を液晶レンズ7に印加する。これについても前述した通りである。
この実施形態によれば、焦点信号を抽出するエリアを画面の中心部に限定するので、被写体が人物のような場合に、画面の中心付近の人物等にピントが合った画像の取得を迅速に行うことが可能になる。
次に、図33と図34および図36によって、エリア設定手段を有する自動合焦点装置の第2の実施形態を説明する。
図33と図34は、図1におけるAFコントローラ5のマイクロプロセッサ51によって実行される、この実施形態による自動合焦点動作のフロー図であり、一連の動作であるが、図示の都合上2つの図になっている。
この図33に示す処理を開始する。まず、S201で図1に示した撮像素子3に相当するCMOSセンサを初期化して、フレーム数やピクセル数を設定する。
図33と図34は、図1におけるAFコントローラ5のマイクロプロセッサ51によって実行される、この実施形態による自動合焦点動作のフロー図であり、一連の動作であるが、図示の都合上2つの図になっている。
この図33に示す処理を開始する。まず、S201で図1に示した撮像素子3に相当するCMOSセンサを初期化して、フレーム数やピクセル数を設定する。
次のS202では、液晶レンズを含む光学レンズ手段を通して結像する光学像のうち焦点信号を抽出するエリアを設定する(エリア設定手段に相当する)。この例では、図1に示した撮像素子(CMOSセンサ)3の図36に示す有効撮像エリア30(全結像エリアに相当する)の若干内側のエリアを3×3配列の9個の四角形のエリアA〜Iからなるマトリクス状に分割して、それらの一つ以上を選択して、焦点信号を抽出するエリアとし得るように設定する。
その設定も、各四角形の各頂点の座標、各四角形の対角2頂点の座標、あるいは各エリアA〜I内のライン番号とピクセル番号等を、図1に示した記憶手段52のRAMに記憶させることによって行う。
その設定も、各四角形の各頂点の座標、各四角形の対角2頂点の座標、あるいは各エリアA〜I内のライン番号とピクセル番号等を、図1に示した記憶手段52のRAMに記憶させることによって行う。
また、S203で焦点信号最大値判定の閾値(Vth)、すなわち合焦点判定手段によって判定される焦点信号の最大値の閾値をセットする。
この閾値(Vth)のセットは、S202の焦点信号を抽出エリアの設定より前に行っても、あるいはそれと同時に行ってもよい。
この閾値(Vth)のセットは、S202の焦点信号を抽出エリアの設定より前に行っても、あるいはそれと同時に行ってもよい。
その後、S204で液晶レンズ7に所定電圧(例えば凹レンズ最大にするための電圧)を印加し、S205でAF動作を開始し、S206で液晶レンズ7にS204で印加した所定電圧とは異なる所定電圧(例えば凸レンズ最大にするための電圧)を印加する。
そして、S207で、その異なる所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光による、撮像素子3のS202で設定した各エリアA〜Iの光学像に基づいて生成される画像信号を、それぞれ所定の周期(例えば33.3ms間隔で9×20回)でサンプリングすることにより、各エリアA〜Iごとに複数の焦点信号を抽出して図1に示した記憶手段52のRAMに記憶する(焦点信号抽出手段に相当する)。
そして、S207で、その異なる所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光による、撮像素子3のS202で設定した各エリアA〜Iの光学像に基づいて生成される画像信号を、それぞれ所定の周期(例えば33.3ms間隔で9×20回)でサンプリングすることにより、各エリアA〜Iごとに複数の焦点信号を抽出して図1に示した記憶手段52のRAMに記憶する(焦点信号抽出手段に相当する)。
全てのサンプリングが終了すると、図34のS208に進んで、画面中央部のエリアEによる焦点信号の記憶値に基づいて、焦点信号最大値を判定する。そして、S209でその判定結果による焦点信号最大値を閾値(Vth)と比較し、閾値を超えていればS210で焦点信号最大値をその値に決定し、S211でその判定結果に対応する所定の電圧を液晶レンズに印加して、合焦点セットを完了する。
すなわち、S210で最大値と決定された焦点信号に対応する時点の経過時間から、記憶手段52に予め記憶しているデータに基づいて液晶レンズの駆動電圧を求め、その求めた駆動電圧を液晶レンズ7に印加する。
すなわち、S210で最大値と決定された焦点信号に対応する時点の経過時間から、記憶手段52に予め記憶しているデータに基づいて液晶レンズの駆動電圧を求め、その求めた駆動電圧を液晶レンズ7に印加する。
S209で焦点信号最大値が閾値(Vth)を超えていなければ、S212に進んで図36に示すエリアD,E,Fによる焦点信号の記憶値に基づいて、焦点信号最大値を判定する。この場合、エリアD,E,Fによる焦点信号の平均値(加重平均でもよい)の最大値を判定するか、エリアD,E,Fの各焦点信号中の最大値を判定するようにしてもよい。
そして、S213でその判定結果による焦点信号最大値を閾値(Vth)と比較し、閾値を超えていればS210で焦点信号最大値をその値に決定し、S211でその判定結果に対応する所定の電圧を液晶レンズに印加して、合焦点セットを完了する。
そして、S213でその判定結果による焦点信号最大値を閾値(Vth)と比較し、閾値を超えていればS210で焦点信号最大値をその値に決定し、S211でその判定結果に対応する所定の電圧を液晶レンズに印加して、合焦点セットを完了する。
S213で焦点信号最大値が閾値(Vth)を超えていなければ、S214に進んで図36に示すエリアB,E,Hによる焦点信号の記憶値に基づいて、焦点信号最大値を判定する。この場合の判定方法もS212で説明したのと同様である。
そして、S215でその判定結果による焦点信号最大値を閾値(Vth)と比較し、閾値を超えていればS210で焦点信号最大値をその値に決定し、S211でその判定結果に対応する所定の電圧を液晶レンズに印加して、合焦点セットを完了する。
そして、S215でその判定結果による焦点信号最大値を閾値(Vth)と比較し、閾値を超えていればS210で焦点信号最大値をその値に決定し、S211でその判定結果に対応する所定の電圧を液晶レンズに印加して、合焦点セットを完了する。
S215で焦点信号最大値が閾値(Vth)を超えていなければ、S216に進んで図36に示すエリアA,C,E,G,Iによる焦点信号の記憶値に基づいて、焦点信号最大値を判定する。この場合の判定方法もS212で説明したのと同様である。
そして、S217でその判定結果による焦点信号最大値を閾値(Vth)と比較し、閾値を超えていればS210で焦点信号最大値をその値に決定し、S211でその判定結果に対応する所定の電圧を液晶レンズに印加して、合焦点セットを完了する。
そして、S217でその判定結果による焦点信号最大値を閾値(Vth)と比較し、閾値を超えていればS210で焦点信号最大値をその値に決定し、S211でその判定結果に対応する所定の電圧を液晶レンズに印加して、合焦点セットを完了する。
S217で焦点信号最大値が閾値(Vth)を超えていなければ、S218に進んで図36に示す全てのエリアA〜Iによる焦点信号の記憶値に基づいて、焦点信号最大値を判定する。この場合の判定方法もS212で説明したのと同様である。
そして、S210で焦点信号最大値をその値に決定し、S211でその判定結果に対応する所定の電圧を液晶レンズに印加して、合焦点セットを完了する。
なお、S218の焦点信号最大値の判定結果も閾値(Vth)と比較し、閾値を超えていない場合にはエラー処理を行って、AF不能等の表示したり、警告音を発したりするようにしてもよい。
この実施形態によれば、殆どどのような画像でも合焦点を判定することができる。
そして、S210で焦点信号最大値をその値に決定し、S211でその判定結果に対応する所定の電圧を液晶レンズに印加して、合焦点セットを完了する。
なお、S218の焦点信号最大値の判定結果も閾値(Vth)と比較し、閾値を超えていない場合にはエラー処理を行って、AF不能等の表示したり、警告音を発したりするようにしてもよい。
この実施形態によれば、殆どどのような画像でも合焦点を判定することができる。
次に、図37によって、エリア設定手段を有する自動合焦点装置の第3の実施形態を説明する。
この実施形態による自動合焦点動作のフロー図は、図32に示した第1の実施形態のフロー図と殆ど同じなので図示を省略する。
前述のように液晶レンズに凹レンズ最大にする電圧パターンを印加した後、凸レンズ最大にする電圧パターンを印加するか、あるいは凸レンズ最大にする電圧パターンを印加した後、凹レンズ最大にする電圧パターンを印加する場合、図37に示す液晶レンズ7の斜線を施してある中央部71と周辺部72は、印加される電圧変化が大きいため、比較的速く応答するが、中間部73は印加される電圧変化が小さいため、応答速度が遅い。
この実施形態による自動合焦点動作のフロー図は、図32に示した第1の実施形態のフロー図と殆ど同じなので図示を省略する。
前述のように液晶レンズに凹レンズ最大にする電圧パターンを印加した後、凸レンズ最大にする電圧パターンを印加するか、あるいは凸レンズ最大にする電圧パターンを印加した後、凹レンズ最大にする電圧パターンを印加する場合、図37に示す液晶レンズ7の斜線を施してある中央部71と周辺部72は、印加される電圧変化が大きいため、比較的速く応答するが、中間部73は印加される電圧変化が小さいため、応答速度が遅い。
そこで、この第3の実施形態では、図32に示したフロー図と同様な自動合焦点動作を実行するが、S102の焦点信号抽出エリアを設定する処理で、図37に示す液晶レンズの中間部73を避けて、撮像素子の有効撮像エリア30(全結像エリアに相当する)の中央部の所定のエリアCと、周辺部の複数のエリア、この例では4隅の四角形のエリアA、B,D,Eとを組み合わせて設定する。
このように設定すれば、液晶レンズの比較的応答が速いエリアを通過する光による画像から焦点信号を抽出することができるので、合焦点検出の速度を速め、精度も高めることができる。
このように設定すれば、液晶レンズの比較的応答が速いエリアを通過する光による画像から焦点信号を抽出することができるので、合焦点検出の速度を速め、精度も高めることができる。
以上説明したように、この発明によれば、液晶レンズ7の過渡応答動作期間中に画像信号を複数回、サンプリングして複数の焦点信号を抽出するので、1回または2回の液晶レンズ7の過渡応答動作期間でもって、合焦点を検出することができる。従って、実用にあたって十分な速さで合焦点を検出することができる自動合焦点装置が得られる。
さらに、液晶レンズを含む光学レンズ手段を通して結像する光学像のうち焦点信号を抽出するエリアを設定することにより、合焦点検出の精度高め、速度を速めることが可能になる。
さらに、液晶レンズを含む光学レンズ手段を通して結像する光学像のうち焦点信号を抽出するエリアを設定することにより、合焦点検出の精度高め、速度を速めることが可能になる。
また、この発明によれば、レンズを駆動するためのアクチュエータ等の可動部が不要であるので、装置の小型化を図ることができる。そして、消費電力を低減することができる。さらに、耐衝撃性に優れるので、信頼性が高いという効果も得られる。また、液晶レンズ系1が光学レンズ系2の外側の防護用窓ガラスを兼ねるので、より一層、装置の小型化を図ることができる。
この発明は、上述した各実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態中に記載した寸法や特性値や時間などの値は一例であり、この発明はそれらの値に限定されるものではない。また、液晶の種類もネマティック液晶に限定されるものではない。
また、液晶の過渡応答動作時間tfおよびtrは、いかなる場合にも500ミリ秒程度であるわけではない。例えば、液晶の駆動方式がパルス高さ変調方式であるか、パルス幅変調方式であるか、ということによって、駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がりに対する液晶の応答速度が変化するので、tfやtrが変化する。
また、用いる液晶の材料によって液晶の特性が異なるので、駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がりに対する液晶の応答速度が変化し、tfやtrが変化する。特に、TN(ツイストネマティック)液晶を用いる場合には、回転粘性等による影響が大きい。
また、液晶の配向方法には、ホモジニアス(水平)配向、ホメオトロピック(垂直)配向、ハイブリッド配向、ツイスト配向またはベンド配向などがあるが、これらの配向方法の違いにより、駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がりに対する液晶の応答速度が変化し、tfやtrが変化する。また、セルの構成等によってもtfやtrが変化する。
以上説明してきたように、この発明にかかる自動合焦点装置は、オートフォーカス機能を有する装置に有用であり、特に、カメラ、デジタルカメラ、ムービーカメラ、カメラ付き携帯電話のカメラ部、車等に搭載されて後方確認用モニタなどに用いられるカメラ、内視鏡のカメラ部、レンズの度を変化させる機能を有する眼鏡などのオートフォーカス機能に適している。
1:液晶(LC)レンズ系 2:光学レンズ系 3:撮像素子
4:DSP(デジタルシグナルプロセッサ)
5:オートフオーカス(FA)コンとローラ
6:液晶(LC)レンズドライバ
7:液晶レンズ 10:パターン電極 11:共通電極
12,13:配向膜 14:液晶層 15:レンズ部
16:シール部材 17:スペーサ部材 18:電極取り出し部
19:フレキシブルプリント配線板(FPC)
20:中心部電極 21,22:輪帯電極 23:輪帯接続部
24:中心部引き出し電極 25:外周部引き出し電極
30:撮像素子の有効撮像エリア
51:マイクロプロセッサ 52:記憶手段(メモリ)
4:DSP(デジタルシグナルプロセッサ)
5:オートフオーカス(FA)コンとローラ
6:液晶(LC)レンズドライバ
7:液晶レンズ 10:パターン電極 11:共通電極
12,13:配向膜 14:液晶層 15:レンズ部
16:シール部材 17:スペーサ部材 18:電極取り出し部
19:フレキシブルプリント配線板(FPC)
20:中心部電極 21,22:輪帯電極 23:輪帯接続部
24:中心部引き出し電極 25:外周部引き出し電極
30:撮像素子の有効撮像エリア
51:マイクロプロセッサ 52:記憶手段(メモリ)
Claims (12)
- 液晶レンズを含む光学レンズ手段と、該光学レンズ手段を通して結像する光学像を電気信号に変換して画像信号を出力する光電変換手段と、前記画像信号から焦点整合度に対応した焦点信号を抽出し、該焦点信号が最大となるように前記液晶レンズの駆動条件を制御する液晶レンズ制御手段を有する自動合焦点装置であって、
前記液晶レンズ制御手段は、
前記光学レンズ手段を通して結像する光学像のうち前記焦点信号を抽出するエリアを設定するエリア設定手段と、
前記液晶レンズに所定電圧を印加する電圧印加手段と、
該電圧印加手段により所定電圧が印加されて過渡応答動作中の液晶レンズを通過した光による、前記エリア設定手段によって設定されたエリアの光学像に基づいて生成される画像信号を、所定の周期でサンプリングすることにより複数の焦点信号を抽出する焦点信号抽出手段と、
該焦点信号抽出手段により抽出された複数の焦点信号に基づいて焦点信号の最大値を判定する合焦点判定手段と、
を備えたことを特徴とする自動合焦点装置。 - 前記エリア設定手段は、前記焦点信号を抽出するエリアとして、全結像エリアの中央部の所定エリアを設定することを特徴とする請求項1に記載の自動合焦点装置。
- 前記エリア設定手段は、全結像エリアをマトリクス状に分割して、その分割した個々のエリアの一つ以上を選択して前記焦点信号を抽出するエリアとして設定することを特徴とする請求項1に記載の自動合焦点装置。
- 請求項3に記載の自動合焦点装置において、前記合焦点判定手段によって判定される焦点信号の最大値の閾値をセットする手段を設け、前記合焦点判定手段によって判定された焦点信号の最大値が前記閾値を超えない場合には、前記エリア設定手段は、前記分割した個々のエリアの選択を変更して前記焦点信号を抽出するエリアを設定し直すことを特徴とする自動合焦点装置。
- 前記エリア設定手段は、前記焦点信号を抽出するエリアとして、全結像エリアの中央部の所定エリアと周辺部の複数のエリアとを組み合わせて設定することを特徴とする請求項1に記載の自動合焦点装置。
- 前記電圧印加手段は、前記所定電圧として、前記液晶レンズを凸レンズの状態にするための電圧を印加することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の自動合焦点装置。
- 前記電圧印加手段は、前記所定電圧として、前記液晶レンズを凹レンズの状態にするための電圧を印加することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の自動合焦点装置。
- 前記電圧印加手段は、前記所定電圧として、前記液晶レンズを凸レンズの状態にするための第1の電圧と、前記液晶レンズを凹レンズの状態にするための第2の電圧を異なるタイミングで印加することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の自動合焦点装置。
- 前記電圧印加手段は、前記液晶レンズに前記第1の電圧を印加する期間と前記第2の電圧を印加する期間との間に、前記液晶レンズを凸レンズの状態にするための電圧および前記液晶レンズを凹レンズの状態にするための電圧のいずれでもない第3の電圧を印加する期間があるように、前記液晶レンズに電圧を印加することを特徴とする請求項8に記載の自動合焦点装置。
- 前記液晶レンズ制御手段は、前記液晶レンズに前記第1の電圧および前記第2の電圧のいずれか一方を印加して前記液晶レンズが過渡応答動作をしている間に焦点信号が最大値であることを判定すると、前記液晶レンズにもう一方の電圧を印加するのを中止することを特徴とする請求項8に記載の自動合焦点装置。
- 前記液晶レンズは、抵抗接続された中心部電極と外周部電極とを有するパターン電極と共通電極がそれぞれ形成された2枚の透明基板間に液晶層を挟持してなり、
前記電圧印加手段は、前記中心部電極と前記外周部電極とに異なる所定の電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の自動合焦点装置。 - 前記液晶レンズ制御手段は、
前記サンプリングが開始されてからの経過時間を計測する計測手段と、
前記画像信号をサンプリングする各時点の経過時間と前記液晶レンズの焦点距離とを対応させたデータを予め記憶する第1の記憶手段と、
静的な状態での前記液晶レンズの駆動電圧と焦点距離とを対応させたデータを予め記憶する第2の記憶手段とを備え、
前記合焦点判定手段によって最大値と判定された焦点信号に対応する時点の前記計測手段による経過時間から前記第1の記憶手段と前記第2の記憶手段のデータに基いて前記液晶レンズの駆動電圧を求め、その求めた駆動電圧を前記液晶レンズに印加することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の自動合焦点装置。
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