JP2997475B2

JP2997475B2 - カメラ

Info

Publication number: JP2997475B2
Application number: JP1029769A
Authority: JP
Inventors: 俊一田口; 裕信佐藤; 賢治佐野; 竹介丸山; 敏夫村上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-02-10
Filing date: 1989-02-10
Publication date: 2000-01-11
Anticipated expiration: 2015-01-11
Also published as: JPH02210975A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は，レンズ等を移動させるモータを有するビデ
オカメラ、電子スチルカメラ等のカメラに関する。

〔従来の技術〕

従来のオートフォーカス装置に、ズームレンズのマス
タ群を構成するレンズを光軸方向に基準周波数の信号で
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変化させるものがある。斯るオ
ートフォーカス装置は、この変化に応じ被写体のフォー
カス状態も変化する。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のレベルが変化する。こ
の高域周波数成分信号を抽出し、被写体に対しフォーカ
ス用レンズ群である前玉レンズ群の位置を光軸方向でど
ちらに動かせば良いか、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フォーカスする
ように動かしている。即ち前記高域周波数成分信号が最
大となるようにフィードバック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60−42723号公
報に記載されているようにマスタレンズ群の中に振動レ
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ことにより、該レ
ンズを振動させ、これによりフォーカス状態を判定し前
玉レンズ群を光軸方向に移動し、被写体を合焦させてい
た。

又ナショナルテクニカルレポート、31巻,6号1985年12
月65〜67頁に記載のように、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。

又第１図に示すようにビデオカメラ等におけるズーム
レンズ系は、一般にフォーカシングレンズ（前玉レンズ
群）、バリエータレンズ群、コンペンセータレンズ群、
絞り装置、マスタレンズ（結像レンズ）群によって基本
構成がなされている。周知のようにこの基本的構成のう
ちフォーカシングレンズ群は、任意の距離にある撮影被
写体に対して合焦するように働く作用を有し、バリエー
タレンズ群は、ズーミングのための変倍作用、コンペン
セータレンズ群はズーミングと共に可動し、被写体に対
するズーミング中の焦点ずれを防ぐ補正作用、結像レン
ズは撮像素子上に光学像を結像させる作用を有する。

前記文献等に示された例は、このような基本的構成を
なすレンズ系においてピント合わせ用レンズ群とは別
に、撮像素子の前に別途配置したプリズムあるいはマス
タレンズを圧電素子により振動させる光路長微小振動機
構を設けることによって達成している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、レンズの焦点整合装置が帰還ループ
に入っているので焦点整合装置の組み立て精度など機械
的精度がラフであっても合焦精度の良好なるオートフォ
ーカス装置が実現できるメリットがある。しかしながら
上記したように従来技術は、圧電素子を用いた光路長微
小振動機構を必要とするので、その取付け支持方法など
に長期的な安定性を考慮した構造的な工夫が必要とな
る。

このような点を考慮して前記文献等におけるフォーカ
シングレンズ群をモータで微小振動させながら移動させ
ることができれば、上記した光路長微小振動機構を別途
設置する必要がないので構成が簡単になることが考えら
れる。しかし一般に合焦のための駆動には、直流モータ
が用いられており、このようなモータでフォーカシング
レンズ群を微小振動させることはモータの寿命の観点か
らも実用化は困難である。

本発明は、圧電素子による光路長微小振動装置を設置
することなく、レンズを微小振動しながら移動させてフ
ォーカシングする。すなわち光路長微小振動とフォーカ
シングを兼用可能とする装置を実現し、簡易で低騒音の
フォーカシングできるカメラを提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕上記目的は、被写体像を撮像素子上に結像させ、固定
した前玉レンズ群、マスタレンズ群及び前玉レンズ群と
マスタレンズ群との間に設けられたバリエータレンズ群
で構成されたズームレンズと、回転軸上にねじ部を有し
ステップ駆動されるパルスモータと、前記マスタレンズ
群の一部あるいは全てを内筒で保持し、該内筒の外側に
外筒を設け、該内筒を光軸方向に移動可能とし、前記パ
ルスモータのねじ部と前記内筒とを連結し駆動する駆動
機構と、前記撮像素子より得られた映像信号から高域周
波数成分信号を抽出する抽出回路と、前記パルスモータ
をステップ駆動して前記駆動機構を介して前記マスタレ
ンズ群の一部あるいは全てを光軸方向に変位させ、前記
抽出回路で抽出された高域周波数成分信号が最大となる
ように前記マスタレンズ群の一部あるいは全てを移動す
る制御回路とを備え、前記パルスモータの１ステップ駆
動時の立上り及び立下りの際、ステップ状に電圧を変化
させることにより達成される。

〔作用〕

一般のズームレンズ系において、フォーカシングレン
ズである前玉レンズ群を固定し、マスタレンズ群の一部
あるいは全部を動かすことによって至近から無限遠に至
る任意の被写体にピント調整することは原理的に可能で
ある。この場合バリエータレンズ群以降にフォーカシン
グ機能を持たせることになるのでズーミングを行ない、
ズーム位置が変われば同一距離の被写体に対してもピン
トずれを生じ、従ってズーミングとともに最適マスタレ
ンズ位置が変化する。しかしながら上記のように構成し
たオートフォーカス装置は、映像信号の高域周波数成分
が最大となるようにフィードバック回路を構成してなる
オートフォーカス装置であるので、ズーミング操作を行
なってもオートフォーカス動作をさせることができるの
で適性な撮影画像を得ることができる。又マスタレンズ
群は、前玉レンズ群に比べ十分小さく軽量であるため、
小形の低トルクのパルスモータで駆動できる。

パルスモータは、ステップ角の精度が酔いため、レン
ズを高精度に制御でき、パルス数をカウントすることに
よりレンズ位置を検出できるため、ポテンショメータ等
を必要としない利点がある。

又パルスモータを用い、微小振動させながら移動する
場合、モータに印加するパルス電圧の立上りと立下がり
を急峻としないでなまし、駆動する。このようにするこ
とにより低騒音化を実現できる。またこの駆動パルスの
立上げ及び立下げを緩やかにする方法として、マイクロ
コンピュータを用いてD/A変換を行ない、ステップ状に
するものや、RCなどを用い、積分回路を介して、立上
げ、立下げを滑らかにする方法とした。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第
１図は本発明によるフォーカシングできるカメラの一実
施例を示す概略構成図である。図において１はズームレ
ンズ系で、２はレンズ３枚で構成された前玉レンズ群、
３は変倍作用をさせるバリエータレンズ群、４は変倍作
用により生じる収差を補正するコンペンセータレンズ
群、５はマスタレンズ群、６は絞り装置、７は撮像素子
である。８はバリエータレンズ群３を移動させる駆動モ
ータで、９は、マスタレンズ５をリードスクリューネジ
10を介して移動させるステッピングモータである。

撮像素子７の出力信号は、前置増幅器11にて増幅し、
カメラ回路12にてカメラ信号が生成される。13は、映像
信号から高域周波数成分を抽出する高域周波数成分抽出
回路である。高域成分抽出回路13の出力信号は、フォー
カスを微小変化させているのでその変化成分を含む。14
は、その変化成分すなわち微変動基準周波数成分を検出
する検出回路であり、検出信号を同期検波回路15に入力
し、基準信号発生回路16の信号を用いて同期検波する。
これにより検出した基準周波数成分信号の極性と振幅を
検出し、制御信号発生回路17に加え、撮像素子７の高域
成分のレベルが最大となるよう、すなわちピント合わせ
を行なうようにステッピングモータ９を駆動回路により
動かす。

又この駆動方法において、低騒音化を実現する手段に
ついては、後で述べる。

次に撮像素子７の高域成分の出力電圧とモータの駆動
回路の制御方法について、第２図を用いて説明する。マ
スタレンズ群５を至近合焦距離から無限遠合焦距離まで
移動し、例えば距離P₀に被写体があるとすると高域成分
信号のレベルは第２図に示すように位置P₀で最大となる
山の形状を示す。20は、マスタレンズ群の微小振動を示
し、被写体に対して近距離側に位置する場合は、21の極
性の信号が、遠距離側に位置する場合は22の極性の信号
が検出回路14の出力に検出される。21の信号を同期検波
した信号でモータを無限遠方向に、22の信号を同期検波
した信号でモータを至近方向に向うように駆動するので
高域周波数成分信号のレベルの最大値すなわち第２図の
山の頂上で安定する。

次にステッピングモータ９を使用した場合について第
３図により説明する。

ステッピングモータを使用した時、微小振動はCW（時
計方向）へ１ステップ、CCW方向（反時計方向）へ１ス
テップ駆動することにより得られる。振動の振幅が小さ
い場合は、ステップ数を増加することで容易に大きくす
ることができる。ステッピングモータの振動と同相パタ
ーンを前ピン状態とすると、後ピン状態は逆相として検
出され、同相かどうかで前ピンか後ピンかを判定できマ
スタレンズ群の移動方向が判る。又振動により得られる
高域周波数成分のレベルv23が０近傍になるまでマスタ
レンズ群をすなわちステッピングモータを回転させる。

高域周波数成分のレベルv23が０近傍になったら合焦
状態と判断し、微小振動をより間欠的にすなわち長い周
期で行なう。

第４図にマスタレンズ５を移動させる機構の一実施例
を示す。24はマスタレンズ群５を保持した内筒で、外筒
27を固定し、内筒24を光軸方向に前後移動可能となるよ
うに内筒24と外筒27の間にボールベアリング25を設け
る。26はボールベアリングが外れないようにしたリテー
ナである。内筒24を移動する方法は、パルスモータ９に
設けたリードスクリューのシャフト10にメネジを有する
枠28を設け、この枠28と内筒24を連結棒30で連結し、パ
ルスモータ９の回転により枠22が直線運動を行ない、内
筒24が連動して直線運動をするものである。又29は、パ
ルスモータ９のシャフト10が回転時に振れないようにし
たガイドである。ボールベアリング25の材質は、金属で
もプラスチック等でも良く、表面は滑りがよいようにコ
ーティングを施す（例えばフッ素樹脂）と移動時の騒音
は小さくなる。

次にマスタレンズ群を微小振動させながら移動させる
様子を第５図に示す。至近距離から無限遠∞までの移動
量をｎステップにすなわち１パルスで1/n移動する場合
である。ここでは１ステップの微小振動後７ステップ無
限大方向に移動するパターンを示しており、第３図の前
ピン状態である。後ピン状態は、移動領域の立上り状態
が逆となる。この微小振動と移動パターンは、第５図に
示したように所定の周期T_fで繰り返し、この周期は固定
である。又このパターンにおいて、合焦点に近づくにつ
れて移動ステップ数は減少する。

ここで上記周期T_fは、例えば66ms（15Hz）とし、１ス
テップ移動する時間は2ms近傍とする。

第６図は、パルスモータのバイポーラドライブ用のリ
ード結線図である。第７図は、一般的なバイポーラドラ
イバ回路である。第８図は、１−２相励磁のCW回転パタ
ーンのタイムチャートを示す。従来は、第８図に示した
ような矩形波を、第７図に示す駆動回路に入力し、パル
スモータを駆動しているが段階的に動作させるのでオー
バシュート等が生じ、それに続いて振動が存在するため
ダンパが用いられた。第７図の駆動回路のダイオード
は、ダンパの役目をしている。又ダイオードの他にコン
デンサでダンピングする方法もある。

第９図に、第５図の振動＋移動パターンを実現するパ
ルスモータの１−２相励磁の駆動波形を示す。第９図は
１相励磁で振動している状態を示しているが、２相励磁
の場合も同様に振動及び移動を行なうと騒音を発生す
る。

本発明は、この騒音を軽減する方法で、第10図はその
一実施例である。第10図において、31はマイクロコンピ
ュータなどの信号パルス発生器で、抵抗器32は、Ｒ−2R
のD/A変換でオペアンプ33により増幅している。又第10
図では、４ビットで１相の立上り及び立下りを構成して
いる。第11図に第10図の回路の駆動波形のタイムチャー
トを示す。第11図において、上方は第９図のタイムチャ
ートを示し、下方がモータ駆動時の立上り及び立下りを
ステップ上に立上げ及び立下げた場合のタイムチャート
である。

このステップでの立上げ及び立下げは、第12図に示す
ように、（ａ）曲線近似や（ｂ）直線近似がある。従来
は１ビットのON−OFF制御で駆動波形を作成している
が、本発明のように数ビット使用して、立上り及び立下
りを緩かにすることにより騒音を低減できる。立上げ及
び立下げをステップ状にする方法は、第10図に示す回路
において、例えば、１相についてみると４ビットの中で
PAφを最下位ビット、PA3を最上位ビットとする。そし
てPAφから１ずつ時間t₀間隔でインクリメントすると、
第12図（ｂ）に示す立上り波形を得る。立下りは、逆に
最上位ビットから１ずつデクリメントする。また時間t₀
を立上り始め、中間及び最後の領域と時間幅を可変とす
ると第12図（ａ）に示す曲線近似を得る。ここでは４ビ
ットを使用しているため16ステップ分割でき、ビット数
が多い程、分割数が大きくなるため、より滑らかにモー
タを駆動できる。

次にビット数を増加しないで、パルス波形の立上げ、
立下げを滑らかにする方式の１実施例を第13図に示す。

第13図は、第９図の駆動パルスの立上り、立下りをRC
積分回路を用いて滑らかにする回路である。第13図にお
いて、コンデンサをC₁とC₂の２系統にしたのは、時定数
を２ケ準備するためである。すなわち第14図に第13図の
駆動波形のタイムチャートを示しているが、時間的余裕
のある振動領域と余裕が余りない移動領域の立上り及び
立下りの時定数を切り換えるためである。第13図におい
て、パルス発生器31のMCK信号は、振動と移動モードを
切り換えるための信号である。MCK信号が“H"のとき振
動モード、“L"のとき移動モードとすると、振動モード
の場合は、FET37がON,FET38は、MCK信号をインバータ39
を介しているため、OFFで時定数はRC₁である。又移動モ
ードの場合は、MCK信号を“L"とするとFET37はOFF,FET3
8はONとなり、時定数はRC₂となる。ここでコンデンサC₁
及びC₂の容量を、C₁は大きく、C₂は小さくする。

第14図に示した滑らした駆動波形と滑らさない波形を
駆動回路を介してパルスモータを動作させた場合、騒音
のレベルは約10dBの低減効果を得ることを実験的に確信
した。

この方式であると、マイクロコンピュータ等のビット
数を少なくて騒音を低減することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、オートフォーカスによる合焦機構と
は別に、圧電素子など特別に光軸上に微小振動機構を設
置することなく、ズームレンズ系のマスタレンズ群をパ
ルスモータで微小振動させながら移動し、フォーカシン
グする構成で、騒音の低減が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のシステム構成図である。
第２図は撮像素子から得られる高域周波数成分のフォー
カスレンズ位置に対するレベル特性図、第３図も高域周
波数成分のレンズ位置に対するレベル特性図である。第
４図はリアフォーカス方式のメカの一実施例の部分断面
図、第５図はマスタレンズの振動と移動パターンを示す
図、第６図はステッピングモータのリード結線図、第７
図は、バイポーラドライブ回路の回路図、第８図はCW回
転時の１−２相励磁パターンのタイムチャートを示す図
である。第９図は、レンズの振動及び移動パターンと１
−２相励磁の駆動波形を示す図である。第10図は、騒音
低減回路の一実施例を示す図で、第11図が第10図の回路
のタイムチャートを示す図である。第12図は、第11図の
立上り時のステップ電圧波形の図である。第13図は、騒
音低減回路の別の実施例を示す図でコンデンサ及び抵抗
を用いた回路構成図である。第14図が第13図の駆動波形
のタイムチャートを示す図である。符号の説明１……ズームレンズ系、５……マスタレンズ系、７……撮像素子、９……パルスモータ、 10……リードスクリュー、 13……高域成分抽出回路、 32……Ｒ−2R D/A変換器、 31……マイクロコンピュータ（パルス発生器）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐野賢治神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所家電研究所内 (72)発明者丸山竹介神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所家電研究所内 (72)発明者村上敏夫神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所家電研究所内 (56)参考文献特開昭63−88515（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−174592（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−103994（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光学像を結像させるマスタレンズ群と、該マスタレンズ群の一部あるいは全部を移動または振動
させるパルスモータと、該パルスモータの駆動を制御する回路とを備え、該パルスモータの駆動パルスの立ち上がり及び立下りを
ステップ状に緩やかに変化させ、かつ、前記マスタレン
ズ群の振動領域と移動領域とで立ち上がり又は立下りの
駆動パルスの時定数を変化させることにより、立ち上が
り又は立下りのステップ状の傾斜を変化させることを特
徴とするカメラ。