JP4787672B2 - Automatic focusing device - Google Patents
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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合焦点を検出する自動合焦点装置に関する。 The present invention relates to an automatic focusing device, and in particular, uses a liquid crystal lens for adjusting a focal length, and detects a focal point from an image signal obtained from an optical image formed through the liquid crystal lens during a transient response operation of the liquid crystal lens. The present invention relates to an automatic focusing device.
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いう欠点や、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。 As a focusing mechanism that changes the focal length or the focal position of the optical system, a method of focusing by moving a lens is widely used. However, this method requires a lens driving mechanism, and thus has a drawback that the mechanism is complicated and a lens driving motor requires a relatively large amount of electric power. In addition, there is a drawback that the impact resistance is generally low.
そこで、レンズ駆動機構が不要な合焦点機構として、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。)。このような液晶レンズでは、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、このパターン電極は、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。引き出し電極に印加された電圧信号と電圧降下抵抗より電圧分布が形成され、液晶層に電圧分布が形成される。そして、可変抵抗をそれぞれ調整することにより、液晶層に様々な電圧分布を発生させることが可能となる。 Thus, as a focusing mechanism that does not require a lens driving mechanism, a method of focusing by changing the refractive index of the liquid crystal lens has been proposed (for example, see Patent Document 1). Such a liquid crystal lens has a configuration in which a liquid crystal layer is sandwiched between two glass substrates provided with a pattern electrode and a common electrode. The pattern electrode has a central electrode and a plurality of annular electrodes, and the central electrode and each annular electrode are connected by a voltage drop resistor. A variable resistor is connected via a power amplifier to the lead electrode that is insulated from each ring electrode and connected to the center electrode, and the lead electrode connected to the ring electrode (outer peripheral electrode). Is connected to a variable resistor via an amplifier. Further, the AC voltage supplied from the AC source connected in parallel to these variable resistors is stepped down by the variable resistors. A voltage distribution is formed from the voltage signal applied to the extraction electrode and the voltage drop resistor, and a voltage distribution is formed in the liquid crystal layer. Then, by adjusting each variable resistance, various voltage distributions can be generated in the liquid crystal layer.
また、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知られている(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。)。
Also, as a video camera autofocus (autofocus) system, a contour detection method is known in which information corresponding to image blur is extracted directly from a captured video signal, and the lens is climbed and controlled to minimize this blur. (For example, refer
しかしながら、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の提案はなされていない。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。以下、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。なお、比較では、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ピークを探しに行き、そのピークが見つかるまでに平均25ポジションの検出が必要になると仮定する。 However, no proposal has been made for focusing by controlling the change in the refractive index of the liquid crystal lens by the hill-climbing control method. As a reason, when a liquid crystal lens is used, it can be considered that it takes a long time to detect a focal point by hill-climbing control. Hereinafter, the time required to detect the focal point is compared between the method of moving the lens and the method of using the liquid crystal lens. In the comparison, it is assumed that there are 50 positions of the focal position set in advance for the near view, and the search is made for a peak of information corresponding to the blur in a certain direction, and an average of 25 positions is detected until the peak is found. Assuming that
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/ポジション×25ポジション)で済む。 In the method of moving the lens, when the lens is moved to a position corresponding to a certain position and information corresponding to the blur at that time is acquired, the lens is moved to a position corresponding to the next position and information corresponding to the blur is obtained. The operation of obtaining is repeated. In this case, since the processing time per position is as short as 67 milliseconds, for example, the average time required to detect the in-focus point is about 1.7 seconds (= 67 milliseconds / position × 25 positions).
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うこととなる。 On the other hand, in a method using a liquid crystal lens, the refractive index distribution of the liquid crystal lens is changed by changing a voltage (drive voltage) applied to the liquid crystal lens in order to drive the liquid crystal lens. Therefore, when a driving voltage corresponding to a certain position is applied to the liquid crystal lens and information corresponding to the blur at that time is obtained, a driving voltage corresponding to the next position is applied to the liquid crystal lens and information corresponding to the blur is again obtained. The operation of obtaining is repeated.
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/ポジション×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。 However, in general, since the response of the liquid crystal to the change in the drive voltage is delayed, it is necessary to wait until the response of the liquid crystal becomes stable after changing the drive voltage. For this reason, the processing time per position becomes long, for example, 500 milliseconds, and it takes about 12.5 seconds (500 milliseconds / position × 25 positions) on average to detect the focal point. This is unrealistic.
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。
Further, according to
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。このように、液晶レンズの動作を凸レンズとしたいときには、液晶層の全面に渡って印加した電圧に応じて応答すればよいが、過渡応答が完了するのに遅いところが生じると、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。 At this time, depending on the liquid crystal material of the liquid crystal layer used, the time for completing the transient response of the liquid crystal on the side to which the low voltage is applied is later than the time for completing the transient response of the liquid crystal on the side to which the high voltage is applied. As described above, when the operation of the liquid crystal lens is to be a convex lens, it is sufficient to respond according to the voltage applied over the entire surface of the liquid crystal layer. However, if a place where the transient response is late occurs until it functions as a convex lens. This time is determined by the response time of the liquid crystal on the side to which a low voltage is applied.
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となるので、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、この部分での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)長い時間を要するという問題があった。 In particular, when maximizing the power of the lens, the voltage difference between the central electrode and the peripheral electrode is maximized, so that the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer are effective on the side where a low voltage is applied. Therefore, there is a problem that a long time is required until a lens having an appropriate refractive index profile in this portion is obtained (until the transient response is completed).
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、その様な構成とすると、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。 Furthermore, in order to increase the power as a lens as much as possible, it is necessary to increase the birefringence of the liquid crystal material or increase the thickness of the liquid crystal layer. However, with such a configuration, the response of the liquid crystal becomes slow as described above, and there is a problem that it takes a long time to obtain a lens having an appropriate refractive index distribution.
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消することを可能とする自動合焦点装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an automatic focusing device that can solve the above-described problems caused by the prior art.
また、本発明は、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、焦点信号の最大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自動合焦点装置を提供することを目的とする。 In addition, the present invention detects a maximum value of the focus signal after extracting a plurality of focus signals corresponding to the degree of focus matching during the transient response operation of the liquid crystal lens, and at a sufficient speed in practical use. An object of the present invention is to provide an automatic focusing device capable of detecting a focusing point.
前記目的を達成するため、本発明に係る自動合焦点装置は、印加された電圧に応じて焦点距離が変化する液晶レンズと、液晶レンズに所定電圧を印加する液晶レンズ駆動手段と、液晶レンズを透過した光学像から画像信号を生成する光電変換手段と、液晶レンズ駆動手段を制御して液晶レンズに所定電圧を印加して過渡応答動作させながら、光電変換手段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ことにより複数の焦点信号を抽出し、抽出された複数の焦点信号に基づいて焦点信号が最大となるように液晶レンズ駆動手段を制御する制御手段を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an automatic focusing apparatus according to the present invention includes a liquid crystal lens whose focal length changes in accordance with an applied voltage, a liquid crystal lens driving unit that applies a predetermined voltage to the liquid crystal lens, and a liquid crystal lens. The photoelectric conversion means for generating an image signal from the transmitted optical image and the liquid crystal lens driving means are controlled to apply a predetermined voltage to the liquid crystal lens to perform a transient response operation. A plurality of focus signals are extracted by sampling at a period, and control means is provided for controlling the liquid crystal lens driving means so that the focus signal is maximized based on the extracted focus signals.
また、本発明に係る自動合焦点装置では、制御手段は、液晶レンズ駆動手段を制御して、液晶レンズを一旦初期状態に復帰させた後に、所定電圧を印加して前記液晶レンズを過渡応答動作させることが好ましい。 Further, in the automatic focusing device according to the present invention, the control means controls the liquid crystal lens driving means to temporarily return the liquid crystal lens to an initial state, and then applies a predetermined voltage to operate the liquid crystal lens in a transient response operation. It is preferable to make it.
さらに、本発明に係る自動合焦点装置では、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、液晶レンズ駆動手段は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ことが好ましい。 Further, in the automatic focusing device according to the present invention, the liquid crystal lens includes a liquid crystal layer between two transparent substrates each having a pattern electrode having a central electrode and an outer peripheral electrode connected by resistance and a common electrode. It is preferable that the liquid crystal lens driving means applies different predetermined voltages to the central electrode and the outer peripheral electrode.
さらに、本発明に係る自動合焦点装置では、制御手段は、液晶レンズ駆動手段を制御して、中心部電極及び外周部電極に、最大印加電圧を印加して、液晶レンズを一旦初期状態に復帰させることが好ましい。 Further, in the automatic focusing device according to the present invention, the control unit controls the liquid crystal lens driving unit to apply the maximum applied voltage to the center electrode and the outer peripheral electrode, thereby temporarily returning the liquid crystal lens to the initial state. It is preferable to make it.
さらに、本発明に係る自動合焦点装置では、制御手段は、液晶レンズ駆動手段を制御して、所定電圧として、液晶レンズを凹レンズまたは凸レンズの状態にするための電圧を印加することが好ましい。 Furthermore, in the automatic focusing apparatus according to the present invention, it is preferable that the control means controls the liquid crystal lens driving means to apply a voltage for setting the liquid crystal lens in a state of a concave lens or a convex lens as a predetermined voltage.
さらに、本発明に係る自動合焦点装置では、制御手段は、液晶レンズ駆動手段を制御して、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ことが好ましい。 Further, in the automatic focusing device according to the present invention, the control means controls the liquid crystal lens driving means to set the liquid crystal lens in a convex lens state as a predetermined voltage, and the liquid crystal lens in a concave lens state. It is preferable to apply the 2nd voltage for making it at different timings.
さらに、本発明に係る自動合焦点装置では、制御手段は、液晶レンズ駆動手段を制御して、液晶レンズを一旦初期状態に復帰させた後に液晶レンズを凹レンズ及び凸レンズの何れか一方の状態にするための第1の電圧を印加し、液晶レンズを再度初期状態に復帰させた後に液晶レンズを凹レンズ及び凸レンズの他方の状態にするための第2の電圧を印加することが好ましい。 Further, in the automatic focusing device according to the present invention, the control means controls the liquid crystal lens driving means to temporarily return the liquid crystal lens to the initial state, and then place the liquid crystal lens in one of the concave lens and the convex lens. It is preferable to apply a second voltage for applying the first voltage to the other state of the concave lens and the convex lens after the liquid crystal lens is restored to the initial state again.
本発明によれば、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、それら焦点信号の最大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可能となる。 According to the present invention, a liquid crystal lens is used for adjusting the focal length, and a plurality of focus signals corresponding to the focus matching degree are extracted at a time during the transient response operation of the liquid crystal lens, and the maximum value of the focus signals is determined. By detecting it, it becomes possible to detect the focal point at a sufficient speed in practical use.
また、本発明によれば、液晶レンズを一旦初期状態に復帰させた後に、液晶レンズに過渡応答動作を行わせるので、過渡応答動作の再現性が増し、取得した焦点信号から正確な合焦点位置を検出することが可能となる。 In addition, according to the present invention, after the liquid crystal lens is temporarily returned to the initial state, the liquid crystal lens is caused to perform a transient response operation, so that the reproducibility of the transient response operation is increased and an accurate in-focus position is obtained from the acquired focus signal. Can be detected.
以下に添付図面を参照して、本発明に係る自動合焦点装置について説明する。 Hereinafter, an automatic focusing apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、自動合焦点装置100の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the automatic focusing
図1に示すように、自動合焦点装置100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、及び液晶レンズドライバ6等を備えている。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ーとアナログ−デジタル変換器を有する。
As shown in FIG. 1, an automatic focusing
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のイメージセンサーにより、電気信号に変換される。イメージセンサーから出力された電気信号は、アナログ−デジタル変換器によりデジタル信号に変換される。DSP4は、アナログ−デジタル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。オートフォーカスコントローラ5は、液晶レンズの過渡応答動作期間中に、DSP4から出力された画像信号を所定の周期でサンプリングすることにより、焦点整合度に対応した複数の焦点信号(以下、オートフォーカス信号とする)を抽出する。そして、オートフォーカスコントローラ5は、抽出され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。
An optical image formed through the liquid
オートフォーカスコントローラ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52等を有する。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部(ROM部)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部(RAM部)を有する。液晶レンズドライバ6は、オートフォーカスコントローラ5から出力された制御信号に基づいて液晶レンズ系1に電圧を印加する。
The
オートフォーカスコントローラ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。オートフォーカスコントローラ5は、焦点信号抽出、合焦点判定、及び液晶レンズドライバ6を制御する手段に相当する。液晶レンズドライバ6は、液晶レンズを駆動する手段に相当する。
Details of processing executed by the
図2および図3は、P波用液晶レンズ7のセル構成を示す正面図および断面図である。
2 and 3 are a front view and a sectional view showing a cell configuration of the P-wave
P波用液晶レンズ7は、図2および図3に示すように、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。
As shown in FIGS. 2 and 3, the P-wave
P波用液晶レンズ7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、P波用液晶レンズ7の周縁部は、シール部材16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。
In the central portion of the P-wave
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が好ましい。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が好ましい。液晶層14の厚さは十数μmから数十μm程度、例えば23μmが好ましい。レンズ部15の直径は数mm程度、例えば2.4mmが好ましい。なお、上記の数値は一例であって、これに限定されるものではない。
The length of one side of the
図4は、パターン電極10の構成を示す正面図である。
FIG. 4 is a front view showing the configuration of the
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同心円の円周に沿って複数のC字状の輪帯電極21,22が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。
As shown in FIG. 4, the
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、レンズ部15に重なるように配置される。
From the
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た電圧に応じて、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。
In accordance with the voltages applied to the
図4では、中心部電極20、外周部電極22およびその間の輪帯電極21の総数を7としたが、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が好ましい。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が好ましい。また、各輪帯接続部23の抵抗値は、例えば1kΩが好ましい。上記の数、数値は一例であって、これに限定されるものではない。
In FIG. 4, the total number of the
図5は、液晶レンズにおける駆動電圧と屈折率分布との関係を示した図である。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the driving voltage and the refractive index distribution in the liquid crystal lens.
図5では、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、液晶に印加される駆動電圧例(図5(a))及びその時の屈折率の変化(図5(b))が示されている。 In FIG. 5, an example of a driving voltage (FIG. 5A) applied to the liquid crystal in a state where light having a polarization plane in the same direction as the alignment direction of the liquid crystal is transmitted through the liquid crystal and a change in the refractive index at that time ( FIG. 5 (b)) is shown.
図5(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、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(図5(b))。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(図5(b))。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。 As shown in FIG. 5A, when the driving voltage V0 is applied to the liquid crystal from the outside, the refractive index of the liquid crystal corresponds to the driving voltage V0 with a delay of tf from the rising timing of the driving voltage V0. A state is reached (FIG. 5B). Further, the refractive index of the liquid crystal returns to the original state with a delay of time tr from the timing of falling of the drive voltage V0 (FIG. 5B). The times tf and tr are periods in which the liquid crystal is in a transient response operation, and the refractive index gradually changes. Here, as described above, the drive voltage V0 is, for example, an AC voltage subjected to pulse height modulation (PHM) or pulse width modulation (PWM).
各部の寸法や特性値が上述した値のP波用液晶レンズ7およびパターン電極10を用い、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たこの場合、例えば駆動電圧V0の立ち上がり(0Vから5Vへ)に対する液晶の過渡応答動作時間tf、および駆動電圧V0の立ち下がり(5Vから0Vへ)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。
Using the P-wave
このように、液晶の過渡応答動作が終了するまである程度の時間がかかる。そこで、自動合焦点装置100では、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。
As described above, it takes a certain amount of time until the transient response operation of the liquid crystal is completed. Therefore, the automatic focusing
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、P波用液晶レンズ7の焦点距離の変化を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing how the refractive index of the liquid crystal changes during the transient response operation period tf when the drive voltage rises, and how the focal length of the P-wave
例えば、図6(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、P波用液晶レンズ7の屈折率分布がある分布に定まり、P波用液晶レンズ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。
For example, as shown in FIG. 6A, the refractive index of the liquid crystal changes during the transient response operation period tf and becomes constant when the transient response operation period tf elapses. The refractive index of the liquid crystal portion corresponding to each
図6(b)の横軸よりも上側および下側に描かれた線は、それぞれP波用液晶レンズ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。説明の便宜上、P波用液晶レンズ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、P波用液晶レンズ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、P波用液晶レンズ7の焦点距離fが正または負の無限大であるとき、P波用液晶レンズ7は平行ガラスの状態となる。
The lines drawn above and below the horizontal axis in FIG. 6B represent changes in the focal length f when the P-wave
自動合焦点装置100では、P波用液晶レンズ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、P波用液晶レンズ7の焦点距離fが異なる。従って、P波用液晶レンズ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オートフォーカス信号を抽出することができる。
In the automatic focusing
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、P波用液晶レンズ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。
Here, the sampling period ts is synchronized with the period of the frame, for example. The image signal may be sampled during the transient response operation period tr when the P-wave
予め、1番目にサンプリングする時刻t1におけるP波用液晶レンズ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P波用液晶レンズ7の焦点距離f2、というように、サンプリングする時刻とP波用液晶レンズ7の焦点距離との関係が求められている。この関係は、例えばオートフォーカスコントローラ5内の記憶手段52のROM部に格納されている。
The sampling time and the P wave, such as the focal length f of the P wave
従って、オートフォーカスコントローラ5のマイクロプロセッサ51は、P波用液晶レンズ7の過渡応答動作期間中に画像信号をサンプリングした時刻に基づいて、各サンプリング時刻におけるP波用液晶レンズ7の焦点距離を求めることができる。それによって、P波用液晶レンズ7の各焦点距離とオートフォーカス信号のレベルとの対応関係を得ることができるので、オートフォーカス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P波用液晶レンズ7の焦点距離を求めることができる。
Accordingly, the
図7は、静的な状態におけるP波用液晶レンズ7の焦点距離と、P波用液晶レンズ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図である。
FIG. 7 shows an example of the relationship between the focal length of the P-wave
図7に示す様に、予め、静的な状態でP波用液晶レンズ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P波用液晶レンズ7の焦点距離fと、P波用液晶レンズ7の焦点距離fをある値にするためにP波用液晶レンズ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部に格納されている。
As shown in FIG. 7, the values of the voltage Vouter of the outer
従って、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P波用液晶レンズ7の焦点距離を、オートフォーカス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には、P波用液晶レンズ7にどの程度の駆動電圧を印加すればよいかということを知ることができる。
Therefore, in order to actually adjust the focus, that is, to adjust the focal length of the P-wave
図2〜図7を用いて、P波用液晶レンズ7について説明を行ったが、S波用液晶レンズについても、上述したP波用液晶レンズ7と同様であるので、説明を省略する。しかしながら、S波用液晶レンズにおける液晶層の配向方向は、P波用液晶レンズ7の液晶層14の配向方向と、90°異なる。
The P-wave
P波用液晶レンズ7の屈折率分布を変化させた場合、P波用液晶レンズ7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7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。この点については、S波用液晶レンズについても同様である。従って、撮像光学系には、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7とS波用液晶レンズが必要となる。P波用液晶レンズ7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。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。
When the refractive index distribution of the P-wave
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。
Next, a voltage application pattern to the
図8は、本発明に係る自動合焦点装置100で用いられる電圧印加のパターンの一例を示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a voltage application pattern used in the automatic focusing
図8(a)はパターン電極10の外周部電極22に印加する電圧Vouterを示し、図8(b)はパターン電極10の中心部電極20に印加する電圧Vinnerを示し、図8(c)は図8(a)及び(b)の電圧が印加された場合のP波用液晶レンズ7の焦点距離fの逆数の変化を示し、図8(d)は図8(a)及び(b)の電圧が印加された場合に得られるオートフォーカス信号の一例を示す図である。
8A shows the voltage Vouter applied to the outer
図9は、液晶レンズのリタデーションの一例を示した図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of retardation of a liquid crystal lens.
図9(a)は図8の時刻T1におけるP波用液晶レンズ7のリタデーションの一例を示し、図9(b)は図8の時刻T2におけるP波用液晶レンズ7のリタデーションの一例を示し、図9(c)は図8の時刻T3におけるP波用液晶レンズ7のリタデーションの一例を示し、図9(d)は図8の時刻T4におけるP波用液晶レンズ7のリタデーションの一例を示している。
9A shows an example of retardation of the P-wave
本電圧印加のパターンでは、図8(a)及び(b)に示しように、時刻T0において、外周部電極22に印加する電圧Vouter及び中心部電極20に印加する電圧Vinnerをそれぞれ、最大の印加電圧であるV2とする。次いで、時刻T1において、電圧Vouterを印加最小電圧であるV1に変化させ、電圧Vinnerを印加最大電圧であるV2に維持する。次いで、時刻T2において、電圧Vinner及び電圧Vouterをそれぞれ、最大の印加電圧であるV2とする。次いで、時刻T3において、電圧Vouterを印加最大電圧であるV2に維持し、電圧Vinnerを印加最小電圧であるV1に変化させる。なお、時刻T0以前の電圧Vinner及び電圧Vouterは、オートフォーカス開始前の状態を示しており、時刻T4以降の電圧Vinner及び電圧Vouterは、時刻T0〜時刻T4におけるオートフォーカス動作によって検出された合焦時電圧を示している。
In the voltage application pattern, as shown in FIGS. 8A and 8B, the voltage Vouter applied to the outer
P波用液晶レンズ7は、時刻T0から印加される電圧の立ち上がりタイミングからリタデーションがその前の状態から変化し、時刻T1において、図9(a)に示すように、リタデーションが均一な初期状態、即ち平板ガラスの状態となる。液晶の過渡応答動作期間は、印加電圧が高いほど早いので、印加最大電圧V2によって、液晶はより早く初期状態への復帰することが可能となる。即ち、液晶の正気状態への変化の最大値を見越して、時刻T0〜時刻T1の期間を定めれば良い。
In the P-wave
次に、P波用液晶レンズ7は、時刻T1の立下りタイミングからリタデーションが変化し、レンズパワーが徐々に大きくなっていき、時刻T2において、図9(b)に示すように、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。
Next, the retardation of the P-wave
次に、P波用液晶レンズ7は、時刻T2から印加される電圧の立ち上がりタイミングからリタデーションが変化し、時刻T3において、図9(c)に示すように、リタデーションが均一な初期状態、即ち平板ガラスの状態となる。前述したように、液晶の過渡応答動作期間は、印加電圧が高いほど早いので、印加最大電圧(V2)によって、液晶はより早く初期状態への復帰することが可能となる。
Next, the retardation of the P-wave
次に、P波用液晶レンズ7は、時刻T3の立下りタイミングからリタデーションが変化し、レンズパワーが徐々に大きくなっていき、時刻T4において、図9(d)に示すように、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。
Next, the retardation of the P-wave
図8(c)に示すように、P波用液晶レンズ7の1/fの値は、時刻T1ではほぼ0であり、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、時刻T2において負の値の最大値となる。したがって、時刻T2において、P波用液晶レンズ7は、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。さらに、P波用液晶レンズ7の1/fの値は、時刻T3において再度ほぼ0に復帰し、時刻T3から時刻T4にかけては、上に凸の曲線を描くように変化し、時刻T3において正の値の最大値となる。したがって、時刻T4において、P波用液晶レンズ7は、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。なお、S波用液晶レンズも、P波用液晶レンズ7と同じ駆動波形(図8(a)及び(b)参照)によって、P波用液晶レンズ7と同時に動作される。
As shown in FIG. 8C, the value of 1 / f of the P-wave
図8(c)に示すポイント110〜121は、オートフォーカス信号を得るサンプリング時刻の一例を示している。即ち、AFコントローラ5は、P波用液晶レンズ7が、過渡応答動作中で、凹レンズの状態となっている期間の6つのポイント110〜115で、6つのオートフォーカス信号135〜130を撮像素子3及びDSP4から取得し、P波用液晶レンズ7が、過渡応答動作中で、凸レンズの状態となっている期間の6つのポイント116〜121で、6つのオートフォーカス信号136〜141を撮像素子3及びDSP4から取得する。
図8(d)は、所得したオートフォーカス信号を、1/fの値が、1/100〜−1/100の範囲内で、並べ直したものであり、サンプリング時刻110〜115は、オードフォーカス信号135〜130のそれぞれと対応し、サンプリング時刻116〜121は、オートフォーカス信号136〜141のそれぞれに対応している。
FIG. 8D shows the obtained autofocus signals rearranged within the range of 1 / f to 1/100 to −1/100, and the
AFコントローラ5は、予定された全てのオートフォーカス信号をサンプリングした後に、全てのオートフォーカス信号を比較して、オートフォーカス信号の最大値を検出する。図8(d)の例では、オートフォーカス信号132が最大値を取り、オートフォーカス信号132をサンプリングした状態で、液晶レンズ系1と光学レンズ系2が組み合わされたレンズ系において、被写体に対してピントが合う状態となっていると考えられる。したがって、AFコントローラ5は、時刻T4以降において、最大のオートフォーカス信号132に対応した状態となるように、液晶レンズを駆動する。なお、上記の例では、液晶レンズが凹レンズ状態となっている場合に6つのサンプリングを行い、液晶レンズが凸レンズ状態となっている場合に6つのサンプリングを行ったが、サンプリング回数はこれに限定されることなく、適宜、自動合焦点装置のスペックに合わせて最適な回数を選択することが可能である。また、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地となる輪郭検出方法の原理については、前述した非特許文献1に記載されているので、ここではその説明を省略する。
After sampling all scheduled autofocus signals, the
なお、例えば、図1に示す、自動合焦点装置100において、液晶レンズ系1が平板レンズ状態のときに、光学レンズ系2のみによって、被写体までの距離Lが200mmでピントが合うように設計されていた場合、図8(d)では、被写体までの距離Lが200mmより長い場合、例えば、Lが350mmである場合を示している。したがって、P波用液晶レンズ7が凹レンズの状態になっている時に、オートフォーカス信号は最大値を取るようになっている。
For example, in the automatic focusing
図10は、本発明に係る自動合焦点装置100で用いられる電圧印加のパターンの他の例を示した図である。
FIG. 10 is a diagram showing another example of a voltage application pattern used in the automatic focusing
図10(a)はパターン電極10の外周部電極22に印加する電圧Vouterを示し、図10(b)はパターン電極10の中心部電極20に印加する電圧Vinnerを示し、図10(c)は図10(a)及び(b)の電圧が印加された場合のP波用液晶レンズ7の焦点距離fの逆数の変化を示し、図10(d)は図10(a)及び(b)の電圧が印加された場合に得られるオートフォーカス信号の一例を示す図である。
10A shows the voltage Vouter applied to the outer
図8に示した例では、最初に液晶レンズを凹レンズの状態にしてオートフォーカス信号を取得し、その後液晶レンズを凸レンズの状態にしてオートフォーカス信号を取得した。これに対して、図10に示す例では、最初に液晶レンズを凸レンズの状態にしてオートフォーカス信号を取得し、その後液晶レンズを凹レンズの状態にしてオートフォーカス信号を取得する。 In the example shown in FIG. 8, the autofocus signal is acquired by first setting the liquid crystal lens in a concave lens state, and then acquiring the autofocus signal by setting the liquid crystal lens in a convex lens state. On the other hand, in the example shown in FIG. 10, the autofocus signal is acquired by first setting the liquid crystal lens in a convex lens state, and then the autofocus signal is acquired by setting the liquid crystal lens in a concave lens state.
本電圧印加のパターンでは、図10(a)及び(b)に示しように、時刻T0において、外周部電極22に印加する電圧Vouter及び中心部電極20に印加する電圧Vinnerをそれぞれ、最大の印加電圧であるV2とする。次いで、時刻T1において、電圧Vouterを印加最大電圧であるV2に維持させ、電圧Vinnerを印加最小電圧であるV1に変化させる。次いで、時刻T2において、電圧Vinner及び電圧Vouterをそれぞれ、最大の印加電圧であるV2とする。次いで、時刻T3において、電圧Vouterを印加最小電圧であるV1に変化させ、電圧Vinnerを印加最大電圧であるV2に維持する。なお、時刻T0以前の電圧Vinner及び電圧Vouterは、オートフォーカス開始前の状態を示しており、時刻T4以降の電圧Vinner及び電圧Vouterは、時刻T0〜時刻T4におけるオートフォーカス動作によって検出された合焦時電圧を示している。
In this voltage application pattern, as shown in FIGS. 10A and 10B, the voltage Vouter applied to the outer
P波用液晶レンズ7は、時刻T0から印加される電圧の立ち上がりタイミングからリタデーションがその前の状態から変化し、時刻T1において、図9(a)に示すように、リタデーションが均一な初期状態、即ち平板ガラスの状態となる。液晶の過渡応答動作期間は、印加電圧が高いほど早いので、印加最大電圧V2によって、液晶はより早く初期状態への復帰することが可能となる。即ち、液晶の正気状態への変化の最大値を見越して、時刻T0〜時刻T1の期間を定めれば良い。
In the P-wave
次に、P波用液晶レンズ7は、時刻T1の立下りタイミングからリタデーションが変化し、レンズパワーが徐々に大きくなっていき、時刻T2において、図9(d)に示すように、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。
Next, the retardation of the P-wave
次に、P波用液晶レンズ7は、時刻T2から印加される電圧の立ち上がりタイミングからリタデーションが変化し、時刻T3において、図9(c)に示すように、リタデーションが均一な初期状態、即ち平板ガラスの状態となる。前述したように、液晶の過渡応答動作期間は、印加電圧が高いほど早いので、印加最大電圧(V2)によって、液晶はより早く初期状態への復帰することが可能となる。
Next, the retardation of the P-wave
次に、P波用液晶レンズ7は、時刻T3の立下りタイミングからリタデーションが変化し、レンズパワーが徐々に大きくなっていき、時刻T4において、図9(b)に示すように、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。
Next, the retardation of the P-wave
図10(c)に示すように、P波用液晶レンズ7の1/fの値は、時刻T1ではほぼ0であり、時刻T1から時刻T2にかけては、上に凸の曲線を描くように変化し、時刻T2において正の値の最大値となる。したがって、時刻T2において、P波用液晶レンズ7は、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。さらに、P波用液晶レンズ7の1/fの値は、時刻T3において再度ほぼ0に復帰し、時刻T3から時刻T4にかけては、下に凸の曲線を描くように変化し、時刻T4において負の値の最大値となる。したがって、時刻T4において、P波用液晶レンズ7は、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。なお、本例でも、S波用液晶レンズは、P波用液晶レンズ7と同じ駆動波形(図10(a)及び(b)参照)によって、P波用液晶レンズ7と同時に動作される。
As shown in FIG. 10 (c), the value of 1 / f of the P-wave
図10(c)に示すポイント110〜121は、オートフォーカス信号を得るサンプリング時刻の一例を示している。即ち、AFコントローラ5は、P波用液晶レンズ7が、過渡応答動作中で、凸レンズの状態となっている期間の6つのポイント110〜115で、6つのオートフォーカス信号135〜130を取得し、P波用液晶レンズ7が、過渡応答動作中で、凹レンズの状態となっている期間の6つのポイント116〜121で、6つのオートフォーカス信号136〜141を取得する。
図10(d)は、所得したオートフォーカス信号を、1/fの値が、1/100〜−1/100の範囲内で、並べ直したものであり、サンプリング時刻110〜115は、オードフォーカス信号135〜130のそれぞれと対応し、サンプリング時刻116〜121は、オートフォーカス信号136〜141のそれぞれに対応している。
FIG. 10D shows the obtained autofocus signals rearranged within the range of 1/100 to −1/100 in the value of 1 / f. Sampling
AFコントローラ5は、予定された全てのオートフォーカス信号をサンプリングした後に、全てのオートフォーカス信号を比較して、オートフォーカス信号の最大値を検出する。図10(d)の例では、オートフォーカス信号139が最大値を取り、オートフォーカス信号139をサンプリングした状態で、液晶レンズ系1と光学レンズ系2が組み合わされたレンズ系において、被写体に対してピントが合う状態となっていると考えられる。したがって、AFコントローラ5は、時刻T4以降において、最大のオートフォーカス信号139に対応した状態となるように、液晶レンズを駆動する。なお、上記の例では、液晶レンズが凹レンズ状態となっている場合に6つのサンプリングを行い、液晶レンズが凸レンズ状態となっている場合に6つのサンプリングを行ったが、サンプリング回数はこれに限定されることなく、適宜、自動合焦点装置のスペックに合わせて最適な回数を選択することが可能である。
After sampling all scheduled autofocus signals, the
図11は、本発明に係る自動合焦点装置100で用いられる電圧印加のパターンの更に他の例を示した図である。
FIG. 11 is a diagram showing still another example of a voltage application pattern used in the automatic focusing
図11(a)はパターン電極10の外周部電極22に印加する電圧Vouterを示し、図11(b)はパターン電極10の中心部電極20に印加する電圧Vinnerを示す図である。
FIG. 11A shows the voltage Vouter applied to the outer
図8に示した例では、電圧Vinner及び電圧Vouterに、V2またはV1の電圧を印加した。これに対して、図11に示す例では、液晶レンズを初期化する場合には、電圧Vinner及び電圧Vouterとして最大電圧であるV0を印加し、その他の場合には、外周部電極には電圧VouterとしてVo1またはVo2を印加し、中心部電極には電圧VinnerとしてVi1またはVi2を印加するように構成している。即ち、図11の例は、中心部電極および外周部電極に対して個別に所定の電圧を印加する場合に相当する。また、図11の場合、電圧Vinner及び電圧Vouterの関係としては、Vi1<Vo1、Vi2>Vo2、且つV0≧Vi1、Vo2の関係が成り立っている必要がある。なお、図8に示す例は、Vi1=Vo2=V1且つV0=Vi2=Vo1=V2の場合、即ち、図11の例の特定の一例であるということもできる。 In the example shown in FIG. 8, the voltage V2 or V1 is applied to the voltage Vinner and the voltage Vouter. On the other hand, in the example shown in FIG. 11, when the liquid crystal lens is initialized, the maximum voltage V0 is applied as the voltage Vinner and the voltage Vouter. In other cases, the voltage Vouter is applied to the outer peripheral electrode. Vo1 or Vo2 is applied, and Vi1 or Vi2 is applied as the voltage Vinner to the center electrode. That is, the example of FIG. 11 corresponds to a case where a predetermined voltage is individually applied to the center electrode and the outer peripheral electrode. In the case of FIG. 11, the relationship between the voltage Vinner and the voltage Vouter needs to satisfy the relationship of Vi1 <Vo1, Vi2> Vo2, and V0 ≧ Vi1, Vo2. Note that the example shown in FIG. 8 is a specific example of the example of FIG. 11 when Vi1 = Vo2 = V1 and V0 = Vi2 = Vo1 = V2.
本電圧印加のパターンでは、図11(a)及び(b)に示しように、時刻T0において、中心部電極20に印加する電圧Vinner及び外周部電極22に印加する電圧Vouterをそれぞれ、最大の印加電圧であるV0とする。次いで、時刻T1において、電圧VinnerをVi2に変化させ、電圧VouterをVo2に変化させる。次いで、時刻T2において、電圧Vinner及び電圧Vouterをそれぞれ、最大の印加電圧であるV0とする。次いで、時刻T3において、電圧VinnerをVi1に変化させ、電圧VouterをVo1に変化させる。なお、時刻T0以前の電圧Vinner及び電圧Vouterは、オートフォーカス開始前の状態を示しており、時刻T4以降の電圧Vinner及び電圧Vouterは、時刻T0〜時刻T4におけるオートフォーカス動作によって検出された合焦時電圧を示している。
In this voltage application pattern, as shown in FIGS. 11A and 11B, at time T0, the voltage Vinner applied to the
P波用液晶レンズ7は、時刻T0から印加される電圧の立ち上がりタイミングからリタデーションがその前の状態から変化し、時刻T1において、図9(a)に示すように、リタデーションが均一な初期状態、即ち平板ガラスの状態となる。液晶の過渡応答動作期間は、印加電圧が高いほど早いので、印加最大電圧V0によって、液晶はより早く初期状態への復帰することが可能となる。
In the P-wave
次に、P波用液晶レンズ7は、時刻T1の立下りタイミングからリタデーションが変化し、レンズパワーが徐々に大きくなっていき、時刻T2において、図9(b)に示すように、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。
Next, the retardation of the P-wave
次に、P波用液晶レンズ7は、時刻T2から印加される電圧の立ち上がりタイミングからリタデーションが変化し、時刻T3において、図9(c)に示すように、リタデーションが均一な初期状態、即ち平板ガラスの状態となる。前述したように、液晶の過渡応答動作期間は、印加電圧が高いほど早いので、印加最大電圧V0によって、液晶はより早く初期状態への復帰することが可能となる。
Next, the retardation of the P-wave
次に、P波用液晶レンズ7は、時刻T3の立下りタイミングからリタデーションが変化し、レンズパワーが徐々に大きくなっていき、時刻T4において、図9(d)に示すように、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。なお、本例でも、S波用液晶レンズは、P波用液晶レンズ7と同じ駆動波形(図11(a)及び(b)参照)によって、P波用液晶レンズ7と同時に動作される。
Next, the retardation of the P-wave
図11に示す電圧パターンを印加した場合の、P波用液晶レンズ7の1/fの値の変化および、オートフォーカス信号のサンプリングは、図8(c)および(d)と同様であるので、説明を省略する。
Since the change of the 1 / f value of the P-wave
図11に示す電圧パターンを印加する場合でも、AFコントローラ5は、予定された全てのオートフォーカス信号をサンプリングした後に、全てのオートフォーカス信号を比較して、オートフォーカス信号の最大値を検出する。さらに、AFコントローラ5は、時刻T4以降において、最大のオートフォーカス信号に対応した状態となるように、液晶レンズを駆動する。
Even when the voltage pattern shown in FIG. 11 is applied, the
図12は、本発明に係る自動合焦点装置100で用いられる電圧印加のパターンの更に他の例を示した図である。
FIG. 12 is a diagram showing still another example of the voltage application pattern used in the automatic focusing
図12(a)はパターン電極10の外周部電極22に印加する電圧Vouterを示し、図12(b)はパターン電極10の中心部電極20に印加する電圧Vinnerを示す図である。
12A shows the voltage Vouter applied to the outer
図10に示した例では、電圧Vinner及び電圧Vouterに、V2またはV1の電圧を印加した。これに対して、図12に示す例では、液晶レンズを初期化する場合には、電圧Vinner及び電圧Vouterとして最大電圧であるV0を印加し、その他の場合には、外周部電極には電圧VouterとしてVo1またはVo2を印加し、中心部電極には電圧VinnerとしてVi1またはVi2を印加するように構成している。即ち、図12の例は、中心部電極および外周部電極に対して個別に所定の電圧を印加する場合に相当する。また、図12の場合、電圧Vinner及び電圧Vouterの関係としては、Vi1<Vo1、Vi2>Vo2、且つV0≧Vi1、Vo2の関係が成り立っている必要がある。なお、図10に示す例は、Vi1=Vo2=V1且つV0=Vi2=Vo1=V2の場合、即ち、図12の例の特定の一例であるということもできる。 In the example shown in FIG. 10, the voltage V2 or V1 is applied to the voltage Vinner and the voltage Vouter. On the other hand, in the example shown in FIG. 12, when the liquid crystal lens is initialized, the maximum voltage V0 is applied as the voltage Vinner and the voltage Vouter. In other cases, the voltage Vouter is applied to the outer peripheral electrode. Vo1 or Vo2 is applied, and Vi1 or Vi2 is applied as the voltage Vinner to the center electrode. That is, the example of FIG. 12 corresponds to a case where a predetermined voltage is individually applied to the center electrode and the outer peripheral electrode. In the case of FIG. 12, the relationship between the voltage Vinner and the voltage Vouter needs to satisfy the relationship of Vi1 <Vo1, Vi2> Vo2, and V0 ≧ Vi1, Vo2. Note that the example shown in FIG. 10 is a specific example of the example of FIG. 12 when Vi1 = Vo2 = V1 and V0 = Vi2 = Vo1 = V2.
また、図11に示した例では、最初に液晶レンズを凹レンズの状態にしてオートフォーカス信号を取得し、その後液晶レンズを凸レンズの状態にしてオートフォーカス信号を取得した。これに対して、図12に示す例では、最初に液晶レンズを凸レンズの状態にしてオートフォーカス信号を取得し、その後液晶レンズを凹レンズの状態にしてオートフォーカス信号を取得する点で異なる。 In the example shown in FIG. 11, the autofocus signal is first acquired by setting the liquid crystal lens in a concave lens state, and then the autofocus signal is acquired by setting the liquid crystal lens in a convex lens state. On the other hand, the example shown in FIG. 12 is different in that an autofocus signal is acquired by first setting the liquid crystal lens in a convex lens state, and then an autofocus signal is acquired by setting the liquid crystal lens in a concave lens state.
本電圧印加のパターンでは、図12(a)及び(b)に示しように、時刻T0において、中心部電極20に印加する電圧Vinner及び外周部電極22に印加する電圧Vouterをそれぞれ、最大の印加電圧であるV0とする。次いで、時刻T1において、電圧VinnerをVi1に変化させ、電圧VouterをVo1に変化させる。次いで、時刻T2において、電圧Vinner及び電圧Vouterをそれぞれ、最大の印加電圧であるV0とする。次いで、時刻T3において、電圧VinnerをVi2に変化させ、電圧VouterをVo2に変化させる。なお、時刻T0以前の電圧Vinner及び電圧Vouterは、オートフォーカス開始前の状態を示しており、時刻T4以降の電圧Vinner及び電圧Vouterは、時刻T0〜時刻T4におけるオートフォーカス動作によって検出された合焦時電圧を示している。
In this voltage application pattern, as shown in FIGS. 12A and 12B, at time T0, the voltage Vinner applied to the
P波用液晶レンズ7は、時刻T0から印加される電圧の立ち上がりタイミングからリタデーションがその前の状態から変化し、時刻T1において、図9(a)に示すように、リタデーションが均一な初期状態、即ち平板ガラスの状態となる。液晶の過渡応答動作期間は、印加電圧が高いほど早いので、印加最大電圧V0によって、液晶はより早く初期状態への復帰することが可能となる。
In the P-wave
次に、P波用液晶レンズ7は、時刻T1の立下りタイミングからリタデーションが変化し、レンズパワーが徐々に大きくなっていき、時刻T2において、図9(d)に示すように、レンズパワーが最大の凸レンズの状態となる。なお、本例でも、S波用液晶レンズは、P波用液晶レンズ7と同じ駆動波形(図12(a)及び(b)参照)によって、P波用液晶レンズ7と同時に動作される。
Next, the retardation of the P-wave
次に、P波用液晶レンズ7は、時刻T2から印加される電圧の立ち上がりタイミングからリタデーションが変化し、時刻T3において、図9(c)に示すように、リタデーションが均一な初期状態、即ち平板ガラスの状態となる。前述したように、液晶の過渡応答動作期間は、印加電圧が高いほど早いので、印加最大電圧V0によって、液晶はより早く初期状態への復帰することが可能となる。
Next, the retardation of the P-wave
次に、P波用液晶レンズ7は、時刻T3の立下りタイミングからリタデーションが変化し、レンズパワーが徐々に大きくなっていき、時刻T4において、図9(b)に示すように、レンズパワーが最大の凹レンズの状態となる。
Next, the retardation of the P-wave
図12に示す電圧パターンを印加した場合の、P波用液晶レンズ7の1/fの値の変化および、オートフォーカス信号のサンプリングは、図10(c)および(d)と同様であるので、説明を省略する。
When the voltage pattern shown in FIG. 12 is applied, the change of the 1 / f value of the P-wave
図12に示す電圧パターンを印加する場合でも、AFコントローラ5は、予定された全てのオートフォーカス信号をサンプリングした後に、全てのオートフォーカス信号を比較して、オートフォーカス信号の最大値を検出する。さらに、AFコントローラ5は、時刻T4以降において、最大のオートフォーカス信号に対応した状態となるように、液晶レンズを駆動する。
Even when the voltage pattern shown in FIG. 12 is applied, the
以上のように、本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。 As described above, the automatic focusing device according to the present invention is useful for a device having an autofocus function, and is particularly mounted on a camera, a digital camera, a movie camera, a camera unit of a camera-equipped mobile phone, a car, or the like. It is suitable for an autofocus function such as a camera used for a rear confirmation monitor, a camera part of an endoscope, and glasses having a function of changing the degree of a lens.
1 液晶レンズ系
2 光学レンズ系(パンフォーカス組レンズ)
3 光電変換手段(撮像素子)
4 光電変換手段(DSP)
5 AFコントローラ
6 液晶レンズドライバ
7 P波用液晶レンズ
8,9 ガラス基板
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 輪帯電極
22 輪帯電極(外周部電極)
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
51 マイクロプロセッサ
52 記憶手段
1 Liquid
3 Photoelectric conversion means (image sensor)
4 Photoelectric conversion means (DSP)
5
20
23 Ring
Claims (3)
印加された電圧に応じて焦点距離が変化する液晶レンズと、
前記液晶レンズに所定電圧を印加する液晶レンズ駆動手段と、
前記液晶レンズを透過した光学像から画像信号を生成する光電変換手段と、
前記液晶レンズ駆動手段を制御して、前記液晶レンズに所定電圧を印加して過渡応答動作させながら、前記光電変換手段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ことにより複数の焦点信号を抽出し、抽出された複数の焦点信号に基づいて焦点信号が最大となるように前記液晶レンズ駆動手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記液晶レンズ駆動手段を制御して、前記液晶レンズを一旦初期状態に復帰させた後に、所定電圧を印加して前記液晶レンズを過渡応答動作させる、
ことを特徴とする自動合焦点装置。 An automatic focusing device,
A liquid crystal lens whose focal length changes according to the applied voltage;
Liquid crystal lens driving means for applying a predetermined voltage to the liquid crystal lens;
Photoelectric conversion means for generating an image signal from an optical image transmitted through the liquid crystal lens;
By controlling the liquid crystal lens driving means and applying a predetermined voltage to the liquid crystal lens to perform a transient response operation, the image signal generated from the photoelectric conversion means is sampled at a predetermined period to obtain a plurality of focus signals. And a control means for controlling the liquid crystal lens driving means so as to maximize the focus signal based on the extracted plurality of focus signals ,
The control means controls the liquid crystal lens driving means to temporarily return the liquid crystal lens to an initial state, and then applies a predetermined voltage to cause the liquid crystal lens to perform a transient response operation.
An automatic focusing device characterized by that.
前記液晶レンズ駆動手段は、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し、
前記制御手段は、前記液晶レンズ駆動手段を制御して、前記中心部電極及び前記外周部電極に、最大印加電圧を印加して、前記液晶レンズを一旦初期状態に復帰させる、請求項1に記載の自動合焦点装置。 The liquid crystal lens comprises a liquid crystal layer sandwiched between two transparent substrates each having a pattern electrode and a common electrode each having a central electrode and an outer peripheral electrode that are resistance-connected,
The liquid crystal lens driving means applies different predetermined voltages to the center electrode and the outer peripheral electrode,
The said control means controls the said liquid-crystal lens drive means, applies the maximum applied voltage to the said center part electrode and the said outer peripheral part electrode, and resets the said liquid-crystal lens once to an initial state. Automatic focusing device.
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