JPH01257924A - 光学装置のレンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マイクロフィルムリーグ等の光学装置の投影
レンズをモータによって移動させるようにしたレンズ駆
動装置に関するものである。

（発明の技術的背景） マイクロフィルリーダ等の光学装置で投影レンズをモー
タにより移動させるものがある。例えばラインセンサな
どのイメージセンサで読取った画像から画像のコントラ
ストを求め、このコントラストが最大となるレンズ位置
を検出し、この位置（合焦位置）にレンズをモータによ
り移動させるようにしたオートフォーカス装置が公知で
ある。

この場合レンズの駆動系には遊びがあるため、モータの
位置が目標位置に正確に一致しても、レンズ位置は必ず
しも目標位置に一致しない。このため位置の再現性が悪
くなり、レンズ位置の高精度な制御が出来ないという問
題が生じる。

ここに駆動系の遊びは、レンズの光軸方向の誤差と非光
軸方向（傾き方向）の誤差とに大別できる。前者の誤差
は直接オートフォーカス精度に影響することは明らかで
ある。また後者の誤差はオートフォーカス動作中にレン
−（の先軸が傾くために画像の移動を発生させる。すな
わちオートフォーカス動作は、先ずオートフォーカスに
適する画像がイメージセンサに投影されていることを確
認してから、次にレンズを移動させてコントラスト信号
を得るものであるが、レンズに傾きがあるとレンズ移動
中に画像が移動することになり、レンズの移動中には異
なる画像に対してコントラスト信号を求めていることに
なったり、画像がセンサから逃げたりする。このためレ
ンズの傾き誤差はオートフォーカス精度を著しく低下さ
せたりオートフォーカス操作を不可能にする。

一方、レンズの位置を、リニヤエンコーダなどの位置検
出器を用いて高精度に検出してモータにフィードバック
させながらモータを制御することも考えられるが、この
場合には高価な位置検出器が必要となり部品点数が増え
るという問題もある。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、レ
ンズの光軸方向および傾き方向の誤差を修正してからレ
ンズを高精度にオートフォーカス制御することを可能と
し、高価な位置検出器を用いてレンズ位置を検出する必
要もない光学装置のレンズ駆動装置を提供することを目
的とする。

（発明の構成） 本発明によればこの目的は、投影レンズをモータにより
移動させるようにした光学装置の投影レンズ駆動装置に
おいて、前記投影レンズを復路が一定方向になるように
駆動系の遊びを吸収するのに足りる移動量より大きい距
離だけ往復動させてレンズ位置を確認し、前記一定方向
に移動させながら合焦位置を求め、前記一定方向に移動
させながらレンズを目標位置に停止させることを特徴と
する光学装置のレンズ駆動装置により達成される。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を用いるマイクロフィルムリ
ーダの全体図、第２図はその各部出力波形図、第３図は
レンズ位置に対するコントラスト信号の変化とレンズの
移動過程とを示す図、第４図は動作を示す流れ図である
。

第１図において符号１０は光源であり、この光１！Ａ１
０の光はコンデンサレンズ１２、防熱ガラス１４、コー
ルドミラー１６、マイクロフィルム１８、投影レンズ２
０、ミラー２２　、２４　、２８を介して透過型スクリ
ーン２８に導かれ、このスクリーン２８にマイクロフィ
ルム１８の拡大画像を結像する。

投影レンズ２０を通った投影画像の一部はハーフミラ−
３０によって分岐され、レンズ３２を介してラインセン
サ３４に導かれる。このレンズ３２はスクリーン２８に
画像が合焦する時にラインセンサ３４上に画像を結像さ
せるように、その焦点距離が決められている。このライ
ンセンサ３４の出力である画像信号ａは、その各画素の
ばらつきに対する補正などの信号処理を経てバンドパス
フィルタ３６に入力され、さらに整流回路３８、積分回
路４０．Ａ／Ｄ変換器４２および入力インターフェース
４４を介してＣＰＵ４６に入力される。投影レンズ２０
の種類はセンサ４８により検出され、その信号はＣＰＵ
４６に入力される。５０はＲＯＭであり、ここにはＣＰ
Ｕ４６のプログラムや、レンズ２０の種類毎のデータ例
えば焦点深度などのデータが予め記憶されている。

５２はＲＡＭ、５４は出力インターフェースである。

５８は投影レンズ２０を光軸上で移動させるモータ、６
０はラインセンサ３４を光軸に直交する方向に移動させ
るモータであり、これらはステッピングモータやサーボ
モータ等で構成される。

次にこの実施例の動作を第４図に基づいて説明する。

ＣＰＵ４６はレンズ２０の現在位置χをモータ５８から
検出しておき、この位置χから距＃ａだけ下の位置（χ
−ａ）を目標位置としてモータ５８を駆動する（第４図
、ステップ１００）。この実施例ではレンズ２０を上方
に移動させて停止するようにしたものであるが、このよ
うにすれば、レンズ２０の重量によりレンズ２０がレン
ズ駆動系の遊びにより下降してその位置が変化すること
を防止できる。また距ｇＩａは駆動系の遊びによるレン
ズ２０の移動距離よりも十分に大きく設定される。この
レンズ２０の下降動作は第３図のＡの部分に対応する。

ＣＰＵ４６は次に目標位置をａだけ上方に設定し、レン
ズ２０を上昇させる（ステップ１０２）。この動作は第
３図Ｂ部分に対応する。

このように目標位置を下にａだけ下げたのち、上にａだ
け戻すステップ１００．１０２の動作を行なうことによ
り、レンズ２０の光軸に直行する方向の遊びを吸収出来
るとともに、駆動系の光軸方向の遊びに対しては、この
遊びによる可動範囲の下限位置にレンズを置くことがで
き、この位置をレンズ２０の動作開始位置χ１としてメ
モリする。これによりこのオートフォーカス動作に入る
直前においてレンズが光軸に対して傾いていても、また
レンズ位置が光軸方向の遊び範囲内のどこに有っても誤
差が生じなくなる。

ここでステップｉｏ０．１０２におけるレンズの光軸方
向への傾きを解消する作用について説明しておく。

レンズは駆動系の遊びにより光軸に対して一方へθある
いはその反対方向へ一ψだけ傾くことがある。この時に
はセンサまでの距離なＬとして、センサ面上で画像は約
θＬ〜−ψＬだけ移動してしまうことになる。オートフ
ォーカスする対象画像が文字原稿でかつセンサがライン
センサであるとすると、ラインセンサに文字画像が入射
する時と行間の空間が入射する時とでは得られるコント
ラスト信号は、レンズ傾きにより大きく異なってしまう
。このため必ずレンズの傾きを同じにしてコントラスト
信号を求める必要がある。つまり、ラインセンサと文字
列とのわずかな位置の差が重要になる。したがって後記
のステップ１０４〜１０８において文字列の中心にセン
サがくるようにセンサを制御するが、その時にレンズが
十〇の傾きにあったとすれば、次にステップ１１２でコ
ントラスト信号を得る時にもレンズが十〇だけ傾いてい
なければならない、もし逆方向に一ψだけ傾いていれば
その分画像が大きく動いてしまう。

一般の文字列では文字の幅が３ｍｍ程度の大きさのもの
があり、かつ行間は文字（画像）が全くないので×５０
〜Ｘ８０の倍率まで利用するマイクロフィルムリーダー
ではレンズがわずかに傾いただけでもラインセンサ上に
は文字列がなくなってしまう。これでは正確なオートフ
ォーカスは不能になってしまう。そこでレンズの傾きが
ステップｌ１２と同じ方向になるようにステップ１０２
で画像を検出する前に、レンズの傾きを一定値になるよ
うにしておくわけである。

こうすることにより、画像検出前と検出中、あるいはオ
ートフォーカスを行うためにレンズを移動してコントラ
スト信号を得ている間、レンズを同じ傾きに保つことが
できる。このような処理を行うことによって、機械的な
加工精度だけで遊びを無くす必要がなくなるため、レン
ズホルダなどの加工精度を大幅に下げることにより、コ
スト低下が可能になる。また人手によってレンズを動か
した後や、電源投入直後などのレンズの傾きが不定とな
る場合にも、前記の処理により必ず一定値におくことが
できる。

このようにステップ１００，１０２によってレンズ２０
位置を初期化した後、ＣＰＵ４６はラインセンサ３４を
移動して（ステップ１０４）、予め決めたフォーカスゾ
ーン内に位置させる（ステップ１０６）、フォーカスゾ
ーンは例えば画像の中央、他の位置というように順次移
動されて、オートフォーカス動作に適した画像の有るフ
ォーカスゾーンに入るまで移動される（ステップ１０８
）、画像の有無は、例えば画像の白黒反転回数が一定以
上であるか否かにより判断できる。

なおこのフォーカスゾーンの決定動作に入る前にライン
センサ３４の受光量が適切か以下を判断し、光源ｌＯの
光量を変えたり、ラインセンサ３４の駆動パルス周期を
変えてその蓄積時間を変えることにより受光量を、調節
するのは勿論である。　適切な画像が有れば、ＣＰＵ４
６はレンズ２０の目標位置を（、Ｑ＋ａ）だけ下げる（
ステッブ１１０）。ここに父はコントラスト信号Ｃ５を
得るのに必要なレンズ２０の移動距離であり、第３図に
示すように２文の範囲内には必ずコントラスト信号Ｃ８
が最大となるレンズ位置χ０　（合焦位置）が入るよう
に設定される。この距離文は、レンズ２０の焦点距離や
種類により異るから、センサ４８で検出したレンズ２０
の種類に応じて予めＲＯＭ５０に記憶したデータから対
応するデータを読出して決定される。このレンズ下降動
作は第３図のＣ部分に対応する。

ＣＰＵ４６は次にレンズ２０の目標位置を２（文＋ａ） に変更し、上昇させる（ステップ１１２）。この間ＣＰ
Ｕ４６はコントラスト信号Ｃ５を逐次求め続け、第３図
の上部に示すようにレンズ位置χに対するコントラスト
信号Ｃ８を示す曲線を求める。この動作範囲は第３図の
Ｄ部分に対応する。

ラインセンサ３４の画像信号ａはバンドパスフィルタ３
６を通って所定の空間周波数成分が抽出されて出力すと
なり（第２図参照）、この出力すはさらに整流回路３８
において余波整流されて波形Ｃとなる。この出力波形Ｃ
は積分され、この積分値がコントラスト信号Ｃ８となる
。

このコントラスト信号Ｃ８はＲＡＭ５２にメモリし、こ
の動作をレンズ２０を移動させつつ繰返す（ステップ１
１２）。このように＋ａだけ余分にレンズを移動させる
ため、機械系の遊びを吸収し、レンズのスタート位置χ
ｌに対して出立の範囲を正確にレンズの位首決めを行い
ながらコンｉ・ラスト信号を得ることができる。

２（Ｊ１＋ａ）の全範囲について以上の動作が行なわれ
ると、ＣＰＵ４６はＲＡＭにメモリしたコントラスト信
号Ｃ５が最大となるレンズ位置χ０を求める（ステップ
１１４）。

ＣＰＵ４６はこの求めた合焦位置χ０にレンズ２０を一
致させれば良い訳であるが、この時ＣＰＵ４６はレンズ
２０が合焦位置χ０に停止する直前にはレンズ２０が上
昇方向に移動するように制御する。すなわちＣＰＵ４６
は、この時のレンズ位置から合焦位置χ０までの距ｆｉ
ｍを求め、（ｍ＋　ａ）下降した位置を目標位置とする
（ステップ１１６）、この時の動作は第３図のＥ部分に
対応する。モしてＣＰＵ４６は再び目標位置をａ上方に
設定し移動させる（ステップ１１８、第３図のＦ部分）
、この結果レンズ２０は下から上方へ移動しながら目標
位置χ０に到達できることになる。すなわち動作開始時
のレンズ位置χｌ、コントラスト信号Ｃ８を求める間で
のレンズ位置は共に、レンズ２０が駆動系の遊びによる
下限位置にある状態で求めた位置であり、このため求め
た目標位置χ０もレンズ２０がこの遊びの下限位置に有
る時のものである。従ってレンズ２０を上昇させながら
換言すればレンズ２０を遊びの下限位置に保ちつつ目標
位置χＧに到達させれば、高精度な位置制御ができるこ
とになる。この動作は前記したレンズ駆動系の２種類の
誤差のうち、主として光軸方向の誤差を吸収することに
なる。

この動作が終ると、ＣＰＵ４６はラインセンサ３４を基
準位置に復帰させ全ての動作が終了する（ステップ１２
０）。

このように制御全体のシーケンスとしてはａだけレンズ
が余分に動くことになり、その分だけ動作に要する時間
が増加するが、動作全体の時間に比べればこの時間増加
はほんの僅かであり、機械加工精度を上げそ駆動系の遊
びを減らすなど他の方法を採用する場合に比べ、大幅な
コストの低減が期待できる。なおステップ１００．１０
２の動作はセンサを移動し始めるのと同時に進行しても
よく、ステップ１２０はステップ１１４．１１６．１１
８と並列に実行すれば動作に要する時間は一層短縮可能
である。

またこの実施例では目標位置である合焦位ｎχ０を、ラ
インセンサ３４の一走査によるコントラスト最大の位置
として求めているが、合焦位置χ０は他の方法で求めて
もよいのは勿論であり、例えば−走査区間を複数に分け
、各区間毎のコントラスト信号を別々に求め、夫々のコ
ントラスト信号が最大となるレンズ位置に基き、例えば
これらの平均値として合焦位置χ０を決定してもよい。

この実施例ではレンズは下から上に移動させて止めるが
、本発明は逆にレンズを上から下に移動させて停止する
ようにしてもよいのは勿論である。但し一般的にはレン
ズの自重に逆らう方向を基準にするほうが精度が向上す
ることが多く、また電源のオン／オフでレンズが動くこ
ともなくなり、都合が良い。

光軸方向は本実施例では鉛直方向であったが、本発明は
光軸を水平方向やその他の方向にしてもよく、この場合
にはばね等でレンズを一方に押し付けるようにして駆動
系の遊びを吸収するようにし、本発明を適用しても同様
の効果が得られるのは勿論である。

さらに本発明はマイクロフルムリーダだけでなく、複写
装置、カメラ等の種々の光学装置に適用できるものであ
り、これらを包含する。

（発明の効果） 本発明は以上のように、レンズを復路が一定方向となる
ように一度往復動させるから、駆動系の光軸方向および
それに直交する方向の誤差を吸収してレシズ位置を確認
でき、その後前記の一定方向にレンズを移動させながら
合焦位置を探し出し、レンズを同じ方向に移動させなが
ら目標位置に停止させるものであるから、レンズ駆動系
の光軸方向およびそれに直交する方向の遊び（ガタ）に
よる影響を受けることなく、高精度なオートフォーカス
制御が可使になる。またレンズ位置を検出する位置検出
器を用いることなくモータ回転位置のみの検出により制
御できるので構成が簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を用いるマイクロフィルムリ
ーダの全体図、第２図はその各部出力波形図、第３図は
レンズ位置に対するコントラスト信号の変化とレンズの
移動過程とを示す図、第４図は動作を示す流れ図である
。 ２０・・・投影レンズ、 ３４・・・ラインセンサ、４６・・・ＣＰＵ、χ０・・
・目標位置としての合焦位置。 特許出願人　富士写真フィルム株式会社第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）投影レンズをモータにより移動させるようにした
   光学装置の投影レンズ駆動装置において、前記投影レン
   ズを復路が一定方向になるように駆動系の遊びを吸収す
   るのに足りる移動量より大きい距離だけ往復動させてレ
   ンズ位置を確認し、前記一定方向に移動させながら合焦
   位置を求め、前記一定方向に移動させながらレンズを目
   標位置に停止させることを特徴とする光学装置のレンズ
   駆動装置。
2. （２）投影レンズは上下方向に移動され、レンズの一定
   の移動方向を、上向きに設定したことを特徴とする請求
   項（１）に記載の光学装置のレンズ駆動装置。