JPH01265215A - ビデオカメラのオートフォーカス装置 - 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、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等のオート
フォーカス装置に係り、特に撮像信号の高域周波数成分
を抽出し、そのレベルが最大となるようにレンズ位置を
制御する好適なオートフォーカス装置に関する。

〔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ク
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
小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シ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
どちらに動かせばよいか、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
ドパ嘩り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６０−４０７２５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。

又ナシッナルテクニカルレポート、５１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
シ装置、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台無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、圧電素子を用い次光路長微小
撮動機構ｔ−必要とするので、その取付は支持方法など
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−カシ
ングレンズ群をモータで微小揚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愚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、ＤＣ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、低コスト、簡易な
オートフォーカス装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための課題〕

と記目的は、バリエータレンズ群以降にフォーカシング
機構を有し、撮像信号の高域周波数成分が最大となるよ
うにマスタレンズの一部又は全部を移動し、ピント合わ
せを行ない、かつこれを所定の周波数で微小振動させな
がら移動するようにパルスモータを駆動することにより
達成されるＯ〔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％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良いためレンズを
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、微小振動さすなから移動する場
合、パルスモータに印加するパルス電圧の立上りと立下
りを急峻としないで、且つレンズ移動時のモータ制御を
台形制御としてモータ及びレンズを滑らかに動作させる
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を９面を用いて説明する。第１
図は本発明によるオートフォーカス装置の一実施例を示
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５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は変倍作用によシ
生じる収差を補正ｆるコンペンセータレンズ群、５はマ
スタレンズ群、６は絞９装置、７は撮像素子である。８
は、バリエータレンズ群を移動させる駆動モータで、９
は、マスタレンズ５ｔｌ−リードスクリュネジ１０ヲ介
して移動させるステリビングモータである。

マスタレンズ群５を移動させるメカ構造については、後
で述べる。

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。

１５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１５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取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リビングモータ９を駆動回路１８
を介して動かす。

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（財）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Ｐｏ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ｆｉＰｏ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撮動を示し、被写体に対
１−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１７
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ステヅブ、ＣＣＷ方向（反時計方向）へ１
ステ噌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、後ビン状態は逆相として検出され、同相かど
うかで前ピンが後ビンかを判定でき、マスタレンズ群の
移動方向が判る。ヌ＊ｔｈにより得られる高域周波数成
分のレベルν２５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＋７２５が０近傍になったら合
焦状態と判断し、微小振動をよシ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１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の間にボールヘアリング２
５′ｊｋ設ける。２６はボールベアリングが外れないよ
うにし２１Ｊ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、この砕２８と内筒
２４を連結棒５ｏで連結し、パルスモータ９の回転によ
勺枠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
ャツＮＯが回転時に撮れな□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・
ツク等でも良く、表面は滑りがよいようにコーティング
を施す（例えばフタ素樹脂）と移動時の騒音は小さくな
る。

マスタレンズ系５を移動させる機構の別の実施例を第５
図に示す。

第５図において、５１はロッドで□、２４はマスタレン
ズ系５を固定する内筒でかつブツシュである〇このブツ
シュは連結棒３０で移動枠２８と連結され、パルスモー
タ９の回転により移動するものである。。

外筒２７にロリド５１の受け５５を設け、ロッド５１を
挿入してからブツシュを入れ、ロヴド押え板５６で固定
する。ロッド及びブツシュの接触する箇所は騒音がでな
いように滑りを良くするためフッ素のコーティングを施
すと良い。

又第５図には、ロッドをリードスクリュとの間に設けて
いるが、光軸に対称な位置どこに設けても良い。

このようなロッド・ブツシュ方式でも第４図のボールベ
アリング方式と同様の性能を得ることが可能である。

第６図及び第７図に別の実施例を示す。第６図は、部分
断面図で、第７図は第６図の斜視図である。

第６及び７図において、移動枠２Ｂに振れ止め用の突起
棒３１を設け、モータのシャフトガイド２９に溝５２を
設け、突起棒５１が＠５２ｆスライドするようにし、マ
スタレンズ系５を固定した内筒２４は連結棒５０で移動
枠２８と連結させ、内筒２４の箇所はフリーである。突
起棒５１の構造は、金属のムク棒としその囲りをフッ素
コーティングしたもので良く、又中空として、弾性部材
で構成して、若干変形させて移動させても良い。

第８図は、リードスクリュネジに設けたグリース密封す
る方法の一実施例である。６４は弾性部材で形成したグ
リースホルダーである。グリースホルダーの両端は、モ
ータガイド２９及び枠２８に密着している。グリース５
４は、グリースホルダー５５の中に密封されており、枠
２８が（りかえし摺動しても、外側に排除されない構造
になっている。本実施例によれば、長期間摺動を〈シ返
しても、グリースが常に供給されるたぬ、耐久性に関し
有利である。

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９図に示す。至近距離から無限遠■までの移動量
をルステップにすなわち１パルスで’／ｒＬ移動する場
合である。ここでは１ステヴプの微小振動後１６ステツ
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。

後ビン状態は、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９図に示したように
所定の同期Ｔｆで繰り返す。又このパターンは、移動を
一定時間間隔で、すなわち駆動パルス時Ｍを同じにして
いる。このためパルスモータ７５Ｅ高速に回転する場合
、スタート時と停止時にスムーズに動作しない状態とな
るため、次に述べるように、（１１パルスモータを矩形
波で駆動しない。（２１移動時のパルス幅を変化させる
。０２点で電気的に対策する。

先づ（１）のパルスモータを矩形波で駆動しない方法に
ついて述べる。

第１０ｒ４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１１図は、一般的なバイポーラド
ライバ回路でちる。第１２図は、１−２相励磁のＣＷ回
転パターンを示す。従来は、パルスモータを駆動するの
に第１２図に示したようなパルス波形（矩形波）を第１
１図に示す駆動回路に入力し、パルスモータを回転させ
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、それに続いて撮動が存在するためダンパが用いられ
た。第１１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。ここでは、パルス信号発生回路１７
からの第１２図に図示したパルス列信号を駆動回路に入
力する場合、第１５図（，６１に示したように積分回路
を介して、パルス信号の立上り及び立下りを急峻とせず
、滑らかにしてモータを駆動する。このように駆動パル
スを滑らかにすることによシパルスモータを騒音なく回
転することがで酉る。

次に、（２）移動時のパルス幅を変化させる、について
述べる。

第１４図にレンズを移動させる場合、パルス幅を変化さ
せたパターンの１実施例を示す。

第１４図の移動パターンの拡大図を第１５図に示す。

第１５図は、１６ステツプ移動した場合で、移動時間ｔ
Ｍ内で加速、等速、減速の速度制御（台形側＠）を行な
う。すなわちスタート時のパルス幅を太き（取り、徐々
にパルス幅を小さくして行き、加速する。そしである時
間例えば５ステヴプ目から７ステ噌プ間同じパルス幅す
なわち等速としてそのちと又パルス幅を次第に大きく取
り減速させる。

第１５図に示したパルスの時間ｔについてみると、１、
　＞　１２＞　１ｓ＞　１４＞　１５＝　１．　＝　１
．　＝・・・・・・＝　ｔｏ　＜　ｔ１２　＜　ｔｌｌ
＜　ｊ１４　＜　Ｌ５　　の関係で、加速域及び減速域
の傾きは、移動時間１Ｍ内のステップ数により変化させ
る。

第１４．１５図は台形制御について述べたが、第１６図
に示すように、等遠域のない加速と減速の三角制御も台
形制御と同等の効果を持つ。

上述したように、レンズを高速で移動させる場合、台形
制御や三角側（２）によりスムーズに動作させることが
できるため、騒音などの問題は生じな（ゝＯ 又このシステムは、第５図に示したように撮動時に高域
周波数成分のレベル１１２５をチエリフしているため、
レベルによって移動パルス数を決定することができる。

すなわち合焦点から離れた点にマスタレンズがあった場
合は、移動パルス数は大きく取り、合焦点に近づいた場
合は移動パルス数を小さく取る。第１７図に、８ステリ
プ移動の実施例を示す。第１７図において、移動時間１
Ｍは変らないので、１ステヴブの時間幅は１６ステヴブ
の場合に比べると長く取れるため、例えば８ステリプ移
動時に合焦した場合マスタレンズを合焦位置で停止させ
ても問題は生じない。

次にこのマスタレンズの初期位置設定について述べる。

このシステムでの初期位置設定は、ビデオカメラの電源
がＯＮされた場合、マスタレンズの位置を例えば被写体
無限大で結像する位置へ移動し、そこを基醜あるいは原
点とすることである。すなわちこのシステムの特徴は、
パルスモータのパルス数をカウントすることによってマ
スタレンズ位置を知るため、初期設定がかなり重要な要
素となる。

従って高精度に初期設定を行なう九めに第１８図に１実
施例を示す。３５はフォトセンサで、３６は光を遮断し
たかどうかで物の有無を検出する検出器で、５７はホー
ル素子などの磁気センサで、３８は磁気検出回路で、３
９はマグネ９トの小片である。

次にこの初期設定の動作について述べる。

■ビデオカメラの電源をＯＮ。

■マスタレンズの位置を予じめ設定した位置へ高速移動
（等速）。

■第１のスイッチ（第１８図ではフォトセンサ）がＯＮ
　したら速度を遅くして移動。

■第２のスイッチ（第８図では磁気センサ）がＯＮ　（
、たら、モータの駆動を止めすなわち駆動パルス発生を
止め、原点とする。

■上記の点を原点として、振動＋移動モードを周ルＩ’
ｌ’ｆで繰り返しながらマスタレンズは、合焦点へ向か
う。

以上が初期設定の１７？ｌ単な流れである。ここで、第
１のスイッチすなわち光スイッチがＯＮ　Ｌ、たら速度
を変え、第２のスイッチすなわち磁気センサにより数μ
ｍの精度で移動枠２８の位置をすなわちマスタレンズの
位置を設定できる。現在、数μｍの計測が可能な物は、
磁気センサとレーザを使用したもの等であるためここに
は磁気センサを掲げる。

〔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、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簡易な構
成で実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す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５図も高
域同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を示す
部分断面図、第５図は別のメカ方式の一実施例を示す部
分断面図、第６図も別のメカ方式の一実施例を示す部分
断面図で、第７図は第６図の部分斜視図、第８図はグリ
ース密封の構造断面図、第９図はマスタレンズの振動と
移動パターン図、第１０−はステルピングモータのリー
ド結線図、第１１図はバイポーラドライブ回路を示す回
路図、第１２図は、ＣＷ回転時の１−２相励磁パターン
のタイムチャー）、第１５図はステ噌ピングモータ駆動
回路に入力する信号波形を示す波形図、第１４図は本発
明の振動と移動パターン図で、第１５図、第１６図は移
動時の速度制御パターン図である。 第１７図は移動ステップ数を変えた場合のパターン図で
、第１８図は初期位置設定の構成図である。 符号の説明 １・・・ズームレンズ系　　　２・・・前玉レンズ系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　２４・・・内筒２５・・・ボ
ールベアリング　２７・・・外筒５０・・・連結棒　　
　　　　２８・・・移動枠３１　・・ロヴト４０・・・
プヴシェ ５４・・・グリース　　　　　３５・・・グリースホル
ダー５５・・・フォトセンサ　　　５７・・・磁気セン
サ焔　？Ｚ フォー刀スレ〉ス゛イＩｎｉ 躬汀 躬　６区 躬　７０ 躬　９　Ｚ ５１　開　　乞　　− 躬／Ｃ）　Ｕ 躬１１虐 躬１２凹 １−２柑＃ｌ　Ａ＆ 躬　／３虜 ：　　　ｉ ３９、　：　□　　ｉ　′　＝ 肩１５区 躬　／ｄ ５７７図 め　ｎト 吟聞亡

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被写体像を撮像素子上に結像させるズームレンズと
   、該撮像素子より得た映像信号から高域周波数成分信号
   を抽出する回路と、該回路の高域周波数成分信号が最大
   となるようにズームレンズのレンズ系の一部を光軸方向
   に移動させる機構を制御する回路より構成し、被写体に
   オートフォーカスする装置において、上記ズームレンズ
   を構成するレンズ系の前玉レンズ群を固定し、マスタレ
   ンズ群の一部あるいはすべてを光軸方向にパルスモータ
   を用い、リードスクリュネジを介して振動及び移動させ
   ながらフォーカシングすることを特徴とするビデオカメ
   ラのオートフォーカス装置。 ２、前記マスタレンズを固定する内筒と外筒の間隙に、
   ボールベアリングを設け、リテーナで該ボールベアリン
   グが外れない構造としたことを特徴とする請求項１記載
   のカメラのオートフォーカス装置。 ３、前記ボールベアリングは、金属及びプラスチックの
   材質よりなり、表面をコーティングしたことを特徴とす
   る請求項２記載のカメラのオートフォーカス装置。 ４、前記マスタレンズを固定した内筒の一部にブッシュ
   を、外筒内の一部にロッドを設けた事を特徴とする請求
   項１記載のカメラのオートフォーカス装置。 ５、前記ロッド及びブッシュをマスタレンズの周囲に１
   個もしくはそれ以上設けることを特徴とする請求項４記
   載のカメラのオートフォーカス装置。 ６、前記リードスクリューネジに設けた移動枠に突起を
   設け、該突起がパルスモータの軸受けガイドに設けた溝
   に沿って移動することを特徴とする請求項１記載のカメ
   ラのオートフォーカス装置。 ７、前記リードスクリューネジの周囲に弾性部材で構成
   したグリース密封部を設けた事を特徴とする請求項１記
   載のカメラのオートフォーカス装置。 ８、前記パルスモータの駆動回路に、立上り及び立下り
   時の急峻なパルスを入力しないことを特徴とする請求項
   １記載のカメラ用オートフォーカス装置。 ９、前記振動及び移動しながら合焦するパターンで、マ
   スタレンズ移動時、該移動速度を台形及び三角制御した
   ことを特徴とする請求項１記載のカメラ用オートフォー
   カス装置。１０、前記振動及び移動するパターンで高域
   周波数成分のレベルに応じて移動するステップ数を決め
   ることを特徴とする請求項１記載のカメラ用オートフォ
   ーカス装置。