JPH02210975A - 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夛、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
を制御するのに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
少振動させることによｐ１結像面での被写体像の状態を
変化、りま）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）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６０−４２７２５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、該レンズを撮動させ
、これにより７オ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友。

又ナシッナルテクニカルレボー）、３１巻、６号１９８
５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、結像レンズは撮偉素子上に光学
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プ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
記し念よりに従来技術は、圧電素子を用い九九路長微小
振動機構を必要とするので、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）、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、簡易で低騒音のオ
ートフォーカス装置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、バリエータレンズ群以降に７オ一カシング
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）
達成される。

又パルスモータを微小振動させながら移動させるため騒
音があり、低騒音化のために印加電圧の立上りをなまら
した即ち突入電流を抑制し念ものである。

〔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り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くフォーカシング
機能を持−ｈ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良い九め、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
シレンズ位置を検出できるため、ポテンシ曹メータ等を
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シを
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シ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和する
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は変倍作用により
生じる収差を補正スるコンペンセータレンズ群、５はマ
スタレンズ群、６は絞フ装置、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
１３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）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図を用いて無限遠合焦距離
まで移動し、例えば距離Ｐ。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Ｐ。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２
２の極性の信号が検出回路１°４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ステツプ、００ｗ方向（反時計方向）へ１
ステツプ駆動することくよ）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。又振動によシ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マ２５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、表面は滑ヤ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ｃＤｔ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ステツプの微小振動後７ステ
ツプ無限大方向く移動するパターンを示してお）、第５
図の前ピン状態である。後ピン状態は、移動領域の立上
ｐ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！、で繰夛返し、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！、は、例えば６６ｍ５（１３Ｈｚ　）
とし、１ステツプ移動する時間は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ｌ°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
ーバシェード等が生じ、それに続いて振動が存在するた
めダンパが用いられ友。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
ンビエータなどの信号パルス発生器テ、抵抗部３２は、
Ｒ−２ＲＣ）Ｄ／Ａ変換でオペアンプ５５により増幅し
ている。又第１０図では、４ビツトで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シ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、Ｃ＆）曲線近似や（ｂ）直線近似がある。従来
は１ビツトの０Ｎ−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ツト使用して、立上）及び立
下りを緩かにすることによ〕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ビツトの
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ｔ。間隔でインクリメ
ントすると、第１２図Ｃｂ）に示す立上夛波形を得る。

立下〕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ビツトを使用しているため１６ステツ
プ分割でき、ビット数が多い程、分割数が大きくなる九
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、立下夛をＲ
Ｃ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ｆｔＣ１と０２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
域の立上シ及び立下シの時定数を切夛換えるためである
。

第１３図において、パルス発生器５１０ＭＣＫ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。ＭＣ
Ｘ信号がＩＩＨ＠のとき振動モード、＋１ＬＩのとき移
動モードとすると、振動モードの場合は、？Ｅ’ｒ５７
がＯＮ、Ｆｌ？３８は、ＭＣＸ信号をインバータ５９を
介しているため、ＯＦＦで時定数はＲＣ，である。又移
動モードの場合は、ＭＣＸ信号をＩＬＩとするとＦＭ？
３７はＯＦ　Ｆ。

ＦＭ？！１１はＯＮとなり、時定数はＲＣ２となる。

ここでコンデン？Ｃ，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因も高域周
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図はリアフォーカド・・・・・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、 ０・・・・・・リードスクリユー ３・・・・・・高域成分抽出回路、 ２・・・・・・Ｒ−２ＲＤ／Ａ変換器、１・・・・・・
マイク四；ンビエータ（パルス発生器）。 符号の説明 蔦２図 １Ａ５０ 蔦 晴 間 ｙＡ６図 羞７０ 日１４　Ｍ 第１２０ （α） 曲織を侭 （ｂ＞ 直緘血秋 第

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被写体像を撮像素子（７）上に結像させるズームレ
   ンズ（１）と、該撮像素子（７）より得た映像信号から
   高域周波数成分を抽出する回路（１３）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（１
   ）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、 ズームレンズ（１）を構成するレンズ系のマスタレンズ
   群（５）の一部あるいはすべてを光軸方向にパルスモー
   タ（９）を用い、駆動する場合、駆動パルスの立上り及
   び立下りを緩やかにし、該パルスモータ（９）を駆動す
   る事を特徴とするビデオカメラのオートフォーカス装置
   。 ２、上記パルスモータ（９）は、 駆動パルスの立上り及び立下りをステップ状にして、駆
   動される構成である請求項１に記載のビデオカメラのオ
   ートフォーカス装置。 ３、上記パルスモータ（９）は、 駆動パルスの立上り及び立下りを積分回路を介して滑ら
   して駆動される構成である請求項１に記載のビデオカメ
   ラのオートフォーカス装置。