JPH0419606A - 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］ この発明はレンズを有した光学機器のためのレンズ駆動
装置に関し、特に、変倍用レンズ群と合焦及び焦点調節
用レンズ群とを有する光学機器のためのレンズ駆動装置
に関する。

［従来の技術］ 従来、ヒデオカメラ等のように連続的に動画を撮影する
カメラ装置においては、自動焦点調節装置（以下、ＡＦ
と記載する）にょフて検出される前ピン、後ビン、合焦
状態、の判定結果に応じて焦点調節の為のレンズ群の駆
動、伴出又は駆動方向の決定等、を行っていた。又、場
合によっては非合焦によるホヶの程度に応じて駆動速度
を可変とする方法も考えられている。

第８図はイメージセンサ１０１がら輝度信号の高周波成
分かピークに達した時に合焦と判断する方式の自動焦点
調節装置を備え且つ第１群レンズ以外のレンズか焦点調
節の為のレンズ群となる所謂、リアフォーカスズームレ
ンズを組み合わせた場合を示した一例を示す図である。

第８区では変倍によって第１群レンズと第２群レンズが
連動するタイプにて示した。１０２は第１群レンズ、１
０３は第２群レンズ、て所定の関係をもって連動するこ
とによってズーミングを行う。レンズ全長が最短となる
場合が最短焦点距離である。１０４は絞り、１０５は固
定のレンズ群、であり、１０６がフォーカシング及びズ
ーム中の補正機能を有する可動レンズ群である。

このレンズ群１０６は被写体距離に応じてズーム中具っ
た軌跡をとる必要かある。ズームレンズ系が一つの焦点
距離に固定されている場合には、繰り出し、繰り込みを
行ってフォーカシングを行う。レンズ群を繰り出すとよ
り至近距離に合焦する。１０７はＣＰＵ、１０８〜１１
０は後述する領域を形成する境界データ、ズームエンコ
ーダ読み取り回路１１１の検出結果とステップモーター
駆動パルス出力回路１１２によって知ることのできるレ
ンズ１０６の位置によって決まる各領域毎にメモリーし
である速度データと回転方向データである。

１１３はズーム操作スイッチ、１１４は電源スィッチ、
１１５はパワーオンリセット回路でパワーオン時にステ
ップモーターを所定位置に配置してステップパルスカウ
ントを０にリセットする。１１６はステップモータード
ライバーで、ＣＰ、Ｕ２Ｏ５による駆動命令に応じてス
テップモーター１１７を駆動する。１１８はズームモー
タードライバーで、ＣＰ　Ｕ　１０７による駆動命令に
応じてズームモーター１１９を駆動する。１２０はＣＣ
Ｄ等の撮像素子１０１をピント方向、すなわち光軸方向
、に位置可変とする変調アクチュエータで圧電アクチュ
エータ又はボイスコイル等を用いることができる。

また、レンズ１０６をステップモーターで同様に光軸方
向に振幅変調をすることによって等価な働きをすること
ができる。１２１は絞り１０４の駆動メーター内に設け
られたホール素子等の検出素子の出力等により絞り値を
読み取るＦ値読み取り回路（絞りエンコーダ回路）であ
る。

ＡＦ装置１２２においては、この絞り値情報に基ついて
変調アクチュエータまたはステッピングモーターの振幅
を決定するものである。これは絞り値に応して被写界深
度か変化し、撮像素子の変位に対する合焦度の変位の関
係か変化するからである。

１２２のＡＦ装置を第９図で説明する。１０１はＣＣＤ
等の撮像素子である。撮像素子１０１の出力である撮像
信号は、プリアンプ１５１で増幅された後、バイパスフ
ィルタ１５２て高周波成分のみが取り出され、バイパス
フィルタ１５２より出力された撮像信号中より所定の測
距視野内に対応する信号がゲート１５３において取り出
される。

ゲート１５３を通過した信号は検波回路１５４で検波さ
れ積分回路１５５で積分された後、Ａ／Ｄ変換回路１５
６にてデジタル信号に変換される。

この信号のＦＶ値を第１０図に示す。つまり像が尖鋭な
場合には高いＦＶ値が得られ、尖鋭てない場合、つまり
、ボケでいる場合にはＦＶ値は低い値となる。従って基
本的に第１０図に示す通り最もＦＶ値の高い位置を検出
することで合焦状態にあるべきレンズ１０６の位置を判
別することができる。ＣＰ　Ｕ　１０７では、ＦＶ値の
絶対値と、前回と今回のＦＶ値の差、更に絞りエンコー
ダー１５７　によりＣＰＵに取り込まれる絞り値などを
もとにモーターの回転方向と駆動速度を決定している。

第８区においてレンズ１０Ｂの位置制御をＡＦの測距結
果のみで行うのでなく特にズーム中にはズームエンコー
ダとパルス数の値により決まる指定領域毎に記憶されて
いる領域データにもとすいてズームモーターと同時にパ
ルスモータ−をスタートするように構成されている。

第１１図はバリエータ−レンズ位置を縦軸にとって各距
離に応じた両レンズの位置関係を示した図である。図中
の、　　２　、０　、　４．０．００２ｍの様に被写体
距離を示している。ズーミングに際してのバリエータ−
レンズの移動速度が一定であるとすると横軸は時間と考
えることが出来る。自動焦点調節装置のみてズーム中の
レンズ制御を行うには測距サイクルがｔｌであるとする
と、Ｐ、で合焦している状態からワイド（Ｗ）方向へズ
ーミングすると、ｔ１時間迄にレンズ１０６が応動しな
いので２２点となり「ｄｌ×（レンズ１０６の敏感度）
／ＦＮＯＪだけの錯乱円が発生する。このボケが問題と
なる場合には２１点を含む被写体距離軌跡を２１点で微
分して得た速度にてズームモーターとステップモーター
を同時にスタートすれば、このボケが大幅に改善される
。例えばＰｌからワイド方向ヘズームしてｔ１後に２３
点となる。

２４点が理想点と考えると発生しているボケは「ｄ２’
Ｘ（レンズ１０６の敏感度）／絞り値ＦＮａＪとなり、
この様な同時スタートをかける効果が大きいことかわか
る。

したがってｃ　ｐ　Ｕ　１０７内では第１２図の様にマ
ツプを必要精度に応じてＶ方向及びＲＲ方向の両方向て
分割していき、それぞれの領域て代表速度を電子回路の
メモリー内に覚え込ませ、これによってズーム中のボケ
を極力減らすようにしである。ズーム中、テレ端近傍に
おいて記憶される速度データは最高速となり、ステップ
モーターはこの値ての回転か可能となるように構成され
ている。

フォーカシングモーターとして使用されているステップ
モーターの速度、位置の制御は前記の様に行われている
。ステップモーター駆動の為の励磁方式としてはいくつ
かあり、それぞれ特徴がある。第１３図には、二相ステ
２．ブモーター駆動に用いられる一般的な励磁方式を示
す。第１３図（ａ）は−相励磁、　（ｂ）は二相励磁で
、他の励磁方式に比べ高速駆動かできる。

（ｃ）は１−２相励磁て、２相励磁の半分の停止位置制
御ができる。　（ｄ）は１−２相励磁の延長で２相に当
たる部分を階段状に分割し、さらに微細制御に遺した励
磁方式である。本明細書ではこの励磁方式を以後ＭＳ励
磁と記載する。

ステップモーターの特性は、第１４図の様に横軸に回転
速度、縦軸にトルク、をとって表される。１６０はプル
イントルクで、この内側は自起動領域と呼ばれ、自起動
可能な領域である。

１６１はプルアウトトルクであり、１６０と１６１の間
はスルー領域と呼ばれ、自起動領域から次第に回転速度
を上げていけば使用可能な領域である。なお、同一モー
ターにおいても励磁方式を変えれば前記特性は変わる。

従来フォーカシングモーターとしてステップモーターを
用いる場合、前記励磁方式の内、つを採用し、前記自起
動領域内で使用している。

［発明が解決しようとする課題］ 前述のように上記従来例ではステップモーター駆動の励
磁方式として前記励磁方式の内−つだけを採用している
。この為、　（Ｉ）合焦近傍において細かく位置制御す
るとボケ状態を回避する時間か長くなるという欠点、　
（Ｉｔ）ステップモーターをスルー領域で使用する際の
制御が困難になるという欠点、　（ＩＩＩ）ＡＦの為に
細く位置制御するとズーミングの際ステップモーターに
要求される回転速度でステ・ンブモーターを駆動するの
が困難になるという欠点、（ＴＶ）また以上の欠点を解
消する為にはステ・ンブモーターを大型化しなければな
らないという欠点、かあった。

それ故、本発明の目的は、前記の欠点を有しない、新規
なレンズ駆動装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明では、レンズ移動の為のステ・ンブモーター駆動
の励磁方式を、合焦状態、ズーミングの際のレンズ移動
制御情報、ズーミング操作状態、の情報のうち少なくと
も１つに基いて切り換えることにより前記課題を解決し
た。

［実　　施　　例コ 以下に、第１図乃至第２図及び第３図を参照して本発明
の実施例について説明する。なお、以下に説明する本発
明の実施例において第８図と同じ符号て表示されている
構成要素は第８図において説明した構成要素と同一の機
能を有しているものである。

第１図に示した実施例は変倍操作によって第１群レンズ
と第２群レンズとが連動するタイプのズームレンズに本
発明を適用したものである。第１図に示した実施例では
フォーカシングモーターであるステップモーター１１７
によりフォーカシングレンズ１０６を光軸方向に移動さ
せる振幅変調方式のＡＦが構成されている。

第２図は横軸にフォーカシングレンズ１０６の位置をと
り、縦軸に高周波成分の値ＦＶをとったものである。あ
る固定した被写体に対しての合焦位置から至近合焦位置
迄フォーカシングレンズ１０６の位置を移動させた時の
ＦＶ値は図示曲線の様に山形の特性となり、ＦＶ値がピ
ークとなるフォーカシングレンズ１０６の位置が合焦位
置である。なお、ＦＶ値は１つの空間周波数の値を見る
だけに利用するばかりでなく他の制御目的に利用するこ
とも可能なので、ＦＶ値として何らかの正規化等を行っ
た値を使用してもよい。

また、本実施例に於てはＦＶ値としきい値Ｔｈとの比較
を行うことによってボケの程度を分割している。しきい
値ＴｈはＣＰ　Ｕ　１０７に記憶させておき、ＡＦ装置
１２２からＣＰＵに人力されるＦＶ値と比較してＦＶ＞
Ｔｈてあれは合焦近傍と判断てきるので変調振幅として
はレンズ振幅によフて発生する錯乱円径か目でボケか判
断できない錯乱円径、すなわち許容錯乱円径、内に設定
しなければならない。

本実施例てはＦ値読み取り回路１２１により絞り値（Ｆ
値）を読みとり、ＣＰ　Ｕ　１０７　に入力する。この
Ｆ値に基づいてＣＰ　Ｕ　１０７内でステップモーター
の励磁電圧の振幅を決定し、ステップモータードライバ
１１６にその励磁電圧を実現させる圧力を発生させるよ
うに制御信号を入力し、これによりステップモータード
ライバ１１６がステップモーター１１７を駆動する。本
実施例では前記条件よりステップモーター１１７駆勅の
励磁方式として微細制御に通した１−２相励磁あるいは
ＭＳｗＪＭｉ方式を採用する。又、ＦＶ＜Ｔｈであれば
ボケ状態と判断でき、迅速なボケ回避が望まれる。この
為、本実施例ではステップモーター１１７の駆動励磁方
式としては高速駆動に適した２相励磁を採用する。従っ
てボケ回避時間を短縮することができる。第３図はフォ
ーカシングレンズ１０６を微動しなから移動させる様子
を示す。縦軸はレンズ位置、横軸は時間、を示す。（１
）はモーターを各ステップ毎に送るパルスのタイミング
である。なお、第３図に示す状態は時刻ａでＦＶ＝Ｔｈ
となった場合である。

さらにしきい値Ｔｈを増やし、（すなわち合焦状態を分
割し）ボケ回避時間を短縮するたけでなく合焦近傍での
細かい位置制御が可能となる。

本実施例により合焦状態に適したステップモーター駆動
が可能となり、ボケ回避時間を短縮することが可能とな
る。

次に第４図、及び第５図を参照して本発明の第２実施例
について説明する。第２実施例は１−２相励磁、ＭＳ励
磁のスルー領域をも使い、モーターの微細かつ高速駆動
を可能にするものである。第４図にステップモーターの
各励磁方式による一般的特性を示す。特性曲線５１と特
性曲線５２はＭＳ励磁によるプルイントルクとプルアウ
トトルクを、特性曲線５３と特性曲線５４は１−２相励
磁によるプルイントルクとプルアウトトルク、をそれぞ
れ示している。

また、特性曲線５５と特性曲線５６は２相励磁によるプ
ルイントルクとプルアウトトルクである。従フてたとえ
は特性曲線５３と特性曲線５４間の１−２相励磁スルー
領域内の点Ａ１てステップモーターを使用する場合は特
性曲線５３以内の自起動領域の点Ａ２から回転速度をス
ローアップしていかなけれはならず、前記の様な制御は
困難である。それ故、第２実施例では２相励磁により自
起動可能な点Ａ３の回転速度でステップモーターを起動
し、数パルスあるいはタイマーで数秒間２相励磁で駆動
した後、１−２相励磁ＭＳｗ］ｌ１ｆｉに切り換え駆動
する６第５図に本実施例によるｆｆｉ磁シーケンスのタ
イムチャートの例を示す。ＣＰＵに第５図の様な励磁シ
ーケンスを記憶させることにより、細かい制御と高速駆
動とを比較的容易に実現することができる。

次に第６図を参照して本発明の第３実施例について説明
する。第３実施例はズーム中ステップモーターの１−２
相励磁とＭＳｗ′Ｊ磁の自起動領域内の回転速度では出
せない時のみ第２実施例の高速駆動方式を使うものであ
る。

なお、第６図に示した第３実施例はリアフォーカスズー
ムタイプのズームレンズのレンズ駆動装置であるが、フ
ロントフォーカスタイプのズームレンズにも本発明を適
用することもできる。また、ＡＦのための変調方式とし
て変調アクチュエータによってＣＣＤを光軸方向に振幅
変調するタイプを示したがフォーカシングレンズをステ
ップモーターで変調するタイプてあっても構わない。

ズーム中ズームニンコーダ統み取り回路１１１の検出結
果とステップモーター駆動パルス出力回路１１２によっ
て知ることのできるレンズ１０６位置によって決まる各
領域毎にメモリーしである速度データＤｖがＣＰ　ｔＪ
　１０７　に人力される。

あらかじめＣＰ　Ｕ　１０７に１−２相励磁とＭＳ励磁
で自起動可能な最高速Ｄｖｍａｘをメモリーシ、最高速
Ｄ　ＶＩＩｌａＸとデータＤｖをＣＰ　Ｕ　１０７内の
比較手段によりて比較する。Ｄｖ＞Ｄｖｍａｘであれば
Ｄｖは１−２相励磁とＭＳｒｆｊ３磁で自起動可能であ
り、起動時から１−２相励磁とＭＳｗＪ磁を採用する。

Ｄｖ＞Ｄｖｍａｘであれば第２実施例同様、起動時には
数パルスの間２相励磁を用いた後１−２相励磁とＭＳ励
磁に切り換え、１−２相励磁とＭＳ励磁スルー領域にお
いてステップモーターを励磁する。

本実施例により第２実施例同様ステップモーターを微細
かつ高速で駆動することかできる。

次に本発明の第４実施例について説明する。

ズーム中においては画角変化かある為ボケか巨立ちにく
い。すなわちズーム中は通常のＡＦに比べ多少あらい位
置制御が可能となる。本実施例ではこのことを利用し、
ズーム操作スイッチがＯＮであればステップモーター駆
動の励磁方式として高速駆動可能な２相励磁を用いる。

ズーム操作スイッチがＯＦＦであれは細かい制御が可能
な１−２相励硼及びＭＳｗＪ磁を用いる。第７図に本実
施例による励磁方法の例をタイムチャートで示す。

本実施例によりズーム中必要な高回転速度をステップモ
ーターを大型化することなく出すことが可能になる。

［発明の効果コ 以上説明した様に、合焦状態、ズーミングの際のレンズ
移動制御情報、ズーミング操作情報、のうち少なくとも
１つに基いてレンズ移動の為のステップモーター駆動の
励磁方式を切り換えることにより、 １、合焦近傍において細かい制御をし、かつボケ状態を
回避する時間を短縮することが可能になる、 ２、ステップモーターをスルー領域で使用する為の制御
が簡単になる、 ３、ＡＦの為に細く制御し、かつズーミングの際ステッ
プモーターに要求される回転速度でステップモーターを
駆動することが可能になる、 等の効果を奏することかできる。

従って、本発明によれば、ビデオカメラのモーターの性
能に関する問題をモーターの大型化をはからず解消する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレンズ駆動装置の第一実施例の概
略図、第２図は自動焦点調節装置の原理及び動作を説明
するための図、第３図は第一実施例においてモーターを
駆動することによってレンズ位置が変化する状態を示し
た図、第４図は第二実施例を説明するためのステラフモ
ーター特性図、第５図は第二実施例における励磁方式を
示した図、第６図は第三実施例の概略図、第７図は第四
実施例の励磁方式を示した図、第８図は従来のビデオカ
メラの概略図、第９図はＡＦ装置の概略図、第１０図は
自動焦点調節装置の原理図、第１１図はビデオカメラに
おけるレンズの相対的位置関係を示した図、第１２図は
ズーム中のカム軌跡分割の例を示す図、第１３図は二相
ステップモーターの一般的な励磁方式を示す図、第１４
図はステップモーターの一般的な特性図、である。 １０１・・・撮像素子 １０２〜１０８・・・ズームレンズ群 １０７・・・ＣＰｔＪ １０８〜１１１・・・制御データ １１１・・・ズームエンコーダ読み取り１１２・・・ス
テップモーター駆動パルス出力１１３・・・ズーム操作
スイッチ １１６・・・ステップモータードライバ１１７・・・ス
テップモーター１２２・・・ＡＦ装置第 図 １Ｉ＋ 第 図 タイミンクパルス ２用即ノ■ ）ビ１１１Ｌ赴ｉ！ノ（【愛ヨ［ 第 図 ＲＲ群位置 ２．５ｍ―□□□□Ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　光軸に沿って移動して変倍作用を行う為の第１レン
   ズ群と、変倍時の補正及び焦点合わせの作用を行なう為
   の第２レンズ群と、を有した光学機器のためのレンズ駆
   動装置であつて、合焦状態を検知する合焦検知手段と、
   前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の位置情報及び前
   記第１レンズ群の移動速度情報に応じて設定した前記第
   ２レンズ群の移動制御情報を記憶した記憶手段と、ズー
   ム操作の有無を検知する検知手段と、前記三つの検知及
   び記憶手段から得られる情報のうち少なくとも一つの情
   報によりレンズ群移動の為のステップモーター駆動の励
   磁シーケンスを切り換える制御手段と、を有しているこ
   とを特徴とするレンズ駆動装置。