JPH1152226A

JPH1152226A - オートフォーカス装置

Info

Publication number: JPH1152226A
Application number: JP10140821A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Taguchi; 俊一田口; Hironobu Sato; 裕信佐藤; Kenji Sano; 賢治佐野; Takesuke Maruyama; 竹介丸山; Toshio Murakami; 敏夫村上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】オートフォーカス動作を行うマスタレンズを駆
動するパルスモータの騒音を低減する。【解決手段】パルスモータの駆動パルスの立ち上がり及
び立下りにおいて、駆動電圧の波形が略台形状となるよ
うに駆動電圧を変化させる。。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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のに好適なオートフ
ォーカス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のオートフォーカス装置に、ズーム
レンズのマスタ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６
０−４２７２３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。

【０００３】又ナショナルテクニカルレポート、３１
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。

【０００４】又図１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、
結像レンズは撮像素子上に光学像を結像させる作用を有
する。

【０００５】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。

【０００６】

【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たように従来技術
は、圧電素子を用いた光路長微小振動機構を必要とする
ので、その取付け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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】

【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。

【００１０】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たものである。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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
と立下がりを急峻としないでなまし、駆動する。このよ
うにすることにより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にする方法とし
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。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
用いて説明する。図１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３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するコンペンセー
タレンズ群、５はマスタレンズ群、６は絞り装置、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。

【００１５】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
数成分信号の極性と振幅を検出し、制御信号発生回路１
７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うようにステッピング
モータ９を駆動回路により動かす。

【００１６】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。

【００１７】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、図２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Ｐ０に被写体があるとする
と高域成分信号のレベルは図２に示すように位置Ｐ０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
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
の最大値すなわち図２の山の頂上で安定する。

【００１８】次にステッピングモータ９を使用した場合
について図３により説明する。

【００１９】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ステップ、ＣＣＷ方向（反時
計方向）へ１ステッ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
により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。

【００２０】高域周波数成分のレベルｖ２３が０近傍に
なったら合焦状態と判断し、微小振動をより間欠的にす
なわち長い周期で行う。

【００２１】図４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、表面は滑り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。

【００２２】次にマスタレンズ群を微小振動させながら
移動させる様子を図５に示す。至近距離から無限遠∞ま
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ステップの微小振動後７
ステップ無限大方向に移動するパターンを示しており、
図３の前ピン状態である。後ピン状態は、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、
図５に示したように所定の周期Ｔｆで繰り返し、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。

【００２３】ここで上記周期Ｔｆは、例えば６６ｍｓ
（１５Ｈｚ）とし、１ステップ移動する時間は２ｍｓ近
傍とする。

【００２４】図６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。図７は、一般的なバイポー
ラドライバ回路である。図８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、図８に示
したような矩形波を、図７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
ーバシュート等が生じ、それに続いて振動が存在するた
めダンパが用いられた。図７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。

【００２５】図９に、図５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。図
９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うと騒音を発生す
る。

【００２６】本発明は、この騒音を軽減する方法で、図
１０はその一実施例である。図１０において、３１はマ
イクロコンピュータなどの信号パルス発生器で、抵抗部
３２は、Ｒ−２ＲのＤ／Ａ変換でオペアンプ３３により
増幅している。又図１０では、４ビットで１相の立上り
及び立下りを構成している。図１１に図１０の回路の駆
動波形のタイムチャートを示す。図１１において、上方
は図９のタイムチャートを示し、下方がモータ駆動時の
立上り及び立下り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。

【００２７】このステップでの立上げ及び立下げは、図
１２に示すように、（ａ）曲線近似や（ｂ）直線近似が
ある。従来は１ビットのＯＮ−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ット使用して、立
上り及び立下りを緩かにすることにより騒音を低減でき
る。立上げ及び立下げをステップ状にする方法は、図１
０に示す回路において、例えば、１相についてみると４
ビットの中で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ｔ０間隔でイ
ンクリメントすると、図１２（ｂ）に示す立上り波形を
得る。立下りは、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図１２（ａ）に示す曲線近
似を得る。ここでは４ビットを使用しているため１６ス
テップ分割でき、ビット数が多い程、分割数が大きくな
るため、より滑らかにモータを駆動できる。

【００２８】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実施例を図１
３に示す。

【００２９】図１３は、図９の駆動パルスの立上り、立
下りをＲＣ積分回路を用いて滑らかにする回路である。
図１３において、コンデンサをＣ１とＣ２の２系統にし
たのは、時定数を２ケ準備するためである。すなわち図
１４に図１３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
域の立上り及び立下りの時定数を切り換えるためであ
る。

【００３０】図１３において、パルス発生器３１のＭＣ
Ｋ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。ＭＣＫ信号が“Ｈ”のとき振動モード、“Ｌ”の
とき移動モードとすると、振動モードの場合は、ＦＥＴ
３７がＯＮ，ＦＥＴ３８は、ＭＣＫ信号をインバータ３
９を介しているため、ＯＦＦで時定数はＲＣ１である。
又移動モードの場合は、ＭＣＫ信号を“Ｌ”とするとＦ
ＥＴ３７はＯＦＦ，ＦＥＴ３８はＯＮとなり、時定数は
ＲＣ２となる。ここでコンデンサＣ１及びＣ２の容量
を、Ｃ１は大きく、Ｃ２は小さくする。

【００３１】図１４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。

【００３２】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。

【００３３】

【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】

【図１】本発明の一実施例のシステム構成図。

【図２】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

【図３】高域周波数成分のレンズ位置に対するレベル特
性図

【図４】リアフォーカス方式のメカの一実施例の部分断
面図

【図５】マスタレンズの振動と移動パターンを示す図

【図６】ステッピングモータのリード結線図

【図７】バイポーラドライブ回路の回路図

【図８】ＣＷ回転時の１−２相励磁パターンのタイムチ
ャートを示す図

【図９】レンズの振動及び移動パターンと１−２相励磁
の駆動波形を示す図

【図１０】騒音低減回路の一実施例を示す図

【図１１】図１０の回路のタイムチャートを示す図であ
る。

【図１２】図１１の立上り時のステップ電圧波形の図。

【図１３】騒音低減回路の別の実施例を示す図でコンデ
ンサ及び抵抗を用いた回路構成図

【図１４】図１３の駆動波形のタイムチャートを示す
図。

【符号の説明】１…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、１０…リードスクリュー、１３…高域成分抽出回路、３２…Ｒ−２ＲＤ／Ａ変換器、３１…マイクロコンピュータ（パルス発生器）。

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年６月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】１．バリエータレンズ群と、該バリエータレンズ群と以
降に設けられたマスタレンズ群を含むズームレンズと、該マスタレンズ群の一部あるいは全部を移動または振動
させるパルスモータと、該ズームレンズ群により結像された光学像から映像信号
を生成する撮像素子と、該撮像素子から得られた映像信
号から高域周波数成分を抽出する高域成分抽出回路と、
該高域成分抽出回路の出力に応じて該パルスモータの駆
動を制御する回路とを備え、該パルスモータの駆動パル
スの立ち上がり及び立下りにおいて、駆動電圧の波形が
略台形状となるように該駆動電圧を変化させることを特
徴とするオートフォーカス装置。２．前記立ち上がり及び立下りにおける傾斜を変化させ
ることを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス
装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丸山竹介神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所家電研究所内 (72)発明者村上敏夫神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所家電研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学像を結像させるマスタレンズ群と、該マスタレンズ群の一部あるいは全部を移動または振動
させるパルスモータと、該ズームレンズ群により結像された光学像から映像信号
を生成する撮像素子と、該撮像素子から得られた映像信号から高域周波数成分を
抽出する高域成分抽出回路と、該高域成分抽出回路の出力に応じて該パルスモータの駆
動を制御する回路とを備え、該パルスモータの駆動パルスの立ち上がり及び立下りに
おいて、駆動電圧の波形が略台形状となるように該駆動
電圧を変化させることを特徴とするオートフォーカス装
置。