JPS6236632A - 自動焦点整合用レンズ装置 - 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 本発明はテレビジョンカメラに使用しうる自動焦点整合
用レンズ装置に関するものである。

従来の技術 フォーカスを制御する方法として良く知られているもの
に、撮ｆ象面上に於ける被写体像の光強度のピーク値が
ジャストフォーカス（合焦）時に最大になる事を利用し
、ピーク値が最大になる様にレンズ位置を制御する方法
がある。第３図にその概要図を示す。第３図に於いて、
１は撮像レンズ、２はレンズ移動用のモータ、３はレン
ズ位置センサ、４は撮像素子、６は処理回路、６は被写
体を示す。第４図は前記撮像レンズ１の位置に対する撮
像素子４の位置に於ける被写体像の光強度ピーク値を示
したもので、ＬＯ点は最大ピーク（Ｉｍａｘ）時のレン
ズ位置を示す。第３図の構成でフォーカス制御は以下の
順序で行なわれる３、まず、撮像レンズ１を最短距離か
ら最長距離までモータ２により移動させる。同時に撮像
素子４で光強度ピークを読み取ると共にレンズ位置セン
サ３でその時のレンズ位置を読み取る。この情報は処理
回路５に記憶される。最長距離まで撮像レンズ１を移動
し終わると、処理回路６により記憶された光強度ピーク
の中で最大値を示すレンズ位置（第４図に於けるＬｏ点
の位置に相当）にモータ２により撮像レンズ１が移動さ
せられて、ジャストフォーカスとなる。

実際のスチル・カメラでは撮像素子４の位置にフィル、
ムが置かれるので撮像素子４は別の位置に置かれ、ビー
ム・スプリッタ等により、被写体像が結像されるように
なっており、また、撮像素子４本光強度に対する出力特
性のガンマ１以上、又は１以下の光電変換素子が用いら
れる。

さて前記の方法はスチール・カメラの場合には有効であ
るが、ビデオ争カメラのように連続した画面を撮影する
ものに対してはそのまま使用できない。

そこでビデオ・カメラ等の場合には第６図に示す様に、
第３図のレンズ位置センサ３を用いずに撮像素子４のピ
ーク出力が最大になる様に撮像レンズ１の位置を制御す
るフィードバック・ループを構成する方法が考えられて
いる。ただし、この時、撮影レンズ１が静止したままで
はフィードバック・ループ内に誤差出力が生じないので
、撮像レンズ１を微小振動させて制御方向の判別及び制
御を行なう必要があり、交流信号源８及び加算回路７に
より、モータ３は常に正逆方向に微小回転させられる。

これは第４図に於いて、レンズ位置変化ΔＬに対する撮
像素子４の出力変化Δ工（＝Δ工／ΔＬ）を検出し、Δ
工／ΔＬ＝ｅ符号ならば正方向に、ΔＩ／ΔＬ＝Ｃ１符
号ならば負方向にレンズ位置を制御することを意味して
おり、交流信号源８と同期した信号検出方法により誤差
信号が得られる。

ところで、この方法にも大きな欠点があり、ビデオ・カ
メラの様に大きな撮像レンズを用いるものには応用でき
ない。それは、（ａ）レンズを常に振動させるが故にモ
ータ消費電力が大きい。（坤モータの応答速度が遅い為
に交流信号源８の周波数を高くすることができず、従っ
てフィードバック系全体での応答特性が非常に悪い。（
Ｃ）レンズ振動量が大きいとジャスト・フォーカス時の
再生画像にフォーカス・ボケ状のゆらぎが生じるが、モ
ータからレンズまでの駆動機構系バック・ラッシュ時に
よりあまり振動量を小さくできない事であり、すべてレ
ンズ移動用モータによりレンズを振動させる事に起因し
ている。

一前記の如くレンズ移動用モータにより移動させるレン
ズは通常フォーカシングレンズであることが多いが、前
記モータによりレンズを振動させる事による欠点を解消
せんが為に有効な手段として撮像レンズのマスターレン
ズ系、又は撮像素子自身等を振動させる方法がある。第
６図乃至第８図に概要図を示す。第６図はソレノイドを
用いてマスターレンズ系を振動させる例であり、１１は
フォーカシング・レンズ、１２はズーミング用レンズ、
１３はフォーカシング・レンズ移動用のモータ、１４は
マスターレンズ、１６は撮像素子、１６は被写体、１７
は自動焦点整合制御回路、１８はマスターレンズ１４を
ホールドして微小振動させる可動ソレノイド、１９は固
定磁石、２０はソレノイド駆動回路を示す。１７の自動
焦点整合制御回路から出力される基準周波数信号により
、ソレノイド駆動回路２ｏを通じて可動ソレノイド１８
を駆動し、ソレノイドとともにホールドされているマス
ターレンズ１４を前期周波数で光軸方向に微小振動させ
る（以下、ウオブリングと称する）。

第７図はソレノイドに代えて圧電素子を用いてマスター
レンズのウオブリングを行なう例であり、第６図と同一
要素については同一の符号を付している。第６図の２１
はマスターレンズ１４をホールドして微小振動させるバ
イモルフ（貼合せ型圧電素子）、２２はバイモルフ駆動
回路を示す。第６図のソレノイドによるウオブリングと
同様に、７の自動焦点整合制御回路から出力される基準
周波数信号により、バイモルフ駆動回路２２を通じてバ
イモルフ２１を駆動し、そのバイモルフ２１とともにホ
ールドされているマスターレンズ１４のウオブリングを
行なう。

また、第８図は圧電素子を用いて撮像素子自身を振動さ
せる例である。この場合も第６図と同一要素については
同一の符号を付している。２３は撮像素子１６をホール
ドして微小振動させるバイモルフ、２４はバイモルフ駆
動回路を示す。これは第７図のバイモルフによるマスタ
ーレンズのウオブリングと同様の方法で、撮像素子の光
軸方向のウオブリングを行なう。

さらに特願昭６７−７２１０９号に示されているごとき
光路可変素子を用いて前記のマスターレンズ又は撮像素
子のウオブリングと等制約に撮像素子受光面の結像状態
を基準周波で焦点変調することも可能である。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、いずれの場合も基
準周波数信号を機械的振動に変換し、マスターレンズ又
は撮像素子又は光路長可変素子を機械的に振動させてい
るので、振動部の構成が複雑となり、ウオブリング機構
の分だけ重量が増加し、また、ンレノイドや圧電素子を
基準周波数信号で駆動する為の電力を消費するという問
題点を有する。

本発明はかかる点に鑑み、機械的振動機構を撮像レンズ
内または撮像素子周辺に設けることなく、マスターレン
ズまたは撮像素子のウオブリングと等価な機能を有する
軽量、低消電力の自動焦点整合用レンズ装置を提供する
ことを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の自動焦点整合用レ
ンズ装置は焦点距離可変の液晶レンズを備え、前記液晶
レンズの焦点距離を基準周波数で変化させて撮像素子受
光面の結像状態を前記基準周波数で焦点変調し、前記撮
像素子の出力映像信号中の高域周波数成分を検波して得
られる基準周波数成分と原基準周波数信号との同期検波
出力により前記高周波成分の検波出力が最大になる様に
焦点整合動作させるように構成したものである。

作　　　用 上記のように構成することによって、基準周波数の信号
電圧を上記液晶レンズに印加することにより焦点距離を
変化させて撮像素子受光面の結像状態を前記基準周波数
で焦点変調することができ、これによりウオブリング機
構が不必要となって軽量化を可能ならしめるとともに、
液晶レンズ自身の消費電力が非常に小さいので、低消費
電力をも可能ならしめる。

実施例 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の実施例に係る自動焦点整合用レンズ装
置のブロック図である。第１図に於いて、３１はフォー
カシング・レンズで、モータ４７で移動せられる。′３
２はズーミング用レンズ、３３は焦点距離可変の液晶レ
ンズにより構成されたマスターレンズで、液晶レンズ駆
動回路３４によって焦点距離を基準周波数で微小変化さ
せる。３６は撮像素子、３６は撮像素子３６の出力信号
を増幅するプリアンプ、３７は標準テレビジョン（’Ｉ
’／）信号に変換するプロセス回路、３８は同期信号発
生器、３９は撮像素子３６を走査駆動するための駆動回
路、４０は映像信号の高周波成分を通過させるバンドパ
スフィルタ（以下、ＢＰＦと称す）、４１は前記ＢＰＦ
４０の出力のうち、ＴＶ受像機等に表示した時の合焦さ
せる画面範囲（以下、画角と称す）に相当する信号のみ
を通過させるゲート回路、４２は前記ゲート回路４１の
出力の１フイールド又は１フレ一ム期間内のピーク値を
検出するピーク検波回路、４４はフレーム周波数の１／
Ｎ（但し、Ｎは１以上の整数）の基準周波数を発生する
基準周波数発生回路、４３はピーク検波回路４２の出力
より前記基準周波数成分を検出する基準周波数成分検出
回路、４６はその基準周波数成分検出回路４３により検
出された基準周波数成分を、基準周波数発生回路４４に
より発生する基準周波数信号で同期検波する同期検波回
路、４６は同期検波回路１６の出力により、モータ４７
を駆動するモータ駆動回路である。

次に第２図を参照して、自動的な合焦動作について説明
する。第２図は距離Ｄ１の被写体に対する焦点整合装置
の焦点位置を合焦位置から近距離・遠距離側に移した時
のピーク検波回路４２の出力レベルを表わしている。ま
ず、焦点位置Ｄ１より近距離の時、液晶レンズ３３によ
る焦点距離の基準周波数微小変化によって生じせしめた
撮像素子受光面の結像状態の前記周波数による焦点変調
（以下、フォーカス・ウオブリングと称す）Ａ１により
、検波出力からＡ２なる基準周波数成分が検出され、こ
れを基準周波数で同期検波すると、Ａ３なる正極性信号
が得られる。この信号により焦点整合装置の焦点位置は
矢印Ａ４の方向に移動する。

次にＤｌより遠距離の時、焦点距離可変の液晶し／ズ３
３によるフォーカス・ウオブリングＢ１により、Ａ２と
逆位相のＢ２なる基準周波数成分が検出され、同期検波
によりＢ３なる負極性信号が得られる。これはＡ３と逆
極性であるので焦点位置は矢印Ｂ４の方向に移動する。

つまり、遠・近どちらの場合も合焦位置の方向に移動し
、合焦点では基準周波数成分はなくなるので移動を停止
し、合焦点にて安定する。この様にレンズ系も含めた閉
ループを構成しているので、高い合焦精度が得られる。

しかるに、高絞り時またはワイド・ズーミング時には被
写界深度が深くなり、同一の焦点距離の基準周波数変化
量に対して得られる基準周波数成分の量は減少するため
、ループゲインが低下し、合焦点までの時間が長くなる
。従って、絞り値やズーム位置を検出し、高絞り時やワ
イド・ズーミング時には、焦点距離可変の液晶レンズ３
３の焦点距離の基準周波数変化量を太きくシ、等制約に
フォーカス・ウオブリング量が一定になるように液晶レ
ンズ駆動回路３４を制御する。

以上のように本実施例によれば、自動焦点整合装置に用
いるレンズ内に焦点距離可変の液晶レンズを設け、その
焦点距離を基準周波数で変化させることにより、マスタ
ーレンズや撮像素子等を機械に振動させることにより得
られるフォーカス・ウオブリング動作と等価なフォーカ
ス・ウオブリング動作を得ることができる。

なお、本実施例に於いては焦点距離可変の液晶レンズを
マスターレンズとして使用する構成としたが、フォーカ
シング・レンズとして焦点距離可変の液晶レンズを用い
てフォーカス・ウオブリング機能を得ても良い。

発明の詳細 な説明した様に、本発明によれば、焦点距離可変の液晶
レンズに基準周波数信号の電圧を印加することによって
フォーカス・ウオブリング動作が得られ、従来のように
、基準周波数信号を機械的振動に変換してマスターレン
ズまたは撮像素子等を機械的に振動させる必要がなくな
り、従って、レンズまたは撮像素子周辺の機構をシンプ
ルならしめ、かつ不必要となったウオブリング機構分だ
け軽量化をはかることができる。また、従来の機械的振
動素子を駆動する為に要する電力に比し、液晶レンズの
焦点距離を変化させるのに必要な消費電力は極めて小さ
いので低消費電力を可能ならしめる等、その効果はきわ
めて大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る自動焦点整合用レンズ
装置のブロック図、第２図は第１図における動作説明図
、第３図は従来例におけるスチールカメラの自動焦点整
合装置の概略構成図、第４図は第３図の動作説明図、第
６図は別の従来例に係るビデオカメラの自動焦点整合装
置の概略構成図、第６図乃至第８図はそれぞれ従来の自
動焦点整合装置の構成別図である。 ３１・・・・・・フォーカシング・レンズ、３３・・・
…焦点距離可変の液晶レンズ、３４・・・・・・液晶レ
ンズ駆動回路、３６・・・・・・撮像素子、４０・・・
・・・高域用バンドパスフィルタ（ＢＰＦ　）、４４・
・・・・・基準周波数発生回路、４５・・・・・・同期
検波回路、４７・・・・・・フォーカス用モータ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 近□焦、！、イ立１ヒ□　逸 第３図　　　２ Ｌｏ　　　　　　　　　　　　　レンス゛イ友Ｉレンズ
位置Ｌ１２５士す５オ良像系子４９ピーク出声レヘ′ル 第６図 ２θ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 焦点距離可変の液晶レンズを備え、前記液晶レンズの焦
   点距離を基準周波数で変化させて撮像素子受光面の結像
   状態を前記基準周波数で焦点変調し、前記撮像素子の出
   力映像信号中の高域周波数成分を検波して得られる基準
   周波数成分と原基準周波数信号との同期検波出力により
   前記高周波成分の検波出力が最大になる様に焦点整合動
   作させるように構成したことを特徴とする自動焦点整合
   用レンズ装置。