JPH01155778A - オートフォーカス装置を備えたビデオカメラ - 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、特に撮影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忙レンズ位置を
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ＶＣ，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
どちらに動かせばよいか１判足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帰還回
路を構成している。このような従来例としては１例えば
特開昭６０−４０７２３号公報に記載されているよう圧
マスタレンズ群の中に摂動レンズを配置し、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
し前玉レンズ群を元軸方向に移動し、被写体に合焦させ
ていた。

又ナシ−ナルテクニカルレボ−）、３１巻、６号。

１９８５年１２月６５〜６フ頁に記載のように、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５にビデオカメラ等圧おけるズームレ
ンズ系は、一般にフォーカシングレンズ（前玉レンズ）
　ｆｆ　、　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ヲなす
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少振動機構を設
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問題点〕

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少
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。

又圧電素子を駆動するｋは数１０■以上の駆動電圧を必
要とし消費電力も大きい。ビデオカメラ等の低電圧のバ
ッテリで動作させる機器の場合このような比較的高い電
圧を発生させる手段を余分に設ける必要がある。

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少振動させながら移動させる
ことができれば、上記した光路長微少振動機構を別途設
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ＤＣモータが用
いられており。

この様なモータでフォーカシングレンズ群を微振動させ
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少振動装置を設置す
ることな（、レンズを微動しながら移動させてフォーカ
シングする。すなわち光路長微少振動とフォーカシング
を兼用可能とする装置を実現し、省電力の効果を得、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
な行い、かつこれを所定の周波数で微少振動させながら
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、パルスモータの駆動方法で省電力化が図れる。

〔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だ可能であ
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、換言すれば撮影画像のボケを検知し、ボ
ケが最少となるよう忙帰還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（軽量であるため、小形低トルク
のパルスモータで駆動が可能である。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
できるためボテンシ箇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、微小振動させる場合ホールド電
流をカットする事により大幅な省電力化が可能となる。

〔実施例〕

以下１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
生じる収差を補正スル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
はマスタレンズ群を保持した内筒で、外筒２０を固定し
、内筒８１！を光軸方向に前後移動可能となるように内
筒８と外筒２０の間にボール９を設ける。１０はボール
９が外れないようにしたリテーナである。

内筒８を移動する方法は、パルスモータ１１に設けたリ
ードスクリュータイプのシャフト２１に枠２２を設け、
この枠２２と内筒８を支持棒で連結し、パルスモータ１
１０回転により枠２２が直線運動を行い。

内筒８が連動するものである。

撮像素子７の出力信号は前置増幅器１２にて増幅し、カ
メラ回路１３にてカメラ信号が生成されろ。

１４は、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１４である。高域成分抽出回路１４の出力信
号は、フォーカスを微少変化させているのでその変化成
分を含む、１５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１６に入力し、基準信号発生回路１７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
号の極性と振動を検出し、制御信号発生回路１８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パルスモータ１１を駆
動回路１９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
路の制御方法について第２図を用いて説明スル。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１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ｐｏで最大となる
山の形を示す。２４は、マスタレンズ群の微少振動を示
し、被写体に対して近距離側に位置する場合は、２５の
極性の信号が、遠距離側に位置する場合は２６の極性の
信号が検出回路１５の出力に検出される。２５の信号を
同期検波した信号でモータを無限遠方向に、２６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。

次にパルスモータ１１を使用した場合について第３図に
より説明する。

パルスモータを使用した時、微少振動はＣＷ（時計方向
）へ１ステツプ、ＣＣＷ方向（反時計方向）へ１ステツ
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太き（すること
ができる。パルスモータの振動と同相パターンを前ビン
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ｖ２７がＯ近傍になるまでマスタレンズ群を
すなわちパルスモータを回転させろ。

高域周波数成分のレベル１１２７がＯ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。

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４図に示す。至近距離から無限遠閃までの移動量
ｆｎステップにすなわちｌパルスでｌ／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８ステップ無
限大方向に移動するパターンを示しており、第３図にお
いて前ピンの状態である。後ピン状態では、移動領域の
立上り状態が逆に立下り状態となる。この微小振動と移
動パターンは、第４図に示したように所定の周期Ｔｆで
繰り返す。図では８ステツプ移動を示しているが１条件
によっては１例えば合焦点に近づ（とステップ数を少な
（すなわちゆつ（つと移動することも容易にできる。

次にステッピングモータを用いて第４図のパターンを実
現する方法について述べる。

第５図はステッピングモータのバイポーラドライブ用の
リード結線図で、第６図は一般的なバイポーラドライバ
回路図である。第７図は、ＣＷ回転時の１−２相励磁パ
ターンを示す。

ここでバイポーラの１−２相励磁を掲げた理由は、１相
及び２相励磁が （１）１相励磁は、ステップ角がフルステップで、電源
が小さいもので良いがコイルの利用効率が悪い。

（２）２相励磁は、（１）と同様ステップ角がフルステ
ップで、コイルのすべてが励磁されるためダンピング特
性が良く、又コイルの利用効率も良い。

とい５特徴を持ち、ｌ−２相励磁は、上記（１１、（２
）の中間の特徴でステップ角がハーフステップである点
である。すなわち同一のパルスモータで１ステツプの移
動量′？：ｌ／２すなわち２倍の分解能で移動量を制御
できる点である。

次に１−２相励磁で第４図に示した微小振動土移動パタ
ーンを駆動するパルス波形について述べる。

第８図は、一般に微小振動＋移動パターンを。

１−２相励磁で駆動する時のパルスモータ１１の各相の
タイムチャートである。振動部は、ＣＷ方向にハーフス
テップ、ＣＣＷ方向にハーフステップ駆動し、ＣＷ方向
に４（８ステツプＸ＋）ステップ移動する。このタイム
チャートをプログラム化し、マイクロコンピュータより
第６図のドライバ回路に出力すると振動＋移動パターン
の動きを行うが、第８図の斜線の部分（ホールド状態）
で電流が流れ（以下これをホールド電流と呼ぶ）、消費
′電力が大きいことが分った。

従って本発明は、第８図のホールド電流を除去し、消費
電力を低減するために第９図に示したようなタイムチャ
ートとした。第９図において、励磁モードが８８（１６
進数表示）から９Ｈとハーフステップ回転（移動）し、
振動パターン領域に入る。時間ｔｌ内でハーフステップ
動作する最少時間ｔ１Ｇ　経過後４相とも０とし、モー
タのコイルに電流は流さない。このときパルスモータの
回転子は、９Ｈの励時状態と同じ状態で動くことはない
。従って次に振動する場合励磁モードＩＨを与えるとハ
ーフステップＣ界方向に回転し１時間ｔ２間コイルに電
流を流す。時間ｔ２２経過後転子を振動前の状態に戻す
ため、励磁モード９ＨＹ与え、ＣＣＷ方向ヘハーフステ
ップ回転させる。９Ｈの励磁時間は＆　　ｔｌｏとし１
時間ｔｔｏ後４相ともＯとし、電流を流さない。

次に又逆方向に振動させるため励磁モード８Ｈを与える
。時間ｔ４経過後は、励磁モード９Ｈ１ｆ！：与え、振
動前の状態に戻し移動パターンに入る。移動パターンは
、従来から行われている方法であり、第９図はＣＷ方向
へ回転させた場合で、ＣＣＷ方向へ回転する場合は励磁
モードを。

９→８→Ｃ→４→６→２→３→１→９ とすれば良い。

また第９図のタイムチャートで振動部分即ち時間ｔ２及
びｔ４が、　ｔ２　＊　’４　＞　’１Ｇの関係でホー
ルドする必要がなければｔ２及びｔ４の領域でｔ２の立
上りからｔｔｏ後及びｔ４の立下りからｔｔｏ後、４相
とも０とすると振動パターン領域におけるコイルＷ、流
は更に小さ（なり、省費電力は低減できる。

上記したホールド電流を除去する方式は、第１０図に示
すように振動部を１ステツプ（ハーフステップｘ２）回
転させた場合も、又数パルスの振動パターン疋おいても
適用できる。

又第９図においては、１−２相励磁の場合について述べ
て来たが、１および２相励磁においても適用できる。

以上述べた方式は、ソフト的にホールド電流を除去し、
消費電力を低減するものであったが１次にホールド時に
駆動時より少ない電流を流し省電力化を図る方法につい
て述べる。

第１１図は、第６図の駆動回路の電流を制御する回路で
ある。すなわちトランジスタＴｒと抵抗ＲＹパラレルに
接続し、駆動回路の電源供給線に接続する。トランジス
タＴｒと抵抗Ｒの他方は電源電圧Ｖｃｃとし、パルスモ
ータを回転させている場合はトランジスタＴｒ１ｆ！：
ＯＮＬ、ホールド状態においては、　Ｔｒを０ＦＦＬ、
抵抗Ｒを介して駆動回路に電流を供給する。

第８図に示した駆動パターンにおいて、ｌ−２相励磁と
トランジスタＴｒを制御するタイムチャートを第１２図
に示す。第１２図において、斜線で示すホールド電流が
流れる時間は、トランジスタＴｒを制御する信号φ。。

二〇とし、モータを回転させるとぎはφＣＣ”　ｌとす
る。

Ｔｒを制御するパルス波形φＣＣは、モータの駆動と同
様にソフトで作成できる。

〔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
別に特別に光軸上圧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、かつ振動時のホールド電流を低減できるため
省電力化が図れる。

【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、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図も高域周波数成分のレンズ位置に対するし′ペル
特性図である。第４図はマスタレンズの撮動７図は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
。第８図は、第４図のパターンを１−２相励磁で駆動し
た時のタイムチャート。 第９図は、第８図でのホールド電流を除去したセタのタ
イムチャートである。第１０図は、振動時のステップ角
を増加した場合のタイムチャートであチャートである。 １・・・ズームレンズ系、　２・・・前玉レンズ群。 ３・・・バリエータレンズ群。 ４・・・コンペンセータレンズ群、 ５・・・マスタレンズ群、　７・・・撮像素子、８・・
・内筒、２０・・・外筒。 ９・・・ポール、１１・・・パルスモータ。 ２１・・・リードスクリュー。 １４・・・高域成分抽出回路。

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とからなり、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全てを光軸方向にパルスモータを
   用い、振動及び移動させながらフォーカシングし、振動
   モードのホールド時は電流を流さないことを特徴とする
   ビデオカメラのオートフォーカス装置。 ２、パルスモータの電源を制御して振動モードのホール
   ド時は電流を回転時より小さくすることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のビデオカメラのオートフォー
   カス装置。