JPH0226834B2

JPH0226834B2 -

Info

Publication number: JPH0226834B2
Application number: JP57176112A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Hanma; Yoshuki Kono; Toshio Murakami; Yoshihiro Todaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-10-08
Filing date: 1982-10-08
Publication date: 1990-06-13
Also published as: JPS5966274A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕本発明はオートフオーカス装置に係わり、特に
ビデオカメラに好適なオートフオーカス装置に関
するものである。

〔従来技術〕

従来、ビデオカメラのオートフオーカス装置と
して、映像信号中の高域周波数成分から撮影画面
の精細度を検出し、精細度が最大となるようにレ
ンズの位置を制御するいわゆる山登り方式が知ら
れている。この方式はたとえば本出願人が先に出
願した特開昭56−51164号などに詳細に述べられ
ているが、以下第１図を用いてこの方式を簡単に
説明する。同図で１はレンズ２はカメラ回路、３
は焦点量検出回路、４は差分検出回路、５はDC
モータ駆動用制御回路、６はDCモータ、７はレ
ンズ１の焦点距離検出回路、８はレンズ移動範囲
計算回路、９はレンズ位置検出回路である。

レンズ１に入射する被写体よりの光はカメラ回
路２で電気信号に変換される。この電気信号の高
域周波数成分はレンズ１のピント状態が甘ければ
少なく、ピントが合つているほど多いことを利用
して、焦点量検出回路３はカメラ回路２の出力信
号を高域フイルタを通過させた後に画面１枚を形
成する期間、すなわち１フイールド期間（テレビ
ジヨン方式の場合1/60秒）にわたつて検波積分
し、ピントの合い具合が良いほど高い電圧（以後
この電圧を焦点電圧と呼ぶ）を出力する。従つ
て、この方式のオートフオーカス装置は、DCモ
ータ６により、レンズ１のピント部分を駆動し、
かつ、レンズ位置検出回路９でその時点のレンズ
１の位置を記憶、確認しながら、差分検出回路４
で焦点量検出回路３の出力である焦点電圧の増加
あるいは減少を検出し、焦点電圧が増加している
間はDCモータ駆動用制御回路５はDCモータ６の
回転方向をそのままに保つことによりレンズ１の
ピントがますます合う方向へと制御し、ついには
ジヤストピント点を行きすぎて差分検出回路４の
出力が減少を検出した時点で、DCモータ駆動用
制御回路５はモータ６を逆転し、それまでの過程
で最も高い焦点電圧を得た位置、すなわちジヤス
トピント点へとレンズ位置検出回路９の出力信号
を参照しつつレンズ１を戻す。ここで、焦点距離
検出器７およびレンズ移動範囲計算回路８は、あ
らかじめ定めたピント合わせ可能距離範囲、たと
えば至近距離1.5ｍ〜無限遠（∞）を確保するた
めに設置される。すなわち、レンズ１の必要な移
動範囲はレンズ１の焦点距離により異なり、レン
ズ１のズーム倍率が低い場合には、被写界深度が
深いのでその範囲は狭くて良く、レンズ１のズー
ム倍率が高くなるにつれて広くなることを利用し
て、オートフオーカス装置の合焦動作所要時間を
短縮し、かつ誤動作などによるピント外れの確率
の増大を未然に防ぐ。レンズ位置検出回路９はレ
ンズ１の位置が上述のレンズ移動範囲計算回路８
の指示する範囲内にあることを確認するためにも
用いられ、レンズ１のピント合わせ機構に連動す
る接触式あるいは非接触式ポテンシヨメータなど
が用いられる。以上が、山登り方式のオートフオ
ーカス装置の動作である。

さて、この装置に用いるモータとして、通常の
DCモータを使用するかわりに、それ自身が無接
点構造であるパルスモータを使用すること（例え
ば、特開昭56−147132号参照）ができれば、装置
の長寿命化が達成できる利点が生ずる。さらに
は、レンズ１の位置をパルスモータを駆動するパ
ルスの数をカウントすることにより知ることがで
きるため、同時にレンズ位置検出回路９を削除す
ることにより低コスト化が行なえると単純な理解
をし勝ちであるが、このアイデイアをそのまま適
用するには種々の問題がある。

第１の問題点は、ビデオカメラの撮像信号から
焦点電圧を得ていることに起因する。すなわち、
テレビジヨン方式では、一枚の画像が1/60秒毎と
いう一定時間周期で完成するため、ピント合わせ
に用いる焦点電圧も一定周期毎にしか得られず、
従つて差分検出は1/60秒毎、あるいはその整数倍
の時間毎に行なわれることになる。DCモータに
より、レンズ１の位置駆動が一定速度で連続的に
行なわれる場合、差分検出周期に生ずるレンズ１
の移動量は一定なので、この1/60秒毎という断続
的な動作は問題を生じないが、パルスモータによ
り、レンズ１の位置駆動が差分検出の周期と異な
る周期で、階段的に行なわれる場合は、差分検出
の周期である1/60秒の間に生ずるレンズ１の移動
量が各差分検出周期間で±１パルス駆動分の変動
を生ずることにより、必ずしも一定の値とならな
いので、発生する差分電圧にむらを生じ、誤動作
を生じやすくなる。これはDCモータの駆動スピ
ードが各差分周期で一定でないことに相当すると
考えれば理解しやすい。この現象はパルスモータ
の駆動周期が1/60秒に対して十分小さな値の場合
は問題とならないが、パルスモータの駆動周期が
１／６０秒に近ずくにつれて大きな障害となるのは明
白である。

その第２の問題は、レンズ１の位置検出に関す
ることである。パルスモータを使用する場合上記
したパルスの数をカウントすることにより、レン
ズ１の相対的な位置の移動を検出することはでき
るが、オートフオーカス装置が必要とするレンズ
１の絶対位置を知ることができない。すなわち、
オートフオーカス装置の動作の初期状態たとえば
装置の電源が投入された時のレンズ１の絶対位置
が知られない限り、パルスの数をカウントして得
たレンズ１の検出位置と、実際のレンズ１の位置
は平行的なズレを有してしまうため、レンズ１の
位置を、移動範囲計算回路８の定める絶対位置の
範囲にとどめることができない。更には、仮にレ
ンズ１の初期位置を知りえたとし、その位置を基
準としてパルス数をカウントしたとしてもレンズ
１の検出位置が正しくレンズ１の位置をとらえて
いるとするわけにはいかない。その理由は、パル
スモータとレンズ１のピント移動構造を連結する
機構が実質的にガタを有するため、長期動作のう
ちにこのガタによる空送り誤差が蓄積してしま
い、その誤差分が無視できなくなることによる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した欠点のない、パルス
モータによるレンズ駆動機構を有するオートフオ
ーカス装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明におけるオー
トフオーカス装置においては、パルスモータの駆
動タイミングを焦点電圧が更新されるタイミング
に同期させて行なうことにより、各差分周期期間
での送りパルス数を同一にする。さらに、オート
フオーカス装置の初期動作時などにレンズがどの
位置にあつてもパルスモータをレンズ移動機構の
端たとえば無限遠位置に十分おしあてられる以上
の時間、又はパルス数だけ駆動すると同時に、そ
の時点のレンズ位置メモリを初期値にセツトして
からオートフオーカス動作に移行することでレン
ズ位置の絶対値を検出する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第２図を用いて説明
する。同図で１，２，３，４，７，８は各々レン
ズ、カメラ回路、焦点量検出回路、差分検出回
路、焦点距離検出回路、移動範囲計算回路であ
り、第１図を用いて説明した従来のオートフオー
カス装置の同一番号を付した機能、回路と同一の
機能を有する。１０はレンズ１のピント合わせ機
構を駆動するパルスモータ、１１はレンズ位置メ
モリ、１２はこすりつけ回路、１３は端子１４は
パルスモータ駆動制御回路である。パルスモータ
駆動制御回路１４はパルスモータ１０の駆動タイ
ミングパルスを焦点電圧が更新されるタイミング
に同期して発生する。この点は後に詳述する。

こすりつけ回路１２の機能は、パルスモータ１
０により駆動されるレンズ１のピント合わせ機構
の位置（レンズ位置）を、レンズ位置メモリ１１
の内容と一致させるための初期位置合わせにあ
り、それは下記の２動作から成る。

（動作１）初期位置合わせ：オートフオーカス
装置の動作開始時、たとえばこの装置が装備され
たビデオカメラの電源の投入直後にこすりつけ回
路１２は、端子１３に信号が印加されたことを検
出し、パルス・モータ駆動用制御回路１４を介し
てパルスモータ１０を所定方向たとえば無限遠方
向へと、レンズ１のレンズ移動機構の全ストロー
クを移動させるに十分な所定のパルス数だけ駆動
すると共に、レンズ位置メモリ１１の内容を所定
の初期値、たとえばゼロに設定する。このように
すると、オートフオーカス装置の動作開始時に、
レンズ１のレンズ位置がいかなる位置にあろうと
も、その位置はパルスモータ１０の駆動に併つて
無限遠方向に移動して、遂には無限遠位置にある
機械的なストツパに突き当りその後はパルスモー
タ１０が空転しつつ無限遠位置にとどまる。従つ
て、所定のパルス数がパルス・モータ駆動用制御
回路１４より全て送出された直後はレンズ位置は
無限遠位置にあり、レンズ位置メモリ１１の内容
もその位置に対応した値となつている、以上が動
作１である。その後のオートフオーカス動作は、
パルスモータ駆動回路１４の送出パルス数に対応
してレンズ位置メモリ１１の内容を増加、あるい
は減少させることにより、レンズ位置とレンズ位
置メモリ１１の内容は絶対値として一致すること
になるので、この構成の場合も、後述のガタがな
い限り第１図を用いて説明したと同様の山登り方
式によるオートフオーカス動作が行なわれるのは
容易に推察できる。

（動作２）山登り動作中のレンズ位置補正：上
記した動作１によつて初期位置合わされた後のレ
ンズ位置とレンズ位置メモリ１１の内容は、その
後のオートフオーカス動作で、パルス・モータ駆
動回路１４がパルスモータ１０を送る正転又は逆
転のパルス数と、レンズ位置メモリ１１の内容の
増加又は減少を対応させて行なえば、ずれを生ず
ることが無いかに見える。しかしながらパルスモ
ータ１０とレンズ１のピント調節機構を歯車又は
それに類する構造により減速させて、又は減速さ
せずに連結する通常の方法では、この連結区間に
わずかながらガタを有し、パルスモータ１０の駆
動、停止、反転の毎にこのガタによるレンズ位置
とレンズ位置メモリ１１の内容が誤差を生じ、長
時間の動作中にこの誤差分が蓄積し、許容し得な
い値となる。そこで、通常のオートフオーカス動
作がしている間もレンズ位置メモリ１１の内容が
あらかじめ定めた値より先の（動作１）で設定し
た所定の初期値に近い値となつた場合は、こすり
つけ回路１２はパルス・モータ駆動回路１４を、
差分検出回路４の出力に優先して駆動し、パルス
モータ１０を一担（動作１）と同じ所定の方向、
たとえば無限遠方向へとあらかじめ定めたパルス
数だけ送ると共に、レンズ位置メモリ１１の内容
を所定の初期値たとえばゼロに設定し直してから
改めてパルスモータを反対方向に駆動した後に、
パルス・モータ駆動回路１４の制御入力を差分検
出回路４に戻す。このようにすると、それまでの
オートフオーカス動作中の誤差蓄積分が補正され
る。この場合の送りパルス数は（動作１）より少
ない数で良いのは明白であり、通常は数パルスで
良いのでこの（動作２）によるオートフオーカス
装置の本来の動作はほとんどそこなわれない。以
上が（動作２）である。

第３図にこすりつけ回路１２をマイクロコンピ
ユータのプログラムとして実施した例を示す。同
図で、電源の投入などを第２図の端子１３に印加
される信号で検知した場合、用意されたレンズ送
りカウンタにレンズの機構的な移動可能範囲より
も大なる数（たとえば128）をセツトしレンズを
あらかじめ定めた方向（∞方向）に送ると同時に
レンズ送りカウンタの内容をそれに連動してゼロ
（又は負）になるまで減算し、これが終了した時
点でレンズ位置メモリ１１の内容を初期値にクリ
アすることによりこすりつけ回路１２の（動作
１）を行なつている。

又、こすりつけ回路１２の（動作２）はオート
フオーカス動作のプログラムの中に含まれてお
り、オートフオーカス動作の途中でレンズ位置メ
モリ１１の内容が一定の数Ｃ（たとえば５）以下
となつたら、上記したレンズ送りカウンタの内容
をあらかじめ定めた数Ｃより大きな数（たとえば
10）だけレンズを（動作１）と同じ方向に駆動
し、その後レンズ位置メモリ１１の内容を初期値
にクリアしてから、レンズを至近方向に駆動し、
オートフオーカス動作にて復帰する。同図におい
て、パルス・モータ駆動回路１４、差分検出回路
４、レンズ位置メモリ１１、レンズ移動範囲計算
回路８などの検出、制御回路は同一マイクロコン
ピユータ内に収納可能であり、当業者にとつては
たとえば日立製作所製のワンチツプ４ビツトマイ
クロコンピユータHMCS44、HMCS45などを用
いて容易に構成しうる。

次にパルスモータ１０の駆動を差分検出回路４
と同期させる方法につき説明する。第２図中でカ
メラ回路２からパルスモータ駆動回路１４に導か
れた線はテレビジヨン信号の垂直同期信号又はそ
れに類する信号線を示しており、パルス・モータ
駆動回路１４は差分検出回路４の指令に応じてこ
の信号に同期してパルスモータ１０を駆動し、パ
ルスモータ１０を正転あるいは逆転させる。従つ
てパルスモータ１０はテレビジヨン信号の垂直同
期信号に同期した位相でこの垂直同期信号周期毎
に、あらかじめ定められたパルス数たとえば１パ
ルスに相当する量だけレンズ１のレンズ位置を移
動させることになる。このようにすると焦点量検
出回路３の発生する焦点電圧の更新される周期が
上記垂直同期信号と一致しているので、隣接する
焦点電圧の差、すなわち差分検出回路４で増加、
あるいは減少判断される電圧に寄与するレンズ１
のレンズ位置移動量が一定であることを意味する
ので、差分電圧のむらが生じないことになり、誤
動作が生じない。

次に以上説明したパルスモータ１０の駆動を、
差分検出回路４と同期させる動作をマイクロコン
ピユータで実施する場合につき説明する。第４図
は第２図に示した本発明の実施例の構成のうち、
差分検出回路４、パルス・モータ駆動制御回路１
４、移動範囲計算回路８、レンズ位置メモリ１
１、こすりつけ回路１２をマイクロコンピユータ
１００により構成しており、その動作、機能は第
２図の構成のそれぞれの構成の動作、機能と同一
である。１０１はプログラムを格納するための
ROM、１０２はCPU、１０３はメモリとして使
用するRAM、１０４は入出力端子群、１０５は
タイマであり、それぞれはマイクロコンピユータ
１００に内蔵されている。第４図において、移動
範囲計算回路８、レンズ位置メモリ１１、こすり
つけ回路１２がマイクロコンピユータ１００で構
成しうるのは明らかであり、その説明は省略す
る。

第５図はパルスモータ１０の駆動を焦点電圧の
差分検出動作と同期させるマイクロコンピユータ
１００の動作を説明するためのプログラムのフロ
ーチヤート、第６図は波形図である。第４図にお
いてカメラ回路２から撮影映像信号に対応する垂
直同期信号（第６図ａに示す）が端子１０７に入
力される。端子１０７には、マイクロコンピユー
タ１００の割り込み入力端子が接続されているの
で、この端子１０７に垂直同期信号が印加される
と、第５図に示したプログラムが始動され、タイ
マ１０５が起動する。この場合、タイマ１０５の
動作時間は垂直同期信号周期の約1/2が選択され
ているので、タイマ１０５は第６図ｇに示す様
に、垂直同期信号に同期して、その周期の1/2は
動作し、残りの1/2は停止していることになる。
従つて、第６図ｈに示すように、タイマ１０５の
起動および停止に対応してその都度パルスモータ
１０を駆動すれば、パルスモータ１０はカメラ回
路２より供給される垂直同期信号に同期して動作
し、レンズ１の位置を移動させることになる。一
方、カメラ回路２において、撮影映像信号は、第
６図ｂに示すように、垂直同期信号に同期して出
力されているので、焦点電圧もこれに同期して発
生する。ここに焦点電圧波形（同図ｃ）が垂直同
期信号周期の中程で増加し垂直同期信号の立ち上
り時刻にゼロ電位にクリアされているのは、焦点
電圧発生回路３において、撮影画面の中央付近に
対応する映像信号だけを通過させてからその高域
周波数成分を検波積分して積分電圧を得、その積
分電圧がとなりの撮像信号に対応する積分電圧と
混合するのを防止する目的で垂直同期信号の立ち
上りで積分電圧をクリアすることにより焦点電圧
を得ているからである。発生した焦点電圧は、第
６図ｄに示すタイミングパルスを第４図中の端子
１０６に発生させることによりA/D変換器３１
でデイジタル量に変換してマイクロコンピユータ
１００に入力し、RAM１０３内に確保された焦
点電圧メモリに格納する。従つて、マイクロコン
ピユータ１００が認知する焦点電圧は、第６図ｅ
に模式的に示す如く、垂直同期信号に同期した値
となる。マイクロコンピユータ１００は、この記
憶した焦点電圧の値と先行して同様に記憶した焦
点電圧の値の差をCPU１０２で計算することに
より差分検出を行なう。この差分検出は、マイク
ロコンピユータ１００に垂直同期信号周期で撮影
画像に対応した焦点電圧が入力されるわけである
から、第６図ｇに示す如きタイミングで垂直同期
信号に同期して行なわれる。以上説明したよう
に、マイクロコンピユータ１００は、差分検出動
作と、パルスモータ１０の駆動タイミングの両方
を垂直同期信号に同期して行なう。ここでパルス
モータ１０の正転、逆転、停止が差分検出の結果
あるいは移動範囲計算の結果などにより行ない得
るのは説明するまでもなく理解されるので第４図
の構成が第２図に示した構成と同一の動作、機能
を有する。

なお、上記の説明で、マイクロコンピユータ１
００の割り込み信号入力として垂直同期信号を用
いたが、この信号入力は、垂直同期信号そのもの
ではなくても、これに同期した信号であれば、第
５図のフローチヤートのタイマの動作時間を変更
したり、あるいはフローチヤートに記載されたプ
ログラムブロツクの順序を入れかえることにより
同一の機能を実現しうる。また、第４図に示した
構成ではA/D変換器３１を用いたが、このA/D
変換器の機能もマイクロコンピユータ１００に内
蔵させることは容易である。また、上記した説明
では、レンズ１のピント調節機構には特に触れな
かつたが、この機構はどの様な方式でも良いが、
パルスモータの効率が同一形状のDCモータに比
べて低いことなどからレンズの後玉の全部あるい
は一部、コンペンセータ部など小さくて軽い部分
を移動して行なう方式でも可能である。

〔発明の効果〕

以上、第２図〜第６図を用いて詳細に説明した
ように本発明によるパルスモータを用いたオート
フオーカス装置は、従来のDCモータを用いた装
置に対して高い信頼性を有し、かつ接触式あるい
は無接触式のポテンシヨメータなどを用いたレン
ズ位置検出回路が不要なので安価である。なお、
本発明の実施例による説明では、差分検出回路が
焦点電圧の発生周期、すなわち1/60秒毎に増減検
出動作を行なうとして説明したが、増減検出動作
の基本が相異なるレンズ位置間のボケの差を検出
することにあることを考えれば、所定のパルス数
をモータ駆動回路が送出する毎に差分検出動作を
行なうことにしても良いのは明白であり、この場
合はレンズ位置メモリ１１に所定の数を計数する
毎にリセツトされると同時に差分検出回路４に差
分検出動作を指示するための指令回路を挿入すれ
ば良い。

また、上記した説明では、レンズ１のピント調
節機構には特に触れなかつたが、この機構はどの
様な方式でも良いが、パルスモータの効率が同一
形状のDCモータに比べて低いことなどからレン
ズの後玉の全部あるいは一部、コンペンセータ部
など小さくて軽い部分を移動して行なう方式に特
に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はDCモータを用いた従来の山登り方式
のオートフオーカス装置を示す構成ブロツク図、
第２図は本発明によるパルスモータを用いたオー
トフオーカス装置の一実施例を示す構成ブロツク
図、第３図は第２図の構成の一部をマイクロコン
ピユータで実施する場合のフローチヤート、第４
図は本発明の別の実施例の構成を示す構成ブロツ
ク図、第５図は第４図の構成の動作を説明するた
めのフローチヤート、第６図は波形概念図であ
る。１…レンズ、２…カメラ回路、３…焦点量検出
回路、４…差分検出回路、５…モータ駆動回路、
６…DCモータ、７…焦点距離検出回路、８…移
動範囲計算回路、９…レンズ位置検出回路、１０
…パルスモータ、１１…レンズ位置メモリ、１２
…こすりつけ回路、３１…A/D変換器、１０１
…ROM、１０２…CPU、１０３…RAM、１０
４…入出力端子群、１０５…タイマ、１００…マ
イクロコンピユータ、１０７…割込み入力端子。

Claims

【特許請求の範囲】１合焦用レンズを含む光学レンズと、前記合焦用レンズを移動させるパルスモータ
と、前記光学レンズを通して結像する光学像を電気
信号に変換して映像信号を出力するカメラ回路
と、カメラ回路より出力された映像信号の高域周波
成分から焦点正合度を検出する焦点量検出手段
と、前記焦点量検出手段の結果に応じて、前記合焦
用レンズを被写体に対して合焦する位置に移動す
るよう前記パルスモータを制御するパルスモータ
駆動制御手段とを有し、かつ、前記パルスモータは、前記パルスモータ
駆動制御手段によつて、前記カメラ回路が映像信
号を生成する周期に同期して駆動されることを特
徴とするオートフオーカス装置。２前記パルスモータ駆動制御手段は、初期動作
時に、前記合焦用レンズを無限遠被写体の合焦位
置に移動して初期設定するよう前記パルスモータ
を駆動することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のオートフオーカス装置。３前記パルスモータ駆動制御手段は、合焦用レ
ンズの位置情報を記憶するレンズ位置メモリを有
し、パルスモータ駆動制御手段はレンズ位置メモ
リの情報を参照しつつ合焦用レンズを駆動制御
し、かつ、初期動作時に、前記パルスモータ駆動
制御手段は、あらかじめ定められた所定の数のパ
ルスをパルスモータに供給することにより合焦用
レンズを無限遠被写体の合焦位置に移動して初期
設定し、かつ前記レンズ位置メモリに記憶された
位置情報を初期値に設定することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のオートフオーカス装
置。４前記合焦用レンズは後玉レンズであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項ま
たは第３項記載のオートフオーカス装置。５前記合焦用レンズはコンペンセータレンズで
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
は第２項または第３項記載のオートフオーカス装
置。