JPH03143173A - ビデオ・カメラの自動焦点調節装置 - Google Patents

ビデオ・カメラの自動焦点調節装置

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JPH03143173A
JPH03143173A JP1282307A JP28230789A JPH03143173A JP H03143173 A JPH03143173 A JP H03143173A JP 1282307 A JP1282307 A JP 1282307A JP 28230789 A JP28230789 A JP 28230789A JP H03143173 A JPH03143173 A JP H03143173A
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image sensor
lens
defocus
piezoelectric actuator
video camera
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Kazuhiro Henmi
和弘 逸見
Mamoru Izumi
守 泉
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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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、ビデオ・カメラに係わり、特に黒点調節手段
の改良をはかったビデオ・カメラの自動焦点調節装置に
関する。
（従来の技術） 従来、ビデオ・カメラに使用されている自動焦点調節装
置としては、例えば第８図に示すようなものが良く知ら
れている。この図において、ビデオ・カメラのレンズ系
は、被撮像体側からフォーカス・レンズ１、ズーム・レ
ンズ２、焦点位置補正レンズ３及びリレー・レンズ（又
は結合系レンズ）４を配置して構成されている。
これらのレンズを介して得られる光学像は、ＣＣＤ等の
撮像素子５に結像される。撮像素子５で得られる画像信
号は、レンズ系の焦点ずれに応じた信号を検出する焦点
ずれ検出回路６に供給され、フォーカス・モータ７にフ
ィードバックされるものとなっている。
レンズ系の焦点合わせは、撮像素子５で得られる画像信
号から、焦点ずれ検出回路６により焦点ずれに応じた焦
点ずれ信号を検出する。そして、この焦点ずれ信号をフ
ォーカス・モータ７の駆動信号に変換したのち、駆動信
号をモータ７に印加し、フォーカス・レンズ１を移動す
ることで行われる。
上記の構成では、フォーカス・レンズをモータにより移
動させて黒点合わせすることから、レンズ系の機構が非
常に複雑になる。また、フォーカス・レンズの移動量が
大きい等の理由で、ビデオ・カメラの低価格化、軽量化
に対して問題となる。
そこで最近、ビデオ・カメラの自動焦点調節装置として
、撮像素子を圧電アクチュエータにより移動可能な構成
とし、焦点ずれ信号を圧電アクチュエータにフィードバ
ックして撮像素子を移動させる構成が提案されている（
特開昭６１−５４７８８号公報）。この装置では、モー
タ及びモータの回転運動をフォーカス・レンズの直進運
動に変換する機構等が不要となることから、レンズ系の
機構が簡略化され、ビデオ・カメラを安価に実現できる
と共に、小型軽量化によって操作性が向上するとされて
いる。
しかしながら実際には、撮像素子を移動して焦点合わせ
するために必要とされるストロークは数Ｉオーダと大き
く、バイモルフ素子等の圧電アクチュエータでこれを実
現することは極めて困難であった。
（発明が解決しようとする課題） このように従来、モータによりフォーカス・レンズを移
動して合焦を行う装置では、レンズ系の機構が複雑にな
る、フォーカス・レンズの移動量が大きい等から、ビデ
オ・カメラの低価格化、軽量化に対して問題がある。ま
た、撮像素子を圧電アクチュエータで移動して合焦を行
う装置では、バイモルフ素子等の圧電アクチュエータの
駆動ストロークが足りないという問題があった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたちので、その目
的とするところは、圧電アクチュエータにより撮像素子
を移動させることにより合焦を行うことができ、且つ圧
電アクチュエータに対するストロークの負担を軽減させ
ることのできるビデオ・カメラの自動焦点調節装置を提
供することにある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、撮像素子をバイモルフ素子等の圧電ア
クチュエータで移動し合焦を行う自動焦点調節装置にお
いて、撮像素子と共にレンズ系の一部を移動させること
により、圧電アクチュエータに対するストロークの負担
を軽減させることにある。
即ち本発明は、レンズ系を介して得られる光学像を撮像
するＣＣＤ等の撮像素子と、この撮像素子で得られた画
像信号からレンズ系の焦点ずれに応じた焦点ずれ信号を
検出する焦点ずれ検出手段とを備え、焦点ずれ検出手段
で得られた焦点ずれ信号に応じて焦点を自動調節するビ
デオ・カメラの自動焦点調節装置において、前記焦点ず
れ信号に応じて撮像素子を光学軸方向に移動させる駆動
手段を設けると共に、撮像素子とレンズ系の少なくとも
一つのレンズとを連結し、撮像素子の移動方向と逆方向
に該レンズを移動させる運動伝達機構を設けるようにし
たものである。
また本発明は、レンズ系を介して得られる光学像を撮像
するＣＣＤ等の撮像素子と、この撮像素子で得られた画
像信号からレンズ系の焦点ずれに応じた焦点ずれ信号を
検出する焦点ずれ検出手段とを備え、焦点ずれ検出手段
で得られた。焦点ずれ信号に応じて焦点を自動調節する
ビデオ・カメラの自動焦点調節装置において、前記焦点
ずれ信号に応じて撮像素子を光学軸方向に移動させる第
１の駆動手段を設けると共に、前記焦点ずれ信号に応じ
てレンズ系の少なくとも一つのレンズを撮像素子の移動
方向と逆方向に移動させる第２の駆動手段を設けるよう
にしたものである。
（作用） 本発明によれば、モータを用いることなく、圧電アクチ
ュエータのみで合焦を行うことができる。しかも、撮像
素子と共にレンズ系の一部を移動させて合焦を行うこと
により、合焦のために必要な撮像素子（及びレンズ）の
移動量が少なくなり、圧電アクチュエータに対するスト
ロークの負１ａを軽減することができる。レンズ系の構
成にもよるが、一般には上記ストロークは１／２で済む
ことになる。従って、レンズ系の機構を従来のものに比
べ簡単な構成にすることができ、ビデオ・カメラとして
は低価格化。
軽量化が可能となる。さらに、圧電アクチュエータを用
いることから、モータに比べ撮像素子及びレンズを高速
で移動させることができ、これにより合焦の高速化も可
能となる。
（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第１図は本発明の第１の実施例に係わるビデオ・カメラ
の自動焦点調節装置を示す概略構成図である。レンズ系
１０は被撮像体側（紙面左側）から順に、フォーカシン
グに使われズーミングでは移動しないフォーカス・レン
ズ１１、移動によってフォーカス・レンズ１１による像
の大きさを変えるズーム・レンズ１２、その像の位置を
一定に保つために移動するコンベンセタと呼ばれる焦点
位置補正レンズユ３及びリレー・レンズ（又は結合系レ
ンズ）１４を配置して構ｂ３ｃされている。ここで、各
レンズ１１〜１４はそれぞれ複数のレンズ群から形成さ
れており、レンズ系１０は４群レンズ構成となっている
。レンズ系１０の後端にはローパス・フィルタ１５が配
置されている。そして、これらのレンズ系１０及びロー
パス・フィルタ１５介して、ＣＣＤ等の撮像素子２０の
撮像面に光学像か結像されるものとなっている。
撮像素子２０の撮像面の反対側には、撮像素子２０を光
学軸方向に移動するための圧電アクチュエータ３０が取
り付けられている。撮像素子２０で得られる画像信号は
、図示しない信号処理回路に供給されると共に、焦点ず
れ検出回路４０に供給される。焦点ずれ検出回路４０で
は、画像信号を基にレンズ系１０の焦点ずれに応じた焦
点ずれ信号が検出される。そして、この焦点ずれ信号が
駆動信号に変換されて、圧電アクチュエータ３０に印加
されるものとなっている。
一方、圧電アクチュエータ３０の移動端、即ち撮像素子
２０の取り付は部は、運動伝達機構５０を介してリレー
・レンズ１４の一部分と機械的に連結されている。運動
伝達機構５０は、単に圧電素子２０とリレー・レンズ１
４の一部を連結するだけではなく、圧電アクチュエータ
３０の運動方向を逆方向に変換して伝達するように構成
されている。従って、圧電アクチュエータ３０の駆動に
より、圧電素子２０が光軸方向の一方に移動し、この圧
電素子２０の移動と同期してリレー・レンズ１４の一部
が圧電素子２０と逆方向に移動することになる。なお、
図中１６はズーム・レンズを移動するためのモータを示
している。
ここで、圧電アクチュエータ３０及び運動伝達機構５０
の具体的な構成例について説明する。
第２図は圧電アクチュエータ３０の具体的構成例を示す
図である。圧電アクチュエータ３０は、８字駆動のバイ
モルフ素子３１ａ〜３１ｆで構成されている。８字駆動
のバイモルフ素子は、通常の圧電バイモルフ素子を長手
方向の中心を境に変位方向が逆位相となるように駆動す
るもので、例えば第３図（ａ）のようにバイモルフの両
生面に分割電極を形成し、図中に示すように分極処理を
行って構成される。なお、図中３５ａ、３５ｂは圧電体
、３６はシム材兼挟持電極、３７ａ〜３７ｄは電極、３
８は変位取り出し部（自由端）を示している。このよう
な８字駆動のバイモルフ素子に第３図（ｂ）に示すよう
に電圧を印加すれば、変位の回転成分が自由端ではキャ
ンセルされるために自由端は常に平行運動を生じる。こ
のため、同じ変位方向を有する８字駆動のバイモルフ素
子同士をその両端部分を結合することにより、変位を低
下させずに共振周波数１発生力等の機械的性質を向上さ
せることができる。
第２図の例では、８字駆動のバイモルフ素子３１ａ、３
１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３Ｌｆを３枚ずつ両端
を結合したもの２つを片持ちバイモルフと同じ形態で使
用し、自由端同士を結合し変位拡大及び機械的性質の向
上をはかっている。さらに、これらのバイモルフ素子３
１ａ〜３１ｆを結合したものと同じ構成のもの２つを、
第２図（ａ）に示すように互い違いに設置することによ
り、機械的性質の向上をはかっている。このような構成
の圧電アクチュエータ３０を撮像素子２０の裏面に設置
し、第２図（ｂ）　（ｃ）に示す如く駆動すれば合焦動
作ができることになる。なお、第２図（ｂ）は焦点距離
が最小の状Ｂ（例えば１ｍ）、同図（ｂ）は焦点距離が
無限大の状態を示している。また、図中３２は圧電素子
２０を搭載するフレキシブル・プリント基板、３３ａ、
３３ｂ、３３ｃはバイモルフ固定部材を示している。
第４図は運動伝達機構５０の具体的構成例を示す図であ
り、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面図を示している。
運動伝達機構５０は、回動する回動アーム５１及びこの
回動アーム５１の両端に回動自在に取り付けられた連結
アーム５２．５３からなるリンク機構で構成されている
。回動アーム５１は支点５４を中心に回動自在に設けら
れている。連結アーム５２は、回動アーム５１と撮像素
子２０を固定保持した保持具５５とを連結するものであ
り、連結アーム５３は、回動アーム５１とリレーレンズ
１４を固定保持した保持具５６とを連結するものである
。また、上記リンク機構は、保持具５５．５６を挟んで
対向するように２組設けられており、連結棒５７により
相互に連結されている。また、保持具５５．５６は３本
のガイド５８により光軸方向に移動自在に支持されてい
る。
このような運動伝達機構５０では、圧電アクチュエータ
３０により撮像素子２０が紙面左方向に移動されると、
リンク機構としての各アーム５１．５２．５３の作用に
より、リレーレンズ１４は紙面右方向に移動されること
になる。
逆に、撮像素子２０が紙面右方向に移動されると、リレ
ーレンズ１４は紙面左方向に移動されることになる。つ
まり、運動伝達機構５０の作用により、リレーレンズ１
４は撮像素子２０と逆方向に移動されることになる。
かくして本実施例によれば、リンク機構からなる運動伝
達機構５０により、撮像素子２０とリレーレンズ１４と
を連結することにより、圧電アクチュエータ３０の駆動
により撮像素子２゜と共にリレーレンズ１４の一部を移
動させて合焦を行うことができる。このため、合焦のた
めに必要な撮像素子２０の移動量が少なくなり、圧電ア
クチュエータ３０に対するストロークの負担を軽減する
ことができる。レンズ系の構成にもよるが、一般には上
記ストロークは１／２で済むことになる。従って、レン
ズ系を従来のものに比べ簡単な構成にすることができ、
ビデオ・カメラとしては低価格化、軽量化が可能となる
。さらに、圧電アクチュエータ３０を用いることから、
モータに比べ撮像素子２０及びレンズ１４を高速で移動
させることができ、これにより合焦の高速化も可能とな
る。
また、本実施例では圧電アクチュエータ３０を撮像素子
２０の裏面に直接取り付けているので、次のような利点
がある。即ち、レンズに圧電アクチュエータを直接取り
付けようとすると、光路を遮らないように、圧電アクチ
ュエータをレンズの外側に設けなければならない。この
場合、レンズに対して一方向から力を加えることになり
平行移動することが難しい。これを防止するために、レ
ンズの外側の複数箇所に圧電アクチュエータを設けると
、駆動機構の大型化を招く。また、リング状の圧電アク
チュエータを用いれば光路を遮ることなくレンズに均等
に力を加えることができるが、リング状の圧電アクチュ
エータはストローク及び駆動力が極めて小さい。本実施
例のように撮像素子２０の裏面であれば、前述したよう
な圧電アクチュエータを用いることができ、光路を遮る
ことなく十分なストローク及び駆動力を得ることができ
るのである。
第５図は本発明の第２の実施例を示す概略構成図である
。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。
この実施例が先に説明した第１の実施例と異なる点は、
撮像素子に同期して移動するレンズをリレー・レンズの
代わりに焦点位置補正レンズとしたことにある。即ち、
リレー・レンズ１４は固定されおり、焦点位置補正レン
ズ１３が運動伝達手段５０を介して撮像素子２０と機械
的に連結されている。これ以外の構成は第１図と同様で
ある。このような構成によっても、撮像素子２０単体を
移動する場合に比べて圧電アクチュエータ３０の負担す
るストロークは軽減され、先の実施例と同様の効果が得
られる。
ここで、ビデオ・カメラのレンズ系においては、ズーム
・レンズ以外のどのレンズを移動しても焦点合わせは可
能である。即ち、本発明の第１．第２の実施例で示した
構造以外でも、撮像素子駆動用アクチュエータとズーム
・レンズ以外のレンズの一部分とを運動伝達手段を介し
て機械的に連結すれば、実施例と同様の効果を得ること
ができる。但し、フォーカス・レンズ１１を移動させる
構成ではレンズ系の機構が複雑になるので、望ましくは
フォーカス・レンズ１１以外のレンズを移動させるよう
にする。
第６図は本発明の第３の実施例を示す概略構成図である
。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。
この実施例が先の第１の実施例と異なる点は、リレー・
レンズの駆動にある。即ち、リレー・レンズ１４は圧電
アクチュエータ６０に直接結合されており、圧電アクチ
ュエータ６０の駆動により移動される。この圧電アクチ
ュエータ６０は撮像素子駆動用の圧電アクチュエータ３
０と逆位を目に動作するものとなっている。このような
構成であっても、それぞれのアクチュエータは一方のみ
を使用する場合に比べて合焦のために移動する量を少な
くすることができ、圧電アクチュエータに対するストロ
ークの負担を軽減することが可能となる。
なお、第３の実施例において、圧電アクチュエータ３０
．６０としては、第７図（ａ）に示す如くリング状のバ
イモルフ素子をそれぞれ用い、その外周端を固定端に固
定し、内周端を保持具５５．５６にそれぞれ固定するよ
うにする。リング状のバイモルフ素子は半径方向に前記
第３図（ｂ）に示す如き分極処理及び分割電極の形成を
行ったもので、外周端を固定した状態で電圧を印加する
ことにより、内周端にリング軸方向の変位を取り出すも
のである。また、保持具５５．５６は第７図（ｂ）に示
す如く、３本のガイド５８により光軸方向に移動可能に
支持する。
このような構成とすれば、撮像素子２０及びリレーレン
ズ１４の移動が常に平行移動となり、撮像素子２０及び
リレーレンズ１４を独立に移動させてもこれらの平行度
を十分に保つことができる。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記圧電アクチュエータは第２図及び第
３図に示す構造に限るものではなく、圧電素子を利用し
て一方向の変位を取り出すことのできるものであればよ
い。また、運動伝達機構の構成は第４図に何等限定され
るものではなく、撮像素子の移動逆方向に変換して伝達
するものであればよい。さらに、レンズ系は４群レンズ
構成に限らず、仕様に応じて適宜変更可能である。また
、実施例では撮像素子で得られた撮像信号を元に圧電ア
クチュエータを駆動したが、合焦のために超音波や赤外
線を用いて被撮像体との距離を測定し、この測定距離に
応じて圧電アクチュエータを駆動するようにしてもよい
。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形
して実施することができる。
［発明の効果コ 以上詳述したように本発明によれば、撮像素子と共にレ
ンズ系の一部を圧電アクチュエータにより移動させて合
焦を行う構成としているので、圧電アクチュエータに対
するストロークの負担を軽減させることのでき、ビデオ
・カメラとして低価格化及び軽量化をはかることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例に係わるビデオ・カメラ
の自動焦点調節装置を示す概略構成図、第２図は撮像素
子を駆動するための圧電アクチュエータの構成例を示す
図、第３図は圧電アクチュエータの基本要素である８字
駆動のバイモルフ素子を示す図、第４図は運動伝達機構
の具体的構成例を示す図、第５図は本発明の第２の実施
例を示す概略構成図、第６図は本発明の第３の実施例を
示す概略構成図、第７図は上記第３の実施例における圧
電アクチュエータ及びガイドの構成例を示す図、第８図
は従来のビデオ・カメラの自動焦点調節装置を示す概略
構成図である。 １０・・・レンズ系、 １１・・・フォーカス・レンズ群、 １２・・・ズーム・レンズ群、 １３・・・焦点位置補正レンズ群、 １４・・・リレー・レンズ群（結合系レンズ群）、２０
・・・撮像素子 ３０．６０・・・圧電アクチュエータ ４０・・・焦点ずれ検出回路、 ５０・・・運動伝達機構。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）レンズ系を介して得られる光学像を撮像する撮像
    素子と、この撮像素子で得られた画像信号からレンズ系
    の焦点ずれに応じた焦点ずれ信号を検出する焦点ずれ検
    出手段と、この焦点ずれ検出手段で得られた焦点ずれ信
    号に応じて前記撮像素子を光学軸方向に移動させる駆動
    手段と、前記撮像素子と前記レンズ系の少なくとも一つ
    のレンズとを連結し、前記撮像素子の移動方向と逆方向
    に該レンズを移動させる運動伝達機構とを具備してなる
    ことを特徴とするビデオ・カメラの自動焦点調節装置。
  2. （２）レンズ系を介して得られる光学像を撮像する撮像
    素子と、この撮像素子で得られた画像信号からレンズ系
    の焦点ずれに応じた焦点ずれ信号を検出する焦点ずれ検
    出手段と、この焦点ずれ検出手段で得られた焦点ずれ信
    号に応じて前記撮像素子を光学軸方向に移動させる第１
    の駆動手段と、前記焦点ずれ検出手段で得られた焦点ず
    れ信号に応じて前記レンズ系の少なくとも一つのレンズ
    を前記撮像素子の移動方向と逆方向に移動させる第２の
    駆動手段とを具備してなることを特徴とするビデオ・カ
    メラの自動焦点調節装置。
  3. （３）前記駆動手段は、圧電アクチュエータであること
    を特徴とする請求項１又は２記載のビデオ・カメラの自
    動焦点調節装置。
  4. （４）前記圧電アクチュエータは、Ｓ字駆動の圧電バイ
    モルフ素子を積層して構成されたものであることを特徴
    とする請求項３記載のビデオ・カメラの自動焦点調節装
    置。
  5. （５）前記レンズ系はフォーカス・レンズ群、ズーム・
    レンズ群、焦点位置補正レンズ群及びリレー・レンズ群
    の４群からなり、前記撮像素子と共に移動するレンズ群
    は補正レンズ群又はリレー・レンズ群である請求項１又
    は２記載のビデオ・カメラの自動焦点調節装置。
JP1282307A 1989-10-30 1989-10-30 ビデオ・カメラの自動焦点調節装置 Pending JPH03143173A (ja)

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JP1282307A JPH03143173A (ja) 1989-10-30 1989-10-30 ビデオ・カメラの自動焦点調節装置
US07/576,935 US5101278A (en) 1989-10-30 1990-09-04 Automatic focus control apparatus for a video camera
KR1019900017429A KR930006460B1 (ko) 1989-10-30 1990-10-30 비디오카메라용 자동촛점조절장치

Applications Claiming Priority (1)

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JP1282307A JPH03143173A (ja) 1989-10-30 1989-10-30 ビデオ・カメラの自動焦点調節装置

Publications (1)

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ID=17650717

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