JPH04137871A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、撮像素子を用いたビデオカメラに係わり、特
にオートフォーカス方式の改良をはかったビデオカメラ
に関する。

（従来の技術） 従来、ビデオカメラにおけるオートフォーカス方式とし
ては、固体撮像素子からの画像信号でピント検出を行い
、モータてフォーカスレンズを駆動制御する方式が一般
的である。また、他のオートフォーカス方式として、撮
像素子をボイスコイルや圧電アクチュエータなどの直線
運動を利用する駆動機構で駆動する方式も提案されてい
る。

しかしながら、これらのオートフォーカス方式にあって
は、次のような問題かあった。即ち、フォーカスレンズ
をモータで駆動する方式ては、合焦速度はモータによる
レンズ移動速度か支配的で被写体の遠近を切り替えた場
合ピントが合うまでに時間を要し、高速化が望まれてい
る。

さらに、モータの場合はバックラッシュが存在し、これ
もピント合わせに時間を要する要因となっている。

一方、撮像素子を圧電アクチュエータで駆動する方式で
は、ピント合わせに必要とされる撮像素子の移動ストロ
ークは数ｎｕｎオーダて、圧電アクチュエータとしては
変位量の大きなバイモルフ構造を用いるか、要求ストロ
ークを満たすバイモルフは形状か大きくなり剛性も弱く
実用ニ耐工ない。一般に、バイモルフの変位量と高速駆
動の目安である共振周波数は相反する関係にあり、高速
動作可能で剛性を実用レベルにするとストローク不足と
なり、ビデオカメラへの適用は極めて困難であった。

（発明か解決しようとする課題） このように、従来のオートフォーカス方式においては、
モータによりフォーカスレンズを駆動する方式はピント
合わせに時間がかかり、高速化が望まれている。圧電ア
クチュエータであるバイモルフにより撮像素子を駆動す
る方式は高速合焦の可能性はあるが、高速駆動可能なノ
（イモルフのストロークは小さく、ビデオカメラで要求
されるピント調整範囲を満足することは困難であった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、圧電アクチュエータを用いてピント
合わせを高速で行うことができ、且つピント調整範囲を
十分に大きくできるビデオカメラ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、通常のピント合わせにはストロークは
小さいが高速駆動可能な圧電アクチュエータて撮像素子
を移動させて高速合焦を行い、ピント位置が圧電アクチ
ュエータのストロク範囲を越えそうなときは、ストロー
クの大きなモータなどによりレンズ系を補助的に移動さ
せ、圧電アクチュエータのストローク範囲にピント位置
か来るような制御を行うことにある。

即ち本発明は、レンズ系を介して得られる光学像を撮像
する撮像素子と、この撮像素子で得られた画像のピント
を検出するピント検出手段と、このピント検出手段で得
られたピント信号に応じてレンズ系と撮像素子との相対
的距離を可変する駆動手段とを備え、ピント合わせを自
動的に行うビデオカメラにおいて、前記駆動手段を、ピ
ント信号に応じて前記レンズ系及び撮像素子の一方を光
軸方向に移動する圧電アクチュエータからなる第１の駆
動機構と、ピント信号に応じて前記レンズ系及び撮像素
子の他方を光軸方向に移動する圧電アクチュエータより
もストロークの大きな第２の駆動機構とで構成し、通常
は第１の駆動機構によりピント合わせを行い、第１の駆
動機構の動作範囲がピント合わせに不足するときは、ピ
ント領域が第１の駆動機構の動作範囲内に入るように第
２の駆動機構によりピント領域をシフトするようにした
ものである。

（作用） 本発明によれば、ストロークは小さいが高速動作可能な
バイモルフなどの圧電アクチュエータでピント合わせす
るため、圧電アクチュエータのストローク範囲にあれば
高速にピント合わせすることができる。さらに、ストロ
ークが不足しそうになったときは、ピント検出信号から
ピント位置が圧電アクチュエータのストローク範囲内に
入るように予測的にフォーカスレンズをモータなどで駆
動するため、全領域に渡ってピント合わせの高速化をは
かることが可能となる。

（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図は本発明の一実施例に係わるビデオカメラの概略
構成を示すブロック図である。図中１０はレンズ群で、
このレンズ群１０を通して撮像素子２０の撮像面に光学
像か結像される。

レンズ群１０は、フォーカスレンズ、ズームレンズ、焦
点補正レンズ及び結合レンズなど複数のレンズ群からな
り、ピント合わせはフォーカス調整レンズ１１と撮像面
との相対距離を変えることで行われる。第１図ではフォ
ーカス調整レンズ〕１を撮像素子２０の近くに置いた例
を示すか、このフォーカス調整レンズ１１の位置はレン
ズの設計次第で種々の位置に置くことは可能である。

撮像素子２０は、撮像素子制御回路３０により駆動され
ており、この撮像素子２０により映像信号が得られる。

撮像素子２０で得られた映像信号は外部の信号処理回路
（図示せず）と共に、ピント検出回路４０に供給される
。ピント検出回路４０では、映像信号からピントずれが
検出され、その検出信号はピント制御回路５０に供給さ
れる。ピント制御回路５０は、ピントが合うように圧電
アクチュエータ（第１の駆動機構）６０を駆動させ、圧
電アクチュエータ６０に連結される撮像素子２０を光軸
に沿って移動させる。

ここで、ピント検出、ピント制御は、常時行っておりピ
ントの合った位置で圧電アクチュエータ６０を止める制
御方式でオートフォーカスを実行する。レンズの構成、
ズーム比、視野範囲などによりピント合わせに必要な移
動ストロークは異なり、被写体を拡大するほど視野範囲
を近距離にするほどストロークは大きく必要になる。

一例として、第２図に１／２インチ光学系で６倍ズーム
（ｆ　−５４）のビデオカメラにおいて撮像素子２０の
みを移動して合焦する場合の撮像素子２０のストローク
を示す。この数■のストロークを得るためには、圧電ア
クチュエータ６０はバイモルフ構造が一般的に用いられ
るが、実用的な大きさと剛性を持たせた状態でこのスト
ロークをバイモルフで実現することは非常に困難である
。バイモルフの変位量（ストローク）はその長さの２乗
に比例し、応答性の目安となるバイモルフの共振周波数
は長さに反比例する。

また、バイモルフに撮像素子などの負荷が連結されると
その質量により変位量、共振周波数とも減少する。例え
ば、共振周波数５０　ｔｌ　ｚのピント調整手段が実現
できると、バイモルフの応答速度は５０ｍ５ｅｃ程度ま
で十分に対応でき、モータの回転運動を直線運動に変換
する従来の方式と比べると桁違いに高速化がはかれる。

本発明者らの実験によれば、撮像素子２０を連結した状
態でバイモルフの共振周波数を５０Ｈｚ程度とすると、
３１Ｄ１１程度までのストロークが得られるが、バイモ
ルフの小型化が要求される場合はストロークが更に小さ
くなり、さらに高倍率で近視野まで合焦する場合、バイ
モルフのストローク不足で対応できなくなる。このよう
にバイモルフのストローク範囲内にあれば、そのオート
フォーカス速度は高速化できるが、高倍率のズーム比で
使われる場合、全視野領域にピント合わせができなくな
る。

そこで、第１図において圧電アクチュエータ６０のスト
ロークか不足する場合、別な駆動手段であるモータ（第
２の駆動機構）７０でフォーカス調整レンズ１１を圧電
アクチュエータ６０のストローク範囲にピント位置が来
るように補助的に移動させる。モータ７０を併用させて
もピント合わせは圧電アクチュエータ６０て行うため、
モータ７０のバックラッシュの影響は無視でき、モータ
７０も予測して駆動させることも可能で、ピント合わせ
の高速化は達成できる。この補助的な駆動手段はモータ
に限らないが、ストロークを長大に取れること、現在の
位置を保持させるのに駆動信号を与えなければよいこと
などの点からモータが望ましい。

次に、本装置の動作を第３図のフローチャートを参照し
て説明する。

まず、ステップＳ１でピント検出回路４０により映像信
号からピントずれを検出する。次いて、ステップＳ２で
ピント制御回路５０によりピントが合っているか否かを
判定し、ピントが合っていない場合は、ステップＳ３に
移る。ステップＳ３では、ピントか合う方向の圧電アク
チュエータ６０の移動か圧電アクチュエータ６０の動作
範囲にあるか否かを判定する。動作範囲内であれば、ス
テップＳ４に移り、圧電アクチュエータ６０をピントが
合う方向に駆動してステップＳ１に戻る。そして、ステ
ップ８１〜Ｓ４の繰り返しにより、撮像素子２０はピン
トが合う位置まで移動され、これにより高速合焦が行わ
れる。

ステップＳ３において、圧電アクチュエータ６０を移動
すべき方向が動作範囲外であれば、ステップＳ５に移り
、モータ７０をピントが合う方向に駆動する。次いで、
ステップＳ６で再度ピント検出を行い、ステップＳ７で
再度ピントか合っているか否かを判定する。ピントが合
っていない場合、ステップＳ５に戻すモータ７０を駆動
する。そして、ステップＳ５〜Ｓ７の繰り返しにより、
フォーカス調整レンズ１１はピントか合う位置まで移動
され、これにより合焦か行われる。ステップＳ７におい
てピントか合っていると判定された場合、ステップＳ１
に戻る。

ここで、ステップＳ７における合焦判定は、ステップＳ
２における合焦判定よりも緩いものでよく、またモータ
７０による合焦はモータ７０の一方向の駆動により合焦
点をわずかに越えた地点て停止する。モータ７０による
合焦精度が粗くても、ステップ８１〜Ｓ４てアクチュエ
ータ６０による高精度の合焦か行われるので同等問題は
ない。また、モータ７０を駆動した後のピント検出（Ｓ
６）及び合焦判定（Ｓ７）は必ずしも必要ではなく、ス
テップＳ５によるモータ駆動の後にステップＳ３に戻る
ようにしてもよい。

このように本実施例によれば、ストロークは小さいか高
速動作可能なバイモルフなどの圧電アクチュエータ６０
で常時ピントが合うように撮像素子２０を移動させ、ス
トロークが不足しそうになったときは、ピント位置か圧
電アクチュエータ６０のストローク範囲内にいるように
予測的にフォーカス調整レンズ１１をモータ７０て補助
的に移動させている。このため、圧電アクチュエータ６
０の動作範囲をモータ７０により拡大することかでき、
長大なストロークが必要な場合でも全視野領域に渡りピ
ント合わせの高速化がはかれる。

また、モータ７０による合焦動作においては、従来のよ
うにモータ７０により完全に合焦を行うのではなく、ピ
ント領域が圧電アクチュエタ６０の動作範囲にいるよう
にすればよい。そして、完全な合焦は圧電アクチュエー
タ６０により行われる。従って、モータ７０のバックラ
ッシュによる合焦動作の遅れが生じることはなく、モー
タ７０を駆動する場合にも、高速合焦か可能となるので
ある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例では、撮像素子を圧電アクチュエータ（第１
の駆動機構）で、レンズをモータ（第２の駆動機構）で
駆動したか、これとは逆に圧電素子をモータで、レンズ
を圧電アクチュエータで駆動するようにしてもよい。ま
た、第２の駆動機構としては第１の駆動機構よりも大き
なストロークの取れるものであればよく、モ〜りの代わ
りにボイスコイルを用いることも可能である。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。

Ｕ発明の効果コ 以上詳述したように本発明によれば、撮像素子とレンズ
系との双方を独立した駆動機構で駆動し、一方の駆動機
構をバイモルフなどの圧電アクチュエータで構成し、他
方の駆動機構を圧電アクチュエータよりもストロークの
大きなモータなどで構成し、一方の駆動機構のストロー
クを他方の駆動機構により拡大する構成としているので
、ピント合わせを高速で行うことができ、且つピント調
整範囲を十分に大きくできるビデオカメラを実現するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるビデオカメラの概略
構成を示すブロック図、第２図は被写体までの距離と合
焦に要する撮像素子の移動ストロークとの関係を示す特
性図、第３図は上記実施例の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。 １０・・・レンズ群、 １コ・・・フォーカスレンズ、 ２０・・・撮像素子、 ３０・・・撮像素子制御回路、 ４０・・・ピント検出回路、 ５０・・・ピント制御回路、 ６０・・・圧電アクチュエータ （第１の駆動機構）、 ７０・・・モータ（第２の駆動機構）。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第 図 被写体までの距離（ｍ） 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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のピントを検出するピン
   ト検出手段と、このピント検出手段で得られたピント信
   号に応じてレンズ系と撮像素子との相対的距離を可変す
   る駆動手段とを備え、ピント合わせを自動的に行うビデ
   オカメラにおいて、 前記駆動手段は、前記ピント信号に応じて前記レンズ系
   及び撮像素子の一方を光軸方向に移動する圧電アクチュ
   エータからなる第１の駆動機構と、前記ピント信号に応
   じて前記レンズ系及び撮像素子の他方を光軸方向に移動
   する圧電アクチュエータよりもストロークの大きな第２
   の駆動機構とからなり、 通常は第１の駆動機構によりピント合わせを行い、第１
   の駆動機構の動作範囲がピント合わせに不足するときは
   、ピント領域が第１の駆動機構の動作範囲内に入るよう
   に第２の駆動機構によりピント領域をシフトすることを
   特徴とするビデオカメラ。