(57)【要約】【課題】電源投入直後に通常遠景にピントが合う設定になっているものが多く、液晶レンズの個体差によってピントの合い具合に差があることは好ましくない。【解決手段】液晶レンズを含む光学レンズ手段と、光電変換手段と、画像信号から焦点整合度に対応した、予め設定された複数個の焦点距離に対応する焦点信号を抽出し、最大の焦点信号を得る液晶レンズ制御手段とを有し、上記液晶レンズ制御手段が、遠景と近景で合焦するレンズ状態をそれぞれ記憶する記憶手段と、これらレンズ状態を動作開始点として、液晶レンズに印加する駆動電圧を順次変化させて焦点信号をサンプリングすることにより、複数の焦点信号を抽出する焦点信号抽出手段と、焦点信号抽出手段により抽出された複数個の焦点信号に基づいて焦点信号の最大値を判定する合焦点判定手段とを有する構成とした。【選択図】図１
2007279695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶レンズを含む光学レンズ手段と、
前記光学レンズ手段を通して結像する光学像を電気信号に変換して画像信号を出力する光電変換手段と、
前記画像信号から焦点整合度に対応した、予め設定された複数個の焦点距離に対応する焦点信号を抽出し、前記焦点信号が最大となるように前記液晶レンズの駆動条件を制御する液晶レンズ制御手段と、
前記液晶レンズ制御手段から与えられる情報に基づき前記液晶レンズに駆動電圧を与える液晶レンズドライバと、を備え、
前記液晶レンズ制御手段は、
遠景または近景で合焦するレンズ状態を記憶する記憶手段と、
前記レンズ状態を動作開始点として、前記液晶レンズに印加する駆動電圧を順次変化させて前記焦点信号をサンプリングすることにより、複数の焦点信号を抽出する焦点信号抽出手段と、
前記焦点信号抽出手段により抽出された前記複数個の焦点信号に基づいて焦点信号の最大値を判定する合焦点判定手段と、を有する
ことを特徴とする自動合焦点装置。
【請求項２】
前記液晶レンズ制御手段は、
前記液晶レンズの温度情報を検出する温度検出手段と、
前記温度情報に対応したレンズ状態を、前記記憶手段から抽出する動作開始点抽出手段と、を更に有し、
前記記憶手段に記憶される前記レンズ状態は、前記温度検出手段にて得られる前記温度情報に対応する、前記遠景または近景で合焦する複数のレンズ状態である
ことを特徴とする請求項１に記載の自動合焦点装置。
【請求項３】
前記記憶手段には、所定の範囲に分けられた複数の温度ゾーンに対応する前記複数のレンズ状態が記憶されており、
前記動作開始点抽出手段は、前記温度検出手段から検出される前記温度情報が、前記複数の温度ゾーンにおけるどのゾーンに対応するかを判断した上で、前記温度情報に対応する前記レンズ状態を動作開始点に設定する
ことを特徴とする請求項２に記載の自動合焦点装置。
【請求項４】
前記記憶手段に記憶する前記レンズ状態は、前記遠景または近景として、予め決められた距離に置かれた被写体に対して合焦している状態になるように、前記液晶レンズに印加する前記駆動電圧を調整して得られるレンズ状態である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の自動合焦点装置。
【請求項５】
前記記憶手段で記憶するレンズ状態は、前記遠景と前記近景のときに得られる両方のレンズ状態である
ことを特徴とする請求項４に記載の自動合焦点装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動合焦点装置に関し、特に焦点距離の調整用に液晶レンズを用い、その液晶レンズを通して結像する光学像より得られた画像信号から、焦点整合度に対応した複数の焦点信号を抽出し、それら焦点信号のピーク値を検出することによって合焦点を検出する自動合焦点装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学系の焦点距離または焦点位置を変化させる合焦点機構として、レンズを移動させることにより焦点を合わせる方式が広く用いられている。そして、ビデオカメラのオートフォーカス（自動合焦）システムとして、撮影映像信号から直接画像のボケに対応する情報を抽出し、このボケを最小化するようにレンズを山登り制御する輪郭検出方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この方式では、レンズ駆動機構が必要であるため、機構が複雑になるという欠点や、レンズ駆動用モータに比較的多くの電力を要するという欠点がある。また、一般に耐衝撃性が低いという欠点もある。そこで、レンズ駆動機構が不要な合焦点機構として、液晶レンズの屈折率を変化させることにより焦点を合わせる方式が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
ここで、上述した液晶レンズの駆動方法に関して従来技術を説明する。図６に特許文献２における液晶レンズの電気的接続関係を示す回路図を示す。
【０００５】
図６に示す様に、この従来の方式を達成するための液晶レンズは、パターン電極と共通電極を備えた２枚のガラス基板間に液晶層を挟持した構成となっている。そして、このパターン電極は、中心部電極１１０と複数個の輪帯電極１１２、１１３を有し、中心部電極１１０と各輪帯電極１１２、１１３とが電圧降下抵抗にて接続された構成となっている。そして、各輪帯電極１１２、１１３とは絶縁して中心部電極１１０に接続された引出し電極１０５ｂには、電力増幅器１０４ｂを介して可変抵抗１０３が接続されており、輪帯電極１１３（外周部電極）に接続された引き出し電極１０５ａには、増幅器１０４ａを介して可変抵抗１０２が接続されている。さらに、これら可変抵抗に低劣に接続された交流源１０１から供給される交流電圧は、可変抵抗１０２および１０３により、降圧されるようになっている。
【０００６】
この様に、引き出し電極１０５ａと引き出し電極１０５ｂに印加された電圧信号と電圧降下抵抗５６により電圧分布が形成され、液晶層に電圧分布が形成される。また、可変抵抗１０２と可変抵抗１０３を調整することにより、液晶層に様々な電圧分布を発生させることが可能となる。
【０００７】
【特許文献１】特公平６−４２７１９号公報（２頁、第４図）
【特許文献２】特許第３０４７０８２号公報（第３―５頁、第１―４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２による液晶レンズを実際に作製すると、液晶層の厚みに個体差が生じ、個体によって電圧無印加の時点ですでに若干の凸レンズまたは凹レンズの状態を形成しているものがある。
【０００９】
このような液晶レンズを用いて作製した自動合焦点装置で被写体を撮像すると、基準位置におけるピントの合い具合にバラツキが生じてしまう。オートフォーカス用の自動合焦点装置では電源が投入されたとき、あるいはホストシステムから起動をかけられた時（通常被写界深度の深い遠景にピントが合う設定になっているものが多い）などにはオートフォーカスを働かせないので、自動合焦点装置によってピントの合い具合に差が出てしまうことになり、非常に好ましくない。
【００１０】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、液晶レンズのバラツキを調べ、記憶する機能を有し、電源投入直後のピントの合い具合にバラツキの少ない自動合焦点装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決して目的を達成するため、本発明の自動合焦点装置は、基本的に下記記載の構成を採用するものである。
本発明にかかる自動合焦点装置は、液晶レンズを含む光学レンズ手段と、光学レンズ手段を通して結像する光学像を電気信号に変換して画像信号を出力する光電変換手段と、画像信号から焦点整合度に対応した、予め設定された複数個の焦点距離に対応する焦点信号を抽出し、焦点信号が最大となるように液晶レンズの駆動条件を制御する液晶レンズ制御手段と、液晶レンズ制御手段から与えられる情報に基づき液晶レンズに駆動電圧を与える液晶レンズドライバとを備え、液晶レンズ制御手段が、遠景または近景で合焦するレンズ状態を記憶する記憶手段と、レンズ状態を動作開始点として、液晶レンズに印加する駆動電圧を順次変化させて焦点信号をサンプリングすることにより、複数の焦点信号を抽出する焦点信号抽出手段と、焦点信号抽出手段により抽出された複数個の焦点信号に基づいて焦点信号の最大値を判定する合焦点判定手段とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明にかかる自動合焦点装置は、上述した液晶レンズ制御手段が、液晶レンズの温度情報を検出する温度検出手段と、温度情報に対応したレンズ状態を、記憶手段から抽出する動作開始点抽出手段とを更に有し、記憶手段に記憶するレンズ状態が、温度検出手段にて得られる温度情報に対応する、遠景または近景で合焦する複数のレンズ状態であることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明にかかる自動合焦点装置は、上述した記憶手段には、所定の範囲に分けられた複数の温度ゾーンに対応する複数のレンズ状態が記憶されており、上述した動作開始点抽出手段が、温度検出手段から検出される温度情報が、複数の温度ゾーンにおけるどのゾーンに対応するかを判断した上で、温度情報に対応するレンズ状態を動作開始点に設定することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の自動合焦点装置は、上述した記憶手段に記憶するレンズ状態が、遠景または近景として、予め決められた距離に置かれた被写体に対して合焦している状態になるように、液晶レンズに印加する駆動電圧を調整して得られるレンズ状態であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の自動合焦点装置は、上述した記憶手段で記憶するレンズ状態が、遠景と近景の両方のレンズ状態であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数個製造された自動合焦点装置における液晶レンズにバラツキがあったとしても、遠景または近景に対するピントの合い具合をほぼ同じにすることができるという効果がある。ひいては、液晶レンズの特性許容範囲を広げることができるので、歩留まり向上にもつながるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる自動合焦点装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の自動合焦点装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、本発明の自動合焦点装置２０１は、液晶（ＬＣ）レンズ系１、光学レンズ系２、撮像素子３、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）４、および液晶（ＬＣ）レンズドライバ６を備えている。ＬＣレンズ系１は、Ｐ波用液晶レンズとＳ波用液晶レンズを組み合わせた構成を有する。光学レンズ系２は、絞り、パンフォーカス組レンズおよび赤外線カットフィルタを有する。撮像素子３は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子よりなるイメージセンサとアナログ−デジタル変換器を有する。
【００１９】
まず、この自動合焦点装置２０１の機能について説明する。
液晶レンズ系１、および光学レンズ系２を通過して結像した光学像は、撮像素子３のイメージセンサにより電気信号に変換され、その電気信号はアナログ−デジタル変換器によりデジタル信号に変換される。ＤＳＰ４には、アナログ−デジタル変換器から出力されたデジタル信号に対して、自動露出制御（ＡＥ）や自動白バランス（ＡＷＢ）制御などの画像処理を行う画像処理装置５１がある。
【００２０】
また、ＤＳＰ４中の焦点信号発生装置５２は、１画面のうちピントを合わせたいところ、例えば中央のある矩形領域に相当する画像信号に対して高周波成分を抽出してピントの合い具合を示す焦点信号を発生する。そして、ＤＳＰ４は、マイクロプロセッサ５４により撮影時にこの焦点信号が最大になるように、ＬＣレンズ系１における液晶レンズを駆動する。具体的には、ＤＳＰ４は、後段で詳細に説明するレンズ状態を表すレンズレベルというデータをＬＣレンズドライバ６に送り、ＬＣレンズドライバ６がＬＣレンズ系１に液晶の駆動電圧を印加することになる。なお、このマイクロプロセッサ５４は、ＬＣレンズ系１に印加する駆動電圧を順次変化させて焦点信号をサンプリングすることにより、複数の焦点信号を抽出する焦点信号抽出手段と、焦点信号抽出手段により抽出された複数個の焦点信号に基づいて焦点信号の最大値を判定する合焦点判定手段を有する。なお、上記焦点信号発生装置５２と、マイクロプロセッサ５４と、下記に示す記憶手段５３が、本発明の自動合焦点装置における液晶レンズ制御手段に相当する。
【００２１】
また、ＤＳＰ４は、記憶手段（メモリ）５３を有する。この記憶手段５３は、上記焦点信号抽出手段や合焦点判定手段を制御するプログラムや、ＬＣレンズ系１に最適な駆動電圧を求めるために必要な種々の関係などを格納した読み出し専用メモリ部（ＲＯＭ部）と、ＤＳＰ４が個々のサンプル毎に管理しておくべき値と、作業領域として使用する書き込み可能なメモリ部（ＲＡＭ部）を有する。このＲＡＭ部に後述するデフォルトのレンズレベルの値を書き込む。
【００２２】
また、ＤＳＰ４は、例えば１６ビットマルチプレックスタイプのホストシステムインタフェース６２を経由してホストシステム６１と通信を行う機能を有している。ホストシステム６１から自動合焦点装置２０１を動作させるコマンドなどがＤＳＰ４に送られ、それに対してＤＳＰ４がホストシステム６１に画像データを返すなどのデータ授受が実現される。
【００２３】
次に、本発明の自動合焦点装置２０１におけるＬＣレンズ系１の構成について説明する。図２および図３は、それぞれ液晶レンズのセル構成を示す正面図および断面図である。
【００２４】
これらの図に示すように、液晶レンズ７は、一対の対向するガラス基板８、９の内側に
パターン電極１０と共通電極１１が対向して配置され、パターン電極１０および共通電極１１の内側に配向膜１２、１３が対向して配置され、その間に例えばホモジニアス配向の液晶層１４が封入された液晶パネルを構成している。
【００２５】
Ｐ波用液晶レンズとＳ波用液晶レンズの構成は同じであるが、液晶層１４の配向方向が９０°異なる。これは、Ｐ波用液晶レンズの屈折率分布を変化させた場合、Ｐ波用液晶レンズの配向方向と同じ方向の偏光面を有する光は、屈折率分布の変化の影響を受けるが、Ｐ波用液晶レンズの配向方向に対して直交する方向の偏光面を有する光は、屈折率分布の変化の影響を受けない。Ｓ波用液晶レンズについても同様である。
【００２６】
従って、配向方向が９０°異なる２枚の液晶レンズ、すなわちＰ波用液晶レンズとＳ波用液晶レンズが必要となる。Ｐ波用液晶レンズとＳ波用液晶レンズは、同じ波形の駆動電圧によって駆動される。駆動電圧は、パルス高さ変調（ＰＨＭ）もしくはパルス幅変調（ＰＷＭ）された交流電圧である。
【００２７】
液晶パネルの中央部には、印加電圧に応じて屈折率が変化するレンズ部１５が設けられている。また、液晶パネルの周縁部は、シール部材１６により封止されている。液晶層１４の厚さは、スペーサ部材１７により一定に保たれている。パターン電極１０の電極取り出し部１８には、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）１９が異方性導電膜を用いて接続されている。電極取り出し部１８の一部は、パターン電極１０から絶縁されており、共通電極１１に接続されている。
【００２８】
特に限定しないが、一例として液晶レンズ７の寸法を示す。ガラス基板８、９の一辺の長さは数ｍｍから十数ｍｍ程度、例えば１０ｍｍである。ただし、パターン電極１０側のガラス基板８については、パターン電極１０の電極取り出し部１８を被う部分を除いた寸法である。ガラス基板８、９の厚さは数百μｍ程度、例えば３００μｍである。液晶層１４の厚さは十数μｍから数十μｍ程度、例えば２３μｍである。レンズ部１５の直径は数ｍｍ程度、例えば２．４ｍｍである。
【００２９】
次に、この液晶レンズ７に備えたパターン電極１０の構成とこの液晶レンズ７の作用について説明する。図４は、パターン電極１０の構成を示す正面図である。
【００３０】
図４に示すように、パターン電極１０は、円形状の中心部電極２０の回りに、半径の異なる複数の同心円の円周に沿って複数のＣ字状の輪帯電極２１、２２が配置されたパターンを有する。中心部電極２０と最も内側の輪帯電極２１の間、および隣り合う輪帯電極２１、２２の間は、空間となっている。そして、中心部電極２０と最も内側の輪帯電極２１、および隣り合う輪帯電極２１、２２は、輪帯接続部２３を介して互いに接続されている。
【００３１】
中心部電極２０からは、中心部引き出し電極２４が、他の輪帯電極２１、２２および輪帯接続部２３から離れて（すなわち、絶縁された状態で）最外周の輪帯電極２２（以下、外周部電極２２とする）の外側まで伸びている。一方、外周部電極２２からは、その外側まで、外周部引き出し電極２５が他の電極から絶縁された状態で伸びている。パターン電極１０の図４に示すパターンは、レンズ部１５に重なるように配置される。
【００３２】
中心部引き出し電極２４と外周部引き出し電極２５にそれぞれ印加された電圧に応じて、共通電極１１に対する中心部電極２０、中心部電極２０と外周部電極２２との間の各輪帯電極２１、および外周部電極２２のそれぞれの電圧値が異なる状態となる。つまり、パターン電極１０によってレンズ部１５に電圧分布が生じる。この電圧分布を変化させることによって、液晶レンズ７の屈折率の分布が変化し、液晶レンズ７を凸レンズの状態にし
たり、平行ガラスの状態にしたり、凹レンズの状態にすることができる。
【００３３】
特に限定しないが、一例としてパターン電極１０の各部の寸法や特性値を示す。中心部電極２０、外周部電極２２、およびその間の輪帯電極２１の総数は、例えば２７である。また、中心部電極２０の径、各輪帯電極２１の幅および外周部電極２２の幅は、レンズ部１５において所望の屈折率の分布が得られるように選択される。中心部電極２０、輪帯電極２１および外周部電極２２の隣り合うもの同士の間にある空間の幅は、例えば３μｍである。また、各輪帯接続部２３の抵抗値は、例えば１ｋΩである。
【００３４】
次に、ＬＣレンズ系１の焦点可変性能について説明する。
ＬＣレンズ系１と光学レンズ系２は、物体距離５０ｍｍから無限遠までの範囲でピントが合うように設計されている。ただしＬＣレンズ系１のレンズ状態を連続的に変えられるように制御するのはＬＣレンズドライバ６を不必要に複雑にし、その結果コストが高くなる。したがって、本実施の形態での合焦点判定手段における合焦点の検出は、ピントの合い具合の劣化度がそれほど大きくならない範囲内で代表的なレンズ状態を予め離散的に設定した複数個のレンズレベルを用いて、最大となる焦点信号の検出を行うのが好ましい。
【００３５】
このレンズレベルは、下記に示すように、上述したレンズ状態を示すレベルの指針となるものである。ＤＳＰ４がＬＣレンズ系１を駆動するときには、このレンズレベルという値を用い、ＬＣレンズドライバ６は、その各レンズレベルの値に応じた駆動電圧（ここでは中心部電極２０と外周部電極２２に印加する電圧）をＬＣレンズ系１に対して出力する。つまり、ここでは、レンズレベルに対応するレンズ状態を作るために、ＬＣレンズ系１を駆動するための駆動電圧を予め記憶手段５３に記憶させておき、ＬＣレンズドライバ６により、ＬＣレンズ系１を制御するときには、記憶手段５３に記憶されたレンズレベルに対応した駆動電圧を参照して行うものとする。この様にして設定されたレンズレベルを、本実施の形態では可変範囲を１７レベルに設定した。
【００３６】
このレンズレベルにおける１７レベルを、レンズレベル“１”をレンズパワー最大の凸レンズとし、レンズレベル“９”のフラットな状態に向けて徐々にレンズパワーが小さくなるように設定した。また、レンズレベル“１０”からはレンズパワーの小さい凹レンズで、徐々にレンズパワーが大きくなり、レンズレベル“１７”でレンズパワー最大の凹レンズとなる様に設定した。
【００３７】
また、この１７レベルには、凸レンズ側と凹レンズ側にそれぞれマージンが含まれている。すなわち、ＬＣレンズ系１における液晶レンズ７が理想的にできていれば、５０ｍｍから無限遠（遠景）まではレンズレベル“２”からレンズレベル“１６”でカバーできる。マージンは１レベルに限ることはなく、液晶レンズ７の電圧印加による屈折率変化量が十分大きく、設計仕様に対して余裕があれば、凸側と凹側に各２レベルでも各３レベルを用意してもよい。
【００３８】
次に、自動合焦点装置２０１を構成する各部品が組み立てられた後にどのようにＬＣレンズ系１のキャリブレーションが行われるかを説明する。ここでいうキャリブレーションとは、自動合焦点装置２０１を組み立てた後に最初に電源投入したときに、遠景に対してピントが合うＬＣレンズ系１のレンズレベルを調べ、記憶する動作である。本実施の形態ではデフォルトのレンズレベル、すなわち組立後に一度もキャリブレーションを行わなかった場合のレンズレベルを“１６”に設定している。
【００３９】
自動合焦点装置２０１の組み立てられた直後ではＬＣレンズ系１にバラツキがあるかもしれないので、デフォルトのレンズレベルで遠景に対して正しくピントが合っているかわからない。そこで、自動合焦点装置２０１にとって遠景に相当する距離、例えば本実施の
形態では１ｍの距離に解像度チャートを置く。１ｍよりも短くても使用している自動合焦点装置２０１にとって遠景と見なせる距離が必要という意味である。そして、自動合焦点装置２０１に電源を入れ、ホストシステム６１よりホストインターフェース６２を経由してキャリブレーションコマンドを発行する。
【００４０】
このコマンドを受けると自動合焦点装置２０１は、マイクロプロセッサ５４における焦点信号抽出手段を制御して、例えば従来例で説明した山登り制御する輪郭検出方式に従って、上記解像度チャートに対するオートフォーカス動作を開始する。オートフォーカス動作が終了したら、合焦点判定手段により、焦点信号が最大となったときのＬＣレンズ系１のレンズレベルを記憶手段５３に記憶する。このときＬＣレンズ系１が理想的にできていればレンズレベル“１６”が収束値であり、ＤＳＰ４は遠景に対するレンズレベルは１６であると認識する。
【００４１】
例えば、このオートフォーカス動作の結果レンズレベル“１５”が返ってきたとすると、ＬＣレンズ系１は、電圧無印加時に若干凹レンズの傾向があったと推測される。この値が一旦記憶されると、次回から遠景にピントが合うデフォルトのレンズレベルは記憶された値、すなわちレンズレベル“１５”となる。したがって、自動合焦点装置２０１に対して電源投入直後にはレンズレベル“１５”が選択され、遠景に対して正しくピントが合う。キャリブレーションを行わなかった場合は、レンズレベル“１６”が選択されてしまうので、ピントの合い具合がよくないという結果になる。
【００４２】
逆に、キャリブレーションコマンドによってレンズレベル“１７”が返ってきたとすると、液晶レンズ７は、電圧無印加時に若干凸レンズの傾向があったと推測される。このときもキャリブレーション後は、遠景を写した時には正しくピントが合う。
【００４３】
以上説明したように、実施の形態によれば、キャリブレーションによってＬＣレンズ系１の特性バラツキを吸収し、遠景に対して正しくピントが合う自動合焦点装置２０１が得られる。
【００４４】
さらに、上記説明では、本発明の自動合焦点装置２０１におけるキャリブレーションを、遠景に対して行う例を示したが、近景において同様にキャリブレーションを行い、この近景での合焦点に相当するレンズレベルを記憶手段５３に記憶させておき、このレンズレベルをオートフォーカス動作させる際の、動作開始点としても構わない。
【００４５】
また、実施の形態によれば、液晶レンズ７として使用できる許容範囲を広げることができるので、ひいては歩留まりを向上させることにつながる。
【００４６】
実施の形態２
実施の形態１ではＬＣレンズ系１の個体差によるピントの合い具合のバラツキに対するキャリブレーション動作について説明したが、実施の形態２では、温度によるＬＣレンズ系１の焦点距離の変化にも個体差があるので、その温度変化のバラツキにも対応できるようにした自動合焦点装置について述べる。ＬＣレンズ系１は、例えば室温においてフラット、すなわちレンズパワーを持たない状態であるとすると、高温側では液晶が膨張するので凸レンズの性質を示すようになり、低温側では液晶が収縮するので凹レンズの性質を示すようになる。つまり、同じレンズ状態を得ようとしてＬＣレンズ系１に駆動電圧を印加しても、外部温度が変化したら、同じレンズ状態を形成することができないこととなる。これは、液晶の熱膨張率が比較的大きいことに起因する。ただし、温度によってどの程度レンズパワーが変化するかは、厳密にいえばＬＣレンズ系１の個体間でのバラツキを考慮する必要がある。
【００４７】
そこで、下記に示す形態とし、この外部温度が変化したとしても常に安定して所望のレンズ状態を作成することができる形態とした。図５に、実施の形態２における自動合焦点装置の概略構成を示すブロック図を示す。
図５に示す自動合焦点装置２０２の構成は、ＬＣレンズ系１の近傍に温度センサ５を追加し、さらにマイクロプロセッサ５４に動作開始点抽出手段を更に付加した以外は実施の形態１で示した構成と同じであるので、下記の説明では、温度センサ５と動作開始点抽出手段が関係する説明以外は省略する。なお、温度センサ５として例えばサーミスタを用いたセンサを使用することができる。他にも熱電対で構成したものでも構わない。
【００４８】
温度センサ５は、ＬＣレンズ系１の温度を検出することが目的であるので、ＬＣレンズ系１を構成するガラス基板上に実装することが望ましいが、ＬＣレンズ系１の近傍であれば検出する温度にそれほどの違いはなく、必ずしもガラス基板上である必要はない。
【００４９】
温度センサ５にサーミスタや熱電対などを使用した場合には、温度情報をデジタル信号に変換する必要があり、温度センサ５から出力されるアナログ信号は、アナログ・デジタル変換回路を持つＬＣレンズドライバ６に入力されてデジタル信号に変換され、そのデジタル信号は、ＤＳＰ４内のマイクロプロセッサ５４によって必要なときに読み出される。もし前述した構成に代えて、温度センサ５がデジタル出力をする構成としたときには、温度センサ５のデジタル信号はＬＣレンズドライバ６を経由せず、直接マイクロプロセッサ５４に入力される。つまり、本発明の自動合焦点装置２０１における温度検出手段の形態は、上記温度センサ５とＬＣレンズドライバ６とから構成される形態と、温度センサ５のみで構成される形態の２種の形態がある。
【００５０】
次に、ＤＳＰ４に含まれるマイクロプロセッサ５４で行うＬＣレンズ系１のキャリブレーション動作について説明する。
本実施の形態におけるキャリブレーションとは、予め決められた温度において無限遠（遠景）とみなせる距離だけ離した物体にピントが正しく合うＬＣレンズ系１に対するレンズレベルを決定する動作のことを指す。温度によってＬＣレンズ系１のレンズ状態がどのように変化するかを見る上では、温度を細かく振ってキャリブレーションを行わなくとも、動作温度範囲をいくつかのゾーンに分け、例えば３つの温度ゾーンに分けて各温度ゾーンにおいてキャリブレーションを行うことで十分目的のレンズレベルを決定することができる。
【００５１】
例えば、第１の温度ゾーンを１５℃未満、第２の温度ゾーンを１５℃以上３５℃未満、第３の温度ゾーンを３５℃以上とする。なお、動作温度範囲の上下限はＬＣレンズ系１の制約のみから決まるわけではないので、ここでは特に言及しない。そして、各温度ゾーンにおいては、低温側の第１の温度ゾーンでは例えば５℃、第２の温度ゾーンでは例えば２５℃、高温側の第３の温度ゾーンでは例えば４５℃といった３点を各温度ゾーンの代表値としてその温度においてキャリブレーションを行う。
【００５２】
本実施の形態では、なるべく細かなレンズレベルの設定が望ましいので、ＬＣレンズ系１に対するレンズレベルの設定を３３レベルとした。すなわち、レンズレベル１からレンズレベル１６までが凸レンズを形成する駆動電圧を印加することになり、レンズレベル１が最大の凸レンズとなるようにしている。また、レンズレベル“１７”がレンズパワーを持たない状態（図４における中心部電極２０と外周部電極２２に同じ電圧を印加した状態）とし、レンズレベル“１８”からレンズレベル“３３”までが凹レンズで、レンズレベル“３３”がレンズパワー最大の凹レンズとなるようにしている。ＬＣレンズ系１における液晶レンズ７が理想的にできていれば、５０ｍｍから無限遠（遠景）までは、レンズレベル“４”からレンズレベル“３０”でカバーできる。そのときのレンズレベル１からレンズレベル３と、レンズレベル３１からレンズレベル３３は、ＬＣレンズ系１の個体差に
対するマージン分である。
【００５３】
以下に、ＬＣレンズ系１の具体的なキャリブレーション動作を示す。
まず、キャリブレーションを行う上で予め、自動合焦点装置２０２を恒温槽などに入れ、ＬＣレンズ系１が事前に決められた温度に設定をしておく。そして、恒温槽の扉を透明もしくは小さくくり抜いておき、中から外の撮影が可能なようにしておき、自動合焦点装置２０２から距離１．５ｍの位置に解像度チャートを置いておく。
【００５４】
ここで自動合焦点装置２０２を前述の恒温槽に入れ、５℃の温度に設定とする。槽内が設定温度になったところで、ホストシステム６１よりホストインターフェース６２を経由してキャリブレーションコマンドを発行する。自動合焦点装置２０２は、マイクロプロセッサ５４における焦点信号抽出手段を制御して、例えば従来例で説明した山登り制御する輪郭検出方式に従って、上記解像度チャートに対するオートフォーカス動作を開始する。オートフォーカス動作が終了したら、合焦点判定手段により、焦点信号が最大となった点を検出し、そのときのＬＣレンズ系１のレンズレベルを決定する。ＬＣレンズ系１が理想的にできていれば、遠景において合焦点を得ることが出来るレンズレベルは“２９”である。
【００５５】
また、マイクロプロセッサ５４は、このとき温度センサ５による温度情報を読み込む。原理的には恒温槽の表示する温度と温度センサ５が測定した温度とに違いはないはずであるが、もし違っていたとしても温度センサ５の情報を優先し、温度センサ５が示す温度の属する温度ゾーン、すなわち第１の温度ゾーンに対応するレンズレベルは“２９”であると記憶手段５３に記憶する。
【００５６】
次に、温度設定を２５℃とする。槽内が設定温度になったところで、ホストシステム６１よりホストインターフェース６２を経由してキャリブレーションコマンドを発行する。自動合焦点装置２０２は、上述したようにオートフォーカス動作を開始し、焦点信号が最大となったときのＬＣレンズ系１のレンズレベルが、ＬＣレンズ系１で理想的にできていれば、先のレンズレベルより凹レンズ側にシフトしたレンズレベル“３０”である。ここで、温度センサ５が示す温度の属する温度ゾーン、すなわち第２の温度ゾーンに対応するレンズレベルは“３０”であると記憶手段５３に記憶する。
【００５７】
そして最後に、温度設定を４５℃とする。槽内が設定温度になったところで、ホストシステム６１よりホストインターフェース６２を経由してキャリブレーションコマンドを発行する。自動合焦点装置２０２は、上述したようにオートフォーカス動作を開始し、焦点信号が最大となったときのＬＣレンズ系１のレンズレベルが、ＬＣレンズ系１で理想的にできていれば、先のレンズレベルより凹レンズ側に更にシフトしたレンズレベル“３１”であり、温度センサ５が示す温度の属する温度ゾーン、すなわち第３の温度ゾーンに対応するレンズレベルは“３１”であると記憶手段５３に記憶する。
【００５８】
上述のようにして、３カ所の温度、すなわち第１から第３の温度ゾーンにおける遠景に対する最適なレンズレベル表、すなわち温度補正テーブルが完成する。ただしこの３回のキャリブレーションは、１回のキャリブレーションコマンドによって以下のように実現することも可能である。
【００５９】
まず、自動合焦点装置２０２を前述の恒温槽に入れ、５℃の温度に設定とする。槽内が設定温度になったところで、ホストシステム６１よりキャリブレーションコマンドを発行すると同時に、恒温槽はある一定の昇温レートで温度上昇を開始する。なお、このときの恒温槽内の温度分布は、著しくならない程度の昇温レートが望ましい。恒温槽は４５℃まで温度上昇を続け、そこで定温になるようにプログラム運転をする。自動合焦点装置２０
２は、マイクロプロセッサ５４における焦点信号抽出手段を制御して、解像度チャートに対するオートフォーカス動作を開始する。オートフォーカス動作が終了したら、合焦点判定手段により、焦点信号が最大となった点を検出し、そのときのＬＣレンズ系１のレンズレベルを決定する。この時温度センサ５が示す温度から温度ゾーンを判断し、第１の温度ゾーンに対応するレンズレベルは“２９”であると記憶手段５３に記憶する。
【００６０】
次に、記憶動作が終了すると同時に、マイクロプロセッサ５４は温度センサ５の値のポーリングを開始する。ある一定の時間間隔、例えば１秒毎に温度センサ５で温度をモニタし、２５℃になるのを待つ。２５℃になったところで、自動合焦点装置２０２は、マイクロプロセッサ５４における焦点信号抽出手段を制御して、解像度チャートに対するオートフォーカス動作を開始する。オートフォーカス動作が終了したら、合焦点判定手段により、焦点信号が最大となった点を検出し、そのときのＬＣレンズ系１のレンズレベルを決定する。この時温度センサ５が示す温度から温度ゾーンを判断し、第２の温度ゾーンに対応するレンズレベルは“３０”であると記憶手段５３に記憶する。
【００６１】
再びマイクロプロセッサ５４は、温度センサ５の値のポーリングを開始し、温度センサ５で温度をモニタしながら４５℃になるのを待つ。４５℃になったところで、再び自動合焦点装置２０２は、マイクロプロセッサ５４における焦点信号抽出手段を制御して、解像度チャートに対するオートフォーカス動作を開始する。オートフォーカス動作が終了したら、合焦点判定手段により焦点信号が最大となった点を検出し、そのときのＬＣレンズ系１のレンズレベルを決定する。この時温度センサ５が示す温度から温度ゾーンを判断し、第３の温度ゾーンに対応するレンズレベルは“３１”であると記憶手段５３に記憶する。
【００６２】
以上述べたようにすると、１回のキャリブレーションコマンドによって連続的に第１から第３の温度ゾーンにおける遠景に対する温度補正テーブルを求めることができる。このようにすることで、キャリブレーションをより短時間で完了することができ、製造工程の時間短縮が可能になる。
【００６３】
ここで、上述したように記憶手段５３に温度補正テーブルが作成された自動合焦装置２０２を用いての具体的な動作について説明する。
まず、自動合焦点装置２０２に電源が投入された時に、遠景にピントを合わせるようにＬＣレンズ系１に駆動電圧を印加することになるが、駆動電圧を印加する前に、マイクロプロセッサ５４に含まれる動作開始点抽出手段で、温度センサ５の温度情報を記憶手段５３に読みに行くように設定しておく必要がある。仮に、外部環境温度が、第２の温度ゾーンに含まれる３０℃であったとすると、マイクロプロセッサ５４は、記憶手段５３の遠景に対する最適なレンズレベル表を参照して、第２の温度ゾーンに対応するレンズレベル“３０”をＬＣレンズドライバ６に設定し、ＬＣレンズ系１は、レンズレベル“３０”に相当する駆動電圧を印加して、これを動作開始点とする。
【００６４】
ここで電源投入時に温度が高く、例えばマイクロプロセッサ５４が読んできた温度情報が、第３の温度ゾーンに含まれる４０℃であるとする。このとき記憶手段５３の遠景に対する最適なレンズレベル表を参照して、第３の温度ゾーンに対応するレンズレベル“３１”をＬＣレンズドライバ６に設定し、ＬＣレンズ系１はレンズレベル“３１”に相当する駆動電圧を印加して、これを動作開始点とする。
【００６５】
また、各温度におけるキャリブレーションにおいて、上述とは異なるレンズレベル表が作成されることがある。それは、温度によるレンズレベルの違いに加え、個体間のバラツキが加わることがあるためである。この時５℃、２５℃、４５℃の３点の温度においてキャリブレーションを行った結果、第１の温度ゾーンはレンズレベルが“２８”、第２の温度ゾーンはレンズレベルが“２９”、第３の温度ゾーンはレンズレベルが“３０”であっ
た。この自動合焦点装置２０２の電源を投入した時に、温度センサ５からの温度情報が１０℃であった場合には、第１の温度ゾーンに対応するレンズレベル“２８”をＬＣレンズドライバ６に設定し、ＬＣレンズ系１はレンズレベル“２８”に相当する駆動電圧を印加して、これを動作開始点とする。
【００６６】
上述したように、自動合焦点装置２０２の電源投入時やホストシステムから起動を掛けられた時に、温度センサ５からの温度情報に基づき、常に最適なレンズレベルを選択でき結果的に最適なピントの合い具合を提供できる。
【００６７】
上記説明では、本発明の自動合焦点装置２０２におけるキャリブレーションを、遠景に対して行う例を示したが、近景において同様にキャリブレーションを行い、各温度における近景での合焦点に相当するレンズレベルを記憶手段５３に記憶させておき、このレンズレベルをオートフォーカス動作させる際の、動作開始点としても構わない。
【００６８】
以上において本発明は、上述した各実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態中に記載した寸法や特性値や時間などの値は一例であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。また、液晶の種類もネマティック液晶に限定されるものではない。
【００６９】
また、実施の形態中の図４では、中心部引き出し電極２４から外周部引き出し電極２５まで輪帯接続部２３を介して接続されているパターン電極１０を示したが、中心部電極２０、各輪帯電極２１、２２からそれぞれ独立に引き出し電極を取り出した形態の液晶レンズでもよい。この場合は、あるレンズレベルを設定するには中心部電極２０と、各輪帯電極２１、２２に印加する複数の異なった駆動電圧を決める必要があるので、ＬＣレンズドライバ６が複雑にはなるが、先に示した形態と同じように液晶レンズのバラツキを吸収できる。
【００７０】
また、遠景と近景の両方の動作開始点の情報をそれぞれ記憶手段５３に記憶させることもできる。この様にすることで、ユーザーがマクロ撮影を行うことが事前に判っている場合は、ホストシステム６１から近景からオートフォーカス動作を行うようにＤＳＰ４を制御し、それ以外の通常撮影を行う場合は、遠景の動作開始点から、オートフォーカス動作を行うようにＤＳＰ４を制御する。この様にＤＳＰ４を制御することにより、先に示した本願発明特有の効果に加えて、マクロ撮影における合焦するまでに掛かる時間を、大幅に短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明にかかる自動合焦点装置は、カメラ、デジタルカメラ、ムービーカメラ、カメラ付き携帯電話のカメラ部、車等に搭載されて後方確認用モニタなどに用いられるカメラ、内視鏡のカメラ部、レンズの度を変化させる機能を有する眼鏡などに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明にかかる自動合焦点装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の自動合焦点装置における液晶レンズの構成を示す正面図である。
【図３】本発明の自動合焦点装置における液晶レンズの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の自動合焦点装置における液晶レンズのパターン電極の構成を示す正面図である。
【図５】本発明の実施の形態２における自動合焦点装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】従来の自動合焦点装置に用いられる液晶レンズの電気的接続関係を示す回路図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  液晶（ＬＣ）レンズ系
２  光学レンズ系
３  撮像素子
４  デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）
５  温度センサ
６  液晶（ＬＣ）レンズドライバ
７  液晶（ＬＣ）レンズ
８、９  ガラス基板
１０  パターン電極
１１  共通電極
１２、１３  配向膜
１４  液晶層
１５  レンズ部
１６  シール部材
１７  スペーサ部材
１８  電極取り出し部
１９  フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）
２０  中心部電極
２１  輪帯電極
２２  輪帯電極（外周部電極）
２３  輪帯接続部
２４  中心部引き出し電極
２５  外周部引き出し電極
５１  画像処理装置
５２  焦点信号発生装置
５３  記憶手段
５４  マイクロプロセッサ
６１  ホストシステム
６２  ホストシステムインタフェース
２０１、２０２  自動合焦点装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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