JP2005134511A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【構成】 ズームトラッキング曲線は、所定位置から基準被写体を捉えた特定状態でズームレンズを最大ストロークにわたって移動させたときのフォーカスレンズの合焦点の変化を示す。ズームレンズを最大ストロークよりも短いズームストロークにわたって移動させるとき、フォーカスレンズの位置は、ズームトラッキング曲線に従って調整される。ズームストロークを補正するとき、ＣＰＵは、特定状態でＡＦ処理を実行して、ワイド側端部位置Ｗｄおよびテレ側端部位置Ｔｄにそれぞれ対応する２つの合焦点ＦｄｗおよびＦｄｔを検出する。ＣＰＵはさらに、検出された合焦点ＦｄｗおよびＦｄｔの差分ΔＦｄに対応するオフセットΔＺを特定し、特定されたオフセットΔＺに従ってワイド側端部位置Ｗｄを補正する。この結果、実ズームストロークは、想定ズームストロークとほぼ一致する。
【効果】 個体間でのズームストロークのずれを抑えることができる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、光学装置に関し、特にたとえばカメラに適用され、ズームレンズおよびフォーカスレンズの間隔を調整する、光学装置に関する。

ズームレンズの中には、実際にズーム処理に使用されるストロークつまりズームストロークよりも長いストロークが準備されたレンズがある。このようなズームレンズでは、準備されたストロークを超えない範囲でズームストロークを任意に設定することができる。換言すれば、ワイド側端部位置およびテレ側端部位置を、限界を超えない範囲で任意に設定することができる。

しかし、このような任意性を有する結果、ズームストロークに個体差が生じてしまうという問題があった。つまり、ストロークの長さは個体間で一致するものの、ワイド側端部位置およびテレ側端部位置が個体間でずれるという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、個体間でのズームストロークのずれを抑えることができる、ズームレンズ装置を提供することである。

請求項１の発明に従う光学装置は、所定位置から基準被写体を捉えた特定状態でズームレンズを第１距離にわたって移動させたときのフォーカスレンズの合焦点の変化を示す変化特性データを保持し、ズームレンズを第１距離よりも短い第２距離にわたって移動させるとき変化特性データに基づいてフォーカスレンズの位置を調整する光学装置において、第２距離に相当する範囲に属する複数の位置を指定する指定手段、指定手段によって指定された複数の位置にそれぞれ対応する複数の合焦点を特定状態で検出する検出手段、および検出手段によって検出された複数の合焦点に基づいて第２距離の基準位置を補正する補正手段を備えることを特徴とする。

変化特性データは、所定位置で基準被写体を捉えた特定状態でズームレンズを第１距離にわたって移動させたときのフォーカスレンズの合焦点の変化を示す。ズームレンズを第１距離よりも短い第２距離にわたって移動させるとき、フォーカスレンズの位置は、かかる変化特性データに基づいて調整される。指定手段によって第２距離に相当する範囲に属する複数の位置が指定されると、検出手段は、指定された複数の位置にそれぞれ対応する複数の合焦点を特定状態で検出する。補正手段は、検出された複数のデータ値に基づいて第２距離の基準位置を補正する。

第２距離に相当する範囲に属する複数の位置に対応する合焦点を特定状態で検出することによって、この範囲と変化特性データとの相対的な位置関係が認識される。この結果、第２距離の基準位置を所望の位置に設定でき、個体間でのズームストロークのずれを抑えることが可能となる。

請求項２の発明に従う光学装置は、請求項１に従属し、補正手段は、複数のデータ値に所定演算を施す演算手段、および演算手段によって求められた演算値が目標値と一致する方向に基準位置を補正する補正実行手段を含む。これによって、基準位置の正確な補正が可能となる。

請求項３の発明に従う光学装置は、請求項２に従属し、指定手段は２つの位置を指定し、演算手段は２つのデータ値に引き算を施す。

請求項４の発明に従う光学装置は、請求項２または３に従属し、補正手段は、複数の数値範囲にそれぞれ割り当てられた複数の補正量を保持する補正量保持手段、および演算値が属する数値範囲に割り当てられた補正量を補正量保持手段から検出する補正量検出手段をさらに含み、補正実行手段は、補正量検出手段によって検出された補正量に従って基準位置を補正する。予め複数の補正量を準備し、演算値に関連する補正量を検出することによって、補正に要する時間を短縮することができる。

請求項５の発明に従う光学装置は、請求項１ないし４のいずれかに従属し、イメージセンサをさらに備え、検出手段は、イメージセンサから出力された画像信号の高周波成分に基づいて合焦点を検出する。これによって、合焦点を正確に検出することができる。

請求項６の発明に従う光学特性調整方法は、所定位置から基準被写体を捉えた特定状態でズームレンズを第１距離にわたって移動させたときのフォーカスレンズの合焦点の変化を示す変化特性データを保持し、ズームレンズを第１距離よりも短い第２距離にわたって移動させるとき変化特性データに基づいてフォーカスレンズの位置を調整する光学装置の光学特性調整方法であって、(a)第２距離に相当する範囲に属する複数の位置を指定し、(b)ステップ(a)によって指定された複数の位置にそれぞれ対応する複数の合焦点を特定状態で検出し、そして(c)ステップ(b)によって検出された複数の合焦点に基づいて第２距離の基準位置を補正する。

請求項１と同様、第２距離に相当する範囲に属する複数の位置に対応する合焦点を特定状態で検出することによって、この範囲と変化特性データとの相対的な位置関係が認識される。この結果、第２距離の基準位置を所望の位置に設定でき、個体間でのズームストロークのずれを抑えることが可能となる。

請求項７の発明従う光学特性調整プログラムは、所定位置から基準被写体を捉えた特定状態でズームレンズを第１距離にわたって移動させたときのフォーカスレンズの合焦点の変化を示す変化特性データを保持し、ズームレンズを第１距離よりも短い第２距離にわたって移動させるとき変化特性データに基づいてフォーカスレンズの位置を調整する光学装置のプロセサによって実行される光学特性調整プログラムであって、第２距離に相当する範囲に属する複数の位置を指定する指定ステップ、指定ステップによって指定された複数の位置にそれぞれ対応する複数の合焦点を特定状態で検出する検出ステップ、および検出手段によって検出された複数の合焦点に基づいて第２距離の基準位置を補正する補正ステップを備える。

請求項１と同様、第２距離に相当する範囲に属する複数の位置に対応する合焦点を特定状態で検出することによって、この範囲と変化特性データとの相対的な位置関係が認識される。この結果、第２距離の基準位置を所望の位置に設定でき、個体間でのズームストロークのずれを抑えることが可能となる。

この発明によれば、第２距離に相当する範囲に属する複数の位置に対応する合焦点を特定状態で検出することによって、この範囲と変化特性データとの相対的な位置関係が認識される。この結果、第２距離の基準位置を所望の位置に設定でき、個体間でのズームストロークのずれを抑えることが可能となる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１を参照して、この実施例のディジタルビデオカメラ１０は、ズームレンズ１２，フォーカスレンズ１４および絞りユニット１６を含む。被写界の光学像は、これらの部材を通してイメージセンサ１８の受光面つまり撮像面に照射される。撮像面では、光電変換によって被写界の光学像に対応する電荷つまり生画像信号が生成される。

スルー画像処理つまり被写界のリアルタイム動画像をＬＣＤモニタ３８に表示する処理を実行するとき、ＣＰＵ５０は、絞りの開放をドライバ２４に命令し、プリ露光および間引き読み出しの繰り返しをドライバ２６に命令する。ドライバ２４は、絞りユニット１６の絞り量を開放し、ドライバ２６は、イメージセンサ１８のプリ露光とこれによって生成された生画像信号の間引き読み出しとを繰り返し実行する。プリ露光および間引き読み出しは、１／３０秒毎に発生する垂直同期信号に応答して実行される。これによって、被写界の光学像に対応する低解像度の生画像信号が、３０ｆｐｓのフレームレートでイメージセンサ１８から出力される。

出力された各フレームの生画像信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ回路２８によってノイズ除去，レベル調整およびＡ／Ｄ変換の一連の処理を施され、これによってディジタル信号である生画像データが得られる。信号処理回路３０は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ回路２８から出力された生画像データに白バランス調整，色分離，ＹＵＶ変換などの処理を施し、ＹＵＶ形式の画像データを生成する。生成された画像データはメモリ制御回路３２によってＳＤＲＡＭ３４に書き込まれ、その後同じメモリ制御回路３２によって読み出される。ビデオエンコーダ３６は、メモリ制御回路３２によって読み出された画像データをＮＴＳＣフォーマットに従うコンポジットビデオ信号に変換し、変換されたコンポジットビデオ信号をＬＣＤモニタ３８に与える。この結果、被写界のスルー画像がモニタ画面に表示される。

スルー画像が表示されている状態でズームキー５６が操作されると、ＣＰＵ５０は、ズームレンズ１２の駆動をドライバ２０に命令する。ズームレンズ１２は、ドライバ２０によって光軸方向に移動する。ＣＰＵ５０はまた、ズームレンズ１２の移動によってフォーカスがぼけるのを防止するために、フォーカスレンズ１４の駆動をドライバ２２に命令する。これによって、フォーカスレンズ１４もまた光軸方向に移動する。なお、フォーカスレンズ１４の移動先は、フラッシュメモリ６０に記憶されたズームトラッキング曲線のデータ（後段で詳述）を参照して特定される。

シャッタボタン５４が半押しされると、ＣＰＵ５０は、ＡＥ処理およびＡＦ処理を行う。ＡＥ処理は、次の要領で実行される。信号処理回路３０によって生成された画像データのうちＹデータは、輝度評価回路４６に与えられる。輝度評価回路４６は、画面上に複数の測光エリアを割り当て、各々の測光エリアに属するＹデータを１フレーム期間毎に積分する。ＣＰＵ５０は、複数の測光エリアでそれぞれ求められた複数の輝度評価値（積分値）を垂直同期信号に応答して取り込み、ドライバ２６に設定されたプリ露光時間および絞りユニット１６の絞り量をかかる輝度評価値に基づいて調整する。

ＡＦ処理は、次の要領で実行される。フォーカス評価回路４８では、信号処理回路３０によって生成されたＹデータの高域周波数成分が１フレーム期間毎に積算される。これによって、フォーカス評価値（合焦度）が１フレームに１回の割合で求められる。ＣＰＵ５０は、フォーカス評価回路４８から出力されたフォーカス評価値を垂直同期信号に応答して取り込み、これに基づいてドライバ２２を駆動する。この結果、フォーカスレンズ１４が合焦点に設定される。

シャッタボタン５４が全押しされると、ＣＰＵ５０によって画像記録処理が実行される。ＣＰＵ５０はまず、本露光および全画素読み出しをドライバ２６に命令する。ドライバ２６は、イメージセンサ１８の本露光とこれによって生成された生画像信号の全画素読み出しとを１回ずつ実行する。これによって、被写界の光学像に対応する高解像度の生画像信号が、３０ｆｐｓのフレームレートでイメージセンサ１８から出力される。出力された生画像信号は上述と同様の処理によってＹＵＶ形式の画像データに変換され、変換された画像データはメモリ制御回路３２によってＳＤＲＡＭ３４に書き込まれる。

ＣＰＵ５０はまた、画像圧縮命令をＪＰＥＧコーデック４０に向けて発行する。ＪＰＥＧコーデック４０は、メモリ制御回路３２を通してＳＤＲＡＭ３４から１フレームの画像データを読み出し、読み出された画像データにＪＰＥＧ圧縮を施し、そして圧縮画像データつまりＪＰＥＧデータをメモリ制御回路３２を通してＳＤＲＡＭ３４に書き込む。ＣＰＵ５０はさらに、メモリ制御回路３２を通してＳＤＲＡＭ３４からＪＰＥＧデータを順次読み出し、読み出されたＪＰＥＧデータを含む画像ファイルをＩ／Ｆ回路４２を通して記録媒体４４に記録する。このような画像記録処理が完了すると、上述のスルー画像処理が再開される。

図２を参照して、ズームトラッキング曲線は、所定位置から基準被写体を捉えた状態でズームレンズ１４を光軸方向に移動させたときにフォーカスレンズ１４の合焦点がどのように変化するかを表した曲線である。ただし、ＣＰＵ５０が想定しているズームストロークつまり想定ズームストロークは、ズームレンズ１２の最大ストロークよりも長い。このため、想定ズームストロークのワイド側端部位置Ｗｓおよびテレ側端部位置Ｔｓは、製造段階で決定される。

この端部位置ＷｓおよびＴｓの決定にあたっては、ズームレンズ１２の近傍に設けられたズームスイッチ５２の出力が参照される。ズームスイッチ５２の出力は、ズームレンズ１２をテレ側に向けて移動させたとき、或る位置でＬレベルからＨレベルに変化する。このレベル変化が発生したレンズ位置からワイド側に距離Ｚｓを隔てた位置が、理想的にはワイド側端部位置Ｗｓとされる。

しかし、実際には、ズームスイッチ５２の位置ずれやズームレンズ１２の光学的ずれによって、想定されたワイド側端部位置Ｗｓと実際に検出されるワイド側端部位置Ｗｄとの間に、オフセットΔＺが生じる。ズームストロークの長さは固定であるため、想定されたテレ側端部位置Ｔｓと実際に検出されるテレ側端部位置Ｔｄとの間にも、オフセットΔＺが生じる。そこで、この実施例では、次のようにしてワイド側端部Ｗｄを補正するようにしている。

まず、ズームレンズ１２をワイド側端部位置Ｗｄおよびテレ側端部位置Ｔｄの各々に設定した状態でＡＦ処理を行い、２つの合焦点ＦｄｗおよびＦｄｔを特定する。合焦点ＦｄｗおよびＦｄｔの特定によって、ズームトラッキング曲線および実ズームストロークの間の水平方向における位置関係が明らかとなる。

次に、特定された２つの合焦点ＦｄｗおよびＦｄｔのずれ量である差分ΔＦｄを算出する。

続いて、算出された差分ΔＦｄに対応するオフセットΔＺを、表１を参照して特定する。表１によれば、差分ΔＦｄが取り得る数値が複数の範囲に分割され、オフセットΔＺを示す複数の数値がこの複数の範囲にそれぞれ割り当てられている。ワイド側端部位置Ｗｓに対応する合焦点Ｆｓｗとテレ側端部位置Ｔｓに対応する合焦点Ｆｓｔとの差分ΔＦｓは、差分ΔＦｄが取り得る数値のほぼ中心に存在する。かかる表１から、差分ΔＦｄが属する範囲に割り当てられたオフセットΔＺが特定される。なお、表１に対応するデータは、フラッシュメモリ６０に記憶されている。

続いて、特定されたオフセットΔＺに従ってワイド側端部位置Ｗｄを補正する。具体的には、オフセットΔＺをワイド側端部位置Ｗｄに加算する。補正されたワイド側端部位置Ｗｄ´（＝Ｗｄ＋ΔＺ）は、ワイド側端部位置Ｗｓとほぼ一致する。換言すれば、実ズームストロークが想定ズームストロークとほぼ一致する。

ＣＰＵ５０は、このようなズームストロークの補正を行うとき、フラッシュメモリ５８に記憶された補正プログラムに従って図３に示すフロー図の処理を実行する。この処理を行うにあたって、ディジタルビデオカメラ１０は、ズームトラッキング曲線を作成したときと同じ状態にある。つまり、ディジタルビデオカメラ１０は、所定位置から基準被写界を捉えている。

まずステップＳ１でワイド側端部位置Ｗｄを特定する。具体的には、ズームレンズ１２を光軸方向に移動させてズームスイッチ５２の出力が変化するレンズ位置を検出し、検出したレンズ位置に距離Ｚｓを加算する。なお、距離Ｚｓの極性はマイナスである。次に、ステップＳ３でズームレンズ１２を特定されたワイド側端部位置Ｗｄに設定し、ステップＳ５でＡＦ処理を実行する。これによって、図２に示す合焦点Ｆｄｗが検出される。

ステップＳ７では、テレ側端部位置Ｔｄを特定する。具体的には、ステップＳ１で特定されたワイド側端部位置Ｗｄにズームストローク量を加算する。ステップＳ９では、ズームレンズ１２を特定されたテレ側端部Ｔｄに設定し、ステップＳ１１ではＡＦ処理を実行する。これによって、図２に示す合焦点Ｆｄｔが検出される。

ステップＳ１３では、こうして検出された２つの合焦点ＦｄｗおよびＦｄｔから差分ΔＦｄを算出し、ステップＳ１５では、表１を参照して差分ΔＦｄに対応するオフセットΔＺを特定する。ステップＳ１７では、特定されたオフセットΔＺに従ってワイド側端部位置Ｗｄを補正する。つまり、ワイド側端部位置ＷｄにオフセットΔＺを加算する。補正後のワイド側端部位置Ｗｄ´は、想定されたワイド側端部位置Ｗｓにほぼ一致する。

ＣＰＵ５０は、通常の撮影処理を行うとき、図４に示すフロー図に従う処理を実行する。このフロー図に従う撮影プログラムもまた、フラッシュメモリ５８に記憶される。

まずステップＳ２１でスルー画像処理を行う。これによって、被写界のリアルタイム動画像がＬＣＤモニタ３８に表示される。ステップＳ２３ではズームキー５６が操作されたか否かを判別し、ステップＳ２９ではシャッタボタン５４が半押しされたか否かを判別する。

ズームキー５６が操作されたときはステップＳ２３からステップＳ２５に進み、ズームレンズ１２を光軸方向に１ステップ移動させる。続くステップＳ２７では、その時点で合焦している距離に対応するかつフラッシュメモリ６０に記憶されたズームトラッキング曲線のデータを参照して、フォーカスレンズ１４の位置を調整する。調整が完了すると、ステップＳ２３に戻る。したがって、ズームキー５６の操作状態が継続すれば、ズームレンズ１２が光軸方向に移動し、フォーカスレンズ１４の位置がたとえば図２に示すズームトラッキング曲線に沿って変化する。

シャッタボタン５４が半押しされると、ステップＳ３１およびＳ３３でＡＥ処理およびＡＦ処理をそれぞれ実行する。ＡＥ処理によって、ドライバ２６に設定されたプリ露光時間および絞りユニット１６の絞り量が調整され、ＡＦ処理によってフォーカスレンズ１４が合焦点に設定される。

ステップＳ３５ではシャッタボタン５４が全押しされたかどうか判断し、ステップＳ３７ではシャッタボタン５４の操作が解除されたかどうか判断する。シャッタボタン５４が全押しされたときはステップＳ３９に進み、被写界の静止画像を記録媒体４４に記録するべく画像記録処理を実行する。ステップＳ３９の処理が完了すると、ステップＳ２１に戻る。シャッタボタン５４の操作が解除されたときは、ステップＳ３７からステップＳ２３に戻る。

以上の説明から分かるように、ズームトラッキング曲線は、所定位置から基準被写体を捉えた特定状態でズームレンズ１２を最大ストロークにわたって移動させたときのフォーカスレンズ１４の合焦点の変化を示す。ズームレンズ１２を最大ストロークよりも短いズームストロークにわたって移動させるとき、フォーカスレンズ１２の位置は、ズームトラッキング曲線に従って調整される。

ズームストロークを補正するとき、ＣＰＵ５０は、特定状態でＡＦ処理を実行して、ワイド側端部位置Ｗｄおよびテレ側端部位置Ｔｄにそれぞれ対応する２つの合焦点ＦｄｗおよびＦｄｔを検出する(S5, S11)。ＣＰＵ５０はさらに、検出された合焦点ＦｄｗおよびＦｄｔの差分ΔＦｄに対応するオフセットΔＺを表１から特定し、特定されたオフセットΔＺに従ってワイド側端部位置Ｗｄを補正する。ワイド側端部位置Ｗｄの補正によって、実ズームストロークは想定ズームストロークとほぼ一致する。

実ズームストークに属する複数のレンズ位置にそれぞれ対応する複数の合焦点を特定状態で検出することで、実ズームストロークとズームトラッキング曲線との相対的な位置関係が認識される。この結果、実ズームストロークの基準位置を所望の位置に設定でき、個体間でのズームストロークのずれを抑えることが可能となる。

なお、この実施例では、実ズームストロークの両端で合焦点を検出するようにしているが、実ズームストロークに属する限り、検出位置は両端に限られず、検出位置は３ヶ所上でもよい。また、この実施例では、ディジタルビデオカメラを用いて説明しているが、この発明は銀塩フィルムカメラにも適用できる。

この発明の一実施例の構成を示すブロック図である。 図１実施例の動作の一部を示す図解図である。 図１実施例の動作の他の一部を示すフロー図である。 図１実施例の動作のその他の一部を示すフロー図である。

符号の説明

１０ … ディジタルカメラ
１２ … ズームレンズ
１４ … フォーカスレンズ
１８ … イメージセンサ
２０，２２，２４，２６ … ドライバ
４８ … フォーカス評価回路
５０ … ＣＰＵ
５４ … シャッタボタン
５６ … ズームキー
５８，６０ … フラッシュメモリ

Claims (7)

1. 所定位置から基準被写体を捉えた特定状態でズームレンズを第１距離にわたって移動させたときのフォーカスレンズの合焦点の変化を示す変化特性データを保持し、前記ズームレンズを前記第１距離よりも短い第２距離にわたって移動させるとき前記変化特性データに基づいて前記フォーカスレンズの位置を調整する光学装置において、
   前記第２距離に相当する範囲に属する複数の位置を指定する指定手段、
   前記指定手段によって指定された複数の位置にそれぞれ対応する複数の合焦点を前記特定状態で検出する検出手段、および
   前記検出手段によって検出された複数の合焦点に基づいて前記第２距離の基準位置を補正する補正手段を備えることを特徴とする、光学装置。
2. 前記補正手段は、前記複数のデータ値に所定演算を施す演算手段、および前記演算手段によって求められた演算値が目標値と一致する方向に前記基準位置を補正する補正実行手段を含む、請求項１記載の光学装置。
3. 前記指定手段は２つの位置を指定し、
   前記演算手段は２つのデータ値に引き算を施す、請求項２記載の光学装置。
4. 前記補正手段は、複数の数値範囲にそれぞれ割り当てられた複数の補正量を保持する補正量保持手段、および前記演算値が属する数値範囲に割り当てられた補正量を前記補正量保持手段から検出する補正量検出手段をさらに含み、
   前記補正実行手段は、前記補正量検出手段によって検出された補正量に従って前記基準位置を補正する、請求項２または３記載の光学装置。
5. イメージセンサをさらに備え、
   前記検出手段は、前記イメージセンサから出力された画像信号の高周波成分に基づいて前記合焦点を検出する、請求項１ないし４のいずれかに記載の光学装置。
6. 所定位置から基準被写体を捉えた特定状態でズームレンズを第１距離にわたって移動させたときのフォーカスレンズの合焦点の変化を示す変化特性データを保持し、前記ズームレンズを前記第１距離よりも短い第２距離にわたって移動させるとき前記変化特性データに基づいて前記フォーカスレンズの位置を調整する光学装置の光学特性調整方法であって、
   (a) 前記第２距離に相当する範囲に属する複数の位置を指定し、
   (b) 前記ステップ(a)によって指定された複数の位置にそれぞれ対応する複数の合焦点を前記特定状態で検出し、そして
   (c) 前記ステップ(b)によって検出された複数の合焦点に基づいて前記第２距離の基準位置を補正する、光学特性調整方法。
7. 所定位置から基準被写体を捉えた特定状態でズームレンズを第１距離にわたって移動させたときのフォーカスレンズの合焦点の変化を示す変化特性データを保持し、前記ズームレンズを前記第１距離よりも短い第２距離にわたって移動させるとき前記変化特性データに基づいて前記フォーカスレンズの位置を調整する光学装置のプロセサによって実行される光学特性調整プログラムであって、
   前記第２距離に相当する範囲に属する複数の位置を指定する指定ステップ、
   前記指定ステップによって指定された複数の位置にそれぞれ対応する複数の合焦点を前記特定状態で検出する検出ステップ、および
   前記検出手段によって検出された複数の合焦点に基づいて前記第２距離の基準位置を補正する補正ステップを備える、光学特性調整プログラム。

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