JP2006227274A - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】より正確にレンズ位置を測定する撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置100はレンズ2を挟んで配置されるフォトリフレクタPR1、PR2の出力を比較し、撮像装置100aは基準点となる反射板7a、7bの間にフォトリフレクタPR1、PR2を配置してその出力を比較し、出力の大きいフォトリフレクタを元にレンズ位置を検出する相補的な構成である。
【選択図】図1

Description

本発明は、撮像装置に関する。
オートフォーカス機能を有するデジタルスチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置におけるレンズ構成の例としては、被写体側から第1群に焦点調整のためのレンズ群(フォーカス)、第2群に変倍のためのレンズ群(バリエータ)、第3群に変倍に伴う像の補正を行うレンズ群(コンペンセータ)、第4群に結像用のレンズ群(リレー)などがある。
また、ズームレンズの小型化及びより至近距離での撮影を可能とするため、バリエータレンズより後方のコンペンセータレンズなどを使ってフォーカシングを行う、リアフォーカスのズームレンズ、RFZ(Rear Focus Zoom)ズームレンズがある。
RFZズームレンズにおいては、所定のバリエータの位置に対して合焦となるコンペンセータの位置が被写体との距離により一義的に決まっており、レンズ位置を正確に測定しながら制御する必要がある(例えば特許文献1〜3参照)。
特公平6−44807号公報 特許第2634907号公報 特許第3382402号公報
しかしながら、フォトリフレクタなどの距離計では、基準位置からレンズ位置までの距離を測定する場合に距離の二乗に反比例して出力が減衰する。そのため、距離計とレンズとの距離が離れるほど、レンズの移動に対する距離計からの出力の変化量が小さくなり、測定精度が低下してしまう問題があった。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、より正確にレンズ位置を測定する撮像装置の提供を課題とするものである。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、被写体の光学像を結像すべく光軸上を移動可能なレンズと、前記レンズを介して入力された画像を電気信号に変換する撮像素子と、前記レンズを光軸方向に移動させるアクチュエータと、前記レンズの移動に応じて移動するレンズ位置基準点の移動方向の一端側に配置されて当該一端側と前記レンズ位置基準点との相対距離を計測する第1の距離計測手段、及び他端側に配置されて当該他端側と前記レンズ位置基準点との相対距離を計測する第2の距離計測手段を有する距離計と、前記距離計の出力値から前記レンズと前記撮像素子との光軸方向の位置関係を示すデータを格納するメモリと、前記第1及び第2の距離計測手段の出力値に応じたいずれか一の距離計測手段を前記距離計の出力と指定する指定手段と、前記指定手段による前記距離計の出力値と前記メモリのデータとを元に前記撮像素子と前記レンズとの光軸方向の位置関係を検出するレンズ位置検出手段と、を備えることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記メモリは、前記レンズ位置基準点が前記第1及び第2の距離計測手段の出力値が等しい時の当該出力値を中間位置出力データとして予め格納し、前記指定手段は、前記中間位置出力データと前記第1及び/又は第2の距離計測手段の出力値に応じたいずれか一の距離計測手段を指定することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記指定手段は、前記レンズの移動による前記第1及び第2の距離計測手段の出力値の変化量を比較して該変化量の大きいいずれか一の距離計測手段を指定することを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の発明において、前記距離計は、前記レンズ位置基準点に配置され、該レンズ位置基準点の移動方向の一端側にある第1の基準点と自己の位置との相対距離を計測する第1の距離計測手段、及び前記レンズ位置基準点に配置され、該レンズ位置基準点の移動方向の他端側にある第2の基準点と自己の位置との相対距離を計測する第2の距離計測手段を有し、前記指定手段は、前記第1及び第2の距離計測手段の出力値に応じたいずれか一の距離計測手段を前記距離計の出力と指定することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の発明において、前記距離計はフォトリフレクタ又はホール素子により構成されることを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、レンズとの距離を計測する複数の距離計をそのレンズを挟んで配置し、距離計の出力値に応じたいずれか一の距離計の出力を元にレンズ位置を検出する構成であるため、距離が離れることで測定精度が劣化する距離計を用いた場合においても、互いに補完して計測することができ、レンズ位置に関わらず、精度良く測定することができる。
請求項2に記載の発明によれば、レンズが第1及び第2の距離計の出力値が等しい時のその出力値を予め記憶する構成であるため、複数の距離計の全てを常に稼動させる必要がなく、省電力化を図ることができる。
請求項3に記載の発明によれば、レンズの移動に伴う出力データの変化が大きい距離計を元に距離の測定を行う構成であるため、出力の状態に応じた距離計を選択し、レンズ位置をより精度良く測定することができる。
請求項4に記載の発明によれば、基準点の間をレンズの移動に応じて移動する距離計を互いに近接して設ける構成であるため、距離計ごとの温度差を考慮する必要がなく、温度に関する補正を容易に行うことができる。
請求項5に記載の発明によれば、距離計がフォトリフレクタ又はホール素子による距離が離れることで変化量が逓減する素子においても、正確にレンズ位置を測定することができる。
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。ただし、本発明の範囲は図示例に限定されない。
[第1の実施の形態]
図1に本発明に係る撮像装置100の構成を示す。撮像装置100は、図1に示すように、アクチュエータ1、レンズ2、撮像素子3、フォトリフレクタPR1、フォトリフレクタPR2により構成される。
アクチュエータ1は、錘1a、ピエゾ素子1b、ロッドから構成され、後述するコントローラ9から入力される制御信号に従い、電圧を印加すると変形するピエゾ素子1bの特性を利用し、ピエゾ素子1bの伸びと縮みの速度を異なるように振動させてロッドに保持されているレンズ枠及びレンズ2を上下に移動させる。アクチュエータ1には、図1に示すように、レンズ2の移動方向の端点である第1メカ端14、第2メカ端15が備えられている。以下では、第1メカ端14の位置を「第1の端点」と予備、第2メカ端15の位置を「第2の端点」と呼ぶことにする。
ここで、アクチュエータ1は、上述したピエゾアクチュエータだけでなく、ステッピングモータ、又は特開2001−346385号公報に記載されたような静電アクチュエータを用いてもよい。
レンズ2は、その光路上において被写体の光画像を撮像素子3に結像させる。撮像素子3は、CCD(Charge Coupled Device)又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の光センサにより構成され、レンズ2を介して入力された光画像を電気信号に光電変換する。
第1及び第2の距離計測手段としてのフォトリフレクタPR1、PR2は、レンズ枠及びレンズ2に固定されたレンズ位置基準点としての反射板7に光を照射し、反射光に応じた電流値を出力する。この電流値は、レンズ2と撮像素子3の距離を示す。フォトリフレクタPR1、PR2から出力された電流値は電圧値に変換され、後述するA/D回路4、5に出力される。
図2に、撮像装置100の電気的構成を示す。撮像装置100は、図2に示すように、アクチュエータ1、レンズ2、撮像素子3、フォトリフレクタPR1、フォトリフレクタPR2、A/D回路4、A/D回路5、信号処理回路6、EEPROM8、及びコントローラ9により構成される。アクチュエータ1、レンズ2、撮像素子3、フォトリフレクタPR1、PR2については、図1において説明済みであるため、ここでの説明は省略する。
信号処理回路6は、撮像素子3から入力された信号に対し、所定の画像処理を施し、画像処理結果をコントローラ9に出力する。この信号処理回路6は、積算器6aを備える。積算器6aは、撮像素子3から入力された信号から被写体の高周波成分を抽出し、抽出された高周波成分を積算することによって、被写体画像のコントラストを検出する。
A/D回路4、5は、フォトリフレクタPR1、PR2の出力を表わすアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号をコントローラ9へ出力する。
メモリとしてのEEPROM8(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)は、電気的に書き換え可能な読み出し専用のメモリで、コントローラ9により実行される各種制御プログラム及びこれらのプログラムで使用されるデータ等を記憶する。
データの例として、EEPROM8は、製品出荷前の工程調整時における距離計の出力特性に関するデータを格納する。例えば、EEPROM8は、フォトリフレクタPR1、PR2の出力とレンズ位置(レンズ2と撮像素子3との距離など)の関係を表す出力−レンズ位置関係のデータを格納している。ここで、上述したフォトリフレクタPR1、PR2における出力−レンズ位置関係のグラフを図4(a)に示す。図4(a)の曲線Aは、工程調整時のフォトリフレクタPR1の出力−距離特性を示している。同様に曲線Bは、フォトリフレクタPR2の出力−距離特性を示している。図4(a)の曲線A、曲線Bに示すようなフォトリフレクタPR1、PR2の出力−距離特性は、フォトリフレクタの出力−距離特性を表す曲線の計算式に基づいて決定される。なお、上述のフォトリフレクタにおける出力−距離特性は、特に図示しない温度センサにより測定される温度により、校正され、予め定められた変換式により位置関係に変換されるものとする。また、フォトリフレクタPR1、PR2の出力値は、製品出荷前の工程調整時において、同じ距離で一致するように予め調整又は補正されているものとする。
また、EEPROM8は、製品出荷前の工程調整時にオートフォーカス機能により所定の距離に合焦したときの距離計(フォトリフレクタPR1、PR2)の出力データを格納する。ここで、所定の距離とは、例えば、無限、過焦点距離、レンズの最至近撮影距離などを示す。
コントローラ9は、CPU(Central Processing Unit)等により構成され、EEPROM8に格納された各種制御プログラムに従って、撮像装置100の各部を統括的に制御する。
(実施例1)
次に、コントローラ9による、複数のフォトリフレクタの出力を比較して距離が近いため出力が大きいフォトリフレクタを指定してレンズ位置を検出する動作について、図2(a)を参照して説明する。
コントローラ9は、レンズ2の位置を検出する時において、フォトリフレクタPR1、PR2からの出力値を取得し(ステップS11)、指定手段としてのステップS12によりフォトリフレクタPR1とフォトリフレクタPR2との出力値を比較する。ここで、フォトリフレクタPR1の出力値がフォトリフレクタPR2の出力値以上であると判定された場合(ステップS12:Y)、フォトリフレクタPR1の出力値がレンズ位置を検出するためのデータとして使用され(ステップS13)、EEPROM8に格納されたデータが参照されてレンズ位置が検出されて終了する。また、ステップS12において、フォトリフレクタPR1の出力値がフォトリフレクタPR2の出力値未満であると判定された場合(ステップS12:N)、フォトリフレクタPR2の出力値がレンズ位置を検出するためのデータとして使用され(ステップS14)、EEPROM8に格納されたデータが参照されてレンズ位置が検出されて終了する。
上述のレンズ位置検出動作により、撮像装置100は、レンズを挟んで配置されるフォトリフレクタからの出力を比較して出力値が大きい方の値を元にレンズ位置を検出する相補関係にある構成であるため、レンズ位置に関わることなく正確なレンズ位置を測定することができる。
(実施例2)
次に、コントローラ9による、レンズを挟んだ距離計の中間(出力値が等しい)におけるデータを予め取得してそのデータとフォトリフレクタの出力を比較し、距離が近いフォトリフレクタを指定してレンズ位置を検出する動作について図2(b)を参照して説明する。
コントローラ9は、初期設定としてレンズ2を第1メカ端14から第2メカ端15、又はその逆に稼動させ、フォトリフレクタPR1とフォトリフレクタPR2との出力値が等しくなる、レンズを挟んだ距離計の中間、つまり、出力値が等しくなる値(図4の曲線A、Bの交点)をDATAとして取得し、EEPROM8に格納する(ステップS21)。
ステップS21の後、ユーザの操作などによりレンズが移動され(ステップS22)、フォトリフレクタPR1の出力値がDATAと比較され(ステップS23)、DATA以上であると判定された場合(ステップS23:Y)、フォトリフレクタPR1の出力値がレンズ位置を検出するためのデータとして使用される(ステップS24)。なお、ステップS23において、フォトリフレクタPR1の出力がDATA未満であると判定された場合(ステップS23:N)、フォトリフレクタPR2の出力値がレンズ位置を検出するためのデータとして使用される(ステップS25)。
そして、レンズ位置が検出された後(ステップS24、S25)、ユーザなどによる電源OFFの指示などの終了指示があるかが判定され(ステップS26)、終了指示が無い場合(ステップS26:N)、ステップS22からステップS25の処理が行われ、終了の指示がある場合(ステップS26:Y)、終了する。
なお、ステップS23における判定は、フォトリフレクタPR1の出力値と比較する構成としたが特に限定するものではなく、フォトリフレクタPR2の出力値と比較する構成としてもよい。
上述のレンズ位置検出動作により、撮像装置100は、起動時などにフォトリフレクタPR1とフォトリフレクタPR2の出力値が等しくなる値を予め測定されたデータとしておき、レンズ位置の測定時にその予め測定されたデータとフォトリフレクタPR1又はフォトリフレクタPR2の出力値とを比較する構成であるため、常に両方のフォトリフレクタを稼動させる必要がなく、省電力化を図ることができる。
(実施例3)
次に、コントローラ9による、レンズ移動に伴うフォトリフレクタの出力値の変化量を比較し、その変化量の大きいフォトリフレクタの出力値を元にレンズ位置を検出する動作について図3を参照して説明する。
コントローラ9は、初期設定としてEEPROM8に格納されるレンズ移動前のフォトリフレクタPR1の出力値を格納するDATA1と、同様にレンズ移動前のフォトリフレクタPR2の出力値を格納するDATA2との値を0に設定する(ステップS31)。ステップS31の後、ユーザの操作などによりレンズが移動され(ステップS32)、フォトリフレクタPR1の出力値及びDATA1によるフォトリフレクタPR1の値の変化量と、フォトリフレクタPR2の出力値及びDATA2によるフォトリフレクタPR2の出力値の変化量とが比較され(ステップS33)、フォトリフレクタPR1の出力値の変化量が大きい場合(ステップS33:Y)、フォトリフレクタPR1の出力値がレンズ位置を検出するためのデータとして使用され(ステップS34)、フォトリフレクタPR2の出力値の変化量が大きい場合(ステップS33:N)、フォトリフレクタPR2の出力値がレンズ位置を検出するためのデータとして使用される(ステップS35)。
ステップS34又はステップS35の後、DATA1とDATA2とにレンズ移動後のフォトリフレクタPR1、PR2の出力値が代入され(ステップS36)、終了指示があるかが判定された後(ステップS37)、終了する。
上述の制御処理により、撮像装置100は、レンズの移動にともなう出力値の変化が大きい方の距離計測手段を元に距離の測定を行う構成であるため、出力の状態に応じて距離計測手段を選択し、レンズ位置をより精度よく測定することができる。また、測定点が離れるほど出力値の変化量が逓減する距離計測手段の配置がレンズを挟んで対向することにより互いに相補関係にあるため、レンズ位置に関わらず精度良く測定することができる。
なお、ステップS31において、レンズ2を第1メカ端14から第2メカ端15まで移動させ、フォトリフレクタPR1とフォトリフレクタPR2の出力値の変化量が等しくなる出力値をDATAとして格納し、ステップS33ではそのDATAとフォトリフレクタPR1の出力値とを比較する構成であってもよい。
この場合は、常に両方のフォトリフレクタを稼動させる必要がないため、省電力化を図ることができる。
(変形例1)
次に、変形例1として、フォトリフレクタと反射板の位置を入れ替えた構成を図5に示す。
図5に示す撮像装置100aは、撮像装置100の変形例であり、第1及び第2の基準点となる反射板7a、7bの間にレンズ枠10に備えるフォトリフレクタPR1、PR2を直線上に配し、フォトリフレクタPR1、PR2からの参照光が反射板7a、7bに反射されて得られる出力値(図4(a)を参照)を元にレンズ位置を測定する構成である。
前述の撮像装置100では、撮像素子3などを備える基板側に近いフォトリフレクタPR1とレンズを挟んで配置されるフォトリフレクタPR2とで温度差が生じる。このため、撮像装置100において温度による誤差も含めて精度良く測定する場合は、それぞれのフォトリフレクタにおいて温度校正を行う必要がある。しかし、撮像装置100aでは、フォトリフレクタが近接しているため、フォトリフレクタの温度差を考慮する必要がなく、一つのフォトリフレクタの温度校正を他のフォトリフレクタに適用することができる。
また、撮像装置100aでは、フォトリフレクタPR1とフォトリフレクタPR2との出力値の交点の位置が温度に依存することなく不変であるため、温度に依存しない基準点とすることができる。そのため、撮像装置100aは、その基準点におけるフォトリフレクタの出力と温度との関係を示すデータを予めEEPROM8に記録し、フォトリフレクタの基準点における出力と比較してその出力値から温度を算出することで、温度センサを用いることなくフォトリフレクタの温度に関する校正を行うことができ、レンズ位置の測定を精度良く行うとともに、装置の小型化が可能となる。
また、上述したレンズ枠10にフォトリフレクタを備えてレンズ近傍の温度をその出力値により算出する場合は、EEPROM8にレンズにおける温度ごとの焦点距離の補正を示すデータを備えることで、例えばレンズ2がプラスチックレンズなどであり、温度による焦点距離の調整が必要なレンズを備えた場合においても、その補正を行うことができる。
[第2の実施の形態]
次に、図5(b)を参照して、第2の実施の形態に係る撮像装置100bについて説明する。なお、簡略化のため、撮像装置100と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。以下、第2の実施の形態に特徴的な構成について説明する。
図5(b)に示すように、撮像装置100bは、レンズ枠10に磁石Gが保持され、距離計としてのホール素子H1、H2によって、磁石から発生する磁界の強さを判別する。そして、EEPROM8に格納された距離計の出力特性に関するデータを参照して、レンズ位置を算出する。
ここで、ホール素子の出力とレンズ位置関係のグラフを図4(b)に示す。図4(b)の曲線Cは、工程調整時のホール素子H1の出力−距離特性を示すグラフである。同様に曲線Dは、ホール素子H2の出力−距離特性を示すグラフである。
なお、レンズ位置の検出動作は、第1の実施の形態で述べた実施例1〜3におけるフォトリフレクタPR1をホール素子H1に、フォトリフレクタPR2をホール素子H2に適用したものとして、説明を省略する。
上述の構成により、撮像装置100bは、距離計に複数のホール素子を用いた場合においても、第1の実施の形態と同様に相補的にレンズ位置を検出する構成であるため、正確なレンズ位置を測定することができる。
本発明を適用した撮像装置100の第1の実施の形態を示す図で、(a)はカメラの構成を示す断面図であり、(b)は電気的な構成を示すブロック図である。 撮像装置100のレンズ位置を検出するための距離計を指定する処理を示すフローチャートで、(a)は実施例1における処理を示すフローチャートであり、(b)は実施例2における処理を示すフローチャートである。 実施例3におけるレンズ位置を検出するための距離計を指定する処理を示すフローチャートである。 レンズ位置ごとのフォトリフレクタの出力を示すグラフであり、(a)は撮像装置100、100aにおけるフォトリフレクタPR1、PR2の出力である曲線A、Bを示すグラフであり、(b)は撮像装置100bにおけるホール素子H1、ホール素子H2の出力である曲線C、Dを示すグラフである。 (a)は変形例1における撮像装置100aのカメラ構成を示す断面図であり、(b)は第2の実施の形態である撮像装置100bのカメラ構成を示す断面図である。
符号の説明
100、100a、100b 撮像装置
1 アクチュエータ
1a 錘
1b ピエゾ素子
2 レンズ
3 撮像素子
4、5 A/D回路
6 信号処理回路
6a 積算器
7、7a、7b 反射板
8 EEPROM
9 コントローラ
10 レンズ枠
14 第1メカ端
15 第2メカ端
A、B、C、D 曲線
PR1、PR2 フォトリフレクタ
H1、H2 ホール素子
G 磁石

Claims (5)

  1. 被写体の光学像を結像すべく光軸上を移動可能なレンズと、
    前記レンズを介して入力された画像を電気信号に変換する撮像素子と、
    前記レンズを光軸方向に移動させるアクチュエータと、
    前記レンズの移動に応じて移動するレンズ位置基準点の移動方向の一端側に配置されて当該一端側と前記レンズ位置基準点との相対距離を計測する第1の距離計測手段、及び他端側に配置されて当該他端側と前記レンズ位置基準点との相対距離を計測する第2の距離計測手段を有する距離計と、
    前記距離計の出力値から前記レンズと前記撮像素子との光軸方向の位置関係を示すデータを格納するメモリと、
    前記第1及び第2の距離計測手段の出力値に応じたいずれか一の距離計測手段を前記距離計の出力と指定する指定手段と、
    前記指定手段による前記距離計の出力値と前記メモリのデータとを元に前記撮像素子と前記レンズとの光軸方向の位置関係を検出するレンズ位置検出手段と、
    を備えることを特徴とする撮像装置。
  2. 前記メモリは、前記レンズ位置基準点が前記第1及び第2の距離計測手段の出力値が等しい時の当該出力値を中間位置出力データとして予め格納し、
    前記指定手段は、前記中間位置出力データと前記第1及び/又は第2の距離計測手段の出力値に応じたいずれか一の距離計測手段を指定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記指定手段は、前記レンズの移動による前記第1及び第2の距離計測手段の出力値の変化量を比較して該変化量の大きいいずれか一の距離計測手段を指定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  4. 前記距離計は、前記レンズ位置基準点に配置され、該レンズ位置基準点の移動方向の一端側にある第1の基準点と自己の位置との相対距離を計測する第1の距離計測手段、及び前記レンズ位置基準点に配置され、該レンズ位置基準点の移動方向の他端側にある第2の基準点と自己の位置との相対距離を計測する第2の距離計測手段を有し、
    前記指定手段は、前記第1及び第2の距離計測手段の出力値に応じたいずれか一の距離計測手段を前記距離計の出力と指定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の撮像装置。
  5. 前記距離計はフォトリフレクタ又はホール素子により構成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の撮像装置。
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