JP2008083156A - レンズ駆動位置測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ駆動位置及び駆動速度の測定が容易に行える測定装置及び測定方法の実現。
【解決手段】オートフォーカスカメラにおけるレンズ駆動位置を測定するためのレンズ駆動位置測定装置であって、オートフォーカスカメラを取り付けるカメラ取り付け部３２と、取り付けられたオートフォーカスカメラに対して異なる距離に、オートフォーカスカメラのフォーカス状態を示すコントラストデータ検波域を二分するように配置された２つの被写体３４、３５と、を備え、距離の異なる２つの被写体を同時に検波可能であるように構成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、デジタルカメラや携帯電話に付いたカメラを含むオートフォーカス機能を有するオートフォーカスカメラのレンズ駆動位置測定装置及びレンズ駆動位置測定方法に関し、特に携帯電話に付いた小型で安価なカメラのための簡易なレンズ駆動位置測定装置及びレンズ駆動位置測定方法に関する。

デジタルスチルカメラやカメラ付携帯電話など、近年の撮像装置（カメラ）では、大半の装置にオートフォーカス機能が備わっている。そのフォーカスレンズ駆動の方式にはさまざまなものが用いられているが、カメラ付携帯電話など、小型で安価なカメラに対して、近年、ピエゾアクチュエータや、ボイスコイルモーター駆動によるレンズモジュールが用いられてきている。とくに、レンズ駆動の動力にピエゾアクチュエータを用いた場合、静音性に優れていること、駆動位置の決め方が無限に細かくできること、また、歯車などの機械的構造部品が不要であることなどの利点がある。また、アクチュエータ駆動専用ドライバＩＣを用いることで、ＩＣへの簡単なパルス入力により、比較的、容易に制御することができる。しかしながら、ピエゾアクチュエータは、レンズの姿勢条件や温度条件などで、そのレンズ駆動位置及び駆動速度にバラツキが発生し、さらには、このような環境条件によるレンズ駆動位置及び駆動速度のほかに、製造時の製造固体誤差により、モジュール個別で基本的なレンズ駆動位置及び駆動速度にバラツキがでるなどの問題がある。

このようなバラツキがあると、アクチュエータ駆動専用ドライバＩＣに入力する１パルスあたりのレンズ駆動距離に差分が発生してしまい、製品ごとにレンズ駆動位置及び駆動速度が異なるという問題を発生する。駆動速度にバラツキがあると、繰り出しパルスあたりのレンズ移動距離が少ない低速なレンズモジュールであった場合、高精度にフォーカス処理を行うことが出来るが、フォーカス処理に時間がかかってしまうという問題があった。逆に繰り出しパルスあたりのレンズ移動量が多い高速なレンズモジュールであった場合、オートフォーカス処理が高速に行うことが出来るが低精度のフォーカス処理となってしまうという問題を生じる。

このようなレンズ製品個別の駆動位置及び駆動速度のバラツキは、ピエゾアクチュエータなどでは顕著であるが、レンズの基準点誤差バラツキは、レンズ駆動速度バラツキのない、ステッピングモーター駆動レンズモジュールでも発生する。一般に、レンズ駆動位置及び駆動速度は、製品の仕様により決められている。そこで、同じレンズ駆動位置及び駆動速度になるように、カメラ製造時に誤差調整する必要があり、その調整方法が提案されている。

ピエゾアクチュエータ駆動レンズモジュールのように、駆動位置及び駆動速度の固体依存度が大きい駆動方式のレンズモジュールでは、製造時に駆動位置及び駆動速度の調査をすることが特に必要であり、調整時に判明した基本速度（単位繰り出しパルスにおけるレンズ駆動距離）をもとに、オートフォーカス時のレンズ駆動制御を行うことで、効率的かつ高精度なオートフォーカス処理を行えるようにしている。

レンズモジュールの駆動位置及び駆動速度バラツキを求めるには、カメラのオートフォーカス機能（コントラスト検出機能）を利用する。従来の一般的な測定方法では、特許文献１に記載されたように、２つの異なる距離に置かれた高コントラストな被写体を、それぞれ個別に測定することにより、それぞれのベストピント位置（コントラストピークレンズ位置）を求める。そして、２つの被写体位置に対応するベストピント位置を移動するのに必要な繰り出しパルス数を測定することで調整を行う。

図１は、レンズ駆動位置及び駆動速度の測定に使用する従来の測定装置の概略構成を示す図であり、（Ａ）が被写体を遠い（Ｆａｒ）側に設けた第１の測定装置で、（Ｂ）が被写体を近い（Ｎｅａｒ）側に設けた第２の測定装置である。レンズ駆動速度測定装置１は、暗箱であり、一方の端に試験するカメラを取り付ける固定部２が設けられ、他方の端に光源３が設けられる。参照番号４及び５は、高コントラストのテストチャートであり、Ｆａｒ側のピント位置を測定する時に使用する第１の測定装置では、図１の（Ａ）のように、テストチャート４がセットされている。Ｎｅａｒ側のピント位置を測定する時に使用する第２の測定装置では、図１の（Ｂ）のように、テストチャート５がセットされている。テストチャート４と５は、固定部２にカメラを取り付けた時に、カメラの基準位置からそれぞれ距離ＬＤｆとＬＤｎの位置に配置されるようになっている。従って、距離ＬＤｆとＬＤｎの差ＬＤｎｆは、予め判明している。なお、図１の（Ａ）と（Ｂ）に対応する２台の測定装置を使用せずに、テストチャート４と５がそれぞれ独立に配置できるようにして、測定内容に応じてテストチャート４と５の配置を変更することも可能である。

図２は、図１の従来の測定装置を使用したレンズ駆動位置及び駆動速度測定の手順を示すフローチャートである。ここでは、測定内容に応じてテストチャート４と５の配置を変更可能な測定装置を使用するものとする。

ステップ１０１では、カメラを取り付けた後、テストチャート５を距離ＬＤｎの位置に設置する。すなわち、測定装置を図１の（Ｂ）の状態にする。

ステップ１０２では、焦点距離検出メイン処理により、テストチャート５の焦点位置を検出する処理を行う。具体的には、カメラのフォーカスレンズを、オートフォーカス範囲の無限遠側の端（Ｆａｒ端）に移動した後、近接側の端（Ｎｅａｒ端）方向へ、最小のレンズ駆動繰り出しパルス分だけ移動させ、移動位置でテストチャート５の画像を取得してコントラスト成分を算出する。この処理をオートフォーカス範囲で繰り返する。これにより、図３でＢで示すようなコントラストの変化データが得られるので、コントラストデータが最大（ピーク値）になる繰り出しパルス数Ｎｎの位置を、テストチャート５に対応した焦点位置とする。

ステップ１０３では、テストチャート４を距離ＬＤｆの位置に設置する。すなわち、測定装置を図１の（Ａ）の状態にする。

ステップ１０４では、焦点距離検出メイン処理により、テストチャート４の焦点位置を検出する処理を行う。具体的には、カメラのフォーカスレンズを、オートフォーカス範囲のＦａｒ端に移動した後、Ｎｅａｒ端方向へ、最小のレンズ駆動繰り出しパルス分だけ移動させ、移動位置でテストチャート４の画像を取得してコントラスト成分を算出する。この処理をオートフォーカス範囲で繰り返して、図３でＡで示すようなコントラストの変化データを取得し、コントラストデータが最大（ピーク値）になる繰り出しパルス数Ｎｆの位置を、テストチャート４に対応した焦点位置とする。

ステップ１０５では、ＮｎとＮｆの差Ｎｎｆを算出する。

ステップ１０６では、テストチャート４と５の距離ＬＤｎｆをＮｎｆで除して、ＬＤｎｆを移動するのに必要なパルス数を算出して記憶する。

以上のようにして算出したＬＤｎｆを移動するのに必要なパルス数から、ＬＤｎｆを所定回数の駆動で移動させるのに必要な１回当たりのパルス数を算出して、このパルス数を駆動回路に設定する。

なお、上記の例では、Ｎｎ及びＮｆを一方向の移動で測定したが、Ｎｎ及びＮｆを双方向の移動で測定する場合もある。

特開２００４−２７９５５９号公報

従来の測定方法では、測定内容に応じて、異なる２つの被写体を異なる距離に設定する作業を行う必要があった。そのため、同一処理を２回に分けて行うこととなり、作業が煩雑で、調整に時間がかかるという問題があった。

また、上記のような調整を行わず、レンズ繰り出しパルスあたりのレンズ駆動距離バラツキがある場合、駆動速度にもバラツキがあり、繰り出しパルスあたりのレンズ移動距離が少ない低速なレンズモジュールであった場合、高精度にフォーカス処理を行うことが出来るが、フォーカス処理に時間がかかってしまうという問題があった。逆に繰り出しパルスあたりのレンズ移動量が多い高速なレンズモジュールであった場合、オートフォーカス処理が高速に行うことが出来るが低精度のフォーカス処理となってしまうという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するもので、レンズ駆動位置及び駆動速度の測定が容易に行える測定装置及び測定方法の実現を目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のレンズ駆動位置及び駆動速度測定装置は、カメラモジュールを取り付けて固定することができ、取り付けられたオートフォーカスカメラに対して異なる距離に、オートフォーカスカメラのフォーカス状態を示すコントラストデータ検波域を二分するように配置された２つの被写体を備える。このような測定装置で測定することにより、距離の異なる２つの被写体のコントラストを一度に検波可能になり、２つの被写体に対応したオートフォーカスカメラにおけるレンズ駆動位置を一度の算出できる。

本発明によれば、コントラストデータ検波域の半分で１つの被写体のコントラストを、残り半分でもう１つの被写体のコントラストを測定することになるため、レンズの傾きなどに起因する左右バランスの問題を検出するのは難しくなるが、小型で安価な携帯電話に付いたカメラであればこのような問題は無視でき、測定の簡易化の利益が大きい。

本発明であれば、Ｆａｒ側からＮｅａｒ側への移動又はＮｅａｒ側からＦａｒ側への１回の移動で、距離の異なる２つの被写体のコントラストを一度に検波可能になり、往復移動すれば、距離の異なる２つの被写体のコントラストを双方向で検波できる。

更に、上記の往復移動を行う場合、レンズモジュールに駆動信号を印加してもコントラストが変化しない時に、オートフォーカス範囲の端、すなわちＦａｒ端又はＮｅａｒ端に到達したと判定する。Ｆａｒ端又はＮｅａｒ端で折り返す往復移動が自動的に行えるようになる。

本発明の方法で測定したレンズ駆動位置及び駆動速度の測定データに基づいてオートフォーカス処理におけるレンズ移動時の繰り出しパルス数を決定することが可能となる。これにより、レンズ駆動位置及び駆動速度のバラツキの影響をなくして、フォーカス処理を高精度かつ高効率に行うことが可能となる。

本発明は、どのような駆動方式のレンズモジュールでも有効であるが、特にレンズ駆動位置及び駆動速度のバラツキが大きなピエゾアクチュエータを使用するレンズモジュールに適用すると効果的である。

本発明によれば、オートフォーカスカメラのレンズ駆動位置及び駆動速度の測定を２回に分けて検波処理を行う必要がなくなるため、測定時間を半分に短縮することが可能となる。

また、２つの被写体および、カメラの位置関係はそれぞれ完全に固定されることで、全てのカメラに対し、同一環境で試験を行うことが出来る。そのため、きわめて早い速度で移動するレンズや、きわめて遅く移動するレンズモジュールなどのモジュールの良/不良判定に用いた場合の信頼度を高めることができる。

図４は、本発明の実施例の測定装置及び測定方法で測定するオートフォーカス（ＡＦ）カメラの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、ＡＦカメラは、フォーカスレンズ１ａなど複数のレンズによるレンズユニットを有するレンズ部１１と、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳセンサなどの撮像素子１２と、フォーカスレンズ１ａをＦａｒ端とＮｅａｒ端間で移動するように駆動するアクチュエータ１３と、撮像素子１２の出力するアナログ画像信号をデジタルデータに変換するアナログ/デジタル（Ａ／Ｄ）変換部１４と、デジタル画像データを処理する画像処理回路１５と、ＶＲＡＭメモリとして動作するメモリ部１６と、外部インタフェース部（Ｉ／Ｏ）１７と、アクチュエータ１３を駆動するアクチュエータドライバ１８と、ＣＰＵ１９と、速度補正により求めた繰り出しパルスあたりのレンズ移動速度を記憶する不揮発メモリである補正値記憶部２０と、を有する。

画像処理回路１５は、撮影した画像のコントラストデータ検波域内の画像データに基づいてコントラスト成分抽出を行う。アクチュエータドライバ１８は、ＣＰＵ１９からのパルス制御に応じてアクチュエータ１３を駆動させるための信号発生を行う。ＣＰＵ１９は、取得したコントラスト成分からレンズ駆動速度の演算、レンズ駆動の制御を行う。

以上説明した図４のＡＦカメラの構成は従来例と同じであり、これ以上の説明は省略する。

図５は、本発明の実施例のＡＦカメラのレンズ駆動位置及び駆動速度測定装置の概略構成を示す図である。図５に示すように、実施例の測定装置は、暗箱３１と、暗箱３１の一方の端に設けられた試験するカメラを取り付ける固定部３２が設けられ、暗箱３１の他方の端に設けられた光源３３と、固定部２にカメラを取り付けたカメラの基準位置から距離ＬＤｆの位置に配置され、暗箱３１の中心線の上側に設けられた第１のテストチャート３４と、固定部２にカメラを取り付けたカメラの基準位置から距離ＬＤｎの位置に配置され、暗箱３１の中心線の下側に設けられた第２のテストチャート３５と、を備える。従って、第１のテストチャート３４と第２のテストチャート３５の間の距離ＬＤｎｆは、距離ＬＤｆ−ＬＤｎで一定あり、予め判明している。

レンズ駆動位置及び駆動速度測定装置は、フォーカスレンズが水平方向に駆動できるように設置する。すなわち、装置の中心線とフォーカスレンズの光軸が一致し、地面に対し水平になるように設定される。２つのテストチャート３４と３５は、ランダムなパターンで、かつ高コントラストなチャートであることが望ましい。これらのチャートは、半透明な媒体であり、カメラから見て、被写体の後方に置かれた光源３３により、均等かつ、十分な照度で照射され、カメラが十分に短い露光時間で撮影できる状況にあるものである。第１及び第２のテストチャート３４、３５とカメラの基準位置とのそれぞれの距離ＬＤｆ、ＬＤｎは任意に変更できるものとするが、速度測定精度を高めるため、出来るだけ離して設置することが望ましい。

以上のように実施例の測定装置は、図１の従来の測定装置と比較して第１及び第２のテストチャート３４、３５が、それぞれ暗箱３１の中心線の上半分とした半分に設けられている点が異なる。

図６及び図７は、実施例の測定装置を使用してＡＦカメラのレンズ駆動位置及び駆動速度(単位繰り出しパルスあたりの移動距離)を測定する場合の測定手順を示すフローチャートであり、図７は図６のステップ２０２の詳細な手順を示す。

ステップ２０１では、カメラを測定装置に取り付ける。

ステップ２０２では、Ｎｆｎを検出する焦点距離検出メイン処理を行う。ここで、ステップ２０２の焦点距離検出メイン処理の詳細を図７を参照して説明する。

まず、ステップ２１１で、フォーカスレンズをＦａｒ端へ移動する。

Ｆａｒ端への移動後、ステップ２１２で、Ｎｅａｒ端方向へ、最小のレンズ駆動繰り出しパルス分だけレンズを移動させる。尚、この繰り出し量の分解能が細かく、レンズ駆動量が必要以上に小さい場合は、繰り出しパルス量を調整し、複数パルス分ずつ移動するようにすることが望ましい。

ステップ２１３で、レンズ移動後、移動場所でのコントラストデータ検波域内のコントラスト成分の算出を行う。そして、ステップ２１４で、ピーク発見したあとに更に機械的な移動端（メカ端）を検出するまでステップ２１２から２１４を繰り返す。この繰り返しの間に、レンズ移動、コントラスト成分算出処理を繰り返し、算出したコントラスト成分データをもとに、２つのピーク検出処理をリアルタイムに行う。

図８は、フォーカスレンズの焦点距離の変化に伴うコントラストデータの変化を示す図である。フォーカスレンズの焦点距離がＬＤｎ付近では、コントラストデータ検波域内にはテストチャート３４と３５の両方の画像が投影されるが、テストチャート３４は焦点距離から外れているためそのパターンはほとんど結像されない状態であるのに対して、テストチャート３５は焦点距離付近にあるのでそのパターンは良好に結像された状態であり、テストチャート３５の結像されたパターンによりコントラストデータが高くなる。そして、フォーカスレンズの焦点距離がＬＤｎの時にコントラストデータが極大になる。フォーカスレンズの焦点距離がＬＤｎからＬＤｆに向かって変化するに従って、テストチャート３５のパターンも結像されない状態になり、コントラストデータは低下する。そして、テストチャート３４と３５の間の位置で、コントラストデータが極小になる。ここからフォーカスレンズの焦点距離がＬＤｆに近づくに従って、テストチャート３４は焦点距離に近づくので、そのパターンは良好に結像された状態になり、テストチャート３４の結像されたパターンによりコントラストデータが高くなる。そして、フォーカスレンズの焦点距離がＬＤｆの時にコントラストデータが極大になる。そして、フォーカスレンズの焦点距離がＬＤｆからＮｅａｒ端に向かって変化するに従って、テストチャート３４のパターンも結像されない状態になり、コントラストデータは低下する。

２つのピーク位置の検出完了後、レンズが移動範囲の機械的な（メカ）端に衝突したかを検出するメカ端検出処理を行う。メカ端検出処理には、過去１０検波分のデータを比較し、判定処理を行う。レンズが移動範囲のメカ端に衝突していた場合、レンズ移動のパルス繰り出し処理を行ってもレンズはそれ以上Ｎｅａｒ方向へ移動できないため、取得したコントラストデータは、測定誤差を除いて変動がなくなる。そこで、この過去１０検波分のデータのうち、最大値と最小値を比較し、コントラストデータが一定で変化しないかを判定する。この判定には、最大値と最小値の比率及び最大値の絶対値が所定の条件を満たすかで行う。

以上のように、ステップ２１２から２１４を繰り返して、２つのピーク位置が検出され、その時の繰り出しパルス量ＮｎとＮｆが記憶されると共に、機械的な（メカ）端に到達したことが検出される。

メカ端を検出した場合、レンズは、Ｎｅａｒ端に位置していることになる。そのため、次にステップ２１５から２１７を繰り返して、ＮｅａｒからＦａｒ端方向において上記と同様の２つのピーク位置検出、メカ端衝突検出処理を行う。

上記のデータ取得は、Ｆａｒ端からＮｅａｒ端と、Ｎｅａｒ端からＦａｒ端の往復で行われるため、図８のデータは双方向分、すなわち２つ取得される。従って、ＮｎとＮｆの差Ｎｎｆは、往復でＮｎｆ１とＮｎｆ２の２つ算出されることになる。

図６に戻り、ステップ２０２が終了すると、ステップ２０３で、第１テストチャート３４と第２テストチャート３５の間の距離ＬＤｎｆをＮｎｆで除した結果を記録して終了する。この処理の詳細を以下に説明する。

図７は、繰り出しパルス数とレンズポジションの関係を示す。繰り出しパルス数は、アクチュエータドライバＩＣ１８へ与えるパルスのことであるが、アクチュエータドライバＩＣ１８は、この繰り出しパルスを受けることで、一定時間、アクチュエータに対し、レンズを駆動させるための制御信号を発生する。言い換えれば、図７に示した横軸は、時間軸である。そのため、このグラフにより得られる直線の傾きは、単位繰り出しパルスあたりのレンズ移動距離＝レンズ駆動速度である。よって、以下の式より、傾きを求めることで、レンズの移動速度Ｋ１を求めることが出来る。

Ｋ１＝ＬＤｎｆ／Ｎｎｆ１
Ｋ２＝ＬＤｎｆ／Ｎｎｆ２
この傾き情報Ｋ１、Ｋ２を、ＦａｒからＮｅａｒ方向、ＮｅａｒからＦａｒ方向それぞれ個別にＫ１、Ｋ２として記憶保持することで、レンズの双方向の固体速度差におけるバラツキを補正する。

次に、補正係数を用いた、オートフォーカス処理方法を示す。オートフォーカス処理は、駆動速度検出時に示したように、レンズ移動→コントラストデータ算出を繰り返し、コントラストピーク位置を見つけることで実現される。ここで、レンズ駆動距離を、細かく設定した場合、精度の高いフォーカス処理を行うことは出来るが、検波回数が大きくなるため、フォーカス処理時間が長くなる。また、逆に、レンズ移動距離を大まかに設定した場合、フォーカス処理時間が短くなるが、精度が劣化する。そこで、精度、および検波回数を加味したレンズ駆動距離ＬＯを定義し、一度の繰り出しパルス数を決定する。ここで、繰り出しパルス数ＮＯ１（ＦａｒからＮｅａｒ）とＮＯ２(ＮｅａｒからＦａｒ)は以下の式により求まる。

ＮＯ１＝ＬＯ１／Ｋ１
ＮＯ２＝ＬＯ２／Ｋ２
このＮＯ１とＮＯ２をもとにオートフォーカス処理を行う。

本発明は、ＡＦ機能を有するカメラを測定するのであれば、どのようなものにも適用可能である。

従来のレンズ駆動位置及び駆動速度測定装置の概略構成を示す図である。 従来の測定装置を使用した従来のレンズ駆動位置及び駆動速度測定方法の手順を示すフローチャートである。 従来例による測定データを示す図である。 本発明の実施例の測定装置で測定するＡＦカメラの構成を示す図である。 実施例のレンズ駆動位置及び駆動速度測定装置の概略構成を示す図である。 実施例の測定装置を使用したレンズ駆動位置及び駆動速度測定方法の手順を示すフローチャートである。 実施例の測定装置を使用したレンズ駆動位置及び駆動速度測定方法の手順を示すフローチャートである。 実施例による測定データを示す図である。 繰り出しパルス数とレンズポジションの関係を示す図である。

符号の説明

１１ レンズ部
１２ センサ部
１３ アクチュエータ
１４ Ａ／Ｄ変換部
１５ 画像処理回路
１８ アクチュエータドライバ
１９ ＣＰＵ
３１ 暗箱
３３ 光源
３４ 第１テストチャート
３５ 第２テストチャート

Claims (5)

1. オートフォーカスカメラにおけるレンズ駆動位置を測定するためのレンズ駆動位置測定装置であって、
   前記オートフォーカスカメラを取り付けるカメラ取り付け部と、
   取り付けられた前記オートフォーカスカメラに対して異なる距離に、前記オートフォーカスカメラのフォーカス状態を示すコントラストデータ検波域を二分するように配置された２つの被写体と、を備え、
   距離の異なる２つの被写体を同時に検波可能であることを特徴とするレンズ駆動位置測定装置。
2. 請求項１に記載のレンズ駆動位置測定装置を使用してレンズモジュールを有するオートフォーカスカメラにおけるレンズ駆動位置を測定するレンズ駆動位置測定方法であって、
   前記レンズモジュールを駆動してレンズを移動して、各レンズ位置でコントラスト検波処理を行って前記２つの被写体の合成コントラスト検波値を算出し、
   レンズ移動に伴う前記合成コントラスト検波値の変化を示す変化データを算出し、
   前記変化データから、前記２つの被写体に対応した前記オートフォーカスカメラにおけるレンズ駆動位置を算出する、ことを特徴とするレンズ駆動位置測定方法。
3. 前記レンズモジュールの移動において、オートフォーカス範囲の一方の端から他方の端への移動が終了した後連続して前記他方の端から前記一方の端への移動を行い、双方向それぞれのレンズ駆動位置を連続して測定する請求項２に記載のレンズ駆動位置測定方法。
4. 前記レンズモジュールに駆動信号を印加しても前記合成コントラスト検波値が変化しない時に、前記オートフォーカス範囲の前記一方の端又は前記他方の端に到達したと判定する請求項３に記載のレンズ駆動位置測定方法。
5. 前記オートフォーカスカメラは、前記レンズモジュールの駆動が、ピエゾアクチュエータにより行われるカメラである請求項２に記載のレンズ駆動位置測定方法。

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