JP2010262223A - カメラ、携帯端末装置及びレンズの位置制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＦの無限光学端での合焦精度を向上させることができるカメラ、携帯端末装置及びレンズの位置制御方法を提供すること。
【解決手段】カメラ１００は、レンズ１１２の光軸上にレンズ１１２が駆動可能な範囲の機械的端点である無限側機械的端点１５１と、焦点が合うことが可能な範囲の光学的端点である光学無限端調整値１５３とを有し、レンズ１１２の位置を制御するＡＦ制御部１４０は、ＡＦ開始時にレンズ１１２を光学無限端調整値１５３をまたいで無限側機械的端点１５１に所定量移動させた後、光学無限端調整値１５３に向かってＡＦのスキャンを開始する。このとき、ＡＦ制御部１４０は、レンズ１１２を無限側機械的端点１５１に到達させない。
【選択図】図４

Description

本発明は、カメラ付き携帯電話機などのカメラ、携帯端末装置及びレンズの位置制御方法に関する。

携帯電話には多彩なマルチメディア機能が搭載されるようになり、通話のみに留まらずカメラ、ゲーム、ＴＶ電話等様々な用途で使用されるようになっている。カメラ付き携帯電話機に搭載されるオートフォーカス（以下、ＡＦという）には、小型化及び低コストが求められる。

一般的にＡＦには大きく２つの方式がある。アクティブ方式は、被写体に赤外線・超音波などを照射し、その反射波が戻るまでの時間や照射角度により距離を検出する方式である。パッシブ方式は、画像からフォーカス状態を評価してレンズを移動させる方式であり、主にコントラスト値を評価値として用いて、コントラストが最大になるように制御する。パッシブ方式の制御方法には、山登り方式や全スキャン方式などがある。

静止画撮影用のカメラは、アクティブ方式とパッシブ方式の両方のＡＦを備えている場合がある。ムービーなどはパッシブ方式を用いるのが普通である。また、アクティブ方式では、サイズやコストなどの制約が大きいため、カメラ付き携帯電話機に搭載されるカメラにはパッシブ方式を用いることが殆どである。

図１は、携帯端末装置に搭載されるカメラのレンズ部の構造を示す概略図である。

図１に示すように、レンズ部１０は、レンズ部本体１０ａに、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子１１、レンズ１２、及びレンズ駆動部１３を備える。

レンズ１２は、無限（遠景）側とマクロ側に、レンズが動きうる物理的な端（以下、機械的端点という）がある。図１矢印に示すように、レンズ１２は、無限側機械的端点１４とマクロ側機械的端点１５との間が、レンズ１２の動きうる範囲１６である。また、この機械的端点１４，１５とは別に、レンズ１２の調整ポイントである無限光学端１７を有する。無限光学端１７は、無限側機械的端点１４のような物理的な端ではなく、ＡＦのピント位置を元にあらかじめ設定されるＡＦの∞端（無限光学端）の調整値である。

上述したように、レンズが動きうる範囲としては、物理的な端（機械的端点）があるが、フォーカスが無限（遠景）側になる機械的端点では、ピントが合わないデフォーカスになることが多い。そのため、ピントがある位置を見つけ、その位置を調整値として持たせ、光学端として規定することが一般的である。

但し、実使用において、この調整値に従ってレンズを制御しても、物理的なレンズの位置検出手段を持たないカメラの場合、レンズの位置が正しいか判断できないため、構造物のバラツキや、姿勢差などによって、遠景でピントが合っていないことがある。なお、上記位置検出は、ホール素子などのレンズ位置検出素子を用いて行う。

特許文献１には、常に同一方向からの移動処理を実行させる構成としてヒステリシスに基づく誤差の発生を防き、ＡＦの∞端（光学無限端）での合焦精度を向上させる撮像装置が記載されている。

特許文献２には、複数ポイントに走査して各ポイントで得られる画像情報から撮像ターゲットに対する合焦位置を探索した後、該合焦位置にレンズを移動し、該移動の終了後、実際に合焦位置に移動したかどうか、画像情報を取得することにより確認。該移動が不完全な場合は、レンズ位置を再調整する撮像装置が記載されている。

特開２００７−１８７９８３号公報 特開２００７−２７１９８３号公報

従来のカメラでは、ＡＦを行う際、図１の無限光学端１７のように、調整値にレンズを移動させておくことで光学無限とし、そこからＡＦスキャンを行うのが一般的である。調整値にレンズを移動させておくことでフォーカスの速度を上げることができる。

しかしながら、携帯電話用のカメラでは、小型化、低コスト化のためにレンズの位置検出素子を持たない場合がある。この場合、光学端点について上記調整値にレンズを移動させても、レンズの位置が正しいとは限らないことがある。

すなわち、携帯電話用のカメラでは、個体差、調整精度、使用状態などにより上記調整値にレンズを移動させてもレンズ位置が光学無限とならないバラツキが発生することがある。バラツキが発生し、レンズが上記調整値よりマクロ側にずれてしまった場合、レンズの位置検出手段がないため、レンズのずれを補正することができず、ずれた位置からＡＦスキャンを開始してしまう。この時、バラツキによる影響を受け、特にマクロ側にレンズが寄ってしまうとＡＦによって遠景被写体へのピントが合わないことになる。

上記バラツキを助長する要素として、姿勢差による影響も大きい。

上記不具合を避けるため、レンズを一端、無限側機械的端点に戻して、無限側機械的端点からスキャンを行うことが考えられる。しかし、上記の課題は回避できるものの、レンズの移動距離が大きくなり、ＡＦの時間が遅くなってしまう問題が生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ＡＦの光学無限端での合焦精度を向上させることができるカメラ、携帯端末装置及びレンズの位置制御方法を提供することを目的とする。

本発明のカメラは、レンズと、前記レンズの位置を制御するオートフォーカス制御部と、を備え、前記レンズの光軸上に前記レンズが駆動可能な範囲の機械的端点と、焦点が合うことが可能な範囲の光学的端点と、を有するカメラであって、前記オートフォーカス制御部は、オートフォーカス開始時に前記レンズを前記光学的端点をまたいで前記機械的端点側に所定量移動させた後、前記光学的端点に向かってオートフォーカスのスキャンを開始する構成を採る。

本発明の携帯端末装置は、上記カメラを備える構成を採る。

本発明のレンズの位置制御方法は、レンズの光軸上に前記レンズが駆動可能な範囲の機械的端点と、焦点が合うことが可能な範囲の光学的端点とを有するレンズの位置制御方法であって、ＡＦ開始時に前記レンズを前記光学的端点をまたいで前記機械的端点側に所定量移動させるステップと、前記光学的端点に向かってＡＦのスキャンを開始するステップと、を有する。

本発明によれば、レンズ位置検出素子を持たないＡＦ装置において、ＡＦ速度と精度を両立させることができる。

従来の携帯端末装置に搭載されるカメラのレンズ部の構造を示す概略図 本発明の実施の形態１に係るカメラの概略構成を示す図 上記実施の形態１に係るカメラのＡＦ制御動作を示すフロー図 上記実施の形態１に係るカメラのＡＦ制御動作を説明する図 本発明の実施の形態２に係るカメラの概略構成を示す図 上記実施の形態２に係るカメラのＡＦ制御動作を示すフロー図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係るカメラの概略構成を示す図である。本実施の形態は、カメラとして、カメラ付き携帯電話機／ＰＨＳ（Personal Handy-Phone System）のカメラに適用した例である。また、カメラ付き携帯電話機のカメラほか、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants：携帯情報端末）、携帯ゲーム機などの携帯機器のカメラに適用できる。

図２に示す太矢印は、ＡＦ制御の流れを示している。カメラ１００は、パッシブ方式ＡＦである。

図２に示すように、カメラ１００は、レンズ部１１０と、画像処理部１２０と、ＡＦ評価部１３０及びＡＦ制御部１４０からなる制御部１５０とを備える。

レンズ部１１０は、集光された光を電気信号に変換するＣＣＤなどのセンサ（撮像素子）１１１と、光を集光するレンズ１１２と、レンズ１１２を光軸方向に移動させるアクチュエータ１１３とから構成される。アクチュエータ１１３は、ピエゾ、ボイスコイル、ステッピングモータなどのデバイスからなる。

レンズ部１１０は、図１のレンズ部１０と同様に、無限（遠景）側とマクロ側に、レンズが動きうる物理的な機械的端点を有する。また、レンズの位置を把握するホール素子などのデバイスは、カメラ付き携帯電話機のカメラには搭載されていない。

画像処理部１２０は、センサ１１１からの画像信号をホワイトバランス制御などの画像処理を行う。

ＡＦ評価部１３０は、画像処理部１２０からの画像データに基づいて、コントラストなどを評価する。

ＡＦ制御部１４０は、ＡＦ評価部１３０の情報に基づいて、レンズ１１２の制御信号をアクチュエータ１１３に送る。

制御部１５０は、マイクロコンピュータ等から構成され、カメラ１００全体の制御を行うとともに、レンズの位置制御を行う。

なお、センサ１１１からの画像信号は、図示しないＡＤＣ（ＡＤコンバータ）によりデジタル信号に変換され、バス（図示略）を介して画像処理部１２０に取り込まれる。また、画像処理部１２０は、バスに接続されたバッファメモリ（図示略）に画像データを展開して画像処理を行う。また、制御部１５０には、ＬＣＤからなる表示部及び操作部（いずれも図示略）が接続されている。

以下、上述のように構成されたカメラ１００の動作について説明する。

図３は、上記カメラ１００のＡＦ制御動作を示すフローチャートである。図中、Ｓはフローの各ステップを示す。

ステップＳ１では、制御部１５０は、操作部（図示略）によりＡＦ開始入力があるか否かを判別する。ＡＦ開始入力は、例えばシャッターボタンに割り当てられたキーの押下である。

ステップＳ２では、ＡＦ制御部１４０は、ＡＦ開始時にレンズ１１２を光学的端点（ここでは光学無限端調整値）をまたいで機械的端点側（ここでは無限側機械的端点）に所定量移動させる。具体的には、ＡＦ制御部１４０は、ＡＦ開始時に光学無限端調整値よりマクロ側にあるレンズ１１２を、光学無限端調整値をまたいで無限側機械的端点に所定量移動させる制御信号をアクチュエータ１１３に送る。アクチュエータ１１３は、この制御信号に従ってレンズ１１２を、光学無限端調整値をまたいで無限側機械的端点に所定量移動させる。

ステップＳ３では、ＡＦ制御部１４０は、レンズ１１２を光学的端点に向かって移動させながらＡＦスキャンを開始して本フローを終了する。ＡＦスキャン開始により、画像処理部１２０は、センサ１１１からの画像信号を画像処理する。ＡＦ評価部１３０は、画像処理部１２０からの画像データに基づいて、コントラストなどを評価する。ＡＦ制御部１４０は、ＡＦ評価部１３０の結果に基づいて、レンズ１１２の位置制御を行う。このように、画像からフォーカス状態を評価し、コントラストが最大になるようにレンズを移動させるパッシブ方式を採ることにより、合焦を得ることができる。なお、ＡＦの動作結果は、表示部（図示略）に表示される。

上記フローに示すように、レンズ１１２を一旦、光学無限端調整値をまたいで無限側機械的端点に所定量移動させてからＡＦスキャンを開始するので、ＡＦ開始のレンズ位置が光学無限端調整値にないようなバラツキがあっても必ず、遠景被写体においてピントが合うことになる。

図４は、上記カメラ１００のＡＦ制御動作を説明する図である。

図４（ａ）は、遠景にフォーカスがある場合のＡＦ評価値を示す。図４（ａ）の丸で囲んだ箇所は合焦判定箇所である。図４（ａ）の場合は、ＡＦ評価値として正しいピーク値を見つけて正確な合焦判定をした例を示している。

図４（ｂ）は、レンズ１１２が動きうる物理的な端である無限側機械的端点１５１とマクロ側機械的端点１５２と、その間の無限側の光学無限端調整値１５３及びマクロ側の光学マクロ調整値１５４を示している。また、光学無限端調整値１５３にレンズ１１２を移動させても光学無限とならないバラツキ１５５が発生する。無限側機械的端点１５１と光学無限端調整値１５３との間は、ピントの合わない領域１５６である。

図４（ｃ）は、図４（ｂ）の構成において、本実施の形態のＡＦ制御動作を説明する。図４（ｃ）ａに示すように、レンズ１１２を、バラツキ１５５を考慮した分無限側機械的端点１５１に移動させてから、図４（ｃ）ｂに示すように、ＡＦスキャンを行う。すなわち、ＡＦ開始時にレンズ１１２を光学的端点をまたいで機械的端点側に所定量移動させた後、光学的端点に向かってＡＦのスキャンを開始する。

これにより、図４（ａ）に示すように、ＡＦ評価値として遠景のフォーカス位置を正しく見つけることができ、ＡＦ速度も大きく損なわない。

因みに、従来のＡＦ制御では、図４（ｃ）ｃに示すように、光学無限端調整値１５３からＡＦスキャンをスタートしていた。バラツキ１５５があってもレンズの位置検出がないためズレを検出できず、ＡＦ評価値として正しいピーク値が見つけられない。図４（ａ）のピークの右側のポイントで合焦判定をしてしまい、ボケた画像となっていた。また、図示は省略するが、従来のＡＦ制御の改善策として、レンズを無限側機械的端点１５１に戻して無限側機械的端点１５１からスキャンを行う態様では、精度は確保できるものの、ＡＦの時間が遅くなってしまっていた。

本実施の形態では、ＡＦ評価値として遠景のフォーカス位置を正しく見つけることができ、ＡＦ速度も大きく損なわない。

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、カメラ１００は、レンズ１１２の光軸上にレンズ１１２が駆動可能な範囲の機械的端点である無限側機械的端点１５１と、焦点が合うことが可能な範囲の光学的端点である光学無限端調整値１５３とを有し、レンズ１１２の位置を制御するＡＦ制御部１４０は、ＡＦ開始時にレンズ１１２を光学無限端調整値１５３をまたいで無限側機械的端点１５１に所定量移動させた後、光学無限端調整値１５３に向かってＡＦのスキャンを開始する。このとき、ＡＦ制御部１４０は、レンズ１１２を無限側機械的端点１５１に到達させない。この構成により、レンズ位置検出素子を持たないカメラ１００において、ＡＦの∞端（無限光学端）の合焦精度を向上させることができる。具体的には、遠景被写体にＡＦを行った時に、ＡＦを開始するレンズの位置によって遠景の被写体にピントが合わないことを改善することができる。

また、ＡＦ評価値として遠景のフォーカス位置を正しく見つけることができ、ＡＦ速度も大きく損なうことがない。

このように、レンズ位置検出素子のないカメラ１００において、バラツキが発生しても遠景フォーカスの位置ずれを未然に防ぎ、ＡＦの精度とスピードを両立させることができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係るカメラの概略構成を示す図である。図２と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。

図５に示すように、カメラ２００は、レンズ部１１０と、画像処理部１２０と、姿勢検出部２１０と、制御部２５０とを備える。制御部２５０は、ＡＦ評価部１３０、ＡＦ制御部１４０、及び移動量算出部２２０からなる。

姿勢検出部２１０は、カメラ２００の姿勢差（重力差）を検出する加速度センサなどの姿勢差検出デバイスである。また、加速度センサに代えて、鉛直方向センサ、モーションセンサ、振動センサでもよい。姿勢検出部２１０は、カメラ２００が標準姿勢か下向き姿勢か上向き姿勢かなど複数の姿勢を検出する。カメラ２００に姿勢差があると、上述したバラツキを生じやすい。特に重力による影響を受け易い姿勢の場合、レンズ１１２の位置制御に誤差が生じやすい。

移動量算出部２２０は、姿勢検出部２１０により得られた姿勢差を基に、レンズ１１２を光学無限端調整値をまたいで無限側機械的端点に移動させる際の移動量を算出する。移動量算出部２２０は、カメラ２００が下向き姿勢にあるときは、レンズ１１２がマクロ側に重力の影響を受けるため、前記移動量を大きくする。なお、移動量算出部２２０は、カメラ２００が上向き姿勢にあるときには、前記移動量を小さくするように制御してもよい。

以下、上述のように構成されたカメラ２００の動作について説明する。基本動作は実施の形態１と同様である。

図６は、上記カメラ２００のＡＦ制御動作を示すフローチャートである。図３のフローと同一処理を行うステップには同一符号を付して説明を省略する。

ステップＳ１０では、姿勢検出部２１０は、カメラ２００の姿勢差（重力差）を検出する。

ステップＳ１１では、移動量算出部２２０は、姿勢検出部２１０により得られた姿勢差を基に、レンズ１１２を光学無限端調整値をまたいで無限側機械的端点に移動させる際の移動量を算出する。移動量算出部２２０は、カメラ２００が標準姿勢にあるときは、前記移動量を小さくし、重力による影響が大きい姿勢ほど、前記移動量を大きくする移動量を設定する。重力による影響が大きい姿勢は、バラツキを助長するおそれがある場合である。この場合は、前記移動量を大きく設定することで、遠景のフォーカス位置を正しく見つけるカバー範囲を拡大して、確実な合焦を得る。一方、姿勢差が小さい場合は、前記移動量を小さく設定することでレンズ１１２の位置制御クリア時間をより短くする。

上記フローに示すように、レンズ１１２を一旦、光学無限端調整値をまたいで無限側機械的端点に所定量移動させてからＡＦスキャンを開始するので、ＡＦ開始のレンズ位置が光学無限端調整値にないようなバラツキがあっても必ず、遠景被写体においてピントが合うことになる。

このように、本実施の形態のカメラ２００は、姿勢差を検出し、検出した姿勢差に基づいて移動量を設定しているので、ＡＦの精度を確保しつつ、より一層スピードを向上させることができる。

ここで、カメラ２００の姿勢差（重力差）による影響は大きい。カメラ２００が受ける変動要因は重力差だけではない。例えば、カメラ２００が受ける振動がある。振動又は頻繁な位置変更についても本実施の形態と同様の方法によって、振動等が大きいときは、前記移動量を大きくする設定を行なえばよい。なお、振動等は、加速度センサ、モーションセンサ、振動センサなどによって検出可能である。この場合、姿勢差（重力差）による補正制御と機能は重複してもよい。

以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。

上記各実施の形態では、カメラとして、カメラ付き携帯電話機／ＰＨＳのカメラに適用した例について説明しているが、カメラ付き携帯電話機に限らずＰＤＡ等の携帯情報端末、パーソナルコンピュータ又はその融合された装置、さらにはＭＰ３プレーヤ、ＨＤＤプレーヤ、携帯型ゲーム機などの携帯機器に適用可能である。

また、上記各実施の形態では、カメラ、携帯端末装置及びレンズの位置制御方法という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、装置は、撮像装置、電子機器等、また方法はレンズ位置調整方法であってもよい。

さらに、上記カメラを構成する各部、例えば撮像素子、画像処理部、その数及び接続方法などはどのようなものでもよい。ＡＦ評価部１３０とＡＦ制御部１４０は、制御部１５０とは別のブロックであってもよい。

また、以上説明したレンズの位置制御方法は、このレンズの位置制御方法を機能させるためのプログラムでも実現される。このプログラムはコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されている。

本発明に係るカメラ、携帯端末装置及びレンズの位置制御方法は、カメラ付き携帯電話機などのカメラに有用である。また、レンズの位置制御方法として携帯端末以外の各種電子機器に組み込むことも可能である。

１００，２００ カメラ
１１０ レンズ部
１１１ センサ
１１２ レンズ
１１３ アクチュエータ
１２０ 画像処理部
１３０ ＡＦ評価部
１４０ ＡＦ制御部
１５０，２５０ 制御部
１５１ 無限側機械的端点
１５２ マクロ側機械的端点
１５３ 光学無限端調整値
１５４ 光学マクロ調整値
２１０ 姿勢検出部
２２０ 移動量算出部

Claims (5)

1. レンズと、前記レンズの位置を制御するオートフォーカス制御部と、を備え、
   前記レンズの光軸上に前記レンズが駆動可能な範囲の機械的端点と、焦点が合うことが可能な範囲の光学的端点と、を有するカメラであって、
   前記オートフォーカス制御部は、オートフォーカス開始時に前記レンズを前記光学的端点をまたいで前記機械的端点側に所定量移動させた後、前記光学的端点に向かってオートフォーカスのスキャンを開始するカメラ。
2. 前記機械的端点は、無限側機械的端点とマクロ側機械的端点とからなり、
   前記光学的端点は、前記無限側機械的端点と前記マクロ側機械的端点との間で、かつ、前記無限側機械的端点側に位置し、
   前記オートフォーカス制御部は、オートフォーカス開始時に前記レンズを前記光学的端点をまたいで前記機械的端点側に前記無限側機械的端点に到達しないように移動する請求項１記載のカメラ。
3. カメラ本体の姿勢を検出する姿勢検出部を備え、
   前記オートフォーカス制御部は、前記姿勢検出部により検出された姿勢に基づいて、前記レンズを前記光学的端点をまたいで前記機械的端点側に移動させる移動量を設定する請求項１又は請求項２記載のカメラ。
4. 前記請求項１乃至３のいずれかのカメラを備える携帯端末装置。
5. レンズの光軸上に前記レンズが駆動可能な範囲の機械的端点と、焦点が合うことが可能な範囲の光学的端点とを有するレンズの位置制御方法であって、
   オートフォーカス開始時に前記レンズを前記光学的端点をまたいで前記機械的端点側に所定量移動させるステップと、
   前記光学的端点に向かってオートフォーカスのスキャンを開始するステップと、
   を有するレンズの位置制御方法。

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