JP2012047958A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、Ｆ値を一定に保つためにワイド端よりも絞り開口径を焦点距離の変化に応じて大きくしなければならない構成でも、画質劣化を防ぎかつ絞り制御を簡潔にすることができる撮像装置を提供する。
【解決手段】マイコン１５０は、撮影時に用いる絞り機構１０２の開口径の最大値を、撮影時の焦点距離がミドルＢ未満の場合には焦点距離に関わらず焦点距離がワイド端Ａのときの最小Ｆ値に対応する開口径Φ１とし、撮影時の焦点距離がミドルＢ以上の場合には開口径Φ１以下の範囲で焦点距離に応じて変更する。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法に関し、特に、撮像装置の絞り制御に関するものである。

従来の撮像装置において、焦点距離をワイド端からテレ側に変更させた場合、絞り開放側以外では、絞り開口径が一定であればＦ値も一定であった。また、絞り開放側では、ワイド端からテレ側に動作させることでＦ値は減少していく特性であり、特許文献１にあるように、フレアや球面収差になるのを防ぐため、Ｆ値の落ちに応じて絞り開口径を単調に減少させている。実際には、その動作を実現するために、図５（ａ）に示すように、絞りの開口径の最大値を焦点距離ごとに設けて、絞り開口径を制限する方法をとっている。

特開平８−２５６２８８号公報

しかしながら、小型・高倍率・高解像のレンズを求めた結果、従来のレンズより、より多くのレンズ群を動かす必要がある。そこで、焦点距離をワイド側からテレ側に変更させた場合にＦ値を一定に保つためには、図５（ｂ）に示すように全絞り位置において、焦点距離に応じて絞り開口径を変更しなければならない。特に、開放端付近のＦ値では、焦点距離をワイド端からテレ側に変更させた場合、まずはＦ値を一定に保つために絞りの開口径を大きくし、更に焦点距離をテレ側に動作させると、従来技術にあるように、Ｆ値の落ちに応じて絞り開口径を小さくする必要がある。すなわち、従来は絞り開口径の最大値は絞り開口径を単調減少させることで算出できたが、上述のように焦点距離をワイド端からテレ側に変更させた場合、ワイド端のＦ値を保つためには、一度、絞り開口径の最大値を大きくする必要となり、絞り制御が複雑となる。

また、Ｆ値を一定に保つためにワイド端における開放端から絞り開口径を開けようとしても、ワイド端における開放端からは絞りが最大開口径となるときに当接するメカ端が近いため、すぐにメカ端に当たり、Ｆ値を一定に保つことが難しい。すなわち、メカ端に当たらないようにするには、絞りの最大開口径を大きくする必要があり、レンズを小型化できなくなる。

本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、Ｆ値を一定に保つためにワイド端よりも絞り開口径を焦点距離の変化に応じて大きくしなければならない構成でも、画質劣化を防ぎかつ絞り制御を簡潔にすることができるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、入射光量を制御する絞り手段と、前記絞り手段を動作させる絞り駆動手段と、少なくとも３つ以上のレンズ群を含む撮影レンズと、焦点距離を変更する際に、前記撮影レンズに含まれる少なくとも３つ以上のレンズ群が光軸方向に移動するように前記撮影レンズを駆動させるレンズ駆動手段と、前記絞り駆動手段及び前記レンズ駆動手段を制御する制御手段と、を備える撮像装置であって、前記制御手段は、撮影時に用いる前記絞り手段の開口径の最大値を、撮影時の焦点距離が所定の焦点距離未満の場合には焦点距離に関わらず所定の値とし、撮影時の焦点距離が前記所定の焦点距離以上の場合には前記所定の値以下の範囲で焦点距離に応じて変更することを特徴とする。

本発明によれば、Ｆ値を一定に保つためにワイド端よりも絞り開口径を焦点距離の変化に応じて大きくしなければならない構成でも、画質劣化を防ぎかつ絞り制御を簡潔にすることができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 図１の撮像装置のズーム動作に対する４つのレンズの軌跡を表した図である。 図１の撮像装置の焦点距離に対する絞り開口径の最大値を示した図である。 焦点距離に対する絞り開口径の最大値の算出処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）は従来の焦点距離に対する絞り開口径の最大値を示した図、（ｂ）は従来の焦点距離に対する各Ｆ値に応じた絞り開口径を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。

図１では、１００は被写体の結像用レンズの一番前側にある固定レンズ群、１０１はズーム位置を調節するズームレンズ群、１０３は手ブレを補正するシフトレンズ群、１０４は被写体を合焦させるためのフォーカスレンズ群である。なお、本実施形態において、それぞれのレンズ群は、複数のレンズを主用途ごとに分類したものであり、属するレンズが１枚の場合もレンズ群と称することとする。また、これらのレンズ群を合わせて撮影レンズと称することとする。１０２は入射光量を制御する絞り機構である。

１１０はズームレンズ１０１を動作させるためのステッピングモータであり、ズームレンズドライバ１２０により駆動させる。ズームレンズドライバ１２０は、マイクロコンピュータ１５０に接続されている。１１１は絞り機構１０２を駆動するＩＧメータであり、ＩＧメータドライバ１２１により駆動させる。ＩＧメータドライバ１２１は、マイクロコンピュータ１５０に接続されている。

１１２は絞り機構１０２の開口径の大きさを検出するためのホールセンサであり、ホールアンプ（ホールＡＭＰ）１２６を介してマイクロコンピュータ１５０に接続されている。１１３はシフトレンズ１０３を光軸方向に動作させるステッピングモータであり、第２のシフトレンズドライバ１２２により駆動させる。第２のシフトレンズドライバ１２２は、マイクロコンピュータ１５０に接続されている。

１１４は手ブレを補正するためにシフトレンズ１０３を光軸に対して垂直方向に動作させる磁気モータであり、第１のシフトレンズドライバ１２３により駆動させる。第１のシフトレンズドライバ１２３は、マイクロコンピュータ１５０に接続されている。

１１５はシフトレンズ１０３の光軸に対して垂直方向のどの位置にいるかを検出するためのホールセンサであり、ホールアンプ（ホールＡＭＰ）１２５を介してマイクロコンピュータ１５０に接続されている。１１６はフォーカスレンズを動作させるためのステッピングモータであり、フォーカスレンズドライバ１２４により動作させる。フォーカスレンズドライバ１２４は、マイクロコンピュータ１５０に接続されている。

このように、図示の撮像装置では、ズームレンズ１０１を含む少なくとも３つ以上のレンズ群が、ステッピングモータ１１０や磁気モータ１１４等のレンズ駆動手段により焦点距離に応じて光軸方向に移動する。

また、図１の撮像装置において、１３０は入射した光を光電変換するＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子、１３１は撮像素子１３０で光電変換された信号をサンプリングするサンプルホールド装置である。また、１３２はサンプルホールド装置１３１から出力されたアナログの画像信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）である。また、１３３はガンマ補正後、色分離、色差マトリクス等の処理を施した後に、同期信号を加え標準テレビジョン信号を生成したりする制御機能を有したカメラ信号処理装置（ＤＳＰ）である。

マイクロコンピュータ（以下、単に「マイコン」とする）１５０は、ＤＳＰ１３３からの情報や外部スイッチなどの情報から各レンズを動作させるために演算を行ったりするＣＰＵ（Central Processing Unit）である。

次に、マイコン１５０内の各機能ブロックの動作とレンズ動作について説明する。

マイコン１５０は、アナログ−デジタル変換部（Ａ／Ｄ）１４０，１４４と、フォーカス位置算出部１４１と、第１のシフトレンズ位置算出部１４２と、第２のシフトレンズ位置算出部１４３と、絞り位置算出部１４５と、ズーム位置算出部１４６とを備える。

まず、ズームレバー１６１がＷＩＤＥ側からＴＥＬＥ側に操作されると、その操作信号がズーム位置算出部１４６に入力され、ズーム位置算出部１４６がズーム位置を算出する。算出されたズーム位置の情報は、ズームレンズドライバ１２０に送られる。ズームレンズドライバ１２０はステッピングモータ１１０を駆動し、ズームレンズ１０１が動作する。ズームレンズ１０１のみを動作させるとフォーカス位置がずれてしまうため、同時にフォーカスレンズ１０４とシフトレンズ１０３を動作させる必要がある。そこで、ズーム位置算出部１４６からフォーカス位置算出部１４１と第２のシフトレンズ位置算出部１４３にズーム位置の情報を送り、フォーカスの位置とシフトレンズの位置が光軸に対してどの位置に行けばよいかを算出させる。そして、フォーカス位置算出部１４１からフォーカスレンズドライバ１２４にフォーカス目標位置の情報が送られ、第２のシフトレンズ位置算出部１４３から第２のシフトレンズドライバ１２２にシフトレンズ目標位置の情報が送られる。その後、フォーカスレンズドライバ１２４は、ステッピングモータ１１６を駆動することによりフォーカスレンズ１０４を動作させる。また、第２のシフトレンズドライバ１２２は、ステッピングモータ１１３を駆動することによりシフトレンズ１０３を光軸方向に動作させる。以上説明した一連の動作によりズーム動作が成立する。このズーム動作に対する４つのレンズの軌跡を表したものを図２に示す。図２において、横方向にレンズ位置、縦方向にズーム位置を記している。

ところで、シフトレンズ１０３には、光軸方向に動作させるステッピングモータ１１３と別に光軸方向に対して垂直に動作させる磁気モータ１１４がついている。これは、ジャイロセンサ１６０が撮像装置本体の手ぶれや揺れを検知して第１のシフトレンズ位置算出部１４２に信号を送る。この信号を受けた第１のシフトレンズ位置算出部１４２が第１のシフトレンズドライバ１２３に対して、撮像装置の手ぶれや揺れを打ち消す方向に動作するよう命令を出す。そして、第１のシフトレンズドライバ１２３は、磁気モータ１１４を駆動させる。この結果、シフトレンズ１０３が光軸とは垂直方向に動作する。そのシフトレンズ１０３の位置をホールセンサ１１５で検出し、その検出信号がホールアンプ１２５を通してマイコン１５０内のＡ／Ｄ１４０でデジタル信号に変換される。そして、そのデジタル信号が第１のシフトレンズ位置算出部１４２に入力されてフィードバックループを形成する。これにより、シフトレンズ１０３が光軸に対して垂直方向に駆動したときの安定動作を図っている。

絞り機構１０２の駆動制御も同様に、ＤＳＰ１３３で検出された露出評価値に基づいて絞り位置算出部１４５が適正露出となる絞り開口径を算出し、ＩＧメータドライバ１２１にＩＧメータ１１１を動作させるよう命令を出す。これを受けて、ＩＧメータドライバ１２１は、ＩＧメータ１１１に対して駆動信号を出力し、ＩＧメータ１１１により絞り機構１０２が動作して開口径が変更される。そして、開口径の変化に伴って移動する部材の位置をホールセンサ１１２で検出し、その検出信号がホールアンプ１２６を通してマイコン１５０内のＡ／Ｄ１４４でデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号が絞り位置算出部１４５に入力されてフィードバックループを形成する。これにより、絞り機構１０２の安定動作を図っている。

次に、開放側の絞りの開口径の最大値の算出方法について図３を参照して説明する。

図３は、図１の撮像装置の焦点距離に対する絞り開口径の最大値を示した図である。

図の横軸は焦点距離またはズーム位置であり、縦軸は絞りの開口径を示す。実線がフレアや球面収差による画質劣化を小さくするための開口径の最大値の理想値であり、点線が本発明に基づく実際の開口径の最大値の設計値である。

焦点距離がワイド端ＡからミドルＢの間の場合、図中の点線のように、絞りの開口径の最大値をワイド端Ａにおける最小Ｆ値に対応する開口径Φ１で一定にする。すなわち、撮影時の焦点距離が所定の焦点距離未満の場合には焦点距離に関わらず所定の値（開口径Φ１）とする。ここで、焦点距離ミドルＢ（所定の焦点距離）とは、ワイド端における実際の開口径の最大値とフレアや球面収差による画質劣化を小さくするための開口径の最大値の理想値とが等しくなる焦点距離のことを指している。

次に、焦点距離がミドルＢからテレ端Ｃの間の場合、絞りの開口径の最大値を、開口径Φ１からテレ端Ｃにおける最大値である開口径Φ２まで焦点距離に応じて線形に変更させる。すなわち、撮影時の焦点距離が所定の焦点距離以上の場合には所定の値以下（開口径Φ１以下）の範囲で焦点距離に応じて変更させる。具体的には、焦点距離がミドルＢからテレ端Ｃに近づくにつれて、開口径Φ１から開口径Φ２に向かって単調減少させていく。ここで、式としてまとめると以下のようになる。

・「ワイド端Ａ≦焦点距離＜ミドルＢ」の場合
開口径の最大値＝Φ１（ワイド端Ａにおける最大開口径） （式１）
・「ミドルＢ≦焦点距離」の場合
開口径の最大値＝（（Φ２−Φ１）×（焦点距離−Ｂ）／（Ｃ−Ｂ））＋Φ１ （式２）
ＤＳＰ１３３で検出される露出評価値が小さくなり、絞り位置算出部１４５が開放側に動作すべきであると算出（判定）した場合、各焦点距離に応じて点線で示した絞りの開口径の最大値を上回らないように、絞り機構１０２を制御させる。

次に、上述した算出方法を実行する処理について図４を参照して説明する。

図４は、焦点距離に対する絞り開口径の最大値の算出処理の流れを示すフローチャートである。本処理では、マイコン１５０内の各部が協働して処理を実行するものとする。

ステップＳ１０１では、現在の焦点距離が所定の焦点距離未満であるか否かが判定される。本実施形態では、所定の焦点距離は上述したミドルＢである。ステップＳ１０１の判定処理では、例えば、ズーム位置算出部１４６による算出結果のズーム位置に基づいて判定が行われる。ステップＳ１０１の判定の結果、現在の焦点距離が所定の焦点距離未満であれば、ステップＳ１０２へ進み、所定の焦点距離以上であればステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０２では、開口径の最大値として、上記（式１）が設定され、絞りがそれ以上の開口径にならないように制御される。

ステップＳ１０３では、開口径の最大値として、上記（式２）が設定され、絞りがそれ以上の開口径にならないように制御される。

このようにして、開口径の最大値をある焦点距離まではワイド端における最大値という一定値とすることにより、従来のレンズのように、開口径の最大値は焦点距離に対して一定若しくは単調減少で済み、算出が簡単となる。また、ワイド端における最大値からはメカ端は近いが、ワイド端の最大値よりも大きな最大値を設定しないため、メカ端に対してもマージンが大きく取れるようになる。これにより、絞りを開放側に動作させる途中でメカ端に当たってしまい、それ以上開口径を大きくできないにも関わらず絞りを開放側に動作されるための電力が供給され続けることが防止でき、消費電力の増加を防ぐこともできる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１０１ ズームレンズ群
１０２ 絞り機構
１０３ シフトレンズ群
１０４ フォーカスレンズ群
１４１ フォーカス位置算出部
１４２ 第１のシフトレンズ位置算出部
１４３ 第２のシフトレンズ位置算出部
１４５ 絞り位置算出部
１４６ ズーム位置算出部
１５０ マイクロコンピュータ

Claims (6)

1. 入射光量を制御する絞り手段と、
   前記絞り手段を動作させる絞り駆動手段と、
   少なくとも３つ以上のレンズ群を含む撮影レンズと、
   焦点距離を変更する際に、前記撮影レンズに含まれる少なくとも３つ以上のレンズ群が光軸方向に移動するように前記撮影レンズを駆動させるレンズ駆動手段と、
   前記絞り駆動手段及び前記レンズ駆動手段を制御する制御手段と、を備える撮像装置であって、
   前記制御手段は、撮影時に用いる前記絞り手段の開口径の最大値を、撮影時の焦点距離が所定の焦点距離未満の場合には焦点距離に関わらず所定の値とし、撮影時の焦点距離が前記所定の焦点距離以上の場合には前記所定の値以下の範囲で焦点距離に応じて変更することを特徴とする。
2. 前記制御手段は、焦点距離がワイド端のときの最小Ｆ値に対応する開口径を前記所定の値とすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、撮影時の焦点距離が前記所定の焦点距離以上の場合には、焦点距離がテレ端に近づくほど前記絞り手段の開口径の最大値を小さくすることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、撮影時の焦点距離が前記所定の焦点距離以上の場合には、焦点距離がテレ端に近づくにつれて前記絞り手段の開口径の最大値を前記所定の値から線形に単調減少させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記撮影レンズには、ズームレンズ群、フォーカスレンズ群、及びシフトレンズ群が含まれており、
   前記レンズ駆動手段は、焦点距離を変更する際に、前記ズームレンズ群、フォーカスレンズ群、シフトレンズ群が光軸方向に移動するようにそれぞれのレンズ群を駆動させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 入射光量を制御する絞り手段と、前記絞り手段を動作させる絞り駆動手段と、少なくとも３つ以上のレンズ群を含む撮影レンズと、焦点距離を変更する際に、前記撮影レンズに含まれる少なくとも３つ以上のレンズ群が光軸方向に移動するように前記撮影レンズを駆動させるレンズ駆動手段と、前記絞り駆動手段及び前記レンズ駆動手段を制御する制御手段と、を備える撮像装置の制御方法であって、
   前記制御手段が、撮影時に用いる前記絞り手段の開口径の最大値を、撮影時の焦点距離が所定の焦点距離未満の場合には焦点距離に関わらず所定の値とし、撮影時の焦点距離が前記所定の焦点距離以上の場合には前記所定の値以下の範囲で焦点距離に応じて変更する制御工程を備えることを特徴とする撮像装置の制御方法。

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