JP2020123861A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レンズ用のステッピングモータは、停止時、励磁をかけていないと、数度レンズの位置が動くため、レンズを動かさない場合も励磁をかけてる必要があるが、その分停止時もモータが発熱し、製品内の素子温度が上がる。【解決手段】 停止位置から、広角側の励磁安定位置にレンズを移動させ、励磁電流を下げる。広角側にずれた画角は電子ズームで補正する。【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズを駆動することで、映像の画角および焦点を制御する撮像装置に関し、特にレンズ駆動に係る消費電力を低減することができる撮像装置に関する。

従来、監視カメラ等のビデオカメラのレンズ駆動部には、ステッピングモータが使用される場合が多い。ステッピングモータは、モータを停止させ、停止位置を保持する際、一定以上の励磁電流がかけられていないと、コギングトルクが発生する。その結果モータが回転し、レンズの位置が動いてしまう。以上の理由により、レンズを停止させたい場合も、モータに一定以上の励磁電流をかける必要がある。その結果、レンズ停止時もモータが発熱し、それによりカメラ内部の温度があがり、電気素子等が高温により故障する可能性がある。対して、レンズの移動を停止させるとき、レンズに供給する励磁電流を下げる技術が提示されている。

特許文献１には、レンズを停止させるときに、ステッピングモータを、コギングトルクが発生しない励磁安定位置に移動させてから停止させ、励磁電流を下げる技術が開示されている。

特開２０１１−１９７１６３号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術を使った際、本来停止させたいレンズ位置から励磁安定位置に移動する際、カメラの画角が変動したり、焦点がずれてしまう。

そこで、本発明の目的は、カメラの画角が変動したり、焦点がずれないように、レンズを停止させるときに、励磁電流を下げる撮像装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、
回転子及び固定子を有するステッピングモータと、ステッピングモータの駆動によってレンズを移動させるレンズ移動機構と、前記ステッピングモータの駆動制御で前記レンズの移動位置を制御する制御部とを備えたレンズ駆動装置であって、前記制御部は、前記レンズの移動を停止させる際に、前記固定子を無励磁状態にしたときでも前記回転子を安定して静止可能な無励磁安定静止位置まで回転させてから、前記固定子に対する励磁電流の供給を停止するレンズ停止手段と、前記停止手段時の処理により、画角の変動量を算出する画角変動量算出手段と、撮像データの一部を電子的に切り出すことで画角を変更させる電子画角変動手段と、前記停止手段時に、画角変動が広角になる回転子にレンズを移動させ、前記画角変動量算出手段に応じた画角変動量を電子画角変動手段で補正すること構成とする。

本発明に係る撮像装置によれば、レンズ停止時に、映像の画角、焦点を変更させることなく励磁電流を下げることが可能となる。

ステッピングモータの各位置と駆動電流 カメラのブロック図 実施例１にかかるフローチャート ステッピングモータの概略図 映像画角の変動図 実施例２にかかるフローチャート

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図２は、本発明の実施形態にかかわる、励磁電流を低減させたズームレンズ制御を実現するための映像切り出し機能を有するカメラのブロック図である。

被写体を撮影した映像は、画角を変更するため、焦点距離を変更するズームレンズ２０１、および、カメラから特定の距離にある被写体に合焦させるフォーカスレンズ２０４を介し、被写体は撮像素子２０７に投影される。

ズームレンズ制御部２０３は演算処理部２１０からのレンズ駆動用ＰＷＭ信号により、ズームレンズ駆動部２０２にズームレンズ駆動用信号を転送し、移動速度、移動方向を決定する。ズームレンズ駆動部２０２は図４に示すＰＭ型ステッピングモータである。永久磁石からなる回転子４０１と、固定子４０２から構成される。固定子４０２にはコイル４０３、４０４、４０５、４０６が巻かれた構成となっている。コイルに流れる電流の組み合わせ（向き、大きさ）に応じ、固定子の各コイルに対し磁界が発生し、ステッピングモータにトルクが発生する。

ズームレンズと同様に、フォーカスレンズ制御部２０６は演算処理部２１０からのレンズ駆動用ＰＷＭ信号により、フォーカスレンズ駆動部２０５にフォーカスレンズ駆動用信号を転送し、モータの移動速度、移動方向を決定する。

撮像素子２０７は光信号を電気信号に変換するフォトダイオードで構成されており、映像情報を映像信号処理部２０８に転送する。映像信号処理部２０８ではデモザイク処理、ノイズリダクション処理、映像圧縮処理がなされる。映像切り出し部２０９では、映像データの特定領域を切り出し、切り出した映像領域を特定サイズに拡大する機能を有している。切り出し領域、映像拡大サイズ情報は演算処理部２１０より送信されたデータに基づき、決定される。

演算処理部２１０は、映像信号処理部２０８に映像信号処理にかかる制御信号を送信する。また、撮像素子２０７に、撮影物の光情報を、電気信号に変換する処理に係る制御信号を送信する。

図３により、ズームレンズ停止時の動作シーケンスについて説明し、図１においてステッピングモータの制御方法の詳細について説明する。

撮影画像が所定の画角になるよう、ズームレンズ２０１を移動させるため、レンズ制御部２０３でＰＷＭ制御信号を生成する。ステッピングモータであるレンズ駆動部２０２を回転させ、ズームレンズ２０１を所定の位置に移動させたあと、ズームレンズ２０１の移動を停止させる（Ｓ３０１）。停止時のステッピングモータを図１の（ａ）に示す。回転子４０１を静止させるため、コイルに励磁電流１０１及び１０２を流し、回転子４０１を安定させる必要がある。コイルに励磁電流を流していない場合、回転子４０１はコギングトルクにより、励磁安定位置である図１の（ｃ）の位置まで回転してしまう可能性がある。この場合、撮像素子２０７で撮影する映像の画角が変動してしまう。

図１の（ｃ）の位置は、回転子４０１と固定子４０２が正対している位置であり、同位置で制止しようとする静止トルクとして、コギングトルクが最も大きく働く。その結果、図１の（ｃ）の位置では、コイルに励磁電流を流さない無励磁状態であっても、同位置で回転子４０１に静止トルクが働き、ステッピングモータは静止する。

次にステッピングモータの保持トルクが最大の位置、且、撮影画角が小さくなる位置に移動させる（Ｓ３０２）。この場合、図１の（ｂ）に示すように、励磁電流１０３を流し、回転子４０１を回転させ、図１の（ｃ）の位置に移動させる。この時、図５に示すように本来の映像は５０１に示す撮影画角であるが、固定子４０１が回転したことにより、撮影画角は５０２のように、５０１より小さくなる。この時、撮影画角５０１から５０２への画角変動量Ｗｚは式（１）を満たす。

Ｗｚ＜０ ・・・式（１）
その後、モータに流す励磁電流を下げる（Ｓ３０３）。撮影画角５０１から５０２への画角変動量Ｗｚが所定以下であった場合（Ｓ３０４）、映像切り出し部２０９により映像を切り出し、撮影画角を変動前と同じ大きさに電子的に補正する（Ｓ３０５）。画像切り出しによる画角補正により、撮影画像５０２は５０３に補正される。撮影画角の許容変動量は、任意で構わない。

実施例２において、フォーカスレンズ２０４を駆動させた場合に画角変動が発生するタイプのレンズを使用した場合の、フォーカスを制御する際のフローを図６で示す。

フォーカスを合わせるためフォーカスレンズ２０４を駆動し、ウォブリングにてフォーカス位置を決定する際（Ｓ６０１）、画角が変動するため、ズームレンズ２０１も駆動し、画角の変動を相殺させる。ウォブリング停止後（Ｓ６０２）、フォーカスレンズ駆動用のステッピングモータの位置を図１の（ｂ）から図１の（ｃ）に変動させた場合の焦点のずれが、被写界深度の範囲でないか否かを判定する（Ｓ６０３）。焦点がずれたことにより結像する円の大きさが、許容錯乱円以内の焦点範囲が、被写界深度である。焦点がずれた場合であっても、被写界深度内であれば、焦点ずれに対する映像のボケは許容される。範囲内の場合、フォーカスレンズ２０４をステッピングモータの保持トルクが最大の位置である図１の（ｃ）の位置になるよう、励磁電流１０３を流す（Ｓ６０４）。フォーカスレンズ２０４の移動により画角が変動した量Ｗｆを加味し、ズームレンズ２０１の保持トルクが最大になり、画角が小さくなる位置に、ズームレンズ２０１を制御する。ズームレンズ２０１駆動による画角変動量をＷｆとした場合、以下の式（２）を満たす必要がある。

Ｗｆ＋Ｗｚ＜０ ・・・式（２）
Ｗｆ＋Ｗｚを相殺するように、映像切り出し部２０９で画角を補正する。以上により、ズームレンズ２０１および、フォーカスレンズ２０４ともに、励磁安定位値に移動することでステッピングモータに流す電流を低減させることができ、且つ、画角の変動量をなくすことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明は、既存のステッピングモータを使用したズーム、フォーカス機構を有したカメラであっても利用可能である。

２０１ ズームレンズ、２０２ ズームレンズ駆動部、２０３ ズームレンズ制御部、
２０９ 映像切り出し部

Claims (3)

1. 回転子及び固定子を有するステッピングモータと、ステッピングモータの駆動によってレンズを移動させるレンズ移動機構と、前記ステッピングモータの駆動制御で前記レンズの移動位置を制御する制御部とを備えたレンズ駆動装置であって、
   前記制御部は、前記レンズの移動を停止させる際に、前記固定子を無励磁状態にしたときでも前記回転子を安定して静止可能な無励磁安定静止位置まで回転させてから、前記固定子に対する励磁電流の供給を停止するレンズ停止手段と、
   前記停止手段時の処理により、画角の変動量を算出する画角変動量算出手段と、
   撮像データの一部を電子的に切り出すことで画角を変更させる電子画角変動手段と、
   前記停止手段時に、画角変動が広角になる回転子にレンズを移動させ、前記画角変動量算出手段に応じた画角変動量を電子画角変動手段で補正することを特徴とする撮像装置。
2. 画角ずれが所定以上の場合、画角変動量を電子画角変動手段で補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 焦点を調整するフォーカスレンズと、
   前記レンズを駆動した場合、撮像データの画角が変動する場合で、
   前記レンズ駆動用ステッピングモータの１ステップあたりの焦点のずれが被写界深度内に収まるとき、
   前記レンズを無励磁安定位置へ移動し、且、フォーカスレンズで広角画角になるよう無励磁安定位置へ移動したのち、トータルの画角変動量を電子画角変動手段で補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。