JP4289290B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば撮像装置を一体に有するディジタルＶＣＲ等に使用される撮像装置に関する。

撮像装置を一体に有するディジタルＶＣＲ等に使用される４群インナーフォーカス式のズームレンズシステムにおいては、ズームする、すなわち、ピントが合った状態を維持したまま、ズームレンズ（バリエータとも称される）を移動させて画の倍率を変化させるためには、フォーカスレンズを所定の軌跡に沿って移動させなければならない。このような軌跡をズームトラッキング曲線と称する。

一般にズームトラッキング曲線は、被写体までの距離によって変化する。そこで、実際のレンズ制御においては、代表的な数種類の距離における数本の代表的なズームトラッキング曲線データを所定の手段に記憶しておき、代表的な距離以外の距離については、代表的なズームトラッキング曲線データに基づいてフォーカスレンズ位置が制御される。

ところで、画質をさらに向上させる、または、新たな機能を付加する等の目的で、４群インナーフォーカス式のズームレンズシステムの光路中にフィルタを出し入れするための構成を付加することがある。

このようなフィルタの屈折率が空気と異なる等の要因により、フィルタの出し入れによってレンズシステムの光学系としての性質が変化するので、ズームトラッキング曲線が変化する。このため、フィルタを出した時のズームトラッキング曲線データまたは入れた時のズームトラッキング曲線データの何れか一方のみに基づいてフォーカスレンズ位置の制御を行なうと、フィルタの出し入れのよってピントずれが生じ、トラッキング性能の劣化およびレンズシステム全体の性能が低下するという問題が生じる。

このようなレンズシステムの性能低下を防ぐために、フィルタを出した時のズームトラッキング曲線データと入れた時のズームトラッキング曲線データの両方を記憶しておき、フィルタの出し入れに応じて、フォーカスレンズが移動すべき距離を計算するために使用するズームトラッキング曲線データを切換えることが考えられる。

しかしながら、このような方法では、記憶すべきデータ量が増大するため、記憶容量の大きいＲＯＭ（Read Only Memory) が必要とされる点、また、計算処理されるデータ量が膨大となるため、制御の信頼性が低下するおそれがある点等が問題となる。さらに、フィルタの品質のばらつき等の要因により、フィルタを入れた場合のズームトラッキング曲線が設計段階でなされるシミュレーションの結果と異なることもある。このような場合には、シミュレーションの結果に基づくフィルタを入れた場合のズームトラッキング曲線データの下では、フォーカスレンズ位置の制御を充分な精度で行なうことができないおそれもある。

従って、この発明の目的は、フィルタの出し入れを行なっても性能の低下が生じないレンズ制御装置を有する撮像装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明は、フォーカスレンズと、
ズームレンズと、
フィルターを光路中に出し入れする際のフィルターの出し入れに係る第１の状態における、ズームレンズ位置と、ズームレンズ位置においてピントが合う時のフォーカスレンズ位置との関係を表現する複数のズームトラッキング曲線データを記憶するとともに、フィルターの出し入れに係る第２の状態に移行した場合に生じるピントずれを解消するためのフォーカスレンズ位置の補正量を示す実測された複数個の補正データを、所定数のズームレンズ位置について記憶する記憶手段と、
ズームレンズと、フォーカスレンズとをそれぞれ駆動するレンズ駆動手段と、
ズームレンズの任意の位置に対応してズームトラッキング曲線データから求められるフォーカスレンズ位置において、第２の状態に移行した場合に生じるピントずれを解消するように、複数個の補正データによってレンズ駆動手段を制御する制御手段とを有し、
制御部は、
複数個の補正データに基づく折れ線近似により、第２の状態において、任意のズームレンズ位置におけるフォーカスレンズ位置の補正量を算出し、
ズームトラッキング曲線データから求められる任意のズームレンズ位置に対応するフォーカスレンズ位置に対して、算出された補正量を加算することにより、第２の状態におけるフォーカスレンズ位置の補正を行うレンズ制御装置と、
フォーカスレンズおよびズームレンズを介して光が入射される撮像素子と、
撮像素子からの撮像出力に対して信号処理を行う信号処理手段と
を備える撮像装置である。

この発明は、例えばフィルタを出した時のズームトラッキング曲線データを記憶しておくようにし、さらに、フィルタを入れた時に生じるピントずれを解消するために必要とされるフォーカス位置の補正量を、所定個数のズーム位置について例えば実測値として求めてその結果を記憶する。そして、かかる補正量のデータに基づく折れ線近似によって、任意のズーム位置においてフィルタを入れた時の補正量を算出し、算出した補正量を、記憶されたズームトラッキング曲線データに基づいて得られるフォーカス位置に加算することによって、フィルタを入れた場合にも任意のズーム位置についてピントが正しく合うようにフォーカス位置を制御するものである。

このため、フィルタを入れた時のズームトラッキング曲線データと、フィルタを出した時のズームトラッキング曲線データの両方を記憶する場合に比べて、予め記憶しておく必要があるデータ量を少なくすることができる。

このため、従って、容量の大きい記憶手段を有する必要がないので、回路構成の大規模化を伴わずに、フィルタの出し入れによるピントずれを防止することが可能となる。また、必要に応じて、データを容易に書き換えることができる。

さらに、フィルタを入れた時のズームトラッキング曲線データと、フィルタを出した時のズームトラッキング曲線データの両方を予め記憶し、状況に応じてそれらを切換えてフォーカス位置制御を行なう場合に比べ、計算ルーチンを容易なものとすることができる。また、必要に応じて、計算ルーチンを変更することも容易にできる。

また、例えば生産プロセスの事情等により特性のばらつきが大きいフィルタについては、シミュレーション等によってそのフィルタを入れた時のズームトラッキング曲線データを充分な精度で一意的に得ることが難しい。このようなフィルタについては、フィルタを入れた状態でのズームトラッキング曲線データを記憶し、記憶したズームトラッキングデータ曲線に基づいて充分な精度でフォーカス位置制御を行なうことが難しい。この発明によれば、そのような場合にも、個々のフィルタを各量産機に装着した状態で数個のズーム位置について補正量のデータをとり、そのデータをフィルタを出した時のズームトラッキング曲線データと共に、データを採取した量産機内の記憶手段に記憶させることによって、フィルタを出した場合および入れた場合の何れにおいても、ピントを正しく合わせることが可能となる。

この発明についての理解を容易とするために、まず、図１を参照して一般に使用されている４群インナーフォーカス式のズームレンズシステムの一例について説明する。このような４群インナーフォーカス式のズームレンズシステムは、前玉レンズ１０、ズームレンズ１１、マスターレンズ１２、フォーカスレンズ１３を有し、ピント面１４、すなわち例えばＣＣＤ(Charge Coupled Dervice)等の撮像素子の撮像面にピントを合わせるようになされる。さらに、ズームレンズ１１を例えば図１Ａから図１Ｂに示すように移動させることに伴って、フォーカスレンズ１３を所定のズームトラッキング曲線に沿って移動させることにより、ズームする、すなわちピント面１４にピントが合った状態を維持したまま画の倍率を変化させることができる。

ズームトラッキング曲線は、被写体までの距離によって変化する。従って、ズームトラッキング曲線は、理論的には被写体までの距離に応じて無限個存在することになるが、実際には、以下のようにフォーカスレンズ位置が制御される。すなわち、代表的な数種類の距離を設定し、これらの距離にそれぞれ対応する数本の代表的なズームトラッキング曲線データを所定の記憶手段に記憶しておき、代表的な距離として設定された以外の距離については、代表的なズームトラッキング曲線データに基づく計算によって得るようになされている。

代表的なズームトラッキング曲線の一例を図２に示す。ここで、各曲線２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６および２７は、それぞれ、被写体距離が無限大、４ｍ、２ｍ，１ｍ，２０ｃｍ，５ｃｍ，２．２ｃｍ，１ｃｍでのズームトラッキング曲線を示している。そして、被写体距離がこれらの距離と異なる場合には、これら８本のズームトラッキング曲線のデータに基づく計算によってフォーカスレンズ１３の位置が決められる。

次に図３を参照して、撮像装置を一体に有するディジタルＶＣＲにこの発明を適用したこの発明の実施の一形態について説明する。まず、フォーカスレンズ１３およびズームレンズ１１の位置制御に係る構成要素は、レンズブロック３０、フォーカスモーター３３、ズームモーター３４、モータードライバ３５およびＣＰＵ（マイコン）３６等である。

ＣＰＵ３６は、ユーザーの操作等によって供給されるズーム移動情報に基づいて、モータドライバ３５に指令を送る。モータドライバ３５は、この指令に従ってズームモーター３４を駆動することによってズームレンズ１１を移動させる。さらに、ＣＰＵ３６は、ＲＯＭ等に記憶されているズームトラッキング曲線データに基づいて、フォーカスレンズ１３を移動させるべき位置を計算し、計算結果に基づいてモータドライバ３５に指令を送る。モータドライバ３５がこの指令に従ってズームモーター３４を駆動することにより、フォーカスレンズ１３を移動させる。

さらに、撮像素子としてのＣＣＤ１００は、レンズブロック３０を通って入射する光を電気信号に変換し、この電気信号をカメラ信号処理系１０１に供給する。カメラ信号処理系１０１は、供給される電気信号に基づいて所定の信号処理を施し、記録系１０２に出力する。記録系１０２は、記録用の信号フォーマットに変換し、例えば磁気ヘッド等の書き込み手段によって、例えば磁気テープ等の記録媒体に対して記録を行なう。

ところで、画質をさらに向上させる、または、新たな機能を付加する等の目的で、レンズシステムの光路中にフィルタを出し入れするための構成を付加することがある。このようなフィルタとしては、絞りの回折現象による画質劣化を防ぐためのＮＤフィルタや、レンズを高感度とするためのＩＲカットオフフィルタ（赤外線除去フィルタ）等がある。

このようなフィルタの屈折率が空気と異なる等の要因により、フィルタの出し入れによってレンズシステムの光学系としての性質が変化するので、図４に示すようにフィルタの出し入れによってズームトラッキング曲線が変化する。図４において、曲線４０がフィルタを出した時のズームトラッキング曲線を示し、曲線４１がフィルタを入れた時のズームトラッキング曲線を示している。

このため、フィルタを出した時のズームトラッキング曲線データまたは入れた時のズームトラッキング曲線データの内の何れか一方のみを記憶し、記憶したデータに基づいてフォーカスレンズ１３の位置制御を行なうようにすると、フィルタの出し入れを行なうことによってピントずれが発生する。そして、このようなピントずれに起因して、トラッキング精度の低下、さらにはレンズシステム全体の性能低下という問題が生じる。

このような問題に対処するために、フィルタを出した時のズームトラッキング曲線データおよび入れた時のズームトラッキング曲線データの両方を記憶しておくことが考えられるが、このようにすると、記憶すべきズームトラッキング曲線データのデータ量が増大し、記憶手段の容量を増やさなければならないため、回路規模の小型化および低コスト化を妨げる要因となる。また、計算処理されるデータ量が膨大となるため、制御の信頼性が低下するおそれがある。

さらに、ズームトラッキング曲線データは、例えば設計段階でなされるシミュレーションの結果等に基づいて作成される。このような方法によって作成された、フィルタを入れた状態でのズームトラッキング曲線データを用いると、フィルタのばらつきがある程度以上大きい場合には、正しいズームトラッキングを行うことができないおそれがある。

そこで、この発明では、例えばフィルタを出した時のズームトラッキング曲線データを記憶するようにしている。一方、フィルタを入れた時に生じるピントずれを解消するために必要とされるフォーカスレンズ位置（以下、フォーカス位置と表記する）の補正量を、所定個数のズームレンズ位置（以下、ズーム位置と表記する）について例えば実測値として求めてその結果をさらに記憶する。そして、かかるデータに基づく折れ線近似によって、任意のズーム位置においてフィルタを入れた時のフォーカス位置の補正量（以下の説明においては、フォーカス位置の補正量を単に補正量と表記する）を算出し、算出した補正量を用いて、記憶しているズームトラッキング曲線データに基づいて得られるフォーカス位置を補正することによって、フィルタを入れた場合にもピントが正しく合うようにフォーカス位置が制御される。

記載が煩雑となるのを避けるため、以下の説明ではフィルタを出した時のズームトラッキング曲線データを記憶しておく場合について説明するが、フィルタを入れた時のズームトラッキング曲線データを記憶しておくようにしても良い。このような場合には、折れ線近似により、フィルタを出した時の補正量を算出するようにすれば良い。

折れ線近似の一例について、図５を参照してより具体的に説明する。図５は、４個のズーム位置ｚｍ０，ｚｍ１，ｚｍ２およびｚｍ３（これらを基本ズーム位置と称する）について、フィルタを入れた時にピントを合わせるために必要とされる補正量ｆｃ０，ｆｃ１，ｆｃ２、ｆｃ３およびｆｃ４を実測によって求め、これらのデータに基づく折れ線近似によって任意の（すなわち基本ズーム位置以外の）ズーム位置について、フィルタを入れた時にピントを合わせるために必要とされる補正量を図示したものである。

すなわち、４点（ｚｍ０，ｆｃ０）、（ｚｍ１，ｆｃ１）、（ｚｍ２，ｆｃ２）および（ｚｍ３，ｆｃ３）を順に直線的に結ぶことによって得られる折れ線によって、任意のズーム位置においてフィルタを入れた場合の実際の補正量（図５中では実線を用いて示した）を近似する。そして、かかる折れ線から任意のズーム位置において補正量を読み取り、読み取った補正量を、ズーム位置に基づいて記憶しているズームトラッキング曲線データに従って算出されるフォーカス位置に加えることによって、フォーカス位置を補正する。図５中に示すように、かかる折れ線による近似が充分に良い精度を有するので、ピントずれを生じさせない、若しくはその程度が充分に小さいフォーカス位置の制御を行うことが可能となる。

図５においては、４個の基本ズーム位置とそれらの位置における補正量とが予め記憶されているとしたが、一般に（Ｎ＋１）個の基本ズーム位置ｚｍ０，ｚｍ１・・・ｚｍ（Ｎ）とそれらの位置における補正量ｆｃ０，ｆｃ１，・・・ｆｃ（Ｎ）が記憶されている場合においては、任意のズーム位置ｚｍ_X について、次式のような計算によってその位置における補正量ｆｃ_X を算出することができる。

ここで、ｚｍ（Ｍ）≦ｚｍ_X ＜ｚｍ（Ｍ＋１）である（但し、ＭおよびＭ＋１は、０≦Ｍ＜Ｍ＋１≦Ｎ）。

このようにして求められる補正量ｆｃ_X に基づいてフォーカス位置制御を行なえば、ピントが正しく合わされる。さらに、ｚｍ０を広角端、ｚｍ３を望遠端とすれば、フォーカス位置補正を行なうためには、ズーム位置２個と、フォーカス位置４個の計６個のデータをズームトラッキング曲線データと共に記憶しておくだけで良い。従って、２本のズームトラッキング曲線のデータを記憶する場合に比べて、記憶すべきデータ量を削減することができる。

ここでは４個の基本ズーム位置を用いる場合について説明したが、一般的には、折れ線近似が充分な精度を有するのに必要な個数の基本ズーム位置を用いるようにすれば良い。より具体的には、補正エラ−量、すなわち実際の補正量と折れ線近似によって計算された補正量との差分が焦点深度内に収まるように、基本ズーム位置の個数を定めれば良い。

次に、図６のフローチャートを参照してフィルターを入れた時の補正方法について説明する。ここでは、基本ズーム位置としてｚｍ０，ｚｍ１，ｚｍ２，ｚｍ３，ｚｍ４を用い、ｚｍ０を広角端、ｚｍ４を望遠端としている。ステップＳ１で補正ルーチンが開始される。ステップＳ２では、開始時のズーム位置がｚｍ１よりＷｉｄｅ側にあるか否かを調べる。そして、補正ルーチン開始時のズーム位置がｚｍ１より広角側にある時にはステップＳ３に移行し、それ以外の場合には、ステップＳ４に移行する。

ステップＳ３ではｚｍ０，ｚｍ１，ｆｃ０およびｆｃ１の値を記憶手段としてのテンポラリーＲＡＭに保持してステップＳ９に移行する。ステップＳ９は、後述するように、式（１）に従って折れ線近似による補正量の計算を行なうステップである。

一方、ステップＳ４では、補正ルーチン開始時のズーム位置がｚｍ２より広角側にあるか否かを調べる。そして、補正ルーチン開始時のズーム位置がｚｍ２より広角側にある時にはステップＳ５に移行し、それ以外の場合には、ステップＳ６に移行する。ステップＳ５は、ｚｍ１，ｚｍ２，ｆｃ１およびｆｃ２の値をテンポラリーＲＡＭに保持してステップＳ９に移行する。

次に、ステップＳ６では、補正ルーチン開始時のズーム位置がｚｍ３より広角側にあるか否かを調べる。そして、補正ルーチン開始時のズーム位置がｚｍ３より広角側にある時にはステップＳ７に移行し、それ以外の場合には、ステップＳ８に移行する。ステップＳ７は、ｚｍ２，ｚｍ３，ｆｃ２およびｆｃ３の値をテンポラリーＲＡＭに保持してステップＳ９に移行する。

ステップＳ８に移行した場合には、補正ルーチン開始時のズーム位置がｚｍ３とｚｍ４の間にあることが確定しているので、ステップＳ８においては、ｚｍ３，ｚｍ４，ｆｃ３およびｆｃ４の値をテンポラリーＲＡＭに保持してステップＳ９に移行する。

ステップＳ９に移行した時点では、テンポラリーＲＡＭに式（１）に従う計算を行なうためのデータが保持されているので、ステップＳ９では式（１）に従って補正量が算出される。

その後、ステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では、フィルタが入っているか否かを確認する。フィルタが入っている時にはステップＳ１１に移行し、ステップＳ９で計算した補正量を、ズーム位置に基づいて、記憶しているズームトラッキング曲線データに従って算出されるフォーカス位置に加算することにより、補正されたフォーカス位置を算出する。その後、ステップＳ１２に移行し、補正ルーチンを終了する。一方、フィルタが入っていない時には直ちにステップＳ１２に移行し、補正ルーチンを終了する。

上述した補正ルーチンにおいてはステップＳ９で補正量を算出してから、ステップＳ１０でフィルタが入っているか否かを確認するが、フィルタが入っていることを確認してから、補正量の算出に係る手順を開始するようにしても良い。

また、ズームトラッキング曲線データ、および数個のズーム位置におけるフィルタの出し入れに伴う補正に係るデータ等、フォーカス位置の制御を行なうために予め記憶しておく必要があるデータは、ＣＰＵ３６内のＲＯＭに記憶しても良いし、ＥＥＰＲＯＭ(Electrical Erasable Programmable ＲＯＭ）等、記憶内容を容易に変更できる記憶手段に記憶するようにしても良い。後者においては、例えば性能を変更する等の理由でレンズまたはフィルタを替える場合等に、補正量を算出するために予め記憶しておく必要があるデータを変更することが容易となる。

上述したこの発明の実施の一形態は、撮像装置を一体に有するディジタルＶＣＲに、この発明を適用したものであるが、この発明に係るレンズ制御装置、レンズ制御方法および撮像装置は、フォーカスレンズおよびズームレンズを有するレンズシステムを使用するあらゆる撮像装置およびそのような撮像装置を構成要素とする映像情報の記録装置に適用することができる。

この発明を適用することができるレンズシステムの一例について説明するための略線図である。 ７種類の被写体距離についてのズームトラッキング曲線の一例について説明するための略線図である。 この発明の実施の一形態について説明するためのブロック図である。 フィルターの出し入れに起因して生じる、ズームトラッキング曲線の変化について説明するための略線図である。 フィルターの出し入れに起因して生じるフォーカス位置の補正量の一例、および折れ線近似の一例を示す略線図である。 フォーカス位置の補正ルーチンの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１１・・・ズームレンズ（バリエータ）、１３・・・フォーカスレンズ、３５・・・モータドライバ、３６・・・ＣＰＵ（マイコン）

Claims (2)

1. フォーカスレンズと、
   ズームレンズと、
   フィルターを光路中に出し入れする際のフィルターの出し入れに係る第１の状態における、ズームレンズ位置と、上記ズームレンズ位置においてピントが合う時のフォーカスレンズ位置との関係を表現する複数のズームトラッキング曲線データを記憶するとともに、フィルターの出し入れに係る第２の状態に移行した場合に生じるピントずれを解消するためのフォーカスレンズ位置の補正量を示す実測された複数個の補正データを、所定数の上記ズームレンズ位置について記憶する記憶手段と、
   上記ズームレンズと、上記フォーカスレンズとをそれぞれ駆動するレンズ駆動手段と、
   上記ズームレンズの任意の位置に対応して上記ズームトラッキング曲線データから求められるフォーカスレンズ位置において、上記第２の状態に移行した場合に生じるピントずれを解消するように、上記複数個の補正データによって上記レンズ駆動手段を制御する制御手段とを有し、
   上記制御部は、
   上記複数個の補正データに基づく折れ線近似により、上記第２の状態において、任意の上記ズームレンズ位置における上記フォーカスレンズ位置の補正量を算出し、
   上記ズームトラッキング曲線データから求められる上記任意のズームレンズ位置に対応するフォーカスレンズ位置に対して、算出された上記補正量を加算することにより、上記第２の状態における上記フォーカスレンズ位置の補正を行うレンズ制御装置と、
   上記フォーカスレンズおよびズームレンズを介して光が入射される撮像素子と、
   上記撮像素子からの撮像出力に対して信号処理を行う信号処理手段と
   を備える撮像装置。
2. 請求項１において、
   上記フィルターの出し入れに係る第１の状態は、フィルターを入れた状態であり、
   上記フィルターの出し入れに係る第２の状態は、上記フィルターを出した状態であることを特徴とする撮像装置。

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