JPH11249002A - 温度補正機能付自動焦点式撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境温度の温度変化に伴う撮像装置での焦点
ずれを補正して高精度のＡＦ制御を実現することを可能
にする。 【解決手段】 ＡＦモジュール１４からの測距信号に基
づいてＣＰＵ５がＡＦ機構１３を制御してＡＦ制御を行
う自動焦点式撮像装置において、撮像装置１０の環境温
度をサーミスタ１５で検出して温度信号を出力し、この
温度信号に基づいてＡＦ制御を補正する。サーミスタ１
５の出力に感度切替回路８が設けられ、検出された温度
に基づいて、高温側と低温側とで感度の切り替えを行
う。サーミスタ１５の検出特性に温度依存性がある場合
でも、高温側と低温側とで感度を切り替えることで、全
温度領域にわたって高感度な特性が得られ、高精度のＡ
Ｆ制御が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はデジタルカメラに用
いて好適な自動焦点式撮像装置に関し、特に温度変化に
伴う焦点位置の変動を補正する機能を有する撮像装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルカメラ等のような撮像光学系及
び撮像素子を備える撮像装置は、撮影対象としての被写
体を撮像光学系により撮像素子に結像し、結像された被
写体像に基づいて撮像素子から電気信号として撮像信号
を得る構成とされている。この種の撮像素子としては、
ＣＣＤ素子等が用いられているが、近年における半導体
技術の進展に伴って撮像素子を構成する画素の高集積
化、高密度化と共に、撮像素子自体の小型化が進めら
れ、これに伴って撮像光学系のレンズ焦点距離も短くな
り、撮像素子の撮像面に結像される被写体像もより小さ
なものとなる。このため、撮像面における被写体像の僅
かなピントずれ（ぼけ）によっても、撮像素子で得られ
る撮影画像の画像品質が大きく劣化されることになり、
この種の撮像装置における焦点制御はより厳しいものが
要求され、高精度の焦点制御を行う必要がある。

【０００３】ところで、この種の撮像装置は自動焦点
（ＡＦ）機能を備える構成とされており、その一つの方
式として、撮像光学系で結像しかつ撮像素子から得られ
る撮像信号に基づいてＡＦ制御を行うＴＴＬ方式があ
る。このＴＴＬ方式では、実際に撮像レンズにより撮像
素子に結像される被写体像に基づいてＡＦ制御を行うも
のであるため、高精度のＡＦ制御を行う上では好ましい
とされている。しかしながら、このＴＴＬ方式では、Ｃ
ＣＤ等で構成される撮像素子からの撮像信号を利用して
いるため、ＣＣＤ素子における電荷転送動作が要因とな
り、ＡＦ制御に必要とされる信号を撮像素子から得るの
に時間がかかり、高速のＡＦ制御の撮像を行うことが難
しいという問題がある。

【０００４】このような問題を解消するためには、撮像
光学系とは別にＡＦ制御用に開発されているＡＦモジュ
ールを利用し、このＡＦモジュールから得られるＡＦ信
号に基づいてＡＦモータを制御し、このＡＦモータの駆
動によって撮像レンズにおけるＡＦ制御を行う撮像装置
が提案されている。このＡＦ方式では、ＣＣＤ素子より
も高速動作が可能な光センサを用いることができるた
め、ＡＦ制御の高速化が実現できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなＡＦモジュールを用いる撮像装置では、撮像光学系
で結像した像に基づいてＡＦ制御を行う、いわゆるクロ
ーズループではなく、撮像光学系とは別の光学系で結像
した像を前記した光センサで受光したオープンループの
ＡＦ制御であるため、撮像光学系において焦点ずれを生
じさせる要因が生じたときに、これに対応できないとい
う問題がある。特に、近年では撮像光学系を構成するレ
ンズを樹脂で形成したカメラが多数提案されているが、
このようなカメラでは環境温度が変化したときにレンズ
を構成する樹脂が温度変化によって膨張あるいは収縮さ
れ、レンズ曲率やレンズ厚が変化されて焦点ずれが生じ
ることがあり、前記したオープンループ構成のＡＦ制御
ではこのような焦点ずれに追従できず、前記した撮像素
子における画像品質の劣化が顕著なものになる。

【０００６】そこで、撮像装置に温度検出手段を設け、
検出した温度に基づいて予め設定されているＡＦ補正値
によるＡＦ補正を行う技術が考えられている。しかしな
がら、この温度検出手段として利用されるサーミスタ等
の温度検出素子には、その出力特性に温度依存性があ
り、例えばサーミスタの場合には、温度−抵抗値の変化
特性が、低温側よりも高温側で低下されるという特性が
ある。このため、このような温度依存性のある温度検出
手段をそのまま前記したＡＦ補正に利用したのでは、高
温側でのＡＦ補正の精度が低下され、通常のカメラが使
用される温度領域で適切なＡＦ補正を実現することが困
難になるという問題が生じる。

【０００７】本発明の目的は、温度変化に伴う焦点ずれ
を補正してＡＦ制御を実現するとともに、広い温度範囲
にわたって高精度のＡＦ制御を実現することを可能にし
た温度補正機能付自動焦点式撮像装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、撮像装置の環
境温度を検出して温度信号を出力する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された環境温度に基づいて前記
撮像装置をＡＦ制御するためのＡＦ機構を制御するため
の制御回路とを備え、かつ前記温度検出手段には、検出
された環境温度に基づいて前記温度信号を出力するため
の温度変化に対する温度信号の変化率の感度を切り替え
る感度切替回路が備えられる。

【０００９】本発明においては、検出された温度を抵抗
値もしくは電圧として出力する温度検出手段での感度
を、感度切替回路において高温側と低温側とで切り替え
る。温度検出手段の特性に温度依存性があり、高温側と
低温側とで感度の違いが存在する場合に、これに対応し
て感度切替回路において感度を切り替えることで、高温
側と低温側のそれぞれにおいて高感度での温度検出が可
能となり、高精度のＡＦ制御が実現できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の撮像装置を適用した
デジタルカメラの概略斜視図であり、高さ寸法が小さい
薄型に形成されたカメラ１の前面に臨んで撮像装置１０
が配設されている。このデジタルカメラ１では、カメラ
１の背面に設けたファインダ２を通して撮像装置１０で
撮像する画像を確認することができ、またカメラ１の上
面に設けたレリーズボタン３を操作することにより、レ
リーズ時の撮像した画像をメモリやその他の図外の記録
媒体に記録することが可能な構成とされている。

【００１１】図２（ａ），（ｂ）前記撮像装置の概略構
成を示す平面図と正面図であり、前記撮像装置１０は撮
像光学系１１と撮像素子１２とを備えている。また、前
記撮像装置１０には、ＡＦモータを有するＡＦ（自動焦
点）機構１３が設けられており、前記カメラ１の前面に
臨んで配置されたＡＦモジュール１４から得られる測距
信号に基づいて前記ＡＦ機構１３が前記撮像光学系１１
の一部のレンズを光軸方向に移動させ、ＡＦ調整を行う
ように構成される。さらに、前記撮像装置１０の近傍位
置、ここでは後述する前群レンズ枠２０の一部には温度
センサとしてのサーミスタ１５が取着されている。な
お、前記撮像装置１０にはシャッタを兼ねたアイリス機
構（絞り機構）１６が設けられており、後述するように
撮像装置１０における撮像動作と、モニタ時におけるア
イリスの開口度を調整することができるようになってい
る。

【００１２】前記撮像装置１０の前側部には前群レンズ
枠２０が設けられており、この前群レンズ枠２０には前
群レンズ２１が固定的に支持されている。また、この前
群レンズ枠２１の両側位置には、光軸と平行な一対のガ
イドシャフト２２が後方に向けて突出されており、これ
らのガイドシャフト２２には後群レンズ２４を支持する
後群レンズ枠２３が支持され、かつガイドシャフト２２
に沿って光軸方向に移動可能に支持されている。なお、
前記後群レンズ枠２３と前群レンズ枠２０との間の位置
には、前記ＡＦ機構１３によって動作される図外のカム
機構が設けられており、このカム機構が動作されたとき
に前記後群レンズ枠２３が光軸方向に移動され、前記し
たＡＦ調整が可能とされている。また、前記ガイドシャ
フト２２の後端部が支持される鏡筒部１７には、ＣＣＤ
素子からなる前記撮像素子１２が取着されている。

【００１３】前記ＡＦモジュール１４は、既に知られて
いるアクティブ方式のもの、あるいはパッシブ方式のも
のが用いられるが、ここでは被写体像を結像するために
基線方向に配列された２つの結像レンズ２７ａ，２７ｂ
と、各レンズで結像された像をそれぞれ受光するライン
センサ等の光センサ２８とを備えており、三角法によっ
て被写体までの距離を測距する測距信号を出力するパッ
シブ方式のものとして構成されている。なお、このＡＦ
モジュール１４の構成についての詳細な説明は省略す
る。

【００１４】また、前記アイリス機構１６は、図３にそ
の概略構成を示すように、長方形をしたベースプレート
３０の一方の面に搭載されたモータ３１と、他方の面に
搭載された一対の絞り羽根３２，３３とで構成されてお
り、前記モータ３１の回動によって前記一対の絞り羽根
３２，３３を動作して前記ベースプレート３０に設けら
れた絞り開口３４を開閉ないし絞り動作する構成とされ
ている。前記モータ３１はメータ方式のモータとして構
成されており、印加された電圧に対応する回転位置にま
で回転駆動される。そして、前記モータ３１の回転動作
は駆動板３６の径方向に突出された一対のアーム３７に
立設された連結ピン３９がそれぞれ前記ベースプレート
３０に開けられた円弧溝３８を通して前記一対の絞り羽
根３２，３３に伝達される。また、前記絞り羽根３２，
３３はベースプレート３０に立設されたピン４０にそれ
ぞれに設けられた長溝４１，４２が係合されており、前
記駆動板３６の駆動によって各絞り羽根３２，３３がベ
ースプレート３０の長さ方向に対して相反方向に移動さ
れることで、前記絞り開口３４の一部、あるいは全面を
覆い、絞り開口を変化させるように構成されている。

【００１５】図４は前記した撮像装置の撮像素子１２，
ＡＦ機構１３、ＡＦモジュール１４、サーミスタ１５を
含む前記カメラのブロック回路図であり、特に本発明に
関連する部分のみを示している。前記撮像素子１２から
出力される撮像信号は信号処理回路４に入力されてお
り、詳細な説明は省略するが、この信号処理回路４にお
いて所要の撮像信号処理が行われ、画像信号として出力
されて図外のモニタに撮像画像を表示する。また、前記
ＡＦモジュール１４からの測距信号はＣＰＵ５に入力さ
れる。また、前記サーミスタ１５からの温度信号は感度
切替回路８を介して前記ＣＰＵ５に入力される。また、
前記ＣＰＵ５には前記ＡＦ機構１３が接続されており、
ＣＰＵ５から出力されるＡＦ信号によりＡＦ機構１３は
前記撮像レンズ構体１２を駆動して、ＡＦ制御を実行す
るように構成されている。さらに、前記ＣＰＵ５には、
ＣＰＵ５における各種制御、少なくとも前記した測距信
号に基づいてＡＦ制御を行うためのプログラムが記憶さ
れたＲＯＭ６が接続されるとともに、ＡＦ制御を温度補
償するための温度補償データが記憶されたＥＥＰＲＯＭ
７が接続されている。

【００１６】図５は前記サーミスタ１５と前記ＣＰＵ５
との間に介挿されている感度切替回路８の回路図であ
る。電源電圧ＶＣＣを分圧する抵抗Ｒ１，Ｒ２と、前記
電源電圧ＶＣＣと分圧電圧Ｖｄを選択する選択スイッチ
ＳＷ１と、選択された電圧を前記ＣＰＵの基準電圧とし
て出力するためのバッファＢＦと、前記選択された電圧
を前記サーミスタ１５とで分圧する抵抗Ｒ０と、前記抵
抗Ｒ３と平行に抵抗Ｒ４を接続して実質的な抵抗値を切
り替えるための切替スイッチＳＷ２とで構成される。前
記サーミスタ１５と抵抗Ｒ３とで分圧された電圧は前記
温度信号として前記ＣＰＵ５に出力される。また、前記
選択スイッチＳＷ１と切替スイッチＳＷ２はリレーある
いはアナログスイッチで構成され、前記ＣＰＵ５から出
力される切替信号によって連動して切替動作される。な
お、ここでは、前記ＣＰＵ５は環境温度の５℃を堺にし
て、それよりも高温では同図の切替接続状態、すなわち
選択スイッチＳＷ１が分圧電圧Ｖｄを選択し、切替スイ
ッチＳＷ２が抵抗Ｒ４を抵抗Ｒ３に並列接続した状態と
する切替動作状態とし、５℃以下ではその逆に切替動作
状態となるように構成されている。ここで、抵抗Ｒ３を
２０ＫΩ、抵抗Ｒ４は６．２ＫΩに設定しており、した
がって切替スイッチＳＷ２が閉じられたときには、両抵
抗Ｒ３，Ｒ４の合成抵抗値は４．７ＫΩとなる。

【００１７】以上の構成の撮像装置では、被写体の撮像
時には、ＡＦモジュール１４において被写体までの距離
が測距され、この測距データがＣＰＵ５に入力される
と、ＣＰＵ５はＡＦ機構１３を駆動制御する。すなわ
ち、被写体像が撮像素子１２の撮像面上に結像する位置
までのＡＦモータ２５の駆動パルス数を算出し、駆動す
る。これにより、ＡＦ機構１３のＡＦモータ２５が駆動
されてその出力軸のギヤ２６により図外のカム機構を駆
動し、後群レンズ枠２３、すなわち後群レンズ２４をガ
イドシャフト２２に沿って光軸方向に移動し、撮像素子
１２の撮像面に対して被写体像を結像する。このとき、
サーミスタ１５で検出された環境温度の温度信号が感度
切替回路８を介してＣＰＵ５に入力され、ＣＰＵ５はこ
の温度信号に基づいてＥＥＰＲＯＭ７に対して焦点ずれ
の補正値のデータを読み出す。そして、この読み出した
補正値に基づいて、ＣＰＵ５は前記ＡＦ機構１３でのＡ
Ｆ制御を補正する。これにより、ＡＦ機構１３での前記
した後群レンズ２４の光軸位置制御は、読み出した補正
値によって補正された位置に制御されることになり、結
果として環境温度による焦点ずれ量が補正され、環境温
度の変動にかかわらず合焦状態での撮像が実現されるこ
とになる。

【００１８】このように前記実施形態の撮像装置では、
ＡＦモジュール１４を用いたＡＦ制御においても環境温
度の変動の影響を受けることなく、常に高精度のＡＦ制
御が実現できるとともに、その一方で撮像素子としてＣ
ＣＤ素子を用いたＴＴＬ方式のＡＦ制御に比較して高速
なＡＦ制御が実現できる。このため、液晶表示装置等で
構成されるモニタで撮像する被写体像を確認する方式の
デジタルカメラでは、モニタにおけるＡＦ制御の遅れに
よるモニタ画像の品質が低下されるという問題が生じる
ことがなく、モニタ画像品質の高いデジタルカメラを構
成することが可能となる。

【００１９】ところで、図６は前記サーミスタ１５の温
度変化に対する抵抗値の変化特性を示す図であり、この
サーミスタ１５は、低温側でサーミスタの抵抗値が増加
される特性となっている。このため、サーミスタ１５を
用いた分圧回路を利用して温度検出を行う回路構成の場
合には、抵抗値の大きい低温側よりも抵抗値の小さい高
温側で検出される電圧の変化率が小さくなり、高温側で
の温度検出感度が低下されることになる。そこで、図５
に示した感度切替回路８を用い、低温側と高温側とでサ
ーミスタ１５に供給される電圧と、分圧抵抗の抵抗値を
切り替えることにより、高温側での検出感度を高めてい
る。

【００２０】すなわち、図７はその動作を示すフローチ
ャートである。先ず、初期状態では、選択スイッチＳＷ
１及び切替スイッチＳＷ２は図５の切替状態にあり、Ｖ
ＣＣを抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧ＶｄがＣＰＵ５に
出力される。また、同時にこの電圧Ｖｄをサーミスタ１
５と、抵抗Ｒ３とＲ４の並列抵抗（４．７ＫΩ）で分圧
した電圧ＶｓｉｇをＣＰＵに出力する。この電圧Ｖｓｉ
ｇを、前記Ｖｄと比較することでＣＰＵ５はそのときの
温度を検出する。そして、検出した温度が５℃よりも高
いときには、前記選択及び切替の各スイッチＳＷ１，Ｓ
Ｗ２はそのままの状態を保持し、ＣＰＵ５は検出した温
度をそのまま利用して前記ＡＦモジュール１４の制御を
実行する。一方、検出した温度が５℃以下のときには、
前記選択及び切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２を図５の状態
から切り替える。これにより、選択スイッチＳＷ１では
電源電圧ＶＣＣが選択されてＣＰＵ５に出力され、ま
た、Ｖｓｉｇはこの電圧ＶＣＣをサーミスタ１５と抵抗
Ｒ３で分圧した電圧としてＣＰＵ５に出力される。

【００２１】図８はこの動作を説明するための図であ
り、同図の（Ａ）黒ダイヤが図５に示したように切替ス
イッチＳＷ２が閉じた状態でサーミスタ１５に抵抗Ｒ
３，Ｒ４の並列抵抗４．７ＫΩが接続されたとき、同図
（Ｂ）黒四角が切替スイッチＳＷ２が開いた状態でサー
ミスタ１５に抵抗Ｒ３として２０ＫΩが接続されたとき
のそれぞれの温度変化に対する出力電圧の変化係数を示
している。同図から判るように、温度５℃を境にして、
これよりも高温側では（Ａ）の方（４．７ＫΩ）が係数
が高く、低温側では（Ｂ）の方（２０ＫΩ）が係数が高
い。したがって、高温側のときには、抵抗Ｒ３とＲ４が
並列接続された分圧抵抗が小さくされるため、サーミス
タ１５の抵抗値変化に対する分圧比が大きく保持される
ため、高温側での検出感度が高められることになる。な
お、低温側では抵抗値の変化が大きいため、分圧抵抗Ｒ
３のみで充分な検出感度が得られる。なお、選択のスイ
ッチＳＷ１による電圧ＶＣＣと電圧Ｖｄとの切り替え
は、電流増加に伴うサーミスタ１５の自己発熱による誤
差を少なくするためである。

【００２２】したがって、サーミスタ１５で検出される
環境温度に基づいて、感度切替回路８では分圧回路の抵
抗値が切り替えられるため、温度信号としての電圧を生
成する際におけるサーミスタ１５の抵抗値の変化率の程
度が、環境温度によって切り替えられることになる。し
たがって、特に高温側でサーミスタ１５に接続される分
圧抵抗の抵抗値が４．７ＫΩと小さくされることで、高
温側におけるサーミスタ１５の抵抗値の僅かな変化が、
低温側よりも増幅されることになり、高温側での温度検
出精度が高められ、高温側でのＡＦ制御の精度が高めら
れることになる。これにより、低温側及び高温側を含
む、通常のカメラが使用される温度範囲において高精度
のＡＦ制御が実現できることになる。

【００２３】なお、前記した感度切替回路８は、前記し
た構成に限られるものではなく、温度変化に伴うサーミ
スタの特性に対応して、高温側と低温側とでほぼ均等な
変化率が得られるように切り替えられる構成であれば本
発明を同様に適用することができる。この場合、温度を
３以上の温度領域に区画し、これに対応してスイッチを
３段階以上で切り替えるように構成してもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、撮像装置
の環境温度を検出して温度信号を出力する温度検出手段
と、前記温度検出手段で検出された環境温度に基づいて
前記撮像装置をＡＦ制御するための制御回路と、検出さ
れた環境温度に基づいて前記温度信号を出力するための
温度変化に対する温度信号の変化率の感度を切り替える
感度切替回路とを備えているので、温度検出手段の特性
に温度依存性があり、高温側と低温側とで感度の違いが
存在する場合においても、検出温度に基づいて感度切替
回路における感度を切り替えることで、高温側と低温側
のそれぞれにおいて高感度での温度検出が可能となり、
高精度のＡＦ制御が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるデジタルカメラの概略構成
を示す斜視図である。

【図２】本発明の撮像装置の概略構成を示す平面図と正
面図である。

【図３】アイリス機構の正面図である。

【図４】本発明のＡＦ制御系を説明するためのブロック
構成図である。

【図５】感度切替回路の回路図である。

【図６】サーミスタの温度・抵抗値特性を示す図であ
る。

【図７】本発明の感度切替動作を説明するためのフロー
チャートである。

【図８】温度に依存する温度検出感度の特性を示す図で
ある。

【符号の説明】

５ ＣＰＵ ６ ＲＯＭ ７ ＥＥＰＲＯＭ ８ 感度切替回路 １０ 撮像装置 １１ 撮像光学系 １２ 撮像素子 １３ ＡＦ機構 １４ ＡＦモジュール １５ サーミスタ １６ アイリス装置 ＳＷ１ 選択スイッチ ＳＷ２ 切替スイッチ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像する被写体の距離を測距して測距信
   号を出力するＡＦ（自動焦点）モジュールと、撮像光学
   系を駆動してその焦点合わせを行うためのＡＦ機構と、
   前記ＡＦモジュールからの測距信号に基づいて前記ＡＦ
   機構を制御してＡＦ制御を実行する制御回路とを備える
   自動焦点式撮像装置において、前記撮像装置の環境温度
   を検出して温度信号を出力する温度検出手段と、前記温
   度検出手段で検出された環境温度に基づいて前記ＡＦ機
   構におけるＡＦ制御を行う制御回路とを備え、前記温度
   検出手段には、検出された環境温度に基づいて前記温度
   信号を出力するための温度変化に対する温度信号の変化
   率の感度を切り替える感度切替回路が備えられることを
   特徴とする温度補正機能付自動焦点式撮像装置。
2. 【請求項２】 前記温度検出手段は、環境温度変化によ
   って抵抗値が変化される温度検出器と、前記温度信号と
   しての電圧を生成するために前記温度検出器とで分圧回
   路を構成する抵抗とが設けられ、検出された環境温度に
   応じて前記分圧用の抵抗を異なる抵抗値の抵抗に切り替
   えるよう構成される請求項１に記載の温度補正機能付自
   動焦点式撮像装置。
3. 【請求項３】 前記温度検出器がサーミスタである請求
   項２に記載の温度補正機能付自動焦点式撮像装置。
4. 【請求項４】 前記温度検出手段の分圧用の抵抗を異な
   る抵抗値の抵抗に切り替えるための切替スイッチが設け
   られ、前記切替スイッチは前記制御回路からの信号に基
   づいて切替動作される請求項２または３に記載の温度補
   正機能付自動焦点式撮像装置。
5. 【請求項５】 前記温度検出手段は、前記抵抗を切り替
   えるのと同時に入力電圧を選択するための選択スイッチ
   が設けられる請求項２ないし４のいずれかに記載の温度
   補正機能付自動焦点式撮像装置。