JP2010169841A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像する状況や対象に関わらず、所望の目標位置でレンズを停止することができる撮像装置を提供する。
【解決手段】フォーカス領域に対応する移動領域を移動するレンズ１，１と、レンズ１，１を介して受光する撮像素子３と、撮像素子３が受光する撮像データを取得すると共に、レンズ１，１の位置を制御する制御手段７とを備え、制御手段４は、フォーカス領域における各フィールドの撮像データを取得すべく、レンズ１，１を段階的に移動させる撮像装置３において、制御手段７は、全フィールドの撮像データを取得すべく、レンズ１，１を移動領域の全領域に亘って移動させた後に、取得した撮像データからレンズ１，１を停止させる目標位置を演算し、レンズ１，１を目標位置で停止させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光軸方向に移動可能なレンズと、該レンズを介して受光する撮像素子とを備える撮像装置に関する。

従来、撮像装置として、光軸方向に移動可能なレンズと、該レンズを介して受光する撮像素子とを備える撮像装置が知られている（例えば、特許文献１）。かかる撮像装置は、フォーカス領域の各フィールド毎に撮像データを取得すべく、レンズの位置を段階的に制御する。そして、レンズが移動するのに伴い、焦点評価値（例えば撮像データの輝度等）が下がることを確認することで、下がり始めた焦点評価値におけるレンズ位置を目標位置と認識する。
特開平８−１８６７５２号公報

しかしながら、特許文献１に係る撮像装置においては、撮像する状況や対象によっては、所望の目標位置（本来停止させたいレンズ位置）でレンズを停止できないという問題があった。例えば、陽が沈んだ時間に撮像したり、陽がよく当たらない場所で撮像したり、撮像対象が複数存在したりする場合には、レンズが移動するのに伴い、焦点評価値が上下することもあり、明確な目標位置を認識できない場合があった。

よって、本発明は、かかる事情に鑑み、撮像する状況や対象に関わらず、所望の目標位置でレンズを停止することができる撮像装置を提供することを課題とする。

本発明に係る撮像装置は、フォーカス領域に対応する移動領域を移動するレンズと、該レンズを介して受光する撮像素子と、該撮像素子が受光する撮像データを取得すると共に、前記レンズの位置を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、フォーカス領域における各フィールドの撮像データを取得すべく、前記レンズを段階的に移動させる撮像装置において、前記制御手段は、全フィールドの撮像データを取得すべく、前記レンズを前記移動領域の全領域に亘って移動させた後に、取得した撮像データから前記レンズを停止させる目標位置を演算し、前記レンズを前記目標位置で停止させることを特徴とする。

本発明に係る撮像装置によれば、レンズを移動領域の全領域に亘って移動させるため、フォーカス領域の全フィールドの撮像データを取得できる。その後、取得したフォーカス領域の全フィールドの撮像データから、レンズを停止させる目標位置を演算し、そして、レンズを目標位置で停止させる。

また、本発明に係る撮像装置においては、前記制御手段は、全フィールドの撮像データを取得する際に、所定方向にて、前記レンズを移動させると共に、前記レンズが前記所定方向と同じ方向で移動する状態から、前記レンズを前記目標位置で停止させてもよい。

かかる構成の撮像装置によれば、全フィールドの撮像データを取得する際に、レンズが所定方向にて移動領域の全領域に亘って移動する。そして、レンズが当該所定方向と同じ方向で移動する状態から目標位置で停止する。これにより、ヒステリシスによるレンズの移動誤差（レンズの位置決め誤差）が発生するのを防止できる。

また、本発明に係る撮像装置においては、熱量を供給することにより変形し、前記レンズを移動させる形状記憶合金のアクチュエータを備え、前記制御手段は、前記アクチュエータの変形量により前記レンズの位置を制御してもよい。

かかる構成の撮像装置によれば、形状記憶合金のアクチュエータに電力を供給すると、アクチュエータが変形するため、制御手段がアクチュエータの変形量を制御することにより、アクチュエータを介してレンズを移動させることができる。なお、アクチュエータに形状記憶合金を用いているので、レンズが指定位置へ移動し安定するまでの時間が短くなり、撮像データを取得するスピードを速くすることができ、その結果、高速オートフォーカスの撮像装置を得ることができる。

また、本発明に係る撮像装置においては、前記撮像素子が受光する撮像データを出力表示する表示装置をさらに備えてもよい。

かかる構成の撮像装置によれば、表示装置が撮像素子で受光する撮像データを出力表示するため、撮像データを適宜確認することができる。

また、本発明に係る撮像装置においては、前記表示装置は、前記制御手段が全フィールドの撮像データを取得してから、前記レンズが前記目標位置で停止するまで、出力表示を固定してもよい。

かかる構成の撮像装置によれば、制御手段が全フィールドの撮像データを取得してから、レンズが目標位置で停止するまで、表示装置が出力表示を固定する。したがって、例えば、最終フィールドの撮像データを固定して出力することにより、表示装置には、最終フィールドから目標位置へ移動するまで、最終フィールドの出力のみを表示できる。

以上の如く、本発明に係る撮像装置によれば、フォーカス領域の実質的な全フィールドの撮像データから、レンズを停止させる目標位置を演算するため、撮像する状況や対象に関わらず、所望の目標位置でレンズを停止することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明に係る撮像装置における一実施形態について、図１及び図２を参酌して説明する。

本実施形態に係る撮像装置は、図１に示すように、収容するレンズ１，１と共に光軸方向（図１における片矢印方向）に移動可能なレンズバレル２と、レンズ１，１を介して受光する撮像素子３と、レンズバレル２を介してレンズ１，１を移動させる移動手段４とを備える。

そして、撮像装置は、レンズバレル２を収容する筐体５と、撮像素子３を載置し且つ筐体５に固定される基板６とを備える。また、撮像装置は、撮像素子３が受光する撮像データを取得すると共に、レンズ１，１の位置を制御する制御手段７と、撮像素子３が受光する撮像データを画面に出力表示する表示装置８とを備える
レンズ１，１は、レンズバレル２と一体になって、撮像装置におけるフォーカス領域に対応する移動領域を移動する。また、レンズ１，１は、本実施形態においては、二つ備えるが、かかる場合に限られず、一つ又は三つ以上備える場合でもよい。

レンズバレル２は、筒状に形成され、軸心が光軸と一致するようにして配置される。また、レンズバレル２は、光軸方向に安定して移動すべく、筐体５に設けられた案内部（図示及び採番しない）に案内される被案内部（図示及び採番しない）を備える。

移動手段４は、熱量とする例えば電力（電流、電圧）が供給されて変形することにより、レンズ１，１を移動させる形状記憶合金（ＳＭＡ）のアクチュエータ９を備える。具体的には、移動手段４は、レンズバレル２と筐体５とにそれぞれ固定され、全体として光軸方向（図１における両矢印方向）に変形（伸縮）することにより、レンズバレル２及び筐体５間の距離を調整するアクチュエータ９を備える。なお、アクチュエータ９に使用される形状記憶合金（ＳＭＡ）は、レンズ１，１の移動時における安定時間をボイスコイルモーター（ＶＣＭ）に比べ１／３程度に短縮することができるものである。また、上記熱量を形状記憶合金に供給する手段として、外部ヒータ等を用いてしてもよい。

そして、移動手段４は、アクチュエータ９が（電気）加熱されて縮小することにより、レンズ１，１と撮像素子３とを接近させる一方、アクチュエータ９が冷却（自然放熱）されて伸長することにより、レンズ１，１と撮像素子３とを離反させるように構成される。なお、アクチュエータ９は、Ｖ字状に構成されている（図１においては、Ｖ字状の二辺が重なって図示されている）。

制御手段７は、アクチュエータ９の変形量を制御することにより、レンズ１，１の位置を制御する。このとき、制御手段７は、レンズ１，１の位置決めの精度を向上すべく且つレンズ１，１の動作を高速化すべく、アクチュエータ９の状態変数を表す信号を使用する。例えば、アクチュエータ９の状態変数としては、アクチュエータ９の抵抗値（又はその逆数のコンダクタンス）もしくは、アクチュエータ９に印加される電圧値又は電流値を採用することができる。

そして、制御手段７は、アクチュエータ９の変形量を制御すべく、状態変数を表す信号を送信すると共に、アクチュエータ９の状況（変形量）をフィードバックすべく、状態変数を表す信号を受信する。即ち、制御手段７は、レンズ１，１の現在位置を検出することができる。なお、制御手段７は、ＩＳＰ（イメージング・シグナル・プロセッサ）及びドライバＩＣを備える。また、これらＩＳＰ、ドライバＩＣは、別個に配置してもよい。

また、制御手段７は、フォーカス領域における各フィールドの撮像データを取得すべく、各フィールドに対応する位置にレンズ１，１を段階的に移動させる。しかも、制御手段７は、フォーカス領域における全フィールド（実質的な全フィールド）の撮像データを取得すべく、フォーカス領域に対応するレンズ１，１の移動領域における全領域に亘って、レンズ１，１を移動させる。

さらに、制御手段７は、取得した撮像データからレンズ１，１を停止させる目標位置を演算し、レンズ１，１を目標位置で停止させる。このとき、制御手段７は、各フィールド毎に取得した撮像データの二次元データのうち、所定の範囲の撮像データのみを積算し、この積算によって求められた値を焦点評価値として記録し、焦点評価値が最大となるレンズ１，１の位置を目標位置と決定する。

表示装置８は、制御手段７が全フィールドの撮像データを取得する際には、連続的に取得する撮像データに基づき画面の出力を変動すると共に、制御手段７が全フィールドの撮像データを取得してから、レンズ１，１が目標位置で停止するまで、画面の出力を固定する。例えば、表示装置８は、目標位置で取得した撮像データに基づく出力表示で固定している。

本実施形態に係る撮像装置に係る構成は以上の通りであり、次に、本実施形態に係る撮像装置のオートフォーカスの方法について説明する。

まず、制御手段７がアクチュエータ９の変形量を制御することにより、レンズ１，１は、撮像素子３に接近する方向に移動する。具体的には、レンズ１，１は、フォーカス領域における各フィールドに対応する各レンズ位置（Ｐ_n）で所定の時間（≒Ｔ_n−Ｔ_n-1）停止しつつ、段階的に移動している。

なお、本実施形態においては、フォーカス領域にフィールドを１２箇所、即ち、レンズ１，１が停止するレンズ位置を１２箇所有する（もちろん、本発明においては、それぞれ１２箇所の場合に限定されない）。また、このとき、制御手段７は、各フィールド毎（各レンズ位置Ｐ_n毎）に取得した撮像データに基づき、焦点評価値を記録している。

そして、レンズ１，１が撮像装置のフォーカス領域に対応する移動領域（図２における二点鎖線で示す両矢印の範囲）の全領域に亘って移動することにより、制御手段７は、フォーカス領域における全フィールド（全レンズ位置Ｐ_n）の撮像データを取得する。さらに、制御手段７は、焦点評価値が最大となる、例えばレンズ位置Ｐ₈を目標位置と演算し、レンズ１，１を目標位置まで移動させる。

このとき、制御手段７により、レンズ１，１は、一旦、全フィールドの撮像データを取得する際に移動していた方向と反対方向、即ち、撮像素子３から離反する方向に移動する。その後、レンズ１，１は、目標位置であるレンズ位置Ｐ₈を越えた後、移動の方向を転換し、撮像素子３に接近する方向、即ち、全フィールドの撮像データを取得する際に移動していた方向と同じ方向に移動する。そして、レンズ１，１は、目標位置であるレンズ位置Ｐ₈で停止する。

以上より、本実施形態に係る撮像装置は、レンズ１，１を移動領域の全領域に亘って移動させるため、フォーカス領域の全フィールドの撮像データを取得できる。そして、取得したフォーカス領域の全フィールドの撮像データから、レンズを停止させる目標位置を演算することができるため、撮像する状況や対象に関わらず、所望の目標位置でレンズを停止することができる。

即ち、図２（ｂ）に示すように、焦点評価値のピークが２箇所存在した場合においても、一度目のピークを示すレンズ位置Ｐ₄ではなく、二度目のピークを示し、且つ、焦点評価値が最大となるレンズ位置Ｐ₈を目標位置と演算する。したがって、所望の目標位置であるレンズ位置Ｐ₈でレンズ１，１を停止させることができる。

また、本実施形態に係る撮像装置は、制御手段７が全フィールドの撮像データを取得する際においては、レンズ１，１が撮像素子３に接近する方向で移動すると共に、制御手段７がレンズ１，１を目標位置で停止させる際においても、レンズ１，１が撮像素子３に接近する方向で移動する。したがって、撮像データ（焦点評価値）を取得する際と、レンズ１，１が目標位置で停止する際とにおいて、レンズ１，１が同じ方向に移動しているため、ヒステリシスによるレンズ１，１の移動誤差が発生するのを防止できる。

なお、本発明に係る撮像装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、本実施形態に係る撮像装置では、制御手段７が全フィールドの撮像データを取得する際においては、レンズ１，１が撮像素子３に離れる方向で移動すると共に、制御手段７がレンズ１，１を目標位置で停止させる際においても、レンズ１，１が撮像素子３に離れる方向で移動しても、撮像データ（焦点評価値）を取得する際と、レンズ１，１が目標位置で停止する際とにおいて、レンズ１，１が同じ方向に移動しているため、ヒステリシスによるレンズ１，１の移動誤差が発生するのを防止できる。

また、上記実施形態に係る撮像装置は、撮像データ（焦点評価値）を取得する際と、レンズ１，１が目標位置で停止する際とにおいて、レンズ１，１が同じ方向に移動している場合を説明したが、かかる場合に限られず、双方の状態において、レンズ１，１が異なる方向に移動する場合でもよい。かかる場合、制御手段７は、目標位置を演算する際に、ヒステリシスを考慮して演算する方が好ましい。

また、上記実施形態に係る撮像装置は、移動手段４が形状記憶合金のアクチュエータ９の変形によりレンズ１，１を移動させる場合を説明したが、かかる場合に限られない。例えば、移動手段は、ステッピングモータを備える場合でもよく、また、電圧が印加されることにより光軸方向に湾曲する高分子アクチュエータを備える場合でもよい。

また、上記実施形態に係る撮像装置は、焦点評価値が最大となったレンズ位置を目標位置と演算する場合を説明したが、かかる場合に限られない。例えば、各フィールドの焦点評価値から所定の式により導かれるレンズ位置を目標位置と演算する場合でもよい。

本発明に係る撮像装置は、撮像する状況や対象に関わらず、所望の目標位置でレンズを停止することができるため、携帯電話のカメラ（ビデオ）、デジタルカメラ、又はデジタルビデオ等といった機器に有用である。

本発明の一実施形態に係る撮像装置を示す全体概略図 同実施形態に係る撮像装置の、（ａ）は時間とレンズ位置との相関図、（ｂ）は時間と焦点評価値との相関図

１ レンズ
２ レンズバレル
３ 撮像素子
４ 移動手段
５ 筐体
６ 基板
７ 制御手段
８ 表示装置
９ アクチュエータ

Claims (5)

1. フォーカス領域に対応する移動領域を移動するレンズと、該レンズを介して受光する撮像素子と、該撮像素子が受光する撮像データを取得すると共に、前記レンズの位置を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、フォーカス領域における各フィールドの撮像データを取得すべく、前記レンズを段階的に移動させる撮像装置において、
   前記制御手段は、全フィールドの撮像データを取得すべく、前記レンズを前記移動領域の全領域に亘って移動させた後に、取得した撮像データから前記レンズを停止させる目標位置を演算し、前記レンズを前記目標位置で停止させることを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、全フィールドの撮像データを取得する際に、所定方向にて、前記レンズを移動させると共に、前記レンズが前記所定方向と同じ方向で移動する状態から、前記レンズを前記目標位置で停止させる請求項１に記載の撮像装置。
3. 熱量を供給することにより変形し、前記レンズを移動させる形状記憶合金のアクチュエータを備え、前記制御手段は、前記アクチュエータの変形量により前記レンズの位置を制御する請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記撮像素子が受光する撮像データを出力表示する表示装置をさらに備える請求項１〜３の何れかに記載の撮像装置。
5. 前記表示装置は、前記制御手段が全フィールドの撮像データを取得してから、前記レンズが前記目標位置で停止するまで、出力表示を固定する請求項４記載の撮像装置。
   
   

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