JP2018165809A - レンズ制御装置及びその制御方法 - Google Patents

レンズ制御装置及びその制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 駆動させようとした量と実際に駆動した量との差分から、駆動量を補正することで、意図した位置にレンズの補正を行うし、ピントの合った画像を撮影することを可能としたレンズ制御装置を提供する。
【解決手段】 変倍レンズもしくはフォーカスレンズを含む撮像光学系を保持するレンズ制御装置であって、レンズ駆動量を指定して前記撮像光学系のレンズ位置を制御するレンズ制御手段と、前記撮像光学系のレンズ位置を検出する検出手段と、前記レンズ制御手段により指定された駆動量から算出されるレンズ位置と前記検出手段により検出されたレンズ位置との差分に基づいて前記撮像光学系のレンズ位置を補正する第1の補正手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、レンズ制御装置及びその制御方法に関し、駆動量を指定してレンズ駆動をさせるレンズの制御に関するものである。
レンズ制御装置には、被写体に対して撮像光学系をピントが合う位置にフォーカスレンズを制御するオートフォーカス(以下、AF)制御を行うものがある。監視カメラなどでは前述のAFやユーザーによるマニュアル操作でピントを合わせたのち、そのままピントを固定して使用する場合がある。その場合には、上記のようにピントを固定しても、温度変化による撮像光学系または撮像装置の膨張や収縮によってフォーカスレンズの位置が変化してぼけ(ピントずれ)が発生する。
その場合、レンズ制御装置のフォーカスなどの駆動に関し、所定の駆動量を駆動させようとしても所定量動かないものが存在し、意図したピント位置への操作が行えないレンズがあった。
特許文献1では、動力伝達機構の変形に起因する駆動源の作動量とレンズユニットの移動量とに差を補正するため、動力伝達機構の変形量に対応する補正情報を記憶しておく撮像装置が開示されている。特許文献1の撮像装置は、記憶された補正情報に基づいて、レンズユニットの移動量又は移動速度を表すレンズ移動情報を演算する。
特開2003−232986号公報
しかしながら、特許文献1で開示されている撮像装置は、個体差などで変形量に対する補正情報が正しく算出されなかったり、交換レンズの場合、補正情報をレンズ毎に取得しなければならず、データ転送に時間がかかったりする。また、レンズによっては補正情報を持っておらず補正自体ができない場合がある。
そこで本発明は、指示した駆動量と実際のレンズ駆動量の差を補正することで、意図したレンズ位置での撮影ができるようにしたレンズ制御手段を提供する。
上記目的を達成するために、本発明は、変倍レンズもしくはフォーカスレンズを含む撮像光学系を保持するレンズ制御装置であって、レンズ駆動量を指定して前記撮像光学系のレンズ位置を制御するレンズ制御手段と、前記撮像光学系のレンズ位置を検出する検出手段と、前記レンズ制御手段により指定された駆動量から算出されるレンズ位置と前記検出手段により検出されたレンズ位置との差分に基づいて前記撮像光学系のレンズ位置を補正する第1の補正手段と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、指示した駆動量と実際のレンズ駆動量の差を補正することで、意図したレンズ位置での撮影ができる。
本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図 本発明の実施形態に係るレンズの構成例を示すブロック図 本発明の実施形態に係る指定した駆動量と実際の駆動量の関係の例を示した図 本発明の実施形態に係る繰り返し駆動によるパルスカウント値又はエンコーダ値の例を示した図 本発明の実施形態に係る補正動作の例を示した図 本発明の実施形態に係るレンズ位置補正処理のフローチャート 本発明の実施形態に係るパルスカウント値やエンコード値のリセット処理のフローチャート
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置(レンズ制御装置)の構成例を示すブロック図である。なお、本実施形態では、レンズ制御装置として、レンズが一体となった撮像装置を例示して説明するが、レンズは撮像装置に対して交換式のレンズを着脱可能な構成であっても良い。また、本実施形態は監視カメラを想定しているが、監視カメラ以外のカメラにも本実施形態は適用可能である。
レンズ群101は、被写体から入射した光を撮像素子105上に集光する光学系である。レンズ群101には、被写体に対してピント合わせを行うフォーカスレンズや、画角を調整するズームレンズ(変倍レンズ)等が含まれる。レンズ群101を通してカメラ内に入ってきた光は光学フィルタ102を通過する。
光学フィルタ102として、例えば赤外線カットフィルタ(以下、IRCFという)やバンドパスフィルタ(以下、BPFという)等が構成されている。IRCFやBPFは、撮像光学系(レンズ群)の光路に対し進退可能である。
絞り103は、撮像素子105に入射する光量を調整する。
そして光量調整された映像情報(被写体情報)は、撮像素子105の受光面の画素毎に所定の順序で配列されたカラーフィルタ104を通り、撮像素子105で受光される。撮像素子105は、撮影対象の撮像画像情報をアナログ信号として出力するものである。
AGC106は、撮像素子105で結像された映像(被写体像)に対し、ゲインコントロールをして映像信号の輝度の調整を行う。
A/D変換部107は、撮像素子105で結像され、AGC106でゲイン調整されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
映像信号処理部108では、A/D変換部107からのデジタル信号に所定の処理を施し、画素毎の輝度信号と色信号を出力するものであり、出力用の映像を生成するとともに、カメラ制御を行うための各パラメータを生成している。カメラ制御を行うための各パラメータとしては、絞り等の露出の制御や、ピント合わせの制御、色味を調整するホワイトバランス制御などで使われるものがあげられる。
映像信号出力部109は、映像信号処理部108で作成された映像信号を、ネットワーク(不図示)を介して外部装置(不図示)に出力する。
カメラ制御部110は、映像信号処理部108から得られたカメラ制御パラメータをもとにカメラの制御を行う。また、ネットワーク(不図示)を介して外部装置(不図示)から入力されたカメラ制御信号をもとにカメラの制御を行う。外部装置は、例えば、映像信号を受信し表示することが可能であって、またユーザ操作を入力することで操作に基づくコマンドを撮像装置に送信できる。
カメラ制御部110は、露出制御部111、光学制御部112及び記憶部114と通信バスなどを介して接続されており、情報やコマンドを通信可能である。
露出制御部111は、映像信号処理部108から出力される輝度信号から撮影画面内の輝度情報を算出し、撮影画像を所望の明るさに調整すべく絞り103およびAGC106を制御する。さらに、シャッタースピードを調整する事で撮像素子105の蓄積時間を調整し明るさの調整を行うこともできる。
ここで、ピント合わせ動作であるフォーカス制御としては、映像信号処理部108で作成された映像信号から高周波成分を抜き出し、前記高周波成分の値をフォーカスピント情報(AF評価値)として使用する。いわゆるコントラスト検出方式の焦点検出を行う例で本実施形態について説明するが、本発明の構成はこれに限られない。位相差検出方式の焦点検出を行う構成としてもよい。そして、AF評価値が最大となるようにカメラ制御部110でフォーカスレンズ位置を設定し、光学制御部112がレンズ群101を制御する。
また、ユーザは、外部装置から撮像装置のレンズ群101に対して、ズーム又はフォーカス操作をすることができる。光学制御部112は、カメラ制御部110からの指示に応答してレンズ群101のズームレンズおよびフォーカスレンズを駆動させ、撮像する被写体の画角や合焦させる被写体距離を制御する。
温度検出部113は、撮像装置内の温度を検出するセンサであり、その温度データをカメラ制御部110に伝える。なお、カメラの温度を検出するセンサは複数でも良い。たとえば、レンズ鏡筒の先端近傍と撮像素子105の近傍それぞれにセンサを配置しても良い。この場合、両方のセンサから検出した温度に基づいて適切な温度を算出しても良いし、いずれか一方を選択しても良い。カメラ制御部110は、所定時間ごとに温度検出部113を通じて温度の情報を取得し、温度の変化を監視する。温度検出部113としては、例えば、サーミスタ等の温度センサが用いられる。また、温度検出部113が検出した温度は、記憶部114に記憶することができる。
そして温度データをもとに、温度によりピント位置がずれてしまう分の補正量をカメラ制御部110で算出し、ピント補正を行う。本実施形態ではレンズが一体となった撮像装置を想定していることから、不揮発性メモリである記憶部115から後述の補正パラメータを取得して補正量を算出するようにしても良い。
記憶部114は、種々の画像処理パラメータ、後述の補正パラメータ、および、温度検出部113で検出した温度情報などを記憶する。
ここで温度変化の傾向により、ピント補正量が変わる場合の処理の具体的な一例について、図2〜図7を参照して詳細に説明する。
図2は、本発明の実施形態に係るレンズの構成例を示すブロック図であり、一般的なレンズ鏡筒の模式図を示す。図2において、鏡筒201は、レンズ202を有している。
レンズ202は、スクリュー205とラック206を咬み合わせる事で、スライドバー203に保持されレンズ駆動用のモータ204の動力により、光軸方向へ前後させる仕組みになっている。このスクリュー205とラック206の咬み合わせはメカ的な公差を有している。公差はメカガタとしてフォーカスレンズ位置にずれを生じさせ、カメラのピント合わせの制御に影響を及ぼす。
また、モータ204などの駆動系のパルスカウント値や位置を検出するエンコーダ値(不図示)は駆動するたびに誤差を発生するレンズが多くある。それは、レンズのメカ形状やモータ204の駆動などの誤差やレンズ制御系のパルスカウント値を算出する際に発生する誤差がある。
図3は、本発明の実施形態に係る指定した駆動量と実際の駆動量の関係の例を示した図である。図3において、「指定した駆動量」の列に記載された駆動量に対して、それぞれ横方向にレンズ種類ごと/撮像方向ごとの「実際の駆動量」の例が示されている。例えば、図3ように所定の駆動量で駆動させようとしたとしてもレンズ(指定した駆動量)のヒステリシスや姿勢や速度などの駆動特性により所定量駆動しないことがある(実際の駆動量)。結果、繰り返し駆動していると駆動系のパルスカウント値やエンコーダ値が、ずれていってしまうことになる。
本発明の実施形態に係る繰り返し駆動によるパルスカウント値又はエンコーダ値の例を図4に示す。図4は、ピント位置(レンズ位置)が同じ場合のパルスカウント値、もしくはエンコーダ値を示している。時間経過ごとに、パルスカウント値、もしくはエンコーダ値がずれている。そのため、温度補正などで正しく補正するために指定した駆動量を動かすように補正する必要がある。
ここで、図5は、本発明の実施形態に係る補正動作の例を示した図である。図5に示す補正動作の例では、指定した駆動量に対して、実際に駆動した量の行き過ぎ(+)や行き足らず(−)分を記憶しておき、次の駆動の際にその差分を打ち消すように加減してレンズ制御を行う。その結果、前回と今回の合計でみると、指定された駆動量と実際の駆動量との差分を少なくすることができる。本実施形態においてはパルスカウント値、もしくはエンコーダ値としたが、交換式のレンズではレンズから返されるパラメータでもよい。また、パルスカウント値、もしくはエンコーダ値が等しくなるように補正するのではなく、AF(オートフォーカス)制御などのフォーカス位置を調整する際に使用する合焦度合を示す値であるフォーカス評価値を補正する構成としてもよい。評価値を使用することでパルスカウント値、もしくはエンコーダ値がずれたとしてもフォーカス位置の相関を取得することができる。
図6を用いて、駆動量の補正処理の流れを説明する。図6は、本発明の実施形態に係るレンズ位置補正処理のフローチャートである。図6のフローチャートは、コンピュータであるカメラ制御部110が、コンピュータプログラムとしての補正制御プログラムに従って本処理を実行する例を説明するが、これに限られない。不図示の制御部によって、各処理ブロックを制御し実行する構成としてもよく、その場合、制御部が有するメモリ(ROM)に格納されているプログラムをメモリ(RAM)に展開し、CPUが実行することにより実現される。
まず、S601にて、カメラ制御部110にてAF制御や温度変化によるレンズ位置ずれの補正などにおけるレンズ駆動量を算出する。
次に、S602にて、S601で算出されたレンズ駆動量に基づいて、光学制御部112を介してレンズ群101を制御する。
S603で、光学制御部112は、レンズ群101が実際に駆動した駆動量を取得する。例えば、駆動前後のレンズ位置情報から駆動量を算出できる。本実施形態においては、前述したとおり、例えば、駆動後のパルスカウント値、もしくはエンコーダ値、交換式のレンズから返されるレンズ位置に関するパラメータからレンズ位置情報を取得して、実際の駆動量を算出する。または、例えば、フォーカス制御のための評価値などから、実際のレンズ位置情報を算出する構成とすることも可能である。
S604にて、カメラ制御部110は指定した駆動量と実際の駆動量とを比較し、その差分から深度算出を行い、指定した位置と実際の位置が深度内かどうかを判定する。深度内であれば一連の処理を終了し、深度内でない場合はS605へ進む。ここで、深度内か否かで判定を行ったが、レンズ群の位置で判定するにはAF制御などのフォーカスを調整する際に使用する合焦度合を示す値であるフォーカス評価値(コントラスト評価値)の変化により判断してもよい。また、指定した駆動量駆動するまで制御し続ける構成としても構わない。
S605で、繰り返しカウントをインクリメントする。
次に、S606では、繰り返し回数が所定回数かどうかを判定する。所定回数は一律でもよいが、レンズごとの駆動特性に対応する正しく動かない確率に基づいて算出するとよい。繰り返し回数が所定以下の場合はS602に戻り、再度駆動処理を行う。所定以上の場合は、現在の駆動量のままであると動き続けられない場合があると判定して、S607へ進む。
S607で、駆動量を変更して再度駆動させる。ここで、レンズによっては駆動量だけでなく、速度や励磁電圧によっても変わる可能性があるため、駆動量、駆動速度、励磁電圧の少なくとも一つを変更しても構わない。
続いてパルスカウント値やエンコード値のクリア動作について、図7を参照して詳細に説明する。繰り返し動作により、パルスカウント値やエンコーダ値がずれ続けていくとカウント値やエンコーダ値も制御上8bit、16bitで表され有限なため、図4のようにオーバーフローしてしまうことがある。オーバーフローが発生すると8bitの場合、駆動系のカウント値やエンコーダ値が増加する方向に駆動させても255に固定されてしまう場合もある。その場合、255で飽和してそれ以上至近側へ駆動できないことなどが発生し、正しく制御できなくなってしまう可能性がある。そのため、駆動毎や所定量ずれてきた場合にリセットをかけ、リセット後のカウント値やエンコーダ値が基準値になったことを考慮して駆動させることで長時間使い続けることが可能となる。所定量ずれたのを検出するのにAF(オートフォーカス)制御などのフォーカス位置を調整する際に使用する評価値を使用し、評価値が所定以上ずれた場合にリセットをかけるのでもよい。
処理フローを図7に示す。図7は、本発明の実施形態に係るパルスカウント値やエンコード値のリセット処理のフローチャートである。処理自体はカメラ制御部110が、コンピュータプログラムとしての補正制御プログラムに従って本処理を実行する例を説明するが、これに限られない。不図示の制御部によって、各処理ブロックを制御し実行する構成としてもよく、その場合、制御部が有するメモリ(ROM)に格納されているプログラムをメモリ(RAM)に展開し、CPUが実行することにより実現される。
S701にてフォーカスカウント値やエンコーダ値のフォーカスレンズの位置情報を取得する。
次にS702で、取得されたフォーカスレンズのレンズ位置情報と所定範囲とを比較し、レンズ位置情報が所定範囲内か判定する。図4のような8bitで表現されている場合は64から192の範囲内かどうかと判定する。範囲内である場合は処理を終了し、範囲外である場合はS703へ進む。
S703にて、フォーカス位置をリセット、つまり128などパルスカウント値やエンコーダ値が飽和しない値を設定する。リセット動作をされた場合にはその後はリセット後の値を基準としてAF制御や温度変化に起因するレンズ位置ずれの補正を行う。
今回の判定ではフォーカス位置が所定の範囲内か否かで判定をしたが、駆動回数や駆動時間を計測して判定する構成としてもよい。また、bit数に関しても、ハードやソフト構成により変更可能である。
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、本発明の技術思想の範囲内において、上記実施形態に限定されるものではなく、対象となる回路形態により適時変更されて適応するべきものである。例えば、上述した実施形態における撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラに適用することができる。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
101 レンズ群
102 光学フィルタ
110 カメラ制御部
112 光学制御部
113 温度検出部

Claims (23)

  1. 変倍レンズもしくはフォーカスレンズを含む撮像光学系を保持するレンズ制御装置であって、
    レンズ駆動量を指定して前記撮像光学系のレンズ位置を制御するレンズ制御手段と、
    前記撮像光学系のレンズ位置を検出する検出手段と、
    前記レンズ制御手段により指定された駆動量から算出されるレンズ位置と前記検出手段により検出されたレンズ位置との差分に基づいて前記撮像光学系のレンズ位置を補正する第1の補正手段と、
    を有することを特徴とするレンズ制御装置。
  2. 前記レンズ位置は、パルスカウント値もしくはエンコード値の少なくとも一つであることを特徴とする請求項1に記載のレンズ制御装置。
  3. 前記第1の補正手段は、次回以降の前記レンズ制御手段により制御を行うときに前記差分を加減して補正することを特徴とする請求項1又は2に記載のレンズ制御装置。
  4. フォーカスの合焦度合を示すフォーカス評価値を算出する算出手段をさらに有し、
    前記第1の補正手段は、前記フォーカス評価値が略同じになるように補正することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレンズ制御装置。
  5. 前記撮像光学系のレンズ位置に応じた深度を算出する深度算出手段を有し、
    前記第1の補正手段は、前記レンズ制御手段により指定された駆動量から算出されるレンズ位置と前記検出手段により検出されたレンズ位置との差分が前記深度算出手段から算出された深度内である場合には前記レンズ位置の補正を行わないことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレンズ制御装置。
  6. 前記第1の補正手段は、前記フォーカス評価値が所定以上となっていた場合は前記レンズ位置の補正を行わないことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレンズ制御装置。
  7. 前記第1の補正手段が補正した回数をカウントするカウント手段をさらに有し、
    前記第1の補正手段は、前記回数が所定以上の場合は駆動量、駆動速度、励磁電圧のうち少なくとも一つを変更してレンズ制御を行うことでレンズ位置を補正することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のレンズ制御装置。
  8. 前記撮像光学系は、交換式であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のレンズ制御装置。
  9. 前記検出手段は、交換式の撮像光学系からレンズ位置情報を取得することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のレンズ制御装置。
  10. 前記撮像光学系もしくは撮像装置内の温度を検出する温度検出手段と、
    前記検出された温度に応じて前記撮像光学系のレンズ位置を補正する第2の補正手段をさらに有し、
    前記第1の補正手段は、前記第2の補正手段によるレンズ位置の補正が行われたときに補正を行うことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のレンズ制御装置。
  11. 変倍レンズもしくはフォーカスレンズを含む撮像光学系を保持するレンズ制御装置であって、
    レンズ駆動量を指定して前記撮像光学系のレンズ位置を制御するレンズ制御手段と、
    フォーカスの合焦度合を示すフォーカス評価値を算出する算出手段と、
    前記レンズ制御手段による制御の前後で前記フォーカス評価値を比較に基づいて前記レンズ位置を補正する第1の補正手段と、
    を有することを特徴とするレンズ制御装置。
  12. 前記撮像光学系のレンズ位置はパルスカウント値もしくはエンコード値の少なくとも一つであることを特徴とする請求項11に記載のレンズ制御装置。
  13. 前記第1の補正手段は、前記フォーカス評価値が略同じになるように補正することを特徴とする請求項11又は12に記載のレンズ制御装置。
  14. 前記第1の補正手段は、前記フォーカス評価値が所定以上の場合は前記レンズ位置の補正を行わないことを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項に記載のレンズ制御装置。
  15. 前記第1の補正手段が補正した回数をカウントするカウント手段をさらに有し、
    前記第1の補正手段は、前記回数が所定以上の場合は駆動量、駆動速度、励磁電圧のうち少なくとも一つを変更してレンズ制御を行うことでレンズ位置を補正することを特徴とする請求項11乃至14のいずれか1項に記載のレンズ制御装置。
  16. 前記撮像光学系は、交換式であることを特徴とする請求項11乃至15のいずれか1項に記載のレンズ制御装置。
  17. 前記検出手段は、交換式の撮像光学系からレンズ位置情報を取得することを特徴とする請求項11乃至16のいずれか1項に記載のレンズ制御装置。
  18. 前記撮像光学系もしくは撮像装置内の温度を検出する温度検出手段と、
    前記検出された温度に応じて前記撮像光学系のレンズ位置を補正する第2の補正手段をさらに有し、
    前記第1の補正手段は、前記第2の補正手段によるレンズ位置の補正が行われたときに補正を行うことを特徴とする請求項11乃至17のいずれか1項に記載のレンズ制御装置。
  19. 変倍レンズもしくはフォーカスレンズを含む撮像光学系を保持するレンズ制御装置であって、
    レンズ駆動量を指定して前記撮像光学系のレンズ位置を制御するレンズ制御手段と、
    前記撮像光学系のレンズ位置を検出する検出手段と、
    前記撮像光学系のレンズの位置をリセットするリセット手段と、
    前記撮像光学系のレンズの駆動回数をカウント又は駆動時間を計測するカウント手段と、
    を有し、
    前記リセット手段は、前記駆動回数が所定以上の場合、前記駆動時間が所定以上の場合、前記レンズ位置が所定の範囲外になった場合、前記フォーカス評価値が所定以上の変化があった場合の少なくとも一つを満たすときにレンズ位置をリセットすることを特徴とするレンズ制御装置。
  20. 前記撮像光学系は、交換式であることを特徴とする請求項19に記載のレンズ制御装置。
  21. 前記検出手段は、交換式の撮像光学系からレンズ位置情報を取得することを特徴とする請求項19又は20に記載のレンズ制御装置。
  22. 変倍レンズもしくはフォーカスレンズを含む撮像光学系を保持するレンズ制御装置の制御方法であって、
    レンズ駆動量を指定して前記撮像光学系のレンズ位置を制御するステップと、
    前記撮像光学系のレンズ位置を検出するステップと、
    前記レンズ制御手段により指定された駆動量から算出されるレンズ位置と前記検出手段により検出されたレンズ位置との差分に基づいて前記撮像光学系のレンズ位置を補正する第1の補正ステップと、
    を有することを特徴とするレンズ制御方法。
  23. 変倍レンズもしくはフォーカスレンズを含む撮像光学系を保持するレンズ制御装置の制御方法であって、
    レンズ駆動量を指定して前記撮像光学系のレンズ位置を制御するステップと、
    フォーカスの合焦度合を示すフォーカス評価値を算出するステップと、
    前記レンズ制御手段による制御の前後で前記フォーカス評価値を比較に基づいて前記レンズ位置を補正する第1の補正ステップと、
    を有することを特徴とするレンズ制御方法。
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