JP5991743B2 - 撮像装置および撮像装置の制御方法並びにプログラム - Google Patents
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Description
このように、コントラストAF方式は、撮像素子から得られる映像信号を用いて合焦判定を行うため、高い合焦精度が得られる。
(撮像装置の全体構成)
本発明の実施形態に係る撮像装置としてのビデオカメラの全体構成について、図5を用いて説明する。図5において、10はカメラ本体、11は撮影光学系である。12はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系11によって形成された被写体像を受光するCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)である。13は液晶モニタである。14は後述する測距装置であり、撮影光学系のフォーカス制御を行う際、被写体までの距離情報を検出して、撮影光学系の少なくとも一部のレンズとしてのフォーカスレンズを初期変位させる。
次に、図1に、本発明の実施形態に係る撮像装置としてのビデオカメラの内部構成のブロック図を示す。なお、本実施形態では、撮影レンズ一体型のビデオカメラについて説明するが、本発明は、撮影レンズの装着が可能なビデオカメラにも適用できる。この場合、後述するカメラ/AFマイクロコンピュータで生成された制御信号が、撮影レンズ内のマイクロコンピュータに通信され、カメラ/AFマイクロコンピュータは、該レンズマイクロコンピュータを介してフォーカスレンズユニットの駆動を制御する。
上記焦点距離fは、光学系に対して光軸に平行な光線が入射する場合、即ち、物体距離無限遠に対して定義されるため、厳密には有限距離の物体に対して焦点距離を用いることができないが、簡単のため、焦点距離を代用し、原理説明している。なお、撮影光学系を介さずに被写体までの距離情報を測定する測距手段としては、このようなパッシブ方式での測距方式の他、アクティブ方式の測距方式として、超音波センサを用いて測定した超音波の伝搬速度から距離を求める方式でも良い。あるいは、コンパクトカメラでよく使用される、被写体に投光した赤外線を用いた三角測距方式などでも良い。
次に、カメラ/AFマイクロコンピュータ(マイコン)114で行われるハイブリッドAF制御について、図4を用いて説明する。ここで、ハイブリッドAF制御とは、測距手段で撮影光学系を介さずに被写体までの距離情報を検出して、フォーカス状態を初期変位させ、撮影光学系による画像状態を検出して撮影光学系の更なるフォーカス状態の変位を制御するものである。
1)外部測距における補正(第1の補正)
図11(a)に示すように、コンバータ光学系としてのコンバータレンズを装着した場合、実際の撮影距離に対し、測距手段で測定される測定値としての撮影距離は、以下のようにコンバータレンズの装着に伴う横倍率変化だけ変化する。そこで、測定値補正手段としての第1の補正手段114a(図1)にて実際の撮影距離と一致するように測定される撮影距離を補正する。
そこで、ηを第1の補正係数とすると、第1の補正手段114aでは、測距手段で検出される値を第1の補正係数ηの逆数を乗じた値として出力する。コンバータレンズのビーム拡大倍率ηを基に生成することにより、コンバータレンズの球面収差、歪曲収差、軸外のコマ収差を配慮した倍率を設定でき、測距誤差を低減することができる。
図11(b)に示すように、コンバータ光学系としてのコンバータレンズを装着した場合、フォーカシングレンズの実際の移動量に対し、検出される移動量は以下に示すようにコンバータレンズの装着に伴う縦倍率変化だけ変化する。そこで、移動量補正手段としての第2の補正手段114b(図1)にて、実際の移動量と一致するように検出される移動量を補正する。
そこで、ζを第2の補正係数とすると、第2の補正手段114bでは、フォーカシング制御手段で検出される値を第2の補正係数ζの逆数を乗じた値として出力する。
図11(c)に示すように、外部測距およびコントラストAFで、検出される撮影距離に基づく移動量、検出される移動量は、夫々第1の補正手段114a、第2の補正手段114bで、本来の撮影距離に基づく移動量、本来の移動量に補正される。即ち、第1の補正手段114aでは、測距手段で検出される値を第1の補正係数ηの逆数を乗じた値として出力する。また、第2の補正手段114bでは、フォーカス制御手段で検出される移動量の値を第2の補正係数ζの逆数を乗じた値として出力する。
コンバータ光学系としてのコンバータレンズは、ζの平方根とηの比mに関する以下の条件を満たすことが望ましい。
条件式(1)は、コンバータレンズによる焦点距離変化の比をコンバータレンズのビーム拡大倍率で正規化した式であり、条件式(1)を満たすことにより、コンバータレンズの製造誤差および装着に対する感度を抑えることができる。条件式(1)に該当しない場合として、上限を超えた場合、焦点距離変化に対し、ビーム拡大倍率が小さく、コンバータレンズ装着時の撮影光学系と外部測距ユニットの視差(パララックス)が生じ、好ましくない。また、下限を超えた場合、焦点距離変化に対し、ビーム拡大倍率が大きく、コンバータレンズ装着時の偏芯による外部測距レンズに到達する光束径の変化が大きくなり誤測距の原因となる。
(コンバータ光学系を装着した場合の光学系の具体例)
図6は、コンバータ光学系としてのコンバータレンズを装着した系のレンズ断面図である。図6において、コンバータレンズと撮影光学系の光軸上の間隔は2.0mmである。また、撮影光学系の第1面の面頂点と測距用レンズの第1面の面頂点は、撮影光学系の光軸に対する垂線同一平面上に配置している。
コンバータレンズ
面データ
面番号 r d nd vd
1 -433.860 3.20 1.77250 49.6
2 71.182 6.80
3 -1642.328 6.50 1.94595 18.0
4 -98.263 5.50
5 -61.245 2.00 1.94595 18.0
6 -465.691 0.20
7 124.004 7.10 1.80610 33.3
8 -97.611
焦点距離 -9000.00
面データ
面番号 r d nd vd
1 38.308 1.15 1.84666 23.8
2 20.841 4.30 1.60311 60.6
3 ∞ 0.20
4 19.937 2.60 1.69680 55.5
5 55.328 (可変)
6 36.632 0.60 1.88300 40.8
7 4.951 2.24
8 -22.767 0.60 1.77250 49.6
9 12.886 0.54
10 9.947 1.40 1.92286 18.9
11 42.747 (可変)
12* 10.730 2.55 1.58313 59.4
13* -37.223 1.40
14(絞り) ∞ 2.30
15 76.986 0.60 1.76182 26.5
16 9.600 0.22
17 12.605 2.00 1.48749 70.2
18 -23.245 (可変)
19 15.256 1.80 1.77250 49.6
20 -19.828 0.55 1.92286 18.9
21 -50.464 (可変)
22 ∞ 1.50 1.51633 64.1
23 ∞ 1.00
像面 ∞
第12面
K = 2.16457e-001 A 4=-2.58526e-005 A 6=-1.06474e-006 A 8= 3.81986e-008 A10=-8.07093e-010
第13面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.85304e-004 A 6=-5.42864e-007
各種データ
ズーム比 14.73
広角 中間 望遠
焦点距離 4.22 27.15 62.17
Fナンバー 1.85 2.96 3.20
画角 28.06 4.74 2.07
像高 2.25 2.25 2.25
レンズ全長 59.92 59.92 59.92
BF 8.14 11.98 6.04
d 5 0.65 16.30 19.73
d11 19.88 4.23 0.80
d18 6.20 2.36 8.30
d21 6.16 10.00 4.05
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 30.50
2 6 -5.76
3 12 16.40
4 19 16.51
5 22 ∞
外部測距ユニット光学系
面データ
面番号 r d nd vd
1* 2.358 2.30 1.52996 55.8
2 -4.000 0.40
3(絞り) ∞ 1.23
4 ∞ 0.30 1.52000 55.0
5 ∞ 0.45 1.51900 43.0
6 ∞ 0.00
像面 ∞
開口絞り 0.4×1.4(矩形)
非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.00451e-002 A 6=-3.27096e-003 A 8=-4.36807e-005
焦点距離 3.20
画角 7.13
像高 0.40
レンズ全長 4.42
BF 2.12
本数値例では、測距手段に関するηは、具体的に以下の数値となる。
また、図11(b)で、コンバータレンズ装着前に検出される移動量(本来の移動量)をLa、コンバータレンズ装着後に検出される移動量をLbとするとき、以下の式で表される関係となる。
本数値例では、コンバータレンズ装着後の撮影系の焦点距離は、装着前の4.22mmから3.48mmへシフトする。よって、本数値例では、フォーカス制御手段に関するζは、具体的に以下の数値となる。
以上説明したように、本実施形態では、撮影レンズの近傍にレイアウトされた外測測距センサを利用し、コンバータ光学系が装着された場合にも、高速でスムーズな合焦動作ができる。
本実施形態は、第1の実施形態と同様の構成にて、コンバータレンズが異なる場合を示す。以下、数値例を示す。単位はmmである。
コンバータレンズ
面データ
面番号 r d nd vd
1 14800.190 3.00 1.48749 70.2
2 37.680 21.03
3 -40.817 2.40 1.69680 55.5
4 -53.276 0.50
5 90.183 7.30 1.48749 70.2
6 -66.511
焦点距離 -20000.00
本数値例では、測距手段に関するηは、具体的に以下の数値となる。
また、図11(b)で、コンバータレンズ装着前に検出される移動量(本来の移動量)をLa、コンバータレンズ装着後に検出される移動量をLbとするとき、以下の式で表される関係となる。
本数値例では、コンバータレンズ装着後の撮影系の焦点距離は、装着前の4.22mmから3.06mmへシフトする。よって、本数値例では、フォーカス制御手段に関するζは、具体的に以下の数値となる。
以上説明したように、本実施形態では、撮影レンズの近傍にレイアウトされた外測測距センサを利用し、コンバータ光学系が装着された場合にも、高速でスムーズな合焦動作ができる。
本実施形態は、第1の実施形態と同様の構成にて、コンバータレンズが異なる場合を示す。単位はmmである。
面データ
面番号 r d nd vd
1 116.043 3.00 1.84666 23.8
2 69.047 8.20 1.48749 70.2
3 970.835 0.20
4 64.148 8.00 1.48749 70.2
5 773.375 32.00
6 879.756 2.00 1.80400 46.6
7 34.734 4.50 1.94595 18.0
8 49.399
像面 ∞
焦点距離 -10000.00
本数値例では、測距手段に関するηは、具体的に以下の数値となる。
また、図11(b)で、コンバータレンズ装着前に検出される移動量(本来の移動量)をLa、コンバータレンズ装着後に検出される移動量をLbとするとき、以下の式で表される関係となる。
本数値例では、コンバータレンズ装着後の撮影系の焦点距離は、装着前の4.22mmから6.82mmへシフトする。よって、本数値例では、フォーカス制御手段に関するζは、具体的に以下の数値となる。
以上説明したように、本実施形態では、撮影レンズの近傍にレイアウトされた外測測距センサを利用し、コンバータ光学系が装着された場合にも、高速でスムーズな合焦動作ができる。
第1乃至第3の実施形態では、ハイブリッドAF制御として、測距手段で撮影光学系を介さずに被写体までの距離情報を検出して、フォーカス状態を初期変位させ、撮影光学系による画像状態を検出して撮影光学系の更なるフォーカス状態の変位を制御した。本実施形態では、撮影レンズの焦点距離f(mm)や絞り値F(F値)によって、このような2つの方式の切り換えを行わない。換言すれば、上述したハイブリッドAF制御は、撮影光学系の焦点距離および絞り値が所定範囲内の場合に限定される。
また、本発明は、撮影制御方法として、以下のステップを備えるものを含む。即ち、撮影光学系に対するコンバータ光学系の装着の有無を判別する判別ステップと、コンバータ光学系の光出射側に配置される測距手段の測定値に基づいて撮影光学系の少なくとも一部のレンズを移動させる第1のフォーカスステップと、を備える。更に、撮影光学系により(撮影光学系を介して)形成される画像のコントラストに基づいて、撮影光学系の少なくとも一部のレンズを移動させる第2のフォーカスステップを備える。
上述した実施形態では、フォーカス制御手段はコントラストAFを用いたが、これに限らず、撮影光学系を介した位相差検知方式のAFを用いることもできる。
また、上述した実施形態では、ビデオカメラについて説明したが、本発明はこれに限らず、デジタルスチルカメラ、監視カメラ等、各種撮像装置にも適用できる。
コンバータ光学系の装着に関して、撮影光学系にコンバータ光学系が装着されているか否かを自動で判別する判別手段を撮像装置が有するようにしても良い。また、撮影光学系にコンバータ光学系が装着しているか否かを手動で切り換えるための切り換え手段を撮像装置が有するようにしても良い。
また、図11(c)に示すように、外部測距およびコントラストAFで、検出される撮影距離に基づく移動量、および検出される移動量が共に大きい場合に、AF動作を中断しフォーカスレンズを再起動させるようにしても良い。
Claims (8)
- コンバータ光学系が装着可能な撮影光学系と、
前記撮影光学系を介して形成される画像のコントラストに基づいて、フォーカシングに際して移動する前記撮影光学系の少なくとも一部のレンズの移動量を決定するフォーカス制御手段と、
前記撮影光学系に対して前記コンバータ光学系が装着されている場合に、前記フォーカス制御手段が出力する前記移動量を補正する移動量補正手段を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記撮影光学系の焦点距離をf、前記コンバータ光学系と前記撮影光学系の合成光学系の焦点距離をf´とし、(f´/f)2を第2の補正係数として、
前記撮影光学系に対して前記コンバータ光学系が装着されている場合、前記移動量補正手段は、前記フォーカス制御手段が出力する前記移動量に対して前記第2の補正係数の逆数を乗じた補正値を出力することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - コンバータ光学系が装着可能な撮影光学系と、
前記コンバータ光学系の光出射側に配置された測距手段と、
前記コンバータ光学系の装着に応じて前記測距手段の測定値を補正する測定値補正手段と、
前記撮影光学系を介して形成される画像のコントラストに基づいて、フォーカシングに際して移動する前記撮影光学系の少なくとも一部のレンズの移動量を決定するフォーカス制御手段と、
前記撮影光学系に対して前記コンバータ光学系が装着されている場合に、前記フォーカス制御手段が出力する前記移動量を補正する移動量補正手段を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記コンバータ光学系が装着されていないときの前記測距手段への入射光の前記撮影光学系の光軸からの高さをh、前記コンバータ光学系が装着されているときの前記測距手段への入射光の前記撮影光学系の光軸からの高さをh´とし、h´/hを第1の補正係数として、
前記撮影光学系に対して前記コンバータ光学系が装着されている場合、前記測定値補正手段は、前記測距手段の測定値に対して前記第1の補正係数の逆数を乗じた補正値を出力することを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 - 前記撮影光学系の焦点距離をf、前記コンバータ光学系と前記撮影光学系の合成光学系の焦点距離をf´とし、(f´/f)2を第2の補正係数として、
前記撮影光学系に対して前記コンバータ光学系が装着されている場合、前記移動量補正手段は、前記フォーカス制御手段が出力する前記移動量に対して前記第2の補正係数の逆数を乗じた補正値を出力することを特徴とする請求項3または4に記載の撮像装置。 - 前記コンバータ光学系が装着されていないときの前記測距手段への入射光の前記撮影光学系の光軸からの高さをh、前記コンバータ光学系が装着されているときの前記測距手段への入射光の前記撮影光学系の光軸からの高さをh´、前記撮影光学系の焦点距離をf、前記コンバータ光学系と前記撮影光学系の合成光学系の焦点距離をf´として、m=(f´/f)/(h´/h)としたとき、
0.9<m<1.1
なる条件を満足することを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 撮影光学系に対してコンバータ光学系が装着されているか否かを判別する判別ステップと、
前記撮影光学系を介して形成される画像のコントラストに基づいて、前記撮影光学系の少なくとも一部のレンズの移動量を決定するフォーカスステップを含み、
前記判別ステップにおいて前記撮影光学系に対して前記コンバータ光学系が装着されていると判別されたときは、前記フォーカスステップにおいて、前記移動量を補正することを特徴とする撮像装置の制御方法。 - コンバータ光学系が装着可能な撮影光学系を制御するためのプログラムであって、撮影光学系に対してコンバータ光学系が装着されているか否かを判別する判別ステップと、
前記撮影光学系を介して形成される画像のコントラストに基づいて、前記撮影光学系の少なくとも一部のレンズの移動量を決定するフォーカスステップを含み、
前記判別ステップにおいて前記撮影光学系に対して前記コンバータ光学系が装着されていると判別されたときは、前記フォーカスステップにおいて、前記移動量を補正することを特徴とするプログラム。
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JP2012171032A JP5991743B2 (ja) | 2012-08-01 | 2012-08-01 | 撮像装置および撮像装置の制御方法並びにプログラム |
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