JP6702765B2 - 焦点調節装置およびその制御方法、撮像装置、プログラム、記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、焦点調節装置に関し、特にズーミング動作に伴って合焦位置にフォーカスレンズを移動させるズームトラッキング制御を行う焦点調節装置に関する。

従来、ビデオカメラ等においては、ズーム式レンズのズーミング動作時においてピントの合う適正位置にフォーカスレンズを移動させる、所謂、ズームトラッキング動作が行われるものが多い。該ズームトラッキング動作は、各ズームレンズ位置に対し、フォーカスレンズ位置を、メモリに記憶されたカム軌跡曲線に沿って、移動させて行われる。

ここで、現在の被写体距離において該ズームトラッキング動作を行えるようにするために、あらゆる被写体距離のカム軌跡曲線をメモリ上に保持するようにした場合、膨大なメモリ容量が必要となってしまう。そのため、基準となる複数の被写体距離に対応した複数の基準カム軌跡曲線のみメモリ上に保持し、基準以外の被写体距離のカム軌跡曲線に関しては、補間処理により算出することが行われている。

特許文献１には、メモリに保持するデータ容量を削減するため、一本の基準カム軌跡曲線を用いて、他の被写体距離におけるカム軌跡曲線を算出する方法について開示されている。

特開平６−１２１２１２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている基準カム軌跡曲線を用いるだけでは、基準としている被写体距離以外では、レンズや鏡筒の個体バラつきや、球面収差等の補正がしきれず、トラッキング性能が劣化してしまうケースがある。

特許文献１では、カム軌跡曲線の補間方法について述べているが、被写体距離毎に応じた収差等の補正に関しては開示されていない。

そこで、本発明の目的は、ズームトラッキング制御に有利な焦点調節装置を提供することである。

本発明の一側面としての焦点調節装置は、ズームレンズとフォーカスレンズとを含む光学系の焦点調節装置であって、所定の被写体距離の物体に対する合焦状態が維持されるようにズームレンズの位置とに応じて変化する前記フォーカスレンズの位置を示した軌跡データと、前記軌跡データの前記フォーカスレンズの位置を調整するための調整値と、を取得する取得手段と、調整時の被写体距離の物体に合焦した状態の前記光学系の第１の焦点距離と、現在の被写体距離の物体に合焦した状態の前記光学系の第２の焦点距離とに基づいて、前記調整値を補正する補正手段と、前記軌跡データと、前記補正された調整値と、に基づいて、前記フォーカスレンズの位置を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ズームトラッキング制御に有利な焦点調節装置を提供することが可能となる。

本発明実施例１における撮像装置の構成図である。 被写体距離に応じた合焦カム軌跡を示す概念図である。 カム軌跡曲線の設計値を示す図である。 本発明実施例１におけるフォーカス動作フローチャートである。 本発明実施例２における撮像装置の構成図である。 本発明実施例２におけるフォーカス動作フローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明による実施例１にかかる撮像装置の構成図である。本実施例の撮像装置は、撮像光学系を備えている。撮像光学系は、複数の光学素子により構成され、物体（被写体）の光学像を形成する。本実施例の撮像光学系は、光軸方向に移動されて焦点距離を変更するズームレンズ（変倍レンズ）１、光軸方向に移動されて焦点調節を行うフォーカスレンズ２、光量を調整する絞りユニット３を有する。撮像光学系により形成された光学像は、バンドパスフィルタ４（以下、ＢＰＦ）、カラーフィルタ５を介して撮像素子６により電気信号に変換される。なお、図１では図示していないが、ＢＰＦ４等の光学素子が撮像光学系の光路に対し進退可能に構成されている。撮像素子６から出力される電気信号（映像信号）は、ＡＧＣ７でゲイン調整され、Ａ／Ｄ変換器８においてＡ／Ｄ変換された後、カメラ信号処理部９に入力される。カメラ信号処理部９では画像処理を行い、外部に映像信号として出力するとともに映像信号からオートフォーカス動作に必要な評価値を算出する。レンズに関しては、２群以上の複数構成でも代用可能である。

図２はズームレンズとフォーカスレンズのレンズ位置との関係を示すカム軌跡曲線である。横軸はズームレンズのズーム倍率を最小（ＷＩＤＥ端）から最大（ＴＥＬＥ端）に変化させた場合のズームレンズのレンズ位置を示し、縦軸は被写体距離を無限遠から至近側までのフォーカスレンズのレンズ位置を示している。図中の各曲線は、ズームレンズのレンズ位置とフォーカスレンズのレンズ位置に対し、同一の被写体距離にある被写体像を撮像素子に合焦させるためのカム軌跡を示している。トラッキング制御を行う上で、上述のカム軌跡曲線の情報（カム軌跡データ）が必要となるため、カム軌跡データをテーブル等の形でメモリ上（カム軌跡データ保持部）に保持する。

しかしながら、細かい粒度で被写体距離のテーブルをメモリ上に保持するためには、膨大なメモリ容量が必要となってしまう。そのため、基準となるいくつかの被写体距離のテーブルのみメモリ上に保持し、基準以外の被写体距離のカム軌跡曲線に関しては、補間処理により算出する。

カム軌跡データ保持部１０は、ズームトラッキング制御部１２からフォーカス／ズーム位置データを受け取り、フォーカス/ズーム位置に対応したカム軌跡データを算出する。カム軌跡データは図２に示すように、∞から最至近合焦距離の被写体距離を複数分割し、基準となるデータとしてメモリ上にテーブルとして保持している。テーブルとして保持していない被写体距離のデータは、基準となるデータとフォーカス／ズーム位置情報を使用して、最も近い至近側と無限側のカム軌跡情報の内分比率から算出する。このように、カム軌跡データ保持部１０は、被写体距離とズームレンズの位置とに応じて合焦位置となるフォーカスレンズの位置の変化を示した軌跡データを記憶する記憶手段として機能する。

また、上述のようなカム軌跡曲線を用いるだけでは、レンズや鏡筒の個体バラつきによって、設計値（メモリ上または補間処理によって算出されたカム軌跡データ）と実動作時のフォーカス合焦位置に誤差が生じてしまう。図３は設計値と実動作時のカム軌跡曲線を並べたものであり、フォーカス合焦位置の差を調整量として示している。調整量はズームレンズ位置によって異なるため、ズームレンズ位置に応じた調整量が必要となる。基準となる１つまたは複数の被写体距離に対して、各ズームレンズ位置での誤差を計測し、調整データとしてメモリ上（調整値データ保持部）に記憶しておく。

調整値データ保持部１１は、被写体距離が∞のカム軌跡データに対して、カム軌跡データ保持部１０のテーブル値と実動作時のフォーカス合焦位置のズレ量（機体毎のメカ的なバラつき等によるもの）を補正するための調整値を保持する。図３に示すように、調整値は各ズームレンズ位置で異なるため、複数のズームレンズ位置に対応した調整値をメモリ上にテーブルとして保持している。このように、調整値データ保持部１１は、所定の被写体距離（例えば被写体距離∞）におけるカム軌跡データのフォーカスレンズの合焦位置と実際のフォーカスレンズの合焦位置とのずれ量を調整するための調整値を記憶する記憶手段として機能する。

なお、カム軌跡曲線と同様に細かい粒度で調整データをメモリ上に保持すると、膨大なメモリ容量が必要となる。複数ポイントの調整データのみ保持しておき、各ポイント間の調整量は補間処理により算出し、カム軌跡曲線を補正する事で高精度のトラッキング制御を行っている。

ただし、調整値補正データ保持部１１は、個体バラつきによる設計値との誤差を埋めるために調整データを予め保持しているが、基準としている調整時の被写体距離以外では、球面収差等の補正がしきれず、トラッキング性能が劣化してしまうケースがある。

これは、収差の量は被写体距離毎に異なるため、基準としている被写体距離の調整データをそのまま適用すると、収差の補正残りが発生する可能性があるためである。

そこで、本発明は、以下で説明するように、ズームトラッキング制御部１２により、調整値補正データ保持部１１が保持している調整データと球面収差量情報とを用いて、カム軌跡データの補正を行うことを特徴とする。

ズームトラッキング制御部１２は、カム軌跡データ保持部１０からカム軌跡データを取得し、調整値データ保持部１１から調整値を取得する取得部（取得手段）１２ａを有する。また、ズームレンズおよびフォーカスレンズの位置に基づいて、所定の被写体距離（∞）における第１の焦点距離と、所定の被写体距離とは異なる現在の被写体距離における第２の焦点距離と、を算出する算出部（算出手段）１２ｂを有する。また、現在の被写体距離であるときの撮像光学系の収差に基づいて、取得した調整値を補正する補正部（補正手段）１２ｃを有する。なお、具体的に、補正部１２ｃは、算出部１２ｂにより算出された第１の焦点距離と第２の焦点距離とに基づいて、取得した調整値を補正する。また、取得したカム軌跡データと、補正した調整値と、に基づいて、フォーカスレンズの位置を制御する制御部（制御手段）１２ｄを有する。なお、本実施例では、取得部１２ａ、算出部１２ｂ、補正部１２ｃ、制御部１２ｄは、互いに別々の部材としているが、これらを一体的に構成してもよい。ズームトラッキング制御部１２により、光学系の焦点状態を調節する焦点調節装置が構成される。

このように、ズームトラッキング制御部１２は、レンズ特性や駆動特性を考慮してフォーカス／ズーム位置を制御し、また、ズーム／フォーカス位置から焦点距離を算出する。より具体的に、焦点距離は、ズームレンズの位置と、フォーカスレンズの位置と、カム軌跡データから算出される。ズームトラッキング制御部１２は調整時の被写体距離（∞）における焦点距離と、現在の被写体距離における焦点距離の情報を用いて、球面収差によるズレを物体距離の変動量として算出し、調整値データの補正係数とする。被写体距離が∞と至近では収差量が異なるため、調整値データをそのまま適用すると、被写体距離の差によって補正残りが発生する場合がある。フォーカス/ズーム位置の調整値は以下の式１で表わされる。

調整値＝調整値（∞）×（（調整時の焦点距離÷現在位置の焦点距離）＾２） ・・・（式１）
すなわち、本実施例では、調整値データ保持部１１に保持された調整値に、所定の被写体距離（∞）における焦点距離と所定の被写体距離とは異なる現在の被写体距離における焦点距離の比を二乗した値を掛けることにより、補正された調整値が得られる。

算出（補正）した式１の調整値に対して、補正部１２ｃは、さらに撮影状態に応じた補正量を加える。具体的に、絞りユニット３の絞り値、ＢＰＦ４の挿抜状態、デイナイト設定データ保持部１３の状態、光源設定データ保持部１４に応じた補正量を加算する。そして、カム軌跡データおよび、補正量が加算された調整値を用いて、フォーカス／ズーム位置を算出し、フォーカス駆動部１５とズーム駆動部１６に制御の指示を行う。フォーカス駆動部１５、ズーム駆動部１６はズームトラッキング制御部１２からの信号をもとに、フォーカスレンズ／ズームレンズを駆動する。なお、本実施例１では調整値に∞の被写体距離を用いているが、∞以外の被写体距離でも代用可能である。被写体距離をｘとすると、以下の式２で表わされる。

調整値＝調整値（ｘ）×（（調整時の焦点距離÷現在位置の焦点距離）＾２） ・・・（式２）
次に、実施例１におけるカム軌跡の補正フローについて、図４を用いて説明する。

ズームトラッキング制御部１２は、現在のズーム位置／フォーカス位置を取得する（Ｓ４０１、Ｓ４０２）。ズーム位置／フォーカス位置の情報を用いる事で、カム軌跡データ保持部１０から現在のカム軌跡データが決定する。Ｓ４０３で調整値データ保持部１１からズーム位置に対応した調整値を取得する。ズーム位置の調整値がテーブル上に存在しない場合は、前後（ＷＩＤＥ側とＴＥＬＥ側）の調整値から補間する。続いて現在のズーム位置／フォーカス位置から、調整時の被写体距離に対する焦点距離と、現在の被写体距離に対する焦点距離を算出する（Ｓ４０４）。焦点距離情報と式１を用いて、被写体距離に応じた調整データ用の補正係数を算出し、調整値を決定する（Ｓ４０５）。Ｓ４０６でＢＰＦ４の状態を取得し、ＢＰＦ挿入状態であれば波長域に応じて、ＩＲカットフィルタ（赤外線カットフィルタ（以下、ＩＲＣＦ））使用時との差分を補正量として調整値に加算する（Ｓ４０７）。すなわち、ＢＰＦ４が撮像光学系の光路に挿入された状態（ＢＰＦ使用時）である場合、ＢＰＦ４の波長域に応じて、ＩＲＣＦ使用時からのフォーカス位置および収差の差分量を調整値に加算する。換言すれば、ＢＰＦが使用されている撮影状態である場合に、入射光のうちＢＰＦが透過する光の波長域に応じて、ＩＲＣＦが使用されている撮影状態からのフォーカスレンズの位置および収差の差分量を、補正された調整値に加算する。一方、未挿入状態であればデイナイト設定データ保持部１３の設定値に応じた補正量を調整値に加算する（Ｓ４０８）。さらに、絞りユニット３の状態を取得し、絞り値に応じて、絞り開放状態との差分を補正量として調整値に加算する（Ｓ４０９）。換言すれば、絞りが開放状態でない撮影状態である場合に、絞りの絞り値に応じて、開放状態からの収差の差分量を、補正された調整値に加算する。さらに、光源設定データ保持部１４の設定値に応じて、白色光時との差分を補正量として調整値に加算する（Ｓ４１０）。すなわち、周辺環境に応じた光源の設定が行われている場合、白色光からの収差の差分量を調整値に加算する。換言すれば、光源が設定されている撮影状態である場合に、該光源の設定に応じて、白色光からの収差の差分量を、補正された調整値に加算する。以上のようにする事で、現在のカム軌跡データに対する調整値が決定する。このように、収差に影響する要因を調整値に加味する事で、基準となる調整時の被写体距離以外でも、カム軌跡曲線のトラッキング性能を劣化させないようにする事ができる。

以上、本発明によれば、所定の被写体距離に対するカム軌跡情報を補正するための調整値と、被写体距離に対応した焦点距離情報と式１（または式２）に基づいて算出された補正係数と、を用いて、カム軌跡情報の補正を行った。

これにより、基準としている調整時の被写体距離以外での被写体距離でも、光学的、機構的に変更を加えることなく、収差の補正残りを抑制し、高性能なトラッキング制御を可能にすることができる。したがって、基準となる被写体距離以外でも、カム軌跡のトラッキング性能を劣化させないことが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、カム軌跡データ保持部１０に保持するデータを、特許文献１と同様にして、基準となる被写体距離に対応するカム軌跡情報のみとするようにしてもよい。その場合、カム軌跡データ保持部１０は、該カム軌跡情報とズームレンズとフォーカスレンズの位置とを用いて、基準となる被写体距離とは異なる被写体距離に対するカム軌跡情報を算出することができる。

また、本実施例の焦点調節装置は、撮像光学系（撮影レンズ）と撮像装置本体が一体となったレンズ一体型の撮像装置に適用される。しかし、本実施例はこれに限定されるものではなく、撮像装置本体と、該撮像装置本体に着脱可能な撮像光学系を有する交換レンズと、から構成される撮像システム（光学機器）に適用することもできる。

図５は、本発明による実施例２の構成図である。

メモリ容量に余裕がある撮像装置であれば、調整データを複数持つ事で、補正する被写体距離の範囲を狭くする事ができる。補正する範囲が広くなると補正係数の値が大きくなり、補正精度に対する影響を少なくする事ができる。基準となる被写体距離の調整データを複数持つ場合には、現在の被写体距離の位置に応じて、使用する調整データの値を考慮する必要がある。

実施例１と同様のものについては説明を割愛する。調整値（至近）データ保持部１１ａは被写体距離が最も至近側のカム軌跡に対して、カム軌跡データ保持部１０のテーブル値と実動作時のフォーカス合焦位置のズレ量（機体毎のメカ的なバラつき等によるもの）を補正するための調整値を保持する。換言すれば、調整値（至近）データ保持部１１ａは、第１の被写体距離におけるカム軌跡データのフォーカスレンズの合焦位置と実際のフォーカスレンズの合焦位置とのずれ量を調整するための第１の調整値を記憶する記憶手段として機能する。同様に、調整値（∞）データ保持部１１ｂは、被写体距離が∞のカム軌跡の調整値を保持する。換言すれば、調整値（∞）データ保持部１１ｂは、第２の被写体距離におけるカム軌跡データのフォーカスレンズの合焦位置と実際のフォーカスレンズの合焦位置とのずれ量を調整するための第２の調整値を記憶する記憶手段として機能する。なお、本実施例２では至近および∞の被写体距離を用いているが、複数の異なる被写体距離であれば代用可能である。

このとき、ズームトラッキング制御部１２の取得部１２ａは、調整値（至近）データ保持部１１ａから第１の調整値を取得するとともに、調整値（∞）データ保持部１１ｂから第２の調整値を取得する。

また、補正部１２ｃは、被写体距離が最も至近側（第１の被写体距離）と被写体距離∞（第２の被写体距離）と現在の被写体距離との関係と、取得した第１の調整値および第２の調整値と、に基づいて、第３の調整値を算出する。また、算出部１２ｂにより算出された第１の焦点距離と第２の焦点距離とに基づいて、第３の調整値を補正する。

次に、実施例２におけるカム軌跡の補正フローについて、図６を用いて説明する。フローに関しても実施例１と同様のものは説明を割愛する。ズームトラッキング制御部１２は現在のズーム位置を基に、調整値データ（至近）保持部１１ａと調整値（∞）データ保持部１１ｂの調整値を取得する（Ｓ６０３）。ズーム位置の調整値がテーブル上に存在しない場合は、前後（ＷＩＤＥ側とＴＥＬＥ側）の調整値から補間する。Ｓ６０４では現在の被写体距離と、２種類の調整時の被写体距離の位置関係の比較を行う。現在の被写体距離が２種類の調整時の被写体距離の間にある場合（Ｓ６０５）、調整値は平均値を活用する。すなわち、本実施例において、記憶手段から取得される第１の調整値および第２の調整値の平均値を、第３の調整値とする。なお、レンズによって距離による性能変動が異なるため、場合によっては重み付けした値を活用してもよい。換言すれば、第１の調整値および第２の調整値を、被写体距離が最も至近側（第１の被写体距離）と被写体距離∞（第２の被写体距離）と現在の被写体距離との関係に応じて重み付けした値を第３の調整値としてもよい。Ｓ６０８の調整値においても、平均・重み付けした値で算出を行う。現在の被写体距離が２種類の調整時の被写体距離の間に無い場合（Ｓ６０６）、至近または∞の近い方の調整値を活用する。このように、少しのメモリ容量を使用する事で、被写体距離による補正精度の影響を軽減する事ができる。

本発明によれば、ズームトラッキング制御を行う撮像装置において、基準としている調整時の被写体距離以外での被写体距離でも、光学的、機構的に変更を加えることなく、収差の補正残りを抑制し、高性能なトラッキング制御を可能にすることができる。すなわち、基準となる被写体距離以外でも、カム軌跡のトラッキング性能を劣化させないことが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

また、上述の実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線／無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。

従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するための手順が記述されたコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光／光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。

また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記憶し、接続のあったクライアントコンピュータがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。

本発明は、コンパクトデジタルカメラ、一眼レフカメラ、ビデオカメラなどの撮像装置に好適に利用できる。

１２ａ 取得部
１２ｃ 補正部
１２ｄ 制御部

Claims (12)

1. ズームレンズとフォーカスレンズとを含む光学系の焦点調節装置であって、
   所定の被写体距離の物体に対する合焦状態が維持されるように前記ズームレンズの位置に応じて変化する前記フォーカスレンズの位置を示した軌跡データと、前記軌跡データの前記フォーカスレンズの位置を調整するための調整値と、を取得する取得手段と、
   調整時の被写体距離の物体に合焦した状態の前記光学系の第１の焦点距離と、現在の被写体距離の物体に合焦した状態の前記光学系の第２の焦点距離とに基づいて、前記調整値を補正する補正手段と、
   前記軌跡データと、前記補正された調整値と、に基づいて、前記フォーカスレンズの位置を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする焦点調節装置。
2. 前記調整時の被写体距離は、無限遠であることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 前記調整時の被写体距離は、至近であることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
4. 前記補正手段は、前記調整値に、前記第１の焦点距離と前記第２の焦点距離の比を二乗した値を掛けることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
5. 前記補正手段は、前記補正された調整値に撮影状態に応じた補正量を加えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
6. 前記補正手段は、バンドパスフィルタが使用されている撮影状態である場合に、入射光のうち前記バンドパスフィルタが透過する光の波長域に応じて、赤外線カットフィルタが使用されている撮影状態からの前記フォーカスレンズの位置および収差の差分量を、前記補正された調整値に加算することを特徴とする請求項５に記載の焦点調節装置。
7. 前記補正手段は、絞りが開放状態でない撮影状態である場合に、前記絞りの絞り値に応じて、前記開放状態からの収差の差分量を、前記補正された調整値に加算することを特徴とする請求項５または６に記載の焦点調節装置。
8. 前記補正手段は、光源が設定されている撮影状態である場合に、前記光源の設定に応じて、白色光からの収差の差分量を、前記補正された調整値に加算することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
9. 撮像素子と、
   請求項１ないし８のいずれか１項に記載の焦点調節装置と、を備えた撮像装置。
10. ズームレンズとフォーカスレンズとを含む光学系の焦点調節装置であって、
    所定の被写体距離の物体に対する合焦状態が維持されるように前記ズームレンズの位置に応じて変化するフォーカスレンズの位置を示した軌跡データと、前記軌跡データの前記フォーカスレンズの位置を調整するための調整値と、を取得する取得ステップと、
    調整時の被写体距離の物体に合焦した状態の前記光学系の第１の焦点距離と、現在の被写体距離の物体に合焦した状態の前記光学系の第２の焦点距離とに基づいて、前記調整値を補正する補正ステップと、
    前記軌跡データと、前記補正された調整値と、に基づいて、前記フォーカスレンズの位置を制御する制御ステップと、
    を有することを特徴とする焦点調節装置の制御方法。
11. 請求項１０に記載の制御方法の各ステップが記述されたコンピュータで実行可能なプログラム。
12. コンピュータに、請求項１０に記載の制御方法の各ステップを実行させるためのプログラムが記憶されたコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。