(57)【要約】    【課題】  カメラ内の温度変化にともなってレンズの焦点位置が変化するのを補正する。    【解決手段】  カメラ１００の本体１１０内で、イメージセンサ２１４、画像ディスプレイ１１６等の発熱素子の近傍に温度センサ２１６、２２９等が配設される。カメラ内にはオン／オフ状態モニタ２３０があり、カメラのオン／オフ状態が監視される。ＡＳＩＣ２１２は、温度センサからの出力信号や、カメラがオン／オフ状態に切り替わってからの経過時間等に基づき、レンズアセンブリ１５０の温度を推定する。推定された温度に基づき、誤差補正信号がフォーカス制御部２７０に出力され、レンズアセンブリの温度変化により生じる焦点位置の誤差が補正される。    【選択図】    図２
2005196173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラレンズの温度を推定する方法であって、
カメラの本体内の或る位置の温度を感知することと、
前記カメラの発熱要素のオン／オフ動作状態の発生および前記オン／オフ動作状態が発生してからの持続時間を監視することと、
前記カメラの本体内における或る位置の温度および監視された前記カメラの本体内の発熱要素の前記オン／オフ動作状態の発生および前記持続時間を使用して、前記カメラに結合されたレンズアセンブリの現在の温度を求めることと
を有することを特徴とするカメラレンズの温度を推定する方法。
【請求項２】
前記レンズアセンブリの前記現在の温度に基づき、温度に起因するフォーカスエラーを補正することをさらに有することを特徴とする請求項１記載のカメラレンズの温度を推定する方法。
【請求項３】
前記カメラの本体内の或る位置での温度および監視された前記オン／オフ動作状態の発生および前記持続時間を使用してレンズアセンブリの現在の温度を求めることは、モデルを使用して時間の関数として前記レンズアセンブリの温度を推定することを含むことを特徴とする、請求項１記載のカメラレンズの温度を推定する方法。
【請求項４】
前記モデルを使用して温度を推定することは、複数の発熱要素の中の組み合わせのそれぞれに対応して時定数を求めることを含むことを特徴とする、請求項３記載のカメラレンズの温度を推定する方法。
【請求項５】
前記温度に起因するフォーカスエラーを補正することは、フォーカス機構を再位置決めするために必要なフォーカス位置ステップ数を求めることを含むことを特徴とする、請求項２記載のカメラレンズの温度を推定する方法。
【請求項６】
前記フォーカス位置ステップ数を求めることは、前記カメラの前記フォーカス機構が較正されたときの前記レンズアセンブリの温度と前記レンズアセンブリの前記現在の温度との間の差を求めることを含むことを特徴とする、請求項５記載のカメラレンズの温度を推定する方法。
【請求項７】
カメラであって、
前記カメラの本体内の発熱要素と、
前記発熱要素付近に配置されたセンサであって、温度に応答して信号を供給するように構成されたセンサと、
前記カメラに結合されたレンズアセンブリであって、フォーカス機構を備えるレンズアセンブリと、
前記信号に応答して入力を伝熱モデルに与えて、前記レンズアセンブリの温度を求めるように構成されたプロセッサであって、前記レンズアセンブリの前記温度に応答してフォーカス誤差補正量を求めるように構成されたプロセッサと
を備えることを特徴とするカメラ。
【請求項８】
前記発熱要素に応答してオン／オフ状態を識別するように構成された状態センサと、
前記発熱要素の前記オン／オフ状態の変化に応答してタイムスタンプを関連付けるように構成されたクロックと
をさらに備え、
前記伝熱モデルは、前記発熱要素の前記オン／オフ状態の変化が最後に発生してからの持続時間に応答することを特徴とする、請求項７記載のカメラ。
【請求項９】
前記伝熱モデルは、前記発熱要素に応答する時定数を含むことを特徴とする、請求項８記載のカメラ。
【請求項１０】
前記フォーカス誤差補正量は、前記フォーカス機構が較正されたときの前記レンズアセンブリの温度に応答することを特徴とする、請求項７記載のカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度によって焦点位置が変化するレンズを有するカメラとともに用いて好適な、レンズの温度を推定するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日のカメラに使用されるレンズアセンブリは一般に、オートフォーカス機能およびズーム機能を両方とも組み込んでいる。ズーム機能は一般に、レンズ構成要素間の関係を変更して画像の拡大を可能にする直流（ＤＣ）モータによって制御されるズームレンズによって提供される。フォーカス機能はフォーカスレンズによって提供され、フォーカスレンズは一般に、レンズアセンブリ構成要素の相対位置を制御して画像平面において被写体にフォーカスするステッパモータによって作動する。フォーカスおよびズームという２つの機能は、ズームが変更される場合、一般に、フォーカスもまたそれに見合うように変更されるという点で関連する。
【０００３】
一般に、ステッパモータによって提供されるフォーカスステップは、レンズが動作するように設定されている撮影距離に関連する。たとえば、マクロ写真実施態様では、レンズは、たとえば１００〜１０００ミリメートル（ｍｍ）の焦点調節範囲（撮影距離範囲）を有し得る。この焦点調節範囲は一般に、フォーカスモータがフォーカスを実現するためにレンズを移動させるステップ数に対応する。たとえば、焦点調節範囲１００〜１０００ｍｍは２０〜４０のフォーカスステップに等しい場合があり、０はレンズの原位置と呼ばれる。
【０００４】
代表的な実施態様では、ズーム機能はカメラのユーザにより操作され、取り込む画像の被写体を概ね枠に収める。ズーム機能が完了すると、フォーカス機能は、たとえば、カメラのシャッタ作動ボタンを半押しすることによって作動する。
【０００５】
よくあるフォーカスモードは、フォーカスレンズを、「無限」距離と呼ばれる、離れた場所にいる被写体にフォーカスする固定位置に移動させるものである。このモードでは、ユーザはフォーカスプロセスを経ることなく離れた被写体の画像を取り込むことができる。このモードにおけるフォーカスモータの正確な位置（停止位置）は、カメラ製造時に較正することができる。
【０００６】
カメラ製造時には他の較正も行われる。たとえば、製造工程中に、一般に、フォーカスサーチレンジ（すなわち、フォーカス機構をスキャンするステップ数）間の関係が、焦点調節範囲（すなわち、上に述べたように１００〜１０００ｍｍ）にわたってレンズが確実に適宜フォーカスされるように設定される。しかし、動作中、カメラは、カメラおよびフォーカス機構が較正されたときの温度から大幅に変化し得る動作温度にさらされる。カメラおよびレンズの温度が変化するにつれて、レンズを構成する構成要素間の関係も同様に変化する。したがって、フォーカス機構が較正された関係のみに頼ってレンズをフォーカスさせる場合、較正中のレンズの温度から変化する動作温度により、較正された位置が不正確になる。その結果、取り込まれる画像は焦点ボケすることになる。
【０００７】
温度に関連するフォーカスエラーを考慮するために、カメラの設計者は一般に、フォーカスモータが、所与の焦点調節範囲にある対象被写体に確実に適宜フォーカスすることができるようにレンズの構成要素を調整する寛容な（広い）サーチレンジを適用する。したがってこれは、レンズモータが所与の焦点調節範囲に対して許容可能なフォーカスを実現する際に、階進しなければならないステップレンジの拡張（合焦点をサーチする際の範囲を拡げること）を必要とする。不都合なことに、フォーカスモータがレンズを調整しなければならないステップレンジが拡張すると、対象被写体の許容可能にフォーカスされた画像を得るまでにかかる時間が長くなり、それによって撮影に要する時間が増える。このフォーカスされた画像を実現する際の遅延は、カメラのユーザにとって煩わしいものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、追加調整なしで離れた被写体にフォーカスするように、カメラに結合されたレンズがフォーカスを実現する際、およびレンズを位置決めする際に費やされる時間量を低減することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
カメラ内のレンズ温度を推定するシステムおよび方法が発明され、開示される。一実施形態において、カメラレンズの温度を推定する方法は、カメラの本体内の或る位置の温度を感知するステップ、前記カメラの発熱要素のオン／オフ動作状態の発生およびその作動状態の持続時間を監視するステップ、前記カメラの本体内の或る位置の温度および監視された前記カメラの本体内の発熱要素のオン／オフ動作状態の発生および持続時間を使用するステップであって、それにより前記カメラに結合されたレンズアセンブリの現在の温度を求める、使用するステップとを含む。
【００１０】
特許請求の範囲に規定されるレンズの温度を推定する本カメラおよび本方法は、添付図面を参照してよりよく理解することができる。図面内の構成要素は互いに必ずしも一定の比率で拡大縮小されたものではなく、代わりにレンズの温度を推定するシステムおよび方法の原理を明確に示すことに重点が置かれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
デジタルカメラに似た一実施形態を特に参照して以下に説明するが、本システムおよび本方法は、内部発熱要素およびレンズアセンブリを備えたフィルムカメラにも適用することが可能である。レンズの温度を推定するシステムおよび方法は、ハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェアの組み合わせを使用して実施することが可能である。図示の実施形態（１つまたは複数）では、レンズの温度を推定するシステムおよび方法は、ハードウェアと、内部メモリに記憶され、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内に設けられる、適した命令実行システムによって実行されるソフトウェアとの組み合わせを使用して実施される。
【００１２】
レンズの温度を推定するシステムのハードウェア構成要素は、すべて当分野において既知の以下の技術のいずれでも、または組み合わせを使用して実施することができる。すなわち、データ信号に対してロジック機能を実施する論理ゲートを有するディスクリートの論理回路（複数可）、（説明する実施形態において述べるように）適切な組み合わせ論理ゲートを有する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）（複数可）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等である。
【００１３】
レンズの温度を推定するシステムのソフトウェア構成要素またはファームウェア構成要素は、１つまたは複数のメモリ要素に記憶し、適した汎用または特定用途向けプロセッサによって実行することができる。レンズの温度を推定するソフトウェアまたはファームウェアは、ロジック機能を実施する実行可能命令およびデータの順序付けされたリストを含み、適宜構成されたプロセッサ内蔵カメラまたは命令実行システムから命令をフェッチして命令を実行することができる他のシステム等、命令実行システム、装置、またはデバイスにより使用される、またはこれらに関連して使用される任意のコンピュータ可読媒体で具現することができる。本システムおよび本方法の説明される実施形態ではコンピュータによる動作を含まない（説明していない）が、当業者は、レンズの温度を推定するシステムのソフトウェア構成要素またはファームウェア構成要素はコンピュータ可読媒体に記憶し、後で読み出すことができることを理解しよう。本明細書の文脈の中では、「コンピュータ可読媒体」は、命令実行システムにより使用される、または命令実行システムに関連して使用されるプログラムの収納、記憶、通信、伝播、または搬送を行うことができるいずれの手段であってもよい。
【００１４】
レンズアセンブリの温度は、カメラの本体およびレンズアセンブリの数学的モデルを使用して推定される。モデルでは、カメラの電子回路が熱源であり、レンズアセンブリおよびカメラを取り巻く環境はヒートシンクである。カメラの電子回路が発生する熱の一部は、周囲空気温度に相対してレンズアセンブリを暖める。カメラが節電モード、または電源オフの場合、レンズアセンブリは熱を失い、温度は周囲空気温度に近づく。
【００１５】
１つまたは複数の温度センサが、カメラの本体内に配置され、カメラ内の１つまたは複数の熱源の温度を測定する。イメージセンサ、ディスプレイ、レンズモータドライバ、およびメインプロセッサが熱源である。他の熱源も、特定の実施態様およびカメラ電子回路の特徴に応じて存在し得る。カメラ内で発生する熱は、動作している熱源および動作持続時間に直接関係する。各熱源からの熱影響は、経験的に求められる、または計算することができる。熱影響を使用して、適切なカメラ時定数を求める。各カメラ時定数は、カメラ内の発熱要素の動作状態の各組み合わせ毎に求めることができる。カメラ熱源がオンのときにはレンズアセンブリを周囲温度に相対して暖め、熱源がオフになった後周囲温度に戻る伝熱特性を使用して、レンズアセンブリ時定数が求められる。
【００１６】
レンズアセンブリのフォーカス機構に対する熱影響は、レンズアセンブリの予想熱動作範囲にわたって求めることができる。フォーカス機構に対する熱影響を使用して、レンズアセンブリ温度の関数としてフォーカスエラーが求められる。カメラ内のエラー補正発生器がエラー補正信号を生成する。エラー補正信号はフォーカス制御部に与えられ、フォーカスシステムから適切な数のステップが確実に出力され、レンズアセンブリの予想熱動作範囲（動作時の予想温度範囲）にわたってカメラが確実に対象被写体を適宜フォーカスするようにする。エラー補正信号は、温度に起因するフォーカスエラーの大きさに対応する。
【００１７】
内部メモリ内、あるいはカメラの電子回路に格納されている内部クロックおよびロジックは、カメラが加熱モードまたは冷却モードでどのくらい動作していたかを求めるために使用される。熱源がオンになる、オフになる、または指示されて節電モードになると、伝熱モデルを使用してレンズ温度が推定される。
【００１８】
レンズアセンブリに対する加熱および冷却の影響をモデリングする１つの方法は、カメラおよびレンズアセンブリの時定数を使用して、レンズアセンブリの温度変化率を近似するものである。内部クロックおよび関連するロジックは、加熱状態および冷却状態にタイムスタンプ（時刻の記録）を提供する。発熱状態中、カメラおよび環境（たとえば、周囲空気、在外熱源の温度等）条件が変化しないままである場合、発熱源付近に到達することになるであろう温度を、時定数を使用して求める。熱源に近い位置にある温度センサ（複数可）が、カメラ本体内の或る位置での実際の温度を提供する。冷却状態中、時定数を使用して、カメラ本体およびレンズアセンブリの温度変化率を推定する。
【００１９】
図１を参照すると、図１はカメラ１００を示す斜視図である。図１は、カメラ１００の背面（左側に示される）および正面（右側に示される）の両方の斜視図を表す。背面図に示すように、カメラ１００は本体１１０を備える。本体１１０は、カメラの電子回路（図示せず）を収容する筐体、および操作者−カメラインタフェースの支持構造を備える。操作者−カメラインタフェースは、シャッタ機構１１２、ビューウィンドウ１１４、ディスプレイ１１６、ならびにアップスイッチ、ダウンスイッチ、レフトスイッチ、およびライトスイッチを備えてディスプレイ１１６に提示されるインジケータの上下左右操作それぞれを行う位置制御部１２０を備える。
【００２０】
シャッタ機構１１２は、カメラの電子回路に呼応して動作するレンズアセンブリ１５０が対象被写体にフォーカスし、本体１１０内のイメージセンサまたはフィルムに画像を露出させて対象被写体の画像を撮像する１つまたは複数のプロセスを開始する。ビューウィンドウ１１４は、カメラ１００の操作者が対象被写体を観察しカメラ１００を望み通りに位置決めして画像を取得できるようにするためのものである。
【００２１】
ディスプレイ１１６は様々な動作モードに従って情報を提供する。たとえば、設定モードでは、ディスプレイ１１６は、様々なメニューや、設定メニュー等を含み、操作者が選択可能なカメラ１００の様々な設定に関するオプションを提供することができ、撮影モードではレンズアセンブリ１５０の視野内の被写体に関するフィードバックを提供することができる。光源１１８は、カメラの電子回路により必要と判断される場合、またはカメラ１００の操作者により指示された場合に、暗い部屋内や夜間に対象被写体を適宜露出するためにカメラ１００の正面付近の環境にわたって短時間の光源を提供する。
【００２２】
レンズアセンブリ１５０は本体１１０に結合される。レンズアセンブリ１５０は、製造時に本体１１０に永久的に結合される場合もあれば、操作者により交換可能な場合もある。
【００２３】
図２は、図１のカメラ１００の一実施形態を示す機能ブロック図である。カメラ１００は、図１に先に示したように、本体１１０およびレンズアセンブリ１５０を備える。
【００２４】
レンズアセンブリ１５０はフォーカス機構２５２およびズーム機構２５４を備える。ズーム機構２５４は、対象被写体のサイズを連続して変更することができるように、カメラ１００から或る距離のところにある対照被写体からの光を導く機械的構成要素および光学的構成要素を備える。
【００２５】
先に述べたように、レンズアセンブリ１５０の機械的構成要素および光学的構成要素はまた、温度変化に伴って動作および相対位置が変化する。フォーカス機構２５２は、特定のズーム位置およびレンズアセンブリ温度において対象被写体が確実にフォーカスされるように、レンズアセンブリ１５０内の光学的構成要素の相対位置を調整する機械的構成要素を備える。
【００２６】
本体１１０は、カメラの電子回路と、この電子回路に対するレンズアセンブリインタフェースを収容する。図２に示すように、本体１１０は、ＡＳＩＣ２１２、内部メモリ２４０、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）２１１、イメージセンサ２１４、フォーカス制御部２７０、ステップモータ／ドライバ２７２、直流（ＤＣ）モータ／ドライバ２８２と共にズーム制御部２８０、クロック２２０、および外部メモリインタフェース２３２を収容する。イメージセンサ２１４は、接続２１８を介してＡＦＥ２１１に結合される。ＡＳＩＣ２１２は接続２２１を介してＡＦＥ２１１から画像データを受け取る。ＡＳＩＣ２１２は接続２２５を介してクロック２２０に結合される。ＡＳＩＣ２１１は接続２４３を介して内部メモリ２４０と通信する。ＡＳＩＣ２１２は接続２７５を介してフォーカス制御部２７０に結合する。ＡＳＩＣ２１２は、接続２８５を介してズーム制御部２８０にもさらに結合する。ＡＳＩＣ２１２は、接続２３３を介して画像情報を外部メモリインタフェース２３２にさらに提供する。
【００２７】
イメージセンサ２１４は、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイまたは相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサアレイを含むことができる。イメージセンサ２１４が個々のＣＣＤ素子のアレイまたはＣＭＯＳセンサを含むか否かに関係なく、アレイ中の各素子はイメージセンサ２１４のピクセル（画素）を備える。イメージセンサ２１４の個々のピクセルは通常、二次元アレイに配置される。たとえば、アレイはピクセル２２７２個の長さ（幅）およびピクセル１７１２個の高さを備え得る。
【００２８】
イメージセンサ２１４は、イメージセンサ２１４に入射する光１５５（図２の破線で示される）を、各ピクセルにおける電気信号に変換することによって対象被写体の画像を取り込む。電気信号は、接続２１８を介してＡＦＥ２１１に転送される。ＡＦＥ２１１は通常、イメージセンサ２１４から受け取ったアナログ信号をデジタル信号に変換し、画像処理のために接続２２１を介してイメージデータを含むデジタル信号をＡＳＩＣ２１２に供給するアナログ／デジタルコンバータを備える。
【００２９】
本体１１０は、画像ディスプレイ１１６、ディスプレイコントローラ２２６、およびユーザインタフェース２６０等の操作者インタフェースをさらに備える。ＡＳＩＣ２１２は、接続２２３を介して画像情報をディスプレイコントローラ２２６に提供し、ディスプレイコントローラ２２６は画像情報を処理し、接続２２７を介してディスプレイ１１６に転送する。ＡＳＩＣ２１２は接続２６５を介してユーザインタフェース２６０と通信する。図２に示すように、ユーザインタフェース２６０はシャッタ機構１１２および位置制御部１２０を備える。代替の実施形態（図示せず）では、ユーザインタフェース２６０は、カメラ１００の操作者が様々なコマンドを入力できるようにする押しボタン、スイッチ等をさらに備え得る。
【００３０】
ＡＳＩＣ２１２はまた、接続２２３を介して表示データをディスプレイコントローラ２２６に送る。ディスプレイコントローラ２２６は、たとえば、ＮＴＳＣ／ＰＡＬ（national television system committee/phase alternate line）エンコーダであることができるが、用途に応じて、表示データを表示する他の規格を使用してもよい。ディスプレイコントローラ２２６は、ＡＳＩＣ２１２からの表示データを、接続２２７を介して画像ディスプレイ１１６に転送可能な信号に変換する。画像ディスプレイ１１６は、たとえば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や他のディスプレイであることができ、取り込まれた画像をカメラ１００の操作者に表示する。代替のモードでは、画像ディスプレイ１１６にはカメラ設定情報、設定メニュー、および他の情報が提供される。
【００３１】
ＡＳＩＣ２１２はまた、接続２３３を介して外部メモリインタフェース２３２とも通信する。外部メモリインタフェースは、画像情報を外部メモリ装置２３５に記憶すると共に、外部メモリ装置２３５から画像情報を検索することができる。外部メモリ装置２３５は、取り込まれた画像のデジタル表現をカメラ１００から転送する構成を提供する。カメラ１００の代替の実施形態（図示せず）は、画像データ処理装置に通信可能に結合されたケーブルおよびドッキングステーションへの直接接続に適した１つまたは複数のポートを備えることができる。
【００３２】
本体１１０は、発熱要素付近にそれぞれ配置された複数の温度センサ２１６、２１９、２２９、２７４、２８４をさらに備える。たとえば、温度センサ２１６はイメージセンサ２１４付近に配置され、温度センサ２１９は、ＡＳＩＣ２１２付近に配置され、温度センサ２２９は画像ディスプレイ１１６付近に配置される。温度センサ２７４は本体１１０内のフォーカスサブシステム構成要素付近に配置される。温度センサ２８４は本体１１０内のズームサブシステム構成要素付近に配置される。代替の実施形態では、本体１１０内に配置された単一の温度センサを使用して、カメラ１００の内部温度を求めることができる。特定の実施形態に関係なく、温度センサ２１６、２１９、２２９、２７４、および２８４はそれぞれ、ダイオード、トランジスタ、サーミスタ、またはそれぞれの温度に応じて変化する１つまたは複数の電気的特性を有する他のデバイスであることができる。したがって、温度センサ２１６、２１９、２２９、２７４、および２８４はそれぞれ、ＡＳＩＣ２１１内で本体１１０内の局所温度表現に変換することができる信号を供給する。
【００３３】
本体１１０内のフォーカスサブシステム構成要素は、フォーカス制御部２７０およびステップモータ／ドライバ２７２を備える。本体１１０内のズームサブシステム構成要素は、ズーム制御部２８０およびＤＣモータ／ドライバ２８２を備える。フォーカスサブシステム構成要素は、イメージセンサ２１４に入射した光に応答する画像情報を受け取る。図２の実施形態に示すように、フォーカス制御部２７０は接続２７１を介してイメージセンサ２１４に結合される。フォーカス制御部２７０は、接続２７３を介して制御信号をステップモータ／ドライバ２７２に供給し、ステップモータ／ドライバ２７２はリンク１５３を介してフォーカス機構２５２に機械的に結合される。
【００３４】
同様に、ズームサブシステム構成要素は、イメージセンサ２１４に入射した光に応答する画像情報を受け取る。ズーム制御部２８０は接続２８１を介してイメージセンサ２１４に結合される。ズーム制御部は接続２８３を介して制御信号をＤＣモータ／ドライバ２８２に供給し、ＤＣモータ／ドライバ２８２はリンク２５５を介してズーム機構２５４に機械的に結合される。
【００３５】
ＡＳＩＣ２１２はカメラ１００の様々な機能を制御し調整する。ＡＦＥ２１１から画像情報を受け取り、ディスプレイコントローラ２２６および画像ディスプレイ１１６を介して画像情報およびメニュー情報を提供し、外部メモリインタフェース２３２を介して画像情報を記憶し、ユーザインタフェース２６０を介して操作者入力を受け取し、そしてフォーカスサブシステムおよびズームサブシステムの動作を調整することに加えて、ＡＳＩＣ２１２は、ＡＳＩＣ２１２内のファームウェア（図示せず）または内部メモリ２４０に備わっているソフトウェア内に備わっている実行可能命令を処理または実行する。
【００３６】
図２に示すように、内部メモリ２４０は伝熱モデル２４５、レンズアセンブリ較正温度２４２、および温度オフセット２４４を備える。伝熱モデル２４５は、レンズアセンブリ１５０に対する本体１１０内の発熱要素の加熱効果の数学的シミュレーションを提供する。たとえば、レンズアセンブリ１５０が、ＡＳＩＣ２１２、イメージセンサ２１４、画像ディスプレイ１１６、またはカメラ１００内の他の発熱源等、本体１１０内の電子構成要素が発生する熱を吸収すると、レンズアセンブリ１５０内の構成要素の相対位置が、レンズアセンブリ１５０の温度変化に比例して変化する。カメラ１００内で発生する熱量は、発熱源の数およびこういった発熱源が動作する時間の長さに関連する。各発熱源の動作状態はＡＳＩＣ２１２によって監視され、ＡＳＩＣ２１２はまた、熱源が動作している時間量、すなわち熱源が節電モードに入る、または作動停止してからの時間量も監視する（クロック２２０を使用して）。
【００３７】
伝熱モデル２４５は、式２４７、係数２４９、および時定数２５１もさらに備える。レンズアセンブリ較正温度２４２は、本体１１０内のフォーカスサブシステム構成要素、リンク１５３、およびフォーカス機構２５２の組み合わせがカメラ１００の製造時に較正されたときに記録される温度である。温度オフセット２４４は、周囲温度と、発熱要素の現在のオン／オフ状態が十分な時間長にわたって一定のままである場合にレンズアセンブリ１５０が到達することになる温度との間の差である。
【００３８】
以下さらに詳細に説明するように、ＡＳＩＣ２１２は、クロック２２０、オン／オフ状態モニタ２３０、伝熱モデル２４５、１つまたは複数の感知された温度、レンズアセンブリ較正温度２４２、および温度オフセット２４４からの情報を使用して、レンズアセンブリの温度を推定する。クロック２２０は時間を正確にトラックし続ける。ＡＳＩＣ２１２は、発熱要素（たとえば、イメージセンサ２１４、ＡＳＩＣ２１２、本体１１０内のフォーカスおよびズームサブシステム要素、および画像ディスプレイ１１６）の各状態変化に正確なタイムスタンプを割り付ける。オン／オフまたは節電モード動作状態の変化は、オン／オフ状態モニタ２３０により記録される。オン／オフ状態モニタ２３０は、状態識別子および要素識別子を記録する。ＡＳＩＣ２１２は、発熱要素およびそれぞれの動作状態の組み合わせに応じて、適切な時定数を内部メモリ２４０に記憶するものとして選択する。ＡＳＩＣ２１２は適切な時定数を式２４７に適用して、レンズアセンブリ１５０の現在の温度を推定する。
【００３９】
レンズアセンブリ１５０の加熱および冷却をシミュレートする伝熱モデル２４５は、一次の時定数を使用してレンズアセンブリの温度の変化率を近似する。カメラ１００内の発熱源および熱源の動作状態の各組み合わせに対応して別個のカメラ時定数が求められる。加熱中、時定数を使用して、デジタルカメラ１００およびカメラ１００を取り巻く環境が変わらないままである場合に熱源付近で到達するであろう最終温度を求める。温度センサ（たとえば、温度センサ２１６）または温度センサの組み合わせは、本体１１０内の実際の温度に関連する情報を提供する。クロック２２０およびオン／オフ状態モニタ２３０は、発熱要素の動作状態および最後の変更からの持続時間に関連する情報を提供する。
【００４０】
以下の変数および定数が、伝熱モデル２４５の一部を成す式２４７で使用される。ＳOFFは、カメラ１００がオフになったとき、または節電モードに入ったときに本体１１０内で記録される温度である。ＳONは、カメラ１００がオンになった、または電力消費モードに入ったときに本体１１０内で記録される温度である。ＳSHUTTERは、シャッタ１１２がカメラ１００の操作者によって作動させられたときに本体１１０内で記録される温度である。ＬOFFは、カメラ１００がオフになった、または節電モードに入ったときのレンズアセンブリ１５０の推定温度である。ＬONは、カメラ１００がオンになった、または電力消費モードに入ったときのレンズアセンブリ１５０の推定温度である。ＴOFFSETは、周囲温度と、カメラ１００が完全に温まったときの本体１１０内の温度の差を表す定数である。ＨＰＣは、周囲温度と、カメラが完全に温まったときのレンズアセンブリの温度との間の差をＴOFFSETで除算したものを表す定数である。ＦＣは、フォーカスサブシステムが較正されたときのレンズアセンブリの温度からの１度のレンズアセンブリ温度の変化を補償するために必要なフォーカスサブシステムの移動（すなわち、ステップ）数を表す定数である。ＬＴＣはレンズアセンブリ時定数である。ＬＴＣは、周囲温度を一定に保持しながら代表的なレンズアセンブリまたは所定のレンズアセンブリの温度を測定することによって経験的に求めることができる。ＬＴＣは他の伝熱モデルまたはシミュレーションによって計算することができる。ＣＴＣはカメラ時定数である。ＣＴＣは、本体１１０内の発熱要素の既知の動作状態を保持し、かつ周囲温度を一定に保持しながらカメラ本体１１０の温度を測定することによって経験的に求めることができる。発熱要素の動作状態の各組み合わせに対するＣＴＣは、他の伝熱モデルまたはシミュレーションを使用してカメラ本体１１０用に計算することができる。
【００４１】
伝熱モデル２４５の一実施形態によれば、カメラ１００がオフになる都度、ＡＳＩＣ２１２は第１の時間（時刻）Ｔ1を記憶し、カメラ１００の内部温度ＳOFFを記録する。その後、カメラ１００の操作者がカメラをオンにすると、ＡＳＩＣ２１２は第２の時間（時刻）Ｔ2を記憶し、カメラ１００の内部温度ＳSTARTを記録する。２つ以上の温度センサが本体１１０内で利用可能な場合は、ＳOFFおよびＳSTARTは複数の温度センサの数学的組み合わせ（たとえば、平均、加重平均等）とすることができる。時間Ｔ2における周囲温度（ＴAMBIENT）は、以下の式を使用して推定される。
【００４２】
【数１】
2005196173.tif 000003
【００４３】
レンズ温度ＬSTARTは、以下の式を使用して推定される。
【００４４】
【数２】
2005196173.tif 000004
【００４５】
時間Ｔ3において、操作者はシャッタ１１２を押下する。カメラ１００はこれに応答して、カメラ１００が現在の状態で仮に際限なく動作し続けた場合に内部温度センサ（複数可）が到達するであろう温度ＳTFINALを計算する。Ｔ3における内部温度センサ（複数可）がＳSHUTTERとして記録される。伝熱モデル２４５によれば、ＳTFINALは以下の式のように計算される。
【００４６】
【数３】
2005196173.tif 000005
【００４７】
次いで、周囲温度ＴAMBIENT2が以下の、
ＴAMBIENT2＝ＳTFINAL−ＴOFFSET                                （式４）
を使用して推定される。レンズ温度は、以下の、
ＬFUTURE＝ＴAMBIENT2＋（ＳSHUTTER−ＴAMBIENT2）×ＨＰＣ      （式５）
のように計算される将来レンズ温度ＬFUTUREに向かって上昇する。次いで、時間Ｔ3におけるレンズ温度が以下の式を使用して推定される。
【００４８】
【数４】
2005196173.tif 000006
【００４９】
次いで、時間Ｔ3における推定レンズ温度を使用して、以下の、
ＳＴＥＰＳ＝ＦＣ×（ＬEST−ＬCAL）                                （式７）
で表されるようにレンズアセンブリ１５０における温度に起因するフォーカスエラーを考慮して（補正するために）フォーカス制御部２７０に適用すべきフォーカスステップ数を求める。
【００５０】
図２に示す実施形態では、ＡＳＩＣ２１２は推定レンズアセンブリ温度をエラー補正発生器（ＥＣＧ）２１５に提供し、エラー補正発生器２１５は、式７によって得られるステップ数に従って、エラー補正信号をフォーカス制御部２７０に供給して、レンズアセンブリ１５０内の温度に起因するフォーカスエラーを補正する。エラー補正信号は、レンズアセンブリ１５０の構成要素がフォーカス動作中に移動するステップ数を低減し、ひいてはフォーカス時間を短縮し、レンズアセンブリ１５０を適宜位置決めして、カメラ１００から様々な距離にある対象被写体に正確なフォーカスを提供することができる。
【００５１】
レンズアセンブリの温度を推定するシステムは、図２の機能ブロック図に示される要素の特定の配置に限定されない。たとえば、カメラ１００は単一のＡＳＩＣ２１２と共に示されているが、さらなるプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、およびＡＳＩＣを備えることができる。さらに、ＡＳＩＣ２１２は、図示または説明を簡潔にするために省略された他の要素も備えることができる。さらに、カメラ１００は、本明細書に特に説明していない様々なタイプのメモリを採用することができる。たとえば、カメラ１００は、たとえばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、およびフラッシュメモリ等であるがこれらに限定されない揮発性メモリ要素および／または不揮発性メモリ要素を備えることができる。さらに、メモリ要素はカメラ１００の内部にあっても、または取り外し可能なメモリ媒体であってもよく、またカメラ１００内の様々な要素にわたって分散したメモリを備えてもよい。このようなメモリタイプはすべて使用可能であり、レンズの温度を推定するシステムの範囲内にある。
【００５２】
図３〜図７に示す流れ図中のいずれのプロセス説明またはブロックも、関連するプロセス中の論理機能またはステップを表すものとして理解されるべきである。代替の実施態様は、レンズアセンブリの温度を推定する本方法の範囲内に包含される。たとえば、機能は、関わる機能に応じて略同時または逆順を含め、図示または考察された順序から順不同に実行することができる。
【００５３】
図３は、図１および図２のカメラのレンズアセンブリに対しての経時にわたる伝熱影響をモデリングする方法３００の一実施形態を示す流れ図である。方法３００はブロック３０２で始まり、図示のように、レンズアセンブリ１５０のフォーカス機構は較正温度で較正される。ブロック３０４において、レンズアセンブリ温度オフセットが導き出される。これは、レンズアセンブリの温度を変化させ、カメラ１００の本体１１０内に配置されたイメージセンサに入射する光をフォーカスすることに寄与するレンズ構成要素に対する対応する影響を求めることによって実現することができる。ブロック３０６において、カメラ本体の時定数が、カメラ１００の本体１１０内の発熱要素の各組み合わせについて導き出される。その後、ブロック３０８に示すように、レンズアセンブリおよびカメラ本体の時間定数に応答する伝熱モデルが作成されて、時間経過に伴うレンズアセンブリに対する温度影響を記述する。ブロック３１０において、レンズアセンブリのフォーカス機構での温度に起因するエラー（誤差）が、レンズアセンブリの予想される熱動作範囲にわたって求められる。
【００５４】
ブロック３０８において作成された伝熱モデルを使用して、カメラ１００の本体１１０内の発熱要素のオン／オフ状態、そして最後にオン／オフ（または節電モード）状態が変化してからの経過時間に応じてレンズアセンブリ１５０の温度を推定することができる。レンズアセンブリの温度が求められると、範囲内（焦点調節範囲内）の位置およびフォーカス機構に適用されるフォーカス調整ステップ数を適宜調整することにより、その温度でのフォーカス機構に対する温度に起因するエラーを補正することができる。
【００５５】
図４は、図１および図２のカメラに結合されたレンズアセンブリの現在の温度を求める方法４００の一実施形態を示す流れ図である。方法４００はブロック４０２で始まり、温度がカメラ１００の本体１１０内の或る位置で感知される。ブロック４０４において、カメラ１００は、カメラ１００の本体１１０内の発熱要素のオン／オフ動作状態変化の発生およびその持続時間を監視する。ブロック４０６において、カメラ１００は、感知された温度およびカメラ１００の本体１１０内の発熱要素のオン／オフ動作状態の持続時間に応答して、カメラ本体１１０に結合されたレンズアセンブリ１５０の現在の温度を求める。
【００５６】
図５は、レンズアセンブリの現在の温度に従って温度に起因するフォーカスエラーを補正する方法５００の実施形態を示す流れ図である。方法５００はブロック５０２で始まり、カメラ１００は、カメラ１００の本体１１０内の少なくとも１つの発熱要素付近の或る位置での温度を感知する。ブロック５０４において、カメラ１００は、カメラ１００の本体１１０内の少なくとも１つの発熱要素のオン／オフ動作状態の発生および持続時間を監視する。これは、クロック２２０（図２）に応答してタイムスタンプを記録し、少なくとも１つの発熱要素の現在の動作状態（すなわち、オン／オフまたは節電モード）に応答する状態識別子を記録し、また要素識別子を記録することによって実現することができる。
【００５７】
ブロック５０６において、カメラ１００は感知された温度、カメラ１００の本体１１０内の少なくとも１つの発熱要素のオン／オフ動作状態の発生および持続時間を使用して、カメラ１００の本体１１０に結合されたレンズアセンブリ１５０の現在の温度を求める。その後、ブロック５０８に示すように、カメラ１００は、レンズアセンブリ１５０の現在の温度に従って、温度に起因するフォーカスエラーを補正する。
【００５８】
図６は、発熱要素がレンズアセンブリを加熱している場合にフォーカス機構への適用すべき焦点調節域を求める方法６００の一実施形態を示す流れ図である。図６を参照すると、方法６００では、カメラ１００がオフ位置に設定された（または節電モードに入る）直後に開始され、カメラ１００が、発熱要素（複数可）が冷却するに十分な時間期間オフであったものと想定している。ブロック６１０において、現在の時刻Ｔ1が内部クロック２２０（図２）から得られ、現在のセンサ温度ＳOFFが温度センサ２１６、２１９、２２９、２７４、２８４（図２）の１つまたは複数から得られる。
【００５９】
２つ以上の発熱要素がアクティブ化する場合、温度は対応する温度センサから記録される。これら温度値は内部メモリ２４０に記憶され、カメラ１００のＳOFFを求める際に使用される。いくつかの実施形態では、ＳOFFはイメージセンサ２１４付近のセンサ２１６によって記録される温度である。他の実施形態では、ＳOFFは、カメラ１００の発熱要素に関連する感知温度の様々な組み合わせの加重平均値である。
【００６０】
ブロック６２０において、カメラ１００が起動する。カメラ１００が起動すると、現在の時刻Ｔ2が内部クロック２２０（図２）から得られ、温度ＳSTARTが、時刻Ｔ2における温度センサ２１６、２１９、２２９、２７４、２８４の１つまたは複数に応じて得られる。時刻Ｔ2および温度ＳSTARTは内部メモリ２４０（図２）においてソートされる。
【００６１】
ブロック６２２において、周囲温度は式１を使用して推定される。ブロック６２４において、レンズ温度ＬSTARTが式２を使用して計算される。カメラ１００が比較的長い時間期間にわたって非アクティブ化またはオフになると、時間差Ｔ2−Ｔ1は大きくなり、式２は簡易化されて、周囲温度に等しいレンズ温度ＬSTARTをもたらす。したがってこの例では、レンズ温度ＬSTARTは周囲温度に等しい。
【００６２】
ブロック６３０において、カメラ１００の操作者はシャッタを半押ししてフォーカス制御部２７０、ステップモータ／ドライバ２７２、フォーカス機構２５２、およびイメージセンサ２１４をアクティブ化させて、レンズアセンブリフォーカス動作を実行する。このときに、カメラ１００内の発熱要素が動作しており、熱を発生していると想定する。ブロック６３２において、レンズは式５に従って将来レンズ温度に向けて徐々に温まる。式５はブロック６２２において求められた周囲温度を使用する。ブロック６３４において、推定レンズ温度が式６を使用して計算される。レンズアセンブリ１５０内の構成要素間の関係を変化させたり、レンズアセンブリ１５０のフォーカス動作を変化させたりする際の程度を、推定レンズ温度を使用して求める。
【００６３】
ブロック６３６において、式７を用いて補正係数を計算する。この補正係数は、ブロック６３４で求められた推定温度と較正温度（すなわち、フォーカス制御部２７０が製造中に較正されたときのレンズアセンブリ１５０の温度）の間の差を補償するために、フォーカス制御部２７０がステップモータ／ドライバ２７２にレンズアセンブリ１５０（図２）のフォーカス機構２５２を調整するよう指示する際の程度を表す。この補正係数は補正信号としてＡＳＩＣ２１２内のエラー補正発生器（ＥＣＧ）２１５からフォーカス制御部２７０（図２）に供給される。ブロック６３８において、フォーカス制御部２７０により指示されるステップモータ／ドライバ２７２は、フォーカス機構２５２を操作する際に補正信号を機械的な移動に変換する。
【００６４】
図７は、カメラが電源オフまたは節電モードの後で画像の撮像に使用される場合にフォーカス機構への適用に適すべき焦点調節範囲を求める方法７００の実施形態を示す流れ図である。図７では、カメラ１００がオンまたは起動された後、非アクティブ化されてまだ間がなく、冷却し始めている状態を想定している。ブロック７０２において、カメラ１００はオフに切り替えられる、または節電モードになる。ブロック７０４において、現在の（暖かい）レンズ温度が式５および式６を使用して計算される。現在のレンズ温度は内部メモリ２４０（図２）に記憶される。
【００６５】
次に、ブロック７０６において、現在の時刻Ｔ4およびセンサ温度ＳOFFが内部クロック２２０および温度センサ２１６、２１９、２２９、２７４、２８４それぞれから得られる。現在の時間およびセンサ温度もまた内部メモリ２４０に記憶される。
【００６６】
ブロック７０８において、カメラ１００は時刻Ｔ5においてオンに切り替えられる、または高電力消費モードになる。ブロック７１０において、現在の（冷たい）レンズ温度が式２を使用して計算される。現在のレンズ温度は、他の時間および温度と共に内部メモリ２４０に記憶される。ブロック７１２において、周囲温度が、式１における時刻Ｔ2とＴ1との間の差を、時刻Ｔ5とＴ4との間の差に置き換えて、式１を使用して推定される。次に、ブロック７１４において、プロセスは、カメラ１００の操作者からの入力に従って図６の流れ図中のブロック６１０または６３０のいずれかに戻る。
【００６７】
図８Ａおよび図８Ｂは、カメラ１００（図１および図２）の本体１１０内で感知された温度およびカメラ本体１１０に結合されたレンズアセンブリ１５０の推定温度と時間との間の関係の経験的結果のサンプルを示すプロットである。図８Ａでは、プロット８００は、発熱要素がアクティブ化した後の６０分間にわたるカメラ１００の本体１１０内からの測定温度およびレンズアセンブリ１５０の推定温度を示す。図８Ａでは、プロット８００は、状態変化を生じた（すなわち、発熱要素が「オン」になった）後の経過時間が横軸に示され、右に向かうにつれて値が増加している。また、縦軸には摂氏温度を表し、横軸から上に向かうにつれて値が増加している。図示のように、曲線８０２で示されるレンズの温度は周囲温度８０８で始まり、曲線８０４で示されるセンサ温度と周囲温度の間にある。プロット８００に示すように、レンズアセンブリ１５０に対する温度影響は、カメラ１００の本体１１０内の発熱要素がアクティブ化された後の６０分全体にわたって略一定である。プロット８０２は、最初の６０分にわたり、レンズアセンブリ１５０の温度がおよそ摂氏１２度上がることを示す。
【００６８】
図８Ｂでは、プロット８２０は、状態変化を生じた（すなわち、発熱要素が「オフ」になった）後の経過時間が横軸に示され、右に向かうにつれて値が増加している。また、縦軸にはカメラ例１００の摂氏温度を表し、横軸から上に向かうにつれて値が増加している。プロット８２０において、時刻Ｔ0（すなわち、時間＝０分）において、曲線８２２で表されるセンサ温度は曲線８２４で表されるレンズ温度よりもはるかに高い。しかし、時間が過ぎるにつれて、センサ温度８２２およびレンズ温度８２４は、両方が周囲温度に近づくにつれて等しくなる傾向がある。プロット８２０に示すように、レンズアセンブリ１５０に対する温度影響の大きさは、カメラ１００の本体１１０内の発熱要素が非アクティブ化されてから最初の３０分にわたって大きい。プロット８２０は、レンズアセンブリ１５０の温度が最初の３０分にわたっておよそ摂氏１２度下がることを示す。
【００６９】
レンズの温度を推定するカメラおよび方法の様々な実施形態について説明したが、当業者には、はるかに多くの実施形態および実施態様が、レンズアセンブリの温度を推定するカメラおよび関連する方法の範囲内で可能であることが明らかであろう。このような変更形態および変形形態はすべて本明細書に包含されると意図され、添付の特許請求項によって保護される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】カメラを示す斜視図である。
【図２】図１のカメラの実施形態を示す機能ブロック図である。
【図３】図１および図２のカメラのレンズアセンブリ上の経時にわたる伝熱影響をモデリングする方法の一実施形態を示す流れ図である。
【図４】図１および図２のカメラに結合されたレンズアセンブリの現在の温度を求める方法の一実施形態を示す流れ図である。
【図５】レンズアセンブリの現在の温度に従って温度に起因するフォーカスエラーを補正する方法の一実施形態を示す流れ図である。
【図６】発熱要素がレンズアセンブリを加熱している場合にフォーカス機構への適用に適した被写界深度を求める方法の一実施形態を示す流れ図である。
【図７】カメラが、電源遮断後、または節電モード後に画像の取り込みに使用される場合にフォーカス機構への適用に適した被写界深度を求める方法の一実施形態を示す流れ図である。
【図８Ａ】カメラの本体内で感知された温度およびカメラ本体に結合されたレンズアセンブリの推定温度と時間との間の関係の経験的結果のサンプルを示すプロットである。
【図８Ｂ】カメラの本体内で感知された温度およびカメラ本体に結合されたレンズアセンブリの推定温度と時間との間の関係の経験的結果のサンプルを示すプロットである。
【符号の説明】
【００７１】
１００  カメラ
１１０  本体
１１２  シャッタ機構
１１６  画像ディスプレイ
１２０  位置制御部
１５０  レンズアセンブリ
２１４  イメージセンサ
２１６、２１９、２２９、２７４、２８４  温度センサ
２２０  クロック
２２６  ディスプレイコントローラ
２３０  オン／オフ状態モニタ
２３２  外部メモリインタフェース
２３５  外部メモリ
２４０  内部メモリ
２４２  レンズアセンブリ較正温度
２４４  温度オフセット
２４５  伝熱モデル
２４７  式
２４９  係数
２５１  時定数
２５２  フォーカス機構
２５４  ズーム機構
２６０  ユーザインタフェース
２７０  フォーカス制御部
２８０  ズーム制御部
２７２  ステップモータ／ドライバ
２８２  ＤＣモータ／ドライバ
【図１】
2005196173.tif 000007
【図２】
2005196173.tif 000008
【図３】
2005196173.tif 000009
【図４】
2005196173.tif 000010
【図５】
2005196173.tif 000011
【図６】
2005196173.tif 000012
【図７】
2005196173.tif 000013
【図８Ａ】
2005196173.tif 000014
【図８Ｂ】
2005196173.tif 000015