(57)【要約】【課題】  検出器を使用することなくズームレンズの位置を検出し得るレンズ位置検出方法を提供する。【解決手段】  予め位置を検出してある前記フォーカスレンズを任意の被写体に応じたその合焦位置に移動するとともに、前記合焦位置を中心として前記光軸方向に沿って一方向及び反対方向に移動して前記光学系の合焦範囲幅を検出する一方、前記フォーカスレンズの前記合焦位置に基づき検出した被写体までの距離をパラメータとして前記合焦範囲幅に基づき前記ズームレンズの位置を検出する。【選択図】  図１
2007219015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動レンズであるフォーカスレンズとズームレンズとを有する光学系のズームレンズ位置検出方法において、
予め位置を検出してある前記フォーカスレンズを任意の被写体に応じたその合焦位置に移動するとともに、前記合焦位置を中心として前記光軸方向に沿って一方向及び反対方向に移動して前記光学系の合焦範囲幅を検出する一方、前記フォーカスレンズの前記合焦位置に基づき検出した被写体までの距離をパラメータとして前記合焦範囲幅に基づき前記ズームレンズの位置を検出することを特徴とするレンズ位置検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載するレンズ位置検出方法において、
前記所定の合焦範囲幅は、前記光学系の合焦の程度を表わす焦点評価値を用い、この焦点評価値が所定の閾値以上である範囲の幅としたことを特徴とするレンズ位置検出方法。
【請求項３】
請求項２に記載するレンズ位置検出方法において、
前記閾値は、前記フォーカスレンズを移動しての合焦動作の際の前記焦点評価値の変化率に基づき変化させることを特徴とするレンズ位置検出方法。
【請求項４】
駆動手段の駆動により光軸方向にそれぞれ移動する可動レンズであるフォーカスレンズとズームレンズとを有する光学系と、
前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段と、
前記光学系を介して被写体を撮像するとともに前記被写体を表わす映像信号を出力する撮像手段と、
被写体までの距離をパラメータとして前記フォーカスレンズの合焦範囲幅と前記ズームレンズの位置との関係を表わすデータテーブルを記憶している記憶手段と、
前記映像信号を処理するとともに、前記駆動手段を駆動して前記フォーカスレンズの位置を前記位置検出手段で検出した後、このフォーカスレンズをその合焦位置に移動するとともに前記合焦位置を中心として前記光軸方向に沿って一方向及び反対方向に移動して前記合焦範囲幅を検出する一方、前記記憶手段が記憶しているデータテーブルを参照し、且つ前記フォーカスレンズの合焦位置に基づき検出した被写体までの距離をパラメータとして前記合焦範囲幅に基づき前記ズームレンズの位置を検出する制御手段とを有することを特徴とするカメラモジュール。
【請求項５】
請求項４に記載するカメラモジュールにおいて、
前記所定の合焦範囲幅は、前記光学系の合焦の程度を表わす焦点評価値を用い、この焦点評価値が所定の閾値以上である範囲の幅としたことを特徴とするカメラモジュール。
【請求項６】
請求項５に記載するカメラモジュールにおいて、
前記閾値は、前記フォーカスレンズを移動しての合焦動作の際の前記焦点評価値の変化率に基づき変化させることを特徴とするカメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレンズ位置検出方法及びカメラモジュールに関し、特にフォーカスレンズとともにズームレンズも有する携帯電話のカメラ、ＰＣのカメラ等、限られたスペースに設置することが要求される用途に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
ズーム機能とオートフォーカス機能を持つカメラモジュールにおいて、これらの各機能を良好に発揮させるためには、ズームレンズとフォーカスレンズとを、これらの初期位置となる基準位置を正確に把握する必要がある。このため、各レンズに対応した位置検出手段としての検出器と被検出部とを必要としている。この種の検出器としてはフォトインタラプタが汎用されており、可動レンズであるズームレンズ乃至フォーカスレンズの移動に伴い一体的に移動する前記被検出部が前記フォトインタラプタの光を遮光した時点を各基準位置として検出している。そこで、レンズの駆動機構内に、レンズと同数の検出器を設置するスペースが必要となる。
【０００３】
これに対し、カメラモジュールの省スペース化による小型化乃至低コスト化を実現すべく、検出部をズームレンズ及びフォーカスレンズで兼用する方式のものが提案されている（特許文献１参照）。これは、ズームレンズ乃至フォーカスレンズと一体的に移動する各被検出部を検出するのに時間差を設けることによりいずれのレンズが検出されているかを特定し得るようにしたものである。
【特許文献１】特開平０８−０４３７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の如く検出器を兼用する方式のものは検出器の数を削減した分だけの省スペース化は達成し得る。しかし、兼用であるため、検出器と被検出部の配置における自由度がなく設計の自由度を制限するといった、弊害が発生する。自由度が欠如すれば、無駄なスペースの発生にもつながるため、検出器の数を減らした効果が小さくなる。
【０００５】
本発明は、上記従来技術に鑑み、検出器を使用することなくズームレンズの位置を検出し得るレンズ位置検出方法及びカメラモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明に係るレンズ位置の検出原理を説明しておく。本発明は、ズームレンズの位置を検出するために、検出器を利用するのではなく、光学特性の１つである被写界深度を利用して合焦範囲幅（所定の程度以上にピントが合っている範囲）を求めるとともに、被写体までの距離をパラメータとした場合に、前記合焦範囲幅とズーム倍率とが一対一に対応することを利用してズームレンズ位置を検出するものである。この結果ズームレンズの位置検出に関する位置検出手段である検出器と被検出部とを除去し得る。
【０００７】
さらに詳言すると、被写界深度とこれを与える光学系の特性との関係は表１の通りとなる。
【０００８】
【表１】
2007219015.tif 000003
【０００９】
表１に示すように、被写界深度は当該光学系のレンズの焦点距離に関連している。ここで前記レンズの焦点距離はズーム倍率に関連しており、このズーム倍率はズームレンズのフォーカスレンズに対する位置に関連している。
【００１０】
ここで、被写界深度と合焦範囲との関係を図１に基づき説明しておく。被写界深度は、図１（a）に示すように、距離ｏｄの任意の被写体０１にカメラ０２の焦点を合わせた場合において、合焦位置０３を挟んで所定程度以上に焦点が合っている奥側（反カメラ０１側）までの距離ｏｄfと手前側（カメラ０１側）までの距離ｏｄnに基づき定義される。これを式で表せば次の通りである。
【００１１】
【数１】
2007219015.tif 000004
【００１２】
上式において、εは許容錯乱円、ｆは焦点距離，ＦはＦ値（露出）である。これらのうち、許容錯乱円εは画素サイズ等に起因する係数で、事前に設定し得る。Ｆ値（露出）Ｆはズーム倍率で変化する係数であるが、事前に算出することができる。
【００１３】
一方、合焦範囲幅は、図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）に示す合焦位置（距離ｏｄ）よりも手前側の合焦位置での被写界深度と、奥側の合焦位置での被写界深度に基づき定義される。この合焦範囲幅ΔＬpを式で表せば次の通りとなる。
【００１４】
【数２】
2007219015.tif 000005
【００１５】
ここで、Ｌp、Ｌp-、Ｌp+はフォーカスレンズの焦点位置であり、ｏｄ＝ｏｄ-f＝ｏｄ+nにそれぞれ対応させてある。
【００１６】
このように、被写界深度を利用すれば、ズーム倍率で変化するレンズ焦点距離ｆと合焦範囲幅とは、被写体までの距離ｏｄをパラメータとして一対一に対応させることができる。すなわち、被写体までの距離ｏｄが決まっている場合、フォーカスレンズに対するズームレンズの位置は合焦範囲幅を検出することにより特定し得る。ここで、被写体までの距離ｏｄは別途検出するフォーカスレンズの合焦位置に基づき決定し得る。
【００１７】
したがって、被写体までの距離ｏｄをパラメータとして合焦範囲幅とズームレンズ位置（ズーム倍率）との関係を表わすデータテーブルを予め作成しておけば、このデータテーブルを参照することによりズームレンズ位置を検出することができる。
【００１８】
図２は前記データテーブルに基づく合焦範囲幅とズームレンズ位置との関係を被写体までの距離ｏｄをパラメータとして示す特性図である。なお、同図は理想化した特性図である。すなわち、実際の光学系では、被写体までの距離ｏｄが光学系の過焦点距離の半分から無限側である時、前記距離ｏｄ+ｎは固定となる。つまり焦点距離Ｌｐ+は変化しなくなるため、合焦範囲幅ΔＬpの値の変化は焦点距離Ｌｐ-の変化のみに依存する。よって被写体までの距離ｏｄが無限側へ推移するに伴い、ズーム倍率の変化に対する合焦範囲幅ΔＬpの変化は減少する傾向となる。ただ、被写体までの距離ｏｄをパラ
メータとする合焦範囲幅とズームレンズ位置との関係は一義的に求めることができる。
【００１９】
なお、フォーカスレンズの合焦位置は、任意の被写体に対して焦点が合っている程度を数値で評価し、この場合の評価の最大値を与える位置として検出し得る。ちなみに、オートフォーカス機能を有する光学系においては合焦の程度は焦点評価値として取得することができる。
【００２０】
一方、同一のズーム倍率の場合でも、被写体の状態によって焦点評価値を表す焦点評価分布特性曲線は異なる。すなわち、被写体のコントラストが小さい場合の焦点評価分布特性曲線は図３（ａ）に示すように合焦位置を中心に左右になだらかに変化する特性となるのに対し、コントラストが大きい場合の焦点評価分布特性曲線は図３（ｂ）に示すように合焦位置を中心に左右に急激に変化する特性となる。
【００２１】
本発明の如く合焦範囲幅に基づきズームレンズ位置を検出する場合、同一ズーム倍率では被写体の如何にかかわらず、検出される合焦範囲幅が一致することが、ズームレンズ位置を高精度に検出する要件として肝要である。一致しない場合、被写体の状態によって検出するズーム倍率乃至レンズ位置が複数存在することになってしまうからである。
【００２２】
被写体の如何にかかわらず、検出される合焦範囲幅を一致させるためには合焦範囲を規定する閾値を適切に設定してやれば良い。例えば、前記フォーカスレンズを移動しての合焦動作の際の前記焦点評価値の変化率に基づき前記閾値を変化させて設定することで実現し得る。さらに詳言すると、フォーカスレンズの駆動手段をステッピングモータで形成した場合、フォーカスレンズの合焦位置に至る１パルス毎の焦点評価値の変化の割合に基づき予め求めておいた最適な閾値を設定する。ちなみに、この場合の閾値は合焦位置の焦点評価値を１００としてその何パーセントの値を閾値とするというように設定する。図３（ａ）に示す場合は、例えば閾値ＴＨ１＝９０％、図３（ｂ）に示す場合は、例えば閾値ＴＨ２＝８０％とすることで合焦範囲幅Ｗが一致するように調整する。
【００２３】
かかる原理を利用した本発明の第１の態様は、
可動レンズであるフォーカスレンズとズームレンズとを有する光学系のズームレンズ位置検出方法において、
予め位置を検出してある前記フォーカスレンズを任意の被写体に応じたその合焦位置に移動するとともに、前記合焦位置を中心として前記光軸方向に沿って一方向及び反対方向に移動して前記光学系の合焦範囲幅を検出する一方、前記フォーカスレンズの前記合焦位置に基づき検出した被写体までの距離をパラメータとして前記合焦範囲幅に基づき前記ズームレンズの位置を検出することを特徴とするレンズ位置検出方法である。
【００２４】
本態様によれば、ズームレンズの位置を検出するための位置検出手段を省略することができるので、当該光学系の設計の自由度が増し小型化、低コスト化の実現に資することができる。
【００２５】
本発明の第２の態様は、
上記第１の態様に記載するレンズ位置検出方法において、
前記所定の合焦範囲幅は、前記光学系の合焦の程度を表わす焦点評価値を用い、この焦点評価値が所定の閾値以上である範囲の幅としたことを特徴とするレンズ位置検出方法である。
【００２６】
本態様によれば、合焦範囲幅を適切且つ容易に決定することができる。
【００２７】
本発明の第３の態様は、
上記第２の態様に記載するレンズ位置検出方法において、
前記閾値は、前記フォーカスレンズを移動しての合焦動作の際の前記焦点評価値の変化率に基づき変化させることを特徴とするレンズ位置検出方法である。
【００２８】
本態様によれば、被写体の状態によらず常に適切な閾値に基づき高精度にズームレンズ位置を特定し得る。
【００２９】
本発明の第４の態様は、
駆動手段の駆動により光軸方向にそれぞれ移動する可動レンズであるフォーカスレンズとズームレンズとを有する光学系と、
前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段と、
前記光学系を介して被写体を撮像するとともに前記被写体を表わす映像信号を出力する撮像手段と、
被写体までの距離をパラメータとして前記フォーカスレンズの合焦範囲幅と前記ズームレンズの位置との関係を表わすデータテーブルを記憶している記憶手段と、
前記映像信号を処理するとともに、前記駆動手段を駆動して前記フォーカスレンズの位置を前記位置検出手段で検出した後、このフォーカスレンズをその合焦位置に移動するとともに前記合焦位置を中心として前記光軸方向に沿って一方向及び反対方向に移動して前記合焦範囲幅を検出する一方、前記記憶手段が記憶しているデータテーブルを参照し、且つ前記フォーカスレンズの合焦位置に基づき検出した被写体までの距離をパラメータとして前記合焦範囲幅に基づき前記ズームレンズの位置を検出する制御手段とを有することを特徴とするカメラモジュールである。
【００３０】
本態様によれば、ズームレンズの位置を検出するための位置検出手段を省略することができるので、当該光学系の設計の自由度が増し小型化、低コスト化の実現に資することができる。
【００３１】
本発明の第５の態様は、
上記第４の態様に記載するカメラモジュールにおいて、
前記所定の合焦範囲幅は、前記光学系の合焦の程度を表わす焦点評価値を用い、この焦点評価値が所定の閾値以上である範囲の幅としたことを特徴とするカメラモジュールである。
【００３２】
本態様によれば、合焦範囲幅を適切且つ容易に決定することができる。
【００３３】
本発明の第６の態様は、
上記第５の態様に記載するカメラモジュールにおいて、
前記閾値は、前記フォーカスレンズを移動しての合焦動作の際の前記焦点評価値の変化率に基づき変化させることを特徴とするカメラモジュールである。
【００３４】
本態様によれば、被写体の状態によらず常に適切な閾値に基づき高精度にズームレンズ位置を特定し得る。
【発明の効果】
【００３５】
上記構成の本発明によれば、ズームレンズの位置をこのズームレンズを含む光学系の被写界深度に基づく合焦範囲幅を利用して検出することができるので、ズームレンズの位置検出のための位置検出手段が必要なくなる。この結果、当該カメラモジュールの省コスト、省スペース、省電力が可能となる。さらに、部品配置の自由度も高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図４は本実施の形態に係るカメラモジュールを示すブロック線図である。
【００３７】
同図に示すように、光学系Ｉは駆動手段であるステッピングモータ１，２の駆動により光軸Ｌの方向にそれぞれ移動するフォーカスレンズ３とズームレンズ４とを有する。位置検出手段IIは、フォーカスレンズ３に一体的に取り付けた被検出部５とフォーカスレンズ３の原点である基準位置に配設した検出器６とを有しており、ステッピングモータ１の駆動によりフォーカスレンズ３とともに基準位置側に移動した被検出部５を検出器６で検出することによりフォーカスレンズ３が基準位置に占位したことを検出してこの検出信号を出力する。ここで、検出器６は従来と同様のフォトインタラプタで好適に形成することができるが、本形態では１個のみを配設すれば良いので、その配設位置の選択の自由度が大きくなる。ここで、フォーカスレンズ３の位置検出手段はフォトインタラプタに限定するものでは勿論ない。例えば、ロータリーエンコーダ等、既存の位置検出手段であれば、原則として利用することができる。
【００３８】
ＣＣＤで好適に形成し得る撮像素子７は、前記光学系Ｉを介して被写体を撮像するとともにこの被写体を表わす映像信号を出力する。
【００３９】
記憶装置８は被写体までの距離をパラメータとして前記光学系Ｉの合焦範囲幅とズームレンズ４の位置との関係を表わすデータテーブルを記憶している。具体的には図２に示す特性図の内容をデータテーブルとして記憶している。
【００４０】
制御装置９は撮像素子７の出力信号である映像信号を処理するとともに、検出器６の出力信号である検出信号を処理してフォーカスレンズ３が基準位置に占位したことを検出するとともに、ステッピングモータ１，２の駆動を制御する。さらに詳言すると、ステッピングモータ１を駆動してフォーカスレンズ３を基準位置に占位させた後、任意の被写体に応じてその合焦位置に移動するとともにこの合焦位置を中心として光軸Ｌの方向に沿って一方向である手前側及び反対方向である奥側に移動して合焦範囲幅を検出する。ここで合焦範囲幅は、所定のパラメータに基づく被写界深度を利用して前述の如き所定の演算を実行することにより容易に求めることができる。すなわち、光学系Ｉの合焦の程度を表わす焦点評価値が所定の閾値以上である範囲の幅であり、図３にＷで示す範囲である。ここで、前記閾値は、フォーカスレンズ３を移動しての合焦動作の際の前記焦点評価値の変化率に基づき適宜選定する。図３（ａ）、（ｂ）に示すように被写体の如何にかかわらず合焦範囲幅Ｗが一意に決まるようにするためである。
【００４１】
さらに、制御装置９は、記憶装置８が記憶しているデータテーブルを参照し、且つ前記基準位置を基準とするフォーカスレンズ３の合焦位置に基づき検出した被写体までの距離をパラメータとして前記合焦範囲幅に対応するズーム倍率を選択する。ズームレンズ４の位置はズーム倍率に基づき検出される。
【００４２】
図５は本形態に係るカメラモジュールの動作を示すフローチャートであり、主に制御装置９における処理手順を示している。同図に基づき当該処理手順を説明する。
１）  オートフォーカス動作によりフォーカスレンズ３をその合焦位置に占位させる(ステップ１参照)。
２）  ズームレンズ４の位置検出の開始位置、すなわちフォーカスレンズ３の合焦位置を設定する(ステップ２参照)。
３）  閾値を設定する(ステップ３参照)。これはオートフォーカス動作の際に検出した焦点評価値の変化率に応じ予め定めておいた閾値を選択することで行う。
４)  記憶装置８に記憶されているデータテーブルの一つを選択する(ステップ４参照)。これは合焦位置におけるフォーカスレンズ３の位置情報に基づき決定される被写体までの距離を特定することで、この距離を反映した合焦範囲幅を選択するための処理である。
５)  フォーカスレンズ３を合焦位置から光軸Ｌに沿う一方向である手前側に移動させるとともに、このときの焦点評価値の取得値が閾値未満になるまで同様の動作を繰り返す(ステップ５、ステップ６参照)。
６）  ステップ６の処理で取得値が閾値未満になった時点でそのときのフォーカスレンズ３の位置を手前側位置として決定する(ステップ７参照)。
７）  開始位置、すなわちフォーカスレンズ３の合焦位置へフォーカスレンズ３を移動させる(ステップ８参照)。
８)  フォーカスレンズ３を合焦位置から光軸Ｌに沿う反対方向である奥側に移動させるとともに、このときの焦点評価値の取得値が閾値未満になるまで同様の動作を繰り返す(ステップ９、ステップ１０参照)。
９）  ステップ１０の処理で取得値が閾値未満になった時点でそのときのフォーカスレンズ３の位置を奥側位置として決定し(ステップ１１参照)、その後開始位置、すなわちフォーカスレンズ３の合焦位置へフォーカスレンズ３を移動させる(ステップ１２参照)。
１０）  ステップ７及びステップ１１で決定した手前側位置及び奥側位置の情報に基づき合焦範囲幅であるＦ可能範囲を算出する(ステップ１３参照)。
１１）  ステップ４で選択したテーブルを参照して(ステップ１４参照)、ステップ１３で算出したＦ可能範囲に基づきズーム倍率を決定する(ステップ１５参照)。
１２）  ステップ１５で求めたズーム倍率に基づきズームレンズ位置を決定する(ステップ１６参照)。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明はフォーカスレンズとともにズームレンズも有する携帯電話のカメラ、ＰＣのカメラ等を製造、販売する産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の原理となる被写界深度と合焦範囲との関係を説明するための説明図である。
【図２】本発明の原理を説明するための特性図で、データテーブルに基づく合焦範囲幅とズームレンズ位置との関係を被写体までの距離ｏｄをパラメータとして示している。
【図３】焦点評価値を表す焦点評価分布特性曲線を示す特性図で、（ａ）はコントラストが小さい場合、（ｂ）はコントラストが大きい場合をそれぞれ示している。
【図４】本発明の実施の形態に係るカメラモジュールを示すブロック線図である。
【図５】図４に示すカメラモジュールの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
Ｉ      光学系
II      位置検出手段
１，２      ステッピングモータ
３      フォーカスレンズ
４      ズームレンズ
７      撮像素子
８      記憶装置
９      制御装置
【図１】
2007219015.tif 000006
【図２】
2007219015.tif 000007
【図３】
2007219015.tif 000008
【図４】
2007219015.tif 000009
【図５】
2007219015.tif 000010