(57)【要約】【課題】  ズームカメラの高倍率ズーム時、高温あるいは低温環境下においてピントが不安定となる問題を生じた。【解決手段】  高温あるいは低温環境下でズームカメラをズームアップする場合、ズーム倍率が高くなる程、高温あるいは低温になる程、絞り制御を加え、被写界深度を深くすることにより、ピントの合う範囲を確保する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ズーム調整機構と絞り調整機構とフォーカス調整機構を有する光学系と、前記光学系を透過する光を電気変換する撮像素子と、前記撮像素子の出力を所定値に増幅する自動利得制御回路と、トレースカーブを用いてピント調整を行うマニュアルフォーカス機能を有するズームカメラであって、
装置温度を検出する温度測定手段を有し、
前記温度測定手段による検出温度が、第一の設定値以上、あるいは、前記第一の設定値とは異なり前記第一の設定値より低い第二の設定値以下であり、かつ、前記マニュアルフォーカス機能におけるズーム倍率が所定倍率以上である場合、前記絞り調整機構の絞り値を大きくする制御手段を有することを特徴とするズームカメラ。
【請求項２】
請求項１記載のズームカメラであって、
前記制御手段は、
前記絞り調整機構の絞り値F、自動利得制御回路の利得倍率A、電子シャッター速度Sと最終出力映像信号照度Ｘの間に、Ｘ×Ａ×S×F-2=定数の関係を有し、かつ、前記マニュアルフォーカス機能におけるズーム倍率と相関を有する制御を行うことを特徴とするズームカメラ。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２いずれか一項に記載のズームカメラであって、
前記制御手段は、
前記温度測定手段による検出温度と前記絞り調整機構の絞り値Fに相関を有する制御を行うことを特徴とするズームカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高倍率ズームカメラの露出制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ズームカメラは大きく分けて２種類のレンズを持っている。一つは、CCD撮像面に結像される画像の大きさを決定するズームレンズ、もうひとつはCCD撮像面に結像される画像のピントを調整するフォーカスレンズである。また、ズームレンズ変倍動作時のフォーカスレンズのピント調整には、オートフォーカス機能とマニュアルフォーカス機能の２種類がある。
【０００３】
オートフォーカス機能では、ズームレンズの変倍動作時、フォーカスレンズ位置が被写体に応じて自動的に決定され、CCD撮像面に結像される画像のピントは常に合っている。これに対し、マニュアルフォーカス機能では、ズーム倍率とフォーカスレンズの移動量の関係であるトレースカーブ情報を記憶しておき、そのトレースカーブ情報に基づいてフォーカスレンズ位置を調整している。このトレースカーブは温度依存性を有しており、ズームレンズの鏡筒部の温度特性に依存する部分が多い。
【０００４】
トレースカーブの温度依存性を改良する従来例として、特開２００３−２４８１７１（特許文献１）には、課題として、「変倍撮像装置において、プラスチックレンズを用いながらも、温度変化に伴う結像位置の変動を小さくして、良好なる結像性能を維持する。」と記載し、解決手段として、「４群構成からなる変倍撮像装置であって、第３群に正の屈折力であり、屈折率の温度係数が負であり、かつ所定の焦点距離のプラスチックレンズ３と、上記第３群のレンズ群と上記第１群のレンズ群間を保持する第１の保持鏡筒Ｌ１と、上記第３のレンズ群と撮像素子５間を保持する第２の保持鏡筒Ｌ２とを有し、上記レンズ群の温度変化による結像位置の変動を、所定の線膨張係数を有する保持鏡筒の温度変化に基づく伸縮量による結像位置の変動量により相殺することを特徴とする。」と記載している。
【０００５】
また、マニュアルフォーカス機能のピント調整方法の改良に関する従来例として、特開２００６−１８９５７１（特許文献２）には、課題として、「マニュアルフォーカス時に距離情報と実際のピント位置に誤差があると、特に設定可能範囲端の距離でピント合わせが不可能となる場合があるが、このような状況でもユーザーを煩わせることなくベストピントの状態を得る。」と記載し、解決手段として、「マニュアルフォーカス手段を持つ撮像装置であって、設定したフォーカス位置の周辺から合焦位置を自動的に求める自動合焦手段を持ち、フォーカス位置を所定の位置に設定した場合に該自動合焦手段によりフォーカス制御する。」と記載している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４８１７１号公報
【特許文献２】特開２００６−１８９５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、空港や港湾等の遠距離監視や河川等の防災監視等、より遠くの映像を高画質映像で監視したいという高倍率ズームレンズを搭載する監視カメラに対するニーズが高まっており、２４倍あるいは３５倍といった高倍率ズームを用いるようになっている。
【０００８】
このような高倍率ズームを用いたマニュアルフォーカス機能では、高温あるいは低温にて、従来から用いているトレースカーブだけでは、ピントボケを防ぎきれないケースを生じた。理論的には、トレースカーブの全ての温度特性を予め測定してカメラ内部に記憶しておいてフォーカス制御することでピントボケを防止可能であるが、量産製品の個々のバラツキに応じて全て温度測定して記憶させてピント制御することはコスト的にあまりにも不利であり、現実的ではない。
【０００９】
一方、無人操作を行う監視カメラでは、前記特許文献２（特開２００６−１８９５７１号公報）に示すフォーカス位置周辺の設定に無理がある。
【００１０】
これに対し、本発明では、絞りを絞ることによりピントが合う範囲（被写界深度）が深くなる現象を用いて、高温や低温における高倍率ズームにおいて、絞りを全開にするのではなく、ある程度絞り値を大きくして、自動利得制御回路（Auto Gain Control ：AGC） 114による利得倍率を増加させることにより、高倍率ズームカメラの温度起因のピントボケを大きく緩和して画質の安定化させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題の解決する為に、本発明では一例として特許請求の範囲記載の構成を用いる。具体的には、マニュアルフォーカス機能を用いた高倍率ズーム適用時、高温あるいは低温において、被写界深度を深めるように絞り制御を加えてピント余裕を持たせる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮像画像のピントボケを低減し、画質の安定化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態を図１に基づき説明する。図１は本発明の好適な実施の形態に係わるズームカメラの構成例を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、レンズユニット101は、被写体からの光束の変倍を行うバリエータレンズ群102、絞り103、ピント調節機能を備えるフォーカスレンズ群104、バリエータレンズ群102及びフォーカスレンズ群104の絶対位置を検出するフォトインタラプタなどの絶対位置検出器111、温度検出器112等にて構成される。
【００１５】
レンズユニット101の絶対位置検出器111にて検出された検出情報は、マイコン121のデータ記憶部128に記憶される。
【００１６】
また、レンズユニット101を透過した被写体からの光束をCCD等の撮像素子113にて光電変換した後、自動利得制御回路（AGC）114で最適なレベルに増幅されてA/D変換回路115によりデジタル信号に変換され、カメラ信号処理回路116に入力する。
【００１７】
カメラ信号処理回路116では、標準テレビ信号117（映像信号）に変換して出力するとともに、オートフォーカス（AF）情報とオートアイリス（AE）情報をマイコン121に出力する。
【００１８】
マイコン121内では、AEデータ処理プログラム123とAFデータ処理プログラム124にてAE情報とAF情報をAE評価値データとAF評価値データに変換する。また、マイコン121内の制御部122にて、AE評価値データ、AF評価値データの他、データ記憶部128に記憶されている絶対位置検出器111の検出情報、温度検出器112の温度情報、ズーム倍率情報、トレースカーブデータ記憶部の情報に基づいて、バリエータレンズ群102、絞り103、フォーカスレンズ群104に対するモータ駆動制御情報をモータ制御129を行うとともに、電子シャッター130、増幅器114の制御を行う。
【００１９】
モータ制御129のモータ駆動制御情報は、ズームモータ105を駆動するズームモータドライバ108、絞りモータ106を駆動する絞りモータドライバ109、フォーカスモータ107を駆動するフォーカスモータドライバ110に提供され、バリエータレンズ群102のテレまたはワイド方向への駆動、最適絞り値の設定、トレースカーブに基づくフォーカスレンズ群のピント調整を行う。
【００２０】
電子シャッター130のシャッター速度を切り換え、CCD等の撮像素子に対する露光時間を増減させることで撮像素子113上に結像される像の光量調整を行う。さらに、自動利得制御回路（AGC）114の設定によっても擬似的に光量の調整を行う。
【００２１】
図２は、従来行われている絞り103と自動利得制御回路（AGC）114の関係を示す。シャッタースピードは1/60固定として、被写体からの光量が減少するに従って絞りを開いていき（図２の縦軸Exposure F16からF1.0の方向）、撮像素子113の出力は一定となるように制御し、増幅器（AGC）114の利得倍率は一定としている。被写体からの光量がさらに減少し、絞りが開放（F1.0）に達した後は、撮像素子113の出力が減少する為、自動利得制御回路（AGC）114の利得倍率を増加させてA/D変換回路115への出力を一定にしている。実際、高倍率にズーミングする場合、狭い視野を拡大するに伴って被写体からの光量が減少し、図２に示す絞り103と自動利得制御回路（AGC）114の制御を行っている。これは、ズーム倍率127が低倍率で、レンズ温度126が常温の場合は最適な制御となる。
【００２２】
図３は、本発明における絞り103と自動利得制御回路（AGC）114の関係を示す。常温時は、図２と同じ露出制御を行い、高温、高倍率時は、マイコン121の制御部122は、次の式を満たすように制御を行う。
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x：AEデータ読み出しプログラム123から読み出したAE情報
A：自動利得制御回路（AGC）114の利得倍率
S[秒]：電子シャッター速度
F ：F値（絞り値）
図３（a）は、常温におけるF値（絞り）と自動利得制御回路（AGC）114の利得倍率の関係を示し、被写体が明るい場合は、利得倍率（A）=１、シャッター速度1/60[s]における上記（１）式を満たすF値（絞り）で露出制御を行う。被写体が暗くなるに従ってF値（絞り）を開いていき、被写体の明るさが３０以下に低下し、F値が開放状態となった場合は、利得倍率（A）を増加させて光量不足を補いA/D変換回路115への入力を一定にしている。
【００２３】
図３（b）は、高温（60℃）、ズーム倍率24倍におけるF値（絞り）と自動利得制御回路（AGC）114の利得倍率の関係を示し、被写体が明るい場合でも利得倍率（A）=２に倍加し、シャッター速度1/60[s]に据え置いて、撮像素子に到達する被写体の光量を半分とするようにF値（絞り）を調整する。この結果、被写体の明るさが１５となるまで絞り調整が可能となり、絞りにより被写界深度が深くなってピントボケが生じにくくなる。
【００２４】
図３（c）は、高温（60℃）、ズーム倍率35倍におけるF値（絞り）と自動利得制御回路（AGC）114の利得倍率の関係を示し、被写体が明るい場合でも利得倍率（A）=３とする一方、シャッター速度1/60[s]に据え置いて、撮像素子に到達する被写体の光量を１／３となるようにF値（絞り）を調整する。この結果、被写体の明るさが１０となるまで絞り調整が可能となり、絞りにより被写界深度がさらに深くなってピントボケが生じにくくなる。
【００２５】
なお、今回は自動利得制御回路（AGC）の値をAGC=1,2,3としたが、ズームカメラにのるノイズ状況によっても最適値は異なる。
【００２６】
図４は、本発明の絞り103と自動利得制御回路（AGC）114の一実施例の関係を示す。図２の従来技術では、絞り値が開放値（F=1.0）となってから自動利得制御回路（AGC）の利得倍率を増加するのに対し、図４では、絞り値が開放値となる前から自動利得制御回路（AGC）の利得倍率が増加し、絞り値と自動利得制御回路（AGC）の利得倍率の相関関係は、前記（１）式にて、x値（AEデータ読み出しプログラム123から読み出したAE情報）が一定、シャッター速度Ｓ＝１／６０秒一定として、制御されている。また、ズーム倍率が２４倍から３５倍に増加するとともに、絞り値を大きくして、被写界深度の効果を大きくしている。
【００２７】
図５は、図３に示すF値（絞り）と増幅器114の利得倍率設定のフローチャートを示す。
【００２８】
ステップ１にて、マイコン121の制御部は、AE評価値データ、温度検出器112の温度情報、ズーム倍率情報を入手する。
【００２９】
ステップ２にて、温度検出器112の温度情報が、所定の温度範囲内（例えば、０℃≦T≦６０℃）であるか否かを判定し、所定の温度範囲内であれば、ステップ５に進み、所定の温度範囲外であれば、ステップ３に進む。
【００３０】
ステップ３にて、ズーム倍率が２４倍以上か否かを判定し、２４倍未満であれば、ステップ５に進み、２４倍以上であれば、ステップ４に進む。
【００３１】
ステップ４にて、検出温度とズーム倍率から、予め設定された自動利得制御回路（AGC）114の利得倍率と絞り値を入手する。ここで、絞りは、レンズが高温であればあるほど強く絞り、レンズのズーム倍率が高倍率であればあるほど強く絞る。絞りを強く絞る率については、回路に存在するノイズとのトレードオフとなる。ノイズが多ければあまり絞ることはできないが、ノイズが少なければ多少強く絞ってもよい。
【００３２】
ステップ５にて、等倍から２４倍までは、従来の制御通り、暗い被写体を撮影する場合でも、絞りは意図的に絞らなくても大きなピントずれは起こらないことから、従来から行われている撮像素子に到達する被写体からの光束を最大限生かす自動利得制御回路（AGC）114の利得倍率と絞り値を利用する。
【００３３】
本制御によれば、高温あるいは低温での高倍率ズームを行った場合でも、トレースカーブの温度特性のバラツキに依存することなく、被写界深度を一様に深くするため、トレースカーブの温度特性のバラツキを一様に吸収することが可能となる。即ち、温度によるズームレンズとフォーカスレンズの位置関係の変化はランダムとなるが、ピントが被写体より遠くにずれている場合でも、近くにずれている場合でもピントを合わせることができる。
【００３４】
一方、本制御によれば、自動利得制御回路（AGC）114の利得倍率を強く使用するとノイズが多くなるといった欠点はあるが、これはズームカメラの電気回路的な部分の改善により改善可能である。
【００３５】
このように、本発明によれば、絞り103をやや強く絞ることによって被写界深度を深くし、トレースカーブとレンズの特性の不一致を解消してピントボケを防止し、画質の安定化を実現する。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施例を説明した。本発明によれば、２４倍あるいは３５倍といった高倍率ズーム時において、高温あるいは低温時の撮像画像のピントボケを低減し、画質の安定化を実現することができる。
【００３７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例を示すズームカメラの構成図
【図２】従来のズームカメラにおける増幅器の利得倍率と絞り値の関係を示す図
【図３】（a）本発明のズームカメラにおける、常温での増幅器の利得倍率と絞り値の関係を示す図、（b）本発明のズームカメラにおける、高温で２４倍ズームを用いた場合の増幅器の利得倍率と絞り値の関係を示す図、（c）本発明のズームカメラにおける、高温で３５倍ズームを用いた場合の増幅器の利得倍率と絞り値の関係を示す図
【図４】本発明のズームカメラにおける増幅器の利得倍率と絞り値の関係を示す図
【図５】本発明の増幅器の利得倍率と絞りの制御フローチャートの一実施例を示す図
【符号の説明】
【００３９】
101：レンズユニット、102：バリエータレンズ群、103：絞り、104：フォーカスレンズ群、111：絶対位置検出器、112：温度検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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