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JP2004170638A - Photograph taking device - Google Patents

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JP2004170638A
JP2004170638A JP2002335515A JP2002335515A JP2004170638A JP 2004170638 A JP2004170638 A JP 2004170638A JP 2002335515 A JP2002335515 A JP 2002335515A JP 2002335515 A JP2002335515 A JP 2002335515A JP 2004170638 A JP2004170638 A JP 2004170638A
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JP
Japan
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optical element
optical system
active optical
drive signal
focus
Prior art date
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Withdrawn
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JP2002335515A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Togawa
剛 外川
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
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Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
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Priority to US10/705,239 priority patent/US20040150741A1/en
Priority to CNB2003101165183A priority patent/CN100346226C/en
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  • Lens Barrels (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photograph taking device capable of realizing accurate focus detection without depending on the luminance of a subject. <P>SOLUTION: The photograph taking device is equipped with an optical system including lenses 1a and 1b and a shape variable mirror 15 changing the shape of its reflection surface in accordance with an applied driving signal, a CCD 3 photoelectrically converting a subject image formed by the optical system, a signal processing part 5 performing specified signal processing to an imaging signal outputted from the CCD 3, a mirror control part 16 generating the driving signal applied to the mirror 15, and a CPU 11 controlling the control part 16. Before photographing, the CPU 11 controls the control part 16 so that the specified driving signal by which the focal position of the optical system is not drastically defocused may be applied to the mirror 15. Thereafter, it performs autofocus in an appropriate exposure state after performing exposure control. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像撮影装置、より詳しくは、アクティブ光学素子を含む光学系を備えた映像撮影装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光学的な被写体像を光学系によりCCDや銀塩フィルム等に結像して撮影する映像撮影装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ、銀塩カメラなど、種々のものが提案され製品化されている。
【0003】
こうした映像撮影装置は、光学系の焦点調節を自動的に行う自動焦点調節機能を備えるものが多い。
【0004】
この自動焦点調節機能は、アクティブ方式またはパッシブ方式による三角測距方式の測距センサを用いたものが各種のカメラに採用されてきたが、デジタルカメラなどの撮像素子を用いるカメラでは、撮影信号のコントラストに基づいて最適なピント位置を求めるコントラスト検出方式が多く採用されており、例えば山登り制御方式を適用して撮影レンズの位置制御がなされてきた。
【0005】
このコントラスト検出方式は、より詳しくは、被写体の映像信号における高周波成分を撮影レンズの位置に応じた評価値として抽出し、この評価値が最大となる位置に撮影レンズを制御する方式である。
【0006】
一方、印加される駆動信号に応じて、入射光の光学特性を変換した出射光を生成する機能領域が形成されたアクティブ光学素子が従来より提案されており、こうしたアクティブ光学素子としては、反射面の形状を変えることによって光学特性を変化させることが可能な形状可変ミラーが一例として挙げられる。
【0007】
このような形状可変ミラーを用いたデジタルカメラのオートフォーカスに関する技術は、例えば特開2002−229100号公報に記載されたものが挙げられ、測距動作を行った後に測光動作を行うようになっている。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−229100号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開2002−229100号公報に記載されたようなオートフォーカスの技術では、測光動作に先行して測距動作を行っているために、測距時には適切な露光状態になっておらず、特に被写体が極端に明るかったり暗かったりした場合には、コントラスト変化のピークを正確に検出することができないことがある。このときには、コントラスト検出方式による正確な測距ができず、合焦精度が低下してしまうことがあった。
【0010】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、被写体の輝度によることなく正確な焦点検出を行うことができる映像撮影装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第1の発明による映像撮影装置は、印加される駆動信号に応じて入射光の光学特性を変換した出射光を生成する機能領域が形成されたアクティブ光学素子を含む光学系と、上記光学系を経て結像された被写体像を光電変換する撮像素子と、上記撮像素子から出力される上記被写体像に係る撮像信号に対して所定の信号処理を行う信号処理手段と、上記アクティブ光学素子に印加する駆動信号を発生するアクティブ光学素子駆動手段と、上記アクティブ光学素子駆動手段を制御する制御手段と、を具備し、上記制御手段は、撮影を行うに先立って、上記アクティブ光学素子駆動手段を制御して、上記光学系の焦点位置が適宜のものとなるような所定の駆動信号を上記アクティブ光学素子に印加させるようにするものである。
【0012】
また、第2の発明による映像撮影装置は、上記第1の発明による映像撮影装置において、上記アクティブ光学素子が、反射面の形状を変えることによって光学特性を変化させることが可能な形状可変ミラーである。
【0013】
さらに、第3の発明による映像撮影装置は、上記第1の発明による映像撮影装置において、上記制御手段が、撮影を行うに先立って露光量を決定するときに、上記アクティブ光学素子駆動手段を制御して、上記所定の駆動信号を上記アクティブ光学素子に印加させるものである。
【0014】
第4の発明による映像撮影装置は、上記第1の発明による映像撮影装置において、上記制御手段が、撮影を行うに先立ってホワイトバランスを調整するときに、上記アクティブ光学素子駆動手段を制御して、上記所定の駆動信号を上記アクティブ光学素子に印加させるものである。
【0015】
第5の発明による映像撮影装置は、上記第1から第4の発明による映像撮影装置において、上記アクティブ光学素子駆動手段が、上記光学系の焦点位置が適宜のものとなるような所定の駆動信号として、最短撮影距離から無限遠までの合焦範囲の内、何れかの位置における合焦位置に対応する駆動信号を発生するものである。
【0016】
第6の発明による映像撮影装置は、上記第5の発明による映像撮影装置において、上記アクティブ光学素子駆動手段が、上記光学系の焦点位置が適宜のものとなるような所定の駆動信号として、上記合焦範囲の内、略中間に位置する合焦位置に対応する駆動信号を発生するものである。
【0017】
第7の発明による映像撮影装置は、上記第1から第4の発明による映像撮影装置において、上記光学系が、可変焦点光学系を含んで構成されたものであり、上記アクティブ光学素子駆動手段は、上記光学系の焦点位置が適宜のものとなるような所定の駆動信号として、上記可変焦点光学系が取り得る全ての焦点距離において、最短撮影距離から無限遠までの合焦範囲の内、何れかの位置における合焦位置に対応する駆動信号を発生するものである。
【0018】
第8の発明による映像撮影装置は、上記第7の発明による映像撮影装置において、上記アクティブ光学素子駆動手段が、上記光学系の焦点位置が適宜のものとなるような所定の駆動信号として、上記可変焦点光学系が取り得る全ての焦点距離において、共通に含まれる合焦範囲の内、略中間に位置する合焦位置に対応する駆動信号を発生するものである。
【0019】
第9の発明による映像撮影装置は、上記第1から第8の発明による映像撮影装置において、温度検出手段をさらに具備し、上記アクティブ光学素子駆動手段は、上記温度検出手段からの検出信号に応じて、上記駆動信号を補正するものである。
【0020】
第10の発明による映像撮影装置は、上記第1から第9の発明による映像撮影装置において、湿度検出手段をさらに具備し、上記アクティブ光学素子駆動手段は、上記湿度検出手段からの検出信号に応じて、上記駆動信号を補正するものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1から図5は本発明の一実施形態を示したものであり、図1はデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【0022】
本実施形態における映像撮影装置は、例えばデジタルカメラとなっていて、以下のような要素を含んで構成されている。
【0023】
撮像光学系(光学系)は、レンズ1aと、このレンズ1aを通過した光束を反射させるものであって電圧を印加することにより鏡面形状を変化させ得るように構成されたアクティブ光学素子たる形状可変ミラー15と、この形状可変ミラー15により反射された光束による被写体像を後述する撮像素子たるCCD3の表面に結像させるレンズ1bと、を含んで構成されている。
【0024】
なお、上記レンズ1a,1bは、CCD3のイメージエリア上に被写体像を結像させるための撮像光学系における、形状可変ミラー15以外の光学系を模式的に表したものであり、実際にはより多くの枚数のレンズ等を用いたより複雑な光学系となっている。
【0025】
絞り2は、上記撮像光学系の光路上の上記形状可変ミラー15とレンズ1bとの間に配置されていて、必要に応じて入射光の通過範囲を制限することにより、CCD3に結像される光学像の光量を制御するためのものである。
【0026】
CCD(Charge Coupled Device)3は、上記撮像光学系の作用によって結像された光学的な被写体像を光電変換して、電気的な撮像画像を撮像信号として出力する撮像素子である。
【0027】
撮像処理部4は、CDS(Correlated Double Sampling:相関二重サンプリング回路)やAGC(Automatic Gain Control:オートゲインコントロール回路)、ADC(Analog to Digital Converter)等を含んで構成されており、上記CCD3から出力された撮像画像に含まれ得るリセット雑音を除去するとともに信号レベルの調節などを行なって、アナログ信号である処理後の撮像画像をデジタル信号である撮影画像データに変換するものである。
【0028】
信号処理部5は、信号処理手段であって、上記撮像処理部4から出力される撮影画像データまたは後述する圧縮/伸張処理部6から出力される伸張処理後の撮像画像データに、ホワイトバランスやγ補正等の補正処理を施すためのものである。この信号処理部5には、さらに、撮影を行うに先立って露光量を決定し露出制御を行うためのAE(Automatic Exposure:自動露出)検波回路や、オートフォーカス制御をするためにコントラストの評価値を求めるAF(Automatic Focus:自動焦点)検波回路等の、撮影準備動作に係る回路も含まれている。
【0029】
圧縮/伸張処理部6は、上記信号処理部5から出力される撮像画像データの圧縮処理を行うとともに、後述するカードI/F7から出力される圧縮されている撮像画像データの伸張処理を行なうものである。このときの撮像画像データの圧縮/伸張処理は、例えば、JPEG(Joint Photographic Experts Group)方式によって行われるようになっている。
【0030】
カードI/F7は、このデジタルカメラと後述するメモリカード8との間で、撮像画像データの書き込みや読み出しを含む各種データの授受を行うためのインターフェースである。
【0031】
メモリカード8は、撮像画像データを含む各種データを記録して保持するためのものであり、例えば半導体を用いた記録媒体として構成されている。このメモリカード8は、デジタルカメラに対して例えば着脱可能となるように構成されている。従って、該メモリカード8は、このデジタルカメラに固有の構成要件とはなっていない。
【0032】
鏡枠制御部9は、後述する制御手段たるCPU11からの指示に従って、上記レンズ1a,1bを制御することによりズーム動作を行ったり、絞り2を制御することにより露出調節を行ったりするものである。なお、鏡枠制御部9は、光学系がズームレンズとなっていない場合や、手動のズームである場合には、絞り2の制御のみを行う。
【0033】
撮像制御回路10は、CPU11からの指示に従って、上記CCD3と撮像処理部4とによる撮像動作の制御を行なうものである。
【0034】
CPU(Central Processing Unit)11は、このデジタルカメラ全体の動作を制御するための中央演算装置であり、制御手段となっている。
【0035】
メモリ12は、このデジタルカメラ全体の動作制御を上記CPU11に行なわせるための制御プログラムが予め格納されているROM(Read Only Memory)と、上記CPU11がこの制御プログラムを実行するときの作業用記憶領域として使用されるRAM(Random Access Memory)と、を含んで構成された半導体メモリである。
【0036】
DAC(Digital to Analog Converter)13は、上記信号処理部5からデジタル信号として出力された撮像画像データをアナログ信号に変換するものである。
【0037】
液晶モニタ14は、上記DAC13から出力されたアナログの撮像画像を観察可能に表示するための表示装置である。
【0038】
ミラー制御部16は、CPU11からの指示に従って、上記形状可変ミラー15に印加する電圧(駆動信号)を変化させることにより、該形状可変ミラー15を所望の形状に変形させる制御を行なうためのアクティブ光学素子駆動手段である。
【0039】
I/F(Interface)部17は、このデジタルカメラのCPU11と後述するPC18との間でデータを授受する際の制御を司るものであり、例えばUSB(Universal Serial Bus)用のインタフェース回路を備えて構成されている。
【0040】
PC(Personal Computer)18は、例えばこのデジタルカメラの製造工程において、予め記録されるべき各種のデータをデジタルカメラに格納するためのものであり、例えば、CCD3の感度補正用のデータ等を上記メモリ12に書き込んだり、形状可変ミラー15を制御するためのデータを上記ミラー制御部16の後述するルックアップテーブルに書き込んだりするために用いられる。従って、このPC18は、デジタルカメラを構成する要素とはなっていない。
【0041】
温度センサ19は、上記CPU11の制御に基づき、このデジタルカメラが置かれた環境の温度を検出して、該CPU11に出力する温度検出手段である。
【0042】
湿度センサ20は、上記CPU11の制御に基づき、このデジタルカメラが置かれた環境の湿度を検出して、該CPU11に出力する湿度検出手段である。
【0043】
次に、上記形状可変ミラー15の構成について図2および図3を参照しながら説明する。図2は形状可変ミラー15の原理的な構成を示す分解斜視図、図3は形状可変ミラー15の原理的な構成を示す断面図である。
【0044】
この形状可変ミラー15は、上部基板15aと、この上部基板15aに周囲を保持された円形の薄膜15cと、上記上部基板15aと所定の間隔を保持しながら対向して配置される下部基板15bと、この下部基板15bに上記薄膜15cに対向するように固定して保持された複数の固定電極15dと、これら複数の固定電極15dにそれぞれ電気的に接続されていて上記ミラー制御部16から供給される電圧をこれらの固定電極15dに各印加するべく該下部基板15bに配設された端子15eと、を有して構成されている。
【0045】
上記薄膜15cは、図2および図3における上面側に導体であるアルミ等がコーティングされた有機膜であり、これら図2および図3における上方から入射する光を反射するものとなっている。また、有機膜にコーティングされたアルミ等は、グランドに接続されている。
【0046】
上記固定電極15dは、図2に示す例においては、中央部の円形をなす電極と、この中央部の電極の周囲のリング状部分を4等分する4つの電極と、の合計5つの電極を有するものとして構成されている。
【0047】
この固定電極15dの構造に対応して、端子15eも、それぞれの電極に電圧V1 ,V2 ,V3 ,V4 ,V5 をそれぞれ供給するための5つの端子を有して構成されている。
【0048】
なお、上部基板15aと下部基板15bとの間隔は、図示しないスペーサを間に挟み込む等により一定となるように保持されている。
【0049】
このような形状可変ミラー15の作用は次のようになっている。
【0050】
上記端子15eを介して固定電極15dに各電圧V1 ,V2 ,V3 ,V4 ,V5 を供給し薄膜15cと固定電極15dとの間に電位差を与えると、固定電極15dと薄膜15cとの間に引き合う方向のクーロン力が発生するが、固定電極15dは下部基板15bに固定されているために、薄膜15cのみが固定電極15d側に引き寄せられることになる。
【0051】
このとき、薄膜15cの周縁部は上部基板15aに固定されているために、薄膜の中央部が最も固定電極15dに近接するような緩やかな凹面状に変形することになる。これにより、薄膜15cの図2および図3における上面にコーティングされたアルミ面が凹面状の反射面(ミラー面)となって、パワーを備えた光学面として機能することになる。
【0052】
このように、アクティブ光学素子たる形状可変ミラー15は、印加される駆動信号に応じて、入射光の光学特性を変換した出射光を生成する機能領域が形成されたものとなっている。
【0053】
このとき、上述したように薄膜15cを変形させても、該変形により音が発生することは殆どなく、さらに、この変形を行うための電力や、該変形状態を保持するために必要な電力もごくわずかなものとなっている。
【0054】
上述のような原理的な構成において、固定電極15dの分割の仕方や分割された各々の形状を工夫することにより、また、固定電極15dの各々に与える電位を適切に制御することにより、薄膜15cの形状(曲率などを含む)を所望の形状に変形させることが可能となる。このときには、ミラーの形状を一定の曲率の形状(球面)に変化させるだけでなく、回転楕円面や回転放物面、あるいはさらに複雑な自由曲面に変化させるようにすることも可能である。
【0055】
こうした光学系内のレンズの曲率を変化させるのと同等の効果を奏する形状可変ミラー15の曲率の変化により、本実施形態では、以下に説明するように、フォーカシングの機能を実現させるようにしている。
【0056】
上記形状可変ミラー15は、一般的なデジタルカメラにおいては例えば直径8mm程度のものとして構成され、電圧を印加するときに発生する変形量は、中心部の変位が最大20μm程度となっていて、これが、印加電圧や光学収差などの関係上における限界となっている。
【0057】
従って、これだけの変位で焦点調節を可能とするために、変形に対するフォーカス感度が高くなるように、形状可変ミラー15よりもCCD3の側に位置する光学系(つまり、図1に模式的に示した光学系においてはレンズ1b)の倍率を上げた構成としている。
【0058】
図4は、ミラー制御部16の構成例を示すブロック図である。
【0059】
このミラー制御部16は、デジタルカメラ内部の図示しない3.3Vの電源を受けて形状可変ミラー15を駆動するのに必要な例えば100Vの高電圧を生成する昇圧回路16aと、形状可変ミラー15を制御するための情報をテーブルとして格納し合焦させるときに上記CPU11から送られる指令に応じて格納する情報を出力するLUT(ルックアップテーブル)16cと、CPU11の制御により、焦点を検出するときにはCPU11から送られる形状可変ミラー15の制御信号を選択して後述する駆動回路16bへ出力し、合焦させるときには上記LUT16cの出力信号を選択して該駆動回路16bへ出力する信号セレクタ(図中、「SEL」と記載する。)16dと、この信号セレクタ16dからの出力に応じて上記固定電極15dのそれぞれに印加する電圧を上記昇圧回路16aから受けた電圧から生成して出力する駆動回路16bと、を有して構成されている。
【0060】
このような構成のミラー制御部16において、焦点検出動作は、CPU11から上記図2に示した端子15eのそれぞれに印加する電圧を示すV1 ,V2 ,…,V5 が指令されて信号セレクタ16dに入力され選択されることにより行われる。一方、合焦動作は、焦点検出動作によって合焦面位置が求められたときに、この合焦面位置に対応する情報をCPU11がLUT16cに出力し、該LUT16cにおいて次の図5に示すようなテーブルの参照が行われ、その出力が信号セレクタ16dに入力されて選択されることにより行われる。
【0061】
図5は上記LUT16cに格納されるデータの例を示す表図である。
【0062】
上記図2に示した端子15eのそれぞれに印加する電圧を示すV1 ,V2 ,…,V5 (より詳しくは、駆動回路16bに出力する出力情報)は、この図5に示す例では、0〜127までの入力情報に応じて128段階で設定することができるようになっている。このように入力情報の分解能を128段階と比較的高く設定している理由は、焦点面位置を被写界深度以下の間隔で制御するためである。
【0063】
このような構成のデジタルカメラにおいて、測光動作に先行して測距動作を行ってしまうと、上述したように、被写体の輝度によっては正確な測距を行うことができない場合が生じるために、本実施形態においては、デジタルカメラの撮影動作を、次のようにして行っている。
【0064】
まず、撮影画面内に測光エリアを設定し、この測光エリア内における撮影信号を検出して、シャッタ速度や絞り値、撮影信号レベル等を変化させることによって露出を調節する。
【0065】
この測光動作が終了した後に、撮影画面内にフォーカスエリアを設定し、このフォーカスエリア内における適正露出の撮影信号を上記コントラスト検出方式により検出して上記形状可変ミラー15を駆動することにより、光学系の焦点位置の制御を行う。
【0066】
このように、測光動作を行ってから測距動作を行う場合には、本実施形態のような上記形状可変ミラー15を用いたデジタルカメラでは、該形状可変ミラー15の位置が高い精度で要求されることについて説明する。
【0067】
まず、レンズ位置の調整によってフォーカス調整を行う一般的なデジタルカメラでは、鏡枠その他の光学部品の寸法誤差や取付誤差などを加算的に総合すると、設計値に対して数十〜百数十ミクロン程度の誤差がフォーカス調整系に生じていると考えられる。このような誤差を、製造工程の精度を更に上げることで低減しようとするのは困難であり、仮に行おうとすると、大変な手間やコストがかかることになってしまう。従って、実際のデジタルカメラでは、フォーカス調整範囲に余裕を持たせるとともに、ステッピングモータ等でフォーカスレンズ群を駆動する際に、駆動パルス数などを調整することにより対応するようにしているのが普通である。
【0068】
より詳しくは、通常のデジタルカメラ用の光学系では、焦点調節に必要となるレンズの移動距離が数mm程度となっていて、この移動範囲の両端に数十ミクロン程度の余裕を設けるようにしている。この余裕を含めたレンズの移動範囲の一端にフォーカスレンズ群が当て付いた状態になっていても、数mm幅の焦点調節範囲に対する数十ミクロンの相異であれば、大幅にディフォーカスした状態になることはない。従って、撮影前にAE動作やAWB動作を行う場合に、合焦状態を意識しなくとも、つまりレンズ位置を合焦位置の近くへ駆動しなくても、概ね良好な露出調整やホワイトバランス調整を短時間で行うことが可能である。
【0069】
しかし、形状可変ミラー15を焦点調節に用いるデジタルカメラにおいては、同様に行おうと思っても、以下に説明するように、大幅なディフォーカスが発生する可能性がある。
【0070】
すなわち、形状可変ミラー15を焦点調節に適用したデジタルカメラの光学系では、上述したように、形状可変ミラー15の変形に対するフォーカス感度が高くなる構成を採用しているために、該形状可変ミラー15の寸法や取り付け位置に対する感度も高くなり、僅かな誤差でも焦点位置が大きくずれることになってしまう。従って、形状可変ミラー15を、変形した状態において最短撮影距離から無限遠までに合焦し、かつ上記誤差を吸収するように構成すると、該形状可変ミラー15を変形させていない状態では、大幅にディフォーカスした状態となってしまう。この大幅にディフォーカスした状態では、測光を行ったとしても、上述したように、正確な露出調整を行うのは困難である。
【0071】
そこで、本実施形態におけるデジタルカメラでは、ほぼ良好な露出調整が可能となるように形状可変ミラー15を変形させ、その後に測光動作やホワイトバランス調整を行い、さらにその後にオートフォーカス動作を行うようにしている。つまり、測距動作に先んじる測光動作等のさらに前に、適宜のフォーカス位置となるように形状可変ミラー15を変形させるようにしているのである。
【0072】
なお、光学系が可変焦点光学系であるバリフォーカルレンズを採用したものである場合には、焦点距離の変化によって焦点移動が生じることになるが、この焦点移動分を、さらに形状可変ミラー15の変形により吸収することが可能である。すなわち、形状可変ミラー15の変形量を、焦点距離の変化量を上乗せしたものとして設定することにより、全ての焦点距離において近点から無限遠まで合焦させることが可能となる。
【0073】
例えば、デジタルカメラが、ステップ状に焦点距離を変更することができるタイプの可変焦点光学系たるバリフォーカルレンズを用いた光学系を採用したものであって、35mmフィルム換算の焦点距離を、35mm、50mm、65mm、80mm、95mmに変更することができるように構成されたものであるとする。
【0074】
これらの各換算焦点距離におけるLUT16cへの入力は、例えば図6に示すようになっている。図6は、LUT16cへの入力が焦点距離により変化する様子を示す表図である。
【0075】
すなわち、35mmフィルム換算で、焦点距離が35mm相当のときには、最短撮影距離に合焦させるためのLUT16cへの入力が10、無限遠に合焦させるためのLUT16cへの入力が98、焦点距離が50mm相当のときには、最短撮影距離に合焦させるためのLUT16cへの入力が20、無限遠に合焦させるためのLUT16cへの入力が108、焦点距離が65mm相当のときには最短撮影距離に合焦させるためのLUT16cへの入力が30、無限遠に合焦させるためのLUT16cへの入力が118、焦点距離が80mm相当のときには最短撮影距離に合焦させるためのLUT16cへの入力が24、無限遠に合焦させるためのLUT16cへの入力が112、焦点距離が95mm相当のときには最短撮影距離に合焦させるためのLUT16cへの入力が18、無限遠に合焦させるためのLUT16cへの入力が106、となるよう構成されている。
【0076】
このように、誤差を考慮しない場合には、全ての焦点距離におけるLUT16cへの入力を、10から118までの値とすることによって、最短撮影距離から無限遠まで合焦可能となっている。これに部品の寸法誤差および取り付け誤差の補正分と、山登り方式でコントラストの山を検出するためのAF余裕分とを加えて、入力値にして9に相当する分の余裕を見込む。つまり、0から127まで用意されている入力値の内の、1(つまり、10−9)から127(つまり、118+9)までの値を、LUT16cへの入力値として使用し制御を行う。
【0077】
こうして、このようなデジタルカメラにより実際に撮影を行う際の動作は、次のようになっている。
【0078】
デジタルカメラに電源が投入されると、まず、電池から供給される電源電圧が所定範囲内にあるか否かを図示しないセンサ出力によって確認し、さらに、記録可能なメモリカード8が装着されていることを確認する。
【0079】
次に、上述したような大幅なディフォーカスを避けるために、上記ミラー制御部16のLUT16cに記録されている制御用のテーブルの内の、誤差補正分とAF余裕分とを加えて使用する1から127までの値の内、中央(略中間に位置する合焦位置)の64をLUT16cへの入力として形状可変ミラー15を駆動し、その形状を保持した状態で露光量を決定するためのAE動作や、ホワイトバランスを調整するためのAWB動作を行うように制御する。
【0080】
なお、ここでは、可変焦点光学系が取り得る全ての焦点距離に、誤差を含めて対応し得る合焦範囲である入力値1〜127の中央値(第1の中央値)64を用いているが、可変焦点光学系が取り得る全ての焦点距離において、共通に含まれる合焦範囲の入力値30〜98(図6参照)の略中間に位置する入力値64(この場合には上記第1の中央値と同一になっているが、一般には異なる)を用いるようにしても良い。このような値であれば、全ての焦点距離において(誤差の補正分を含めても)合焦範囲内にあるために、形状可変ミラー15を駆動していない状態のように大きくディフォーカスした状態にはならず、正確な露出制御を行うことが可能である。
【0081】
なお、バリフォーカルレンズを採用した光学系において、より適切な露出制御を必要とする場合には、焦点距離に合わせた入力値の範囲の内の、中央近傍(略中間に位置する合焦位置)の値を用いることも可能である。具体的には、焦点距離が35mmフィルム換算で35mm相当のときには、10から98までの中央値である54の近傍の値をLUT16cへの入力とすればよいし、焦点距離が50mm相当のときには、20から108までの中央値である64の近傍の値をLUT16cへの入力とすればよい。
【0082】
さらに、アルミ等がコーティングされた有機膜でなる薄膜15cは、温度や湿度等の環境要因による影響を受けて、その形状が変化する可能性がある。そこで、上記温度センサ19から出力される温度情報や、上記湿度センサ20から出力される湿度情報を用いて、制御用のテーブルを適切なものに変更したり、あるいは制御用のテーブルの入力値を補正したりすることにより、さらに正確なAF制御、AE制御、AWB制御などを行うことも可能である。
【0083】
このときには、上述したような温度や湿度を検出するに限らず、アクティブ光学素子の駆動状態に影響を及ぼす要因をさらに広く検出するようにすることも可能であり、これによって、より正確な測光や測距等が可能となる。例えば、重力方向を検出して、その重力方向に応じて印加する電圧を制御するなどが他の例として挙げられる。
【0084】
なお、形状可変ミラー15の形状を保持するためには印加した電圧を保持する手段が最も簡単であるが、形状可変ミラー15が上述したようにクーロン力によって反射面の形状をコントロールするタイプのものである場合には、該形状可変ミラー15がコンデンサを構成していて放電に多少の時間を要するために、微少時間であれば電圧の印加を停止しても形状を保持することが可能である。従って、所定の時間内であれば形状可変ミラー15の駆動を停止した状態でAE動作やAWB動作を行うよう制御することも可能である。
【0085】
また、上述では、アクティブ光学素子として形状可変ミラー15を例に挙げたが、これに限るものではなく、その他のアクティブ光学素子も使用することが可能である。
【0086】
さらに、上述では、ミラー制御部16は、最短撮影距離から無限遠までの合焦範囲の内の略中間に位置する合焦位置に対応する駆動信号を発生しているが、これに限らず、最短撮影距離から無限遠までの合焦範囲の内の何れかの位置における合焦位置に対応する駆動信号を発生するようにしても、ある程度の効果を奏することが可能である。
【0087】
このような実施形態によれば、形状可変ミラーを適宜の位置に駆動した後に、AE動作等を行って適切な露出に制御しているために、大きくディフォーカスした状態でAE動作等を行うのを回避することができ、適切な露出値を得ることができる。
【0088】
そして、AE動作を行った後に、適切な露光状態で撮像された画像を用いてAF動作を行っているために、被写体の輝度によることなく正確な焦点検出を行って、被写体に対して正確に合焦させることが可能となる。
【0089】
可変焦点光学系を用いる光学系の場合に、可変焦点光学系が取り得る全ての焦点距離において、共通に含まれる合焦範囲の内、略中間に位置する合焦位置に駆動するようにしているために、焦点距離の状態に拘わらず、常に安定した状態でAEやAWB等の撮影準備動作を行うことができる。
【0090】
これに対して、合焦範囲の内の任意の焦点位置に駆動する場合には、より短時間で略適切な撮影準備動作を行うことが可能となる。
【0091】
さらに、温度や湿度等を検出して、その結果に応じて形状可変ミラーを駆動することにより、これらの環境要因の影響を受けることなくより安定した状態で撮影準備動作を行い、焦点距離を検出することが可能となる。
【0092】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【0093】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の映像撮影装置によれば、被写体の輝度によることなく正確な焦点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態におけるデジタルカメラの構成を示すブロック図。
【図2】上記実施形態における形状可変ミラーの原理的な構成を示す分解斜視図。
【図3】上記実施形態における形状可変ミラーの原理的な構成を示す断面図。
【図4】上記実施形態におけるミラー制御部の構成例を示すブロック図。
【図5】上記実施形態のLUTに格納されるデータの例を示す表図。
【図6】上記実施形態において、LUTへの入力が焦点距離により変化する様子を示す表図。
【符号の説明】
1a,1b…レンズ(光学系の一部)
2…絞り
3…CCD(撮像素子)
4…撮像処理部
5…信号処理部(信号処理手段)
9…鏡枠制御部
10…撮像制御回路
11…CPU(制御手段)
12…メモリ
15…形状可変ミラー(光学系の一部、アクティブ光学素子)
15a…上部基板
15b…下部基板
15c…薄膜
15d…固定電極
15e…端子
16…ミラー制御部(アクティブ光学素子駆動手段)
16a…昇圧回路
16b…駆動回路
16c…LUT(ルックアップテーブル)
16d…信号セレクタ
17…I/F部
19…温度センサ(温度検出手段)
20…湿度センサ(湿度検出手段)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image capturing apparatus, and more particularly, to an image capturing apparatus including an optical system including an active optical element.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Various types of image photographing apparatuses, such as a digital camera, a video camera, and a silver halide camera, have been proposed and commercialized. .
[0003]
Many of these video photographing apparatuses have an automatic focus adjustment function for automatically adjusting the focus of an optical system.
[0004]
This automatic focus adjustment function has been adopted in various cameras using a triangulation distance measuring sensor of an active method or a passive method. Many contrast detection methods for finding an optimum focus position based on contrast have been employed. For example, a hill-climbing control method has been applied to control the position of a photographing lens.
[0005]
More specifically, this contrast detection method is a method of extracting a high-frequency component in a video signal of a subject as an evaluation value corresponding to the position of the photographing lens, and controlling the photographing lens to a position where the evaluation value becomes maximum.
[0006]
On the other hand, an active optical element in which a functional region that generates output light in which the optical characteristics of incident light have been converted in accordance with an applied drive signal has been proposed, and such an active optical element includes a reflection surface As an example, a shape-variable mirror capable of changing the optical characteristics by changing the shape of the mirror is given as an example.
[0007]
A technique relating to autofocus of a digital camera using such a deformable mirror is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-229100. A photometry operation is performed after a distance measurement operation is performed. I have.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-229100 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the autofocus technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-229100, since the distance measurement operation is performed prior to the photometry operation, an appropriate exposure state is not obtained at the time of distance measurement. In particular, when the subject is extremely bright or dark, the peak of the contrast change may not be accurately detected. At this time, accurate distance measurement by the contrast detection method cannot be performed, and the focusing accuracy may be reduced.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a video photographing apparatus capable of performing accurate focus detection without depending on luminance of a subject.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a video photographing apparatus according to a first aspect of the present invention includes an active optical element having a functional area for generating emission light obtained by converting optical characteristics of incident light according to an applied drive signal. An optical system including the optical system, an image sensor that photoelectrically converts a subject image formed through the optical system, and a signal processing unit that performs predetermined signal processing on an image signal related to the subject image output from the image sensor And, active optical element driving means for generating a drive signal to be applied to the active optical element, and control means for controlling the active optical element driving means, comprising, prior to performing imaging, the control means, The active optical element driving means is controlled to apply a predetermined drive signal to the active optical element so that the focal position of the optical system becomes appropriate. It is.
[0012]
Further, according to a second aspect of the present invention, in the video imaging device according to the first aspect, the active optical element is a shape variable mirror capable of changing optical characteristics by changing a shape of a reflection surface. is there.
[0013]
Further, in the video photographing apparatus according to the third invention, in the video photographing apparatus according to the first invention, when the control means determines an exposure amount prior to photographing, the control means controls the active optical element driving means. Then, the predetermined drive signal is applied to the active optical element.
[0014]
A video imaging device according to a fourth aspect of the present invention is the video imaging device according to the first aspect, wherein the control means controls the active optical element driving means when adjusting the white balance prior to photographing. And the predetermined drive signal is applied to the active optical element.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the video imaging apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the active optical element driving means includes a predetermined drive signal such that a focal position of the optical system becomes appropriate. A drive signal corresponding to a focus position at any position within a focus range from the shortest shooting distance to infinity is generated.
[0016]
A video imaging device according to a sixth aspect of the present invention is the video imaging device according to the fifth aspect, wherein the active optical element driving means outputs the predetermined driving signal as a predetermined driving signal for appropriately setting a focal position of the optical system. A drive signal corresponding to a focus position located substantially at the center of the focus range is generated.
[0017]
A video imaging device according to a seventh aspect is the video imaging device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the optical system includes a varifocal optical system, and the active optical element driving unit includes: As a predetermined drive signal such that the focal position of the optical system becomes an appropriate one, in all the focal lengths that the variable focus optical system can take, any of the focusing ranges from the shortest shooting distance to infinity A drive signal corresponding to the in-focus position at the position is generated.
[0018]
An image capturing apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the video image capturing apparatus according to the seventh aspect, wherein the active optical element driving means outputs the predetermined drive signal such that a focal position of the optical system becomes appropriate. At all focal lengths that the variable focus optical system can take, a drive signal corresponding to an in-focus position located substantially in the middle of the in-focus range included in common is generated.
[0019]
A video imaging device according to a ninth aspect is the video imaging device according to the first to eighth aspects, further comprising a temperature detecting unit, wherein the active optical element driving unit is responsive to a detection signal from the temperature detecting unit. Thus, the drive signal is corrected.
[0020]
A video imaging device according to a tenth aspect is the video imaging device according to any one of the first to ninth aspects, further comprising humidity detection means, wherein the active optical element driving means responds to a detection signal from the humidity detection means. Thus, the drive signal is corrected.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 5 show an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a digital camera.
[0022]
The video photographing apparatus according to the present embodiment is, for example, a digital camera and includes the following elements.
[0023]
The imaging optical system (optical system) reflects a lens 1a and a light beam passing through the lens 1a, and is a variable shape as an active optical element configured to change a mirror surface shape by applying a voltage. A mirror 15 and a lens 1b for forming a subject image by a light beam reflected by the shape-variable mirror 15 on a surface of a CCD 3, which is an image pickup device described later.
[0024]
Note that the lenses 1a and 1b schematically represent optical systems other than the deformable mirror 15 in the imaging optical system for forming a subject image on the image area of the CCD 3, and in reality, This is a more complicated optical system using a large number of lenses and the like.
[0025]
The stop 2 is disposed between the shape-variable mirror 15 and the lens 1b on the optical path of the imaging optical system, and forms an image on the CCD 3 by restricting a passing range of incident light as necessary. This is for controlling the light amount of the optical image.
[0026]
The CCD (Charge Coupled Device) 3 is an imaging device that photoelectrically converts an optical subject image formed by the operation of the imaging optical system and outputs an electrically captured image as an imaging signal.
[0027]
The imaging processing unit 4 includes a CDS (Correlated Double Sampling: correlated double sampling circuit), an AGC (Automatic Gain Control: an auto gain control circuit), an ADC (Analog to Digital Converter), and the like. This is to remove reset noise which may be included in the output captured image, adjust the signal level, etc., and convert the processed captured image which is an analog signal into captured image data which is a digital signal.
[0028]
The signal processing unit 5 is a signal processing unit, and outputs a white balance or the like to captured image data output from the imaging processing unit 4 or captured image data after expansion processing output from a compression / expansion processing unit 6 described later. This is for performing correction processing such as γ correction. The signal processing unit 5 further includes an AE (Automatic Exposure) detection circuit for determining an exposure amount and performing exposure control prior to photographing, and a contrast evaluation value for performing autofocus control. And a circuit related to a shooting preparation operation, such as an AF (Automatic Focus) detection circuit that obtains the following.
[0029]
The compression / decompression processing unit 6 performs a compression process on the captured image data output from the signal processing unit 5 and also performs a decompression process on compressed captured image data output from a card I / F 7 described later. It is. The compression / expansion processing of the captured image data at this time is performed by, for example, a JPEG (Joint Photographic Experts Group) method.
[0030]
The card I / F 7 is an interface for transmitting and receiving various data including writing and reading of captured image data between the digital camera and a memory card 8 described later.
[0031]
The memory card 8 is for recording and holding various data including captured image data, and is configured as a recording medium using a semiconductor, for example. The memory card 8 is configured to be detachable from a digital camera, for example. Therefore, the memory card 8 is not a specific component of the digital camera.
[0032]
The lens frame control unit 9 performs a zoom operation by controlling the lenses 1a and 1b and controls an exposure by controlling the aperture 2 in accordance with an instruction from a CPU 11 which will be described later. . When the optical system is not a zoom lens or when manual zooming is performed, the lens frame controller 9 controls only the aperture 2.
[0033]
The imaging control circuit 10 controls an imaging operation by the CCD 3 and the imaging processing unit 4 in accordance with an instruction from the CPU 11.
[0034]
A CPU (Central Processing Unit) 11 is a central processing unit for controlling the operation of the entire digital camera, and serves as control means.
[0035]
The memory 12 includes a ROM (Read Only Memory) in which a control program for causing the CPU 11 to control the operation of the entire digital camera is stored in advance, and a work storage area when the CPU 11 executes the control program. And a RAM (Random Access Memory) used as a semiconductor memory.
[0036]
The DAC (Digital to Analog Converter) 13 converts captured image data output as a digital signal from the signal processing unit 5 into an analog signal.
[0037]
The liquid crystal monitor 14 is a display device for displaying an analog captured image output from the DAC 13 so as to be observable.
[0038]
The mirror controller 16 changes the voltage (drive signal) applied to the deformable mirror 15 in accordance with an instruction from the CPU 11 to control the deformable mirror 15 to have a desired shape. Element driving means.
[0039]
An I / F (Interface) unit 17 controls data transmission and reception between the CPU 11 of the digital camera and a PC 18 described later, and includes, for example, a USB (Universal Serial Bus) interface circuit. It is configured.
[0040]
A PC (Personal Computer) 18 is for storing various data to be recorded in advance in the digital camera during the manufacturing process of the digital camera, and stores, for example, data for correcting the sensitivity of the CCD 3 in the memory. 12 is used to write data for controlling the deformable mirror 15 to a later-described lookup table of the mirror control unit 16. Therefore, the PC 18 is not an element constituting a digital camera.
[0041]
The temperature sensor 19 is a temperature detecting unit that detects the temperature of the environment where the digital camera is placed under the control of the CPU 11 and outputs the temperature to the CPU 11.
[0042]
The humidity sensor 20 is a humidity detecting unit that detects the humidity of the environment where the digital camera is placed and outputs the humidity to the CPU 11 under the control of the CPU 11.
[0043]
Next, the configuration of the deformable mirror 15 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an exploded perspective view showing the principle configuration of the deformable mirror 15, and FIG. 3 is a sectional view showing the principle configuration of the shape variable mirror 15.
[0044]
The deformable mirror 15 includes an upper substrate 15a, a circular thin film 15c whose periphery is held by the upper substrate 15a, and a lower substrate 15b that is disposed to face the upper substrate 15a while maintaining a predetermined interval. A plurality of fixed electrodes 15d fixedly held on the lower substrate 15b so as to face the thin film 15c; and a plurality of fixed electrodes 15d electrically connected to the plurality of fixed electrodes 15d and supplied from the mirror control unit 16. And a terminal 15e disposed on the lower substrate 15b to apply a voltage to each of the fixed electrodes 15d.
[0045]
The thin film 15c is an organic film in which a conductor such as aluminum is coated on the upper surface side in FIGS. 2 and 3, and reflects light incident from above in FIGS. 2 and 3. Aluminum or the like coated on the organic film is connected to the ground.
[0046]
In the example shown in FIG. 2, the fixed electrode 15d has a total of five electrodes including a circular electrode at the center and four electrodes that divide the ring-shaped portion around the center electrode into four equal parts. It is configured to have.
[0047]
Corresponding to the structure of the fixed electrode 15d, the terminal 15e also has five terminals for supplying voltages V1, V2, V3, V4, V5 to the respective electrodes.
[0048]
Note that the distance between the upper substrate 15a and the lower substrate 15b is kept constant by, for example, inserting a spacer (not shown) therebetween.
[0049]
The operation of the variable shape mirror 15 is as follows.
[0050]
When the voltages V1, V2, V3, V4, V5 are supplied to the fixed electrode 15d through the terminal 15e to give a potential difference between the thin film 15c and the fixed electrode 15d, the fixed electrode 15d and the thin film 15c are attracted. Although a Coulomb force in the direction is generated, since the fixed electrode 15d is fixed to the lower substrate 15b, only the thin film 15c is drawn toward the fixed electrode 15d.
[0051]
At this time, since the periphery of the thin film 15c is fixed to the upper substrate 15a, the thin film 15c is deformed into a gentle concave shape such that the center of the thin film is closest to the fixed electrode 15d. As a result, the aluminum surface coated on the upper surface of the thin film 15c in FIGS. 2 and 3 becomes a concave reflecting surface (mirror surface) and functions as an optical surface having power.
[0052]
As described above, the shape variable mirror 15, which is the active optical element, has the functional area for generating the outgoing light obtained by converting the optical characteristics of the incident light according to the applied drive signal.
[0053]
At this time, even if the thin film 15c is deformed as described above, a sound is hardly generated by the deformation, and furthermore, the power for performing the deformation and the power required for maintaining the deformed state are also low. It is very slight.
[0054]
In the above-described principle configuration, the thin film 15c is formed by devising a method of dividing the fixed electrode 15d and devising each divided shape, and by appropriately controlling the potential applied to each of the fixed electrodes 15d. (Including curvature) can be deformed into a desired shape. At this time, it is possible not only to change the shape of the mirror into a shape with a fixed curvature (spherical surface), but also to change the shape into a spheroid, a paraboloid of revolution, or a more complicated free-form surface.
[0055]
In the present embodiment, as described below, a focusing function is realized by the change in the curvature of the deformable mirror 15 having the same effect as changing the curvature of the lens in the optical system. .
[0056]
The deformable mirror 15 is configured to have a diameter of, for example, about 8 mm in a general digital camera, and the amount of deformation that occurs when a voltage is applied is such that the maximum displacement of the center is about 20 μm. , The applied voltage and the optical aberration.
[0057]
Therefore, in order to enable the focus adjustment with such a displacement, the optical system (that is, schematically shown in FIG. 1) positioned closer to the CCD 3 than the shape-variable mirror 15 so as to increase the focus sensitivity to deformation. In the optical system, the magnification of the lens 1b) is increased.
[0058]
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the mirror control unit 16.
[0059]
The mirror control unit 16 includes a step-up circuit 16a that receives a 3.3V power supply (not shown) inside the digital camera and generates a high voltage of, for example, 100V necessary to drive the shape variable mirror 15, and a shape variable mirror 15 An LUT (lookup table) 16c for outputting information to be stored in response to a command sent from the CPU 11 when information for control is stored as a table for focusing, and a CPU 11 for detecting focus by controlling the CPU 11. A signal selector for selecting a control signal of the deformable mirror 15 sent from the controller and outputting the control signal to a drive circuit 16b, which will be described later, and selecting an output signal of the LUT 16c and outputting it to the drive circuit 16b when focusing is performed. SEL.) 16d and the fixed electrode 1 according to the output from the signal selector 16d. The voltage applied to each of the d is configured to have a, a drive circuit 16b that generates and outputs a voltage received from the booster circuit 16a.
[0060]
In the focus detection operation of the mirror control unit 16 having such a configuration, the CPU 11 instructs V1, V2,..., V5 indicating the voltages to be applied to the respective terminals 15e shown in FIG. This is done by selecting and selecting. On the other hand, in the focusing operation, when the in-focus surface position is obtained by the focus detection operation, the CPU 11 outputs information corresponding to the in-focus surface position to the LUT 16c, and the LUT 16c uses the information as shown in FIG. This is performed by referring to the table and inputting its output to the signal selector 16d for selection.
[0061]
FIG. 5 is a table showing an example of data stored in the LUT 16c.
[0062]
.., V5 (more specifically, output information output to the drive circuit 16b) indicating the voltage applied to each of the terminals 15e shown in FIG. 2 are 0 to 127 in the example shown in FIG. It can be set in 128 steps according to the input information up to. The reason why the resolution of the input information is set as relatively high as 128 steps is to control the focal plane position at intervals equal to or less than the depth of field.
[0063]
In the digital camera having such a configuration, if the distance measurement operation is performed prior to the photometry operation, as described above, accurate distance measurement may not be performed depending on the luminance of the subject. In the embodiment, the photographing operation of the digital camera is performed as follows.
[0064]
First, a photometric area is set in a photographic screen, a photographic signal in the photometric area is detected, and the exposure is adjusted by changing a shutter speed, an aperture value, a photographic signal level, and the like.
[0065]
After the photometric operation is completed, a focus area is set in the photographing screen, a photographing signal of an appropriate exposure in the focus area is detected by the contrast detection method, and the shape variable mirror 15 is driven. Is controlled.
[0066]
As described above, when the distance measurement operation is performed after the photometry operation, the position of the shape variable mirror 15 is required with high accuracy in the digital camera using the shape variable mirror 15 as in the present embodiment. Will be described.
[0067]
First, in a general digital camera that performs focus adjustment by adjusting the lens position, if the dimensional error and the mounting error of the lens frame and other optical components are added together, several tens to hundreds of It is considered that a slight error has occurred in the focus adjustment system. It is difficult to reduce such an error by further increasing the precision of the manufacturing process, and if it were to be done, it would take a lot of trouble and cost. Therefore, in an actual digital camera, it is common to provide a margin in a focus adjustment range and adjust the number of driving pulses when driving a focus lens group with a stepping motor or the like. is there.
[0068]
More specifically, in an ordinary digital camera optical system, the moving distance of the lens required for focus adjustment is about several mm, and a margin of about several tens of microns is provided at both ends of this moving range. I have. Even if the focus lens group is in contact with one end of the movement range of the lens including this margin, if the focus adjustment range of several mm wide differs from the focus adjustment range by several tens of microns, the state is greatly defocused. It will not be. Therefore, when performing the AE operation or the AWB operation before photographing, generally good exposure adjustment and white balance adjustment can be performed without being aware of the in-focus state, that is, without driving the lens position close to the in-focus position. It can be performed in a short time.
[0069]
However, in a digital camera that uses the deformable mirror 15 for focus adjustment, even if it is desired to perform the same, there is a possibility that significant defocus will occur as described below.
[0070]
That is, as described above, the optical system of the digital camera in which the deformable mirror 15 is applied to the focus adjustment adopts a configuration in which the focus sensitivity to the deformation of the deformable mirror 15 is increased. The sensitivity to the dimensions and the mounting position is also increased, and even a slight error will cause a significant shift in the focal position. Therefore, if the deformable mirror 15 is configured to focus from the shortest shooting distance to infinity in a deformed state and absorb the above error, the deformable mirror 15 is significantly deformed when the deformable mirror 15 is not deformed. It will be in a defocused state. In this largely defocused state, even if photometry is performed, it is difficult to perform accurate exposure adjustment as described above.
[0071]
Therefore, in the digital camera according to the present embodiment, the shape variable mirror 15 is deformed so as to enable almost satisfactory exposure adjustment, and then the photometry operation and the white balance adjustment are performed, and then the autofocus operation is performed. ing. That is, the shape variable mirror 15 is deformed so as to be at an appropriate focus position even before the photometric operation or the like prior to the distance measuring operation.
[0072]
If the optical system employs a vari-focal lens which is a variable focus optical system, a change in the focal length causes a focal shift. It is possible to absorb by deformation. That is, by setting the deformation amount of the shape-variable mirror 15 to be a value obtained by adding the change amount of the focal length, it becomes possible to focus from the near point to infinity at all the focal lengths.
[0073]
For example, a digital camera adopts an optical system using a varifocal lens that is a variable-focus optical system of a type that can change the focal length in a step-like manner, and the focal length in terms of 35 mm film is 35 mm, It is assumed that the configuration is such that it can be changed to 50 mm, 65 mm, 80 mm, and 95 mm.
[0074]
The input to the LUT 16c at each of these converted focal lengths is, for example, as shown in FIG. FIG. 6 is a table showing how the input to the LUT 16c changes according to the focal length.
[0075]
That is, when the focal length is equivalent to 35 mm in terms of 35 mm film, the input to the LUT 16 c for focusing on the shortest shooting distance is 10, the input to the LUT 16 c for focusing on infinity is 98, and the focal length is 50 mm. When the distance is considerable, the input to the LUT 16c for focusing on the shortest shooting distance is 20, the input to the LUT 16c for focusing on infinity is 108, and when the focal length is 65 mm, the focus is on the shortest shooting distance. The input to the LUT 16c is 30, the input to the LUT 16c for focusing on infinity is 118, and the input to the LUT 16c for focusing on the shortest shooting distance is 24 when the focal length is equivalent to 80 mm. When the input to the LUT 16c for focusing is 112 and the focal length is equivalent to 95 mm, the focusing is performed at the shortest shooting distance. The input to LUT16c for 18, the input to LUT16c for focusing to infinity is configured 106, and so as.
[0076]
As described above, when the error is not taken into consideration, by setting the input to the LUT 16c at all focal lengths to a value from 10 to 118, focusing can be performed from the shortest shooting distance to infinity. The amount of correction of the dimensional error and the mounting error of the part and the amount of AF margin for detecting the peak of the contrast by the hill-climbing method are added to the input value to allow a margin corresponding to 9 as an input value. In other words, control is performed using values from 1 (that is, 10−9) to 127 (that is, 118 + 9) among the input values prepared from 0 to 127 as input values to the LUT 16c.
[0077]
The operation of actually taking a picture with such a digital camera is as follows.
[0078]
When power is supplied to the digital camera, first, it is checked whether or not the power supply voltage supplied from the battery is within a predetermined range by a sensor output (not shown), and further, a recordable memory card 8 is mounted. Make sure that
[0079]
Next, in order to avoid such a large defocus as described above, the error correction amount and the AF margin amount in the control table recorded in the LUT 16c of the mirror control unit 16 are used. AE for driving the shape variable mirror 15 with the center 64 (focusing position located substantially in the middle) of the values from to 127 as an input to the LUT 16c, and determining the exposure amount while maintaining the shape. The control is performed so as to perform the operation and the AWB operation for adjusting the white balance.
[0080]
Here, the median value (first median value) 64 of the input values 1 to 127, which is a focusing range that can be accommodated including an error, is used for all the focal lengths that the variable focus optical system can take. However, at all the focal lengths that the variable focus optical system can take, the input value 64 (in this case, the first input value 64) which is located substantially in the middle of the input values 30 to 98 (see FIG. 6) of the focusing range included in common. , But generally different). With such a value, since the focal length is within the focusing range (including the error correction amount) at all focal lengths, a state in which the variable-shape mirror 15 is largely defocused as in a state in which the variable-shape mirror 15 is not driven. And accurate exposure control can be performed.
[0081]
In the case where more appropriate exposure control is required in an optical system employing a varifocal lens, when the input value is adjusted to the focal length, the vicinity of the center (focusing position located approximately in the middle) is selected. It is also possible to use the value of Specifically, when the focal length is equivalent to 35 mm in 35 mm film conversion, a value near 54, which is the median of 10 to 98, may be input to the LUT 16 c. When the focal length is equivalent to 50 mm, A value near 64, which is the median from 20 to 108, may be input to the LUT 16c.
[0082]
Further, the shape of the thin film 15c made of an organic film coated with aluminum or the like may change due to environmental factors such as temperature and humidity. Therefore, using the temperature information output from the temperature sensor 19 and the humidity information output from the humidity sensor 20, the control table is changed to an appropriate one, or the input value of the control table is changed. By making corrections, more accurate AF control, AE control, AWB control, and the like can be performed.
[0083]
At this time, it is possible to detect not only the temperature and humidity as described above, but also a factor that influences the driving state of the active optical element more widely. Distance measurement and the like become possible. Other examples include detecting the direction of gravity and controlling the applied voltage according to the direction of gravity.
[0084]
In order to maintain the shape of the deformable mirror 15, the means for holding the applied voltage is the simplest. However, as described above, the deformable mirror 15 controls the shape of the reflecting surface by Coulomb force. In this case, since the shape variable mirror 15 forms a capacitor and requires a certain amount of time for discharging, it is possible to maintain the shape even if the application of voltage is stopped for a very short time. . Therefore, it is possible to perform control such that the AE operation or the AWB operation is performed in a state where the driving of the shape variable mirror 15 is stopped within a predetermined time.
[0085]
In the above description, the deformable mirror 15 has been described as an example of the active optical element. However, the present invention is not limited to this, and other active optical elements can be used.
[0086]
Further, in the above description, the mirror control unit 16 generates the drive signal corresponding to the focus position located substantially in the middle of the focus range from the shortest shooting distance to infinity, but is not limited thereto. Even if the drive signal corresponding to the in-focus position at any position within the in-focus range from the shortest photographing distance to infinity is generated, a certain effect can be achieved.
[0087]
According to such an embodiment, the AE operation or the like is controlled to an appropriate exposure by performing the AE operation or the like after driving the shape-variable mirror to an appropriate position. Therefore, the AE operation or the like is performed in a largely defocused state. Can be avoided, and an appropriate exposure value can be obtained.
[0088]
After performing the AE operation, since the AF operation is performed using an image captured in an appropriate exposure state, accurate focus detection is performed without depending on the brightness of the subject, and the subject is accurately detected. It becomes possible to focus.
[0089]
In the case of an optical system using a variable focus optical system, the optical system is driven to a focusing position located at a substantially middle position in a commonly included focusing range at all possible focal lengths of the variable focus optical system. Therefore, regardless of the state of the focal length, the photographing preparation operation such as AE or AWB can always be performed in a stable state.
[0090]
On the other hand, when driving to an arbitrary focal position within the focusing range, it is possible to perform a substantially appropriate shooting preparation operation in a shorter time.
[0091]
Furthermore, by detecting temperature, humidity, etc., and driving the deformable mirror according to the result, the shooting preparation operation is performed in a more stable state without being affected by these environmental factors, and the focal length is detected. It is possible to do.
[0092]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications and applications can be made without departing from the gist of the invention.
[0093]
【The invention's effect】
As described above, according to the video photographing apparatus of the present invention, accurate focus detection can be performed without depending on the luminance of the subject.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a digital camera according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a principle configuration of the deformable mirror in the embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a principle configuration of the deformable mirror in the embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of a mirror control unit in the embodiment.
FIG. 5 is a table showing an example of data stored in an LUT according to the embodiment.
FIG. 6 is a table showing how an input to an LUT changes according to a focal length in the embodiment.
[Explanation of symbols]
1a, 1b ... Lens (part of optical system)
2. Aperture
3 ... CCD (image sensor)
4: Image processing unit
5. Signal processing unit (signal processing means)
9… Mirror frame control unit
10 ... Imaging control circuit
11 CPU (control means)
12 ... Memory
15 Shape variable mirror (part of optical system, active optical element)
15a: Upper substrate
15b: lower substrate
15c: Thin film
15d: fixed electrode
15e ... terminal
16. Mirror control unit (active optical element driving means)
16a ... Booster circuit
16b ... Drive circuit
16c ... LUT (Lookup table)
16d ... signal selector
17 I / F section
19 temperature sensor (temperature detecting means)
20 Humidity sensor (humidity detecting means)

Claims (10)

印加される駆動信号に応じて、入射光の光学特性を変換した出射光を生成する機能領域が形成されたアクティブ光学素子を含む光学系と、
上記光学系を経て結像された被写体像を光電変換する撮像素子と、
上記撮像素子から出力される上記被写体像に係る撮像信号に対して、所定の信号処理を行う信号処理手段と、
上記アクティブ光学素子に印加する駆動信号を発生するアクティブ光学素子駆動手段と、
上記アクティブ光学素子駆動手段を制御する制御手段と、
を具備し、
上記制御手段は、撮影を行うに先立って、上記アクティブ光学素子駆動手段を制御して、上記光学系の焦点位置が適宜のものとなるような所定の駆動信号を上記アクティブ光学素子に印加させるようにするものであることを特徴とする映像撮影装置。
An optical system including an active optical element in which a functional region that generates output light obtained by converting the optical characteristics of incident light according to the applied drive signal,
An image sensor that photoelectrically converts the subject image formed through the optical system,
Signal processing means for performing predetermined signal processing on an imaging signal related to the subject image output from the imaging element,
Active optical element driving means for generating a drive signal to be applied to the active optical element,
Control means for controlling the active optical element driving means,
With
The control unit controls the active optical element driving unit before photographing to apply a predetermined drive signal to the active optical element so that the focal position of the optical system is appropriate. A video photographing apparatus characterized in that:
上記アクティブ光学素子は、反射面の形状を変えることによって光学特性を変化させることが可能な形状可変ミラーであることを特徴とする、請求項1に記載の映像撮影装置。The image capturing apparatus according to claim 1, wherein the active optical element is a shape variable mirror capable of changing optical characteristics by changing a shape of a reflection surface. 上記制御手段は、撮影を行うに先立って露光量を決定するときに、上記アクティブ光学素子駆動手段を制御して、上記所定の駆動信号を上記アクティブ光学素子に印加させるものであることを特徴とする、請求項1に記載の映像撮影装置。The control means controls the active optical element driving means to apply the predetermined drive signal to the active optical element when determining an exposure amount prior to photographing. The video photographing device according to claim 1, which performs the operation. 上記制御手段は、撮影を行うに先立ってホワイトバランスを調整するときに、上記アクティブ光学素子駆動手段を制御して、上記所定の駆動信号を上記アクティブ光学素子に印加させるものであることを特徴とする、請求項1に記載の映像撮影装置。The control means controls the active optical element driving means to adjust the white balance prior to photographing so as to apply the predetermined drive signal to the active optical element. The video photographing device according to claim 1, which performs the operation. 上記アクティブ光学素子駆動手段は、上記光学系の焦点位置が適宜のものとなるような所定の駆動信号として、最短撮影距離から無限遠までの合焦範囲の内、何れかの位置における合焦位置に対応する駆動信号を発生するものであることを特徴とする、請求項1から請求項4の何れか1項に記載の映像撮影装置。The active optical element driving means may be a predetermined drive signal such that the focal position of the optical system is an appropriate one, and a focus position at any position within a focus range from the shortest shooting distance to infinity. The video photographing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the apparatus generates a drive signal corresponding to the following. 上記アクティブ光学素子駆動手段は、上記光学系の焦点位置が適宜のものとなるような所定の駆動信号として、上記合焦範囲の内、略中間に位置する合焦位置に対応する駆動信号を発生するものであることを特徴とする、請求項5に記載の映像撮影装置。The active optical element driving means generates a drive signal corresponding to a focus position located substantially in the middle of the focus range, as a predetermined drive signal that makes the focus position of the optical system appropriate. The video photographing apparatus according to claim 5, wherein 上記光学系は、可変焦点光学系を含んで構成されたものであり、
上記アクティブ光学素子駆動手段は、上記光学系の焦点位置が適宜のものとなるような所定の駆動信号として、上記可変焦点光学系が取り得る全ての焦点距離において、最短撮影距離から無限遠までの合焦範囲の内、何れかの位置における合焦位置に対応する駆動信号を発生するものであることを特徴とする、請求項1から請求項4の何れか1項に記載の映像撮影装置。
The optical system is configured to include a variable focus optical system,
The active optical element driving means, as a predetermined drive signal such that the focal position of the optical system is an appropriate one, at all focal lengths that the variable focus optical system can take, from the shortest shooting distance to infinity The video photographing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a driving signal corresponding to a focus position at any position within the focus range is generated.
上記アクティブ光学素子駆動手段は、上記光学系の焦点位置が適宜のものとなるような所定の駆動信号として、上記可変焦点光学系が取り得る全ての焦点距離において、共通に含まれる合焦範囲の内、略中間に位置する合焦位置に対応する駆動信号を発生するものであることを特徴とする、請求項7に記載の映像撮影装置。The active optical element driving means, as a predetermined drive signal such that the focal position of the optical system becomes an appropriate one, at all focal lengths that the variable focus optical system can take, the focus range included in common 8. The image photographing apparatus according to claim 7, wherein the apparatus generates a drive signal corresponding to an in-focus position located substantially in the middle. 温度検出手段をさらに具備し、
上記アクティブ光学素子駆動手段は、上記温度検出手段からの検出信号に応じて、上記駆動信号を補正するものであることを特徴とする、請求項1から請求項8の何れか1項に記載の映像撮影装置。
Further comprising a temperature detecting means,
9. The device according to claim 1, wherein the active optical element driving unit corrects the driving signal in accordance with a detection signal from the temperature detection unit. Video shooting device.
湿度検出手段をさらに具備し、
上記アクティブ光学素子駆動手段は、上記湿度検出手段からの検出信号に応じて、上記駆動信号を補正するものであることを特徴とする、請求項1から請求項9の何れか1項に記載の映像撮影装置。
Further comprising humidity detection means,
The said active optical element drive means correct | amends the said drive signal according to the detection signal from the said humidity detection means, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Video shooting device.
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