JP2006128781A - 撮影装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電力消費が少なく、解像度や最大画角を減少せずに手振れを補正することができる撮影装置を提供する。
【解決手段】 被写体からの入射光を光学部材からなる光学系によって撮像素子に結像させて得られる撮影画像Aoから有効画像Apを切り出して記録する撮影装置であって、記録すべき画像の画角が大きい場合は、光学ズーム手段4により有効画像Apの画角を調節して、機械的手振れ補正手段により手振れを補正しながら有効画像Apを記録し、光学ズーム手段による撮影画像Aoの拡大率が最大であるときのみ、さらに電子ズーム手段により有効画像Apの画角を調節して、電子的手振れ補正手段により手振れを補正しながら有効画像Apを記録する。
【選択図】図4

Description

本発明は、デジタルカメラやビデオカメラなどの撮影装置に関する。
CCDなどの撮像素子に結像した画像を電気信号に変換して記録する撮影装置では、一般に、被写体からの入射光を光学部材からなる光学系によって撮像素子に結像させ、撮像素子のうち有効部分に結像した有効画像を電子データに変換して記録している。商品に撮像素子の画素数と有効部分の有効画素数が併記されるのはこのためである。
従来、撮影装置において、画角を小さくした拡大画像を得るために、光学系の少なくとも1つの光学部材を移動して前記撮像素子への結像を拡大して拡大画像を記録する光学ズーム手段、および、撮像素子の撮像の一部を切り出して拡大画像を記録する電子ズーム手段が公知であり、両者を併用する撮影装置も多く提供されている。
また、撮影装置を手で保持して撮影した場合、撮影した画像がぶれてしまう、いわゆる手振れを低減するために、撮影装置の振れ量を検出して、光学系の一部および/または撮像素子を移動させて、撮像素子に結像した被写体像が撮像中で移動しないように補正する機械的手振れ補正手段、および、画像データの時間変化を監視して、切り出した画像内での被写体像の移動が小さくなるように撮像から画像を切り出す範囲を移動する電子的手振れ補正手段が公知である。
特許文献1から3には、機械的手振れ補正手段と電子手振れ補正手段との両方を備える撮影装置が記載されている。
特開2000−69351号公報 特開平7−123317号公報 特開2002−27312号公報
特許文献1には、動画を記録するときに電子的手振れ補正手段を使用し、静止画を記録するときには機械的手振れ補正手段を使用して補正を行う撮影装置、および、画像の記録を行わずモニタ表示をするときは電子的手振れ補正手段のみを用い、画像を記録するときには機械的手振れ補正手段と電子的手振れ補正手段とを併用する撮影装置が記載されている。
特許文献2には、画角が小さいときは機械的手振れ補正手段によって補正するが、画角が大きいときは電子的手振れ補正手段によって補正することで電力消費を低減する撮影装置が記載されている。
特許文献3には、機械的手振れ補正手段によって連続する各画像を鮮明に撮影し、電子的手振れ補正手段によって連続する画像間の被写体像の位置のずれを補正する撮影装置が記載されている。
特許文献2にも記載されているように、機械的手振れ補正手段は、エネルギー消費が大きく、撮影可能枚数または撮影可能時間の減少や発熱の問題が生じる。特に、動画を撮影する場合、この問題が大きくなり、さらに、撮影の画角が大きいときに比べ、画角が小さいとき(高倍率時)は、光学系の一部または撮像素子をより大きく移動させる必要があるため、この問題がより顕著になる。
一方、電子的手振れ補正手段は、電力消費や発熱の問題が生じない反面、撮像から画像を部分的に切り出す必要があり、切り出し範囲の移動可能範囲を確保するために、有効に得られる画像の解像度が低くなる問題がある。また、広角の画像を撮影しようとする場合、切り出し範囲の移動可能範囲を確保するために最大画角が小さく制限されてしまう問題がある。
そこで、前記問題点に鑑みて、本発明は、総合的な電力消費が少なく、且つ、解像度や最大画角を減少せずに解像度をできるだけ高くして手振れを補正することができる撮影装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明の第1態様の撮影装置は、被写体からの入射光を光学部材からなる光学系によって撮像素子に結像させて得られる撮影画像から有効画像を切り出して記録する撮影装置であって、前記光学系の少なくとも1つの光学部材を移動して前記撮影画像の倍率を拡大または縮小することで前記有効画像の画角を変更可能な光学ズーム手段と、前記撮影画像から前記有効画像を切り出す範囲を変更することで前記有効画像の画角を変更可能な電子ズーム手段と、撮影装置の振れ量を検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段が検出した振れ量を基に前記光学系の光学部材および前記撮像素子のうち少なくとも1つを移動して手振れを補正する機械的手振れ補正手段と、前記撮影画像から前記有効画像を切り出す位置を移動させることで手振れを補正する電子的手振れ補正手段とを有し、記録すべき画像の画角が大きい場合は、前記光学ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して、前記機械的手振れ補正手段により手振れを補正しながら前記有効画像を記録し、前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率が最大であるときのみ、さらに前記電子ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して、前記電子的手振れ補正手段により手振れを補正しながら前記有効画像を記録するものとする。
この構成によれば、光学ズーム手段で画角を調節する際は、機械的手振れ補正手段により手振れを補正することで撮像素子の有効画素全てを有効画像として最大限に利用した高解像度の画像を記録でき、電子ズーム手段で画角を調節する際は、有効画像の切り出し位置を変更することで手振れ補正して消費電力を小さくすることができる。
また、本発明の第2態様の撮影装置は、被写体からの入射光を光学部材からなる光学系によって撮像素子に結像させ、該撮像素子に結像した撮影画像から有効画像を切り出して記録する撮影装置であって、前記撮影画像から前記有効画像を切り出す範囲を変更することで前記有効画像の画角を変更可能な電子ズーム手段と、撮影装置の振れ量を検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段が検出した振れ量を基に前記光学系の光学部材および前記撮像素子のうち少なくとも1つを移動して手振れを補正する機械的手振れ補正手段と、前記撮影画像から前記有効画像を切り出す位置を移動させることで手振れを補正する電子的手振れ補正手段とを有し、前記撮影画像に対する前記有効画像の比率が所定の比率より大きい場合は、前記機械的手振れ補正手段によって手振れを補正して画像を記録し、前記撮影画像に対する前記有効画像の比率が所定の比率以下の場合は、前記電子的手振れ補正手段によって手振れを補正して前記有効画像を記録するものとする。
この構成によれば、撮影画像に対する有効画像の比率が所定の比率より大きいときは、電子的手振れ補正手段では十分に手振れを補正することができないので機械的手振れ補正手段を用いて手振れを補正し、撮影画像に対する有効画像の比率が所定の比率以下のときは、電子的手振れ補正手段により手振れを補正する。このため、十分な手振れ補正を行いながら、手振れ補正のための消費電力を小さくすることができる。
また、本発明の第2態様の撮影装置は、さらに、前記光学系の少なくとも1つの光学部材を移動して前記撮影画像を拡大することで前記有効画像の画角を変更可能な光学ズーム手段を有し、記録すべき画像の画角が大きいときは、前記光学ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して前記機械的手振れ補正手段により手振れを補正しながら前記有効画像を記録し、前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率が最大であるときのみ、さらに前記電子ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して、該有効画像を記録してもよい。
この構成によれば、記録すべき画像の画角が大きいときは、機械的手振れ補正手段と光学ズーム手段によって高解像度の画像を得ることができ、光学ズーム手段の能力を超えて画角を小さくするときは、電子ズーム手段を使用して拡大画像を得ることができる。電子ズーム時において、撮影画像に対する有効画像の比率が所定の比率以下のときは、機械的手振れ補正手段を使用せずに電子的手振れ補正手段で手振れを補正するので電力消費を小さくできる。
また、本発明の第2態様の撮影装置は、さらに、前記光学系の少なくとも1つの光学部材を移動して前記撮影画像を拡大することで前記有効画像の画角を変更可能な光学ズーム手段を有し、記録すべき画像の画角が大きいときは、前記電子ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して前記有効画像を記録し、前記電子ズーム手段による前記有効画像の画角が最小であるときのみ、さらに前記光学ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して、前記電子的手振れ補正手段により手振れを補正しながら前記有効画像を記録してもよい。
この構成によれば、撮影画像に対する有効画像の比率が所定の比率より大きいときは、機械的手振れ補正手段を用いて手振れを補正して広角の有効画像を記録し、撮影画像に対する有効画像の比率が所定の比率以下のときは、電子的手振れ補正手段により手振れを補正して消費電力を小さくできる。さらに、記録すべき画像の画角がより小さいときは、光学ズーム手段によって拡大した画像を得ながら電子的手振れ補正手段により手振れのない画像を小さな消費電力で記録できる。
また、本発明の第3態様の撮影装置は、被写体からの入射光を光学部材からなる光学系によって撮像素子に結像させ、該撮像素子に結像した撮影画像から有効画像を切り出して記録する撮影装置であって、前記光学系の少なくとも1つの光学部材を移動して前記撮影画像を拡大することで前記有効画像の画角を変更可能な光学ズーム手段と、前記撮影画像から前記有効画像を切り出す範囲を変更することで前記有効画像の画角を変更可能な電子ズーム手段と、撮影装置の振れ量を検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段が検出した振れ量を基に前記光学系の光学部材および前記撮像素子のうち少なくとも1つを移動して手振れを補正する機械的手振れ補正手段と、前記撮影画像から前記有効画像を切り出す位置を移動させることで手振れを補正する電子的手振れ補正手段とを有し、記録すべき画像の画角が、前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率を最小として前記電子ズーム手段によって画角を調節したときに前記有効画像の前記撮影画像に対する比率が所定の第1の比率になる第1上限画角より大きい場合は、前記機械的手振れ補正手段によって手振れを補正しながら前記有効画像を記録し、記録すべき画像の画角が、前記第1上限画角以下の場合は、前記電子的手振れ補正手段によって手振れを補正しながら前記有効画像を記録し、記録すべき画像の画角が、前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率を最小として前記電子ズーム手段によって画角を調節したときに前記有効画像の前記撮影画像に対する比率が所定の第2の比率になる第2上限画角より大きい場合は、前記電子ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して前記有効画像を記録し、記録すべき画像の画角が、前記第2上限画角以下で、前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率を最大として前記電子ズーム手段によって画角を調節したときに、前記有効画像の前記撮影画像に対する比率が前記第1の比率になる下限画角より大きい場合は、前記電子ズーム手段によって前記有効画像の前記撮影画像に対する比率を前記第2の比率に固定し、前記光学ズーム手段によって前記有効画像の画角を調節して前記有効画像を記録し、記録すべき画像の画角が前記下限画角以下の場合は、前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率を最大に固定し、前記電子ズーム手段によって前記有効画像の画角を調節して記録するものとする。
この構成によれば、記録すべき画像の画角が第1上限画角より大きい場合は、機械的手振れ補正手段によって手振れのない画像を記録し、記録すべき画像の画角が上限画角以下の場合は、電子的手振れ補正手段により消費電力を抑えながら手振れのない画像を記録することができる。さらに、記録すべき画像の画角が第2上限画角以下で下限画角より大きい場合は、電子的手振れ補正手段により手振れのない有効画像を得ながら、該有効画像の画素数を最大に保ったまま光学ズーム手段により画角を調節するので、高解像度の画像を記録しながら消費電力を小さくできる。
また、本発明の第4態様の撮影装置は、被写体からの入射光を光学部材からなる光学系によって撮像素子に結像させ、該撮像素子に結像した撮影画像から有効画像を切り出して記録する撮影装置であって、前記光学系の少なくとも1つの光学部材を移動して前記撮影画像を拡大することで前記有効画像の画角を変更可能な光学ズーム手段と、前記撮影画像から前記有効画像を切り出す範囲を変更することで前記有効画像の画角を変更可能な電子ズーム手段と、撮影装置の振れ量を検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段が検出した振れ量を基に前記光学系の光学部材および前記撮像素子のうち少なくとも1つを移動して手振れを補正する機械的手振れ補正手段と、前記撮影画像から前記有効画像を切り出す位置を移動させることで手振れを補正する電子的手振れ補正手段とを有し、記録すべき画像の画角が、前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率を最小として前記電子ズーム手段によって画角を調節したときに前記有効画像の前記撮影画像に対する比率が所定の第1の比率になる第1上限画角より大きい場合は、前記電子ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して、前記機械的手振れ補正手段によって手振れを補正しながら前記有効画像を記録し、記録すべき画像の画角が、前記第1上限画角以下で前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率を最大として前記電子ズーム手段によって画角を調節したときに前記有効画像の前記撮影画像に対する比率が所定の第2の比率になる下限画角より大きい場合は、前記電子ズーム手段によって前記有効画像の前記撮影画像に対する比率が前記第1の比率から前記第2の比率まで連続的に変化するように調節するとともに、前記光学ズーム手段によって画角を調節して、前記電子的手振れ補正手段によって手振れを補正しながら前記有効画像を記録し、記録すべき画像の画角が、前記下限画角以下の場合は、前記光学ズーム手段による拡大率を最大に固定し、前記電子ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して、前記電子的手振れ補正手段によって手振れを補正しながら前記有効画像を記録するものとする。
この構成によっても、記録すべき画像の画角が第1上限画角より大きい場合は、機械的手振れ補正手段によって手振れのない画像を記録し、記録すべき画像の画角が上限画角以下の場合は、電子的手振れ補正手段により消費電力を抑えながら手振れのない画像を記録することができる。また、記録すべき画像の画角が第1上限画角以下で下限画角より大きい場合は、前記有効画像の前記撮影画像に対する比率が前記第1の比率から前記第2の比率まで連続的に変化するように調節するので、記録すべき画角において、電子的手振れ補正手段により手振れのない有効画像を得ながら、最大限に高解像度の画像を記録することができる。
また、本発明の第1〜4態様の撮影装置において、前記電子的手振れ補正手段により手振れを補正しているときに、前記振れ検出手段が所定の量より大きな振れ量を検出したときは、さらに、前記機械的手振れ補正手段を使用してもよい。
この構成によれば、電子的手振れ補正手段の設計条件を越える大きな手振れが加わっても、機械的手振れ補正手段を併用することで、手振れのない有効画像を記録できる。
以上のように、本発明によれば、電力消費が少なく、解像度や最大画角を減少せずに手振れを補正することができる撮影装置を提供できる。
これより、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1実施形態であるデジタルカメラ1の構成を示す。デジタルカメラ1は、前後に移動可能な2つの光学部材である第1レンズ群2および第2レンズ群3からなるレンズユニット(光学系)4が前面に設けられている。レンズユニット4の後側にはシャッタ兼絞り機構5が、さらにシャッタ兼絞り機構5の後側には例えばCCDからなる撮像素子6が設けられている。撮像素子6は、水平横方向に移動するXアクチュエータ7と垂直方向に移動するYアクチュエータ8とからなる手振れ補正装置9によって縦横に移動可能に支持されている。また、デジタルカメラ1は、撮像素子6が結像した画像を変換した電気信号を処理して画像データを生成する画像処理部10と、画像データを記録可能な記憶装置11と、画像処理部10が生成した画像データまたは記憶装置11に記録された画像データから画像を再生して表示可能な表示装置12と、ユーザが記憶装置11に画像データを記録させるタイミングやズーム倍率を指示するなどのデジタルカメラ1の操作を行うための操作部13とが設けられ、以上の各構成要素の動作を制御するCPUからなる制御部14が設けられている。さらに、デジタルカメラ1の垂直軸周りの回転角度、即ち水平方向の回転速度を検出するXセンサ15と水平軸周りの回転角度、即ち垂直方向の回転速度を検出するYセンサ16とからなる振れ検出部17および振れ検出部17の検出信号を増幅して制御部14に入力するアンプ部18が設けられている。
以上の構成からなるデジタルカメラ1において、制御部14は、操作部13からの指示に従い、第1レンズ群2および第2レンズ群3を移動させて被写体からの入射光が撮像素子6に結像する撮影画像を拡大または縮小して、画像信号処理部10で生成する画像データの画角を変更する光学ズームを行うことができる(光学ズーム手段)。また、図2に示すように、画像信号処理部10は、撮像素子6に結像した対角長Loの撮影画像Aoから有効な画像範囲を対角長Lpの有効画像Apとして切り出すが、この有効画像Apの切り出し範囲を図中のAp’のように小さくすることで画像データの画角を小さくする電子ズームを行うことができる(電子ズーム手段)。
この電子ズームにおける画角と焦点距離の関係を図3に示す。撮影画像の全体を切り出して有効画像Apとすることができれば、切り出し範囲を最大にしたときの有効画像Apの対角長はLoとなる。このときの焦点距離がfoとすると対角画角θoは、次の数式1を満たす。
Figure 2006128781
同様に、有効画像Apの対角長をLpとしたときの対角画角θpは次の数式2を満たす。
Figure 2006128781
これは、見かけ上、対角長Loの有効画像Apを焦点距離を長くして撮影したものと同じであり、見かけ上の焦点距離をfpとすると、次の数式3が成り立つ。
Figure 2006128781
以上の3つの数式から、見かけ上の焦点距離fpは、次の数式4で表すことができる。
Figure 2006128781
さらに、デジタルカメラ1において、制御部14は、振れ検出部17で検出した振れ量を相殺するように手振れ補正装置9を駆動して撮像素子6を移動させること(撮像シフト方式)で、撮影画像上で被写体像の移動を抑える機械的手振れ補正を行うことができる(機械的手振れ補正手段)。また、画像信号処理部10は、図2に示すように、撮影画像Aoから有効画像Apを切り出す位置を図中のAp”のように移動させることで、有効画像Ap,Ap”上で被写体像の移動を抑える電子的手振れ補正を行うこともできる(電子的手振れ補正手段)。なお、機械的手振れ補正手段としては、本実施形態のような撮像素子シフト方式以外にも、手振れ補正用レンズシフト方式や可変頂角プリズム方式などの公知技術を採用することも可能である。
ここで、デジタルカメラ1の光学ズームが、例えば、35mmフィルム換算で焦点距離35mm相当から420mm相当までの12倍ズームが可能であり、電子ズームが、有効画像Apの対角長Lpを撮影画像Aoの対角長Loの4分の1まで小さくすることで焦点距離35mm相当から140mm相当までの4倍のズームが可能であるとすると、両者を併用して、最大で1680mm相当の焦点距離が可能である。このデジタルカメラ1では、光学ズームと電子ズームとの組み合わせおよび機械的手振れ補正と電子的手振れ補正との組み合わせは、撮影して記録すべき画像の画角に対応する焦点距離fによって定められる。
図4にデジタルカメラ1の光学ズーム手段と電子ズーム手段および機械的手振れ補正手段と電子的手振れ補正手段の適用に関する制御の流れ図を示す。ステップS1において、操作部13のズーム倍率設定手段で指示された焦点距離fが420mm未満であれば、ステップS2で第1レンズ群2および第2レンズ群3を駆動して光学ズームを行う。そしてステップS3で手振れ補正を行うように設定されていればステップS4で手振れ補正装置9により機械的手振れ補正を行い、ステップS1に戻る。ステップS1で焦点距離fが420mm以上であれば、ステップS5でさらに焦点距離fが525mm以下であるか否かを判断し、焦点距離fが525mm未満であれば、ステップS6で画像信号処理部10による有効画像Apの切り出し範囲を設定された焦点距離に相当する画面領域とする電子ズームを行い、ステップS3で必要が確認されればステップS4で機械的手振れ補正を行いステップS1に戻る。ステップS5で焦点距離fが525mm以上であれば、ステップS7で電子ズームを行い、ステップS8で手振れ補正を行うように設定されていればステップS9で画像信号処理部10による有効画像Apの切り出し範囲を移動して電子的手振れ補正を行いステップS1に戻る。このように、デジタルカメラ1では、撮影中、常に、焦点距離fを確認してズーム手段および手振れ補正手段の選択を行う。この流れ図の中で、光学ズーム駆動とは、電子ズームの倍率を固定して光学ズームのみを行い、電子ズーム処理とは、光学ズームを固定して、切り出す画像領域の大きさを変更する処理であり、以下の流れ図においても同様である。
図5に、図4の制御の結果得られる焦点距離に対するズームおよび手振れ補正の適用範囲を示す。デジタルカメラ1では、焦点距離fが420mm未満のときは光学ズームを行い、焦点距離fが420mm以上になると電子ズームを行う。光学ズームを行う焦点距離fの領域では機械的手振れ補正が適用されるが、電子ズームを行う焦点距離fの領域では、焦点距離fが予め定めた距離(525mm)未満の場合は、機械的手振れ補正手段を適用し、焦点距離fが予め定めた距離(525mm)以上の場合にのみ電子的手振れ補正手段を適用する。尚、図中に記載の焦点距離とは、電子ズームと光学ズームを合算した結果としての見かけ上の焦点距離fを表し、以下の図においても同様である。
本実施形態において、ズーム手段と手振れ補正手段を以上のように適用する理由とその効果を説明する。先ず、電子ズームには、有効画像Apの画素数が撮影画像Aoの画素数よりも少なくなる、つまり、画像の解像度が低くなる欠点がある。このため、記録すべき画像の画角が大きく焦点距離fが短い場合は、光学ズームを優先的に使用することで、得られる画像を高解像度にすることができる効果がある。また、機械的手振れ補正は、消費電力が大きいという欠点があり、電子的手振れ補正には、有効画像Apの切り出し位置を変更する必要があるので、有効画像Apを撮影画像Aoに比べて十分に小さくしなければ、被写体像の移動を相殺するに足りるだけ切り出し範囲を移動することができず満足な手振れ補正ができないという欠点がある。そこで、本実施形態のように、電子ズームにより、有効画像Apが撮影画像Aoよりも一定の比率以下になったときのみ電子的手振れ補正手段を使用することで、手振れ補正による解像度の低下をなくし、消費電力も低減できる。
デジタルカメラ1において、電子ズームが適用されていれば、いくらかは撮影画像Ao内で有効画像Apの切り出し位置を移動することができるため、僅かでも電子的手振れ補正による手振れ補正の効果が期待できる。よって、光学ズーム手段によって画角を調節するときは機械的手振れ補正手段によって手振れを補正し、電子ズーム手段によって画角を調節するときは電子的手振れ補正手段によって手振れを補正してもよい。
しかし、デジタルカメラ1のように焦点距離fが光学ズームによる最大値420mmのような小さい画角の場合は、対角長Loに対して±10%程度の振れ量を見込む必要がある。このため、デジタルカメラ1において、電子的手振れ補正手段を適用してこの振れ量を相殺可能にするためには、有効画像Apの対角長LpをLoから20%減じた長さにする必要がある。この条件を数式4に代入するとfp=525mmが得られ、この焦点距離fが525mm未満の場合には、つまり、記録すべき画像の画角が、光学ズームによる撮影画像Aoの拡大率を最大としたときに有効画像Apの対角長Lpの撮影画像Aoの対角長Loに対する比率が所定の比率(80/100)になる画角より大きいときは、電子ズームにより画角を変更していても機械的手振れ補正手段によって手振れを補正することが好ましい。そして、焦点距離fが525mm以上の場合(撮影すべき画像の画角が前記画角以下の場合)には、電子的手振れ補正を適用しても十分な手振れ補正ができ、消費電力を有効に低減できることになる。
また、有効画像Apの撮影画像Aoに対する比率(80%)は経験的に求めた手振れ量に余裕量を加えたものであるが、振れ検出部17において、設計値を上回る振れ量が検出される場合も皆無ではない。このような場合は、電子的手振れ補正手段に加えて機械的手振れ補正手段を併用することで、より大きな振れ量を補正できるようにしてもよい。
続いて、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態は、デジタルカメラ1と同一の図1に示す構成で、図6に示すように、その制御のみが異なる。本実施形態では、ステップS11で焦点距離fが40mm未満であれば、ステップS12で電子ズーム処理により拡大率の変更を行い、ステップS13で手振れ補正をするように設定されていればステップS14で機械的手振れ補正を行いステップS11に戻る。ステップS11で焦点距離fが40mm以上であれば、ステップS15で焦点距離fが140mm未満であるか否かを確認し、焦点距離fが140mm未満であればステップS16で電子ズーム処理を行い、焦点距離fが140mm以上であればステップS17で光学ズームを行う。そしてステップS18で手振れ補正をするように設定されていればステップS19で電子的手振れ補正を行い、ステップS11に戻る。
図7に、図6の制御の結果得られる焦点距離fに対するズームおよび手振れ補正の適用範囲を示す。本実施形態では、焦点距離fが140mm未満のときは電子ズームを行い、焦点距離fが140mm以上になると光学ズームを行う。また、焦点距離fが40mm未満のときは機械的手振れ補正を適用し、焦点距離fが40mm以上になると電子的手振れ補正手段を適用する。
この実施形態によれば、機械的手振れ補正を適用する焦点距離fの範囲が35mmから40mmと少なく、消費電力を低減する効果が非常に高い。一方では、電子ズームを優先的に使用するので、得られる画像の解像度に制約がある。このため、本実施形態では、動画撮影など、解像度の高い画像が要求されない場合や、画像の解像度を犠牲にしても連続撮影時間を長くすることが望まれる場合に適している。動画と静止画の両方を撮影可能な撮影装置の場合、一般的に動画の方が低解像度での撮影となることが多い。したがって、動画撮影に関しては、解像度に何ら影響を及ぼすことなく本実施形態を採ることが可能である。また、画角が大きい場合は機械的手振れ補正を適用するので、上述したように、有効画像Apの移動量を確保するために画角が制限されることがない。
本実施形態では、第1実施形態とは異なり、画角が大きく、焦点距離fが短いときに、電子ズームによって画角を調節する。電子的手振れ補正によってデジタルカメラ1を中心とする撮影方向の振れを十分に相殺するためには、図3において、画角θoと画角θpとの差が最大振れ量以上となるようにすればよい。ここで、画角θoと画角θpとの差が一定であれば、θoが90°より小さい範囲では、焦点距離foが短くθoが大きくなるほどLpのLoに対する比率が大きくなる。つまり、第2実施形態においては、第1実施形態よりも有効画像Apの移動距離が小さくて済むため、有効画像Apの対角長Lpの撮影画像Aoの対角長Loに対する比率が第1実施形態の比率より大きいときにも電子的手振れ補正を適用することがきる。ただし、実際の手振れは、回転方向の手振れに加えて、平行移動の振れ成分も含まれるため、単純に画角θoと画角θpとの差を一定にして切り出し範囲を大きくすることは適当ではなく、本実施形態の場合、有効画像Apの対角長Lpの撮影画像Aoの対角長Loに対する比を約88%として焦点距離fが40mm未満の場合(記録すべき画像の画角が、光学ズーム手段による撮影画像Aoの拡大率を最小として電子ズーム手段によって画角を調節したときに有効画像Apの対角長Lpの撮影画像Aoの対角長Loに対する比率が88%になる画角より大きい場合)は機械的手振れ補正手段を適用している。
また、本実施形態において、レンズユニット4による撮影画像Aoの拡大が不能であっても、つまり光学ズーム手段を有していなくても、焦点距離fが40mm未満の場合に機械的手振れ補正手段を適用し、焦点距離が40mm以上の場合に電子的手振れ補正手段を適用することは、手振れ補正のための画角の減少および過度の電力消費をなくすことに有効である。
さらに、本発明の第3実施形態について説明する。
本実施形態は、デジタルカメラ1と同一の構成で、図8に示すように、さらに、その制御が異なる。本実施形態では、ステップS21で焦点距離fが40mm未満であれば、ステップS22で電子ズーム処理により拡大率の変更を行い、ステップS23で手振れ補正をするように設定されていればステップS24で機械的手振れ補正を行いステップS21に戻る。ステップS21で焦点距離fが40mm以上であればステップS25で焦点距離fが43.75mm未満であるか否かを確認する。焦点距離fが43.75mm未満であれば、ステップS26で電子ズーム処理を行い、ステップS27で手振れ補正をするように設定されていればステップS28で電子的手振れ補正を行い、ステップS21に戻る。ステップS25で焦点距離fが43.75mm以上であれば、ステップS29でさらに焦点距離fが525mm未満であるか否かを確認する。ステップS29で、焦点距離fが525mm未満であればステップS30で光学ズームを駆動し、焦点距離fが525mm以上であればステップ31で電子ズーム処理を行ってから、ステップS27で手振れ補正をするように設定されていればステップS28で電子的手振れ補正を行い、ステップS21に戻る。
図9に、図8の制御の結果得られる焦点距離に対するズームおよび手振れ補正の適用範囲を示す。本実施形態では、焦点距離fが40mm(このときの有効画像Apの画角を第1上限画角とする。)未満のときは機械的手振れ補正を適用し、焦点距離fが40mmを越える場合は電子的手振れ補正手段を適用する。また、焦点距離fが43.75mm(このときの有効画像Apの画角を第2上限画角とする。)未満のときは電子ズームを行い、焦点距離fが43.75mm以上525mm未満のときは、電子ズームのみによって焦点距離fを43.75mmとする倍率の電子ズーム処理に加えて光学ズームを行い、焦点距離fが525mm(このときの有効画像Apの画角を下限画角とする。)以上となると再び電子ズーム処理を行う。
本実施形態において、第1上限画角(焦点距離f=40mm)は、第2実施形態と同様に、有効画像Apの対角長Lpの撮影画像Aoの対角長Loに対する比率が第1の比率である88%になるように定め、下限画角(焦点距離f=525mm)は、第1実施形態と同様に、有効画像Apの対角長Lpの撮影画像Aoの対角長Loに対する比率が第2の比率であるである80%になるように定めている。そして、第2上限画角(焦点距離f=43.75mm)は、光学ズーム手段による撮影画像Aoの拡大率が最小であるとき、有効画像Apの対角長Lpの撮影画像Aoの対角長Loに対する比率が下限画角を決定したときの比率と同じ第2の比率である80%になるように定めてある。
この第1の比率(88%)は、光学ズームによる撮影画像Aoの拡大率を最小にしたときに、電子ズームによって手振れを十分に補正できるように有効画像Apの切り出し位置を移動するためのマージンを確保できる最大の比率であり、第2の比率(80%)は、光学ズームによる撮影画像Aoの拡大率を最大にしたときに、電子ズームによって手振れを十分に補正できるように有効画像Apの切り出し位置を移動するためのマージンを確保できる最大の比率である。
つまり、本実施形態は、記録すべき画像の画角が、光学ズーム手段による撮影画像Aoの拡大率を最小として電子ズーム手段によって画角を調節したときに有効画像Apの対角長Lpの撮影画像Aoの対角長Loに対する比率が第1の比率である88%になる画角を第1上限画角(f=40mm)とし、記録すべき画像の画角が、第1上限画角より大きい場合は機械的手振れ補正手段によって手振れを補正し、第1上限画角以下の場合は電子的手振れ補正手段によって手振れを補正しながら有効画像Apを記録する。また、記録すべき画像の画角が、光学ズーム手段による撮影画像Aoの拡大率を最小として電子ズーム手段によって画角を調節したときに有効画像Apの対角長Lpの撮影画像Aoの対角長Loに対する比率が第2の比率である80%になる画角を第2上限画角(f=43.75mm)、および、光学ズーム手段による撮影画像Aoの拡大率を最大として電子ズーム手段によって画角を調節したときに、有効画像Ap対角長Lpの撮影画像Aoの対角長Loに対する比率が第2の比率(80%)になる画角を下限画角(f=525mm)とし、記録すべき画像の画角が、第2上限画角より大きい場合は電子ズーム手段により前記有効画像の画角を調節し、第2上限画角以下で下限画角より大きい場合は電子ズーム手段によって有効画像Apの撮影画像Aoに対する比率を第2の比率である80%に固定して光学ズーム手段によって有効画像Apの画角を調節し、下限画角以下の場合は光学ズーム手段によって撮影画像Aoを最大限に拡大した状態に固定して電子ズーム手段によって有効画像Apの画角を調節して記録する。
本実施形態では、撮影すべき画像の画角が電子的手振れ補正手段で十分に手振れを補正することができない第1上限画角より大きいときには機械的手振れ補正手段を適用することで、最大画角を小さく制限することなく、消費電力を最低限に低減し、電子ズームによる解像度の低下を少なくして、手振れのない有効画像Apを記録することができる。
また、本実施形態では、撮影すべき画像の画角が大きいときは、電子ズームを使用して、可能な限り大きな画角で有効画像Apの対角長Lpの撮影画像Aoの対角長Loに対する比率を第2の比率(80%)にまで低下させる。撮影すべき画像の画角がこの第2上限画角以下で下限画角より大きい範囲では、電子ズームの倍率を固定して光学ズームで画角を調節するので解像度が変化しない。また、この範囲では、有効画像Apの対角長Lpの撮影画像Aoの対角長Loに対する比率を第2の比率(80%)に固定しているので、光学ズームによる撮影画像Aoの拡大率にかかわらず、有効画像Apの切り出し位置を変更できるようなマージンを十分に確保でき、電子的手振れ補正によって手振れのない有効画像Apを記録できる。
図10は、図9の第3実施形態の第1上限画角を、第2上限画角に合わせた第4実施形態のズームと手振れ補正の適用範囲を示す。本実施形態では、第3実施形態よりも僅かに機械的手振れ補正手段の適用範囲が広くなるが、第3実施形態よりも画角(焦点距離f)による条件分けが少なくて済むため制御が簡単になる。
また、図11は、図9の第3実施形態よりもさらに広角の第1上限画角から光学ズームを適用した第5実施形態を示す。本実施形態は、広角寄りでの光学ズーム駆動時に第3実施形態よりも僅かながら高解像度の画像を記録できる。しかし、本実施形態は、広角時にのみ電子的手振れ補正手段で満足な補正が可能な画角から光学ズームを使用するため、光学ズームにより画角を小さくすると、電子的手振れ補正による有効画像Apの移動可能量が不十分になる。このため、本実施形態では、光学ズームを駆動する領域(第1上限画角以下で下限画角より大きい範囲)において、その時々の画角に応じて必要な有効画像Apの移動量を確保するため、電子ズームによって、有効画像Apの対角長Lpの撮影画像Aoの対角長Loに対する比率を、第1の比率(88%)から第2の比率(80%)まで連続的に、予め焦点距離f(記録すべき画像の画角)に対して設定された比率になるように調節しながら、同時に、光学ズームを行って焦点距離fを合わせるようになっている。
本発明の第1実施形態のデジタルカメラのブロック図。 撮像素子の撮影画像と撮影画像から切り出す有効画像との関係を示す図。 画角、焦点距離および対角長の関係を示す図。 本発明の第1実施形態のデジタルカメラのズームおよび手振れ補正の適用の流れ図。 図4のデジタルカメラの焦点距離に対するズームおよび手振れ補正の適用範囲を示す図。 本発明の第2実施形態のデジタルカメラのズームおよび手振れ補正の適用の流れ図。 図6のデジタルカメラの焦点距離に対するズームおよび手振れ補正の適用範囲を示す図。 本発明の第3実施形態のデジタルカメラのズームおよび手振れ補正の適用の流れ図。 図8のデジタルカメラの焦点距離に対するズームおよび手振れ補正の適用範囲を示す図。 本発明の第4実施形態のデジタルカメラの焦点距離に対するズームおよび手振れ補正の適用範囲を示す図。 本発明の第5実施形態のデジタルカメラの焦点距離に対するズームおよび手振れ補正の適用範囲を示す図。
符号の説明
1 デジタルカメラ(撮影装置)
2 第1レンズ群(光学部材、光学ズーム手段)
3 第2レンズ群(光学部材、光学ズーム手段)
4 レンズユニット(光学系)
6 撮像素子
9 手振れ補正装置(機械的手振れ補正手段)
10 画像信号処理部(電子ズーム手段、電子的手振れ補正手段)
14 制御部
17 振れ検出部
Ao 撮影画像
Ap 有効画像
θo 画角
θp 画角

Claims (7)

  1. 被写体からの入射光を光学部材からなる光学系によって撮像素子に結像させて得られる撮影画像から有効画像を切り出して記録する撮影装置であって、
    前記光学系の少なくとも1つの光学部材を移動して前記撮影画像の倍率を拡大または縮小することで前記有効画像の画角を変更可能な光学ズーム手段と、
    前記撮影画像から前記有効画像を切り出す範囲を変更することで前記有効画像の画角を変更可能な電子ズーム手段と、
    撮影装置の振れ量を検出する振れ検出手段と、
    前記振れ検出手段が検出した振れ量を基に前記光学系の光学部材および前記撮像素子のうち少なくとも1つを移動して手振れを補正する機械的手振れ補正手段と、
    前記撮影画像から前記有効画像を切り出す位置を移動させることで手振れを補正する電子的手振れ補正手段とを有し、
    記録すべき画像の画角が大きい場合は、前記光学ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して、前記機械的手振れ補正手段により手振れを補正しながら前記有効画像を記録し、
    前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率が最大であるときのみ、さらに前記電子ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して、前記電子的手振れ補正手段により手振れを補正しながら前記有効画像を記録することを特徴とする撮影装置。
  2. 被写体からの入射光を光学部材からなる光学系によって撮像素子に結像させ、該撮像素子に結像した撮影画像から有効画像を切り出して記録する撮影装置であって、
    前記撮影画像から前記有効画像を切り出す範囲を変更することで前記有効画像の画角を変更可能な電子ズーム手段と、
    撮影装置の振れ量を検出する振れ検出手段と、
    前記振れ検出手段が検出した振れ量を基に前記光学系の光学部材および前記撮像素子のうち少なくとも1つを移動して手振れを補正する機械的手振れ補正手段と、
    前記撮影画像から前記有効画像を切り出す位置を移動させることで手振れを補正する電子的手振れ補正手段とを有し、
    前記撮影画像に対する前記有効画像の比率が所定の比率より大きい場合は、前記機械的手振れ補正手段によって手振れを補正して画像を記録し、
    前記撮影画像に対する前記有効画像の比率が所定の比率以下の場合は、前記電子的手振れ補正手段によって手振れを補正して前記有効画像を記録することを特徴する撮影装置。
  3. さらに、前記光学系の少なくとも1つの光学部材を移動して前記撮影画像を拡大することで前記有効画像の画角を変更可能な光学ズーム手段を有し、
    記録すべき画像の画角が大きいときは、前記光学ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して前記機械的手振れ補正手段により手振れを補正しながら前記有効画像を記録し、
    前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率が最大であるときのみ、さらに前記電子ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して、該有効画像を記録することを特徴とする請求項2に記載の撮影装置。
  4. さらに、前記光学系の少なくとも1つの光学部材を移動して前記撮影画像を拡大することで前記有効画像の画角を変更可能な光学ズーム手段を有し、
    記録すべき画像の画角が大きいときは、前記電子ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して前記有効画像を記録し、
    前記電子ズーム手段による前記有効画像の切り出し範囲が最小であるときのみ、さらに前記光学ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して、前記電子的手振れ補正手段により手振れを補正しながら前記有効画像を記録することを特徴とする請求項2に記載の撮影装置。
  5. 被写体からの入射光を光学部材からなる光学系によって撮像素子に結像させ、該撮像素子に結像した撮影画像から有効画像を切り出して記録する撮影装置であって、
    前記光学系の少なくとも1つの光学部材を移動して前記撮影画像を拡大することで前記有効画像の画角を変更可能な光学ズーム手段と、
    前記撮影画像から前記有効画像を切り出す範囲を変更することで前記有効画像の画角を変更可能な電子ズーム手段と、
    撮影装置の振れ量を検出する振れ検出手段と、
    前記振れ検出手段が検出した振れ量を基に前記光学系の光学部材および前記撮像素子のうち少なくとも1つを移動して手振れを補正する機械的手振れ補正手段と、
    前記撮影画像から前記有効画像を切り出す位置を移動させることで手振れを補正する電子的手振れ補正手段とを有し、
    記録すべき画像の画角が、前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率を最小として前記電子ズーム手段によって画角を調節したときに前記有効画像の前記撮影画像に対する比率が所定の第1の比率になる第1上限画角より大きい場合は、前記機械的手振れ補正手段によって手振れを補正しながら前記有効画像を記録し、
    記録すべき画像の画角が、前記第1上限画角以下の場合は、前記電子的手振れ補正手段によって手振れを補正しながら前記有効画像を記録し、
    記録すべき画像の画角が、前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率を最小として前記電子ズーム手段によって画角を調節したときに前記有効画像の前記撮影画像に対する比率が所定の第2の比率になる第2上限画角より大きい場合は、前記電子ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して前記有効画像を記録し、
    記録すべき画像の画角が、前記第2上限画角以下で、前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率を最大として前記電子ズーム手段によって画角を調節したときに、前記有効画像の前記撮影画像に対する比率が前記第2の比率になる下限画角より大きい場合は、前記電子ズーム手段によって前記有効画像の前記撮影画像に対する比率を前記第2の比率に固定し、前記光学ズーム手段によって前記有効画像の画角を調節して前記有効画像を記録し、
    記録すべき画像の画角が前記下限画角以下の場合は、前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率を最大に固定し、前記電子ズーム手段によって前記有効画像の画角を調節して記録することを特徴とする撮影装置。
  6. 被写体からの入射光を光学部材からなる光学系によって撮像素子に結像させ、該撮像素子に結像した撮影画像から有効画像を切り出して記録する撮影装置であって、
    前記光学系の少なくとも1つの光学部材を移動して前記撮影画像を拡大することで前記有効画像の画角を変更可能な光学ズーム手段と、
    前記撮影画像から前記有効画像を切り出す範囲を変更することで前記有効画像の画角を変更可能な電子ズーム手段と、
    撮影装置の振れ量を検出する振れ検出手段と、
    前記振れ検出手段が検出した振れ量を基に前記光学系の光学部材および前記撮像素子のうち少なくとも1つを移動して手振れを補正する機械的手振れ補正手段と、
    前記撮影画像から前記有効画像を切り出す位置を移動させることで手振れを補正する電子的手振れ補正手段とを有し、
    記録すべき画像の画角が、前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率を最小として前記電子ズーム手段によって画角を調節したときに前記有効画像の前記撮影画像に対する比率が所定の第1の比率になる第1上限画角より大きい場合は、前記電子ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して、前記機械的手振れ補正手段によって手振れを補正しながら前記有効画像を記録し、
    記録すべき画像の画角が、前記第1上限画角以下で前記光学ズーム手段による前記撮影画像の拡大率を最大として前記電子ズーム手段によって画角を調節したときに前記有効画像の前記撮影画像に対する比率が所定の第2の比率になる下限画角より大きい場合は、前記電子ズーム手段によって前記有効画像の前記撮影画像に対する比率が前記第1の比率から前記第2の比率まで連続的に変化するように調節するとともに、前記光学ズーム手段によって画角を調節して、前記電子的手振れ補正手段によって手振れを補正しながら前記有効画像を記録し、
    記録すべき画像の画角が、前記下限画角以下の場合は、前記光学ズーム手段による拡大率を最大に固定し、前記電子ズーム手段により前記有効画像の画角を調節して、前記電子的手振れ補正手段によって手振れを補正しながら前記有効画像を記録することを特徴とする撮影装置。
  7. 前記電子的手振れ補正手段により手振れを補正しているときに、前記振れ検出手段が所定の量より大きな振れ量を検出したときは、さらに、前記機械的手振れ補正手段を使用することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の撮影装置。
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