JP2007147803A - 撮像装置、制御方法および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】手ぶれが生じた場合でも、オートフォーカス機能を用いて撮像が行えるとともに、オートフォーカスに要する時間が必要以上に長くならないようにする。
【解決手段】被写体に自動的に焦点を合わせ、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス機能を有する撮影部２０と、少なくともレンズの光軸方向の手ぶれ量を検出し、レンズの光軸方向の手ぶれ量に基づいて合焦点位置を補正し、当該補正後の合焦点位置にレンズを駆動させるべく補正制御を行う制御部１０と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置、制御方法及び制御プログラムに係り、特にオートフォーカス機構を有する撮像装置におけるオートフォーカス制御技術に関する。

従来より静止画を撮像するディジタルスチルカメラなどの撮像装置においては、自動的に被写体との距離を測りレンズの位置を調節して焦点を合わせることができるオートフォーカス機構が知られている。
オートフォーカス機構は、ユーザがマニュアルで焦点を合わせることなく自動的に焦点が合わせられるため、撮像装置の操作を飛躍的に簡略化することができる。
ところで、従来の撮像装置においては、シャッタスイッチを半押しにすることで、オートフォーカス機構を動作させ、その状態で合焦点位置を固定するオートフォーカスロック機構が一般的に採用されていた。
このような従来の撮像装置においては、オートフォーカスロック後に手ぶれなどにより撮像装置本体の位置が合焦位置からずれてしまうと、合焦点位置は固定とされているため、結局、焦点の合っていない、いわゆる、ピントのぼけた画像が得られることとなる。
特開２００１−６６６５７号公報

これを防止するため、特許文献１記載のカメラにおいては、手ぶれがある場合にはオートフォーカス機能を解除し、マニュアル撮影しか行えないようにしている。
しかしながら、このような構成では、オートフォーカス機能を利用した撮像は行えなくなってしまうという問題点が生じる。
そこで、本発明の目的は、手ぶれが生じた場合でも、オートフォーカス機能を用いて撮像が行えるとともに、オートフォーカスに要する時間が必要以上に長くならないようにすることが可能な撮像装置、制御方法および制御プログラムを提供することにある。

上記課題を解決するため、撮像装置は、被写体に自動的に焦点を合わせ、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス機構部と、少なくとも前記レンズの光軸方向の手ぶれ量を検出する手ぶれ量検出部と、前記レンズの光軸方向の手ぶれ量に基づいて前記合焦点位置を補正し、当該補正後の合焦点位置に前記レンズを駆動させるべく補正制御を行うオートフォーカス補正部と、を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、撮像装置のオートフォーカス機構部は、被写体に自動的に焦点を合わせ、レンズを合焦点位置に駆動する。
一方、手ぶれ量検出部は、少なくともレンズの光軸方向の手ぶれ量を検出する。
そして、オートフォーカス補正部は、レンズの光軸方向の手ぶれ量に基づいて合焦点位置を補正し、当該補正後の合焦点位置にレンズを駆動させるべく補正制御を行う。

この場合において、前記オートフォーカス機構部は、前記補正制御により、前記手ぶれ量に相当するだけ前記レンズの撮像素子に対する相対的な位置をずらすようにしてもよい。
また、シャッタを操作するためのシャッタスイッチを備え、前記オートフォーカス機構は、前記シャッタスイッチの半押し操作がなされたタイミングで前記レンズを合焦点位置に駆動して当該位置で保持し、前記オートフォーカス補正部は、前記シャッタスイッチが全押し操作がなされたタイミングで前記補正制御を行うようにしてもよい。
さらにまた、前記手ぶれ量検出部は、ジャイロセンサ備え、当該ジャイロセンサが出力した角速度検出信号に基づいて前記手ぶれ量を検出するようにしてもよい。

また、被写体に自動的に焦点を合わせ、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス機構を備えた撮像装置の制御方法において、前記レンズを合焦点位置に駆動し、保持するオートフォーカス過程と、少なくとも前記レンズの光軸方向の手ぶれ量を検出する手ぶれ量検出過程と、前記レンズの光軸方向の手ぶれ量に基づいて前記合焦点位置を補正し、当該補正後の合焦点位置を新たな合焦点位置として前記オートフォーカス機構に前記レンズを駆動させるオートフォーカス補正過程と、を備えたことを特徴としている。

また、被写体に自動的に焦点を合わせ、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカ
ス機構を備えた撮像装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムにおいて、
前記レンズを合焦点位置に駆動し、保持させ、少なくとも前記レンズの光軸方向の手ぶれ量を検出させ、前記レンズの光軸方向の手ぶれ量に基づいて前記合焦点位置を補正させ、当該補正後の合焦点位置を新たな合焦点位置として前記オートフォーカス機構に前記レンズを駆動させる、ことを特徴としている。

次に本発明の最適な実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施の形態では、電子機器の一態様としての携帯型ディジタルスチルカメラ（以下、単に「ディジタルスチルカメラ」と言う）に本発明を適用した場合について説明する。
図１は、実施形態のディジタルスチルカメラの概要構成ブロック図である。
ディジタルスチルカメラ１は、図１に示すように、制御部１０、撮影部２０、手ぶれ量検出部３０、操作部４０、リムーバルメディア５０、Ｉ／Ｆ部５１および映像出力端子５２を備えている。

制御部１０は、ディジタルスチルカメラ１の各部を制御する制御手段として機能するものであり、各種プログラムの実行や演算処理を行うＣＰＵ１１と、このＣＰＵ１１が実行する制御プログラム１００や各種データを格納する書換可能なフラッシュＲＯＭ（以下、単に「ＲＯＭ」と言う）１２と、ＣＰＵ１１の演算結果や各種データを一時的に格納するためのワークエリアとして機能するＲＡＭ１３と、セルフタイマ撮影などにおいて計時を行うタイマ回路１４とを備えている。また、上記ＲＯＭ１２に格納された制御プログラム１００にはオートフォーカス補正を実現するための動画表示処理プログラムが含まれている。

この制御プログラム１００は例えばＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体６０に記録して配布することが可能である。さらに、パーソナルコンピュータと本携帯型ビデオカメラ１とを通信可能にケーブル等で接続し、パーソナルコンピュータで読み取られた記録媒体６０の制御プログラム１００を本スチルカメラ１に出力することで、フラッシュＲＯＭ１２に制御プログラム１００を格納することも可能である。

次いで、撮像部２０は被写体を静止画として撮影するものであり、カメラコントロール回路２１、撮影カメラ２２、撮影部ＲＡＭ２３および表示パネル２４を備えている。カメラコントロール回路２１は、制御部１０の制御の下、撮影部２０の各部を制御するものである。また、撮影カメラ２２は、ＣＣＤセンサあるいはＣＭＯＳイメージセンサで撮像を行い、対応する画像データをカメラコントロール回路２１に出力する。この場合において、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサにおいては、光電変換素子が２次元にマトリクス状或いはハニカム状に配置されている。また、撮像カメラ２２は、複数の光学レンズを有してなる光学レンズ系、この光学レンズ系を駆動してズーム、フォーカスなどを実現するためのレンズ駆動装置、自動露光を行うために絞り等を実現するための絞り駆動装置、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサにて取得されたアナログ信号をデジタル信号に変換して画像データとして出力するＡ／Ｄ変換回路等を備えて構成されている。
撮影部ＲＡＭ２３は、画像データを一時的に格納するものである。

また、表示パネル２４は撮影された静止画や設定画面等の各種情報を表示するものであり、例えば液晶ディスプレイパネルや有機ＥＬパネル等のフラットディスプレイパネルにより構成されている。
リムーバルメディア５０は撮影時の動画データを格納するものであり、例えばビデオテープ、記録可能な光学ディスク、リムーバルハードディスクにより構成されている。
このような構成の下、撮影カメラ２２から出力されたフレームの画像データはカメラコントロール回路２１にて所定の画像処理がなされた後、撮影部ＲＡＭ２３に一時的に格納され、また、制御部１０を介してリムーバルメディア５０に動画データとして順次可能される。そして、撮像部ＲＡＭ２３に格納された画像データは表示パネル２４に撮影動画をライブビュー表示する際に用いられ、また、リムーバルメディア５０に格納された動画データは撮影後に撮影動画を表示（再生）する際に用いられる。

図２は、角速度の軸の説明図である。
角速度検出部３０は、上記手ぶれ量を検出する手ぶれ量検出手段として機能するものである。具体的には、角速度検出部３０は、図２に示すように、フレーム７０の高さ方向（以下、Ｘ軸と定義する）の移動と横方向（以下、Ｙ軸と定義する）の移動とのそれぞれの角速度を個別に検出すべく、図１に示したように、Ｘ軸ジャイロセンサ３１およびＹ軸ジャイロセンサ３２の２つのジャイロセンサ３１、３２を有し、それぞれのジャイロセンサ３１、３２が角速度に応じた電圧値の角速度検出信号を制御部１０に出力する。
制御部１０は、フレーム７０のサンプリング周期と同期して各ジャイロセンサ３１、３２の角速度検出信号を取り込み、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれについて手ぶれ量を算出しフレーム７０の画像データと対応付けて、或いは、画像データに付加してリムーバブルメディア５０に格納する。

本実施形態においては、ジャイロセンサ３１、３２を用い、所定のサンプリング期間における積分角速度、ひいては、所定のサンプリング期間における手ぶれ量θ（Ｘ軸方向手ぶれ量θｘおよびＹ軸方向手ぶれ量θｙ）を算出しているが、ジャイロセンサ３１、３２の個体差等によって角速度（ｒａｄ／秒）がゼロの場合の角速度検出信号の電圧値が異なるため、本実施形態では、本体の電源が投入された後、撮影を開始する前までに、各ジャイロセンサ３１、３２の角速度検出信号をサンプリングして、その平均値をゼロ点電圧値として設定している。このとき、一定時間に亘り複数のゼロ点電圧値を求め、これらのゼロ点電圧値の平均値との差が所定値以下のゼロ点電圧値が一定割合（例えば９９％）以上得られた場合に、そのゼロ点電圧値の平均値を実際のゼロ点電圧値として設定する構成としており、これにより本体が停止状態であるときのゼロ点電圧値を設定可能となる。

操作部４０は、ユーザによって操作される複数の操作子を有し、例えば電源ボタンや撮影開始／終了等の各種指示を入力するための操作キー等を有している。Ｉ／Ｆ部５１は本スチルカメラ１をパーソナルコンピュータとケーブル等で通信可能に接続するためのインターフェースであり、リムーバルメディア５０に格納された画像データをパーソナルコンピュータに出力する際には当該画像データがＩ／Ｆ部５１を介してパーソナルコンピュータに出力される。映像出力端子５２は、テレビやプロジェクタなどの外部ディスプレイ装置に画像データに対応する映像信号を出力するための端子である。なお、本スチルカメラ１は、上述の構成要素の他にも、音声信号を取り込み記録・再生するためのオーディオ回路や、音声信号を外部スピーカや外部アンプ等に出力するための音声出力端子などを備えている。

次に動作を説明する。
図３は実施形態の処理フローチャートである。
制御部１０のＣＰＵ１１は、操作部４０の図示しないシャッタスイッチが半押しされたか否かを判別する（ステップＳ１１）。
ステップＳ１１の判別において、未だシャッタスイッチが半押しされていない場合には（ステップＳ１１；Ｎｏ）、待機状態となる。
ステップＳ１１の判別において、シャッタスイッチが半押しされた場合には（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１１は、カメラコントロール回路２１を制御し、自動露出制御を行わせる（ステップＳ１２）。
さらにＣＰＵ１１は、カメラコントロール回路２１を制御し、自動焦点（オートフォーカス）制御を行わせる（ステップＳ１３）。

ここで、オートフォーカス制御について詳細に説明する。
図４は、コントラスト検出法でオートフォーカス制御を行う場合の説明図である。
コントラスト検出法によれば、実際にレンズを駆動し、コントラストが最も高い位置を合焦点としている。すなわち、図４のレンズ位置Ｐが合焦点位置となるので、この位置Ｐで、レンズを固定しオートフォーカスロック状態とする。
続いてＣＰＵ１１は、シャッタスイッチが全押しされたか否かを判別する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１４の判別において、未だシャッタスイッチが全押しされていない場合には（ステップＳ１４；Ｎｏ）、待機状態となる。
ステップＳ１４の判別において、シャッタスイッチが全押しされた場合には（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１１は、角速度検出部３０からの出力信号に基づいて所定のサンプリング期間における積分角速度を検出する（ステップＳ１５）。

制御部１０における積分角速度の算出について簡単に説明すると、制御部１０は上記角速度検出信号に基づいて角速度（ｒａｄ／秒）を算出し、この角速度（ｒａｄ／秒）を所定のサンプリング間隔（秒）で積分することで積分角速度Σ（ｒａｄ／秒）を算出する。実際には、制御部１０は、積分角速度として、Ｘ軸方向積分角速度ΣｘおよびＹ軸方向積分角速度Σｙを算出する。
続いてＣＰＵ１１は、Ｘ軸方向積分角速度ΣｘおよびＹ軸方向積分角速度Σｙに基づいてディジタルスチルカメラのパニング動作がなされたか否かを判別する（ステップＳ１６）。ここで、パニング動作とは、例えば、画面中央に人物を配置した状態でシャッタスイッチを半押しして、人物に対するオートフォーカスロック状態とし、つづいてディジタルスチルカメラの向きを変えて、画面の側部に人物が配置されるように構図を直す動作をいう。

ステップＳ１６の判別において、ディジタルスチルカメラにおいてパニング動作がなされた場合には（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、手ぶれを考慮することなくオートフォーカスロック状態を維持する必要があるので、直ちに撮影処理に移行する（ステップＳ１９）。すなわち、ステップＳ１３のオートフォーカス処理によりオートフォーカスロック状態とされた合焦点位置にレンズを固定して、撮影カメラ２２により撮像を行い、得られた画像データを撮影部ＲＡＭ２３に一時的に取り込むとともに、制御部１０の制御下でリムーバブルメディア５０に記録することとなる。
画像データのリムーバブルメディア５０への記録動作と並行して表示パネル２４には、撮像した画像が表示されることとなる。

ステップＳ１６の判別において、ディジタルスチルカメラがパニング動作をしていない場合には（ステップＳ１６；Ｎｏ）、制御部１０のＣＰＵ１１は、算出したＸ軸方向積分角速度ΣｘおよびＹ軸方向積分角速度Σｙに基づいてＸ軸方向手ぶれ量θｘ（ｍｍ）およびＹ軸方向手ぶれ量θｙ（ｍｍ）を算出し、Ｘ軸方向手ぶれ量θｘおよびＹ軸方向手ぶれ量θｙの少なくともいずれか一方が許容値を越えているか否かを判別する（ステップＳ１７）。この場合において、この許容値は、ズーム倍率、シャッタ速度などの撮影条件によって適宜設定されている。
ステップＳ１７の判別において、Ｘ軸方向手ぶれ量θｘおよびＹ軸方向手ぶれ量θｙの少なくともいずれか一方が許容値を越えている場合には（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、オートフォーカス補正処理に移行する（ステップＳ１８）。

図５は、オートフォーカス補正処理の原理説明図である。
図５に示すように、手ぶれがない場合の合焦点位置Ｐおよび手ぶれが生じた場合の合焦点位置Ｐ１との差ＤＦと、ディジタルスチルカメラ１１のＣＣＤの手ぶれに起因する移動量ＤＸと、の間には、相関関係がある。従って、ディジタルスチルカメラ１１の手ぶれに起因する移動量ＤＸが検出できれば、合焦点位置を位置Ｐから位置Ｐ１に補正することができるはずである。

図６は、Ｘ軸方向におけるオートフォーカス補正処理の説明図である。
図７は、Ｙ軸方向におけるオートフォーカス補正処理の説明図である。
オートフォーカス補正処理において、ＣＰＵ１１は、算出したＸ軸方向手ぶれ量θｘおよびＹ軸方向手ぶれ量θｙに基づいてオートフォーカス補正量ΔＬを算出する。
具体的には、まず、図６に示すように、Ｙ軸方向手ぶれ量θｙに基づいてＹ軸方向のオートフォーカス補正量ΔＬｙを次式により算出する。
ΔＬｙ＝Ｌ−Ｌ／ｃｏｓθｙ
この結果、Ｙ軸方向についてのみ手ぶれ量を補正した見かけ上の被写体ＯＢ１までの距離Ｌ１は次式の通りとなる。
Ｌ１＝Ｌ＋ΔＬｙ

続いてＣＰＵ１１は、図７に示すように、Ｘ軸方向手ぶれ量θｘおよび見かけ上の被写体ＯＢ１までの距離Ｌ１に基づいてＸ軸方向のオートフォーカス補正量ΔＬｘを次式により算出する。
ΔＬｘ＝Ｌ１−Ｌ１／ｃｏｓθｘ
これらの結果に基づいて、ＣＰＵ１１は、オートフォーカス補正量ΔＬを算出する。
ΔＬ＝ΔＬｘ＋ΔＬｙ
そして、ＣＰＵ１１は、カメラコントロール回路２１を制御し、オートフォーカス補正量ΔＬに基づいて、オートフォーカス補正処理を行わせ、ステップＳ１３で求めた合焦点位置からオートフォーカス補正量ΔＬだけずらした位置を新たな合焦点位置とする。そして、補正後の新たな合焦点位置に基づいて画像データを撮影部ＲＡＭ２３に一時的に取り込むとともに、制御部１０の制御下でリムーバブルメディア５０に記録することとなる。

以上の説明のように、本実施形態によれば、シャッタスイッチの半押し状態においてオートフォーカス制御により得られた合焦点位置を手ぶれ量に相当する差分だけ補正する構成を採っているので、オートフォーカス補正処理に要する時間を短縮することができ、よりピントの合った画像を得ることが可能となる。

以上の説明では、合焦点位置の検出にコントラスト検出法を用いた場合について説明したが、 オートフォーカス位置の検出方法としては、様々な方法用いることが可能である。すなわち、レーダーと同様の原理で、対象物（被写体）に赤外線・超音波などを照射し、その反射波が戻るまでの時間や照射角度により距離を検出するアクティブ検出法や、位相差検出法などのパッシブ検出法も適用が可能である。

以上の説明ではディジタルスチルカメラについて説明したが、携帯電話に設けられたカメ
ラや、ＰＤＡ一体型カメラや、一眼レフカメラなど他の静止画を撮像可能な電子光学機器に適用が可能である。
以上の説明では、角速度に基づいてぶれ量を検出する構成を例示したが、これに限らず、加速度センサを用いてぶれ量を検出する構成としても良い。

実施形態のディジタルスチルカメラの概要構成ブロック図である。 角速度の軸の説明図である。 実施形態の処理フローチャートである。 コントラスト検出法でオートフォーカス制御を行う場合の説明図である。 オートフォーカス補正処理の原理説明図である。 Ｙ軸方向におけるオートフォーカス補正処理の説明図である。 Ｘ軸方向におけるオートフォーカス補正処理の説明図である。

符号の説明

１…ディジタルスチルカメラ、１０…制御部（手ぶれ量検出部、オートフォーカス補正部）、１１…ＣＰＵ（手ぶれ量検出部、オートフォーカス補正部）、２０…撮影部、２１…カメラコントロール回路（オートフォーカス機構部）、２２…撮影カメラ（オートフォーカス機構部）、２４…表示パネル、３０…角速度検出部（手ぶれ量検出部）、５０…リムーバルメディア、６０…記録媒体、７０…フレーム。

Claims (6)

1. 被写体に自動的に焦点を合わせ、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス機構部と、
   少なくとも前記レンズの光軸方向の手ぶれ量を検出する手ぶれ量検出部と、
   前記レンズの光軸方向の手ぶれ量に基づいて前記合焦点位置を補正し、当該補正後の合焦点位置に前記レンズを駆動させるべく補正制御を行うオートフォーカス補正部と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置において、
   前記オートフォーカス機構部は、前記補正制御により、前記手ぶれ量に相当するだけ前記レンズの撮像素子に対する相対的な位置をずらすことを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１または請求項２記載の撮像装置において、
   シャッタを操作するためのシャッタスイッチを備え、
   前記オートフォーカス機構は、前記シャッタスイッチの半押し操作がなされたタイミングで前記レンズを合焦点位置に駆動して当該位置で保持し、
   前記オートフォーカス補正部は、前記シャッタスイッチが全押し操作がなされたタイミングで前記補正制御を行うことを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の撮像装置において、
   前記手ぶれ量検出部は、ジャイロセンサ備え、当該ジャイロセンサが出力した角速度検出信号に基づいて前記手ぶれ量を検出することを特徴とする撮像装置。
5. 被写体に自動的に焦点を合わせ、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス機構を備えた撮像装置の制御方法において、
   前記レンズを合焦点位置に駆動し、保持するオートフォーカス過程と、
   少なくとも前記レンズの光軸方向の手ぶれ量を検出する手ぶれ量検出過程と、
   前記レンズの光軸方向の手ぶれ量に基づいて前記合焦点位置を補正し、当該補正後の合焦点位置を新たな合焦点位置として前記オートフォーカス機構に前記レンズを駆動させるオートフォーカス補正過程と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置の制御方法。
6. 被写体に自動的に焦点を合わせ、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス機構を備えた撮像装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムにおいて、
   前記レンズを合焦点位置に駆動し、保持させ、
   少なくとも前記レンズの光軸方向の手ぶれ量を検出させ、
   前記レンズの光軸方向の手ぶれ量に基づいて前記合焦点位置を補正させ、当該補正後の合焦点位置を新たな合焦点位置として前記オートフォーカス機構に前記レンズを駆動させる、
   ことを特徴とする制御プログラム。
   
   

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