JP2008051938A

JP2008051938A - カメラシステム及び合焦動作時の表示制御方法

Info

Publication number: JP2008051938A
Application number: JP2006226516A
Authority: JP
Inventors: Kyozo Saito; 恭造斎藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2008-03-06
Also published as: US20080049134A1; CN101132483A

Abstract

【課題】合焦動作時に合焦画像と非合焦画像がステップ的に切替え表示されることによる違和感を抑えることができるようにすること。
【解決手段】少なくとも２フレーム分の画像データを記録できる容量を持つフレームメモリ１２を備え、このフレームメモリ１２にイメージセンサ１０８からの１フレームごとの画像を格納するとともに、格納した画像データを読み出してモニタ１５上に表示し、シャッタが半押しされた場合には、合焦動作を開始し、シャッタが半押しされた時点の画像を合焦動作が完了するまでモニタ１５上に静止画として表示させ、合焦動作完了後は、合焦状態にあるノーマル画像又はマクロ画像に切替える。これにより、合焦動作中にぼやけた画像が表示されることが無くなり、ぼやけた画像が表示されることによる使用上の違和感を抑えることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等のイメージセンサを備え、ノーマル撮影の他にマクロ撮影が可能なカメラシステム及び合焦動作時の表示制御方法に関する。

従来、携帯電話機に搭載されるカメラモジュールにおいて、ノーマル撮影の他に、バーコード等にレンズを近づけて撮影するマクロ撮影（又は接写）を行えるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。ノーマル撮影とマクロ撮影を切替えるためのレンズ移動方式として、ユーザが手動で切替える手動方式と自動的に電動で切替える電動方式とがある。手動方式の場合、ユーザの設定忘れによりマクロ撮影の設定のままでノーマル撮影を行ってしまったり又はその逆のケースの可能性があるが、電動方式であれば設定忘れによる不具合は回避することができる。

図４は、電動方式を採用したカメラモジュールの構成図である。カメラモジュール１００は、鏡筒１０１と、レンズ１０２と、磁性片１０３と、ハウジング１０４と、予張力バネ１０５と、電磁コイル１０６と、赤外線遮断フィルタ１０７と、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサ１０８とを主な構成要素として構成されている。

レンズ１０２を収容した鏡筒１０１の外周面上に円筒形の磁性片１０３が取り付けられており、この磁性片１０３と共に鏡筒１０１がハウジング１０４内の円筒片１０９に対してレンズ１０２の光軸方向に移動自在に支持されている。鏡筒１０１は、通常、予張力バネ１０５に付勢された状態でハウジング１０４内のノーマル撮影位置Ｐ１で係止されており、円筒片１０９の外壁面に巻回された電磁コイル１０６に通電されたときに磁性片１０３が吸引されてイメージセンサ１０８から離れる方向に移動し、マクロ撮影位置Ｐ２で係止される。このように、レンズ１０２は、ノーマル撮影時にはノーマル撮影位置Ｐ１に設定され、マクロ撮影時にはマクロ撮影位置Ｐ２に設定される。図５にその様子を示す。同図（ａ）はノーマル撮影位置Ｐ１に設定された場合であり、スイッチ１１０が開状態となっていて電磁コイル１０７には電源が供給されていない。同図（ｂ）はマクロ撮影位置Ｐ２に設定された場合であり、スイッチ１１０が閉状態となっていて電磁コイル１０７に電源が供給されている。

以上のように構成されたカメラモジュールでは、ノーマル撮影位置Ｐ１とマクロ撮影位置Ｐ２との切替えは対象物までの距離に基づいて行われる。例えば、距離センサで対象物のまでの距離を測定してレンズ位置を切替え、又は画像のコントラストから合焦状態を判定してレンズ位置を切替える。
特開２００４−２８００３９号公報

しかしながら、距離センサのように高価な部品を備えたのではカメラモ全体のコストがアップしてしまうといった問題がある。一方、ノーマル撮影位置Ｐ１とマクロ撮影位置Ｐ２との間をレンズがステップ的に移動する形式のカメラモジュールにコントラストによる合焦方法を採用した場合、合焦動作時に必ず非合焦画像と合焦画像とがステップ的に切り替わる現象が生じ、ユーザに違和感を与える問題がある。

本発明は、コントラストにより合焦位置を判定する合焦動作時に、非合焦画像と合焦画像とがステップ的に切り替わる現象を無くし、ユーザに違和感を与えずに自動的にレンズを合焦位置へ移動させることができ、距離センサを備える場合に比べてコストダウンを図ることのできるカメラシステム及び合焦動作時の表示制御方法を提供することを目的とする。

本発明のカメラシステムは、レンズと、前記レンズにて結像した被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子から出力される画像を記憶するメモリと、前記メモリに記憶された画像を表示するモニタと、前記レンズを第１撮影位置から第２撮影位置又は第２撮影位置から第１撮影位置へ移動させるレンズ移動手段と、合焦動作が開始されると、前記レンズ移動手段に前記レンズを第１撮影位置から第２撮影位置又は第２撮影位置から第１撮影位置へ移動させ、前記レンズを移動させた際に前記第１撮影位置で得られた画像と前記第２撮影位置で得られた画像の合焦状態を比較して合焦位置を判定し、合焦位置と判定した前記第１撮影位置又は前記第２撮影位置に前記レンズを移動させる合焦手段と、合焦動作開始から終了までの間、合焦動作開始直前の画像を前記モニタに表示させる表示制御手段とを具備したことを特徴とする。

本発明の合焦動作時の表示制御方法は、レンズにて結像した被写体像を撮像するステップと、前記撮像した画像をメモリに記憶するステップと、前記メモリに記憶された画像をモニタに表示するステップと、合焦動作が開始されると、前記レンズを第１撮影位置から第２撮影位置又は第２撮影位置から第１撮影位置へ移動し、前記第１撮影位置及び前記第２撮影位置でそれぞれ得られた画像の合焦状態を比較して合焦位置を判定し、合焦位置と判定された前記第１撮影位置又は前記第２撮影位置に前記レンズを移動させるステップと、合焦動作開始から終了までの間、合焦動作開始直前の画像を前記モニタに表示させるステップとを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、合焦動作開始から終了までの間、合焦動作開始直前の画像を前記モニタに表示させるので、非合焦画像と合焦画像とがステップ的に切り替わる現象を無くすことができ、ユーザに違和感を与えずに自動的にレンズを合焦位置へ移動させることができる。

上記カメラシステムにおいて、前記合焦手段は、画像のコントラストから合焦状態を判定することが望ましく、また前記レンズ移動手段は、前記レンズを保持する鏡筒の外周に設けられた磁石と、該磁石から離間して対向配置された電磁コイルとを備え、前記電磁コイルに通電することにより前記レンズを第１撮影位置又は第２撮影位置に移動させて位置固定することが望ましい。

上記カメラシステムにおいて、合焦動作開始のトリガとなるシャッタ操作を検出する検出手段と、前記シャッタ操作に連動して合焦動作終了後の合焦状態にある画像を保存する画像保存手段とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、コントラストにより合焦位置を判定する合焦動作時に、非合焦画像と合焦画像とがステップ的に切り替わる現象を無くすことができ、ユーザに違和感を与えずに自動的にレンズを合焦位置へ移動させることができ、さらに距離センサを備える場合に比べてコストダウンを図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るカメラシステムの概略構成を示すブロック図である。同図において、本実施の形態のカメラシステム１は、図４に示すカメラモジュール１００と同様のカメラモジュールを備えるとともに、少なくとも２フレーム分の画像データを記録できる記憶容量を持つフレームメモリ１２を備えている。なお、本実施の形態におけるカメラモジュールの各部の構成要素は、図４に示すカメラモジュール１００と同様の符号を使用する。

フレームメモリ１２には、例えばＦＩＦＯ(First・In・First・Out)メモリが用いられ、少なくとも２フレーム分の画像を記憶し、１フレームの画像が入力される毎に先頭の画像を出力する動作を繰り返す。レンズ１０２位置の切替え（即ち鏡筒１０１の位置の切替え）は、電磁コイル１０６（図４参照）に通電することで行われる。電磁コイル１０６を駆動する電力はドライバ１０から供給される。ドライバ１０は、ＩＳＰ(イメージシグナルプロセッサ)１１より駆動信号が入力され、該駆動信号を増幅して電磁コイル１０６に供給する。ＩＳＰ１１には駆動部１１１とＣＰＵ１１２が含まれており、駆動部１１１はドライバ１０へ駆動信号を入力し、ＣＰＵ１１２はＩＳＰ１１に内蔵されたメモリ（図示略）に記憶されたプログラムに従って駆動部１１１を制御するとともに、電磁コイル１０６に対する通電制御を行い、さらにＩＳＰ１１内での画像処理における各種制御を行う。ＣＰＵ１１２は、後述する合焦動作を制御する合焦手段並びに合焦動作時のモニタ表示画像を制御する表示制御手段として機能する。

ＣＰＵ１１２は、イメージセンサ１０８から出力される１フレームごとの画像をフレームメモリ１２に格納するとともに、フレームメモリ１２から出力される画像データをメイン基板１３側へ転送する。また、ＣＰＵ１１２は、メイン基板１３からシャッタが半押しされたことを検出した信号が入力されことをトリガにして合焦動作を開始し、レンズ１０２位置の切替え制御を行う。シャッタ操作はユーザによって行われ、このシャッタ操作はシャッタ操作検出部１４にて検出される。シャッタ操作検出部１４は、シャッタの半押し、全押し、全押し後のリリース（ユーザの指がシャッタから離れる）の各操作を検出し、その結果をメイン基板１３に入力する。ＣＰＵ１１２は、シャッタが半押しされた時点で合焦動作を開始する。

ここで、図３に合焦状態と非合焦状態それぞれにおける画像コントラストとその微分値を示す。合焦状態では、同図（ａ）に示すようにコントラストを示す波形は輪郭がはっきりとした矩形波となり、その微分値は尖鋭な三角形状の波形となる。これに対し非合焦状態では、同図（ｂ）に示すようにコントラストを示す波形は輪郭がぼけた正弦波に近い波形となり、その微分値は丸みを帯びた波形となる。このように、異なるレンズ位置におけるコントラストの微分値を比較することで合焦状態か否かを判定可能となる。画像のコントラストを分析する手法は微分値を計算する方法に限定されるものではない。

図１のＣＰＵ１１２は、シャッタが半押しされた時点で合焦動作を開始すると、レンズ１０２の焦点位置を切替える直前にフレームメモリ１２に記憶された画像を読み出してメイン基板１３に接続されたモニタ１５上に静止画として表示させる。このように、合焦動作中は、合焦動作開始直前に保存されている画像をモニタ１５上に表示させるので、合焦動作中にぼやけた非合焦画像と輪郭が鮮明な合焦画像とがステップ的に切替え表示されることが無くなり、ぼやけた画像とはっきりした画像とがステップ的に切替え表示されることによる違和感を抑えることが可能となる。

ＩＳＰ１１はデータバスＤＢと制御バスＣＢを介してメイン基板１３と接続され、メイン基板１３との間でデータ及び制御信号の授受を行う。データバスＤＢにはＩＳＰ１１で画像処理された画像が伝送され、制御バスＣＢにはクロック信号、データ有効信号（水平同期信号）、フレーム同期信号（垂直同期信号）、ストローブ信号（シャッタ、ストロボコントロール等）等の制御信号が伝送される。メイン基板１３には着脱自在なメモリ１６が接続され、シャッタが全押しされたときの画像が記憶される。メモリ１６はシャッタ操作時に合焦動作後に合焦状態の画像を保存する画像保存手段となる。

次に、本実施の形態のカメラシステム１の動作について、図２に示すシーケンス図を参照して説明する。同図において、（ａ）はシャッタの検出信号を示す図、（ｂ）はフレーム同期信号を示す波形図、（ｃ）はレンズ１０２の焦点位置を示す図、（ｄ）は撮影画像を示す図、（ｅ）はフレームメモリ１１に格納されたメモリ画像を示す図、（ｆ）はフォーカス処理を示す図、（ｇ）はモニタ１５に表示される画像を示す図である。

カメラシステム１が起動されて動作を開始すると、フレーム同期信号に従ってイメージセンサ１０８から所定の速度（例えば１５枚／秒）で画像が出力される。イメージセンサ１０８から出力された画像は一旦フレームメモリ１２に格納された後、メイン基板１３へ転送されてモニタ１５上に表示される。図２に示す例では、シャッタが押される前は、レンズ１０２の焦点位置はノーマル撮影位置にあるものとし、ノーマル画像がモニタ１５上に表示されている。本実施の形態では、第１撮影位置がノーマル撮影位置、第２撮影位置がマクロ撮影位置とする。

この状態でユーザがシャッタを半押しすると、シャッタ操作検出部１４がシャッタの半押し状態を検出し、メイン基板１３を介してＩＳＰ１１のＣＰＵ１１２に通知する。ＩＳＰ１１のＣＰＵ１１２は、シャッタの半押し通知があると、合焦動作を開始し、電磁コイル１０６に通電を行ってレンズ１０２の焦点位置をシャッタ半押し通知直前のノーマル撮影位置からマクロ撮影位置に変更する。さらに、フレームメモリ１２に格納されている画像のうち、レンズ１０２位置が変化する直前の画像（ノーマル画像２）を読み出し、この画像（ノーマル画像２）を合焦動作終了まで継続してモニタ１５上に表示し続ける。ノーマル画像２はモニタ１５上に静止画として表示されるが、合焦動作終了までの時間は極めて短時間であるので、合焦画像と非合焦画像とがステップ的に切替え表示される場合に比べてユーザに与える違和感は極めて少ないものとなる。

ＣＰＵ１１２は、レンズ１０２移動開始前のノーマル画像２のコントラストを計算すると共に、レンズ１０２の焦点位置をノーマル撮影位置からマクロ撮影位置に変更した後のマクロ撮影位置での画像（マクロ画像３）のコントラストを計算する。そして、レンズ１０２移動前のノーマル撮影位置でのノーマル画像２のコントラストとレンズ１０２移動後のマクロ撮影位置でのマクロ画像３のコントラストとを比較し、コントラストが高い側のレンズ１０２位置（ノーマル撮影位置又はマクロ撮影位置）を合焦位置と判定する。図２に示すシーケンス例ではノーマル撮影位置が合焦位置と判定された場合はレンズ１０２の合焦位置をノーマル撮影位置へ移動させる。また、マクロ撮影位置が合焦位置と判定された場合はレンズ１０２の合焦位置が既にマクロ撮影位置となっているのでレンズ移動は行わない。マクロ撮影位置又はノーマル撮影位置のいずれかにおいて合焦すると、シャッタが半押しされた時点での画像（ノーマル画像２）の出力を停止し、合焦後の画像（どちらか画像５）を出力する。その後、シャッタが全押しされると、メイン基板１３側で画像の取り込みが行われてメモリ１６に保存される。その後、シャッタがリリースされたことが検出されると、ＣＰＵ１１２はレンズ１０２の焦点位置をノーマル撮影位置にする。但し、合焦動作によってレンズ１０２の焦点位置をノーマル撮影位置にした場合はそのままの状態にし、レンズ１０２の焦点位置をマクロ撮影位置にした場合はノーマル撮影位置にする。

このように本実施の形態のカメラシステム１によれば、少なくとも２フレーム分の画像データを記録できる容量を持つフレームメモリ１２を備え、このフレームメモリ１２にイメージセンサ１０８からの１フレームごとの画像を格納するとともに、格納した画像データを読み出してモニタ１５上に表示し、シャッタが半押しされた場合には、シャッタが半押しされた時点のレンズ１０２移動開始前の画像を合焦動作が完了するまでモニタ１５上に表示させる一方で、レンズ１０２の合焦位置をノーマル撮影位置とマクロ撮影位置との間でステップ的に移動させる合焦動作を行い、合焦動作完了後は合焦状態にあるノーマル画像又はマクロ画像に切替える。これにより、合焦動作中に合焦画像と非合焦画像とがステップ的に切替え表示されることが無くなり、違和感を抑えることが可能となる。

また、レンズ１０２の焦点位置の変更を、磁性片（磁石）１０３と電磁コイル１０６とによって行うので、レンズ１０２を各焦点位置に素早く移動させることができる。これにより、合焦動作中に合焦動作開始直前に保存されている画像を表示させても、その画像を表示する時間を短く抑えることができ、ユーザに違和感を与えることが少ない。また、レンズ１０２の焦点位置の変更を手動で行う場合と比べて操作性の向上が図れる。

また、合焦判定にコントラスト検出法を利用することで、距離センサを備える場合に比べてコストの低減が図れる。

また、本実施の形態では、レンズ１０２の焦点位置の通常位置をノーマル撮影位置としたが、通常位置をマイクロ撮影位置としても構わない。

また、本実施の形態では、レンズ１０２の焦点位置を、ノーマル撮影位置とマイクロ撮影位置の２段としたが、２段に限定されるものではなく、それ以上であっても構わない。

本発明は、イメージセンサとイメージシグナルプロセッサを備えるデジタルカメラ、携帯電話、ウェブカメラ等の撮影可能な様々な電子機器に適用可能である。

本発明の一実施の形態に係るカメラシステムの概略構成を示すブロック図図１のカメラシステムの動作を説明するためのシーケンス図撮影した画像のコントラストを利用した合焦方法を説明するための図ノーマル撮影位置とマクロ撮影位置の切替えを電動で行うようにしたカメラモジュールの一例を示す構造図図４のカメラモジュールのレンズ位置切替え動作を説明するための図

符号の説明

１カメラシステム１０ドライバ
１１イメージシグナルプロセッサ１２フレームメモリ
１３メイン基板１４シャッタ操作検出部
１５モニタ１６メモリ
１００カメラモジュール１０１鏡筒
１０２レンズ１０３磁性片
１０６電磁コイル１０８イメージセンサ

Claims

レンズと、
前記レンズにて結像した被写体像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子から出力される画像を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された画像を表示するモニタと、
前記レンズを第１撮影位置から第２撮影位置又は第２撮影位置から第１撮影位置へ移動させるレンズ移動手段と、
合焦動作が開始されると、前記レンズ移動手段に前記レンズを第１撮影位置から第２撮影位置又は第２撮影位置から第１撮影位置へ移動させ、前記レンズを移動させた際に前記第１撮影位置で得られた画像と前記第２撮影位置で得られた画像の合焦状態を比較して合焦位置を判定し、合焦位置と判定した前記第１撮影位置又は前記第２撮影位置に前記レンズを移動させる合焦手段と、
合焦動作開始から終了までの間、合焦動作開始直前の画像を前記モニタに表示させる表示制御手段と、
を具備したことを特徴とするカメラシステム。
前記合焦手段は、画像のコントラストから合焦状態を判定することを特徴とする請求項１記載のカメラシステム。
前記レンズ移動手段は、前記レンズを保持する鏡筒の外周に設けられた磁石と、該磁石から離間して対向配置された電磁コイルとを備え、前記電磁コイルに通電することにより前記レンズを第１撮影位置又は第２撮影位置に移動させて位置固定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のカメラシステム。
合焦動作開始のトリガとなるシャッタ操作を検出する検出手段と、
前記シャッタ操作に連動して合焦動作終了後の合焦状態にある画像を保存する画像保存手段と、を具備したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のカメラシステム。
レンズにて結像した被写体像を撮像するステップと、
前記撮像した画像をメモリに記憶するステップと、
前記メモリに記憶された画像をモニタに表示するステップと、
合焦動作が開始されると、前記レンズを第１撮影位置から第２撮影位置又は第２撮影位置から第１撮影位置へ移動し、前記第１撮影位置及び前記第２撮影位置でそれぞれ得られた画像の合焦状態を比較して合焦位置を判定し、合焦位置と判定された前記第１撮影位置又は前記第２撮影位置に前記レンズを移動させるステップと、
合焦動作開始から終了までの間、合焦動作開始直前の画像を前記モニタに表示させるステップと、
を具備したことを特徴とする合焦動作時の表示制御方法。