JP2010210842A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光間ズーム撮影の効果についてフォーカス制御に係る非合焦の度合いを誰でも簡単に設定できる撮像装置を提供する。
【解決手段】露光間ズーム撮影の機能を有する撮像装置において、焦点距離を変更するためにズームレンズ１０１を駆動するズームレンズ駆動制御部１０９と、被写体の合焦状態を得るためにフォーカスレンズ１０４を駆動するフォーカス駆動制御部１１２を設ける。システム制御部１１８の制御指示に従い、フォーカス駆動制御部１１２は第１のモードにおいて、露光中に駆動されるズームレンズ１０１の位置にて被写体に合焦するフォーカスレンズ１０４の合焦位置へ当該フォーカスレンズを駆動する。また第２のモードでは、露光中に駆動されるズームレンズ１０１に対して、ズームレンズ位置で被写体に合焦するフォーカスレンズ１０４の合焦位置ではなく、当該合焦位置から所定量ずれた位置にフォーカスレンズ１０４を駆動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、露光中に焦点距離の調整が可能なズームレンズを有する撮像装置において、初心者でも簡単に露光間ズーム撮影を行える撮影モードを提供する技術に関する。

露光間ズームは従来から画像周辺が放射状に流れたような特殊効果を得るための撮影技法として広く知られている。しかしながら、露光中にズーム駆動を手動で行うためには非常に高度な技術が必要であり、撮影者の熟練を要する。このような背景から、特許文献１に挙げられるように電動でズームを動かし、露光タイミングと同期させる技術が開示されている。また特許文献２では、露光開始とズーム開始のタイミングをずらすことで、主被写体を精彩に撮影する技術が開示されている。

一般的に、ズームレンズで焦点距離を変更した場合には、ピント合わせを行うフォーカスレンズがズームレンズの焦点距離の変更に追従して駆動制御され、ピントの合った状態、つまり合焦状態を保つように制御が行われる。この事は露光間ズーム撮影の処理においても例外ではなく、露光中にズームレンズで焦点距離を変更した場合には、フォーカスレンズが焦点距離の変更に追従して駆動されて合焦状態を保つ制御が行われる。これにより露光間ズーム撮影による特殊効果についてもピントの合ったシャープな効果が得られる。

特公平７−２３９４９号公報 特許第３１０３６２０号公報

しかし撮影者は、画像周辺が放射状に流れたような特殊効果をシャープに撮影したいという要求を常にもっているとは限らない。例えば特殊効果に関して、撮影者は意図的にピントをずらして、所定のボケ量（非合焦の度合い）を与えることにより、背景をソフトフォーカス的に撮影したいという要求をもつこともある。
本発明の目的は、撮影者のニーズに鑑み、画像周辺が放射状に流れたような特殊効果についてフォーカス制御に係る非合焦の度合いを誰でも簡単に設定できる撮像装置の提供にある。

上記課題を解決するために、本発明に係る装置は、露光中にズーム駆動を行う露光間ズーム撮影の機能を有する撮像装置であって、露光中にズームレンズを駆動する制御手段を具備し、前記制御手段は、第１のモードにおいてフォーカスレンズを、露光中に駆動される前記ズームレンズの位置にて被写体に合焦するフォーカスレンズの合焦位置へ駆動し、第２のモードにおいて、前記合焦位置から外れた位置に前記フォーカスレンズを駆動する。

本発明によれば、露光間ズーム撮像の特殊効果についてその非合焦の度合いを初心者でも簡単に設定することが可能となる。

図２乃至図５と併せて本発明の実施形態を説明するために、撮像装置の構成例を示すブロック図である。 ズーム駆動制御及びフォーカス駆動制御について要部を示すブロック図である。 露光間ズーム撮影の処理例を示すフローチャートである。 ズームレンズ位置とフォーカスレンズ位置の関係を例示した図である。 非合焦状態を意図的に発生させた場合の、ズームレンズ位置とフォーカスレンズ位置の関係を例示したグラフである。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態の一例である撮像装置を説明するためのブロック図である。露光間ズーム撮影の機能を有する撮像装置の光学系は本例にて３群構成とされ、以下ではズーム制御に関与する１群レンズ１０１をズームレンズと呼び、振れ補正に関与する２群レンズ１０３をシフトレンズと呼ぶ。そして、合焦調整に関与する３群レンズ１０４をフォーカスレンズと呼ぶことにする。

ズームレンズ１０１は、光軸方向に沿って位置を変更することが可能とされ、焦点距離を変えることで倍率変更を行うためのレンズである。そしてズーム駆動制御部１０９が設けられており、ズームレンズ１０１を駆動制御する。ズームレンズ１０１の後段にはシャッタ・絞り１０２が露光手段として配置されている。露光制御手段を構成するシャッタ・絞り駆動制御部１１０が設けられており、シャッタ・絞り１０２を駆動制御する。

シフトレンズ１０３は、光軸に対して垂直な平面内での位置を変更することが可能とされ、振れ補正光学系を構成するレンズである。このシフトレンズ１０３に対してシフトレンズ駆動制御部１１１が設けられており、シフトレンズ１０３を駆動制御する。
フォーカスレンズ１０４は、光軸方向に沿って位置を変更することが可能な合焦調整用レンズである。そして合焦制御手段を構成するフォーカス駆動制御部１１２が設けられており、被写体の合焦状態を決定するためにフォーカスレンズ１０４を駆動制御する。

撮像及び信号処理系回路は、撮像素子１０５、撮像信号処理部１０６、映像信号処理部１０７によって構成される。撮像素子１０５は上記レンズ群を通して光像を受光してこれを電気信号に変換する。その後段に位置する撮像信号処理部１０６は、撮像素子１０５が出力した電気信号を映像信号に変換する。そして映像信号処理部１０７は、撮像信号処理部１０６が出力した映像信号に対して所定の加工処理を施し、映像表示が可能な信号を出力する。液晶モニタ等を用いた表示部１０８は画像表示手段を構成し、映像信号処理部１０７の出力信号に基づいて、必要に応じて画像表示を行う。表示制御部１１３は撮像及び信号処理系回路の制御を担当し、撮像動作や表示動作を制御する。

システム全体の制御については一般にコンピュータを用いて、これにより解釈及び実行されるプログラムに従って行われる。例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）等を用いたシステム制御部１１８がシステム全体を制御する。
電源部１１４はシステムの各構成部に対して必要に応じて電源電圧を供給する。外部入出力端子部１１５には、図示しない外部装置との間で行われる通信信号や、映像信号及び音声信号が入力され又はこれらの信号が当該端子部から出力される。シャッタレリーズスイッチ１１６は押し込み量に応じて第１スイッチ(以下ＳＷ１と記す)及び第２スイッチ（以下ＳＷ２と記す）が順にオン状態となるように構成されている。これらのスイッチによる信号はシステム制御部１１８に送られてユーザの操作指示が判別される。ズームレバー１１９はズーム駆動時の焦点距離を指示するための操作手段であり、その操作指示はシステム制御部１１８に送られる。記憶部１１７は、映像情報や音声情報、時間情報、設定情報等の様々なデータの記憶手段や一時記憶手段として使用される。記憶部１１７はさらに、システム制御部１１８によって解釈されて実行される各種プログラムを記憶する。

次に、上記構成をもった撮像装置の動作について説明する。シャッタレリーズスイッチ１１６は、シャッタレリーズボタンを約半分押し込んだときにＳＷ１がオン状態となり、さらにシャッタレリーズボタンを最後まで深く押し込んだときにＳＷ２がオン状態となる。
まずＳＷ１がオン状態になると、その信号をシステム制御部１１８が受けてフォーカス駆動制御部１１２、シャッタ・絞り駆動制御部１１０に制御信号が送出される。これによりフォーカス駆動制御部１１２はフォーカスレンズ１０４を駆動して合焦調整を行うとともに、シャッタ・絞り駆動制御部１１０がシャッタ・絞り１０２を駆動して露光量を適正な値に設定する。

その後、ＳＷ２がオン状態になると、その信号をシステム制御部１１８が受けてその制御下で、撮像素子１０５に露光された光像から得られた画像データが記憶部１１７に記憶される。ズームレバー１１９を用いた焦点距離の調整指示があると、システム制御部１１８を介して指示を受けたズーム駆動制御部１０９がズームレンズ１０１を駆動し、指示されたズーム位置にズームレンズ１０１を移動させる。それとともに、撮像素子１０５からの信号が撮像信号処理部１０６を経て映像信号処理部１０７で処理され、この処理済みの画像情報に基づいて、フォーカス駆動制御部１１２がフォーカスレンズ１０４を駆動してフォーカス調整を行う。露光間ズーム撮影時には、シャッタレリーズスイッチ１１６の操作指示に従って露光間ズーム動作が開始され、ズームレンズ１０１の駆動や、撮像素子１０５への露光が開始される。

図２は、図１に示すズーム駆動制御部１０９とフォーカス駆動制御部１１２の詳細なブロック図である。ズーム駆動制御部１０９において、ズームモータ２０１はズームレンズ１０１を駆動するための駆動手段であり、焦点距離を変更する。そしてズームモータ駆動回路２０２は、ズームモータ２０１を駆動させるアナログ回路である。ズームレンズ１０１の位置検出手段として、ズームリセット位置検出部２０３とズーム位置検出部２０４が設けられている。ズームリセット位置検出部２０３は、ズームレンズ１０１のリセット位置を検出し、ズーム制御上の基準位置を取得する。またズーム位置検出部２０４はズームレンズ１０１の位置を検出する。

ズーム制御部２０５は、ズーム位置検出部２０４が出力する検出信号に応じてズームレンズ１０１の移動量を制御する。その制御量に従ってズームモータ駆動回路２０２がズームモータ２０１を回転させ、ズームレンズ１０１を駆動する。露光間ズーム制御部２０６はズーム制御部２０５に制御指令を送出して、露光中のズームレンズ１０１の駆動を制御する。

フォーカス駆動制御部１１２において、フォーカスモータ２０７はフォーカスレンズ１０４の駆動手段である。そしてフォーカスモータ駆動回路２０８はフォーカスモータ２０７を駆動させるアナログ回路である。フォーカスレンズ１０４の位置検出手段としてフォーカスリセット位置検出部２０９が設けられ、フォーカス制御上の基準位置を取得する。合焦位置検出部２１１は、撮像素子１０５で得た画像、つまり露光された画像に基づいて被写体に対するフォーカスレンズの合焦位置を検出し、検出信号をフォーカス制御部２１０に送出する。

ここでバリフォーカルレンズのズームレンズとフォーカスレンズについて説明する。バリフォーカルレンズを用いた場合、ズームレンズを駆動して焦点距離を変化させると、それに伴ってフォーカスレンズによる合焦状態がずれてしまう。そのため、ズームレンズを駆動させたときに、常に被写体に対して合焦状態を得るためには、フォーカスレンズの位置補正が必要となる。その際、ズームレンズ位置において、ある被写体距離で合焦するフォーカスレンズの位置は予め光学設計により決めることができる。

図４（ａ）は合焦時におけるズームレンズの位置とフォーカスレンズの位置を表したグラフである。横軸がズームレンズ位置を表し（右方がテレ側、左方がワイド側である）、縦軸がフォーカスレンズ位置を表している。
グラフ線１００１は、ズームレンズ１０１を駆動しても、ある被写体距離で合焦状態を保持することができるフォーカスレンズ１０４の位置の軌跡を表している。つまり、ズームレンズ１０１の駆動に追従して、この軌跡に沿った位置へとフォーカスレンズ１０４を駆動することにより、ズームレンズ１０１の駆動中において常に合焦状態を保つことができる。またグラフ線１００２は、グラフ線１００１の場合とは異なる被写体距離、例えば無限の被写体距離での合焦状態を保つためのフォーカスレンズ位置の軌跡を表している。実際のフォーカス制御部２１０では図４（ｂ）に示すようなデータテーブルを不揮発性記憶部が保持し、これを参照することで制御を実現できる。

図４（ｂ）はズームレンズ位置と被写体距離におけるフォーカスレンズ位置を示すデータの構造を表形式で表している。左端の縦列がズームレンズ位置を表し、「Ｗｉｄｅ」がワイド（広角）端を表し、「Ｔｅｌｅ」がテレ（望遠）端を表す。また上段の横列が被写体距離を表し、本例では無限、１ｍ〜１０ｃｍとされている。従ってズームレンズ位置を示す行と、被写体距離を示す列とが交わった場所にあるデータが合焦時のフォーカスレンズ位置を示すことになる。例えば、図４（ａ）に示したグラフ線１００２に関して、無限の被写体距離におけるフォーカスレンズ位置データについては、図４（ｂ）の符号１１０１の列に含まれるデータ群をズームレンズ位置に応じて参照することで求められる。なお図４（ｂ）には数値を便宜上「ＸＸＸＸ」で示すが、これはフォーカスレンズ位置を示す任意の数値データを意味し、それぞれに異なる値をとる。なおデータテーブルに存在しない被写体距離でのフォーカスレンズ位置を算出するには、隣接する列同士の被写体距離におけるフォーカスレンズ位置から補間計算を行えばよい。

次に所定のボケ量を発生させるためのフォーカスレンズ位置に関して説明する。最良の合焦位置に対する合焦範囲のフォーカス量をＤ、許容錯乱円径をδ、絞り値（Ｆナンバー）Ｆと記すとき、合焦範囲のフォーカス量Ｄは、下式に示す通りである。

上式で求めた合焦範囲のフォーカス量Ｄから外れた位置にフォーカスレンズを駆動すれば、合焦状態からずれた状態での画像が得られる。前述した図４（ｂ）のデータテーブルを利用して算出したフォーカスレンズの合焦位置をＧと記し、非合焦状態の度合いを表す係数（ボケ係数）をＫと記すとき、撮影画像にボケを発生させるためのフォーカスレンズ位置Ｂの計算式は下式のようになる。

２つの式（式２、式３）は被写体像の前側にピントをずらすか（前ピン）、後ろ側にピントをずらすか（後ピン）の違いを意味する（合焦位置Ｇを中心とした、右辺第２項の符号の相違に注意されたい）。
画像のボケ量は合焦範囲のフォーカス量Ｄから外れる量が大きくなるほど大きくなる。つまり、上記の式２や式３において係数Ｋの値を大きくすれば画像のボケ量が大きくなり、係数Ｋの値を小さくすればボケ量が小さくなる。

ユーザ操作によるボケ量の設定については、例えば撮影者であるユーザに対して、ボケ量を選択させるために、メニュー画面等を表示部１０８に表示して設定するための手段を講じ、係数Ｋの値を任意の変更できる構成にすればよい。さらに、露光間ズーム撮影の特殊効果においてボケのないシャープな特殊効果を得る第１のモードと所定のボケ量を付与する第２のモードを、メニュー画面上でユーザが選択できるように構成してもよい。その場合、第１のモードでは係数Ｋの値をゼロに設定し、第２のモードでは係数Ｋを所望の値に設定することで容易に対応できる。

図５は無限遠の被写体に対して所定のボケ量を発生させた時のフォーカスレンズ位置を説明するグラフであり、横軸がズームレンズ位置を表し、縦軸がフォーカスレンズ位置を表す。
グラフ線１００２は図４（ａ）の場合と同様、無限遠の位置に合焦するフォーカスレンズ１０４の位置の軌跡である。これに対し、ピントが合った状態から所定のボケ量を与えて非合焦状態にするためには、前述の式２又は式３を用いて計算した位置にフォーカスレンズ１０４を駆動すればよい。グラフ線１２０１は、グラフ線１００２に対して、前述の式２に従って算出したフォーカスレンズ位置を表している。露光間ズーム撮影の特殊効果に関して画像に意図的な暈かしをかけるには、ズームレンズ１０１の駆動に合わせて、ズームレンズ位置に対応するフォーカスレンズ位置がグラフ線１２０１の軌跡をたどるようにフォーカスレンズ１０４を駆動すればよい。

次に図３のフローチャートを用いて、本実施形態における露光間ズーム撮影の処理の流れを説明する。ここでは前提として、ユーザのメニュー操作により画像のボケ量が予め設定されているものとする。
まずユーザ操作によって露光間ズーム撮影を行うモードに切り替えられた場合、ズーム駆動制御部１０９は必要に応じてズームレンズ１０１をズーム開始位置まで移動させる（Ｓ３０１参照）。その後、Ｓ３０２にて撮像素子１０５の駆動準備等を含む撮影準備処理が行われる。次にＳ３０３にてシステム制御部１１８がシャッタレリーズスイッチ１１６の第１スイッチＳＷ１の状態を判別する。その結果、第１スイッチＳＷ１のオン状態が検知された場合にはＹｅｓの方向に進み、Ｓ３０４で合焦処理が行われ、フォーカス駆動制御部１１２がフォーカスレンズ１０４を駆動して被写体に合焦させる。この処理と同時に測光処理も行われ、被写体の明るさから適正な露光量が決定され、露光時間と絞り量が決まる。一方、Ｓ３０３でＳＷ１のオン状態が検知されない場合にはＮｏの方向に進み、Ｓ３０３の処理が繰り返される。

続いて、Ｓ３０５にてシステム制御部１１８がシャッタレリーズスイッチ１１６の第２スイッチＳＷ２の状態を判別する。その結果、第２スイッチＳＷ２のオン状態が検知された場合（Ｓ３０５でＹｅｓの場合）、次のステップＳ３０６に進み、露光間ズームの処理が始まる。一方、Ｓ３０５でＳＷ２のオン状態が検知されない場合にはＮｏの方向に進み、Ｓ３０５の処理が繰り返される。

Ｓ３０６にて露光が開始された後、Ｓ３０７に進み、システム制御部１１８は露光開始の時点から所定時間（待ち時間）の期間が経過したか否かを判定する。この待ち時間処理はズームレンズ１０１を駆動する前のピントの合った状態で主被写体に関する露光を行うことにより、主被写体の撮影画像を精彩化する目的で行われる。本例ではズームレンズ１０１の駆動開始前に主被写体の画像を精彩化するための露光時間を設けているが、露光動作とズームレンズ１０１の駆動を同時に開始させ、ズームレンズ１０１の停止後に主被写体の画像を精彩化するための露光時間を設けても構わない。

Ｓ３０７にて所定の待ち時間が経過するとＹｅｓの方向に進み、次のＳ３０８にてズームレンズ１０１の駆動が開始する。そしてＳ３０９にてフォーカスレンズ１０４の駆動も開始される。ここでズームレンズ１０１の駆動に合わせてフォーカスレンズ１０４が駆動されることになるが、フォーカスレンズの駆動位置の計算には、前述の式２又は式３が用いられる。つまり、ユーザ操作により予め設定されているボケ量に基づいて係数Ｋの値が設定されており、前述の式２又は式３を用いてフォーカスレンズ位置Ｂが算定され、この位置へとフォーカスレンズ１０４が駆動される。ここでの位置計算にて式２を用いるか、又は式３を用いるかについては事前に決めておけばよい。ズームレンズ１０１の駆動とフォーカスレンズ１０４の駆動（ボケ量を考慮した駆動位置の計算を含む）は、後述するＳ３１２、Ｓ３１３での停止処理まで続行される。

Ｓ３１０では、前記Ｓ３０４で決めた露光時間が経過したか否かをシステム制御部１１８が判定する。その結果、露光時間が経過していないと判定された場合にはＮｏの方向に進み、Ｓ３１０の判定が繰り返され、露光時間の待ち処理が行われる。露光時間が経過したと判定された場合（Ｓ３１０でＹｅｓの場合）、Ｓ３１１に進み露光が終了する。そしてＳ３１２でズーム駆動制御部１０９がズームレンズ１０１を停止させ、Ｓ３１３でフォーカス駆動制御部１１２がフォーカスレンズ１０４を停止させる。Ｓ３１４にて、露光した撮像画像が処理され、Ｓ３１５にて画像データの記録処理が行われる。

１０１…ズームレンズ
１０４…フォーカスレンズ
１０９…ズーム駆動制御部
１１２…フォーカス駆動制御部
１１８…システム制御部
１１６…シャッタレリーズスイッチ
２０６…露光間ズーム制御部
２１１…合焦位置検出部

Claims (5)

1. 露光中にズーム駆動を行う露光間ズーム撮影の機能を有する撮像装置であって、
   露光中にズームレンズを駆動する制御手段を具備し、
   前記制御手段は、
   第１のモードにおいてフォーカスレンズを、露光中に駆動される前記ズームレンズの位置にて被写体に合焦するフォーカスレンズの合焦位置へ駆動し、
   第２のモードにおいて、前記合焦位置から外れた位置に前記フォーカスレンズを駆動することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記第２のモードにおいて前記合焦位置から外れたフォーカスレンズの位置を、合焦範囲のフォーカス量に対して係数を掛けることにより算出することを特徴とする、請求項１記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記第１のモードにおいて前記係数の値をゼロに設定し、前記第２のモードにおいて、前記係数の値をゼロでない値に設定して前記フォーカスレンズの位置を算出することを特徴とする、請求項２記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記第２のモードにおいて、前記フォーカスレンズの合焦位置で露光が行われる期間が経過した後、前記ズームレンズを駆動しつつ、前記合焦位置から外れた位置に前記フォーカスレンズを駆動することを特徴とする、請求項１又は２に記載の撮像装置。
5. 露光中にズーム駆動を行う露光間ズーム撮影の機能を有する撮像装置の制御方法であって、
   露光中にズームレンズを駆動する場合に、該ズームレンズの位置にて被写体に合焦するフォーカスレンズの合焦位置から外れた位置にフォーカスレンズを駆動することを特徴とする撮像装置の制御方法。

Images