JP2011130014A

JP2011130014A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2011130014A
Application number: JP2009284238A
Authority: JP
Inventors: Teruhiro Nishio; 彰宏西尾
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: JP5606053B2

Abstract

【課題】結像光学系が付加されて２回以上の偶数回結像方式で被写体像を形成すると共に出力画像を自動的に正位置画像とすることが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】デジタルカメラ１００は、撮像素子１０４の出力を処理することによって出力画像信号の反転又は回転を行なう画像処理手段と、筺体１０１ａの移動を検出するカメラ移動検出手段１０３と、撮像素子１０４の出力に基づいて被写体像の移動方向を検出する画像移動検出手段１０５と、両移動検出手段の出力を比較することによって画像処理手段を制御する制御手段と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮像装置に関する。

従来、撮影装置に付加光学系を接続して２回以上の偶数回結像方式で被写体像を形成する場合に、画像の上下左右で反転するという問題があった。これに対して、テレビジョンシステムや液晶プロジェクターに関しては、画像を反転や回転を行なう提案がなされている（特許文献１及び２）。

特開平４−１９２６７８号公報特開２００５−２４５７３号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２は、画像の上下及び左右の反転の自動判別手段を具体的に示しておらず、使用者が手動で切り替え操作を行なわなければならなかった。

本発明は、結像光学系が付加されて２回以上の偶数回結像方式で被写体像を形成すると共に出力画像を自動的に正位置画像とすることが可能な撮像装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、着脱可能な結像光学系を有し、被写体像を形成する撮影光学系と、当該撮影光学系が形成する被写体像を光電変換する撮像素子と、前記撮影光学系と前記撮像素子を収納する筺体と、前記撮像素子の出力を処理することによって出力画像信号の反転又は回転する画像処理手段と、前記筺体の移動を検出する第１移動検出手段と、前記撮像素子の出力に基づいて前記被写体像の移動方向を検出する第２移動検出手段と、前記第１移動検出手段と前記第２移動検出手段の出力を比較することによって前記画像処理手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明は、結像光学系が付加されて２回以上の偶数回結像方式で被写体像を形成すると共に出力画像を自動的に正位置画像とすることが可能な撮像装置を提供することができる。

本実施例のアタッチメント光学系と撮影光学系が接続された撮像装置（光学装置）の光路図である。図２（ａ）は、図１の撮像装置が無限遠方の被写体を２回結像している状態を示す光路図であり、図２（ｂ）は、図１の対物光学系に反射部材を挿入して対物光学系を屈曲させた状態を示す光路図である。図２に示すアタッチメント光学系が装着されたデジタルカメラの概略断面図である。図３に示すプロセッサが実行する画像処理のフローチャートである。本実施例の制御系のブロック図である。

図１は、アタッチメント光学系（光学装置）Ａが撮影光学系Ｍの物体側に装着されたデジタルカメラ（撮像装置）の光路図である。アタッチメント光学系Ａが装着されると撮影光学系Ｍと共に被写体像を形成する撮像装置の撮影光学系を構成する。ＳＰは虹彩絞り、ＦＩＬは赤外カットやローパス等のフィルタ類、ＩＰは結像面を示す。
本実施例は、デジタルコンパクトカメラ（撮像装置）のように、本来備わっている変倍
光学系である一般的な仕様の撮影光学系（再結像光学系）の物体側に結像光学系であるアタッチメント光学系を着脱可能に接続して２回結像光学系を実現している。撮像装置は、アタッチメント光学系と撮影光学系の２回結像光学系により、レンズ外径を大型にせずに超広角な撮影画角を得ることができる。もちろん、アタッチメント光学系Ａは撮影光学系Ｍと共に２回よりも多い偶数回の結像を行なってもよい。

アタッチメント光学系Ａは、物体側から順に、対物光学系Ｂ１、フィールドレンズ群Ｂ２及び補正レンズ群Ｂ３を有する。対物光学系Ｂ１は全体が正の屈折力を有する。フィールドレンズ群Ｂ２は、必須ではないが対物光学系Ｂ１の結像位置近傍に配置され、正の屈折力を有して軸外光線を偏向して撮影光学系Ｍに導光する。補正レンズ群Ｂ３は、軸上光線を平行化としてアタッチメント光学系Ａから射出し、正の屈折力を有する。補正レンズ群Ｂ３は、対物光学系Ｂ１よりも撮影光学系Ｍに近い。補正レンズ群Ｂ３は、対物光学系Ｂ１が結像する空中像を撮影光学系Ｍの結像面ＩＰの位置に焦点を合わせる機能を有する。

好ましくは、対物光学系Ｂ１は、物体側から順に互いに像側のレンズ面が強い凹面である２枚の負レンズで構成された負の屈折力を有した前レンズ群Ｂ１ａを有し、各レンズ面の曲率を弱めて非点収差の発生を低減する。また、対物光学系Ｂ１は、物体側から順に空気間隔を挟んで正レンズ負レンズが接合された全体が正の屈折力である接合レンズと凸レンズで構成された正の屈折力を有した後レンズ群Ｂ１ｂを有する。

また、フィールドレンズ群Ｂ２は、物体側から順に物体側に凸形状を有した正レンズと空気間隔を挟んで物体側に凹形状を有した負レンズを有する。正レンズにより、入射光線の偏向作用を行なった後に、その像側の負レンズが球面収差の補正を行なう。その結果、フィールドレンズ群から射出される光線は近平行光となり、その後リレーレンズ群を介して再結像される像の周辺ケラレを防止することができる。

補正レンズ群Ｂ３は色収差の発生を押えるために正レンズと負レンズを組み合わせたダブレットを有することが好ましい。

撮影光学系Ｍは、物体側から順に、正レンズ群ＭＢ１、負レンズ群ＭＢ２、正レンズ群ＭＢ３、正レンズ群ＭＢ４からなる４群構成を有する。撮影光学系Ｍは、各レンズ群間隔を変化させて変倍作用を行なうと同時に結像面の位置変化がないように各レンズ群移動を行なう。また、撮影光学系Ｍは、レンズ群ＭＢ４を光軸方向に移動させることでフォーカス作用を行なう。なお、撮影光学系Ｍは、物体側から順に、負レンズ群と正レンズ群からなる２群構成を有してもよい。この場合、撮影光学系Ｍは、両レンズ群の間隔変化と共に結像面ＩＰからの位置を変化させることで変倍中も焦点移動を起さない変倍構造を有し、フォーカス作用は正レンズ群を光軸方向に移動させることで行なう。

図２（ａ）は、図１に示す撮像装置が無限遠方の被写体像が２回結像した状態を示す光路図であり、この光学系による被写体像は本来の正立した被写体像に対して上下及び左右が反転する。

図２（ｂ）は、図１の撮像装置の対物光学系Ｂ１内に反射部材Ｒを挿入して同時に対物光学系Ｂ１の前側レンズ群Ｂ１ａを屈曲させることで撮影方向を偏向している状態を示す光路図である。図２（ｂ）に示す光学系による被写体像は、反射部材Ｒの挿入前に対して偏向方向に結像が反転するため、この光学系による被写体像は本来の正立した被写体像に対して左右が反転する。なお、反射部材Ｒの挿入位置は限定されない。

図３は、アタッチメント光学系Ａがデジタルカメラ（撮像装置）１００に装着された状態を示す概略断面図である。デジタルカメラ１００は、撮影光学系Ｍを収納するコンバータアタッチメント１１０の物体側にアタッチメント光学系Ａを収納するアタッチメント光学装置１２０を交換可能に装着している。コンバータアタッチメント１１０は、デジタルカメラ１００に装着されるアダプターリングであり、アタッチメント光学装置１２０をデジタルカメラ１００に固定するための中間部材である。

アタッチメント光学装置１２０の先端には、対物光学系Ｂ１の前側レンズ群Ｂ１ａを収納する鏡筒１２２を物体側に有して反射部材Ｒを収納する遮光部材１２４が取り付けられる。遮光部材１２４は蛇腹やゴム材のような伸縮自在な材料からなり、反射部材Ｒを光路に挿入及び退避させる手段として機能する。反射部材Ｒは、対物光学系Ｂ１の空気間隔部に挿入され、図２（ｂ）に示すように、９０°だけ光路を偏向する。反射部材Ｒは、回動にて退避が可能であり、同時に反射部材Ｒが退避した後に光軸上に対物光学系Ｂ１の前側レンズ群Ｂ１ａを配置するように矢印方向に回動を行なえば、図２（ａ）に示すストレート構造の光学系を構成することができる。

デジタルカメラ１００は、液晶モニタ（表示部）１０１ｂ、姿勢検出手段１０２、カメラ移動検出手段１０３、撮像素子１０４、画像移動検出手段１０５、プロセッサ１０６、及びこれらを収納する筺体１０１ａを更に有する。

姿勢検出手段１０２は横位置と縦位置を検出する。カメラ移動検出手段１０３は、パン（水平）方向とチルト（垂直）方向への筺体１０１ａの移動を検出する第１移動検出手段である。なお、図３では、カメラ移動検出手段１０３が、パンとチルトの２軸を同時に検出しているが、パンとチルトを独立した２つの検出手段により構成されてもよいし、カメラ移動検出手段１０３は姿勢検出手段１０２の機能を更に有してもよい。姿勢検出手段１０２とカメラ移動検出手段１０３は、振動ジャイロなどの角度検出器の出力を不図示の積分処理により角度信号に変換して出力する。

撮像素子１０４は、撮影光学系Ｍ又はアタッチメント光学系Ａと撮像光学系Ｍによって形成される被写体像を光電変換する。画像移動検出手段１０５は、撮像素子１０４からの画像情報から画像がどの方向に移動したのかを判断する。画像移動検出手段１０５は、一般に、時間差を設けた対の画像の比較により画像の動きベクトルを検出する第２移動検出手段である。

プロセッサ（ＣＰＵ）１０６は、カメラ移動検出手段１０３の検出結果を取得してデジタルカメラ１００の移動方向を判断する移動方向判断手段として機能する。次に、プロセッサ１０６は、移動方向判断手段と画像移動検出手段の結果に基づいてデジタルカメラ１００の微動による移動方向と出力画像の移動方向を比較する移動方向比較手段として機能する。次に、プロセッサ１０６は、撮像素子１０４の出力を処理することによって出力画像信号の反転又は回転する画像処理手段として機能する。更に、プロセッサ１０６は、カメラ移動検出手段１０３と画像移動検出手段１０５の出力を比較することによって画像処理手段を制御する制御手段としても機能する。プロセッサ１０６は、画像処理済みの画像を液晶モニタ１０１ｂや不図示の記憶媒体へ出力する画像出力手段としても機能する。なお、姿勢検出手段１０２とプロセッサ１０６の画像回転手段は、必須ではなく縦、横撮影時に出力画像の認識性を高めるために必要であれば用いる。

図４は、プロセッサ１０６が実行する画像処理のフローチャートである。図中、「Ｓ」はステップを意味する。なお、被写体像は初期状態では上下及び左右が反転した状態であり、デジタルカメラ１００は横位置が基準であるものとする。

まず、画像処理が開始すると、プロセッサ１０６は、現在の姿勢を検出する（Ｓ１）。次に、カメラの手振れによる微動にてプロセッサ１０６は、カメラの移動方向と画像の移動方向を検出する（Ｓ２）。次に、プロセッサ１０６は、カメラのパン移動方向と画像移動方向は一致するかどうかを判断する（Ｓ３）。プロセッサ１０６は、一致していると判断すると（Ｓ３のはい）、画像の左右反転処理を行なう（Ｓ４）。

一方、プロセッサ１０６は、一致していないと判断した場合（Ｓ３のいいえ）又はＳ４の後で、カメラのチルト（上下）移動方向と画像の移動方向が一致しているかどうかを判断する（Ｓ５）。プロセッサ１０６は、一致していると判断すると（Ｓ５のはい）、画像の上下反転処理を行なう（Ｓ６）。

Ｓ５のいいえの場合又はＳ６の後で、プロセッサ１０６は、Ｓ１の結果を利用してカメラが縦位置であるかどうかを判断し（Ｓ７）、そうであれば（Ｓ７のはい）、画像の回転処理を行う（Ｓ８）。プロセッサ１０６は、Ｓ７のいいえの場合又はＳ８の後で、画像情報を出力して（Ｓ９）、処理を終了する。

なお、このフローは一例であって画像の反転や回転はパンやチルト方向等の判断時の都度に行なわなくともよい。例えば、各段階の判断結果に応じて処理の必要情報記憶を行ない、最終的な画像情報出力処理前に前記記憶した情報を用いてまとめて画像の反転及び回転を行なってもよい。

一般に、画像の移動検出を撮像素子１０４の動きベクトルの検出より行なうと時間がかかり、振動ジャイロなどの角度検出器の検出遅れは小さいため、両者の検出結果をそのまま比較すると異なる時間における動きの比較になってしまう。カメラ移動検出手段１０３の出力を遅延させて検出タイミングを合わせると共に公知のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いて比較したい移動周波数（例えば１〜２Ｈｚ）を抽出することによって安定した判定を行なうことができる。

図５はこの状態を示す制御系のブロック図である。パン方向（Ｐ）のカメラ移動検出手段１０３ａとチルト方向（ｔ）のカメラ移動検出手段１０３ｂの出力は、それぞれ遅延手段１０７ａ及びｂを介して遅延されてからＢＰＦ１０８ａ及び１０８ｃに入力される。遅延手段１０７ａ及びｂは、ローパスフィルタ、積分回路、或いは所定時間記録時間差を設けるなどの機能を有し、カメラ移動検出手段１０３ａ及び１０３ｂの出力を遅延させる。一方、パン方向の画像移動検出手段１０５ａとチルト方向の画像移動検出手段１０５ｂの出力はＢＰＦ１０８ｂ及び１０８ｄに遅延手段を介さずに入力される。遅延手段１０７ａ及びｂにより、カメラ移動検出手段１０３の検出タイミングと画像移動検出手段１０５の検出タイミングが一致する。ＢＰＦ１０８ａ〜１０８ｄは不要ノイズをカットする。ＢＰＦで取り出す周波数帯域は、例えば、５Ｈｚなど手振れの主要帯域に設定する。

１０９ａ及び１０９ｂは差動検出手段であり、ＢＰＦ１０８ａと１０８ｂの出力差とＢＰＦ１０８ｃと１０８ｄの出力差を求める。出力差がほぼゼロの時はゼロ、カメラ移動検出手段１０３の出力と画像移動検出手段１０５の出力が逆になっている時（アタッチメント光学系Ａを取り付けた時）はその出力は倍になる。１０９ｃ及び１０９ｄは公知のウィンドコンパレータであり、差動検出手段１０９ａ及び１０９ｂの出力がほぼゼロの時はＬ、倍の時はＨ、その中間の時はＨＬを出力し、プロセッサ１０６に信号を入力する。なお、差動検出手段やウィンドコンパレータはプロセッサ１０６の一部であってもよい。

ウィンドコンパレータ１０９ｃ及び１０９ｄの出力は４種類に分けられる。

ウィンドコンパレータ１０９ｃ及び１０９ｄが両方ともＬの場合にはアタッチメント光学系Ａは装着されておらず、被写体像は正立であり、プロセッサ１０６は画像処理を行なわない。

ウィンドコンパレータ１０９ｃが両方ともＨの場合にはアタッチメント光学系Ａは装着されており、被写体像は上下及び左右が逆であるため、プロセッサ１０６は上下左右とも画像を反転させる。

ウィンドコンパレータ１０９ｃがＬでウィンドコンパレータ１０９ｄがＨの場合にはアタッチメント光学系が装着されており、被写体像は左右が逆であるため、プロセッサ１０６は左右のみ反転させる。

ウィンドコンパレータ１０９ｃ及び１０９ｄが両方ともＨＬの場合にはアタッチメント光学系Ａは装着されており、被写体像は９０度回転した縦位置の状態であり、プロセッサ１０６は画像の向きを右９０度回転させる。

以上、アタッチメント光学系Ａを撮影光学系に接続した場合において、その接続状態を伝達する手段や手動の切り替えを行なわなくとも出力画像を自動的に正位置画像とすることができる。

光学装置は、撮像装置に適用することができる。撮像装置は、被写体の撮像に適用することができる。

１００デジタルカメラ（撮像装置）
１０１ａ筺体
１０３、１０３ａ、１０３ｂカメラ移動検出手段（第１移動検出手段）
１０４撮像素子
１０５、１０５ａ、１０５ｂ画像移動検出手段（第２移動検出手段）
１０６プロセッサ
Ａアタッチメント光学系（結像光学系）
Ｍ撮影光学系

Claims

着脱可能な結像光学系を有し、被写体像を形成する撮影光学系と、
当該撮影光学系が形成する被写体像を光電変換する撮像素子と、
前記撮影光学系と前記撮像素子を収納する筺体と、
前記撮像素子の出力を処理することによって出力画像信号の反転又は回転する画像処理手段と、
前記筺体の移動を検出する第１移動検出手段と、
前記撮像素子の出力に基づいて前記被写体像の移動方向を検出する第２移動検出手段と、
前記第１移動検出手段と前記第２移動検出手段の出力を比較することによって前記画像処理手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
前記撮影光学系は、光路を偏向する反射部材と、反射部材を前記光路に挿入及び退避させる手段と、を有し、前記反射部材を挿入すると前記被写体像が反転することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記撮影光学系は偶数回の結像を行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。