JP2015028548A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二つのカメラモジュールを常に水平に保った時状態で撮影することが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】レンズと撮像素子を含むカメラモジュールを二つ備え、二つのカメラモジュールを常に等間隔に保持する保持部材と、二つのカメラモジュールを任意の角度に回転させる回転機構と、撮像装置本体の傾きを検出する姿勢検出センサとを備え、姿勢検出センサが検出した撮像装置本体の傾き角度に応じて、二つのカメラモジュールが水平に保たれるように、回転機構を制御する制御部を持つ。
【選択図】図６

Description

本発明は、撮像部を二つ備えた撮像装置に関するものである。

近年、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話が一般的に普及している。このようなカメラは、CCDイメージセンサや、CMOSイメージセンサ等の撮像素子を備えており、撮像レンズによって撮像素子に結像された被写体は画像データとして取得され、これらの画像データはメモリーカード等の記録媒体に記録される。上記CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の撮像素子の画素数は、近年格段に増加の一途をたどっており、画質の向上が見受けられる。

ところで、前述の撮影レンズ及び撮像素子を含んで構成されるカメラモジュールを二つ用いて、立体画像を撮影することのできる２眼式デジタルカメラ（3Dカメラ）が提案されている。この２眼式デジタルカメラは、一対のカメラモジュールによって同一の被写体を同時に撮影することで、視点の異なる一対の画像データを取得する。この一対の画像データを、右眼用画像及び左眼用画像としてステレオ表示することで立体視が可能となる。また、3Dカメラだけでなく、上記二つのカメラモジュールを用いて隣接する被写体を捉え、合成するパノラマ撮影機能を含んだカメラなど、二つのカメラモジュールを備えることで様々なニーズに対応しているカメラもある。

3Dカメラやパノラマ撮影の場合、左右の画像が同じ高さで同じズーム倍率であることが望ましく、それらに違いがあると不自然な立体画像になったり、左右の画像がずれてしまってパノラマにならなかったりしてしまう、という問題がある。この問題を解決するために撮影後に画像を編集して表示する、という方法がある。即ち、撮像装置の回転角度を検出し、検出した角度に応じて撮像素子から読み出された撮影画像を回転させ、回転角度が９０度の整数倍でない場合、回転した撮影画像に空白領域が含まれないようにトリミング処理を施し、トリミングした切り出し画像を記録媒体に記録し表示部に表示する、という方法である（特許文献１）。

特許文献１の場合はカメラモジュールが一つであるが、上記の3Dカメラやパノラマ撮影にも応用できる手段であり、これによれば、左右の画像が手ぶれ等で傾いていたとしても、自動で切り出して左右の画像のサイズを揃えることが可能となる。

特登録4354162

例えば3Dカメラで撮影した場合について、図８、図９を用いて説明する。図８は、二つのレンズを備えた3Dカメラを用いて被写体を撮影しようとして、カメラが傾いてしまっている様子を示している。この場合、図９(a)に示すように、左右のレンズで撮影した画像が傾いてしまい、更に上下の被写体の位置も変わってしまう。これらの画像を、図９(b)のように被写体に合わせて回転させ、周りにできた空白領域が含まれないように、図９(c)のように画像を切り出す。更に、被写体の上下の位置も異なるため、更に切り出して左右の画像の上下の位置を揃える。

このように、上記従来例では撮影後に画像を回転させ、更に回転させてできた空白領域が、撮影画像に入らないようにトリミングし、また上下位置を左右画像で揃えるためにトリミングする、という処理が必要であり、撮影後の処理に時間がかかる上に画像を切り出すために本来の撮影画像に対して画質を低下させてしまう、という問題があった。

そのため、本出願に係る発明の目的は、撮影後の編集処理を単純にし、画質を低下させることなく画像を記録することである。

本発明の撮像装置は、レンズと撮像素子を含むカメラモジュールを二つ備え、前記二つのカメラモジュールを常に等間隔に保持する保持部材と、前記二つのカメラモジュールを任意の角度に回転させる回転機構と、撮像装置本体の傾きを検出する姿勢検知センサとを備え、前記姿勢検知センサが検出した撮像装置本体の傾き角度に応じて、前記二つのカメラモジュールが水平に保たれるように、前記回転機構を制御する制御部を持つことを特徴としている。

また、本発明の他の特徴とするところは、前記二つのカメラモジュールを任意の角度に回転させる回転機構が、第一のカメラモジュールの光軸を中心に二つのカメラモジュールを回転させることである。

また、本発明の他の特徴とするところは、前記撮像装置は、二つのカメラモジュールから得た二種類の画像を用いて、3D画像を生成することである。

また、本発明の他の特徴とするところは、前記第一のカメラモジュールは、2D画像と3D画像を撮影する場合に使用し、第二のカメラモジュールは、3D画像を撮影する場合にのみ使用することである。

また、本発明の他の特徴とするところは、前記第二のカメラモジュールは、二つの画像を撮影するモードの場合にのみ使用することである。

また、本発明の他の特徴とするところは、前記二つのカメラモジュールの回転機構は、前記二つのカメラモジュールの間に配置されることである。

以上説明したように、本発明によれば編集処理が複雑でなく、また画質を低下させることなく3D画像やパノラマ画像を得ることが可能となる。

本発明の実施形態の外観斜視図 本発明の実施形態の後カバーを開けた状態 本発明の実施形態のブロック図 本発明の実施形態の要部分解斜視図 本発明の実施形態の第一のカメラモジュールの拡大図 本発明の実施形態のデジタルカメラの動作を表した図 本発明の実施形態のフローチャート 本発明の課題である、3Dカメラが傾いて撮影された状態を示す図 本発明の課題を説明する図

以下に、本発明の実施の形態を、好適な実施例に基づき、図面を用いて詳細に説明する。

図１に、本発明に係る実施の形態のデジタルカメラの外観斜視図を示す。図１(a)は、デジタルカメラを正面から見た斜視図であり、図１(b)は、デジタルカメラを背面から見た斜視図である。図１(a)において、１はデジタルカメラ本体、１１は前カバー、１２は後カバー、１３は第一のカメラモジュール２５を配置するための窓、１４は第二のカメラモジュール２６を配置するための窓である。ここで、カメラモジュールとは、ズームレンズ、フォーカスレンズを含むレンズ群と、絞り機能を備えるシャッター、光学像を電気信号に変換するCCDやCMOSなどで構成される撮像素子からなる光学系のことを指しており、近年携帯電話やデジタルカメラなどではこのようにユニット化されたカメラモジュールは公知である。

図１(b)において、１５は撮影時に被写体を表示したり、撮影した画像を再生表示するための表示部、１６は2D/3D切り替えスイッチ、１７はモード選択/決定ボタン、１８はデジタルカメラ上面に配置された電源ON/OFFボタン、１９はシャッター/トリガーボタン、２０はズームレバーである。

2D/3D切り替えスイッチ１６は、2D位置にスイッチが位置している時は、2D画像を撮影する2Dモードに設定され、第一のカメラモジュールのみを使用して撮影を開始する。3D位置にスイッチが位置している時は、3D画像を撮影する3Dモードに設定され、第一のカメラモジュール２５と第二のカメラモジュール２６を使用して撮影を開始する。

モード選択/決定ボタン１７は、静止画、動画、再生などのモードやパノラマ撮影モード、水中モードなどの各シーンを選択決定するためのボタンであり、周りのホイールスイッチでモードを選択し、真ん中のスイッチを押すことで決定する。

シャッター/トリガーボタン１９は、いわゆる「半押し」と「全押し」からなる二段ストローク式のスイッチで構成されている。デジタルカメラ１は、静止画モードである時、このシャッター/トリガーボタン１９を半押しすると撮影準備処理、即ちAE（自動露出）、AF（オートフォーカス）、AWB（オートホワイトバランス）の各処理を行い、全押しすると画像の撮影・記録処理を行う。また、動画モードである時は、シャッター/トリガーボタン１９を全押しすると、撮影を開始し、再度全押しすると撮影・記録を完了する。ズームレバー２０は、カメラモジュール２５、２６に含まれたズームレンズの操作に用いられ、望遠側へのズームを指示するテレ位置と、広角側へのズームを指示するワイド位置にレバーが移動するように構成されている。

図２は、デジタルカメラ本体１の後カバー１２を外した斜視図であり、２１は電源ON/OFFボタン１８とシャッター/トリガーボタン１９を動作させるためのスイッチ類（不図示）が実装された基板、２２は2D/3D切り替えスイッチ１６とモード選択/決定ボタン１７を動作させるためのスイッチ（不図示）が実装され、デジタルカメラ本体１を制御するICや電源を制御するIC、画像を記録する内蔵メモリや外部メモリを接続するコネクタ(不図示)などが実装された基板、２４はデジタルカメラ本体１に収納されるバッテリーである。

図３は本実施形態によるデジタルカメラの構成例を示すブロック図である。図３において、A/D変換器１０１、１０２は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。A/D変換器１０１、１０２は、カメラモジュール２５、２６から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するために用いられる。

画像処理部１０３、１０４は、A/D変換器１０１、１０２からのデータ、又はメモリ制御部１０５からのデータに対し所定の画素補間、縮小といったリサイズ処理や色変換処理を行う。また、画像処理部１０３、１０４では、撮像した画像データを用いて所定の演算処理が行われ、得られた演算結果に基づいてシステム制御部１０６が露光制御、測距制御を行う。

A/D変換器１０１、１０２からの出力データは、画像処理部１０３、１０４及びメモリ制御部１０５を介して、或いは、メモリ制御部１０５を介してメモリ１０７に直接書き込まれる。メモリ１０７は、カメラモジュール２５、２６によって得られA/D変換器１０１、１０２によりデジタルデータに変換された画像データや、表示部１５に表示するための画像データを格納する。メモリ１０７は、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像及び音声を格納するのに十分な記憶容量を備えている。

また、メモリ１０７は、画像表示用のメモリ（ビデオメモリ）を兼ねている。D/A変換器１０８は、メモリ１０７に格納されている画像表示用のデータをアナログ信号に変換して表示部１５に供給する。こうして、メモリ１０７に書き込まれた表示用の画像データはD/A変換器１０８を介して表示部１５により表示される。表示部１５は、LCD等の表示器上に、D/A変換器１０８からのアナログ信号に応じた表示を行う。A/D変換器１０１、１０２により一度A/D変換されたメモリ１０７に蓄積されたデジタル信号をD/A変換器１０８においてアナログ変換し、表示部１５に逐次転送して表示することで、電子ビューファインダとして機能し、スルー画像表示を行える。

不揮発性メモリ１０９は、電気的に消去・記録可能なメモリであり、例えばEEPROM等が用いられる。不揮発性メモリ１０９には、システム制御部１０６の動作用の定数、プログラム等が記憶される。ここでいう、プログラムとは、本実施形態にて後述する各種フローチャートを実行するためのプログラムである。

システム制御部１０６は、デジタルカメラ１全体を制御する。前述した不揮発性メモリ１０９に記録されたプログラムを実行することで、後述する本実施形態の各処理を実現する。１１０はシステムメモリであり、RAMが用いられる。システムメモリ１１０には、システム制御部１０６の動作用の定数、変数、不揮発性メモリ１０９から読み出したプログラム等を展開する。また、システム制御部１０６はメモリ１０７、D/A変換器１０８、表示部１５等を制御することにより表示制御も行う。

システムタイマー１１１は各種制御に用いる時間や、内蔵された時計の時間を計測する計時部である。2D/3D切り替えスイッチ１６、モード選択/決定ボタン１７、シャッター/トリガーボタン１９はシステム制御部１０６に各種の動作指示を入力するための操作手段である。シャッター/トリガーボタン１９は、半押し状態でONとなり第一シャッタースイッチ信号SW1を発生し、全押し状態でONとなり第二シャッタースイッチ信号SW2が発生する。システム制御部１０６は、第二シャッタースイッチ信号SW2により、カメラモジュール２５、２６からの信号読み出しから記録媒体１１５に画像データを書き込むまでの一連の撮影処理の動作を開始する。

電源制御部１１２は、電池検出回路、DC-DCコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成され、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行う。また、電源制御部１１２は、その検出結果及びシステム制御部１０６の指示に基づいてDC-DCコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体１１５を含む各部で供給する。

電源部２４は、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やNiMH電池、Li電池等の二次電池、ACアダプター等からなる。記録媒体I/F１１４は、メモリーカードやハードディスク等の記録媒体１１５とのインターフェースである。記録媒体１１５は、撮影された画像を記録するためのメモリーカード等の記録媒体であり、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される。

姿勢検出センサ１１６は、第一のカメラモジュール２５の傾きを検知するための加速度センサなどのセンサであり、第一のカメラモジュール２５に内蔵されており、重力加速度を計測することで、傾きを検出するものである。システム制御部１０６は、姿勢検出センサ１１６の出力した信号に基づいて、モーター３０を制御する。

図４は、後カバー１２と基板２１、２２、バッテリー２４を外した、本発明の要部分解斜視図である。図４において、２５は第一のカメラモジュール、２６は第二のカメラモジュール、２７は第一のカメラモジュール２５を、カメラモジュール２５のレンズ光軸を中心に回転可能に保持する第一のレンズホルダー、２８は第二のカメラモジュール２６を、カメラモジュール２５のレンズ光軸を中心に回転可能に保持する第二のレンズホルダー、２９は二つのカメラモジュールを常に等間隔に保つように固定するメインホルダー、３０は姿勢検出センサ１１６で検出したデジタルカメラ本体１の傾き量に応じて、回転体３３を回転させるモーター、３１はモーターを固定するモーター固定部、３２はメインホルダー２９と回転体３３のZ方向の位置を規制する規制部材、３４は第二のレンズホルダーが第一のカメラモジュール２５の光軸を中心に回転する際の、径方向のレールであり、３５はZ方向の摺動レールであり、３４、３５は共に前カバー１１に形成されている。

第一のカメラモジュール２５と第二のカメラモジュール２６は、両眼視差を再現するために、人間の目の間隔である約65mm離して配置され、またメインホルダー２９によって常にその間隔を保つように構成されている。回転体３３は、モーター３０と一体になっており、モーター３０は、モーター固定部３１と共に、前カバー１１にねじで固定されている。回転体３３に設けられた突軸３３aは、メインホルダー２９の略中心に形成された長穴２９aに勘合している。

図５(a)は、第一のカメラモジュール２５が第一のレンズホルダー２７に取り付けられる様子を示した図であり、図５(b)は、図５(a)を矢印Aの方向から見た図である。第一のカメラモジュール２５には、突部２５a、２５bが形成されており、第一のレンズホルダー２７に設けられたL字型の溝２７a、２７b（不図示）に図５(a)に示すように嵌り、第一のレンズホルダー２７を回転させることで、第一のカメラモジュール２５を光軸方向に外れないように規制し、且つ光軸を中心に回転可能に取り付けられる。なお、L字型の溝の回転角度は、第一のカメラモジュールをモーター３０が回転させられる角度より大きいものとし、第一のカメラモジュール２５は、モーター３０の回転によって、光軸方向に溝２７aから抜け出すことはない。

また、第一のカメラモジュールの先端側外周に設けられた摺動部２５cは、第一のレンズホルダー２７の内周に設けられた摺動部２７cと勘合し、回転方向の位置を規制すると共に回転可能に取り付けられている。第二のカメラモジュール２６は、第二のレンズホルダー２８に対して、第一のカメラモジュールと同様に取り付けられている。第一のレンズホルダー２７は、前カバー１１にねじにより、固定される。

次に、姿勢検出センサ１１６が傾きを検出した際のデジタルカメラ１の動作を説明する。図６(a)は、デジタルカメラ本体１が平行に保たれている状態、図６(b)はデジタルカメラ本体１が傾いた時に、二つのカメラモジュール２５、２６が水平になるように回転した状態を示す。

モーター３０は、姿勢検出センサ１１６により第一のカメラモジュール２５の傾きを検知すると回転を始め、モーター３０と一体になった回転体３３を回転させる。回転体３３に形成された突軸３３aは、メインホルダーに形成された長穴２９aに勘合し、回転体３３の回転と同時にメインホルダー２９を第一のカメラモジュール２５の光軸を中心に、第一のカメラモジュール２５と第二のカメラモジュール２６が水平になるように回転させる。第一のカメラモジュール２５と第二のカメラモジュール２６は、メインホルダー２９に固定されているため、常に間隔を保ちながら回転する。第二のレンズホルダー２８は、縦方向に長い楕円形状であり、第二のカメラモジュール２６の回転と共に、第一のカメラモジュールの光軸を中心にして回転した際に、デジタルカメラ１を外側から見てデジタルカメラ１の中が見えないように、目隠し部材の役割も果たす。モーター３０は、第一のカメラモジュール２５の傾き量に応じて、二つのカメラモジュール２５、２６を水平にするべく回転する。

ここで、本実施形態のデジタルカメラ１では、第一のカメラモジュール２５の光軸を回転中心として回転するため、第二のカメラモジュール２６の摺動するスペースが必要であるが、第一のカメラモジュール用の窓１３が円形状で良いため、2D撮影時に被写体が、どちらのレンズを見れば良いのか迷わずに済む。一方、回転中心を二つのカメラモジュール２５、２６の間に設けても良く、その場合は二つのカメラモジュール２５、２６の摺動スペースが必要であるが、ストロークが小さくなるため、小型にできる。

図７は、本実施例のデジタルカメラ１の動作を説明するためのフローチャートである。以下の処理は、システム制御部１０６により実行されるプログラムである。モード選択/決定ボタン１７の状態により、静止画撮影モードか動画撮影モードかを検出する（ステップS1）。静止画撮影モードが検出されると、2D/3D切り替えスイッチ１６の状態により、2Dモードか3Dモードかを検出する（ステップS2）。2Dモードであることが検出されると、パノラマモードかどうかを確認する（ステップS3）。パノラマモードではなかった場合、通常通りの撮影開始となる。

一方、パノラマモードであったり、3Dモードであったりすることが検出されると、第二のカメラモジュール２６を駆動させ、姿勢検出センサ１１６によって傾きを検出する。傾きを検出したら、モーター３０を制御して、二つのカメラモジュール２５、２６を水平にする。その後、通常の撮影開始となる。

モード選択/決定ボタン１７の状態が動画記録モードであった場合、2D/3D切り替えスイッチ１６により、2Dモードであるかどうかを確認する（ステップS4）。2Dモードであることが検出されると、撮影待機状態となり、シャッター/トリガーボタン１９が押されることによって、撮影を開始する。一方、3Dモードであることが検出されると、第二のカメラモジュール２６を駆動させ、姿勢検出センサ１１６によって傾きを検出する。

傾きを検出したら、モーター３０を制御して、二つのカメラモジュール２５、２６を水平にする。その後、シャッター/トリガーボタン１９が押されることにより通常の撮影開始となる。撮影中は、姿勢検出センサ１１６の出力により、デジタルカメラ１の傾きを検知する度に、モーター３０を制御し、二つのカメラモジュールを水平に保つようにする。

このように本実施例では、3Dモードである場合に、二つのカメラモジュールを常に水平に保った状態で撮影することが可能となる。これにより、撮影後に左右の画像を切り出す必要がなく、左右の画像が高画質のまま3D画像を得ることができる。また、2Dモードの撮影時は、第一のカメラモジュール２５のみを使用するため、消費電力を浪費することはない。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

例えば、本実施例においては、3Dモードとパノラマモードを検出した時にのみ姿勢検出センサ１１６の出力結果を用いてカメラモジュールを回転させているが、2Dモードである時も常に姿勢を検知してカメラモジュールを制御しても良いし、ユーザーに常時傾き検知モードと、3D/パノラマモード時のみ傾き検知するモードとを、選べるようにしても良い。

また、本実施例では横撮り姿勢での実施形態であったが、縦撮り姿勢であっても同様の方法で動作を行うことができる。

１‥‥デジタルカメラ本体
１１‥‥デジタルカメラの前カバー
１２‥‥デジタルカメラの後カバー
１３‥‥第一のカメラモジュール用窓
１４‥‥第二のカメラモジュール用窓
１５‥‥表示部
１６‥‥2D/3D切り替えスイッチ
１７‥‥モード選択/決定ボタン
１８‥‥電源ON/OFFボタン
１９‥‥シャッター/トリガーボタン
２０‥‥ズームボタン
２１‥‥実装基板
２２‥‥メイン基板
２４‥‥バッテリー
２５‥‥第一のカメラモジュール
２６‥‥第二のカメラモジュール
２７‥‥第一のレンズホルダー
２８‥‥第二のレンズホルダー
２９‥‥メインホルダー
３０‥‥モーター
３１‥‥モーター固定部
３２‥‥規制部材
３３‥‥回転体
３４‥‥径方向摺動レール
３５‥‥Z方向摺動レール
１１６‥‥姿勢検出センサ

Claims (6)

1. レンズと撮像素子を含むカメラモジュールを二つ備え、前記二つのカメラモジュールを常に等間隔に保持する保持部材と、前記二つのカメラモジュールを任意の角度に回転させる回転機構と、撮像装置本体の傾きを検出する姿勢検出センサとを備え、前記姿勢検出センサが検出した傾き角度に応じて、前記回転機構を制御する制御部を持つことを特徴とする撮像装置。
2. 前記二つのカメラモジュールを任意の角度に回転させる回転機構は、第一のカメラモジュールの光軸を中心に二つのカメラモジュールを回転させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像装置は、二つのカメラモジュールから得た二種類の画像を用いて、3D画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記第一のカメラモジュールは、2D画像と3D画像を撮影する場合に使用し、第二のカメラモジュールは、3D画像を撮影する場合にのみ使用することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記第二のカメラモジュールは、二枚の画像を一度に撮影するモードの場合にのみ使用することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記二つのカメラモジュールの回転機構は、前記二つのカメラモジュールの間に配置されることを特徴とする請求項１の撮像装置。