JP4297630B2 - 電子撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子撮像装置、より詳細には、デジタルカメラやデジタルビデオ等の電子撮像装置に関し、例えば、机上の書類、板書書き、ポスターといった被写体を撮影する書画カメラのような撮影条件が規制されるカメラに適用することができ、ビルの側面など大型の正方位画像を得るためのあおり機能付きカメラに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、おもに高層ビルなどを撮影する場合、被写体正面よりずれた位置から撮影することになるが、一画面内で極端に被写体までの距離差が出てしまう。この場合、よほど絞りを絞らないと全体にピントの合った写真を得ることができない。
【０００３】
図１７は、従来の撮影装置の構成例を示す図で、図中、１は、被写体、１ａは、最遠接点、１ｂは、最近接点、４０は、撮影装置で、該撮影装置４０は、レンズ４１、撮像面（フィルム面）４２とを有する。上記のようなシーンを撮影するために、図１８に示すような撮像面を光軸に対し垂直な軸を中心として回転させるあおり機能付きカメラが良く知られている。図１８は、あおり機能付き撮影装置４０の構成例を示す図で、あおり機能付き撮影装置４０は、レンズ４１、撮像面（フィルム面）４２、光軸４３とを有し、レンズ４１の角度やフィルム面４２の傾斜を自由に変えることができるあおり機能を備えている。
【０００４】
上記装置構成をとることにより上述したようなシーンにおいても全体にピントの合った写真を得ることができる。このようなあおり機能付き撮影装置４０は、主にプロ用途に用いられ、通常、マニュアルでピント調整される。ここで、銀塩カメラでは、フィルム面だけを傾斜させるのは、機構上や遮光などの点で難しく、レンズの光軸を傾ける手法が取られている。
【０００５】
また、例えば、デジタルカメラのような電子撮像装置においても同様な用途が考えられ、このような電子撮像装置の場合は、ＣＣＤ等の撮像デバイスを用いるため、例えば、特開平９−３３１４７６号公報に記載の発明のように撮像デバイスを傾けることも可能となり、より簡便にあおり調整を施すことができる。
【０００６】
近年、銀塩カメラに代わり、例えば、デジタルカメラが広範に利用されている。デジタルカメラでは、撮影したデータがデジタル情報であるため、今までにないような利用形態も考えられてきた。その一つがスキャナのように平面上にある文字、画像などをデジタル化する用途であるが、この様な利用形態では平面の正面で取り込めるシーンよりむしろ、正面からずれた位置から斜めに撮影するシーンも多く存在することが予想される。このため上述したような、あおり調整手段が有効であると考えられる。この場合、得られる画像は歪でしまうが、デジタル情報であるため、画像処理で補正することは可能である。従って、これらの用途には画面のフォーカスだけ保証しておけば良い。
【０００７】
電子撮像装置のあおり機構に関して、前述した特開平９−３３１４７６号公報に記載の撮像装置によると電動によりあおり調整を施すことはできる。しかしながら、実際にユーザが、上述したような目的で撮影するシーンは特殊な撮影ばかりでなく、アマチュアが簡便に使用できる方が好ましい。従って、これらの用途の場合には、オートフォーカス機能が必要になる。通常のオートフォーカスは、撮像面がすべて同一焦点を有することを前提条件とし、このフォーカスポイントを外部の距離計測装置より算出した距離、または実際のＣＣＤ出力の高周波成分を参照しながら最適なフォーカス位置まで光学系、もしくはＣＣＤを光軸方向へ移動させることで調整している。
【０００８】
ところが、あおりが入ると調整軸が光軸だけではなく、あおり方向においてもフォーカシング調整が必要となり、いままでのオートフォーカスの考えだけでは機能しないという問題点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、あおり調整を可能とするフォーカス機構を備えたあおり機能付き電子撮像装置を提供すること、を目的としてなされたものである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、撮影視野内に含まれる物体像を平面上に結像させる光学的結像手段と、該結像された平面に当接し、該平面における空間光量を撮像素子を用いて電気信号に変換する電子撮像手段と、前記光学的結像手段を変位させること、あるいは、前記電子撮像手段の撮像素子を前記光学的結像手段の光軸方向に変異させることで焦点位置を調整する焦点位置調整手段と、光軸に対して垂直な軸を中心として前記電子撮像手段の撮像面を少なくとも一軸以上で傾斜可能に保持し、該電子撮像手段の撮像面を任意の傾斜角に調整する傾斜角調整手段を具備し、前記傾斜角調整手段における傾斜軸を前記電子撮像手段の撮像面に設けた電子撮像装置において、前記傾斜軸に対して一致する、もしくは近傍の撮像エリアにおける映像信号の出力を評価値として前記焦点位置調整手段により合焦調整を行うとともに、前記傾斜軸に対して垂直方向の異なる位置の少なくとも２つ以上の撮像エリアにおける映像信号の出力を評価値として前記撮像面の傾斜角を調整し、前記評価値として前記撮像エリア内の高周波成分を用い、該高周波成分の最大点を前記撮像面の合焦位置、傾斜量の制御目標とすることを特徴としたものである。
【００２７】
請求項２の発明は、撮影視野内に含まれる物体像を平面上に結像させる光学的結像手段と、該結像された平面に当接し、該平面における空間光量を撮像素子を用いて電気信号に変換する電子撮像手段と、前記光学的結像手段を変位させること、あるいは、前記電子撮像手段の撮像素子を前記光学的結像手段の光軸方向に変異させることで焦点位置を調整する焦点位置調整手段と、光軸に対して垂直な軸を中心として前記電子撮像手段の撮像面を少なくとも一軸以上で傾斜可能に保持し、該電子撮像手段の撮像面を任意の傾斜角に調整する傾斜角調整手段を具備し、前記電子撮像手段の撮像面が光軸に対して一定の角度をなしている場合、前記焦点位置調整手段を動作させることにより、撮像面内における少なくとも２つ以上の撮像エリアの合焦位置を特定する合焦位置特定手段と、該特定された合焦位置を記憶する記憶手段を具備し、該記憶された合焦位置に基づいて前記撮像面の傾斜量を決定するとともに、前記傾斜角調整手段における傾斜軸を前記電子撮像手段の撮像面に設けた電子撮像装置において、前記傾斜軸に対して垂直方向の異なる位置に少なくとも２つ以上の撮像エリアにおける映像信号の出力を評価値とし、該評価値として撮像エリア内の高周波成分を用い、該高周波成分の最大点を前記撮像面の合焦位置の制御目標とすることを特徴としたものである。
【００２８】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記電子撮像手段にて変換された任意のエリアの電気信号を映像信号として取り出せるように該電子撮像手段の撮像エリアを特定する撮像エリア特定手段と、該特定された撮像エリアから取り出した映像信号における任意の周波数成分を抽出する周波数成分抽出手段と、該抽出された周波数成分の値を記憶する記憶手段と、該抽出された周波数成分と直前に記憶された周波数成分とを比較して判定する比較判定手段と、該比較判定手段の判定出力に基づいて前記焦点位置調整手段及び前記傾斜角調整手段とを動作させ、制御する制御手段とを具備することを特徴としたものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本発明が適用される電子撮像装置の構成例を示す図で、図中、１０は、電子撮像装置で、該電子撮像装置１０は、ＣＣＤ撮像面１１、光学的焦点調整機構１２、ＣＣＤ傾斜機構１３、カメラ光軸１４とを有する。被写体１は、紙面に示すように２次元平面で構成され、カメラ光軸１４は、紙面垂直軸から大きく傾いている。この様な撮影においては、最遠接点１ａと最近接点１ｂとの被写体までの距離の差を、カメラを近づけたクローズアップの時には無視できなくなり、傾斜方向に対しボケた画像となってしまう。
【００４３】
まず、被写体までの距離により合焦位置が変わるため、光軸方向に光学系を調整することによりピント位置を移動させる光学的焦点調整機構１２を調整し、ＣＣＤ撮像面１１上の任意点のピントを合わせる。次に、ＣＣＤ傾斜機構１３を調整することで被写体１に対して光学系さらにＣＣＤとの相対距離を変化させることで、図１に示すような被写体１に対しても全体にピントのあった画像が得られる。ここでは、簡略化のため１軸のあおり調整で説明しているが、２軸の場合でも同様な調整は可能である。
【００４４】
図２は、本発明が適用されるＣＣＤ傾斜機構１３の構成例を示す図で、ＣＣＤ傾斜機構１３は、ＣＣＤ撮像面１１、傾斜軸１５、回転用アクチュエータ１６とを有する。ＣＣＤ撮像面１１は、傾斜軸１５を中心として回動可能に取り付けられており、傾斜量は、回転用アクチュエータ１６により制御される。本例では、傾斜軸１５は、ＣＣＤ撮像面１１のほぼ真中にとっているが、利用するアクチュエータのストロークや周辺のスペースにより中心以外にとっても構わない。ただし、傾斜軸１５と光軸１４とは、お互いに調整の独立性を確保するため、垂直にとるのが望ましい。ここでも簡略化のため１軸のあおり調整で説明しているが、２軸の場合でも同様な調整は可能である。また、回転用アクチュエータ１６は直進ばかりでなく、傾斜軸１５まわりの回転を直接与える回転アクチュエータを用いても構わない。
【００４５】
（実施例２）
図３は、本発明が適用される電子撮像装置１０の他の構成例を示す図である。図４は、本発明が適用されるＣＣＤ傾斜機構１３の他の構成例を示す図で、ＣＣＤ傾斜機構１３は、ＣＣＤ撮像面１１、傾斜軸１５、回転用アクチュエータ１６、並進用アクチュエータ１７とを有する。本例における電子撮像装置１０の装置構成は、図１に示した装置構成とは異なるが、同様の効果がある。ＣＣＤ撮像面１１は、上記装置構成と同様に、傾斜軸１５により傾斜可能に取り付けられ、回転用アクチュエータ１６により駆動、制御される。また、同様に光軸方向に対しても並進用アクチュエータ１７により並進移動させられる。まず、並進用アクチュエータ１７によりＣＣＤ撮像面１１が光軸方向へ並進移動させられ、任意の位置のピントが合わせられる。次に、回転用アクチュエータ１６によりＣＣＤ撮像面１１が傾斜させられ、全体にピントの合った画像が得られる。ここで、説明のために並進用と回転用のアクチュエータは別々としたが、並進、回転を与えられる一つのアクチュエータにまとめてもかまわない。また、図示していないが、調整移動中に傾斜軸以外の姿勢が大きく変わらないように移動ガイドを設けるため、これにより並進、回転以外の動きは規制される。
【００４６】
図５は、本発明が適用される電子撮像装置１０の制御部の内部構成例を示すブロック図で、図中、２０は、制御部で、該制御部２０は、ＣＣＤ２１、フレームメモリ２２、高周波成分抽出器２３、加算器２４、メモリ２５、ＣＰＵ２６、光学系２７とを有する。ＣＣＤ２１から取り込まれた映像信号は、フレームメモリ２２に取り込まれる。フレームメモリ２２上の画像データは、ＣＰＵ２６からアドレスを指定することにより、任意の撮像エリアに含まれる画像データを読み出せる。ＣＰＵ２６から指定された撮像エリアの画像データが読み出された後、高周波成分抽出器（フィルタ）２３により高周波成分が抽出される。ここでは、高周波成分を抽出しているが任意の周波数帯の成分でも構わない。また、２つ以上の周波数帯の成分を同時に抽出することも考えられる。この場合、以下の構成は２系統以上必要となる。
【００４７】
上記に示すように抽出された高周波データは、加算器２４などで撮像エリア内の画像データが加算され該撮像エリアを示す高周波評価値として利用される。本例では、フィルタ２３と加算器２４を用いた構成を示したが、例えば、ＤＣＴのように任意の撮像エリアの周波数スペクトルを求め、その高周波成分を直接求めても構わない。また、この場合も２つ以上の周波数を求めて評価値とすることも考えられる。これらの評価値は、直接ＣＰＵ２６に読み込まれ、合焦判定の評価に用いられる。この評価値判定に基づきＣＰＵ２６は、ＣＣＤ２１や光学系２７に取り付けられた傾斜調整、合焦調整用アクチュエータを制御する。
【００４８】
前述した図２、図４に示したようにＣＣＤ傾斜機構１３は、まず、焦点調整のために、光学系もしくはＣＣＤを光軸前後に移動させることで調整した後、傾斜方向の調整を実施する。この際、回転傾斜軸１５は、ＣＣＤ撮像面１１上に一致するように構成されており、傾斜回転動作により、傾斜軸１５近傍の光軸方向の位置がずれないようにして焦点ずれを排除している。
【００４９】
図６は、本発明が適用されるＣＣＤ撮像面１１の構成例を示す図で、ＣＣＤ撮像面１１は、撮像エリア１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、傾斜軸１５とを有する。図６に示す図は、光軸方向からＣＣＤ撮像面１１を見た図に相当する。傾斜軸１５は、ＣＣＤ撮像面１１上にある。最初に焦点調整を実施するが、焦点調整の評価エリアとして傾斜軸１５近傍の撮像エリア１１ａが用いられる。撮像エリア１１ａから得られた評価値に基づき前述した並進用アクチュエータ１７もしくは光学的焦点調整機構１２とを制御し、この撮像エリアの合焦が判定された後、別途、回転用アクチュエータ１６により傾斜軸１５を中心としたＣＣＤ撮像面１１の回転が与えられる。この傾斜制御に用いる評価値には、撮像エリア１１ａとは別に、傾斜軸１５と直交する方向に離れた位置の撮像エリア１１ｂもしくは１１ｃの評価値が用いられ、該評価値に基づき回転用アクチュエータ１６が制御される。このような構成をとることにより、合焦調整と傾斜調整の独立性が保たれる。本例では、合焦調整と傾斜調整とを時系列的に実施する例を示したが、時間的に同時進行しても構わない。
【００５０】
図７、図９は、ＣＣＤ撮像面１１の動作例を示す図である。図７に示すようにＣＣＤ撮像面１１は、傾斜軸１５周りの回転を固定したまま、並進用アクチュエータ１７により移動させられる。この場合、あおりが生じているとＣＣＤ撮像面１１の各撮像エリアにおいて合焦点の位置が異なることとなる。本例では、合焦位置は、Ｐ１からＰ３まで存在することとなる。
【００５１】
図８は、ＣＣＤ撮像面１１の任意の位置における高周波成分の変化を示す図である。図７に示した移動を与えられた時の高周波成分の変化をグラフ化したもので、縦軸に高周波成分、横軸にＣＣＤ位置をとり、それぞれ合焦位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に相当する高周波評価値のピークを示している。これらの合焦位置を別途メモリ（図示せず）に一時記憶させ、撮像エリアにおけるＣＣＤ撮像面１１での幾何的位置とこれらの合焦位置（Ｐ１〜Ｐ３）から図９に示すように焦点位置と傾斜量を計算で求め、光軸方向への移動量と傾斜量を決定する。ここまでの説明では焦点位置スキャンは、ＣＣＤ撮像面１１を光軸方向へ移動させることで行ったが、別途、光学的合焦手段を用い、光学系の移動量からＣＣＤ撮像面１１の移動量を算出し、光学的合焦手段の制御量とＣＣＤ撮像面１１の傾斜量を算出しても構わない。
【００５２】
図１０は、映像信号の高周波成分とＣＣＤ位置の関係の一例を示す図である。同じ撮像エリアで同じ被写体を撮影する場合、その映像信号において合焦時に高周波成分の出力が一番高くなる。従って、焦点調整をした場合、任意の撮像エリアにおける高周波評価値のピークがその合焦位置を示すことになる。
【００５３】
図１１は、高周波成分のピークを求めるアルゴリズムの一例を説明するフローチャートである。まず、前述の図５に示したように高周波成分抽出器２３と加算器２４を用いて高周波評価値を求める（ステップＳ１）。次に、ＣＰＵ２６にこの評価値を読み込み、１ステップ前の高周波評価値との比較を行う（ステップＳ２）。当該評価値がピークでない場合（ＮＯの場合）、当該評価値をメモリ２５に記憶する（ステップＳ３）。次に、その評価値に基づいて焦点位置／傾斜量を調整する（ステップＳ４）。また、当該評価値がピークであった場合（ＹＥＳの場合）、制御を完了する。ここで、ピークにおいては前の評価値との差が無くなる、もしくはある範囲に収まるか、増加が減少に反転するなどの変化によりピークを判定することができる。また、評価値がピークでないと判定された場合にも１ステップ前の評価値との増減により合焦位置までの方向はわかる。この場合、評価値をメモリ２５に一旦記憶し、これを次の評価における前ステップのデータとして利用する。
【００５４】
焦点調整の場合、焦点位置をさらに１ステップ検出方向へ前進させ、傾斜調整の場合、傾斜量を１ステップ前進させ、次の高周波評価値を求める。ピークと判断された場合は、そこが制御完了点と判断され一連の動作が完了する。本例では、高周波評価値は、１系統しか用いてないが、高周波成分は、ピークが急峻で精度高く制御できるが合焦位置から離れていると制御方向がわからない傾向にあり、逆に低周波成分では合焦精度は良くないが、離れていても方向はわかるため、低周波で大体の焦点位置の方向を求め、更なる高周波で合焦位置を求めるといった、２つ以上の周波数を用いる方法も考えられる。
【００５５】
（参考例１）
図１２は、赤外線による距離計測手段を用いた他の装置構成例を示す図で、図中、３０は、赤外ＬＥＤ（発光素子）、３１は、被写体、３２は、ＰＳＤ（受光素子）である。本例の装置構成は、これまでの発明が光学的焦点調整機構１２やＣＣＤ撮像面１１の光軸方向への移動調整機構にて光軸方向の合焦位置を求めたのに対し、外部の距離計測手段を用いることを特徴としている。赤外ＬＥＤ３０から出射した赤外光は被写体３１で反射されＰＳＤ３２に受光する。ＰＳＤ３２の出力により、ＰＳＤ３２上に受光した位置が求まり、これより赤外光の入射角度βが求まり、入射角度βと、発光素子３０と受光素子３２の基線長αから被写体までの距離Ｌが求まる。距離Ｌから光軸方向の焦点位置を求め、光学系もしくはＣＣＤを光軸方向に移動させて調整する。傾斜方向は、前述したものと同様の構成にてＣＣＤ撮像面１１の傾斜方向の調整を行う。
【００５６】
図１３は、ＣＣＤ撮像面１１の他の構成例を示す図で、ＣＣＤ撮像面１１は、撮像エリア１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、傾斜軸１５とを有する。この場合、上記受光素子３２には、１次元のセンサが用いられ、撮像エリア１１ｄは、計測エリアとしてＣＣＤ撮像面１１を光軸方向から見て傾斜軸１５の近傍に設定されている。また、傾斜軸１５は、他の装置構成と同様、ＣＣＤ撮像面１１に設けられている。傾斜方向には、別に設定された撮像エリア１１ｅもしくは１１ｆが評価エリアとして用いられ高周波成分などの評価値を用いて合焦判断が実施される。これらの撮像エリアは、傾斜軸１５の垂直方向に可能な限り離れた方が精度よく制御できる。本例では赤外線を用いた距離計測手段で説明したが、例えば、位相差方式といった別の距離計測方式を用いても良い。
【００５７】
（参考例２）
図１４は、図１２に示した距離計測手段を２ヶ所設置した場合の構成例を示す図で、図中、３０ａ、３０ｂは、赤外ＬＥＤである。ここで、図１４は、図１２で示した赤外ＬＥＤを横から見た図を示し、赤外ＬＥＤ３０ａ、３０ｂの２個のＬＥＤが縦に２段重なっている状態を示している。これら２系統の距離計測手段は独立して動作し、それぞれの原理は図１２に示したものと同様である。
【００５８】
図１５は、ＣＣＤ撮像面１１の他の構成例を示す図で、ＣＣＤ撮像面１１は、撮像エリア１１ｇ、１１ｈ、傾斜軸１５とを有する。ＣＣＤ撮像面１１上において、これら２つの撮像エリア１１ｇ、１１ｈは、あおり調整用傾斜軸１５を中心として上下に配置されている。これら２つの計測情報からＣＣＤ撮像面１１の該当する撮像エリアの光学的位置を決定することができ、合焦位置および傾斜量を算出できる。この場合においても外部の距離計測手段は、赤外方式でもよいし、位相差方式などの別の方式でも構わない。
【００５９】
図１６は、電子撮像装置１０におけるあおり補正の一例を説明する図である。ここでは、簡略化のため、一軸のみのあおり補正について説明する。図１６にその原理を示すが、被写体１の平面は、本図に対して垂直方向にあるとする。平面被写体に対しあおり調整を実施する際、被写体１の平面と、レンズ面を通り光軸に対し垂直な面と、撮像平面とは、図１６に示すように一つの直線上で交わる（３重交点）。このときレンズ平面に対する撮像平面の倒れ量δは、前述したあおり制御量より求まる。
【００６０】
また、撮像平面とレンズ平面との距離Ｌ２もその焦点調整量より求まる。従って、レンズ中心から前述した３重交点までの距離Ｌ３は、下記に示す式（１）により求めることができる。
Ｌ３＝Ｌ２／ｔａｎδ ・・・式（１）
合焦位置よりレンズと被写体との距離Ｌ１が求まるのでレンズ平面と被写体平面のなす角θは、下記に示す式（２）により求めることができる。
θ＝ｔａｎ−１（Ｌ１／Ｌ３） ・・・式（２）
ここで、θは、レンズ光軸と被写体平面の法線とのなす角を示す。従って、あおり量δと焦点調整量から求まる「なす角θ」は、下記に示す式（３）により求めることができる。
θ＝ｔａｎ−１｛（Ｌ１／Ｌ２）ｔａｎδ｝ ・・・式（３）
【００６１】
一般に、撮像面と被写体が平行でない撮影の場合は、双方の法線のなす角だけ座標回転することにより平行の画像へ変換することができ、一般にカメラ座標系（ｘ，ｙ，１）から被写体座標系（ｕ，ｖ，１）へ変換する回転行列を下記の行列式（４）に示す。
【００６２】
【数１】
【００６３】
また、上記式（４）を用いて座標変換する変換式を下記の式（５）に示す。
【００６４】
【数２】
【００６５】
従って、本例において、まず、撮像平面の光軸に対する傾斜量δだけ回転し、さらに光軸の被写体平面に対する傾斜量θだけ座標回転演算することで被写体を正面から見た（光軸と被写体法線ベクトルの一致した）画像を得ることができる。ここで、一軸方向のみについて説明したが、複数方向のあおり量より立体的なカメラ姿勢を求め、上述した座標回転式を用いて歪み補正を行うこともできる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によると、光軸方向に光学系を変位させて焦点位置の調整を行うとともに、光軸方向と垂直な軸を中心としてあおり方向の傾斜角調整手段を具備することで、光軸に対して垂直な平面から傾斜した平面の被写体に対しても前面ピントの合った画像を得ることができる。
【００６７】
また、ＣＣＤのような撮像素子を光軸方向に変位させて焦点位置の調整を行うとともに、光軸方向と垂直な軸を中心としてあおり方向の傾斜角調整手段を具備することで、より簡単な構成で光軸に対して垂直な平面から傾斜した平面の被写体に対しても前面ピントの合った画像を得ることができる。
【００６８】
また、焦点位置の調整に撮像素子の出力における任意の撮像エリアの高周波成分を用いて制御、調整することで外部に別途素子を設けることなく合焦調整をすることができる。
【００６９】
また、あおり調整のための傾斜軸を撮像素子の撮像面に設けることで、傾斜角調整手段により光軸方向の焦点位置がずれないようにすることができる。
【００７０】
また、光軸方向への焦点位置の調整には、傾斜軸近傍における撮像エリアの高周波成分のみを用いることで、傾斜角調整手段によりピントがずれないようにすることができ、焦点の再調整が必要なくなる。
【００７１】
また、傾斜軸に対し垂直方向に設定された撮像エリアを傾斜角調整手段に用いることで、より高精度なあおり調整をすることができる。
【００７２】
また、焦点調整機構を予め全ストローク動作させ、撮像面内の２点以上の合焦位置を計測することで撮像面の傾斜量を算出し、高速に動作させることができる。
【００７３】
また、撮像面内の２点以上の測定点を傾斜軸に対して垂直方向にとることで傾斜量の算出精度を向上させることができる。
【００７４】
また、焦点位置と傾斜量の調整において、高周波成分の最大値を制御目標とすることにより制御回路の簡略化を図るとともに、高精度の焦点、あおり調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適用される電子撮像装置の構成例を示す図である。
【図２】 本発明が適用されるＣＣＤ傾斜機構の構成例を示す図である。
【図３】 本発明が適用される電子撮像装置の他の構成例を示す図である。
【図４】 本発明が適用されるＣＣＤ傾斜機構の他の構成例を示す図である。
【図５】 本発明が適用される電子撮像装置の制御部の内部構成例を示すブロック図である。
【図６】 本発明が適用されるＣＣＤ撮像面の構成例を示す図である。
【図７】 ＣＣＤ撮像面の動作例を示す図である。
【図８】 ＣＣＤ撮像面の任意の位置における高周波成分の変化を示す図である。
【図９】 ＣＣＤ撮像面の動作例を示す図である。
【図１０】 映像信号の高周波成分とＣＣＤ位置の関係の一例を示す図である。
【図１１】 高周波成分のピークを求めるアルゴリズムの一例を説明するフローチャートである。
【図１２】 赤外線による距離計測手段を用いた他の装置構成例を示す図である。
【図１３】 ＣＣＤ撮像面の他の構成例を示す図である。
【図１４】 図１２に示した距離計測手段を２ヶ所設置した場合の構成例を示す図である。
【図１５】 ＣＣＤ撮像面の他の構成例を示す図である。
【図１６】 電子撮像装置におけるあおり補正の一例を説明する図である。
【図１７】 従来の撮影装置の構成例を示す図である。
【図１８】 あおり機能付きカメラの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１、３１…被写体、１ａ…最遠接点、１ｂ…最近接点、１０…電子撮像装置、１１…ＣＣＤ撮像面、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ…撮像エリア、１２…光学的焦点調整機構、１３…ＣＣＤ傾斜機構、１４…カメラ光軸、１５…傾斜軸、１６…回転用アクチュエータ、１７…並進用アクチュエータ、２０…制御部、２１…ＣＣＤ、２２…フレームメモリ、２３…高周波成分抽出器、２４…加算器、２５…メモリ、２６…ＣＰＵ、２７…光学系、３０、３０ａ、３０ｂ…赤外ＬＥＤ（発光素子）、３２…ＰＳＤ（受光素子）、４０…撮影装置、４１…レンズ、４２…撮像面（フィルム面）、４３…光軸。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子撮像装置、より詳細には、デジタルカメラやデジタルビデオ等の電子撮像装置に関し、例えば、机上の書類、板書書き、ポスターといった被写体を撮影する書画カメラのような撮影条件が規制されるカメラに適用することができ、ビルの側面など大型の正方位画像を得るためのあおり機能付きカメラに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、おもに高層ビルなどを撮影する場合、被写体正面よりずれた位置から撮影することになるが、一画面内で極端に被写体までの距離差が出てしまう。この場合、よほど絞りを絞らないと全体にピントの合った写真を得ることができない。
【０００３】
図１７は、従来の撮影装置の構成例を示す図で、図中、１は、被写体、１ａは、最遠接点、１ｂは、最近接点、４０は、撮影装置で、該撮影装置４０は、レンズ４１、撮像面（フィルム面）４２とを有する。上記のようなシーンを撮影するために、図１８に示すような撮像面を光軸に対し垂直な軸を中心として回転させるあおり機能付きカメラが良く知られている。図１８は、あおり機能付き撮影装置４０の構成例を示す図で、あおり機能付き撮影装置４０は、レンズ４１、撮像面（フィルム面）４２、光軸４３とを有し、レンズ４１の角度やフィルム面４２の傾斜を自由に変えることができるあおり機能を備えている。
【０００４】
上記装置構成をとることにより上述したようなシーンにおいても全体にピントの合った写真を得ることができる。このようなあおり機能付き撮影装置４０は、主にプロ用途に用いられ、通常、マニュアルでピント調整される。ここで、銀塩カメラでは、フィルム面だけを傾斜させるのは、機構上や遮光などの点で難しく、レンズの光軸を傾ける手法が取られている。
【０００５】
また、例えば、デジタルカメラのような電子撮像装置においても同様な用途が考えられ、このような電子撮像装置の場合は、ＣＣＤ等の撮像デバイスを用いるため、例えば、特開平９−３３１４７６号公報に記載の発明のように撮像デバイスを傾けることも可能となり、より簡便にあおり調整を施すことができる。
【０００６】
近年、銀塩カメラに代わり、例えば、デジタルカメラが広範に利用されている。デジタルカメラでは、撮影したデータがデジタル情報であるため、今までにないような利用形態も考えられてきた。その一つがスキャナのように平面上にある文字、画像などをデジタル化する用途であるが、この様な利用形態では平面の正面で取り込めるシーンよりむしろ、正面からずれた位置から斜めに撮影するシーンも多く存在することが予想される。このため上述したような、あおり調整手段が有効であると考えられる。この場合、得られる画像は歪でしまうが、デジタル情報であるため、画像処理で補正することは可能である。従って、これらの用途には画面のフォーカスだけ保証しておけば良い。
【０００７】
電子撮像装置のあおり機構に関して、前述した特開平９−３３１４７６号公報に記載の撮像装置によると電動によりあおり調整を施すことはできる。しかしながら、実際にユーザが、上述したような目的で撮影するシーンは特殊な撮影ばかりでなく、アマチュアが簡便に使用できる方が好ましい。従って、これらの用途の場合には、オートフォーカス機能が必要になる。通常のオートフォーカスは、撮像面がすべて同一焦点を有することを前提条件とし、このフォーカスポイントを外部の距離計測装置より算出した距離、または実際のＣＣＤ出力の高周波成分を参照しながら最適なフォーカス位置まで光学系、もしくはＣＣＤを光軸方向へ移動させることで調整している。
【０００８】
ところが、あおりが入ると調整軸が光軸だけではなく、あおり方向においてもフォーカシング調整が必要となり、いままでのオートフォーカスの考えだけでは機能しないという問題点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、あおり調整を可能とするフォーカス機構を備えたあおり機能付き電子撮像装置を提供すること、を目的としてなされたものである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、撮影視野内に含まれる物体像を平面上に結像させる光学的結像手段と、該結像された平面に当接し、該平面における空間光量を撮像素子を用いて電気信号に変換する電子撮像手段と、前記光学的結像手段を変位させること、あるいは、前記電子撮像手段の撮像素子を前記光学的結像手段の光軸方向に変異させることで焦点位置を調整する焦点位置調整手段と、光軸に対して垂直な軸を中心として前記電子撮像手段の撮像面を少なくとも一軸以上で傾斜可能に保持し、該電子撮像手段の撮像面を任意の傾斜角に調整する傾斜角調整手段を具備し、前記傾斜角調整手段における傾斜軸を前記電子撮像手段の撮像面に設けた電子撮像装置において、前記傾斜軸に対して一致する、もしくは近傍の撮像エリアにおける映像信号の出力を評価値として前記焦点位置調整手段により合焦調整を行うとともに、前記傾斜軸に対して垂直方向の異なる位置の少なくとも２つ以上の撮像エリアにおける映像信号の出力を評価値として前記撮像面の傾斜角を調整し、前記評価値として前記撮像エリア内の高周波成分を用い、該高周波成分の最大点を前記撮像面の合焦位置、傾斜量の制御目標とすることを特徴としたものである。
【００２７】
請求項２の発明は、撮影視野内に含まれる物体像を平面上に結像させる光学的結像手段と、該結像された平面に当接し、該平面における空間光量を撮像素子を用いて電気信号に変換する電子撮像手段と、前記光学的結像手段を変位させること、あるいは、前記電子撮像手段の撮像素子を前記光学的結像手段の光軸方向に変異させることで焦点位置を調整する焦点位置調整手段と、光軸に対して垂直な軸を中心として前記電子撮像手段の撮像面を少なくとも一軸以上で傾斜可能に保持し、該電子撮像手段の撮像面を任意の傾斜角に調整する傾斜角調整手段を具備し、前記電子撮像手段の撮像面が光軸に対して一定の角度をなしている場合、前記焦点位置調整手段を動作させることにより、撮像面内における少なくとも２つ以上の撮像エリアの合焦位置を特定する合焦位置特定手段と、該特定された合焦位置を記憶する記憶手段を具備し、該記憶された合焦位置に基づいて前記撮像面の傾斜量を決定するとともに、前記傾斜角調整手段における傾斜軸を前記電子撮像手段の撮像面に設けた電子撮像装置において、前記傾斜軸に対して垂直方向の異なる位置に少なくとも２つ以上の撮像エリアにおける映像信号の出力を評価値とし、該評価値として撮像エリア内の高周波成分を用い、該高周波成分の最大点を前記撮像面の合焦位置の制御目標とすることを特徴としたものである。
【００２８】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記電子撮像手段にて変換された任意のエリアの電気信号を映像信号として取り出せるように該電子撮像手段の撮像エリアを特定する撮像エリア特定手段と、該特定された撮像エリアから取り出した映像信号における任意の周波数成分を抽出する周波数成分抽出手段と、該抽出された周波数成分の値を記憶する記憶手段と、該抽出された周波数成分と直前に記憶された周波数成分とを比較して判定する比較判定手段と、該比較判定手段の判定出力に基づいて前記焦点位置調整手段及び前記傾斜角調整手段とを動作させ、制御する制御手段とを具備することを特徴としたものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本発明が適用される電子撮像装置の構成例を示す図で、図中、１０は、電子撮像装置で、該電子撮像装置１０は、ＣＣＤ撮像面１１、光学的焦点調整機構１２、ＣＣＤ傾斜機構１３、カメラ光軸１４とを有する。被写体１は、紙面に示すように２次元平面で構成され、カメラ光軸１４は、紙面垂直軸から大きく傾いている。この様な撮影においては、最遠接点１ａと最近接点１ｂとの被写体までの距離の差を、カメラを近づけたクローズアップの時には無視できなくなり、傾斜方向に対しボケた画像となってしまう。
【００４３】
まず、被写体までの距離により合焦位置が変わるため、光軸方向に光学系を調整することによりピント位置を移動させる光学的焦点調整機構１２を調整し、ＣＣＤ撮像面１１上の任意点のピントを合わせる。次に、ＣＣＤ傾斜機構１３を調整することで被写体１に対して光学系さらにＣＣＤとの相対距離を変化させることで、図１に示すような被写体１に対しても全体にピントのあった画像が得られる。ここでは、簡略化のため１軸のあおり調整で説明しているが、２軸の場合でも同様な調整は可能である。
【００４４】
図２は、本発明が適用されるＣＣＤ傾斜機構１３の構成例を示す図で、ＣＣＤ傾斜機構１３は、ＣＣＤ撮像面１１、傾斜軸１５、回転用アクチュエータ１６とを有する。ＣＣＤ撮像面１１は、傾斜軸１５を中心として回動可能に取り付けられており、傾斜量は、回転用アクチュエータ１６により制御される。本例では、傾斜軸１５は、ＣＣＤ撮像面１１のほぼ真中にとっているが、利用するアクチュエータのストロークや周辺のスペースにより中心以外にとっても構わない。ただし、傾斜軸１５と光軸１４とは、お互いに調整の独立性を確保するため、垂直にとるのが望ましい。ここでも簡略化のため１軸のあおり調整で説明しているが、２軸の場合でも同様な調整は可能である。また、回転用アクチュエータ１６は直進ばかりでなく、傾斜軸１５まわりの回転を直接与える回転アクチュエータを用いても構わない。
【００４５】
（実施例２）
図３は、本発明が適用される電子撮像装置１０の他の構成例を示す図である。図４は、本発明が適用されるＣＣＤ傾斜機構１３の他の構成例を示す図で、ＣＣＤ傾斜機構１３は、ＣＣＤ撮像面１１、傾斜軸１５、回転用アクチュエータ１６、並進用アクチュエータ１７とを有する。本例における電子撮像装置１０の装置構成は、図１に示した装置構成とは異なるが、同様の効果がある。ＣＣＤ撮像面１１は、上記装置構成と同様に、傾斜軸１５により傾斜可能に取り付けられ、回転用アクチュエータ１６により駆動、制御される。また、同様に光軸方向に対しても並進用アクチュエータ１７により並進移動させられる。まず、並進用アクチュエータ１７によりＣＣＤ撮像面１１が光軸方向へ並進移動させられ、任意の位置のピントが合わせられる。次に、回転用アクチュエータ１６によりＣＣＤ撮像面１１が傾斜させられ、全体にピントの合った画像が得られる。ここで、説明のために並進用と回転用のアクチュエータは別々としたが、並進、回転を与えられる一つのアクチュエータにまとめてもかまわない。また、図示していないが、調整移動中に傾斜軸以外の姿勢が大きく変わらないように移動ガイドを設けるため、これにより並進、回転以外の動きは規制される。
【００４６】
図５は、本発明が適用される電子撮像装置１０の制御部の内部構成例を示すブロック図で、図中、２０は、制御部で、該制御部２０は、ＣＣＤ２１、フレームメモリ２２、高周波成分抽出器２３、加算器２４、メモリ２５、ＣＰＵ２６、光学系２７とを有する。ＣＣＤ２１から取り込まれた映像信号は、フレームメモリ２２に取り込まれる。フレームメモリ２２上の画像データは、ＣＰＵ２６からアドレスを指定することにより、任意の撮像エリアに含まれる画像データを読み出せる。ＣＰＵ２６から指定された撮像エリアの画像データが読み出された後、高周波成分抽出器（フィルタ）２３により高周波成分が抽出される。ここでは、高周波成分を抽出しているが任意の周波数帯の成分でも構わない。また、２つ以上の周波数帯の成分を同時に抽出することも考えられる。この場合、以下の構成は２系統以上必要となる。
【００４７】
上記に示すように抽出された高周波データは、加算器２４などで撮像エリア内の画像データが加算され該撮像エリアを示す高周波評価値として利用される。本例では、フィルタ２３と加算器２４を用いた構成を示したが、例えば、ＤＣＴのように任意の撮像エリアの周波数スペクトルを求め、その高周波成分を直接求めても構わない。また、この場合も２つ以上の周波数を求めて評価値とすることも考えられる。これらの評価値は、直接ＣＰＵ２６に読み込まれ、合焦判定の評価に用いられる。この評価値判定に基づきＣＰＵ２６は、ＣＣＤ２１や光学系２７に取り付けられた傾斜調整、合焦調整用アクチュエータを制御する。
【００４８】
前述した図２、図４に示したようにＣＣＤ傾斜機構１３は、まず、焦点調整のために、光学系もしくはＣＣＤを光軸前後に移動させることで調整した後、傾斜方向の調整を実施する。この際、回転傾斜軸１５は、ＣＣＤ撮像面１１上に一致するように構成されており、傾斜回転動作により、傾斜軸１５近傍の光軸方向の位置がずれないようにして焦点ずれを排除している。
【００４９】
図６は、本発明が適用されるＣＣＤ撮像面１１の構成例を示す図で、ＣＣＤ撮像面１１は、撮像エリア１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、傾斜軸１５とを有する。図６に示す図は、光軸方向からＣＣＤ撮像面１１を見た図に相当する。傾斜軸１５は、ＣＣＤ撮像面１１上にある。最初に焦点調整を実施するが、焦点調整の評価エリアとして傾斜軸１５近傍の撮像エリア１１ａが用いられる。撮像エリア１１ａから得られた評価値に基づき前述した並進用アクチュエータ１７もしくは光学的焦点調整機構１２とを制御し、この撮像エリアの合焦が判定された後、別途、回転用アクチュエータ１６により傾斜軸１５を中心としたＣＣＤ撮像面１１の回転が与えられる。この傾斜制御に用いる評価値には、撮像エリア１１ａとは別に、傾斜軸１５と直交する方向に離れた位置の撮像エリア１１ｂもしくは１１ｃの評価値が用いられ、該評価値に基づき回転用アクチュエータ１６が制御される。このような構成をとることにより、合焦調整と傾斜調整の独立性が保たれる。本例では、合焦調整と傾斜調整とを時系列的に実施する例を示したが、時間的に同時進行しても構わない。
【００５０】
図７、図９は、ＣＣＤ撮像面１１の動作例を示す図である。図７に示すようにＣＣＤ撮像面１１は、傾斜軸１５周りの回転を固定したまま、並進用アクチュエータ１７により移動させられる。この場合、あおりが生じているとＣＣＤ撮像面１１の各撮像エリアにおいて合焦点の位置が異なることとなる。本例では、合焦位置は、Ｐ１からＰ３まで存在することとなる。
【００５１】
図８は、ＣＣＤ撮像面１１の任意の位置における高周波成分の変化を示す図である。図７に示した移動を与えられた時の高周波成分の変化をグラフ化したもので、縦軸に高周波成分、横軸にＣＣＤ位置をとり、それぞれ合焦位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に相当する高周波評価値のピークを示している。これらの合焦位置を別途メモリ（図示せず）に一時記憶させ、撮像エリアにおけるＣＣＤ撮像面１１での幾何的位置とこれらの合焦位置（Ｐ１〜Ｐ３）から図９に示すように焦点位置と傾斜量を計算で求め、光軸方向への移動量と傾斜量を決定する。ここまでの説明では焦点位置スキャンは、ＣＣＤ撮像面１１を光軸方向へ移動させることで行ったが、別途、光学的合焦手段を用い、光学系の移動量からＣＣＤ撮像面１１の移動量を算出し、光学的合焦手段の制御量とＣＣＤ撮像面１１の傾斜量を算出しても構わない。
【００５２】
図１０は、映像信号の高周波成分とＣＣＤ位置の関係の一例を示す図である。同じ撮像エリアで同じ被写体を撮影する場合、その映像信号において合焦時に高周波成分の出力が一番高くなる。従って、焦点調整をした場合、任意の撮像エリアにおける高周波評価値のピークがその合焦位置を示すことになる。
【００５３】
図１１は、高周波成分のピークを求めるアルゴリズムの一例を説明するフローチャートである。まず、前述の図５に示したように高周波成分抽出器２３と加算器２４を用いて高周波評価値を求める（ステップＳ１）。次に、ＣＰＵ２６にこの評価値を読み込み、１ステップ前の高周波評価値との比較を行う（ステップＳ２）。当該評価値がピークでない場合（ＮＯの場合）、当該評価値をメモリ２５に記憶する（ステップＳ３）。次に、その評価値に基づいて焦点位置／傾斜量を調整する（ステップＳ４）。また、当該評価値がピークであった場合（ＹＥＳの場合）、制御を完了する。ここで、ピークにおいては前の評価値との差が無くなる、もしくはある範囲に収まるか、増加が減少に反転するなどの変化によりピークを判定することができる。また、評価値がピークでないと判定された場合にも１ステップ前の評価値との増減により合焦位置までの方向はわかる。この場合、評価値をメモリ２５に一旦記憶し、これを次の評価における前ステップのデータとして利用する。
【００５４】
焦点調整の場合、焦点位置をさらに１ステップ検出方向へ前進させ、傾斜調整の場合、傾斜量を１ステップ前進させ、次の高周波評価値を求める。ピークと判断された場合は、そこが制御完了点と判断され一連の動作が完了する。本例では、高周波評価値は、１系統しか用いてないが、高周波成分は、ピークが急峻で精度高く制御できるが合焦位置から離れていると制御方向がわからない傾向にあり、逆に低周波成分では合焦精度は良くないが、離れていても方向はわかるため、低周波で大体の焦点位置の方向を求め、更なる高周波で合焦位置を求めるといった、２つ以上の周波数を用いる方法も考えられる。
【００５５】
（参考例１）
図１２は、赤外線による距離計測手段を用いた他の装置構成例を示す図で、図中、３０は、赤外ＬＥＤ（発光素子）、３１は、被写体、３２は、ＰＳＤ（受光素子）である。本例の装置構成は、これまでの発明が光学的焦点調整機構１２やＣＣＤ撮像面１１の光軸方向への移動調整機構にて光軸方向の合焦位置を求めたのに対し、外部の距離計測手段を用いることを特徴としている。赤外ＬＥＤ３０から出射した赤外光は被写体３１で反射されＰＳＤ３２に受光する。ＰＳＤ３２の出力により、ＰＳＤ３２上に受光した位置が求まり、これより赤外光の入射角度βが求まり、入射角度βと、発光素子３０と受光素子３２の基線長αから被写体までの距離Ｌが求まる。距離Ｌから光軸方向の焦点位置を求め、光学系もしくはＣＣＤを光軸方向に移動させて調整する。傾斜方向は、前述したものと同様の構成にてＣＣＤ撮像面１１の傾斜方向の調整を行う。
【００５６】
図１３は、ＣＣＤ撮像面１１の他の構成例を示す図で、ＣＣＤ撮像面１１は、撮像エリア１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、傾斜軸１５とを有する。この場合、上記受光素子３２には、１次元のセンサが用いられ、撮像エリア１１ｄは、計測エリアとしてＣＣＤ撮像面１１を光軸方向から見て傾斜軸１５の近傍に設定されている。また、傾斜軸１５は、他の装置構成と同様、ＣＣＤ撮像面１１に設けられている。傾斜方向には、別に設定された撮像エリア１１ｅもしくは１１ｆが評価エリアとして用いられ高周波成分などの評価値を用いて合焦判断が実施される。これらの撮像エリアは、傾斜軸１５の垂直方向に可能な限り離れた方が精度よく制御できる。本例では赤外線を用いた距離計測手段で説明したが、例えば、位相差方式といった別の距離計測方式を用いても良い。
【００５７】
（参考例２）
図１４は、図１２に示した距離計測手段を２ヶ所設置した場合の構成例を示す図で、図中、３０ａ、３０ｂは、赤外ＬＥＤである。ここで、図１４は、図１２で示した赤外ＬＥＤを横から見た図を示し、赤外ＬＥＤ３０ａ、３０ｂの２個のＬＥＤが縦に２段重なっている状態を示している。これら２系統の距離計測手段は独立して動作し、それぞれの原理は図１２に示したものと同様である。
【００５８】
図１５は、ＣＣＤ撮像面１１の他の構成例を示す図で、ＣＣＤ撮像面１１は、撮像エリア１１ｇ、１１ｈ、傾斜軸１５とを有する。ＣＣＤ撮像面１１上において、これら２つの撮像エリア１１ｇ、１１ｈは、あおり調整用傾斜軸１５を中心として上下に配置されている。これら２つの計測情報からＣＣＤ撮像面１１の該当する撮像エリアの光学的位置を決定することができ、合焦位置および傾斜量を算出できる。この場合においても外部の距離計測手段は、赤外方式でもよいし、位相差方式などの別の方式でも構わない。
【００５９】
図１６は、電子撮像装置１０におけるあおり補正の一例を説明する図である。ここでは、簡略化のため、一軸のみのあおり補正について説明する。図１６にその原理を示すが、被写体１の平面は、本図に対して垂直方向にあるとする。平面被写体に対しあおり調整を実施する際、被写体１の平面と、レンズ面を通り光軸に対し垂直な面と、撮像平面とは、図１６に示すように一つの直線上で交わる（３重交点）。このときレンズ平面に対する撮像平面の倒れ量δは、前述したあおり制御量より求まる。
【００６０】
また、撮像平面とレンズ平面との距離Ｌ２もその焦点調整量より求まる。従って、レンズ中心から前述した３重交点までの距離Ｌ３は、下記に示す式（１）により求めることができる。
Ｌ３＝Ｌ２／ｔａｎδ ・・・式（１）
合焦位置よりレンズと被写体との距離Ｌ１が求まるのでレンズ平面と被写体平面のなす角θは、下記に示す式（２）により求めることができる。
θ＝ｔａｎ−１（Ｌ１／Ｌ３） ・・・式（２）
ここで、θは、レンズ光軸と被写体平面の法線とのなす角を示す。従って、あおり量δと焦点調整量から求まる「なす角θ」は、下記に示す式（３）により求めることができる。
θ＝ｔａｎ−１｛（Ｌ１／Ｌ２）ｔａｎδ｝ ・・・式（３）
【００６１】
一般に、撮像面と被写体が平行でない撮影の場合は、双方の法線のなす角だけ座標回転することにより平行の画像へ変換することができ、一般にカメラ座標系（ｘ，ｙ，１）から被写体座標系（ｕ，ｖ，１）へ変換する回転行列を下記の行列式（４）に示す。
【００６２】
【数１】
また、上記式（４）を用いて座標変換する変換式を下記の式（５）に示す。
【００６４】
【数２】
従って、本例において、まず、撮像平面の光軸に対する傾斜量δだけ回転し、さらに光軸の被写体平面に対する傾斜量θだけ座標回転演算することで被写体を正面から見た（光軸と被写体法線ベクトルの一致した）画像を得ることができる。ここで、一軸方向のみについて説明したが、複数方向のあおり量より立体的なカメラ姿勢を求め、上述した座標回転式を用いて歪み補正を行うこともできる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によると、光軸方向に光学系を変位させて焦点位置の調整を行うとともに、光軸方向と垂直な軸を中心としてあおり方向の傾斜角調整手段を具備することで、光軸に対して垂直な平面から傾斜した平面の被写体に対しても前面ピントの合った画像を得ることができる。
【００６７】
また、ＣＣＤのような撮像素子を光軸方向に変位させて焦点位置の調整を行うとともに、光軸方向と垂直な軸を中心としてあおり方向の傾斜角調整手段を具備することで、より簡単な構成で光軸に対して垂直な平面から傾斜した平面の被写体に対しても前面ピントの合った画像を得ることができる。
【００６８】
また、焦点位置の調整に撮像素子の出力における任意の撮像エリアの高周波成分を用いて制御、調整することで外部に別途素子を設けることなく合焦調整をすることができる。
【００６９】
また、あおり調整のための傾斜軸を撮像素子の撮像面に設けることで、傾斜角調整手段により光軸方向の焦点位置がずれないようにすることができる。
【００７０】
また、光軸方向への焦点位置の調整には、傾斜軸近傍における撮像エリアの高周波成分のみを用いることで、傾斜角調整手段によりピントがずれないようにすることができ、焦点の再調整が必要なくなる。
【００７１】
また、傾斜軸に対し垂直方向に設定された撮像エリアを傾斜角調整手段に用いることで、より高精度なあおり調整をすることができる。
【００７２】
また、焦点調整機構を予め全ストローク動作させ、撮像面内の２点以上の合焦位置を計測することで撮像面の傾斜量を算出し、高速に動作させることができる。
【００７３】
また、撮像面内の２点以上の測定点を傾斜軸に対して垂直方向にとることで傾斜量の算出精度を向上させることができる。
【００７４】
また、焦点位置と傾斜量の調整において、高周波成分の最大値を制御目標とすることにより制御回路の簡略化を図るとともに、高精度の焦点、あおり調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適用される電子撮像装置の構成例を示す図である。
【図２】 本発明が適用されるＣＣＤ傾斜機構の構成例を示す図である。
【図３】 本発明が適用される電子撮像装置の他の構成例を示す図である。
【図４】 本発明が適用されるＣＣＤ傾斜機構の他の構成例を示す図である。
【図５】 本発明が適用される電子撮像装置の制御部の内部構成例を示すブロック図である。
【図６】 本発明が適用されるＣＣＤ撮像面の構成例を示す図である。
【図７】 ＣＣＤ撮像面の動作例を示す図である。
【図８】 ＣＣＤ撮像面の任意の位置における高周波成分の変化を示す図である。
【図９】 ＣＣＤ撮像面の動作例を示す図である。
【図１０】 映像信号の高周波成分とＣＣＤ位置の関係の一例を示す図である。
【図１１】 高周波成分のピークを求めるアルゴリズムの一例を説明するフローチャートである。
【図１２】 赤外線による距離計測手段を用いた他の装置構成例を示す図である。
【図１３】 ＣＣＤ撮像面の他の構成例を示す図である。
【図１４】 図１２に示した距離計測手段を２ヶ所設置した場合の構成例を示す図である。
【図１５】 ＣＣＤ撮像面の他の構成例を示す図である。
【図１６】 電子撮像装置におけるあおり補正の一例を説明する図である。
【図１７】 従来の撮影装置の構成例を示す図である。
【図１８】 あおり機能付きカメラの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１、３１…被写体、１ａ…最遠接点、１ｂ…最近接点、１０…電子撮像装置、１１…ＣＣＤ撮像面、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ…撮像エリア、１２…光学的焦点調整機構、１３…ＣＣＤ傾斜機構、１４…カメラ光軸、１５…傾斜軸、１６…回転用アクチュエータ、１７…並進用アクチュエータ、２０…制御部、２１…ＣＣＤ、２２…フレームメモリ、２３…高周波成分抽出器、２４…加算器、２５…メモリ、２６…ＣＰＵ、２７…光学系、３０、３０ａ、３０ｂ…赤外ＬＥＤ（発光素子）、３２…ＰＳＤ（受光素子）、４０…撮影装置、４１…レンズ、４２…撮像面（フィルム面）、４３…光軸。
Claims (3)
- 撮影視野内に含まれる物体像を平面上に結像させる光学的結像手段と、該結像された平面に当接し、該平面における空間光量を撮像素子を用いて電気信号に変換する電子撮像手段と、前記光学的結像手段を変位させること、あるいは、前記電子撮像手段の撮像素子を前記光学的結像手段の光軸方向に変異させることで焦点位置を調整する焦点位置調整手段と、光軸に対して垂直な軸を中心として前記電子撮像手段の撮像面を少なくとも一軸以上で傾斜可能に保持し、該電子撮像手段の撮像面を任意の傾斜角に調整する傾斜角調整手段を具備し、
前記傾斜角調整手段における傾斜軸を前記電子撮像手段の撮像面に設けた電子撮像装置において、
前記傾斜軸に対して一致する、もしくは近傍の撮像エリアにおける映像信号の出力を評価値として前記焦点位置調整手段により合焦調整を行うとともに、
前記傾斜軸に対して垂直方向の異なる位置の少なくとも２つ以上の撮像エリアにおける映像信号の出力を評価値として前記撮像面の傾斜角を調整し、
前記評価値として前記撮像エリア内の高周波成分を用い、該高周波成分の最大点を前記撮像面の合焦位置、傾斜量の制御目標とすることを特徴とする電子撮像装置。 - 撮影視野内に含まれる物体像を平面上に結像させる光学的結像手段と、該結像された平面に当接し、該平面における空間光量を撮像素子を用いて電気信号に変換する電子撮像手段と、前記光学的結像手段を変位させること、あるいは、前記電子撮像手段の撮像素子を前記光学的結像手段の光軸方向に変異させることで焦点位置を調整する焦点位置調整手段と、光軸に対して垂直な軸を中心として前記電子撮像手段の撮像面を少なくとも一軸以上で傾斜可能に保持し、該電子撮像手段の撮像面を任意の傾斜角に調整する傾斜角調整手段を具備し、
前記電子撮像手段の撮像面が光軸に対して一定の角度をなしている場合、前記焦点位置調整手段を動作させることにより、撮像面内における少なくとも２つ以上の撮像エリアの合焦位置を特定する合焦位置特定手段と、該特定された合焦位置を記憶する記憶手段を具備し、該記憶された合焦位置に基づいて前記撮像面の傾斜量を決定するとともに、
前記傾斜角調整手段における傾斜軸を前記電子撮像手段の撮像面に設けた電子撮像装置において、
前記傾斜軸に対して垂直方向の異なる位置に少なくとも２つ以上の撮像エリアにおける映像信号の出力を評価値とし、該評価値として撮像エリア内の高周波成分を用い、該高周波成分の最大点を前記撮像面の合焦位置の制御目標とすることを特徴とする電子撮像装置。 - 請求項１または２に記載の電子撮像装置において、前記電子撮像手段にて変換された任意のエリアの電気信号を映像信号として取り出せるように該電子撮像手段の撮像エリアを特定する撮像エリア特定手段と、該特定された撮像エリアから取り出した映像信号における任意の周波数成分を抽出する周波数成分抽出手段と、該抽出された周波数成分の値を記憶する記憶手段と、該抽出された周波数成分と直前に記憶された周波数成分とを比較して判定する比較判定手段と、該比較判定手段の判定出力に基づいて前記焦点位置調整手段及び前記傾斜角調整手段とを動作させ、制御する制御手段とを具備することを特徴とする電子撮像装置。
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