JP4596260B2

JP4596260B2 - 撮像装置及びズーム制御方法

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Publication number: JP4596260B2
Application number: JP2005251185A
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Inventors: 裕之大道
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Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2010-12-08
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Also published as: JP2007067827A

Description

本発明は新規な撮像装置及びズーム制御方法に関する。詳しくは、ズーム動作中における画面の周辺光量比の変化が目立って違和感が生じる現象を緩和乃至解消する技術に関する。

動画撮影時にズーミングを行ったときに、画面中心へ入射する光と画面周辺へ入射する光束の比が一定とならない現象が起こる。いわゆる周辺照度比（シェーディングと言われることもある）が変化し、特に、この変化量が大きいズーム領域でズーミングを行った場合、周辺部の明るさの変化が目立ち、違和感が生じてしまう。この現象は、デジタルビデオカメラに一般的に使用されている、４群で構成され、第２レンズ群がバリエータ、第４レンズ群がコンペンゼータとして機能する４群インナーフォーカスタイプのズームレンズにおいてこの現象が著しい。

上記した４群インナーフォーカスタイプのズームレンズにおいて、第４レンズ群の可動範囲を小さくしてレンズ全長の小型化を達成するために、第２レンズ群の横倍率を工夫する等によって広角端から望遠端まで焦点距離が変化する間に、第４レンズ群が一旦物体側に移動した後像面側に折り返すように移動するようにしており、上記折り返し点の近辺において画面の周辺光量比の変化が減少方向から増加方向へと逆転する。そして、第４レンズ群が移動範囲の最も物体側の位置に近づいた辺りから周辺照度比が著しく低下し始め、第４レンズ群が最も物体側に位置する辺りで周辺照度比が最低となり、そこから今度は周辺照度比が上昇し始める、と言うように、第４レンズ群の移動範囲の最も物体側の位置を挟んだ僅かの領域で、周辺照度比が激しく変化する。

周辺照度比の上記したような変化特性の故に、第４レンズ群がその移動範囲の最も物体側の位置を挟んだ領域を通過するようにズーム動作が行われると、画面周辺部が急に暗くなって次いで直ぐに明るくなるというような変化が起こり、違和感を感じるという問題が生じる。そして、このような違和感は、ズーム動作が高速で行われるほど明るさの変化が激しく感じられるため、不快感を伴うことがある。

そこで、従来にあっては、周辺照度比の変化による違和感を緩和乃至解消するための幾つかの試みが成されている。

特許文献１には、焦点距離と該焦点距離において生じる周辺照度の低下を補正するためのシェーディング補正係数を予め記憶しておき、撮影後に上記シェーディング補正係数によって周辺光量比を補う画像処理によって周辺照度比の変化を目立たなくする方法が示されている。

また、特許文献２には、周辺照度比は開放絞りにおいて著しく、絞りをある程度まで絞った状態では周辺照度比が小さくなることに着目して、アイリスを所定の開口径まで絞ることで周辺照度比の変化を目立たなくする方法が示されている。

さらに、特許文献３には、シェーディング補正回路を設けておき、画像信号をシェーディング補正回路を通して補正することによって、周辺光量比を補い、周辺照度比の変化を目立たなくする方法が示されている。

特開平４−３４５３８６号公報特開平１１−１８３７７８号公報特開平４−６５９８０号公報

ところで、上記した特許文献１に示された方法にあっては、各焦点距離に対応した多くのシェーディング補正係数を予め記憶しておく記憶手段が必要となるため、構成が複雑となり、コストアップの原因となる。

また、特許文献２に示された方法にあってはアイリスを絞るため、有効な光線まで遮光してしまし、少しでも明るい光学系が望まれるような撮像素子では低照度の被写体撮影で不利になる。

さらに、特許文献３に示された方法にあっては、専用のシェーディング補正回路を必要とし、構成が複雑となり、コストアップの原因となる。

そこで、本発明は上記した事情に鑑み、周辺照度比の変化量が大きいズーム領域でズーム動作を行った場合でも、撮像装置が元々備えている機能を使用して、周辺の明るさの変化が目立ってしまうことを改善できる簡素なズーム制御方法及び該ズーム制御方法を使用した撮像装置を提供することを課題とする。

本発明撮像装置は、上記した課題を解決するために、ズームレンズと、上記ズームレンズによって取り込まれた画像を電気信号に変換する撮像素子と、光学的に画像の画角を変化させる光学ズーム手段と、電子的に画像の画角を変化させる電子ズーム手段と、上記光学ズーム手段によるズーミング中における画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域において、光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用して撮影画像の画角を変化させ、上記電子ズーム手段により上記撮像素子が受光した画像のうち上記光学ズーム手段のズーミングに基づく周辺光量比の変化が小さい領域を切り出して所望のズーム比とするズーム制御手段とを備え、上記ズーミング中の画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域内の位置からズーム動作を開始する場合には電子ズーム手段を併用しないものである。

また、本発明ズーム制御方法は、光学的に画像の画角を変化させる光学ズーム手段と、電子的に画像の画角を変化させる電子ズーム手段とを制御するズーム制御方法であって、上記光学ズーム手段によるズーミング中における画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域において、光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用して撮影画像の画角を変化させ、上記電子ズーム手段により上記撮像素子が受光した画像のうち上記光学ズーム手段のズーミングに基づく周辺光量比の変化が小さい領域を切り出して所望のズーム比とし、上記ズーミング中の画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域内の位置からズーム動作を開始する場合には電子ズーム手段を併用しないものである。

従って、本発明にあっては、周辺光量比の変化が目立つズーム領域においては、光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用して所望のズーム比が得られる。

本発明撮像装置は、ズームレンズと、上記ズームレンズによって取り込まれた画像を電気信号に変換する撮像素子と、光学的に画像の画角を変化させる光学ズーム手段と、電子的に画像の画角を変化させる電子ズーム手段と、上記光学ズーム手段によるズーミング中における画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域において、光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用して撮影画像の画角を変化させ、上記電子ズーム手段により上記撮像素子が受光した画像のうち上記光学ズーム手段のズーミングに基づく周辺光量比の変化が小さい領域を切り出して所望のズーム比とするズーム制御手段とを備え、上記ズーミング中の画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域内の位置からズーム動作を開始する場合には電子ズーム手段を併用しないことを特徴とする。

また、本発明ズーム制御方法は、光学的に画像の画角を変化させる光学ズーム手段と、電子的に画像の画角を変化させる電子ズーム手段とを制御するズーム制御方法であって、上記光学ズーム手段によるズーミング中における画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域において、光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用して撮影画像の画角を変化させ、上記電子ズーム手段により上記撮像素子が受光した画像のうち上記光学ズーム手段のズーミングに基づく周辺光量比の変化が小さい領域を切り出して所望のズーム比とし、上記ズーミング中の画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域内の位置からズーム動作を開始する場合には電子ズーム手段を併用しないことを特徴とする。

従って、本発明にあっては、画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域においては、光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用して所望のズーム比を得、且つ、電子ズーム手段は撮像素子が受光した画像のうち上記光学ズーム手段のズーミングに基づく周辺光量比の変化が小さい領域を切り出して所望のズーム比とするので、周辺光量比が少なくなり、それによって、画像周辺部の光量の変化が目立たなくなる。また、光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用するズーム領域内の位置からズーム動作を開始する場合には電子ズーム手段を併用しないので、ズーム速度が上がっていず、従って、周辺光量比の変化が目立たない状況では、電子ズーム手段の併用を行わないことによって、より質の高い画像による撮影を行うことができる。

請求項２及び請求項６に記載した発明にあっては、上記ズームレンズは、物体側から順に、光軸方向に固定の第１レンズ群と、光軸方向に移動して変倍を行う第２レンズ群と、光軸方向に固定の第３レンズ群と、少なくとも第２レンズ群の光軸方向への移動による像面位置の移動を補正するために光軸方向に移動する第４レンズ群とが配列され、かつ、撮像対象物からの光の光量を適正量とするアイリスを備えて成り、上記光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用するズーム領域は、上記第４レンズ群が最も物体側に位置するズーム位置より僅かに広角側の位置から望遠端までの領域であるので、最も周辺光量比の変化が目立つズーム領域で光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用することになる。

請求項３に記載した発明にあっては、上記アイリスが開放状態の時に光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用するので、アイリスが開放絞りから絞られていて、周辺光量比の変化があまり目立つことがない場合には、電子ズーム手段の併用を行う必要がなく、制御が簡素化される。

請求項４に記載した発明にあっては、ズーム動作を停止したときには電子ズーム手段の併用を停止するので、光学ズーム手段のみによって所定の焦点距離とされるため、より質の高い画像による撮影を行うことができる。

以下に、本発明撮像装置及びズーム制御手段を実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。

図１に本発明撮像装置の実施の形態を示す。なお、ここに図示した撮像装置は、デジタルビデオカメラとして適用されたものである。

撮像装置１はズームレンズ１０を備える。本実施の形態において、ズームレンズ１０は、物体側から順に配列された、正の屈折力を有する第１レンズ群１１、負の屈折力を有する第２レンズ群１２、正の屈折力を有する第３レンズ群１３、正の屈折力を有する第４レンズ群１４を備え、第１レンズ群１１及び第３レンズ群１３は光軸方向に固定であり、第２レンズ群１２は光軸方向に移動することによって変倍作用を為し、第４レンズ群１４は光軸方向に移動することによって第２レンズ群１２の移動による像面位置の移動を補正して焦点距離にかかわらず像面位置を一定とするコンペンゼート作用と合焦作用を為す。詳しくは、焦点距離が広角端から望遠端へと変更されるに際して第２レンズ群１２は物体側から像面側へと移動し、第４レンズ群１４は像面側から物体側へと移動していき移動範囲の最も物体側に移動した位置から今度は像面側へと移動する。そして、アイリス１５が第３レンズ群１３の物体側に位置し、光軸方向に固定である。

撮像素子２０はその受光面が上記ズームレンズ１０の結像面に位置するように配置され、ズームレンズ１０によって結像された画像を電気的な画像データとして出力する。この撮像素子２０としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の光電変換素子を使用したものが適用可能である。

撮像素子２０から出力された画像データは、信号処理回路３０を介してフレームメモリ２１に一時的に記憶され、また、一時的に記憶された画像データまたは電子ズーム回路２２で所定の拡大率で拡大した画像データが信号処理回路３０へ出力される。

なお、電子ズーム回路２２における処理は撮像素子２０からの画像データの一部を拡大して出力することであり、これを図２によって概念的に説明すると、例えば、図２（ａ）で、２０Ａが撮像素子２０による撮影画面の全域であり、その２０Ａ中の斜線部分２０Ｂの画像データを図２（ｂ）に示すように、撮影画面２０Ａと同じ大きさに拡大する。そして、拡大のために切り出す画像データの範囲２０Ｂは任意に選択することができ、領域２０Ａの横幅Ｈ１と領域２０Ｂの横幅Ｈ２との比、すなわち、Ｈ１／Ｈ２が電子ズーム倍率である。この電子ズームでは、任意の拡大率を選択することができ、拡大率を連続的に変化させることも容易である。

信号処理回路３０は、システムコントロール回路４０からの制御に応じて、撮像素子２０からの画像データに対して、ＡＦ（Auto Focus）、ＡＥ（Auto Exposure）、ＡＷＢ（Auto White Balance）などのカメラ信号処理を施す。

そして、カメラ信号処理後の画像データからＬＣＤ等の画像再生部３１に供給するためのアナログ画像信号を形成し、これを画像再生部３１に供給することにより、被写体の画像を画像再生部３１を通じて確認することができるようにされる。

また、信号処理回路３０は、カメラ信号処理が行われた画像データを、予め決められた圧縮方式でデータ圧縮し、これをシステムコントロール回路４０からの制御に応じて画像記録部３２に記録する。ここで、画像記録部３２は、ハードディスク或いはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ／Ｒ等の着脱可能なディスク型記録媒体に記録するディスクドライブ、カセットに収納された磁気テープに記録するテープドライブ、個体メモリを収納して成るメモリカードが着脱自在に装着されるカードスロット等種々の形態を取りうる。或いは、形態の異なる複数の記録手段、例えば、ディスクドライブとカードスロットを備えても良い。

そして、例えば、動画の撮影時には、再度、撮影スイッチ４１が操作され、動画の撮影の停止指示が与えられるまで、被写体の画像が順次に取り込まれ、動画データとしてディスクドライブに装着されたディスク型記録媒体に記録される。また、レリーズスイッチ４２が操作された時には、撮像素子２０に結像している画像が静止画として取り込まれ、静止画データとしてカードスロットに装着されたメモリカードに記録される。

システムコントロール回路４０はこのデジタルビデオカメラ１の全体の制御を行うもので、例えば、詳細の図示は省略するが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrical Erasable and Programmable ROM）がシステムバスを通じて接続されたマイクロコンピュータの構成とされたものである。そして、このシステムコントロール回路４０には、上記した撮影スイッチ４１、レリーズスイッチ４２の他、ズーミング及びその方向を指示するズームスイッチ４３、各種の撮影モードを選択するモードスイッチ４４の操作信号が入力されるようになっている。

上記ズームレンズ１０の第２レンズ群１２は、例えば、ステッピングモータを駆動源とするズーム駆動部５１によって、第４レンズ群１４は、例えば、ステッピングモータを駆動源とするフォーカス駆動部４２によって、それぞれ移動される。そして、第２レンズ群１２の位置はズーム位置検出部６１によって、また、第４レンズ群１４の位置はフォーカス位置検出部６２によって、それぞれ検出され、それぞれの検出値は、焦点距離情報としてシステムコントロール回路に帰還される。なお、上記各検出部６１、６２には、例えば、上記駆動部５１、５２の駆動源にステッピングモータを使用した場合には、初期位置からの送りステップ数を計数するカウンターが、ＤＣモータが駆動源の場合は、エンコーダが、リニアモータを駆動源とした場合には、ＭＲセンサーが、それぞれ使用される。そして、システムコントロール回路４０は、ズーム位置検出部６１及びフォーカス位置検出部６２からの信号によって第２レンズ群１２及び第４レンズ群１４の位置を参照しながら、ズーム駆動部５１及びフォーカス駆動部５２を制御して第２レンズ群１２及び第４レンズ群１４を所定の位置へと移動させる。

また、被写体から撮像素子２０へ到達する光量を調節するアイリス１５の開口径はアイリス駆動部５３によって変更され、また、アイリス１５の開口径はアイリス位置検出部６３によって検出されて、該検出信号がシステムコントロール回路４０によって参照される。そして、システムコントロール回路４０はアイリス位置検出部６３の検出信号によってアイリスの開口径を参照しながらアイリス駆動部５３を制御してアイリス１５の開口径を変更する。

いま、ズームレンズ１０が広角端にある状態で、ズームスイッチ４３により広角端から望遠端へ向けてのズーミングを指示したとする。システムコントロール回路４０はズーム駆動部５１に指示を出して、第２レンズ群１２を所定の方向へと移動させる。そして、位置検出部６１によってシステムコントロール回路４０はズームレンズ１０の焦点距離を知る。なお、第２レンズ群１２の移動に伴う像面位置の移動を補正するように、システムコントロール回路４０はフォーカス駆動部５２を制御して第４レンズ群１４を所定の方向へ所定量移動させる。そして、ズームレンズ１０の焦点距離が所定値に達すると、システムコントロール回路４０は信号処理回路３０に対してフレームメモリ２１からの画像データ読み出し範囲を狭くして（図２参照）電子ズーム回路２２を機能させる制御を行わせると共に、ズーム動作を電子ズームの拡大率に相当する倍率分だけ第２レンズ群１２の移動を遅らせるようにズーム駆動部５１に指示を与えて、ズームレンズ１０の倍率変化を遅らせる。

次ぎに、本発明ズーム制御方法について説明する。

本発明ズーム制御方法は、光学ズーム手段のズーミング動作に基づいて、周辺光量比が大きく変化する領域が存在する場合に、光学ズーム手段及び電子ズーム手段を用いてズーミング動作を行い、上記電子ズーム手段は、得られた撮像画像のうち、光学ズーム手段のズーミング動作に基づく周辺光量比の変化が小さい領域を切り出してズーミング動作を行う。

あるいは、電子ズーム手段は、得られた撮像画像のうち、中心の光量に対する周辺部の光量の差が小さい領域、あるいは、周辺光量比が大きい（中心に対する光量の比が大きい）領域を切り出してズーミング動作を行っても良い。

以下に、上記したズーム制御方法の実施の形態を説明する。

まず、図３乃至図６及び表１を参照してズーム制御方法の第１の実施の形態を説明する。

図４はズームレンズ１０における周辺光量比の特性を示すものであり、横軸にズーム位置、縦軸に周辺光量比の評価として画面の端に相当する像高（例えば、１／６インチのＣＣＤを用いる撮像装置では像高１．２ｍｍ程度）位置での中心に対する周辺光量比が示されている。そして、仮に、広角端から望遠端までの全ズーム領域を６４のポジション（各ポジションは第２レンズ群１２の位置に相当する）に等分したとして、このズームレンズ１０ではポジションＰ１（広角端）からポジション４９までの間のズーム領域では周辺光量比の変化は少ないが、ポジションＰ４９からポジションＰ６４（望遠端）までの間のズーム領域では周辺光量比の変化が大きく、しかも、短い範囲で変化する。

図４で示した特性を有するズームレンズ１０において、ポジションＰ４９より広角端側からズーム動作を開始して、ポジションＰ４９を跨いで望遠端側に向かって連続したズーム動作を行うと、ポジションＰ４９からポジションＰ６４までのズーム領域で周辺光量比の変化が大きく、かつ、短い範囲で変化するので、そのズーム動作中の画像を見るものに違和感を感じさせる。

そこで、ポジションＰ４９より広角端側からズーム動作を開始して、ポジションＰ４９を跨いで望遠端側に向かって連続したズーム動作を行う場合には、ポジションＰ４９からポジションＰ６４までの範囲で電子ズーム手段を併用する。

図５はズームレンズ１０における上記した各ポジションにおけるズーム倍率を示すものであり、横軸に上記各ポジションＰ１〜Ｐ６４を取り、縦軸にズーム倍率を取って示す。そして、実線は光学ズーム手段による各ポジションにおけるズーム倍率を示すものである。この図５の実線で分かるように、ポジションＰ４９を超えるとズームスピードが速く、すなわち、第２レンズ群１２の移動量に対する焦点距離の変化が大きくなる。そして、ズームスピードが速いほど、周辺光量比の変化が目立つことになる。上記したように、ポジションＰ４９からポジションＰ６４までのズーム範囲で周辺光量比の変化による違和感を生じるので、このズーム範囲で、光学ズーム手段によるズーム倍率の変化を波線で示すようにし、それによるズーム倍率の低下分を電子ズーム手段によるズーム倍率を１点差線で示すように変化させて補い、光学ズームと電子ズームとの合成倍率を実線で示すようにする。これによって、ズーム倍率の変化は、実線で示すようになめらかに変化し、かつ、周辺光量比の低下の著しいズーム領域で画像データ中の周辺光量比の低下の少ない範囲を切り出して所定の大きさの画像とするので、周辺光量比の変化は図４の破線で示すようになり、周辺光量比の変化が目立って違和感を生じさせることもない。なお、各ズームポジションにおける電子ズーム手段によるズーム倍率は表１に示すとおりである。

上記図５の破線で示す光学ズームと一点鎖線で示す電子ズームとの併用によってポジションＰ４９からポジションＰ６４までのズーム領域で周辺光量比の変化を目立たなくするズーム制御の手順を図３に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、撮影スイッチ４１の操作によって動画の撮影が開始される（ステップＳ１参照）と、ズーム動作が行われているか否かの判断がなされ（ステップＳ２）、ズーム動作が行われていると判断された場合（ＹＥＳ）はステップＳ３に進み、ズーム動作が行われていないと判断された場合（ＮＯ）はステップＳ２の判断を繰り返す。なお、ここでズーム動作が行われているか否かの判断は、例えば、ズームスイッチ４３が操作されているか否かによって為される。

ステップＳ３では、ズーム位置の検出が行われ、ステップＳ４に進む。ズーム位置の検出はズーム位置検出部６１によってバリエータである第２レンズ群１２の位置を検出することによって為される。

ステップＳ４では、ズーム位置がポジションＰ４９からポジションＰ６４までの何れかに相当するか否かの判断がなされ、ズーム位置がポジションＰ４９からポジションＰ６４までの何れかであると判断された場合（ＹＥＳ）は電子ズーム手段の併用を停止する（ステップＳ５）。ズーム位置がポジションＰ４９からポジションＰ６４までの何れでもないと判断された場合（ＮＯ）はステップ６に進む。

ステップＳ４の挿入は、ズーム操作がポジションＳ４９からポジションＳ６４までの何れかのポジションから開始された場合には、ズーム速度がそれほど高速となっていないため、周辺光量比の変化の多いポジションを通過してズーム動作が行われても、違和感を感じさせることがないので、電子ズーム手段の併用は不要であるとの判断に基づく。

ステップＳ６では、引き続きズーム動作が行われているか否かの判断がなされ、ズーム動作が行われていると判断された場合（ＹＥＳ）にはステップＳ７に進み、すでにズーム動作が為されていないと判断された場合（ＮＯ）にはステップＳ５に進み、電子ズーム手段の併用が停止される。ズーム動作が行われていなければ、周辺光量比の変化は生じることがないので、周辺光量比の変化を緩和するための措置は不要であるからである。

ステップＳ７では、ズーム位置の検出が行われてステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、ズーム位置がポジションＰ４９からポジションＰ６４までの何れかに相当するか否かの判断がなされ、ズーム位置がポジションＰ４９からポジションＰ６４までの何れかであると判断された場合（ＹＥＳ）はステップＳ９へ進み、ズーム位置がポジションＰ４９からポジションＰ６４までの何れでもないと判断された場合（ＮＯ）はステップＳ６へ戻る。

ステップＳ９では、アイリス１５が開放状態であるか否かの判断がなされ、アイリスが開放状態であると判断された場合（ＹＥＳ）はステップＳ１０へ進み、電子ズーム手段の併用が行われて、ズーム位置に応じた電子ズーム比（例えば、ポジションＰ５６では、Ｈ１／Ｈ２＝１．１７２（表１参照））が適用される。また、アイリス１５が開放状態でないと判断された場合（ＮＯ）はステップＳ６に戻る。アイリスが絞られている場合には、周辺光量比が小さく、従って、周辺光量比の変化が目立たないからである。

上記したズーム制御を行う場合、各ズーム位置とそれに対応した電子ズームによるズーム倍率の制御は、各ズーム位置情報に応じた電子ズームのズーム倍率を示したテーブルメモリを用意しておき、該テーブルメモリを参照して制御を行っても良いし、或いは、システムコントロール回路４０内にプログラムしておいても良い。

なお、上記実施の形態では、ポジションＰ４９からポジションＰ６４までの間のズーム領域をズーミング中における画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域として設定してあるが、これは、各ズームレンズによって個体差があるものであり、一義的に決まるものではない。例えば、設計値から計算できる周辺光量比の変化を参考に、実測によって、違和感を招来するような周辺光量比の変化がある箇所を見つけだす、というような手法によって、決定するものである。

図６は上記した４群インナーフォーカス型のズームレンズ１０において、一定の結像面（撮像素子２０の受光面）への合焦状態を維持するためのバリエータ（第２レンズ群１２）とコンペンゼータ（或いはフォーカスレンズ群）（第４レンズ群１４）の位置関係を、横軸にバリエータの位置、すなわち、焦点距離（上記したポジションＰ１からＰ６４によって示す）を取り、縦軸にコンペンゼータの位置を取って、示すものである。そして、実線Ａ１は被写体が無限遠位置にある場合の特性を示し、破線Ａ２は被写体が至近位置（０．８ｍ）にある場合の特性を示すものである。この実施例では、ポジションＰ５２が無限遠位置にある被写体に焦点を合わせたときの、また、ポジションＰ５５が至近位置（０．８ｍ）にある被写体に焦点を合わせたときの、コンペンゼータが最も物体側に位置するズーム位置となっている。そして、このコンペンゼータが最も物体側となる位置より僅かに広角側の位置を基準として該基準位置より広角側から開始されたズーム操作が該基準位置を越えて望遠側へ連続して為されるときに上記基準位置より望遠側のズーム領域において周辺光量比が短時間に大きく変化して、違和感を生じさせる。従って、光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用するズーム領域を、上記第４レンズ群（コンペンゼータ）が最も物体側に位置するズーム位置より僅かに広角側から望遠端までの領域とすることによって、簡易な構成と簡易な制御によって、ズーミング中における画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立たないようにすることができる。

図７及び図８並びに表２を参照してズーム制御方法の第２の実施の形態を説明する。

図７は第２の実施の形態によるズームレンズにおける周辺光量比の特性を示すものであり、横軸にズーム位置、縦軸に周辺光量比の評価として画面の端に相当する像高（例えば、１／６インチのＣＣＤを用いる撮像装置では像高１．２ｍｍ程度）位置での中心に対する周辺光量比が示されている。そして、仮に、広角端から望遠端までの全ズーム領域を６４のポジションに等分したとして、このズームレンズではポジションＰ１（広角端）からポジション４９までの間のズーム領域では周辺光量比の変化は少ないが、ポジションＰ４９からポジションＰ６４（望遠端）までの間のズーム領域では周辺光量比が大きく、しかも、短い範囲で変化する。

図７で示した特性を有するズームレンズにおいて、ポジションＰ４９より広角端側からズーム動作を開始して、ポジションＰ４９を跨いで望遠端側に向かって連続したズーム動作を行うと、ポジションＰ４９からポジションＰ６４までのズーム領域で周辺光量比の変化が大きく、かつ、短い範囲で変化するので、そのズーム動作中の画像を見るものに違和感を感じさせる。

図８はズームレンズにおける上記した各ポジションにおけるズーム倍率を示すものであり、横軸に上記各ポジションＰ１〜Ｐ６４を取り、縦軸にズーム倍率を取って示す。そして、実線は光学ズーム手段による各ポジションにおけるズーム倍率を示すものである。上記したように、ポジションＰ４９からポジションＰ６４までのズーム範囲で周辺光量比の変化による違和感を生じるので、このズーム範囲で、光学ズーム手段によるズーム倍率の変化を波線で示すようにし、それによるズーム倍率の低下分を電子ズーム手段によるズーム倍率を１点差線で示すように変化させて補い、光学ズームと電子ズームとの合成倍率を実線で示すようにする。これによって、ズーム倍率の変化は、実線で示すようになめらかに変化し、かつ、周辺光量比の低下の著しいズーム領域で画像データ中の周辺光量比の低下の少ない範囲を切り出して所定の大きさの画像とするので、周辺光量比の変化は図７の破線で示すようになり、周辺光量比の変化が目立って違和感を生じさせることもない。なお、各ズームポジションにおける電子ズーム手段によるズーム倍率は表２に示すとおりである。なお、第１の実施の形態では、ポジションＰ６４では電子ズーム手段の併用は行わないのに対し、この第２の実施の形態ではポジションＰ６４においても引き続き電子ズーム手段の併用を行う。

上記した本発明ズーム制御方法によれば、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラが基本構成として備えている電子ズーム手段をあるズーム領域で光学ズーム手段と併用することで、周辺光量比の変化小さくしているので、安価な構成でズーミングによる周辺光量比の変化による違和感を生じさせないようにすることができる。

なお、上記した実施の形態では、４群インナーフォーカス型のズームレンズを使用した例を説明したが、本発明の適用、特に、請求項１に記載した発明の適用が４群インナーフォーカス型ズームレンズを使用したものに限るものではない。その他のタイプのズームレンズを使用したものでも、ズーミング中における画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域において光学ズーム手段に加えて電子ズーム手段を使用することで違和感を感じさせないズーミングを可能にする。

また、上記実施の形態で、撮像装置をデジタルビデオカメラとして適用したもの説明したが、動画撮影モードを備えたデジタルスチルカメラ或いは動画撮影モードを有するカメラ部を備えた携帯電話その他の電子情報機器として適用してもかまわない。

その他、上記した実施の形態において示した各部の形状及び構造は、いずれも本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって、本発明の技術範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

本発明撮像装置の実施の形態を示すプロック図である。電子ズームの概念を説明する図である。図４乃至図６と共に本発明ズーム制御方法の第１の実施の形態を示すものであり、本図はフローチャートである。ズームレンズの周辺光量比の変化特性と電子ズーム手段併用時の周辺光量比の変化を示すグラフ図である。光学ズーム手段と電子ズーム手段との併用の割合を示すグラフ図である。ズームレンズの全ズーム領域におけるバリエータとコンペンゼータとの位置関係を示すグラフ図である。図８と共に本発明ズーム制御方法の第２の実施の形態を示すものであり、本図はズームレンズの周辺光量比の変化特性と電子ズーム手段併用時の周辺光量比の変化を示すグラフ図である。光学ズーム手段と電子ズーム手段との併用の割合を示すグラフ図である。

符号の説明

１…デジタルビデオカメラ（撮像装置）、１０…ズームレンズ、１１…第１レンズ群、１２…第２レンズ群、１３…第３レンズ群、１４…第４レンズ群、１５…アイリス、２０…撮像素子、２２…電子ズーム回路（電子ズーム手段）、４０…システムコントロール回路（ズーム制御手段）、５１…ズーム駆動部（光学ズーム手段）

Claims

ズームレンズと、
上記ズームレンズによって取り込まれた画像を電気信号に変換する撮像素子と、
光学的に画像の画角を変化させる光学ズーム手段と、
電子的に画像の画角を変化させる電子ズーム手段と、
上記光学ズーム手段によるズーミング中における画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域において、光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用して撮影画像の画角を変化させ、上記電子ズーム手段により上記撮像素子が受光した画像のうち上記光学ズーム手段のズーミングに基づく周辺光量比の変化が小さい領域を切り出して所望のズーム比とするズーム制御手段とを備え、
上記ズーミング中の画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域内の位置からズーム動作を開始する場合には電子ズーム手段を併用しない
ことを特徴とする撮像装置。
上記ズームレンズは、物体側から順に、光軸方向に固定の第１レンズ群と、光軸方向に移動して変倍を行う第２レンズ群と、光軸方向に固定の第３レンズ群と、少なくとも第２レンズ群の光軸方向への移動による像面位置の移動を補正するために光軸方向に移動する第４レンズ群とが配列され、かつ、撮像対象物からの光の光量を適正量とするアイリスを備えて成り、
上記光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用するズーム領域は、上記第４レンズ群が最も物体側に位置するズーム位置より僅かに広角側の位置から望遠端までの領域である
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
上記アイリスが開放状態の時に光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用する
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
ズーム動作を停止したときには電子ズーム手段の併用を停止する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の撮像装置。
光学的に画像の画角を変化させる光学ズーム手段と、電子的に画像の画角を変化させる電子ズーム手段とを制御するズーム制御方法であって、
上記光学ズーム手段によるズーミング中における画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域において、光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用して撮影画像の画角を変化させ、上記電子ズーム手段により上記撮像素子が受光した画像のうち上記光学ズーム手段のズーミングに基づく周辺光量比の変化が小さい領域を切り出して所望のズーム比とし、
上記ズーミング中の画像の画角変化による周辺光量比の変化が目立つズーム領域内の位置からズーム動作を開始する場合には電子ズーム手段を併用しない
ことを特徴とするズーム制御方法。
物体側から順に、光軸方向に固定の第１レンズ群と、光軸方向に移動して変倍を行う第２レンズ群と、光軸方向に固定の第３レンズ群と、少なくとも第２レンズ群の光軸方向への移動による像面位置の移動を補正するために光軸方向に移動する第４レンズ群とが配列され、かつ、撮像対象物からの光の光量を適正量とするアイリスを備えて成るズームレンズを備えた撮像装置において、
上記光学ズーム手段と電子ズーム手段とを併用するズーム領域は、上記第４レンズ群が最も物体側に位置するズーム位置より僅かに広角側の位置から望遠端までの領域である
ことを特徴とする請求項５に記載のズーム制御方法。