JP5938659B2 - 撮像装置およびプログラム - Google Patents

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Description

本開示は、2眼3Dカメラにおけるオートフォーカス(AF)動作に関する。
2組の光学系および2組の撮像素子により、両眼視差をもつ左右の画像を取得し、3次元(3D)画像として記録できる2眼3Dカメラが知られている。そのような2眼3Dカメラは、例えば、特許文献1に開示されている。
特開2010−103895号公報
一般に、デジタルカメラは、撮影を行う際、撮影対象の被写体にピントを合わせるために、オートフォーカス動作を行う。しかしながら、2眼3Dカメラにおいては、左右の光学系の個体によって形状や配置等にバラツキがあるため、一方の光学系による映像から両眼のオートフォーカス動作を行った場合、被写体に対してオートフォーカスを適切にできない恐れがある。また、両眼の光学系による映像から、両眼それぞれ独立してオートフォーカス動作を行った場合、左側の光学系によって合焦している被写体と、右側の光学系によって合焦している被写体とが一致しないという事態が生じ得る。
本開示は、2眼3Dカメラにおいても、被写体に対してオートフォーカスを適切に行うための技術を提供する。
本開示の実施形態における撮像装置は、第1のフォーカスレンズを有する第1の光学系と、第2のフォーカスレンズを有する第2の光学系と、前記第1のフォーカスレンズを介して形成される被写体像に応じた電気信号を出力する第1の撮像素子と、前記第2のフォーカスレンズを介して形成される被写体像に応じた電気信号を出力する第2の撮像素子と、前記第1のフォーカスレンズおよび前記第2のフォーカスレンズを、それぞれの光軸方向に移動させる駆動制御部であって、前記第1のフォーカスレンズを合焦位置付近まで移動させ、移動後の前記第1のフォーカスレンズの位置に基づいて決定される位置まで前記第2のフォーカスレンズを移動させた後、前記第1および第2のフォーカスレンズをそれぞれの合焦位置まで独立して移動させる駆動制御部とを備えている。
本開示における技術によれば、2眼3Dカメラにおいても、被写体に対してオートフォーカスを適切に行うことができる。
実施の形態1におけるデジタルビデオカメラ1の外観図 実施の形態1におけるデジタルビデオカメラ1の電気的構成を示すブロック図 実施の形態1におけるデジタルビデオカメラ1のAF動作の概要フローチャート ズームトラッキングカーブの例を示す図 実施の形態1におけるデジタルビデオカメラ1のAF動作の詳細フローチャート 実施の形態1におけるデジタルビデオカメラ1の左眼フォーカスレンズのウォブリング動作における中心位置に基づいて右眼フォーカスレンズのウォブリング可能範囲の基準位置が決定されることを示す概念図 実施の形態1にけるデジタルビデオカメラ1の左眼フォーカスレンズのウォブリング動作における中心位置のシフトに伴い、右眼フォーカスレンズのウォブリング可能範囲の基準位置がシフトすることを示す概念図 常温時におけるズームトラッキングカーブの個体バラツキを説明するための図 常温時のズームトラッキングカーブを示す図 40℃の時のズームトラッキングカーブの個体バラツキ幅を示す図 60℃の時のズームトラッキングカーブの個体バラツキ幅を示す図
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
(実施の形態1)
まず、実施の形態1におけるデジタルビデオカメラについて、図面を参照しながら説明する。
[1−1.デジタルビデオカメラの構成]
図1は、本実施の形態におけるデジタルビデオカメラ1の外観を示す斜視図である。図1に示すように、デジタルビデオカメラ1は、カメラボディ2、レンズユニット3、ハンドルユニット4、液晶モニタ270等を備えている。レンズユニット3は、右眼光学系、左眼光学系、各種アクチュエータ等を収納している。カメラボディ2は、コントローラや、画像処理部などを収納している。
図2は、本実施の形態におけるデジタルビデオカメラ1の物理構成の概略を示すブロック図である。図2では、要素間の電気的な接続関係および信号の流れが矢印で示されている。
デジタルビデオカメラ1は、光学系110aおよび110b、ズームモータ120aおよび120b、OISアクチュエータ130aおよび130b、フォーカスモータ140aおよび140b、CCDイメージセンサ150aおよび150b、画像処理部160、メモリ200、コントローラ210、ジャイロセンサ220、カードスロット230、メモリカード240、操作部材250、液晶モニタ270、内部メモリ280を備える。
光学系110aは、ズームレンズ111a、OIS(Optical Image Stabilizer)112a、フォーカスレンズ113aを含む。また、光学系110bは、ズームレンズ111b、OIS112b、フォーカスレンズ113bを含む。光学系110aは、第1視点における被写体像をCCDイメージセンサ150bの撮像面に形成する。また、光学系110bは、第1視点とは異なる第2視点における被写体像をCCDイメージセンサ150bの撮像面に形成する。本実施形態では、第1視点は右眼の視点に相当し、第2視点は左眼の視点に相当する。
ズームレンズ111aおよび111bは、それぞれ光学系110aおよび110bの光軸に沿って移動することにより、それぞれCCDイメージセンサ150aおよび150bに結像する被写体像を拡大または縮小させることが可能である。ズームレンズ111aおよび111bは、それぞれズームモータ120aおよび120bによって制御される。なお、図2では、簡単のため、ズームレンズ110aおよび110bの各々は、単一のレンズとして描かれているが、典型的にはこれらは複数のレンズの組み合わせから構成され得る。
OIS112aおよび112bは、それぞれ内部に光軸に垂直な面内で移動可能な補正レンズを有する。OIS112aおよび112bは、それぞれデジタルビデオカメラ1のブレを相殺する方向に補正レンズを駆動することにより、被写体像のブレを低減する。また、本実施の形態においては、OIS112aの補正レンズおよびOIS112bの補正レンズを、ともに中心側へシフト、或いは外側へシフトすることにより輻輳点をデジタルビデオカメラ1から遠い側または近い側に調整することができる。OIS112aおよび112bは、それぞれOISアクチュエータ130aおよび130bによって制御される。なお、各補正レンズは、図2では単一のレンズとして描かれているが、複数のレンズの組み合わせによって構成されていてもよい。
フォーカスレンズ113aおよび113bは、それぞれ光学系110aおよび110bの光軸に沿って移動することにより、それぞれCCDイメージセンサ150aおよび150bの撮像面に結像する被写体像のピントを調整する。フォーカスレンズ113aおよび113bは、それぞれフォーカスモータ140aおよび140bによって制御される。なお、フォーカスレンズ113aおよび113bの各々についても、図2では単一のレンズとして描かれているが、複数のレンズの組み合わせによって構成されていてもよい。
なお、以下の説明では、光学系110aおよび110bを総称して単に光学系110と記載することがある。ズームレンズ111、OIS112、フォーカスレンズ113、ズームモータ120、OISアクチュエータ130、フォーカスモータ140、CCDイメージセンサ150についても同様である。また、右眼視点の画像を生成するために用いられる光学系110a、およびそれに含まれるズームレンズ111a、フォーカスレンズ113aを、それぞれ「右眼光学系110a」、「右眼ズームレンズ111a」、「右眼フォーカスレンズ113a」と呼ぶことがある。同様に、左眼視点の画像を生成するために用いられる光学系110b、およびそれに含まれるズームレンズ111b、フォーカスレンズ113bを、それぞれ「左眼光学系110b」、「左眼ズームレンズ111b」、「左眼フォーカスレンズ」と呼ぶことがある。
ズームモータ120aおよび120bは、それぞれズームレンズ111aおよび111bを駆動制御する。ズームモータ120aおよび120bは、例えばパルスモータやDCモータ、リニアモータ、サーボモータなどで実現することができる。ズームモータ120aおよび120bは、カム機構やボールネジなどの機構を介してズームレンズ111aおよび111bを駆動するようにしてもよい。また、ズームレンズ111aとズームレンズ111bとを共通の駆動機構によって一体的に制御する構成にしてもよい。
OISアクチュエータ130aおよび130bは、それぞれOIS112aおよび112b内の補正レンズを光軸に垂直な面内で駆動制御する。OISアクチュエータ130aおよび130bは、例えば平面コイルや超音波モータなどで実現できる。
フォーカスモータ140aおよび140bは、それぞれフォーカスレンズ113aおよび113bを駆動制御する。フォーカスモータ140aおよび140bは、例えばパルスモータやDCモータ、リニアモータ、サーボモータなどで実現できる。あるいは、フォーカスモータ140aおよび140bは、カム機構やボールネジなどの機構を介してフォーカスレンズ113aおよび113bを駆動するようにしてもよい。
CCDイメージセンサ150aおよび150bは、それぞれ光学系110aおよび110bによって形成された被写体像を光電変換することによって電気信号を出力する。CCDイメージセンサ150aおよび150bによって出力される電気信号を、それぞれ「第1視点信号」および「第2視点信号」と呼ぶことがある。CCDイメージセンサ150aおよび150bは、露光、転送、電子シャッタなどの撮影に必要な各種動作を行う。なお、CCDイメージセンサの代わりに、例えばCMOSイメージセンサのような他のイメージセンサを用いてもよい。
画像処理部160は、CCDイメージセンサ150aおよび150bによってそれぞれ生成された第1視点信号および第2視点信号に対して各種の処理を施す。画像処理部160は、第1視点信号および第2視点信号に対して処理を施し、液晶モニタ270に表示するための画像データ(以下、「レビュー画像」と称す。)や、メモリカード240に格納するための画像データを生成する。例えば、画像処理部160は、第1視点信号および第2視点信号に対してガンマ補正やホワイトバランス補正、傷補正などの各種画像処理を行う。
また、画像処理部160は、3D画像の処理において、第1視点信号および第2視点信号に対して切り出し処理を行う。3D画像の第1視点信号と第2視点信号との間に垂直方向のずれが存在すると、観察者に違和感を与えてしまう。垂直方向の切り出し位置を補正することにより、これを軽減することが出来る。第1視点信号および第2視点信号からそれぞれ切り出された一対の画像領域から、3D画像が構成される。
さらに、画像処理部160は、上記のように処理された第1視点信号および第2視点信号に対して、それぞれ所定のファイルシステム規格に準拠した圧縮形式等により画像信号を圧縮する。第1視点信号および第2視点信号を圧縮して得られる2つの圧縮画像信号は、関連付けられてメモリカード240に記録される。また、圧縮する画像信号が動画である場合、H.264/MPEG4 AVC等の動画圧縮規格が適用され得る。また、2つの画像データを関連付けて保存するMPOファイルフォーマットのデータと、JPEG画像またはMPEG動画とを同時に記録する構成にしても構わない。
画像処理部160は、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)やマイクロコントローラ(マイコン)などで実現可能である。なお、レビュー画像の解像度(画素数)は、液晶モニタ270の画面解像度に設定しても構わないし、JPEG規格に準拠した圧縮形式等により圧縮され形成される画像データの解像度に設定しても構わない。
メモリ200は、画像処理部160およびコントローラ210のワークメモリとして機能する。メモリ200は、例えば、画像処理部160で処理された画像信号若しくは、画像処理部160で処理される前のCCDイメージセンサ150から出力される画像データを一時的に蓄積する。また、メモリ200は、撮影時における光学系110aおよび110b、CCDイメージセンサ150aおよび150bの撮影条件を一時的に蓄積する。撮影条件とは、例えば被写体距離、画角情報、ISO感度、シャッタスピード、EV値、F値、レンズ間距離、撮影時刻、OISシフト量等である。メモリ200は、例えば、DRAM、強誘電体メモリなどで実現できる。
内部メモリ280は、フラッシュメモリや強誘電体メモリなどで構成され得る。内部メモリ280は、デジタルビデオカメラ1全体を制御するための制御プログラム等を記憶している。
コントローラ210は、全体を制御する制御手段である。コントローラ210は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現してもよい。コントローラ210は、例えばマイコンなどで実現できる。コントローラ210は、例えば内部メモリ280に記録された制御プログラムに従って各部を制御する。
温度センサ220は、筐体を取り巻く環境の温度を検出する。温度センサ220は、環境の温度を電圧量により検出する。温度センサ220は、検出した温度を示す電圧量をA/D変換して、コントローラ210に通知する。これにより、コントローラ210は、筐体を取り巻く環境の温度を把握することができる。検出された温度は、後述するオートフォーカス動作の制御のために利用され得る。なお、撮影時には、左眼光学系110aおよび右眼光学系110bの一方に直射日光があたり、他方は日陰に位置するような場合がある。そのような場合、左右の光学系の鏡筒に温度差が生じる。このため、左右の光学系の各々に対応して2つの温度センサ220を設け、それぞれの光学系の環境温度を計測できるようにしてもよい。
カードスロット230は、メモリカード240を着脱可能に構成されたインターフェースである。カードスロット230は、機械的および電気的にメモリカード240と接続可能である。
メモリカード240は、フラッシュメモリや強誘電体メモリなどを内部に含み、データを格納可能である。カードスロット230に接続されたメモリカード240には、撮影した3D動画や静止画像のデータが記録され得る。なお、メモリカード240はビデオカメラ1の構成要素ではなく、外部記憶媒体である。
操作部材250は、使用者からの操作を受け付けるユーザーインターフェースの総称である。操作部材250は、例えば、使用者からの操作を受け付ける操作ダイヤル、記録開始ボタンを備える。
液晶モニタ270は、CCDイメージセンサ150で生成された第1視点信号および第2視点信号や、メモリカード240から読み出された第1視点信号および第2視点信号を2D表示または3D表示することが可能な表示デバイスである。また、液晶モニタ270は、デジタルビデオカメラ100の各種の設定情報を表示可能である。例えば、液晶モニタ270は、撮影時における撮影条件であるEV値、F値、シャッタスピード、ISO感度等の設定情報を表示可能である。
なお、上記の構成要素は例示であり、デジタルビデオカメラ1は、後述する動作を行う限り、他の要素を備えていてもよいし、上記の構成要素の一部を備えていなくてもよい。
[1−2.動作]
続いて、デジタルビデオカメラ1が撮影時に行うオートフォーカス(AF)動作を説明する。
図3は、本実施の形態におけるデジタルビデオカメラ1のAF動作の概要を示すフローチャートである。コントローラ210は、電源がONされたか否かを監視している(S300)。コントローラ210は、電源がONされたことを検出すると(S300におけるYes)、デジタルビデオカメラ1を構成する各部に電力を供給する。電力が供給されると、デジタルビデオカメラ1は、撮影可能な状態になるように、光学系110a、110bや、CCDイメージセンサ150a、150bなどをセットアップする。具体的には、コントローラ210は、右眼光学系110aおよび左眼光学系110bを構成する各レンズの原点リセットを行う。すなわち、このとき、コントローラ210は、右眼フォーカスレンズ113a、左眼フォーカスレンズ113b、右眼ズームレンズ111a、左眼ズームレンズ111bの原点リセットを行う(S301)。原点リセットとは、左右のフォーカスレンズ113およびズームレンズ111の各々に対応して設けられたセンサ(不図示)を用いて各レンズの光軸方向の原点を決定する動作をいう。これらのセンサによって検出される位置まで各レンズを移動させることによって、これらのセンサの位置が、対応するレンズの原点として決定される。これにより、コントローラ210は、オートフォーカス動作中、右眼フォーカスレンズ113a、左眼フォーカスレンズ113b、右眼ズームレンズ111a、左眼ズームレンズ111bの絶対位置を正しく把握することができる。
コントローラ210は、原点リセットを終えると、右眼フォーカスレンズ113a、左眼フォーカスレンズ113bを開始位置に移動させる(S302)。開始位置は、予めコントローラ210により決められている位置でもよいし、前回電源OFFにしたときのフォーカスレンズ位置を記憶しておいて、この記憶位置に復帰させた位置であってもよい。
光学系110a、110b、CCDイメージセンサ150a、150bなどのセットアップが完了すると、デジタルビデオカメラ1は、撮影可能な状態となる。すなわち、液晶モニタ270に、CCDイメージセンサ150が撮像中の画像を示すスルー画像の表示が開始される。このとき、コントローラ210は、AF動作を開始する。これにより、ユーザが動画記録ボタンをいつ押下しても、コントローラ210は、被写体にピントが合った状態から動画記録を開始することができる。
AF動作は、画像の空間周波数の高域成分に基づいて算出されるコントラスト値が最大になるように、フォーカスレンズ113を移動させることによって実行される。フォーカスレンズ113の位置とズームレンズ111の位置との間には一定の関係があり、デジタルビデオカメラ1から被写体までの距離(以下、「被写体距離」と呼ぶことがある。)によってその関係は異なる。被写体距離ごとに定められるフォーカスレンズ113の位置とズームレンズ111の位置との関係を示す曲線を「ズームトラッキングカーブ」または「トラッキングカーブ」と呼ぶ。
図4は、ズームトラッキングカーブの一例を示す図である。図4では、被写体距離が無限大、5m、1mの場合の3つのズームトラッキングカーブが例示されている。このようなズームトラッキングカーブは、被写体距離ごとにより細かく(例えば数十cmごとに)規定されている。ズームトラッキングカーブは、デジタルビデオカメラ1の出荷前の調整によって決定され、テーブルまたは関数として内部メモリ280等に記録される。コントローラ210がフォーカスレンズ113およびズームレンズ111の一方を移動させようとするとき、ズームトラッキングカーブに基づいて他方も移動させる。
デジタルビデオカメラ1が撮影可能な状態にあるとき、画像処理部160は、CCDイメージセンサ150a、150bから出力される画像データに基づいて、リアルタイムに撮影中の画像のコントラスト値を算出している。画像処理部160は、算出したコントラスト値を、リアルタイムにコントローラ210に通知する。これにより、コントローラ210は、リアルタイムにコントラスト値の変化を監視することができる。
このコントラスト値に基づいて、コントローラ210は、左眼フォーカスレンズ113bが合焦位置付近にあるか否かを判定する(S303)。ここで、「合焦位置」とは、CCDイメージセンサ150の撮像面上に形成される被写体像が合焦するときのフォーカスレンズ113の位置を意味する。このときまず、コントローラ210は、左眼光学系110bを介して取得される画像について逐次算出されるコントラスト値の絶対値を所定の閾値と比較する。コントローラ210は、このコントラスト値の絶対値が、所定の値以上のとき、左眼フォーカスレンズ113bの位置が合焦位置付近にあると判定する(S303におけるYes)。また、コントローラ210は、コントラスト値の絶対値が所定の値よりも小さい場合であっても、逐次算出されるコントラスト値に所定量以上の変化がないときは、左眼フォーカスレンズ113bの位置が合焦位置付近にあると判定する(S303におけるYes)。一方、コントローラ210は、コントラスト値の絶対値が所定の値よりも小さく、かつ、逐次算出されるコントラスト値に所定量以上の変化があるときは、左眼フォーカスレンズ113bの位置が合焦位置付近ではないと判定する(S303におけるNo)。
左眼フォーカスレンズ113bの位置が合焦位置付近ではないと判定した場合(S303におけるNo)、コントローラ210は、左眼フォーカスレンズ113bによる山登り方式AF動作を開始する(S304)。「山登り方式AF動作」とは、フォーカスレンズを開始位置から一方向に移動させながら画像のコントラスト値を観測し、コントラスト値が最大になる位置にフォーカスレンズを移動させる動作をいう。まず、コントローラ210は、左眼フォーカスモータ140bを介して左眼フォーカスレンズ113bを移動させながら、画像処理部160から逐次算出される左眼側のコントラスト値の変化を監視する。このとき、逐次算出されるコントラスト値が徐々に高くなっていった場合、コントローラ210は、左眼フォーカスレンズ113bが合焦位置に近づいていると判断し、移動方向を維持する。左眼フォーカスレンズ113bの移動により、左眼側コントラスト値の上昇を検出し続けた後、左眼側コントラスト値の低下を検出したとき、コントローラ210は、左眼フォーカスレンズ113bが合焦位置を通過したと判断する。その結果、コントローラ210は、左眼側コントラスト値のピーク値(合焦位置に対応する値)を検出し、この検出したピーク値に従って左眼フォーカスレンズ113bを移動させることができる。
左眼フォーカスレンズ113bによって山登り方式AF動作が実行されている間、コントローラ210は、現在の左眼フォーカスレンズ113bの位置と、左眼ズームレンズ111bの位置とを逐次把握している。コントローラ210は、左眼光学系110bに対応するズームトラッキングカーブを参照して、現在の左眼フォーカスレンズ113bの位置および現在の左眼ズームレンズ111bの位置に対応する被写体距離を特定する。続いて、コントローラ210は、右眼光学系110aに対応するズームトラッキングカーブを参照して、左眼側で逐次把握している被写体距離に対応する右眼フォーカスレンズ113aの位置を、現在の右眼ズームレンズ111aの位置を用いて決定する。そして、コントローラ210は、右眼フォーカスレンズ113aの位置を、決定した当該位置へと、フォーカスモータ140aを介して移動させる(S305)。すなわち、右眼フォーカスレンズ113aは、左眼フォーカスレンズ113bの移動に追従して移動する。これにより、左眼フォーカスレンズ113bと右眼フォーカスレンズ113aとで、同一の被写体を合焦対象にすることができる。
コントローラ210は、ステップS303において、左眼フォーカスレンズ113bが合焦位置付近にないと判定しているうちは、ステップS304およびステップS305の動作を繰り返す。ステップS305において、左眼側のコントラスト値のピーク値(合焦位置に対応する値)を特定し、この特定したピーク値に従って左眼フォーカスレンズ113bを移動させたとき、画像処理部160によって求められるコントラスト値の絶対値が所定の値以上であれば、コントローラ210は、左眼フォーカスレンズ113bが合焦位置付近にあると判定する。
ステップS303において、フォーカスレンズ113bが合焦位置付近にあると判定されると、コントローラ210は、左眼フォーカスレンズ113bが合焦位置にあるか否かを判定する(S306)。同様に、コントローラ210は、右眼フォーカスレンズ113aが合焦位置にあるか否かを判定する(S306)。この判定は、画像処理部160が逐次算出するコントラスト値について所定量以下の変化が所定期間継続するか否かにより判定する。コントローラ210は、左側のコントラスト値について所定量以下の変化が所定期間継続する場合、左眼フォーカスレンズ113bが合焦位置にあると判定し(S306におけるYes)、左眼フォーカスレンズ113bの移動を停止させる(S307)。同様に、コントローラ210は、右側のコントラスト値について所定量以下の変化が所定期間継続する場合、右眼フォーカスレンズ113aが合焦位置にあると判定し(S306におけるYes)、右眼フォーカスレンズ113aの移動を停止させる(S307)。この判定は、左右のフォーカスレンズの各々について独立して行われる。すなわち、コントローラ210は、左右のフォーカスレンズの一方のみが合焦位置にあると判定した場合、そのフォーカスレンズのみを停止させ、他方のフォーカスレンズについてはステップS308の動作を実行する。これにより、被写体に合焦しているときには、左眼フォーカスレンズ113bおよび右眼フォーカスレンズ113aのAF動作に起因する液晶モニタ270に表示される画像のブレを回避することができる。コントローラ210は、ステップS307を終えると、再びステップS303に戻る。
ステップS306において、コントローラ210は、左眼フォーカスレンズ114bが合焦位置にないと判定したとき(S306におけるNo)、左眼フォーカスモータ140bを介して、左眼フォーカスレンズ113bのウォブリング動作を開始させる(S308)。同様に、コントローラ210は、右眼フォーカスレンズ113aが合焦位置にないと判定したとき(S306におけるNo)、右眼フォーカスモータ140aを介して、右眼フォーカスレンズ113aのウォブリング動作を開始させる(S308)。「ウォブリング動作」とは、フォーカスレンズ113を光軸に沿って微小振動させながらコントラスト値を算出し、次に移動すべき方向を決定しながら徐々に合焦状態に近づける動作をいう。コントローラ210は、焦点がレンズから遠ざかる方向(Far側方向)および焦点がレンズから近づく方向(Near側方向)のうち、コントラスト値が高くなる方向をフォーカスレンズ113が移動すべき方向と判定する。
本実施形態におけるウォブリング動作は、映像のフレーム単位で行われる。すなわち、1フレーム期間(例えば1/30秒)内にFar側でのコントラスト値の算出、Near側でのコントラスト値の算出、およびフォーカスレンズの移動を含む動作が行われる。言い換えれば、図3におけるステップS303、S306、S308のループは、1フレーム期間に1回の周期で行われる。
なお、前述のように、ステップS306、ステップS307、ステップS308の動作は、左眼フォーカスレンズ113bと右眼フォーカスレンズ113aとで独立して行われる。ステップS308におけるウォブリング動作の詳細は後述する。ステップS308を終えると、再びステップS303に戻る。なお、ステップS306の判定を行う際、すでにウォブリング動作が行われている場合、ステップS308における動作は、ウォブリング動作の継続と読み替える。
以上のように、本実施の形態にかかるAF動作においては、左眼フォーカスレンズ113bが合焦位置付近にないと判定されるときは、左眼フォーカスレンズ113bについて山登り方式AF動作が実行される。そして、山登り方式AF動作の結果に従って右眼フォーカスレンズ113aを左眼フォーカスレンズ113bに追従させる。一方、左眼フォーカスレンズ113bが合焦位置付近にあると判定されるときは、左眼フォーカスレンズ113bおよび右眼フォーカスレンズ113aは、それぞれ独立してウォブリング動作を行い、合焦状態にさらに近づける。デジタルビデオカメラ1は、電源ONが継続されており、撮影モードである限り、ステップS303からステップS308の動作を繰り返す。一方、ステップS303からステップS308の動作が行われている過程において、電源OFFされた場合や、再生モードに移行した場合、コントローラ210は、AF動作を終了する。なお、撮影モードと再生モードとの切り替えは、例えばユーザが操作部材250を介して指示することによって行われ得る。
続いて、図5を参照しながら、ステップS308の詳細について説明する。図5は、本実施の形態におけるデジタルビデオカメラ1のAF動作の詳細を示すフローチャートである。
コントローラ210は、左眼フォーカスレンズ113bのウォブリング動作中において、逐次算出される左側コントラスト値の変化に基づいて、左眼フォーカスレンズ113bについて次に移動させるべき位置を決定する(S400)。すなわち、コントローラ210は、ウォブリング動作において、左眼フォーカスレンズ113bがFar側に移動したときのコントラスト値と、Near側に移動したときのコントラスト値とを比較し、値の高い方向のどの位置へ左眼フォーカスレンズ113bを移動させるかを決定する。移動させる距離として、所定の距離が予め決められていてもよいし、コントラスト値の絶対値に基づき変動する距離が決定されてもよい。なお、ステップS306において、左側フォーカスレンズ113bが合焦点位置にあると判定された場合は、ウォブリング動作は行われず、左側フォーカスレンズ113bはその位置に留まる。
左眼フォーカスレンズ113bによってウォブリング方式のAF動作が行われている間、コントローラ210は、現在の左眼フォーカスレンズ113bの位置と、左眼ズームレンズ111bの位置とを逐次把握している。コントローラ210は、左眼光学系110bに対応するズームトラッキングカーブを参照して、現在の左眼フォーカスレンズ113bの位置および現在の左眼ズームレンズ111bの位置に対応する被写体距離を特定する。続いて、コントローラ210は、右眼光学系110aに対応するズームトラッキングカーブを参照して、左眼側で逐次把握している被写体距離に対応する右眼フォーカスレンズ113aの位置を、現在の右眼ズームレンズ111aの位置を用いて決定する。コントローラ210は、この決定した右眼フォーカスレンズ113aの位置を、右眼フォーカスレンズ113aのウォブリング動作における基準位置として設定する(S401)。ここで、ウォブリング動作における基準位置とは、現在の左眼フォーカスレンズ113bの位置に対応する位置であり、後述する動作において、右眼フォーカスレンズ113aを移動させることが可能な範囲の中心位置である。
ステップS400の動作と平行して、コントローラ210は、右眼フォーカスレンズ113aのウォブリング動作中において、逐次算出される右側コントラスト値の変化に基づいて、右眼フォーカスレンズ113aについて次に移動させるべき位置を仮決定する(S402)。すなわち、コントローラ210は、ウォブリング動作において、右眼フォーカスレンズ113aがFar側に移動したときのコントラスト値と、Near側に移動したときのコントラスト値とを比較して、値の高い方向のどの位置へ右眼フォーカスレンズ113aを移動させるかを仮決定する。移動させる距離として、所定の距離が予め決められていてもよいし、コントラスト値の絶対値に基づき変動する距離が決定されてもよい。なお、ステップS306において、右眼フォーカスレンズ113aが合焦点位置にあると判定された場合は、ウォブリング動作は行われず、右眼フォーカスレンズ113aの現在の位置が仮決定された位置として設定される。
続いて、コントローラ210は、ステップS402において仮決定した右眼フォーカスレンズ113aの位置が、ステップS401において決定した基準位置に対して所定のオフセットを設けた範囲内にあるか否かを判定する(S403)。所定の範囲内にあると判定したとき(ステップS403におけるYes)、コントローラ210は、ステップS402において仮決定した右眼フォーカスレンズ113aの位置を、実際に移動させるべき位置として本決定する(S405)。一方、所定の範囲内にないと判定したとき(ステップS403におけるNo)、コントローラ210は、ステップS402において仮決定した右眼フォーカスレンズ113aの位置をキャンセルして、基準位置に対して当該オフセット量だけ離れた位置を、右眼フォーカスレンズ113aが実際に移動すべき位置として本決定する(S404)。このとき、ステップS402において、基準位置に対してFar側の位置に右眼フォーカスレンズ113aの位置が仮決定されていた場合、基準位置に対してFar側に当該オフセット量だけ離れた位置を、右眼フォーカスレンズ113aが実際に移動すべき位置として本決定する。一方、ステップS402において、基準位置に対してNear側の位置に右眼フォーカスレンズ113aの位置が仮決定されていた場合、基準位置に対してNear側に当該オフセット量だけ離れた位置を右眼フォーカスレンズ113aが実際に移動すべき位置として本決定する。すなわち、右眼フォーカスレンズ113aは、現在の左眼フォーカスレンズ113bの位置に対応して、基準位置から所定量のオフセット量だけ離れた範囲内に移動先が制限されている。なお、ステップS403においてNoと判定された場合、基準位置からオフセット量だけ離れた位置の代わりに、基準位置±オフセット量の範囲内の他の位置を右眼フォーカスレンズ113aが実際に移動すべき位置として本決定してもよい。
ステップS403において、右眼フォーカスレンズ113aの位置が基準位置±オフセット量の範囲内にないということは、右眼フォーカスレンズ113aは、左眼フォーカスレンズ113bが合焦している被写体とは異なる被写体に合焦していることを意味する。そのような場合、強制的に基準位置からオフセット量だけ離れた位置に右眼フォーカスレンズ113aを移動させることにより、次回の制御ループにおいて確実に合焦状態にすることができる。
右眼フォーカスレンズ113aの移動先の位置が本決定されると、コントローラ210は、決定したそれぞれの位置へ左右のフォーカスレンズ113a、113bを移動させる(S406)。すなわち、コントローラ210は、ステップS400において決定された位置へ左眼フォーカスレンズ113bを移動させる。また、コントローラ210は、ステップS404またはS405において本決定された位置へ右眼フォーカスレンズ113aを移動させる。
ここで、図6A、6Bを参照しながら、左眼フォーカスレンズ113bのウォブリング動作中の位置に従って、リアルタイムに右眼フォーカスレンズ113aの移動先範囲の基準位置をシフトさせる動作について説明する。図6A、6Bは、本実施の形態におけるデジタルビデオカメラ1の左眼フォーカスレンズ113bのウォブリング動作の中心位置のシフトに伴う右眼フォーカスレンズ113aのウォブリング可能範囲の基準位置のシフトを示すイメージ図である。
図6Aは、あるタイミングにおける左眼フォーカスレンズ113bの位置と、右眼フォーカスレンズ113aの移動先として設定可能な範囲とを示している。図6Aに示すように、左眼フォーカスレンズ113bがある位置を中心にしてウォブリング動作をしているとき、当該位置から求められる被写体距離に対応する位置に、右眼フォーカスレンズ113aの基準位置が定まる。そして、図6Aに示すように、この基準位置に対して、Far側およびNear側のそれぞれに所定のオフセット量だけ広がった範囲が、右眼フォーカスレンズ113aのウォブリング動作の中心位置として設定可能な範囲になる。
図6Bは、図6Aに示す位置からある距離だけ左眼フォーカスレンズ113bがNear側に移動したときにおける、右眼フォーカスレンズ113aの移動先として設定可能な範囲を示している。このとき、左眼フォーカスレンズ113bが図6Aに示す位置から移動したため、左眼フォーカスレンズ113bのウォブリング動作の中心位置から求められる被写体距離に対応する右眼側フォーカスレンズの基準位置は、図6Aに示す位置からシフトする。そして、図6Bに示すように、この基準位置に対して、Far側およびNear側のそれぞれに所定のオフセットを設けた範囲が、新たに設定される、右眼フォーカスレンズ113aが左眼フォーカスレンズ113bとは独立して移動可能な範囲となる。
[1−3.効果等]
以上のように、本実施の形態にかかるAF動作においては、左眼フォーカスレンズ113bおよび右眼フォーカスレンズ113aのそれぞれが独立してウォブリング動作を行うことにより、双方の合焦状態が維持される。これにより、左右の光学系の形状や配置等についての個体差(以下、「個体バラツキ」と呼ぶことがある。)に起因する影響を受けずにオートフォーカス動作を実現できる。
一般に、2眼の3Dカメラは、左右の光学系に個体バラツキを有している。図7は、常温時におけるレンズ位置調整における個体バラツキを説明するための図である。図7に示すように、レンズ個体によって、同じ被写体距離(図7に示す例では無限遠)であっても、設計値に対して調整上のバラツキが発生する。そのため、単純に左右の一方のフォーカスレンズの合焦位置に対応する位置を他方のフォーカスレンズの合焦位置として採用してしまうと、個体バラツキに起因する合焦位置のズレが生じてしまう。そこで、本実施の形態にかかるAF動作では、左眼フォーカスレンズ113bおよび右眼フォーカスレンズ113aのそれぞれが、独立してウォブリング動作を行う。これにより、左右のフォーカスレンズのそれぞれを適切な合焦位置に移動させることができる。その結果、左右の光学系の個体バラツキに起因する合焦位置のズレの発生を低減することができる。
また、本実施の形態にかかるAF動作においては、左眼フォーカスレンズ113bのウォブリング動作に伴う位置の変化に従って、リアルタイムに右眼フォーカスレンズ113aの移動先として設定可能な範囲の基準位置がシフトする。その結果、右眼フォーカスレンズ113aの移動先として設定可能な範囲がシフトする。これにより、ウォブリング動作において、左眼フォーカスレンズ113bの位置が移動したとしても、これにリアルタイムに追従して、右眼フォーカスレンズ113aの移動先として設定可能な範囲をシフトさせることができる。このように、左眼フォーカスレンズ113bの現在位置に対して、右眼フォーカスレンズ113aの移動可能範囲を制限することにより、ウォブリング動作時においても、左眼フォーカスレンズ113bと右眼フォーカスレンズ113aとの間で、デジタルビデオカメラ1からの距離の異なる被写体を合焦対象にしてしまう事象の発生を低減することができる。
(他の実施の形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。以下、他の実施の形態を例示する。
実施の形態1では、右眼フォーカスレンズ113aの基準位置に対するオフセット量は、予め定められた固定値であるが、コントローラ210は、オフセット量を環境条件に応じて変化させてもよい。そのような環境条件には、例えば温度や絞りの大きさ(被写界深度)等があり得る。
左右の光学系の個体バラツキの程度は、筐体を取り巻く環境の温度変化によって変化する。これは、レンズ鏡筒の成型樹脂が、温度変化により熱膨張することにより、各レンズの位置が僅かに変化することに起因する。図8A〜8Cは、温度変化に伴って個体バラツキ幅が変化することを説明するための図である。図8Aは、常温時(約20℃)における設計値による無限遠のトラッキングカーブの例を示している。ここで「設計値による」とは、製品出荷前の調整において決定されるものであることを意味する。実際には左右の光学系に個体バラツキがあるため、左右の光学系のトラッキングカーブは図8Aに示すものに対して誤差を有する。
図8Bは、筐体を取り巻く環境の温度が40度のときの、個体バラツキが最大の場合の無限遠におけるトラッキングカーブ、および個体バラツキが最小の場合の無限遠のトラッキングカーブの例を示している。図8Cは、筐体を取り巻く環境の温度が60度のときの、個体バラツキが最大の場合の無限遠におけるトラッキングカーブ、および個体バラツキが最小の場合の無限遠のトラッキングカーブの例を示している。個体バラツキが最大の場合および最小の場合におけるトラッキングカーブは、実験やシミュレーションによって統計的に求められる。また、図8Bおよび図8Cには、比較のため、常温時の設計値による無限遠のトラッキングカーブも併せて示されている。図8Bにおいて、設計値のトラッキングカーブと、個体バラツキが最小の場合のトラッキングカーブとのずれをb、個体バラツキが最大の場合のトラッキングカーブと最小の場合のトラッキングカーブとのずれ(バラツキ幅)をcと表している。また、図8Cにおいて、設計値によるトラッキングカーブと個体バラツキが最小の場合のトラッキングカーブとのずれをb´、個体バラツキが最大の場合のトラッキングカーブと最小の場合のトラッキングカーブとのバラツキ幅をc´と表している。
図8A〜8Cに示すように、温度変化に伴う設計値からのずれは、温度が上昇するにつれて大きくなる。すなわち、b<b´、c<c´となっている。言い換えれば、温度が上昇するにつれて、左眼フォーカスレンズ113bが設計上従うべきトラッキングカーブと、右眼フォーカスレンズ113aが設計上従うべきトラッキングカーブとの差が大きくなる傾向がある。例えば、筐体を取り巻く環境の温度が60度のときにおいて、左眼フォーカスレンズ113bが、図8Cにおける「最大変化」のトラッキングカーブに従い、右眼フォーカスレンズ113bが、図8Cにおける「最小変化」のトラッキングカーブに従う場合を想定する。このとき、左眼フォーカスレンズ113bおよび右眼フォーカスレンズ113aは、c´のバラツキ幅を有している。すなわち、左眼フォーカスレンズ113bがウォブリング動作をするときにおいて、このバラツキ幅c´を考慮して、右眼フォーカスレンズ113aの移動可能範囲を決めないと、左右で同一の被写体を合焦対象にすることができない恐れがある。そこで、本実施の形態においては、温度上昇に伴って左右のバラツキ幅が大きくなっても、左右で同一の被写体を合焦対象にできるように、右眼フォーカスレンズ113aの移動可能範囲を定める際のオフセットの量を大きくする。すなわち、コントローラ210は、温度変化に伴って、右眼フォーカスレンズ113aの移動可能範囲を定める際のオフセットの量を変化させる。この場合、温度とオフセット量との関係を規定する情報(例えばテーブル)が内部メモリ280等に予め記録され得る。
図8A〜8Cでは、常温から温度が上昇する場合のトラッキングカーブの個体バラツキ幅の変化を例示したが、常温から温度が低下する場合も同様に、個体バラツキ幅の設計値からのズレが常温から温度が低くなるに従って大きくなることがわかっている。そのため、温度低下に伴ってバラツキ幅が大きくなっても、左右で同一の被写体を合焦対象にできるように、コントローラ210は、右眼フォーカスレンズ113aの移動可能範囲を定める際のオフセットの量を大きくしてもよい。これにより、温度変化により個体バラツキ幅が大きくなったとしても、同一の被写体を合焦対象にできるように、右眼フォーカスレンズ113aの移動可能範囲を定めることができる。なお、この実施の形態にかかるデジタルビデオカメラ1は、ステップS403における右眼フォーカスレンズ113aの位置が基準位置からオフセット量だけ離れた範囲内にあるか否かを判定する際、現在の温度センサ220の出力結果が示す温度に基づいて、オフセット量を決定する。これにより、デジタルビデオカメラ1は、筐体を取り巻く温度に変化があったとしても、右眼フォーカスレンズ113aの適正な移動可能範囲をリアルタイムに調整することができる。なお、温度センサ220が左右の光学系の両方に対応して設けられている場合、コントローラ210は、右眼光学系110aに対応して設けられた温度センサ220の出力結果が示す温度に基づいてオフセット量を決定する。
また、温度に限らず、左右の光学系における絞りの大きさに応じてオフセット量を動的に変化させてもよい。絞りを開放するほど被写界深度が浅くなるため、フォーカスの調整を厳密に行う必要性が生じる。このため、コントローラ210は、絞りを大きくするにつれてオフセット量を小さくしてもよい。逆に、絞りを小さくするほど被写界深度が深くなるため、フォーカスの調整をそれほど厳密に行う必要はない。このため、コントローラ210は、絞りを小さくするにつれてオフセット量を大きくしてもよい。
なお、実施の形態1におけるステップS304、ステップS305、およびステップS401では、左眼フォーカスレンズ113bを基準とし、右眼フォーカスレンズ113aを左眼フォーカスレンズ113bに追従させる場合を想定したが、この関係は逆でもよい。すなわち、コントローラ210は、右眼フォーカスレンズ113aを基準とし、左眼フォーカスレンズ113bを右眼フォーカスレンズ113aに追従させるように制御してもよい。
また、実施の形態1におけるステップS304では、山登り方式のAF動作によってフォーカスレンズ113を合焦位置付近まで近づけているが、山登り方式の代わりに、ステップS308と同様のウォブリング動作によって合焦位置付近まで近づけてもよい。ウォブリング動作によれば、山登り方式よりもAF動作の速度は低下するが、合焦状態の判定を高い精度で行うことができる。
本開示におけるAF制御は、上記の実施形態における方法に限定されない。第1のフォーカスレンズを合焦位置付近まで移動させ、移動後の第1のフォーカスレンズの位置に基づいて決定される位置まで前記第2のフォーカスレンズを移動させた後、第1および第2のフォーカスレンズをそれぞれの合焦位置まで独立して移動させるようにコントローラ210が構成されている限り、どのような構成であってもよい。例えば、ステップS308において、図5に示す基準位置およびオフセット量の決定およびこれらに基づくフォーカスレンズの移動を行うことなく、左右のウォブリング動作のみによって合焦状態に近づけてもよい。また、上記の山登り動作やウォブリング動作はあくまでも一例であり、他の動作によってフォーカスレンズを合焦位置に近づけてもよい。さらに、左右のフォーカスレンズが合焦位置または合焦位置付近にあるか否かを判定する方法としては、画像のコントラストに基づく方法に限定されず、例えば測距による方法を用いることも可能である。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示における技術は、デジタルビデオカメラへの適用に限定されない。すなわち、複眼の光学系を有し、AF動作を行うことができるデジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯機器等にも適用可能である。
1 デジタルビデオカメラ
2 カメラボディ
3 レンズユニット
4 ハンドルユニット
110a、110b 光学系
120a、120b ズームモータ
130a、130b OISアクチュエータ
140a、140b フォーカスモータ
150a、150b CCDイメージセンサ
160 画像処理部
200 メモリ
210 コントローラ
220 温度センサ
230 カードスロット
240 メモリカード
250 操作部材
270 液晶モニタ
280 内部メモリ

Claims (8)

  1. 第1のフォーカスレンズを有する第1の光学系と、
    第2のフォーカスレンズを有する第2の光学系と、
    前記第1のフォーカスレンズを介して形成される被写体像に応じた電気信号を出力する第1の撮像素子と、
    前記第2のフォーカスレンズを介して形成される被写体像に応じた電気信号を出力する第2の撮像素子と、
    前記第1のフォーカスレンズおよび前記第2のフォーカスレンズを、それぞれの光軸方向に移動させる駆動制御部と、を備え、
    前記駆動制御部は、前記第1のフォーカスレンズが合焦位置付近に移動するまでは、前記第1のフォーカスレンズの位置に基づいて決定される位置まで前記第1のフォーカスレンズの移動に追従して前記第2のフォーカスレンズを移動させ、
    前記第1の撮像素子から出力される前記電気信号が示す画像のコントラストに基づいて、前記第1のフォーカスレンズが合焦位置付近にあるか否かを判定し、前記第1のフォーカスレンズが合焦位置付近にあると判定すると、前記第1および第2のフォーカスレンズが合焦位置にない場合、前記第1および第2のフォーカスレンズをそれぞれの合焦位置まで独立して移動させる
    撮像装置。
  2. 前記駆動制御部は、前記第1のフォーカスレンズを前記合焦位置付近まで移動させた後、前記第1のフォーカスレンズの位置に基づいて決定される被写体距離に対応する前記第2のフォーカスレンズの位置を基準位置として、前記基準位置からオフセット量だけ離れた範囲内の位置を、前記第2のフォーカスレンズの移動先の位置として設定する、請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記駆動制御部は、前記第2のフォーカスレンズの位置が前記基準位置から前記オフセット量だけ離れた範囲内にないとき、前記第2のフォーカスレンズを、前記基準位置から前記オフセット量だけ離れた範囲内の位置に移動させる、請求項2に記載の撮像装置。
  4. 前記第2の光学系の周囲の環境の温度を計測する温度センサをさらに備え、
    前記駆動制御部は、前記温度センサによって計測された温度に基づいて、前記オフセット量を決定する、請求項2または3に記載の撮像装置。
  5. 前記第2の光学系における絞りの大きさに基づいて前記オフセット量を決定する、請求項2から4のいずれかに記載の撮像装置。
  6. 前記駆動制御部は、前記第1のフォーカスレンズを山登り方式のオートフォーカス動作によって前記合焦位置付近まで移動中に、移動後の前記第1のフォーカスレンズの位置に対応する被写体距離に基づいて決定される位置に前記第2のフォーカスレンズを移動させ、その後、前記第1および第2のフォーカスレンズを、ウォブリング動作によってそれぞれの合焦位置まで独立して移動させる、請求項1から5のいずれかに記載の撮像装置。
  7. 前記駆動制御部は、前記第1の撮像素子から出力される電気信号が示す画像のコントラストに基づいて、前記第1のフォーカスレンズが合焦位置あるか否かを判定し、前記第2の撮像素子から出力される電気信号が示す画像のコントラストに基づいて、前記第2のフォーカスレンズが合焦位置にあるか否かを判定する、請求項1から6のいずれかに記載の撮像装置。
  8. 第1のフォーカスレンズを有する第1の光学系と、
    第2のフォーカスレンズを有する第2の光学系と、
    前記第1のフォーカスレンズを介して形成される被写体像に応じた電気信号を出力する第1の撮像素子と、
    前記第2のフォーカスレンズを介して形成される被写体像に応じた電気信号を出力する第2の撮像素子と、
    前記第1のフォーカスレンズおよび前記第2のフォーカスレンズを、それぞれの光軸方向に移動させる駆動制御部と、
    を備える撮像装置において用いられるプログラムであって、前記駆動制御部に対し、
    前記第1のフォーカスレンズを合焦位置付近まで移動させるステップと、
    前記第1のフォーカスレンズが合焦位置付近に移動するまでの間、前記第1のフォーカスレンズの位置に基づいて決定される位置まで前記第1のフォーカスレンズの移動に追従して前記第2のフォーカスレンズを移動させるステップと、
    前記第1の撮像素子から出力される前記電気信号が示す画像のコントラストに基づいて、前記第1のフォーカスレンズが合焦位置付近にあるか否かを判定するステップと、
    前記第1のフォーカスレンズが合焦位置付近にあると判定すると、前記第1および第2のフォーカスレンズが合焦位置にない場合、前記第1および第2のフォーカスレンズをそれぞれの合焦位置まで独立して移動させるステップと、
    を実行させるプログラム。
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