JP5544901B2 - 画角中心ズレ補正装置、撮像装置、画角中心ズレ補正方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラにおけるレンズユニットの光軸のズレに起因する画角のズレを補正する画角中心ズレ補正装置、撮像装置、画角中心ズレ補正方法及びプログラムに関する。

近年、高倍率の沈胴式のズームレンズユニットを採用した動画撮影や連写撮影が可能なレンズ一体型カメラが開発されている。沈胴式のズームレンズユニットを搭載したカメラでは、広角端から望遠端に、又は望遠端から広角端にズーム動作をした場合、沈胴式のズームレンズユニットを構成するズームレンズの自重によりズームレンズユニットが傾き、画角がズレてしまう場合があった。

このような画角のズレは、任意のズーム段にズーム操作をした後に、撮影者が撮影範囲の再調整を行うことによって補正することができる。このため、静止画撮影時には実用上の大きな問題は生じることはなかった。しかし、動画撮影時には、画角のズレを補正するために撮影範囲を再調整する際の画像も撮影されて動画として残ってしまう。このため、動画撮影時には、沈胴式のズームレンズユニット画角のズレの問題は無視できない。

沈胴式のズームレンズユニットを有するデジタルカメラは、また、ズーム機構におけるカム溝の段差により光軸がずれることもある。ズームレンズを移動させる際に、ズームレンズの位置に応じてカム溝の段差による光軸のズレを補正するようにしたデジタルカメラが存在する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３３０５４０号公報

特に沈胴式のズームレンズユニットを有するデジタルカメラは、レンズの自重など、機構的な要因によりズームレンズユニットが傾きやすい。従来のデジタルカメラにおいて、特にズームレンズの機構的な要因によりズームレンズユニットが傾きやすい、沈胴式のズームレンズユニットを有するデジタルカメラなどに対して、効果的かつ効率的に画角のズレを補正するものはなかった。

図7に示すように、従来の沈胴式のズームレンズユニットを有するデジタルカメラは一般的に、複数のズームレンズ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃからなるズームレンズユニット１０３と、撮像素子１０７とを備える。

かかるデジタルカメラでは、図7（１）に示すように、広角端で撮影する場合、ズームレンズ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃは収納されているため、ズームレンズ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの自重によるズームレンズユニット１０３の傾きは少ない。このため、デジタルカメラの光軸１４１が撮像素子１０７の中心の点Ｃ_１に向いている状態を保つことができるので、被写体２０１の像は、光軸１４１が向かう撮像素子１０７の中心の点Ｃ_１を中心として結像する。この結果、被写体２０１の像を点ＰＣ_１を中心とする画角２００に収めた画像を取得することができる。このように、ズーム倍率が低い場合には、画角２００の中心ズレは生じにくいため、画角２００の中心ＰＣ_１に被写体２０１の像を収めた撮影画像が容易に取得される。

一方で、図7（２）に示すように、望遠端で撮影する場合、ズームレンズ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃは伸張するため、ズームレンズ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの自重により、ズームレンズユニット１０３は傾斜する。このため、デジタルカメラの光軸１４１が撮像素子１０７の中心の点Ｃ_１に向いている状態を保つことができなくなり、光軸１４１が撮像素子１０７に当たる点は、撮像素子１０７の中心の点Ｃ_１から他の点Ｃ_２にズレる。このため、被写体２０１の像は、撮像素子１０７において、撮像素子１０７の中心の点Ｃ_１ではなく、光軸１４１が当たる点Ｃ_２を中心として結像する。この結果、撮像される被写体２０１の像は点ＰＣ_１を中心とする画角２００に収まらなくなる。このように、ズーム倍率が高い場合には、画角２００の中心がズレやすいので、特に、動画撮影又は連写撮影時において、撮影される画像に画角のズレが発生するという問題が生じていた。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、デジタルカメラにおけるレンズユニットの光軸のズレに起因する画角のズレを補正する画角中心ズレ補正装置、撮像装置、画角中心ズレ補正方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、レンズユニットを介して撮像素子により画像が撮像される場合に、前記撮像素子を移動させることによって前記レンズユニットの光軸のズレを補正する光軸補正手段と、前記光軸補正手段が前記撮像素子を移動する速度を、前記撮像素子により連続して画像を撮像する速度に応じて決定する制御手段と、を備え、前記レンズユニットはズーム倍率を変更可能なズームレンズユニットであり、前記光軸補正手段は、前記ズームレンズユニットの光軸のズレをズーム倍率に応じて補正することを特徴とする画角中心ズレ補正装置、この画角中心ズレ補正装置を備えた撮像装置、画角中心ズレ補正方法、およびプログラムである。

本発明によれば、デジタルカメラにおけるレンズユニットの光軸のズレに起因する画角のズレを小さくすることができる。

本発明の一実施の形態に係るデジタルカメラの正面及び背面を示す図である。 図１のデジタルカメラのブロック図である。 図１のデジタルカメラに搭載された画角中心ズレ補正装置により実行されるズレ補正の概略動作を示す図である。 図１のデジタルカメラに搭載された画角中心ズレ補正装置により実行される撮影処理のフローチャートを示す図である。 図１のデジタルカメラに搭載された画角中心ズレ補正装置により実行されるキャリブレーション処理のフローチャートを示す図である。 図１のデジタルカメラによる撮影例を説明する図である。 従来のデジタルカメラによる撮影例を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

（１） 第１の実施の形態

図１は、本発明の一実施の形態に係る画角中心ズレ補正装置を備えたデジタルカメラの実施の形態であるデジタルカメラ１の外観を示すブロック図であり、図１（１）はデジタルカメラ１の正面図を図１（２）はデジタルカメラ１の背面図である。

デジタルカメラ１は、図１（１）に示すように、デジタルカメラ１の筐体１０の正面側には、撮像系２（図２参照）を構成するズームレンズユニット３を有している。また、デジタルカメラ１の筐体１０の背面には、図１（２）に示すように、表示モニタ３３と、操作部３５（図２参照）を構成する切り替えスイッチ１２、手ブレ補正機能キー１３、撮影条件を決定するためのモード設定ダイアル１４、カーソルキー１５、ズームキー１６（Ｗ（広角）ボタン１６ａ、Ｔ（望遠）ボタン１６ｂ）等が設けられている。また、デジタルカメラ１の筐体１０の上面にはシャッターキー１７、電源スイッチ１８が設けられ、筐体１０の側部にはパーソナルコンピュータ（以下、パソコン）やモデム等の外部装置と接続するためのＵＳＢケーブルに接続する場合に用いるＵＳＢ端子接続部が設けられている。

図２は、本発明の一実施の形態に係るデジタルカメラ１の制御回路の構成を説明するためのブロック図である。

デジタルカメラ１は、撮像系２、画角中心ズレ補正装置５、撮像素子駆動部２７、ズーム駆動部２８、タイミング発生部２９、信号処理部３０、画像処理部３１、表示処理部３２、表示モニタ３３、記録部３４、操作部３５及びカメラ制御部３６を備える。画角中心ズレ補正装置５は、ズレ量検出部２２、関係データ記憶部２３及びブレ検出部２４を含む。また、カメラ制御部３６は撮像素子制御部２５及びズーム制御部２６を含む。

撮像系２は、３つのズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃにより構成された沈胴式のズームレンズユニット３、ズームレンズユニット３に対応するフォーカスレンズ４、撮像素子補正ステージ８及び撮像素子補正ステージ８に配設された撮像素子７を有する。ズームレンズユニット３を構成するズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃは光軸４１を有し、後述のズーム制御部２６によって光軸４１に沿って進退駆動される。フォーカスレンズ４は、フォーカス制御機構によって光軸４１方向に進退駆動される。フォーカスレンズ４が進退駆動されることで撮像系２のピント調節が行われる。また、ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃが進退駆動されると、ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃの自重などにより、ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃの光軸４１が撮像素子７に当たる位置は微妙に変化する。

撮像素子補正ステージ８は、平板状に形成されている。撮像素子補正ステージ８を撮像素子駆動部２７によって駆動して、撮像素子７の中心が光軸４１が入射する位置と一致するように撮像素子７を移動調整することによって、被写体像を好適に撮像素子７の撮像面に結像させることができる。後述のズーム制御部２６により設定されたズーム倍率に応じて光軸４１のズレを補正するズーム補正動作、及び、ブレ検出部２４により検出されたブレ量に応じて撮像素子７により撮像される被写体像のブレを補正する手ブレ補正動作の原理は、ズーム動作、又は手ブレの発生による光軸４１の変動を、撮像素子補正ステージ８を駆動して、撮像素子７の中心が、ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃの光軸４１が撮像素子７に入射する位置と一致するように、撮像素子７を移動調整することによって吸収することにある。したがって、本実施の形態において、ズーム補正及び手ブレ補正は、光軸補正、又は光軸補正動作によって実行される。

カメラ制御部３６は、撮影状況に応じてズーム補正動作を行うズーム補正モードと、手ブレ補正動作を行う手ブレ補正モードのうち何れかの補正モードを設定する補正モード設定手段を構成する。また、カメラ制御部３６は、設定された補正モードに応じて撮像素子制御部２５によりズーム補正動作を行うか、ブレ補正動作を行うかを切り換える切換手段を構成する。具体的には、ユーザの操作部３５の操作により手ブレ補正モードが選択されている場合には、撮像素子制御部２５によりブレ補正動作に切り換え、ズーム補正モードが選択された場合には、ズーム補正動作に切り換える。手ブレ補正モードが選択された場合には、ズーム補正動作を行うことなく、手ブレ補正動作のみが行われる。新たに補正装置を作成することなく、一つの撮像素子制御部２５により、ズーム補正動作とブレ補正動作とを切り換えて光軸のズレを補正することができる。したがって、本実施の形態に係るデジタルカメラ１は、装置を複雑にすることなく、沈胴式のズームレンズユニット３を使用することに伴う画角のズレを小さくすることができる。

また、カメラ制御部３６は、関係データ記憶部２３に記憶されているズーム倍率と、補正量との関係を示す関係データを手動又は自動により変更する変更手段を構成する。具体的には、ユーザにより電源スイッチ１８が操作されデジタルカメラ１の電源がＯＮに切り替わると、カメラ制御部３６は、自動決定モードに設定され、後述するキャリブレーション処理を実行して、自動的に関係データ記憶部２３に記憶されている関係データを最新の関係データに変更する。したがって、ユーザは光軸のズレに対して特に意識することなく常に最新かつ最適の状態でズーム補正動作を行うことができる。このため、光軸ズレに対するユーザの負担は軽減される。また、カメラ制御部３６は、ユーザによる操作部３５の操作により、関係データを手動で変更することもできる。これにより、撮像条件について細かな設定を行うことを望む上級ユーザの好みに応じた光軸のズレ補正を行うことができる。これによって、光軸ズレに対するユーザの細かな意思を反映することもできる。また、カメラ制御部３６は、デジタルカメラ１を固定した状態で遠隔操作でズーム制御部２６のズーム倍率を変更しながら撮影を行う監視モードを設定する監視モード設定手段を構成する。カメラ制御部３６により監視モードが設定された場合には、撮像素子制御部２５は、手ブレ補正動作を行うことなくズーム補正動作のみを行う。また、カメラ制御部３６は、関係データ記憶部２３に記憶されている関係データを自動的に決定する自動決定モードを設定する決定モード設定手段を構成する。本実施の形態では、ユーザにより電源スイッチ１８が操作されてデジタルカメラ１の電源がＯＮに切り替わると、カメラ制御部３６は、自動決定モードに設定され、キャリブレーション処理を実行して、関係データ記憶部２３に記憶されている関係データを自動的に決定するものとするが、このキャリブレーション処理は、三脚などを用いてカメラを固定した状態で実行することが望ましい。

撮像素子７はＣＣＤやＣＭＯＳなどによって構成される。撮像素子７は、その撮像面上に結像される被写体像を撮像して撮像信号を出力する。信号処理部３０は、アナログ撮像信号をディジタル信号に変換した上で所定の信号処理（例えば、色補間処理、γ補正処理、ホワイトバランス処理、シェーディング補正処理など）を施す。タイミング発生部２９は、撮像素子７から読み出す撮像信号の読み出しタイミング信号を発生する。

これらズームレンズユニット３を構成する各ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃ、フォーカスレンズ４及び撮像素子７は、それぞれを入射する光の光軸４１が略一致するように配置されている。

ズレ量検出部２２は、後述の図５を参照して説明するキャリブレーション処理に示すように、ユーザにより電源スイッチ１８が操作されデジタルカメラ１の主電源がＯＮに切り替わり、カメラ制御部３６により自動決定モードが設定された場合には、ズーム制御部２６により設定されるズーム倍率を変更しながら、複数のズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃをズーム段毎に繰り出して、撮像素子７により動画撮影や連写撮影により画像を複数回撮像し、ズーム倍率毎に撮像された画像のズレ量を画像解析によって検出する（キャリブレーション処理）。ズレ量検出部２２は、本実施の形態に係るズレ量検出手段を構成する。

関係データ記憶部２３は、ズーム制御部２６により設定されるズーム倍率と、ズーム倍率に応じた補正量との関係を示す関係データを記憶する。関係データ記憶部２３は、本実施の形態に係る関係データ記憶手段を構成する。具体的には、後述の図５を参照して説明するキャリブレーション処理において、ズーム倍率毎に得られた各画像間の画角の中心のズレ量を現在のズーム倍率に対応する光軸の補正量として記憶する。

ブレ検出部２４は、デジタルカメラ１の動きを物理的、直接的に検出し、角速度を示す動き検出信号をカメラ制御部３６に出力する。このブレ検出部２４は、カメラ制御部３６から補正開始指令を受け付けて起動し、ジャイロや角速度センサーなどによるブレ検出手段として機能し、デジタルカメラ１に生じるブレ量を検出する。

撮像素子制御部２５は、カメラ制御部３６から補正開始指令を受け付けて起動し、関係データ記憶部２３に記憶されている関係データに基づいて、ズーム制御部２６で制御されるズーム倍率に応じて補正量を算出し、算出された補正量に基づいて撮像素子駆動部２７に対し撮像素子補正ステージ８を駆動させる信号を出力し、ズーム補正動作を行う。また、撮像素子制御部２５は、ブレ検出部２４からの検出信号の大きさに応じたブレ量を補正量として出力する変換テーブルを有している。撮像素子制御部２５は、ブレ検出部２４で検出される検出信号に応じて補正量を算出し、算出された補正量に基づいて撮像素子駆動部２７に対し撮像素子補正ステージ８を駆動させる信号を出力し、ブレ補正動作を行う。すなわち、カメラ制御部３６は、撮像素子７により撮像される撮影画像の画角中心のズレを補正する本実施の形態に係る光軸補正手段を構成する。

撮像素子駆動部２７は、カメラ制御部３６からの補正量に応じて撮像素子補正ステージ８に配置された撮像素子７をズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃ及びフォーカスレンズ４の光軸４１と直交する方向に撮像素子補正ステージ８を移動する。なお、撮像素子補正ステージ８に配置されている撮像素子７の移動量は、ズーム制御部２６によって設定されたズーム倍率又はブレ検出部２４により検出されたブレ量に応じて決定される。

画像処理部３１は、信号処理部３０から入力される画像データを所定のデータ形式にフォーマット変換したり、画像データを表示処理部３２に与えたりする。表示処理部３２は画像データを用いて映像信号を生成して表示モニタ３３へ送出する。

表示モニタ３３は、液晶表示パネルなどによって構成され、表示処理部３２から入力される映像信号による画像などを表示する。表示画像は、静止画撮影指示前に撮像素子７で逐次撮像されるスルー画、静止画撮影指示後に撮像素子７で撮像される静止画、動画撮影時の動画、記録部３４に記録されている画像データによる再生画などがある。これら画像は、操作部３５の操作によって表示モニタ３３上で、電気的に表示画角を変更して（電子ズーム）表示することができる。

記録部３４は、着脱可能なメモリーカードなどによって構成される。撮影モードにおいて、記録部３４は画像処理部３１でフォーマット変換された画像データを記録する。再生モードにおいて、記録部３４に記録されている画像データが読み出されて画像処理部３１へ送られる。画像処理部３１は、再生画像を表示するための映像信号を生成する。なお、デジタルカメラ１は静止画撮影モード、連写静止画撮影モード及び動画撮影モードのそれぞれを選択可能に構成されており、動画撮影時には音声データも記録してもよい。

操作部３５は、電源スイッチ１８（メインスイッチ）、ズームキー１６、モード設定ダイアル１４、シャッターキー１７（半押しスイッチ、全押しスイッチ）などを含み、本実施の形態に係るデジタルカメラ１の撮影条件を設定することができ、各操作に応じた操作条件に基づき操作信号を発生してカメラ制御部３６へ送出する。これにより、例えば、操作者によりズームスイッチが操作された場合には、撮影条件として所定の倍率（例えば、１〜１２倍）が設定される。

カメラ制御部３６は、ＣＰＵ及びＣＰＵが実行する制御プログラムが格納されるＲＯＭ、ワークＲＡＭ（図示しない）を含んで構成され、操作部３５から入力される操作信号に応じて各ブロックへ指令を出力し、カメラ動作を制御する。

＜撮像系の説明＞
図３を参照して、本実施の形態に係る画角中心ズレ補正装置５により撮像素子補正ステージ８を駆動することにより撮像素子７を移動して画角中心のズレを補正するときの動作について説明する。

図３に示すように、撮像対象（図示せず）に向いている光軸４１に沿ってズームレンズユニット３を構成する各ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃ、フォーカスレンズ４及び撮像素子７が一列に並んで配置されている。そして、撮像素子７は撮像素子補正ステージ８に固定して接続されている。

また、デジタルカメラ１のズームレンズユニット３を構成する各ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃの光軸４１が撮像素子７に入射する位置と撮像素子７の中心Ｃとが一致している。光軸４１が撮像対象の被写体の中心に向いているとすると、この状態でシャッターキー１７を押して、シャッターを開くと、撮像素子７に結像する被写体像の中心の位置と撮像素子７の中心Ｃの位置と一致することになる。したがって、被写体は撮像される画像の画角中心に収まる。一方で、ズーム制御部２６によりズーム倍率を上げると、何もしない場合、ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃの自重など、機構的な要因により、ズーム倍率が上がる都度、ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃの光軸４１は変動し、撮像素子７に結像する被写体像の中心の位置は撮像素子７の中心Ｃからズレることとなる。

そこで本実施の形態に係る画角中心ズレ補正装置５では、ズーム制御部２６により、所定倍率のズームが行われたことが検出されると、カメラ制御部３６は、撮像素子７が固定して接続されている撮像素子補正ステージ８を関係データ記憶部２３に記憶されている補正量に基づいて、ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃの光軸４１が変動した分だけ、Ｘ及びＹ方向に移動（シフト）させて、光軸４１が撮像素子７に入射する位置と撮像素子７の中心Ｃが常時一致するようにする。

また、本実施の形態に係る画角中心ズレ補正装置５では、ブレ検出部２４により、所定のブレ量が検出されると、カメラ制御部３６は、撮像素子７が固定して接続されている撮像素子補正ステージ８を、ブレ検出部２４で検出される検出信号に応じて算出された補正量に基づいてＸ及びＹ方向に移動（シフト）させることによって、ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃの光軸４１が撮像素子７に入射する位置と撮像素子７の中心Ｃが常時一致するように、被写体像のブレを画角の中心に対して補正する手ブレ補正動作を行う。

このように、画角中心ズレ補正装置５は、デジタルカメラ１のズーム倍率を上げることによって、ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃの光軸４１に変動が生じても、撮像素子補正ステージ８によって撮像素子７をシフトさせることにより、撮像素子７に結像する被写体像の中心の位置が撮像素子７の中心Ｃと一致するように補正されるので、撮像素子７に結像する被写体像の中心の位置が撮像素子７の中心Ｃからズレることはない。このため、画角中心ズレ補正装置５は、被写体像のブレ補正のみならず、ズーム動作時の画角中心のズレを小さくすることもできる。

＜撮影処理＞
図４は本実施の形態に係る画角中心ズレ補正装置５を備えたデジタルカメラ１の撮影処理について説明するためのフローチャートである。以下に示す処理は、基本的にカメラ制御部３６が予めフラッシュメモリなどのプログラムメモリに記憶されたプログラムに従って実行するようにしてもよい。以下、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。また、以下、デジタルカメラはオートフオーカス機能を備えているものとして説明するが、本発明はこれに限定されることはない。
また、この撮影処理では、図４に示す処理の他に、撮像制御、露出制御、フォーカス制御、記録制御などの処理が平行して実行されるが、ここでは主に、ズーム制御、手振れ補正制御、光軸補正制御を含む処理部分に関して説明する。

ユーザにより電源スイッチが操作されデジタルカメラ１の主電源がＯＮに切り替わり、ユーザが操作部３５を操作すると、図４に示す撮影処理を開始する。
はじめに、カメラ制御部３６は、操作部３５からの信号を基にズーム倍率の変更指示があったか否かを判断する（ステップＳ１１）。この処理では、ユーザの操作部３５からの操作により、ズーム操作が行われたか否かが判断される。ズーム倍率の変更指示があった場合には、ステップＳ１２の処理に進み、ズーム倍率の変更指示がなかった場合には、ズーム倍率の変更指示があるまで、ステップＳ１１の処理を繰り返して行う。

次いで、ステップＳ１２では、指示されたズーム倍率となるようにズームレンズユニット３の繰り出し距離を変更する。この処理では、ズーム倍率を高くして望遠端側にする変更指示があった場合には、ズームレンズユニット３を構成する各ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃ間の繰り出し距離を長くし、また、ズーム倍率を低くして広角端側にする変更指示があった場合には、ズームレンズユニット３を構成する各ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃ間の繰り出し距離を短くする。

次いで、ステップＳ１３では、カメラ制御部３６は、現在の補正モードとして手ブレ補正モードが設定されているか否かを判断する。この処理では、ユーザの操作部３５の操作により手ブレ補正モードが設定され、手ブレ補正モードが開始されているか否かが判断される。ステップＳ１３において、手ブレ補正モードが設定されていると判断された場合には、ステップＳ１４の処理に進み、手ブレ補正モードが設定されていないと判断された場合には、ステップＳ１６の処理に進む。

ステップＳ１４では、ブレ検出部２４は、デジタルカメラ１に生じるブレ量を検出し、カメラ制御部３６に出力する。次いで、ステップＳ１５では、カメラ制御部３６は、ブレ検出部２４により検出されたブレ量に応じて撮像素子７の位置を変更する。この処理では、カメラ制御部３６の撮像素子制御部２５は撮像素子駆動部２７に設けられたアクチュエータによってブレ量に応じて撮像素子補正ステージ８を駆動させて手ブレを打ち消すように撮像素子７を調整する。具体的には、撮像素子制御部２５は、図３を参照して説明したように、光軸４１が撮像素子７に入射する位置と撮像素子７の中心Ｃが一致するように撮像素子７を移動させる。こうして被写体像のブレを補正する手ブレ補正動作を行う。この処理が終了すると、ステップＳ２０の処理に進む。

ステップＳ１６では、カメラ制御部３６は、監視モードが設定されているか否かを判断する。この処理では、ユーザの操作部３５の操作により、監視モードが開始されているか否かが判断され、監視モードが開始されていると判断された場合には、ステップＳ１７の処理に進み、監視モードが開始されていないと判断された場合には、ステップＳ２０の処理に進む。

次いで、ステップＳ１７では、カメラ制御部３６は、現在の撮影モードが動画撮影又は連写撮影であるか否かを判断する。この処理では、ユーザの操作部３５の操作により、動画撮影又は連写撮影が開始されているか否かが判断され、動画撮影又は連写撮影が開始されていると判断された場合には、ステップＳ１８の処理に進み、動画撮影又は連写撮影の何れも開始されていないと判断された場合には、ステップＳ２０の処理に進む。

次いで、ステップＳ１８では、カメラ制御部３６は、指示されたズーム倍率に応じた光軸４１の補正量を特定する。この処理では、カメラ制御部３６は、関係データ記憶部２３に記憶されている関係データを参照して、ズーム倍率に応じた補正量を特定する処理を行う。

次いで、ステップＳ１９では、カメラ制御部３６は、特定された光軸４１の補正量に応じて撮像素子の位置を変更する。この処理では、カメラ制御部３６の撮像素子制御部２５は、撮像素子駆動部２７に設けられたアクチュエータによってブレ量に応じて撮像素子補正ステージ８を駆動させて手ブレを打ち消すように撮像素子７を調整する。具体的には、撮像素子制御部２５は、図３を参照して説明したように、光軸４１が撮像素子７に入射する位置と撮像素子７の中心Ｃが一致するように撮像素子７を移動させる。このようにして撮像素子駆動部２７に設けられたアクチュエータによって画角の中心ズレが少なくなるように撮像素子７を駆動させることができるので、ズーム倍率に応じて光軸のズレを補正するズーム補正動作を行うことができる。さらに、撮影される画像への影響を少なくするため、このズーム補正の際に撮像素子７を移動させる速度を、動画撮影又は連写撮影を行う際の撮影速度、例えば、一秒間当たりのフレーム数などを考慮して決定することが好ましい。これによって、動画撮影又は連写撮影に影響を与えることなく、ズーム補正を行うことができる。

これにより、手ブレ補正モードが設定されている場合には、ステップＳ１８〜ステップＳ１９において行われるズーム補正動作を行うことなく、手ブレ補正動作のみを行うことができる。一方で、監視モードが設定されている場合には、ステップＳ１４〜ステップＳ１５において行われる手ブレ補正動作を行うことなく、ズーム補正動作のみが行われることとなる。したがって、あらためて別途の構成を備える必要もなく、同一の撮像素子駆動部２７を用いて撮影条件に応じて、補正動作を切り換えて行うことができる。したがって、部品の簡略化とともに、製造コストの低減を図ることができる。また、一方の光軸補正動作が行われている時には、他方の光軸補正動作は行われないことから、デジタルカメラ１の撮影時において、ズーム補正動作と手ブレ補正動作の２つの光軸補正動作が互いに影響し合うことなく、それぞれの光軸補正動作を独立して行うことができる。したがって、精度の高い光軸補正動作を行うことができる。

次いで、ステップＳ２０では、カメラ制御部３６は、撮影が終了したか否かを判断する。この処理では、ユーザによる操作部３５の操作が一定時間行われない場合や、ユーザにより電源スイッチが操作されデジタルカメラ１の主電源がＯＦＦに設定されたことによって、撮影が終了したと判断した場合には撮影処理を終了し、撮影が終了していないと判断された場合には、ステップＳ１１の処理に戻り、ステップＳ１１〜ステップＳ２０の処理を繰り返して行う。

＜キャリブレーション処理＞
図５は本発明の画角中心ズレ補正装置５を備えたデジタルカメラ１のキャリブレーション処理を説明するためのフローチャートである。なお、図５に示すキャリブレーション処理は、図４に示す撮影処理の前に実行されているものとする。
なお、このキャリブレーション処理は、カメラを三脚などで固定した状態で実行することが望ましく、そのために、キャリブレーション処理の開始時に「カメラを三脚などで固定して下さい」とメッセージを出力するようにしてもよい。また、カメラが固定された状態であるか否かを、三脚の取り付け部に設けられたスイッチの検出状態や、ジャイロセンサなどによるカメラの動きの検出状態で判断し、カメラが固定されていないと判断された場合にメッセージを出力するようにしてもよい。

はじめに、ユーザが電源スイッチを操作してデジタルカメラの主電源をＯＮに切り替わると、ユーザの操作に応じたＯＮ／ＯＦＦ操作信号が操作部３５に入力される。このとき、操作部３５は割り込み信号を発生してカメラ制御部３６に出力するので、カメラ制御部３６は操作内容を示すフラグをメモリ（図示しない）のＯＮ／ＯＦＦ設定フラグ領域に設定する。

図５において、ステップＳ３１では、カメラ制御部３６は、操作部３５により設定されたＯＮ／ＯＦＦ設定フラグ領域を調べ、電源がＯＮに設定されているか否かを判断する。カメラ制御部３６は、電源がＯＮに設定されていないと判断した場合には、電源がＯＮに設定されるまでステップＳ３１の処理を繰り返して行い、電源がＯＮに設定されたと判断された場合には、ステップＳ３２の処理を行う。

次いで、ステップＳ３２では、カメラ制御部３６は、ズーム制御部２６に信号を与えて、ズーム駆動部２８を駆動し、ズームレンズユニット３のズーム倍率を広角端に設定するとともに、ズームレンズユニット３の繰り出し距離を初期化する。この処理では、ズームレンズユニット３を構成する各ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃ間の繰り出し距離を短くし、キャリブレーション処理の初期化を行う。

次いで、ステップＳ３３では、カメラ制御部３６は、広角端で撮像して画像Ａ_０（図示せず）を記憶する。この処理では、キャリブレーション処理の初期化を行うため、ズーム倍率が一番低い広角端に設定されたズームレンズユニット３により撮像を行う。図７（１）を参照して説明したように、広角端で撮影する場合、ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃは収納されているため、ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃの自重によるズームレンズユニット３の傾きは少ない。このため、広角端で撮像した画像Ａ_０を画角の中心ズレのない画像として用いることができる。

次いで、ステップＳ３４では、カメラ制御部３６は、ズーム制御部２６に信号を与えて、ズーム駆動部２８を駆動し、ズームレンズユニット３のズーム倍率を所定量だけ望遠端側に変更し、ズームレンズユニット３の繰り出し距離を変更する。この処理では、ズームレンズユニット３を構成する各ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃの繰り出し距離は、変更したズーム段に対応する距離だけ長くなる。

次いで、ステップＳ３５では、カメラ制御部３６は、新たに撮像して画像Ａ_ｎ（図示せず）を記憶する。この処理では、所定量だけ望遠端側に繰り出されたズームレンズユニット３により撮影を行うため、撮像素子７のシフトによる補正を行わない場合には、図７（２）を参照して説明したように、撮像される画像Ａ_ｎには画角の中心ズレがある。

次いで、ステップＳ３６では、カメラ制御部３６は、ステップ３３で撮像した画像Ａ_０と新ステップＳ３５で撮像した画像Ａ_ｎとのズレを判定する処理を行う。この処理では、ステップＳ３３で撮像した画像Ａ_０における画角中心と、ステップＳ３５で新たなズーム倍率時で撮像した画像Ａ_ｎにおける画角中心を検出する。そして、ステップＳ３３で撮像した画像Ａ_０における画角中心と、ステップＳ３５で新たなズーム倍率で撮像した画像Ａ_ｎとの画角中心間の位置の差、例えば、図７を参照して説明した、撮像素子上の点Ｃ_１とＣ_２との間の差、をズレ量として判定する。

次いで、ステップＳ３７では、カメラ制御部３６は、判定された画像のズレ量に対応する撮像素子のズレ量を現在のズーム倍率に対応する光軸の補正量として記憶する。この処理では、前回の画像Ａ_０における画角中心と、新たなズーム倍率時に撮像された画像Ａ_ｎにおける画角中心間の位置の差から得られたズレ量を、現在のズーム倍率に応じた補正量として関係データ記憶部２３に記憶する。

次いで、ステップＳ３８では、カメラ制御部３６は、現在のズーム倍率が望遠端であるか否かを判定する処理を行う。カメラ制御部３６は、ズーム倍率が望遠端であると判定した場合には、ステップＳ３９の処理に進み、ズーム倍率が望遠端ではないと判定した場合には、ステップＳ３４の処理に戻る。すなわち、この処理では、ステップＳ３４〜ステップＳ３８の処理を繰り返して行うことにより、ズーム倍率を所定量ずつ変更して広角端から望遠端に至るまで各ズーム倍率毎に画像を複数回撮像する。こうして各ズーム倍率毎のズレ量を検出して該ズーム倍率毎の補正量として関係データ記憶部２３に記憶することができる。このため、各ズーム倍率毎に得られた画像のズレ量に基づいて関係データを決定し、決定された関係データ中の各ズーム倍率に対応する補正量に基づいて、撮影画像の画角中心のズレを補正することができる。したがって、ズーム倍率毎に得られた複数のズレ量を示す関係データに基づいて、画角中心ズレを小さくすることができることから、精度の高い補正量に基づいて、画角の中心ズレが少ない撮影画像を取得することができる。更に、ユーザがズレ補正について特に意識することなく、電源投入時に関係データが自動で設定されることから、常に最適な関係データを設定することができるため、精度の高い光軸のズレ補正を行うことができるとともに、光軸のズレ補正に対するユーザの負担を軽減することができる。

次いで、ステップＳ３９では、カメラ制御部３６は、ズーム倍率を規定位置に戻して撮影待機状態に移行する。この処理が行われると、キャリブレーション処理を終了する。

＜撮影例の説明＞
図６を参照して、本実施の形態に係る画角中心ズレ補正装置５を備えたデジタルカメラ１で、画角１００内に被写体１０１を収めた状態で風景画像を撮影する撮影例を示す。

図６（１）に、ズーム倍率を低くして広角端側で被写体１０１の撮影を行った場合の撮影例を示す。図６（１）は、デジタルカメラ１の光軸４１が被写体１０１を含む画角１００の中心ＰＣ_ａ１に向いている状態を示し、この状態でシャッターキー１７を押すと、シャッターが開き、被写体１０１の像が、撮像素子７において光軸４１が当たる点Ｃ_ａ１を中心として結像する。この結果、画角１００の中心ＰＣ_ａ１に対応する点Ｃ_ａ１を中心とする撮影画像が取得される。ズーム倍率が低い場合には、撮影画像においては画角の中心のズレが生じにくいので、ズレ補正を行わない場合であっても、画角の中心ズレの少ない動画像を取得することができる。

図６（２）に、ズーム倍率を高くして望遠端側で被写体１０１の撮影を行った場合の撮影例を示す。ズーム倍率が高い場合には、ズームレンズユニット３を構成する各ズームレンズ３ａ，３ｂ，３ｃの重量や、レンズ機構的な要因などによりズームレンズユニット３が傾き、画角の中心ズレが生じやすい。このため、画角の中心ズレを放置した場合、図7（２）を参照して説明したように、画角中心がズレていない画像を生成することが困難となる。そこで、本実施の形態では、ズーム倍率を高くした場合には、関係データ記憶部２３に記憶されている関係データを参照して、現在のズーム倍率に対応する補正量に基づいて撮像素子補正ステージ８をシフトさせる。これによって、被写体１０１の画角の中心が撮像素子７の画角の中心位置に結像するようにズーム補正動作による補正が行われる。

図６（２）に示すように、ズーム倍率に応じて撮像素子補正ステージ８がシフトすることによって、被写体１０１を含む画角１００の中心ＰＣ_ａ１にデジタルカメラ１の光軸４１が向くように撮像素子７の補正が行われる。この状態でシャッターキー１７を押すことによって、シャッターが開き、被写体像が撮像素子７において光軸４１が当たる位置を画角中心位置として結像し、画角１００の中心ＰＣ_ａ１に対応する点Ｃ_ａ１を中心とする撮影画像を取得することができる。

具体的には、ズレ量検出部２２において検出され、関係データ記憶部２３において記憶されている関係データの現在のズーム倍率に対応する各補正量に応じて、撮像素子補正ステージ８によって固定して接続された撮像素子７を画角中心ズレを打ち消す方向に移動させて撮像素子７により撮像される撮影画像の画角中心のズレを補正することで、撮像素子７により撮像される撮影画像の画角中心のズレを補正することで、ズーム動作時においても画角中心ズレの少ない撮影画像を取得することができる。

このように、各ズーム倍率において撮像素子７により取得される撮影画像におけるズレ量を補正量として関係データ記憶部２３に記憶する。そして、記憶された関係データ中の各ズーム倍率に対応する補正量に基づいて、撮像素子補正ステージ８によって固定して接続された撮像素子７を画角中心ズレを打ち消す方向に移動させて撮像素子により撮像される撮影画像の画角中心のズレを補正することができる。これにより、予め記憶された各ズーム倍率に対応する補正量を示す関係データに基づいて、画角中心ズレを小さくすることができることから、撮影時には、精度の高いズレ量に基づいて、画角の中心ズレが少ない撮影画像を取得することができる。
特に、カメラを三脚などに固定した状態で遠くの被写体を対象に定点観測を行うような場合に、遠隔操作などによってズーム倍率を変化させても撮影位置がズレることが無いので、被写体の周囲状況から被写体のアップまでを、必要に応じて自由に指定して観測することが可能となる。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが本発明はこれに限定されなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。

例えば、ユーザにより電源スイッチが操作され電源がＯＮになったとき、カメラ制御部３６は、自動決定モードに設定し、キャリブレーション処理を実行して、関係データ記憶部２３に記憶されている関係データを自動的に決定しているが、これに限られない。例えば、電源がＯＮになっても関係データを自動的に決定せずに、ユーザの操作により手動で関係データを切り換えるようにしてもよい。また、キャリブレーション処理も、三脚などを用いてカメラを固定した状態にできる時に限定して実行するようにして、三脚などのカメラを固定する器具がない場合には実行をせず、前回の関係データを用いるようにしてもよい。

ズーム補正動作と、手ブレ補正動作とを、手ブレ補正モードの設定又は監視モードの設定により切り換えられるようにしたがこれに限られない。例えば、周囲の撮影条件に応じて、ユーザの操作部３５の操作により、切り換えられるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、手振れ補正モードが設定されておらず、かつ、監視モードが設定されており、かつ、動画撮影または連写撮影である場合（全ての条件を満たす場合）にズーム補正処理を実行するようにしたが、これら全ての条件ではなく、１つまたは２つの条件を満たす場合にズーム補正処理を実行するようにしてもよい。また、ズーム補正処理を実行する条件の組み合わせを、状況に応じて撮影者が任意に設定できるようにしてもよい。

１ デジタルカメラ
２ 撮像系
３ ズームレンズユニット
３ａ，３ｂ，３ｃ ズームレンズ
４ フォーカスレンズ
５ 画角中心ズレ補正装置
７ 撮像素子
８ 撮像素子補正ステージ
２２ ズレ量検出部
２３ 関係データ記憶部
２４ ブレ検出部
２５ 撮像素子制御部
２６ ズーム制御部
２７ 撮像素子駆動部
２８ ズーム駆動部
２９ タイミング発生部
３０ 信号処理部
３１ 画像処理部
３２ 表示処理部
３３ 表示モニタ
３４ 記録部
３５ 操作部
３６ カメラ制御部
４１ 光軸
１００ 画角
１０１ 被写体

Claims (15)

1. レンズユニットを介して撮像素子により画像が撮像される場合に、前記撮像素子を移動させることによって前記レンズユニットの光軸のズレを補正する光軸補正手段と、
   前記光軸補正手段が前記撮像素子を移動する速度を、前記撮像素子により連続して画像を撮像する速度に応じて決定する制御手段と、
   を備え、
   前記レンズユニットはズーム倍率を変更可能なズームレンズユニットであり、
   前記光軸補正手段は、前記ズームレンズユニットの光軸のズレをズーム倍率に応じて補正することを特徴とする画角中心ズレ補正装置。
2. 前記ズームレンズユニットのズーム倍率が変化した場合に、その変化時の撮影状況に応じて前記光軸補正手段によるズーム倍率に応じた光軸のズレ補正を行うか否かを判断する判断手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画角中心ズレ補正装置。
3. 前記判断手段は、前記ズームレンズユニットの光軸が固定された撮影状況である場合に前記光軸補正手段によるズーム倍率に応じた光軸のズレ補正を行うと判断し、そうでない場合に前記光軸補正手段によるズーム倍率に応じた光軸のズレ補正を行わないと判断することを特徴とする請求項２に記載の画角中心ズレ補正装置。
4. 前記判断手段は、前記ズームレンズユニットの光軸が固定された撮影状況であり、かつ、動画撮影または連写撮影である場合に前記光軸補正手段によるズーム倍率に応じた光軸のズレ補正を行うと判断することを特徴とする請求項３に記載の画角中心ズレ補正装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の画角中心ズレ補正装置を備えた撮像装置であって、
   光軸に沿って配置された複数のレンズを含む沈胴式のズームレンズユニットと、
   前記ズームレンズユニットを介して撮像素子により画像を撮像する撮像手段と、
   ズーム倍率を設定するズーム倍率設定手段と、
   前記ズーム倍率設定手段により設定されたズーム倍率に基づいて、前記複数のレンズの各々を移動させるズーム手段と、
   前記撮像素子を光軸に対して移動させる移動手段と、
   を更に備え、
   前記光軸補正手段は、前記移動手段により前記撮像素子を所定の方向に移動させて前記光軸のズレを補正することを特徴とする撮像装置。
6. 手ブレを検出する手ブレ検出手段と、
   前記手ブレ検出手段により検出された手ブレの量に応じて前記移動手段により前記撮像素子を移動させることで被写体像の手ブレを補正する手ブレ補正手段と、
   を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記ズームレンズユニットの光軸が固定された撮影状況でない場合に前記移動手段を前記手ブレ補正手段による手ブレ量に応じた手ブレ補正に利用すると判断し、前記ズームレンズユニットの光軸が固定された撮影状況である場合に前記移動手段を前記光軸補正手段によるズーム倍率に応じた光軸のズレ補正に利用すると判断する利用判断手段を更に備えたことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記利用判断手段は、手ブレ補正モードが設定されている場合に前記移動手段を前記手ブレ補正手段による手ブレ量に応じた手ブレ補正に利用すると判断することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 撮像装置本体を固定した状態で遠隔操作で前記ズーム倍率設定手段のズーム倍率を変更しながら撮影を行う監視モードを設定する監視モード設定手段を備え、
   前記利用判断手段は、前記監視モードが設定されている場合に、前記ズームレンズユニットの光軸が固定された撮影状況であり、前記移動手段を前記光軸補正手段によるズーム倍率に応じた光軸のズレ補正に利用すると判断することを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。
10. 前記ズーム倍率設定手段により設定されるズーム倍率と、前記ズーム倍率に応じた補正量との関係を示す関係データを記憶する関係データ記憶手段と、
    前記関係データ記憶手段に記憶されている関係データに基づいて、前記光軸補正手段が前記ズレ補正動作を行う際の補正量を決定する補正量決定手段と、を備えることを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の撮像装置。
11. 前記関係データ記憶手段に記憶されている前記ズーム倍率と、前記補正量との関係を示す前記関係データを手動又は自動により変更する変更手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
12. 前記関係データを決定する自動決定モードを設定する決定モード設定手段を備え、
    前記決定モード設定手段により前記自動決定モードが設定された場合に、前記ズーム倍率設定手段により設定されるズーム倍率を変更しながら、前記撮像手段により前記複数のレンズを介して前記撮像素子により画像を複数回撮像し、前記ズーム倍率毎に前記撮像手段により撮像された前記画像のズレ量を画像解析によって検出するズレ量検出手段と、
    前記ズレ量検出手段により検出された前記ズレ量に基づいて、前記ズーム倍率に応じた前記補正量との関係を示す前記関係データを決定する関係データ決定手段と、を備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載の撮像装置。
13. 前記関係データ記憶手段に記憶されている前記関係データを電源投入時に自動設定する電源投入時設定手段を備えることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の撮像装置。
14. レンズユニットの光軸のズレを補正する画角中心ズレ補正方法であって、
    前記レンズユニットを介して撮像素子により画像が撮像される場合に、前記撮像素子を移動させることによって前記レンズユニットの光軸のズレを補正する光軸補正処理と、
    前記光軸補正処理により前記撮像素子を移動する速度を、前記撮像素子により連続して画像を撮像する速度に応じて決定する制御処理と、
    を含み、
    前記レンズユニットはズーム倍率を変更可能なズームレンズユニットであり、
    前記光軸補正処理は、前記ズームレンズユニットの光軸のズレをズーム倍率に応じて補正することを特徴とする画角中心ズレ補正方法。
15. 撮像素子とレンズユニットを備えた撮像装置を、
    レンズユニットを介して撮像素子により画像が撮像される場合に、前記撮像素子を移動させることによって前記レンズユニットの光軸のズレを補正する光軸補正手段と、
    前記光軸補正手段が前記撮像素子を移動する速度を、前記撮像素子により連続して画像を撮像する速度に応じて決定する制御手段と、
    して機能させ、
    前記レンズユニットはズーム倍率を変更可能なズームレンズユニットであり、
    前記光軸補正手段は、前記ズームレンズユニットの光軸のズレをズーム倍率に応じて補正することを特徴とするプログラム。

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