JP6597080B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、インターバル撮影を行うことが可能な撮像装置に関する。

カメラやスマートフォンなどの撮像装置には、インターバル撮影機能を搭載するものがある。インターバル撮影した結果は、例えば微速度撮影（タイムラプス）動画として再生することができる。微速度撮影動画では、被写体の変化を所定のインターバルで複数枚撮影し、それらを繋いで一連の動画とするが、被写体変化の速さにより効果的なインターバルは異なる。そこで、異なるインターバルで撮影される微速度撮影動画を１つのカメラで並行して撮影する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−１７５３６０号公報

また、インターバル撮影において、特徴のある微速度撮影動画を得るために撮影中にカメラの向きや位置を変えて被写界を移動させることがある。このようなインターバル撮影を行うには、カメラの向きや位置を変化させるために回転雲台やスライダーなど機材が必要となり、かつこれらの機材を動かす必要がある。そのため被写界の移動を伴う微速度撮影動画の取得は、簡単に行うことはできない。

本発明は、所定の変化をする画像を取得可能な撮像装置を得ることを目的とする。

本発明の撮影装置は、撮像光学系と、この撮像光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子とを有する撮像装置であって、撮像光学系の一部をなす光学系または撮像素子を変位部材とし、この変位部材を撮像光学系の光軸と直交する平面内または該平面方向に、所定の変位態様で変位させつつ複数の画像を撮像することを特徴としている。

また本発明の撮像装置は、撮像光学系と、この撮像光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子とを有する撮像装置であって、撮像光学系の一部をなす光学系または撮像素子を変位部材とし、この変位部材を撮像光学系の光軸と直交する平面内または該平面方向に、所定の変位態様で変位させるごとに撮像素子から画像を読み出して、複数の画像を撮像することを特徴としている。

複数種類の変位態様に基づいて、複数種類の複数の画像を、並行して撮像可能としてもよい。複数種類の変位態様に基づいた各撮像は、異なるタイミングで実行される。複数の画像を、変位態様ごとに１ファイルの動画として保存、または一連の動画として出力するようにしてもよい。また。変位態様を設定する設定手段を有するこが好ましく、変位態様は、例えばユーザインタフェースを通して設定された値に基づいて決定する。

撮像装置は、例えば変位部材の可変幅に関する情報を保持し、少なくともその値を使って撮像ごとの変位部材の変位量を算出する。変位部材の変位は、例えば等速または等角速度である。また撮像装置は像振れ補正装置を備え、変位部材の変位がこの像振れ補正装置を用いて行われることが好ましい。

本発明によれば、所定の変化をする画像を取得可能な撮像装置を得ることができる。

本発明の一実施形態であるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 像振れ補正装置をＺ軸に沿ってレンズ側から見た平面図である。 像振れ補正装置をＸ軸方向に矢視する側面図である。 可動ステージの可動領域と、可動ステージの動きを示したものである。 第２インターバル撮影モードにおけるインターバル撮影処理のフローチャートである。 第２インターバル撮影モードの設定メニューの一例である。 異なる３つの方向に被写界を移動しつつ、３つのインターバル撮影画像を並行して撮影するとき各方向のインターバル撮影画像の撮像タイミングとイメージセンサの上下方向位置を示すグラフである。 第３インターバル撮影モードの設定メニューの一例である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である撮像装置の構成を示すブロック図である。

本実施形態の撮像装置１０はデジタルカメラであり、カメラボディ２０と、このカメラボディ２０に着脱可能（レンズ交換可能）な撮影レンズ３０とを備える。撮影レンズ３０は、被写体側（図１中の左側）から像面側（図１中の右側）に向かって順に、撮影レンズ群（撮像光学系）３１と、絞り（撮像光学系）３２とを備える。なお、図１では、撮影レンズ群３１が単レンズからなるように描いているが、実際の撮影レンズ群３１は、例えば、固定レンズ、変倍時に移動する変倍レンズ、フォーカシング時に移動するフォーカシングレンズなどの複数枚のレンズからなる。

カメラボディ２０は、被写体側（図１中の左側）から像面側（図１中の右側）に向かって順に、シャッタ（撮像光学系）２１と、イメージセンサ（移動部材）２２とを備える。またカメラボディ２０は、撮影レンズ３０への装着状態で絞り３２とシャッタ２１を駆動制御する絞り／シャッタ駆動回路２３を備える。

撮影レンズ群３１から入射し、絞り３２とシャッタ２１の開口を通った被写体光束による被写体像が、イメージセンサ２２の受光面上に形成される。イメージセンサ２２の受光面上に形成された被写体像は、マトリックス状に配置された多数の画素によって、電気的な画素信号に変換され、画像データとしてＤＳＰ４０に出力される。ＤＳＰ４０は、イメージセンサ２２から入力した画像データに所定の画像処理を施して、これをＬＣＤ２４にスルー画撮影（ライブビュー撮影）として表示し、また画像メモリ２５に記憶する。

撮影レンズ３０は、撮影レンズ群３１の解像力（ＭＴＦ）情報や絞り３２の開口径（絞り値）情報などの各種情報を記憶したレンズメモリ３３を搭載している。撮影レンズ３０をカメラボディ２０に装着した状態では、レンズメモリ３３が記憶した各種情報がＤＳＰ４０に読み込まれる。

カメラボディ２０は、ＤＳＰ４０に接続される撮影操作スイッチ２６を備える。撮影操作スイッチ２６は、電源スイッチやレリーズスイッチなどの各種スイッチからなる。

また、カメラボディ２０は、ＤＳＰ４０に接続されるジャイロセンサ（振れ検出部）２８を備える。ジャイロセンサ２８は、カメラボディ２０に加わる移動角速度（Ｘ軸とＹ軸周り）を検出することで、該カメラボディ２０の光軸直交平面内の振れを示す振れ検出信号を検出する。

図１〜図３に示すように、イメージセンサ２２は、撮像光学系の光軸Ｚと直交するＸ軸方向とＹ軸方向（直交二方向）に移動可能に像振れ補正装置（駆動機構）５０に搭載される。なお、図２、図３は像振れ補正装置５０をＺ軸に沿ってレンズ側から見た平面図、及びＸ軸方向に矢視する側面図であり、同装置に搭載されるイメージセンサ２２や駆動機構、各センサの配置が示される。

像振れ補正装置５０は、カメラボディ２０のシャーシなどの構造物に固定される固定支持基板５１と、イメージセンサ２２が固定され、固定支持基板５１に対してスライド可能な可動ステージ５２と、固定支持基板５１の可動ステージ５２との対向面に固定された磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３と、固定支持基板５１に可動ステージ５２を挟んで各磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３と対向して固定され、各磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３との間に磁気回路を構成する磁性体からなるヨークＹ１、Ｙ２、Ｙ３と、可動ステージ５２に固定され、前記磁気回路の磁界内において電流を受けることにより駆動力を発生する駆動用コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３とを備える。イメージセンサ２２が搭載された可動ステージ５２は、駆動用コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に交流駆動信号（交流電圧）を流す（印加する）ことにより駆動され、光軸直交平面内において固定支持基板５１に対して相対移動する。駆動用コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に流す交流駆動信号は、ＤＳＰ４０による制御の下、イメージセンサ駆動回路（駆動信号生成部）６０によって生成される。

本実施形態では、磁石Ｍ１、ヨークＹ１及び駆動用コイルＣ１からなる磁気駆動手段と、磁石Ｍ２、ヨークＹ２及び駆動用コイルＣ２からなる磁気駆動手段（２組の磁気駆動手段）とがイメージセンサ２２の長手方向（水平方向、Ｘ軸方向）に所定間隔で配置され、磁石Ｍ３、ヨークＹ３及び駆動用コイルＣ３からなる磁気駆動手段（１組の磁気駆動手段）がイメージセンサ２２の長手方向と直交する短手方向（鉛直（垂直）方向、Ｙ軸方向）に配置される。

固定支持基板５１には、各駆動用コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３の近傍（中央空間部）に、磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の磁力を検出して可動ステージ５２（イメージセンサ２２）の光軸直交平面内の位置を示す位置検出信号を検出するホールセンサＨ１、Ｈ２、Ｈ３が配置される。ホールセンサＨ１、Ｈ２により可動ステージ５２（イメージセンサ２２）のＹ軸方向位置及び傾き（回転）が検出され、ホールセンサＨ３により可動ステージ５２（イメージセンサ２２）のＸ軸方向位置が検出される。

ＤＳＰ４０は、後述するイメージセンサ駆動回路６０を介して、ジャイロセンサ２８が検出したカメラボディ２０の光軸直交平面内の振れを示す振れ検出信号と、ホールセンサＨ１、Ｈ２、Ｈ３が検出したイメージセンサ２２の光軸直交平面内の位置を示す位置検出信号とに基づいて、像振れ補正装置５０によってイメージセンサ２２を光軸直交平面内で駆動する。これにより、イメージセンサ２２上への被写体像の結像位置を変位させて、手振れに起因する像振れを補正することができる。

図１、図２に示すように、デジタルカメラ１０は、駆動用コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に交流駆動信号を流すことで、像振れ補正装置５０を介してイメージセンサ２２を光軸直交平面内で駆動するイメージセンサ駆動回路（駆動信号生成部）６０を有している。このイメージセンサ駆動回路６０の動作全般はＤＳＰ４０によって制御される。

図４は、可動ステージ５２の可動領域ＭＡと、可動ステージ５２の動きを表したものである。可動ステージ５２は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、可動領域ＭＡ内において、（ａ）左右、（ｂ）上下動可能である。また可動ステージ５２は、図４（ｃ）に示すように、可動ステージ５２の２つ角が可動領域ＭＡの縁に当接するまでの範囲で回転可能である。したがって、可動ステージ５２に固定されたイメージセンサ２２は、これら可動ステージ５２と一体的に駆動され、撮像面内において並進、光軸周りに回転可能である。

上述したように、像振れ補正装置５０は、ジャイロセンサ２８で検出されたカメラボディ２０の運動から、手振れなどによる撮像面における被写体像の移動量を算出し、これを相殺するようにイメージセンサ２２（可動ステージ５２）を移動して像振れ補正を行う。本実施形態のデジタルカメラ１０では、像振れ補正装置５０を更にインターバル撮影に際して被写界を移動させる特殊効果の為にも用いる。

すなわち本実施形態では、一定の被写界に対して複数の画像を取得する通常のインターバル撮影を行う第１インターバル撮影モードの他に、インターバル撮影を行う際に、像振れ補正装置５０を流用駆動し、イメージセンサ２２（可動ステージ５２）を撮像光学系に対して移動することで、被写界の移動を伴う複数の画像を取得する第２インターバル撮影モードを備える。

第２インターバル撮影モードでは、例えば予めユーザが撮影間隔（インターバル）、移動方向、移動量、移動速度、移動加速度、移動経路等の各移動パラメータを設定しておき、インターバル撮影中（静止画連続撮影中）に像振れ補正装置５０を流用駆動してイメージセンサ２２を設定された移動パラメータに基づいて、設定された方向、移動量等で並進あるいは回転等をさせる。そして、得られた一連の画像を記録する。一連の画像を撮影順を伴い関連付けて保存しておけば、関連付け情報に基づいて画像群を連続的に再生することで動画として再生することができる。さらに撮影間隔より短い間隔で連続再生すれば（言いかえれば、撮影間隔がフレームレートより長ければ）、微速度動画として再生ができる。あるいは一連の画像群を１つ動画ファイルとして変換後に記録することもできる。

図５は、第２インターバル撮影モードにおけるインターバル撮影処理のフローチャートである。第２インターバル撮影モードが開始されると、ステップＳ１００において、例えば図６に示されるようなメニューに従って（ユーザインタフェースを用いて）、記録サイズ、撮影間隔、撮影所要時間、像の移動方向、像の移動量、撮影開始トリガーなどが設定される。メニューはＬＣＤ２４に単独あるいは被写体像と重畳して表示することが可能である。また、デジタルカメラ１０に有線あるいは無線で接続した外部機器の表示画面（不図示）に表示すれば、該外部機器でデジタルカメラ１０の設定をすることが可能である。

図６（ａ）は、第２インターバル撮影モードの各パラメータを設定する設定メニューのメインメニューである。ここで「記録サイズ」は、例えば画像（動画）の解像度であり、図示例では「ＨＤ」が指定されている。なお、同項目を選択すれば、その他の解像度の画素数も選択可能である。「撮影間隔」は、インターバル撮影における撮影時間間隔のことであり、図示例では２秒毎に撮影（画像が取得）される。「撮影所要時間」は、１つのインターバル撮影を行う時間（連続撮影の継続時間）であり、図示例では３分間画像取得が継続される。「方向」は、インターバル撮影中の被写界の移動方向である。可動ステージ５２の移動方向ではなく、ＬＣＤ２４に表示中の被写界の移動方向を設定させる方が直感的で使いやすい。移動方向は、図６（ｂ）に示されるように、例えば６通りの方向（「左から右」、「右から左」、「上から下」、「下から上」、「右回り」、「左回り」）から選択される。「移動量」は、被写界（イメージセンサ２２）の１回の画像取得毎の並進または回転移動量であり、例えば図６（ｃ）のように、「大」、「中」、「小」の３通りから選択される。また、「開始トリガー」は、インターバル撮影を開始するタイミングを指示するもので、図示例では「即時」（レリーズスイッチＯＮ直後）開始するように設定されているが、所定時間後（レリーズスイッチＯＮ後、所定時間経過後）に開始するように設定することもできる。

ステップＳ１０２の計算ブロックでは、ステップＳ１００のメニューで設定した値を使って撮影ごとの可動ステージ５２の移動量を、例えば可動ステージ５２（イメージセンサ２２）の各方向への可動幅に基づいて計算する。例えば、移動量の設定が「大」で、設定が「右→左」または「左→右」の場合、
（撮影ごとの移動量）＝（水平方向の可動幅）／（総撮影枚数−１）
として計算される。また設定が「上→下」または「下→上」の場合、
（撮影ごとの移動量）＝（垂直方向の可動幅）／（総撮影枚数−１）
として計算される。そして右回りまたは左回りの場合は、
（撮影ごとの移動量）＝（回転方向の可動幅）／（総撮影枚数−１）
として計算される。ただし、ここで総撮影枚数は、
（総撮影枚数）＝（撮影所要時間）／（撮影間隔）＋１
として計算される。なお、算出された移動量が大きすぎる場合は値を所定の上限値でクリップする。ステップＳ１０２は、デジタルカメラ１０で行っても良いが、デジタルカメラ１０に有線あるいは無線で接続した外部機器で行った後、計算結果をデジタルカメラ１０に転送しても良い。

ステップＳ１０２において、移動量が算出されると、ステップＳ１０４のステージ移動ブロックにおいて、設定された移動方向における初期位置に可動ステージ５２を移動する。なお、カメラがライブビュー設定になっている場合は、可動ステージ５２が動いた後に、ライブビュー表示し、可動ステージ５２（イメージセンサ２２）を初期位置に動かす。これにより準備動作をユーザに見せない効果がある。また、ここでライブビュー表示することで可動ステージ５２が初期位置に移動したことで変化した構図微調整をユーザに促すことができる。

ステップＳ１０６では、レリーズスイッチ（シャッターボタン）ＲＳが押下されるまで待機し、レリーズスイッチＲＳが押下されると、開始トリガーの設定に基づいてインターバル撮影を開始する。すなわち設定した撮影間隔での連続撮影が開始される。ステップＳ１０８では、撮影終了条件、すなわち設定した撮影所要時間に達したか否かが判定され、達していなければ、ステップＳ１１０、ステップＳ１１２において、画像（静止画）撮影と可動ステージ５２（イメージセンサ２２）移動が実行され、ステップＳ１０８において撮影終了と判定されるまで同処理が繰り返される。ステップＳ１０８において、撮影所要時間に達したと判定されると、本処理は終了し、撮影された複数の画像は一連の動画として結合され１ファイルとして保存される。

また、本実施形態のインターバル撮影モードは、更に第３インターバル撮影モード（多態様インターバル撮影モード）を備える。本実施形態の第３インターバル撮影モードでは、複数種類の移動パラメータが設定でき、１度のインターバル撮影動作において各移動パラメータに基づいたインターバル撮影画像を並行して取得する。例えば複数の方向に向けて被写界を移動して、インターバル撮影を行う動作を並行して行い、複数の軌跡に沿ったインターバル撮影画像を１度のインターバル撮影操作で取得する。

図７は、異なる３つの方向（軌跡）に被写界を移動しつつ、３つのインターバル撮影画像を並行して撮影するとき各方向のインターバル撮影の撮像（画像取得）タイミングとイメージセンサ２２の（例えば中心の）上下方向位置を示すグラフである。図７において、横軸は時間（右が正）、縦軸はイメージセンサ２２の上下方向位置である。

図７の例において、方向１は被写界を移動せず、イメージセンサ２２を中央に保持し静止した状態のインターバル撮影画像を撮影する場合に対応し、方向２は被写界を上から下へ、すなわちイメージセンサ２２を下から上へ向けて移動しながらインターバル撮影画像を撮影する場合に対応する。そして方向３は、被写界を下から上へ、すなわちイメージセンサ２２を上から下へ向けて移動しながらインターバル撮影画像を撮影する場合である。

図示例では、各方向（方向１、方向２、方向３）において撮影間隔は等しく、撮影は、方向１の１枚目の撮影、方向２の１枚目の撮影、方向３の１枚目の撮影、方向１の２枚目の撮影、方向２の２枚目の撮影、方向３の２枚目の撮影と、イメージセンサ２２を各方向に対する位置に順次移動しながら、この順でインターバル撮影を繰り返す。なお、撮影終了後には、各方向に対して、それぞれ１つの動画ファイル、合計３つの動画ファイルが生成され記録される。なお、以上で説明したような「方向１、方向２、方向３、方向１、方向２、方向３・・・」の均等な撮影順（撮影枚数）に限らず、各方向に設定されたインターバル間隔に応じて、例えば「方向１、方向２、方向１、方向２、方向３、方向１、方向２、方向１、方向２、方向３・・・」のような不均等な撮影順（撮影枚枚数）で撮影されることもあり得る。要は、各方向の撮影（画像取得）のタイミングがかちあわないように、各撮影タイミングを最適化すれば良い。最適化は自動で処理することができる。

第３インターバル撮影モードにおける設定メニューの例を図８に示す。第３インターバル撮影モードの設定メニューでは、方向１、方向２、方向３の３つの方向指定と、各方向における移動量の設定ができる。図８（ａ）は、第３インターバル撮影モードの設定メニューのメインメニューであり、図６（ａ）の項目に加え、方向２、方向３の設定と、各方向への移動における移動量の設定が追加されている。図８（ｂ）は、方向１の項目を選択したときに、表示されるサブメニュー画面の一例であり、図６（ｂ）に示された項目に加え、本実施形態では「静止」の選択肢が付加されている。なお、その他の構成は、第２インターバル撮影モードのときと同様である。

以上のように、本実施形態によれば、回転雲台やスライダーなどの機材を用いて、カメラボディの回転（パン）や移動を行うことなく、振れ補正装置を駆動して被写界を移動させることができるので、回転雲台やスライダーなどの機材を用意することなく、またそれらを操作することなく、被写界移動をともなうインターバル撮影を行うことができる。また、本実施形態では、複数の移動パラメータに対してインターバル撮影を交互に行うことで（画像取得タイミングが重複しないように互いに追いかけるようにインターバル撮影を行うことで）、異なる複数種類のインターバル撮影画像を並行して撮影することができる。例えば、花の開花や昆虫の羽化等、一度の撮影機会しかない被写体に対して、１台のデジタルカメラで複数種類のインターバル撮影画像が並行で取得できる。

なお、本実施形態では、イメージセンサ駆動式の像振れ補正機構を用いたが、像回転ができない点を妥協できるのであれば、レンズ駆動式（偏心式）の像振れ補正装置に本実施形態を適用することができる。本実施形態では、被写界（イメージセンサ）の移動方向を指定する形で被写界の移動経路を指定し、イメージセンサの移動速度は等速あるいは等角速度となったが、移動経路の指定方法は任意であり、途中停止し再度移動する場合や、曲線経路に沿って移動する場や、並進移動と回転移動を組み合わせた移動であってもよい。また、被写界移動時のフレーミングをプレビューで確認する機能（つまり移動の始点による撮影画像と、終点による撮影画像を交互に表示する機能）を備えてもよい。

１０ デジタルカメラ
２０ カメラボディ
２２ イメージセンサ
２４ ＬＣＤ
２６ 撮影操作スイッチ
３０ 撮影レンズ
４０ ＤＳＰ
５０ 像振れ補正装置
Ｈ１〜Ｈ３ ホールセンサ

Claims (9)

1. 撮像光学系と、この撮像光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子とを有する撮像装置であって、
   前記撮像光学系の一部をなす光学系または前記撮像素子を変位部材とし、この変位部材を前記撮像光学系の光軸と直交する平面内または該平面方向に、所定の変位態様で変位させつつ複数の画像を撮像し、
   複数種類の前記変位態様に基づいて、複数種類の前記複数の画像を、並行して撮像する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 撮像光学系と、この撮像光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子とを有する撮像装置であって、
   前記撮像光学系の一部をなす光学系または前記撮像素子を変位部材とし、この変位部材を前記撮像光学系の光軸と直交する平面内または該平面方向に、所定の変位態様で変位させるごとに前記撮像素子から画像を読み出して、複数の画像を撮像し、
   複数種類の前記変位態様に基づいて、複数種類の前記複数の画像を、並行して撮像する
   ことを特徴とする撮像装置。
3. 前記複数種類の変位態様に基づいた各撮像は、異なるタイミングで実行されることを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
4. 前記複数の画像を、変位態様ごとに１ファイルの動画として保存、または一連の動画として出力することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の撮像装置。
5. 前記変位態様を設定する設定手段を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の撮像装置。
6. 前記変位態様は、ユーザインタフェースを通して設定された値に基づいて決定することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の撮像装置。
7. 前記変位部材の可変幅に関する情報を保持し、少なくともその値を使って撮像ごとの前記変位部材の変位量を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
8. 前記変位部材の変位が、等速または等角速度であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
9. 像振れ補正装置を備え、前記変位部材の前記変位が前記像振れ補正装置を用いて行われることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の撮像装置。
   

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