(57)【要約】【課題】小さな表示画面上においても、超近景から遠景までのフォーカス調整が容易であり、且つ小型で低コストな固体撮像装置及び撮像方法。【解決手段】撮像光学系を構成するレンズを介して撮像した画像を表示する表示部２３と、手動で焦点の合致する位置に前からレンズを動かすことができる焦点調節部と、前記焦点調節部の機械的な位置変位量を、電気信号値に変換するポテンショメータ２１と、前記電気信号値に対応する焦点距離を算出し、表示部２３に表示するよう制御する制御部２２を有する固定撮像装置２である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系を構成するレンズを介して撮像した画像を表示する表示部と、
手動で焦点の合致する位置に前からレンズを動かすことができる焦点調節部と、
前記焦点調節部の機械的な位置変位量を、電気信号値に変換するポテンショメータと、
前記電気信号値に対応する焦点距離を算出し、前記表示部に表示するよう制御する制御部を有する、固定撮像装置。
【請求項２】
前記焦点調節部と前記ポテンショメータは、機械的に接続し、連動している、請求項１に記載の固定撮像装置。
【請求項３】
前記ポテンショメータは、機械的な位置変位量を電気信号値に変換する可変抵抗器である、請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記表示部は、撮像光学系を構成するレンズを介して撮像した前記画像と、その画像を見ながら動かした焦点調節部の位置変位量を変換した電気信号値に対応する前記焦点距離が、同時に表示される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固定撮像装置。
【請求項５】
前記制御部は、超至近距離と無限遠距離に対応する電気信号値と、それらに相当する焦点距離値を、予め登録している、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固定撮像装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記表示部に表示されている画像のコントラストを周波数解析し、適正な焦点調整が得られているか表示するよう制御する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
撮像光学系を構成するレンズを介して撮像した画像を表示し、
手動で動かしたレンズの位置を電気信号値に変換し、
前記電気信号値に対応する焦点距離を算出して表示し、撮像指示に応じて撮像処理を実行する、撮像方法。
【請求項８】
前記表示部に表示されている画像のコントラストを周波数解析し、適正な焦点調整が得られているか表示する、請求項７に記載の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手動でフォーカスする機構を有する固体撮像装置に関するものであり、特に、小さな画面表示上においてもフォーカス調整動作を可能とする固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、小型携帯端末機等に搭載されている固体撮像装置には、フォーカス調整機構を持たない固定焦点式のレンズ機構が備えられている。この方式は、レンズを移動させることなく近景から遠景にいたるまでピントを合わせることができるものである。ところが、近年、被写体までの距離が５〜１０ｃｍ以下といった超至近距離でのマクロ撮影を可能としつつ、無限遠物体の撮影も可能であることが要求されている。
【０００３】
一方、オートフォーカス機構を備えた固体撮像装置であれば、超至近距離から無限遠距離に至るまでより良好な画像が得られる。しかし、オートフォーカス機構は複雑であり、部品コストや製造コストが高く、これらの機構を備えた固体撮像装置は大型で高価なものとなった。更に、オートフォーカス機構は、シャッター釦を押してから約１秒後に映像が取り込まれることから、シャッターチャンスを逃すことが多かった。
【０００４】
近年、比較的画素数の多い１〜２メガクラスの表示領域を持つ固体撮像装置は、二焦点式機構が多く採用されており、一例が特許文献１に開示されている。これは、手動によって超至近距離であるマクロ距離と無限遠距離の焦点位置を切り換えることにより、超近景、又は遠景での撮影が可能となるものである。
【特許文献１】特開２００５−１９５６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この機構は、超至近距離と無限遠距離の中間領域に被写体が存在する場合、充分なフォーカスが得られなかった。更に、小型携帯端末機のような小型表示画面上では、多少ぼけていても表示画像としてはピントが合っているように見えるため、細かなフォーカス状況が把握できなかった。
【０００６】
以上のことから、本発明は、小さな表示画面上においても、超近景から遠景までのフォーカス調整が容易であり、且つ小型で低コストな固体撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、撮像光学系を構成するレンズを介して撮像した画像を表示する表示部と、手動で焦点の合致する位置に前からレンズを動かすことができる焦点調節部と、前記焦点調節部の機械的な位置変位量を、電気信号値に変換するポテンショメータと、前記電気信号値に対応する焦点距離を算出し、前記表示部に表示するよう制御する制御部を有する固定撮像装置である。
【０００８】
また、その撮像方法は、撮像光学系を構成するレンズを介して撮像した画像を表示し、手動で動かしたレンズの位置を電気信号値に変換し、前記電気信号値に対応する焦点距離を算出して表示し、撮像指示に応じて撮像処理を実行するものである。
【０００９】
このように、被写体の距離情報を画面上に表示することにより、小さくて視認し難い表示画面上において、焦点が合致しているか判り、焦点調整操作を的確に行うことができる。また、手動で切り換えるため、複雑な機構が必要なく、小型で低コストな機構を実現するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、小さな表示画面上においても、超近景から遠景までのフォーカス調整が容易であり、且つ小型で低コストな固体撮像装置及び撮像方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態を説明する。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。また、説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。
【００１２】
発明の実施の形態１．
始めに、図１から図３を用いて、本実施形態に係る固体撮像装置について説明する。図１は、本実施形態に係る撮像機構１の斜視構成を表す斜視図である。本実施形態は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）等の固体撮像素子を用いた携帯用モジュールカメラや小型携帯端末機に搭載されて使用されるものを対象とする。
【００１３】
図２は、図１に示した撮像機構１の断面構成を表す断面図である。図２に示すように、この撮像機構１は、例えば、第１及び第２のレンズＧ１、Ｇ２からなるレンズ群Ｇ１２を備えており、光軸Ｚ１に沿って移動可能である。また、レンズ群Ｇ１２は、レンズ枠１１によって固定的に保持され、レンズユニット１３を形成する。更に、レンズユニット１３は、保持部材１４によって保持され、レンズ枠１１と保持部材１４の間には、ピント調整枠１２を備えている。
【００１４】
保持部材１４は、ＣＭＯＳ等の撮像素子１８の封止材と兼ねた構成としている。撮像素子１８の撮像面は、第１及び第２レンズ群Ｇ１２からなるレンズ群Ｇ１２の結像面と一致する。レンズ群Ｇ１２と撮像素子１８との間には、撮像素子１８の撮像面を保護するためのカバーガラス１７が設けられている。
【００１５】
撮像素子１８は、配線基板１９に実装されている。配線基板１９は、撮像素子１８の電気信号を本体制御部に伝えると共に、保持部材１４等撮像機構１を固定している。なお、レンズ群Ｇ１２と撮像素子１８との間には、カバーガラス１７の他、赤外線カットフィルタや、ローパスフィルタ等の他の光学部材が配置されていてもよい。
【００１６】
図３は、本実施形態に係る固体撮像装置２のブロック図を示したものである。固体撮像装置２は、例えば撮像機構１、制御部２２、表示部２３、電源２４、メモリ２５、及び操作部２６を有している。そして、小型携帯端末機等に搭載される場合には、通信機能等他の機能２７が制御部２２と接続する構成となっている。
【００１７】
ここで、撮像機構１においてレンズユニット１３によって結像した光信号は、ＣＣＤ等の撮像素子１８において電気信号に変換される。変換された電気信号は、制御部２２にて信号処理され、画像として表示部２３にて表示される。
【００１８】
更に、撮像機構１について説明する。図２に示した第１レンズＧ１は、例えば、物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなしている。また、第２レンズＧ２は、例えば、像側に凸面を向けたメニスカス形状をなしている。このようなレンズ形状やレンズの個数は、収差補正や焦点距離の調整のために組み合わされるが、撮像対象や撮像機構１を搭載する装置によって変更が可能である。
【００１９】
ピント調整枠１２は、光軸Ｚ１を中心とした周回方向に沿って、環状をなし、ピント調整枠１２に設けられたピント調整レバー１２ｌを操作することにより、回転動作が可能となる。図４は、ピント調整枠１２の周回方向に沿った展開図である。光軸Ｚ１に沿った仮想線である左右のＸ−Ｘ切断線が実際には一致しており、円筒状となっている。
【００２０】
ピント調整枠１２は、レンズ枠１１と対向する対向面１２ａと、保持部材１４と対向する対向面１２ｂを有する。対向面１２ａは、ピント調整枠１２の円周方向に、例えば３等分する箇所に、カム面１２ａ１、１２ａ２、１２ａ３を設けている。そして、カム面１２ａ１〜１２ａ３の両端に、光軸Ｚ１と同方向に形成された突き当て面１２ｂ１、１２ｂ２、１２ｂ３、及び１２ｃ１、１２ｃ２、１２ｃ３を有している。
【００２１】
レンズ枠１１は、引っ張りばね１５によって光軸Ｚ１に沿ってピント調整枠１２へ向かうように付勢されている（図２参照）。例えば、レンズ枠１１は、一対の係止部１１ｋ１、１１ｋ２（不図示）を有し、保持部材１４は、これと対応する係止部１４ｋ１、１４ｋ２（不図示）を設けている。そして、各係止部に引っ張りばね１５の一端ずつを固定し、常に互いに引き合うように構成されている。
【００２２】
また、レンズ枠１１は、押しばね１６によってピント調整枠１２から離れるように付勢されている（図２参照）。例えば、レンズ枠１１とほぼ同等の径を有するリング状の押しばね１６がレンズ枠１１と保持部材１４との間に配置され、押しばね１６の斥力によってレンズ枠１１がピント調整枠１２から常に離れるように付勢されている。
【００２３】
レンズ枠１１は、円周方向に、例えば３等分した３箇所に突起部１１ｔ１、１１ｔ２、１１ｔ３を有している。突起部１１ｔ１〜１１ｔ３は、ピント調整枠１２におけるカム面１２ａ１〜１２ａ３と当接する（図４参照）。そして、ピント調整枠１２の周回方向に沿った回転動作により、レンズ枠１１が、カム面１２ａ１〜１２ａ３の形状に合わせてピント調整枠１２（保持部材１４）に対して前後方向に移動するようになっている。即ち、ピント調整枠１２の回転動作により、レンズユニット１３が、保持部材１４に対して前後方向に移動する。
【００２４】
図５は、本実施形態に係る撮像機構１の前面、上面、側面の構成を表す平面図である。ここで、ピント調整レバー１２ｌがマクロ撮影位置ＭＰへ回転すると、カム面１２ａ１〜１２ａ３に当接しているレンズ枠１１の突起部１１ｔ１〜１１ｔ３が、突き当て面１２ｃ１〜１２ｃ３に突き当たるように設定されている（図４参照）。そして、レンズユニット１３の位置は、光軸Ｚ１に沿って物体側へ移動し、マクロ撮影位置ＭＰに配置するように設定されている。
【００２５】
また、ピント調整レバー１２ｌが図５に示す無限遠撮影位置ＩＰへ回転すると、カム面１２ａ１〜１２ａ３に当接しているレンズ枠１１の突起部１１ｔ１〜１１ｔ３が、突き当て面１２ｂ１〜１２ｂ３に突き当たるように設定されている（図４参照）。そしてレンズユニット１３の位置が、光軸に沿って像側へ移動し、無限遠撮影位置ＩＰに配置するように設定されている。
【００２６】
以上の操作のように、ピント調整レバー１２ｌの位置をマクロ撮影位置ＭＰ、及び無限遠撮影位置ＩＰに回転させて調整することによって、レンズユニット１３位置が光軸に沿って物体側、あるいは像側へ移動する。その結果、撮像光学系のバックフォーカスが変化し、超至近距離、及び無限遠距離に対応した焦点合わせを行うことが可能となる。
【００２７】
ここで、カム面１２ａ１〜１２ａ３は、傾斜を有している（図４参照）。従って、レンズユニット１３は、光軸に沿って撮像素子１８（保持部材１４）の間隔を可変としながら物体側あるいは像側へ連続的に移動することが可能である。その結果、ピント調整レバー１２ｌの位置が、マクロ撮影位置ＭＰと無限遠撮影位置ＩＰの間にある場合、マクロ撮影位置ＭＰと無限遠撮影位置ＩＰとの中間位置における焦点を合わせることができる。
【００２８】
一方、図５に示すように、ピント調整レバー１２ｌには、接続穴１２ｈが設けられ、接続穴１２ｈに挿入したロッド２０を介してポテンショメータ２１と連結されている。ロッド２０は、ピント調整レバー１２ｌがマクロ撮影位置ＭＰから無限遠撮影位置ＩＰを移動することにより、水平方向に移動するように連結されている。
【００２９】
ポテンショメータ２１は、機械的位置に比例した電気信号（電圧値）を得る変位センサである。本実施形態におけるポテンショメータ２１の好適例として、例えば可変抵抗器等を使用することができる。
【００３０】
図６に、ポテンショメータ２１に可変抵抗器を使用した場合の可変抵抗器の回路図を示す。可変抵抗器は、抵抗体２８とワイパ２９と呼ばれる可変電極を基本構成として、抵抗体２８とワイパ２９の相対的な機械的変位量を、電圧値に精度良く変換するものである。実際には、抵抗体２８の両端に電圧Ｅを加えておき、ワイパ２９をある変位量ｒとした時の抵抗体の片側端子とワイパ間の電圧値Ｅoutを測定する。電圧値Ｅoutは、変位量ｒに比例した値を示すこととなる。
【００３１】
ここで、ポテンショメータ２１と連結しているロッド２０端部は、可変抵抗器のワイパ２９に連結している。従って、ピント調整レバー１２ｌの機械的変位量は、ポテンショメータ２１によって電気信号（電圧値）に変換され、配線基板１９を介して制御部２２へ伝達する。
【００３２】
ピント調整レバー１２ｌの位置は、撮像光学系であるレンズユニット１３の位置を示すものであり、焦点距離に相当する。つまり、制御部２２では、ピント調整レバー１２ｌの位置によって、焦点距離を認識し、表示部２３に撮像されている画像の被写体距離を導き出すことができる。以下に、ピント調整レバー１２ｌの位置から焦点距離の算出方法を詳説する。
【００３３】
制御部２２には、ピント調整レバー１２ｌがマクロ撮影位置ＭＰと無限遠撮影位置ＩＰにある場合の位置情報及びそれに相当する焦点距離と、それに対応するポテンショメータ２１の電圧値のテーブルが予め登録されている。これらの情報によって、制御部２２は、ピント調整レバー１２ｌがマクロ撮影位置ＭＰと無限遠撮影位置ＩＰとの中間位置ＳＰにある場合の電圧値ＳＶから、焦点距離ＳＦを算出する。
【００３４】
具体的には、例えば、ピント調整レバー１２ｌがマクロ撮影位置ＭＰにある場合の焦点距離をＭＦとし、それに対応する電圧値をＭＶとする。また、ピント調整レバーが無限遠撮影位置ＩＰにある場合の焦点距離をＩＦとし、それに対応する電圧値をＩＶとする。
【００３５】
前述したように、可変抵抗器に入力された変位量と電圧値は、比例関係を示す。従って、数１を用いて、マクロ撮影位置ＭＰと無限遠撮影位置ＩＰの間にある機械的位置ＳＰを検出し、電圧値ＳＶに変換することにより、対応する焦点距離ＳＦを導くことができる。その後、制御部２２では、算出された焦点距離ＳＦを被写体距離に換算する。即ち、制御部２２では、ピント調整レバー１２ｌの位置に応じて、表示部２３に撮像されている画像の被写体距離を算出することができる。
【００３６】
ＳＰ：（｜ＭＰ−ＩＰ｜）＝ＳＶ：（｜ＭＶ−ＩＶ｜）
＝ＳＦ：（｜ＭＦ−ＩＦ｜）      （数１）
【００３７】
更に、制御部２２は、表示画面に表示されている画像のコントラストから、周波数解析を行い、画像の焦点調整が適切であるか確認するコントラスト解析が行われる。これは、高速フーリエ変換等を用いて、撮像画像から周波数成分を取り出し、焦点が合致している場合の基準値と比較し、予め定められた焦点調整が適切とされる所定範囲内に入っているかどうかを確認するものである。
【００３８】
ここで、固体撮像装置の表示画面には、ピント調整レバー１２ｌの位置から換算された被写体距離と、コントラスト解析の結果が表示される。図７は、本実施形態に係る固体撮像装置の画面表示例である。画面上では、撮像している被写体と共に、被写体距離（被写体への焦点距離）及びコントラスト結果（周波数解析の結果）が表示される。ここでは、コントラスト結果において、焦点位置調整が適切とされる範囲内にある場合は、例えば「ＯＫ」と表示し、それ以外の場合には「ＮＧ」と表示されるようにしている。また、被写体距離についても距離を４区分にし、現在の被写体距離が含まれる範囲を表示するようにしている。なお、被写体距離は、範囲で表すのではなく、数値で表してもよい。
【００３９】
次に、本実施形態に係る、超至近距離と無限遠距離の中間領域に被写体が存在する場合の撮影動作について、図８を参照して説明する。まず始めに、目標となる被写体を決定し、被写体距離を目測する（Ｆ１２）。次に、固体撮像装置２の表示部２３に示される被写体距離を見ながら、手動でピント調整レバー１２ｌを回転させて目測した被写体距離を含む範囲を選択する（Ｆ１３）。この時、ピント調整レバー１２ｌの機械的変位量が、ロッド２０を介してポテンショメータの電圧値に変換され、制御部２２へ伝達される。制御部２２では得られた電圧値から、焦点距離を算出する（Ｆ１４）。
【００４０】
次に、制御部２２は、表示画面に表示されている画像のコントラストから、周波数解析を行い（Ｆ１５）、画像の焦点調整が適切であるか確認する。
【００４１】
コントラスト解析の結果、コントラストから得られた周波数成分が基準値を超えない場合は、焦点調整は良好と判断し、表示画面に「ＯＫ」と表示される。コントラストから得られた周波数成分が基準値以下となった場合、制御部２２は焦点調整不良と判断し、表示画面に「ＮＧ」と表示する（Ｆ１６）。
【００４２】
ユーザは、コントラスト解析の結果を確認し（Ｆ１７）、「ＮＧ」の場合、表示画面に表示された被写体距離と目視による被写体との距離を比較し（Ｆ１８）、Ｆ１３にて、再度ピント調整レバー１２ｌを手動調整する。コントラスト解析の結果が「ＯＫ」の場合、撮影が行われる（Ｆ１９）。
【００４３】
以上のように、ピント調整レバー１２ｌによって手動調整した最適被写体距離情報を画面上に表示することにより、小さくて視認し難い表示画面上において、焦点が合致しているかどうかの助けとなり、焦点調整操作を的確に行うことができる。
【００４４】
また、表示されている画像のコントラストを解析することで、適切に焦点調整が得られているか確認することができる。従って、ユーザは自身の目視距離感覚にのみ頼ることなく、更にピントボケのない画像を得ることが可能となる。
【００４５】
このような構成により、本実施形態は、被写体が超至近距離から無限遠距離の中間領域にある場合でも、小さな表示画面上で、簡単に焦点を調整することができる。更に、手動で焦点調整するため、オートフォーカス機構のように、複雑で高価な構造とならず、小型で低コスト構造を実現することができる。なお、オートフォーカスによるタイムロスなしに画像を取り込むこともできるため、シャッターチャンスを逃がすことなく撮影可能である。
【００４６】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記の実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することができる。
【００４７】
例えば、ピント調整枠の機械的変位量を電気信号に変換する構成については、レバー形状やポテンショメータを用いる必要はない。焦点距離を電気信号に変換できる装置ならば、ピント調整枠をダイアル形状とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態に係る撮像機構の斜視構成を表す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る撮像機構の断面構成を表す断面図である。
【図３】本実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。
【図４】本実施形態に係るピント調整枠の周回方向に沿った展開図である。
【図５】本実施形態に係る撮像機構の前面、上面、側面の構成を表す平面図である。
【図６】可変抵抗器の回路図を示す。
【図７】本実施形態に係る画面表示例を示した図である。
【図８】本実施形態に係る撮像動作を示したフロー図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  撮像機構、  ２  固体撮像装置、
Ｇ１  第１のレンズ、  Ｇ２  第２のレンズ、
Ｇ１２  第１のレンズ群、
１１  レンズ枠、
１１ｋ１、１１ｋ２  レンズ枠の係止部、
１１ｔ１、１１ｔ２、１１ｔ３  レンズ枠の突起、
１２  ピント調整枠、
１２ａ、１２ｂ  対向面
１２ｌ  ピント調整レバー、１２ｈ  接続穴、
１２ａ１、１２ａ２、１２ａ３  レンズ枠側カム面、
１２ｂ１、１２ｂ２、１２ｂ３  レンズ枠側突き当て面、
１２ｃ１、１２ｃ１、１２ｃ１  レンズ枠側突き当て面、
１３  レンズユニット、
１４  保持部材、  １４ａ  円筒部分
１４ｋ１、１４ｋ２  保持部材の係止部１、２、
１５ａ、１５ｂ  引っ張りばね、  １６  押しばね、
１７  カバーガラス、  １８  撮像素子、  １９  配線基板、
２０  ロッド、  ２１  ポテンショメータ、
２２  制御部、  ２３  表示部、
２４  電源、  ２５  メモリ、  ２６  操作部、  ２７  その他の機能、
２８  抵抗素子、  ２９  ワイパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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