(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像の光電変換を行い画像データとして蓄積する固体撮像素子と、
被写体像を前記固体撮像素子に結像させる結像光学系と、
前記被写体像の結像位置を変化させて手振れを補正しながら画素ずらしを行う防振手段と、
手振れ防止のための第１の動作と画素ずらしのための第２の動作とを前記防振手段に行わせるための制御手段とを有する撮像装置において、
前記結像光学系の焦点距離から算出された手振れ限界シャッタースピードと、前記結像光学系の焦点距離と被写体の明るさと選択された画素ずらしの回数とから算出された撮影終了時間とを比較して、
手振れ限界シャッタースピードが撮影終了時間よりも短い場合、撮影可能な画素ずらし回数を決定するための関連手段を設け、
前記防振手段は、前記選択された画素ずらしの回数を前記関連手段が決定した回数に変更して画素ずらし処理を行う
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記関連手段は、前記結像光学系の焦点距離から算出された手振れ限界シャッタースピードと、前記結像光学系の焦点距離と被写体の明るさと選択された画素ずらしの回数とから算出された撮影終了時間とを比較して、
手振れ限界シャッタースピードが撮影終了時間よりも短い場合、撮影可能な焦点距離を算出することができ、
前記関連手段が、前記選択された画素ずらしの回数を優先して前記撮影可能な焦点距離を算出し、前記防振手段が、選択された画素ずらしの回数画素ずらし処理を行い、前記関連手段が算出した焦点距離に前記結像光学系を変更する第１のモードと、
前記関連手段が、前記焦点距離を優先して前記撮影可能な画素ずらし回数を決定し、前記防振手段が、前記選択された画素ずらしの回数を前記関連手段が決定した回数に変更して画素ずらし処理を行う第２のモードとのいずれかを選択する選択手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
被写体像の光電変換を行い画像データとして蓄積する固体撮像素子と、
被写体像を前記固体撮像素子に結像させる結像光学系と、
前記被写体像の結像位置を変化させて手振れを補正しながら画素ずらしを行う防振手段と、
手振れ防止のための第１の動作と画素ずらしのための第２の動作とを前記防振手段に行わせるための制御手段とを有する撮像装置において、
前記結像光学系の焦点距離から算出された手振れ限界シャッタースピードと、前記結像光学系の焦点距離と被写体の明るさと選択された画素ずらしの回数とから算出された撮影終了時間とを比較して、
手振れ限界シャッタースピードが撮影終了時間よりも短い場合、撮影可能な焦点距離を算出するための関連手段を設け、
前記防振手段は、選択された画素ずらしの回数画素ずらし処理を行い、
前記関連手段が算出した焦点距離に前記結像光学系を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記関連手段は、前記結像光学系の焦点距離から算出された手振れ限界シャッタースピードと、前記結像光学系の焦点距離と被写体の明るさと選択された画素ずらしの回数とから算出された撮影終了時間とを比較して、
手振れ限界シャッタースピードが撮影終了時間よりも短い場合、撮影可能な画素ずらしの回数を決定することができ、
前記関連手段が、前記選択された画素ずらしの回数を優先して前記撮影可能な焦点距離を算出し、前記防振手段が、選択された画素ずらしの回数画素ずらし処理を行い、前記関連手段が算出した焦点距離に前記結像光学系を変更する第１のモードと、
前記関連手段が、前記焦点距離を優先して前記撮影可能な画素ずらし回数を決定し、前記防振手段が、前記選択された画素ずらしの回数を前記関連手段が決定した回数に変更して画素ずらし処理を行う第２のモードとのいずれかを選択する選択手段を設けたことを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
被写体像の光電変換を行い画像データとして蓄積する固体撮像素子と、被写体像を前記固体撮像素子に結像させる結像光学系と、前記被写体像の結像位置を変化させて手振れを補正しながら画素ずらしを行う防振手段と、手振れ防止のための第１の動作と画素ずらしのための第２の動作とを前記防振手段に行わせるための制御手段とを有する撮像装置を用い、
前記結像光学系の焦点距離から算出された手振れ限界シャッタースピードと、前記結像光学系の焦点距離と被写体の明るさと選択された画素ずらしの回数とから算出された撮影終了時間とを比較して、
手振れ限界シャッタースピードが撮影終了時間よりも短い場合、撮影可能な画素ずらし回数を決定するための関連付け処理を行い、
前記選択された画素ずらしの回数を前記関連付け処理で決定した回数に変更して画素ずらし処理を実行する
ことを特徴とする撮像方法。
【請求項６】
前記撮像装置は、第１モードと第２モードのいずれかを選択する選択手段を備えており、
前記関連付け処理は、前記結像光学系の焦点距離から算出された手振れ限界シャッタースピードと、前記結像光学系の焦点距離と被写体の明るさと選択された画素ずらしの回数とから算出された撮影終了時間とを比較して、
手振れ限界シャッタースピードが撮影終了時間よりも短い場合、撮影可能な焦点距離を算出することができ、
前記選択手段によって、
前記関連付け処理で、前記選択された画素ずらしの回数を優先して前記撮影可能な焦点距離を算出し、選択された画素ずらしの回数画素ずらし処理を行い、算出した焦点距離に前記結像光学系を変更する第１のモードと、
前記関連付け処理で、前記焦点距離を優先して前記撮影可能な画素ずらし回数を決定し、前記選択された画素ずらしの回数を前記決定した回数に変更して画素ずらし処理を行う第２のモードとのいずれかを選択することを特徴とする請求項５記載の撮像方法。
【請求項７】
被写体像の光電変換を行い画像データとして蓄積する固体撮像素子と、被写体像を前記固体撮像素子に結像させる結像光学系と、前記被写体像の結像位置を変化させて手振れを補正しながら画素ずらしを行う防振手段と、手振れ防止のための第１の動作と画素ずらしのための第２の動作とを前記防振手段に行わせるための制御手段とを有する撮像装置を用い、
前記結像光学系の焦点距離から算出された手振れ限界シャッタースピードと、前記結像光学系の焦点距離と被写体の明るさと選択された画素ずらしの回数とから算出された撮影終了時間とを比較して、
手振れ限界シャッタースピードが撮影終了時間よりも短い場合、撮影可能な焦点距離を算出するための関連付け処理を行い、
選択された画素ずらしの回数画素ずらし処理を実行し、
前記関連付け処理で算出した焦点距離に前記結像光学系を変更する
ことを特徴とする撮像方法。
【請求項８】
前記撮像装置は、第１モードと第２モードのいずれかを選択する選択手段を備えており、
前記関連付け処理は、前記結像光学系の焦点距離から算出された手振れ限界シャッタースピードと、前記結像光学系の焦点距離と被写体の明るさと選択された画素ずらしの回数とから算出された撮影終了時間とを比較して、
手振れ限界シャッタースピードが撮影終了時間よりも短い場合、撮影可能な画素ずらしの回数を決定することができ、
前記選択手段によって、
前記関連付け処理で、前記選択された画素ずらしの回数を優先して前記撮影可能な焦点距離を算出し、選択された画素ずらしの回数画素ずらし処理を行い、算出した焦点距離に前記結像光学系を変更する第１のモードと、
前記関連付け処理で、前記焦点距離を優先して前記撮影可能な画素ずらし回数を決定し、前記選択された画素ずらしの回数を前記決定した回数に変更して画素ずらし処理を行う第２のモードとのいずれかを選択することを特徴とする請求項７記載の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用小型ビデオカメラや、スチルカメラ、パソコン用デジタルカメラ等に利用され、結像面に対する被写体像の結像位置を変化させるための可変頂角プリズム等の結像位置変更手段を用いて高精細な画像を得る撮像装置、及び撮像方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像素子の発展により家庭用小型ビデオカメラや、パソコン用デジタルカメラといった画像入力機器が急速に普及している。ビデオカメラの場合、画質的にはＮＴＳＣ等のテレビ規格上では十分な画像が得られるようになってきた。
【０００３】
しかしながら、デジタルカメラの場合、撮影された画像をパソコンで編集しプリンターで出力するという場合が多く、例えば、大画面用の画像やハードコピー、コンピュータグラフィックス等に必要な解像力を得るには、現状の画素数では未だ不十分であり、より高画素数を有した固体撮像素子が必要となる。ところが、高精細用の固体撮像素子は画面サイズが大きいためにレンズ部が大型化してしまい小型化には不利であるばかりか、非常に高価なので、普及タイプのデジタルカメラには使用できない。
【０００４】
そこで、固体撮像素子の高画素化を実現する方法として、従来の画素数の固体撮像素子を用いて所謂「画素ずらし」を行うことが知られている。画素ずらしによる高精細化は、例えば画素ピッチの半分だけ被写体像をずらして撮影した画像とずらす前の画像を合成することにより高精細化を図るものであり、画素ずらしの方法として、以下の方法が開示されている。
【０００５】
例えば、特開昭５８−１９５３６９号公報によれば、レンズ系と撮像部との間に透明なプラスチック、ガラス等の透明物体層を設け、この周辺にポリフッ化ビニリデン等の圧電素子を付け、電圧印加によって入射光線角度を変化させる方法が開示されている。
【０００６】
また、テレビジョン学会誌Ｖｏｌ．１３７−Ｎｏ．１０（１９８３）論文「スウィングＣＣＤイメージセンサー」ではバイモルフ形圧電素子を用いて固体撮像素子をスウィングする方法が開示されている。さらに、特開昭６１−１９１１６６号公報では、シリコンゴムから成る透明弾性体をガラス板で挟んだ可変頂角プリズムを撮像素子の前方に配置することにより光線角度を変化させる方法が開示されている。
【０００７】
以上、画像の高精細化について説明した。一方、ビデオカメラやスチルカメラでは撮影装置の自動化が進み、自動露出調整手段や自動焦点調節手段など、様々な機能が実用化されている。中でも、撮影者の手振れによる影響を除去するための手振れ補正機能を有したビデオカメラや銀塩カメラ用レンズも実用化されている。
【０００８】
この種の手振れ補正機能を用いれば、手振れによる画面の有害な振れだけでなく、船舶や自動車などからの撮影に際しても三脚を用いずに撮影が可能になる、という効果を有している。この振れ防止装置は、振れを検出する振れ検出手段と、検出された振れの情報に応じて画面として振れが発生しないように、何らかの補正を行う振れ補正手段とを、少なくとも含んで構成される。振れ検出手段としては、例えば、角加速度計、角速度計、角変位計などが知られている。
【０００９】
又、振れ補正手段としては、可変頂角プリズムを用いるものや、得られた撮像画面情報の中から実際に画面として用いる領域を切り出すように構成したビデオカメラにて、その切り出し位置を振れが補正される位置に順次変更（追尾）していく方法などが知られている。振れ補正手段として、前者のように可変頂角プリズムやその他の何らかの光学的手段を用いて、撮像素子上に結像する像の段階で振れを除去するような方法をここでは光学的補正手段と称し、後者のように振れを含んだ画像情報を電子的に加工して振れを除去する方法を電子的補正手段と称している。
【００１０】
一般的に、光学補正手段は、レンズの焦点距離にかかわりなく、カメラの振れ角度として定められた角度以内の振れに対しての補正が可能であり、従って、ズームレンズのテレ側の焦点距離が長い場合でも、実用上問題のない振れ除去性能を有する事ができる。しかしながら、カメラの大型化を招いてしまうという欠点を有している。
【００１１】
これに対して、電子的補正手段は、画面上での例えば画面の縦寸法に対する補正率といったものが一定である。従って、テレ側の焦点距離が長くなるにしたがって、振れ補正の性能は劣化する。しかしながら、一般的に小型化に対しては有利となる事が多い。
【００１２】
以上、画像の振れ補正について説明した。ところで、画像の振れ補正手段として前述した光学的補正手段を用いることにより、画素ずらしもその光学的補正手段に兼用させることで、高品位の画像を得るようにした撮像装置が開示されている。
【００１３】
特開平０７−２４０９３２号公報（第１の従来例）では、多板式カメラにおいて、可変頂角プリズムを用いて手振れ防止と画素ずらしの動作を兼用させ画像の高解像度化を図ったものが提案されている。また、特開平０７−２８７２６８号公報（第２の従来例）では、ビデオカメラを例に挙げ、可変頂角プリズムを用いて手振れ防止と画素ずらしの動作を兼用させることで、画像の高解像度化を図ったものが提案されている。
【００１４】
一方、固体撮像素子であるＣＣＤは、これまでＮＴＳＣやＰＡＬ等の方式に対応した２フィールドを１フレームとして２回読み出すタイプで、１画素のサイズは縦長になっているものが主流であったが、デジタルスチルカメラで取り込んだデータをパソコン等のディスプレイに表示する目的のために、正方画素の全画素読み出しタイプ（プログレッシブ）のＣＣＤが使われるようになってきている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では次のような問題点があった。
【００１６】
（１）上述した第１及び第２の従来例の何れにおいても、手振れ補正の効果がある時間と画素ずらしの回数については全く述べられていない。
【００１７】
手振れ補正がない場合、手振れ限界のシャッタースピードは一般的に“１／焦点距離（但し、焦点距離は３５ｍｍ換算での値）”といわれており、一方、手振れ補正がある場合、手振れ限界のシャッタースピードは“１／焦点矩離（但し、焦点距離は３５ｍｍ換算での値）から２〜３段分”といわれている。
【００１８】
したがって、手振れ補正と画素ずらしを同時に動作させる場合、焦点距離に応じ画素ずらしを行える回数に制限が生じてしまい、高品位な画像が得られないという問題がある。
【００１９】
（２）ＮＴＳＣのタイミングで画像の取り込みを行うと、１フレーム分の画像を取り込むために１／３０秒の時間がかかる。１フレーム取り込んでから画素ずらしを行い、また蓄積を行う。これを繰り返すことで高精細な画像が得られるわけであるが、画素ずらしの回数が増えると１回の画像の撮影時間が長くなり、例えば、被写体が動いてしまったり、手ぶれ防振機能を行うための手振れのセンサーである角速度センサーや加速度センサーの出力のドリフトによって、本来の位置から画像がずれ、画素ずらしの効果が減ってしまう。
【００２０】
また、画素ずらしの時間を確保するためにシャッタ速度を短くして露光時間を短くし、代わりにＡＧＣのゲインを上げて出力を稼ごうとすると、暗いところでの撮影ではＡＧＣのゲインが大きくなり、ノイズを増幅してしまって画像に悪影響が出る。
【００２１】
本発明は上記従来の問題点に鑑み、手振れ補正と画素ずらしとを同時に行う場合に、操作性の向上を図ると共に、高品位な画像を得ることができる撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、被写体像の光電変換を行い画像データとして蓄積する固体撮像素子と、被写体像を前記固体撮像素子に結像させる結像光学系と、前記被写体像の結像位置を変化させて手振れを補正しながら画素ずらしを行う防振手段と、手振れ防止のための第１の動作と画素ずらしのための第２の動作とを前記防振手段に行わせるための制御手段とを有する撮像装置において、前記結像光学系の焦点距離から算出された手振れ限界シャッタースピードと、前記結像光学系の焦点距離と被写体の明るさと選択された画素ずらしの回数とから算出された撮影終了時間とを比較して、手振れ限界シャッタースピードが撮影終了時間よりも短い場合、撮影可能な画素ずらし回数を決定するための関連手段を設け、前記防振手段は、前記選択された画素ずらしの回数を前記関連手段が決定した回数に変更して画素ずらし処理を行うことを特徴とする。
また、本発明は、被写体像の光電変換を行い画像データとして蓄積する固体撮像素子と、被写体像を前記固体撮像素子に結像させる結像光学系と、前記被写体像の結像位置を変化させて手振れを補正しながら画素ずらしを行う防振手段と、手振れ防止のための第１の動作と画素ずらしのための第２の動作とを前記防振手段に行わせるための制御手段とを有する撮像装置において、前記結像光学系の焦点距離から算出された手振れ限界シャッタースピードと、前記結像光学系の焦点距離と被写体の明るさと選択された画素ずらしの回数とから算出された撮影終了時間とを比較して、手振れ限界シャッタースピードが撮影終了時間よりも短い場合、撮影可能な焦点距離を算出するための関連手段を設け、前記防振手段は、選択された画素ずらしの回数画素ずらし処理を行い、前記関連手段が算出した焦点距離に前記結像光学系を変更することを特徴とする。
また、本発明は、被写体像の光電変換を行い画像データとして蓄積する固体撮像素子と、被写体像を前記固体撮像素子に結像させる結像光学系と、前記被写体像の結像位置を変化させて手振れを補正しながら画素ずらしを行う防振手段と、手振れ防止のための第１の動作と画素ずらしのための第２の動作とを前記防振手段に行わせるための制御手段とを有する撮像装置を用い、前記結像光学系の焦点距離から算出された手振れ限界シャッタースピードと、前記結像光学系の焦点距離と被写体の明るさと選択された画素ずらしの回数とから算出された撮影終了時間とを比較して、手振れ限界シャッタースピードが撮影終了時間よりも短い場合、撮影可能な画素ずらし回数を決定するための関連付け処理を行い、前記選択された画素ずらしの回数を前記関連付け処理で決定した回数に変更して画素ずらし処理を実行することを特徴とする。
また、本発明は、被写体像の光電変換を行い画像データとして蓄積する固体撮像素子と、被写体像を前記固体撮像素子に結像させる結像光学系と、前記被写体像の結像位置を変化させて手振れを補正しながら画素ずらしを行う防振手段と、手振れ防止のための第１の動作と画素ずらしのための第２の動作とを前記防振手段に行わせるための制御手段とを有する撮像装置を用い、前記結像光学系の焦点距離から算出された手振れ限界シャッタースピードと、前記結像光学系の焦点距離と被写体の明るさと選択された画素ずらしの回数とから算出された撮影終了時間とを比較して、手振れ限界シャッタースピードが撮影終了時間よりも短い場合、撮影可能な焦点距離を算出するための関連付け処理を行い、選択された画素ずらしの回数画素ずらし処理を実行し、前記関連付け処理で算出した焦点距離に前記結像光学系を変更することを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３９】
図１は、本発明の第１実施形態を示す撮像装置のブロック構成図である。この図を用いて、本発明による撮像装置の概略構成を簡単に説明する。
【００４０】
図１において、１はＣＣＤ等の固体撮像素子、２はＣＤＳ回路（相関２重サンプリング回路）、３はＡＧＣ回路、４は固体撮像素子１の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、５はＤＳＰ回路、６〜９は画像メモリ、１０は画像メモリ６〜９の画像データを合成する画像合成回路である。
【００４１】
１１はＤ／Ａ変換器であり、その出力は記録媒体への入力信号となる。また、デジタル信号のまま記録媒体へ入力する場合は画像合成回路１０の出力信号を用いればよい。１２は固体撮像素子１の蓄積、転送のタイミングとドライバーとを有するタイミングジェネレータ、１３はＣＰＵ、１４は撮影用ズームレンズであって、露出、焦点検出、ズーミング等の制御手段を有する。１５は撮影用ズームレンズ１４の焦点距離を検出するズームエンコーダ、１６は可変頂角プリズム等の手振れ補正手段であって、被写体像の結像位置を変化させる手段である。１７は手振れ補正手段１６を駆動するアクチュエータ、１８はアクチュエータ１７の駆動回路である。
【００４２】
１９は手振れ量をリアルタイムで検出する角速度計、角加速度計等の手振れ検出手段、２０は手振れ検出手段１９を駆動するとともにその出力信号を増幅するための検出回路、２１は画素ずらしのモードを選択する画素ずらしモード選択スイッチである。２２はズームエンコーダ１５の出力信号と、被写体の明るさ（ＥＶ値）と、画素ずらしモード選択スイッチ２１の出力信号とを関連付け、適切な画素ずらし回数、又は撮影可能な焦点距離を算出する関連手段である。
【００４３】
尚、手振れには、一般的にピッチ方向とヨー方向とがあるので、手振れ検出手段１９と検出回路２０、アクチュエータ１７と駆動回路１８はそれぞれピッチ方向とヨー方向とを有するが、本実施形態では不図示とした。
【００４４】
図２は、図１で示した手振れ補正手段１６の具体例であり、同図（ａ）はガラス平行平板、又は、赤外カットフィルターを傾ける方法、同図（ｂ）は固体撮像素子１を上下、左右にシフトする方法、同図（ｃ）は撮影可変頂角プリズムをピッチ方向、ョー方向に回転させる方法、同図（ｄ）は撮影用ズームの一部を上下、左右にシフトする方法である。
【００４５】
また、図３は、手振れ補正手段１６によって手振れ補正をしながら画素ずらしを行い、固体撮像素子１に蓄積された画像データを順次読み出していく各動作のタイミングチャートを示しており、同図（ａ）は１回の蓄積時間が１／６０秒未満の場合を示し、同図（ｂ）は１回の蓄積時間が１／６０秒以上の場合を示す。
【００４６】
尚、ＳＷ１で測光、及び測距は完了しているものとする。図３（ａ）において、Ｃ１は１回目の蓄積であり、Ｔ１はこの１回目の信号の読み出しを表わす。蓄積Ｃ１が終了した後、すぐに蓄積Ｃ１のデータの読み出しが開始され、同時に可変頂角プリズム等の手振れ補正手段１６の目標信号を画素ずらしに対応した所定量シフトすることにより画素ずらしが行われる。同様に蓄積Ｃ２で示される蓄積において得られたデータはそれぞれ転送Ｔ２で読み出される。蓄積Ｃ２で示した蓄積終了後に手振れ補正手段１６の駆動によって画素ずらしが同様に行われる。
【００４７】
図４（ａ）は、固体撮像素子上の画素の一部を示し、ｐは画素ピッチを表わす。尚、本実施形態では横方向も縦方向も同じピッチであるとした。同図４（ｂ）及び図４（ｃ）はそれぞれ手振れ補正手段１６によって被写体像の位置が固体撮像素子１上でずれていく様子を示している。
【００４８】
図４（ｂ）において、初期位置１ａでの被写体像を１回蓄積した後、ｐ／２だけ図中右方向にずれた１ｂまで手振れ補正手段１６の目標信号を所定量シフトして再び蓄積する。以下、同様にｐ／２ずつ図中、下方向、左方向に被写体像をずらしながらそれぞれ蓄積した後、再び初期位置１ａに戻る。このようにして、４回被写体像をずらして蓄積したデータはそれぞれ各画像メモリ６〜９に蓄えられる。そして、画像合成回路１０で画像合成されて、固体撮像素子１の４倍の画素数を待った高解像の画像が構築される。
【００４９】
一方、図４（ｃ）では、手振れ補正手段１６によってずらす被写体像の量を１画素ピッチ分とした場合の様子を示す。このようにずらすことにより、固体撮像素子１の３倍の色情報を持つことができ、所謂３板ＣＣＤカメラ相当の画像が構築される。
【００５０】
図５は、図３に示したタイミングチャート上に、撮影ズームレンズ１４の焦点距離から求められる手振れ補正の効果がある時間、すなわち手振れ限界シャッタースピードを表わしている。同図（ａ）では、蓄積に必要な時間を１／６０秒未満とし、同図（ｂ）では蓄積に必要な時間を１／６０秒以上としている。また、手振れ補正を行った場合の手振れ限界シャッタースピードは、“１／（焦点距離）”から２段分、すなわち、“４／（焦点距離）”とした。
【００５１】
尚、焦点距離は３５ｍｍ換算値で示している。画素ずらしを行う際は、手振れ補正手段１６の駆動信号に画素ずらしのための駆動信号を重畳させ、手振れ補正の目標信号を所定量シフトすることで、被写体像を例えばｐ／２分固体撮像素子１上でシフトする。図５からわかるように、撮影ズームレンズ１４の焦点距離が長くなるほど手振れ限界シャッタースピードは短くなるので、その時間内で画素ずらしを行い画像データを蓄積できる回数には制限が生じてくる。
【００５２】
そこで、図１に示した関連手段２２によって、手振れ補正手段１６と撮影ズームレンズ１４の焦点距離と被写体像のＥＶ値とから、画素ずらしに必要な時間と手振れ補正手段の駆動量とを算出し、さらに選択された画素ずらしの回数すなわち蓄積の回数と比較することにより、現在の焦点距離で撮影可能な画素ずらしの回数を決定する。
【００５３】
一方、撮影者が、画素ずらしモード選択スイッチ２１により画素ずらしの回数、あるいは焦点距離のどちらかを優先させるモードを選択するようにしているので、例えば、撮影者が焦点距離を優先させるモードを選択している場合には、関連手段２２からの出力信号に基づいて撮影可能な画素ずらしの回数の撮影を行う。また、撮影者が画素ずらしの回数を優先させるモードを選択している時は、その画素ずらしの回数分の蓄積が可能な焦点距離範囲をファインダー内に表示させるとともに、焦点距離の操作に制限を与えるような制御を行う。
【００５４】
図６及び図７に上述した動作を表わすフローチャートを示す。
【００５５】
まず、撮影者が、画素ずらしモード選択スイッチ２１により画素ずらしの回数を優先させるモードを選択した場合のフローチャートの動作を図６を用いて説明する。
【００５６】
ステップＳ１０１では、画素ずらしモード選択スイッチ２１により、画素ずらしの回数を優先させるモードが選択されていることを判別し、画素ずらしの回数を読み込み、ステップＳ１０２では、撮影用ズームレンズ１４の焦点距離情報をズームエンコーダ１５か読み込む。ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で読み込まれた焦点距離情報から、手振れ補正を行った場合の手振れ限界シャッタースピードｔ０を算出する。
【００５７】
続くステップＳ１０４では、ステップＳ１０２で読み込まれた焦点距離情報から、画素ずらしを行うのに必要な手振れ補正手段１６の駆動量、および駆動に必要な最大時間ｔ２を算出する。さらにステップＳ１０５では、目的とする被写体像のＥＶ値を測光データから読み込み、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で読み込まれた被写体像のＥＶ値から１回あたりの蓄積時間ｔＣＨを算出する。
【００５８】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０４で算出した画素ずらしに必要な時間ｔ２と、ステップＳ１０６で算出された蓄積時間ｔＣＨとから、画素ずらしの回数に応じた撮影終了時間ｔ３を算出する。ステップＳ１０８では、ステップＳ１０３で算出した手振れ補正を行った場合の手振れ限界シャッタースピードｔ０とステップＳ１０７で算出された画素ずらしの回数に応じた撮影終了時間ｔ３とを比較する。
【００５９】
ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８の比較の結果、手振れ補正を行った場合の手振れ限界シヤッタースビードｔ０が画素ずらしの回数に応じた撮影終了時間ｔ３以上ならば、撮影者が選択した画素ずらし回数で撮影を開始して、終了する。ステップＳ１０８の比較の結果、手振れ補正を行った場合の手振れ限界シヤッタースビードｔ０が画素ずらしの回数に応じた撮影終了時間ｔ３よりも小さければ、ステップS１１０において、手振れ補正を行った場合の手振れ限界シャッタースピードｔ０が選択された画素ずらしの回数に応じた撮影終了時間ｔ３以上となる焦点距離を算出する。
【００６０】
ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０で算出された焦点距離をファインダー内に表示し、ステップＳ１１２では、ステップＳ１１０で算出された焦点距離に変更するような制御と撮影の準備を行う。
【００６１】
以上は、画素ずらしモード選択スイッチ２１によって、画素ずらしを優先するモードが選択された場合のフローチャートについて説明した。
【００６２】
次に、図７は画素ずらしモード選択スイッチ２１によって、焦点距離を優先するモードが選択された場合のフローチャートを示す。尚、図６と同じ動作を行うステップについては同じ符号を符し、その説明は省略する。
【００６３】
ステップＳ２１０では、ステップＳ１０８の比較の結果、手振れ補正を行った場合の手振れ限界シャッタースピードｔ０が画素ずらしの回数に応じた撮影終了時間ｔ３よりも小さければ、手振れ補正を行った場合の手振れ限界シャッタースピードｔ０が画素ずらしの回数に応じた撮影終了時間ｔ３以上となるような画素ずらしの回数を算出する。ステップＳ２１１では、ステップＳ２１０で算出された画素ずらしの回数をファインダー内に表示する。ステップＳ２１２では、ステップＳ２１０で算出された画素ずらしの回数に変更し、撮影の準備を行う。
【００６４】
以上は、画素ずらしモード選択スイッチ２１によって、焦点距離を優先するモードが選択された場合のフローチャートについて説明した。
【００６５】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
【００６６】
第２実施形態では、例えば被写体像のＥＶ値が小さいために蓄積時間が長くなり、蓄積間で画素ずらしのための目標信号のシフトが完了しないような場合について説明する。
【００６７】
図８は、本発明の第２実施形態を示す撮像装置のブロック構成図である。尚、第１実施形態と同様の構成、ステップについては、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００６８】
図８において、２３は蓄積のタイミングを任意に変更する為の蓄積タイミング変更手段である。この蓄積タイミング変更手段２３によって、２回目以降の蓄積のタイミングを所定量シフトすることにより、画素ずらしの回数に応じた手振れ補正手段１６に与える目標信号のシフトを各蓄積間で完了できるようにする。
【００６９】
図９及び図１０に、以上の動作を示すフローチャートを示す。尚、図９及び図１０において、第１実施形態と同じ動作をするステップについては同じ符号を符し、その説明は省略する。
【００７０】
ステップＳ３０１では、ステップＳ１０６で算出された蓄積時間ｔＣＨから、通常のタイミングで蓄積した場合における蓄積間の時間ｔ１を算出する。ステップＳ３０２では、ステップＳ３０１で算出された蓄積間の時間ｔ１とステップＳ１０４で算出された画素ずらしに必要な時間ｔ２との比較を行う。比較の結果、蓄積間の時間ｔ１が画素ずらしに必要な時間ｔ２以上ならばステップＳ１０７に進む。ステップＳ３０３では、比較の結果、蓄積間の時間ｔ１が画素ずらしに必要な時間ｔ２よりも小さければ、蓄積間の時間ｔ１が画素ずらしに必要な時間ｔ２以上となるように蓄積のタイミングを所定量シフトし、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７以降は、画素ずらしモード選択スイッチ２１によって選択された撮影モードの動作を行う。
【００７１】
以上、図９においては、画素ずらしモード選択スイッチ２１によって、画素ずらしの回数を優先するモードが選択された場合のフローチャートを示した。一方、図１０においては、画素ずらしモード選択スイッチ２１によって、焦点距離を優先するモードが選択された場合のフローチャートを示した。
【００７２】
なお、上述した第１及び第２実施形態で用いた各フローチャートを表わす制御プログラムは、ＣＰＵ１３に内蔵されているメモリに格納されている。
【００７３】
次に本発明の第３実施形態を説明する。
【００７４】
図１１及び図１２は、本発明の第３実施形態の撮像装置の構成を示すブロック構成図であり、同図において、５１は光軸を可変にすることが可能な可変頂角プリズム、５２ａ，５２ｂ，５２ｃ、５２ｄは撮像素子５４であるＣＣＤに結像させるためのレンズ群、５３はＣＣＤ５４に入射する光を遮断するシャッタ、５５はＣＣＤの出力を相関２重サンプリング（ＣＤＳ）を行う回路である。５６はＣＤＳ回路５５５の出力のゲインをコントロールするＡＧＣ回路、５７はＡＧＣ回路５６の出力をＡ／Ｄ変換する回路、５８は画像処理回路であり、Ａ／Ｄ変換された信号にγ補正、ホワイトバランス調整、ＣＣＤ５４の色フィルタに応じてカラー画像変換、画像圧縮、及び映像出力変換等を行う。
【００７５】
５９はメモリーであり、画像処理回路５８で画像圧縮されたデータやγ補正されたデータを保存する。６０は例えば液晶等のディスプレイであり、画像処理回路５８で映像出力変換された信号を表示する。６３はマイクロコンピュータであり、画像処理回路５８の処理内容の制御、ディスプレイ６０で表示するためのデータの選択、外部のパソコン６４と通信を行いメモリーに貯えられた画像データを送信、ジャイロ等の角速度センサの出力を積分して角変位に変換し手ぶれを補正、及び画素ずらし等の処理を行う。
【００７６】
ここで、ＣＣＤ５４は例えば、図１３に示すように、インターライントランスファー（ＩＴ）型の全画素読み出しタイプであり、５４ａは電荷を蓄積するフォトダイオード、５４ｂはフオトダイオード４ａに蓄積した電荷を最初に転送する垂直転送ライン、５４ｃは垂直転送ラインの電荷を読み出し、外部に出力する水平転送ラインであり、この水平転送ラインは２本配置されており、１／６０秒の時間で全画素（１フレーム）分の電荷を転送することができる。なお、フレームトランスファ一（ＦＴ）型のＣＣＤでも同様に可能である。
【００７７】
図１１に戻り、６７ａ，６７ｂは、それぞれカメラの手ぶれを検出するＹＡＷ用、ＰＩＴＣＨ用の角速度センサ、６８ａ，６８ｂはそれぞれ角速度センサ６７ａ，６７ｂの出力を増幅するためのＹＡＷ用，ＰＩＴＣＨ用の増幅器である。６９ａ，６９ｂは増幅器６８ａ，６８ｂの出力の低周波をカットするためのＹＡＷ用，ＰＩＴＣＨ用のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）である。
【００７８】
６５ａ，６５ｂは可変頂角プリズム５１を駆動するＹＡＷ用、ＰＩＴＣＨ用のアクチュエータで、例えばステッピングモータの様なオープン制御可能なモータである。６６ａ，６６ｂはアクチュエータ６５ａ，６５ｂを駆動するための電力を供給するＹＡＷ用、ＰＩＴＣＨ用のドライバである。
【００７９】
また、図１２において、７１は測光を行うセンサ、７２は測距を行うセンサ、７３は測光、測距の動作を許可するスイッチＳＷ１、７４は撮影を許可するスイッチＳＷ２である。７５はＺＯＯＭレンズを駆動するアクチュエータ、７７はＦＯＣＵＳレンズを駆動するアクチュエータ、７６，７８はアクチュエータ７５，７７を駆動するための電力を供給するドライバである。
【００８０】
以下に、図１１及び図１２の構成の動作を説明する。
【００８１】
まず、スイッチ７３のＳＷ１が押されたらマイコン６３は測光と測距を行い、測光データからＣＣＤ５４の蓄積時間に相当するシャター速度を算出し、測距データとＺＯＯＭレンズ５２ｂの位置からフォーカスレンズ５２ｄの位置を算出し、算出された位置へＦＯＣＵＳレンズ５２ｄを移動すべくドライバ７８に駆動信号を出力し、アクチュエータ７７を駆動する。
【００８２】
また、ＹＡＷ用，ＰＩＴＣＨ用のジャイロ６７ａ，６７ｂからの信号を取り込み角速度信号を積分して角変位に変換し、可変頂角プリズムの目標位置の計算を始める。次に、スイッチ７４のＳＷ２が押されたら、マイコン６３が計算する角変位信号に応じて可変頂角プリズムを制御するためにＹＡＷ用，ＰＩＴＣＨ用のアクチュエータ６５ａ，６５ｂを駆動するための信号をドライバ６６ａ，６６ｂに出力する。
【００８３】
さらに、マイコン６３は、ＣＣＤ５４がスイッチ７４のＳＷ２が押されてから所定時間経過してシャッタースピード分の時間の蓄積を行うための信号をタイミング発生器６１に出力し、ＣＣＤドライバ６２を介してＣＣＤ５４に蓄積を行わせる。蓄積時間が終了したと同時にＣＣＤ５４に蓄積した電荷はＣＤＳ回路５５に出力され、ＡＧＣ回路５６を介してＡ／Ｄ変換５７でデジタルデータに変換される。
【００８４】
Ａ／Ｄ変換器５７で変換されたデジタルデータは画像処理回路５８に入力され、γ補正、ホワイトバランス調整等を行われて一時メモリー５９に貯えられる。また、ＣＣＤ５４の蓄積が終了したと同時にマイコン６３は、可変頂角プリズム５１をＣＣＤ５４の画素ピッチに応じＺＯＯＭ位置から計算される所定量駆動させるために、手振れ信号の角変位信号に所定量を加算する。加算された所定量をアクチュエータ６５ａ，６５ｂが駆動する時間の経過後画素ずらしを終了したと判断する。または、モータの位置と目標位置との差が所定の範囲内に入ったとき画素ずらしが終了したと判断する。さらに１画面目の蓄積が終了してから所定時間経過後（ＣＣＤの転送時間経過後）、前記シャッタ速度に相当する時間ＣＣＤ５４は蓄積を行う。
【００８５】
この動作を繰り返し、最後の蓄積に関して、前記ＣＣＤの転送時間の終了を待たず最後の画素ずらしを終了したと同時に蓄積を開始し、シャッタースピード分の蓄積時間経過後、羽根等を持つ物理的に光束を遮断するメカニカルなシャッタによってＣＣＤの蓄積を終了させ、前回の蓄積による電荷がＣＣＤの垂直転送ラインからなくなってからＣＣＤ上に蓄積した電荷を転送し始める。これにより、ＣＣＤの垂直転送ラインが空になるまで待たずにすみ、撮影時間の短縮を可能とする。
【００８６】
この動作のタイミングチャートを図１４（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）に示す。なお、図１４（ａ），（ｂ）は従来例のタイミングチャートである。
【００８７】
蓄積時間の後に続く斜線の時間帯が画素ずらしに必要な時間であり、転送時間の前半部分の斜線の時間帯はＣＣＤに蓄積された電荷を垂直転送ラインに転送する時間を示す。残りの転送時間は垂直転送ラインに送られた電荷が水平転送ラインから全て出力されるまでに必要な時間を示す。
【００８８】
次に、本実施形態の動作を示すフローチャートを図１５に示す。なお、このフローチャートを表わす制御プログラムは、マイコン６３内のメモリに格納されている。
【００８９】
まず、ステップＳ４０１でＳＷ１が押されたことを確認し、ステップＳ４０２で測光を行いシャッタ速度を決定する。ステップＳ４０３で測距を行いフォーカスレンズをピント位置に駆動し、ステップＳ４０４で振動ジャイロからの角速度信号を角変位信号に変換することを始める。ステップＳ４０５でＳＷ２が押されたことを確認して、ステップＳ４０６では、まず防振をステップＳ４０４で変換を始めた角変位信号の位置を中心位置にオフセットし、防振を開始する。
【００９０】
ステップＳ４０７では、シャッター速度に相当する時間の蓄積を行うために所定時間待った後蓄積を開始する。ステップＳ４０８では、蓄積が終了したか確認し、ステップＳ４０９で蓄積された電荷の転送を開始する。ステップＳ４１０で電荷の転送を開始したと同時に角変位信号に画素ずらし分のデータを加算し、さらにステップＳ４１１で画素ずらしが終了したことを確認する。
【００９１】
ステップＳ４１２では、再び所定時間待った後蓄積を開始し２画面目を撮影する。ステップＳ４１３で蓄積終了を確認し、ステップＳ４１４で蓄積電荷の転送を開始する。ステップＳ４１５で再び角変位信号に画素ずらし分のデータを加算し、ステップＳ４１６で画素ずらしが終了したことを確認する。ステップＳ４１７でこれが最後の画面の蓄積とすると、画素ずらしが終了したと同時に蓄積を開始し、ステップＳ４１８で蓄積時間の終了を確認する。
【００９２】
ステップＳ４１９で蓄積時間が終了しているのだが垂直転送ラインが空でないのでシャッタにより遮光を行う。ステップＳ４２０で撮影が終了したので防振を停止し、ステップＳ４２１で前回の撮影の電荷の転送が終了しているか確認する。ステップＳ４２２で最後に蓄積された電荷の蓄積を開始し、ステップＳ４２３で転送が終了したことを確認して１回の撮影を終了する。
【００９３】
メモリー５９に蓄積された数枚１撮影分の）の画像は、再び画像処理回路５８に読み込まれ１回の画像データとして変換処理、画像圧縮処理を施され再びメモリー５９に格納される。または、各々の画像データはそのままメモリー５９に貯えられ、マイコン６３を介して外部のパソコン６４に送信し、パソコン６４内でそれぞで画素ずらしされたデータから１回の画像に変換される。また、最初に取り込んだ画像のデータはカラー画像処理を施され、映像信号に変換されて液晶等のディスプレイ６０で表示され確認される。
【００９４】
この第３の実施形態は、特に図１６に示す様に画素ずらしの回数が少なければ短縮できる時間の割合が大きくなり、手ぶれの影響を少なくすると同時に動きの速い被写体に対しても有効である。
【００９５】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
【００９６】
上記第３実施形態は、画素ずらしに必要な時間と蓄積にかかる時間の和がＣＣＤ５４の転送時間より短い場合である。特に、上記の図１６に示す様に画素ずらしの回数が少なければ短縮できる時間の割合が大きくなり、手ぶれの影響を少なくすると同時に動きの速い被写体に対しても有効である。
【００９７】
しかし、画素ずらしに必要な時間と蓄積にかかる時間の和がＣＣＤ５４の転送時間より長くなってしまった場合、例えば、ズームレンズで焦点距離が短い場合で画素ずらしに時間がかかってしまう場合や、暗いところの撮影でシャッタ速度が長くなってしまう場合において、フレーム時間（１／６０秒）単位でシャッター速度を定義していると、図１７（ａ）のタイミングチャートの様に２回目以降の蓄積が画素ずらしと同じフレーム時間内では収まらず、次の１／６０秒での蓄積になってしまう。画素ずらしにも蓄積にも使えない時間が増えてしまう。
【００９８】
そこで、第４実施形態の特徴を、図１７（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）に示す。スイッチ７３のＳＷ１が押され、ズーム位置と測光の結果から、画素ずらしに必要な時間と、蓄積に必要な時間の和が転送に必要な時間より長いと判断された場合、スイッチ７４のＳＷ２が押されてから所定の時間待たずに蓄積を開始し、蓄積が終了したと同時に垂直転送ライン５４ｂに電荷の転送を始め、また画素ずらしも行う。そして画素ずらしが終了したと同時に次の画像の蓄積を開始する。
【００９９】
２回目の蓄積が終了する時点では前回の画像の電荷の転送はすでに終了しているので、すぐに垂直転送ラインに電荷を転送することができる。これを繰り返すことによって無駄な時間を取り除くことができる。
【０１００】
次に、第４実施形態のフローチャートを図１９，図２０に示す。なお、このフローチャートを表わす制御プログラムは、マイコン６３内のメモリに格納されている。
【０１０１】
まず、ステップＳ５０１でＳＷ１が押されたことを確認し、ステップＳ５０２で測光を行いシャッタ速度を決定する。ステップＳ５０３では測距を行いフォーカスレンズをピント位置に駆動し、ステップＳ５０４で振動ジヤイロからの角速度信号を角変位信号に変換することを始める。
【０１０２】
ステップＳ５０５ではＳＷ２が押されたことを確認し、さらにステップＳ５０６では、ステップＳ５０４で変換を始めた角変位信号の位置を中心位置にオフセットし、防振を開始する。ステップＳ５０７では第３実施形態とは異なり即蓄積を開始する。ステップＳ５０８では蓄積が終了したか確認し、ステップＳ５０９で蓄積された電荷の転送を開始する。
【０１０３】
ステップＳ５１０では、電荷の転送を開始したと同時に角変位信号に画素ずらし分のデータを加算し、ステップＳ５１１で画素ずらしが終了したことを確認する。ステップＳ５１２で再び蓄積を開始し２画面目を撮影する。
【０１０４】
ステップＳ５１３では、蓄積終了を確認し、続くステップＳ５１４で蓄積電荷の転送を開始する。ステップＳ５１５で再び角変位信号に画素ずらし分のデータを加算し、ステップＳ５１６で画素ずらしが終了したことを確認する。ステップＳ５１７でさらに蓄積を開始し、ステップＳ５１８で蓄積時間の終了を確認する。
【０１０５】
ステップＳ５１９では、撮影が終了したので防振を停止し、ステップＳ５２０で最後に蓄積された電荷の蓄積を開始し、ステップＳ５２１で転送が終了したことを確認して１回の撮影を終了する。
【０１０６】
本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、１つの機器からなる装置に適用してもよい。また、本発明は、システムあるいは装置にプログラムを供給することによって達成される場合にも適用できることはいうまでもない。この場合、本発明を達成するためのソフトウェアによって表されるプログラムを格納した記憶媒体を該システムあるいは装置に読み出すことによって、そのシステムあるいは装置が、本発明の効果を享受することが可能となる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、手振れ補正をしながら画素ずらしを行う装置において操作性が飛躍的に向上でき、高品位な画像を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す撮像装置のブロック構成図である。
【図２】図１で示した手振れ補正手段の具体例を示す図である。
【図３】第１実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】手振れ補正手段による被写体像のずれ方を説明する図である。
【図５】第１実施形態の動作と焦点距離との関係を説明するタイミングチャートである。
【図６】第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図７】第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態を示す撮像装置のブロック構成図である。
【図９】第２実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施形態の撮像装置の構成を示すブロック構成図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の撮像装置の構成を示すブロック構成図である。
【図１３】ＣＣＤの内部のブロック図である。
【図１４】本発明の第３実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図１５】第３実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図１６】第３実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図１７】本発明の第４実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図１８】本発明の第４実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図１９】第４実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図２０】図１９の続きのフローチャートである。
【符号の説明】
１  固体撮像素子
２  ＣＤＳ回路
３  ＡＧＣ回路
４  Ａ／Ｄ変換器
５  ＤＳＰ回路
６〜９  画像メモリ
１０  画像合成回路
１１  Ｄ／Ａ変換器
１２  タイミングジェネレータ
１３  ＣＰＵ
１４  撮影ズームレンズ
１５  ズームエンコーダ
１６  手振れ補正手段
５１  可変頂角プリズム
５２ａ〜５２ｄ  レンズ群
５３  シャッタ
５４  ＣＣＤ
５８  画像処理回路
６３  マイクロコンピュータ
【図１】
0004072214.tif 000002
【図２】
0004072214.tif 000003
【図３】
0004072214.tif 000004
【図４】
0004072214.tif 000005
【図５】
0004072214.tif 000006
【図６】
0004072214.tif 000007
【図７】
0004072214.tif 000008
【図８】
0004072214.tif 000009
【図９】
0004072214.tif 000010
【図１０】
0004072214.tif 000011
【図１１】
0004072214.tif 000012
【図１２】
0004072214.tif 000013
【図１３】
0004072214.tif 000014
【図１４】
0004072214.tif 000015
【図１５】
0004072214.tif 000016
【図１６】
0004072214.tif 000017
【図１７】
0004072214.tif 000018
【図１８】
0004072214.tif 000019
【図１９】
0004072214.tif 000020
【図２０】
0004072214.tif 000021