JPH06181530A - 固体撮像カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画質が良好で、且つ、撮像ズームレンズは勿
論、回路規模的にもコストの安いものとする。 【構成】 歪曲収差を一部の撮像ポジションのみに集中
して形成される撮像ズームレンズと、該撮像ズームレン
ズの撮像ポジションを検出する検出手段と、撮影時にお
ける前記撮像ズームレンズの撮像ポジションが歪曲収差
の大きいポジション内であることが前記検出手段にて検
出されている場合には、この撮像ズームレンズによって
生じた像の幾何学的歪みを、前記固体撮像素子１０の画
像データを幾何学的変形に基づき読み出すことにより補
正する補正手段９，１１，１２，１６とを設けている

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばスチルビデオ
等、光電変換素子として固体撮像素子を用いた固体撮像
カメラの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の固体撮像カメラにおいて
は、使用する撮像ズームレンズの収差補正、特に幾何学
的変形を生じる収差（すなわち歪曲収差）や信号色収差
の補正をきびしく行っていた。

【０００３】撮像管を用いたカメラの場合には、撮像管
の電子ビームの偏向の軌跡を制御する事により、撮像ズ
ームレンズで生ずる収差を電気的に補正することが可能
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、固体撮
像カメラにあっては、撮像レンズで生じた幾何学的歪み
をその幾何学的変形に沿って固体撮像素子の画素信号を
読み取り、補間することによって収差を補正する方法が
提案されているが、撮像レンズにズームレンズを使用す
る場合においては、信号処理により各撮像ポジションで
の収差補正を行うと、信号処理のために膨大な計算量と
計算時間、及び、大規模な信号処理回路が必要になり、
現在では高画質の画像を必要とする放送局用等の極一部
の分野で検討されている程度で、一般的ではなかった。

【０００５】以上のように、従来のズームレンズを使用
した固体撮像カメラでは、この種の補正を安いコストで
簡単に行う事が困難なため、撮像ズームレンズはそれ自
体で補正を必要としないようにするために、大型化，レ
ンズ枚数の増加，重量の増大，特殊なガラスの使用など
によるコスト高騰の問題が伴っていた。

【０００６】次に、発明が解決しようとする別の課題に
ついて説明する。

【０００７】従来、特開平２−２５２３７５号では、撮
像レンズで生じた幾何学的歪みみをその幾何学的変形に
沿って固体撮像素子の画素信号として読み取り、これを
補間することにより、収差補正を行うよう構成されてい
る。

【０００８】しかしながら、上記従来例では、撮像レン
ズにズームレンズを使用した場合、ズーミング中も同様
の方法において常に幾何学的歪みみを補正しようとする
と、ズーミングに対して前記補正が追いつかず、出力画
像が不自然になるという問題点を有していた。

【０００９】また、出力画像を自然なものにするにはズ
ーム速度を制限することにより可能であるが、このよう
にすると、ズーミング時間が遅くなるという新たな問題
が生じてしまう。

【００１０】（発明の目的）本発明の第１の目的は、画
質が良好で、且つ、撮像ズームレンズは勿論、回路規模
的にもコストの安いものとすることのできる固体撮像カ
メラを提供することである。

【００１１】本発明の第２の目的は、ズーム速度を迅速
にすると共に、出力画像を自然なものにすることのでき
る固体撮像カメラを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、歪曲収差を一
部の撮像ポジションのみに集中して形成される撮像ズー
ムレンズと、該撮像ズームレンズの撮像ポジションを検
出する検出手段と、撮影時における前記撮像ズームレン
ズの撮像ポジションが歪曲収差の大きいポジション内で
あることが前記検出手段にて検出されている場合には、
この撮像ズームレンズによって生じた像の幾何学的歪み
を、前記固体撮像素子の画像データを幾何学的変形に基
づき読み出すことにより補正する補正手段とを設け、光
学設計時に歪曲収差を一部の撮像ポジションのみに集中
して撮像ズームレンズを形成し、撮影時の撮像ズームレ
ンズの撮像ポジションが前記歪曲収差内であった場合に
は、前記撮像ズームレンズによって生じた像の幾何学的
歪みを、この幾何学的変形に沿って固体撮像素子の画像
データを読み出して歪曲収差補正を行うようにしてい
る。

【００１３】また、本発明は、ズーミング動作時には、
幾何学的歪みの補正をズーミング動作がなされていない
時とで切り換える制御手段を設け、ズーミング動作時に
は、幾何学的歪みの補正動作を行わないようにしたり、
該ズーミング速度情報を用いて幾何学的歪みの補正動作
を行うようにしている。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。

【００１５】図１は本発明の第１の実施例における撮像
ズームレンズと一般的な撮像ズームレンズの光学性能を
それぞれ示す図である。

【００１６】図１（ｂ）は、一般的なズームレンズの歪
曲収差を描いたもので、広角側は大きくマイナス側に、
望遠側はプラス側に、歪曲収差が発生している。

【００１７】小型，軽量，コンパクトの条件を満足しな
がらズームレンズを設計するためには、広角，望遠両端
での歪曲収差を小さくする事は非常に困難であることか
ら、一般的には広角，望遠端での歪曲収差量をほぼ同じ
量になるように振分けるように設計することになる。従
って、歪曲収差の絶対量は小さくならない。しかしなが
ら、歪曲収差の大きい部分は広角端と望遠端付近で、中
間帯はほぼ単調に変化しており、それほど収差が大きく
ない事がわかる。

【００１８】このため、この第１の実施例においては、
図１（ａ）に示す様に、光学設計時に歪曲収差を一部の
撮影ポジションのみに集中させるべく設計を行ってい
る。具体的には、前述の様に、広角端及び望遠端でほぼ
同じ歪曲収差量とし、中間の焦点距離での歪曲収差は単
調に変化するようにしている。

【００１９】そして、撮影時に撮像ズームレンズの撮像
ポジションを検知し、該撮像ポジションが予め記憶部に
記憶されている歪曲収差が大きい撮像ポジション付近と
判断した場合には、該撮像ズームレンズで生じた像の幾
何学的歪みを、この幾何学的変形に沿って固体撮像素子
の画像データを読み出すことによって補間することによ
り、収差を補正し、歪曲収差のない画質を得ようとする
ものである。

【００２０】つまり、この第１の実施例においては、歪
曲収差補正をする撮像ボジションを予め想定しておき、
光学設計時にこれを考慮して設計し、後述する様に、撮
影時に現在撮影中のズームレンズの撮像ポジションを検
出し、補正が必要な時のみ（この実施例では、広角端付
近及び望遠端付近のみ歪曲収差補正を行う）複数行の画
素データを用いて幾何学的変形を持つ走査線の画素の信
号を一本づつ算出し、撮像ズームレンズによって生じた
収差を補正して、比較的安価なレンズを用いても優れた
画質を得ることを可能としている。

【００２１】図２は上記の様な光学性能を持つ撮像ズー
ムレンズを具備した固体撮像カメラの概略構成を示すブ
ロック図である。

【００２２】１は固体撮像素子（イメージセンサ）であ
るところのＣＣＤ１０の光電変換部、２は像パターンの
一例で有り、光電変換部１上に形成される。３はＣＣＤ
１０の蓄積部、４は電荷パターン、５はシフトレジスタ
である。

【００２３】上記ＣＣＤ１０は、前述した光電変換部
１，蓄積部３，シフトレジスタ５により形成されてい
る。

【００２４】１７はＣＣＤ１０からの信号を後述するＣ
ＰＵ１６の命令によって振り分ける為のスイッチ、６は
アンプ、７はサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路、８はア
ナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器である。９はライ
ンメモリであり、ＣＣＤ１０からの出力を数行分記憶す
る容量を有する。

【００２５】１１はアドレス記憶回路であり、ラインメ
モリ９からの読み出しの為のアドレス情報を、広角端の
場合と望遠端の場合の２種類に分けて予め記憶してお
り、必要な時にデータ（歪曲収差補正量情報）を送出さ
せる（アドレス情報を出力して）働きを持つ。１６は本
システムの進行を司るＣＰＵで、撮像ズームレンズの現
在の焦点距離情報から、歪曲収差補正動作を行わせるか
否かのＯＮ，ＯＦＦの情報をスイッチ１７（ＳＷ１）に
与え、歪曲収差補正動作を行わせる場合には、前記アド
レス記憶回路１１を介して広角端もしくは望遠端におけ
る歪曲収差補正量情報を選択し、ラインメモリ９にその
データを送出させる。

【００２６】１２は補間回路、１３はビデオ信号処理回
路、１４は同期信号付加回路、１５は上記ビデオ信号処
理回路１３から出力されるビデオ信号である。

【００２７】なお、以上の各回路の動作はタイミング制
御回路によって制御されているが、該制御回路，制御信
号などは簡略化のため、図示を省略してある。

【００２８】図３は上記固体撮像カメラの撮像ズームレ
ンズ及び焦点距離検出部を示す機構図である。

【００２９】図３において、７１は焦点調節用の１群レ
ンズ（フォーカスレンズ）、７２はズーミング作用を持
つ２群レンズ（バリエータレンズ）、７３は焦点位置を
補正する為の３群レンズ（コンペンセータレンズ）、７
４は結像作用を持つ４群レンズであり、これらにより撮
像ズームレンズは構成される。

【００３０】７５はズーミング作用を持つバリエータレ
ンズ７２の位置を検出する位置検出器、７６は該位置検
出器７５よりの位置情報（バリエータレンズ７２の位置
情報）から焦点距離を算出し、ＣＰＵ１６にこの焦点距
離情報を送出する焦点距離検出回路である。

【００３１】図４は本発明の第１の実施例における固体
撮像カメラの動作を示すフローチャートであり、以下こ
れにしたがって説明する。 ［ステップ９１］ 撮影動作を開始する。 ［ステップ９２］ 焦点位置検出回路７６を介して焦点
距離情報を検出し、現在の焦点距離情報を得る。 ［ステップ９３］ 上記焦点距離情報が予め決められて
いる広角端付近もしくは望遠端付近の歪曲収差補正範囲
内かどうかを判別する。そして、歪曲収差補正範囲内な
らステップ９４へ進み、そうでなければステップ９５へ
進む。 ［ステップ９４］ 現在の撮像ズームレンズ（詳しくは
バリエータレンズ７２）の焦点距離情報が歪曲収差補正
範囲内であるので、変数ＳＷ１をＯＮにする。これによ
り、スイッチＳＷ１がＯＮしてＣＣＤ１０からの信号は
アンプ６側へと接続される。 ［ステップ９５］ 現在の撮像ズームレンズの焦点距離
情報が歪曲収差補正範囲外であるので、変数ＳＷ１をＯ
ＦＦにする。これにより、スイッチＳＷ１がＯＦＦして
ＣＣＤ１０からの信号は直接ビデオ信号処理回路１３側
へ接続される。 ［ステップ９６］ 上記変数ＳＷ１のＯＮ，ＯＦＦを判
別し、ＯＮであればステップ９７へ進み、ＯＦＦであれ
ばステップ９８へ進む。 ［ステップ９７］ ここではアンプ６から補間回路１２
までにより形成される歪曲収差補正回路を作動させ、前
記ＣＣＤ１０からの信号とアドレス記憶回路１１からの
アドレス情報に基づいて歪曲収差補正を行う（この各回
路における動作の詳細は、後述する）。そして、ステッ
プ９８へと進む。 ［ステップ９８］ ビデオ信号処理回路１３を動作さ
せ、上記歪曲収差補正回路、或は、ＣＣＤ１０からの信
号に基づいて映像信号を生成し、映像信号出力を行う。 ［ステップ９９］ ズーム機構の動作がなされたか否か
の判別を行い、ズーム機構の動作がなされた場合には、
前述の演算中に動作して焦点距離が前の状態から変化し
ている可能性があるのでステップ９２へ戻り、ここで新
たに焦点距離情報を検出し直し、ステップ９３以降の動
作を行う。一方、ズーム機構の動作がなされていなけれ
ば焦点距離は変化していないのでステップ９６へ戻り、
該ステップ９６以降の動作を行う。

【００３２】図５は上記撮像ズームレンズの作用を説明
するための概略模式図である。

【００３３】図５において、２１は物体面であり、２２
は物体例である。２３は上記図３に示した各レンズ群よ
り成る撮像ズームレンズである。２４は像面であり、２
５は像である。

【００３４】物体面２１の物体２２は、撮像ズームレン
ズ２３によって像面２４上に結像され、像２５となる。
固体撮像素子であるところの上記のＣＣＤ１０は像２５
を光電変換するために像面２４上に配置されることにな
る。撮像ズームレンズ２３は歪曲（以下、ディストーシ
ョンと記す）が通常の許容値よりも大きく設定されてお
り、このため、図示の様に像２５は物体２２に比べて歪
んだものになっている。

【００３５】しかしながら、レンズ設計においては、周
知のように、ある収差値をより大きく許容すれば、他の
収差の補正は容易となり、撮像ズームレンズ２３は小型
化，レンズ枚数の低減，安価なガラス材料の使用等を図
ることができる。

【００３６】図２において、ＣＤ１０の光電変換部１上
には撮像ズームレンズ２３によって形成された像２５に
対応する像パターン２が生じている。本実施例に示した
ＣＣＤ１０はフレーム転送形である。すなわち、光電変
換部１で光電変換された像パターン２は、蓄積部３へ電
荷パターン４として転送される。そして、この電荷パタ
ーン４はシフトレジスタ５によって１行ずつ読み出され
る。

【００３７】図６は像とＣＣＤの画素の関係を示す概略
図式図である。

【００３８】図６において、３１はＣＣＤ１０の画素，
３２₁ ，３２₂ ，３２₃ はそれぞれ第１，第２，第３の
走査線である。

【００３９】第１〜第３の走査線３２₁ 〜３２₃ は最初
の３本の走査線を示しており、本来直線であるべきもの
であるが、ディストーションのために曲線になってい
る。すなわち、これらの曲線の形状は、撮像ズームレン
ズ２３の物体面２１においた水平線が像面２４に結像し
たときのディストーションによって生じる湾曲した形状
そのものである。

【００４０】電荷パターンの読み出しは、１行づつ、又
１行の中では１画素づつ順次行われる。画素３１の中で
は、右下の画素が最初に読み出され、次に、左図の画素
が読出され、順次１行分がまず読み出される。続いて１
つ上の行の画素信号が最も右の画素から読出されて行
く。３行目以降も同様である。

【００４１】図２において、ＣＣＤ１０のシフトレジス
タ５から読み出された画素信号は、前述した様に、スイ
ッチＳＷ１がＯＦＦである場合には、直接ビデオ信号処
理回路１３に送られる。

【００４２】一方、スイッチＳＷ１がＯＮである場合に
は、歪曲収差補正回路へと出力される。つまり、アンプ
６で増幅されてからＳ／Ｈ７にて保持され、その後Ａ／
Ｄ変換器８でディジタル化され、ラインメモリ９に送ら
れる。そして、ここで記憶される。このラインメモリ９
には読み出しを開始する前にＣＣＤ１０の数行分の信号
が蓄積される。これは、湾曲した走査線に従って画素信
号を読み出すためで、この走査線は画素数行分に跨がっ
ているからである。

【００４３】撮像ズームレンズ２３の焦点距離情報から
歪曲収差補正に必要なデータの種類がＣＰＵ１６からア
ドレス記憶回路１１に送られ、アドレス記憶回路１１は
指定された走査線の形状データを読み出し、これよりラ
インメモリ９内の画素信号を読み出すためのアドレス情
報を生成する。走査線の形状データは走査線を直接サン
プリングした形でも良いし、又適当な関係近似を行い、
その係数という形でも良い。これらのレンズ状態に対応
する走査線の形状データは、撮像ズームレンズの設計
時、あるいは試作後の光学測定時に得られる。

【００４４】ＣＣＤ１０で得られる画素の位置は一般に
は一致しないため、湾曲した走査線の画素の位置は補間
処理が必要となる。従って、上記ラインメモリ９からは
数画素分のデータが読み出され、補間回路１２に送ら
れ、ここで走査線上の一つの画素の値が算出される。

【００４５】ここで、ラインメモリ９の容量は次のよう
にして決定する。

【００４６】図７にラインメモリ９の画素と走査線の関
係図を示す。

【００４７】図７において、４１はラインメモリ９の画
素であり、ＣＣＤ１０の画素３１と１対１に対応してい
る。４２は最も湾曲した走査線である。すなわち、走査
線の中で最も多くのラインメモリ９の画素の行に跨がる
ものである。４３は最も湾曲した走査線４２の次の走査
線である。４４，４５はそれぞれ最も湾曲した走査線４
２及び次の走査線４３の画素である。黒丸で表した最も
湾曲した走査線４２の画素４４及び次の走査線４３の画
素４５の位置で画素データの値を算出する必要がある。

【００４８】４６はラインメモリ９のサイズを示す。ラ
インメモリ９のサイズ４６は最も湾曲した走査線４２の
画素４４の値が全て算出できるようなＣＣＤ１０の画素
３１のデータを記憶できる容量である。すなわち、最も
湾曲した走査線４２が跨がるＣＣＤ１０の画素３１の行
数に必要であれば補間処理で必要となる周辺の行を加え
た行数がラインメモリ９のサイズ４６となる。もちろん
これ以上であっても良い。

【００４９】最も湾曲した走査線４２上の画素４４の値
の算出は、ラインメモリ９がラインメモリ９のサイズ４
６だけの容量があれば、ラインメモリ９の画素４１より
完全に算出できる。

【００５０】次に、次の走査線４３上の画素４５の値を
算出するときは、ラインメモリ９内より最下行の画素デ
ータを棄て、ラインメモリ９には未だ記憶されていない
次の行、例えば、図４では一番上の行の画素データを読
み込む。ラインメモリ９のサイズ４６は、どの走査線に
対しても走査線上の全ての画素の値を算出するのに十分
なラインメモリ９の画素データ４１を記憶できることが
保証されているから、次の走査線４３上の画素４５につ
いても全ての値が算出される。他の走査線に対しても全
く同様に画素の値を算出していく。

【００５１】走査線の形状によっては画素の値の計算に
際して新たな画素データを読み込む必要がない場合もあ
れば、２行以上の画素データを読み込まねばならない場
合もある。これらはアドレス記憶回路１１よりの信号を
受けて不図示のタイミング制御回路が調整する。固体撮
像カメラの最終出力信号がビデオ信号の場合には、一定
の時間毎に一行ずつの画素データを出力しなければなら
ないから、場合によってはタイミング調整用にラインメ
モリ９に更にバッファメモリを持たせることがあり得
る。

【００５２】次に、図８を用いて補間回路１２において
行われる補間処理について説明する。

【００５３】図８において、５１は走査線、５２₁ ，５
２₂ はそれぞれ走査線の画素である。また、５３₁ ，５
３₂ ，……，５３₅ はラインメモリ９の画素である。

【００５４】走査線５１に対して画素の値を算出する場
合、走査線の画素５２₁,５２₂ の位置はラインメモリ９
の画素５３₁ 〜５３₅ の位置と異なるので、補間値とし
て値を計算する必要がある。最も簡単にはラインメモリ
９の画素５３₁ 〜５３₅ の中から最近傍画素の値を走査
線の画素５２₁ ，５２₂ の値として与える。すなわち、
走査線の画素５２₁ ，５２₂ の値はそれぞれラインメモ
リ９の画素５３₄ ，５３₇ の値とする。この処理の場合
には、アドレス記憶回路１１で適当にアドレズを決めて
やれば、ラインメモリ９からの読み出しの際に補間処理
が行われ、特別な補間回路１２は不要とすることができ
る。

【００５５】他の近似の方法は、隣接するラインメモリ
９の４画素から線形近似で補間値を算出する方法であ
る。すなわち、走査線の画素５２₁ ，５２₂ の値の計算
は、それぞれラインメモリ９の画素５３₁ ，５３₂ ，５
３₄ ，５３₅ 及び５３₂ ，５３₃ ，５３₅ ，５３₄ の４
画素ずつを補間回路１２に送って、それらより線形近似
を用いて行う。

【００５６】また、値の近似の方法として“キュービッ
クコンボルーション法”がある。これは、近傍画素の値
よりキュービックスプライン曲線を用いて補間するもの
で、この場合には、一画素の計算について近傍１６画素
の値が必要となる。

【００５７】図２において、補間回路１２の出力はビデ
オ信号処理回路１３に送られ、ＮＴＳＣ信号，ハイビジ
ョン信号の定められたフォーマットの信号に変換され
る。同期信号付加回路１４から同期信号がビデオ信号処
理回路１３に供給され、最終的なビデオ信号が形成され
る。ビデオ信号処理回路１３よりの出力ビデオ信号１５
は、全体のシステムの構成に応じてモニターに表示さ
れ、次段の処理回路に送られる、などが行われる。

【００５８】次に、図９によりディストーション補正処
理について説明する。

【００５９】６１は物体例である。６２はその像であ
り、撮像ズームレンズによって得られたものであって、
ＣＣＤ１０上の電荷パターンもこれと同じ形状をしてい
る。６３は出力ビデオ信号による像である。

【００６０】図９において、３つの図形の相互の縮尺の
関係は実際とは異なるよう誇張して描いてある。

【００６１】物体６１に対して、像６２は撮像ズームレ
ンズ２３のディストーションのために歪む。しかし、既
述の様に収差補正を電気的に行うので、出力ビデオ信号
１５による像６３の元の物体６１と相似な画素が得られ
ることを示している。

【００６２】（第２の実施例）図１０は本発明の第２実
施例において用いられる撮像ズームレンズの光学性能の
一例を示す図である。

【００６３】ここで、この第２実施例において用いられ
る撮像ズームレンズの歪曲収差は広角端で非常に大き
く、望遠端及び中間でほぼ同じ収差量になっており、中
間から望遠端までの焦点距離でも歪曲収差は単調に変化
している。そこで、この実施例では広角端付近のみ歪曲
収差補正を行う。

【００６４】図１１は広角端付近での、撮影距離による
歪曲収差の変化の一例を示す図であり、左から無限遠撮
影時、被写体距離３ｍ、最短撮影距離（1.2 ｍ）での歪
曲収差である。

【００６５】同じ焦点距離でも、撮影距離による歪曲収
差の変動が大きい事がわかる。そこで、この第２の実施
例においては、以下のように、焦点距離情報だけでな
く、撮影距離情報も歪曲収差補正の判別情報とする。

【００６６】図１２は本発明の第２実施例における固体
撮像カメラの焦点距離、撮影距離検出部のブロック図で
ある。その他の構成は図２と同様であるので、ここでは
省略している。

【００６７】図１２において、１０１は焦点位置調整作
用を持つ１群レンズ（フォーカスレンズ）、１０２はズ
ーミング作用を持つ２群レンズ（バリエータレンズ）、
１０３は焦点位置の補正作用を持つ３群レンズ（コンペ
ンセータレンズ）、１０４は結像作用を持つ４群レンズ
であり、フォーカスレンズ１０１から該４群レンズ１０
４にて撮像ズームレンズが形成される。

【００６８】１０５はバリエータレンズ１０２の位置を
検出する検出器、１０６はバリエータレンズ１０２の位
置から焦点距離を算出し、ＣＰＵ１６に焦点距離情報を
送り出す焦点距離検出回路、１０７はフォーカスレンズ
１０１の位置を検出する検出器、１０８はフォーカスレ
ンズ１０の位置から撮影距離を算出し１６のＣＰＵに撮
影距離情報を送り出す撮影距離検出回路である。

【００６９】図１３は上記の固体撮像カメラの動作を示
すフローチャートであり、以下これにしたがって説明す
る。 ［ステップ１１１］ 撮影動作を開始する。 ［ステップ１１２］ 焦点位置検出回路１０６を介して
焦点距離検出を行い、現在の焦点距離情報を得る。 ［ステップ１１３］ 上記焦点距離情報が予め決められ
ている広角端付近の歪曲収差補正範囲内かどうかを判別
する。そして、歪曲収差補正範囲内ならステップ１１４
へ進み、そうでなければステップ１１５へ進む。 ［ステップ１１４］ 現在の撮像ズームレンズ（詳しく
はバリエータレンズ１０２）の焦点距離情報が歪曲収差
補正範囲内であるので、変数ＳＷ２をＯＮにする。これ
により、スイッチＳＷ１がＯＮしてＣＣＤ１０からの信
号はアンプ６側へと接続される。そして、ステップ１１
６へ進む。 ［ステップ１１５］ 現在の撮像ズームレンズの焦点距
離情報が歪曲収差補正範囲外であるので、変数ＳＷ２を
ＯＦＦにする。これにより、スイッチＳＷ１がＯＦＦし
てＣＣＤ１０からの信号は直接ビデオ信号処理回路１３
側へ接続される。そして、ステップ１１７へと進む。 ［ステップ１１６］ 撮影距離検出回路１０８を介して
現在の撮影距離情報を検出し、次にこの撮影距離が予め
決められている撮影距離ゾーンのどこに該当するかを判
別し、これを変数ＳＷ３として記憶する。そして、ステ
ップ１１７へと進む。

【００７０】ここで具体的には、近距離であった場合に
は、変数ＳＷ３＝１として、中間距離であった場合に
は、変数ＳＷ３＝２として、遠距離であった場合には、
ＳＷ３＝３として記憶する。 ［ステップ１１７］ 上記変数ＳＷ２のＯＮ，ＯＦＦを
判別し、ＯＮの場合はステップ１１８へ進み、ＯＦＦの
場合はステップ１１９へ進む。 ［ステップ１１８］ ここではアンプ６から補間回路１
２までにより形成される歪曲収差補正回路を作動させ、
前記ＣＣＤ１０からの信号と撮影距離データ（変数ＳＷ
３の信号種類）によって選択されるアドレス情報に基づ
いて歪曲収差補正を行、スイテップ１１９へ進む。 ［ステップ１１９］ ここではビデオ信号処理回路１３
を動作させ、上記歪曲収差補正回路、或は、ＣＣＤ１０
からの信号に基づいて映像信号を生成し、映像信号出力
を行う。そして、ステップ１２０へと進む。 ［ステップ１２０］ ズーム機構の動作がなされたか否
かの判別を行い、動作がなされている場合には、映像信
号出力後にズーミング機構が動作して焦点距離が変化し
ている可能性があるのでステップ１１２へ戻り、新たに
焦点距離情報を検出し直し、ステップ１１３以降の動作
を行う。また、ズーム機構が動作していなければ、ステ
ップ１２１へ進む。 ［ステップ１２０］ 変数ＳＷ２がＯＮ（＝焦点距離は
歪曲収差補正範囲内）で、なおかつ、焦点調節機構が作
動しているかの判別を行い、そうであればステップ１１
６へ進み、前述した該ステップ１１６以降の動作を進め
る。一方、上記以外の条件であれば、ステップ１１７へ
進み、該ステップ１１７以降の動作を進める。

【００７１】以上の動作を繰返し撮影を行う。

【００７２】上記の第１及び第２の実施例によれば、予
め光学設計時に、撮影時に補正を行う撮影条件を全撮影
パターンの極一部に限定するように構成しておき、撮影
時に現在撮影中のズームレンズの撮像ポジションを検出
し、補正が必要な時のみ、つまり歪曲収差補正内である
時のみ撮像ズームレンズによって生じた収差を補正する
ようにしている為、撮影中の信号処理回路の規模を小さ
くする事が可能で、撮影中の信号処理能力にも余裕がで
きる。又撮像ズームレンズのレンズ枚数が少なく、軽量
コンパクトな設計が可能になり、より安価で小型の固体
撮像カメラが得られる。

【００７３】（第３の実施例）図５は本発明の第３の実
施例における撮像ズームレンズを示す概略模式図であ
る。

【００７４】図５において、２１は物体面であり、２２
は物体例である。２３は上記図３に示した各レンズ群よ
り成る撮像ズームレンズである。２４は像面であり、２
５は像である。

【００７５】物体面２１の物体２２は、撮像ズームレン
ズ２３によって像面２４上に結像され、像２５となる。
後述の固体撮像素子であるところのＣＣＤ２１６は像２
５を光電変換するために像面２４上に配置されることに
なる。撮像ズームレンズ２３は歪曲（以下、ディストー
ションと記す）が通常の許容値よりも大きく設定されて
おり、このため、図示の様に像２５は物体２２に比べて
歪んだものになっている。

【００７６】しかしながら、レンズ設計においては、周
知のように、ある収差値をより大きく許容すれば、他の
収差の補正は容易となり、撮像ズームレンズ２３は小型
化，レンズ枚数の低減，安価なガラス材料の使用等を図
ることができる。

【００７７】図１４は上記の撮像ズームレンズを備えた
固体撮像カメラの概略構成を示すブロック図である。

【００７８】２０１は固体撮像素子（イメージセンサ）
であるところのＣＣＤ２１６の光電変換部、２０２は像
パターンの一例であり、光電変換部２０１上に形成され
る。２０３はＣＣＤ２１６の蓄積部、２０４は電荷パタ
ーンである。２０５はシフトレジスタであり、上記光電
変換部２０１，蓄積部２０３，シフトレジスタ２０５に
よりＣＣＤ２１６は形成されている。

【００７９】２０６はアンプ、２０７はＳ／Ｈ（Ｓ／
Ｈ）回路、２０８はアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変
換器である。２０９はラインメモリであり、ＣＣＤ２１
６からの出力を数桁分記憶する容量を有する。２１０は
レンズ状態信号であり、このレンズ状態信号２１０は撮
像ズームレンズ２３の現在の状態を示すもので、ズーム
の状態，フォーカスの状態，ズーム速度等に関する情報
が含まれている。２１１はアドレス記憶回路であり、ラ
インメモリ２０９からの読み出しのためのアドレス情報
を出力する。２１２は補間回路である。２１３はビデオ
信号処理回路、２１４は同期信号付加回路、２１５は出
力ビデオ信号である。

【００８０】尚、以上の素子回路の動作はタイミング制
御回路によって制御されているが、制御回路，制御信号
などは簡略化のため、図示を省略してある。

【００８１】次に、動作について説明する。

【００８２】図１４において、シフトレジスタ２０５か
ら読み出されたＣＣＤ２１６の画素の信号は、アンプ２
０６で増幅されてからＳ／Ｈ回路２０７に送られ、ここ
でホールドされる。さらに、該Ｓ／Ｈ回路２０７の出力
信号は、Ａ／Ｄ変換器２０８でディジタル化され、ライ
ンメモリ２０９に送られ、ここで記憶される。ラインメ
モリ２０９には、読み出しを開始する前にＣＣＤ２１６
の数行分の信号が蓄えられる。これは、湾曲した走査線
に従って画素信号を読み出すためで、この走査線は画素
数行分に跨がっているからである。レンズ状態信号２１
０がアドレス記憶回路２１１に入力されると、該アドレ
ス記憶回路２１１は現在のレンズ状態を知ることができ
る。

【００８３】上記アドレス記憶回路２１１内にはＲＯＭ
（読出し専用メモリ）が内蔵されており、レンズ状態に
対応した走査線の形状データが記憶されている。走査線
の形状データは走査線を直接サンプリングした形でも良
いし、また適当な関数近似を行い、その係数という形で
も良い。これらのレンズ状態に対応する走査線の形状デ
ータは、撮像ズームレンズ２３の設計時、或は、試作後
の光学測定時に得られる。

【００８４】アドレス記憶回路２１１は、ズーム停止時
は、前記ＲＯＭ内のデータとレンズ状態に応じて読み出
し、これによりラインメモリ２０９内の画素信号を読み
出すためのアドレスを生成す。そして、この信号は経路
Ａを介してビデオ信号処理回路２１３へとＣＣＤ２１６
の信号は補正されて出力される。ＣＣＤ２１６で得られ
る画素の位置は一般には一致しないために、湾曲した走
査線上の画素の位置は補間処理が必要となる。従って、
ラインメモリ２０９からは数画素分のデータが読み出さ
れ、補間回路２１２に送られ、ここで走査線上の一つの
画素の値が算出される。

【００８５】ここで、図１５はディストーション補正処
理を示す説明図である。

【００８６】図１５において、２３１は物体例である。
２３２はその像であり、撮像ズームレンズ２３によって
得られたものである。ＣＣＤ２１６上の電荷パターンも
これと同じ形状をしている。２３３は出力ビデオ信号１
５による像である。

【００８７】図１５において、３つの図形の相互の縮尺
の関係は実際とは異なるよう誇張して描いてある。

【００８８】物体２３１に対して、像２３２は撮像ズー
ムレンズ２３のディストーションのために歪む。しか
し、既に述べたように収差補正を電気的に行うので、出
力ビデオ信号による像２３３の元の物体２３１と相似な
画像が得られることを示している。

【００８９】ズーム動作時は、以上の様に前記ＲＯＭデ
ータにおける像の歪み補正用のデータは用いず、従って
補間も行わず、経路Ｂに従ってＣＣＤ２１６における歪
んだ像そのものを出力する。

【００９０】以上の歪み補正動作を図１６のフローチャ
ートにより説明する。 ［ステップ２４１］ 撮影動作を開始する。 ［ステップ２４２］ ズームのＯＮ／ＯＦＦの判定を行
う。そして、ＯＮの場合には歪み補正を行ＷＡないた
め、このステップに留まる。一方、ＯＦＦの場合には歪
み補正を行うためにステップ２４３へ進む。 ［ステップ２４３］ ズーム位置，フォーカス位置を検
出し、ステップ２４４へ進む。 ［ステップ２４４］ 上記のレンズ状態に対応した走査
線の形状データを取り出し、ステップ２４５へ進む。 ［ステップ２４５］ 上記の走査線の形状データに基づ
いて補間処理を行い、歪み補正を行う。

【００９１】尚、ここでは幾何学的歪みみとしてディス
トーションを例に挙げたが、他の幾何学的歪みみであっ
ても構わない。

【００９２】又、ズームＯＮ時はアナログ回路により直
接ＣＣＤ２１６での像をビデオ信号処理回路２１３へ出
力しても構わない。

【００９３】以上の第３の実施例によれば、ズーミング
中は歪み補正を行わないようにしているため、演算処理
の簡略化、及び、迅速なズーミングが可能となる。

【００９４】（第４の実施例）図１７は本発明の第４の
実施例に係る固体撮影カメラの歪み補正動作を示すフロ
ーチャートであり、図１８は図１７のステップ２５３に
おける補正量算出の説明図である。

【００９５】ズームＯＦＦ時、焦点距離ｆ＝Ｚにおいて
は、その際のレンズ状態に基く走査線形状データにより
補間回路を通じて歪み補正を行う。

【００９６】しかし、ズームＯＮ時には、ズーミングに
より現在の焦点距離Ｚから△ｔたった時に変化している
であろう、焦点距離Ｚ´における補正量ｆ（Ｚ´）を、
そのズーム速度をｖ、歪み補正演算処理時間を△ｔとし
て Ｚ´＝Ｚ＋ｖ・△ｔ により予め求め、ズーミングにより焦点距離Ｚ´に達し
た時点でその補正が同時に行う。

【００９７】以上のズームＯＮ時における動作を示すの
が、図１７のステップ２５１からステップ２５４までで
ある。

【００９８】この様な制御を行うことにより、ズーミン
グする際のズーム速度に対し、歪み補正が追いつかなく
なることによる画像の不自然さを、ズーム速度を遅らせ
ることなく解決することが可能である。

【００９９】以上の第４の実施例によれば、ズーミング
中はズーム速度に基づいて歪み補正を行うようにしてい
るため、リアルタイムに自然な画像を得ることが可能と
なる。

【０１００】

【発明の効果】以上の説明したように、本発明によれ
ば、歪曲収差を一部の撮像ポジションのみに集中して形
成される撮像ズームレンズと、該撮像ズームレンズの撮
像ポジションを検出する検出手段と、撮影時における前
記撮像ズームレンズの撮像ポジションが歪曲収差の大き
いポジション内であることが前記検出手段にて検出され
ている場合には、この撮像ズームレンズによって生じた
像の幾何学的歪みを、前記固体撮像素子の画像データを
幾何学的変形に基づき読み出すことにより補正する補正
手段とを設け、光学設計時に歪曲収差を一部の撮像ポジ
ションのみに集中して撮像ズームレンズを形成し、撮影
時の撮像ズームレンズの撮像ポジションが前記歪曲収差
内であった場合には、前記撮像ズームレンズによって生
じた像の幾何学的歪みを、この幾何学的変形に沿って固
体撮像素子の画像データを読み出して歪曲収差補正を行
うようにしている。

【０１０１】よって、画質が良好で、且つ、撮像ズーム
レンズは勿論、回路規模的にもコストの安いものとする
ことができる。

【０１０２】また、本発明によれば、ズーミング動作時
には、幾何学的歪みの補正をズーミング動作がなされて
いない時とで切り換える制御手段を設け、ズーミング動
作時には、幾何学的歪みの補正動作を行わないようにし
たり、該ズーミング速度情報を用いて幾何学的歪みの補
正動作を行うようにしている。

【０１０３】よって、ズーム速度を迅速にすると共に、
出力画像を自然なものにすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における撮像ズームレン
ズと一般的な撮像ズームレンズの光学性能をそれぞれ示
す図である。

【図２】本発明の第１の実施例における固体撮像カメラ
の概略構成を示すブロック図である。

【図３】図２の固体撮像カメラの撮像ズームレンズ及び
焦点距離検出部を示す機構図である。

【図４】図２の固体撮像カメラの動作を示すフローチャ
ートである。

【図５】図２の撮像ズームレンズの作用を説明するため
の概略模式図である。

【図６】図２のＣＣＤの画素と像の関係を示す概略図式
図である。

【図７】図２のラインメモリの画素と走査線の関係を示
す図である。

【図８】図２の補間回路における補間処理について説明
する為の図である。

【図９】本発明の第１の実施例におけるディストーショ
ン補正処理について説明する為の図である。

【図１０】本発明の第２の実施例において用いられる撮
像ズームレンズの光学性能の一例を示す図である。

【図１１】本発明の第２実施例において用いられる撮像
ズームレンズの広角端付近での、撮影距離による歪曲収
差の変化の一例を示す図である。

【図１２】本発明の第２の実施例における固体撮像カメ
ラの焦点距離及び撮影距離の各検出部を示す機構図であ
る。

【図１３】図１２の固体撮像カメラの動作を示すフロー
チャートである。

【図１４】本発明の第３の実施例における固体撮像カメ
ラの概略構成を示すブロック図である。

【図１５】本発明の第３の実施例におけるディストーシ
ョン補正処理について説明する為の図である。

【図１６】本発明の第３の実施例における固体撮像カメ
ラの歪み補正動作を示すフローチャートである。

【図１７】本発明の第４の実施例に係る固体撮影カメラ
の歪み補正動作を示すフローチャートである。

【図１８】図１７のステップ２５３における補正量算出
の説明図である。

【符号の説明】

９，２０９ ラインメモリ １０，２１６ ＣＣＤ １１，２１１ アドレス記憶回路 １２，２１２ 補間回路 １３，２１３ ビデオ信号処理回路 １６ ＣＰＵ ２３ 撮像ズームレンズ ７６ 焦点位置検出回路 １０８ 撮影距離検出回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歪曲収差を一部の撮像ポジションのみに
   集中して形成される撮像ズームレンズと、該撮像ズーム
   レンズによって結像される像を光電変換する固体撮像素
   子と、前記撮像ズームレンズの撮像ポジションを検出す
   る検出手段と、撮影時における前記撮像ズームレンズの
   撮像ポジションが歪曲収差の大きいポジション内である
   ことが前記検出手段にて検出されている場合には、この
   撮像ズームレンズによって生じた像の幾何学的歪みを、
   前記固体撮像素子の画像データを幾何学的変形に基づき
   読み出すことにより補正する補正手段とを備えた固体撮
   像カメラ。
2. 【請求項２】 撮像ズームレンズと、該撮像ズームレン
   ズによって結像される像を光電変換する固体撮像素子と
   を備え、前記撮像ズームレンズによって生じた像の幾何
   学的歪みを、前記固体撮像素子の画像データを幾何学的
   変形に基づき読み出すことにより補正する固体撮像カメ
   ラにおいて、ズーミング動作時には、上記の補正をズー
   ミング動作がなされていない時とで切り換える制御手段
   を設けたことを特徴とする固体撮像カメラ。
3. 【請求項３】 制御手段は、ズーミング動作時には、幾
   何学的歪みの補正動作を行わないようにする手段である
   ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像カメラ。
4. 【請求項４】 制御手段は、ズーミング動作時には、該
   ズーミング速度情報を用いて幾何学的歪みの補正動作を
   行う手段であることを特徴とする請求項２記載の固体撮
   像カメラ。