JP2006113264A - 像振れ補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パン／チルト操作の終了時に、角速度信号が厳密には零にならず、漸進的に零値に近づくのに合わせて、像振れ補正の対象とする周波数帯域を変更する（段階的に下げる）ことにより、パン又はチルト操作の終了時に発生する画像のゆれ戻しを低減する像振れ補正装置を提供する。
【解決手段】 パン／チルト操作の終了時に、カメラの角速度又は加速度の急激な変化や、回路内のコンデンサ内の残留信号等のために角速度信号が厳密には零にならず、漸進的に零値に近づく。パン／チルト検出部３８は、この角速度信号が零値に近づく速度に合わせて、積分処理部３４のカットオフ周波数ｆｃを段階的に下げる。これにより、振れ信号のＤＣ成分を適切にカットすることができ、適正な像振れ補正処理を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は像振れ補正装置に係り、特にカメラの像振れを補正（防止）する像振れ補正装置に関する。

テレビカメラ等の像振れ補正装置として、撮影光学系に防振レンズを光軸と直交する面内で移動自在に配置し、カメラ（カメラの撮影光学系）に振動が加わると、その振動を打ち消す方向に防振レンズをアクチュエータで駆動して像振れを補正するようにしたものが知られている。このような像振れ補正装置では、カメラに加わった振動を振れ検出センサ（角速度センサや加速度センサ等）によって検出し、その振れ検出センサから出力される振れ信号に基づいて像振れを補正するための防振レンズの変位量が求められるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、振れ検出センサから出力される振れ信号には、手振れのような補正すべき振動に起因する信号の他に、パン操作やチルト操作のような撮影者の意図的なカメラ操作に起因する信号等も含まれている。従って、単に振れ信号に基づいて防振レンズを駆動すると、パン／チルト操作時にも像振れ補正が行われる。しかしながら、パン／チルト操作時に像振れ補正が行われると、パン／チルト操作終了後に像振れ（ゆれ戻し）が生じ、カメラ操作や映像に違和感が生じるため好ましくない。

そこで、従来、振れ検出センサから出力された振れ信号がパン／チルト操作によるものか否かを自動で判断し、パン／チルト操作によるものと判断した場合には像振れ補正を停止し、防振レンズを可動範囲の中心（変位量０とする基準位置）に戻して停止させておくようにしたゆれ戻し補正が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、パン／チルト操作の終了時には、カメラの角速度又は加速度の急激な変化や、回路内のコンデンサ内の残留信号等により振れ信号が厳密には零にならず、漸進的に零値に近づく。このため、像振れ補正を再開する際に防振レンズがこの振れ信号により大きく動き、画像のゆれ戻しが発生する。このようなゆれ戻しが発生すると、正確で素早いフレーミングを行うことができないという問題があった。

このようなゆれ戻しを防ぐための技術として、特許文献３には、パンニング操作の終了が検知されることにより、振れ出力信号のゲインを変更するゲイン変更手段を有する像振れ補正機能付き光学機器について開示されている。なお、この特許文献３に開示された技術は、振れ出力信号のゲインを変更するものであり、本発明とは構成を異にしている。
特開２００２−２２９０８９号公報 特開平５−１４２６１４号公報 特開平１０−２１３８３２号公報

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、パン又はチルト操作の終了時に発生する画像のゆれ戻しを低減する像振れ補正装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に係る像振れ補正装置は、光学系に加えられた振動に対応する振れ信号を出力する振れ信号出力手段と、前記光学系によって結像された像を変位させる像変位手段と、前記振れ信号出力手段により出力された振れ信号に基づいて前記光学系に加えられた振動に起因する像振れを打ち消すように前記像変位手段により前記像を変位させる像振れ補正手段とを備える像振れ補正装置において、前記光学系のパン又はチルト操作を検知するパン／チルト操作検知手段と、前記パン又はチルト操作が検知された際に、前記像振れ補正手段による像振れ補正を停止させる像振れ補正停止手段と、前記パン又はチルト操作の終了を検知するパン／チルト操作終了検知手段と、前記パン又はチルト操作の終了が検知された場合に、前記像振れ補正手段による像振れ補正を再開させる像振れ補正再開手段と、前記像振れ補正の再開後の所定時間、前記像振れ補正の対象とする周波数帯域の低域側のカットオフ周波数を高くする対象周波数帯域変更手段とを備えることを特徴とする。

請求項１に係る像振れ補正装置によれば、パン／チルト操作の終了が検出された際に、像振れ補正の対象とする振れ信号の周波数帯域を変更するようにしたため、パン／チルト操作の終了時に発生する画像のゆれ戻しを低減することができる。

請求項２に係る像振れ補正装置は、請求項１において、前記対象周波数帯域変更手段は、前記像振れ補正の対象とする周波数帯域の低域側のカットオフ周波数を所定時間間隔で所定値ずつ下げることを特徴とする。

請求項２に係る像振れ補正装置によれば、パン／チルト操作の終了時に、カメラの角速度又は加速度の急激な変化や、回路内のコンデンサ内の残留信号等のために振れ信号が厳密には零にならず、漸進的に零値に近づくのに合わせて段階的にカットオフ周波数を下げるため、振れ信号の直流成分（ＤＣ成分）を適切にカットすることができ、適正な像振れ補正処理を行うことができる。

以上説明したように本発明に係る像振れ補正装置によれば、パン／チルト操作の終了が検出された際に、像振れ補正の対象とする振れ信号の周波数帯域を変更するようにしたため、パン／チルト操作の終了時に発生する画像のゆれ戻しを低減することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る像振れ補正装置の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る像振れ補正装置の主要構成を示すブロック図である。像振れ補正装置は、例えば、テレビカメラ用のレンズ装置（撮影レンズ）、ムービカメラ、又は、スチルカメラ等に搭載され、同図に示す防振レンズ１０は、本装置が搭載されるレンズ装置又はカメラの撮影光学系において、光軸に対して垂直な面内で上下（鉛直方向）、左右（水平方向）に移動自在に配置される。また、防振レンズ１０は、モータ１２により上下、又は、左右に駆動されるようになっており、カメラ（撮影光学系）に振動が生じた場合には、このモータ１２により像振れを防止する位置（振動を打ち消す位置）に移動するようになっている。尚、防振レンズ１０が上下、左右に移動すると撮影光学系の撮影範囲が上下、左右に変位する。また、防振レンズ１０は上下方向と左右方向のいずれの方向についても各方向に生じた振動に基づいて同様に駆動されるため、本実施の形態では、一方向（以下、左右方向）に対する像振れ補正を行う構成についてのみ説明し、他方向に対して同様に構成されるものとする。

同図に示す角速度センサ１４は、例えばジャイロセンサであり、カメラの振動を検出するための振れ検出センサとして用いられる。この角速度センサ１４は、例えばレンズ鏡胴の上面に設置され、レンズ鏡胴の左右方向の振動の角速度を検出し、検出した角速度に応じた電圧の電気信号を出力する。尚、角速度センサ１４から出力される信号を以下、角速度信号という。

角速度センサ１４から出力された角速度信号は、２つの線路に分岐され、一方は、ハイパスフィルタ１５によって低周波ノイズが除去された後、Ａ／Ｄ変換器１６によってデジタル信号に変換される。そして、このデジタル信号は、ＣＰＵ２４に与えられる。他方は、角速度センサ１４から出力された角速度信号がそのままＡ／Ｄ変換器１８によってデジタル信号に変換されてＣＰＵ２４に与えられる。

また、本実施の形態における撮影レンズは、ズーム倍率（焦点距離）の変更が可能であり、その設定位置（ズーム位置）に対応する電圧の検出信号がズーム位置検出器２０から出力され、Ａ／Ｄ変換器２２によってデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ２４に与えられるようになっている。

ＣＰＵ２４の処理内容については後述するが、ＣＰＵ２４からは、目標とする防振レンズ１０の位置、即ち、防振レンズ１０の基準位置に対する変位量を示す位置指令信号がＤ／Ａ変換器２６に出力されるようになっている。Ｄ／Ａ変換器２６に出力された位置指令信号は、アナログの電圧信号に変換された後、加算器３０に入力される。尚、防振レンズ１０の基準位置は、例えば可動範囲の中心（振れ中心）とし、そのときの位置を示す信号値を零とする。ただし、基準位置は振れ中心でなくてもよい。

加算器３０には、防振レンズ１０の現在位置を示す位置信号としてモータ１２の回転位置を検出するポテンショメータ２８からの電圧信号が与えられており、ＣＰＵ２４からの位置指令信号とポテンショメータ２８からの位置信号との差を示す電圧信号が生成される。そして、その電圧信号がアンプ（サーボアンプ）３２に与えられる。

アンプ３２は、加算器３０から与えられた電圧信号を所定のゲインで増幅してモータ１２に印加する。これにより加算器３０から与えられる電圧信号が零となるようにモータ１２が駆動され、ＣＰＵ２４からの位置指令信号により指令された位置に防振レンズ１０が移動する。

続いて、ＣＰＵ２４の処理について説明する。図１のＣＰＵ２４のブロックにはＣＰＵ２４で行われる各処理に対応する機能ブロックが示されており、ＣＰＵ２４の処理を各機能ブロックの処理として説明する。

ＣＰＵ２４において、上記Ａ／Ｄ変換器１６から与えられた角速度信号は、積分処理部３４によって低周波成分のみが抽出される。尚、この処理は角速度信号を積分する処理に相当する。

積分処理部３４は、パラメータの変更により積分特性（フィルタ特性、周波数特性）の変更が可能で、パン／チルト検出部３８の特性制御により周波数特性（積分処理部３４の低域側のカットオフ周波数ｆｃ）が変更されるようになっている。なお、積分処理部３４の周波数特性の変更は、例えば、異なる周波数特性を有する積分処理部を複数設けておき、後述する条件に基づいて角速度信号が入力される積分処理部が切り替わるように構成されていてもよい。

積分処理部３４を通過した信号は、ゲイン部３６によって所定のゲインで増幅され、その信号が上記位置指令信号としてＤ／Ａ変換器２６に出力される。尚、ゲイン部３６におけるゲインはズーム位置検出器２０から得られるズーム位置に応じた値に設定される。

以上のようなＣＰＵ２４の処理により、Ａ／Ｄ変換器１６から与えられた角速度信号に基づいて、カメラに加わった振動に対して像振れを補正（防止）するための防振レンズ１０の位置、即ち、防振レンズ１０の振れ中心に対する変位量を示す位置指令信号が求められ、Ｄ／Ａ変換器２６に出力される。

一方、上記Ａ／Ｄ変換器１８から与えられた角速度信号は、パン／チルト検出部３８に読み取られる。角速度信号を読み取ったパン／チルト検出部３８は、その角速度信号に基づいてパン／チルト操作と、パン／チルト操作の終了を検出する。

図２は、角速度信号を模式的に示すグラフである。図２において、横軸は経過時間ｔであり、縦軸は角速度信号Ｖである。図中の点Ａはパン／チルト操作の開始時点、点Ｃはパン／チルト操作の終了検出時点を示している。

例えば、Ａ／Ｄ変換器１８から得られた角速度信号Ｖの絶対値が所定の閾値Ｖ１より大きい場合には（Ｖ＜−Ｖ１，Ｖ＞＋Ｖ１）、図２の点Ａから点Ｂの区間のように閾値＋Ｖ１（又は−Ｖ１）の値が出力され、パン／チルト検出部３８はその角速度信号がパン／チルト操作によるもの、即ち、パン／チルト操作が行われたと判断する。また、パン／チルト操作が検出された後に、図２の点Ｃに示すように、Ａ／Ｄ変換器１８から得られた角速度信号Ｖの絶対値が所定の閾値Ｖ２より小さくなると（−Ｖ２＜Ｖ＜＋Ｖ２）、パン／チルト検出部３８はパン／チルト操作が終了したと判断する。

上述のように、パン／チルト検出部３８によりパン／チルト操作が検出された場合には、像振れ補正を停止する処理が実行される。即ち、積分処理部３４の積分特性が変更される。ここで、積分処理部３４はパラメータの変更により積分特性の変更が可能なフィルタで、パン／チルト操作が検出されると、防振レンズ１０を基準位置（振れ中心）に戻して停止させるような積分特性に変更される。即ち、位置指令信号の値が徐々に０に近づくような積分特性に変更される。尚、像振れ補正を実行している間の積分特性をノーマルの特性とする。また、積分特性をノーマルの特性から防振レンズ１０を基準位置に戻す特性に変更する場合、ズーム位置検出器２０から与えられるズーム位置信号の値が考慮される。

そして、パン／チルト検出部３８によりパン／チルト操作の終了が検出された場合には、像振れ補正を再開する処理が実行される。即ち、積分処理部３４の積分特性が変更されて、カットオフ周波数ｆｃが所定値ｆ０となる。ここで、ｆ０は、カメラの角速度又は加速度の急激な変化や、回路内のコンデンサ内の残留信号等に起因する角速度信号に含まれるＤＣ成分をカットするのに充分大きな値（例えば、３Ｈｚ程度）である。そして、パン／チルト検出部３８は、所定時間ｔ０ごとにカットオフ周波数ｆｃを所定値ｆｉずつ段階的に下げて、目標の積分特性（目標値ｆ１）に設定する。目標値ｆ１は、例えば、ｆ１≒０．０２Ｈｚである。

図３は、積分出力を模式的に示すグラフである。図３において、横軸は時間ｔであり、縦軸は積分出力である。図中の点Ａ、点Ｃ、及び区間Ｄは図２の同じ時間に対応している。

図２の区間Ｄに示すように、パン／チルト操作の終了後には、カメラの角速度又は加速度の急激な変化や、回路内のコンデンサ内の残留信号等のために角速度信号Ｖは厳密に零にならず、漸進的に零に近づく。パン／チルト操作の終了直後に、像振れ補正が再開されると、積分処理部３４によってこの角速度信号が積分されるため、図３（ａ）の区間Ｄのように積分出力が急激に上昇する。このため、積分出力が防振レンズ１０の動作範囲（図中の時間ｔ軸の上下の破線）を超えてしまうことがある。一方、本実施形態によれば、区間Ｄの角速度信号が零に近づくのに合わせて、積分処理部３４の低域側のカットオフ周波数ｆｃを段階的に下げるため、図３（ｂ）の区間Ｄのように積分出力が急激に上昇することなく、適切な像振れ補正を行うことができる。

図４は、パン／チルト操作終了時の像振れ補正の再開処理を示すフローチャートである。まず、パン／チルト検出部３８によりパン／チルト操作の終了が検知されると（ステップＳ１０）、パン／チルト検出部３８の特性制御により積分処理部３４のカットオフ周波数ｆｃがｆｃ＝ｆ０（例えば、ｆ０≒３Ｈｚ程度）に設定され（ステップＳ１２）、像振れ補正が再開される（ステップＳ１４）。次に、所定時間ｔ０が経過するごとに（ステップＳ１６）、カットオフ周波数ｆｃの値が所定値ｆｉずつ下げられる（ステップＳ１８）。ここで、所定時間ｔ０は０．２秒程度であり、カットオフ周波数ｆｃを下げる間隔ｆｉは０．５Ｈｚ程度である。なお、ｔ０やｆｉは変数であってもよく、区間Ｄの角速度信号が零に近づく速さ等に応じて適当な値に設定される。そして、カットオフ周波数の値ｆｃが、およそ０．２秒間隔で３．０Ｈｚ→２．５Ｈｚ→…→１．０Ｈｚ→０．５Ｈｚ→０．０２Ｈｚと下げられて、目標値ｆ１（例えば、０．０２Ｈｚ）に設定されると（ステップＳ２０）、通常の像振れ補正に移行する。

尚、本実施の形態では省略しているが水平方向と垂直方向に関する角速度信号がそれぞれ別々の角速度センサから得られ、水平方向の角速度信号からはパン操作について、垂直方向の角速度信号からはチルト操作についての開始及び終了が検出される。

以上、上記実施の形態では、撮影光学系の光軸に垂直な面内で変位する防振レンズによって像振れを防止する場合について説明したが、本発明は他の方式による像振れ補正装置にも適用できる。例えば、撮像素子から映像信号を切り出す範囲をシフトさせて像振れを補正するような電子的方法を用いた像振れ補正装置においても本発明を適用することができる。

なお、上記実施の形態ではパン／チルト操作か否かを角速度信号が所定値を超えたか否かにより判断するようにしたが、他の方法で判断してもよい。また、パン／チルト操作の終了の検知についても同様である。

また、本発明は、テレビカメラ以外の像振れ補正にも適用できる。

本発明の一実施形態に係る像振れ補正装置の主要構成を示すブロック図 角速度信号を模式的に示すグラフ 積分出力を模式的に示すグラフ パン／チルト操作終了時の像振れ補正の再開処理を示すフローチャート

符号の説明

１０…防振レンズ、１２…モータ、１４…角速度センサ、１５…ハイパスフィルタ、１６、１８、２２…Ａ／Ｄ変換器、２０…ズーム位置検出器、２４…ＣＰＵ、２６…Ｄ／Ａ変換器、２８…ポテンショメータ、３０…加算器、３２…アンプ、３４…積分処理部、３６…ゲイン部、３８…パン／チルト検出部

Claims (2)

1. 光学系に加えられた振動に対応する振れ信号を出力する振れ信号出力手段と、前記光学系によって結像された像を変位させる像変位手段と、前記振れ信号出力手段により出力された振れ信号に基づいて前記光学系に加えられた振動に起因する像振れを打ち消すように前記像変位手段により前記像を変位させる像振れ補正手段とを備える像振れ補正装置において、
   前記光学系のパン又はチルト操作を検知するパン／チルト操作検知手段と、
   前記パン又はチルト操作が検知された際に、前記像振れ補正手段による像振れ補正を停止させる像振れ補正停止手段と、
   前記パン又はチルト操作の終了を検知するパン／チルト操作終了検知手段と、
   前記パン又はチルト操作の終了が検知された場合に、前記像振れ補正手段による像振れ補正を再開させる像振れ補正再開手段と、
   前記像振れ補正の再開後の所定時間、前記像振れ補正の対象とする周波数帯域の低域側のカットオフ周波数を高くする対象周波数帯域変更手段と、
   を備えることを特徴とする像振れ補正装置。
2. 前記対象周波数帯域変更手段は、前記像振れ補正の対象とする周波数帯域の低域側のカットオフ周波数を所定時間間隔で所定値ずつ下げることを特徴とする請求項１記載の像振れ補正装置。

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