JP2010271379A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ローリングシャッター方式のCMOSセンサカメラでは、ライン毎の露光タイミングおよび読み出し時間のずれによりコンニャク現象(またはフォーカルプレーン現象)と呼ばれる歪みが生じる。
手振れ補正機能がオフになっていると、手振れおよびカメラへの振動がライン毎の読み取りに影響を及ぼすので、この歪みが出やすくなり、特に動画撮影時に顕著になる。
【解決手段】 本発明では動画撮影モード中は手振れ補正機能がオフとなる三脚処理に入らないようにし、常に手振れ補正を行うようにする。
これにより動画時にカメラに振動・衝撃が加わっても手振れ補正によって手振れ・振動をキャンセルし、コンニャク現象による歪みを軽減する。
【選択図】 図5
手振れ補正機能がオフになっていると、手振れおよびカメラへの振動がライン毎の読み取りに影響を及ぼすので、この歪みが出やすくなり、特に動画撮影時に顕著になる。
【解決手段】 本発明では動画撮影モード中は手振れ補正機能がオフとなる三脚処理に入らないようにし、常に手振れ補正を行うようにする。
これにより動画時にカメラに振動・衝撃が加わっても手振れ補正によって手振れ・振動をキャンセルし、コンニャク現象による歪みを軽減する。
【選択図】 図5
Description
本発明は、画像振れを補正する機能を有する撮像装置に関するものである。
従来手ぶれ補正機能をもつ撮像装置では、ぶれ量検知にジャイロセンサ(角速度センサ)がよく用いられる。このジャイロセンサは圧電素子等の振動材を一定周波数で振動させコリオリ力による力を電圧に変換して角速度情報を得る。得られた角速度に対して積分を行い、ぶれ量を算出し、光学的に画角を移動可能なシフトレンズをぶれ量をキャンセルする方向に動かして手ぶれ補正が行われる。
像振れ補正装置においては、一般に手振れ振動、或いはそれに類似する周波数分布を持った振れ振動を良好に補正すべく、それに見合った振れ検知センサや振れ補正光学系の選択、及び上記センサや駆動機構の応答周波数帯域の設定がなされている。従って、このような像振れ補正装置を三脚等に据え付けて使用する場合には、振れ検知センサから出力される低周波のドリフト信号(ゆらぎ)により、振れ補正機構はカメラの振れとは関係のない振れ補正を行ってしまい、像振れを助長してしまうという問題点を生じる。この問題点を解消するために、振れ検知センサの出力が微小ならば三脚等に据え付けられていると判別して、像振れ補正を行わないようにすることが提案されている(例えば特許文献1参照)。
また近年、ディジタルカメラ、ビデオカメラなどの撮像装置において、CCDイメージセンサに代えてCMOSイメージセンサを搭載する撮像装置が増えてきている。CMOSイメージセンサは、フォトダイオードで生成された信号電荷を、フローティングディフュージョンアンプにより電圧信号に変換する。そして、この電圧信号を垂直走査回路からの行選択信号により水平行単位で列信号線に読み出し、水平走査回路からの水平駆動信号により外部に順次読み出す。
上述したCMOSイメージセンサは、水平行単位で電圧変換して読み出すため、必然的に、画素の電荷の蓄積の開始と終了の時刻が水平行単位で順次ずれてゆくローリングシャッター方式となる。ただし、各水平行の蓄積電荷の読み出しと撮像素子駆動の垂直同期信号とのタイミングが一致するように制御されることにより、読み出された撮像画像が垂直同期信号に同期して表示されるようになっている。
ローリングシャッター方式のCMOSイメージセンサを用いたカメラでは、ライン毎の露光タイミングおよび読み出し時間のずれによりコンニャク現象(またはフォーカルプレーン現象)と呼ばれる歪みが生じる。
手振れ補正機能がオフになっていると、手振れおよびカメラへの振動がライン毎の読み取りに影響を及ぼすので、この歪みが出やすくなり、特に動画撮影時に顕著になる。
(発明の目的)
本発明の目的は、ローリングシャッター方式のCMOSイメージセンサを用いたカメラにおいて、動画撮影時に生じやすいコンニャク現象による歪みを軽減させるものである。
本発明の目的は、ローリングシャッター方式のCMOSイメージセンサを用いたカメラにおいて、動画撮影時に生じやすいコンニャク現象による歪みを軽減させるものである。
上述した課題を解決するため、第1の本発明は、
光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された信号電荷に基づく信号を所定ライン毎に順次読み出す駆動手段と、前記読み出し駆動手段によって読み出された画像信号を処理する処理手段と、光学的に位置を移動可能な光学式振れ補正レンズを駆動して撮影画像の振れを補正する振れ補正機能を備えた撮像装置において、前記振れ補正機能を働かせる第1の動作モードと、該振れ補正機能を働かせない第2の動作モードとのうち一方を選択して行われる実行指示を受け取る受取手段と、振れを検出して振れ信号を出力する振れ検出手段と、振れ補正時における前記可動体の位置を検出する位置検出手段と、前記振れ検出手段が検出した振れデータから低域のオフセット成分と高域のノイズ除去とを行うフィルタ手段と、前記フィルタ手段によって算出された振動情報に基づいて装置の支持状態を判定する支持状態判定手段と、前記フィルタ手段によって算出された振動情報に応じて前記光学式振れ補正レンズの目標位置を算出し、前記支持状態判定手段によって、前記補正レンズの目標位置を決定する目標位置決定手段を有し、前記受取手段によって前記第1の動作モードの実行指示を受け取っているならば、前記支持状態判定手段の判定に応じて前記目標算出手段により第1の制御方法または第2の制御方法を実行し、前記第1の制御手段は、前記光学式振れ補正レンズを所定の位置に固定することによって前記振れ補正機能を移動しない制御であり、前記第2の制御手段は、前記検出手段によって検出された振れ度合いに応じて、前記撮像装置の振れに伴って発生した撮影画像の振れが補正される方向に前記光学式振れ補正レンズを移動させる制御であるときに、動画撮影モード時には前記第1のモードであっても前記第1の制御手段は行わないことを特徴とした撮影装置とするものである。
光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された信号電荷に基づく信号を所定ライン毎に順次読み出す駆動手段と、前記読み出し駆動手段によって読み出された画像信号を処理する処理手段と、光学的に位置を移動可能な光学式振れ補正レンズを駆動して撮影画像の振れを補正する振れ補正機能を備えた撮像装置において、前記振れ補正機能を働かせる第1の動作モードと、該振れ補正機能を働かせない第2の動作モードとのうち一方を選択して行われる実行指示を受け取る受取手段と、振れを検出して振れ信号を出力する振れ検出手段と、振れ補正時における前記可動体の位置を検出する位置検出手段と、前記振れ検出手段が検出した振れデータから低域のオフセット成分と高域のノイズ除去とを行うフィルタ手段と、前記フィルタ手段によって算出された振動情報に基づいて装置の支持状態を判定する支持状態判定手段と、前記フィルタ手段によって算出された振動情報に応じて前記光学式振れ補正レンズの目標位置を算出し、前記支持状態判定手段によって、前記補正レンズの目標位置を決定する目標位置決定手段を有し、前記受取手段によって前記第1の動作モードの実行指示を受け取っているならば、前記支持状態判定手段の判定に応じて前記目標算出手段により第1の制御方法または第2の制御方法を実行し、前記第1の制御手段は、前記光学式振れ補正レンズを所定の位置に固定することによって前記振れ補正機能を移動しない制御であり、前記第2の制御手段は、前記検出手段によって検出された振れ度合いに応じて、前記撮像装置の振れに伴って発生した撮影画像の振れが補正される方向に前記光学式振れ補正レンズを移動させる制御であるときに、動画撮影モード時には前記第1のモードであっても前記第1の制御手段は行わないことを特徴とした撮影装置とするものである。
また、第2の本発明は、
前記請求項1に記載の撮像装置において、動画撮影モード時に静止画撮影が行われた時は静止画撮影中のみ前記第1の制御手段に入れることを特徴とした撮像装置とするものである。
前記請求項1に記載の撮像装置において、動画撮影モード時に静止画撮影が行われた時は静止画撮影中のみ前記第1の制御手段に入れることを特徴とした撮像装置とするものである。
本発明によれば、動画撮影時に生じやすいコンニャク現象による歪みを軽減させることができる。
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例1に示す通りである。
図1は、本発明の実施例1に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。この撮像装置は、主に静止画像および動画像の撮影を行うためのデジタルカメラである。
図1において、101はズームユニットであり、変倍を行うズームレンズを含む。102はズーム駆動制御部であり、ズームユニット101を駆動制御する。103は光軸に対して位置を変更することが可能な補正レンズ(ユニット)である。104は補正レンズ駆動制御部であり、補正レンズ103を駆動制御する。また、演算処理部のメインクロック周期及び演算サンプリング周期も制御する。
105は絞り・シャッタユニットである。106は絞り・シャッタ駆動制御部であり、絞り・シャッタユニット105を駆動制御する。107はフォーカスユニットであり、ピント調節を行うレンズを含む。108はフォーカス駆動制御部であり、フォーカスユニット107を駆動制御する。
109は撮像部であり、CMOSイメージセンサである。ここで各レンズ群を通ってきた光像を電気信号に変換する。
110は撮像信号処理部であり、撮像部109から出力される画像信号の増幅処理や、アナログ−ディジタル変換を行うA/D変換処理、A/D変換後の画像データにキズ補正などの各種の補正処理、あるいは画像データの圧縮処理等を行う撮像信号処理回路である。111は映像信号処理部であり、撮像信号処理部110から出力された映像信号を用途に応じて加工する。112は表示部であり、映像信号処理部111から出力された信号に基づいて、必要に応じて画像表示を行う。113は電源部であり、システム全体に用途に応じて電源を供給する。114は外部入出力端子部であり、外部との間で通信信号及び映像信号を入出力する。115はシステムを操作するための操作部である。116は記憶部であり、映像情報など様々なデータを記憶する。117はシステム全体を制御する制御部である。
次に、上記構成を持つ撮像装置の概略動作について説明する。
操作部115には、押し込み量に応じて第1スイッチ(SW1)および第2スイッチ(SW2)が順にオンするように構成されたシャッタレリーズボタンが含まれる。シャッタレリーズボタンが約半分押し込まれたときにスイッチSW1がオンし、シャッタレリーズボタンが最後まで押し込まれたときにスイッチSW2がオンする構造となっている。スイッチSW1がオンされると、フォーカス駆動制御部108がフォーカスユニット107を駆動してピント調節を行うとともに、絞り・シャッタ駆動制御部106が絞り・シャッタ105を駆動して適正な露光量に設定する。スイッチSW2がオンされると、撮像部109に露光された光像から得られた画像データが記憶部116に記憶される。
操作部115には、振れ補正(防振)モードを選択可能にする防振スイッチが含まれる。防振スイッチにより振れ補正モードが選択されると、制御部117が補正レンズ駆動制御部104に防振動作を指示し、これを受けた補正レンズ駆動制御部104が防振オフの指示がなされるまで防振動作を行う。また、操作部115には、静止画撮影モードと動画撮影モードとのうちの一方を選択可能にする撮時モード選択スイッチが含まれており、それぞれの撮影時モードにおいて各アクチュエータの動作条件を変更することができる。
また、操作部115には再生モードを選択出来る再生モード選択スイッチも含まれており、再生モード時には防振動作を停止する。
操作部115には、またズーム変倍の指示を行う変倍スイッチが含まれる。変倍スイッチによりズーム変倍の指示があると、制御部117を介して指示を受けたズーム駆動制御部102がズームユニット101を駆動して、指示されたズーム位置にズームユニット101を移動させる。それとともに、撮像部109から送られた各信号処理部(110,111)にて処理された画像情報に基づいて、フォーカス駆動制御部108がフォーカスユニット107を駆動してピント調節を行う。
次に、本発明の好適な第1の実施形態に係る撮像システムの動作を説明する。各レンズ群を介してCMOSイメージセンサ109の受光面に光学像が結像されると、CMOSイメージセンサ109の各画素のフォトダイオードには、各画素の入射光量に応じて信号電荷が発生する。各画素で生じた信号電荷は読み出し開始行の設定に従って、CMOSイメージセンサ109の内部駆動回路が駆動し処理される。これにより、出力端子から所定の順序で出力映像電圧信号として出力される。出力映像電圧信号はディジタル信号に変換され、撮像信号処理部110で処理される。
また、CMOSイメージセンサでは1行ずつ転送路に送って読み出しを行うローリングシャッタ方式という駆動動作により、蓄積時間の制御を行っている。このローリングシャッタ方式における駆動方法を図2を用いて説明する。
図2において、左から右への方向が時間の経過を示している。また、領域2aは画像の読み出し期間等を示し、信号2bは行単位の同期をとるためのHD信号、信号2cは画面単位の同期をとるためのVD信号を示している。
CMOSイメージセンサでは、撮像面の上部から1行毎に読み出し動作を行うため、撮像面の上部と下部とで読み出しのタイミングが異なる。このため、21に示すように読み出しラインが斜めになってしまう。また、この読み出しは、VD信号のタイミングで開始される。
なお、本来は、読み出しは、行毎の読み出しHD信号のタイミングで行われるので、読み出しライン21はもっと離散的な階段状になるはずであるが、見やすくするために直線で表示している。
この読み出しライン21に対して、撮像面全体での蓄積時間を一定にするために、読み出しライン21と同じ形で読み出しライン21に先行してリセットライン22を設定する。このリセットライン22は、各行毎に、読み出しライン21よりも所定時間前にリセットをかける。ここで、23は撮像面全体の蓄積時間を示しているが、このような駆動動作を行うことで撮像面全体にわたって蓄積時間が一定になる。
上述したように、このような撮影時のローリングシャッタ方式による蓄積時間の制御では、撮像面の上部と撮像面の下部とでは蓄積されている画像信号の読み出しのタイミングが異なっている。このため、その間に手振れや振動によりカメラが振れてしまうと、撮影した画像が上下に伸びる、あるいは斜めになるといった歪みが発生してしまう。この様子を図7に示す。
図3は、補正レンズ駆動制御部104の構成を示すブロック図である。
301はピッチ方向のセンサ部(例えば角速度センサ)であり、通常姿勢(画像フレームの長さ方向が水平方向とほぼ一致する姿勢)における撮像装置の垂直方向(ピッチ方向)の振動を検出する。302はヨー方向のセンサ部(角速度センサを例にする)であり、通常姿勢における撮像装置の水平方向(ヨー方向)の振動を検出する。303,304はそれぞれピッチ方向、ヨー方向の防振制御部であり、状況に応じて防振制御、補正レンズ位置制御を行う。
305,306はそれぞれPID部であり、ピッチ方向、ヨー方向それぞれの補正位置制御信号と補正レンズ103の位置を示す位置信号とから制御量を求め、位置指令信号を出力する。307,308はそれぞれドライブ(駆動)部であり、PID部305,306から送られた位置指令信号に基づき、補正レンズ103を駆動する。309,310はそれぞれホール素子であり、補正レンズ103のピッチ方向、ヨー方向の位置を検出する。
次に、図3に示す補正レンズ駆動制御部104による補正レンズ103の位置制御について説明する。
補正レンズ103の位置制御では、ピッチ方向のセンサ部301、ヨー方向センサ部302からの撮像装置のピッチ方向、ヨー方向の振れを表す振れ信号(角速度信号)に基づいて、それぞれの方向に補正レンズ103を駆動させる。補正レンズ103には磁石が具備されており、この磁石の磁場をホール素子309,310で検出し、補正レンズ103の位置を示す位置信号がPID部305,306へそれぞれ送られる。PID部305,306は、これらの位置信号が、防振制御部303,304から送られてくる補正位置制御信号にそれぞれ収束するようなフィードバック制御を行う。
なお、ホール素子309,310から出力される位置信号には個体ばらつきがあるため、所定の補正位置制御信号に対して、補正レンズ103が所定の位置に移動するように、ホール素子309,310の出力調整を行う必要がある。このとき、PID部305,306では、P制御(比例制御)とI制御(積分制御)とD制御(微分制御)とを用いたPID制御を行う。
防振制御部303,304は、ピッチ方向のセンサ部301、ヨー方向のセンサ部302からの振れ情報に基づき、画像振れを補正する方向に補正レンズ103の位置を移動させるようにする補正位置制御信号をそれぞれ出力する。これによって、撮像装置に手振れなどが発生しても、画像振れを防止できる。
図4は防振制御のブロック図で、401は角速度センサからの信号をデジタル信号に変換するAD変換器、402はDC成分をカットするハイパスフィルタ(以下HPF)、403は角速度信号を角度信号に変換するためのLPFである。
405はHPF402によりDC成分をカットした角速度信号をもとに撮像装置に加わっている振幅量を測定する振幅測定部、406は撮像装置に加わっている周波数を測定する周波数測定部、408は振幅測定部405により算出した振幅量および周波数測定部406により算出した周波数を基に支持状態の判定を行う支持状態判定部である。支持状態判定部408により三脚等に据え付けられていると判定した際には補正レンズの目標位置を決定する目標位置決定部404の制御方法を変更する。防振制御部に入力された角速度信号は、これら一連の処理を施されることで、補正位置制御信号として出力され、PID部へ入力される。
以上のように構成された撮像装置で行われる振れ補正動作について、図5のフローチャートを用いて説明する。
まず、カメラの電源がON(S101)すると手振れ補正動作が開始される。ここで、手振れ補正動作は一定周期毎(例えば125μsec)に発生する割り込み処理によって行われる。そして、第1の方向例えばピッチ方向(縦方向)と第2の方向、例えばヨー方向(横方向)の制御が行われる。手ブレ補正モードの判定を行い(S103)、手ブレ補正モードがOFFの時はシフトレンズを中央固定する(S104)。手ブレ補正モードがONの時は所定時間カメラに加えられている振幅及び周波数が小さいかどうかを判定する(S106)。
所定時間振れ量が小さい時は、次に動画撮影モードであるかどうかを判定し(S107)、動画撮影モードでなかったら、三脚モードに設定し(S108)シフトレンズを中央固定する(S104)。一方で、振れ量が大きかった場合は手持ち状態であると判断し、三脚処理はオフとし(S109)通常の防振動作を行う(S110)。
また所定時間振れ量が小さかったとしても、動画撮影モードだった場合には三脚処理をオフとし、通常の防振動作を行う(S110)
このフローは電源スイッチONの場合は継続して実行され(S105)、電源スイッチがOFFとなった場合に終了する。
このフローは電源スイッチONの場合は継続して実行され(S105)、電源スイッチがOFFとなった場合に終了する。
次に本発明の第2の実施例を説明する。
図6は第2の実施例における防振制御のフローチャートである。第2の実施例の構成は、基本的に第1の実施例の構成と同じであるので、第2の実施例の説明においては、第1の実施例の構成を流用し、異なる部分だけを説明する。
S206で所定時間振れ量が小さく、動画撮影モードであった場合に(S207)、動画中静止画撮影モードとなり静止画撮影を行う場合には三脚モードに設定し(S208)シフトレンズを中央固定する(S204)。一方で動画中静止画撮影モードでなかった場合には三脚処理をオフとし、通常の防振動作を行う(S210)
以上の実施の形態によれば動画撮影モード中は手振れ補正機能がオフとなる三脚処理に入らないようにし、常に手振れ補正を行うようにする。
これにより動画時にカメラに振動・衝撃が加わっても手振れ補正によって手振れ・振動をキャンセルし、コンニャク現象による歪みを軽減する。
以上の実施の形態によれば動画撮影モード中は手振れ補正機能がオフとなる三脚処理に入らないようにし、常に手振れ補正を行うようにする。
これにより動画時にカメラに振動・衝撃が加わっても手振れ補正によって手振れ・振動をキャンセルし、コンニャク現象による歪みを軽減する。
103 補正レンズ
104 補正レンズ駆動制御部
109 撮像部
110 撮像信号処理部
112 表示部
115 操作部
118 制御部
301 ピッチ方向のセンサ部
302 ヨー方向のセンサ部
303 防振制御部
304 防振制御部
305 PID部
306 PID部
309 ホール素子
310 ホール素子
104 補正レンズ駆動制御部
109 撮像部
110 撮像信号処理部
112 表示部
115 操作部
118 制御部
301 ピッチ方向のセンサ部
302 ヨー方向のセンサ部
303 防振制御部
304 防振制御部
305 PID部
306 PID部
309 ホール素子
310 ホール素子
Claims (2)
- 光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された信号電荷に基づく信号を所定ライン毎に順次読み出す駆動手段と、
前記読み出し駆動手段によって読み出された画像信号を処理する処理手段と、
光学的に位置を移動可能な光学式振れ補正レンズを駆動して撮影画像の振れを補正する振れ補正機能を備えた撮像装置において、
前記振れ補正機能を働かせる第1の動作モードと、該振れ補正機能を働かせない第2の動作モードとのうち一方を選択して行われる実行指示を受け取る受取手段と、
振れを検出して振れ信号を出力する振れ検出手段と、
振れ補正時における前記可動体の位置を検出する位置検出手段と、
前記振れ検出手段が検出した振れデータから低域のオフセット成分と高域のノイズ除去とを行うフィルタ手段と、
前記フィルタ手段によって算出された振動情報に基づいて装置の支持状態を判定する支持状態判定手段と、
前記フィルタ手段によって算出された振動情報に応じて前記光学式振れ補正レンズの目標位置を算出し、前記支持状態判定手段によって、前記補正レンズの目標位置を決定する目標位置決定手段を有し、
前記受取手段によって前記第1の動作モードの実行指示を受け取っているならば、前記支持状態判定手段の判定に応じて前記目標算出手段により第1の制御方法または第2の制御方法を実行し、
前記第1の制御手段は、前記光学式振れ補正レンズを所定の位置に固定することによって前記振れ補正機能を移動しない制御であり、
前記第2の制御手段は、前記検出手段によって検出された振れ度合いに応じて、前記撮像装置の振れに伴って発生した撮影画像の振れが補正される方向に前記光学式振れ補正レンズを移動させる制御であるときに、
動画撮影モード時には前記第1のモードであっても前記第1の制御手段は行わないことを特徴とした撮影装置。 - 前記請求項1に記載の撮像装置において、動画動作時に静止画撮影が行われた時は静止画撮影中のみ前記第1の制御手段に入れることを特徴とした撮像装置。
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