JP2012098493A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】露光中の振れ補正範囲を有効に活用することで、振れ補正の性能向上を可能とし、また姿勢検知のための調整時間短縮による製造コストの削減を可能とした撮像装置の提供。
【解決手段】撮像装置に加わる振れを検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段で検出した振れ情報に基づいて、振れ補正手段の補正量を算出するための振れ補正量算出手段と、前記振れ補正量算出手段で算出された補正量に基づいて、撮像装置の振れを補正するための第一の振れ補正手段と、前記振れ補正両算出手段で算出された補正量に基づいて、撮像装置の振れを補正するための第二の補正手段とを有する撮像装置において、前記第一及び第二の振れ補正手段は、露光中以外では第一の振れ補正手段のみが駆動し、露光中のみ両方の振れ補正手段とも駆動可能となることを特徴とした撮像装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、手振れ補正機能を有する撮像装置に関し、特に手振れ補正機能の性能向上と製造コスト削減に関するものである。

近年、デジタルカメラなどの撮像装置において、小型・軽量・高倍率ズーム化が進み、手振れの影響が顕著になってきている。この問題を解決するために手振れ補正機能を備えた撮像装置が多くなってきている。

この手振れ補正機能には大きく分けて二つあり、一般的に光学式手振れ補正と電子式手振れ補正と呼ばれている。この二つの手振れ補正機能の多くは、手振れ検知センサによって振れを検出し、一方、携帯電話などに付いている超小型・軽量な撮像装置などは撮像部から取り込んだ画像のズレから動きベクトルを検出し、振れ量を算出していることが多い。

そして、光学式手振れ補正の場合は、検出した振れ量をキャンセルさせる方向にシフトレンズまたは撮像素子を動かすことにより振れを補正し、電子式手振れ補正の場合は、算出した振れ量をキャンセルさせるような画像処理を施すことで振れを補正している。

光学式手ぶれ補正の場合、シフトレンズを駆動させる方式と撮像素子を駆動させる方式と２種類が存在するが、メーカー各社その方式は様々でどちらか一方を採用している。一眼レフカメラの場合も同様にどちらかの方式を採用しているが、構成として、撮像素子駆動方式の手ぶれ補正を有する撮像装置に対し、シフトレンズ方式の手ぶれ補正を有する交換式レンズを装着することは可能であるため、二つの方式を利用した手ぶれ補正の技術文献もある。

また、今後は撮像装置の更なる小型化により、シフトレンズまたは撮像素子の手ブレ補正可動範囲は狭くなり、どちらか一方の手ブレ補正を有しているだけでは補正範囲が狭まる一方となることが予測される。

一方、手ぶれ補正装置の駆動電流量若しくはＰＩＤ制御量の一つであるＩ成分を用いることで、重力オフセット成分を検出し、撮像装置の画角平面に対する傾きを検知する技術がある。この機能を利用することで、撮影したときの撮像装置の姿勢を判定し、その情報を撮影した画像データに付加することで、再生時に撮影した姿勢での表示が可能となる。

特開平１０−３１９４５７号公報 特開平１１−７２８１４号公報 特開平１１−１０１９９８号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、特許文献１と２では消費電力を抑えるため、シフトレンズ若しくは撮像素子どちらか一方を駆動させる技術であり、手ぶれ補正性能向上とはならない。また特許文献３では、シフトレンズ若しくは撮像素子のいずれか一方の可動範囲が限界を超えた場合に、もう片方の方式を駆動させることで補正範囲を広げているが、撮影状態のときに可動端であった場合、それ以上の補正範囲を補償しきれない。本発明では、撮影状態のときの可動範囲を補償することで、手ぶれ補正の性能向上を目的とする。

また従来では、手ぶれ補正装置を用いて姿勢を検知している撮像装置において、手ぶれ補正装置の駆動中における重力オフセット成分を抽出するために、手ぶれ補正レンズ、若しくは撮像素子の駆動両端と駆動中央位置における電流量または制御量であるＩ成分を調整値として記憶し、駆動位置における重力以外のオフセット成分を計算することで、正確な重力オフセット成分を算出している。このため、製造時に駆動両端と中央値での調整値を取得するため、調整時間がかかり、その分コストが膨らむという課題がある。本発明では、姿勢検知手段の調整ポイントを削減し、調整時間を短縮することで、コストの削減も目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る撮像装置は次のような構成にすることである。
（１）撮像装置に加わる振れを検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段で検出した振れ情報に基づいて、振れ補正手段の補正量を算出するための振れ補正量算出手段と、前記振れ補正量算出手段で算出された補正量に基づいて、撮像装置の振れを補正するための第一の振れ補正手段と、前記振れ補正両算出手段で算出された補正量に基づいて、撮像装置の振れを補正するための第二の補正手段とを有する撮像装置において、前記第一及び第二の振れ補正手段は、露光中以外では第一の振れ補正手段のみが駆動し、露光中のみ両方の振れ補正手段とも駆動可能となることを特徴とした撮像装置。
（２）（１）に記載の撮像装置において、第二の振れ補正手段は、露光中に第一の振れ補正手段の駆動限界を超えた場合にのみ駆動することを特徴とした撮像装置。
（３）（１）に記載の撮像装置において、第二の振れ補正手段の制御量から重力オフセット量を検知することで、重力方向を検知する姿勢検知手段を有することを特徴とする撮像装置。

本発明の撮像装置は、撮影状態のときのシフトレンズ若しくは撮像素子の露光中の可動範囲を補償することで、手ぶれ補正の性能向上を提供することができる。

また、姿勢検知のための調整時間短縮による製造コストの削減を可能とした撮像装置を提供することができる。

本発明に係わる撮像装置の内部構成を簡略化して示したブロック図である。 本発明に係わる振れ補正装置の内部構成を簡略化して示したブロック図である。 本発明に係わる振れ補正装置の振れ補正量算出部のフローチャートである。 本発明に係わる振れ補正装置の振れ補正量算出結果をグラフ化した図である。 本発明に係わる振れ補正装置の振れ補正制御部を簡略化したブロック図である。

次に、本発明の撮像装置による実施の形態について図面を参照して解説する。ただし、図面は解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

［実施例］
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

但し図面は説明のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は撮像装置の構成を示すブロック図である。

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は光軸に対して略垂直な平面での位置を変更することが可能な振れ補正光学系としてのシフトレンズである。

１０４は振れ補正制御部であり、シフトレンズ１０３と撮像素子を駆動制御する。

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、ピント調整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は撮像素子が用いられる撮像部であり、各レンズ群を通ってきた光像を電気信号に変換する。また手ぶれ補正のため光軸に対して略垂直な平面での位置を変更することが可能である。

１１０は撮像信号処理部であり、撮像部１０９から出力された電気信号を映像信号に変換処理する。

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は表示制御部であり、撮像部および表示部の動作・表示を制御する。

１１４は振れ検出部であり、撮影装置に与えられた振れの度合いを検知する。

１１５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。
１１６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。

１１７はシステムを操作するための操作部である。

１１８は記憶部であり、映像情報など様々なデータを記憶する。

１１９はオーディオ部であり、撮像装置周辺の録音をする。

１２０はシステム全体を制御する制御部である。

次に、上記の構成を持つ撮像装置の動作について説明する。

操作部１１７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を有している。シャッタレリーズボタンを約半分押し込んだときに第１スイッチがオンし、シャッタレリーズボタンを最後まで押し込んだときに第２スイッチがオンする構造となっている。

操作部１１７の第１スイッチがオンされると、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整を行うとともに、絞り・シャッタユニット駆動制御部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。さらに第２スイッチがオンされると、撮像部１０９に露光された光像から得られた画像データを記憶部１１８に記憶する。

このとき、操作部１１７より振れ補正機能オンの指示があれば、制御部１２０は振れ補正制御部１０４に振れ補正動作を指示し、これを受けた振れ補正制御部１０４は、振れ補正機能オフの指示がなされるまで振れ補正動作を行う。

また操作部１１７が一定時間操作されなかった場合、制御部１２０は省電力のためにディスプレイの電源を遮断する指示を出す。

またこの撮像装置では、静止画撮影モードと動画撮影モードとのうちの一方を操作部１１７より選択可能であり、それぞれのモードにおいて各アクチュエータ制御部の動作条件を変更することができる。

尚、操作部１１７に対してズームレンズによる変倍の指示があると、制御部１２０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レンズを移動する。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整を行う。

次に、図２は振れ補正を有する撮像装置の、振れ補正処理の内部構成を簡略化したブロック図である。

振れ検出センサ２０１、２０２、Ａ／Ｄ変換部２０３、２０４、振れ補正量算出部２０５、振れ補正制御部１０４、レンズ駆動部２０７、２０８、レンズ位置検出素子２０９、２１０、駆動レンズ２１１、撮像素子駆動部２１２、２１３、撮像素子位置検出素子２１４、２１５、撮像素子２１６から構成されている。

振れ検知センサ２０１、２０２は、例えば角速度センサなどであり、手振れによる撮像装置の振動量を検出し、検出した振動量を電気信号に変換して、Ａ／Ｄ変換部２０３、２０４に送る。

Ａ／Ｄ変換部２０３、２０４によって手振れ信号がアナログ信号からデジタル信号に変換された信号は振れ補正量算出部２０５に入力され、デジタルＨＰＦ、ＬＰＦ、アンプを通過し、その情報と露光状態であるかの判断をもってシフトレンズ、撮像素子それぞれの振れ補正量を生成し、生成された振れ補正量は振れ補正制御部１０４によってシフトレンズと撮像素子を制御する。

シフトレンズ２１１の位置は位置検出素子２０９、２１０によって検出し、その信号を振れ補正制御部１０４にフィードバックさせることでレンズ位置を制御し、振れ補正が実行されている。

一方、撮像素子２１６の位置は位置検出素子２１４、２１５によって検出し、その信号を振れ補正制御部１０４にフィードバックさせることで撮像素子の位置を制御し、振れ補正が実行されている。

また露光中以外に振れ補正駆動を行っていない補正手段（シフトレンズまたは撮像素子）の制御量が姿勢検知部２０６に送られ、撮像装置の姿勢を検知している。

次に図３のフローチャートに基づいて、シフトレンズ及び撮像素子振れ補正量の生成方法について、具体的な動作を説明する。尚、以下では手ぶれ補正ＯＮかつ露光中以外では、シフトレンズ駆動のみとしているが、撮像素子の駆動のみでも同様である。また、振れ検知センサは２つあるため、以下のフローはピッチ方向の振れセンサ出力と、ヨー方向の振れ検知センサ出力に対して両方独立に行われる。

Ｓ３０１は、振れ検出部１１４から検出された信号があるサンプリング毎にＡＤでデジタル信号に変換された信号である。

その出力ｗは振れ補正量算出部２０５の内部ではまずＳ３０２でデジタルＨＰＦを通過し、出力ｘとなる。これは手ぶれ信号のオフセット成分除去のためである。

次にＳ３０３でデジタルＬＰＦを通過し、手ぶれ信号として入力された角速度信号が角度信号に積分され出力ｙとなる。

Ｓ３０４では、焦点距離に応じたシフトレンズの補正ゲインをかけ、出力ｚとなる。

Ｓ３０５以降は、シフトレンズ振れ補正量と撮像素子振れ補正量を露光条件に応じて算出方法を変える振れ補正量算出制御部である。

Ｓ３０５では露光中であるかどうかの判定が行われる。露光中と判定されると、Ｓ３０６へ遷移し、出力ｚがシフトレンズ補正限界値Ｔよりも小さいか判定される。

Ｓ３０５で出力ｚがシフトレンズ補正限界値Ｔより小さいと判定された場合は、Ｓ３０７に遷移し、露光開始から２回目以降か判定される。露光開始から１回目となるとＳ３０８で変数Ｃｏに０を設定しＳ３０９へ遷移する。露光開始から２回目以降の場合は、そのままＳ３０９に遷移する。

ここで変数Ｃｏとは露光開始点での撮像素子の振れ補正量のオフセットである。これを撮像素子の振れ補正量から引くことにより、撮像素子は常に露光開始点では中央地点から駆動開始となる。

Ｓ３０９では、シフトレンズ振れ補正量Ｓに出力ｚを設定し、撮像素子振れ補正量Ｃに−Ｃｏを設定し、Ｓ３１８に遷移し、両振れ補正量は振れ補正制御部１０４に送られる。

一方、Ｓ３０６で出力ｚがシフトレンズ補正限界値Ｔ以上と判定された場合は、Ｓ３１０で露光開始から２回目以降であるか判定される。露光開始から１回目の場合は、出力ｚが正の値であればＣｏにｚ−Ｔを設定し、出力ｚが負の値であればＣｏにｚ ＋ Ｔを設定し、露光開始から２回目以降であれば何もせずＳ３１２に遷移する。

Ｓ３１２では、ｚが正の値の場合はシフトレンズ振れ補正量ＳにＴを設定し、撮像装置振れ補正量Ｃに（ｚ−Ｔ−Ｃｏ）×Ａを設定する。ｚが負の値の場合はＳに−Ｔを設定し、Ｃに（ｚ＋Ｔ−Ｃｏ）×Ａを設定する。ここでＡは撮像装置補正ゲインである。

次にＳ３１３で撮像素子振れ穂清涼Ｃの大きさを判定する。撮像素子振れ補正量Ｃの大きさが撮像素子補正限界値Ｕ以上の場合で、かつＣが正の値の場合はＣにＵを設定し、撮像素子振れ補正量Ｃが撮像素子補正限界値Ｕ以上の場合で、かつＣが負の値の場合はＣに−Ｕを設定する。Ｃが撮像素子補正限界値Ｕより小さい場合は何もせずＳ３１８に遷移する。

Ｓ３０５で露光中でないと判定された場合は、Ｓ３１５に遷移し、出力ｚがシフトレンズ補正限界値Ｔより小さいか判定される。小さい場合は、Ｓにｚを設定し、Ｃに０を設定し、Ｓ３１８に遷移する。

Ｓ３１５で出力ｚがシフトレンズ補正限界値Ｔ以上であると判定された場合は、ＳにＴを設定し、Ｃに０を設定し、Ｓ３１８に遷移する。

次に前述のフローを図４に基づいて時系列的に説明する。尚、図４上段のグラフは図３の出力ｚに相当し、中段のグラフはシフトレンズ振れ補正量Ｓ、下段のグラフは撮像素子振れ補正量Ｃ相当する。また手ぶれ補正機能はＯＮの状態になっているものとする。

時刻ｔ＝０からｔ＝ｔ１までは、露光中でないため、どんなに大きな手ぶれ信号が入力されても撮像素子振れ補正量Ｃは０に設定されているため、駆動しない。一方、シフトレンズ振れ補正量Ｓは出力信号ｚに応じて補正限界端まで駆動する。

時刻ｔ１で露光が開始されると、シフトレンズ駆動と撮像素子駆動の両方が補正ＯＮになるが、時刻ｔ２まで、シフトレンズ振れ補正量Ｓは補正限界端を超えているため、撮像素子振れ補正量Ｃも撮像素子補正限界Ｕ以内で駆動する。

時刻ｔ２からｔ３、及びｔ４からｔ５までの期間は、シフトレンズ振れ補正量Ｓはシフトレンズ補正限界Ｔより小さいため、シフトレンズはそれ以内で駆動しつづけるが、撮像素子は駆動を停止する。

時刻ｔ３からｔ４及びｔ５からｔ６までの期間は、シフトレンズ振れ補正量Ｓはシフトレンズ補正限界Ｔ以上であるため、シフトレンズは振れ補正量Ｓはシフトレンズ補正限界Ｔに設定され、撮像素子が駆動する。

時刻ｔ５で露光が終了されると、撮像素子の振れ補正量は０になり駆動ＯＦＦ状態となる。シフトレンズ駆動はそのまま駆動されつづける。

次に図５で姿勢検知について説明する。

振れ補正量算出部２０５で算出されたシフトレンズ振れ補正量と撮像素子振れ補正量及び、位置検出部２０９、２１０、２１４、２１５で検出されたシフトレンズの位置と撮像素子の位置がそれぞれ振れ補正制御部１０４に入力される。ここで図５はピッチ又はヨーどちらか一方の軸のみの制御ブロック図となっている。残るもう一方の軸の制御ブロックも同様である。

シフトレンズ制御系の信号は、まずシフトレンズ振れ補正量からシフトレンズ位置信号を引き、偏差を計算する。その偏差信号にＰｓ倍のゲインがかけられた値（Ｐ成分）と、偏差信号を微分した値にＤｓゲインがかれられた値（Ｄ成分）と、偏差信号を積分した値にＩｓゲインがかけられた値（Ｉ成分）を足すことで出力が算出され、ドライブ部へ送られる。

撮像素子制御系の信号も同様に、まず撮像素子振れ補正量から撮像素子位置信号を引き、偏差を計算する。その偏差信号にＰｃ倍のゲインがかけられた値（Ｐ成分）と、偏差信号を微分した値にＤｃゲインがかれられた値（Ｄ成分）と、偏差信号を積分した値にＩｃゲインがかけられた値（Ｉ成分）を足すことで出力が算出され、ドライブ部へ送られる。

このとき、本実施例では露光中以外ではシフトレンズが駆動し、撮像装置は中央固定のままであるため、露光中以外では撮像素子振れ補正量は常に０である。しかし重力方向にかかる撮像素子の重さを補償するため、それに比例した補償量がＩ成分として発生する。

シフトレンズ系も同様に重力方向にかかるシフトレンズの重さを補償するための制御量がＩ成分として発生するが、シフトレンズは手ぶれ補正機能がＯＮである限り常に動いているため、重力補償量以外の成分が制御量であるＩ成分に含まれ正確な重力方向が単純には検知できない。

本発明では、撮像素子制御系の制御量であるＩ成分を常にある一定間隔でサンプルリングし、重力方向を検知することで、正確な姿勢検知を得る。尚、露光中は姿勢検知を行う必要がないため支障はない。

１０１ ズームユニット
ズーム駆動制御部
シフトレンズ
手ぶれ補正駆動制御部
絞り・シャッタユニット
絞り・シャッタ駆動制御部
フォーカスユニット
フォーカス駆動制御部
撮像部
撮像信号処理部
映像信号処理部
表示部
表示制御部
振れ検知部
電源部
外部入出力端子部
操作部
記憶部
オーディオ部
制御部
ピッチ方向の振れ検出センサ
ヨー方向の振れ検出センサ
ピッチ方向のＡ／Ｄ変換部
ヨー方向のＡ／Ｄ変換部
目標位置算出部
姿勢検知部
シフトレンズドライブ部１
シフトドライブ部２
シフトレンズ位置検出部１
シフトレンズ位置検出部２
シフトレンズ
撮像素子ドライブ部３
撮像素子ドライブ部４
撮像素子位置検出部３
撮像素子位置検出部４
撮像素子

Claims (3)

1. 撮像装置に加わる振れを検出する振れ検出手段と、
   前記振れ検出手段で検出した振れ情報に基づいて、振れ補正手段の補正量を算出するための振れ補正量算出手段と
   前記振れ補正量算出手段で算出された補正量に基づいて、撮像装置の振れを補正するための第一の振れ補正手段と
   前記振れ補正両算出手段で算出された補正量に基づいて、撮像装置の振れを補正するための第二の補正手段とを有する撮像装置において、
   前記第一及び第二の振れ補正手段は、露光中以外では第一の振れ補正手段のみが駆動し、露光中のみ両方の振れ補正手段とも駆動可能となることを特徴とした撮像装置。
2. 第二の振れ補正手段は、露光中に第一の振れ補正手段の駆動限界を超えた場合にのみ駆動することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 第二の振れ補正手段の制御量から重力オフセット量を検知することで、重力方向を検知する姿勢検知手段を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。