JP4306438B2

JP4306438B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP4306438B2
Application number: JP2003414868A
Authority: JP
Inventors: 豪松本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: JP2005176050A

Description

本発明は、ブレ補正機能を備えた撮像装置に関する。

従来より、撮影光学系における光軸のブレを補正するブレ補正装置や、そのようなブレ補正装置を備えた撮像装置などが知られている。これらの装置には、撮影光学系の一部と撮像素子（またはフィルム）との何れかを物理的に移動させることによりブレを補正するものがある。また、露光時間を分割して繰り返し撮像を行い、生成した分割数の画像を合成することでブレを補正するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許第３４２４６６６号公報

しかし、前述した撮影光学系の一部と撮像素子（またはフィルム）との何れかを物理的に移動させることによりブレを補正する装置では、物理的な移動量を決めるブレ検出センサに誤差が発生すると、正常にブレ補正が行えない場合があった。
また、前述した露光時間を分割して繰り返し撮像を行い、生成した分割数の画像を合成することでブレを補正する装置では、合成の対象となるそれぞれの画像にブレが発生している場合、合成によりこれを補正することはできず、また、合成によりブレを悪化させてしまうこともある。

本発明は、高精度にブレ補正を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の撮像装置は、撮像素子と、被写体像を前記撮像素子面に結像させる撮影光学系と、前記撮影光学系における光軸のブレを検出するブレ検出部と、前記ブレ検出部による検出結果に基づいて、前記撮像素子と前記撮影光学系の一部との何れかを移動させて前記ブレを補正するブレ補正部と、前記ブレ補正部を用いて前記ブレを補正しながら全露光時間を所定の分割数で分割して繰り返し撮像を行い、前記ブレ補正部により前記ブレが補正された前記分割数の画像を生成する撮像部と、前記ブレ補正部により前記ブレが補正された前記分割数の画像を合成することにより前記ブレ補正部により補正されずに残ったブレを補正する合成部とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の撮像装置は、請求項１に記載の撮像装置において、前記ブレ補正部は、前記分割数で分割された撮像と撮像との間の時間に、前記撮像素子が前記ブレ補正部による補正が行われる前に位置していた初期位置に前記撮像素子を移動させるか、または、前記撮影光学系の一部が前記ブレ補正部による補正が行われる前に位置していた初期位置に前記撮影光学系の一部を移動させることを特徴とする。
請求項３に記載の撮像装置は、請求項１又は請求項２に記載の撮像装置において、前記分割数の画像の経時変化をもとに得られる前記ブレを示す情報と、前記ブレ検出部から得られる前記ブレを示す情報とを比較し、比較結果に基づいて前記分割数の画像の全てを合成するか否かを判定する判定部をさらに備え、前記合成部は、前記判定部による判定結果に基づいて、画像の合成を行うことを特徴とする。

請求項４に記載の撮像装置は、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の撮像装置において、前記ブレ補正部は、前記ブレの補正中に、前記ブレ検出部による検出結果に基づいて前記撮像素子と前記撮影光学系の一部との何れかの移動量を求め、前記移動量が、前記撮像素子と前記撮影光学系の一部との何れかを移動させる限界量に近づくと、前記撮像素子と前記撮影光学系の一部との何れかを移動させる量を、前記移動量よりも低減することを特徴とする。

本発明によれば、高精度にブレ補正を行うことができる撮像装置を提供することができる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。本実施形態では、本発明の撮像装置の一例として、電子カメラを用いて説明する。
本実施形態の電子カメラ１００は、図１に示すように、撮影レンズ１、ＣＣＤ２、絞りシャッタユニット３、絞りシャッタユニット３を駆動する絞りシャッタユニット駆動回路４、絞りシャッタユニット駆動回路４を制御する絞りシャッタユニット制御回路５、ＣＣＤ２を駆動するＣＣＤ駆動回路６、画像処理部７、メモリ８、画像を一時記録する画像メモリ９、カメラ制御部１０を備える。また電子カメラ１００は、不図示の結像光学系を備え、この結像光学系と撮影レンズ１を合わせて、撮影光学系と称する。この撮影光学系は、被写体像をＣＣＤ２の撮像素子面に結像させる。

また、電子カメラ１００は、ＬＣＤ１１、ＬＣＤ１１を制御するＬＣＤ制御部１２、およびレリーズボタンなどを含む不図示の操作部を備える。そして、カメラ制御部１０は、絞りシャッタユニット制御回路５および画像処理部７と接続される。
さらに、電子カメラ１００は、撮影レンズ１の位置を検出する位置センサ１３、撮影レンズ１を撮影レンズ１の光軸と垂直な面内で移動させるアクチュエータ１４、アクチュエータ１４を制御するアクチュエータ制御回路１５、電子カメラ１００の撮影光学系における光軸のブレを検出するジャイロ１６、アクチュエータ制御回路１５を制御する光学的ブレ補正制御部１７を備える。位置センサ１３およびジャイロ１６による検出結果は、光学的ブレ補正制御部１７に検知される。さらに、光学的ブレ補正制御部１７は、カメラ制御部１０と接続される。

なお、前述したように、撮影レンズ１は、アクチュエータ１４によって、撮影レンズ１の光軸と垂直な面内で移動可能である。ただし、以下では、説明を簡単にするため、撮影レンズ１の光軸と垂直な面内における鉛直方向についてのみ説明する。水平方向についても同様の動作が行われる。
以上説明した構成の電子カメラ１００において、撮影モードが実行されると、カメラ制御部１０は、撮影レンズ１および絞りシャッタユニット３を介した被写体像をＣＣＤ２により撮像し、撮像により得られた画像に対して画像処理部７を介して所定の画像処理を行い、ＬＣＤ制御部１２を介してＬＣＤ１１に表示すると共に、メモリ８に記録する。

次に、電子カメラ１００が行う光学的ブレ補正について説明する。
光学的ブレ補正制御部１７は、ジャイロ１６により検出される電子カメラ１００の撮影光学系における光軸のブレに基づいて、撮影レンズ１を移動させる目標位置を求める。そして、光学的ブレ補正制御部１７は、位置センサ１３により検出される撮影レンズ１の位置を求め、目標位置との差から移動量（請求項の「検出結果」に対応する）を求める。そして、光学的ブレ補正制御部１７は、求めた移動量を、アクチュエータ制御回路１５に与える。アクチュエータ制御回路１５はこの移動量にしたがって、アクチュエータ１４を制御し、撮影レンズ１を移動させてブレを補正する。

なお、ＣＣＤ２は、請求項の「撮像素子」に対応し、撮影レンズ１は、請求項の「撮影光学系」に対応し、ジャイロ１６、光学的ブレ補正制御部１７は、請求項の「ブレ検出部」に対応する。また、位置センサ１３、アクチュエータ１４、アクチュエータ制御回路１５、光学的ブレ補正制御部１７は、請求項の「ブレ補正部」に対応する。また、絞りシャッタユニット３、絞りシャッタユニット駆動回路４、絞りシャッタユニット制御回路５、ＣＣＤ２、ＣＣＤ駆動回路６、画像処理部７、カメラ制御部１０は、請求項の「撮像部」に対応し、画像処理部７、画像メモリ９、カメラ制御部１０は、請求項の「合成部」に対応する。

以下、本実施形態の特徴である撮影時の動作について、図２のフローチャートおよび図３のタイミングチャートを用いて説明する。なお、本実施形態では、後述するように、露光時間を分割する。このときの分割数は、予め、４と定められているものとして説明する。
ユーザにより撮影モードの実行が指示されると、カメラ制御部１０は、レリーズボタンが半押しされたか否かを判定する（ステップＳ１）。

レリーズボタンが半押しされると、光学的ブレ補正制御部１７は、各部を介して光学的ブレ補正を開始する（ステップＳ２）。
そして、カメラ制御部１０は、レリーズボタンが全押しされたか否かを判定する（ステップＳ３）。レリーズボタンが全押しされると、カメラ制御部１０は、撮影条件を設定し（ステップＳ４）、カメラ制御部１０内の不図示のカウンタをｎ＝１とする（ステップＳ５）。

カメラ制御部１０は、撮影レンズ１を介してＣＣＤ２に入射する光量に基づき、適切なシャッタ速度および絞り値を撮影条件として設定する。さらに、カメラ制御部１０は、設定したシャッタ速度をもとに、露光時間を求め、その露光時間を４で割って、１回の露光時間として設定する。
次に、光学的ブレ補正制御部１７は、アクチュエータ制御回路１５を介して、アクチュエータ１４を駆動し、撮影レンズ１をセンタリングする（ステップＳ６）。撮影レンズ１は、撮影レンズ１の光軸と、撮影光学系の光軸とが一致する位置が初期位置であるため、撮影レンズ１をセンタリングすることは、撮影レンズ１を初期位置に移動することと同意である。

次に、カメラ制御部１０は、各部を介して、ｎ回目の撮像を行い（ステップＳ７）、生成した画像を画像メモリ９に転送して記録する（ステップＳ８）。
そして、カメラ制御部１０は、カメラ制御部１０内の不図示のカウンタがｎ＝４であるか否かを判定する（ステップＳ９）。ｎ＝４でない場合、カメラ制御部１０は、カメラ制御部１０内の不図示のカウンタをｎ＝ｎ＋１とし（ステップＳ１０）ステップＳ６に戻る。そして、ｎ＝４となるまで、ステップＳ６からステップＳ９の動作を繰り返す。

すなわち、図３に示すように、光学的ブレ補正制御部１７は、撮影レンズ１を移動させてブレ補正を行い、カメラ制御部１０は、光学的ブレ補正中に、全露光時間を所定の分割数（ここでは４）で分割して、４回繰り返し撮像を行い、分割数（ここでは４）の画像を生成する。そして、光学的ブレ補正制御部１７は、撮像が終わるたびに（撮像を行うタイミングに同期して）、撮影レンズ１をセンタリングする。このような撮影レンズ１のセンタリングは、画像を画像メモリ９に転送している間に行われる。

そして、ｎ＝４となると（４回の撮像が終了すると）、カメラ制御部１０は、画像メモリ９から分割数の画像を読み出し、画像処理部７を介してそれらの画像を合成する（ステップＳ１１）。画像処理部７は、画像をもとに得られる動きベクトルや画像に含まれるエッジなどを参照して位置合わせを行い、画像を合成する。そして、ホワイトバランス調整などの所定の画像処理を施す。

そして、カメラ制御部１０は、合成した画像をメモリ８に記録して（ステップＳ１２）、一連の処理を終了する。
以上説明したように、本実施形態によれば、撮影光学系における光軸のブレを検出し、検出結果に基づいて、撮影光学系の一部である撮影レンズ１を移動させてブレを補正するとともに、ブレの補正中に、全露光時間を所定の分割数で分割して繰り返し撮像を行い、分割数の画像を生成して、それらを合成する。

そのため、合成の対象となるそれぞれの画像に発生するブレを低減することができる。したがって、このようなブレの少ない画像を合成することにより、高精度にブレ補正を行うことができる。
また、本実施形態によれば、繰り返し撮像を行うタイミングに同期して、撮影光学系の一部である撮影レンズ１をセンタリングする（初期位置に移動させる）。

したがって、ジャイロ１６にドリフトが発生する場合でも、光学的ブレ補正中に、撮影レンズ１が機械的な移動の限界に達してしまうのを防ぐことができる。また、露光時間が長い場合にも、同様に、撮影レンズ１が機械的な移動の限界に達してしまうのを防ぐことができる。このように、繰り返し撮像を行うタイミングに同期して、撮影光学系の一部である撮影レンズ１を初期位置に移動させることができるのは、露光時間を分割して、繰り返し撮像を行うためである。なお、センタリングにより撮影レンズ１を初期位置に移動させることが好ましい。しかし、必ずしも初期位置まで移動させなくても、撮影レンズ１を初期位置に近づくよう移動させれば上記効果を得られることは言うまでもない。

１回の撮像が終了してから、画像を転送している間の時間を有効に利用して、撮影光学系の一部である撮影レンズ１を初期位置に移動させることにより、ジャイロ１６にドリフトが発生していても、露光時間が長くても、精度良く光学的ブレ補正を行うことができる。したがって、合成の対象となるそれぞれの画像の画質を向上させることができる。
なお、本実施形態では、光学的ブレ補正の際に、撮影レンズ１を移動させてブレの補正を行う例を示したが、撮像素子であるＣＣＤ２を移動させてブレの補正を行うようにしても良い。また、撮影レンズ１とＣＣＤ２との間に可変頂角プリズムを設け、ジャイロ１６により検出されるブレに応じて、プリズムの入射光に対する出射角を変化させてブレの補正を行うＶＡＰ（Ｖａｒｉ−ＡｎｇｌｅＰｒｉｓｍ）方式でブレの補正を行うようにしても良い。この場合、プリズムは、請求項の「撮影光学系の一部」に対応する。

また、本実施形態では、光学的ブレ補正中に撮影レンズ１が機械的な移動の限界に達してしまうのを防ぐために、撮影レンズ１をセンタリングする例を示したが、センタリングを行う代わりに、撮影レンズ１の移動量を低減するセンタバイアスを行うようにしても良い。具体的には、撮影レンズ１が機械的な移動の限界に近づくと、移動量を低減するようにしても良い。

このように、ブレの補正中に、ジャイロ１６による検出結果に基づいて撮影光学系の一部である撮影レンズ１の移動量を求め、移動量が撮影光学系の一部である撮影レンズ１を移動させる限界量に近づくと、撮影光学系の一部である撮影レンズ１を移動させる量を低減することにより、撮影レンズ１のセンタリングを行わなくても、光学的ブレ補正中に撮影レンズ１が機械的な移動の限界に達してしまうのを防ぐことができる。このようなセンタバイアスは、画像を転送する時間が短い場合などに有効である。

また、本実施形態では、露光時間を４分割して、４回の撮像を繰り返す例を示したが、分割数は４でなくても良い。分割数をユーザに指定させるようにしても良いし、露光時間などに応じて決めるようにしても良い。例えば、露光時間が長ければ分割数を多くし、露光時間が短い場合には分割数を少なくすると良い。
また、本実施形態において、画像を合成する（図２ステップＳ１１参照）際に、分割数の画像の経時変化をもとに得られるブレを示す情報と、ジャイロ１６から得られるブレを示す情報とを比較し、比較結果に基づいて分割数の画像の全てを合成するか否かを判定し、判定結果に基づいて、画像の合成を行うようにしても良い。例えば、画像メモリ９から読み出した分割数の画像の径時変化を見ることによりブレを求め、ジャイロ１６により検出されたブレよりも画像から得られるブレの方が顕著な場合には、その画像を異常画像として合成の対象から除くようにしても良い。

また、ジャイロ１６により検出されたブレが所定値よりも大きい場合には、ユーザが意図的に電子カメラ１００を動かしていわゆる流し撮りを行っていると判断し、光学的手ぶれ補正を中止するとともに、露光時間を分割せずに、通常の露光を行うようにするのが好ましい。
また、本実施形態では、撮像装置の一例として電子カメラ１００を用いて説明を行ったが、ビデオなどの撮像装置に本発明を応用しても良い。

本実施形態の電子カメラ１００の構成を示すブロック図である。本実施形態の電子カメラ１００の動作を示すフローチャートである。本実施形態における各処理のタイミングを説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１撮影レンズ
２ＣＣＤ
３絞りシャッタユニット
４絞りシャッタユニット駆動回路
５絞りシャッタユニット制御回路
６ＣＣＤ駆動回路
７画像処理部
８メモリ
９画像メモリ
１０カメラ制御部
１１ＬＣＤ
１２ＬＣＤ制御部
１３位置センサ
１４アクチュエータ
１５アクチュエータ制御回路
１６ジャイロ
１７光学的ブレ補正制御部
１００電子カメラ

Claims

撮像素子と、
被写体像を前記撮像素子面に結像させる撮影光学系と、
前記撮影光学系における光軸のブレを検出するブレ検出部と、
前記ブレ検出部による検出結果に基づいて、前記撮像素子と前記撮影光学系の一部との何れかを移動させて前記ブレを補正するブレ補正部と、
前記ブレ補正部を用いて前記ブレを補正しながら全露光時間を所定の分割数で分割して繰り返し撮像を行い、前記ブレ補正部により前記ブレが補正された前記分割数の画像を生成する撮像部と、
前記ブレ補正部により前記ブレが補正された前記分割数の画像を合成することにより前記ブレ補正部により補正されずに残ったブレを補正する合成部と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記ブレ補正部は、前記分割数で分割された撮像と撮像との間の時間に、前記撮像素子が前記ブレ補正部による補正が行われる前に位置していた初期位置に、前記撮像素子を移動させるか、または、前記撮影光学系の一部が前記ブレ補正部による補正が行われる前に位置していた初期位置に、前記撮影光学系の一部を移動させる
ことを特徴とする撮像装置。
請求項１又は請求項２に記載の撮像装置において、
前記分割数の画像の経時変化をもとに得られる前記ブレを示す情報と、前記ブレ検出部から得られる前記ブレを示す情報とを比較し、比較結果に基づいて前記分割数の画像の全てを合成するか否かを判定する判定部を備え、
前記合成部は、前記判定部による判定結果に基づいて、画像の合成を行う
ことを特徴とする撮像装置。
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の撮像装置において、
前記ブレ補正部は、前記ブレの補正中に、前記ブレ検出部による検出結果に基づいて前記撮像素子と前記撮影光学系の一部との何れかの移動量を求め、前記移動量が、前記撮像素子と前記撮影光学系の一部との何れかを移動させる限界量に近づくと、前記撮像素子と前記撮影光学系の一部との何れかを移動させる量を、前記移動量よりも低減する
ことを特徴とする撮像装置。