JPH11266390A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像面上で手振れを補正するシステムで、像
の蹴られを防止する。 【解決手段】 撮像素子２２は出力画像サイズよりも大
きな撮像面を具備する。システム制御回路４８は角速度
センサ５２ａ，５２ｂの検出結果から直流成分を除去
し、積分し、変倍率に応じたゲインを乗算し、変倍率に
応じた制限を加えて、縦方向及び横方向の振れ補正信号
を生成する。システム制御回路４８は、縦方向の振れ補
正信号をＣＣＤ駆動回路４６に印加し、横方向の振れ補
正信号をディジタル信号処理回路３０に印加する。ＣＣ
Ｄ駆動回路４６は、縦方向振れ補正信号に従って、撮像
素子２２の全ラインの内、読み出すラインを決定し、デ
ィジタル信号処理回路３０は、横方向振れ補正信号に従
い、メモリ２８に記憶されるライン・データの、読み出
し開始する位置を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオ・カメラ等
の撮像装置に関し、より具体的には、手振れ等の振れ補
正機能を有する撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオ・カメラでは、高倍率のズームレ
ンズが採用されており、民生用の分野でもその倍率は１
０倍以上が一般化している。ズーム比の拡大に伴い、長
焦点側の焦点距離が大きな数値になってくると、長焦点
側では手振れ等によるカメラの振れが撮影画像に与える
影響が大きくなり、主被写体が画面内で見苦しく動いて
しまう。そこで、従来のビデオ・カメラは、通常、手振
れ等の影響を取り除く振れ補正機能を具備する。

【０００３】ビデオ・カメラで使用される振れ補正機能
は、カメラ振れを検出する振れ検出手段と、振れ検出手
段の検出結果に応じて、カメラ振れを補正する振れ補正
手段とからなる。振れ検出方式には、連続するフィール
ド間またはフレーム間の画像を電子的に比較して画像の
動きを検出する画像処理方式と、角速度センサ又は角加
速度センサを用いてカメラ自体の動きを直接検出するセ
ンサ方式がある。また、振れ補正方式には、光学的に撮
影光軸を手振れが除去される方向に偏向する光学補正方
式と、電子的画像の中から実際に記録又は出力する範囲
（切り出し範囲）を電子的に選択する電子補正方式があ
る。電子補正方式では、撮像素子から出力される画像信
号をメモリに一時格納し、メモリの読み出し範囲を手振
れに応じて変更するメモリ方式と、撮像素子として撮像
に必要な画素数（表示画素数）よりも大きな画素数のも
のを使用して、読み出し範囲を手振れに応じて変更する
拡大撮像素子方式がある。

【０００４】拡大撮像素子方式を簡単に説明する。図７
は、撮像素子の光電変換面又は撮像面を示す。１１０は
撮像素子の全撮像エリア又は全光電変換エリアであり、
１１２，１１４，１１６は、実際に表示又は記録する電
荷信号を取り出す範囲を示す。カメラ振れの無いときに
は、中央の領域１１４から電荷信号を取り出し、振れ検
出手段により手振れを検出すると、その手振れを相殺す
る位置の、例えば領域１１２又は１１６から電荷信号を
取り出す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、拡大撮像
素子方式では、焦点距離によらず、常に全撮像エリア１
１０の任意の位置から撮像信号を切り出すことができ
る。しかし、この方式では、全撮像エリア１１０に光学
像を結像させておく必要があるので、光学的に有効とな
る像円径を通常よりも大きくとる必要がある。ズーム倍
率が高い場合、テレ端からワイド端まで一様に有効像円
径を大きくしようとすると、撮影レンズが大きくなって
しまう。つまり、この方式は、画質劣化は少ないが、小
型化には不利である。

【０００６】これに対しては、高倍率のズームレンズで
は、ワイド側になるに従い、有効像円径が小さくなるよ
うにすれば、前玉径を小さくすることができ、結果とし
てレンズを小型化できる。全撮像エリアから表示サイズ
の画像を切り出す振れ補正機能を有する撮像装置では、
撮影レンズは、表示画像として必要な有効像円径よりも
広い範囲をカバーする必要があるが、最低限、表示画像
を中央から切り出せるだけの有効像円径（例えば、図７
では、領域１１４をカバーする範囲）があれば、振れを
補正することはできないが、撮影画像を出力することは
可能である。

【０００７】一般に、ワイド側になるに従い、手振れの
影響は小さくなり、手振れ自体も気にならなくなるの
で、振れ補正機能を有する撮像装置では、上述のように
ズーム比に応じて有効像円径が変化するズームレンズを
利用できる。

【０００８】しかし、従来の拡大撮像素子方式では、有
効像円径に関わらず表示画像の切り出し範囲は一定であ
り、上述のようなズーム・レンズを用いると、ワイド側
になるに従い出力画像が蹴られてしまう。即ち、被写体
像の無い部分を含んでしまう。

【０００９】また、ワイド端及びその近傍では、手振れ
の影響が小さいので、手振れ補正を無効にしても構わな
い。ワイド端での有効像円径を表示画像サイズに極めて
近いサイズにした場合、振れ補正に使える範囲が狭く、
従って、手振れ補正を有効にしても、補正できる範囲が
限られるので、この点でも、手振れ補正を無効にする価
値がある。但し、このように、ワイド端及びその近傍で
手振れ補正を無効にすると、ある程度以上、焦点距離を
長くすると、途端に振れ補正が有効になることになり、
ズーミング時に違和感を使用者に与えてしまう。

【００１０】本発明は、このような問題点を解消した撮
像装置を提示することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る撮像装置
は、変倍撮影光学系と、当該変倍撮影光学系による光学
像から画像信号を生成する撮像手段と、機器の振れを検
出する振れ検出手段と、当該振れ検出手段に応じて当該
機器の振れによる撮影画像の振れを補正する振れ補正手
段と、当該変倍撮影光学系の有効像円径に応じて当該振
れ補正手段の動作範囲を制限する振れ補正制限手段とを
有することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施例を詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロ
ック図を示す。１０は撮影レンズであり、固定レンズ群
１２、光軸方向に移動自在な変倍レンズ群１４、絞り１
６、固定レンズ群１８、及び、焦点調節のために光軸方
向に移動し、変倍レンズ群１４の移動により変化する結
像位置を補正する補正レンズ群２０からなる。

【００１４】２２は、撮影レンズ１０による光学像を電
気信号に変換する撮像素子であり、表示サイズより大き
なサイズの撮像面又は光電変換面を具備する。２４は撮
像素子２２のアナログ出力信号に利得補正、γ補正及び
色バランス調整等の周知のアナログ処理を施すアナログ
信号処理回路であり、例えばＣＤＳ回路（相関二重サン
プリング）回路及びＡＧＣ回路等からなる。

【００１５】２６はアナログ信号処理回路２４の出力信
号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、２８は、
Ａ／Ｄ変換器２６の出力画像データを少なくとも１ライ
ン分記憶するメモリである。メモリ２８は、記憶したラ
イン画像の所望の位置から画像データを読み出すことも
可能である。３０は、メモリ２８から読み出された画像
データをディジタル処理して、所定形式のビデオ信号を
生成するディジタル信号処理回路である。なお、メモリ
２８に記憶される画像データは、表示画像サイズに比べ
画素数が多いままであり、ディジタル信号処理回路３０
が、メモリ２８から読み出す先頭アドレスを指定して、
表示画像サイズ分の画像データを読み出すようになって
いる。

【００１６】モータ駆動回路３２は、ステッピング・モ
ータ３４により変倍レンズ群１４を光軸方向に移動させ
る。絞り駆動回路３６は、ガルバノメータ３８により絞
り１６の開口度を調整する。絞り１６の開口度は絞り検
出装置４０により検出される。モータ駆動回路４２は、
ステッピング・モータ４４により補正レンズ群２０を光
軸方向に移動させる。ステッピング・モータ３４，４４
に印加するパルス数を計数することにより、それぞれレ
ンズ群１４，２０の絶対位置を認識できる。その他のア
クチュエータを用いる場合は、必要に応じて位置検出セ
ンサを設ければよい。

【００１７】４６は、撮像素子２２を駆動するＣＣＤ駆
動回路であり、撮像素子２２から画素信号を読み出す範
囲の開始ラインと最終ライン又はライン数を指定可能で
あり、表示画像を含む全ラインの画像信号が撮像素子２
２から読み出される。

【００１８】４８は全体を制御するマイクロコンピュー
タからなるシステム制御回路であり、具体的には、モー
タ駆動回路３２，３６，４２、ＣＣＤ駆動回路４６及び
ディジタル信号処理回路３０を制御する。例えば、シス
テム制御回路４８は、モータ駆動回路３２，４２を制御
し、その駆動パルス数を常に監視して、基準位置からの
絶対位置を示す変倍レンズ位置データ及び補正レンズ位
置データをそれぞれ生成する。例えば、全ストロークを
１２８０パルスで移動できるとすると、１０パルス毎に
等分することにより、１２８個の位置を区別できる。

【００１９】５０はユーザが焦点距離を変更するために
操作するズームキーであり、システム制御回路４８は、
ズーム・キー５０の操作に応じてモータ駆動回路３２及
びモータ３４により変倍レンズ群１４を指定の方向に移
動させる。

【００２０】５２ａ，５２ｂはカメラの直交する２方向
の角速度をそれぞれ検出する角速度センサであり、その
検出出力は、ＨＰＦ（高域通過フィルタ）５４ａ，５４
ｂ、アンプ５６ａ，５６ｂ及びＬＰＦ（低域通過フィル
タ）５８ａ，５８ｂを介してシステム制御回路４８に印
加される。例えば、角速度センサ５２ａは縦方向の角速
度を検出し、角速度センサ５２ｂは横方向の角速度を検
出する。６０は録画オン／オフ・スイッチである。

【００２１】システム制御回路４８は、ＬＰＦ５８ａ，
５８ｂのアナログ出力をディジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器を具備し、取り込んだ角速度データに所定の信
号処理を施して、縦方向及び横方向の振れ補正信号を生
成する。システム制御回路４８は、縦方向の振れ補正信
号をＣＣＤ駆動回路４６に印加し、横方向の振れ補正信
号をディジタル信号処理回路３０に印加する。ＣＣＤ駆
動回路４６は、縦方向振れ補正信号に従って、撮像素子
２２の全ラインの内、読み出すラインを決定し、ディジ
タル信号処理回路３０は、横方向振れ補正信号に従い、
メモリ２８に記憶されるライン・データの、読み出し開
始する位置を決定する。

【００２２】このようにして、撮像素子２２からは、光
電変換部においてディジタル信号処理回路３０から出力
すべき画像（表示画像）を含むライン画像が読み出さ
れ、メモリ２８からは、そのライン画像の中で、表示画
像となるべき画像部分の画像データが読み出される。こ
れにより、図７の領域１１２〜１１６に示すように、全
撮像エリア１１０内での任意の位置から、振れ補正した
画像データを切り出せる。

【００２３】本実施例の撮影レンズ１０は、主に小型化
を目的として、焦点距離が短く（ワイド側に）なるに従
い有効像円径が小さくなるように設計されている。その
特性を図２に示す。図２において、横軸は、システム制
御回路４８により生成される変倍レンズ位置を示す。こ
の数値が大きくなるほど、レンズ１０の焦点距離が長く
なる。縦軸は有効像円径を示す。ｒａは標準イメージサ
イズの像円径を示し、ｒｂは全イメージサイズの像円径
を示す。曲線６２は、各変倍レンズ位置に対する有効像
円径の変化を示す。曲線６２とｒａとの間にある画素数
分だけが、各焦点距離において振れ補正として実際に利
用できる。ワイド側になるに従い、補正に使用できる範
囲が狭くなることが分かる。

【００２４】しかし、カメラに角変位θだけ振れが加わ
ると、撮像面上での被写体像の移動量Δｘは、焦点距離
をｆとすると Δｘ＝ｆ×ｔａｎθ となる。つまり、焦点距離が短くなるに従い、振れ補正
のための移動量は少なくなる。また、手振れ等による撮
影像の振れは、焦点距離が長くなるほど影響が大きく、
通常の撮影では、ワイド側での振れ補正はあまり必要で
ない。従って、前述のように、有効像円径の変化に伴
い、ワイド側になるに従い振れ補正のために使用できる
範囲が狭くなっても、実用上、問題ない。

【００２５】システム制御回路４８は、角速度データを
振れ補正信号に変換する。図３は、その信号処理にフロ
ーチャートを示す。なお、縦方向と横方向とでは全く同
じ処理になるので、図３には、一方向のみを図示した。

【００２６】先ず、角速度データを取り込み（Ｓ１）、
充分に低い遮断周波数で直流成分を遮断する（Ｓ２）。
直流を遮断した信号を積分して、角変位信号を生成する
（Ｓ３）。次に、角変位信号にズームゲインを乗算して
補正量を出力する（Ｓ４）。焦点距離と撮像面上での被
写体移動量には、先に説明した関係があり、且つ、焦点
距離とズーム・ゲインとの対応関係は予め分かってお
り、図示しないＲＯＭに格納されているので、焦点距離
データをズーム・ゲイン・テーブルに当てはめて、焦点
距離に合わせた利得を角変位信号に乗算する。焦点距離
データとしては、実際には、変倍レンズ１４の位置を示
すデータ（例えば、０から１２８）を使用する。

【００２７】次に、Ｓ４の乗算結果を所定値以内に制限
して、振れ補正量とする（Ｓ５）。リミッタ・テーブル
は、焦点距離とリミッタ値（撮像面上で移動可能な画素
数）の対応表であり、これも図示しないＲＯＭに格納さ
れている。Ｓ５では、焦点距離に対応するリミッタ値を
リミッタ・テーブルから読み出し、Ｓ４の乗算結果とリ
ミッタ値とを比較し、リミッタ値よりも大きい場合にリ
ミッタ値に制限する。

【００２８】図４を参照して、リミッタ値を具体的に説
明する。７０は撮像素子２２の全撮像面、７２，７４，
７６は、標準サイズの画像の切出し領域である。中央の
標準切出し領域７２の左上の座標を（０，０）とする。
７８は、ある焦点距離における有効像円径、８０は、全
撮像面７０内、且つ有効像円径７８内で標準イメージサ
イズが移動し得る最大範囲を示す。

【００２９】中央の標準切出し領域７２の左上の座標
（０，０）を原点として、この原点の移動可能な上限値
がリミッタ値（Ｘ１，Ｙ１）となる。勿論、有効像円径
７８の全体から標準イメージの切出し範囲を選択しても
良い。

【００３０】これにより、有効像円径が焦点距離によっ
て変化するズームレンズを用いた撮像装置において、各
焦点距離の有効像円径内で切り出し位置をずらすことが
でき、撮影像が蹴られることなく、手振れ等による振れ
を補正できる。

【００３１】ワイド端での有効像円径が標準イメージサ
イズに極めて近いサイズであるとき、振れ補正に使える
範囲が狭いが、もともと手振れ等による撮影像への影響
も少ない。そこで、ワイド端の近傍、即ち、ワイド端か
ら所定範囲では、振れ補正を一時的に無効にしても、視
覚上、ほとんど影響しない。しかし、ある焦点距離から
急に振れ補正を開始すると、ズーミング時に違和感を与
えてしまう。この問題は、図３のズームゲイン処理（Ｓ
４）を次のように変更することで解決できる。

【００３２】図５は、変倍レンズ位置に対するズーム・
ゲインの特性を示す。縦軸は、ゲイン、横軸は、変倍レ
ンズ位置をそれぞれ示す。変倍レンズ位置としては、具
体的には、システム制御回路４８から生成されるデータ
値が使用され、これは、図２と同様に、数値が大きくな
るほど焦点距離が長くなる。特性８２は、各焦点距離に
おいて振れ補正をするのに必要なゲインを示す。

【００３３】先に述べた理由により、変倍レンズ位置が
０（ワイド端）からａまでの範囲にあるとき、変倍レン
ズ位置ｚに対するゲインｇを、 ｇ＝（ｂ／ａ）×ｚ とする。但し、ａは予め定められた変倍レンズ位置であ
り、ｂは、ａに対する振れ補正に適切な曲線８２上のゲ
インである。変倍レンズ位置ｚがａより大きいところで
は、特性６０１と同じである。特性８４は、ゲインｇの
変化を示す。

【００３４】この処理を実現する、図２のステップＳ４
に対応する処理のフローチャートを図６に示す。変倍レ
ンズ位置ｚと閾値ａを比較し（Ｓ１１）、ｚ＞ａの場
合、ズーム・ゲイン・テーブルから変倍レンズ位置デー
タｚに対応するズームゲインを読み出し、メモリｇに格
納する（Ｓ１２）。ｚ≦ａの場合（Ｓ１１）、（ｂ／
ａ）×ｚを演算し、メモリｇに格納する（Ｓ１３）。次
に、図２のＳ３の積分結果にメモリｇに格納された値を
乗算し（Ｓ１４）、乗算結果を補正量として出力する。

【００３５】このような構成により、ワイド側になるに
従い有効像円径が小さくなるレンズユニットを搭載した
振れ補正機能を有する撮像装置において、ズーミング時
においても違和感を与えることなく良好な振れ補正を実
現できる。

【００３６】電子的な振れ補正システムを例に説明した
が、本発明は、レンズ群の内、一部のレンズをシフトさ
せることにより振れ補正をするシステム、又は、高屈折
率の液体を封入した可変頂角プリズム（ＶＡＰ）の頂角
を変更することにより、振れを補正をするシステム等の
光学的振れ補正手段に対しても、適用可能である。この
ような光学的振れ補正システムでは、振れ補正の光学素
子は、撮影レンズ１０と撮像素子２２との間に配置する
のが好ましい。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、有効像円径が変化するズームレン
ズを搭載した振れ補正機能を有する撮像装置において、
振れ補正をする際、出力映像が蹴られてしまうことがな
くなる。また、ズーミング時に違和感を与えることのな
い良好な振れ補正を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の概略構成ブロック図であ
る。

【図２】 レンズ１０の特性図である。

【図３】 本実施例の振れ補正信号の生成処理のフロー
チャートである。

【図４】 有効像円径と振れ補正可能な範囲の説明図で
ある。

【図５】 ワイド端近傍での振れ補正処理の変更例の特
性図である。

【図６】 ワイド端近傍での振れ補正処理の変更例の処
理フローチャートである。

【図７】 拡大撮像素子方式での振れ補正の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０：撮影レンズ １２：固定レンズ群 １４：変倍レンズ群 １６：絞り １８：固定レンズ群 ２０：補正レンズ群 ２２：撮像素子 ２４：アナログ信号処理回路 ２６：Ａ／Ｄ変換器 ２８：メモリ ３０：ディジタル信号処理回路 ３２：モータ駆動回路 ３４：ステッピング・モータ ３６：絞り駆動回路 ３８：ガルバノメータ ４０：絞り検出装置 ４２：モータ駆動回路 ４４：ステッピング・モータ ４６：ＣＣＤ駆動回路 ４８：システム制御回路 ５０：ズームキー ５２ａ，５２ｂ：角速度センサ ５４ａ，５４ｂ：ＨＰＦ（高域通過フィルタ） ５６ａ，５６ｂ：アンプ ５８ａ，５８ｂ：ＬＰＦ（低域通過フィルタ） ７０：撮像素子２２の全撮像面 ７２，７４，７６：標準サイズ画像の切出し領域 ７８：有効像円径 ８０：標準イメージサイズが移動し得る最大範囲 １１０：全撮像エリア １１２，１１４，１１６：切出し範囲

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変倍撮影光学系と、 当該変倍撮影光学系による光学像から画像信号を生成す
   る撮像手段と、 機器の振れを検出する振れ検出手段と、 当該振れ検出手段に応じて当該機器の振れによる撮影画
   像の振れを補正する振れ補正手段と、 当該変倍撮影光学系の有効像円径に応じて当該振れ補正
   手段の動作範囲を制限する振れ補正制限手段とを有する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 当該変倍撮影光学系は、変倍率が小さく
   なるに従い、当該有効像円径が小さくなる請求項１に記
   載の撮像装置。
3. 【請求項３】 更に、当該変倍撮影光学系の変倍率を検
   出する倍率検出手段を具備し、当該振れ補正制限手段
   は、当該振れ検出手段の検出信号から得られる振れ補正
   信号を、変倍撮影光学系の変倍率に応じた制限値に制限
   するリミッタを具備する請求項１に記載の撮像装置。
4. 【請求項４】 当該撮像手段が、水平方向及び垂直方向
   に出力画像サイズより大きな撮像エリアを具備し、当該
   振れ補正手段は、当該有効像円径内の画素から、画像出
   力すべき範囲を選択する切出し範囲選択手段である請求
   項１に記載の撮像装置。
5. 【請求項５】 当該振れ補正手段は、光学的に光軸を偏
   向する光学振れ補正手段である請求項１に記載の撮像装
   置。
6. 【請求項６】 当該光学振れ補正手段は、撮像手段と変
   倍手段の間に配置される請求項５に記載の撮像装置。
7. 【請求項７】 当該光学振れ補正手段は、可変頂角プリ
   ズムである請求項５に記載の撮像装置。
8. 【請求項８】 当該振れ補正手段は、シフトレンズであ
   る請求項５に記載の撮像装置。
9. 【請求項９】 当該振れ補正制限手段は、当該変倍撮影
   光学系がワイド端及びその近傍の所定範囲内にあると
   き、当該振れ検出手段の検出信号から振れ補正信号を生
   成する際の利得を、ワイド端で０とし、変倍率の増加に
   伴い線形に増加させる請求項１に記載の撮像装置。