JP6039197B2 - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像振れ補正機能を有する撮像装置およびその制御方法に関するものである。

スチルカメラやビデオカメラに代表される撮像装置において、外部から与えられた振れを補正する方法として、光学式手振れ補正等の方法が用いられている。

例えば、特許文献１では、ズーム位置毎に生じるズームレンズ群のレンズ特性、例えば中心位置のずれ及び周辺光量を補正するために補正レンズを駆動することで、質のよい画像を記録することができる画像記録装置が提案されている。

特開２００６−６４９８６号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、レンズの光学的特性を良好に保つ一方で、補正レンズの駆動範囲を制限しているために補正レンズ機構が本来備えている手ぶれ補正性能も同時に制限され、手ぶれ補正性能向上の妨げになるという課題があった。

（発明の目的）
本発明の目的は、撮像シーンに応じて、光学性能劣化による画像劣化に影響しない範囲まで補正光学手段の駆動範囲を拡大することで、画像振れに対する補正効果を向上させることができる撮像装置およびその制御方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、画像振れを補正するために移動可能な補正光学手段と、撮像装置に加わる振れを検出する振動検出手段と、前記振動検出手段の信号に応じて前記補正光学手段の移動目標位置を算出する算出手段と、前記移動目標位置へ前記補正光学手段を駆動する駆動手段と、撮像画像のうちの周辺エリアの情報に基づいて前記補正光学手段が駆動される駆動範囲を変更する駆動範囲変更手段と、を有し、前記駆動範囲変更手段は、静止画撮影指示の前に得られた撮像画像に基づいて、当該静止画撮影指示の後に前記補正光学手段が駆動される駆動範囲を変更することを特徴とするものである。

本発明によれば、撮像シーンに応じて、光学性能劣化による画像劣化に影響しない範囲まで補正光学手段の駆動範囲を拡大することで、画像振れに対する補正効果を向上させることができる。

本発明の実施例に係る撮像装置の概ねの構成を示すブロック図である。 図１に示される補正レンズ駆動制御部の内部構成を示すブロック図である。 図２に示されるＰＩＤ制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 撮影画像の周辺エリアの例である四隅エリアを示す図である。 実施例の静止画撮影時の補正レンズ駆動範囲拡大動作を示すフローチャートである。 実施例の補正レンズ可動範囲算出動作を示すフローチャートである。 実施例における輝度値および解像度と補正レンズ駆動範囲拡大値との関係の一例を示す図である。 実施例の動画撮影時の補正レンズ駆動範囲拡大動作を示すフローチャートである。

本発明を実施するための形態は、以下の実施例に記載される通りである。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施例に係る撮像装置の概ねの構成を示す図である。

撮像装置は、変倍を行うズームレンズを含むズームユニット４０１と、ズームユニット４０１を駆動制御するズーム駆動制御部４０２とを備えている。また、撮像装置は、移動可能な補正光学手段としての、光軸に対して略垂直な平面内において移動可能な振れ補正光学系としての補正レンズ４０３と、補正レンズ４０３を駆動、制御する補正レンズ駆動制御部４０４を備えている。

なお、ズーム駆動制御部４０２及び補正レンズ駆動制御部４０４はそれぞれ、例えば、省電力時には、ズームユニット４０１及び補正レンズ４０３への駆動電源の供給を停止する。

撮像装置は、更に、光学系の絞り動作とシャッタ動作を行う絞り・シャッタユニット４０５と、絞り・シャッタユニット４０５を駆動、制御する絞り・シャッタ駆動制御部４０６を備えている。また、ピント調整を行うレンズを含み、ピント調整を行うフォーカスユニット４０７と、フォーカスユニット４０７を駆動、制御するフォーカス駆動制御部４０８と、各レンズ群を通ってきた光像を電気信号に変換する撮像素子を含む撮像部４０９を備えている。

撮像装置において、撮像部４０９から出力された電気信号の映像信号への変換処理は、撮像信号処理部４１０によって行われ、撮像信号処理部４１０から出力された映像信号の用途に応じた加工は映像信号処理部４１１で行われる。

撮像装置では、ディスプレイを備えた表示部４１２が、映像信号処理部４１１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。

撮像装置は、撮像装置全体に用途に応じて電源を供給する電源部４１３と、外部との間で通信信号及び映像信号を入出力するための外部入出力端子部４１４と、撮像装置を操作するための操作部４１５を備えている。撮影により得られた映像情報等の様々なデータは記憶部４１６に記憶され、撮像装置全体の制御は制御部４１７によって行われる。

次に、以上の通りに構成された撮像装置における動作について説明する。操作部４１５は、押し込み量に応じて第１スイッチ（ＳＷ１）及び第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（不図示）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（ＳＷ１）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（ＳＷ２）がオンする。

第１スイッチ（ＳＷ１）がオンされると、フォーカス駆動制御部４０８がフォーカスユニット４０７を駆動してピント調整を行うと共に、絞り・シャッタ駆動制御部４０６が絞り・シャッタユニット４０５を駆動して、露光量を適正に設定する。そして、第２スイッチ（ＳＷ２）がオンされると、撮像部４０９に光像が露光され、撮像素子によって変換された電気信号に基づいて得られた画像データが記憶部４１６に記憶される。

このとき、操作部４１５から像ぶれ補正オンの指示があれば、制御部４１７は補正レンズ補正レンズ駆動制御部４０４に像ぶれ補正動作を指示し、この指示を受けた補正レンズ駆動制御部４０４は、像ぶれ補正オフの指示がなされるまで像ぶれ補正動作を行う。

また、制御部４１７は、操作部４１５が一定時間操作されなかった場合に、省電力のために表示部４１２が備えるディスプレイの電源を遮断する等の指示を出す。

また、撮像装置は、静止画撮影モードと動画撮影モードから一方の撮影モードを操作部４１５の操作によって選択可能であり、各撮影モードにおいて、撮像装置を構成している各アクチュエータ（可動な素子）の動作条件を変更することができるようになっている。

なお、操作部４１５を介してズームレンズによる変倍の指示が入力されると、制御部４１７を介して指示を受けたズーム駆動制御部４０２が、ズームユニット４０１を駆動し、指示されたズーム位置にズームレンズを移動させる。また、撮像信号処理部４１０と映像信号処理部４１１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４０８がフォーカスユニット４０７を駆動して、ピント調整を行う。

図２は、補正レンズ駆動制御部４０４の内部構成を示すブロック図である。補正レンズ駆動制御部４０４は、撮像装置に加わる振動を検出する振動検出手段としてのピッチ方向ジャイロ部５０１とヨー方向ジャイロ部５０２を備えている。ピッチ方向ジャイロ部５０１は、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）の撮像装置の垂直方向（ピッチ方向）の振れを検出し、ヨー方向ジャイロ部５０２は、通常姿勢の撮像装置の水平方向（ヨー方向）の振れを検出する。

ピッチ方向ジャイロ部５０１の振れ信号に基づいて、像ぶれ補正制御部５０３が、ピッチ方向の補正レンズ補正位置制御信号を算出する。同様に、ヨー方向ジャイロ部５０２の振れ信号に基づいて、像ぶれ補正制御部５０４が、ヨー方向の補正レンズ補正位置制御信号を算出する。ホール素子５０９とホール素子５１０はそれぞれ、補正レンズ４０３のピッチ方向とヨー方向の位置を検出する位置検出手段である。

帰還制御手段としてのＰＩＤ部５０５とＰＩＤ部５０６がそれぞれ、ピッチ方向とヨー方向の補正レンズ補正位置制御信号と、補正レンズ４０３の位置を示すホール素子５０９とホール素子５１０の位置信号との偏差から制御量を求め、ドライブ指令信号を出力する。ドライブ部５０７とドライブ部５０８はそれぞれ、ＰＩＤ部５０５とＰＩＤ部５０６から送られたドライブ指令信号に基づいて、補正レンズ４０３を駆動する駆動手段である。このように、ＰＩＤ部５０５，５０６はそれぞれ、像ぶれ補正制御部５０３，５０４からそれぞれ送られてくる補正レンズ補正位置制御信号に位置信号が収束するようなフィードバック制御を行う。

ピッチ方向ジャイロ部５０１からの振れ信号に基づいて算出する像ぶれ補正制御部５０３のピッチ方向の補正レンズ補正位置制御信号は、ピッチ方向の移動目標位置（振れ補正位置）を表す信号である。同様に、ヨー方向ジャイロ部５０２からの振れ信号に基づいて算出する像ぶれ補正制御部５０４のヨー方向の補正レンズ補正位置制御信号は、ヨー方向の移動目標位置（振れ補正位置）を表す信号である。

よって、像ぶれ補正制御部５０３，５０４からそれぞれ出力される補正レンズ補正位置制御信号により、撮像装置の振れによる画像振れを補正する方向に補正レンズ４０３の位置を移動させる。こうして、振れ補正を行う補正レンズ４０３が、光軸と直交する上下左右の方向に動き、撮像装置に手ぶれ等が発生しても、画像振れを防止することができる。また、駆動範囲設定部５１１は、像ぶれ補正制御部５０３、５０４の補正レンズ補正位置信号の出力範囲を設定すること、およびホール素子５０９、５１０の出力を変更することにより補正レンズ４０３が駆動される駆動範囲を設定する。駆動範囲設定部５１１は駆動範囲変更手段を構成する。

図３は、図２に示すＰＩＤ部５０５の詳細な構成を示すブロック図である。ＰＩＤ部５０５とＰＩＤ部５０６は、方向（ピッチ方向／ヨー方向）は異なるが、構成は同じであるため、ピッチ方向のＰＩＤ部５０５を例に挙げて説明する。

先ず、像ぶれ補正制御部５０３からの出力値である補正レンズ補正位置制御信号と、補正レンズ４０３の位置信号であるホール素子５０９の出力値をＡ／Ｄ変換部６０７にてＡ／Ｄ変換した実位置（デジタル信号）との差分（偏差）を、偏差算出部６０１で計算する。この偏差に基づき、比例制御部６０２（Ｐ制御部）と微分制御部６０３（Ｄ制御部）と積分制御部６０４（Ｉ制御部）においてそれぞれ演算が行われる。

比例制御部６０２では偏差をゼロに近づける制御、すなわち、移動目標位置である振れ補正位置と実位置とを近づけるための制御を行う。しかしながら比例制御部６０２のみでは定常的に偏差にオフセット成分が乗るため、積分制御部６０４によりオフセット成分をゼロに漸近させる制御を行う。また、補正レンズ４０３の応答性を高めるために、偏差に対して微分制御部６０３による微分制御が行われる。

最終的に比例制御部６０２の結果と微分制御部６０３の結果と積分制御部６０４の結果が、和算出部６０５において足し合わせられ、次いでＤ／Ａ変換部６０６によりアナログ信号へ変換されてドライブ部５０８へ渡され、補正レンズ４０３が駆動される。

図４は駆動範囲設定部５１１が映像信号処理部４１１で加工された撮像画像に基づいて補正レンズ４０３の駆動範囲を設定する際の輝度レベルおよび解像度を算出する周辺エリア画像を例示した図である。撮像画像７０１の四隅エリア７０２を抜き出し、抜き出された４つの周辺エリア画像の輝度値および解像度を算出する。

次に、図５のフローチャートを参照しながら、静止画撮影時に駆動範囲設定部５１１が補正レンズ４０３の駆動範囲を設定する際の動作について説明する。

先ず、手ぶれ補正機能が有効かどうか判定し（ステップＳ１０１）、無効の場合には手ぶれ補正を停止し（ステップＳ１１０）、ＳＷ２が押下されるか判定を行う（ステップＳ１１１）。ＳＷ２が押下されると露光が開始され（ステップＳ１１２）、所定の露光時間が経過すると露光が終了（ステップＳ１１３）し、フローが終了する。一方、手ぶれ補正機能が有効の場合には手ぶれ補正動作を行う（ステップＳ１０２）。次に、補正レンズ可動範囲判定用画像を取得（ステップＳ１０３）し、取得した画像をもとに補正レンズ可動範囲を算出（ステップＳ１０４）する。

次にＳＷ２が押下されるか判定を行い（ステップＳ１０５）、押下されていない場合には上記ステップＳ１０３とステップＳ１０４を繰り返して、ＳＷ２が押下されるまで補正レンズ可動範囲の算出を行う。一方、ＳＷ２が押下されると、算出された補正レンズ可動範囲となるように駆動範囲を設定して補正レンズ駆動範囲を拡大（ステップＳ１０６）し、補正レンズ駆動範囲を拡大した状態で露光が開始（ステップＳ１０７）される。所定の露光時間が経過すると露光が終了（ステップＳ１０８）し、その後補正レンズ駆動範囲を通常の駆動範囲に戻し（ステップＳ１０９）、フローが終了する。

次に、図６のフローチャートを参照しながらステップＳ１０４の補正レンズ可動範囲の算出方法について説明する。

図５のステップ１０３で取得した補正レンズ可動範囲判定用画像（以下取得画像）の画像サイズを取得（ステップＳ２０１）し、取得画像撮影時のズーム位置を取得（ステップＳ２０２）する。次に取得画像から図４で示した四隅エリア７０２の輝度値を算出（ステップＳ２０３）し、取得した画像サイズ、ズーム位置および算出した輝度値をもとに補正レンズ駆動範囲拡大値（補正レンズ可動範囲）を算出する（ステップＳ２０４）。次に取得画像から図４で示した四隅エリア７０２の解像度を算出（ステップＳ２０５）し、取得した画像サイズ、ズーム位置および算出した解像度をもとに補正レンズ駆動範囲拡大値を算出する（ステップＳ２０６）。

図７は図４で取得した四隅エリア７０２の輝度値および解像度から駆動範囲設定部５１１により算出される補正レンズ駆動範囲拡大値の一例を示した図である。輝度値および解像度が大きい場合には補正レンズ駆動範囲拡大による画像劣化が大きくなるシーンであると判断されるため、補正レンズ駆動範囲の拡大は行わず、通常の補正レンズ駆動範囲とする。輝度値および解像度が小さくなるにつれ、補正レンズ駆動範囲拡大による画像劣化が小さくなるシーンであると判断されるため、補正レンズ駆動範囲の拡大を行う。ただし、補正レンズ４０３の制御性能およびメカ機構の補正レンズ駆動範囲の制限から、補正レンズ駆動範囲拡大値の最大値が決定される。なお、画像サイズにより画質が異なることから、補正レンズ駆動範囲拡大による輝度値および解像度への影響度が異なっているため、画像サイズに応じて補正レンズ駆動拡大値も異なる。また、ズーム位置により光学性能が異なることから、補正レンズ駆動範囲拡大による輝度値および解像度への影響度が異なっているため、ズーム位置に応じて補正レンズ駆動範囲拡大値も異なる。

次に取得画像の歪曲を算出（ステップＳ２０７）し、算出した歪曲をもとに補正レンズ駆動範囲拡大値を算出する（ステップＳ２０８）。このとき、歪曲が大きい場合には補正レンズ駆動範囲拡大による画像劣化が小さくなるシーンであると判断され、歪曲が小さい場合にはフトレンズ駆動範囲拡大による画像劣化が大きくなるシーンであると判断され、取得した画像サイズ、ズーム位置および算出した歪曲をもとに補正レンズ駆動範囲拡大値の算出を行う。

その後、ステップＳ２０４、ステップＳ２０６およびステップＳ２０８で算出された補正レンズ駆動範囲拡大値の最小拡大値が、現在撮影しようとしている撮影シーンの最適な補正レンズ可動範囲として算出される（ステップ２０９）。

次に、図８のフローチャートを参照しながら、動画撮影時に駆動範囲設定部５１１が補正レンズ４０３の駆動範囲を設定する際の動作について説明する。

先ず、手ぶれ補正機能が有効かどうか判定し（ステップＳ３０１）、無効の場合には手ぶれ補正を停止し（ステップＳ３１３）、動画記録が開始されるか判定を行う（ステップＳ３１４）。録画開始（ステップＳ３１５）されると、録画終了（ステップＳ３１６）までの動画が記録され、フローが終了する。一方、手ぶれ補正機能が有効の場合には手ぶれ補正動作を行う（ステップＳ３０２）。次に、動画記録が開始されるか判定を行い（ステップＳ３０３）、録画開始（ステップＳ３０４）されると、補正レンズ可動範囲判定用画像を取得（ステップＳ３０５）する。取得画像から図４で示した四隅エリア７０２の輝度値を算出（ステップＳ３０６）し、取得画像の画像サイズを取得（ステップＳ３０７）し、取得画像撮影時のズーム位置を取得（ステップＳ３０８）し、取得した画像サイズ、ズーム位置および算出した輝度値をもとに補正レンズ駆動範囲拡大値（補正レンズ可動範囲）を算出（ステップＳ３０９）する。算出された補正レンズ可動範囲となるように駆動範囲を設定して補正レンズ駆動範囲を設定（ステップＳ３１０）し、動画記録が終了（ステップＳ３１１）するまで上記ステップ３０５〜ステップ３１０を繰り返す。動画記録が終了すると補正レンズ駆動範囲を通常の駆動範囲に戻し（ステップＳ３１２）、フローが終了する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、実施例では、補正レンズの移動目標位置への移動にフィードバック制御方式を用いているが、オープン制御方式を用いてもよい。また、補正光学手段として補正レンズを用いているが、撮像素子を駆動するタイプであっても、可変頂角プリズムなどを用いてもよい。

４０１ ズームユニット
４０２ ズーム駆動制御部
４０３ 補正レンズ
４０４ 補正レンズ駆動制御部
４１７ 制御部
５０１ ピッチ方向ジャイロ部
５０２ ヨー方向ジャイロ部
５０３，５０４ 像ぶれ補正制御部
５０７，５０８ ドライブ部
５１１ 駆動範囲設定部

Claims (7)

1. 画像振れを補正するために移動可能な補正光学手段と、
   撮像装置に加わる振れを検出する振動検出手段と、
   前記振動検出手段の信号に応じて前記補正光学手段の移動目標位置を算出する算出手段と、
   前記移動目標位置へ前記補正光学手段を駆動する駆動手段と、
   撮像画像のうちの周辺エリアの情報に基づいて前記補正光学手段が駆動される駆動範囲を変更する駆動範囲変更手段と、を有し、
   前記駆動範囲変更手段は、静止画撮影指示の前に得られた撮像画像に基づいて、当該静止画撮影指示の後に前記補正光学手段が駆動される駆動範囲を変更することを特徴とする撮像装置。
2. 変倍を行うズームユニットおよび前記ズームユニットを駆動制御するズーム駆動制御手段を更に有し、
   前記駆動範囲変更手段は、前記撮像画像の画像サイズと前記ズーム駆動制御手段のズーム位置に基づいて、静止画撮影指示の後に前記補正光学手段の駆動範囲を変更することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記駆動範囲変更手段は、前記周辺エリアの輝度値に基づいて前記補正光学手段の駆動範囲を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記駆動範囲変更手段は、前記周辺エリアの解像度に基づいて前記補正光学手段の駆動範囲を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
5. 前記駆動範囲変更手段は、前記周辺エリアの歪曲に基づいて前記補正光学手段の駆動範囲を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
6. 前記駆動範囲変更手段は、静止画撮影指示の前に得られた撮像画像に基づいて、当該静止画撮影指示の前に前記補正光学手段が駆動される駆動範囲を変更しないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 画像振れを補正するために移動可能な補正光学手段を有する撮像装置の制御方法であって、
   前記撮像装置に加わる振れを検出する振動検出ステップと、
   前記振動検出ステップで検出された信号に応じて前記補正光学手段の移動目標位置を算出する算出ステップと、
   前記移動目標位置へ前記補正光学手段を駆動させる駆動ステップと、
   撮像画像のうちの周辺エリアの情報に基づいて前記補正光学手段が駆動される駆動範囲を変更する駆動範囲変更ステップと、を有し、
   前記駆動変更ステップは、静止画撮影指示の前に得られた撮像画像に基づいて、当該静止画撮影指示の後に実行されることを特徴とする撮像装置の制御方法。

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