JP6932944B2

JP6932944B2 - 手ブレ補正駆動信号制御装置、手ブレ補正装置および撮像装置

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Publication number: JP6932944B2
Application number: JP2017029404A
Authority: JP
Inventors: 武剛西村; 直人朝倉
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2021-09-08
Anticipated expiration: 2037-02-20
Also published as: US10484607B2; CN108462828A; US20180241926A1; EP3364642A1; CN108462828B; EP3364642B1; JP2018136380A

Description

本発明は、手ブレ補正駆動信号制御装置、手ブレ補正装置および撮像装置に関する。

手ブレ補正装置では、検出された撮像装置の振れに応じて撮像素子や補正レンズを電磁駆動し、撮像素子における像ブレの発生を防止する。また撮像素子で生成された画素信号は、Ａ／Ｄ変換器を通してデジタル変換され、ＤＰＳ等において画像処理された後、ディスプレイやメモリに出力される。

例えば、カラムＡ／Ｄ変換器が組み込まれたＣＭＯＳセンサをボイスコイルが設けられた移動ステージに搭載し、ボイスコイルと固定ステージに設けた永久磁石との間の電磁相互作用により移動ステージを駆動してカメラの手ブレを相殺する手ブレ補正機構が知られている（特許文献１参照）。同構成では移動ステージ駆動用のボイスコイルが生成する磁場によりＡ／Ｄ変換器からの画素信号にノイズが発生する。ボイスコイルにはパルス状の駆動信号が印加されるが、ノイズは特に電位変動（磁場変動）の大きいパルスの立ち上がり（ＯＮ）時や、立ち下り（ＯＦＦ）時に発生する。

特許文献１のカラムＡ／Ｄ変換器におけるＡ／Ｄ変換処理は、ＣＭＯＳセンサの１水平ラインを単位に各水平同期期間内において行われる。そのため特許文献１の装置では、各水平同期期間内に出力されるパルス駆動信号のＯＮ／ＯＦＦのタイミングの少なくとも一方を、それぞれの同期期間内のＡ／Ｄ変換器の処理期間からずらすことでノイズの発生を低減している。

特開２０１２−０８０５０６号公報

本発明は、複数の水平ラインを単位に画素信号を処理する際にも手ブレ補正駆動信号に起因するノイズの低減を図ることを目的としている。

本発明の手ブレ補正駆動信号制御装置は、撮像素子の水平同期信号と手ブレ補正駆動信号のＯＮ／ＯＦＦタイミングを連動して制御するタイミング制御手段を備え、タイミング制御手段は、手ブレ補正駆動信号のＯＮ／ＯＦＦのタイミングの少なくとも一方を、撮像素子の所定数の水平ラインを単位とする一括したＡ／Ｄ変換の処理期間から外すとともに、一括してＡ／Ｄ変換される画素信号の水平ライン数に応じて、水平同期信号に対する手ブレ補正駆動信号のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを切り替えることを特徴としている。

本発明によれば、複数の水平ラインを単位に画素信号を処理する際にも手ブレ補正駆動信号に起因するノイズの低減を図ることができる。

本発明の一実施形態の手ブレ補正装置が搭載されたデジタルカメラの構成を示すブロック図である。ＣＭＯＳセンサを例とした本実施形態の撮像素子の模式的な構成を示すブロック図である。本実施形態の静止画撮影モードでの水平同期信号、画素信号、Ａ／Ｄ変換処理、手ブレ補正駆動信号のタイミングを時系列に示すタイミングチャートである。本実施形態のライブビューモードでの水平同期信号、画素信号、Ａ／Ｄ変換処理、手ブレ補正駆動信号のタイミングを時系列に示すタイミングチャートである。第２実施形態の駆動モードにおける水平同期信号、画素信号、Ａ／Ｄ変換処理、手ブレ補正駆動信号のタイミングを時系列に示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態の手ブレ補正駆動信号制御装置が搭載された撮像装置の構成を示すブロックである。

本実施形態において撮像装置１０は、例えばＣＭＯＳなどの撮像素子を搭載したデジタルカメラである。撮像素子１０は、撮像レンズ１１、絞り１２、メカシャッタ１３、撮像素子（イメージセンサ）１４、手ブレ補正駆動回路１５などから構成される撮像部１６と、各種制御部１７、信号処理部１８などから構成される処理装置１９とを備える。また、各種制御部１７には入力部２０、センサ２１等が接続され、信号処理部１８には、メモリ２２、モニタ２３等が接続される。

撮像素子１４は、各種制御部１７からの制御信号（水平同期信号、垂直同期信号）に基づき駆動される。撮像レンズ１１、絞り１２、メカシャッタ１３を通して撮像素子１４において撮像された画像の画像信号は、信号処理部１８へと送られ所定の画像処理が施される。例えば、ライブビューモードで撮像素子１４が駆動されている間、撮像素子１４から出力される画像信号は信号処理部１８で処理された後、モニタ２３において動画として表示される。ライブビューモードにおいて、入力部２０のレリーズスイッチが操作されると、撮像素子１４は静止画撮影モードで駆動され、画像信号は信号処理部１８で処理された後、メモリカードなど不揮発性のメモリ２２に記録される。

各種制御部１７は、撮像素子１４への制御信号の他、手ブレ補正駆動回路１５の制御信号を出力する。本実施形態の手ブレ補正装置は、例えば、カメラのヨー軸、ピッチ軸、ロール軸等に関する角加速度センサや加速度センサなどを含むセンサ２１からの信号に基づき可動部に保持される撮像素子１４を揺動して手ブレを防止する。

すなわち、各種制御部１７はセンサ２１からの出力に基づき、手ブレを相殺するために必要な撮像素子１４の移動量を算出し、制御信号として手ブレ補正駆動回路１５へ出力する。可動部には例えば複数のボイスコイルが配置され、制御信号に合わせて手ブレ補正駆動回路１５からパルス状の駆動信号が印加される。可動部は、ボイスコイルと固定部に設けられた磁石との間の電磁相互作用により手ブレを相殺するように移動され、その位置は各種制御部１７へフィードバックされ移動量の算出に用いられる。なお、手ブレ補正駆動回路１５へ送られる制御信号には、撮像素子１４への水平同期信号も含まれ、後述するようにパルス駆動信号の出力のタイミングを制御するのに用いられる。

図２は、ＣＭＯＳセンサを例とした撮像素子１４の模式的な構成図である。図２に示すように、ＣＭＯＳセンサ１４は、各画素列の傍にカラムＡ／Ｄ変換器１４１を近接して配置したＡ／Ｄ変換器内蔵の一体型イメージセンサである。ＣＭＯＳセンサ１４の受光面１４２に形成される各画素には、画素信号が生成される。水平シフトレジスタ１４Ａ、垂直シフトレジスタ１４Ｂによって１水平ライン毎に画素信号が順次読み出される。読み出された画素信号は、カラムＡ／Ｄ変換器１４１において、水平ラインを単位にＡ／Ｄ変換処理される。本実施形態では、設定された数の水平ラインを単位に一括処理するかは、撮像素子１４の駆動モードにより切り替え可能である。例えば、静止画撮影モードでは、１水平ライン毎にＡ／Ｄ変換処理が行われ、ライブビューモードでは、例えば２水平ライン毎にＡ／Ｄ変換処理が行われる。

図３は、例えば１水平ライン毎にＡ／Ｄ変換処理を行う静止画撮影モードでの水平同期信号、画素信号、Ａ／Ｄ変換処理、手ブレ補正駆動信号のタイミングを時系列に示すタイミングチャートである。

水平同期信号は、各種制御部１７から所定周期で撮像素子１４に出力される。撮像素子１４からは、２つの水平同期信号ＨＤの間に１水平ライン分の画素信号Ｓ１が順次各列から出力され、列毎にカラムＡ／Ｄ変換器１４１へ送られる。各カラムＡ／Ｄ変換器１４１では、水平同期信号ＨＤに同期した所定のタイミングで、１つ前の水平同期期間に読み出された１水平ライン分の画素信号Ｓ１が各々Ａ／Ｄ変換される。詳述すれば、各Ａ／Ｄ変換器１４１では、まず１つ前の水平同期期間に出力されたリセット信号Ｒがサンプリングされ、続いて１つ前の水平同期期間に読み出された１水平ライン分の画素信号Ｓ１がサンプリングされる。図３には、リセット信号ＲをＡ／Ｄ変換するリセット信号変換期間ＴＲと画素信号Ｓ１をＡ／Ｄ変換する画素信号変換期間ＴＳが示される。

図示されるように、リセット信号変換期間ＴＲは、水平同期信号ＨＤから所定のタイミングを空けて開始される。リセット変換期間ＴＲが終了すると、所定のタイミングを空けて画素信号変換期間ＴＳが開始される。画素信号変換期間ＴＳは、次の水平同期信号ＨＤが出力される前にＡ／Ｄ変換を終え、画素信号変換期間ＴＳは終了する。

一方、手ブレ補正駆動回路１５から出力されるパルス駆動信号ＤＰは、パルスの立ち上がり（ＯＮ）または立ち下り（ＯＦＦ）の少なくとも一方が、カラムＡ／Ｄ変換器１４１におけるＡ／Ｄ信号処理期間、すなわちリセット信号変換期間ＴＲ、画素信号変換期間ＴＳに重ならないように出力される。本実施形態では、画素信号変換期間ＴＳが次の水平同期信号ＨＤが出力される前に終了することから、パルス駆動信号ＤＰの立ち下がりを水平同期信号ＨＤに同期させ、画素信号変換期間ＴＳに重ならないように出力する。なお、本実施形態では、パルス駆動信号ＤＰの立ち上がり（ＯＮ）のタイミングは、各種制御部１７からの制御信号（可動部の移動量）に合わせて調整される。

図４は、例えば２水平ライン毎にＡ／Ｄ変換処理を行うライブビューモードでの水平同期信号、画素信号、Ａ／Ｄ変換処理、手ブレ補正駆動信号のタイミングを時系列に示すタイミングチャートである。

静止画撮影モードと同様に、水平同期信号は各種制御部１７から所定周期で撮像素子１４に出力される。撮像素子１４からは、３つの水平同期信号ＨＤの間に２水平ライン分の画素信号Ｓ２が順次各列から出力され、列毎にカラムＡ／Ｄ変換器１４１へ送られる。各カラムＡ／Ｄ変換器１４１では、水平同期信号ＨＤに同期した所定のタイミングで、１つ前の２水平同期期間に読み出された２水平ライン分の画素信号Ｓ２が各々Ａ／Ｄ変換される。詳述すれば、各Ａ／Ｄ変換器１４１では、まず１つ前の２水平同期期間に出力されたリセット信号Ｒがサンプリングされ、続いて１つ前の２水平同期期間に読み出された２水平ライン分の画素信号Ｓ２がサンプリングされる。図４には、図３と同様に、リセット信号ＲをＡ／Ｄ変換するリセット信号変換期間ＴＲと画素信号Ｓ２をＡ／Ｄ変換する画素信号変換期間ＴＳが示される。

図示するように、リセット信号変換期間ＴＲは、最初の水平同期信号ＨＤから所定のタイミングを空けて開始され、リセット変換期間ＴＲが終了すると、所定のタイミングを空けて画素信号変換期間ＴＳが開始される。画素信号変換期間ＴＳは、３番目の水平同期信号ＨＤが出力される前にＡ／Ｄ変換を終え、画素信号変換期間ＴＳは終了する。

一方、手ブレ補正駆動回路１５から出力されるパルス駆動信号ＤＰは、パルスの立ち上がり（ＯＮ）または立ち下り（ＯＦＦ）の少なくとも一方が、カラムＡ／Ｄ変換器１４１におけるＡ／Ｄ信号処理期間、すなわちリセット信号変換期間ＴＲ、画素信号変換期間ＴＳに重ならないように出力される。本実施形態では、画素信号変換期間ＴＳが３番目の水平同期信号ＨＤが出力される前に終了することから、パルス駆動信号ＤＰの立ち下がりを３番目の水平同期信号ＨＤに同期させ、画素信号変換期間ＴＳに重ならないように出力する。

以上のように、第１実施形態によれば、１水平ライン毎にＡ／Ｄ変換する場合のみならず、複数の水平ラインを単位にＡ／Ｄ変換を行う場合にも、手ブレ補正用の駆動信号により画素信号に発生するノイズを低減することができる。これにより、異なる数の水平ラインを単位にＡ／Ｄ変換処理を行う異なる駆動モードを備える場合にも、ノイズ低減を維持したまま、両駆動モード間で切り替えを行うことができる。

次に図５を参照して、第２実施形態の手ブレ補正駆動回路によるパルス駆動信号の出力制御（駆動モード）について説明する。第２実施形態は、パルス駆動信号の出力制御に係る構成以外、第１実施形態と同様である。したがって第１実施形態と同様の構成については同一参照符号を用い、その説明を省略する。なお、第２実施形態の制御は、第１実施形態のライブビューモードの制御に対して、別の駆動モード、例えば駆動移行モードとして併存することができる。ここで駆動移行モードとは、例えばライブビューモードから静止画撮影モードへの切り替え、またはＡＦデータ取得時からライブビュー／静止画モードへの過渡状態に撮像素子に適用される駆動モードである。

２水平ラインを単位にＡ／Ｄ変換を行う第１実施形態のライブビューモードでは、水平同期信号が一定の周期で出力されていた。一方、第２実施形態の駆動モードでは、水平同期信号の周期が一定ではない場合に、２水平ラインを単位にＡ／Ｄ変換を取り扱う。

図５に示す例では、１番目、２番目の水平同期信号ＨＤ１、ＨＤ２が、一定周期で出力され、３番目の水平同期信号ＨＤ３（次の画素出力に対する１番目）が、通常の一定周期の３倍の間隔を空けて出力される。その後、４番目、５番目（次の画素出力に対する２、３番目）の水平同期信号ＨＤ４、ＨＤ５が、再び通常の一定周期で出力される。図５の例では、３つの水平同期信号（ＨＤ１〜ＨＤ３、ＨＤ３〜ＨＤ５）が出力される間に順次２水平ライン分の画素信号が撮像素子１４から出力され、Ａ／Ｄ変換される。すなわち、水平同期信号ＨＤ１〜ＨＤ３の間に最初の２水平ライン分の画素信号が出力、Ａ／Ｄ変換され、続く水平同期信号ＨＤ３〜ＨＤ５の間に次の２水平ライン分の画素信号が出力、Ａ／Ｄ変換される。

このとき、撮像素子１４からの各画素信号の出力、各カラムＡ／Ｄ変換器１４１におけるリセット信号変換（ＴＲ）、画素信号変換（ＴＳ）は、それぞれ先行する水平同期信号（ＨＤ１、ＨＤ３）に対して、第１実施形態のライブビューモードと同様のタイミングで実行される。また、パルス駆動信号ＤＰ１は、水平同期信号ＨＤ２の入力から一定時間経過した後、水平同期信号ＨＤ３の入力を検知するまでの任意のタイミング（例えば手振れ補正制御を最適化するパルス駆動タイミング）で立ち下げられる（ＯＦＦされる）。一方、パルス駆動信号ＤＰ２、ＤＰ３は、各２水平ライン分の画素信号出力に対する３番目の水平同期信号（ＨＤ３、ＨＤ５）が検出されると同時に立ち下げられる（ＯＦＦされる）。すなわち、手ブレ補正駆動回路１５は、例えば、水平同期信号の数を計数するカウンタ機能を備え、同計数値が一括処理される水平ラインの数毎にパルス駆動信号ＤＰ２、ＤＰ３を立ち下げる（ＯＦＦする）。なお、手ブレ補正駆動回路１５はカウンタ機能だけでなく、水平同期信号ＨＤ間の間隔（周期/周波数）を検知・制御する機能を有し、その期間内で必要な駆動パルスの出力を行う。例えば、パルス駆動信号ＤＰ２、ＤＰ３を立ち上げる（ＯＮする）タイミングは、同機能により調整される。

以上のように、第２実施形態の制御方式でも、複数の水平ラインを単位にＡ／Ｄ変換を行う場合にも、手ブレ補正用の駆動信号により画素信号に発生するノイズを低減することができる。そして異なる数の水平ラインを単位にＡ／Ｄ変換処理を行う異なる駆動モードを備える場合にも、ノイズ低減を維持したまま、両駆動モード間で切り替えを行うことができる。

また、第２実施形態では、水平同期信号の周期が一定ではない場合にも、複数の水平ラインを単位にＡ／Ｄ変換を行うことができる。更に、水平同期信号を計数するカウンタ機能を用いてパルス駆動信号の出力（ＯＦＦ）を制御しているので、時間間隔で制御するときよりも確実にパルス駆動信号の立ち上がり、または立ち下がりをＡ／Ｄ変換処理からずらすことができ、ノイズ低減をより確実に行うことができる。

なお、本実施形態では、パルス駆動信号の立ち下り（ＯＦＦ）のタイミングを水平同期信号に同期させたが、パルス駆動信号の立ち上がり（ＯＮ）のタイミングを水平同期信号に同期させても同様の効果が得られる。例えば、各出力、Ａ／Ｄ変換に対する第１番目の水平同期信号にパルス駆動信号の立ち上がり（ＯＮ）を同期させてもよい。

また本実施形態では、１水平ライン、または２水平ラインの画素信号を一括して撮像素子から読み出しＡ／Ｄ変換処理する場合を例に説明を行なった。しかし本実施形態は３水平ライン以上を一括処理する場合にも適用できる。例えばｍ個（ｍ：正の整数）の水平ラインを一括処理し、かつ水平同期信号が一定周期で出力されるときには、その周期のｍ倍のタイミング毎にパルス駆動信号のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また水平同期信号が一定周期で出力されないときは、水平同期信号の計数値のｍ個毎にパルス駆動信号のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

また、手ブレ補正機構の構成や撮像素子の構成は、本実施形態に限定されるものではなく、手ブレ補正機構の駆動信号が画素信号に影響する構成であれば、本実施形態の制御を適用できる。また、撮像装置としては、デジタルカメラの他、カメラ付きのスマートホンや携帯電話など、撮像素子と手ブレ補正機構を搭載する装置であれば如何なる形態の装置であってもよい。なお、第１実施形態では静止画撮影モードとライブビューモードを例に説明をしたが、駆動モードが異なればこれらの駆動モードに限定されるものではない。例えば、第１実施形態の２つの駆動モードの切り替えを、静止画撮影モードとＡＦモード、ＡＦモードとライブビューモードとの間の切り替えとしてもよい。

１０撮像装置
１４撮像素子
１５手ブレ補正駆動回路
１７各種制御部
２０入力部
２２メモリ
２３モニタ
１４１カラムＡ／Ｄ変換器

Claims

撮像素子の水平同期信号と手ブレ補正駆動信号のＯＮ／ＯＦＦタイミングを連動して制御するタイミング制御手段を備え、
前記タイミング制御手段は、前記手ブレ補正駆動信号のＯＮ／ＯＦＦのタイミングの少なくとも一方を前記水平同期信号に同期させ、前記撮像素子の所定数の水平ラインを単位とする一括したＡ／Ｄ変換の処理期間から外すとともに、一括してＡ／Ｄ変換される画素信号の水平ライン数に応じて、前記水平同期信号に対する前記手ブレ補正駆動信号のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを切り替え可能であり、
前記水平同期信号の周期が一定のとき、前記手ブレ補正駆動信号の出力周期が、前記一括してＡ／Ｄ変換される画素信号の水平ライン数に対応して前記水平同期信号の周期の整数倍とされる
ことを特徴とする手ブレ補正駆動信号制御装置。
前記水平同期信号の周期が一定でない駆動モードを備えるとともに、前記水平同期信号を計数するカウンタ機能を更に備え、前記水平同期信号の周期が一定でない駆動モードでは、前記手ブレ補正駆動信号のＯＮ／ＯＦＦのタイミングの一方が前記カウンタ機能の計数により維持されることを特徴とする請求項１に記載の手ブレ補正駆動信号制御装置。
前記手ブレ補正駆動信号のＯＦＦのタイミングが前記カウンタ機能の計数により維持されることを特徴とする請求項２に記載の手ブレ補正駆動信号制御装置。
前記一括してＡ／Ｄ変換される水平ラインの数が、撮像素子の駆動モードに応じて切り替えられることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の手ブレ補正駆動信号制御装置。
前記駆動モードに動画を撮影するモードと静止画を撮影するモードが含まれることを特徴とする請求項４に記載の手ブレ補正駆動信号制御装置。
前記請求項１〜５の何れか一項に記載の手ブレ補正駆動信号制御装置を備えることを特徴とする手ブレ補正装置。
前記駆動信号に基づき前記撮像素子を揺動する手ブレ補正機構を備えることを特徴とする請求項６に記載の手ブレ補正装置。
請求項６〜７の何れか一項に記載の手ブレ補正装置と、前記撮像素子の駆動モードを設定する駆動モード設定手段と、前記Ａ／Ｄ変換された画像信号をモニタまたは記録媒体に出力する出力手段を備えることを特徴とする撮像装置。