JP2006209133A

JP2006209133A - 像安定化の適応応答性

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Publication number: JP2006209133A
Application number: JP2006017422A
Authority: JP
Inventors: Donald J Stavely; ドナルド・ジェイ・スティーブリー; C Golis Andrew; アンドリュー・シー・ゴリス
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2006-08-10
Also published as: CN1811580A; US20060170783A1; CN1811580B; TW200631411A

Abstract

【課題】像安定化システムを含むカメラの性能を改善すること
【解決手段】像安定化システム(114)を含むカメラ(100)の構図応答性が調整される方法と装置。例示的な実施形態において、構図応答性は、シーンの条件、カメラの光学的な構成、カメラモードの設定、又はこれらの任意の組み合わせを含む、或る特定の撮影状況に応じて調整され得る。別の実施形態において、構図応答性は、写真を撮影するために使用されるキャプチャシーケンス中に調整される。
【選択図】図１０

Description

本発明は、概して写真撮影に関し、より具体的には像安定化に関する。

関連出願に対する相互参照
本特許出願は、本特許出願と同日付けで出願され、本特許出願の譲受人に譲渡された「Sequenced response image stabilization」と題する特許出願（米国特許出願第１１／０４６，３６８号）に関連する。

カメラぶれによって引き起こされる像のぼけ（不鮮明な状態）は、写真撮影に共通する問題である。レンズの焦点距離に比例してカメラの動きの影響が大きくなるので、その問題は、比較的長い焦点距離のレンズを用いる場合に特に深刻である。「ポイントアンドシュート（被写体に向けてボタンを押すだけの）」カメラで手軽に撮影を楽しむ人のために設計されたモデルを含む、多くの市販のカメラは、かなり長い焦点距離を提供するズームレンズを備えている。特により長い焦点距離の設定では、補正措置が講じられない限り、カメラぶれは、撮影者が鮮明な写真を撮影する能力の制限要因になるかもしれない。

カメラぶれの結果として生じるぼけを低減するためのいくつかの簡単な手法は、カメラを三脚に配置すること、及びより速いシャッタ速度を用いることを含む。しかしながら、三脚は、或る特定の撮影状況では、容易に利用できないか、又は不都合な場合がある。より速いシャッタ速度を用いることは、常に実現可能であるとは限らず、特に薄暗い照明条件においては適していない。より大きな口径のレンズを用いる場合には、シャッタ速度を速くすることができるが、レンズ口径が大きくなると嵩張り、費用もかかるので、常に有用であるとは限らない。さらに、撮影者が、より小さいレンズ口径を用いて、大きな被写界深度のような他の写真効果を達成することを望む場合もある。

カメラぶれに起因する像のぼけの問題に対処するのを支援するために、種々の装置及び技術が提案されてきた。例えば、Murakoshi（特許文献１）は加速度計を用いて、カメラぶれを検出し、加速度が閾値レベルより大きい場合には、カメラのユーザに対して指示を与える。その際、撮影者は適切に調整を行うことができる。

Satoh（特許文献２）もカメラぶれを検出し、ぶれ情報を他のカメラパラメータと組み合わせて、結果として像のぼけがどれぐらい生じるかを推定する。１組の発光ダイオードがその推定値を撮影者に知らせ、その際、撮影者は調整を行うことができる。

別の手法は、カメラ操作を自動化して、ぼけを最小限に抑えることになる設定をカメラに選択させることである。例えば、Bolle他（特許文献３）は、写真のいくつかの態様を改善する目的で、種々の像解析技術を適用する。

いくつかのカメラ又はレンズは、カメラの動きを検出し、カメラぶれを補償するように光学素子を動かす像安定化機構を備える。例えば、Otani他（特許文献４）及びHamada他（特許文献５）を参照されたい。

デジタルカメラでは、感光素子は、１つのシーンの像がカメラのレンズによって投影される電子アレイ光センサである。いくつかの最近のデジタルカメラは、カメラの動きに応答して、露出中に、センサがその上に投影されるシーンの像に概ね追従するようにレンズに対してセンサを動かすことによってカメラぶれを補償し、かくしてぼけが低減される。

いくつかのデジタルカメラ、特にビデオカメラは、電子アレイ光センサを動かすのではなく、写真を撮影するためのセンサの小区域を動的に選択する。小区域の選択は、カメラの動きに応答して、カメラぶれが補償されるように行われる。

能動的な安定化技術が用いられる場合、光学素子が動くか、電子アレイ光センサが動くか、又は動的にセンサ領域が選択されるかのいずれであっても、カメラの設計者は、カメラぶれが意図的でないと見なされるカメラの動きを補償することと、写真の構図又はフレーミングが意図的であると見なされるカメラの動きを可能にすることとの間で妥協点を見いだす。一般に、高い周波数の動き、例えば約１Ｈｚよりも速い振動は意図的でないものと見なされ、一方、一定周波数又は低い周波数の動きは意図的であると見なされる。例えば、写真をフレーミング中の撮影者が或る構図から別の構図にカメラをゆっくり動かす場合には、カメラは、その視界が新たな構図まで追跡することを可能にする。カメラは高い周波数の振動を補償し続けるが、写真の構図が依然として達成され得るように比較的低い周波数の構図又は照準の動きを完全に補償するわけではない。

動き制御システムの特性に起因して、像安定化システムが新たな構図まで追跡する間にに、遅延又は整定時間がある。
米国特許第４，４４８，５１０号米国特許第６，１０１，３３２号米国特許第６，３０１，４４０号米国特許第５，７７４，２６６号米国特許第５，９４３，５１２号

従って、本発明の課題は、上述した技術的な問題を克服、又は少なくとも緩和することにある。

本発明の一実施形態によれば、像安定化の方法が提供され、その方法は、カメラの動作中にカメラの構図応答性を自動的に調整することを含む。

また、本発明の一実施形態によれば、像安定化の方法が提供され、その方法は、撮影されているシーンのシーン条件に応じて、カメラの構図応答性を調整することを含む。

また、本発明の一実施形態によれば、像安定化の方法が提供され、その方法は、カメラの光学的な構成に応じて、カメラの構図応答性を調整することを含む。

また、本発明の一実施形態によれば、像安定化の方法が提供され、その方法は、カメラモードの設定に応じて、カメラの構図応答性を調整することを含む。

さらに、本発明の一実施形態によれば、構図応答性を有する像安定化システムを含むカメラが提供され、そのカメラは、像安定化システムの動的な挙動を調整することにより、構図応答性を自動的に調整するように構成されている。

像安定化システムを含むカメラにおいて、従来のカメラでは、カメラの構図応答性等は、固定されており、カメラは妥協した性能に設定されていた。本発明によれば、像安定化システムを含むカメラの構図応答性が、シーンの条件、カメラの光学的な構成、カメラモードの設定、又はこれらの任意の組み合わせを含む、或る特定の撮影状況に応じて調整されることが可能になる。これにより、カメラの性能が改善される。

図１は、デジタルカメラの簡略化されたブロック図を示す。レンズ１０１は、１つのシーンから発する光を収集し、そのシーンの像が電子アレイ光センサ１０３上に投影されるように、その光１０２を向け直す。電子アレイ光センサ１０３は、一般に「ＣＣＤアレイ」、「ＣＣＤセンサ」、又は単に「ＣＣＤ」と呼ばれる、電荷結合デバイスのアレイとすることができる。代案として、電子アレイ光センサ１０３は、相補形金属酸化膜半導体技術を用いて構成される、アクティブピクセルのアレイとすることができる。そのようなセンサは、「アクティブピクセルアレイセンサ」、「ＣＭＯＳセンサ」、又は別の類似した名称で呼ばれる場合がある。他のセンサ技術も利用可能である。電子アレイ光センサ１０３上の感光素子は、概して規則正しい長方形のアレイで配列され、それにより各素子又は「ピクセル」が、シーンの１つの区域に対応する。

像データ信号１０４がロジック１１０に渡される。ロジック１１０は像データ信号１０４を解釈し、それらの信号を「デジタル画像」と呼ばれる数値表現に変換する。デジタル画像は、１つのシーン又は写真内の対応する区域の輝度又は色、或いはそれらの両方を表す数値の規則的なアレイである。ロジック１１０は、適切な露出の場合にカメラによって撮影されたデジタル画像を解析すること、カメラの設定を調整すること、デジタル画像上でデジタル操作を実行すること、デジタル画像の格納、検索及び表示を管理すること、カメラのユーザからの入力を受け入れることなどの他の機能も実行することができる。また、ロジック１１０は、制御信号１０５を通じて、電子アレイ光センサ１０３も制御する。ロジック１１０は、マイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ、専用ロジック、又はこれらの組み合わせからなることができる。

記憶装置１１１は、カメラによって撮影されたデジタル画像、並びにカメラの設定情報、ロジック１１０のためのプログラム命令、及び他の要素を格納するためのメモリを含む。ユーザコントロール１１２は、カメラのユーザが、カメラを設定して動作させることを可能にし、ボタン、ダイヤル、スイッチ、又は他の制御装置を含むことができる。ディスプレイ１０９は、カメラによって撮影されたデジタル画像を表示するために、及びカメラのユーザインターフェースにおいてユーザコントロール１１２と連係して用いるために設けられ得る。フラッシュ又はストロボライト１０６が、ストロボ電子回路１０８の制御下で、そのシーンに補助光１０７を与えることができ、ストロボ電子回路１０８はさらにロジック１１０によって制御される。また、ロジック１１０は、レンズ１０１を制御するための制御信号１１３も供給することができる。例えば、ロジック１１０は、レンズ１０１の焦点を調整することができ、レンズ１０１がズームレンズである場合には、レンズ１０１のズーム位置を制御することができる。

像安定化ブロック１１４は、カメラの動きに応答してセンサ１０３を作動させ、そしてまたロジック１１０によって制御される。像安定化ブロック１１４は、ロジック１１０から制御情報を受信し、ロジック１１０にステータス情報又は他のデータを伝えることができる。

図２は、デジタルカメラ１００の斜視図を示しており、カメラ１００の動きを説明するのに好都合の座標系を示す。回転方向Θ_Ｘ及びΘ_Ｙ（多くの場合に、それぞれピッチング及びヨーイングと呼ばれる）によって示される、Ｘ軸及びＹ軸を中心にした回転は、カメラぶれに起因する像のぼけの主な原因である。Ｚ軸を中心にした回転、及び任意の軸方向における平行移動は一般に小さく、写真は一般に大きな逆倍率で撮影されるので、それらの影響はカメラレンズの動作によって減衰する。

図３は、カメラ１００の概略的な平面図を示しており、カメラの回転が像のぼけを如何にして引き起こし得るかを例示する。図３及びそれに関する以下の説明は、像安定化が使用可能でないものと仮定する。図３では、カメラ１００は、実線によって示された初期位置、及びカメラ１００がＹ軸を中心にして回転した、破線によって示された位置において示される。回転した位置におけるカメラ及び他の部品の参照番号は、「ダッシュ付きの」数字で示されており、参照される要素が、同じ要素の位置をシフトしたものであることを示す。図３では、或る特定のシーンの区域から発する光線３００がレンズ１０１を通過して、或る特定の区域３０２においてセンサ１０３に当たる。カメラが回転する場合、その光線は、そのシーンの区域からカメラまでの進行中に影響を及ぼされない（その光線がレンズ１０１’に入射した後のカメラ内の進行は、カメラの回転の位置に応じて、わずかに影響を及ぼされる可能性がある。カメラがレンズの節点を中心にして回転したかのように、図３では影響されないものとして示されるが、光線３００の偏差が存在するように異なる位置を中心にしてカメラが回転する場合であっても、その偏差は一般に、像安定化システムによって無視されるほど十分に小さい）。しかしながら、センサ１０３は、センサ１０３’によって示される新たな位置に移動する。位置３０２が位置３０２’に移動しているので、同じシーンの区域から発する光線はこの時点で、センサ１０３に当たる場所とは異なるセンサの区域において、センサ１０３’に当たる。その回転が写真の撮影中に生じる場合には、光線が当たったセンサの区域のそれぞれは、同じシーンの区域からの光を収集しているであろう。このため、回転中に撮影された写真は、ぼやけるであろう。

像安定化が使用可能にされ、センサ１０３が、センサ位置３０２を光線３００の経路内に保持するのにちょうど十分な量だけカメラ内で移動するようにする場合には、センサの区域へのシーンの区域のマッピングは概ね一定にしておくことができ、カメラが回転している場合であっても、鮮明な写真を撮影することができる。カメラぶれによって引き起こされる回転は一般に小さく、Ｙ軸を中心としたカメラの回転を概ね打ち消すには、カメラのＸ方向にセンサを平行移動させるだけで十分である。同様に、Ｘ軸を中心としたカメラの回転を概ね打ち消すには、Ｙ方向にセンサを平行移動させるだけで十分である。

しかしながら、撮影者が写真の構図において図示された回転を意図している場合には、センサ１０３はカメラ１００とともに回転し、カメラ１００が光線３０１に沿って照準を定めるようにすることが望ましい。

図４は、本発明の例示的な一実施形態による、像安定化システムを含むカメラ１００の一部が切り開かれて簡略化された斜視図を示す。例示的なカメラ１００のレンズ要素、並びに内部の支持構造及び電子回路の大部分は、より明瞭に示すために図４から省略される。カメラ１００は、Ｘ方向及びＹ方向に平行移動することができる電子アレイ光センサ１０３を含む。カメラぶれを補償するために、カメラがＹ軸及びＸ軸を中心にして回転するのに応答して、適切なアクチュエータ（図示せず）がセンサ１０３を駆動する。センサ１０３は、例えばソニーＩＣＸ２８２ＡＫＣＣＤセンサ、又は別の同種のセンサとすることができる。

カメラ１００が一例として提示されること、及び本発明が、リニアモータ、ボイスコイルアクチュエータ、圧電デバイス又は他のアクチュエータを用いることにより光学素子又はセンサを動かすこと、並びにセンサ画像の小区域を動的に選択することを含む、任意の方法によって能動的に像安定化を実行するカメラにおいて具現化され得ることは、当業者には理解されよう。

図５は、１つの軸においてセンサ１０３の動きを制御するための例示的な制御システム５００、即ち像安定化ブロック１１４の一部の簡略化されたブロック図を示す。例えば、制御システム５００は、Ｘ軸においてセンサ１０３を移動させて、カメラのヨーイングを補償することができる。Ｙ軸においてセンサ１０３を移動させてカメラのピッチングを補償するために、制御システム５００と概ね同じものを用いることができる。

制御システム５００では、レートジャイロスコープ５０１がカメラの回転速度を検出する。レートジャイロスコープ５０１は、例えば、株式会社村田製作所（日本、京都）から市販される型式ＥＭＣ−０３ＭＡレートジャイロスコープとすることができる。レートジャイロスコープ５０１は角速度信号５０２を生成し、その信号はカメラ１００の角速度に比例する電圧である。カメラの回転は、他の手段、例えば適切に信号調整した回転加速度計によっても測定され得る。

フィルタ／積分器ブロック５０３が、角速度信号５０２を処理して、角度位置信号５０４を生成する。レートジャイロ５０１はカメラ１００の角速度に比例する信号を生成し、像安定化は角度位置情報を用いるので、フィルタ／積分器ブロック５０３は、角速度信号５０２を積分及びフィルタリングして、角度位置信号５０４を生成する。角度位置信号５０４は、スケールブロック５０５において、例えば使用中のレンズ焦点距離を考慮に入れるようにスケーリングされる。スケーリングされた角度位置信号は、センサ目標位置信号５０６であり、カメラ１００の残りの部分に対するセンサ１０３の位置の目標を示す。目標位置信号５０６は、センサ位置制御ブロック５０７に送信される。センサ制御ブロック５０７は、当該技術分野において知られている技術を用いて設計されることができ、目標位置を概ね追跡するようにセンサ１０３を駆動する。

本明細書において特に対象としているのは、カメラ１００の回転の関数としての角度位置信号５０４の動的な挙動である。センサ位置コントロール５０７によって、センサ１０３が目標位置信号５０６を完全に追跡することになったとしたら、角度位置信号５０４の動的な挙動により、像安定化の性能、及びカメラ１００のユーザの知覚が影響を受ける。

フィルタ／積分器５０３はハイパスフィルタを含み、高周波数のカメラの動きから生じる信号成分が通過して、センサ位置コントロール５０７によって補償されるようにする一方で、シーン構図のためのカメラの意図的な動きのような、低周波数のカメラの動きから生じる信号成分を減衰するようにする。そして前述したように、フィルタ／積分器５０３は、角速度情報を角度位置情報に変換するための積分器を含む。

しかしながら、そのフィルタリングは、角度位置信号５０４から、意図的なカメラの動きを完全に抑制することができないので、或る低周波数の動きが積分され、望ましくないセンサの動き及び不正確なシーンの構図を引き起こす可能性がある。積分が完全である場合、そのシーンの構図を補正することができないであろう。このため、積分には「漏れ」があることが望ましい。即ち、カメラユーザが期待するときに、撮影されているシーンが概してカメラの光学軸を中心に置かれるように、センサ１０３は公称位置又は中央位置に向かって徐々に戻ることができる。

本開示のために、カメラがその公称位置に戻る速度は、システムの構図応答性と呼ばれる。構図応答性が遅すぎる場合には、ユーザは写真を迅速に構図することができないであろう。構図応答性が速すぎる場合には、センサ１０３がその公称位置に戻ることそれ自体が、カメラぶれに応答しないセンサの動きであるので、像安定化の品質が犠牲にされる。

従来のカメラでは、フィルタ特性及び構図応答性は、カメラの設計者によって選択された妥協性能に設定される。しかしながら、この妥協性能は、或る範囲の撮影状況にわたって最適な撮影結果又はユーザ知覚を提供することができない。例えば、明るく照明されたシーンを撮影する際に、速いシャッタ速度を用いることによって像安定化の必要性を取り除くことができ、比較的遅い構図応答性は、写真の迅速なフレーミングに対して不必要な障害になるかもしれない。同様に、スポーツ競技を撮影しているカメラユーザは、カメラぶれによって引き起こされるぼけよりも、被写体の動きによって引き起こされるぼけに、より気を使う場合があり、カメラが提供する構図応答性よりも速い構図応答性を望むかもしれない。逆に、長い露出時間を用いて薄暗い照明下のシーンを撮影する際に、カメラによって提供される構図応答性よりも構図応答性が遅くなるほど、カメラの設計された妥協性能を用いて撮影される写真よりもぼけが小さな写真を生成することができる。

本発明の例示的な一実施形態によれば、カメラの構図応答性は、調整可能であり、シーンの条件、カメラの光学的な構成、カメラモードの設定、又はこれらの任意の組み合わせを含む、或る特定の撮影状況に応じて調整され得る。例えば、カメラは、明るいシーンほど速い構図応答性を選択し、カメラぶれに起因するぼけが生じる可能性を低くすることができ、薄暗い照明下のシーンの場合には像安定化の有効性を最大にするように、より遅い構図応答性を選択することができる。同様に、そのカメラは、カメラのレンズが比較的短い焦点距離に設定される場合に、より速い構図応答性を選択することができ、カメラのレンズがより長い焦点距離に設定される場合に、より遅い構図応答性を選択することができる。なぜなら、長い焦点距離が用いられる場合に、動きの不鮮明な状態が厄介になることが多いためである。

多くのカメラは、カメラのユーザによって選択可能な１組の露出モードを提供する。それらのモードは、示される対象物のために適した設定を選択するようにカメラを構成する。例えば、ユーザが「風景写真」モードを選択する場合には、カメラは、被写界深度を最大にする傾向があるが、それでも手持ちで操作することを可能にする絞り及びシャッタ速度の設定値を選択することができる。「人物写真」モードは、被写界深度を最小にする傾向があり、カメラをスポット測光に設定する設定値を選択することができる。本発明の例示的な一実施形態によるカメラは、カメラのモード設定に対して、その構図応答性を調整することができる。例えば、「動作写真」モードが選択される場合には、カメラは、「風景写真」モードが選択されるときよりも速い構図応答性を選択することができる。「動作写真」モードにおいて応答性を速くすることにより、スポーツ競技又は他の動作の写真を迅速に構図することが可能になり、一方、通常、被写体が動く可能性が低いときに用いられる「風景写真」モードの応答性を遅くすることにより、像安定化性能を高めることが可能になる。

カメラの構図応答性を調整するために、多くのシステム及び技術を実現することができる。図６は、演算増幅器６０２に基づいた、フィルタ／積分器５０３の１つの例示的な具現化形態６０１の概略図を示す。抵抗Ｒ_１及びＲ_２は、例えばロジック１１０、又は像安定化ブロック１１４内の他のロジックの制御下で電子的に制御可能な抵抗とすることができる。図７は、２つの構成における図６の回路の周波数応答を示す。第１の「遅い」構成では、Ｒ_１＝Ｒ_２＝５００ｋΩ及びＣ_１＝Ｃ_２＝０．４μＦである。第２の「速い」構成では、Ｒ_１＝１００ｋΩ、Ｒ_２＝５００ｋΩ及びＣ_１＝Ｃ_２＝０．４μＦである。図７に示されるように、図６の回路は、概して意図的な構図に関連するより低い周波数のためのハイパスフィルタであり、概してカメラぶれに関連するより高い周波数のための積分器である。「速い」構成は約１Ｈｚのカットオフ周波数を有し、一方、「遅い」構成は、それよりもやや低いカットオフ周波数を有する。

図８は、「遅い」構成におけるフィルタ／積分器の具現化形態６０１の像安定化応答を示す。カメラ角度位置曲線８０１は、構図の動きの後に、カメラぶれを表す比較的高い周波数の振動が続いていることを表す。目標位置曲線８０２は、この構成のフィルタ／積分器６０１が最初に構図の動きに追従しようとし、結果として過渡応答が生じるが、その後、概ね構図応答曲線８０３に沿ってセンサ目標位置を動かして、その公称位置に戻すことを示す。この第１の構成では、カメラの構図の動きの終了後に、写真の構図に完全に追従するために、約１．２秒を要する。これは、比較的遅い構図応答性を表す。図８及び図９のいずれにおいても、垂直方向の目盛りは任意であり、目標位置信号の垂直方向の目盛りは、カメラ角度変位と同じであるとは限らないことに留意されたい。

図９は、「速い」構成における例示的なフィルタ／積分器の具現化形態６０１の像安定化応答を示す。図９では、カメラは、図８に示されたのと同じ角度位置曲線８０１に応答する。目標位置曲線９０１は、フィルタ／積分器６０１の「速い」構成が、「遅い」構成よりも迅速に過渡的な構図の動きを減らしていることを示す。さらに、構図応答曲線９０２によって示されるように、「速い」構成はセンサ１０３をその公称位置又は中央位置まで、より迅速に戻す。この例では、カメラの構図の動きの終了後に、写真の構図に完全に追従するために、約０．６秒を要する。構図が追従した後に、いずれの構成も、比較的高い周波数のカメラぶれの動きが生じており、センサ位置コントロール５０７によって補償されるべきであることを示し続けている。

フィルタ／積分器５０３のアナログ方式の例示的な具現化形態６０１は、多くの実現可能な具現化形態のうちの１つにすぎない。フィルタ／積分器５０３はデジタル方式で実施されることが好ましい。図１０は、１つの軸においてセンサ１０３の動きを制御するための制御システムの例示的なデジタル方式の具現化形態１００１を示す。アナログ／デジタルコンバータ１００２が、角速度信号５０２を、マイクロコントローラ１００３によって処理するのに適したデジタル形式に変換する。マイクロコントローラ１００３は、例えば、中央処理装置、メモリ及び入力／出力ポートを含むことができ、センサ目標位置５０６を計算するためのプログラムを実行する。好適には、マイクロコントローラは１組のレジスタ１００４から構成情報１００６を受信し、レジスタ１００４はさらにカメラロジック１１０と通信する。レジスタ１００４は、任意の好都合な方法を用いて実現され得る。例えば、レジスタはハードウエアで実現され得るか、又はマイクロコントローラ１００３によって実行されるファームウエアによって定義されるデータ構造においてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又はフラッシュメモリ内に割り当てられ得る。構成情報は、例えば、現在のレンズ焦点距離の指示を含むことができ、マイクロコントローラ１００３がスケーリング機能５０５をデジタル方式で実行できるようにする。また、構成情報は、マイクロコントローラ１００３がカメラ１００の構図応答性を変更することを可能にするパラメータ設定値も含むことができる。構図応答性は、マイクロコントローラ１００３によって実行されるアルゴリズムを変更することによって調整され得る。アルゴリズムを変更することは、例えば、角速度信号５０２に基づいてセンサ目標位置５０６を計算するための式の係数を変更することを含むことができる。また、マイクロコントローラ１００３は、レジスタ１００４を通じて、他のカメラロジックにステータス情報１００７を送り返すこともできる。マイクロコントローラ１００３の計算の結果は、デジタル／アナログコンバータ１００５によってアナログ値に変換され得る。

１つの例示的なデジタル方式の具現化形態では、マイクロコントローラ１００３は単に、当該技術分野において知られている技術を用いて、アナログ回路６０１をエミュレートすることができる。又は、マイクロコントローラ１００３は、異なるアナログ回路又は他のダイナミックシステム、例えばわずかに弱減衰した応答を与えるシステムをエミュレートすることができる。図１１は、当業者によく知られている表記法を用いて、係るフィルタ／積分器の簡略化されたブロック図を示す。図１１のシステムは、アナログ回路を用いて、又はデジタル方式で実現され得る。パラメータ「ａ」に適した値を選択することにより、システム設計者はシステム性能を調整することができ、システムを弱減衰させる「ａ」の値を選択することができる。弱減衰したシステムは、回路６０１を用いて実現されるシステムによって提供される信号よりも、カメラぶれの動きに対して幾分良好な位相整合を有するセンサ目標位置信号５０６を与えることができる。

また、センサ目標位置５０６を決定するために、添付の特許請求の範囲内で、多くの他のアルゴリズムも実現することができる。例えば、回路６０１のような従来の線形システムをエミュレートするのではなく、マイクロコントローラ１００３は、非線形な、ヒューリスティックな、適応的な、アドホックな、スルーレート制限型の、又はこれらの何らかの組み合わせのアルゴリズムを実現することができる。これらの種類の任意のアルゴリズムが、意図的なカメラの動きを意図的でないカメラの動きから区別し、カメラ１００の構図応答性を調整することができる。

１つの好ましい実施形態では、カメラ１００は、１つ又は複数の露出プログラムテーブル内に像安定化システム１１４のパラメータを格納する。露出プログラムテーブルは、シーンの１つ又は複数の測定されたパラメータに基づいて写真設定値を選択するためにカメラによって用いられるデータ構造である。カメラは、モード毎に異なる露出プログラムテーブルを有することができる。即ち、カメラは、「人物写真」モードのテーブル、「風景写真」モードのテーブル、及び他のモードのテーブルを有することができる。露出プログラムテーブルに索引付けするための共通の測定パラメータは、シーンの輝度である。例えば、カメラが「風景写真」モードに設定され、特定の輝度であるシーンを測定する場合には、カメラのロジックは、そのテーブルにおいて、適切な絞りサイズ、適切なシャッタ速度、フラッシュを用いるか否か、及び結果として写真に適切な露出を生成する他のパラメータのような設定値を探索することができる。図１２は、本発明の例示的な一実施形態による、省略されて簡略化された露出プログラムテーブルを示す。図１２のテーブルは、「ポイントアンドシュート」のデジタルカメラによって、「風景写真」モードにおいて使用されることができ、その場合、そのカメラは、像安定化により手持ちで操作することを可能にするようにシャッタ速度を１／８秒よりも速くしておき、結果としての写真の被写界深度を最大にする。より低いシーン輝度ＢＶは、より暗いシーンに対応する。ひとたびカメラがそのシーンを測定し、ＢＶを決定したなら、モード設定の目標を促進するために、そのテーブルからカメラ設定値を選択することができる。図１２の例示的なテーブルでは、カメラの構図応答性は設定値の１つである。カメラの構図応答性を露出プログラムテーブルに入れることにより、カメラ設計者は種々のカメラモードの動作を容易に構成することが可能になり、それによりカメラの動作を調整して、カメラユーザの経験を改善することができる。図１２のテーブルは、絞り設定値をレンズのＦナンバーに関して示し、シャッタ速度を秒単位で示すが、実際のテーブルは、それらの設定値を表すためにカメラ設計者によって選択される他の単位の値を含むことができる。同様に、そのテーブル内の構図応答性は、カメラ設計者によって選択される電子部品の値又は応答性のしるしによって表され得る。他のエントリも同様に実現可能である。例えば、１つのエントリは、フィルタ／積分器５０３のフィルタのカットオフ周波数を示すことができ、一方、別のエントリは、カメラがその像安定化システムを中央位置又は公称位置まで追跡させる速度を示す。或るエントリは、システムの整定時間定数を指定することにより、システムの応答性を示すことができる。

少なくともいくつかの具現化形態の１つの有用な態様では、カメラ１００の構図応答性は像安定化中に調整され得る。例えば、回路６０１内の可変抵抗Ｒ_１及びＲ_２のうちの一方、又は両方の抵抗値が変更される場合には、その結果としてカメラ１００の構図応答性が変化し、センサ１０３の動きに大きな過渡現象が導入されないように変化する。同様に、デジタル方式の具現化形態では、好ましくは動きの著しい過渡現象が生じることなく、カメラ１００の構図応答性が変化するように、マイクロコントローラ１００３が像安定化中にその計算を変更することができる。

多くのカメラでは、カメラユーザがシャッタボタンを押すことにより、写真の撮影を開始する。「シャッタボタン」は、最新のデジタルカメラが機械式のシャッタを含まない場合であっても、この制御のための共通名称である。いくつかのカメラでは、シャッタボタンは、押下されるのに応じて、２つのスイッチ又は他のセンサを順次に作動させ、各スイッチはカメラを異なる状態にする。これらの２つの状態はＳ１及びＳ２と呼ばれる場合がある。例えば、いくつかのカメラでは、シャッタボタンをＳ１位置まで押すことにより、カメラがオートフォーカスを実行し、カメラが視認しているシーンの輝度の測定値に基づいて、適切なカメラ露出設定値を計算する。多くの場合、ひとたび焦点設定値及び露出設定値が決定されたなら、それらの設定値は「固定された」ままにされ、設定値を変更することなく、撮影者が写真を再構図できるようにする。シャッタ開放ボタンがさらにＳ２位置まで押されると、カメラは、Ｓ１状態において決定された焦点設定値及び露出設定値を用いて、写真を撮影する。いくつかのカメラでは、カメラがＳ１状態に入るときに、像安定化も開始され、写真が撮影されるまで、又は或る時間が経過するまで継続する。一連の状態におけるカメラの挙動は、キャプチャシーケンスと呼ばれる場合もある。その状態のシーケンスはＳ１及びＳ２を含むことができ、Ｓ１の前に生じる状態、及びＳ２の後に生じる状態も含むことができる。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、カメラの構図応答性は、写真を撮影するために用いられるキャプチャシーケンス中に調整される。例えば、Ｓ１状態に達する前に像安定化が使用可能にされる場合には、カメラは比較的速い構図応答性に構成され、撮影者が写真を迅速に構図できるようにする。ひとたびＳ１に達して、オートフォーカスが開始したなら、カメラは、比較的遅い構図応答性に構成され得る。

オートフォーカス中に比較的遅い構図応答性を用いることは、２つ以上の利点を有することができる。多くのデジタルカメラでは、オートフォーカスは、カメラによって撮影される１組の試験的デジタル画像の空間コントラストの距離関数（メトリック：metric）を測定し、コントラスト距離関数の測定値に応じて、レンズ構成要素の位置を調整することにより実行される。例えば、空間コントラストの距離関数は、カメラの視界の或る領域に対して計算される、色などの隣接するピクセル間の差の二乗和とすることができる。その領域は、カメラの視界全体の全て又は一部を含むことができ、「フォーカス窓」と呼ばれる場合がある。カメラの動きによって、オートフォーカス中に像のぼけ又は不鮮明が生じる場合があり、コントラストの距離空間の値を低下させて、オートフォーカスをさらに難しくする。比較的遅い構図応答性を用いることにより、カメラは、カメラの動きをさらに正確に追跡し、ぼけ又は不鮮明を低減することによりオートフォーカスを改善することができる。さらに、カメラの動きによって、オートフォーカス中に、高コントラストの物体がフォーカス窓に出入りする場合には、オートフォーカスに支障を来す場合がある。高コントラストの物体は、空間コントラストの距離関数に大きく寄与する可能性があり、それが断続的に存在することにより、その距離関数が、像の残りの部分に関する焦点の品質を誤って現す可能性がある。比較的遅い構図応答性は、試験的デジタル画像毎に概ね同じシーンの物体が用いられるように、フォーカス窓のための視認方向を比較的一定に維持することにより、オートフォーカスを改善することができる。

キャプチャシーケンス中にカメラの構図応答性に他の変更を加えることは、他の利点をもたらすことができる。例えば、ひとたびオートフォーカスが完了したなら、カメラは比較的速い構図応答性に構成され、焦点を固定したまま写真を迅速に再構図することを可能にする。カメラ状態Ｓ２に達するとき、写真が撮影されるべきであることが示され、カメラは再び比較的遅い構図応答性に構成され、カメラが動く結果としてぼけが生じ、写真の鮮明度が低下することになる露出中に、カメラの動きがさらに補償されるようにする。

これらの構図応答性の変更は、種々の組み合わせで使用可能にされ得る。例えば、カメラは、オートフォーカス中を含む、Ｓ１状態全体にわたって、比較的速い構図応答性を維持し、Ｓ２に達したときにのみ、比較的遅い構図応答性に切り替わることができる。他の組み合わせも実現可能である。

図１３は、１つの例示的なキャプチャシーケンスと、そのシーケンスの各ステップにおいて選択される構図応答性とを示す。状態１３０１では、カメラはアイドル状態である。即ち、シャッタボタンがまだ押されておらず、カメラユーザはカメラのビューファインダを通して、或るシーンを見ており、写真を構図又はフレーミングしている可能性がある。この例示的なシーケンスでは、カメラは、この状態において比較的速い構図応答性に設定される。状態１３０２では、シャッタボタンがＳ１状態まで押されており、オートフォーカスが進行中である。この状態では、カメラは比較的遅い構図応答性に設定される。状態１３０３では、オートフォーカスが完了している。シャッタボタンは依然としてＳ１位置にあるので、焦点設定は固定されており、カメラユーザは写真をフレーミングし直すことができる。この状態では、カメラは比較的速い構図応答性に設定される。状態１３０４では、ユーザがＳ２位置までシャッタボタンを押しており、写真が撮影されるべきであることが示される。写真露出中に、カメラは比較的遅い構図応答性に設定される。状態１３０５では、露出が完了しており、カメラは、撮影の可能性がある次の写真の準備として、比較的速い構図応答性に設定される。

好適には、構図応答性の調整は、動いている像安定化構成要素の動きに、望ましくない過渡現象を導入しないように実施される。例えば、図６の回路の抵抗Ｒ_１及びＲ_２の値を変更することにより、これを達成することができる。同様に、デジタル方式の具現化形態１００１のようなデジタル画像安定化システムによって実行されるアルゴリズムに変更を加えることにより、構図応答性の設定間の移り変わりを良好に制御することができる。

本発明の例示的な一実施形態によるデジタルカメラの簡略化されたブロック図である。図１のカメラの斜視図であり、カメラの動きを説明するのに好都合である座標系を示す図である。図１のカメラの概略的な平面図であり、カメラの回転が像ぼけを如何に引き起こし得るかを示す図である。本発明の例示的な一実施形態による像安定化システムを含む、図１のカメラの一部が切り開かれて簡略化された斜視図である。本発明の例示的な一実施形態による、１つの軸においてセンサの動きを制御するための制御システムの簡略化されたブロック図である。フィルタ／積分器の１つの例示的な具現化形態の概略図である。２つの構成における図６の例示的な回路の周波数応答を示す図である。「遅い」構成の図６の例示的なフィルタ／積分器の具現化形態の像安定化応答を示す図である。「速い」構成の図６の例示的なフィルタ／積分器の具現化形態の像安定化応答を示す図である。本発明の例示的な一実施形態による、１つの軸においてセンサの動きを制御するための制御システムのデジタル方式の具現化形態の図である。弱減衰させることができるそのようなフィルタ／積分器の簡略化されたブロック図である。本発明の例示的な一実施形態による、省略されて簡略化された露出プログラムテーブルである。例示的なキャプチャシーケンス、及びそのシーケンスの各ステップにおいて選択される構図応答性を示す図である。

符号の説明

100 カメラ
101 レンズ
103 電子アレイ光センサ
110 ロジック
114 像安定化システム

Claims

カメラ（100）の動作中に前記カメラ（100）の構図応答性を自動的に調整することを含む、像安定化の方法。
前記カメラ（100）の前記構図応答性を調整することが、デジタルシステムによって実行されるアルゴリズムを変更することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
シーンパラメータ値によって索引付けされた露出プログラムテーブルに１組の構図応答性パラメータを格納し、
前記シーンパラメータの値を測定し、及び
前記シーンパラメータの前記測定された値に対応する前記テーブルのエントリからの前記構図応答性の設定値を使用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
カメラモードの設定に応じて、１組の露出プログラムテーブルから前記露出プログラムテーブルを選択することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
撮影されているシーンのシーン条件に応じて、カメラ（100）の構図応答性を調整することを含む、像安定化の方法。
前記シーン条件が、撮影されている前記シーンの輝度である、請求項５に記載の方法。
第１のシーン輝度に応じて第１の構図応答性を選択し、及び
第２のシーン輝度に応じて第２の構図応答性を選択することをさらに含み、
前記第１のシーン輝度が前記第２のシーン輝度よりも高く、前記第１の構図応答性が前記第２の構図応答性よりも速い、請求項６に記載の方法。
カメラ（100）の光学的な構成に応じて前記カメラ（100）の構図応答性を調整することを含む、像安定化の方法。
前記光学的な構成が、前記カメラに含まれるレンズ（101）の焦点距離である、請求項８に記載の方法。
カメラモードの設定に応じてカメラ（100）の構図応答性を調整することを含む、像安定化の方法。
前記カメラ（100）が、概ね静止した被写体のために一般に用いられるモードに設定される場合に、第１の構図応答性を選択し、及び
前記カメラ（100）が比較的速く動いている被写体のために一般に用いられるモードに設定される場合に、第２の構図応答性を選択することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
構図応答性を有する像安定化システム（114）を含むカメラ（100）であって、前記像安定化システム（114）の動的な挙動を調整することにより前記構図応答性を自動的に調整するように構成される、カメラ（100）。
前記像安定化システムがデジタル方式で実現される、請求項１２に記載のカメラ（100）。
前記カメラ（100）が、シーン条件に応じて前記構図応答性を調整するようにさらに構成されている、請求項１２に記載のカメラ（100）。
前記シーン条件がシーンの輝度である、請求項１４に記載のカメラ（100）。
前記カメラ（100）が、前記カメラ（100）の光学的な構成に応じて前記構図応答性を調整するようにさらに構成されている、請求項１２に記載のカメラ（100）。
焦点距離を有するレンズ（101）をさらに含み、前記光学的な構成が前記レンズの焦点距離である、請求項１６に記載のカメラ（100）。
前記カメラ（100）が、写真モードの設定に応じて前記構図応答性を調整するようにさらに構成されている、請求項１２に記載のカメラ（100）。
前記写真モードの設定が比較的遅く動いている被写体のために一般に用いられる設定である場合には、第１の構図応答性を選択し、前記写真モードの設定が比較的速く動いている被写体のために一般に用いられる設定である場合には、第２の構図応答性を選択するようにさらに構成されている、請求項１８に記載のカメラ（100）。
前記カメラ（100）がデジタルカメラである、請求項１２に記載のカメラ（100）。
前記デジタルカメラが、前記カメラの動きに応じて、レンズ（101）に対して電子アレイ光センサ（103）を動かすことにより像安定化を実行する、請求項２０に記載のカメラ（100）。
前記カメラ（100）がフィルムカメラである、請求項１２に記載のカメラ（100）。
前記カメラ（100）が、前記カメラの動きに応じて、写真を撮影するためのセンサの小区域を動的に選択することにより像安定化を実行する、請求項１２に記載のカメラ（100）。