JP2010271379A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ローリングシャッター方式のCMOSセンサカメラでは、ライン毎の露光タイミングおよび読み出し時間のずれによりコンニャク現象（またはフォーカルプレーン現象）と呼ばれる歪みが生じる。
手振れ補正機能がオフになっていると、手振れおよびカメラへの振動がライン毎の読み取りに影響を及ぼすので、この歪みが出やすくなり、特に動画撮影時に顕著になる。
【解決手段】 本発明では動画撮影モード中は手振れ補正機能がオフとなる三脚処理に入らないようにし、常に手振れ補正を行うようにする。
これにより動画時にカメラに振動・衝撃が加わっても手振れ補正によって手振れ・振動をキャンセルし、コンニャク現象による歪みを軽減する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、画像振れを補正する機能を有する撮像装置に関するものである。

従来手ぶれ補正機能をもつ撮像装置では、ぶれ量検知にジャイロセンサ（角速度センサ）がよく用いられる。このジャイロセンサは圧電素子等の振動材を一定周波数で振動させコリオリ力による力を電圧に変換して角速度情報を得る。得られた角速度に対して積分を行い、ぶれ量を算出し、光学的に画角を移動可能なシフトレンズをぶれ量をキャンセルする方向に動かして手ぶれ補正が行われる。

像振れ補正装置においては、一般に手振れ振動、或いはそれに類似する周波数分布を持った振れ振動を良好に補正すべく、それに見合った振れ検知センサや振れ補正光学系の選択、及び上記センサや駆動機構の応答周波数帯域の設定がなされている。従って、このような像振れ補正装置を三脚等に据え付けて使用する場合には、振れ検知センサから出力される低周波のドリフト信号（ゆらぎ）により、振れ補正機構はカメラの振れとは関係のない振れ補正を行ってしまい、像振れを助長してしまうという問題点を生じる。この問題点を解消するために、振れ検知センサの出力が微小ならば三脚等に据え付けられていると判別して、像振れ補正を行わないようにすることが提案されている（例えば特許文献１参照）。

また近年、ディジタルカメラ、ビデオカメラなどの撮像装置において、ＣＣＤイメージセンサに代えてＣＭＯＳイメージセンサを搭載する撮像装置が増えてきている。ＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオードで生成された信号電荷を、フローティングディフュージョンアンプにより電圧信号に変換する。そして、この電圧信号を垂直走査回路からの行選択信号により水平行単位で列信号線に読み出し、水平走査回路からの水平駆動信号により外部に順次読み出す。

上述したＣＭＯＳイメージセンサは、水平行単位で電圧変換して読み出すため、必然的に、画素の電荷の蓄積の開始と終了の時刻が水平行単位で順次ずれてゆくローリングシャッター方式となる。ただし、各水平行の蓄積電荷の読み出しと撮像素子駆動の垂直同期信号とのタイミングが一致するように制御されることにより、読み出された撮像画像が垂直同期信号に同期して表示されるようになっている。

特開平１１−３８４６１号公報

ローリングシャッター方式のCMOSイメージセンサを用いたカメラでは、ライン毎の露光タイミングおよび読み出し時間のずれによりコンニャク現象（またはフォーカルプレーン現象）と呼ばれる歪みが生じる。

手振れ補正機能がオフになっていると、手振れおよびカメラへの振動がライン毎の読み取りに影響を及ぼすので、この歪みが出やすくなり、特に動画撮影時に顕著になる。

（発明の目的）
本発明の目的は、ローリングシャッター方式のCMOSイメージセンサを用いたカメラにおいて、動画撮影時に生じやすいコンニャク現象による歪みを軽減させるものである。

上述した課題を解決するため、第１の本発明は、
光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された信号電荷に基づく信号を所定ライン毎に順次読み出す駆動手段と、前記読み出し駆動手段によって読み出された画像信号を処理する処理手段と、光学的に位置を移動可能な光学式振れ補正レンズを駆動して撮影画像の振れを補正する振れ補正機能を備えた撮像装置において、前記振れ補正機能を働かせる第１の動作モードと、該振れ補正機能を働かせない第２の動作モードとのうち一方を選択して行われる実行指示を受け取る受取手段と、振れを検出して振れ信号を出力する振れ検出手段と、振れ補正時における前記可動体の位置を検出する位置検出手段と、前記振れ検出手段が検出した振れデータから低域のオフセット成分と高域のノイズ除去とを行うフィルタ手段と、前記フィルタ手段によって算出された振動情報に基づいて装置の支持状態を判定する支持状態判定手段と、前記フィルタ手段によって算出された振動情報に応じて前記光学式振れ補正レンズの目標位置を算出し、前記支持状態判定手段によって、前記補正レンズの目標位置を決定する目標位置決定手段を有し、前記受取手段によって前記第１の動作モードの実行指示を受け取っているならば、前記支持状態判定手段の判定に応じて前記目標算出手段により第１の制御方法または第２の制御方法を実行し、前記第１の制御手段は、前記光学式振れ補正レンズを所定の位置に固定することによって前記振れ補正機能を移動しない制御であり、前記第２の制御手段は、前記検出手段によって検出された振れ度合いに応じて、前記撮像装置の振れに伴って発生した撮影画像の振れが補正される方向に前記光学式振れ補正レンズを移動させる制御であるときに、動画撮影モード時には前記第１のモードであっても前記第１の制御手段は行わないことを特徴とした撮影装置とするものである。

また、第２の本発明は、
前記請求項１に記載の撮像装置において、動画撮影モード時に静止画撮影が行われた時は静止画撮影中のみ前記第１の制御手段に入れることを特徴とした撮像装置とするものである。

本発明によれば、動画撮影時に生じやすいコンニャク現象による歪みを軽減させることができる。

本発明の各実施例に係わる撮像装置を示す構成図である。 本発明のローリングシャッタ方式における駆動方法を説明するための模式図である。 図１のシフトレンズ駆動制御部を含む像振れ補正処理系を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係る防振制御部のブロック図である。 本発明の実施例１に係る防振制御のフローチャートである。 本発明の実施例２に係る防振制御のフローチャートである。 カメラが揺れた時の画像の歪みを表した図である。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１に示す通りである。

図１は、本発明の実施例１に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。この撮像装置は、主に静止画像および動画像の撮影を行うためのデジタルカメラである。

図１において、１０１はズームユニットであり、変倍を行うズームレンズを含む。１０２はズーム駆動制御部であり、ズームユニット１０１を駆動制御する。１０３は光軸に対して位置を変更することが可能な補正レンズ（ユニット）である。１０４は補正レンズ駆動制御部であり、補正レンズ１０３を駆動制御する。また、演算処理部のメインクロック周期及び演算サンプリング周期も制御する。

１０５は絞り・シャッタユニットである。１０６は絞り・シャッタ駆動制御部であり、絞り・シャッタユニット１０５を駆動制御する。１０７はフォーカスユニットであり、ピント調節を行うレンズを含む。１０８はフォーカス駆動制御部であり、フォーカスユニット１０７を駆動制御する。

１０９は撮像部であり、CMOSイメージセンサである。ここで各レンズ群を通ってきた光像を電気信号に変換する。

１１０は撮像信号処理部であり、撮像部１０９から出力される画像信号の増幅処理や、アナログ−ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換処理、Ａ／Ｄ変換後の画像データにキズ補正などの各種の補正処理、あるいは画像データの圧縮処理等を行う撮像信号処理回路である。１１１は映像信号処理部であり、撮像信号処理部１１０から出力された映像信号を用途に応じて加工する。１１２は表示部であり、映像信号処理部１１１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。１１３は電源部であり、システム全体に用途に応じて電源を供給する。１１４は外部入出力端子部であり、外部との間で通信信号及び映像信号を入出力する。１１５はシステムを操作するための操作部である。１１６は記憶部であり、映像情報など様々なデータを記憶する。１１７はシステム全体を制御する制御部である。

次に、上記構成を持つ撮像装置の概略動作について説明する。

操作部１１５には、押し込み量に応じて第１スイッチ（ＳＷ１）および第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が含まれる。シャッタレリーズボタンが約半分押し込まれたときにスイッチＳＷ１がオンし、シャッタレリーズボタンが最後まで押し込まれたときにスイッチＳＷ２がオンする構造となっている。スイッチＳＷ１がオンされると、フォーカス駆動制御部１０８がフォーカスユニット１０７を駆動してピント調節を行うとともに、絞り・シャッタ駆動制御部１０６が絞り・シャッタ１０５を駆動して適正な露光量に設定する。スイッチＳＷ２がオンされると、撮像部１０９に露光された光像から得られた画像データが記憶部１１６に記憶される。

操作部１１５には、振れ補正（防振）モードを選択可能にする防振スイッチが含まれる。防振スイッチにより振れ補正モードが選択されると、制御部１１７が補正レンズ駆動制御部１０４に防振動作を指示し、これを受けた補正レンズ駆動制御部１０４が防振オフの指示がなされるまで防振動作を行う。また、操作部１１５には、静止画撮影モードと動画撮影モードとのうちの一方を選択可能にする撮時モード選択スイッチが含まれており、それぞれの撮影時モードにおいて各アクチュエータの動作条件を変更することができる。

また、操作部１１５には再生モードを選択出来る再生モード選択スイッチも含まれており、再生モード時には防振動作を停止する。

操作部１１５には、またズーム変倍の指示を行う変倍スイッチが含まれる。変倍スイッチによりズーム変倍の指示があると、制御部１１７を介して指示を受けたズーム駆動制御部１０２がズームユニット１０１を駆動して、指示されたズーム位置にズームユニット１０１を移動させる。それとともに、撮像部１０９から送られた各信号処理部（１１０,１１１）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１０８がフォーカスユニット１０７を駆動してピント調節を行う。

次に、本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像システムの動作を説明する。各レンズ群を介してＣＭＯＳイメージセンサ１０９の受光面に光学像が結像されると、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９の各画素のフォトダイオードには、各画素の入射光量に応じて信号電荷が発生する。各画素で生じた信号電荷は読み出し開始行の設定に従って、ＣＭＯＳイメージセンサ１０９の内部駆動回路が駆動し処理される。これにより、出力端子から所定の順序で出力映像電圧信号として出力される。出力映像電圧信号はディジタル信号に変換され、撮像信号処理部１１０で処理される。

また、ＣＭＯＳイメージセンサでは１行ずつ転送路に送って読み出しを行うローリングシャッタ方式という駆動動作により、蓄積時間の制御を行っている。このローリングシャッタ方式における駆動方法を図２を用いて説明する。

図２において、左から右への方向が時間の経過を示している。また、領域２ａは画像の読み出し期間等を示し、信号２ｂは行単位の同期をとるためのＨＤ信号、信号２ｃは画面単位の同期をとるためのＶＤ信号を示している。

ＣＭＯＳイメージセンサでは、撮像面の上部から１行毎に読み出し動作を行うため、撮像面の上部と下部とで読み出しのタイミングが異なる。このため、２１に示すように読み出しラインが斜めになってしまう。また、この読み出しは、ＶＤ信号のタイミングで開始される。

なお、本来は、読み出しは、行毎の読み出しＨＤ信号のタイミングで行われるので、読み出しライン２１はもっと離散的な階段状になるはずであるが、見やすくするために直線で表示している。

この読み出しライン２１に対して、撮像面全体での蓄積時間を一定にするために、読み出しライン２１と同じ形で読み出しライン２１に先行してリセットライン２２を設定する。このリセットライン２２は、各行毎に、読み出しライン２１よりも所定時間前にリセットをかける。ここで、２３は撮像面全体の蓄積時間を示しているが、このような駆動動作を行うことで撮像面全体にわたって蓄積時間が一定になる。

上述したように、このような撮影時のローリングシャッタ方式による蓄積時間の制御では、撮像面の上部と撮像面の下部とでは蓄積されている画像信号の読み出しのタイミングが異なっている。このため、その間に手振れや振動によりカメラが振れてしまうと、撮影した画像が上下に伸びる、あるいは斜めになるといった歪みが発生してしまう。この様子を図７に示す。

図３は、補正レンズ駆動制御部１０４の構成を示すブロック図である。

３０１はピッチ方向のセンサ部（例えば角速度センサ）であり、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）における撮像装置の垂直方向（ピッチ方向）の振動を検出する。３０２はヨー方向のセンサ部（角速度センサを例にする）であり、通常姿勢における撮像装置の水平方向（ヨー方向）の振動を検出する。３０３，３０４はそれぞれピッチ方向、ヨー方向の防振制御部であり、状況に応じて防振制御、補正レンズ位置制御を行う。

３０５，３０６はそれぞれＰＩＤ部であり、ピッチ方向、ヨー方向それぞれの補正位置制御信号と補正レンズ１０３の位置を示す位置信号とから制御量を求め、位置指令信号を出力する。３０７，３０８はそれぞれドライブ（駆動）部であり、ＰＩＤ部３０５，３０６から送られた位置指令信号に基づき、補正レンズ１０３を駆動する。３０９，３１０はそれぞれホール素子であり、補正レンズ１０３のピッチ方向、ヨー方向の位置を検出する。

次に、図３に示す補正レンズ駆動制御部１０４による補正レンズ１０３の位置制御について説明する。

補正レンズ１０３の位置制御では、ピッチ方向のセンサ部３０１、ヨー方向センサ部３０２からの撮像装置のピッチ方向、ヨー方向の振れを表す振れ信号（角速度信号）に基づいて、それぞれの方向に補正レンズ１０３を駆動させる。補正レンズ１０３には磁石が具備されており、この磁石の磁場をホール素子３０９，３１０で検出し、補正レンズ１０３の位置を示す位置信号がＰＩＤ部３０５，３０６へそれぞれ送られる。ＰＩＤ部３０５，３０６は、これらの位置信号が、防振制御部３０３，３０４から送られてくる補正位置制御信号にそれぞれ収束するようなフィードバック制御を行う。

なお、ホール素子３０９，３１０から出力される位置信号には個体ばらつきがあるため、所定の補正位置制御信号に対して、補正レンズ１０３が所定の位置に移動するように、ホール素子３０９，３１０の出力調整を行う必要がある。このとき、ＰＩＤ部３０５，３０６では、Ｐ制御（比例制御）とＩ制御（積分制御）とＤ制御（微分制御）とを用いたＰＩＤ制御を行う。

防振制御部３０３，３０４は、ピッチ方向のセンサ部３０１、ヨー方向のセンサ部３０２からの振れ情報に基づき、画像振れを補正する方向に補正レンズ１０３の位置を移動させるようにする補正位置制御信号をそれぞれ出力する。これによって、撮像装置に手振れなどが発生しても、画像振れを防止できる。

図４は防振制御のブロック図で、４０１は角速度センサからの信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器、４０２はＤＣ成分をカットするハイパスフィルタ（以下ＨＰＦ）、４０３は角速度信号を角度信号に変換するためのＬＰＦである。

４０５はＨＰＦ４０２によりＤＣ成分をカットした角速度信号をもとに撮像装置に加わっている振幅量を測定する振幅測定部、４０６は撮像装置に加わっている周波数を測定する周波数測定部、４０８は振幅測定部４０５により算出した振幅量および周波数測定部４０６により算出した周波数を基に支持状態の判定を行う支持状態判定部である。支持状態判定部４０８により三脚等に据え付けられていると判定した際には補正レンズの目標位置を決定する目標位置決定部４０４の制御方法を変更する。防振制御部に入力された角速度信号は、これら一連の処理を施されることで、補正位置制御信号として出力され、ＰＩＤ部へ入力される。

以上のように構成された撮像装置で行われる振れ補正動作について、図５のフローチャートを用いて説明する。

まず、カメラの電源がＯＮ（Ｓ１０１）すると手振れ補正動作が開始される。ここで、手振れ補正動作は一定周期毎（例えば１２５μsec）に発生する割り込み処理によって行われる。そして、第１の方向例えばピッチ方向（縦方向）と第２の方向、例えばヨー方向（横方向）の制御が行われる。手ブレ補正モードの判定を行い（Ｓ１０３）、手ブレ補正モードがＯＦＦの時はシフトレンズを中央固定する（Ｓ１０４）。手ブレ補正モードがＯＮの時は所定時間カメラに加えられている振幅及び周波数が小さいかどうかを判定する（Ｓ１０６）。

所定時間振れ量が小さい時は、次に動画撮影モードであるかどうかを判定し（S１０７）、動画撮影モードでなかったら、三脚モードに設定し（Ｓ１０８）シフトレンズを中央固定する（S１０４）。一方で、振れ量が大きかった場合は手持ち状態であると判断し、三脚処理はオフとし（Ｓ１０９）通常の防振動作を行う（Ｓ１１０）。

また所定時間振れ量が小さかったとしても、動画撮影モードだった場合には三脚処理をオフとし、通常の防振動作を行う（Ｓ１１０）
このフローは電源スイッチＯＮの場合は継続して実行され（Ｓ１０５）、電源スイッチがＯＦＦとなった場合に終了する。

次に本発明の第２の実施例を説明する。

図６は第２の実施例における防振制御のフローチャートである。第２の実施例の構成は、基本的に第１の実施例の構成と同じであるので、第２の実施例の説明においては、第１の実施例の構成を流用し、異なる部分だけを説明する。

Ｓ２０６で所定時間振れ量が小さく、動画撮影モードであった場合に（Ｓ２０７）、動画中静止画撮影モードとなり静止画撮影を行う場合には三脚モードに設定し（Ｓ２０８）シフトレンズを中央固定する（S２０４）。一方で動画中静止画撮影モードでなかった場合には三脚処理をオフとし、通常の防振動作を行う（Ｓ２１０）
以上の実施の形態によれば動画撮影モード中は手振れ補正機能がオフとなる三脚処理に入らないようにし、常に手振れ補正を行うようにする。
これにより動画時にカメラに振動・衝撃が加わっても手振れ補正によって手振れ・振動をキャンセルし、コンニャク現象による歪みを軽減する。

１０３ 補正レンズ
１０４ 補正レンズ駆動制御部
１０９ 撮像部
１１０ 撮像信号処理部
１１２ 表示部
１１５ 操作部
１１８ 制御部
３０１ ピッチ方向のセンサ部
３０２ ヨー方向のセンサ部
３０３ 防振制御部
３０４ 防振制御部
３０５ ＰＩＤ部
３０６ ＰＩＤ部
３０９ ホール素子
３１０ ホール素子

Claims (2)

1. 光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された信号電荷に基づく信号を所定ライン毎に順次読み出す駆動手段と、
   前記読み出し駆動手段によって読み出された画像信号を処理する処理手段と、
   光学的に位置を移動可能な光学式振れ補正レンズを駆動して撮影画像の振れを補正する振れ補正機能を備えた撮像装置において、
   前記振れ補正機能を働かせる第１の動作モードと、該振れ補正機能を働かせない第２の動作モードとのうち一方を選択して行われる実行指示を受け取る受取手段と、
   振れを検出して振れ信号を出力する振れ検出手段と、
   振れ補正時における前記可動体の位置を検出する位置検出手段と、
   前記振れ検出手段が検出した振れデータから低域のオフセット成分と高域のノイズ除去とを行うフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段によって算出された振動情報に基づいて装置の支持状態を判定する支持状態判定手段と、
   前記フィルタ手段によって算出された振動情報に応じて前記光学式振れ補正レンズの目標位置を算出し、前記支持状態判定手段によって、前記補正レンズの目標位置を決定する目標位置決定手段を有し、
   前記受取手段によって前記第１の動作モードの実行指示を受け取っているならば、前記支持状態判定手段の判定に応じて前記目標算出手段により第１の制御方法または第２の制御方法を実行し、
   前記第１の制御手段は、前記光学式振れ補正レンズを所定の位置に固定することによって前記振れ補正機能を移動しない制御であり、
   前記第２の制御手段は、前記検出手段によって検出された振れ度合いに応じて、前記撮像装置の振れに伴って発生した撮影画像の振れが補正される方向に前記光学式振れ補正レンズを移動させる制御であるときに、
   動画撮影モード時には前記第１のモードであっても前記第１の制御手段は行わないことを特徴とした撮影装置。
2. 前記請求項１に記載の撮像装置において、動画動作時に静止画撮影が行われた時は静止画撮影中のみ前記第１の制御手段に入れることを特徴とした撮像装置。

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