JP2011035705A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレ補正のための偏芯光学系の駆動力によって重力方向を検知する撮像装置において、再生モード時にも偏芯光学系を駆動させる必要があり、電力消費が多くなっていた。
【解決手段】再生モード時には高いブレ補正性能が不要であるので、撮影モード時とは異なる制御モードでブレ補正光学系を駆動する。この制御モードとしては、例えば、駆動回路からの電流を制限する、比例ゲインを下げる、などが挙げられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置及びその制御方法に関する。

従来、撮像装置は、鏡筒と装置本体等から構成される。鏡筒は、被写体を撮影するために被写体像を撮像素子に結像する撮影光学系を配備し、装置本体は、前記鏡筒を保持してその駆動を制御する。

このような撮像装置の手ブレを防ぐ技術しては、撮影光学系の中に偏芯に対して像ずれはするがその他の光学性能への影響度が少ないレンズを含ませ、そのレンズを光軸に垂直な面上で偏芯させる。このことにより撮像素子に対する光軸の相対的なずれを生ずるようにするとともに、撮像装置本体の手ブレを検出し、この検出量に応じて光軸をずらすものが知られている。

また、特許文献１に示されるようにレンズを偏芯させるときの駆動力に基づいて重力方向を検出し、その検出された重力方向（つまり、撮像装置本体の縦横の方向）に応じて撮像装置の撮影設定を行うカメラが提案されている。

また、撮影した画像を再生する時にもカメラの重力方向を検出し、重力方向に応じて適宜画像を回転させ、画像の上下方向が常に一定になるように再生するカメラも提案されている。

特登録０３１９２４６２号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、重力方向に応じて撮影設定を行うことを開示しているが、再生時の動作については何ら言及されていない。

また、再生時にも重力方向の検出を行う撮像装置では、再生時に重力方向の検出を行わない撮像装置に比べて電力消費が多くなる。これは、重力方向を検出するためには光軸を補正する機構を駆動する必要があり、電力消費を伴うからである。その結果、撮像装置の作動時間が短くなるという問題があった。

なお、重力方向を検出する方法として専用のセンサを用いる方法もあるが、センサを実装する空間が必要であり撮像装置の大型化を招くとともに、センサを搭載する分、原価が上昇してしまう。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、次のような撮像装置及びその制御方法を提供することを目的とする。即ち、再生モード時にも重力方向を検出する撮像装置において、再生モード時の電力消費をできるだけ少なくして撮像装置の作動時間を長くすることができるようにする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、被写体像を撮像素子に結像する光学系と、前記光学系の光軸を前記撮像素子に対して相対的に変位させる光軸補正手段と、当該撮像装置本体の揺動を検出する揺動検出手段と、前記光軸補正手段の駆動力に基づいて、重力方向を検出する重力方向検出手段と、を有し、前記光学系を用いて被写体を撮影する撮影モードと、前記撮影モードによって撮影した画像を再生する再生モードが実行される撮像装置において、前記撮影モードでは、第一の制御モードにより、前記揺動検出手段の出力に応じて前記光軸補正手段を駆動して被写体像のブレを補正し、前記再生モードでは、前記重力方向検出手段によって重力方向を検出するために、前記光軸補正手段に供給する電流を前記第一の制御モードよりも制限した第二の制御モードにより前記光軸補正手段を駆動することを特徴とする。

また、本発明の撮像装置の制御方法は、被写体像を撮像素子に結像する光学系と、前記光学系の光軸を前記撮像素子に対して相対的に変位させる光軸補正手段と、当該撮像装置本体の揺動を検出する揺動検出手段と、前記光軸補正手段の駆動力に基づいて、重力方向を検出する重力方向検出手段とを有し、 前記光学系を用いて被写体を撮影する撮影モードと、前記撮影モードによって撮影した画像を再生する再生モードが実行される撮像装置の制御方法であって、前記撮影モードでは、第一の制御モードにより、前記揺動検出手段の出力に応じて前記光軸補正手段を駆動して被写体像のブレを補正し、前記再生モードでは、前記重力方向検出手段によって重力方向を検出するために、前記光軸補正手段に供給する電流を前記第一の制御モードよりも制限した第二の制御モードにより前記光軸補正手段を駆動することを特徴とする。

本発明によれば、再生モード時にも重力方向を検出する撮像装置において、再生モード時の電力消費をできるだけ少なくし、撮像装置の作動時間を長くすることが可能になる。

実施の形態に係る撮像装置の一例を示す外観図である。 実施の形態におけるブレ補正機構の構成を示す分解斜視図である。 実施の形態に係るブレ補正系を示すブロック図である。 コイルに通電する電流の変化を示した波形図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜本実施の形態における構成＞
まず、本実施の形態における撮像装置の外観について、図１を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の一例を示す外観図である。

図１に示すように、この撮像装置の本体１には、前面側に、被写体像を撮像素子に結像する撮影光学系を保持する鏡筒２が配備され、背面側に、撮影された画像を表示するための表示部３が配備されている。

鏡筒２と表示部３は、本体１に保持されるとともに、本体１の内部に備えられている制御基板により動作が制御される。即ち、本実施の形態における撮像装置は、被写体を撮影光学系を有する鏡筒２を用いて撮影する撮影モードと、該撮影モードによって撮影した画像を表示部３を用いて再生する再生モードを有している。そして、これら撮影モードと再生モードが前記制御基板によって制御されるようになっている。

また、鏡筒２の撮影光学系には、光軸に垂直な面上で偏芯することで撮影光学系の光軸を撮像面に対してずらす性質をもつ偏芯光学群が含まれている。

次に、本実施の形態におけるブレ補正機構の構成について、図２を参照して説明する。

図２は、本実施の形態におけるブレ補正機構の構成を示す分解斜視図である。

このブレ補正機構は、図２に示すように、鏡筒２の内部に支持され偏芯光学群を光軸に垂直な面上で偏芯可能に支持するユニットを成し、該ユニットを構成する部品が組み付けられるベース１０を備えている。ベース１０上には、第一のコイル１２及び第二のコイル１３とセンサホルダ２３が保持され、さらにレンズホルダ１７が光軸に垂直な面上を移動可能に配備されている。

第一のコイル１２及び第二のコイル１３には、フレキシブル基板１４が、第一のコイル１２と第二のコイル１３へそれぞれ通電可能に接続されている。レンズホルダ１７は、第一の磁石１５、第二の磁石１６及び偏芯レンズ１１を保持する。偏芯レンズ１１は偏芯することにより撮像面上での像ずれを引き起こすレンズである。

センサホルダ２３は、第一のセンサ１８と第二のセンサ１９を保持する。第一のセンサ１８及び第二のセンサ１９はそれぞれ第一の磁石１５及び第二の磁石１６の変位に応じた出力を発生する。そして、第一のセンサ１８と第二のセンサ１９には、フレキシブル基板２０が、第一のセンサ１８と第二のセンサ１９へそれぞれ通電可能に接続されている。フレキシブル基板１４とフレキシブル基板２０は互いに接続されており、また、不図示であるが本体１の制御基板に電気的に接続されている。

また、図２中の２１は直径が同一の３つのボールであり、２２は３個の引っ張りばねである。ボール２１は、ベース１０に設けられたボール２１が転がることができる受け面とレンズホルダ１７のボール受け面との間に挟まれる。また、ベース１０及びレンズホルダ１７のボール受け面はそれぞれ光軸に垂直な面を成し、この面に挟まれて同径のボール２１が転がり可能に挟まれているため、ベース１０に対してレンズホルダ１７は光軸に垂直な面上を移動できる。また、引っ張りばね２２はベース１０とレンズホルダ１７の間で互いに引き合うように働く。これらの構成により、ベース１０に対してレンズホルダ１７が光軸に垂直な面上で偏芯可能に支持されることになる。

センサホルダ２３は、引っ張りばね２２によりベース１０に付勢されているレンズホルダ１７が本体１に加わった衝撃により光軸方向へ大きく移動することを防ぐ役割も有する。これにより、衝撃によってボール２１が脱落する不具合の発生を予防している。

第一のコイル１２と第一の磁石１５は互いに対向しており、第一のコイル１２に流れる電流の向きと大きさに応じてフレミングの法則に示される電磁気力が上下方向に発生する。この力により偏芯可能に支持されたレンズホルダ１７は第一のコイル１２への通電に応じて上下に偏芯する。

同様に、第二のコイル１３と第二の磁石１６は互いに対向しており、第二のコイル１３に流れる電流の向きと大きさに応じて電磁気力が左右方向に発生する。この力により偏芯可能に支持されたレンズホルダ１７は第二のコイル１３への通電に応じて左右に偏芯する。このように上下方向への駆動と左右方向への駆動が備えられていることによりレンズホルダ１７は光軸に垂直な面上で偏芯移動することができる。

また、第一の磁石１５と第一のセンサ１８は互いに対向しており、第一のセンサ１８は第一の磁石１５の変位による磁場の変化に応じた出力を発生する。この出力によりレンズホルダ１７の上下方向の位置を検出することができる。同様に、第二の磁石１６と第二のセンサ１９は互いに対向しており、第二のセンサ１９は第二の磁石１６の変位による磁場の変化に応じた出力を発生する。この出力によりレンズホルダ１７の左右方向の位置を検出することができる。

＜本実施の形態におけるブレ補正系＞
始めに、本実施の形態のブレ補正機構の概念について説明する。本体１のピッチ方向及びヨー方向は図２に示す通りであり、ピッチ方向の揺動による光軸の傾きに対しては、揺動に対応する量だけレンズホルダ１７を上下方向に偏芯させることにより光軸を補正することができ、ピッチ方向のブレを補正することができる。

同様に、ヨー方向の揺動による光軸の傾きに対しては、揺動に対応する量だけレンズホルダ１７を左右方向に偏芯させることにより光軸を補正することができ、ヨー方向のブレを補正することができる。

以下、本実施の形態におけるブレ補正系について説明する。

図３は、本実施の形態に係るブレ補正系を示すブロック図であり、レンズホルダ１７の位置制御の手法を表している。

撮像装置本体１は、本体１の揺動を検出するジャイロ（揺動検出手段の一例）３０を備えている。図３中のＧｏｕｔは、本体１のピッチ方向の回転の揺動に応じたジャイロ３０の出力を表し、ＣＳはジャイロ３０の出力Ｇｏｕｔをレンズホルダ１７の偏芯量に換算したところの指令信号である。

このブレ補正系は、図３に示すように、補償回路３２、駆動回路３３及び第一のコイル１２と、第一の磁石１５、第一のセンサ１８及び増幅回路３４とを有し、さらに加算回路３５を備えている。

補償回路３２は、図３に示すブレ補正系を安定させる働きをもつ回路であり、駆動回路３３は、第一のコイル１２へ通電する電流を補う回路であるところの回路である。また、増幅回路３４は、第一のセンサ１８から出力される第一の磁石１５の偏芯に応じた信号を増幅する回路であり、加算回路３５は、指令信号ＣＳと増幅回路３４からの出力を加算する回路である。

第一のセンサ１８の出力は偏芯レンズ１１の上下方向の位置が光軸と同じになる位置でゼロになるように調整する。これにより、指令信号ＣＳの出力が無い場合、第一のセンサ１８の出力がゼロになるように第一の磁石１５が駆動される。

そして、図３のような系にすることで、指令信号ＣＳに応じた量だけ第一の磁石１５を忠実に駆動することができ、ピッチ方向のブレ補正作用を実現することができる（光軸補正処理）。また、図示しないがヨー方向のブレを補正するためのレンズホルダ１７の位置制御も図３と同様に行えばよい。即ち、本体１のブレをピッチ方向及びヨー方向に分解して検出し、それぞれの方向に対応した２組の駆動手段をブレに応じて駆動することで、ブレを補正した画像を得ることができる。さらにブレの無い状態では偏芯レンズ１１を光軸に安定的に位置させることができる。

図３を用いて説明したように、ブレ補正系では第一のセンサ１８及び第二のセンサ１９の出力がゼロになる点で安定するが、そのために第一のコイル１２及び第二のコイル１３に電流を流し続ける必要がある。なぜならば、ブレ補正系は偏芯レンズ１１、レンズホルダ１７、第一の磁石１５及び第二の磁石１６の自重で第一のセンサ１８及び第二のセンサ１９の出力がゼロになる点から外れようとするからである。そして、この第一のコイル１２及び第二のコイル１３に流す電流の方向は重力の方向により変化し、その電流量は重力の大きさに比例する。ここで重力の大きさが異なるとは、ブレ補正系の光軸が重力方向に垂直であるか、平行であるかによって重力により偏芯光学群に加わる力が異なることを言い表している。

図４は、第一のコイル１２に通電する電流の変化を示した波形図であり、横軸に時間、縦軸にブレ補正を行うために第一のコイル１２に通電する電流を示している。

図４中の波形曲線４０は、本体１を地面に平行な横位置に構えた状態でブレを補正するために第一のコイル１２に通電する電流変化の一例を示している。波線直線４１は、電流変化の時間平均をとったものであり、レンズホルダ１７を重力に抗して中心に位置させるために必要なバイアス電流である。このバイアス電流４１が重力の大きさに略比例する。第二のコイル１３に通電される電流も同様であり、例えば、本体１を地面に平行な横位置に構えた状態ではバイアス電流がゼロとなる。

より具体的には、本体１を地面に平行な横位置に構えた時、重力に対抗して第一のコイル１２には偏芯レンズ１１を光軸の高さに維持するために電流が必要となるが、第二のコイル１３は電流を必要としない。この状態のまま本体１を上に向けてゆくと、第一のコイル１２に流す電流は除々に減ってゆき、光軸が地面と垂直になると、第一のコイル１２，第二のイル１３とも重力に対抗するための電流は必要なくなる。また、本体１を地面に平行な縦位置例えば本体１のグリップ部が下にくるように構えた時、重力に対抗して第二のコイル１３には偏芯レンズ１１を光軸の高さに維持するために電流が必要となるが、第一のコイル１２は電流を必要としない。つまりは、第一のコイル１２及び第二のコイル１３へ通電される電流量を計測することにより、本体１が横位置であるか縦位置であるかの姿勢判定を行うことができる。

本体１の重力方向を判別できることにより、例えば、重力方向がわかると天地方向がわかるので、自動露出のときに明るいことの多い空と暗いことの多い地面を位置を参考することができ、露出精度の向上が期待できる。また、撮影した画像に撮像装置の姿勢が横位置か縦位置かを示すフラグを付与することができ、画像の再生のときにこのフラグを参照することで適宜画像を回転し、天地が正しい状態で画像を再生することができる。

本体１で画像を再生するときにおいても、本体１が通常の横位置であれば撮像装置の姿勢を示すフラグを参照することで、天地が正しい画像を再生できる。しかし、本体１が縦位置に構えられた状態で再生した場合、撮像装置の姿勢を示すフラグを参照するだけでは天地を正しく画像を再生することはできない。

そこで、本実施の形態の撮像装置は、再生モード時にも本体１の重力方向を検出するとともに、撮像装置の姿勢を示すフラグを活用し、撮像装置の姿勢によらず天地の正しい画像を再生することができるように制御を実行する。

本実施の形態では、再生モード時にも重力方向を検出するために、再生モード時にも本来必要のない撮影光学系のブレ補正系を駆動させている。そして、再生モード時には高いブレ補正性能は必要ないので、撮影モード時と再生モード時ではブレ補正系の制御モードを変えている。具体的には、撮影モード時には高いブレ補正性能が必要であり、駆動回路３３からできるだけ多くの電流を供給できるように電流制限を緩和するような制御（第一の制御モード）を行う。これに対して再生モード時には高いブレ補正性能が不必要であるので、駆動回路３３が供給できる電流を制限するような制御（第二の制御モード）を行う。

図４において、４２ａ，ｂは、撮影モード時の電流制限の上限及び下限であり、４３ａ，ｂは、再生モード時の電流制限の上限及び下限である。このように、電流制限を変更することで、撮影モード時に本体１が振られているような状態では、高いブレ補正性能を発揮する。また、再生モード時に本体１が振られているような状態では、ブレ補正のためにコイル１２，１３に供給される電流が制限されるので、電力消費を抑えることができる。

また、再生モード時にコイルに流れる電流を抑制する方法としては、図３のブレ補正系の比例ゲインを撮影モード時の比例ゲインよりも小さくする方法もある。比例ゲインを小さくすることで偏芯レンズ１１の偏芯に対する電流の立ち上がりが鈍くなるためブレ補正性能は悪化するが、再生モード時にブレ補正性能は必要ないため問題なく、電力の消費を低減することができる。

図４において、波線曲線４４は、電流変化４１と同じブレが本体１に加わった状態での、比例ゲインが小さい制御モードにおける電流変化を示す。電流変化４４に示すように、ブレ補正に使う電流の絶対値が小さくなるため電力消費を抑えることができる。

＜本実施の形態に係る利点＞
本実施の形態によれば、撮影モード時にはブレ補正能力を重視した制御モードによってブレ補正系を駆動し、再生モード時には撮影モード時より電力消費を低減した制御モードで駆動する。これにより、再生モード時であっても重力方向検出が可能になるとともに、電力消費の低減を実現できるので撮像装置の作動時間を長くすることができる。また、重力方向を検出する専用のセンサが不必要なため撮像装置本体を大型化することなく、かつ、製造原価を上げることがないことは明らかである。

＜他の実施の形態＞
なお、本発明は、図示した上記実施の形態に限定されず種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、ボールの転がりを利用して偏芯光学群を偏芯可能に支持する構成を採っているが、偏芯機構をこれに限定するものではなく、偏芯レンズが偏芯可能に支持されていればよい。

さらには、光軸をずらすものであれば必ずしも偏芯レンズによる必要はなく、光軸をずらす機構における駆動力が重力による影響を受ける系であれば重力方向を検出できるので本発明を適用できる。また、光学系の一部を偏芯させることにより撮像面と光軸の相対的なずれを補正しているが、撮像素子自体を偏芯させて光軸のずれを補正してもよい。

Ｇｏｕｔ ジャイロ出力
ＣＳ 指令信号

Claims (4)

1. 被写体像を撮像素子に結像する光学系と、
   前記光学系の光軸を前記撮像素子に対して相対的に変位させる光軸補正手段と、
   当該撮像装置本体の揺動を検出する揺動検出手段と、
   前記光軸補正手段の駆動力に基づいて、重力方向を検出する重力方向検出手段と、を有し、
   前記光学系を用いて被写体を撮影する撮影モードと、前記撮影モードによって撮影した画像を再生する再生モードが実行される撮像装置において、
   前記撮影モードでは、第一の制御モードにより、前記揺動検出手段の出力に応じて前記光軸補正手段を駆動して被写体像のブレを補正し、前記再生モードでは、前記重力方向検出手段によって重力方向を検出するために、前記光軸補正手段に供給する電流を前記第一の制御モードよりも制限した第二の制御モードにより前記光軸補正手段を駆動することを特徴とする撮像装置。
2. 前記重力方向検出手段は、前記光軸補正手段を前記第一の制御モードまたは前記第二の制御モードにより駆動した状態での駆動力に関する信号に基づいて、重力方向を検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記重力方向検出手段は、前記光軸補正手段を駆動する際に流れる電流に基づいて、重力方向を検出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 被写体像を撮像素子に結像する光学系と、前記光学系の光軸を前記撮像素子に対して相対的に変位させる光軸補正手段と、当該撮像装置本体の揺動を検出する揺動検出手段と、前記光軸補正手段の駆動力に基づいて、重力方向を検出する重力方向検出手段とを有し、
   前記光学系を用いて被写体を撮影する撮影モードと、前記撮影モードによって撮影した画像を再生する再生モードが実行される撮像装置の制御方法であって、
   前記撮影モードでは、第一の制御モードにより、前記揺動検出手段の出力に応じて前記光軸補正手段を駆動して被写体像のブレを補正し、前記再生モードでは、前記重力方向検出手段によって重力方向を検出するために、前記光軸補正手段に供給する電流を前記第一の制御モードよりも制限した第二の制御モードにより前記光軸補正手段を駆動することを特徴とする撮像装置の制御方法。