以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る光学機器の構成を示すブロック図である。この光学機器は、主に静止画像と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は光軸に垂直な方向に位置を変更することが可能な補正レンズ(シフトレンズ、補正部材)である。104は防振制御部であり、補正レンズ103を駆動制御する。
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。上記のズームユニット101、補正レンズ103、絞り・シャッタユニット105、フォーカスユニット107は、被写体像を結像させる撮影レンズ内に配置されている。
109は撮像部であり、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から出力された電気信号を映像信号に変換処理する。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は姿勢情報制御部であり、撮像装置の姿勢判定をして姿勢情報を提供する。118はシステム全体を制御するカメラシステム制御部である。
次に、上記構成を持つデジタルカメラの概略動作について説明する。
操作部115には、ユーザによって振れ補正(防振)モードを選択可能にする防振スイッチ(切換手段)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、カメラシステム制御部118が防振制御部104に防振動作を指示し、これを受けた防振制御部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影モード選択スイッチが含まれており、それぞれの撮影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。
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・シャッタユニット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。
また操作部115には動画記録スイッチが含まれる。スイッチ押下後に動画撮影を開始し、記録中に再度スイッチを押すと記録を終了する。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。
また操作部115には、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、カメラシステム制御部118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、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。
図2は防振制御部104とカメラシステム制御部118の間をより詳細に説明したブロック図である。以下に説明する図2の構成が、像ブレ補正制御を行うにあたっての振れ補正システムである。
Pitch方向およびYaw方向で同じ構成となるため、片軸のみで説明を行う。201は角速度検出部(以下ジャイロ)であり、ジャイロが角速度データを検出し電圧として出力する。202は角速度AD変換部であり、ジャイロ201が出力したデータをデジタルデータに変換する。
203はジャイロゲイン部でありジャイロの出力ばらつきを揃えるための出力調整部である。204はキャンセル量算出部であり、角速度データを積分し角度データに変換し、手振れ角度データの逆方向を手振れキャンセルデータとし、補正レンズ103の駆動範囲に応じた特性の変更を行い、振れキャンセル量を算出している。この時、駆動目標値(指令値)は指令値中心値212に振れキャンセル量を足したものになる。ここで指令値のレンジはシフトレンズAD値と等価である。キャンセル量算出部(目標位置算出部)で出力されたデータはシフトレンズ位置制御部205へ通知される。
207はシフトレンズ位置検出部であり、シフトレンズの光軸と垂直な方向の位置情報を検出して電圧として出力する。ここではホール素子を用いているが、他の検出手段を用いてもよい。208はシフトレンズ位置AD変換部であり、シフトレンズ位置検出部207が出力したデータをデジタルデータに変換している。
シフトレンズ位置制御部205は振れキャンセル量と、シフトレンズ位置AD変換部208が検出した位置データとの差分をとり、その偏差が0に近づくようにフィードバック制御を行う。最終的に補正レンズ103を駆動する信号がシフトレンズ駆動ドライバ部206に通知される。シフトレンズ駆動ドライバ部206は、駆動信号を通知されると、その分だけ補正レンズ103を駆動させる。
209はホールオフセット部である。ホール素子出力の増幅部に電圧を印加することにより増幅後のホール出力に電圧オフセットを与え、シフトレンズ位置を調整することが出来る。
210はホールゲイン部である。ホール素子の入力部に所定の電圧を印加することによりホール素子の出力を制御する。211は姿勢検出部であり、本実施形態においては、シフトレンズ位置制御部205の情報から光学機器の姿勢を判定する。なお、姿勢検出部211は加速度センサや姿勢センサのようなセンサを用いて機器の姿勢を判定してもよい。
ここでホールオフセット部209を用いたホールオフセット調整とホールゲイン部210を用いたホールゲイン調整(シフトレンズ位置AD分解能設定)について詳細を述べる。以降ではホールオフセット調整とホールゲイン調整を合わせてホール調整と呼ぶ。
ホールオフセット部209を用いたシフトレンズの移動のメカ中心の算出方法は、シフトレンズをメカ駆動範囲面上の水平垂直方向の限界まで駆動させるような移動指令をホールオフセット部209へ通知し、シフトレンズを駆動させる。このときの駆動範囲の各限界点の中点がメカ的な中心となる(このメカ中心出しをホールオフセット部209で行うことをホールオフセット調整という)。この結果得られたシフトレンズの中心位置をメカ中心と呼び、防振時の駆動中心位置となる。(図3(a)参照)。
ホールゲイン部210を用いたシフトレンズ位置AD分解能(シフトレンズ位置検出精度)設定の方法を、図3(b)参照しながら説明する。まず、シフトレンズをメカ駆動範囲面上の水平垂直方向に所定量(例えば50LSB)駆動させるような移動指令をシフトレンズ位置制御部205へ通知し、シフトレンズを駆動させる。この時の画角の変化量が0.1度になるようにホールゲイン部210の値を設定する。この結果得られた値をホールゲイン値と呼び、この調整をホールゲイン調整と呼ぶ。このホールゲイン調整において0.1度の画角移動量に対して何LSBで駆動させるかがシフトレンズ位置AD分解能となる。本実施形態では制御精度(検出精度)としてこのシフトレンズ位置AD分解能を用いる。尚ここではホール調整はテレ端位置で行うものとする。
図4にシフトレンズAD分解能の例を示す。シフトレンズのADレンジは0から600とし、中央位置を300とする。図4(a)のように静止画モードを基準として考えた場合はホールゲイン調整によりテレ端での0.4度画角が変化する時のシフトレンズ駆動量が200LSBに設定されているとする。ここでシフトレンズAD分解能が高い方が静止画撮影時の手振れ補正に有利であるので、出来るだけテレ端での分解能が高くなるように設定する。
ここでワイド端でのAD分解能はテレ端とワイド端の所定画角変化量あたりのシフトレンズ移動量の差で決定される(以下この移動量をシフトレンズ敏感度と呼ぶ)。このシフトレンズ敏感度はレンズの構造・種類によって値が異なる。
例えばある低倍率レンズの場合にテレ端とワイド端のシフトレンズ敏感度比が2:1だった場合、テレ端での画角変化量0.4度のシフトレンズAD分解能を200LSBとしたとき、ワイド端では100LSBとなる。この時ADレンジの制限によりワイド端ではシフトレンズの可動範囲は±1.2度となる。この設定で動画モード時に大振れ防振を行う場合ADレンジが不足して歩き撮りなどの大きな振れに対して対応出来ない。
そこで図4(b)に示すように動画モードの大振れ防振に対応するために、ワイド端で可動範囲を4.8度のように広くとるようにAD分解能を設定すると(0.4度あたり25LSB)今度はテレ端のAD分解能が低くなる(0.4度あたり50LSB)。その設定で静止画モードに切り替え、静止画撮影を行うと手振れ補正効果が低下してしまう。
ここで動画モード時にシフトレンズAD分解能を低くした時の手ブレ防振についてであるが、動画記録時は静止画画像よりも手振れ防振効果の低下は目立たず、ある程度AD分解能を下げても見た目的には殆ど劣化は分からない。その理由として、静止画は動画に比べて要求される画質が高いため、静止画記録時には動画記録時よりも記録画素数が多いことが挙げられる。また画質の点でも解像度については、動画の解像度の劣化は静止画の解像度の劣化ほど顕著ではない。
このようにシフトレンズAD分解能を静止画撮影用に合わせると動画記録時のシフトレンズの可動範囲が確保出来なくなり、動画撮影時の振れ補正機能で要求される駆動範囲に合わせると静止画撮影時の手振れ補正効果が低下してしまうという問題が生じてしまう。
そこで、本実施形態では、図5に示すように静止画モードと動画モードの切り替え時にシフトレンズAD分解能を切り替える手段(切替手段)を設けている。切り替え方法としてホールゲイン値(アナログゲイン)を変更する。なお、動画撮影モードのときのシフトレンズAD分解能を用いて振れ補正を行う第1のモードとし、静止画撮影モードのときのシフトレンズAD分解能を用いて振れ補正を行う第2のモードとする。そして、第1のモードのときのシフトレンズAD分解能よりも第2のモードのときのシフトレンズAD分解能の方が高くなるように設定されている。
ここでホール調整値によるAD分解能の切り替えは動画記録開始時と動画記録終了時に行うとし、動画記録中のみ動画撮影用のAD分解能に設定するとしてもよい。また静止画モードと動画モードの切り替えがないデジタルカメラにおいては、通常待機時には静止画撮影用のAD分解能とし、制御分解能の切り替えは動画記録開始時と動画記録終了時に行い、動画記録中のみ動画撮影用のAD分解能に設定するとしてもよい。
ここでAD分解能を切り替えるときにホールゲイン調整値だけでなくホールオフセット調整値も切り替える理由を述べる。ホールオフセット調整値を1LSB変化させた時のホール出力電圧値の変化は回路構成上一定値となる。ホールゲイン調整により0.4度あたりのシフトレンズAD幅が設定された場合、画角0.4度あたりのホール出力電圧幅も決定される。ここで例えば0.4度あたりのAD幅を200LSBとした時と50LSBとした時ではその電圧幅も4倍異なることになり、それ故ホールオフセット値1LSBあたりの補正画角量も4倍異なることになる。よってホールゲイン値を変更した場合、ホールゲイン値に対応するホールオフセット値も異なってくるので、結果としてAD分解能変更にはホールゲイン調整値とホールオフセット調整値の両方の変更が必要となる。
ここで動画撮影時にはいつでもAD分解能を動画撮影用に切り替えるといいかというとそうとは限らない。例えば防振オフのモードの時にはシフトレンズは中央位置固定なので可動範囲を広くとる必要が無くAD分解能を替える必要が無い。同様に防振オンの時でも三脚に固定されている場合など揺れ量が小さい時にもシフトレンズ駆動範囲を広くとる必要が無い。このような場合にAD分解能を下げてシフトレンズの制御性を下げる必要も無いし、また切り替えにより少なからずシフトレンズ制御の不連続性が生じるので必要が無い限りはAD分解能を切り替えない方が好ましい。これらの事情に鑑みて図6に動画を記録する時のAD分解能切り替えフローチャートを示す。
図6では静止画および動画記録を行っていない通常待機時には静止画撮影用のAD分解能に設定されており、動画記録開始時と動画記録終了時にAD分解能を切り替え、動画記録中のみ動画撮影用のAD分解能の設定がなされるものとする。
まず動画記録開始時にS101において防振モードがオフかどうかを判定する。オフだった場合には動画記録中はシフトレンズは中央固定のままであるので防振駆動範囲を広げる必要が無いと判定し(切替判定)、AD分解能は静止画撮影用のAD分解能を保持したままで(S108)、動画記録終了まで動画記録を行う(S109)。
次に防振モードがオンであった場合にはその時の手振れ量が所定値以下かどうかを判定する(S102)。ここで揺れ量の閾値は手振れ波形の大きさや振幅、周波数を検出して揺れ量を求める方法が考えられる。たとえば、揺れ量の閾値として手振れ波形の大きさが、通常の静止画撮影に立ち止まってカメラ構えている時に生じる手振れ量程度(例えば0.3度)としても良いし、静止画撮影用AD分解能の状態で防振出来る揺れ量としても良い。更には三脚処理に入る閾値を用いることで、手振れ波形の振幅及び周波数がそれぞれの閾値以下であるかのような判定を用いるなどとしても良く、用途に合わせて様々な設定をすることが出来る。また判定基準として揺れ量を用いる他、駆動指令値(補正レンズ103の駆動目標値)やシフトレンズAD値(補正レンズ103の位置)を用いても良い。
揺れ量が所定値より大きい場合にはS107に進み動画撮影用AD分解能に切り替える。切り替え後は、動画記録終了まで動画記録を行う(S109)。
S102で揺れ量が所定値以下であった場合にはS103に進み、静止画撮影用AD分解能のまま動画撮影を開始する。動画記録開始後、S104で動画記録終了となった場合には静止画撮影用AD分解能のまま動画記録を終了する。この場合には動画記録開始・終了においてAD分解能の切り替えは行われないことになる。
S104で動画記録終了ではなく更に記録が続けられる場合にはS105で再度揺れ量が所定値以下であるかどうかの判定を行う。ここで揺れ量が所定値以下かどうかは定期的(例えば1ms周期)に判定を行うとしてもよいし、常時観察しながら判定を行ってもよい。揺れ量が所定値以下だった場合にはその後も動画記録終了となるまで揺れ量を観察し続け、動画終了時まで揺れ量が所定値以下だった場合には静止画撮影用AD分解能のままとなり、この場合にも動画記録中はAD分解能切り替えが行われないこととなる。S105で動画記録中に揺れ量が所定値より大きくなった場合にはS106に進み動画撮影用のAD分解能に設定する。
その後動画記録終了(S109)となるまで動画記録を行う。
以上の処理により、動画記録時および動画記録中にAD分解能を切り替える必要が無い場合には静止画撮影用AD分解能のまま動画を記録することにより、不必要なAD分解能切り替え時のシフトレンズ制御の不連続が生じない。そして、最適な防振制御を行うことが可能となる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。たとえば、シフトレンズの代わりに撮像素子を駆動する機構であってもよい。また、本発明は光学機器としてデジタルカメラを例にとったが、デジタルビデオカメラや、デジタル一眼レフ用の交換レンズ、振れ補正機構を搭載した携帯電話やゲームのような電子機器であっても良い。