JP2013210614A

JP2013210614A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2013210614A
Application number: JP2013032980A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hoshino; 隆之干野
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2013-10-10
Also published as: US20130222622A1; US9077902B2

Abstract

【課題】手振れ検出において、シャッター衝撃のような高周波振動に起因する誤検知を低減することができる手振れ補正技術及びその技術を実装した撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置は手振れ補正機能を有し、光学系と、手振れ補正を行なうために光学系の光軸と垂直な面内を移動可能な手振れ補正部材と、撮像装置の振れの角速度を検出して検出信号を生成する角速度検出部と、角速度検出部の出力に基づいて、手振れ補正部材を駆動する制御部とを備える。制御部は、角速度検出部から出力された検出信号が示す角速度の時間変化量を所定の制限値以下に制限する時間変化量制限部を含み、時間変化量制限部を介して出力された検出信号に基づいて手振れ補正部材を駆動する。
【選択図】図４

Description

本開示は、手振れ補正機能を搭載した撮像装置に関する。

デジタルスチルカメラ等の撮像装置の手振れ補正装置として、撮影光学系に防振レンズを光軸と直交する面内で移動自在に配置し、カメラ（カメラの撮影光学系）に振動が加わると、その振動を打ち消す方向に防振レンズをアクチュエータで駆動して手振れを補正するものが知られている。このような手振れ補正装置では、カメラに加わった振動を角速度センサによって検出し、その角速度センサから出力される手振れ信号を積分することによって手振れを補正するための防振レンズの変位量を算出し、ボイスコイルモータやステッピングモータのアクチュエータによって防振レンズを駆動している。

ところで、通常カメラを保持したときの人の手のぶれに起因する手振れ周波数は、１Ｈｚ程度の周波数成分を最も多く含むが、０．１Ｈｚ〜数十Ｈｚの周波数帯域を有するため、極めて低い周波数成分をも含む。従って、角速度センサには、この様な低い周波数をも検出する感度が要求されるが、感度を上げると外乱に対して非常に敏感なものとなってしまう。すなわち、デジタルスチルカメラにおいて問題となるのは、衝撃等の外乱により、角速度センサが手振れ以外の振動を誤検出してしまうことである。

例えば、一眼カメラにおいては、フォーカルプレーンシャッターの走行時の衝撃があり、この様な衝撃が加わると、角速度センサが誤検出をする可能性が高くなる。手振れを補正する補正手段は、角速度センサの出力に応じて補正を行なうので、誤検出が生じると正確な補正が行なわれずに、撮像される被写体像を劣化させてしまう場合がある。以上の観点から、シャッター衝撃による誤検出に起因する像劣化を防ぐ方法の提案がいくつかなされている。

例えば、特許文献１には、衝撃による誤検出を少なくするために、角速度センサの信号処理における高域遮断フィルタの時定数を大きくしたり、または、手振れ補正レンズの位置変動を抑えるためにゲイン調整器の設定ゲインを小さくしたりする方法が開示されている。

特開平４−１５８３４２号公報

高域遮断フィルタの時定数を大きくするという方法では、既述の手振れ補正帯域において位相遅れを発生させ、実際の手振れに対して手振れ補正レンズの動作が遅れ、このため、十分な手振れ補正効果が得られない。

またゲイン調整器の設定ゲインを小さくするという方法では、シャッター衝撃による手振れ補正レンズの動作は小さくなるが、本来の手振れに対する補正量も小さくなってしまうので、手振れ補正効果が低減してしまう。

本開示は、手ぶれ検出において、シャッター衝撃のような高周波振動に起因する誤検知を低減することができる手振れ補正技術及びその技術を実装した撮像装置を提供することを目的とする。

本開示に係る撮像装置は、手振れ補正機能を有する撮像装置であって、光学系と、手振れ補正を行なうために光学系の光軸と垂直な面内を移動可能な手振れ補正部材と、撮像装置の振れの角速度を検出して検出信号を生成する角速度検出部と、角速度検出部の出力に基づいて、手振れ補正部材を駆動する制御部と、を備える。制御部は、角速度検出部から出力された検出信号が示す角速度の時間変化量を所定の制限値以下に制限する時間変化量制限部を含む。制御部は、時間変化量制限部を介して出力された検出信号に基づいて手振れ補正部材を駆動する。

本開示によれば、通常の手振れ帯域では位相遅れを生じさせることなく、シャッター衝撃のような高周波成分を効率的に低減することができる。このため、誤検出に起因する像劣化を低減する撮像装置を得ることができる。

手振れ補正光学系を有する撮像装置の構成図手振れ補正信号処理のための構成を示すブロック図傾き制限器の処理を説明するフローチャートシャッター衝撃印加時の角速度信号の生成処理を説明した図手振れに起因して発生する角速度信号の周波数分布特性例を示す図手振れに起因して発生する角加速度信号の周波数分布特性例を示す図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者（ら）は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下、添付の図面を参照して実施形態を説明する。

１．撮像装置の構成
図１は、手振れ補正光学系を有する撮像装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、撮像装置２００は、光学系２０１と、光学系２０１を介して入射した被写体像を撮像し、画像信号を生成する撮像素子２０７と、撮像素子２０７で生成された画像信号から画像を検出する画像検出部２０８と、撮像素子２０７の駆動を制御する駆動制御部２０９とを備えている。光学系２０１は、対物レンズ２０２と、ズームレンズ２０３と、絞り２０４と、手振れ補正レンズ２０５と、フォーカスレンズ２０６とを含む。撮像素子２０７は、例えば、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ、またはＮＭＯＳイメージセンサで構成される。

また、撮像装置２００は、撮像装置２００の手振れの角速度を検出する角速度センサ２１０と、角速度センサ２１０の出力信号を増幅する増幅回路２１１と、増幅回路２１１からのアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器２１２と、A/D変換器２１２で変換されたディジタル信号に基づき手振れ補正レンズ２０５の駆動方向および駆動量を決定するマイクロコンピュータ２１３とを備える。マイクロコンピュータ２１３は、所定のプログラムおよびそれを実行するプロセッサで構成してもよいし、または、ハードワイヤードな電子回路で構成してもよい。

さらに、撮像装置２００は、マイクロコンピュータ２１３からのディジタル出力信号をアナログ信号に変換するD/A変換器２１４と、手振れ補正レンズ２０５を駆動する駆動制御部２１５と、手振れ補正レンズ２０５の位置を検出する位置検出部２１６とを備えている。

撮像装置２００の手振れ角速度は、角速度センサ２１０によって検出され、増幅回路２１１、A/D変換器２１２を経てマイクロコンピュータ２１３に入力される。マイクロコンピュータ２１３は、角速度センサ２１０に含まれる不要な直流成分を遮断する低域遮断処理、角速度の情報を角度の情報に変換するための積分処理、および制御系の位相遅れを補償する位相補償処理などを行い、手振れ補正レンズ２０５の位置指令信号を生成する。位置指令信号はD/A変換器２１４を経てアナログ信号に変換され、駆動制御部２１５に入力される。駆動制御部２１５と位置検出部２１６は、位置フィードバック系を構成しており、位置指令信号に基づいて手振れ補正レンズ２０５の位置決めを行う。

２．手振れ補正信号生成処理
本実施形態では、上述のように、マイクロコンピュータ２１３にて手振れ補正信号生成処理を行なう。図２に、マイクロコンピュータ２１３における、手振れ補正信号生成処理を実現するための構成を示す。図２に示すように、本実施形態における手振れ補正信号生成処理は、高域遮断フィルタ１０１、傾き制限器１０２、低域遮断フィルタ１０３、積分器１０４、ゲイン調整器１０５、および位相調整器１０６で実現される。

角速度センサ２１０から出力され、増幅及びデジタル信号への変換がなされた角速度信号がマイクロコンピュータ２１３に入力される。マイクロコンピュータ２１３において、入力した角速度信号は、高域遮断フィルタ１０１により高域成分が遮断され、傾き制限器１０２に入力される。

傾き制限器１０２は、高域成分が遮断された角速度信号の時間変化量（すなわち、傾き）の値が、所定の制限値を超える場合に、所定の制限値以下となるように、角速度信号を制限する。この時間変化量の制限値は、実用上の手振れ成分に対しては時間変化量（傾き）の制限がかからないが、シャッター衝撃のような高周波な角速度信号に対しては時間変化量（傾き）の制限がかかるような値に設定されている。

傾き制限器１０２から出力された角速度信号は、低域成分遮断フィルタ１０３により低域成分が遮断される。低域成分遮断フィルタ１０３からの角速度信号は積分器１０４により積分されて、手振れの角度を示す手振れ補正信号が生成される。この手振れ補正信号は、その後、ゲイン調整器１０５及び位相調整器１０６によりゲイン及び位相が調整され、最終的な手振れ補正信号が生成される。

本実施形態では、特に、手振れ補正信号生成処理において、傾き制限器１０２により手振れ補正信号の時間変化量を制限している。これにより、手振れ補正信号において本来の手振れ以外の振動の影響を排除でき、手振れ補正の誤動作を防止できる。例えば、撮像装置２００においてシャッター機構が作動すると、そのシャッター機構の作動により発生する衝撃（シャッター衝撃）が撮像装置２００に印加される。このようなシャッター衝撃が発生すると、手振れ補正信号の時間変化量が大きくなる。そこで、本実施形態では、手振れ補正信号の時間変化量を所定値以下に制限することで、手振れ補正信号において本来の手振れ以外の振動（例えば、シャッター衝撃）による高周波成分を排除し、これにより手振れ補正における誤動作を防止している。

図３は、傾き制限器１０２の処理を示すフローチャートである。傾き制限器１０２は、前回の制御周期において入力した角速度信号が示す値と、今回の制御周期において入力した角速度信号が示す値との差分を算出する（Ｓ１１）。傾き制限器１０２は、算出した差分の絶対値を所定のしきい値と比較する（Ｓ１２）。ここで、しきい値は、角速度信号の時間変化量の制限値に対応して設定される。傾き制限器１０２は、算出した差分の絶対値がしきい値より小さい場合、今回入力した角速度信号が示す値をそのまま出力する（Ｓ１３）。一方、算出した差分の絶対値がしきい値以上の場合、傾き制限器１０２は、前回入力した角速度信号が示す値にしきい値を加算または減算した値を出力する（Ｓ１４）。ここで、算出した差分の符号が正の場合は、前回入力した角速度信号が示す値にしきい値を加算し、算出した差分の符号が負の場合は、前回入力した角速度信号が示す値からしきい値を減算する。傾き制限器１０２は、以上のような処理を行うことで、角速度信号の時間変化量が制限値を超えないように制限する。

図４を用いて、シャッター衝撃印加時の、撮像装置２００のマイクロコンピュータ２１５における手振れ補正信号生成処理について具体例を説明する。図４は、露光時のシャッター衝撃により、角速度センサ２１０が高周波成分を含む角速度を検出したときの角速度信号の様子を示している。図４において、実線は、角速度センサ２１０から実際に出力される角速度信号を示している。また、点プロットは、傾き制限器１０２の出力信号、すなわち、制限値を越えないように時間変化量が制限された角速度信号を示している。

図４に示すように、シャッター衝撃印加前においては、角速度センサ２１０は、通常の手振れを検出している。この期間では、角速度信号の時間変化量は制限値を超えない。そのため、角速度センサ２１０が検出した角速度に対して、傾き制限器１０２による時間変化量の制限がかけられていない。撮像装置２００の露光動作が開始し、シャッター衝撃が印加されている期間においては、角速度センサ２１０は、シャッター衝撃に起因する高周波成分を含む角速度を検出する。そのため、角速度信号の時間変化量が制限値を超える。よって、角速度センサ２１０が検出した角速度信号に対して、傾き制限器１０２により時間変化量の制限がかけられる。シャッター衝撃が収束した期間においては、角速度センサ２１０が検出する角速度信号には、ほとんどシャッター衝撃に起因する高周波成分が含まれていない。そのため、角速度センサ２１０が検出した角速度信号に対しては、傾き制限器１０２により時間変化量の制限がかけられていない。

以上のように、マイクロコンピュータ２１３は、入力した角速度信号の時間変化量（傾き）が所定の制限値（基準値）を超えたときは、そのときの角速度信号の時間変化量（傾き）を制限値に置き換えて、手ブレ補正信号を生成する。これにより、シャッター衝撃のような高速な誤検知成分を効率的に低減することができる。

図５は、多数の被験者に対して実施された測定により得られた、最大の手振れの角速度周波数の分布特性を示す図である。０．６〜２０Ｈｚの帯域において、１〜４ｄｅｇ／ｓで分布している。手振れ補正システムはこれらの範囲の手振れを抑圧することが目的となる。一方、シャッター衝撃波形（プロットＡ）は、それらの手振れに関する帯域から外れた１００Ｈｚ程度の別の帯域に存在する。従来技術のようにフィルタで帯域分離した場合、シャッター衝撃波形は低減できるが、２０Ｈｚまでの帯域の信号について位相が遅れるため、手振れ補正帯域に悪影響が出てしまう。

図６は、図５に示す角速度に基づき算出された角加速度の周波数分布の特性を示す図である。０．６〜２０Hzの帯域において、例えば４００ｄｅｇ／ｓ^２に制限値を設けると、０．６〜２０Hzの手振れ補正帯域の手振れ角速度信号の傾きは一切制限されない状態で、シャッター衝撃による角速度信号の傾きは確実に制限される。例えば、角速度２ｄｅｇ／ｓ、１００Ｈｚのシャッター衝撃が角速度センサ２１０によって検出された場合、最大角加速度は２π×１００Ｈｚ×２ｄｅｇ／ｓ＝１２５７ｄｅｇ／ｓ^２（プロットＢ）となる。このとき、傾き制限器２０１によって、角加速度は制限値４００ｄｅｇ／ｓ^２（プロットＢ‘）に制限され、角加速度の振幅は約１／３になる。従って、手振れ補正レンズ２０５の動作振幅は、傾き制限がある場合、傾き制限のない場合に比べて１／３となり、シャッター衝撃等の高周波成分の検出に起因する像劣化を低減することができる。また、従来のようにフィルタによる帯域分離を行なわないため、通常の手振れ帯域には位相遅れを生じさせることなく、シャッター衝撃のような高周波成分の検出成分を効率的に低減することができる。なお、上記では、制限値の数値例として、４００ｄｅｇ／ｓ^２を設定したが、他の値であってもよい。例えば、制限値を４００ｄｅｇ／ｓ^２以上の値に設定してもよい。

３．効果等
以上のように、本実施形態の撮像装置２００は、手振れ補正機能を有し、光学系２０１と、手振れ補正を行なうために光学系２０１の光軸と垂直な面内を移動可能な手振れ補正部材（手振れ補正レンズ２０５または撮像素子２０７）と、撮像装置２００の振れの角速度を検出して検出信号を生成する角速度センサ２１０と、角速度センサ２１０の出力に基づいて手振れ補正部材を駆動するマイクロコンピュータ２１３とを備える。マイクロコンピュータ２１３は、角速度センサ２１０から出力された検出信号（手振れ補正信号）が示す角速度の検出結果の時間変化量（傾き）を所定の制限値以下に制限する傾き制限器１０２を含む。マイクロコンピュータ２１３は、傾き制限器１０２を介して出力された検出信号（手振れ補正信号）に基づいて手振れ補正部材を駆動する。

上記構成により、手振れ補正信号の時間変化量の最大値を制限する。これにより、手振れ補正信号において本来の手振れ以外の高週波振動の影響を排除でき、手振れ補正の誤動作を防止することができる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。以下、他の実施の形態を例示する。

以上説明した例は一つの実施形態である。また、本実施の形態では、手振れ補正レンズ２０５を移動させる、いわゆるレンズシフト方式の手振れ補正システムを備えた撮像装置を例示したが、本実施の形態の思想を適用できるのではそのような撮像装置に限定されない。撮像素子２０７を移動させる、いわゆる撮像素子シフト方式の手振れ補正システムを備えた撮像装置であっても本実施の形態の思想を適用することができる。加えて、高屈折率液体を蛇腹部に封入した可変頂角プリズムを用いた手振れ補正システムを備えた撮像装置に対しても、本実施の形態の思想を適用することができる。

上記の実施形態では、傾き制限器１０２は常時機能させる例を説明した。しかし、傾き制限器１０２は常時機能させなくてもよい。角速度センサ２１０からの角速度信号に本来の手振れ以外の振動によるノイズ成分が含まれる可能性がある所定のイベントが発生したときにのみ、傾き制限器１０２を機能させるようにしてもよい。例えば、シャッター動作時またはオートフォーカス動作時に、傾き制限器１０２を機能させるようにしてもよい。

シャッター動作時に傾き制限器１０２を機能させる場合は、マイクロコンピュータ２１３は、レリーズボタンの押下を検知し、レリーズボタンの押下によりシャッター機構が動作を開始してから、その動作が終了するまでの間、傾き制限器１０２を機能させるようにすることが考えられる。また、オートフォーカス動作時に傾き制限器１０２を機能させる場合は、フォーカスレンズが駆動されている間、傾き制限器１０２を機能させるようにすることが考えられる。

また、シャッター動作時とオートフォーカス動作時のそれぞれにおいて傾き制限器１０２を機能させるよう撮像装置を構成した場合、傾き制限器１０２において傾き制限するか否かの判断基準となる基準値（制限値）を、シャッター動作時とオートフォーカス動作時とで、それぞれの動作に適した値に設定するよう、異なる値に設定してもよい。

以上のように、本開示における技術の例示として、上記の実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示はデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付情報端末などの撮像装置に適用可能である。

１０２傾き制限器
２００撮像装置
２０１光学系
２０５手振れ補正レンズ
２０７撮像素子
２１０角速度センサ
２１３マイクロコンピュータ

Claims

手振れ補正機能を有する撮像装置であって、
光学系と、
手振れ補正を行なうために光学系の光軸と垂直な面内を移動可能な手振れ補正部材と、
前記撮像装置の振れの角速度を検出して検出信号を生成する角速度検出部と、
前記角速度検出部の出力に基づいて、前記手振れ補正部材を駆動する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記角速度検出部から出力された検出信号が示す角速度の時間変化量を所定の制限値以下に制限する時間変化量制限部を含み、
前記時間変化量制限部を介して出力された検出信号に基づいて前記手振れ補正部材を駆動する、
撮像装置。
前記制御部は、
前記角速度検出部からの検出信号が示す角速度の時間変化量が、所定の基準値を超えるときに、該検出信号が示す角速度の時間変化量を前記所定の制限値に制限して、前記手振れ補正部材を駆動する、
請求項１に記載の撮像装置。
前記所定の制限値は、画像の撮影時において使用者の手振れに起因して観測される角加速度の値以上に設定される、
請求項２に記載の撮像装置。
前記所定の制限値は４００ｄｅｇ／ｓ^２以上の値に設定される、
請求項３に記載の撮像装置。
前記手振れ補正部材は、レンズである、
請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
前記手振れ補正部材は、光学信号から画像データを生成する撮像素子である、
請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
前記制御手段は、所定のプログラムにより機能を実行するマイクロコンピュータである、
請求項１から６のいずれかに記載の撮像装置。