JP2015166771A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光学補正の実行に伴う手振れ補正の効果の弱まりを抑えることができる撮像装置を提供する。
【解決手段】手振れ量を検出する検出手段と、検出された手振れ量に基づいて演算される駆動量に基づいてシフトレンズを駆動することで、撮影画像のブレを補正する第1の補正手段と、シフトレンズの中心位置をずらすことで、撮影光学系に係る解像度を補正する光学補正を実行する第2の補正手段を備える撮像装置を設ける。撮像装置は、撮影光学系の絞り量に応じて、光学補正を緩和する。
【選択図】図1

Description

本発明は、撮像装置およびその制御方法に関する。
撮像装置の振れ(手振れ)を検出して、手振れに起因する撮影画像のブレを補正するように移動可能な光学部材(シフトレンズ)を駆動する手振れ補正機能を有する撮像装置が知られている。近年では、手振れ補正機能への要求が高まり、静止画での手振れ補正だけでなく、動画撮影中の大きな手振れに対する補正も必要となってきている。
一方で、撮像装置が備える撮影光学系については、広角化、高倍化、小型化の要求の高まりから、様々な光学補正を施さずして光学性能を満たすことが困難となってきている。光学補正の中で、シフトレンズの中心位置をずらずことで、撮影光学系に係る解像度を補正する機能(以下、光学補正)がある。光学補正は、例えば方ボケ補正である。
特許文献1は、シフトレンズの位置情報をカメラ本体に送信することで、シフトレンズの移動によって生じる収差や光量落ちを補正するレンズ装置を開示している。
特開2010−206580号公報
光学補正に係る補正量(光学補正量)が大きいほど、シフトレンズが中心位置から離れるので、シフトレンズの駆動範囲が狭まってしまい、手振れ補正の効果が弱まってしまう。したがって、所定の撮影条件下では、光学補正を緩和し、その分、手振れ補正のためのシフトレンズの駆動範囲を広げることが必要である。
しかし、特許文献1が開示するレンズ装置では、シフトレンズの移動による収差や光量落ちの補正を行うことはできるが、撮影光学系の絞り量に応じて、光学補正量を緩和し、手振れ補正のためのシフトレンズの駆動範囲を広げることはできない。
本発明は、光学補正の実行に伴う手振れ補正の効果の弱まりを抑えることができる撮像装置の提供を目的とする。
本発明の一実施形態の撮像装置は、装置に加わる手振れ量を検出する検出手段と、前記検出された手振れ量に基づいて演算される駆動量に基づいて光学部材を駆動することで、撮影画像のブレを補正するブレ補正を実行する第1の補正手段と、前記光学部材の中心位置をずらすことで、撮影光学系に係る解像度を補正する光学補正を実行する第2の補正手段と、前記撮影光学系の絞り量に応じて、前記光学補正を緩和する制御手段とを備える。
本発明の撮像装置によれば、光学補正の実行に伴う手振れ補正の効果の弱まりを抑えることができる。
本実施形態の撮像装置の構成を示す図である。 手振れ補正機構および光学補正機構の例である。 シフトレンズによる光学補正の仕組みを説明する図である。 光学補正緩和制御機構の一例を示す図である。 光学補正の緩和処理の例を説明するフローチャートである。 光学補正の緩和駆動の詳細を表したタイミングチャートの例である。 光学補正の緩和駆動の詳細を表したタイミングチャートの例である。
図1は、本実施形態の撮像装置の構成を示す図である。
図1に示す撮像装置は、主に静止画像と動画像の撮影を行うデジタルカメラである。なお、本発明の適用範囲は、デジタルカメラに限定されない。
ズームユニット101は、変倍を行うズームレンズを含む。ズーム駆動制御部102は、ズームユニット101を駆動制御する。絞り・シャッタ駆動制御部104は、絞り・シャッタユニット103を駆動制御することで、露出調整を行う。フォーカスユニット105は、ピント調節を行うフォーカスレンズを含む。フォーカス駆動制御部106は、フォーカスユニット105を駆動制御する。
撮像部107は、各レンズ群を通ってきた被写体光を電気信号に変換する。撮像信号処理部108であり、撮像部107から出力された電気信号を映像信号に変換処理する。映像信号処理部110は、撮像信号処理部108から出力された映像信号を用途に応じて加工する。表示部111は、映像信号処理部110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。
姿勢情報制御部112は、撮像装置の姿勢判定を行って姿勢情報を出力する。電源部113は、システム全体に用途に応じて電源を供給する。外部入出力端子部114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。操作部115は、システムを操作するために用いられる。記憶部116は、映像情報など様々なデータを記憶する。手振れ検出部117は、カメラに加わる手振れ量を検出する。カメラシステム制御部(以下、単に「システム制御部」と記述する)118は、システム全体を制御する。
次に、上記の構成を持つビデオカメラの動作について説明する。
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、システム制御部118が、手振れ補正量制御部109に防振動作(手振れ補正動作)を指示する。これを受けた手振れ補正量制御部109が防振オフの指示がなされるまで、シフトレンズ206を駆動して、撮影画像のブレを補正する。すなわち、システム制御部118および手振れ補正量制御部109は、以下の処理を実行する第1の補正手段として機能する。第1の補正手段は、手振れ検出部117により検出された手振れ量に基づいて演算される駆動量を用いて光学部材であるシフトレンズ206を駆動することで、手振れにより生じる撮影画像のブレを補正する(ブレ補正を実行する)。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。
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半押しさ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(全押しされた)ときに、スイッチSW2がオンする。
スイッチSW1がオンされると、フォーカス駆動制御部106が、フォーカスユニット1105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104が、絞り・シャッタ103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、露光により撮像部107に蓄積された電荷が読み出されて得られる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。ユーザが、動画記録スイッチを押すと動画撮影が開始される。ユーザが、動画の記録中に再度動画記録スイッチを押すと、動画の記録が終了する。
また、操作部115には、再生モードを選択できる再生モード選択スイッチも含まれている。システム制御部118は、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、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。また、フォーカス駆動制御部106が、撮像部107から送られた各信号処理部(108,110)にて処理された画像情報に基づいて、フォーカスユニット105を駆動してピント調節を行う。
図2は、撮像装置が備える、手振れ補正機構および光学補正機構の例である。
図2に示す機構は、手振れ補正量制御部109およびシステム制御部118に対応する。シフトレンズ206の駆動方向であるPitch方向とYaw方向と同じ構成となるため、片軸のみで説明を行う。なお、光学補正は、撮影光学系に係る解像度を補正することであり、この例では、光学補正は、方ボケ補正であるものとする。
手振れ検出部201は、角速度データを検出し、電圧に変換し出力する。手振れ検出部201は、例えばジャイロなどの角速度センサである。AD変換部202は、手振れ検出部201が出力した角速度データをデジタル信号に変換し、角速度信号を出力する。手振れ補正量算出部203は、AD変換部202が出力した角速度信号に対して、ハイパスフィルタ(HPF)とローパスフィルタ(LPF)とを用いて、信号のオフセット除去と、角度信号への変換を行う。また、手振れ補正量算出部203は、角速度信号に対して、ズームに応じた駆動量ゲインをかけることで、手振れ補正量を算出する。
PID制御部204は、手振れ補正量算出部203が算出した手振れ補正量と、AD変換部210が出力する信号との差分が0になるようにするための駆動量を演算して出力する。ドライバ部205は、PID制御部204の出力をアクチュエータに入力するための信号を設定する。
シフトレンズ206は、撮像面に対して水平の2次元方向に駆動する防振用レンズである。位置検出部207は、シフトレンズの位置を検出し、検出された位置を示す位置信号をアンプ部208に出力する。アンプ部208は、シフトレンズ206の位置信号を増幅する。DA変換部209は、ズーム情報と、図4の光学補正緩和制御部706からの制御信号とに基づいて、光学補正量を設定する。光学補正量は、光学補正に係る補正量であり、光学補正のためにシフトレンズ206の中心をずらす量に対応する。DA変換部209は、アンプ部208に対して、光学補正量に応じたDA信号を出力する。アンプ部208は、DA信号をレファレンス信号として、位置検出部207からの位置信号を差動増幅して信号出力する。これにより、シフトレンズ206の中心オフセットが調整される。AD変換部210は、アンプ部208から出力された信号をデジタル信号に変換して出力する。
図3は、シフトレンズによる光学補正の仕組みを説明する図である。
図3(A)は、シフトレンズ206による光学補正がない場合のシフトレンズ206の駆動範囲を示す図である。斜線部のシフトレンズ206の駆動範囲は、外枠の四角のメカ駆動範囲に対し、駆動量調整誤差を考慮して、若干内側としている。図3(B)は、シフトレンズ206による光学補正のある場合のシフトレンズ206の駆動範囲を示す図である。システム制御部 118および手振れ補正量制御部109は、シフトレンズ206の中心位置をずらすことで、撮影光学系に係る解像度を補正する光学補正を実行する第2の補正手段として機能する。図3(B)中、外枠の四角のメカ可動範囲は、図3(A)におけるメカ可動範囲と変わらない。光学補正によってシフトレンズ206の中心位置が動いた分、その中心位置から可動できる範囲(図3(B)の斜線部)は、光学補正が無い場合に比べて狭くなってしまう。そこで、本実施形態の撮像装置は、撮影光学系の絞り量とズーム情報とに応じて、光学補正を緩和する制御を行う。以下では、光学補正を緩和する駆動制御を実行する機構を光学補正緩和制御機構と記述する。また、光学補正の緩和量を光学補正緩和量と記述する。
図4は、光学補正緩和制御機構の一例を示す図である。
光学補正緩和制御機構は、システム制御部118および手振れ検出部117によって実現される。
露出制御部701は、絞り量としてF値を出力する。光学補正緩和量演算部702は、露出制御部701が出力したF値に基づいて光学補正緩和量を計算する。主被写体検知部703は、撮影画像全体の中のどの部分に主被写体が存在するかを検知する。すなわち、主被写体検知部703は、撮影画像から主被写体を検出する被写体検出手段として機能する。主被写体割合演算部704は、撮影画像に対する主被写体の領域の割合を演算する。
ゲイン制御部705は、光学補正緩和ゲインを制御する。光学補正緩和ゲインは、光学補正緩和量演算部702が計算した光学補正緩和量に乗じるゲインである。ゲイン制御部705は、主被写体割合演算部704によって演算された主被写体の割合が大きいほど、光学補正緩和ゲインを大きくする。ゲイン制御部705は、主被写体割合演算部704によって演算された主被写体の割合が小さいほど、光学補正緩和ゲインを小さくする。ゲイン制御部705は、光学補正緩和量に光学補正緩和ゲインを乗じて出力する。すなわち、光学補正緩和制御機構は、撮影画像に対する主被写体の領域の割合に応じて、光学補正の緩和量を変更する。
手振れ検知部117は、撮影直前の手振れ量を光学補正緩和制御部706に出力する。光学補正緩和制御部706は、手振れ量と光学補正緩和量とに基づいて、光学補正量を制御する制御信号をDA変換部209に出力する。光学補正制御部706は、手振れ量が大きいほど、シフトレンズ206の中心位置を速くメカ可動範囲の中心位置の方向に移動させるための制御信号を出力する。元々設定されているシフトレンズの中心オフセット調整値をA、光学補正値をB、光学補正緩和量をCとすると、DA変換部209に対して、シフトレンズの中心を(A+B)から徐々に(A+B−C)に近づけるための制御信号が出力される。
図5は、光学補正の緩和処理の例を説明するフローチャートである。
光学補正の緩和処理は、防振モードがオンの場合であって、SW1とSW2とがオンになったときに実行される。
まず、システム制御部118が、SW1がオンになったかを判断する(ステップS401)。SW1がオンになっていない場合は、処理がステップS401に戻る。SW1がオンになった場合は、システム制御部118が、ピント調整を行う。そして、処理がステップS402に進む。
ステップS402において、システム制御部118が、露出を確定する。続いて、システム制御部118が、F値に応じて、光学補正緩和量を計算する(ステップS403)。F値が小さいほど被写界深度は浅く背景のボケ味が強い。したがって、システム制御部118は、F値が小さいほど、算出する光学補正緩和量を大きくする。システム制御部118は、F値が大きいほど、算出する光学補正緩和量を小さくする。
次に、システム制御部118が、光学補正の緩和駆動を開始する(ステップS404)。光学補正の緩和駆動とは、光学補正量を小さくすることである。具体的には、光学補正の緩和駆動とは、光学補正によって移動しているシフトレンズ206の中心位置が元の位置の方向すなわちメカ可動範囲の中心位置の方向に戻るようにシフトレンズ206を駆動することである。ステップS404においては、システム制御部118は、さらに、光学補正の緩和駆動に応じて、シフトレンズの駆動範囲を広げる拡大動作を開始し、緩和駆動開始フラグをTRUEにセットする。緩和駆動開始フラグは、光学補正の緩和駆動が開始したか否かを示すフラグである。緩和駆動開始フラグにTRUEがセットされたことは、光学補正の緩和駆動が開始したことを示す。緩和駆動開始フラグにFALSEがセットされたことは、光学補正の緩和駆動が完了したことを示す。
次に、システム制御部118が、SW2がオンになったかを判断する(ステップS405)。SW2がオンになっていない場合は、処理がステップS406に進む。そして、システム制御部118が、SW1が解放されたか、つまりシャッタレリーズボタンが押されなくなったかを判断する。
SW1が解放された場合は、処理がステップS407に進む。そして、システム制御部118が、所定のリセット動作を行って(ステップS407)、処理がステップS401に戻る。SW1が解放されていない場合は、光学補正の緩和駆動が継続する。続いて、システム制御部118が、上記ステップS403において計算された光学補正緩和量に到達したかを判断する(ステップS408)。光学補正緩和量に到達していない場合は、処理がステップS405に戻る。光学補正緩和量に到達した場合は、処理がステップS409に進む。
次に、システム制御部118が、光学補正の緩和駆動を停止する。また、システム制御部118は、シフトレンズの駆動範囲の拡大動作を停止する(ステップS409)。システム制御部118は、緩和駆動開始フラグをFALSEにセットする。そして、処理がステップS405に戻る。
上記ステップS405の判断処理で、SW2がオンになったと判断された場合は、処理がステップS410に進む。そして、システム制御部118が、緩和駆動開始フラグがTRUEであるかを判断する(ステップS410)。緩和駆動開始フラグがFALSEである場合は、処理がステップS412に進む。緩和駆動開始フラグがTRUEである場合は、未だ光学補正緩和駆動中である。したがって、この場合は、システム制御部118が、光学補正の緩和駆動を停止する(ステップS411)。また、システム制御部118は、シフトレンズの駆動範囲の拡大を停止し、緩和駆動開始フラグをFALSEにセットする。続いて、システム制御部118が、露光を開始する(ステップS412)。露光が終了すると、システム制御部118が、光学補正緩和駆動とシフトレンズの駆動範囲の拡大をリセットし(ステップS413)、処理が終了する。
図6および図7は、光学補正の緩和駆動の詳細を表したタイミングチャートの例である。図6、図7共に、横軸は時間であり、上段のグラフの縦軸は、2軸あるシフトレンズの位置データのうちの片軸を表し、中断のグラフの縦軸は上段のシフトレンズの軸の光学補正量を表し、下段のグラフの縦軸はシフトレンズの駆動範囲を表している。
まず、図6について説明する。図6は、SW1がオンになってからSW2がオンとなって、現像処理が終了するまでの駆動処理を示す。時刻T1でSW1がオンになり、T1からT2までオートフォーカスによるピント調整や、光量による露出調整が行われる。時刻T2で露出が確定すると、F値とその時のズーム位置によって光学補正緩和量が計算され、時刻T2から光学補正の緩和駆動が開始される。
図6では、時刻T3でSW2がオンになるまで光学補正の緩和駆動が実行され続け、シフトレンズは中心に近付いている。T2からT3にかけて、シフトレンズの駆動範囲の拡大がなされている。
時刻T2からT3にかけては、手振れ補正量に反してシフトレンズ中心位置を駆動しているので、その間の防振性能は若干落ちる。時刻T3でSW2がオンになって露光の開始指示がされると、光学補正の緩和駆動は停止される。すなわち、システム制御部118は、露出確定時から露光の開始指示がされるまでの間に、光学補正を緩和する。時刻T3からT4にかけて露光される。システム制御部118は、露光の開始指示がされてから露光期間中は光学補正の緩和を停止する。時刻T3からT4の間、光学補正の緩和駆動は停止されているので、防振性能に影響を与えることはない。
時刻T4で露光が終わると、現像処理に入り、光学補正緩和量とシフトレンズの駆動範囲の拡大のリセット処理がされる。すなわち、システム制御部118は、露光期間終了後、現像処理中に、光学補正の補正量を徐々に露出確定時の補正量に戻す。図6の中段グラフが示すように光学補正量が元に戻ると同時に、下段グラフが示すように、シフトレンズの駆動範囲も元の大きさに戻る。時刻T2からT3までの間と同様に、時刻T4からT5までの間の防振性能は落ちるが、現像処理中(ブラックアウト中)にリセット動作を終わらせれば、問題はない。
手振れ量が大きい人ほど、シフトレンズを中心に戻して駆動範囲を広げた方が、露光中の防振効果が高まるため、時刻T2からT3にかけての光学補正の緩和駆動の速度(緩和速度)は、手振れ量が大きいほど大きくする方が望ましい。したがって、システム制御部 118は、時刻T1からT2までの間で、手振れ量をモニタリングし、その大きさに応じて光学補正の緩和駆動の速度を変える。
また、F値が小さいほど被写界深度が浅く、背景のボケ味が強くなるが、画像全体に対する主被写体の割合が大きければ、解像度を落としても良い背景領域は狭くなり、光学補正の緩和量は大きくできない。したがって、システム制御部118は、主被写体検知により画像全体に対する主被写体の割合を計算し、その大きさに応じて光学補正の緩和量を縮小させる。
次に、図7について説明する。図7は、SW1がオンとなって、その後、SW2をオンとせずにSWを解放した時のタイミングチャートである。つまり、露光の開始指示がされることなく撮像装置を撮影待機状態にする指示がされた場合を想定している。時刻T1’にSW1がオンになり、時刻T2’に露出が確定する。そして、時刻T3’にSW1が解放されることで、撮像装置を撮影待機状態にする指示がされる。
時刻T1’からT3’までの動作は、図6の時刻T1からT3までの動作と同様である。システム制御部118は、露出確定時から撮像装置を撮影待機状態にする指示がされるまでの間に、光学補正を緩和する。図7の時刻T3’でSW1が解放されると、図6とは異なり、ライブ中(撮影待機中)ではあるが、リセット動作に入る。この時、撮影待機中の防振性能を極力落とさないため、リセット動作期間は長くする方が好ましい。少なくとも現像処理中のリセット動作期間(T5−T4)より撮影待機中のリセット動作期間(T4’−T3’)の方が長い方が望ましい。つまり、カメラシステムシステム制御部1181は、SW2がオンになって露光開始の指示がされた場合と、SW1が解放された場合とで、光学補正量を元に戻す速度を変える。
109 手振れ補正量制御部
118 カメラシステム制御部

Claims (11)

  1. 装置に加わる手振れ量を検出する手振れ検出手段と、
    前記検出された手振れ量に基づいて演算される駆動量に基づいて光学部材を駆動することで、撮影画像のブレを補正するブレ補正を実行する第1の補正手段と、
    前記光学部材の中心位置をずらすことで、撮影光学系に係る解像度を補正する光学補正を実行する第2の補正手段と、
    前記撮影光学系の絞り量に応じて、前記光学補正を緩和する制御手段とを備える
    ことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記制御手段は、F値が小さいほど前記光学補正の緩和量を大きくし、F値が大きいほど、光学補正の緩和量を小さくする
    ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記制御手段は、前記光学補正を緩和するとともに、前記ブレ補正のための前記光学部材の駆動範囲を広げる
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像装置。
  4. 前記制御手段は、露出確定時から露光の開始指示がされるまでの間に、前記光学補正を緩和する
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。
  5. 前記制御手段は、前記露光の開始指示がされてから露光期間中は前記光学補正の緩和を停止する
    ことを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
  6. 前記制御手段は、露光期間終了後、現像処理中に、前記光学補正の補正量を徐々に前記露出確定時の補正量に戻す
    ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
  7. 前記制御手段は、前記露光の開始指示がされることなく前記撮像装置を撮影待機状態にする指示がされた場合に、前記露出確定時から前記撮像装置を撮影待機状態にする指示がされるまでの間に、前記光学補正の補正量を緩和する
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。
  8. 前記制御手段は、前記撮像装置が撮影待機状態である期間中に、前記光学補正の補正量を徐々に前記露出確定時の補正量に戻す
    ことを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
  9. 前記制御手段は、前記検出された手振れ量に応じて、前記光学補正の緩和速度を変更する
    ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。
  10. 撮影画像から主被写体を検出する被写体検出手段を備え、
    前記撮影画像に対する前記検出された主被写体の領域の割合に応じて、前記光学補正の緩和量を変更する
    ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の撮像装置。
  11. 装置に加わる手振れ量を検出する検出手段と、前記検出された手振れ量に基づいて演算される駆動量に基づいて光学部材を駆動することで、撮影画像のブレを補正するブレ補正を実行する第1の補正手段と、前記光学部材の中心位置をずらすことで、撮影光学系に係る解像度を補正する光学補正を実行する第2の補正手段とを備える撮像装置の制御方法であって、
    前記撮影光学系の絞り量に応じて、前記光学補正を緩和する制御工程を有する
    ことを特徴とする制御方法。
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