JP2017107093A - 振れ補正制御装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適用フィルタを切り替えることで状況に適した手ぶれ補正を行うとともに、適用フィルタの切替時にも高精度の手ぶれ補正を行う。
【解決手段】構成が異なる複数のフィルタ８２−１〜８２−ｎを通して、振れ検出センサ８１からの角速度信号をフィルタ処理する。各フィルタ８２−１〜８２−ｎからの信号を積分部８３−１〜８３−ｎにおいて積分し角度信号を算出する。露出時間などフィルタの選択に関わる情報に基づき、第１スイッチ８４を切り替えて、適正なフィルタを通した角度信号から制御目標値を算出する。算出された制御目標値により手ぶれ補正機構８０を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジャイロ信号に対するフィルタの変更が可能な手ぶれ補正機能付きの撮像装置に関する。

手ぶれ補正機能を備えたカメラでは、ジャイロ信号を積分して手ぶれ量に対応する信号を取得している。しかし手ぶれ補正機構の機械的な可動範囲には限界があるため、移動体撮影時など、カメラがパンニングされるとパンニングに応答して補正位置が可動範囲限界に達してしまい、実際の手ぶれは適正に補正されない。このような問題に対しては、カットオフ周波数の異なる複数のハイパスフィルタを用意し、補正量の大きさと関係のある露光時間に応じて適用されるハイパスフィルタを切り替える構成が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００７−０９３９２６号公報

しかし、フィルタの動作が安定するまでには一定の時間が必要なため、フィルタ切替直後においては、フィルタが不安定であり、高精度な手ぶれ補正を行うことはできない。

本発明は、適用フィルタを切り替えることで状況に適した手ぶれ補正を行うとともに、適用フィルタの切替時にも高精度の手ぶれ補正を行うことを課題とする。

本発明の振れ補正制御装置は、構成が異なる複数のフィルタを通して振れ信号を演算し、制御目標値を算出する複数の制御目標値算出手段と、複数の制御目標値算出手段によって算出された制御目標値をそれぞれ保持する制御目標値保持手段と、フィルタの選択に関わる情報に基づき、複数の制御目標値算出手段の中の１つを選択する選択手段とを備えることを特徴としている。

選択手段は、例えば焦点距離、動画またはライブビュー中かどうか、フィルタのリセットからの経過時間、撮像装置の電源が入ってからの経過時間、あるいはパンニングの振れが検出されてからの経過時間によって制御目標値算出手段を選択する。また複数ある制御目標値演算手段のうち、不必要と判断されるフィルタの演算は中止してもよい。

本発明の撮像装置は、上記振れ補正制御装置と、上記制御目標値に従って振れ補正を行う振れ補正手段とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、適用フィルタを切り替えることで状況に適した手ぶれ補正を行うとともに、適用フィルタの切替時にも高精度の手ぶれ補正を行うことができる。

本発明の一実施形態である撮像装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態の手ぶれ補正処理における動作を示すフローチャートである。 図２のステップＳ２０８の具体例に対応するフローチャートである。 図３のテーブル１〜６を例示する図である。 フィルタの構成パターンの具体例について説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である撮像装置の構成を示すブロック図である。

本実施形態の撮像装置１０は、例えばデジタルカメラである。デジタルカメラ１０にはカメラ全体を制御するＣＰＵ１８が設けられる。電源スイッチＳＷＭＡＩＮは、デジタルカメラ１０の表面に設けられた電源ボタン（図示せず）の操作によりオン・オフが制御される。電源スイッチＳＷＭＡＩＮがオン状態になると、電池１４からＣＰＵ１８に電力が供給され、デジタルカメラ１０が作動する。

測光スイッチＳＷＳはデジタルカメラ１０の表面にあるシャッターボタン（図示せず）が半押しされるとオン状態になる。測光スイッチＳＷＳがオン状態になると、ＣＰＵ１８は測光処理および測距処理を実行する。すなわち、ＣＰＵ１８は、測光装置１１からの入力に基づいて露光値を演算し、この露光値に基づき撮影に必要となる絞り値、シャッタースピード、および撮像素子２０の露光時間を演算する。ここで、ＣＰＵ１８は、ボタン操作によってユーザが選択した露光時間を設定することも可能である。

また、ＣＰＵ１８は、測距装置１２からの入力に基づいて撮影レンズ１６の駆動量を演算し、フォーカス駆動回路２１に制御信号を出力する。その結果、フォーカス駆動回路２１から撮影レンズ１６へ駆動信号が出力される。

レリーズスイッチＳＷＲはシャッターボタンが全押しされるとオン状態になる。レリーズスイッチＳＷＲがオン状態になると、測光処理で算出した絞り値に応じて絞り駆動機構およびシャッター（いずれも図示せず）の駆動量がＣＰＵ１８により演算される。そして、演算結果に基づいてＣＰＵ１８から絞り駆動回路２２およびシャッター駆動回路２３へ制御信号が出力される。

さらに、絞り駆動回路２２から駆動信号が絞り駆動機構（図示せず）へ出力され、それにより絞り駆動機構が駆動される。絞り駆動機構が駆動されるとその動きは絞り（図示せず）に伝達され、絞りの開口径が所定の大きさに定められる。また、シャッター駆動回路２３から駆動信号がシャッターへ出力され、それによりシャッターが所定時間開放される。以上の制御により撮影レンズ１６を通過した光が撮像素子２０の受光面に入射する。

上述の電荷蓄積時間に基づいて撮像素子駆動回路２４へ制御信号が出力され、撮像素子駆動回路２４から撮像素子２０へ駆動信号が出力される。撮像素子２０は、受光領域に結像された被写体の光学像を光電変換し、アナログ画像信号を出力する。アナログ画像信号はＡ／Ｄ変換回路２５でデジタル画像信号へ変換され、ＣＰＵ１８へ入力される。

デジタル画像信号には、ＣＰＵ１８の制御に基づいて所定の画像処理が施される。ＤＲＡＭ３０には、画像処理の過程において画像データが一時的に格納される。所定の画像処理が施された画像データは、カメラ本体の背面に設けられたモニタ（ＬＣＤ）３１に表示される。ＥＥＰＲＯＭ３２には、カメラを動かすための各種プログラム等が格納されている。また、被写体の光量が不十分なときは、ＣＰＵからフラッシュ回路３３へ駆動信号が出力され、フラッシュ光が供給される。

また、デジタルカメラ１０は、手ぶれ補正機構（振れ補正手段）８０を備える。本実施形態において手ぶれ補正機構８０は、撮像素子２０を移動することで手ぶれを相殺するものであり、例えばデジタルカメラ１０のレンズが向けられた方向に対するヨー角速度、ピッチ角速度などをジャイロセンサで検出する。各ジャイロセンサは、振れ検出センサ（振れ検出手段）８１に設けられ、例えば角速度信号などのジャイロセンサからの信号（振れ信号）は、周波数特性の構成パターンが異なる所定の数（ｎ個）のフィルタ８２−１、…、８２−ｎを通してそれぞれ演算される。各フィルタ８２−１、…、８２−ｎ（構成パターン１〜ｎ）で濾波された信号は、各々積分部８３−１、…、８３−ｎにおいて積分され角度信号が算出される。

第１スイッチ（選択手段）８４は、ＣＰＵ１８の指令に基づき、ｎ個の積分部８３−１、…、８３−ｎの間において切り替え可能であり、何れかを択一的に選択する。ＣＰＵ１８は、設定されている撮像素子２０の露光時間や、焦点距離、フィルタリセットから何秒経過したか、動画撮影中かなどの適正フィルタ選択に関わる情報に基づき第１スイッチ８４を切り替える。

また本実施形態のデジタルカメラ１０は、手ぶれ補正機能をオフにする際に用いられる端子８５を備える。第２スイッチ８６は、手ぶれ補正（防振）がオン状態で第１スイッチ８４に接続され、防振がオフ状態で端子８５に接続される。すなわち、手ぶれ補正機能がオン状態のときには、第１スイッチ８４から、積分部８３−１、…、８３−ｎの何れかの角度信号に基づく制御目標値が手ぶれ補正機構８０に入力され、オフ状態のときは、端子８５からの角度変位０に対応する信号に基づく制御目標値が手ぶれ補正機構８０に入力される。手ぶれ補正機構８０は、これらの信号に基づき、撮像素子２０を移動させ、手ぶれに発生する像ぶれを相殺する。

なお、図１のフィルタ８２−１〜８２−ｎや積分部８３−１〜８３−ｎ、第１、第２スイッチ８４、８６等は、例えばＤＳＰ内の処理をブロック化して表したものであり、これらは各ジャイロセンサからの信号に対して各々用意される。また、制御目標値もそれぞれ補正対象となる軸分用意される。

図２は、本実施形態の手ぶれ補正処理の動作を説明するフローチャートである。なお本処理は、カメラの電源がオンされている間、繰り返し実行される。

まずステップＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０３では、各フィルタ８２−１〜８２−ｎの構成パターン１〜ｎに基づいて、それぞれの制御目標値を算出しメモリ(不図示)に保持する（なお、このときフィルタ処理に用いられる各フィルタ内のデータも随時メモリに保持される）。ステップＳ２０４では、手ぶれ補正機能がオンの状態で、例えばシャッターボタンが操作されて防振動作開始の要求があったか否かが判定される。防振動作開始要求があった場合、処理はステップＳ２１１に進み、無い場合にはステップＳ２０５へ進む。

ステップＳ２０５では、防振動作の停止要求があったか否か判定される。停止要求が合った場合、処理はステップＳ２１０へ進み、停止要求が無い場合はステップＳ２０６へ進む。ステップＳ２０６では、防振動作中か否かが判定される。防振動作中ではない場合、処理はステップＳ２０１へ戻る。

一方、防振動作中であると判定された場合、処理はステップＳ２０７へ進む。ステップＳ２０７では、フィルタ（構成パターン）の変更要求があるか否かが判定され、変更要求があった場合、処理はステップＳ２０８へ進み、無い場合は直ちにステップＳ２０９へと進む。

ステップＳ２０８において、防振動作中にフィルタの変更要求があったと判断された場合は、第１スイッチ８４により、フィルタが要求されたフィルタ変更され、ステップＳ２０９へと進む（なお、防振オフの場合は、第２スイッチ８６が端子８５に切り替えられる(ステップＳ２１２)）。ステップＳ２０９では、ステップＳ２０８で選択されたフィルタで濾波された信号から計算される制御目標値、あるいは後述するステップＳ２１２で端子８５が第２スイッチ８６により選択され、角度変位０に対応する信号から計算される制御目標値に対して、手ぶれ補正機構８０が駆動される。ステップＳ２０９が終了すると、処理はステップＳ２０１へと戻る。

ステップＳ２０５において、防振動作停止要求があったと判定されたときには、ステップＳ２１０において防振動作を停止させ、必要ならば手ぶれ補正機構８０を初期位置に戻すなどの初期化処理を行う。ステップＳ２１０終了後、処理はステップＳ２０１へ戻る。

また、ステップＳ２０４において防振動作開始要求があったと判定されると、ステップＳ２１１で防振動作が有効であるか否かが判定される。例えば三脚の装着が検知された場合や、メニューで手ぶれ補正機能がオフされているときなどは、防振動作が無効になっている。無効と判定された場合は、ステップＳ２１２において、第２スイッチ８６を端子８５に切り替え、制御目標値を角度変位０に対応させた後、ステップＳ２０１へ戻る。有効であると判定された場合には、ステップＳ２１３において、現況における防振動作に最適なフィルタを決定し、第１スイッチ３４により、決定されたフィルタ（構成パターン）を適用する処理が選択される。その後、ステップＳ２１４において、手ぶれ補正機構８０における防振動作が開始され、処理は上述したステップＳ２０６へと進む。

なお、本実施形態では、異なるフィルタ全てに対し信号出力が計算されているが、途中で計算する必要がない（使用される可能性がない）と判断されたフィルタに対する計算せずに処理時間を短縮してもよい。例えば、フィルタリセット後何秒経過したかなどの判断で、フィルタリセット後１秒経過後にはフィルタリセット１秒未満しか使わないフィルタは計算する必要がない。

次に、デジタルカメラ１０を起動して、シャッターボタンを押して撮影をするときの幾つか条件下での処理の具体的な流れを図２のフローチャートを参照して説明する。

デジタルカメラ１０の電源スイッチＳＷＭＡＩＮがオン状態とされカメラが起動されると図２のフローが開始される。光学ファインダーを使用しての撮影では、一般的にレリーズシーケンスに突入するまで防振動作は開始されない。レリーズシーケンスが開始される前の状態では、ステップＳ２０１→Ｓ２０２→Ｓ２０３→Ｓ２０４→Ｓ２０５→Ｓ２０６→Ｓ２０１→…の順で処理がループ状に繰り返される。

シャッターボタンが押され、レリーズスイッチＳＷＲがオンされると、レリーズシーケンスが開始され、防振動作開始の要求が発行される。防振動作開始要求が発行された初回の処理の流れは、ステップＳ２０１→Ｓ２０２→Ｓ２０３→Ｓ２０４→Ｓ２１１→Ｓ２１３→Ｓ２１４→Ｓ２０６→Ｓ２０７→Ｓ２０９→Ｓ２０１→…の順で繰り返される（処理Ａ）。同処理のステップＳ２０４において、防振動作開始の要求を検出すると、ステップＳ２１１で防振が有効かどうか判断し、ステップＳ２１３でそのときの条件にあったフィルタ（構成パターン）を選択し、防振動作を開始する。

防振動作が開始されると、ステップＳ２０１→Ｓ２０２→Ｓ２０３→Ｓ２０４→Ｓ２０５→Ｓ２０６→Ｓ２０７→Ｓ２０９→Ｓ２０１→…の順で処理が繰り返される（処理Ｂ）。処理Ｂ実行中にレリーズシーケンスが終了すると、防振動作停止要求が発行され、ステップＳ２０１→Ｓ２０２→Ｓ２０３→Ｓ２０４→Ｓ２０５→Ｓ２１０→Ｓ２０１→…の順で処理が繰り返される。また、ステップＳ２０５で防振動作停止要求を検出すると、ステップＳ２１０で防振動作を停止し、手ぶれ補正機構８０の初期化などが行われ、ステップＳ２０１に戻る。

次に、光学ファインダーを使用せず、モニタ３１に表示されるライブビューを見ながら撮影を行うときの流れを説明する。

ライブビュー状態ではレリーズシーケンスに入っていなくても、構図決めのために振れが発生しないように防振動作を作動させていることがある。例えば、ライブビューが開始され、その際に防振動作開始要求が発行された場合は、上述の処理Ａと同様の流れで処理を繰り返す。また、レリーズシーケンスが開始される前の状態においては、上述の処理Ｂと同様の処理を繰り返す。

更に、ライブビュー状態と静止画撮影時では防振動作の適したフィルタ（構成パターン）が異なる。そこで、ライブビュー状態においてシャッターボタンが押されレリーズシーケンスが開始されると、フィルタ（構成パターン）をその時の静止画撮影に適したフィルタに切り替えることが望まれる。すなわち、ライブビュー状態でレリーズシーケンスが開始されると、フィルタ（構成パターン）の選択変更要求が発行されるとともにフィルタ（構成パターン）選択変更要求がステップＳ２０７で検出され、ステップＳ２０１→Ｓ２０２→Ｓ２０３→Ｓ２０４→Ｓ２０５→Ｓ２０６→Ｓ２０７→Ｓ２０８→Ｓ２０９→Ｓ２０１→…の順で処理が繰り返される（処理Ｃ）。なお同処理のステップＳ２０８において、その時点における静止画撮影に適したフィルタ（構成パターン）が選択される。

なお、ライブビュー中の撮影だけでなく、防振動作中に何らかの状態検知等により、フィルタ（構成パターン）選択変更要求が発行される場合も処理Ｃと同様の処理が繰り返される。このような状況は、例えば、レリーズ中に三脚等の使用に基づく静止状態を検知し、防振動作を弱めたいときや、パンニングを検知して防振動作を弱めて防振用移動部材（撮像素子２０）を可動範囲の中央に戻したいときなどに発生する。また、動画撮影などでは、撮影中に焦点距離の変更が発生することが予想されるので、その際にも必要であれば、フィルタ（構成パターン）選択変更要求を発行し、ステップＳ２０７→Ｓ２０８の流れでフィルタを変更後の焦点距離に合ったものに変更することが望ましい。

次に図３のフローチャートを参照して、具体的なフィルタ（構成パターン）の選択の処理について説明する。なお、図３のフローチャートは、図２のステップＳ２０８の１つの具体例に対応する。

フィルタ（構成パターン）の選択は、露光時間（シャッタースピード）、焦点距離、フィルタリセットから何秒経過したか、動画撮影中かなどの適正フィルタの選択に関わる情報（その他にも、パンニングなどの大振れを検知したか、特定の周波数による振れを検知したか。ライブビュー中か、電源を入れて何秒経過したかなどの情報が挙げられる）に基づき決定される。

図３は、露光時間（シャッタースピード）、焦点距離、フィルタリセットから何秒経過したか、動画撮影中かどうかで、フィルタ（構成パターン）を選択する場合のフローを例示する。

ステップＳ３０１では、動画撮影中かどうかが判定される。動画撮影中ならば、ステップＳ３０２へ進み、そうでないならばステップＳ３０３へ進む。ステップＳ３０２とステップＳ３０３は、それぞれフィルタリセットからどれほどの時間が経過しているかを判定する。経過時間に応じて、それぞれ異なるテーブルを参照し、参照されたテーブルにおいて、シャッタースピードと焦点距離の値の組み合わせに対応するフィルタ（構成パターン）を決定する。

例えば、動画撮影中に対応するステップＳ３０２では、フィルタリセットからの経過時間が０〜１００ｍｓのとき、ステップＳ３０４においてテーブル１を参照し、１００ｍｓ〜２０００ｍｓのときにはステップＳ３０５においてテーブル２を参照し、２０００ｍｓ以上のときにはステップＳ３０６においてテーブル３を参照する。また、動画撮影中でない場合に対応するステップＳ３０３では、フィルタリセットからの経過時間が０〜５００ｍｓのとき、ステップＳ３０７においてテーブル４を参照し、５００ｍｓ〜４０００ｍｓのときにはステップＳ３０８においてテーブル５を参照し、４０００ｍｓ以上のときにはステップＳ３０９においてテーブル６を参照する。

その後、ステップＳ３１０において、ステップＳ３０４〜Ｓ３０９の何れかのテーブル１〜６で決定されたフィルタ（構成パターン）を選択しフィルタの切り替えを行う。なお、フィルタのリセットは、例えば大きな手ぶれが発生し、フィルタの過渡応答が発生していると判断される場合などに行われ、これにより過渡応答を抑制する。

図４は、図３のテーブル１〜６を代表するテーブルＮを例示したものである。図４に示されるようにテーブルＮの各行は焦点距離の違い（例えば上から広角、標準、望遠）を示し、各列はシャッタースピード(例えば左から高速、中速、低速)の違いを示す。焦点距離とシャッタースピードの各組み合わせには、フィルタ８２−１〜８２ｎの構成パターン１〜ｎの何れかが割り付けられており、焦点距離とシャッタースピードが決まると、構成パターン１〜ｎのうちの何れかが決定される。例えば、構成パターンはハイパスフィルタを含み、数字が小さいほど弱い（カットオフ周波数が低い）。

次に図５のブロック図を参照して、フィルタの構成パターンの具体例について説明する。

図示されたフィルタの構成パターン１は、カットオフ周波数５０Ｈｚのローパスフィルタとカットオフ周波数０．５Ｈｚのハイパスフィルタとで構成される。高周波ノイズ、低周波ノイズを共に遮断するので、例えば、露光時間が短く（シャッタースピードが速く）、高精度な補正が必要無いときや、フィルタリセット後まもなくでフィルタが不安定な状態のときに使用すると有効なフィルタ構成である。

フィルタの構成パターン２は、カットオフ周波数０．１Ｈｚのハイパスフィルタのみで構成される。例えば、焦点距離が標準的で、露光時間（シャッタースピード）も中速域のときなどに使用すると有効である。構成パターン２は、精度と安定度のバランスの良いフィルタである。

フィルタの構成パターン３は、フィルタリセット後の経過時間によってハイパスフィルタのカット周波数を切り替えていくようになっているフィルタである。例えば、フィルタリセットから０ｍｓ〜２００ｍｓの間は、カットオフ周波数０．３Ｈｚ；２００ｍｓ〜４００ｍｓの間は、カットオフ周波数０．１Ｈｚ；４００ｍｓ以降は、カットオフ周波数０．０５Ｈｚとハイパスフィルタを切り替える。

なお、カットオフ周波数を切り替えるときには、出力の連続性を保つため、ハイパスフィルタ内の積分値をフィルタの切り替えに合わせて、その積分値をカットオフ周波数比倍する必要がある。すなわち、切り替え前のカットオフ周波数をｆｃ１、切り替え後のカットオフ周波数をｆｃ２とすると、積分値をｆｃ１／ｆｃ２倍する必要がある。このフィルタ（構成パターン３）は、高精度な補正ができるが、安定性が低いため、長秒時撮影のときなどに使うと有効である。

以上のように本実施形態によれば、安定した制御のできるフィルタ構成、安定性は低いが高感度のフィルタなど、複数のフィルタ構成パターンを用意し、露光時間や焦点距離などの適正フィルタの選択に関わる情報に基づいて、制御に使用するフィルタ、あるいはフィルタの計算結果を切り替えることで、状況に適した手ぶれ補正制御をすることが可能である。また、各フィルタに対する信号を並列的に計算しておくることで、適用フィルタの切り替えたときに、切り替え後のフィルタが不安定になることがないので、高精度な手ぶれ補正が可能である。

なお、本実施形態では撮像素子を移動する形式の手ぶれ補正機構を例に説明を行なったが、光学駆動式など他の形式の手ぶれ補正機構であってもよい。また、本実施形態の手ぶれ補正では、ヨー角速度、ピッチ角速度を検出していたが、特にこの２軸に限定されるものではない。また、これらに加えロール角速度を検出する構成でもよく、特殊な用途においては、一軸方向のみの角速度に対応した構成であってもよい。また、本発明に関わる撮像装置の構成は、スマートホンや携帯電話などにも適用できる。

１０ デジタルカメラ
１８ ＣＰＵ
８０ 手ぶれ補正機構
８１ 振れ検出センサ
８２−１〜８２−ｎ フィルタ
８３−１〜８３−ｎ 積分部
８４ 第１スイッチ

Claims (8)

1. 構成が異なる複数のフィルタを通して振れ信号を演算し、制御目標値を算出する複数の制御目標値算出手段と、
   前記複数の制御目標値算出手段によって算出された制御目標値をそれぞれ保持する制御目標値保持手段と、
   フィルタの選択に関わる情報に基づき、前記複数の制御目標値算出手段の中の１つを選択する選択手段と
   を備えることを特徴とする振れ補正制御装置。
2. 前記選択手段が、焦点距離によって前記制御目標値算出手段を選択することを特徴とする請求項１に記載の振れ補正制御装置。
3. 前記選択手段が、動画またはライブビュー中かどうかによって前記制御目標値算出手段を選択することを特徴とする請求項１に記載の振れ補正制御装置。
4. 前記選択手段が、フィルタのリセットからの経過時間によって前記制御目標値算出手段を選択することを特徴とする請求項１に記載の振れ補正制御装置。
5. 前記選択手段が、撮像装置の電源が入ってからの経過時間によって前記制御目標値算出手段を選択することを特徴とする請求項１に記載の振れ補正制御装置。
6. 前記選択手段が、パンニングの振れが検出されてからの経過時間によって、前記制御目標値算出手段を選択することを特徴とする請求項１に記載の振れ補正制御装置。
7. 複数ある制御目標値演算手段のうち、不必要と判断されるフィルタの演算を中止することを特徴とする、請求項１記載の振れ補正制御装置。
8. 請求項１〜７に記載の振れ補正制御装置と、前記制御目標値に従って振れ補正を行う振れ補正手段とを備える撮像装置。

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