JP3548328B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ等に用いて好適な手振れ、振動等の振れ補正を行う機能を有する撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
小型のビデオカメラ等では、手振れや振動により被写体像がぶれてしまい、見づらい映像となってしまうことがよくある。最近では高倍率のレンズが採用されており、特にテレ側の時はぶれが大きく目立つ。このような手振れ等の振れ補正をするための振れ補正機能を有する撮像装置が従来より数多く提案され、製品化されている。
【０００３】
次に、従来より提案されている手振れ補正のシステムの一例について説明する。
まず、光学的な振れ補正方式で用いられる可変頂角プリズム（以下ＶＡＰ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ａｎｇｌｅ Ｐｒｉｓｕｍと呼ぶ）について図１１を用いて説明する。ＶＡＰは、図１１に示すように対向した２枚のガラス板２１、２２と、この２枚のガラス板２１、２２をつなぐ蛇腹２３、２４と、２枚のガラス板２１、２２と蛇腹２３、２４とで密閉される空間を満たす高屈折率液体２５とにより構成される。ガラス板２１、２２には互いに直交する回転軸２６、２７がそれぞれ設けられている。
【０００４】
上記構成において、一方のガラス板２１を回転軸２６を中心にσだけ回転させたときの入射光束２８は、楔形プリズムと同じ原理によりφだけ偏向する。同じように他方のガラス板２２は、回転軸２７を中心に回転して入射光束２８を偏向させることができる。従って、２枚のガラス板２１、２２を同時に制御することにより、被写体像のぶれを除去することができる。
【０００５】
上述したＶＡＰを用いた振れ補正を行うようにした撮像装置の構成を図１２に示す。
なお、本撮像装置においては、図１２の構成の内１０１から１０７及び１０９、１１０で示す各部はピッチ（縦）方向、ヨー（横）方向の振れに対して独立して２系統が設けられているものとし、ここではその１系統のみが示されている。図１２において、振れを検出する角速度センサ１０１の出力をＤＣカットフィルタ１０２によって直流成分をカットし、アンプ１０３で必要なだけ増幅する。この増幅された信号から必要に応じてゲインを調整するゲイン調整回路１０４を通し、ＶＡＰ頂角の目標値を生成するのに必要な信号処理を信号処理回路１０５で行う。
【０００６】
一方、ＶＡＰユニット１０８には頂角を検出する頂角センサ１１０が設けられ、その出力をアンプ１０９で必要なだけ増幅する。次に、加算器１２０により信号処理回路１０５の出力とアンプ１０９の出力との差を取り制御量とし、駆動回路１０６に出力する。これにより駆動回路１０６が、ＶＡＰユニット１０８内のＶＡＰの頂角を可変させるモータ等のアクチュエータ１０７を上記制御量に応じて駆動する。この一連の動作により光学的に振れを補正することができる。
【０００７】
次に、ＣＣＤ等の固体撮像素子１１１は、固体撮像素子制御回路１１５により制御され、光学系を介した映像を電気信号（以下、映像信号と呼ぶ）に変換する。この映像信号をカメラ信号処理１１２により信号処理を行い、さらにＡ／Ｄ変換回路１１３によりディジタル信号に変換する。
【０００８】
このディジタル信号に変換された映像信号をフィールドメモリ回路１１７に記憶する。また、ディジタル信号に変換された上記映像信号は画像動き検出回路１１４にも送られ、フィールド間又はフレーム間の画像の動きが検出される。
【０００９】
フィールドメモリ制御回路１１９は、フィールドメモリ回路１１７に記憶された画像から、フィールドメモリ制御回路１１９により読み出される画像を引いた残りの領域内で、読み出す位置を移動させることができる。この移動可能な範囲中で、画像動き検出回路１１４からの信号に応じてフィールドメモリ制御回路１１９により読み出すアドレスを移動することにより、電気的な振れ補正を行う。フィールドメモリ回路１１７から読み出された画像を、ディジタル信号処理回路１１９により放送方式に合わせた標準の画素数に補完し、補完された映像信号を出力する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の振れ補正方式によると、テレコンバータ等のアダプタがＶＡＰ面より前に接続された場合は、必要な振れ補正量が変わってしまうため、ＶＡＰによる振れ補正が効かなくなってしまう。その場合は角速度センサの利得を再調整する必要があるが、遠距離の被写体で角速度センサの調整を行うと、近距離で必要な補正量に差が生じ、振れ補正の効果が多少劣化してしまうという問題があった。
【００１２】
本発明は上述した問題を解決することのできる撮像装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置においては、被写体を撮像する撮像手段と、上記撮像手段の所定方向の振れを検出する振れ検出手段と、上記振れ検出手段の利得を調節する利得調節手段と、上記振れ検出手段の出力信号に応じて上記撮像手段が撮像する画像の振れを光学的に補正する光学振れ補正手段と、上記撮像手段からの入力画像の動きを検出する画像動き検出手段と、上記画像動き検出手段により検出された画像の動きが最小となるように上記利得調節手段を制御する利得調節制御手段とを設けている。
【００１５】
【作用】
上記のように構成した本発明によれば、振れ検出手段の利得が、画像の動きに応じてこの画像の動きが最小となるように利得調節制御手段及び利得調節制御手段を介して制御されるので、常に適正な振れ補正効果が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１〜第３の実施の形態を図面と共に説明する。尚、各実施の形態を示す図１、４、５においては、図１２及び互いに実質的に同一あるいは対応する部分に同一番号を付して重複する説明は省略するものとする。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態を示す図である。
図１において、図１２との違いはゲイン調整制御回路１１６を設けた点と、図１２の１１７、１１８、１１９の各回路を省略した点とにある。
【００１９】
次に、本発明に関する部分の動作について説明する。
前述したように、Ａ／Ｄ変換回路１１３でディジタル信号に変換された映像信号は、記録系やファインダ系に供給されると共に、画像動き検出回路１１４にも送られ、画像の動きが検出される。本実施の形態においては、ゲイン調整制御回路１１６が画像動き検出回路１１４により検出された画像の動きが最小となるようにゲイン調整回路１０４を制御するようにしている。
【００２０】
次に図１のゲイン調整回路１０４の動作を図２を用いて説明する。
図２においてゲイン調整回路１０４は、入力信号Ｘ、基準電圧Ｖｒｅｆ、データ（ｄａｔａ）を入力することにより、出力信号Ｙを
Ｙ＝（Ｘ−Ｖｒｅｆ）×ｄａｔａ／２^ｎ ………（１）
のように出力する。但し、ｎはあらかじめ決められた値であり、データは
０≦ｄａｔａ≦２^ｎ−１ ………（２）
の範囲で設定できる。このデータを、ゲイン調整制御回路１１６が決定してゲイン調整回路１０４に伝達することにより、ゲインを変えることができる。
【００２１】
図３に、図２におけるデータをゲイン調整制御回路１１６が決定するフローチャートを示す。
処理６０１でパンニング処理中であるか否かの判断をする。パンニング処理中である場合は終了する。パンニング処理中でない場合は、処理６０２により変位量があらかじめ定めてあるしきい値より大であるか否かの判断をする。大であれば処理６０３に移り、満たさなければ終了する。但し、処理６０２の変位量とは、画像検出より算出した変位量を所定時間でピークホールドした値である。
【００２２】
次に、処理６０３により積分値が、あらかじめ定めてあるしきい値１より大であるか否かの判断をする。大であれば処理６０４に移り、満たさなければ終了する。但し、処理６０３の積分値とは、角速度センサ１０１により検出された角速度を積分した積分値（図１の信号処理回路１０５より受け取る）を、所定時間でピークホールドした値である。
次に、処理６０４によりフラグが０であるか否かの判断をする。但し、フラグの初期値は０である。フラグが０の場合は処理６０５に、１の場合は処理６０９に移行する。処理６０５では、前回の変位量が今回の変位量より大であるか否かの判断をする。大であれば処理６０６に移り、満たさなければ処理６０７に移行する。
処理６０６では、Ｇａｉｎの値から１を減算しＧａｉｎに格納する。
処理６０７では、Ｇａｉｎの値から１を加算しＧａｉｎに格納する。さらに、処理６０８によりフラグの値を反転する。
【００２３】
処理６０９では、前回の変位量が今回の変位量より大であるか否かの判断をする。大であれば処理６１０に移り、満たさなければ処理６１１に移行する。
処理６１０では、Ｇａｉｎの値から１を加算しＧａｉｎに格納する。
処理６１１では、Ｇａｉｎの値から１を減算しＧａｉｎに格納する。さらに、処理６１２によりフラグの値を反転する。
ここで決定されたＧａｉｎを図２のｄａｔａとしてゲイン調整制御回路１１６に送信する。
上記の処理を一定周期で実行する。これにより常に最適な補正量を得ることができる。
【００２４】
（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態を示す図である。
この図４は、図１の回路構成に図１２の１１７、１１８、１１９の各回路を追加したものである。
次に、本発明に関する部分の動作について説明する。
Ａ／Ｄ変換回路１１３でディジタル信号に変換された映像信号は、画像動き検出回路１１４に送られ、画像の動きが検出される。フィールドメモリ制御回路１１９は、フィールドメモリ回路１１７に記憶された画像から、フィールドメモリ制御回路１１９により読み出される画像を引いた残りの領域内で、読み出す位置を移動させることができる。この移動可能な範囲中で、画像動き検出回路１１４からの信号に応じてフィールドメモリ制御回路１１９により読み出すアドレスを移動することにより、振れ補正を行う。フィールドメモリ回路１１７から読み出された画像を、ディジタル信号処理回路１１９により放送方式に合わせた標準の画素数に補完して映像信号を出力する。
【００２５】
一方、ゲイン調整制御回路１１６は、画像動き検出回路１１４により検出された画像の動きが最小となるようにゲイン調整回路１０４を制御する。
なお、ゲイン調整回路１０４及びゲイン調整制御回路１１６の動作については、図２、図３と同様に行われる。
【００２６】
（第３の実施の形態）
近年、ビデオカメラのさらなる小型化が望まれるのにともない、光学補正系の小型化が要求されている。ＶＡＰを用いて光学的な振れ補正を行うようにしたズーム機能を有するビデオカメラ等の撮像装置においては、ＶＡＰを含めた光学系の小型化を追求するために、ＶＡＰの有効可変頂角範囲が広角側になるほど狭くなり、被写体像が光学的にけられやすくなるようなレンズが提案されている。ここで、有効可変頂角範囲とは、機械的な頂角範囲の内で、撮像される被写体像が欠けることのない（光学的にけられることのない）可変範囲である。しかしながら、上述したような撮像装置において、ＶＡＰの頂角を常に機械的な最大可変範囲まで使用する制御をしてしまうと、被写体が広角になるほどけられてしまう。そこで、第３の実施の形態は、被写体を撮像する撮像部の所定方向の振れを検出する振れ検出部の出力レベルを、拡大率を変えるためのズームレンズにより変更された焦点距離に応じて制御される制限部により制限し、上記制限部の出力信号に応じて上記撮像部が撮像する画像の振れを光学的に補正することにより、ズームレンズによる焦点距離の変化に応じて振れ検出部の出力レベルを変化させ、広角時に被写体がけられることを防止するようにしたものである。
【００２７】
図５は第３の実施の形態の構成を示す図である。
図５において、１２１は第１の固定レンズ群で、その前にＶＡＰユニット１０８が配される。１２５は第２の固定レンズ、１２２は撮像倍率を変倍するためのズームレンズ、１２４は焦点距離を検出するエンコーダ、１２６は焦点調節のためのフォーカスレンズである。ズームレンズ１２２の位置を移動させると焦点距離が変わり、その際の焦点距離はエンコーダ１２４から出力される焦点距離情報により知ることができる。
また、１２７はアンプ１０３からの角速度信号とエンコーダ１２４からの焦点距離情報とからＶＡＰユニット１０８の頂角の目標値となる補正信号を演算し、加算器１２０に出力するマイコン、１２８はマイコン１２７内のテーブルである。
上記構成において、例えば撮像装置に手ぶれ等による振れが与えられると、角速度センサ１０１が振れの角速度を出力し、ＤＣカットフィルタ１０２及び角速度センサアンプ１０３を経てマイコン１２７に取り込まれ、内蔵のＡ／Ｄ変換器により逐次ディジタル化される。ディジタル化された角速度信号を角速度データと呼ぶ。
【００２８】
マイコン１２７は角速度データに所定の演算を施し補正データを生成し、補正データを内蔵のＤ／Ａ変換器によりアナログ化して出力する。以後、アナログ化された補正データを補正信号と呼ぶ。この補正信号は加算器１２０に入力される。
また、頂角センサ１１０が出力する頂角信号は、アンプ１０９を経て加算器１２０に負入力される。加算器１２０は補正信号と頂角信号との差をとり制御偏差を求め、駆動回路１０６を経てモータ等のアクチュエータ１０７を駆動する。つまり補正信号を目標値とするフィードバック制御が行われる。この一連の動作により、ＶＡＰは手ぶれ等による振れをキャンセルする方向に駆動され、光学系を介しＣＣＤ１１１により撮像される被写体像の手ぶれ等による振れを光学的に補正する。
なお、振れ補正系（１０１〜１０３、１０６〜１１０及び１２０）はピッチ（縦）方向、ヨー（横）方向に独立して２系統存在するものとする。
【００２９】
次に、上述マイコン１２７内の処理について図６〜図９を用いて説明する。
マイクロコンピュータ１２７内において、角速度データを取得してから補正信号を出力するまでの処理を図６のフローチャートを示す。図６において、
処理３０１ プログラムの開始である。
処理３０２ 角速度データを取得する。
処理３０３ 処理３０２で取得した角速度データにハイパスフィルタ（ＨＰＦ）をかける。
処理３０４ 処理３０３により生成されたデータに位相補償フィルタをかける。
処理３０５ 処理３０４により生成されたデータを積分し、積分値を生成する。
処理３０６ 積分値から補正データを生成する。
処理３０７ 補正データを出力する。
処理３０８ 本プログラムの終了である。
上記の処理は所定周期（例えば１ｋＨｚ）で繰り返し実行される。
【００３０】
本実施の形態である処理３０６は補正データ生成サブルーチンであり、図７にそのフローチャートを示し、順を追って説明する。
処理４０１ 補正データ生成サブルーチンの開始である。
処理４０２ 焦点距離データを読み込む。
処理４０３ 焦点距離データに対応する最大補正値θｔｈを、テーブル１２８から読み込む。
但し、θｔｈは、頂角のディメンジョンと同等である。
【００３１】
処理４０４ ｜積分値｜（積分値の絶対値）とθｔｈを比較し
｜積分値｜＞θｔｈ
の場合は処理４０５へ分岐し、
｜積分値｜≦θｔｈ
の場合は処理４０６へ分岐する。
処理４０５ 積分値と０を比較し
積分値＞０
の場合は処理４０６へ分岐し、
積分値＜０
の場合は処理４０７へ分岐する。
処理４０６ θｔｈを積分値に入れ替える。
処理４０７ −θｔｈを積分値に入れ替える。
処理４０８ 補正データ生成サブルーチンの終了である。
【００３２】
処理４０２の焦点距離データは、焦点距離を有限数（例えば１０倍のズームレンズでは２０〜３０程度）に分割し、換算している。また処理４０３の補正最大値は、マイコン１２７内にテーブル１２８として記憶されており、それぞれの焦点距離に対応した補正最大値を記憶している。また、テーブル１２８は焦点距離が長くなるほど、最大補正値が大きくなるよう設定されている。
従って、焦点距離が短くなるほど補正範囲が狭くなるが、民生用のビデオカメラ等において標準的に使用した場合、広角側になるほど手ぶれ等による被写体像のぶれは目立たなくなるため、補正範囲が小さくなっても実用上問題はない。
【００３３】
また、撮影者が意図的にカメラを振っている場合、急激にＶＡＰ頂角が最大補正値まで達してしまい、振れ補正効果がなくなることがある。これを防ぐために、低域の補正を制限し、ＶＡＰ頂角が最大補正値まで急激に達してしまわないような制御をする。これをパン制御と呼ぶ。
上記パン制御を行うために、図６の処理３０３で用いられるハイパスフィルタは、遮断周波数を図８のようにｆｌからｆｈまで可変するように工夫されている。
【００３４】
また同様に前記処理３０４の積分器も図９のように通常は実線である特性を、波線の特性まで変化させることができ、これにより低域の利得に制限をかけられるように工夫されている。上記ハイパスフィルタ及び積分器を、角速度、積分値、焦点距離に応じて制御することにより、上記パン制御を実現することができる。
【００３５】
パン制御の一例として、ハイパスフィルタの遮断周波数を積分値に応じて制御する場合について、図１０の積分値と遮断周波数との関係を用いて説明する。
図１０において、実線は焦点距離がテレ端の時の積分値と遮断周波数との関係である。つまり、積分値が所定のしきい値ａまでは、遮断周波数ｆｌ（図８）に設定され、ａから積分値が増加するに応じて、図１０の実線に従ってｆｈ（図８）に近づいていく。さらに図１０の実線で示す特性は、焦点距離が短くなるに応じて波線の特性へと遷移する。
【００３６】
以上、説明したように第３の実施の形態によれば、ズーム機能を有するビデオカメラ等の撮像装置において、レンズシステムの小型化を達成しながら、各焦点距離に適した良好な手ぶれ等の振れ補正効果を得ることができる。特に被写体が広角になるとけられてしまうようなことをなくすことができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、常に最適な振れ補正量を得ることができ、良好な振れ補正効果を得ることができる。従って、例えばＶＡＰの前面にテレコンバータ等が配されても、角速度センサ等の利得が最適に調整され、良好な振れ補正効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１のゲイン調整回路を説明するためのブロック図である。
【図３】動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図６】補正信号を得る処理を示すフローチャートである。
【図７】補正データ生成サブルーチンを示すフローチャートである。
【図８】図６の処理３０３のハイパスフィルタの動作を示す特性図である。
【図９】図６の処理３０５の積分器の動作を示す特性図である。
【図１０】パン制御の一例を説明するための特性図である。
【図１１】可変頂角プリズムを示す構成図である。
【図１２】従来の振れ補正機能を有する撮像装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１ 角速度センサ
１０４ ゲイン調整回路
１０５ 信号処理回路
１０６ 駆動回路
１０７ アクチュエータ
１０８ ＶＡＰユニット
１１０ 頂角センサ
１１１ 固体撮像素子
１１２ カメラ信号処理回路
１１４ 画像動き検出回路
１１６ ゲイン調整制御回路
１２２ ズームレンズ
１２６ フォーカスレンズ
１２７ マイクロコンピュータ
１２８ テーブル

Claims (5)

1. 被写体を撮像する撮像手段と、
   上記撮像手段の所定方向の振れを検出する振れ検出手段と、
   上記振れ検出手段の利得を調節する利得調節手段と、
   上記振れ検出手段の出力信号に応じて上記撮像手段が撮像する画像の振れを光学的に補正する光学振れ補正手段と、
   上記撮像手段からの入力画像の動きを検出する画像動き検出手段と、
   上記画像動き検出手段により検出された画像の動きが最小となるように上記利得調節手段を制御する利得調節制御手段とを備えた撮像装置。
2. 上記光学振れ補正手段を、光学系の最も前面の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 上記振れ検出手段は、角速度検出手段と角速度信号を角変位信号に変換する信号処理手段とで構成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 上記光学振れ補正手段は、可変頂角プリズムを用いていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 上記振れ検出手段は、上記撮像手段の直交する２方向の振れをそれぞれ検出するものである請求項１に記載の撮像装置。

Images