JP5247782B2 - 光学機器及びそれを備えた撮像装置、光学機器の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像画像のブレを補正する機能を備える撮像装置に関するものである。

カメラやビデオカメラ等の撮像装置に搭載されている振れ補正装置のひとつとして、撮像レンズ内の一部のレンズ（以下シフトレンズ）を光軸と垂直方向に駆動し、光軸を変化させることにより補正を行う、光学式の振れ補正装置がある。このような振れ補正装置においては、角速度センサを用いて手振れを検出し、検出した振れを補正するようにシフトレンズを駆動することで、撮像画像のブレ補正を行う。

この角速度センサの信号処理の一つとして、特許文献１で開示されているように、角速度センサ出力を増幅器により増幅した信号から、オフセット成分を抽出し、増幅器の基準電圧を変更することにより増幅後のオフセット成分を除去すると共に、基準電圧の変更時に発生する増幅器の出力変化を後段のマイコン内の制御でキャンセルする方法がある。

特開２００９−２１７０７５号公報

しかしながら、従来の方法では基準電圧の変更により発生する電圧とマイコン内でキャンセルする電圧との間に微小の差が発生する。これは例えば、基準電圧を変更するために使用するＤ／Ａコンバータ（以下ＤＡＣ）自身が持っている出力の直線性誤差や、温度による抵抗値の変化などで起こる。しかしながら、この微小の差が発生すると、補正に対する敏感度の高い望遠側では画像のピクつきとして見えてしまうといった不具合が起こる。そのため、ピクつきを抑えるために、ＤＡＣ出力の変更はできる限り少なくする必要がある。

一方、角速度センサにより検出される手振れ信号のダイナミックレンジを確保するためには、角速度センサ出力のオフセット除去を精度よく行い、振動がない場合の増幅器の出力を、検出できる電圧範囲の中心にしておく必要がある。そのためには、基準電圧の変更をこまめに行う必要がある。

従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、オフセット除去を行う信号処理において、基準電圧変更時のピクつきを目立ちにくくすると共に、必要なダイナミックレンジを確保することである。

本発明に係わる光学機器は、焦点距離が変更可能な撮影光学系を有する光学機器であって、前記機器の振れを検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段の出力と基準電圧との差分を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力に基づいてオフセット成分を算出するオフセット算出手段と、前記オフセット成分が予め定められた値を超えたときに、前記オフセット成分を除去するように前記基準電圧を変更可能な変更手段と、前記変更手段の動作により発生する前記増幅手段の出力変動量を算出し、前記増幅手段の出力を補正する補正手段と、前記撮影光学系の焦点距離を検出する焦点距離検出手段と、を有し、前記予め定められた値は、前記焦点距離検出手段の出力に応じて変更されることを特徴とする。

本発明によれば、オフセット除去を行う信号処理において、基準電圧変更時のピクつきを目立ちにくくすると共に、必要なダイナミックレンジを確保することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置における手振れ検出部およびオフセット除去部の構成を示すブロック図。 ＤＡＣ出力変更によるアンプ出力への影響を示した図。 本発明の第１の実施形態のマイコン内動作を示すフローチャート。 ＤＡＣ制御判定部のフローチャート。 焦点距離に応じたＤＡＣ出力電圧変更スレッシュを示した図。 オフセット電圧変動に対するＤＡＣ出力変更スレッシュと出力変更頻度の関係を示した図。 本発明の第２の実施形態に係る撮像装置における手振れ検出部およびオフセット除去部の構成を示すブロック図。 本発明の第２の実施形態の制御判定部のフローチャート。 補正範囲とＤＡＣ変更スレッシュの関係を示した図

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態では、焦点距離に応じて基準電圧変更方法を変更することで、前述の基準電圧変更時の画像のピクつきを軽減する方法を示す。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置における手振れ検出部およびオフセット除去部の構成を示すブロック図である。図１において、１０１は手振れを検出する角速度センサ（以下ジャイロ）、１０２はジャイロ出力を増幅するアンプである。アンプ１０２は、ジャイロ１０１の出力と基準電圧との差分を増幅する。１０３は撮像装置全体を制御するカメラ制御マイコン（以下マイコン）であり、振れ補正、ＡＦ、ズーム、ＡＥ、などの制御を行う。ただし、ここでは簡略化のため、本実施形態の説明に必要な構成、すなわち、振れ補正制御のブロックのみ図示している。１０４は、アンプ１０２の基準電圧を変更するためのＤ／Ａコンバータ（以下ＤＡＣ）である。

なお、図１には示していないが、本実施形態の撮像装置は、焦点距離が変更可能な撮像レンズと、撮像レンズ内に設けられ、一部のレンズ（以下シフトレンズ）を光軸と垂直方向に駆動し、光軸を変化させることにより振れ補正（像ブレ補正）を行う、光学式の振れ補正部とを有する。さらに光学式の振れ補正部の補正範囲を検出する補正範囲検出部も有する。

１１１はマイコン１０３に内蔵され、アンプ１０２の出力信号を読み込むＡ／Ｄコンバータ（以下ＡＤＣ）である。１１２はＡＤＣ１１１に入力された信号から、撮像装置が停止している場合のアンプ１０２の出力に相当する基準電圧を算出する基準電圧算出部（オフセット算出部）である。１１３は、基準電圧算出部１１２の出力から、ＤＡＣ１０４の制御を行うかどうかを判定するＤＡＣ制御判定部（変更判定部）、１１４はＤＡＣ制御判定部１１３の結果を受けて、ＤＡＣ１０４の出力制御を行うＤＡＣ制御部（基準電圧を変更可能）である。１１５はＤＡＣ制御部１１４によるＤＡＣ１０４の制御に連動して、ＤＡＣ１０４の制御により発生するアンプ１０２の出力変動量のキャンセル量を算出する入力信号補正部（変動量算出部）である。
１１６はＡＤＣ１１１の入力に、入力信号補正部１１５で算出されたオフセットキャンセル分を加算する加算器である。

図２は、手持ち撮影時、ジャイロのオフセット変動が起こっている場合のアンプ１０２の出力を模式的に示した図である。図２において、（ａ）は、ＤＡＣによるオフセット補正を行わない場合のアンプ出力変化、（ｂ）はオフセット補正を行った場合のアンプ出力変化を示している。

この図からわかるように、オフセット補正を行わないと、オフセット変動によりアンプ出力がサチってしまう。そのため、アンプ１０２の出力がＡＤＣ１１１の検出範囲を超える可能性がある場合は、ＤＡＣ１０４により基準電圧を変動させ、アンプ１０２の出力がＡＤＣ１１１の電圧検出範囲のほぼ中央となるように制御する。この時に発生する電圧変動分をキャンセルするために、入力信号補正部１１５、および加算器１１６が必要となる。

そして、電圧変動分がキャンセルされた、加算器１１６の出力により手振れ補正量が算出され、その算出結果に応じて不図示の手振れ補正部が動作し、手振れ補正が行われる。

なお、１２０は不図示の焦点距離変更部の動作に応じて現在の焦点距離を検出する焦点距離検出部である。

図３は、本発明の第１の実施形態における、マイコン１０３でのジャイロオフセット補正制御を示すフローチャートである。また、図４は、本実施形態の特徴部分である、ＤＡＣ１０４の出力を変更するかどうかを判定する部分のフローチャートを示している。以下図３、図４に基づいて、第１の実施形態の動作について詳細に説明する。

図３で示す制御は、マイコン１０３でのＡ／Ｄ変換終了割り込みにより開始される。Ｓ２０１ではＡ／Ｄ変換が行われた角速度センサ出力を角速度データとして取りこみ、Ｓ２０２で入力変動補正量を加算する。このＳ２０２での動作により、ＤＡＣ１０４の出力の変動により発生したアンプ１０２の出力変動分をキャンセルしている。次に、Ｓ２０３で出力変動分がキャンセルされた信号から、オフセット成分の算出を行い、Ｓ２０４でＤＡＣ出力を変更するかどうかの判定を行う。

図４は本実施形態の特徴となる、Ｄ／Ａコンバータ制御判定部のフローチャートである。図４において、Ｓ３０１は、焦点距離検出部１２０で現在の焦点距離を検出し、Ｓ３０２では検出した焦点距離に対応したスレッシュ（閾値）レベルを算出している。振れ補正部の動作時、ワイド側では敏感度が低いため変動によるピクつきがわかりづらく、テレ側では敏感度が高いため、変動によるピクつきがわかりやすい。その反面、ワイド側では検出すべき角度範囲が広く、テレ側では検出する角度範囲が狭くなる。そのためスレッシュレベルは、焦点距離の短いワイド側で狭く、焦点距離の長いテレ端で最も広くなるように設定される。

図４のＳ３０３ではオフセットが所定のスレッシュを超えているかどうかを判定している。スレッシュを超えている場合はＳ３０４でＤＡＣ１０４の出力変更量をスレッシュレベルに設定し、Ｓ３０５でＤＡＣ出力変更要求フラグをセットする。Ｓ３０４でオフセットがスレッシュ以下であればＳ３０６でＤＡＣ出力変更要求フラグをクリアする。以上がＤＡＣ制御判定部の動作となる。

図５は各焦点距離により設定されるスレッシュレベルを示したものである。前述のように、テレ側は補正可能角度が狭いため、手振れ補正を行うために必要となる検出電圧振幅は狭くなる。そのため、ＤＡＣ１０４による出力電圧の調整をラフに行っても、十分に必要な出力変動を得ることができる。一方ワイド側では、歩き撮り等、検出すべき角度が広がるため、ダイナミックレンジを確保するために、こまめに出力電圧の中心レベルを調整する必要が生じる。図４で示した制御を行うことで、図５に示すような、ＤＡＣ制御判定スレッシュの変更が行われ、このスレッシュの変更により、例えばワイド端とテレ端での基準レベルの変更タイミングは、図６で示したようになる。つまり、ワイド側ではこまめなレベル調整が行われ、ダイナミックレンジの確保が行え、テレ側では、基準電圧の変更回数を減らすことができるために、ピクつきの頻度が軽減される。

さて、図３に戻り、Ｓ２０５では、図４のＳ３０５あるいはＳ３０６で設定されたＤＡＣ出力変更要求フラグにより、変更要求があるかどうかを判断する。変更要求がない場合はＳ２０６で入力変動補正量を０（ゼロ）に設定する。また、変更要求がある場合はＳ２０７で、図４のＳ３０４で設定されたＤＡＣ出力変更量を基準電圧変更量として設定し、Ｓ２０８でＤＡＣ１０４へ変更データをシリアル通信する。その結果ＤＡＣ１０４は必要に応じて出力が変更される。次にＳ２０９で今回のＤＡＣ出力変更により発生する入力変動量を補正するための補正量算出を行い、Ｓ２１０で通常の振れ補正処理が行われることになる。

以上説明したように、焦点距離に応じて基準電圧変更スレッシュを変更（判定方法変更）することにより、ワイド側ではダイナミックレンジを確保できると共に、テレ側ではピクつきによる不具合を軽減することが可能となる。

（第２の実施形態）
この第２の実施形態では、振れ補正部の補正可能範囲に応じてＤＡＣ出力変更スレッシュを変更することで、前述の基準電圧変更時の画像のピクつきを軽減する方法を示す。

図７は、第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図７において図１と共通の構成については同じ記号を付し、説明は省略する。図７と図１の構成の違いは、補正リミッタ確認部７０１のみである。ここでいう補正リミッタは、不図示の振れ補正部で補正が可能となる最大の補正角度を示している。補正リミッタは、同じ焦点距離でも、環境温度、絞り値等により変化するが、補正リミッタが広い設定となっている場合は振れ補正性能を上げるために、ダイナミックレンジが必要となる。逆に、補正リミッタが狭い設定となっている場合は、ダイナミックレンジの必要性が少なくなる。つまり、補正リミッタにより基準電圧を変更するタイミングが変えられることになる。

図８は、第２の実施形態でのＤＡＣ１０４の出力を変更するかどうかを判定する部分のフローチャートである。図８において、図２との違いは、Ｓ８０１およびＳ８０２の動作のみであるため、その他の説明は省略する。

図８において、Ｓ８０１では補正リミッタを確認する。そして、Ｓ８０２で確認した補正リミッタの値から、変更スレッシュの設定を行う。その後は第１の実施形態と同様、オフセット量と設定されたスレッシュの値からＤＡＣ出力の変更処理を行う。

図９は設定される変更スレッシュの例を示している。補正可能範囲は前述のように、環境温度、絞り値等から、周辺光量落ちを考慮しながら設定されるため、同じ焦点距離でも、図９に示すようにいくつかの設定が行われる。

このように、補正可能範囲に応じて変更スレッシュを設定することで、必要なダイナミックレンジに応じたＤＡＣ出力変更処理が行われるため、テレ側だけでなく、ワイド〜ミドルの領域でもＤＡＣ出力変更の頻度を下げることができるため、ＤＡＣ出力変動時のピクつき回数をより低減することが可能となる。

Claims (5)

1. 焦点距離が変更可能な撮影光学系を有する光学機器であって、
   前記機器の振れを検出する振れ検出手段と、
   前記振れ検出手段の出力と基準電圧との差分を増幅する増幅手段と、
   前記増幅手段の出力に基づいてオフセット成分を算出するオフセット算出手段と、
   前記オフセット成分が予め定められた値を超えたときに、前記オフセット成分を除去するように前記基準電圧を変更可能な変更手段と、
   前記変更手段の動作により発生する前記増幅手段の出力変動量を算出し、前記増幅手段の出力を補正する補正手段と、
   前記撮影光学系の焦点距離を検出する焦点距離検出手段と、を有し、
   前記予め定められた値は、前記焦点距離検出手段の出力に応じて変更されることを特徴とする光学機器。
2. 前記撮影光学系がワイド側よりも前記撮影光学系がテレ側の方が、前記予め定められた値が大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記予め定められた値は、前記撮影光学系の焦点距離が長くなるに従って大きくなることを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学機器を有することを特徴とする撮像装置。
5. 焦点距離が変更可能な撮影光学系を有する光学機器を制御する方法であって、
   前記機器の振れを検出する振れ検出工程と、
   前記振れ検出工程の出力と基準電圧との差分を増幅する増幅工程と、
   前記増幅工程の出力に基づいてオフセット成分を算出するオフセット算出工程と、
   前記オフセット成分が予め定められた値を超えたときに、前記オフセット成分を除去するように前記基準電圧を変更する変更工程と、
   前記変更工程により発生する前記増幅工程での出力変動量を算出し、前記増幅工程の出力を補正する補正工程と、
   前記撮影光学系の焦点距離を検出する焦点距離検出工程と、を有し、
   前記予め定められた値を、前記焦点距離検出工程の出力に応じて変更することを特徴とする光学機器の制御方法。

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