JP5455961B2 - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示の撮像装置は、像ブレ補正機構を利用して、三脚を用いた撮影時にフレーミングの微調整を行う機能を提案している。この装置は、十字キーの操作に応じて上下左右方向に像ブレ補正部材を制御し、撮影領域を移動させることによってフレーミングの微調整を行う。また像ブレ補正部材は、撮像装置の光軸と垂直な平面にて、ブレ補正光学系を2つのモータを用いて駆動する構成となっており、十字キーの操作方向とモータの駆動方向が一致している。よって、ユーザによる十字キーの操作方向に応じて、2つのモータのうちで対応する方向のモータを駆動すれば、フレーミング調整が可能である。
そこで本発明の目的は、像ブレを補正する補正機構を利用してフレーミング調整を行う撮像装置において、撮影範囲を移動させる指示方向と、補正部材の駆動手段の駆動方向が対応しない場合でも、当該指示方向に沿って撮影範囲を移動させることである。
図1は、本発明の実施形態に共通する撮像装置の構成例を示すブロック図である。
被写体からの入射光は撮像光学系120を通り、撮像装置100の撮像面に結像する。補正部材としての補正光学系121は、例えばシフトレンズであり、撮像光学系120の光軸と垂直な平面内で移動され、撮像面への光軸の角度を変更する。補正光学系121の移動によって、撮像装置100の撮像画像に生じる像ブレを光学的に補正するとともに、撮像装置100の撮像方向を変更することができる。すなわち、光軸に直交する方向に移動可能な補正部材(シフトレンズや撮像素子)を利用したフレーミング調整が可能である。
撮影範囲の変更方向を指示する方向指示操作部103は、ユーザが行うモード切替操作部102の操作によって、フレーミング調整モードが設定されている場合にユーザがフレーミング調整の方向を指示するための操作部材を備える。十字キー等の操作部材や、タッチパネル上で方向を指定する方向指示操作手段、あるいはリモートコントローラ等の遠隔操作で方向を指示する方向指示操作手段等がある。ユーザが方向を指示できれば、操作方式の如何は問わない。また、ズーム操作部129は、ユーザが撮像光学系120のズーム倍率の変更を指示するための操作部材を備える。
一方、減算器113から、制御フィルタ114、パルス幅変調部115を経て、モータ駆動部116に至る回路はモータ117を駆動する。位置検出部118からA/D変換器119を経て減算器113に戻る回路は、補正光学系121の第2の方向における位置検出を行う。これらの回路はモータ117を第2の駆動方向に駆動する制御を行うフィードバックループを形成している。なお、モータ117の駆動については、モータ110の駆動の場合と同様であるため、説明は省略する。
まず、撮像装置100が像ブレ補正モードに設定されている場合、駆動量算出部105は、図示しない角速度センサ等、撮像装置100の手振れや揺れを検出するセンサの出力を取得する。駆動量算出部105は補正光学系121の移動量(位置制御量)を算出して、その結果を減算器106および113にそれぞれ出力する。これにより、像ブレ補正制御が行われる。
また、撮像装置100がフレーミング調整モードに設定されている場合、駆動量算出部105は、方向指示操作部103の操作情報に基づいて、補正光学系121の移動量を算出し、その結果を減算器106および113にそれぞれ出力する。なお、フレーミング調整モードにおける駆動量算出部105の動作の詳細については後述する。
撮像倍率の変更に使用するズーム操作部129の操作情報は、システム制御部104を介してズーム制御部130に送信される。ズーム制御部130は、ズーム操作部129の操作情報に応じて、ズーム速度や目標ズーム位置を決定し、パルス幅変調部131を制御する。モータ駆動部132は、パルス幅変調部131からのPWM信号に基づいてモータ133を駆動し、撮像光学系120内の図示しない変倍光学系の位置を制御する。
以下、本発明の第1実施形態に係る駆動量算出部105が実行する処理を詳細に説明する。
図2(A)は、補正光学系121、モータ110および117を示す。円形で示す補正光学系121は、その外側に正方形で示すフレーム200によって保持されている。フレーム200の側面にはモータ110および117が取り付けられている。X軸およびY軸はモータの駆動方向をそれぞれ表しており、互いに直交している。モータ110は、X軸方向に補正光学系121を駆動し、モータ117はY軸方向に補正光学系121を駆動する。なお、図2(A)のXY平面は、撮像光学系120の光軸と垂直な平面であり、以下で説明する位置については2次元座標(X,Y)で表すことにする。
S100は、フレーミング調整駆動中であることを示すフラグ(MOVE_FLAGと記す)がセットされているか否かの判定処理である。MOVE_FLAGがセットされていないと判定された場合、S101の処理に進む。S101でシステム制御部104は、方向指示操作部103に対するユーザ操作を判定する。方向指示操作部103に対するユーザ操作とは、例えば図3(A)のタッチパネル300に表示された矢印301乃至308のいずれかを、ユーザが選んでタッチする操作のことである。S101で方向指示操作部103に対するユーザ操作が行われていないと判定された場合、処理は終了となる。またS101で方向指示操作部103に対するユーザ操作が行われたと判定された場合、S102の処理に進む。
S102では、補正光学系121を制御するために用いるカウンタの変数(Move_Countと記す)をゼロにクリアする処理が行われる。S103では、補正光学系121の現在の位置座標(X0,Y0)を変数(X_backup,Y_backup)に記憶する処理が行われる。変数(X_backup,Y_backup)は位置座標値を一時的に保存するための変数である。
(式1)と(式2)に基づいて、補正光学系121を移動前の位置座標(X0,Y0)から、新たな座標(X1,Y1)に移動させる過程における、過渡的な動きを制御するための演算が行われる。Move_Count=0のとき、(X2,Y2)=(X0,Y0)となり、これはフレーミング調整前の座標を示す。また、Move_Count = COUNT_ENDのとき、(X2,Y2)=(X0+L×cosθ,Y0+L×sinθ)となり、フレーミング調整後の座標(X1,Y1)と一致する。”0< Move_Count <COUNT_END”の条件を満たすときには、S105およびS106の処理が行われる周期毎に、X2はL×cosθ/COUNT_ENDずつ変化し、Y2はL×sinθ/COUNT_ENDずつ変化していく。すなわちフレーミング調整中に補正光学系121が座標(X0,Y0)から座標(X1,Y1)まで移動する間、モータ110と117はともに定速駆動となる。また、モータ110および117の駆動制御ではその駆動開始時刻と駆動終了時刻が両者間で一致する。
S108では、変数Move_CountがCOUNT_ENDと比較される。変数Move_Countの値がCOUNT_ENDの示す値と一致しない場合、補正光学系121の位置が、図5(A)のフレーミング調整後の座標(X1,Y1)に到達していない状態である。よって、S109に進んで、次回の処理でもフレーミング調整動作が継続される。一方、変数Move_Countの値がCOUNT_ENDの示す値と一致した場合には、補正光学系121の位置が、図5(A)のフレーミング調整後の座標(X1,Y1)に到達した状態であり、S112に進む。
S109では、現在の駆動目標位置(X2,Y2)を変数(X_backup,Y_backup)に保存する処理が行われる。次のS110では、X2を減算器106に設定し、Y2を減算器113に設定する処理が行われる。これにより補正光学系121の位置座標が(X2,Y2)となるようにモータ110と117の駆動制御が行われる。S110の後、図4の処理は終了となる。
S107からS111に進んだ場合、S103またはS109でメモリに一時記憶しておいた(X_backup,Y_backup)の値を駆動目標位置(X2,Y2)に対して代入する処理が行われる。すなわち、これは補正光学系121を現在の位置に保持し、可動範囲外に出ないようにするためである。図5(B)に示すように、フレーミング調整前の補正光学系121の位置(X0,Y0)が可動限界に近いために、調整後の座標(X1,Y1)が、可動範囲の外側になってしまう場合、補正光学系121の位置を可動範囲内に留める必要がある。S107とS111の処理は、そのためのリミッタとして機能する。
S111の処理後、またはS108でYESと判定された場合、S112に進み、初期位置(X0,Y0)の座標が更新される。S112およびS113の処理は、フレーミング調整動作を終了し、再びフレーミング調整が行われるようにするための準備処理である。S112では、次回にS103の処理が行われるときのために、フレーミング調整終了時における補正光学系121の位置座標(X2,Y2)の値が、(X0,Y0)に代入される。S113でMOVE_FLAGのリセット処理が行われ、S110の処理に進んだ後、図4の処理は終了する。
フレーミング調整中の補正光学系121の駆動は、X軸方向およびY軸方向ともに定速駆動である。モータ110の速度に対するモータ117の速度比、つまり、「(L×sinθ/COUNT_END)÷(L×cosθ/COUNT_END)=tanθ」が一定に制御される。そしてX軸方向およびY軸方向における駆動開始時刻と駆動終了時刻が一致する。そのため、フレーミング調整の駆動中に補正光学系121の動き、すなわち撮影映像の動きが非線形にならず、移動方向が途中で変わらないので直線的な動きとなる。よって、フレーミング調整の指示方向と各モータの駆動方向とが一致していない場合でも、指示された方向に沿って撮影範囲が移動するので、不自然な画面移動は起こらない。また、フレーミング調整の駆動中に補正光学系121の位置が、X軸方向またはY軸方向のいずれか一方で可動限界に達した場合、X軸方向およびY軸方向に係るモータの駆動が停止する。これによって、補正光学系121の動き、すなわち撮影映像の動きが直線的な動きになることが保証される。フレーミング途中で撮影範囲の移動方向が変わらないので、自然な画面移動を実現できる。
なお、本実施形態では図3(A)に示す方向指示操作部103にタッチパネルを使用した例を説明したが、以下に示す変形例でも同様の効果を得ることができる。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態では、フレーミング調整モードにて、ユーザがズーム操作部129を操作した場合の動作について説明する。
撮像光学系120が撮像素子122の撮像面上に形成する有効像円径は、一般的にズーム倍率によって変化する。補正光学系121の可動範囲は、有効像円径の大きさによって決まり、有効像円径が大きいほど補正光学系121を大きく動かすことができる。図6は、撮像装置100の撮像倍率を示すズーム倍率と補正光学系121の可動範囲との関係を例示する。縦軸に示す「Y00」はズーム倍率が倍率1の場合に対応する可動範囲の大きさを表す。また、「LIMIT_TELE」はズーム倍率が最大となる望遠端での可動範囲の大きさを表し、「LIMIT_WIDE」は広角端での可動範囲の大きさを表す。
ズーム操作部129を用いたユーザ操作に従ってズーム倍率が広角側に変更されると、図6のグラフに示したように補正光学系121の可動範囲が小さくなる。よって、ズーム倍率が小さくなるに従って、補正光学系121の位置を初期位置(X00,Y00)から可動範囲内に移動させる必要がある。このときX軸方向の駆動用モータ110と、Y軸方向の駆動用モータ117を独立に制御すると、以下に説明するような動きとなる。ズーム倍率を最大倍率から広角側に変更する場合、例えば、図6に示した倍率1となるズーム位置までの間、可動範囲が狭まる。これに伴い、補正光学系121の初期位置(X00,Y00)に対して、X軸方向での位置は可動範囲を外れるが、Y軸方向での位置は可動範囲を外れない。よって、補正光学系121の位置を可動範囲内に制御するためには、X軸方向の駆動用モータ110のみを駆動すればよい。このとき補正光学系121の位置は、倍率1のズーム位置では図7(B)の座標(X01,Y01)に移動する。Y軸方向の駆動は行われないため、Y01=Y00である。補正光学系121の可動範囲を正方形とした場合、ズーム倍率を図6に示す倍率1から更に広角側に変更していくと、図7(B)の位置(X01,Y01)は、XYの両軸ともに可動範囲を外れた位置となる。よって、補正光学系121の位置を常に可動範囲内に制御するためには、X軸方向の駆動用モータ110とY軸方向の駆動用モータ117の両方を駆動する必要がある。最終的に補正光学系121の位置は、広角端では図7(B)の座標(X02,Y02)に移動する。
X軸方向の駆動用モータ110とY軸方向の駆動用モータ117を独立に制御した場合、ズーム動作時に、補正光学系121の位置が図7(B)にて(X00,Y00)から(X01,Y01)、(X02,Y02)へと折れ線状に移動することになる。これでは、補正光学系121の移動方向、すなわち撮影映像の動きがズーム動作中に不自然に変更されるので、ユーザに違和感を与えるおそれがある。
S200は、ズーム動作中であることを示すフラグ(ZOOM_FLAGと記す)がセットされているか否かの判定処理である。ZOOM_FLAGがセットされていない場合、S201に進み、ZOOM_FLAGがセットされている場合、S205に進む。
S201では、ズーム操作部129に対するユーザの操作指示をシステム制御部104が判定し、ズーム操作が開始されたか否かを示す情報を駆動量算出部105に送る。S201でズーム操作部129に対するユーザの操作指示がないと判定された場合、処理は終了となる。またS201でズーム操作部129に対するユーザの操作指示があると判定された場合、S202の処理に進み、補正光学系121の駆動方向が算出される。例えば、ズーム動作中に補正光学系121の可動範囲が変化する場合、補正光学系121の位置を可動範囲内に移動する際の駆動方向が算出される。この算出方法について、図6および図7(C)を用いて説明する。本例では、図6に示すグラフに従ってズーム倍率が望遠端の値から広角側の値に変更されるものとする。X軸およびY軸の定義や可動限界LIMIT_TELE、LIMIT_WIDEについては、図7(A)および(B)と同様であるため説明を省略する。S202の処理が行われたときのズーム倍率を図6に示す最大倍率とし、このときの補正光学系121の位置座標を(X_INIT,Y_INIT)とする。補正光学系121の駆動方向をφ[単位:deg]とすると、その算出式は下式の通りである。
S202の後でS203に進み、ズーム動作中であることを示すフラグZOOM_FLAGがセットされ、S204に進む。S204では、後述する変数X_NEXT1、X_NEXT2に現時点での補正光学系121のX軸座標を代入する処理が行われる。同様に変数Y_NEXT1、Y_NEXT2には現時点での補正光学系121のY軸座標を代入する処理が行われ、図8の処理は終了となる。S203でZOOM_FLAGがセットされた後、次回に図8のフローチャートの処理が実行されたときには、S200からS205に進む。
S206では、補正光学系121の位置がX軸方向での可動範囲内となるX軸方向の座標が算出され、変数X_NEXT1に代入される。具体的には、X_ZOOM>0のとき、X_NEXT1 = LIMIT_ZOOMとなり、X_ZOOM<0のとき、X_NEXT1 = -LIMIT_ZOOMとなる。次のS207では、補正光学系121のX軸方向の位置をS206で算出した位置に移動する際、S202で算出したφの方向に補正光学系121の位置を移動させるために、Y軸方向の座標が算出され、変数Y_NEXT1に代入される。算出式は下式の通りである。
S205でX_ZOOMの絶対値がLIMIT_ZOOM以下と判定され、S208でY_ZOOMの絶対値がLIMIT_ZOOM以下と判定された場合、変数X_NEXT1、X_NEXT2、Y_NEXT1、Y_NEXT2に変更はない。これらの変数の値は、いずれもS204で設定された値のままである。よって、S211、S212の処理において、(X_NEXT,Y_NEXT)=(X_INIT,Y_INIT)となり、補正光学系121の位置は変化しない。
第2実施形態によれば、フレーミング調整モードにて、ズーム動作に伴って補正光学系121の位置が可動範囲から逸脱してしまうおそれがある場合、当該位置が補正光学系121の可動中心に向かって移動するように座標計算が行われる。ズーム動作の途中で補正光学系121の移動方向、すなわち撮影範囲の移動方向が変わらず、指定通りに一定の方向となる。よって、撮影映像が直線的な動きとなり、自然な画面移動を実現できる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、補正光学系121として補正レンズを光軸方向と直交する方向に移動させる実施形態に限らず、撮像素子122を撮像光学系の光軸方向と直交する方向に移動させる実施形態にも適用可能である。
101 制御部
103 方向指示操作部
110 モータ(第1の駆動手段)
117 モータ(第2の駆動手段)
121 補正光学系
122 撮像素子
129 ズーム操作部
Claims (6)
- 光軸に直交する方向に移動可能な補正部材を用いて、撮影範囲を変更可能な撮像装置であって、
撮影範囲の変更方向を指示する方向指示操作手段と、
第1の方向に前記補正部材を駆動する第1の駆動手段と、
前記光軸の方向および前記第1の方向と直交する第2の方向に前記補正部材を駆動する第2の駆動手段と、
前記方向指示操作手段による操作指示に従って、前記第1の駆動手段と前記第2の駆動手段を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記方向指示操作手段により指示される方向が前記第1の方向および前記第2の方向のいずれにも一致しない場合、前記第1の駆動手段と前記第2の駆動手段の駆動開始時刻および駆動終了時刻を一致させるとともに、前記第1の駆動手段の速度に対する前記第2の駆動手段の速度比を一定に制御し、
前記制御手段は、前記補正部材の駆動目標位置が前記第1の方向または前記第2の方向における可動限界を超える場合、前記可動限界において前記第1の駆動手段および前記第2の駆動手段の駆動を停止させることを特徴とする撮像装置。 - 前記制御手段は、前記第1の駆動手段および前記第2の駆動手段の駆動中に、前記補正部材の位置が前記第1の方向または前記第2の方向における可動限界に到達した場合、前記補正部材の位置が前記第1の方向または前記第2の方向における可動限界に到達する前にメモリに一時記憶しておいた位置情報を、前記第1の駆動手段および前記第2の駆動手段の駆動目標位置に代入することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- ズーム倍率の変更を指示するズーム操作手段と、
前記ズーム操作手段による操作指示に従って撮像倍率を変更する制御を行うズーム制御手段をさらに備え、
前記補正部材の可動範囲が、前記ズーム制御手段による前記撮像倍率の変更に伴って変化する際に、前記制御手段は、前記補正部材の位置が前記可動範囲内に入るように可動中心に向かう駆動方向を算出して前記補正部材の位置を制御することを特徴とする請求項1または請求項2記載の撮像装置。 - 前記可動中心は、前記第1の方向に対応する第1軸および前記第2の方向に対応する第2軸によって形成される座標平面上での原点であり、
前記制御手段は、前記座標平面上での前記補正部材の位置と前記可動中心を結ぶ線分が前記第1軸または前記第2軸に対してなす角度を算出することにより、前記補正部材の駆動方向を算出することを特徴とする請求項3記載の撮像装置。 - 前記制御手段は、前記撮像倍率の変更に伴って変化する前記可動範囲に対して、前記補正部材の位置が前記第1軸または前記第2軸における可動限界を超えないように、当該可動限界の示す座標値および前記角度を用いて算出した前記補正部材の駆動目標位置に従って前記第1の駆動手段および前記第2の駆動手段を制御することを特徴とする請求項4記載の撮像装置。
- 像振れを補正するための補正部材を用いて、撮影範囲を変更可能な撮像装置にて実行される制御方法であって、
方向指示操作手段により撮影範囲の変更方向の指示を受け付けるステップと、
前記方向指示操作手段による指示に従って、前記補正部材を第1の駆動手段によって光軸に直交する第1の方向に駆動するとともに、前記補正部材を第2の駆動手段によって前記光軸の方向および前記第1の方向と直交する第2の方向に駆動するステップと、
前記方向指示操作手段により指示される方向が前記第1の方向および前記第2の方向のいずれにも一致しない場合、前記第1の駆動手段と前記第2の駆動手段の駆動開始時刻および駆動終了時刻を一致させるとともに、前記第1の駆動手段の速度に対する前記第2の駆動手段の速度比を一定に制御し、前記補正部材の駆動目標位置が前記第1の方向または前記第2の方向における可動限界を超える場合、前記可動限界において前記第1の駆動手段および前記第2の駆動手段の駆動を停止させるステップとを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
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