JP6289109B2 - 像ブレ補正装置およびその制御方法、光学機器、撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、振れ検出信号を低周波数帯域と高周波数帯域の各成分に分離した上で複数の像ブレ補正手段を制御する像ブレ補正装置において、高周波数帯域での補正と低周波数帯域での補正の割り当てを切り替える機能の提供を目的とする。
図1を参照して、本発明の第1実施形態に係る像ブレ補正装置100の各構成部とその動作例について具体的に説明する。図1は像ブレ補正装置100の構成例を示すブロック図である。
Z[n]=FIL_IN[n]+a・Z[n−1] …(式2)
(式1)と(式2)の演算を繰り返し行うことにより、周波数分離部103に対する入力信号について、HPF201では低周波数帯域の信号を減衰させ、LPF211では高周波数帯域の信号を減衰させて出力する。なお、本実施形態においては、簡単のため遅延素子が1つの一次IIRフィルタを用いて説明するが、2つ以上の遅延素子を有する高次のフィルタを用いてもよい。
図4(A)は、補正光学系305の可動光学部材(補正レンズ等)を光軸と垂直な方向にシフトさせ、あるいは光軸上の任意の点を中心に回動させる等の動作により、像ブレ補正を行う場合の構成例を示す。減算部301は、入力信号(像ブレ補正量の信号)から、補正光学系305の位置を検出する位置検出部306の出力を減算する。その減算結果(差分)である偏差データは制御フィルタ302に供給される。制御フィルタ302は、入力データを所定のゲインで増幅する増幅部、および位相補償フィルタで構成される。減算部301からの偏差データは、制御フィルタ302にて増幅および位相補償処理が行われた後、モータ駆動部303に出力される。モータ駆動部303に接続されたモータ304は、補正光学系305の駆動用のボイス・コイル型モータである。モータ304の駆動により、補正光学系305の可動光学部材が移動される。位置検出部306は、磁石とそれに対向する位置に備えられたホール・センサとを備え、補正光学系305の可動光学部材の移動量を検出する。その検出結果を示す信号は減算部301に出力される。これによって、入力信号に対して、補正光学系305に係る移動量を追従させるフィードバック制御系が構成される。補正光学系305は、可動光学部材の移動量に応じて光軸の向きを偏向する、光学的に像ブレ補正可能な補正系である。リミッタ106(またはリミッタ110)の出力に従って補正レンズ等を駆動することにより、像ブレを補正することができる。
図4(C)は、像ブレを電子的に補正する場合の像ブレ補正部の構成例を示す。図4(C)に示す画像メモリ321、信号処理部322、撮像素子323、記録媒体・表示デバイス324は、像ブレ補正装置100を搭載した撮像装置が備えている。撮像素子323は、撮像装置の撮影光学系によって結像された被写体像を撮像画像信号に変換して信号処理部322に供給する。信号処理部322は、撮像素子323から取得した信号に基づき、NTSC(National Television System Committee)フォーマット等に準拠した映像信号を生成して画像メモリ321に記憶させる。メモリ読み出し制御部320は、リミッタ106(またはリミッタ110)の出力する像ブレ補正量(第1補正量または第2補正量)に従って、画像メモリ321からの画像の読み出し位置を変更する。これにより、電子的に像ブレが補正された映像信号が画像メモリ321から出力される。メモリ読み出し制御部320は更に、記録媒体・表示デバイス324に映像信号を出力する。つまり、表示デバイスの画面上に像ブレ補正後の画像が表示され、また像ブレ補正後の画像データが記録媒体に記録される。なお、表示デバイスは画像を表示する液晶表示素子(LCD)等のデバイスであり、記録媒体は、ハードディスク等の磁気記録媒体や半導体メモリ等の情報記録媒体である。
周波数分離制御部112は、像ブレ補正装置100を搭載する撮像装置のズーム位置情報等に基づいて、周波数分離部103の制御状態を変更する。図5は、第1像ブレ補正部107の補正可能量(実線)および第2像ブレ補正部111の補正可能量(点線)を例示したグラフである。横軸は像ブレ補正装置100を搭載した撮像装置における撮影光学系のズーム倍率を示し、縦軸に補正可能量を示す。上述したように、撮像装置に加えられる振れは、低周波ほど振幅が大きく、高周波ほど振幅が小さくなるという特性がある。このため、2つの像ブレ補正部について、補正可能量が大きい方に低周波数帯域での補正を割り当て、補正可能量が小さい方に高周波数帯域での補正を割り当てる制御を行う方が補正可能量を有効に使用することができる。以下では、高周波信号から算出される第1補正量を第1像ブレ補正部107に出力するとともに低周波信号から算出される第2補正量を第2像ブレ補正部111に出力する制御を「第1制御」とする。これとは逆に、低周波信号から算出される第1補正量を第1像ブレ補正部107に出力するとともに高周波信号から算出される第2補正量を第2像ブレ補正部111に出力する制御を「第2制御」とする。なお、第1制御と第2制御との変更については、撮影光学系の光学情報や撮影条件等を示す変数値が予め設定された閾値以上であるか、または閾値未満であるかに応じて行われる。
(1)ズーム倍率がXより小さい場合:第1像ブレ補正部107によって低周波数帯域での像ブレ補正が行われるように周波数分離部103の動作を変更すること。
(2)ズーム倍率がX以上である場合:第1像ブレ補正部107によって高周波数帯域でのブレ補正が行われるように周波数分離部103の動作を変更すること。
第2像ブレ補正部111については、周波数分離制御部112が、撮影光学系のズーム倍率を図5に示した倍率Xと比較して、以下の制御を行う。
(3)ズーム倍率がXより小さい場合:第2像ブレ補正部111によって高周波数帯域での像ブレ補正が行われるように周波数分離部103の動作を変更すること。
(4)ズーム倍率がX以上である場合:第2像ブレ補正部111によって低周波数帯域でのブレ補正が行われるように周波数分離部103の動作を変更すること。
ここで、高周波数帯域での像ブレ補正と低周波数帯域での像ブレ補正を、第1像ブレ補正部107と第2像ブレ補正部111とで入れ替える際には、以下に示す問題が生じ得る。
このとき、(式2)に(式3)を代入すると、以下の式となる。
Z[n]=FIL_IN[n]+a・(MID1−b・FIL_IN[n−1])/(a・b+c) …(式4)
また、(式1)に(式3)および(式4)を代入すると、以下の式となる。
FIL_OUT[n]=MID1+b・(FIL_IN[n]− FIL_IN[n−1]) …(式5)
(式5)より、左辺に示すHPF201の出力は、MID1と、周波数分離部103への入力信号の1サンプリング期間の変化分(入力信号の差分)に係数bを乗算した数値とを加算した値となる。フィルタ演算が行われるサンプリング周波数は、像ブレ補正装置100に加えられる振れ周波数よりも、十分小さい値に設定される。このため、入力信号の差分が小さな値となり、上記切替が行われる前後で信号Out1_1は連続的な信号となる。信号Out1_2についても、周波数分離部103への入力信号からHPF201の出力を減算した信号であるため、同様に上記切替の前後で連続的な信号となる。
このとき、(式4),(式5)と同様の計算を行うと、以下の式となる。
FIL_OUT[n]=MID2+b・(FIL_IN[n]−FIL_IN[n−1]) …(式7)
(式7)より、左辺に示すLPF211の出力は、MID2と、周波数分離部103への入力信号の差分に係数bを乗算した数値とを加算した値となり、上記切替が行われる前後で信号Out2_2は連続的な信号となる。信号Out2_2についても、周波数分離部103への入力信号からHPF201の出力を減算した信号であるため、同様に上記切替前後で連続的となる。
図6(A)および(B)において時刻T10で生じていた急激な信号変化による不連続は、図6(C)および(D)では生じず、切替の前後で信号が滑らかにつながっている。時刻T10で高周波角速度信号と低周波角速度信号の切替が行われた後には、HPF201またはLPF211の時定数に従って徐々に信号レベルが変化し、フィルタ中間値の書き換えによって生じたオフセット成分は収束していく。このオフセット成分の変化についてはHPF201またはLPF211の時定数によって調整可能である。したがって、図6(A)および(B)に実線で示すグラフで説明したような、駆動速度の急峻な変化を抑制できるので、第1像ブレ補正部107および第2像ブレ補正部111の追従誤差が映像に及ぼす影響に起因する現象の発生を防止することができる。
本実施形態によれば、振れ検出信号(角速度信号)を低周波数帯域と高周波数帯域の各成分に分離し、高周波数帯域での補正と低周波数帯域での補正の割り当てを切り替えて最適な像ブレ補正性能を実現することができる。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。図7は、第2実施形態に係る像ブレ補正装置120の構成例を示すブロック図である。第1実施形態に係る図1の構成と同様の部分については既に使用した符号を用いることで、それらの詳細な説明を省略し、相違点を説明する。なお、このような説明の省略については、後述の実施形態でも同様である。
次に、本発明の第3実施形態を説明する。本実施形態に係る像ブレ補正装置の構成は図1に示す第1実施形態の場合と同様であるが、周波数分離部103の内部構成が図2とは異なり、図8に示す構成である。
図8(A)にて、周波数分離部103に対する入力信号はHPF311Hおよび減算部312で処理される。入力信号をHPF311Hに通した後の出力信号が高周波角速度信号であり、減算部312が入力信号からHPF311Hの出力を減算した出力信号が低周波角速度信号である。また、図8(B)にて、周波数分離部103に対する入力信号はLPF311Lおよび減算部312で処理される。入力信号をLPF311Lに通した後の出力信号が低周波角速度信号であり、減算部312が入力信号からLPF311Lの出力を減算した出力信号が高周波角速度信号である。
図6(A)および(B)において、時刻0から時刻T10までの期間中、周波数分離部103は図8(B)に示す状態である。つまり、信号Out3_1は低周波角速度信号であり、信号Out3_2は高周波角速度信号である。図6(A)および(B)に示す実線のグラフは、時刻T10において周波数分離制御部112によって、高周波角速度信号と低周波角速度信号との入れ替えが行われた場合の信号変化を示す。また、点線のグラフは上記信号の入れ替えが行われなかった場合の信号変化を示す。
このとき、(式4)および(式5)と同様の計算を行うと、以下の式となる。
FIL_OUT[n]=MID1+HPF_b・(FIL_IN[n]−FIL_IN[n−1]) …(式9)
(式9)より、左辺に示すHPF311Hの出力は、MID1と、周波数分離部103への入力信号の1サンプリング期間の変化分(入力信号の差分)に係数HPF_bを乗算した数値とを加算した値となる。フィルタ演算が行われるサンプリング周波数は、像ブレ補正装置100に加えられる振れ周波数よりも、十分小さい値に設定される。このため、入力信号の差分も小さな値となり、上記切替が行われる前後で信号Out3_1は連続的な信号となる。信号Out3_2についても、周波数分離部103への入力信号からHPF311Hの出力を減算した信号であるため、同様に上記切替の前後で連続的な信号となる。
Z[n−1]=(MID1−LPF_b・FIL_IN[n−1])/(LPF_a・LPF_b+LPF_c)…(式10)
フィルタ中間値の書き換え処理を行った場合における、信号Out3_1,Out3_2の時間的変化は、図6(C)および(D)に示すグラフとなる。図6(C)および(D)では、時刻T10において、図8(B)から図8(A)の状態への切り替え時に不連続は生じず、切替の前後で信号が滑らかにつながっている。時刻T10で高周波角速度信号と低周波角速度信号の切替を行った後には、HPF311Hの時定数に従って徐々に信号レベルが変化し、フィルタ中間値の書き換えによって生じたオフセット成分は収束していく。このオフセット成分の変化はHPF311Hの時定数によって調整可能である。したがって、前記実施形態の場合と同様、第1像ブレ補正部107および第2像ブレ補正部111の追従誤差が映像に及ぼす影響に起因する現象の発生を防止できる。
次に、本発明の第4実施形態を説明する。本実施形態に係る像ブレ補正装置の構成は図1のブロック図に示す通りであり、周波数分離部103の構成は図8のブロック図に示す通りである。しかし、本実施形態では、第3実施形態で説明した、HPFやLPFのフィルタ中間値の更新を行わない。以下では、周波数分離部103が有するフィルタの特性をHPFとLPFとの間で切り替える処理について説明する。
S100で周波数分離制御部112は、周波数分離部103が有するフィルタの特性について、HPF311HとLPF311Lの切替を行うかどうかを判定する。本判定においては、第1実施形態で説明したように、撮像装置のズーム倍率が変化することによって、第1像ブレ補正部107と第2像ブレ補正部111との補正可能量の大きさの比率が逆転した場合などに肯定的判定結果(Yes)が下される。S100でHPF311HとLPF311Lの切替を行うと判定された場合、S101に処理を進め、S100で否定的判定結果(No)の場合には本処理を終了する。
図9(A)の処理例では、S101で周波数分離部103内部のHPFまたはLPFの出力の絶対値が閾値未満になってから、HPFとLPFとの切替が行われる。つまり、S101の判定処理を行わずに直ちに上記切替を行った場合には、第3実施形態で図6(A)および(B)を用いて説明したように、切替の際に第1像ブレ補正部107および第2像ブレ補正部111の駆動速度が大きく変化する。このため、第1像ブレ補正部107および第2像ブレ補正部111が駆動速度の変化に追従しきれず、そのときの追従誤差が映像に及ぼす影響に起因する現象が生じる可能性がある。
次に、本発明の第5実施形態を説明する。本実施形態に係る像ブレ補正装置の構成は図7のブロック図に示す通りであり、周波数分離部103の構成は図8のブロック図に示す通りである。また、図6(A)乃至(D)を参照する場合、縦軸の「Out1_1又はOut2_1」を「Out3_1」と読み替え、「Out1_2又はOut2_2」を「Out3_2」と読み替えるものとする。
次に、本発明の第6実施形態を説明する。図11は、本実施形態に係る像ブレ補正装置130の構成例を示すブロック図である。図11の構成と図1の構成との相違点は下記の通りである。
・ズーム制御部131が追加されていること。
・周波数分離制御部112は、ズーム制御部131から情報を取得し、積分部105,109またはリミッタ106,110、あるいは両方を制御すること。
本実施形態では、像ブレ補正装置130を搭載した撮像装置がズーミング動作中である場合、第1像ブレ補正部107と第2像ブレ補正部111による、高周波数帯域での補正と低周波数帯域での補正の割り当てを切り替える処理について説明する。
S200で周波数分離制御部112はズーム制御部131から情報を取得し、撮像装置がズーミング動作中であるか否かを判定する。周波数分離制御部112は、ズーム制御部131からの位置検出情報等に基づいてズーミング動作中と判定した場合、S201に処理を進め、ズーミング動作中でないと判定した場合にはS204に移行する。
図12(A)の処理においては、ズーミング動作中に周波数割り当ての切替を行わず、ズーミング動作の終了後に切替を行うので、撮影者が意図しない画像の動きが発生するタイミングを、ズーム動作終了の直後のみに限定することができる。よって、複数回の画像の動きによって撮影者に違和感を与えてしまうことを回避できる。
図12(B)は、周波数分離制御部112が行う処理の流れを示したフローチャートである。図12(A)に対して追加したS210およびS211の処理を主に説明する。
S200でズーミング動作中と判定された場合、S201の後でS210に処理を進める。S210で周波数分離制御部112はリミッタ106,110の設定値(上限値)を変更する。各リミッタの設定値については、ズーム位置毎に予め決められた設定値に比べて、高周波数帯域での補正用リミッタの設定値が大きい値に変更され、低周波数帯域での補正用リミッタの設定値が小さい値に変更される。
次に、図12(B)の処理を行った場合の効果について、図14を参照して説明する。図14(A)および(C)では、横軸を時間軸とし、積分部105の出力信号(細線)とリミッタ106の設定値(太線)の時間的変化を示す。また、図14(B)および(D)は、横軸を時間軸とし、積分部109の出力信号(細線)とリミッタ110の設定値(太線)の時間的変化を示す。図14(A)乃至(D)では、時刻T40から時刻T41までの期間にズーミング動作が行われ、それ以外の期間ではズーミング動作が行われていないものとする。また、時刻0から時刻T41までの期間には、第1像ブレ補正部107により低周波数帯域での補正を行い、第2像ブレ補正部111により高周波数帯域での補正を行い、時刻T41にて周波数の割り当ての切替が行われるものとする。
時刻T40から、低周波数帯域側での補正を行う第1像ブレ補正部107の補正目標位置となる、積分部105の出力は、図14(C)にて細線で示す実線のグラフのように、ゼロに向かって収束していく。そのため、リミッタ106の設定値については、図14(C)にて太線で示す実線のグラフのように、S210の処理でズーム位置毎に決められた設定値より小さくしても、積分部105の出力に変化はない。一方、リミッタ110の設定値については、リミッタ106の設定値を小さく制限した分だけ大きくすることができる。つまり、図14(D)にて太線で示すグラフのように、ズーミング動作中(時刻T40からT41までの期間)において、S210の処理によってリミッタ110の設定値が、ズーム位置毎に決められた設定値よりも大きくなるように変更される。したがって、図14(B)で説明した、積分部109の出力がリミッタ110の設定値よりも大きくなってしまうことを防止し、高周波数帯域での補正を正しく行うことができる。
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない様々な形態も本発明の技術的範囲に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。
101 角速度センサ
102 低周波成分減衰部
103 周波数分離部
105,109,121 積分部
106,110 リミッタ
107 第1像ブレ補正部
111 第2像ブレ補正部
112 周波数分離制御部
131 ズーム制御部
Claims (12)
- 撮影光学系の光学情報または撮影条件により補正可能量の大小関係が変化する複数の像ブレ補正手段により画像のブレを補正する像ブレ補正装置であって、
装置の振れを検出して振れ検出信号を出力する振れ検出手段と、
前記振れ検出信号を取得して低周波信号と高周波信号に分離する信号分離手段と、
前記高周波信号から第1補正量を算出し、かつ前記低周波信号から第2補正量を算出するか、または前記低周波信号から第1補正量を算出し、かつ前記高周波信号から第2補正量を算出する算出手段と、
前記第1補正量にしたがって像ブレを補正する第1像ブレ補正手段と、
前記第2補正量にしたがって像ブレを補正する第2像ブレ補正手段と、
前記信号分離手段を制御することにより、前記高周波信号から前記算出手段が算出する前記第1補正量を前記第1像ブレ補正手段に出力するとともに前記低周波信号から前記算出手段が算出する前記第2補正量を前記第2像ブレ補正手段に出力する第1制御と、前記低周波信号から前記算出手段が算出する前記第1補正量を前記第1像ブレ補正手段に出力するとともに前記高周波信号から前記算出手段が算出する前記第2補正量を前記第2像ブレ補正手段に出力する第2制御とを切り替える制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記光学情報または前記撮影条件に関する変数値が、前記第1像ブレ補正手段と前記第2像ブレ補正手段の補正可能量の大小関係が入れ替わる閾値以上かどうかに応じて、前記第1制御と前記第2制御とを切り替えることを特徴とする像ブレ補正装置。 - 前記信号分離手段は前記振れ検出信号を前記低周波信号および高周波信号に分離するフィルタと、前記制御手段からの制御信号によって前記低周波信号および高周波信号の出力先を切り替える切替手段を有し、
前記算出手段は、前記切替手段から取得した前記低周波信号または高周波信号から前記第1補正量を算出する第1算出手段、および前記切替手段から取得した前記低周波信号または高周波信号から前記第2補正量を算出する第2算出手段を有することを特徴とする請求項1に記載の像ブレ補正装置。 - 前記信号分離手段はデジタルフィルタを有し、前記振れ検出信号と前記デジタルフィルタの出力信号との差分を演算して前記デジタルフィルタの出力信号とともに前記算出手段に出力し、
前記制御手段は、前記デジタルフィルタの特性をハイパスフィルタ特性とローパスフィルタ特性との間で変更する制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の像ブレ補正装置。 - 前記算出手段は、ハイパスフィルタ特性の前記デジタルフィルタから取得した前記高周波信号またはローパスフィルタ特性の前記デジタルフィルタから取得した前記低周波信号から前記第1補正量を算出する第1算出手段、およびハイパスフィルタ特性の前記デジタルフィルタから取得した前記高周波信号またはローパスフィルタ特性の前記デジタルフィルタから取得した前記低周波信号から前記第2補正量を算出する第2算出手段を有することを特徴とする請求項3に記載の像ブレ補正装置。
- 前記制御手段は、前記デジタルフィルタの特性を変更する際、前記デジタルフィルタの演算結果として保持される中間値を変更することによって前記デジタルフィルタの出力を連続的に変化させる制御を行うことを特徴とする請求項3または4に記載の像ブレ補正装置。
- 前記制御手段は、前記デジタルフィルタの出力が閾値より小さい場合に前記デジタルフィルタの特性をハイパスフィルタ特性とローパスフィルタ特性との間で変更する制御を行うことを特徴とする請求項3または4に記載の像ブレ補正装置。
- 前記振れ検出手段の出力の低周波成分を減衰させる減衰手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記デジタルフィルタの特性をハイパスフィルタ特性とローパスフィルタ特性との間で変更する際、前記減衰手段の遮断周波数を高くする制御を行うことを特徴とする請求項6に記載の像ブレ補正装置。 - 振れの角速度信号を角度信号または位置信号に変換する積分手段をさらに備え、
前記信号分離手段は前記振れ検出信号として前記積分手段からの信号を取得して低周波信号と高周波信号に分離することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の像ブレ補正装置。 - 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の像ブレ補正装置を備えることを特徴とする光学機器。
- 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の像ブレ補正装置を備えることを特徴とする撮像装置。
- 前記制御手段は、撮影光学系のズーム倍率が閾値以上である場合、前記第1制御に変更し、撮影光学系のズーム倍率が閾値より小さい場合、前記第2制御に変更することを特徴とする請求項10に記載の撮像装置。
- 撮影光学系の光学情報または撮影条件により補正可能量の大小関係が変化する複数の像ブレ補正手段により画像のブレを補正する像ブレ補正装置にて実行される制御方法であって、
装置の振れを検出して振れ検出信号を出力する検出ステップと、
前記振れ検出信号を取得して低周波信号と高周波信号に分離する信号分離ステップと、
前記高周波信号から第1補正量を算出し、かつ前記低周波信号から第2補正量を算出するか、または前記低周波信号から第1補正量を算出し、かつ前記高周波信号から第2補正量を算出する算出ステップと、
第1像ブレ補正手段が前記第1補正量にしたがって像ブレを補正し、第2像ブレ補正手段が前記第2補正量にしたがって像ブレを補正する補正ステップと、
前記高周波信号から算出される前記第1補正量を前記第1像ブレ補正手段に出力するとともに前記低周波信号から算出される前記第2補正量を前記第2像ブレ補正手段に出力する第1制御と、前記低周波信号から算出される前記第1補正量を前記第1像ブレ補正手段に出力するとともに前記高周波信号から算出される前記第2補正量を前記第2像ブレ補正手段に出力する第2制御とを切り替える切替えステップと、を有し、
前記切替えステップにおいて、前記光学情報または前記撮影条件に関する変数値が、前記第1像ブレ補正手段と前記第2像ブレ補正手段の補正可能量の大小関係が入れ替わる閾値以上かどうかに応じて、前記第1制御と前記第2制御とを切り替えることを特徴とする像ブレ補正装置の制御方法。
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