JP6381236B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法に関する。

被写体光を光電変換して電荷を蓄積する撮像素子として、ＣＭＯＳイメージセンサ（以下、「ＣＭＯＳセンサ」と記述）を適用したデジタルカメラが提案されている。ＣＭＯＳセンサは、ランダムアクセスが可能で、ＣＣＤセンサよりも高速に電荷の読み出しを行うことができる撮像手段である。

イメージセンサから画像情報を読み出す際に、ＣＣＤセンサではフォトダイオードに蓄積された電荷はそのまま読み出される。一方、ＣＭＯＳセンサの多くはセンサ内部にＡＤ変換部を有し、蓄積された電荷は電圧に変換され、増幅されて読み出される。したがって、ＣＭＯＳセンサは、画像を読み出す際に外部からの磁界に暴露された場合、ＡＤ変換部の内部回路に磁気結合することで、基準電圧やＧＮＤレベルが変化し、ノイズとして画像に重畳され、画質を劣化させてしまう。

また、近年のデジタルカメラにおいては、手持ち撮影時に撮像装置に発生する手振れにより撮影画像がブレる画像ブレを軽減するための手振れ補正機構を有するものがある。手振れ補正機構にはさまざまな方式が提案されているが、手振れ補正の効果が高いものとして、光学式手振れ補正機構がある。一般的に光学式手振れ補正機は、振動ジャイロセンサなどの検出部でカメラの揺れを検出、ブレ量を解析して、撮像レンズ内の補正レンズや撮像素子自身などの補正手段をブレ量を打ち消す方向へ移動させ、光軸の被写体からのずれを補正する。補正手段の移動手段としては、永久磁石とコイルが用いられている。

特許文献１は、撮影時のミラーやシャッタの開閉動作に合わせて手振れ補正機構の動作を停止開始する撮像装置を開示している。

特開２００９−２５８４０１

手振れを補正する補正手段を移動させるためにコイルに電流を流すことで、コイルから外部へ漏れ磁界が発生する。したがって、ＣＭＯＳセンサを用いたデジタルカメラにおいて、センサが画像を読み出す際に手振れ補正機構が駆動することで、センサが手振れ補正機構のコイルからの漏れ磁界の影響を受け、読み出される画像にノイズが重畳されるという問題がある。特に、近年のデジタルカメラの小型化により、イメージセンサと手振れ補正機構のコイルとの物理的な距離が近づく傾向にあり、この問題はより顕著に現れるようになってきている。

特許文献１が開示する撮像装置は、撮影時のミラーやシャッタの開閉動作のタイミングに合わせて手振れ補正機構の動作を停止開始制御するものであり、イメージセンサの画像の読み出しのタイミングに応じて手振れ補正機構を制御していない。そのため、撮影時にシャッタが閉じたタイミングで手振れ補正機構の動作を停止しても、画像の読み出しのタイミングでは手振れ補正機構の動作を停止できておらず、手振れ補正機構からの漏れ磁界の影響によって、画像にノイズが重畳する可能性がある。

本発明は、撮像手段による電荷の読み出し処理に対する、画像ブレを補正する補正手段からの漏れ磁界の影響を抑えることができる撮像装置の提供を目的とする。

本発明の一実施形態の撮像装置は、被写体光を光電変換して得られる電荷を蓄積し、順次読み出す撮像手段と、磁石とコイルを用いて駆動対象を移動させて撮像装置の振れにより生じる画像ブレを補正する補正手段と、前記補正手段の動作を制御する制御手段と、前記撮像手段への被写体光の入射を遮断するシャッタ手段とを備える。前記制御手段は、前記撮像手段が電荷の読み出しを行う期間中は、前記コイルへの通電を制限し、前記撮像手段が電荷の読み出しを終了してから前記シャッタ手段による前記撮像手段への光の入射の遮断が解放される前のタイミングで、前記コイルへの通電の制限を解除する。

本発明の撮像装置によれば、撮像手段による電荷の読み出し処理に対する、画像ブレを補正する補正手段からの漏れ磁界の影響を抑えることができる。

本実施形態の撮像装置の構成例を示す図である。 撮像装置の撮影時の動作の例を説明するフローチャートである。 撮影処理を説明するフローチャートである。 撮像素子の駆動と振れ補正制御部のタイミングを表す図である。

図１は、本実施形態の撮像装置の構成例を示す図である。
撮像装置１００は、撮像部１０１乃至操作部１１５を備える。撮像部１０１は、撮像レンズ１０２、絞り機能を備えるシャッタ１０３、光学像を電気信号に変換する撮像素子１０４を備える。シャッタ１０３は、撮像素子１０４への被写体光の入射を遮断するシャッタ手段である。本実施形態において、撮像レンズ１０２は、駆動により被写体光の結像位置を変更できるシフトレンズを有する。このシフトレンズは、撮像装置１００の振れにより生じる画像ブレを補正する補正手段として機能する。

撮像素子１０４は、ＣＭＯＳセンサである。ＣＭＯＳセンサは、光電変換手段であるＰＤ（Photodiode）の水平一ライン毎に時間をずらしながら電荷の蓄積と読み出しとを順次行う。すなわち、本実施形態の撮像素子１０４は、被写体光を光電変換して得られる電荷を蓄積し、順次読み出す撮像手段である。また、撮像素子１０４は、内部にＡ／Ｄ変換回路を持ち、得られた画像データは、撮像素子１０４内でデジタルデータに変換される。

タイミング制御部１０５は、システム制御部１１１の制御により、撮像素子１０４、振れ補正制御部１１３、撮像制御部１１４にクロック信号や制御信号を供給する。画像処理部１０６は、撮像素子１０４からの画像データに対し、所定の画素補間、縮小といったリサイズ処理や色変換処理を行う。画像処理部１０６は、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行う。システム制御部１１１が、この演算結果に基づいて、焦点検出処理を行うことで、ＴＴＬ（Through the Lens）方式のＡＦ（Auto Focus）処理が行われる。画像処理部１０６は、更に、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてＴＴＬ方式のＡＷＢ（Automatic White Balance）処理も行う。

メモリ１０７には、撮影した静止画像や動画像が格納される。撮像素子１０４からの画像データは、画像処理部１０６を介して、メモリ１０７に書き込まれる。メモリ１０７は、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像及び音声を格納するのに十分な記憶容量を備えている。これにより、複数枚の静止画像を連続して撮影する連続撮影の場合にも、高速かつ大量の画像書き込みをメモリ１０７に対して行うことが可能となる。また、メモリ１０７はシステム制御部１１１の作業領域としても使用することが可能である。

また、メモリ１１１は、記録媒体１０９の書き込みバッファとしても使われる。さらに、メモリ１０７は画像表示用のメモリを兼ねており、メモリ１０７に書き込まれた表示用の画像データは、ＬＣＤ等を有する表示部１１０により表示される。表示部１１０を用いて、撮像した画像データを逐次表示すれば、電子ファインダー機能（スルー表示）を実現することが可能である。記録制御部１０８は、メモリ１０７に書き込まれた画像データを読み出し、メモリカードやハードディスク等の記録媒体１０９に記録する。

システム制御部１１１は、撮像装置１００全体を制御する。システム制御部１１１は、例えば、マイクロプロセッサ、プログラムＲＯＭ、ＲＡＭを内蔵している。システム制御部１１１は、プログラムＲＯＭに予め記憶された制御プログラムをＲＡＭにロードして実行することにより、撮像装置１００全体の動作を制御する。制御プログラムとは、本実施形態における後述の各種フローチャートを実行するためのプログラムのことである。

振れ検出部１１２は、撮像装置１００に生じる振れ（例えば、手振れ）を検出する。このために、振れ検出部１１２は、３次元角速度センサであるジャイロセンサを備える。手振れ補正機能が動作している際の撮影時には、システム制御部１１１は、振れ検出部１１２からの出力を逐次検出して、撮像装置１００の移動方向（手振れ方向）及び移動量（手振れ量）を演算する。そして、システム制御部１１１は、演算結果に基づいて振れ補正制御部１１３を制御して、撮像レンズ１０２に含まれるシフトレンズを駆動する。これにより、手振れ補正動作が実行され、手振れによる画像ブレを補正することができる。

振れ補正制御部１１３は、システム制御部１１１からの制御に従い、所定のアクチュエータを用いてシフトレンズを駆動する。すなわち、システム制御部１１１および振れ補正制御部１１３は、シフトレンズの動作を制御することで、手振れにより生じる画像ブレを補正する制御手段として機能する。上記アクチュエータは、永久磁石とコイルによって構成される。振れ補正制御部１１３が、コイルに対して通電を行うことにより、コイルから発生する誘導磁界と永久磁石による磁界との引力、もしくは斥力を用いて撮像レンズ１０２に含まれるシフトレンズが駆動される。手振れ補正機能が動作している際の撮影時には、振れ補正制御部１１３は、手振れによる被写体像の動きを打ち消すようにシフトレンズを移動させる。

撮像制御部１１４は、撮像素子１０４の水平一ライン毎に時間をずらしながら順次行う電荷の蓄積と読み出しのタイミングを制御する。操作部１１５は、スイッチ、ボタン、ダイヤルなど、ユーザが撮像装置に対して各種の指示や設定を行うための入力デバイス群である。操作部１１５は、電源スイッチ、モード切替スイッチ、シャッタボタン、メニューボタン、方向ボタン、実行ボタンなどを含む。

図２は、図１に示す撮像装置の撮影時の動作の例を説明するフローチャートである。
図２では、撮像装置１００が静止画を撮影する際の動作を例にとって説明する。ユーザが、操作部１１５に含まれるシャッタボタンを全押しして、撮影指示を入力すると、システム制御部１１１がこの撮影指示を検出する（ステップＳ２０１）。

次に、システム制御部１１１が、撮影領域の輝度が最適になるように、自動で露出条件を制御するＡＥ（Auto Exposure）処理、及びフォーカスが最適になるようにＡＦ処理を行う（ステップＳ２０２）。そして、システム制御部１１１が、撮影処理を実行する（ステップＳ２０３）。なお、システム制御部１１１は、シャッタボタンの半押しが検出された時点でＡＥ処理、ＡＦ処理を行い、全押しが検出されると撮影処理を行うようにしてもよい。

撮影処理で取得された画像データはメモリ１０７に記録される。システム制御部１１１は、表示部１１０に対し、画像のクイックレビュー表示を行う（ステップＳ２０４）。そして、記録制御部１０８が、メモリ１０７に記録された画像データを読み出し、画像ファイルとして記録媒体１０９に対し書き込みを行う記録処理を実行する（ステップＳ２０５）。

図３は、図２のステップＳ２０３の撮影処理を説明するフローチャートである。
システム制御部１１１が、タイミング制御部１０５、撮像制御部１１４を介して、露光を開始する（ステップＳ３０１）。これにより、撮像部１０１の撮像素子１０４が、撮像制御部１１４により露光を開始するよう制御される。撮像素子１０４は、全ての水平ラインが電荷の蓄積を同時に開始するよう制御される。このとき、撮像部１０１のシャッタ１０３は開いており、外光は撮像部１０１の撮像レンズ１０２を介して撮像素子１０４へ導かれる。

次に、システム制御部１１１が、図２のステップＳ２０２で設定された露出条件にしたがい、撮像部１０１のシャッタ１０３を閉じるよう制御する（ステップＳ３０２）。シャッタ１０３が閉じることにより、撮像素子１０４へ導かれていた外光が光学的に遮断される（露光が停止する）。ステップＳ３０１における撮像素子１０４の電荷の蓄積開始から、ステップＳ３０２におけるシャッタ１０３の閉動作制御までの期間が、露光時間となる。

次に、システム制御部１１１が、振れ補正制御部１１３に対して、手振れ補正動作を停止するよう制御する（ステップＳ３０３）。振れ補正制御部１１３は、システム制御部１１１の制御に伴い、シフトレンズを駆動するアクチュエータへの通電を停止する。振れ補正制御部１１３は、このアクチュエータに対して、シフトレンズの位置を一定に保つための保持通電も行わない。

振れ補正制御部１１３からのアクチュエータへの通電が停止され、コイルからの漏れ磁界が消失するのを待った後、撮像制御部１１４は、撮像素子１０４の電荷の読み出しを開始するよう制御する（ステップＳ３０４）。これにより、画像データの読み出しが開始される。撮像素子１０４は、水平一ライン毎に時間をずらしながら電荷の読み出しを順次行う。

撮像素子１０４の全ての水平ラインの電荷の読み出しが終了したのを待った後、システム制御部１１１が、振れ補正制御部１１３に対して、手振れ補正動作を開始するよう制御する（ステップＳ３０５）。振れ補正制御部１１３は、システム制御部１１１の制御にしたがって、アクチュエータへの通電を開始する。続いて、システム制御部１１１が、撮像部１０１のシャッタ１０３を開くよう制御する（ステップＳ３０６）。そして、処理が終了する。

図４は、撮像素子の駆動と振れ補正制御部のタイミングを表すタイミングチャートの例である。
図４において、ＶＤは、垂直同期信号を表す。ＶＤは、タイミング制御部１０５から撮像素子１０４、振れ補正制御部１１３、撮像制御部１１４に供給される。ＶＤ立ち下がりから次のＶＤ立ち下がりまでが１フィールドであり、この期間に撮像素子１０４から各１枚の画像データが取得される。

図２のステップＳ２０３の撮影処理で撮像素子１０４が露光するフィールドを、図４に「撮影フィールド」と示す。撮像素子１０４のフィールドに記された平行四辺形４０１は、撮像素子１０４が水平ライン毎に電荷の蓄積と読み出しを順次行い、画面領域を露光するタイミングを模擬的に表したものである。

台形４０１は、撮影フィールドにおいて撮像素子１０４が露光するタイミングを模式的に表した撮像素子１０４の撮影露光期間である。撮影露光期間４０２が示す台形の左辺は、撮像素子１０４の全ての水平ラインが電荷の蓄積を同時に開始するよう制御される様子を示す。この制御は、図３のステップＳ３０１の処理に対応する。

符号４０３は、図３のステップＳ３０２における、シャッタ１０３を閉じるタイミングを示す。タイミング４０３までが、撮影露光期間４０２の外光を露光する期間である。タイミング４０３の後、振れ補正制御部１１３が、手振れ補正動作を停止する。

符号４０４は、図３のステップＳ３０４における、撮像制御部１１４が、撮像素子１０４の電荷の読み出しを開始するよう制御するタイミングを示す。符号４０５は、撮像素子１０４の電荷の読み出しを終了するタイミングを示す。符号４０６は、図３のステップＳ３０６におけるシャッタ１０３を開くタイミングを示す。

振れ補正制御部１１３は、システム制御部１１１によって、タイミング４０３から所定期間経過後、タイミング４０４より前のタイミングで動作停止する。これにより、シャッタ１０３により撮像素子１０４への光の入射が遮断されてから撮像素子１０４が電荷の読み出しを開始する前のタイミングで、シフトレンズの動作が停止する。また、振れ補正制御部１１３は、タイミング４０５から所定期間経過後、タイミング４０６より前のタイミングで動作開始する。これにより、撮像素子１０４が電荷の読み出しを終了してからシャッタ１０３による撮像素子１０４への光の入射の遮断が解放される前のタイミングで、シフトレンズの動作が開始する。

すなわち、システム制御部１１１は、振れ補正制御部１１３を介して、撮像素子１０４が電荷の読み出しを行う期間中（タイミング４０４からタイミング４０５の期間中）のシフトレンズの動作を制御する。これにより、撮像素子１０４が電荷を読み出す際に、コイルへの通電が停止される。したがって、読み出された画像に対する、コイルからの漏れ磁界の影響に起因するノイズの重畳を防止することができる。本実施形態において、振れ補正制御部１１３は、タイミング制御部１０５から撮像素子１０４を駆動する信号と同一の信号が供給されるため、撮像素子１０４の駆動に同期させて動作の停止開始制御を行うことができる。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

１１１ システム制御部
１１３ 振れ補正制御部

Claims (6)

1. 被写体光を光電変換して得られる電荷を蓄積し、順次読み出す撮像手段と、
   磁石とコイルを用いて駆動対象を移動させて、撮像装置の振れにより生じる画像ブレを補正する補正手段と、
   前記補正手段の動作を制御する制御手段と、
   前記撮像手段への被写体光の入射を遮断するシャッタ手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記撮像手段が電荷の読み出しを行う期間中は、前記コイルへの通電を制限し、前記撮像手段が電荷の読み出しを終了してから前記シャッタ手段による前記撮像手段への光の入射の遮断が解放される前のタイミングで、前記コイルへの通電の制限を解除することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記撮像装置が静止画を撮影する際に、前記撮像手段が電荷の読み出しを行う期間中は、前記コイルへの通電を制限する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記シャッタ手段により前記撮像手段への光の入射が遮断されてから前記撮像手段が電荷の読み出しを開始する前のタイミングで、前記コイルへの通電を制限する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記撮像手段は、前記撮像手段が備える光電変換手段の水平一ライン毎に時間をずらしながら前記電荷を順次読み出す
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記撮像手段は、ＣＭＯＳセンサである
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 被写体光を光電変換して得られる電荷を蓄積し、順次読み出す撮像手段と、磁石とコイルを用いて駆動対象を移動させて撮像装置の振れにより生じる画像ブレを補正する補正手段と、前記撮像手段への被写体光の入射を遮断するシャッタ手段とを備える撮像装置の制御方法であって、
   前記撮像手段が電荷の読み出しを行う期間中は、前記コイルへの通電を制限する工程と、
   前記撮像手段が電荷の読み出しを終了してから前記シャッタ手段による前記撮像手段への光の入射の遮断が解放される前のタイミングで、前記コイルへの通電の制限を解除する工程と、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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