JPH09284635A

JPH09284635A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH09284635A
Application number: JP8086802A
Authority: JP
Inventors: Toshimichi Kudo; 利道工藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-10-31
Anticipated expiration: 2016-04-09
Also published as: JP3548328B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光学的な振れ補正において常に良好な振れ補
正効果を得る。【解決手段】角速度センサ１０１で振れ検出された信
号と頂角センサ１１０で検出されたＶＡＰユニット１０
８の頂角検出信号との差が加算器１２０で求められ、こ
の差に応じてＶＡＰが制御されて光学的な振れ補正が行
われる。一方、ＣＣＤ１１１からの映像信号の動きを画
像動き検出回路１１４で検出し、この動きに応じてゲイ
ン調整制御回路１１６及びゲイン調整回路１０４により
振れ検出信号の利得を、画像の動きが最も小さくなるよ
うに制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
し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ＶＡ
Ｐ：ＶａｒｉａｂｌｅＡｎｇｌｅＰｒｉｓｕｍと呼
ぶ）について図１１を用いて説明する。ＶＡＰは、図１
１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２
６、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２
８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１０
１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Ｖ
ＡＰの頂角を可変させるモータ等のアクチュエータ１０
７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１
１４からの信号に応じてフィールドメモリ制御回路１１
９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第１の
問題があった。

【００１１】また、近年では、ビデオカメラのさらなる
小型化が望まれ、前述のような光学補正系の小型化が要
求されているが、ＶＡＰを用いた光学的な振れ補正方式
において、ズームレンズを用いる場合、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。有
効可変頂角範囲とは、機械的に頂角範囲の内、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。すなわち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という第２
の問題があった。

【００１２】本発明は上記の第１及び第２の問題を解決
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】請求項１の発明において
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。

【００１４】請求項２の発明においては、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出力レベルを
制限する制限手段と、上記制限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、焦点距離を変更し、拡大率を変え
るためのズームレンズ手段と、上記ズームレンズ手段に
より定められた焦点距離を検出するための焦点距離検出
手段と、上記焦点距離検出手段により検出された焦点距
離信号に応じて上記制限手段を制御する制御手段とを設
けている。

【００１５】

【作用】請求項１の発明によれば、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。

【００１６】請求項２の発明によれば、ズームレンズに
よる焦点距離の変化に応じて振れ検出手段の出力レベル
が変化するので、広角時に被写体がけられることを防ぐ
ことができる。

【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】図１は本発明の第１の実施の形態を示すも
ので、前述した第１の問題を解決するためのものであ
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、１１
９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１
０４は、入力信号Ｘ、基準電圧Ｖｒｅｆ、データ（ｄａ
ｔａ）を入力することにより、出力信号ＹをＹ＝（Ｘ−Ｖｒｅｆ）×ｄａｔａ／２ⁿ ………（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、Ｇａ
ｉｎ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】図４は前記第１の問題を解決するための第
２の実施の形態を示す。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１
１９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１１
９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】図５は第３の実施の形態の構成を示すもの
で、前述した第２の問題を解決するためのものである。
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。

【００２７】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。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。

【００２８】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、１０６〜１１
０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θｔ
ｈ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内にデーブル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】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
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Ｖ
ＡＰ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。

【００３７】また、請求項２の発明によれば、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。

【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１０８ＶＡＰ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

【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項２】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出力レベルを制限する制限手段と、上記制限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、焦点距離を変更し、拡大率を変えるためのズームレンズ
手段と、上記ズームレンズ手段により定められた焦点距離を検出
するための焦点距離検出手段と、上記焦点距離検出手段により検出された焦点距離信号に
応じて上記制限手段を制御する制御手段とを備えた撮像
装置。
【請求項３】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又は２
記載の撮像装置。
【請求項４】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又は２記載の撮像装
置。
【請求項５】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又は２記載
の撮像装置。
【請求項６】上記制御手段は、上記制限手段を上記焦
点距離が長くなることに応じて制限をかけるしきい値が
高くなるように制御することを特徴とする請求項２記載
の撮像装置。
【請求項７】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又は２記載の撮像装置。