JP2007140064A - 像振れ補正機能付き光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 動画撮影と静止画撮影を切換えて撮影可能な像振れ補正機能付き光学機器において、不要な像振れ補正動作や画角変化をなくし、撮影者に違和感を与えないようにする。
【解決手段】 動画撮影と静止画撮影を切換えるための切換手段と撮影画像の振れを軽減するための像振れ補正手段を備えた光学機器において、手持ちか固定かの検出を行う。固定状態であった場合には、像振れ補正手段による光路を前記光学機器の撮影光学系の略光軸中心位置に移動させるためのセンタリング処理を、動画撮影または静止画撮影のそれぞれに適するように行う。例えば、動画撮影時は静止画撮影時より時間を掛けてセンタリング処理を行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ビデオカメラ等の像振れ補正機能付き光学機器（撮影装置）に関する。

ビデオカメラの小型化や、光学系の高倍率化に伴い、カメラの振れが撮影画像の品位を低下させる大きな原因となっている。このことに着目し、カメラ振れを補正する像振れ補正機能付きの撮影装置が種々提案されている。
このような像振れ補正機能の付いた撮影装置を、三脚などにより固定して使用する際には、振れ補正の誤動作を防止するため、振れ補正光学系を光軸位置などの所定の位置にセンタリングすることが一般的である。これは振れ検出センサ（例えば、ジャイロセンサや加速度センサ）の静止時出力が個々のばらつきや使用温度で、数Ｈｚ以下の低周波で揺らぐためであり、静止時の揺らぎを誤補正してしまうことを防ぐ目的がある。支持状態の検出には、三脚取り付け用の接続部にセンサを設ける方法や、振れ検出センサの出力を監視して、支持状態を判定する方法等がある。
支持状態検出時のセンタリング方法としては、従来、装置に加わる振れ量やシャッタースピード、焦点距離などの撮影状態によりセンタリングを禁止する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２１１５１８号公報

近年、画像処理技術の進歩により、１台の撮影装置で、動画と静止画の両方を高画質に撮影できるようになってきた。
動画撮影と静止画撮影を切換えて利用できる撮影装置では、支持状態検出後のセンタリングをそれぞれの撮影モードに合わせて変更する必要があることを本発明者は見出した。動画撮影時には、撮影中のセンタリング動作による急激な画角変化を少なくし、緩やかに光軸などの所定位置に保持されることが望ましい。また、静止画撮影時には、撮影シーンを逃さないために、支持状態検出後は速やかに所定位置に保持されなければならない。
そこで、本発明の課題は、動画撮影時と静止画撮影時でのセンタリング動作を最適化した像振れ補正機能付き光学機器を提供することにある。

上記課題を解決するための光学機器は、動画撮影モードと静止画撮影モードを切換えるための切換手段と、撮影画像の振れを軽減するための像振れ補正手段と、当該光学機器が固定されていることを検出する支持状態検出手段とを備える。さらに、前記支持状態検出手段により前記光学機器が固定状態であると判断された場合に、前記像振れ補正手段による光路を前記光学機器の撮影光学系の略光軸中心位置に移動させるセンタリング手段とを備える。そして、本発明は、このような像振れ補正機能付き光学機器において、前記切換手段によって設定された撮影モードに応じて、前記センタリング手段の制御モードを変更するセンタリング制御手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、動画撮影モードと静止画撮影モードのそれぞれで、支持状態検出後のセンタリング制御を変更することによって、不要なセンタリングや急激な画角変化をなくすことができる。これにより、使用者に不快感を与えることなく、それぞれの撮影モードで良好な撮影を行うことが可能となる。

本発明の更なる目的またはその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される実施例に示す。
以下に、本発明の好ましい実施の形態を添付の図面に示される実施例に基づいて詳細に説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の一実施例に係る光学機器（撮影装置）である像振れ補正機能付きビデオカメラの構成を示している。
図１において、１００は固定のフロントレンズユニット、１０１は光軸方向に移動して変倍を行うズームレンズユニット、１０３は固定レンズユニット、１０４は光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズユニットである。１０２は光量調整を行う絞りである。
１２６は光学式像振れ補正を行うための可変頂角プリズムであり、対向配置された平板ガラス間に高屈折率の透明な弾性体または不活性液体が封入されて構成されている。この可変頂角プリズム１２６は、上記平板ガラスを傾けることで光路を変位させることができる。

不図示の被写体からの光束は、可変頂角プリズム１２６およびレンズユニット１００、１０１、１０３、１０４および絞り１０２を通過して、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）１０５の受光面上で結像する。撮像素子１０５では、光電変換された電荷が蓄積され、所定のタイミングで該電荷が読み出される。撮像素子１０５から出力された信号は、映像信号処理回路１０６に送られる。映像信号処理回路１０６では撮像素子１０５からの出力信号に対して所定の増幅やガンマ補正などの各種処理を施して映像信号を生成する。映像信号は不図示の表示デバイス（液晶ディスプレイパネル等）に出力される。また、制御ＣＰＵ１２０は映像信号処理回路１０６の制御や振れ補正制御など、カメラおよびレンズの制御を行う演算処理装置である。

１１１はジャイロセンサであり、撮影装置の振動を物理的または機械的に検出する。１１２はジャイロセンサ１１１からの出力信号のうち直流成分を遮断して振動成分のみを通過させるＤＣカットフィルタである。ＤＣカットフィルタ１１２のカットオフ周波数は０．１Ｈｚ程度である。１１３はＤＣカットフィルタ１１２から出力された角速度信号を所要のレベルに増幅するアンプである。該アンプ１１３で増幅された角速度信号は、制御ＣＰＵ１２０内のＡＤ変換器１１４によりアナログ信号からデジタル信号に変換され、可変ハイパスフィルタ（以後ＨＰＦと略記）１１５へ入力される。可変ＨＰＦ１１５は入力される角速度信号の内、所望の周波数帯域を得るために用いられる。例えば、可変ＨＰＦ１１５のカットオフ周波数が０．１Ｈｚ程度である場合、手振れや体の揺れなどの振れ信号を通過させる。また、カットオフ周波数が１００Ｈｚ以上の十分高い周波数である場合、振れ信号は通過されず、ジャイロセンサ１１１のリファレンス電位が出力され、振れ補正系はセンタリングされた状態となる。可変ＨＰＦ１１５から出力された角速度信号は位相・ゲイン補償部１１６に入力され、位相補償とゲイン設定が行われ、積分処理部１１７に送られる。積分処理部１１７を通過した信号は角変位信号となり、像振れ補正あるいはセンタリングを行うための、目標角変位信号となる。

また、可変頂角プリズム１２６の頂角あるいは光軸振れ角を示す位置は、エンコーダ１０７により検出される。該検出信号は信号処理回路１０８で位置信号に変換された後、ＡＤ変換器１２１でデジタル信号に変換されて減算器１１８にフィードバックされる。減算器１１８の出力は、可変頂角プリズム１２６の目標角変位信号と実際の可変頂角プリズム１２６の位置信号との誤差を示す。この誤差量に応じた信号が位相・ゲイン補償部１１９で位相およびゲインの補償がなされることにより振れ補正制御信号として駆動回路１１０に入力される。アクチュエータ１０９は、駆動回路１１０からの駆動信号に基づいて、可変頂角プリズム１２６を駆動し、振れ補正を行う。像振れ補正ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２７は使用者により操作され、像振れ補正を行うか否かを切換えるスイッチである。

支持状態検出部１２３では、撮影装置が三脚などに固定されているか否かの検出を行う。図１のブロック図ではジャイロセンサ１１１の出力をＡＤ変換した後の角速度信号と、角変位信号から支持状態を検出する方法を示している。角速度信号の振幅や角変位信号の振幅、さらには角変位信号の周波数などを検出し、支持状態の検出を行う。支持状態であると検出された場合、センタリング処理部１２４では可変ＨＰＦ１１５のカットオフ周波数を変更し、センタリング動作を行う。その際、動画／静止画の切換えＳＷ１２５の切り換わり情報を監視し、それぞれの撮影モードでセンタリングの処理を変更する。これらの詳細動作については、フローチャートを用いて後述する。

図２に支持状態検出部１２３の動作フローの一例を示す。この検出例は、角速度信号と角変位信号の振幅値から撮影装置の支持状態を検出する方法である。図２に示す動作フローは、画像信号の垂直同期周波数（例えば、ＮＴＳＣならば６０Ｈｚ）や制御ＣＰＵの演算周期毎に処理が繰り返される。以下においては処理ステップ番号を示す「ステップＸＸＸ」を「＃ＸＸＸ」と記す。

（＃３０１） 制御ＣＰＵ１２０はジャイロセンサ１１１で計測しＡＤ変換器１１４でＡＤ変換した角速度信号の振幅が所定値以下であるかの判定を行う。所定値より大きい場合には、撮影装置が固定された状態でなく、振れのある状態であると判断して＃３０７に進み、所定値以下である場合には、＃３０２に進む。ここでの振幅の閾値は、静止時のジャイロセンサ出力の揺らぎよりも大きく、手振れの振幅よりも小さい値としなければならない。
（＃３０２） 支持状態検出カウンタ１をカウントアップする。このカウンタは、＃３０１での角速度信号の振幅値が所定値以下である度にカウントアップされる。

（＃３０３） 制御ＣＰＵ１２０は積分処理部１１７の出力である角変位信号の振幅が所定値以下であるかの判定を行う。所定値より大きい場合には、撮影装置が固定された状態でなく、振れのある状態と判断し＃３０７に進み、所定値以下である場合には、＃３０４に進む。ここでの振幅の閾値も、＃３０１での処理と同様に、静止時の角変位の揺らぎよりも大きく、手振れの振幅よりも小さい値としなければならない。
角速度と角変位の２種類の信号を判定に用いる理由は、検出信号自身の微小なノイズや装置のスイッチ操作などの瞬間的な振動による誤検知を防止するためである。
（＃３０４） 支持状態検出カウンタ２をカウントアップする。このカウンタは、＃３０１での角速度信号の振幅が所定値以下であり、かつ＃３０３での角変位信号の振幅が所定値以下である度にカウントアップされる。

（＃３０５） 支持状態検出カウンタ１、２のそれぞれが、所定カウント値以上になったかの判定を行う。カウント値が大きいということは、角速度または角変位信号の出力が安定しており、撮影装置が固定されていると判断することができることを意味する。カウント値が所定カウント値以下の場合には、＃３０１から再び処理を繰り返す。カウント値が所定カウント値以上になったときには、＃３０６に進む。
（＃３０６） 支持状態検出フラグをセットする。センタリング処理部１２４では、このフラグを確認することで、支持状態であるか否かの判定を行い、フラグがセットされていればセンタリング動作を行う。詳細は後述する。

（＃３０７） ＃３０１または＃３０３で振れが大きい、すなわち支持状態でないと判断した場合、支持状態検出カウンタ１、２をゼロにクリアし、次のステップに進む。
（＃３０８） 支持状態検出フラグをクリアし、＃３０１から再び処理を繰り返す。

前述したように、図２に示した支持状態検出動作は、制御ＣＰＵ１２０内で決められた周期で実行される。支持状態は、支持状態検出フラグがセットされているか、クリアされているかを確認することで判別することが可能である。
図２では、角速度及び角変位を観測することで撮影装置が固定されているかの判定を行った。その他の方法として、三脚取り付け部分に検出器を設け、該検出器の出力から装置の支持状態を判定する方法や、角変位信号の揺らぎ周波数を測定し、この周波数から装置の支持状態を判定する方法がある。

次に図３を用いて、本発明の一実施例に係る像振れ補正機能付き撮影装置のセンタリング処理について詳細を説明する。本実施例でのセンタリング動作は、可変ＨＰＦ１１５のカットオフ周波数を、設定した変更周波数刻みで徐々に増加することで実現している。カットオフ周波数を増加させることで、角速度信号の振れ成分がカットされリファレンス電位（センタリング信号）が得られる。これにより、目標角変位信号が振れ補正光学系を光軸位置などの所定の位置となるため、センタリングが可能となる。

（＃４０１） 制御ＣＰＵ１２０内のセンタリング処理部１２４は、図２で示した支持状態検出フラグを確認し、支持状態であるか否かの判定を行う。支持状態と判定された場合には、＃４０２に進み、支持状態でない場合には処理を終了する。
（＃４０２） 動画撮影モードか静止画撮影モードかの判定を行う。判定には、動画／静止画切換えＳＷの信号を用いる。例えば、ＳＷ信号のＨｉｇｈを動画撮影モード選択、Ｌｏｗを静止画撮影モード選択となるように予め決めておく。使用者が動画撮影モードを選択している場合には、＃４０３に進み、そうでない（すなわち、静止画撮影モード）場合には＃４０４に進む。

（＃４０３） 動画撮影モードでのＨＰＦカットオフ周波数の変更周波数を設定する。例えば、変更周波数を数Ｈｚとし、ここで設定した変更周波数に従って、＃４０５でカットオフ周波数の変更を行う。
（＃４０４） 静止画モードでのＨＰＦカットオフ周波数の変更周波数を設定する。例えば、変更周波数を数十Ｈｚとし、ここで設定した変更周波数に従って、＃４０５でカットオフ周波数の変更を行う。

（＃４０５） 可変ＨＰＦ１１５のカットオフ周波数の変更を行う。具体的には、所定の周期でカットオフ周波数を＃４０３または＃４０４で設定した変更周波数ずつ増加させる。カットオフ周波数の増加に伴い、可変ＨＰＦ１１５の出力は、リファレンス電位（すなわち、センタリング位置）に近づく。＃４０３または＃４０４で設定した変更周波数の大小により、リファレンス電位に近づく速度が変わる。従って、センタリングまでの時間がそれぞれのモードで変更可能である。
（＃４０６） センタリングが完了したかの判定を行う。例えば、＃４０５で変更して増加したカットオフ周波数を監視し、１００Ｈｚ以上となったときにセンタリングが完了としたと判断する。完了するまで、＃４０５におけるカットオフ周波数の変更と＃４０６における判定を繰り返す。

図３に示す処理では＃４０３または＃４０４の処理で、それぞれの撮影モードに適したカットオフ周波数の変更値を設定する。設定した変更周波数でカットオフ周波数の変更（増加）を行うことでセンタリングまでの時間を調整することができるため、支持状態でのセンタリングを撮影モードに適した制御とすることが可能である。

次に、図４に示す波形を用いて本実施例のセンタリング動作の制御方法を説明する。図４は撮影装置の積分処理部１１７の出力である角変位の波形を示している。制御ＣＰＵ１２０が図２で示したような方法で支持状態を検出したとき、センタリング動作が開始される。センタリング期間では、可変ＨＰＦ１１５のカットオフ周波数が、それぞれの撮影モードで設定された周波数で変更される。そのため、角変位信号が示す位置は徐々に所定位置（例えば、光軸位置）に移動し、センタリングが行われる。
動画撮影モードではセンタリング期間での角変位信号の変化が緩やかになるように制御する。これは、撮影中でも急激な画角変化をなくし、撮影者に違和感を与えないためである。また、静止画撮影モードでは角変位信号の変化を動画時よりも急激に制御することで、三脚取り付け後、不要な画角変化をなくし、すぐに撮影を行うことが可能となる。

［実施例２］
図５は本発明の第２の実施例に係る像振れ補正機能付き撮影装置の動作フローを示している。
（＃５０１） 制御ＣＰＵ１２０内のセンタリング処理部１２４は、図２で示した支持状態検出フラグを確認し、支持状態であるか否かの判定を行う。支持状態と判定された場合には、＃５０２に進み、支持状態でない場合には処理を終了する。
（＃５０２） 動画撮影モードか静止画撮影モードかの判定を行う。判定には、動画／静止画切換えＳＷの信号を用いる。例えば、ＳＷ信号のＨｉｇｈを動画撮影モード選択、Ｌｏｗを静止画撮影モード選択となるように予め決めておく。使用者が動画撮影モードを選択している場合には、＃５０３に進み、そうでない（すなわち、静止画撮影モード）場合には＃５０６に進む。

（＃５０３） 動画撮影モードでのＨＰＦカットオフ周波数の変更周波数を設定する。例えば、変更周波数を数Ｈｚとし、ここで設定した変更周波数に従って、＃５０４でカットオフ周波数の変更を行う。
（＃５０４） 可変ＨＰＦ１１５のカットオフ周波数の変更を行う。具体的には、所定の周期で＃５０３で設定した変更周波数毎にカットオフ周波数を増加させる。カットオフ周波数の増加に伴い、可変ＨＰＦ１１５の出力は、リファレンス電位（すなわち、センタリング位置）に近づく。
（＃５０５） センタリングが完了したかの判定を行う。例えば、＃５０４で行うカットオフ周波数の変更で、増加する周波数を監視し、１００Ｈｚ以上となったときにセンタリングが完了としたと判断する。完了するまで、判定を繰り返す。
（＃５０６） ＃５０１で支持状態が検出され、かつ＃５０２で静止画撮影モードであると判定された場合にはセンタリング動作を行うことなく、像振れ補正をＯＦＦする。

本実施例２では、静止画撮影の場合にはセンタリング動作を行わず、像振れ補正自体を停止する。このような制御を行うことで、三脚取り付け後、不要な画角変化をなくし、すぐに撮影を行うことが可能となる。さらに、像振れ補正を行わないため、電力の消費を抑えることも可能である。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、本実施例中では可変頂角プリズムによる像振れ補正について説明したが、光軸に対して水平、垂直に移動可能なシフトレンズによる像振れ補正でも同様のセンタリング制御が可能である。
また、光学的な像振れ補正動作だけでなく、映像処理回路内の画像データを用いて振れ補正（電子防振）を行う手法でのセンタリング制御にも適用できる。

本発明の一実施例に係る撮影装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係る撮影装置の支持状態検出動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例１に係る撮影装置のセンタリング動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例１に係る撮影装置の角変位信号波形を示す図である。 本発明の実施例２に係る撮影装置のセンタリング動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１００、１０１、１０３、１０４：レンズユニット
１０５：撮像素子
１１１：ジャイロセンサ
１１５：可変ＨＰＦ
１１７：積分処理部
１２０：制御ＣＰＵ
１２３：支持状態検出部
１２４：センタリング処理部
１２５：動画／静止画切換えスイッチ
１２６：可変頂角プリズム

Claims (4)

1. 動画撮影モードと静止画撮影モードを切換えるための切換手段と、撮影画像の振れを軽減するための像振れ補正手段とを備えた光学機器であって、
   前記光学機器が固定されていることを検出する支持状態検出手段と、前記支持状態検出手段により、前記光学機器が固定状態であると判断された場合に、前記像振れ補正手段による光路を前記光学機器の撮影光学系の略光軸中心位置に移動させるセンタリング手段とを備えた光学機器において、
   前記切換手段によって設定された撮影モードに応じて、前記センタリング手段の制御を変更するセンタリング制御手段を有することを特徴とする像振れ補正機能付き光学機器。
2. 前記センタリング制御手段は、前記切換手段によって動画撮影モードが選択された場合、センタリング開始から終了まで、第１の制御時間でセンタリング動作を行わせ、前記切換手段によって静止画撮影モードが選択された場合、第１の制御時間よりも短い第２の制御時間でセンタリング動作を行わせることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正機能付き光学機器。
3. 前記像振れ補正手段は、像振れの加速度を検出する手段と、前記加速度をフィルタリングするハイパスフィルタと、ハイパスフィルタの出力を積分して前記像振れの変位を出力する積分手段と、撮影光学系の光路を変位させる手段と、前記光路変位手段の変位量を検出する手段とを備え、前記積分手段の出力をリファレンスとして前記光路変位手段の変位量をフィードバック制御し、前記センタリング制御手段は、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を前記第１または第２の制御時間に対応する速度で上昇させることにより前記センタリングを行うことを特徴とする請求項２に記載の像振れ補正機能付き光学機器。
4. 前記切換手段によって、動画撮影モードが選択された場合、前記センタリング制御手段はセンタリング動作を行わせ、前記切換手段によって静止画撮影モードが選択された場合には、センタリング動作を行わずに前記像振れ補正手段の動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正機能付き光学機器。
   

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