CN101233746B - 成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的成像装置(ICD)实现一种不仅在取景期间完成图像模糊补偿而且在快门开启期间完成图像模糊补偿这种图像模糊补偿功能。该成像装置(ICD)中，OIS单元控制部(104)通过移动成像光学系统(100)的光轴来补偿光学图像中所发生的图像模糊，并且通过改变图像传感器(106)所输出的图像数据的截取位置来补偿该图像模糊。图像位移量计算部(39x和39y)检测图像模糊信息。系统控制器(120)使得OIS单元控制部(104)在曝光期间主要根据所检测出的图像模糊信息移动光轴，而在非曝光期间则主要改变图像数据的截取位置，由此补偿所拍摄图像中发生的图像模糊。

Description

成像装置
技术领域
本发明涉及其中包括具有图像模糊补偿装置用于补偿图像模糊的成像光学系统的成像装置。 
背景技术
近来，随着诸如数字静态照相机、视频电影摄像机等这类成像装置日益普及，装置的小型化和轻便化有所进展。此外，随着成像装置其图像质量的提高，对图像模糊补偿的要求也有所提高。 
具有以往公知的图像模糊补偿装置的成像装置(专利文献1)包括：因图像模糊而检测出照相机振动的振动检测装置；对图像模糊计算合适的补偿量的计算装置；图像模糊补偿透镜；驱动该图像模糊补偿透镜的透镜驱动装置；以及用于选择持续补偿模式和只在快门开启期间进行模糊补偿的快门开启补偿模式其中之一的补偿模式选择装置。该成像装置中，选定持续补偿模式时，在振动检测装置开始振动检测动作之后开始透镜驱动装置的补偿。补偿模式选择装置选定快门开启补偿模式时，只在快门开启期间进行透镜驱动装置的补偿。 
上述成像装置中，作为图像模糊补偿模式提供的是快门开启按钮按下一半之后持续地进行图像模糊补偿的持续补偿模式和只在快门开启期间进行图像模糊补偿的快门开启补偿模式。因而，在快门开启按钮按下一半的状态持续延长的时间段的情况下希望选择快门开启补偿模式来减少电动机等所消耗的不必要的电池耗电，而需要事先确保图像模糊补偿效果的情况下则希望选择持续补偿模式来确保图像模糊补偿的效果。 
且，选择快门开启补偿模式时，希望通过将补偿光学系统设置于中心位置来确保该补偿光学系统其在光轴所定位的中心位置和极限位置两者间的可移动量，由此可有效使用快门开启补偿模式的图像模糊补偿功能。 
[专利文献1]日本特开平5-224270号公报 
发明内容
对于图像补偿功能来说，上述专利文献1中所披露的成像装置配置为选择持续补偿 模式和只在快门开启期间进行模糊补偿的快门开启补偿模式其中之一。持续补偿模式中，使用者观看显示器屏幕时进行取景的期间没有图像模糊发生。但由于补偿光学系统无法在快门开启开始之时设置于中心位置，若补偿光学系统在该模式下快门开启开始之时离开光轴所定位的中心位置并且处于极限位置附近的话，图像模糊补偿便可能不起作用。而快门开启补偿模式中，由于只在快门开启期间进行图像模糊补偿，使用者观看显示器屏幕时进行取景的期间有图像模糊发生。因此，不论何种模式都难以实现取景期间的图像模糊补偿和快门开启期间的图像模糊补偿这两者。 
考虑到上面的问题，本发明其目的在于提供一种可用于当使用者观看显示器屏幕时进行取景的期间进行图像模糊补偿，并且即便是快门开启期间也可用于在确保补偿光学系统其可移动量范围的状态下进行图像模糊补偿，由此可以实现一不仅在取景期间完成图像模糊补偿而且在快门开启期间完成高精度图像模糊补偿这种图像模糊补偿的成像装置。 
问题的解决方案 
一种成像装置，用于输出一对象的图像电信号，该成像装置包括： 
用于通过用多个透镜单元来形成对象的光学图像的成像光学系统； 
用于拍摄对象的光学图像并将其转换为图像电信号的图像传感器； 
用于检测成像装置的运动信息的振动检测部； 
用于通过使成像光学系统的光轴移动来补偿光学图像中所发生的图像模糊的光学图像模糊补偿部； 
用于通过改变图像传感器所输出的图像数据的截取位置来补偿图像模糊的电子图像模糊补偿部； 
用于显示和保存使图像传感器曝光得到的图像信号的图像处理部；以及 
在成像装置曝光期间主要使光学图像模糊补偿部工作，而在非曝光期间则主要随振动检测部所输出的运动信息使电子图像模糊补偿部工作的图像模糊控制部。 
(发明效果) 
按照本发明可提供一种实现图像模糊补偿的成像装置，该图像模糊补偿不仅在取景期间完成图像模糊补偿而且在快门开启期间用补偿光学系统的移动量范围完成高精度图像模糊补偿。 
附图说明
图1是示出本发明实施例1的成像装置其结构的框图。 
图2是示出图1中成像装置的OIS(Optical Image Stabilizer)单元其外观的立体图。 
图3是示出图2中OIS单元的主要部分其结构的分解立体图。 
图4图示的是图1中成像装置的俯仰动作框架。 
图5图示的是图4中沿V-V线的剖面。 
图6是示出图6中成像装置的OSI单元结构的框图。 
图7是示出图1中成像装置的图像处理部结构的框图。 
图8图示的是图1中成像装置的图像数据的排列。 
图9A图示的是图1中成像装置的电子图像模糊补偿功能。 
图9B图示的是图1中成像装置的电子图像模糊补偿功能。 
图9C图示的是图1中成像装置的电子图像模糊补偿功能。 
图9D图示的是图1中成像装置的电子图像模糊补偿功能。 
图10图示的是QVGA显示器上的图像模糊量和本发明中的图像模糊评估分值两者间的关系。 
图11图示的是现有成像装置的持续补偿模式下取景期间和曝光期间的图像模糊角和光学补偿角两者间的关系。 
图12图示的是本发明实施例1的图像模糊补偿功能中取景期间和曝光期间的图像模糊角和光学补偿角两者间的关系。 
图13图示的是本发明实施例2的图像模糊补偿功能中取景期间和曝光期间的图像模糊角和光学补偿角两者间的关系。 
图14是示出本发明实施例1的成像装置ICD的图像模糊补偿功能的工作流程图。 
图15是示出本发明实施例2的成像装置ICD的图像模糊补偿功能的工作流程图。 
(参照标号说明) 
ICD 成像装置 
ICS 成像光学系统 
1 图像模糊补偿透镜 
2 俯仰运动框架 
2a 俯仰运动框架的主体 
3a 转轴 
3b 引导组件 
4 摇摆运动框架 
4a 转轴 
4b 引导槽 
5 固定框架 
6 多层基底 
6a，6b 定位孔 
6e，6f 基座 
7A，7B 线圈图案 
8A，8B 霍耳元件 
9 软性印刷线路板 
9a 固定部 
9b 活动部 
9c 终端部 
9d连接线路图案 
10A，10B 磁铁 
11A，11B磁轭 
12a，12b定位凸出物 
13a，13b，14a，14b基座 
15信号发送/接收连接器 
17QVGA图像数据排列帧 
31x，32yOIS致动器 
32x，33y位置检测传感器 
33x，33y增益补偿部 
34x，34y角速度传感器 
35x，35y积分器 
36x，36y增益补偿部 
37x，37y比较部 
38x，38yOIS单元驱动部 
39x，39y图像位移量计算部 
40x，40y目标指令控制部 
41图像读取部 
42图像截取部 
43图像存储器 
100透镜镜筒 
101变焦透镜系统 
101a第一变焦透镜单元 
101b第二变焦透镜单元 
102OIS单元 
103聚焦透镜单元 
104OIS单元控制部 
105聚焦驱动部 
106CCD 
107图像处理部 
109聚焦信息计算部 
110操作部 
111显示部 
112存储卡 
120系统控制器 
具体实施方式
(实施例1) 
下面参照图1说明本发明实施例1的成像装置的结构。成像装置ICD其中包括透镜镜筒100、OIS单元控制部104、聚焦驱动部105、作为图像传感器的CCD 106、图像处理部107、聚焦信息计算部109、操作部110、显示部111、以及存储卡112。OIS是光学图像稳定器(Optical Image Stabilizer)其英语首写字母的缩略语。OIS单元控制部分104、聚焦驱动部105、图像处理部107、以及聚焦信息计算部109构成控制整个成像装置ICD动作的系统控制器120。 
透镜镜筒100保持作为成像光学系统的变焦透镜系统101、图像模糊补偿用的透镜单元102(下面称为“OIS单元102”)、以及聚焦透镜单元103。变焦透镜系统101、OIS单元102、以及聚焦透镜单元103构成以可变放大倍数形成对象的光学图像的成像光学系统 ICS。成像光学系统从物方侧起依次包括在进行变焦时沿光轴移动的第一变焦透镜单元101a和第二变焦透镜单元101b、与光轴相垂直移动用于进行图像模糊补偿的OIS单元102、以及沿光轴移动用于调整至聚焦状态的聚焦透镜单元103。 
当聚焦透镜单元103受到驱动时聚焦驱动部105向聚焦信息计算部109输出位置信息。此外，聚焦驱动部105起到根据系统控制器120所输出的指令输出用于在光轴的方向上驱动聚焦透镜单元103的驱动信号的作用。此外，聚焦驱动部105可起到随使用者对变焦杆(未图示)的操作在光轴方向上驱动变焦透镜系统101的作用。 
CCD 106是以预定的时刻拍摄成像光学系统ICS所形成的光学图像、将光学图像转换为图像电信号并输出该图像电信号的图像传感器。图像处理部107是对CCD 106所输出的图像信号进行诸如白平衡调整、γ修正这类预定的图像处理的处理部。 
显示部111较为典型的是液晶显示器。显示部111随系统控制器120所输出的指令接收CCD 106输出并经由图像处理部107输入的图像信息，并且基于图像信号向使用者显示为可视图像的所拍摄图像。图像处理部107可对可由使用者移除的存储卡112进行双向访问。存储卡112根据系统控制器120所输出的指令接收并保存CCD 106经由图像处理部107输出的图像信号。接着，存储卡112所保存的图像信号经由图像处理部107设置于显示部111。 
操作部110设置于成像装置ICD主主体的外部，并且是使用者用来操作成像装置ICD用的装置。操作部110包括电源开关、快门按钮等。 
接下来说明聚焦驱动部105的动作。当操作部110的快门按钮按下一半时，系统控制器120检测出操作部110的快门其被按下一半的状态，并使得图像处理部107将CCD 106所生成的图像信号传送至聚焦信息计算部109。 
聚焦信息计算部109根据所传送的图像信号中所包括的对比度信息和聚焦驱动部105所输出的聚焦透镜单元103的位置信息计算散焦量。接着，聚焦信息计算部109生成一用于控制聚焦透镜单元103位置的控制信号，并向聚焦驱动部105输出该控制信号。 
接下来参照图2、图3、图4、以及图5具体说明OIS单元102。具体来说，图2如同从上方斜视那样示出处于组装状态的OIS单元102，图3示出处于组装状态的OIS单元102的主要部分，图4示出俯仰运动框架的背面，图5示出图4中的V-V剖面。 
如图2所示，摇摆运动框架4通过在左右方向上延伸的转轴(图未示)由一固定框架5支持，以便在左右方向上活动。有一在上下方向上延伸的转轴4a和引导槽4b设置于摇摆运动框架4。 
如图3所示，以可滑动方式与转轴4a连接的引导组件3b和以可滑动方式与引导槽4b连接的转轴3a设置于俯仰运动框架2的主体2a。由此，保持OIS单元102的图像模糊补偿透镜1的俯仰运动框架2由摇摆运动框架4所保持，以便在上下方向上活动。因此，图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)通过俯仰运动框架2和摇摆运动框架4支持，以便在上下和左右方向上相对于图2所示的固定框架5活动。 
相对于俯仰运动框架2的主体2a安装有具有多层(例如4层)形成有用于驱动图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)的俯仰线圈图案7A和摇摆线圈图案7B的多层基底。作为用于检测图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)位置的位置检测传感器的霍耳元件(磁传感器)8A和8B安装于多层基底6上。 
为了实现霍耳元件8A和8B的高精度定位，霍耳元件8A和8B装配于通过与多层基底6的基准孔6c和6d的形成同步以模具冲压来形成的定位孔6a和6b中。定位孔6a和6b形成为稍微小于霍耳元件的外部形状以便霍耳元件8A和8B(图3)能够以轻轻按压的方式装配于其中。接着，分别将霍耳元件8A和8B轻轻按压装配于定位孔6a和6b中，因而霍耳元件8A和8B高精度定位于定位孔6a和6b中并在其中毫无移动。 
如图4所示，其中形成有连接线路图案9d的弹性印刷线路板9设置于多层基底6。弹性印刷线路板9由固定部9a、活动部9b、以及终端部9c所组成。固定部9a安装于多层基底6的背面，活动部9b从固定部9a起延伸并与固定框架5(参照图3和图5)相连接，而终端部9c安装于活动部9b的端部，从而上述部用于固定框架5的供电和信号发送/接收。 
此外，传感器的基座13a和13b分别设置于弹性印刷线路板9的固定部9a与定位孔6a和6b附近的部位。通过在定位孔6a和6b中分别装配霍耳元件8A和8B，霍耳元件8A和8B的端子8b(参照图5)与各传感器的基座13a和13b相接触。结果是，霍耳元件8A和8B不需要在焊接中按压支持，操作方便，因此提供优异的生产效率。 
此外，与俯仰线圈图案7A和摇摆线圈图案7B连接的基座6e和6f形成于多层基底6上。通过焊接将基座6e和6f与弹性印刷线路板9的固定部9a上所形成的相应基座14a和14b连接。而且基座6e和6f也通过固定部9a上所形成的连接线路图案9d、弹性印刷线路板9的活动部9b、以及终端部9c与连接器15相连接。从而，在固定框5(参照图2)上的连接器15和摇摆运动框架4(参照图2)两者间进行电信号相对于霍耳元件8A和8B的发送/接收以及对线圈图案7A和7B的供电。 
如图5所示，固定框架5中，面向线圈图案7A和7B的磁铁10A和10B(参照图3) 相对于磁轭11A和11B安装。为了进行使霍耳元件8A和8B其移动范围的中心位置与分别极化为两极的磁铁10A和10B的边界相对应这种高精度定位，在固定框架5中设置与磁铁10A和10B的上下位置其中至少之一相接触的定位凸出物(定位部)12a和与磁铁10A和10B的左右位置其中至少之一相接触的定位凸出物(定位部)12b。磁铁10A和10B通过与定位凸出物12a和12b相接触来调整其位置。 
下面说明OIS单元控制部104的功能。本发明实施例的OIS单元控制部104具有显示器图像模糊补偿功能和拍摄图像模糊补偿功能。显示器图像模糊补偿功能是在取景期间补偿图像模糊的功能。拍摄图像模糊补偿功能是在快门开启(下面称为“曝光”)时间期间补偿图像模糊的功能。本例中，显示器图像模糊补偿功能是通过改变CCD所输出的图像信号的截取位置来补偿图像模糊的电子图像模糊补偿功能。拍摄图像模糊补偿功能是通过控制OIS单元102的运动来补偿图像模糊的光学图像模糊补偿功能。电子图像模糊补偿功能在曝光之前的取景期间工作，光学图像模糊补偿功能在曝光期间工作。 
主要考虑3种方法即下面说明的情形1、情形2、以及情形3作为OIS单元控制部104所用的运行条件。 
(情形1) 
当操作部110的快门按钮按下一半时，系统控制器120检测快门按钮按下一半的状态，并且将OIS单元控制部104设置为显示器图像模糊补偿模式。当快门按钮完全按下时，系统控制器120检测快门按钮完全按下的状态，并且将OIS单元控制部104从显示器图像模糊补偿模式改变为拍摄图像模糊补偿模式。接着，在使得CCD 106输出图像信号并通过图像处理部107将图像信号保存于存储卡之后，系统控制器120终止OIS单元控制部104的动作。 
(情形2) 
当操作部110的快门按钮完全按下时，系统控制器120检测该完全按下状态，并且在即将从CCD 106输出图像信号之前将OIS单元控制部104设置为拍摄图像模糊补偿模式。图像信号从CCD 106输出之后，系统控制器120通过图像处理部107将图像信号保存于该存储卡中，接着终止OIS单元控制部104的拍摄图像模糊补偿模式。 
(情形3) 
当操作部110的电源开关开启并且成像装置ICD处于拍摄模式时，系统控制器120检测成像装置ICD处于拍摄模式并且将OIS单元控制部104设置为显示器图像模糊补偿模式。当电源开关关闭时，或者当装置并非处于拍摄模式时，例如当存储卡112中所保存的 图像信号经由图像处理部107设置于显示部111并在显示部111上作为图像显示时，系统控制器120终止OIS单元控制部104的显示器图像模糊补偿模式。 
在成像装置ICD处于拍摄模式时操作部110的快门按钮完全按下的情况下，系统控制器120在即将从CCD 106输出图像信号之前将OIS单元控制部104设置为拍摄图像模糊补偿模式。在通过图像处理部107将CCD 106所输出的图像信号保存于存储卡之后，系统控制器120将OIS单元控制部104从拍摄图像模糊补偿模式改变为显示器图像模糊补偿模式。这样配置为由安装于成像装置ICD主体上的菜单按钮(未图示)改变上述3种方法即上述情形1、情形2、以及情形3的条件。 
下面参照图6以情形1为例具体说明OIS单元控制部104的动作。该说明中，取景期间指的是操作部110的快门按钮按下一半时刻至该快门按钮完全按下时刻这段时间。而曝光期间指的是操作部110的快门按钮完全按下图像传感器曝光启动时刻至完成曝光时刻的这段时间。 
如图6所示，图像模糊补偿功能由OIS单元102和OIS单元控制部104激活。OIS单元102包括OIS致动器31x和31y、以及位置检测传感器32x和32y。OIS致动器31x由与图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)一起在左右方向(摇摆方向)上移动的线圈图案7B、相对于固定框架5固定的磁铁10B和磁轭11B所组成。位置检测传感器32x由霍耳元件8B实现。位置检测传感器32y由与图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)一起在上下方向(俯仰方向)上移动的线圈图案7A、相对于固定框架5固定的磁铁10A和磁轭11A所组成。位置检测传感器32y由霍耳元件8A实现。 
OIS单元控制部104包括增益补偿部33x和33y、角速度传感器34x和34y、积分器35x和35y、增益补偿部36x和36y、比较部37x和37y、OIS单元驱动部38x和38y、图像位移量计算部39x和39y、以及目标指令控制部40x和40y。 
角速度传感器34x检测在左右方向(摇摆方向)上移动图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)的OIS致动器31x其方向上的角速度。积分器35x对角速度传感器34x输出的角速度信息进行积分，并输出角度信息。OIS单元驱动部38x对线圈图案7B供电。增益补偿部33x将位置检测传感器32x所输出的活动部的位置信息乘以预定的增益K1。增益补偿部36x将积分器35x所输出的角度信息乘以预定的增益K2。 
目标指令控制部40x根据增益补偿部36x所输出的成像装置ICD主体的图像模糊角信息输出用于以光学和电子方式补偿图像模糊的目标指令信息。比较部37x将增益补偿部33x输出的活动部的位置信息与目标指令控制部40x输出的成像装置ICD主体的角度信息 相比较，并经由OIS单元驱动部38x输出用于控制进行光学图像模糊补偿的活动部其位置的控制信号。此外，图像位移量计算部39x根据目标指令控制部40x所输出的成像装置ICD主体的角度信息计算用于进行电子图像模糊补偿的图像位移量。 
类似的，角速度传感器34y检测在上下方向(俯仰方向)上移动图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)的OIS致动器31y其方向上的角速度。积分器35y对角速度传感器34y输出的角速度信息进行积分，并输出角度信息。OIS单元驱动部38y对线圈图案7A供电。增益补偿部33y将位置检测传感器32y所输出的活动部的位置信息乘以预定的增益K1。增益补偿部36y将积分器35y所输出的角度信息乘以预定的增益K2。 
目标指令控制部40y根据增益补偿部36y所输出的成像装置ICD主体的图像模糊角信息输出用于以光学和电子方式补偿图像模糊的目标指令信息。比较部37y将增益补偿部33y输出的活动部的位置信息与目标指令控制部40y输出的成像装置ICD主体的角度信息相比较，并经由OIS单元驱动部38y输出用于控制进行光学图像模糊补偿的活动部其位置的控制信号。此外，图像位移量计算部39y根据目标指令控制部40y所输出的成像装置ICD主体的角度信息计算用于进行电子图像模糊补偿的图像位移量。 
需要注意的是，本实施例中目标指令控制部40x和40y分别在取景期间向图像位移量计算部39x和39y输出目标指令信号以进行电子图像模糊补偿。目标指令控制部40x和40y分别在曝光期间向比较部37x和37y输出目标指令信号以进行光学图像模糊补偿。电子图像模糊补偿和光学图像模糊补偿两者间的切换由系统控制器120所输出的指令进行。 
下面说明上面提到的OIS单元102和OIS单元控制部104在光学图像模糊补偿中的动作。有一用于补偿因成像装置ICD在左右(摇摆)方向上的振动所造成的图像模糊的控制指令信号由增益补偿部36x经由角速度传感器34x和积分器35x输出。在左右方向上没有振动的情况下，有一预定的基准电压经由增益补偿部36x和目标指令控制部40x输出。图像模糊补偿透镜其位置按照基准电压由OIS单元驱动部38x、OIS致动器31x、位置检测传感器32x、以及增益补偿部33x控制。换言之，该状态下比较部37x输出给OIS单元驱动部38x的电压变为接近零，图像模糊补偿透镜1的中心与基本上通过成像光学系统而非图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)其中心的垂直线相对应。 
在成像装置ICD在左右(摇摆)方向上发生振动的状态下，与成像装置ICD在左右(摇摆)方向上的旋转角相对应的电压经由增益补偿部36x和目标指令控制部40y输出。根据与在左右方向上的旋转角相对应的电压，在以左右方向上的旋转角的对应量抵消图像模糊的方向上移动图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)。因此，调整增益补偿部33x和增 益补偿部36x，使得OIS单元驱动部38x根据位置检测传感器32x的检测输出而输出给OIS致动器31x的是在抵消图像模糊的方向上移动图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)其位置所需的功率。具体来说，在出厂装运之前在成像装置ICD的制造工场完成该调整。 
另一方面，用于补偿因成像装置在上下方向(俯仰方向)上的振动而造成的图像模糊的控制指令信号由增益补偿部36y经由角速度传感器34y和积分器35y输出。在上下方向上没有振动的状态下，预定的基准电压经由增益补偿部36y和目标指令控制部40y输出。图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)其位置按照基准电压由OIS单元驱动部38y、OIS致动器31y、位置检测传感器32y、以及增益补偿部33y控制。换言之，该状态下比较部37y输出给OIS单元驱动部38y的电压变为接近零，图像模糊补偿透镜1的中心与基本上通过成像光学系统而非图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)其中心的垂直线相对应。 
在成像装置ICD在上下方向上发生振动的状态下，与成像装置ICD在上下方向上的旋转角相对应的电压经由增益补偿部36y和目标指令控制部40y输出。根据与在上下方向上的旋转角相对应的电压，在以左右方向上的旋转角的对应量抵消图像模糊的方向上移动图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)。因此，调整增益补偿部33y和增益补偿部36y，使得OIS单元驱动部38y根据位置检测传感器32y的检测输出而输出给OIS致动器31y的是在抵消图像模糊的方向上移动图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)其位置所需的功率。具体来说，在出厂装运之前在成像装置ICD的制造工场完成该调整。 
需要注意的是，OIS致动器31x、位置检测传感器32x、增益补偿部33x、比较部37x、以及OIS单元驱动部38x构成控制回路增益，而OIS致动器31y、位置检测传感器32y、增益补偿部33y、比较部37y、以及OIS单元驱动部38y构成控制回路增益。 
下面参照图7说明本实施例中的图像处理部107的电子图像模糊补偿其动作。图像处理部107包括图像读取部41、图像截取部42、以及图像存储器43，并且实现电子图像模糊补偿功能。当在取景期间以电子方式补偿图像模糊时，图像读取部41向图像截取部42输出图像数据，而在曝光期间则向图像存储器43输出图像数据。图像读取部41也从CCD 106当中读出单帧图像数据，并向聚焦信息计算部109输出该图像数据以计算作为评估分值用于驱动并使聚焦透镜单元103聚焦的对比度信息。 
图像截取部42截取从图像读取部41获得的图像数据，使得图像模糊量按照单帧的图像数据和与该图像数据相对应在x方向和y方向上的图像位移量进行补偿，并向图像存储器43输出截取图像数据。在取景期间，将每一帧都更新的图像存储器43的图像数据设置于显示部111，并且作为图像显示。曝光结束后，将CCD 106输出给图像读取部41的曝光期间的图像数据设置于显示部111，并且作为图像显示，接着保存于存储卡112中。需要注意的是，各帧指的是例如30～120Hz，并按系统控制器120所输出的定时处理。 
下面参照图8说明图像数据的排列。图8中示出诸如CCD这类图像传感器所生成的图像数据，尤其是本例中示出图像读取部41从CCD 106当中读出的图像数据的排列。图中括号“()”内部给出的是像素的坐标，并且图像数据由按m+1列(从左到右依次是0至m)和n+1行(从上到下依次是0至n)排列的像素所组成。举例来说，500万像素的CCD给出的m＝2559、n＝1919，而400万像素的CCD给出的m＝2303、n＝1727。 
换言之，r(0，0)、g(1，0)、或b(1，1)给出(m+1)×(n+1)个像素单元其中一个。举例来说，1个像素由256个灰度序列表示的情况下，r(0，0)具有红色以256个灰度序列表示的数字数值表示信息。g(1，0)具有绿色以256个灰度序列表示的数字数值表示信息。b(1，1)具有蓝色以256个灰度序列表示的数字数值表示信息。 
下面参照图9A至9D说明电子图像模糊补偿功能。该图中标号17示出图8中所示的图像数据压缩至320×240个像素规模时的QVGA图像数据。为了便于说明，如图9A至9D所示，x方向的坐标由单元0～15表示，y方向的坐标由单元0～11表示。图像数据排列帧17的规模是QVGA的情况下，单位区域帧C1至C4分别定义为由20×20个像素所组成的区域。 
图9A、图9B、图9C、以及图9D示出一例每隔1/30秒拍摄的对象P1的图像。本例中，对象P1在屏幕上的位置按图9A、图9B、图9C、以及图9D依次变化。具体来说，对象P1的具体位置按C1区的坐标(7，5)、C2区的坐标(8，6)、C3区的坐标(8，5)、C4区的坐标(7，6)依次变化。 
A1区、A2区、A3区、以及A4区指的是用于在取景期间进行电子图像模糊补偿的图像数据的截取区域。B1区、B2区、B3区、以及B4区指的是使得其在取景期间用于跟随图像模糊的情况下的图像数据的截取区域。 
接下来说明A1区至A4区和B1区至B4区两者间的不同。作为本实施例中的电子图像模糊补偿功能，考虑下面将说明的两种模式即显示器图像模糊补偿模式和拍摄图像模糊补偿模式。 
(显示器图像模糊补偿模式) 
该模式中的电子图像模糊补偿是进行补偿以便如B1区至B4区所示的那样跟随对象P1的图像模糊的功能。在35mm胶片换算中焦距为400mm的情况下，图像数据排列帧中x方向上的像素数即数值320与5.15度的视场角相对应。 
对象P1的具体位置由C1区至C4区表示的情况下，应理解，C1区和C2区两者间发生持续1/30秒的x方向20像素(与0.32度相对应)、y方向20像素(与0.32度相对应)的图像模糊。C1区和C2区两者间(1/30秒)所发生的图像模糊的角度信息从目标指令控制部40输出，并且图像位移量计算部39x和39y可通过将角度信息乘以320像素/5.15度来计算x方向和y方向的图像位移量。 
根据所计算出的x方向和y方向的图像位移量，从QVGA图像数据排列帧17当中截取B1区以便C1区处于其中心位置。此后，同样截取B2区以便C2区处于其中心位置，截取B3区以便C3区处于其中心位置，截取B4区以便C4区处于其中心位置。如B1区至B4区所示，对于每一帧从QVGA图像数据排列帧17当中截取图像数据，并显示于显示部111上，由此在几乎没有图像模糊的情况下显示对象P1。 
(拍摄图像模糊补偿模式) 
该模式中的电子图像模糊补偿是在如A1区至A4区所示的那样使对象P1的图像模糊稍微往左的状态下进行补偿的功能。在35mm胶片换算中焦距为400mm的情况下，图像数据排列帧中x方向上的像素数即数值320与5.15度的视场角相对应。对象P1的具体位置由C1区至C4区表示的情况下，应理解，C1区和C2区两者间发生持续1/30秒的x方向20像素(与0.32度相对应)、y方向20像素(与0.32度相对应)的图像模糊。 
C1区和C2区两者间(1/30秒)所发生的图像模糊其角度信息从目标指令控制部40x和40y输出。上述显示器图像模糊补偿模式的例子中，图像位移量计算部39x和39y通过将图像模糊角信息乘以320像素/5.15度来计算x方向和y方向的图像位移量。但拍摄图像模糊补偿模式中，图像位移量计算部39x和39y通过将目标指令控制部40x和40y所输出的图像模糊角信息乘以320像素/5.15度×(1-0.65)来计算x方向和y方向的图像位移量。 
结果是，拍摄图像模糊补偿模式中，当根据计算得到的x方向和y方向的图像位移量从QVGA图像数据排列帧17当中截取A1区时，C1区处于在x方向和y方向上分别往左往上错开A1区中心13个像素的位置。此后，同样截取A2区以便C2区处于在x方向和y方向上分别往右往下错开A2区中心13个像素的位置，截取A3区以便C3区处于在x方向和y方向上分别往右往上错开A3区中心13个像素的位置，截取A4区以便C4区处于在x方向和y方向上分别往左往下错开A4区中心13个像素的位置。如A1区至A4区所示，对于每一帧从QVGA图像数据排列帧17当中截取图像数据，并显示于显示部111上，由此在图像模糊稍微往左的情况下监视对象P1。 
下面参照图10说明图像模糊量和QVGA显示器中的图像模糊分值两者间的关系。该图中示出10个受访者关于对象在2.5英寸QVGA显示器屏幕中的位置变化的评估结果。具体来说，每一受访者给予每一显示器屏幕“图像模糊没有问题：1分”、“无法确定：0.5分”、以及“图像模糊成问题：0分”这些分值其中某一个。该图中，水平轴指的是x方向和y方向上的图像模糊量，具体来说，每1/30秒更新的显示器屏幕上按每一图像的1个像素为单位随机发生图像模糊时在x方向和y方向上的最大图像模糊量。垂直轴指的是受访者分值的平均值。 
如图10所示，当x方向和y方向上的最大图像模糊量等于或小于13个像素时，“图像模糊没有问题”的比例大于“图像模糊成问题”的比例。当x方向和y方向上的最大图像模糊量等于或小于4个像素时，几乎每个人都回答“图像模糊没有问题”。因而，可以知道只要将x方向和y方向的图像模糊量减少到13个像素或者更少，便可使对象在取景期间相对清晰地显示于显示器屏幕上。 
如上面参照图9所述的那样，在x方向和y方向上分别具有20个像素的图像模糊在换算为图像模糊角与0.32度相对应。因而，鉴于通过将图像模糊减少到13个像素或者更少可以使对象相对清晰地显示，得按1-13/20＝1-0.65对图像模糊角进行图像模糊补偿。结果，如上面所述，从QVGA图像数据排列帧17当中截取的A1区至A4区在尺度上大于B1区至B4区。具体来说，A1区至A4区其各个尺度是95.2％，而B1区至B4区其各个尺度是86.4％，这样显示器屏幕上的放大倍数变化可以减小，并且对象可相对清晰地显示于显示器屏幕上。 
下面参照图14中所示的流程图说明系统控制器120控制的图像模糊补偿动作。如上面所述，系统控制器120在检测出快门按钮完全按下时使OIS单元控制部104动作。OIS单元控制部104控制目标指令控制部40以便向比较部37x和37y输出用于根据图像模糊角控制OIS单元102运动的角度信息。图像位移量计算部39x和39y输出0作为x方向和y方向上的图像位移量。使得CCD 106输出图像信号并经由图像处理部107将图像信号保存于存储卡之后，OIS单元控制部104终止其动作。OIS单元控制部104以上述方式动作的时间称为拍摄图像模糊补偿模式或OIS单元控制处理1。 
当操作部110的快门按钮按下一半时，从“开始图像模糊补偿成像处理”起开始处理。步骤s101，通过对角速度传感器的输出积分得到的成像装置ICD的模糊角信息从目标指令控制部40x和40y输出给图像位移量计算部39x和39y。基准角度信息从目标指令控制部40x和40y输出给比较部37x和37y。因而，OIS单元的上述控制回路起作用，由此 按一基准位置保持补偿透镜单元。 
步骤s102中，将单帧图像数据从CCD 106输出给图像处理部107。 
步骤s103中，图像位移量计算部39x和39y通过将目标指令控制部40x和40y所输出的在x方向和y方向上的补偿角信息乘以320像素/5.15度×(1-0.65)来计算x方向和y方向上的图像位移量。如上面所述，35mm胶片换算中焦距为400mm的情况下，图像数据排列帧中x方向上的像素数即数值320与5.15度的视场角相对应。当发生持续1/30秒的x方向20像素(与0.32度相对应)、y方向20像素(与0.32度相对应)的图像模糊，每一图像位移量计算部39x和39y输出7个像素作为x方向和y方向上的图像位移量。 
步骤s104中，上述图像截取部42根据x方向和y方向上的图像位移量截取单帧图像数据。接着，所截取的图像数据保存于图像存储器43中。 
步骤s105中，从图像存储器43当中读出所保存的图像数据，显示于显示部111上。 
步骤s106中，确定操作部110的快门按钮是否完全按下。当快门按钮没有完全按下时，该处理回到步骤s101的处理。重复上述步骤s101至s106的动作，并且如参照图9所说明的那样，显示器图像模糊补偿模式在取景期间起作用，相对来说在几乎没有图像模糊的情况下显示。当快门按钮完全按下时，处理进入到步骤s107。 
步骤s107中，处理从显示器图像模糊补偿模式改变为拍摄图像模糊补偿模式，并且上述OIS单元控制处理1开始动作。由于根据成像装置ICD主体的图像模糊角信息移动和控制OIS单元102，因而可以拍摄其中图像模糊基本上抵消的图像。从显示器图像模糊补偿模式改变为拍摄图像模糊补偿模式的过程中，OIS单元开始相对于基准位置移动。因而，可以按补偿光学系统的技术规范允许的诸如角度范围这类限值范围进行补偿。 
步骤s108中，曝光期间的图像数据从CCD 106传送至图像读取部41。 
步骤s109中，图像数据从图像读取部41输出，并且保存于图像存储器43中。 
步骤s110中，图像数据从图像存储器43输出给显示部111和存储卡112其中某一个，该处理从拍摄图像模糊补偿模式改变为显示器图像模糊补偿模式，并且该成像处理终止。 
下面参照图12说明图像模糊补偿功能的取景期间和曝光期间的图像模糊角和补偿角两者间的关系。该图中，水平轴表示取景期间显示器图像模糊补偿模式和曝光期间(图像处理期间)拍摄图像补偿模式的时间过程。垂直轴表示角度(图像模糊角、电子补偿角、以及剩余角度)。换言之，示出的是处理从屏幕图像模糊补偿模式改变为拍摄图像模糊补偿模式的状态。 
需要注意的是，图像模糊角是成像装置ICD主体的移动角，并且由角速度传感器34x和34y、积分器35x和积分器35y、以及增益补偿部36x和36y作为角度信息得到。电子补偿角是与显示器图像模糊补偿模式期间QVGA图像数据排列帧17中的截取位置相对应的角度。光学补偿角示出在拍摄图像模糊补偿模式根据模糊角信息控制OIS单元运动时补偿透镜的补偿角。剩余角度是所拍摄图像上的图像补偿量。 
取景期间，如参照图9和图10所述的那样，在图像模糊角θs＝0.32度、电子补偿角θe＝0.11度的情况下进行电子图像模糊补偿，其中剩余角度为0.21度。剩余角度0.21度表示320×240个像素的QVGA显示器中剩余13个像素的图像模糊。取景期间，即便是留有这类图像模糊，也能够如上面所述使对象相对清晰地显示于显示器屏幕上。 
曝光期间，进行光学图像模糊补偿。由于OIS单元102的移动控制为跟随图像模糊角，因而剩余角度变为固定。同时，因为模糊补偿透镜1相对于基准位置移动，所以模糊补偿透镜1可以在光学技术规范所容许的光学角度范围内移动。 
下面参照图11说明现有成像装置的持续补偿模式中取景期间和曝光期间图像模糊角和光学补偿角两者间的关系。该图中，水平轴表示取景期间和曝光期间的时间过程。垂直轴表示角度(图像模糊角、电子补偿角、以及剩余角度)。图像模糊角是成像装置ICD主体的移动角，并且与本发明同样由现有成像装置中的角速度传感器、积分器、以及增益补偿部作为角度信息得到。光学补偿角表示根据模糊角信息控制OIS单元时图像模糊补偿透镜的补偿角。剩余角度是所拍摄图像的图像模糊量。 
如图11所示，现有成像装置的持续补偿模式下，可进行图像模糊补偿以便在取景期间显示器屏幕上没有图像模糊发生。但由于图像模糊补偿透镜持续动作，因而在取景期间切换为曝光期间的时刻图像模糊补偿透镜会处于与光学技术规范所允许的角度范围其边界接近的G点。这种情况下，如椭圆所示图像模糊补偿透镜在曝光期间超出光学技术规范所允许的角度范围，由此导致光学性能缺陷。 
(实施例2) 
下面参照图13至图15说明本发明实施例2的成像装置。实施例2的成像装置其构成与本发明实施例1的上述成像装置类似，只是OIS单元102运动的控制方法有所不同。具体来说，实施例1中如上面所述，显示器模糊补偿模式下从图像数据排列帧当中截取图像数据以便跟随图像模糊或者稍微往左对图像模糊进行补偿。而本实施例的显示器图像补偿模式下，则通过从图像数据排列帧当中截取图像数据来进行电子图像模糊补偿以便图像模糊稍微往左，并且通过控制OIS单元102的运动来对电子图像模糊补偿中往左的图像模 糊进行光学图像模糊补偿。 
下面参照图15所示的流程图说明本实施例中图像模糊补偿的动作。OIS单元控制部104的动作分为两类，具体来说是操作部110的快门按钮完全按下时所动作的OIS单元控制处理1和操作部110的快门按钮按下一半时所动作的OIS单元控制处理2。 
快门按钮按下一半的状态下，如稍后参照图13所述，用于进行电子图像模糊补偿的目标指令信息从目标指令控制部40x和40y输出给图像位移量计算部39x和39y。同时，用于进行光学图像模糊补偿的目标指令信息则输出给比较部37x和37y。对于x方向和y方向其中每一方向，角度信息通过使用于进行电子图像模糊补偿的目标指令信息和用于进行光学图像模糊补偿的目标指令信息加在一起来生成。角度信息由目标指令控制部40x和40y分配以等于角速度传感器34x和34y、积分器35x和35y、以及增益补偿部36x和36y所输出的角度信息。OIS单元控制部104根据所分配的目标指令信息动作的时候称为OIS单元控制处理2。 
当操作部110的快门按钮按下一半时，从“开始图像模糊补偿成像处理”起开始处理。在35mm胶片换算中焦距为400mm的情况下，当在x方向和y方向上有与0.32度相对应的图像模糊发生时，步骤s201中，作为成像装置ICD的模糊角信息并通过使角速度传感器的输出积分得到的0.32度由目标指令控制部40x和40y分配并输出给比较部37x和37y、图像位移量计算部39x和39y。图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)用于补偿0.21度这一角度所需的移动量，通过对角速度传感器34x和34y、积分器35x和35y、以及增益补偿部36x和36y所输出的x方向和y方向的补偿角信息乘以0.65来计算，并输出给比较部37x和37y。 
步骤s202中，OIS单元102的控制回路响应目标指令控制部40x和40y所输出的目标指令发挥功能。结果是，补偿透镜单元的运动受到控制，处理进入到图14所示步骤s101的处理。 
上面所述的步骤s101至s105中，图像位移量计算部39x和39y通过将目标指令控制部40x和40y所输出的补偿角信息乘以320像素/5.15度×(1-0.65)计算x方向和y方向上的图像位移量。根据计算得到的位移量截取图像数据。因此，针对OIS单元102进行补偿的为0.21度的补偿角和通过截取图像数据进行的为0.11度的补偿角之和是0.32度。如上所述，显示器上的图像模糊可依靠电子图像模糊补偿和光学图像模糊补偿抵消。 
下面参照图13说明本实施例的图像模糊补偿功能中取景期间和曝光期间图像模糊角和补偿角两者间的关系。该图中，水平轴表示取景期间显示器图像模糊补偿模式和曝光期 间(成像处理时间)期间拍摄图像模糊补偿模式的时间过程。垂直轴表示角度(图像模糊角、电子补偿角、以及剩余角度)。换言之，示出的是处理从显示器图像模糊补偿模式改变为拍摄图像模糊补偿模式的状态。 
本实施例中，图像模糊角也是成像装置ICD主体的运动角，并且由角速度传感器34x和34y、积分器35x和35y、以及增益补偿部36x和36y作为角度信息得到。电子补偿角是在显示器图像模糊补偿模式期间与QVGA图像数据排列帧17中的截取位置相对应的角度。光学补偿角表示在显示器图像模糊补偿模式下根据通过从图像模糊角当中减去电子补偿角所得到的角度信息控制OIS单元102运动时图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)的补偿角。拍摄图像模糊补偿模式中，光学补偿角表示根据模糊角度信息控制OIS单元102运动时图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)的补偿角。 
取景期间，如参照图9和图10所述的那样，在图像模糊角θs＝0.32度、电子补偿角θe＝0.11度的情况下进行电子图像模糊补偿，其中剩余角度为0.21度。图像模糊基本上由光学图像模糊补偿所抵消，其中剩余角度θo＝0.21度。取景期间和曝光期间其中任一期间，均进行图像模糊补偿以便剩余角度保持不变。取景期间图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)按照电子图像模糊补偿所能移动的范围小于实施例1中的范围。因而，光学技术规范所允许的角度范围其余量与实施例1相比有所降低，但与现有成像装置的持续补偿模式相比则得到保证。 
上面所述的本实施例中，光学图像模糊补偿功能加到实施例1的显示器图像模糊补偿功能。因而，取景期间显示器屏幕上的对象其图像模糊基本抵消，并且通过同时进行电子图像模糊补偿来使图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)进行光学图像模糊补偿的移动量有所减小。结果，可以提供一种基本上抵消取景期间和曝光期间的图像模糊同时确保图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)在曝光期间的移动范围的成像装置。 
此外，将该成像装置配置为使用者进行取景的同时观察显示器屏幕的期间进行图像模糊补偿，并且在取景期间进行高精度的图像模糊补偿的同时确保补偿光学系统的移动范围。结果是，可以提供一种实现图像模糊补偿功能的成像装置，该图像模糊补偿功能不仅在取景期间完成图像模糊补偿而且在快门开启期间完成图像模糊补偿。 
需要注意的是，可以由电路实现电子图像模糊补偿功能所用的结构，或者由用微型计算机等进行处理的软件配置。 
本实施例中，给出的是通过与光轴的方向相垂直驱动图像模糊补偿透镜1(OIS单元102)来进行光学图像模糊补偿的例子。但可以通过使透镜单元和/或图像传感器旋转来进 行光学图像模糊补偿，或者可以通过驱动图像传感器来进行光学图像模糊补偿。 
另外，显示部是按液晶显示器说明的。但也可以将诸如有机EL显示器等这类另一种显示器用作显示部。液晶显示器是按QVGA说明的。但也可使用高分辨率的显示器。显示器具有M×N个像素的情况下，图10中水平轴的图像模糊量可由M/320或N/240替换。而且，显示器其尺寸不限于2.5英寸，也可以为另一尺寸。 
此外，图像传感器是按CCD说明的，但也可以使用诸如CMOS等这类另一种图像传感器。 
而且，说明的是通过操作快门按钮来启动曝光。但也可以按自定时器所设置的时刻启动曝光来从显示器图像模糊补偿模式改变为拍摄图像模糊补偿模式。 
另外，说明的是显示器图像模糊补偿模式下电子图像模糊补偿中的图像数据排列帧当中所截取的范围是与0.35度的图像模糊角相对应的范围。但该角也可以如参照图10所说明的那样在1至0.35的范围内选择。 
此外，本发明成像装置可应用于照相机系统。具体来说，该照相机系统包括照相机主体和可换透镜。另外，照相机主体至少包括以上面的CCD 106为代表的图像传感器。可换透镜可以相对于照相机主体拆卸，并且配置为安装到照相机主体上时可以与照相机主体进行通信。可换透镜配置为至少包括分别与上述成像光学系统ICS和上述OIS单元控制部104相对应的光学成像装置和光学图像模糊补偿装置。 
(工业实用性) 
本发明适合于诸如数字静态照相机、数字视频摄像机等这类成像装置和成像系统。 

Claims (7)

1.一种成像装置，用于输出一对象的图像电信号，该成像装置包括：
用于通过多个透镜单元来形成对象的光学图像的成像光学系统；
用于拍摄对象的光学图像并将其转换为图像电信号的图像传感器；
用于检测所述成像装置的运动信息的振动检测部；
用于通过移动所述成像光学系统的光轴来补偿光学图像中所发生的图像模糊的光学图像模糊补偿部；
用于通过改变所述图像传感器输出的图像数据的截取位置来补偿图像模糊的电子图像模糊补偿部；
用于显示所述截取的图像数据的显示部；
用于受理使用者所进行的按下一半的操作和完全按下的操作的快门按钮；
用于显示和保存图像传感器曝光得到的图像信号的图像处理部；
用于进行应答所述按下一半的操作而进行聚焦的控制，并进行下述控制的系统控制器：应答所述完全按下的操作来进行所述拍摄并且保存所述图像信号；以及
图像模糊控制部，其根据所述振动检测部所输出的运动信息，在所述完全按下的操作之后的曝光期间主要使所述光学图像模糊补偿部工作，而在所述按下一半的操作之后到所述完全按下的操作之前主要使所述电子图像模糊补偿部工作，
在将从所述振动检测部输出的运动信息作为角度S度时，所述电子图像模糊补偿部所进行的补偿角小于S。
2.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，
其中所述系统控制器根据使用者的所述完全按下的操作从所述光学图像模糊补偿部和所述电子图像模糊补偿部两者执行的图像模糊补偿动作改变为只是所述光学图像模糊补偿部执行的图像模糊补偿动作。
3.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，
光学图像模糊补偿部在所述曝光期间的补偿角基本上等于S。
4.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述光学图像模糊补偿部包括与光轴相垂直移动透镜的致动器、移动图像传感器的致动器、以及移动成像光学系统和图像传感器的致动器中任一个，并包括检测该致动器位置的位置检测传感器。
5.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述图像模糊控制部根据角速度传感器所输出的角速度信息控制图像模糊补偿透镜的移动。
6.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，从图像数据以每1/30秒的速度在2.5英寸QVGA显示器上显示的图像的x方向和y方向的图像模糊量小于或等于13个像素。
7.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，
所述成像装置是其中包括照相机主体和可相对于照相机主体拆卸、并且其在安装到照相机主体上时可与照相机主体进行通信的可调换式透镜的照相机系统，
所述照相机主体至少包括所述图像传感器，
所述可调换式透镜至少包括所述成像光学系统和所述光学图像模糊补偿部。
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