JP2002287197A

JP2002287197A - 撮像装置における画像安定化装置

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Publication number: JP2002287197A
Application number: JP2001092957A
Authority: JP
Inventors: Takashi Iwasaki; 敬史岩崎; Takeo Arai; 健雄新井
Original assignee: Tamron Co Ltd
Current assignee: Tamron Co Ltd
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2002-10-03

Abstract

(57)【要約】【解決手段】画像安定化装置は、ＣＣＤ撮像センサー
に対する露光中においてＣＣＤ撮像センサーに取り込ま
れる画像の電荷を、ブレ量相当画素数算出手段によって
算出される相当画素数に応じて、ＣＣＤ撮像センサーに
おいてブレ量を打ち消す方向に電荷を移動させるような
制御を行う電子的像位置補正手段を備え、この電子的像
位置補正手段は、ＣＣＤ撮像センサーの電荷転送部に、
少なくとも２画面分の画像データを保持できる転送セル
列を持つ。【効果】単板式のカラー撮像素子であっても、混色を
起こすことなく１画素単位でブレを補正できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置における
画像安定化装置に関し、特に、ＣＣＤ撮像センサー（光
電変換素子）により電子的に画像を取り込む機能を持っ
たカメラにおける画像安定化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ビデオカメラの画像安定化装
置としては、光学的に光軸を曲げて像ブレを補正する光
学式と、映像出力に使用する画像よりも広い範囲を撮像
センサーで取り込んでおき、像のブレ状況に応じて出力
する画像の位置を補正して像ブレを補正する電子式とが
ある。

【０００３】これらのうち、電子式は、実際に取り込む
画像より大きい撮像素子や光学系を必要とするが、可動
部が無いことと、従来のレンズがそのまま使えることか
ら、広く使用されている。

【０００４】また、これの電子式と光学式とを併用して
像ブレ補正を行う提案も、特開平６−１４２５４号公
報、特開平７−１２３３１７号公報、特開平１０−５６
５９２号公報等に開示されている。特開平６−１４２５
４号公報および特開平１０−５６５９２号公報において
は、補正の方向を上下、左右などの２方向に分けそれぞ
れを光学式、電子式で行うことが提案されている。特開
平７−１２３３１７号公報においては、ズームレンズの
焦点距離の条件によって光学式、電子式を使い分けるこ
が提案されている。

【０００５】また、特開平６−４６３１４号公報、特開
平６−４６３２２号公報においては、レンズを動かす代
わりに撮像センサーを光軸に垂直な方向に移動して像位
置を補正する方法が提案されている。

【０００６】添付図面の図１は、前述したような光学式
画像安定化装置の光学構成の一例を示したものである。
この装置の構成は、フロントレンズ５、バリエータ４、
第３群固定系３ａ、リアフォーカス２の各レンズ群と、
撮像素子１とからなっている。この光学式画像安定化装
置は、バリエータ４によりズーム変更を行い、リアフォ
ーカス２によりフォーカス変更を行うもので、像ぶれの
補正は、第３群固定系３ａを補正レンズとして用いて、
光軸に対して垂直方向に移動すること（偏心移動）によ
り像位置を移動して行うようにしている。

【０００７】図２は、図１の光学式画像安定化装置と同
様の構成のものを示しているが、この図２の光学式画像
安定化装置においては、第３群固定系３を偏心移動する
ことをやめ、撮像素子１を光軸に垂直な方向に平行移動
して、像ブレを補正するようにしている。特開平６−４
６３１４号公報や特開平６−４６３２２号公報に開示さ
れたものは、これに相当する。

【０００８】図３は、前述したような電子式画像安定化
装置の構成の一例を示したものである。この装置の光学
系は、図１や図２のものと同様に、フロントレンズ５、
バリエータ４、第３群固定系３、リアフォーカス２の各
レンズ群からなる。この装置においては、図２のものと
同様に第３群固定系３を偏心移動することをやめ、大き
な撮像素子１ａを用いて、画像を取り込み、表示画像に
使用する範囲を移動して、像ブレを補正するようにして
いる。これは、いわゆる電子式手ブレ補正である。

【０００９】図４は、図３における撮像素子１ａの使用
状態を示したものである。撮像素子１ａの有効範囲は、
表示に使用する範囲よりも広く設定されており、カメラ
のブレによる不要な像位置の移動に合わせて、映像信号
として出力する画像の範囲を移動して出力される映像の
ブレを補正するようにしている。この図４において、参
照符号１１０は、撮像領域全体を示し、参照符号１１１
は、映像出力に使用する領域の大きさを示し、参照符号
１１２は、ブレ補正のために使用する領域の位置を変更
した状態を示す。

【００１０】図５は、１方向のみの電子式手ブレ補正を
行うときの撮像センサー１ｂの使用状況を示したもの
で、特開平６−１４２５４号公報および特開平１０−５
６５９２号公報に開示された例に相当する。この図５に
おいて、参照符号１２０は、撮像領域全体を示し、参照
符号１２１は、映像出力に使用する領域の大きさを示
し、参照符号１２２は、ブレ補正のために使用する領域
の位置を変更した状態を示す。

【００１１】図６は、手ブレ補正の補正手段をブレ方向
によって異なるものを使用したときの制御ブロックを示
しており、図６の（Ａ）は、縦方向を電子補正装置によ
り補正する場合を示し、図６の（Ｂ）は、横方向を機構
補正装置により補正する場合を示している。図６の
（Ａ）および（Ｂ）を比較すると、電子補正装置による
縦方向のブレ補正と、機構補正装置による横方向のブレ
補正とは、最終的に画像の座標位置を指示する手段と機
構的に撮像センサーを移動する手段を制御する違いがあ
るが、ブレ検出に関しては全く同様の処理で良いことが
分かる。すなわち、縦方向のブレ補正においても、横方
向のブレ補正においても、角度センサーを用いて、ブレ
角速度を検出し、これを積分してブレ角度を検知し、こ
れから補正目標角度を補正指示値として各補正装置に与
えるようにしている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来のブレ補正方式には、それぞれ次のような
問題点がある。

【００１３】光学式による方法は、機械的に光学部材を
動かす必要があり、レンズの構成が複雑になったり、形
状が大きくなったりする。また、これらは機械的な動き
によるため摩擦箇所の耐久性に限界がある。

【００１４】電子式による方法は、機械的な動きが発生
せず耐久性は高いが、撮像センサーで検出したあとの画
像の位置を補正するため、撮像センサーの露光期間内に
像位置が移動して撮像センサーで得られた画像そのもの
に発生している像ブレは補正することができない。

【００１５】ビデオカメラにおいては、動画であるため
一部の画像にブレが発生していても、連続的に見ている
のでブレによる像ボケを意識することはあまりない。し
かし、静止画を得ることを目的とするスチルカメラにお
いては、露光期間内の像ブレは、補正することができず
そのまま残ることとなり、このような電子式ブレ補正で
は、ブレ補正の効果は得られない。

【００１６】また、スチルカメラの場合、ビデオカメラ
と異なり、露光時間がビデオカメラの１フレーム（１／
３０秒）を越えて露光することがあるので、（暗い撮影
条件において）露光時間が長くなるとブレが発生しやす
くなる傾向もある。

【００１７】方向により補正方法を変える特開平６−１
４２５４号公報に開示された例では、電子式補正の撮像
センサーの大きさの制約を機械的方法により解消するた
めのものであり、電子的補正の欠点を解消するためのも
のではない。また、特開平１０−５６５９２号公報に開
示された例では、電子的補正の方向を１方向とすること
で、電子的補正の欠点を低減するとしているだけで、前
述の電子的補正の欠点を解消したものにはなっていな
い。

【００１８】特開平７−１２３３１７号公報に開示され
た例は、光学式、電子式を併設はしているものの、条件
により使い分けるというもので、光学式、電子式の補正
機能をそれぞれ持つ必要があることと、電子式補正の方
法は従来のままでありのスチル画像においては電子式の
補正効果は得られない。

【００１９】特開平６−４６３１４号公報、特開平６−
４６３２２号公報に開示されている、撮像センサーを光
軸に垂直な方向に移動して像位置を補正する方法は、カ
メラ側だけで防振効果が得られるという利点もあるが、
光軸周りの回転も画像に影響が出ることや、撮像センサ
ーの信号配線があるため、移動機構の剛性が高くなけれ
ばならないことや、移動に必要な推力が大きくなってし
まい、重量の増加や消費電力の増大につながる。

【００２０】レンズの一部を移動して補正を行う光学式
の像位置補正の場合も、撮像センサーの位置を移動して
像位置の補正を行う場合も、移動方向が２方向になる
と、移動機構の構成が複雑になる。また、移動方向を２
方向にすると剛性も得にくく、特に撮像センサーを移動
して補正を行おうとすると、電気的な信号線の接続も多
く目的外の方向への移動を阻止することが難しい。撮像
センサーは光軸に対する前後移動や倒れによるフォーカ
スずれのほか、光軸に対する回転による像の回転も発生
するため、目的外の移動の影響が大きい。

【００２１】本発明の目的は、前述したような従来の技
術の問題点を解消しうるような撮像装置における画像安
定化装置を提供することである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ＣＣＤ
撮像センサーにより電子的に画像を取り込む機能を有し
た撮像装置における画像安定化装置において、撮像装置
のブレ量を検出するブレ量検出手段と、該ブレ量検出手
段によって検出されたブレ量から、前記ＣＣＤ撮像セン
サーの像面上での該ブレ量に相当する画素数を算出する
ブレ量相当画素数算出手段と、前記ＣＣＤ撮像センサー
に対する露光中において該ＣＣＤ撮像センサーに取り込
まれる画像の電荷を、前記ブレ量相当画素数算出手段に
よって算出される相当画素数に応じて、該ＣＣＤ撮像セ
ンサーにおいて前記ブレ量を打ち消す方向に前記電荷を
移動させるような制御を行う電子的像位置補正手段とを
備え、該電子的像位置補正手段は、前記ＣＣＤ撮像セン
サーの電荷転送部に、少なくとも２画面分の画像データ
を保持できる転送セル列を持つことを特徴とする。

【００２３】本発明の一つの実施の形態によれば、前記
電子的像位置補正手段は、前記電荷の移動を行わせると
共に、露光時間の途中に前記ＣＣＤ撮像センサーの受光
部から電荷転送部へ電荷の読み出しを行わせる。

【００２４】本発明の別の実施の形態によれば、前記電
子的像位置補正手段は、前記電荷の移動の際に各画素の
色フィルターと色が一致する移動量を単位として電荷を
移動させる。

【００２５】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記電子的像位置補正手段は、２次元平面におけるブレ
を補正するため、前記ＣＣＤ撮像センサーの横方向画素
列および縦方向画素列の両者における前記電荷の移動を
制御する。

【００２６】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記電子的像位置補正手段は、前記ＣＣＤ撮像センサー
の横方向画素列および縦方向画素列のうちの一方の画素
列においてのみ前記電荷の移動を制御することにより、
２次元平面におけるブレの補正の一部分を行い、前記２
次元平面におけるブレの補正の残りの部分を行うため
に、前記ＣＣＤ撮像センサーの横方向画素列および縦方
向画素列のうちの他方の画素列の方向に光学的に像位置
を移動する手段または機械的に前記撮像センサーを移動
する手段が設けられる。

【００２７】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記電子的像位置補正手段は、前記転送セル列における
転送セルに対して、第１の画面の電荷と第２の画面の電
荷とを交互に配置するような制御を行う。

【００２８】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記電子的像位置補正手段は、前記転送セル列における
転送セルに対して、第１の画面の電荷と第２の画面の電
荷を、２画素ずつ交互に配置するような制御を行う。

【００２９】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記電子的像位置補正手段は、単板式のカラー撮像セン
サーにおいて、電荷転送シフトレジスタの転送方向に並
んだ受光素子列の色フィルタが２種類の色で交互に構成
されているとき、偶数分の電荷移動に際しては、第１の
画像電荷群として取り込み、奇数分の電荷移動に際して
は、第２の画像電荷群として転送セルに取り込むように
制御する。

【００３０】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
画像安定化装置は、更に、光学的に像位置を移動する手
段または機械的に撮像センサーを移動する手段を備え、
像ブレが発生しない撮影条件において、該手段により像
位置を移動し、この移動方向に隣接あるいは規定した相
対位置の受光素子で得られる色の情報を第２の画像電荷
群として得られるようにする。

【００３１】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記電子的像位置補正手段は、露出制御において、第１
の画像電荷として取り込む画像の露出時間の積算と、第
２の画像電荷として取り込む画像の露出時間の積算とを
別々に行い、そのいずれかの積算値が、予め設定した露
出条件に達したときに露光を終了するような制御を行
う。

【００３２】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記電子的像位置補正手段は、第１の画像電荷として取
り込む画像の露出時間の積算値と第２の画像電荷として
取り込む画像の露出時間の積算値とにより、第１の画像
電荷群へ取り込まれた画像と第２の画像電荷群へ取り込
まれた画像の輝度レベルを補正して画像を合成するよう
な制御を行う。

【００３３】

【発明の実施の形態】次に、添付図面の図７から図３８
を特に参照して、本発明の実施の形態および実施例につ
いて、本発明をより詳細に説明する。

【００３４】本発明のブレ補正の基本的原理は、後述す
るように、撮像素子上で受光した画像の電荷を、発生し
たブレに応じて移動しながら露光を継続する手法にある
が、先ず、この手法を実現するために有効な、取り込ん
だ画像の電荷の移動方法について説明しておく。

【００３５】図７は、電荷転送の駆動信号を示すタイミ
ングチャートであり、図８は、電荷転送の手順を示す概
念図である。これら図７および図８に示す電荷転送は、
インターレース読み出しにおける正正方向、正方向の例
である。図８の上方に示す画素構造を有したＣＣＤ撮像
センサーは、図７に示す信号パルスを読み出しゲート、
転送ゲートに加えることで、取り込んだ画像の信号を、
図８に示す手順で図面右方向に移動することができる。
すなわち、図７および図８に示す電荷転送は、インター
レース読み出しにおける正正方向、正方向の例である。

【００３６】また、同じＣＣＤ撮像センサーにおいて、
図９に示すような信号パルスを読み出しゲート、転送ゲ
ートに加えることで、取り込んだ画像の信号を、図１０
に示す手順で図面において左方向に移動することができ
る。すなわち、図９および図１０に示す電荷転送は、イ
ンターレース読み出しにおける逆正方向、逆方向の例で
ある。

【００３７】このように、ＣＣＤ撮像センサーにおいて
は、読み出しゲート、転送ゲートに加えるパルスの手順
によって電荷を両方向に移動できるので、加えるパルス
の速度や転送サイクル数を変えることで電荷を、図面に
おいて言えば、左右方向に自由に移動することができ
る。

【００３８】したがって、角速度センサー等により検出
したカメラのブレ量から、レンズの焦点距離情報や倍率
の情報等に基づいて、撮像センサー像面上でのブレ量
（相当画素数）を求め、前述したような信号パルスによ
りブレに相当する画素分、電荷を移動することにより、
像面のブレに追従して、撮像中の電荷を移動できること
が分かる。

【００３９】このことから、ブレ補正センサー等で得ら
れた画像のブレ量を打ち消す方向に電荷を移動しつつ露
光（電荷の読み出し）を続けることでブレの少ない画像
を得ることができることが分かり、本発明は、基本的
に、この原理に基づくものである。

【００４０】図１１は、このような本発明の基本的原理
に基づいた、時間経過に対する像の移動量を示したグラ
フであり、画素の列に対して被写体の像が時間とともに
移動する状態を示している。ブレ補正を行わない場合、
露光時間内に移動した画素数分のブレが発生してしまう
ことがわかる。

【００４１】図１２は、像の移動に伴い画像の電荷を移
動しつつ蓄積（露光）を行う状態を示しており、ブレに
合わせて電荷を移動しつつ露光することによって最終的
に得られる画像のブレ幅が小さくなることを示してい
る。

【００４２】ＦＴ−ＣＣＤのように受光部が転送部を兼
ねているときは、ブレに合わせて電荷を移動することに
よって、像の同じ部分の電荷を蓄積し続けることができ
る。

【００４３】ＩＬ−ＣＣＤのように、受光・蓄積部と転
送部が分かれている撮像素子の場合は、ブレに合わせた
電荷の移動とともに、受光により蓄積した電荷を転送部
へ移動する操作が必要となるが、効果はＦＴ−ＣＣＤと
同じであり。ブレのない画像の電荷が転送ＣＣＤ部に蓄
積される。

【００４４】図７、図８、図９、図１０に示された信号
パルスは、２画素の信号を１つの転送セルにまとめて画
像転送を行うインターレース方式のＣＣＤ撮像素子の例
を示したものであが、デジタルスチルカメラ等で用いら
れることの多い全画素読み出し方式の場合、加える信号
パルスと転送手順は次のようになる。

【００４５】ＣＣＤ撮像センサーは、図１３に示す信号
パルスを加えることで、取り込んだ画像の信号を、図１
４に示す手順で図面において右方向に移動することがで
きる。これら図１３および図１４に示す電荷転送は、全
画素読み出しにおける正方向の例である。

【００４６】また、同じＣＣＤ撮像センサーにおいて、
図１５に示す信号パルスを、読み出しゲート、転送ゲー
トに加えることによって、取り込んだ画像の電荷を、図
１６に示す手順で、図面において左方向に移動すること
ができる。これら図１５および図１６に示す電荷転送
は、全画素読み出しにおける逆方向の例である。

【００４７】なお、このように全画素の信号を独立して
読み出すためには、１画素あたり３セルの転送ゲートを
必要とする。

【００４８】単板式のカラー撮像センサーの場合、色フ
ィルターが配されているので、１画素単位で移動する
と、色が混じってしまい、適正に色を再現することがで
きない。

【００４９】図１７に示すベイヤー式の色フィルター配
列の場合、２画素単位で移動することにより色の混合を
防止することができるので、２画素分のブレ量を検出し
たところで、電荷の取り込みと、２画素単位の電荷の移
動を行えばよい。

【００５０】本発明の基本的原理についての前述の説明
は、ＣＣＤ撮像センサーの画素移動を、例えば、横方向
の一方向のみについて行うものであった。しかし、理論
的には、例えば、ＣＣＤ撮像センサーの転送ゲートを２
層に構成することで、横方向（横方向画素列）および縦
方向（縦方向画素列）の両方において同様に画素移動を
行うことができ、２次元平面のブレを補正できる。した
がって、本発明は、広義においては、２次元平面のブレ
補正を、前述したような基本的原理に基づいて、縦方向
および横方向の両方向とも電荷移動しながら露光を継続
することによって行うことを含むものである。但し、転
送ゲートを２重に設けることは、製造コストの増大を招
くとともに、ノイズが増大する傾向にあることが考えら
れる。

【００５１】このため、製造コストの増大やノイズの増
大等を避けたい場合には、例えば、横方向におけるブレ
補正にのみ、前述したような基本的原理を適用し、縦方
向におけるブレ補正は、光学式、あるいはセンサー自体
を移動することによって行うことも効果的であり、本発
明は、このようなブレ補正のための構成をも含むもので
ある。

【００５２】このようなブレ補正のために撮像センサー
を移動する方法の例は次の通りである。

【００５３】図１８は、撮像センサー１ｂの外観を示し
ており、図１９は、その撮像センサー１ｂと駆動装置１
５０との関係を断面図にて示すものであり、図２０は、
その底面図である。この図２０には、マグネット１５２
とコイル１５３の位置関係がよく示されている。そし
て、図２１の（Ａ）および（Ｂ）は、図１９に示したよ
うな撮像センサーと駆動装置とを回路基板上に実装した
状態での作動の態様を説明するための図である。

【００５４】この撮像センサー１ｂは、センサハウジン
グ１３１の中に撮像センサチップ１２０を配し、上面を
カバーガラス１３０で覆ったものであり、この部分は従
来品と変わらない。この撮像センサー１ｂのセンサ端子
１４０は、弾性変形範囲内で希望する変位が得られるよ
うな長さと厚みで形成される。このように、撮像センサ
ー自体の移動を、弾性を有した平板のセンサ端子１４０
により行うこととすれば、一方向のみに移動しやすく、
その直交方向には移動しにくい構造とすることができ
る。

【００５５】一方、撮像センサー１ｂを移動させるため
の駆動装置１５０は、ヨーク１５１を介してセンサハウ
ジング１３１に固定された１対のマグネット１５２を備
える。マグネット１５２は、図１９の上下方向に磁束が
通るように磁化されている。左右のマグネット１５２
は、それぞれ磁束の向きが逆になるように配置されてい
る。駆動装置１５０は、これら各マグネット１５２に対
向する位置に配置された長円型のコイル１５３を備え
る。このコイル１５３は、図２１の（Ａ）によく示され
るように、撮像センサー１ｂが実装された回路基板１５
５に対して、コイルホルダ１５４を介して固定される。

【００５６】図２１の（Ｂ）は、駆動装置１５０のコイ
ル１５３に電流を流すことにより、センサハウジング１
３１が右方向に移動した状態を示す。

【００５７】撮像センサー１ｂの移動量を制御するため
には、移動量を検出する必要があるが、ここでは図示し
ていない。

【００５８】移動量の検出手段としては、反射式のセン
サーの光量変化によるものや、マグネットとホール素子
による磁束密度の変化を検出するものが実用化されてい
る。

【００５９】このような手段により、撮像センサー自体
を移動することによるブレ補正と、前述したような本発
明の基本的原理による撮像センサーの電荷を移動しつつ
露光することによるブレ補正を組み合わせることによ
り、光学式ブレ補正に劣らない高画質のブレ補正を実現
できる。

【００６０】もちろん、光学式のブレ補正（１方向）と
撮像センサの電荷を移動しつつ露光することによるブレ
補正を組み合わせてもよい。

【００６１】本発明の基本的原理は、前述したとおりで
あるが、２画素単位の位置補正は、光学式などの連続的
な補正に比較して画質の低下がないとは言い切れない。

【００６２】単板式のカラー撮像素子を使用したカメラ
は偽色を防止をするために光学的なローパスフィルター
を設けているため、もともと２画素以下の分解能はほと
んど無いが、ブレによる像移動はローパスフィルターの
効果に加わって発生するので、結果としてわずかである
が分解能が低下することになる。

【００６３】そこで、本発明は、単板式のカラー撮像素
子を用いたカメラにおいても１画素単位のブレ防止を行
おうとするために、画像電荷の転送シフトレジスタに一
時的に画像を退避しておくことを可能にする転送セル
（退避セル）を余分に設けておくことで、１画素ずつの
像位置補正を可能にしようとするものである。なお、こ
の退避しておくことを可能にする転送セルとは、退避専
用に設けた特定のセルではなく、電荷を転送するセルの
転送部の途中に受光部から電荷を受けるセルとは別に電
荷が保持できるように構成されていることを意味するも
のである。

【００６４】画像信号としては、退避分と取込分に違い
はないので、説明をわかりやすくするため、ここでは、
露光開始時点の画像電荷を取込み保持した分を、第１画
像電荷あるいは第１画像電荷群と呼び、第１画像電荷群
を退避した状態で取り込まれる画像電荷を、第２画像電
荷あるいは第２画像電荷群と呼ぶこととする。

【００６５】このように本発明において一時的に電荷を
保存しておく方法には、いくつかの態様が考えられる。
ここでは、転送シフトレジスタのセル数を増加すること
で、一時的な保存を実現する態様について説明する。

【００６６】図２２は、その態様における受光素子と転
送シフトレジスタ、および読み出しゲートの位置関係を
示した概念図である。この実施例では、１つの受光素子
（画素）に対して６個の転送セルを用いることと、均等
なセル数置きに読み出しゲートを設けている。

【００６７】図２３は、図２２に示した転送シフトレジ
スタ回路を駆動する信号のタイミングを示したものであ
る。そして、図２４は、図２３に示す信号により転送さ
れる電荷の状態を時間経過とともに示している。信号Ｖ
₁は、受光素子からの電荷読み出しを除いては信号Ｖ₄と
同じ信号である。転送自体は、前述の１画素ずつの転送
と変わりないので、転送方向の変更も同様に行うことが
できる。なお、図２４においては、読み出しゲートの位
置が明確になるように、読み出しゲートの部分を時間軸
方向に延ばして表示しているが、実際の読み出しゲート
は受光素子と転送シフトレジスタ間に設けられた小さな
領域である。

【００６８】図２２に示す回路では、電荷を図２４にお
いて右方向に移動しながら受光素子から電荷の読み出し
を行うとき、ｔ₀で読み出しを行った後、ｔ₆で、ｔ₀で
読み出した電荷が待避可能な転送セルの位置に移動す
る。ｔ₁₂においては、ｔ₀で読み出した電荷が隣接する
受光素子の位置まで移動するが、色フィルターが異なる
ため重ねあわせると混色が発生する。ｔ₂₄まで移動した
時点で次の同色の受光素子と一致するので、重ねて取り
込むことができる。

【００６９】このように電荷の移動を行いながら、画像
信号を取り込むことにより、一画素単位でブレを補正で
きると共に、１画素に対して複数の色情報を得ることが
できることになる。

【００７０】図２５は、別の実施例による受光素子と転
送シフトレジスタ、および読み出しゲートの位置関係を
示した概念図である。この実施例では、前述の実施例と
同様に、１つの受光素子（画素）に対して６個の転送セ
ルを用いているが、セルの数に対して不均等な間隔で読
み出しゲートを設けている。

【００７１】図２６は、図２５に示した転送シフトレジ
スタ回路を駆動する信号のタイミングを示したものであ
る。そして、図２７は、図２６に示す信号により転送さ
れる電荷の状態を時間経過とともに示している。

【００７２】信号Ｖ₁は受光素子からの電荷読み出しを
除いてはＶ₄と同じ信号である。転送自体は、前述の１
画素ずつの転送と変わりないので、転送方向の変更も同
様に行うことができる。なお、図２７においては読み出
しゲートの位置が明確になるように、読み出しゲートの
部分を時間軸方向に延ばして表示しているが、実際の読
み出しゲートは受光素子と転送シフトレジスタ間に設け
られた小さな領域である。

【００７３】図２５に示す回路では、電荷を図２７にお
いて右方向に移動しながら受光素子から電荷の読み出し
を行うとき、ｔ₀で読み出しを行った後、ｔ₁₂で、ｔ₀で
読み出した電荷が待避可能な転送セルの位置に移動す
る、ｔ₂₄まで移動した時点でｔ ₀で読み出した電荷は同
色の画素と一致する。

【００７４】図２５の実施例は、図２２の実施例と異な
り、等間隔の制御タイミングで画像信号の取り込みがで
きる。撮像センサーから外に読み出す信号は、全画素を
読み出す場合の２倍あり、２画素ずつ待避分と正規分が
繰り返すので、読み出されたデータの位置を電荷の移動
方法にあわせて戻す必要があることは言うまでもない。

【００７５】図２８は、図２２に示す実施例で得られた
信号を画像に復元するときの電荷信号と画素の対応を示
している。電荷の転送方向に対して隣接する画素が同一
画素に対する色の異なる輝度情報として得られることが
分かる。

【００７６】図２９は、図２５に示す実施例で得られた
信号を画像に復元するときの電荷信号と画素の対応を示
している。電荷の転送方向に対して１画素置いた隣の画
素が同一画素に対する色の異なる輝度情報として得られ
ることが分かる。

【００７７】また、図２２および図２５に示す実施例に
おいては、転送部のセル数が１画素あたり６個必要とし
ているのに対し、図３０は、図２５に示す実施例と同様
であるが、セルの数を１画素あたり５個に減らした実施
例を示している。この図３０の実施例では、図３１のタ
イミングチャートに示す信号を読み出しゲートに加える
ことにより、図３２に示す手順で電荷の移動を２つに分
けて行うことで、転送部のセル数を減ずることを可能と
している。しかし、さらに前記方法を発展させたアコー
ディオン型と呼ばれる転送方式を用いると、転送セル数
の増加は最小限で済むが、転送制御系が複雑になること
や、転送に要する時間が長くなるため、必ずしも得策で
はない場合がある。

【００７８】フレーム転送型と呼ばれる受光素子を転送
ＣＣＤと分けずに構成した素子の場合には、電荷を移動
する間にも露光が継続してしまうが、電荷移動の時間を
短くするように電荷転送駆動を行うことと、移動した電
荷が受光部の位置に留まっている間に画像信号の露光が
行われることにより、前記のように受光素子を転送ＣＣ
Ｄとを分けて構成した撮像素子と同等の機能を得ること
ができる。

【００７９】例えば、図３３に示すように転送シフトレ
ジスタと受光部を配した場合、図３４に示すようなタイ
ミングで駆動することでブレに合わせて電荷を移動する
とともに露光を継続できる。

【００８０】画素を退避しておく転送セルは、遮光する
等して、露光により電荷の変化がないようにしておく必
要がある。すなわち、受光部以外を遮光しておけばよ
い。

【００８１】これまで述べたように、例えば、図３５に
示すベイヤー方式の色フィルターのように色フィルター
が交互に配されている場合、図３６に示すように１つの
画素から、異なった色の情報が得られることになる。こ
うすることにより、すべての画素に対して緑の色情報が
得られるとともに、赤と青の色情報が１ラインおきに得
られることになり、ブレの無い状態で使用するよりも、
得られる情報が多くなり、撮像センサーを２枚使用した
カメラと同等の効果を持たせることができる。

【００８２】また、２次元平面におけるブレ補正におい
て、前述したように、例えば、横方向におけるブレ補正
は電荷移動により行い、縦方向におけるブレ補正は、光
学式あるいは機械式で行っている場合には、ブレのない
撮影条件と認識したときには、露光期間に光学式あるい
は機械式の補正機構を作動させ、その位置に応じて、第
１画像電荷および第２画像電荷として画像信号を得るこ
とにより、同一画素に対して２つの色情報を得ることが
できる。このような画像取込を行ったとき、ベイヤー方
式の色フィルターの並びであると図３７に示す色情報を
得ることができる。

【００８３】なお、ブレに合わせて受光素子の電荷を取
り込む場合、移動する像が、相当する画素にとどまる時
間によって、露光量が変わることがある。ランダムに移
動した場合には、第１画像電荷に対する露光時間の積
算、第２画像電荷に対する露光時間の積算ともほとんど
同じになるが、ブレ量が少ないときや特異なブレ方をす
る場合には露光時間の積算に差ができることがある。し
たがって、電荷の取込時に第１画像電荷に対する露光時
間、第２画像電荷に対する露光時間それぞれの露光時間
を加算して記憶しておく。

【００８４】図３８は、このような露光時間の積算を行
う手順を説明するためのフローチャートである。なお、
ここでは、ブレを検出するタイミングは一定間隔である
ものと想定していることと、検出するブレ量に対して検
出タイミングが十分速く、１回の移動において電荷の移
動が２画素以上になることは無いことを前提にしてい
る。また、このフローチャートにおいては、事前に電荷
の排出は行われているものとしている。

【００８５】図３８において、第１の画像電荷群に取り
込まれる画像電荷の露光時間を第１露光時間、第２の画
像電荷群に取り込まれる画像電荷の露光時間を第２露光
時間としている。また、設定値は、撮影者があらかじめ
設定した露出時間であったり、測光手段によって得られ
た適正露出時間であってもよい。

【００８６】図３８のフローチャートにそって露光時間
の積算のための手順について説明しておく。先ず、ステ
ップＳ１において、第１露光時間をクリアし、ステップ
Ｓ２において、第２露光時間をクリアし、ステップＳ３
において、補正位置をクリアする。そして、ステップＳ
４において、露光開始する。ステップＳ５において、露
光中のブレ量を検出し、ステップＳ６において、補正位
置の演算を行う。ステップＳ７において、ステップＳ６
における補正位置の演算結果に応じて、補正動作を行う
のであるが、逆方向への電荷移動が必要な場合には、ス
テップＳ８において逆方向へ１画素分の電荷移動を行わ
せ、正方向への電荷移動が必要な場合には、ステップＳ
９において正方向へ１画素分の電荷移動を行わせる。ス
テップＳ７において補正動作不要の後またはステップＳ
８での逆方向電荷移動の後またはステップＳ９での正方
向電荷移動の後に、ステップＳ１０において、補正位置
を画素単位にて偶数であるか奇数であるかの判定を行
う。偶数である場合には、ステップＳ１１において、第
１露光時間＋１を行い、ステップＳ１３において、その
第１露光時間が設定値より大きいかの判定を行い、そう
であればステップＳ１５にて露光終了し、ステップＳ１
６にて全画像電荷読み出しを行う。ステップＳ１０での
判定が奇数である場合には、ステップＳ１２において、
第２露光時間＋１を行い、ステップＳ１２において、第
２露光時間＋１を行い、ステップＳ１４において、その
第２露光時間が設定値より大きいかの判定を行い、そう
であればステップステップＳ１５にて露光終了し、ステ
ップＳ１６にて全画像電荷読み出しを行う。もし、ステ
ップＳ１３またはＳ１４での判定がそうでない場合に
は、ステップＳ５に戻って、前述したのと同様の手順を
繰り返す。

【００８７】このように、露出制御においては、第１画
像電荷に対する露光時間の積算値、第２画像電荷に対す
る露光時間の積算値のいずれかが、あらかじめ規定した
時間に達したときに終了すると、センサーのダイナミッ
クレンジを有効に使うことができる。また、露光時間の
積算は、画像を復元するときに、第１画像電荷、第２画
像電荷の画像データの基準輝度レベルの補正値として使
用することができる。

【００８８】補正の方法は、得られた輝度値を露光時間
の積算値で除算することにより、輝度のレベルを共通化
することが出来る。ただし、一方の露光時間積算値が他
方に比較して極端に少ないときには、ノイズを拡大して
しまう恐れがあるので、輝度情報の補間演算に対して、
重み付けをして演算に使用するなどの利用にとどめた方
が良い。

【００８９】

【発明の効果】撮像素子上で受光した画像の電荷を発生
したブレに応じて移動しながら露光を継続することによ
り、電子式ブレ補正の欠点である露光中に発生するブレ
を補正できないという問題を解消するとともに、機構を
複雑にすることなく、光学式と同等の高画質なブレ補正
を可能とすることができる。

【００９０】また、撮像素子の電荷転送部に各画素の電
荷を独立して２画面分保持できる電荷転送セルを設ける
ことにより、単板式のカラー撮像素子であっても、混色
を起こすことなく１画素単位でブレを補正できる。

【００９１】さらにまた、転送方向に隣接する画素の色
が異なる場合、１画素につき２色分の輝度値を得ること
ができるので、撮像素子を２枚使用したカメラ、あるい
は「画素ずらし」と同等の効果により、色の再現性を高
め高画質な画像を得ることができる。

【００９２】さらにまた、ブレが発生しない撮影条件に
おいても、電荷移動によるブレ防止方向と異なる方向に
作用するブレ補正機構を作用させることで、像の同一画
素位置に対して、異なった色の輝度情報を得ることがで
きるため、前記と同様に「画素ずらし」による色再現性
の向上効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学式ブレ補正装置の光学構成の一例を示図で
ある。

【図２】センサー移動式ブレ補正装置の光学構成の一例
を示す図である。

【図３】電子式ブレ補正装置の光学構成の一例を示す図
である。

【図４】撮像センサー上での補正状況を示す概念図であ
る。

【図５】撮像センサー上での補正状況を示す概念図であ
る。

【図６】手ブレ補正の補正手段をブレ方向によって異な
るものを使用したときの制御ブロックを示す図である。

【図７】インターレース読み出しにおける正方向への電
荷転送の駆動信号を示すタイミングチャートを示す図で
ある。

【図８】図７に対応する電荷転送の手順を示す概念図で
ある。

【図９】インターレース読み出しにおける逆方向への電
荷転送の駆動信号を示すタイミングチャートを示す図で
ある。

【図１０】図９に対応する電荷転送の手順を示す概念図
である。

【図１１】本発明の基本的原理に基づいた、時間経過に
対する像の移動量を示すグラフを示す図である。

【図１２】本発明の基本的原理に基づいて像の移動に伴
い画像の電荷を移動しつつ蓄積を行う状態を示す図であ
る。

【図１３】全画素読み出しにおける正方向への電荷転送
の駆動信号を示すタイミングチャートを示す図である。

【図１４】図１３に対応する電荷転送の手順を示す概念
図である。

【図１５】全画素読み出しにおける逆方向への電荷転送
の駆動信号を示すタイミングチャートを示す図である。

【図１６】図１５に対応する電荷転送の手順を示す概念
図である。

【図１７】電荷転送ゲートの一例を示す概念図である。

【図１８】センサー自体の移動を可能とした撮像センサ
ーの一例の外観を示す斜視図である。

【図１９】図１８に示した撮像センサーの駆動装置の一
例を示す断面図である。

【図２０】図１９の撮像センサーの駆動装置の底面図で
ある。

【図２１】図１９の撮像センサーの駆動装置の動作状態
を示す断面図である。

【図２２】本発明の一実施例としての転送セル列を有し
た画像安定化装置における電荷転送の駆動信号の接続回
路図である。

【図２３】図２２の実施例における全画素読み出し、正
方向での電荷転送の駆動信号を示すタイミングチャート
を示す図である。

【図２４】図２２の実施例における全画素読み出し、正
方向での電荷転送の手順を示す概念図である。

【図２５】本発明の別の実施例としての転送セル列を有
した画像安定化装置における電荷転送の駆動信号の接続
回路図である。

【図２６】図２５の実施例における全画素読み出し、正
方向での電荷転送の駆動信号を示すタイミングチャート
を示す図である。

【図２７】図２５の実施例における全画素読み出し、正
方向での電荷転送の手順を示す概念図である。

【図２８】図２２の実施例において取り込まれた信号電
荷と画素位置の対応を示す概念図である。

【図２９】図２５の実施例において取り込まれた信号電
荷と画素位置の対応を示す概念図である。

【図３０】本発明のさらに別の実施例における全画素読
み出し、正方向での電荷転送の駆動信号の接続回路図で
ある。

【図３１】図３０の実施例における全画素読み出し、正
方向での電荷転送の駆動信号を示すタイミングチャート
を示す図である。

【図３２】図３０の実施例における全画素読み出し、正
方向での電荷転送の手順を示す概念図である。

【図３３】本発明のさらに別の実施例における読み出し
操作無し、全画素読み出し、正方向での電荷転送の駆動
信号の接続回路図である。

【図３４】図３３の実施例における読み出し操作無し、
全画素読み出し、正方向での電荷転送の駆動信号を示す
タイミングチャートを示す図である。

【図３５】ベイヤー配列による色フィルターの配置の一
部を示す概念図である。

【図３６】ベイヤー配列による色フィルターを用いて上
下方向に１画素分ずれたフィルターの色情報を得たとき
の各画素に対する色情報の配分の一部を示す概念図であ
る。

【図３７】ベイヤー配列による色フィルターを用いて左
右方向に１画素分ずれたフィルターの色情報を得たとき
の各画素に対する色情報の配分の一部を示す概念図であ
る。

【図３８】本発明の実施例における第１、第２の画像取
込に対する独立した露光時間の積算手順を説明するため
のフローチャートを示す図である。

【符号の説明】

１撮像センサー１ａブレ補正領域を備えた撮像センサー１ｂブレ補正領域を備えた撮像センサー２リアフォーカス３第３群固定系３ａ補正機能付き第３群固定系４バリエータ５フロントレンズ１１０撮像センサーチップ１１１画像出力範囲１１２補正時に使用する領域例１２０撮像センサーチップ１２１画像出力範囲１２２補正時に使用する領域例１３０カバーガラス１３１センサハウジング１４０センサ端子１５０駆動装置１５１ヨーク１５２マグネット１５３コイル１５４コイルホルダ１５５回路基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 9/07 Ｈ０４Ｎ 9/07 ＣＦターム(参考） 5C022 AB55 AC42 AC54 AC74 AC78 5C065 AA01 BB39 CC02 CC03 DD03 DD17 EE05 EE06 GG02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＣＤ撮像センサーにより電子的に画像
を取り込む機能を有した撮像装置における画像安定化装
置において、撮像装置のブレ量を検出するブレ量検出手
段と、該ブレ量検出手段によって検出されたブレ量か
ら、前記ＣＣＤ撮像センサーの像面上での該ブレ量に相
当する画素数を算出するブレ量相当画素数算出手段と、
前記ＣＣＤ撮像センサーに対する露光中において該ＣＣ
Ｄ撮像センサーに取り込まれる画像の電荷を、前記ブレ
量相当画素数算出手段によって算出される相当画素数に
応じて、該ＣＣＤ撮像センサーにおいて前記ブレ量を打
ち消す方向に前記電荷を移動させるような制御を行う電
子的像位置補正手段とを備え、該電子的像位置補正手段
は、前記ＣＣＤ撮像センサーの電荷転送部に、少なくと
も２画面分の画像データを保持できる転送セル列を持つ
ことを特徴とする画像安定化装置。
【請求項２】前記電子的像位置補正手段は、前記電荷
の移動を行わせると共に、露光時間の途中に前記ＣＣＤ
撮像センサーの受光部から電荷転送部へ電荷の読み出し
を行わせる請求項１に記載の画像安定化装置。
【請求項３】前記電子的像位置補正手段は、前記電荷
の移動の際に各画素の色フィルターと色が一致する移動
量を単位として電荷を移動させる請求項１または２に記
載の画像安定化装置。
【請求項４】前記電子的像位置補正手段は、２次元平
面におけるブレを補正するため、前記ＣＣＤ撮像センサ
ーの横方向画素列および縦方向画素列の両者における前
記電荷の移動を制御する請求項１または２または３に記
載の画像安定化装置。
【請求項５】前記電子的像位置補正手段は、前記ＣＣ
Ｄ撮像センサーの横方向画素列および縦方向画素列のう
ちの一方の画素列においてのみ前記電荷の移動を制御す
ることにより、２次元平面におけるブレの補正の一部分
を行い、前記２次元平面におけるブレの補正の残りの部
分を行うために、前記ＣＣＤ撮像センサーの横方向画素
列および縦方向画素列のうちの他方の画素列の方向に光
学的に像位置を移動する手段または機械的に前記撮像セ
ンサーを移動する手段が設けられる請求項１または２ま
たは３に記載の画像安定化装置。
【請求項６】前記電子的像位置補正手段は、前記転送
セル列における転送セルに対して、第１の画面の電荷と
第２の画面の電荷とを交互に配置するような制御を行う
請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の画像安定
化装置。
【請求項７】前記電子的像位置補正手段は、前記転送
セル列における転送セルに対して、第１の画面の電荷と
第２の画面の電荷を、２画素ずつ交互に配置するような
制御を行う請求項１から５のうちのいずれか１項に記載
の画像安定化装置。
【請求項８】前記電子的像位置補正手段は、単板式の
カラー撮像センサーにおいて、電荷転送シフトレジスタ
の転送方向に並んだ受光素子列の色フィルタが２種類の
色で交互に構成されているとき、偶数分の電荷移動に際
しては、第１の画像電荷群として取り込み、奇数分の電
荷移動に際しては、第２の画像電荷群として転送セルに
取り込むように制御する請求項１から７のうちのいずれ
か１項に記載の画像安定化装置。
【請求項９】更に、光学的に像位置を移動する手段ま
たは機械的に撮像センサーを移動する手段を備え、像ブ
レが発生しない撮影条件において、該手段により像位置
を移動し、この移動方向に隣接あるいは規定した相対位
置の受光素子で得られる色の情報を第２の画像電荷群と
して得られるようにした請求項１から８のうちのいずれ
か１項に記載の画像安定化装置。
【請求項１０】前記電子的像位置補正手段は、露出制
御において、第１の画像電荷として取り込む画像の露出
時間の積算と、第２の画像電荷として取り込む画像の露
出時間の積算とを別々に行い、そのいずれかの積算値
が、予め設定した露出条件に達したときに露光を終了す
るような制御を行う請求項１から９のうちのいずれか１
項に記載の画像安定化装置。
【請求項１１】前記電子的像位置補正手段は、第１の
画像電荷として取り込む画像の露出時間の積算値と第２
の画像電荷として取り込む画像の露出時間の積算値とに
より、第１の画像電荷群へ取り込まれた画像と第２の画
像電荷群へ取り込まれた画像の輝度レベルを補正して画
像を合成するような制御を行う請求項１０に記載の画像
安定化装置。