JP2006119199A

JP2006119199A - 光学機器

Info

Publication number: JP2006119199A
Application number: JP2004304403A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Saito; 斎藤　　博
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】精度の高い手振れ検出を行い、かつ良好な像振れ補正が可能な光学機器を実現する。
【解決手段】撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段５が有する光電変換素子２３の出力信号を用いて生成された２次元方向の振れを示す第１の振れ情報と、機械的又は物理的に振れを検出する振れ検出手段１６、１７の出力信号を用いて生成された第２の振れ情報とに基づいて像振れ補正手段を制御する制御手段９を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、手振れや被写体移動による撮影画像のブレを補正することが可能な光学機器に関するものである。

従来、手振れによるカメラ振れを光学的に補正（像振れ補正）して良好な撮影画像を生成する防振機能が備えたレンズ装置やカメラ等の光学機器がある。この手振れによるカメラ振れは、振れ検出用センサー等を用いて検出している。

例えば、焦点検出用の撮像素子を振れ検出用センサーとして使用し、水平方向のカメラ振れを検出したり（特許文献１参照）、振れ検出専用センサーとして角速度センサーを２個使用して、手振れにおける水平方向および垂直方向の手振れ検出を行っている（特許文献２参照）。

一方、水平方向の手振れ検出を焦点検出用センサーで行い、垂直方向の手振れ検出を角速度センサーや加速度センサー等の機械的振れ検出手段で行うように構成にして部品点数を削減する技術が提案されている（特許文献３参照）。

また、イメージセンサー等の光学的振れ検出手段と機械的振れ検出手段とを用いて手振れを検出するように構成し、撮影状態や振れ信号に応じて検出手段を切り替える方法が提案されている（特許文献４参照）。
米国特許第４７３３２６４号公報（図４〜図６等）特開昭６１−１５０５８０号公報（３頁右上欄３行〜４頁左上欄６行、図２等）特開平３−１４２４２１号公報（２頁右上欄５行〜１８行、図１等）特開平４−２７７７２８号公報（段落００１８〜００２５、図３等）

しかしながら、上記特許文献１では、水平方向のみ手振れ量しか検出できず、一般的に手振れ量の大きい垂直方向の手振れ量を検出することができない問題がある。

また、特許文献２では、垂直方向と水平方向の両方向に対して専用のセンサーを使用するため、カメラ本体内に両センサーを配置するスペースが必要となり、カメラ本体が高価なものとなる問題がある。

一方、特許文献３では、焦点検出用センサーと機械的振れ検出手段とで手振れ検出を行っているが、カメラのシャッターボタンを押してから実際にシャッターが切れるまでの間（撮影中）、クイックリターンミラーが上がっている状態となるので、焦点検出用センサーでの振れ検出ができない。すなわち、水平方向の手振れ検出ができないため、シャッターが切れる瞬間の振幅の小さい高周波成分の振れに対しては対応できないといった問題点がある。

さらに、特許文献４では光学的振れ検出手段と機械的振れ検出手段を撮影状態や振れ信号に応じて切り替えている。しかし、実際にシャッターが切れる瞬間の振れは高周波成分と低周波成分の両方を含んでおり、低周波に感度が高い光学的振れ検出手段と高周波に感度が高い機械的振れ検出手段を切り替える手法では、両方の周波数成分が含んでいる振れの場合に検出精度が低くなってしまう問題がある。

また、機械的振れ検出手段よりも検出性能が高い専用の光学的振れ検出系を別途設ける場合、コストアップや配置スペース等の問題がある。

本発明の例示的な目的の１つは、精度の高い手振れ検出を行い、かつ良好な像振れ補正が可能な光学機器を実現することにある。

本発明の１つの観点としての光学機器は、撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段が有する光電変換素子の出力信号を用いて生成された２次元方向の振れを示す第１の振れ情報と、機械的又は物理的に振れを検出する振れ検出手段の出力信号を用いて生成された第２の振れ情報とに基づいて像振れ補正手段を制御する制御手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、従来、角速度検出センサーでは検出が困難であった光学機器のシフト振れや被写体の移動振れを、焦点検出手段で２次元方向の振れとして検出している。このため、高精度な振れ検出が可能となり、良好な防振制御を実現できる。

さらには、焦点検出手段により２次元方向の振れを検出しているので、別途振れ検出系を設ける必要がなく、配置スペースの効率化を図ることができるとともに、小型かつ低コストで実現できる。

以下に本発明の実施例について説明する。

図１は本発明の実施例１における撮影装置（光学機器）の一例である一眼レフレックスカメラの断面図であり、本実施例の撮影装置は、カメラ本体１００と、該カメラ本体１００に交換可能に装着されるレンズ装置１０１とで構成されている。

１０１はレンズ装置１０１であり、１１はズームレンズユニット、１２は補正レンズユニット、１３はフォーカスレンズユニットである。そして、これらのレンズユニットにより撮影レンズが構成されている。１４は補正レンズユニット１２を駆動するアクチュエータ、１５はレンズ装置１０１で検出又は出力されるデータ及びカメラ本体１００から出力される制御信号、検出・演算データ等を格納するＲＯＭ（不図示）を有し、レンズ装置１０１の全体の制御を行うレンズＣＰＵである。

１６、１７は機械的振れ検出手段である振動ジャイロ（角速度センサー、加速度センサー等）であり、本実施例では撮影装置の２次元方向（縦横；水平・垂直方向）の角度変化を振れ情報として検出する２つの角速度検出センサー１６、１７が配置されている。この角速度検出センサー１６、１７により機械的振れ情報（第２の振れ情報）が検出される。

１００はカメラ本体であり、２はクイックリターンミラー、３は焦点検出用のサブミラー、４はファインダー光学系、５は撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出ユニット、６はシャッター、７はＣＣＤセンサー、ＣＭＯＳセンサー等の撮像素子、９はカメラＣＰＵである。

図１に示すように撮影動作前の段階では、レンズ装置１０１によって予定焦点面に配置される撮像素子７上に結像される被写体からの光は、クイックリターンミラー２によってその一部が反射され、ファインダー光学系４に導かれ、クイックリターンミラー２を透過する一部の光は、サブミラー３によって反射され、焦点検出ユニット５に導かれる。

焦点検出ユニット５には２次元イメージセンサー２３が配置される。図３に示すように、縦方向の一対のラインセンサー２３ａ−１、２３ａ−２と、横方向の１対のラインセンサー２３ｂ−１、２３ｂ−２とがそれぞれ直交する方向（２次元形状）に設けられている。そして、サブミラー３によって反射された被写体からの光は一対にラインセンサーにそれぞれ結像し、ラインセンサー２３ｂ−１、２３ｂ−２に結像された２つの被写体像の位相差情報から撮影レンズの被写体に対するデフォーカス量を検出する。同様にラインセンサー２３ａ−１、２３ａ−２に結像された被写体像の位相差情報から撮影レンズの被写体に対するデフォーカス量を検出し、縦横両方の２次元方向のデフォーカス情報を得ることができるようになっている。

さらにこの焦点検出ユニット５では、２次元イメージセンサー２３により撮影装置の手振れも検出する。具体的には、ラインセンサーに結像している被写体像の結像位置が手振れや被写体移動によって該ラインセンサー上における被写体像の結像位置が変化する。このため、縦横２次元方向に配置されたラインセンサー上の被写体像の位置変化情報（移動情報）を２次元方向の光学的被写体振れ情報（第１の振れ情報）として検出する。

また、本実施例では、撮影される被写体領域において複数位置で焦点検出領域が可能な多点焦点検出方式（多点測距方式）を採用している。図２に示すように、撮影画面Ａにおいて焦点検出領域（測距点）３１〜３７の７つの位置のそれぞれで検出が行えるようになっている。

したがって、例えば焦点検出領域３４近傍をレンズ装置１０１のフォーカスを制御するための合焦位置と撮影装置（カメラＣＰＵ９）が判断した場合、該焦点検出領域３４に対応する縦横２次元方向のラインセンサーを用いて位相差情報と被写体像の位置変化情報とを検出する。

このため、カメラＣＰＵ９は、レンズ装置１０１側の角速度検出センサー１６、１７で検出された機械的振れ情報と、レンズ装置１０１から出力される焦点検出ユニット５で検出された光学的被写体振れ情報との両振れ情報に基づく振れ周波数成分、振れ変位量、振れ速度、振れ方向に応じて振れ補正量を演算し、アクチュエータ１４（防振駆動系）を直接又はレンズＣＰＵ１５を介して制御する。

そして、補正レンズユニット１２がアクチュエータ１４により、撮影光軸方向の略直交方向（光軸に対して水平及び垂直方向）であって、手振れによる像振れを打ち消す方向（振れ方向とは逆）に駆動され、撮影画像の像振れ補正（光学防振）が行われる。なお、アクチュエータ１４は撮影光軸方向の略直交方向とともに光軸方向にも補正レンズユニット１２を駆動可能に構成し、防振制御を行うことが望ましい。

次に、本実施例における光学機器の防振制御について説明する。図４は光学機器の動作フローチャート図である。

まず、撮影装置の電源がＯＮされると、カメラＣＰＵ９等が起動され、設定の初期化及びデータ読み込み等の初期動作に移行する（Ｓ１０１）。そして、カメラＣＰＵ９は、不図示の防振スイッチ（ＩＳスイッチ）がＯＮされたか否かを判別する（Ｓ１０２）。なお、撮影装置の電源ＯＮ時に防振機能が自動的に起動するように構成してもよい。

ステップ１０２で防振スイッチがＯＮされていると判別された場合、ステップ１０３に進み、このステップ１０３においてカメラＣＰＵ９はレンズ装置１０１側の角速度検出センサー１６、１７により、撮影装置の振れ検出を開始する。この角速度検出センサー１６、１７では主に手振れの高周波成分、撮影装置の２次元方向の角度振れを検出し、機械的振れ情報としてカメラＣＰＵ９に送信する。

さらに、このステップ１０３では、カメラＣＰＵ９は焦点検出ユニット５のラインセンサー２３ａ−１、２３ａ−２及びラインセンサー２３ｂ−１、２３ｂ−２にそれぞれ結像した被写体像の位置変化情報に基づく光学的被写体振れ情報を取得する。この焦点検出ユニット５では主に手振れの低周波成分、撮影装置の光軸方向と略平行方向へシフト振れ、被写体の移動（位置変化）を光学的被写体振れ情報としてカメラＣＰＵ９に出力している。

なお、このステップ１０２における焦点検出及び焦点調節動作は例えば撮影画面Ａ内の複数の焦点検出領域のうち、中央の焦点検出領域３３付近を基準に行い、光学的被写体振れ情報もこの中央の焦点検出領域３３を基準とした振れ情報となる。

カメラＣＰＵ９は、機械的振れ情報及び光学的被写体振れ情報に基づいて、振れ補正量を演算し、補正レンズユニット１２をアクチュエータ１４を介して駆動し、像振れ補正制御を行う（Ｓ１０４）。

その後、不図示のレリーズスイッチの第１ストロークＳＷ１がＯＮされたか否かを判別し（Ｓ１０７）、ＯＮされた場合は撮影準備動作に移行する。この撮影準備では、焦点検出ユニット５による焦点検出及び焦点調節動作や不図示の測光ユニットによる測光等を行い露出値（シャッタースピードや絞り値等）の決定を行う（Ｓ１０８）。

このとき、カメラＣＰＵ９は焦点検出及び焦点調節動作において、撮影画面Ａの複数の焦点検出領域のどの焦点検出領域を合焦位置としているかの焦点検出領域情報を取得する。そして、例えば、図３に示すように焦点検出領域３４が焦点調節動作を制御するための合焦位置である場合、カメラＣＰＵ９は中央の焦点検出領域３３ではなく、該焦点検出領域３４に対応する縦横２次元方向のラインセンサーからの光学的被写体振れ情報に基づいて上記像振れ補正制御を行う（Ｓ１０５、Ｓ１０６）。

そして、不図示のレリーズスイッチの第２ストロークＳＷ２がＯＮされたか否かを判別する（Ｓ１０９）。ＳＷ２がＯＮされた場合、クイックリターンミラー２及びサブミラー３が撮影光軸から退避するとともに、シャッター６を走行させて撮影が行われる（Ｓ１１０）。撮像素子７に結像した被写体像は、光電変換され撮像信号として出力され、各種画像処理等が施されて撮影画像として不図示のメモリ等に記憶される（Ｓ１１１）。

この撮影中（撮影直前を含む）は、カメラ本体１００のクイックリターンミラー２が撮影光軸上から退避しているので、焦点検出ユニット５による光学的被写体振れ検出を行うことができないが、焦点検出ユニット５で検出される振れの低周波成分やシフト振れは、時間に対する変化率が小さいので、本実施例では、クイックリターンミラー２が退避してシャッター６が走行する瞬間の振れ情報は、角速度検出センサー１６、１７で検出された機械的振れ情報若しくは、撮影直前に焦点検出ユニット５で検出された光学的被写体振れ情報に基づいて、振れ予測値を算出し像振れ補正制御を行う。

このように本実施例では、機械的振れ検出手段としてレンズ装置１０１に配置されている角速度検出センサー１６、１７による２次元方向の第２の振れ情報とともに、２次元イメージセンサーにより検出された２次元方向の第１の振れ情報に基づいて、像振れ補正（防振）制御が行われる。

言い換えれば、角速度検出センサーでは検出が困難であった撮影装置のシフト振れ（等速シフト振れ）や被写体自体が移動する振れ（低周波の振れ）を２次元イメージセンサーで検出して、第２の振れ情報とともに演算処理して防振制御を行っている。

このため、高周波、低周波、ティルト、シフト等の撮影装置（光学機器）のあらゆる振れ成分に対応した防振が可能であり、さらに、被写体移動による振れも検出して防振を行っていることから、高精度な振れ検出と防振制御を実現できる。

さらには、焦点検出を行う２次元イメージセンサー２３により第１の振れ情報を検出しているので、第１の振れ情報を検出するための専用の検出系を設ける必要がなく、配置スペースの効率化（小型化）を図ることができるとともに、低コストで実現することができる。

また、焦点検出及び焦点調節動作において、撮影画面の複数の焦点検出領域（測距点）のどの焦点検出領域を合焦位置としているかの焦点検出領域情報を取得して、該焦点検出領域に応じた２次元イメージセンサーを用いて、光学的被写体振れ情報を検出している。したがって、結像性能の良い信頼性の高い振れ情報を得ることができ、被写体移動による振れ情報を確実に検出可能となる。

図５に本発明の実施例２を示す。図５は上記実施例１の図２と同様の撮影画面Ａ内の複数の焦点検出領域（各測距点におけるイメージセンサーの配置）を示している。本実施例では、上記実施例１のように全ての焦点検出領域が２次元イメージセンサー２３ではなく、縦方向又は横方向の１方向のみに配置された１次元イメージセンサーを用いた場合の焦点検出ユニット５における光学的被写体振れ検出について説明する。

図５に示すように、撮影画面Ａ内の中央付近の焦点検出領域３０３以外の焦点検出領域に応じたイメージセンサーは縦又は横方向の１方向のみに配置されている。そして、本実施例では、焦点検出領域３０１、３０５は縦方向、焦点検出領域３０２、３０４、３０６、３０７は横方向に、隣り合う焦点検出領域に応じたイメージセンサー配置方向が異なるように配置されている。つまり、隣接する焦点検出領域に応じたイメージセンサーの配置方向が互いに直交している。

したがって、例えば、フォーカスを制御するときの焦点検出領域が焦点検出領域３０５近傍の場合、該焦点検出領域３０５では縦方向（１次元方向）の光学的被写体振れ情報しか得ることができないが、隣接する焦点検出領域３０４に対応するイメージセンサーの配置方向は該焦点検出領域３０５のイメージセンサーの配置方向と直交方向の関係にあるので、該焦点検出領域３０４から横方向の光学的被写体振れ情報を取得することで、２次元方向の光学的被写体振れ情報と機械的振れ情報に基づく防振制御を行うことができる。なお、被写体像は一般的にある大きさをもっているので、イメージセンサーの上記組み合わせが可能であるが、最も近隣の縦横センサーからの情報を採用するのが好ましい。

このように本実施例では、多点焦点検出方式でのイメージセンサーにおけるレイアウト上の問題やコスト的事情で、各焦点検出領域において２次元方向のイメージセンサーを配置できない場合でも、２次元方向の光学的被写体振れ情報を得ることが可能となり、上記実施例１と同様の防振制御が可能となる。

図６は本発明の実施例３における撮影装置（光学機器）の動作フローチャートである。本実施例では、上記実施例１の防振制御を撮影条件に応じて切り替えている。なお、撮影装置の及び他の構成は実施例１と同様のため、説明を省略する。また、以下、図６を用いて説明するが、図４と同様の処理は同符号を付して説明を省略する。

本実施例では、撮影条件として撮影倍率（焦点距離を変化させる光学ズーム倍率、電子ズーム倍率）に応じて、防振制御を第１の状態と第２の状態とに切り換えている。

これは、手振れによる撮影画像の像振れの影響は撮影倍率に大きく依存し、例えば、撮影倍率が０．１倍を超えるとシフト方向振れ成分が撮影画像に与える影響が急激に大きくなる。

このため、図６に示すように、ステップ３０１において撮影倍率が所定倍率より大きいか否かを判別し、撮影倍率が所定倍率より大きい場合は、上記実施例１と同様に角速度検出センサー１６、１７と２次元イメージセンサー２３とでシフト振れ等の振れを検出して、第１及び第２の振れ情報（光学的被写体振れ情報＋機械的振れ情報）に基づいて防振制御を行う（第１の状態）。

一方、ステップ３０１で撮影倍率が所定倍率より小さいと判別された場合、すなわち手振れによる撮影画像の像振れの影響が比較的少ない場合は、２次元イメージセンサー２３での検出を行わずに、角速度検出センサー１６、１７での振れ検出のみを行い（Ｓ３０２）、機械的振れ情報（第２の振れ情報）に基づいて防振制御を行う。

このように本実施例では、撮影条件に応じて防振制御状態を切り換えるので、例えば、撮影倍率が小さく手振れによる撮影画像の像振れの影響が少ない場合は、光学的被写体振れ検出を行わずに、振れ検出手段からの情報量を減らしてデータ処理速度を上げ、高速で防振制御を行うことができる。

また、撮影条件として撮影倍率ではなく、撮影距離（被写体距離）に応じて防振制御状態を切り替えるように構成することもできる。この場合、例えば無限遠の被写体を撮影する場合には、撮影装置のシフト方向振れが撮影画像に与える影響が少なくなるので、図６のステップ３０１において、撮影距離が所定距離よりも長い場合は第１の状態で、短い場合は第２の状態で防振制御を行う。

以上、実施例１から３において、交換レンズ式一眼レフレックスカメラを一例に挙げて説明しているが、レンズ装置一体型カメラやデジタルカメラ、ビデオカメラ等の適用することも可能である。

また、レンズ装置１０１に機械的振れ検出手段である角速度検出センサー１６、１７を設けているが、レンズ装置１００ではなくカメラ本体１００に設けることもできる。

また、上記実施例１から３では、補正レンズユニット１２を駆動して防振を行う光学防振について説明しているが、電子防振での像振れ補正においても適用することができる。

また、レンズＣＰＵ１５を介さずに、又はレンズＣＰＵ１５を設けずにカメラＣＰＵ９で防振制御を行うように構成することも可能である。

本発明の実施例１おける撮影装置（光学機器）の構成ブロック図。本発明の実施例１における撮影装置の撮影画面内の焦点検出領域位置を示す図。本発明の実施例１における撮影装置の焦点検出ユニットのラインセンサー配置図。本発明の実施例１における撮影装置の動作フローチャート図。本発明の実施例２における撮影装置の撮影画面内の焦点検出領域位置を示す図。本発明の実施例３における撮影装置の撮影画面内の焦点検出領域位置を示す図。

符号の説明

５焦点検出ユニット
１２補正レンズユニット
１４アクチュエータ
１６，１７角速度検出センサー
２３２次元イメージセンサー
１００カメラ本体
１０１レンズ装置

Claims

撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段が有する光電変換素子の出力信号を用いて生成された２次元方向の振れを示す第１の振れ情報と、機械的又は物理的に振れを検出する振れ検出手段の出力信号を用いて生成された第２の振れ情報とに基づいて像振れ補正手段を制御する制御手段を有することを特徴とする光学機器。
前記第２の振れ情報は、前記２次元方向の振れを示すことを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
前記制御手段は、前記第１の振れ情報と前記第２の振れ情報の両方を用いた演算処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
前記焦点検出手段において、前記光電変換素子が２次元形状に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光学機器。
前記焦点検出手段において、撮影画面内から前記焦点状態を検出する検出領域を選択することが可能であり、
前記第１の振れ情報は、前記検出領域に対応した前記光電変換素子の出力信号を用いて生成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光学機器。
前記制御手段は、撮影条件に応じて、前記第１および第２の振れ情報に基づいて前記制御を行う第１の状態と前記第２の振れ情報に基づいて前記制御を行う第２の状態とに切り換わることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光学機器。
前記制御手段は、撮影倍率が所定倍率より大きい場合は前記第１の状態になり、前記撮影倍率が前記所定倍率より小さいときは前記第２の状態になることを特徴とする請求項６に記載の光学機器。
前記制御手段は、撮影距離が所定距離より小さい場合は前記第１の状態になり、前記撮影距離が前記所定距離より大きいときは前記第２の状態になることを特徴とする請求項６に記載の光学機器。
前記像振れ補正手段としての光学素子を含む前記撮影光学系と、前記振れ検出手段と、前記制御手段とを有し、
前記焦点検出手段を有する撮影装置に対して装着される交換レンズ装置であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の光学機器。