JP2006171082A - 像振れ補正装置および撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 回転機能と手振れ補正機能とを有しかつコンパクトな撮像装置の提供に貢献する像振れ補正装置を提供することを目的とする。また、上記の機能を備えたコンパクトな撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 撮像装置1は、本体7と、本体7に対し回動可能な回転部2と、回転部2に設けられ、複数のレンズ18a〜18cおよび複数のレンズ18a〜18cを保持するレンズ鏡筒38を有し、被写体の光学像を形成する光学系18と、光学系18によって形成された光学的な像を受光し、光学的な像を電気的な画像信号に変換する撮像センサ17と、本体に設けられ、振動を検出する角速度センサ5,6と、角速度センサ5,6の出力に基づいて、回転部2の本体に対する回転位相に応じた像振れ補正量を導出する像振れ補正回路31,32と、像振れ補正量に基づいて、像振れ補正を行う振れ補正機構33とを備えている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、像振れ補正装置および撮像装置、特に、本体と前記本体に対し回動可能な回動部とから構成される撮像装置に搭載される像振れ補正装置および撮像装置に関する。
CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)などの撮像センサ及び信号処理回路の集積度が向上し、かつ安価に提供できるようになったため、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ(以下、単にデジタルカメラという)が急速に普及している。
また、近年ではデジタルカメラを搭載した携帯電話端末や個人情報端末(PDA:Personal Digital Assistant)等が人気を博している。さらに、今後は、監視カメラや車載カメラなどの分野でも、デジタルカメラのさらなる普及が予想されている。
デジタルカメラ、デジタルカメラを搭載した機器およびその他の撮像装置は、撮像部を備えている。一般に、撮像部は、光学系と、光学系を保持する鏡筒と、撮像センサとを含む。
近年の撮像装置、特に小型のデジタルカメラでは、例えば「自分撮り」に代表される撮影、すなわちカメラ部を自由なアングルにした撮影が行えるように、本体に対して撮像部を回転させる回転機能を有するカメラが主流となってきている。
さらに、撮像装置の小型化に伴い、撮影時の手振れなどによる大きな像振れが発生するようになってきている。そのため、像振れを補正する、いわゆる「手振れ補正機能」を行うものが注目されてきている。
手振れ補正機能として、いくつかの方式が実用化されている。
光学的に手振れを補正するものとしては、例えば、角速度などの振動を検出する検出センサからの出力に応じて、(1)光学系を構成する所定のレンズ素子の保持機構を、モータを用いて駆動し、レンズ素子を光軸に垂直な平面上の互いに直行する方向に移動させるものと、(2)レンズ素子の光軸と直交しかつ互いに直交する2つの回転軸により、撮像部を互いに独立した方向に回転可能に支持する機構(ジンバル機構)で保持された撮像部を回転させるものとがある。
また、光学式以外の手振れ補正手段としては、電子手振れ補正がある。電子手振れ補正は、角速度などの振動検出センサからの出力に応じて、CCD上に結像された像を電気的に平行移動させて像振れを補正するものである。
何れの手振れ補正手段においても、撮像部と振動検出センサとの相対位置が固定されており、振動の方向と像振れの補正方向とが一義的に特定される構成となっている。
光学式手振れ補正の一例として、複数のレンズを含む撮像光学系および振れ補正機構からなるレンズ鏡筒と、振動検出センサとを分離して設けたものがある(例えば、特許文献1参照)。この構造では、デジタルカメラ本体側に振動検出センサが設けられており、レンズ鏡筒は、本体から分離可能な構造となっている。この構造は交換レンズにおいても安価に手振れ補正を行うためのものであり、撮影時には、本体側にレンズ鏡筒が固定されるため、レンズ鏡筒と振動検出センサとの相対位置は固定される。
特許第3215708号公報
回転機構を有する撮像装置において、デザインの自由度に対する要求や装置全体の小型化に対する要求を満足させるためには、回転部分をできる限り小さくする必要がある。
一方、従来の技術では、撮像光学系を含む撮像部と角速度検出センサとは、相対的な位置関係を固定した状態で使う必要がある。この技術を、例えば、自分撮りが可能なように回転部分が回転する撮像装置に応用した場合、回転部分に撮像部と角速度検出センサとの両方を搭載する必要があり、回転部分の大型化が避けられないという問題を有している。具体的には、小型の角速度検出センサでも、数ミリから十ミリ程度の大きさが必要であるため、回転部分が大型化してしまう。
このため、従来の技術では、デザインの自由度や撮像装置全体の小型化が求められる際に、回転機能と手振れ補正機能とを両立させることは困難となっている。
そこで、本発明は、回転機能と手振れ補正機能とを有する撮像装置であり、かつコンパクトな撮像装置、の提供に貢献する像振れ補正装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の機能を備えたコンパクトな撮像装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の像振れ補正装置は、本体と、本体に対し回動可能であるとともに撮像光学系を有する回動部とから構成される撮像装置において像振れを補正する像振れ補正装置であって、振動検出センサと、補正量導出手段と、像振れ補正手段とを備えている。振動検出センサは、本体に少なくとも1つ設けられ、振動を検出する。補正量導出手段は、振動検出センサの出力に基づいて、回動部の本体に対する回転位相に応じた像振れ補正量を導出する。像振れ補正手段は、像振れ補正量に基づいて、像振れ補正を行う。
ここで、像振れ補正手段は、光学式の手振れ補正手段であってもよいし、電子式の手振れ補正手段であってもよい。像振れ補正手段は、例えば、本体に発生した振動をキャンセルするように光学系を動作させる、あるいは撮影された像を電気的に移動させる手段である。
本発明の像振れ補正装置は、本体側に振動検出センサを有しており、回動部の回転機能と手振れ補正機能とを有しかつコンパクトな撮像装置の提供に貢献することが可能となる。
請求項2に記載の像振れ補正装置は、請求項1に記載の像振れ補正装置であって、回動部の本体に対する回転位相を取得する回転位相取得手段をさらに備えている。補正量導出手段は、振動検出センサの出力と、回転位相取得手段の取得した回転位相とに基づいて、像振れ補正量を導出する。
本発明の像振れ補正装置は、回動部の本体に対する回転位相を取得し、撮像光学系の向きに応じた像振れ補正を行う。
請求項3に記載の像振れ補正装置は、請求項2に記載の像振れ補正装置であって、回転位相取得手段は、回動部の本体に対する回転位相を検出し、回転位相に応じた信号を出力する手段である。補正量導出手段は、回転位相取得手段の出力に応じて定められる係数を振動検出センサの出力に乗じ、像振れ補正量を導出する。
本発明の像振れ補正装置は、回動部の回転位相と振動検出センサの出力とに応じた像振れ補正を行う。
請求項4に記載の像振れ補正装置は、請求項3に記載の像振れ補正装置であって、振動検出センサは、回動部の回動軸と略平行の検出軸回りの角速度を検出する少なくとも一つの角速度検出センサを含んでいる。
この角速度検出センサにより、回動部の回転に依存しない方向の振動を検出することが可能となる。
本発明の像振れ補正装置により、回動部の回転に依存しない方向の像振れ補正を行うことが可能となる。
請求項5に記載の像振れ補正装置は、請求項3に記載の像振れ補正装置であって、回転位相取得手段の出力が所定の範囲内の場合、補正量導出手段は、係数を零とし、像振れ補正手段は、少なくとも1つの方向に対する像振れ補正を行わない。
本発明の像振れ補正装置は、回転位相取得手段の出力が所定の範囲内の場合に、少なくとも1つの方向に対する像振れ補正を行わない。このため、像振れ補正を必要な範囲で適切に行いつつ、装置における回路構成を簡易にすることが可能となる。
請求項6に記載の像振れ補正装置は、請求項2に記載の像振れ補正装置であって、回転位相取得手段は、回転位相に関する情報の入力を受け付ける手段である。
ここで、回転位相取得手段とは、例えば、撮像装置の操作者に回動部の回転位相を入力させるためのボタンなどである。
本発明の像振れ補正装置は、より簡易な構成で回動部の回転位相に応じた像振れ補正を実現する。
請求項7に記載の像振れ補正装置は、請求項1に記載の像振れ補正装置であって、振動検出センサは、第1の振動検出センサと第2の振動検出センサとを含んでいる。第1の振動検出センサは、本体に設けられ、回動部の回動軸と略平行の検出軸回りの振動を検出する。第2の振動検出センサは、回動部に設けられ、第1の振動検出センサの検出軸と直交する検出軸回りの振動を検出する。補正量導出手段は、第1および第2の振動検出センサのそれぞれの出力に基づいて、異なる方向の像振れ補正を行うための第1像振れ補正量および第2像振れ補正量を出力する。
第1の振動検出センサにより、回動部の回転に依存しない方向の振動を検出することが可能となる。第2の振動検出センサにより、回動部の回転に応じた方向の振動を検出することが可能となる。
本発明の像振れ補正装置は、回動部の回動軸と直交する方向に検出軸を有する振動検出センサのみを回動部に設けている。このため、回動部の体積を大きくすることなく、回転位相に応じた像振れを実現する撮像装置を提供することが可能となる。
請求項8に記載の像振れ補正装置は、請求項7に記載の像振れ補正装置であって、第1および第2の振動検出センサは、それぞれの検出軸回りの角速度を検出する角速度検出センサである。
請求項9に記載の像振れ補正装置は、請求項2に記載の像振れ補正装置であって、振動検出センサは、本体に設けられるとともに、少なくとも2方向の振動を検出する本体側センサを含んでいる。補正量導出手段は、少なくとも2方向についての本体側センサのそれぞれの出力から1方向の像振れ補正量を導出する。
本発明の像振れ補正装置により、例えば、2方向についての本体側センサの出力から回転位相に応じた1方向の像振れ補正量を導出することが可能となる。このため、回動部の体積を大きくすることなく、回転位相に応じた像振れを実現する撮像装置を提供することが可能となる。
請求項10に記載の像振れ補正装置は、請求項9に記載の像振れ補正装置であって、本体側センサは、第1〜第3の検出センサにより構成されている。第1の検出センサは、回動部の回動軸と略平行の第1検出軸回りの角速度を検出する。第2の検出センサは、第1検出軸と直交する第2検出軸回りの角速度を検出する。第3の検出センサは、第1検出軸および第2検出軸と直交する第3検出軸回りの角速度を検出する。補正量導出手段は、第1補正量導出回路と第2補正量導出回路とから構成されている。第1補正量導出回路は、第1の検出センサの出力に基づいて第1像振れ補正量を導出する。第2補正量導出回路は、第2の検出センサの出力および第3の検出センサの出力と回転位相とに基づいて1方向の像振れ補正量である第2像振れ補正量を導出する。像振れ補正手段は、第1像振れ補正量と第2像振れ補正量とのそれぞれに基づいて、像振れ補正を行う。
本発明の像振れ補正装置では、第1の検出センサにより、回動部の回転に依存しない方向の振動を検出することが可能となる。また、第2および第3の検出センサにより、回動部の回転位相に応じた像振れ補正を行うことが可能となる。
請求項11に記載の像振れ補正装置は、請求項10に記載の像振れ補正装置であって、回動部の回動軸は、撮像光学系の光軸と直交している。補正量導出手段は、第2の検出センサの出力および第3の検出センサの出力と回転位相とに基づいて光軸を中心とした回転方向の像振れ補正量である第3像振れ補正量を導出する第3補正量導出回路をさらに有している。像振れ補正手段は、第1像振れ補正量に基づいて光軸と直交する第1方向の像振れを補正し、第2像振れ補正量に基づいて光軸および第1方向と直交する第2方向の像振れを補正し、第3像振れ補正量に基づいて光軸を中心とした回転方向の像振れを補正する。
本発明の像振れ補正装置では、第2および第3の検出センサにより光軸を中心とした回転方向の像振れ補正を行うことが可能となる。よって、さらに像振れ補正の効果を高めることが可能となる。
請求項12に記載の撮像装置は、被写体の光学的な像を電気的な画像信号として出力する撮像装置であって、本体と、回動部と、撮像光学系と、撮像センサと、振動検出センサと、補正量導出手段と、像振れ補正手段とを備えている。回動部は、本体に対し回動可能である。撮像光学系は、回動部に設けられ、複数のレンズおよび複数のレンズを保持するレンズ鏡筒を有し、被写体の光学像を形成する。撮像センサは、撮像光学系によって形成された光学的な像を受光し、光学的な像を電気的な画像信号に変換する。振動検出センサは、本体に少なくとも1つ設けられ、振動を検出する。補正量導出手段は、振動検出センサの出力に基づいて、回動部の本体に対する回転位相に応じた像振れ補正量を導出する。像振れ補正手段は、像振れ補正量に基づいて、像振れ補正を行う。
ここで、像振れ補正手段は、光学式の手振れ補正手段であってもよいし、電子式の手振れ補正手段であってもよい。像振れ補正手段は、例えば、本体に発生した振動をキャンセルするように光学系を動作させる、あるいは撮影された像を電気的に移動させる手段である。
本発明の撮像装置は、本体側に振動検出センサを有しており、回動部の回転機能と手振れ補正機能とを実現しつつ小型化を実現することが可能となる。
請求項13に記載の撮像装置は、請求項12に記載の撮像装置であって、回動部の本体に対する回転位相を取得する回転位相取得手段をさらに備えている。補正量導出手段は、振動検出センサの出力と、回転位相取得手段の取得した回転位相とに基づいて、像振れ補正量を導出する。
本発明の撮像装置は、回動部の本体に対する回転位相を取得し、撮像光学系の向きに応じた像振れ補正を行う。
請求項14に記載の撮像装置は、請求項13に記載の撮像装置であって、回転位相取得手段は、回動部の本体に対する回転位相を検出し、回転位相に応じた信号を出力する手段である。補正量導出手段は、回転位相取得手段の出力に応じて定められる係数を振動検出センサの出力に乗じ、像振れ補正量を導出する。
本発明の撮像装置は、回動部の回転位相と振動検出センサの出力とに応じた像振れ補正を行う。
請求項15に記載の撮像装置は、請求項13に記載の撮像装置であって、回転位相取得手段は、回転位相に関する情報の入力を受け付ける手段である。
ここで、回転位相取得手段とは、例えば、撮像装置の操作者に回動部の回転位相を入力させるためのボタンなどである。
本発明の撮像装置は、より簡易な構成で回動部の回転位相に応じた像振れ補正を実現する。
請求項16に記載の撮像装置は、請求項12に記載の撮像装置であって、振動検出センサは、第1の振動検出センサと第2の振動検出センサとを含んでいる。第1の振動検出センサは、本体に設けられ、回動部の回動軸と略平行の検出軸回りの振動を検出する。第2の振動検出センサは、回動部に設けられ、第1の振動検出センサの検出軸と直交する検出軸回りの振動を検出する。補正量導出手段は、第1および第2の振動検出センサのそれぞれの出力に基づいて、異なる方向の像振れ補正を行うための第1像振れ補正量および第2像振れ補正量を出力する。
第1の振動検出センサにより、回動部の回転に依存しない方向の振動を検出することが可能となる。第2の振動検出センサにより、回動部の回転に応じた方向の振動を検出することが可能となる。
本発明の撮像装置は、回動部の回動軸と直交する方向に検出軸を有する振動検出センサのみを回動部に設けている。このため、回動部の体積を大きくすることなく、回転位相に応じた像振れを実現することが可能となる。
請求項17に記載の撮像装置は、請求項13に記載の撮像装置であって、振動検出センサは、本体に設けられるとともに、少なくとも2方向の振動を検出する本体側センサを含んでいる。補正量導出手段は、少なくとも2方向についての本体側センサのそれぞれの出力から1方向の像振れ補正量を導出する。
本発明の撮像装置により、例えば、2方向についての本体側センサの出力から回転位相に応じた1方向の像振れ補正量を導出することが可能となる。このため、回動部の体積を大きくすることなく、回転位相に応じた像振れを実現することが可能となる。
以上のように、本発明によれば、レンズ鏡筒と振動検出センサとの位置が相対的に変化しても、像振れを適切に補正することが可能となる。また、振動検出センサを本体に備えるため、回動部の小型化が実現できる。よって、カメラの回転機能と手振れ補正機能とを両立させるコンパクトな像振れ補正装置を提供することが可能となる。また、上記の機能を備えたコンパクトな撮像装置を提供することが可能となる。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の斜視図である。図1において、デジタルカメラを構成する撮像装置1は、本体7と、本体7に回動軸を備えた回転位相検出部4により回転軸2aを中心に回動可能に支持された回転部2と、像振れ補正装置34とを備えている。
像振れ補正装置34は、角速度センサ5,6と、回転位相検出部4と、像振れ補正回路31,32と、振れ補正機構33とを含む。
本体7は、回転軸2aと平行な検出軸6a回りの角速度を検出する角速度センサ6と、角速度センサ6の検出軸6aと直交する検出軸5a回りの角速度を検出する角速度センサ5と、液晶表示部9と、シャッターボタン8と、各種操作ボタン10(10a,10b,10c,10d)とを含む。
回転部2は、撮像部3と回転位相検出部4とを含む。回転部2は、回転軸2aを中心に180度回転可能となっており、図1のように液晶表示部9側に撮像部3を向けることで撮影者が本人を撮影可能な、いわゆる、自分撮りモードとすることができる。
図2は、撮像部3の要部側断面図である。図2において、撮像部3は、光軸11を有する3枚のレンズ群からなる光学系18(被写体側から18a,18b,18cとする)と、レンズ群を保持するレンズ枠3’からなるレンズ鏡筒38と、CCD(Charge Coupled Device)またはCMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)などの撮像センサ17とを含む。さらに、撮像部3は、回転部2において振れ補正機構33により保持されている。
図3は、光学的に像振れを補正する振れ補正機構33の説明図である。図3(a)は、要部平面図、図3(b)は、側面図、図3(c)は、背面図、図4は、断面A−A図、図5は、断面B−B図である。
図3、図4、図5において、3a,3bは、撮像部3と一体に形成された軸Y方向(図3の上下方向)に突出した回動軸である。回動軸3a,3bは、内枠12の上下側に設けられた2つの穴(図示せず)に支持される。これにより、撮像部3は、軸Y回りに回転可能となっている。さらに、内枠12の外周には、回動軸12a,12bが軸X方向(図3の左右方向)に一体的に形成されている。回動軸12a,12bは、外枠13の左右側に設けられた2つの穴(図示せず)に支持される。これにより、内枠12は、撮像部3と一体的に軸X回りに回転可能となっている。
回動軸3a,3bと回動軸12a,12bとは、共に光軸11に対して垂直であり、かつ互いに直交する。また、回動軸3a,3bの回転中心となるY軸は、撮像部3の重心を通り、回動軸12a,12bの回転中心となるX軸は、撮像部3と内枠12との重心を通過する位置となっている。
このように内枠12は、光学系18と撮像センサ17とを含む撮像部3を、Y軸回りに回動可能に支持している。また、外枠13は、内枠12を、X軸回りに回動可能に支持している。
内枠12と外枠13とは、ガラスを含有したポリカーボネイト材を使った成型部品とすることで、質量を小さくしている。さらに、各軸(3a,3b,12a,12b)を各々の回転体の重心に配置することで、慣性モーメントを小さく抑えている。
15は、バイモルフである。バイモルフ15は、電圧により歪む2枚の電歪素子により電極を挟んだ構成である。バイモルフ15の一端は、内枠12に接着固定され、他端は、ピン15aに可撓性接着剤で接着されている。さらに、ピン15aは、撮像センサ17に固定されている。これにより、バイモルフ15が歪むと、内枠12と撮像センサ17とがY軸回りに相対回転する。
16は、15と同様に、バイモルフである。バイモルフ16の一端は、外枠13に固定され、他端は、ピン16aに可撓性接着剤で固定されている。さらに、ピン16aは、内枠12に固定されている。これにより、バイモルフ16が歪むと、外枠13と内枠12とがX軸回りに相対回転する。
図6は、バイモルフ15に固定されたピン15aと内枠12の回動軸3a,3bの回転中心となるY軸、およびバイモルフ16に固定されたピン16aと外枠13の回動軸12a、12bの回転中心となるX軸との位置関係を示す図である。
実験により、撮像部3の光軸11を±1度の範囲で回転補正できれば、95%以上の像振れを補正が可能となることが確認されている。この±1度の補正角度とバイモルフ15、16の駆動量との関係を説明する。
図6において、ピン15aは、Y軸からδyの距離で撮像部3を駆動する。ピン16aは、X軸からδxの距離で内枠12を駆動する。図6の紙面に対し垂直方向へのピン15aの移動量をLy、とすれば、撮像部3の回転角度αyとの関係は、tan(αy)=(Ly/δy)で近似される。同様に、ピン16aの移動量Lxと内枠12の回転角度αxも、同様にtan(αx)=(Lx/δx)で近似される。本実施の形態では、距離δy=δx=2mmとしており、±1度の補正角度を得るためには、移動量Ly=Lx=0.035mmが必要となる。このような移動量でバイモルフ15を駆動することにより、Y軸を中心に撮像部3が十分な角度で回転する。また、このような移動量でバイモルフ16を駆動することにより、X軸を中心に撮像部3が十分な角度で回転する。以上のように、バイモルフ15,16を駆動することにより、撮像部3をヨー方向(Y軸回り)、ピッチ方向(X軸回り)に駆動することが可能となっている。
なお、バイモルフ15,16への電圧印加による撓みとY軸、X軸回りの回転により、ピン15a、およびピン16aには曲げモーメントが生じるが、可撓性接着剤により吸収される構成となっている。
21(図4参照)は、ピン15aの移動量を検出する変位センサである。22(図4参照)も同様にピン16aの移動量を検出する変位センサである。変位センサ21,22共に、外枠13に固定されている。変位センサ21と22とは、反射型フォトインタラプタにより、ピン15aとピン16aとからの反射光をそれぞれ検出し、変位センサ21,22とピン15a,16aとの距離の変化を測定している。
図7は、本体7に設けられた角速度センサ5,6の検出軸5a,6aと振れ補正機構33の回転軸となるY軸、X軸との関係を示す図である。検出軸6aとX軸は平行な位置関係に構成されている。角速度センサ5は、検出軸5a回りの角速度ωyにより水晶振動子に作用するコリオリ力を検出し、角速度ωyを測定する振動型角速度センサである。角速度センサ5の出力電圧Vyは、角速度ωyに比例した値が出力される。角速度センサ6は、検出軸6a回りの角速度ωxを検出し、角速度センサ5と同様に、角速度ωxの大きさに比例した電圧Vxを出力する。
図8は、回転部2と本体7との回転位相を検出する回転位相検出部4の構造について説明する説明図である。図8(a)は、回転位相検出部4の主要部側断面図、図8(b)は、検出センサ部の平面図である。図8(a)、図8(b)において、回転位相検出部4の円筒状に突出した回転軸部4aは、本体7の穴部(図示せず)に勘合され、本体7に対し回転軸2aを中心に回転可能となっている。回転位相検出部4の面4bには回転部2が固定される。また、回転位相検出部4内には、磁石19が取り付けられている。磁石19は、矩形状の単極磁石でありSN極が回転軸2aに対し半径方向(図8では上下方向)に配置されている。さらに、N極に対向する位置の本体7側には、磁気センサ20が配置されている。磁気センサ20は、ホール効果を利用して、磁束密度強度に比例した電圧を出力するホール素子である。
回転位相検出部4が、θの方向に回転したときの回転位相と磁気センサ20の出力電圧との関係を図9に示す。ここで、θの値は、図1のように液晶表示部9側に撮像部3を向けている場合を0度とし、回転軸2aに沿って本体7側から回転部2に向かう方向に対して右回りに正の値をとる。図9に示すように、回転位相検出部4は、0度位置で最大電圧Vmaxを出力し、180度位置で最小電圧Vminを出力する。さらに、θの値が0度と180度との中間角度である場合、回転位相検出部4は、電圧0を出力する。以上の磁気センサ20の出力電圧により、本体7に対する、回転部2の回転位相、すなわち撮像部3の光軸11の方向が検出される。
図10は、ヨー方向、すなわちY軸回りの像振れ補正回路31のブロック図であり、図11は、ピッチ方向、すなわちX軸回りの像振れ補正回路32のブロックである。
図10において、Y軸回りの角速度ωyが角速度センサ5により検出される。また、磁気センサ20の出力電圧が回転位相判別器42に入力され、回転部2の回転位相が認識される。具体的には、回転位相判別器42は、図9に示した特性に基づいて、磁気センサ20の出力電圧から回転位相を認識する。
補正値設定器23は、回転位相判別器42の出力信号により補正値の設定を行う。具体的には、回転位相θ=0度の場合は、補正値を1とする。また、回転位相θ=180度の場合には、角速度センサ5の検出軸5aと撮像部3の回転軸となるY軸との向きが逆となるため、補正値を−1とする。また、回転位相が0<θ<180度の範囲においては、補正値を0とし、バイモルフ15の駆動が行われないようにされている。
補正値設定器23からの出力は、角速度センサ5により検出された角速度ωyに、それぞれの補正値を乗じた値であり、ωy(θ=0度)、−ωy(θ=180度)、0(0<θ<180度)などとなる。
補正角度変換器24は、補正値設定器23からの角速度をサンプリング時間で積分し角度αyに変換する。本実施形態では、サンプリング時間は20msecとしている。ピン移動量変換器25は、先に説明した近似式により、補正角度αyを移動量Lyに変換する。駆動電圧変換器26は、ピン移動量Lyをバイモルフ15への印加電圧Vyに変換する。変位センサ21からの変位量とピン移動量変換器25からの移動量設定値とを比較し、設定値となるまでフィードバック制御が行われる。また、駆動電圧変換器26には、定常誤差を無くす補償機能も含まれている。
図11において、図10とブロック内の名称が同じものは、同一の働きを行うため説明は省略する。図10との違いは、補正値設定器27が回転部2の回転位相に依存しない補正値を設定する点である。すなわち、回転部2の回転軸2aと角速度センサ6の検出軸6aとが平行であるため、補正値設定器27は、回転位相に関係なく常に補正値を1とする。これにより、補正値設定器27からの出力は、角速度センサ6により検出された角速度ωxに、補正値1を乗じた値であり、ωxとなる。
このように、ピッチ方向(X軸回り)の補正では、補正値を回転位相に関係なく常に1としているが、ヨー方向(Y軸回り)の補正では、補正値を1(θ=0度)、−1(θ=180度)とし、符号を逆転させている。
このような構成において、実際に撮影が行われる場合の撮像装置1の具体的な動作について以下説明を加える。
撮像装置1で撮影を行う場合、電源ボタン10aにより電源が投入され撮影が可能な撮影モードとなる。
回転部2が図1の状態にある時、磁気センサ20の出力電圧は、最大値Vmaxを示す。このため、回転位相判別器42は、回転部2が自分撮りモードの位置、すなわち回転位相θ=0度であることを認識できる。
この状態で、操作者によりシャッターボタン8が操作されると、図10および図11を用いて説明した処理が行われる。
図12に、角速度センサ5,6の検出軸5a,6aにωy,ωxの角速度が発生した場合のヨー方向(Y軸)、ピッチ方向(X軸)回りの像振れ補正方向を示す。
像振れ補正回路31および振れ補正機構33は、バイモルフ15を用いて、角速度ωyをキャンセルする方向(−ωy)に撮像部3を駆動する。同様に、像振れ補正回路32および振れ補正機構33は、バイモルフ16を用いて、角速度ωxをキャンセルする方向(−ωx)に内枠12を駆動する。これにより、像振れが補正される。
回転部2が図1の自分撮りモードの位置から180度回転した状態にある時、磁気センサ20の出力電圧は、最小値Vminを示す。このため、回転位相判別器42は、回転部2が通常撮影モードの位置、すなわち回転位相θ=180度であることを認識できる。
この状態で、操作者によりシャッターボタン8が操作されると、図10および図11を用いて説明した処理が行われる。
図13に、角速度センサ5,6の検出軸5a,6aにωy,ωxの角速度が発生した場合のヨー方向(Y軸)、ピッチ方向(X軸)回りの像振れ補正方向を示す。
θ=180度の位置においては、像振れ補正回路31および振れ補正機構33は、バイモルフ15を用いて、角速度ωyをキャンセルする方向(+ωy)に撮像部3を駆動する。同様に、像振れ補正回路32および振れ補正機構33は、バイモルフ16を用いて、角速度ωxをキャンセルする方向(−ωx)に内枠12を駆動する。これにより像振れが補正される。
また、回転部2が回転位相角度θ(0度<θ<180度)の状態にある時、バイモルフ15は駆動されない。一方、像振れ補正回路32および振れ補正機構33は、バイモルフ16を駆動し、角速度センサ6からの検出値に応じた補正を行う。
図12、図13において、ピッチ方向(X軸回り)においては、検出軸6aと補正軸X軸の向きは、常に同方向であるため、回転位相θに関係なく、検出軸6aで検出した角速度+ωxに対して、常に−ωx方向に補正すれば良い。しかし、ヨー方向(Y軸回り)においては、検出軸5aと補正軸Y軸の向きは、θ=0度位置とθ=180度位置とでは逆方向となる。このため、検出軸5aで検出した角速度+ωyに対して、θ=0度では、−ωy方向に補正し、θ=180度では、+ωy方向に補正している。
このように、角速度センサ5,6に対して相対的に回転する撮像部3を有する撮像装置1であっても、回転位相を検出し、補正方向を設定することが可能となる。このため、像振れを補正することができる。
さらに、角速度センサ6の検出軸6aと、撮像部3を保持する回転部2の回転軸2aとを平行に配置しているため、回転部2の回転位相に関係なくピッチ方向(X軸回り)の像振れを補正することができる。
このように、本発明の第1の実施形態に係る像振れ補正装置34により、撮像部3を回転可能な構成としつつ、確実に像振れを補正することが可能となる。
また、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置1は、上記の像振れ補正装置34を備えるため、コンパクトな回転部2を有しつつ像振れ補正することが可能となる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る撮像装置として、撮影者により入力された回転部の回転位相を用いて像振れ補正を行う撮像装置について説明を行う。
図14は、本発明の第2の実施形態に係る撮像装置である。なお、第2の実施形態に係る撮像装置は、第1の実施形態に係る撮像装置1とほぼ同様の構成を持つ。以下、第2の実施形態に係る撮像装置と第1の実施形態に係る撮像装置1との相違点である回転位相検出方法について説明する。
図14において、35は、撮影モード選択ボタンである。撮影モード選択ボタン35は、撮像部3が自分撮り位置にあるのか、または、自分撮り位置から180度対向する通常撮影モード位置にあるかを操作者が選択するボタンである。すなわち、撮影モード選択ボタン35により、回転部2の回転位相が、θ=0度とθ=180度とのどちらであるかが選択される。
図15は、回転位相検出部4’の側面図である。図16は、ヨー方向の像振れ補正回路のブロック図である。ピッチ方向の像振れ補正については、第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。
回転位相検出部4’は、図15に示すように、回転部2に固定される面4bを有する円筒部と、面4bと軸方向反対側から突出する小径の回転軸部4a’とを有している。回転軸部4a’の先端には、径方向180度対向した位置に2箇所の切欠き部4cが設けられている。さらに、回転軸部4a’の先端には、アーム36の一端が係合しており、アーム36は、回転軸部4a’の回転に応じて回転軸36aを中心に揺動可能となっている。
具体的には、アーム36は、バネ37によって回転軸36aを中心に反時計方向に付勢されている。回転位相がθ=0度とθ=180度の位置においては、アーム36の先端が切欠き部4cに係合した実線で示す状態にある。また、回転位相が、0<θ<180度の範囲においては、アーム36は、回転位相検出部4’の先端部4dにより時計方向に回動され、破線で示す状態となる。
アーム36が実線で示す状態にある場合、撮影者は、撮影モード選択ボタン35を操作して撮影モードを選択することが可能となる。一方、アーム36が破線で示す状態にある場合、アーム36の一部(アーム36の他端側)が、撮影モード選択ボタン35の下側に設けられたスイッチ(図示せず)をロックする。これにより、アーム36が破線で示す状態にある場合、撮影者は、撮影モード選択ボタン35を操作しても撮影モードを選択することができなくなる。
アーム36が実線で示す状態にある場合、撮影者が撮影モード選択ボタン35の下側に設けられたスイッチを1回押すごとに、撮影モードは、「自分撮りモード」(θ=0度位置)、「通常撮影モード」(θ=180度位置)に順次切り替わる。さらに、1秒以上押し続ける、いわゆる長押しにより、撮影モードは、「その他モード」(0<θ<180度位置)に切り替わるよう設定されている。
それぞれの撮影モードにおける像振れ補正処理は、図16に示すように第1の実施形態とほぼ同様であるが、回転位相を撮影モード選択ボタン35からの入力により判断している点で第1の実施形態と相違している。また、「その他モード」では、第1の実施形態と同様に、ヨー方向(Y軸回り)の像振れ補正は行われない。すなわち、バイモルフ15(図3参照)の駆動は行われず、ピッチ方向(X軸回り)の像振れ補正のみが行われる。
このように、本発明の第2の実施形態に係る撮像装置によれば、回転部2の回転位相検出センサを設けることなく、安価な構成で回転位相を取得することが可能となる。さらに、回転位相を取得して像振れ補正を行うため、誤った方向に像振れ補正を行うことが防止でき、良好な振れ補正が可能となる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る撮像装置として、回転部側と本体側とのそれぞれに角速度センサを有する撮像装置について説明を行う。
図17は、本発明の第3の実施形態に係る撮像装置の斜視図である。図17において、デジタルカメラを構成する撮像装置101は、本体107と、本体107に回動軸を備えた回転位相検出部104により回転軸102aを中心に回動可能に支持された回転部102と、像振れ補正装置134とを備えている。
像振れ補正装置134は、角速度センサ105,106と、回転位相検出部104と、像振れ補正回路131、132と、振れ補正機構133とを含む。
本体107は、回転軸102aと平行な検出軸106a回りの角速度を検出する角速度センサ106と、液晶表示部109と、シャッターボタン108と、各種操作ボタン110(110a,110b,110c,110d)とを含む。
回転部102は、撮像部103と、回転位相検出部104と、角速度センサ106の検出軸106aと直交する検出軸105a回りの角速度を検出する角速度センサ105と、を含む。回転部102は、回転軸102aを中心に180度回転可能となっており、図17のように液晶表示部109側に撮像部103を向けることで撮影者が本人を撮影可能な、いわゆる、自分撮りモードとすることができる。
撮像部103、回転位相検出部104および回転部102において撮像部103を保持する振れ補正機構133の構成は、図2〜図6および図8を用いて第1実施形態で説明した撮像部3、回転位相検出部4および振れ補正機構33の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
ただし、回転位相検出部104がθの方向に回転したときの回転位相と磁気センサの出力電圧との関係は、図18に示すようなものである。この磁気センサの出力電圧により、本体107に対する、回転部102の回転位相、すなわち撮像部103の光軸111の方向が検出される。検出された回転位相は、自分撮りモードと通常撮影モードを判別し、液晶表示部9への表示画像の上下の向きを反転させために用いられる。
次に、撮像装置101における像振れ補正の処理について説明を行う。
図19は、回転部102と本体107にそれぞれ設けられた、角速度センサ105,106の検出軸105a,106aと振れ補正機構133の回転軸となるY軸、X軸との関係を示す図である。検出軸106aとX軸は平行な位置関係に構成されている。角速度センサ105は、検出軸105a回りの角速度ωyにより水晶振動子に作用するコリオリ力を検出し、角速度ωyを測定する振動型角速度センサである。角速度センサ105の出力電圧Vyは、角速度ωyに比例した値が出力される。角速度センサ106は、検出軸106a回りの角速度ωxを検出し、角速度センサ105と同様に、角速度ωxの大きさに比例した電圧Vxを出力する。
図20は、ヨー方向、すなわちY軸回りの像振れ補正回路131のブロック図であり、図21は、ピッチ方向、すなわちX軸回りの像振れ補正回路132のブロックである。
図20において、Y軸回りの角速度ωyが角速度センサ105により検出される。補正角度変換器124は、補正値設定器123からの角速度をサンプリング時間で積分し角度αyに変換する。本実施形態では、サンプリング時間は20msecとしている。ピン移動量変換器125は、第1の実施形態で説明した近似式により、補正角度αyを移動量Lyに変換する。駆動電圧変換器126は、ピン移動量Lyをバイモルフ115への印加電圧Vyに変換する。変位センサ121からの変位量とピン移動量変換器125からの移動量設定値とを比較し、設定値となるまでフィードバック制御が行われる。また、駆動電圧変換器126には、定常誤差を無くす補償機能も含まれている。
図21において、各ブロックは、図11で説明した各ブロックと同様の動作を行うため説明は省略する。
このような構成において、実際に撮影が行われる場合の撮像装置101の具体的な動作について以下説明を加える。
撮像装置101で撮影を行う場合、電源ボタン110aにより電源が投入され撮影が可能な撮影モードとなる。
回転部102が図17の状態にある時、磁気センサ120の出力電圧は、最大値Vmaxを示す。このため、撮像装置101は、回転部102が自分撮りモードの位置、すなわち回転位相θ=0度であることを認識できる。
この状態で、操作者によりシャッターボタン108が操作されると、図20および図21に示す処理が行われる。
図22に、角速度センサ105,106の検出軸105a,106aにωy,ωxの角速度が発生した場合のヨー方向(Y軸)、ピッチ方向(X軸)回りの像振れ補正方向を示す。
像振れ補正回路131および振れ補正機構133は、バイモルフ115を用いて、角速度ωyをキャンセルする方向(−ωy)に撮像部103を駆動する。同様に、像振れ補正回路132および振れ補正機構133は、バイモルフ116を用いて、角速度ωxをキャンセルする方向(−ωx)に内枠112を駆動する。これにより、像振れが補正される。
回転部102が図17の自分撮りモードの位置から180度回転した状態にある時、磁気センサ120の出力電圧は、最小値Vminを示す。このため、撮像装置101は、回転部102が通常撮影モードの位置、すなわち回転位相θ=180度であることを認識できる。
この状態で、操作者によりシャッターボタン108が操作されると、図20および図21を用いて説明した処理が行われる。
図23に、角速度センサ105,106の検出軸105a,106aにωy,ωxの角速度が発生した場合のヨー方向(Y軸)、ピッチ方向(X軸)回りの像振れ補正方向を示す。
θ=180度の位置においては、像振れ補正回路131および振れ補正機構133は、バイモルフ115を用いて、角速度ωyをキャンセルする方向(−ωy)に撮像部103を駆動する。同様に、像振れ補正回路132および振れ補正機構133は、バイモルフ116を用いて、角速度ωxをキャンセルする方向(−ωx)に内枠112を駆動する。これにより像振れが補正される。
また、液晶表示部109の表示画面は、磁気センサ120の出力が0Vを通過したときに、上下反転するように設定されている。すなわち、θ=30度と150度付近で、液晶表示部109への表示画像の向きが変更される(図18参照)。
また、回転部102が回転位相角度θ(0度<θ<180度)の状態にある時、バイモルフ115、およびバイモルフ116は、角速度センサ105,106からの検出値に応じて像振れ補正回路131,132および振れ補正機構133により駆動され、像振れ補正が行なわれる。
図22、図23に示す、ヨー方向(Y軸回り)およびピッチ方向(X軸回り)の像振れ補正では、検出軸105aと補正軸Y軸との向きおよび検出軸106aと補正軸X軸との向きは、それぞれ常に同方向である。このため、回転位相θに関係なく、検出軸105a、106aで検出した角速度+ωy、+ωxに対して、常に−ωy、−ωx方向への補正を行えば良い。このため、図20および図21に示す回路では、取得した回転位相に応じた像振れ補正を行う必要がなく、より簡易な回路構成を実現することが可能となる。
また、撮像装置101が、本体107側に角速度センサ106を有し、撮像部103を保持する回転部102側に角速度センサ105のみを有する構造を採用している。このため、回転部102の大きさを小さくすることができる。さらに、角速度センサ106の検出軸106aと、撮像部103を保持する回転部102の回転軸102aとが平行に配置されており、回転部102の回転位相に関係なくヨー方向(Y軸回り)およびピッチ方向(X軸回り)の像振れを補正することができる。
このように、本発明の第3の実施形態に係る像振れ補正装置134により、撮像部103を回転可能な構成としつつ、確実に像振れを補正することが可能となる。
また、本発明の第3の実施形態に係る撮像装置101は、上記の像振れ補正装置134を備えるため、コンパクトな回転部102を有しつつ像振れを補正することが可能となる。
(第4の実施形態)
第4の実施形態に係る撮像装置として、本体側に3つの角速度センサを有する撮像装置について説明を行う。
図24は、本発明の第4の実施形態に係る撮像装置の斜視図である。図24において、デジタルカメラを構成する撮像装置201は、本体207と、本体207に回動軸を備えた回転位相検出部204により軸202aを中心に回動可能に支持された回転部202と、像振れ補正装置234とを備えている。
像振れ補正装置234は、角速度センサ205,206,235と、回転位相検出部204と、像振れ補正回路231,232と、振れ補正機構233とを含む。
本体207は、軸202aと平行な検出軸206a回りの角速度を検出する角速度センサ206と、角速度センサ206の検出軸206aと直交する検出軸205a回りの角速度を検出する角速度センサ205と、角速度センサ205および角速度センサ206と直交する検出軸235a回りの角速度を検出する角速度センサ235(図24では、検出軸235aと光軸211は平行となっている)と、液晶表示部209と、シャッターボタン208と、各種操作ボタン210(210a,210b,210c,210d)とを含む。
回転部202は、撮像部203と、回転位相検出部204とを含む。回転部202は、軸202aを中心に180度回転可能となっており、図24のように液晶表示部209側に撮像部203を向けることで撮影者が本人を撮影可能な、いわゆる、自分撮りモードとすることができる。
撮像部203、回転部202において撮像部203を保持する振れ補正機構233の構成は、図2〜図6および図8を用いて第1実施形態で説明した撮像部3、振れ補正機構33の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
次に、撮像装置201における像振れ補正の処理について説明を行う。
図25は、本体207に設けられた角速度センサ205,206,235の検出軸205a,206a,235aと振れ補正機構233の回転軸となるY軸、X軸との関係を示す図である。検出軸206aとX軸は平行な位置関係に構成されている。角速度センサ205は、検出軸205a回りの角速度ωy1により水晶振動子に作用するコリオリ力を検出し、角速度ωy1を測定する振動型角速度センサである。角速度センサ205の出力電圧Vy1は、角速度ωy1に比例した値が出力される。角速度センサ235は、検出軸235a回りの角速度ωy2を検出し、角速度センサ205と同様に、角速度ωy2の大きさに比例した電圧Vy2を出力する。角速度センサ206は、検出軸206a回りの角速度を検出し、角速度センサ205と同様に、角速度ωxの大きさに比例した電圧Vxを出力する。
図26は、回転部202と本体207との回転位相を検出する回転位相検出部204の構造について説明する説明図である。図26(a)は、回転位相検出部204の主要部側断面図、図26(b)は、検出センサ部の平面図である。回転位相検出部204の構造は、図8を用いて説明した回転位相検出部4とほぼ同様の構造であるが、円筒状の磁石219を備える点において相違している。以下、回転位相検出部204の構造について詳しく説明する。
図26(a)、図26(b)において、回転位相検出部204の円筒状に突出した軸204aは、本体207の穴部(図示せず)に勘合され、本体207に対し軸202aを中心に回転可能となっている。回転位相検出部204の面204bには回転部202が固定される。また、回転位相検出部204内には、磁石219が取り付けられている。磁石219は、円筒状の単極磁石でありSN極が回転軸202aに対し円周方向に着磁されている。さらに、N極に対向する位置の本体207側には、磁気センサ220が配置されている。磁気センサ220は、ホール効果を利用して、磁束密度強度に比例した電圧を出力するホール素子である。
回転位相検出部204が、θの方向に回転したときの回転位相と磁気センサ220の出力電圧との関係を図27に示す。ここで、θの値は、図24のように液晶表示部209側に撮像部203を向けている場合を0度とし、回転軸202aに沿って本体207側から回転部202に向かう方向に対して右回りに正の値をとる。図27に示すように、回転位相検出部204は、0度位置で最大電圧Vmaxを出力し、180度位置で最小電圧Vminを出力する。磁気センサ220の出力電圧により、本体207に対する、回転部202の回転位相、すなわち撮像部203の光軸211の方向が検出される。
さらに、図25、図26を用いて、回転部202の回転位相θに対する、本体207側の角速度センサ(205,206,235)の検出軸(205a,206a,235a)と、振れ補正機構233の回転軸(X,Y)との関係を説明する。
回転位相θの値に関係なく、検出軸206aとピッチ方向の補正回転軸X軸とも平行である。さらに、回転部202を支持する回転位相検出部204の回転軸202aとピッチ方向の補正回転軸X軸と検出軸206aとは平行である。このため、回転部202の本体207に対する回転位相θの値に関係なく、常に補正回転軸X軸の方向と検出軸206aの方向とは一致する。従って、補正回転軸X軸回りの補正量は、角速度センサ206の検出出力に比例した値とすればよい。
一方、ヨー方向の像振れ補正では、回転位相θの影響を考慮する必要がある。これは、回転位相θ=0度の場合には、検出軸205aとヨー方向の補正回転軸Y軸とは平行であるが、回転部202の回転により、それぞれの軸は平行で無くなるためである。具体的には、ヨー方向の補正回転軸Y軸と回転部202の回転軸202aは、直交しており、Y軸と検出軸205a、検出軸235aとの方向は回転位相θに応じて変化する。
そこで、ヨー方向の像振れ補正では、回転位相θの影響を考慮して、検出された角速度を補正した値が用いられる。
例えば、回転位相θと、角速度センサ205で検出された角速度ωy1と、角速度センサ235で検出された角速度ωy2と、補正すべきヨー方向の補正回転角速度Hωyとの関係は次式で表せる。
Hωy=ωy1×COSθ+ωy2×COS(θ―90) ・・・ (1)式
このように、回転軸202aと直交する平面内の2つの角速度センサ205および角速度センサ235と、回転位相θとを変数とした(1)式を計算することにより、ヨー方向の補正回転軸Y軸回りの角速度Hωyを求められる。
以上により、振れ補正機構233が設けられた回転部202と、角速度センサ(205,206,235)が設けられた本体207とが相対的に回転しても、常に正確な補正角速度を求めることが可能となる。
次に、補正角速度を求め、バイモルフ215,216を動作させる像振れ補正回路231,232の具体的な構成について説明する。
図28はヨー方向、すなわちY軸回りの像振れ補正回路231のブロック図であり、図29は、ピッチ方向、すなわちX軸回りの像振れ補正回路232のブロックである。
図28において、検出軸205a軸回りの角速度ωy1が角速度センサ205により検出され、検出軸235a回りの角速度ωy2が角速度センサ235により検出される。また、磁気センサ220の出力電圧が回転位相判別器242に入力され、回転部202の回転位相θが認識される。具体的には、回転位相判別器242は、図27に示した特性に基づいて、磁気センサ220の出力電圧から回転位相を認識する。
補正角速度変換器223は、回転位相判別器242の出力信号が示すθの値と、角速度センサ205,235により検出された角速度ωy1,ωy2とを用いて(1)式を計算し、補正角速度Hωyを求める。例えば、回転位相θ=0度の場合は、補正角速度Hωy=ωy1となる。また、回転位相θ=180度の場合には、補正角速度Hωy=−ωy1となる。
補正角度変換器224は、補正角速度変換器223からの補正角速度をサンプリング時間で積分し角度αyに変換する。本実施形態では、サンプリング時間は5msecとしている。ピン移動量変換器225は、第1の実施形態で説明した近似式により、補正角度αyを移動量Lyに変換する。駆動電圧変換器226は、ピン移動量Lyをバイモルフ215への印加電圧Vyに変換する。変位センサ221からの変位量とピン移動量変換器225からの移動量設定値とを比較し、設定値となるまでフィードバック制御が行われる。また、駆動電圧変換器226には、定常誤差を無くす補償機能も含まれている。
図28と図29とにおいて、同じ名称のブロックは、同一の働きを行うため、像振れ補正回路232の各ブロックについての説明は省略する。なお、図29に示す像振れ補正回路232は、回転位相θに関係なく、角速度センサ206からの角速度ωxを補正角度変換器228で直接処理する点において、図28に示す像振れ補正回路231と相違している。すなわち、回転部202の回転軸202aと角速度センサ206の検出軸206aを平行としているため、回転位相に関係なく、検出軸206aと補正回転軸X軸とは常に一致している。
このように、ピッチ方向(X軸回り)の補正では、回転位相θに関係なく、角速度センサ206の出力を補正角度変換器228で直接処理しているが、ヨー方向(Y軸回り)の補正では、回転位相θと角速度センサ205の出力と角速度センサ235の出力とを、補正角速度変換器223により変換処理している。
このような構成において、実際に撮影が行われる場合の撮像装置201の具体的な動作について以下説明を加える。
撮像装置201で撮影を行う場合、電源ボタン210aにより電源が投入され撮影が可能な撮影モードとなる。
回転部202が図24の状態にある時、磁気センサ220の出力電圧は、最大値Vmaxを示す。このため、回転位相判別器242は、回転部202が自分撮りモードの位置、すなわち回転位相θ=0度であることを認識できる。
この状態で、操作者によりシャッターボタン208が操作されると、図28および図29を用いて説明した処理が行われる。
図30に、角速度センサ205,206の検出軸205a,206aにωy,ωxの角速度が発生した場合のヨー方向(Y軸)、ピッチ方向(X軸)回りの像振れ補正方向を示す。
像振れ補正回路231および振れ補正機構233は、バイモルフ215を用いて、角速度ωyをキャンセルする方向(−ωy)に撮像部203を駆動する。同様に、像振れ補正回路232および振れ補正機構233は、バイモルフ216を用いて、角速度ωxをキャンセルする方向(−ωx)に内枠212を駆動する。これにより、像振れが補正される。
回転部202が図24の自分撮りモードの位置から180度回転した状態にある時、磁気センサ220の出力電圧は、最小値Vminを示す。このため、回転位相判別器242は、回転部2が通常撮影モードの位置、すなわち回転位相θ=180度であることを認識できる。
この状態で、操作者によりシャッターボタン208が操作されると、図28および図29を用いて説明した処理が行われる。
図31に、角速度センサ205,206の検出軸205a,206aにωy,ωxの角速度が発生した場合のヨー方向(Y軸)、ピッチ方向(X軸)回りの像振れ補正方向を示す。
θ=180度の位置においては、像振れ補正回路231および振れ補正機構233は、バイモルフ215を用いて、角速度ωyをキャンセルする方向(+ωy)に撮像部203を駆動する。同様に、像振れ補正回路232および振れ補正機構233は、バイモルフ216を用いて、角速度ωxをキャンセルする方向(−ωx)に内枠212を駆動する。これにより像振れが補正される。
また、回転部2が回転位相角度θ(0度<θ<180度)の状態にある時でも、像振れ補正回路231は、(1)式を用いて補正角速度Hωyを求め、バイモルフ215を用いて、撮像部203を駆動する。また、像振れ補正回路232は、検出された角速度ωxに応じて駆動されるバイモルフ216を用いて、内枠212を駆動する。
このように、角速度センサ205,206,235に対して相対的に回転する撮像部203を有する撮像装置201であっても、回転位相を検出し、補正角速度を演算することが可能となる。このため、像振れを補正することができる。
さらに、角速度センサ206の検出軸206aと、撮像部203を保持する回転部202の回転軸202aとを平行に配置しているため、回転部202の回転位相に関係なくピッチ方向(X軸回り)の像振れを補正することができる。
このように、本発明の第4の実施形態に係る像振れ補正装置234により、撮像部203を回転可能な構成としつつ、確実に像振れを補正することが可能となる。
また、本発明の第4の実施形態に係る像振れ補正撮像装置201は、上記の像振れ補正装置234を備えるため、コンパクトな回転部202を有しつつ像振れを補正することが可能となる。
(第5の実施形態)
第5の実施形態に係る撮像装置として、光軸回りの像振れ補正を行う撮像装置について説明を行う。
図32は、本発明の第5の実施形態に係る撮像装置である。なお、第5の実施形態に係る撮像装置は、第4の実施形態に係る撮像装置201とほぼ同様の構成を持つ。以下、第5の実施形態に係る撮像装置と第4の実施形態に係る撮像装置201との相違点である回転方向像振れ補正処理回路を用いた回転方向の補正角速度検出方法について説明する。
図32において、227は、光軸211を中心とした回転方向の像振れを補正する処理回路である。
図33は、光軸211回りの角速度が発生した場合に、CCD236(撮像センサ17(図2参照)に相当)に取り込まれた回転方向の像振れについて説明する説明図である。
図33(a)は、像振れが発生していない場合を示す図であり、図33(b)は、光軸211中心に角度βだけ本体207が回転した場合を示す図である。
光軸211回りの補正角速度をHωaとすれば、補正角速度Hωaは、(1)式で示した補正角速度Hωyと同様に次式で表すことができる。
Hωa=ωy2×COSθ+ωy1×(θ−90) ・・・ (2)式
このように、回転部202に設けられた撮像部203が本体207に対して相対的に回転しても、回転軸202aに対して直交する2つの検出軸205aおよび検出軸235a回りの角速度を検出し、(2)式を計算することにより、光軸211回りの補正角速度Hωaを求めることが可能となる。
図34は、回転方向の像振れ補正処理回路227のブロック図である。像振れ補正処理回路227は、主には、マイクロコンピュータ241により構成される。
図34において、CCD236に取り込まれた信号は、A/D変換器237でデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、RGB画像としてカメラ信号処理部238にて処理され、画像メモリ239に蓄積される。
一方、マイクロコンピュータ241は、角速度センサ205,235により検出された角速度と回転位相判別器242により検出された回転位相θとを変数とした(2)式を計算することにより、光軸211回りの補正角速度Hωaを求める。さらに、マイクロコンピュータ241は、補正角速度Hωaを補正すべき角度βに変換する。この変換は、図28や図29を用いて説明した補正角度変換器と同様にして行われる。
本実施形態では、CCD236の信号の読み出し速度は、1/60秒であり、角速度から角度に変換するサンプリング時間も約16.7msecとしている。
次いで、マイクロコンピュータ241は、1/60秒ごとに蓄積された画像メモリ239の画像を補正すべき角度βだけ逆回転させ、再び画像メモリ239に保存する。
なお、信号処理により像振れ補正を行うために、CCD236は、有効画像エリアに対して約1.2倍程度の大きさの画像を切と取り回転補正処理を行っている。
また、CCD236からの信号読み出し周波数以上の像振れ周波数については、残像として残るが、回転方向の像振れ角度βは、ピッチ方向、ヨー方向の振れ角度に比べ小さい。また、特に静止画においては、シャッター速度が1/16秒よりも遅い時に、残像として画質劣化が目立つようになる。これらのことから、本実施形態では、回転像振れ補正を信号処理で行っている。
(その他の実施形態)
上記各実施形態では、像振れ補正装置は、光学的に光学系18全体を回動させる構成としたが、これに限られない。像振れ補正装置として、レンズ群を固定して、撮像センサのみを光軸に対し垂直な平面内で変位させる構成としても良い。また、撮像センサを固定して、レンズ群を光軸に対し垂直な平面内を変位させる構成としても良い。
さらに、光学的に補正する構成に限られない。角速度センサからの、振れ情報を基に撮像センサでの結像位置を電気的にずらす構成としても良い。
また、振れ補正機構は、バイモルフによる駆動構成としたが、これに限られない。駆動構成としては、電磁式駆動構成としても良い。
さらに、回転部の回転角度は180度としたが、これに限られるものではない。回転角度として、90度でも良いし、300度でも良い。
また、振動検出センサは、角速度センサとしたが、これに限られるものではない。加速度センサを複数個用い、角速度を検出する方法でも良い。
また、角速度センサが複数搭載される場合には、それぞれ直交する軸回りの角速度を検出するとしたが、これに限られるものではない。それぞれの検出軸が直交していなくても、それぞれの角速度センサの位置関係が分かれば、検出した値を補正して用いることが可能である。また、角速度センサ6,106,206の検出軸は、回転軸2a,102a,202aとそれぞれ平行で無くてもよい。それぞれの角速度センサと回転軸との位置関係が分かれば、検出した値を補正して用いることが可能である。
それぞれの実施形態では、必要に応じて角速度センサの個数を増減可能である。例えば、第1の実施形態〜第3の実施形態では、2つのうちの一方の角速度センサを搭載せず、1方向のみの像振れ補正を行うものであってもよい。また、第4の実施形態〜第5の実施形態では、3つのうちの1つ又は2つの角速度センサを搭載せず、1方向あるいは2方向のみの像振れ補正を行うものであってもよい。
また、第2の実施形態では、アームにより、撮影モード選択ボタンをロックしたが、これに限られるものではない。例えば、撮影モード選択ボタン35により、液晶表示部9に撮影モード選択画面を表示させる。次いで、操作ボタン10bを押すことで、自分撮りモード(θ=0度位置)に設定し、操作ボタン10dを押すことで、通常撮影モード(θ=180度位置)に設定し、操作ボタン10cを押すことで、その他(0度<θ<180度位置)に設定するようにしても良い。
さらに、第5の実施形態では、回転像振れ補正を撮像センサの情報のみの回転にて補正を行ったが、これに限るものではない。電磁式のモータにより、撮像部全体を、光軸を中心に回転させても良い。
本発明の像振れ補正装置ならびに撮像装置は、小型化と高性能化が要望されている、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ機能付きの携帯電話端末及びPDA等に好適である。
本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の斜視図 本発明の第1の実施形態に係る撮像部の側断面図 本発明の第1の実施形態に係る振れ補正機構の平面図、側面図、背面図 本発明の第1の実施形態に係る振れ補正機構のA−A断面図 本発明の第1の実施形態に係る振れ補正機構のB−B断面図 本発明の第1の実施形態に係る振れ補正機構の駆動点と回動軸との関係図 本発明の第1の実施形態に係る角速度検出軸と振れ補正機構の回動軸との関係図 本発明の第1の実施形態に係る回転位相検出部の説明図 本発明の第1の実施形態に係る回転位相検出センサの回転位相と出力電圧との関係図 本発明の第1の実施形態に係るヨー方向(Y軸回り)の像振れ補正回路のブロック図 本発明の第1の実施形態に係るピッチ方向(X軸回り)の像振れ補正回路のブロック図 本発明の第1の実施形態に係る回転位相0度における角速度検出方向と振れ補正方向との関係図 本発明の第1の実施形態に係る回転位相180度における角速度検出方向と振れ補正方向との関係図 本発明の第2の実施形態に係る撮像装置の斜視図 本発明の第2の実施形態に係る回転位相検出部の平面図 本発明の第2の実施形態に係るヨー方向(Y軸回り)の像振れ補正回路のブロック図 本発明の第3の実施形態に係る撮像装置の斜視図 本発明の第3の実施形態に係る回転位相検出センサの回転位相と出力電圧との関係図 本発明の第3の実施形態に係る角速度検出軸と振れ補正機構の回動軸との関係図 本発明の第3の実施形態に係るヨー方向(Y軸回り)の像振れ補正回路のブロック図 本発明の第3の実施形態に係るピッチ方向(X軸回り)の像振れ補正回路のブロック図 本発明の第3の実施形態に係る回転位相0度における角速度検出方向と振れ補正方向との関係図 本発明の第3の実施形態に係る回転位相180度における角速度検出方向と振れ補正方向との関係図 本発明の第4の実施形態に係る撮像装置の斜視図 本発明の第4の実施形態に係る角速度検出軸と振れ補正機構の回動軸との関係図 本発明の第4の実施形態に係る回転位相検出部の説明図 本発明の第4の実施形態に係る回転位相検出センサの回転位相と出力電圧との関係図 本発明の第4の実施形態に係るヨー方向(Y軸回り)の像振れ補正回路のブロック図 本発明の第4の実施形態に係るピッチ方向(X軸回り)の像振れ補正回路のブロック図 本発明の第4の実施形態に係る回転位相0度における角速度検出方向と振れ補正方向との関係図 本発明の第4の実施形態に係る回転位相180度における角速度検出方向と振れ補正方向との関係図 本発明の第5の実施形態に係る撮像装置の斜視図 本発明の第5の実施形態に係る回転による像振れ説明図 本発明の第5の実施形態に係る回転像振れ補正回路のブロック図
符号の説明
2,102,202 回転部
3,103,203 撮像部
4,104,204 回転位相検出部
5,6,35,105,106,135,205,206,235 角速度センサ
11,111,211 光軸
18 光学系
17 撮像センサ
227 回転像振れ補正回路
33,133,233 振れ補正機構
35 撮像モード選択ボタン

Claims (17)

  1. 本体と、前記本体に対し回動可能であるとともに撮像光学系を有する回動部とから構成される撮像装置において像振れを補正する像振れ補正装置であって、
    前記本体に少なくとも1つ設けられ、振動を検出する振動検出センサと、
    前記振動検出センサの出力に基づいて、前記回動部の前記本体に対する回転位相に応じた像振れ補正量を導出する補正量導出手段と、
    前記像振れ補正量に基づいて、像振れ補正を行う像振れ補正手段と、
    を備える像振れ補正装置。
  2. 前記回動部の前記本体に対する回転位相を取得する回転位相取得手段、
    をさらに備え、
    前記補正量導出手段は、前記振動検出センサの出力と、前記回転位相取得手段の取得した前記回転位相とに基づいて、像振れ補正量を導出する、
    請求項1に記載の像振れ補正装置。
  3. 前記回転位相取得手段は、前記回動部の前記本体に対する前記回転位相を検出し、回転位相に応じた信号を出力する手段であり、
    前記補正量導出手段は、前記回転位相取得手段の出力に応じて定められる係数を前記振動検出センサの出力に乗じ、前記像振れ補正量を導出する、
    請求項2に記載の像振れ補正装置。
  4. 前記振動検出センサは、前記回動部の回動軸と略平行の検出軸回りの角速度を検出する少なくとも一つの角速度検出センサを含んでいる、
    請求項3に記載の像振れ補正装置。
  5. 前記回転位相取得手段の出力が所定の範囲内の場合、前記補正量導出手段は、前記係数を零とし、前記像振れ補正手段は、少なくとも1つの方向に対する像振れ補正を行わない、
    請求項3に記載の像振れ補正装置。
  6. 前記回転位相取得手段は、前記回転位相に関する情報の入力を受け付ける手段である、
    請求項2に記載の像振れ補正装置。
  7. 前記振動検出センサは、前記本体に設けられ、前記回動部の回動軸と略平行の検出軸回りの振動を検出する第1の振動検出センサと、前記回動部に設けられ、前記第1の振動検出センサの検出軸と直交する検出軸回りの振動を検出する第2の振動検出センサと、を含み、
    前記補正量導出手段は、前記第1および第2の振動検出センサのそれぞれの出力に基づいて、異なる方向の像振れ補正を行うための第1像振れ補正量および第2像振れ補正量を出力する、
    請求項1に記載の像振れ補正装置。
  8. 前記第1および第2の振動検出センサは、それぞれの検出軸回りの角速度を検出する角速度検出センサである、
    請求項7に記載の像振れ補正装置。
  9. 前記振動検出センサは、本体に設けられるとともに、少なくとも2方向の振動を検出する本体側センサを含んでおり、
    前記補正量導出手段は、前記少なくとも2方向についての前記本体側センサのそれぞれの出力から1方向の像振れ補正量を導出する、
    請求項2に記載の像振れ補正装置。
  10. 前記本体側センサは、前記回動部の回動軸と略平行の第1検出軸回りの角速度を検出する第1の検出センサと、前記第1検出軸と直交する第2検出軸回りの角速度を検出する第2の検出センサと、前記第1検出軸および前記第2検出軸と直交する第3検出軸回りの角速度を検出する第3の検出センサと、から構成され、
    前記補正量導出手段は、前記第1の検出センサの出力に基づいて第1像振れ補正量を導出する第1補正量導出回路と、前記第2の検出センサの出力および第3の検出センサの出力と前記回転位相とに基づいて前記1方向の像振れ補正量である第2像振れ補正量を導出する第2補正量導出回路と、から構成され、
    前記像振れ補正手段は、前記第1像振れ補正量と前記第2像振れ補正量とのそれぞれに基づいて、像振れ補正を行う、
    請求項9に記載の像振れ補正装置。
  11. 前記回動部の前記回動軸は、前記撮像光学系の光軸と直交しており、
    前記補正量導出手段は、前記第2の検出センサの出力および第3の検出センサの出力と前記回転位相とに基づいて前記光軸を中心とした回転方向の像振れ補正量である第3像振れ補正量を導出する第3補正量導出回路をさらに有し、
    前記像振れ補正手段は、前記第1像振れ補正量に基づいて前記光軸と直交する第1方向の像振れを補正し、前記第2像振れ補正量に基づいて前記光軸および前記第1方向と直交する第2方向の像振れを補正し、前記第3像振れ補正量に基づいて前記光軸を中心とした回転方向の像振れを補正する、
    請求項10に記載の像振れ補正装置。
  12. 被写体の光学的な像を電気的な画像信号として出力する撮像装置であって、
    本体と、
    前記本体に対し回動可能な回動部と、
    前記回動部に設けられ、複数のレンズおよび前記複数のレンズを保持するレンズ鏡筒を有し、被写体の光学像を形成する撮像光学系と、
    前記撮像光学系によって形成された光学的な像を受光し、前記光学的な像を電気的な画像信号に変換する撮像センサと、
    前記本体に少なくとも1つ設けられ、振動を検出する振動検出センサと、
    前記振動検出センサの出力に基づいて、前記回動部の前記本体に対する回転位相に応じた像振れ補正量を導出する補正量導出手段と、
    前記像振れ補正量に基づいて、像振れ補正を行う像振れ補正手段と、
    を備える撮像装置。
  13. 前記回動部の前記本体に対する回転位相を取得する回転位相取得手段、
    をさらに備え、
    前記補正量導出手段は、前記振動検出センサの出力と、前記回転位相取得手段の取得した前記回転位相とに基づいて、像振れ補正量を導出する、
    請求項12に記載の撮像装置。
  14. 前記回転位相取得手段は、前記回動部の前記本体に対する回転位相を検出し、回転位相に応じた信号を出力する手段であり、
    前記補正量導出手段は、前記回転位相取得手段の出力に応じて定められる係数を前記振動検出センサの出力に乗じ、前記像振れ補正量を導出する、
    請求項13に記載の撮像装置。
  15. 前記回転位相取得手段は、前記回転位相に関する情報の入力を受け付ける手段である、
    請求項13に記載の撮像装置。
  16. 前記振動検出センサは、前記本体に設けられ、前記回動部の回動軸と略平行の検出軸回りの振動を検出する第1の振動検出センサと、前記回動部に設けられ、前記第1の振動検出センサの検出軸と直交する検出軸回りの振動を検出する第2の振動検出センサと、を含み、
    前記補正量導出手段は、前記第1および第2の振動検出センサのそれぞれの出力に基づいて、異なる方向の像振れ補正を行うための第1像振れ補正量および第2像振れ補正量を出力する、
    請求項12に記載の撮像装置。
  17. 前記振動検出センサは、本体に設けられるとともに、少なくとも2方向の振動を検出する本体側センサを含んでおり、
    前記補正量導出手段は、前記少なくとも2方向についての前記本体側センサのそれぞれの出力から1方向の像振れ補正量を導出する、
    請求項13に記載の撮像装置。
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