JP2006267217A - 光学装置、撮像装置、光学装置の制御方法および撮像装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学装置又は撮像装置において、撮影者の意図した画角を優先し、かつ手ぶれのない画像が得られる消費電力が少なく安価な光学装置又は撮像装置を実現する。
【解決手段】 手ぶれによるぶれ量を検出し、ぶれが許容できる限界値以下になるように、変倍光学系又はデジタルズームの倍率を変更する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光学装置、撮像装置、光学装置の制御方法および撮像装置の制御方法に関する。

デジタルカメラなどの光学装置において、ユーザの手ぶれ等による撮影画像の乱れを抑制するために、各種の手ぶれ対策が採用されている。

手ぶれが生じやすいのは、露光時間が長い低速シャッタ速度選択時であるので、シャッタ速度が一定速度以下の場合に、手ぶれ警告表示を行う方法等が従来より用いられている。

しかしながら、手ぶれ警告を表示するだけでは、撮影時に手ぶれを防止するように注意することはできるが、実際の撮影において、手ぶれが発生したかどうかを確認できず、撮影後にしか結果はわからなかった。

上記問題点を解決するために、撮影前の画像と撮影後の画像を比較することにより、撮影後すぐに手ぶれが発生したかどうかを算出し、警告表示を行って再撮影を促す方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１の方法では撮影後に警告を表示するので、手ぶれ写真の発生を予め回避するものではなかった。

近年、カメラ本体に角速度センサなど手ぶれ検出手段を組み込んで、カメラのぶれを検出し、撮影レンズや撮影光学系の一部、又は撮像素子などを振動補正方向に動かして、手ぶれを補正する手ぶれ補正機構付きカメラが実用化されている。

しかしながら、手ぶれ補正機構に用いられるアクチュエーターは消費電力が大きく、電池の消耗を早める上に、手ぶれ補正機構を取り付けるスペースが必要となり、撮像装置の大型化やコスト高になるなどの問題がある。そのため手ぶれ補正機構を設けずに手ぶれを防止する方法が各種提案されている。

例えば、変倍光学系を備えたカメラにおいて、特に手ぶれが生じやすいのは、焦点距離がテレ側の撮影で低速なシャッタ速度を選択した場合であるので、低速シャッタ速度を選択した場合は変倍光学系の焦点距離を広角側に駆動することで手ぶれを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、測光情報からシャッタ速度が手ぶれ限界となる絞り値を決定し、また、測距情報から２つの被写体が被写界深度内に入るような絞り値を算出し、前記算出した絞り値が前記手ぶれ限界絞り値より大きいときは、前記手ぶれ限界絞り値で２つの被写体が被写界深度内に入るように変倍光学系の焦点距離を広角側に駆動することで手ぶれを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

また、変倍光学系を備えたカメラにおいて、被写体輝度に基づいてシャッタ速度と絞りを算出し、算出されたシャッタ速度と変倍光学系の現在の焦点距離に対する手ぶれ限界シャッタ速度を比較し、前記算出されたシャッタ速度が手ぶれ限界を超えるときは、変倍光学系の焦点距離をぶれが発生するおそれの無い焦点距離に駆動することで手ぶれを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開平５−２６５０７０号公報 特開平５−６６４４７号公報 特開平５−１５０３０８号公報 特開２００１−２１５５４９号公報

しかしながら、上記特許文献２，３、４の手ぶれ防止方法は、設定されたシャッタ速度に応じて変倍光学系を広角側に移動させるものであるため、実際の手ぶれの程度にかかわらず、シャッタ速度が所定の条件になると広角側の焦点距離での撮影になってしまう。そのため、実際には手ぶれが発生していないのに広角側の焦点距離での撮影になる場合があり、撮影者の意図した構図で撮影できないという問題があった。

また、手ぶれ補正機構付きカメラで撮影した場合でも、手ぶれ補正量には限界があるので、手ぶれが大きい場合は手ぶれ画像が撮影されてしまう問題があった。また、手ぶれ補正機構を装備すると、カメラが大型化し、コストアップになり、手ぶれ補正機構を駆動するための電力消費が大きくなる、という問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、撮影者の意図した画角を優先し、かつ手ぶれのない画像が得られる、消費電力が少ない安価なカメラを提供することを目的とする。

本発明の目的は、下記構成により達成することができる。

（請求項１）
変倍光学系を有する光学装置において、
前記変倍光学系の結像面におけるぶれ量を算出するぶれ量算出手段と、
前記ぶれ量算出手段により算出されたぶれ量に基づいて限界倍率を求め、前記変倍光学系の光学倍率を前記限界倍率よりも小さくなるように、前記変倍光学系を制御する制御手段とを有することを特徴とする光学装置。

（請求項２）
露光時間を設定する露光時間設定手段と、
前記変倍光学系の光学倍率を検知する光学変倍率検知手段と、
前記光学装置が移動する角速度を検知する手ぶれ検知手段とを有し、
前記ぶれ量算出手段は、前記露光時間設定手段で設定された露光時間と、前記光学変倍率検知手段で検知された光学倍率と、前記手ぶれ検知手段で検知された角速度とに基づいてぶれ量を算出することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

（請求項３）
前記限界倍率が、前記変倍光学系の最小光学倍率よりも小さい場合に警告する手ぶれ警告手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。

（請求項４）
撮影レンズから入射した被写体像を光電変換して画像データを生成する撮像素子と、
前記撮像素子で生成された画像データを変倍するデジタルズーム手段とを有する撮像装置において、
前記撮影レンズの結像面におけるぶれ量を算出するぶれ量算出手段と、
前記ぶれ量算出手段により算出されたぶれ量に基づいて限界倍率を求め、前記デジタルズーム手段による画像データのデジタルズーム倍率を前記限界倍率よりも小さくなるように、前記デジタルズーム手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。

（請求項５）
露光時間を設定する露光時間設定手段と、
前記撮影レンズの光学倍率を検知する光学変倍率検知手段と、
前記撮像装置が移動する角速度を検知する手ぶれ検知手段とを有し、
前記ぶれ量算出手段は、前記露光時間設定手段で設定された露光時間と、前記光学変倍率検知手段で検知された光学倍率と、前記手ぶれ検知手段で検知された角速度とに基づいてぶれ量を算出することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。

（請求項６）
前記限界倍率が前記デジタルズーム手段の最小倍率よりも小さい場合は、警告する手ぶれ警告手段を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の撮像装置。

（請求項７）
変倍光学系を有する光学装置の制御方法において、
前記変倍光学系の結像面におけるぶれ量を算出するぶれ量算出工程と、
前記ぶれ量算出工程で算出されたぶれ量に基づき、限界倍率を求める限界倍率算出工程と、
前記変倍光学系の光学倍率を前記限界倍率よりも小さくなるように、前記変倍光学系を制御する制御工程とを含むことを特徴とする光学装置の制御方法。

（請求項８）
撮影レンズから入射した被写体像を光電変換して画像データを生成する撮像工程と、
結像面におけるぶれ量を算出するぶれ量算出工程と、
前記ぶれ量算出工程で算出されたぶれ量に基づいて限界倍率を求める限界倍率算出工程と、前記限界倍率よりも小さいデジタルズーム倍率で、前記撮像工程で生成された画像データを変倍するデジタルズーム工程を含むことを特徴とする撮像装置の制御方法。

請求項１又は７に記載の発明によれば、
検出したぶれ量から、手ぶれによる画像ぶれが発生しない限界倍率を求め、変倍光学系の倍率を前記限界倍率より小さくするので、撮影者の意図を優先した、低消費電力、低コストで小型な手ぶれ防止機能付き光学装置を提供できる。

請求項２に記載の発明によれば、
設定された露光時間と変倍光学系の倍率と手ぶれ検知手段で検知された角速度から、撮影時に手ぶれによる画像ぶれが発生しない限界ぶれ量を正確に算出するので、手ぶれが発生する可能性のある時だけ、変倍光学系の倍率を小さくする手ぶれ防止機能付き光学装置を提供できる。

請求項３に記載の発明によれば、手ぶれを防止できない場合は、撮影前に手ぶれ警告を表示するので、手ぶれ画像の撮影を未然に防止することが可能な光学装置を提供できる。

請求項４又は８に記載の発明によれば、検出したぶれ量から、手ぶれによる画像ぶれが発生しない限界倍率を求め、画像処理により画像を拡大又は縮小する、いわゆるデジタルズームの拡大倍率を画像ぶれが発生しない拡大倍率に変更するので、低消費電力、低コストで小型な手ぶれ防止機能付き撮像装置を提供できる。

請求項５に記載の発明によれば、
設定された露光時間と変倍光学系の倍率と手ぶれ検知手段で検知された角速度から、撮影時に手ぶれによる画像ぶれが発生しない限界ぶれ量を正確に算出するので、手ぶれが発生する可能性のある時だけ、変倍光学系の倍率を小さくする手ぶれ防止機能付き撮像装置を提供できる。

請求項６に記載の発明によれば、手ぶれを防止できない場合は、撮影前に手ぶれ警告を表示するので、手ぶれ画像の撮影を未然に防止することが可能な撮像装置を提供できる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明に係る光学装置および撮像装置の一例であるデジタルカメラの外観図である。図１（ａ）はデジタルカメラ前面の斜視図、図１（ｂ）はデジタルカメラ背面の斜視図である。なお、図１（ａ）において、矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは座標軸を表し、Ｌは光軸である。

図１（ａ）において、８１は撮影レンズ、８２はファインダ窓、８３はレリーズ釦、８４はフラッシュ発光部、８６は調光用センサ窓、８７はストラップ取り付け部である。８９はレンズカバーであり、開状態で図示のように撮影レンズ８１は撮影可能状態となり、閉方向へ少し移動させることで撮影レンズ８１は沈胴する。すなわち、レンズカバー８９の開閉とカメラの電源スイッチ９４が連動している。

レリーズ釦８３は半押し（以後スイッチＳＷ１のＯＮという）によりカメラの撮影準備動作、すなわち焦点合わせ動作（ＡＦ機能）や露光条件の決定動作（ＡＥ機能）が行われ、全押し（以後スイッチＳＷ２のＯＮという）により撮影露光動作が行われる。

図１（ｂ）において、９１はファインダ接眼部、９２は赤と緑の表示ランプであり、ＡＦやＡＥの情報をスイッチＳＷ１がＯＮされたとき、点灯もしくは点滅により撮影者に表示するものである。９３はズーム釦であり、ズームアップ、ズームダウンを行う釦である。

デジタルカメラ１は撮影画像をデジタル処理により拡大して表示および記録を行う、いわゆるデジタルズーム機能を持っている。撮影者は前記デジタルズーム機能のＯＮ、ＯＦＦを選択できるが、ここではデジタルズーム機能ＯＮの場合について説明する。

撮影者がズーム釦９３を操作し、撮影レンズ８１の焦点距離が最望遠になっても、さらにズーム釦９３を押してズームアップ操作を行うと、デジタルズーム機能により撮影画像がズームアップされる。すなわち、デジタル処理により撮影画像が拡大され、変倍光学系の焦点距離が増加したのと同じ効果を得る。

デジタルズームを使用している状態でズーム釦９３を押してズームダウン操作を行うと、デジタルズームによる撮影画像は縮小され、ついには等倍になる。さらに、ズームダウン操作を行うと、変倍光学系によるズーム操作になり、変倍光学系の焦点距離は広角側に駆動されるようになっている。

９５はメニュー／セット釦、９６は選択釦で４方向スイッチであり、１００は画像表示部であり画像やその他文字情報等を表示する。メニュー／セット釦９５で、画像表示部１００上に各種のメニューを表示させ、選択釦９６で選択し、メニュー／セット釦９５で確定させる機能を有している。前記メニューにはデジタルズーム機能のＯＮ、ＯＦＦの選択メニューがあり、撮影者はメニュー／セット釦９５、選択釦９６により、デジタルズーム機能のＯＮ、ＯＦＦを設定できる。

再生釦９７は、撮影した画像の再生を行う釦である。９８はディスプレイ釦で、画像表示部１００に表示された画像やその他文字情報の表示や消去を選択する釦である。９９は消去釦で、撮影記録した画像の消去を行う釦である。１０１は三脚穴、１０２は電池／カード蓋である。電池／カード蓋１０２の内部には、本カメラの電源を供給する電池と、撮影した画像を記録するカード型のメモリカード２５が挿脱可能になっている。メモリカード２５は本発明の第２の記憶手段である。

本発明に係る光学装置および撮像装置の制御系について図２を用いて説明する。図２は図１に示したデジタルカメラ１の内部構成を示す概略ブロック図である。なお、図１に示したものと同じ構成要素には同符号を付してその説明を省略する。

デジタルカメラ１は、ＡＤ変換部２１、本発明の画像処理手段である画像処理部２２、操作部６０、メインマイコン部７、画像メモリ２３等を有する。画像メモリ２３は本発明の第１の記憶手段である。

制御手段として機能するメインマイコン部７は、マイクロコンピュータを備えて構成される。すなわち、メインマイコン部７は、各種演算処理を行うＣＰＵ７０と、演算を行うための作業領域となるＲＡＭ７５と、制御プログラム等が記憶されるＲＯＭ７６とを備え、デジタルカメラ１の各処理部の動作を統括的に制御する。不揮発性メモリであるＲＯＭ７６としては、例えば、データの電気的な書き換えが可能なＥＥＰＲＯＭが採用される。これにより、ＲＯＭ７６は、データの書き換えが可能で、かつ、電源を落とした場合でもそのデータの内容を保持する。

操作部６０の独立して設けられた複数の操作部材であるレリーズ釦８３、ズーム釦９３、ズーム釦９３、メニュー／セット釦９５、選択釦９６、再生釦９７、ディスプレイ釦９８、消去釦９９、および電源スイッチ９４の出力はメインマイコン部７０に入力されている。

操作者（ユーザ）は、この操作部６０にて所定の操作を行うことにより、各種の設定操作を行うことができる。

本発明の変倍光学系である図１の撮影レンズ８１は、複数のレンズを有するレンズ系レンズ部３２を備えている。これら複数のレンズの光軸上の位置をズーム・フォーカス駆動部３３２が駆動することにより移動させ、変倍が行われる。変倍の制御は変倍制御部７７の指令により、ズーム・フォーカス駆動部３３２が変倍を行う。

また、これら複数のレンズの内、フォーカシングに用られるレンズは、ＡＦ制御部７１からの制御信号により、ズーム・フォーカス駆動部３３２が駆動して焦点調節を行う。さらに、ＣＰＵ７０のＡＥ制御部７１は絞り・シャッタ駆動部３３１を駆動し、絞り３３を所定の絞り値まで所定の時間開閉し、絞り値と露光時間で決定される露光量を調定する。すなわち、ＡＥ制御部７１は本発明の露光時間設定手段である。

なお、本発明には、撮像素子としてＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子が適用可能であるが、本例においては、撮像素子としてＣＣＤ５を用いたもので説明する。

撮影前において、ＣＰＵ７０の指令により、ＣＣＤ駆動部６はタイミング信号を発生し、ＣＣＤ５からライブビュー画像の読み出し駆動を行っている。

撮影時は、ＡＥ制御部７１は絞り３３を一旦閉じ、その間にＣＣＤ駆動部６がＣＣＤ５の電荷を掃き出す。その後、ＡＥ制御部７１は絞り３３を開き、所定の露光時間の間、ＣＣＤ５を露光する。露光後、ＣＣＤ駆動部のはタイミング信号により、ＣＣＤ５から撮影画像の読み出しが始まる。

Ａ／Ｄ変換部２１、画像処理部２２および画像メモリ２３は、ＣＣＤ５にて取得された画像を扱う処理部を示している。すなわち、ＣＣＤ５にて取得されたアナログ信号の画像は、Ａ／Ｄ変換部２１にてデジタル信号に変換される。

画像処理部２２はガンマ補正部２２１、輪郭補正部２２２、画像圧縮部２２３、デジタルズーム部２２４などの画像処理機能を有する。ガンマ補正部２２１、輪郭補正部２２２の補正量の設定値はメインマイコン部７からの指令により設定される。また、デジタルズーム部２２４の拡大倍率の設定はメインマイコン部７の変倍制御部７７からの指令により設定される。

ガンマ補正部２２１は、入出力特性である階調特性を表すルックアップテーブルを持ち、入力されたデジタル値に対応するデジタル値に変換して出力する機能を持っている。すなわち、Ａ／Ｄ変換部２１で変換されたデジタル信号を、ＣＰＵ７０が前記ルックアップテーブルに設定する階調特性で階調変換する。

輪郭補正部２２２は、ＣＰＵ７０の設定する入出力特性である周波数応答特性で画像の輪郭などを補正し、画像メモリ２３に一時的に格納する。

画像圧縮部２２３は、画像処理後のデジタル信号をＪＰＥＧ形式などに圧縮する。

デジタルズーム手段であるデジタルズーム部２２４は、変倍制御部７７の設定するデジタルズーム倍率で画像を拡大し、画像メモリ２３に一時的に格納する。

本発明の手ぶれ検知手段である手ぶれ検出部４４は、ヨー方向およびピッチ方向の角速度を検出する角速度センサを有し、前記角速度センサが検出した角速度に応じた電圧を出力する。メインマイコン部７は、入力された検出部４４を構成する各センサの出力電圧をデジタル値に変換し、角速度とする。

メインマイコン部７は、自動合焦制御部（ＡＦ制御部）７１、本発明の露光時間設定手段である自動露出制御部（ＡＥ制御部）７２、変倍制御部７７、本発明のぶれ量算出手段である手ぶれ制御部７８、変倍率検知部６０などの各種の制御機能を有する。メインマイコン部７の各種の機能は、予めＲＯＭ７６内に記憶される制御プログラムに従ってＣＰＵ７０が演算処理を行うことにより実現される。

また、圧縮後の画像をメモリカード２５に記録したり、またＬＣＤ８１などに表示出力する制御機能も持っている。このような画像に対する各種の処理もメインマイコン部７の制御に基づいて行われる。

ＡＦ制御部７１は、ズーム・フォーカス駆動部３３２を制御して、フォーカシングレンズを小刻みに移動させ、それぞれで得られた画像データに基づいて画像の評価を行い最適なフォーカシングレンズの位置を決定する（ＡＦ機能）。

ＡＥ制御部７２は、撮影前に画像メモリ２３より得られる画像データに基づいて、撮影時の絞り値とシャッタ速度の露光条件を設定する（ＡＥ機能）。本実施の形態では、シャッタ速度の設定は絞り・シャッタ制御部を制御して絞り３３で行うが、ＣＣＤ５の各画素を構成するセンサの露光時間を変更して、シャッタ速度を設定することも可能である。

また、ＡＥ制御部７２は、フラッシュ撮影時においてフラッシュ９４の制御も行う。

変倍制御部７７は、メニュー／セット釦９５による設定と、ズーム釦９３の操作に応じて、ズーム・フォーカス駆動部３３２に指令し、レンズ部３２の焦点距離を変更したり、デジタルズーム部２２４に画像の拡大を指令する。

手ぶれ制御部７８は、手ぶれ検出部４４から角速度の情報を得てレンズ部３２の図示しない結像面におけるぶれ量を算出し、シャッタ速度と焦点距離から求めた手ぶれ限界値と比較した結果に応じて、変倍制御部７７を制御する。すなわち手ぶれ制御部７８はぶれ量算出手段として機能するものである。手ぶれ制御については後で詳述する。

変倍率検知部６０は、前記変倍制御部７７がズーム・フォーカス駆動部３３２に指令した移動量からレンズ部３２の焦点距離を求め、デジタルズーム部２２４に指令した画像の拡大倍率を前記焦点距離にかけて、等価的な焦点距離を求める。変倍率検知部６０は、前記等価的な焦点距離とレンズ部３２の最短焦点距離からズーム倍率を求める。

なお、レンズ部３２の焦点距離を求めるとき、レンズ部３２の光学系の構成により焦点位置、すなわちフォーカシングレンズの位置が変わると焦点距離も変化する場合がある。フォーカシングレンズの位置と焦点距離の変化量は設計的に求まるので、変倍率検知部６０は両者の関係を示す内部テーブルを持ち、ＡＦ制御部７１からフォーカシングレンズの位置情報を得て、レンズ部３２の正確な焦点距離を検出する。すなわち、変倍率検知部６０は光学倍率検知手段として機能する。

上述のデジタルカメラ１は、静止画像を撮影する静止画撮影モード、動画を撮影する動画撮影モード、記録した画像を画像表示部に再生表示する再生モード、各モードや機能の設定を行うセットアップモード等を有するものである。

本発明に係る光学装置および撮像装置の動作の説明をするに先立ち、一般的な光学装置において発生する手ぶれの要因について説明する。

手ぶれの要因には、カメラを支持している人間の腕の筋肉振動によるものと、体全体の揺れによるものがある。このようなふるえや揺れの内、おもに撮影画像に影響を与えるのは、図１に示すピッチ方向（矢示Ｐ）とヨー方向（矢示ＹＡ）の回転運動成分であり、その周波数は１〜１５Ｈｚである。この回転運動としてのぶれ量は、手ぶれ検出部４４において、ピッチ方向成分Ｖｐとヨー方向成分Ｖｙに分けて、それぞれ１個の角速度センサを対応させて角速度を検出する。

本発明に係る光学装置および撮像装置の動作について説明する。

図３は、図１および図２に示したデジタルカメラ１で行われる手ぶれ防止処理の第１の実施の形態の流れを示すフローチャートである。図３ではデジタルカメラ１でデジタルズーム機能を使用しない場合について説明する。なお、図３においては、デジタルカメラ１の電源が投入され、撮影モードが選択されて撮影待機状態になってからの処理について説明する。

撮影者はファインダ接眼部９１又は、画像表示部１００に表示されるプレビュー画像で撮影範囲を確認しながら、ズーム釦９３を操作して所望とする光学倍率とデジタルズーム倍率、すなわち画角を設定する（ステップＳ１０２）。

次に、シャッタ釦が半押し（Ｓ１）になると（ステップＳ１０３）、ＡＥ制御部７２は自動露出制御を行い露光時間Ｔを設定する（ステップＳ１０４）。ＡＦ制御部７１は焦点を検出し、ズーム・フォーカス駆動部３３２に焦点位置Ｄまで移動するように指令し、レンズ部３２を合焦させる（ステップＳ１０５）。

変倍率検知部６０は、ステップＳ１０２で撮影者が画角を設定する際に、変倍制御部７７がズーム・フォーカス駆動部３３２に指令したレンズ群の移動量からレンズ部３２の焦点距離ｆｓを求め、現在の光学倍率Ｂｓをレンズ部３２の最短焦点距離ｆＷとの比ｆｓ／ｆＷから求める（ステップＳ１０６）。

次に、シャッタ釦が全押し（Ｓ２）になると（ステップＳ１０７）、ＣＰＵ７０は手ぶれ防止機能が設定されているかどうか、を確認する（ステップＳ１０８）。

手ぶれ防止機能が設定されていない場合（ステップＳ１０８；Ｎｏ）、ステップＳ１１９に進み、撮影が開始される。

ぶれ防止機能が設定されている場合（ステップＳ１０８；Ｙｅｓ）、手ぶれ制御部７８は、手ぶれ検出部４４の出力する角速度に応じた電圧を前記露光時間Ｔの間積分し、撮影時のヨー方向とピッチ方向のぶれ角度θｙ、θｐを得る。θｙ、θｐのどちらか大きい方をぶれ角θとする。（ステップＳ１０９）。

手ぶれ量制御部７８は、現在の焦点距離ｆｓとぶれ角θからぶれ量ΔＩを求める（ステップＳ１１０）。

ここで、ステップＳ１１０で求められる結像面上でのぶれ量ΔＩについて、ピッチ方向のぶれを例に説明する。図５は図１のＸ軸方向から見た結像状態を示した模式図である。なお、手ぶれ発生の要因については、ヨー方向についても同様であるのでヨー方向については説明を省略する。

図５（ａ）は広角側の短い焦点距離ｆＷで撮影する場合の結像状態を示した模式図である。

Ｌは光軸であり、ＨはＣＣＤ５の撮像範囲である。ステップＳ１０９で手ぶれ検出部４４において検出された角速度ωを所定時間Ｔの間積分すると、ぶれ角θが得られる。ここで、積分時間Ｔを撮影時の露光時間に相当する時間にすると、撮影時のぶれ角θが得ることができる。ぶれ角θが求まれば、広角撮影時の結像面上のぶれ量ΔＩＷは式（１）で求められる。

ΔＩＷ＝ｆＷ＊ｔａｎθ （１）
図５（ｂ）は撮影レンズ８１を望遠側の長い焦点距離ｆＴで撮影する場合を説明する説明図である。望遠撮影時の結像面上のぶれ量ΔＩＴは式（２）で求められる。

ΔＩＴ＝ｆＴ＊ｔａｎθ （２）
このように、ぶれ量ΔＩは焦点距離ｆに比例するので、ぶれ量は焦点距離が短い場合、すなわち撮影レンズ８１が広角側の方が少ない。

図３に戻って、カメラ固有のぶれ限界値δから手ぶれ限界の限界焦点距離ｆ１から手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１を求める（ステップＳ１１１）。ぶれ限界値δは所定のサイズにプリントした画像を見ても、目視では手ぶれがわからなくなる限界のぶれ量である。予め定められた値であるｆ１は式（３）で求められる。

ｆ１＝δ／ｔａｎθ （３）
レンズ部３２の最短焦点距離ｆＷとすると、手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１は、次式（４）で求められる。

Ｂ１＝ｆ１／ｆＷ （４）
ステップＳ１１１で求めた手ぶれ限界の倍率Ｂ１がレンズ部３２の最小光学倍率である１未満かどうかを判定する（ステップＳ１１２）。手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１が１未満の場合（ステップＳ１１２；Ｙｅｓ）、レンズ部３２を最短焦点距離ｆＷにしても手ぶれを防止することができないので、ＬＣＤ８１に手ぶれ警告を表示するとともに、表示ランプ９２を点灯又は点滅し（ステップＳ１１３）、再度シャッタ釦が押されるのを待つ（ステップＳ１０３）。このとき、ＬＣＤ８１およびランプ９２は手ぶれ警告手段として機能する。

手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１が１以上の場合（ステップＳ１１２；Ｎｏ）、手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１が撮影時に設定されたズーム倍率Ｂｓ未満かどうか、判定される（ステップＳ１１４）。

手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１が、ステップＳ１０６で求められた現在のズーム倍率Ｂｓ以上の場合（ステップＳ１１４；Ｎｏ）、現在設定されている焦点距離ｆｓでも手ぶれは発生しないので、ステップＳ１１９に進み、撮影が開始される。

変倍制御部７７は、手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１が現在のズーム倍率Ｂｓ未満の場合（ステップＳ１１４；Ｙｅｓ）、撮影レンズ８１を手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１にする（ステップＳ１１８）。

ステップＳ１１９ではＣＰＵ７０の指令により撮影を開始し、ＣＣＤ５に露光時間Ｔの間露光する。ＣＣＤ５から得られた画像データは、ステップＳ１２０で、画像処理部２２により、ホワイトバランス補正やガンマ補正、輪郭補正など所定の画像処理が行われて（ステップＳ１２０）、画像メモリ２３に記憶される。

次に、画像圧縮部２２３は画像データを圧縮し、圧縮された画像データは画像メモリ２３に保存された後、順次メモリカード２５に記録される（ステップＳ１２１）。

以上のように、第１の実施の形態によれば、撮影の直前に検出したぶれ量から、手ぶれによる画像ぶれが発生しない限界ズーム倍率Ｂ１を求め、現在のズーム倍率Ｂｓが前記限界ズーム倍率Ｂ１より大きいときは、変倍光学系の焦点距離を前記限界ズーム倍率Ｂ１まで変更するので、低消費電力、低コストで小型な手ぶれ防止機能付き光学装置を提供できる。

手ぶれ防止処理の第２の実施の形態について説明する。

図４は、デジタルカメラ１で行われる手ぶれ防止処理の第２の実施の形態の流れを示すフローチャートである。図４では、デジタルカメラ１でデジタルズーム機能が使用される場合について説明する。図３で説明した処理と基本的な処理内容は同じであるので、図３と同じ処理には同符号を付け説明を省略する。

ステップＳ１０５までの処理は図３と同じなのでステップＳ２０６より説明する。

ステップＳ２０６においても、撮影者が画角を設定する際に、変倍制御部７７がズーム・フォーカス駆動部３３２に指令したレンズ群の移動量からレンズ部３２の焦点距離ｆｓを求めるのは図３のステップＳ１０６同じであるが、デジタルズームによる効果も含めて換算する点が異なる。

すなわち、焦点距離ｆｓを算出した後、変倍制御部７７がデジタルズーム部２２４に拡大倍率Ｘで画像の拡大を指令しているときは、焦点距離ｆｓをＸ倍してｆｓ＝Ｘ＊ｆｓとして、現在のズーム倍率Ｂｓを求める。

次に、シャッタ釦が全押し（ＳＷ２）になると（ステップＳ１０７）、ＣＰＵ７０は手ぶれ防止機能が設定されているかどうか、を確認する（ステップＳ１０８）。

ぶれ防止機能が設定されていない場合（ステップＳ１０８；Ｎｏ）、撮影が開始される（ステップＳ１１９）。

ぶれ防止機能が設定されている場合（ステップＳ１０８；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ７０はぶれ角度θを得る（ステップＳ１０９）。

手ぶれ制御部７８は、現在の焦点距離ｆｓとぶれ角θからぶれ量ΔＩを求める（ステップＳ１１０）。

次にカメラ固有のぶれ限界値δから手ぶれ限界の限界焦点距離ｆ１を求める。また、レンズ部３２の最短焦点距離ｆＷとすると、手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１を求める（ステップＳ１１１）。

求めた倍率Ｂ１が１未満かどうかを判定する（ステップＳ１１２）。

手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１が１未満の場合（ステップＳ１１２；Ｙｅｓ）、レンズ部３２を最短焦点距離ｆＷにしても手ぶれを防止することができないので、手ぶれ警告を表示し（ステップＳ１１３）、再度シャッタ釦が押されるのを待つ（ステップＳ１０３）。

手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１が１以上の場合（ステップＳ１１２；Ｎｏ）、手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１が撮影時に設定されたズーム倍率Ｂｓ未満かどうか、判定される（ステップＳ１１４）。

手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１が現在のズーム倍率Ｂｓ以上の場合（ステップＳ１１４；Ｎｏ）、現在設定されている焦点距離ｆｓでも手ぶれは発生しないので、ステップＳ１１９に進み、撮影が開始される。

変倍制御部７７は、手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１が現在のズーム倍率Ｂｓ未満の場合（ステップＳ１１４；Ｙｅｓ）、手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１が撮影レンズ８１の最大ズーム倍率Ｂｍを超えるかどうか、判定する（ステップＳ２１５）。なお、最大ズーム倍率Ｂｍは撮影レンズ８１の最長焦点距離ｆＴ／最短焦点距離ｆＷである。

変倍制御部７７は、手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１が撮影レンズ８１の最大ズーム倍率Ｂｍを超える場合（ステップＳ２１５；Ｙｅｓ）、デジタルズームの拡大倍率ＸをＸ＝Ｂ１／Ｂｍとする（ステップＳ２１６）。

変倍制御部７７は、手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１が撮影レンズ８１の最大ズーム倍率Ｂｍ以下の場合（ステップＳ２１５；Ｎｏ）、デジタルズームの拡大倍率Ｘを１、すなわちデジタルズームオフとし（ステップＳ２１７）、撮影レンズ８１を手ぶれ限界のズーム倍率Ｂ１にする（ステップＳ２１８）。

次にステップＳ１１９ではＣＰＵ７０の指令により撮影を開始し、ＣＣＤ５に前記露光時間Ｔの間露光する。ＣＰＵ７０は、ＣＣＤ５から得られた画像データを、ステップＳ１２０でホワイトバランス補正やガンマ補正、輪郭補正など所定の画像処理を行って（ステップＳ１２０）、画像メモリ２３に一旦記憶する。

次に、画像圧縮部２２３は画像を圧縮し、圧縮されたデータは一旦画像メモリ２３に保存された後、順次メモリカード２５に記録される。（ステップＳ１２１）。

なお、本実施の形態では５は撮像素子のＣＣＤと説明したが、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子でも良い。また、撮像素子ではなくフィルムでも良い。

以上のように本実施の形態によれば、撮影者の意図した画角を優先し、かつ手ぶれのない画像が得られる光学装置又は撮像装置を提供することができるので、消費電力が少ない安価な手ぶれ防止機能付き光学装置又は撮像装置を提供できる。

なお、本実施の形態としてデジタルカメラを例示したが、携帯電話やビデオカメラなどにも適用可能である。

また、変倍光学系を持たないデジタルズーム機能付きデジタルカメラや携帯電話、ビデオカメラなどにも適用可能である。

さらに、本実施の形態としてデジタルカメラを例示したが、撮像素子を持たないフィルムカメラにも適用可能である。

本発明に係る撮像装置の外観図である。 本発明に係る撮像装置の内部構成を示す概略ブロック図である。 本発明に係る撮像装置が行うぶれ防止の手順の第１の実施の形態について説明するフローチャートである。 本発明に係る撮像装置が行うぶれ防止の手順の第２の実施の形態について説明するフローチャートである。 焦点距離とぶれ量の関係を説明する説明図である。

符号の説明

１ デジタルカメラ
５ ＣＣＤ
２３ 画像メモリ
２５ メモリカード
４４ 手ぶれ検出部
６０ 変倍率検知部
７０ ＣＰＵ
７７ 変倍制御部
７８ 手ぶれ制御部
８１ 撮影レンズ
２２４ デジタルズーム部
Ｌ 光軸

Claims (8)

1. 変倍光学系を有する光学装置において、
   前記変倍光学系の結像面におけるぶれ量を算出するぶれ量算出手段と、
   前記ぶれ量算出手段により算出されたぶれ量に基づいて限界倍率を求め、前記変倍光学系の光学倍率を前記限界倍率よりも小さくなるように、前記変倍光学系を制御する制御手段とを有することを特徴とする光学装置。
2. 露光時間を設定する露光時間設定手段と、
   前記変倍光学系の光学倍率を検知する光学変倍率検知手段と、
   前記光学装置が移動する角速度を検知する手ぶれ検知手段とを有し、
   前記ぶれ量算出手段は、前記露光時間設定手段で設定された露光時間と、前記光学変倍率検知手段で検知された光学倍率と、前記手ぶれ検知手段で検知された角速度とに基づいてぶれ量を算出することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記限界倍率が、前記変倍光学系の最小光学倍率よりも小さい場合に警告する手ぶれ警告手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
4. 撮影レンズから入射した被写体像を光電変換して画像データを生成する撮像素子と、
   前記撮像素子で生成された画像データを変倍するデジタルズーム手段とを有する撮像装置において、
   前記撮影レンズの結像面におけるぶれ量を算出するぶれ量算出手段と、
   前記ぶれ量算出手段により算出されたぶれ量に基づいて限界倍率を求め、前記デジタルズーム手段による画像データのデジタルズーム倍率を前記限界倍率よりも小さくなるように、前記デジタルズーム手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
5. 露光時間を設定する露光時間設定手段と、
   前記撮影レンズの光学倍率を検知する光学変倍率検知手段と、
   前記撮像装置が移動する角速度を検知する手ぶれ検知手段とを有し、
   前記ぶれ量算出手段は、前記露光時間設定手段で設定された露光時間と、前記光学変倍率検知手段で検知された光学倍率と、前記手ぶれ検知手段で検知された角速度とに基づいてぶれ量を算出することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記限界倍率が前記デジタルズーム手段の最小倍率よりも小さい場合は、警告する手ぶれ警告手段を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の撮像装置。
7. 変倍光学系を有する光学装置の制御方法において、
   前記変倍光学系の結像面におけるぶれ量を算出するぶれ量算出工程と、
   前記ぶれ量算出工程で算出されたぶれ量に基づき、限界倍率を求める限界倍率算出工程と、
   前記変倍光学系の光学倍率を前記限界倍率よりも小さくなるように、前記変倍光学系を制御する制御工程とを含むことを特徴とする光学装置の制御方法。
8. 撮影レンズから入射した被写体像を光電変換して画像データを生成する撮像工程と、
   結像面におけるぶれ量を算出するぶれ量算出工程と、
   前記ぶれ量算出工程で算出されたぶれ量に基づいて限界倍率を求める限界倍率算出工程と、前記限界倍率よりも小さいデジタルズーム倍率で、前記撮像工程で生成された画像データを変倍するデジタルズーム工程を含むことを特徴とする撮像装置の制御方法。

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