JP2016024235A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学式手ぶれ補正と電子式手ぶれ補正の併用が可能な撮像装置において、外乱の影響を抑制した良好な補正効果を実現する。【解決手段】装置の動きによる像ぶれを補正するための補正量の高周波成分を光学的に像ぶれを補正するとともに、補正量と、光学的な補正に用いる機械要素の位置との差に基づいて得られる補正量に基づいて電子的に像ぶれを補正する。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置およびその制御方法に関し、特には手ぶれ補正技術に関する。

撮像装置の振れを検出して、この振れに起因する画像ぶれを補正する手ぶれ補正技術が知られている。手ぶれ補正技術には、装置の振れをキャンセルするように、撮像レンズの一部や撮像素子を移動させる光学式手ぶれ補正と、画像の切り出し位置を移動させる電子式手ぶれ補正とがある。

また、大きな手ぶれに対応できるよう、光学式手ぶれ補正と、電子式手ぶれ補正を併用することも知られている。特許文献１には、角速度センサや加速度センサで検出した像振れ信号を高周波成分と低周波成分に分離し、高周波成分に基づいて光学式手ぶれ補正を、低周波成分に基づいて電子式手ぶれ補正を行う方法が記載されている。

また、特許文献２では、装置の角速度が設定値以下の場合には電子式手ぶれ補正を、一定値以上の場合には光学式手ぶれ補正を選択的に用いて、補正範囲を拡大する方法が記載されている。

特開２０１０−４３７０号公報 特許第２８０３０７２号公報（段落００５７〜００６０）

光学式手ぶれ補正は常時実行可能であるのに対し、電子式手ぶれ補正は、画像の切り出しによるぶれ補正のため、露光中の手ぶれ補正ができない。そのため、特許文献１の方法では、動画撮影中の静止画撮影における露光中は光学式手ぶれ補正しか利用できず、手ぶれの高周波成分しか補正できない。また、上述した外力に起因する課題も存在する。

また、特許文献２の方法では、電子式手ぶれ補正と光学式手ぶれ補正とが切り替わる境界において、光学式手ぶれ補正の駆動がオーバーシュートして画像が乱れるといった課題がある。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みなされたものであり、光学式手ぶれ補正と電子式手ぶれ補正の併用が可能な撮像装置およびその制御方法において、外乱の影響を抑制した良好な補正効果を実現することを目的とする。

上述の目的は、装置の動きによる像ぶれを補正するための第１の補正量を算出する第１の算出手段と、第１の補正量のうち予め定められた高周波成分に基づいて機械要素を駆動することにより、光学的に像ぶれを補正する第１の補正手段と、第１の補正量と機械要素の位置との差に基づいて得られる第２の補正量に基づいて画像の切り出し位置を変更することにより、電子的に像ぶれを補正する第２の補正手段と、を有することを特徴とする撮像装置によって達成される。

本発明によれば、光学式手ぶれ補正と電子式手ぶれ補正の併用が可能な撮像装置およびその制御方法において、外乱の影響を抑制した良好な補正効果を実現することができる。

実施形態に係る撮像装置の一例としてのデジタルカメラの機能構成例を示すブロック図 第１の実施形態における手ぶれ補正動作を説明するためのブロック図 第２の実施形態における手ぶれ補正動作を説明するためのブロック図 実施形態における光学的手ぶれ補正で制御する機械要素をモデル化した模式図 第３の実施形態における外乱オブザーバの動作を説明するための図 第３の実施形態における手ぶれ補正動作を説明するためのブロック図

以下、本発明の例示的な実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、本発明の実施形態に係る撮像装置の一例としてのデジタルカメラについて説明する。しかし、本発明はデジタルカメラのように撮影機能を主とする装置に限らず、光学式手ぶれ補正および電子式手ぶれ補正の両方を利用可能な撮像装置を有する任意の機器に適用可能である。このような機器の一部を例示すれば、携帯電話機（スマートフォン含む）、ゲーム機、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、カーナビゲーションシステム、ドライブレコーダ、ロボットなどがある。

図１は本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１００の機能構成例を示すブロック図である。デジタルカメラ１００は、静止画像と動画像の撮影、記録が可能であり、光学式手ぶれ補正および電子式手ぶれ補正の両方を利用可能である。なお、本実施形態では光学式手ぶれ補正で駆動する機械部品が手ぶれ補正レンズ（シフトレンズまたはチルトレンズ）であるものとするが、撮像素子（もしくはレンズと撮像素子とを保持するモジュール）を駆動してもよい。

図１において、撮像光学系１２０は、ズームユニット１０１、絞り・シャッタユニット１０３、手ぶれ補正ユニット１０５、およびフォーカスユニット１０７を有し、撮像部１０９が有する撮像素子の結像面に光学像を形成する。ズームユニット１０１は撮像光学系の焦点距離（画角）を変化させるための、光軸方向に移動可能なレンズ群である。絞り・シャッタユニット１０３は、絞り機能を有するメカニカルシャッタである。手ぶれ補正ユニット１０５は、像ぶれを光学的に補正するための、光路中で移動可能な機械要素を有する。機械要素は例えば、光軸に対して直交する方向もしくは光軸に対して傾く方向に移動可能な手ぶれ補正用レンズや撮像素子であってよい。フォーカスユニット１０７は、撮像光学系１２０が合焦する距離を調整するための、光軸方向に移動可能なフォーカスレンズを有する。なお、撮像光学系１２０には、図示していない固定レンズが含まれていてもよい。

ズームユニット１０１、絞り・シャッタユニット１０３、手ぶれ補正ユニット１０５、およびフォーカスユニット１０７は、それぞれ機械的な可動部材を有している。これらの可動部材は、ズーム駆動制御部１０２、絞り・シャッタ駆動制御部１０４、手ぶれ補正制御部１０６、フォーカス駆動制御部１０８が、システム制御部１１９の制御に従って駆動する。

撮像部１０９は複数の画素が配列された撮像素子を有し、撮像光学系１２０が結像する被写体像を画素ごとに電気信号に変換する。撮像信号処理部１１０は、撮像部１０９から出力された電気信号に対してＡ／Ｄ変換、ホワイトバランス調整、色補間などの処理を適用して画像信号に変換処理する。撮像信号処理部１１０はさらに、手ぶれ補正ユニット１０５の駆動量に応じてシステム制御部１１９が算出する電子式手ぶれ補正量に基づいて画像信号の切り出し位置を変更することにより、電子式手ぶれ補正機能を実現する。

画像信号処理部１１１は、撮像信号処理部１１０から出力された画像信号を用途に応じて加工する。画像信号処理部１１１は例えば画像信号を表示解像度に合わせてリサイズしたり、記録用に符号化したりする。

表示部１１２は、画像信号処理部１１１から出力された表示用の画像信号をシステム制御部１１９の制御に基づいて表示する。電源部１１３は、動作モードやユーザ指示に応じて、デジタルカメラ１００の機能ブロックのうち必要なものに電源を供給する。外部入出力端子部１１４は、信号やデータなどを通信するために外部装置を接続するためのコネクタおよびインターフェース群である。なお、外部装置と無線通信を行う場合、外部入出力端子部１１４はアンテナを有してよい。

操作部１１５はユーザがデジタルカメラ１００に指示や設定などを入力するために用いる入力デバイス群である。代表的にはボタン、スイッチ、タッチパネルなどであるが、音声や視線などを利用するものであってもよい。本実施形態では、手ぶれ補正機能のON/OFFをユーザが指示するための防振スイッチと、静止画の撮影準備開始および撮影開始を指示するためのレリーズボタンと、動画の撮影開始および停止を指示するための動画記録ボタンとが操作部１１５に含まれている。レリーズボタンは半押しでオンする第１スイッチＳＷ１と、全押しでオンする第２スイッチＳＷ２とを有し、第１スイッチＳＷ１のオンが撮影準備開始を、第２スイッチＳＷ２のオンが撮影開始をそれぞれシステム制御部１１９に指示する。動画記録スイッチは、動画記録されていない状態で押下されると動画撮影の開始を、動画記録中に押下されると記録停止（終了）を、それぞれシステム制御部１１９に指示する。なお、動画記録中にレリーズボタンが操作された場合には、動画記録中の静止画撮影が実行される。

また、本実施形態のデジタルカメラ１００は、撮影モードと再生モードを含む複数の動作モードを有し、操作部１１５を通じて動作モードを指定することができる。なお、再生モードが指定された場合にシステム制御部１１９は手ぶれ補正機能をOFFにする。
また操作部１１５には、撮像光学系１２０はの焦点距離（画角）を変更するためのズームスイッチが含まれ、システム制御部１１９は、ズーム駆動制御部１０２を通じて、ズームスイッチの操作方向に応じた方向にズームユニット１０１を駆動する。

記憶部１１６は例えば着脱可能な半導体メモリカードであり、デジタルカメラ１００で撮影した静止画、動画（音声を含む）などを記憶する。なお、記憶部１１６は不揮発性メモリ以外の記憶装置を用いてもよいし、デジタルカメラ１００に固定された記憶装置を含んでもよい。

角速度検出部１１７は角速度センサを有し、角速度センサの出力に基づいてデジタルカメラ１００の動き（手ぶれ量）を検出する。加速度検出部１１８は加速度センサを有し、加速度センサの出力に基づいてデジタルカメラ１００に加わる加速度を検出する。システム制御部１１９はＣＰＵやＭＰＵなどのプログラマブルプロセッサの１つ以上と、ＲＯＭ、ＲＡＭを有し、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＲＡＭに展開して実行することによりデジタルカメラ１００の機能ブロックの動作を制御する。

次に、デジタルカメラ１００の動作について説明する。
操作部１１５の防振スイッチにより手ぶれ補正機能のONが指示されると、システム制御部１１９は手ぶれ補正制御部１０６に防振動作を指示し、これを受けた手ぶれ補正制御部１０６が防振OFFの指示がなされるまで防振動作を行う。また、操作部１１５には、光学式手ぶれ補正のみで防振するモードと、光学式手ぶれ補正と電子式手ぶれ補正の併用で防振するモードを選択できる手ぶれ補正モードスイッチが含まれる。光学式手ぶれ補正のみのモードの場合、撮像部１０９の読み出し位置は一定となり、その分読み出し範囲を広げることで、広角撮影に対応できる。一方、光学式手ぶれ補正と電子式手ぶれ補正の併用で防振するモードを選択した場合、撮像部１０９の切り出し範囲が狭まる代わりに、読み出し位置を手ぶれ補正量に応じて変更することで、より大きな手ぶれに対応できる。

操作部１１５のレリーズボタンの第１スイッチＳＷ１がオンすると、システム制御部１１９は、静止画の撮影準備動作を開始する。具体的には、システム制御部１１９が、ＡＦ枠などの焦点検出領域内の被写体に撮像光学系１２０が合焦するよう、フォーカス駆動制御部１０８を通じてフォーカスユニット１０７を移動させる。この自動焦点検出動作は、いわゆるライブビュー表示に用いられる画像データに基づいて、像面位相差検出方式やコントラスト検出方式など、公知の方法を用いて行うことができる。また、撮像素子の他に設けた位相差検出センサの出力に基づく位相差検出方式を用いてもよい。また、システム制御部１１９は、やはり公知の方法を用いた自動露出制御を実行し、適正露出を得るための撮影条件（絞り値、シャッタ速度、撮影感度など）を決定する。システム制御部１１９はこの時点で、決定した絞り値となるように絞り・シャッタ駆動制御部１０４を通じて絞り・シャッタユニット１０３を駆動してもよい。

そして、第２スイッチＳＷ２がオンになると、システム制御部１１９は静止画撮影動作を開始する。システム制御部１１９は、決定した撮影条件に基づき、絞り・シャッタ駆動制御部１０４を通じて絞り・シャッタユニット１０３を駆動する。また、システム制御部１１９は、撮像部１０９が生成した画像信号を、撮像信号処理部１１０および画像信号処理部１１１で処理させて記録用画像信号を取得する。システム制御部１１９は、記録用が像信号を予め定められたファイル形式で記憶部１１６に記憶する。

なお、動画記録スイッチが押下された場合には、所定のフレームレートでの動画撮影並びに記録を開始する。各フレームの撮影、記録動作は符号化形式などを除き、基本的に静止画撮影時と同様である。なお、動画撮影時に行われるＡＦ動作についても、公知のＴＶ−ＡＦ方式などを用いて実施すればよい。

図２は、デジタルカメラ１００の手ぶれ補正機能に関する機能構成をより詳細に示したブロック図である。なお、ピッチ（チルト）方向およびヨー（パン）方向のデータについて同じ動作を行うため、１方向に関してのみ説明する。また、図２においてシステム制御部１１９が有する機能ブロックは、システム制御部１１９が有するプログラマブルプロセッサがソフトウェアを実行することで実現されても、少なくとも一部がＡＳＩＣやＰＬＤのようなハードウェアで実現されてもよい。

角速度検出部１１７は、角速度センサとして例えばジャイロを用い、角速度を電圧として出力する。システム制御部１１９のＡＤ変換部２０１は、角速度検出部１１７が出力する電圧を所定のサンプリングレートでデジタルデータに変換する。
第１のぶれ補正量演算部２０２は、ＡＤ変換部２０１が出力する角速度データから、像ぶれを補正するための補正量（第１の補正量）を算出する。具体的には、光学的手ぶれ補正量演算部２０２は、角速度データにハイパスフィルタを適用してオフセット成分を除去した後に積分して角度データに変換し、敏感度と呼ばれる係数を乗ずることで角度データをぶれ補正量に変換する。

ローパスフィルタ(LPF)２０３は第１のぶれ補正量演算部２０２の出力するぶれ補正量の低周波成分のみを通過させる。ＬＰＦ２０３の遮断周波数は可変であってよく、光学式手ぶれ補正に用いる機械要素（シフトレンズ）の可動範囲と、予め測定されたぶれの周波数成分と振幅との関係に応じて定めることができる。減算器２１１はローパスフィルタ２０３の出力をぶれ補正量から減じ、手ぶれ補正量の高周波成分を出力する。ＬＰＦ２０３および減算器２１１は、手ぶれ補正量の高周波成分を抽出するフィルタ手段を構成する。

PID制御部２０４は、手ぶれ補正量の高周波成分と手ぶれ補正ユニット（手ぶれ補正レンズ）１０５の位置を入力として、公知のPID制御により手ぶれ補正量を生成する。そして、PID制御部２０４は、手ぶれ補正量を光学式手ぶれ補正制御部１０６に供給し、駆動部２０５を通じて手ぶれ補正レンズの位置を制御する。具体的には、PID制御部２０４は、駆動部２０５に与えた補正量によって実現されるべき補正レンズ位置と、ＡＤ変換部２０７から入力される補正レンズの位置との差を偏差としたPID制御を行う。また、駆動部２０５は手ぶれ補正量を、手ぶれ補正ユニット１０５を駆動する例えばアクチュエータを動作させる電流に変換する。PID制御部２０４および駆動部２０５は第１の補正手段を構成する。

光学式手ぶれ補正制御部１０６が有する駆動部２０５は、PID制御部２０４の出力する手ぶれ補正量を電圧に変換し、手ぶれ補正ユニット１０５を駆動するための電流を供給する。位置検出部２０６は、手ぶれ補正ユニット１０５に含まれる手ぶれ補正レンズの位置を検出し、位置に応じた値を有するアナログ電圧信号（位置検出信号）として出力する。システム制御部１１９のAD変換部２０７は、手ぶれ補正レンズの位置を表すアナログ電圧をデジタルデータに変換し、PID制御部２０４に出力する。

このように、本実施形態では、検出した手ぶれ量の高周波成分に基づいて光学式手ぶれ補正を行う。なお、ローパスフィルタ２０３の遮断周波数は変更してもよい。例えば、光学式手ぶれ補正で駆動するレンズ等の可動範囲が変更された場合には、可動範囲が狭いほど遮断周波数を上げ、より小さい範囲の補正に特化するようにしてもよい。また、動画撮影時における１フレーム当たりの露光時間が変更された場合には、露光時間が長いほど光学式手ぶれ補正が必要となるため、ローパスフィルタ２０３の遮断周波数を下げるようにしてもよい。これは、上述の通り、露光中に発生する手ぶれは電子式手ぶれ補正では補正できないためである。

また、レリーズボタンが押下されて静止画撮影を行う場合（動画記録中の静止画撮影時を含む）、静止画露光中は電子式手ぶれ補正が実施できず、高周波成分のみの手ぶれ補正しかできない。そこで、システム制御部１１９は、静止画露光中のみ、減算器２１１の出力ではなく第１のぶれ補正量演算部２０２の出力を直接PID制御部２０４に供給する。あるいは、PID制御部２０４は、静止画露光中には減算器２１１の出力ではなく第１のぶれ補正量演算部２０２の出力を用いて補正量を生成する。これにより、検出された手ぶれの全周波数成分を光学式手ぶれ補正機能を用いて補正するための補正量が生成され、静止画露光中の手ぶれ補正能力を向上させることができる。

引き続き図２を参照して、電子式手ぶれ補正機能の動作について説明する。第１のぶれ補正量演算部２０２の出力するぶれ補正量は、減算器２１２にも入力される。減算器２１２は、第１のぶれ補正量演算部２０２の出力するぶれ補正量から、位置検出部２０６が出力する手ぶれ補正レンズの位置を減算する。第２のぶれ補正量演算部２０８は、減算器２１２の出力する、光学式手ぶれ補正機能によって補正されていない低周波成分のぶれ補正量（ぶれ残り量）に係数を乗じて、電子式手ぶれ補正に使用する画像切り出し位置の補正量（第２の補正量）に変換する。撮像信号処理部１１０において、画像処理部２１０は、撮像部１０９が出力するアナログ画像信号に対し、Ａ／Ｄ変換、ホワイトバランス調整、色補間などの処理を適用してデジタル画像信号に変換処理する。電子式手ぶれ補正部２０９は、第２のぶれ補正量演算部２０８から供給される補正量に基づいた位置でデジタル画像信号を切り出し、画像信号処理部１１１に出力する。第２のぶれ補正量演算部２０８および電子式手ぶれ補正部２０９は第２の補正手段を構成する。

本実施形態によれば、検出された撮像装置のぶれを光学式手ぶれ補正機能で補正するための補正量の高周波成分を光学的手ぶれ補正機能により補正し、補正量と光学的手ぶれ補正に用いる機械要素の位置との差を電子式手ぶれ補正機能とを用いて補正する。検出されたぶれを高周波成分と低周波成分に分離し、光学式手ぶれ補正機能と電子式手ぶれ補正機能で独立して補正する構成の場合、光学式手ぶれ補正に用いる機械要素の駆動の応答遅れや外乱による位置の誤差が補正されずに残ってしまう。しかし、本実施形態の構成によれば、光学的手ぶれ補正でぶれで補正しきれなかった周波数成分を電子的手ぶれ補正で補正する構成としたため、外乱や応答遅れの影響を電子的手ぶれ補正でカバーすることができ、補正能力の向上が実現できる。

●（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態においても、光学式手ぶれ補正機能に用いる機械要素の駆動における応答遅れや外乱による位置制御の精度低下を抑制できた。しかし、歩いたり走ったりしながら撮影した場合に生じるような大きな外乱に起因する精度低下を電子式手ぶれ補正でカバーするのは困難であり、像ぶれが補正しきれないことがある。なお、外乱とは制御を乱す外的な作用であり、本実施形態の光学式手ぶれ補正に対する外乱は、駆動部２０５が駆動する機械要素（手ぶれ補正レンズなど）の位置を乱すような外力である。

本実施形態では、外乱に対する光学式手ぶれ補正の耐性を強化することで、大きな外乱が加わった際の補正精度の低下を抑制するための構成を提供する。図３は、本実施形態に係るデジタルカメラの、手ぶれ補正機能に関する機能構成を示したブロック図であり、図２と同じ構成要素には同じ参照数字を付してある。

本実施形態では外乱の検知を加速度検出部１１８を用いて行う。デジタルカメラに加わる外乱（外力）には様々あるが、歩き撮りや走り撮りした際には大きな加速度外乱が発生する。この外乱は手ぶれ補正ユニット１０５（手ぶれ補正レンズ）を移動させ、像揺れとして記録されてしまう。本発明では光学式手ぶれ補正機能で補正しきれなかったぶれ成分は電子式手ぶれ補正機能で補正する構成であるが、電子式手ぶれ補正は画像の切り出し位置を変更することでぶれを補正するため、画像の１フレーム期間内に発生する高周波のぶれは補正できない。また、外乱補償は制御対象を数理モデル化して計算された外乱推力に基づいて行われるが、一般的に実制御対象は非線形要素を含むため、簡易的に線形化された数理モデルに基づく外乱推力を用いて完全に補償することはできない。

そのため、本実施形態では電子式手ぶれ補正による外乱補償と光学式手ぶれ補正による外乱補償とを並列に実施することで、補償効果を高めるものである。図４は、手ぶれ補正ユニット１０５が有する制御対象の機械要素（手ぶれ補正レンズ）を２次系のバネマスダンパモデルで模式的に表した図である。レンズ可動部の重量をM [kg]、バネ定数をk [N/m]、減衰係数をD [N・s/m]、レンズ駆動変位量をx(t) [m]、レンズに加わる力をu(t) [N]とすると、運動方程式より以下の式が成り立つ。

この式をラプラス変換し、制御対象を伝達関数H(s)で表現すると以下のようになる。ただしH(s)は制御対象である手ぶれ補正ユニット１０５の数理モデルの伝達関数とする。

これにより、手ぶれ補正レンズは２次系の制御対象として近似することができる。ここでのレンズに加わる力u(t)は、駆動部２０５から出力されるレンズ駆動指令信号（駆動電流）によってアクチュエータ等に印加される駆動力r(t) [N]と、加速度外乱などによる外力d [N]の合成であり、以下の式で表される。
u(t)=r(t)+d(t)

d(t)を加速度外乱に限定すれば、デジタルカメラ１００の加速度が検知できれば補償することができる。従って、加速度検出部１１８を用いて、デジタルカメラ１００の加速度を検出する。AD変換部３１１は加速度検出部１１８が検出した、アナログ信号で表される加速度をデジタルデータに変換する。

外乱推力変換部３１２は検出した加速度を、デジタルカメラ１００（手ぶれ補正ユニット１０５）に加わる外乱推力に変換する。バンドパスフィルタ(BPF)３１３は、歩き撮りや走り撮りの際に発生する外乱の所定の周波数成分を通過させる特性を有する。ＢＰＦ３１３の出力は増幅器３１４に入力され、外乱補償ゲイン（増幅率）が適用される。外乱補償ゲインは、外乱補償によって過補正が生じないよう、外乱振幅の大きさなど、撮影時の状態に応じて動的に変更してもよい。

歩き撮りや走り撮りを想定した外乱補償を行う場合、撮像光学系１２０の画角が所定の第１の画角より大きい場合（広角側）では外乱補償ゲインを基準値より大きくし、第２の画角より小さい場合（望遠側）では外乱補償ゲインを基準値より小さくしてもよい。また、デジタルカメラ１００の手ぶれ補正モードとして、撮影画角を狭くする代わりに電子式手ぶれ補正の補正範囲を広げるモードが設定されていれば、外乱補償ゲインを基準値よりも大きくしてもよい。最終的に外乱補償ゲインを適用して求めた外乱推力を、減算器３１５においてPID制御部２０４の出力から差し引くことで、外乱を補償した補正値（第３の補正値）を算出する。これにより、光学式手ぶれ補正が外乱によって受ける影響を補償し、外乱による光学式手ぶれ補正能力の低下を抑制できる。そのため、光学式手ぶれ補正で補正しきれないぶれ成分を電子式手ぶれ補正で補正することが可能になり、全体的な手ぶれ補正能力を向上させることができる。本実施形態において、外乱推力変換部３１２、ＢＰＦ３１３、増幅器３１４、および減算器３１５は第２の算出手段を構成する。

なお、静止画撮影の場合の動作は第１の実施形態と同様であってよいが、ＢＰＦ３１３の位相遅れや位相進みを補償するため、静止画撮影用の露光中のみＢＰＦ３１３の遮断周波数を変更する。また、静止画露光中は電子式手ぶれ補正が使用できないため、動画撮影中には過補正を防止するために外乱補償ゲインを小さくしていた場合であっても、静止画露光開始とともに露光期間中のみ大きい値に変更する。

このように、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、歩きながら、もしくは走りながら撮影がなされた場合のように大きな外乱が加わる場合においても、良好な手ぶれ補正を実現することができる。

●（第３の実施形態）
第２の実施形態においては、加速度検出部１１８（加速度センサ）を用いて外乱を測定し、外乱補償を行っていた。本実施形態では、加速度検出部１１８を用いずに外乱補償を実現する構成を提供する。

具体的には、制御対象の数理モデルの逆モデルを用いた外乱オブザーバを用いて推定した加速度を、第２の実施形態における加速度検出部の出力と同様に用いて、外乱補償を行う。

まず、図５を用いて、一般的な外乱オブザーバについて説明する。図５における値は以下の通りである。
・r ：制御対象５０１への入力（外乱を受ける前）。
・x ：制御対象５０１の出力。
・G(s) ：制御対象５０１の伝達関数。
・d ：制御対象５０１に加わる外乱。
・H(s) ：理論的に求めた制御対象５０１の伝達関数。
・e ：推定外乱。

一般的に制御対象が機械的構造をもつ場合、制御対象の伝達関数G(s)は非線形成分を有するので、理論的に求めた伝達関数H(s)をG(s)と一致させることは難しい。このため、G(s)≒H(s)ではあるが、厳密にはG(s)≠H(s)である。制御対象５０１への入力は、制御部からの入力rと外乱dが加算器５０３で加算されたものである。制御対象５０１では、この加算結果に従った出力xが得られる。その出力xを、理論的に求めた制御対象５０１の伝達関数H(s)の逆モデル５０２(1/H(s))に入力することによって、制御対象５０１に実際の入力信号の推定信号が得られる。

前述の通り、G(s)≒H(s)であるため、得られる推定信号は実際の入力信号と厳密には一致しないが、外乱の推定には有用である。推定入力信号は、制御部からの入力rと外乱dとの和の推定信号であるため、実際の制御部からの入力信号rを減算器５０５で減算することで、外乱dの推定信号が得られる。推定された外乱eを、制御部からの入力rが制御対象５０１に入力される前に減算器５０４で減算することで、実際の外乱dを補償することができる。図５において、外乱オブザーバは、伝達関数「１／H(s)」を有する逆モデル５０２および減算器５０５から構成される。外乱オブザーバの推定精度は、制御対象５０１の逆モデル５０２の伝達関数H(s)が制御対象の伝達関数G(s)をどれだけ精度良く近似できるかに大きくに依存する。

図６は、本実施形態に係るデジタルカメラの、手ぶれ補正機能に関する機能構成を示したブロック図であり、図２と同じ構成要素には同じ参照数字を付してある。図６は、図２の構成に対し、外乱オブザーバを追加して外乱補償を実現するものである。

駆動部２０５から出力される駆動信号（電流）によって、手ぶれ補正ユニット１０５が駆動される。この時、外乱（主に加速度外乱）が、デジタルカメラ１００に加わると、制御対象である手ぶれ補正ユニット１０５の動きに外乱が加わる。制御信号による動きと外乱による動きが加算された手ぶれ補正ユニット１０５の動きは、位置検出部２０６により検出される。位置検出部２０６が出力する位置検出信号は、ＡＤ変換部２０７がデジタルデータに変換し、外乱オブザーバ６１１、PID制御部２０４に出力される。

外乱オブザーバ６１１は、図５を用いて説明したように、ＡＤ変換された位置検出信号（外乱を反映した手ぶれ補正レンズの位置）と、手ぶれ補正レンズの位置制御に用いられた、推定外乱を除去した補正値とから、外乱（加速度）を推定する。推定した外乱は、図３の外乱推力変換部３１２の出力と同様に、バンドパスフィルタ３１３および増幅器３１４を通じて減算器３１５に入力され、PID制御部２０４の出力する補正値から減算されて外乱が補償される。本実施形態では、外乱オブザーバ６１１、ＢＰＦ３１３、増幅器３１４、および減算器３１５が第２の算出手段を構成する。

なお、本実施形態では簡易的に確定システムにより外乱オブザーバによる補償を記述したが、観測ノイズを考慮した最適制御によるカルマンフィルタを用いて外乱を推定してもよい。

本実施形態によれば、加速度センサを有さない構成であっても、外乱を考慮した手ぶれ補正処理が可能であり、大きな外乱が加わった場合について、第１の実施形態よりも良好な補正効果が実現できる。

（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１０５…補正レンズユニット，１０６…防振制御部，１０９…撮像部，１１０…撮像信号処理部，１１３…電源部，１１２…表示部，１１５…操作部，１１７…角速度検出部，１１８…加速度検出部，１１９…システム制御部

Claims (14)

1. 装置の動きによる像ぶれを補正するための第１の補正量を算出する第１の算出手段と、
   前記第１の補正量のうち予め定められた高周波成分に基づいて機械要素を駆動することにより、光学的に像ぶれを補正する第１の補正手段と、
   前記第１の補正量と前記機械要素の位置との差に基づいて得られる第２の補正量に基づいて画像の切り出し位置を変更することにより、電子的に像ぶれを補正する第２の補正手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１の補正値の前記高周波成分を、前記撮像装置に加わる外乱に応じて補正した第３の補正値を算出する第２の算出手段、をさらに有し、
   前記第１の補正手段は、前記第３の補正値に基づいて前記機械要素を駆動することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像装置の加速度を検出する検出手段をさらに有し、
   前記第２の算出手段は、前記加速度に基づいて前記第１の補正値の前記高周波成分を補正し、前記第３の補正値を算出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記第２の算出手段は、前記第３の補正値と前記機械要素の位置とから推定される加速度に基づいて前記第１の補正値の前記高周波成分を補正し、前記第３の補正値を算出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
5. 前記第２の算出手段が、
   前記加速度を外乱推力に変換する変換手段と、
   前記外乱推力にゲインを適用する増幅手段と、を有し、
   前記ゲインを適用した前記外乱推力を用いて前記第１の補正値の前記高周波成分を補正して前記第３の補正値を出力することを特徴とする請求項３または４に記載の撮像装置。
6. 前記第２の算出手段は、前記撮像装置の撮像光学系の画角が所定の第１の画角より大きい場合には前記ゲインを基準値より大きくし、前記第１の画角より小さい第２の画角より小さい場合には前記ゲインを前記基準値より小さくすることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記第２の算出手段は、前記第２の補正手段の補正範囲を広げる設定がされている場合には、前記ゲインを前記基準値より大きくすることを特徴とする請求項５または６に記載の撮像装置。
8. 前記第２の算出手段は、動画撮影中に前記ゲインが前記基準値より小さくされていても、静止画露光中は前記ゲインを前記基準値よりも大きくすることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記第１の算出手段が出力する前記第１の補正値の低周波成分を除去することにより前記高周波成分を抽出し、前記第１の補正手段に供給するフィルタ手段をさらに有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記撮像装置が静止画露光中の場合、
    前記第１の補正手段は、前記フィルタ手段を介さない第１の補正量に基づいて、前記機械要素を駆動し、
    前記第２の補正手段は前記像ぶれの補正を行わない、
    ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記機械要素の可動範囲が狭いほど前記フィルタ手段の遮断周波数を上げることを特徴とする請求項９または１０に記載の撮像装置。
12. 前記撮像装置の動画撮影時における１フレームの露光時間が長いほど前記フィルタ手段の遮断周波数を下げることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
13. 前記機械要素がレンズおよび撮像素子の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の撮像装置。
14. 撮像装置の第１の算出手段が、装置の動きによる像ぶれを補正するための第１の補正量を算出する第１の算出工程と、
    前記撮像装置の第１の補正手段が、前記第１の補正量のうち予め定められた高周波成分に基づいて機械要素を駆動することにより、光学的に像ぶれを補正する第１の補正工程と、
    撮像装置の第２の補正手段が、前記第１の補正量と前記機械要素の位置との差に基づいて得られる第２の補正量に基づいて画像の切り出し位置を変更することにより、電子的に像ぶれを補正する第２の補正工程と、
    を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。

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