JP2021002010A - 防振制御装置、撮像装置及び防振制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子の有効領域が変化することを考慮して像面防振を行う。【解決手段】 撮像装置（１）は、撮像光学系３により結像した被写体像を光電変換する撮像素子６の有効領域の情報を取得する取得手段（５）と、撮像素子の有効領域の情報に基づいて撮像素子の基準位置を決定する決定手段（５）と、撮像素子を撮像光学系の光軸に直交する平面において基準位置から移動させる防振制御手段（１４）と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、撮影時のブレを補正するために撮像素子の像面を移動させる防振制御装置、当該防振制御装置を備えた撮像装置及び防振制御方法に関するものである。

近年、撮像装置の高性能化により、多くの撮像装置に撮像素子を撮像光学系と直交する平面において移動させる手ブレ補正機構（像面防振機構）が搭載されている。より高い手振れ補正性能を実現するために、手振れ補正機構の動作範囲が大きい機構が多く提案されている。

また、撮像素子はいわゆる静止画、動画など複数のフォーマットの画像を出力可能であることが一般的となっている。フォーマットに応じて、撮像素子の有効領域（記録画像の作成に用いられる領域のことを指す。有効画素領域ともいう）が異なることも多く、同一の撮像装置であっても、モードによって撮像素子の有効領域が変化することが多い。

特許文献１では、イメージサークル径に基づいてブレ補正機構の可動範囲を制限する技術が開示されている。

特許文献２では、ユーザによりあおり撮影が指示されると、あおり撮影を行うために像面防振機構を利用して撮像素子をシフトさせて撮影する技術が開示されている。

これらの技術によると、イメージサークル径に基づいてカメラがブレ補正機構の可動範囲を適切に制限することおよび、像面防振機構をユーザ操作に基づいてオフセットさせた位置で動作させることが出来る。

特開２００７−０３４１４１号公報 特開２０１０−１１７５９１号公報

しかしながら、特許文献１にも２にも、撮像素子の有効領域が変化することを考慮して像面防振を行うことの記載はない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、撮像素子の有効領域の変化に対応することが可能な防振制御装置及び当該防振制御装置を備える撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、撮像光学系により結像した被写体像を光電変換する撮像素子の有効領域の情報を取得する取得手段と、前記取得手段により取得した前記撮像素子の有効領域の情報に基づいて前記撮像素子の基準位置を決定する決定手段と、前記撮像素子を前記撮像光学系の光軸に直交する平面において前記基準位置から移動させる防振制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。

本発明の一側面によれば、撮像素子の有効領域が変化することを考慮して像面防振を行うことができる。

本実施形態における防振制御処理を説明するフローチャート 本実施形態の撮像システムの中央断面図および電気的構成を示すブロック図 本実施形態の防振機構の分解斜視図 本実施形態の防振機構が動作した場合のケラレの状況と撮影モードの関係を説明する図 撮像光学系の光軸が偏心した場合において、撮影モードごとの適当な中心位置を説明する図 撮像光学系の光軸を参照する効果と有効領域の関係を説明する図

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する一実施形態は、レンズユニットをカメラに装着することで撮像可能なレンズ交換式のデジタルカメラに本発明を適用した例を説明する。しかし本発明は、撮像光学系（レンズユニット）が交換可能であり、撮像素子を撮像光学系の光軸に垂直な平面内において回転または並進移動させることで、撮像装置に生じたブレに起因する撮像画像への影響を低減することが可能な任意の機器に適用可能である。任意の機器として、例えば、レンズ交換式のビデオカメラがあげられる。以下、図１から図６を参照して、本実施形態の撮像装置について説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図２（ａ）は本実施形態に係る撮像システムの中央断面図、図２（ｂ）は当該撮像層システムの電気的構成を示すブロック図である。図２（ａ）および図２（ｂ）で同一の符号が付してあるものはそれぞれ対応している。

図２（（ａ）、（ｂ））に示す撮像システムは、カメラ１とカメラ１に装着されるレンズユニット２を備える。レンズユニット２は、マウント（不図示）によりカメラ１に着脱可能に取り付けられており、電気接点１１を介してレンズユニットとカメラとの間で情報の伝達を行う。

レンズユニット２は複数のレンズからなる撮像光学系３と撮像光学系３を構成するレンズを移動させるレンズ駆動手段１３と、レンズ駆動手段１３によるレンズの移動を制御するレンズシステム制御回路１２とレンズメモリ１７とを備える。レンズメモリ１７は、レンズ情報を記憶したり、電気接点を介して取得したカメラからの情報を記憶したりする。撮像光学系３の光軸は符号４で示す。レンズ駆動手段１３は、各種モータ等のアクチュエータで構成することができ、撮像光学系を構成する焦点レンズ、ブレ補正レンズ、絞り等を駆動することができる。また、レンズシステム制御回路１２は電気回路とＣＰＵなどのプロセッサとを組み合わせて構成することもできる。

カメラ１は、カメラ全体の処理を制御するカメラシステム制御回路５を備える。また、カメラ１は、撮像光学系からの光を光電変換して画像信号を出力する撮像素子（イメージセンサ）６と、画像信号に画像処理を施すことにより記録用の画像を生成する画像処理部７と、記録用の画像を記録するメモリ手段８とを備える。また、カメラ１は、表示手段９として、背面表示装置９ａと電子ビューファインダ（ＥＶＦ）９ｂとを備え、撮像範囲を確認しながら撮影することができる。また、背面表示装置９ａはタッチパネルになっており、操作検出部１０に接続されている。尚、カメラシステム制御回路５は、電気回路とＣＰＵなどのプロセッサと組み合わせて構成することもできる。

カメラ１は、不図示の操作部材を備えており、操作検出部１０は操作部材の操作を検出すると、操作信号をカメラシステム制御回路５へ出力する。カメラシステム制御部は、入力された操作信号に基づいてカメラ１の各部の動作を制御して撮像制御を行うことで、静止画および動画の撮影が可能となっている。つまり、操作検出部１０は、ユーザーの撮影準備指示および撮影指示を受け付ける、撮影指示入力手段として機能する。

さらに、カメラ１は撮像素子を撮像光学系３の光軸４に垂直な平面（ｘｙ平面）において並進移動及び回転移動させることが可能な防振機構１４と、カメラ１に加わるブレを検出するブレ検知手段１５と、シャッタ機構１６とを備える。防振機構１４は各種モータなどのアクチュエータを有し、撮像素子６を基準位置からｘｙ平面内で並進移動させるとともにｚ軸（光軸に平行な方向）を中心として回転移動させることができる機構である。具体的な構造については後述する。

ブレ検知手段１５は装置の回転ブレを検知可能であり、本実施形態では、光軸４に垂直な軸（ｘ軸、ｙ軸）と並行な軸（ｚ軸）のそれぞれを中心とする回転ブレ（ピッチ、ヨー、ロール）を検知するものとして説明をする。ブレ検知手段１５としては、角速度を検出する振動ジャイロセンサなどを用いることが出来る。図２（ｂ）は撮像システムの電気的構成を示すブロック図である。カメラ１およびレンズユニット２からなる撮像システムは、撮像手段、画像処理手段、記録再生手段、制御手段を構成する。撮像手段は、撮像光学系３、撮像素子６、シャッタ機構１６を有し、画像処理手段は、画像処理部７を有する。また、記録再生手段は、メモリ手段８、表示手段９（背面表示装置９ａ、ＥＶＦ９ｂ）を有する。制御手段は、カメラシステム制御回路５、操作検出部１０、レンズシステム制御回路１２、レンズ駆動手段１３、防振機構１４、およびブレ検知手段１５を有する。

撮像手段は、物体からの光を、撮像光学系３を介して撮像素子６の撮像面に結像する光学処理系である。撮像素子６からピント評価量／適当な露光量が得られるので、この信号に基づいて適切に撮像光学系３が調整されることで、適切な光量の物体光を撮像素子６に露光するとともに、撮像素子６近傍で被写体像が結像する。

撮像素子６はいわゆる静止画、動画など複数のフォーマットの画像を出力可能である。動画はさらに複数のフォーマットを有しており、アスペクト比等に応じて撮像素子上の有効領域（記録される画像を生成するために用いる領域）が変化する。また、静止画では撮像素子上の一部の領域のみの信号から画像を生成するいわゆるクロップ撮影が可能である。クロップ撮影においてもクロップしない場合に対して撮像素子上の有効領域が変化しているといえる。このように、カメラ１は、カメラシステム制御回路５からの制御に基づいて、動画、静止画、クロップ撮影など、撮像素子６の有効領域が異なる複数の動作が可能であり、これらを動作モードと呼ぶ。有効領域の変更に伴って、撮像素子６からの読み出し領域も変化してもよいし、撮像素子からの読み出し領域は変更せず、画像処理部７が入力された信号の一部を選択することで有効領域を変更してもよい。後者のように、撮像素子からの読み出し領域を変更しない場合であっても、記録用の画像の生成に用いる領域は異なるため、撮像素子の有効領域が異なる動作モードで撮像が実行される。また、シャッタ機構１６はシャッタ幕を走行させることで撮像素子６に被写体像が届くか否かを制御する。本実施形態のシャッタ機構は少なくとも被写体像を遮るための幕（メカ後幕）を備えており、露光の完了はシャッタ機構１６によってなされる。また本実施形態では撮像素子６がシャッタ機構１６の後幕走行に先だって、ラインごとに電荷をリセットすることによって露光開始のタイミングを制御するモード（電子先幕）を備えている。電子先幕のモードでは、前述した撮像素子６の電荷リセット（電子先幕）とシャッタ機構１６の後幕を同期させて動作させることで露出制御を行う。

画像処理手段が有する画像処理部７は、内部にＡ／Ｄ変換器、ホワイトバランス調整回路、ガンマ補正回路、補間演算回路等を有しており、記録用の画像を生成することができる。色補間処理手段はこの画像処理部７に備えられており、ベイヤ配列の信号から色補間（デモザイキング）処理を施してカラー画像を生成する。また、画像処理部７は、予め定められた方法を用いて画像、動画、音声などの圧縮を行う。

記録再生手段は、画像処理部７により作成された記録用の画像の記録と再生を行う。メモリ手段８は不揮発性メモリを備え、更に不揮発性のメモリである画像記憶部（不図示）への画像の記憶を制御する。画像記憶部として、カメラ１に脱着（挿抜）可能な記録媒体を用いることもできる。カメラシステム制御回路５により、メモリ手段８の記憶部へ出力を行うとともに、表示手段９にユーザーに提示する像を表示する。

レンズメモリ１７およびメモリ手段８は不揮発性の記憶部を有し、それぞれ、レンズユニット２の情報およびカメラ１の情報を記憶している。レンズユニット２に設けられたレンズメモリ１７は、撮像光学系３の光軸および光線の有効領域（＝光が十分に届いている範囲）に関する情報などの光学情報を有しているものがある。当該情報をレンズメモリ１７に有していないものについては、例えばサービスセンターでの計測やフィールドでの計測によって、撮像光学系の光軸および光線の有効領域に関する情報を撮像装置に設けられたメモリ手段８に書き込んでおく。そしてそれらの光学情報をレンズメモリ１７から取得した光学情報の代わりに用いる。フィールドでの計測とは、例えば、ユーザーが三脚に固定した状態で均一輝度面に近いもの（空など）を映した状態で計測を行う。より具体的には防振機構１４によって撮像素子６の位置を変化させながら複数の画像を撮影するとともに、レンズの光量プロファイルと見比べて光量が最適となる中心（＝光軸とみなせる位置）と光線の有効領域を決定すればよい。このようにすることで、レンズメモリ１７およびメモリ手段８のいずれかからレンズ光軸および光線の有効領域に関する情報を得ることが出来る。すなわち、レンズメモリ１７およびメモリ手段８のいずれかが、撮像光学系３の光軸を示す情報を保持する、光軸情報保持手段として機能する。

制御手段は、ユーザの操作に応じて撮像システム全体の制御を行い、手ブレ補正を伴う撮影動作を制御する。カメラシステム制御回路５は撮像の際のタイミング信号などを生成して出力する。外部操作に応動して撮像系、画像処理系、記録再生系をそれぞれ制御する。例えば、不図示のシャッターレリーズ釦の押下を操作検出部１０が検出すると、カメラシステム制御回路５は、撮像素子６による撮像処理、防振機構１４による撮像素子の移動、画像処理部７の圧縮処理などを制御し、手ブレ補正を伴う撮影動作を制御する。さらにカメラシステム制御回路５は、表示手段９によって情報表示を行う情報表示装置の各セグメントの状態を制御する。

制御系の光学系の調整動作について説明する。カメラシステム制御回路５には画像処理部７が接続されており、撮像素子６からの信号に基づいて適切な焦点位置、絞り値を求める。つまり、カメラシステム制御回路５は撮像素子６の信号に基づいて測光・測距動作を行い、露出条件（Ｆナンバーやシャッタ速度等）を決定する。すなわちカメラ１の露出制御部及び焦点検出部として機能する。カメラシステム制御回路５は、電気接点１１を介してレンズシステム制御回路１２に指令を出し、レンズシステム制御回路１２はレンズ駆動手段１３を適切に制御する。これにより、主被写体像に合焦するように、焦点位置が調整される。

さらに、ブレ補正レンズを移動させることにより手ブレ補正を行うモードにおいては、後述する撮像素子６から得られた信号や、ブレ検知手段１５で検出したブレ信号に基づいてレンズ駆動手段１３を介してブレ補正レンズを適切に制御することもできる。尚、レンズユニット２がブレ検知手段を有し、当該ブレ検知手段が検出したブレ信号に基づいてブレ補正レンズを制御してもよい。

また、カメラシステム制御回路５は、ブレ検知手段１５からの検出信号に基づいて、カメラ１に加わるブレにより生じる像ブレを補正する補正量を取得する補正量取得手段として機能する。さらに、カメラシステム制御回路５は、取得した補正量に基づいて防振機構１４による撮像素子６の移動を制御する。つまり、カメラシステム制御回路５は、防振機構１４を制御し、撮像素子６を撮像素子の基準位置から補正量分移動させることで防振制御を行う。

カメラシステム制御回路５は、ユーザにより不図示のシャッターレリーズ釦を半分押し下げて撮影予備動作に入る操作（Ｓ１）が操作検出部１０で検出されると、構図決めを容易にするために、防振機構１４を制御して手ブレ補正を行う。すなわち、カメラシステム制御回路５は、ブレ検知手段１５からの信号に基づいて補正量を取得し、取得した補正量に基づいて防振機構１４を制御することで手ブレ補正を実現する。その後、シャッターレリーズ釦を完全に押し下げられたこと（Ｓ２）が操作検出部１０で検出されると、本露光して取得される被写体像のぶれを抑制するために防振機構１４を使って手振れ補正を行う。露光後一定時間が経過すると手振れ補正は停止される。このように、ブレ検知手段１５、撮像素子を移動する防振機構１４および、ブレ検知手段１５の信号に基づいて防振機構１４の目標値を生成し撮像素子の移動制御を行うカメラシステム制御回路５によって防振動作が実現される。

図３を用いて本実施形態の防振機構１４の構成について説明する。図３は防振機構１４の分解斜視図である。なお、簡単のため、制御を行う電気的な仕組みは￥図示していない。図３において縦の線は撮像光学系３の光軸４と平行な線である。図３において、１００番台の番号が付された部材は移動しない部材（固定部材）であり、２００番台の番号が付された部材は移動する部材（可動部材）である。また、３００番台の番号が付された部材は、固定部材と可動部材との間で挟持されるボールである。

図３において、上部ヨーク１０１、上部磁石１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆ、下部磁石１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆ、下部ヨーク１０８が磁気回路を形成しており、いわゆる閉磁路をなしている。上部磁石１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆは上部ヨーク１０１に吸着した状態で接着固定されている。下部磁石１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆは、下部ヨーク１０８に吸着した状態で接着固定されている。上部磁石１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆおよび下部磁石１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆはそれぞれ光軸方向（図３の上下方向）に沿って着磁されている。隣接する磁石（例えば、上部磁石１０３ａ、１０３ｂ）は互いに異なる向きに着磁されている。また、対向する磁石（例えば、上部磁石１０３ａ、１０７ａ）は互いに同じ向きに着磁されている。これにより、上部ヨーク１０１と下部ヨーク１０８との間には光軸方向に沿って強い磁束密度が生じる。

上部ヨーク１０１と下部ヨーク１０８との間には強い吸引力が生じるので、上部ヨーク１０１と下部ヨーク１０８との間が適当な間隔になるように、メインスペーサ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃおよび補助スペーサ１０４ａ、１０４ｂが設けられている。なお、適当な間隔とは、上部磁石と下部磁石との間にコイル２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃおよびＦＰＣ２０１を配置した上で適当な空隙を確保可能な間隔である。メインスペーサ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃにはネジ穴が設けられており、ビス１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃによって上部ヨーク１０１がメインスペーサ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに固定されている。また、メインスペーサ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの胴部には、可動部材の機械的端部、いわゆるストッパーを形成しているゴムが設置されている。ヨーク１０８は、ビス１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃによってベース板１１０に固定されている。ベース板１１０には下部磁石１０７（ａ〜ｆ）をよけるように穴が設けられている。下部磁石１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆは、ベース板１１０よりも厚み方向の寸法が大きいため、ベース板１１０に設けられた穴から突出する。

可動枠２０６は、マグネシウムダイキャストまたはアルミダイキャストで形成されており、軽量で剛性が高い。可動枠２０６には、可動部の各要素が固定されている。ＦＰＣ２０１の位置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃには、位置検出素子が取り付けられている。本実施形態では、前述した磁気回路を利用して位置を検出できるように、位置検出素子として一例としてホール素子が用いられている。ホール素子は小型なので、コイル２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃの巻き線の内側に入れ子になるように配置される。可動ＰＣＢ２０３には撮像素子６、コイル２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃおよびホール素子が接続されている。これらの部材は、可動ＰＣＢ２０３上のコネクタを介して外部との電気的なやり取りを行う。

ベース板１１０には固定部転動板１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが接着固定されている。また、可動枠２０６には可動部転動板２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃが接着固定されている。固定部転動板１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃおよび可動部転動板２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃは、ボール３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃの転動面を形成する。このように、転動板を別途設けることで、表面粗さや硬さなどを好ましい状態に設計することが容易となる。

上述した構成でコイル２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃに電流を流すことで、フレミング左手の法則に従った力が発生し可動部材を移動させることができる。また、ホール素子の信号を用いることでフィードバック制御を行うことができる。ホール素子の信号の値を適当に制御することで、撮像光学系３の光軸４に直交する平面内で可動枠２０６を並進移動及びロール方向への回転移動させることができる。また、位置２０２ａに取り付けられているホール素子の信号を一定に保ったまま、位置２０２ｂ、２０２ｃに取り付けられているホール素子の信号を逆位相で駆動することで、撮像光学系３の光軸４周りの回転運動を生み出すことができる。そのため、可動枠２０６を撮像光学系３の光軸４周りに回転させることができる。

位置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃでは、光軸方向の磁束密度が検出される。上部磁石１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆと下部磁石１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆなどからなる磁気回路の特性は一般的に非線形である。そのため、位置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃで検出される磁束密度は、必ずしも移動範囲のすべてで一定の分解能を持っていない（検出分解能が変化する）。具体的には、磁束密度の変化が急峻な位置となだらかな位置があり、急峻な位置ほど検出分解能が高い（移動量に対する磁束密度変化が大きい）。上述した磁気回路では、磁石の境界位置（例えば、上部磁石１０３ａ、１０３ｂの境界位置）において、磁束密度の変化がもっとも大きく、検出分解能が高い。

図４（（ａ）〜（ｃ））を用いて防振機構１４が動作した場合に生じるケラレと撮像素子の有効領域との関係を説明する。図４は、撮像素子６が第１の基準位置に配置されているとき、マウントの中心４０４と撮像素子の有効領域の中心４０５と光軸４とが、光軸に直交する平面（ｘｙ平面）内において一致する場合の撮像素子の有効領域とケラレとの関係を示す図である。

図４（ａ）は、撮像素子６が防振機構に１４より移動していない状態、つまり、撮像素子が第１の基準位置に配置されている状態を示す図である。図４（ｂ）は撮像素子６が防振機構１４により移動した状態を示す図、図４（ｃ）は図４（ｂ）と撮像素子６の移動状態は同じで、撮像素子の有効領域４１１が変化した場合を示す図である。図４にはそれぞれ２つの投影図をセットで描いており、左側に図２と同じ方向（つまり、光軸に垂直な方向）からの投影図を示し、右側には光軸方向からの投影図を示した（すなわち一角法での投影図になっている。）。尚、図４において撮像光学系３は模式的に凸レンズ一枚で示した。

図４（ａ）に示すように、撮像素子が基準位置に配置されている場合、撮像素子の有効領域４１１は、撮像光学系３から届く光線の有効領域を示す輪郭線４０１、４０２内に配置されるように設計されている。よって、撮像素子の有効領域４１１は、光線の有効領域を示す円であるイメージサークル４０３内に配置されている。すなわち、フルサイズと通称される２４ｍｍｘ３６ｍｍの大きさをもつ撮像素子６に対応した撮像光学系３であれば、イメージサークル４０３の半径が、フルサイズの最大像高２１．６３ｍｍ（＝√（１２＾２＋１８＾２））より大きくなるように設計されている。この状態では不適切なケラレ等は生じない。

ここで防振機構１４によって撮像素子６が大きく移動した場合を考える。この場合を図４（ｂ）に示した。図４（ａ）に対して、図４（ｂ）では撮像素子６が紙面の上方向に移動している。図４（ａ）では撮像素子の有効領域の中心４０５は光軸４、マウント中心４０４と一致しているが、図４（ｂ）では上方向にずれている。この時、図４（ｂ）の右側の投影図に示すように移動量によっては撮像素子の有効領域４１１がイメージサークル４０３の外に出てしまう可能性がある。有効領域のうち、イメージサークルの外に出ている領域４１０では、大きなケラレが生じる。そのため、特許文献１のように、領域４１０が生じないように、イメージサークルの径に基づいて撮像素子（有効領域）の移動範囲を変更することが好ましい。

次に、撮像素子６の有効領域４１１が変化した場合を考える。この場合を図４（ｃ）に示した。図４（ｂ）に対して、図４（ｃ）では撮像素子６の有効領域４１１が、撮像素子全体ではなく一部の領域に変化しており、それに伴い有効領域４１１の対角線長も小さくなっている。撮像素子６上の一部の領域を利用した静止画撮影モード（いわゆるクロップ撮影モード）や、動画撮影モードではこのような状態となる。動画撮影では、１６：９の比率の画像が一般的となっているので、静止画のフォーマット（フルサイズでは３：２）とは異なっていたり、解像度（ＨＤ、ＦＨＤ、４Ｋ等）やデータレートに応じて適当な範囲を有効領域４１１として設定したりするためである。このように、動画撮影時は（クロップ撮影ではない）静止画撮影時よりも撮像素子６上の狭い領域を利用することが一般的である。図４（ｂ）と図４（ｃ）を見比べると明らかなように、有効領域４１１が狭くなっているため、撮像素子６の移動量が同じであっても大きなケラレが発生している領域４１０がなく、大きなケラレは生じない。つまり撮像素子６の有効領域４１１によってケラレの状態は変化することが分かる。

図５（（ａ）〜（ｄ））を用いて、レンズユニットの製造誤差などによって、撮像光学系３の光軸４が偏心した場合について考える。図５では、光軸４が紙面の右上方向に偏心し、光軸４がマウント中心４０４と一致しない場合の撮像素子の有効領域とケラレとの関係を示す図である。図５の投影図の書き方は図４と同様である。

図５（ａ）は、撮像素子６がその有効領域４１１の中心４０５がマウント中心４０４と一致するように配置されている状態、つまり、図４（ａ）のように撮像素子６が第１の基準位置に配置されている状態を示す図である。図５（ｂ）は図５（ａ）の状態からケラレが解消するように撮像素子６の有効領域４１１を移動させた状態を示す図である。図５（ｃ）は図５（ｂ）の状態から撮像素子６の有効領域４１１が変化した状態を示す図である。図５（ｄ）は、撮像素子６の位置を図５（ａ）と同じく第１の基準位置に置くとともに撮像素子６の有効領域４１１が変化した状態を示す図である。

尚、図５において製造誤差などがない場合（光軸が偏心していない場合）の撮像光学系３ａを模式的に凸レンズで示した。また、偏心がない場合の撮像光学系３ａの光軸４ａ、光線の有効領域を示す輪郭線４０１ａ、４０２ａ、イメージサークル４０３ａを、偏心がある場合の撮像光学系３、光軸４、輪郭線４０１、４０２、イメージサークル４０３の夫々と区別して示している。

図５（ａ）の例では撮像素子６の有効領域は第１の基準位置に位置している、設計上の光軸４ａ、撮像素子の有効領域の中心４０５、マウント中心４０４は、ｘｙ平面上で一致している。一方で、実際の光軸４は光軸方向から見て右上に偏心しており、撮像素子６の一部（領域４１０）は、イメージサークル４０３の外に出ている。このため大きなケラレが生じている。図５（ａ）の例では説明を分かりやすくするために極端に偏心している例を図示しており、実際の製造誤差はもっと小さく抑えられてはいるが、偏心によって周辺画像がより暗く写ったり、画像内の明るさが不均一になる等の現象は生じる場合がある。

ここで防振機構１４によって撮像素子６を移動させた場合について考える。図５（ｂ）には、防振機構１４により撮像素子を動かすことで、撮像素子の有効領域４１１を第１の基準位置から第２の基準位置に移動させた場合を図示する。図５（ａ）に対して、図５（ｂ）では撮像素子６の有効領域４１１が右上方向に移動している。すなわち、光軸４と撮像素子の有効領域の中心４０５が一致するように、撮像素子６の有効領域４１１が光軸４を追うように移動している。これにより、撮像素子６の有効領域４１１はすべてイメージサークル４０３の内側に位置することとなる。また、撮像素子６の有効領域４１１とイメージサークル４０３の差分は防振のために活用することが出来る。これらの関係については図６を用いて後述する。

次に、撮像素子６の有効領域４１１が変化した場合を考える。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に対して撮像素子６の有効領域４１１が小さくなっている。この時は、図５（ｂ）の状態を基準にしているため撮像素子の有効領域の中心４０５は光軸４に一致している。

一方で、有効領域４１１が小さい場合は必ずしも撮像素子の有効領域の中心４０５を光軸４に一致させる（若しくは近づける）必要がない。図５（ｄ）に撮像素子の有効領域の中心４０５をマウント中心４０４のままとした場合を図示した。言い換えると、図５（ｄ）は、図５（ａ）に対して撮像素子６の有効領域４１１が小さくなっている。図５（ｄ）から明らかなように、有効領域４１１が小さくなったため、撮像素子６の有効領域４１１はすべてイメージサークル４０３の内側に位置していることが分かる。一方でカメラの一部の機能を考えた場合は、図５（ｃ）以外の状態の方が好ましいことがある。一例として、防振機構１４によって撮像素子６が移動した場合に生じる、電気的なリセット動作による先幕（いわゆる電子先幕）と機械的な遮光による後幕（いわゆるメカ後幕）の組み合わせで撮像した場合の露光ムラや露光精度がある。露光ムラとは、画像における面内の明るさの不均一のことを指し、露光精度とは、画像における全体の明るさのずれのことを指す。電子先幕とメカ後幕を用いて撮影をする場合、露光ムラを軽減するために、電子先幕の走行特性をメカ後幕の走行特性に合わせる。しかしながらこの合わせこみは、撮像素子６の有効領域４１１が所定の位置に位置するときのメカ後幕の走行特性に対して行う。よって、例えば、所定の位置を有効領域の中心がマウント中心と一致する位置（つまり、第１の基準位置）とすると、有効領域の中心が走行方向に移動することにより電子先幕とメカ後幕の走行特性がずれ、特に高速のシャッタ秒時においては露光ムラが生じる。移動量が大きいほど、走行特性のずれが大きくなる。よって、防振制御の基準位置を、撮像素子の有効領域の中心４０５と光軸４とが一致する第２の基準位置よりも、シャッタの走行特性調整時の基準となる所定の位置と一致する第１の基準位置とした方が露光ムラを軽減することができる。尚第２の基準位置よりも所定の位置に近い位置であれば、第１の基準位置でない位置を基準位置としても露光ムラを軽減することができる。

図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、撮像素子６の有効領域４１１を考えた場合に光軸４の偏心とイメージサークル４０３については配慮する必要性が低い場合が存在する。そのような場合には、別のカメラ機能にとって都合が良い位置を防振機構１４で撮像素子の有効領域を移動させる際の中心として設定すればよい。（図５（ｃ）の位置よりも図５（ｄ）の方が都合が良い場合があることを示している。）

図６を用いて、撮像光学系の光軸を参照する効果と有効領域の関係を説明し、さらに防振機構１４の移動範囲について述べる。

図６は光軸方向から撮像素子６およびイメージサークル４０３を見た投影図である。図６（ａ）は光軸４の偏心がない状態を示しており、図４（ａ）の状態と対応する。図６（ｂ）は、光軸４が偏心し、光軸４に合わせて撮像素子の有効領域の中心４０５を移動させた状態を示しており、図５（ｂ）の状態と対応する。図６（ｃ）は撮像素子の有効領域の中心４０５とマウント中心４０４を一致させるとともに、撮像素子６の有効領域４１１を小さくした例を示しており、図５（ｄ）の状態と対応する。

図６において、円４２０ａ、４２０ｂ、４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ、４３０ｄは防振機構１４の構成に応じて決まる、防振機構１４による移動により、夫々撮像素子６の有効領域４１１の角が到達しうる範囲（防振機構１４の可動範囲と呼ぶ）を示している。図６（ａ）において、円４２１は撮像素子６が第１の基準位置に位置するときの撮像素子６の有効領域４１１の角を中心とした円でありイメージサークル４０３に内接する円となっている。この範囲であれば撮像素子６が移動しても、有効領域４１１がイメージサークル４０３から出ないため、結果として円４２１は防振時の撮像素子６の有効領域４１１の角の移動可能な範囲（有効領域４１１の可動範囲と呼ぶ）を示している。

図６（ｂ）において、円４２２は撮像素子６の有効領域４１１が第１の基準位置に位置するときの撮像素子６ａの角を中心とし、製造誤差によって偏心したイメージサークル４０３に内接する円である。円４２２は防振制御の基準位置を第１の基準位置のときの有効領域４１１の可動範囲を示している。円４２３ａ、４２３ｂは撮像素子６の有効領域４１１を第２の基準位置とした場合の撮像素子６の角を中心とし、製造誤差によって偏心したイメージサークル４０３に内接する円である。円４２３ａ、４２３ｂは光軸４の偏心に応じて防振制御の基準位置を第２の基準位置としたときの有効領域４１１の移動範囲を示している。直線４３１、４３２、４３３、４３４はそれぞれ、円４３０ａおよび４０３ｄに接する線、円４３０ａおよび４０３ｂに接する線、円４３０ｂおよび４０３ｃに接する線、円４３０ｃおよび４０３ｄに接する線である。直線４３１、４３２、４３３、４３４および円４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ、４３０ｄで囲まれた範囲が、撮像素子６の有効領域４１１が防振機構１４によって移動する可能性がある範囲である。

ｒ１は防振時の撮像素子６の移動範囲を示しており、円４２０ａ、４２０ｂ、４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ、４３０ｄの半径と一致する。ｒ２は円４２１の半径である。ｒ３は円４２２の半径である。ｒ４は円４２３ａ、４２３ｂの半径である。ｒｉは撮像素子６の有効領域４１１の対角線長である。ｒｌはイメージサークルの半径である。ｒｉ’は撮像素子６の有効領域を変化させた後の有効領域の対角線長である。

図６（ａ）を参照して、光軸４が偏心しておらず、光軸４と撮像素子の有効領域の中心４０５とマウント中心４０４とが撮像素子上で一致する場合について考える。光軸４と撮像素子の有効領域の中心４０５とマウント中心４０４とが撮像素子上で一致する場合、防振時の撮像素子の有効領域４１１の移動範囲の半径ｒ２は、イメージサークルの径ｒｌと有効領域４１１の対角線長ｒｉとの差分（ｒ２＝ｒｌ−ｒｉ）である。これはイメージサークルと撮像素子６の有効領域４１１との間にある余裕（ｒ２）を防振に活用できることを示している。また、防振機構はこれよりも大きく移動可能に設計されるものとし、ｒ１＞ｒ２とする。

次に、図６（ｂ）を参照して、光軸４が偏心している場合について考える。まず光軸４と撮像素子の有効領域の中心４０５を一致させない場合、つまり、撮像素子６の基準位置を第１の基準位置とした場合について考える。このとき、有効領域４１１の可動範囲は円４２２（半径：ｒ３）で示されている。明らかにｒ３＜ｒ２であり、イメージサークル４０３外に有効領域４１１が位置しないように有効領域を移動させると、光軸４の偏心によって防振に活用できる範囲が小さくなることが分かる。次に、光軸４と撮像素子６の有効領域４１１の中心を一致させた場合、つまり、撮像素子６の基準位置を第２の基準位置とした場合について考える。このとき、有効領域４１１の可動範囲は円４２３ａ、４２３ｂ（半径：ｒ４）で示されている。明らかにｒ３＜ｒ４であり円４２３ａが円４２０ａを出ない条件ではｒ４＝ｒ２である。すなわち、光軸４と撮像素子６の有効領域４１１の中心を一致させることで防振に活用できる範囲が広がることが分かる。これは防振性能の向上につながる。つまり、クロップしない（撮像素子６全体を有効領域とする）場合においては、光軸４の位置を示す情報を参照して、有効領域４１１の中心を光軸位置に近づけるようにすることが好ましい。

次に、図６（ｃ）を参照して、有効領域が小さくなった場合について考える。撮像素子の有効領域の中心４０５は光軸４の位置に関係なく、マウント中心４０４のまま、つまり、撮像素子６は第１の基準位置を基準として防振制御を行う。さらに撮像素子６の有効領域４１１は撮像素子６の一部のみに変更されている。（＝クロップされている）このとき、直線４３１、４３２、４３３、４３４および円４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ、４３０ｄで囲まれた範囲が、偏心したイメージサークル４０３に包含されている。つまり撮像素子の有効領域の中心４０５を、マウント中心４０４に一致させたまま、防振機構の可動範囲内で自由に防振機構１４を動作させても、有効領域４１１のうち、イメージサークル４０３の外に位置する領域４１０は生じない。このような条件においてはもはや光軸４の位置に応じて基準位置を決定する必要性は低く、前述したように、別のカメラ機能等にとって都合が良い位置を基準位置として設定すればよい。

図１のフローチャートを用いて本実施形態の撮像装置による撮影動作を順を追って説明する。

ステップＳ１００は動作を開始するステップである。この動作は防振機構１４の動作に先だってなされる動作であり、カメラ１の電源ＯＮや、動作モードの切り替えの時などが該当する。

ステップＳ１１０はカメラシステム制御回路５が、装着されたレンズユニット２からレンズ情報を取得するステップである。レンズ情報とは、レンズの型式、シリアルナンバーなどの情報を指す。

ステップＳ１２０はレンズユニットから取得したレンズ情報に基づいて、レンズユニットから、光軸の位置を示す情報とイメージサークル径を示す情報を取得できるか否かを判定するステップである。光軸の位置を示す情報とイメージサークル径を示す情報をレンズユニットから取得できると判定した場合にはステップＳ１３０に進み、取得できないと判定した場合にはステップＳ１４０に進む。すなわちレンズ個体の光軸の位置とイメージサークル径を示す情報を、レンズに備えたレンズメモリ１７に持っている場合にはステップＳ１３０でレンズユニット２から通信によって当該情報を取得する。そうでない場合はステップＳ１４０でカメラ１内の情報に基づいて光軸位置とイメージサークル径を示す情報を得る。尚、イメージサークル径を示す情報としては、イメージサークル径（ｍｍ）そのものを示す情報であってもよいし、像高と光量との関係である、光量分布を示す情報であってもよい。ステップＳ１３０はレンズメモリ１７から光軸の位置を示す情報とイメージサークル径を示す情報を取得するステップである。この情報はレンズユニットの製造工程などで調整等を行った際に個別にレンズメモリ１７に書き込まれる。

ステップＳ１４０はカメラのメモリ手段８から光軸の位置を示す情報とイメージサークル径を示す情報を取得するステップである。設計的に与えられた値や、フィールドで校正して取得した値を、メモリ手段８に予め保持しておき、これを光軸の位置を示す情報として用いたり、イメージサークル径を示す情報として用いたりすればよい。設計的に与えられた値として、マウント中心を光軸の位置とする情報を用いたり、所定の値をイメージサークル径とする情報を用いたりしてもよい。尚、光軸の位置を示す情報とイメージサークル径を示す情報とのうち、一方をレンズユニット２のレンズメモリ１７から、もう一方をカメラのメモリ手段８から取得してもよい。ステップＳ１３０およびステップＳ１４０によって撮像光学系の光軸の位置およびイメージサークル径を示す情報を、光軸情報保持手段（レンズメモリ１７若しくはメモリ手段８）から得ることが出来る。

ステップＳ１５０は、撮像素子の有効領域の大きさを示す情報を取得するステップである。上述のように、一般的には、動作モードによって有効領域は変化する。例として、クロップ撮影などは撮像素子上の一部の領域から画像を生成する。このような場合は、有効領域が変化するのでその情報を得る。例えば、動作モードと有効領域を示す情報とを紐づけてメモリ手段８に記憶しておき、カメラシステム制御回路５が動作モードの情報から有効領域の大きさを示す情報を取得すればよい。有効領域の大きさを示す情報は、有効領域の縦幅と横幅の情報でもよいし、対角線長を取得できる情報であれば、対角線長そのものでもよいし、縦幅と横幅を示す情報でもよい。また、単位も画素数でもよいし長さ（ｍｍ）でもよい。

ステップＳ１６０は、撮像素子６の基準位置を第１の基準位置として防振機構１４を動作させたときに、撮像素子の有効領域の一部がイメージサークル外に移動するか否かを判定するステップである。領域４１０が生じない場合はステップＳ１８０に進み、領域４１０が生じる場合はステップＳ１７０に進む。これまでの説明と対応させると図５（ｂ）のような状態の場合は、ステップＳ１７０に進み、図５（ｄ）のような状態の場合は、ステップＳ１８０に進む。

ステップＳ１６０の判定は、ステップＳ１３０またはＳ１４０で取得した撮像光学系の光軸の位置を示す情報、イメージサークル径を示す情報および、ステップＳ１５０で取得した撮像素子の有効領域の大きさを示す情報に基づいて行う。その結果、光軸の位置、イメージサークル径、および撮像素子の動作モードに応じて撮像素子の移動範囲の中心（つまり、基準位置）を決定している。

ステップＳ１７０では、撮像素子の有効領域の中心と光軸との距離が、第１の基準位置に配置されているときよりも短くなる位置（つまり第２の基準位置）を、撮像素子の基準位置として設定する。その効果は図６（ｂ）で述べたとおりであり、防振性能の向上が見込まれる。第２の基準位置は、光軸の位置に基づいて決定される位置である。

ステップＳ１８０では、撮像素子の有効領域の中心とマウント中心とが一致する位置（つまり第１の基準位置）を撮像素子の基準位置として設定する。その効果は図６（ｃ）で述べたとおりであり、各種カメラ機能の性能の向上が見込まれる。第１の基準位置は、マウント中心の位置によって決まり、光軸４の位置の影響を受けない。

ステップＳ１９０は撮像素子の有効領域の動作範囲を決定するステップである。ステップＳ１７０、Ｓ１８０で決定した基準位置と、イメージサークルと有効領域との位置関係の大きさと防振機構１４の機械的な可動範囲などに基づいて動作範囲を決定する。

ステップＳ２００は動作の終了を示すステップであり、ここまでの動作で撮像素子の有効領域の基準位置及び動作範囲が決定される。

以上に説明したように、本発明によれば、撮像光学系の状態および撮影モードに応じて、適当な防振およびカメラ機能が得られる撮像装置を提供することができる。

（変形例）
図１に示したフローでは、光軸の位置とイメージサークル径と有効領域の対角線長とに基づいて第１の基準位置と第２の基準位置のいずれを基準位置とするかを決定した。しかしながら、イメージサークル径と有効領域の対角線長とに基づいて簡易的にいずれの基準位置を採用するかを決定してもよい。具体的にはイメージサークルの直径と有効領域の対角線長とを比較し、差が閾値より大きいときは有効領域に対してイメージサークルの余裕が大きく、光軸が製造誤差などにより偏っても領域４１０が生じないと考えられるため第１の基準位置を基準位置とする。一方、差が閾値以下の時はイメージサークルの余裕が大きくない場合は、光軸の偏り量によっては領域４１０が生じ得るため第２の基準位置を基準位置とする。この場合、差が閾値より大きい場合は光軸の位置を示す情報を取得しなくてもよい。

１ 撮像装置
２ レンズ
３ 撮像光学系
４ 撮像光学系の光軸
４ａ 偏心がない場合の撮像光学系の光軸
５ カメラシステム制御回路
６ 撮像素子
８ メモリ手段
１１ 電気接点
１２ レンズシステム制御回路
１４ 防振機構
１５ ブレ検知手段
１６ シャッタ機構
１７ レンズメモリ
４０３ イメージサークル
４０６ 撮像素子の有効領域

Claims (13)

1. 撮像光学系により結像した被写体像を光電変換する撮像素子の有効領域の情報を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得した前記撮像素子の有効領域の情報に基づいて前記撮像素子の基準位置を決定する決定手段と、
   前記撮像素子を前記撮像光学系の光軸に直交する平面において前記基準位置から移動させる防振制御手段と、を備えることを特徴とする防振制御装置。
2. 前記撮像光学系の光学情報を取得する第２の取得手段を備え、
   前記決定手段は、前記撮像素子の有効領域の情報と、前記撮像光学系の光学情報とに基づいて前記基準位置を決定することを特徴とする請求項１に記載の防振制御装置。
3. 前記決定手段は、前記撮像素子の有効領域の大きさを示す情報に基づいて、前記撮像光学系の光学情報に基づいて前記基準位置を決定するか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載の防振制御装置。
4. 前記撮像光学系の光学情報は、前記撮像光学系の光軸を示す情報を含み、
   前記決定手段は、前記撮像素子の有効領域の情報に基づいて、前記光軸を示す情報に基づいて前記基準位置を決定するか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載の防振制御装置。
5. 前記決定手段は、前記撮像素子の有効領域の情報と前記撮像光学系の光軸を示す情報とに基づいて、前記光軸を示す情報に基づいて前記基準位置を決定するか否かを判定することを特徴とする請求項４に記載の防振制御装置。
6. 前記決定手段は、
   前記撮像素子の有効領域の対角線長が第１の値のときよりも、前記第１の値よりも小さい第２の値のときのほうが、前記撮像光学系の光学情報に基づく光軸の位置と前記基準位置との距離が短くなるように前記基準位置を決定することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項の記載の防振制御装置。
7. 前記決定手段は、
   前記撮像素子の有効領域の対角線長と前記撮像光学系のイメージサークルの直径との差が閾値以下のときのほうが、
   前記撮像素子の有効領域の対角線長と前記撮像光学系のイメージサークルの直径との差が閾値より大きいときよりも、前記撮像光学系の光学情報に基づく光軸の位置と前記基準位置との距離が短くなるように前記基準位置を決定することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項の記載の防振制御装置。
8. 前記決定手段は、前記撮像素子の有効領域の情報に基づいて前記撮像素子の移動範囲を決定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の防振制御装置。
9. 前記撮像素子の有効領域とは、記録される画像を生成するために用いる領域であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の防振制御装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項の記載の防振制御手段と、
    前記撮像素子と、
    前記撮像素子による撮像を制御する撮像制御手段と、を備え、
    前記撮像制御手段は、前記撮像素子の有効領域が異なる複数の動作モードで撮像可能であることを特徴とする撮像装置。
11. 前記動作モードは、動画撮影を含むことを特徴とする請求項１０記載の撮像装置。
12. 前記動作モードは、撮像素子上の第１の領域に対応する画像を記録する第１の静止画撮影モードと、前記第１の領域よりも狭い第２の領域に対応する画像を記録する第２の静止画撮影モードとを含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の撮像装置。
13. 撮像光学系により結像した被写体像を光電変換する撮像素子の有効領域の情報を取得するステップと、
    取得した前記撮像素子の有効領域の情報に基づいて前記撮像素子の基準位置を決定するステップと、
    前記撮像素子を前記撮像光学系の光軸に直交する平面において前記基準位置から移動させて防振制御を行うステップと、を備えることを特徴とする防振制御方法。

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