JP4043888B2 - 画像入力装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は「撮像光学系による被写体像を撮像手段により入力する画像入力装置」に関する。この発明は特に、デジタルカメラのように「撮像光学系による被写体像を撮像手段により電気信号化して入力する画像入力装置」に対して好適に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラ等の画像入力装置には、撮影者が画像入力装置を構えたときの手ブレ量に代表される「ブレ」の程度を検出するブレ検出手段を有しているものが多い。このようにブレを検出すると、検出されたブレ状態に応じて撮影条件に適合するように露光タイミングをずらせることにより、ブレの影響を有効に軽減して画像入力を行うことができる。
【０００３】
さらに、ブレ補正手段を用いて「撮像面もしくは、撮像面上の被写体像を変位させ、被写体像と撮像面との相対的な変位を小さくし」て露光を行うブレ補正方式も種々提案されている。
【０００４】
従来提案されたブレ補正方式は何れも、ブレ補正手段の応答動作が理想的である場合を前提としている。しかしながら、現実にはブレ補正手段を構成するセンサ、回路、アクチュエータ、機構の応答性能は完全ではあり得ず、如何に応答性を考慮して設計を行なっても、ミリセカンドオーダーの応答遅れが不可避的に残存してしまう。
【０００５】
このような「ブレ補正手段の応答遅れ」を考慮したブレ補正として、特開平５−２０４０１２号公報等に、ブレ補正手段の「予測制御」を行う方法が提案されているが、予測制御では制御が煩雑になるし、予測しにくいブレの場合は逆に性能劣化を惹起しかねない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述した事情に鑑み、画像入力装置における「ブレ補正の応答遅れによるブレ補正効果の劣化」を簡易かつ有効に軽減することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の画像入力装置は「撮像光学系による被写体像を撮像手段により入力する画像入力装置」であって、ブレ検出手段と、ブレ補正手段と、ブレ補正制御手段と、ブレ極値検出手段と、撮影開始操作手段とを有する。
この明細書において「ブレ」は、「手ブレ」が代表的であるが、これに限らず、画像入力装置を自動車や飛行機、遠隔操作の走行体等に装着した場合の被装着体によるブレ等をも含む。
【０００８】
画像入力装置はレンズシャッタカメラのようなアナログカメラであることもできるし、「撮像光学系による被写体像を撮像手段により電気信号化して入力するデジタルカメラ」であることもできる。
【０００９】
「ブレ検出手段」は、画像入力装置のブレ量を検出する。ブレ検出手段は従来からデジタルカメラ等に関連して種々のものが提案されており、この発明の画像入力装置においても、これら公知の種々のブレ検出手段を適宜利用することができる。
【００１０】
「ブレ補正手段」は、撮像面および／または撮像面上の被写体像を変位させて、ブレの影響を補正する手段である。即ち、ブレ補正手段は、撮像面と被写体像の相対的な変位速度を０もしくは小さくすることにより、被写体像が撮像面上で「できるだけ変位しない」ようにする。
【００１１】
この目的のため、ブレ補正手段は「撮像面あるいは被写体像、もしくは撮像面と被写体像」を変位させる。ブレ補正手段も従来からデジタルカメラ等に関連して種々のものが提案されており、この発明の画像入力装置においても、これら公知の種々のブレ補正手段を適宜利用できる。
【００１２】
「ブレ補正制御手段」は、ブレ検出手段の出力から、ブレ補正手段における補正のための変位駆動量を演算し、ブレ補正手段を駆動させる。
ブレ補正制御手段は、画像入力装置のシステムを制御する「システムコントローラ（ＣＰＵやマイクロコンピュータにより構成される）」の演算・制御機能として構成できる。
【００１３】
「ブレ極値検出手段」は、ブレ検出手段の出力により、ブレの向きが変化するブレ量の極値を検出する。「ブレ」はその名が示すように振動的であり「振れの向き」は交互に反転する。上記「ブレの向きが変化する」とは、この「振れの向きの反転」を意味する。
【００１４】
「ブレ量」は、ブレ検出手段により検出されるブレの程度である。ブレには往復２つの向きがあるので、時間軸を横軸にとってブレ量を表せば「２次元の振動的な曲線」となる。このような曲線を考えたとき、フレの向きの反転は、上記曲線における「極値（時間微分が０となる時点）」に対応する。
【００１５】
ブレを表す上記曲線は振動的であるので、極値には極大値と極小値とがあることになる。極値は上記の如く、ブレ検出手段が検出するブレ量を時間で微分したときの微分値が０となる時点であるから、時間的に変化するブレ量の微分演算により検出することができる。従って「ブレ極値検出手段」は、上記システムコントローラ」の演算機能として構成することができる。
【００１６】
「撮影開始操作手段」は、撮影開始を指示するための操作を行うための手段である。例えば、レリーズスイッチがこれに当たる。
【００１７】
この発明の画像入力装置は「撮影開始操作手段の操作により撮影開始が指示されたとき、ブレ極値検出手段によるブレ量の極値の検出以後に露光を開始する」ことを基本とするものである。
【００１８】
露光は、極値の検出後「直ちに露光を開始」するようにすることもできるが、「ブレ極値検出手段によりブレ量の極値が検出されてから所定時間経過後に露光を開始する」ようにすることもできる。この場合の「所定時間」は、ブレ補正手段の応答遅れ時間に等しく設定することができる。
【００１９】
ブレ量の極値として前記極大・極小を検出する場合、極大・極小に拘わらず極値を検出した後あるいはその所定時間後に露光を開始するようにできるが、ブレの向きの「正方向から負方向への変化（極大）」と「負方向から正方向への変化（極小）」との２種類の変化のうち、所定の一方が検出された場合のみに露光を開始するようにしても良い。
【００２０】
上記ブレ補正手段は「圧電アクチュエータを駆動源とするもの」として構成することができる。
この場合、ブレ極値検出手段がブレ量の極値（極大・極小）のうち「極値直後における圧電アクチュエータへの印可電圧を増加させる極値」の検出以後に露光を開始する。
【００２１】
上記請求項１記載の画像入力装置においては「ブレ極値検出手段によるブレ量の極値の検出後、露光開始までの間に、ブレ補正手段の駆動を開始」する。そして、直後の補正動作方向への動作幅が広くなる方向に、ブレ補正手段の駆動開始位置を所定量ずらして、ブレ補正手段の駆動を開始する。
【００２２】
請求項１記載の画像入力装置は「ブレ検出手段の出力により、ブレの周波数を検出するブレ周波数検出手段」を有することができる。この場合、ブレ補正手段の「駆動開始位置に対する所定のずらし量」をブレ周波数検出手段の検出結果に応じて変化させることができる（請求項２）。
【００２３】
あるいはまた、上記駆動開始位置に対する所定のずらし量を「シャッタ秒時または焦点距離、もしくはその両方に応じて変化させる」ことができる。
「ブレ周波数検出手段」は、上記システムコントローラの演算機能として構成できる。
【００２４】
上記基本となる画像入力装置は「シャッタ秒時が所定値よりも長いときは、ブレ極値検出手段による極値の検出を待たずに露光を開始する」ように構成することができる（請求項３）。この場合、上記「ブレ周波数検出手段」によりブレ周波数を検出し、検出されたブレ周波数に応じて上記「所定のシャッタ秒時」を変化させることもできる。
【００２５】
上記基本となる記載の画像入力装置はまた「露光開始から所定時間内にブレ極値検出手段により逆の極値が検出された場合は直ちに露光を中止し、再露光を開始する」ように構成することができる（請求項４）。
ここに「逆の極値」とは、極大に対する極小、極小に対する極大である。即ち、請求項４記載の画像入力装置では、例えば「ブレ量の極小」の検出後に露光を開始し、その露光中（露光開始から所定時間内）にブレ量の極大が検出されたら、実行中の露光をやめて「露光を新たにやり直す」のである。
【００２６】
この場合「再露光の開始前にブレ補正手段を一旦リセットする」ことが好ましい。また、請求項４記載の画像入力装置において、上記「露光開始から所定時間内」における所定時間を、シャッタ秒時に応じて変化させることができる。
【００２７】
また、上記請求項４記載の画像入力装置において「再露光回数が所定の回数を越えた場合」は、ブレ極値検出手段による極値検出に関わらず、露光を継続するようにすることができる。
【００２８】
上記基本となる画像入力装置はまた、ブレ検出手段及びブレ補正手段を複数組有することができ、この場合には、ブレ極値検出手段により「１つのブレ検出手段の出力（ブレ量）の極値」を検出する（請求項５）。
【００２９】
この場合、ブレ量の極値を検出するべきブレ検出手段は「カメラを水平に構え（セットし）た状態での上下方向のブレを検出するブレ検出手段」として一義的に定めておいても良いし、「カメラを横撮りで構え（セットし）たか、縦撮りで構え（セットし）たかを撮影姿勢検出手段で検出し、この撮影姿勢検出手段により天地方向（上下方向）と判断された方向のブレ量を検出するブレ検出手段」としてもよい。「撮影姿勢検出手段」としては一般的な重力センサ等を用いることができる。
【００３０】
請求項５記載の画像入力装置においては「複数のブレ検出手段の出力を比較し、ブレ振幅が最も大きいブレ検出手段がどれであるかを確定する最大ブレ方向確定手段」を用いることにより、この最大ブレ方向確定手段により確定された方向におけるブレ量の極値の検出とこれを利用した露光開始タイミングの制御を行うようにできる（請求項６）。
【００３１】
「最大ブレ方向」は、各ブレ検出手段が検出するブレ量の隣接する極値間の差を演算し、演算結果の大小を比較することで確定できる。
【００３２】
あるいはまた、複数のブレ検出手段の出力を比較し、ブレ周波数が最も小さいブレ検出手段がどれであるかを「最小ブレ周波数方向確定手段」により確定し、この最小ブレ周波数方向確定手段により、ブレ周波数が最も小さいと判断された方向のブレ量を検出するブレ検出手段の極値の検出とこれを利用した露光開始タイミングの制御を行うようにできる。
【００３３】
最小ブレ周波数方向は、各ブレ検出手段が検出する隣接極値間の時間差の逆数を演算し、演算結果の大小を比較することで確定できる。
従って、最小ブレ周波数方向確定手段や最大ブレ方向確定手段は、前述のシステムコントローラの演算機能として構成できる。
【００３４】
請求項１〜１０の任意の１に記載の画像入力装置は「デジタルカメラ」として実施することができる。また、基本となる画像入力装置はレンズシャッタカメラ等のアナログカメラとしても実施できる。
【００３５】
以下、この発明の基本思想を簡単に説明する。
説明の具体性のため、画像入力装置としてデジタルカメラを想定し、ブレ補正は「ブレによる被写体像の変動をキャンセルするように撮像面を変位させる」ことにより行うものを想定する。
【００３６】
図１（ａ）において、縦軸はブレ量、補正量、横軸は時間を表している。
図１（ａ）において、実線で示す曲線１−１は画像入力装置であるデジタルカメラのブレによる「撮像面上における被写体像の変動の様子」を表している。また、破線で示す曲線１−２は「被写体像の変動をキャンセルするように変位する撮像面の動き」を表している。曲線１−２は、曲線１−１を時間軸方向へ時間：Δｔだけ平行移動させたものになっている。即ち、時間：Δｔは前述した「ブレ補正手段の応答遅れ」である。
【００３７】
ブレ補正手段の応答遅れ：Δｔが０であれば、撮像面は被写体像の変動に完全に合致して変位し、ブレの存在に拘わらず撮像面と被写体像との間に相対的な変位はなく、ブレの影響を完全に除去することができる。しかし実際には必ず応答遅れ：Δｔが存在する。応答遅れ：Δｔは「デジタルカメラごとに固有の値」でミリセカンドのオーダーであるが、出荷前に実測により特定できる。
【００３８】
有限の応答遅れ：Δｔがあると、曲線１−１と１−２とは時間軸方向にずれ、例えば、図１（ａ）の時点：Ａで示す部分で見た場合、被写体像と撮像面との間には曲線１−１、１−２の差分として「空間的なずれ」が存在し、この空間的なずれは１０μｍオーダーである。
【００３９】
図１（ａ）の如く、応答遅れ：Δｔが存在している状況のもとで、時点：Ａでレリーズスイッチを「全押し」して直ちに露光を開始し、区間：Ａ〜Ｂで露光を行った場合を考えて見る。このような露光方式を「露光ａ」と称する。
【００４０】
図１（ｂ）〜（ｄ）において、符号Ｓは撮像面、点：Ｑは撮像面の中心を模式的に表している。また、点：Ｐは被写体像における代表的な点（以下「代表点」と言う）を模式的に表している。このとき、露光ａが行われる間（Ａ〜Ｂ間）における撮像面中心：Ｑと被写体像の代表点：Ｐとの位置関係がどのようになるかを考える。
【００４１】
図１（ｂ）は時点：Ａにおける両者の位置関係を示している。このとき、図１（ａ）に示すように、代表点：Ｐはブレの影響により、デジタルカメラ内の基準の撮像面位置に対して曲線１−１に従って下方へ変位しており（図１（ｂ）に示す丸印の矢印方向）、撮像面中心は代表点：Ｐの変位を時間：Δｔ遅れで追従して下方へ変位している（同（ｂ）の＋印の矢印方向）。
【００４２】
時点：Ａの状態から時間の経過と共に、撮像面中心：Ｑと代表点：Ｐとの間隔は狭まり、図１（ａ）において曲線１−１、１−２が交叉する時点：Ｇにおいては両者が一致する。図１（ｃ）はこのときの状態を示している。
【００４３】
この時点：Ｇにおいては、曲線１−１は極値（極小）をすぎて極大側へ向いつつあり、代表点：Ｐの変位の向きは上向きに反転している。一方、撮像面中心：Ｑは、曲線１−２に従って曲線１−２の極小へ向いつつあり、変位の向きはなお下方へ向いている。
【００４４】
このため、時点：Ｇにおいては、図１（ｃ）に示すように、代表点：Ｐの変位の向きと、撮像面中心：Ｑの変位の向きとは互いに逆向きとなっている。さらに時間が経過し、露光の終了する時点：Ｂにおいては、曲線１−１、１−２ともに上方へ向い、代表点：Ｐ、撮像面中心：Ｑの位置関係は図１（ｄ）に示すようになり、両者の変位の向きは共に上向きである。
【００４５】
図１（ｄ）において、符号：Ｐ’は、時点：Ａにおける代表点：Ｐの位置を示している。図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、露光ａにおいて露光が行われている間に、被写体像と撮像面とは図１（ｄ）に示す距離：Ｘだけ「ずれる」ことになる。このずれ量：Ｘを、撮像面と被写体像との「実効的な残留ブレ」とよぶ。「実効的な残留ブレ」は、露光時間内に発生したブレ量と、ブレ補正によって補正できた量との差であり、「補正しきれなかった分」である。
【００４６】
このように、レリーズスイッチ全押しとともに露光を開始する「露光ａ」では、露光時間内に被写体像と撮像面とが「実効的な残留ブレ：Ｘ」だけ相対的に変位するため、撮影された画像には残留ブレ：Ｘに応じた「像のぼけ」が生じ、撮影画像の解像度を低下させてしまう。
【００４７】
図１（ｅ）は、上に説明した露光ａの場合における「残留ブレ（撮像面中心：Ｑと代表点：Ｐとの間隔）」が時間（横軸）と共に変化する様子を示している。図に示されているように、実効的な残留ブレは「露光時間内の残留ブレの変化の最大幅」である。
【００４８】
図１（ａ）に示す露光ｂと露光ｃは、この発明の場合であり、露光ｂにおいては、時点：Ａにおいてレリーズスイッチが全押しされたのち、ブレ量（曲線１−１）の変化を追跡し、（時点：Ａから時間：Ｔ後の）時点：Ｃにおいて曲線１−１が極値（極小）を取り「ブレの向きが反転」するのを検出してから露光を開始し、時点：Ｃ〜Ｄ間に露光を行う。
【００４９】
このときの、撮像面中心：Ｑと代表点：Ｐとのずれ量である「残留ブレ」の変化を、図１（ｅ）に倣って図１（ｆ）に示す。この図に示された「実効的な残留ブレ」を図１（ｅ）に示す露光ａの場合と比較すれば明らかなように、露光ｂでは、露光ａよりも実効的な残留ブレが有効に減少している。
【００５０】
露光ｃでは、時点：Ａにおいてレリーズスイッチが全押しされたのち、ブレ量（曲線１−１）の変化を追跡し、（時点：Ａから時間：Ｔ後の）時点：Ｃにおいて曲線１−１が極値（極小）を取り「ブレの向きが反転」するのを検出してからさらに所定時間後（図の例では応答遅れ時間：Δｔ後）の時点：Ｅから露光を開始し、時点：Ｅ〜Ｆ間に露光を行う。
【００５１】
このときの、撮像面中心：Ｑと代表点：Ｐとのずれ量である「残留ブレ」の変化を図１（ｅ）に倣って図１（ｇ）に示す。図示のように「実効的な残留ブレ」は露光ｂの場合に比しても一段と減少している。
【００５２】
このように、この発明で実施される露光ｂ、露光ｃによれば、ブレ補正手段における応答遅れに起因する「実効的残留ブレ」を有効に軽減させることができ、実効的な残留ブレによる撮影画像における「像のぼけ」を有効に軽減して、撮影画像の解像度低下を小さくできる。
【００５３】
実効的な残留ブレは、上述の如く「露光時間内の残留ブレの変化の最大幅」であるから、残留ブレが０でなくても、残留ブレ自体に変化がなければ、実効的な残留ブレは０であり、例えば、残留ブレ自体が１０画素分でも３０画素分でも、被写体像は撮像面に対して移動しないのでブレの影響を除去できることになる。
【００５４】
この発明ではこの事実を利用し、「ブレ補正手段の応答遅れの影響を抑えるため、ブレの向きが一定の部分で（即ち、露光時間内にブレ量の変化の極値を含まないようにして）露光する」のである。
【００５５】
換言すると、「１」直線的な一方向のブレ状態で露光が完了すれば、応答遅れが有ったとしても実効的な残留ブレは０となり、「２」ブレの変化が直線的でなくとも一方向のブレ状態で露光が完了すれば、実効的な残留ブレは比較的小さくて済むが、「３」露光時間内にブレの向きが変化（ブレ量の変化が極値を通過）すると応答遅れによる実効的な残留ブレが大きな量となる（図１（ｅ）参照）ので、この発明では、上記「１」、「２」の状態を実現しようとするのである。
【００５６】
ブレの代表格である手ブレでは、「ブレの周波数」は概ね５〜１０Ｈｚの範囲にあることが知られている。上記周波数は画像入力装置の使用者により、カメラの形態により、更には同じ使用者でも体調や精神状態などによって「ばらつく」が上記範囲を大きく逸脱することはない。
【００５７】
この点に着目すると、手ブレの場合には、一度ブレの向きが反転する（ブレ量の変化が極値を通過する）とその後５０〜１００ｍｓ程度は「同一の向き」のブレが続く確率が高くなるので、この発明では、ブレ量の変化の極値（ブレの向きの変化）を検出し、その後から露光を開始することにより、上記「１」、「２」の状態で露光が行われる確率が高くなるようにする。一般的なブレの場合も、この考え方を敷衍して、上記「１」、「２」の状態で露光が行われる確率が高くなるようにできる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。図２〜図４に、この発明を実施できる画像入力装置であるデジタルカメラの模式的構成図を３例挙げる。以下、これらについて簡単に説明するが、煩雑を避けるため、混同の恐れがないと思われるものについては図２〜図４を通じて同一の符号を付する。
【００５９】
図２に示す画像入力装置は、撮影レンズ系の一部のレンズを光軸に対して直角方向にシフトし、結像面上の被写体像を変位させることによって、ブレ補正を行なう方式（「レンズシフト方式」）のものである。
【００６０】
鏡胴ユニット１０Ａは、レンズＬ１、Ｌ２、ローパスフィルタＦ、ＣＣＤエリアセンサ等の撮像素子ユニットＩＳを有している。
被写体からの光はレンズＬ１、Ｌ２により撮像ユニットＩＳ側へ導光され、ローパスフィルタＦを介して撮像素子ユニットＩＳの受光面上に被写体像として結像する。即ち、レンズＬ１、Ｌ２、ローパスフィルタＦは「撮像光学系」を構成する。また撮像素子ユニットＩＳの受光面が「撮像面」である。
【００６１】
撮像素子ユニットＩＳから出力される画像信号は被写体像を電気信号に変換したものであり、Ａ／Ｄ変換器１１でデジタル信号に変換され、画像処理部１２を介してシステムコントローラ１５に入力される。即ち、撮像素子ユニットＩＳ、Ａ／Ｄ変換器１１、画像処理部１２は「撮像手段」を構成する。
【００６２】
画像入力手段（カメラ）の手ブレは、ぶれ検出部１６で検出され、ぶれ検出回路部１７で信号化される。これら、ぶれ検出部１６、ぶれ検出回路部１７は「ブレ検出手段」を構成する。
【００６３】
一方、カメラ操作部１８はレリーズスイッチやモードスイッチ等を含み、レリーズスイッチは「撮影開始を指示するための撮影開始操作手段」を構成する。
【００６４】
システムコントローラ１５はマイクロコンピュータ等で構成され、その機能として「ブレ補正制御手段（図中の、ぶれ補正制御部）」、「ブレ極値検出手段（図中の、ぶれ極値検出部）」、「ブレ周波数検出手段（図中の、ぶれ周波数検出部）」等が設定されている。メモリ群１９には各種データや制御プログラムが格納され、また、撮像により入力された画像データを記憶できるようになっている。
【００６５】
ぶれ検出部１６、ぶれ検出回路部１７により構成される「ブレ検出手段」によるブレ情報がシステムコントローラ１５に入力されると、同コントローラ１５は「ブレ補正制御手段」として、ブレ補正手段における補正のための変位駆動量を演算し、ブレ補正手段を駆動させる。
【００６６】
即ち、システムコントローラ１５から出力される変位駆動量の情報は、ぶれ補正駆動回路２０に送られ、同回路２０は補正用アクチュエータ２２を駆動し、伝達部２３を介してレンズＬ２を光軸に直交する方向へ変位させる。変位されるレンズＬ２の位置は補正系位置検出部２５により検出され、システムコントローラ１５に入力される。システムコントローラ１５は補正系位置検出部２５からの信号に基づき、レンズＬ２の変位をフィードバック制御する。
【００６７】
補正用アクチュエータ２２と伝達部２３とで構成される、ぶれ補正ユニット２４と、ぶれ補正駆動回路２０と補正系位置検出部２５とは「ブレ補正手段」を構成し、撮像面上における被写体像を変位させる。システムコントローラ１５はまた、鏡胴駆動回路２６によりレンズ駆動系２７を介してレンズＬ１を光軸方向へ変位させ、ズーミングやフォーカシング等を行う。
【００６８】
図３に示す画像入力装置（カメラ）は、被写体結像光路内に配置された頂角可変プリズムＰ１（レンズＬ１、Ｌ２、ローパスフィルタＦ、撮像素子ユニットＩＳとともに鏡胴ユニット１０Ｂを構成する）の頂角を変化させることにより、撮像面上における被写体像を変位させてブレ補正を行なう方式（「頂角可変プリズム方式」）のものである。図２と同一の符号を付した部分の作用は図２におけると同様である。
【００６９】
「ブレ補正制御手段」としてのシステムコントローラ１５は、ブレ量に応じて、ぶれ補正駆動回路２０により補正用アクチュエータ２２を動作させ、伝達部２３を介して頂角可変プリズムＰ１の頂角を変化させる。この頂角変化に伴い、被写体像が撮像面（撮像素子ユニットＩＳの受光面）に対して、図の上下方向に変位してブレ補正が行われる。
【００７０】
頂角可変プリズムＰ１の頂角変化は補正系位置検出部２５Ａで検出されてシステムコントローラ１５にフィードバックされる。頂角可変プリズムＰ１と補正用アクチュエータ２２と伝達部２３とは、ぶれ補正ユニット２４Ａを構成する。ぶれ補正ユニット２４Ａと、ぶれ補正駆動回路２０と、補正系位置検出部２５Ａとは「ブレ補正手段」を構成する。
【００７１】
図４に示す画像入力装置（カメラ）は、撮像面（撮像素子ユニットＩＳの受光面）を撮像光学系の光軸に直交する方向へ変位させることにより、撮像面を被写体像に対して変位させてブレ補正を行う方式（「結像面シフト方式」）のものである。図２と同一の符号を付した部分の作用は図２におけると同様である。
【００７２】
「ブレ補正制御手段」としてのシステムコントローラ１５は、ブレ量に応じて、ぶれ補正駆動回路２０により（積層型圧電素子等による）補正用アクチュエータ２２を動作させ、伝達部２３を介して撮像素子ユニットＩＳを図の上下方向に変位させる。この変位に伴い、被写体像に対して撮像面（撮像素子ユニットＩＳの受光面）が、図の上下方向に変位してブレ補正が行われる。
【００７３】
撮像素子ユニットＩＳの変位位置は補正系位置検出部２５Ｂで検出されてシステムコントローラ１５にフィードバックされる。この画像入力装置では、撮像素子ユニットＩＳと伝達部２３と補正用アクチュエータ２２とが、ぶれ補正ユニット２４Ｂを構成する。
【００７４】
ぶれ補正ユニット２４Ｂと、ぶれ補正駆動回路２０と、補正系位置検出部２５Ａとは「ブレ補正手段」を構成する。
【００７５】
なお、図２〜図４に示す各画像入力装置において、撮像素子ユニットＩＳとＡ／Ｄ変換器１１と画像処理部１２の部分を「フィルム」に置き換えれば、各装置はアナログカメラとなる。
【００７６】
説明を若干補足すると、ブレ補正はカメラ上下方向のブレと左右方向のブレの双方を同時に補正する構成とする場合が多いが、図２〜図４では、簡略化のため、１方向のブレを検出し、その方向のみのブレ補正を行なう図としている。
【００７７】
また、補正系位置検出によるフィードバックを行ないフィードバック制御を行う構成としているが、ある程度の補正量精度が確保できれば、必ずしもフィードバック制御である必要はない。さらに、補正用アクチュエータと駆動される部材（シフトされるレンズや頂角可変プリズム、撮像素子ユニット）の間に、「伝達部」を介在させているが、アクチュエータで直接駆動する方式でも良い。
【００７８】
図２〜図４に示した各カメラは、撮像光学系Ｌ１、Ｌ２、Ｆによる被写体像を撮像手段ＩＳ、１１、１２により入力する画像入力装置であって、画像入力装置のブレ量を検出するブレ検出手段１６、１７と、撮像面および／または撮像面上の被写体像を変位させて、ブレの影響を補正するブレ補正手段２０、２４、２５、（２０、２４Ａ、２５Ａ）、（２０、２４Ｂ、２５Ｂ）と、ブレ検出手段の出力から、ブレ補正手段における補正のための変位駆動量を演算し、ブレ補正手段を駆動させるブレ補正制御手段１５と、ブレ検出手段の出力により、ブレの向きが変化するブレ量の極値を検出するブレ極値検出手段１５と、撮影開始を指示するための撮影開始操作手段１８とを有する。
【００７９】
そして、以下に説明するように、撮影開始操作手段１８の操作により撮影開始が指示されたとき、ブレ極値検出手段１５によりブレ量の極値の検出以後に、露光を開始するのである。
【００８０】
図６と図７に「ブレ補正と露光の手順を表すフローチャート」を示す。この手順は、上に説明した図２〜図４のカメラに適宜に適用できる。なお、図６、図７のフローチャートにおいてはブレ補正を「手ブレ補正」としているが、フローチャートにおける「手ブレ」は、手ブレのみならず、前述した「一般的なブレ」を意味するものである。
このフローチャートでは請求項２記載の発明が実施されており、「ブレ極値検出手段によるブレ量の極値の検出」は＃２１（「極値検出」）で実行され、所定時間経過後に露光を開始することは＃２４（「ウエイト」）、＃２５（「露光開始」）で実行され、＃２４の「ウエイト（待期）」の待期時間：Ｔｄが「所定時間」である。
【００８１】
図４のカメラにおいて、撮像素子ユニットＩＳを変位駆動する補正用アクチュエータ２２として「積層型圧電素子」を例示したが、積層型圧電素子は補正用アクチュエータとして好適なものであり、図２に示すカメラにおけるレンズＬ２を変位させる補正用アクチュエータ２２や、図３のカメラにおいて頂角可変プリズムＰ１の頂角を変化させるための補正用アクチュエータ２２としても用いることができる。
【００８２】
積層型圧電素子による駆動は、コイルと永久磁石を用いる電磁駆動に比して応答性が高く、比較的大きな駆動力を得られる利点があるが、電圧を加えていった場合と、減らしていった場合とで挙動が同じにならないという特性がある。
【００８３】
図５（ａ）は、上記特性：電圧−変位特性のヒステリシスの典型的な１例を示している。このようなヒステリシスがあると、例えば、図４のカメラのように撮像素子ユニットを変位させてブレ補正を行う際に、印加電圧を増加させる場合と減少させる場合とで、ブレ補正動作が異なることになり、ブレ補正の誤差を生じることになる。
【００８４】
このような「ヒステリシスによるブレ補正誤差」を回避する方法として、加電圧方向と減電圧方向の変位特性をそれぞれカメラ内の記憶部（メモリ群１９）に記憶しておく方法が考えられるが、専用のメモリ容量を必要とし制御も煩雑となる。
【００８５】
請求項８記載の画像入力装置では、ブレ補正手段を「圧電アクチュエータを駆動源とするもの」として構成し、ブレ極値検出手段が、ブレ量の極値（極大・極小）のうち「極値直後における圧電アクチュエータへの印可電圧を増加させる極値」の検出以後に露光を開始する。このようにして、印加電圧の増減のうち何れか一方の変位特性のみで、ブレ補正を極力完結させるようにする。
【００８６】
図６、７に示すフローチャートにおける＃２１の「所定方向極値」が「極値直後における圧電アクチュエータへの印可電圧を増加させる極値」に相当する極値である。
【００８７】
例えば、ブレの向きが正方向（図１で右上がり）のときは、撮像素子ユニットの変位もブレの向きと同じ向きに駆動されるが、このときの積層型圧電素子に印加する電圧の変化の方向として、増加の方向と減少の方向の何れかを対応させることになる。
【００８８】
図５（ａ）のようなヒステリシスを示す積層型圧電素子を用いた補正系を用いる場合、同図（ｂ）に示す如く、正方向（印加電圧増加方向）の変位特性も負方向（印加電圧減少方向）の変位特性も、数本の直線で置き換えることになるが、図５（ｂ）から明らかなように、誤差は負方向の近似直線の方が大きい。
【００８９】
そこでこのような場合、補正系の変位特性が直線に近くなる「印加電圧を増加させる」状態でブレ補正を行い、極値のうちの極小（ブレの向きが負から正に変化する）を検出したときだけ露光を開始させるようにする。このようにすることにより、正方向の変位特性だけを「詳細データ」として保持していれば良好なブレ補正効果を実現できる。勿論、露光途中でブレの向きが反転することも考えられるので、負方向の変位特性のデータも保持するに越したことはない。
【００９０】
このように正・負両方向とも変位特性のデータをカメラ内に保持している場合でも「より誤差が少ない方向の補正」を優先的に行なうことにより、ブレ補正効果をより高めることができる。即ち、積層型圧電素子をアクチュエータとして用いる場合、上の場合で言えば、「積層型圧電素子への印加電圧を増加させる方向のブレ補正を行なえるような向き」の極値を検出してから露光を開始するのが好ましい。
【００９１】
積層型圧電素子駆動に限らず、伝達系に片方向のばねを用いた場合などでも上記と同様の「動作方向による差異」が発生するため、この場合も上記と同様にして、動作方向による差異に起因するブレ補正誤差を軽減できる。
【００９２】
極値検出が行われている「ある時点」でのブレの向きが負（図１（ａ）で下向き）であれば、次に検出される極値の後のブレの向き正であることになり、従って、ブレ量の検出の最中に「これからどちら方向へ補正駆動をするのか」を知ることができる。
【００９３】
一方において、実行するブレ補正が「最大補正量」の中に収まるか否かは、補正効果に及ぼす影響が大きい。
【００９４】
従って、ブレ検出において「ブレ極値検出手段によるブレ量の極値の検出後、露光開始までの間にブレ補正手段の駆動を開始する」ようにし（図６、図７のフローチャートの＃２３（「手ブレ補正動作再開」））で、極値の検出待ちをしている間に「ブレ補正の開始位置を、これから動作させる方向への動作幅が広くなる位置」にずらしておけば（請求項５ 図６、７のフローチャートの＃１９（「補正スタート位置演算」）、＃２０（「補正スタート位置設定」））、実行するブレ補正が最大補正量からはみ出す確率を減らすことができる。このように、ブレ補正開始動作を露光直前まで待つことにより、より効果的なブレ補正動作を行なうことができる。
【００９５】
デジタルカメラ等では、ブレ補正効果を撮影者が視認できるように、第１レリーズ（シャッタ半押し）でブレ補正動作を開始するのが普通であるが、このようなカメラにおいても、第２レリーズ動作によりブレ補正動作を一時中止し、露光直前から再び開始することにより、請求項１に記載の発明を適用できる（図６、７のフローチャートにおける＃１１（「手ぶれ補正動作一旦中止」））。
【００９６】
請求項１記載の発明を実施するに際しては「これから動作させる方向への動作幅が広くなる位置」をどこに設定すれば、確率的に最良の補正効果が得られるかが問題となる。検出される極値後のブレが、露光時間中同一の向きに続く確率が高ければ、上記位置を「これから動作させる方向とは逆の端」に設定するのが好ましいが、露光中にブレの向きが反転する確率がある程度存在する場合は、「これから動作させる方向とは逆の方向にも多少の動作範囲を残した位置」とするのが好ましい。
【００９７】
実行するブレ補正が最大補正量から大きくはみ出すと「露光中にブレの向きが反転する」ことによる問題以上の悪影響が補正効果に現れる。従って、実行するブレ補正が最大補正量からはみ出すことは避けるべきであり、そのため、状況によっては「逆方向にも多少の動作範囲は残す」ことが必要となる。
【００９８】
この場合「逆方向にも動作範囲を残す」べき状況は、露光時間：Ｔｓが長いときや、撮影レンズ系の焦点距離：Ｚｐが長い（望遠側）のとき（望遠側では開口数が小さくなるため被写体像が暗くなり、必然的に長い露光時間を必要とする）である。従って、ブレ補正の駆動開始位置に対する所定のずらし量を「シャッタ秒時または焦点距離、もしくはその両方に応じて変化させる」のが良い。
【００９９】
また、ブレには撮影者個人等の特徴が有るので、レリーズ半押し状態等でブレの周波数を「ブレ周波数検出手段」で計測（図６、７のフローチャートの＃４（「ぶれ周波数の検出」）、＃９（「ぶれ周波数確定」））すると、ぶれ周波数が高いほど露光中におけるブレの向きの反転が生じる確率が高くなるから、ブレの周波数の特性：Ｆｂに合わせて、補正開始位置を最適化することも有効である。
【０１００】
「ブレ周波数検出手段」は、上記システムコントローラの演算機能として構成できる。
【０１０１】
シャッタ秒時が「ブレの周期に対して十分に短か」ければ、上述した効果を期待できるが、「シャッタ秒時がブレの周期に対して比較的長い」場合は、極値まで待って露光を開始しても、露光途中にブレの向きが再び反転する確率が高くなり、本件発明を適用させても効果を十分なに発揮できない。
【０１０２】
この発明においては、極値の検出待ちをする分だけシャッタタイムラグが増大するので、上記効果を十分に発揮できない状況においては上記のブレ補正の制御（極値を検出した後に露光を開始する）を行わない方が良い。
【０１０３】
図６、７に示されたフローチャートの手順では、上記の事情に鑑み「シャッタ秒時が所定値よりも長いときは、ブレ極値検出手段による極値の検出を待たずに露光を開始する」ようにしている。
【０１０４】
即ち、図６、７のフローチャートの手順では、＃１２（「極値待ち実施？」）において、極値検出による露光待ちを実施するかどうかの判定基準となる露光待ち秒時：Ｔ１を実際のシャッタ秒時：Ｔｓと比較し、Ｔｓ＜Ｔ１が満たされない場合（シャッタ秒時：Ｔｓが所定値：Ｔ１以上）は、露光待ちを実施しないブレ補正シーケンス＃１３（「補正スタート位置設定」）へ進む。
【０１０５】
また上記判定基準秒時：Ｔ１を撮影者個人のブレ周波数特性：Ｆｂにより可変とする。即ち、図６、７のフローチャートの＃１０（「露光待ち可否秒時（Ｔ１）演算」）において、露光待ち秒時：Ｔ１をブレ周波数特性：Ｆｂの関数として演算する。周波数：Ｆｂが大きい場合（＝小刻みなブレ）は判定基準秒時：Ｔ１を短くし、周波数：Ｆｂが小さい場合は露光待ち秒時：Ｔ１を長くして、それぞれ「極値待ち露出」を取りやめる基準を変更する。
【０１０６】
また、図６、７のフローチャートの＃２６（「タイマーＯＮ（Ｔｔ＝０）」）において、露光開始からの時間：Ｔｔをカウントし始め、＃２７（「最大ぶれ方向での逆方向の極値検出？」）で、露光開始直前の極値（説明中の例で極小）と逆の極値（極大）が検出されたときは、＃３１（「露光リセット秒時内？」）で極大の検出された時間：Ｔｔが所定の時間：Ｔｒ内の場合は＃３４（「露光中断」）で露光を中止し、＃２５（「露光開始」）で再露光を開始する。
【０１０７】
この場合、＃３５（「手ブレ補正動作一旦中止」）で、再露光前に一旦、ブレ補正動作を中断し、＃３６（「補正スタート位置再設定」）で補正開始位置を設定し直して再露光へと進むことにすると、再露光の場合も再露光でない場合と同等のブレ補正効果を期待することができる。
【０１０８】
この場合の再設定される補正開始位置：Ｐｓは、＃１９（「補正スタート位置演算」）で演算された開始位置：Ｐｓとは、補正動作範囲中心（撮像素子ユニットを変位させる場合であれば、撮像光学系の光軸と撮像面中心が一致している位置）に関して対称位置となる。
【０１０９】
上記の動作により、露光時間内に極値が存在して図１（ｅ）、（ｆ）のような状況を極力回避でき、補正開始位置をずらしている場合の「逆向きのブレによる補正範囲オーバー」を回避できる（補正開始位置をずらすのは、想定された方向のブレがある程度持続することを見越しているためであり、露光開始直後にブレ方向が変化すると、容易に補正範囲をオーバーしてしまう）。
【０１１０】
一方で露光終了間際でのブレ方向の変化は、図１（ｅ）や（ｆ）のような状況になるが、補正量オーバーの面では問題無い。無制限に再露光を許容すると、シャッタタイムラグが増大し、逆にブレを増大させる副作用も考えられるため「露光のやり直し」は、所定の時間：Ｔｒ内に逆向きの極値が検出された場合に限ることが望ましい。
【０１１１】
なお、上述の時間：Ｔｒの性格上、時間：Ｔｒは「シャッタ秒時：Ｔｓによって可変」としておくのが好ましい。即ち、露光時間：Ｔｓが長い場合は、撮影者もブレを警戒するためシャッタタイムラグが多少長くても問題ないが、シャッタ秒時：Ｔｓが短くなるにつれ「ブレへの警戒」が薄れるため、シャッタタイムラグも短くなるようにするのである。
【０１１２】
また、再露光を何度も繰り返すことはシャッタタイムラグと同じことになり好ましくない。従って、再露光の繰返し回数の上限：Ｎ１を定め、＃３２（「再露光回数所定回数内？」）で、再露光の回数：ＮｒがＮ１を越えた場合は、再露光を断念し、露光を継続する。
【０１１３】
「ブレ補正」は、光軸の縦方向の傾きと横方向の傾きの２方向を補正する場合が多く、ブレ検出手段及びブレ補正手段を２組有している。このような場合「縦方向と横方向の極値が同時に発生する確率」は極めて低く、各方向のブレに対して、この発明のブレ補正を同時適用することは困難である。
【０１１４】
そこでこの場合には、ブレ極値検出手段により、「１つのブレ検出手段の出力（ブレ量）の極値」を検出する。
【０１１５】
ブレ極値検出を行う方向は「一般的にブレ量が多いとされる縦方向（カメラを水平に構えた状態での上下方向）」とすることができ、このようにすると、画像入力装置を単純な構成とすることができる。然し反面、カメラを縦長に構えた撮影の場合等には対応出来ない。
【０１１６】
これを避けるためには「撮影姿勢検出手段」を設けて天地方向に相当する方向のブレ極値を検出するように構成することができる。撮影姿勢検出手段としては一般的な重力センサ等を用いることができる。
【０１１７】
上の説明では「縦方向のブレ量が大きい」としたが、ブレには個人差が有るから撮影者によっては横方向のブレ量が大きくなる場合もあるし、撮影時の状況によっても、横方向のブレ量が大きくなるような状況（無理な姿勢で横方向が不安定な場合や一脚を用いた場合等）も生じ得る。
【０１１８】
このような場合には、撮影状況に応じて「ブレの具合」により、どの方向の極値を検出するかを決定するのが良い。即ち「複数のブレ検出手段の出力を比較し、ブレ振幅が最も大きいブレ検出手段がどれであるかを確定する最大ブレ方向確定手段」を用いることにより、この最大ブレ方向確定手段により確定された方向におけるブレ量の極値の検出とこれを利用した露光開始タイミングの制御を行うようにする。
【０１１９】
一方で、この発明が効果を有効に発揮するのは、必ずしもブレ量が大きい方向ではなく、ブレ量の変化の周波数が小さい（ブレがゆっくりである）方向であることから、説明中の実施の形態では、ブレ検出部の出力を比較し、ブレ周波数が小さい方向を確定する「最小ブレ周波数方向確定手段」を有し、ブレがゆっくりの方向の極値を検出するようにしている。
【０１２０】
即ち、図６、７のフローチャートの＃４（「最大ぶれ方向検出」）、＃９（「最大ぶれ方向確定」）で、最大ブレ方向を確定し、＃２１（「最大ぶれ方向での所定方向の極値検出？」）、＃２７（「最大ぶれ方向での逆方向の極値検出？」）で最大ブレ方向の極値を検出している。
【０１２１】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な画像入力装置を実現できる。
この発明による画像入力装置は、「ブレ量の変化の向きが反転する極値」を検出してから露光を開始するので、露光中にブレの向きが変化する確率が低下し、「ブレ補正手段の応答遅れに起因する実効的な残留ブレ」を軽減した画像入力を行い得る確率が増加する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の基本原理を説明するための図である。
【図２】この発明を実施できる画像入力装置の１例であるデジタルカメラの構成を説明するための図である。
【図３】この発明を実施できる画像入力装置の１例であるデジタルカメラの別の構成を説明するための図である。
【図４】この発明を実施できる画像入力装置の他の例であるデジタルカメラの他の構成を説明するための図である。
【図５】ブレ補正手段の駆動源としての圧電アクチュエータの動作特性の１例を説明するための図である。
【図６】ブレ補正の手順を示すフローチャートの一部である。
【図７】ブレ補正の手順を示すフローチャートの一部である。

Claims (10)

1. 撮像光学系による被写体像を撮像手段により入力する画像入力装置であって、
   画像入力装置のブレ量を検出するブレ検出手段と、
   撮像面および／または撮像面上の被写体像を変位させて、上記ブレの影響を補正するブレ補正手段と、
   上記ブレ検出手段の出力から、上記ブレ補正手段における補正のための変位駆動量を演算し、上記ブレ補正手段を駆動させるブレ補正制御手段と、
   上記ブレ検出手段の出力により、ブレの向きが変化するブレ量の極値を検出するブレ極値検出手段と、
   撮影開始を指示するための撮影開始操作手段とを有し、
   上記撮影開始操作手段の操作により撮影開始が指示されたとき、上記ブレ極値検出手段によるブレ量の極値の検出以後に、露光を開始するようにし、
   ブレ極値検出手段によるブレ量の極値の検出後、露光開始までの間に、ブレ補正手段の駆動を開始し、
   直後の補正動作方向への動作幅が広くなる方向に、ブレ補正手段の駆動開始位置を所定量ずらして、ブレ補正手段の駆動を開始することを特徴とする画像入力装置。
2. 請求項１記載の画像入力装置において、
   ブレ検出手段の出力により、ブレの周波数を検出するブレ周波数検出手段を有し、ブレ補正手段の駆動開始位置に対する所定のずらし量を上記ブレ周波数検出手段の検出結果に応じて変化させることを特徴とする画像入力装置。
3. 撮像光学系による被写体像を撮像手段により入力する画像入力装置であって、
   画像入力装置のブレ量を検出するブレ検出手段と、
   撮像面および／または撮像面上の被写体像を変位させて、上記ブレの影響を補正するブレ補正手段と、
   上記ブレ検出手段の出力から、上記ブレ補正手段における補正のための変位駆動量を演算し、上記ブレ補正手段を駆動させるブレ補正制御手段と、
   上記ブレ検出手段の出力により、ブレの向きが変化するブレ量の極値を検出するブレ極値検出手段と、
   撮影開始を指示するための撮影開始操作手段とを有し、
   上記撮影開始操作手段の操作により撮影開始が指示されたとき、上記ブレ極値検出手段によるブレ量の極値の検出以後に、露光を開始するようにし、且つ、
   シャッタ秒時が所定値よりも長いときは、ブレ極値検出手段による極値の検出を待たずに露光を開始することを特徴とする画像入力装置。
4. 撮像光学系による被写体像を撮像手段により入力する画像入力装置であって、
   画像入力装置のブレ量を検出するブレ検出手段と、
   撮像面および／または撮像面上の被写体像を変位させて、上記ブレの影響を補正するブレ補正手段と、
   上記ブレ検出手段の出力から、上記ブレ補正手段における補正のための変位駆動量を演算し、上記ブレ補正手段を駆動させるブレ補正制御手段と、
   上記ブレ検出手段の出力により、ブレの向きが変化するブレ量の極値を検出するブレ極値検出手段と、
   撮影開始を指示するための撮影開始操作手段とを有し、
   上記撮影開始操作手段の操作により撮影開始が指示されたとき、上記ブレ極値検出手段によるブレ量の極値の検出以後に、露光を開始するようにし、且つ、
   露光開始から所定時間内にブレ極値検出手段により逆の極値が検出された場合は直ちに露光を中止し、再露光を開始することを特徴とする画像入力装置。
5. 撮像光学系による被写体像を撮像手段により入力する画像入力装置であって、
   画像入力装置のブレ量を検出するブレ検出手段と、
   撮像面および／または撮像面上の被写体像を変位させて、上記ブレの影響を補正するブレ補正手段と、
   上記ブレ検出手段の出力から、上記ブレ補正手段における補正のための変位駆動量を演算し、上記ブレ補正手段を駆動させるブレ補正制御手段と、
   上記ブレ検出手段の出力により、ブレの向きが変化するブレ量の極値を検出するブレ極値検出手段と、
   撮影開始を指示するための撮影開始操作手段とを有し、
   上記撮影開始操作手段の操作により撮影開始が指示されたとき、上記ブレ極値検出手段によるブレ量の極値の検出以後に、露光を開始するようにし、且つ、
   ブレ検出手段及びブレ補正手段を複数組有し、
   ブレ極値検出手段が、１つのブレ検出手段の検出するブレ量の極値を検出することを特徴とする画像入力装置。
6. 請求項５記載の画像入力装置において、
   複数のブレ検出手段の出力を比較し、ブレ振幅が最も大きいブレ検出手段がどれであるかを確定する最大ブレ方向確定手段を有し、この最大ブレ方向確定手段により確定された方向におけるブレ量の極値の検出とこれを利用した露光開始タイミングの制御を行うことを特徴とする画像入力装置。
7. 請求項１〜６の任意の１に記載の画像入力装置において、
   ブレ極値検出手段によるブレ量の極値の検出以後、所定時間経過後に露光を開始することを特徴とする画像入力装置。
8. 請求項１〜７の任意の１に記載の画像入力装置において、
   ブレ補正手段が、圧電アクチュエータを駆動源とするものであり、
   ブレ極値検出手段が、ブレ量の極値のうち、極値直後における上記圧電アクチュエータへの印可電圧を増加させる極値の検出以後に、露光を開始することを特徴とする画像入力装置。
9. 請求項３〜８の任意の１に記載の画像入力装置において、
   ブレ極値検出手段によるブレ量の極値の検出後、露光開始までの間に、ブレ補正手段の駆動を開始することを特徴とする画像入力装置。
10. 請求項３〜９の任意の１に記載の画像入力装置において、
    直後の補正動作方向への動作幅が広くなる方向に、ブレ補正手段の駆動開始位置を所定量ずらして、ブレ補正手段の駆動を開始することを特徴とする画像入力装置。

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