JP4447674B2 - 振れ補正装置、撮像装置、カメラユニットおよびレンズユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振れ補正装置、および該振れ補正装置を備えた撮像装置、更にはこの撮像装置に用いられるカメラユニットおよびレンズユニットに関し、特に、装置本体に着脱可能な焦点距離の変倍光学系と、例えば手振れ等による撮像画の振れを光学的に補正する振れ補正装置とを備え、撮像画による振れ検出手段により得られた振れ情報に基づいて撮像画の振れを補正する機能を有する撮像装置に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ビデオカメラ等の撮像装置では、オートエクスポージャ（ＡＥ）やオートフォーカス（ＡＦ）等の機能に見られるように、あらゆる点で自動化および多機能化が図られ、良好な撮影が容易に行えるようになっている。
また、近年では、撮像装置の小型化や光学系の高倍率化に伴い、装置の振れ等が撮影画像の品位を低下させる大きな原因となっていることに着目し、このような装置の振れ（手振れ）等により生じた撮影画像の振れを補正する振れ補正機能が種々提案されている。このような振れ補正機能を撮像装置に搭載することで、さらに良好な撮影が容易に行えるようになっている。
【０００３】
例えば、撮像素子の撮像面に被写体からの光を結像することで撮影画像を得る撮像装置に設けられる振れ補正機能として、図６に示すような構成のものがある。図６において、１は角速度検出手段であり、例えば振動ジャイロ等の角速度センサから成る。この角速度検出手段１は、カメラ等の振れ補正機能付き撮像装置本体に取り付けられており、装置の振れを角速度として検出する。
【０００４】
２はＤＣカットフィルタであり、角速度検出手段１から出力される角速度信号の直流（ＤＣ）成分を遮断して、交流成分すなわち振動成分のみを通過させる。このＤＣカットフィルタ２としては、所定の周波数帯域以下の信号を遮断するハイパスフィルタ（以下、ＨＰＦと示す）を用いても良い。３は増幅器（アンプ）であり、ＤＣカットフィルタ２から出力された角速度信号を適当な感度に増幅して出力する。
【０００５】
４はＡ／Ｄ変換器であり、増幅器３から出力された角速度信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。５はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）であり、任意の周波数帯域でその特性を可変しえる機能を有しており、Ａ／Ｄ変換器４から出力されたデジタルの角速度データに含まれる低周波成分を遮断して出力する。６は積分器であり、任意の周波数帯域でその特性を可変しえる機能を有しており、ＨＰＦ５から出力された角速度データを積分して、その積分結果を角変位データとして出力する。
【０００６】
７はパン・チルト判定回路であり、Ａ／Ｄ変換器４から出力された角速度データおよび積分器６から出力された角変位データに基づいて、パンニング・チルティングの判定を行って、角速度データおよび角変位データのレベルにより以下に述べるようなパンニング制御を行う。
【０００７】
すなわち、角速度データが所定のしきい値以上、あるいは、角速度データが所定のしきい値より小さくても当該角速度データの積分結果である角変位データが所定のしきい値以上であるならば、パンニングあるいはチルティング状態であると判定し、パンニング制御を行う。このパンニング制御では、まず、ＨＰＦ５の低域カットオフ周波数を高域側に変移させることにより、低域の周波数に対して画像補正手段１０の振れ補正系が応答しないように特性を変更する。次に、積分器６の積分特性の時定数を値が小さくなる方向に変移させることにより、画像補正手段１０の振れ補正位置を移動範囲中心へと徐々にセンタリングさせる。これにより、積分器６に蓄積された角変位データの値を基準値（振れを検出していない状態においてとり得る値）に徐々に近づけていく。
【０００８】
このようなパンニング制御を行っている間も角速度データおよび角変位データの検出は行われており、パンニング・チルティングが終了した場合（すなわち、角速度データおよび角変位データのそれぞれが所定のしきい値より小さい場合）には、ＨＰＦ５の低域カットオフ周波数を低域側に変移させるとともに、積分器６での積分演算に用いる時定数の値を大きくなる方向に変移させることにより振れ補正範囲を拡張する動作を行う。これにより、ＨＰＦ５の低域カットオフ周波数および積分器６の時定数の値がそれぞれ元の状態に戻され、パンニング制御から抜けることになる。
【０００９】
８はＤ／Ａ変換器であり、積分器６から出力された角変位データをデジタル信号からアナログ信号に変換して出力する。上記Ａ／Ｄ変換器４、ＨＰＦ５、積分器６、パン・チルト判定回路７およびＤ／Ａ変換器８は、例えばマイクロコンピュータ（マイコン）ＣＯＭによって構成される。
【００１０】
９は駆動回路であり、Ｄ／Ａ変換器８から出力されたアナログの角変位信号に基づいて、後段の画像補正手段１０を振れを抑制するように駆動する。画像補正手段１０は、例えば、光学的光軸を変移させて振れを相殺する光学的補正手段が用いられる。この光学的補正手段は、例えば可変頂角プリズムを用いた光学的振れ補正系を有し、駆動回路９からの駆動に従って、可変頂角プリズムの頂角を変えて撮像面への入射光の光軸を変移させることにより、撮影画像に生じる振れを光学的に補正する。
【００１１】
図７は、図６に示した画像補正手段１０の一例を示す図である。図７の例は、特に可変頂角プリズム１００を用いるとともに、その駆動系としてボイス・コイル型のアクチュエータ１１０を用い、可変頂角プリズム１００の頂角変位をエンコーダ１２０で検出する。そして、その検出結果を駆動系のアクチュエータ１１０にフィードバックすることにより可変頂角プリズム１００の駆動量を制御するようになされた閉ループを構成する制御系としたものである。
【００１２】
まず、可変頂角プリズム１００について詳しく述べる。図７に示す可変頂角プリズム１００の構成において、１０１及び１０１’は互いに対向して配置された平面ガラス、１０２は透明な高屈折率（屈折率ｎ）の弾性体または不活性液体からなる高屈折体、１０３は高屈折体１０２を外周より樹脂フィルム等にて弾力的に封止するための封止材である。高屈折体１０２を封止した封止材１０３は、平面ガラス１０１及び１０１’に挟持されている。なお、１０４は一方の平面ガラス１０１に直角に入射し、高屈折体１０２および他方の平面ガラス１０１’を透過した光の光路を示したものである。
【００１３】
図７（ａ）は、一対の平面ガラス１０１及び１０１’が平行に保持されている状態を示したものである。この状態の場合、光路１０４は、一方の平面ガラス１０１に直角に入射し、高屈折体１０２を通り、他方の平面ガラス１０１’より直角に射出する。
【００１４】
一方、図７（ｂ）は、ボイス・コイル型のアクチュエータ１１０により、他方の平面ガラス１０１’が傾けられた状態を示したものである。これは、光学的光軸を変移させた状態にあたる。この状態では、一対の平面ガラス１０１及び１０１’と高屈折体１０２とで光学的なプリズムが形成される。したがって、一方の平面ガラス１０１に直角に入射した光は、他方の平面ガラス１０１’から射出されるときに、図７（ａ）に示した平行な状態での光路１０４に対して、光路１０４’のようにその光路が変化する。
【００１５】
図７（ｂ）において、可変頂角プリズム１００の他方の平面ガラス１０１’を一方の平面ガラス１０１対して角度σだけ回動させたときの入射光束１０４’の通過状態を更に説明すると、以下の通りである。すなわち、一方の平面ガラス１０１に直角に入射してきた光束１０４’は、模形プリズムと同様の原理により、角度φ＝（ｎ−ｌ）σだけ偏向されて出射する。つまり、入射光束１０４’の光軸は、角度φ分だけ偏心（偏向）される。なお、ここでの屈折率ｎは、ガラスの屈折率に近いものとする。
【００１６】
さらに、このような可変頂角プリズム１００を用いた場合の光軸の補正について図８を用いて説明する。図８において、１０１’−Ａは上記他方の平面ガラス１０１’が一方の平面ガラス１０１と平行な状態（図７（ａ）の状態）、１０１’−Ｂは上記他方の平面ガラス１０１’が一方の平面ガラス１０１に対して傾きを生じた状態（図７（ｂ）の状態）を示している。また、１５０は撮像光学系、１６１は結像した光信号を光電変換して電気信号として出力するＣＣＤ等の撮像素子、１６２は撮像素子１６１から出力された電気信号を、例えばＮＴＳＣ等のビデオ信号に変換する信号処理回路、１６３はビデオ信号を記録する記録装置である。
【００１７】
図８に示すように、他方の平面ガラス１０１’が一方の平面ガラス１０１と平行にある状態（状態１０１’−Ａ）の場合、光路１０４は、撮像光学系１５０を介して撮像素子１６１の結像面上に直線的に結ばれる。一方、他方の平面ガラス１０１’が一方の平面ガラス１０１に対して傾きを生じている状態（状態１０１’−Ｂ）の場合は、一対の平面ガラス１０１及び１０１’で形成される頂角が変えられることで、光路１０４’のように光路が変化させられる。変化した光路１０４’は、撮像光学系１５０を介して、状態１０１’−Ａの場合と同じ撮像素子１６１の結像面上に結ばれる。このようにして、撮像装置の振れ等により生じる被写体の移動（光路のずれ）を光学的に補正することが可能となる。
【００１８】
次に、再び図７に戻ってアクチュエータ１１０について説明する。図７に示すアクチュエータ１１０の構成において、１１１はヨーク、１１２はマグネット、１１３はコイル、１１４は駆動トルクを伝達するアームであり、これらの要素によって、コイル１１３に電流を流すことで可変頂角プリズム１００の頂角を可変し得るボイス・コイル型のアクチュエータが構成されている。
【００１９】
また、可変頂角プリズム１００の傾き（頂角の変位、すなわち角変位）を検出するための角変位エンコーダ１２０の構成において、１２１は可変頂角プリズム１００の角変位検出用のスリットであり、可変頂角プリズム１００の他方の平面ガラス１０１’と共にアクチュエータ１１０のアーム１１４を通じて回動し、その位置が変位するようになっている。１２２はスリット１２１の位置を検出する発光ダイオード、１２３はＰＳＤ（Position Sensing Detector ）であり、発光ダイオード１２２と共にスリット１２１の位置を検出する。これにより、可変頂角プリズム１００の頂角の変位が検出される。
【００２０】
次に、可変頂角プリズム１００を駆動制御する制御回路の基本的な構成および動作について、図９のブロック図を用いて説明する。図９において、１３１はアンプ、１３２はアンプ１３１の出力に基づいてアクチュエータ１１０を駆動する駆動回路、１３３は加算器であり、図６のマイクロコンピュータＣＯＭから出力される振れ補正用の制御信号（角変位信号）１３４と、角変位エンコーダ１２０から出力される角変位信号１３５とを互いに逆極性で加算し、加算結果をアンプ１３１に出力する。
【００２１】
このような構成で成る制御系は、マイクロコンピュータＣＯＭから出力される振れ補正用の制御信号１３４と、角変位エンコーダ１２０から出力される角変位信号１３５とが等しくなるように動作する。その結果として、制御信号１３４がエンコーダ１２０の出力１３５と一致するように可変頂角プリズム１００が駆動される。これにより、マイコンＣＯＭで指示された位置（頂角）に可変頂角プリズム１００が制御されるものである。
【００２２】
なお、上記図７においては説明の便宜上図示しなかったが、上述した可変頂角プリズム１００の駆動方向と直角の方向に、同様の機能を有する駆動回路、エンコーダおよび制御回路が存在し、光軸に対して上下左右の補正を可能にするものである。
【００２３】
以上のように、図６に示す構成で成る振れ補正装置は、振動ジャイロ等の角速度検出手段１からの情報をもとに装置の振れを検出し、その検出結果を信号処理して振れ補正信号を求め、当該振れ補正信号に基づいて、画像補正手段１０によって手振れ等による撮影画像の振れを光学的に補正するようになされている。
【００２４】
また、近年においては、撮像装置の小型化を背景として、上述の角速度センサを用いる代わりに、画像情報をもとに動きベクトルを検出する画像ベクトル検出手段を用いて装置の振れを検出する撮像装置が提案されている。この画像ベクトル検出手段は、例えばＩＣチップに納めることが可能であるため、装置の小型化が容易に行える。図６に示した従来技術においても、角速度センサの代わりに画像ベクトル検出手段を用いた構成とすることは可能である。
【００２５】
また、上記角速度センサと画像ベクトル検出手段とを併用したシステムの検討も行われている。すなわち、実際の撮像装置の振れと角速度センサにより検出される振れとの間に誤差があると、振れの補正にも誤差が生じてしまう。ここで言う撮影画像の補正誤差とは、撮像装置の振れ量に対する光学的振れ補正系の補正残りあるいは補正過多のことである。
【００２６】
ここで、撮像装置の光学系（レンズ等）の焦点距離が長くなって像の拡大倍率が大きくなる（望遠側になる）につれて、撮影画像上での補正誤差量は増加し、撮影画像の品位を損ねる原因となってしまう。そこで、この補正誤差を軽減する目的で画像ベクトル検出手段を用い、画像ベクトル検出手段によって補正誤差を検出し、その検出結果を補正信号として光学的補正手段にて用いることにより、補正誤差を軽減する。
【００２７】
なお、このような振れ補正機能を有する撮像装置（例えばビデオカメラ）の分野においても、撮影領域を可変とするために銀塩カメラと同様の交換レンズ方式のビデオカメラが提案されている。交換レンズシステムでは、高倍率のレンズやエクステンダー等の装置がカメラ本体と着脱可能であるため、高倍率レンズを組み合わせることが容易であり、上述の補正誤差がカメラ・レンズ一体型の撮像装置に比べて大きくなる。よって、画像ベクトル検出手段によって補正誤差を検出し、その検出結果をもとに光学的補正手段にて補正誤差を軽減する手段への要求はより強いものとなる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光学的振れ補正手段を備えレンズ交換が可能な撮像装置において、その振れ検出手段として上述の画像ベクトル検出手段を用いると、変倍光学系（ズーム光学系）による像の変倍時に以下のような問題が生じてしまう。すなわち、交換レンズ方式のビデオカメラ等の撮像装置では、撮像光学系の光学中心と撮像素子の中心とでずれが生じる場合があり、このようなずれがある状態でズームを行うと、撮像素子の中心からずれた位置を中心として像の変倍が起こってしまうこととなる。この中心がずれた状態の変倍は、不要なベクトルの誤検出につながってしまい、正しい振れ補正が行えない。
【００２９】
この撮像光学系と撮像素子の中心ずれによる影響を、図１０を参照して具体的に説明する。図１０（Ａ）は、光学中心と撮像素子の中心とが一致している状態で、焦点距離が大きくなる方向（テレ側）に変倍光学系を移動させたときに検出される動きベクトルを図式的に示したものである。図１０（Ａ）において、６０１は撮像素子面の撮像エリアを示しており、６０２の矢印群は各ポイントにおける像の移動方向および移動距離（動きベクトル）を示している。６０３は光学中心であり、すなわち撮像素子の中心でもある。
【００３０】
図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）と同じく光学中心と撮像素子の中心とが一致している状態で、焦点距離が小さくなる方向（ワイド側）に変倍光学系を移動させたときに検出される動きベクトルを図式的に示したものである。図１０（Ｂ）において、６１２の矢印群も各ポイントにおける像の動きベクトルを示している。光学中心と撮像素子の中心とが一致している場合、光学中心６０３を対称として向かい合う位置に互いに逆向きで同じスカラ量を持つ動きベクトルが必ず存在するため、図１０（Ａ）に示す各動きベクトル６０２の総和、および図１０（Ｂ）に示す各動きベクトル６１２の総和は何れも０となる。
【００３１】
図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）と同様に焦点距離が大きくなる方向（テレ側）に変倍光学系を移動させたときに検出される動きベクトルを図式的に示したものであるが、光学中心６０３と撮像素子の中心６０４とがずれており、動きベクトル６２２の拡散方向が光学中心６０３となっている。そのため、各ポイントの動きベクトル６２２の総和は０とならず、動きベクトルを検出する画像の入力手段である撮像素子の中心６０４を基準にすると矢印６０５のようになる。これは、光学中心６０３と撮像素子の中心６０４とがずれている状態でテレ側にズーミングを行った場合に、ズーム前の撮像素子の中心６０４が光学中心６０３に対して徐々に離れていくことからも容易に確認できる。
【００３２】
また、図１０（Ｄ）は、図１０（Ｂ）と同様に焦点距離が小さくなる方向（ワイド側）に変倍光学系を移動させたときに検出される動きベクトルを図式的に示したものであるが、光学中心６０３と撮像素子の中心６０４とがずれている。そのため、各ポイントの動きベクトル６３２の総和は０とならず、図１０（Ｃ）の場合とは反対のベクトル量（矢印６１５）が検出されてしまう。よって、図１０（Ｃ）および（Ｄ）のように光学中心６０３と撮像素子の中心６０４とが異なるズームレンズにおいては、ズーム動作を行うと動きベクトルの誤検出を生じてしまうこととなる。
【００３３】
この光学中心６０３と撮像素子の中心６０４とのずれは、特にレンズ交換が可能な撮像装置については管理が難しく、画像ベクトル検出手段に影響のないレベルとすることは容易でない。
【００３４】
本発明は、上記のような実情に鑑みて成されたものであり、特に装置本体に着脱可能な焦点距離の変倍光学系と、撮像画による振れ検出手段により得られた振れ情報に基づいて撮影画像の振れを光学的に補正する振れ補正手段とを備えた撮像装置において、ズーム動作時でも動きベクトルの誤検出を生じることなく振れ補正を行えるようにして、補正性能の向上を図った振れ補正装置、該振れ補正装置を備えた撮像装置を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、カメラユニットと該カメラユニットに着脱可能なレンズユニットとから成る撮像装置であって、上記カメラユニットは、連続する複数の撮像画から画像の動き量を検出する第１の動き検出手段と、上記第１の動き検出手段により得られた動き量を所定のタイミングで上記レンズユニットに転送する第１の通信手段と、上記第１の動き検出手段を制御する制御手段とを備え、上記レンズユニットは、レンズの倍率を連続的に可変する変倍光学系と、上記レンズユニットの振れ量を検出する第２の動き検出手段と、上記第１の通信手段からデータを受信する第２の通信手段と、上記第２の通信手段で受信した上記第１の動き検出手段で検出された上記画像の動き量と、上記第２の動き検出手段で検出された振れ量とを所定の演算により処理し、１つの振れ情報とする演算手段と、上記演算手段により求められた振れ情報に基づいて画像の動きを光学的に補正する振れ補正手段とを備え、上記変倍光学系の変倍動作時に、上記カメラユニットの制御手段が、上記第１の動き検出手段の動作を停止させる、あるいは上記第１の動き検出手段への入力または出力を０とする、あるいは上記第１の動き検出手段の出力を無視する制御を行うことにより、上記レンズユニットの演算手段が、上記第２の動き検出手段で検出された振れ量にのみ基づいて振れ情報を処理することを特徴とする。
また、本発明の撮像装置は、レンズの倍率を連続的に可変する変倍光学系と、連続する複数の撮像画から画像の動き量を検出する第１の動き検出手段と、装置の振れ量を検出する第２の動き検出手段と、上記第１の動き検出手段で検出された上記画像の動き量と、上記第２の動き検出手段で検出された上記装置の振れ量とを所定の演算により処理し、１つの振れ情報とする演算手段と、上記演算手段により求められた振れ情報に基づいて画像の動きを光学的に補正する振れ補正手段と、上記変倍光学系の変倍動作時に、上記演算手段が上記第２の動き検出手段で検出された振れ量にのみ基づいて振れ情報を処理するように、上記第１の動き検出手段の動作を停止させる、あるいは上記第１の動き検出手段への入力または出力を０とする、あるいは上記第１の動き検出手段の出力を無視する制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の振れ補正装置は、連続する複数の撮像画から画像の動き量を検出する第１の動き検出手段と、装置の振れ量を検出する第２の動き検出手段と、上記第１の動き検出手段で検出された上記画像の動き量と、上記第２の動き検出手段で検出された上記装置の振れ量とを所定の演算により処理し、１つの振れ情報とする演算手段と、上記演算手段により求められた振れ情報に基づいて画像の動きを光学的に補正する振れ補正手段と、レンズの倍率を連続的に可変する変倍光学系の変倍動作時に、上記演算手段が上記第２の動き検出手段で検出された振れ量にのみ基づいて振れ情報を処理するように、上記第１の動き検出手段の動作を停止させる、あるいは上記第１の動き検出手段への入力または出力を０とする制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００４３】
また、本発明のカメラユニットは、請求項１に記載の撮像装置に用いられるものである。
また、本発明のレンズユニットは、請求項１に記載の撮像装置に用いられるものである。
【００４４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る撮像装置を適用した一実施形態を示すものであり、本発明に係る振れ補正装置は、この図１に示すような撮像装置に適用される。
【００４５】
図１に示す撮像装置の構成において、図６〜図９に示したブロックと同じブロックには同一の符号を付している。従来例を示す図６〜図９と異なるのは、レンズユニットＬＵにズーム機構である変倍光学系１５１と、該変倍光学系１５１を駆動するためのアクチュエータ３００およびズーム駆動回路３１０とを設けたこと、さらに、カメラユニットＣＵおよびレンズユニットＬＵの接合部に波線で示す領域で分離できる構造をとっていることである。また、カメラユニットＣＵ側のズーム制御手段１７１によって行われる制御も本発明固有のものである。
【００４６】
上記ズーム機構は、具体的には、カメラユニットＣＵに備えられているズームスイッチ１７２の操作により、ズーム指示信号をズーム制御手段１７１、ＣＵ通信手段１９１およびＬＵ通信手段１９２を介してズーム駆動回路３１０に供給して、このズーム指示信号に基づいてアクチュエータ３００により変倍光学系１５１を移動させるものである。ズームスイッチ１７２は多段スイッチから成り、ズームの方向および速度を使用者が任意にセットできる構成となっている。
【００４７】
また、上記カメラユニットＣＵとレンズユニットＬＵとの分離構造は、具体的には、現在ある一眼レフカメラやビデオカメラ等で用いられているバヨネットマウントと呼ばれる結合方式による構造などである。１８１，１８２はそれぞれカメラユニットＣＵおよびレンズユニットＬＵに備えられた電気的な接点を示し、上記バヨネットマウントで両ユニットが結合されると、電気的に結線される構造となっている。
【００４８】
また、図１に示す本実施形態の撮像装置では、ＣＣＤ等の撮像素子１６１よりカメラ信号処理回路１６４を介して得られる画像信号から撮像画の動きベクトルを抽出する画像の動きベクトル抽出手段２００をカメラユニットＣＵ内に備えている。さらに、この動きベクトル抽出手段２００を用いて、振動ジャイロ等の角速度検出手段１による手振れ補正のエラー（補正残りや補正過多）を撮像面上の動きベクトル量として正規化し、それを手振れ補正の補助情報として、ＣＵ通信手段１９１およびＬＵ通信手段１９２を介してカメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵに所定のタイミングで転送する手段を備える。また、レンズユニットＬＵにおいては、カメラユニットＣＵから転送されてきた補助情報にて上記可変頂角プリズム１００を駆動するために、上記補助情報と、上記角速度検出手段１による手振れ補正のために増幅器３から出力された角速度信号とを加算器１３６にて加算する構成を備えている。
【００４９】
ここで、カメラユニットＣＵ内に備えられる動きベクトル抽出手段２００について詳しく説明する。この動きベクトル抽出手段２００は、カメラ信号処理回路１６４から出力される画像信号に含まれる輝度信号をもとに、画像の動きベクトルを検出する。現在、画像の符号化装置や画像振れ検出装置に必要な動きベクトル検出法として、相関法やブロックマッチング法等があるが、本実施形態では、その一例として、ブロックマッチング法を動きベクトル抽出手段２００に採用するものとする。
【００５０】
ブロックマッチング法とは、入力画像信号を複数の適当な大きさのブロック（例えば、８画素×８ライン）に分割し、ブロック単位に前のフィールド（またはフレーム）の一定範囲の画素との差を計算し、この差の絶対値の和が最小となる前のフィールド（またはフレーム）のブロックを検索する。そして、当該検索したブロックの相対的なずれをそのブロックの動きベクトルとして検出する方法である。なお、ブロックマッチング法でのマッチング演算については、尾上守男氏等による“情報処理Vol.17 No.7 p634〜640 July 1976 ”等で詳しく論じられているため、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
以下に、ブロックマッチング法を用いた場合の動きベクトルの検出法の一例を図２を用いて説明する。図２は、上記動きベクトル抽出手段２００のプロセスを説明するための概略ブロック図である。図２に示す動きベクトル抽出手段２００において、カメラ信号処理回路１６４から出力された画像信号、すなわち動きベクトルの検出対象となる画像信号は、フィールド（またはフレーム）単位の空間周波数フィルタ２１１にそれぞれ供給される。フィルタ２１１は、画像信号の高空間周波数成分等を除去する目的を持つものであり、供給された画像信号から、動きベクトル検出に有用な空間周波数成分を抽出して出力する。
【００５２】
２値化手段２１２は、フィルタ２１１から出力された画像信号を所定のレベルを境に２値化する。２値化された画像信号は、相関演算手段２１３および１フィールド期間遅延手段として機能する記憶手段２１６にそれぞれ供給される。記憶手段２１６は、２値化手段２１２からの画像信号を１フィールド期間遅延して相関演算手段２１３に供給する。したがって、相関演算手段２１３には、２値化手段２１２からの画像信号（現フィールドの画像信号）と、記憶手段２１６からの画像信号（前フィールドの画像信号）とが供給されることになる。
【００５３】
相関演算手段２１３は、上述したブロックマッチング法に従って、ブロック単位に現フィールドと前フィールドとの相関演算を行い、その演算結果（相関値）を次段の動きベクトル検出手段２１４に供給する。動きベクトル検出手段２１４は、相関演算手段２１３より供給された相関値からブロック単位の動きベクトルを検出する。すなわち、相関値が最小となる前フィールドのブロックを探索し、その相対的なずれを動きベクトルとして検出する。
【００５４】
検出されたブロック単位の動きベクトルは、動きベクトル決定手段２１５に供給される。動きベクトル決定手段２１５は、上記ブロック単位の動きベクトルから画像全体の動きベクトルを決定する。例えば、上記ブロック単位の動きベクトルの中央値または平均値を全体の動きベクトルとして決定する。この動きベクトル決定手段２１５で決定された動きベクトルは、ＣＵ通信手段１９１を介してカメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵに転送される。
【００５５】
上述のような構成により、動きベクトル抽出手段２００では、画素単位での垂直方向および水平方向それぞれの移動量（＝動きベクトル）が求められる。この動きベクトルは、連続した撮像画の単位時間当たりの移動量、すなわち撮影画像の手振れ補正の補正残りまたは補正過多を示すものであり、連続した撮像画の移動量に比例した値をとるものである。すなわち、上記角速度検出手段１により検出された補正量の誤差がない場合は撮像画上の動きベクトルは検出されず、振れ補正の補助情報も“０”となる。
【００５６】
上記の手法で求められた動きベクトル情報は、ＣＵ通信手段１９１およびＬＵ通信手段１９２を介して、例えばビデオ信号の垂直同期信号に同期したタイミングでカメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵに転送される。この通信手段は、シリアル通信などの電気的なデータ伝達手段を備える構成のもの（例えば、ビデオカメラの交換レンズフォーマットであるＶＬフォーマット）であれば良い。このような構成は、カメラユニットＣＵおよびレンズユニットＬＵの各々に１チップマイコンを利用したものが一般的であり、情報伝達項目の１つとして、先に述べたズームスイッチ情報（ズーム指示情報）や、振れ補正情報（補助情報）を伝達するものである。
【００５７】
次に、カメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵへのデータ転送の動作を、図３のフローチャートに従って詳しく説明する。図３のフローチャートでは、特にカメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵに動きベクトル情報を振れ補正の補助情報として転送することのみを主眼において説明するが、実際には他のオートフォーカス情報やオートエクスポージャ情報等を同時に転送することも可能である。
【００５８】
図３（ａ）に示すカメラユニットＣＵ側の動作において、まずステップＳ１においてデータ転送の動作が開始する。次に、ステップＳ２では、動きベクトル情報の抽出演算が終了したかどうかを確認する。そして、動きベクトル情報の抽出演算が終了したら、ステップＳ３へと進む。ステップＳ３では、レンズユニットＬＵとの通信データ（振れ補正の補助情報としての動きベクトル情報等）をＣＵ通信手段１９１にセットする。このとき、ズームスイッチ１７２の情報もセットする。
【００５９】
次に、ステップＳ４では、カメラの垂直同期信号（Ｖ信号）が発生したかどうかを確認し、同期信号が発生したならばステップＳ５へと進む。ステップＳ５では、Ｖ同期を確認してレンズユニットＬＵへのデータ通信を開始する。すなわち、通信データをＣＵ通信手段１９１からレンズユニットＬＵに向けて転送する。そして、ステップＳ６でデータ転送の処理を終了する。なお、以上の動作は、所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００６０】
また、図３（ｂ）に示すレンズユニットＬＵ側の動作において、まずステップＳ１１においてデータ転送の動作が開始する。次に、ステップＳ１２では、カメラユニットＣＵより通信開始の信号が発生したかどうかを確認する。そして、通信開始の信号が発生したのならば、ステップＳ１３へと進む。
【００６１】
ステップＳ１３では、カメラユニットＣＵとの間でデータの通信を開始する。すなわち、カメラユニットＣＵから転送されたデータをＬＵ通信手段１９２にて受信する。このとき、ＬＵ通信手段１９２では、受信した通信データ中からズーム指示情報と動きベクトル情報とを抽出する。
【００６２】
次に、ステップＳ１４では、カメラユニットＣＵから通信されＬＵ通信手段１９２で受信したデータ中に含まれる動きベクトル情報、すなわち振れ補正の補助情報を加算器１３６に供給し、この補助情報と、増幅器３から出力された角速度信号とを加算器１３６にて加算する。そして、ステップＳ１５でデータ転送の処理を終了する。なお、以上の動作も所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００６３】
以上のようなフローにより、カメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵへと動きベクトル情報が転送される。転送された動きベクトル情報は、振れ補正の補助情報として上記加算器１３６に供給され、角速度検出手段１にて検出されてＤＣカットフィルタ２および増幅器３を通過した角速度信号に加算される。この加算結果は、マイコン（ＣＯＭ）１３７に供給されて所定の信号処理が施され、振れ補正用の制御信号１３４’を得る。
【００６４】
マイコン１３７は、図６に示したのと同様に、Ａ／Ｄ変換器４、ＨＰＦ５、積分器６、パン・チルト判定回路７およびＤ／Ａ変換器８から構成され、図４のフローチャートに示すように動作する。すなわち、図４のステップＳ２１においてパンニング判定の動作が開始すると、まずステップＳ２２で、Ａ／Ｄ変換器４により、加算器１３６より出力されたアナログの角速度信号（増幅器３より出力されたアナログの角速度信号に対して、カメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵに転送されてきた動きベクトル情報が加算されたもの）が、マイコン１３７内で扱えるデジタル値（角速度データ）に変換される。
【００６５】
ステップＳ２３では、ＨＰＦ５により、Ａ／Ｄ変換器４より出力された角速度データに対して、前回用意されたカットオフ周波数（ｆｃ）の値を用いたハイパスフィルタ演算が行われる。次に、ステップＳ２４では、積分器６により、ＨＰＦ５から出力された角速度データに対して、前回用意された時定数の値を用いた積分演算が行われることにより、角変位データを得る。ステップＳ２５では、この積分器６から出力された角変位データがＤ／Ａ変換器８によりアナログ量に変換され、マイコン１３７より出力される。
【００６６】
ステップＳ２６では、パン・チルト判定回路７により、Ａ／Ｄ変換器４より出力された角速度データが所定のしきい値以上であるか否かを判断する。そして、角速度データが所定のしきい値以上であればステップＳ２８に進み、そうでなければステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、パン・チルト判定回路７により、積分器６より出力された角変位データが所定のしきい値以上であるか否かを判断する。そして、角変位データが所定のしきい値以上であればステップＳ２８に進み、そうでなければステップＳ３０に進む。
【００６７】
つまり、上記ステップＳ２２にてＡ／Ｄ変換された角速度データが所定のしきい値以上、あるいは、当該角速度データが所定のしきい値に満たなくても当該角速度データを上記ステップＳ２４にて積分した結果である角変位データが所定のしきい値以上であるならば、パンニング・チルティング状態であると判断し、ステップＳ２８へと進む。一方、角速度データとその積分値である角変位データとが共に所定のしきい値に満たない場合は、通常の制御状態あるいはパンニング・チルティングの終了状態であると判断し、ステップＳ３０へと進む。
【００６８】
ステップＳ２８では、パン・チルト判定回路７は、ＨＰＦ５での演算に用いるカットオフ周波数の値を現在の値より所定値だけ高くし、低周波信号の減衰率を現在のそれより大きくする。また、次のステップＳ２９では、パン・チルト判定回路７は、積分器６での演算に用いる時定数の値を現在の値より所定値だけ小さくし、角変位データが基準値に近づくようにする。そして、これらのステップＳ２８およびステップＳ２９の後、ステップＳ３２で本処理終了となる。
【００６９】
一方、ステップＳ３０では、パン・チルト判定回路７は、ＨＰＦ５での演算に用いるカットオフ周波数の値を現在の値より所定値だけ低くし、低周波信号の減衰率を現在のそれより小さくする。また、次のステップＳ３１では、パン・チルト判定回路７は、積分器６での演算に用いる時定数の値を現在の値より所定値だけ大きくし、積分効果を上げるようにする。そして、これらのステップＳ３０およびステップＳ３１の後、ステップＳ３２で本処理終了となる。なお、以上の動作は、所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００７０】
上述のように、マイコン１３７においては、増幅器３からの角速度信号にＬＵ通信手段１９２からの動きベクトル情報を加算した結果をＡ／Ｄ変換した角速度データ、およびその積分出力である角変位データに基づいて、パンニング・チルティング状態であるかどうかを判定し、その判定結果に応じてマイコン１３７内のＨＰＦ５の低域カットオフ周波数や積分器６の積分特性の時定数を制御する。つまり、積分器６に蓄積された値が、振れのない状態でとり得る基準値に近づくように制御することにより、画像補正手段１０での補正位置を序々に移動範囲中心へとセンタリングさせるようにする。このときマイコン１３７内のＤ／Ａ変換器８から出力される信号が、振れ補正用の制御信号１３４’である。
【００７１】
このようにしてマイコン１３７より出力された振れ補正用の制御信号１３４’は、角変位エンコーダ１２０からの出力信号１３５と加算器１３３にて加算される。つまり、現在の可変頂角プリズム１００の頂角の変位は、エンコーダ１２０により検出されて駆動系にフィードバックされており、このフィードバックされた角変位データ１３５と、マイコン１３７より出力された振れ補正用の制御信号１３４’とが加算器１３３にて加算される。この加算器１３３の加算結果は、増幅器１３１を介して駆動回路１３２に供給される。
【００７２】
このような閉ループを構成する本実施形態の制御系も、図９に示した従来例と同様に、マイコン１３７より出力された振れ補正用の制御信号１３４’と、角変位エンコーダ１２０で検出された可変頂角プリズム１００の角変位信号１３５とが等しくなるように動作する。この結果、マイコン１３７が出力する制御信号１３４’が角変位エンコーダ１２０の出力信号１３５と一致するように、可変頂角プリズム１００が駆動されることになる。これにより、マイコン１３７で指示された位置（頂角）と画像ベクトルによる補正量との加算量に可変頂角プリズム１００が制御される。
【００７３】
本実施形態において、ズームスイッチ１７２を操作すると、先に述べたように変倍光学系１５１が動作すると同時に、ズームスイッチ情報はズーム制御手段１７１を介して動きベクトル抽出手段２００に送られ、動きベクトル抽出手段２００での抽出動作を停止、あるいは入力または出力を“０”とすることによって動きベクトルの抽出動作を停止させる。これにより、ズーム動作が行われたときには、通常は動作していた動きベクトル抽出手段２００より得られる動きベクトル情報に基づく光学補正系の制御が行われなくなる。したがって、先に述べたズーム動作中のベクトル誤検出による光学補正系の誤補正の影響を無くすことができる。
【００７４】
また、先に述べたズーム動作中のベクトル誤検出による光学補正系の誤補正については、特にズーム速度（変倍光学系１５１の単位時間当りの移動量）が大きいほど顕著に影響を与えるため、例えばズームスイッチ１７２によるズーム速度の選択が所定レベルより大きい（ズーム速度が速い）場合にのみ、画像信号からの動きベクトルの抽出を禁止し、所定レベルより小さい（ズーム速度が遅い）場合には通常通りに動作を行うようにしても良い。
【００７５】
なお、本実施形態においては、角速度検出手段１である振動ジャイロの角速度検出軸と画像ベクトル検出軸との関係は必ず直交となる方向に配置されているものとし、加算器１３３による加算についても、上記各々の検出方向のみの加算を行うものであるとする。
また、本実施形態においても不図示であるが、上記従来例と同様に本実施形態にて説明されている補正軸および光軸にそれぞれ直交する方向に同様の機能を配置し、光軸に対して上下左右の補正を可能にするものである。
【００７６】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る振れ補正装置およびこれを適用した撮像装置の第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態による撮像装置の構成を示すブロック図である。図５において、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、これについての詳細な説明は省略する。図５に示す第２の実施形態において、図１に示す第１の実施形態と特に異なるところは、カメラユニットＣＵ側に撮像素子１６１の取り付け位置の誤差データをあらかじめ記憶して成るＣＣＤ変位データ記憶部１７３を設けたことと、レンズユニットＬＵ側に変倍光学系１５１の取り付け位置の誤差データをあらかじめ記憶して成るレンズ変位データ記憶部１７４を設けたことである。
【００７７】
ＣＣＤ変位データ記憶部１７３およびレンズ変位データ記憶部１７４はそれぞれ、波線で示すマウント接合面に対する撮像素子１６１の中心位置および光軸中心の機械的なずれ量の値を正規化して固定値として備えているデータ格納手段である。これらに格納されているデータは、ＣＵ通信手段１９１およびＬＵ通信手段１９２によりズーム制御手段１７１に転送され、上記第１の実施形態で示したズーム速度によるベクトル抽出の可否を判定するためのしきい値を定めるものである。
【００７８】
ここで、マウント接合面に対する撮像素子１６１の中心データと、マウント接合面に対するレンズの光軸中心データとから、ズーム速度による動きベクトル抽出の可否の判断をどのように行うのかを、以下に簡単に説明する。例えば、マウント接合面に対する撮像素子１６１の中心と、マウント接合面に対するレンズの光軸中心とのずれ量が同一方向へのずれとして重なった場合、撮像素子中心と光軸中心との機械的な距離の差が大きくなる。この場合は、上記図１０で示したズーム動作中に抽出される誤差ベクトル６０５，６１５の値が大きくなるため、ベクトル抽出を禁止するズーム速度のしきい値を小さくしなければならない。
【００７９】
反対に、マウント接合面に対する撮像素子１６１の中心と、マウント接合面に対するレンズの光軸中心とのずれ量がそれぞれ大きくても、互いに打ち消す方向へのずれであるならば、撮像素子中心と光軸中心との機械的な距離の差は小さくなる。この場合は、上記図１０で示したズーム動作中に抽出される誤差ベクトル６０５，６１５の値は小さくなるため、ベクトル抽出を禁止するズーム速度のしきい値を大きく設定することができる。
【００８０】
また、第２の実施形態では、特に光学的振れ補正手段として可変頂角プリズム１００の代わりに、シフトレンズ１３０を用いた画像補正手段１０’を備えている。このシフトレンズ１３０は、光軸に対し直交方向に可動可能な光学補正系である。このようなシフトレンズ１３０により光軸補正を行うことも上記第１の実施形態および従来例と異なる点であるが、本発明は光学補正系の構造、構成には関わらず実現することが可能であるため、詳細な説明は省略する。
【００８１】
なお、以上の実施形態では、撮像装置がカメラユニットＣＵと該カメラユニットＣＵに着脱可能なレンズユニットＬＵとから成る場合について説明したが、これらが一体となった撮像装置についても本発明を適用することが可能である。
【００８２】
【発明の効果】
本発明は上述したように、検出した画像の動き量に基づいて振れ量による画像の動きを光学的に補正する機能を有する撮像装置において、変倍動作時に、上記画像の動き量を検出するための第１の動き検出手段の動作を停止させる、あるいは上記第１の動き検出手段への入力または出力を０とする制御を行うようにしたので、変倍動作時には画像の動き量に基づく光学補正系の制御を行わないようにすることにより、変倍動作中の動き量誤検出による光学補正系の誤補正の影響を無くすことができ、変倍動作中の誤動作を防止することができる。即ち、変倍動作時でも動きベクトルの誤検出を生じることなく振れ補正を行えるようにした。これにより、振れ補正性能の向上を図ることができる。このような効果は、特にレンズユニットがカメラユニットに着脱可能な撮像装置において顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図であり、本発明に係る振れ補正装置を適用した撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態による撮像装置の動きベクトル抽出手段の内部構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態による撮像装置でのデータ通信動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本実施形態による撮像装置でのパンニング制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す図であり、本発明に係る振れ補正装置を適用した撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図６】従来の振れ補正機能の構成を示すブロック図である。
【図７】画像補正手段の可変頂角プリズムを含む光学補正系の構成を説明するための図である。
【図８】可変頂角プリズムによる光軸の補正について説明するための図である。
【図９】画像補正手段の制御系の構成を説明するための図である。
【図１０】従来の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 角速度検出手段（ジャイロ）
４ Ａ／Ｄ変換器
５ ＨＰＦ
６ 積分器
７ パン・チルト判定回路
８ Ｄ／Ａ変換器
９ 駆動回路
１０，１０’ 画像補正手段
１００ 可変頂角プリズム
１１０ アクチュエータ
１２０ エンコーダ
１３０ シフトレンズ
１３３ 加算器
１３６ 加算器
１３７ マイコン（ＣＯＭ）
１５１ 変倍光学系
１６１ 撮像素子
１７１ ズーム制御手段
１７２ ズームスイッチ
１７３ ＣＣＤ変位データ記憶部
１７４ レンズ変位データ記憶部
１９１ ＣＵ通信手段
１９２ ＬＵ通信手段
２００ 動きベクトル抽出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、振れ補正装置、および該振れ補正装置を備えた撮像装置、更にはこの撮像装置に用いられるカメラユニットおよびレンズユニットに関し、特に、装置本体に着脱可能な焦点距離の変倍光学系と、例えば手振れ等による撮像画の振れを光学的に補正する振れ補正装置とを備え、撮像画による振れ検出手段により得られた振れ情報に基づいて撮像画の振れを補正する機能を有する撮像装置に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ビデオカメラ等の撮像装置では、オートエクスポージャ（ＡＥ）やオートフォーカス（ＡＦ）等の機能に見られるように、あらゆる点で自動化および多機能化が図られ、良好な撮影が容易に行えるようになっている。
また、近年では、撮像装置の小型化や光学系の高倍率化に伴い、装置の振れ等が撮影画像の品位を低下させる大きな原因となっていることに着目し、このような装置の振れ（手振れ）等により生じた撮影画像の振れを補正する振れ補正機能が種々提案されている。このような振れ補正機能を撮像装置に搭載することで、さらに良好な撮影が容易に行えるようになっている。
【０００３】
例えば、撮像素子の撮像面に被写体からの光を結像することで撮影画像を得る撮像装置に設けられる振れ補正機能として、図６に示すような構成のものがある。図６において、１は角速度検出手段であり、例えば振動ジャイロ等の角速度センサから成る。この角速度検出手段１は、カメラ等の振れ補正機能付き撮像装置本体に取り付けられており、装置の振れを角速度として検出する。
【０００４】
２はＤＣカットフィルタであり、角速度検出手段１から出力される角速度信号の直流（ＤＣ）成分を遮断して、交流成分すなわち振動成分のみを通過させる。このＤＣカットフィルタ２としては、所定の周波数帯域以下の信号を遮断するハイパスフィルタ（以下、ＨＰＦと示す）を用いても良い。３は増幅器（アンプ）であり、ＤＣカットフィルタ２から出力された角速度信号を適当な感度に増幅して出力する。
【０００５】
４はＡ／Ｄ変換器であり、増幅器３から出力された角速度信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。５はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）であり、任意の周波数帯域でその特性を可変しえる機能を有しており、Ａ／Ｄ変換器４から出力されたデジタルの角速度データに含まれる低周波成分を遮断して出力する。６は積分器であり、任意の周波数帯域でその特性を可変しえる機能を有しており、ＨＰＦ５から出力された角速度データを積分して、その積分結果を角変位データとして出力する。
【０００６】
７はパン・チルト判定回路であり、Ａ／Ｄ変換器４から出力された角速度データおよび積分器６から出力された角変位データに基づいて、パンニング・チルティングの判定を行って、角速度データおよび角変位データのレベルにより以下に述べるようなパンニング制御を行う。
【０００７】
すなわち、角速度データが所定のしきい値以上、あるいは、角速度データが所定のしきい値より小さくても当該角速度データの積分結果である角変位データが所定のしきい値以上であるならば、パンニングあるいはチルティング状態であると判定し、パンニング制御を行う。このパンニング制御では、まず、ＨＰＦ５の低域カットオフ周波数を高域側に変移させることにより、低域の周波数に対して画像補正手段１０の振れ補正系が応答しないように特性を変更する。次に、積分器６の積分特性の時定数を値が小さくなる方向に変移させることにより、画像補正手段１０の振れ補正位置を移動範囲中心へと徐々にセンタリングさせる。これにより、積分器６に蓄積された角変位データの値を基準値（振れを検出していない状態においてとり得る値）に徐々に近づけていく。
【０００８】
このようなパンニング制御を行っている間も角速度データおよび角変位データの検出は行われており、パンニング・チルティングが終了した場合（すなわち、角速度データおよび角変位データのそれぞれが所定のしきい値より小さい場合）には、ＨＰＦ５の低域カットオフ周波数を低域側に変移させるとともに、積分器６での積分演算に用いる時定数の値を大きくなる方向に変移させることにより振れ補正範囲を拡張する動作を行う。これにより、ＨＰＦ５の低域カットオフ周波数および積分器６の時定数の値がそれぞれ元の状態に戻され、パンニング制御から抜けることになる。
【０００９】
８はＤ／Ａ変換器であり、積分器６から出力された角変位データをデジタル信号からアナログ信号に変換して出力する。上記Ａ／Ｄ変換器４、ＨＰＦ５、積分器６、パン・チルト判定回路７およびＤ／Ａ変換器８は、例えばマイクロコンピュータ（マイコン）ＣＯＭによって構成される。
【００１０】
９は駆動回路であり、Ｄ／Ａ変換器８から出力されたアナログの角変位信号に基づいて、後段の画像補正手段１０を振れを抑制するように駆動する。画像補正手段１０は、例えば、光学的光軸を変移させて振れを相殺する光学的補正手段が用いられる。この光学的補正手段は、例えば可変頂角プリズムを用いた光学的振れ補正系を有し、駆動回路９からの駆動に従って、可変頂角プリズムの頂角を変えて撮像面への入射光の光軸を変移させることにより、撮影画像に生じる振れを光学的に補正する。
【００１１】
図７は、図６に示した画像補正手段１０の一例を示す図である。図７の例は、特に可変頂角プリズム１００を用いるとともに、その駆動系としてボイス・コイル型のアクチュエータ１１０を用い、可変頂角プリズム１００の頂角変位をエンコーダ１２０で検出する。そして、その検出結果を駆動系のアクチュエータ１１０にフィードバックすることにより可変頂角プリズム１００の駆動量を制御するようになされた閉ループを構成する制御系としたものである。
【００１２】
まず、可変頂角プリズム１００について詳しく述べる。図７に示す可変頂角プリズム１００の構成において、１０１及び１０１’は互いに対向して配置された平面ガラス、１０２は透明な高屈折率（屈折率ｎ）の弾性体または不活性液体からなる高屈折体、１０３は高屈折体１０２を外周より樹脂フィルム等にて弾力的に封止するための封止材である。高屈折体１０２を封止した封止材１０３は、平面ガラス１０１及び１０１’に挟持されている。なお、１０４は一方の平面ガラス１０１に直角に入射し、高屈折体１０２および他方の平面ガラス１０１’を透過した光の光路を示したものである。
【００１３】
図７（ａ）は、一対の平面ガラス１０１及び１０１’が平行に保持されている状態を示したものである。この状態の場合、光路１０４は、一方の平面ガラス１０１に直角に入射し、高屈折体１０２を通り、他方の平面ガラス１０１’より直角に射出する。
【００１４】
一方、図７（ｂ）は、ボイス・コイル型のアクチュエータ１１０により、他方の平面ガラス１０１’が傾けられた状態を示したものである。これは、光学的光軸を変移させた状態にあたる。この状態では、一対の平面ガラス１０１及び１０１’と高屈折体１０２とで光学的なプリズムが形成される。したがって、一方の平面ガラス１０１に直角に入射した光は、他方の平面ガラス１０１’から射出されるときに、図７（ａ）に示した平行な状態での光路１０４に対して、光路１０４’のようにその光路が変化する。
【００１５】
図７（ｂ）において、可変頂角プリズム１００の他方の平面ガラス１０１’を一方の平面ガラス１０１対して角度σだけ回動させたときの入射光束１０４’の通過状態を更に説明すると、以下の通りである。すなわち、一方の平面ガラス１０１に直角に入射してきた光束１０４’は、模形プリズムと同様の原理により、角度φ＝（ｎ−ｌ）σだけ偏向されて出射する。つまり、入射光束１０４’の光軸は、角度φ分だけ偏心（偏向）される。なお、ここでの屈折率ｎは、ガラスの屈折率に近いものとする。
【００１６】
さらに、このような可変頂角プリズム１００を用いた場合の光軸の補正について図８を用いて説明する。図８において、１０１’−Ａは上記他方の平面ガラス１０１’が一方の平面ガラス１０１と平行な状態（図７（ａ）の状態）、１０１’−Ｂは上記他方の平面ガラス１０１’が一方の平面ガラス１０１に対して傾きを生じた状態（図７（ｂ）の状態）を示している。また、１５０は撮像光学系、１６１は結像した光信号を光電変換して電気信号として出力するＣＣＤ等の撮像素子、１６２は撮像素子１６１から出力された電気信号を、例えばＮＴＳＣ等のビデオ信号に変換する信号処理回路、１６３はビデオ信号を記録する記録装置である。
【００１７】
図８に示すように、他方の平面ガラス１０１’が一方の平面ガラス１０１と平行にある状態（状態１０１’−Ａ）の場合、光路１０４は、撮像光学系１５０を介して撮像素子１６１の結像面上に直線的に結ばれる。一方、他方の平面ガラス１０１’が一方の平面ガラス１０１に対して傾きを生じている状態（状態１０１’−Ｂ）の場合は、一対の平面ガラス１０１及び１０１’で形成される頂角が変えられることで、光路１０４’のように光路が変化させられる。変化した光路１０４’は、撮像光学系１５０を介して、状態１０１’−Ａの場合と同じ撮像素子１６１の結像面上に結ばれる。このようにして、撮像装置の振れ等により生じる被写体の移動（光路のずれ）を光学的に補正することが可能となる。
【００１８】
次に、再び図７に戻ってアクチュエータ１１０について説明する。図７に示すアクチュエータ１１０の構成において、１１１はヨーク、１１２はマグネット、１１３はコイル、１１４は駆動トルクを伝達するアームであり、これらの要素によって、コイル１１３に電流を流すことで可変頂角プリズム１００の頂角を可変し得るボイス・コイル型のアクチュエータが構成されている。
【００１９】
また、可変頂角プリズム１００の傾き（頂角の変位、すなわち角変位）を検出するための角変位エンコーダ１２０の構成において、１２１は可変頂角プリズム１００の角変位検出用のスリットであり、可変頂角プリズム１００の他方の平面ガラス１０１’と共にアクチュエータ１１０のアーム１１４を通じて回動し、その位置が変位するようになっている。１２２はスリット１２１の位置を検出する発光ダイオード、１２３はＰＳＤ（Position Sensing Detector ）であり、発光ダイオード１２２と共にスリット１２１の位置を検出する。これにより、可変頂角プリズム１００の頂角の変位が検出される。
【００２０】
次に、可変頂角プリズム１００を駆動制御する制御回路の基本的な構成および動作について、図９のブロック図を用いて説明する。図９において、１３１はアンプ、１３２はアンプ１３１の出力に基づいてアクチュエータ１１０を駆動する駆動回路、１３３は加算器であり、図６のマイクロコンピュータＣＯＭから出力される振れ補正用の制御信号（角変位信号）１３４と、角変位エンコーダ１２０から出力される角変位信号１３５とを互いに逆極性で加算し、加算結果をアンプ１３１に出力する。
【００２１】
このような構成で成る制御系は、マイクロコンピュータＣＯＭから出力される振れ補正用の制御信号１３４と、角変位エンコーダ１２０から出力される角変位信号１３５とが等しくなるように動作する。その結果として、制御信号１３４がエンコーダ１２０の出力１３５と一致するように可変頂角プリズム１００が駆動される。これにより、マイコンＣＯＭで指示された位置（頂角）に可変頂角プリズム１００が制御されるものである。
【００２２】
なお、上記図７においては説明の便宜上図示しなかったが、上述した可変頂角プリズム１００の駆動方向と直角の方向に、同様の機能を有する駆動回路、エンコーダおよび制御回路が存在し、光軸に対して上下左右の補正を可能にするものである。
【００２３】
以上のように、図６に示す構成で成る振れ補正装置は、振動ジャイロ等の角速度検出手段１からの情報をもとに装置の振れを検出し、その検出結果を信号処理して振れ補正信号を求め、当該振れ補正信号に基づいて、画像補正手段１０によって手振れ等による撮影画像の振れを光学的に補正するようになされている。
【００２４】
また、近年においては、撮像装置の小型化を背景として、上述の角速度センサを用いる代わりに、画像情報をもとに動きベクトルを検出する画像ベクトル検出手段を用いて装置の振れを検出する撮像装置が提案されている。この画像ベクトル検出手段は、例えばＩＣチップに納めることが可能であるため、装置の小型化が容易に行える。図６に示した従来技術においても、角速度センサの代わりに画像ベクトル検出手段を用いた構成とすることは可能である。
【００２５】
また、上記角速度センサと画像ベクトル検出手段とを併用したシステムの検討も行われている。すなわち、実際の撮像装置の振れと角速度センサにより検出される振れとの間に誤差があると、振れの補正にも誤差が生じてしまう。ここで言う撮影画像の補正誤差とは、撮像装置の振れ量に対する光学的振れ補正系の補正残りあるいは補正過多のことである。
【００２６】
ここで、撮像装置の光学系（レンズ等）の焦点距離が長くなって像の拡大倍率が大きくなる（望遠側になる）につれて、撮影画像上での補正誤差量は増加し、撮影画像の品位を損ねる原因となってしまう。そこで、この補正誤差を軽減する目的で画像ベクトル検出手段を用い、画像ベクトル検出手段によって補正誤差を検出し、その検出結果を補正信号として光学的補正手段にて用いることにより、補正誤差を軽減する。
【００２７】
なお、このような振れ補正機能を有する撮像装置（例えばビデオカメラ）の分野においても、撮影領域を可変とするために銀塩カメラと同様の交換レンズ方式のビデオカメラが提案されている。交換レンズシステムでは、高倍率のレンズやエクステンダー等の装置がカメラ本体と着脱可能であるため、高倍率レンズを組み合わせることが容易であり、上述の補正誤差がカメラ・レンズ一体型の撮像装置に比べて大きくなる。よって、画像ベクトル検出手段によって補正誤差を検出し、その検出結果をもとに光学的補正手段にて補正誤差を軽減する手段への要求はより強いものとなる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光学的振れ補正手段を備えレンズ交換が可能な撮像装置において、その振れ検出手段として上述の画像ベクトル検出手段を用いると、変倍光学系（ズーム光学系）による像の変倍時に以下のような問題が生じてしまう。すなわち、交換レンズ方式のビデオカメラ等の撮像装置では、撮像光学系の光学中心と撮像素子の中心とでずれが生じる場合があり、このようなずれがある状態でズームを行うと、撮像素子の中心からずれた位置を中心として像の変倍が起こってしまうこととなる。この中心がずれた状態の変倍は、不要なベクトルの誤検出につながってしまい、正しい振れ補正が行えない。
【００２９】
この撮像光学系と撮像素子の中心ずれによる影響を、図１０を参照して具体的に説明する。図１０（Ａ）は、光学中心と撮像素子の中心とが一致している状態で、焦点距離が大きくなる方向（テレ側）に変倍光学系を移動させたときに検出される動きベクトルを図式的に示したものである。図１０（Ａ）において、６０１は撮像素子面の撮像エリアを示しており、６０２の矢印群は各ポイントにおける像の移動方向および移動距離（動きベクトル）を示している。６０３は光学中心であり、すなわち撮像素子の中心でもある。
【００３０】
図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）と同じく光学中心と撮像素子の中心とが一致している状態で、焦点距離が小さくなる方向（ワイド側）に変倍光学系を移動させたときに検出される動きベクトルを図式的に示したものである。図１０（Ｂ）において、６１２の矢印群も各ポイントにおける像の動きベクトルを示している。光学中心と撮像素子の中心とが一致している場合、光学中心６０３を対称として向かい合う位置に互いに逆向きで同じスカラ量を持つ動きベクトルが必ず存在するため、図１０（Ａ）に示す各動きベクトル６０２の総和、および図１０（Ｂ）に示す各動きベクトル６１２の総和は何れも０となる。
【００３１】
図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）と同様に焦点距離が大きくなる方向（テレ側）に変倍光学系を移動させたときに検出される動きベクトルを図式的に示したものであるが、光学中心６０３と撮像素子の中心６０４とがずれており、動きベクトル６２２の拡散方向が光学中心６０３となっている。そのため、各ポイントの動きベクトル６２２の総和は０とならず、動きベクトルを検出する画像の入力手段である撮像素子の中心６０４を基準にすると矢印６０５のようになる。これは、光学中心６０３と撮像素子の中心６０４とがずれている状態でテレ側にズーミングを行った場合に、ズーム前の撮像素子の中心６０４が光学中心６０３に対して徐々に離れていくことからも容易に確認できる。
【００３２】
また、図１０（Ｄ）は、図１０（Ｂ）と同様に焦点距離が小さくなる方向（ワイド側）に変倍光学系を移動させたときに検出される動きベクトルを図式的に示したものであるが、光学中心６０３と撮像素子の中心６０４とがずれている。そのため、各ポイントの動きベクトル６３２の総和は０とならず、図１０（Ｃ）の場合とは反対のベクトル量（矢印６１５）が検出されてしまう。よって、図１０（Ｃ）および（Ｄ）のように光学中心６０３と撮像素子の中心６０４とが異なるズームレンズにおいては、ズーム動作を行うと動きベクトルの誤検出を生じてしまうこととなる。
【００３３】
この光学中心６０３と撮像素子の中心６０４とのずれは、特にレンズ交換が可能な撮像装置については管理が難しく、画像ベクトル検出手段に影響のないレベルとすることは容易でない。
【００３４】
本発明は、上記のような実情に鑑みて成されたものであり、特に装置本体に着脱可能な焦点距離の変倍光学系と、撮像画による振れ検出手段により得られた振れ情報に基づいて撮影画像の振れを光学的に補正する振れ補正手段とを備えた撮像装置において、ズーム動作時でも動きベクトルの誤検出を生じることなく振れ補正を行えるようにして、補正性能の向上を図った振れ補正装置、該振れ補正装置を備えた撮像装置を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、カメラユニットと該カメラユニットに着脱可能なレンズユニットとから成る撮像装置であって、上記カメラユニットは、連続する複数の撮像画から画像の動き量を検出する第１の動き検出手段と、上記第１の動き検出手段により得られた動き量を所定のタイミングで上記レンズユニットに転送する第１の通信手段と、上記第１の動き検出手段を制御する制御手段とを備え、上記レンズユニットは、レンズの倍率を連続的に可変する変倍光学系と、上記レンズユニットの振れ量を検出する第２の動き検出手段と、上記第１の通信手段からデータを受信する第２の通信手段と、上記第２の通信手段で受信した上記第１の動き検出手段で検出された上記画像の動き量と、上記第２の動き検出手段で検出された振れ量とを所定の演算により処理し、１つの振れ情報とする演算手段と、上記演算手段により求められた振れ情報に基づいて画像の動きを光学的に補正する振れ補正手段とを備え、上記変倍光学系の変倍動作時に、上記カメラユニットの制御手段が、上記第１の動き検出手段の動作を停止させる、あるいは上記第１の動き検出手段への入力または出力を０とする、あるいは上記第１の動き検出手段の出力を無視する制御を行うことにより、上記レンズユニットの演算手段が、上記第２の動き検出手段で検出された振れ量にのみ基づいて振れ情報を処理することを特徴とする。
また、本発明の撮像装置は、レンズの倍率を連続的に可変する変倍光学系と、連続する複数の撮像画から画像の動き量を検出する第１の動き検出手段と、装置の振れ量を検出する第２の動き検出手段と、上記第１の動き検出手段で検出された上記画像の動き量と、上記第２の動き検出手段で検出された上記装置の振れ量とを所定の演算により処理し、１つの振れ情報とする演算手段と、上記演算手段により求められた振れ情報に基づいて画像の動きを光学的に補正する振れ補正手段と、上記変倍光学系の変倍動作時に、上記演算手段が上記第２の動き検出手段で検出された振れ量にのみ基づいて振れ情報を処理するように、上記第１の動き検出手段の動作を停止させる、あるいは上記第１の動き検出手段への入力または出力を０とする、あるいは上記第１の動き検出手段の出力を無視する制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の振れ補正装置は、連続する複数の撮像画から画像の動き量を検出する第１の動き検出手段と、装置の振れ量を検出する第２の動き検出手段と、上記第１の動き検出手段で検出された上記画像の動き量と、上記第２の動き検出手段で検出された上記装置の振れ量とを所定の演算により処理し、１つの振れ情報とする演算手段と、上記演算手段により求められた振れ情報に基づいて画像の動きを光学的に補正する振れ補正手段と、レンズの倍率を連続的に可変する変倍光学系の変倍動作時に、上記演算手段が上記第２の動き検出手段で検出された振れ量にのみ基づいて振れ情報を処理するように、上記第１の動き検出手段の動作を停止させる、あるいは上記第１の動き検出手段への入力または出力を０とする制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００４３】
また、本発明のカメラユニットは、請求項１に記載の撮像装置に用いられるものである。
また、本発明のレンズユニットは、請求項１に記載の撮像装置に用いられるものである。
【００４４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る撮像装置を適用した一実施形態を示すものであり、本発明に係る振れ補正装置は、この図１に示すような撮像装置に適用される。
【００４５】
図１に示す撮像装置の構成において、図６〜図９に示したブロックと同じブロックには同一の符号を付している。従来例を示す図６〜図９と異なるのは、レンズユニットＬＵにズーム機構である変倍光学系１５１と、該変倍光学系１５１を駆動するためのアクチュエータ３００およびズーム駆動回路３１０とを設けたこと、さらに、カメラユニットＣＵおよびレンズユニットＬＵの接合部に波線で示す領域で分離できる構造をとっていることである。また、カメラユニットＣＵ側のズーム制御手段１７１によって行われる制御も本発明固有のものである。
【００４６】
上記ズーム機構は、具体的には、カメラユニットＣＵに備えられているズームスイッチ１７２の操作により、ズーム指示信号をズーム制御手段１７１、ＣＵ通信手段１９１およびＬＵ通信手段１９２を介してズーム駆動回路３１０に供給して、このズーム指示信号に基づいてアクチュエータ３００により変倍光学系１５１を移動させるものである。ズームスイッチ１７２は多段スイッチから成り、ズームの方向および速度を使用者が任意にセットできる構成となっている。
【００４７】
また、上記カメラユニットＣＵとレンズユニットＬＵとの分離構造は、具体的には、現在ある一眼レフカメラやビデオカメラ等で用いられているバヨネットマウントと呼ばれる結合方式による構造などである。１８１，１８２はそれぞれカメラユニットＣＵおよびレンズユニットＬＵに備えられた電気的な接点を示し、上記バヨネットマウントで両ユニットが結合されると、電気的に結線される構造となっている。
【００４８】
また、図１に示す本実施形態の撮像装置では、ＣＣＤ等の撮像素子１６１よりカメラ信号処理回路１６４を介して得られる画像信号から撮像画の動きベクトルを抽出する画像の動きベクトル抽出手段２００をカメラユニットＣＵ内に備えている。さらに、この動きベクトル抽出手段２００を用いて、振動ジャイロ等の角速度検出手段１による手振れ補正のエラー（補正残りや補正過多）を撮像面上の動きベクトル量として正規化し、それを手振れ補正の補助情報として、ＣＵ通信手段１９１およびＬＵ通信手段１９２を介してカメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵに所定のタイミングで転送する手段を備える。また、レンズユニットＬＵにおいては、カメラユニットＣＵから転送されてきた補助情報にて上記可変頂角プリズム１００を駆動するために、上記補助情報と、上記角速度検出手段１による手振れ補正のために増幅器３から出力された角速度信号とを加算器１３６にて加算する構成を備えている。
【００４９】
ここで、カメラユニットＣＵ内に備えられる動きベクトル抽出手段２００について詳しく説明する。この動きベクトル抽出手段２００は、カメラ信号処理回路１６４から出力される画像信号に含まれる輝度信号をもとに、画像の動きベクトルを検出する。現在、画像の符号化装置や画像振れ検出装置に必要な動きベクトル検出法として、相関法やブロックマッチング法等があるが、本実施形態では、その一例として、ブロックマッチング法を動きベクトル抽出手段２００に採用するものとする。
【００５０】
ブロックマッチング法とは、入力画像信号を複数の適当な大きさのブロック（例えば、８画素×８ライン）に分割し、ブロック単位に前のフィールド（またはフレーム）の一定範囲の画素との差を計算し、この差の絶対値の和が最小となる前のフィールド（またはフレーム）のブロックを検索する。そして、当該検索したブロックの相対的なずれをそのブロックの動きベクトルとして検出する方法である。なお、ブロックマッチング法でのマッチング演算については、尾上守男氏等による“情報処理Vol.17 No.7 p634〜640 July 1976 ”等で詳しく論じられているため、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
以下に、ブロックマッチング法を用いた場合の動きベクトルの検出法の一例を図２を用いて説明する。図２は、上記動きベクトル抽出手段２００のプロセスを説明するための概略ブロック図である。図２に示す動きベクトル抽出手段２００において、カメラ信号処理回路１６４から出力された画像信号、すなわち動きベクトルの検出対象となる画像信号は、フィールド（またはフレーム）単位の空間周波数フィルタ２１１にそれぞれ供給される。フィルタ２１１は、画像信号の高空間周波数成分等を除去する目的を持つものであり、供給された画像信号から、動きベクトル検出に有用な空間周波数成分を抽出して出力する。
【００５２】
２値化手段２１２は、フィルタ２１１から出力された画像信号を所定のレベルを境に２値化する。２値化された画像信号は、相関演算手段２１３および１フィールド期間遅延手段として機能する記憶手段２１６にそれぞれ供給される。記憶手段２１６は、２値化手段２１２からの画像信号を１フィールド期間遅延して相関演算手段２１３に供給する。したがって、相関演算手段２１３には、２値化手段２１２からの画像信号（現フィールドの画像信号）と、記憶手段２１６からの画像信号（前フィールドの画像信号）とが供給されることになる。
【００５３】
相関演算手段２１３は、上述したブロックマッチング法に従って、ブロック単位に現フィールドと前フィールドとの相関演算を行い、その演算結果（相関値）を次段の動きベクトル検出手段２１４に供給する。動きベクトル検出手段２１４は、相関演算手段２１３より供給された相関値からブロック単位の動きベクトルを検出する。すなわち、相関値が最小となる前フィールドのブロックを探索し、その相対的なずれを動きベクトルとして検出する。
【００５４】
検出されたブロック単位の動きベクトルは、動きベクトル決定手段２１５に供給される。動きベクトル決定手段２１５は、上記ブロック単位の動きベクトルから画像全体の動きベクトルを決定する。例えば、上記ブロック単位の動きベクトルの中央値または平均値を全体の動きベクトルとして決定する。この動きベクトル決定手段２１５で決定された動きベクトルは、ＣＵ通信手段１９１を介してカメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵに転送される。
【００５５】
上述のような構成により、動きベクトル抽出手段２００では、画素単位での垂直方向および水平方向それぞれの移動量（＝動きベクトル）が求められる。この動きベクトルは、連続した撮像画の単位時間当たりの移動量、すなわち撮影画像の手振れ補正の補正残りまたは補正過多を示すものであり、連続した撮像画の移動量に比例した値をとるものである。すなわち、上記角速度検出手段１により検出された補正量の誤差がない場合は撮像画上の動きベクトルは検出されず、振れ補正の補助情報も“０”となる。
【００５６】
上記の手法で求められた動きベクトル情報は、ＣＵ通信手段１９１およびＬＵ通信手段１９２を介して、例えばビデオ信号の垂直同期信号に同期したタイミングでカメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵに転送される。この通信手段は、シリアル通信などの電気的なデータ伝達手段を備える構成のもの（例えば、ビデオカメラの交換レンズフォーマットであるＶＬフォーマット）であれば良い。このような構成は、カメラユニットＣＵおよびレンズユニットＬＵの各々に１チップマイコンを利用したものが一般的であり、情報伝達項目の１つとして、先に述べたズームスイッチ情報（ズーム指示情報）や、振れ補正情報（補助情報）を伝達するものである。
【００５７】
次に、カメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵへのデータ転送の動作を、図３のフローチャートに従って詳しく説明する。図３のフローチャートでは、特にカメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵに動きベクトル情報を振れ補正の補助情報として転送することのみを主眼において説明するが、実際には他のオートフォーカス情報やオートエクスポージャ情報等を同時に転送することも可能である。
【００５８】
図３（ａ）に示すカメラユニットＣＵ側の動作において、まずステップＳ１においてデータ転送の動作が開始する。次に、ステップＳ２では、動きベクトル情報の抽出演算が終了したかどうかを確認する。そして、動きベクトル情報の抽出演算が終了したら、ステップＳ３へと進む。ステップＳ３では、レンズユニットＬＵとの通信データ（振れ補正の補助情報としての動きベクトル情報等）をＣＵ通信手段１９１にセットする。このとき、ズームスイッチ１７２の情報もセットする。
【００５９】
次に、ステップＳ４では、カメラの垂直同期信号（Ｖ信号）が発生したかどうかを確認し、同期信号が発生したならばステップＳ５へと進む。ステップＳ５では、Ｖ同期を確認してレンズユニットＬＵへのデータ通信を開始する。すなわち、通信データをＣＵ通信手段１９１からレンズユニットＬＵに向けて転送する。そして、ステップＳ６でデータ転送の処理を終了する。なお、以上の動作は、所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００６０】
また、図３（ｂ）に示すレンズユニットＬＵ側の動作において、まずステップＳ１１においてデータ転送の動作が開始する。次に、ステップＳ１２では、カメラユニットＣＵより通信開始の信号が発生したかどうかを確認する。そして、通信開始の信号が発生したのならば、ステップＳ１３へと進む。
【００６１】
ステップＳ１３では、カメラユニットＣＵとの間でデータの通信を開始する。すなわち、カメラユニットＣＵから転送されたデータをＬＵ通信手段１９２にて受信する。このとき、ＬＵ通信手段１９２では、受信した通信データ中からズーム指示情報と動きベクトル情報とを抽出する。
【００６２】
次に、ステップＳ１４では、カメラユニットＣＵから通信されＬＵ通信手段１９２で受信したデータ中に含まれる動きベクトル情報、すなわち振れ補正の補助情報を加算器１３６に供給し、この補助情報と、増幅器３から出力された角速度信号とを加算器１３６にて加算する。そして、ステップＳ１５でデータ転送の処理を終了する。なお、以上の動作も所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００６３】
以上のようなフローにより、カメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵへと動きベクトル情報が転送される。転送された動きベクトル情報は、振れ補正の補助情報として上記加算器１３６に供給され、角速度検出手段１にて検出されてＤＣカットフィルタ２および増幅器３を通過した角速度信号に加算される。この加算結果は、マイコン（ＣＯＭ）１３７に供給されて所定の信号処理が施され、振れ補正用の制御信号１３４’を得る。
【００６４】
マイコン１３７は、図６に示したのと同様に、Ａ／Ｄ変換器４、ＨＰＦ５、積分器６、パン・チルト判定回路７およびＤ／Ａ変換器８から構成され、図４のフローチャートに示すように動作する。すなわち、図４のステップＳ２１においてパンニング判定の動作が開始すると、まずステップＳ２２で、Ａ／Ｄ変換器４により、加算器１３６より出力されたアナログの角速度信号（増幅器３より出力されたアナログの角速度信号に対して、カメラユニットＣＵからレンズユニットＬＵに転送されてきた動きベクトル情報が加算されたもの）が、マイコン１３７内で扱えるデジタル値（角速度データ）に変換される。
【００６５】
ステップＳ２３では、ＨＰＦ５により、Ａ／Ｄ変換器４より出力された角速度データに対して、前回用意されたカットオフ周波数（ｆｃ）の値を用いたハイパスフィルタ演算が行われる。次に、ステップＳ２４では、積分器６により、ＨＰＦ５から出力された角速度データに対して、前回用意された時定数の値を用いた積分演算が行われることにより、角変位データを得る。ステップＳ２５では、この積分器６から出力された角変位データがＤ／Ａ変換器８によりアナログ量に変換され、マイコン１３７より出力される。
【００６６】
ステップＳ２６では、パン・チルト判定回路７により、Ａ／Ｄ変換器４より出力された角速度データが所定のしきい値以上であるか否かを判断する。そして、角速度データが所定のしきい値以上であればステップＳ２８に進み、そうでなければステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、パン・チルト判定回路７により、積分器６より出力された角変位データが所定のしきい値以上であるか否かを判断する。そして、角変位データが所定のしきい値以上であればステップＳ２８に進み、そうでなければステップＳ３０に進む。
【００６７】
つまり、上記ステップＳ２２にてＡ／Ｄ変換された角速度データが所定のしきい値以上、あるいは、当該角速度データが所定のしきい値に満たなくても当該角速度データを上記ステップＳ２４にて積分した結果である角変位データが所定のしきい値以上であるならば、パンニング・チルティング状態であると判断し、ステップＳ２８へと進む。一方、角速度データとその積分値である角変位データとが共に所定のしきい値に満たない場合は、通常の制御状態あるいはパンニング・チルティングの終了状態であると判断し、ステップＳ３０へと進む。
【００６８】
ステップＳ２８では、パン・チルト判定回路７は、ＨＰＦ５での演算に用いるカットオフ周波数の値を現在の値より所定値だけ高くし、低周波信号の減衰率を現在のそれより大きくする。また、次のステップＳ２９では、パン・チルト判定回路７は、積分器６での演算に用いる時定数の値を現在の値より所定値だけ小さくし、角変位データが基準値に近づくようにする。そして、これらのステップＳ２８およびステップＳ２９の後、ステップＳ３２で本処理終了となる。
【００６９】
一方、ステップＳ３０では、パン・チルト判定回路７は、ＨＰＦ５での演算に用いるカットオフ周波数の値を現在の値より所定値だけ低くし、低周波信号の減衰率を現在のそれより小さくする。また、次のステップＳ３１では、パン・チルト判定回路７は、積分器６での演算に用いる時定数の値を現在の値より所定値だけ大きくし、積分効果を上げるようにする。そして、これらのステップＳ３０およびステップＳ３１の後、ステップＳ３２で本処理終了となる。なお、以上の動作は、所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００７０】
上述のように、マイコン１３７においては、増幅器３からの角速度信号にＬＵ通信手段１９２からの動きベクトル情報を加算した結果をＡ／Ｄ変換した角速度データ、およびその積分出力である角変位データに基づいて、パンニング・チルティング状態であるかどうかを判定し、その判定結果に応じてマイコン１３７内のＨＰＦ５の低域カットオフ周波数や積分器６の積分特性の時定数を制御する。つまり、積分器６に蓄積された値が、振れのない状態でとり得る基準値に近づくように制御することにより、画像補正手段１０での補正位置を序々に移動範囲中心へとセンタリングさせるようにする。このときマイコン１３７内のＤ／Ａ変換器８から出力される信号が、振れ補正用の制御信号１３４’である。
【００７１】
このようにしてマイコン１３７より出力された振れ補正用の制御信号１３４’は、角変位エンコーダ１２０からの出力信号１３５と加算器１３３にて加算される。つまり、現在の可変頂角プリズム１００の頂角の変位は、エンコーダ１２０により検出されて駆動系にフィードバックされており、このフィードバックされた角変位データ１３５と、マイコン１３７より出力された振れ補正用の制御信号１３４’とが加算器１３３にて加算される。この加算器１３３の加算結果は、増幅器１３１を介して駆動回路１３２に供給される。
【００７２】
このような閉ループを構成する本実施形態の制御系も、図９に示した従来例と同様に、マイコン１３７より出力された振れ補正用の制御信号１３４’と、角変位エンコーダ１２０で検出された可変頂角プリズム１００の角変位信号１３５とが等しくなるように動作する。この結果、マイコン１３７が出力する制御信号１３４’が角変位エンコーダ１２０の出力信号１３５と一致するように、可変頂角プリズム１００が駆動されることになる。これにより、マイコン１３７で指示された位置（頂角）と画像ベクトルによる補正量との加算量に可変頂角プリズム１００が制御される。
【００７３】
本実施形態において、ズームスイッチ１７２を操作すると、先に述べたように変倍光学系１５１が動作すると同時に、ズームスイッチ情報はズーム制御手段１７１を介して動きベクトル抽出手段２００に送られ、動きベクトル抽出手段２００での抽出動作を停止、あるいは入力または出力を“０”とすることによって動きベクトルの抽出動作を停止させる。これにより、ズーム動作が行われたときには、通常は動作していた動きベクトル抽出手段２００より得られる動きベクトル情報に基づく光学補正系の制御が行われなくなる。したがって、先に述べたズーム動作中のベクトル誤検出による光学補正系の誤補正の影響を無くすことができる。
【００７４】
また、先に述べたズーム動作中のベクトル誤検出による光学補正系の誤補正については、特にズーム速度（変倍光学系１５１の単位時間当りの移動量）が大きいほど顕著に影響を与えるため、例えばズームスイッチ１７２によるズーム速度の選択が所定レベルより大きい（ズーム速度が速い）場合にのみ、画像信号からの動きベクトルの抽出を禁止し、所定レベルより小さい（ズーム速度が遅い）場合には通常通りに動作を行うようにしても良い。
【００７５】
なお、本実施形態においては、角速度検出手段１である振動ジャイロの角速度検出軸と画像ベクトル検出軸との関係は必ず直交となる方向に配置されているものとし、加算器１３３による加算についても、上記各々の検出方向のみの加算を行うものであるとする。
また、本実施形態においても不図示であるが、上記従来例と同様に本実施形態にて説明されている補正軸および光軸にそれぞれ直交する方向に同様の機能を配置し、光軸に対して上下左右の補正を可能にするものである。
【００７６】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る振れ補正装置およびこれを適用した撮像装置の第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態による撮像装置の構成を示すブロック図である。図５において、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、これについての詳細な説明は省略する。図５に示す第２の実施形態において、図１に示す第１の実施形態と特に異なるところは、カメラユニットＣＵ側に撮像素子１６１の取り付け位置の誤差データをあらかじめ記憶して成るＣＣＤ変位データ記憶部１７３を設けたことと、レンズユニットＬＵ側に変倍光学系１５１の取り付け位置の誤差データをあらかじめ記憶して成るレンズ変位データ記憶部１７４を設けたことである。
【００７７】
ＣＣＤ変位データ記憶部１７３およびレンズ変位データ記憶部１７４はそれぞれ、波線で示すマウント接合面に対する撮像素子１６１の中心位置および光軸中心の機械的なずれ量の値を正規化して固定値として備えているデータ格納手段である。これらに格納されているデータは、ＣＵ通信手段１９１およびＬＵ通信手段１９２によりズーム制御手段１７１に転送され、上記第１の実施形態で示したズーム速度によるベクトル抽出の可否を判定するためのしきい値を定めるものである。
【００７８】
ここで、マウント接合面に対する撮像素子１６１の中心データと、マウント接合面に対するレンズの光軸中心データとから、ズーム速度による動きベクトル抽出の可否の判断をどのように行うのかを、以下に簡単に説明する。例えば、マウント接合面に対する撮像素子１６１の中心と、マウント接合面に対するレンズの光軸中心とのずれ量が同一方向へのずれとして重なった場合、撮像素子中心と光軸中心との機械的な距離の差が大きくなる。この場合は、上記図１０で示したズーム動作中に抽出される誤差ベクトル６０５，６１５の値が大きくなるため、ベクトル抽出を禁止するズーム速度のしきい値を小さくしなければならない。
【００７９】
反対に、マウント接合面に対する撮像素子１６１の中心と、マウント接合面に対するレンズの光軸中心とのずれ量がそれぞれ大きくても、互いに打ち消す方向へのずれであるならば、撮像素子中心と光軸中心との機械的な距離の差は小さくなる。この場合は、上記図１０で示したズーム動作中に抽出される誤差ベクトル６０５，６１５の値は小さくなるため、ベクトル抽出を禁止するズーム速度のしきい値を大きく設定することができる。
【００８０】
また、第２の実施形態では、特に光学的振れ補正手段として可変頂角プリズム１００の代わりに、シフトレンズ１３０を用いた画像補正手段１０’を備えている。このシフトレンズ１３０は、光軸に対し直交方向に可動可能な光学補正系である。このようなシフトレンズ１３０により光軸補正を行うことも上記第１の実施形態および従来例と異なる点であるが、本発明は光学補正系の構造、構成には関わらず実現することが可能であるため、詳細な説明は省略する。
【００８１】
なお、以上の実施形態では、撮像装置がカメラユニットＣＵと該カメラユニットＣＵに着脱可能なレンズユニットＬＵとから成る場合について説明したが、これらが一体となった撮像装置についても本発明を適用することが可能である。
【００８２】
【発明の効果】
本発明は上述したように、検出した画像の動き量に基づいて振れ量による画像の動きを光学的に補正する機能を有する撮像装置において、変倍動作時に、上記画像の動き量を検出するための第１の動き検出手段の動作を停止させる、あるいは上記第１の動き検出手段への入力または出力を０とする制御を行うようにしたので、変倍動作時には画像の動き量に基づく光学補正系の制御を行わないようにすることにより、変倍動作中の動き量誤検出による光学補正系の誤補正の影響を無くすことができ、変倍動作中の誤動作を防止することができる。即ち、変倍動作時でも動きベクトルの誤検出を生じることなく振れ補正を行えるようにした。これにより、振れ補正性能の向上を図ることができる。このような効果は、特にレンズユニットがカメラユニットに着脱可能な撮像装置において顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図であり、本発明に係る振れ補正装置を適用した撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態による撮像装置の動きベクトル抽出手段の内部構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態による撮像装置でのデータ通信動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本実施形態による撮像装置でのパンニング制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す図であり、本発明に係る振れ補正装置を適用した撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図６】従来の振れ補正機能の構成を示すブロック図である。
【図７】画像補正手段の可変頂角プリズムを含む光学補正系の構成を説明するための図である。
【図８】可変頂角プリズムによる光軸の補正について説明するための図である。
【図９】画像補正手段の制御系の構成を説明するための図である。
【図１０】従来の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 角速度検出手段（ジャイロ）
４ Ａ／Ｄ変換器
５ ＨＰＦ
６ 積分器
７ パン・チルト判定回路
８ Ｄ／Ａ変換器
９ 駆動回路
１０，１０’ 画像補正手段
１００ 可変頂角プリズム
１１０ アクチュエータ
１２０ エンコーダ
１３０ シフトレンズ
１３３ 加算器
１３６ 加算器
１３７ マイコン（ＣＯＭ）
１５１ 変倍光学系
１６１ 撮像素子
１７１ ズーム制御手段
１７２ ズームスイッチ
１７３ ＣＣＤ変位データ記憶部
１７４ レンズ変位データ記憶部
１９１ ＣＵ通信手段
１９２ ＬＵ通信手段
２００ 動きベクトル抽出手段
Claims (11)
- カメラユニットと該カメラユニットに着脱可能なレンズユニットとから成る撮像装置であって、
上記カメラユニットは、連続する複数の撮像画から画像の動き量を検出する第１の動き検出手段と、
上記第１の動き検出手段により得られた動き量を所定のタイミングで上記レンズユニットに転送する第１の通信手段と、
上記第１の動き検出手段を制御する制御手段とを備え、
上記レンズユニットは、レンズの倍率を連続的に可変する変倍光学系と、
上記レンズユニットの振れ量を検出する第２の動き検出手段と、
上記第１の通信手段からデータを受信する第２の通信手段と、
上記第２の通信手段で受信した上記第１の動き検出手段で検出された上記画像の動き量と、上記第２の動き検出手段で検出された振れ量とを所定の演算により処理し、１つの振れ情報とする演算手段と、
上記演算手段により求められた振れ情報に基づいて画像の動きを光学的に補正する振れ補正手段とを備え、
上記変倍光学系の変倍動作時に、上記カメラユニットの制御手段が、上記第１の動き検出手段の動作を停止させる、あるいは上記第１の動き検出手段への入力または出力を０とする、あるいは上記第１の動き検出手段の出力を無視する制御を行うことにより、上記レンズユニットの演算手段が、上記第２の動き検出手段で検出された振れ量にのみ基づいて振れ情報を処理することを特徴とする撮像装置。 - 上記制御手段は、単位時間当りの変倍量が所定量以上の変倍時に、上記第１の動き検出手段の動作を停止させる、あるいは上記第１の動き検出手段への入力または出力を０とする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
- 上記レンズユニットは更に、上記変倍光学系の光学的な光軸の誤差量をあらかじめ記憶して成る第１の記憶手段を備え、
上記カメラユニットは更に、光軸中心に対する撮像素子の取り付け誤差量をあらかじめ記憶して成る第２の記憶手段と、
上記第１、第２の記憶手段の各々の誤差量に基づき、変倍時において上記第１の動き検出手段の動作を制御するための上記単位時間当りの変倍量に対するしきい値を決定するしきい値決定手段とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。 - レンズの倍率を連続的に可変する変倍光学系と、
連続する複数の撮像画から画像の動き量を検出する第１の動き検出手段と、
装置の振れ量を検出する第２の動き検出手段と、
上記第１の動き検出手段で検出された上記画像の動き量と、上記第２の動き検出手段で検出された上記装置の振れ量とを所定の演算により処理し、１つの振れ情報とする演算手段と、
上記演算手段により求められた振れ情報に基づいて画像の動きを光学的に補正する振れ補正手段と、
上記変倍光学系の変倍動作時に、上記演算手段が上記第２の動き検出手段で検出された振れ量にのみ基づいて振れ情報を処理するように、上記第１の動き検出手段の動作を停止させる、あるいは上記第１の動き検出手段への入力または出力を０とする、あるいは上記第１の動き検出手段の出力を無視する制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。 - 上記振れ補正手段は、撮像光学系に直角に配置された頂角の傾きが可変のプリズムを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の撮像装置。
- 上記振れ補正手段は、撮像光学系の光軸に直角方向に移動可能な一群のレンズを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の撮像装置。
- 連続する複数の撮像画から画像の動き量を検出する第１の動き検出手段と、
装置の振れ量を検出する第２の動き検出手段と、
上記第１の動き検出手段で検出された上記画像の動き量と、上記第２の動き検出手段で検出された上記装置の振れ量とを所定の演算により処理し、１つの振れ情報とする演算手段と、
上記演算手段により求められた振れ情報に基づいて画像の動きを光学的に補正する振れ補正手段と、
レンズの倍率を連続的に可変する変倍光学系の変倍動作時に、上記演算手段が上記第２の動き検出手段で検出された振れ量にのみ基づいて振れ情報を処理するように、上記第１の動き検出手段の動作を停止させる、あるいは上記第１の動き検出手段への入力または出力を０とする制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする振れ補正装置。 - 上記制御手段は、単位時間当りの変倍量が所定量以上の変倍時に、上記第１の動き検出手段の動作を停止させる、あるいは上記第１の動き検出手段への入力または出力を０とする制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の振れ補正装置。
- 上記変倍光学系の光学的な光軸の誤差量をあらかじめ記憶して成る第１の記憶手段と、
光軸中心に対する撮像素子の取り付け誤差量をあらかじめ記憶して成る第２の記憶手段と、
上記第１、第２の記憶手段の各々の誤差量に基づき、変倍時において上記第１の動き検出手段の動作を制御するための上記単位時間当りの変倍量に対するしきい値を決定するしきい値決定手段とを更に備えたことを特徴とする請求項８に記載の振れ補正装置。 - 請求項１に記載の撮像装置に用いられるカメラユニット。
- 請求項１に記載の撮像装置に用いられるレンズユニット。
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