JP4536855B2 - 防振装置、撮像装置、および、防振装置の制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置、防振装置及び防振方法に係り、特に、光学系により被写体の像を所定面に結像させて撮像する撮像装置、撮像装置の揺れに起因する撮影画像の揺れを軽減する防振装置及び防振方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のビデオカメラの多くは、防振機能（手ぶれ補正機能）を有する。防振機能には、光学式と電子式とがある。
【０００３】
光学式の手ぶれ補正では、撮像素子に入射する光の光路の途中に、光軸を変位させるためのプリズムやレンズ部材を配置し、手ぶれに応じて光軸を変位させることによって手ぶれを補正する。光学式の手ぶれ補正には、手ぶれ検出部として振動ジャイロ等の角速度センサが用いられる。一般に、この角速度センサによりカメラの揺れ成分を直接検出し、検出信号を積分することによってカメラの角変位が検出される。
【０００４】
一方、電子式の手ぶれ補正の１つの方式は、フィールド間での映像信号の変化からカメラの動き量を算出して、その算出結果を揺れ信号とする動きベクトル検出方式と併用される。そして、揺れが除去されるように、動きベクトル検出用のフィールドメモリの蓄積画像の一部を動きベクトルに応じて切り出すことによって手ぶれを補正する。また、電子式手ぶれ補正の別の方式では、センサにより揺れを検出し、撮像素子で撮像される画像の一部を検出結果に応じて切り出すことによって手ぶれを補正する。
【０００５】
ところで、ビデオカメラによる撮影は、カメラを意図的に動かすパンニングやチルティング等のカメラワークを伴う場合がある。これらのカメラワークがなされる場合は、手ぶれ補正を制限することにより補正能力を低下させ、これにより、切り出すべき画像の領域が補正可能範囲（撮像領域）の端に突き当たって生じる撮影画像の乱れを防止したり、撮影者の意図する方向への素早い応答を可能にする技術が本発明者により提案されている。
【０００６】
図５、図６、図７、図８は、本発明者により提案されているパンニング時の制限技術を説明するための図である。この技術は、焦点距離に拘らず、また、焦点距離の変化に伴って補正限界が変化する場合においても、手ぶれ補正を制限する制限量を簡単に設定することができる技術である。以下、この技術を光学式の手ぶれ補正に適用した例を説明する。
【０００７】
図５は、手ぶれ補正用のシフトレンズを光軸に垂直に移動させることによって手ぶれを補正する機能を有する撮像装置の概略構成を示す図である。光学系を構成するレンズ群７０１〜７０５は、インナーフォーカスタイプの構成を有し、固定レンズ７０１、変倍レンズ７０２、絞り７０３、防振用シフトレンズ７０４、フォーカスレンズ７０５で構成されている。レンズ群を通った光は、ＣＣＤ等の撮像素子７０６の撮像面に像を形成する。撮像素子７０６上の像は光電変換され、増幅器７０７で最適なレベルまで増幅された後にカメラ信号処理回路７０８に供給され、ここで標準テレビ信号に変換される。
【０００８】
この撮像装置では、手ぶれ補正機能（防振）のＯＮ／ＯＦＦの切り換えは、スイッチ７２４の状態に応じて行われる。角速度センサ７０９（ピッチ方向）、７１０（ヨー方向）により撮像装置本体の揺れ角速度が検出され、検出信号（角速度信号）は増幅器７１１、７１２でそれぞれ増幅された後に制御マイコン７１６のＡ／Ｄコンバータ７１５ａ１、７１５ａ２でデジタル信号に変換され、ハイパスフィルタ７１５ｂ１、７１５ｂ２でＤＣ成分がカットされ、積分部７１５ｄ１、７１５ｄ２で積分され角変位（揺れ角）に変換される。焦点距離補正部７１５ｅ１、７１５ｅ２は、積分部７１５ｄ１、７１５ｄ２で算出された揺れ角（θ）と光学系の焦点距離（ｆ）とに基づいて補正信号（ｆ×tan θ；撮像素子上の揺れによる像の移動量を示す信号）を生成する。
【０００９】
補正系制御部７１５ｉは、焦点距離補正部７１５ｅ１、７１５ｅ２の出力信号である補正信号に基づいて、揺れによる像の移動方向と逆方向に像が移動するように、シフトレンズ７０４を光軸と直交したピッチ方向及びヨー方向に移動させることによって揺れの補正を行うための補正目標信号を生成する。
【００１０】
シフトレンズ７０４の制御は、加算器７１６で、補正系制御部７１５ｉから出力される補正目標信号とシフトレンズ７０４の位置信号（エンコーダ７１３の検出信号を所定レベルまで増幅器７１４で増幅した位置信号）との差分を計算し、その差分をモータドライバ７１７で増幅した駆動信号をモータ７１８に出力しながら行う。これにより、差分が零になるように、即ちシフトレンズ７０４の位置が補正目標位置に一致するように、シフトレンズ７０４が位置決めされる。
【００１１】
帯域制限用のハイパスフィルタ（ＨＰＣ）７１５ｃ１、７１５ｃ２は、補正信号を補正量規格化部７１５ｈ１、７１５ｈ２で規格化した規格化補正量に応じて、制限処理制御部７１５ｇ１、７１５ｇ２によって制御され、これによりパンニング動作時の防振能力が制限される。
【００１２】
また、防振制御マイコン７１５は、以上の他、変倍レンズ７０２及びフォーカスレンズ７０５も制御する。制御マイコン７１５は、押し圧により抵抗値が変化する回転操作タイプのズームスイッチユニット７２３から供給される信号に応じて、モータドライバ７２０を介してモータ７１９に駆動命令を送る。これによりズームレンズ７０２が駆動されて焦点距離が調整される。また、防振制御マイコン７１５は、カメラ信号処理回路７０８で処理された焦点信号（ＡＦ信号）が最大となるように、モータドライバ７２２を介してモータ７２１に駆動命令を送りる。これによりフォーカスレンズ７０５の位置が調整され、像の焦点位置が調整される。
【００１３】
図６は、防振制御マイコン７１５によって実行される防振制御フローを説明する図である。この処理では、補正量は、焦点距離と最大補正限界で規格化されており、制限量は、規格化補正量に応じて所定特性に従って算出される。従って、１種類の特性を規定するデータを保持するだけで、あらゆる焦点距離に対応することができる。
【００１４】
図６に示す処理は、定周期割込処理であり、例えば１ｋＨｚの周波数で実行される。割込みの起動要因は、例えば、クロックの分周信号に従ってアップ（若しくはダウン）カウントしているカウンタの値が１ｍｓｅｃに相当する値になる都度発生する。
【００１５】
なお、ここでは、Ａ／Ｄコンバータ７１５ａ１、７１５ａ２の動作モードはスキャンモードであり、継続的にＡ／Ｄ動作を実行するものとする。
【００１６】
まず、Ｓ８０１で、割込処理を開始し、Ａ／Ｄコンバータ７１５ａ１、７１５ａ２により角速度信号をデジタル信号に変換する。Ｓ８０２では、Ａ／Ｄコンバータ７１５ａ１、７１５ａ２によりデジタル信号に変換された角速度信号に対して、ハイパスフィルタ７１５ｂ１、７１５ｂ２によりハイパスフィルタ処理を施すことによってＤＣ成分を除去する。
【００１７】
Ｓ８０３では、ＡＣ成分の角速度信号の周波数帯域を制限する。具体的には、Ｓ８０３では、制限処理制御部７１５ｇ１、７１５ｇ２は、帯域制限用のＨＰＦ７１５ｃ１、７１５ｃ２にそれぞれカットオフ周波数を設定する。このカットオフ周波数を低域から高域まで変化させることにより、角速度信号の帯域を制限することができる。
【００１８】
この撮像装置では、パンニング等のカメラワーク中は、カットオフ周波数を高くすることにより手ぶれ補正効果を低下させ、これによりシフトレンズ７０４の位置のセンタリング強度を強めて、円滑なカメラワークを実現し、一方、通常撮影時は、手ぶれ除去効果を高めるために、カットオフ周波数を低下させる。また、補正可能範囲の限界よりも大きなぶれを補正しようとして画面の端が補正可能範囲の端に衝突したときに生じる画面の不自然さを防止するためにも、帯域が制限される。
【００１９】
次に、Ｓ８０４では、積分部７１５ｄ１、７１５ｄ２により、帯域が制限された角速度信号を積分し、これにより角変位を算出する。算出された角変位は、撮像装置本体の揺れ角に相当する。
【００２０】
Ｓ８０５では、補正量を算出する。補正量（シフト目標量）は、ｆ×tanθで与えられ、Ｓ８０４で得られた角変位（即ち、揺れ角θ）と光学系の焦点距離ｆとに基づいて算出される。
【００２１】
Ｓ８０６では、Ｓ８０５で算出した補正量を最大補正限界（シフトレンズ７０４の移動限界）で規格化する。規格化補正量は以下の式で与えられる。
【００２２】
ピッチ規格化補正量
＝ピッチ補正量／ピッチ最大移動限界量／２×１００（％） …（１）
ヨー規格化補正量
＝ヨー補正量／ヨー最大移動限界量／２×１００（％） …（２）
Ｓ８０７は、Ｓ８０６で算出された規格化補正量に基づいて補正能力に制限を加えるための制限量を算出する処理であり、制限処理制御部７１５ｇ１、７１５ｇ２により制御される。決定された制限量は、次回の割り込み処理のＳ８０３で反映される。ここで、制限量は、帯域制限処理Ｓ８０３で説明したカットオフ周波数に相当する。
【００２３】
図７は、補正量に対する制限量、即ちカットオフ周波数の特性を示す図である。横軸は規格化補正量であり、最大移動限界量（マイナス側の最大シフト限界からプラス側の最大シフト限界までの幅）の１／２までシフトレンズをシフトさせて補正する際の補正量を１００％とした場合における、現在の揺れを補正するために必要な補正量の割合である。縦軸は制限量のパラメータである帯域制限のカットオフ周波数である。この撮像装置では、補正量を制限する度合いは、階段状の関数に従って変化するのではなく、滑らかな関数に従って変化する。このため、カットオフ周波数を制御して通常撮影からパンニング動作に移行する場合においても、制御量が円滑に変化する。
【００２４】
この制御量特性では、最大カットオフ周波数が６Ｈｚであるが、これは、主となる手ぶれの周波数成分が５Ｈｚ以下であることによる。また、この制限量特性では、規格化補正量の２乗の関数に従ってカットオフ周波数が変化する。具体的には、補正量が大きいほど急唆にカットオフ周波数が高くなり、補正量が零近傍の場合にはカットオフ周波数が可能な限り低くなって高い防振効果を得ることができる。この防振効果が高い範囲（補正量が零近傍の範囲）を拡大するためには、例えば、制限量特性をより急峻に立上がらせればよい。
【００２５】
ここで、最大移動限界は、図８に示すように決定される。図８（ａ）は、光学系の焦点距離と有効像円径との関係を示す図、図８（ｂ）は、焦点距離と最大補正範囲との関係を示す図である。
【００２６】
図８（ａ）の１００１は、シフトレンズ７０４の機械的な最大移動限界量を有効像円（イメージサークル）径に換算した値である。また、図８（ｂ）の１００２は、焦点距離に対する有効像円径の変化であり、ワイド（Ｗ）側からテレ（Ｔ）側までの全ての焦点距離で、シフトレンズ７０４を機械的な最大移動限界まで移動させたとしても、撮影画面にはケラレが生じないことを示している。従って、１００２に示す特性を有する光学系における最大補正範囲は、図８（ｂ）の１００５の様に一定値となる。一方、１００３のように焦点距離１００４よりテレ側でしか１００１より大きな有効像円径にならない光学系においては、１００４よりワイド側では、シフトレンズ７０４を機械的に最大移動限界まで移動させると、撮影画面の一部がケラれることを意味する。従って、１００３に対する最大補正範囲は、１００６のように、焦点距離１００４よりワイドでは、減少することになる。
【００２７】
一般には、１００３のように光学系の設計がなされ、レンズの小型化が図られる場合が多い。この様に、最大補正範囲が焦点距離に応じて１００６の様に変化する場合であっても、補正量は最大補正範囲で規格化されるので、焦点距離毎に制限特性を変更しなくとも（特性変更パラメータを多数持たなくとも）、有効像円の端への衝突の防止すると共に、円滑なパンニング動作への移行及び解除を実現することができる。
【００２８】
図６に戻る。Ｓ８０７で決定されたカットオフ周波数は、次回の帯域制限処理で設定され、これにより角速度信号び帯域が制限される。例えば、力ットオフ周波数が大きい場合には、カットオフ周波数以下の周波数の揺れに対する補正効果が減少する。次に、Ｓ８０８で、Ｓ８０５で算出されたシフト目標量を加算器７１６に対して出力し、本処理を終了する（Ｓ８０９）。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例では、角速度センサ７０９及び７１０の感度と、増幅器７１１及び７１２の増幅率と、Ａ／Ｄ変換器７１５ａ１及び７１５ａ２の分解能及びダイナミックレンジとに従って、検出可能な揺れの最小振幅及び最大振幅が決定される。そして、従来は、良好な防振性能が得られる分解能を確保しつつ最もダイナミックレンジが大きくなるように、増幅器７１１及び７１２の増幅率が固定的に決定される。
【００３０】
しかしながら、レンズ倍率（ズーム比）の高倍率化に伴って、最望遠では被写体像がより大きくなり、このために小さな手ぶれの影響が目立ち、良好な補正効果が得られないという問題が顕在化している。また、微小振幅の揺れの場合には、揺れを検出する際の分解能が不足し、揺れの連続性が損なわれて検出される場合が多い。この場合、揺れを補正するためのシフトレンズの補正目標量の制御も連続性に欠け、撮影される動画像も被写体が不連続的に動くものとなる。
【００３１】
一方、望遠側の撮影時に微小振動でも除振可能なように、揺れを検出する際の分解能を高めると、検出可能な揺れのダイナミックレンジが狭くなり、大きな揺れへの補正効果や、広角側での防振効果が著しく低下する。
【００３２】
また、撮影者が行うパンニング動作などのカメラワークは、補正量規格化部７１５ｈ１及び７１５ｈ２で生成される規格化補正量の大きさに基づいて判断されるが、タイナミックレンジが十分なほど、通常の手ぶれとパンニングとの判別が容易である。
【００３３】
検出する揺れの「分解能」と「ダイナミックレンジ」のバランス取りは、「手ぶれ補正効果」と「パンニング時の円滑さ」とのバランス取りを意味する。例えば分解能を優先させると、パンニング時の画像の円滑性が損なわれ、自然なカメラワークに支障をきたしていた。
【００３４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば、撮影状況に適した防振制御を可能にすることを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面は、被写体像を撮像面に結像させるための撮影光学系を有する防振装置に係り、前記撮影光学系は、焦点距離が可変の変倍光学系と、光軸に対して略垂直な方向に移動可能な補正光学系とを含み、前記防振装置は、前記防振装置に加わる揺れを検出する揺れ検出手段と、前記揺れ検出手段の出力を可変のゲインで増幅する増幅器と、前記増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータの出力に対して利得補正を行う利得補正手段と、前記利得補正手段の出力に基いて前記補正光学系を駆動することで、前記撮像面に結像させる像の揺れを軽減する駆動手段と、前記焦点距離が望遠側の時は前記焦点距離が広角側の時よりも前記増幅器の前記ゲインを大きくするよう変更する制御手段とを有し、前記利得補正手段は、前記増幅器のゲインの変動が補正されるように前記利得補正手段のゲインを調整する。
本発明の第２の側面は、被写体像を撮像面に結像させるための撮影光学系を有する防振装置に係り、前記撮影光学系は、焦点距離が可変の変倍光学系と光軸に対して略垂直な方向に移動可能な補正光学系とを含み、前記防振装置は、前記防振装置に加わる揺れを検出する揺れ検出手段と、前記揺れ検出手段の出力を互いに異なるゲインでそれぞれ増幅する複数の増幅器と、前記複数の増幅器によって増幅された前記揺れ検出手段の出力をそれぞれ処理する複数の経路と、前記焦点距離が望遠側の時は、前記焦点距離が広角側の時よりも、前記複数の増幅器のうちゲインが大きい増幅器を選択する選択手段と、前記複数の増幅器のうち前記選択手段によって選択された増幅器からそれに対応する経路を介して供給される出力に基づいて前記補正光学系を駆動することで、前記撮像面に結像させる像の揺れを軽減する駆動手段とを有し、前記複数の経路は、それぞれ、前記複数の増幅器のうち対応する増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータの出力を処理するハイパスフィルタとを含み、前記複数の経路のゲインは、前記増幅器とそれに対応する経路との全体のゲインが他の前記増幅器とそれに対応する経路との全体のゲインと同一になるように設定されている。
本発明の第３の側面は、被写体像を撮像面に結像させるための撮影光学系を有する防振装置の制御方法に係り、前記撮影光学系は、焦点距離が可変の変倍光学系と、光軸に対して略垂直な向に移動可能な補正光学系とを含み、前記防振装置は、前記防振装置に加わる揺れを検出する揺れ検出手段と、前記揺れ検出手段の出力を可変のゲインで増幅する増幅器と、前記増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータとを有し、前記制御方法は、前記Ａ／Ｄコンバータの出力に対して利得補正を行う利得補正工程と、前記利得補正工程で利得補正された結果に基いて前記補正光学系を駆動することで、前記撮像面に結像させる像の揺れを軽減する駆動工程と、前記焦点距離が望遠側の時は前記焦点距離が広角側の時よりも前記増幅器の前記ゲインを大きくするよう変更する制御工程とを有し、前記利得補正工程では、前記増幅器のゲインの変動が補正されるように前記利得補正工程におけるゲインを調整する。
本発明の第４の側面は、被写体像を撮像面に結像させるための撮影光学系を有する防振装置の制御方法に係り、前記撮影光学系は、焦点距離が可変の変倍光学系と光軸に対して略垂直な方向に移動可能な補正光学系とを含み、前記防振装置は、前記防振装置に加わる揺れを検出する揺れ検出手段と、前記揺れ検出手段の出力を互いに異なるゲインでそれぞれ増幅する複数の増幅器と、前記複数の増幅器によって増幅された前記揺れ検出手段の出力をそれぞれ処理する複数の経路とを有し、前記複数の経路は、それぞれ、前記複数の増幅器のうち対応する増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータの出力を処理するハイパスフィルタとを含み、前記複数の経路のゲインは、前記増幅器とそれに対応する経路との全体のゲインが他の前記増幅器とそれに対応する経路との全体のゲインと同一になるように設定されており、前記制御方法は、前記焦点距離が望遠側の時は、前記焦点距離が広角側の時よりも、前記複数の増幅器のうちゲインが大きい増幅器を選択する選択工程と、前記複数の増幅器のうち前記選択工程で選択された増幅器からそれに対応する経路を介して供給される出力に基づいて前記補正光学系を駆動することで、前記撮像面に結像させる像の揺れを軽減する駆動工程とを有する。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００５８】
以下で説明する撮像装置は、光学式防振機能を搭載したビデオカメラに関するが、本発明の撮像装置は、例えば、電子式防振機能を搭載した撮像装置や、光学式又は電子式防振機能を搭載した電子スティルカメラや銀塩スティルカメラ等の撮像装置にも適用することができる。また、本発明の防振装置は、撮像装置の他、例えば、レンズ交換式の撮像装置の交換レンズ単体（即ち、防振機能を搭載した交換レンズ）にも適用することができる。
【００５９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の好適な実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。
【００６０】
光学系を構成するレンズ群１０１〜１０５は、インナーフォーカスタイプの構成を有し、固定レンズ１０１、変倍レンズ１０２、統り１０３、シフトレンズ１０４、フォーカスレンズ１０５を含む。光学系を通った光は、ＣＣＤ等の撮像素子１０６の撮像面上に像を形成する。撮像素子１０６の出力は、増幅器１０７で最適なレベルまで増幅された後にカメラ信号処理回路１０８に供給され、標準テレビ信号に変換される。
【００６１】
この撮像装置では、手ぶれ補正機能（防振）のＯＮ／ＯＦＦの切り換えは、スイッチ１２４の状態に応じて行われる。角速度センサ１０９（ピッチ方向）、１１０（ヨー方向）により撮像装置本体の揺れ角速度が検出され、検出信号（角速度信号）は、ゲイン調整が可能な増幅器１１１、１１２でそれぞれ増幅された後に、防振制御マイコン１１５のＡ／Ｄコンバータ１１５ａ１、１１５ａ２でデジタル信号に変換され、ハイパスフィルタ（ＨＰＣ）１１５ｂ１、１１５ｂ２でＤＣ成分がカットされ、利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２に供給される。利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２は、供給された信号の利得補正を行う。この利得補正については図２を参照して後述する。
【００６２】
利得補正がされた２つの角速度信号は、帯域制限用ハイパスフィルタ１１５ｃ１、１１５ｃ２を通して積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２にそれぞれ供給され、これらにおいて角変位（揺れ角）に変換される。焦点距離補正部１１５ｅ１、１１５ｅ２は、積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２で算出された揺れ角（θ）と光学系の焦点距離（ｆ）とに基づいて補正信号（ｆ×tanθ；撮像素子上の揺れによる像の移動量を示す信号）を生成する。
【００６３】
補正系制御部１１５ｉは、焦点距離補正部１１５ｅ１、１１５ｅ２の出力信号である補正信号に基づいて、揺れによる像の移動方向と逆方向に像が移動するように、シフトレンズ１０４を光軸と直交したピッチ方向及びヨー方向に移動させることによって揺れを補正するための補正目標信号を生成する。
【００６４】
シフトレンズ１０４の制御は、加算器１１６で、補正系制御部１１５ｉから出力される補正目標信号とシフトレンズ１０４の位置信号（エンコーダ１１３の検出信号を所定レベルまで増幅器１１４で増幅した位置信号）との差分を計算し、その差分をモータドライバ１１７で増幅した駆動信号をモータ１１８に出力しながら行う。これにより、差分が零になるように、即ちシフトレンズ１０４の位置が補正目標位置に一致するように、シフトレンズ１０４が位置決めされる。
【００６５】
帯域制限用のハイパスフィルタ１１５ｃ１、１１５ｃ２は、補正信号を補正量規格化部１１５ｈ１、１１５ｂ２で規格化した規格化補正量に応じて、制限処理制御部１１５ｇ１、１１５ｇ２によって制御され、これによりパンニング時の防振能力が制限される。
【００６６】
パンニング特性は、例えば、図７に示す特性と同様であり、規格化補正量に応じて帯域制限パラメータであるカットオフ周波数を制御することにより制限量を決定し、パンニング時の防振能力を制限する。この場合、規格化補正量は、パンニングがなされているか否かを示す尺度として使用される。
【００６７】
利得制御部１１５ｆ１、１１５ｆ２は、現在の焦点距離とパンニング時の制限強度に応じて、それぞれ増幅器１１１、１１２のゲインを制御する。利得制御部で決定されたゲインは、次に増幅器１１１、１１２が角速度センサ１０９、１１０から供給される角速度信号を増幅する際のゲインである。
【００６８】
利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２では、それぞれ、角速度センサ１１１、１１２から積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２までの全体のゲインが最適化されるように、即ち、増幅器１１１、１１２のゲイン変動が補正されるように、自己のゲインを調整する。
【００６９】
例えば、増幅器１１１、１１２のゲインが前回の２倍になった場合は、利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２では、自己のゲインを前回の１／２倍に設定し、全体のゲインを一定に維持する。この場合、Ａ／Ｄコンバータ１１５ａ１、１１５ａ２で角速度信号をＡ／Ｄ変換する前に、角速度信号のレベルを高くするため、揺れの検出の分解能が高められる。即ち、微小振幅の角速度信号をＡ／Ｄ変換する前に高いゲインで増幅することにより、Ａ／Ｄ変換後の角速度信号が離散的な荒いデータになることを防止し、より連続的なデータ（分解能が高いデータ）を得ることができる。これにより、揺れを補正した際に、自然で円滑な補正効果を得ることができる。
【００７０】
また、防振制御マイコン１１５内での信号処理において、Ａ／Ｄ変換後のデータをビット拡張することにより、利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２で利得増加分を補正するための除算処理を行った場合においても、小数点以下のデータが保持されるため、揺れの検出分解能を最大限に利用することができる。
【００７１】
防振制御マイコン１１５は、以上の他、ズームレンズ１０２やフォーカスレンズ１０５の制御も行う。防振制御マイコン１１５は、押し圧により抵抗値が変化する回転操作タイプのズームスイッチユニット１１８からの信号に応じて、モータドライバ１２０を介してモータ１１９に駆動信号を送ることにより、ズームレンズ１０２を移動させて焦点距離を変更する。また、防振制御マイコン１１５は、カメラ信号処理回路１０８で処理された焦点信号が最大となるように、モータドライバ１２２を介してモータ１２１に駆動信号を送ることにより、フォーカスレンズ１０５を移動させて被写体像の焦点位置を調節する。なお、この撮像装置では、レンズ駆動用モータとしてステッピングモータを使用し、ステッピングモータの駆動命令パルスを管理することによりレンズ位置を認識するオープンループ制御の構成を採用している。
【００７２】
図２は、防振制御マイコン１１５によって制御される防振制御フローを示す図である。以下、図２を参照しながら防振制御フローを説明する。
【００７３】
この実施の形態では、撮影状況に応じて揺れ検出部（角速度センサ、増幅器）の増幅器のゲイン（感度）を制御することにより、揺れの検出分解能と検出レンジを最適化し、これにより、円滑なパンニング動作と高い防振性能を実現する。例えば、光学系の焦点距離が望遠側の場合には、検出感度（増幅器のゲイン）を高くして、微小振動も精度良く検出することにより、望遠側での手ぶれ補正効果を高め、一方、広角側では、検出感度を低くして、大振幅の揺れのみを対象として補正する。これは、同一振幅の揺れが望遠画角では大きな画面変動を生じさせるのに対し、広角側では画面変動が少ないことに基づいている。即ち、望遠側と同様な画面変動を広角側で生じさせる揺れ振幅は、焦点距離の相違分だけ、望遠側での揺れ振幅よりも大きい。そこで、焦点距離の変化に応じて広角側では揺れ検出部の増幅器のゲインを小さくすることにより、望遠側と同一の揺れ補正処理で良好な補正効果を得ることができる。
【００７４】
また、この実施の形態では、パンニング等のカメラワーク時、即ち、撮像装置が意図的に大きく動かされている場合は、揺れ検出部の増幅器のゲインを低めに設定し、広いダイナミックレンジが得られるようにし、一方、通常撮影時は、揺れ検出部の増幅器のゲインを高めに設定し、揺れ補正効果を高める。これにより、撮像装置が意図的に大きく動かされている場合と、通常撮影時の双方において、良好な撮影を行うことができる。
【００７５】
図２に示す処理は、防振制御マイコン１１５で実行される定周期割込処理であり、例えば１ｋＨｚの周波数で実行される。割込みの起動要因は、例えば、発振クロックの分周信号に従ってアップ（若しくはダウン）カウントしているカウンタの値が、１ｍｓｅｃに相当する値になる都度発生する。
【００７６】
なお、ここでは、Ａ／Ｄコンバータ１１５ａ１、１１５ａ２の動作モードはスキャンモードであり、継続的にＡ／Ｄ変換動作を実行するものとする。
【００７７】
まず、Ｓ２０１では、割込処理を開始し、増幅器１１１、１１２で増幅された２つの角速度信号をＡ／Ｄコンバータ１１５ａ１、１１５ａ２でそれぞれデジタルデータに変換する。Ｓ２０２では、デジタルデータに変換された２つの角速度信号に対してハイパスフィルタ１１５ｂ１、１１５ｂ２でそれぞれハイパスフィルタ処理を施すことによってＤＣ成分を除去する。この際、角速度信号としてのデジタルデータはビット拡張され、以下の処理で為されるフィルタリング等の処理による精度劣化が防止される。
【００７８】
Ｓ２０３では、利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２は、ＤＣ成分がカットされた２つの角速度信号を規格化する。具体的には、利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２は、次式に示す除算処理を実行して角速度信号を規格化する。
【００７９】
規格化角速度＝角速度／利得変数 …（３）
ここで、利得変数については、Ｓ２０９の処理の説明の際に詳述するが、簡単に説明すると、利得変数は、撮影画角（焦点距離）とパンニング状態に応じて決定される変数であり、
利得変数＝パンニングゲイン×焦点距離比率 …（４）
で与えられる。なお、この利得変数とテレ端での標準利得値とを乗算して得られる値が、実際の増幅器１１１、１１２のゲインとなる。パンニングゲインは、例えば、パンニング中は０．５、通常撮影時は１．０の値となり、焦点距離比率は、
焦点距離比率＝現在の焦点距離／テレ端焦点距離
で与えられる。また、テレ端での標準利得値（テレ端標準利得）は、例えば、テレ端でのシフトレンズ１０４の位置制御分解能の１／１０が揺れ検出分解能となるように設定され、微小振幅の揺れであっても、連続性を維持した揺れとして検出することができる。広角側での撮影時や、パンニング等のカメラワークのために撮影装置が意図的に動かされた時は、この利得変数は、望遠側での通常撮影時よりも小さい値になり、揺れ検出の最適分解能や最適ダイナミックレンジが決定される。
【００８０】
Ｓ２０３（利得補正処理）の実行により、角速度センサ１０９、１１０から焦積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２までの全体のゲインが一定値になるように制御され、Ｓ２０５で最終的に決定される揺れ角は、増幅器１１１、１１２のゲインに依存しない規格化されたデータになる。
【００８１】
Ｓ２０４では、ＡＣ成分の角速度信号の周波数帯域を制限する。具体的には、Ｓ２０４では、制限処理制御部１１５ｇ１、１１５ｇ２は、帯域制限用のハイパスフィルタ１１５ｃ１、１１５ｃ２にそれぞれカットオフ周波数を設定する。このカットオフ周波数を低域から高域まで変化させることにより、角速度信号の帯域を制限することができる。
【００８２】
この撮像装置では、パンニング等のカメラワーク中は、カットオフ周波数を高くすることにより手ぶれ補正効果を低下させ、これによりシフトレンズ１０４の位置のセンタリング強度を強めて、円滑なカメラワークを実現し、通常撮影時は、手ぶれ補正効果を高めるために、カットオフ周波数を低下させる。また、補正可能範囲の限界よりも大きな揺れを補正しようとして画面の端が補正可能範囲の端に衝突したときに生じる画面の不自然さを防止するためにも、帯域が制限される。
【００８３】
次に、Ｓ２０５では、積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２で、帯域が制限された角速度信号を積分し、これにより角変位を算出する。算出された角変位は、撮像装置本体の揺れ角に相当する。
【００８４】
Ｓ２０６では、焦点距離補正部１１５ｅ１、１１５ｅ２で補正量（シフト目標量）を算出する。補正量は、ｆ×tanθで与えられ、Ｓ２０５で得られた角変位（即ち、揺れ角θ）と光学系の焦点距離ｆとに基づいて算出される。
【００８５】
Ｓ２０７は、Ｓ２０６で算出した補正量を最大補正限界（シフトレンズ１０４の移動限界）で規格化する。規格化補正量は前述の（１）式及び（２）式で与えられる。
【００８６】
Ｓ２０８では、Ｓ２０７で決定された規格化補正量に基づいて、補正能力に制限を加えるための制限量としてのカットオフ周波数を決定する。Ｓ２０８で決定されたカットオフ周波数は、次回の帯域制限処理（Ｓ２０４）で設定され、これにより角速度信号の帯域が制限される。例えば、決定した力ットオフ周波数が大きい場合には、カットオフ周波数以下の手ぶれ周波数の揺れに対する補正効果が減少する。
【００８７】
次に、Ｓ２０９では、前述の（４）式で計算される利得変数と（５）式とに基づいて、次回の増幅器１１１、１１２のゲインが決定される。
【００８８】
ゲイン＝テレ端標準利得×利得変数 …（５）
ここで、利得変数とテレ端標準利得については、前述の通りである。利得変数を決定する１つの要素であるパンニングゲインは、例えば、Ｓ２０８で算出される制限量に基づいて決定してもよいし、Ｓ２０７で算出される規格化補正量に基づいて決定してもよい（例えば、規格化補正量が５０％以上になったら、パンニング中であると判断してパタニングゲインの値を小さくする）。また、図７の制限特性のカーブに従って、パンニングゲインを変更してもよい。
【００８９】
なお、パンニングゲインの変更に伴って増幅器１１１、１１２のゲインが変化するが、Ｓ２０４の処理で全体的なゲインが一定値に維持されるため、揺れ状態が同じであれば規格化補正量が変動することはない。
【００９０】
次に、Ｓ２１０では、Ｓ２０６で算出された補正量（シフト目標量）を加算器１１６に出力し、本処理を終了する（Ｓ２１１）。
【００９１】
以上のように、本発明の好適な実施の形態によれば、撮影状況に応じて、揺れ検出部の検出感度を最適化することにより、撮影画角やカメラワークに最適な揺れ検出分解能やダイナミックレンジを得ることができる。従って、画面変動を発生させる望遠画角での微小振幅の揺れを、連続性を維持したまま、検出することができるので、円滑で自然な防振効果を得ることができる。また、広角撮影の場合には、撮影画面の変動を伴うような大きな揺れを重点的に検出し補正することができるので安定した撮影画像を得ることができる。更に、パンニング等のカメラワーク時には、揺れ検出のダイナミックレンジが優先されるので、揺れ検出部の飽和が低減され、カメラワーク動作を確実に検出することができ、円滑な補正制限が可能となる。
【００９２】
以上、本発明の好適な実施の形態として、シフトレンズを用いた光学式手ぶれ補正について説明したが、本発明は、これに限定されず、例えば電子式の手ぶれ補正に適用することもできる。例えば、フィールドメモリ中の画像から切り出す画像の位置を揺れに応じて制御することよって手ぶれを補正することもできるし、大型或いは超高画素タイプのＣＣＤから切り出す画像の位置を制御することによって手ぶれを補正してもよい。
【００９３】
また、上記の実施の形態は、揺れ検出部として角速度センサーを用いた例であるが、例えば、これを加速度センサに置き換えることもできる。この場合、検出される加速度を２回積分することにより揺れ角を算出することができる。
【００９４】
また、上記の実施の形態では、揺れ角の算出は、ソフトウェアで行ってもよいし、ハードウェアで行ってもよい。
【００９５】
また、制限すべき特性（例えば、ＨＰＦのカットオフ周波数）は、関数に従って決定してもよいし、ルックアップテーブルを参照することによって決定してもよいし、他の方法に従って決定してもよい。
【００９６】
また、上記の実施の形態では、補正量を制限する方法として、ハイパスフィルタの通過帯域を制限する方法を挙げたが、揺れ補正系の動作を制限する方法であれば他の方法を採用することもできる。例えば、積分フィルタの積分時定数を制御して、積分フィルタ出力を制限する方法も好適である。
【００９７】
また、上記の実施の形態では、利得変数（パタニングゲイン×焦点距離比率）をパラメータとして、増幅器のゲインの変化に応じて全体的なゲインを調節するが、焦点距離比率に応じた利得補正を行わなず、パンニングゲインの利得補正のみを行う場合には、Ｓ２０６において補正量を算出する際に焦点距離ｆを乗算する必要はない。
【００９８】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。第１の実施の形態では、揺れ検出部の増幅器のゲインが、撮影状況に応じて最適になるよう制御される。しかしながら、増幅器のゲインの切り替えによりＡ／Ｄ変換されるデータのレベルが変動することから、ＤＣ成分をカットするためのハイパスフィルタの出力信号に、ゲインの切り替えの影響が現れる。この出力信号の変動の影響が無くなるまで、補正動作を制限してもよいが、その場合、パンニング等の素早いカメラワークに対する応答性が悪化する。また、ゲイン切り替え後の揺れ角情報が有効となるには、角速度信号を積分する際の積分時定数以上の時間が経過しなければならず、ゲイン切り換えに対する応答性が悪い。
【００９９】
第２の実施の形態は、そのような不具合を解消する技術を提供するものであり、増幅率の異なる複数の増幅器を備え、該複数の増幅器の出力信号のそれぞれについて、Ａ／Ｄ変換から補正信号の算出までの信号処理を実行し、これにより得られる複数の補正信号から撮影状況に応じて最適な補正信号を選択する。
【０１００】
なお、図３の構成において、図１中のブロックと同一のブロックには同一の符号が付されている。
【０１０１】
図３に示す撮像装置は、光学式防振機能を備えており、手ぶれ補正機能（防振）のＯＮ／ＯＦＦの切り換えは、スイッチ１２４の状態に応じて行われる。角速度センサ１０９（ピッチ方向）、１１０（ヨー方向）により撮像装置本体の揺れ角速度を検出される。角速度センサ１０９、１１０で検出された２つの角速度信号は、それぞれゲインの異なる複数の増幅器（ゲイン＝Ａ：１１１、１１２、ゲイン＝Ｂ：３０１、３０２）で増幅された後に、防振制御マイコン１１５のＡ／Ｄコンバータ１１５ａ１、１１５ａ２でそれぞれデジタル信号に変換され、ハイパスフィルタ１１５ｂ１、１１５ｂ２でＤＣ成分がカットされる。これらの角速度信号は、帯域制限用のハイパスフィルタ１１５ｄ１、１１５ｄ２を介して積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２に供給され、積分されて角変位（揺れ角）に変換される。焦点距離補正部１１５ｅ１、１１５ｅ２は、積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２で算出された揺れ角（θ）と光学系の焦点距離（ｆ）とに基づいて補正信号（ｆ×tanθ；撮像素子上の揺れによる撮影像の移動量を示す信号）を生成する。
【０１０２】
Ａ／Ｄコンバータ１１５ａ１、ハイパスフィルタ１１５ｂ１、ハイパスフィルタ１１５ｃ１、積分器１１５ｅ１及び焦点距離補正部１１５ｅ１は、増幅器１１１から供給される信号を処理する経路と、増幅器３０１から供給される信号を処理する経路とを有する。また、Ａ／Ｄコンバータ１１５ａ２、ハイパスフィルタ１１５ｂ２、ハイパスフィルタ１１５ｃ２、積分器１１５ｅ２及び焦点距離補正部１１５ｅ２は、増幅器１１２から供給される信号を処理する経路と、増幅器３０２から供給される信号を処理する経路とを有する。
【０１０３】
ハイパスフィルタ１１５ｂ１、１１５ｃ１、１１５ｂ２、１１５ｃ２のゲインは、複数の増幅器１１１、３０１、１１２、３０２の各ゲインに応じて個別に設定されており、具体的には、４つの経路の全てにおいて、角速度センサ１０９、１１０から積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２までの全体的なゲインが同一の値になるように設定されている。
【０１０４】
揺れ信号選択部３０３、３０４は、それぞれ、生成された２種類の補正信号の内、撮影状況に応じて、最適な補正信号を選択する。そして、揺れ信号選択部３０３、３０４は、それぞれ、選択した補正信号を補正系制御部１１５ｉ及び補正量規格化部１１５ｈ１、補正系制御部１１５ｉ及び補正量規格化部１１５ｈ２、に供給する。
【０１０５】
補正系制御部１１５ｉは、揺れ信号選択部３０３、３０４で選択された補正信号（撮像素子上の揺れによる像の移動分）に基づいて、揺れによる像の移動方向とは逆方向に像を移動させるように、シフトレンズ１０４を光軸と直交したピッチ方向及びヨー方向に移動させることにより揺れを補正するための補正目標信号を生成する。
【０１０６】
シフトレンズ１０４の制御は、加算器１１６で、補正系制御部１１５ｉから出力される補正目標信号とシフトレンズ１０４の位置信号（エンコーダ１１３の検出信号を所定レベルまで増幅器１１４で増幅した位置信号）との差分を計算し、その差分をモータドライバ１１７で増幅した駆動信号をモータ１１８に出力しながら行う。これにより、差分が零になるように、即ちシフトレンズ１０４の位置が補正目標位置に一致するように、シフトレンズ１０４が位置決めされる。
【０１０７】
帯域制限用のハイパスフィルタ１１５ｃ１、１１５ｃ２は、補正信号を補正量規格化部１１５ｈ１、１１５ｂ２で規格化した規格化補正量に応じて、制限処理制御部１１５ｇ１、１１５ｇ２によって制御され、これによりパンニング時の防振能力が制限される。パンニング特性は、例えば、図７に示す特性と同様であり、規格化補正量に応じて帯域制限パラメータであるカットオフ周波数を制御することにより制限量を決定し、パンニング時の防振能力を制限する。
【０１０８】
防振制御マイコン１１５は、以上の他、ズームレンズ１０２やフォーカスレンズ１０５の制御も行う。防振制御マイコン１１５は、押し圧により抵抗値が変化する回転操作タイプのズームスイッチユニット１１８からの信号に応じて、モータドライバ１２０を介してモータ１１９に駆動信号を送ることにより、ズームレンズ１０２を移動させて焦点距離を変更する。また、防振制御マイコン１１５は、カメラ信号処理回路１０８で処理された焦点信号が最大となるように、モータドライバ１２２を介してモータ１２１に駆動信号を送ることにより、フォーカスレンズ１０５を移動させて被写体像の焦点位置を調節する。なお、この撮像装置では、レンズ駆動用モータとしてステッピングモータを使用し、ステッピングモータの駆動命令パルスを管理することによりレンズ位置を認識するオープンループ制御の構成を採用している。
【０１０９】
図４は、防振制御マイコン１１５によって制御される防振制御フローを示す図である。以下、図４を参照しながら防振制御フローを説明する。
【０１１０】
この実施の形態では、揺れ検出部（角速度センサ、増幅器）の複数の増幅器１１１（１１２）、３０１（３０２）のうち検出分解能及び検出レンジが撮影状況に最も適合するようなゲインを有する増幅器を選択し、その増幅器の出力に基づいて揺れを補正することにより、円滑なパンニング動作と高い防振性能を得る。例えば、光学系の焦点距離が望遠側の場合には、微小振動を精度良く検出することができるゲインを有する増幅器の出力を選択することにより、望遠側での手ぶれ補正効果を高め、一方、広角側では、検出感度が低いがダイナミックレンジが広くなるゲインを有する増幅器の出力を選択することにより、大振幅の揺れを補正する。
【０１１１】
また、この実施の形態では、パンニング等のカメラワーク時、即ち、撮像装置が意図的に大きく動かされている場合は、揺れ検出部の複数の増幅器のうちゲインが低い増幅器、即ち広いダイナミックレンジが得られる増幅器の出力を選択し、一方、通常撮影時は、揺れ検出部の複数の増幅器のうちゲインが高い増幅器の出力を選択し、揺れ補正効果を高める。これにより、撮像装置が意図的に大きく動かされている場合と、通常撮影の場合の双方において、良好な撮影を行うことができる。
【０１１２】
図４に示す処理は、マイコン１１５で実行される定周期割込処理であり、例えば１ｋＨｚの周波数で実行される。割込みの起動要因は、例えば、発振クロックの分周信号に従ってアップ（若しくはダウン）カウントしているカウンタの値が、１ｍｓｅｃに相当する値になる都度発生する。
【０１１３】
なお、ここでは、Ａ／Ｄコンバータ１１５ａ１、１１５ａ２の動作モードはスキャンモードであり、継続的にＡ／Ｄ変換動作を実行するものとする。また、以下の説明において、ヨー角速度センサ１１０の出力信号を処理するブロックの符号は、括弧書きで示す。
【０１１４】
まず、Ｓ４０１で、割込処理を開始し、互いに異なるゲインの増幅器１１１（１１２）、３０１（３０２）で増幅された２つの角速度信号をＡ／Ｄコンバータ１１５ａ１（１１５ａ２）でデジタルデータに変換する。
【０１１５】
Ｓ４０２では、デジタルデータに変換された２つの角速度信号に対してハイパスフィルタ１１５ｂ１（１１５ｂ２）でハイパスフィルタ処理を施すことによってＤＣ成分を除去する。この際、角速度信号のデジタルデータはビット拡張され、以降のフィルタリング等の処理による精度劣化が防止される。なお、ハイパスフィルタ１１５ｂ１（１１５ｂ２）は、増幅器１１１（１１２）で増幅された角速度信号を処理するためのハイパスフィルタ１１５ｂ１−１（１１５ｂ２−１）と、増幅器３０１（３０２）で増幅された角速度信号を処理するためのハイパスフィルタ１１５ｂ１−２（１１５ｂ２−２）とを含む。
【０１１６】
Ｓ４０３では、ＡＣ成分の角速度信号の周波数帯域を制限する。具体的には、Ｓ４０３では、制限処理制御部１１５ｇ１（１１５ｇ２）は、帯域制限用のハイパスフィルタ１１５ｃ１（１１５ｃ２）にカットオフ周波数を設定する。このカットオフ周波数を低域から高域まで変化させることにより、角速度信号の帯域を制限することができる。なお、ハイパスフィルタ１１５ｃ１（１１５ｃ２）は、増幅器１１１（１１２）で増幅された角速度信号を処理するためのハイパスフィルタ１１５ｃ１−１（１１５ｃ２−１）と、増幅器３０１（３０２）で増幅された角速度信号を処理するためのハイパスフィルタ１１５ｃ１−２（１１５ｃ２−２）とを含む。
【０１１７】
この撮像装置では、パンニング等のカメラワーク中は、カットオフ周波数を高くすることにより手ぶれ補正効果を低下させ、これによりシフトレンズ１０４の位置のセンタリング強度を強めて、円滑なカメラワークを実現し、通常撮影時は、手ぶれ補正効果をたかめるために、カットオフ周波数を低下させる。また、補正可能範囲の限界よりも大きな揺れを補正しようとして画面の端が補正可能範囲の端に衝突したときに生じる画面の不自然さを防止するためにも、帯域が制限される。
【０１１８】
ここで、増幅器１１１（１１２）及びハイパスフィルタ１１５ｂ１−１（１１５ｂ２−１）及び帯域制限ハイパスフィルタ１１５ｃ１−１（１１５ｃ２−１）の全体のゲインと、増幅器３０１（３０２）及びハイパスフィルタ１１５ｂ１−２（１１５ｂ２−２）及び帯域制限ハイパスフィルタ１１５ｃ１−１（１１５ｃ２−２）の全体のゲインとが一致するように各ハイパスフィルタのゲインが設定されている。
【０１１９】
次に、Ｓ４０４では、積分部１１５ｄ１（１１５ｄ２）で、帯域が制限された異なる検出感度の２つの角速度信号をそれぞれ積分して角変位を算出する。算出された角変位は、撮像装置本体の揺れ角に相当する。なお、積分部１１５ｄ１（１１５ｄ２）も、増幅器１１１（１１２）で増幅された角速度信号を積分するための積分器１１５ｄ１−１（１１５ｄ２−１）と、増幅器３０１（３０２）で増幅された角速度信号を積分する積分器１１５ｄ１−２（１１５ｄ２−２）とを有する。
【０１２０】
次に、Ｓ４０５では、焦点距離補正部１１５ｅ１（１１５ｅ２）で補正量（シフト目標量）を算出する。補正量は、f×tanθで与えられ、補正量はＳ４０４で得られた角変位（即ち、揺れ角θ）と光学系の焦点距離ｆとに基づいて算出される。なお、焦点距離補正部１１５ｅ１（１１５ｅ２）も、増幅器１１１（１１２）で増幅された角速度信号に係る角変位に基づいて補正量を算出する焦点距離補正部１１５ｅ１−１（１１５ｅ２−１）と、増幅器３０１（３０２）で増幅された角速度信号に係る角変位に基づいて補正量を算出する焦点距離補正部１１５ｅ１−２（１１５ｅ２−２）とを有する。
【０１２１】
Ｓ４０６では、揺れ信号選択部３０３（３０４）は、増幅器（ゲイン＝Ａ）１１１（１１２）の出力に基づいて決定された補正量又は増幅器（ゲイン＝Ｂ）３０１（３０２）の出力に基づいて決定された補正量を、撮影状況に応じて選択する。なお、ここでは、Ａ＜Ｂの関係であるものとして説明する。
【０１２２】
撮影画角が望遠（テレ）側で、カメラワークなしの通常の撮影状況では、ゲインＢの増幅に係る補正量（シフト目標量）を選択して（Ｓ４０６ａでｙｅｓ、Ｓ４０６ｂのｎｏ、Ｓ４０６ｃ）、微小振幅の揺れの補正を可能にし、パンニング時や広角（ワイド側）側の撮影では、大振幅の揺れであっても検出信号が飽和しないように、ゲインＡの増幅に係る補正量（シフト目標量）を選択する（Ｓ４０６ａでｎｏ又はＳ４０６ｂでｙｅｓ、Ｓ４０６ｄ）。
【０１２３】
Ｓ４０７では、Ｓ４０６で選択した補正量を最大補正限界（シフトレンズ１０４の移動限界）で規格化する。規格化補正量は前述の（１）式、及び（２）式で与えられる。
【０１２４】
Ｓ４０８では、制限処理制御部１１５ｇ１（１１４ｇ２）は、Ｓ４０７で決定された規格化補正量に基づいて補正能力に制限を加えるための制限量としてのカットオフ周波数を決定する。Ｓ４０８で決定されたカットオフ周波数は、次回の帯域制限処理（Ｓ４０３）で設定され、これにより角速度信号の帯域が制限される。例えば、決定した力ットオフ周波数が大きい場合には、カットオフ周波数以下の手ぶれ周波数の揺れに対する補正効果が減少する。
【０１２５】
次に、Ｓ４０９では、Ｓ４０６で選択した補正量（シフト目標量）を加算器１１６に出力し、本処理を終了する（Ｓ４１０）。
【０１２６】
以上のように、本発明の第２の実施の形態によれば、ゲインの異なる複数の増幅器を備え、各増幅器で増幅された信号についてＡ／Ｄ変換から補正量の算出までの信号処理を実行し、このようにして得られる複数の補正量の中から撮影状況に応じた最適な補正量を選択することにより、撮影状況に応じたゲインの切り替えによる信号変動や応答遅れをなくすことができる。
【０１２７】
また、この実施の形態によれば、撮影画角やカメラワークに最適な揺れ検出分解能やダイナミックレンジを得ることができる。従って、画面変動を発生させる望遠画角での微小振幅の揺れを、連続性を維持したまま、検出することができるので、円滑で自然な防振効果を得ることができる。また、広角撮影の場合には、撮影画面の変動を伴うような大きな揺れを重点的に検出し補正することができるので安定した撮影画像を得ることができる。
【０１２８】
更に、パンニング等のカメラワーク時には、揺れ検出のダイナミックレンジが優先されるので、揺れ検出部の飽和が低減され、カメラワーク動作を確実に検出することができ、円滑な補正制限が可能となる。
【０１２９】
なお、この実施の形態は、各角速度センサについて２つの増幅器を設けた例であるが、この個数は２個に限定されるものではなく、３個以上でもよい。また、複数の増幅器の一部を第１の実施の形態のようにゲイン可変タイプの増幅器としてもよい。この場合において、パンニング時のように素早い応答性が要求されるような撮影状況では、複数の増幅器のうち最適なゲインを有する増幅器の出力を選択し、一方、焦点距離の変更のように、比較的応答性が要求されない状況では、焦点距離の調整が完了してからゲイン可変タイプの増幅器のゲインを適切に設定し、変更に伴う信号変動の影響が無くなるまで補正動作を制限することにより、大幅なコストアップを伴うことなく、各焦点距離に最適なゲインを設定することができる。
【０１３０】
［その他］
なお、本発明は、複数のユニット（例えば、撮像装置本体、レンズユニット）から構成される撮像装置に適用しても、一体的な構造を有する撮像装置（例えば、レンズ固定式の撮像装置）に適用してもよい。
【０１３１】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはCPUやMPU）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム(OS)などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１３２】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１３３】
［実施の形態の効果］
本発明の好適な実施の形態によれば、撮影状況（例えば、焦点距離、カメラワーク）に応じて揺れ検出部の感度を変更し、揺れ検出の分解能とダイナミックレンジを適正化することにより、揺れの補正効果を向上させることができる。
【０１３４】
また、本発明の好適な実施の形態によれば、焦点距離に応じて揺れ検出部の感度を変更し、揺れ検出の分解能とダイナミックレンジを適正化することにより、広角側から望遠側までの全域で揺れの補正効果を得ることができる。例えば、望遠側では揺れ検出部の感度を高く設定することにより、光学系の高倍率化（高ズーム比化）に伴う望遠側での手ぶれの影響が抑制される他、検出分解能の不足に起因して動画像中で被写体が不連続に動くという問題が解決される。また、広角側では揺れ検出部の感度を低くすることにより、広いダイナミックレンジを確保し、撮影画像に影響を与えるような大きな揺れを補正することができる。このように、焦点距離に応じて揺れの検出感度を適正化することにより、撮影画像中に現れる手ぶれの影響のみを集中的に補正することができ、簡単な構成で揺れの補正効果を高めることができる。
【０１３５】
また、本発明の好適な実施の形態によれば、パンニング等のカメラワークに応じて揺れ検出部の感度を低くしてダイナミックレンジを広くすることにより、例えば、カメラワークに伴う撮像装置の動きを確実に検出することができ、揺れ補正の制限を円滑化することができる。
【０１３６】
また、本発明の好適な実施の形態によれば、感度（ゲイン）の異なる複数の増幅器及びその処理部を備え、撮影状況に応じた感度を有する増幅器の出力に基づいて揺れを補正することにより、感度変更時の応答の遅れを防止し、応答性の優れた防振機能を提供することができる。
【０１３７】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、撮影状況に適した防振制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。
【図２】防振制御マイコンによって制御される防振制御フローを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。
【図４】防振制御マイコンによって制御される防振制御フローを示す図である。
【図５】従来の撮像装置の概略構成を示す図である。
【図６】防振制御マイコンによって実行される防振制御フローを説明する図である。
【図７】補正量に対する制限量（カットオフ周波数）の特性を示す図である。
【図８】光学系の焦点距離と有効像円径との関係、及び、焦点距離と最大補正範囲との関係を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置、防振装置及び防振方法に係り、特に、光学系により被写体の像を所定面に結像させて撮像する撮像装置、撮像装置の揺れに起因する撮影画像の揺れを軽減する防振装置及び防振方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のビデオカメラの多くは、防振機能（手ぶれ補正機能）を有する。防振機能には、光学式と電子式とがある。
【０００３】
光学式の手ぶれ補正では、撮像素子に入射する光の光路の途中に、光軸を変位させるためのプリズムやレンズ部材を配置し、手ぶれに応じて光軸を変位させることによって手ぶれを補正する。光学式の手ぶれ補正には、手ぶれ検出部として振動ジャイロ等の角速度センサが用いられる。一般に、この角速度センサによりカメラの揺れ成分を直接検出し、検出信号を積分することによってカメラの角変位が検出される。
【０００４】
一方、電子式の手ぶれ補正の１つの方式は、フィールド間での映像信号の変化からカメラの動き量を算出して、その算出結果を揺れ信号とする動きベクトル検出方式と併用される。そして、揺れが除去されるように、動きベクトル検出用のフィールドメモリの蓄積画像の一部を動きベクトルに応じて切り出すことによって手ぶれを補正する。また、電子式手ぶれ補正の別の方式では、センサにより揺れを検出し、撮像素子で撮像される画像の一部を検出結果に応じて切り出すことによって手ぶれを補正する。
【０００５】
ところで、ビデオカメラによる撮影は、カメラを意図的に動かすパンニングやチルティング等のカメラワークを伴う場合がある。これらのカメラワークがなされる場合は、手ぶれ補正を制限することにより補正能力を低下させ、これにより、切り出すべき画像の領域が補正可能範囲（撮像領域）の端に突き当たって生じる撮影画像の乱れを防止したり、撮影者の意図する方向への素早い応答を可能にする技術が本発明者により提案されている。
【０００６】
図５、図６、図７、図８は、本発明者により提案されているパンニング時の制限技術を説明するための図である。この技術は、焦点距離に拘らず、また、焦点距離の変化に伴って補正限界が変化する場合においても、手ぶれ補正を制限する制限量を簡単に設定することができる技術である。以下、この技術を光学式の手ぶれ補正に適用した例を説明する。
【０００７】
図５は、手ぶれ補正用のシフトレンズを光軸に垂直に移動させることによって手ぶれを補正する機能を有する撮像装置の概略構成を示す図である。光学系を構成するレンズ群７０１〜７０５は、インナーフォーカスタイプの構成を有し、固定レンズ７０１、変倍レンズ７０２、絞り７０３、防振用シフトレンズ７０４、フォーカスレンズ７０５で構成されている。レンズ群を通った光は、ＣＣＤ等の撮像素子７０６の撮像面に像を形成する。撮像素子７０６上の像は光電変換され、増幅器７０７で最適なレベルまで増幅された後にカメラ信号処理回路７０８に供給され、ここで標準テレビ信号に変換される。
【０００８】
この撮像装置では、手ぶれ補正機能（防振）のＯＮ／ＯＦＦの切り換えは、スイッチ７２４の状態に応じて行われる。角速度センサ７０９（ピッチ方向）、７１０（ヨー方向）により撮像装置本体の揺れ角速度が検出され、検出信号（角速度信号）は増幅器７１１、７１２でそれぞれ増幅された後に制御マイコン７１６のＡ／Ｄコンバータ７１５ａ１、７１５ａ２でデジタル信号に変換され、ハイパスフィルタ７１５ｂ１、７１５ｂ２でＤＣ成分がカットされ、積分部７１５ｄ１、７１５ｄ２で積分され角変位（揺れ角）に変換される。焦点距離補正部７１５ｅ１、７１５ｅ２は、積分部７１５ｄ１、７１５ｄ２で算出された揺れ角（θ）と光学系の焦点距離（ｆ）とに基づいて補正信号（ｆ×tan θ；撮像素子上の揺れによる像の移動量を示す信号）を生成する。
【０００９】
補正系制御部７１５ｉは、焦点距離補正部７１５ｅ１、７１５ｅ２の出力信号である補正信号に基づいて、揺れによる像の移動方向と逆方向に像が移動するように、シフトレンズ７０４を光軸と直交したピッチ方向及びヨー方向に移動させることによって揺れの補正を行うための補正目標信号を生成する。
【００１０】
シフトレンズ７０４の制御は、加算器７１６で、補正系制御部７１５ｉから出力される補正目標信号とシフトレンズ７０４の位置信号（エンコーダ７１３の検出信号を所定レベルまで増幅器７１４で増幅した位置信号）との差分を計算し、その差分をモータドライバ７１７で増幅した駆動信号をモータ７１８に出力しながら行う。これにより、差分が零になるように、即ちシフトレンズ７０４の位置が補正目標位置に一致するように、シフトレンズ７０４が位置決めされる。
【００１１】
帯域制限用のハイパスフィルタ（ＨＰＣ）７１５ｃ１、７１５ｃ２は、補正信号を補正量規格化部７１５ｈ１、７１５ｈ２で規格化した規格化補正量に応じて、制限処理制御部７１５ｇ１、７１５ｇ２によって制御され、これによりパンニング動作時の防振能力が制限される。
【００１２】
また、防振制御マイコン７１５は、以上の他、変倍レンズ７０２及びフォーカスレンズ７０５も制御する。制御マイコン７１５は、押し圧により抵抗値が変化する回転操作タイプのズームスイッチユニット７２３から供給される信号に応じて、モータドライバ７２０を介してモータ７１９に駆動命令を送る。これによりズームレンズ７０２が駆動されて焦点距離が調整される。また、防振制御マイコン７１５は、カメラ信号処理回路７０８で処理された焦点信号（ＡＦ信号）が最大となるように、モータドライバ７２２を介してモータ７２１に駆動命令を送りる。これによりフォーカスレンズ７０５の位置が調整され、像の焦点位置が調整される。
【００１３】
図６は、防振制御マイコン７１５によって実行される防振制御フローを説明する図である。この処理では、補正量は、焦点距離と最大補正限界で規格化されており、制限量は、規格化補正量に応じて所定特性に従って算出される。従って、１種類の特性を規定するデータを保持するだけで、あらゆる焦点距離に対応することができる。
【００１４】
図６に示す処理は、定周期割込処理であり、例えば１ｋＨｚの周波数で実行される。割込みの起動要因は、例えば、クロックの分周信号に従ってアップ（若しくはダウン）カウントしているカウンタの値が１ｍｓｅｃに相当する値になる都度発生する。
【００１５】
なお、ここでは、Ａ／Ｄコンバータ７１５ａ１、７１５ａ２の動作モードはスキャンモードであり、継続的にＡ／Ｄ動作を実行するものとする。
【００１６】
まず、Ｓ８０１で、割込処理を開始し、Ａ／Ｄコンバータ７１５ａ１、７１５ａ２により角速度信号をデジタル信号に変換する。Ｓ８０２では、Ａ／Ｄコンバータ７１５ａ１、７１５ａ２によりデジタル信号に変換された角速度信号に対して、ハイパスフィルタ７１５ｂ１、７１５ｂ２によりハイパスフィルタ処理を施すことによってＤＣ成分を除去する。
【００１７】
Ｓ８０３では、ＡＣ成分の角速度信号の周波数帯域を制限する。具体的には、Ｓ８０３では、制限処理制御部７１５ｇ１、７１５ｇ２は、帯域制限用のＨＰＦ７１５ｃ１、７１５ｃ２にそれぞれカットオフ周波数を設定する。このカットオフ周波数を低域から高域まで変化させることにより、角速度信号の帯域を制限することができる。
【００１８】
この撮像装置では、パンニング等のカメラワーク中は、カットオフ周波数を高くすることにより手ぶれ補正効果を低下させ、これによりシフトレンズ７０４の位置のセンタリング強度を強めて、円滑なカメラワークを実現し、一方、通常撮影時は、手ぶれ除去効果を高めるために、カットオフ周波数を低下させる。また、補正可能範囲の限界よりも大きなぶれを補正しようとして画面の端が補正可能範囲の端に衝突したときに生じる画面の不自然さを防止するためにも、帯域が制限される。
【００１９】
次に、Ｓ８０４では、積分部７１５ｄ１、７１５ｄ２により、帯域が制限された角速度信号を積分し、これにより角変位を算出する。算出された角変位は、撮像装置本体の揺れ角に相当する。
【００２０】
Ｓ８０５では、補正量を算出する。補正量（シフト目標量）は、ｆ×tanθで与えられ、Ｓ８０４で得られた角変位（即ち、揺れ角θ）と光学系の焦点距離ｆとに基づいて算出される。
【００２１】
Ｓ８０６では、Ｓ８０５で算出した補正量を最大補正限界（シフトレンズ７０４の移動限界）で規格化する。規格化補正量は以下の式で与えられる。
【００２２】
ピッチ規格化補正量
＝ピッチ補正量／ピッチ最大移動限界量／２×１００（％） …（１）
ヨー規格化補正量
＝ヨー補正量／ヨー最大移動限界量／２×１００（％） …（２）
Ｓ８０７は、Ｓ８０６で算出された規格化補正量に基づいて補正能力に制限を加えるための制限量を算出する処理であり、制限処理制御部７１５ｇ１、７１５ｇ２により制御される。決定された制限量は、次回の割り込み処理のＳ８０３で反映される。ここで、制限量は、帯域制限処理Ｓ８０３で説明したカットオフ周波数に相当する。
【００２３】
図７は、補正量に対する制限量、即ちカットオフ周波数の特性を示す図である。横軸は規格化補正量であり、最大移動限界量（マイナス側の最大シフト限界からプラス側の最大シフト限界までの幅）の１／２までシフトレンズをシフトさせて補正する際の補正量を１００％とした場合における、現在の揺れを補正するために必要な補正量の割合である。縦軸は制限量のパラメータである帯域制限のカットオフ周波数である。この撮像装置では、補正量を制限する度合いは、階段状の関数に従って変化するのではなく、滑らかな関数に従って変化する。このため、カットオフ周波数を制御して通常撮影からパンニング動作に移行する場合においても、制御量が円滑に変化する。
【００２４】
この制御量特性では、最大カットオフ周波数が６Ｈｚであるが、これは、主となる手ぶれの周波数成分が５Ｈｚ以下であることによる。また、この制限量特性では、規格化補正量の２乗の関数に従ってカットオフ周波数が変化する。具体的には、補正量が大きいほど急唆にカットオフ周波数が高くなり、補正量が零近傍の場合にはカットオフ周波数が可能な限り低くなって高い防振効果を得ることができる。この防振効果が高い範囲（補正量が零近傍の範囲）を拡大するためには、例えば、制限量特性をより急峻に立上がらせればよい。
【００２５】
ここで、最大移動限界は、図８に示すように決定される。図８（ａ）は、光学系の焦点距離と有効像円径との関係を示す図、図８（ｂ）は、焦点距離と最大補正範囲との関係を示す図である。
【００２６】
図８（ａ）の１００１は、シフトレンズ７０４の機械的な最大移動限界量を有効像円（イメージサークル）径に換算した値である。また、図８（ｂ）の１００２は、焦点距離に対する有効像円径の変化であり、ワイド（Ｗ）側からテレ（Ｔ）側までの全ての焦点距離で、シフトレンズ７０４を機械的な最大移動限界まで移動させたとしても、撮影画面にはケラレが生じないことを示している。従って、１００２に示す特性を有する光学系における最大補正範囲は、図８（ｂ）の１００５の様に一定値となる。一方、１００３のように焦点距離１００４よりテレ側でしか１００１より大きな有効像円径にならない光学系においては、１００４よりワイド側では、シフトレンズ７０４を機械的に最大移動限界まで移動させると、撮影画面の一部がケラれることを意味する。従って、１００３に対する最大補正範囲は、１００６のように、焦点距離１００４よりワイドでは、減少することになる。
【００２７】
一般には、１００３のように光学系の設計がなされ、レンズの小型化が図られる場合が多い。この様に、最大補正範囲が焦点距離に応じて１００６の様に変化する場合であっても、補正量は最大補正範囲で規格化されるので、焦点距離毎に制限特性を変更しなくとも（特性変更パラメータを多数持たなくとも）、有効像円の端への衝突の防止すると共に、円滑なパンニング動作への移行及び解除を実現することができる。
【００２８】
図６に戻る。Ｓ８０７で決定されたカットオフ周波数は、次回の帯域制限処理で設定され、これにより角速度信号び帯域が制限される。例えば、力ットオフ周波数が大きい場合には、カットオフ周波数以下の周波数の揺れに対する補正効果が減少する。次に、Ｓ８０８で、Ｓ８０５で算出されたシフト目標量を加算器７１６に対して出力し、本処理を終了する（Ｓ８０９）。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例では、角速度センサ７０９及び７１０の感度と、増幅器７１１及び７１２の増幅率と、Ａ／Ｄ変換器７１５ａ１及び７１５ａ２の分解能及びダイナミックレンジとに従って、検出可能な揺れの最小振幅及び最大振幅が決定される。そして、従来は、良好な防振性能が得られる分解能を確保しつつ最もダイナミックレンジが大きくなるように、増幅器７１１及び７１２の増幅率が固定的に決定される。
【００３０】
しかしながら、レンズ倍率（ズーム比）の高倍率化に伴って、最望遠では被写体像がより大きくなり、このために小さな手ぶれの影響が目立ち、良好な補正効果が得られないという問題が顕在化している。また、微小振幅の揺れの場合には、揺れを検出する際の分解能が不足し、揺れの連続性が損なわれて検出される場合が多い。この場合、揺れを補正するためのシフトレンズの補正目標量の制御も連続性に欠け、撮影される動画像も被写体が不連続的に動くものとなる。
【００３１】
一方、望遠側の撮影時に微小振動でも除振可能なように、揺れを検出する際の分解能を高めると、検出可能な揺れのダイナミックレンジが狭くなり、大きな揺れへの補正効果や、広角側での防振効果が著しく低下する。
【００３２】
また、撮影者が行うパンニング動作などのカメラワークは、補正量規格化部７１５ｈ１及び７１５ｈ２で生成される規格化補正量の大きさに基づいて判断されるが、タイナミックレンジが十分なほど、通常の手ぶれとパンニングとの判別が容易である。
【００３３】
検出する揺れの「分解能」と「ダイナミックレンジ」のバランス取りは、「手ぶれ補正効果」と「パンニング時の円滑さ」とのバランス取りを意味する。例えば分解能を優先させると、パンニング時の画像の円滑性が損なわれ、自然なカメラワークに支障をきたしていた。
【００３４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば、撮影状況に適した防振制御を可能にすることを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面は、被写体像を撮像面に結像させるための撮影光学系を有する防振装置に係り、前記撮影光学系は、焦点距離が可変の変倍光学系と、光軸に対して略垂直な方向に移動可能な補正光学系とを含み、前記防振装置は、前記防振装置に加わる揺れを検出する揺れ検出手段と、前記揺れ検出手段の出力を可変のゲインで増幅する増幅器と、前記増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータの出力に対して利得補正を行う利得補正手段と、前記利得補正手段の出力に基いて前記補正光学系を駆動することで、前記撮像面に結像させる像の揺れを軽減する駆動手段と、前記焦点距離が望遠側の時は前記焦点距離が広角側の時よりも前記増幅器の前記ゲインを大きくするよう変更する制御手段とを有し、前記利得補正手段は、前記増幅器のゲインの変動が補正されるように前記利得補正手段のゲインを調整する。
本発明の第２の側面は、被写体像を撮像面に結像させるための撮影光学系を有する防振装置に係り、前記撮影光学系は、焦点距離が可変の変倍光学系と光軸に対して略垂直な方向に移動可能な補正光学系とを含み、前記防振装置は、前記防振装置に加わる揺れを検出する揺れ検出手段と、前記揺れ検出手段の出力を互いに異なるゲインでそれぞれ増幅する複数の増幅器と、前記複数の増幅器によって増幅された前記揺れ検出手段の出力をそれぞれ処理する複数の経路と、前記焦点距離が望遠側の時は、前記焦点距離が広角側の時よりも、前記複数の増幅器のうちゲインが大きい増幅器を選択する選択手段と、前記複数の増幅器のうち前記選択手段によって選択された増幅器からそれに対応する経路を介して供給される出力に基づいて前記補正光学系を駆動することで、前記撮像面に結像させる像の揺れを軽減する駆動手段とを有し、前記複数の経路は、それぞれ、前記複数の増幅器のうち対応する増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータの出力を処理するハイパスフィルタとを含み、前記複数の経路のゲインは、前記増幅器とそれに対応する経路との全体のゲインが他の前記増幅器とそれに対応する経路との全体のゲインと同一になるように設定されている。
本発明の第３の側面は、被写体像を撮像面に結像させるための撮影光学系を有する防振装置の制御方法に係り、前記撮影光学系は、焦点距離が可変の変倍光学系と、光軸に対して略垂直な向に移動可能な補正光学系とを含み、前記防振装置は、前記防振装置に加わる揺れを検出する揺れ検出手段と、前記揺れ検出手段の出力を可変のゲインで増幅する増幅器と、前記増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータとを有し、前記制御方法は、前記Ａ／Ｄコンバータの出力に対して利得補正を行う利得補正工程と、前記利得補正工程で利得補正された結果に基いて前記補正光学系を駆動することで、前記撮像面に結像させる像の揺れを軽減する駆動工程と、前記焦点距離が望遠側の時は前記焦点距離が広角側の時よりも前記増幅器の前記ゲインを大きくするよう変更する制御工程とを有し、前記利得補正工程では、前記増幅器のゲインの変動が補正されるように前記利得補正工程におけるゲインを調整する。
本発明の第４の側面は、被写体像を撮像面に結像させるための撮影光学系を有する防振装置の制御方法に係り、前記撮影光学系は、焦点距離が可変の変倍光学系と光軸に対して略垂直な方向に移動可能な補正光学系とを含み、前記防振装置は、前記防振装置に加わる揺れを検出する揺れ検出手段と、前記揺れ検出手段の出力を互いに異なるゲインでそれぞれ増幅する複数の増幅器と、前記複数の増幅器によって増幅された前記揺れ検出手段の出力をそれぞれ処理する複数の経路とを有し、前記複数の経路は、それぞれ、前記複数の増幅器のうち対応する増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータの出力を処理するハイパスフィルタとを含み、前記複数の経路のゲインは、前記増幅器とそれに対応する経路との全体のゲインが他の前記増幅器とそれに対応する経路との全体のゲインと同一になるように設定されており、前記制御方法は、前記焦点距離が望遠側の時は、前記焦点距離が広角側の時よりも、前記複数の増幅器のうちゲインが大きい増幅器を選択する選択工程と、前記複数の増幅器のうち前記選択工程で選択された増幅器からそれに対応する経路を介して供給される出力に基づいて前記補正光学系を駆動することで、前記撮像面に結像させる像の揺れを軽減する駆動工程とを有する。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００５８】
以下で説明する撮像装置は、光学式防振機能を搭載したビデオカメラに関するが、本発明の撮像装置は、例えば、電子式防振機能を搭載した撮像装置や、光学式又は電子式防振機能を搭載した電子スティルカメラや銀塩スティルカメラ等の撮像装置にも適用することができる。また、本発明の防振装置は、撮像装置の他、例えば、レンズ交換式の撮像装置の交換レンズ単体（即ち、防振機能を搭載した交換レンズ）にも適用することができる。
【００５９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の好適な実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。
【００６０】
光学系を構成するレンズ群１０１〜１０５は、インナーフォーカスタイプの構成を有し、固定レンズ１０１、変倍レンズ１０２、統り１０３、シフトレンズ１０４、フォーカスレンズ１０５を含む。光学系を通った光は、ＣＣＤ等の撮像素子１０６の撮像面上に像を形成する。撮像素子１０６の出力は、増幅器１０７で最適なレベルまで増幅された後にカメラ信号処理回路１０８に供給され、標準テレビ信号に変換される。
【００６１】
この撮像装置では、手ぶれ補正機能（防振）のＯＮ／ＯＦＦの切り換えは、スイッチ１２４の状態に応じて行われる。角速度センサ１０９（ピッチ方向）、１１０（ヨー方向）により撮像装置本体の揺れ角速度が検出され、検出信号（角速度信号）は、ゲイン調整が可能な増幅器１１１、１１２でそれぞれ増幅された後に、防振制御マイコン１１５のＡ／Ｄコンバータ１１５ａ１、１１５ａ２でデジタル信号に変換され、ハイパスフィルタ（ＨＰＣ）１１５ｂ１、１１５ｂ２でＤＣ成分がカットされ、利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２に供給される。利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２は、供給された信号の利得補正を行う。この利得補正については図２を参照して後述する。
【００６２】
利得補正がされた２つの角速度信号は、帯域制限用ハイパスフィルタ１１５ｃ１、１１５ｃ２を通して積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２にそれぞれ供給され、これらにおいて角変位（揺れ角）に変換される。焦点距離補正部１１５ｅ１、１１５ｅ２は、積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２で算出された揺れ角（θ）と光学系の焦点距離（ｆ）とに基づいて補正信号（ｆ×tanθ；撮像素子上の揺れによる像の移動量を示す信号）を生成する。
【００６３】
補正系制御部１１５ｉは、焦点距離補正部１１５ｅ１、１１５ｅ２の出力信号である補正信号に基づいて、揺れによる像の移動方向と逆方向に像が移動するように、シフトレンズ１０４を光軸と直交したピッチ方向及びヨー方向に移動させることによって揺れを補正するための補正目標信号を生成する。
【００６４】
シフトレンズ１０４の制御は、加算器１１６で、補正系制御部１１５ｉから出力される補正目標信号とシフトレンズ１０４の位置信号（エンコーダ１１３の検出信号を所定レベルまで増幅器１１４で増幅した位置信号）との差分を計算し、その差分をモータドライバ１１７で増幅した駆動信号をモータ１１８に出力しながら行う。これにより、差分が零になるように、即ちシフトレンズ１０４の位置が補正目標位置に一致するように、シフトレンズ１０４が位置決めされる。
【００６５】
帯域制限用のハイパスフィルタ１１５ｃ１、１１５ｃ２は、補正信号を補正量規格化部１１５ｈ１、１１５ｂ２で規格化した規格化補正量に応じて、制限処理制御部１１５ｇ１、１１５ｇ２によって制御され、これによりパンニング時の防振能力が制限される。
【００６６】
パンニング特性は、例えば、図７に示す特性と同様であり、規格化補正量に応じて帯域制限パラメータであるカットオフ周波数を制御することにより制限量を決定し、パンニング時の防振能力を制限する。この場合、規格化補正量は、パンニングがなされているか否かを示す尺度として使用される。
【００６７】
利得制御部１１５ｆ１、１１５ｆ２は、現在の焦点距離とパンニング時の制限強度に応じて、それぞれ増幅器１１１、１１２のゲインを制御する。利得制御部で決定されたゲインは、次に増幅器１１１、１１２が角速度センサ１０９、１１０から供給される角速度信号を増幅する際のゲインである。
【００６８】
利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２では、それぞれ、角速度センサ１１１、１１２から積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２までの全体のゲインが最適化されるように、即ち、増幅器１１１、１１２のゲイン変動が補正されるように、自己のゲインを調整する。
【００６９】
例えば、増幅器１１１、１１２のゲインが前回の２倍になった場合は、利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２では、自己のゲインを前回の１／２倍に設定し、全体のゲインを一定に維持する。この場合、Ａ／Ｄコンバータ１１５ａ１、１１５ａ２で角速度信号をＡ／Ｄ変換する前に、角速度信号のレベルを高くするため、揺れの検出の分解能が高められる。即ち、微小振幅の角速度信号をＡ／Ｄ変換する前に高いゲインで増幅することにより、Ａ／Ｄ変換後の角速度信号が離散的な荒いデータになることを防止し、より連続的なデータ（分解能が高いデータ）を得ることができる。これにより、揺れを補正した際に、自然で円滑な補正効果を得ることができる。
【００７０】
また、防振制御マイコン１１５内での信号処理において、Ａ／Ｄ変換後のデータをビット拡張することにより、利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２で利得増加分を補正するための除算処理を行った場合においても、小数点以下のデータが保持されるため、揺れの検出分解能を最大限に利用することができる。
【００７１】
防振制御マイコン１１５は、以上の他、ズームレンズ１０２やフォーカスレンズ１０５の制御も行う。防振制御マイコン１１５は、押し圧により抵抗値が変化する回転操作タイプのズームスイッチユニット１１８からの信号に応じて、モータドライバ１２０を介してモータ１１９に駆動信号を送ることにより、ズームレンズ１０２を移動させて焦点距離を変更する。また、防振制御マイコン１１５は、カメラ信号処理回路１０８で処理された焦点信号が最大となるように、モータドライバ１２２を介してモータ１２１に駆動信号を送ることにより、フォーカスレンズ１０５を移動させて被写体像の焦点位置を調節する。なお、この撮像装置では、レンズ駆動用モータとしてステッピングモータを使用し、ステッピングモータの駆動命令パルスを管理することによりレンズ位置を認識するオープンループ制御の構成を採用している。
【００７２】
図２は、防振制御マイコン１１５によって制御される防振制御フローを示す図である。以下、図２を参照しながら防振制御フローを説明する。
【００７３】
この実施の形態では、撮影状況に応じて揺れ検出部（角速度センサ、増幅器）の増幅器のゲイン（感度）を制御することにより、揺れの検出分解能と検出レンジを最適化し、これにより、円滑なパンニング動作と高い防振性能を実現する。例えば、光学系の焦点距離が望遠側の場合には、検出感度（増幅器のゲイン）を高くして、微小振動も精度良く検出することにより、望遠側での手ぶれ補正効果を高め、一方、広角側では、検出感度を低くして、大振幅の揺れのみを対象として補正する。これは、同一振幅の揺れが望遠画角では大きな画面変動を生じさせるのに対し、広角側では画面変動が少ないことに基づいている。即ち、望遠側と同様な画面変動を広角側で生じさせる揺れ振幅は、焦点距離の相違分だけ、望遠側での揺れ振幅よりも大きい。そこで、焦点距離の変化に応じて広角側では揺れ検出部の増幅器のゲインを小さくすることにより、望遠側と同一の揺れ補正処理で良好な補正効果を得ることができる。
【００７４】
また、この実施の形態では、パンニング等のカメラワーク時、即ち、撮像装置が意図的に大きく動かされている場合は、揺れ検出部の増幅器のゲインを低めに設定し、広いダイナミックレンジが得られるようにし、一方、通常撮影時は、揺れ検出部の増幅器のゲインを高めに設定し、揺れ補正効果を高める。これにより、撮像装置が意図的に大きく動かされている場合と、通常撮影時の双方において、良好な撮影を行うことができる。
【００７５】
図２に示す処理は、防振制御マイコン１１５で実行される定周期割込処理であり、例えば１ｋＨｚの周波数で実行される。割込みの起動要因は、例えば、発振クロックの分周信号に従ってアップ（若しくはダウン）カウントしているカウンタの値が、１ｍｓｅｃに相当する値になる都度発生する。
【００７６】
なお、ここでは、Ａ／Ｄコンバータ１１５ａ１、１１５ａ２の動作モードはスキャンモードであり、継続的にＡ／Ｄ変換動作を実行するものとする。
【００７７】
まず、Ｓ２０１では、割込処理を開始し、増幅器１１１、１１２で増幅された２つの角速度信号をＡ／Ｄコンバータ１１５ａ１、１１５ａ２でそれぞれデジタルデータに変換する。Ｓ２０２では、デジタルデータに変換された２つの角速度信号に対してハイパスフィルタ１１５ｂ１、１１５ｂ２でそれぞれハイパスフィルタ処理を施すことによってＤＣ成分を除去する。この際、角速度信号としてのデジタルデータはビット拡張され、以下の処理で為されるフィルタリング等の処理による精度劣化が防止される。
【００７８】
Ｓ２０３では、利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２は、ＤＣ成分がカットされた２つの角速度信号を規格化する。具体的には、利得補正部１１５ｊ１、１１５ｊ２は、次式に示す除算処理を実行して角速度信号を規格化する。
【００７９】
規格化角速度＝角速度／利得変数 …（３）
ここで、利得変数については、Ｓ２０９の処理の説明の際に詳述するが、簡単に説明すると、利得変数は、撮影画角（焦点距離）とパンニング状態に応じて決定される変数であり、
利得変数＝パンニングゲイン×焦点距離比率 …（４）
で与えられる。なお、この利得変数とテレ端での標準利得値とを乗算して得られる値が、実際の増幅器１１１、１１２のゲインとなる。パンニングゲインは、例えば、パンニング中は０．５、通常撮影時は１．０の値となり、焦点距離比率は、
焦点距離比率＝現在の焦点距離／テレ端焦点距離
で与えられる。また、テレ端での標準利得値（テレ端標準利得）は、例えば、テレ端でのシフトレンズ１０４の位置制御分解能の１／１０が揺れ検出分解能となるように設定され、微小振幅の揺れであっても、連続性を維持した揺れとして検出することができる。広角側での撮影時や、パンニング等のカメラワークのために撮影装置が意図的に動かされた時は、この利得変数は、望遠側での通常撮影時よりも小さい値になり、揺れ検出の最適分解能や最適ダイナミックレンジが決定される。
【００８０】
Ｓ２０３（利得補正処理）の実行により、角速度センサ１０９、１１０から焦積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２までの全体のゲインが一定値になるように制御され、Ｓ２０５で最終的に決定される揺れ角は、増幅器１１１、１１２のゲインに依存しない規格化されたデータになる。
【００８１】
Ｓ２０４では、ＡＣ成分の角速度信号の周波数帯域を制限する。具体的には、Ｓ２０４では、制限処理制御部１１５ｇ１、１１５ｇ２は、帯域制限用のハイパスフィルタ１１５ｃ１、１１５ｃ２にそれぞれカットオフ周波数を設定する。このカットオフ周波数を低域から高域まで変化させることにより、角速度信号の帯域を制限することができる。
【００８２】
この撮像装置では、パンニング等のカメラワーク中は、カットオフ周波数を高くすることにより手ぶれ補正効果を低下させ、これによりシフトレンズ１０４の位置のセンタリング強度を強めて、円滑なカメラワークを実現し、通常撮影時は、手ぶれ補正効果を高めるために、カットオフ周波数を低下させる。また、補正可能範囲の限界よりも大きな揺れを補正しようとして画面の端が補正可能範囲の端に衝突したときに生じる画面の不自然さを防止するためにも、帯域が制限される。
【００８３】
次に、Ｓ２０５では、積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２で、帯域が制限された角速度信号を積分し、これにより角変位を算出する。算出された角変位は、撮像装置本体の揺れ角に相当する。
【００８４】
Ｓ２０６では、焦点距離補正部１１５ｅ１、１１５ｅ２で補正量（シフト目標量）を算出する。補正量は、ｆ×tanθで与えられ、Ｓ２０５で得られた角変位（即ち、揺れ角θ）と光学系の焦点距離ｆとに基づいて算出される。
【００８５】
Ｓ２０７は、Ｓ２０６で算出した補正量を最大補正限界（シフトレンズ１０４の移動限界）で規格化する。規格化補正量は前述の（１）式及び（２）式で与えられる。
【００８６】
Ｓ２０８では、Ｓ２０７で決定された規格化補正量に基づいて、補正能力に制限を加えるための制限量としてのカットオフ周波数を決定する。Ｓ２０８で決定されたカットオフ周波数は、次回の帯域制限処理（Ｓ２０４）で設定され、これにより角速度信号の帯域が制限される。例えば、決定した力ットオフ周波数が大きい場合には、カットオフ周波数以下の手ぶれ周波数の揺れに対する補正効果が減少する。
【００８７】
次に、Ｓ２０９では、前述の（４）式で計算される利得変数と（５）式とに基づいて、次回の増幅器１１１、１１２のゲインが決定される。
【００８８】
ゲイン＝テレ端標準利得×利得変数 …（５）
ここで、利得変数とテレ端標準利得については、前述の通りである。利得変数を決定する１つの要素であるパンニングゲインは、例えば、Ｓ２０８で算出される制限量に基づいて決定してもよいし、Ｓ２０７で算出される規格化補正量に基づいて決定してもよい（例えば、規格化補正量が５０％以上になったら、パンニング中であると判断してパタニングゲインの値を小さくする）。また、図７の制限特性のカーブに従って、パンニングゲインを変更してもよい。
【００８９】
なお、パンニングゲインの変更に伴って増幅器１１１、１１２のゲインが変化するが、Ｓ２０４の処理で全体的なゲインが一定値に維持されるため、揺れ状態が同じであれば規格化補正量が変動することはない。
【００９０】
次に、Ｓ２１０では、Ｓ２０６で算出された補正量（シフト目標量）を加算器１１６に出力し、本処理を終了する（Ｓ２１１）。
【００９１】
以上のように、本発明の好適な実施の形態によれば、撮影状況に応じて、揺れ検出部の検出感度を最適化することにより、撮影画角やカメラワークに最適な揺れ検出分解能やダイナミックレンジを得ることができる。従って、画面変動を発生させる望遠画角での微小振幅の揺れを、連続性を維持したまま、検出することができるので、円滑で自然な防振効果を得ることができる。また、広角撮影の場合には、撮影画面の変動を伴うような大きな揺れを重点的に検出し補正することができるので安定した撮影画像を得ることができる。更に、パンニング等のカメラワーク時には、揺れ検出のダイナミックレンジが優先されるので、揺れ検出部の飽和が低減され、カメラワーク動作を確実に検出することができ、円滑な補正制限が可能となる。
【００９２】
以上、本発明の好適な実施の形態として、シフトレンズを用いた光学式手ぶれ補正について説明したが、本発明は、これに限定されず、例えば電子式の手ぶれ補正に適用することもできる。例えば、フィールドメモリ中の画像から切り出す画像の位置を揺れに応じて制御することよって手ぶれを補正することもできるし、大型或いは超高画素タイプのＣＣＤから切り出す画像の位置を制御することによって手ぶれを補正してもよい。
【００９３】
また、上記の実施の形態は、揺れ検出部として角速度センサーを用いた例であるが、例えば、これを加速度センサに置き換えることもできる。この場合、検出される加速度を２回積分することにより揺れ角を算出することができる。
【００９４】
また、上記の実施の形態では、揺れ角の算出は、ソフトウェアで行ってもよいし、ハードウェアで行ってもよい。
【００９５】
また、制限すべき特性（例えば、ＨＰＦのカットオフ周波数）は、関数に従って決定してもよいし、ルックアップテーブルを参照することによって決定してもよいし、他の方法に従って決定してもよい。
【００９６】
また、上記の実施の形態では、補正量を制限する方法として、ハイパスフィルタの通過帯域を制限する方法を挙げたが、揺れ補正系の動作を制限する方法であれば他の方法を採用することもできる。例えば、積分フィルタの積分時定数を制御して、積分フィルタ出力を制限する方法も好適である。
【００９７】
また、上記の実施の形態では、利得変数（パタニングゲイン×焦点距離比率）をパラメータとして、増幅器のゲインの変化に応じて全体的なゲインを調節するが、焦点距離比率に応じた利得補正を行わなず、パンニングゲインの利得補正のみを行う場合には、Ｓ２０６において補正量を算出する際に焦点距離ｆを乗算する必要はない。
【００９８】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。第１の実施の形態では、揺れ検出部の増幅器のゲインが、撮影状況に応じて最適になるよう制御される。しかしながら、増幅器のゲインの切り替えによりＡ／Ｄ変換されるデータのレベルが変動することから、ＤＣ成分をカットするためのハイパスフィルタの出力信号に、ゲインの切り替えの影響が現れる。この出力信号の変動の影響が無くなるまで、補正動作を制限してもよいが、その場合、パンニング等の素早いカメラワークに対する応答性が悪化する。また、ゲイン切り替え後の揺れ角情報が有効となるには、角速度信号を積分する際の積分時定数以上の時間が経過しなければならず、ゲイン切り換えに対する応答性が悪い。
【００９９】
第２の実施の形態は、そのような不具合を解消する技術を提供するものであり、増幅率の異なる複数の増幅器を備え、該複数の増幅器の出力信号のそれぞれについて、Ａ／Ｄ変換から補正信号の算出までの信号処理を実行し、これにより得られる複数の補正信号から撮影状況に応じて最適な補正信号を選択する。
【０１００】
なお、図３の構成において、図１中のブロックと同一のブロックには同一の符号が付されている。
【０１０１】
図３に示す撮像装置は、光学式防振機能を備えており、手ぶれ補正機能（防振）のＯＮ／ＯＦＦの切り換えは、スイッチ１２４の状態に応じて行われる。角速度センサ１０９（ピッチ方向）、１１０（ヨー方向）により撮像装置本体の揺れ角速度を検出される。角速度センサ１０９、１１０で検出された２つの角速度信号は、それぞれゲインの異なる複数の増幅器（ゲイン＝Ａ：１１１、１１２、ゲイン＝Ｂ：３０１、３０２）で増幅された後に、防振制御マイコン１１５のＡ／Ｄコンバータ１１５ａ１、１１５ａ２でそれぞれデジタル信号に変換され、ハイパスフィルタ１１５ｂ１、１１５ｂ２でＤＣ成分がカットされる。これらの角速度信号は、帯域制限用のハイパスフィルタ１１５ｄ１、１１５ｄ２を介して積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２に供給され、積分されて角変位（揺れ角）に変換される。焦点距離補正部１１５ｅ１、１１５ｅ２は、積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２で算出された揺れ角（θ）と光学系の焦点距離（ｆ）とに基づいて補正信号（ｆ×tanθ；撮像素子上の揺れによる撮影像の移動量を示す信号）を生成する。
【０１０２】
Ａ／Ｄコンバータ１１５ａ１、ハイパスフィルタ１１５ｂ１、ハイパスフィルタ１１５ｃ１、積分器１１５ｅ１及び焦点距離補正部１１５ｅ１は、増幅器１１１から供給される信号を処理する経路と、増幅器３０１から供給される信号を処理する経路とを有する。また、Ａ／Ｄコンバータ１１５ａ２、ハイパスフィルタ１１５ｂ２、ハイパスフィルタ１１５ｃ２、積分器１１５ｅ２及び焦点距離補正部１１５ｅ２は、増幅器１１２から供給される信号を処理する経路と、増幅器３０２から供給される信号を処理する経路とを有する。
【０１０３】
ハイパスフィルタ１１５ｂ１、１１５ｃ１、１１５ｂ２、１１５ｃ２のゲインは、複数の増幅器１１１、３０１、１１２、３０２の各ゲインに応じて個別に設定されており、具体的には、４つの経路の全てにおいて、角速度センサ１０９、１１０から積分部１１５ｄ１、１１５ｄ２までの全体的なゲインが同一の値になるように設定されている。
【０１０４】
揺れ信号選択部３０３、３０４は、それぞれ、生成された２種類の補正信号の内、撮影状況に応じて、最適な補正信号を選択する。そして、揺れ信号選択部３０３、３０４は、それぞれ、選択した補正信号を補正系制御部１１５ｉ及び補正量規格化部１１５ｈ１、補正系制御部１１５ｉ及び補正量規格化部１１５ｈ２、に供給する。
【０１０５】
補正系制御部１１５ｉは、揺れ信号選択部３０３、３０４で選択された補正信号（撮像素子上の揺れによる像の移動分）に基づいて、揺れによる像の移動方向とは逆方向に像を移動させるように、シフトレンズ１０４を光軸と直交したピッチ方向及びヨー方向に移動させることにより揺れを補正するための補正目標信号を生成する。
【０１０６】
シフトレンズ１０４の制御は、加算器１１６で、補正系制御部１１５ｉから出力される補正目標信号とシフトレンズ１０４の位置信号（エンコーダ１１３の検出信号を所定レベルまで増幅器１１４で増幅した位置信号）との差分を計算し、その差分をモータドライバ１１７で増幅した駆動信号をモータ１１８に出力しながら行う。これにより、差分が零になるように、即ちシフトレンズ１０４の位置が補正目標位置に一致するように、シフトレンズ１０４が位置決めされる。
【０１０７】
帯域制限用のハイパスフィルタ１１５ｃ１、１１５ｃ２は、補正信号を補正量規格化部１１５ｈ１、１１５ｂ２で規格化した規格化補正量に応じて、制限処理制御部１１５ｇ１、１１５ｇ２によって制御され、これによりパンニング時の防振能力が制限される。パンニング特性は、例えば、図７に示す特性と同様であり、規格化補正量に応じて帯域制限パラメータであるカットオフ周波数を制御することにより制限量を決定し、パンニング時の防振能力を制限する。
【０１０８】
防振制御マイコン１１５は、以上の他、ズームレンズ１０２やフォーカスレンズ１０５の制御も行う。防振制御マイコン１１５は、押し圧により抵抗値が変化する回転操作タイプのズームスイッチユニット１１８からの信号に応じて、モータドライバ１２０を介してモータ１１９に駆動信号を送ることにより、ズームレンズ１０２を移動させて焦点距離を変更する。また、防振制御マイコン１１５は、カメラ信号処理回路１０８で処理された焦点信号が最大となるように、モータドライバ１２２を介してモータ１２１に駆動信号を送ることにより、フォーカスレンズ１０５を移動させて被写体像の焦点位置を調節する。なお、この撮像装置では、レンズ駆動用モータとしてステッピングモータを使用し、ステッピングモータの駆動命令パルスを管理することによりレンズ位置を認識するオープンループ制御の構成を採用している。
【０１０９】
図４は、防振制御マイコン１１５によって制御される防振制御フローを示す図である。以下、図４を参照しながら防振制御フローを説明する。
【０１１０】
この実施の形態では、揺れ検出部（角速度センサ、増幅器）の複数の増幅器１１１（１１２）、３０１（３０２）のうち検出分解能及び検出レンジが撮影状況に最も適合するようなゲインを有する増幅器を選択し、その増幅器の出力に基づいて揺れを補正することにより、円滑なパンニング動作と高い防振性能を得る。例えば、光学系の焦点距離が望遠側の場合には、微小振動を精度良く検出することができるゲインを有する増幅器の出力を選択することにより、望遠側での手ぶれ補正効果を高め、一方、広角側では、検出感度が低いがダイナミックレンジが広くなるゲインを有する増幅器の出力を選択することにより、大振幅の揺れを補正する。
【０１１１】
また、この実施の形態では、パンニング等のカメラワーク時、即ち、撮像装置が意図的に大きく動かされている場合は、揺れ検出部の複数の増幅器のうちゲインが低い増幅器、即ち広いダイナミックレンジが得られる増幅器の出力を選択し、一方、通常撮影時は、揺れ検出部の複数の増幅器のうちゲインが高い増幅器の出力を選択し、揺れ補正効果を高める。これにより、撮像装置が意図的に大きく動かされている場合と、通常撮影の場合の双方において、良好な撮影を行うことができる。
【０１１２】
図４に示す処理は、マイコン１１５で実行される定周期割込処理であり、例えば１ｋＨｚの周波数で実行される。割込みの起動要因は、例えば、発振クロックの分周信号に従ってアップ（若しくはダウン）カウントしているカウンタの値が、１ｍｓｅｃに相当する値になる都度発生する。
【０１１３】
なお、ここでは、Ａ／Ｄコンバータ１１５ａ１、１１５ａ２の動作モードはスキャンモードであり、継続的にＡ／Ｄ変換動作を実行するものとする。また、以下の説明において、ヨー角速度センサ１１０の出力信号を処理するブロックの符号は、括弧書きで示す。
【０１１４】
まず、Ｓ４０１で、割込処理を開始し、互いに異なるゲインの増幅器１１１（１１２）、３０１（３０２）で増幅された２つの角速度信号をＡ／Ｄコンバータ１１５ａ１（１１５ａ２）でデジタルデータに変換する。
【０１１５】
Ｓ４０２では、デジタルデータに変換された２つの角速度信号に対してハイパスフィルタ１１５ｂ１（１１５ｂ２）でハイパスフィルタ処理を施すことによってＤＣ成分を除去する。この際、角速度信号のデジタルデータはビット拡張され、以降のフィルタリング等の処理による精度劣化が防止される。なお、ハイパスフィルタ１１５ｂ１（１１５ｂ２）は、増幅器１１１（１１２）で増幅された角速度信号を処理するためのハイパスフィルタ１１５ｂ１−１（１１５ｂ２−１）と、増幅器３０１（３０２）で増幅された角速度信号を処理するためのハイパスフィルタ１１５ｂ１−２（１１５ｂ２−２）とを含む。
【０１１６】
Ｓ４０３では、ＡＣ成分の角速度信号の周波数帯域を制限する。具体的には、Ｓ４０３では、制限処理制御部１１５ｇ１（１１５ｇ２）は、帯域制限用のハイパスフィルタ１１５ｃ１（１１５ｃ２）にカットオフ周波数を設定する。このカットオフ周波数を低域から高域まで変化させることにより、角速度信号の帯域を制限することができる。なお、ハイパスフィルタ１１５ｃ１（１１５ｃ２）は、増幅器１１１（１１２）で増幅された角速度信号を処理するためのハイパスフィルタ１１５ｃ１−１（１１５ｃ２−１）と、増幅器３０１（３０２）で増幅された角速度信号を処理するためのハイパスフィルタ１１５ｃ１−２（１１５ｃ２−２）とを含む。
【０１１７】
この撮像装置では、パンニング等のカメラワーク中は、カットオフ周波数を高くすることにより手ぶれ補正効果を低下させ、これによりシフトレンズ１０４の位置のセンタリング強度を強めて、円滑なカメラワークを実現し、通常撮影時は、手ぶれ補正効果をたかめるために、カットオフ周波数を低下させる。また、補正可能範囲の限界よりも大きな揺れを補正しようとして画面の端が補正可能範囲の端に衝突したときに生じる画面の不自然さを防止するためにも、帯域が制限される。
【０１１８】
ここで、増幅器１１１（１１２）及びハイパスフィルタ１１５ｂ１−１（１１５ｂ２−１）及び帯域制限ハイパスフィルタ１１５ｃ１−１（１１５ｃ２−１）の全体のゲインと、増幅器３０１（３０２）及びハイパスフィルタ１１５ｂ１−２（１１５ｂ２−２）及び帯域制限ハイパスフィルタ１１５ｃ１−１（１１５ｃ２−２）の全体のゲインとが一致するように各ハイパスフィルタのゲインが設定されている。
【０１１９】
次に、Ｓ４０４では、積分部１１５ｄ１（１１５ｄ２）で、帯域が制限された異なる検出感度の２つの角速度信号をそれぞれ積分して角変位を算出する。算出された角変位は、撮像装置本体の揺れ角に相当する。なお、積分部１１５ｄ１（１１５ｄ２）も、増幅器１１１（１１２）で増幅された角速度信号を積分するための積分器１１５ｄ１−１（１１５ｄ２−１）と、増幅器３０１（３０２）で増幅された角速度信号を積分する積分器１１５ｄ１−２（１１５ｄ２−２）とを有する。
【０１２０】
次に、Ｓ４０５では、焦点距離補正部１１５ｅ１（１１５ｅ２）で補正量（シフト目標量）を算出する。補正量は、f×tanθで与えられ、補正量はＳ４０４で得られた角変位（即ち、揺れ角θ）と光学系の焦点距離ｆとに基づいて算出される。なお、焦点距離補正部１１５ｅ１（１１５ｅ２）も、増幅器１１１（１１２）で増幅された角速度信号に係る角変位に基づいて補正量を算出する焦点距離補正部１１５ｅ１−１（１１５ｅ２−１）と、増幅器３０１（３０２）で増幅された角速度信号に係る角変位に基づいて補正量を算出する焦点距離補正部１１５ｅ１−２（１１５ｅ２−２）とを有する。
【０１２１】
Ｓ４０６では、揺れ信号選択部３０３（３０４）は、増幅器（ゲイン＝Ａ）１１１（１１２）の出力に基づいて決定された補正量又は増幅器（ゲイン＝Ｂ）３０１（３０２）の出力に基づいて決定された補正量を、撮影状況に応じて選択する。なお、ここでは、Ａ＜Ｂの関係であるものとして説明する。
【０１２２】
撮影画角が望遠（テレ）側で、カメラワークなしの通常の撮影状況では、ゲインＢの増幅に係る補正量（シフト目標量）を選択して（Ｓ４０６ａでｙｅｓ、Ｓ４０６ｂのｎｏ、Ｓ４０６ｃ）、微小振幅の揺れの補正を可能にし、パンニング時や広角（ワイド側）側の撮影では、大振幅の揺れであっても検出信号が飽和しないように、ゲインＡの増幅に係る補正量（シフト目標量）を選択する（Ｓ４０６ａでｎｏ又はＳ４０６ｂでｙｅｓ、Ｓ４０６ｄ）。
【０１２３】
Ｓ４０７では、Ｓ４０６で選択した補正量を最大補正限界（シフトレンズ１０４の移動限界）で規格化する。規格化補正量は前述の（１）式、及び（２）式で与えられる。
【０１２４】
Ｓ４０８では、制限処理制御部１１５ｇ１（１１４ｇ２）は、Ｓ４０７で決定された規格化補正量に基づいて補正能力に制限を加えるための制限量としてのカットオフ周波数を決定する。Ｓ４０８で決定されたカットオフ周波数は、次回の帯域制限処理（Ｓ４０３）で設定され、これにより角速度信号の帯域が制限される。例えば、決定した力ットオフ周波数が大きい場合には、カットオフ周波数以下の手ぶれ周波数の揺れに対する補正効果が減少する。
【０１２５】
次に、Ｓ４０９では、Ｓ４０６で選択した補正量（シフト目標量）を加算器１１６に出力し、本処理を終了する（Ｓ４１０）。
【０１２６】
以上のように、本発明の第２の実施の形態によれば、ゲインの異なる複数の増幅器を備え、各増幅器で増幅された信号についてＡ／Ｄ変換から補正量の算出までの信号処理を実行し、このようにして得られる複数の補正量の中から撮影状況に応じた最適な補正量を選択することにより、撮影状況に応じたゲインの切り替えによる信号変動や応答遅れをなくすことができる。
【０１２７】
また、この実施の形態によれば、撮影画角やカメラワークに最適な揺れ検出分解能やダイナミックレンジを得ることができる。従って、画面変動を発生させる望遠画角での微小振幅の揺れを、連続性を維持したまま、検出することができるので、円滑で自然な防振効果を得ることができる。また、広角撮影の場合には、撮影画面の変動を伴うような大きな揺れを重点的に検出し補正することができるので安定した撮影画像を得ることができる。
【０１２８】
更に、パンニング等のカメラワーク時には、揺れ検出のダイナミックレンジが優先されるので、揺れ検出部の飽和が低減され、カメラワーク動作を確実に検出することができ、円滑な補正制限が可能となる。
【０１２９】
なお、この実施の形態は、各角速度センサについて２つの増幅器を設けた例であるが、この個数は２個に限定されるものではなく、３個以上でもよい。また、複数の増幅器の一部を第１の実施の形態のようにゲイン可変タイプの増幅器としてもよい。この場合において、パンニング時のように素早い応答性が要求されるような撮影状況では、複数の増幅器のうち最適なゲインを有する増幅器の出力を選択し、一方、焦点距離の変更のように、比較的応答性が要求されない状況では、焦点距離の調整が完了してからゲイン可変タイプの増幅器のゲインを適切に設定し、変更に伴う信号変動の影響が無くなるまで補正動作を制限することにより、大幅なコストアップを伴うことなく、各焦点距離に最適なゲインを設定することができる。
【０１３０】
［その他］
なお、本発明は、複数のユニット（例えば、撮像装置本体、レンズユニット）から構成される撮像装置に適用しても、一体的な構造を有する撮像装置（例えば、レンズ固定式の撮像装置）に適用してもよい。
【０１３１】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはCPUやMPU）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム(OS)などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１３２】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１３３】
［実施の形態の効果］
本発明の好適な実施の形態によれば、撮影状況（例えば、焦点距離、カメラワーク）に応じて揺れ検出部の感度を変更し、揺れ検出の分解能とダイナミックレンジを適正化することにより、揺れの補正効果を向上させることができる。
【０１３４】
また、本発明の好適な実施の形態によれば、焦点距離に応じて揺れ検出部の感度を変更し、揺れ検出の分解能とダイナミックレンジを適正化することにより、広角側から望遠側までの全域で揺れの補正効果を得ることができる。例えば、望遠側では揺れ検出部の感度を高く設定することにより、光学系の高倍率化（高ズーム比化）に伴う望遠側での手ぶれの影響が抑制される他、検出分解能の不足に起因して動画像中で被写体が不連続に動くという問題が解決される。また、広角側では揺れ検出部の感度を低くすることにより、広いダイナミックレンジを確保し、撮影画像に影響を与えるような大きな揺れを補正することができる。このように、焦点距離に応じて揺れの検出感度を適正化することにより、撮影画像中に現れる手ぶれの影響のみを集中的に補正することができ、簡単な構成で揺れの補正効果を高めることができる。
【０１３５】
また、本発明の好適な実施の形態によれば、パンニング等のカメラワークに応じて揺れ検出部の感度を低くしてダイナミックレンジを広くすることにより、例えば、カメラワークに伴う撮像装置の動きを確実に検出することができ、揺れ補正の制限を円滑化することができる。
【０１３６】
また、本発明の好適な実施の形態によれば、感度（ゲイン）の異なる複数の増幅器及びその処理部を備え、撮影状況に応じた感度を有する増幅器の出力に基づいて揺れを補正することにより、感度変更時の応答の遅れを防止し、応答性の優れた防振機能を提供することができる。
【０１３７】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、撮影状況に適した防振制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。
【図２】防振制御マイコンによって制御される防振制御フローを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。
【図４】防振制御マイコンによって制御される防振制御フローを示す図である。
【図５】従来の撮像装置の概略構成を示す図である。
【図６】防振制御マイコンによって実行される防振制御フローを説明する図である。
【図７】補正量に対する制限量（カットオフ周波数）の特性を示す図である。
【図８】光学系の焦点距離と有効像円径との関係、及び、焦点距離と最大補正範囲との関係を示す図である。
Claims (7)
- 被写体像を撮像面に結像させるための撮影光学系を有する防振装置であって、前記撮影光学系は、焦点距離が可変の変倍光学系と、光軸に対して略垂直な方向に移動可能な補正光学系とを含み、
前記防振装置は、
前記防振装置に加わる揺れを検出する揺れ検出手段と、
前記揺れ検出手段の出力を可変のゲインで増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
前記Ａ／Ｄコンバータの出力に対して利得補正を行う利得補正手段と、
前記利得補正手段の出力に基いて前記補正光学系を駆動することで、前記撮像面に結像させる像の揺れを軽減する駆動手段と、
前記焦点距離が望遠側の時は前記焦点距離が広角側の時よりも前記増幅器の前記ゲインを大きくするよう変更する制御手段とを有し、
前記利得補正手段は、前記増幅器のゲインの変動が補正されるように前記利得補正手段のゲインを調整する、
ことを特徴とする防振装置。 - 被写体像を撮像面に結像させるための撮影光学系を有する防振装置であって、前記撮影光学系は、焦点距離が可変の変倍光学系と光軸に対して略垂直な方向に移動可能な補正光学系とを含み、
前記防振装置は、
前記防振装置に加わる揺れを検出する揺れ検出手段と、
前記揺れ検出手段の出力を互いに異なるゲインでそれぞれ増幅する複数の増幅器と、
前記複数の増幅器によって増幅された前記揺れ検出手段の出力をそれぞれ処理する複数の経路と、
前記焦点距離が望遠側の時は、前記焦点距離が広角側の時よりも、前記複数の増幅器のうちゲインが大きい増幅器を選択する選択手段と、
前記複数の増幅器のうち前記選択手段によって選択された増幅器からそれに対応する経路を介して供給される出力に基づいて前記補正光学系を駆動することで、前記撮像面に結像させる像の揺れを軽減する駆動手段とを有し、
前記複数の経路は、それぞれ、前記複数の増幅器のうち対応する増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータの出力を処理するハイパスフィルタとを含み、
前記複数の経路のゲインは、前記増幅器とそれに対応する経路との全体のゲインが他の前記増幅器とそれに対応する経路との全体のゲインと同一になるように設定されている、
ことを特徴とする防振装置。 - 前記揺れ検出手段は、角速度センサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の防振装置。
- 前記防振装置は、更に前記揺れ検出手段の出力に対して帯域制限をかける帯域制限手段を有し、
前記制御手段は、前記揺れ補正装置がパンニング若しくはチルティング状態であると判定した場合は、防振効果を低下させるように前記帯域制限手段を設定する請求項１に記載の防振装置。 - 請求項１ないし４の何れか１項に記載の防振装置を備えた撮像装置。
- 被写体像を撮像面に結像させるための撮影光学系を有する防振装置の制御方法であって、前記撮影光学系は、焦点距離が可変の変倍光学系と、光軸に対して略垂直な方向に移動可能な補正光学系とを含み、
前記防振装置は、
前記防振装置に加わる揺れを検出する揺れ検出手段と、
前記揺れ検出手段の出力を可変のゲインで増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータとを有し、
前記制御方法は、
前記Ａ／Ｄコンバータの出力に対して利得補正を行う利得補正工程と、
前記利得補正工程で利得補正された結果に基いて前記補正光学系を駆動することで、前記撮像面に結像させる像の揺れを軽減する駆動工程と、
前記焦点距離が望遠側の時は前記焦点距離が広角側の時よりも前記増幅器の前記ゲインを大きくするよう変更する制御工程とを有し、
前記利得補正工程では、前記増幅器のゲインの変動が補正されるように前記利得補正工程におけるゲインを調整する、
ことを特徴とする防振装置の制御方法。 - 被写体像を撮像面に結像させるための撮影光学系を有する防振装置の制御方法であって、前記撮影光学系は、焦点距離が可変の変倍光学系と光軸に対して略垂直な方向に移動可能な補正光学系とを含み、
前記防振装置は、
前記防振装置に加わる揺れを検出する揺れ検出手段と、
前記揺れ検出手段の出力を互いに異なるゲインでそれぞれ増幅する複数の増幅器と、
前記複数の増幅器によって増幅された前記揺れ検出手段の出力をそれぞれ処理する複数の経路とを有し、
前記複数の経路は、それぞれ、前記複数の増幅器のうち対応する増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータの出力を処理するハイパスフィルタとを含み、
前記複数の経路のゲインは、前記増幅器とそれに対応する経路との全体のゲインが他の前記増幅器とそれに対応する経路との全体のゲインと同一になるように設定されており、
前記制御方法は、
前記焦点距離が望遠側の時は、前記焦点距離が広角側の時よりも、前記複数の増幅器のうちゲインが大きい増幅器を選択する選択工程と、
前記複数の増幅器のうち前記選択工程で選択された増幅器からそれに対応する経路を介して供給される出力に基づいて前記補正光学系を駆動することで、前記撮像面に結像させる像の揺れを軽減する駆動工程とを有する、
ことを特徴とする防振装置の制御方法。
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