JP4609183B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、自動焦点調整に関する。

昨今の撮像装置の一つであるデジタルカメラには、図１５（ａ）に示す本体１の後ろ側に、図１５（ｂ）に示す横長の液晶モニタ（画像表示手段）１４が搭載されており、撮影した画像をすぐに確認できるようになっているため、撮影者にとって非常に便利である。

また、デジタルカメラの撮像素子として使用されているＣＣＤ等の画素数も近年格段に増加の一途をたどっており、画質の向上が見受けられる。

また、近年の市場においては従来の銀塩カメラよりもデジタルカメラの市場の方が大きくなってきており、また、従来の銀塩カメラでの個人使用の場面においては、フィルム撮影画像をＤＰＥサービス店においてＬ版等のサイズにプリントアウトして鑑賞する方法が主だったものであるが、近年のデジタルカメラにおいては、画素数がアップしたこともあり、プリンタ装置等の普及によりＡ４サイズ等のより大きなサイズにプリントアウトして楽しむ、等の鑑賞法も広まっている。

しかしながらかかる状況の中で、撮像装置の水平からの傾きや撮影時の手振れや、焦点の不一致などが発生した場合、大きなサイズにプリントアウトした時に画質の劣化が顕著に現れ、鑑賞に耐えないものとなってしまうことが考えられる。

即ち、手ぶれ補正機能や迅速で正確な自動焦点調整機能の効果は、静止画撮影のＤＳＣにおいて効果が大なるものとなっている。

手ぶれ補正機能は、例えば、特許文献１に開示されている。この従来例では手ぶれの水平成分垂直成分を２つのセンサーで検知し、さらに像ぶれ補正レンズを駆動する第１、第２のアクチュエータを有した像ぶれ補正装置が記述されている。さらにこの従来例では、カメラの光軸周りの回転角度を、前記第１、第２のアクチュエータの駆動電流値を検出してカメラの所定の姿勢からの導出し、撮像画像を表示する段階で回転補正する手法が記述されている。

また、特許文献２には撮影者の意図しない撮像装置の水平からの傾きを抑制する方法が開示されている。この従来例では撮像装置の姿勢を検知する傾きセンサーを有し、撮像中の画像に水平を示す線を合成して撮像装置の液晶モニタに表示することによって撮影者の意図しない撮像装置の水平からの傾きを抑制する。

また自動焦点調整機能については、レンズの焦点をずらしながら撮像素子から得られる画像信号のエッジ成分（空間的高周波成分）がピークとなる焦点を山登り法で探す方法が知られている。図１６（ａ）（ｂ）、図１７（ａ）（ｂ）を用いてこの方法を簡単に説明する。図１６（ａ）は無限遠に焦点があった状態で、レンズ２と撮像素子３の距離は最も近い状態１１０１にある。また。図１６（ｂ）は最も近い点に焦点があった状態で、レンズ２と撮像素子３の距離は最も遠い状態１１０２にある。自動焦点調整機能は、このレンズ２と撮像素子３の距離を１１０１から１１０２の間で、対象に焦点のあうように調整する。図１７（ａ）に示すようにまず前記距離を初期値１２０１とし、その初期値から微少量変化させた距離１２０２の２つの距離において画像を撮像し、その画像の高周波成分を図１７（ｂ）に示すように比較する。よりピントが合っている画像の高周波線分の方が大きいので、高周波線分の方が大きい距離を基点として、高周波成分が小さい方の距離の逆方向に同様に微小量変化させた距離でまた画像を撮像し、また同様の比較を行う。これを繰り返すことによって、最終的に高周波成分がピークとなる距離１２０３にレンズ２と撮像素子３の距離を調整することができる。このとき、高周波成分がピークとなる距離１２０３と初期値１２０１が近ければ合焦までの時間は短くてすむが、遠い場合、多くの繰り返し回数が必要で、合焦までの時間が長くなる場合がある。

また、別の従来例として特許文献３では、レンズの焦点をずらしながら、レンズ近傍に設けられた第１と第２の瞳を通過する光束の結像の位相差を最小化することによって焦点を調整する方法が述べられている。
特開２００４−１０４２１３号公報 特開２００４−１３８７３７号公報 特開平１０−１７７１３６号公報

しかしながら従来の撮像装置では、次のような課題が生じる。

従来の自動焦点調整方法では、レンズの焦点をずらしながら撮像画像のエッジ成分（空間的高周波成分）がピークとなる焦点を山登り法で探す方法では、対象が近い場合から遠い場合など広いレンジ範囲で焦点を合わせる場合、焦点調整時間が大きくなる。そのため十分焦点が合っていない状態で撮像されたり、撮像するまで時間がかかりシャッターチャンスを逃したりする場合が発生していた。

また特許文献３に記載の焦点調整方法でもレンズの焦点をずらしながら、複数の焦点調整用の撮影を繰り返して焦点を調整していく方法であるため、同様の課題を有していた。

またこれを改善する手段として、利用者が予め、撮像対象が近景であるか遠景であるかを指定することによって、この焦点調整に必要な時間を短縮する機能が広く知られているが、利用者のインターフェース負担を増やす結果を招き、やはり咄嗟の場合のシャッターチャンスを逃したりする場合が発生していた。

これらの課題を解決するために本発明の撮像装置は、被写体からの光学信号を結像して被写体像を形成する撮影レンズと、被写体像を撮像して画像データを生成する撮像素子と、撮影レンズを駆動して、撮像素子上の被写体像の焦点を調整する焦点調整手段と、自装置の姿勢を検知する傾きセンサと、傾きセンサの出力に基づいて、焦点調整手段による焦点の調整を制御する制御手段と、撮影レンズの光軸と垂直な平面内で移動可能な補正レンズと、補正レンズを駆動するアクチュエータと、自装置の角速度を検出する角速度センサと、を備え、傾きセンサは、アクチュエータの駆動電流値と角速度センサの出力を積分して得られる角度変化とから、自装置の所定の姿勢からの撮影レンズの光軸の傾きを算出する。

本構成により、撮像装置の光軸が水平より所定量以上、下向きの場合、焦点調整手段の焦点初期値を最近傍から無限遠のあいだの近傍寄りに位置するように制御し、光軸が水平より所定量以上、上向きの場合、焦点調整手段の焦点初期値を遠望寄りに位置するように制御することによって、一般的な撮影の場合の平均的な焦点調整時間を短くすることができる。

以上の構成により本発明の撮像装置は、撮影時の平均的な焦点調整時間を短くすることができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１〜図６を用いて説明する。図１は実施の形態１における撮像装置のハードウェア構成図、図２〜６は撮影時の動作を説明する図である。

まず、本撮像装置の電源を入れ、撮影モードにすると、マイクロコンピュータ４はＣＣＤ駆動制御手段に動画モードで撮像素子３を駆動するように設定する。
撮像素子３はスチル画像撮影時には数百万画素の高解像度画像を撮影できるが、動画モード駆動時には画素の間引きや画素信号の混合などを行い、水平６４０画素ｘ垂直４８０画素のＶＧＡ解像度の信号を１秒３０枚の速度で出力する。

撮像素子３の出力はアナログ信号処理手段６でゲインアップ等の処理をへて、ＡＤ変換手段７でデジタル信号に変換され、デジタル信号処理手段８でＹＣ処理、ＮＲ処理を経て各画素ＲＧＢのカラー画像信号に変換されフレームメモリ９に出力される。このカラー画像信号は画像表示手段１４に表示され、撮影者は撮影対象や構図などを確認する。

次に撮影者は撮影対象を確認したのち、シャッターボタン１６を半押しすることによって、焦点調整を行うよう撮像装置に指示する。この指示をうけたマイクロコンピュータ４は焦点調整手段１２に焦点調整の開始を指示し、またＣＣＤ駆動制御手段にＡＦモードで撮像素子３を駆動するように設定する。

撮像素子３はＡＦモード駆動時には焦点調整用に指定された領域の画像信号を画像の高域成分を落とさないように高速に出力する。この信号はアナログ信号処理手段６、ＡＤ変換手段７、デジタル信号処理手段８を経て、焦点調整手段１２に入力される。

焦点調整手段１２の動作を図２（ａ）（ｂ）、図３（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）（ｂ）はレンズと撮像素子と焦点の関係を示したもので、図１のレンズ系は複数枚のレンズで構成されていたが、焦点に関して原理的には１枚のレンズと等価であるので図２では１枚のレンズとして示す。

図２（ａ）は無限遠に焦点があった状態で、レンズ２と撮像素子３の距離は最も近い状態１１０１にある。また。図２（ｂ）は最も近い点に焦点があった状態で、レンズ２と撮像素子３の距離は最も遠い状態１１０２にある。自動焦点調整機能は、このレンズ２と撮像素子３の距離を１１０１から１１０２の間で、対象に焦点のあうように調整する。

まず、マイクロコンピュータ４から前記レンズ２と撮像素子３の距離の初期値１２０１が焦点調整手段１２に入力される。焦点調整手段１２では図３（ａ）に示すようにこの初期値１２０１の距離と、初期値から微少量変化させた距離１２０２の２つの距離においてそれぞれＡＦモードで画像を撮像し、その画像の高周波成分を図３（ｂ）に示すように比較する。よりピントが合っている画像の高周波線分の方が大きいので、高周波線分の方が大きい距離を基点として、高周波成分が小さい方の距離の逆方向に同様に微小量変化させた距離でまた画像を撮像し、また同様の比較を行う。これを繰り返すことによって、最終的に高周波成分がピークとなる距離１２０３にレンズ２と撮像素子３の距離を調整することができる。

このとき傾きセンサ１３は、撮像装置の撮影方向の傾きを計測し、この計測データをマイクロコンピュータ４に出力する。マイクロコンピュータ４ではこの計測データを元に図４（ａ）に示すように光軸の方向の水平に対する角度φを算出する。このときたとえば図４（ｂ）に示すように撮影者が縦長の画面が欲しい場合、カメラを光軸まわりに９０度転倒させる場合もあるが、この場合でも光軸の方向の水平に対する角度φは変わらない。マイクロコンピュータ４ではこの角度φを元に、焦点調整手段１２に入力するレンズ２と撮像素子３の距離の初期値１２０１を決定する。

まず図１に示すズーム調整手段によって本撮像装置は．焦点距離７ｍｍ〜８４ｍｍの光学１２倍ズームを制御する。

このとき広角端、焦点距離７ｍｍにおいて、合焦可能な対象距離は、１０ｃｍ−無限遠である。この焦点距離７ｍｍの状態ではマイクロコンピュータ４は、角度が、φ＜−２０°（２０°以上下向き）のとき、合焦対象距離３０ｃｍとなる前記レンズ２と撮像素子３の距離の初期値１２０１を算出し、焦点調整手段１２に入力する。また−２０°＜φ＜２０°のとき、合焦対象距離２００ｃｍとなる前記レンズ２と撮像素子３の距離の初期値１２０１を算出し、焦点調整手段１２に入力する。また２０°＜φ（２０°以上上向き）のとき、合焦対象距離５００ｃｍとなる前記レンズ２と撮像素子３の距離の初期値１２０１を算出し、焦点調整手段１２に入力する。

また、望遠端、焦点距離８４ｍｍにおいて、合焦可能な対象距離は、１００ｃｍ−無限遠である。この焦点距離８４ｍｍの状態ではマイクロコンピュータ４は、角度が、φ＜−２０°（２０°以上下向き）のとき、合焦対象距離１５０ｃｍとなる前記レンズ２と撮像素子３の距離の初期値１２０１を算出し、焦点調整手段１２に入力する。また−２０°＜φ＜２０°のとき、合焦対象距離５００ｃｍとなる前記レンズ２と撮像素子３の距離の初期値１２０１を算出し、焦点調整手段１２に入力する。また２０°＜φ（２０°以上上向き）のとき、合焦対象距離２０００ｃｍとなる前記レンズ２と撮像素子３の距離の初期値１２０１を算出し、焦点調整手段１２に入力する。

焦点距離が上記の２例の中間位置にある場合は、その焦点距離の値と角度φの条件によって、補間によって与えられる合焦対象距離となる前記レンズ２と撮像素子３の距離の初期値１２０１を算出し、焦点調整手段１２に入力する。

焦点調整手段１２において入力された初期値１２０１を基点として、図３（ｂ）に示すように山登り法によって高周波成分がピークとなる距離１２０３にレンズ２と撮像素子３の距離が調整されると、焦点調整手段１２が合焦完了信号をマイクロコンピュータ４に出力する。

マイクロコンピュータ４は合焦完了信号を受け取ると、再びＣＣＤ駆動制御手段に動画モードで撮像素子３を駆動するように設定し、また画像表示手段に合焦完了のマークを表示し、撮影者に合焦完了を知らせる。

つぎに、撮影者が合焦完了を確認したのち、シャッターボタン１６を全押しすることによって、スチル画像の撮影記録を行うよう撮像装置に指示する。この指示をうけたマイクロコンピュータ４は画像記録制御手段１０にフレームメモリ９からスチル画像の画像記録手段１１への記録開始を指示し、またＣＣＤ駆動制御手段にスチルモードで撮像素子３を駆動するように設定する。

撮像素子３はスチルモードで駆動時には全画素の高解像度画像を出力する。撮像素子３の出力はアナログ信号処理手段６、ＡＤ変換手段７、デジタル信号処理手段８を経て各画素ＲＧＢのカラー画像信号に変換されフレームメモリ９に出力され、最終的に画像記録制御手段１０によって画像記録手段１１へ記録される。

図５（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて、本発明の効果を説明する。一般的に多くの場合、撮像装置を下に向けて撮影する場合は、図５（ａ）に示すように、机の上の置物の撮影など撮影対象までの距離が短い場合が多い。また図５（ｂ）に示すように、撮像装置を水平に向けて撮影する場合は、撮影対象が人物や風景などの場合が多く、撮影対象までの距離が約２ｍから無限遠の場合が多い。また図５（ｃ）に示すように、撮像装置を上に向けて撮影する場合は、撮影対象が建物や飛行物、空の風景などの場合が多く、撮影対象までの距離が約１０ｍから無限遠の場合が多い。したがって本発明のように傾きセンサによって撮影方向を下向きか水平か上向きかを判別し、予め期待される撮影対象までの距離を予測し、予測された合焦対象距離となる前記レンズ２と撮像素子３の距離の初期値１２０１を算出し、焦点調整手段１２に入力することによって、図３（ｂ）に示す山登り法によって高周波成分がピークとなる距離１２０３にレンズ２と撮像素子３の距離が調整されるまでの平均時間を大幅に短縮することができる。

また図６（ａ）（ｂ）を用いて、例外的な場合の、本発明の動作を説明する。図６（ａ）に示すのは高層建築物等から下方を撮影するような場合で、撮像装置を下に向けて撮影する場合にもかかわらず、撮影対象までの距離が遠い。また逆に。図６（ｂ）に示すのは枝に咲いた花を近接で撮影するような場合で、撮像装置を上に向けて撮影する場合にもかかわらず、撮影対象までの距離が近い。このような場合では、傾きセンサから期待される撮影対象までの距離の予測値がはずれるので、合焦までの時間が大きくなるが、このような場合は非常にまれであり、全般的な使用の中で平均すると、合焦までの時間を大幅に短縮することができる。

なお、本実施例では焦点を調整する方法として、レンズの焦点をずらしながら撮像素子から得られる画像信号のエッジ成分（空間的高周波成分）がピークとなる焦点を山登り法で探す方法を用いているが、それ以外の焦点調整方法でも効果がある。例えば特許文献３に記載されているような、レンズの焦点をずらしながら、レンズ近傍に設けられた第１と第２の瞳を通過する光束の結像の位相差を最小化するような焦点調整方法にでも本発明は効果がある。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について、図７〜１０を用いて説明する。図７は実施の形態２における撮像装置のハードウェア構成図、図８は手ぶれ補正装置のハードウェア構成図、図９は像ぶれ補正機構を示す分解斜視図、図１０は像ぶれ補正機構の傾きあるいは向きを示す図、図１１はアクチュエータの電流値の大きさを示す図である。

実施の形態２の図７の各ブロックにおいて、実施の形態１の図１と同じブロックは、実施の形態１と同じ働きをする。また、図７において実施の形態１の図１と異なる点は、傾きセンサを兼用する揺れ補正手段１７を有することである。

この揺れ補正手段１７の詳細を図８を用いて説明する。図８において、レンズ２とマイクロコンピュータ４は図７のものと同じ構成要素であるが、それ以外のブロックは、図７において揺れ補正手段１７を構成する構成要素である。

図８において、レンズ２は３つのレンズ群Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３からなる撮像光学系であり、Ｌ２レンズ群を補正レンズ群とし、光軸に垂直な面内で移動することで、光軸を偏心させ、画像の動きを補正する役割を果たしている。ヨーイング駆動補正手段８２ｘ及びピッチング駆動補正手段８２ｙは、補正レンズ群であるＬ２レンズ群を、撮像光学系２の光軸に直交する２方向Ｘ，Ｙ方向に駆動制御する。以後、Ｘ方向をヨーイング方向、Ｙ方向をピッチング方向とする。位置検出手段８３は、Ｌ２レンズ群の位置を検出する検出手段であり、ヨーイング駆動制御手段８２ｘ、ピッチング駆動制御手段８２ｙと共にＬ２レンズ群を駆動制御するための帰還制御ループを形成している。このようなＬ２レンズ群及びヨーイング駆動制御手段８２ｘ、ピッチング駆動制御手段８２ｙとは、撮像光の光軸を制御する動き補正手段を形成している。

角速度センサ８４ｘ，８４ｙは、撮像光学系２を含む撮像装置自体の動きを検出するためのセンサであり、撮像装置１が静止している状態での出力を基準に、撮像装置１の動きの方向により正負両方の角速度信号を出力する。角速度センサ８４ｘ，８４ｙは、それぞれヨーイング及びピッチングの２方向の動きを検出するため、２個設けられている。このように角速度センサ８４ｘ，８４ｙは、手ぶれ及びその他の振動による撮像装置１の動きを検出する動き検出手段の機能を有している。この角速度センサ出力は、フィルタ処理、アンプ処理等を経て、Ａ／Ｄ変換手段８５ｘ，８５ｙでデジタル信号に変換され、マイクロコンピュータ４に与えられる。

マイクロコンピュータ４は、Ａ／Ｄ変換手段８５ｘ，８５ｙを介して取り込んだ角速度センサ８４ｘ，８４ｙの出力信号に対し、フィルタリング、積分処理、位相補償、ゲイン調整、クリップ処理等を施し、動き補正に必要なＬ２レンズ群の駆動制御量（制御信号）を求める。制御信号はＤ／Ａ変換手段８６ｘ、８６ｙを介してヨーイング駆動制御手段８２ｘ、ピッチング駆動制御手段８２ｙに出力される。よってヨーイング駆動制御手段８２ｘ、ピッチング駆動制御手段８２ｙは制御信号に基づきＬ２レンズ群を駆動することで、画像の動きを補正する。

図９は、Ｌ２レンズ群を撮像光学系３内で光軸に直交する方向に駆動制御する像ぶれ補正機構２０の一例を示した分解斜視図である。Ｌ２レンズ群はピッチング移動枠２１に固定され、このピッチング移動枠２１は、ヨーイング移動枠２２に対し、２本のピッチングシャフト２３ａ，２３ｂを介してＹ方向に摺動可能に保持されている。またピッチング移動枠２１には、コイル２４ｘ，２４ｙが固定されている。ヨーイング移動枠２２は、固定枠２５に対し、ヨーイングシャフト２６ａ，２６ｂを介してＸ方向に摺動自在に保持されている。マグネット２７ｘ、ヨーク２８ｘは、固定枠２５に保持され、コイル２４ｘとともにアクチュエータ２９ｘを構成する。同様にマグネット２７ｙ、ヨーク２８ｙは、固定枠２５に保持され、コイル２４ｙとともにアクチュエータ２９ｙを構成する。発光素子３０は、ピッチング移動枠２１に固定されている。また受光素子３１は、発光素子３０の投射光を受光し、２次元の位置座標を検出する素子であり、固定枠２５に固定されている。

図２に示すヨーイング電流値検出手段８７ｘは、ヨーイング用アクチュエータ２９ｘが動作したときのコイル２４ｘに流れる電流値を検出する検出手段である。同様に、ピッチング電流値検出手段８７ｙは、ピッチングアクチュエータ２９ｙが動作したときのコイル２４ｙに流れる電流値を検出する手段である。

以上の構成によって、手ゆれ補正機能だけでなく傾きセンサ機能を実現するための動作を次に説明する。まず撮像装置１の姿勢として、図１２（ａ）に示すように、撮影方向の光軸が水平方向である状態を仮定し、図１２（ｂ）に示す通常状態と図１２（ｃ）に示す９０°回転させたような光軸周りの回転角度について説明する。

ヨーイング電流値検出手段８７ｘ、ピッチング電流値検出手段８７ｙによる電流値検出方法について説明する。図８７（ａ）に示すような通常姿勢での撮影では、像ぶれ補正機構２０の姿勢は、図１０（ａ）に示す通りである。

この時、Ｙ方向に関してＬ２レンズ群を光軸中心に保持するためには、Ｌ２レンズ群、ピッチング保持枠２１、コイル２４ｘ，２４ｙの重さが重力方向（Ｙ方向）にかかるため、コイル２４ｙにその自重分を持ち上げるための電流を流す必要がある。ここで、Ｌ２レンズ群、ピッチング保持枠２１、コイル２４ｘ，２４ｙの重さをｍ１、重力加速度をｇ、光軸中心と交わる点を原点とし、Ｙ方向に正方向、負方向を取り、Ｙ方向の最下点位置をｙｍｉｎ、Ｌ２レンズ群のＹ方向変位をｙとすると、ｍ１・ｇ・（ｙ−ｙｍｉｎ）だけのエネルギーを消費することになる。そのときの電流値は図１１（ａ）に示すＩｙａとする。

またＸ方向に関しては、Ｌ２レンズ群を光軸中心に保持するための自重分を考慮する必要がない。ここで、ヨーイング保持枠２２の重さをｍ２、光軸中心と交わる点を原点とし、Ｘ方向に正方向、負方向を取り、Ｌ２レンズ群のＸ方向変位をｘ、ヨーイング移動枠２２とヨーイングシャフト２６ａ，２６ｂとの摩擦係数をμ２とすると、μ２・（ｍ１＋ｍ２）・ｇ・ｘだけのエネルギーを消費することになる。摩擦係数μ２は１より非常に小さいため、コイル２４ｘに流す電流値は、Ｉｙａよりも小さいＩｘａとなる。
次に図４（ｂ）に示すような９０°回転させた撮影姿勢では、像ぶれ補正機構１９の姿勢は、図１０（ｂ）に示す通りである。

この時、Ｘ方向に関してＬ２レンズ群を光軸中心に保持するためには、先ほど説明したＬ２レンズ群、ピッチング保持枠２１、コイル２４ｘ，２４ｙに加え、ヨーイング保持枠２２の重さが重力方向（Ｘ方向）にかかるため、コイル２４ｘにその自重分を持ち上げるための電流を流す必要がある。Ｘ方向の最下点位置をｘｍｉｎとすると、（ｍ１＋ｍ２）・ｇ・（ｘ−ｘｍｉｎ）だけのエネルギーを消費することになる。ｘｍｉｎとｙｍｉｎが等しいとすると、そのときの電流値は、先ほどのＩｙａより大きいＩｘｂとなる。

またＹ方向に関しては、Ｌ２レンズ群を光軸中心に保持するための自重分を考慮する必要がない。ピッチング保持枠２１とピッチングシャフト２３ａ，２３ｂとの摩擦係数をμ１とすると、μ１・ｍ１・ｇ・ｙだけのエネルギーを消費することになる。摩擦係数μ１は先ほどの摩擦係数μ２と等しいとすると、コイル２４ｙに流す電流値は、Ｉｘａより小さいＩｙｂとなる。

次に、図１０（ａ）と（ｂ）の中間のθ回転させた撮影姿勢では、像ぶれ補正機構１９の姿勢は、図１０（ｃ）に示す通りである。

この時、Ｙ方向に関してＬ２レンズ群を光軸中心に保持するためには、先ほど説明した自重と摩擦力の角度θだけの分力との和を打ち消すだけの電流を流す必要がある。すなわち、ｍ１・ｇ・（ｙ−ｙｍｉｎ）・ｃｏｓθ＋μ１・ｍ１・ｇ・ｙ・ｓｉｎθだけのエネルギーを消費することになる。そのときの電流値は、先ほどのＩｙａとｌｙｂの間の値であるＩｙｃとなる。

またＸ方向に関しては、先ほどと同様に、自重と摩擦力の角度θだけの分力との和を打ち消すだけの電流を流す必要がある。すなわち、（ｍ１＋ｍ２）・ｇ・（ｘ−ｘｍｉｎ）・ｓｉｎθ＋μ２・（ｍ１＋ｍ２）・ｇ・ｘ・ｃｏｓθだけのエネルギーを消費することになる。そのときの電流値は、先ほどのＩｘａとｌｘｂの間の値であるＩｘｃとなる。

ところで、撮像装置の傾きの向きは、図１０（ｂ）だけでなく、反対向きも取りうる。図１１（ａ）において、説明を簡単にするため、電流値は一定値で描いているが、実際は、電流値は一定ではなく、制御が容易になるように、図１１（ｂ）のように、先の電流値を中心としたサイン波としている。ここでは、図１０（ｂ）に示したθ回転した場合と、これと回転角度の大きさが同じで逆向き、すなわち−θ回転した場合とを示している。
θ回転時の電流値は、先の説明から、Ｙ方向、Ｘ方向でそれぞれＩｙｃ，Ｉｘｃである。図２で説明したように、位置検出手段１３、ヨーイング駆動制御手段１２ｘ、ピッチング駆動制御手段１２ｙは、Ｌ２レンズ群を駆動制御するための帰還制御ループを形成している。図１０（ｃ）のようにθ回転した場合、Ｌ２レンズ群は自重によりＸ方向、Ｙ方向とも負方向に変位するため、Ｌ２レンズ群を所定位置に変位させるためには、Ｘ方向、Ｙ方向とも自重とは逆向きの正方向に駆動する必要がある。このため、θ回転時の電流値は図１１（ｂ）に示したようになる。

次に、―θ回転時の電流値の中心値は、Ｙ方向、Ｘ方向ともθ回転時と同じＩｙｃ，Ｉｘｃである。―θ回転した場合、Ｌ２レンズ群は自重によりＸ方向は正方向、Ｙ方向は負方向に変位するため、Ｌ２レンズ群を所定位置に制御するためには、自重とは逆向き、すなわち、Ｘ方向は負方向、Ｙ方向は正方向に駆動する必要がある。このため、Ｘ方向の電流値の大きさはθ回転時と同じであるが、向きが反対、すなわち位相が１８０°ずれる。これに対し、Ｙ方向の電流値は、大きさ、向きともθ回転時と同じである。
このように、撮像装置の傾きあるいは向きにより、コイル２４ｘ，２４ｙに流れる電流値あるいは位相が定まるため、逆にこの電流値あるいは位相を検出することにより、像ぶれ補正機構２０、さらには撮像装置１の傾きあるいは方向を検出することが可能となる。

以上説明したのは、図１２（ａ）に示すように、撮影方向の光軸が水平方向である状態を仮定した場合の、光軸周りの回転角度θを検出するための動作である。つぎに図１３（ａ）に示すように撮影方向の光軸が水平方向から傾いた場合の回転角度φを検出するための動作を説明する。図１３（ａ）に示すように撮影方向の光軸が水平方向から角度φで傾いた場合、図１３（ｂ）に示すように上記揺れ補正駆動系に対して鉛直方向には重力加速度ｇの力がかかるが、実際の揺れ補正駆動方向面（ｘ、ｙ）には、ｃｏｓφ・ｇの力しかかからないことになる。したがって上記２つの電流値から揺れ補正駆動方向面（ｘ、ｙ）にかかる力を逆算することによって、ｃｏｓφの値を求めることができる。ただしこれだけでは、計算式上、ｃｏｓφ＝ｃｏｓ（−φ）であるので、図１３（ｃ）に示すように撮像装置が水平方向から逆方向（上向き）に（−φ）傾いた場合との判別ができず、角度φを求めることができない。

そこでます角速度センサ８４ｘ，８４ｙの出力、ａｘ，ａｙを使い、前記求めた光軸周りの回転角度θを勘案して、撮像装置の上向きの角速度、ａｙ’＝ｃｏｓθ・ａｙ＋ｓｉｎθ・ａｘ を求め、これを所定量積分して、撮像装置の上向きの角度変化Ａｙ’を調べる。またこのときの前記ｃｏｓφの変化を調べる。図１３（ａ）のように角度が下向きの場合、角度変化Ａｙ’が正（上向きに変化）すると、ｃｏｓφは増加する。しかし図１３（ｃ）のように角度が上向きの場合、角度変化Ａｙ’が正（上向きに変化）すると、ｃｏｓφは減少する。このことから、実際には撮影装置が上向きか下向きかが判別でき、結果、ｃｏｓφの値から角度φを求めることができる。

以上説明した動作により図８の構成によって、手ゆれ補正機能だけでなく傾きセンサ機能を実現できる。したがって、本発明の第２の実施例では、手ゆれ補正機構を利用することにより傾きセンサ機能をも実現でき、別途傾きセンサ用の機構や回路を設けなくても、第１の実施例と同様に、撮像装置の傾きに基づいた焦点調整機能の制御により、焦点調整完了までの時間を短縮できる効果が得られるので、コストを大幅に削減できる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について、図１４を用いて説明する。図１４は実施の形態３における撮像装置のハードウェア構成図である。

実施の形態３の図１４の各ブロックにおいて、実施の形態１の図１と同じブロックは、実施の形態１と同じ働きをする。また、図７において実施の形態１の図１と異なる点は、焦点調整手段１２で傾きセンサを兼用することである。

この焦点調整手段１２の動作を説明する。焦点調整手段１２は、レンズ２を構成する３つのレンズ群Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の中で、Ｌ３レンズ群を、光軸方向に移動することで焦点を調整する。図１２（ａ）に示すように光軸が水平の場合、Ｌ３レンズ群を撮像素子３に近づける場合と遠ざける場合とで、必要なエネルギーは同じである。しかしながら、図１３（ａ）のように撮影方向の光軸が水平方向から角度φで傾いた場合、図１３（ｂ）に示すようにＬ３レンズ群に対して、光軸方向にｓｉｎφ・ｇの力がかかることになる。

したがってこの場合、Ｌ３レンズ群を撮像素子３に近づける場合と遠ざける場合とで、駆動アクチュエータ等の電流量等、必要なエネルギーを調べることによって、ｓｉｎφの値を求めることができ、その結果、角度φを求めることができる。

以上説明した動作により図１４の構成によって、本発明の第３の実施例では、焦点調整機構を利用することにより傾きセンサ機能をも実現でき、別途傾きセンサ用の機構や回路を設けなくても、第１の実施例と同様に、撮像装置の傾きに基づいた焦点調整機能の制御により、焦点調整完了までの時間を短縮できる効果が得られるので、コストを大幅に削減できる。

なお、本発明の実施の形態２では揺れ補正機構を利用し、実施の形態３では焦点調整機構を利用して、それぞれ傾きセンサ機能を実現したが、前記揺れ補正機構と焦点調整機構の２つを組み合わせて利用し傾きセンサ機能を実現してもよい。

本発明の撮像装置は、自動焦点機能を搭載するカメラに適用可能である。例えば、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話端末等に適用できる。

実施の形態１における撮像装置のハードウェア構成図 実施の形態１における焦点調整手段の動作を説明する図 実施の形態１における焦点調整手段の動作を説明する図 実施の形態１における撮像装置の傾きを説明する図 実施の形態１における撮像装置の一般的な撮影状況を示す図 実施の形態１における撮像装置の例外的な撮影状況を示す図 実施の形態２における撮像装置のハードウェア構成図 実施の形態２における手ぶれ補正装置のハードウェア構成図 実施の形態２における像ぶれ補正機構を示す分解斜視図 実施の形態２における像ぶれ補正機構の傾きあるいは向きを示す図 実施の形態２におけるアクチュエータの電流値の大きさを示す図 実施の形態２における撮像装置の光軸が水平な場合の傾きを説明する図 実施の形態２における撮像装置の光軸の水平方向からの傾きとその場合の光学系にかかる重力を説明する図 実施の形態３における撮像装置のハードウェア構成図 従来の撮像装置における通常の撮影姿勢と撮影画像の表示方法を示す図 従来の撮像装置における焦点調整手段の動作を説明する図 従来の撮像装置における焦点調整手段の動作を説明する図

符号の説明

１ 撮像装置
２ レンズ
３ 撮像素子
４ マイクロコンピュータ
５ ＣＣＤ駆動制御手段
６ アナログ信号処理手段
７ Ａ／Ｄ変換手段
８ デジタル信号処理手段
９ フレームメモリ
１０ 画像記録制御手段
１１ 画像記録手段
１２ 焦点調整手段
１３ 傾きセンサ
１４ 画像表示手段
１５ ズーム調整手段
１６ シャッターボタン
１７ 揺れ補正手段（傾きセンサ）
２０ 手ぶれ補正機構
２１ ピッチング移動枠
２２ ヨーイング移動枠
２４ｘ、２４ｙ コイル
２９ｘ、２９ｙ アクチュエータ
８２ｘ ヨーイング駆動制御手段
８２ｙ ピッチング駆動制御手段
８３ 位置検出手段
８４ｘ，１４ｙ 角速度センサ
８７ｘ ヨーイング電流値検出手段
８７ｙ ピッチング電流値検出手段

Claims (2)

1. 被写体からの光学信号を結像して被写体像を形成する撮影レンズと、
   前記被写体像を撮像して画像データを生成する撮像素子と、
   前記撮影レンズを駆動して、前記撮像素子上の被写体像の焦点を調整する焦点調整手段と、
   自装置の姿勢を検知する傾きセンサと、
   前記傾きセンサの出力に基づいて、前記焦点調整手段による焦点の調整を制御する制御手段と、
   前記撮影レンズの光軸と垂直な平面内で移動可能な補正レンズと、
   前記補正レンズを駆動するアクチュエータと、
   自装置の角速度を検出する角速度センサと、
   を備え、
   前記傾きセンサは、前記アクチュエータの駆動電流値と前記角速度センサの出力を積分して得られる角度変化とから、自装置の所定の姿勢からの前記撮影レンズの光軸の傾きを算出する撮像装置。
2. 前記制御手段は、
   前記撮影レンズの光軸が水平より所定量以上、下向きの場合、前記焦点調整手段の焦点初期値を近傍寄りに位置するように制御し、
   前記撮影レンズの光軸が水平より所定量以上、上向きの場合、前記焦点調整手段の焦点初期値を遠望寄りに位置するように制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

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