JP4802960B2

JP4802960B2 - ブレ補正装置、撮像装置、ブレ補正方法、撮像方法およびプログラム

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Publication number: JP4802960B2
Application number: JP2006266817A
Authority: JP
Inventors: 一記喜多
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2011-10-26
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Description

本発明は、光学結晶または光学材料からなるブレ補正素子を用いたブレ補正装置、撮像装置、ブレ補正方法、撮像方法およびプログラムに関する。

スチルカメラを手持ちで撮影する場合、焦点距離の長いレンズやマクロ撮影、暗い被写体などの場合には、レリーズ時の手ブレや姿勢ブレ、被写体の動き（動体ブレ）などによる像ブレが目立つ場合がある。このような像ブレは、レンズを明るくしたり、撮像感度を上げたり、シャッタ速度を速く設定したり、撮影者の習熟などによってもある程度防ぐことができるが、限界があった。

特に、ビデオカメラでは、カメラワークやズームを多用するので、カメラ移動や手ブレが激しいと、像ブレや画面揺れで観賞しにくくなる問題があり、各種の手ブレ補正装置が提案されてきた。

このような手ブレ補正装置にあっては、光学補正方式では、検出ブレ量に応じてレンズなどの光学系を機械的に動かして像ブレを補正している（例えば、特許文献１参照）。

ところで、光学材料（電気光学結晶）の一例として、屈折率を変化可能な光学材料が報告されている。従来、絶縁体と考えられていたＫＴＮ（タンタル酸ニオブ酸カリウム）からなる４０ｍｍ角サイズの電気光学結晶に電流を注入することによって、屈折率のグラデーションを誘起するという新しい動作原理（空間電荷制御モード）を利用して、スキャン効率（長さ１ｃｍ、厚さ１ｍｍの結晶に、１ｋｖの電圧をかけたときに生じる光のスキャン角度）が１２度となり、従来ＥＯビームスキャナと比べて８０倍という高効率の超小型・超高速なＥＯビームスキャナなどの開発が報告されている。

電気光学結晶の一例であるＫＴＮ結晶は、カリウム（Ｋ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）と酸素（Ｏ）から成る透明な光学結晶であり、１９５０〜６０年代に初めて合成され、２次の電気光学効果（カー効果）が極めて大きい材料であることが知られていた。しかし、結晶成長が難しく、昨今まで実用化が阻まれていた。

２００３年、温度の精密制御を行うことなどにより、ＫＴＮからなる大型結晶の作製成功が報告され、４０ｍｍ角という実用的な大きさを達成するに至った。ＫＴＮ結晶の電気光学効果の大きさを表す電気光学係数は、６００ｐｍ／Ｖ以上で、従来材料のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ０_３）などの２０倍（電界６０Ｖ／ｍｍ以上の場合）以上に達するため、電気光学結晶による素子のサイズや駆動電圧を一桁以上向上させ、光スイッチなどでは、駆動電圧を１／１０にできると発表されている（ＮＴＴ発表資料、ＮＴＴフォトニクス研究所）。

また、２００６年５月に、ＫＴＮ結晶（タンタル酸ニオブ酸カリウム、ＫＴａ_{（１‐Ｘ）}Ｎｂ_（Ｘ）０_３）を用いて光を自在に曲げられることができる現象を発見し、従来技術に比べて８０倍のスキャン効率を有する超小型・超高速なＥＯ（Ｅ１ｅｃｔｒｏ‐ｏｐｔ１ｃ＝電気光学）ビームスキャナが開発された（２００６年５月１８日、前述ＮＴＴ報道発表資料）。
特開昭６２−４７０１２号公報

しかしながら、特許文献１にあっては、光学系内部の補正用シフトレンズを光軸と垂直の上下左右に偏心移動させる方法を採用しているので、可変角度範囲が狭く、補正角が大きくなるほど偏心収差の変化が大きいといった問題があった。

また、上述した電気光学結晶を光学系の内部に挿入して光軸の補正に用いるには、２軸を曲げる必要があるが、未だ実現していなかった。

さらに、このような手ブレ補正装置では、動画撮影でのパーン操作やチルト操作など意図的なカメラワークによる像ブレと手ブレによる像ブレとを判別する判別手段を設けて、手ブレによる像ブレのみを補正し、また、パーン・チルト操作時の揺れ戻し現象を軽減するようにしているが、手ブレとパーン・チルトとの判別処理や揺れ戻しの補正処理が複雑になり、パーン・チルトの判別を誤ると手ブレ補正が十分に行われないといった問題があった。

また、ブレ補正装置を流用して、ブレ補正以外にも、ユーザ操作によるパーン・チルト駆動や、光軸の微調整などを行えるようにした提案もあるが、可変頂角プリズム式やシフトレンズ式、撮像素子シフト式などの従来の光学式補正装置では、撮影方向を移動できる角度範囲が狭く、また、角度を大きくするほど収差などが大きくなる問題があり、ブレ補正や光軸調整などには利用できても、動画撮影用の電動式パーン・チルト駆動などに用いるには難点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、静止画撮影や動画撮影において、手ブレによる像ブレのない良好な撮影が行い易く、また手ブレが発生した場合には効果的にブレを補正するとともに、単純な駆動機構を構成でき、小型、薄型の搭載機器を実現することができるブレ補正装置、ブレ補正方法およびプログラムを提供することにある。

さらに、動画撮影などにおけるパーン・チルト操作時などの手ブレの発生を軽減でき、かつ、パーン・チルト動作時のブレ補正装置の揺れ戻しなどを回避でき、またパーン・チルト動作中に手ブレが発生した場合にも、十分なブレ補正も行うことができ、単純な駆動機構を構成でき、小型、薄型の搭載機器を実現することができる撮像装置、撮像方法およびプログラムを提供することにある。

（１）本発明は、印加電圧に応じて層内で屈折率のグラデーションを発生する光学材料と、前記光学材料を撮影光軸上に配置してなる撮影光学系と、前記撮影光学系により撮像面に結像された被写体像を撮像する撮像手段と、発生したブレのブレ量を検出するブレ検出手段と、前記ブレ検出手段により検出されたブレ量に応じてブレ補正量を算出する補正量算出手段と、前記光学材料に電圧を印加する駆動手段と、前記補正量算出手段により算出された補正量に従って、前記撮像手段の撮像面での像ブレを抑制するように前記駆動手段を制御する制御手段とを備えるブレ補正装置であって、前記光学材料は、前記撮影光軸の方向と直交する第１の方向の対向面に第１の電極が形成され、前記第１の電極に印加された電圧に応じて、前記撮影光軸を傾斜させる第１のブレ補正素子と、前記撮影光軸の方向と直交し、かつ、前記第１の方向と直交する第２の方向の対向面に第２の電極が形成され、前記第２の電極に印加された電圧に応じて、前記撮影光軸を傾斜させる第２のブレ補正素子とからなるブレ補正素子を構成することを特徴とする。

本発明によれば、静止画撮影や動画撮影において、手ブレによる像ブレのない良好な撮影が行い易く、また手ブレが発生した場合には効果的にブレを補正するとともに、単純な駆動機構を構成でき、小型、薄型の搭載機器を実現することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
＜動作原理＞
図１を参照して、電気光学結晶からなるブレ補正素子の動作原理と特性の例について説明する。

ＫＴＮ結晶（タンタル酸ニオブ酸カリウム、ＫＴａ_{（１‐Ｘ）}Ｎｂ_（Ｘ）０_３）からなるブレ補正素子の動作原理は、従来、絶縁体と考えられていたＥＯ結晶に電流を注入することによって、屈折率のグラデーションを誘起するという概念に基づくものである。従来型ＥＯビームスキャナと比べて８０倍という高スキャン効率を達成しているとされる。また、ポリゴンミラーやガルバノミラーなどの現行のスキャナ素子と比べると、素子サイズと動作速度について、ＫＴＮ結晶からなるブレ補正素子は、素子体積１／１００、動作速度１００倍と、２桁性能を向上することが期待できる。

なお、このような結晶に、電界を加えることにより材料の屈折率が変化する現象を「電気光学効果」といい、加えた電界に屈折率変化が比例する効果を「１次の電気光学効果」（ポッケルス効果）、加えた電界の二乗に屈折率変化が比例する効果を「２次の電気光学効果」（カー効果）と呼ばれている。

また、この「電気光学効果」により、結晶に電圧をかけることにより、その屈折率が変化する特性を有する結晶を「電気光学結晶」（ＥＯ結晶、Ｅｌｅｃｔｒｏ‐ｏｐｔｉｃ結晶）という。なお、ＫＴＮ結晶（タンタル酸ニオブ酸カリウム）結晶の場合には「２次の電気光学効果」（カー効果）を示す。

次に、図１（Ａ）はブレ補正素子の一例を示す斜視図である。図１（Ａ）に示すように、ブレ補正素子１１は、前述のようなＫＴＮ結晶などの電気光学結晶を直方体形状の平行平板として作製され、その対向する両面１３ａ，１３ｂに導電体金属やＩＴＯなどの電極１５ａ，１５ｂが形成され、検出したブレ量に応じて補正量を算出し、補正量に従って電極１５ａ，１５ｂ間に印加する電圧を可変制御することで、そのまま電子制御可能な光屈折素子を実現でき、ブレ補正素子として利用できる。

前述の屈折率のグラデーション分布（空間電荷制御モードＥＯ効果）を用いる場合には、光軸（図１に示すＡ−Ａ’線）上に電極１５ａ，１５ｂを設けないので、従来の電気光学結晶による偏向子のように必ずしも透明電極にする必要はなく、電極１５ａ，１５ｂによる透過率劣化や光量の損失もない。

次に、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すブレ補正素子１１に電圧波形を印加した場合に発生する屈折率分布の様子を示す模式図であり、図１（Ｃ）はこのブレ補正素子１１の層厚方向と屈折率の変化を表すグラフである。

このＫＴＮ結晶を用いた屈折率変化の動作原理は、図１（Ｂ）に示すように、電気光学結晶の対向する両面に形成された電極１５ａ，１５ｂ間に所定の電圧波形を印加することにより、電気光学結晶内に電子を注入すると、屈折率は電極対間に誘起された電界の大きさに応じて線形に変化し、結晶の層内で屈折率のグラデーション分布が発生して（「空間電荷制御モードＥＯ効果」と呼ばれる）、入射光は方向を変えながら進み、方向変化の蓄積により、出射光の角度が変化するので、ブレ量を検出しておけば、このブレ量に応じて撮影光軸を傾斜させ、撮像面への像ブレをキャンセルする新しい光学式のブレ補正装置を実現することができる。この現象は、電気光学結晶一般に適用できるといわれているが、ＫＴＮ結晶では、誘電率１００００以上という巨大な誘電率を有するので、顕著に発現することができる。

次に、図１（Ｄ）はブレ補正素子の例として、ＫＴＮ結晶とニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）の電界−屈折率変化の特性を示すグラフである。

図１（Ｄ）に示すグラフの勾配は、電気光学定数に相当し、勾配が急なほど屈折率の変化がより大きく、より低電圧で同などの屈折率変化を起こすことができることを示している。

屈折率は、任意の直交座標系では楕円体の表面（屈折率楕円体）で示される。この楕円体の主軸の長さが主屈折率を示す場合が多いため、結晶の光学特性を説明する場合にこの屈折率楕円体がよく用いられる。ここで、光学パラメータ（１／ｎ_ｉｊ ^２）を電界で展開すると、次式となる。
（１／ｎ_ｉｊ ^２）＝（１／ｎ_ｉｊ ^２）＋γ_ijｋ・Ｅ_ｋ＋ｇ_ｉｊｋｌ・Ｅ_ｋ・Ｅ_l（１）

上記（１）式で、γ_ijｋは１次電気光学定数（ポッケルス定数）、ｇ_ｉｊｋｌは２次電気光学定数（カー定数）と呼ばれる。

例えば、光変調器などに用いる場合の電気光学結晶に要求される特性は、１００％変調に必要な電圧（半波長電圧）が低く、結晶の光学均一性が優れ、光損傷が無く挿入損失が少ないこと、広帯域の変調特性を持つことなどである。

一般に、強誘電体結晶では、１次電気光学定数（ポッケルス定数）γ_ijｋが大きい。強誘電体においては、自発分極Ｐｓによって誘起される屈折率変化の扱いから、下記（２）式の関係が得られる。
γ_ij２＝２ε_０（ε_１−１）・ｇ_ｉｊ３ｌ・Ｐｓ（２）

すなわち、室温相である強誘電相のγ定数は、高温相である常誘電相における２次電気光学定数（カー定数）ｇに自発分極Ｐｓによるバイアスがかかったものといえ、誘電率（ε）の高い強誘電体は１次電気光学定数γが大きいことを示している。屈折率（ｎ）やｇ定数といった基本的な値は、多くの強誘電体結晶に共通しているＢＯ_６型の酸素八面体構造に強く関係していて、特にｇ定数（カー定数）は結晶構造によらず略一定の値である。従って、上記（２）式から、γ定数（ポッケルス定数）が大きい強誘電体結晶を探すには、自発分極Ｐｓが大きく、かつ、誘電率εの大きなものが１つの指針となる。

次に、図２（Ａ）はブレ補正素子の第２の構成例を示す図である。図２（Ａ）に示すように、ブレ補正素子２１は、前述のようなＫＴＮ結晶などの電気光学結晶を直方体形状の平行平板として作製され、Ｙ方向に対向する面２３ａ、面２３ｂに導電体金属やＩＴＯなどの電極２５ａ、電極２５ｂが形成されてＹ方向の屈折を行うブレ補正素子２１Ｙとされ、さらに、Ｘ方向に対向する面２７ａ、面２７ｂに導電体金属やＩＴＯなどの電極２９ａ、電極２９ｂが形成されてＸ方向の屈折を行うブレ補正素子２１Ｘとしておくことで、Ｘ方向だけでなく、Ｘ方向に直交するＹ方向にも対向電極を設けた同様の素子を光軸Ｂ−Ｂ’上に重ねて配置される。

次に、図２（Ｂ）はブレ補正素子の第３の構成例を示す図である。図２（Ｂ）に示すように、ブレ補正素子３１は、単一のＫＴＮ結晶などの電気光学結晶を直方体形状の平行平板として作製され、Ｙ方向に対向する面３３ａ、面３３ｂに導電体金属やＩＴＯなどの電極３５ａ、電極３５ｂが形成され、Ｘ方向に対向する面３３ｃ、面３３ｄに導電体金属やＩＴＯなどの電極３５ｃ、電極３５ｄが形成される。

次に、図３（Ａ）はブレ補正素子の第４の構成例を示す図である。ＫＴＮ結晶など電気光学効果の大きい光学結晶は大きな結晶が作製しにくい材料も多いので、同図３（Ａ）に示すように、電気光学効果は大きいが大きな径の結晶が作製しにくいようＫＴＮ結晶４２ａと、比較的大きなバルクの結晶も作製し易いニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などの光学結晶４２ｂを鉛直方向に貼り合わせ、ＫＴＮ結晶４２ａの面４３ａに電極４５ａを形成し、光学結晶４２ｂの面４３ｂに電極４５ｂを形成してもよい。なお、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）に代わって、水晶（ＳｉＯ_２）や石英ガラス、各種光学ガラス材料などによる光学部品などと組み合わせたり、張り合わせたりして構成しても良い。

次に、図３（Ｂ）はブレ補正素子の第５の構成例を示す図である。ＫＴＮ結晶など電気光学効果の大きい光学結晶は大きな結晶が作製しにくい材料も多いので、同図３（Ｂ）に示すように、電気光学効果は大きいが大きな径の結晶が作製しにくいようなＫＴＮ結晶５２ａと、比較的大きなバルクの結晶も作製し易いニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などの光学結晶５２ｂを光軸Ｅ−Ｅ’方向に貼り合わせ、ＫＴＮ結晶５２ａの面５３ａ、５３ｂにそれぞれ電極５４ａ、電極５４ｂを形成し、光学結晶５２ｂの面５５ａ、５５ｂにそれぞれ電極５６ａ、電極５６ｂを形成してもよい。なお、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）に代わって、水晶（ＳｉＯ_２）や石英ガラス、各種光学ガラス材料などによる光学部品を組み合わせたり、張り合わせたりして構成しても良い。

次に、図３（Ｃ）はブレ補正素子の第６の構成例を示す図である。光学ガラス材料により作製されたプリズム６２と、ＫＴＮ結晶からなる図２（Ｂ）に示すブレ補正素子３１を接合して、一体のブレ補正素子として構成した例であり、屈曲光軸式ズームレンズに用いられる。

次に、図４（Ａ）は光学式手ブレ補正装置のズームレンズ・ユニット７０の構成を示す図であり、図３（Ｃ）に示すプリズム６２とブレ補正素子３１とが接合された状態でズームレンズ・ユニットに配置される。

ズームレンズ・ユニット７０は、カメラに設けられており、カメラ前方から入射する光軸Ｉ−Ｊをプリズム６２により４５度直角に屈曲させる屈曲光軸型のズームレンズ・ユニットであり、光軸Ｉ−Ｊ方向から入射された入射光を斜辺部分により光軸Ｊ−Ｋ方向に屈曲させるプリズム６２と、プリズム６２から出射された光を屈折させるブレ補正素子３１と、ブレ補正素子３１から出射された光の像を拡大する撮影レンズ群７１と、撮影レンズ群７１から出射された光の像を撮像する撮像素子７３とから構成されている。なお、図４（Ａ）は上述した構成に加えて、カメラに手ブレが加わっていない状態をも示している。

次に、図４（Ｂ）はカメラに手ブレが加わった状態を示している。この図において、ブレ補正素子３１に設けられた電極３５ａ、電極３５ｂ間には電圧が加わっておらず、ズレ補正がされていない状態にある。このとき、カメラの光軸Ｉ−Ｊに対して角度θのブレが発生しており、撮像素子７３に投影される像の位置はＫからＫ’まで移動している。

次に、図４（Ｃ）はカメラに手ブレが加わった状態において、手ブレ補正した状態を示している。この図において、ブレ補正素子３１に設けられた電極３５ａ，３５ｂ間に電圧Ｖが加えられたことで、ブレ補正素子３１内で手ブレ方向とは逆方向に光軸を傾斜させいるので、撮像素子７３に投影される像の位置はＫに補正されている。

上述したように、ＫＴＮ結晶やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）などの透明で電気光学効果特性を有する誘電体や電気光学結晶などを用いて、電子制御可能なブレ補正装置を実現する例を示したが、透明な（可視光域での光透過率の高い）材料で、電気光学効果や、特に２次の電気光学定数（カー定数）の大きい材料であれば、その他の電気光学結晶や強誘電体材料、透明セラミック材料などを用いて構成してもよい。

また、上記のブレ補正素子を複数段重ねて配置して、屈折角がより大きくなるように構成しても良い。さらに、プリズムの後方などに、直方体の光学結晶の両面に対向電極を設けたブレ補正素子を設ける構成としたが、屈曲光軸方式のズーム系などにおけるプリズム自体を、電気光学結晶を用いて作製し、その所定の対向面に電極を構成して、ブレ補正素子を構成してもよい。

ＫＴＮ（タンタル酸ニオブ酸カリウム）などの電気光学結晶では、従来のＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム）などの電気光学結晶などに比べ誘電率が高く、電子注入により誘起される屈折率分布（空間電荷制御モードＥＯ効果）による屈折角が大きくとれるので、従来の可変頂角プリズム式やシフトレンズ式などの光学式ブレ補正装置に比べ広い角度範囲にて、パーン・チルト駆動ができる。

電気光学結晶を用いた薄小型のブレ補正素子を光軸上に配置するだけでよいので、従来の光学ブレ補正装置に比べて、機械式の駆動部が無く、駆動機構が極めて簡素になり、所定電圧の交流波形などの電流信号を電極対間に加えるだけで、駆動も容易になる。また、従来の光学式ブレ補正装置よりも広い角度範囲で光軸を傾斜させることができるので、電動パーン・チルト駆動などにも利用できる。

また、図４に示すように、上記のブレ補正素子を屈曲光軸式ズームと組み合わせる場合でも、従来の回転ミラー式ブレ補正装置などに比べて、駆動機構が簡素にでき、光軸屈曲用のプリズムの後方に薄小型のブレ補正素子を配置するだけでよいので、光学系を大幅に変えることなく、小型薄型のブレ補正機構付ズームレンズ・ユニットを構成することができる。

さらに、従来の可変頂角プリズム方式のような色収差やシフトレンズ方式での偏心収差などが発生せず、高画質の撮影にも利用できる。また、各種の撮影レンズと組合せて利用できるので、従来の交換レンズや撮影光学系にも利用することができる。

＜第１の実施形態＞
図５は本発明の第１の実施形態に係るブレ補正装置が搭載されるカメラ１０１の前面図（Ａ）、背面図（Ｂ）、側面断面図（Ｃ）である。

まず、図５（Ａ）に示すように、電源スイッチ１０３、静止画の撮影レリーズ、または動画撮影の開始／停止を行うシャッタスイッチ１０４、ストロボ１０５、受光窓１０６、グリップ部１０７がカメラ１０１の前面に設けられており、さらに、カメラ１０１の内部には、例えば振動ジャイロからなるＹ方向の角速度センサ１０８、例えば振動ジャイロからなるＸ方向の角速度センサ１０９が設けられている。

次に、図５（Ｂ）に示すように、撮影モード切替スイッチ１１０、撮影条件やその他の設定などを行うためのＭＥＮＵキー１１１、カーソルキー（↑、↓、←、→）１１２、ＳＥＴキー１１３、表示の切り替えを行うためのＤＩＳＰキー１１４、ズームスイッチ１１５、ブレ補正機能ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１、画像モニタ１１７がカメラ１０１の背面に設けられている。

次に、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示すカメラ１０１をＬ−Ｌ’線で切断した場合の断面図を示しており、プリズム６２、ブレ補正素子３１、撮影レンズ群７１、撮像素子７３が設けられたズームレンズ・ユニット７０が内蔵されていることを示している。

次に、図６は、図４および図５に示すズームレンズ・ユニット７０（図４参照）の具体的構成を示す図である。

図６に示すように、ズームレンズ・ユニット７０は、図４および図５に示したプリズム６２とブレ補正素子３１とを連結接続して一面に保持する固定部１２２と、一面に設けられたレンズ部７１ａからの光像を撮像するＣＣＤ撮像素子回路基板１２３を他面に保持する固定部１２４とを固定するユニット基板１２１を備えている。この固定部１２４には、フォーカス駆動用モータ１２５の回転を減速してピニオン１２６に伝達するギア１２７と、ズーム駆動用モータ１２８の回転を減速してピニオン１２９に伝達するギア１３０とが回転自在に固定されている。固定部１２２と固定部１２４との間には、Ｚ軸方向に長手構造を有するガードレール１３１が固定され、ガードレール１３１と平行にピニオン１２６とピニオン１２９とが回転自在に固定されている。フォーカス駆動ラック１３２は、フォーカスレンズ部７１ｃを有し、ピニオン１２６の回転に応じてガードレール１３１上でＺ軸方向に移動する。また、ズーム駆動ラック１３３は、ズームレンズ部７１ｂを有し、ピニオン１２９の回転に応じてガードレール１３１上でＺ軸方向に移動する。ＣＣＤ撮像素子回路基板１２３には、コネクタ１３４が設けられており、コネクタ１３４に接続されたフレキシブル配線がカメラ制御部（図示しない）に接続されている。

次に、図７は本発明に係るブレ補正装置１４０が搭載されたカメラの構成例を示す図であり、ブレ補正装置１４０には図６に示したズームレンズ・ユニット７０が搭載されている。ブレ補正装置１４０は、撮像素子７３から出力される映像信号に基づいて、動きベクトルを検出して、画像処理により像ブレ量を検出して、ブレ補正素子３１を駆動する例である。

ブレ補正装置１４０は、撮像素子７３から順次に画像信号を読み出してデジタルの画像データに変換する信号処理部１４１と、信号処理部１４１から出力された画像データを１フレーム毎に記憶する画像データ記録部１４２と、信号処理部１４１から出力された画像データを複数ブロックに分割してフレーム間の動きベクトルの方向を求める動きベクトル検出部１４３と、動きベクトル検出部１４３からの各ブロックの動きベクトルが一定の方向であるかブロックマッチング法により判別して全体が特定方向に同じ量だけ移動していれば像ブレと判断してブレ量と方向を出力するブレ量演算部１４４と、ブレ量演算部１４４から出力されたブレ量と方向に基づいてブレ量が消滅するようにＸ方向・Ｙ方向の補正量を算出する補正量算出部１４５と、補正量算出部１４５から出力されたＸ方向の補正量に応じた大きさの電圧信号を生成するブレ補正部１４６Ｘと、補正量算出部１４５から出力されたＹ方向の補正量に応じた大きさの電圧信号を生成するブレ補正部１４６Ｙと、ブレ補正部１４６Ｘとブレ補正部１４６Ｙとから出力されたそれぞれの電圧信号を入力するブレ補正素子３１とから構成されている。

なお、ブレ量記録部１４７はブレ量演算部１４４から出力されたブレ量と方向を記録する。表示部１４８はブレ量記録部１４７に記録されたブレ量と方向を表示する。カメラ制御部１４９はブレ補正装置１４０に設けられた各部を制御する。

次に、図８に示すブロック毎の像ブレの例を参照して、図７に示すブレ補正装置１４０の動作を説明する。

いま、ブレ補正装置１４０が搭載されたカメラが動画モードに設定され、動作していることとする。このとき、撮像素子７３はフレーム毎の画像信号を出力しており、撮像素子７３から順次に画像信号を読み出して信号処理部１４１によりデジタルの画像データに変換され、信号処理部１４１から出力された画像データは１フレーム毎に画像データ記録部１４２に記憶される。

次いで、信号処理部１４１から出力された画像データは動きベクトル検出部１４３により複数ブロックに分割されてフレーム間の動きベクトルの方向が求められる。ブレ量演算部１４４では、動きベクトル検出部１４３からの各ブロックの動きベクトルが一定の方向であるかブロックマッチング法により判別して全体が、図８（Ａ），（Ｂ），（Ｄ）に示すように、特定方向に同じ量だけ移動していれば像ブレと判断してブレ量と方向を出力する。

一方、ブレ量演算部１４４では、動きベクトル検出部１４３からの各ブロックの動きベクトルが、図８（Ｃ）に示す中央部分のように、被写体が移動している場合には被写体移動による像ブレと判断してブレ量と方向を出力しない。

上述したように像ブレと判断した場合には、補正量算出部１４５は、ブレ量演算部１４４から出力されたブレ量と方向に基づいてブレ量が消滅するようにＸ方向・Ｙ方向の補正量を算出する。次いで、ブレ補正部１４６Ｘは、補正量算出部１４５から出力されたＸ方向の補正量に応じた大きさの電圧信号を生成し、この電圧信号をブレ補正素子３１に設けられた電極３５ａ、電極３５ｂに出力する。また、ブレ補正部１４６Ｙは、補正量算出部１４５から出力されたＹ方向の補正量に応じた大きさの電圧信号を生成し、この電圧信号をブレ補正素子３１に設けられた電極３５ｃ、電極３５ｄに出力する。

ブレ補正素子３１は、Ｘ，Ｙ各方向の電極対間に印加された電圧信号に応じて、ブレの方向とは逆方向に光軸方向を屈折変化させるので、ブレによる撮像面の像ブレを抑えることができる。

この結果、手ブレが発生した場合には効果的にブレを補正でき、ブレ補正装置の駆動機構を単純な構成として、ブレ補正装置付きのカメラなどの機器を小型、薄型に実現することができる。

このように、加える電界によって屈折率が変化したり、層内で屈折率のグラデーション分布が生成されるＫＴＮ結晶などの電気光学結晶を用いるブレ補正素子により、ブレ補正装置を構成したので、機械式の駆動部や磨耗部の無い、極めて簡素な構成のブレ補正装置が実現でき、駆動制御が容易になる他、ブレ補正装置の信頼性や耐久性を高めることができ、また、屈曲光軸式のズームレンズ・ユニットなどと組合せて、薄型小型の光学式ブレ補正機能付きカメラを実現することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、図９は本発明の第２の実施形態に係るブレ補正装置１５０が搭載されたカメラの構成例を示す図である。ブレ補正装置１５０は、振動ジャイロなどの角速度センサにより検出されたカメラのブレ量に基づいて、ブレ補正量を算出し、算出された補正量に従って電気光学結晶の対向電極に電圧波形を加えて、撮影光軸を屈曲させて、撮像面での像ブレを抑制する例である。

図９に示す角速度センサ１０８，１０９としては、音片型振動ジャイロ、振動ジャイロ、圧電振動ジャイロが好ましい。三角柱の音片型振動ジャイロでは、共振型の高感度の利点を生かしながら、振動方向の稜線のトリミングにより振動姿勢や他辺に影響を与えずに共振周波数を調整できる利点がある。また、セラミックバイモルフ振動子を用いた圧電式の振動ジャイロ、圧電セラミックスを用いた圧電振動ジャイロがある。動かない地面上に立って撮影する場合には、一般に３〜１０Ｈｚ程度の手ブレが多いが、歩きながら撮影する場合にはやや高い１０〜１８Ｈｚ程度、列車や車両に乗って撮影する場合には２０〜２５Ｈｚ程度のブレも発生するので、０．５〜２５Ｈｚ程度のブレの発生に対応できるように、応答性が５０Ｈｚ、検出範囲が±３６０ｄｅｇ．／ｓｅｃ程度の超小型センサが利用できる。

また、周囲温度の変化による静止時出力の温度ドリフトを除去するために、センサ出力に（カットオフ周波数ｆｃ＝０．３〜０．５Ｈｚ程度の）ＨＰＦを接続してＤＣ成分を除去し、またセンサ内部の振動ノイズ（２０〜２５ｋＨｚ付近など）を除去するために、応答周波数以上の高周波成分を除去する（カットオフ周波数ｆｃ＝１ｋＨｚ〜４ｋＨｚ程度の）ＬＰＦ（ローパスフィルタ）を接続するとよい。

積分器１５１，１５５は、角速度センサ１０８，１０９により検出された信号から高域信号を除去して低域（０．５〜２５Ｈｚ程度）通過させ、積分演算して角度変位に変換して角速度信号またはブレ量信号を出力する。補正量算出部１５２，１５６は、積分器１５１，１５５から出力される角速度もしくはブレ量に応じて、ブレ補正量を算出する。

ドライバ（Ｘ）１５３，ドライバ（Ｙ）１５７は、補正量算出部１５２，１５６により算出された補正量に従って、ブレ補正素子２１Ｘ，２１Ｙの対向面の電極対間に印加する電圧波形を生成する。

次に、図９に示すブレ補正装置１５０の動作を説明する。

いま、ブレ補正装置１５０が搭載されたカメラが動画モードに設定され、動作していることとする。このとき、角速度センサ１０９により検出された信号は積分器１５１に入力されて高域信号が除去され積分演算されて角度変位に変換されて角速度信号またはブレ量信号が出力される。補正量算出部１５２では、積分器１５１から出力される角速度もしくはブレ量に応じてブレ補正量が算出されて出力される。さらに、ドライバ（Ｘ）１５３では、補正量算出部１５２により算出された補正量に従って、ブレ補正素子２１Ｘの対向面の電極対間に印加する電圧信号が生成される。

このドライバ（Ｘ）１５３からの電圧信号をブレ補正素子２１Ｘに設けられた電極２９ａ、電極２９ｂに出力する。ブレ補正素子２１Ｘは、Ｘ方向の電極対間に印加された電圧信号に応じて、ブレの方向とは逆方向に光軸方向を屈折変化させるので、ブレによる撮像面の像ブレを抑えることができる。

同様に、角速度センサ１０８により検出された信号は、積分器１５５により角度変位に変換されて角速度信号またはブレ量信号が出力される。積分器１５５から出力される角速度もしくはブレ量に応じて補正量算出部１５６によりブレ補正量が算出される。さらに、ドライバ（Ｙ）１５７では、補正量算出部１５６により算出された補正量に従って、ブレ補正素子２１Ｙの対向面の電極対間に印加する電圧信号が生成される。このドライバ（Ｙ）１５７からの電圧信号をブレ補正素子２１Ｙに設けられた電極２５ａ、電極２５ｂに出力する。ブレ補正素子２１Ｙは、Ｙ方向の電極対間に印加された電圧信号に応じて、ブレの方向とは逆方向に光軸方向を屈折変化させるので、ブレによる撮像面の像ブレを抑えることができる。

上記のブレ補正装置では、角度変化に対して単にそれを打ち消すように補正量を定めて駆動すると、遅れが出るので、検出時の角速度と、前回検出時角速度の差分を取って角加速度を算出し、２周期分以上の角加速度など履歴情報を用いて加減速の程度を判断して、次回検出時の角速度を予測算出するような制御を行ってもよい。

また、ブレ補正角が補正可能な範囲の限界に近くなると、ブレ補正素子に印加する電圧を徐々に低電圧に切替えて、補正可能な範囲内もしくは中点位置に徐々に戻すセンタリング処理や復帰処理を行うように制御してもよい。

上述のように、電気光学結晶でも電気光学効果が大きく、スキャン効率が１２度となり効率の大きなＫＴＮ（タンタル酸ニオブ酸カリウム）などの電気光学結晶を利用すれば、駆動電圧や消費電力も小さく、手ブレ補正角度（通常±２．５度程度）も十分で、カメラの手ブレ補正装置などにも十分用いることができる。

また、電気光学結晶を用いたＸ方向のブレ補正素子だけでなく、それと直交するＹ方向に屈折させるブレ補正素子を光軸上に隣接し並べて設ければ、振動ジャイロなどで検出したＸ，Ｙ方向のブレ量に応じて、Ｘ，Ｙ両方向の対向電極対間にそれぞれ補正用の駆動電流波形を加えることにより、Ｘ，Ｙ両方向のブレ補正を行うことができ、薄小型のブレ補正素子を実現することができる。

また、１つの電気光学結晶による直方体のブレ補正素子に、Ｘ方向に加えＹ方向の対向面にも電極対を設ければ、Ｘ，Ｙ両方向のブレ補正を行うことも可能である。

いずれも、従来の光学補正装置に比べて、機械駆動部や磨耗部品が無く、駆動機構が極めて簡素になり、所定電圧の交流波形などの電流信号を加えるだけで、駆動も容易になる。

例えば、プリズムを利用した屈曲光軸式のズームレンズを用いた薄型カメラなどにもプリズムの後方に、このような小型の電気光学結晶によるブレ補正素子を設けるだけで、光学式のブレ補正装置が簡単に構成することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、図１０は本発明の第３の実施形態に係るブレ補正装置が搭載されたカメラ２００の構成例を示す図である。

図１０に示すように、カメラ２００は、ズームレンズ・ユニット２１０、カメラ制御部２４１を含む制御回路２４０を有している。カメラ制御部２４１には、ブレ補正量算出部２４５により算出されたブレ補正量に従って、図２（Ａ）に示したブレ補正素子２１Ｘの対向面の電極対間に印加する電圧信号を生成するブレ補正素子Ｘ方向駆動部２１５、ブレ補正量算出部２４５により算出されたブレ補正量に従ってブレ補正素子２１Ｙの対向面の電極対間に印加する電圧信号を生成するブレ補正素子Ｙ方向駆動部２１６、ＡＦ処理を行うフォーカスレンズ駆動部２１７、ズームレンズ・ユニット２１０を駆動するためのズームレンズ駆動部２１８、絞り部２１１を駆動する絞り駆動部２１９、シャッタ部２１２を駆動するシャッタ駆動部２２０、図４に示した撮像素子７３から出力される画像信号をＡ／Ｄ変換してデジタルの画像データに変換する映像信号処理部２２１、カメラ制御部２４１からのスタート信号に応じて撮像素子７３に撮像に関するタイミング信号を与えて駆動するタイミング制御部２２２が接続されている。

また、カメラ制御部２４１には、図９に示した角速度センサ１０９が接続された角速度検出部２２３からの信号から高域信号が除去され積分演算されて角度変位に変換されたブレ量（θｘ）信号をカメラ制御部２４１に出力する積分器２２４、角速度センサ（Ｙ）１０９が接続された角速度検出部２２３が接続されている。また、カメラ制御部２４１には、積分器２２６、角速度センサ（Ｘ）１０８が接続された角速度検出部２２５が接続されている。さらに、カメラ制御部２４１には、ホワイトバランス処理や測距処理を行う測距センサ２２８が接続されホワイトバランス処理や測距処理を行う測距処理部２２９、ストロボ１０５を駆動するストロボ駆動部２３０が接続されている。

また、カメラ制御部２４１には、図５に示す各種キーからの信号を出力する操作部２５３が接続されている。さらに、カメラ制御部２４１には、映像信号処理部２２１から入力された画像データを所定のデータ形式にフォーマット変換する画像処理部２５０、画像データを圧縮符号化するとともに当該符号化されたデータを伸長復号化して画像データに戻す圧縮符号化／伸長復号化部２５１、静止画または動画の画像データや圧縮符号化されたデータを記憶する静止画／動画画像メモリ２５２が接続されている。

また、カメラ制御部２４１には、撮像された画像データや静止画／動画画像メモリ２５２から読み出された画像データを表示するために記憶する表示メモリ２４７、表示メモリ２４７から所定のレートで読み出して画像モニタ１１７に表示するように駆動する表示駆動部２４８が接続されている。

さらに、カメラ制御部２４１の内部には、撮像された後の画像データを画像処理するデジタル画像処理部２４２、画像データをスルー表示するために遅延時間を調整する画像バッファメモリ２４３、積分器２２４，２２６からのブレ量信号（θｘ，θｙ）から順次にブレ量（θｘ，θｙ）を検出する手ブレ量演算部２４４、手ブレ量演算部２４４により検出されたブレ量（θｘ，θｙ）に基づいてＸ／Ｙ方向のブレ補正量を算出するブレ補正量算出部２４５、Ｘ／Ｙ方向のブレ補正量に応じてパーン操作量またはチルト操作量を算出するパーン／チルト操作量算出部２４６が接続されている。

次に、図１１Ａ，図１１Ｂに示すフローチャートを参照して、図１０に示したカメラ２００の動作を説明する。なお、図１１Ａ，図１１Ｂは静止画撮影時のブレ補正処理に関するフローチャートである。

いま、カメラ２００を静止画モードで使用するために、図５に示したＭＥＮＵキー１１１が静止画像モードに設定されたことが操作部２５３からカメラ制御部２４１に入力されたこととする。

まず、ステップＳ１０では、カメラ制御部２４１は、操作部２５３を介してシャッタスイッチ（レリーズ）１０４が半押し状態にあるか否かを判断する。

ここで、図５に示したシャッタスイッチ（レリーズ）１０４が半押し状態にある場合、ステップＳ２０に進み、カメラ制御部２４１は、測光処理や測距処理を行うように測距処理部２２９により測距センサ２２８を制御し、ＡＥ／ＡＦロック処理を行うためにフォーカスレンズ駆動部２１７を制御し、測光値と設定されている露出条件に応じて露出時間Ｔ１を設定する。

次いで、ステップＳ３０では、カメラ制御部２４１は、ブレ補正機能を有効にするために、図５に示したブレ補正機能ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１６がＯＮされたことが操作部２５３から入力されたか否かを判断する。

角速度センサ１０９が接続された角速度検出部２２３から積分器２２４に信号が入力され高域信号が除去され積分演算されて角度変位に変換されたブレ量（θｘ）信号がカメラ制御部２４１に入力されている。同時に、角速度センサ１０８が接続された角速度検出部２２５から積分器２２６に信号が入力され高域信号が除去され積分演算されて角度変位に変換されたブレ量（θｙ）信号がカメラ制御部２４１に入力されている。

ここで、ステップＳ５０では、カメラ制御部２４１は、積分器２２４、積分器２２６からのブレ量信号（θｘ，θｙ）を手ブレ量演算部２４４に出力し、手ブレ量演算部２４４に順次にブレ量（θｘ，θｙ）を検出させる。

次いで、ステップＳ６０では、カメラ制御部２４１は、手ブレ量演算部２４４に順次ブレ量（θｘ，θｙ）が検出されたことに応じて、ファインダーとして用いる画像モニタ１１７上にブレ補正ＯＮと表示されブレ補正処理の準備ができたか否かを判断する。ブレ補正処理の準備ができていない場合にはステップＳ９０に進む。

ブレ補正処理の準備ができた場合には、ステップＳ７０に進み、カメラ制御部２４１は、手ブレ量演算部２４４により検出されたブレ量（θｘ，θｙ）に基づいて、ブレ補正量算出部２４５にＸ／Ｙ方向のブレ補正量を算出させる。

次いで、ステップＳ８０では、カメラ制御部２４１は、ブレ補正量算出部２４５に算出させたＸ方向のブレ補正量をブレ補正素子Ｘ方向駆動部２１５に出力し、算出させたＹ方向のブレ補正量をブレ補正素子Ｙ方向駆動部２１６に出力する。

ここで、ブレ補正素子Ｘ方向駆動部２１５では、ブレ補正量算出部２４５により算出されたブレ補正量に従って、ブレ補正素子２１Ｘの対向面の電極対間に印加する電圧信号が生成されるので、この電圧信号をブレ補正素子２１Ｘに設けられた電極２９ａ、電極２９ｂに出力する。ブレ補正素子２１Ｘは、Ｘ方向の電極対間に印加された電圧信号に応じて、ブレの方向とは逆方向に光軸方向を屈折変化させるので、ブレによる撮像面の像ブレを抑えることができる。

同様に、ブレ補正素子Ｙ方向駆動部２１６では、ブレ補正量算出部２４５により算出されたブレ補正量に従って、ブレ補正素子２１Ｙの対向面の電極対間に印加する電圧信号が生成されるので、この電圧信号をブレ補正素子２１Ｙに設けられた電極２５ａ、電極２５ｂに出力する。ブレ補正素子２１Ｙは、Ｙ方向の電極対間に印加された電圧信号に応じて、ブレの方向とは逆方向に光軸方向を屈折変化させるので、ブレによる撮像面の像ブレを抑えることができる。

このとき、カメラ制御部２４１は、タイミング制御部２２２にスタート信号を与えて撮像を開始させる。これに応じて撮像素子７３から出力される画像信号が映像信号処理部２２１に入力されデジタルの画像データに変換され、さらに、デジタル画像処理部２４２において画像処理を行わせ、次いで、表示メモリに画像データを出力する。さらに、表示メモリ２４７から所定のレートで読み出して画像モニタ１１７に表示するように表示駆動部２４８を駆動することで、画像モニタ１１７から被写体の画像が表示される。この結果、ブレが抑制された画像を表示することができる。

次いで、ステップＳ９０では、カメラ制御部２４１は、操作部２５３を介してシャッタスイッチ（レリーズ）１０４が全押し状態にあるか否かを判断する。

ここで、シャッタスイッチ（レリーズ）１０４が全押し状態にある場合、ステップＳ１００に進み、カメラ制御部２４１は、露出時間タイマーに計時を開始させる。

次いで、ステップＳ１１０では、カメラ制御部２４１は、ブレ補正機能ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１６がＯＮされているか否かを判断する。ブレ補正機能ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１６がＯＮされていない場合には、ステップＳ１５０に進む。

いま、積分器２２４および積分器２２６からブレ量（θｘ，θｙ）信号がカメラ制御部２４１に入力されている。ここで、ブレ補正機能ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１６がＯＮされている場合には、ステップＳ１２０に進み、カメラ制御部２４１は、積分器２２４、積分器２２６からのブレ量信号（θｘ，θｙ）を手ブレ量演算部２４４に出力し、手ブレ量演算部２４４に順次にブレ量（θｘ，θｙ）を検出させ、さらに、検出されたブレ量（θｘ，θｙ）を順次にメモリ（図示しない）に記録する。

次いで、ステップＳ１３０、Ｓ１４０では、上述したステップＳ７０、Ｓ８０の処理を行わせる。この結果、ブレ補正素子２１Ｘは、Ｘ方向の電極対間に印加された電圧信号に応じて、ブレの方向とは逆方向に光軸方向を屈折変化させるので、ブレによる撮像面の像ブレを抑えることができる。同時に、ブレ補正素子２１Ｙは、Ｙ方向の電極対間に印加された電圧信号に応じて、ブレの方向とは逆方向に光軸方向を屈折変化させるので、ブレによる撮像面の像ブレを抑えることができる。

次いで、ステップＳ１５０では、カメラ制御部２４１は、露出時間タイマーから計時時間Ｔを読み出し、計時時間Ｔが露出時間Ｔ１に到達したか判断する。計時時間Ｔが露出時間Ｔ１に到達していない場合にはステップＳ１１０に戻り、上述した処理を繰り返す。

計時時間Ｔが露出時間Ｔ１に到達した場合には、ステップＳ１６０に進み、カメラ制御部２４１は、タイミング制御部２２２にスタート信号を与えて撮像を開始させる。これに応じて撮像素子７３から出力される画像信号が映像信号処理部２２１に入力されデジタルの画像データに変換され、さらに、デジタル画像処理部２４２において画像処理を行わせ、次いで、圧縮符号化／伸長復号化部２５１に画像データを圧縮符号化させ、圧縮符号化された静止画の画像データを静止画／動画画像メモリ２５２に記録するように制御する。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態について、図１０に示すカメラ２００の構成例に適用して説明する。図１２Ａ，図１２Ｂに示すフローチャートを参照して、カメラ２００の動作を説明する。なお、図１２Ａ，図１２Ｂは動画撮影時にパーン／チルト操作を行ったときブレ補正処理に関するフローチャートである。

いま、カメラ２００を動画撮影モードで使用するために、図５に示すＭＥＮＵキー１１１が動画撮影モードに設定されたことが操作部２５３からカメラ制御部２４１に入力されたこととする。

まず、カメラ制御部２４１は、ステップＳ２１０では、図１０に示す操作部２５３を介してＭＥＮＵキー１１１が動画撮影モードに設定されたか否かを判断する。

ＭＥＮＵキー１１１が動画撮影モードに設定されている場合には、ステップＳ２２０に進み、カメラ制御部２４１は、測光処理や測距処理やＷＢ（ホワイトバランス）処理を行うように測距処理部２２９を制御する。

次いで、ステップＳ２３０では、カメラ制御部２４１は、ブレ補正機能が有効か否かを判断するために、ブレ補正機能ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１６がＯＮされたことが操作部２５３から入力されたか否かを判断する。

ところで、図１０において、角速度センサ１０９が接続された角速度検出部２２３から積分器２２４に信号が入力されると、高域信号が除去され積分演算されて角度変位に変換されたブレ量（θｘ）信号がカメラ制御部２４１に入力される。同時に、角速度センサ１０８が接続された角速度検出部２２５から積分器２２６に信号が入力されると、高域信号が除去され積分演算されて角度変位に変換されたブレ量（θｙ）信号がカメラ制御部２４１に入力される。

ここで、ステップＳ２５０では、カメラ制御部２４１は、積分器２２４、積分器２２６からのブレ量信号（θｘ，θｙ）を手ブレ量演算部２４４に出力し、手ブレ量演算部２４４に順次にブレ量（θｘ，θｙ）を検出させる。
次いで、ステップＳ２６０では、カメラ制御部２４１は、操作部２５３からカーソルキー（←ｏｒ→）が押されることによるパーン（Ｘ方向）操作があるか否かを判断する。パーン（Ｘ方向）操作がない場合には、ステップＳ２８０に進む。一方、ステップＳ２６０において、パーン（Ｘ方向）操作がある場合には、ステップＳ２７０に進む。

ステップＳ２６０において、パーン（Ｘ方向）操作があると判断した場合には、ステップＳ２７０に進み、カメラ制御部２４１は、パーン／チルト操作量算出部２４６により算出されたパーン操作量をブレ補正素子Ｘ方向駆動部２１５に出力する。

ここで、ブレ補正素子Ｘ方向駆動部２１５では、パーン／チルト操作量算出部２４６により算出されたパーン操作量に従って、ブレ補正素子２１Ｘの対向面の電極対間に印加する電圧信号が生成されるので、この電圧信号をブレ補正素子２１Ｘに設けられた電極２９ａ、電極２９ｂに出力する。ブレ補正素子２１Ｘは、Ｘ方向の電極対間に印加された電圧信号に応じて屈折率が変化し、Ｘ方向に光軸方向を傾斜させるので、撮像素子７３に対して撮像面をパーン移動することができる。
一方、ステップＳ２６０において、パーン（Ｘ方向）操作がないと判断した場合には、ステップＳ２８０では、カメラ制御部２４１は、操作部２５３からカーソルキー（↑ｏｒ↓）が押されることによるチルト（Ｙ方向）操作があるか否かを判断する。チルト（Ｙ方向）操作がない場合には、ステップＳ３００に進む。ステップＳ２８０において、チルト（Ｙ方向）操作がある場合には、ステップＳ２９０に進む。

ステップＳ２８０において、チルト（Ｙ方向）操作があると判断した場合には、ステップＳ２９０に進み、カメラ制御部２４１は、パーン／チルト操作量算出部２４６により算出されたチルト操作量をブレ補正素子Ｙ方向駆動部２１６に出力する。

ここで、ブレ補正素子Ｙ方向駆動部２１６では、パーン／チルト操作量算出部２４６により算出されたチルト操作量に従って、ブレ補正素子２１Ｙの対向面の電極対間に印加する電圧信号が生成されるので、この電圧信号をブレ補正素子２１Ｙに設けられた電極２５ａ、電極２５ｂに出力する。ブレ補正素子２１Ｙは、Ｙ方向の電極対間に印加された電圧信号に応じて屈折率が変化し、Ｙ方向に光軸方向を傾斜させるので、撮像素子７３に対して撮像面をチルト移動することができる。

次いで、ズームスイッチ１１５が押された状態にある場合、ステップＳ３００に進み、カメラ制御部２４１は、ズーム処理を行うようにズームレンズ駆動部２１８によりレンズ部７１ａ、ズームレンズ部７１ｂを制御し、ＡＦ処理を行うためにフォーカスレンズ駆動部２１７を制御する。

次いで、ステップＳ３１０では、カメラ制御部２４１は、ブレ補正機能ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１６がＯＮされているか否かを判断する。ブレ補正機能ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１６がＯＮされていない場合には、ステップＳ４００に進む。一方、ブレ補正機能ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１６がＯＮされている場合には、ステップＳ３２０に進む。

次いで、ステップＳ３１０において、ブレ補正機能ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１６がＯＮされていると判断された場合には、ステップＳ３２０では、カメラ制御部２４１は、パーン（Ｘ方向）動作中か否かを判断する。パーン（Ｘ方向）動作中の場合には、ステップＳ３３０に進む。一方、パーン（Ｘ方向）動作中ではない場合には、ステップＳ３５０に進む。

次いで、ステップＳ３３０では、カメラ制御部２４１は、積分器２２４からのブレ量信号（θｙ）を手ブレ量演算部２４４に出力し、手ブレ量演算部２４４に順次にブレ量（θｙ）を検出させ、さらに、検出されたブレ量（θｙ）に基づいて、ブレ補正量算出部２４５にＹ方向のブレ補正量を算出させる。

次いで、ステップＳ３４０では、カメラ制御部２４１は、ブレ補正量算出部２４５に算出させたＹ方向のブレ補正量をブレ補正素子Ｙ方向駆動部２１６に出力する。

この結果、ブレ補正素子２１Ｙは、Ｙ方向の電極対間に印加された電圧信号に応じて、ブレの方向とは逆方向に光軸方向を屈折変化させるので、ブレによる撮像面の像ブレを抑えることができる。

ステップＳ３２０において、パーン（Ｘ方向）動作中ではないと判断された場合には、ステップＳ３５０に進み、カメラ制御部２４１は、チルト（Ｙ方向）動作中か否かを判断する。チルト（Ｙ方向）動作中の場合には、ステップＳ３６０に進む。一方、チルト（Ｙ方向）動作中ではない場合には、ステップＳ３８０に進む。

次いで、ステップＳ３６０では、カメラ制御部２４１は、積分器２２６からのブレ量信号（θｘ）を手ブレ量演算部２４４に出力し、手ブレ量演算部２４４に順次にブレ量（θｘ）を検出させ、さらに、検出されたブレ量（θｘ）に基づいて、ブレ補正量算出部２４５にＸ方向のブレ補正量を算出させる。

次いで、ステップＳ３７０では、カメラ制御部２４１は、ブレ補正量算出部２４５に算出させたＸ方向のブレ補正量をブレ補正素子Ｘ方向駆動部２１５に出力する。

この結果、ブレ補正素子２１Ｘは、Ｘ方向の電極対間に印加された電圧信号に応じて、ブレの方向とは逆方向に光軸方向を屈折変化させるので、ブレによる撮像面の像ブレを抑えることができる。

ステップＳ３５０において、チルト（Ｙ方向）動作中ではないと判断された場合には、すなわち、パーン（Ｘ方向）動作中でもチルト（Ｙ方向）動作中でもない場合には、通常のブレ補正処理を行うためステップＳ３８０に進む。

ステップＳ３８０では、カメラ制御部２４１は、手ブレ量演算部２４４により検出されたブレ量（θｘ，θｙ）に基づいて、ブレ補正量算出部２４５にＸ／Ｙ方向のブレ補正量を算出させる。

次いで、ステップＳ３９０では、カメラ制御部２４１は、ブレ補正量算出部２４５に算出させたＸ方向のブレ補正量をブレ補正素子Ｘ方向駆動部２１５に出力し、算出させたＹ方向のブレ補正量をブレ補正素子Ｙ方向駆動部２１６に出力する。

次いで、ステップＳ４００では、カメラ制御部２４１は、タイミング制御部２２２にスタート信号を与えて撮像を開始させる。これに応じて撮像素子７３から出力される画像信号が映像信号処理部２２１に入力されデジタルの画像データに変換され、さらに、デジタル画像処理部２４２において画像処理を行わせ、次いで、表示メモリに画像データを出力する。さらに、表示メモリ２４７から所定のレートで読み出して画像モニタ１１７に表示するように表示駆動部２４８を駆動することで、画像モニタ１１７から被写体の画像がスルー表示される。この結果、ブレが抑制された画像を表示することができる。

なお、ブレ量の検出では、例えば、Ｙ軸周りの横方向の回転（ヨー回転）とＸ軸周りの縦方向の回転（ピッチ回転）とを検出する２軸の圧電振動ジャイロなど、２〜３軸の角速度センサを用いる。また、検出された角速度を積分して角度変位を求めることができる。さらには、Ｘ軸方向の平行移動、Ｙ軸方向の平行移動などの加速度を検出する加速度センサなどを設けて、回転角速度だけでなく各軸に平行な方向の加速度や振動をも検出できるようにしてもよい。

また、本実施形態においては、動画（ムービー）撮影時のブレ補正処理フローチャートに従って、スルー表示中や動画撮影中には、ユーザ操作に応じてパーン／チルト動作を行いながらスルー表示および撮影記録動作を行うようにしたが、本発明はこのような場合に限定されるものではない。すなわち、パーン（横移動）操作時には、水平（ヨー）回転方向のブレ補正を行わずに、垂直（ピッチ）回転方向のブレ補正のみ行い、逆に、チルト（縦移動）操作時には、垂直（ピッチ）回転方向のブレ補正を行わずに、水平方向（ヨー回転）のブレ補正のみ行いながら、スルー表示および撮影記録動作するよう制御してもよい。

また、本実施の形態によれば、ユーザのスイッチ操作に応じてパーン・チルト動作を行うので、カメラ自体の向きを移動しなくてもスイッチ操作で撮影方向を移動できるので、パーン・チルト操作時の手ブレの発生を抑制することができる。

また、ゆっくりと一定の速度でパーンニングやチルテイングを行うことが初心者でも容易にできるので、パーン・チルト動作によるカメラのブレが生じにくくなり、撮影者はカメラの保持姿勢に集中できる。また、従来では、再生時に表示された画面が揺れるのを見ていた観賞者が酔ってしまうことも考えられるが、本実施の形態によれば、再生時に表示された画面が揺れないので、観賞者が酔うこともなく、見易い動画像を提供することができる。

屈折角度変化の大きなＫＴＮ結晶からなるブレ補正素子を用いるようにしたので、従来の光学補正装置と違って、ブレ補正だけでなく、動画撮影にも十分な広い角度範囲でパーン・チルト駆動を行うことができる。

また、ユーザの操作に応じてカーソルスイッチなどのパーン・チルト操作スイッチが押され、電動パーン・チルトの動作中か否かを判断するだけで、手ブレかパーン・チルト操作かを確実に判断できるので、従来のような手ブレ処理とパーン・チルト操作処理との複雑な判別処理が不要になる。

また、本実施の形態によれば、動画撮影において、横方向のパーン動作時に垂直方向（ピッチ）のブレ補正を行う場合には水平方向（ヨー）のブレ補正を行わず、逆に、縦方向のチルト動作時に水平方向（ヨー）のブレ補正を行う場合には垂直方向（ピッチ）のブレ補正を行わないように制御し、パーン動作中でもチルト動作中でもない場合には、水平方向（ヨー）および垂直方向（ピッチ）のブレ補正を共に行うように制御するので、パーン・チルトと判断された場合にブレ補正を制限したり、センタリング速度を補正したりするなどの面倒な処理も不要にできるとともに、パーン・チルト動作後の揺れ戻しも生じない。また、誤判別が生じないので、追従性がよく、かつ、パーン・チルト動作中も動作回転方向とは直交する回転方向でのブレ補正を十分に行うことができる。

また、ユーザ操作に応じたパーン・チルト動作時には、ズーム光学系の焦点距離もしくは撮影画角（写角）に応じて、ブレ補正素子の屈折角を可変する駆動速度を切替えるように制御し、焦点距離が長くなるほど、もしくは、画角範囲が狭くなるほど遅い駆動速度となるようにしてもよい。これにより、ファインダー画面の枠内範囲に対して略一定の移動速度（角速度）になり、自然な操作感覚で撮影することができる。

また同様に、動画撮影などでは、操作スイッチを用いた電子的なパーン／チルト操作の入力に応じて、ブレ補正素子により意図的に撮影光軸を傾斜させて、光学系の撮影画角の範囲内で、電動式パーン／チルト動作を行うこともでき、動画撮影における手ブレの発生を抑制することもできる。

例えば、静止画の撮影時には、ユーザ操作によりパーン・チルト動作を行った際には、パーン・チルト動作やズーム操作を行った後に、レリーズキーで撮影時に検出された水平・垂直軸周りの角速度に応じて、ブレ補正を行って撮影する。また、スルー表示中や動画撮影中には、ユーザ操作によるパーン・チルト動作を行いながらスルー表示および撮影記録動作を行うが、パーン（横移動）操作時には、垂直軸周りの水平（ヨー）回転方向のブレ補正を行わずに、水平軸周りの垂直（ピッチ）回転方向のブレ補正のみ行い、逆に、チルト（縦移動）操作時には、水平軸周りの垂直（ピッチ）回転方向のブレ補正を行わずに、垂直軸周りの水平方向（ヨー回転）のブレ補正のみ行いながら、スルー表示および撮影記録動作するよう制御するなどすればよい。

パーン・チルト操作に用いる操作スイッチが押されたか否か、または、パーン・チルト動作中か否かで、パーン・チルトを確実に判断できるので、手ブレとパーン・チルトの複雑な判別処理が不要になる。また、カメラの向きを移動しなくてもスイッチ操作に応じてパーン・チルト駆動させるので、パーン・チルト操作時に手ブレが生じにくくなるとともに、パーン動作時にはパーン操作方向（ヨー回転）のブレ補正を行わず、チルト動作時にはチルト操作方向（ピッチ回転）のブレ補正を行わないので、揺れ戻し現象が生じず、揺れ戻しの補正処理も不要となり、かつ、パーン・チルトの各動作中にも他方向のブレ補正は十分に行うことができる。

なお、図１３は１次の電気光学効果を生じる結晶の特性例を示す図であり、図１４は１次の電気光学効果を生じる他の結晶の特性例を示し、図１５は２次の電気光学効果を生じる結晶の特性例を示す図である。なお、図１３から図１５に示す特性例は、朝倉書店から１９７６年に出版された「光学技術ハンドブック増補版」による。

このような各種の誘電体や光学結晶などで、１次電気光学係数（ポッケルス定数γ）や、特に、２次電気光学係数（カー定数ｇ）が大きいものなどが本実施形態のブレ補正素子に利用できる。

また、圧電材料などにも使われているＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）やＰＬＺＴ（ランタンをドーブしたジルコン酸チタン酸鉛）などの焼結体やセラミックスなども、可視光を透過し、透過率の高い透明セラミックス薄膜などが形成できれば、また、屈折率変化が大きく電気光学効果が大きいものであれば、同様にこれらを用いて、ブレ補正素子を構成することができる。

一般に、結晶の微粒子から成り立つ焼結体や金属酸化物のセラミックスでは、単結晶が透明であっても、空孔などが存在すると透過性が無い。これを均一な相の微粒子にして、また、内部の気孔を排除すると透過性があるセラミックスができる。焼結には減圧状態での高温処理で内部ガスを追い出した後に焼結するか、数百ｋｇ／ｃｍ^２に加圧しながら焼結する方法（ホットプレス法）などがある。

あるいは、ＰＬＺＴ粉末原料を低真空下で高速に吹きつける虹法（エアロゾルデポジション法）などを利用して、微結晶からなるＰＬＺＴの透明で緻密なセラミックス膜薄膜などを作製して利用しても良い。

例えば、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）に、ランタン（Ｌａ^３＋）やビスカス（Ｂｉ^３＋）などを少量添加して、２００〜６００ｋｇ／ｃｍ^２、１０００〜１３００℃で数時間ホットプレスして製造された透明セラミックスによる電気光学用材料の例がある。

（Ａ）はブレ補正素子の一例を示す斜視図である。（Ｂ）はブレ補正素子１１に電圧波形を印加した場合に発生する屈折率分布の様子を示す模式図である。（Ｃ）はこのブレ補正素子１１の層厚方向と屈折率の変化を表すグラフである。（Ｄ）はブレ補正素子の例として、ＫＴＮ結晶とニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）の電界−屈折率変化の特性を示すグラフである。（Ａ）はブレ補正素子の第２の構成例を示す図であり、（Ｂ）はブレ補正素子の第３の構成例を示す図である。（Ａ）はブレ補正素子の第４の構成例を示す図であり、（Ｂ）はブレ補正素子の第５の構成例を示す図であり、（Ｃ）はブレ補正素子の第６の構成例を示す図である。（Ａ）は光学式手ブレ補正装置のズームレンズ・ユニットの構成を示す図であり、（Ｂ）はカメラに手ブレが加わった状態を示す図であり、（Ｃ）はカメラに手ブレが加わった状態において、手ブレ補正した状態を示す図である。本発明に係るブレ補正装置が搭載されるカメラ１０１の前面図（Ａ）、背面図（Ｂ）、側面断面図（Ｃ）である。ズームレンズ・ユニット７０の具体的構成を示す図である。本発明に係るブレ補正装置１４０が搭載されたカメラの構成例を示す図である。（Ａ），（Ｂ），（Ｄ）は、特定方向に同じ量だけ移動していれば像ブレと判断する例を示す図であり、（Ｃ）は、中央部分のように被写体が移動している例を示す図である。本発明に係るブレ補正装置１５０が搭載されたカメラの構成例を示す図である。本発明に係るブレ補正装置が搭載されたカメラ２００の構成例を示す図である。静止画撮影時のブレ補正処理に関するフローチャートその１である。静止画撮影時のブレ補正処理に関するフローチャートその２である。動画撮影時にパーン／チルト操作を行ったときブレ補正処理に関するフローチャートその１である。動画撮影時にパーン／チルト操作を行ったときブレ補正処理に関するフローチャートその２である。１次の電気光学効果を生じる結晶の特性例を示す図である。１次の電気光学効果を生じる他の結晶の特性例を示す図である。２次の電気光学効果を生じる結晶の特性例を示す図である。

符号の説明

２１…ブレ補正素子、２１Ｘ…ブレ補正素子、２１Ｙ…ブレ補正素子、６２…プリズム、７０…ズームレンズ・ユニット、７１…撮影レンズ群、７３…撮像素子、１０８…角速度センサ、１０９…角速度センサ、１４０…ブレ補正装置、１４１…信号処理部、１４２…画像デー記録部、１４３…ベクトル検出部、１４４…ブレ量演算部、１４５…補正量算出部、１４６…ブレ補正駆動部、１４６Ｘ…ブレ補正部、１４６Ｙ…ブレ補正部、１４７…ブレ量記録部、１４８…表示部、１４９…カメラ制御部、１５０…ブレ補正装置、１５１…積分器、１５２…補正量算出部、１５５…積分器、１５６…補正量算出部、２１０…ズームレンズ・ユニット、２１６…方向駆動部、２１７…フォーカスレンズ駆動部、２１８…ズームレンズ駆動部、２１９…駆動部、２２１…映像信号処理部、２２２…タイミング制御部、２２３…角速度検出部、２２４…積分器、２２５…角速度検出部、２２６…積分器、２２８…測距センサ、２２９…測距処理部、２３０…ストロボ駆動部、２４０…制御回路、２４１…カメラ制御部、２４２…デジタル画像処理部、２４３…画像バッファメモリ、２４４…手ブレ量演算部、２４５…ブレ補正量算出部、２４６…パーン／チルト操作量算出部、２４７…表示メモリ、２４８…表示駆動部、２５０…画像処理部、２５１…伸長復号化部、２５２…動画画像メモリ、２５３…操作部

Claims

印加電圧に応じて層内で屈折率のグラデーションを発生する光学材料と、
前記光学材料を撮影光軸上に配置してなる撮影光学系と、
前記撮影光学系により撮像面に結像された被写体像を撮像する撮像手段と、
発生したブレのブレ量を検出するブレ検出手段と、
前記ブレ検出手段により検出されたブレ量に応じてブレ補正量を算出する補正量算出手段と、
前記光学材料に電圧を印加する駆動手段と、
前記補正量算出手段により算出された補正量に従って、前記撮像手段の撮像面での像ブレを抑制するように前記駆動手段を制御する制御手段とを備えるブレ補正装置であって、
前記光学材料は、
前記撮影光軸の方向と直交する第１の方向の対向面に第１の電極が形成され、前記第１の電極に印加された電圧に応じて、前記撮影光軸を傾斜させる第１のブレ補正素子と、
前記撮影光軸の方向と直交し、かつ、前記第１の方向と直交する第２の方向の対向面に第２の電極が形成され、前記第２の電極に印加された電圧に応じて、前記撮影光軸を傾斜させる第２のブレ補正素子とからなるブレ補正素子を構成することを特徴とするブレ補正装置。
前記第１のブレ補正素子と前記第２のブレ補正素子とが、前記撮影光学系の光軸上の異なる位置に隣接して並べて配置されたことを特徴とする請求項１に記載のブレ補正装置。
前記第１のブレ補正素子と前記第２のブレ補正素子とが、前記撮影光学系の光軸上の同一位置に配置され、前記第１のブレ補正素子の第１の対向面と前記第２のブレ補正素子の第２の対向面とが直交するように配置されたことを特徴とする請求項１に記載のブレ補正装置。
前記撮影光学系は、
被写体からの入射光を４５度屈曲させて当該撮影光学系に導く反射体と、
焦点位置を可変可能なズームレンズ光学系とからなり、
前記光学材料は、
前記撮影光学系の撮影光軸上の前記反射体の像側後方、かつ、前記ズームレンズ光学系の被写体側前方に配置されてなることを特徴とする請求項１に記載のブレ補正装置。
前記光学材料は、
ＫＴＮ結晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン酸バリウムのいずれか１つ、または、酸化物誘電体結晶であることを特徴とする請求項１に記載のブレ補正装置。
前記光学材料は、
ＰＬＺＴからなる電気光学特性を有するセラミックス、透明セラミックス、強誘電体の焼結体のいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載のブレ補正装置。