JP5274202B2 - 像振れ補正装置および撮像装置、像振れ補正装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像の振れを補正する像振れ補正装置および撮像装置、像振れ補正装置の制御方法に関するものである。

デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置では、手振れや振動により被写体像が振れてしまい、見づらい映像となってしまうことがよくある。最近では高倍率のレンズが採用されており、特にテレ（望遠）側の時は像振れが大きく目立つ。このような手振れ等による像振れを補正をするための像振れ補正機構を有する撮像装置が数多く提案され、製品化されている。像振れの補正方法としては、角速度センサや角加速度センサを備え、これらのセンサによって振れ量を検出して、光学的に画角を移動可能な補正手段であるシフトレンズを振れ量をキャンセルする方向に動かすことで像振れ補正が行われる。

上記のシフトレンズの駆動時には、シフトレンズ位置信号をフィードバックさせるフィードバック制御が行われる。一般にフィードバック制御ではＰＩＤ制御と呼ばれる制御方法が用いられている。Ｄ補償（微分補償）はＰ補償（比例補償）のゲイン余裕及び位相余裕の低下を改善し、フィードバック制御の安定性を向上させるために用いられる。Ｉ補償（積分補償）は、フィードバック制御のオフセット特性を改善するために用いられる。これらＰ補償、Ｉ補償及びＤ補償を、必要に応じて選択して組み合わせて用いたフィードバック制御をＰＩＤ制御と呼ぶ。

上記角速度センサや角加速度センサは一般に圧電ジャイロで構成され、その出力信号は通電開始後やリセット後にドリフトし、安定するまでにある程度の時間を要する。したがって、センサに通電を開始した直後やセンサをリセットした直後は、像振れを補正するための信号が正確な値とならず、像振れを適切に補正することはできない。補正が過剰になって、像振れ補正を行うことが逆効果になる虞もある。

センサの出力信号の不安定さが像振れを補正するための信号に現れる度合いは、センサの出力を積分するフィルタや、これにセンサの出力信号を導くフィルタのカットオフ周波数に依存する。カットオフ周波数を低くすれば、遅い振れによる像振れも補正することが可能になり、像振れ補正性能は向上するものの、センサの出力信号のドリフトが演算結果に現れ易い。一方、カットオフ周波数を高くすれば、センサの出力信号のドリフトの影響を受け難くなるものの、像振れ補正性能は低下する。

上述したセンサから算出される振れ量に基づいて像振れを補正する方法や装置などは数多く提案されている。像振れを補正するための補正信号生成用のフィルタを複数用意し、これらフィルタを並行して動作させることで、例えば、ライブビューとして表示する画像の撮影と記録用の画像の撮影とで、像振れ補正信号を使い分けることが可能となる。よって、ライブビューの表示開始直後でも像振れの補正を適切に行うことができる。安定化に要する時間が長い補正信号生成用のフィルタほど、安定化後の像振れ補正精度を高くしておき、レリーズボタンの操作によって精度の高い像振れ補正信号に切り替えるようにする。このことで、記録用の画像を撮影する際に像振れを十分に補正することも可能である（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２６０５２５号公報

しかしながら、上記従来例では、像振れの大きさが補正可能な限界を超えた場合、十分な像振れ補正が実現されない虞がある。例えば、ユーザーが、被写体を急いで捕らえるためにカメラを大きく動かし、像振れ補正可能な限界を超える大きな手振れが生じていると、シフトレンズが可動範囲の限界位置に停止した状態となる。このとき、静止画像の生成が指示されると、精度の高い像振れ補正信号に切り替えることで、遅い振れによる像振れも補正することが可能となるが、可動範囲の限界位置に駆動する可能性が高くなる。

したがって、上記のような可動範囲の限界位置にシフトレンズが位置している場合に静止画像の生成指示がなされたとする。すると、可動範囲の限界位置に停止した状態で露光が終了し、像振れが全く補正されず、撮影された画像において十分な像振れ補正効果を得られないという問題を有していた。

（発明の目的）
本発明の目的は、大きい振れが生じた場合においても、精度の高い像振れ補正を行うことのできる像振れ補正装置および光学機器、撮像装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、振れを検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段の出力に基づいて、第一の像振れ補正信号と当該第一の像振れ補正信号が処理された周波数帯域より低い周波数帯域を処理された第二の像振れ補正信号を生成する生成手段と、前記第一の像振れ補正信号と第二の像振れ補正信号を選択的に出力するように切り換える切替手段と、前記切替手段によって切り替えられた信号を用いて像振れ補正を行う像振れ補正手段とを有し、前記切替手段は、撮像装置の露光指示に従って、前記第一の像振れ補正信号が切り替え可能な範囲内か否かを判定し、前記切り替え可能な範囲内であれば前記第一の像振れ補正信号から前記第二の像振れ補正信号に出力を切り替え、前記切り替え可能な範囲外であれば前記第一の像振れ補正信号の傾きによって当該切り替えを選択することを特徴とする像振れ補正装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、本発明は、本発明の上記像振れ補正装置を具備する撮像装置とするものである。

本発明によれば、大きい振れが生じた場合においても、精度の高い像振れ補正を行うことができる像振れ補正装置および撮像装置、像振れ補正装置の制御方法を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例に示す通りである。

図１は本発明の一実施例に係る像振れ補正装置を含む撮像装置の全体システムを示す構成図である。

図１において、１０１は変倍を行うズームレンズ、１０２はズームレンズ１０１を駆動制御するズーム駆動制御部、１０３は画角変更を可能とするシフトレンズ、１０４はシフトレンズ１０３を駆動制御するシフトレンズ駆動制御部である。１０５は絞り・シャッタユニット、１０６は絞り・シャッタユニット１０５を駆動制御する絞り・シャッタ駆動制御部、１０７はピント調整を行うフォーカスレンズ、１０８はフォーカスレンズ１０７を駆動制御するフォーカス駆動制御部である。

１０９は各レンズ群を通ってきた光像を電気信号に変換する撮像部、１１０は撮像部１０９からの電気信号を映像信号に変換処理する撮像信号処理部である。１１１は撮像信号処理部１１０からの映像信号を用途に応じて加工する映像信号処理部、１１２は映像信号処理部１１１からの信号を必要に応じて表示する表示部である。１１３はシステム全体で使用する用途に応じた電源を供給する電源部、１１４は外部との通信及び映像信号を入出力する外部入出力部、１１５はシステムを操作するための操作部である。１１６は映像情報など様々なデータを記憶する記憶部、１１７はシステム全体を制御する制御部である。シフトレンズ駆動制御部１０４が主に像振れ補正装置を構成する。

次に、上記構成における撮像装置の全体システムについて説明する。

操作部１１５は、押し込み量に応じて第１スイッチおよび第２スイッチが順にオンするように構成されたレリーズボタンを有している。このレリーズボタンを約半分押し込んだときに第１スイッチがオンし、レリーズボタンを最後まで押し込んだときに第２スイッチがオンする構造となっている。操作部１１５の操作により第１スイッチがオンすると、画像情報に基づいてフォーカスレンズ１０７によりピント調節するとともに、絞り・シャッタユニット１０５により適正な露光量に設定する。さらに、第２スイッチがオンすると、撮像部１０９に光像が露光され、得られた画像情報が記憶部１１６に記憶される。このとき、操作部１１５より像振れ補正オンの指示があれば、制御部１１７はシフトレンズ駆動制御部１０４に像振れ補正を指示して像振れ動作を、像振れ補正のオフが指示されるまでシフトレンズ１０３を駆動して行う。

また、静止画モードと動画モードを選択可能であり、それぞれのモードにおいて各アクチュエータの動作条件も変更可能としている。そして、操作部１１５よりズーム変倍の指示があると、制御部１１７は、ズーム駆動制御部１０２を介して指示されたズーム位置にズームレンズ１０１を移動させる。そして、同時に撮像部１０９から各信号処理部（１１０，１１１）にて処理された画像情報をもとにフォーカスレンズ１０７を駆動してピント調節を行わせる。

図２は、図１に示すシフトレンズ駆動制御部１０４の構成を示すブロック図である。

図２において、２０１は撮像装置の姿勢が正位置において垂直方向（ピッチ方向）の振れ（振動）を検出する振れ検出センサ部、２０２は撮像装置の姿勢が正位置において水平方向（ヨー方向）の振れを検出する振れ検出センサ部である。２０３，２０４は振れ検出センサ部２０１，２０２の出力（振れ情報）をもとにシフトレンズ１０３の補正位置指令信号を算出する防振制御部である。２０９はシフトレンズ１０３のピッチ方向の位置を検出する位置検出部、２１０はシフトレンズ１０３のヨー方向の位置を検出する位置検出部である。

２０５，２０６は防振制御部２０３，２０４からの補正位置指令信号と位置検出部２０９，２１０からのシフトレンズ位置信号よりピッチ方向、ヨー方向それぞれについての駆動目標値を求めるＰＩＤ部である。２０７，２０８はＰＩＤ部２０５，２０６からの駆動目標値をもとにシフトレンズ１０３を駆動するドライブ部である。

次に、像振れ補正動作について説明する。

像振れ補正動作は、ピッチ方向、ヨー方向の振れ検出センサ部２０１，２０２からの振れ情報に基づいて行われる。つまり、画角が変化しないように振れ方向とは逆の方向に移動するように防振制御部２０３，２０４からの補正位置指令信号（駆動目標値）によりシフトレンズ１０３を移動させることで行われる。シフトレンズ１０３の位置制御は、このシフトレンズ１０３に付けられた磁石を位置検出部２０９，２１０で検出し、そのシフトレンズ位置信号を防振制御部２０３，２０４からの補正位置指令信号に合わせるようなフィードバック位置制御となっている。

図３は、図２の防振制御部２０３（２０４）の詳細を示すブロック図である。ここでは、振れ検出センサ部２０１（２０２）として、角速度センサを使用した例を示す。

３０１は角速度センサである。この角速度センサ３０１は水平方向の角速度と垂直方向の角速度を検出して出力するが、図３においてはこれらの信号をまとめて表している。３０２は角速度センサ３０１からの振れ情報である角速度信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。３０３ａ，３０３ｂはそれぞれＤＣ（直流）成分をカットするＨＰＦ（ハイパスフィルタ）であり、３０４ａ，３０４ｂはそれぞれ角速度信号を角度信号に変換するためのＬＰＦ（ローパスフィルタ）である。上記一方のＨＰＦ３０３ａの出力信号はＬＰＦ３０４ａに与えられ、他方のＨＰＦ３０３ｂの出力信号はＬＰＦ３０４ｂに与えられる。

３０５は信号選択部であり、ＬＰＦ３０４ａの出力端子に接続された状態とＬＰＦ３０４ｂの出力端子に接続された状態とを取り得る。信号選択部３０５は制御部３０６から与えられる指示に応じて、ＬＰＦ３０４ａからの像振れ補正信号とＬＰＦ３０４ｂからの像振れ補正信号の一方を選択して、ＰＩＤ制御部３０７（図２のＰＩＤ制御部２０５，２０６に相当）に接続する。３０６は信号選択部３０５のスイッチを切り替える制御部であり、露光中以外にはＬＰＦ３０４ａからの像振れ補正信号を選択させ、露光中にはＬＰＦ３０４ａの出力状態に応じて、ＬＰＦ３０４ａまたはＬＰＦ３０４ｂからの像振れ補正信号を選択させる。

ここで、ＨＰＦ３０３ａとＨＰＦ３０３ｂのカットオフ周波数は異なり、ＬＰＦ３０４ａとＬＰＦ３０４ｂのカットオフ周波数も異なっている。ＨＰＦ３０３ｂとＬＰＦ３０４ｂのカットオフ周波数はＨＰＦ３０３ａとＨＰＦ３０４ａより低く設定されている。

例えば、露光中に０．１Ｈｚ〜２０Ｈｚの周波数に相当する速度の像振れを補正し得るように設計されている場合、ＨＰＦ３０３ａとＬＰＦ３０４ａのカットオフ周波数は０．１Ｈｚよりもやや低く設定されている。また、露光中以外に５Ｈｚ〜２０Ｈｚの周波数に相当する速度の像振れを補正し得るように設計されている場合、ＨＰＦ３０３ｂのカットオフ周波数は１Ｈｚよりやや低く設定されている。ＬＰＦ３０４ｂのカットオフ周波数は５Ｈｚよりもやや低い程度である。

次に、像振れ補正信号を切り替える条件について、図４のフローチャートにしたがって説明する。なお、この図４は第２スイッチ（ＳＷ２）がオンされたときに実行されるものであり、後述の図７のステップＳ７０６での動作に相当する。また、図５は像振れ補正信号を切り替える場合の一例を示したものであり、図６は像振れ補正信号を切り替えない場合の一例を示したものである。

まず、ステップＳ６０１にて、像振れ補正信号であるＬＰＦ出力を算出する。そして、次のステップＳ６０２にて、ＬＰＦ出力が切り替え可能領域内かどうかの判定を行い、切り替え可能領域内の場合にはステップＳ６０５へ進み、像振れ補正信号の切り替えを可能とする。

一方、切り替え可能領域外の場合にはステップＳ６０３へ進み、ＬＰＦ出力の傾きの直線を算出する。ここでは切り替え可能領域はレンズ可動範囲の１／２を想定しているが、異なる値でもよい。また、レンズ可動範囲限界の距離は焦点距離に応じて異なるため、切り替え可能領域の距離は焦点距離に応じて変化する。ここでは、各焦点距離においてレンズ可動範囲限界の距離と切り替え可能領域の距離が同一の割合となるよう設定している。つまり、焦点距離を参照して切り替え可と判定している。なお、ＬＰＦ出力の傾きは、この傾き算出用所定時間（例えば１ｍｓ）を使用して
ＬＰＦ出力の傾き＝（ＳＷ２オン時のＬＰＦ出力−ＳＷ２オン時より傾き算出用所定
時間前のＬＰＦ出力の傾き）／傾き算出用所定時間
の式で求める。

次のステップＳ６０４では、算出したＬＰＦ出力の傾きの直線と可動範囲との交点の時間を算出し、露光時間との比較を行う。この結果、交点の時間が露光時間より長い場合（図５参照）には、露光中に可動範囲限界までの振れが生じる可能性は低いと判定し、ステップＳ６０５へ進み、像振れ補正信号の切り替えを可能とする。また、交点の時間が露光時間より短い場合（図６参照）には、露光中に可動範囲限界までの振れが生じる可能性が高いと判定してステップＳ６０６へ進み、像振れ補正信号の切り替えを不可とする。つまり、像振れ補正信号の傾きと露光時間の相対関係に基づいて切り替え可不可を判定している。

次に、上記の振れ補正機能を有する撮像装置の一連の動作について、図７のフローチャートにしたがって説明する。

まず、ステップＳ７０１にて、撮像装置の電源がオンされるとステップＳ７０２へ進み、角速度センサ３０１の駆動を開始し、次のステップＳ７０３にて、像振れ補正演算を開始する。ここで、像振れ補正演算の動作は一定周期毎（例えば２５０μｓｅｃ）に発生する割り込み処理によって行われる。そして、第１の方向、例えばピッチ方向（縦方向）と第２の方向、例えばヨー方向（横方向）の制御が行われる。

次のステップＳ７０４では、レリーズボタンが最後まで押し込まれて第２スイッチ（ＳＷ２）がオンしたかどうかの判定を行い、第２スイッチ（ＳＷ２）がオンしていなければステップＳ７０５へ進み、電源がオフされたかどうかを判定する。電源がオフされると一連の動作を終了する。一方、電源がオフされていなければステップＳ７０４へ戻る。

また、上記ステップＳ７０４にて第２スイッチ（ＳＷ２）がオンしていればステップＳ７０６へ進み、像振れ補正信号の切り替えを行うかどうかの判定（図４のステップＳ６０５かＳ６０６かの判定）を行う。ここで、像振れ補正信号の切り替えを行う場合にはステップＳ７０７へ進み、像振れ補正信号の切り替えを行い、ステップＳ７０８へ進む。一方、像振れ補正信号の切り替えを行わない場合には直ちにステップＳ７０８へ進む。

ステップＳ７０８へ進むと、像振れ補正信号の切り替えを行わずに露光を開始する。そして、次のステップＳ７０９にて、所定時間露光後に露光を終了する。そして、次のステップＳ７１０にて、露光中に像振れ補正信号が変更された（切り替えられた）かどうかの判定を行い、変更されていなければステップＳ７０４へ戻る。また、ステップＳ７０７と同様、像振れ補正信号が変更されている場合はステップＳ７１１へ進み、露光開始前の像振れ補正信号を設定し、ステップＳ７０４へ戻る。なお、ステップＳ７１１にて露光開始前の像振れ補正信号を設定するのは以下の理由による。像振れ補正信号の切り替えを行い、より低い周波数まで補正し得る状態では低い周波数を補正することで、レンズが可動範囲限界に移動しやすいため、画像表示部での見え方が悪くなる。この見え方の悪化を防止するため、露光開始前の像振れ信号に設定するのである。

上記実施例の、画像の振れを補正する振れ補正機能を備えた撮像装置においては、以下のような構成要素を有する。撮影画像の振れを検出する振れ検出手段である角速度センサ３０１を有する。さらに、検出された振れ情報に基づいてそれぞれ特性の異なる像振れ補正信号を生成する複数の像振れ補正信号生成手段であるＨＰＦ３０３ａ、ＬＰＦ３０４ａおよびＨＰＦ３０３ｂ、ＬＰＦ３０４ｂを有する。さらに、複数の像振れ補正信号生成手段を並行して動作させる制御手段である防振制御部２０３（２０４）と、少なくとも一つ以上の像振れ補正信号に基づいてどの像振れ補正信号を選択するかを判定する判定手段である制御部３０６を有する。さらに、複数の像振れ補正信号生成手段にて生成された複数の像振れ補正信号の中から前記判定手段により判定された像振れ補正信号を出力する選択手段である信号選択部３０５を有する。そして、選択手段により出力される像振れ補正信号に基づいて上記したようにしてシフトレンズ１０３が駆動され、像振れ補正が行われる。

上記判定手段は、露光開始時の像振れ補正信号、もしくは、露光開始時の像振れ補正信号の傾きに基づいてどの像振れ補正信号の選択を行うかを判定する。

または、判定手段は、露光開始時の焦点距離を参照してどの像振れ補正信号の選択を行うかを判定する。

また、判定手段は、像振れ補正信号の傾きと露光時間の相対関係にもとづいてどの像振れ補正信号の選択を行うかを判定する。また、判定手段は、露光中は、複数の像振れ補正信号生成手段にて生成された像振れ補正信号の中からいずれかを選択し、露光終了後は、露光開始前に生成された像振れ補正信号を選択する。

以上のように、像振れを補正するための像振れ補正信号生成手段を複数用意し、像振れ補正信号生成手段を並行して動作させ、露光中に像振れ補正信号生成手段の切り替えを行うかどうかを、露光直前の像振れ補正信号に基づいて判定するようにしている。よって、大きい振れが生じた場合においても、精度の高い像振れ補正を可能にする撮像装置を提供できる。

本発明の一実施例に係る撮像装置の全体システムを示す構成図である。 図１に示すシフトレンズ駆動制御部の構成を示すブロック図である。 図２の防振制御部の詳細を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係る補正信号を切り替える条件について説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施例において補正信号を切り替える場合の一例を示した図である。 本発明の一実施例において補正信号を切り替えない場合の一例を示した図である。 本発明の一実施例に係る像振れ補正動作を含む一連の撮影動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０３ シフトレンズ
１０４ シフトレンズ駆動制御部
１１７ 制御部
２０１ ピッチ方向の振れ検出センサ部
２０２ ヨー方向の振れ検出センサ部
２０３ ピッチ方向の防振制御部
２０４ ヨー方向の防振制御部
２０５ ピッチ方向のＰＩＤ制御部
２０６ ヨー方向のＰＩＤ制御部
３０３ａ ＨＰＦ
３０３ｂ ＨＰＦ
３０４ａ ＬＰＦ
３０４ｂ ＬＰＦ
３０５ 信号選択部
３０６ 制御部
３０７ ＰＩＤ制御部

Claims (6)

1. 振れを検出する振れ検出手段と、
   前記振れ検出手段の出力に基づいて、第一の像振れ補正信号と当該第一の像振れ補正信号が処理された周波数帯域より低い周波数帯域を処理された第二の像振れ補正信号を生成する生成手段と、
   前記第一の像振れ補正信号と第二の像振れ補正信号を選択的に出力するように切り換える切替手段と、
   前記切替手段によって切り替えられた信号を用いて像振れ補正を行う像振れ補正手段とを有し、
   前記切替手段は、撮像装置の露光指示に従って、前記第一の像振れ補正信号が切り替え可能な範囲内か否かを判定し、前記切り替え可能な範囲内であれば前記第一の像振れ補正信号から前記第二の像振れ補正信号に出力を切り替え、前記切り替え可能な範囲外であれば前記第一の像振れ補正信号の傾きによって当該切り替えを選択することを特徴とする像振れ補正装置。
2. 前記切替手段は、前記第一の像振れ補正信号の傾きと前記像振れ補正手段の補正部材の可動範囲との交点の時間を算出し、前記交点の時間が露光時間よりも長い時は前記第一の像振れ補正信号から前記第二の像振れ補正信号に出力を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
3. 前記像振れ補正手段の補正部材の可動範囲は、前記撮像装置の露光開始時の焦点距離に基づいて決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正装置。
4. 前記切り替え可能な範囲は、前記像振れ補正手段の補正部材の可動範囲の半分であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の像振れ補正装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の像振れ補正装置を具備することを特徴とする撮像装置。
6. 振れを検出する振れ検出工程と、
   前記振れ検出工程からの出力に基づいて、第一の像振れ補正信号と当該第一の像振れ補正信号が処理された周波数帯域より低い周波数帯域を処理された第二の像振れ補正信号を生成する生成工程と、
   前記第一の像振れ補正信号と第二の像振れ補正信号を選択的に出力するように切り換える切替工程と、
   前記切替工程によって切り替えられた信号を用いて像振れ補正を行う像振れ補正工程とを有し、
   前記切替工程においては、撮像装置の露光指示に従って、前記第一の像振れ補正信号が切り替え可能な範囲内か否かを判定し、前記切り替え可能な範囲内であれば前記第一の像振れ補正信号から前記第二の像振れ補正信号に出力を切り替え、前記切り替え可能な範囲外であれば前記第一の像振れ補正信号の傾きによって当該切り替えを選択することを特徴とする像振れ補正装置の制御方法。

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