JP5521624B2 - ブレ補正機能付き撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮影時の手ブレを補正するブレ補正機能を有する撮像装置に関する。

近年、デジタルカメラ等の撮像装置の自動化が進み、自動露出や自動焦点調節機構などを備えたものが広く実用化され、これらの多機能化の一環として、装置全体のブレに起因する像ブレを補正するブレ補正機能を実現する技術も実用化されている。

ブレ補正機能を備える撮像装置の位置検出手段は、一般的に、磁力を発生するマグネットと、その磁力を検出し、検出された磁力の大きさに比例した出力を行う磁気センサとから構成されている。

しかしながら、これらの部材は温度による特性変化が大きいため、環境温度から受ける影響を緩和する技術が望まれている。これに対し、磁気センサ近傍に温度センサを配備して温度を検出し、温度のレベルに応じて磁気センサ出力を補正する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、リアルタイムで温度検出を行うことができる位置検出装置として、磁気センサであるホール素子への入力値を検出することで磁気センサ周囲温度の変動をモニタし、補正する技術が記載されている。

しかしながら、温度の変動をモニタするために、位置検出手段の他に温度センサや、ホール素子入力値をモニタする手段を設ける必要があり、部品点数の増加や信号配線増加によるコストアップや装置のサイズアップを招くという問題がある。

よって、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、温度センサ、さらには磁気センサ入力値モニタ回路を増設することなく、従来の位置検出回路の構成において、装置内の温度変化の影響により生じる磁気センサ出力変動を補償することができ、いかなる温度環境下でも正確な位置検出が可能な、ブレ補正の精度に優れた撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、以下のとおりである。
〔１〕 撮像素子と、
撮像装置のブレを検出するブレ検出センサと、
前記ブレ検出センサの出力から得られる装置のブレ量から、撮像素子面上の像の位置ブレ量を算出するブレ量算出手段と、
前記撮像素子の位置を移動させるための、駆動マグネット及び駆動コイルから構成されるブレ補正手段と、
前記撮像素子の位置を検出するための位置検出マグネット及び位置検出センサで構成され、マグネットの磁力分布とセンサの相対位置関係から導かれる変位を検出する変位検出手段と、
前記ブレ量算出手段により算出された像の位置ブレ量を基に、前記ブレ補正手段により前記撮像素子の位置を制御してブレ量を抑える制御手段と、
ブレ補正の非動作時には前記撮像素子を固定し、ブレ補正の動作時には前記撮像素子が移動できるように固定を解除する保持機構とを有し、
前記撮像素子及び前記位置検出センサは、互いの相対的位置関係が不変であり、且つ、前記撮像素子面に平行な面内で前記撮像装置本体に対して移動可能に設けられ、
前記位置検出マグネットは、前記撮像装置本体に対して固定されて設けられ、且つ、前記位置検出センサが磁気を検出可能な位置に配置され、
前記位置検出マグネットの磁気中性点を前記位置検出センサが検出する際の撮像素子の位置から、該撮像素子を移動可能な方向に一定距離ずらした位置を、前記保持機構で前記撮像素子を固定する固定位置とし、該固定位置で得られる前記位置検出センサの出力を補正値として取得し、該補正値を用いてブレ補正開始後に得られる前記位置検出センサ出力の補正を行うことを特徴とするブレ補正機能付き撮像装置である。
〔２〕 前記補正値の取得時に前記位置検出センサに印加される駆動電流値が、ブレ補正開始時の所定の駆動電流値よりも高くなるよう制御されることを特徴とする前記〔１〕に記載のブレ補正機能付き撮像装置である。
〔３〕 連続撮影時に、１枚目の画像の撮影前にのみ前記補正値の取得を行うことを特徴とする前記〔１〕から〔２〕のいずれかに記載のブレ補正機能付き撮像装置である。
〔４〕 連続撮影時に、１枚目の画像の撮影前、及び２枚目以降の画像の撮影において所定の間隔で前記補正値の取得を行うことを特徴とする前記〔１〕から〔２〕のいずれかに記載のブレ補正機能付き撮像装置である。

本発明によれば、温度センサ、さらには磁気センサ入力値モニタ回路を増設することなく、従来の位置検出回路の構成において、装置内の温度変化の影響により生じる磁気センサ出力変動を補償することができ、いかなる温度環境下でも正確な位置検出が可能な、ブレ補正の精度に優れた撮像装置を提供することができる。

本発明の効果として、請求項１の発明によれば、撮影装置のブレを検出するブレ検出センサと、前記ブレ検出センサの出力から得られる装置のブレ量から、撮像素子面上の像の位置ブレ量を算出するブレ量算出手段と、前記撮像素子の位置を移動させるための、駆動マグネット及び駆動コイルから構成されるブレ補正手段と、前記撮像素子の位置を検出するための位置検出マグネット及び位置検出センサで構成され、マグネットの磁力分布とセンサの相対位置関係から導かれる変位を検出する変位検出手段と、前記ブレ量算出手段により算出された像の位置ブレ量を基に、前記ブレ補正手段により前記撮像素子の位置を制御してブレ量を抑える制御手段と、ブレ補正の非動作時には前記撮像素子を固定し、ブレ補正の動作時には前記撮像素子が移動できるように固定を解除する保持機構とを有し、前記位置検出マグネットの磁気中性点から撮像素子を移動方向に一定距離ずらした位置を、前記保持機構で前記撮像素子を固定する固定位置とし、該固定位置で得られる前記位置検出センサの出力を補正値として取得し、該補正値を用いてブレ補正開始後に得られる前記位置検出センサ出力の補正を行うブレ補正機能付き撮像装置としたので、新たに磁気センサ近傍に温度センサや温度検出手段を増設する必要が無く、ブレ補正開始直前の任意の温度条件下において前記補正値を取り込んで温度補正を行うので、温度変動が生じても正確な前記位置検出センサ出力を得ることができるので、位置検出誤差の発生を回避でき、精度の高いブレ補正を行うことができる。
請求項２の発明によれば、請求項１のブレ補正機能付き撮像装置において、前記補正値の取得時に前記位置検出センサに印加される駆動電流値が、ブレ補正開始時の所定の駆動電流値よりも高くなるよう制御されるので、前記位置検出センサのゲインを上げて出力を読む制御を入れるので、取得される前記補正値の精度が向上し、高性能なブレ補正を行うことができる。
請求項３の発明によれば、請求項１及び２のいずれかのブレ補正機能付き撮像装置において、連続撮影時に、１枚目の画像の撮影前にのみ前記補正値の取得を行うので、前記補正値取得の間のシャッターチャンスを逃すリスクを回避することができる。
請求項４の発明によれば、請求項１及び２のいずれかのブレ補正機能付き撮像装置において、連続撮影時に、１枚目の画像の撮影前、及び２枚目以降の画像の撮影において所定の間隔で前記補正値の取得を行うので、シャッターチャンスを逃すリスクを回避することができるとともに、例えば、予測される装置内の温度変動に応じた所望の間隔で前記補正値の取得ができ、極めて高精度なブレ補正を行うことができる。また、画像撮影の失敗を低減することができる。

本発明のブレ補正機能付き撮像装置のブレ補正手段の一例であり、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は部分拡大図である。 位置検出センサ出力の説明図であり、（Ａ）はホール素子単体の温度特性、（Ｂ）はマグネットの温度特性、（Ｃ）はこれらを合成した温度特性を示すグラフである。 本発明のブレ補正機能付き撮像装置のブレ補正制御系のブロック図である。 本発明のブレ補正機能付き撮像装置における制御を説明する図であり、（Ａ）はＦＰＣの移動範囲を示す模式図、（Ｂ）はＹ方向の磁界分布を説明するグラフ、（Ｃ）は位置によるホール素子温度特性の違いを示すグラフである。 本発明のブレ補正機能付き撮像装置における、撮像素子の固定位置（保持位置）によるホール素子の出力の温度変動を説明する図である。 本発明のブレ補正機能付き撮像装置の制御を示すフローチャートであり、（Ａ）は一般的なズーム倍率の装置のフロー、（Ｂ）は高いズーム倍率の装置のフローである。 本発明のブレ補正機能付き撮像装置のブレ補正制御回路の概略図である。 ジャイロセンサ出力波形を示すグラフである。 角度換算値を示すグラフである。 ブレ補正を行う際のＣＣＤの目標位置を示すグラフである。 ＣＣＤ位置情報としてのホール素子の出力を示すグラフである。

以下、本発明に係る画像形成装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明のブレ補正機能付き撮像装置のブレ補正手段を図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、撮像素子１９であるＣＣＤが実装されたフレキシブルプリント基板（Flexible Printed Circuits、以下「ＦＰＣ」という）２２は、Ｙ可動枠３４に固定され、Ｙ可動枠３４はＸ可動枠３３に固定されたＹガイド軸３２に沿ってＹ方向に移動可能に支持されている。またＹ可動枠３４は、Ｘガイド軸３１に沿ってＸ方向に移動可能に支持されている。固定枠２１は、鏡胴本体に固定されている。これによりＣＣＤ１９はＸ、Ｙ両方向に移動可能となる。

さらにＦＰＣ２２には、Ｘ駆動コイル１３とＹ駆動コイル１４が設けられ、それぞれＸ駆動マグネット１１、Ｙ駆動マグネット１２に対向する位置に設けられ、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動される。
Ｘ方向とＹ方向の位置はそれぞれＸ位置検出センサ（Ｘホール素子）１７、Ｙ位置検出センサ（Ｙホール素子）１８で検出され、制御回路により所定の位置に制御される。
Ｘ位置検出センサ１７及びＹ位置検出センサ１８としては、ホール素子や磁気抵抗素子などの磁気センサが用いられ、ＦＰＣと一体にＸ方向及びＹ方向に移動するＹ可動枠３４に固定されて、Ｘ位置検出マグネット１５、Ｙ位置検出マグネット１６による磁界の変化を検知して、ＦＰＣ２２の位置、すなわちＣＣＤ１９の位置を検出することができる。

ブレ補正手段を搭載した撮像装置であるデジタルカメラには、ブレ検出センサ２４が設けられており、カメラの横（ＹＡＷ）方向ブレと、縦（ＰＩＴＣＨ）方向ブレを検出する。ブレ検出センサ２４から得られるブレ情報に基づき、ＣＣＤ１９上の像ブレを打ち消すようにＣＣＤ１９が移動制御される。
ブレ検出手段としては、角速度センサであるジャイロセンサが一般的に用いられる。ジャイロセンサはカメラのブレによる角速度を検出する。

図３は、本発明のブレ補正機能付き撮像装置におけるブレ補正制御系のブロック図である。図３に示すように、ジャイロセンサ４１の出力は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４２によって基準電圧Ｖｒｅｆに対するオフセットが除去される。この様子を図８にジャイロセンサ出力波形のグラフに示した。
オフセットが除去された角速度信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４３により高周波ノイズが除去され、Ａ／Ｄ変換器４４によりＡ／Ｄ変換されて、制御ＩＣ２５に取り込まれる。

ディジタル化された角速度信号は、図９に示すように積分されて角度信号に変換され、ジャイロセンサ４１の感度と撮像レンズの焦点距離に応じた係数ｋが乗ぜられ、位置信号に変換される。この位置信号がブレ補正する際のＣＣＤ１９の目標位置となる。この目標位置を図１０に示す。

一方、ＣＣＤ１９の位置を検出する位置センサとしてのホール素子１７，１８で検出された信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４３で高周波ノイズが除去され、Ａ／Ｄ変換されて制御ＩＣに取り込まれる。この信号が図１１に示すＣＣＤ１９の位置である。

図１１に示すＣＣＤ１９の目標位置と、実際のＣＣＤ１９の位置との差に所定のゲインを乗じ、制御信号としてＤ／Ａ変換器４５によりＤ／Ａ変換し、駆動回路４６を通じて駆動コイル１３，１４に電力を供給する。このようにしてＣＣＤ１９が目標位置に追従するようフィードバック制御が行われる。

なお、制御信号を算出する際、制御の安定性のために位相進み補償などが行われる。

ジャイロ出力積分値から算出されるブレ量を補正するため、駆動用マグネット１１，１２の磁力を利用してブレに対し逆方向にＣＣＤ１９の位置をずらすよう駆動コイル１３，１４を通電させる。コイル通電により発生するＣＣＤ位置ずれ量は、位置検出用マグネット１５，１６と位置検出センサであるホール素子１７，１８との関係から出力される。
ホール素子からの出力（以下、「ホール出力」という）をフィードバックしてコイル通電量を制御することで、ＣＣＤ１９の位置が意図した位置になるように制御を行う。

ところが、実際にはＣＣＤ１９や駆動コイル１３，１４を通電すると発熱するため、近傍に配置されているホール素子１７，１８や位置検出用マグネット１５，１６は、図２に示すように熱変動により出力特性が変わってしまう。

例えば、温度がΔＴ℃上昇すると、ホール素子単体の温度変動ΔＶｈｏｌｅが発生し、ホール素子と相対する位置検出用マグネットの温度変動分に相当するΔＶｍａｇが発生し、両者の合成としての変動分
ΔＶｈ＝ΔＶｈｏｌｅ＋ΔＶｍａｇ・・・式（１）
が生ずることになる。

図４（Ａ）は、レンズユニット１０の背面から見た図であり、ブレ補正機構を構成する部品のうち、ＣＣＤ（撮像素子）１９が実装されたＦＰＣ２２と、ＦＰＣ２２の可動枠領域の概要を取り出したものである。ＣＣＤ１９の可動方向は上下方向（Ｙ方向）、左右方向（Ｘ方向）であり、移動範囲は固定枠２１により可動端上下左右で制限されている。この時、可動領域は部品の寸法によって精度良く管理されているものとする。

またブレ補正を行わない場合は、保持機構２０によりＦＰＣ２２の位置を固定（保持）させ、ブレ補正を行う場合は解除するようになっている。固定（保持）／解除の動作は、パルスモータやＤＣモータなどの駆動源で構成され、モータを制御するモータードライバ２７で駆動電流を発生させる。

図４（Ｂ）及び（Ｃ）は、本発明のブレ補正機能付き撮像装置のブレ補正制御の概要を示した図である。なお、Ｙ方向のみの説明となっているが、Ｘ方向も同様に当てはまるものとする。

図４（Ｂ）に示すように、保持機構２０によりＦＰＣ２２が保持されている位置を原点０とし、この時の位置検出用のホール素子１８と位置検出マグネット１６の磁気中性点である磁界ゼロ位置（Ｙｚｏ）との配置関係を、移動方向へ予めずらしておく。
ここで、ＣＣＤ１９の可動範囲を±１ｍｍとした場合、例えば、ずれ量を０．２ｍｍに設定する。この程度の値ならば、組み立てばらつきを含めても十分検出できるレベルである。

このように配置することで、図４（Ｃ）に示すように、磁気中性点（磁界ゼロ位置）のホール素子出力は環境温度によらずゼロに安定した出力となり、この点を中心に温度勾配を持ち、保持位置（固定位置）での出力は常温時にはＶｚｏ_ｎ、高温時はＶｚｏ_ｈ、低温時はＶｚｏ_ｌとなる。つまり、図５に示すように、保持位置でのホール出力は温度により変動する。

磁界がゼロの位置Ｙｚｏでは、温度が変動してもホール出力は変動せず、ゼロ出力のまま安定しているので、この位置を基準に勾配が変わる特性を利用して、保持位置でのホール素子出力を観測するだけで、温度変動を予測することができる。

すなわち、磁気中性点の位置と保持位置との間の位置ずれ量を予め「Ｙｚｏ」になるように配置しておく。
また保持位置に保持された状態のホール出力「Ｖｚｏ_ｎ（常温時）」を取得し、撮影前に記憶しておく。
ブレ補正時に得られる実際のホール出力Ｖｙと位置Ｙとの関係は、
Ｙ＝Ｙｚｏ＋（Ｙｚｏ／Ｖｚｏ_ｎ）×Ｖｙ・・・式（２）
で表すことができる。
一方、任意の温度環境でブレ補正をする場合、ブレ補正開始直前で保持位置のホール出力「Ｖｚｏ」を取り込んで補正として記憶し、既知の保持位置ずれ量Ｙｚｏと、ブレ補正時に実際に得られるホール出力Ｖｙの値に、下記式（３）をあてはめて換算し、温度によるホール出力変動を補正する。
Ｙ＝Ｙｚｏ＋（Ｙｚｏ／Ｖｚｏ）×Ｖｙ・・・式（３）

図５に、保持位置におけるホール出力の温度変動の様子を示すが、磁気中性点の位置からずれた状態の保持位置のホール出力値を補正値として取りこめば、任意の温度での補正が可能となる。
撮影終了後は、保持機構２０をロックしてＦＰＣ２２を固定し、次回の撮影のために待機する。

本発明のブレ補正機能付き撮像装置の制御を示すフローチャートの一例を図６（Ａ）に示す。
図６（Ａ）に示すように、レリーズ１が押下されると（Ｓ１０１）、保持位置のホール出力Ｖｚｏを取得する（Ｓ１０２）。次いで保持機構が解除（リリース）され（Ｓ１０３）、レリーズ２が押下されると（Ｓ１０４）、取得したＶｚｏが補正値として設定されて（Ｓ１０５）、手ブレ補正の制御が行われる（Ｓ１０６）。撮影が終了した後、保持機構がロックさ（Ｓ１０７）、再びＦＰＣは固定されて終了する。

ブレ補正機能付き撮像装置が、例えば、高ズーム倍率デジタルカメラ等の可動範囲が広い態様である場合、ブレ補正時のホール素子駆動電流設定では可動端までのダイナミックレンジを持つ必要があり、あまり多くの電流を流すことが出来ない。十分なＳ／Ｎ比を得られない場合は、補正値の取得時に位置検出センサ（ホール素子）に印加される駆動電流値が、ブレ補正開始時の所定の駆動電流値よりも高くなるように制御、すなわち、補正値の取得時のみ、ホール素子の駆動電流を上げて感度を向上させてもよい。

ホール素子に流す駆動電流の制御は、図７に示すホール素子駆動回路において行われる。
ブレ補正時の駆動電流をＩ、補正値取得時の駆動電流をＩ０、保持位置でのホール出力値をＶ０とすると、ホール出力は駆動電流に比例することから、補正値Ｖｚｏは下記式（４）を用い、ブレ補正時は電流値をＩに戻して行う。
Ｖｚｏ＝Ｖ０／Ｉ０×Ｉ・・・式（４）

この場合のブレ補正機能付き撮像装置の制御を示すフローチャートの一例を図６（Ｂ）に示す。
図６（Ｂ）に示すように、レリーズ１が押下されると（Ｓ２０１）、ホール素子の駆動電流を所定量上げてＩ０とし（Ｓ２０２）、ホール出力補正値Ｖｚｏを取得する（Ｓ２０３）。補正値を取得した後、ホール素子の駆動電流を所定の値Ｉに戻し（Ｓ２０４）、次いで保持機構が解除（リリース）される（Ｓ２０５）。次いでレリーズ２が押下されると（Ｓ２０６）、上記式（４）で示される補正値が設定され（Ｓ２０７）、手ブレ補正の制御が行われる（Ｓ２０８）。撮影が終了した後、保持機構がロックされ（Ｓ２０９）、再びＦＰＣは固定されて終了する。

撮像装置を用いた撮影において、単純に１枚の画像のみ撮影する場合は、上述するように撮影直前に補正値を取り込むことで支障はないと考えられる。
一方、連写撮影の場合には、毎回撮影前に補正値を取り込むために保持機構による保持／解除の動作を繰り返すことになり、撮影間隔が長くなる結果、シャッターチャンスを逃すおそれがある。そこで、１枚目の画像の撮影直前にのみ補正値の取り込みを行っても良い。

また撮影装置内の温度変動が予め分かっている場合は、温度変動の影響により補正精度が極端に悪化する前に、所望の撮影間隔で保持機構の保持／解除を行い、補正値の取得を行っても良い。

上述の実施形態に係る本発明のブレ補正機能付き撮像装置は、温度センサ、さらには磁気センサ入力値モニタ回路を増設することなく、従来の位置検出回路の構成において、装置内の温度変化の影響により生じる磁気センサ出力変動を補償することができ、いかなる温度環境下でも正確な位置検出が可能であり、高精度なブレ補正を行うことができ、画像撮影の失敗を低減することができる。

１０ レンズユニット
１１ Ｘ駆動マグネット
１２ Ｙ駆動マグネット
１３ Ｘ駆動コイル
１４ Ｙ駆動コイル
１５ Ｘ位置検出マグネット
１６ Ｙ位置検出マグネット
１７ Ｘ位置検出センサ
１８ Ｙ位置検出センサ
１９ 撮像素子（ＣＣＤ）
２０ 保持機構
２１ 固定枠
２２ ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）
２３ コントロール基板
２４ ブレ検出センサ
２５ 制御ＬＳＩ
２６ 温度センサ
２７ ドライバ
２８ 保持穴
３１ Ｘガイド軸
３２ Ｙガイド軸
３３ Ｘ可動枠
３４ Ｙ可動枠

特開２００６−４７０５４号公報

Claims (4)

1. 撮像素子と、
   撮像装置のブレを検出するブレ検出センサと、
   前記ブレ検出センサの出力から得られる装置のブレ量から、撮像素子面上の像の位置ブレ量を算出するブレ量算出手段と、
   前記撮像素子の位置を移動させるための、駆動マグネット及び駆動コイルから構成されるブレ補正手段と、
   前記撮像素子の位置を検出するための位置検出マグネット及び位置検出センサで構成され、マグネットの磁力分布とセンサの相対位置関係から導かれる変位を検出する変位検出手段と、
   前記ブレ量算出手段により算出された像の位置ブレ量を基に、前記ブレ補正手段により前記撮像素子の位置を制御してブレ量を抑える制御手段と、
   ブレ補正の非動作時には前記撮像素子を固定し、ブレ補正の動作時には前記撮像素子が移動できるように固定を解除する保持機構とを有し、
   前記撮像素子及び前記位置検出センサは、互いの相対的位置関係が不変であり、且つ、前記撮像素子面に平行な面内で前記撮像装置本体に対して移動可能に設けられ、
   前記位置検出マグネットは、前記撮像装置本体に対して固定されて設けられ、且つ、前記位置検出センサが磁気を検出可能な位置に配置され、
   前記位置検出マグネットの磁気中性点を前記位置検出センサが検出する際の撮像素子の位置から、該撮像素子を移動可能な方向に一定距離ずらした位置を、前記保持機構で前記撮像素子を固定する固定位置とし、該固定位置で得られる前記位置検出センサの出力を補正値として取得し、該補正値を用いてブレ補正開始後に得られる前記位置検出センサ出力の補正を行うことを特徴とするブレ補正機能付き撮像装置。
2. 前記補正値の取得時に前記位置検出センサに印加される駆動電流値が、ブレ補正開始時の所定の駆動電流値よりも高くなるよう制御されることを特徴とする請求項１に記載のブレ補正機能付き撮像装置。
3. 連続撮影時に、１枚目の画像の撮影前にのみ前記補正値の取得を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のブレ補正機能付き撮像装置。
4. 連続撮影時に、１枚目の画像の撮影前、及び２枚目以降の画像の撮影において所定の間隔で前記補正値の取得を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のブレ補正機能付き撮像装置。

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