JP6525652B2 - 像ブレ補正装置、光学機器、撮像装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、像ブレ補正装置、光学機器、撮像装置および制御方法に関する。

撮影時のカメラ姿勢を検出する機能を有する撮像装置が提案されている。撮像装置は、例えば、撮影した静止画像、動画像と共に姿勢情報も記録しておき、再生時には姿勢情報に基づいて表示方向を変えることができる。

光学方向と異なる方向に光学系の一部（例えば、シフトレンズなど）を移動させる光学式ブレ補正機能を有する撮像装置では、シフトレンズを所定位置に保持するために必要な保持力に基づいて、重力方向を検出することができる。特許文献１は、振れ補正手段がレンズを駆動する際の負荷に基づいて、被写体像における重力方向を検出するカメラを開示している。

特開２００７−１２１５０１号公報

しかし、シフトレンズの保持力は、モータの構成部材の温度特性など、シフトレンズを構成する様々な部材の温度特性によって変化する。したがって、温度による特性変化が大きい部材を使用する場合は、カメラ使用時の環境温度によっては、姿勢検出の精度が低下してしまう。

本発明は、環境温度によらず、重力方向を精度良く検出することを実現できる像ブレ補正装置の提供を目的とする。

本発明の一実施形態の像ブレ補正装置は、ブレ補正手段を制御して撮像画像の像ブレを補正する像ブレ補正装置であって、像ブレ補正中の前記ブレ補正手段の制御量を取得する取得手段と、前記取得された制御量のうち、前記ブレ補正手段を中心位置に保持するために用いられる第１の制御量を第１の補正係数で温度補正し、前記像ブレ補正用に前記ブレ補正手段を移動させるための第２の制御量を第２の補正係数で温度補正する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記像ブレ補正中の前記ブレ補正手段の制御量と前記温度補正された第２の制御量とに基づいて、前記第１の制御量を算出し、前記算出された第１の制御量を前記第１の補正係数で温度補正する。

本発明の像ブレ補正装置によれば、環境温度によらず、重力方向を精度良く検出することを実現できる。

本実施形態の構成例を示す図である。 姿勢検出部によるカメラ姿勢の検出処理を説明する図である。 モータ制御量から保持制御量を抽出する処理を説明する図である。 合成制御量の算出と、合成制御量と傾きとの関係を説明する図である。

図１は、本実施形態の構成例を示す図である。
まず、本明細書において使用する言葉の定義について説明する。撮像装置に加えられる振動を「振れ」とし、撮像装置に加えられる振れによって発生する撮像画像のフレーム間の被写体位置ずれ、もしくは被写体像のボケを「ブレ」とする。

図１に示す撮像装置１００は、本実施形態の像ブレ補正装置を備える光学機器の一例である。以下、撮像装置１００の各構成部とその一例の動作について具体的に説明する。撮像装置１００は、ブレ補正手段として機能するブレ補正機構１１０を制御することで、像ブレを補正する。像ブレ補正処理は、少なくともヨー方向とピッチ方向の振れに対して行われる。ただし、基本的な処理内容はヨー方向とピッチ方向とで共通であるため、いずれか一方向の処理に関しての説明のみに省略する。ヨー方向あるいはピッチ方向とで処理に差異がある場合は明記する。

振れ検出センサ（振れ検出部）１０１は、撮像装置１００に加わる振れを検出する。振れ検出部１０１の一例としては撮像装置１００の振れを角速度とし、振れ検出信号として出力する角速度センサである。Ａ／Ｄ変換器１０３は、振れ検出部１０１から出力される振れ検出信号をデジタルデータに変換する。マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）１０２は、デジタル化された振れ量データに基づき、像ブレ補正の信号処理を実行する。μＣＯＭ１０２の機能によって、本実施形態の像ブレ補正装置が実現される。

ブレ補正量演算部１０４は、Ａ／Ｄ変換器１０３の出力に基づいて、ブレ補正量を演算する。ブレ補正量とは、撮像画像のブレを打ち消すためのブレ補正機構１１０の駆動量である。具体的には、ブレ補正量演算部１０４は積分器を備えており、振れ検出部１０１が出力する角速度信号を角度換算して出力する。

減算器１０５は、ブレ補正量演算部１０４の出力からブレ補正機構１１０の位置データを減算して偏差データを算出する。減算器１０５は、偏差データを制御フィルタ１０６に出力する。減算器１０５から供給された偏差データは、制御フィルタ１０６において増幅器及び位相補償フィルタによる信号処理が行われた後、パルス幅変調部１０７に出力される。以下では、制御フィルタ１０６の出力をモータ制御量と表現する。

パルス幅変調部１０７は、モータ制御量を、パルス波のデューティー比を変化させる波形（即ちＰＷＭ波形）に変調して、モータ駆動部１０８に供給する。モータ１０９は、ブレ補正機構１１０の駆動用のボイス・コイル型モータであり、モータ駆動部１０８に駆動されることにより、ブレ補正機構１１０が光軸と異なる方向に移動される。ブレ補正機構１１０は、例えば、光軸と異なる方向に移動可能なレンズユニットである。図１では、ブレ補正機構１１０と撮像素子１１４とを別に記載したが、ブレ補正機構１１０は撮像素子１１４が、可動ユニット上にあって、光軸と異なる方向に移動可能な構造であってもよい。

位置検出センサ１１１は、磁石と、磁石に対向する位置に備えられたホール・センサとを有する。位置検出センサ１１１は、ブレ補正機構１１０の光軸と垂直な方向への移動量を検出し、その検出結果をＡ／Ｄ変換器１１２に出力する。Ａ／Ｄ変換器１１２は、位置検出センサ１１１の検出信号をデジタルデータであるレンズ位置データに変換し、減算器１０５に供給する。これによって、ブレ補正量演算部１０４の出力に対して、ブレ補正機構１１０の光軸と異なる方向への移動量を追従させる、フィードバック制御系が構成される。ブレ補正量に基づいてブレ補正機構１１０の移動が行われた結果、撮像装置１００の振れによって生じる撮像面上の被写体の縦あるいは横方向のブレが補正された像が、撮像素子１１４に結像される。

撮像素子１１４は、ブレ補正機構１１０を含む撮像光学系によって結像された被写体像を撮像画像信号としての電気信号に変換し、信号処理部１１５に供給する。信号処理部１１５は、撮像素子１１４により得られた信号から、例えばＮＴＳＣフォーマットに準拠したビデオ信号（映像信号）を生成して、画像メモリ１１６に供給する。

画像メモリ１１６から出力されるビデオ信号は、記録制御部１１７に供給される。記録制御部１１７は、記録開始や終了の指示に用いる操作部（不図示）によって映像信号の記録が指示された場合、画像メモリ１１６から供給されたビデオ信号を記録媒体１１８に出力し、記録させる。記録媒体１１８は、例えば、半導体メモリ等の情報記録媒体やハードディスク等の磁気記録媒体である。

ブレ補正量演算部１０４の出力と制御フィルタ１０６の出力、Ａ／Ｄ変換器１１２の出力は、姿勢検出部１１３にも供給される。ただし、ブレ補正量演算部１０４の出力とＡ／Ｄ変換器１１２の出力いずれか１つが姿勢検出部１１３に供給される構成であってもよい。

姿勢検出部１１３は、像ブレ補正中のモータ制御量からブレ補正機構１１０を中心位置に保持するために必要な制御量（保持制御量）を抽出し、撮像装置１００にかかる重力の方向（重力方向）を演算する。姿勢検出部１１３は、演算した重力方向に基づいて、撮像装置が正姿勢、縦姿勢（９０°、２７０°）、逆さ姿勢のいずれの姿勢であるかを検出する。姿勢検出部１１３で検出した姿勢情報は、例えば記録制御部１１７によって動画像、静止画像に付加され、記録媒体１１８に記録される。不図示の再生装置は、付加された姿勢情報に基づいて表示方向を変える。

図２は、姿勢検出部によるカメラ姿勢の検出処理を説明するフローチャートである。
撮像装置１００は、手ブレ補正処理が行われている状態で、撮像装置１００は正姿勢から９０°、１８０°、２７０°と変えられているものとする。
ステップＳ１００において、姿勢検出部１１３が、モータ制御量を取得する。

図３は、モータ制御量から保持制御量を抽出する処理を説明する図である。
図３（Ａ）中のθは、カメラ姿勢を示す。図３（Ｂ）は、モータ制御量を示す。モータ制御量は、移動制御量と、保持制御量と、オフセットとが重畳した波形となる。保持制御量は、ブレ補正機構１１０を重力に逆らって保持するための制御量（第１の制御量）である。移動制御量は、像ブレ補正用にブレ補正機構１１０を移動させるための制御量（第２の制御量）である。例えば、撮像装置が正姿勢で静止状態のとき、横方向におけるモータ１０９が出力する力は必ずしも０とはならず、このときの保持制御量をオフセットと定義する。

以下の処理は、取得したモータ制御量から、移動制御量とオフセットを取り除き、保持制御量のみを抽出することを目的とする。また、以下では移動制御量はレンズ位置データに基づいて算出しているが、ブレ補正量に基づいて算出する方法であってもよい。

図２の説明に戻る。ステップＳ１０１において、姿勢検出部１１３が、レンズ位置データを取得する。ステップＳ１０２において、姿勢検出部１１３が、レンズ位置データをモータ制御量と同じ単位に換算する。換算方法の一例として、予めブレ補正機構１１０を所定の駆動をさせたときのレンズ位置データとモータ制御量との相関関係から換算係数を求めておき、この換算係数をレンズ位置データにかけ合わせることで換算を行う。換算後のデータを図３（Ｃ）に示す。

ステップＳ１０３において、姿勢検出部１１３が、Ｓ１０２での演算結果にオフセット調整値を足し合わせて、移動制御量を算出する。図３（Ｄ）は、算出された移動制御量を示す。オフセット調整値とは、撮像装置１００を正姿勢にした状態でのヨー方向、９０°姿勢にした状態でのピッチ方向における重力方向と逆方向の保持力である。撮像装置１００の組み立て工程の中で、オフセット調整値は、個々の撮像装置に調整データとして記録されている。

ステップＳ１０４において、姿勢検出部１１３が、移動制御量を温度補正係数Ｃ２（第２の補正係数）で逆温度補正する。温度補正係数Ｃ２は、移動制御量に関する温度特性を補正する補正係数である。移動制御量に関する温度特性とは、モータ１０９を構成するアクチュエータすなわち少なくともコイル、マグネットの温度特性と、ブレ補正機構１１０の可動部材を固定部材に支持する部材の温度特性である。ブレ補正機構１１０の可動部材を固定部材に支持する部材は、少なくともバネ、ゲル、グリスなどである。温度補正係数Ｃ２は、ブレ補正機構１１０を所定位置に移動させたときのモータ制御量を任意の複数温度下で測定した結果から予め算出される。後述の温度補正係数Ｃ１（第１の補正係数）は、保持制御量に関する温度特性を補正する補正係数である。保持制御量に関する温度特性とは、モータ１０９を構成する少なくともコイル、マグネットとからなるアクチュエータの温度特性である。

温度補正係数Ｃ１は、例えば、ブレ補正機構１１０を中心保持した状態でのモータ制御量を任意の複数温度下で測定した結果から予め算出される。現在の環境温度における値を基準温度（例えば２５℃程度）における値に補正することを温度補正、基準温度における値を現在の環境温度における値に補正することを逆温度補正と表記する。

ステップＳ１０５において、姿勢検出部１１３が、モータ制御量からＳ１０４で逆温度補正した移動制御量を減算することにより、ブレ補正機構１１０を中心保持するために必要な保持制御量を抽出する。抽出された保持制御量を図３（Ｅ）に示す。

ここで、モータ制御量は、現在の環境温度における値であるが、Ｓ１０３で算出した移動制御量は、レンズ位置データを基に算出した理論値であるので、基準温度下での値となる。したがって、Ｓ１０４の逆温度補正の処理が必要となる。

次に、ステップＳ１０６において、姿勢検出部１１３が、Ｓ１０５で算出した保持制御量を温度補正係数Ｃ１で温度補正する。重力方向の検出は保持制御量が姿勢判定用閾値を超えるか否かで判定されるが、保持制御量が温度によって値が変化すると正確な姿勢検出が困難となる場合がある。したがって、姿勢検出部１１３は、後述の重力方向判定処理のために、基準温度下の値に保持制御量を温度補正する。ヨー方向の保持制御量とピッチ方向の保持制御量を図３（Ｆ）に示す。ヨー方向は、ブレ補正機構１１０を制御する第１の方向であり、ピッチ方向は、ブレ補正機構を制御する第２の方向である。

次に、ステップＳ１０７において、姿勢検出部１１３が、ヨー方向、ピッチ方向それぞれについての温度補正した保持制御量に基づいて、合成制御量（第３の制御量）を算出する。姿勢検出部１１３は、以下の式１にしたがって、合成制御量を算出する。
合成制御量＝√（ヨー方向の保持制御量^２＋ピッチ方向の保持制御量^２）・・・式１

図４は、合成制御量の算出と、合成制御量と傾きとの関係を説明する図である。
図４（Ａ）は、合成制御量の算出を示す。ただし、図中ではヨー方向の保持制御量を保持制御量Ｙ、ピッチ方向の保持制御量を保持制御量Ｐと記載している。

ステップＳ１０８において、姿勢検出部１１３が、合成制御量が閾値より大きいかを判断する。合成制御量が閾値より大きくない場合は、処理がステップＳ１１１に進む。合成制御量が閾値より大きい場合は、処理がＳ１０９に進む。

ステップＳ１０８における判断処理は、撮像装置１００の光軸方向に対する傾きを判定することを意味する。傾きが大きくなるにつれてヨー方向、ピッチ方向どちらの保持制御量も小さくなり、重力方向の検出が正しくできなくなる。合成制御量と傾きとの関係を図４（Ｂ）に示す。

重力方向の検出が正しくできなくなることを防ぐため、所定値以上の傾きか否かを合成制御量から判定している。なお、姿勢検出可能な傾きにおける合成制御量を予め算出し、閾値として使用する。

ステップＳ１１１は、姿勢検出が正しく行えない場合の処理である。この処理の一例として、姿勢検出部１１３は、重力方向を検出せず、最後に検出した姿勢情報を更新しない。ステップＳ１０９においては、姿勢検出部１１３が、ステップＳ１０６で温度補正した保持制御量を、合成制御量を用いて傾き補正する。撮像装置１００の光軸に対する傾きによって保持制御量が小さくなるため、重力方向を正しく判定するためには、傾きによって小さくなった分を補正する必要があるからである。

次に、ステップＳ１１０において、姿勢検出部１１３が、ステップＳ１０９での処理後の保持制御量から重力方向を検出する。例えば、図３（Ｆ）に示すように、姿勢検出部１１３は、正の姿勢判定用閾値をヨー方向、ピッチ方向いずれの保持制御量が超えるかを判定して重力方向を検出する。負の姿勢判定用閾値をヨー方向、ピッチ方向いずれの保持制御量が下回るかで重力方向を検出してもよい。姿勢判定用閾値は、基準温度下での各姿勢における保持制御量から予め算出される。姿勢検出部１１３は、検出した重力方向に基づいて、装置の姿勢を判定する。

以上説明してきたように、本実施形態の像ブレ補正装置は、モータ制御量から重力方向判定用に保持制御量を抽出する際に、保持制御量用の温度補正係数Ｃ１と移動制御量用の温度補正係数Ｃ２のそれぞれについて温度補正をする。これにより、精度のよい重力方向の判定が可能となる。

なお、撮像装置１００は、種々の変形が可能である。例えば、振れ検出部１０１に加速度センサを用いてもよい。この場合、加速度センサだけでも重力方向の検出が可能である。したがって、例えば、本実施形態で検出した重力方向と加速度センサで検出した重力方向とが一致しているかを判断し、その判断結果に基づいて精度の良い重力方向の判定をすることができる。さらに、複数の姿勢判定閾値によって重力方向を判定すれば、９０°刻みよりもさらに分解能の高い姿勢の検出も可能である。また、移動制御量は、レンズ位置データから演算するものでなくともよく、例えばブレ補正量から同様に演算することも可能である。ただし、この場合は、換算係数はブレ補正量用のものを算出しておく必要がある。また、ブレ補正機構１１０は光軸と異なる方向への移動可能なシフトレンズや移動可能な撮像素子１１４以外でも、光軸と異なる方向に移動可能な構造ならば、種々のブレ補正手段を用いることができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。すなわち、撮像装置１００は必ずしも１台のメカで構成されていなくともよい。例えば、撮像装置１００はレンズ交換式のカメラであって、μＣＯＭ１０２、撮像素子１１４はカメラ本体に含み、ブレ補正機構１１０を交換式のレンズ内に含む構成も本発明に含まれる。

１０２ μＣＯＭ
１１３ 姿勢検出部

Claims (11)

1. ブレ補正手段を制御して撮像画像の像ブレを補正する像ブレ補正装置であって、
   像ブレ補正中の前記ブレ補正手段の制御量を取得する取得手段と、
   前記取得された制御量のうち、前記ブレ補正手段を中心位置に保持するために用いられる第１の制御量を第１の補正係数で温度補正し、前記像ブレ補正用に前記ブレ補正手段を移動させるための第２の制御量を第２の補正係数で温度補正する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記像ブレ補正中の前記ブレ補正手段の制御量と前記温度補正された第２の制御量とに基づいて、前記第１の制御量を算出し、前記算出された第１の制御量を前記第１の補正係数で温度補正する
   ことを特徴とする像ブレ補正装置。
2. 前記温度補正された第１の制御量に基づいて、重力方向を検出して装置の姿勢を判定する判定手段を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の像ブレ補正装置。
3. 前記判定手段は、
   前記ブレ補正手段を制御する第１の方向と第２の方向のそれぞれについての前記温度補正された第１の制御量を合成して、第３の制御量を算出し、
   前記第３の制御量が閾値より大きい場合に、前記重力方向を検出し、前記第３の制御量が前記閾値より大きくない場合は、前記重力方向を検出しない
   ことを特徴とする請求項２に記載の像ブレ補正装置。
4. 前記判定手段は、
   前記第３の制御量が前記閾値より大きい場合に、前記温度補正された第１の制御量を前記第３の制御量で補正して、前記重力方向を検出する
   ことを特徴とする請求項３に記載の像ブレ補正装置。
5. 前記第１の補正係数は、前記ブレ補正手段を構成するアクチュエータに関する温度特性に基づいて予め算出される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の像ブレ補正装置。
6. 前記第１の補正係数は、前記ブレ補正手段を構成する、少なくともコイルまたはマグネットに関する温度特性に基づいて予め算出される
   ことを特徴とする請求項５に記載の像ブレ補正装置。
7. 前記第２の補正係数は、前記ブレ補正手段のアクチュエータに関する温度特性と、前記ブレ補正手段が有する可動部を固定部に支持する部材に関する温度特性とに基づいて予め算出される
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の像ブレ補正装置。
8. 前記ブレ補正手段が有する可動部を固定部に支持する部材は、少なくとも、バネ、ゲル、グリスのいずれか１つを含む
   ことを特徴とする請求項７に記載の像ブレ補正装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の像ブレ補正装置を備える光学機器。
10. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の像ブレ補正装置を備える撮像装置。
11. ブレ補正手段を制御して撮像画像の像ブレを補正する像ブレ補正装置の制御方法であって、
    像ブレ補正中の前記ブレ補正手段の制御量を取得する取得工程と、
    前記取得された制御量のうち、前記ブレ補正手段を中心位置に保持するために用いられる第１の制御量を第１の補正係数で温度補正し、前記像ブレ補正用に前記ブレ補正手段を移動させるための第２の制御量を第２の補正係数で温度補正する制御工程とを有し、
    前記制御工程では、
    前記像ブレ補正中の前記ブレ補正手段の制御量と前記温度補正された第２の制御量とに基づいて、前記第１の制御量を算出し、前記算出された第１の制御量を前記第１の補正係数で温度補正する
    ことを特徴とする制御方法。
    

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