JP6559366B2 - ブレ補正装置、撮像装置、及びブレ補正方法 - Google Patents

Description

本発明はブレ補正装置、撮像装置、及びブレ補正方法に関し、特に手振れ等のブレによる画像ブレを補正するブレ補正装置、そのようなブレ補正装置を備えた撮像装置、及び手振れ等のブレによる画像ブレを補正するブレ補正方法に関する。

近年、手振れによる画像ブレを防ぐブレ補正機能を備えたカメラが一般的になってきている。手振れにはカメラの回転によって生じる角度ブレとカメラの上下左右方向の移動によって生じる平行ブレとがあり、これまでは角度ブレによる画像ブレのみを補正するカメラが多かったが、マクロレンズを用いた近接撮影のように像倍率が高い撮影を行う場合は平行ブレの影響が大きくなるため、最近は平行ブレによる画像ブレの補正も行われている。このような平行ブレに対しては、平行ブレを「平行ブレと等価な角度ブレ」として扱ってブレ量の算出及び補正を行う技術が知られている。

例えば特許文献１には、異なる方式で振れを検出する２つの振れ検出手段を設け、これら振れ検出手段の出力により補正値を演算して振れ検出手段の出力を補正し、補正された出力に基づいてブレ補正手段を駆動する防振制御装置が記載されている。また特許文献２には、ヨー，ピッチ，ロール角速度を検出する角速度センサと、Ｘ，Ｙ軸方向のＸ，Ｙ加速度を検出する加速度センサと、を備え、これらセンサの出力から算出したＸ速度の第１成分及び第２成分を加算してＸ速度を取得し、このＸ速度を時間に関して積分することによりＸ軸方向への移動量を算出するブレ量検出装置が記載されている。

特許５６９３６５６号公報 特許５８４６９２７号公報

上述のように平行ブレを「平行ブレと等価な角度ブレ」として扱う場合、平行ブレを「角度ブレ」とした場合の回転半径を算出し、その回転半径に基づいて補正機構の変位量及び極性（方向）を決定する。このような処理は露光期間中繰り返して連続的に行われ、回転半径（及びこれに基づく変位量及びその方向）は逐次更新される。この際、回転半径の値によっては補正量がゼロになる場合があり、回転半径がそのような値の付近で変化すると、補正の極性が正から負へ、あるいはその逆に変化することとなる。このような状況で極性が誤っていると、補正によりブレの影響が増加するおそれや頻繁な極性変化により補正機構の動作が不安定になるおそれがあり、したがって精度良く補正を行うには変位量だけでなく極性をも考慮する必要があるが、従来の技術はこのような点について十分考慮されていなかった。例えば上述の特許文献１では、算出した回転半径の信頼性が低い場合はあらかじめ記憶されている補正量を用い、また特許文献２では信頼性が低い回転半径をゼロクリアすることが記載されているが、回転半径の更新による補正の極性への影響は考慮されていない。

このように、従来の技術は平行ブレを精度良く補正できるものではなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、平行ブレを精度良く補正できるブレ補正装置、撮像装置、及びブレ補正方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明の第１の態様に係るブレ補正装置は、ブレの角速度を検出する角速度検出部と、ブレの加速度を検出する加速度検出部と、検出した角速度及び加速度に基づいて、ブレの基準面まわりの回転半径を算出する回転半径算出部と、算出された回転半径に基づいて、ブレに対する単位ブレ角度当たりの補正量及び補正の極性を算出する補正演算部と、算出した回転半径と、算出した回転半径に対応する極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なるか否かと、に基づいてブレの補正に用いる回転半径を決定する回転半径決定部と、決定した回転半径に対応する補正量及び極性に基づいてブレに対する補正を行うブレ補正部と、を備える。

第１の態様によれば、算出した回転半径と、算出した回転半径に対応する極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なるか否かと、に基づいてブレの補正に用いる回転半径を決定し、決定した回転半径に対応する補正量及び極性に基づいて像ブレを補正するので、回転半径の更新による補正の極性への影響を考慮して平行ブレを精度良く補正することができる。第１の態様及び以下の各態様において、「あらかじめ記憶された回転半径」は固定値でもよいし、ブレ補正の期間中に更新してもよい。

なお第１の態様において、ブレ補正はライブビュー画像モード、静止画モード、動画モードの露光期間中に行うことができる。またブレ補正は、ブレ補正レンズ及び／または撮像素子を変位させることにより行うことができる。

第１の態様において、撮像素子の像面をブレの基準面とすることができる。

第２の態様に係るブレ補正装置は第１の態様において、補正演算部は、回転半径と単位ブレ角度あたりの補正量及び補正の極性との関係を参照してブレに対する補正量及び極性を算出する。第２の態様は、補正量及び極性算出の具体的態様の一例を示すものである。

第３の態様に係るブレ補正装置は第１または第２の態様において、回転半径決定部は、算出した回転半径に対応する極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なる場合において、算出した回転半径とあらかじめ記憶された回転半径との差が回転半径算出しきい値よりも大きい場合は、算出した回転半径をブレの補正に用いる回転半径として決定する。算出した回転半径に対応する極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なる場合でも、回転半径の変化量が少ない（しきい値以下）の場合は算出誤差の可能性がある。そこで第３の態様では、算出した回転半径に対応する極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なる場合において、算出した回転半径とあらかじめ記憶された回転半径との差が回転半径算出しきい値よりも大きい場合は、算出した回転半径をブレ補正に用いる回転半径として決定する。これにより、回転半径が変化し、その結果補正の極性が変化したことが確実である場合に、算出した回転半径をブレ補正に用いる回転半径として決定することができるので、平行ブレを精度良く補正することができ、また極性の頻繁な変更による誤作動を防止することができる。

第４の態様に係るブレ補正装置は第１または第２の態様において、回転半径決定部は、算出した回転半径に対応する極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なる場合において、算出した回転半径と補正量がゼロとなる回転半径との差がしきい値よりも大きい場合は、算出した回転半径をブレの補正に用いる回転半径として決定する。第４の態様は補正の極性が変化した場合の対応の他の態様を示すもので、回転半径が変化し、その結果補正の極性が変化したことが確実である場合に、算出した回転半径をブレ補正に用いる回転半径として決定することができるので、平行ブレを精度良く補正することができ、また極性の頻繁な変更による誤作動を防止することができる。

第５の態様に係るブレ補正装置は第１または第２の態様において、回転半径決定部は、算出した回転半径に対応する極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なる場合は、あらかじめ記憶された回転半径と補正量がゼロとなる回転半径との間に設定した回転半径をブレの補正に用いる回転半径として決定する。第５の態様は補正の極性が変化した場合の対応のさらに他の態様を示すもので、あらかじめ記憶された回転半径に対する極性と同一の極性で補正を行うことができ、平行ブレを精度良く補正することができると共に極性の頻繁な変更による誤作動を防止することができる。なお第５の態様において、あらかじめ記憶された回転半径、補正量がゼロになる回転半径、及びこれら２つの間の任意の回転半径をブレ補正に用いる回転半径として決定することができる。

第６の態様に係るブレ補正装置は第１から第５の態様のいずれか１つにおいて、回転半径の信頼度を算出する信頼度算出部をさらに備え、回転半径決定部は、算出した信頼度がしきい値以下の場合は、算出した回転半径に代えてあらかじめ記憶された回転半径をブレの補正に用いる回転半径として決定する。第６の態様によれば、回転半径の信頼度を考慮することにより平行ブレを精度良く補正することができ、また信頼度がしきい値以下の場合は、算出した回転半径に代えてあらかじめ記憶された回転半径をブレの補正に用いる回転半径として決定するので、極性の頻繁な変更による誤作動を防止することができる。なお回転半径の信頼度は、角速度の値や符号、回転半径の値や符号等に基づいて判断することができる。

第７の態様に係るブレ補正装置は第１から第６の態様のいずれか１つにおいて、回転半径決定部は、あらかじめ記憶された回転半径を決定した回転半径に基づいて更新する。第７の態様ではあらかじめ記憶された回転半径を決定した回転半径に基づいて更新するので、回転半径の変化を適切に考慮することができ、これに基づいて平行ブレを精度良く補正することができる。なお回転半径の「更新」はあらかじめ記憶された回転半径を決定した回転半径で置き換えることで行ってもよいし、決定した回転半径を考慮して新たな値（例えば、回転半径の変化の履歴を考慮した平均値等）を算出することで行ってもよい。

上述した目的を達成するため、本発明の第８の態様に係る撮像装置は撮像光学系と、撮像光学系により被写体の光学像が結像される撮像素子と、第１から第７の態様のいずれか１つに記載のブレ補正装置と、を備え、ブレ補正部は、撮像光学系の光軸と垂直な面内において、撮像光学系と撮像素子とのうち少なくとも一方を算出した補正量及び極性で駆動することによりブレに対する補正を行う。第８の態様において、撮像光学系を駆動する場合、ブレ補正用レンズを駆動することにより像ブレの補正を行うことができる。

上述した目的を達成するため、本発明の第９の態様に係るブレ補正方法は、ブレの角速度を検出する角速度検出工程と、ブレの加速度を検出する加速度検出工程と、検出した角速度及び加速度に基づいて、ブレの基準面まわりの回転半径を算出する回転半径算出工程と、算出された回転半径に基づいて、ブレに対する単位ブレ角度当たりの補正量及び補正の極性を算出する補正演算工程と、算出した回転半径と、算出した回転半径に対応する極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なるか否かと、に基づいてブレの補正に用いる回転半径を決定する回転半径決定工程と、決定した回転半径に対応する補正量及び極性に基づいてブレに対する補正を行うブレ補正工程と、を備える。第９の態様では、第１の態様と同様に平行ブレを精度良く補正することができる。なお第９の態様において、第２から第７の態様と同様の構成を含めてもよい。

以上説明したように、本発明のブレ補正装置、撮像装置、及びブレ補正方法によれば、平行ブレを精度良く補正することができる。

図１は、第１の実施形態に係るデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 図２は、デジタルカメラの角度ブレ及びシフトブレを示す図である。 図３は、ブレ補正装置の構成及びブレ補正処理の概略を示す図である。 図４は、第１の実施形態におけるブレ補正処理を示すフローチャートである。 図５は、第１の実施形態における回転半径と単位ブレ角度あたりの補正量及び極性との関係を示す図である。 図６は、算出した回転半径に対応する極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なる様子を示す図である。 図７は、算出した回転半径に対応する極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と同一である様子を示す図である。 図８は、回転半径の変化がしきい値よりも大きいか否かを判断する様子を説明するための図である。 図９は、第２の実施形態に係るブレ補正装置の構成及びブレ補正処理の概略を示す図である。 図１０は、第２の実施形態におけるブレ補正処理を示すフローチャートである。 図１１は、第３の実施形態におけるブレ補正処理を示すフローチャートである。 図１２は、第３の実施形態における回転半径の決定を説明するための図である。 図１３は、第４の実施形態におけるブレ補正処理を示すフローチャートである。 図１４は、第４の実施形態における回転半径の決定を説明するための図である。 図１５は、第５の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。 図１６は、第５の実施形態における回転半径と単位ブレ角度あたりの補正量及び極性との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係るブレ補正装置、撮像装置、及びブレ補正方法の実施形態について説明する。

＜第１の実施形態＞
＜デジタルカメラの構成＞
図１は、第１の実施形態に係るデジタルカメラ１００（撮像装置）の構成を示すブロック図である。図１に示すように、デジタルカメラ１００は撮像光学系１０（撮像光学系）及びカメラ本体２０から構成され、撮像光学系１０は撮像レンズ１２、絞り１４、及びブレ補正レンズ１６を含む。一方、カメラ本体２０は撮像素子２２（撮像素子）、ＡＦＥ２４（ＡＦＥ：Analog Front End）、Ａ／Ｄ変換器２６（Ａ／Ｄ：Analog to Digital）、ＤＳＰ２８（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）、画像処理部３０、メモリ３２、モニタ３４、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路３６（ＡＥ：Auto Exposure、ＡＷＢ：Auto White Balance）、ＣＰＵ４０（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、及び操作部４２を備えている。

撮像光学系１０の撮像レンズ１２は、ズームや焦点調節時に光軸Ｌに沿って移動可能に設けられたレンズである。図１においては撮像レンズ１２を１つのみ図示しているが、撮像レンズ１２は複数のレンズから構成され、ズーム時に駆動されるズームレンズ、焦点調節時に駆動されるフォーカスレンズ等を含んでいる。絞り１４は光軸Ｌ上に複数の絞り羽根で形成する開口を有し、絞り羽根の位置を移動させて開口の大きさを調節することにより露光量を調節する。

ブレ補正レンズ１６は光軸Ｌに対して垂直な方向に移動可能に設けられ、デジタルカメラ１００に手振れ（角度ブレ及びシフトブレ）が発生したときに、手振れを打ち消す向きに駆動される。ブレ補正レンズ１６は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ：Voice Coil Motor）やステッピングモータ等からなるアクチュエータによって駆動される。なお、ブレ補正レンズ１６の駆動方向や駆動量は、ブレ補正装置４４によって制御される。

撮像素子２２は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）型撮像素子やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）型撮像素子であり、撮像光学系１０により被写体の光学像が結像される。撮像面にはカラーフィルタを有する複数の画素がマトリクス状に配列されており、被写体から入射した光を画素毎に光電変換することにより被写体の像を撮像する。撮像素子２２が出力する撮像信号はＡＦＥ２４に入力され、相関二重サンプリングによってノイズが除去され、増幅される。ＡＦＥ２４でノイズが除去され、増幅された撮像信号はＡ／Ｄ変換器２６によってデジタル画像データに変換され、ＤＳＰ２８に入力される。なお、撮像素子２２がＣＭＯＳ型撮像素子である場合は、Ａ／Ｄ変換器２６は撮像素子２２内に内蔵されていることが多い。

ＤＳＰ２８は、入力された画像データに階調補正処理やガンマ補正処理等の信号処理を施す画質補正処理回路や、画像データをＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）等の形式で圧縮及び／または伸張する圧縮伸張処理回路として機能する。また、画像処理部３０には、ＤＳＰ２８で各種補正処理等が施された画像データが入力され、さらに輪郭強調処理等の画像処理が施される。画像処理部３０によって画像処理が施された画像データは、メモリ３２への記憶及びモニタ３４への表示が可能である。

ＡＦ検出回路３８（ＡＦ：Auto Focus）は、ＤＳＰ２８から出力される画像データに基づいて焦点距離を検出する回路であり、画像データ内に設定されたＡＦ検出領域から高周波成分を抽出し積算した焦点評価値を出力する。そして、焦点評価値に基づいて、ＡＦ検出領域内のコントラストが最大となるように撮像光学系１０のフォーカスレンズ（撮像レンズ１２）をフォーカスモータにより光軸Ｌに沿って移動させることにより、自動的にフォーカシングを行う。なお、このようなコントラストＡＦ方式によるフォーカス制御に代えて、位相差方式のフォーカス制御を行ってもよい。位相差方式のフォーカス制御を行う場合は、画像データのうちのフォーカス領域内の複数の位相差を持った画素を用いて算出した位相差データから求めたデフォーカス量がゼロになるように、フォーカスレンズを制御する。なお位相差方式を用いる場合、位相差ＡＦ用の撮像素子を別途配設し、位相差ＡＦ用の撮像素子により検出された位相差を用いてＡＦ処理を行ってもよい。

ＡＥ／ＡＷＢ検出回路３６は、ＤＳＰ２８から出力される画像データに基づいてホワイトバランスが撮影に適切か否かを検出すると共に、撮影に適切な露光量を検出する。そして、露光量が適切になるように、絞り１４の開口の大きさや、撮像素子２２の電子シャッタの速度等を調節する。

ブレ補正装置４４は、デジタルカメラ１００の回転によって生じる角速度ωを角速度センサ６０（図３参照）の出力値から取得し、平行移動によって生じる並進加速度αを加速度センサ５０（図３参照）の出力値から取得し、角速度ω及び並進加速度αに基づいて、デジタルカメラ１００に生じた手振れを算出して補正する。なお、ブレ補正装置４４が算出する手振れは、光軸Ｌが回転することによる角度ブレθと、光軸Ｌに垂直な面内での平行移動によるシフトブレＹ（平行ブレ）の２種類がある。ブレ補正装置４４は、角速度ω及び並進加速度α等に基づいて角度ブレθ及びシフトブレＹを算出し、これらに基づいてブレ量を算出する。ブレ量は、後述するアクチュエータに入力され、アクチュエータは入力されたブレ量を打ち消すようにブレ補正レンズ１６を駆動する。

ＣＰＵ４０は、操作部４２を介したユーザ操作にしたがってデジタルカメラ１００の各部を統括的に制御する。ＣＰＵ４０は例えば、レリーズボタンが操作（例えば、レリーズボタンをストロークの途中まで押し込む半押し操作）されると、ＡＦ検出回路３８によって自動焦点調節を行うと共に、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路３６によって露光量を自動的に調節する。また、ＣＰＵ４０は、デジタルカメラ１００がライブビュー画像モード、静止画撮影モード、動画撮影モードに設定されている際に、後述するブレ補正処理を実行する。なお、デジタルカメラ１００の撮影モードに加え、ユーザが操作部４２を介してブレ補正処理の指示を行ったか否かに基づいてブレ補正処理を行ってもよい。

＜角度ブレ及びシフトブレ＞
次に、第１の実施形態に係るデジタルカメラ１００によるブレ補正処理について説明する。デジタルカメラ１００は、上述したように、手振れによって発生する角度ブレθとシフトブレＹをブレ補正装置４４によって算出し、これらブレに対する補正を行う。

図２は、第１の実施形態に係るデジタルカメラ１００における角度ブレθ及びシフトブレＹを説明するための概略図である。図２に示すように、角度ブレθは、回転中心Ｃを中心として光軸Ｌが回転するブレであり、回転半径Ｒは例えば回転中心Ｃから像面ＩＳまでの距離である。角度ブレθは角速度ωを積分することにより算出され、回転半径Ｒは、後述するようにシフトブレＹによって発生する並進加速度αと角速度ωに基づいて算出される。また、シフトブレＹは光軸Ｌに垂直な面内でのデジタルカメラ１００の平行移動によるブレであり、角度ブレθと回転半径ＲによってＹ＝Ｒ×θと表される。

なお、図２に示すように回転中心Ｃがデジタルカメラ１００よりもユーザ側（図２の右側）に存在する場合に「回転半径Ｒがプラス（正）」とし、回転中心Ｃがデジタルカメラ１００よりも被写体側（図２の左側）に存在する場合に「回転半径Ｒがマイナス（負）」とする。また、シフトブレＹは光軸Ｌに垂直な面内でのブレを対象とする。

＜ブレ補正装置の構成＞
図３は、第１の実施形態に係るデジタルカメラ１００のブレ補正処理に関連する部分（ブレ補正装置４４）の構成を示すブロック図である。図３に示すように、ブレ補正装置４４は加速度センサ５０（加速度検出部）及び角速度センサ６０（角速度検出部）を備え、加速度センサ５０の出力信号（以下、加速度信号と言う。）及び角速度センサ６０の出力信号（以下、角速度信号と言う。）に基づいてブレ量を算出し、算出されたブレ量に基づいてブレ補正レンズ１６の移動方向及び移動量を制御する。

加速度センサ５０から出力された加速度信号は姿勢角算出部５２に入力されて姿勢角が算出され、この結果から重力成分算出部５４で姿勢角のうちの重力加速度成分が算出される。なお姿勢角の算出に際しては、ＨＰＦ６２（ＨＰＦ：High Pass Filter、ハイパスフィルタ）で処理された角速度信号も用いられる。この重力加速度成分が加速度信号から減算されて重力加速度成分が除去され、並進加速度αが算出（検出）される。加速度信号から並進加速度αを算出する一連の処理が加速度検出工程を構成する。また、加速度検出工程で用いられる一連の構成要素（加速度センサ５０を含む）が加速度検出部を構成する。検出した並進加速度αはＢＰＦ５６（ＢＰＦ：Band Pass Filter、バンドパスフィルタ）で不要成分が除去され、積分回路５８で積分されてシフトブレＹの並進速度Ｖが算出される。算出された並進速度Ｖは、回転半径算出部７０（回転半径算出部）に入力される。

角速度センサ６０から出力された角速度信号はＢＰＦ６７に入力され、角速度信号のうち手振れによって発生する角度ブレθの周波数（例えば１Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度）の成分が抽出された後、位相補償回路６８で位相を整えられて角速度ωとして出力され、回転半径算出部７０に入力される。角速度信号から角速度ωを算出（検出）する一連の処理が角速度検出工程を構成する。また、角速度検出工程で用いられる一連の構成要素（角速度センサ６０を含む）が角速度検出部を構成する。角速度信号はＨＰＦ６２に入力されて角速度信号の不要成分が除去された後に積分回路６４で積分され、さらにＨＰＦ６６で不要成分が除去されて角度ブレθが算出され、補正演算部７２（補正演算部）に入力される。補正演算部７２は、回転半径に基づいて、単位ブレ角度当たりの補正量及び補正の極性を算出する。

ブレ補正装置４４は、上述の構成要素の他に、回転半径決定部７６（回転半径決定部）、位置制御部７７（ブレ補正部）、及び補正機構７８（ブレ補正部）を含む。これらの構成要素によるブレ補正処理については、後述する。

＜ブレ補正処理＞
次に、上述した構成のブレ補正装置４４によるブレ補正処理について説明する。図４は第１の実施形態におけるブレ補正処理（ブレ補正方法）を示すフローチャートである。

まず、回転半径算出部７０は、加速度信号及び角速度信号に基づいて検出した並進速度Ｖ及び角速度ωに基づいて、撮像素子２２の像面ＩＳ（図２参照）を基準面とした回転半径Ｒを算出する（ステップＳ１００：回転半径算出工程）。回転半径Ｒは、並進速度Ｖと角速度ωとを用いて、Ｒ＝Ｖ／ωの関係により算出することができる。そして、算出した回転半径Ｒに基づいて、補正演算部７２がブレ補正の感度及び極性を算出する（ステップＳ１０２：補正演算工程）。

図５は回転半径と単位ブレ角度あたりのレンズシフト量との関係を示す概念図である。補正演算部７２は、補正演算部７２にあらかじめ記憶されたこのような関係を参照して、ブレ補正の感度及び極性を算出する。「ブレ補正の感度」とは単位ブレ量当たりの補正量（レンズシフトの大きさ）であり、「ブレ補正の極性」とは補正（レンズシフト）の方向（正または負）である。回転半径Ｒの値によっては「ブレ補正の感度」が同じでも「ブレ補正の極性」が違う場合があり、また回転半径Ｒが時間と共に変化するとブレ補正の感度及び極性も変化する。このためブレ補正の感度に加えて極性を考慮しないと正しい補正を行うことができず、ブレの影響が却って増加しかねない。そこで第１の実施形態では、ブレ補正の感度だけでなく極性をも考慮することにより平行ブレを精度良く補正できるようにしている。

図５では合焦距離が至近、中距離、遠距離、無限大の場合の回転半径と単位ブレ角度あたりのレンズシフト量との関係を、それぞれ参照符号ＦＤｎ、ＦＤｍ、ＦＤｆ、ＦＤｉｎｆで示している。図５に示すように、回転半径の変化に対するレンズシフト量の変化は合焦距離が短いほど大きい。また、図５の関係は合焦距離の他にズームポジションによっても異なる。そこで、補正演算部７２は合焦距離及びズームポジションに応じて図５に示すような関係を複数記憶しておき、撮像光学系１０から取得した合焦距離及びズームポジションの情報（図３に記載の「ズーム及びフォーカス情報」に含まれる）に基づいて適切な関係を選択し、選択した関係を参照してブレ補正の感度及び極性を算出する。

図４のフローチャートに戻ってブレ補正処理の説明を続ける。ステップＳ１０４において、回転半径決定部７６は、ステップＳ１０２で算出した補正の極性が、回転半径決定部７６にあらかじめ記憶された回転半径に対応する補正の極性と異なるか否かを判断する（回転半径決定工程）。「あらかじめ記憶された回転半径」は固定値でもよいし、ブレ補正の期間中に更新してもよい。

図６は、算出した回転半径に対応する補正の極性が、あらかじめ記憶された回転半径に対応する補正の極性と異なる様子を示す図である。図６中、あらかじめ記憶された回転半径が回転半径Ｒ１Ａであり、回転半径Ｒ１Ａに対応するレンズシフト量がシフト量Ｌ１Ａである。また、ステップＳ１００で算出された回転半径が回転半径Ｒ１Ｂであり、回転半径Ｒ１Ｂに対応するレンズシフト量がシフト量Ｌ１Ｂである。この場合、シフト量Ｌ１Ａは正でありシフト量Ｌ１Ｂは負なので、ステップＳ１０２で算出した補正の極性（負）が、あらかじめ記憶された回転半径に対応する補正の極性（正）と異なっており、ステップＳ１０４の判断が肯定される。

図７は、図６と同一の状況で、算出した回転半径に対応する補正の極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する補正の極性と同一となる様子を示す図である。図７では、あらかじめ記憶された回転半径が回転半径Ｒ２Ａであり、回転半径Ｒ２Ａに対応するレンズシフト量がシフト量Ｌ２Ａである。また、ステップＳ１００で算出された回転半径が回転半径Ｒ２Ｂであり、回転半径Ｒ２Ｂに対応するレンズシフト量がシフト量Ｌ２Ｂである。この場合、ステップＳ１０２で算出した補正の極性（負）が、あらかじめ記憶された回転半径に対応する補正の極性（負）と同一であり、ステップＳ１０４の判断が否定される。

ステップＳ１０４の判断が肯定されるとステップＳ１０６へ進み、否定されたらステップＳ１０６をスキップしてＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０６において、回転半径決定部７６は、「ステップＳ１００で算出した回転半径と、回転半径決定部７６にあらかじめ記憶された回転半径との差が、回転半径算出しきい値よりも大きいか否か」を判断する（回転半径決定工程）。ステップＳ１０６での判断の例を、図８を参照して説明する。図８では、あらかじめ記憶された回転半径が回転半径Ｒ３Ａであり、回転半径Ｒ３Ａに対応するレンズシフト量がシフト量Ｌ３Ａである。また、ステップＳ１００で算出された回転半径が回転半径Ｒ３Ｂであり、回転半径Ｒ３Ｂに対応するレンズシフト量がシフト量Ｌ３Ｂである。したがってこの場合、「｜Ｒ３Ｂ−Ｒ３Ａ｜＞回転半径算出しきい値か否か」を判断する。

ブレ補正処理において、ステップＳ１００において算出した回転半径に対応する補正の極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なる場合（図６では、シフト量Ｌ１Ｂの極性がシフト量Ｌ１Ａの極性と異なる）でも、回転半径の変化量が少ない場合（しきい値以下の場合）、極性変化は算出誤差によるものである可能性がある。そこで第１の実施形態では、算出した回転半径に対応する極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なる場合において、算出した回転半径とあらかじめ記憶された回転半径との差が回転半径算出しきい値よりも大きい場合（例えば、図８において｜Ｒ３Ｂ−Ｒ３Ａ｜＞しきい値の場合）は、回転半径決定部７６は、ステップＳ１００で算出した回転半径をブレ補正に用いる回転半径として決定する。これにより、回転半径が変化してその結果補正の極性が変化したことが確実である場合に、ステップＳ１００で算出した回転半径をブレ補正に用いる回転半径として決定することができるので、平行ブレを精度良く補正することができ、また極性の頻繁な変更による誤作動を防止することができる。なお、回転半径算出しきい値は算出精度（例えば、１０ｍｍ程度）を考慮して設定することができる。

ステップＳ１０６の判断が肯定されたらステップＳ１０８へ進み、回転半径決定部７６はステップＳ１００で算出した回転半径をブレ補正に用いる回転半径として決定して（回転半径決定工程）、ステップＳ１１０へ進む。判断が否定されたらステップＳ１０８及びステップＳ１１０をスキップし、回転半径決定部７６に記憶された回転半径を維持して、ステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１０において、回転半径決定部７６は、上述した「回転半径決定部７６にあらかじめ記憶された回転半径」を、ステップＳ１０８で決定した回転半径に基づいて更新する。なお回転半径の「更新」はあらかじめ記憶された回転半径をステップＳ１０８で決定した回転半径で置き換えることで行ってもよいし、決定した回転半径を考慮して新たな値（例えば、回転半径の変化の履歴を考慮した重みづけ平均値等）を算出することで行ってもよい。

ステップＳ１１２において、補正演算部７２は、ステップＳ１０８で決定した回転半径に対する補正の感度及び極性を算出し、算出結果及びブレ量（角度ブレθ、シフトブレＹ、ズーム情報及びフォーカス情報に基づいて算出する）に基づいて、ブレ補正（角度ブレ及び平行ブレ）の補正量（大きさ）及び極性（方向）を決定する。なお、ステップＳ１００で算出した回転半径が「ブレ補正に用いる回転半径」として決定された場合は、ステップＳ１１２で改めて補正の感度及び極性を算出しなくてよい。また、ブレ量は例えば撮影倍率β（フォーカス情報の一例）、焦点距離ｆ（ズーム情報の一例）、角度ブレθ、回転半径Ｒより（１＋β）ｆθ＋βＲθとして求めることができる。第２項のうちＲθがシフトブレＹを表す。

補正機構７８は、ステップＳ１１２で決定した補正量及び極性により位置制御部７７を制御して、ブレ補正レンズ１６を駆動する（ステップＳ１１４；ブレ補正工程）。なお補正機構７８は、ブレ補正レンズ１６を光軸Ｌと垂直な面内で駆動するアクチュエータ（ボイスコイルモータ、ステッピングモータ等）を含む。ブレ補正レンズ１６の駆動は、直交する２軸方向のそれぞれについて行う。また、駆動結果を位置制御部７７にフィードバックしながら駆動してもよい。

ブレ補正装置４４は、上述したブレ補正の処理（ステップＳ１００〜ステップＳ１１４）をブレ補正の期間内（例えばライブビュー画像モード、静止画撮影モード、動画撮影モードの露光期間中）に繰り返し行う。

＜第１の実施形態の効果＞
以上説明したように、第１の実施形態に係るデジタルカメラ１００によれば、補正の極性、及び回転半径算出しきい値を考慮することにより、平行ブレを精度良く補正することができ、また極性の頻繁な変更による誤作動を防止することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明のブレ補正装置、撮像装置、及びブレ補正方法の第２の実施形態について説明する。

図９は、第２の実施形態に係るブレ補正装置４４Ａの構成を示す図である。ブレ補正装置４４Ａは、信頼度算出部７４（信頼度算出部）を備える点で第１の実施形態に係るブレ補正装置４４（図３参照）と異なる。なおブレ補正装置４４Ａのその他の構成はブレ補正装置４４と同じであるため、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。また、撮像装置の構成もブレ補正装置４４Ａ以外は第１の実施形態に係るデジタルカメラ１００と同様であるため、詳細な説明を省略する。

図１０は、第２の実施形態におけるブレ補正処理（ブレ補正方法）を示すフローチャートである。図１０のフローチャートは、ステップＳ１０３の処理が設けられている点で図４のフローチャートと異なる。

ステップＳ１０３では、上述した信頼度算出部７４（図９参照）が、ステップＳ１００で算出した回転半径の信頼度がしきい値より高いか否か判断する。信頼度は、具体的には角速度ωの値に基づいて算出することができる。例えば、角速度ωがほぼゼロの場合はデジタルカメラ１００が三脚に固定されている可能性があるため、回転半径の信頼度は低くなる。また、角速度ωの符号が変化しない状況が継続した場合はパンニング中の可能性があり、この場合も回転半径の信頼度は低くなる。また、回転半径Ｒの値に基づいて信頼度を算出することもできる。この場合、人間の腕の長さを超える回転半径が算出された場合や回転半径の符号が頻繁に変化する場合は、回転半径の信頼度は低くなる。なお、回転半径の信頼度に対するしきい値は、補正機構７８の動作の安定性やブレ補正の精度等を考慮して設定することができる。

このようにして算出した回転半径の信頼度がしきい値より高い場合はステップＳ１０３の判断が肯定されてステップＳ１０４へ進み、図４のフローチャートと同様の処理を行う。一方、信頼度がしきい値以下の場合は判断が否定されて回転半径を更新せずにステップＳ１１２へ進み、あらかじめ記憶された回転半径をブレ補正に用いる回転半径として決定し、この回転半径に対応する補正量及び極性に基づいてブレ補正を行う。なお、図１０のフローチャートはステップＳ１０３の処理以外は図４と同じであるため、同一の処理には図４と同一のステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。

＜第２の実施形態の効果＞
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に補正の極性、及び回転半径の変化に対するしきい値を考慮するのに加えて回転半径の信頼度を考慮する（信頼度がしきい値より高いか否か）ことにより、平行ブレを精度良く補正することができると共に、極性の頻繁な変更による誤作動を防止することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明のブレ補正装置、撮像装置、及びブレ補正方法の第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態において、ブレ補正装置の構成は図９のブレ補正装置４４Ａと同じであるので、詳細な説明は省略する。また、撮像装置の構成は、ブレ補正装置４４Ａ以外は第１の実施形態に係るデジタルカメラ１００と同様であるため、詳細な説明を省略する。

図１１は、第３の実施形態におけるブレ補正処理（ブレ補正方法）を示すフローチャートである。図１１のフローチャートは、ステップＳ１０３が設けられている点で図４のフローチャートと異なっており、ステップＳ１０６に代えてステップＳ１０７が設けられている点で図１０のフローチャートと異なっている。ステップＳ１０３における信頼度の判定は、第２の実施形態と同様である（図１０参照）。

ステップＳ１０７の処理について、図１２を参照しつつ説明する。第３の実施形態では、ステップＳ１００で算出した回転半径に対応する極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なる場合（ステップＳ１０４の判断がＹｅｓ）において、ステップＳ１００で算出した回転半径と補正量（レンズシフト量）がゼロとなる回転半径との差がしきい値よりも大きい場合は、回転半径決定部７６はステップＳ１００で算出した回転半径をブレ補正に用いる回転半径として決定する。このしきい値は回転半径の算出精度や補正の安定性等を考慮して設定することができる。図１２の例では、あらかじめ記憶された回転半径がＲ４Ａであり、これに対応するレンズシフト量がＬ４Ａである。一方、ステップＳ１００で算出した回転半径が回転半径Ｒ４Ｂであり、これに対応するレンズシフト量がシフト量Ｌ４Ｂである。また、補正量がゼロとなる回転半径が回転半径Ｒ(０)である。

したがってこの場合、ステップＳ１０７では「｜Ｒ４Ｂ−Ｒ(０)｜＞しきい値か否か」を判断する。この判断が肯定されたらステップＳ１０８へ進み、回転半径決定部７６はステップＳ１００で算出した回転半径をブレ補正に用いる回転半径として決定して（回転半径決定工程）、ステップＳ１１０へ進む。判断が否定されたらステップＳ１０８及びステップＳ１１０をスキップし、回転半径決定部７６に記憶された回転半径を維持してステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１４以降の処理は図４，１０のフローチャートと同様である。

＜第３の実施形態の効果＞
第３の実施形態によれば、回転半径が変化し、その結果補正の極性が変化したことが確実である（算出した回転半径と補正量がゼロとなる回転半径との差がしきい値よりも大きい）場合に、算出した回転半径をブレ補正に用いる回転半径として決定するので、平行ブレを精度良く補正することができ、また極性の頻繁な変更による誤作動を防止することができる。なお、ここではブレ補正装置４４Ａが信頼度算出部７４を備えブレ補正ではステップＳ１０３の処理を行う場合について説明したが、第３の実施形態ではこれらを省略してもよい。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明のブレ補正装置、撮像装置、及びブレ補正方法の第４の実施形態について説明する。

第４の実施形態において、ブレ補正装置の構成は図９のブレ補正装置４４Ａと同じであるので、詳細な説明は省略する。また、撮像装置の構成は、ブレ補正装置４４Ａ以外は第１の実施形態に係るデジタルカメラ１００と同様であるため、詳細な説明を省略する。

図１３は、第４の実施形態におけるブレ補正処理（ブレ補正方法）を示すフローチャートである。図１３のフローチャートは、ステップＳ１０３が設けられている点で図４のフローチャートと異なっており、ステップＳ１０６，Ｓ１０７に代えてステップＳ１０５が設けられている点で図１０、１１のフローチャートと異なっている。ステップＳ１０３における信頼度の判定は、第２の実施形態と同様である（図１０参照）。

ステップＳ１０５の処理について図１４を参照しつつ説明する。第４の実施形態では、ステップＳ１００で算出した回転半径に対応する極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なる場合、回転半径決定部７６は、あらかじめ記憶された回転半径と補正量（レンズシフト量）がゼロとなる回転半径との間に設定した回転半径をブレ補正に用いる回転半径として決定する。図１４の例では、あらかじめ記憶された回転半径がＲ５Ａであり、これに対応するレンズシフト量がＬ５Ａである。一方、ステップＳ１００で算出した回転半径が回転半径Ｒ５Ｂであり、これに対応するレンズシフト量がシフト量Ｌ５Ｂである。また、補正量がゼロとなる回転半径が回転半径Ｒ(０)である。

したがってこの場合、回転半径決定部７６は、回転半径Ｒ５Ａから回転半径Ｒ(０)までの範囲ＲＲ（図１４参照）において任意の回転半径Ｒ５Ｘ（回転半径Ｒ５Ａ≦回転半径Ｒ５Ｘ≦回転半径Ｒ(０)）を設定し（ステップＳ１０５）、位置制御部７７及び補正機構７８は、回転半径Ｒ５Ｘに対応したシフト量Ｌ５Ｘ及び極性（図１４では正）に基づいてブレ補正レンズ１６を駆動する（ステップＳ１０８〜ステップＳ１１４）。ステップＳ１１４以降の処理は図４，１０，１１のフローチャートと同様である。

＜第４の実施形態の効果＞
第４の実施形態によれば、平行ブレを精度良く補正することができると共に、あらかじめ記憶された回転半径に対する極性と逆の極性で補正を行うことがないので、極性の頻繁な変更による誤作動を防止することができる。なお、ここではブレ補正装置４４Ａが信頼度算出部７４を備えブレ補正ではステップＳ１０３の処理を行う場合について説明したが、第４の実施形態ではこれらを省略してもよい。

＜第５の実施形態＞
次に、本発明のブレ補正装置、撮像装置、及びブレ補正方法の第５の実施形態について説明する。図１５は第５の実施形態に係るデジタルカメラ２００の構成を示すブロック図である。上述した第１〜第４の実施形態ではブレ補正装置４４，４４Ａによりブレ補正レンズ１６を駆動してブレ補正を行っていたが、第５の実施形態に係るデジタルカメラ２００では、カメラ本体２０Ａが備えるブレ補正装置４４Ｂにより撮像素子２２を駆動してブレ補正を行う。ブレ補正装置４４Ｂの構成はブレ補正装置４４，４４Ａと同様にすることができる。また、信頼度算出部７４を設けて回転半径の信頼度を算出し、これに基づく処理（図１０，１１，１３のステップＳ１０３を参照）を行ってもよい。

図１６は回転半径とセンサシフト量との関係を示す図である。回転半径とセンサシフト量との関係も、回転半径とレンズシフト量との関係（図５等を参照）と同様に、合焦距離及びズームポジションによって異なる。なお図１６では、合焦距離が至近、中距離、遠距離、無限大の場合の回転半径と単位ブレ角度あたりのセンサシフト量との関係を、それぞれ参照符号ＦＤｎ、ＦＤｍ、ＦＤｆ、ＦＤｉｎｆで示している。

上述した構成の下、第５の実施形態でのブレ補正処理は第１〜第４の実施形態と同様に行うことができ、これにより平行ブレを精度良く補正することができる。

＜その他＞
上述した第１〜第５の実施形態ではブレ補正レンズ１６または撮像素子２２を駆動してブレを補正する場合について説明したが、ブレ補正レンズ１６と撮像素子２２の双方を駆動してもよい。この場合、ブレ補正レンズ１６と撮像素子２２のそれぞれについて、回転半径の更新により補正の極性が変化するか否かを考慮してもよい。また、撮像光学系１０は交換レンズとして構成してもよい。さらに、本発明のブレ補正装置、撮像装置、及びブレ補正方法は通常のデジタルカメラだけでなくスマートフォンやタブレット端末等の電子機器に搭載されたカメラ機能にも適用することができる。

以上で本発明の実施形態に関して説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１０ 撮像光学系
１２ 撮像レンズ
１４ 絞り
１６ ブレ補正レンズ
２０ カメラ本体
２０Ａ カメラ本体
２２ 撮像素子
２４ ＡＦＥ
２６ Ａ／Ｄ変換器
２８ ＤＳＰ
３０ 画像処理部
３２ メモリ
３４ モニタ
３６ ＡＥ／ＡＷＢ検出回路
３８ ＡＦ検出回路
４０ ＣＰＵ
４２ 操作部
４４ ブレ補正装置
４４Ａ ブレ補正装置
４４Ｂ ブレ補正装置
５０ 加速度センサ
５２ 姿勢角算出部
５４ 重力成分算出部
５６ ＢＰＦ
５８ 積分回路
６０ 角速度センサ
６２ ＨＰＦ
６４ 積分回路
６６ ＨＰＦ
６７ ＢＰＦ
６８ 位相補償回路
７０ 回転半径算出部
７２ 補正演算部
７４ 信頼度算出部
７６ 回転半径決定部
７７ 位置制御部
７８ 補正機構
１００ デジタルカメラ
２００ デジタルカメラ
Ｃ 回転中心
ＩＳ 像面
Ｌ 光軸
Ｌ１Ａ シフト量
Ｌ１Ｂ シフト量
Ｌ２Ａ シフト量
Ｌ２Ｂ シフト量
Ｌ３Ａ シフト量
Ｌ３Ｂ シフト量
Ｌ４Ｂ シフト量
Ｌ５Ｂ シフト量
Ｌ５Ｘ シフト量
Ｒ 回転半径
Ｒ１Ａ 回転半径
Ｒ１Ｂ 回転半径
Ｒ２Ａ 回転半径
Ｒ２Ｂ 回転半径
Ｒ３Ａ 回転半径
Ｒ３Ｂ 回転半径
Ｒ４Ｂ 回転半径
Ｒ５Ａ 回転半径
Ｒ５Ｂ 回転半径
Ｒ５Ｘ 回転半径
ＲＲ 範囲
Ｓ１００〜Ｓ１１４ ブレ補正処理の各ステップ
Ｖ 並進速度
Ｙ シフトブレ
α 並進加速度
θ 角度ブレ
ω 角速度

Claims (9)

1. ブレの角速度を検出する角速度検出部と、
   前記ブレの加速度を検出する加速度検出部と、
   前記検出した角速度及び加速度に基づいて、前記ブレの基準面まわりの回転半径を算出する回転半径算出部と、
   前記算出された回転半径に基づいて、前記ブレに対する単位ブレ角度当たりの補正量及び補正の極性を算出する補正演算部と、
   前記算出した回転半径と、前記算出した回転半径に対応する前記極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なるか否かと、に基づいて前記ブレの補正に用いる回転半径を決定する回転半径決定部と、
   前記決定した回転半径に対応する補正量及び極性に基づいて前記ブレに対する補正を行うブレ補正部と、
   を備えるブレ補正装置。
2. 前記補正演算部は、回転半径と単位ブレ角度あたりの補正量及び補正の極性との関係を参照して前記ブレに対する前記補正量及び前記極性を算出する請求項１に記載のブレ補正装置。
3. 前記回転半径決定部は、前記算出した回転半径に対応する前記極性が前記あらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なる場合において、前記算出した回転半径と前記あらかじめ記憶された回転半径との差が回転半径算出しきい値よりも大きい場合は、前記算出した回転半径を前記ブレの補正に用いる回転半径として決定する請求項１または２に記載のブレ補正装置。
4. 前記回転半径決定部は、前記算出した回転半径に対応する前記極性が前記あらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なる場合において、前記算出した回転半径と前記補正量がゼロとなる回転半径との差がしきい値よりも大きい場合は、前記算出した回転半径を前記ブレの補正に用いる回転半径として決定する請求項１または２に記載のブレ補正装置。
5. 前記回転半径決定部は、前記算出した回転半径に対応する前記極性が前記あらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なる場合は、あらかじめ記憶された回転半径と補正量がゼロとなる回転半径との間に設定した回転半径を前記ブレの補正に用いる回転半径として決定する請求項１または２に記載のブレ補正装置。
6. 前記回転半径の信頼度を算出する信頼度算出部をさらに備え、
   前記回転半径決定部は、前記算出した信頼度がしきい値以下の場合は、前記算出した回転半径に代えて前記あらかじめ記憶された回転半径を前記ブレの補正に用いる回転半径として決定する請求項１から５のいずれか１項に記載のブレ補正装置。
7. 前記回転半径決定部は、前記あらかじめ記憶された回転半径を前記決定した回転半径に基づいて更新する請求項１から６のいずれか１項に記載のブレ補正装置。
8. 撮像光学系と、前記撮像光学系により被写体の光学像が結像される撮像素子と、請求項１から７のいずれか１項に記載のブレ補正装置と、を備え、
   前記ブレ補正部は、前記撮像光学系の光軸と垂直な面内において、前記撮像光学系と前記撮像素子とのうち少なくとも一方を前記算出した補正量及び極性で駆動することにより前記ブレに対する補正を行う撮像装置。
9. ブレの角速度を検出する角速度検出工程と、
   前記ブレの加速度を検出する加速度検出工程と、
   前記検出した角速度及び加速度に基づいて、前記ブレの基準面まわりの回転半径を算出する回転半径算出工程と、
   前記算出された回転半径に基づいて、前記ブレに対する単位ブレ角度当たりの補正量及び補正の極性を算出する補正演算工程と、
   前記算出した回転半径と、前記算出した回転半径に対応する前記極性があらかじめ記憶された回転半径に対応する極性と異なるか否かと、に基づいて前記ブレの補正に用いる回転半径を決定する回転半径決定工程と、
   前記決定した回転半径に対応する補正量及び極性に基づいて前記ブレに対する補正を行うブレ補正工程と、
   を備えるブレ補正方法。

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