JP6788348B2 - 光学制御装置、光学機器、コンピュータープログラムおよび制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ティルト撮影において像振れを低減（補正）する制御に関する。

一眼レフカメラ等を用いた「あおり撮影」として、撮像面の法線に対して光軸が傾いた光学系（撮影レンズ）を用いたティルト撮影が行われる場合がある。ティルト撮影により、被写界深度（ピントの合う範囲）を広げたり狭めたりすることができる。また、このようなティルト撮影においても、通常の撮影と同様に、手振れ等による光学系の振れ（カメラ振れ）に起因する像振れを補正する必要がある。像振れを補正するためには、光学系の一部であるシフトレンズや撮像面に配置された撮像素子（以下、これらをまとめてシフト素子という）をそれぞれ光学系の光軸や撮像面の法線に対してシフトさせたりすればよい。

特許文献１では、あおり撮影としてのシフト撮影において、あおり撮影に必要な量だけ撮像素子をシフトさせ、そのシフトした位置を中心としてカメラ振れに応じて撮像素子をシフト駆動することで像振れを補正したあおり撮影を行う方法が開示されている。

特開２００８−３５３０８号公報

しかしながら、ティルト撮影では、撮像面に対して物体面（被写体側でピントの合う面）が平行ではない。このため、撮像面に平行な方向のカメラ振れに対してシフト素子をシフトさせると、像振れは補正できるがピントずれが生じてしまう。

本発明は、ティルト撮影において像振れを補正するためにシフト素子をシフトさせることにより発生するピントずれを低減させることができるようにした光学制御装置および光学機器等を提供する。

本発明の一側面としての光学制御装置は、光学系の撮像面に対する被写体面の傾きに関する傾き情報を取得する傾き取得手段と、光学系の振れに関する振れ情報を取得する振れ取得手段と、光学系の光軸に直交する方向または撮像面と平行な方向へシフト素子を駆動するシフト駆動量、及び、光学系の光軸方向または撮像面への法線に沿った方向へピント補正素子のピント補正量をそれぞれ、傾き情報と振れ情報と光学系の焦点距離と被写体距離とに基づいて求め、シフト駆動量に基づいてシフト素子を駆動させ、ピント補正量に基づきピント補正素子を駆動させる制御手段とを有することを特徴とする。

なお、上記光学制御装置とシフト素子およびピント補正素子のうち少なくとも一方とを有する光学機器も本発明の他の一側面を構成する。さらに、上記光学制御装置の動作をコンピュータに行わせるコンピュータープログラムおよび上記光学制御装置の制御方法も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、ティルト撮影において像振れを低減するためにシフト素子をシフトさせることによるピントずれの発生を抑制することができる。

本発明の実施例１である交換レンズとカメラの構成を示す断面図。 シャインプルーフの原理についての説明図。 実施例１の交換レンズの振れと像振れ補正時の撮像面の動きを通常撮影とティルト撮影で比較した図。 実施例１におけるティルト撮影時の振れ量を示す図。 実施例１におけるレンズＣＰＵが行う処理を示すフローチャート。 本発明の実施例２であるカメラの断面図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である交換レンズ（光学機器）２と該交換レンズが取り外し可能に装着される撮像装置としての一眼レフデジタルカメラ本体（以下、単にカメラという）１の構成を示す。また、図１では、レンズ光軸（以下、単に光軸という）ＯＡに沿った光軸方向をＺ方向とし、光軸ＯＡに対して直交する方向であって撮像面に平行な２方向のうち横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向とする。なお、本実施例では、後述するシフト素子およびピント補正素子を有する光学機器が交換レンズである場合について説明するが、レンズ一体型の撮像装置であってもよい。

まず、カメラ１の構成について説明する。メインミラー３は、図１に示したように交換レンズ２からの光束の光路上に配置された状態で、該光束の一部を反射してファインダ光学系（７，８）に導き、残りの光束を透過させる。メインミラー３の背後（撮像面側）に配置されたサブミラー４は、メインミラー３を透過した光束を反射して焦点検出ユニット５に導く。メインミラー３およびサブミラー４は、不図示の駆動機構により光路上から退避することができる。

焦点検出ユニット５は、位相差検出方式により交換レンズ２の焦点状態の検出（焦点検出）を行う。撮像素子６は、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサにより構成される。撮像素子６の受光面（撮像面）上には交換レンズ２からの光束による物体像（光学像）が形成される。撮像素子６は、物体像を光電変換して撮像信号を出力する。デイスプレイパネル９は、撮像信号から不図示の信号処理部により生成された画像や様々な撮像に関する情報を表示する。

なお、本実施例では、カメラ１として、メインミラー３、サブミラー４および焦点検出ユニット５を有する一眼レフカメラであるが、メインミラー３、サブミラー４および焦点検出ユニット５を持たない、いわゆるミラーレスカメラであってもよい。また、焦点検出ユニット５を設ける代わりに、撮像素子６からの撮像信号を用いて撮像面位相差検出方式での焦点検出を行ってもよい。また、撮像素子６から得られる撮像信号を用いてコントラスト検出方式による焦点検出を行ってもよい。

交換レンズ２は、撮像光学系を有する。撮像光学系は、物体側から撮像面側に順に、第１レンズユニット１０１、第２レンズユニット１０２、第３レンズユニット１０３、絞りユニット１０５および第４レンズユニット１０４を有する。交換レンズ２において、後述する案内筒２０とカム筒２１との光軸ＯＡ回りでの相対回転により、第１、第２および第３レンズユニット１０１〜１０３が光軸方向に移動する。

第１レンズユニット１０１は第１レンズ保持枠１１１により保持され、第２レンズユニット１０２は第２レンズ保持枠１１２により保持されている。第３レンズユニット１０３は第３レンズ保持枠１１３により保持され、第４レンズユニット１０４は第４レンズ保持枠１１４により保持されている。

第２レンズユニット（シフト素子）１０２は、後述する防振アクチュエータ１０６からの駆動力を受けて、光軸ＯＡに対して直交する面内でシフトする。なお、第２レンズユニット１０２を光軸ＯＡ上を通る軸を中心として回動さするようにシフトさせてもよい。ピント補正レンズである第３レンズユニット（ピント補正素子）１０３は、後述するピント補正アクチュエータ１０７からの駆動力を受けて光軸方向に移動して第２レンズユニット１０２のシフトに伴うピントずれを補正する。

絞りユニット１０５は、カメラ１に入射する光量を調節する。絞りユニット１０５とレンズＣＰＵ１０９とは不図示のフレキシブルプリント基板により電気的に接続されている。

防振アクチュエータ１０６は、マグネットとコイルにより構成されたボイスコイルモータであり、コイルに通電されることによって生じる推力によりシフトレンズとしての第２レンズユニット１０２をシフトさせる。防振アクチュエータ１０６とレンズＣＰＵ１０９とは、不図示のフレキシブルプリント基板により電気的に接続されている。
光学制御装置としてのレンズＣＰＵ１０９は、以下のように構成された取得手段と制御手段とを備える。すなわち、角速度センサ等により構成され、カメラ振れ量（振れ情報：つまりは撮影光学系の振れ量）を検出する振れセンサ１１０からの情報を取得する取得手段を備える。また、前述したカメラ振れ量に応じて第２レンズユニット１０２のシフト駆動量を算出し、第２レンズユニット１０２を制御する制御手段を備える。

そして、その算出結果に応じて防振アクチュエータ１０６の駆動を制御する。本実施例では、第２レンズユニット１０２は光軸ＯＡに直交する面内でシフトするが、光軸ＯＡに対して傾く構成としてもよい。また、本実施例では、撮影光学系の一部であるシフトレンズをシフトさせる場合について説明するが、シフトレンズに代えて、撮像素子６をその受光面（撮像面）の法線に対して直交する面内でシフトさせてもよい。以下の説明において、シフトレンズ（第２レンズユニット１０２）および撮像素子６をまとめてシフト素子ともいう。

ピント補正アクチュエータ１０７は、マグネットとコイルにより構成されたボイスコイモータであり、コイルに通電されることによって生じる推力により第３レンズユニット１０３を光軸方向に移動させる。ピント補正アクチュエータ１０７とレンズＣＰＵ１０９も、不図示のフレキシブルプリント基板により電気的に接続されている。レンズＣＰＵ１０９は、カメラ振れ量と後述するティルトセンサ３８により検出されるティルト角（傾き情報）とに応じて第３レンズユニット１０３の駆動量（以下、ピント補正駆動量という）を算出する。そして、その算出結果に応じてピント補正アクチュエータ１０７の駆動を制御する。

本実施例では、ピント補正アクチュエータ１０７がボイスコイルモータである場合について説明したが、他のアクチュエータ、例えばステッピングモータや圧電素子を用いてもよい。また、本実施例では、撮影光学系の一部であるピント補正レンズを移動させる場合について説明するが、ピント補正レンズに代えて、撮像素子６をその受光面（撮像面）の法線に沿って移動させてもよい。

第１、第２および第３レンズ保持枠１１１，１１２，１１３は連絡環２２に取り付けられており、該連絡環２２は直進筒２３に固定されている。直進筒２３に設けられた第１カムフォロワ１２１および第４レンズ保持枠１１４に設けられた第４カムフォロワ１２４はそれぞれ、案内筒２０に設けられた直進溝部とカム筒２１に設けられたフォーカスカム溝部および第４レンズカム溝部とに対して係合している。フォーカス操作環２４は、マニュアルで焦点調節（マニュアルフォーカス）を行うユーザによって回転操作され、カム筒２１に回転操作力を伝達する。

フォーカス操作環２４を介してカム筒２１が回転されると、第１〜第３レンズユニット１０１〜１０３は直進筒２３および連絡環２２とともに光軸方向に一体的に移動する。また、これとともに第４レンズユニット１０４は、第１〜第３レンズユニット１０１〜１０３とは独立して光軸方向に移動する。フォーカス操作環２４、案内筒２０、カム筒２１および直進筒２３等によってマニュアルフォーカス機構（フォーカス調節手段）が構成される。

なお、第１〜第３レンズユニット１０１〜１０３をモータ等の電動アクチュエータによって駆動するようにしてもよい。また、フォーカス操作環２４の回転量および回転方向を電気的に検出し、その電気信号に基づいてカム筒２１を駆動するアクチュエータを制御するようにしてもよい。

次に、交換レンズ２におけるティルト／シフト機構について説明する。全体回転部３０は、カメラ１と接続されるマウント２５に固定された固定部材３１に光軸ＯＡ回りで回転可能に連結されており、交換レンズ２のうち該全体回転部３０よりも物体側の部分（以下、回転可能部分という）を光軸ＯＡ回りで回転させる。回転可能部分の回転量（角度）は、角度センサ３２によって検出される。

シフト部３３は、全体回転部３０に対して光軸ＯＡに対して直交する方向（シフト方向）にシフト可能に連結されており、交換レンズ２のうち該シフト部３３よりも物体側の部分（以下、シフト可能部分という）をシフト方向に平行移動させる。シフト部３３は、不図示のシフト操作ノブの回転操作をシフト方向の力に変換してシフト可能部分をシフトさせる機構を備えている。シフト可能部分のシフト量は、シフトセンサ３４によって、シフト方向（上下方向）とともに検出される。

ＴＳ回転部３６は、シフト部３３とティルト部３５を相対的に回転させる（以下、ＴＳ回転という）。ティルト部３５は、交換レンズ２のうち該ティルト部３５よりも物体側の部分（以下、ティルト可能部分という）を、光軸ＯＡに対して直交する軸回りでシフト部３３に対して（つまりはカメラ１に対して）傾斜させる。具体的には、ＴＳ回転部３６に設けられた凹面とティルト部３５に設けられた凸面とが、同一の中心軸（ティルト中心）と同一の半径を有す半円筒面として形成されて互いに当接している。ティルト部３５に設けられた凸面がＴＳ回転部３６に設けられた凹面に対して摺動することでティルト可能部分がティルト方向に回転（ティルト）する。ティルト部３５は、ティルト操作ノブ３７の回転操作をティルト方向の力に変換することでティルト可能部分をティルトさせる機構を有する。ティルト可能部分のティルト量は、ティルトセンサ３８によって、ティルト方向（上下方向）とともに検出される。

全体回転部３０、シフト部２２、ティルト部３５およびＴＳ回転部３６により、あらゆる方向へのシフトとティルトを組み合わせて行わせることができる。案内筒２０は、ティルト部３５に固定されている。

このように構成された交換レンズ２が装着されたカメラ１において、不図示のレリーズボタンが操作されると、オートフォーカス、測光（露出決定）の後、撮像素子６の露光および撮影画像の生成と記録が行われる。

次に、レンズＣＰＵ１０９が行う処理について説明する前に、シャインプルーフの原理について図２（ａ），（ｂ）を用いて説明する。交換レンズ２における撮影光学系の光軸ＯＡが撮像面２０１ａの法線に対して傾いている（つまりは撮影光学系の主面２０５ａが撮像面２０１ａに対して傾いている）とき、シャインプルーフの原理により、物体側におけるピントが合う範囲が決定される。図２（ａ）は、撮像面２０１ａの法線Ｎに対して撮影光学系２０２ａの光軸ＯＡが傾いていない場合においてピントが合う範囲（物体面）２０３ａを示している。図２（ｂ）は、撮像面２０１ａの法線Ｎに対して撮影光学系２０２ａの光軸ＯＡが傾いている場合においてピントが合う範囲２０３ｂを示している。

シャインプルーフの原理とは、図２（ｂ）に示すように撮像面２０１ａと撮影光学系の２０２ａの主面２０５ａとがある同一直線上の交点２０４ｂで交わるとき、ピントが合う物体面２０３ｂもまた交点２０４ｂを通るというものである。

撮影したい物体が奥行きを持つとき、その奥行きに沿うようにピントが合う物体面２０３ｂを傾けることで、物体の手前から奥までピントを合わせることができる。ティルトができないレンズにより奥行き部分にピントを合わせるときには絞りを絞って被写界深度を深くする方法が一般的である。これに対して、ティルトが可能なレンズでは、絞りが開放であってもティルトすることによって物体の奥行きに合わせてピントを合わせることが可能となる。

また、撮影光学系２０２ａの主面２０５ａを奥行きのある物体の傾きとは反対方向にティルトさせる逆ティルト撮影では、ピントが合う物体面２０３ｂを物体の奥行き方向に対して直角に近い角度で交差させることも可能である。この場合、ピントが合う範囲を極端に狭くすることができ、ジオラマ風の画像を取得することが可能である。

ここで、図３（ａ）〜（ｃ）を用いて、レンズのティルトありの場合とティルトなしの場合においてカメラ振れに対する像振れを第２レンズユニット１０２のシフト駆動によって低減（補正）したときの物体面の動き等を説明する。図３（ａ）〜（ｃ）において、３０１ａは撮像面であり、３０２ａは撮影光学系である。３０３ａ，３０３ｂはピントが合う物体面である。図３（ａ）〜（ｃ）におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向は図１におけるそれらに対応するが、図３（ａ）〜（ｃ）では上下方向をＸ方向とし、図の紙面に垂直な方向をＹ方向としている。

図３（ａ）は、撮像面３０１ａに平行な物体（被写体）３０４ａ−１〜３０４ａ−３をティルトなしで撮影する場合を示している。図３（ｂ）は、撮像面３０１ａに対して斜めに配置された物体３０４ｂ−１〜３０４ｂ−３をティルトなしで撮影する場合を示している。図３（ｃ）は、撮像面３０１ａに対して斜めに配置された物体３０４ｂ−１〜３０４ｂ−３をティルトありで撮影する場合を示している。

図３（ｂ）の場合は斜めの物体をティルトなしで撮影するので、ピントが合っているのは物体３０４ｂ−２のみである。一方、図３（ａ），（ｃ）の場合はそれぞれ物体３０４ａ−１〜３０４ａ−３および物体３０４ｂ−１〜３０４ｂ−３の全てにピントが合っている。これらの状態で−Ｘ方向にカメラ振れＳが発生したときの物体面３０５ａ，３０５ｂのシフトを各図に二点鎖線で示している。図３（ａ），（ｂ）の場合は、物体面３０５ａは撮像面３０１ａに対して平行にシフトする。しかし、図３（ｃ）の場合は、物体面３０５ｂは撮像面３０１ａに対して平行な方向ではなく、傾いた方向にシフトする。ここでは例としてカメラ振れＳが撮像面３０１ａに平行なＸ方向（−Ｘ方向）に発生した場合を示しているが、このＸ方向のいわゆる平行振れに限らず、回転によって生じる角度振れであっても同様に考えることができる。

そして、図３（ａ）〜（ｃ）の場合にシフト素子をシフト駆動すると、物体面３０５ａ，３０５ｂは元の物体面に沿ってシフトする。例えば、図３（ａ），（ｂ）の場合においてシフトレンズ（第２レンズユニット１０２）を光軸ＯＡに直交する面内で＋Ｘ方向にシフト駆動すると、物体面３０５ａは撮像面３０１ａに対して矢印３０６ａの方向（＋Ｘ方向）にシフトする。このため、シフトレンズのシフト駆動量（絶対値）を物体面３０５ａのシフト量と同じとすることで像振れの補正が可能となる。

一方、図３（ｃ）の場合は、シフトレンズをシフト駆動すると物体面３０５ｂは撮像面３０１ａに対して傾いた元の物体面に沿ってシフトする。物体面３０５ｂが撮像面３０１ａに対して傾いてシフトする理由は以下の通りである。シフトレンズを撮像面３０１ａの法線に対して傾いた光軸ＯＡに対して直交する面内でシフトさせても、図２（ｂ）を用いて説明したシャインプルーフの原理において撮影光学系の主面２０５ａが撮像面２０１ａ（３０１ａ）となす角度は変化しない。このため、撮像面２０１ａと主面２０５ａの交点もシフトレンズのシフト前後で変化しない。したがって、物体面３０５ｂは、シフトレンズがシフトすると、元の物体面に沿ってシフトする。

このことは、シフト素子としての撮像素子６を撮像面３０１ａに平行に（撮像面の法線に直交する面内で）シフトさせる場合でも同じであることは、上記の説明から明らかである。

このように、図３（ｃ）の場合においてシフト素子をシフト駆動することで撮像面３０１ａに対して傾いた方向に物体面３０５ｂがシフトすると、そのシフトにはピント方向（撮像面３０１ａの法線が延びる法線方向）でのシフト成分が含まれる。このため、ピントずれが発生する。本実施例は、このようなティルト状態でのシフト素子のシフト駆動により発生するピントずれを低減するため、第２レンズユニット１０２のシフト駆動に伴って前述したピント補正アクチュエータ１０７により第３レンズユニット１０３を光軸方向に移動させる。

なお、図３（ｂ）の場合は、図３（ｃ）の場合と同様に撮像面３０１ａに対して被写体３０４ｂ−１〜３０４ｂ３が斜めに配置されているが、物体面３０５ａは撮像面３０１ａに対して平行であるため、シフト素子のシフト駆動に伴うピントずれは発生しない。

次に図４を用いて、シフト素子（ここではシフトレンズとする）のシフト駆動に伴うピントずれの補正方法について、図２（ｂ）で説明したシャインプルーフの原理を用いながら数式で説明する。図４において、４０１は撮像面であり、４０２は撮影光学系の主面である。４０３はピントが合う物体面である。シャインプルーフの原理に従って、撮像面４０１と撮影光学系の主面４０２とが同一直線上の交点４０４で交わるとき、物体４０３も交点４０４を通る。図４におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向は図１に示すそれらに対応しているが、図４では上下方向をＸ方向とし、図の紙面に垂直な方向をＹ方向としている。

図４において、撮影光学系の焦点距離をｆとし、撮像面４０１の法線方向での被写体距離をａとし、主面４０２の撮像面４０１に対する（つまりは撮影光学系の光軸ＯＡの撮像面４０１の法線）に対するティルト角をαとする。このとき、物体面４０３が撮像面４０１に対してなす角度θは、式（１）で表される。
ｔａｎθ＝（ａ／ｆ）ｔａｎα （１）
例えば、ｆ＝９０ｍｍ、ａ＝１ｍ、α＝５ｄｅｇとすると、θ＝４４ｄｅｇとなる。なお、ティルト角αはティルトセンサ３８で検出される傾き情報であり、焦点距離ｆはレンズＣＰＵ１０９に予め格納されている光学情報である。また、被写体距離ａは撮影光学系を構成する各レンズの位置を直接検出して又はマニュアルフォーカス調節機構を通じて間接的に検出（算出）されてもよいし、不図示の測距手段を用いて計測されてもよい。

また、図４には、図３（ｃ）と同様に、カメラ振れが発生したときの物体面４０５を二点鎖線で示している。振れセンサ１１０により検出されたカメラ振れのうちティルト部３５がティルトした方向（図４におけるＸ方向）の振れ成分をｃ１とし、これに直交する方向（図４におけるＹ方向）の振れ成分をｃ２とする。さらに、撮像面４０１の法線方向（図４でいうＺ方向）の振れ成分をｃ３とする。このとき、物体面４０３を像振れ補正のために元の物体面に沿ってシフトさせるべき量は、
Ｘ方向：ｃ１／ｃｏｓθ （２）
Ｙ方向：ｃ２ （３）
Ｚ方向：ｃ１×ｔａｎθ＋ｃ３ （４）
で示される。振れセンサ１１０が角速度センサである場合は、これにより検出される撮像面４０１の法線Ｎに直交して上下方向に延びる上限軸を中心とした回転としての上下軸回転振れ（ヨー振れ）はｃ１に含まれる。また、撮像面４０１の法線Ｎに直交して左右方向に延びる左右軸を中心とした回転である左右軸回転ぶれ（ピッチ振れ）はｃ２に含まれる。さらに、振れセンサ１１０が加速度センサである場合は、これにより検出される撮像面４０１の法線Ｎに平行な振れである平行振れはｃ３に含まれる。

上記式（２）〜（４）で示す物体面４０３を元の物体面に沿ってシフトさせるべき量に対応するシフトレンズのシフト駆動量およびピント補正レンズのピント補正駆動量について次に説明する。シフトレンズのティルト方向に平行な方向およびティルト方向に直交する方向での単位シフト駆動量に対する物体面４０３の元の物体面に沿ったシフト量の比をそれぞれｅ１およびｅ２とする。また、ピント補正レンズの光軸方向での単位ピント補正駆動量に対する物体面４０３の撮像面４０１の法線方向での移動量の比をｅ３とする。このとき、
シフトレンズのシフト駆動量は、
Ｘ方向：（ｃ１／ｃｏｓθ）／ｅ１ （５）
Ｙ方向：ｃ２／ｅ２ （６）
で表される。また、ピント補正レンズのピント補正駆動量は、
（ｃ１×ｔａｎθ＋ｃ３）／ｅ３ (７)
で表される。

このように、振れ量ｃ１〜ｃ３、ティルト角α、撮影光学系の焦点距離ｆ、被写体距離ａおよび比ｅ１〜ｅ３を用いることで、シフトレンズのシフト駆動量（式（５），（６））とピント補正レンズのピント補正駆動量（式（７））を計算することができる。この計算は、レンズＣＰＵ１０９が行う。

なお、本実施例では上記式（５）〜（７）を用いてシフトレンズのシフト駆動量とピント補正レンズのピント補正駆動量を算出する場合について説明したが、これ以外の方法で算出してもよい。例えば、シフトレンズのシフト駆動量に対するピント補正レンズのピント補正駆動量を予め用意しておいたデータテーブルから読み出すようにしてもよい。また、上述したパラメータとは異なるパラメータを用いて算出してもよい。

また、本実施例ではティルト方向がＸ方向である場合について説明したが、上述したように全体回転部３０およびＴＳ回転部３６を有する構成により、ティルト方向はＸ方向およびＹ方向の成分を持ついずれの方向であってもよい。振れセンサ１１０により検出された振れ量をｃ１〜ｃ３に変換する際にそのときのティルト方向を考慮すればよい。

次に、先に例示した焦点距離ｆ＝９０ｍｍ、被写体距離ａ＝１ｍ、ティルト角α＝５ｄｅｇおよび撮像面に対して物体面がなす角度θ＝４４ｄｅｇの条件でのシフトレンズのシフト駆動量とピント補正レンズのピント補正駆動量を計算する。カメラ振れとして撮像素子６を回転中心とした角度振れがティルト方向に平行な方向に０．５ｄｅｇ生じたとすると、ｃ１＝８．７ｍｍ、ｃ２＝０、ｃ３＝０となる。そして、式（２）〜（４）より、像振れを補正するために物体面を元の物体面に沿ってシフトさせるべき量は、ティルト方向と平行な方向に１２ｍｍ、ティルト方向に直交する方向に０ｍｍ、撮像面の法線方向に８．４ｍｍである。

本実施例では、ｅ１＝ｅ２＝２４、ｅ３＝１２３である。このため、シフトレンズのシフト駆動量はティルト方向と平行な方向に０．５ｍｍ、ティルト方向に直交する方向に０ｍｍであり、ピント補正レンズのピント補正駆動量は０．０６８ｍｍとなる。

次に、焦点距離ｆ＝９０ｍｍおよび被写体距離ａ＝１０ｍの条件で逆ティルト撮影を行う場合について、シフトレンズのシフト駆動量とピント補正レンズのピント補正駆動量を計算する。逆ティルト撮影はピントが合う範囲を極端に狭くすることが目的であるため、例としてティルト角α＝１０ｄｅｇとする。この場合、撮像面に対して物体面がなす角度θは８７ｄｅｇである。

カメラ振れとして撮像素子６を回転中心とした角度振れがティルト方向に平行な方向に０．５ｄｅｇ生じたとすると、ｃ１＝８７ｍｍ、ｃ２＝０、ｃ３＝０となる。そして、式（２）〜（４）より、像振れを補正するために物体面を元の物体面に沿ってシフトさせるべき量は、ティルト方向と平行な方向に１６６２ｍｍ、ティルト方向に直交する方向に０ｍｍ、撮像面の法線方向に１６６０ｍｍである。本実施例では、ｅ１＝ｅ２＝３３２４、ｅ３＝１２３８８である。このため、シフトレンズのシフト駆動量はティルト方向と平行な方向に０．５ｍｍ、ティルト方向に直交する方向に０ｍｍであり、ピント補正レンズのピント補正駆動量は０．１３４ｍｍとなる。

図５のフローチャートには、レンズＣＰＵ１０９が行う処理を示している。レンズＣＰＵ１０９は、コンピュータプログラムとしての光学制御プログラムに従って本処理を実行する。

ステップＳ１では、レンズＣＰＵ１０９はチルトセンサ３８を通じてティルト角の情報を取得するとともに、撮影光学系の焦点距離およびピントが合っている被写体距離の情報を取得する。

次にステップ２では、レンズＣＰＵ１０９は、振れセンサ１１０を通じてカメラ振れ量を取得する。そして、ステップＳ３では、レンズＣＰＵ１０９は、上述した式（５）〜（７）を用いてシフトレンズのシフト駆動量およびピント補正レンズのピント補正駆動量を算出する。

次にステップＳ４では、レンズＣＰＵ１０９は、ステップＳ３にて算出したシフト駆動量だけシフトレンズをシフト駆動させるように防振アクチュエータ１０６の駆動を制御する。さらに、これと同時にステップＳ３にて算出したピント補正駆動量だけピント補正レンズをピント補正駆動させるようにピント補正アクチュエータ１０７の駆動を制御する。これ以後、レンズＣＰＵ１０９は、ステップＳ１からの処理を繰り返し行う。

このように本実施例では、シフトレンズ（シフト素子）のシフト駆動に伴ってピント補正レンズ（ピント補正素子）を駆動する、言い換えればシフト素子とピント補正素子とを同時に駆動するように制御する。これにより、ティルト撮影時に像振れ補正のためのシフト素子をシフト駆動することによるピントずれの発生を抑制することができる。

なお本実施例では、通常の焦点調節において移動する複数のレンズ、すなわち第１〜第３レンズユニット１０１〜１０３のうち一部のレンズである第３レンズユニット１０３により像振れ補正に伴うピントずれを補正する場合について説明した。しかし、通常の焦点調節により移動するレンズとは別のレンズをピント補正レンズとして用いてもよい。また、通常の焦点調節により移動するレンズと全く同じレンズをピント補正レンズとして用いてもよい。この場合は、該レンズを通常の焦点調節時にもピント補正アクチュエータ１０７に相当するアクチュエータによって駆動すればよい。

ただし、シフトレンズとピント補正レンズは同時に駆動されるため、これらを駆動する２つのアクチュエータ（防振アクチュエータ１０６およびピント補正アクチュエータ１０７）が互いに同等の応答性および制御性があることが望ましい。このため、通常の焦点調節で駆動されるレンズの質量が大きい場合やこれを駆動する駆動系のがたや慣性が大きい場合には、通常の焦点調節を行うためのレンズとは別のレンズをピント補正レンズとして用いる方が好ましい。この場合、ピント補正レンズに必要なピント補正駆動量は、通常の焦点調節を行うレンズの移動量よりも小さいので、その小さいピント補正駆動量に適したピント補正アクチュエータを選択することも可能となる。このような構成を採用することで、ティルト撮影時にシフト素子をシフト駆動することによるピントずれの発生をさらに確実に抑制することができる。

以上説明したように、本実施例では、シフト素子をシフト駆動することによるピントずれを補正するために、カメラ振れ量、ティルト角および被写体距離に基づいてシフト素子とピント補正素子の駆動を制御することについて説明した。このようなピントずれは、焦点検出ユニット５による焦点検出結果や撮像面位相差検出方式およびコントラスト検出方式による焦点検出結果に基づくオートフォーカスによっては十分に補正することはできない。以下、その理由について説明する。

図３（ｃ）を用いて説明したように、ティルト撮影時には物体面が撮像面に対して傾いているため、撮像面に平行なカメラ振れによってもピントずれが生じる。このため、像振れ補正中にシフトレンズのシフト位置が絶えず変化することで、オートフォーカスにおける焦点検出結果も絶えず変化することになる。つまり、カメラ振れが生じている間はオートフォーカスによる合焦状態が得られず、結果としてシフト素子をシフト駆動することによるピントずれを補正することが困難になる。

その他にも、焦点検出ユニット５も撮像面位相差検出方式およびコントラスト検出方式による焦点検出でも光電変換素子（ラインセンサや撮像素子）を用いるため、暗いシーンにおいてはカメラ振れの周波数に対応した焦点検出ができない場合もある。これに対して、本実施例では、明るさによらない振れセンサ１１０によるカメラ振れの検出結果を用いてより確実にピントずれの補正を行うことができる。

図６には、本発明の実施例２である撮像装置としての一眼レフデジタルカメラ本体（以下、単にカメラという）５００と該カメラ５００に取り外し可能に装着される交換レンズ２００の構成を示す。また、図６では、レンズ光軸（以下、単に光軸という）ＯＡに沿った光軸方向をＺ方向とし、光軸ＯＡに対して直交する方向であって撮像面に平行な２方向のうち横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向とする。本実施例では、カメラ５００にシフト素子およびピント補正素子に相当する撮像素子６を備えている。なお、図６において、実施例１（図１）のカメラ１および交換レンズ２の構成要素と共通する構成要素には実施例１と同符号を付して説明に代える。また、本実施例では、シフト素子およびピント補正素子を備える光学機器がレンズ交換型の撮像装置である場合について説明するが、レンズ一体型の撮像装置であってもよい。

カメラ５００は、該カメラ５００の振れ（カメラ振れ量）を検出する角速度センサ等の振れセンサ５１０と、シフト素子としての撮像素子６をその受光面（撮像面）の法線に直交する面内でシフトさせる防振アクチュエータ５０６を有する。防振アクチュエータ５０６は、実施例１における防振アクチュエータ１０６と同様にボイスコイルモータ等により構成されている。なお、像振れ補正のために撮像素子６を撮像面の法線上を通る軸を中心として回動さするようにシフトさせてもよい。

さらに、カメラ５００は、ピント補正素子としての撮像素子６を撮像面の法線方向に駆動するピント補正アクチュエータ５０７を有する。ピント補正アクチュエータ５０７は、圧電素子により構成されており、入力された電気信号に応じた変形を生じることで撮像素子６を駆動する（以下、ピント補正駆動するという）。なお、ピント補正アクチュエータ５０７として、実施例１のピント補正アクチュエータ１０７と同様にボイスコイルモータやステッピングモータを用いてもよい。防振アクチュエータ５０６およびピント補正アクチュエータ５０７は、不図示のフレキシブルプリント基板により光学制御装置（取得手段および制御手段）としてのカメラＣＰＵ５１５に電気的に接続されている。

カメラＣＰＵ５１５は、振れセンサ１１０を通じて検出されたカメラ振れ量（振れ情報：つまりは撮影光学系の振れ量）に応じて撮像素子６のシフト駆動量を算出し、その算出結果に応じて防振アクチュエータ５０６の駆動を制御する。また、カメラＣＰＵ５１５は、カメラ振れと交換レンズ２００に搭載されたティルトセンサ３８により検出されるティルト角（傾き情報）とに応じて撮像素子６のピント補正駆動量を算出し、その算出結果に応じてピント補正アクチュエータ５０７の駆動を制御する。

交換レンズ２００は、実施例１の交換レンズ２と同様の撮影光学系とティルト／シフト機構とを有する。

カメラＣＰＵ５１５は、実施例１におけるレンズＣＰＵ１０９と同様に、振れ量ｃ１〜ｃ３、ティルト角α、撮影光学系の焦点距離ｆおよび被写体距離ａを用いて撮像素子６のシフト駆動量およびピント補正駆動量を算出する。ただし、本実施例では撮像素子６をシフト駆動するとともにピント補正駆動するため、実施例１と撮影光学系が同じであっても実施例１に示した式（５）〜（７）におけるｅ１，ｅ２，ｅ３は異なる値である。

このように、本実施例では、シフト素子としての撮像素子６のシフト駆動に伴ってピント補正素子としての撮像素子６をピント補正駆動する、言い換えれば撮像素子６のシフト駆動とピント補正駆動とを同時に行うように制御する。これにより、ティルト撮影時に像振れ補正のためのシフト素子をシフト駆動することによるピントずれの発生を抑制することができる。

そして、本実施例のように撮像素子をシフト素子およびピント補正素子として用いることで、交換レンズ２００の設計自由度を上げることが可能となる。

なお、本実施例でも、上記式（５）〜（７）を用いて撮像素子のシフト駆動量とピント補正駆動量を算出する場合について説明したが、これ以外の方法で算出してもよい。例えば、撮像素子のシフト駆動量に対するピント補正駆動量を予め用意しておいたデータテーブルから読み出すようにしてもよい。また、上述したパラメータとは異なるパラメータを用いて算出してもよい。

また、実施例１ではシフト素子とピント補正素子が交換レンズに設けられ、実施例２ではシフト素子とピント補正素子がカメラに設けられた場合について説明した。しかし、シフト素子（シフトレンズ）が交換レンズにあり、ピント補正素子（撮像素子）がカメラにあってもよい。この場合、カメラＣＰＵがレンズＣＰＵからシフトレンズのシフト駆動量の情報を受け取って撮像素子のピント補正駆動量を算出し、これをピント補正駆動する形態が好ましい。また、シフト素子（撮像素子）がカメラにあり、ピント補正素子（ピント補正レンズ）が交換レンズにあってもよい。この場合、レンズＣＰＵがカメラＣＰＵから撮像素子のシフト駆動量の情報を受け取ってピント補正レンズのピント補正駆動量を算出し、これをピント補正駆動する形態が好ましい。

さらに、シフト素子およびピント補正素子が双方ともカメラにもあり、かつ交換レンズにあってもよい。この場合には、カメラ振れの大きさや周波数に応じてカメラ側と交換レンズ側のシフト素子およびピント補正素子を使い分けるようにしてもよい。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

６ 撮像素子
１０２ 第２レンズユニット
１０３ 第３レンズユニット
１０６，５０６ 防振アクチュエータ
１０７，５０７ ピント補正アクチュエータ
３５ ティルト部
３８ ティルトセンサ
１０９ レンズＣＰＵ
１１０，５１０ 振れセンサ
５１５ カメラＣＰＵ

Claims (10)

1. 光学系の撮像面に対する被写体面の傾きに関する傾き情報を取得する傾き取得手段と、
   前記光学系の振れに関する振れ情報を取得する振れ取得手段と、
   前記光学系の光軸に直交する方向または前記撮像面と平行な方向へシフト素子を駆動するシフト駆動量、及び、前記光学系の光軸方向または前記撮像面への法線に沿った方向へピント補正素子のピント補正量をそれぞれ、前記傾き情報と前記振れ情報と前記光学系の焦点距離と被写体距離とに基づいて求め、前記シフト駆動量に基づいて前記シフト素子を駆動させ、前記ピント補正量に基づき前記ピント補正素子を駆動させる制御手段とを有することを特徴とする光学制御装置。
2. 前記シフト素子は、前記光学系に含まれるシフトレンズおよび前記撮像面に配置された撮像素子のうち一方であり、
   前記ピント補正素子は、前記光学系に含まれるピント補正レンズおよび前記撮像素子のうち一方であることを特徴とする請求項１に記載の光学制御装置。
3. 前記ピント補正素子は前記ピント補正レンズであり、前記制御手段は、前記ピント補正レンズを駆動するピント補正アクチュエータと、前記ピント補正レンズを含む複数のレンズを前記光軸に沿って移動させることで焦点調節を行うフォーカス調節手段とを有する光学機器における前記ピント補正アクチュエータを制御することを特徴とする請求項２に記載の光学制御装置。
4. 前記ピント補正素子は前記光軸に沿って移動可能であり、
   前記シフト素子は前記光軸に直交する方向にシフト可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学制御装置。
5. 前記傾き情報は、前記撮像面の法線と、前記光軸とがなす角度から求まる角度情報であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学制御装置。
6. 前記制御手段は、前記シフト素子の前記シフト駆動量に応じた前記ピント補正素子の前記ピント補正量を求めることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学制御装置。
7. 前記制御手段は、前記シフト駆動量に基づいた前記シフト素子の駆動と、前記ピント補正量に基づいた前記ピント補正素子の駆動とを同時に行うように制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学制御装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の光学制御装置と、
   前記シフト素子および前記ピント補正素子のうち少なくとも一方とを有することを特徴とする光学機器。
9. 光学制御装置に実装可能なコンピュータープログラムであって、
   光学系の撮像面に対する被写体面の傾きに関する傾き情報を取得する傾き取得手段、
   前記光学系の振れに関する振れ情報を取得する振れ取得手段、
   前記光学系の光軸に直交する方向または前記撮像面と平行な方向へシフト素子を駆動するシフト駆動量、及び、前記光学系の光軸方向または前記撮像面への法線に沿った方向へピント補正素子を駆動するピント補正量をそれぞれ、前記傾き情報と前記振れ情報と前記光学系の焦点距離と被写体距離とに基づいて求め、前記シフト駆動量に基づいて前記シフト素子を駆動させ、前記ピント補正量に基づき前記ピント補正素子を制御する制御手段、
   として前記光学制御装置を機能させることを特徴とするコンピュータープログラム。
10. 光学制御装置の制御方法であって、
    光学系の撮像面に対する被写体面の傾きに関する傾き情報を取得する傾き取得工程と、
    前記光学系の振れに関する振れ情報を取得する振れ取得工程と、
    前記光学系の光軸に直交する方向または前記撮像面と平行な方向へシフト素子を駆動するシフト駆動量、及び、前記光学系の光軸方向または前記撮像面への法線に沿った方向へピント補正素子のピント補正量をそれぞれ、記傾き情報と前記振れ情報と前記光学系の焦点距離と被写体距離とに基づいて求め、前記シフト駆動量に基づいて前記シフト素子を駆動させ、前記ピント補正量に基づき前記ピント補正素子を制御する制御工程と、
    を有することを特徴とする制御方法。