(57)【要約】【課題】カメラの撮像面に平行な平行移動成分を加速度センサーを用い検出する場合には重力加速度の影響を加味する必要があり、重力加速度の影響を完全に補正するのは困難であり、精度上の課題がある。【解決手段】筐体と撮像素子とレンズと測距器と筐体の３軸方向の回転を検出する回転変位検出手段と前記回転変位検出手段の出力を入力とし前記レンズを通して前記撮像素子の上に得られる像の位置を制御する制御器と前記レンズを通して前期撮像面に結像した像を記録する画像記憶手段と前記画像記憶手段の出力から画像のぶれ量を検出する手段を備える。【選択図】図２
2010197901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と撮像素子とレンズと測距器と筐体の３軸方向の回転を検出する回転変位検出手段と前記回転変位検出手段の出力を入力とし前記レンズを通して前記撮像素子の上に得られる像の位置を制御する制御器と前記レンズを通して前期撮像面に結像した像を記録する画像記憶手段と前記画像記憶手段の出力から画像のぶれ量を検出する手段を備えることを特徴とした手ブレ量の検出装置。
【請求項２】
筐体の３軸方向回転手ブレを検出する回転変位検出手段がジャイロセンサーと積分器で構成されることを特徴とする請求項１の手ブレ量検出装置。
【請求項３】
像の位置を制御する制御器が撮像素子を駆動することを特徴とする請求項１または請求項２の手ブレ検出装置。
【請求項４】
像の位置を制御する制御器が、３軸方向の回転を検出する回転変位検出手段の出力のうち、２軸方向の回転変位検出手段の出力を入力とする制御系と、残り１軸方向の回転変位検出手段の出力を入力とする制御系に分かれて配置され、前記２軸方向の回転変位検出手段の出力を入力とする制御系がレンズを駆動し、前記残り１軸方向の回転変位検出手段の出力を入力とする制御系が撮像素子を駆動することを特徴とする請求項１または請求項２の手ブレ検出装置。
【請求項５】
測距器がオートフォーカス機能とフォーカスレンズ位置検出器と前記フォーカスレンズ位置検出器の出力から被写体の距離を演算する演算器とからなることを特徴とした請求項１〜請求項４のいずれかに記載の手ブレ量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラなどに用いられる手ブレ量の検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラが普及し、デジタルカメラの機能として、手ブレを補正する機構を備えるものが一般的になっている。製品化されているデジタルカメラの手ブレを補正する機構については回転角度を補正する機能のみが用いられており、特許公開平７−３０１８３９に見られるように回転成分を補正する研究開発が多くなされている。
【０００３】
カメラの撮像面に平行な平行移動成分を加速度センサーを用い検出することも提案されている。（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−３０１８３９号公報
【特許文献２】特開平３−４６６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、カメラの撮像面に平行な平行移動成分を加速度センサーを用いて検出する場合には重力加速度の影響を加味する必要があり、重力加速度の影響を完全に補正するのは困難であり、精度上の課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
筐体と撮像素子とレンズと測距器と筐体の３軸方向の回転を検出する回転変位検出手段と前記回転変位検出手段の出力を入力とし前記レンズを通して前記撮像素子の上に得られる像の位置を制御する制御器と前記レンズを通して前期撮像面に結像した像を記録する画像記憶手段と前記画像記憶手段の出力から画像のぶれ量を検出する手段を備える。
【発明の効果】
【０００６】
カメラの位置・姿勢は３方向の並進成分と３方向の回転成分で一義に定義でき、以下のように軸の方向を定義する。
【０００７】
カメラの光軸方向をＺ軸、Ｚ軸に直行し水平な方向をＸ軸、Ｘ軸に直交しかつＺ軸に直交する方向（鉛直方向）をＹ軸と呼ぶことにする。
【０００８】
本発明においては、カメラと測距器とカメラの３軸方向回転手ブレを検出する手段とカメラの３軸方向回転手ブレ成分を補正する機構と前記カメラの３軸方向回転手ブレ成分を補正する機構と連動し回転手ブレ成分を補正した画像を撮影する手段を有しているため、撮影した画像には手ブレのうち３方向の回転成分のブレは現れず、３方向の並進成分のみが現れる。
【０００９】
３方向の並進成分のうちＺ軸の方向のブレは、通常、被写体との距離がブレ量に対して十分あり被写界深度内であることが多いので、無視できる。
【００１０】
以上のように、本発明においては３方向の回転の手ブレ成分および、Ｚ方向の手ブレ成分がなく、Ｘ方向、Ｙ方向の手ブレ成分のみ含まれる画像を撮影することができ、画像から画像のぶれ量を検出する手段によりＸ方向、Ｙ方向の手ブレによる画像のぶれ量を検出することができ、測距器により検知した被写体との距離、および、既知であるカメラの撮像面の大きさとレンズの焦点距離とから、画像のブレ量をカメラのブレ量に換算することができる。
【００１１】
すなわち、カメラの撮像面に平行な平行移動成分を検出することができる。
【００１２】
また、加速度センサーを用いた場合と異なり、重力加速度の影響を受けないため、高精度な検出を行うことができる。
【００１３】
なお、平行移動成分を検出するに当たり、被写体を基準としているため、前提条件として、「被写体が動かない」という条件が挙げられる。
【００１４】
しかしながら、被写体のうち、平行移動成分検出における基準となる主被写体の運動（被写体ブレ）を含めて、補正する量を得ることができ、デジタルカメラにおいては、手ブレ補正と主被写体のぶれ補正を同時に行えるというメリットがあることを付け加えておく。
また、デジタルカメラの多くは、回転成分の手ブレ補正機能を有しているものが多く、新たに、メカニズムを増設せずに検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
本発明における第１の実施例について、説明する。
【００１６】
図１は手ブレ量の検出装置の構成の概略図であり、図２はカメラの撮像面に平行な平行移動成分の検出動作の概略図である。
【００１７】
図３は駆動系制御手段の動作の流れを示す。
【００１８】
本実施例における手ブレ量の検出装置のカメラ部は、オートフォーカス機能を持ち、撮影に必要な光学系であるレンズ群１７、撮像素子２、ロール方向回転変位検出手段３、ピッチ方向回転変位検出手段４、ヨー方向回転変位検出手段５、撮像素子駆動手段７、筐体９、駆動系制御手段１０、フォーカスレンズ位置センサー１１、レンズの焦点距離検出装置１２、画像からブレ量を計算するブレ量演算器１３、測距器１４、画像記憶手段１５、換算用演算器１６により構成される。
【００１９】
ロール方向回転変位検出手段３、ピッチ方向回転変位検出手段４、ヨー方向回転変位検出手段５は通常、角速度センサーとそのセンサー出力を積分し角度に変換する演算装置から成り、筐体９に取り付けられる。
【００２０】
撮像素子駆動手段７は、撮像素子２を平面方向とロール方向に駆動する手段であり、たとえば、水平および垂直の２軸の平行ステージ、コイル、マグネットを配置し、電磁力により水平および垂直の方向へ撮像素子２を駆動し、ロール方向に回転駆動するモータを備えロール方向に撮像素子２を回転駆動する装置であり、筐体９に取り付けられる。
【００２１】
撮像素子駆動手段７は、ほかにも、３箇所の定点を独立に平面方向に駆動するなど方法もあり、撮像面に平行な面内の任意の姿勢を実現できるものであれば、どのような構成でもかまわない。
【００２２】
測距器１４は、オートフォーカス後のフォーカスレンズの位置より被写体との距離を計算する演算器で構成される。
【００２３】
駆動系制御手段１０は、ロール方向回転変位検出手段３、ピッチ方向回転変位検出手段４、ヨー方向回転変位検出手段５の出力より撮像素子２の位置・姿勢の適切な目標値を演算する機能と撮像素子駆動手段７の動作を制御する機能を備え、撮像素子２の位置・姿勢をほぼ同時に目標値へ駆動・位置決めさせる機能を有する。
【００２４】
以下、画像撮影時の動作について説明する。動作の基本となる考え方について説明する。
【００２５】
手ブレによる筐体の変位は６軸に分解することができる。回転変位は、ロール方向、ピッチ方向、ヨー方向の３つに分解できる。平行移動の変位は、撮像面に平行で水平方向であるＸ方向、撮像面に平行でＸ方向と直行する方向であるＹ方向、撮像面に垂直な方向（光軸の方向）であるＺ方向に分解できる。
【００２６】
上記５軸は独立な量であるため、各方向の変位における動作を分けて説明する。
【００２７】
まず、ロール方向について説明する。ロール方向の回転変位成分は、ロール方向回転変位検出手段３により検出され、検出された角度変位分、撮像素子駆動手段７により撮像素子２の中心周りに筐体の運動と逆方向に回転駆動する。以上により、ロール方向の回転変位成分は補正される。
【００２８】
次に、ピッチ方向について説明する。ピッチ方向の回転変位成分は、ピッチ方向回転変位検出手段４により検出され、検出された角度変位に相当する量だけ、撮像素子駆動手段７により撮像素子２をＹ方向に移動して補正を行う。以上により、ピッチ方向の回転変位成分は補正される。
【００２９】
次に、ヨー方向について説明する。ヨー方向の回転変位成分は、ヨー方向回転変位検出手段５により検出され、検出された角度変位に相当する量だけ、撮像素子駆動手段７により撮像素子２をＸ方向に移動して補正を行う。以上により、ヨー方向の回転変位成分は補正される。
【００３０】
次に、平行移動量を検出する動作について説明を行う。オートフォーカスが動作した後に、上記のロール方向、ピッチ方向、ヨー方向の回転補正動作のもとで撮影を行う。撮影された画像は、画像記憶手段１５に記憶される。画像記憶手段１５に記憶された画像を以下、記憶画像と呼ぶ。記憶画像には、Ｚ方向のブレの影響は無視できるので、Ｘ方向とＹ方向の筐体の平行移動によるブレのみが現れる。記憶画像より得られるブレ量は、撮像素子２の画素数単位で表現され、フォーカスエリアにある被写体のブレ量をブレ量演算器１３により抽出する。
撮像素子２の大きさ（既知）および撮像素子２の有効画素数（既知）を用いて、ブレ量演算器１３は、画素数単位で抽出されたブレ量を撮像面上での長さに換算する機能を有する。
測距器１４により被写体との距離情報を得られ、レンズの焦点距離検出装置１２によりオートフォーカスされた合焦状態でのレンズ群１７の焦点距離が得られ、これらの情報をもとに、ブレ量演算器１３により得られた撮像面上でのブレ量のデータは被写体の平行移動量に換算用演算器１６により換算される。被写体の平行移動量は、相対的には、被写体から見たカメラ筐体の平行移動量であり、求めるべき筐体９の平行移動量が得たことになる。
【００３１】
なお、ここでは、被写体自身が運動していないことを前提とするが、被写体が運動している場合は、被写体の平行移動を含めた移動量を測定することになり、手ブレと被写体ブレを同時に補正するための必要量を得ることが可能である。
【００３２】
（実施の形態２）
本発明における第２の実施例について、説明する。
【００３３】
第２の実施例は、第１の実施例と基本的な動作は同じで、ロール方向、ピッチ方向、ヨー方向の回転補正動作を行なう構成が異なる。
【００３４】
図１は手ブレ量の検出装置の構成の概略図であり、図４はカメラの撮像面に平行な平行移動成分の検出動作の概略図である。
【００３５】
図５は駆動系制御手段の動作の流れを示す。
【００３６】
本実施例における手ブレ量の検出装置のカメラ部は、オートフォーカス機能を持ち、撮影に必要な光学系であるレンズ群１７、撮像素子２、ロール方向回転変位検出手段３、ピッチ方向回転変位検出手段４、ヨー方向回転変位検出手段５、レンズ駆動手段６、撮像素子駆動手段７、筐体９、駆動系制御手段１０、フォーカスレンズ位置センサー１１、レンズの焦点距離検出装置１２、画像からブレ量を計算するブレ量演算器１３、測距器１４、画像記憶手段１５、換算用演算器１６により構成される。
【００３７】
レンズ群１７は撮像素子上に得られる像の位置を動かすために可動な構成を持つレンズ１とフォーカスレンズとで構成され、レンズ１は必ずしもレンズ単体ではなく、レンズ１がレンズ群１７そのものである場合も考えられる。
【００３８】
レンズ１およびフォーカスレンズは機能により言葉を使い分けているだけで、レンズ１とフォーカスレンズが同一レンズであってもかまわない。
【００３９】
ロール方向回転変位検出手段３、ピッチ方向回転変位検出手段４、ヨー方向回転変位検出手段５は通常、角速度センサーとそのセンサー出力を積分し角度に変換する演算装置から成り、筐体９に取り付けられる。
【００４０】
撮像素子駆動手段７は、撮像素子２をロール方向に駆動する手段である。測距器１４は、オートフォーカス後のフォーカスレンズの位置より被写体との距離を計算する演算器で構成される。駆動系制御手段１０は、ロール方向回転変位検出手段３、ピッチ方向回転変位検出手段４、ヨー方向回転変位検出手段５の出力より撮像素子２の位置・姿勢の適切な目標値を演算する機能と撮像素子駆動手段７の動作を制御する機能を備え、撮像素子２の位置・姿勢をほぼ同時に目標値へ駆動・位置決めさせる機能を有する。
【００４１】
以下、画像撮影時の動作について説明する。
【００４２】
動作の基本となる考え方について説明する。手ブレによる筐体の変位は６軸に分解することができる。回転変位は、ロール方向、ピッチ方向、ヨー方向の３つに分解できる。
平行移動の変位は、撮像面に平行で水平方向であるＸ方向、撮像面に平行でＸ方向と直行する方向であるＹ方向、撮像面に垂直な方向（光軸の方向）であるＺ方向に分解できる。
【００４３】
上記５軸は独立な量であるため、各方向の変位における動作を分けて説明する。
【００４４】
まず、ロール方向について説明する。ロール方向の回転変位成分は、ロール方向回転変位検出手段３により検出され、検出された角度変位分、撮像素子駆動手段７により撮像素子２の中心周りに筐体の運動と逆方向に回転駆動する。以上により、ロール方向の回転変位成分は補正される。
【００４５】
次に、ピッチ方向について説明する。ピッチ方向の回転変位成分は、ピッチ方向回転変位検出手段４により検出され、検出された角度変位に相当する量だけ、レンズ駆動手段７によりレンズ１をＹ方向に移動して補正を行う。以上により、ピッチ方向の回転変位成分は補正される。
【００４６】
次に、ヨー方向について説明する。ヨー方向の回転変位成分は、ヨー方向回転変位検出手段５により検出され、検出された角度変位に相当する量だけ、レンズ駆動手段７によりレンズ１をＸ方向に移動して補正を行う。以上により、ヨー方向の回転変位成分は補正される。
【００４７】
次に、平行移動量を検出する動作について説明を行う。オートフォーカスが動作した後に、上記のロール方向、ピッチ方向、ヨー方向の回転補正動作のもとで撮影を行う。
撮影された画像は、画像記憶手段１５に記憶される。画像記憶手段１５に記憶された画像を以下、記憶画像と呼ぶ。
【００４８】
記憶画像には、Ｚ方向のブレの影響は無視できるので、Ｘ方向とＹ方向の筐体の平行移動によるブレのみが現れる。記憶画像より得られるブレ量は、撮像素子２の画素数単位で表現され、フォーカスエリアにある被写体のブレ量をブレ量演算器１３により抽出する。
撮像素子２の大きさ（既知）および撮像素子２の有効画素数（既知）を用いて、ブレ量演算器１３は、画素数単位で抽出されたブレ量を撮像面上での長さに換算する機能を有する。
測距器１４により被写体との距離情報を得られ、レンズの焦点距離検出装置１２によりオートフォーカスされた合焦状態でのレンズ群１７の焦点距離が得られ、これらの情報をもとに、ブレ量演算器１３により得られた撮像面上でのブレ量のデータは被写体の平行移動量に換算用演算器１６により換算される。被写体の平行移動量は、相対的には、被写体から見たカメラ筐体の平行移動量であり、求めるべき筐体９の平行移動量が得たことになる。
【００４９】
なお、ここでは、被写体自身が運動していないことを前提とするが、被写体が運動している場合は、被写体の平行移動を含めた移動量を測定することになり、手ブレと被写体ブレを同時に補正するための必要量を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明にかかる手振れ検出装置は、撮像装置に適用可能である。例えば、デジタルスチルカメラ、ムービー、カメラ機能付き携帯電話端末に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の手振れ量検出装置の構成を示す概略図
【図２】第１の実施例における手振れ量検出装置の検出動作の概略図
【図３】第１の実施例における駆動系制御手段の動作の流れを示す図
【図４】第２の実施例における手振れ量検出装置の検出動作の概略図
【図５】第２の実施例における駆動系制御手段の動作の流れを示す図
【符号の説明】
【００５２】
１    レンズ
２    撮像素子
３    ロール方向回転変位検出手段
４    ピッチ方向回転変位検出手段
５    ヨー方向回転変位検出手段
６    レンズ駆動手段
７    撮像素子駆動手段
９    筐体
１３    ブレ量演算器
１４    測距器
１５    画像記憶手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010197901.tif 000006
【図５】
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