(57)【要約】【課題】良好な振れ検出及び撮影動作が可能な撮影装置及び撮影システムを実現する。【解決手段】撮影画像が生成するための信号を出力する撮影光学系からの光の光軸上に配置された第１の撮像素子７と、光軸上以外の位置に配置されて光を受ける第２の撮像素子８とを設け、該第２の撮像素子８の出力信号に基づいて撮影装置の振れを検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系からの光の光軸上に配置された第１の撮像素子の出力信号に基づいて撮影画像を生成する撮影装置であって、
前記光軸上以外の位置に配置され、前記光を受ける第２の撮像素子と、
前記第２の撮像素子の出力信号に基づいて該撮影装置の振れを検出する検出手段とを有することを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
前記撮影光学系からの光路の内外に移動可能なミラー部材を有し、
前記第２の撮像素子は前記ミラー部材によって反射されない光を受けることを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
【請求項３】
前記第２の撮像素子の受光面は、前記第１の撮像素子の受光面を包含するイメージサークル領域内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮影装置。
【請求項４】
前記第１の撮像素子の受光面を包含するイメージサークル領域に向かう光の一部を前記第２の撮像素子に導く導光部材を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮影装置。
【請求項５】
前記第１の撮像素子の露光を制御するシャッタを有し、
前記第２の撮像素子は、前記シャッタの開閉にかかわらず前記光を受けることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の撮影装置。
【請求項６】
前記撮影光学系からの光路の内外に移動するミラー部材を有し、
前記第２の撮像素子は、前記ミラー部材の位置にかかわらず前記光を受けることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の撮影装置。
【請求項７】
前記検出手段により検出された振れに基づいて像振れ補正制御を行う制御手段を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の撮影装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記検出手段により検出された第１の振れと、機械的又は物理的な振れ検出方式により検出された第２の振れとに基づいて前記像振れ補正制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の撮影装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の撮影装置と、
該撮影装置に装着される交換レンズとを有することを特徴とする撮影システム。
【請求項１０】
前記交換レンズは、像振れ補正のために駆動される光学素子を含むことを特徴とする請求項８に記載の撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防振機能を備えた撮影装置及び撮影システムに関し、詳しくは手振れ検出に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ユーザが撮影を行う際、ユーザの手振れが主な原因となって撮影前の構図決定が難しくなったり、また、撮影中にカメラ振れによって撮影画像に劣化が生じる問題があった。そこで、ユーザの手振れを検出し、これを補正する技術が提案され、代表的な従来例として、例えば、特許文献１〜３に記載の技術が挙げられる。
【０００３】
特許文献１に示される第１の従来例では、一眼レフレックスカメラ用の交換レンズ内にユーザの手振れによって発生する角速度を検出する振動ジャイロが設けられている。そして、交換レンズ内の一部のレンズ群を撮影光軸と略直交する方向に高速で移動させることで、カメラ振れによって発生する被写体像の変位（像振れ）を連続的に補正する装置（像振れ補正手段）が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２に示される第２の従来例では、撮像素子によって被写体像を形成するテレビカメラにおいて、撮影画像を形成する撮像素子の出力信号を利用して被写体像の像振れを検出し、上記第１の従来例と同様に撮影光学系の内部に設けられた像振れ補正手段を駆動させることによって該像振れを補正する技術が提案されている。
【０００５】
さらに特許文献３に示される第３の従来例では、上記第２の従来例と同様に撮像素子によって被写体像を形成するビデオカメラであって、撮影画像を形成する撮像素子の出力信号を利用して被写体像の像触れを検出し、撮像素子そのものを光軸に直交する方向に高速で移動させることによって被写体像の変位を補正する装置が提案されている。
【特許文献１】特開平３−１８８４３０号公報（２頁〜３頁、図２、図３等）
【特許文献２】特開平１−２３１４８３号公報（２頁左下欄〜３頁右下欄、図１等）
【特許文献３】特開平２−１７０６８１号公報（３頁右上欄〜４頁左下欄、図１〜図５等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記第１の従来例では交換レンズに像振れ補正（防振）機能が設けられているため、防振機能を有しない撮影レンズを装着した場合には像振れ補正を行うことができない。
【０００７】
また、すべての交換レンズ内に振れ検出装置と像振れ補正機構を設けるように構成することも可能であるが、交換レンズを複数所有するユーザにとっては、実質的には同様の機能を持った複数のカメラ振れ検出装置を有することになってしまうことになり好ましくなく、さらに、交換レンズに搭載される該カメラ振れ検出装置や像振れ補正機能の製造コストは高くなることから、ユーザにとってコスト面の負担が大きくなる。したがって、理想的には、撮影装置内に該振れ検出装置を具備することが望ましい。
【０００８】
一方、所定の手振れによるカメラ振れが発生したときに生ずる被写体像の変位（像振れ）は、手振れが主として回転方向の振れとなっていることが多いため、装着した撮影レンズの焦点距離によって大きく変化する傾向にある。特に、長焦点距離の撮影レンズを装着した場合には大きな像変位の補正が必要となる。この場合、上記第３の従来例のように撮像素子そのものを駆動する方式では、撮像素子の受光領域に制限されるので、正確な振れ検出ができず、大きな像変位の補正に対応できない課題を有している。
【０００９】
また、上記第２の従来例では、撮影装置に設けられた撮影画像を生成するための撮像素子から出力される撮像信号を用いてカメラ振れを検出している。しかし、該撮像素子からの撮像信号を連続的に読み出して像振れ補正を行う場合、撮影画像を形成する信号処理に加えてカメラ振れ検出のための信号処理を行うことが必要となるため、双方の信号処理時間が長くなり高速の撮影や連続撮影が困難となる課題を有している。
【００１０】
また、撮影画像の生成前後にわたって連続的に電荷の読み出し処理が必要であり、撮像素子を暗黒状態にしなければならないが、カメラ振れを該撮像素子で行っているため、画面内に高輝度被写体が配置された場合などにスミアを発生させるといった問題がある。このため、良好な静止画像を生成することが困難となる。
【００１１】
本発明の例示的な目的の１つは、撮影装置内に振れ検出手段を設け、良好な振れ検出及び撮影動作が可能な撮影装置及び撮影システムを実現することにある。
【００１２】
また、他の例示的な目的の１つは、一眼レフレックスカメラやデジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮影装置に適用しても、良好な振れ検出及び撮影動作が可能な撮影装置及び撮影システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１つの観点としての撮影装置は、撮影光学系からの光の光軸上に配置された第１の撮像素子の出力信号に基づいて撮影画像を生成する撮影装置であって、光軸上以外の位置に配置され、光を受ける第２の撮像素子と、第２の撮像素子の出力信号に基づいて該撮影装置の振れを検出する検出手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、撮影装置内であって、撮影光学系からの光の光軸上以外の位置に設けられる第２の撮像素子により振れ検出を行うので、第１の撮像素子で振れを検出する場合に比べ、撮影動作の影響を受けずに良好な振れ検出及び撮影動作を行うことが可能な撮影装置及び撮影システムを実現できる。
【００１５】
また、撮影画像を生成する第１の撮像素子から振れ検出信号が出力されないことから、撮影画像を生成する処理速度が向上し、かつ撮影画像の画質の劣化を防止することができる。
【００１６】
最適な撮影動作を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の撮影装置及びカメラシステムの一例である一眼レフレックスカメラの断面図であり、本実施例の撮影装置は、カメラ本体１００と、該カメラ本体１００に交換可能に装着されるレンズ装置１０１とで構成されている。なお、本発明は一眼レフレックスカメラ以外にレンズ装置と一体型のカメラやデジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮影装置に適用することもできる。
【００１９】
１０１はレンズ装置１０１であり、１１はズームレンズユニット、１２は補正レンズユニット、１３はフォーカスレンズユニットである。そして、これらのレンズユニットにより撮影レンズが構成されている。１４は像振れ補正のために補正レンズユニット１２を駆動するアクチュエータ、１５はレンズ装置１０１から出力されるデータ及びカメラ本体１００から出力される制御信号、検出・演算データ等を格納するＲＯＭである。
【００２０】
１００はカメラ本体であり、２はクイックリターンミラー、３は焦点検出用のサブミラー、４はファインダー光学系、５は焦点検出光学系、６はシャッタ、７は第１の撮像素子、８は第２の撮像素子、９はカメラＣＰＵである。第１及び第２の撮像素子７、８はＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等で構成されている。
【００２１】
そして、図１に示すように撮影動作前の段階では、レンズ装置１０１によって予定焦点面に配置される第１の撮像素子７上に結像される被写体からの光は、クイックリターンミラー２によってその一部が反射され、ファインダー光学系４に導かれ（光軸ＡＸＬ１〜光軸ＡＸＬ２）、クイックリターンミラー２を透過する一部の光は、サブミラー３によって反射され、焦点検出光学系５に導かれて焦点検出に用いられる（光軸ＡＸＬ１〜光軸ＡＸＬ３）。
【００２２】
また、本実施例では、被写体からの光がファインダー光学系４を介してユーザに観察され、焦点検出光学系５によって焦点検出されているのと同じ撮影の前段階において、撮影光学系の光軸近傍に配置される第１の撮像素子７の前方にはシャッタ６が遮光状態で配置されており、第１の撮像素子７の撮像面を暗黒状態にしている。
【００２３】
さらに、被写体からの光の一部がクイックリターンミラー２、およびサブミラー３を介さずにレンズ装置１０１の光軸上以外の離れた位置に配置される第２の撮像素子８上にも同時に導かれ、この第２の撮像素子８にも被写体像が形成される。より詳しく説明すると、この第２の撮像素子８は、レンズ装置１０１内を通ってまっすぐ進む光軸ＡＸＬ１、クイックリターンミラー２によって反射される光軸ＡＸＬ２及びサブミラー３で反射される光軸ＡＸＬ３以外の位置に配置されている。言い換えれば、クイックリターンミラー２及びサブミラー３によって反射されない被写体からの光がこの第２の撮像素子８に結像している。
【００２４】
一方、レンズ装置１０１は全体として３つのレンズユニット１１、１２、１３で構成されていて、補正レンズユニット１２をアクチュエータ１４によって光軸ＡＸＬ１と略直交する方向に移動させることによって被写体像の変位（像振れ）を補正する。第２の撮像素子８に結像する被写体像は、カメラ本体１００のカメラＣＰＵ９に時系列で転送され、ここで被写体像の時間的な変位を水平方向及び垂直方向成分に分解して被写体の振れ情報（第１の振れ情報）として検出している。
【００２５】
また、レンズ装置１０１には機械的又は物理的な振れ検出装置（振動ジャイロ（角速度センサ）、加速度センサ等）３０が設けられ、該振れ検出装置３０で撮影装置の振れ（第２の振れ情報）を検出している。
【００２６】
この被写体像の振れ情報及び撮影装置の振れ情報は、レンズ装置１０１内のＲＯＭ１５に格納され、像振れ補正の定数データに基づいて、アクチュエータ１４を駆動するための駆動情報に変換される。そして、駆動情報をアクチュエータ１４に出力して、補正レンズユニット１２を光軸ＡＸＬ１と略直交する方向に瞬時に駆動させて被写体像の振れを補正している。
【００２７】
次に、本実施例の撮影装置の撮影動作中の状態を図２に示す。図２において、クイックリターンミラー２、サブミラー３はレンズ装置１０１の光軸ＡＸＬ１、すなわち撮影光路外に退避している。また、シャッタ６は開放状態となっており、被写体像は第１の撮像素子７の撮像面上に結像している。この状態を所定時間継続することによって被写体像は第１の撮像素子７によって光電変換され、画像信号としてカメラＣＰＵ９に出力される。
【００２８】
このとき、第２の撮像素子８の撮像面上には、撮影動作前の状態から連続的に被写体像が結像されており、カメラＣＰＵ９からは連続的に被写体像の振れ情報（第１の振れ情報）を検出している。そして、この第１の振れ情報と振れ検出装置３０で検出される第２の振れ情報とに基づいて、レンズ装置１０１では補正レンズユニット１２を光軸ＡＸＬ１と略直交する方向に連続的に駆動させて振れ補正を行なっている。
【００２９】
その後、撮影動作後の段階に至ると再度図１に示される状態に戻って第１の撮像素子７はシャッタ６により遮蔽されて暗黒状態となり、この間に撮像素子７で発生した光電流を確実にリセットして次回の撮影に備えるとともに、暗黒状態で発生する暗電流等のノイズ成分の検出を行なうことによって撮影画像に発生したノイズ成分の除去処理等を行なって高品質の静止画像を形成する。
【００３０】
なお、この状態においても第２の撮像素子８上には撮影光学系（レンズ装置１０１）によって形成された一部の被写体像が連続的に形成（結像）されている。したがって、シャッタ６が閉じて第１の撮像素子７が遮蔽されて暗黒状態となっている間（撮影画像を生成している間）でも連続的に被写体像の振れを検出して像振れ補正を行ない、次の撮影動作を可能としている。
【００３１】
図３は本実施例の第１の撮像素子７と第２の撮像素子８の配置をレンズ装置１０１の方向から見たときの平面図である。図３において、１０はレンズ装置１０１の受光面を包含する有効画円（イメージサークル領域）を表している。レンズ装置１０１は第１の撮像素子７の対角寸法を包含するような有効画円で設計されており、図３に示すように有効画円１０内であって常時露光の可能な領域がカメラ内には存在している。
【００３２】
本実施例では撮影装置内のこのような有効画円１０内に振れ検出用として使用可能な第２の撮像素子８を配置して有効な振れ検出を実現している。したがって、第２の撮像素子はクイックリターンミラー２及びサブミラー３の位置にかかわらず被写体からの光を受けることができる。
【００３３】
次に、本実施例の撮像システムについて図４に示す動作フローチャに基づいて説明する。まず、撮影装置の電源スイッチのＯＮにより（Ｓ１０１）、撮影動作及び防振機能の起動が行われる（Ｓ１０２）。なお、防振機能の起動は、撮影装置の電源ＯＮ時に自動的に行ってもよいし、ＩＳスイッチ等により任意に防振機能を起動するように構成してもよい。
【００３４】
次に、防振機能の起動に伴って、第２の撮像素子８は、像面上に結像された被写体像の振れ検出を開始して、連続的に被写体像の第１の振れ情報をカメラＣＰＵ９に出力し（Ｓ１０３）、同時に振れ検出装置３０により検出された撮影装置の第２の振れ情報もカメラＣＵＰに出力される（Ｓ１０４）。この第１及び第２の振れ情報はレンズ装置１０１内のＲＯＭ１５に格納され、像振れ補正の定数データに基づいて、アクチュエータ１４を駆動するための駆動情報に変換される。そして、駆動情報をアクチュエータ１４に出力して、補正レンズユニット１２を光軸ＡＸＬ１と略直交する方向に瞬時に駆動させて被写体像の振れを補正する。
【００３５】
その後、不図示のレリーズボタンの第１ストロークＳＷ１がＯＮされたか否かを判別して撮影準備動作を行う（Ｓ１０６）。ＳＷ１がＯＮされている場合は、測光ユニットによる測光及び焦点検出ユニットによる焦点調節が行われ、同時に露出値（絞り値やシャッタースピード等）が決定される（Ｓ１０７）。その後レリーズボタンの第２ストロークＳＷ２がＯＮされたか否かを判別する。ＳＷ２がＯＮされた場合はクイックリターンミラー２及びサブミラー３が光軸ＡＸＬ１から退避し、シャッタ６を走行させて撮影が行われる。その後、第１の撮像素子７に結像した被写体像は、光電変換され撮像信号として出力され、各種画像処理等が施されて不図示のメモリ等に記憶され、次の撮影にために第１の撮像素子７の初期化が行われる。
【００３６】
なお、この撮影動作前（撮影装置の起動時）から撮影準備動作（ＳＷ１がＯＮ）及び、撮影動作（ＳＷ２がＯＮ）を経て次の撮影動作までの間、第２の撮像素子８から出力された第１の振れ情報及び振れ検出装置３０から出力された第２の振れ情報に基づいて常時像振れ補正（防振）が行われている（すなわち、撮影動作直前から撮影動作、次の撮影動作においてもステップ１０３〜ステップ１０５の処理が繰り返し実行され、常に防振が行われる）。
【００３７】
このように本実施例では、撮影光学系の予定焦点面のうち、レンズ装置１０１の光軸ＡＸＬ１上（近傍）で、かつ撮影動作前後にはシャッタ６によって遮蔽され、撮影中のみにだけ露光される位置に第１の撮像素子７を配置するとともに、レンズ装置１０１の光軸ＡＸＬ１以外の離れた位置であって、撮影動作前後および撮影中においても連続的に被写体像を形成可能な位置に第２の撮像素子８を配置している。そして、第２の撮像素子によって形成される画像信号を時系列的に出力し、被写体像の振れを連続的に検出する。
【００３８】
このため、第１の撮像素子７で振れを検出する従来に比べ、撮影動作の影響を受けずに振れ検出を行うことができ、正確で安定した振れ検出及び撮影動作を行うことが可能な撮影装置及び撮影システムを実現できる。
【００３９】
また、撮影画像を生成する第１の撮像素子７で振れ検出を行わない、言い換えれば、第１の撮像素子７から振れ検出信号が出力されないことから、第１の撮像素子７に結像した被写体像の信号出力処理の処理速度が向上し、かつスミアの発生等が防止され、良好な撮影画像を得ることができる。
【００４０】
また、第２の撮像素子８は被写体像の時系列的な変位を直接測定するので、被写体の振れのうち、回転成分を主体とする振ればかりでなく、カメラと交換レンズ全体の平行偏心による平行偏心成分を主体とする振れ検出を効果的に行うことができ、像振れ補正制御の精度が向上する。
【００４１】
さらに、従来、一眼レフレックスカメラでは、撮影動作前後及び撮影中において被写体像の振れ検出が困難となっていたが、これら撮影動作に関係なく振れ検出が可能となる。したがって、交換式のレンズ装置（撮影レンズ）を選択的に利用できる一眼レフカメラシステムでは、多くの撮影レンズとの組合せにおいて防振機能を用いることができる。
【実施例２】
【００４２】
次に図５は本発明の実施例２の撮影装置の構成ブロック図である。本実施例は、上記実施例１において第２の撮像素子８をレンズ装置１０１の受光面を包含する有効画円１０内（レンズ装置１０１の予定焦点面上において第１の撮像素子７と略同一の平面上）に配置しているが、レンズ装置１０１の射出面から予定焦点面までの空間（及び有効画円１０内）の任意の位置に導光部材２１を配置し、撮影装置内にレンズ装置１０１の予定焦点面と共役な部分を設けて第２の撮像素子８をこの部分に配置している。
【００４３】
図５において、２１は導光部材であり、この導光部材２１はレンズ装置１０１を射出した被写体の光のうち、レンズ装置１０１の光軸ＡＸＬ１近傍に配置される第１の撮像素子７へ到達する光束に影響を及ぼすことのない位置であって有効画円１０内に配置され、レンズ装置１０１の有効画円１０内の被写体像を第２の撮像素子８に導いている。その他の構成上記実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
このように本実施例では、上記のように、第１の撮像素子７の受光面を包含する有効画円（イメージサークル領域）１０に向かう撮影レンズからの光の一部を第２の撮像素子８に導く導光部材２１を配置して、該第２の撮像素子８において振れ検出を行うように構成している。
【００４５】
このため、第２の撮像素子８は有効画円１０内に限定されずに、設計仕様等に適した任意の位置に配置することができる。したがって、上記実施例１の作用・効果とともに、配置スペースの利用効率が向上し、装置の小型化を図ることができる。
【００４６】
以上、上記実施例１、２において、レンズ装置１０１のＲＯＭに記憶される定数は、レンズ装置１０１内の補正レンズユニットの単位駆動量当たりの振れ補正量に相当する定数であり、カメラ本体１００に装着されるレンズ装置１０１の焦点距離や補正レンズユニットの焦点距離等によって変化する性質を有する定数となっている。通常、ズームレンズユニットなどでは、そのズームポジションによってこの定数は変化するが、焦点調節位置によってもある程度は変化するため、レンズ装置１０１の状態によって変化するようにＲＯＭ内にデータとして格納しておくのが望ましい。
【００４７】
また、レンズ装置１０１内に設けた補正レンズユニット１２、アクチュエータ１４で構成される振れ補正手段として、レンズ装置１０１の複数のレンズユニットのうち一部のレンズユニットを光軸と略直交する方向に移動させる構成であるが、例えばレンズ装置１０１内に可変頂角プリズムを設け、この可変頂角プリズムの頂角を変更することによって振れを補正するように構成することも可能である。
【００４８】
さらに、レンズ装置１０１にレンズＣＵＰを設け、後述するカメラＣＰＵ９からの出力される信号に基づいて各レンズユニットの制御を行ったり、振れ補正装置３０からの第２の振れ情報とカメラ本体１００から第１の振れ情報に基づいて、このレンズＣＵＰにて演算・制御等を行うように構成することも可能である。
【００４９】
なお、第２の撮像素子８によって機械的又は物理的な振動ジャイロ等の振れ検出装置３０では検出することのできない平行偏心成分の振れ検出を行い、かつ、該振れ検出装置３０で撮影装置の振れを検出して振れ検出精度を向上させた１例を説明しているが、該第２の撮像素子８による振れ検出のみに基づく像振れ補正制御を行うように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１における撮影装置の構成ブロック図（撮影動作前）。
【図２】本発明の実施例１における撮影装置の構成ブロック図（撮影動作中）。
【図３】本発明の実施例１における撮影装置の第１及び第２の撮像素子の配置説明図。
【図４】本発明の実施例１における撮影装置（撮影システム）の動作フローチャート図。
【図５】本発明の実施例２の撮影装置の構成ブロック図。
【符号の説明】
【００５１】
１    撮影レンズ
２    クイックリターンミラー
３    サブミラー
７    第１の撮像素子
８    第２の撮像素子
９    カメラＣＰＵ
１０  イメージサークル領域
２１  導光部材
【図１】
2006126443.tif 000003
【図２】
2006126443.tif 000004
【図３】
2006126443.tif 000005
【図４】
2006126443.tif 000006
【図５】
2006126443.tif 000007