(57)【要約】【課題】  像ブレ補正機能を実現しつつ、パンニング操作しはじめの操作違和感を低減し、パンニング操作性を改善した光学装置を提供すること。【解決手段】振動検出する振動検出手段と、振動による像ブレを補正するための像ブレ補正手段と、前記像ブレ補正手段を駆動する像ブレ補正駆動手段と、前記振動検出手段から取得した振動信号に基づいて前記像ブレ補正駆動手段に入力する駆動信号を生成する像ブレ補正制御手段を有する光学装置において、前記光学装置と特定被写体との実空間上における相対的な位置を算出する被写体相対位置算出手段を有し、前記像ブレ補正制御手段は、前記被写体相対位置検出手段から取得した相対被写体位置に基づいて前記駆動信号を生成することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動検出する振動検出手段と、振動による像ブレを補正するための像ブレ補正手段と、前記像ブレ補正手段を駆動する像ブレ補正駆動手段と、前記振動検出手段から取得した振動信号に基づいて前記像ブレ補正駆動手段に入力する駆動信号を生成する像ブレ補正制御手段を有する光学装置において、 
前記光学装置と特定被写体との実空間上における相対的な位置を算出する被写体相対位置算出手段を有し、前記像ブレ補正制御手段は、前記被写体相対位置検出手段から取得した相対被写体位置に基づいて前記駆動信号を生成することを特徴とする光学装置。 
【請求項２】
前記像ブレ補正制御手段は前記振動信号の高周波成分を除去するハイパスフィルタ処理を含み、前記被写体相対位置検出手段から取得した相対被写体位置に基づいて前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を変更することを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
【請求項３】
前記像ブレ補正制御手段は前記振動信号から前記駆動信号を算出する際に振幅調整値乗算する振幅調整処理を含み、前記被写体相対位置検出手段から取得した相対被写体位置に基づいて前記振幅調整値を変更することを特徴とする請求項1または２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記像ブレ補正制御手段は、前記被写体相対位置検出手段から取得した相対被写体位置に基づいて、前記特定被写体が撮影画面の所定位置にいるかどうかを判断し、その判断結果に応じて前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記像ブレ補正制御手段は、前記被写体相対位置検出手段から取得した相対被写体位置に基づいて、前記光学装置と前記特定被写体を結ぶ線に垂直な面上の前記特定被写体の移動速度を算出し、その移動速度に応じて前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記特定被写体の位置を取得する被写体位置取得手段と、前記光学装置の位置を取得する光学装置位置取得手段と、前記光学装置の向きを取得する光学装置向き取得手段を有し、前記被写体相対位置検出手段は、前記特定被写体の位置、前記光学装置の位置、前記光学装置の向きに応じて、前記相対被写体位置を算出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置に関し、特に像ぶれ補正機能を有する光学装置、及びそれを有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、手ブレや三脚への振動による撮影映像のブレを補正する像ブレ補正機能を搭載したレンズ、カメラが多く開発されてきている。しかし、像ブレ補正機能はパンニング等の撮影者が意図した操作に対してもブレと判断し補正してしまうため、操作者の意図したパンニング操作がしづらいといった問題があった。
【０００３】
特許文献１では、この問題を解決するため、像ブレ補正機能に用いる角速度センサの出力からパンニングされているかどうかを自動的に判断し、像ブレ補正機能をＯＦＦにするといった技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２５９５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、パンニング操作されてからでないと像ブレ補正機能をＯＦＦにできないため、パンニング操作しはじめの操作違和感は大きく、パンニング操作性には改善の余地があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、像ブレ補正機能を実現しつつ、パンニング操作しはじめの操作違和感を低減し、パンニング操作性を改善した光学装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、振動検出する振動検出手段と、振動による像ブレを補正するための像ブレ補正手段と、前記像ブレ補正手段を駆動する像ブレ補正駆動手段と、前記振動検出手段から取得した振動信号に基づいて前記像ブレ補正駆動手段に入力する駆動信号を生成する像ブレ補正制御手段を有する光学装置において、前記光学装置と特定被写体との実空間上における相対的な位置を算出する被写体相対位置算出手段を有し、前記像ブレ補正制御手段は、前記被写体相対位置検出手段から取得した相対被写体位置に基づいて前記駆動信号を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、像ブレ補正機能を実現しつつ、パンニング操作しはじめの操作者の違和感を低減する光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の構成ブロック図
【図２】シフトレンズ１０１を説明した図
【図３】向き検出器１１４を説明した図
【図４】ＣＰＵ１１７全体処理のフローチャート
【図５】被写体情報算出処理のフローチャート
【図６】被写体相対向きを説明した図
【図７】像ブレ補正パラメータ設定処理のフローチャート
【図８】像ブレ補正処理のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
［実施例１］
図１は、本発明を適用できるレンズシステム１の構成と、被写体２、及び、世界座標生成システム３を示したものである。
【００１２】
シフトレンズ１０１は基準光軸方向に垂直な面を移動することで、図２のように光軸方向を曲げることができる光学素子であり、水平方向に移動すると光軸方向は水平方向に曲げられ、垂直方向に移動すると光軸方向は垂直方向に曲げられる。なお、シフトレンズ１０１によって光軸が曲げられない状態での光軸方向のことを基準光軸方向と呼ぶこととする。また、垂直方向とは図１の上下方向を示しており、水平方向とは、基準光軸方向と垂直方向の両方向に垂直な方向を示す。水平シフトモータ１０４、垂直シフトモータ１０５は、それぞれシフトレンズ群１０１を水平方向、垂直方向に駆動するアクチュエータであり、水平シフト駆動回路１０８、垂直シフト駆動回路１１１を介して、ＣＰＵ１１７から制御される。水平シフト位置検出器１０９、垂直シフト位置検出器１１０は、それぞれシフトレンズ群１０１の水平方向の位置（水平シフト位置と呼ぶ）と垂直方向の位置（垂直シフト位置と呼ぶ）を検出する検出器である。水平シフト位置、及び、垂直シフト位置はそれぞれデジタルデータに変換され、ＣＰＵ１１７に入力される。
【００１３】
ズームレンズ群１０２は基準光軸方向に移動することで、レンズシステムの焦点距離を変更するための光学素子である。ズーム位置検出器１０７はズームレンズ群１０２の位置（ズーム位置と呼ぶ）を検出する位置検出器であり、ズーム位置はデジタルデータに変換され、ＣＰＵ１１７に入力される。
【００１４】
フォーカスレンズ群１０３は基準光軸方向に移動することで、撮像素子１２０に結像する像のピントを調整する光学素子である。フォーカス位置検出器１０６はフォーカスレンズ群１０３の位置（フォーカス位置と呼ぶ）を検出する位置検出器であり、フォーカス位置はデジタルデータに変換され、ＣＰＵ１１７に入力される。
【００１５】
水平角速度検出器１１２は、レンズシステム１が垂直方向を回転軸とした回転方向にどれだけの角速度で回転しているか（水平角速度と呼ぶ）を検出する角速度検出器である。垂直角速度検出器１１３は、水平方向を回転軸とした回転方向にどれだけの角速度で回転しているか（垂直角速度と呼ぶ）を検出する角速度検出器である。上記水平角速度、及び、垂直角速度はデジタルデータに変換され、ＣＰＵ１１７に入力される。
【００１６】
向き検出器１１４は、図３に示すように世界座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸で定義する）に対し、レンズシステム１の基準光軸がどの方向を向いているかを検出する検出器である。水平面上のどの角度を向いているかを示す水平レンズ角度α１と、水平面に垂直な面での角度を向いているかを示す鉛直レンズ角度β１を検出する。
【００１７】
発信機１１５は、レンズシステム１の世界座標を算出するための信号を発信する発信機であり、発信された信号は世界座標生成システム３で世界座標に変換され、受信機１１６を介して、レンズシステム座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）としてＣＰＵ１１７に入力される。なお、レンズシステムが移動しないとして、発信機を持たずにレンズシステム座標を固定値としてあらかじめ設定しておいても良い。
【００１８】
ＣＰＵ１１７は、後述するソフトウェア処理により、シフトレンズ１０１を制御する。
【００１９】
被写体２はレンズシステム１で撮影する被写体であり、発信機１１６と同様の発信機２０１を持っている。発信機２０１は被写体２の世界座標を算出するための信号を発信する発信機であり、発信された信号は世界座標生成システム３で世界座標に変換され、受信機１１６を介して、被写体座標としてＣＰＵ１１７に入力される。
【００２０】
続いてＣＰＵ１１７で行うソフトウェア処理について説明する。図４はＣＰＵ１１７で行う全体処理のフローチャートであり、被写体情報算出処理、像ブレ補正パラメータ設定処理、像ブレ補正制御処理を順番に繰り返し実行する。
【００２１】
Ｓ１０１の被写体情報算出処理について説明する。図５は被写体情報算出処理のフローチャートである。はじめに、Ｓ２０１、Ｓ２０２で受信機１１６を介して、レンズシステム座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、及び、被写体座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を取得する。Ｓ２０３では、向き検出器１１４から水平レンズ角度α１、及び、鉛直レンズ角度β１を取得する。Ｓ２０４では、Ｓ２０１とＳ２０２で取得したレンズシステム座標と被写体座標を用いて、レンズシステムと被写体距離の間の距離（被写体相対距離と呼ぶ）Ｌを算出する。算出する方法は一般的な座標計算であるため、説明は省略する。
【００２２】
続いて、Ｓ２０５でレンズシステムの基準光軸に対する被写体の向きを示す被写体相対向きを算出する。被写体相対向きは、水平相対角度α３と鉛直相対角度β３で表わし、以下の式を用いて算出する。ただし、ΔＸ＝Ｘ２−Ｘ１、ΔＹ＝Ｙ２−Ｙ１、ΔＺ＝Ｚ２−Ｚ１を示し、ＳＱＲＴ（Ｘ）はＸの平方根、Ｘ＾２はＸの２乗を示す。
【００２３】
α３＝α２−α１  ・・・（１）
β３＝β２−β１  ・・・（２）
α２＝ａｒｃｔａｎ（ΔＹ／ΔＸ）  ・・・（３）
β２＝ａｒｃｔａｎ（ΔＺ／ＳＱＲＴ（ΔＸ＾２  ＋  ΔＹ＾２））  ・・・（４）
図６に示すように、α２とβ２はそれぞれレンズシステム１の位置を基準とした被写体の向きを示しており、レンズシステムの基準光軸方向をしめすα１とβ１をそれぞれ減算することで、被写体相対向きである水平相対角度α３と鉛直相対角度β３算出している。
【００２４】
次に、Ｓ２０６でズーム位置、フォーカス位置をそれぞれズーム位置検出器１０７、フォーカス位置検出器１０６を取得する。Ｓ２０７では取得したズーム位置、フォーカス位置から撮像素子１２０に撮像される画角を示す水平画角α４、垂直画角β４を算出する。ＣＰＵ１１７は不図示の記憶手段に、ズーム位置、フォーカス位置の２つの入力に応じて水平画角と垂直画角を算出する２次元のテーブルデータを記憶しており、このテーブルデータを用いて水平画角α４、垂直画角β４を算出する。
【００２５】
なお、ここでの水平画角α４、垂直画角β４は基準光軸からの片側の画角を示すこととし、水平方向、垂直方向それぞれ基準光軸から±α４、±β４の範囲を撮像素子１２０で撮像していることになる。また、本実施例では、ズーム位置とフォーカス位置から画角を算出しているが、テーブルデータの削減のためズーム位置のみから画角を算出しても良い。
【００２６】
Ｓ２０８では、撮像素子上の被写体位置を示す水平被写体位置Ｐ、垂直被写体位置Ｑを以下の式を用いて算出する。
【００２７】
Ｐ＝α３／α４  ・・・（５）
Ｑ＝β３／β４  ・・・（６）
上記の式で算出した水平被写体位置Ｐ、垂直被写体位置Ｑは、画角に対する割合を示している。ＰとＱともに０の場合は、被写体は撮像素子の中央に撮像されていることを示し、ＰとＱの絶対値のどちらかが１より大きいと被写体が撮像素子から外れていることを示す。
【００２８】
Ｓ２０９では、Ｓ２０５で取得した水平相対角度α３と鉛直相対角度β３の時間変化を算出することで、被写体の移動速度Ｓα、Ｓβを算出する。具体的には、Ｓ２０５で算出したα３、β３と１サンプリング前にＳ２０５で算出したα３、β３であるα３ｄ、β３ｄと、Ｓ２０４で算出した被写体相対距離Ｌを用いて、以下の式で算出する。
【００２９】
Ｓα＝（α３−α３ｄ）×Ｌ  ・・・（７）
Ｓβ＝（β３−β３ｄ）×Ｌ  ・・・（８）
ここで算出したＳα、Ｓβはそれぞれ基準光軸に垂直な面上の被写体の移動速度に相当する量を示している。なお、本実施例では、被写体相対距離Ｌを用いているが、簡易的に以下の式のように、水平相対角度α３と鉛直相対角度β３の時間変化だけで算出してもよい。
【００３０】
Ｓα＝α３−α３ｄ  ・・・（９）
Ｓβ＝β３−β３ｄ  ・・・（１０）
次にＳ１０２で行う像ブレ補正パラメータ設定処理について説明する。図７は像ブレ補正パラメータ設定処理のフローチャートである。
【００３１】
Ｓ３０１では、被写体水平位置が画面中央付近であるかどうかを判断し、中央付近の場合はＳ３０２に、中央付近でない場合にはＳ３０５に進む。ここでは、Ｓ２０８で取得した水平被写体位置Ｐとあらかじめ設定した閾値Ｐ１の関係が−Ｐ１＜Ｐ＜Ｐ１の場合に、被写体水平位置が画面中央付近であると判断する。Ｓ３０２では、被写体水平速度が閾値よりも速いかどうかを判断し、速い場合はＳ３０３へ、速くない場合はＳ３０５へ進む。
【００３２】
ここでは、Ｓ２０９で算出したＳαとあらかじめ設定した閾値Ｓα１の関係が｜Ｓα｜＞Ｓα１の場合に、被写体水平速度が閾値よりも速いと判断する。Ｓ３０３では、後述する水平ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数を低域側にシフトする。シフトはあらかじめ設定した最小カットオフ周波数ｆｈｍｉｎまで徐々にシフトしていき、ｆｈｍｉｎまでシフトすると、カットオフ周波数をｆｈｍｉｎに固定する。水平ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数を低域側にシフトするということは、像ブレ補正の帯域を広めることを意味し、より像ブレ補正効果が大きくなる。Ｓ３０４では、後述する水平振幅調整値を最大値１になるまで徐々に増加していく。
【００３３】
Ｓ３０５では、Ｓ３０３とは逆に後述する水平ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数をあらかじめ設定した最大カットオフ周波数ｆｈｍａｘまで徐々にシフトしていく。水平ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数を低域側にシフトするということは、像ブレ補正の帯域を狭めることを意味し、より像ブレ補正効果が小さくなる。しかし、低周波成分を多く含むパンニング等の撮影者が意図した操作に対し、像ブレ補正が邪魔をすることがなくなり、操作性が良くなる。Ｓ３０６では水平振幅調整値をあらかじめ設定した最小値Ａｈｍｉｎ（０≦Ａｈｍｉｎ＜１）まで減少させる。
【００３４】
Ｓ３０７〜Ｓ３１２は、Ｓ３０１〜Ｓ３０６と同様に、被写体垂直位置が画面の中央付近かどうか、及び、被写体垂直速度が閾値よりも速いかどうかをＱ、Ｓβを用いて判断し、垂直ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数、垂直振幅調整値を変更する。この時の閾値Ｑ１、Ｓβ１、カットオフ周波数の最大値ｆｖｍａｘ、最小値ｆｖｍｉｎ、及び垂直振幅調整値の最小値Ａｖｍｉｎはあらかじめ設定した値である。
【００３５】
続いて、Ｓ１０３の像ブレ補正処理をについて説明する。図８は像ブレ補正処理のフローチャートである。
【００３６】
Ｓ４０１では、水平角速度検出器１１２から水平角速度データを取得する。Ｓ４０２では、Ｓ４０１で取得した水平角速度データの低周波成分を除去するハイパスフィルタ処理を実行する。このフィルタの特性を示すカットオフ周波数は、Ｓ３０３、及び、Ｓ３０５で設定されたカットオフ周波数を適用する。Ｓ４０３では、Ｓ４０２で出力されたデータを積分し、水平角度データ相当に変換する。Ｓ４０４では、この水平角度データにＳ３０４、及び、Ｓ３０６で設定された水平振幅調整値を乗算する。さらにＳ４０５では、ズーム位置とフォーカス位置からテーブルデータを用いて算出した焦点距離補正値を乗算し、その結果を水平シフト目標位置とする。
【００３７】
Ｓ４０６では、水平シフト位置検出器１０９から水平シフト位置を取得し、Ｓ４０７ではこの水平シフト位置と、Ｓ４０５で算出した水平シフト目標位置から、水平シフト駆動信号を算出し、水平シフト駆動回路１０８に出力する。
【００３８】
Ｓ４０８〜Ｓ４１４は、Ｓ４０１〜Ｓ４０７の処理を垂直方向で行った処理であり、説明は省略する。
【００３９】
本実施例の効果について説明する。本実施例では、図７のフローチャートに示したように、被写体の位置が画面の中央付近であり、かつ、基準光軸に垂直な面上の被写体の移動速度が閾値よりも遅い時に、像ブレ補正効果を高くし、それ以外の時に像ブレ補正効果を低くしている。これにより、操作者は意図した被写体を画面の中央に置き、かつ被写体が移動していない場合は、高い像ブレ補正効果が得られる。一方で、意図した被写体を画面の中央にいない場合、または、被写体が移動している場合には、パンニング操作がされやすいと判断し、像ブレ補正効果を低減し、パンニング時の操作違和感を低減することができる。
【００４０】
従来技術のように像ブレ補正処理で用いている角速度検出器からの信号を用いて、パンニング操作されているかを判断した場合には、パンニングしてからしか像ブレ補正効果を低減することができなかった。そのため、パンニング操作しはじめには違和感が残ってしまっていた。しかし、本実施例では、被写体の位置、及び、速度からパンニング操作前に像ブレ補正効果を低減することが可能であるため、パンニング操作しはじめの違和感をなくすことが可能になる。
【００４１】
なお、本実施例では被写体が画面中央付近かどうかと、被写体の移動速度の２つで、像ブレ補正処理のパラメータを変更しているが、どちらか一方でも上述した効果は得られる。
【００４２】
また、本実施例では世界座標生成システム３から、特定被写体とレンズシステムの世界座標を算出し、被写体相対向きである水平相対角度α３と鉛直相対角度β３、及び、被写体相対距離Ｌを算出した。しかし、これに限らずレーダー技術等を使って、レンズシステムから直接α３、β３、Ｌを取得するシステムを代用しても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１０１  シフトレンズ群
１１２  水平角速度検出器
１１３  垂直角速度検出器
１１５  発信機
１１６  受信機
１１７  ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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