(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置に加わる振れを検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段の出力に基づいて像振れを補正する振れ補正手段を駆動するための駆動目標値を生成する生成手段と、前記振れ補正手段を介した被写体からの光束を受光する撮像手段と、前記撮像手段による撮像画像の動き情報を求める動き検出手段と、前記駆動目標値により前記振れ補正手段を制限端に向かって駆動することで得られる前記動き検出手段の動き情報に基づいて前記振れ補正手段が制限端に当接したことを検出してその検出した時点の駆動目標値と設計値の差分から重力によるオフセット値を算出して姿勢情報を検出する姿勢検出手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記動き検出手段は、前記振れ補正手段の制限端への駆動中に得られる前記振れ検出手段の振れ量によって、前記動き情報を補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記姿勢検出手段により検出された姿勢に基づいて前記振れ補正手段の駆動位置を調整する駆動位置調整手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記姿勢情報の検出は、前記駆動目標値を順次更新しながら前記振れ補正手段を前記制限端に向かわせるように駆動することで得られることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮像手段は、前記振れ補正手段が前記制限端に当接するまでに１回以上の撮像を行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記動き検出手段により検出される動き情報が、前回の動き情報と比較して所定値以上小さくなった場合に、前記制限端に当接したと判断する判断手段を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
像振れを補正する振れ補正手段を介した被写体からの光束を受光する撮像手段とを有する撮像装置の姿勢検出方法であって、
前記撮像装置に加わる振れを検出する振れ検出ステップ、
前記振れ検出ステップで検出された振れに基づいて、前記振れ補正手段を駆動目標値へ駆動する駆動ステップ、
前記撮像手段による撮像画像の動き情報を求める動き検出ステップ、
前記駆動ステップにて前記振れ補正手段を制限端に向かって駆動することで得られる前記動き検出手段の動き情報に基づいて前記振れ補正手段が制限端に当接したことを検出してその検出した時点の駆動目標値と設計値の差分から重力によるオフセット値を算出して姿勢情報を検出する姿勢検出ステップとを有することを特徴とする撮像装置の姿勢検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像振れ補正機能を備えた撮像装置およびその姿勢検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
像振れ補正機能を備えた撮像装置として、小型化を実現するために振れ補正レンズの位置センサを不要にした方式が特許第３４４５００２号公報（特許文献１）により提案されている。この方式は振れ補正レンズを移動方向にバネ等の弾性部材で支持することで、弾性力と振れ補正レンズ変位量の既知の関係から振れ補正レンズを制御するものである。その結果、位置センサが不要であるため、小型化が実現できると同時に、コスト低減も実現できる。一方で、特開２００９−２８８３３２号公報（特許文献２）によれば、位置センサを備えた撮像装置であれば、振れ補正レンズの保持力を計測することで撮像装置の姿勢が検出できることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４４５００２号公報
【特許文献２】特開２００９−２８８３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、位置センサを持たない、像振れ補正機能を有する撮像影装置では、これまで検出が可能であった撮像装置の姿勢（重力の方向）が分からなくなる。その為、撮像装置の姿勢検出用に姿勢検出センサを設けなくてはならず、装置が大型化する問題があった。
【０００５】
（発明の目的）
本発明の目的は、小型化と姿勢検出を両立することができる撮像装置およびその姿勢検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、装置に加わる振れを検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段の出力に基づいて像振れを補正する振れ補正手段を駆動するための駆動目標値を生成する生成手段と、前記振れ補正手段を介した被写体からの光束を受光する撮像手段と、前記撮像手段による撮像画像の動き情報を求める動き検出手段と、前記駆動目標値により前記振れ補正手段を制限端に向かって駆動することで得られる前記動き検出手段の動き情報に基づいて前記振れ補正手段が制限端に当接したことを検出してその検出した時点の駆動目標値と設計値の差分から重力によるオフセット値を算出して姿勢情報を検出する姿勢検出手段とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、小型化と姿勢検出を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例であるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】実施例の振れ補正部の機械的構成を説明する図である。
【図３】実施例の重力オフセット修正の動作を説明するフローチャートである。
【図４】実施例の姿勢検出の動作を説明するフローチャートである。
【図５】実施例の端検知の動作を説明するフローチャートである。
【図６】実施例のシフトレンズの移動量を説明する図である。
【図７】実施例のオフセット量を説明する図である。
【図８】実施例の動きベクトル算出の動作を説明する図である。
【図９】実施例の補正動きベクトルの算出工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明を実施するための形態は、以下の実施例に記載される通りである。ただし、本発明はこの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【実施例】
【００１０】
以下、図１から図９を参照して、本発明の実施例である撮像装置としてのデジタルカメラおよびその姿勢検出方法について説明する。なお、姿勢とは、デジタルカメラを横位置または縦位置に構えたときの上下方向（ピッチ方向）の姿勢である。
【００１１】
（構成）
本発明の実施例であるデジタルカメラの構成を図１、図２を用いて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、デジタルカメラ１の構成を示す図である。１１は、被写体からの光束を受光して電荷に変換する撮像素子を含む、撮像手段である撮像部を示す。撮像部１１はＣＰＵ１４からの命令により撮像開始／終了を制御できる。撮像が終了すると、Ａ／Ｄ部１５を介して電荷がデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１４へ入力される。ＣＰＵ１４は色変換処理などを行い、最終的にデジタル画像へと変換し、不図示の不揮発性メモリ等に保存する。メモリ１８は、制御パラメータや動きベクトル等を記憶しておくメモリであり、動きベクトルを算出するための画像を記憶しておくフレームメモリも含まれる。
【００１３】
１２は、手振れなどが発生した場合に撮像部１１に入る光束が振れてしまうのを防ぐ、振れ補正手段である振れ補正部を示す。振れ補正部１２は像振れを補正する。振れ補正部１２の詳細な構成は後述する。１７は装置に加わる振れを検出する振れ検出部であり、ジャイロや加速度計を用いることが多い。手振れなどの振れを検出し、振れ信号をＣＰＵ１４へと伝える。振れ信号は、ＣＰＵ１４でフィルター処理等がなされ、手振れなどに起因する像振れをキャンセルする信号として、駆動手段である駆動回路１３へ駆動目標値等の命令が出される。駆動回路１３は、駆動位置調整手段を含むＣＰＵ１４からの命令により振れ補正部１２を駆動する。その結果、被写体からの光束は手振れの影響を軽減した状態で撮像部１１へ入射する。
【００１４】
ＣＰＵ１４は、撮像部１１に対してある一定時間ごとに撮像を繰り返し命令することで連続した静止画像を得ることができる。連続した２枚の静止画像を動き検出手段である動き検出回路１６に入力すると、２枚の撮像画像の中に写っている被写体がどのように動いたかを動き情報（動きベクトル）として検出することができる。動き検出回路１６の演算結果は、姿勢検出手段を含むＣＰＵ１４へ渡される。ＣＰＵ１４には判断手段も含まれ、手振れの影響を除去する動作を行い、シフトレンズ（振れ補正レンズ）の可動範囲の制限端への到達も判断する。動き検出回路１６の具体的な動作に関しては後述する。
【００１５】
次に図２を用いて、振れ補正部１２の詳細な機械的構成を説明する。図２において、紙面の手前から奥へ向かう方向が被写体からの光束の方向である。また、デジタルカメラ１の横位置において紙面の上方向が天方向であり、紙面の下方向が地面の方向になる。よって、紙面の下方向に向かって重力が作用している。２１はシフトレンズであり、被写体からの光束はこのシフトレンズ２１を通過して撮像部１１へ到達する。シフトレンズ２１は不図示の駆動部から推力を受けて紙面の面内で上下左右に動くことで被写体からの光束の向きを変化させることができる。その結果、撮像部１１に到達する光束は手振れの影響が軽減されたものとなる。２２ａ〜２２ｃはバネであり、シフトレンズ２１をお互いに引張り合い、力が釣り合った位置にシフトレンズ２１が静止することになる。２３ａ〜２３ｃは、バネ固定部であり、バネ２２ａ〜２２ｃの端点をそれぞれデジタルカメラ１に対して固定されている。本実施例においては、シフトレンズ２１を光軸に対して直交する方向に動作させているが、撮像素子等を動作させても構わない。２４は、シフトレンズ２１の可動範囲の制限端を示しており、シフトレンズ２１は制限端２４に接触するまで移動することが可能である。可動範囲中心２５は、制限端２４の上下方向の中心位置を示している。シフトレンズ中心２６は、シフトレンズ２１の上下方向の中心位置を示す。バネ２２ａ〜２２ｃによるつり合い位置によりシフトレンズ中心２６は、可動範囲中心２５と一致するように設計される。しかし、図２においては、重力の影響により、可動範囲中心２５とシフトレンズ中心２６の位置がｄだけオフセットしている。これはシフトレンズ２１が下側に移動できる量が、本来の可動範囲に対してｄだけ少なくなっていることを意味しており、振れ補正量が制限されているということである。
【００１６】
以上が、本発明の実施例に関する構成である。次に動作に関して説明する。
【００１７】
（動作）
図３〜９を用いて、重力によるシフトレンズ２１のオフセットを修正し、本来の可動範囲を確保する動作に関して詳細を説明する。
【００１８】
図３において、ステップＳ３１でデジタルカメラ１の姿勢を検出する。姿勢検出の詳細については後述する。ステップＳ３２では、検出した姿勢からシフトレンズ２１を可動範囲中心２５に戻すために必要な指示値を計算する。ここでいう指示値とは、例えば駆動源がＶＣＭ（ボイスコイルモータ）であるとしたら、バネとつり合うために必要な電圧値に相当する。シフトレンズ２１を支持するバネ２２ａ〜２２ｃのバネ定数をＫ、ある姿勢時のオフセット量をＤ（＝ｄ）とすると、シフトレンズ２１を可動範囲中心２５に戻すために必要な電圧値Ｖは下式で求められる。
Ｖ＝Ｋ×Ｄ×Ｒ／ＢＬ
このとき、ＲはＶＣＭの抵抗値、ＢＬは力定数に相当する。
【００１９】
ステップＳ３３では、駆動回路１３は、前記の指示値で振れ補正部１２のオフセット量Ｄを修正するように制御する。その結果、ステップＳ３４においてシフトレンズ２１が可動範囲中心２５付近まで移動して、重力によるシフトレンズ２１のオフセット修正動作を終了する。上記のオフセット修正動作を終了すると、シフトレンズ２１に作用する重力成分をキャンセルし続けることができるので、姿勢が変化するまでは常に可動範囲中心２５の位置を保持できる。また、姿勢変化の検出は、電源ＯＮ時や撮影の直前などに行うことで、効果的に姿勢を検出することが可能となる。
【００２０】
次に姿勢検出動作の詳細は図４を用いて説明する。ステップＳ４１では、シフトレンズ２１を可動範囲の制限端２４に向けて一定速度で動く指示を与える。このとき、駆動回路１３は、駆動目標値を順次更新しながら前記シフトレンズ２１を制限端２４に向かわせるように駆動する。ステップＳ４２では、一定速度で動くシフトレンズ２１が制限端２４に当接することで動作速度が低下する、もしくは停止することになる。その速度の低下を検知することで、制限端２４に当接したことを検知するものである。制限端２４への当接、つまり端当たりの詳細については後述する。ステップＳ４３では、端当たりと判断された時点での移動指示量を算出する。
【００２１】
図６は一定速度で移動するシフトレンズ２１の時間経過と移動量を示したものである。シフトレンズ２１に移動開始指示を与えた時間とその初期位置を原点に取ると、シフトレンズ２１の移動軌跡は直線６１のように表すことができる。ここでステップＳ４２における端当たりの検知が６２の時点でなされたとすると、それまでの移動量は６３で表される。６１の傾き、つまりシフトレンズ２１の移動速度さえわかれば移動量６３が算出できる。ステップＳ４４ではシフトレンズ２１の駆動を停止する。移動を停止した時点で、シフトレンズ２１は駆動力を開放され、バネと重力のつり合い位置に戻ることになる。ステップ４５では可動範囲中心２５からステップＳ４１で向かった制限端２４までの距離の設計値をメモリ１８から呼び出す。ここで制限端２４までの距離を端位置設計値としているが、工場出荷時に検査を行い、個別に調整した値をメモリ１８に保存しておくことも可能である。
【００２２】
ステップＳ４６では、ステップＳ４３で算出した移動指示量とステップＳ４５で呼び出した制限端２４までの距離の設計値の差分から重力によるオフセット量Ｄを算出することができる。このオフセット量Ｄは撮影姿勢に関連した情報になるので、ステップＳ４６は姿勢検出を検出するステップとなる。図７において、７１が移動指示量に相当し、７２が端までの距離の端位置設計値に相当する。７１と７２に差分が重力によるオフセット量Ｄとなる。
【００２３】
次に、端当たりを検知する詳細を図５を用いて説明する。ステップＳ５１で撮像を行う。ステップＳ５２では撮像結果をメモリ１８に記憶しておく。このメモリ１８では少なくとも連続した２回分の撮像結果を記憶しておき、後述する動きベクトル算出に使用する。メモリ容量に応じて、古い撮像結果は破棄されることになる。ステップＳ５３では、今回の撮像が端検知動作をはじめてから初回かどうかを判定する。初回であれば、ステップＳ５１に戻り、撮像を繰り返す。撮像が２回目以降であればステップＳ５４へ進む。ステップＳ５４ではメモリ１８に記憶した前回の撮像結果と今回の撮像結果を比較して、動きベクトルを算出する。図８では、前回の撮像結果８１ａと今回の撮像結果８１ｂを比較している。撮像結果８１ａと撮像結果８１ｂを重ね書きしたものが図８（ｃ）の８１ｃである。前回撮像結果の被写体を破線で示している。被写体８２ａ／８２ｂに着目すると、矢印８３のように紙面下側に移動していることが分かる。これが動きベクトルに相当する。図８の例では被写体８２ａ／８２ｂにのみ着目しているが、画面全体を複数の領域に分割してそれぞれの移動ベクトルを求めて平均化するなど、移動ベクトルの算出手段は問わない。
【００２４】
本実施例においては、シフトレンズ２１を動かしているので、特定の被写体の動きではなく、画面全体の移動を算出できる方法であればよい。一方でステップＳ５５では、シフトレンズ２１の駆動中の振れ検出部１７の検出結果から撮像結果に及ぼす振れ量を算出する。前回の撮像と今回の撮像の間に、撮影装置１が動いてしまうと、動きベクトルの中にその動きの影響が出てしまう。その影響する量を振れ量として算出するものである。ステップＳ５６ではステップＳ５４で算出した動きベクトルからステップＳ５５で算出した振れ量を差し引く。
【００２５】
さらに図９を用いて、ステップＳ５４〜Ｓ５６の詳細を説明する。ステップＳ５４では、動き検出回路１６により動きベクトル８３が計算される。シフトレンズ２１の移動量の時刻歴波形を９５に示している。時刻歴波形９５には、手振れの影響が重畳している。ステップ５５では、振れ検出部１７から振れ量９２が出力される。ここで出力される振れ量９２の時刻歴波形を９６に示す。ステップ５６では、動きベクトル９１と振れ量９２の差分９３を計算する。その結果、補正動きベクトル９４が計算される。手振れの影響を除去したシフトレンズ２１の移動量の時刻歴を９７に示した。この補正動きベクトル９４は、シフトレンズ２１を定速移動させたことによる成分のみが残っていることとなる。
【００２６】
次に、ステップＳ５７では補正動きベクトル９４が所定値以下であるかを判定する。オフセット量検出の動作において、シフトレンズ２１を定速で動作させているため、シフトレンズ２１が指示どおりに動いている間は、検出されるべき動きベクトルの量は、予め予測することは可能である。シフトレンズ２１が端に当たり動きが制限されると、検出される動きベクトルが所定値以上小さくなる、もしくは０になることが予測される。そこで、ステップＳ５７では、予測できる動きベクトルの例えば半分の値をしきい値として、動きベクトルが予測できる値の半分以下になったら、端当たりと判断してもよい。ここで端当たりと判断されなければ、ステップＳ５１に戻り、撮像を繰り返す。端当たりを精度よく判断するためには、シフトレンズ２１の移動速度に対して、撮像の繰り返しタイミングが十分に早いことが望ましい。動きベクトルが変化する判断を行うためにシフトレンズ２１の移動開始から端当たりまでの間に、少なくとも１回以上は撮像が行われる必要がある。
【００２７】
また、本実施例においては、振れ補正部１２の図２における紙面の上下の動作に関して説明しているが、デジタルカメラ１の姿勢を縦位置に変更した場合には、紙面の左右が重力方向に対して上下方向（ピッチ方向）となるので、同様の動作が可能である。
【００２８】
なお、本発明は撮像装置としてのデジタルカメラを例に説明したが、デジタルビデオカメラや撮像素子と振れ補正手段を有する電子機器、たとえば携帯電話やゲーム機にも適用できる。
【符号の説明】
【００２９】
１１  撮像部
１２  振れ補正部
１３  駆動回路
１４  ＣＰＵ
１６  動き検出回路
１７  振れ検出部
２１  シフトレンズ
２４  制限端
８３  動きベクトル
【図１】
0005693193.tif 000002
【図２】
0005693193.tif 000003
【図３】
0005693193.tif 000004
【図４】
0005693193.tif 000005
【図５】
0005693193.tif 000006
【図６】
0005693193.tif 000007
【図７】
0005693193.tif 000008
【図８】
0005693193.tif 000009
【図９】
0005693193.tif 000010