(57)【要約】【課題】像振れ補正制御装置、制御方法、撮像装置、および撮像方法において、撮像部の光学性能を劣化させずに、静止画画像が良好な画質となる像振れ補正を行うことができるようにする。【解決手段】角度信号１０２に基づいて像振れ補正を行う制御目標値算出部１２が、角速度信号１０２を低周波成分が除去された角度信号１０５に変換する第１の角度信号生成部と、シャッタ開放開始時に角度信号１０５の瞬時値を取得し、シャッタが開放されている間の角速度信号１０２を時間積分して、瞬時値に加算してなる角度信号１０６を生成する第２の角度信号生成部と、シャッタ閉止時には角度信号１０５を、開放時には角度信号１０６を選択するスイッチング回路２４と、スイッチング回路２４で選択される補正用角度信号１０７に基づいて制御目標値１０３を算出する位置演算部２５とを備える。【選択図】図２
2008064847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体に設けられた角速度検出センサによって得られる角速度信号に基づいて像振れ補正を行う撮像装置に用いる像振れ補正制御装置であって、
前記角速度信号を、信号変換する際または当該信号変換する前後で、所定の閾値以下の低周波成分を除去して前記信号変換に基づく第１の角度信号を生成する第１の角度信号生成部と、
静止画撮像のシャッタの開放開始時に、前記第１の角度信号生成部で生成された前記第１の角度信号の瞬時値を取得し、前記シャッタの開放開始時から前記シャッタが開放されている間の前記角速度信号を時間積分して、前記瞬時値に加算してなる第２の角度信号を生成する第２の角度信号生成部と、
前記シャッタの閉止時には、前記第１の角度信号を選択し、前記シャッタの開放時には、前記第２の角度信号を選択する角度信号選択部と、
該角度信号選択部で選択される前記第１の角度信号または第２の角度信号に基づいて、前記像振れ補正の制御目標値を算出する目標値演算部とを備えることを特徴とする像振れ補正制御装置。
【請求項２】
被写体の像を撮像面に結像する撮像レンズと、
装置本体の角速度を検出する角速度検出センサと、
請求項１または２に記載の像振れ補正制御装置と、
該像振れ補正制御装置の前記目標値演算部が算出した前記制御目標値を用いて、前記撮像面上の像の位置を補正する像振れ補正手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
前記像振れ補正手段が、前記撮像面に対する前記撮像レンズの相対的な位置関係を制御する移動制御手段からなることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮像面の像を光電変換して画素ごとの画像データを生成する撮像素子を備え、
前記像振れ補正手段が、前記画像データの前記撮像面における位置を移動させる画像処理手段からなり、
前記制御目標値が、前記画像データの位置移動を制御する量であることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
装置本体に設けられた角速度検出センサによって得られる角速度信号に基づいて像振れ補正を行う撮像装置に用いる像振れ補正制御方法であって、
前記角速度信号を、第１の角度信号に変換する際または変換する前後で、所定の閾値以下の低周波成分を除去する第１の角度信号生成工程と、
前記撮像装置の静止画撮像のシャッタの開放開始時に、前記第１の角度信号生成部で生成された前記第１の角度信号の瞬時値を取得し、前記シャッタの開放開始時から前記シャッタが開放されている間の前記角速度信号を時間積分して、前記瞬時値に加算してなる第２の角度信号を生成する第２の角度信号生成工程と、
前記シャッタの閉止時には、前記第１の角度信号生成工程による前記第１の角度信号に基づいて前記像振れ補正の制御目標値を算出し、
前記シャッタの開放時には、前記第２の角度信号生成工程による前記第２の角度信号に基づいて前記像振れ補正の制御目標値を算出する目標値演算工程とを備えることを特徴とする像振れ補正制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載の像振れ補正制御方法を用いた撮像方法であって、
前記目標値演算工程において算出した前記制御目標値を用いて、被写体像を結像する結像光学系の像面上の像位置を補正する補正工程を備えることを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像振れ補正制御装置、制御方法、撮像装置、および撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラ、ビデオカメラなどの撮像装置では、例えば手振れなどによる画質劣化を防止するために、装置本体の振れを検出し、その振れによる撮像面での像位置のずれを補正する像振れ補正機能を備えたものが知られている。
カメラが振れる原因は、手振れなどの他に、被写体を追ってカメラを移動するパンニングやティルティングなどの正常な撮像動作も含まれる。そのため、一般には、振れの低周波成分は正常な移動として許容し、高周波成分を手振れと判定して像振れの補正を行っている。しかし、手振れ補正は、より低い周波数まで応答する程、画像のぶれは少なくなるため、手振れと判定する周波数は状況に応じて調整する事が行われている。
例えば、特許文献１には、角速度センサでカメラの振れを検出し、フィルタリング手段によって角速度信号の低周波成分をカットしてから振れ角度を算出し、それに応じて像振れ補正を行う振れ補正装置および撮像装置において、フィルタリング手段のカットオフ周波数を焦点距離、最大補正角に応じて変化させることが記載されている。像振れ補正の方式としては、画像データを切り出して移動する電子式の像振れ補正と、撮像レンズの一部を鏡筒内でシフトする光学式の像振れ補正とが記載されている。
また、特許文献１の従来技術には、角速度の積分値が一定値を超えた場合には、パンニングと判定してカットオフ周波数を高く設定するパンニング制御が記載されている。このパンニング制御によれば、パンニング中は、像振れ補正量が小さくなるため、カメラの移動方向に画像が追従し、補正範囲を超えた像振れ補正が発生しないようにすることができる。
また、特許文献２には、パン・チルト判定回路を備えることによってカットオフ周波数を可変してパンニング制御を行う撮像方法および撮像装置が記載されている。この場合、像振れ補正は電子式を採用しており、撮影モードが動画記録モードのときは、画像切り出し処理に加えて画像ずらし処理を行って滑らかな画像が取得できるようにし、静止画記録モードのときは画像切り出し処理のみを行うようにしている。
【特許文献１】特開２００３−２１９２６５号公報（図１−３）
【特許文献２】特許第３６９７０５０号公報（図１、２、５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の像振れ補正制御装置、制御方法、撮像装置、および撮像方法には以下のような問題があった。
例えば、デジタルスチルカメラで像ぶれを除去して撮影するためには、パンニングのような非常に低周波な変動にも応答することが望ましい。しかし、低周波な変動に応答すると、像補正のために光学部品を移動させる場合、光学部品を光学中心から大きく変位させることになる。またデータを切り出す方法によって像補正を行う場合、光学中心から離れた位置の画像を切り出すこととなる。これらの場合、いずれも光学性能の良好な光学中心からずれた画像を用いて撮影することになるため、画像が劣化するという問題がある。
特許文献１、２に記載の技術では、フィルタリング手段のカットオフ周波数を切り替えることにより像振れ補正を制御している。このため、例えば、パンニング制御のようにカットオフ周波数を低い側から高い側に切り替える場合には問題がないものの、逆にパンニング制御を終了しカットオフ周波数が高い側から低い側に切り替える場合、すなわち動画撮像から静止画撮像に切り替える場合には、像振れ補正量が急激に大きくなるという問題がある。
例えば、電子式の像振れ補正であれば、画像切り出しによる補正範囲を超えてしまうおそれがある。また、光学式の像振れ補正であれば、例えば、撮像レンズや撮像レンズ鏡筒をサーボ制御により移動する場合、緩和振動が発生して制御が安定するまでに時間がかかり、その間の光学性能が悪化し画像品質が劣化してしまうという問題がある。
また、特許文献２に記載の電子式の像振れ補正においては、動画記録モード時には像振れ補正量が増大してもある程度対応できるものの、静止画記録モードで同様に対応すると解像度が劣化することが記載されており、解像度を犠牲にして像振れ補正量の増大に対応しているものである。また、光学式の像振れ補正には対応できないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、撮像部の光学性能を劣化させずに、静止画画像が良好な画質となる像振れ補正を行うことができる像振れ補正制御装置、制御方法、撮像装置、および撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の像振れ補正制御装置は、装置本体に設けられた角速度検出センサによって得られる角速度信号に基づいて像振れ補正を行う撮像装置に用いる像振れ補正制御装置であって、前記角速度信号を、信号変換する際または当該信号変換する前後で、所定の閾値以下の低周波成分を除去して前記信号変換に基づく第１の角度信号を生成する第１の角度信号生成部と、静止画撮像のシャッタの開放開始時に、前記第１の角度信号生成部で生成された前記第１の角度信号の瞬時値を取得し、前記シャッタの開放開始時から前記シャッタが開放されている間の前記角速度信号を時間積分して、前記瞬時値に加算してなる第２の角度信号を生成する第２の角度信号生成部と、前記シャッタの閉止時には、前記第１の角度信号を選択し、前記シャッタの開放時には、前記第２の角度信号を選択する角度信号選択部と、該角度信号選択部で選択される前記第１の角度信号または第２の角度信号に基づいて、前記像振れ補正の制御目標値を算出する目標値演算部とを備える構成とする。
この発明によれば、角度信号選択部によって、撮像装置の静止画撮像のシャッタの閉止時には、第１の角度信号生成部により生成された第１の角度信号を選択し、シャッタの開放時には、第２の角度信号生成部で生成された第２の角度信号を選択し、目標値演算部により、それぞれ選択された角度信号に基づいて像振れ補正の制御目標値を算出する。そのため、シャッタの閉止時には、閾値以下の低周波成分を除去した第１の角度信号に基づいて制御目標値が算出されるので、例えば、撮像装置のパンニングやティルティングなどの低周波の移動に対して像振れを補正せず光軸方向の画像を中央に捉える撮像動作を行うことができる。
また、シャッタの開放時には、シャッタの開放開始時に第１の角度信号の瞬時値を取得し、シャッタの開放開始時からシャッタが開放されている間の角速度信号を時間積分して、前記瞬時値に加算して生成された第２の角度信号に基づいて制御目標値が算出される。そのため、シャッタの開放開始時から発生する、閾値以下の低周波の像振れおよび閾値より大きな高周波の像振れに対して、制御目標値の連続性を保ちつつ像振れ補正することが可能となる。
したがって、静止画撮像時の像振れを良好に補正することができる。
【０００６】
また、本発明の像振れ補正制御方法は、装置本体に設けられた角速度検出センサによって得られる角速度信号に基づいて像振れ補正を行う撮像装置に用いる像振れ補正制御方法であって、前記角速度信号を、信号変換する際または当該信号変換する前後で、所定の閾値以下の低周波成分を除去して前記信号変換に基づく第１の角度信号を生成する第１の角度信号生成工程と、前記撮像装置の静止画撮像のシャッタの開放開始時に、前記第１の角度信号生成部で生成された前記第１の角度信号の瞬時値を取得し、前記シャッタの開放開始時から前記シャッタが開放されている間の前記角速度信号を時間積分して、前記瞬時値に加算してなる第２の角度信号を生成する第２の角度信号生成工程と、前記シャッタの閉止時には、前記第１の角度信号生成工程による前記第１の角度信号に基づいて前記像振れ補正の制御目標値を算出し、前記シャッタの開放時には、前記第２の角度信号生成工程による前記第２の角度信号に基づいて前記像振れ補正の制御目標値を算出する目標値演算工程とを備える制御方法とする。
この発明は、本発明の像振れ補正制御装置を用いた制御方法なので、本発明の像振れ補正制御装置と同様の作用効果を備える。
【０００７】
また、本発明の撮像装置は、被写体の像を撮像面に結像する撮像レンズと、装置本体の角速度を検出する角速度検出センサと、請求項１または２に記載の像振れ補正制御装置と、該像振れ補正制御装置の前記目標値演算部が算出した前記制御目標値を用いて、前記撮像面上の像の位置を補正する像振れ補正手段とを備える構成とする。
この発明は、本発明の像振れ補正制御装置を用いた撮像装置なので、本発明の像振れ補正制御装置と同様の作用効果を備える。
【０００８】
また、本発明の撮像方法は、本発明の像振れ補正制御方法を用いた撮像方法であって、前記目標値演算工程において算出した前記制御目標値を用いて、被写体像を結像する結像光学系の像面上の像位置を補正する補正工程を備える撮像方法とする。
この発明は、本発明の像振れ補正制御方法を用いた撮像方法なので、本発明の像振れ補正制御方法と同様の作用効果を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の像振れ補正制御装置、制御方法、撮像装置、および撮像方法によれば、シャッタ開放開始時から発生する、閾値以下の低周波の像振れおよび閾値より大きな高周波の像振れに対して、制御目標値の連続性を保ちつつ像振れ補正することができるので、撮像部の光学性能を劣化させずに、静止画画像が良好な画質となる像振れ補正を行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１１】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る像振れ補正制御装置について、それを用いた撮像装置とともに説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る像振れ補正制御装置を備える撮像装置の概略構成を示す模式的な構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る像振れ補正制御装置の制御ブロック図である。
【００１２】
本実施形態のカメラ１は、少なくとも静止画撮像が可能な撮像装置であり、例えば手振れ補正のための像振れ補正機能を備えるものである。例えば、デジタルスチルカメラ、静止画撮像機能を有するビデオカメラや、携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants、個人用携帯端末）といったカメラ付情報機器などの撮像装置として好適となるものである。
カメラ１の概略構成は、図１に示すように、撮像レンズユニット３、撮像素子４、液晶モニタ６、リリーススイッチ７、撮像制御部５、撮像レンズ制御手段１３、カメラ筐体２、角速度センサ１１、および制御目標算出部１２からなる。
【００１３】
撮像レンズユニット３は、被写体の像を撮像面に結像するもので、不図示のレンズ鏡筒に収められたレンズもしくはレンズ群からなる。本実施形態では、このレンズ鏡筒が不図示のオートフォーカス機構によって、撮像系の光軸方向に沿って移動可能に保持されている。
また本実施形態では、撮像レンズユニット３は、そのレンズ光軸３ａが、撮像レンズ駆動機構８によって撮像面に沿う方向に対して可動に保持されている。そのため、撮像レンズユニット３を撮像面に沿って移動することで、被写体の像を撮像面上で移動できるようになっている。
【００１４】
撮像素子４は、撮像レンズユニット３を通して結像される光の像を光電変換するもので、平面視略矩形状の撮像面に受光センサが多数格子状に配列されたものである。例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどを採用することができる。
【００１５】
液晶モニタ６は、撮像素子４で光電変換された画像データや、カメラ１の操作や設定を行うための操作画面などを表示する表示部である。
リリーススイッチ７は、静止画撮像を行うための不図示のシャッタを開放するための操作スイッチであり、撮像制御部５に接続されている。そして、撮影者によって押されると、シャッタ開放信号１００を発生する。
また、リリーススイッチ７は、半押し操作により自動露出（ＡＥ）動作を開始する制御信号を撮像制御部５に送出する。また、本実施形態では、オートフォーカス動作は、電源投入後に常時行うようにしている。フォーカス位置の検出は、画像のコントラストに基づいて行う。本実施形態では、オートフォーカスのための画像サンプリング周波数は１０Ｈｚ以上に設定している。
なお、カメラ１のシャッタは、撮像系の光軸のいずれかの位置に設けられた可動遮光幕で開閉される幕シャッタでもよいし、撮像素子４の光電変換を時間的に制御する電子シャッタでもよい。
【００１６】
撮像制御部５は、カメラ１の装置動作全般を制御するもので、例えば、不図示のボタン、ダイヤル、スイッチなどの各種操作部の操作入力を受け付ける。そして、撮像動作設定、例えば、撮影モード設定、露出設定、オートフォーカス制御設定などを行い、それらに基づいて撮像動作を制御し、液晶モニタ６への表示制御を行う。また、リリーススイッチ７のシャッタ開放信号１００の入力を検出してシャッタを開放し、露出設定に基づいて所定のシャッタスピードで設定された開放時間だけ開放したらシャッタを閉止する。そして、このシャッタの開放と閉止とに同期したシャッタ指示信号１０１を制御目標値算出部１２に送出する。
本実施形態では、シャッタ指示信号１０１は、シャッタの開放指示を行う信号であり、例えば、信号レベルが、シャッタ閉止時にロー、シャッタ開放時にハイとなる信号である。
撮像制御部５は、これらの機能を専用のハードウエアから構成してもよいし、ＣＰＵ、メモリ、適宜の入出力インターフェースなどを備えたコンピュータにより実現してもよい。
【００１７】
撮像レンズ制御手段１３は、像振れ補正制御を行うために撮像系の光軸に対する撮像レンズユニット３の位置制御を行うもので、撮像レンズ駆動機構８、サーボ制御回路９、姿勢検出センサ１０からなる。
すなわち、本実施形態の撮像装置は、像振れ補正手段が、撮像面に対する撮像レンズの相対的な位置関係を制御する移動制御手段からなることを特徴としている。
【００１８】
撮像レンズ駆動機構８は、撮像レンズユニット３の像を撮像面上で移動するために、撮像レンズユニット３の全体または一部を撮像面に対して相対移動可能に保持するための機構である。
本実施形態では、撮像レンズユニット３のレンズ光軸３ａが、撮像系の光軸に対して直交する方向に２次元的に移動可能に保持する機構を採用している。具体的な駆動機構としては、撮像レンズユニット３の鏡筒をレンズ光軸３ａに直交する２軸方向に移動する適宜の機構を採用することができる。例えば、リニアモータやアクチュエータなどの駆動機構を採用することができる。
なお、撮像レンズユニット３の一部を可動保持する場合の例としては、撮像レンズユニット３がレンズ群からなるとき、一部のレンズをレンズ光軸３ａに対して直交する方向に偏心移動させる機構などを採用することができる。
【００１９】
サーボ制御回路９は、撮像レンズ駆動機構８、姿勢検出センサ１０、制御目標値算出部１２に電気的に接続され、制御目標値算出部１２から送出される制御目標値に基づいて、撮像レンズ駆動機構８の駆動量をサーボ制御するものである。
姿勢検出センサ１０は、撮像レンズ駆動機構８の駆動量の制御目標値に対する偏差を検出してフィードバックするためのセンサである。例えば、適宜の非接触センサまたは機械式センサを採用することができる。
非接触センサとしては、例えば、光学式センサ、磁気センサ、静電センサなどを必要に応じて採用することができる。機械式センサとしては、例えば、圧力センサ、歪みセンサなどを採用することができる。
【００２０】
カメラ筐体２は、例えば撮像レンズユニット３、撮像素子４、および撮像制御部５、制御目標値算出部１２などを内蔵し、液晶モニタ６、リリーススイッチ７を外表面に一体的に保持し、また撮影者が撮像時にグリップする部材となっている。
【００２１】
角速度センサ１１は、撮像系の光軸の角度位置を検出するためにカメラ１の装置本体に発生する２軸方向の角速度を検出するセンサである。本実施形態では、撮像レンズユニット３の近傍のカメラ筐体２に固定されている。そして、制御目標値算出部１２に電気的に接続され、検出出力を角速度信号１０２として送出できるようになっている。
角速度信号１０２は、互いに直交する２軸方向の角速度成分に対応して２つ１組の出力値から構成され、制御目標値算出部１２によって、各成分に分けて読み取り可能な形態で送出される。
角速度センサ１１としては、このような角速度を検出することができればどのようなセンサを採用してもよい。例えば、コリオリ力を用いた振動式ジャイロセンサなどを採用することができる。センサの振動子としては、圧電素子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術などを用いた振動子を好適に採用することができる。
【００２２】
制御目標値算出部１２は、角速度センサ１１からの角速度信号１０２と、リリーススイッチ７からのシャッタ指示信号１０１とに基づいて、撮像レンズ制御手段１３の制御目標値１０３を算出し、サーボ制御回路９に送出する像振れ補正制御装置である。
本実施形態では、図２に示すように、角度変換器２０、ハイパスフィルタ２１、ラッチ２２、加算部２３、スイッチング回路２４、および位置演算部２５からなる。
制御目標値算出部１２の構成は、これらの各機能を専用のハードウエアから構成してもよいし、ＣＰＵ、メモリ、適宜の入出力インターフェースなどを備えたコンピュータにより実現してもよい。撮像制御部５をコンピュータで構成する場合には撮像制御部５を構成するコンピュータと兼用してもよい。
【００２３】
角度変換器２０は、角速度センサ１１からの角速度信号１０２を時間積分し、カメラ１の基準位置からの３軸方向の角度位置を表す角度信号１０４を算出するものである。時間積分は、アナログ積分回路を設けてもよいし、角速度信号をサンプルホールドしてデジタル演算処理による数値積分を行ってもよい。
これによりカメラ１の水平方向、垂直方向の角度変化を検出することができる。
ハイパスフィルタ２１は、角度変換器２０から出力される角度信号１０４の所定の閾値以下の低周波成分を除去するフィルタ処理を行い、スイッチング回路２４およびラッチ２２に角度信号１０５出力するものである。
所定の閾値としては、パン移動やティルト移動などによる撮像系の光軸の移動時に、レンズ光軸３ａは撮像系の光軸に対して偏心移動せず、撮像系の光軸の移動合わせて画像中心が移動するとともに、オートフォーカスの動作周波数よりも低周波となるカットオフ周波数に設定する。例えば、カットオフ周波数を５Ｈｚに設定する。
【００２４】
ラッチ２２は、シャッタの開放開始に対応するシャッタ指示信号の立ち上がりに同期して、ハイパスフィルタ２１からの出力である角度信号１０５をラッチして、角度信号１０５のシャッタ開放開始時における瞬時値を加算部２３に送出するとともに、シャッタの閉止に対応するシャッタ指示信号の立ち下がりに同期して、ラッチをリセットするものである。
加算部２３は、シャッタ指示信号１０１の立ち上がりに同期して送出される角度信号１０５を検知すると、その角度信号１０５に、角速度センサ１１からの角速度信号１０２を時間積分して加算し、角度信号１０６を生成する。
角速度信号１０２の時間積分は、角度変換器２０と同様の手段を用いて行うことができる。
【００２５】
スイッチング回路２４は、シャッタ指示信号１０１に応じて、シャッタ開放時にはハイパスフィルタ２１により生成された角度信号１０５を、シャッタ閉止時には加算部２３により生成された角度信号１０６を、それぞれ選択し、補正用角度信号１０７として位置演算部２５に出力するものである。
位置演算部２５は、スイッチング回路２４から出力された補正用角度信号１０７の値を、撮像レンズユニット３の光学的倍率などと演算することにより、撮像面上の像移動量が解消されるように、撮像レンズユニット３の撮像面に対する位置関係を制御する制御目標値１０３を算出し、サーボ制御回路９に送出するものである。
【００２６】
なお、特に図示しないが、制御目標値算出部１２の内部および前後には、必要に応じて周知の信号処理部、例えばアンプ部やノイズ除去部などを設けてもよい。
【００２７】
次に、本実施形態のカメラ１の動作について、像振れ補正の動作を中心に説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る像振れ補正機構の角速度検出センサの出力に基づく角度信号の一例を示すグラフである。図４は、図３の角度信号を発生する角速度信号が入力されたときに位置演算部に送出される角度信号と、第１の角度信号との一例を示すグラフである。いずれのグラフも横軸は時間（単位は、秒）、縦軸は無次元表示された角度信号の値を示す。
【００２８】
本実施形態のカメラ１では、撮影者がシャッタを押さず、被写体を狙って、撮像位置を選んだり、フレーミングしたり、静止画撮像の準備を行う間、オートフォーカス動作が行われ、ピントの合った動画が、液晶モニタ６に表示されている。
このとき、撮影者にグリップされたカメラ１は、任意方向に移動されており、角速度センサ１１は、その移動量に対応する角速度を角速度信号１０２として、角度変換器２０に送出する。角度変換器２０では、角速度信号１０２を時間積分して角度信号１０４を生成する。
例えば、図３に示すような角度変位が発生するものとする。
【００２９】
このとき、制御目標値算出部１２では、角度信号１０４が、ハイパスフィルタ２１でフィルタ処理され、本実施形態では、５Ｈｚ以下の低周波成分がカットされた角度信号１０５が生成される。この角度信号１０５を図４に示した。
角度信号１０５は、５Ｈｚ以下の低周波の移動成分が除去されているため、図３に示す実際の移動量よりも移動量が過小評価されている。そのため、この角度信号１０５が位置演算部２５に送出されると、実際の移動量よりも少ない角度補正量が制御目標値１０３として算出され、サーボ制御回路９に送出される。
したがって、この場合には、５Ｈｚより大きな高周波の像振れを補正するように、撮像レンズ駆動機構８によって撮像レンズユニット３がサーボ制御され、撮像レンズユニット３の基準位置を中心として比較的小さな角度に対応する移動制御が行われる。そのため、画像中心は撮像面上で移動していくものの、像振れによるコントラストや解像度の低下は防止される。そのため、良好なオートフォーカスがかかった状態の画像が液晶モニタ６に表示される。
【００３０】
一方、撮影者によりリリーススイッチ７が半押しされると、撮像制御部５によりＡＥ動作が行われ、あらかじめプログラムされた静止画撮像の絞りとシャッタスピードが自動的に設定される。そして、リリーススイッチ７が全押しされると、撮像制御部５にシャッタ開放信号１００が入力され、この信号に立ち上がりが同期し、所定のシャッタスピードに応じた時間経過後シャッタを閉止するシャッタ指示信号１０１が制御目標値算出部１２に送出される。
このとき、ラッチ２２により、角度信号１０５がラッチされることで記憶され、加算部２３に送出される。そして、その時点から角速度信号１０２が積分され、ラッチされた角度信号１０５に加算され、角度信号１０６が生成される。
そして、スイッチング回路２４により角度信号１０６が選択されて補正用角度信号１０７として、位置演算部２５に送出される。
そのため、図４に示すように、補正用角度信号１０７は、シャッタ指示信号１０１がローの間は、角度信号１０５に一致しており、シャッタ指示信号１０１がハイになると、低周波成分を含む角速度信号１０２の時間積分値が加算され、角度信号１０５から徐々にずれた信号になる。すなわち、シャッタ指示信号１０１がハイの間は、低周波成分を含む角速度に追従して変化する角度変位に対応した角度信号が得られる。そして、位置演算部２５では、この補正用角度信号１０７の角度変位による像振れを解消するような制御目標値１０３が生成され、サーボ制御回路９に送出される。この動作は、シャッタ指示信号１０１がハイの間、継続される。
したがって、リリーススイッチ７が全押しされた時点において、撮像レンズ駆動機構８の制御位置が連続的に変化され、シャッタの開放中は、リリーススイッチ７が押された時点の画像が撮像面上に静止するような像振れ補正が行われる。その結果、露光時間中の像振れが防止されるため、手振れによる像ぶれ、像流れなどが防止され、良好な品質の静止画撮像が行われる。
【００３１】
そして、シャッタ指示信号１０１がローに戻ると、補正用角度信号１０７が、角度信号１０５に切り替えられ、高周波成分のみの像振れ補正が行われるシャッタ開放前の状態に急速に戻る。この変化は撮像レンズユニット３の移動量が低減する方向なので、円滑に行われる。
したがって、図４に示すように、一定時間ピッチでシャッタを開閉して連写撮影を行う場合にも、上記と同様の動作がそれぞれ繰り返されることになる。
【００３２】
次に、本実施形態の像振れ補正の有効性を確認するため、シャッタスピードと角速度を変化させた、実際のアクチュエータを使用した原理実験における応答結果について説明する。なお、本実験例では、角速度センサ１１の出力に代えて、波形発生器を用いて人工的に生成した信号波形を制御目標値算出部１２に入力している。
図５、６、７は、本発明の第１の実施形態の像振れ補正制御装置のそれぞれ第１、第２、第３実験例の応答波形を示すグラフである。なお、各図とも横軸に時間（単位は、それぞれ０．１ｓ／ＤＩＶ、０．１ｓ／ＤＩＶ、５０ｍｓ／ＤＩＶ）をとり、縦軸は、それぞれを相対比較するため、原点位置（Ｏ）がずらされ、適宜倍率に調整された出力電圧値を示す。
各信号は、上からシャッタ指示信号１０１、実変位角度信号（角度信号１０４）、補正用角度信号（制御目標値１０３）、角度検出出力１１０を示す。ここで、角度検出出力１１０は、姿勢検出センサ１０の出力をレンズ光軸３ａの角度に換算したものである。
【００３３】
図５に示す第１実験例は、シャッタスピードが０．０７８ｓ、角度信号１０４の卓越周波数が３Ｈｚの場合の例である。
角度信号１０４に高周波成分がほとんど含まれないため、シャッタ閉止時は、ほとんど像振れ補正の移動が発生しないが、シャッタが開放されると、低周波の振れに追従して像振れ補正が実現されている。
【００３４】
図６に示す第２実験例は、シャッタスピードが０．０９５ｓ、角度信号１０４の卓越周波数が３Ｈｚの場合の例である。
シャッタの開放時は、低周波の振れに追従して像振れ補正が実現され、シャッタの閉止時は、一部に顕著に見られる高周波の振れに対して、良好に追従して像振れ補正が実現されていることが分かる。
【００３５】
図７に示す第３実験例は、シャッタスピードが０．０９５ｓ、角度信号１０４の卓越周波数が３Ｈｚの場合の例である。
シャッタの開放時に、図５、６に比べてやや高周波の成分が含まれているが、それらにたいしても同様に追従して像振れ補正が実現されていることが分かる。
【００３６】
以上に説明したように、本実施形態の制御目標値算出部１２は、シャッタ開放時に、補正用角度信号１０７を用いて制御目標値１０３を算出するので、シャッタ開放開始時から発生する、閾値以下の低周波の像振れおよび閾値より大きな高周波の像振れに対して、制御目標値１０３の連続性を保ちつつ像振れ補正することができる。その結果、動画撮像から静止画撮像に切り替える場合に、静止画画像が良好な画質となる像振れ補正を行うことができる。
また、シャッタ開放中、閾値以下の低周波な変動に応答して像補正のために撮像レンズユニット３を移動させないため、撮像レンズユニット３を光学中心から大きく変位させることなく、撮影を行うことになる。そのため、光学性能の劣化が低減され、良好な画質が得られる。
【００３７】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る像振れ補正制御装置および撮像装置について説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態に係る像振れ補正制御装置を備える撮像装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００３８】
本実施形態のカメラ１５は、図８、２に示すように、上記第１の実施形態のカメラ１において、制御目標値算出部１２に代えて制御目標算出部１６を備え、撮像レンズ制御手段１３に代えて位置補正画像処理部１７を備えたものである。
すなわち、本実施形態の撮像装置は、撮像面の像を光電変換して画素ごとの画像データを生成する撮像素子を備え、像振れ補正手段が、画像データの前記撮像面における位置を移動させる画像処理手段からなることを特徴としている。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３９】
制御目標算出部１６は、上記第１の実施形態の制御目標値算出部１２が、撮像面上の像移動量が解消されるように、撮像レンズユニット３の撮像面に対する位置関係を制御する制御目標値１０３を算出するのに対して、撮像面上の像移動量を解消する画像データの位置移動量を撮像面上の方向も含めたベクトル量として算出し、制御目標値１０８として位置補正画像処理部１７に送出するものである。
位置補正画像処理部１７は、カメラ１５の振れによる画像の位置移動量（位置ずれ量）を画像処理によって補正するためのものである。例えば、適宜のサンプリング時間で、画像を切り出して移動した上で、重ね合わせる画像処理を採用することができる。また重ね合わせる際、適宜の画像フィルタ処理を行って、例えばサンプリングノイズを低減するなどの処理を行うようにしてもよい。
【００４０】
本実施形態の制御目標算出部１６によれば、第１の実施形態と同様に、シャッタ開放時に、補正用角度信号１０７を用いて制御目標値１０８を算出するので、シャッタ開放開始時から発生する、閾値以下の低周波の像振れおよび閾値より大きな高周波の像振れに対して、制御目標値１０８の連続性を保ちつつ像振れ補正することができる。その結果、動画撮像から静止画撮像に切り替える場合に、静止画画像が良好な画質となる像振れ補正を行うことができる。
また、シャッタ開放中、閾値以下の低周波な変動に応答して像補正のために、光学中心から離れた位置の画像を切り出して中心に移動させることがないので、良好な画質が得られる。
また、画像処理手段によって像振れ補正を行うので、像振れ補正のために撮像レンズユニット３を可動保持する機構を省略し、簡素な構成の撮像装置を構成することができる。
【００４１】
なお、上記の第１の実施形態の説明では、撮像面に対する撮像レンズの相対的な位置関係を制御する移動制御手段が、撮像面に対して撮像レンズを移動させる場合の例で説明したが、撮像レンズを固定して、撮像素子を移動させてもよい。
【００４２】
また、上記の説明では、角度変換器２０の後段にハイパスフィルタ２１を配置することで、角速度信号から角度信号へ信号変換した後に低周波成分を除去して第１の角度信号を生成する場合の例で説明したが、角度変換器２０とハイパスフィルタ２１との配置を入れ替えて信号変換前に低周波成分を除去してもよい。また、信号変換と低周波成分の除去とを同時に行うようにしてもよい。
【００４３】
また、上記の各実施形態に記載された構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。
【００４４】
ここで、上記各実施形態の用語と特許請求の範囲の用語との対応関係について名称が異なる場合について説明する。
カメラ１、１５は、それぞれ撮像装置の一実施形態である。撮像レンズユニット３は、撮像レンズの一実施形態である。角速度センサ１１は、角速度検出センサの一実施形態である。制御目標値算出部１２、１６は、像振れ補正制御装置の一実施形態である。撮像レンズ制御手段１３は、像振れ補正手段である移動制御手段の一実施形態である。角度信号１０５、１０６は、それぞれ第１、第２の角度信号の一実施形態である。角度変換器２０とハイパスフィルタ２１とは、第１の角度信号生成部の一実施形態を構成する。ラッチ２２と加算部２３とは、それぞれ記憶手段、加算手段の一実施形態であり、第２の角度信号生成部の一実施形態を構成している。スイッチング回路２４は、角度信号選択部の一実施形態である。位置演算部２５は、目標値演算部の一実施形態である。位置補正画像処理部１７は、画像処理手段の一実施形態である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る像振れ補正制御装置を備える撮像装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る像振れ補正制御装置の制御ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る像振れ補正機構の角速度検出センサの出力に基づく角度信号の一例を示すグラフである。
【図４】図３の角度信号を発生する角速度信号が入力されたときに位置演算部に送出される角度信号と、第１の角度信号との一例を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態の像振れ補正制御装置のそれぞれ第１実験例の応答波形を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態の像振れ補正制御装置のそれぞれ第２実験例の応答波形を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態の像振れ補正制御装置のそれぞれ第３実験例の応答波形を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る像振れ補正制御装置を備える撮像装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１、１５  カメラ（撮像装置）
２  カメラ筐体
３  撮像レンズユニット（撮像レンズ）
４  撮像素子
５  撮像制御部
７  リリーススイッチ
８  撮像レンズ駆動機構
９  サーボ制御回路
１０  姿勢検出センサ
１１  角速度センサ（角速度検出センサ）
１２、１６  制御目標算出部（像振れ補正制御装置）
１３  撮像レンズ制御手段（移動制御手段）
１７  位置補正画像処理部（画像処理手段）
２０  角度変換器
２１  ハイパスフィルタ
２２  ラッチ（記憶手段）
２３  加算部（加算手段）
２４  スイッチング回路（角度信号選択部）
２５  位置演算部（目標値演算部）
１００  シャッタ開放信号
１０１  シャッタ指示信号
１０２  角速度信号
１０３、１０８  制御目標値
１０４  角度信号
１０５  角度信号（第１の角度信号）
１０６  角度信号（第２の角度信号）
１０７  補正用角度信号
【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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