(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振れを検出する振れ検出手段と、
前記振れ検出手段の検出結果に基づいて、前記振れにより発生する像振れのあおり成分および拡大縮小成分を補正するように、第１の光学素子を駆動する第１の像振れ補正手段と、
前記第１の光学素子の駆動により生じる像振れの並進成分を補正するように、第２の光学素子を駆動する第２の像振れ補正手段と、
を有することを特徴とする像振れ補正装置。
【請求項２】
前記第１の像振れ補正手段は、前記第１の光学素子を、光軸方向、光軸と直交する方向、光軸に対し前記第１の光学素子の中心軸が傾く方向、のうち少なくとも１つの方向に駆動することを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
【請求項３】
前記第２の像振れ補正手段は、前記第２の光学素子を光軸と直交する方向に駆動することを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正装置。
【請求項４】
前記第２の像振れ補正手段は、さらに前記第２の光学素子を、該第２の光学素子の中心軸周りに回転させることを特徴とする請求項３に記載の像振れ補正装置。
【請求項５】
前記第２の像振れ補正手段は、前記振れ検出手段の検出結果に基づいて、前記振れにより発生する像振れの並進成分を補正するように、前記第２の光学素子を駆動することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
【請求項６】
前記第１の像振れ補正手段および前記第２の像振れ補正手段のうち一方の像振れ補正手段による補正が上限に達し制限されるとき、前記一方の像振れ補正手段の制限される補正に応じて他方の像振れ補正手段による補正を制限することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
【請求項７】
前記第１の像振れ補正手段は、撮像状態がテレ側であるときは、前記あおり成分および拡大縮小成分の補正を制限することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
【請求項８】
前記第１の像振れ補正手段は、撮像状態がテレ側であるときは、前記第２の像振れ補正手段とともに、前記振れにより発生する像振れの並進成分を補正することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
【請求項９】
前記第２の光学素子は、レンズであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
【請求項１０】
前記第２の光学素子は、撮像素子であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
【請求項１１】
振れを検出する振れ検出ステップと、
前記振れ検出ステップの検出結果に基づいて、前記振れにより発生する像振れのあおり成分および拡大縮小成分を補正するように、第１の光学素子を駆動する第１の像振れ補正ステップと、
前記第１の光学素子の駆動により生じる像振れの並進成分を補正するように、第２の光学素子を駆動する第２の像振れ補正ステップと、
を有することを特徴とする像振れ補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像振れ補正装置に関し、特に撮影の際に生じる手ぶれに起因する像ぶれを補正する像振れ補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオ、デジタルスチル、放送用カメラ等の撮像装置では装置全体の小型化が進んでおり、小型化により大きくなる手ぶれで発生する像ぶれを防ぐために様々な防振機能が実現されている。撮影装置の大型化を防ぎつつ、静止画・動画撮影の両方で利用可能な防振手段として、レンズ系の一部をシフトさせて像ぶれを抑振する手法、特に光軸と垂直な方向にシフトさせる方法が広く一般的に普及している。
【０００３】
しかしながら、レンズ系の一部を光軸と垂直な方向にシフトさせる一般的な光学手段による防振では主に像の並進成分に関する像ぶれのみしか補正できない。そのため、特許文献１では、撮像素子と撮像光学系が内蔵された鏡筒ユニットをジンバル機構によりメカ的に回転駆動させ、光学的に像ぶれ補正する機構が提案されている。
【０００４】
また動画用途においては、メカ・光学的な手段のみでなく、電子的な補正技術を活用し、並進成分以外の像ぶれ成分を補正する手法も提案されている。例えば、特許文献２では、まずレンズ系の一部をシフトさせる光学的手段により像ぶれの並進成分のみ抑振し、残留する像ぶれ成分、例えばCMOS撮像センサを利用することにより発生するローリングシャッタ歪を電子的に補正する。
【０００５】
また、レンズ系の一部を移動させて像ぶれを抑振するアプローチではボケ等の光学結像性能の低下を抑制し、像ぶれ補正角を拡大する方法がある。特許文献３では、レンズ系の一部を光軸上のある一点を中心として回動させる等、光軸と垂直な方向にシフトさせるだけでなく、一部のレンズ系の位置や姿勢を３次元的に移動・姿勢変化する高度な手法により補正可能角を拡大する手法が提案されている。
【０００６】
また、特許文献４では、レンズ系の複数の光学部材、例えば第１の光学素子及び第２の光学素子を、それぞれ独立して駆動することで、像振れ補正の補正可能角範囲を増加させる手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２７４０５６号公報
【特許文献２】特開２００６−１８６８８４号公報
【特許文献３】特許第３００３３７０号
【特許文献４】特開２００９−２５８３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の手法を用いた場合は、鏡筒サイズの小型化が難しく、コンパクトカメラのような小型プラットフォームへの採用が難しいという課題がある。また重量のある鏡筒ユニットを駆動するため消費電力が大きくなるという課題も無視できなかった。
【０００９】
特許文献２の手法を用いた場合は、並進成分の像ぶれ成分のみ補正可能な限定的自由度の光学手段による抑振では、あおりや拡縮等の並進以外の像ぶれが残留し、蓄積ぶれやローリングシャッタ歪が生じてしまう。画像処理が大きく発達した今でも現状の技術水準では、リアルタイムの組込機能としてのボケやローリングシャタ歪の完全な補正は難しいという課題がある。また、高機能を求めると消費電力が大きくなるという課題もある。また、近年のRAW撮影の流れを考慮すると、蓄積ぶれやローリングシャッタ歪の補正を記録前に電子的に実施する特許文献２のようなアプローチは可能な限り回避できる方が好ましい。
【００１０】
特許文献３および特許文献４のような並進像ぶれ成分補正の補正角拡大にのみ注目した手法を用いると、実際には並進以外の像ぶれやそれに伴う蓄積ぶれ、ローリングシャッタ歪の残留の方が目に付いてしまい、期待する機能を発揮できないという課題があった。例えば、手振れよりも大きな補正角が要求される歩きぶれにおいては、並進以外の像ぶれ成分は無視できないほど大きい。
【００１１】
そこで本発明の目的は、あおり成分と拡大縮小成分を含んだ像振れの補正に有利な像振れ補正装置および像振れ補正方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一側面としての像振れ補正装置は、振れを検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段の検出結果に基づいて、前記振れにより発生する像振れのあおり成分および拡大縮小成分を補正するように、第１の光学素子を駆動する第１の像振れ補正手段と、前記第１の光学素子の駆動により生じる像振れの並進成分を補正するように、第２の光学素子を駆動する第２の像振れ補正手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、あおり成分と拡大縮小成分を含んだ像振れの補正に有利な像振れ補正装置および像振れ補正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態の撮像装置の構成を説明するブロック図である。
【図２】第１の光学素子００１１または第２の光学素子００１２の駆動法を説明する図である。
【図３】撮像装置１００の回転により生じる像ぶれを説明する図である。
【図４】第１の光学素子００１１または第２の光学素子００１２の３次元移動及び姿勢変化の種類と、それに対する像変化の例を示す図である。
【図５】制御量算出部００５による補正のアルゴリズム概要を説明する図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の光学補正の手順を説明する図である。
【図７】第１の光学素子００１１による補正の特性図である。
【図８】第２の光学素子００１２による補正の特性図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態の撮像装置の構成を説明するブロック図である。
【図１０】制御量算出部９０５による補正のアルゴリズム概要を説明する図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の光学補正の手順を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１に、本発明の第１の実施形態の撮像装置１００のブロック図を示す。撮像装置１００は、光学系００１、撮像素子００２、姿勢センサ００３、光学防振制御・検出部００４、制御量算出部００５、画像処理部００６からなる。
【００１８】
光学系００１は、被写体Ａから放射された光を撮像素子００２上に結像させるコンポーネントであり、複数枚のレンズおよびミラーから構成される。光学的に防振を行う際には、像ぶれを補正するための第１の光学素子（第１の補正部材）００１１及び第２の光学素子（第２の補正部材）００１２である一部のレンズを３次元的に移動、姿勢変化させる。そうすることにより、撮像素子上の光学像の位置を移動させ、カメラの揺れによる映像の揺れ、いわゆるぶれを抑振する。第１の光学素子００１１及び第２の光学素子００１２の３次元的移動とは、光軸に垂直な面内方向への並行移動（偏心とも呼ばれる）、光軸方向の前後進の組み合わせにより実現される。また、第１の光学素子００１１及び第２の光学素子００１２の姿勢変化とは光学素子（レンズ）の光軸を系全体の光軸に対し傾けることにより実現される（そのため傾動とも呼ばれる）。
【００１９】
なお、本実施例において、第１の光学素子００１１および第２の光学素子００１２は、それぞれ中間群レンズである。図２に第１の光学素子００１１または第２の光学素子００１２の３次元移動及び姿勢変化の例を示す。図１中では被写体Ａと撮像素子００２の関係に対し、第１の光学素子００１１を上流側、第２の光学素子００１２を下流側として図示しているが、その関係は逆でも良い。
【００２０】
図２（ａ）は第１の光学素子００１１または第２の光学素子００１２を光軸に垂直な方向の平面内でシフトさせる軌道の例である。広く一般的に普及している方法の一つである。図２（ｂ）は第１の光学素子００１１または第２の光学素子００１２を光軸上のある一点を中心として回動させる軌道の例である。図２（ａ）に示す並行移動のみの軌道を基準に考えると、変更に対するメカ的な負担が最も小さな例である。図２（ｃ）は（ｂ）から前後進を除いた軌道の例である。中間群は変倍群に対応する場合が多く、防振の像ぶれ補正による意図しない像の拡大縮小を防ぐ軌道に当たる。図２（ｄ）は第１の光学素子００１１または第２の光学素子００１２の偏心、前後進、姿勢変化を任意に可変可能な場合である。図２（ｂ）または（ｃ）のような軌道をベースに撮像装置のズームステート、被写体距離に基づき、軌道を変化させて最適化する場合に用いられる。
【００２１】
撮像素子００２はセンサ面上に結像された光学像を電子像に変換する素子である。
【００２２】
姿勢センサ部００３は、撮像装置の被写体に対する相対的な回転、並行移動による像ぶれ量を算出するセンサである。撮像装置の回転、並行移動といった部分的な情報から像ぶれへの影響を計算する基となる情報をセンシングする。換言すれば、姿勢センサ部００３は、撮像装置の振れを検出する振れ検出手段として機能する。姿勢センサ部００３は、例えばジャイロ等により構成され、光学系の光軸を基準に直交する任意の軸に取り付けられる。
【００２３】
そして姿勢変化の情報を計測し、制御量算出部００５に情報を伝える。例えば姿勢センサが回転センサの場合、撮像装置のヨー方向、ピッチ方向の各軸に取り付けられ、各軸周りの回転による姿勢変化を計測する。姿勢センサは加速度センサ等の撮像装置の並行移動あるいは姿勢変化を計測するセンサでも良い。回転センサの場合と同様に、撮像装置の各軸に取り付けられ平行移動をセンシングする。また地磁気センサのように基準姿勢からのずれにより撮像装置の姿勢変化や平行移動を算出するセンサでも良い。あるいは画像ベクトルから撮像装置の被写体に対する相対的な回転、並行移動による像ぶれ量を算出するセンサであっても良い。像ぶれ量から撮像装置の被写体に対する相対的な回転、並行移動を例えばフィッティングにより算出しても良い。R.Szeliski,”Computer Vision: Algorithms and Applications”,p.p.278-283に記載されるように、フィッティングにカメラモデルを想定し、姿勢推定を行ってもよい。
【００２４】
光学防振制御・検出部００４は、計測された撮像装置の姿勢及び／または位置変化、またはそれらにより生じる像ぶれに基づき、光学防振を行う第１の光学素子００１１及び第２の光学素子００１２の３次元的移動及び姿勢変化を制御して防振を行う。光学防振制御・検出部００４は、第１の光学素子００１１および第２の光学素子００１２のそれぞれを、独立して駆動できるように構成されている。電磁コイル等により第１の光学素子００１１及び第２の光学素子００１２を含むユニットを制御量算出部００５の命令に従い、像ぶれを打ち消すように駆動する。
【００２５】
また、光学防振制御・検出部００４は、第１の光学素子００１１及び第２の光学素子００１２の位置姿勢情報を検出する機能を持つ。ホール素子またはエンコーダ等を構成に含み、光学防振を行うレンズアセンブリユニットの軌道上の位置から第１の光学素子００１１及び第２の光学素子００１２の位置および姿勢情報を計測する。図２（ａ）、（ｂ）のような固定的な軌道の場合、第１の光学素子００１１または第２の光学素子００１２の光軸に垂直な２軸の回転軸に対する補正角から偏心量、前後位置、姿勢情報の組を求めても良い。
【００２６】
また、偏心量、前後位置、姿勢情報の組と補正角が一対一で対応するため、補正角パラメータ自体を制御量算出部００５への入力となる検出情報として扱っても良い。また、図２（ｃ）で示す自由軌道の場合には偏心量、前後位置情報、姿勢情報の組をそれぞれ求める。またはズームステートや被写体距離により異なる固定軌跡の場合には該パラメータを補助変数とした補正角パラメータとして偏心量、前後位置、姿勢情報の組を扱っても良い。また、検出情報を近似的に光学防振制御の情報で代用して取得しても良い。
【００２７】
制御量算出部００５は、防振（像振れ補正）を行う第１の光学素子００１１及び第２の光学素子００１２の補正量を計算する部分である。姿勢センサ部００３で計測された撮像装置の姿勢情報に基づき、像ぶれを打ち消す補正量を求める。不図示の撮像装置のメインＣＰＵに保持されたズーム、被写体距離等の撮像装置の撮影条件（カメラパラメータとも呼ばれる）に基づき第１の光学素子００１１及び第２の光学素子００１２の軌道を変化させて補正量を計算しても良い。撮像装置の平行移動の場合には不図示のＡＦ機構から得られるフォーカス距離等の被写体距離に関する情報を考慮し、平行移動による像ぶれを算出する。
【００２８】
なお、本実施例において、第１の光学素子００１１、第２の光学素子００１２、姿勢センサ部００３、光学防振制御・検出部００４、および制御量算出部００５は、像振れ補正装置の一部として構成される。なお、本実施例では、撮像装置１００として、カメラ本体とレンズ装置とが一体的に形成されたレンズ一体型の撮像装置を例示的に示すが、本発明はこれに限定されない。例えば、レンズ交換式一眼レフカメラ（カメラ本体）および交換レンズ（レンズ装置）から構成されるレンズ交換型の撮像装置を適用することも可能である。本発明がレンズ交換型の撮像装置である場合は、撮像装置（本体）側ではなく、交換レンズ（レンズ装置、光学装置）に像振れ補正装置が設けられていてもよい。
【００２９】
画像処理部００６は、撮像素子００２で光電変換されたアナログの画像信号（映像信号）をデジタル信号に変換した画像信号を得るためのフロントエンド部を有する。該フロントエンド部では、アナログの画像信号に対して相二重サンプリング（ＣＤＳ）によるノイズ除去、オートゲインコントロール（ＡＧＣ）でのゲインアップによる露出制御、黒レベル補正、Ａ／Ｄ変換等の基礎的な処理を行う。この部分は、アナログ信号に対する前処理が主であるため、主要部はＡＦＥ（アナログフロントエンド）とも呼ばれる。デジタル出力センサと対で使われるものはＤＦＥ（デジタルフロントエンド）と呼ばれる。また、画像処理部００６は、ベイヤー配列補間、線形化マトリクス処理、ホワイトバランス調整、ＹＣＣ変換、色差・諧調・コントラスト補正、エッジ強調、等の入力デジタルの画像信号に対するバックエンドの画像処理を行う。該バックエンド処理は前処理部のＡＦＥ処理に対してＤＢＥ（デジタルバックエンド）処理と呼ばれる。フロントエンド処理及びバックエンド処理を行うことにより一枚の出力画像を生成可能である。
【００３０】
そして、画像処理部００６で防振された画像情報は、不図示のＤＲＡＭ等から構成されるワークメモリにいったん保存、もしくは想定される後段処理部に直接伝送される。後段の処理部としては例えば、半導体メモリ等からなる記録部、液晶等のディスプレイ等から構成される表示部、無線ＬＡＮやＵＳＢ等の有線ケーブル等を接続可能なＩ／Ｆ（インターフェース）から構成される外部入出力Ｉ／Ｆが挙げられる。
【００３１】
図３に、撮像装置１００の回転により生じる像ぶれの説明を示す。本発明の第１の実施形態の説明においては、光軸に垂直な軸に関する回転ぶれにより生じる像ぶれの補正を中心に説明する。図３（ａ）は被写体Ａと撮像装置１００の相対関係を示す図である。そして、図３（ｂ）は被写体Ａに対し、撮像装置１００がθ回転した様子を示す図である。撮像装置１００は光学系００１の主点であるカメラ中心を視点とし、撮像素子００２に対応する撮像面を前面に反転させた焦点距離ｆのピンホールカメラモデルで置き換えて撮像装置を表現している。
【００３２】
図３（ｃ）に示すように被写体Ａの像Ｐ点はパンにより像面上で平行移動する。撮像装置１００の回転θがぶれによるものである場合、像点Ｐのずれが像ぶれとなる。しかしながら、像における撮像装置１００の回転の影響は並行移動だけではない。図３（ｄ）に示すように、撮像装置１００の回転による像の変化を分解すると、並進のみならず、あおりや拡大縮小といった像の変化が生じる。つまり、並行移動だけでなく、あおりや拡大縮小の成分の像ぶれも同時に発生している。
【００３３】
従来の光学防振においては、姿勢センサ００３により撮像装置の回転ぶれを検知し、光学素子００１１を光軸に垂直な面内方向への並行移動させることにより、像ぶれの並行移動成分のみを補正していた。結果、あおりや拡大縮小の像ぶれ成分は無視し、残留させていた。近年のワイド側での歩き撮り対応を目的とした補正角拡大、近年の材料を含む光学およびメカ性能の向上によるテレ側を含む防振補正角拡大の流れに対し、該影響は大きい。
【００３４】
更に、特許文献３のボケ等の光学結像性能の低下を抑制し、像ぶれ補正角を拡大する方法では、光学素子００１１を光軸に垂直な面内方向への並行移動に加え、レンズ系の一部を光軸上のある一点を中心として回動、つまり傾け（傾動）させている。これにより、光学結像性能低下を抑制している。
【００３５】
この際、ぶれの並進成分の観点では、焦点ボケにより制限されていた像ぶれ補正角を大きく拡大できるが、偏心収差によるあおりの像ぶれは多くの場合、光学素子００１１を光軸に垂直な面内方向への並行移動させる場合よりも大きく増幅されてしまっていた。更に光軸上のある一点を中心として回動させるような場合には変倍作用が発生し、場合によっては変倍の像変化も増幅させる結果となる。特許文献３においては、像ぶれの並進補正の効果のみに着目し、これらの副作用を無視していた。しかしながら、本発明においては、これらあおりや拡大縮小といった像変形の効果を補正の観点から着目する。
【００３６】
図４は第１の光学素子００１１または第２の光学素子００１２の３次元移動及び姿勢変化の種類と、それに対する像変化の例を示す図である。図４（ａ）に示すように、簡略化のため、第１の光学素子００１１または第２の光学素子００１２に対応する中間群をひとつにまとめて説明する。図中の矢印のように、光軸に垂直な方向の平面内でシフト、光軸に平行な方向の平面内でシフト、傾動による姿勢変形に分けて説明する。
【００３７】
図４（ｂ）左図は光学素子００１１あるいは００１２を光軸に垂直な方向の平面内でシフトさせた場合である。図４（ｂ）右図はその際の像の変化を表す図である。光学素子のシフトに応じ、像が並行移動する効果がある。レンズの設計によっては、偏心歪曲収差の影響により、ごく微小なあおりが加わる。しかし、このごく微小なあおりは、補正可能角範囲の制約、光学部材の選択や設計の工夫により、限りなく小さくすることが可能である。図４（ｃ）左図は光学素子００１１あるいは００１２を光軸に平行な方向の平面内でシフトさせた場合を示す図である。光学素子が光学系において変倍部を担う場合、図４（ｃ）右図に示す像変化の図のように、光学素子のシフト量に応じ、像に拡大縮小の変化が生じる。
【００３８】
更に、図４（ｄ）左図は光学素子００１１あるいは００１２を光軸に対し傾動させた場合を示す図である。像変化としては並行移動とあおりが発生する。但し、傾動のみを行うと、光路が大きく光軸から離れてしまう。このため、図２（ｂ）、（ｃ）に示したように光学素子の光軸に垂直な方向の平面内でのシフトと組み合わせ、並行移動を打ち消すように用いる。この結果、図２（ｃ）のような軌道で光学素子を動かした場合、図４（ｄ）右図に示す像変化の図のように、あおりが主に生じる。また、図２（ｄ）のような軌道で光学素子を動かした場合には拡大縮小も加わる。
【００３９】
上記、図４及び図２を用いた説明より、光学素子の位置や姿勢を３次元的に移動・姿勢変化することにより、撮像装置の回転ぶれによる像の変化である並行移動、拡大縮小、あおりを光学的に補正することが可能であることが類推できる。しかしながら実際には、高像高までの光線を撮像素子００２まで導いたり、高像高までボケを生じさせないような結像と両立するためには、一つの光学素子の移動・姿勢変化では物理的に難しい。
【００４０】
そこで本発明の第１の実施形態においては、第１の光学素子００１１の光軸に平行な方向の平面内でのシフト及び傾動により、像の拡大縮小、あおりを光学的に補正する。また、光軸に垂直な方向の平面内でシフトにより、後続の光学素子に高像高までの光線を導くように調節する。一方、像の拡大縮小、あおりの補正のために、第１の光学素子００１１によってさらに加振されてしまった像の並行移動成分を第２の光学素子００１２の光軸に垂直な方向の平面内でのシフトにより防振する。
【００４１】
図５は、制御量算出部００５による補正のアルゴリズム概要を説明する図である。
【００４２】
図５（ａ）は撮像装置の回転ぶれとその際の像の変化の様子を示す図である。図５（ａ）左図は撮像装置１００と方形状の被写体Ａとの相対関係を表す図である。この状態で回転ぶれの手ぶれが生じた場合を想定する。図５（ａ）右図はその際の像に生じるぶれの様子を示す図である。像の平行移動、拡大縮小、あおりが生じる。そして、図５（ｂ）は従来技術であるカメラの回転ぶれを像ぶれの並行移動成分のみに着目して補正する場合である。図５（ｂ）左図の下部のように、第１の光学素子００１１または第２の光学素子００１２を、並行移動（光軸に対し水平・垂直方向）及び傾動させ、像の並行移動成分のみに着目して補正した場合である。像の並行移動成分は補正されるが、回転ぶれによる像のあおりや拡大縮小の像ぶれ成分が残留し、そして補正による拡大縮小やあおり成分を更に加えたような像の動きが生じてしまう。これら残留または増幅させてしまった像ぶれ成分は、図５（ｃ）で示すように、従来は電子補正で補正しなければならなかった。
【００４３】
図５（ｄ）、（ｅ）を用いて本発明における補正の概要を説明する。図５（ｄ）は本発明における第１の光学素子００１１による補正の様子を説明する図である。図５（ｄ）左下図のように、回転ぶれによる像ぶれのあおりおよび拡大縮小に着目し、あおりおよび拡大縮小を補正するように、第１の光学素子００１１を、並行移動（光軸方向、および光軸に対し水平・垂直方向）及び傾動させる。換言すれば、光学防振制御・検出部００４（第１の像振れ補正手段）は、姿勢センサ部００３の検出結果に基づいて、撮像装置の振れにより発生する像振れのあおり成分および拡大縮小成分を補正するように、第１の光学素子００１１を駆動する。
【００４４】
なお、第１の像振れ補正手段は、必ずしも並行移動及び傾動させる必要はなく、第１の光学素子００１１を、光軸方向、光軸と直交する方向、光軸に対し第１の光学素子００１１の中心軸が傾く方向、のうち少なくとも１つの方向に駆動する。この結果、図５（ｄ）右図のように像のあおりおよび拡大縮小成分は補正される一方、像の並行移動成分は残留する。更に光学系のズーム状態によるが、その多くの場合は像ぶれの並進を抑制する方向と逆に補正角を取ることになり、並進成分は増幅される。そこで、図５（ｅ）に示すように第２の光学素子００１２を用いて、第１の光学素子００１１により増幅された像の並進成分を補正する。図５（ｅ）左下図のように、第１の光学素子００１１による補正で増幅された像の並進成分を第２の光学素子００１２を光軸に対し垂直方向の平面内で動かすことにより防振する。
【００４５】
換言すれば、光学防振制御・検出部００４（第２の像振れ補正手段）は、第１の光学素子００１１の駆動により生じる像振れの並進成分を補正するように、第２の光学素子００１２を駆動する。加えて、第２の像振れ補正手段は、姿勢センサ部００３の検出結果に基づいて、撮像装置の振れにより発生する像振れの並進成分を補正するように、第２の光学素子００１２を駆動するようにしてもよい。第２の像振れ補正手段は、第２の光学素子００１２を光軸と直交する方向に駆動する。結果、図５（ｅ）右図のように第１の光学素子００１１による補正の結果、残留していた像の並行移動成分を補正することができる。
【００４６】
図６は本発明の第１の実施形態の光学補正の手順を説明する図である。前述のように本発明の第１の実施形態の説明においては、主要な光軸に垂直な軸に関する回転ぶれにより生じる像ぶれの補正の手順を中心に説明する。
【００４７】
Ｓ６０１はカメラぶれ検知ステップである。カメラ、すなわち撮像装置のぶれを検知するステップである。具体的には、撮像装置の回転ぶれを検知する。
【００４８】
Ｓ６０２はあおり・拡縮補正ステップである。撮像装置の回転ぶれ量を基に、図７に示す、第１の光学素子００１１による補正の特性図に基づいて、像ぶれのあおり・拡縮（拡大縮小）成分を補正する。図７（ａ）は補正角に対する像の並進補正量、図７（ｂ）は補正角に対する像のあおり補正量、図７（ｃ）は補正角に対する像の拡大縮小補正量を表す。図７（ｂ）、（ｃ）の特性図の補正角に対応する軸は、補正角に対する像ぶれの幾何変形のパラメータでも良いが、ここでは対応する補正角により補正される同等の撮像装置の回転ぶれ角が割り当てられているとする。こうすると撮像装置の回転ぶれに対し、像ぶれのあおり・拡縮の各成分を完全に補正するための第１の光学素子００１１の補正角が一意に求まる。第１の光学素子００１１が、図２（ｄ）で示すように、偏心、前後進、姿勢変化を任意に可変可能な場合にはあおり・拡縮の各成分を同時に完全に補正可能である。
【００４９】
図２（ｂ）のように、回動する（円弧軌道を描く）場合には、補正角によるあおり・拡縮の補正される対応角度量が円弧軌道形状に依存するため、多くの場合、あおり・拡縮の両成分を同時に完全に補正できない。いずれかの成分を優先して補正することになる。像ぶれのあおり・拡縮成分の両方またはいずれかの補正特性図に基づき、第１の光学素子００１１による補正の補正角を決定する。その際の並進成分に関する残留成分を、回転ぶれにより生じる並進の回転ぶれ量表現、第１の光学素子００１１の補正角に対応する並進補正量の値の和から求める。これにより、第１の光学素子００１１の補正で残留もしくは増幅された像ぶれの並進量が得られる。
【００５０】
Ｓ６０３は並行移動補正ステップである。第１の光学素子００１１の補正で残留もしくは増幅された像ぶれの並進を、図８に示す、第２の光学素子００１２による補正の特性図に基づいて、補正する。第１の光学素子００１１による補正で残留もしくは増幅された像ぶれ並進成分を、特性図の対応する補正量により第２の光学素子００１２を駆動することで補正する。
【００５１】
例えば第１の光学素子００１１を回動させる場合、回動軌道の中心座標を工夫することで、多くの場合、第１の光学素子００１１の補正角と、第２の光学素子００１２の補正角は符号が逆転し、光軸に対称な補正部材の移動を実現できる。これにより、高像高までの光路の確保、収差の安定が可能となる。
【００５２】
また、第１の光学素子００１１による補正量が、撮像装置の回転ぶれ量に対し、補正可能角範囲の限界により制限される場合には、第２の光学素子００１２による補正のうち、撮像装置の回転ぶれ量の像ぶれの並行移動成分のみ補正に制限をかけても良い。これにより、撮像装置の回転ぶれ量の拡大縮小もしくはあおり成分が部分的にしか補正されない中、撮像装置の回転ぶれ量の像ぶれの並行移動成分のみ完全に補正される不自然さを防ぐことができる。
【００５３】
具体的には、図８の第２の光学素子００１２による補正角算出の際、第１の光学素子００１１による補正の際、拡大縮小もしくはあおり成分の補正限界により制約された補正角を基に、第２の光学素子００１２による補正角の一部を求める。まず、拡大縮小もしくはあおり成分の補正限界により制約された補正角に基づき、対応する回転ぶれにより生じる補正対象となる並進の回転ぶれ量表現に対する第２の光学素子００１２による補正角を求める。そして、第１の光学素子００１１の補正角に対応する、第１の光学素子００１１の補正により生じた並進量の値の分を別途、第２の光学素子００１２による補正の特性図に基づいて求め、加算した補正角により補正を実行する。
【００５４】
逆に、第２の光学素子００１２による像ぶれの並行移動成分の補正のみが補正可能限界に達してしまう場合は、前ステップである、あおり・拡縮補正ステップＳ６０２に一度戻る。そして、Ｓ６０２で、再度計算される第２の光学素子００１２による像ぶれの並行移動成分の補正角が補正可能限界に収まるよう、第１の光学素子００１１による補正角の補正可能範囲を縮小して再計算する。つまり、本発明では、第１の像振れ補正手段および第２の像振れ補正手段のうち一方の像振れ補正手段による補正が上限に達し制限されるとき、該一方の像振れ補正手段の制限される補正に応じて他方の像振れ補正手段による補正を制限する。このようにして、撮像装置の回転ぶれ量に対する像ぶれのあおり、拡大縮小成分、及び並行移動成分の補正量のバランスを取っても良い。
【００５５】
また、第２の光学素子００１２においては、撮像装置の被写体に対する相対的な並行移動により生じる像ぶれ成分、特に光軸に垂直な成分を、回転ぶれの平行移動ぶれ成分に置き換え加算し、同時に補正しても良い。例えば、撮像素子００２上の像ぶれ成分が画素単位でＴの場合、光学系の画素換算焦点距離をｆとすると、回転ぶれの平行移動ぶれ成分に置き換えた像ぶれ並進成分量は、
【００５６】
【数１】
0006335671.tif 000002
【００５７】
であらわされる。該並進成分量を第１の光学素子００１１の補正の残留成分に加算して並行移動補正ステップＳ６０３を実施することで、撮像装置の被写体に対する相対的な並行移動により生じる像ぶれ成分、特に光軸に垂直な成分を補正可能である。
【００５８】
さらに、撮像装置の被写体に対する相対的な並行移動の光軸に一致する成分の補正について述べる。第１の光学素子００１１による拡大縮小の補正により微小量を補正可能である。撮像装置の不図示のＡＦ機構等から求まる被写体距離及び姿勢センサ００３から求まる撮像装置の平行移動情報から制御量算出部００５において、撮像装置の平行移動ぶれによる拡大縮小率を求める。もしくは姿勢センサ００３で得られる画像ベクトルの変化から直接的に拡大縮小率を求める。そして、あおり・拡縮補正ステップＳ６０２において、図７（ｃ）の拡大縮小に関する特性図に基づいて、第１の光学素子００１１の補正量を制御することで拡大縮小量を補正可能である。回動軌道に基づくあおり、拡大縮小成分の同時補正に対する制約、第１の光学素子００１１の補正可能限界もしくは第２の光学素子００１２の補正可能限界に基づく制御は上記で述べた通りに適用可能である。
【００５９】
また、図７及び図８で説明した特性図は撮像装置のズームステートにより変化するため、ズームが移動する際には入れ替えの必要がある。
【００６０】
以上説明したように、従来では、光学防振において姿勢センサ００３で検知した回転ぶれを、光学素子の並行移動で像ぶれの並行移動成分のみを補正し、結果として無視、残留させていたあおりや拡大縮小の像ぶれ成分があった。本発明の第１の実施の形態では、この残留させていたあおりや拡大縮小の像ぶれ成分を第１の光学素子００１１及び第２の光学素子００１２を用いた補正により、像ぶれの並行移動成分と同時に良好に補正することができる。このように、本願発明によれば、光学的な防振手段であおりと拡大縮小も含めた防振をおこなうことができる。
【００６１】
この結果、あおりや拡大縮小の成分の像ぶれにより引き起こされる蓄積ぶれやローリングシャッタ歪も抑制可能である。
【実施例２】
【００６２】
本発明の第２の実施形態の撮像装置の構成は、本発明の第１の実施形態の撮像装置１００の撮像装置と同じため、説明を省略する。本発明の第２の実施形態は、本発明の第１の実施形態の撮像装置の場合よりも長焦点距離の場合を想定する。長焦点距離においては、撮像装置の回転ぶれに対する像ぶれ成分の主要な成分は並行移動成分であり、像の拡大縮小、あおり成分は非常に小さく、無視できるような影響なる。一方、この拡大縮小、あおり成分を第１の光学素子００１１により補正することにより増幅される像ぶれの並行移動量は、第２の光学素子００１２による補正の補正限界を簡単に超えてしまい易くなる。
【００６３】
そこで本発明の第２の実施形態の撮像装置においては、撮像装置のズームステートがテレ側寄りになる場合には、第１の光学素子００１１による補正を止める。もしくは第１の光学素子００１１による補正対象を回転ぶれによる像のあおりや拡大縮小の像ぶれ成分から、回転ぶれによる像の並行移動成分に変更する。換言すれば、光学防振制御・検出部００４（第１の像振れ補正手段）は、撮像状態がテレ側であるときは、第１の光学素子００１１によるあおり成分および拡大縮小成分の補正を制限する。そして、光学防振制御・検出部００４（第２の像振れ補正手段）による第２の光学素子００１２の駆動とともに、撮像装置の振れにより発生する像振れの並進成分を補正する。つまり、特許文献４で示されるような従来型の回転ぶれによる像の並行移動成分のみに着目し、複数の光学素子をそれぞれ独立して駆動することで、像振れ補正の補正可能角範囲を増加させる手法に切り替えを行う。
【００６４】
以上説明したように、テレ側の回転ぶれに対する像ぶれの成分の大半は並行移動成分となる。本発明の第２の実施形態では、撮像装置のズーム状態がテレ側の場合、第１の光学素子００１１による拡大縮小、あおり成分の補正を止め、回転ぶれによる像の並行移動成分のみに着目し、複数の光学素子をそれぞれ独立して駆動させる。そうすることで、像振れ補正の補正可能角範囲を増加させる手法に切り替えることができる。
【実施例３】
【００６５】
以下、本発明の第３の実施形態における撮像装置について説明する。図９は、本発明の第３の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【００６６】
撮像装置９００は、第１の光学素子（第１の補正部材）１０１１を含む光学系１０１、撮像素子９０２、姿勢センサ００３、光学防振制御・検出部００４、制御量算出部９０５、画像処理部００６、撮像素子制御・検出部９０７からなる。本発明の第３の実施形態の撮像装置の構成のうち第１の実施形態の撮像装置または第２の実施形態の撮像装置と同じ構成手段については説明を省略する。
【００６７】
撮像素子９０２は、本発明の第１の実施形態と同様に、センサ面上に結像された光学像を電子像に変換する素子である。加えて、撮像素子９０２は、光軸に垂直な面内方向への並行移動可能な第２の光学素子（第２の補正部材、ぶれ補正機構）である。
【００６８】
撮像素子制御・検出部９０７は計測された撮像装置の姿勢及び／または位置変化、またはそれらにより生じる像ぶれに基づき、光学的な防振を行う第２の光学素子９０２の位置を制御する。電磁コイル等により第２の光学素子９０２を含むユニットを制御量算出部９０５の命令に従い、像ぶれの並行移動成分を打ち消すように駆動する。また、撮像素子制御・検出部９０７は、第２の光学素子９０２の位置姿勢情報を検出する機能を持つ。ホール素子またはエンコーダ等を構成に含み、防振を行う撮像素子アセンブリユニットの軌道上の位置から第２の光学素子９０２の位置情報を計測する。なお、本実施例において、第１の光学素子１０１１は、実施例１と同様に、光学防振制御・検出部００４により駆動制御（防振制御）される。第１の光学素子１０１１、第２の光学素子９０２、姿勢センサ部００３、光学防振制御・検出部００４、撮像素子制御・検出部９０７、および制御量算出部９０５は、像振れ補正装置の一部として構成される。
【００６９】
光軸に垂直な軸に対する回転ぶれにより生じる像ぶれの補正の手順は図６に示したステップと同様である。本発明の第１の実施形態における第２の光学素子００１２に代わり本発明の第３の実施形態における第２の光学素子９０２を用いることにより、第１の光学素子１０１１の補正で残留もしくは増幅された像ぶれの並進を、補正する。補正の際は、図８に示す、本発明の第１の実施形態における第２の光学素子００１２による補正の特性図と同様な、本発明の第３の実施形態における第２の光学素子９０２の補正の特性図に基づいて、補正する。
【００７０】
図１０は本発明の第３の実施形態における第２の光学素子９０２を用いた、制御量算出部９０５による補正のアルゴリズム概要を説明する図である。図１０（ａ）は図５（ｄ）と同様に、第１の光学素子１０１１による補正の様子を説明する図である。回転ぶれによる像ぶれのあおりおよび拡大縮小を補正する。図１０（ｂ）は第２の光学素子９０２により、第１の光学素子１０１１による補正において残留、または増幅された像の並進成分を第２の光学素子９０２により防振する概要を説明する図である。結果、図１０（ｂ）右図のように第１の光学素子１０１１による補正の結果、残留していた像の並行移動成分を補正することができる。
【００７１】
また、撮像装置の光軸に一致する軸に対する回転ぶれ成分も光軸に一致する第２の光学素子９０２の中心軸を回転軸とした回転により防振可能である。
【００７２】
図１１に手順を説明する図を示す。カメラぶれ検知ステップＳ６０１、あおり・拡縮補正ステップＳ６０２、並行移動補正ステップＳ６０３は、図６で説明した本発明の第１の実施形態の光学補正の手順と同じである。Ｓ１１０４の面内回転補正ステップは姿勢センサ部００３で検出した撮像装置の光軸に一致する軸周りの回転ぶれ角を検出し、該回転ぶれ角分の補正を制御量算出部９０５を通して補正量を計算する。そして、撮像素子制御・検出部９０７により第２の光学素子９０２を駆動することで撮像装置の光軸に一致する軸に対する回転ぶれ成分を図１０（ｃ）で示すように補正する。具体的には、撮像素子制御・検出部９０７（第２の像振れ補正手段）は、第２の光学素子９０２を、該第２の光学素子の中心軸周りに回転させる。
【００７３】
以上説明したように、従来では、光学防振において姿勢センサ００３で検知した回転ぶれを、光学素子の並行移動で像ぶれの並行移動成分のみを補正し、結果として無視、残留させていたあおりや拡大縮小の像ぶれ成分があった。本発明の第３の実施形態では、この残留させていたあおりや拡大縮小の像ぶれ成分を、第１の光学素子１０１１及び第２の光学素子９０２を用いた補正により、像ぶれの並行移動成分と同時に良好に補正することができる。また、撮像装置の光軸に一致する軸に対する回転ぶれ成分も同時に補正可能である。このように、本願発明によれば、光学的な防振手段であおりと拡大縮小も含めた防振をおこなうことができる。
【００７４】
この結果、あおりや拡大縮小の成分の像ぶれにより引き起こされる蓄積ぶれやローリングシャッタ歪も抑性可能である。
【００７５】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【００７６】
上述の実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線／無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。
【００７７】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するための手順が記述されたコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。
【００７８】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光／光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。
【００７９】
また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記憶し、接続のあったクライアントコンピュータはがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、コンパクトデジタルカメラ、一眼レフカメラ、ビデオカメラなどの撮像装置に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００８１】
００１１                第１の光学素子
００１２                第２の光学素子
００３                  姿勢センサ
００４                  光学防振制御・検出部
９０２                  撮像素子
９０７                  撮像素子制御・検出部
【図１】
0006335671.tif 000003
【図２】
0006335671.tif 000004
【図３】
0006335671.tif 000005
【図４】
0006335671.tif 000006
【図５】
0006335671.tif 000007
【図６】
0006335671.tif 000008
【図７】
0006335671.tif 000009
【図８】
0006335671.tif 000010
【図９】
0006335671.tif 000011
【図１０】
0006335671.tif 000012
【図１１】
0006335671.tif 000013