(57)【要約】【課題】  本発明は、ブレ補正の基準値修正に際して、ユーザーによる意図的なパンニング等に過敏に反応せずに適正な基準値を求めて、ブレ補正の性能を高めることである。【解決手段】  本発明のブレ補正装置は、ブレ補正機構、振動検出部、基準値生成部、目標駆動位置演算部、および駆動部を備える。ブレ補正機構は、撮像部と被写体光束との相対位置を変更する。振動検出部は、カメラの振動検出信号を出力する。基準値生成部は、振動検出信号から基準値（振動検出部の静止時の出力）を推定する。目標駆動位置演算部は、振動検出信号と基準値の差から振動成分を求め、振動成分から目標駆動位置を生成する。駆動部はブレ補正機構を目標駆動位置に追従制御する。この基準値生成部は、フィードバック経路とゲイン変更部を更に備える。フィードバック経路は、撮像画像の画像動き信号を基準値にフィードバックする修正処理を行う。一方、ゲイン変更部は、カメラの静止画像の撮像準備開始後にフィードバック経路のフィードバックを開始または強める。【選択図】      図３
2005151542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラの撮像部における被写体像の像面ブレを補正するブレ補正装置であって、
前記撮像部と前記被写体像を形成する光束との相対位置を変更するブレ補正機構と、
前記カメラの振動を検出して振動検出信号を出力する振動検出部と、
前記振動検出信号に基づいて、前記振動検出信号の基準値（前記振動のない静止状態における前記振動検出部の出力）を推定する基準値生成部と、
前記振動検出信号と、推定された前記基準値との差から、前記像面ブレの原因となる振動成分を求め、前記振動成分に基づいて前記ブレ補正機構の目標駆動位置を求める目標駆動位置演算部と、
前記ブレ補正機構を前記目標駆動位置に追従制御する駆動部とを備え、
前記基準値生成部は、
前記カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を情報取得し、前記画像動き信号を前記基準値にフィードバックして、前記基準値を修正するフィードバック経路と、
前記カメラから静止画像の撮像準備開始のタイミングを情報取得し、前記撮像準備開始の後に、前記フィードバック経路のフィードバックを開始または強めるゲイン変更部とを備えた
ことを特徴とするブレ補正装置。
【請求項２】
カメラの撮像部における被写体像の像面ブレを補正するブレ補正装置であって、
前記撮像部と前記被写体像を形成する光束との相対位置を変更するブレ補正機構と、
前記カメラの振動を検出して振動検出信号を出力する振動検出部と、
前記振動検出信号に基づいて、前記振動検出信号の基準値（前記振動のない静止状態における前記振動検出部の出力）を推定する基準値生成部と、
前記振動検出信号と、推定された前記基準値との差から、前記像面ブレの原因となる振動成分を求め、前記振動成分に基づいて前記ブレ補正機構の目標駆動位置を求める目標駆動位置演算部と、
前記ブレ補正機構を前記目標駆動位置に追従制御する駆動部とを備え、
前記基準値生成部は、
前記カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を情報取得し、前記画像動き信号を前記基準値にフィードバックして、前記基準値を修正するフィードバック経路と、
前記カメラから前記被写体像が合焦するタイミングを情報取得し、前記被写体像の合焦後に、前記フィードバック経路のフィードバックを開始または強めるゲイン変更部とを備えた
ことを特徴とするブレ補正装置。
【請求項３】
カメラの撮像部における被写体像の像面ブレを補正するブレ補正装置であって、
前記撮像部と前記被写体像を形成する光束との相対位置を変更するブレ補正機構と、
前記カメラの振動を検出して振動検出信号を出力する振動検出部と、
前記振動検出信号に基づいて、前記振動検出信号の基準値（前記振動のない静止状態における前記振動検出部の出力）を推定する基準値生成部と、
前記振動検出信号と、推定された前記基準値との差から、前記像面ブレの原因となる振動成分を求め、前記振動成分に基づいて前記ブレ補正機構の目標駆動位置を求める目標駆動位置演算部と、
前記ブレ補正機構を前記目標駆動位置に追従制御する駆動部とを備え、
前記基準値生成部は、
前記カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を情報取得し、前記画像動き信号を前記基準値にフィードバックして、前記基準値を修正するフィードバック経路と、
前記振動検出信号および／または前記画像動き信号に基づいて、前記カメラのパンニングを検出し、前記パンニングの完了後に、前記フィードバック経路のフィードバックを開始または強めるゲイン変更部とを備えた
ことを特徴とするブレ補正装置。
【請求項４】
カメラの撮像部における被写体像の像面ブレを補正するブレ補正装置であって、
前記撮像部と前記被写体像を形成する光束との相対位置を変更するブレ補正機構と、
前記カメラの振動を検出して振動検出信号を出力する振動検出部と、
前記振動検出信号に基づいて、前記振動検出信号の基準値（前記振動のない静止状態における前記振動検出部の出力）を推定する基準値生成部と、
前記振動検出信号と、推定された前記基準値との差から、前記像面ブレの原因となる振動成分を求め、前記振動成分に基づいて前記ブレ補正機構の目標駆動位置を求める目標駆動位置演算部と、
前記ブレ補正機構を前記目標駆動位置に追従制御する駆動部とを備え、
前記基準値生成部は、
前記カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を情報取得し、前記画像動き信号を前記基準値にフィードバックして、前記基準値を修正するフィードバック経路と、
前記カメラから静止画像の撮像準備開始のタイミングを情報取得し、前記撮像準備開始の後に、前記振動検出信号および／または前記画像動き信号に基づいて前記カメラのパンニングを検出すると、前記フィードバック経路のフィードバックを停止または弱めるゲイン変更部とを備えた
ことを特徴とするブレ補正装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のブレ補正装置と、
前記ブレ補正装置を用いて光学的ブレ補正を実施するカメラと
を備えたことを特徴とするカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像面ブレを補正するブレ補正装置、およびカメラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、手振れなどによる被写体像の像面ブレを、撮影レンズ内のブレ補正光学系を使用して光学的に補正する技術が知られている。
この種の従来技術では、まず、撮影レンズやカメラの振動を角速度センサによって検出する。撮影レンズは、この角速度に基づいて、被写体像の像面ブレを打ち消すのに必要なブレ補正光学系の位置（以下『目標駆動位置』という）を決定し、ブレ補正光学系をこの目標駆動位置に追従制御する。
【０００３】
また、下記の特許文献１および特許文献２には、ビデオカメラにおいて像面ブレを抑制する関連技術が開示されている。このビデオカメラは、撮像画像から画像動き信号を検出する。次に、ビデオカメラは、この画像動き信号を補間してサンプリングレートを上げる。ビデオカメラは、補間した画像動き信号を、高速に更新される目標駆動位置にフィードバックすることにより、光学的ブレ補正の防振性能を高める。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３２２５８５号公報（図１）
【特許文献２】特開平１０−１４５６６２号公報（図１，図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、光学的ブレ補正では、角速度センサから出力されるＤＣオフセットやドリフトが問題となっていた。被写体像の像面ブレを正確に追跡するには、角速度センサの出力から、ＤＣオフセットやドリフトといった余分な成分を除去しなければならない。
しかしながら、これらの成分は、実使用時の温度や使用条件によって変動する。そのため、工場出荷時に求めた角速度センサの静止時出力をそのまま除去するわけにはいかない。
【０００６】
そこで、角速度センサの出力からＤＣオフセットやドリフトを実使用時に推定して分離抽出する方法が従来実施されていた。すなわち、人間の手振れは、２〜７Ｈｚ程度の周波数成分が支配的である。一方、角速度センサの静止時出力は、およそ１Ｈｚ未満の周波数成分が支配的である。そこで移動平均やローパスフィルタを使用して、角速度センサの出力信号から低域成分を抽出することにより、ＤＣオフセットとドリフトを推定していた。
【０００７】
しかしながら、この従来手法では、基準値の推定に種々の誤差が発生する。図７は、従来の基準値推定のシミュレーション結果を示す図である。図７Ａでは、角速度センサの出力信号から移動平均を算出して、基準値を求めている。この移動平均により、基準値中のドリフト出力に位相遅れが生じる。また、基準値中には、移動平均により完全に平滑化されない振動成分も残存する。このように誤差を含んだ基準値を角速度センサの出力信号から除くことにより、図７Ｂに示す誤差が角速度に混入する。
図７Ｃに示す太線は、この誤差を含んだ角速度に基づいて光学的ブレ補正を実施した場合の像面ブレ量の時間変化を示す図である。手振れの高周波成分は低減しているが、時間の経過と共にブレ補正光学系が徐々にドリフト移動している。
【０００８】
このように、ブレ補正は角速度に基づく目標値制御なので、角速度の基準値に含まれる誤差は、じかにブレ補正の制御誤差となって現れる。
以上説明した理由から、光学的ブレ補正の防振性能は、角速度センサの基準値を如何に正確に求めるかにかかっている。
【０００９】
そこで、本発明者は、画像動き信号を基準値にフィードバックすることで、正確な基準値を求める未公開技術について検討した（本願の出願時点において、この技術は未公開である）。
通常、角速度センサのドリフト出力を含んだ角速度に従ってブレ補正を実施すると、撮像画像には像移動（残存ブレ）が発生する。この残存ブレを画像動き信号として検出し、この画像動き信号を低減する方向に基準値を修正することによって、ドリフト出力を正しく反映した真の基準値を得ることできる。この真の基準値を角速度から減算することにより、ドリフト出力を含まない角速度を求めることが可能になる。その結果、角速度センサのＤＣオフセットやドリフト出力の影響を受けなくなり、ブレ補正の防振性能を格段に向上させることが可能になる。
【００１０】
しかしながら、本発明者は、この未公開技術に関して更なる検討を行うことにより、下記のような改善の余地に気が付いた。
【００１１】
通常、ユーザーは、撮影直前にカメラの向きを動かして、撮影構図を決定する。また、ユーザーは、動体被写体を流し撮りするため、動体被写体の移動に合わせてカメラを振る場合もある。
このようにユーザーが意図的に実施するカメラ移動（以下、総称して『パンニング』という）においても像移動が発生する。この像移動も、角速度センサのドリフト出力の残存ブレと同様に、画像動き信号として検出される。上述した未公開技術において、この画像動き信号を基準値にそのままフィードバックすると、パンニングの像移動まで基準値に反映されてしまう。その結果、基準値が不要にふらつくと、パンニングの像移動が一瞬遅れて開始したり、パンニングの像移動が途中で引っ掛かるなどの弊害が懸念される。さらに、パンニングが長期に及べば、基準値が飽和してブレ補正の動作が不安定になってしまうといった弊害が懸念される。
【００１２】
そこで、本発明は、ブレ補正の基準値修正に際して、ユーザーが意図的に実施するパンニングに過敏に反応せず、適正な基準値を求めることによってブレ補正の性能を一段と高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
《請求項１〜４にかかる共通構成》
重複説明を避けるため、請求項１〜４に共通する部分について、まず先に説明する。
本発明のブレ補正装置は、カメラの撮像部における被写体像の像面ブレを補正するものであって、ブレ補正機構、振動検出部、基準値生成部、目標駆動位置演算部、および駆動部を備える。
このブレ補正機構は、撮像部と被写体像を形成する光束との相対位置を変更する。
振動検出部は、カメラの振動を検出して振動検出信号を出力する。
基準値生成部は、振動検出信号に基づいて、振動検出信号の基準値（振動のない静止状態における振動検出部の出力）を推定する。
目標駆動位置演算部は、振動検出信号と、推定された基準値との差から、像面ブレの原因となる振動成分を求め、振動成分に基づいてブレ補正機構の目標駆動位置を求める。
駆動部は、ブレ補正機構を目標駆動位置に追従制御する。
【００１４】
《請求項１》
請求項１の発明では、前述した基準値生成部が、フィードバック経路、およびゲイン変更部を備える。
このフィードバック経路は、カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を情報取得し、画像動き信号を基準値にフィードバックして、基準値を修正する。
一方、ゲイン変更部は、カメラから静止画像の撮像準備開始のタイミングを情報取得し、撮像準備開始の後に、フィードバック経路のフィードバックを開始または強める。
【００１５】
《請求項２》
請求項２の発明では、前述した基準値生成部が、フィードバック経路、およびゲイン変更部を備える。
このフィードバック経路は、カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を情報取得し、画像動き信号を基準値にフィードバックして基準値を修正する。
一方、ゲイン変更部は、カメラから被写体像が合焦するタイミングを情報取得し、被写体像の合焦後に、フィードバック経路のフィードバックを開始または強める。
【００１６】
《請求項３》
請求項３の発明では、前述した基準値生成部が、フィードバック経路、およびゲイン変更部を備える。
このフィードバック経路は、カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を情報取得し、画像動き信号を基準値にフィードバックして基準値を修正する。
一方、ゲイン変更部は、振動検出信号および／または画像動き信号に基づいて、カメラのパンニングを検出し、パンニングの完了後に、フィードバック経路のフィードバックを開始または強める。
【００１７】
《請求項４》
請求項４の発明では、前述した基準値生成部が、フィードバック経路、およびゲイン変更部を備える。
このフィードバック経路は、カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を情報取得し、画像動き信号を基準値にフィードバックして基準値を修正する。
一方、ゲイン変更部は、カメラから静止画像の撮像準備開始のタイミングを情報取得する。ゲイン変更部は、この撮像準備開始の後に、振動検出信号および／または画像動き信号に基づいてカメラのパンニングを検出すると、フィードバック経路のフィードバックを停止または弱める。
【００１８】
《請求項５》
請求項５のカメラシステムは、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のブレ補正装置と、ブレ補正装置を用いて光学的ブレ補正を実施するカメラとを備える。
【発明の効果】
【００１９】
《請求項１〜４の共通効果》
本発明のブレ補正装置は、カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を取得して、振動検出信号の基準値にフィードバックする。この画像動き信号には、振動検出部のドリフト出力に起因して防振しきれずに、撮像画像に残った像移動（すなわち残存ブレ）が含まれる。そのため、このフィードバックによって、画像動き信号を低減する方向に基準値を修正することで、振動検出部のドリフト出力を基準値に含ませることが可能になる。
【００２０】
この動作では、振動検出部の基準値およびドリフト出力は、低域変動中心の信号である。一方、画像動き信号も、撮像間隔などで制限されるために更新間隔が粗く、低域変動中心に抽出した信号となる。そのため、上記のフィードバック経路では、これら信号の周波数帯域が互いに整合し、フィードバック動作に伴う過度な行き過ぎは生じにくい。
【００２１】
ちなみに、特許文献１，２は、角速度の高い周波数成分を含む目標駆動位置に対して、更新間隔の粗い画像動き信号をそのままフィードバックする。そのため、特許文献１，２では、フィードバックに際して信号の周波数帯域や位相が整合せず、過度の行き過ぎ応答や不安定状態が発生しやすい。
【００２２】
このように、本発明は、基準値に画像動き信号をフィードバックするという特許文献１つ２とは異なる動作によって、特許文献１，２よりも制御応答性に優れ、かつロバストなブレ補正が実現可能になる。
【００２３】
《請求項１》
請求項１の発明では、カメラから静止画像の撮像準備開始（カメラのレリーズ半押しなど）のタイミングを情報取得し、この撮像準備開始の後に、基準値に対する画像動き信号のフィードバックを開始または強める。
【００２４】
通常、ユーザーは、この撮影準備開始に先だって、撮影構図を考えてカメラをパンニングする。一方、この撮影準備開始の後、ユーザーは、この決定済みの撮影構図を保持しながら、適当な撮像タイミング（カメラのレリーズ全押しタイミングなど）を待つことが多い。
【００２５】
したがって、撮影構図決定用のパンニングは、撮影準備開始前に完了している可能性が高く、その後にパンニングが実施されるの可能性は低い。そこで、撮像準備開始を待って、基準値に対する画像動き信号のフィードバックを開始または強めることにより、撮影構図決定用のパンニングによって基準値が誤って修正されるという弊害を確実に低減できる。
その結果、一段と正確な基準値を得ることが可能になり、振動検出信号と基準値との差である振動成分を高精度に求めることが可能になる。その結果、ブレ防振性能を確実に向上することが可能になる。
【００２６】
《請求項２》
請求項２の発明では、カメラから被写体像の合焦タイミングを取得し、被写体像の合焦後に、フィードバック経路のフィードバックを開始または強める。
通常、ユーザーは、撮影に先立って、撮影構図を考えてカメラをパンニングする。しかしながら、目的の被写体に合焦した直後に撮影構図を若干調整すると、その決定済みの撮影構図をなるべく動かさずに、適当な撮像タイミング（カメラのレリーズ全押しタイミングなど）を待つことが多い。
【００２７】
したがって、撮影構図決定用のパンニングは、合焦直後までの可能性が高く、合焦してしばらく経ってから実施される可能性は低い。そこで、合焦の後（好ましくは合焦直後の撮影構図調整の所要見込み時間が経過してから）、基準値に対する画像動き信号のフィードバックを開始または強める。その結果、撮影構図決定用のパンニングによって基準値が誤って修正されるという可能性を確実に低減できる。
【００２８】
また、非合焦状態の撮像画像は、画像エッジなどがぼやけている。そのため、非合焦状態では画像動き信号を正確に求めることができず、基準値を誤って修正する可能性が高くなる。しかしながら、請求項２の発明では、合焦の後に基準値修正を開始するため、基準値を誤って修正するなどの弊害も起こりづらい。
【００２９】
上述した理由から、一段と正確な基準値を確実に得ることが可能になり、振動検出信号と基準値との差である振動成分を高精度に求めることができる。その結果、ブレ防振性能を確実に向上することが可能になる。
【００３０】
《請求項３》
請求項３の発明では、振動検出信号および／または画像動き信号に基づいて、カメラのパンニングを検出し、パンニングの完了後に、フィードバック経路のフィードバックを開始または強める。
【００３１】
通常、ユーザーは、撮影に先立って、撮影構図を考えてカメラをパンニングする。しかしながら、撮影構図が確定した後は、カメラをなるべく動かさずに、適当な撮像タイミング（カメラのレリーズ全押しタイミングなど）を待つことが多い。
【００３２】
このようにユーザーが意図的に実施するパンニングは、ランダムな振動である手振れとは振る舞いが明らかに異なり、継続して特定方向にカメラを動かす動作となる。したがって、このようなパンニングの特徴を振動検出信号および／または画像動き信号から検出することにより、パンニングを区別することができる。
そこで、このパンニングの完了を検出した後に、基準値に対する画像動き信号のフィードバックを開始または強める。その結果、撮影構図決定用のパンニングによって基準値が誤って修正されるという可能性を確実に低減できる。
【００３３】
その結果、一段と正確な基準値を得ることが可能になり、振動検出信号と基準値との差である振動成分を高精度に求めることができる。その結果、ブレ防振性能を確実に向上することが可能になる。
【００３４】
《請求項４》
請求項４の発明では、カメラから静止画像の撮像準備開始のタイミングを情報取得する。そして、この撮像準備開始の後であって、かつ振動検出信号および／または画像動き信号からカメラのパンニングを検出すると、フィードバック経路のフィードバックを停止または弱める。
【００３５】
通常、ユーザーは、カメラの撮像準備開始（例えばレリーズ半押し）の後は、よほどのことがない限り、カメラを動かさない。このような状況でパンニングを検出するということは、動体被写体の流し撮りなどの特殊状況が想定される。例えば、ユーザーが、レリーズ半押しの状態で、動体被写体に合わせてカメラを動かしながら、適当なレリーズタイミングを計っているなどが想定できる。
【００３６】
そこで、このような流し撮りが想定される状況において、基準値に対する画像動き信号のフィードバックを停止（中断も含む）または弱めることにより、流し撮りによって基準値が誤って修正されるという可能性を確実に低減できる。
その結果、一段と正確な基準値を得ることが可能になり、振動検出信号と基準値との差である振動成分を高精度に求めることができる。その結果、ブレ防振性能を確実に向上することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
《第１の実施形態》
第１の実施形態は、請求項１，５に対応するカメラシステム（ブレ補正装置を含む）の実施形態である。
［構成説明］
図１は、カメラシステム１９０（撮影レンズ１９０ａを含む）を示す図である。なお、実際のカメラシステム１９０は、撮影レンズ１９０ａの光軸に直交する２軸以上の方向について像面ブレを補正する。しかしながら、図１では、説明を簡明にするため、光学的ブレ補正の機構を１軸分のみ記載している。
【００３８】
以下、図１に示す各部の構成について説明する。
角速度センサ１０は、カメラシステム１９０の振動を、コリオリ力などにより角速度として検出する。増幅部２０は、角速度センサ１０の出力を増幅する。なお、センサ出力の高周波ノイズを抑制するため、増幅部２０にローパスフィルタを付加してもよい。Ａ／Ｄ変換部３０は、増幅部２０の出力をデジタルの角速度データに変換する。
【００３９】
基準値演算部４０は、Ａ／Ｄ変換部３０から出力される角速度データから低域成分を抽出することにより、角速度の基準値（振動のない静止状態における角速度データ）を推定する。さらに、基準値演算部４０は、後述する画像動きベクトルを用いて、この基準値を修正する。
【００４０】
目標駆動位置演算部５０は、角速度データから基準値を減算することにより、像面ブレの原因となる真の角速度を求める。目標駆動位置演算部５０は、この真の角速度を積分することによって、撮影レンズ１９０ａの光軸角度を求める。目標駆動位置演算部５０は、この光軸角度に基づいて、目標駆動位置を決定する。この目標駆動位置は、この光軸角度における被写体像の変位を打ち消すブレ補正光学系１００の位置に該当する。
【００４１】
なお、目標駆動位置演算部５０は、この目標駆動位置の決定に、焦点距離情報１２０、撮影倍率情報１３０、およびブレ補正光学系１００の光学情報１４０を使用する。この焦点距離情報１２０は、撮影レンズ１９０ａのズーム環のエンコーダ出力などから随時に得られる情報である。撮影倍率情報１３０は、撮影レンズ１９０ａのレンズ位置やＡＦ駆動機構から随時に得られる情報である。また、ブレ補正光学系１００の光学情報１４０は、ブレ補正係数（ブレ補正係数＝レンズ移動量に対する像移動量／レンズ移動量）であり、予め撮影レンズ１９０ａ内に格納されるデータである。
【００４２】
さらに、撮影レンズ１９０ａには位置検出部９０が設けられ、ブレ補正光学系１００の位置検出を行う。この位置検出部９０は、赤外線ＬＥＤ９２、ＰＳＤ（位置検出素子）９８、およびスリット板９４を備える。赤外線ＬＥＤ９２の光は、ブレ補正光学系１００の鏡筒１０２に設けられたスリット板９４のスリット穴９６を通過してスポット光となる。このスポット光は、ＰＳＤ９８に到達する。ＰＳＤ９８は、このスポット光の受光位置を信号出力する。この信号出力をＡ／Ｄ変換部１１０を介してデジタル変換することにより、ブレ補正光学系１００の位置データが得られる。
【００４３】
駆動信号演算部６０は、この位置データと目標駆動位置との偏差を求め、この偏差に応じて駆動信号を算出する。例えば、この駆動信号の演算は、偏差の比例項、積分項、および微分項を所定比率で足し合わせるＰＩＤ制御が実施される。
ドライバ７０は、求めた駆動信号（デジタル信号）に応じて、駆動電流を駆動機構８０に流す。
【００４４】
駆動機構８０は、ヨーク８２、マグネット８４、コイル８６から構成される。コイル８６は、ブレ補正光学系１００の鏡筒１０２に固定された状態で、ヨーク８２とマグネット８４からなる形成される磁気回路内に配置される。ドライバ７０の駆動電流をこのコイル８６に流すことにより、ブレ補正光学系１００を光軸と直交する向きに動かすことができる。
【００４５】
ブレ補正光学系１００は、撮影レンズ１９０ａの結像光学系の一部である。このブレ補正光学系１００を目標駆動位置まで動かすことにより、被写体像の位置を撮像素子１５０に対してシフトし、被写体像の像面ブレを抑制する。
撮像素子１５０は、撮像面に形成される被写体像を撮像する。撮像画像は、不図示のモニタ画面や記録部に出力される他、動きベクトル検出部１６０へ出力される。
【００４６】
動きベクトル検出部１６０は、撮像画像の時間軸方向の変化を検出することにより、残存ブレを含む画像動きベクトルを検出する。動きベクトル変換部１７０は、焦点距離情報１２０および撮影倍率情報１３０を用いて、この画像動きベクトルを基準値と同一スケールに換算する。換算後の画像動きベクトルは、ゲイン変更部２００においてゲイン調整された後、前述した基準値演算部４０において基準値の修正に使用される。
このゲイン変更部２００には、レリーズ釦２０１と、合焦判定を行う焦点検出部２０２と、パンニング判定を行うパンニング検出部２０３とが接続される。
【００４７】
［発明との対応関係］
以下、発明と本実施形態との対応関係について説明する。なお、ここでの対応関係は、参考のために一解釈を例示するものであり、本発明を徒らに限定するものではない。
請求項記載のブレ補正機構は、ブレ補正光学系１００に対応する。
請求項記載の振動検出部は、角速度センサ１０に対応する。
請求項記載の基準値生成部は、基準値演算部４０、動きベクトル変換部１７０、およびゲイン変更部２００に対応する。
請求項記載の目標駆動位置演算部は、目標駆動位置演算部５０に対応する。
請求項記載の駆動部は、駆動信号演算部６０、ドライバ７０、駆動機構８０、および位置検出部９０に対応する。
請求項記載のフィードバック経路は、動きベクトル変換部１７０、および基準値演算部４０の『画像動き信号を基準値にフィードバックする機能』に対応する。
請求項記載のゲイン変更部は、ゲイン変更部２００に対応する。
請求項記載のカメラシステムは、カメラシステム１９０に対応する。
請求項記載の画像動き信号は、画像動きベクトルの角速度方向の成分に対応する。
【００４８】
［画像動きベクトルの生成処理］
図２は、画像動きベクトルの計算手順を示す流れ図である。
以下、図２を参照して、画像動きベクトルの生成処理を説明する。
まず、撮像素子１５０は、所定の撮像間隔で定期的に撮像画像を出力する。この撮像間隔ごとに、図２に示す画像動きベクトルの計算処理が実施される。以下、この画像動きベクトルの計算処理を説明する。
【００４９】
ステップＳ１：  撮像素子１５０は、画像のライン数を間引くことにより、モニタ表示用の撮像画像を高速（３０フレーム／秒）に読み出す。
【００５０】
ステップＳ２：  動きベクトル検出部１６０は、撮像画像のフレーム間差などから画像の動きベクトルを求める。このような画像動きベクトルの検出方法としては、時空間勾配法やブロックマッチング法などの方法がある。
なお、撮像画像の全体について画像動きベクトルを求めてもよい。または、撮像画像の一部エリアについて画像動きベクトルを求めてもよい。
さらに、画像動きベクトルとしては、光学的ブレ補正の各軸方向（例えば、垂直と水平など）ごとに個別に求めてもよい。この場合、各軸方向の画像動き（フレーム間の変位など）を個々の要素とする画像動きベクトルが求まる。また、画像動きベクトルとしては、複数の向きについて撮像画像のフレーム間変位の検出を行うことで、撮像画像の変位方向と変位量をそれぞれ求めてもよい。
【００５１】
ステップＳ３：  動きベクトル変換部１７０は、撮影レンズ１９０ａの焦点距離情報１２０を情報取得する。
【００５２】
ステップＳ４：  動きベクトル変換部１７０は、撮影レンズ１９０ａの撮影倍率情報１３０を情報取得する。
【００５３】
ステップＳ５：  動きベクトル検出部１６０が出力する画像動きベクトルは、撮像画像のフレーム間における変位の情報である。そこで、動きベクトル変換部１７０は、画像動きベクトルを、基準値と同じ角速度のスケールに換算する。例えば、下記の換算式が使用される。
【数１】
2005151542.tif 000003
ただし、Ｖは換算前の画像動きベクトル、Ｖ′は換算後の画像動きベクトル、ｆは焦点距離、βは撮影倍率、およびＧは定数である。
【００５４】
ステップＳ６：  動きベクトル変換部１７０は、基準値修正用に保持する画像動きベクトルを、ステップＳ５で求めた最新値Ｖ′に割り込み処理で更新する。
【００５５】
［光学的ブレ補正の制御動作］
図３は、光学的ブレ補正の制御動作を示す流れ図である。
この図３を用いて、光学的ブレ補正の制御動作を説明する。
【００５６】
ステップＳ１１：  カメラシステム１９０は、メインスイッチ（不図示）がオンされると、ブレ補正の制御を開始し、ステップＳ１３に動作を移行する。
一方、このメインスイッチがオフ状態に変化した場合、カメラシステム１９０は、ステップＳ１２に動作を移行し、ブレ補正の停止シーケンスを実行する。
【００５７】
ステップＳ１２：  ここでは、稼働中のブレ補正光学系１００を安定に停止するため、下記の順に停止シーケンスを実行する。
（１）ブレ補正レンズの駆動停止。
（２）レンズ駆動の信号演算を停止。
（３）目標駆動位置の演算停止。
（４）角速度データの処理停止。
（５）画像動きベクトルの更新動作を停止。
（６）基準値の演算停止。
（７）角速度センサ１０の通電停止。
以上の停止シーケンスの後、カメラシステム１９０はブレ補正の動作を終了する。
【００５８】
ステップＳ１３：  カメラシステム１９０は、メインスイッチのオン時に、角速度センサ１０の通電を開始する。
【００５９】
ステップＳ１４：  Ａ／Ｄ変換部３０は、角速度センサ１０の角速度出力を、所定のサンプリング間隔でＡ／Ｄ変換する。基準値演算部４０は、Ａ／Ｄ変換後の角速度データに対して移動平均やローパスフィルタ処理を施し、角速度データの基準値Ｗｏを推定する。このとき、後述する修正後の基準値Ｗｏ′の過去値を基準値Ｗｏに加重加算することで、過去の修正内容を基準値Ｗｏに反映してもよい。
【００６０】
ステップＳ１５：  ゲイン変更部２００は、レリーズ釦２０１の接点状態から、レリーズ釦２０１が半押し状態（レリーズ釦２０１の半押し接点がオン状態）か否かを判定する。
このとき、半押し状態ではない場合、ゲイン変更部２００は、画像動きベクトルＶ′を基準値にフィードバックせずに、ステップＳ１７に動作を移行する。
一方、半押し状態にある場合、ゲイン変更部２００は、ステップＳ１６に動作を移行する。なお、半押し解除から一定期間については、ユーザーが半押しをすぐに再開することを想定して、ステップＳ１６に動作を移行することが好ましい。
【００６１】
ステップＳ１６：  この半押し状態により、カメラシステム１９０は、撮像準備期間に入り、例えばＡＥ（自動露出）決定などの撮像動作に備えた準備を行う。
この撮像準備開始の後、ゲイン変更部２００は、画像動きベクトルＶ′を基準値にフィードバックする動作を開始する。
すなわち、ゲイン変更部２００は、ステップＳ６で更新された画像動きベクトルＶ′を情報取得し、基準値Ｗｏから減算する。
【００６２】
このようなフィードバックにより、修正後の基準値Ｗｏ′が下式のように生成される。
Ｗｏ′＝Ｗｏ−γ・ｖ′    ・・・（２）
ただし、上式のγは、フィードバックゲインである。ｖ′は、画像動きベクトルＶ′の角速度方向の成分（角速度の単位に換算したもの）である。
この基準値Ｗｏ′のドリフト誤差が低減するに従って、画像動きベクトルＶ′に残存するドリフト分も徐々に低減する。画像動きベクトルＶ′に含まれるブレ補正の誤差が最終的にゼロと見なせるほどに小さくなると、基準値Ｗｏ′は、角速度センサ１０のドリフト出力やＤＣオフセットを正確に含んだ値となる。
なお、光学的ブレ補正では、ブレ補正光学系１００の追従性を高めるため、画像の撮像間隔よりも短いサンプリング間隔で、目標駆動位置および基準値の更新を実行する。そのため、毎回の基準値修正のたびに、毎回新しい画像動きベクトルを使用することはできない。そのため、例えば、次回の画像動きベクトルを取得するまでの期間は、一つの画像動きベクトルＶ′を繰り返し使用して基準値修正を行う。
【００６３】
ステップＳ１７：  目標駆動位置演算部５０は、Ａ／Ｄ変換部３０から出力される角速度データから基準値を減算し、像面ブレの原因となる真の角速度データ（振動成分に該当）を求める。
【００６４】
ステップＳ１８：  目標駆動位置演算部５０は、この真の角速度データを積分することにより、撮影レンズ１９０ａの光軸角度の変位量を求める。目標駆動位置演算部５０は、この光軸角度の値から、被写体像の結像位置の変位を打ち消すために必要なブレ補正光学系１００の位置（いわゆる目標駆動位置）を求める。
例えば、下式を用いて、この目標駆動位置θ（Ｔｋ）の計算が行われる。
Ｃ＝ｆ・（１＋β）2／Ｋ    ・・・（３）
θ（Ｔｋ）＝θ（Ｔｋ−１）＋Ｃ・［Ｗ（Ｔｋ）−Ｗｏ′］  ・・・（４）
ただし、ｆは焦点距離、βは撮影倍率、θ（Ｔｋ−１）は前回の目標駆動位置、Ｗ（Ｔｋ）は最新の角速度データ、およびＫはブレ補正係数である。なお、ブレ補正係数Ｋは、下式に基づいて予め実測しておく。
Ｋ＝（被写体像の変位）／（ブレ補正光学系１００の変位）
【００６５】
ステップＳ１９：  駆動信号演算部６０は、目標駆動位置演算部５０から目標駆動位置を情報取得し、ブレ補正光学系１００を目標駆動位置に追従制御する。
【００６６】
ステップＳ２０：  ここで、カメラシステム１９０は、レリーズ釦２０１が全押し状態（レリーズ釦２０１の半押し接点および全押し接点が共にオン状態）か否かを判定する。
ここで、全押し状態にない場合、カメラシステム１９０は、ステップＳ１４に動作を戻す。
一方、全押し状態にある場合、カメラシステム１９０は、ステップＳ２１に動作を移行する。
【００６７】
ステップＳ２１：  レリーズ釦２０１の全押しに対応して、カメラシステム１９０は撮像動作を開始する。この撮像動作の開始後、カメラシステム１９０はステップＳ１４に動作を戻す。その結果、撮像動作の期間中もブレ補正が継続して実施される。
【００６８】
［第１の実施形態の効果など］
第１の実施形態では、レリーズ釦２０１の半押し状態への移行を撮像準備の開始と判断して、画像動きベクトルＶ′を基準値にフィードバックする動作を開始する。
通常、この半押し状態はユーザーがシャッターチャンスを待機している期間であり、ユーザーがカメラを意図的に動かす可能性は低い。したがって、この半押し状態への移行後に限って画像動きベクトルＶ′を基準値にフィードバックすることにより、意図的なパンニングが基準値に誤って反映してしまうという事態を大幅に防止できる。
その結果、この半押し状態の移行前に、ユーザーが撮影構図決定のためにカメラを大きく動かしても、像移動の開始は遅れない。また、像移動が不自然に引っ掛かったり、最悪の場合にはブレ補正の動作が不安定になってしまうなどの弊害も改善できる。
【００６９】
なお、上述した実施形態では、撮像準備開始に同期して画像動きベクトルの基準値フィードバックを開始している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ゲイン変更部２００が、画像動きベクトルの基準値フィードバックを開始する代わりに、フィードバックゲインを増加させるなどして、フィードバックを強めてもよい。この場合、撮像準備開始の前後において、基準値修正の感度をより細かく設定変更することが可能になる。
次に、別の実施形態について説明する。
【００７０】
《第２の実施形態》
第２の実施形態は、請求項２，５に対応する実施形態である。なお、第２の実施形態の装置構成については、第１の実施形態（図１）と同じため、説明を省略する。
図４は、第２の実施形態の光学的ブレ補正を示す流れ図である。この第２の実施形態における動作上の特徴点は、第１の実施形態（図３）で説明したステップＳ１５を、図４に示すステップＳ３１に置き換えた点である。
【００７１】
このステップＳ３１において、ゲイン変更部２００は、焦点検出部２０２から合焦判定の判定結果を取得する。
例えば、公知のコントラスト山登り方式による焦点検出では、焦点検出部２０２は、モニタ撮像された画像のコントラストがピーク近傍にある場合に、合焦状態と判定する。
また、公知の瞳位相差検出方式では、焦点検出部２０２は、デフォーカス量が合焦許容幅以内の場合に、合焦状態と判定する。
【００７２】
このような合焦判定において、合焦状態ではないと判定された場合、ゲイン変更部２００は、画像動きベクトルＶ′を基準値にフィードバックせずに、ステップＳ１７に動作を移行する。
【００７３】
一方、合焦状態である場合、ゲイン変更部２００は、ステップＳ１６に動作を移行する。
このような第２の実施形態の動作により、合焦前にユーザーが撮影構図決定のためにカメラを大きく動かしても、基準値が誤って修正されるという弊害を確実に防止できる。
【００７４】
さらに、合焦状態の撮像画像から画像動きベクトルを算出するので、画像動きベクトルの検出精度が一段と高くなり、基準値を一段と正確に修正することが可能になる。
【００７５】
なお、合焦直後にユーザーが撮影構図を調整して、焦点検出エリアに位置する被写体を動かす場合が想定される。このような想定に基づいて、合焦直後から所定時間（撮影構図の見込み時間）の経過を待ってから、画像動きベクトルＶ′の基準値フィードバックを開始することが更に好ましい。
【００７６】
なお、上述した実施形態では、合焦判定に従って画像動きベクトルの基準値フィードバックを開始している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ゲイン変更部２００が、画像動きベクトルの基準値フィードバックを開始する代わりに、フィードバックゲインを増加させるなどして、フィードバックを強めてもよい。この場合、合焦の前後において、基準値修正の感度をより細かく設定変更することが可能になる。
次に、別の実施形態について説明する。
【００７７】
《第３の実施形態》
第３の実施形態は、請求項３，５に対応する実施形態である。なお、第３の実施形態の装置構成については、第１の実施形態（図１）と同じため、説明を省略する。
図５は、第３の実施形態の光学的ブレ補正を示す流れ図である。この第３の実施形態における動作上の特徴点は、第１の実施形態（図３）で説明したステップＳ１５を、図５に示すステップＳ４１およびＳ４２に置き換えた点である。
【００７８】
このステップＳ４１において、パンニング検出部２０３は、角速度センサ１０の出力および／または画像動きベクトルＶ′に基づいて、カメラシステム１９０のパンニングを検出する。例えば、パンニング検出部２０３は、角速度センサ１０の出力および／または画像動きベクトルＶ′に基づいて同一方向の動きが連続的に検出されると、パンニング状態として検出する。
【００７９】
続いて、ステップＳ４２において、ゲイン変更部２００は、パンニング状態に基づいて動作を決定する。
すなわち、ブレ補正方向に沿ってパンニングが継続中の場合、ゲイン変更部２００は、画像動きベクトルＶ′を、基準値にフィードバックせずに、ステップＳ１７に動作を移行する。
【００８０】
一方、ブレ補正方向のパンニングが完了した場合、ゲイン変更部２００は、ステップＳ１６に動作を移行する。
このような第３の実施形態の動作により、パンニング中の画像動き信号が基準値にフィードバックにされなくなり、基準値を誤って修正するという事態を確実に防止することができる。
【００８１】
その結果、パンニング中に像移動が引っ掛かるなどの弊害を確実に防止することができる。
なお、上述した実施形態では、パンニング完了に従って画像動きベクトルの基準値フィードバックを開始している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ゲイン変更部２００が、画像動きベクトルの基準値フィードバックを開始する代わりに、フィードバックゲインを増加させるなどして、フィードバックを強めてもよい。この場合、パンニング完了の前後において、基準値修正の感度をより細かく設定変更することが可能になる。
次に、別の実施形態について説明する。
【００８２】
《第４の実施形態》
第４の実施形態は、請求項４，５に対応する実施形態である。なお、第４の実施形態の装置構成については、第１の実施形態（図１）と同じため、説明を省略する。
図６は、第４の実施形態の光学的ブレ補正を示す流れ図である。この第４の実施形態における動作上の特徴点は、第１の実施形態（図３）で説明したステップＳ１５を、図６に示すステップＳ５１〜Ｓ５３に置き換えた点である。
以下、この特徴点の動作について説明する。
【００８３】
ステップＳ５１：  ゲイン変更部２００は、レリーズ釦２０１の接点状態から、レリーズ釦２０１が半押し状態か否かを判定する。
このとき、半押し状態ではない場合、ゲイン変更部２００は、画像動きベクトルＶ′を基準値にフィードバックせずに、ステップＳ１７に動作を移行する。
一方、半押し状態にある場合、ゲイン変更部２００は、ステップＳ５２に動作を移行する。なお、半押し解除から一定期間については、ユーザーが半押しをすぐに再開することを想定して、ステップＳ５２に動作を移行することが好ましい。
【００８４】
ステップＳ５２：  ゲイン変更部２００は、カメラシステム１９０が流し撮り状態にあるか否かを判定する。具体的には、（半押し状態）かつ（ブレ補正方向にパンニング中）という組み合わせ条件を満足する場合、『ユーザーがレリーズ全押しの前に流し撮りの予行動作に入った』と判断している。
【００８５】
ステップＳ５３：  上述した判断において、流し撮り状態である場合、ゲイン変更部２００は、画像動きベクトルＶ′を基準値にフィードバックせずに、ステップＳ１７に動作を移行する。
一方、流し撮り状態とは異なる場合、ゲイン変更部２００は、ステップＳ１６に動作を移行する。
【００８６】
このような第４の実施形態の動作により、たとえ半押し状態にあっても、流し撮り中は画像動き信号を基準値にフィードバックしなくなり、基準値を誤って修正するという事態を確実に防止することができる。
その結果、流し撮り動作中、像移動が引っ掛かるなどの弊害を確実に防止することができる。
【００８７】
なお、上述した実施形態では、画像動きベクトルの基準値フィードバックを開始（あるいは停止）している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、画像動きベクトルの基準値フィードバックを開始（あるいは停止）する代わりに、フィードバックゲインを増加（あるいは減少）させてもよい。例えば、このような動作により、流し撮りの予行動作に入ると、基準値修正の感度を適度に弱めるなどの細かな設定が可能になる。
【００８８】
《実施形態の補足事項》
なお、上述した実施形態では、撮像素子１５０の撮像画像に基づいて画像動きベクトルを生成している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、カメラシステムの分割測光機構や焦点検出機構や測色機構やファインダ機構などで光電変換を行って、撮像画像を生成してもよい。この種の撮像画像から画像動きベクトルを生成することによって、『銀塩カメラ』や『一眼レフタイプのカメラ』において本発明を実施することができる。
【００８９】
また、カメラ側に秒間２〜８コマ以上程度の連写性能があれば、基準値の修正に必要なサンプリング間隔の画像動き信号を得ることもできる。したがって、連写しながら光学的ブレ補正を継続実施するタイプのカメラに本発明を適用することもできる。
【００９０】
さらに、上述した実施形態において、撮影レンズ１９０ａとカメラシステム１９０とを一体に構成してもよい。また、撮影レンズ１９０ａとカメラシステム１９０とを着脱自在に構成してもよい。なお、撮影レンズ１９０ａとカメラシステム１９０とを着脱する場合は、画像動き信号を生成するブロックを、撮影レンズ１９０ａおよびカメラシステム１９０のどちらに設置してもよい。例えば、画像動き信号を生成するブロックをカメラシステム１９０側に設置し、画像動き信号を基準値と同一スケールに換算するブロックを撮影レンズ１９０ａ側に設置するなどの態様が可能である。
【００９１】
また、上述した実施形態では、振動検出信号として角速度を検出している。しかしながら、本発明は、角速度の検出に限定されず、被写体像の結像位置の変位を推定可能な振動成分を検出すればよい。例えば、カメラシステムに作用する加速度や、角加速度や、遠心力や、慣性力などを振動検出信号として検出すればよい。
【００９２】
さらに、上述した実施形態では、ブレ補正光学系１００を駆動することにより、撮像部（撮像面）における被写体像の相対位置をシフトしている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、撮像素子１５０を変位させることにより、撮像部と被写体像（被写体光束）との相対位置を変更してもよい。
【００９３】
なお、上述した実施形態では、レリーズ釦２０１の半押し状態に基づいて、『撮像準備開始』を判断している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。一般的には、静止画像の撮像動作の準備期間であればよい。例えば、静止画像の撮像用に種々の情報（測光値など）を収集する準備期間をもって、撮像準備を開始したと判断してもよい。
【００９４】
なお、上述した実施形態では、ブレ補正方向についてパンニングを判定している。この場合、ブレ補正方向と異なる向きのパンニングについては、画像動きベクトルの基準値フィードバックをかまわず実施する。その結果、例えば、画面水平方向のパンニング時には、画面縦方向について基準値修正を実施することが可能になり、パンニングと異なる縦向きのブレを適切に防振することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ブレ補正方向と異なる向きのパンニングを検出した場合に、画像動きベクトルの基準値フィードバックを適度に制限してもかまわない。
【００９５】
なお、パンニング判定に際しては、ブレ補正機構の防振駆動を一旦停止（もしくは一旦制限）した状態で、画像動き信号を検出することが好ましい。この場合の画像動き信号はブレ補正の影響を受けないので、画像動き信号からパンニングを正確かつ確実に検出することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
以上説明したように、本発明は、光学的ブレ補正機能を有する光学機器などに利用可能な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】カメラシステム１９０を示す図である。
【図２】画像動きベクトルの計算手順を示す流れ図である。
【図３】第１の実施形態の光学的ブレ補正を示す流れ図である。
【図４】第２の実施形態の光学的ブレ補正を示す流れ図である。
【図５】第３の実施形態の光学的ブレ補正を示す流れ図である。
【図６】第４の実施形態の光学的ブレ補正を示す流れ図である。
【図７】従来の基準値推定のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０  角速度センサ
２０  増幅部
３０  Ａ／Ｄ変換部
４０  基準値演算部
５０  目標駆動位置演算部
６０  駆動信号演算部
８０  駆動機構
９０  位置検出部
１００  ブレ補正光学系
１０２  鏡筒
１５０  撮像素子
１６０  動きベクトル検出部
１７０  動きベクトル変換部
１９０  カメラシステム
１９０ａ  撮影レンズ
２００  ゲイン変更部
２０１  レリーズ釦
２０２  焦点検出部
２０３  パンニング検出部
【図１】
2005151542.tif 000004
【図２】
2005151542.tif 000005
【図３】
2005151542.tif 000006
【図４】
2005151542.tif 000007
【図５】
2005151542.tif 000008
【図６】
2005151542.tif 000009
【図７】
2005151542.tif 000010