(57)【要約】【課題】大きい手ぶれに対しても精度の高い補正を可能にする手ぶれ補正装置を提供する。【解決手段】Ｘ軸ジャイロセンサ４０Ｘは、撮影レンズ１６の光軸に垂直な面におけるデジタルカメラ１０のＸ軸周りの回転角速度を検出し、角速度に比例した電圧をＸ軸手ぶれ補正演算回路７０Ｘに出力する。Ｘ軸手ぶれ補正演算回路７０Ｘは、入力された電圧に基づく角速度を積分してデジタルカメラ１０の位置信号を生成する。位置信号は、Ｘ軸用切換スイッチ５０Ｘを介して、設定されていた撮像素子２０の露光時間に応じた第１〜第５のハイパスフィルタ５１Ｘ〜５５Ｘのいずれかに出力される。露光時間に応じた所定のカットオフ周波数よりも低い周波数成分が除かれた位置信号に基づいて、手ぶれ補正機構８０により、撮像素子２０が撮影レンズ１６の光軸に垂直な面に沿って移動され、手ぶれによる像ぶれが防止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影装置の角速度を検出する角速度検出手段と、
前記角速度を積分して、前記撮影装置の位置を示す位置信号を生成する位置信号生成手段と、
前記位置信号に基づいて前記撮影装置の手ぶれを補正する手ぶれ補正手段と、
前記撮影装置の露光時間を設定する露光時間設定手段とを備え、
前記手ぶれ補正手段が、前記露光時間に応じた所定のカットオフ周波数よりも高い周波数の前記位置信号に基づいて、前記手ぶれを補正することを特徴とする手ぶれ補正装置。
【請求項２】
前記露光時間が短いほど前記カットオフ周波数が高いことを特徴とする請求項１に記載の手ぶれ補正装置。
【請求項３】
前記位置信号の低周波数成分を除去する手ぶれ補正用ハイパスフィルタをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の手ぶれ補正装置。  
【請求項４】
前記撮影装置が撮像素子を有し、
前記手ぶれ補正手段が、前記撮像素子を移動させる移動手段をさらに有しており、前記移動手段が前記位置信号に基づいて前記撮像素子を移動させることにより、前記手ぶれを補正することを特徴とする請求項１に記載の手ぶれ補正装置。  
【請求項５】
複数の設定可能な前記カットオフ周波数の中から前記露光時間に応じた所定の前記カットオフ周波数を設定するカットオフ周波数設定手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の手ぶれ補正装置。
【請求項６】
前記手ぶれ補正手段が、前記撮影装置において被写体画像の生成が指示されたときに設定された前記カットオフ周波数よりも低い周波数の前記位置信号に基づいて、前記手ぶれを補正することを特徴とする請求項５に記載の手ぶれ補正装置。
【請求項７】
前記カットオフ周波数（Ｈｚ）が、前記露光時間（秒）の逆数の１／１０と同じ値であることを特徴とする請求項１に記載の手ぶれ補正装置。
【請求項８】
請求項１に記載の手ぶれ補正装置を備えることを特徴とする撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ等の撮影装置に搭載される手ぶれ補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラ、ビデオ等の撮影装置には手ぶれ補正装置を有するものがある（例えば特許文献１）。手ぶれ補正においては、例えばジャイロセンサに基づいて撮影装置のぶれ（ぶれの方向とぶれ量）が検出され、撮影装置がデジタルカメラであれば、検出された手ぶれを相殺するように撮像素子が移動され、また、銀塩カメラや双眼鏡であれば、手ぶれを相殺するように補正光学系が駆動される。その結果、手ぶれが補正され、像ぶれのない良好な画像や視野が得られる。
【特許文献１】特開平６−６７２５５号公報
【０００３】
そして手ぶれ補正装置においては、補正可能な手ぶれの大きさに限界があり、例えばデジタルカメラにおいては、撮像素子の可動範囲内で手ぶれが補正される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の手ぶれ補正装置においては、手ぶれの大きさが補正可能な限界を超えた場合、十分な補正が実現されないおそれがある。例えばユーザが、被写体を急いで捕らえるためにカメラを大きく動かし、補正可能な限界を超える大きな手ぶれが生じていると、補正光学系が可動範囲の限界位置にて停止した状態となるので、手ぶれが十分に補正されない。またこのとき、静止画像の生成が指示されると、設定された露光時間が比較的短い場合においては、手ぶれ補正機能が働かないままに露光が終了し、手ぶれが全く補正されない可能性もある。
【０００５】
本発明は、大きい手ぶれが生じた場合においても精度の高い補正を可能にする手ぶれ補正装置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】
【０００６】
本発明の手ぶれ補正装置は、撮影装置の角速度を検出する角速度検出手段と、角速度を積分して、撮影装置の位置を示す位置信号を生成する位置信号生成手段と、位置信号に基づいて撮影装置の手ぶれを補正する手ぶれ補正手段と、撮影装置の露光時間を設定する露光時間設定手段とを備え、手ぶれ補正手段が、露光時間に応じた所定のカットオフ周波数よりも高い周波数の位置信号に基づいて、手ぶれを補正することを特徴とする。
【０００７】
カットオフ周波数は、露光時間が短いほど高いことが好ましい。また、手ぶれ補正装置は、位置信号の低周波数成分を除去する手ぶれ補正用ハイパスフィルタをさらに有することが好ましい。  
【０００８】
撮影装置は、例えば撮像素子を有しており、手ぶれ補正手段は、この場合、撮像素子を移動させる移動手段をさらに有し、移動手段が位置信号に基づいて撮像素子を移動させることにより、手ぶれを補正することが好ましい。  
【０００９】
手ぶれ補正装置は、複数の設定可能なカットオフ周波数の中から露光時間に応じた所定のカットオフ周波数を設定するカットオフ周波数設定手段をさらに有することが好ましい。そしてこの場合、手ぶれ補正手段が、撮影装置において被写体画像の生成が指示されたときに設定されたカットオフ周波数よりも高い周波数の位置信号に基づいて、手ぶれを補正することがより好ましい。
【００１０】
カットオフ周波数（Ｈｚ）は、例えば、露光時間（秒）の逆数の１／１０と同じ値である。
【００１１】
本発明の撮影装置は、先述の手ぶれ補正装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、大きい手ぶれが生じた場合においても精度の高い補正を可能にする手ぶれ補正装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態におけるデジタルカメラのブロック図である。
【００１４】
デジタルカメラ１０には、デジタルカメラ１０全体を制御するＣＰＵ１８が設けられている。電源スイッチＳＷＭＡＩＮは、デジタルカメラ１０の表面に設けられた電源ボタン（図示せず）の操作によりオン・オフが制御される。電源スイッチＳＷＭＡＩＮがオン状態になると、電池１４からＣＰＵ１８に電力が供給され、デジタルカメラ１０が作動する。
【００１５】
測光スイッチＳＷＳはデジタルカメラ１０の表面にあるシャッターボタン（図示せず）が半押しされるとオン状態になる。測光スイッチＳＷＳがオン状態になると、ＣＰＵ１８は測光処理および測距処理を実行する。
【００１６】
すなわち、ＣＰＵ１８は、測光装置１１からの入力に基づいて露光値を演算し、この露光値に基づき撮影に必要となる絞り値、シャッタースピード、および撮像素子２０の露光時間を演算する。ここで、ＣＰＵ１８は、ボタン操作によってユーザが選択した露光時間を設定することも可能である。また、ＣＰＵ１８は、測距装置１２からの入力に基づいて撮影レンズ１６の駆動量を演算し、フォーカス駆動回路２１に制御信号を出力する。その結果、フォーカス駆動回路２１から撮影レンズ１６へ駆動信号が出力される。
【００１７】
レリーズスイッチＳＷＲはシャッターボタンが全押しされるとオン状態になる。レリーズスイッチＳＷＲがオン状態になると、測光処理で算出した絞り値に応じて絞り駆動機構およびシャッター（いずれも図示せず）の駆動量がＣＰＵ１８により演算される。そして、演算結果に基づいてＣＰＵ１８から絞り駆動回路２２およびシャッター駆動回路２３へ制御信号が出力される。
【００１８】
さらに、絞り駆動回路２２から駆動信号が絞り駆動機構（図示せず）へ出力され、それにより絞り駆動機構が駆動される。絞り駆動機構が駆動されるとその動きは絞り（図示せず）に伝達され、絞りの開口径が所定の大きさに定められる。また、シャッター駆動回路２３から駆動信号がシャッターへ出力され、それによりシャッターが所定時間開放される。以上の制御により撮影レンズ１６を通過した光が撮像素子２０の受光面に入射する。
【００１９】
また、上述の電荷蓄積時間に基づいて撮像素子駆動回路２４へ制御信号が出力され、撮像素子駆動回路２４から撮像素子２０へ駆動信号が出力される。撮像素子２０は、受光領域に結像された被写体の光学像を光電変換し、アナログ画像信号を出力する。アナログ画像信号はＡ/Ｄ変換回路２５でデジタル画像信号へ変換され、ＣＰＵ１８へ入力される。
【００２０】
デジタル画像信号には、ＣＰＵ１８の制御に基づいて所定の画像処理が施される。ＤＲＡＭ３０には、画像処理の過程において画像データが一時的に格納される。所定の画像処理が施された画像データは、カメラ本体の背面に設けられたＬＣＤ３１に表示される。
【００２１】
ＥＥＰＲＯＭ３２には、カメラを動かすための各種プログラム等が格納されている。また、被写体の光量が不十分なときは、ＣＰＵからフラッシュ回路３３へ駆動信号が出力され、フラッシュ光が供給される。
【００２２】
Ｘ軸ジャイロセンサ４０Ｘ（角速度検出手段）は、撮影レンズ１６の光軸に垂直な面におけるデジタルカメラ１０のＸ軸周りの回転角速度を検出し、この角速度に比例した電圧をＸ軸手ぶれ補正演算回路７０Ｘ（位置信号生成手段）に出力する。Ｘ軸手ぶれ補正演算回路７０Ｘには、ゲインアンプ、ハイパスフィルタ、Ａ／Ｄ変換器、ハイパスフィルタ、積分回路が内蔵されており（いずれも図示せず）、Ｘ軸手ぶれ補正演算回路７０Ｘは、Ｘ軸ジャイロセンサ４０Ｘから入力された電圧に基づく角速度を積分してデジタルカメラ１０の位置信号を生成する。
【００２３】
こうして生成された位置信号は、Ｘ軸用切換スイッチ５０Ｘを介して第１〜第５のハイパスフィルタ５１Ｘ〜５５Ｘ（ぶれ補正用ハイパスフィルタ）のいずれかに出力される。このとき、Ｘ軸用切換スイッチ５０Ｘは、ＣＰＵ１８の制御の下で、設定されていた撮像素子２０の露光時間に応じた第１〜第５のハイパスフィルタ５１Ｘ〜５５ＸのいずれかをＸ軸手ぶれ補正演算回路７０Ｘに接続させる。すなわち、ＣＰＵ１８は、複数の選択可能なカットオフ周波数の中から、撮像素子２０の露光時間に応じた所定のカットオフ周波数を選択し、設定する。
【００２４】
そして位置信号は、送信された第１〜第５のハイパスフィルタ５１Ｘ〜５５Ｘのいずれかにおいて予め設定されている所定のカットオフ周波数よりも低い周波数成分が除去される。低周波数成分を除かれた位置信号は、デジタルカメラ１０の手ぶれを補正するためのデータとして手ぶれ補正機構８０に送信される。そして手ぶれ補正機構８０は、カットオフ周波数よりも高い周波数成分の位置信号に基づいて、撮影レンズ１６の光軸に垂直な面に沿って撮像素子２０を移動させる。このように、手ぶれ補正機構８０等により、手ぶれの補正、すなわち、デジタルカメラ１０の手ぶれを相殺させるように撮像素子２０を移動させ、静止画像における像ぶれを防止することが可能である。
【００２５】
なお、撮影レンズ１６の光軸に垂直な面におけるＹ軸方向についても、同様に手ぶれが補正される。すなわちまず、Ｙ軸ジャイロセンサ４０Ｙ（角速度検出手段）によりＹ軸周りの回転角速度が検出され、角速度に比例した電圧がＹ軸手ぶれ補正演算回路７０Ｙ（位置信号生成手段）に出力される。そして、Ｙ軸手ぶれ補正演算回路７０Ｙにおいて角速度の積分により位置信号が生成される。
【００２６】
生成された位置信号は、Ｙ軸用切換スイッチ５０Ｙを介して、撮像素子２０の露光時間に応じて第１〜第５のハイパスフィルタ５１Ｙ〜５５Ｙのいずれかに送信され、低周波数成分が除去される。低周波数成分を除かれた位置信号が、手ぶれ補正機構８０に送信される。この結果、カットオフ周波数よりも高い周波数成分の位置信号に基づいて、手ぶれ補正機構８０により、撮影レンズ１６の光軸に垂直な面に沿って移動される。
【００２７】
なお、手ぶれ補正機構８０による撮像素子２０の移動は、所定の範囲内に限って可能であるため、大きい手ぶれが生じた場合には完全な手ぶれ補正は不可能であり、特に、設定されていた露光時間が短い場合には手ぶれ補正機能が働かない時間中に露光が終了してしまう可能性があるためこの傾向は顕著である。しかしながら、本実施形態では、後述するように、撮像素子２０が可動範囲の限界位置に達するほどの大きい手ぶれに対しても有効な手ぶれ補正が可能である。
【００２８】
図２は、本実施形態における手ぶれ補正制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００２９】
補正制御ルーチンは、デジタルカメラ１０の電源スイッチがオン状態になると開始する。ステップＳ１００において、シャッターボタンが半押しされているか、すなわち測光スイッチＳＷＳがオン状態にあるか否かが判断され、シャッターボタンが半押しされて測光スイッチＳＷＳがオン状態にあると判断されるとステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２では、測光処理および測距処理が実行され、ステップＳ１０４へ進む。
【００３０】
ステップＳ１０４では、撮像素子２０の露光時間が、ＣＰＵ１８の演算処理による値に、もしくはユーザの選択した値に設定され、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６〜Ｓ１２４においては、ステップＳ１０４で設定された露光時間に対応するカットオフ周波数が選択、設定される。すなわち、設定可能な第１〜第５のカットオフ周波数の中から、設定された露光時間に応じたいずれかのカットオフ周波数がＣＰＵ１８により設定される。
【００３１】
例えば、ステップＳ１０４にて設定された露光時間が１／３０（秒）であるときには、ステップＳ１１６において第１のカットオフ周波数が設定され、露光時間が１／４（秒）である場合、ステップＳ１２２において第４のカットオフ周波数が設定される。ここでは、後述するように、第１〜第５のカットオフ周波数の順に周波数が低くなっており、従って、設定された露光時間が短いほど高いカットオフ周波数が選択、設定される。
【００３２】
ステップＳ１２６では、シャッターボタンが全押しされているか、すなわちレリーズスイッチＳＷＲがオン状態にあるか否かが判断され、シャッターボタンが全押しされて測光スイッチＳＷＲがオン状態にあると判断されるとステップＳ１２８に進む。一方、すなわちレリーズスイッチＳＷＲがオン状態にないと判断されると、ステップＳ１００に戻る。
【００３３】
ステップＳ１２８では、低周波成分が除かれた位置信号に基づいて、撮像素子２０が手ぶれ補正機構８０によって移動され、手ぶれが補正され、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０では、撮影動作が実施されて被写体画像が生成され、手ぶれ補正制御ルーチンは終了する。
【００３４】
なお、手ぶれ補正制御ルーチンより明らかであるように、ＣＰＵ１８におけるカットオフ周波数を選択する演算は、デジタルカメラ１０の作動中、常に実行されており、撮像素子２０の露光時間が変更されるとこれに従って順次、異なるカットオフ周波数が選択される。そして、シャッターボタンが全押しされ、静止画像の生成が指示されると、そのときに設定されていた露光時間に応じたカットオフ周波数が設定される。
【００３５】
図３は、第１〜第５のハイパスフィルタ５１Ｘ〜５５Ｘによって除去される低周波成分と、手ぶれ補正に使用される高周波成分との境界を、設定可能なカットオフ周波数ごとに示す図である。図４は、Ｘ軸手ぶれ補正演算回路から出力される位置信号の１０Ｈｚ以下の周波数成分を方形波で示す図であり、図５は、図４に示す周波数成分のうち、手ぶれ補正の対象となる周波数成分を示す図である。
【００３６】
デジタルカメラ１０においては、先述のように、第１〜第５のカットオフ周波数が設定可能であり（図２のステップＳ１１６〜Ｓ１２４参照）、第１〜第５のカットオフ周波数の順に周波数が低くなっている。すなわちここでは、第１のカットオフ周波数が３．０（Ｈｚ）、第２のカットオフ周波数が１．５（Ｈｚ）、第３のカットオフ周波数が０．８（Ｈｚ）、第４のカットオフ周波数が０．４（Ｈｚ）、そして第５のカットオフ周波数が０．２（Ｈｚ）である。
【００３７】
従って、例えば第１のカットオフ周波数が設定されると、境界線５１Ｘ（５１Ｙ）よりも低周波側の成分、すなわち３．０（Ｈｚ）よりも低い周波数成分が第１のハイパスフィルタ５１Ｘによって除去され、３．０（Ｈｚ）よりも高い周波数成分の位置信号に基づいて手ぶれが補正される。また、第４のカットオフ周波数が設定されると、境界線５４Ｘ（５４Ｙ）の示す０．４（Ｈｚ）よりも低い周波数の成分が第４のハイパスフィルタ５４Ｘによって除去される。
【００３８】
なお、図３は、除去される低周波成分と手ぶれ補正に使用される高周波成分との境界を概略的に示すものであり、例えば、位置信号の入出力の強度比を示す縦軸の「−６」（ｄｂ）もあくまで目安である。
【００３９】
以下、図４および５を用いて、位置信号のうち各ハイパスフィルタによって除去される成分と実際に手ぶれ補正に使用される高周波成分とにつき説明する。なお、図４においては、説明の便宜上、Ｘ軸手ぶれ補正演算回路から出力される位置信号のうち５Ｈｚ以下の周波数成分のみを方形波で簡略化して示している。すなわち、通常、出力信号にはより高い周波数成分が含まれるものの、図４に示す出力された位置信号は、１（Ｈｚ）、２（Ｈｚ）、および５（Ｈｚ）の各成分のみを含むものとして示されている。
【００４０】
図４に示す位置信号が、第１のハイパスフィルタ５１Ｘに入力されると、設定されるカットオフ周波数が第１のカットオフ周波数＝３（Ｈｚ）であるため、１（Ｈｚ）および２（Ｈｚ）の周波数成分は除去され、図５（Ａ）に示すように５（Ｈｚ）の周波数成分のみが手ぶれ補正に用いられる。
【００４１】
同様に、図４に示す位置信号が、第２のハイパスフィルタ５２Ｘに入力され、第２のカットオフ周波数＝１．５（Ｈｚ）が設定されると、図５（Ｂ）に示すように２（Ｈｚ）および５（Ｈｚ）の周波数成分のみが手ぶれ補正に用いられる。そして、第３〜第５のカットオフ周波数である０．８（Ｈｚ）、０．４（Ｈｚ）、および０．２（Ｈｚ）のいずれかが設定されると、１（Ｈｚ）以上の成分から成る図４の位置信号は、図５（Ｃ）に示すように、全成分が第３〜第５のハイパスフィルタ５３Ｘ〜５５Ｘを通過し、手ぶれ補正に用いられる。
【００４２】
なお、第１〜第５のカットオフ周波数は、簡単化のために、設定されていた露光時間がそれぞれ１／３０（秒）、１／１５（秒）、１／８（秒）、１／４（秒）、および１／２（秒）であるときにそれぞれ設定される（図２のステップＳ１０６〜Ｓ１２４参照）ことから明らかであるように、各カットオフ周波数（Ｈｚ）は、設定される露光時間（秒）の逆数の１／１０と、単位は異なるものの同じ値を有する。
【００４３】
以上のように本実施形態では、短い露出時間が設定されていた場合に、補正可能な限界を超えるほど大きい手ぶれが生じたときにおいても、良好な手ぶれ補正機能を維持することができる。すなわち、露出時間が短いときには予めカットオフ周波数が自動的に高い値に設定されていることから、周波数が低く振幅の大きい手ぶれによって撮像素子２０が可能限界まで移動されることが防止され、比較的高い周波数成分の手ぶれを有効に補正できる。
【００４４】
なお、本実施形態の手ぶれ補正装置は、撮像素子２０を移動させることにより手ぶれを相殺しているが、手ぶれ補正の方式はこれに限定されない。例えば、デジタルカメラ１０において、撮像素子２０の替わりに撮影光学系の一部を構成する補正光学系を駆動させることにより手ぶれを相殺しても良い。さらに、デジタルカメラ１０において、あるいは手ぶれ補正装置を設けたビデオカメラ等において、動画像の手ぶれを補正しても良い。
【００４５】
また、カットオフ周波数の設定等についても本実施形態には限定されず、第１〜第５の５つのカットオフ周波数よりも多く、あるいは少ないカットオフ周波数が設定可能であっても良い。また、第１〜第５の５つのカットオフ周波数の値についても同様に、本実施形態と異なるものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る実施形態におけるデジタルカメラのブロック図である。
【図２】手ぶれ補正制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】第１〜第５のハイパスフィルタによって除去される低周波成分と、手ぶれ補正に使用される高周波成分との境界をカットオフ周波数ごとに示す図である
【図４】Ｘ軸手ぶれ補正演算回路から出力される位置信号の１０Ｈｚ以下の周波数成分を方形波で示す図である。
【図５】図４に示す周波数成分のうち、手ぶれ補正の対象となる周波数成分を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  デジタルカメラ（撮影装置）
１８  ＣＰＵ（露光時間設定手段・カットオフ周波数設定手段）
２０  撮像素子
４０Ｘ  Ｘ軸ジャイロセンサ（角速度検出手段）
４０Ｙ  Ｙ軸ジャイロセンサ（角速度検出手段）
５１Ｘ、５１Ｙ  第１のハイパスフィルタ（ぶれ補正用ハイパスフィルタ）
５２Ｘ、５２Ｙ  第２のハイパスフィルタ（ぶれ補正用ハイパスフィルタ）
５３Ｘ、５３Ｙ  第３のハイパスフィルタ（ぶれ補正用ハイパスフィルタ）
５４Ｘ、５４Ｙ  第４のハイパスフィルタ（ぶれ補正用ハイパスフィルタ）
５５Ｘ、５５Ｙ  第５のハイパスフィルタ（ぶれ補正用ハイパスフィルタ）
７０Ｘ  Ｘ軸手ぶれ補正演算回路（位置信号生成手段）
７０Ｙ  Ｙ軸手ぶれ補正演算回路（位置信号生成手段）
８０  手ぶれ補正機構（手ぶれ補正手段・移動手段）
【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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