JP6448184B2 - 像振れ補正装置およびその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、像振れ補正装置、その制御方法および撮像装置に関する。
デジタルカメラ等の撮像装置による画像撮像時に、カメラ本体を保持するユーザの手が揺れる(手振れが発生する)ことにより、被写体像に振れ(像振れ)が生ずる場合がある。この像振れを補正する像振れ補正手段を備える撮像装置が提案されている。
像振れ補正手段による補正処理としては、従来より光学像振れ補正処理や、電子的像振れ補正処理が用いられている。光学式像振れ補正処理は、角速度センサ等でカメラ本体に加えられた振動を検出し、検出結果に応じて撮像光学系内部に設けられた像振れ補正レンズを移動させる。これにより、撮像光学系の光軸方向を変化させることによって撮像素子の受光面に結像される像を移動して像振れを補正する。また、電子式像振れ補正処理は、撮像画像に対して画像処理を行って、擬似的に像振れを補正する処理である。
従来の像振れ補正手段による像振れ補正性能は、例えば、撮影状況の違い、撮影者の手振れ特性の違いなどによって影響を受けやすい。撮影者の手振れ特性の違いとしては、撮影者固有の手振れの大きい周波数帯域が異なることがある。また、撮影状況の違いとしては、例えば、乗り物に乗りながら撮影する状況や、歩き撮り撮影する状況などが考えられる。このような状況では、像振れ量が大きいので、像振れ補正手段の補正できる振れ量を大きくする必要があるが、像振れ補正量を大きくするためには、像振れ補正手段が大型化してしまう。
特許文献1は、固定部材を挟んで前後にそれぞれ第1の補正部材を保持する第1の可動鏡筒と、第2の補正部材を保持する第2の可動鏡筒が配置された像振れ補正装置を開示している。
特開2009−258389号公報
特許文献1が開示する像振れ補正装置は、第1の補正部材と第2の補正部材を逆向きに駆動することで、少ない駆動ストロークで大きな補正角を得ることができる。しかし、この像振れ補正装置のように、単に補正角度を大きくするだけでは、撮影者の手振れ特性の違いや撮影状況の違いによって、像振れ補正性能が低下してしまう。
本発明は、撮影者の手振れ特性の違いや撮影状況の違いによる像振れ補正性能の低下を防止する像振れ補正装置の提供を目的とする。
本発明の一実施形態の像振れ補正装置は、撮像装置に加えられる振れにより生ずる被写体像の画像振れを、第1の補正手段と第2の補正手段を用いて補正する像振れ補正装置であって、前記第1の補正手段の位置を検出する第1の位置検出手段と位置検出範囲の広さが異なり前記第2の補正手段の位置を検出する第2の位置検出手段により出力される位置検出信号と、前記第1の補正手段を駆動させるための第1の像振れ信号と異なる第2の像振れ信号と、に基づいて前記第2の補正手段を駆動させる制御手段を備え、前記第1の位置検出手段は、前記第1の補正手段に設けられた第1の磁石による磁場を検出するホール素子が、前記第1の補正手段が駆動ストロークの中心に位置するときに前記第1の磁石の中心と対向する位置を挟むように2つ設けられていて、前記第2の位置検出手段は、前記第2の補正手段に設けられた第2の磁石による磁場を検出するホール素子が、前記第2の補正手段が駆動ストロークの中心に位置するときに前記第2の磁石の中心と対向する位置に1つ設けられていることを特徴とする。
本発明の像振れ補正装置によれば、撮影条件、撮影者等の振れ量、振れ周波数の違いによる像振れ補正性能低下の影響を受けにくい、良好な像振れ補正を実現できる。
本実施形態の撮像装置の構成例を示す図である。 本実施形態の像振れ補正装置の構成を示す図である。 像振れ補正レンズ駆動部の分解斜視図の例である。 像振れ補正レンズ駆動部の構成を示す図である。 振れ信号を補正する機構を示す図である。 像振れ補正レンズの目標位置算出処理を説明するフローチャートである。 第2実施形態に係る像振れ補正制御部およびレンズ制御部の内部構成を示すブロック図である。 第2実施形態に係る像振れ補正レンズの目標位置検出処理を説明するフローチャートである。 第1および第2の像振れ補正レンズの制御条件を示す表である。 現在位置検出手段の検出精度の関係を示す図である。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態の撮像装置の構成例を示す図である。図1に示す撮像装置は、デジタルスチルカメラである。なお、本実施形態の撮像装置が、動画撮影機能を有していてもよい。
図1に示す撮像装置は、ズームユニット101乃至制御部119を備える。ズームユニット101は、結像光学系を構成する、倍率が可変な撮影レンズの一部である。ズームユニット101は、撮影レンズの倍率を変更するズームレンズを含んでいる。ズーム駆動部102は、制御部119の制御に従ってズームユニット101の駆動を制御する。第1像振れ補正レンズ103は、像振れを補正する補正部材である。第1像振れ補正レンズ103は、撮影レンズの光軸に対して直交する方向に移動可能に構成されている。像振れ補正レンズ駆動部104は、第1像振れ補正レンズ103の駆動を制御する。第2像振れ補正レンズ113は、第1像振れ補正レンズ103と同等の構成を有し、同様に像振れ補正レンズ駆動部104によって駆動制御される。
絞り・シャッタユニット105は、絞り機能を有するメカニカルシャッタである。絞り・シャッタ駆動部106は、制御部119の制御に従って絞り・シャッタユニット105を駆動する。フォーカスレンズ107は撮影レンズの一部であり、撮影レンズの光軸に沿って位置を変更可能に構成される。フォーカス駆動部108は、制御部119の制御に従ってフォーカスレンズ107を駆動する。
撮像部109は、撮影レンズによる光学像を、CCDイメージセンサや、CMOSイメージセンサなどの撮像素子を用いて画素単位の電気信号に変換する。CCDは、Charge Coupled Deviceの略称である。CMOSは、Complementary Metal−Oxideの略称である。撮像信号処理部110は、撮像部109から出力された電気信号に対して、A/D変換、相関二重サンプリング、ガンマ補正、ホワイトバランス補正、色補間処理等を行い、映像信号に変換する。映像信号処理部111は、撮像信号処理部110から出力された映像信号を、用途に応じて加工する。具体的には、映像信号処理部111は、表示用の映像を生成したり、記録用に符号化処理やデータファイル化を行ったりする。
表示部112は、映像信号処理部111が出力する表示用の映像信号に基づいて、必要に応じて画像表示を行う。電源部115は、撮像装置全体に、用途に応じて電源を供給する。外部入出力端子部116は、外部装置との間で通信信号及び映像信号を入出力する。操作部117は、撮像装置にユーザが指示を与えるためのボタンやスイッチなどを有する。記憶部118は、映像情報など様々なデータを記憶する。制御部119は、例えばCPU、ROM、RAMを有し、ROMに記憶された制御プログラムをRAMに展開してCPUで実行することによって撮像装置の各部を制御し、以下に説明する様々な動作を含む撮像装置の動作を実現する。CPUは、Central Processing Unitの略称である。ROMは、Read Only Memoryの略称である。RAMは、Random Access Memoryの略称である。
操作部117は、押し込み量に応じて第1スイッチ(SW1)および第2スイッチ(SW2)が順にオンするように構成されたレリーズボタンを有する。レリーズボタンが、半押しさた場合にレリーズスイッチSW1がオンし、レリーズボタンが最後まで押し込まれたときにレリーズスイッチSW2がオンする。レリーズスイッチSW1がオンすると、制御部119が、映像信号処理部111が表示部112に出力する表示用の映像信号に基づいてAF評価値を算出する。そして、制御部119が、AF評価値に基づいて、フォーカス駆動部108を制御することにより自動焦点検出を行う。
また、制御部119は、映像信号の輝度情報と、予め定められたプログラム線図とに基づいて、適切な露光量を得るための絞り値及びシャッタスピードを決定するAE処理を行う。レリーズスイッチSW2がオンされると、制御部119は、決定した絞り及びシャッタ速度で撮影を行い、撮像部109で得られた画像データを記憶部118に記憶するように各処理部を制御する。
操作部117は、さらに、振れ補正モードを選択可能にする像振れ補正スイッチを有する。像振れ補正スイッチにより振れ補正モードが選択されると、制御部119が、像振れ補正レンズ駆動部104に像振れ補正動作を指示し、これを受けた像振れ補正レンズ駆動部104が、像振れ補正オフの指示がなされるまで像振れ補正動作を行う。また、操作部117は、静止画撮影モードと動画撮影モードとのうちの一方を選択可能な撮時モード選択スイッチを有する。撮影モード選択スイッチの操作による撮影モードの選択を通じて、制御部119は、像振れ補正レンズ駆動部104の動作条件を変更することができる。像振れ補正レンズ駆動部104によって、本実施形態の像振れ補正装置が構成される。
また、操作部117は、再生モードを選択するための再生モード選択スイッチも有する。再生モード選択スイッチの操作によって、再生モードが選択されると、制御部119が像振れ補正動作を停止する。また、操作部117には、ズーム倍率変更の指示を行う倍率変更スイッチが含まれる。倍率変更スイッチの操作によって、ズーム倍率変更の指示がされると、制御部119を介して指示を受けたズーム駆動部102が、ズームユニット101を駆動して、指示されたズーム位置にズームユニット101を移動させる。
図2は、本実施形態の像振れ補正装置の構成を示す図である。
第1振動センサ201は、例えば角速度センサであり、通常姿勢(画像の長さ方向が水平方向とほぼ一致する姿勢)における、撮像装置の垂直方向(ピッチ方向)の振動を検出する。第2振動センサ202は例えば角速度センサであり、通常姿勢における撮像装置の水平方向(ヨー方向)の振動を検出する。第1像振れ補正制御部203は、ピッチ方向における像振れ補正レンズの補正位置制御信号を出力し、像振れ補正レンズの駆動を制御する。第2像振れ補正制御部204は、ヨー方向における像振れ補正レンズの補正位置制御信号を出力し、像振れ補正レンズの駆動を制御する。
第1レンズ位置制御部205は、第1像振れ補正制御部203からのピッチ方向での補正位置制御信号と、第1ホール素子209からの像振れ補正レンズのピッチ方向での位置情報とから、フィードバック制御を行う。これにより、第1レンズ位置制御部205は、例えば、アクチュエータである第1ドライブ部207を駆動する。同様に、第2レンズ位置制御部206は、第2像振れ補正制御部204からのヨー方向での補正位置制御信号と、第2ホール素子210からの像振れ補正レンズのヨー方向での位置情報とから、フィードバック制御を行う。これにより、第2レンズ位置制御部206は、例えば、アクチュエータである第2ドライブ部208を駆動する。
次に、像振れ補正レンズ駆動部104による第1像振れ補正レンズ103の駆動制御動作について説明する。
第1像振れ補正制御部203、第1振動センサ201から撮像装置のピッチ方向の振れを表す振れ信号(角速度信号)が供給される。また、第2像振れ補正制御部204には、第2振動センサ202から撮像装置のヨー方向の振れを表す振れ信号(角速度信号)が供給される。
第1像振れ補正制御部203は、供給された振れ信号に基づいて、ピッチ方向に第1像振れ補正レンズ103を駆動する補正位置制御信号を生成し、第1レンズ位置制御部205に出力する。また、第2像振れ補正制御部204は、供給された振れ信号に基づいて、ヨー方向に第1像振れ補正レンズ103を駆動する補正位置制御信号を生成し、第2レンズ位置制御部206に出力する。
第1ホール素子209は、第1像振れ補正レンズ103に設けられた磁石による磁場の強さに応じた電圧を有する信号を、第1像振れ補正レンズ103のピッチ方向における位置情報として出力する。第2ホール素子210は、第1像振れ補正レンズ103に設けられた磁石による磁場の強さに応じた電圧を有する信号を、第1像振れ補正レンズ103のヨー方向における位置情報として出力する。位置情報は、第1レンズ位置制御部205、第2レンズ位置制御部206に供給される。
第1レンズ位置制御部205は、第1ホール素子209からの信号値が、第1像振れ補正制御部203からの補正位置制御信号値に収束するよう、第1ドライブ部207を駆動しながらフィードバック制御する。また、第2レンズ位置制御部206は、第2ホール素子210からの信号値が、第2像振れ補正制御部204からの補正位置制御信号値に収束するよう、第2ドライブ部208を駆動しながらフィードバック制御する。
なお、第1ホール素子209、第2ホール素子210から出力される位置信号値には、ばらつきがあるので、所定の補正位置制御信号に対して第1像振れ補正レンズ103が所定の位置に移動するように、第1及び第2ホール素子209,210の出力調整を行う。
第1像振れ補正制御部203は、第1振動センサ201からの振れ情報に基づき、被写体像の画像振れを打ち消すように第1像振れ補正レンズ103の位置を移動させる補正位置制御信号を出力する。第2像振れ補正制御部204は、第2振動センサ202からの振れ情報に基づき、画像振れを打ち消すように第1像振れ補正レンズ103の位置を移動させる補正位置制御信号を出力する。
第2像振れ補正制御部204は、第2振動センサ202からの振れ情報に基づき、画像振れを打ち消すように第1像振れ補正レンズ103の位置を移動させる補正位置制御信号を出力する。例えば、第1像振れ補正制御部203、第2像振れ補正制御部204は、振れ情報(角速度信号)または振れ情報にフィルタ処理等を行うことにより、補正速度制御信号または補正位置制御信号を生成する。以上の動作により、撮影時に手振れ等の振動が撮像装置に存在しても、ある程度の振動までは画像振れを防止できる。また、第1像振れ補正制御部203、第2像振れ補正制御部204は、第1振動センサ201、第2振動センサ202からの振れ情報と、第1ホール素子209、第2ホール素子210の出力に基づいて、撮像装置のパンニング状態を検出し、パンニング制御を行う。
第2像振れ補正制御部204による第2像振れ補正レンズ113の駆動制御動作は、像振れ補正レンズ駆動部104による第1像振れ補正レンズ103の駆動制御動作と同様である。すなわち、第2像振れ補正レンズ制御部204が、供給された振れ信号に基づいて、ピッチ方向に第2像振れ補正レンズ113を駆動する補正位置制御信号を生成し、第3レンズ位置制御部211に出力する。また、第2像振れ補正制御部204が、供給された振れ信号に基づいて、ヨー方向に第2像振れ補正レンズ113を駆動する補正位置制御信号を生成し、第4レンズ位置制御部212に出力する。
第3レンズ位置制御部211は、第3ホール素子216からの信号値が、第1像振れ補正制御部203からの補正位置制御信号値に収束するよう、第3ドライブ部214を駆動しながらフィードバック制御する。また、第4レンズ位置制御部212は、第4ホール素子213からの信号値が、第2像振れ補正制御部204からの補正位置制御信号値に収束するよう、第4ドライブ部215を駆動しながらフィードバック制御する。
本実施形態では、第1像振れ補正制御部203、第1レンズ位置制御部205および第1ドライブ部207が、ピッチ方向の振れ信号の低周波成分を補正する。また、第1像振れ補正制御部203、第3レンズ位置制御部205および第3ドライブ部214が、ピッチ方向の振れ信号の高周波成分を補正する。
また、第2像振れ補正制御部204、第2レンズ位置制御部206および第2ドライブ部208が、ヨー方向の振れ信号の低周波成分を補正する。また、第2像振れ補正制御部204、第4レンズ位置制御部212および第4ドライブ部215が、ヨー方向の振れ信号の高周波成分を補正する。
図3は、像振れ補正レンズ駆動部104の分解斜視図の例である。
像振れ補正レンズ駆動部104は、第1像振れ補正レンズ103、可動鏡筒122、固定地板123、転動ボール124、第1電磁駆動部207、第2の電磁駆動部208を備える。また、像振れ補正レンズ駆動部104は、付勢ばね127、第1位置センサ209、第2位置センサ210、センサーホルダー129を備える。
第1電磁駆動部207は、第1磁石1251、第1コイル1252、第1ヨーク1253を備える。第2電磁駆動部208は、第2磁石1261、第2コイル1262、第2ヨーク1263を備える。
第1像振れ補正レンズ103は、光軸を偏心させることのできる第1の補正光学部材である。第1像振れ補正レンズ103は、第1像振れ補正制御部203、第2像振れ補正制御部204により駆動制御される。これにより、撮像光学系を通過した光像を移動させる像振れ補正動作が行われ、撮像面での像の安定性を確保することができる。なお、本実施形態では、補正光学系として補正レンズを用いているが、撮影光学系に対してCCDなどの撮像手段を駆動することでも、撮像面での像の安定性を確保できる。すなわち、撮像手段を、像振れを補正する手段として用いてもよい。
可動鏡筒122は、中央の開口部に第1像振れ補正レンズ103を保持する第1の可動部である。可動鏡筒122は、第1磁石1251および第2磁石1252を保持する。また、可動鏡筒122は、転動ボール受け部を3個備えており、転動ボール124によって、光軸と直交する面内を移動可能に転動支持される。また、可動鏡筒122は、ばねかけ部を3個所備えており、付勢ばね127の一端を保持できる。
固定地板123は、円筒形状に形成される第1の固定部材である。固定地板123は、外周部の3個所にフォロワー1231を備える。固定地板123の中央の開口部に、可動鏡筒122が配置されている。これにより、可動鏡筒122の可動量を制限することができる。
また、固定地板123は、第1磁石1251の着磁面と対向する個所において、第1のコイル1252および第1のヨーク1253を保持する。また、固定地板123は、第2磁石1261の着磁面と対向する個所において、第2のコイル1262および第2のヨーク1263を保持する。また、固定地板123は、転動ボール受け部を3個備え、可動鏡筒122を、転動ボール124を介して、光軸と直交する面内を移動可能に支持する。また、固定地板123は、ばねかけ部を3個備える。これにより、付勢ばね127の一端を保持する。
第1電磁駆動部207は、この例では、公知のボイスコイルモータである。固定地板123に取り付けられた第1コイル1252に電流を流すことで、可動鏡筒122に固定された第1磁石1251との間にローレンツ力を発生し、可動鏡筒122を駆動することができる。第2電磁駆動部208は、第1電磁駆動部207と同様のボイスコイルモータを90°回転させて配置したものであるので、詳しい説明は省略する。
付勢ばね127は、変形量に比例する付勢力を発生する引っ張りばねである。付勢ばね127は、一端を可動鏡筒122に固定され、他端を固定地板123に固定され、その間に付勢力を発生する。この付勢力により、転動ボール124が挟持され、転動ボール124は固定地板123と可動鏡筒122との接触状態を保つことができる。
位置センサ209および位置センサ210は、第1磁石1251および第2磁石1261の磁束を読み取るホール素子を利用した2つの磁気センサであり、その出力変化から、可動鏡筒122の平面内の移動を検出することができる。
センサーホルダー129は、概略円盤上に構成され、固定地板123に固定される。2つの位置センサ128を、第1磁石1251および第2磁石1261と対向する位置に保持することができる。また、センサーホルダー129は、固定地板123とともに形成された内部の空間に可動鏡筒122を収納することができる。これにより、像振れ補正装置に衝撃力がかかったときや、姿勢差が変化したときでも、内部の部品の脱落を防ぐことができる。上述した構成により、像振れ補正レンズ駆動部104は、光軸と直交する面上の任意の位置に第1像振れ補正レンズ103を移動させることができる。
図4は、第1像振れ補正レンズ103および第2像振れ補正レンズ113をそれぞれ備える像振れ補正レンズ駆動部の位置関係を示す図である。図4では、説明のために、像振れ補正レンズ駆動部の一部を分解・省略して示す。可動鏡筒132は、中央の開口部に第2像振れ補正レンズ113を保持する像振れ補正レンズ駆動部104が備える第2の可動部である。固定地板133は、第2像振れ補正レンズ113を備える像振れ補正レンズ駆動部104が備える第2の固定部材である。第2像振れ補正レンズ113を備える像振れ補正レンズ駆動部104は、レンズの形状およびそれを保持する可動鏡筒132の形状以外は、第1像振れ補正レンズ103を備える像振れ補正レンズ駆動部104と同様の構成であるため、詳しい説明は省略する。
図5は、本実施形態の像振れ補正装置が備えるピッチ方向の振れ信号を補正する機構を示す図である。第2像振れ補正制御部204、第2レンズ位置制御部206、第4レンズ位置制御部212、第2ドライブ部208、第4ドライブ部215によって実現されるヨー方向の振れ信号を補正する機構については、図5に示す機構と同様であるので、説明を省略する。
図5において、第1振動センサ201は、撮像装置に加わる振れ情報信号(角速度信号)を検出する。第1像振れ補正制御部203は、LPF(ローパスフィルタ)503、パン判定部502、第1駆動リミット505を備える。第1振動センサ201が検出した像振れ信号は、フィルタ安定までの時定数が変更可能なLPF503により積分処理され、低周波成分のみ抽出された振れ角度信号が生成される。フィルタ安定までの時定数が変更可能とは、例えば、フィルタの係数を変更することによりカットオフ周波数を変更可能であること、もしくは、フィルタの演算内の演算結果(中間値)を保持するバッファを任意のタイミングで自由に書き換えられることを意味する。
パン判定部502は、撮像装置のパン動作を判定し、LPF503のフィルタ安定までの時定数変更処理を行う。具体的には、パン判定部502は、第1振動センサ201が検出した振れ信号が規定値以上となった場合に、パン動作がされたと判定する。パン判定部502が、第1像振れ補正レンズ103の現在位置、第2像振れ補正レンズ113の現在位置が規定値以上となった場合に、パン動作がされたと判定してもよい。また、パン判定部502が、第1像振れ補正レンズ103の目標位置、第2像振れ補正レンズ113の目標位置が規定値以上となった場合に、パン動作がされたと判定してもよい。これにより、大きな振れが撮像装置に加わった場合に、第1像振れ補正レンズ103、第2像振れ補正レンズ113が可動範囲以上に駆動してしまうことを防止し、パン動作直後の揺れ戻しにより撮影画像が不安定になることを防止することができる。
以上のように生成された手振れ角度信号の低周波成分から生成された第1像振れ補正レンズ目標位置が、第1駆動リミット505で駆動量が制限された後に、第1レンズ位置制御部205へ入力される。また、第1像振れ補正レンズ目標位置と第1位置検出信号増幅器507により増幅された第1像振れ補正レンズ103の位置情報を減算した信号は、第2像振れ補正レンズ113の目標位置として保持される。
第1ホール素子209で検出された第1像振れ補正レンズ103の位置情報が、第1位置検出信号増幅器507によって所定の大きさに増幅された後に第1駆動リミット505から出力されたレンズ目標位置と比較される。そして、第1ドライブ部207を介して、位置フィードバック制御により像振れ補正動作が実行される。
また、第3ホール素子216で検出された第2像振れ補正レンズ113の位置情報が、第3位置検出信号増幅器508によって所定の大きさに増幅された後に保持されている第2像振れ補正レンズ目標位置と比較される。そして、第3ドライブ部214を介して位置フィードバック制御により像振れ補正動作が実行される。
このように、第1像振れ補正レンズの目標位置と第1位置検出信号増幅器507の減算結果は、第1像振れ補正レンズによる像振れ補正残りを意味する。この像振れ補正残り分を第2像振れ補正レンズの駆動により除去するために第2像振れ補正レンズ113の目標位置を決める。第1像振れ補正レンズで補正残りが発生する要因としては、第1像振れ補正レンズの駆動特性(摩擦影響、姿勢などの外乱影響)や、第1レンズ位置制御部の応答性、制御帯域などが影響すると考えられる。
第1レンズ位置制御部205および第3レンズ位置制御部211については、任意の制御演算器を使用してもよい。この例では、第1レンズ位置制御部205および第3レンズ位置制御部211としてPID制御器を使用する。
図6は、本実施形態の撮像装置による像振れ補正レンズの目標位置算出処理を説明するフローチャートである。像振れ補正制御演算は、一定周期間隔で実行される。まず、処理が開始すると(ステップS101)、第1振動センサ201が像振れ信号を取得する(ステップS102)。
次に、パン判定部502が、撮像装置がパン動作(パンニング)中であるか否かを判定する(ステップS105)。撮像装置がパンニング中であると判定された場合は、LPF503の演算が安定するまでの時定数を短くする演算処理が行われる(ステップS201)。パンニング中ではないと判定された場合は、時定数変更の処理は行わず、処理がステップS108に進む。
ステップS108において、LPF503が、取得した出力値を積分して、角速度情報から角度情報へ変換する(ステップS108)。
次に、第1駆動リミット505が、LPF503の出力値を所定の大きさに制限する(ステップS109)。
そして、ステップS109において、LPF503の出力値は、第1駆動リミット505で所定の大きさに制限された後に、第1レンズ位置制御部205へ入力される(ステップS116)。これにより、第1像振れ補正レンズが駆動される。
次に、第1像振れ補正レンズ103の現在位置を第1位置検出増幅器507から取得する(ステップS117)。そして、ステップS109にて算出した第1像振れ補正レンズ目標位置からステップS117にて取得した現在位置を減算し、第2像振れ補正レンズ目標位置として保存する(ステップS118)。
次に、ステップS118にて保存した第2レンズ目標位置が第3レンズ位置制御部211に入力される(ステップS119)。これにより、第2像振れ補正レンズが駆動される。このように、撮像装置に加わる像振れ信号に対して、第1及び第2像振れ補正レンズを駆動することで、撮像装置に加わる像振れの影響が除去される。
なお、本実施形態では、第1および第2像振れ補正レンズのそれぞれの駆動ストロークに対する像振れ補正角度の関係が同一であるとして、第1像振れ補正レンズによる目標位置と現在位置の減算値を第2像振れ補正レンズの目標位置としてそのまま入力している。しかしながら、第1像振れ補正レンズと第2像振れ補正レンズの駆動ストロークに対する補正角度が異なる場合、第1像振れ補正レンズの目標位置と現在位置の減算値に、第2像振れ補正レンズの駆動ストロークに対する像振れ補正角度を考慮した係数を積算する。この場合、第2レンズ目標位置として第3レンズ位置制御部へ入力する必要がある。
(現在位置検出手段の構成)
ここで、本実施形態の第1および第2像振れ補正手段の現在位置を検出する現在位置検出手段の位置検出精度の関係について図10を用いて説明する。図10は、像振れ補正レンズの位置検出手段として公知のホール素子を用いた場合の、像振れ補正レンズの駆動ストロークと、ホール素子出力の関係を示した図である。ホール素子は、原理上、磁束密度に比例した出力を得ることができるため、前述のように、ホール素子と像振れ補正レンズに設けられた磁石による磁場の強さに応じた電圧を有する信号を、位置情報として出力する。
従来、図10(A)に示すように、像振れ補正レンズの駆動方向1軸に対して、ホール素子を1つ使用して位置を検出している。この場合、磁石の小型化等が進むと磁束を検出領域が狭くなるため、駆動ストロークに対してホール素子がリニアに検出できる位置検出範囲が狭くなり、駆動ストロークの大きい領域で正しく位置が検出できない領域が存在する。そのため、振れ補正角度が大きい領域(駆動ストロークに大きい領域)での、像振れ補正レンズの位置が正しく検出できず、像振れ補正性能が低下してしまう恐れがある。
そこで、図10(B)に示すように、公知の駆動方向に対してホール素子をずらして2つ配置する方法が用いられている。この方法では、2つのホール素子の出力が対象になることを利用して、2つのホール信号出力の差を位置検出信号とすることで、駆動ストロークに対してリニアに位置を検出できる範囲を広くすることができる。
しかしながら、位置検出するためには、駆動方向1軸に対して2つのホール素子を使用する。2つの像振れ補正手段に対して、各駆動軸2軸すべての現在位置検出の精度を上げようとすると、図10(A)方式では、ホール素子4個(2レンズ×2駆動軸)であり、図10(B)方式では、ホール素子8個(2レンズ×2駆動軸×2個)である。従って、個数が増加することにより、コストが大幅に増加する恐れがある。
そこで、本実施形態では、前述のように第1の像振れ補正レンズの駆動ストロークを大きく設定し、補正角度を広くする。これにより、大きな像振れに対しても精度よく補正できるように、第1の像振れ補正レンズの現在位置検出手段は、図10(B)のホール素子を2つ使用した位置検精度の高い構成とする。
一方、第2の像振れ補正レンズは、第1の像振れ補正レンズの像振れ補正残りのみを補正するように制御するため、第2の像振れ補正レンズの駆動ストロークは、第1の像振れ補正レンズの駆動ストロークに比べて小さい。このため、第2の像振れ補正レンズの現在位置検出手段は、図10(A)のホール素子を1つ使用した検出精度の低い構成とすることができる。
従って、本実施形態で必要な位置検出のためのホール素子は、6個となる(第1の像振れ補正手段:2駆動軸×2個+第2の像振れ補正手段:2駆動軸×1個)。以上のように、第1および第2の像振れ補正レンズの役割を分けて、駆動ストロークの振り分けを設定することにより、像振れ補正レンズの位置検出のためのセンサにかかるコストの増加を低減することができる。
また、第2の像振れ補正レンズは、第1の像振れ補正レンズに比べて駆動ストロークが小さいため、補正装置の大型化も回避することができる。また、本実施形態では、位置検出精度が高い方式として、ホール素子を2つ使用する方式を説明しているが、光学エンコーダー等の別のセンサを使用してもよい。
ここで、本実施形態の像振れ補正装置が備える第1の像振れ補正手段および第2の像振れ補正手段駆動条件について、図9を参照して説明する。この例では、第1像振れ補正レンズ103が、第1の像振れ補正手段として機能する。また、第1像振れ補正レンズ113が、第2の補正手段として機能する。なお、本実施形態では、第1の像振れ補正手段がチルトレンズであり、第2の像振れ補正手段がシフトレンズとしているが、この構成に限定することなく、逆の構成であってもよい。
(像振れ補正目標位置)
第1及び第2の像振れ補正手段の像振れ補正目標位置の決定方法は、像振れ信号に従って、まず第1の像振れ補正手段を駆動することで像振れ補正を行う。次に、第1の像振れ補正手段の目標位置と現在位置の減算値から算出される第1の像振れ補正手段の像振れ補正残りを第2の像振れ補正手段の像振れ補正目標位置とする。
(像振れ補正の補正角度)
第1の像振れ補正手段の像振れ補正角度は、第2の像振れ補正手段の像振れ補正角度に比べて広く設定する。これは、第1の像振れ補正手段により大きな像振れ成分を除去した後に、第1の像振れ補正手段で補正しきれなかった補正残り分を第2の像振れ補正手段の目標位置とするためである。また、一般的に、第1の像振れ補正手段の目標位置に比べて、第2の像振れ補正手段の目標位置が小さくなるためである。このように、像振れ補正の方法を、大きな駆動ストロークで主に補正する補正手段と、補助的に小さなストロークで補正残りのみ除去する補正手段と役割分担することで、第1の像振れ補正手段に比べて、第2の像振れ補正手段のメカ構成を小さくすることができる。
(レンズ駆動による光学性能劣化)
一般的に、像振れ補正手段の駆動量が大きくなると、周辺光量、解像度、収差などが劣化する傾向がある。そのため、像振れ補正のため駆動量が大きくなりやすい第1の像振れ補正手段については、第2の像振れ補正手段に比べて、レンズ駆動による光学性能を劣化しにくい構成に設定する。
(像振れ補正レンズの駆動方式)
像振れ補正レンズの駆動方式は、公知である光軸に対してチルトする方式の駆動方法の方が、光軸に直交する面にシフトする方式に比べて、光学性能の劣化が小さい。したがって、第1の補正手段が備える第1像振れ補正レンズ103は、チルト方向へ駆動する方式とし、第2の補正手段が備える第2像振れ補正レンズ113は、シフト駆動する方式とする。
(レンズ配置位置)
一般的に、被写体側に配置されたレンズの方が、像振れ補正手段の駆動量に対して、像振れ補正角度が大きく光学性能の劣化が小さい。そのため、本実施形態では、第1像振れ補正レンズ103は、第2像振れ補正レンズ113よりも被写体側に近い方へ配置する。
(位置検出信号増幅率)
ホール素子が出力する信号(ホール素子信号)は、像振れ補正レンズの位置検出信号である。像振れ補正手段の位置を検出するためのホール素子信号を所定の倍率に増幅する位置検出信号増幅器の増幅率は、第1の像振れ補正手段の増幅率を第2の像振れ補正手段の増幅率に比べて小さく設定する。これは、位置検出信号増幅器のホール信号増幅率が大きい方が、位置検出に対する分解能は向上するが増幅後の電気信号をデジタル的にADコンバータなどで取得する場合には、限られた電圧レンジ内でダイナミックレンジが広くとれない場合が多い。分解能とダイナミックレンジを両方成立させるために、大きく駆動する可能性が高く、ダイナミックレンジの第1の像振れ補正手段の位置検出増幅率は、小さく設定する。また、第1の像振れ補正レンズの補正残りのみを補正する、駆動ストロークは小さいが、細かな振れが多い第2の像振れ補正手段の位置検出増幅率は、大きく設定することで位置検出の分解能を高くする。具体的には、第1の信号増幅手段である第1位置検出信号増幅器507による信号増幅率を、第2の信号増幅手段である第3位置検出信号増幅器508による信号増幅率よりも小さくする。
(帰還制御手段周波数帯域)
第1の像振れ補正手段で補正しきれなかった補正残り成分は、主に低周波で大きい振幅の大きな成分は取り除かれている。また、外乱影響などで発生する補正残り成分は、一般的に高周波成分が大きい。そのため、第1の像振れ補正手段の像振れ補正残りを補正する第2の像振れ補正手段の帰還制御手段(第2のフィードバック制御手段)の周波数帯域は、第1の像振れ補正手段の帰還制御手段(第1のフィードバック制御手段)の周波数帯域に比べて高く設定する。
(レンズ駆動ストロークに対する像振れ補正角度)
像振れ補正レンズの光学特性上、同じ駆動ストロークに対して得られる像振れ補正角度は異なる。より大きな像振れ補正角度が必要な第1の像振れ補正手段は、第2の像振れ補正手段に比べて、駆動ストロークに対して得られる像振れ補正角度の大きいレンズを使用する。
以上のように設定することで、本実施形態によれば、大きな駆動ストロークが必要な第1の像振れ補正手段のメカ構成をなるべく小さくすることができ、装置を大型化することなく振れ補正効果の高い、像振れ補正装置を提供することができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1及び第3像振れ補正レンズの駆動条件など、像振れ補正制御部203の構成以外は、第1実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。図7は、第1像振れ補正制御部203、第1レンズ位置制御部205、及び第3レンズ位置制御部211の内部構成を示すブロック図である。なお、第2像振れ補正制御部204、第2レンズ位置制御部206、及び第4レンズ位置制御部212も図7に示す内部構成を有しているため、その説明を省略する。
図7において、第1振動センサ201は、撮像装置に加わる振れ信号(角速度信号)を検出する。ローパスフィルタ(LPF)501は、第1振動センサ201が検出した振れ信号から、低周波成分を抽出する。LPF501により抽出された低周波の振れ信号は、フィルタ安定までの時定数が変更可能なLPF503により積分処理され、低周波成分のみ抽出された振れ角度信号が生成される。
なお、フィルタ安定までの時定数が変更可能とは、例えば、フィルタの係数を変更することによりカットオフ周波数を変更可能であること、またはフィルタの演算内の演算結果(中間値)を保持するバッファを任意のタイミングで自由に書き換えることを意味する。
パン判定部502がパン動作と判定した場合、LPF503および504のフィルタ安定までの時定数変更処理を行う。パン判定部502は、例えば、撮像装置がパン、チルト動作や大きく振られた際の各振動センサが検出した振れ信号、各像振れ補正レンズの現在位置、若しくは各像振れ補正レンズ目標位置情報が予め決められた所定値より大きくなったときにパン動作と判定する。また、パン判定部502は、例えば、第一像振れ補正レンズ103または第2像振れ補正レンズ113の位置がレンズ中心位置から大きく離れたときにパン動作と判定する。
この処理により大きな振れが撮像装置に加わった場合に、像振れ補正レンズが可動範囲以上に駆動してしまうことを防止し、またパン動作直後の揺れ戻しにより撮影画像が不安定になることを防止する。
一方、振動センサ201で検出された振れ信号からLPF501で抽出された低周波成分を減算することで、振れ信号から高周波成分を抽出する。LPF504は、抽出された高周波成分を積分処理するためのローパスフィルタであり、振れ信号の高周波成分を積分することで、角速度情報から角度情報に変換し、高周波成分のみ抽出された振れ角度信号が生成される。なお、LPF503およびLPF504の係数を変更することでフィルタの出力を任意の倍率で出力することが可能である。
このように生成された低周波および高周波の振れ角度信号は、それぞれ第1レンズ位置制御部205、第3レンズ位置制御部211に入力される。具体的には、低周波成分から生成された第1の像振れ補正レンズ103の目標位置は、第1駆動リミット505で駆動量を制限された後、第1レンズ位置制御部205へ入力される。または、高周波成分から生成された第2の像振れ補正レンズ113の目標位置は、第3駆動リミット506で駆動量を制限された後、第3レンズ位置制御部211へ入力される。
第1ホール素子209で検出された第1像振れ補正レンズ103の位置情報は、第1位置検出信号増幅器507により所定の大きさに増幅される。その後、第1駆動リミット505から出力されたレンズ目標位置と比較され、第1ドライブ部207を介して位置フィードバック制御により像振れ補正動作が実行される。また、第2像振れ補正レンズ113の位置を検出する第3ホール素子216で検出された位置情報は、第3位置検出信号増幅器508により所定の大きさに増幅される。その後、第3駆動リミット506から出力されたレンズ目標位置と比較され、第3ドライブ部214を介して位置フィードバック制御により像振れ補正動作が実行される。なお、第1レンズ位置制御部205および第3レンズ位置制御部211の構成は、例えば、PID制御を使用するが、どのような制御演算器を使用してもよい。
以上のように構成された撮像装置において行われる像振れ補正レンズ制御方法について図8を参照して説明する。図8は、本実施形態の撮像装置による像振れ補正レンズ目標位置算出処理を説明するフローチャートである。この処理は、一定周期間隔で実行される。まず、処理が開始すると(ステップS101)、第1振動センサ201が手振れ信号を取得する(ステップS102)。続いて、LPF501が、手振れ信号の周波数帯域を分割する演算を行い(ステップS103)、LPF501の演算結果が手振れ信号の低周波成分としてメモリに保存される(ステップS104)。
次に、パン判定部502が、撮像装置がパン動作(パンニング)中であるか否かを判定する(ステップS105)。撮像装置がパンニング中であると判定された場合は、LPF503、504の演算が安定するまでの時定数を短くする処理が行われる(ステップS106)。一方、パンニング中ではないと判定された場合は、時定数変更の処理は行わず、処理がステップS107に進む。
ステップS107において、LPF503が、ステップS104でメモリに保存されたLPF501の出力値を取得する(ステップS107)。そして、LPF503が、取得した出力値を積分して、角速度情報から角度情報へ変換する(ステップS108)。
次に、第1駆動リミット505が、LPF503の出力値を所定の大きさに制限する(ステップS109)。そして、第1駆動リミット505が、LPF503の出力値を第1レンズ位置制御部205へ入力する(ステップS110)。これにより、第1像振れ補正レンズ103が駆動される。
次に、ステップS102で取得された手振れ信号からステップS104で保存されたLPF501の出力値を減算して(ステップS111)、手振れ信号の高周波数成分が抽出される。このようにして、手振れ信号がLPF501で設定したカットオフ周波数にて低周波成分と高周波成分に分割される。
LPF504が、抽出された手振れ信号の高周波成分を積分することで角速度信号から角度信号に変換する(ステップS112)。そして、第3駆動リミット506が、LFP504の出力値を所定の大きさに制限して(ステップS113)、第3レンズ位置制御部211へ入力する(ステップS114)。これにより、第2像振れ補正レンズ113が駆動され、処理が終了する(ステップS115)。このように、手振れ信号の低周波及び高周波信号に対して像振れ補正レンズが駆動されることで、撮像装置に加わる手振れの影響が除去される。
(現在位置検出手段の構成)
本実施形態に係る第1像振れ補正レンズ103および第2像振れ補正レンズ113の現在位置を検出する現在位置検出手段の位置検出精度の関係については、第1実施形態と同様のためその詳細を省略する。本実施形態では、前述のように、第1像振れ補正レンズ103は、手振れ信号のうち低周波成分のみを抽出し、これを補正するために駆動されるため、駆動ストロークが大きくなる傾向がある。補正角度を広くすることで大きな手振れに対しても精度よく補正できるように、第1像振れ補正レンズ103の現在位置検出手段は、図10(B)のホール素子を2つ使用した位置検精度の高い構成とする。
一方、第2像振れ補正レンズ113は、手振れ信号のうち高周波成分のみを抽出し、これを補正するために駆動されるため、第1像振れ補正レンズ103の像振れ補正量に比べて小さい補正量となり駆動ストロークが小さくなる。そのため、第2の像振れ補正レンズの現在位置検出手段は、図10(A)のホール素子を1つ使用した検出精度の低い構成とすることができる。以上のように、第1像振れ補正レンズ103および第2像ぶれ補正レンズ113の手振れ補正する周波数帯域を分けて、駆動ストロークの振り分けを設定することで第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
以上により、本実施形態においても、撮影者の手振れ特性の違いや撮影状況の違いによる像振れ補正性能の低下を防止する像振れ補正装置を提供することができる。
本発明の各工程は、ネットワーク又は各種記憶媒体を介して取得したソフトウェア(プログラム)をパソコン(コンピューター)等の処理装置(CPU、プロセッサ)にて実行することでも実現できる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
103 第1像振れ補正レンズ
113 第2像振れ補正レンズ
201 第1の振動センサ
203 第1像振れ補正制御部
209 第1ホール素子
216 第3ホール素子

Claims (14)

  1. 撮像装置に加えられる振れにより生ずる被写体像の画像振れを、第1の補正手段と第2の補正手段を用いて補正する像振れ補正装置であって、
    前記第1の補正手段の位置を検出する第1の位置検出手段と位置検出範囲の広さが異なり前記第2の補正手段の位置を検出する第2の位置検出手段により出力される位置検出信号と、前記第1の補正手段を駆動させるための第1の像振れ信号と異なる第2の像振れ信号と、に基づいて前記第2の補正手段を駆動させる制御手段
    を備え
    前記第1の位置検出手段は、前記第1の補正手段に設けられた第1の磁石による磁場を検出するホール素子が、前記第1の補正手段が駆動ストロークの中心に位置するときに前記第1の磁石の中心と対向する位置を挟むように2つ設けられていて、
    前記第2の位置検出手段は、前記第2の補正手段に設けられた第2の磁石による磁場を検出するホール素子が、前記第2の補正手段が駆動ストロークの中心に位置するときに前記第2の磁石の中心と対向する位置に1つ設けられている
    ことを特徴とする像振れ補正装置。
  2. 前記第の位置検出手段よりも前記第の位置検出手段の方が位置検出範囲が広い
    ことを特徴とする請求項1に記載の像振れ補正装置。
  3. 前記第2の像振れ信号は、前記第1の像振れ信号と前記第1の位置検出手段より出力される第1の位置検出信号を減算して算出された補正残り信号である
    ことを特徴とする請求項2に記載の像振れ補正装置。
  4. 前記第1の像振れ信号は、前記振れによる像振れ信号から抽出された低周波成分の信号であり、前記第2の像振れ信号は、前記振れによる像振れ信号から抽出された高周波成分の信号である
    ことを特徴とする請求項2に記載の像振れ補正装置。
  5. 前記第1の補正手段の像振れ補正の角度は、前記第2の補正手段の前記像振れ補正の補正角度に比べて広い
    ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の像振れ補正装置。
  6. 前記第1の補正手段は、前記第2の補正手段に比べて、駆動による光学性能劣化が小さくなるように構成されている
    ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の像振れ補正装置。
  7. 前記第1の補正手段の駆動方式は、前記第1の補正手段を前記撮像装置の撮影光学系の光軸に対してチルトする駆動方式であり、
    前記第2の補正手段の駆動方式は、前記第2の補正手段を前記光軸と直交する方向にシフトする駆動方式である
    ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の像振れ補正装置。
  8. 前記第1の補正手段は、前記第2の補正手段に比べて、被写体に近い位置に配置される
    ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の像振れ補正装置。
  9. 前記第1の補正手段の位置検出信号を増幅する第1の信号増幅手段による信号増幅率は、前記第2の補正手段の位置検出信号を増幅する第2の信号増幅手段による信号増幅率に比べて小さい
    ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の像振れ補正装置。
  10. 前記第1の補正手段の現在位置をフィードバック制御する第1のフィードバック制御手段の周波数帯域よりも、前記第2の補正手段の現在位置をフィードバック制御する第2のフィードバック制御手段の周波数帯域は広い
    ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の像振れ補正装置。
  11. 前記第1の補正手段の駆動ストロークは、前記第2の補正手段の駆動ストロークに比べて大きい
    ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の像振れ補正装置。
  12. 前記第1の補正手段及び前記第2の補正手段は、異なる補正レンズを有する
    ことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の像振れ補正装置。
  13. 撮像装置に加えられる振れにより生ずる被写体像の画像振れを、第1の補正手段と第2の補正手段を用いて補正する像振れ補正装置の制御方法であって、
    前記第1の補正手段の位置を検出する第1の位置検出工程と位置検出範囲の広さが異なり前記第2の補正手段の位置を検出する第2の位置検出工程により出力される位置検出信号と、前記第1の補正手段を駆動させるための第1の像振れ信号と異なる第2の像振れ信号と、に基づいて前記第2の補正手段を駆動させ
    前記第1の位置検出工程は、前記第1の補正手段に設けられた第1の磁石による磁場を検出するホール素子が、前記第1の補正手段が駆動ストロークの中心に位置するときに前記第1の磁石の中心と対向する位置を挟むように2つ設けられた第1の位置検出手段を用いて実行され、
    前記第2の位置検出工程は、前記第2の補正手段に設けられた第2の磁石による磁場を検出するホール素子が、前記第2の補正手段が駆動ストロークの中心に位置するときに前記第2の磁石の中心と対向する位置に1つ設けられていた第2の位置検出手段を用いて実行される
    ことを特徴とする像振れ補正装置の制御方法。
  14. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の像振れ補正装置を備える撮像装置。
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