手ブレ補正装置およびデジタルカメラ
【課題】スペースを節約しつつも大きな手ブレにも高速で対応可能な手ブレ補正機構を得る。
【解決手段】角速度センサ１５Ｌでカメラのロール角を検出する。角速度センサ１５Ｘ、１５Ｙでカメラのピッチ角、ヨー角を検出する。ピッチ角、ヨー角から撮像センサでの並進ブレ量を算出する。検出されたロール角に基づき手ブレ補正機構１６を駆動し、回転ブレを補正する。算出された並進ブレ量に基づき、撮影される画像から並進ブレを補正した領域を切り出しスルー画像としてモニタ１３に表示する。
【解決手段】角速度センサ１５Ｌでカメラのロール角を検出する。角速度センサ１５Ｘ、１５Ｙでカメラのピッチ角、ヨー角を検出する。ピッチ角、ヨー角から撮像センサでの並進ブレ量を算出する。検出されたロール角に基づき手ブレ補正機構１６を駆動し、回転ブレを補正する。算出された並進ブレ量に基づき、撮影される画像から並進ブレを補正した領域を切り出しスルー画像としてモニタ１３に表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手ブレ補正機能を備えたデジタルカメラに関し、特に縦横方向への並進的なブレ補正に加えて光軸周りの回転によるブレを補正可能なデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
手ブレに基づく像ブレには、カメラのピッチング、ヨーイングの回動に基づく並進成分（並進ブレ）と、ローリングに基づく回転成分（回転ブレ）が含まれる。回転ブレを含めた手ブレ補正を行う電子式手ブレ補正機構として、２画面間で動きベクトルを算出し、算出された動きベクトルから両画面間の回転および並進移動量を求め、これらに基づき両画像に共通する画像領域を読み出す構成が知られている（特許文献１参照）。また回転ブレに対応可能な光学式手ブレ補正機構としては、カメラのピッチ、ヨー、ロール角を角速度センサにより検出し、これらに基づき撮像センサを撮像平面内で回転・並進移動させ手ブレ補正を行う構成が知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１７８４８１号公報
【特許文献２】特開２００８−２５７２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電子式手ブレ補正において並進ブレに加え回転ブレの補正も行う場合、計算量が増大し時間的なロスが増大する。また、ローリング角が大きくなると、その分２画面間で共通に切り出せる領域、または切り出し領域のシフト可能な範囲が制限される。一方、光学式手ブレ補正機構を利用する場合、複雑な計算は不要なものの可動部の回転運動が付加されるため可動範囲が拡大され小型化において不利である。
【０００５】
本発明は、スペースを節約しつつも大きな手ブレにも高速で対応可能な手ブレ補正機構を得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の手ブレ補正装置は、ロール角を検出するロール角検出手段と、ロール角に基づき回転ブレを算出し、撮像センサを回転させて回転ブレ補正を行う回転ブレ補正手段と、並進ブレを検出する並進ブレ検出手段と、回転ブレ補正の下、撮像センサで撮影される２枚の画像から並進ブレ補正を行った領域を切り出す並進ブレ補正手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
並進ブレ検出手段は、例えばヨー角を検出するヨー角検出手段とピッチ角を検出するピッチ角検出手段とを備え、並進ブレがヨー角およびピッチ角に基づき算出される。この場合、２枚の画像の間で動きベクトルを生成・解析することなく、２枚の画像から並進ブレ補正を行った共通の領域を切り出すことができる。
【０００８】
また、並進ブレ検出手段は、２枚の画像から生成される動きベクトルに基づいて並進ブレを検出してもよい。
【０００９】
本発明のデジタルカメラは、上記手ブレ補正装置を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スペースを節約しつつも大きな手ブレにも高速で対応可能な手ブレ補正機構を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態のデジタルカメラにおけるセンサおよび手ブレ補正機構の配置を示す背面斜視図である。
【図２】本実施形態の手ブレ補正機構の可動部における各部品の配置を示す平面図である。
【図３】本実施形態のデジタルカメラの電気的な構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態における回転ブレ補正制御、並進ブレ補正量算出処理の流れを示すブロック図である。
【図５】ＸＹ平面上におけるホールセンサ２２Ｘの基準位置ＰＸ０と、回転ブレ補正において回転角θＬに対しホールセンサ２２Ｘが移動すべき位置ＰＸ１を示す図である。
【図６】ＸＹ平面上におけるホールセンサ２２ＹＬ、２２ＹＲの基準位置ＰＹＬ０、ＰＹＲ０と、回転ブレ補正において回転角θＬに対しホールセンサ２２ＹＬ、２２ＹＲが移動すべき位置ＰＹＬ１、ＰＹＲ１を示す図である。
【図７】回転ブレ補正制御および並進ブレ補正量算出処理に関わるタイマ割り込み処理のフローチャートである。
【図８】手ブレ補正処理全体（回転ブレ補正処理および並進ブレ補正処理）の流れを示すフローチャートである。
【図９】スルー画像の手ブレ補正を行う際の１枚目の画像の撮影状態を模式的に示す図である。
【図１０】従来の電子式手ブレ補正を用いた場合において、図９の状態からカメラ本体がロール角θＬ回転され、スルー画像の２枚目の画像が撮影されるときの状態を模式的に示す図である。
【図１１】本実施形態の手ブレ補正を用いた場合において、図９の状態からカメラ本体がロール角θＬ回転され、スルー画像の２枚目の画像が撮影されるときの状態を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態であるデジタルカメラの概略的な構成を示す背面斜視図である。
【００１３】
デジタルカメラ１０の本体背面には、例えば電源投入用のメインスイッチ１１、手ブレ補正機能のオン／オフを設定する補正スイッチ１２、および画像表示用のモニタ１３が配される。また、本体頂面には例えばレリーズボタン１４が設けられる。図１には、デジタルカメラ１０の本体内に収められる手ブレ検出用の３つのセンサ１５Ｌ、１５Ｘ、１５Ｙ、および手ブレ補正機構（ＳＲユニット）１６が破線で描かれている。
【００１４】
センサ１５Ｌ、１５Ｘ、１５Ｙは、例えば角速度センサであり、カメラ本体に固定される独立した３つの軸の周りの回転角速度を検出する。デジタルカメラ１０では、検出された角速度に基づき手ブレによる静止被写体像の撮像面上における変位（像ブレ）が算出され、手ブレ補正機構１６はこの変位に基づき駆動される。
【００１５】
３つの軸の１つは、例えばレンズ鏡筒１７の光軸Ｌであり、残り２つの軸は、光軸Ｌに直交する２つの軸である。通常これら２つの軸は、カメラ本体の横軸Ｘとこれに直交する縦軸Ｙである。本実施形態では、光軸Ｌの周りの回転角速度（ローリング角速度）が、角速度センサ１５Ｌによって検出され、カメラ本体の横軸Ｘ、縦軸Ｙ周りの回転角速度（ピッチング角速度、ヨーイング角速度）が、角速度センサ１５Ｘ、１５Ｙによってそれぞれを検出される。
【００１６】
次に図２を参照して、本実施形態における手ブレ補正機構１６の構成について説明する。図２は、手ブレ補正機構１６の可動部１８の構成を示す部品配置図であり、可動部１８をカメラ本体の背面側から見たときの配置が示される。可動部１８は、例えば基板１９上に撮像センサ２０、４つのコイル２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬ、３つの位置センサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬを設けたもので、撮像センサ２０は基板１９の略中央に配置される。撮像センサ２０の左右には、右側にコイル２１ＸＲ、右側にコイル２１ＸＬが配置され、撮像センサ２０の下側には、その下辺に沿って右側にコイル２１ＹＲ、左側に２１ＹＬが並んで配置される。
【００１７】
コイル２１ＸＲ、２１ＹＲ、２１ＹＬと重なる位置には、可動部１８の固定部に対する変位を検出する位置センサとして、それぞれホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬが配置される。なお、可動部１８は、後述するようにカメラ本体の固定部に設けられるヨークとの間の電磁力により駆動され、コイル２１ＸＲ、２１ＸＬは横軸Ｘ方向への力を発生させ、コイル２１ＹＲ、２１ＹＬは縦軸Ｙ方向への力を発生させる。
【００１８】
図３は、本実施形態のデジタルカメラ１０の電気的な構成を示すブロック図である。デジタルカメラ１０は、ＣＰＵ２３によって主に制御され、メインスイッチ（メインＳＷ）１１がオンされると、ＣＰＵ２３およびデジタルカメラ１０内の各部に電力が供給される。
【００１９】
レリーズボタン１４には、半押しでオン状態となる測光スイッチ(測光ＳＷ)および全押しでオン状態となるレリーズスイッチ(レリーズＳＷ)が設けられ、補正スイッチ（補正ＳＷ）１２とともにＣＰＵ２３のポート１の端子Ｐ１０〜Ｐ１２にそれぞれ接続される。
【００２０】
また、ＣＰＵ２３のポート２〜８には、ＡＦブロック２４、ＡＥブロック２５、撮像ブロック２６、絞り制御部２７、モニタ１３、映像メモリ２８、レンズ駆動部２９が接続される。ＣＰＵ２３は、測光スイッチ(測光ＳＷ)がオンされると、ＡＦブロック２４からの信号に基づいてレンズ駆動部２９を制御し自動焦点調節を行い、ＡＥブロック２５からの信号に基づいて絞り制御部２７および撮像ブロック２６を制御し、Ｆ値、シャッタ速度等を制御した自動露出制御を行う。
【００２１】
このとき撮像ブロック２６は、撮像センサ２０を駆動し、例えば１／６０秒間隔で撮像した画像をメモリ３０に順次一時的に保存する。また撮像ブロック２６は、ＣＰＵ２３からの指示に基づきメモリ３０に保存されている画像を順次読み出しＣＰＵ２３へと出力する。ＣＰＵ２３に入力された画像は、モニタ１３に順次出力され例えばスルー画像として表示される。また、レリーズスイッチ(レリーズＳＷ)がオンされると、メモリ３０に最後に保存された画像が不揮発性の映像メモリ２８に保存される。
【００２２】
ＣＰＵ２３には更に、Ａ／Ｄポート（Ａ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ６）が設けられる。Ａ／Ｄポート（Ａ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ２）には、ハイパスフィルタ３１Ｘ、３１Ｙ、３１Ｌ、アンプ３２Ｘ、３２Ｙ、３２Ｌをそれぞれ介して角速度センサ１５Ｘ、１５Ｙ、１５Ｌが接続される。一方、Ａ／Ｄポート（Ａ／Ｄ４〜Ａ／Ｄ６）には、ホールセンサ信号処理回路３３Ｘ、３３ＹＲ、３３ＹＬをそれぞれ介して、手ブレ補正機構１６の可動部１８に設けられたホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬが接続される。
【００２３】
ＣＰＵ２３は更にＰＷＭポート（ＰＷＭ０〜ＰＷＭ２）を備え、ＰＷＭポート（ＰＷＭ０〜ＰＷＭ２）はドライバ回路３４を介して、可動部１８のコイル２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬに接続される。手ブレ補正機構１６の固定部には、各コイルに対応してヨークが設けられ、各コイル２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬへ供給する電流を制御することより可動部１８を固定部に対して並進・回転させることができる。なお、図３ではコイル２１ＸＬは省略されている。
【００２４】
ＣＰＵ２３では、補正スイッチ１２がオンされている間、角速度センサ１５Ｘ、１５Ｙ、１５Ｌの信号に基づき手ブレの並進成分（並進ブレ：Ｘ軸Ｙ軸周りの回動によるブレを補正する成分）、回転成分（回転ブレ）が例えば所定時間（例えば１ｍＳ）毎に算出され、回転ブレに基づきドライバ回路３４が駆動される。すなわち可動部１８（撮像センサ２０）が、コイル２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬを用いて略光学中心（イメージサークルの中心）を軸として回転ブレを相殺するように回転される。また、可動部１８に設けられたホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬにより可動部１８、すなわち撮像センサ２０の位置が検出され、手ブレ補正機構１６における回転ブレ補正のフィードバック制御に用いられる。
【００２５】
次に図４を参照して、ＣＰＵ２３において実行される回転ブレ補正制御および並進ブレ補正量算出処理について説明する。なお、図４は回転ブレ補正制御、並進ブレ補正量算出処理に関する制御の流れを示すブロック図であり、破線で囲まれる領域内がＣＰＵ２３において実行される処理である。これらの処理は例えば所定時間（例えば１ｍＳ）間隔の割り込み処理として実行される。
【００２６】
角速度センサ１５Ｘ、１５Ｙ、１５Ｌの各ジャイロで得られた信号は、アナログハイパスフィルタ３１Ｘ、３１Ｙ、３１Ｌを介してパンニングなどに起因する成分が除去された後、アンプ３２Ｘ、３２Ｙ、３２Ｌを通して増幅され、角速度信号ＶＸ、ＶＹ、ＶＬとしてＣＰＵ２３のＡ／Ｄポート（Ａ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ２）に入力される。角速度信号ＶＸ、ＶＹ、ＶＬには、Ａ／Ｄ変換が施され（ブロック３５Ｘ、３５Ｙ、３５Ｌ）、デジタルハイパスフィルタ処理が施されて手ブレに関わる情報のみが抽出される（ブロック３６Ｘ、３６Ｙ、３６Ｌ）。その後、角速度信号に積分演算が施され、各軸Ｘ、Ｙ、Ｌ周りの回転角度（ピッチ角、ヨー角、ロール角）θＸ、θＹ、θＬが求められる（ブロック３７Ｘ、３７Ｙ、３６Ｌ）。
【００２７】
並進ブレ補正量、すなわち手ブレの並進成分により静止被写体像が撮像面上で移動するＸ軸方向、Ｙ軸方向への並進シフト量ＳＸ、ＳＹは、ヨー角θＹ、ピッチ角θＸ、および焦点距離ｆ等のレンズ情報（ブロック３９）からそれぞれ計算される（ブロック３８Ｘ、３８Ｙ）。算出された並進シフト量ＳＸ、ＳＹは、順次メモリに保持され計算される毎に更新される（ブロック４０）。
【００２８】
一方、光軸Ｌ周りのロール角θＬからは、回転ブレ補正のためのコイル２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬによる可動部１８のシフト量が計算される(ブロック４１)。本実施形態において、回転ブレ補正のための可動部１８のシフト量は、コイル２１ＸＲ、２１ＸＬによるＸ軸方向へのシフト量Ｘ、コイル２１ＹＲによるＹ軸方向へのシフト量ＹＲ、コイル２１ＹＬによるＹ軸方向へのシフト量ＹＬとして求められる。
【００２９】
ここでシフト量Ｘは、ホールセンサ２２Ｘの基準位置からのＸ軸方向へのシフト量に対応し、シフト量ＹＲ、ＹＬはホールセンサ２２ＹＲ、２２ＹＬの基準位置からのＹ軸方向へのシフト量に対応する。各ホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬの基準位置は、撮像センサ２０の各辺をＸ軸、Ｙ軸に平行にするとともに、その有効画素領域の中心を光学中心に配置した可動部１８の標準位置における各ホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬの位置に対応する。なお、本実施形態においてコイル２１ＸＲ、２１ＸＬはＸ軸に沿って直列的に配置され、両コイル２１ＸＲ、２１ＸＬは可動部１８のＸ軸に沿った並進運動のみに寄与するため、両コイル２１ＸＲ、２１ＸＬによる可動部１８のシフト量は同じ値Ｘとして表される。
【００３０】
手ブレ補正機構１６の制御目標値は、手ブレ補正機能（補正スイッチ１２）がオン状態のときには例えば１ｍＳ毎に計算される上記シフト量Ｘ、ＹＲ、ＹＬに設定される。一方、手ブレ補正機能(補正スイッチ１２)がオフ状態のときには、撮像センサ２０は傾けられることなく、その有効画素領域の中心が光学中心となるように配置される。すなわち、制御目標値としては、ホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬが基準位置にあるときの値Ｘ＝ＹＲ＝ＹＬ＝０が設定される（ブロック４３Ｘ、４３ＹＲ、４３ＹＬ）。
【００３１】
一方、ホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬで検出された信号は、ホールセンサ信号処理回路３３Ｘ、３３ＹＲ、３３ＹＬにおいて、上述の基準位置からのシフト量ＸＣ、ＹＲＣ、ＹＬＣに対応する信号に変換されるとともにＡ／Ｄポート（Ａ／Ｄ４〜Ａ／Ｄ６）を通してＣＰＵ２３に入力されＡ／Ｄ変換される（ブロック４３Ｘ、４３ＹＲ、４３ＹＬ）。
【００３２】
シフト量ＸＣ、ＹＲＣ、ＹＬＣはそれぞれフィードバックされ、制御目標値に設定されたシフト量Ｘ、ＹＲ、ＹＬとの間の偏差が求められる。各偏差にはＰＩＤ演算などの自動制御演算（ブロック４５Ｘ、４５ＹＲ、４５ＹＬ）が施され、自動制御演算により得られた信号はそれぞれパルス変調された後、操作量ＤＸ、ＤＹＲ、ＤＹＬとしてＰＷＭポート（ＰＷＭ０〜ＰＷＭ２）からドライバ３４へと出力される。ドライバ回路３４は、操作量ＤＸ、ＤＹＲ、ＤＹＬに対応する駆動力で可動部１８を駆動するようにコイル２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬに電流を供給する。これにより可動部１８は、手ブレ補正機能がオンのときには回転ブレを相殺するように回転駆動され、手ブレ補正機能がオフのときには標準位置に保持される。
【００３３】
次に図５、図６を参照して、図４のブロック４１におけるシフト量Ｘ、シフト量ＹＲ、ＹＬの算出方法について説明する。
【００３４】
図５には、ＸＹ平面上におけるホールセンサ２２Ｘの基準位置ＰＸ０と、回転ブレ補正において、ロール角θＬに対しホールセンサ２２Ｘが移動されるべき位置ＰＸ１が示される。同様に図６には、ＸＹ平面上におけるホールセンサ２２ＹＬ、２２ＹＲの基準位置ＰＹＬ０、ＰＹＲ０と、回転ブレ補正においてロール角θＬに対しホールセンサ２２ＹＬ、２２ＹＲが移動されるべき位置ＰＹＬ１、ＰＹＲ１が示される。なお、図５、図６は、モニタ１３（図１参照）側からの平面図である。
【００３５】
図５に示されるように、ホールセンサ２２Ｘの基準位置ＰＸ０が、光学中心Ｏに対してＸ軸からの角度αＸ（Ｘ軸＋方向から時計回り）、距離ＲＸの位置にあるとき、ロール角θＬに対してホールセンサ２２Ｘが回転ブレ補正のために移動されるべき位置ＰＸ１は、基準位置ＰＸ０に対して図５の位置関係にあり、シフト量Ｘは、
Ｘ＝ＲＸ・ｃｏｓ（αＸ＋θＬ）−ＲＸ・ｃｏｓ（αＸ）
として算出される。
【００３６】
一方、図６に示されるように、ホールセンサ２２ＹＲの基準位置ＰＹＲ０が、光学中心Ｏに対してＹ軸からの角度αＹＲ（Ｙ軸−方向から反時計回り）、距離ＲＹＲの位置にあるとき、ロール角θＬに対してホールセンサ２２ＹＲが回転ブレ補正のために移動されるべき位置ＰＹＲ１は、基準位置ＰＹＲ０に対して図６の位置関係にあり、シフト量ＹＲは、
ＹＲ＝ＲＹＬ・ｃｏｓ（αＹＬ０）−ＲＹＬ・ｃｏｓ（αＹＬ０＋θＬ）
として算出される。
【００３７】
同様に、ホールセンサ２２ＹＬの基準位置ＰＹＬ０が、光学中心Ｏに対してＹ軸からの角度αＹＬ（Ｙ軸−方向から時計回り）、距離ＲＹＬの位置にあるとき、ロール角θＬに対してホールセンサ２２ＹＬが回転ブレ補正のために移動されるべき位置ＰＹＬ１は、基準位置ＰＹＬ０に対して図６の位置関係にあり、シフト量ＹＬは、
ＹＬ＝ＲＹＬ・ｃｏｓ（αＹＬ）−ＲＹＬ・ｃｏｓ（αＹＬ＋θＬ）
として算出される。
【００３８】
次に図７のフローチャートを参照して、図４を参照して説明した回転ブレ補正制御および並進ブレ補正量算出処理（割り込み処理）について説明する。
【００３９】
所定時間（１ｍＳ）毎のタイマ割り込みが発生すると、ＣＰＵ２３においては図７のフローチャートが実行される。まずステップＳ１００においてＡ／Ｄポート（Ａ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ２）からピッチング、ヨーイング、ローリングの角速度（ＶＸ、ＶＹＲ、ＶＹＬ）の入力が行われる。次にステップＳ１０２で、ホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬの現在位置ＰＸ、ＰＬＲ、ＰＹＬにおける基準位置ＰＸ０、ＰＹＲ０、ＰＹＬ０からＸ軸、Ｙ軸方向への現シフト量ＸＣ、ＹＲＣ、ＹＬＣが、Ａ／Ｄポート（Ａ／Ｄ４〜Ａ／Ｄ６）を通して入力される。
【００４０】
ステップＳ１０４では、手ブレ補正機能（補正スイッチ１２）がオン状態であるか否かを示す補正フラグＳＲの判定が行われる。補正フラグＳＲが１(真)のときにはステップＳ１０６において、ピッチ、ヨー、ロール角度θＸ、θＹ、θＬが計算され、ステップＳ１０８では、焦点距離ｆ等のレンズ情報とピッチ、ヨー角度θＸ、θＹから並進ブレに対応するＸ軸、Ｙ軸方向へのシフト量ＳＸ、ＳＹが計算される。
【００４１】
ステップＳ１１０では、回転ブレ補正のために、ホールセンサ２２ＸをＸ軸方向へ移動する際の基準位置ＰＸ０からのシフト量Ｘ、ホールセンサ２２ＹＲを、Ｙ軸方向へ移動する際の基準位置ＰＹＲ０からのシフト量ＹＲ、ホールセンサ２２ＹＬをＹ軸方向に移動する際の基準位置ＰＹＬ０からのシフト量ＹＬが、検出されるロール角θＬに基づいて算出され、制御目標値とされる。
【００４２】
ステップＳ１１２では、制御目標値Ｘ、ＹＲ、ＹＬとステップＳ１０２で得られた現シフト量ＸＣ、ＹＲＣ、ＹＬＣとの間の偏差に対して自動制御演算が施される。そして、ステップＳ１１４では、自動制御演算により得られた操作量ＤＸ、ＤＹＲ、ＤＹＬに基づき手ブレ補正機構１６が駆動され、この割り込み処理は終了する。
【００４３】
一方、ステップＳ１０４において補正フラグＳＲが０(偽)であり、手ブレ補正機能（補正スイッチ１２）がオフ状態であると判定された場合には、ステップＳ１１６において並進ブレを補正するためのシフト量ＳＸ、ＳＹがともに０に設定される。また、ステップＳ１１８では、制御目標値にＸ＝ＹＲ＝ＹＬ＝０が設定され、その後ステップＳ１１２、Ｓ１１４の処理が実行されてこの割り込み処理は終了する。
【００４４】
次に図８のフローチャートおよび図３を参照して、ＣＰＵ２３で実行される本実施形態の手ブレ補正処理全体（回転ブレ補正処理および並進ブレ補正処理）の流れについて説明する。
【００４５】
メインスイッチ１１がオンされると、ステップＳ２００において角速度センサ１５Ｘ、１５Ｙ、１５Ｌ（図１、図３参照）のジャイロが起動される。ステップＳ２０２では、図７で説明された回転ブレ補正制御および並進ブレ補正量算出処理を行う１ｍＳ毎のタイマ割り込みが設定されるとともに開始される。
【００４６】
ステップＳ２０４では、測光スイッチ（図３参照）がオンされたか否かの判定が繰り返され、オンされたと判定されるとステップＳ２０６において補正スイッチ（図１、図３参照）のオン／オフ状態が判定される。補正スイッチがオフ状態の場合にはステップＳ２０８において補正フラグがＳＲ＝０（偽）に設定され、オン状態の場合にはステップＳ２１０において補正フラグがＳＲ＝１（真）に設定される。設定された補正フラグＳＲは前述したように図７のステップＳ１０４において参照される。
【００４７】
ステップＳ２０８またはステップＳ２１０において補正フラグＳＲが設定されると、ステップＳ２１２〜Ｓ２１６において測光処理、ＡＦ処理、絞り駆動処理が実行される。ステップＳ２１８では、撮像センサ２０における撮像処理が実行され、メモリ３０に一時的に保存される。
【００４８】
ステップＳ２２０では、図７の割り込み処理において計算された並進ブレのシフト量ＳＸ、ＳＹに基づき、ステップＳ２１８で撮影された画像における切り出し領域のピクセル単位でのシフト量が計算される。ステップＳ２２２では、メモリ３０に保存された画像から、計算されたシフト量に基づきシフトされた切り出し領域の画像データのみが読み出されＣＰＵ２３に入力される。
【００４９】
ステップＳ２２４では、ステップＳ２２２において切り出された画像がモニタ１３に出力されスルー画像として用いられる。またステップＳ２２６では、レリーズスイッチ（図３参照）がオンされたか否かが判定される。レリーズスイッチがオンされていないと判定されると、処理はステップＳ２０４に戻り同様の処理が繰り返される。なお、撮像センサ２０によるスルー画像の撮影とモニタ１３でのスルー画像表示は、例えば１／６０秒間隔で行われる。なお、モニタ１３に出力される画像を映像メモリ２８に動画像として同時に記録する構成とすることもできる。
【００５０】
一方、ステップＳ２２６においてレリーズスイッチがオンされていると判定されると、ステップＳ２２８において最後に撮影された画像の全画像データが読み出され、映像メモリ２８（図３参照）に記録される。その後処理はステップＳ２０４に戻り、メインスイッチ１１がオフされるまで同様の処理が繰り返される。
【００５１】
次に図９〜図１１を参照して、本実施形態の手ブレ補正処理の作用・効果について説明する。図９〜図１１では、撮像センサ２０の有効画素領域が矩形領域Ａ、スルー画像として読み出される切り出し領域が矩形領域Ｂとして示される。図９には、１枚目の画像の撮影状態が示され、図１０、図１１には、図９の状態からカメラ本体がロール角θＬ回転され、２枚目の画像が撮影されたときの状態が示される。図１０は従来の電子式手ブレ補正を用いた場合を示し、図１１は本実施形態の手ブレ補正を用いた場合を示す。
【００５２】
図１０に示される従来の電子式手ブレ補正を用いた場合、撮像センサ２０はカメラ本体とともにローリングするため、２枚目の画像撮影において、有効画素領域Ａは破線で示される図９の位置からロール角θＬ傾けられる。一方、切り出し領域Ｂは、被写体に対し図９の切り出し領域Ｂと同じ領域である。このため切り出し領域Ｂは有効画素領域Ａの矩形領域に対しロール角θＬ傾いた矩形領域となる。したがって、切り出し領域Ｂは、並進ブレに対しＸ軸方向にΔｘ、Ｙ軸方向にΔｙしか移動することができない。
【００５３】
一方、図１１に示されるように本実施形態の手ブレ補正では、カメラ本体がローリングしても撮像センサ２０はローリングせずに元の位置に維持される。そのため有効画素領域Ａ、切り出し領域Ｂの位置は１枚目の画像を撮影した図９のときと変わらず、切り出し領域Ｂが有効画素領域Ａに対して傾けられることはない。したがって、切り出し領域Ｂは、並進ブレに対しＸ軸方向にΔＸ（＞Δｘ）、Ｙ軸方向にΔＹ（＞Δｙ）移動することができ、従来の電子式手ブレ補正よりも大きな並進ブレに対応できる、または、より広い切り出し領域を確保できる。
【００５４】
以上のように、本実施形態によれば、ロール角を検出して回転ブレを機械的に補正（撮像センサの回転）するとともに、並進ブレを電子的に補正（共通被写体領域の切り出し）することで、例えばスルー画像などの動画の撮影・表示（記録）において、回転ブレを含めた手ブレの補正を高速で効果的に行うことができ、手ブレ補正機構も小型化できる。
【００５５】
すなわち、本実施形態では２枚の画像から動きベクトルを生成・解析する必要がないので、画像の切り出しを高速に行える。また、本実施形態では、回転ブレに対してのみ機械的に補正を行い、並進ブレに対しては電子式の補正を行うため、並進ブレに対し撮像センサを縦横方向へのシフトさせる必要がなく、可動部の可動領域を狭く設定することが可能になる。
【００５６】
なお、本実施形態では並進ブレを検出するセンサを設け、切り出し領域を検出された並進ブレ量に基づいて縦横方向へシフトした。しかし、並進ブレを検出するセンサを設けずに、縦横方向へのシフト量は２枚の画像を用いた動きベクトルから算出する構成とすることもできる。この場合、例えば１／３０秒毎に同一フィールドの２枚の画像を用いて動きベクトルが生成・解析される。また、撮像センサにおける撮像処理と、割り込み処理による手ブレ補正は同期される。すなわち、図７の割り込み処理は１ｍＳではなく、例えば１／３ｍＳで行われる。なおこの場合においても、回転に関わるシフト量を動きベクトルから計算する必要がないので、従来の電子式手ブレ補正に比べ高速な処理が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ デジタルカメラ
１２ 補正スイッチ
１３ モニタ
１５Ｘ、１５Ｙ、１５Ｌ 角速度センサ
１６ 手ブレ補正機構
１８ 可動部
２０ 撮像センサ
２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬ コイル
２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬ ホールセンサ
２３ ＣＰＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手ブレ補正機能を備えたデジタルカメラに関し、特に縦横方向への並進的なブレ補正に加えて光軸周りの回転によるブレを補正可能なデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
手ブレに基づく像ブレには、カメラのピッチング、ヨーイングの回動に基づく並進成分（並進ブレ）と、ローリングに基づく回転成分（回転ブレ）が含まれる。回転ブレを含めた手ブレ補正を行う電子式手ブレ補正機構として、２画面間で動きベクトルを算出し、算出された動きベクトルから両画面間の回転および並進移動量を求め、これらに基づき両画像に共通する画像領域を読み出す構成が知られている（特許文献１参照）。また回転ブレに対応可能な光学式手ブレ補正機構としては、カメラのピッチ、ヨー、ロール角を角速度センサにより検出し、これらに基づき撮像センサを撮像平面内で回転・並進移動させ手ブレ補正を行う構成が知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１７８４８１号公報
【特許文献２】特開２００８−２５７２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電子式手ブレ補正において並進ブレに加え回転ブレの補正も行う場合、計算量が増大し時間的なロスが増大する。また、ローリング角が大きくなると、その分２画面間で共通に切り出せる領域、または切り出し領域のシフト可能な範囲が制限される。一方、光学式手ブレ補正機構を利用する場合、複雑な計算は不要なものの可動部の回転運動が付加されるため可動範囲が拡大され小型化において不利である。
【０００５】
本発明は、スペースを節約しつつも大きな手ブレにも高速で対応可能な手ブレ補正機構を得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の手ブレ補正装置は、ロール角を検出するロール角検出手段と、ロール角に基づき回転ブレを算出し、撮像センサを回転させて回転ブレ補正を行う回転ブレ補正手段と、並進ブレを検出する並進ブレ検出手段と、回転ブレ補正の下、撮像センサで撮影される２枚の画像から並進ブレ補正を行った領域を切り出す並進ブレ補正手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
並進ブレ検出手段は、例えばヨー角を検出するヨー角検出手段とピッチ角を検出するピッチ角検出手段とを備え、並進ブレがヨー角およびピッチ角に基づき算出される。この場合、２枚の画像の間で動きベクトルを生成・解析することなく、２枚の画像から並進ブレ補正を行った共通の領域を切り出すことができる。
【０００８】
また、並進ブレ検出手段は、２枚の画像から生成される動きベクトルに基づいて並進ブレを検出してもよい。
【０００９】
本発明のデジタルカメラは、上記手ブレ補正装置を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スペースを節約しつつも大きな手ブレにも高速で対応可能な手ブレ補正機構を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態のデジタルカメラにおけるセンサおよび手ブレ補正機構の配置を示す背面斜視図である。
【図２】本実施形態の手ブレ補正機構の可動部における各部品の配置を示す平面図である。
【図３】本実施形態のデジタルカメラの電気的な構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態における回転ブレ補正制御、並進ブレ補正量算出処理の流れを示すブロック図である。
【図５】ＸＹ平面上におけるホールセンサ２２Ｘの基準位置ＰＸ０と、回転ブレ補正において回転角θＬに対しホールセンサ２２Ｘが移動すべき位置ＰＸ１を示す図である。
【図６】ＸＹ平面上におけるホールセンサ２２ＹＬ、２２ＹＲの基準位置ＰＹＬ０、ＰＹＲ０と、回転ブレ補正において回転角θＬに対しホールセンサ２２ＹＬ、２２ＹＲが移動すべき位置ＰＹＬ１、ＰＹＲ１を示す図である。
【図７】回転ブレ補正制御および並進ブレ補正量算出処理に関わるタイマ割り込み処理のフローチャートである。
【図８】手ブレ補正処理全体（回転ブレ補正処理および並進ブレ補正処理）の流れを示すフローチャートである。
【図９】スルー画像の手ブレ補正を行う際の１枚目の画像の撮影状態を模式的に示す図である。
【図１０】従来の電子式手ブレ補正を用いた場合において、図９の状態からカメラ本体がロール角θＬ回転され、スルー画像の２枚目の画像が撮影されるときの状態を模式的に示す図である。
【図１１】本実施形態の手ブレ補正を用いた場合において、図９の状態からカメラ本体がロール角θＬ回転され、スルー画像の２枚目の画像が撮影されるときの状態を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態であるデジタルカメラの概略的な構成を示す背面斜視図である。
【００１３】
デジタルカメラ１０の本体背面には、例えば電源投入用のメインスイッチ１１、手ブレ補正機能のオン／オフを設定する補正スイッチ１２、および画像表示用のモニタ１３が配される。また、本体頂面には例えばレリーズボタン１４が設けられる。図１には、デジタルカメラ１０の本体内に収められる手ブレ検出用の３つのセンサ１５Ｌ、１５Ｘ、１５Ｙ、および手ブレ補正機構（ＳＲユニット）１６が破線で描かれている。
【００１４】
センサ１５Ｌ、１５Ｘ、１５Ｙは、例えば角速度センサであり、カメラ本体に固定される独立した３つの軸の周りの回転角速度を検出する。デジタルカメラ１０では、検出された角速度に基づき手ブレによる静止被写体像の撮像面上における変位（像ブレ）が算出され、手ブレ補正機構１６はこの変位に基づき駆動される。
【００１５】
３つの軸の１つは、例えばレンズ鏡筒１７の光軸Ｌであり、残り２つの軸は、光軸Ｌに直交する２つの軸である。通常これら２つの軸は、カメラ本体の横軸Ｘとこれに直交する縦軸Ｙである。本実施形態では、光軸Ｌの周りの回転角速度（ローリング角速度）が、角速度センサ１５Ｌによって検出され、カメラ本体の横軸Ｘ、縦軸Ｙ周りの回転角速度（ピッチング角速度、ヨーイング角速度）が、角速度センサ１５Ｘ、１５Ｙによってそれぞれを検出される。
【００１６】
次に図２を参照して、本実施形態における手ブレ補正機構１６の構成について説明する。図２は、手ブレ補正機構１６の可動部１８の構成を示す部品配置図であり、可動部１８をカメラ本体の背面側から見たときの配置が示される。可動部１８は、例えば基板１９上に撮像センサ２０、４つのコイル２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬ、３つの位置センサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬを設けたもので、撮像センサ２０は基板１９の略中央に配置される。撮像センサ２０の左右には、右側にコイル２１ＸＲ、右側にコイル２１ＸＬが配置され、撮像センサ２０の下側には、その下辺に沿って右側にコイル２１ＹＲ、左側に２１ＹＬが並んで配置される。
【００１７】
コイル２１ＸＲ、２１ＹＲ、２１ＹＬと重なる位置には、可動部１８の固定部に対する変位を検出する位置センサとして、それぞれホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬが配置される。なお、可動部１８は、後述するようにカメラ本体の固定部に設けられるヨークとの間の電磁力により駆動され、コイル２１ＸＲ、２１ＸＬは横軸Ｘ方向への力を発生させ、コイル２１ＹＲ、２１ＹＬは縦軸Ｙ方向への力を発生させる。
【００１８】
図３は、本実施形態のデジタルカメラ１０の電気的な構成を示すブロック図である。デジタルカメラ１０は、ＣＰＵ２３によって主に制御され、メインスイッチ（メインＳＷ）１１がオンされると、ＣＰＵ２３およびデジタルカメラ１０内の各部に電力が供給される。
【００１９】
レリーズボタン１４には、半押しでオン状態となる測光スイッチ(測光ＳＷ)および全押しでオン状態となるレリーズスイッチ(レリーズＳＷ)が設けられ、補正スイッチ（補正ＳＷ）１２とともにＣＰＵ２３のポート１の端子Ｐ１０〜Ｐ１２にそれぞれ接続される。
【００２０】
また、ＣＰＵ２３のポート２〜８には、ＡＦブロック２４、ＡＥブロック２５、撮像ブロック２６、絞り制御部２７、モニタ１３、映像メモリ２８、レンズ駆動部２９が接続される。ＣＰＵ２３は、測光スイッチ(測光ＳＷ)がオンされると、ＡＦブロック２４からの信号に基づいてレンズ駆動部２９を制御し自動焦点調節を行い、ＡＥブロック２５からの信号に基づいて絞り制御部２７および撮像ブロック２６を制御し、Ｆ値、シャッタ速度等を制御した自動露出制御を行う。
【００２１】
このとき撮像ブロック２６は、撮像センサ２０を駆動し、例えば１／６０秒間隔で撮像した画像をメモリ３０に順次一時的に保存する。また撮像ブロック２６は、ＣＰＵ２３からの指示に基づきメモリ３０に保存されている画像を順次読み出しＣＰＵ２３へと出力する。ＣＰＵ２３に入力された画像は、モニタ１３に順次出力され例えばスルー画像として表示される。また、レリーズスイッチ(レリーズＳＷ)がオンされると、メモリ３０に最後に保存された画像が不揮発性の映像メモリ２８に保存される。
【００２２】
ＣＰＵ２３には更に、Ａ／Ｄポート（Ａ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ６）が設けられる。Ａ／Ｄポート（Ａ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ２）には、ハイパスフィルタ３１Ｘ、３１Ｙ、３１Ｌ、アンプ３２Ｘ、３２Ｙ、３２Ｌをそれぞれ介して角速度センサ１５Ｘ、１５Ｙ、１５Ｌが接続される。一方、Ａ／Ｄポート（Ａ／Ｄ４〜Ａ／Ｄ６）には、ホールセンサ信号処理回路３３Ｘ、３３ＹＲ、３３ＹＬをそれぞれ介して、手ブレ補正機構１６の可動部１８に設けられたホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬが接続される。
【００２３】
ＣＰＵ２３は更にＰＷＭポート（ＰＷＭ０〜ＰＷＭ２）を備え、ＰＷＭポート（ＰＷＭ０〜ＰＷＭ２）はドライバ回路３４を介して、可動部１８のコイル２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬに接続される。手ブレ補正機構１６の固定部には、各コイルに対応してヨークが設けられ、各コイル２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬへ供給する電流を制御することより可動部１８を固定部に対して並進・回転させることができる。なお、図３ではコイル２１ＸＬは省略されている。
【００２４】
ＣＰＵ２３では、補正スイッチ１２がオンされている間、角速度センサ１５Ｘ、１５Ｙ、１５Ｌの信号に基づき手ブレの並進成分（並進ブレ：Ｘ軸Ｙ軸周りの回動によるブレを補正する成分）、回転成分（回転ブレ）が例えば所定時間（例えば１ｍＳ）毎に算出され、回転ブレに基づきドライバ回路３４が駆動される。すなわち可動部１８（撮像センサ２０）が、コイル２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬを用いて略光学中心（イメージサークルの中心）を軸として回転ブレを相殺するように回転される。また、可動部１８に設けられたホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬにより可動部１８、すなわち撮像センサ２０の位置が検出され、手ブレ補正機構１６における回転ブレ補正のフィードバック制御に用いられる。
【００２５】
次に図４を参照して、ＣＰＵ２３において実行される回転ブレ補正制御および並進ブレ補正量算出処理について説明する。なお、図４は回転ブレ補正制御、並進ブレ補正量算出処理に関する制御の流れを示すブロック図であり、破線で囲まれる領域内がＣＰＵ２３において実行される処理である。これらの処理は例えば所定時間（例えば１ｍＳ）間隔の割り込み処理として実行される。
【００２６】
角速度センサ１５Ｘ、１５Ｙ、１５Ｌの各ジャイロで得られた信号は、アナログハイパスフィルタ３１Ｘ、３１Ｙ、３１Ｌを介してパンニングなどに起因する成分が除去された後、アンプ３２Ｘ、３２Ｙ、３２Ｌを通して増幅され、角速度信号ＶＸ、ＶＹ、ＶＬとしてＣＰＵ２３のＡ／Ｄポート（Ａ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ２）に入力される。角速度信号ＶＸ、ＶＹ、ＶＬには、Ａ／Ｄ変換が施され（ブロック３５Ｘ、３５Ｙ、３５Ｌ）、デジタルハイパスフィルタ処理が施されて手ブレに関わる情報のみが抽出される（ブロック３６Ｘ、３６Ｙ、３６Ｌ）。その後、角速度信号に積分演算が施され、各軸Ｘ、Ｙ、Ｌ周りの回転角度（ピッチ角、ヨー角、ロール角）θＸ、θＹ、θＬが求められる（ブロック３７Ｘ、３７Ｙ、３６Ｌ）。
【００２７】
並進ブレ補正量、すなわち手ブレの並進成分により静止被写体像が撮像面上で移動するＸ軸方向、Ｙ軸方向への並進シフト量ＳＸ、ＳＹは、ヨー角θＹ、ピッチ角θＸ、および焦点距離ｆ等のレンズ情報（ブロック３９）からそれぞれ計算される（ブロック３８Ｘ、３８Ｙ）。算出された並進シフト量ＳＸ、ＳＹは、順次メモリに保持され計算される毎に更新される（ブロック４０）。
【００２８】
一方、光軸Ｌ周りのロール角θＬからは、回転ブレ補正のためのコイル２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬによる可動部１８のシフト量が計算される(ブロック４１)。本実施形態において、回転ブレ補正のための可動部１８のシフト量は、コイル２１ＸＲ、２１ＸＬによるＸ軸方向へのシフト量Ｘ、コイル２１ＹＲによるＹ軸方向へのシフト量ＹＲ、コイル２１ＹＬによるＹ軸方向へのシフト量ＹＬとして求められる。
【００２９】
ここでシフト量Ｘは、ホールセンサ２２Ｘの基準位置からのＸ軸方向へのシフト量に対応し、シフト量ＹＲ、ＹＬはホールセンサ２２ＹＲ、２２ＹＬの基準位置からのＹ軸方向へのシフト量に対応する。各ホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬの基準位置は、撮像センサ２０の各辺をＸ軸、Ｙ軸に平行にするとともに、その有効画素領域の中心を光学中心に配置した可動部１８の標準位置における各ホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬの位置に対応する。なお、本実施形態においてコイル２１ＸＲ、２１ＸＬはＸ軸に沿って直列的に配置され、両コイル２１ＸＲ、２１ＸＬは可動部１８のＸ軸に沿った並進運動のみに寄与するため、両コイル２１ＸＲ、２１ＸＬによる可動部１８のシフト量は同じ値Ｘとして表される。
【００３０】
手ブレ補正機構１６の制御目標値は、手ブレ補正機能（補正スイッチ１２）がオン状態のときには例えば１ｍＳ毎に計算される上記シフト量Ｘ、ＹＲ、ＹＬに設定される。一方、手ブレ補正機能(補正スイッチ１２)がオフ状態のときには、撮像センサ２０は傾けられることなく、その有効画素領域の中心が光学中心となるように配置される。すなわち、制御目標値としては、ホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬが基準位置にあるときの値Ｘ＝ＹＲ＝ＹＬ＝０が設定される（ブロック４３Ｘ、４３ＹＲ、４３ＹＬ）。
【００３１】
一方、ホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬで検出された信号は、ホールセンサ信号処理回路３３Ｘ、３３ＹＲ、３３ＹＬにおいて、上述の基準位置からのシフト量ＸＣ、ＹＲＣ、ＹＬＣに対応する信号に変換されるとともにＡ／Ｄポート（Ａ／Ｄ４〜Ａ／Ｄ６）を通してＣＰＵ２３に入力されＡ／Ｄ変換される（ブロック４３Ｘ、４３ＹＲ、４３ＹＬ）。
【００３２】
シフト量ＸＣ、ＹＲＣ、ＹＬＣはそれぞれフィードバックされ、制御目標値に設定されたシフト量Ｘ、ＹＲ、ＹＬとの間の偏差が求められる。各偏差にはＰＩＤ演算などの自動制御演算（ブロック４５Ｘ、４５ＹＲ、４５ＹＬ）が施され、自動制御演算により得られた信号はそれぞれパルス変調された後、操作量ＤＸ、ＤＹＲ、ＤＹＬとしてＰＷＭポート（ＰＷＭ０〜ＰＷＭ２）からドライバ３４へと出力される。ドライバ回路３４は、操作量ＤＸ、ＤＹＲ、ＤＹＬに対応する駆動力で可動部１８を駆動するようにコイル２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬに電流を供給する。これにより可動部１８は、手ブレ補正機能がオンのときには回転ブレを相殺するように回転駆動され、手ブレ補正機能がオフのときには標準位置に保持される。
【００３３】
次に図５、図６を参照して、図４のブロック４１におけるシフト量Ｘ、シフト量ＹＲ、ＹＬの算出方法について説明する。
【００３４】
図５には、ＸＹ平面上におけるホールセンサ２２Ｘの基準位置ＰＸ０と、回転ブレ補正において、ロール角θＬに対しホールセンサ２２Ｘが移動されるべき位置ＰＸ１が示される。同様に図６には、ＸＹ平面上におけるホールセンサ２２ＹＬ、２２ＹＲの基準位置ＰＹＬ０、ＰＹＲ０と、回転ブレ補正においてロール角θＬに対しホールセンサ２２ＹＬ、２２ＹＲが移動されるべき位置ＰＹＬ１、ＰＹＲ１が示される。なお、図５、図６は、モニタ１３（図１参照）側からの平面図である。
【００３５】
図５に示されるように、ホールセンサ２２Ｘの基準位置ＰＸ０が、光学中心Ｏに対してＸ軸からの角度αＸ（Ｘ軸＋方向から時計回り）、距離ＲＸの位置にあるとき、ロール角θＬに対してホールセンサ２２Ｘが回転ブレ補正のために移動されるべき位置ＰＸ１は、基準位置ＰＸ０に対して図５の位置関係にあり、シフト量Ｘは、
Ｘ＝ＲＸ・ｃｏｓ（αＸ＋θＬ）−ＲＸ・ｃｏｓ（αＸ）
として算出される。
【００３６】
一方、図６に示されるように、ホールセンサ２２ＹＲの基準位置ＰＹＲ０が、光学中心Ｏに対してＹ軸からの角度αＹＲ（Ｙ軸−方向から反時計回り）、距離ＲＹＲの位置にあるとき、ロール角θＬに対してホールセンサ２２ＹＲが回転ブレ補正のために移動されるべき位置ＰＹＲ１は、基準位置ＰＹＲ０に対して図６の位置関係にあり、シフト量ＹＲは、
ＹＲ＝ＲＹＬ・ｃｏｓ（αＹＬ０）−ＲＹＬ・ｃｏｓ（αＹＬ０＋θＬ）
として算出される。
【００３７】
同様に、ホールセンサ２２ＹＬの基準位置ＰＹＬ０が、光学中心Ｏに対してＹ軸からの角度αＹＬ（Ｙ軸−方向から時計回り）、距離ＲＹＬの位置にあるとき、ロール角θＬに対してホールセンサ２２ＹＬが回転ブレ補正のために移動されるべき位置ＰＹＬ１は、基準位置ＰＹＬ０に対して図６の位置関係にあり、シフト量ＹＬは、
ＹＬ＝ＲＹＬ・ｃｏｓ（αＹＬ）−ＲＹＬ・ｃｏｓ（αＹＬ＋θＬ）
として算出される。
【００３８】
次に図７のフローチャートを参照して、図４を参照して説明した回転ブレ補正制御および並進ブレ補正量算出処理（割り込み処理）について説明する。
【００３９】
所定時間（１ｍＳ）毎のタイマ割り込みが発生すると、ＣＰＵ２３においては図７のフローチャートが実行される。まずステップＳ１００においてＡ／Ｄポート（Ａ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ２）からピッチング、ヨーイング、ローリングの角速度（ＶＸ、ＶＹＲ、ＶＹＬ）の入力が行われる。次にステップＳ１０２で、ホールセンサ２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬの現在位置ＰＸ、ＰＬＲ、ＰＹＬにおける基準位置ＰＸ０、ＰＹＲ０、ＰＹＬ０からＸ軸、Ｙ軸方向への現シフト量ＸＣ、ＹＲＣ、ＹＬＣが、Ａ／Ｄポート（Ａ／Ｄ４〜Ａ／Ｄ６）を通して入力される。
【００４０】
ステップＳ１０４では、手ブレ補正機能（補正スイッチ１２）がオン状態であるか否かを示す補正フラグＳＲの判定が行われる。補正フラグＳＲが１(真)のときにはステップＳ１０６において、ピッチ、ヨー、ロール角度θＸ、θＹ、θＬが計算され、ステップＳ１０８では、焦点距離ｆ等のレンズ情報とピッチ、ヨー角度θＸ、θＹから並進ブレに対応するＸ軸、Ｙ軸方向へのシフト量ＳＸ、ＳＹが計算される。
【００４１】
ステップＳ１１０では、回転ブレ補正のために、ホールセンサ２２ＸをＸ軸方向へ移動する際の基準位置ＰＸ０からのシフト量Ｘ、ホールセンサ２２ＹＲを、Ｙ軸方向へ移動する際の基準位置ＰＹＲ０からのシフト量ＹＲ、ホールセンサ２２ＹＬをＹ軸方向に移動する際の基準位置ＰＹＬ０からのシフト量ＹＬが、検出されるロール角θＬに基づいて算出され、制御目標値とされる。
【００４２】
ステップＳ１１２では、制御目標値Ｘ、ＹＲ、ＹＬとステップＳ１０２で得られた現シフト量ＸＣ、ＹＲＣ、ＹＬＣとの間の偏差に対して自動制御演算が施される。そして、ステップＳ１１４では、自動制御演算により得られた操作量ＤＸ、ＤＹＲ、ＤＹＬに基づき手ブレ補正機構１６が駆動され、この割り込み処理は終了する。
【００４３】
一方、ステップＳ１０４において補正フラグＳＲが０(偽)であり、手ブレ補正機能（補正スイッチ１２）がオフ状態であると判定された場合には、ステップＳ１１６において並進ブレを補正するためのシフト量ＳＸ、ＳＹがともに０に設定される。また、ステップＳ１１８では、制御目標値にＸ＝ＹＲ＝ＹＬ＝０が設定され、その後ステップＳ１１２、Ｓ１１４の処理が実行されてこの割り込み処理は終了する。
【００４４】
次に図８のフローチャートおよび図３を参照して、ＣＰＵ２３で実行される本実施形態の手ブレ補正処理全体（回転ブレ補正処理および並進ブレ補正処理）の流れについて説明する。
【００４５】
メインスイッチ１１がオンされると、ステップＳ２００において角速度センサ１５Ｘ、１５Ｙ、１５Ｌ（図１、図３参照）のジャイロが起動される。ステップＳ２０２では、図７で説明された回転ブレ補正制御および並進ブレ補正量算出処理を行う１ｍＳ毎のタイマ割り込みが設定されるとともに開始される。
【００４６】
ステップＳ２０４では、測光スイッチ（図３参照）がオンされたか否かの判定が繰り返され、オンされたと判定されるとステップＳ２０６において補正スイッチ（図１、図３参照）のオン／オフ状態が判定される。補正スイッチがオフ状態の場合にはステップＳ２０８において補正フラグがＳＲ＝０（偽）に設定され、オン状態の場合にはステップＳ２１０において補正フラグがＳＲ＝１（真）に設定される。設定された補正フラグＳＲは前述したように図７のステップＳ１０４において参照される。
【００４７】
ステップＳ２０８またはステップＳ２１０において補正フラグＳＲが設定されると、ステップＳ２１２〜Ｓ２１６において測光処理、ＡＦ処理、絞り駆動処理が実行される。ステップＳ２１８では、撮像センサ２０における撮像処理が実行され、メモリ３０に一時的に保存される。
【００４８】
ステップＳ２２０では、図７の割り込み処理において計算された並進ブレのシフト量ＳＸ、ＳＹに基づき、ステップＳ２１８で撮影された画像における切り出し領域のピクセル単位でのシフト量が計算される。ステップＳ２２２では、メモリ３０に保存された画像から、計算されたシフト量に基づきシフトされた切り出し領域の画像データのみが読み出されＣＰＵ２３に入力される。
【００４９】
ステップＳ２２４では、ステップＳ２２２において切り出された画像がモニタ１３に出力されスルー画像として用いられる。またステップＳ２２６では、レリーズスイッチ（図３参照）がオンされたか否かが判定される。レリーズスイッチがオンされていないと判定されると、処理はステップＳ２０４に戻り同様の処理が繰り返される。なお、撮像センサ２０によるスルー画像の撮影とモニタ１３でのスルー画像表示は、例えば１／６０秒間隔で行われる。なお、モニタ１３に出力される画像を映像メモリ２８に動画像として同時に記録する構成とすることもできる。
【００５０】
一方、ステップＳ２２６においてレリーズスイッチがオンされていると判定されると、ステップＳ２２８において最後に撮影された画像の全画像データが読み出され、映像メモリ２８（図３参照）に記録される。その後処理はステップＳ２０４に戻り、メインスイッチ１１がオフされるまで同様の処理が繰り返される。
【００５１】
次に図９〜図１１を参照して、本実施形態の手ブレ補正処理の作用・効果について説明する。図９〜図１１では、撮像センサ２０の有効画素領域が矩形領域Ａ、スルー画像として読み出される切り出し領域が矩形領域Ｂとして示される。図９には、１枚目の画像の撮影状態が示され、図１０、図１１には、図９の状態からカメラ本体がロール角θＬ回転され、２枚目の画像が撮影されたときの状態が示される。図１０は従来の電子式手ブレ補正を用いた場合を示し、図１１は本実施形態の手ブレ補正を用いた場合を示す。
【００５２】
図１０に示される従来の電子式手ブレ補正を用いた場合、撮像センサ２０はカメラ本体とともにローリングするため、２枚目の画像撮影において、有効画素領域Ａは破線で示される図９の位置からロール角θＬ傾けられる。一方、切り出し領域Ｂは、被写体に対し図９の切り出し領域Ｂと同じ領域である。このため切り出し領域Ｂは有効画素領域Ａの矩形領域に対しロール角θＬ傾いた矩形領域となる。したがって、切り出し領域Ｂは、並進ブレに対しＸ軸方向にΔｘ、Ｙ軸方向にΔｙしか移動することができない。
【００５３】
一方、図１１に示されるように本実施形態の手ブレ補正では、カメラ本体がローリングしても撮像センサ２０はローリングせずに元の位置に維持される。そのため有効画素領域Ａ、切り出し領域Ｂの位置は１枚目の画像を撮影した図９のときと変わらず、切り出し領域Ｂが有効画素領域Ａに対して傾けられることはない。したがって、切り出し領域Ｂは、並進ブレに対しＸ軸方向にΔＸ（＞Δｘ）、Ｙ軸方向にΔＹ（＞Δｙ）移動することができ、従来の電子式手ブレ補正よりも大きな並進ブレに対応できる、または、より広い切り出し領域を確保できる。
【００５４】
以上のように、本実施形態によれば、ロール角を検出して回転ブレを機械的に補正（撮像センサの回転）するとともに、並進ブレを電子的に補正（共通被写体領域の切り出し）することで、例えばスルー画像などの動画の撮影・表示（記録）において、回転ブレを含めた手ブレの補正を高速で効果的に行うことができ、手ブレ補正機構も小型化できる。
【００５５】
すなわち、本実施形態では２枚の画像から動きベクトルを生成・解析する必要がないので、画像の切り出しを高速に行える。また、本実施形態では、回転ブレに対してのみ機械的に補正を行い、並進ブレに対しては電子式の補正を行うため、並進ブレに対し撮像センサを縦横方向へのシフトさせる必要がなく、可動部の可動領域を狭く設定することが可能になる。
【００５６】
なお、本実施形態では並進ブレを検出するセンサを設け、切り出し領域を検出された並進ブレ量に基づいて縦横方向へシフトした。しかし、並進ブレを検出するセンサを設けずに、縦横方向へのシフト量は２枚の画像を用いた動きベクトルから算出する構成とすることもできる。この場合、例えば１／３０秒毎に同一フィールドの２枚の画像を用いて動きベクトルが生成・解析される。また、撮像センサにおける撮像処理と、割り込み処理による手ブレ補正は同期される。すなわち、図７の割り込み処理は１ｍＳではなく、例えば１／３ｍＳで行われる。なおこの場合においても、回転に関わるシフト量を動きベクトルから計算する必要がないので、従来の電子式手ブレ補正に比べ高速な処理が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ デジタルカメラ
１２ 補正スイッチ
１３ モニタ
１５Ｘ、１５Ｙ、１５Ｌ 角速度センサ
１６ 手ブレ補正機構
１８ 可動部
２０ 撮像センサ
２１ＸＲ、２１ＸＬ、２１ＹＲ、２１ＹＬ コイル
２２Ｘ、２２ＹＲ、２２ＹＬ ホールセンサ
２３ ＣＰＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール角を検出するロール角検出手段と、
前記ロール角に基づき回転ブレを算出し、撮像センサを回転させて回転ブレ補正を行う回転ブレ補正手段と、
並進ブレを検出する並進ブレ検出手段と、
前記回転ブレ補正の下、前記撮像センサで撮影される２枚の画像から並進ブレ補正を行った領域を切り出す並進ブレ補正手段と
を備えることを特徴とする手ブレ補正装置。
【請求項２】
前記並進ブレ検出手段が、ヨー角を検出するヨー角検出手段とピッチ角を検出するピッチ角検出手段とを備え、前記並進ブレが前記ヨー角および前記ピッチ角に基づき算出されることを特徴とする請求項１に記載の手ブレ補正装置。
【請求項３】
前記並進ブレ検出手段が、前記２枚の画像から生成される動きベクトルに基づいて前記並進ブレを検出することを特徴とする請求項１に記載の手ブレ補正装置。
【請求項４】
前記並進ブレ補正手段により切り出される領域の画像が、順次スルー画像として出力されることを特徴とする請求項１に記載の手ブレ補正装置。
【請求項５】
請求項１に記載の手ブレ補正装置を備えることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項１】
ロール角を検出するロール角検出手段と、
前記ロール角に基づき回転ブレを算出し、撮像センサを回転させて回転ブレ補正を行う回転ブレ補正手段と、
並進ブレを検出する並進ブレ検出手段と、
前記回転ブレ補正の下、前記撮像センサで撮影される２枚の画像から並進ブレ補正を行った領域を切り出す並進ブレ補正手段と
を備えることを特徴とする手ブレ補正装置。
【請求項２】
前記並進ブレ検出手段が、ヨー角を検出するヨー角検出手段とピッチ角を検出するピッチ角検出手段とを備え、前記並進ブレが前記ヨー角および前記ピッチ角に基づき算出されることを特徴とする請求項１に記載の手ブレ補正装置。
【請求項３】
前記並進ブレ検出手段が、前記２枚の画像から生成される動きベクトルに基づいて前記並進ブレを検出することを特徴とする請求項１に記載の手ブレ補正装置。
【請求項４】
前記並進ブレ補正手段により切り出される領域の画像が、順次スルー画像として出力されることを特徴とする請求項１に記載の手ブレ補正装置。
【請求項５】
請求項１に記載の手ブレ補正装置を備えることを特徴とするデジタルカメラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２４２５６３（Ｐ２０１２−２４２５６３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１１８０５（Ｐ２０１１−１１１８０５）
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（３１１０１５２０７）ペンタックスリコーイメージング株式会社 (81)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（３１１０１５２０７）ペンタックスリコーイメージング株式会社 (81)
【Ｆターム（参考）】
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