JP4969182B2

JP4969182B2 - 手振れ量検出装置及び撮影装置

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Publication number: JP4969182B2
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Inventors: 尚江波戸
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Description

本発明は、手振れ量検出装置、及びこれを用いた撮影装置に関するものである。

デジタルカメラなどの撮影装置の中には、筐体の振れ状態を検出し、その振れを無くすように補正を行うものがあり、特に、振れを打ち消す方向に撮影レンズや撮像素子を移動させる光学式手振れ補正を行うものが一般的であり、例えば特許文献１〜３などに記載されている。

このような光学式手振れ補正機能を備えたカメラでは、カメラボディ（筐体）の振れを検出する手振れ検出手段から検出した角速度を時間積分して振れの角度情報を生成し、この角度情報に応じたレンズ駆動信号を出力して補正レンズを変位させることで撮影光軸を偏向させて振れを相殺するようにしている。

ところで、上述したような手振れ検出手段では、ジャイロセンサなどの角速度センサを備えていることが一般的であり、これらの角速度センサは、機械的な捩れの力を圧電素子による起電力に変換して検出しているので、出力レベルが小さく、また温度上昇によって誤差が生じやすい。さらに、出力信号にドリフトやオフセット成分が加わることが多く、使用環境によって検出精度が低下していた。そこで、特許文献１記載のデジタルカメラでは、電源投入時に、基準電圧と、振動検出センサからの出力との差動増幅を行い、この差動増幅した出力に応じて基準電圧を上昇又は下降させている。これにより、電源投入時に振動検出センサに発生するドリフト成分を除去する。

また、特許文献２記載のカメラでは、ジャイロセンサからの検出結果を所定条件と比較し、この比較結果に応じてジャイロセンサを含む検出部の初期化を行う。すなわち、流し撮りや、チルト又はパンの方向を大きく変更した直後に電源投入すると、このときの振れ状態をジャイロセンサが出力するため、検出された振れ量も極端に大きい値になってしまう。あるいは、使用中に温度変化などがあった場合、基準電圧にずれが発生する。よって、このように振れ量として極端な値が出力されたときなどは検出部を初期化することで、誤検出を防止している。

あるいは、特許文献３記載の振動ジャイロでは、ジャイロセンサ内に、角速度センサ、この角速度センサの出力をデジタル変換するＡ／Ｄコンバータ、このＡ／Ｄコンバータから出力されたデジタル信号を処理するデジタル信号処理部を設け、角速度センサからの出力に基づくデジタル信号にドリフトが生じたとき、ジャイロセンサ内の演算でこのドリフト成分を補正している。
特開平５−２４９５２９号公報特開平５−１３７０４８号公報特開２０００−２２１０３９号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、電源投入時に筐体が大きく振れている場合、そのときの振動検出センサからの出力に応じて基準電圧を変更することになるため、筐体が静止したときを振れ状態と誤検出してしまうことになる。また、特許文献２の構成では、チルト又はパンの方向に少しだけ筐体が振れた場合、初期化が行われないため、しばらくの間は出力信号にドリフトやオフセット成分が加わることになる。さらにまた、特許文献３の構成でも、筐体が振れた状態から、静止した状態となったときにドリフト成分の補正を行うと、振れ状態のときを中心値としてしまうことになり、静止したときを振れ状態と誤検出してしまうことがある。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、手振れなどによる筐体の振れ量を高精度に検出可能な手振れ量検出装置及び撮影装置を提供することを目的とする。

本発明の手振れ量検出装置は、筐体の角速度に応じた信号を出力する圧電素子、及びこの圧電素子からの出力信号に基づく増幅信号をデジタル変換処理したデジタル信号を積分演算処理する積分演算処理回路を有し、この積分演算処理回路の演算値から振れ量を検出する手振れ量検出装置において、前記圧電素子と、所定の周期毎に初期化トリガを出力する初期化トリガ発生回路と、通常時は前記圧電素子からの出力信号を増幅した増幅信号を出力し、前記初期化トリガが入力されたときには、基準信号を出力する同期検波増幅器とからなるジャイロセンサと、前記同期検波増幅器の出力側に接続され、前記増幅信号又は前記基準信号が入力されるコンデンサ、基準電源、及び前記コンデンサと前記基準電源との間に接続される抵抗からなるハイパスフィルタと、前記初期化トリガ発生回路の出力側に接続され、前記初期化トリガ発生回路から前記初期化トリガが入力されたとき、前記抵抗を短絡して前記ハイパスフィルタの出力レベルを０にする初期化処理を行うゼロレベル初期化手段とからなるセンサ外部処理回路とを備え、前記ハイパスフィルタを通して出力される増幅信号から前記デジタル変換処理及び前記積分演算処理を実行することを特徴とする。

なお、前記初期化トリガの入力に応じて動作し、前記初期化処理直後のハイパスフィルタを通して出力される前記増幅信号に基づいて前記デジタル変換処理を実行するデジタル変換手段を備えることが好ましい。

請求項３記載の手振れ量検出装置は、筐体の角速度に応じた信号を出力する圧電素子、及びこの圧電素子からの出力信号に基づく増幅信号をデジタル変換処理したデジタル信号を積分演算処理する積分演算処理回路を有し、この積分演算処理回路の演算値から振れ量を検出する手振れ量検出装置において、所定の周期毎に初期化トリガを出力し、装置全体を制御するシステム制御部と、前記圧電素子と、通常時は、前記圧電素子からの出力信号を増幅した増幅信号を出力し、前記初期化トリガが入力されたときには、基準信号を出力する同期検波増幅器とからなるジャイロセンサと、前記同期検波増幅器の出力側に接続され、前記増幅信号又は前記基準信号が入力されるコンデンサ、基準電源、及び前記コンデンサと前記基準電源との間に接続される抵抗からなるハイパスフィルタと、前記システム制御部の出力側に接続され、前記システム制御部から前記初期化トリガが入力されたとき、前記抵抗を短絡して前記ハイパスフィルタの出力レベルを０にする初期化処理を行うゼロレベル初期化手段とからなるセンサ外部処理回路とを備え、前記システム制御部は、前記初期化トリガのタイミングに略同期し、且つ前記初期化処理の直後に、前記ハイパスフィルタを通して出力される増幅信号に対して前記デジタル変換処理及び前記積分演算処理を実行することを特徴とする。

請求項５記載の撮影装置は、請求項１〜４記載の手振れ量検出装置と、光路偏向可能な補正レンズを含む撮影光学系と、前記補正レンズの位置を検出するレンズ位置検出手段と、前記補正レンズの駆動を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、前記手振れ量検出装置で検出した振れ量に応じた目標値と、前記レンズ位置検出手段で検出したレンズ位置との差分を算出し、その差分が０となるように前記補正レンズを駆動することを特徴とする。

本発明の手振れ量検出装置及び撮影装置によれば、通常時は、ジャイロセンサからの出力信号をハイパスフィルタを通して出力し、初期化トリガが入力されたときには、ジャイロセンサから基準信号を出力するとともに、抵抗を短絡してハイパスフィルタの出力レベルを０にするので、ジャイロセンサの出力信号からドリフト成分などを除去し、手振れなどによる筐体の振れ量を高精度に検出することができる。

本発明の実施形態を示す図１において、デジタルカメラ１０のカメラボディ（筐体）１１の前面には、沈胴式のレンズ鏡胴１２が設けられている。レンズ鏡胴１２にはズームレンズである撮影レンズ１３が保持されている。また、カメラボディ１１の前面上方部には、ストロボ発光部１４が配置されている。

デジタルカメラ１０の上面には、シャッタボタン１５と、操作ダイヤル１６とが設けられている。この操作ダイヤル１６は、電源スイッチのオン／オフと、静止画撮影モード／動画撮影モード／再生モード／設定モードの切り換えとを行う。なお、前記動画撮影モードは、静止画を３０フレーム／秒等の速度で連続撮影することにより、例えば最長３分間の動画を記録することができる。

図２において、デジタルカメラ１０の背面には、液晶パネル（ＬＣＤ）２０が設けられている。ＬＣＤ２０は、スチル及び動画の各撮影モードでは、電子ビューファインダとして機能し、スルー画をリアルタイムに表示する。また、再生モードでは、メモリカード１８に記憶されている静止画や動画の画像データを読み出して静止画や動画を再生表示する。更に、設定モードでは、各種設定画面を表示する。

前記メモリカード１８は、デジタルカメラ１０の側面に設けられたメモリカードスロット２３に着脱自在に装填される。撮影モードで得た画像データはこのメモリカード１８に記憶される。また、カーソルボタン２４は、各種の設定の切り換えや、ＬＣＤ２０に表示される各種処理確認画面上の操作に用いられる。決定ボタン２５は、カーソルボタン２４によって選択された処理を実行する。

デジタルカメラ１０の電気的構成を示す図３において、システム制御部２６は、ＣＰＵ２７を主構成要素とし、シャッタボタン１５，操作ダイヤル１６，カーソルボタン２４及び決定ボタン２５の操作により発生する操作信号に従って画像の撮影、記録、再生、消去及びデータ転送などの各種プログラムに基づいてデジタルカメラ１０の各部を統括的に制御する。制御部２６には、記憶手段であるＲＯＭ２８，ＲＡＭ２９が設けられており、ＲＯＭ２８には、各種シーケンスプログラム、及び制御用のデータなどが記憶されており、ＲＡＭ２９には、作業用のデータが一時的に記憶される。システム制御部２６は、デジタルカメラ１０の各部を制御する。

さらに、システム制御部２６には、後述する手振れ検出部２９で検出されたカメラボディ１１の角速度に応じた信号が入力され、この信号をデジタル変換処理するＡ／Ｄ変換器３１、及びこのデジタル変換処理された信号を時間積分する積分演算処理回路３２が設けられており、この積分演算処理回路３２の演算値からデジタルカメラ１０の振れ量を検出する。なお、本実施形態を適用した手振れ量検出装置３０は、システム制御部２６、及び手振れ検出部２９からなるものであり、この手振れ量検出装置３０がデジタルカメラ１０に内蔵された構成となっている。

撮影レンズ１３の背後には、ＣＣＤ３４が設けられている。スルー画表示の際には、ＣＣＤ３４からフィールド画（偶数フィールド又は奇数フィールド）の撮像信号が読み出され、この撮像信号がＣＤＳ／ＡＭＰ回路３５に入力される。

前記ＣＤＳ／ＡＭＰ回路３５は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）と、増幅器（ＡＭＰ）とからなる。ＣＤＳは、ＣＣＤ３４が出力した撮像信号からＲ，Ｇ，Ｂのアナログ画像信号を生成する。ＡＭＰは、前記Ｒ，Ｇ，Ｂのアナログ画像信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器３６は、ＣＤＳ／ＡＭＰ回路３５から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号である画像データに変換する。

Ａ／Ｄ変換器３６から出力された画像データは、画像信号処理回路３７に入力され、ここで階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正、ＹＣ変換処理などの各画像処理が施された後、データバス４５を介してＳＤＲＡＭ３８に一時的に格納され、ＬＣＤドライバ３９を介してＬＣＤ２０に送られ、スルー画が表示される。ＳＤＲＡＭ３８には、連続した２フィールド画分を記憶するスルー画用のメモリエリアがあり、一方から読み出し中に、他方に書き込みをする。

スルー画の表示中には、一定時間間隔で、ＡＦ制御、ＡＥ制御がなされる。ＡＦ制御では、撮影レンズ１３を構成するフォーカスレンズを移動しながら、コントラスト（隣接する画素間の差を積分した値）が最大となる合焦位置を検出し、この合焦位置にフォーカスレンズをセットする。また、ＡＥ制御では、撮影レンズ１３を構成する絞りが変更される。

シャッタボタン１５の半押し操作を行う（スイッチＳ１がオン）と、ＡＥ測光が開始される。この測光では、輝度（Ｙ）データから、全画面の被写体輝度が算出され、得られた被写体輝度から、露出量の演算が行われ、露出時間、絞り値との組み合わせが決定される。また、ＡＦ制御が開始され、撮影レンズ１３を構成するフォーカスレンズが移動され、コントラスト（隣接する画素間の差を積分した値）が最大となる合焦位置が検出される。この合焦位置にフォーカスレンズがセットされる。

シャッタボタン１５の全押し操作（スイッチＳ２がオン）による本番撮影時には、絞りがＡＥ測光で決定された絞り値にセットされ、ＣＣＤ３４の電荷を強制的にドレインしてから、ＣＣＤ３４の光電変換を開始する。露光時間が経過すると、シャッタを作動させ、ＣＣＤ３４の光電変換を停止させる。

シャッタの閉鎖後に、ＣＣＤ３４からフレーム画が読み出され、ＣＤＳ／ＡＭＰ回路３５，Ａ／Ｄ変換器３６を経て画像信号処理回路３７にて画像処理（Ａ／Ｄ変換，ガンマ変換、ホワイトバランス、シャープネス処理、ＹＣ変換など）が施された後、ＳＤＲＡＭ３８に書き込まれる。そしてこのフレーム画の画像データがＳＤＲＡＭ３８から読み出され、圧縮伸長処理回路４０にてＪＰＥＧ形式などの所定の圧縮形式で圧縮処理された後、メディアコントローラ４１を介してメモリカード１８に記録される。また、システム制御部２６は、被写体の輝度が所定の閾値よりも低い場合に、ストロボ発光回路４４を駆動してストロボ発光部１４を発光させる。

レンズ鏡胴１２内には、撮影レンズ１３を構成するレンズの一つとして振れを補正する補正レンズ１３ａが組み込まれており、補正レンズ１３ａの近傍に設けられたホール素子４０からの出力は位置検出部４１に入力される。また、補正レンズ１３ａを撮影光軸と垂直方向に移動させるアクチュエータ４２がレンズ鏡胴１２内に組み込まれており、このアクチュエータ４２がドライブ回路４３によって駆動されることで補正レンズ１３ａが移動し、撮影レンズ１３の光路が偏向される。

システム制御部２６は、積分演算処理回路３２で演算されたデジタルカメラ１０の振れ量と、位置検出部３１からのレンズ位置信号とに基づいてドライブ回路４３を駆動し、手振れを相殺する方向と速度で補正レンズ１３ａを移動させる。

手振れ検出部２９は、詳しくは図４に示すように、ジャイロセンサ４６と、センサ外部処理回路４７とからなる。ジャイロセンサ４６は、角柱状の振動子４８と、この振動子４８の対面する２辺に面する検出用の圧電素子４９，５０と、これらと隣り合う残りの２辺に面する発振用の圧電素子５１，５２と、これらの圧電素子５１，５２を駆動する圧電素子駆動回路５３と、初期化トリガ発生回路５４と、同期検波増幅器５５と、基準電圧出力器５６と、切換スイッチ５７，５８と、これらの制御を行うセンサ制御回路５９とからなる。なお、図４では、１つのジャイロセンサ４６によって一方向の振れ量を検出する構成を図示しているが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向というように２方向の振れ量を検出する場合は、同様のジャイロセンサをもう１つ備え、且つ検出方向がジャイロセンサ４６と直交するように配置すればよい。

センサ制御回路５９には、所定周期の制御パルスを発振する発振回路６０が設けられており、この発振回路６０から、例えば、８ｋＨｚの制御パルスが圧電素子駆動回路５３、及び初期化トリガ発生回路５４に入力される。そして制御パルスが入力された圧電素子駆動回路５３は、この制御パルスのタイミングに同期する駆動信号を圧電素子５１，５２に発振する。圧電素子５１，５２は圧電素子駆動回路５３からの駆動信号が印加されると振動子４８を励振させる。この状態で振動子４８が回転すると、回転角速度に応じたコリオリ力によって発生した出力電圧が圧電素子４９，５０から導出される。なお、この出力電圧には、ドリフト成分も含まれている。また、上述した駆動信号は同期検波増幅器５５にも入力される。これによって、同期検波増幅器５５は、圧電素子４９，５０と略同期して動作する。

センサ制御回路５９からの制御パルスが入力された初期化トリガ発生回路５４は、詳しくは後で述べるが、制御パルスが規定回数カウントされる毎に初期化トリガを発生し、同期検波増幅器５５、及び後述するセンサ外部処理回路４７へ出力する。また、基準電圧出力器５６は、所定の基準電圧を出力する。この基準電圧は、カメラボディ１１の静止時に圧電素子４９，５０から出力される出力電圧に相当する値に設定されている。

切換スイッチ５７，５８は、通常時、その入力側が圧電素子４９，５０に接続されており、上述した駆動信号に応じて出力される圧電素子４９，５０からの出力電圧を同期検波増幅器５５に入力する。さらに、切換スイッチ５７，５８は、初期化トリガの入力時には、入力側の接続を圧電素子４９，５０から、基準電圧出力器５６に切り換えて、基準電圧出力器５６から出力される基準電圧を同期検波増幅器５５に入力する。

同期検波増幅器５５は、差動増幅器及びサンプルホールドからなり、通常時は、圧電素子４９，５０からの出力電圧をサンプルホールドして差動増幅した増幅信号を出力し、初期化トリガが切換スイッチ５７，５８に入力されたときには、基準電圧を差動増幅した基準信号を出力する。

センサ外部処理回路４７は、ハイパスフィルタ６１と、ゼロレベル初期化回路６２と、増幅アンプ６３とからなる。ハイパスフィルタ６１は、コンデンサ６４と抵抗６５と基準電源６６とからなる。コンデンサ６４は、同期検波増幅器５５の出力側に接続されており、抵抗６５は、コンデンサ６４と基準電源６６との間に接続されている。ゼロレベル初期化スイッチ６２は、抵抗６５と並列に接続されており、オン状態となったとき、抵抗６５が短絡される。同期検波増幅器５５から出力された増幅信号は、ハイパスフィルタ６１を通って増幅アンプ６３へ入力される。

ゼロレベル初期化スイッチ６２は、上述した初期化トリガが入力されるとオン状態になって抵抗６５を短絡する。よって、ハイパスフィルタ６１が初期化処理され、出力レベルが０になる。そしてこの初期化処理の後、ゼロレベル初期化スイッチ６２がオフ状態に戻ってハイパスフィルタ６１から増幅アンプ６３への出力が開始される。初期化トリガの入力時には、上述した基準信号、すなわちカメラボディ１１の角速度０に相当する信号がハイパスフィルタ６１に入力されるため、上述した初期化処理によってハイパスフィルタ６１は、ゼロレベルが基準値と一致した状態となる。よって、この初期化処理されたハイパスフィルタ６１を通すことによって、ドリフト成分が除去され、角速度に応じた高精度な増幅信号のみが出力される。そしてハイパスフィルタ６１を通された増幅信号は、増幅アンプ６３によって増幅されて上述したシステム制御部２６のＡ／Ｄ変換器３１へ出力される。また、増幅アンプ６３の増幅倍率としては、例えば５０倍に設定されている。

なお、本実施形態では、制御パルス、ジャイロセンサ４６の出力Ｖ１、ハイパスフィルタ６１を通した出力Ｖ２、デジタル変換トリガＴＤ、及び初期化トリガＴＲは、図５に示す関係となっている。先ず、初期化トリガＴＲは、センサ制御部５９の制御パルスが規定回数カウント（本実施形態では３回）される毎に初期化トリガ発生回路５４から出力される。そして、ジャイロセンサの出力Ｖ１は、ハイパスフィルタ６１を通して出力されるが、初期化トリガＴＲに応じてハイパスフィルタ６１の初期化処理が行われ、ハイパスフィルタ６１のゼロレベルがリセットされる（２点鎖線で示す範囲）。また、デジタル変換トリガＴＤは、制御パルスと略同期するタイミングでＡ／Ｄ変換器３１へ出力され、ハイパスフィルタ６１を通した増幅信号からデジタル信号Ｄに変換される。

このように構成されたデジタルカメラ１０の動作について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。デジタルカメラ１０によって静止画撮影を行う際は、先ず、操作ダイヤル１６を操作してデジタルカメラ１０の電源を投入し、静止画撮影モードを選択する。これにより、スルー画の取得が開始される。

ＬＣＤ２０に表示されたスルー画を見ながらフレーミングを行い、シャッタボタン１５を半押しすると、ＡＥ測光により絞りとシャッタ速度との組み合わせが決定されるとともにＡＦ用の測距が行われ、且つ手振れ検出部２９による手振れの検出が開始される。

上述したように手振れ検出部２９による手振れの検出では、ジャイロセンサ４６の動作が開始、すなわち、センサ制御部５９からの制御パルスにより圧電素子駆動回路５３から発振される駆動信号から圧電素子５１，５２が駆動され、初期化トリガ発生回路５４から初期化トリガが出力される。同期検波増幅器４６は、通常時は圧電素子４９，５０からの出力信号を増幅した増幅信号を出力し、初期化トリガの入力時は基準信号を出力する。

そして、同期検波増幅器４６からセンサ外部処理回路４７に入力された増幅信号は、ハイパスフィルタ６１を介して出力されるが、初期化トリガの入力毎にハイパスフィルタ６１のゼロレベル信号が初期化処理される。これによって、圧電素子４９，５０からの出力電圧に含まれるドリフト成分が初期化トリガの入力毎に補正され、デジタルカメラ１０の角速度に応じた増幅信号のみがハイパスフィルタ６１から出力される。そしてこのハイパスフィルタ６１を通した増幅信号が、Ａ／Ｄ変換器３１でデジタル変換処理され、積分演算処理回路３２で時間積分演算されることによって高精度な振れ量が検出される。

続いてシャッタボタン１５を全押しすると、システム制御部２６は、積分演算処理回路３２で演算された積分値、すなわちデジタルカメラ１０の振れ量をドライブ回路４３へ入力する。ドライブ回路４３は、上述したデジタルカメラ１０の振れ量を目標値とし、さらにこの目標値と、位置検出部４１で検出したレンズ位置との差分を算出して、その差分が０となるように補正レンズ１３ａをフィードバック駆動させる。これによって、撮影レンズ３０の光路が手振れを相殺する方向と速度で偏向される。また同時に、絞りのセット，ＣＣＤ３４の光電変換，シャッタの作動による本番撮影が行われる。本番撮影で撮影されたフレーム画は、各種の画像処理が施されてから、圧縮処理された後、メモリカード１８に記録される。上記のように高精度に振れ量を検出し、この振れ量に応じた手振れ補正を行って本番撮影を行っているので、本実施形態のデジタルカメラ１０では手振れの無い画像を取得することができる。

なお、上記実施形態の変形例として、図７に示すように、初期化トリガ発生回路５４から出力された初期化トリガをＡ／Ｄ変換器３１に入力し、この初期化トリガの入力時、すなわち、ハイパスフィルタ６１を初期化処理するタイミングに略同期させて増幅信号のデジタル変換を行うようにしてもよい。なお、この場合は、図８に示すように、初期化トリガＴＲの直後にデジタル変換トリガＴＤを出力している。これによって、初期化トリガＴＲ毎に、初期化処理による増幅信号のドリフト補正、及びその増幅信号をデジタル変換したデジタル信号Ｄを取得しており、このデジタル信号から時間積分演算を行っているため、さらに高精度な振れ量の検出を行うことができる。

上記実施形態においては、ジャイロセンサの内部に設けた初期化トリガ発生器から発生される初期化トリガに同期して初期化処理などを行っているが、本発明はこれに限るものではなく、以下に説明する本発明の第２実施形態では、システム制御部から初期化トリガを発生して、各種処理を同期させる構成を例示する。この第２実施形態を適用したデジタルカメラは、図９に示すブロック図の構成となっている。図９に示すように、本実施形態の手振れ量検出装置８０は、システム制御部８１と、手振れ検出部８２とからなる。なお、上記第１実施形態と同様の部品などを用いる場合は同符号を付して説明を省略する。また、この手振れ量検出装置８０がデジタルカメラに内蔵される場合、手振れ量検出装置８０を除くデジタルカメラの部品構成としては、上記第１実施形態と同様であり、説明を省略する。

システム制御部８１は、ＣＰＵ２７を主構成要素とし、手振れ検出部８２で検出されたカメラボディの角速度に応じた信号が入力され、この信号をデジタル変換処理するＡ／Ｄ変換器３１、及びこのデジタル変換処理された信号を時間積分する積分演算処理回路３２、さらに手振れ検出の動作タイミングを制御するタイミング制御回路８４とからなる。

さらに、手振れ検出部８２は、ジャイロセンサ８６と、センサ外部処理回路８７とからなる。ジャイロセンサ８６は、振動子４８、検出用圧電素子４９，５０、発振用の圧電素子５１，５２、同期検波増幅器５５、基準電圧出力器５６と、切換スイッチ８８，８９と、センサ制御部５９とからなる。センサ外部処理回路８７は、ハイパスフィルタ６１と、ゼロレベル初期化スイッチ９０と、増幅アンプ６３とからなる。

本実施形態では、システム制御部８１のタイミング制御回路８４からデジタル変換トリガを発生してＡ／Ｄ変換器３１によるデジタル変換処理のタイミングを制御する。さらに、タイミング制御回路８４は、初期化トリガを発生してジャイロセンサ８６及びセンサ外部処理回路８７に出力し、切換スイッチ８８，８９及びゼロレベル初期化スイッチ９０に初期化トリガを入力する。これによって、同期検波増幅器５５、及びハイパスフィルタ６１の初期化処理が略同期して行われ、ドリフト成分の補正が行われる。なお、本実施形態における動作タイミングの関係を図１０に示す。タイミング制御回路８４は、初期化トリガＴＲ２の発生するタイミングに対して、複数倍の周波数且つ異なるタイミングでデジタル変換トリガＴＤ２を発生する。例えば、初期化トリガＴＲ２が８ｋＨｚの周波数で発生するのに対して１６〜６４ｋＨｚの周波数でデジタル変換トリガＴＤ２を発振する。これによって、１回の初期化処理毎に、増幅信号がデジタル化されたデジタル信号Ｄ２が積分演算処理回路３２に複数回入力される。積分演算処理回路３２は、これら複数回のデジタル信号Ｄ２をサンプル値として平均化して時間積分処理を行う。

本実施形態の作用について、図１１に示すフローチャートを用いて説明する。上記の手振れ量検出装置８０が内蔵されたデジタルカメラによって静止画撮影を行う際、電源を投入し、静止画撮影モードの選択後、ＬＣＤに表示されたスルー画を見ながらフレーミングし、シャッタボタンを半押しするとシステム制御部８１、手振れ検出部８２による手振れの検出が開始される。

上述したように、タイミング制御回路８４から初期化トリガが発振されるとともに、この初期化トリガとは異なるタイミング、且つ初期化トリガの複数倍の周波数でデジタル変換トリガを発振する。これによって、初期化トリガ毎に、初期化処理による増幅信号のドリフト補正、及びその初期化処理毎に、増幅信号をデジタル変換したデジタル信号を複数回取得しており、このデジタル信号から時間積分演算を行っているため、高精度に振れ量を検出することが可能であり、手振れの無い画像を取得することができる。

上記第２実施形態においては、システム制御部から発振される初期化トリガと、デジタル変換トリガとを異なるタイミング、及び周波数で発生させているが、本発明はこれに限るものではなく、上記実施形態の変形例として、図１２に示すうように、初期化トリガと、デジタル変換トリガとを略同期させて発生させるようにしてもよい。なお、この例の場合、部品などの構成は、上記第２実施形態と同様であり、説明を省略する。そして、図１２に示すように初期化トリガとデジタル変換トリガとを同じ周波数で、且つ初期化トリガの直後にデジタル変換トリガが入力される設定とすると、初期化トリガ毎に、初期化処理による増幅信号のドリフト補正、そしてその直後に増幅信号をデジタル変換したデジタル信号を取得しており、このデジタル信号から時間積分演算を行っているため、さらに高精度な振れ量を検出することができる。

なお、上記第１及び第２実施形態では、手振れ検出部で検出される振れ量を初期化処理して増幅信号のドリフト成分の補正を行った後、デジタル変換処理及び積分演算を行っているが、本発明は、これに限るものではなく、以下では、偶数個のジャイロセンサを配置することによって上記第１及び第２実施形態と同様の効果を得る本発明の第３実施形態にについて説明する。本発明の第３実施形態を適用した手振れ量検出装置は、図１３に示すように、手振れ量検出装置１００は、メイン制御部１０１、及び手振れ検出部１０２とからなる。

手振れ検出部１０２は、Ｘ軸方向検出用の２個のジャイロセンサ１０３，１０４と、Ｙ軸方向検出用の２個のジャイロセンサ１０５，１０６と、差動増幅器１０７，１０８とを備える。なお、ジャイロセンサ１０３〜１０８を構成するそれぞれの部品については、上記第１又は第２実施形態のものと同様であり、説明を省略する。

ジャイロセンサ１０３，１０４は、検出方向が互いに逆になるように配置して実装されており、これらジャイロセンサ１０３，１０４の出力側を、差動増幅器１０７のそれぞれ異なる極性の入力側に接続する。これによって、それぞれのジャイロセンサ１０３，０１４の出力は、ドリフト成分の方向が同一で、且つ振れ状態を示す成分の極性が逆になるので、差動増幅器１０７を通すと、ジャイロセンサ１０３，１０４の互いのドリフト成分が相殺され、振れ量に応じた出力のみが倍増される。さらに、ジャイロセンサ１０５，１０６についても、検出方向が互いに逆方向で、これらの出力側が差動増幅器１０８の異なる極性の入力側に接続されている。このような構成とすることで、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向ともに高精度に振れ量を検出することが可能であり、さらに、Ａ／Ｄ変換器及び演算処理回路を備えるシステム制御部との間に、ドリフト成分を補正するハイパスフィルタ回路などを介する必要が無く、装置全体を簡単な構成にすることができる。

また、上記第３実施形態では、複数のジャイロセンサを備え、これらの検出方向を逆にして配置する構成としているが、これに限らず、図１４に示す手振れ検出器１１０のように、ジャイロセンサ１１１の内部に偶数個、この例では２つの同期検波増幅器１１２，１１３を設けており、検出用の２つの圧電素子からの出力側が、同期検波増幅器１１２，１１３の入力側に対して互いの極性が逆になるように接続している。さらに、手振れ検出器１１０は、差動増幅器１１５を備え、同期検波増幅器１１２，１１３の出力側は、差動増幅器１１５の異なる極性の入力側に接続されている。これにより、それぞれの同期検波増幅器１１２，１１３からの出力は、ドリフト成分の方向が同一で、且つ且つ振れ状態を示す成分の極性が逆になるので、差動増幅器１１５を通すと、同期検波増幅器１１２，１１３の互いのドリフト成分が相殺され、振れ量に応じた出力のみが倍増される。よって、上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上説明した実施形態では、デジタルカメラを例に上げているが、本発明はこれに限定されることなく、本発明の手振れ量検出装置が内蔵される撮影装置としては、カメラ付き携帯電話やカメラ付きＰＤＡなどでもよい。

デジタルカメラを前面側から示す斜視図である。デジタルカメラを背面側から示す斜視図である。デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。本発明の第１実施形態を適用した手振れ量検出装置の構成を示すブロック図である。第１実施形態における初期化トリガ及びデジタル変換の出力タイミングを示すタイミングチャートである。振れ量検出及び振れ補正に係る手順を示すフローチャートである。第１実施形態の変形例を適用した手振れ量検出装置の構成を示すブロック図である。第１実施形態の変形例における初期化トリガ及びデジタル変換の出力タイミングを示すタイミングチャートである。第２実施形態の変形例を適用した手振れ量検出装置の構成を示すブロック図である。第２実施形態における初期化トリガ及びデジタル変換の出力タイミングを示すタイミングチャートである。第２実施形態における振れ量検出及び振れ補正に係る手順を示すフローチャートである。第２実施形態の変形例における初期化トリガ及びデジタル変換の出力タイミングを示すタイミングチャートである。第３実施形態を適用した手振れ量検出装置の構成を示すブロック図である。第４実施形態を適用した手振れ量検出装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０デジタルカメラ
１３撮影レンズ
１３ａ補正レンズ
２６，８１システム制御部
２９手振れ検出部
３０，８０，１００，１１０手振れ量検出装置
４６，８６，１０３〜１０６ジャイロセンサ
４７，８７センサ外部処理回路
４９〜５１圧電素子
５４初期化トリガ発生回路
５５同期検波増幅器
６１ハイパスフィルタ
６２，９０ゼロレベル初期化スイッチ
８４タイミング制御回路

Claims

筐体の角速度に応じた信号を出力する圧電素子、及びこの圧電素子からの出力信号に基づく増幅信号をデジタル変換処理したデジタル信号を積分演算処理する積分演算処理回路を有し、この積分演算処理回路の演算値から振れ量を検出する手振れ量検出装置において、
前記圧電素子と、所定の周期毎に初期化トリガを出力する初期化トリガ発生回路と、通常時は前記圧電素子からの出力信号を増幅した増幅信号を出力し、前記初期化トリガが入力されたときには、基準信号を出力する同期検波増幅器とからなるジャイロセンサと、
前記同期検波増幅器の出力側に接続され、前記増幅信号又は前記基準信号が入力されるコンデンサ、基準電源、及び前記コンデンサと前記基準電源との間に接続される抵抗からなるハイパスフィルタと、前記初期化トリガ発生回路の出力側に接続され、前記初期化トリガ発生回路から前記初期化トリガが入力されたとき、前記抵抗を短絡して前記ハイパスフィルタの出力レベルを０にする初期化処理を行うゼロレベル初期化手段とからなるセンサ外部処理回路とを備え、前記ハイパスフィルタを通して出力される増幅信号から前記デジタル変換処理及び前記積分演算処理を実行することを特徴とする手振れ量検出装置。
前記初期化トリガの入力に応じて動作し、前記初期化処理直後のハイパスフィルタを通して出力される前記増幅信号に基づいて前記デジタル変換処理を実行するデジタル変換手段を備えることを特徴とする請求項１記載の手振れ量検出装置。
筐体の角速度に応じた信号を出力する圧電素子、及びこの圧電素子からの出力信号に基づく増幅信号をデジタル変換処理したデジタル信号を積分演算処理する積分演算処理回路を有し、この積分演算処理回路の演算値から振れ量を検出する手振れ量検出装置において、
所定の周期毎に初期化トリガを出力し、装置全体を制御するシステム制御部と、
前記圧電素子と、通常時は、前記圧電素子からの出力信号を増幅した増幅信号を出力し、前記初期化トリガが入力されたときには、基準信号を出力する同期検波増幅器とからなるジャイロセンサと、
前記同期検波増幅器の出力側に接続され、前記増幅信号又は前記基準信号が入力されるコンデンサ、基準電源、及び前記コンデンサと前記基準電源との間に接続される抵抗からなるハイパスフィルタと、前記システム制御部の出力側に接続され、前記システム制御部から前記初期化トリガが入力されたとき、前記抵抗を短絡して前記ハイパスフィルタの出力レベルを０にする初期化処理を行うゼロレベル初期化手段とからなるセンサ外部処理回路とを備え、前記システム制御部は、前記初期化トリガのタイミングに略同期し、且つ前記初期化処理の直後に、前記ハイパスフィルタを通して出力される増幅信号に対して前記デジタル変換処理及び前記積分演算処理を実行することを特徴とする手振れ量検出装置。
請求項１〜３記載の手振れ量検出装置と、光路偏向可能な補正レンズを含む撮影光学系と、前記補正レンズの位置を検出するレンズ位置検出手段と、前記補正レンズの駆動を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、前記手振れ量検出装置で検出した振れ量に応じた目標値と、前記レンズ位置検出手段で検出したレンズ位置との差分を算出し、その差分が０となるように前記補正レンズを駆動することを特徴とする撮影装置。