JP6395401B2 - 像振れ補正装置およびその制御方法、光学機器、撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、装置の振れを検出して像振れを補正する像振れ補正技術に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置による画像撮像時に、カメラ本体部を保持するユーザの手振れ等で被写体像に振れ（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。像振れ補正処理には光学式像振れ補正処理と電子式像振れ補正処理がある。光学式像振れ補正処理では、角速度センサ等でカメラ本体部に加えられた振動を検出し、検出結果に応じて撮影光学系内に設けた補正レンズを移動させる。撮影光学系の光軸方向を変化させて撮像素子の受光面に結像される像を移動させることにより、像振れが補正される。また、電子式像振れ補正処理では、撮影画像に対する画像処理により、擬似的に像振れを補正する。

また、手振れとは別に、被写体（動体）をカメラで追尾したいという要望があるが、撮影者の特別な技術を必要とする。特許文献１には、画面内をブロックごとに分割し、顔等の特定の被写体をテンプレートマッチングにより検出し、被写体の動きを追尾して画面内に収まるように像振れ補正手段を駆動する被写体追尾技術が開示されている。被写体像のブレを補正するように像振れ補正手段を駆動する第１の制御手段と、主要被写体の位置が特定の位置に近づくように像振れ補正手段を駆動する第２の制御手段とが、撮影動作により切り替えられる。あるいは、第１および第２の制御手段の目標信号を合成した目標信号により像振れ補正手段が駆動される。

特開２０１０−９３３６２号公報

前記特許文献１に開示された方法では被写体追尾のための目標信号と手振れ補正のための目標信号を同じタイミングで別々に算出した場合、それぞれの目標信号により互いの動作を牽制する作用が働く可能性がある。つまり、像振れ補正動作と被写体追尾動作とが邪魔し合うことにより、像振れ補正手段が過度に駆動されたり、本来駆動したい方向とは逆方向に駆動されてしまったりといった、意図しない動作が行われる可能性がある。
本発明は、装置に加えられる振れと被写体の動き情報との関係に基づいて像振れ補正手段の駆動信号を生成することで、像振れ補正動作と被写体追尾動作とを両立可能な像振れ補正装置およびその制御方法の提供を目的とする。

本発明に係る像振れ補正装置は、補正手段により像振れを補正する像振れ補正装置であって、装置の振れを検出して振れ検出信号を出力する振れ検出手段と、撮影画像における被写体像の位置を検出する被写体検出手段と、補正手段の駆動制御を行う制御手段と、を備える。本発明の一実施形態に係る制御手段は、第１補正手段の駆動制御によって、前記振れ検出信号から抽出される低周波成分についての像振れ補正および前記被写体検出手段が検出した被写体像の位置を撮影画面内の特定の位置に近づける被写体追尾動作の制御を行い、第２補正手段の駆動制御によって、前記振れ検出信号から抽出される高周波成分についての像振れ補正の制御を行う。

また、本発明の他の実施形態に係る制御手段は、第１補正手段の駆動制御によって、前記被写体検出手段が検出した被写体像の位置を撮影画面内の特定の位置に近づける被写体追尾動作の制御を行い、第２補正手段の駆動制御により、前記振れ検出信号から抽出される低周波成分および高周波成分について像振れ補正の制御を行う。
また、本発明の他の実施形態に係る制御手段は、前記振れ検出信号から抽出される低周波成分に基づく目標位置と前記被写体検出手段の出力に基づく目標位置とを加算した目標位置と、前記振れ検出信号から抽出される前記低周波成分に基づく目標位置と、前記振れ検出信号から抽出される高周波成分に基づく目標位置と、に基づいて前記補正手段を制御する。

本発明の像振れ補正装置によれば、像振れ補正の性能を低下させることなく、被写体を追尾することが可能となる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る像振れ補正装置の構成例を示す図である。 第１補正レンズ駆動部の構成例を示す分解斜視図である。 第１および第２補正レンズ駆動部の位置関係を示す図である。 本発明の第１実施形態に関する第１補正制御部の構成例を示す図である。 第１実施形態に関する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１実施形態に関する被写体検出処理を説明する画像例の概略図である。 第１実施形態に関する像振れ補正目標位置と被写体追尾目標位置を説明する概略図である。 本発明の第２実施形態に関する第１補正制御部の構成例を示す図である。 本発明の第３実施形態に関する補正制御部の構成例を示す図である。

本発明の各実施形態について添付図面を参照して説明する。各実施形態では、撮影画像の像振れ補正を行う像振れ補正装置を例示する。像振れ補正用の可動部材等を駆動制御する像振れ補正装置は、ビデオカメラ、デジタルカメラ及び銀塩スチルカメラといった撮像装置や、双眼鏡、望遠鏡、フィールドスコープといった観察装置を含む光学機器に搭載可能である。また、像振れ補正装置は、デジタル一眼レフ用の交換レンズのような光学機器にも搭載可能である。したがって、光学機器や撮像装置も本発明の一側面を構成する。以下では、装置の振れ検出信号から抽出される低周波成分や高周波成分について像振れの補正を行う動作を「像振れ補正動作」という。また、撮影画像内で検出される被写体像の位置が撮影画面内の特定の位置に近づくように、対象として選択された被写体を追尾する動作を「被写体追尾動作」という。特定の位置とは、例えば、撮影画面の中心位置や撮影者が指定した位置等である。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置の構成例を示す。図１に示す撮像装置は、例えばデジタルスチルカメラである。なお、撮像装置が動画撮影機能を有していてもよい。
撮像装置はズームユニット１０１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り、撮影倍率を変更するズームレンズを含む。ズーム駆動部１０２は、制御部１１９の制御信号に従ってズームユニット１０１を駆動する。第１補正レンズ１０３は、像振れを補正する第１補正部材である。第１補正レンズ１０３は、撮影レンズの光軸方向に対して直交する方向に移動可能である。第１補正レンズ駆動部１０４は、制御部１１９の制御信号に従って第１補正レンズ１０３の駆動を制御する。また第２補正レンズ１１３は像振れを補正する第２補正部材であり、撮影レンズの光軸方向に対して直交する方向に移動可能である。第２補正レンズ駆動部１１４は、制御部１１９の制御信号に従って第２補正レンズ１１３を駆動する。

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を有する。絞り・シャッタ駆動部１０６は、制御部１１９の制御信号に従って絞り・シャッタユニット１０５を駆動する。焦点調節に使用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である。フォーカス駆動部１０８は、制御部１１９の制御信号に従ってフォーカスレンズ１０７を駆動する。

撮像部１０９は、撮影光学系により結像される光学像を、ＣＣＤイメージセンサや、ＣＭＯＳイメージセンサ等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が出力した電気信号に対して、Ａ（Analog）／Ｄ（Digital）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が出力し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、表示用の映像データを生成し、また記録用に符号化処理やデータファイル化を行う。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の入出力に使用する。操作部１１７は、ユーザが撮像装置に指示を与えるためのボタンやスイッチ等を有する。記憶部１１８は、映像情報等を含む様々なデータを記憶する。

制御部１１９は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有する。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。ＲＯＭに記憶された制御プログラムをＲＡＭに展開してＣＰＵが実行することによって、撮像装置の各部が制御され、以下に説明する様々な動作を含む撮像装置の動作が実現される。操作部１１７は、レリーズボタンの押し込み量に応じて第１スイッチ（ＳＷ１と記す）および第２スイッチ（ＳＷ２と記す）が順にオンするように構成されたレリーズスイッチを有する。レリーズボタンの半押し操作でＳＷ１がオンし、レリーズボタンの全押し操作でＳＷ２がオンする。ＳＷ１がオンすると、制御部１１９は、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（オートフォーカス）評価値を算出する。そして、制御部１１９は、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および焦点調節制御を行う。また、制御部１１９は、映像信号の輝度情報および予め定められたプログラム線図に基づいて、適切な露光量を得るための絞り値及びシャッタ速度を決定するＡＥ（自動露出）処理を行う。ＳＷ２がオン操作されると、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で得た画像データを記憶部１１８に記憶させるように各処理部を制御する。

操作部１１７は、さらに、像振れ補正（防振）モードの選択に使用する操作スイッチを有する。この操作スイッチの操作により像振れ補正モードが選択されると、制御部１１９は、第１補正レンズ駆動部１０４および第２補正レンズ駆動部１１４に像振れ補正動作を指示する。制御部１１９の制御指令を受けた第１補正レンズ駆動部１０４および第２補正レンズ駆動部１１４は、像振れ補正のオフ指示がなされるまでの間、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のうちの一方を選択可能な撮影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ユーザ操作により撮影モードの選択処理が行われ、制御部１１９は、第１補正レンズ駆動部１０４と第２補正レンズ駆動部１１４の動作条件を変更する。第１補正レンズ駆動部１０４および第２補正レンズ駆動部１１４は、本実施形態の像振れ補正装置を構成する。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を有する。再生モード選択スイッチのユーザ操作によって再生モードが選択されると、制御部１１９は像振れ補正動作を停止させる制御を行う。また、操作部１１７は、ズーム倍率変更の指示を行う倍率変更スイッチを含む。倍率変更スイッチのユーザ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は、ズームユニット１０１を駆動して、指示された位置にズームレンズを移動させる。

図２は、本実施形態の像振れ補正装置の構成例を示す図である。以下、第１補正レンズ１０３および第２補正レンズ１１３に関する駆動方向および駆動量の算出処理並びに位置制御について説明する。
振れ検出部は第１振動センサ２０１および第２振動センサ２０２を有する。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（撮影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補正制御部２０３は、ピッチ方向における第１補正レンズ１０３の補正位置制御信号を出力し、第１補正レンズ１０３の駆動を制御する。また、第２補正制御部２０４は、ヨー方向における第２補正レンズ１１３の補正位置制御信号を出力し、第２補正レンズ１１３の駆動を制御する。

第１レンズ位置制御部２０５は、第１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からの第１補正レンズ１０３のピッチ方向での位置情報を取得して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、アクチュエータである第１ドライブ部２０７を制御する。同様に、第２レンズ位置制御部２０６は、第２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からの第１補正レンズ１０３のヨー方向での位置情報を取得して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、アクチュエータである第２ドライブ部２０８を制御する。

次に、第１補正レンズ駆動部１０４による第１補正レンズ１０３の駆動制御動作について説明する。
第１補正制御部２０３は、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検出信号（角速度信号）を取得する。また第２補正制御部２０４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検出信号（角速度信号）を取得する。

第１補正制御部２０３は、振れ検出信号に基づいて、ピッチ方向に第１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補正制御部２０４は、振れ検出信号に基づいて、ヨー方向に第１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補正レンズ１０３に対して設けられた磁石による磁場の強さに応じた電圧信号を、第１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補正レンズ１０３に対して設けられた磁石による磁場の強さに応じた電圧信号を、第１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。これらの位置情報は、第１レンズ位置制御部２０５、第２レンズ位置制御部２０６にそれぞれ供給される。

第１レンズ位置制御部２０５は、第１ホール素子２０９からの位置検出の信号値が、第１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に、第１ドライブ部２０７を用いてフィードバック制御を行う。また、第２レンズ位置制御部２０６は、第２ホール素子２１０からの位置検出の信号値が、第２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に、第２ドライブ部２０８を用いてフィードバック制御を行う。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検出の信号値には、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補正レンズ１０３が所定の位置に移動するように、各ホール素子の出力調整が行われる。

第１補正制御部２０３は、第１振動センサ２０１からの振れ検出情報に基づき、被写体像の像振れを打ち消すように第１補正レンズ１０３を移動させるために補正位置制御信号を出力する。第２補正制御部２０４は、第２振動センサ２０２からの振れ検出情報に基づき、被写体像の像振れを打ち消すように第１補正レンズ１０３を移動させるために補正位置制御信号を出力する。例えば、第１補正制御部２０３、第２補正制御部２０４は、振れ検出情報（角速度信号）または当該振れ検出情報に対してフィルタ処理等を行った信号により、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加わったとしても、ある程度の振動までは像振れを防止できる。また、第１補正制御部２０３、第２補正制御部２０４は振れ検出信号等を取得し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補正レンズ１１３の駆動制御動作については、第１補正レンズ１０３の駆動制御動作と同様である。すなわち、第１補正制御部２０３は、振れ検出信号に基づいて、ピッチ方向に第２補正レンズ１１３を駆動する補正位置制御信号を生成して第３レンズ位置制御部２１１に出力する。また、第２補正制御部２０４は、振れ検出信号に基づいて、ヨー方向に第２補正レンズ１１３を駆動する補正位置制御信号を生成して第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からの位置検出の信号値が、第１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に、第３ドライブ部２１４を用いてフィードバック制御を行う。また、第４レンズ位置制御部２１２は、第４ホール素子２１３からの位置検出の信号値が、第２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に、第４ドライブ部２０８を用いてフィードバック制御を行う。

本実施形態では、第１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についての像振れ補正およびピッチ方向の被写体追尾を行う。第１補正制御部２０３、第３レンズ位置制御部２１１および第３ドライブ部２１４は、ピッチ方向の振れ信号の高周波成分についての像振れ補正を行う。また、第２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は、ヨー方向の振れ信号の低周波成分についての像振れ補正およびヨー方向の被写体追尾を行う。第２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は、ヨー方向の振れ信号の高周波成分についての像振れ補正を行う。

図３は、第１補正レンズ駆動部１０４の構成例を示す分解斜視図である。第１補正レンズ駆動部１０４は、第１補正レンズ１０３を保持する可動鏡筒１２２と、固定地板１２３を備える。可動鏡筒１２２は複数の転動ボール１２４を介して固定地板１２３に支持される。可動鏡筒１２２の移動は、第１電磁駆動部２０７、第２電磁駆動部２０８により行われる。第１電磁駆動部２０７は図２の第１ドライブ部を構成し、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は図２の第２ドライブ部を構成し、第２磁石１２６１、第２コイル１２６２、第２ヨーク１２６３を備える。また、第１補正レンズ駆動部１０４は、複数の付勢ばね１２７、第１位置センサ（第１ホール素子２０９）、第２位置センサ（第２ホール素子２１０）、センサホルダ１２９を備える。

第１補正レンズ１０３は第１補正制御部２０３、第２補正制御部２０４により駆動制御され、移動により光軸を偏心させることで像振れを補正する補正光学部材である。撮影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が確保される。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撮像素子を駆動することにより、撮像面での像の安定性を確保することもできる。この場合、撮像素子およびその駆動機構部が像振れ補正手段を構成する。

可動鏡筒１２２は、中央の開口部に第１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１２６１を保持する。可動鏡筒１２２は、転動ボール受け部を３箇所に備えており、複数の転動ボール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箇所に備えており、付勢ばね１２７の一端が取り付けられる。

固定地板１２３は、円筒形状に形成された第１の固定部材であり、外周部の３箇所にフォロワ１２３１を備える。固定地板１２３の中央の開口部１２３ａには、可動鏡筒１２２が配置される。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位置において、第１コイル１２５２および第１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位置において、第２コイル１２６２および第２ヨーク１２６３を保持する。固定地板１２３は、転動ボール受け部を３箇所に備える。転動ボール受け部にそれぞれ配置される複数の転動ボール１２４を介して、可動鏡筒１２２が固定地板１２３に転動支持される。固定地板１２３は、ばねかけ部を３箇所に備えており、付勢ばね１２７の一端が取り付けられる。
第１電磁駆動部２０７は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が発生し、可動鏡筒１２２が駆動される。第２電磁駆動部２０８については、第１電磁駆動部２０７と同様のボイスコイルモータを光軸回り方向に９０°回転させて配置したものであるので、詳細な説明を省略する。

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、その一端が可動鏡筒１２２に固定され、他端が固定地板１２３に固定されることで、両者の間に付勢力を発生させる。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および可動鏡筒１２２と接触状態を保つことができる。

位置センサは、第１磁石１２５１および第２磁石１２６１の磁束をそれぞれ検出するホール素子２０９，２１０を利用した磁気センサである。これらのセンサは磁束変化から、可動鏡筒１２２の平面内における移動を検出する。センサホルダ１２９は円環形状に構成され、固定地板１２３に固定される。センサホルダ１２９は、位置センサ（ホール素子２０９，２１０）をそれぞれ、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。また、センサホルダ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。これにより、像振れ補正装置に衝撃力が加わった場合や、姿勢差が変化した場合でも、内部の部品の脱落を防ぐことができる。上述の構成により、第１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補正レンズ１０３を移動させることができる。

図４は、第１補正レンズ駆動部１０４と第２補正レンズ駆動部１１４の位置関係を示す斜視図である。図４では、説明のために、補正レンズ駆動部の一部だけを分解して示す。可動鏡筒１３２は、第２補正レンズ駆動部１１４が備える第２の可動部である。可動鏡筒１３２は、中央の開口部に第２補正レンズ１１３を保持する。固定地板１３３は、第２補正レンズ駆動部１１４が備える第２の固定部材である。第２補正レンズ駆動部１１４については、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、第１補正レンズ駆動部１０４と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。

図５は、ピッチ方向における像振れ補正および被写体追尾を行う制御部を例示する。なお、第２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、ヨー方向における像振れ補正および被写体追尾を行う制御部が構成される。当該制御部は図５と同様の構成であるので説明を省略する。
図５の第１振動センサ２０１は、撮像装置に加わる振れを検出し、振れ検出信号（角速度信号）を出力する。第１補正制御部２０３は、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと略記する）５０１，５０３，５０４と、パン判定部５０２と、減算部５００を備える。第１振動センサ２０１の出力信号は、ＬＰＦ５０１，パン判定部５０２，減算部５００にそれぞれ入力される。ＬＰＦ５０１の出力信号はＬＰＦ５０３と減算部５００にそれぞれ入力される。

ＬＰＦ５０１は、第１振動センサ２０１の出力する振れ検出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手振れ信号は、ＬＰＦ５０３が積分処理し、低周波成分のみ抽出された振れ角度信号が生成される。ＬＰＦ５０３はフィルタ安定までの時定数が変更可能である。例えばＬＰＦ５０３は、フィルタの演算に使用する係数値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か、またはフィルタの演算結果（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可能である。パン判定部５０２は、撮像装置のパンニング動作が行われたことを判定し、ＬＰＦ５０３およびＬＰＦ５０４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の振れ検出信号が所定値（閾値）以上となった場合に、パンニング動作が行われたと判定する。あるいはパン判定部５０２は、第１補正レンズ１０３または第２補正レンズ１１３の現在位置が所定の閾値以上となった場合に、パンニング動作が行われたと判定する。または、パン判定部５０２は、第１補正レンズ１０３または第２補正レンズ１１３の移動目標位置が所定の閾値以上となった場合に、パンニング動作が行われたと判定する。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補正レンズ１０３または第２補正レンズ１１３を可動範囲以上に駆動しようとする制御を抑制し、パンニング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できる。なお、チルティング動作においてもパンニング動作の場合と同様の処理が行われるので、その詳細な説明は省略する。

また、本実施形態では、被写体検出部５０５および被写体追尾部５０６、ゲイン部５０７、加算部５０９を備えており、パン判定部５０２は、ゲイン部５０７のゲイン係数を調整する。例えば、パン判定部５０２は、被写体追尾部５０６が出力する被写体追尾目標位置に対して乗算されるゲイン部５０７のゲイン係数値を１以下に変更することで、被写体追尾目標位置を小さくする処理を行う。また、ゲイン部５０７のゲイン係数については、操作部１１７を用いた撮影者の操作情報、例えばレリーズスイッチの操作情報等により、露光開始時（ＳＷ２の操作時）に係数値を１以下に設定して、被写体追尾動作を弱めてもよい。こうすることで、露光開始前までの期間には、被写体追尾動作を強く効かせておくことができ、露光開始時には被写体追尾制御を弱めて像振れ補正制御のみが行われる。よって、被写体追尾動作により補正レンズが可動範囲の端部に到達して、露光時の像振れ補正性能が低下してしまうことを防止できる。

第１補正制御部２０３の減算部５００は、第１振動センサ２０１による振れ検出信号から、ＬＰＦ５０１で抽出された低周波成分を減算することで、振れ検出信号の高周波成分を抽出する。ＬＰＦ５０４は、減算部５００が抽出した高周波成分を積分処理することで、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手振れの角度信号を生成する。なお、ＬＰＦ５０３およびＬＰＦ５０４のフィルタ演算の係数値を変更することで、各フィルタの出力を任意の倍率で出力可能である。

本実施形態では、被写体検出部５０５および被写体追尾部５０６、ゲイン部５０７、加算部５０９により、像振れ補正部を利用して被写体追尾を同時に行うことができる。例えば、被写体検出部５０５は撮像信号処理部１１０からの画像信号と、フォーカス駆動部１０８からの被写体距離情報を用いて被写体を検出し、被写体追尾部５０６は公知のテンプレートマッチングを用いて被写体追尾目標位置を生成する。被写体距離情報とは、撮像装置から被写体までの距離を示す情報、または当該距離に対応するフォーカスレンズ位置や焦点検出量等の情報である。

被写体追尾部５０６により得られた被写体追尾目標位置には、ゲイン部５０７が所定のゲイン係数を乗算して加算部５０９に出力する。加算部５０９は、ゲイン部５０７の出力と、ＬＰＦ５０３の出力とを加算し、加算結果を加算部５１０に出力する。加算部５１０は加算部５０９の出力に対してさらに、ＬＰＦ５０３の出力を加算する。こうして演算された被写体追尾目標位置と手振れ信号の低周波成分の合成目標位置は、減算部５１１を介して第１レンズ位置制御部２０５へ入力される。一方、ＬＰＦ５０４により演算された手振れ角度信号の高周波成分から生成された補正レンズ目標位置は、減算部５１２を介して第３レンズ位置制御部２１１へ入力される。

第１レンズ位置制御部２０５を含むフィードバック制御系では、第１ホール素子２０９の検出した第１補正レンズ１０３の位置情報が、減算部５１１により第１補正レンズ目標位置から減算される。第１レンズ位置制御部２０５の出力する制御信号にしたがって第１ドライブ部２０７が第１補正レンズ１０３を駆動し、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レンズ位置制御部２１１を含むフィードバック制御系では、第３ホール素子２１６の検出した第２補正レンズ１１３の位置情報が、減算部５１２により第２補正レンズ目標位置から減算される。第３レンズ位置制御部２１１の出力する制御信号にしたがって第３ドライブ部２１４が第２補正レンズ１１３を駆動し、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については、任意の制御演算部を使用してもよい。例えば、Ｐ（比例）Ｉ（積分）Ｄ（微分）制御器を使用可能である。

以上のように、低周波での像振れ補正および被写体追尾動作については第１補正レンズ１０３を用いた第１補正手段により行われ、高周波での像振れ補正については第２補正レンズ１１３を用いた第２補正手段により行われる。本構成では、第１補正レンズ１０３を主に低周波の大きな振れを補正するために使用し、この場合には像振れ補正が可能な角度が大きい。一方で、第２補正レンズ１１３を主に高周波の小さな揺れのみを補正するために使用し、この場合には像振れ補正が可能な角度は小さい。像振れ補正角度の大きい補正レンズを用いる機構部は、一般的に大型化を伴う。そこで本実施形態では、低周波用防振と高周波用防振とで補正レンズの役割を分担している。よって、機構部が過剰に大きくなることや、レンズの位置検出のための分解能が過剰に高くなることを防止しつつ、像振れ補正動作と被写体追尾動作を両立させることができる。

次に、図６のフローチャートを参照して、本実施形態における補正レンズの目標位置算出処理例を説明する。補正制御演算処理は、制御部１１９のＣＰＵがメモリから読み出した制御プログラムにしたがい、所定の周期で実行される。
まず、処理が開始すると（Ｓ１０１）、第１振動センサ２０１が手振れ等を検出し、振れ検出信号を取得する（Ｓ１０２）。続いてＬＰＦ５０１は、振れ検出信号を周波数帯域成分に分割する演算を行う（Ｓ１０３）。ＬＰＦ５０１の演算結果は振れ検出信号の低周波成分としてメモリに保存される（Ｓ１０４）。次に、パン判定部５０２は、撮像装置がパンニング中であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。撮像装置がパンニング中であると判定された場合、Ｓ１０６に処理を進め、パンニング中でないと判定された場合にはＳ１０７に移行する。Ｓ１０６でパン判定部５０２は、ＬＰＦ５０３，５０４のフィルタ演算が安定するまで時定数を小さくする第１処理と、被写体追尾部５０６から出力される被写体追尾目標位置に乗算するゲイン部５０７のゲイン係数を１以下の値に設定する第２処理を実行する。第２処理は、被写体追尾動作を弱めるために行われる。

Ｓ１０７にてＬＰＦ５０３は、Ｓ１０４でメモリに保存されたＬＰＦ５０１の出力値を取得し、これを積分して角速度情報から角度情報へ変換する（Ｓ１０８）。Ｓ１０９では、被写体検出部５０５からの情報に基づいて被写体追尾部５０６が被写体追尾のための演算を行う。そして加算部５０９により、被写体追尾情報と、Ｓ１０８で演算された低周波の像振れ補正目標位置とが加算され、被写体追尾目標位置が算出される。その後、加算部５１０は、演算された被写体追尾目標位置と低周波の像振れ補正目標位置とを加算する（Ｓ１１０）。加算結果は第１レンズ位置制御部２０５へ入力され（Ｓ１１１）、第１補正レンズ１０３が駆動される。次に減算部５００は、Ｓ１０２で取得された振れ検出信号から、Ｓ１０４で保存されたＬＰＦ５０１の出力値を減算し（Ｓ１１２）、振れ検出信号の高周波数成分が抽出される。こうして、振れ検出信号は、ＬＰＦ５０１で設定したカットオフ周波数にしたがって低周波成分と高周波成分に分割される。ＬＰＦ５０４は、抽出された振れ検出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（Ｓ１１３）。演算された高周波の振れ検出信号は第３レンズ位置制御部２１１へ入力される（Ｓ１１４）。これにより、第２補正レンズ１１３が駆動され、Ｓ１１５で一連の処理を終了する。

次に、図７及び図８を参照して、被写体追尾動作の一例を説明する。
被写体追尾時には、例えば図７に示すように、撮像装置の表示部１１２の画面７０１内にて、公知の顔検出処理により、自動的に主被写体の顔検出枠７０３が設定される。この顔検出枠７０３から、主被写体検出枠７０２が設定され、被写体追尾演算が開始する。被写体追尾演算は、主被写体検出枠７０２を対象にして行われる。主被写体検出枠７０２内の画像はテンプレートマッチングのテンプレートとして設定され、所定時間ごとに入力される画像に対してテンプレートマッチング処理が実行される。その結果、テンプレート画像と相関性のある類似した画像領域が探索される。この主被写体の検出処理は被写体検出部５０５が実行する。

図８（Ａ）は、被写体が画面７０１の中央から左方向へ移動した場合を想定した画像例を示す。テンプレートマッチング処理により、主被写体検出枠７０２に類似した画像が探索される。類似した画像が検出された場合、その領域の画面７０１内での位置が検出される。被写体追尾情報は、図８（Ａ）に示す左向き矢印の方向にて検出される。一方、撮像装置の振れ検出に係るＬＰＦ５０３から出力される低周波の振れ目標位置については、被写体のみが移動したため、ゼロとなる。よって、加算部５０９が演算した被写体追尾目標位置には被写体追尾情報のみが含まれ、加算部５１０が演算した目標位置に基づき、第１補正レンズ１０３に関しては低周波での像振れ補正は行わず、被写体追尾動作のみが実行される。一方、高周波成分の振れ検出信号がある場合には、第２補正レンズ１１３により像振れ補正が実施される。

また図８（Ｂ）は、被写体が静止したままであって、手振れにより主被写体および背景が画面７０１の中央から左方向へ移動した場合を想定した画像例を示す。この場合、図８（Ａ）と同様に主被写体が検出され、被写体追尾情報が図８（Ｂ）の左向き矢印の方向にて検出される。一方、撮像装置の振れ検出に係るＬＰＦ５０３から出力される低周波での像振れ目標位置については、撮像装置の振れが原因で被写体が移動したことにより、被写体追尾情報と同様、図８（Ｂ）の左向き矢印の方向にて検出される。加算部５０９が演算した被写体追尾目標位置は、被写体追尾情報（例えば正値）と低周波成分の振れ検出情報（例えば負値）とが相殺されて、ゼロとなる。加算部５１０が被写体追尾目標位置と低周波成分での像振れ目標位置とを合成する加算により目標位置を算出し、その結果に基づいて第１補正レンズ１０３に関しては被写体追尾動作を行わず、低周波での像振れ補正のみが実施される。一方、高周波成分の振れ検出信号がある場合には、第２補正レンズ１１３により像振れ補正が実行される。

以上の処理により、撮像装置が振れたのか、または被写体が実際に移動したのかを自動的に判断して像振れ補正手段を駆動することにより、撮影シーンに合わせて、適切な像振れ補正が実行される。このように、制御部にて振れ検出信号の低周波成分のみを抽出して被写体追尾情報と比較する理由は、手振れ等の振れ検出信号に含まれる比較的高周波の信号成分を除去することで、被写体追尾目標位置の算出の精度を高めるためである。
本実施形態では、被写体追尾情報と像振れ補正の低周波成分とを比較して被写体追尾目標位置を算出することで、像振れ補正と被写体追尾の両方の状態から振れ補正レンズ目標位置が算出される。このため、互いの動作が邪魔し合うことなく像振れ補正動作と被写体追尾動作とを両立させることができる。よって、像振れ補正の性能を低下させることなく、容易に被写体追尾動作が可能となる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態を説明する。なお、本実施形態にて第１実施形態の場合と同様の構成部については既に使用した符号を用いることにより、それらの詳細な説明を省略する。このような説明の省略については後述の実施形態でも同じである。
図９は、本実施形態の撮像装置の構成例について要部を示す。以下では、図５に示す構成例との相違点を説明する。本実施形態の撮像装置では、被写体追尾目標位置と低周波での像振れ補正目標位置とを加算する加算部５１０が削除され、加算部９０１が追加されている。

被写体追尾部５０６により得られた被写体追尾目標位置については、ゲイン部５０７がゲイン係数を乗算する。加算部５０９はゲイン部５０７の出力に対して、ＬＰＦ５０３の出力を加算する。加算後の信号は、減算部５１１を介して第１レンズ位置制御部２０５へ入力されることで第１補正レンズ１０３を使用した被写体追尾動作が行われる。一方、加算部９０１は、ＬＰＦ５０４により手振れ角度信号の高周波成分から生成された補正レンズ目標位置と、ＬＰＦ５０３により手振れ角度信号の低周波成分から生成された補正レンズ目標位置とを加算する。加算後の合成信号は、減算部５１２を介して第３レンズ位置制御部２１１へ入力され、第２補正レンズ１１３による像振れ補正制御が実施される。
本実施形態では、被写体追尾動作に関して第１補正レンズ１０３を使用し、像振れ補正動作に関して第２補正レンズ１１３を使用することで、被写体追尾と像振れ補正とを区別して設計することができる。例えば、被写体追尾動作と像振れ補正動作とで必要な制御周波数帯域や位置制御の分解能、補正レンズの駆動可能範囲等について、それぞれの動作に適した補正レンズの特性や制御器の設計を行うことができる。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態について、図１０を参照して説明する。図１０は、本実施形態の撮像装置の構成例について要部を示す。第１および第２実施形態では複数の補正レンズを使用しているのに対して、本実施形態に係る撮像装置は、第２補正レンズを持たない構成である。
ＬＰＦ５０３およびＬＰＦ５０４でそれぞれ演算された、低周波および高周波での像振れ補正レンズ目標位置については、加算部１００１により加算される。一方、ゲイン部５０７でゲイン係数が乗算された被写体追尾目標位置については、加算部５０９にてＬＰＦ５０３の出力と加算される。加算部５１０は、加算部５０９の出力と、加算部１００１が出力する像振れ補正レンズ目標位置とを加算する。加算後の合成信号は、減算部５１１を介して第１レンズ位置制御部２０５へ入力されることで被写体追尾動作および像振れ補正動作が行われる。

本実施形態では、被写体追尾動作と像振れ補正動作を１つの補正レンズで実施することができる。よって、複数の補正レンズを持つことによる装置の大型化やコスト増加を抑えることができ、像振れ補正動作と被写体追尾動作の両方を実現できる。

１０３ 第１補正レンズ
１０４ 第１補正レンズ駆動部
１１３ 第２補正レンズ
１１４ 第２補正レンズ駆動部
１１９ 制御部
２０１，２０２ 振動センサ
５０１，５０３，５０４ フィルタ
５０２ パン判定部
５０５ 被写体検出部
５０７ ゲイン部

Claims (11)

1. 第１補正手段および第２補正手段により像振れを補正する像振れ補正装置であって、
   装置の振れを検出して振れ検出信号を出力する振れ検出手段と、
   撮影画像における被写体像の位置を検出する被写体検出手段と、
   前記第１補正手段および第２補正手段の駆動制御を行う制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記第１補正手段の駆動制御によって、前記振れ検出信号から抽出される低周波成分についての像振れ補正および前記被写体検出手段が検出した被写体像の位置を撮影画面内の特定の位置に近づける被写体追尾動作の制御を行い、前記第２補正手段の駆動制御によって、前記振れ検出信号から抽出される高周波成分についての像振れ補正の制御を行うことを特徴とする像振れ補正装置。
2. 第１補正手段および第２補正手段により像振れを補正する像振れ補正装置であって、
   装置の振れを検出して振れ検出信号を出力する振れ検出手段と、
   撮影画像における被写体像の位置を検出する被写体検出手段と、
   前記第１補正手段および第２補正手段の駆動制御を行う制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記第１補正手段の駆動制御によって、前記被写体検出手段が検出した被写体像の位置を撮影画面内の特定の位置に近づける被写体追尾動作の制御を行い、前記第２補正手段の駆動制御によって、前記振れ検出信号から抽出される低周波成分および高周波成分について像振れ補正の制御を行うことを特徴とする像振れ補正装置。
3. 補正手段により像振れを補正する像振れ補正装置であって、
   装置の振れを検出して振れ検出信号を出力する振れ検出手段と、
   撮影画像における被写体像の位置を検出する被写体検出手段と、
   前記補正手段の駆動制御を行う制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記振れ検出信号から抽出される低周波成分に基づく目標位置と前記被写体検出手段の出力に基づく目標位置とを加算した目標位置と、前記振れ検出信号から抽出される前記低周波成分に基づく目標位置と、前記振れ検出信号から抽出される高周波成分に基づく目標位置と、に基づいて前記補正手段を制御することを特徴とする像振れ補正装置。
4. 前記制御手段は、前記被写体検出手段が検出した被写体像の位置および前記振れ検出信号から抽出される低周波成分を取得して前記補正手段の駆動方向および駆動量を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正装置。
5. 前記振れ検出信号から低周波成分および高周波成分を抽出するフィルタ手段をさらに備え、
   前記制御手段は、パンニングまたはチルティングが行われた場合、前記フィルタ手段の時定数を変更する処理を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
6. 被写体追尾動作にて被写体追尾の目標位置にゲイン係数を乗算するゲイン手段をさらに備え、
   前記制御手段は、パンニングまたはチルティングが行われた場合、前記ゲイン係数の値を変更して前記目標位置を小さくする処理を行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の像振れ補正装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の像振れ補正装置を備えることを特徴とする光学機器。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の像振れ補正装置を備えることを特徴とする撮像装置。
9. 第１補正手段および第２補正手段により像振れを補正する像振れ補正装置にて実行される制御方法であって、
   振れ検出手段が装置の振れを検出し、被写体検出手段が撮影画像における被写体像の位置を検出する検出ステップと、
   制御手段が、前記振れ検出手段による振れ検出信号および前記被写体検出手段による被写体像の位置の情報を取得して、前記第１補正手段および第２補正手段の駆動制御を行う制御ステップと、を有し、
   前記制御ステップにて前記制御手段は、前記第１補正手段の駆動制御によって、前記振れ検出信号から抽出される低周波成分についての像振れ補正および前記被写体検出手段が検出した被写体像の位置を撮影画面内の特定の位置に近づける被写体追尾動作の制御を行い、前記第２補正手段の駆動制御によって、前記振れ検出信号から抽出される高周波成分についての像振れ補正の制御を行うことを特徴とする像振れ補正装置の制御方法。
10. 第１補正手段および第２補正手段により像振れを補正する像振れ補正装置にて実行される制御方法であって、
    振れ検出手段が装置の振れを検出し、被写体検出手段が撮影画像における被写体像の位置を検出する検出ステップと、
    制御手段が、前記振れ検出手段による振れ検出信号および前記被写体検出手段による被写体像の位置の情報を取得して、前記第１補正手段および第２補正手段の駆動制御を行う制御ステップと、を有し、
    前記制御ステップにて前記制御手段は、前記第１補正手段の駆動制御によって、前記被写体検出手段が検出した被写体像の位置を撮影画面内の特定の位置に近づける被写体追尾動作の制御を行い、前記第２補正手段の駆動制御によって、前記振れ検出信号から抽出される低周波成分および高周波成分について像振れ補正の制御を行うことを特徴とする像振れ補正装置の制御方法。
11. 補正手段により像振れを補正する像振れ補正装置にて実行される制御方法であって、
    振れ検出手段が装置の振れを検出し、被写体検出手段が撮影画像における被写体像の位置を検出する検出ステップと、
    制御手段が、前記振れ検出手段による振れ検出信号および前記被写体検出手段による被写体像の位置の情報を取得して、前記補正手段の駆動制御を行う制御ステップと、を有し、
    前記制御ステップにて前記制御手段は、前記振れ検出信号から抽出される低周波成分に基づく目標位置と前記被写体検出手段の出力に基づく目標位置とを加算した目標位置と、前記振れ検出信号から抽出される前記低周波成分に基づく目標位置と、前記振れ検出信号から抽出される高周波成分に基づく目標位置と、に基づいて前記補正手段を制御することを特徴とする像振れ補正装置の制御方法。
    

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