JP2007057605A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用状況によって変化する姿勢差や刻々あるいは急激に変化する環境変化に追従して高い像ぶれ補正制御機能を有する撮像装置を提供する。
【解決手段】 被写体の電気的な画像信号を出力する撮像装置において、撮像光学系は光軸に対して垂直に移動制御することで像ぶれを補正する像ぶれ補正レンズを含む複数のレンズ群により被写体の光学的な像を形成し、撮像素子は被写体の光学的像を電気的な画像信号に変換し、画像処理部は画像信号に基づき撮影画像の表示および記憶を行い、像ぶれ制御部はオブザーバ制御手段を備えて像ぶれ補正レンズの移動制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、像ぶれを補正する像ぶれ補正機能を有する小型且つ軽量の撮像装置に関する。

近年、ディジタル方式のスチルカメラやビデオムービーなどの撮像装置の普及の度合いと共に、その機器の小型および軽量化が進展している。さらに、撮像装置の撮像画像の高品質化に伴い、像ぶれ補正機能に対する要求が益々高まってきている。

従来、知られている像ぶれ補正手段を有する撮像装置（特許文献１）は、光学装置のぶれの度合を検出する検出手段と、検出されたぶれ量データに基づいて物体像のぶれを補正する補正手段と、度合いの繰り返し検出によって得られる複数のぶれ量データに基づいて、以降に生じるであろうぶれ量データを予測する予測手段と、予測されたぶれ量データに基づいて物体量のぶれを補正するよう補正手段を制御する制御手段とを含んでいる。つまり、同撮像装置は、繰返してぶれ検出動作を行うことによって得られる複数のぶれ量データに基づいて以降に生じるであろうぶれ量データを予測し、この予測ぶれ量データに基づいて像ぶれを補正する。

このように、以降のぶれ量データを予測することにより、ぶれ補正制御における追随遅れの防止を図っている。また、予測手段は複数のぶれ量データから線形予測によって以降のぶれ量データを予測するという手法も提示されている。

同撮像装置においては、繰返してぶれ検出動作を行うことによって得られる複数のぶれ量データに基づいて、以降に生じるであろうぶれ量データを予測し、この予測ぶれ量データに基づいて像ぶれを補正する。このように以降のぶれ量を予め予測しているため、上記のぶれ補正制御における追随遅れの防止と共に、適正なぶれ補正を行うことによるぶれのない鮮明な画像を得ることを意図している。
特開平９−１０５９７２号公報

撮像装置本体の横撮りや縦撮りなどの姿勢差の変化や、周辺の温度および湿度変化などの環境変化は、ぶれ補正レンズを駆動するアクチュエータの配線負荷変化やアクチュエータ部の摩擦などの負荷変化を招き、正確な像ぶれ補正の障害となる。なお、上述の撮像装置においては、ぶれの繰返検出動作により得られる予測ぶれ量データに基づいて像ぶれを補正するため、学習することによってアクチュエータ関連の変化に対する適応が可能と思われる。

しかしながら、そのような学習効果は、ユーザの使用状況によって変化する姿勢差や刻々あるいは急激に変化する環境変化には追従できず、高品位な像ぶれ性能の確保は非常に困難である。特に、近年進展している撮像装置の小型および軽量化に伴い、像ぶれ補正に用いられるアクチュエータ部も小型および軽量化されているので、アクチュエータ部の配線負荷や摩擦などの負荷が相対的に大きくなっている。つまり、上述の撮像装置は、その小型化および軽量化に伴い、高品位な像ぶれ補正が益々困難になることは明らかである。
それゆえに、本発明は、ユーザの使用状況によって変化する姿勢差や刻々あるいは急激に変化する環境変化に追従して高品位な像ぶれ補正制御機能を有する撮像装置を提供することを目的とする。

被写体の電気的な画像信号を出力する撮像装置であって、
光軸に対して垂直に移動制御することで像ぶれを補正する像ぶれ補正レンズを含む複数のレンズ群により前記被写体の光学的な像を形成する撮像光学系と、
前記被写体の光学的な像を撮像して、前記電気的な画像信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の出力画像信号に基づき撮影画像の表示および記憶を行う画像処理手段と、
前記像ぶれ補正レンズの移動制御を行う像ぶれ制御手段とを備え、
前記像ぶれ制御手段はオブザーバ制御手段を含んで構成されることを特徴とする。

本発明によれば、ユーザの使用状況によって変化する姿勢差や刻々あるいは急激に変化する環境変化に追従して高品位な像ぶれ補正機能を有する撮像装置を提供できる。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成について説明する。撮像装置ＩＣＤは、レンズ鏡筒１００、撮像光学系ＩＣＳ、操作部１１０、表示部１１１、メモリーカード１１２、およびシステムコントローラ１２０を含む。撮像光学系ＩＣＳは、ズームレンズ系１０１、像ぶれ補正用レンズユニット１０２（以降、「ＯＩＳユニット１０２」と称す）、およびフォーカスレンズユニット１０３を含む。なお、ＯＩＳとはＯｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒの頭文字から成る略称である。

システムコントローラ１２０は、ＯＩＳユニット制御部１０４、フォーカス駆動部１０５、撮像素子であるＣＣＤ１０６、画像処理部１０７、環境特性検出部１０８、および合焦情報算出部１０９を含む。

レンズ鏡筒１００は、撮像光学系ＩＣＳを保持する。撮像光学系ＩＣＳは、被写体側から順に、変倍時に光軸に沿って移動するズームレンズ群１０１ａおよびズームレンズ群１０１ｂと、像ぶれ補正を行うために光軸に対して垂直に移動するＯＩＳユニット１０２と、合焦状態に調節のために光軸に沿って移動するフォーカスレンズユニット１０３とから成る。なお、ズームレンズ系１０１、ＯＩＳユニット１０２、およびフォーカスレンズユニット１０３は、被写体の光学的な像を変倍可能に形成する。

ＣＣＤ１０６は、撮像光学系ＩＣＳが形成した光学的な像を所定のタイミングで撮像し、電気的な画像信号に変換して出力する撮像素子である。画像処理部１０７は、ＣＣＤ１０６から出力された画像信号にホワイトバランス補正やγ補正などの所定の画像処理を施して画像信号を生成する。また、画像処理部１０７は、ユーザにより着脱可能なメモリーカード１１２と双方向にアクセス可能である。

表示部１１１は、好ましくは液晶ディスプレイであり、システムコントローラ１２０から出力される指令に基づいて、画像処理部１０７から出力される画像信号が表す撮像を可視画像としてユーザに表示する。メモリーカード１１２は、システムコントローラ１２０から出力される指令に基づき、画像処理部１０７から出力される画像信号を格納する。メモリーカード１１２は、さらに、当該格納されている画像信号を画像処理部１０７を介して表示部１１１に供給する。

操作部１１０は、ユーザによる操作を受け付けて、撮像装置ＩＣＤの全体の動作を制御する。なお、操作部１１０は、電源スイッチやシャッターボタン等を含む。

以下に、フォーカス駆動部１０５の動作について説明する。操作部１１０のシャッターボタンが半押しされた場合に、システムコントローラ１２０ではこの半押しされた状態を検知すると、画像処理部１０７から合焦情報算出部１０９へＣＣＤ１０６からの画像信号を転送させる。

合焦情報算出部１０９は、転送された画像信号に含まれるコントラスト情報と、フォーカス駆動部１０５から出力されるフォーカスレンズユニット１０３の位置情報とに基づいて、デフォーカス量を算出する。合焦情報算出部１０９は、算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズユニット１０３の位置を制御するための制御信号を生成して、フォーカス駆動部１０５に出力する。

フォーカス駆動部１０５は、フォーカスレンズユニット１０３を駆動させたときの位置情報を合焦状態算出部１０９に出力する。また、フォーカス駆動部１０５はシステムコントローラ１２０からの指令に基づき、フォーカスレンズユニット１０３を光軸方向に駆動する駆動信号を出力する機能も有する。また、フォーカス駆動部１０５に、ズームレバー（図示せず）をユーザが操作することによりズームレンズ系１０１を光軸方向に駆動させる機能を有してもよい。

次に、図２、図３、図４、および図５を参照して、ＯＩＳユニット１０２について詳細に説明する。具体的には、図２は組み立てられたＯＩＳユニット１０２の状態を斜め上方からみた様子を示し、図３はＯＩＳユニット１０２の要部を分解した状態を示し、図４はピッチング移動枠の背面を示し、図５は図４に於けるＶ−Ｖ断面を示している。

図２に示すように、固定枠５には、ヨーイング移動枠４が左右方向のシャフト（図示せず）を介して左右方向に移動自在に支持されている。そして、ヨーイング移動枠４には、上下方向のシャフト４ａとガイド溝４ｂが設けられている。

図３に示すように、ピッチング移動枠２の本体２ａには、シャフト４ａにスライド自在に嵌合するガイド部材３ｂと、ガイド溝４ｂにスライド自在に嵌合するシャフト３ａが設けられている。これらにより、ＯＩＳユニット１０２の像ぶれ補正レンズ１（ＯＩＳユニット１０２）を保持するピッチング移動枠（移動枠）２がヨーイング移動枠４に上下方向に移動自在に保持されている。したがって、像ぶれ補正レンズ１（ＯＩＳユニット１０２）は、ピッチング移動枠２およびヨーイング移動枠４を介して、図２に示した固定枠５に対して上下方向および左右方向に移動自在に支持されている。

ピッチング移動枠２の本体２ａには、像ぶれ補正レンズ１（ＯＩＳユニット１０２）を駆動するヨーイング用コイルパターン７Ａおよびピッチング用コイルパターン７Ｂが形成された複数層、例えば４層の積層基板６が取付けられている。積層基板６には、像ぶれ補正レンズ１（ＯＩＳユニット１０２）の位置を検出するための位置検出センサであるホール素子（磁気センサ）８Ａおよび８Ｂが取付けられている。

ホール素子８Ａおよび８Ｂを高精度に位置決め固定するために、積層基板６の基準穴６ｃおよび６ｄと同時に金型で打ち抜き加工された位置決め穴６ａおよび６ｂに嵌合されている。位置決め穴６ａおよび６ｂは、ホール素子８Ａおよび８Ｂ（図３）が軽圧入可能なようにホール素子外形より少し小さく形成されている。そして、ホール素子８Ａおよび８Ｂをそれぞれ位置決め穴６ａおよび６ｂに軽圧入することで、位置決め穴６ａおよび６ｂ内にホール素子８Ａおよび８Ｂがガタつくこともなく高精度に位置決めされる。

図４に示すように、積層基板６には、結線パターン９ｄが形成されたフレキシブルプリント板９が設けられている。フレキシブルプリント板９は、固定部９ａと、可動部９ｂと、端子部９ｃとで構成されている。なお、固定部９ａは積層基板６の背面に取付けらており、可動部９ｂは固定部９ａから導出されて固定枠５（図３および図５参照）側に接続され、端子部９ｃは可動部９ｂの端部に取付けられて固定枠５側の給電および信号送受に供される。

さらに、フレキシブルプリント板９の固定部９ａであって、上述の位置決め穴６ａおよび６ｂに近接する部分には、センサ用のランド部１３ａおよび１３ｂがそれぞれ設けられている。そして、位置決め穴６ａおよび６ｂに、それぞれホール素子８Ａおよび８Ｂを嵌合することによって、ホール素子８Ａおよび８Ｂの端子辺８ｂ（図５参照）がセンサ用ランド１３ａおよび１３ｂに接触する。その結果、半田付けする際に、ホール素子８Ａおよび８Ｂを加圧保持する必要がなく、作業が容易であるので生産性がよい。

また、積層基板６には、ピッチング用のコイルパターン７Ａとヨーイング用のコイルパターン７Ｂにそれぞれ接続されるランド部６ｅおよび６ｆが形成されている。ランド部６ｅおよび６ｆは、フレキシブルプリント板９の固定部９ａに対応して形成されたランド部１４ａおよび１４ｂに半田付けにより接続されている。そして、ランド部６ｅおよび６ｆは、フレキシブルプリント板９の固定部９ａと可動部９ｂに形成された結線パターン９ｄによって、端子部９ｃを介してコネクタ１５に接続されている。結果、固定枠５（図２参照）側のコネクタ１５から可動側のヨーイング移動枠４（図２参照）に対して、ホール素子８Ａおよび８Ｂに対する電気信号の送受信と、コイルパターン７Ａおよび７Ｂへの電力供給とを行うことができる。

図５に示すように固定枠５には、コイルパターン７Ａおよび７Ｂ（図３参照）に対向するマグネット１０Ａおよび１０Ｂ（図３参照）がヨーク１１Ａおよび１１Ｂに取り付けられている。そして、ホール素子８Ａおよび８Ｂの移動範囲の中心位置と、２極着磁したマグネット１０Ａおよび１０Ｂの境界とが一致するように精度良く位置決めするために、固定枠５には、マグネット１０Ａおよび１０Ｂの上下位置の少なくとも一方と、左右位置の少なくとも一方に当接する位置決め用凸部（位置決め部）１２ａおよび１２ｂが設けられている。マグネット１０Ａおよび１０Ｂは、位置決用凸部１２ａおよび１２ｂに当接して、位置規制される。

次に、ＯＩＳユニット制御部１０４の機能について説明する。ＯＩＳユニット制御部１０４の動作する条件は、主に下記に述べるケース１、ケース２、およびケース３の３通りが考えられる。
＜ケース１＞
操作部１１０のシャッターボタンが半押しされた場合に、システムコントローラ１２０がシャッターボタンの半押し状態を検知して、ＯＩＳユニット制御部１０４をモニタ画面像ぶれ補正モードに設定する。そして、シャッターボタンが全押しされた場合には、システムコントローラ１２０がシャッターボタンの全押し状態を検知して、ＯＩＳユニット制御部１０４をモニタ画面像ぶれ補正モードから撮像画面像ぶれ補正モードに切換える。さらに、システムコントローラ１２０は、ＣＣＤ１０６に画像信号を出力させ、当該画像信号を画像処理部１０７を介してメモリーカードに格納させた後に、ＯＩＳユニット制御部１０４の動作を終了させる。

＜ケース２＞
操作部１１０のシャッターボタンが全押しされた場合に、システムコントローラ１２０がこの全押しされた状態を検知して、ＣＣＤ１０６から画像信号が出力する直前に、ＯＩＳユニット制御部１０４を起動させる。そして、ＣＣＤ１０６から画像信号が出力された後に、システムコントローラ１２０が画像処理部１０７を介してメモリーカードに当該画像信号を格納させた後に、ＯＩＳユニット制御部１０４を終了させる。

＜ケース３＞
操作部１１０の電源スイッチがＯＮになり、撮像装置ＩＣＤが撮影モードのときにシステムコントローラ１２０が撮像装置ＩＣＤが撮影モードであることを検知して、ＯＩＳユニット制御部１０４を起動させる。そして、電源スイッチがＯＦＦになったり、メモリーカード１１２に格納されている画像信号が画像処理部１０７を介して表示部１１１に供給されて、表示部１１１で画像表示されたりするなどの撮影モード以外のときに、システムコントローラ１２０はＯＩＳユニット制御部１０４の動作を終了させる。

上述のケース１、ケース２、およびケース３の３通りの条件をそれぞれ撮像装置ＩＣＤの本体に取付けられたメニュー釦（図示せず）によって切換えるように構成してもよい。また、スチル画像を撮影する場合はケース１あるいはケース２、そして動画像を撮影する場合はケース３というように撮影モードによって自動的に切換えるようにしてもよい。

図６を参照して、本実施の形態に係る像ぶれ補正機能について説明する。図６に示すように、贈ぶれ補正機能は、ＯＩＳユニット１０２、ＯＩＳユニット制御部１０４、および環境特性検出部１０８よって実現される。ＯＩＳユニット１０２は、ＯＩＳアクチュエータ３１ｘおよび３１ｙと位置検出センサ３２ｘおよび３２ｙを含む。ＯＩＳアクチュエータ３１ｘは像ぶれ補正レンズ１（ＯＩＳユニット１０２）と共に左右方向（ヨーイング方向）に移動するコイルパターン７Ｂと固定枠５に固定されたマグネット１０Ｂおよびヨーク１１Ｂで構成される。

位置検出センサ３２ｘはホール素子８Ｂで形成される。そして、位置検出センサ３２ｙは、像ぶれ補正レンズ１（ＯＩＳユニット１０２）と共に上下方向（ピッチング方向）に移動するコイルパターン７Ａと固定枠５に固定されたマグネット１０Ａおよびヨーク１１Ａで構成される。位置検出センサ３２ｙはホール素子８Ａで構成される。

ＯＩＳユニット制御部１０４は、ゲイン補正部３３ｘおよび３３ｙと、角速度センサ３４ｘおよび３４ｙと、積分器３５ｘおよび３５ｙと、ゲイン補正部３６ｘおよび３６ｙと、比較部３７ｘおよび３７ｙと、ＯＩＳユニット駆動部３８ｘおよび３８ｙと、画像シフト量演算部３９ｘおよび３９ｙとを含む。

角速度センサ３４ｘは、像ぶれ補正レンズ１（ＯＩＳユニット１０２）を左右方向（ヨーイング方向）に移動させるＯＩＳアクチュエータ３１ｘに対応する方向の角速度を検出する。積分器３５ｘは、角速度センサ３４ｘから出力される角速度情報を積分して角度情報を出力する。ＯＩＳユニット駆動部３８ｘは、コイルパターン７Ｂに電力を供給する。ゲイン補正部３３ｘは、位置検出センサ３２ｘから出力される可動部の位置情報を所定のゲインＫ１で倍増させる。ゲイン補正部３６ｘは、積分器３５ｘから出力される角度情報を所定のゲインＫ２で倍増させる。比較部３７ｘは、ゲイン補正部３３ｘから出力される可動部の位置情報と、ゲイン補正部３６ｘから出力される撮像装置本体の角度情報とを比較する。その比較結果を、比較部３７ｘは、ＯＩＳユニット駆動部３８ｘを介して可動部の位置を制御するための制御信号として出力する。

同様に、角速度センサ３４ｙは、像ぶれ補正レンズ１（ＯＩＳユニット１０２）を上下方向（ピッチング方向）に移動させるＯＩＳアクチュエータ３１ｙに対応する方向の角速度を検出する。積分器３５ｙは、角速度センサ３４ｙから出力される角速度情報を積分して角度情報を出力する。ＯＩＳユニット駆動部３８ｙは、コイルパターン７Ａに電力を供給する。ゲイン補正部３３ｙは、位置検出センサ３２ｙから出力される可動部の位置情報を所定のゲインＫ１で倍増する。ゲイン補正部３６ｙは、積分器３５ｙから出力される角度情報を所定のゲインＫ２で倍増する。ゲイン設定部３９は、ゲイン補正部３３ｘおよび３３ｙのゲインＫ１の調整を行う。

以降、必要に応じて適宜、ＯＩＳアクチュエータ３１ｘおよび３１ｙをＯＩＳアクチュエータ３１と総称し、位置検出センサ３２ｘおよび３２ｙを位置検出センサ３２と総称し、ゲイン補正部３３ｘおよび３３ｙをゲイン補正部３３と総称し、角速度センサ３４ｘおよび３４ｙを角速度センサ３４と総称し、積分器３５ｘおよび３５ｙを積分器３５と総称し、ゲイン補正部３６ｘおよび３６ｙをゲイン補正部３６と総称し、比較部３７ｘおよび３７ｙを比較部３７と総称し、そしてＯＩＳユニット駆動部３８ｘおよび３８ｙをＯＩＳユニット駆動部３８と総称する。

環境特性検出部１０８は、温度検出器１０８ａ、湿度検出器１０８ｂ、および経時計測器１０８ｃを含む。温度検出器１０８ａは撮像装置ＩＣＤの内部温度を検出し、湿度検出器１０８ｂは撮像装置ＩＣＤの内部湿度を検出し、経時計測器１０８ｃは撮像装置ＩＣＤの使用経過時間を計測する。

上述の如く構成された、ＯＩＳユニット１０２、ＯＩＳユニット制御部１０４、および環境特性検出部１０８において、贈ぶれ補正機能は以下の如く実現される。つまり、撮像装置ＩＣＤの左右方向の振れに対して像ぶれを補正するための制御指令信号は角速度センサ３４ｘおよび積分器３５ｘを通してゲイン補正部３６ｘから出力される。左右方向の振れのない状態では、ゲイン補正部３６ｘからは所定の基準電圧が制御指令信号として出力される。この制御指令信号の基準電圧に一致するように、ＯＩＳユニット駆動部３８ｘ、ＯＩＳアクチュエータ３１ｘ、位置検出センサ３２ｘ、およびゲイン補正部３３ｘによって像ぶれ補正レンズの位置が制御される。すなわち、この状態では比較部３７ｘからＯＩＳユニット駆動部３８ｘに出力される電圧はほぼ０となり、像ぶれ補正レンズの中心は像ぶれ補正レンズ以外の撮像光学系のほぼ中心を通る垂直線に一致する。

撮像装置ＩＣＤの左右方向の振れが生じた状態では、ゲイン補正部３６ｘからは撮像装置の左右方向の回転角度に基づく電圧が出力される。この左右方向の回転角度に基づく電圧によって、像ぶれ補正レンズをこの左右方向の回転角度分だけ像ぶれを生じない方向に移動させる。したがって、ゲイン補正部３３ｘとゲイン補正部３６ｘでは、像ぶれ補正レンズを位置検出センサ３２ｘで検出した出力に対して像ぶれを生じない位置に移動させるために必要な電力がＯＩＳユニット駆動部３８ｘからＯＩＳアクチュエータ３１ｘに出力されるように調整される。具体的には、撮像装置の工場での出荷時に予め調整される。

一方、撮像装置ＩＣＤの上下方向の振れに対する像ぶれを補正するための制御指令信号は、角速度センサ３４ｙおよび積分器３５ｙを通してゲイン補正部３６ｙから出力される。上下方向の振れのない状態では、ゲイン補正部３６ｙからは所定の基準電圧が制御指令信号として出力される。この制御指令信号の基準電圧に一致するように、ＯＩＳユニット駆動部３８ｙ、ＯＩＳアクチュエータ３１ｙ、位置検出センサ３２ｙおよびゲイン補正部３３ｙによって像ぶれ補正レンズの位置が制御される。すなわち、この状態では比較部３７ｙからＯＩＳユニット駆動部３８ｙに出力される電圧はほぼ０となり、像ぶれ補正レンズの中心は像ぶれ補正レンズ以外の撮像光学系のほぼ中心を通る水平線に一致する。

撮像装置ＩＣＤの上下方向の振れを生じた状態では、ゲイン補正部３６ｙからは撮像装置ＩＣＤの上下方向の回転角度に基づく電圧が出力される。この上下方向の回転角度に基づく電圧によって、この上下方向の回転角度分だけ像ぶれを生じない方向に像ぶれ補正レンズが移動させられる。したがって、ゲイン補正部３３ｙとゲイン補正部３６ｙでは、位置検出センサ３２ｙで検出した出力に対して像ぶれを生じない方向に像ぶれ補正レンズを移動させるために必要な電力がＯＩＳユニット駆動部３８ｙからＯＩＳアクチュエータ３１ｙに出力されるように調整される。具体的には、撮像装置の工場での出荷時に予め調整される。

次に、図７を参照して、ゲイン設定部３９の動作について説明する。図７（ａ）において、横軸は温度検出器１０８ａで検出した温度を表し、縦軸はゲイン設定部３９からの制御信号に基づいてゲイン補正部３３ｘおよび３３ｙにて調整されるゲインＫ１を表す。なお、実践Ｌ１は湿度が標準状態での温度とＫ１との関係を示し、破線Ｌ２は湿度が上昇した状態での温度とＫ１との関係を示している。

図７（ｂ）において、横軸は経時計測器１０８ｃで計測した時間を表し、縦軸はゲイン設定部３９からの制御信号に基づいてゲイン補正部３３ｘおよび３３ｙにて調整されるゲインＫ１を表す。そして実線Ｌは、時間の経過に対するゲインＫ１の変化の様子を示している。

ゲイン設定部３９によるゲイン補正部３３の調整は、以下に述べるようにして行われる。上述のように、ＯＩＳアクチュエータ部３１はマグネットとコイルパターンで構成される電磁変換特性を利用した駆動部を構成している。一般的に、温度が上昇するとマグネットの磁化低下やコイルパターンの線抵抗の増加に伴って可動部の推進力は低下する。そこで、図７（ａ）に示すように、温度の上昇に伴う推進力の低下を打ち消し合う方向に、ゲイン補正部３３のゲインＫ１をゲイン設定部３９から出力される制御信号に基づいて調整する。これによりＯＩＳアクチュエータ３１、位置検出センサ３２、ゲイン補正部３３、比較部３７、およびＯＩＳユニット駆動部３８で構成される制御ループゲインを温度変化に影響を受けずほぼ一定に機能させることができる。なお、ゲイン補正部３６のゲインＫ２を同様に調整するようにして、角速度センサ３４の温度変化を補正する構成を追加してもよい。

フレキシブルプリント板は、固定枠から可動部に接続されている。それゆえに、可動部の移動に伴ってフレキシブルプリント板がより屈曲する方向へ移動した場合には、フレキシブルプリント板の可動部の接続端に加わる力は増加し、フレキシブルプリント板の屈曲が戻る方向へ移動した場合にはフレキシブルプリント板の可動部の接続端に加わる力は減少する。

したがって、湿度が上昇してフレキシブルプリント板がやわらかくなると、可動部の移動に伴うフレキシブルプリント板が可動部の接続端に加わる力の変化が小さくなる。つまり、同じ移動量かつ応答速度に必要なコイルパターンに印加する電力は減少する。そこで、図７（ａ）において、湿度が標準状態での温度とＫ１との関係を示す実線Ｌ１に対して、湿度が上昇した状態での温度とＫ１との関係を示す破線Ｌ２で示すように、ゲイン設定部３９によるゲイン補正部３３でのゲインＫ１を下げることでＯＩＳアクチュエータ３１、位置検出センサ３２、ゲイン補正部３３、比較部３７、およびＯＩＳユニット駆動部３８で構成される制御ループゲインの機能を温度変化および湿度変化に影響を受けずほぼ一定にできる。なお、ゲイン補正部３６のゲインＫ２を同様に調整するようにして、角速度センサ３４の温度および湿度変化を補正する構成を追加してもよい。

また、電源ＯＮの直後からＣＣＤ１０６などの回路の温度上昇に伴って撮像装置ＩＣＤの内部温度が上昇すると、上述のように温度の上昇によりマグネットの磁化低下やコイルパターンの線抵抗の増加に伴って可動部の推進力が低下する。この現象を打ち消すために、撮像装置ＩＣＤの電源ＯＮ直後からの時間を経時計測器１０８ｃで計測して、計測した経過時間に基づいて予め測定した温度上昇に伴う可動部の推力低下をキャンセルする方向（図７（ｂ）に例示）にゲイン補正部３３のゲインＫ１をゲイン設定部３９の制御信号に基づいて調整する。

上述の如くゲインＫ１を設定することにより、ＯＩＳアクチュエータ３１、位置検出センサ３２、ゲイン補正部３３、比較部３７、およびＯＩＳユニット駆動部３８で構成される制御ループゲインの機能を温度変化に影響を受けずほぼ一定にできる。

次に、図８を参照して、像ぶれ補正機能におけるオブザーバ制御について説明する。具体的には、図８はＯＩＳユニット駆動部３８の出力部に負荷τが入力された場合にＯＩＳアクチュエータ３１の可動部の位置Ｘが出力される制御ブロックを示している。負荷τは、撮像装置本体の姿勢の変化に伴って生じるＯＩＳアクチュエータ３１の可動部の自重変化による負荷変動あるいは、固定部と可動部との摩擦係数変化による負荷変動が考えられる。特に、小型および軽量の撮像装置においては可動部の推力低下に伴い、これらの負荷変動が相対的に大きく影響する。なお、図８においては左右方向のＯＩＳユニット制御系と上下方向のＯＩＳユニット制御系のいずれかを表すものとする。

また、図８においては、各ブロックの名称に加えてゲインあるいは関数が定義されている。参照符号４５は可動部Ｇ（ｓ）を示し、参照符号３２は位置検出センサＫｐを示し、参照符号３３はゲイン補正部Ｋ１を示し、参照符号３７は比較部を示し、参照符号４１はフィードバック補償部Ｈ０（ｓ）を示し、参照符号４３は加算部を示し、参照符号４２はトルク換算部Ｈ１を示し、参照符号４４は加算部を示し、参照符号５１はオブザーバ補償部Ｈ３（ｓ）を示し、参照符号５３は加算部を示し、そして参照符号５２はＬＰＦ部Ｈ４（ｓ）を示している。オブザーバ制御部５０は、オブザーバ補償部５１、ＬＰＦ部５２、および加算部５３を含む。

フィードバック補償部４１は、一般的にはリードラグフィルタ、低域通過フィルタ、および積分補償器で構成され、目標指令Ｖ０に対する引き込み特性確保および定常的な負荷補正を行う補償部である。本例においては、本発明におけるオブザーバ制御の効果を説明するために負荷τが加算部４４で図８で示される制御ブロックに印加された場合を想定している。オブザーバ制御部５０は先に述べた負荷τを予測してこの負荷τを打ち消す方向に可動部４５にトルクが印加されるように機能するブロックである。なお、トルク換算部４２と可動部４５とを合せてＯＩＳアクチュエータ３１が構成される。また、可動部４５は像ぶれ補正レンズ１を含み上下左右に移動するものを表す。

オブザーバ制御部５０の動作について、以下に詳細に説明する。まず、ゲイン補正部３６から出力される目標指令Ｖ０＝０として、加算部４４に印加されている負荷τとオブザーバ制御部５０の入出力信号あるいは内部信号である既知関数Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３とを定義すると、Ｐ１は次式（１）で表される。

Ｐ１＝−（Ｐ２×Ｈ１＋τ）×Ｇ（ｓ）×Ｋｐ×Ｋ１ ・・・（１）
トルク換算部４２から出力される信号に−τを加算することを想定すると、外部から印加されている負荷τの影響を打ち消すことが可能となるので、オブザーバ補償部５１を次式（２）で表わされる。
Ｈ３（ｓ）＝１／｛Ｈ１ｔｙｐ×Ｇ（ｓ）×Ｋｐ×Ｋ１ｔｙｐ｝・・・（２）
Ｈ１ｔｙｐはＨ１の標準設計値であり、Ｋ１ｔｙｐはＫ１の標準設計値である。

加算部５３から出力される信号Ｐ３は次式（３）で表される。
Ｐ３＝Ｐ２＋Ｈ３（ｓ）×Ｐ１ ・・・（３）

さらに、式（３）に式（１）および式（２）を代入して次式（４）が得られる。
Ｐ３＝Ｐ２＋［−（Ｐ２×Ｈ１＋τ）×Ｇ（ｓ）×Ｋｐ×Ｋ１／｛Ｈ１ｔｙｐ×Ｇ（ｓ）×Ｋｐ×Ｋ１ｔｙｐ｝］
＝Ｐ２＋｛−Ｐ２×Ｈ１×Ｋ１／（Ｈ１ｔｙｐ×Ｋ１ｔｙｐ）−τ×Ｋ１／（Ｈ１ｔｙｐ×Ｋ１ｔｙｐ）｝ ・・・（４）

上述のように、同じ電力をＯＩＳアクチュエータ部に供給しても、温度や湿度によって可動部の推力は変化する。これは、トルク換算部４２のＨ１が変化することで表現できる。温度や湿度あるいは撮像装置ＩＣＤの本体の電源ＯＮしてからの経時によって変化するＨ１の変化率を予め測定しておくことによって、ユーザが通常に使用する実使用上において、Ｇ（ｓ）×Ｈ１×Ｋｐ×Ｋ１×Ｈ０（ｓ）で表される制御ループゲインを一定とするためのＫ１を、図７を参照して説明したように求めることができる。

上述のように、式（２）において、Ｈ１ｔｙｐはＨ１の標準設計値であり、Ｋ１ｔｙｐはＫ１の標準設計値である。なお、標準設計値とは温度が常温（例えば２５℃）や湿度が常湿（例えば６０％）の場合のＨ１の測定値およびＫ１の設定値である。制御ループゲインが常に一定になるようにゲイン設定部３９から図７に示す破線Ｌ２に従ってＫ１が補正されるので、制御ループゲインＧ（ｓ）×Ｈ２×Ｋｐ×Ｋ１はＧ（ｓ）×Ｈ２ｔｙｐ×Ｋｐ×Ｋ１ｔｙｐと常にほぼ等しくなり、次式（５）が成立する。

Ｈ２ｔｙｐ×Ｋ１ｔｙｐ≒Ｈ２×Ｋ１ ・・・（５）
式（５）を考慮すると、式（４）は次式（６）で表すことができる。

Ｐ３≒−τ×Ｋ１／（Ｈ１ｔｙｐ×Ｋ１ｔｙｐ） ・・・（６）

さらに、信号Ｐ３はＬＰＦ部５２を介してフィードバック補償部４１の出力に加算される。ＬＰＦ部５２は低域通過フィルタを表し、オブザーバ制御を用いて負荷τに対して位置Ｘの変動を抑圧したい帯域で制限するようにカットオフ周波数を設定する。本例においては、カットオフ周波数は像ぶれ補正を行う帯域として１０〜２０［Ｈｚ］程度に設定される。

したがって、次式（７）で示すようにオブザーバ制御部５０によって求めた信号Ｐ３はトルク換算部４２から出力される信号に−τを加算することになり、負荷τの影響を打ち消すことが可能となる。
Ｐ３×Ｈ１≒｛−τ×Ｋ１／（Ｈ１ｔｙｐ×Ｋ１ｔｙｐ）｝×Ｈ１≒ −τ
・・・（７）

上述のように、本実施の形態１においては、像ぶれ補正機能にオブザーバ制御を用いることで撮像装置における像ぶれ補正の性能を改善できる。特に、小型および軽量の撮像装置においては、ユーザの使用状況によって変化する姿勢差や刻々あるいは急激に変化する環境変化によって影響されるアクチュエータ部の配線負荷や摩擦などの負荷変動による補正性能の劣化を大幅に改善できる。また、オブザーバ制御部は回路で構成するだけでなくマイコンなどで処理を行うソフトウエアで構成してもよい。

図９を参照して、オブザーバ制御について説明する。図９（ｂ）に示すように、入力部に加算部４６を設けられているトルク換算部４２に、外部から図８における負荷τに相当する信号が入力信号Ｖｉｎとして制御ループに印加される。入力信号Ｖｉｎの周波数を１［Ｈｚ］〜１０［ｋＨｚ］までスイープさせたときの可動部４５の位置変位を位置検出センサＫｐの出力Ｖｏｕｔとして取り出して、横軸を周波数、縦軸を２０×ｌｏｇ（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）［ｄＢ］としてグラフ化し、また、横軸を周波数、縦軸を∠（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）［ｄｅｇ］としてグラフ化してボード線図を描いた図が図９（ａ）である。

図９（ａ）において、オブザーバ制御の効果を最大にした（すなわち、ＬＰＦ部Ｈ４（ｓ）の出力をそのまま加算器４３に出力するように補正係数の値を１．０にした）ときの状態を実線Ｌｍａｘ１および実線Ｌｍａｘ２で示し、オブザーバ制御の効果をなくした（すなわち、ＬＰＦ部Ｈ４（ｓ）の出力を０にするように補正係数の値を０にした）のときの状態を破線Ｌｚｅｒｏ１および破線Ｌｚｅｒｏ２で示し、オブザーバ制御の効果を若干落とした（すなわち、ＬＰＦ部Ｈ４（ｓ）の出力に０〜１の間の値の補正係数を掛けて出力した）ときの状態を実線Ｌｍｉｄ１および実線Ｌｍｉｄ２で示している。具体的には、オブザーバ制御の効果を若干落としたときの状態（Ｌｍｉｄ）については、ＬＰＦ部Ｈ４（ｓ）の出力に補正係数０．７を掛けて出力したときの例を示している。

このように、オブザーバ制御の補正係数の値を１．０としたときには負荷変動に対する可動部の位置変動の割合を、オブザーバ制御の効果をなくしたとき（補正係数の値は０）に比べて１［Ｈｚ］のところで２０［ｄＢ］以上に改善できる。また、オブザーバ制御の補正係数の値を０．７としたときにも負荷変動に対する可動部の位置変動の割合を、オブザーバ制御の効果をなくしたとき（補正係数０）に比べて１［Ｈｚ］のところで１０［ｄＢ］程度改善できる。また、∠（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）で示す入力信号Ｖｉｎに対する出力信号Ｖｏｕｔの位相差はオブザーバ制御を導入することで入力信号の周波数が１０［Ｈｚ］程度のところでオブザーバ制御を導入しない場合に比べて進む。

なお、ブザーバ制御の効果を若干落として補正係数０．７とした例については、可動部のコイル抵抗のばらつきやコイルとマグネットとのギャップばらつきなどによって、推力が個々にばらつきを生じる際に、オブザーバ制御の効果を若干落として過補正になることを防止するとともに、オブザーバ制御としての負荷変動に対する可動部の位置変動に与える影響を低減できる。

また、本発明に係る撮像装置は、カメラボディと交換レンズとからなるカメラシステムとして構成できる。なお、交換レンズは、カメラボディに着脱可能であり、装着時に当該カメラボディとの相互通信が可能に構成される。また、カメラボディは、少なくとも撮像素子（ＣＣＤ１０６）を含むものとする。

本発明は、ディジタルスチルカメラおよびディジタルビデオカメラ等に代表される光学画像を電気信号として生成する撮像装置に好適である。

本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図 図１のＯＩＳユニットの内部構成を示す斜視図 図２のＯＩＳユニットの要部を示す分解斜視図 図２のＯＩＳユニットにおけるピッチング移動枠を示す図 図４におけるＶ−Ｖ断面を示す図 図１の撮像装置における像ぶれ補正機能の構成を示すブロック図 図６のゲイン設定部の動作の説明図 図１の撮像装置による像ぶれ補正機能におけるオブザーバ制御動作の説明図 図１の像ぶれ補正機能におけるオブザーバ制御の説明図

符号の説明

３１、３１ｘ、３１ｙ ＯＩＳアクチュエータ
３２、３２ｘ、３２ｙ 位置検出センサ
３３、３３ｘ、３３ｙ ゲイン補正部
３６、３６ｘ、３３ｙ ゲイン補正部
３７、３７ｘ、３７ｙ 比較部
３８、３８ｘ、３８ｙ ＯＩＳユニット駆動部
３９ ゲイン設定部
４１ フィードバック補償部
４２ トルク換算部
４３ 加算部
４４ 加算部
４５ 可動部
５０ オブザーバ制御部
５１ オブザーバ補償部
５２ ＬＰＦ部
５３ 加算部
１００ レンズ鏡筒
１０１ ズームレンズ系
１０２ ＯＩＳユニット
１０３ フォーカスレンズユニット
１０４ ＯＩＳユニット制御部
１０５ フォーカス駆動部
１０６ ＣＣＤ
１０７ 画像処理部
１０８ 環境特性検出部
１０８ａ 温度検出器
１０８ｂ 湿度検出器
１０８ｃ 経時計測器
１０９ 合焦情報算出部
１１０ 操作部
１１１ 表示部
１１２ メモリーカード
１２０ システムコントローラ

Claims (8)

1. 被写体の電気的な画像信号を出力する撮像装置であって、
   光軸に対して垂直に移動制御することで像ぶれを補正する像ぶれ補正レンズを含む複数のレンズ群により前記被写体の光学的な像を形成する撮像光学系と、
   前記被写体の光学的な像を撮像して、前記電気的な画像信号に変換する撮像素子と、
   前記撮像素子の出力画像信号に基づき撮影画像の表示および記憶を行う画像処理手段と、
   前記像ぶれ補正レンズの移動制御を行う像ぶれ制御手段とを備え、
   前記像ぶれ制御手段はオブザーバ制御手段を含んで構成されることを特徴とする撮像装置。
2. 前記オブザーバ制御手段は、像ぶれ補正レンズの移動に際する負荷を予測演算する負荷予測手段を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記像ぶれ制御手段は、温度あるいは湿度の計測を行う環境特性検出手段を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記像ぶれ制御手段は、前記撮像装置本体の電源を投入してからの経時計測を行う経時計測手段を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記像ぶれ補正レンズは、光軸に対して垂直に前記レンズを移動するアクチュエータと、前記レンズの位置を検出する位置検出センサとによって移動制御されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記像ぶれ制御手段は、角速度センサから出力される角速度情報に基づいて前記像ぶれ補正レンズを移動制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記像ぶれ制御手段は、前記アクチュエータへの印加電力を前記環境特性検出手段から出力される温度、湿度、および経時の情報の少なくとも１つに基づいて可変することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の撮像装置。
8. 前記撮像装置は、カメラボディと、当該カメラボディに着脱可能であり、装着時に当該カメラボディとの相互通信が可能な交換レンズを備えるカメラシステムであって、
   前記カメラボディは、少なくとも前記撮像素子を含み、
   前記交換レンズは、少なくも前記撮像光学系を含む、請求項１に記載の撮像装置。

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