JP3278212B2 - 振れ補正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラ等の撮影装置に
用いて好適な揺れ補正装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりカメラ等の撮影装置の分野で
は、露出設定、焦点調節等あらゆる点で自動化，多機能
化が図られ、撮影環境にかかわらず常に良好な撮影を行
うことができるようになつている。

【０００３】しかしながら実際に撮影画像の品位を著し
く低下させているのはカメラ振れであることが多く、近
年ではこのカメラ振れを補正する振れ補正装置が種々提
案され、注目を集めているところである。

【０００４】振れ補正装置は、補正系では光学的に補正
するもの、画像処理によつて電気的に補正するものに大
別され、また検出系では物理的に振動を検出するもの、
画像の動きベクトル等を画像処理によつて検出するもの
に大別され、多くの形態が考えられる。

【０００５】図１９に従来の振れ補正装置の構成の一例
を示す。

【０００６】同図において、１は例えば振動ジャイロ等
の角速度センサからなる角速度検出器であり、カメラ等
の撮影装置に取り付けられている。２は角速度検出器１
から出力される速度信号の直流成分を遮断して交流成分
すなわち振動成分のみを通過させるＤＣカツトフイルタ
である。このＤＣカツトフイルタは、任意の帯域で信号
を遮断するハイパスフイルタ（以下ＨＰＦと称す）を用
いてもよい。３はＤＣカツトフイルタより出力された角
速度信号を適当な感度に増幅するアンプである。

【０００７】４はアンプ３より出力された角速度信号を
デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、５はＡ／Ｄ変換
器４の出力を積分して角変位信号を出力する積分器、６
は積分回路５より出力された角速度信号の積分信号すな
わち角変位信号からパンニング，チルテイングの判定を
行うパン・チルト判定回路、７はパン・チルト判定回路
の出力をアナログ信号あるいはＰＷＭ等のパルス出力に
変換して出力するＤ／Ａ変換器である。そしてＡ／Ｄ変
換器４、積分器５、パン・チルト判定回路６、Ｄ／Ａ変
換器７は、例えばマイクロコンピュータ（以下マイコン
と称す）ＣＯＭ１によつて構成される。８はマイコンよ
り出力された変位信号に基づいて、後段の画像補正手段
を、振れを抑制するように駆動する駆動回路、９は画像
補正手段で、たとえば光学的光軸を変位させて振れを相
殺する光学的補正手段、あるいは画像を記憶したメモリ
より電子的に画像の読み出し位置をシフトして振れを相
殺する電子的補正手段が用いられている。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
述の振れ補正装置では、以下に示すような問題点があ
る。

【０００９】図４は既存の角速度センサを使用した振れ
補正装置を搭載したカメラ等の装置に一定振幅の加振を
行つたとき、画像補正手段９において得られる振動成分
信号の周波数特性である。

【００１０】図４の周波数特性において、１０Ｈｚでの
特性に注目すると、利得特性はほぼ０ｄＢとなつている
が、位相は約７．５ｄｅｇのずれを生じている。そして
この位相ずれを主要因として、加えられた振動に対し
て、３Ｈｚでは１／１００以下の振動に抑えられている
ものが、１０Ｈｚでは約１／８程度の振動にしか抑える
ことができなくなつている。

【００１１】このような、この特性における振れ補正の
効果を考えた場合、通常の撮影においては十分な効果が
期待できるとしても、１０Ｈｚ付近の周波数の振動が連
続してカメラ等の装置に加わつているときには、その周
期的振動が目につきやすくなる。

【００１２】このように、角速度センサを用いた上述し
たような現状の振れ補正装置では、十分な振動抑制効果
の期待できない周波数帯域で、連続した振動が加わり続
けた場合、加わっている振動の大きさによっては、補正
残りが目立つことが問題であった。

【００１３】そこで、本出願人は、振れ補正機構を含む
撮影装置に加わつている振れ、つまり補正すべき振れの
中心周波数を検知し、その出力に応じて利得特性及び位
相特性を変化させ、振れの中心周波数の利得ずれ、位相
ずれを補正しようとする提案を行つた（特願平４−２４
３４８５号）が、振れの周波数検出手段は、外部に独立
して用意されていたため、構成及び調整の簡略化の点で
は、まだ改良の余地のあるものであつた。

【００１４】そこで、本発明の課題は上述した問題点を
解決するとともに、本出願人による先願をさらに改良す
ることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、機器の振動を検出する第１の検出手段と、
前記振動による画像の動きを補正する補正手段と、前記
第１の検出手段の出力に基づいて前記補正手段を制御
し、前記画像の動きを補正する方向に前記補正手段を駆
動する第１の制御手段と、前記第１の検出手段の出力か
ら前記振動の変位を検出する第２の検出手段と、前記第
２の検出手段の出力に基づいて前記第１の制御手段の特
性を制御する第２の制御手段とを有し、前記第２の検出
手段は、前記第１の検出手段の出力を積分演算する積分
手段と、該積分手段の出力信号から振動の周波数を検出
する周波数検出手段とを有する振れ補正装置とするもの
である。 また、本発明は上記目的を達成するために、機
器の振動を検出する第１の検出手段と、前記振動による
画像の動きを補正する補正手段と、前記第１の検出手段
の出力に基づいて前記補正手段を制御し、前記画像の動
きを補正する方向に前記補正手段を駆動する第１の制御
手段と、前記第１の検出手段の出力から前記振動の変位
を検出する第２の検出手段と、前記第２の検出手段の出
力に基づいて前記第１の制御手段の特性を制御する第２
の制御手段とを有し、前記第２の検出手段は、前記第１
の検出手段の出力の離散値の信号の増減により、周波数
を検知する振れ補正装置とするものである。

【００１６】

【作用】これによって、種々の周波数の振れに対して適
切な振れ補正が可能となる。

【００１７】

【００１８】

【実施例】以下、本発明を各図を参照しながらその実施
例について詳細に説明する。

【００１９】（第１の実施例）図１は本発明における振
れ補正装置の第１の実施例の主たる構成を示すブロツク
図である。同図において、上述の第１９図に示す先行例
と同一構成部分については同一の符号を付し、詳細な説
明は省略する。

【００２０】同図において、カメラ等の撮影装置に取り
付けられた振動ジャイロ等の角速度センサからなる角速
度検出手段１、角速度検出手段１から出力される速度信
号の直流成分を遮断するＤＣカツトフイルタ（あるいは
ＨＰＦ）、角速度信号を所定感度に増幅するアンプ３、
駆動回路８、画像補正手段９については、上述の第１９
図に示す先行例と同一構成のものを用いることができる
ものであり、本発明において異なるのは、装置全体の制
御を行うマイクロコンピユータＣＯＭ２の内部構成であ
る。なお本実施例においては、画像補正手段９としてた
とえば後述の可変頂角プリズム（ＶＡＰ）あるいはメモ
リ制御方式が用いられている。

【００２１】マイコンＣＯＭ２内の構成を見ると、アン
プ３より出力された角速度信号をデジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器４、任意の帯域で特性を可変し得る機能
を有するＨＰＦ１０、ＨＰＦ１０によつて抽出された所
定の周波数成分の信号を積分してその周波数成分におけ
る角変位信号を求める積分回路５、積分回路５より出力
された積分出力信号すなわち角変位信号の位相及び利得
を後述の周波数検出手段にしたがつて補正する位相及び
利得補正回路１１、位相及び利得補正回路１１の出力信
号をアナログ信号あるいはＰＷＭ等のパルス出力に変換
して出力するＤ／Ａ変換器７が配されている。

【００２２】また１２はＡ／Ｄ変換器３より出力された
角速度信号及び積分回路５より出力された変位信号から
パンニング，チルテイング及び撮影状態の判別を行い、
その判定結果に応じてＨＰＦの特性を変更するパン／チ
ルト判定回路である。

【００２３】このパン／チルト判定回路の具体的動作
は、Ａ／Ｄ変換器４より出力された角速度信号の振動の
有無及び積分回路５より出力された角変位信号を入力
し、角速度が一定で、角速度信号を積分した角変位信号
が単調増加を示す場合に、パンニングあるいはチルテイ
ングであると判定し、このようなときには、ＨＰＦ１０
の低域カツトオフ周波数を高くなる方へと変移させ、低
域の周波数に対して振れ補正系が応答しないように特性
を変更するものである。

【００２４】パンニング／チルテイングが検出された場
合には、ＶＡＰを序々に移動範囲中心へとセンタリング
する。この間も角速度信号及び角変位信号の検出は行わ
れており、パンニング／チルテイングが終了した場合に
は、再び低域のカツトオフ周波数を低下して振れ補正範
囲を拡張する動作が行われる。

【００２５】１３はＡ／Ｄ変換器３より出力された角速
度信号から装置に加わつている振動を検出し、その振動
周波数に応じて位相及び利得補正回路１１の特性を制御
する周波数検出手段である。

【００２６】ここでマイコンＣＯＭ２より出力される制
御信号に応じて画像の振れを実際に補正する駆動回路
８，画像補正手段９について、例を上げて説明すると、
例えば図８，１０，１４に示すようなものが挙げられ
る。

【００２７】図８は、可変頂角プリズム（以下ＶＡＰ：
Varriable angle prisumと称す）３０６を用いるととも
に駆動系にはボイス・コイルを使用し、角変位をエンコ
ーダ検出して駆動系にフイードバツクして駆動量を制御
するような閉ループを構成する制御系としたものであ
る。

【００２８】まず、ＶＡＰについて詳しく述べると、図
１２に示すように、可変頂角プリズム３０６は、対向し
た２枚の透明平行板３４０ａ、３４０ｂの間に透明な高
屈折率（屈折率ｎ）の弾性体または不活性液体３４２を
狭持した形で充填するとともにその外周を樹脂フィルム
等の封止材３４１にて弾力的に封止し、透明平行板３４
０ａ、３４０ｂを揺動可能とした構造のものであり、透
明平行板３４０ａ、３４０ｂを揺動することにより、光
軸を変位させ、振れを補正するものである。

【００２９】図１３は、図１２の可変頂角プリズム３０
６の一方の透明平行板３４０ａを揺動軸３０１（３１
１）の回りに角度σだけ回動させたときの入射光束３４
４の通過状態を示した図であり、同図に示すように、光
軸３４３に沿って入射してきた光束３４４は楔形プリズ
ムと同じ原理により、角度φ＝（ｎ−１）σだけ偏向さ
れて出射する。即ち、光軸３４３は角度φだけ偏心（偏
向）される。

【００３０】図８の説明に戻ると、以上説明したＶＡＰ
３０６は保持枠３０７を介して３０１，３１１を軸とし
て回動し得るよう、鏡筒３０２に固定されている。

【００３１】３１３はヨーク、３１５はマグネツト、３
１２はコイルであり、コイル３１２に電流を流すことに
より３１１を中心としてＶＡＰの頂角を可変し得る、ボ
イスコイル型のアクチユエータが構成されている。３１
０はＶＡＰの変位検出用のスリツトであり、回転軸３１
１と同軸に保持枠３０７すなわちＶＡＰ３０６とともに
回動してその位置を変位する。３０８はスリツト３１０
の位置を検出する発光ダイオード、３０９はＰＳＤ（Po
sition Sensing Detector ）であり、発光ダイオード３
０８とともにスリツト３１０の変位を検出することによ
り、ＶＡＰ頂角の角変位を検出するエンコーダを構成し
ている。

【００３２】そしてＶＡＰ３０６によって入射角度が変
えられた光束は撮影レンズユニツト３０３によつてＣＣ
Ｄ等の撮像素子３０４の撮像面上に結像される。

【００３３】なお３０５は保持枠３０７の軸３０１及び
３１１からなる回転軸と直交するもう片方の回転軸中心
を示している。

【００３４】次にＶＡＰを駆動制御する制御回路の基本
的な構成及び動作について図９のブロツク図を用いて説
明する。

【００３５】同図において、３０６はＶＡＰ、３２２は
アンプ、３２３はアクチユエータを駆動するドライバ
ー、３２４は上述したＶＡＰ３０６駆動用のボイス・コ
イル型アクチユエータ、３２６はＶＡＰの頂角変位を検
出するエンコーダ、３２５はマイクロコンピユータＣＯ
Ｍ２から出力される振れ補正用の制御信号３２０と角変
位エンコーダ３２６の出力信号とを逆極性で加算する加
算器であり、マイクロコンピユータＣＯＭ２から出力さ
れる振れ補正用の制御信号３２０と角変位エンコーダ３
２６の出力信号とが等しくなるように制御系が動作する
ので、結果として制御信号３２０がエンコーダ３２６の
出力と一致するようにＶＡＰ３０６が駆動されることに
より、マイクロコンピユータＣＯＭ２の指示された位置
にＶＡＰが制御されるものである。

【００３６】図１０は他の画像補正手段の例を示すもの
であり、前述のＶＡＰをボイス・コイル型アクチユエー
タでなく、ステツピングモータを使用して駆動するよう
構成したものである。

【００３７】これは、回転軸３０１を回動中心として、
ステツピングモータ４０１により、保持枠３０７を介し
て、ＶＡＰを駆動する構成となっている。すなわち鏡筒
３０２に取り付けられた支持枠４０３にその回転軸にリ
ードスクリユー４０１ａを配されたステツピングモータ
４０１を取り付けるとともに、前記支持枠４０３のガイ
ド軸４０５によつて光軸方向に移動可能に案内されるキ
ヤリア４０４を前記リードスクリユー４０１ａに常時噛
合させ、且つキヤリア４０４を支持枠３０７に固定され
た連結杆４０７と回動軸４０６をもつて回動自在に連結
することにより、ステツプモータ４０１を回転してキヤ
リア４０４を光軸方向に移動し、連結杆４０７を介して
保持枠を回動軸３０１，３１１を中心に回動させ、ＶＡ
Ｐを駆動するものである。また４０２はＶＡＰの基準位
置を検出するリセツトセンサである。なお、これと同様
のＶＡＰ駆動機構が、軸３０５についても設けられてい
るが、それについては説明を省略する。

【００３８】そして、図１０のシステムを駆動制御する
ための回路構成は図１１に示すブロツク図のようになつ
ている。

【００３９】図１１において、マイクロコンピユータＣ
ＯＭ２より出力される制御信号３２０を、駆動演算回路
４１０において駆動演算してＶＡＰの駆動信号に変換
し、ドライバー・ＩＣ４１１に出力してする。そしてド
ライバー・ＩＣによりステツピング・モータ４０１を駆
動し、ＶＡＰの頂角を変化させるものである。

【００４０】また図１４は画像振れ補正手段の第３の例
を示すものであり、メモリに画像情報を記憶し、メモリ
からの画像の切り出し範囲を記憶されている画像より小
さめに設定するとともに、画像の動きを相殺する方向に
メモリからの画像切り出し位置をシフトすることによつ
て振れを補正し、さらに切り出した画像信号を拡大処理
して画面サイズを補正してから出力するように構成され
たメモリ制御方式の画像振れ補正手段を示すものであ
る。この方式はＶＡＰ等の光学的補正機構を用いること
なく電子的に振れ補正を行うことができるところに特徴
がある。

【００４１】同図において、１００はズームレンズ、１
０１は光学像を電気信号に変換する撮像素子（ＣＣＤイ
メージセンサ等）、１０２はＡ／Ｄ変換器、１０３は、
マイコンＣＯＭ２より入力される制御信号（振れ信号）
１１０に基づいて撮像信号中の振れ成分を低減するよう
に、フイールドメモリ１０６より所定の画像情報の切り
出し位置をシフトして画像の振れを補正する振れ補正処
理及びフイールドメモリ１０６より読み出した画像に拡
大処理を行つて所謂電子ズームを行い、通常の画面サイ
ズに変換する画角補正処理手段を構成する画像処理回路
であり、マイクロコンピユータによつて実現される。

【００４２】１０４はフイールドメモリより読み出した
画像を通常の画角に補正するための電子ズームを行う
際、ズーム情報により２つ以上の隣接する画素の画像情
報から一つの画素信号を補間する補間処理手段である。
この補間方法については、周知の手段を用いればよく、
たとえば隣接画素間の平均値で画素間を補間するように
すればよい。また１０５はＤ／Ａ変換器、１０７はズー
ムレンズ１００のズーム倍率比を検出するエンコーダで
ある。

【００４３】次に動作を説明すると、ズームレンズ１０
０を通過した光学像は、撮像素子１０１により電気信号
に変換され撮像信号として出力される。その撮像信号を
Ａ／Ｄ変換器１０２でデジタル信号に変換し、１０３の
メモリ制御部を介して１フィールド分の画像情報をメモ
リ１０６に書き込む。ここで、マイコンＣＯＭ２より入
力される振れ信号とエンコーダ１０７からのズーム情報
により、フイールドメモリ１０６からの画像信号の切り
出し位置すなわち読みだす範囲及びその読み出し位置を
決定する。

【００４４】次に、フイールドメモリ１０６から読みだ
した信号を、切り出しサイズに応じて出力画像の走査幅
すなわち画角を元の大きさに変換するために、通常の一
画素の出力期間に何画素出力するかを求め、画素情報の
無い画素について補間処理を補間処理回路１０４にて行
う。そして、この信号をＤ／Ａ変換器１０５によつてア
ナログ信号に変換して出力する。

【００４５】以上、振れを補正するための画像補正手段
について、その具体例について説明した。

【００４６】次に、図１に示す本実施例におけるマイコ
ンＣＯＭ２の処理動作について、図２のフローチャート
により説明する。同図において、制御をスタートする
と、ステツプＳ２０１において、ＤＣカツトフイルタ
２，アンプ３を介して直流分を除去されるとともに所定
のレベルに増幅された角速度検出手段１からの角速度信
号が、Ａ／Ｄ変換器４によつてデジタル信号に変換され
てマイコンＣＯＭ２へと取り込まれる。

【００４７】続いてステップＳ２０２において、角速度
信号及びＨＰＦ１０によつて角速度信号中から抽出した
所定の高域成分を積分回路５によつて積分して得た角変
位信号により、パンニング／チルテイング及び撮影状態
の判断を行う。

【００４８】ステップＳ２０３では、その判定結果に応
じて、上述したようにＨＰＦ１０の特性を設定するため
の係数を予めマイコンＣＯＭ２内に用意されている図示
しないテーブルから読み出す。すなわちＨＰＦ１０をデ
ジタルフイルタによつて構成すれば、その係数を記憶し
たテーブルより所定の係数を読み出して設定することに
より、ＨＰＦ１０の特性を自由に可変することができ
る。これらのパンニング／チルテイング及び撮影状態に
応じた係数は経験上求められたものである。

【００４９】ステップＳ２０４では、前記特性設定用の
係数によりＨＰＦ１０の演算を行つてその特性を設定
し、ステップＳ２０５では、ＨＰＦ１０の出力した信号
を積分回路５によつて積分演算し、角変位信号（振れ信
号）に変換する。

【００５０】ステップＳ２０６では、周波数検出手段１
３によつてＡ／Ｄ変換器４より出力された角速度信号を
演算してその振れの中心周波数を検出し、ステップＳ２
０７で、ステップＳ２０６において求められた振れの中
心周波数に応じた位相及び利得補正回路１１の補正係数
を予めマイコンＣＯＭ２内に用意されている図示しない
テーブルから読み出す。

【００５１】位相及び利得補正回路１１は、振れ補正系
の位相遅れによる振れ補正特性の劣化を補償するための
もので、位相進み要素を持ち、後述するように、例えば
デジタルフイルタで構成されており、このデジタルフイ
ルタこの補正係数を読み出して、その振れ周波数に対応
した位相及び利得補正特性を設定するものである。

【００５２】ステップＳ２０８では、ステップＳ２０７
で得られた係数で補正演算を行い、ステップＳ２０９に
おいて得られた演算結果すなわち補正が施された角変位
信号を、Ｄ／Ａ変換器７によりアナログ信号に変換し、
あるいはＰＷＭ等のパルス出力としてマイコンＣＯＭ２
より出力する。

【００５３】なお、ＨＰＦ１０，積分回路５，位相及び
利得補正回路１１は、デジタルフイルタ等を使用してい
るので、サンプリング時間が比較的高くなければならな
い（例えば１ｋＨｚ程度）が、パンニング／チルテイン
グ及び撮影状態の判断を行う判定回路１２、周波数検出
手段１３は比較的遅い周期（例えば１００Ｈｚ）の処理
でよい。つまり、状況に応じての変更が可能である。

【００５４】なお、図１の角速度信号を用いた周波数検
出手段１３としては、例えば、信号中心付近にしきい値
を設け、この中心と交差する時間、あるいは一定時間に
交差する回数等で検出が可能であるが、この方法では、
直流的な信号の安定性に依存してしまう。つまり手持ち
での撮影などでは、低い周波数成分もかなり入るので正
確な振れ周波数検出が難しくなってしまう。

【００５５】そこで、本実施例では、各サンプリング毎
の信号の増減に着目し、周波数の検出を行う。すなわち
信号の増加・減少の１組で１つの振れとし、所定時間内
に何組検出したかで周波数を割り出す。この方式では、
１秒で１Ｈｚ毎の、２秒で０．５Ｈｚ毎の検出が可能で
ある。

【００５６】ここで本実施例における周波数検出手段１
３の手法及び動作の一例について、図３に示すフローチ
ャートを用いて説明する。尚、この処理は、一定時間毎
に１回の割合で繰り返し行われるものとする。

【００５７】ステップＳ３０１では、周波数検出時間Ｔ
の読みだし（ロード）を、ステップＳ３０２で時計機能
用カウンタｔの読みだしすなわちカウンタのカウント動
作を開始し、ステツプＳ３０３で周波数検出時間Ｔと時
計カウンタｔとの比較を行い、時計カウンタのカウント
値ｔが所定時間Ｔに達したか否かの判定を行い、時計カ
ウンタｔがＴに到達していれば、ステツプＳ３１９へ、
達していなければステツプＳ３０４へと移行する。

【００５８】ステップＳ３０４においては、時計カウン
タに「１」を加算する。したがつてこの「１」カウント
アツプは図３のフローチヤートに示す処理を１回実行す
る際の処理時間と一致している。

【００５９】ステップＳ３０５では角速度信号の増加が
前回までに起きているかを確認するための増加フラグ１
をロードする。この増加フラグは、前回までに増加が生
じているときには「Ｈ」がセツトされ、過去に増加が生
じていなければ「Ｌ」がセツトされている。

【００６０】ステップＳ３０６では、角速度信号の増加
が前回までに起きているか否かをフラグ１により判断
し、フラグ１＝「Ｈ」であれば、増加が過去に生じてい
ると判定してステップＳ３０７へ進み、フラグ１＝
「Ｌ」であれば、増加が過去生じていないと判定してス
テップＳ３１２へと進む。

【００６１】ステップＳ３０６において、角速度信号の
増加が前回までに起きていた場合には、ステップＳ３０
７において、減少が前回までに起きているかを確認する
ための、減少フラグ２をロードする。減少フラグ２は、
前回までに減少が起きている場合には「Ｈ」がセツトさ
れ、過去に減少が生じていない場合には「Ｌ」がセツト
されている。

【００６２】ステツプＳ３０８では、減少が前回までに
起きているか否かをフラグ２により判断し、フラグ２＝
「Ｈ」すなわち減少が過去生じている場合にはステップ
Ｓ３０９へ、フラグ２＝「Ｌ」すなわち減少が過去生じ
ていなければステップＳ３１２へと移行する。

【００６３】ステップＳ３０９では、振れ（振動）の回
数をカウントする振れ回数カウンタＮ１をロードし、ス
テップＳ３１０で、振れ回数カウンタＮ１に「１」を加
算した後、ステツプＳ３１１へと移行して増加フラグ
１，減少フラグ２をリセットして処理を終了する。

【００６４】一方、ステツプＳ３０６で増加フラグ１が
「Ｈ」でないと判定された場合及びステツプＳ３０８で
減少フラグ１が「Ｈ」でないと判定された場合、すなわ
ち過去に増加も減少も生じていない場合には、ステツプ
Ｓ３１２へと移行して１サンプリング前（前回の処理）
での角速度データω-1をロードし、続いてステップＳ３
１３へと進み、角速度検出手段１で検出された今回の角
速度データωのロードを行う。

【００６５】ステップＳ３１４においては、１サンプリ
ング期間内における角速度データの増加あるいは減少が
生じたと判断する変化分のしきい値レベルａをロードす
る。このしきい値レベルａとサンプリング時間により、
周波数と振幅に応じた値に設定することができる。

【００６６】ステップＳ３１５では、１サンプリング期
間内での角速度データの変化量の絶対値をしきい値レベ
ルａと比較し、それに達していなければステップＳ３２
４へと移行して処理を終了し、達していれば（変化量の
絶対値がしきい値レベルａ以上であれば）ステップＳ３
１６へと進み、１サンプリング期間での角速度の変化量
が正（増加）であるか負（減少）であるかを判定し、正
であればステップＳ３１７へと進んで増加フラグ１を
「Ｈ」にセットし、正でなければ（減少であれば）ステ
ップＳ３１８の処理へと移行して減少フラグ２を「Ｈ」
にセットしてからステツプＳ３２４へと移行して処理を
終了する。

【００６７】ところで、上述のステツプＳ３０３におい
て、時計カウンタｔのカウント値が周波数検出時間Ｔに
達していた場合には、ステツプＳ３１９へと移行し、振
れ回数カウンタＮ１をロードし、ステツプＳ３２０にお
いて、振れ回数Ｎ１を検出時間Ｔで除算し、単位時間
（１秒間）の振れ回数（振れ周波数Ｆ）を求める。

【００６８】続いてステップＳ３２１で振れ回数カウン
タＮ１をクリアし、ステップＳ３２２で時計カウンタｔ
をクリアし、ステツプＳ３２３で振れ周波数Ｆを所定の
記憶領域にストアを行い、ステツプＳ３０４へと移行す
る。以後の動作は上述の通りである。

【００６９】このように、角速度信号の増加・減少の一
組で一つの振動とみなすことにより、低周波数域（例え
ば１Ｈｚ以下）での揺れを取り除いての検出が容易であ
り、しきい値レベルａの設定によりノイズ成分の影響を
除去することができる。またマイコンを用いて処理を行
うことにより、容易に実現することができる等の利点が
ある。

【００７０】なお、この方式では周波数検出時間Ｔの設
定により検出精度を可変することができ、例えば、１秒
間であるなら１Ｈｚの分解能で、２秒間であるなら０．
５Ｈｚの分解能となる。

【００７１】よって、検出された振れ周波数Ｆに応じ
て、周波数検出時間Ｔを変更することで、検出周波数に
応じた検出精度が実現できる。例えば、検出周波数Ｆが
〜１０Ｈｚの時はＴ＝２[SEC] として、０．５Ｈｚの精
度で検出し、Ｆ＝１０Ｈｚ〜の時はＴ＝１[SEC] とし
て、１Ｈｚの精度として検出することで振れ周波数の検
出に要する時間を短縮することができる。

【００７２】この方式だと、低い周波数の揺れと、高い
周波数の揺れが同時に起こっているときには高い振れの
周波数が取り出せる。

【００７３】通常、このような振れ補正装置における補
正周波数範囲は、手振れでは１〜１５Ｈｚ程度である
が、撮影状態により、例えば静止撮影では３〜５Ｈｚ程
度の振幅が、乗り物の上なら６〜１０Ｈｚの振幅が大き
いというように、撮影者の熟練度、撮影状態により、比
較的大きな振幅の振れは、周波数がある程度狭い範囲
（帯域）に分布することがわかっている。また、三脚を
使用した場合には高い周波数の振れが気になり、成分的
には、２０〜３０Ｈｚ以上にまで分布する。

【００７４】ここで以上の実施例における効果を述べる
と、まず第１に振れの中心周波数を検知しているので、
前述のように、撮影状態の判断の１項目として有効であ
る。

【００７５】また、先に位相及び利得の補正手段と組み
合わせることにより、撮影者の熟練度、撮影状態などに
応じて最適の補正が可能である。

【００７６】仮に、振れ補正の十分な効果を得られるの
が、加わった振れに対して残留振れ成分を−３０ｄＢ以
下に出来れば、十分な振れ補正状態であるとする。この
仮定は、振れの補正効果に対しては撮影装置の焦点距離
が大きく作用しているので、例えば、単純には焦点距離
が２倍であれば、２倍の抑制効果がないと得られる画像
において同一の効果が得られないからである。

【００７７】しかし、振れを検知する振れセンサ、画像
補正系を含めた総合的な振れ抑制効果において、現状で
は、振れに対して振れ補正後の残留振れ量を−３０ｄＢ
に抑えることのできる範囲は、前述の補正対象の振れの
帯域（例えば、１〜１５Ｈｚ）に比べて狭い範囲でしか
得られない。

【００７８】具体的に例を示すため、現状の角速度セン
サと図８に示す画像補正手段によって得られる周波数特
性が図４のようなものであるとする。

【００７９】これは、図１の角速度検出手段である振れ
センサ１に加える正弦波状の振れの入力に対する、画像
補正系の周波数特性を示したものである。上図が利得特
性を表し、下図が位相特性を表している。縦軸がそれぞ
れ利得（上図）、位相（下図）を示し、横軸が周波数
（１〜５０Ｈｚ）を表している。

【００８０】これのレンジを拡大してみたのが図５の特
性１である。この特性１について、位相に着目してみる
と、３Ｈｚで位相が一致しており、その前後の周波数で
は、低周波側に向かうに従い、ＨＰＦ５（ここでは、遮
断周波数０．０６Ｈｚとしている。）あるいは積分回路
６（遮断周波数０．０７Ｈｚとしている。）の影響によ
り位相が進み、高周波側に向かうと、角速度検出手段１
や画像補正手段９の影響で位相が遅れている。なお、利
得は１〜１０Ｈｚ程度まで、ほぼ一定である。

【００８１】このときの抑振特性を示したものが、図７
の特性６であり、同図は、周波数（横軸）に対する補正
の効果（縦軸、ｄＢで表示）である。この図から解るよ
うに、位相の一致している３Ｈｚにおいて最良の抑制が
でき、２〜４Ｈｚでは−３０ｄＢの抑制をほぼ達成して
いるが、１０Ｈｚにおいては、−１８ｄＢ程度の抑振効
果となつている。

【００８２】すなわちこの位相のずれにより振れ抑制の
効果の悪化を招いている。

【００８３】ここで、この特性１の位相遅れを補正する
ために、 Ｈ(S) ＝ a （S + ｚ） ・・・ （１） という伝達関数で表される位相進み要素を持った特性を
直列接続すれば、位相を所定の周波数で補正することが
できる。これは振れ抑制の範囲より高い周波数に設定
し、位相を進めるものである。これを位相及び利得補正
回路１１で行う。

【００８４】例えば、特性１の１０Ｈｚでの位相遅れに
注目すると、約７．５ｄｅｇ遅れている。よって、１０
Ｈｚで７．５ｄｅｇ位相を進ませればこの位相遅れを補
正することができ、結局十分な振動抑制効果を得ること
ができる。

【００８５】すなわち特性１の位相ずれを１０Ｈｚにお
いて補正した（位相を一致させ、なおかつ利得も一致さ
せる）のが特性２である。これは式（１）のｚ（＝０）
により設定できる。

【００８６】また、利得も１０Ｈｚで０ｄＢとなるよう
にａを調整する。これを位相及び利得補正回路１１で実
現すれば、特性１を特性５に特性変更でき、これより抑
振効果を示す特性７が得られる。特性７より、このとき
に、１０Ｈｚ付近で最良の抑振効果が得られることが解
る。なお、特性７は残留振れ成分を示すもので、 ２０Ｌｏｇ（ＯＵＴ／ＩＮ） ・・・ （２） ＯＵＴ：振れ補正後の残留振れ成分 ＩＮ：振れ量 で表される。

【００８７】２０Ｈｚにおいても同様に、特性１に対
し、特性４を位相及び利得補正手段１１で実現すれば、
特性５を得ることができる。この特性より実現される抑
振効果としては特性８であり、２０Ｈｚ付近で最良の抑
振効果が得られている。

【００８８】なお、位相及び利得補正手段１１において
式（１）の特性を実現するためには、デジタル・フイル
タを用いれば、その係数を変更するだけで所望の特性を
設定することができる（図１参照）ので、マイコンを用
いる制御には好適である。そしてこの時のデジタルフイ
ルタには、１次ＩＩＲフィルタを使用するなら、 ｕ0 ＝ ａ0 ・ｗ0 ＋ ａ1 ・ｗ1 ｗ0 ＝ ｅ0 ＋ ａ2 ・ｗ1 ｗ1 ＝ ｗ0 （ｗ1 は状態変数） ｅ0 ： 入力 ｕ0 ： 出力 ａ0 ，ａ1 ，ａ1 ：フイルタ係数 の演算により実現でき、フイルタ係数ａ0 ，ａ1 ，ａ2
を変えることにより、周波数特性を設定できるので、振
れ周波数に対応したフイルタ係数ａ0 ，ａ1 ，ａ2 のデ
ータをテーブルとして用意し、そのテーブルから得られ
るフイルタ係数で上記のＩＩＲフイルタの演算を行えば
よい。

【００８９】すなわち、上述の実施例によれば、角速度
検出手段１より出力された角速度信号より、周波数検出
回路１３によつて振れの中心周波数を検出し、その振れ
の中心周波数において制御系全体の位相，利得ともそれ
ぞれ０ｄｅｇ，０ｄＢすなわち最良の抑振特性が得られ
るような位相進み補償を制御系に与えるべく、位相及び
利得制御回路１１のデジタルフイルタのフイルタ特性を
可変するようにしたので、いかなる振れ周波数に対して
も、常に最良の抑振効果を得ることができる。

【００９０】また具体的には位相及び利得制御回路１１
を構成するデジタルフイルタの特性が、各振れ周波数に
応じた周波数特性となるように、マイコン内のデータテ
ーブルに予め記憶されたフイルタ係数を、その振れ周波
数に応じて読み出して設定するだけでよいので、構成，
制御が簡単であり、特にマイコンによる処理には好適で
ある。

【００９１】例えば、ビデオムービー等を手持ちでの撮
影した場合、手振れとしては比較的広い周波数範囲に分
布するが、比較的振幅の大きな振れは撮影者の熟練度や
撮影状態などである程度狭い範囲に分布する。そこで、
このような振れの中心帯域に最良の補正効果を与えるよ
うに構成できれば、撮影者の熟練度、撮影状態（手持
ち、三脚に取り付けて、あるいは乗り物の上から等）に
応じて最適の補正が可能となる。

【００９２】（第２の実施例）次に、本発明の第２実施
例について図１５を用いて説明するが、この第２の実施
例における振れ補正装置の回路構成において、図１の構
成と異なる点はマイコン内部の処理であり、図１５にお
けるマイコンＣＯＭ３内の積分回路５の出力信号を周波
数検出手段１３に入力し、演算に使用している点であ
り、他の構成についてはマイコンの内外とも図１と同様
であり、説明は省略する。

【００９３】すなわち本実施例は、角速度信号を考えた
場合に、低周波では利得が低くなってしまうことから感
度、精度とも低下するため、既存の積分回路５の積分出
力すなわち角変位信号を利用することで、低周波数域で
の検出能力を向上したものであり、第１の実施例の角速
度信号による周波数検出と同じ手法で、積分回路５より
出力される角変位信号を使って周波数検出を行う。

【００９４】角速度信号においては、このままの系で使
用すると、取り込む信号のダイナミツクレンジの関係
で、低周波数域での検出能力が限られてしまう場合があ
る。そこで角変位信号による検出を行うことで低周波数
域での検出能力を高めるわけである。

【００９５】つまり角速度信号は、振れが同一振幅であ
れば、周波数が高いほど信号が大きくなるが、系の構成
上、ゲインはある程度の値に限られる。そうすると、低
周波数域で十分な信号が得られず、検出能力が限られて
しまうことになる。

【００９６】しかし角変位信号は積分信号であるため、
振れが同一振幅であれば、当然周波数によらず振幅は一
定である。よって、比較的低周波数の振れの周波数検出
には適している。しかしながら高周波数になるに従っ
て、振れは小さくなる傾向にあるので、高周波域での検
出が逆に困難になる。

【００９７】このような両信号の特性を鑑み、両方の信
号の検出能力の優れた部分を用いて振れを検出すること
により低周波数域及び高周波数域の全域において精度を
向上させたものである。

【００９８】なお積分回路５より出力された角変位信号
からの検出は低周波数域に絞り、信号のサンプリング周
期を、角速度信号における検出のサンプリング周期より
も遅く構成する。

【００９９】なお最終的には、両方で検出されたものの
大きい方をとれば良い。

【０１００】（第３の実施例）図１６に、第３の実施例
を示す。これはパンニング時の処理手段と位相及び利得
補正回路１１とをＨＰＦ１０で兼ねたもので、特長とし
ては、利得及び位相補正回路１１を単独で設ける必要が
なく、また振れの中心周波数より低い周波数を遮断する
ため、操作性が向上する（低域の抑振性能が低いほど、
カメラ等に対する像振れ補正装置の追従性が向上するの
で、操作性は遮断周波数が高周波側なほど良くなる）。
つまり振れの中心周波数は、十分に振れ補正を行い、な
お且つ振れの中心周波数が高ければ、ＨＰＦによる低周
波数の遮断周波数が上がり、操作性が向上することにな
る。

【０１０１】次に、この実施例におけるマイコンＣＯＭ
４の処理動作について、図１７のフローチヤートにより
説明する。

【０１０２】同図において、処理を開始すると、ステツ
プＳ４０１においてＤＣカツトフイルタ２，アンプ３を
介する角速度検出手段１からの角速度信号をＡ／Ｄ変換
器４によつてデジタル信号に変換して取り込み、ステッ
プＳ４０２で角速度信号，角変位信号により、上述した
第１の実施例と同様に、パンニング／チルテイング及び
撮影状態の判断を行う。これは振れの変化から手持ち撮
影，乗り物上からの撮影等の判別を行うとともに、角速
度信号が一定で且つ角変位信号が単調に増加する場合に
パンニングあるいはチルテイングの判定を行うものであ
る。

【０１０３】ステップＳ４０３においては、角速度信号
を演算して振れの中心周波数を検出し、続いてステップ
Ｓ４０４にてパンニング／チルテイング及び撮影状態の
判断及び振れ中心周波数の検出結果から、ＨＰＦ１０の
特性を設定する特性係数を読みだす。

【０１０４】なお、この時の係数の定め方としては、両
方の値よりデータテーブルより検索する方法や、各々の
特性を比較し、遮断周波数がより高い周波数の係数を設
定する方法等、各種考えられるが、基本的には、振れ中
心周波数検出結果から得られるＨＰＦの遮断周波数を基
準として、パンニング／チルテイング時にはＨＰＦの遮
断周波数がより高周波側へ行くように制御を行う。

【０１０５】なお、これらのパンニング／チルテイング
及び撮影状態に応じた係数は経験上求められたものであ
る。

【０１０６】ステップＳ４０５においては、前記特性係
数に基づいて、ＨＰＦ１０の演算を行い、ステップＳ４
０６でＨＰＦ１０の出力信号を積分回路５にて積分演算
し角変位信号（振れ信号）に変換する。

【０１０７】ステップＳ４０７では、積分演算の結果、
つまり補正が施された角変位信号がＤ／Ａ変換器７によ
りアナログ値に変換されて、あるいはＰＷＭ等のパルス
出力としてマイコンＣＯＭ４より出力され、駆動回路８
へと供給され、画像補正手段９を振れを補正する方向に
動作して防振動作を行うものである。

【０１０８】（第４の実施例）また、角速度検出手段、
画像補正系、またはそれらの組み合わせによっては、全
体の系の周波数特性を考慮した場合、周波数帯によって
は、例えば３０Ｈｚ以上の振れで、振れ補正が逆効果に
なる領域が生じる。

【０１０９】これは角速度検出手段を構成する角速度セ
ンサの検出特性上の限界及び画像補正手段例えばＶＡＰ
の補正限界によつて決定まるものであり、振動周波数が
高くなると、振れの検出系、補正系が遅れなく追従する
ことができなくなり、位相遅れが大きくなる。そしてあ
る周波数においては、振動位相とＶＡＰの駆動位相が同
相となり、逆に振れが大きく増幅された状態となる場合
がある。

【０１１０】そこで、先の周波数検出手段により、この
振れ補正が逆効果になる領域の周波数が連続して検知さ
れる場合には、画像補正系の動きを止めてしまうことに
より先の逆効果状態を回避することができる。

【０１１１】回路構成としては、図１に示す回路でよ
く、周波数検出手段で、上記のような周波数帯を検知し
た場合に、駆動回路８に対し、例えばＶＡＰの補正系を
補正の中心状態で保持するように、マイコン内部で禁止
信号を演算し、これを駆動回路８へと出力するようにす
れば良い。

【０１１２】次に、この実施例におけるマイコン上の処
理動作について、図１８のフローチヤートにより説明す
る。なお、前述の振れ補正が逆効果となる状態を、３０
Ｈｚ以上としている。

【０１１３】同図において、制御を開始すると、ステッ
プＳ５０１でまずＤＣカツトフイルム２，アンプ３を介
して角速度検出手段１からの角速度信号をＡ／Ｄ変換器
４によつてデジタル信号に変換して取り込む。

【０１１４】ステップＳ５０２では、振れ周波数が３０
Ｈｚに達していればステップＳ５１１へ、達していなけ
ればステップＳ５０３へ進む。

【０１１５】ステップＳ５０３においては、角速度信
号，角変位信号により、パンニング／チルテイング及び
撮影状態の判断を行い、ステップＳ５０４でその結果に
応じてＨＰＦ１０の特性を定める係数を読みだす。な
お、これらのパンニング／チルテイング及び撮影状態に
応じた係数は経験上求められたものである。

【０１１６】ステップＳ５０５では、前記特性係数によ
りＨＰＦの演算を行い、ステップＳ５０６ではＨＰＦ１
０の出力した信号を積分回路５にて積分演算して角変位
信号（振れ信号）に変換し、ステツプＳ５０７では、角
速度信号を演算して振れ中心周波数を検出する。

【０１１７】ステップＳ５０８では、ステップＳ５０７
において求められた振れ周波数に応じた、位相及び利得
補正の係数を読みだし、ステップＳ５０９において、ス
テツプＳ５０８で得られた係数に基づいて補正演算を行
う。

【０１１８】そしてステップＳ５１０では、得られた演
算結果すなわち補正が施された角変位信号が、Ｄ／Ａ変
換器７によりアナログ値に変換されて、あるいは、ＰＷ
Ｍ等のパルス出力としてマイコンより出力し、駆動回路
８へと供給され、ＶＡＰ等の画像補正手段９が駆動さ
れ、処理を終了する。

【０１１９】また上述のステップＳ５０２で振れ周波数
Ｆが３０Ｈｚ以上の場合、すなわち振れ補正が逆効果と
なる周波数域であると判定された場合には、ステツプＳ
５１１へと移行して画像補正系のリセットを行い、その
振れ補正範囲の中点に補正系を保持し、ステツプＳ５１
２で角速度信号から振れの中心周波数を検出して処理を
終了し、図１８のフローチヤートの処理を１回終了す
る。

【０１２０】図１８のフローチヤートは、１回の処理を
示したものであり、実際はこのフローチヤートの処理を
繰り返し行うものである。

【０１２１】尚、画像補正系のリセツト手段について述
べるに、画像補正系に図６に示すようなステツピング・
モータを使用する場合には、信号を送らなければ、その
状態で静止しているので、中心位置に戻し、そこで停止
させておく。

【０１２２】画像補正系に図４に示すようなボイスコイ
ル・モータを使用した場合には、コントロール信号３２
０に中心信号を出力させれば良いが、ＶＡＰ等の質量と
ボイスコイルのトルクの関係より、高周波数が加わった
場合、十分には中心位置に保持できない場合がある。そ
こで図示しないが、機械的にＶＡＰを保持する、メカロ
ック機構を使用することが望ましい。

【０１２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
種々の周波数の振れに対して適切な振れ補正が行える振
れ補正装置を提供できるものである。

【０１２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における振れ補正装置の第１の実施例を
示すブロツク図である。

【図２】第１の実施例における制御動作を説明するため
のフローチヤートである。

【図３】第１の実施例における振れ周波数検出動作を説
明するためのフローチヤートである。

【図４】角速度センサの利得及び位相の周波数特性図で
ある。

【図５】本発明における振れ補正装置の動作を説明する
ための利得及び位相の周波数特性図である。

【図６】本発明における振れ補正装置の動作を説明する
ための利得及び位相の周波数特性図である。

【図７】本発明における振れ補正装置の抑振特性を示す
周波数特性図である。

【図８】画像補正手段としてＶＡＰを用いるとともに、
駆動系にボイス・コイル型アクチユエータを用いた例を
示す図である。

【図９】図８のＶＡＰを用いた画像補正手段の駆動回路
を示すブロツク図である。

【図１０】画像補正手段としてＶＡＰを用いるととも
に、駆動系にステツプモータを用いた例を示す図であ
る。

【図１１】図１０のＶＡＰを用いた画像補正手段の駆動
回路を示すブロツク図である。

【図１２】ＶＡＰの構成及び動作を説明するための図で
ある。

【図１３】ＶＡＰの構成及び動作を説明するための図で
ある。

【図１４】画像補正手段として電子的に振れ補正を行う
メモリ制御方式を用いた例を示すブロツク図である。

【図１５】本発明における振れ補正装置の第２の実施例
の構成を示すブロツク図である。

【図１６】本発明における振れ補正装置の第３の実施例
の構成を示すブロツク図である。

【図１７】図１６に示す第３の実施例の動作を説明する
ためのフローチヤートである。

【図１８】本発明における振れ補正装置の第４の実施例
を示すフローチヤートである。

【図１９】従来の振れ補正装置の構成を示すブロツク図
である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機器の振動を検出する第１の検出手段
   と、 前記振動による画像の動きを補正する補正手段と、 前記第１の検出手段の出力に基づいて前記補正手段を制
   御し、前記画像の動きを補正する方向に前記補正手段を
   駆動する第１の制御手段と、 前記第１の検出手段の出力から前記振動の変位を検出す
   る第２の検出手段と、 前記第２の検出手段の出力に基づいて前記第１の制御手
   段の特性を制御する第２の制御手段とを有し、 前記第２の検出手段は、前記第１の検出手段の出力を積
   分演算する積分手段と、該積分手段の出力信号から振動
   の周波数を検出する周波数検出手段とを有する ことを特
   徴とする振れ補正装置。
2. 【請求項２】 機器の振動を検出する第１の検出手段
   と、 前記振動による画像の動きを補正する補正手段と、 前記第１の検出手段の出力に基づいて前記補正手段を制
   御し、前記画像の動きを補正する方向に前記補正手段を
   駆動する第１の制御手段と、 前記第１の検出手段の出力から前記振動の変位を検出す
   る第２の検出手段と、 前記第２の検出手段の出力に基づいて前記第１の制御手
   段の特性を制御する第２の制御手段とを有し、 前記第２の検出手段は、前記第１の検出手段の出力の離
   散値の信号の増減により、周波数を検知する ことを特徴
   とする振れ補正装置。
3. 【請求項３】 前記第１の検出手段の出力と前記第２の
   検出手段の出力とで周波数検出用のサンプリング時間を
   変更することを特徴とする請求項１または２記載の振れ
   補正装置。