JP4486482B2 - 手振れ補正装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの撮影画像に応じた画像データを得る撮像装置に係り、詳細には、手振れによる撮影画像のぶれを防止する手振れ補正装置及び撮像装置に関する。

デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどは勿論、銀塩写真カメラなどにおいても、所謂手振れによる撮影画像のブレを補正する手振れ補正機能を備えたものがある。

このような手振れによる撮影画像のぶれを解消するものとして、撮像素子上に結像された画像の相関を用いて撮像素子からのデータ（画像データ）の読出し位置やメモリ上に展開した画像の読出し位置を制御する電子式ぶれ補正がある。

また、手振れ補正には、装置本体の加速度、角加速度、角速度などを検出するセンサ（例えばジャイロセンサ）を用い、このセンサの出力信号に基づいて、レンズの中玉を、光軸と直交する方向に沿ってシフトし、レンズ内で入射光の傾きをかえることで光軸ズレを補正することで手振れによる光軸の傾きを相殺するように制御する光学式ぶれ補正がある。

ところで、光学式ぶれ補正は、装置全体の回転により発生する振れを角速度センサにより所定のサンプリング間隔で回転速度の時系列情報として検出し、これを累積積算（順次加算）することで、サンプリング周期を時間単位とする積分を行って補正角情報を得るようにしている。また、この積算値を、レンズ位置を指定する情報として駆動回路へ送ることにより、駆動回路が、この積算値に基づいて所定のレンズを移動することにより撮像素子に結像される被写体像の振れ、すなわち、結像位置の変化の発生を抑えるようにしている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

一方、振れ検出に使用する角速度センサは、振動物体の捩れ力を検知する方式が用いられており、このために検出感度が低く、回転速度の時系列情報として抽出するときに、増幅する必要がある。このために、温度特性などによりＤＣのドリフトやノイズなどの影響を受けて出力変動が生じ易く、このために、振れ補正装置が誤動作しやすくなってしまっている。

図１５（Ａ）には、角度センサ２００Ａ、２００Ｂを用いた一般的な出力回路２０２を示しており、この出力回路２０２では、大きな容量のコンデンサ２０４を用いたＨＰＦ２０６を形成し、角速度センサ２００Ａ、２００Ｂの直流成分を遮断して、増幅回路２０８側で所定のバイアス電圧を与えることにより、ドリフトや直流成分により誤差の発生を抑えた信号（PITCH信号、YAW信号）を出力するようにしている。

一方、振れの周波数成分には、１Hz前後の低周波数成分も含まれており、ＨＰＦ２０６によって直流成分除去を大きくすると、低周波数の手振れ成分を減衰させてしまうことになり、十分な手振れ補正効果を得ることができなくなってしまう。

これを防止するためには、ＨＰＦ２０６での時定数を長く（例えば１０sec以上）する必要があるが、これを行うとドリフト軽減の効果が低下してしまう。すなわち、角速度センサの出力回路側で低周波数の的確な振れ検出とドリフト軽減を両立させることが困難となっている。

これを解決する方法として、ＨＰＦの時定数を１０sec以上として、センサ出力（出力回路の出力）をＡ／Ｄ変換、サンプリングすることにより得られる数値データに対して、長周期の巡回フィルタを用いて、入力変動に追従する基準値を求め、この基準値を入力信号から減算することにより、ドリフト軽減を図るようにしている。

図１５（Ｂ）は、一般的な巡回フィルタ２１０の概略構成を示しており、この巡回フィルタ２１０では、レジスタ２１２の伝達係数をｎ、入力信号をＳin、出力信号（基準値）Ｓoutとしたときに、基準値Ｓoutを、
Ｓout＝Ｓin×（１−ｎ）＋Ｓout×ｎ
として、入力信号Ｓinから基準値Ｓoutとしてドリフト成分を抽出するようにしている。

しかしながら、このような巡回フィルタを用いたドリフト追従は、入力信号に対して高域通過制限（ＬＰＦ）特性となってしまう。このために、高周波数の振れに対しては、補正値が減衰してしまう。また、高周波成分が減衰した検出信号は、巡回フィルタの出力である基準値とは逆に周波数が高くなるほど振幅の大きくなるＨＰＦ特性を持つことになってしまう。

これにより、検出値を積分して得る補正値のレベルが、周波数によって異なってしまい、特定の周波数の振動に対してしか最適な補正レベルが得られなくなってしまうという問題がある。
特開昭６３−８６２８号公報 特開平８−１０１４１８号公報

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、周波数にかかわらず略一定の特性が得られると共に、ドリフトの確実な低減を図り高精度の振れ補正が可能となる手振れ補正装置及び撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、筐体に収容したレンズを透過して撮像素子に結像された撮影画像に応じた画像データを出力する撮像装置に設けられる手振れ補正装置であって、前記筐体の振れにより生じた角速度を検出し、検出した角速度に応じた角速度信号を出力する角速度検出手段と、前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号と予め設定された基準値との差分を、前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号を補正した角速度信号として出力する減算手段と、前記減算手段から出力される前記補正した角速度信号を所定の時間間隔で時間積分することにより前記振れによる前記レンズの光軸の角度変化に応じた積分値を演算する積分演算手段と、前記積分演算手段から出力される前記積分値に基づいて前記振れによる前記レンズの光軸の傾きを相殺するのに必要な補正角を得るための制御値を設定する制御値設定手段と、前記制御値設定手段によって設定された前記制御値に基づいて前記レンズの光軸を傾けるように駆動するレンズ駆動手段と、前記減算手段から出力される前記補正した角速度信号の正負を判定し、該判定結果に基づいて前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号に予め設定されている定数値を加算又は減算して、前記減算手段で用いる新たな基準値を設定する基準値設定手段と、を含む。

この発明によれば、角速度検出手段から出力される角速度信号から基準値を差し引くことにより補正した角速度信号を出力する。このときに予め定数値を設定しておき、補正した角速度信号の正負を判断し、この判断結果に基づいて、角速度検出手段から出力された角速度信号値に定数値を加減算することにより、基準値を更新する。

このように更新した基準値を用いることにより、入力される角速度信号から直流成分を的確に抽出した角速度信号を得ることができる。

この角速度信号を用いることにより、適正な振れ補正が可能となり、撮影画像にぶれが生じてしまうのを的確に抑えることができる。

このような本発明において、前記基準値設定手段は、前記減算手段から出力される前記角速度信号のレベルが前記基準値のレベルよりも大きく、前記補正した角速度信号が正であるときに前記定数値を前記角速度検出手段から出力された角速度信号に加算し、前記減算手段から出力される前記角速度信号のレベルが前記基準値のレベルよりも小さく、前記補正した角速度信号が負であるときに前記定数値を前記角速度検出手段から出力された角速度信号から減算するものであれば良い。

また、本発明の手振れ補正装置は、筐体に収容したレンズを透過して撮像素子に結像された撮影画像に応じた画像データを出力する撮像装置に設けられる手振れ補正装置であって、前記筐体の振れにより生じた角速度を検出し、検出した角速度に応じた角速度信号を出力する角速度検出手段と、前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号を所定の時間間隔で時間積分することにより前記振れによる前記レンズの光軸の角度変化に応じた積分値を演算する積分演算手段と、前記積分演算手段から出力される前記積分値と予め設定された基準値との差分を、積分演算手段から出力された前記積分値を補正した積分値として出力する減算手段と、前記減算手段から出力される前記補正した積分値に基づいて前記振れによる前記レンズの光軸の傾きを相殺するのに必要な補正角を得るための制御値を設定する制御値設定手段と、前記制御値設定手段によって設定された前記制御値に基づいて前記レンズの光軸を傾けるように駆動するレンズ駆動手段と、前記減算手段から出力される前記補正した積分値の正負を判定し、該判定結果に基づいて前記減算手段で前記積分値からの減算に用いた前記基準値に予め設定している定数値を加算又は減算して、前記減算手段に用いる新たな基準値を設定する基準値設定手段と、を含む。

この発明によれば、角速度検出手段から出力される角速度信号を積分処理することにより得られる積分値（積算値）から、レンズ駆動手段で用いる制御値を設定するときに、積分値から基準値を差し引く。このときに予め定数値を設定しておき、基準値が差し引かれた積分値を積分値と基準値との比較結果として、この比較結果に基づいて、基準値に定数値を加減算することにより、基準値を更新する。

このように更新した基準値を用いることにより、積分処理によって得られた積分値から、角速度信号中の直流成分を的確に抽出した積分値を得ることができると共に、高周波数においても積分値を収束させてしまうのを防止することができる。

したがって、角速度検出手段の検出結果に基づいた適正な振れ補正が可能となり、撮影画像にぶれが生じてしまうのを的確に抑えることができる。

このような本発明において、前記基準値設定手段は、前記減算手段から出力される前記積分値が正であるときに前記減算手段で用いた前記基準値に前記定数値を加算し、前記減算手段から出力される前記積分値が負であるときに前記減算手段で用いた前記基準値から前記定数値を減算するものであれば良い。

本発明が適用される撮像装置は、筐体に収容したレンズを透過して撮像素子に結像された撮影画像に応じた画像データを出力する撮像装置であって、前記筐体の振れにより生じた角速度を検出し、検出した角速度に応じた角速度信号を出力する角速度検出手段と、前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号と予め設定された基準値との差分を、前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号を補正した角速度信号として出力する減算手段と、前記減算手段から出力される前記補正した角速度信号を所定の時間間隔で時間積分することにより前記振れによる前記レンズの光軸の角度変化に応じた積分値を演算する積分演算手段と、前記積分演算手段から出力された前記積分値に基づいて前記振れによる前記レンズの光軸の傾きを相殺するのに必要な補正角を得るための制御値を設定する制御値設定手段と、前記制御値設定手段によって設定された前記制御値に基づいて前記レンズの光軸を傾けるように駆動するレンズ駆動手段と、前記減算手段から出力された前記補正した角速度信号の正負を判定し、該判定結果に基づいて前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号に予め設定されている定数値を加算又は減算して、前記減算手段で用いる新たな基準値を設定する基準値設定手段と、を含むものであれば良い。

また、本発明が適用される撮像装置は、筐体に収容したレンズを透過して撮像素子に結像された撮影画像に応じた画像データを出力する撮像装置であって、前記筐体の振れにより生じた角速度を検出し、検出した角速度に応じた角速度信号を出力する角速度検出手段と、前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号を所定の時間間隔で時間積分することにより前記振れによる前記レンズの光軸の角度変化に応じた積分値を演算する積分演算手段と、前記積分演算手段から出力される前記積分値と予め設定された基準値との差分を、積分演算手段から出力された前記積分値を補正した積分値として出力する減算手段と、前記減算手段から出力される前記補正した積分値に基づいて前記振れによる前記レンズの光軸の傾きを相殺するのに必要な補正角を得るための制御値を設定する制御値設定手段と、前記制御値設定手段によって設定された前記制御値に基づいて前記レンズの光軸を傾けるように駆動するレンズ駆動手段と、前記減算手段から出力される前記補正した積分値の正負を判定し、該判定結果に基づいて前記減算手段で前記積分値からの減算に用いた前記基準値に予め設定している定数値を加算又は減算して、前記減算手段に用いる新たな基準値を設定する基準値設定手段と、を含むものであれば良い。

以上説明したように本発明によれば、角速度検出手段から出力する角速度信号から、簡単な処理でドリフト成分を的確に抽出して、正確な手振れ補正が可能となるようにすることができる。

これにより、撮像装置によって撮影される撮影画像にぶれ等が生じてしまうのを確実に防止して、高品質の撮影画像がえられるようにすることができるという優れた効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１には、本実施の形態に撮像装置として適用したデジタルスチルカメラ（以下、デジタルカメラとする）１０の外観の概略構成を示している。

このデジタルカメラ１０には、被写体像を結像させるためのレンズ１２、撮影する被写体の構図を決定するためのファインダ１４、撮影時に押下されるレリーズボタン（所謂シャッターボタン）１６、電源スイッチ１８などを備えている。なお、デジタルカメラ１０では、レリーズボタン１６が、中間位置まで押下される半押し状態と、中間位置を越えて最終位置まで押下される全押し状態と、の２段階の押下操作が可能となっている。

デジタルカメラ１０の背面には、撮影によって得られたデジタル画像データに応じた被写体像や各種のメニュー画面、メッセージ等の表示に用いる液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤとする）２０と共に、撮影モード及び撮影モード時のモード（静止画モードと動画モード）に設定するときに操作される撮影スイッチ２２、撮影画像をＬＣＤ２０に表示する再生モードに設定するときに操作される再生スイッチ２４、ＬＣＤ２０にメニュー画面を表示したときに操作される十字カーソルボタン２６、撮影時に被写体像のズーミング（拡大及び縮小）を行うときに操作されるズームボタン２８などが設けられている。

さらに、デジタルカメラ１０の底面には、外部装置とＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの所定のインターフェイス規格で接続可能とするレセプタクル３０が設けられている。なお、デジタルカメラ１０としては、セルフタイマ機能を用いて画像撮影を行うときの撮影タイミングの到来を点滅間隔によって報知するセルフタイマＬＥＤ３４などが設けられていてもよく、外部から作動用の電力を供給可能とするためのＤＣ端子３６などが設けられていてもよい。

このデジタルカメラ１０は、静止画モード（静止画撮影モード）に設定されているときに、レリーズボタン１６を半押し状態とすることにより、ＡＥ（Automatic Exposure、自動露出）機能が働いて、シャッタースピード、絞り状態などの露出状態が設定され、この後、ＡＦ（Auto Focus、自動合焦）機能が働いて合焦制御される。また、デジタルカメラ１０は、レリーズボタン１６の半押し状態から、続いて全押し状態とすることにより画像露光（画像撮影）が行われる。

また、デジタルカメラ１０は、動画モード（動画撮影モード）が設定されているときに、レリーズボタン１６を全押し状態とすることにより動画撮影が開始され、全押し状態から半押し状態に戻した後、さらに全押し状態とすることにより動画撮影が停止される。なお、自導露出機能や合焦制御等は、従来公知の手法が適用可能であり、本実施の形態では詳細な説明を省略する。また、本発明が適用される撮像装置の動作はこれに限るものではない。

図２には、デジタルカメラ１０の要部の概略構成を示している。デジタルカメラ１０には、筐体３８（図１参照）内に被写体からの光を集光するレンズ１２と共に、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサなどを用いた撮像素子４０が設けられている。

レンズ１２は、例えば、固定レンズ１２Ａ、変倍を行うズームレンズ１２Ｂ及び、変倍に伴う焦点面の移動補正と共に焦点調節機能を備えたフォーカスレンズ１２Ｃなどを含んで形成されている。なお、図２では、絞り及びシャッター等の図示を省略している。

これにより、デジタルカメラ１０では、固定レンズ１２Ａによって集光された光によって撮像素子４０上に被写体像が結像され、撮像素子４０から、画素ごとの受光量に応じた電気信号（アナログ画像信号）が出力される。

また、デジタルカメラ１０には、増幅部４２が設けられている。増幅部４２は、撮像素子４０から出力されるアナログ信号を増幅する。

さらに、デジタルカメラ１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、データバス、システムバスなどを含むマイクロコンピュータを備えた画像処理システムＩＣなどを用いて信号処理部４４が形成されている。

この信号処理部４４では、増幅部４２から入力されるアナログ信号に対して、Ａ／Ｄ変換を行うことにより撮影画像（被写体像）に応じたデジタル画像データを生成する。このとき、信号処理部４４では、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の信号を例えば１２ビットのＲ、Ｇ、Ｂ信号に変換する。

また、信号処理部４４では、Ａ／Ｄ変換されて生成された画像データに対して光源種に応じたデジタルゲインをかけることでホワイトバランス調整を行うと共に、γ処理、シャープネス処理等を行って例えば８ビットの画像データを生成する。さらに、信号処理部４４では、画像データに対してＹＣ信号処理を施して輝度信号Ｙとクロマ信号Ｃｒ、Ｃｂ（ＹＣ信号）を生成する。

このＹＣ信号は、図示しない画像バッファに格納され、ＬＣＤ２０に画像を表示するときには、このＹＣ信号を用いることができ、これにより、ＬＣＤ２０にスルー画像の表示が可能となっている。

ここで、静止画の撮影が設定され、レリーズボタン１６が押下（全押し）されたときには、このＹＣ信号が信号処理部４４でＪＰＥＧなどの所定の圧縮形式で圧縮処理され、撮影画像の画像ファイルとして出力される。

信号処理部４４から出力される画像ファイルは、デジタルカメラ１０に装着されている記録メディア（例えば、スマートメディア、ＩＣカード、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなど）に記録される。また、信号処理部４４から出力される画像ファイルや、記録メディアに記録された画像ファイルは、レセプタクル３０を介して、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や、ＴＶなどへ出力可能となっている。

また、動画撮影が設定されているときには、レリーズボタン１６が全押しされることにより動画撮影を開始し、レリーズボタン１６が半押し状態に戻された後、全押しされるまでの期間、すなわち、動画の撮影を行っている期間において、所定の時間ごと（例えば、１／３０secごとなどの予め設定されている時間）に図示しない画像バッファに格納されているＹＣ信号が、所定形式（例えば、Motion ＪＰＥＧ形式など）で圧縮処理され、動画像の画像ファイルとして出力される。

このように構成されているデジタルカメラ１０では、電源スイッチ１８のオン操作及び撮影スイッチ２２が操作されることにより、レンズ１２によって被写体が撮像素子４０上に結像される。

撮像素子４０は、結像された被写体像に応じたデータを出力する。このデータは、増幅処理された後に、Ａ／Ｄ変換されることにより、画像データとして信号処理部４４に読み込まれる。

信号処理部４４では、この画像データに対して所定の処理を施すことにより、ＬＣＤ２０に表示可能となる。また、レリーズボタン１６が操作されて画像撮影が行われることにより、撮影画像の画像ファイルが信号処理部４４から出力される。

ところで、デジタルカメラ１０では、手振れなどによって筐体３８に振動が生じると、被写体に対するレンズ１２の光軸に傾きが生じ、撮像素子４０上に結像される被写体像の位置にズレが生じる。このようなズレは、撮影画像のぶれとなって撮影画像の品質低下を生じさせてしまう。

このような撮影画像のぶれを防止するために、デジタルカメラ１０には、光学式で手振れ補正を行う振れ補正機能を備えている。ここで、第１及び第２の実施の形態として、デジタルカメラ１０に設ける振れ補正機能を説明する。
〔第１の実施の形態〕
図２に示すように、デジタルカメラ１０には、振れ補正モジュール５０が設けられている。この振れ補正モジュール５０は、筐体３８（図１参照）が振れるときの角速度を検出する角速度検出手段として設けられているジャイロセンサ５２を備えている。

また、振れ補正モジュール５０には、補正演算部５４、レンズ駆動回路５６が設けられ、レンズ１２には、レンズ駆動回路５６によってレンズ１２の光軸と直交する二方向（例えば、光軸を水平にしたときには、垂直方向と垂直方向及び光軸のそれぞれと直交する水平方向、以下では、説明を簡略化するために垂直方向及び水平方向をこの二方向とする）にシフトされるシフトレンズ５８が設けられている。

図３には、第１の実施の形態に係る振れ補正モジュール５０の要部の概略構成を示している。ジャイロセンサ５２は、垂直角速度センサ５２Ａ及び水平角速度センサ５２Ｂを備えており、垂直角速度センサ５２Ａ及び水平角速度センサ５２Ｂは、デジタルカメラ１０の水平方向の角速度、水平方向の角速度を検出し、検出した角速度に応じた信号を出力する。なお、角速度センサに換えて、加速度センサや角加速度センサ等を用いてもよい。

また、ジャイロセンサ５２には、垂直角速度センサ５２Ａ、水平角速度センサ５２Ｂのそれぞれから出力する信号から低域の周波数成分を減衰させるＨＰＦ６０及び、ＨＰＦ６０を通過した信号を増幅する増幅回路（Ａｍｐ）６２が設けられており、これにより、ジャイロセンサ５２は、直流成分を抑えた垂直方向及び水平方向に対する角速度信号を出力する。なお、ジャイロセンサ５２は、角速度センサの検出信号に応じた角速度信号を出力可能であれば、これに限らず任意の構成を適用することができる。

一方、補正演算部５４には、ジャイロセンサ５２から入力される角速度信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６４と共に、図示しないマイクロコンピュータによって形成された積分演算部６６及び制御電圧変換部６８が設けられている。

積分演算部６６は、予め設定されたサンプリング間隔でＡ／Ｄ変換器６４から入力される角速度信号を時間積分する。これにより、光軸の角度に応じた積分値が得られるようにしている。

積分演算部６６から出力される積分値は、制御電圧変換部６８に入力される。この制御電圧変換部６８では、積分値に基づいて制御電圧（制御値）を設定し、設定した制御値をレンズ駆動回路５６へ出力する。

レンズ駆動回路５６は、この制御値に応じて図示しないアクチュエータを駆動して、シフトレンズ５８を垂直方向ないし水平方向へ移動する。

これにより、振れ補正モジュール５０では、筐体３８の振れにより発生するレンズ１２の光軸の傾きを、シフトレンズ５８の移動によって生じる光軸の傾きによって相殺することにより、撮像素子４０に結像される被写体像に、位置ズレが生じないようにしている。

一方、ジャイロセンサ５２から出力される角速度信号には、ノイズ成分と共に直流成分が含まれており、特に直流成分によって角速度センサ５２Ａ、５２Ｂの出力信号が大きくドリフトされていることがあり、このドリフトによって適正な補正が困難となってしまうことがある。

すなわち、図４（Ａ）に示すように、ジャイロセンサ５２から出力される角速度信号にドリフトが生じていないときには、規定の中心値を中心とした所定範囲の振幅（図４では、角速度信号の振幅の上下限を二点鎖線で示す）の信号となっている。

これに対して、ジャイロセンサ５２から出力する角速度信号にドリフト（例えば図４（Ｂ）で実線で示す信号）が含まれると、角速度信号の振幅の範囲が変化する。このときに、図４（Ｃ）に示すように、固定した中心値を基準にして角速度を積算し、積算結果に基づいて手振れ補正を行ってしまうと、大きな誤差を生じ、撮影画像のぶれを抑えることができなくなる。

すなわち、図５に示すように、本来の角速度信号（図５で二点鎖線で示す）に対して、角速度信号にドリフト成分（図５で破線で示す）が含まれることにより、実際にジャイロセンサ５２から出力される角速度信号が、図５で実線で示すように、ドリフト成分によって実際の角速度と異なってしまうことになる。

これにより、ジャイロセンサ５２から出力される角速度信号に基づいて手振れ補正を行うと、大きな誤差が生じ、さらに、撮影画像のぶれを増長させてしまうことがある。

このような誤差の発生を防止するためには、ドリフトに合わせて中心値（以下、基準値とする）を追従させることにより、図４（Ｂ）の角速度信号から、図４（Ａ）の角速度信号を抽出して、角速度センサ５２Ａ、５２Ｂの出力信号に応じた適正な手振れ補正が可能となる。

これを実行するために、図３に示すように、第１の実施の形態に適用した振れ補正モジュール５０には、フィルタ処理部７０が設けられている。このフィルタ処理部７０は、ハードウェアによって構成してもよく、また、図示しないマイクロコンピュータで実行するソフトウェアで構成することもできる。

図６（Ａ）には、フィルタ処理部７０をハードウェアで構成するときに用いるときの一例とするフィルタ回路７２を示している。

このフィルタ回路７２には、所定の伝達係数ｎのレジスタ７４が設けられており、このレジスタ７４に、入力信号として角速度信号が入力されるようになっている。また、伝達係数ｎは、０＜ｎ＜１の範囲としている。

また、フィルタ回路７２には、減算器７６が設けられており、入力信号からレジスタ７４の出力信号の差分信号が検出出力として出力される。フィルタ回路７２では、この検出出力が、補正した角速度信号となるようにしている。

フィルタ回路７２には、正負判定部７８、正負反転制御部８０及び加算器８２が設けられている。正負判定部７８は、減算器７６から出力される出力信号（出力信号値）が正であるか負であるかを判定し判定結果を正負反転制御部８０へ出力する。

正負反転制御部８０には、予めジャイロセンサ５２ごとに設定しているフィルタ係数が定数値として入力されるようになっており、正負反転制御部８０では、正負判定部７８の判定結果に基づいて、定数値を反転させて加算器８２へ出力する。

また、加算器８２には、入力信号値が入力され、これにより、入力信号値に定数値が加算されて、レジスタ７４に入力される。

正負反転制御部８０では、正負判定部７８で正と判定した信号が入力されることにより、定数値が、入力信号に加算されるようにし、負と判定されたときには、入力信号から定数値を差し引くように定数値の符号を反転させる。

すなわち、レジスタ７４の出力値が入力信号値より小さいときには、入力信号値に定数値を加算した信号値をレジスタ７４に入力し、レジスタ７４の出力値が入力信号値より大きくなったときには、入力信号値から定数値を差し引いた信号がレジスタ７４に入力されるようにしている。

これにより、フィルタ回路７２では、レジスタ７４の出力値が基準値となるようにし、入力信号値から基準値を差し引くことにより、出力信号値として、ドリフト補正を行った角速度信号値を出力するようにしている。

図６（Ｂ）には、フィルタ回路７２に入力する入力信号例を示し、図６（Ｃ）には、図６（Ｂ）の入力信号に対する基準値の変化の概略を示している。

図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示すように、フィルタ回路７２では、入力信号が信号中点よりも大きいときには、基準値が所定の傾斜で徐々に大きく（増加）する。また、入力信号が信号中点よりも下がると、基準値が徐々に小さくなる（減少する）。このときの基準値は、定数値に応じた傾斜で変化する。

このような定数値は、デジタルカメラ１０ごとに、ジャイロセンサ５２から出力する角速度信号からドリフトを的確に除去するように試験を行って決定するようにしている。

なお、図７（Ａ）には、一般的な手振れ補正に用いるフィルタ回路の一例とするフィルタ回路８４を示している。このフィルタ回路８４では、予め設定されたフィルタ係数αと（１−フィルタ係数）を用い、基準値と入力信号値の比較結果を用いずに、入力信号値に基準値を追従させるようにしている。また、図７（Ｂ）には、図６（Ｂ）と同じ入力信号例を示し、図６（Ｃ）に対応する図７（Ｃ）には、その入力信号に対する基準値の変化を示している。

ここで、図８（Ａ）から図８（Ｃ）には、フィルタ回路７２を用いた試験結果を示し、比較例として図９（Ａ）から図９（Ｃ）には、フィルタ回路８４を用いた同様の試験結果を示している。

なお、図８及び図９では、BASEで基準値を示し、SIGNALが入力信号、DETECTが出力信号を示しており、横軸が時間、縦軸が電圧となっている。また、図８（Ａ）及び図９（Ａ）が入力信号の周期を３２msecとし、図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）が入力信号の周期を６４msecとし、図８（Ｃ）及び図９（Ｃ）が入力信号の周期を１２８msecとしている。

図９（Ａ）から図９（Ｃ）に示すように、フィルタ回路８４を用いた場合、基準値が入力信号に応じて周期的に変化していると共に、入力信号と基準値の間に位相のズレが生じている。このために、入力信号と出力信号の間に位相のズレが生じ、特に、図９（Ｃ）に示すように周期が長くなると、この位相のズレも大きくなる。

すなわち、フィルタ回路８４においては、基準値に直流成分のみでなく入力信号の周期に応じた周波数成分も含んでおり、このために、入力信号から基準値を抽出していくと、入力信号と出力信号の誤差が大きくなってしまい、適正な振れ補正が困難となってしまうことになる。

これに対して、図８（Ａ）から図８（Ｃ）に示すように、フィルタ回路７２では、基準値の変化が少ない。

このために、フィルタ回路７２を用いたときには、入力信号と出力信号の間に位相のズレが生じることがない。すなわち、ドリフト成分（直流成分）のみの抽出が可能となる。

したがって、ドリフト成分による入力信号のドリフトを抑えた出力信号を得ることが可能となり、ジャイロセンサ５２から出力する角速度信号からドリフトを除去して、適正な手振れ補正を行うことが可能となる。

また、フィルタ回路７２では、予め設定している定数値の加減算のみの簡単な構成で可能となる。

一方、ここまでは、フィルタ回路７２を用いた例を説明したが、ソフトウェアによる処理を適用することができる。

図１０には、このときの処理の流れを示している。このフローチャートは、例えば、デジタルカメラ１０が撮影モードとなっているときに実行され、最初の初期設定を行う。

この初期設定では、ステップ１００でジャイロセンサ５２から出力する角速度信号（角速度信号値）を入力信号（入力信号値）として読込み、次のステップ１０２では、読み込んだ入力信号値から基準値の初期値を設定する。

この後、入力信号値から基準値を差し引いた値を出力信号値（出力信号）として出力する（ステップ１０４）。なお、この初期設定は省略して、予め設定している値を基準値としてもよい。

このようにして初期設定が行われると、所定のサンプリング間隔（手振れ補正の制御時間間隔）でステップ１０６以下を繰返し実行する。このステップ１０６では、ジャイロセンサ５２から出力される入力信号値を読み込み、次のステップ１０８では、入力信号値と基準値とを比較して、入力信号値が基準値よりも大きいか否かを判断する。

ここで、入力信号が出力信号よりも大きいときには、ステップ１０８で肯定判定してステップ１１０へ移行し、予め設定している定数値を加算値に設定する。続いて、ステップ１１２では、設定した加算値を基準値に加算して、基準値を更新する。

この後に、ステップ１１４へ移行して、入力信号値から基準値を差し引くことにより、出力信号値を算出する。

また、入力信号値に対して、基準値が大きいときには、ステップ１０８で否定判定してステップ１１６へ移行する。このステップ１１６では、入力信号値が基準値よりも低いか否かを確認し、肯定判定されることにより、ステップ１１８へ移行する。

このステップ１１８では、定数値を減算値に設定し、次のステップ１２０では、基準値から定数値を減算することにより、基準値を更新する。

この後、ステップ１１４へ移行して、入力信号値と基準値から出力信号値を算出する。

さらに、入力信号値と基準信号値が同じときには、ステップ１１６で否定判定されてステップ１１４へ移行する。これにより、基準値が更新されず、この基準値を用いた出力信号値の演算を行う。

このような処理を行うことにより、入力信号からドリフト成分を的確に除去した出力信号を得ることができ、この出力信号を、ジャイロセンサ５２で検出する角速度信号として用いることにより、シフトレンズ５８を用いた最適な振れ補正を行うことができる。
〔第２の実施の形態〕
次に本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、第２の実施の形態の基本的構成は、前記した第１の実施の形態と同じであり、第２の実施の形態において第１の実施の形態と同一の部品には、同一の符号を付与してその説明を省略する。

図１１には、第２の実施の形態に適用した振れ補正モジュール５０Ａの概略構成を示している。

この振れ補正モジュール５０Ａは、補正演算部５４ＡにＡ／Ｄ変換器６４、積分処理部６６及び制御電圧変換部６８に加えて、積分処理部６６と制御電圧変換部６８の間にフィルタ処理部８６を備えている。

フィルタ処理部８６では、ジャイロセンサ５２から出力される角速度信号を積分処理することにより得られる積分値から、角速度信号に含まれるドリフト成分を除去するようにしており、これにより、振れ補正モジュール５０Ａでは、ドリフト成分を含まない角速度信号に基づいた適正な振れ補正処理が可能となるようにしている。

図１２（Ａ）には、フィルタ処理部８６に設けるフィルタ回路の一例とするフィルタ回路８８を示している。フィルタ回路８８は、レジスタ９０、減算器９２、加算器９４と共に正負判定部７８Ａと正負反転制御部８０Ａを含んで形成されている。

このフィルタ回路８８には、入力信号（入力信号値）として、積分処理部６６で積分処理することにより得られる積分値である積算値（入力積算値）が入力されるようになっており、この積算値と、レジスタ９０から出力される基準値とが減算されて、シフトレンズ５６の駆動するときの制御値（制御電圧）の設定に用いる積算値が出力される。

正負判定部７８Ａには、減算器９２の出力信号値（出力積算値）が入力されるようになっており、フィルタ回路８８から出力する出力積算値の符号を判定する。

一方、正負反転制御部８０Ａには、正負判定部７８Ａの判定結果に応じた信号と共に、加減算に用いる加減算定数として、予め設定されている定数値（補正定数値）が入力されるようになっている。

この正負反転制御部８０Ａでは、フィルタ回路８８から出力する出力積算値が負であるときには、補正定数値を減算に用いるように設定し減算定数値として用いるように設定し、出力積算値が正であるときには、補正定数値を加算定数値として用いるように設定する。

正負反転制御部８０Ａで正負の符号が設定された補正定数は、基準値に加算又は減算されてレジスタ９０に入力される。これにより、フィルタ回路８８では、レジスタ９０から出力する基準値が発散するようにしている（以下、発散補正値とする）。

レジスタ９０の伝達係数ｎ及び補正定数値は、予め試験等を行うことによりフィルタ回路８８から出力される積算値の測定を行って、ジャイロセンサ５２によって検出される角速度に対して、シフトレンズ５８を適正に移動可能とする値が設定されている。

フィルタ回路８８では、この補正定数値を用いて、レジスタ９０から出力する基準値が発散するようにし、フィルタ回路８８から出力する積算値が、高い周波数域で収束してしまうのを防止すると共に、ジャイロセンサ５２から出力される角速度信号に含まれるドリフト成分が、シフトレンズ５８の駆動するための制御値の設定に用いる積算値に現れることがないようにしている。

図１２（Ｂ）には、フィルタ回路８８に入力する入力信号例（入力積算値の変化例）を示し、図１２（Ｃ）には、図１２（Ｂ）の入力信号に対する発散補正値の変化の概略を示している。

図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）に示すように、フィルタ回路８８では、入力信号である入力積算値が信号中点よりも大きいときには、発散補正値が所定の傾斜で徐々に大きく（増加）する。また、入力信号が信号中点よりも下がると、発散補正値が徐々に小さくなる（減少する）。このときの発散補正値は、加減算定数値（補正定数）に応じた傾斜で変化する。

なお、図１３（Ａ）には、手振れ補正を行うときの積算値の発散を抑える一般的構成のフィルタ回路の一例とするフィルタ回路９６を示している。このフィルタ回路９６では、予め設定されたフィルタ係数を用い、レジスタ９８から発散補正値を出力するようにしている。このときに、フィルタ回路９６では、入力信号と発散補正値の比較結果を用いずに、入力信号に発散補正値を追従させるようにしている。また、図１３（Ｂ）には、図１２（Ｂ）と同じ入力信号例を示し、図１２（Ｃ）に対応する図１３（Ｃ）には、その入力信号に対する基準値（発散補正値）の変化を示している。

図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）と図１３（Ｂ）、１３（Ｃ）を比較することによりわかるように、フィルタ回路８８を用いたときにも、前記した第１の実施の形態に適用したフィルタ回路７２と同等の効果を得ることができる。したがって、角速度信号の積算値からドリフト成分を除去する振れ補正モジュール５０Ａにおいても、ジャイロセンサ５２を用いた適正な手振れ補正が可能となる。

また、フィルタ処理部８６においても、フィルタ回路８８に換えてソフトウェアによる処理を適用することができる。

図１４には、このときの処理の流れを示している。このフローチャートは、所定のサンプリング間隔（手振れ補正の制御時間間隔）で実行され、最初のステップ１３０では、積分処理部６６から入力されて減算器９２で減算された出力積算値を読込み、次のステップ１３２では、出力積算値が正であるか否かを判断する。

ここで、出力積算値が正であるときには、ステップ１３２で肯定判定してステップ１３４へ移行し、予め設定している補正定数値を加算値に設定する。続いて、ステップ１３６では、設定した補正定数値を発散補正値に加算することにより、発散補正値を更新する。

ステップ１３８では、入力積算値から発散補正値を差し引くことにより、出力積算値を算出する。

また、出力積算値が正でないときには、ステップ１３２で否定判定してステップ１４０へ移行し、出力積算値が負であるか否かを確認し、出力積算値が負であるときには、ステップ１４０で肯定判定してステップ１４２へ移行する。

このステップ１４２では、補正定数値を減算値に設定し、次のステップ１４４では、発散補正値から補正定数値を減算することにより発散補正値を更新する。

ステップ１３８では、入力積算値と発散補正値から出力積算値を算出する。

さらに、入力積算値がゼロであるときには、ステップ１３２及びステップ１４０で否定判定されてステップ１３８へ移行する。これにより、発散補正値が更新されず、この発散補正値を用いた出力積算値の算出を行う。

このような処理を行うことにより、積分処理部６６で演算された積算値が発散してしまうのを防止しながら、角速度信号からドリフト成分を的確に除去したのと同等の出力積算値を得ることができ、この出力積算値を用いることにより、シフトレンズ５８を用いた最適な振れ補正を行うことができる。

なお、以上説明し本実施の形態は、本発明の構成を限定するものではない。例えば、本実施の形態では、デジタルカメラ（デジタルスチルカメラ）１０を例に説明したが、本発明は光学式の手振れ補正機能を備えたものであれば、任意の構成のデジタルスチルカメラに適用することができる。

また、本発明は、デジタルスチルカメラに限らず、デジタルビデオカメラなどのレンズによって集光した光を撮像素子に結像することにより、被写体像に応じた画像データを生成する任意の構成の撮像装置に適用することができる。

本実施の形態に適用したデジタルカメラの概略外観図である。 デジタルカメラの要部の概略構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態に適用した振れ補正モージュールの概略構成図である。 （Ａ）はドリフト成分を含まない角速度信号の振幅範囲の概略を示す線図、（Ｂ）はドリフト成分を含んだ角速度信号の振幅範囲の概略を示す線図、（Ｃ）はドリフト線分を考慮しないときの角速度信号の振幅範囲の概略を示す線図である。 ドリフト成分及びドリフト成分を含んだ角速度信号とドリフト成分を含まない角速度信号の概略を示す線図である。 （Ａ）は第１の実施の形態に適用したフィルタ回路の概略構成図、（Ｂ）は入力信号の一例を示す線図、（Ｃ）は（Ｂ）の入力信号としたときの（Ａ）に示すフィルタ回路での基準値の変化の概略を示す線図である。 （Ａ）は図６（Ａ）の比較例とするフィルタ回路の概略構成図、（Ｂ）は入力信号の一例を示す線図、（Ｃ）は（Ｂ）の入力信号としたときの（Ａ）に示すフィルタ回路での基準値の変化の概略を示す線図である。 （Ａ）から（Ｃ）は図７（Ａ）のフィルタ回路を用いたときの測定結果を示す線図である。 （Ａ）から（Ｃ）は図８（Ａ）のフィルタ回路を用いたときの測定結果を示す線図である。 第１の実施の形態でフィルタ回路に換えて適用可能な処理の流れ図である。 第２の実施の形態に適用した振れ補正モジュールの概略構成図である。 （Ａ）は第２の実施の形態に適用したフィルタ回路の概略構成図、（Ｂ）は入力信号の一例を示す線図、（Ｃ）は（Ｂ）の入力信号としたときの（Ａ）に示すフィルタ回路での基準値の変化の概略を示す線図である。 （Ａ）は図１２（Ａ）の比較例とするフィルタ回路の概略構成図、（Ｂ）は入力信号の一例を示す線図、（Ｃ）は（Ｂ）の入力信号としたときの（Ａ）に示すフィルタ回路での基準値の変化の概略を示す線図である。 第２の実施の形態でフィルタ回路に換えて適用可能な処理の流れ図である。 （Ａ）は一般的な出力回路を示す要部の概略配線図、（Ｂ）は一般的巡回フィルタの一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１０ デジタルカメラ
１２ レンズ
３８ 筐体
４０ 撮像素子
５０、５０Ａ 振れ補正モジュール（手振れ補正装置）
５２ ジャイロセンサ
５２Ａ、５２Ｂ 角速度センサ
５４、５４Ａ 補正演算部
５６ レンズ駆動回路
５８ シフトレンズ
６４ Ａ／Ｄ変換器
６６ 積分演算部
６８ 制御電圧変換部
７０ フィルタ処理部
７２ フィルタ回路
８６ フィルタ処理部
８８ フィルタ回路

Claims (6)

1. 筐体に収容したレンズを透過して撮像素子に結像された撮影画像に応じた画像データを出力する撮像装置に設けられる手振れ補正装置であって、
   前記筐体の振れにより生じた角速度を検出し、検出した角速度に応じた角速度信号を出力する角速度検出手段と、
   前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号と予め設定された基準値との差分を、前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号を補正した角速度信号として出力する減算手段と、
   前記減算手段から出力される前記補正した角速度信号を所定の時間間隔で時間積分することにより前記振れによる前記レンズの光軸の角度変化に応じた積分値を演算する積分演算手段と、
   前記積分演算手段から出力される前記積分値に基づいて前記振れによる前記レンズの光軸の傾きを相殺するのに必要な補正角を得るための制御値を設定する制御値設定手段と、
   前記制御値設定手段によって設定された前記制御値に基づいて前記レンズの光軸を傾けるように駆動するレンズ駆動手段と、
   前記減算手段から出力される前記補正した角速度信号の正負を判定し、該判定結果に基づいて前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号に予め設定されている定数値を加算又は減算して、前記減算手段で用いる新たな基準値を設定する基準値設定手段と、
   を含む手振れ補正装置。
2. 前記基準値設定手段は、
   前記減算手段から出力される前記角速度信号のレベルが前記基準値のレベルよりも大きく、前記補正した角速度信号が正であるときに前記定数値を前記角速度検出手段から出力された角速度信号に加算し、
   前記減算手段から出力される前記角速度信号のレベルが前記基準値のレベルよりも小さく、前記補正した角速度信号が負であるときに前記定数値を前記角速度検出手段から出力された角速度信号から減算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の手振れ補正装置。
3. 筐体に収容したレンズを透過して撮像素子に結像された撮影画像に応じた画像データを出力する撮像装置に設けられる手振れ補正装置であって、
   前記筐体の振れにより生じた角速度を検出し、検出した角速度に応じた角速度信号を出力する角速度検出手段と、
   前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号を所定の時間間隔で時間積分することにより前記振れによる前記レンズの光軸の角度変化に応じた積分値を演算する積分演算手段と、
   前記積分演算手段から出力される前記積分値と予め設定された基準値との差分を、積分演算手段から出力された前記積分値を補正した積分値として出力する減算手段と、
   前記減算手段から出力される前記補正した積分値に基づいて前記振れによる前記レンズの光軸の傾きを相殺するのに必要な補正角を得るための制御値を設定する制御値設定手段と、
   前記制御値設定手段によって設定された前記制御値に基づいて前記レンズの光軸を傾けるように駆動するレンズ駆動手段と、
   前記減算手段から出力される前記補正した積分値の正負を判定し、該判定結果に基づいて前記減算手段で前記積分値からの減算に用いた前記基準値に予め設定している定数値を加算又は減算して、前記減算手段に用いる新たな基準値を設定する基準値設定手段と、
   を含む手振れ補正装置。
4. 前記基準値設定手段は、
   前記減算手段から出力される前記積分値が正であるときに前記減算手段で用いた前記基準値に前記定数値を加算し、
   前記減算手段から出力される前記積分値が負であるときに前記減算手段で用いた前記基準値から前記定数値を減算する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の手振れ補正装置。
5. 筐体に収容したレンズを透過して撮像素子に結像された撮影画像に応じた画像データを出力する撮像装置であって、
   前記筐体の振れにより生じた角速度を検出し、検出した角速度に応じた角速度信号を出力する角速度検出手段と、
   前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号と予め設定された基準値との差分を、前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号を補正した角速度信号として出力する減算手段と、
   前記減算手段から出力される前記補正した角速度信号を所定の時間間隔で時間積分することにより前記振れによる前記レンズの光軸の角度変化に応じた積分値を演算する積分演算手段と、
   前記積分演算手段から出力された前記積分値に基づいて前記振れによる前記レンズの光軸の傾きを相殺するのに必要な補正角を得るための制御値を設定する制御値設定手段と、
   前記制御値設定手段によって設定された前記制御値に基づいて前記レンズの光軸を傾けるように駆動するレンズ駆動手段と、
   前記減算手段から出力された前記補正した角速度信号の正負を判定し、該判定結果に基づいて前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号に予め設定されている定数値を加算又は減算して、前記減算手段で用いる新たな基準値を設定する基準値設定手段と、
   を含む撮像装置。
6. 筐体に収容したレンズを透過して撮像素子に結像された撮影画像に応じた画像データを出力する撮像装置であって、
   前記筐体の振れにより生じた角速度を検出し、検出した角速度に応じた角速度信号を出力する角速度検出手段と、
   前記角速度検出手段から出力された前記角速度信号を所定の時間間隔で時間積分することにより前記振れによる前記レンズの光軸の角度変化に応じた積分値を演算する積分演算手段と、
   前記積分演算手段から出力される前記積分値と予め設定された基準値との差分を、積分演算手段から出力された前記積分値を補正した積分値として出力する減算手段と、
   前記減算手段から出力される前記補正した積分値に基づいて前記振れによる前記レンズの光軸の傾きを相殺するのに必要な補正角を得るための制御値を設定する制御値設定手段と、
   前記制御値設定手段によって設定された前記制御値に基づいて前記レンズの光軸を傾けるように駆動するレンズ駆動手段と、
   前記減算手段から出力される前記補正した積分値の正負を判定し、該判定結果に基づいて前記減算手段で前記積分値からの減算に用いた前記基準値に予め設定している定数値を加算又は減算して、前記減算手段に用いる新たな基準値を設定する基準値設定手段と、
   を含む撮像装置。

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