JP4717651B2 - 像振れ補正装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、手振れなどによる像振れを補正することで撮影画像の劣化を防止する像振れ補正装置および該像振れ補正装置を具備する撮像装置に関するものである。

現在のカメラは露出決定やピント合わせ等の撮影にとって重要な作業は全て自動化され、カメラ操作に未熟な人でも撮影失敗を起こす可能性は非常に少なくなっている。

また、最近では、手振れによる像振れを防ぐシステムを備えたカメラも製品化されてきており、撮影者の撮影ミスを誘発する要因は殆ど無くなってきている。

ここで、像振れを防ぐシステムについて簡単に説明する。

撮影時のカメラの手振れは、周波数として通常１Ｈｚないし１０Ｈｚの振動である。

そして、シャッターのレリーズ時点において、このような手振れを起こしていても像振れの無い写真を撮影可能とするためには、手振れによるカメラの振動を検出し、その検出値に応じて振れ補正レンズを変位させなければならない。

したがって、カメラ振れが生じても像振れが生じない写真を撮影するためには、第１にカメラの振動を正確に検出し、第２に手振れによる光軸変化を補正することが必要となる。

この振動（カメラ振れ）の検出は、原理的にいえば、加速度、角加速度、角速度、角変位等を検出し、カメラ振れ補正のためにその出力を適宜演算処理する振動検出手段をカメラに搭載することによって行うことができる。

そして、この検出情報に基づき、撮影光軸を偏心させる振れ補正装置を駆動させて、像振れ補正が行われる。

図１０（ａ）は従来の一眼レフカメラの平面図であり、図１０（ｂ）はその側面図である。

この一眼レフカメラに装着される交換レンズ９０に搭載される像振れ補正システムは光軸９１に対して矢印９２ｐ，９２ｙで示すカメラ縦振れ及び横振れに対し振れ補正を行う。

尚、カメラ本体９３の中で９３ａはレリーズ部材（レリーズボタン）、９３ｂはモードダイアル（メインスイッチを含む）、９３ｃはリトラクタブルストロボ、９３ｄはカメラＣＰＵである。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）において、９４は撮像素子、９５は補正レンズ９５ａを図１０の矢印９５ｐ、９５ｙ方向に自在に駆動して矢印９２ｐ，９２ｙ方向の振れ補正を行う振れ補正機構（振れ補正手段）である。９６ｐ，９６ｙは各々矢印９２ｐ，９２ｙ回りの振れを検出する角速度計である（矢印９６ｐａ，９６ｙａは各々の検出感度方向である）。

角速度計９６ｐ，９６ｙの出力はレンズＣＰＵ９７で、その信号は演算されて振れ補正機構の像振れ補正目標値に変換される。

カメラ本体９３に設けられたレリーズ部材９３ａの半押し（以降Ｓ１：撮影準備のために測光、ピント合わせを指令する操作）に同期して、補正目標値は振れ補正駆動手段（ドライバー）９８を介して振れ補正機構のコイルに入力されて振れ補正が始まる。

図１０にて説明した像振れ補正システムでは手振れ検出用に角速度計９６ｐ，９６ｙを用いている。

カメラ本体９３には矢印９２ｐ，９２ｙ回りの回転振ればかりではなく、矢印１１ｙｂ，１１ｐｂに示した平行振れも加わる。しかし、一般的な撮影条件では矢印９２ｐ，９２ｙ回りの回転振れが支配的であり、矢印１１ｙｂ，１１ｐｂに示した平行振れによる像劣化は少ない。

そのため、手振れ検出用には角速度計９６ｐ，９６ｙだけを設ければよい。

ところが、至近距離での撮影（撮影倍率の高い撮影条件）では矢印１１ｙｂ，１１ｐｂに示した平行振れ（以降シフト振れと称する）による像劣化も無視できなくなってくる。

例えば、マクロ撮影のように被写体に２０ｃｍ程度まで接近して撮影する条件や、被写体は１ｍ程度に位置していても、撮影光学系の焦点距離が非常に大きい場合（例えば４００ｍｍ）では積極的にシフト振れを検出して振れ補正装置を駆動する必要がでてくる。

特開平７−２２５４０５号公報（特許文献１）では、加速度を検出する加速度計を設け、加速度計でシフト振れを検出して、別に設けた角速度計の出力と共に振れ補正装置を駆動することが開示されている。
特開平７−２２５４０５号公報

上記引用文献１では、レンズＣＰＵは角速度計出力を１階積分して角度に、加速度計出力を２階積分して変位に、それぞれ変換している。

積分動作は入力信号の僅かな誤差も累積してしまう問題があり、２階積分の場合にはその誤差が極めて大きくなってしまう。

そのため、２階積分を必要とする加速度計は高精度を要求される。

しかしながら、このような高精度の加速度計は一般的に大きく、重いために、民生品への展開は不向きであるという問題がある。

（本発明の目的）
本発明の目的は、小型、軽量の加速度計を用いても十分なシフト振れ補正を可能にする振れ補正装置および撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、振れにより発生する角速度を検出する角速度検出手段と、該角速度検出手段により検出された角速度信号を第１のカットオフ周波数で処理する第１のハイパスフィルタを含む角速度演算手段と、振れにより発生する加速度を検出する加速度検出手段と、該加速度検出手段により検出された加速度信号を前記第１のカットオフ周波数より信号処理帯域が狭い第２のカットオフ周波数で処理する第２のハイパスフィルタを含む加速度演算手段と、前記角速度演算手段の出力信号と前記加速度演算手段の出力信号を加算する加算手段と、該加算手段の信号に基づいて撮影光軸を偏心させて振れ補正を行う振れ補正手段とを有する像振れ補正装置であって、前記加速度演算手段の出力信号は、前記角速度検出手段の出力によって重力加速度成分が補正されていることを特徴とする像振れ補正装置とするものである。

また、本発明は、本発明の像振れ補正装置を具備する撮像装置とするものである。

本発明によれば、小型、軽量の加速度計を用いても十分なシフト振れ補正を可能にする。

本発明を実施するための最良の形態は、後述する実施例１ないし３に記載の通りである。

図１（ａ）、図１（ｂ）は本発明の実施例１である振れ補正装置を具備したデジタル一眼レフカメラの上面図および側面図であり、図１０（ａ）、図１０（ｂ）の従来例と異なるのは加速度計１１ｐ，１１ｙが設けられている点である。

加速度計１１ｐ，１１ｙ各々の加速度検出軸は矢印１１ｐａ，１１ｙａである。９９はフォーカスレンズである。

図２は加速度計１１ｐ，１１ｙにより検出されるシフト振れおよび角速度計９６ｐ，９６ｙにより検出される回転振れの信号を処理する回路構成を示すブロック図であり、主にレンズＣＰＵ９７内で処理される。

なお、図２においてはカメラの縦振れ（図１の回転振れ９２ｐおよびシフト振れ１１ｐｂ）による像ぶれを補正する信号処理のみを図示している。しかし、実際にはカメラの横振れ（図１の回転振れ９２ｙおよびシフト振れ１１ｙｂ）による像振れ補正も同様に信号処理されている。

図２において、角速度計９６ｐの手振れ角速度信号は増幅手段１２ｐに入力している。

増幅手段１２ｐでは角速度計９６ｐの出力を単純に増幅するだけではなく、角速度計９６ｐに重畳する直流成分（ＤＣ成分）を除去するＤＣ除去回路および高周波ノイズ成分を除去する高域減衰回路も設けられている。

増幅手段１２ｐの出力はＡ／Ｄ（アナログ トウ デジタル）されてレンズＣＰＵ９７に取り込まれる。

取り込まれた信号はレンズＣＰＵ９７内で数値処理されていくのであるが、ここでは説明のために処理を各ブロックに分けて図示している。

角速度積分手段１３ｐは増幅手段１２ｐから入力された手振れ角速度信号を１階積分して手振れ角度に変換する。

角速度積分手段１３ｐは手振れ角速度信号の中で通常約０．１Ｈｚ以上の高周波数成分を積分して手振れ角度に変換する。

しかし、角速度積分を開始する時点においては積分帯域を狭めて（例えば２Ｈｚ以下の信号は減衰させる）信号処理の起動を早めている（これを時定数切換と呼ぶ）。

得られた手振れ角度信号は加算手段１４ｐに入力され、後述する手振れ変位信号と加算され、手振れ総合信号に変換される。

なお、加算手段１４ｐは後述するレリーズ部材９３ａ及び合焦検出手段２７の信号に基づいて手振れ角度信号と後述する手振れ変位信号を加算している。

そして、加算手段１４ｐはレリーズ部材９３ａの半押しＳ１（測光、ピント合わせのための操作）に応答して手振れ角度信号が入力され、合焦検出手段２７の信号入力（ピント合わせが完了）に基づいて手振れ変位信号と手振れ角度信号を加算する。

手ぶれ総合信号は周波数特性変更手段１５ｐに入力されて、周波数特性を変更される。

周波数特性変更手段１５ｐは主に手振れ総合信号の低周波成分の減衰を行っており、
どの周波数（例えば０．１Ｈｚ、或いは５Ｈｚ）より低い周波数を減衰させるかを決め、その信号成分を減衰させる。

これはカメラのフレーミング変更などのように手振れに大きな変化が生じた時に手振れ総合信号の減衰を大きくして（例えば５Ｈｚ以下の信号は減衰）、振れ補正を行わないようにしている。

この周波数特性変更手段１５ｐがないと、カメラのフレーミング成分までも振れ補正してしまうので、カメラの良好なフレーミングができなくなる。

周波数特性変更手段１５ｐの出力は敏感度変更手段１６ｐに入力している。

敏感度変更手段１６ｐはレンズＣＰＵ９７に入力される焦点距離検出手段１８および撮影距離検出手段１９の信号を受けて周波数特性変更手段１５ｐの信号の増幅率を変える。

一般にズームレンズに内包される振れ補正手段の光学系はズーム状態やフォーカス状態により、その振れ補正敏感度が変わる。

例えば、ズームワイドで振れ補正手段を１ｍｍ駆動すると像面でも１ｍｍ像がずれるとすると、ズームテレで振れ補正手段を１ｍｍ駆動すると像面では３ｍｍ像がずれてしまう。

同様に被写体が至近にあるときと無限にあるときでは振れ補正手段の駆動量と像ずれ量の関係が変わってくる。

そのため、その敏感度を補正するために（例えばテレでは増幅率を３分の１にする）周波数特性変更手段１５ｐの信号の増幅率をズームやフォーカスで変更している。

なお、焦点距離検出手段１８はレンズ内に設けられ、ズームで移動するレンズの位置を検出するエンコーダなどであり、そのエンコーダの出力により焦点距離を検出している。

また、撮影距離検出手段１９もレンズ内に設けられ、フォーカスで移動するレンズの位置を検出するエンコーダなどであり、そのエンコーダの出力により撮影距離を検出している。

レリーズ部材９３ａにより撮影準備のための操作（半押しＳ１）がなされると、敏感度変更手段１６ｐからの手振れ補正目標信号はＰＷＭ信号に変換されて振れ補正駆動手段９８ｐに入力される。

振れ補正駆動手段９８ｐは入力されたＰＷＭ信号に応じて振れ補正機構９５（振れ補正手段）を動作させ、振れ補正を行う。

この時点では加算手段１４ｐには手振れ角度信号しか入力されていないので、回転振れの補正のみが行われる。

また、レリーズ部材９３ｐの半押しＳ１信号に応じてカメラＣＰＵ９３ｄ内の合焦検出手段２７はカメラ本体９３内のピント検出手段３２を駆動して撮影被写体のピント状態を検出する。

そして、ピント検出手段３２の検出結果に基づいて合焦検出手段２７はレンズＣＰＵ９７内のレンズ駆動演算手段３３にピントずれ量を送る。

レンズ駆動演算手段３３はその信号に基づいてフォーカス駆動手段３４を駆動してフォーカスレンズ９９を動かす。

ここで上述した合焦動作を行っている間も回転振れの補正が行われているので、高精度の合焦動作が可能になっている。

フォーカスレンズ９９の駆動後、再度ピント検出手段３２は被写体のピント状態を検出し、十分なピント状態の場合は合焦表示を行う（不十分なピント状態の場合は再度フォーカスレンズを移動させる）。

また、十分なピント状態になると、合焦検出手段２７は加算手段１４ｐにより手振れ変位信号を手振れ角度信号に加算させる。

フォーカスレンズ９９の繰出し量は絶えず敏感度変更手段１６ｐに入力しているが、敏感度変更手段１６ｐは合焦検出手段２７が合焦を検出した時点におけるフォーカスレンズ９９の繰出し量を敏感度値としている。

後述するがフォーカスレンズ９９の繰出し量とズームレンズの位置の関係から像倍率を演算するのであるが、その像倍率も合焦検出手段２７の合焦検出をトリガとして演算を開始する。

即ち、ズームが決まり（ズームは撮影者がレリーズ部材９３ａ半押しＳ１前に決定しているとする）、撮影被写体にピントがあってフォーカスレンズ９９の繰出し量がわかった時点で、振れ補正のための敏感度がわかり、振れ補正目標値が計算される。

像倍率も撮影被写体にピントがあった時点で求まる。

以上のようにして得られた手振れ角度信号と手振れ変位信号が加算された振れ補正目標信号は、ＰＷＭ信号に変換されて振れ補正駆動手段９８ｐに入力される。

振れ補正駆動手段９８ｐは入力されたＰＷＭ信号に応じて振れ補正機構９５（振れ補正手段）を動作させ、振れ補正を行う。

即ち、ピント合わせが終了した時点でシフト振れの補正も行う構成になっている。

ここで加速度計１１ｐの信号処理について説明する。

加速度計１１ｐの手振れ加速度信号は増幅手段２０ｐに入力している。

増幅手段２０ｐでは加速度計１１ｐの出力を単純に増幅するだけではなく、加速度計１１ｐに重畳するＤＣ成分を除去するＤＣ除去回路および高周波ノイズ成分を除去する高域減衰回路も設けられている。

増幅手段２０ｐの出力はＡ／Ｄ（アナログ トウ デジタル）されてレンズＣＰＵ９７に取り込まれる。

取り込まれた手振れ加速度信号もレンズＣＰＵ９７内で数値処理されていくのであるが、ここでも説明のために処理を各ブロックに分けて図示している。

先ず、手振れ加速度信号は加速度重力補正手段２１ｐに入力され、重力成分の補正が行われる。

ここで重力成分の補正の意味を説明する。

図１（ｂ）に示したカメラの撮影位置においては、カメラは水平なので、加速度計１１ｐの感度方向１１ｐａは重力の方向２８と同じ方向になっている（図３（ａ）参照）。

このとき、加速度計１１ｐは常に重力成分に見合う信号が出力されており、それに重畳してシフト振れ成分の検出を行っている。

ここで重力成分の信号出力はＤＣ成分なので、増幅手段２０ｐにおけるＤＣ除去回路などで除去できる。

しかしながら、カメラを構えているときに発生する手振れの回転角度の変化により図３（ａ）にて破線で示すように加速度計１１ｐの位置は変化するので、加速度計１１ｐから見ると重力の方向が変わることになる。

そのため、手振れ角度の変化により加速度計１１ｐの出力は変化する。

図３（ｃ）は加速度計１１ｐの姿勢（手振れ回転角度θ）に対する加速度計１１ｐの出力の変化を表しており、横軸は加速度計１１ｐの姿勢変化、縦軸は加速度計１１ｐの出力である。

波形３０ｐは加速度計１１ｐの出力を示しており、加速度計１１ｐの姿勢角度がゼロ（図３（ａ）のように１Ｇが加わっている状態）から±θ姿勢が変化すると、加速度計１１ｐの出力はそれにつれて変化（減少）する。

図４は加速度計１１ｐの重力変化による出力を、横軸をカメラを構えてからの経過時間とし、縦軸を手振れ回転角度および加速度計１１ｐの出力として示している。

今、全くシフト振れが発生していないと仮定しても、手振れ回転角度２９ｐによる重力成分変化の影響で加速度計１１ｐは誤差信号３０ｐを出力する。

近接撮影の場合にはカメラを下向きにして撮影する場合も多い。図３（ｂ）はそのような場合の例であり、加速度計１１ｐの感度方向１１ｐａに対して重力方向２８は直交している。

この場合の誤差信号は図３（ｃ）、図４における破線３１ｐとなる。

ここで図３（ａ）の加速度計１１ｐの配置と図３（ｂ）の加速度計１１ｐの配置で誤差信号３０ｐ、３１ｐの大きさに違いがあるのは、図３（ａ）の配置では手振れ角度の変化に対しコサインで重力の影響が生じるためである。そして、図３（ｂ）の配置ではサインで重力の影響が生ずるためであり、姿勢の変化角度が小さい時にはサインの方が変化が大きいためである。

そのため、この重力の影響を補正するためには手振れ角度を検出すること、および、加速度計１１ｐの姿勢（図３（ａ）と図３（ｂ）の違いのように重力に対して感度軸がどの角度であるか）を知る必要がある。

図２に戻って、レンズＣＰＵ９７にはカメラＣＰＵ９３ｄを介してレリーズ部材９３ａからの半押しＳ１信号が入力している。

半押しＳ１の操作は撮影準備のためにカメラを撮影被写体に向けて、構図を決めてからの操作であり、これにより被写体に対して測光、合焦動作が開始される。

図２においては、上記動作は直接本発明とは関係ないので省いており、レリーズ部材９３ａからの半押しＳ１信号はカメラＣＰＵ９３ｄを介して初期姿勢方向検出手段２３ｐに入力される。

初期姿勢方向検出手段２３ｐは増幅手段２０ｐからの加速度増幅信号も入力しており、レリーズ部材９３ａから半押しＳ１信号が入力された時の加速度増幅信号の大きさにより加速度計１１ｐの姿勢を判定している。

レリーズ部材９３ａの半押しＳ１操作は撮影者が構図を決めた後で操作するボタン操作であるので、その後の大きな姿勢の変化がない。

そのため、その信号に基づいて加速度計１１ｐの姿勢を判定するのが効果的である。

勿論、半押しＳ１操作後、カメラが被写体へのピント合わせを行ってから姿勢を検出してもよいが、その場合には半押しＳ１操作からピント合わせまでの時間を利用して加速度計１１ｐの出力を積分（後述する）することができなくなる。

時間の節約のためにも半押しＳ１操作時に加速度計１１ｐの姿勢を検出するのが望ましい。

加速度計１１ｐの姿勢判定は、具体的には半押しＳ１信号入力時に加速度の大きさが１Ｇの時は加速度計１１ｐは図３（ａ）の姿勢、０Ｇの時は図３（ｂ）の姿勢、その間の加速度の時は、それに応じた姿勢と判定している。

角速度積分手段１３ｐからの手振れ角度信号は前述した加算手段１４ｐばかりでなく、重力影響算出手段２４ｐにも入力している。

重力影響算出手段２４ｐは入力される手振れ角度信号の変化に基づいて加速度計１１ｐに加わる重力の変化を求める計算を行う。前述したように加速度計１１ｐの重力に対する姿勢により計算方法（サインで計算するかコサインで計算するか）が異なってくる。

そのため、初期姿勢方向検出手段２３ｐの信号も重力影響算出手段２４ｐに入力しており、図３（ａ）の姿勢と図３（ｂ）の姿勢で計算の係数を変更している。

具体的には、図３（ａ）のように１Ｇが加わっている時の姿勢φをゼロ度とし、姿勢の変化をθとすると、加速度計１１ｐの出力変化はＧ{ｃｏｓφ―ｃｏｓ（φ+θ）}で求められる。

そのため、初期姿勢方向検出手段２３ｐで姿勢φを求め、手振れ角度でθを求めて、重力影響算出に用いる。

増幅手段２０ｐからの手振れ加速度増幅信号は加速度重力補正手段２１ｐに入力され、重力影響算出手段２４ｐで求められた重力変化に伴う加速度計１１ｐの信号変化との差分が計算されて重力の影響による加速度計１１ｐの出力誤差が除去される。

誤差成分が除去された手振れ加速度出力は加速度積分手段２２ｐに入力される。

加速度積分手段２２ｐは加速度重力補正手段２１ｐに入力された重力の影響を補正された手振れ加速度信号を２階積分して手振れ変位に変換する。

加速度積分手段２２ｐは角速度積分手段１３ｐと同様に手振れ加速度信号の中で通常約０．４Ｈｚ以上の高周波数成分を２階積分して手振れ変位に変換する。

この加速度積分手段２２ｐは加速度信号の積分を開始する時点においては積分帯域を狭めて（例えば１Ｈｚ以上の成分のみ積分）信号処理の起動を早めている（時定数切換）。

加速度積分手段２２ｐの手振れ変位信号は像倍率補正手段２５ｐに入力している。

撮影倍率演算手段２６ｐは焦点距離検出手段１８による焦点距離情報と撮影距離検出手段１９による撮影距離情報に基づき撮影倍率を計算している。

前述したように焦点距離検出手段１８はレンズ内に設けられ、ズームで移動するレンズの位置を検出するエンコーダなどであり、そのエンコーダの出力により焦点距離を検出している。

また、撮影距離検出手段１９もレンズ内に設けられている。

この撮影距離検出手段１９はフォーカスで移動するフォーカスレンズ９９の位置を検出するエンコーダなどであり、そのエンコーダの出力により撮影距離を検出している。

前述したように合焦検出手段２７によりフォーカスレンズ９９の繰出しが行われ、繰出し完了後、合焦検出手段２７が合焦を確認した時点で撮影倍率演算手段２６ｐは焦点距離検出手段１８、撮影距離検出手段１９の出力に基づいて撮影倍率の演算を行う。

シフト振れ１１ｐｂ、１１ｙｂは、被写体が近く、撮影焦点距離が大きい時（撮影倍率が高い時）に画面への影響が大きくなり、被写体が遠い時（撮影倍率が低い時）には画面への影響は殆どない。

そのため、加速度計１１ｐ，１１ｙで検出し、演算した手振れ変位（シフト振れ）を撮影倍率に応じて増幅して、振れ補正目標値にする必要がある。

像倍率補正手段２５ｐは撮影倍率演算手段２６ｐの演算値（焦点距離が長く、被写体距離が近いときは撮影倍率が高いと演算する）に基づいて加速度積分手段２２ｐの手振れ変位の増幅を行っている。

加算手段１４ｐは角速度積分手段１３ｐの信号と像倍率補正手段２５ｐの信号（加速度積分手段２２ｐに基づく信号）を加算しているが、上述したように被写体が遠く、撮影焦点距離が短い時には殆ど角速度積分手段１３ｐの出力のみになる。

加算手段１４ｐ以降の動作は前述したとおりである。すなわち、加算手段１４ｐの出力はカメラのフレーミング変更を行い易くするための周波数特性変更手段１５ｐ、光学系の敏感度にあわせて振れ補正の効きを調節する敏感度変更手段１６ｐを介して振れ補正目標値となり、振れ補正機構９５を駆動する。

図５は以上の構成の動作を説明するフローチャートであり、このフローはカメラの主電源オンでスタートする。

なお、本実施例１の主要な構成を分かり易く説明するためにカメラに設けられる多様な制御ステップ（例えばバッテリチェックや測光、測距、ＡＦの為のレンズ駆動、ストロボ充電、そして露光のための操作、動作など）は省いてある。

また、このフローにおいてはカメラの回転振れ９２ｐ、シフト振れ１１ｐｂを角速度計９６ｐ、加速度計１１ｐで検出することを例に説明を進める。しかし、カメラの回転振れ９２ｙ、シフト振れ１１ｙｂを角速度計９６ｙ、加速度計１１ｙで検出する場合も同様のフローになる。

ステップ＃１００１ではレリーズ部材９３ａの半押しＳ１を待機しており、半押しされると、ステップ＃１００２に進む。

ステップ＃１００２では初期姿勢方向検出手段２３ｐが加速度計１１ｐの信号よりカメラの姿勢を検出する。

これは加速度計１１ｐ，１１ｙに加わる重力加速度を検出しており、例えば図１（ａ）、図１（ｂ）のようにカメラを水平に構えている場合には加速度計１１ｐは１Ｇを出力し、加速度計１１ｙは０Ｇを出力する。

この状態でカメラを縦（水平状態ではあるが、構図を縦にした場合）に構えると、加速度計１１ｐは０Ｇを出力し、加速度計１１ｙは１Ｇを出力する。

また、カメラを下或いは上に向けている場合には加速度計１１ｐ，１１ｙとも０Ｇを出力する。

レリーズ部材９３ａの半押しＳ１のタイミングで姿勢を検出するのは、撮影者がカメラを構えてフレーミングを決め、安定してから半押しＳ１を行うので、その後は姿勢の変更が少ないためである。

加速度計１１ｐ，１１ｙの信号により図１（ａ）の姿勢と判定した場合には加速度計１１ｐには重力補正を行う。しかし、加速度計１１ｙには重力補正を行わないように重力影響算出手段２４ｙは判定し、加速度重力補正手段２１ｙの補正量をゼロにする（もともと回転振れによる重力加速度変化が無いため）。

すなわち、加速度重力補正手段２１ｙ（不図示であるが加速度重力補正手段２１ｐと同様な構成で加速度計１１ｙの重力影響を補正するために設けられている）は加速度計１１ｙの増幅信号に対して重力成分の補正を行わない。

また、カメラを縦に構えている場合（加速度計１１ｐ→０Ｇ、加速度計１１ｙ→１Ｇ）には反対に角速度計９６ｙの信号に基づいて加速度計１１ｙの重力補正を行うが、角速度計９６ｐの信号に基づく加速度計１１ｐの重力補正は行わない。

重力影響算出手段２４ｐは加速度重力補正手段２１ｐの補正量をゼロにする。

カメラを下向き、或いは上向きに構えている場合（加速度計１１ｐ→±１Ｇ、加速度計１１ｙ→±１Ｇ）場合には角速度計９６ｐの信号に基づいて加速度計１１ｐの重力補正を行い、角速度計９６ｙの信号に基づいて加速度計１１ｙの重力補正を行う。

このように姿勢に応じて重力補正を行うか否かを判定している。

なお、加速度計１１ｐ，１１ｙの信号には重力加速度だけではなく、それにシフト振れによる加速度も重畳している。

そのため、加速度計１１ｐ，１１ｙの信号を所定時間（例えば１秒）平均化して重力成分だけを取り出している。

以上のようにして姿勢検出が終了すると、ステップ＃１００３に進む。

ステップ＃１００３では手振れ角度信号に対してレンズの状態に合わせた敏感度補正および振れ状態（パンニングなど）にあわせた周波数補正が行われる。

ステップ＃１００４では手振れ角度信号に基づいた振れ補正が行われる。

ステップ＃１００５では初期姿勢方向検出手段２３ｐによるカメラの姿勢と、角速度積分手段１３ｐからの手振れ角度情報に基づいて重力影響算出手段２４ｐが加速度計１１ｐに重畳する重力加速度を算出し、加速度重力補正手段２１ｐがその誤差出力を補正する。

ステップ＃１００６では合焦動作を始める。

ステップ＃１００７ではピントあわせのためのレンズの繰出しが完了する迄待機する。待機時間は、合焦検出手段２７がピント状態を検出し、レンズ駆動演算手段３３が繰出し量を演算し、フォーカスレンズ９９をフォーカスレンズ駆動手段３４で駆動した後に再度ピント検出手段３２が被写体にピントがあったことを確認するまでである。

ステップ＃１００８ではステップ＃１００７でレンズ繰出し完了した時点で、そのレンズの繰出し量をフォーカスエンコーダで読んで撮影距離（被写体距離）を検出する。

ステップ＃１００９ではレンズの焦点距離情報を焦点距離検出手段１８であるズームエンコーダから検出し、ステップ＃１００８で求めた撮影距離との関係から撮影倍率演算手段２６ｐは撮影倍率を演算する。そして、像倍率補正手段２５ｐは撮影倍率演算手段２６ｐの結果に基づいて加速度積分手段２２ｐの手振れ変位のゲインを変更する。

その結果を加算手段１４ｐにより角速度積分手段１３ｐからの手振れ角度信号に加算する。加算出力は、周波数特性変更手段１５ｐにより、撮影状態に合わせて振れ補正周波数帯域が変更される。その後の出力を前述した焦点距離検出手段１８と撮影距離検出手段１９により求まる防振敏感度に基づいて敏感度変更手段１６ｐがゲイン変更して、振れ補正目標値を算出する。

ステップ＃１０１０では求まった振れ補正目標値にしたがって振れ補正駆動手段９８ｐは振れ補正機構９５の駆動を開始し、振れ補正を行う。

ここで初めて回転振れとシフト振れの両方に対して補正が行われる。

ステップ＃１０１１ではレリーズ部材９３ａの半押しＳ１オフを検出したらステップ＃１０１２に進み、半押しＳ１操作が継続されているとステップ＃１００６に戻る。

すなわち、半押しＳ１操作が継続している限りにおいては撮影距離（被写体距離）にあわせて変化する像倍率や敏感度にあわせて振れ補正目標値のゲインを変更しつつ、振れ補正を継続させる。そして、その間においては重力補正のための加速度計１１ｐの姿勢の変化はないものとしている。

なお、レンズが合焦状態の場合にはレンズの合焦駆動は行われず、合焦が検出されない場合（例えば被写体の位置が動いた場合）にはステップ＃１００７でレンズを駆動して合焦動作を行い、ステップ＃１００８で撮影距離を再検出して撮影倍率を変更する。

ステップ＃１０１１で半押しＳ１オフと検出されると、ステップ＃１０１２に進む。

ステップ＃１０１２では振れ補正機構９５の駆動を停止し、ステップ＃１００１に戻り、再度半押しＳ１が操作されるまで待機する。

以上のように本実施例１においては初めに回転振れだけを補正し、後にシフト振れの補正も行う構成にしている。

合焦動作前に回転振れの補正が行われているので、合焦精度が高くできると共に、シフト振れを行うための情報（撮影倍率）を正確に得ることができる。

ここで図２における角速度積分手段１３ｐおよび加速度積分手段２２ｐが本発明の特徴であり、以下にその詳細を説明する。

前述したように角速度積分手段１３ｐは通常約０．１Ｈｚ以上の高周波数成分を積分して手振れ角度に変換しており、加速度積分手段２２ｐは通常約０．４Ｈｚ以上の高周波数成分を積分して手振れ変位に変換する。

図６（ａ）、図６（ｂ）は各々加速度積分手段２２ｐ、角速度積分手段１３ｐの利得（入力信号に対する出力信号の大きさの比をデシベル表示）積分特性を示しており、横軸５１は周波数、縦軸５２は利得である。

図６（ａ）において波形５３は通常時の加速度積分周波数特性を示している。０．４Ｈｚより高い周波数は２階積分（加速度信号は周波数の２乗に反比例して小さくなる）、０．４Ｈｚより低い周波数は減衰（加速度信号は低周波数になるほど小さくなる）する特性になっている。

また、波形５４は加速度計起動時或いはパンニング時における周波数特性を示している。０．４Ｈｚより高い周波数は２階積分（加速度信号は周波数の２乗に反比例して小さくなる）するのは波形５３と同じであるが、より高い周波数より（ここでは２Ｈｚ）減衰（加速度信号は低周波数になるほど小さくなる）する特性になっている。

図６（ｂ）において波形５５は通常時の角速度積分周波数特性を示している。０．１Ｈｚより高い周波数は１階積分（角速度信号は周波数に反比例して小さくなる）、０．１Ｈｚより低い周波数は減衰（角速度信号は低周波数になるほど小さくなる）する特性になっている。

また、波形５６は角速度計起動時或いはパンニング時における周波数特性を示している。０．１Ｈｚより高い周波数を積分（角速度信号は周波数に反比例して小さくなる）するのは波形５５と同じであるが、より高い周波数より（ここでは２Ｈｚ）減衰（角速度信号は低周波数になるほど小さくなる）する特性になっている。

図６（ｃ）、図６（ｄ）は各々加速度積分手段２２ｐ、角速度積分手段１３ｐの位相（入力信号に対する出力信号のずれを角度で表す）特性を示しており、横軸５１は周波数、縦軸５７は位相である。

図６（ｃ）において波形５８は通常時の加速度積分の位相周波数特性を示しており、例えば１Ｈｚにおける入力に対する出力の位相ずれは−１２０度である。

また、波形５９は加速度計起動時或いはパンニング時における位相周波数特性を示している。

図６（ｄ）において波形５１０は通常時の角速度積分の位相周波数特性を示しており、例えば１Ｈｚにおけるより入力に対する出力の位相ずれは−７８度である。

また、波形５１１は角速度計起動時或いはパンニング時における位相周波数特性を示している。

なお、図６（ａ）、図６（ｃ）のように０．４Ｈｚ以上を積分して使用する演算に対して図６（ｂ）、図６（ｄ）のように０．１Ｈｚを積分して使用する演算のことを「帯域が広い」と表現する。

ここで位相ずれと振れ補正精度について説明する。

図６（ｃ）における加速度を２階積分した出力（変位）は理想的には位相が１８０遅れるのが望ましい。

これはサイン波を１階積分するとコサイン波になって位相が９０度変化し、更にそのコサイン波を１階積分するとマイナスサイン（位相−１８０）になることから説明できる。

このような理想積分で変位が演算できると、完全な振れ補正ができる。

しかしながら、理想的な積分はカメラの操作上は好ましくない。

それはＤＣ成分の誤差を全て累積してしまうことがひとつの原因である。

そのため、図６の周波数特性のように所定の周波数（例えば０．４Ｈｚ）以上を積分し、それ以下の信号は減衰させるようにしている。

ところが、そのように積分および低周波の減衰を設定すると、振れの周波数（例えば１Ｈｚから１０Ｈｚ）の振れ補正精度が低下する。

これは、図６（ｃ）で示したように１Ｈｚの位相ずれは−１８０度にはならず、−１２０度までしか遅れていないためである。

そのため、１Ｈｚの手振れの補正は十分にできないと考えられる。

なお、１０Ｈｚの手振れに関しては図６（ｃ）では位相は−１７０度になっており、振れ補正の精度は保たれている。

以上の説明はシフト振れの特性が回転振れの特性と同じであるととらえたときの問題であり、今までのシフト振れ補正でのネックになっていた。

ところがシフト振れを詳細に調査していくと、シフト振れと回転振れの特性が異なることが分かってきた。

図７はシフト振れの周波数特性を示しており、横軸５１は周波数、縦軸６１はシフト振れによる像面でのずれ量を示している。

波形６２はシフト振れによる像ずれ量を示しており、２Ｈｚを境にして低周波、高周波とも減衰していることが分かった。

これは回転振れ（１Ｈｚから１０Ｈｚに帯域がある）に比べて帯域が狭いことを示している。

そのため、図６（ａ）、図６（ｃ）の特性でシフト振れ補正しても、露光時の像ずれは許容量になる。

なお、図６（ｄ）における角速度を１階積分した出力（角度）は理想的には位相が９０遅れるのが望ましい。

これはサイン波を１階積分するとコサイン波になり、位相が９０度変化することから説明できる。

図６（ｄ）において１Ｈｚにおける位相ずれは−７８度であり、−９０度に近いため、十分な回転振れ補正ができる。

ここで図６（ｄ）の特性の帯域をシフト振れと同様に狭くしていくと、回転振れ補正の精度は大きく劣化する（回転振れにはシフト振れより低周波の振動があるため）。

図６（ａ）、図６（ｃ）の演算特性のように積分及び積分の帯域が狭く、低周波の積分能力を低くすると、加速度計に重畳する誤差の累積が少なく、加速度計精度の許容レベルを下げることができ、小型、軽量の加速度計を使用することが可能になる。

さらに積分時定数が小さい（０．１Ｈｚより積分する特性に比較して０．４Ｈｚより積分する特性を「時定数が小さい」と表現する）と演算の起動が早期化できる。

前述したように回転振れ補正は予め起動しており、シフト振れ補正は合焦後遅れて起動するわけであるが、その時の起動を早期化できる大きなメリットも生まれる。

ここで図６（ａ）、図６（ｂ）の特性を見ると、起動時、パンニング時には波形５４，５６のように波形が変化してしまう。

そのため、起動時、パンニング時には両者の周波数特性が揃ってしまうこともある。

しかし、通常使用時における周波数特性は波形５３，５５のように異ならせている（図６（ａ）の帯域は図６（ｂ）に比べて狭い、或いは時定数が小さい）。

本発明のポイントは通常時（起動時やパンニング時以外）において回転振れとシフト振れの演算処理帯域を異ならせている点にある。

そして、演算処理帯域は図２の角速度積分手段１３ｐ、加速度積分手段２２ｐで異ならせる構成で説明してきたが、増幅手段１２ｐ，２０ｐにおけるＤＣ除去回路および高周波ノイズ成分を除去する高域減衰回路の帯域を異ならせることで実現しても良い。また、角速度積分手段１３ｐと増幅手段１２ｐ、加速度積分手段２２ｐと増幅手段２０ｐの合成した周波数帯域を異ならせる構成にしても良い。

以上のように回転振れとシフト振れの周波数帯域が異なることに着目し、シフト振れの積分能力を回転振れの積分とは異なる特性にして、２階積分により発生する誤差の累積を小さくし、民生品に展開しやすい小型、軽量の加速度計の使用を可能にしている。

図８（ａ）、図８（ｂ）は本発明の実施例２の特性を示し、図８（ａ）は利得の周波数特性、図８（ｂ）は位相の周波数特性を表している。

そして、図８（ａ）、図８（ｂ）は図６（ａ）および図６（ｃ）の特性に対して位相を遅らせる周波数補償手段を加速度積分手段２２ｐに設けている。この周波数補償手段は、低周波の入力信号の位相を遅らせる。あるいは角速度積分手段１３ｐに比べてより低周波の入力信号の位相を遅らせる。

低周波の入力信号の位相を遅らせる周波数補償手段は、例えばローパスフィルタなどで構成されており、波形７１の２点鎖線で示すように５Ｈｚより高周波の信号を減衰させている。

そのため、５Ｈｚ以上のシフト振れの補正は正確にはできないが、実際にはその帯域のシフト振れは少なく、振れ補正しなくても大きな問題にはならない。

しかし、このローパスフィルタを挿入すると、図８（ｂ）で波形７２で示すように２Ｈｚの位相ずれが−１８０度近くまで補償される（波形５８では２Ｈｚの位相ずれは−１４８度）。

そのため、より高精度なシフト振れ補正が行える。

このローパスフィルタの特性（５Ｈｚ以上を減衰）も振れ状態や像倍率などのカメラの撮影条件で可変（例えば１０Ｈｚ以上を減衰）にしておき、必要な状態の時に必要な特性が得られるようにしてもよい。

以上のように回転振れとシフト振れの周波数帯域が異なることに着目し、シフト振れの積分能力を回転振れの積分とは異なる特性にして、２階積分により発生する誤差の累積を小さくし、民生品に展開しやすい小型、軽量の加速度計の使用を可能にしている。

実施例１、実施例２ではレンズＣＰＵ９７内の角速度積分手段１３ｐ、加速度積分手段２２ｐ内の演算（例えば双１次変換法を用いたデジタルフィルタ）で積分特性およびＤＣカット特性（低周波を減衰）を得ている。そして、その演算の帯域を角速度積分手段１３ｐ、加速度積分手段２２ｐで異ならせている。或いは加速度積分手段２２ｐには位相補償フィルタを設けている。

同様の構成をレンズＣＰＵ９７入力前の増幅手段１２ｐ，２０ｐのアナログ回路でも得ることができる。アナログ回路の増幅手段１２ｐ、２２ｐの特性及びデジタル演算の角速度積分手段１３ｐ、加速度積分手段２２ｐの協調動作で回転振れとシフト振れを個別に最適信号処理できる。

図９はこのような場合における増幅手段１２ｐ，２０ｐの構成の一例を示している。

図９において角速度計９６ｐの増幅手段１２ｐは演算アンプ８０ａ，８１ａ及び複数の抵抗、コンデンサから構成されている。

抵抗８３ａ及びコンデンサ８４ａの積はＤＣカット（低周波減衰）能力を定めており、ここでは例えば抵抗８３ａを１．５ＭΩ、コンデンサ８４ａを２．０μＦとすることで０．０５Ｈｚ以下の周波数の角速度信号を減衰させている。

そして、演算アンプ８０ａはその信号のバッファアンプ兼４０倍の増幅を行っている。

抵抗８６ａ及びコンデンサ８５ａの積は高周波ノイズカット（高周波減衰）能力を定めており、ここでは例えば抵抗８６ａを２００ｋΩ、コンデンサ８５ａを２．７ｎＦとすることで３００Ｈｚ以下の周波数の角速度信号を減衰させている。

スイッチ８２ａはＤＣカットの時定数切換を行っており、起動時や大きなパンニングが生じたときにはレンズＣＰＵ９７の指示によりコンデンサ８４ａを急速充電させて信号の安定を早期化している。

増幅回路１２ｐの出力はレンズＣＰＵ９７に入力され、角速度積分手段１３ｐでデジタル積分およびＤＣカットが行われる。

図９の角速度積分手段１３ｐのブロック内に図示されるように、デジタル積分は０．１Ｈｚより高周波を１階積分、０．１Ｈｚより低周波を減衰させる特性になっている。

同様に図９において加速度計１１ｐの増幅手段２０ｐは演算アンプ８０ｂ、８１ｂ及び複数の抵抗、コンデンサから構成されている。

抵抗８３ｂ及びコンデンサ８４ｂの積はＤＣカット（低周波減衰）能力を定めており、ここでは例えば抵抗８３ｂを４００ｋΩ、コンデンサ８４ｂを１．０μＦとすることで０．４Ｈｚ以下の周波数の加角速度信号を減衰させている。

そして、演算アンプ８０ｂはその信号のバッファアンプ兼４０倍の増幅を行っている。

抵抗８６ｂ及びコンデンサ８５ｂの積は高周波ノイズカット（高周波減衰）能力および実施例２で説明した位相補償の役割を行っている。ここでは例えば抵抗８６ｂを２００ｋΩ、コンデンサ８５ｂを１５０ｎＦとすることで５Ｈｚ以下の周波数の角速度信号を減衰させている。

スイッチ８２ｂはＤＣカットの時定数切換を行っており、起動時や大きなパンニングが生じたときにはレンズＣＰＵ９７の指示によりコンデンサ８４ｂを急速充電させて信号の安定を早期化している。

増幅回路２０ｐの出力はレンズＣＰＵ９７に入力され、加速度重力補正手段２１ｐを介して加速度積分手段２２ｐでデジタル積分およびＤＣカットが行われる。

図９の加速度積分手段２２ｐのブロック内に図示されるように、デジタル積分は０．４Ｈｚより高周波を２階積分、０．４Ｈｚより低周波を減衰させる特性になっている。

このように増幅手段２０ｐには位相補償の役割を持たせ、シフト振れの積分帯域が狭いことによる位相ずれを補償している。

また、増幅手段２０ｐのＤＣカットは０．４Ｈｚであり、増幅手段１２ｐの０．０５Ｈｚより高周波側から減衰させることで加速度計出力の誤差累積を防いでいる。

なお、図９の例では角速度積分手段１３ｐと加速度積分手段２２ｐの積分帯域も変えているが（加速度積分手段２２ｐの積分帯域のほうが狭い）、このブロックにおける積分帯域は同じにして増幅手段１２ｐ，２０ｐ側のみで処理周波数帯域を変えても良い。

以上デジタルカメラの像振れ補正システムを例にしてシフト振れ対策の説明を続けてきたが、本発明は小型で高安定な機構にまとめることができるので、デジタルカメラに限らない。デジタルビデオカメラや、監視カメラ、Ｗｅｂカメラ、携帯電話などにも適用することができる。

本発明の実施例であるデジタル一眼レフカメラを示す上面図および側面図である。 実施例１の回路構成を示すブロック図である。 実施例１における加速度計に加わる重力誤差を説明する図である。 実施例１における手振れ角度による重力誤差を説明する図である。 実施例１の動作を示すフローチャートである。 実施例１における加速度演算手段および角速度演算手段の周波数特性を示す図である。 シフト振れの周波数特性を示す図である。 本発明の実施例２における加速度演算手段の周波数特性を示す図である。 本発明の実施例３における増幅手段の回路構成例を示す図である。 従来例であるデジタル一眼レフカメラの上面図および側面図である。

符号の説明

１１ｐ 加速度計
１１ｙ 加速度計
１２ｐ 増幅手段
１３ｐ 角速度積分手段
１４ｐ 加算手段
１５ｐ 周波数特性変更手段
１６ｐ 敏感度変更手段
１８ 焦点距離検出手段
１９ 撮影距離検出手段
２０ｐ 増幅手段
２１ｐ 加速度重力補正手段
２２ｐ 加速度積分手段
２３ｐ 初期姿勢方向検出手段
２４ｐ 重力影響算出手段
２５ｐ 像倍率補正手段
２６ｐ 撮影倍率演算手段
２７ 合焦検出手段
３２ ピント検出手段
９０ 交換レンズ
９３ カメラ本体
９３ａ レリーズ部材
９３ｄ カメラＣＰＵ
９４ 撮像素子
９５ 振れ補正機構（振れ補正手段）
９５ａ 補正レンズ
９６ｐ 角速度計
９６ｙ 角速度計
９７ レンズＣＰＵ
９８ 振れ補正駆動手段

Claims (5)

1. 振れにより発生する角速度を検出する角速度検出手段と、
   該角速度検出手段により検出された角速度信号を第１のカットオフ周波数で処理する第１のハイパスフィルタを含む角速度演算手段と、
   振れにより発生する加速度を検出する加速度検出手段と、
   該加速度検出手段により検出された加速度信号を前記第１のカットオフ周波数より信号処理帯域が狭い第２のカットオフ周波数で処理する第２のハイパスフィルタを含む加速度演算手段と、
   前記角速度演算手段の出力信号と前記加速度演算手段の出力信号を加算する加算手段と、
   該加算手段の信号に基づいて撮影光軸を偏心させて振れ補正を行う振れ補正手段とを有する像振れ補正装置であって、
   前記加速度演算手段の出力信号は、前記角速度検出手段の出力によって重力加速度成分が補正されていることを特徴とする像振れ補正装置。
2. 前記加速度演算手段の前記第２のハイパスフィルタは、前記角速度演算手段の前記第１のハイパスフィルタに比べてよりカットオフ周波数が高いことを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
3. 振れにより発生する角速度を検出する角速度検出手段と、
   該角速度検出手段により検出された角速度信号を第１のカットオフ周波数で処理する第１のハイパスフィルタを含む角速度演算手段と、
   振れにより発生する加速度を検出する加速度検出手段と、
   該加速度検出手段により検出された加速度信号を前記第１のカットオフ周波数より高い第２のカットオフ周波数で処理する第２のハイパスフィルタを含む加速度演算手段と、
   前記角速度演算手段の出力信号と前記加速度演算手段の出力信号を加算する加算手段と、
   該加算手段の信号に基づいて撮影光軸を偏心させて振れ補正を行う振れ補正手段とを有する像振れ補正装置であって、
   前記加速度演算手段の出力信号は、前記角速度検出手段の出力によって重力加速度成分が補正されていることを特徴とする像振れ補正装置。
4. 前記加速度演算手段は、低周波の入力信号の位相を遅らせる周波数補償手段を備えていることを特徴とする請求項１または３に記載の像振れ補正装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の像振れ補正装置を具備することを特徴とする撮像装置。

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