JP2005141207A - ブレ補正装置、およびカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 光学的ブレ補正の基準値を迅速かつ安定に求めるための技術を提供する。
【解決手段】 本発明のブレ補正装置は、次の要件を備える。ブレ補正機構は、撮像部と被写体光束との相対位置を変更する。振動検出部は、電子カメラの振動から振動検出信号を生成する。基準値生成部は、振動検出信号に基づいて基準値（静止状態の振動検出信号）を推定する。目標駆動位置演算部は、振動検出信号と基準値との差から真の振動成分を求めて目標駆動位置を算出する。駆動部は、ブレ補正機構を目標駆動位置に追従制御する。この基準値生成部は、フィードバック経路およびゲイン変更部を有する。すなわち、フィードバック経路は、電子カメラの撮像結果から得た画像動き信号をフィードバックして基準値を修正する。ゲイン変更部は、フィードバック経路のフィードバックゲインを時間経過で変更して、基準値の修正感度を振動検出部のドリフト特性に適合させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、像面ブレを補正するブレ補正装置、およびカメラシステムに関する。

従来、手振れなどによる被写体像の像面ブレを、撮影レンズ内のブレ補正光学系を使用して光学的に補正する技術が知られている。
この種の従来技術では、まず、撮影レンズやカメラの振動を角速度センサによって検出する。撮影レンズは、この角速度に基づいて、被写体像の像面ブレを打ち消すのに必要なブレ補正光学系の位置（以下『目標駆動位置』という）を決定し、ブレ補正光学系をこの目標駆動位置に追従制御する。

また、下記の特許文献１および特許文献２には、ビデオカメラにおいて像面ブレを抑制する関連技術が開示されている。このビデオカメラは、撮像画像から画像動き信号を検出する。次に、ビデオカメラは、この画像動き信号を補間してサンプリングレートを上げる。ビデオカメラは、補間した画像動き信号を、高速に更新される目標駆動位置にフィードバックすることにより、光学的ブレ補正の防振性能を高める。

特開平１０−３２２５８５号公報（図１） 特開平１０−１４５６６２号公報（図１，図３）

従来、光学的ブレ補正では、角速度センサから出力されるＤＣオフセットやドリフトが問題となっていた。被写体像の像面ブレを正確に追跡するには、角速度センサの出力から、ＤＣオフセットやドリフトといった余分な成分を除かなければならない。

しかしながら、これらの成分は、角速度センサの温度や使用条件によって変動する。そのため、工場出荷時における角速度センサの静止時出力をそのまま使用できない。そこで、角速度センサの出力からＤＣオフセットやドリフトを実使用時に分離抽出する方法が従来実施されていた。
すなわち、人間の手振れは、２〜７Ｈｚ程度の周波数成分が支配的である。一方、角速度センサの静止時出力は、およそ１Ｈｚ未満の周波数成分が支配的である。そこで移動平均やローパスフィルタを使用して、角速度センサの出力信号から低域成分を抽出することにより、ＤＣオフセットとドリフトを推定していた。

しかしながら、従来のこの手法では、基準値の推定に種々の誤差が発生する。図９は、従来の基準値推定のシミュレーション結果を示す図である。図９Ａでは、角速度センサの出力信号から移動平均を算出して、基準値を求めている。この移動平均により、基準値中のドリフトに位相遅れが生じる。また、基準値中には、移動平均により完全に平滑化されない振動成分も残存する。このように誤差を含んだ基準値を角速度センサの出力信号から除くことにより、図９Ｂに示す誤差が角速度に混入する。

図９Ｃに示す太線は、この誤差を含んだ角速度に基づいて光学的ブレ補正を実施した場合の像面ブレ量の時間変化を示す図である。手振れの高周波成分は低減しているが、時間の経過と共にブレ補正光学系が徐々にドリフト移動している。このように、ブレ補正は角速度に基づく目標値制御なので、角速度の基準値に含まれる誤差は、そのままブレ補正の制御誤差となって現れる。

以上説明した理由から、光学的ブレ補正の防振性能は、角速度センサの基準値を如何に正確に求めるかにかかっている。
そこで、本発明者は、画像動き信号を基準値にフィードバックして正確な基準値を求め、防振性能を高める技術について検討した。（ただし、本願の出願時点において、この技術は未公開である）。その結果、本発明者は、この未公開技術に関して更なる改善の余地に気が付いた。

すなわち、基準値を短時間に修正するためには、画像動き信号を基準値にフィードバックする際のゲインを上げればよい。しかし、このフィードバックゲインを上げ過ぎると、基準値は過敏に変動し、この変動が長時間にわたって継続する。そのため、この基準値変動によって、ブレ補正の防振性能が全般に低くなってしまう。
また逆に、このフィードバックゲインを下げるに従って、基準値の過敏な変動を抑制することができる。しかし、このフィードバックゲインを下げ過ぎると、正確な基準値を得るまでの時間が長くなり、防振効果を十分に発揮するまでに時間がかかってしまう。

そこで、本発明の目的は、ブレ補正の基準値修正に際して、正確な基準値を得るまでの所要時間を短縮しつつ、かつ基準値に生じる余計な変動を適切に抑制することである。
さらに、本発明の別の目的は、一気押し（レリーズ半押しから全押しまでを一気に実施するなどにより、撮像準備期間をなるべく短くしたシャッタタイミング優先の操作）のような操作状況においても、一段と高い防振効果を得ることである。

《請求項１》
請求項１のブレ補正装置は、カメラの撮像部における被写体像の像面ブレを補正するブレ補正装置であって、ブレ補正機構、振動検出部、基準値生成部、目標駆動位置演算部、および駆動部を備える。
ブレ補正機構は、撮像部と『被写体像を形成する光束』との相対位置を変更する。
振動検出部は、カメラの振動を検出して振動検出信号を出力する。
基準値生成部は、振動検出信号に基づいて、振動検出信号の基準値（振動のない静止状態における振動検出部の出力）を推定する。
目標駆動位置演算部は、振動検出信号と、推定された基準値との差から、像面ブレの原因となる振動成分を求め、振動成分に基づいてブレ補正機構の目標駆動位置を求める。
駆動部は、ブレ補正機構を目標駆動位置に追従制御する。
特に、本発明の基準値生成部は、フィードバック経路、およびゲイン変更部を備える。
このフィードバック経路は、カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を情報取得し、この画像動き信号を基準値にフィードバックして、基準値を修正する。
ゲイン変更部は、フィードバック経路のフィードバックゲインを時間経過に従って変更することで、基準値の修正感度を振動検出部のドリフト特性に適合させる。

《請求項２》
請求項２の発明は、請求項１に記載のブレ補正装置において、ゲイン変更部が、ドリフト出力が時間経過と共に安定する特性に合わせて、フィードバックゲインを時間経過に従って低減する。

《請求項３》
請求項３の発明は、請求項２に記載のブレ補正装置において、ゲイン変更部が、振動検出部の通電開始から、ドリフト出力が安定したと推定される所定時間（ドリフト安定時間）の経過を検出すると、フィードバックゲインを低減する。

《請求項４》
請求項４の発明は、請求項１に記載のブレ補正装置において、ゲイン変更部が、基準値および／または画像動き信号を観測し、観測した値が、ドリフト出力の安定を示す変動幅内に収まると、フィードバックゲインを低減する。

《請求項５》
請求項５のカメラシステムは、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のブレ補正装置と、このブレ補正装置を用いて光学的ブレ補正を実施するカメラとを備えたことを特徴とする。

《請求項１〜３》
本発明のブレ補正装置は、カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を取得して、振動検出信号の基準値にフィードバックする。この画像動き信号には、振動検出部のドリフト出力による撮像画像の残存ブレが含まれる。そのため、このフィードバックによって、残存ブレを低減する方向に基準値を修正することで、基準値のドリフト誤差を適切に修正することができる。

この場合、振動検出部の基準値およびドリフト出力は、低域変動中心の信号である。一方、画像動き信号は、撮像間隔などで制限されるために更新間隔が粗く、画像の低域変動を抽出した信号となる。そのため、上記のフィードバック経路では、各信号の周波数帯域が良く整合し、制御応答に過度な行き過ぎは生じにくい。
ちなみに、特許文献１，２は、角速度の高い周波数成分を含む目標駆動位置に対して、更新間隔の粗い画像動き信号をそのままフィードバックする。（すなわち、画像動き信号のフィードバック対象が本発明とは明らかに異なる。）そのため、特許文献１，２では、各信号の周波数帯域や位相が整合せず、過度の行き過ぎ応答が生じやすい。
すなわち、本発明では、基準値に画像動き信号をフィードバックするという新規な動作によって、特許文献１，２よりも制御応答性に優れ、かつロバストな光学的ブレ補正が実現している。

その上、本発明は、特にゲイン変更部を備える。このゲイン変更部は、フィードバック経路のフィードバックゲインを時間変化させることで、基準値の修正感度をドリフト出力の時間変化の特性に適する状態に制御する。

例えば、振動検出部のドリフト出力は、通電開始後に急峻に増加し、時間経過と共に安定するなどの特性を有する。
このような特性に適合させる場合、ドリフト出力が急峻変化する期間はフィードバックゲインを増加させて、基準値の修正感度を高めることが好ましい。その結果、急峻変化するドリフト出力に素早く追従して、正確な基準値を迅速に得ることが可能になる。このような動作により、光学的ブレ補正が十分な防振効果を発揮するまでの所要時間を効果的に短縮することができる。すなわち、カメラの一気押しのように素早い撮像指示にも対応して、防振状態に素早く到達することが可能になる。

また逆に、ドリフト出力の変化幅が小さい期間は、フィードバックゲインを低下させて、基準値の修正感度を低くすることが好ましい。その結果、画像動き信号に含まれるノイズ分などの影響を受けにくくなり、基準値が過敏に変動しなくなる。その結果、光学的ブレ補正の防振効果を安定継続させることができる。

《請求項４》
特に、請求項４の発明では、基準値および／または画像動き信号の変動を観測し、その変動が収まるに従って、フィードバックゲインを低減する。
したがって、ドリフト出力が急峻変化する期間は、フィードバックゲインを高くして、基準値の修正感度を高く維持できる。その結果、基準値の修正が素早くなされ、十分な防振効果を発揮するまでの所要時間が短くなる。
また逆に、ドリフト出力の変化幅が小さい期間は、フィードバックゲインを低くして、基準値の修正感度を下げる。その結果、安定期間中の基準値は過敏に変動しなくなり、安定した防振効果を得ることができる。

《第１の実施形態》
第１の実施形態は、請求項１〜３，５に対応するカメラシステム（ブレ補正装置を含む）の実施形態である。
［構成説明］
図１は、カメラシステム１９０（撮影レンズ１９０ａを含む）を示す図である。なお、実際のカメラシステム１９０は、撮影レンズ１９０ａの光軸に直交する２軸方向について像面ブレを補正する。しかしながら、図１では、説明を簡明にするため、光学的ブレ補正の機構を１軸分のみ記載している。

以下、図１に示す各部の構成について説明する。
角速度センサ１０は、カメラシステム１９０の振動を、コリオリ力などにより角速度として検出する。増幅部２０は、角速度センサ１０の出力を増幅する。なお、センサ出力の高周波ノイズを低減させるため、増幅部２０にローパスフィルタを付加してもよい。Ａ／Ｄ変換部３０は、増幅部２０の出力をデジタルの角速度データに変換する。

基準値演算部４０は、Ａ／Ｄ変換部３０から出力される角速度データから低域成分を抽出することにより、角速度の基準値（振動のない静止状態における角速度データ）を推定する。さらに、基準値演算部４０は、後述する画像動きベクトルを用いて、この基準値を修正する。
目標駆動位置演算部５０は、角速度データから基準値を減算することにより、像面ブレの原因となる真の角速度を求める。目標駆動位置演算部５０は、この真の角速度を積分することによって、撮影レンズ１９０ａの光軸角度を求める。目標駆動位置演算部５０は、この光軸角度に基づいて、目標駆動位置を決定する。この目標駆動位置は、この光軸角度における被写体像の変位を打ち消すブレ補正光学系１００の位置に該当する。

なお、目標駆動位置演算部５０は、この目標駆動位置の決定に、焦点距離情報１２０、撮影倍率情報１３０、およびブレ補正光学系１００の光学情報１４０を使用する。この焦点距離情報１２０は、撮影レンズ１９０ａのズーム環のエンコーダ出力などから随時に得られる情報である。撮影倍率情報１３０は、撮影レンズ１９０ａのレンズ位置やＡＦ駆動機構から随時に得られる情報である。また、ブレ補正光学系１００の光学情報１４０は、ブレ補正係数（ブレ補正係数＝レンズ移動量に対する像移動量／レンズ移動量）であり、予め撮影レンズ１９０ａ内に格納されるデータである。

さらに、撮影レンズ１９０ａには位置検出部９０が設けられ、ブレ補正光学系１００の位置検出を行う。この位置検出部９０は、赤外線ＬＥＤ９２、ＰＳＤ（位置検出素子）９８、およびスリット板９４を備える。赤外線ＬＥＤ９２の光は、ブレ補正光学系１００の鏡筒１０２に設けられたスリット板９４のスリット穴９６を通過して、細く絞られたスリット状の光となる。このスリット光は、ＰＳＤ９８に到達する。ＰＳＤ９８は、このスリット光の受光位置を信号出力する。この信号出力をＡ／Ｄ変換部１１０を介してデジタル変換することにより、ブレ補正光学系１００の位置データが得られる。

駆動信号演算部６０は、この位置データと目標駆動位置との偏差を求め、この偏差に応じて駆動信号を算出する。例えば、この駆動信号の演算は、偏差の比例項、積分項、および微分項を所定比率で足し合わせるＰＩＤ制御が実施される。
ドライバ７０は、求めた駆動信号（デジタル信号）に応じて、駆動電流を駆動機構８０に流す。

駆動機構８０は、ヨーク８２、マグネット８４、コイル８６から構成される。コイル８６は、ブレ補正光学系１００の鏡筒１０２に固定された状態で、ヨーク８２とマグネット８４からなる形成される磁気回路内に配置される。ドライバ７０の駆動電流をこのコイル８６に流すことにより、ブレ補正光学系１００を光軸と直交する向きに動かすことができる。

ブレ補正光学系１００は、撮影レンズ１９０ａの結像光学系の一部である。このブレ補正光学系１００を目標駆動位置まで動かすことにより、被写体像の位置をシフトして、被写体像の像面ブレを抑制する。
撮像素子１５０は、撮像面に形成される被写体像を撮像する。撮像画像は、不図示のモニタ画面に表示される他、動きベクトル検出部１６０へ出力される。

動きベクトル検出部１６０は、撮像画像の時間軸方向の変化を検出することにより、残存ブレを含む画像動きベクトルを検出する。動きベクトル変換部１７０は、焦点距離情報１２０および撮影倍率情報１３０を用いて、この画像動きベクトルを基準値と同一スケールに換算する。換算後の画像動きベクトルは、ゲイン変更部２００においてゲイン調整された後、前述した基準値演算部４０において基準値の修正に使用される。

［発明との対応関係］
以下、発明と本実施形態との対応関係について説明する。なお、ここでの対応関係は、参考のために一解釈を例示するものであり、本発明を徒らに限定するものではない。
請求項記載のシフト機構は、ブレ補正光学系１００に対応する。
請求項記載の振動検出部は、角速度センサ１０に対応する。
請求項記載の基準値生成部は、基準値演算部４０、および動きベクトル変換部１７０に対応する。
請求項記載の目標駆動位置演算部は、目標駆動位置演算部５０に対応する。
請求項記載の駆動部は、駆動信号演算部６０、ドライバ７０、駆動機構８０、および位置検出部９０に対応する。
請求項記載のフィードバック経路は、動きベクトル変換部１７０、および基準値演算部４０の『画像動き信号を基準値にフィードバックする機能』に対応する。
請求項記載のゲイン変更部は、ゲイン変更部２００に対応する。
請求項記載のカメラシステムは、カメラシステム１９０に対応する。
請求項記載の画像動き信号は、画像動きベクトルの角速度方向の成分に対応する。

［画像動きベクトルの生成処理］
図２は、画像動きベクトルの計算手順を示す流れ図である。
以下、図２を参照して、画像動きベクトルの生成処理を説明する。
まず、撮像素子１５０は、所定の撮像間隔で定期的に撮像画像を出力する。この撮像間隔ごとに、図２に示す画像動きベクトルの計算処理が実施される。以下、この画像動きベクトルの計算処理を説明する。

ステップＳ１： 撮像素子１５０は、画像のライン数を間引くことにより、モニタ表示用の撮像画像を高速（３０フレーム／秒）に読み出す。

ステップＳ２： 動きベクトル検出部１６０は、撮像画像のフレーム間差などから画像の動きベクトルを求める。このような画像動きベクトルの検出方法としては、時空間勾配法やブロックマッチング法などの方法がある。
なお、撮像画像の全体について画像動きベクトルを求めてもよい。または、撮像画像の一部エリアについて画像動きベクトルを求めてもよい。
さらに、画像動きベクトルとしては、光学的ブレ補正の各軸方向（例えば、垂直と水平など）ごとに個別に求めてもよい。この場合、各軸方向の画像動き（フレーム間の変位など）を個々の要素とする画像動きベクトルが求まる。
また、画像動きベクトルとしては、複数の向きについて撮像画像のフレーム間変位の検出を行うことで、撮像画像の変位方向と変位量を求めてもよい。

ステップＳ３： 動きベクトル変換部１７０は、撮影レンズ１９０ａの焦点距離情報１２０を情報取得する。

ステップＳ４： 動きベクトル変換部１７０は、撮影レンズ１９０ａの撮影倍率情報１３０を情報取得する。

ステップＳ５： 動きベクトル検出部１６０が出力する画像動きベクトルは、撮像画像のフレーム間における変位の情報である。そこで、動きベクトル変換部１７０は、画像動きベクトルを、基準値と同じ角速度のスケールに換算する。例えば、下記の換算式が使用される。

ただし、Ｖは換算前の画像動きベクトル、Ｖ′は換算後の画像動きベクトル、ｆは焦点距離、βは撮影倍率、およびＧは定数である。

ステップＳ６： 動きベクトル変換部１７０は、基準値修正用に保持する画像動きベクトルを、ステップＳ５で求めた最新値Ｖ′に更新する。

［光学的ブレ補正の制御動作］
図３は、光学的ブレ補正の制御動作を示す流れ図である。
この図３を用いて、光学的ブレ補正の制御動作を説明する。

ステップＳ１１： カメラシステム１９０は、光学的ブレ補正の起動に際して、角速度センサ１０の通電を開始する。ゲイン変更部２００は、この通電開始の時点から、通電時間ｔの計測を開始する。

ステップＳ１２： Ａ／Ｄ変換部３０は、角速度センサ１０の角速度出力を、所定のサンプリング間隔でＡ／Ｄ変換する。

ステップＳ１３： 基準値演算部４０は、Ａ／Ｄ変換後の角速度データに対して移動平均やローパスフィルタ処理を施し、角速度データの基準値Ｗｏを推定する。このとき、後述する修正後の基準値Ｗｏ′の過去値を基準値Ｗｏに加重加算することで、過去の修正内容を基準値Ｗｏに反映してもよい。

ステップＳ１４： ゲイン変更部２００は、角速度センサ１０の通電時間ｔを、角速度センサ１０のドリフト安定時間Ｔ（例えば５００ｍ秒）と比較する。このドリフト安定時間Ｔは、角速度センサ１０の通電開始から、ドリフト出力の変動が安定するまでの所要時間に該当する。
このドリフト安定時間Ｔは、角速度センサ１０のドリフト特性から、予め設定しておくことが可能である。また、『角速度センサ１０の素子温度や環境温度などの変動パラメータ』と『ドリフト安定時間Ｔ』との対応関係を予め実験的に求めて記憶しておいてもよい。この場合、変動パラメータに応じたドリフト安定時間Ｔを実使用時に正確に決定することができる。
ここで、通電時間ｔがドリフト安定時間Ｔ未満の場合、ゲイン変更部２００はステップＳ１５に動作を移行する。
一方、通電時間ｔがドリフト安定時間Ｔ以上の場合、ゲイン変更部２００はステップＳ１６に動作を移行する。

ステップＳ１５： ここでは、角速度センサ１０の通電時間ｔがドリフト安定時間Ｔに達していない。すなわち、角速度センサ１０のドリフト出力は、変動期間に当たり、大きく変動している。そこで、ゲイン変更部２００は、画像動き信号のフィードバックゲインγを、予め定められたゲイン値Ｋ１に設定する。このゲイン値Ｋ１の値は、基準値の修正の感度を高めて、基準値の整定時間を短縮するなどの観点から、なるべく大きな値に設定される。
このような動作の後、ゲイン変更部２００は、ステップＳ１７に動作を移行する。

ステップＳ１６： ここでは、角速度センサ１０の通電時間ｔがドリフト安定時間Ｔを超えている。すなわち、角速度センサ１０のドリフト出力は既に安定している。そこで、ゲイン変更部２００は、画像動き信号のフィードバックゲインγを、ゲイン値Ｋ２に設定する。このゲイン値Ｋ２は、上述のゲイン値Ｋ１よりも小さな値（例えば、Ｋ２≒Ｋ１の半分程度）である。このゲイン値Ｋ２の値は、基準値の修正の感度を抑制して、基準値の余計な変動を回避するなどの観点から決定される。
このような動作の後、ゲイン変更部２００は、ステップＳ１７に動作を移行する。

ステップＳ１７： ゲイン変更部２００は、ステップＳ６で更新された画像動きベクトルＶ′を情報取得し、ステップＳ１５またはＳ１６で設定されたフィードバックゲインγを乗じる。基準値演算部４０は、この乗算結果を基準値Ｗｏから減算することにより、画像動きベクトルに含まれるドリフト出力を基準値Ｗｏにフィードバックする。
このようなフィードバックにより、修正後の基準値Ｗｏ′が下式のように生成される。
Ｗｏ′＝Ｗｏ−γ・ｖ′ ・・・（２）
ただし、ｖ′は、画像動きベクトルＶ′の角速度方向の成分（角速度の単位に換算したもの）である。
この基準値Ｗｏ′のドリフト誤差が低減するに従って、画像動きベクトルＶ′に残存するドリフト分も徐々に低減する。画像動きベクトルＶ′に含まれるブレ補正の誤差が最終的にゼロと見なせるほどに小さくなると、基準値Ｗｏ′は、角速度センサ１０のドリフト出力やＤＣオフセットを正確に含んだ値となる。
なお、光学的ブレ補正では、ブレ補正光学系１００の追従性を高めるため、画像の撮像間隔よりも短いサンプリング間隔で、目標駆動位置および基準値の更新を実行する。そのため、毎回の基準値修正のたびに、毎回新しい画像動きベクトルを使用することはできない。そのため、例えば、次回の画像動きベクトルを取得するまでの期間は、一つの画像動きベクトルＶ′を繰り返し使用して基準値修正を行う。

ステップＳ１８： 目標駆動位置演算部５０は、Ａ／Ｄ変換部３０から出力される角速度データから、修正後の基準値Ｗｏ′を減算し、像面ブレの原因となる真の角速度データを求める。

ステップＳ１９： 目標駆動位置演算部５０は、この真の角速度データを積分することにより、撮影レンズ１９０ａの光軸角度の変位量を求める。目標駆動位置演算部５０は、この光軸角度の値から、被写体像の結像位置の変位を打ち消すために必要なブレ補正光学系１００の位置（いわゆる目標駆動位置）を求める。
例えば、下式を用いて、この目標駆動位置θ（Ｔｋ）の計算が行われる。
Ｃ＝ｆ・（１＋β）²／Ｋ ・・・（３）
θ（Ｔｋ）＝θ（Ｔｋ−１）＋Ｃ・［Ｗ（Ｔｋ）−Ｗｏ′］ ・・・（４）
ただし、ｆは焦点距離、βは撮影倍率、θ（Ｔｋ−１）は前回の目標駆動位置、Ｗ（Ｔｋ）は最新の角速度データ、およびＫはブレ補正係数である。なお、ブレ補正係数Ｋは、下式に基づいて予め実測しておく。
Ｋ＝（被写体像の変位）／（ブレ補正光学系１００の変位）

ステップＳ２０： 駆動信号演算部６０は、目標駆動位置演算部５０から目標駆動位置を情報取得し、ブレ補正光学系１００を目標駆動位置に追従制御する。

［第１の実施形態の効果など］
図４は、フィードバックゲインγをゲイン値Ｋ１に固定した場合のシミュレーション結果である。
図５は、フィードバックゲインγをゲイン値Ｋ２に固定した場合のシミュレーション結果である。

一方、図６は、本実施形態に該当し、ドリフト安定時間Ｔを境にしてフィードバックゲインγをゲイン値Ｋ１からＫ２に低減した場合のシミュレーション結果である。
これらの図において、ａは、角速度センサ１０から出力される角速度データである。ｂは、この角速度データのみから算出される基準値Ｗｏである。ｃは、この基準値Ｗｏを画像動きベクトルで修正した値Ｗｏ′である。ｄは、角速度センサ１０の真の基準値（ドリフト出力＋ＤＣオフセット）である。

図４では、フィードバックゲインγが大きな値Ｋ１に固定されるため、基準値の修正の感度が定常的に高く、基準値Ｗｏ′は短時間に真の基準値に到達する。しかしながら、ドリフト安定時間Ｔの後（図中の区間Ｔ２）も修正の感度が高いため、基準値Ｗｏ′は、画像動きベクトルによる変動が過敏に発生する。この過敏な変動は光学的ブレ補正の制御誤差となり微小な揺れを生じさせる。その結果、被写体像を完全に停止させることが難しい。 一方、図５では、フィードバックゲインγが小さな値Ｋ２に固定されるため、基準値の修正の感度が定常的に低く、過敏な変動は無視できる程度に収まる。しかしながら、基準値Ｗｏ′の一回当たりの修正量が小さいため、ドリフト出力が大きく変動する期間（図中の区間Ｔ１）では、真の基準値に到達するまでに時間がかかる。すなわち、光学的ブレ補正が防振効果を発揮するまでに時間がかかり、ユーザーによる一気押し（レリーズ準備操作からレリーズ操作完了までを一気に行う）の操作などに即応することが難しい。

しかしながら、図６に示す本実施形態のケースでは、角速度センサ１０の通電開始の直後、フィードバックゲインγは大きな値Ｋ１に設定される。そのため、ドリフト出力の変動にもよく追従し、基準値Ｗｏ′は短時間に真の基準値に到達する。さらに、図６では、ドリフト安定時間Ｔを経過した後、フィードバックゲインγを値Ｋ２まで下げる。するとドリフト出力の安定にタイミングを合わせて、基準値の修正感度が低くなり、基準値Ｗｏ′の変動がよく抑えられる。

図７は、ブレ算出誤差の大きさを示した図であり、上述した図４〜６の防振効果を比較した図である。本実施形態（図７の実線）では、フィードバックゲインγを時間経過に従って切り換えたことによって、防振効果を発揮するまでの期間を短縮しつつ、かつ防振効果の安定継続が実現している。
このような本実施形態の防振効果により、一気押し操作場合も、また半押し操作が長く継続する場合も、そのどちらの場合についても高い防振効果を得ることが可能になる。
次に、別の実施形態について説明する。

《第２の実施形態》
第２の実施形態は、請求項４，５に対応する実施形態である。なお、第２の実施形態の装置構成については、第１の実施形態（図１）と同じため、説明を省略する。
図８は、第２の実施形態の光学的ブレ補正を示す流れ図である。
この第２の実施形態における動作上の特徴点は、基準値や画像動きベクトルの変動幅から、カメラシステム１９０（ブレ補正装置）が、ドリフト出力の安定状態を自動判断している点である。以下、図８に示すステップ番号に沿って、第２の実施形態の動作を説明する。

ステップＳ３１〜Ｓ３２： 第１の実施形態のステップＳ１２〜Ｓ１３と同じ。

ステップＳ３３： ゲイン変更部２００は、基準値Ｗｏ、基準値Ｗｏ′または画像動きベクトルについて、最近の値から上限値および下限値を求める。これら上限値と下限値との差をとることにより、変動幅を求める。

ステップＳ３４： ゲイン変更部２００は、求めた変動幅が、『ドリフト出力の安定を示す変動幅』以下か否かを判定する。
ここで、求めた変動幅が『ドリフト出力の安定を示す変動幅』よりも大きければ、ゲイン変更部２００は、ステップＳ３５に動作を移行する。
一方、求めた変動幅が『ドリフト出力の安定を示す変動幅』以下に収まれば、ゲイン変更部２００は、ステップＳ３６に動作を移行する。

ステップＳ３５： ここでは、角速度センサ１０のドリフト出力が変動中である。そこで、ゲイン変更部２００は、画像動き信号のフィードバックゲインγを、予め定められた大きなゲイン値Ｋ１に設定する。この場合のゲイン値Ｋ１の値は、基準値の修正感度を高めて、基準値の整定時間を短縮するなどの観点から決定される。
このような動作の後、ゲイン変更部２００は、ステップＳ３７に動作を移行する。

ステップＳ３６： ここでは、角速度センサ１０のドリフト出力が安定している。そこで、ゲイン変更部２００は、画像動き信号のフィードバックゲインγを、ゲイン値Ｋ２に設定する。このゲイン値Ｋ２は、上述のゲイン値Ｋ１よりも小さな値（例えば、Ｋ２≒Ｋ１の半分程度）である。このゲイン値Ｋ２の値は、基準値の修正感度を抑制して、基準値の過敏な変動を抑えるなどの観点から決定される。
このような動作の後、ゲイン変更部２００は、ステップＳ３７に動作を移行する。

ステップＳ３７〜Ｓ４０： 第１の実施形態のステップＳ１７〜Ｓ２０と同じ。

［第２の実施形態の効果など］
以上説明した動作により、第２の実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、第２の実施形態では、ドリフト出力の安定状態を測定結果から的確に判断するため、フィードバックゲインγを適切なタイミングで切り換えることが可能になる。したがって、角速度センサ１０の通電時間によるドリフト出力の安定変化だけでなく、その他の要因によるドリフト出力の状態変化にも対応して、フィードバックゲインγを柔軟かつ適切に切り換えることができる。その結果、光学的ブレ補正の防振性能を一段と向上させることが可能になる。

なお、画像動き信号には、被写体側の自発的な動き成分も含まれる。そこで、基準値が安定状態にあって、かつ画像動き信号が変動状態にある場合には、被写体が自発的に動いていると判断して、基準値の修正を抑制（または停止）してもよい。
また、修正後の基準値Ｗｏ′には、ドリフト出力の変動が反映される。したがって、ドリフト出力の安定状態を正確に判断する場合には、修正後の基準値Ｗｏ′に基づいて判断することが好ましい。

なお、基準値および画像動き信号の両方を用いて慎重に判断することにより、ドリフト出力の変動をより正確に判断してもよい。

《実施形態の補足事項》
なお、上述した実施形態では、撮像素子の撮像画像に基づいて画像動きベクトルを生成している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、カメラシステムの分割測光機構や焦点検出機構や測色機構やファインダ機構などで光電変換を行って、撮像画像を生成してもよい。この種の撮像画像から画像動きベクトルを生成することによって、『銀塩カメラ』や『一眼レフタイプのカメラ』において本発明を実施することができる。

また、カメラ側に秒間２〜８コマ以上程度の連写性能があれば、基準値の修正に必要なサンプリング間隔の画像動き信号を得ることもできる。したがって、連写しながら光学的ブレ補正を継続実施するタイプのカメラに本発明を適用することもできる。

さらに、上述した実施形態において、撮影レンズ１９０ａとカメラシステム１９０とを一体に構成してもよい。また、撮影レンズ１９０ａとカメラシステム１９０とを着脱自在に構成してもよい。なお、撮影レンズ１９０ａとカメラシステム１９０とを着脱する場合は、画像動き信号を生成するブロックを、撮影レンズ１９０ａおよびカメラシステム１９０のどちらに設置してもよい。例えば、画像動き信号を生成するブロックをカメラシステム１９０側に設置し、画像動き信号を基準値と同一スケールに換算するブロックを撮影レンズ１９０ａ側に設置するなどの態様が可能である。

また、上述した実施形態では、振動検出信号として角速度を検出している。しかしながら、本発明は、角速度の検出に限定されず、被写体像の結像位置の変位を推定可能な振動成分を検出すればよい。例えば、カメラシステムに作用する加速度や、角加速度や、遠心力や、慣性力などを振動検出信号として検出すればよい。

さらに、上述した実施形態では、ブレ補正光学系１００を駆動することにより、撮像部（撮像面）における被写体像の相対位置をシフトしている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、撮像素子１５０を変位させることにより、撮像部と被写体像（被写体光束）との相対位置を変更してもよい。

また、上述した実施形態では、フィードバックゲインγをゲイン値Ｋ１，Ｋ２の二段階に切り換えている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、フィードバックゲインγを多段階または連続的に切り換えてもよい。この場合、より細かく、防振性能を向上させることができる。

以上説明したように、本発明は、光学的ブレ補正機能を有する光学機器などに利用可能な技術である。

カメラシステム１９０（撮影レンズ１９０ａを含む）を示す図である。 画像動きベクトルの計算手順を示す流れ図である。 光学的ブレ補正の制御動作を示す流れ図である。 フィードバックゲインγをゲイン値Ｋ１に固定した場合のシミュレーション結果である。 フィードバックゲインγをゲイン値Ｋ２に固定した場合のシミュレーション結果である。 ドリフト安定時間Ｔを境にしてフィードバックゲインγをゲイン値Ｋ１からＫ２に低減した場合のシミュレーション結果である。 上述した図４〜６のケースについて防振効果を比較した図である。 第２の実施形態の光学的ブレ補正を示す流れ図である。 従来の基準値推定のシミュレーション結果を示す図である。

符号の説明

１０ 角速度センサ
２０ 増幅部
３０ Ａ／Ｄ変換部
４０ 基準値演算部
５０ 目標駆動位置演算部
６０ 駆動信号演算部
８０ 駆動機構
９０ 位置検出部
１００ ブレ補正光学系
１０２ 鏡筒
１５０ 撮像素子
１６０ 動きベクトル検出部
１７０ 動きベクトル変換部
１９０ カメラシステム
１９０ａ 撮影レンズ
２００ ゲイン変更部

Claims (5)

1. カメラの撮像部における被写体像の像面ブレを補正するブレ補正装置であって、
   前記撮像部と前記被写体像を形成する光束との相対位置を変更するブレ補正機構と、
   前記カメラの振動を検出して振動検出信号を出力する振動検出部と、
   前記振動検出信号に基づいて、前記振動検出信号の基準値（前記振動のない静止状態における前記振動検出部の出力）を推定する基準値生成部と、
   前記振動検出信号と、推定された前記基準値との差から、前記像面ブレの原因となる振動成分を求め、前記振動成分に基づいて前記ブレ補正機構の目標駆動位置を求める目標駆動位置演算部と、
   前記ブレ補正機構を前記目標駆動位置に追従制御する駆動部とを備え、
   前記基準値生成部は、
   前記カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を情報取得し、前記画像動き信号を前記基準値にフィードバックして、前記基準値を修正するフィードバック経路と、
   前記フィードバック経路のフィードバックゲインを時間経過に従って変更することで、前記基準値の修正感度を前記振動検出部のドリフト特性に適合させるゲイン変更部とを備えた
   ことを特徴とするブレ補正装置。
2. 請求項１に記載のブレ補正装置において、
   前記ゲイン変更部は、
   前記振動検出部のドリフト出力が時間経過と共に安定する特性に合わせて、前記フィードバックゲインを時間経過に従って低減する
   ことを特徴とするブレ補正装置。
3. 請求項２に記載のブレ補正装置において、
   前記ゲイン変更部は、
   前記振動検出部の通電開始から、前記ドリフト出力が安定したと推定される所定時間を経過すると、前記フィードバックゲインを低減する
   ことを特徴とするブレ補正装置。
4. 請求項１に記載のブレ補正装置において、
   前記ゲイン変更部は、
   前記基準値および／または前記画像動き信号を観測し、観測した値が、前記ドリフト出力の安定を示す変動幅内に収まると、前記フィードバックゲインを低減する
   ことを特徴とするブレ補正装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のブレ補正装置と、
   前記ブレ補正装置を用いて、光学的ブレ補正を実施するカメラと
   を備えたことを特徴とするカメラシステム。
   

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