JP2007049565A - 角度生成回路，画像補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 角度出力を飽和させることなく，効率的かつ正確に手振れによる角度を抽出する。
【解決手段】 角速度を測定して角速度信号を出力する角速度計１１０と，上記角速度信号からフィードバック信号を減算する減算器１１２と，上記減算器からの差分信号を積分して角度信号を出力する積分器１１４と，上記角度信号の，第１カットオフ周波数または第２カットオフ周波数のいずれかの周波数以下の低域成分を抽出して上記フィードバック信号を生成する低域通過フィルタ１１６と，上記角度信号に応じて第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とを切り替える周波数切替部１３０と，を備えることを特徴とする，角度生成回路１００が提供される。
【選択図】 図３

Description

本発明は，角度生成回路，画像補正装置にかかり，例えば，角速度から角度を生成し，その角度に応じてカットオフ周波数を切り替える角度生成回路，画像補正装置に関する。

例えば，カメラ等の撮像装置においては，カメラを手で支えて被写体を撮像するため，手振れ等の変動が直接画像の振れに影響していた。このような手振れを補正するためカメラには角速度計が設けられており，その角速度計で検出された角速度をデジタル信号化した後，積分した角度分だけレンズもしくは画像を移動して手振れをキャンセルしていた。

上記角度の導出には，角速度計からのアナログ角速度信号をアナログ／デジタル変換し，信号処理装置内で積分するといった処理が行われている。しかし，角速度が大きくなる，パン（ｐａｎｎｉｎｇ），チルト（ｔｉｌｔｉｎｇ）方向への旋回動作や周波数の高い手振れ動作に上記アナログ／デジタル変換器のレンジを合わせると，周波数の低い手振れ等の小さい角速度は，アナログ／デジタル変換器の分解能に埋もれてしまう。

また，手振れによる角速度出力は非常に小さいため，その角速度出力を増幅器等で増幅する必要がある。しかし，増幅率を上げると，旋回動作等において増幅器の出力が飽和するといった問題が生じる。かかる出力の飽和は広域通過フィルタ（ＨＰＦ：Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）により回避することができるが，カットオフ周波数を下げると応答性が悪くなり，上げると手振れ周波数に近づいてしまい手振れによる角速度の検出値まで低くなり，手振れ補正能力が低下する。

その他，カメラレンズの倍率によって補正角が小さくなっても，上記ＨＰＦのカットオフ周波数を適切に変化させることによって手振れ補正を行う技術も知られている（例えば，特許文献１）。

また，手振れ周波数とパン，チルト方向への旋回周波数とはそれほど差が無く，フィルタ等により分離することが困難であった。上記手振れ動作と旋回動作とを分離するため，角速度信号を閾値信号と比較し，閾値以下であれば手振れ角速度，閾値以上であれば旋回角速度と判断する技術が知られている（例えば，特許文献２）。しかし，このように閾値以上か以下かという判断のみで手振れ角速度と旋回角速度を分離すると，旋回角速度と等しいもしくはそれ以下の手振れ角速度は旋回角速度に埋もれ，手振れ補正精度が低下する問題が生じていた。

特開２００３−２１９２６５号公報 特開平１１−２８９４８９号公報

一方，アナログ角速度信号をアナログ／デジタル変換する前に積分器を利用してアナログ角度信号を導出することも可能であり，かかる構成により手振れ等の小さい角速度がアナログ／デジタル変換器の分解能に埋もれてしまうのを回避できる。しかし，その場合においても，手振れ周波数とパン，チルト方向への旋回周波数とはそれほど差が無く，１点のカットオフ周波数を有するフィルタ等により分離することが困難であった。

本発明は，従来の手振れ補正技術が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，角度出力を飽和させることなく，効率的かつ正確に手振れによる角度を抽出することが可能な，新規かつ改良された角度生成回路，画像補正装置を提供することである。

本発明では，パン，チルト方向の旋回動作を検出して，旋回動作開始および終了時の急速な直流成分除去を行い角度出力の飽和を回避する。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，角速度を測定して角速度信号を出力する角速度計と；上記角速度信号からフィードバック信号を減算する減算器と；上記減算器からの差分信号を積分して角度信号を出力する積分器と；上記角度信号の，第１カットオフ周波数または第２カットオフ周波数のいずれかの周波数以下の低域成分を抽出して上記フィードバック信号を生成する低域通過フィルタと；上記角度信号に応じて第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とを切り替える周波数切替部と；を備えることを特徴とする，角度生成回路が提供される。

上記積分器の出力を，低域通過フィルタを通してフィードバックする構成は，全体的に高域通過フィルタ（ＨＰＦ）を形成する。従って，本発明の構成は，２つのカットオフ周波数を有する高域通過フィルタおよび積分器となる。上記２つのカットオフ周波数の切り替えによって積分器の飽和を回避できる。

上記低域通過フィルタは，上記積分器に一端が接続された第１抵抗と；上記第１抵抗の他端に反転入力端子が接続され，出力端が上記減算器に接続される第１オペアンプと；一端が上記第１オペアンプの反転入力端子に，他端が出力端子に接続される第２抵抗と；一端が上記第１オペアンプの反転入力端子に，他端が出力端子に接続される第１キャパシタと；上記第１キャパシタの反転入力端子側に接続された第３抵抗と；からなり，上記周波数の切り替えは，上記第１キャパシタの反転入力端子側を電気的に切断し，第３抵抗を通じて第１オペアンプの非反転入力端子と同電位の点に接続されることによって実施されるとしても良い。

かかる接続対象の具体的な切り替え処理により，低域通過フィルタのカットオフ周波数が切り替わり，さらに，第３抵抗を通じて第１オペアンプの非反転入力端子と同電位の点に接続される構成により，第１キャパシタの不安定な状態を残さず高速にカットオフ周波数を変更することができる。

上記第１カットオフ周波数は，未旋回時に生じる角速度信号の直流成分を除去可能な周波数であり，上記第２カットオフ周波数は，上記カットオフ周波数より高く，上記角速度計の旋回動作による急速な直流成分を除去可能な周波数であるとしても良い。特に，上記第１カットオフ周波数は，０．１〜１Ｈｚであり，上記第２カットオフ周波数は，１０〜１００Ｈｚであるとしても良い。

上記角速度計から出力されるアナログ角速度信号は，主に，手振れによる角速度（手振れ角速度）と，パン，チルト方向への旋回動作による連続した一方向の角速度（旋回角速度）とに分けられる。本発明は，通常状態で手振れ角速度を計算し，旋回動作の開始や終了を検出したらカットオフ周波数を変更して手振れ角速度を含む旋回角速度を無視し，このような急速な変化が終了したらまた手振れ角速度を計算する通常状態に戻すことを特徴としている。このとき，手振れ角速度を検出可能な通常時のカットオフ周波数が第１カットオフ周波数であり，パン，チルト方向への旋回角速度もキャンセルするカットオフ周波数が第２カットオフ周波数である。

また，低域通過フィルタが第１オペアンプを含む上述した構成の場合，第１〜第３抵抗および第１キャパシタのパラメータによってカットオフ周波数が決定し，第２カットオフ周波数＞第１カットオフ周波数より，第２抵抗＞第３抵抗となる。

上記角速度信号および上記角度信号は，アナログ信号であっても良い。かかる積分器でアナログ角度信号を生成する構成によって，アナログ角速度信号の周波数やアナログ／デジタル変換器の分解能に拘わらず正確な角度値を得ることができる。

上記角度信号をデジタル角度信号に変換するアナログ／デジタル変換器と；上記デジタル角度信号が所定角度を超えたことに応じて周波数切替信号を出力する制御部と；をさらに備え，上記周波数切替部は，上記周波数切替信号に応じて第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とを切り替えるとしても良い。かかる構成により，上記所定角度の細かい設定をデジタル的に管理でき，例えば，撮影状況等に関するパラメータに応じて，リアルタイムに閾値（所定角度）を変更することができる。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，撮像によって画像を得る撮像部と；上記撮像部の動作角度を生成する角度生成回路と；生成された角度に応じて上記画像の手振れを補正する画像補正部と；を備え，上記角度生成回路は，角速度を測定して角速度信号を出力する角速度計と；上記角速度信号からフィードバック信号を減算する減算器と；上記減算器からの差分信号を積分して角度信号を出力する積分器と；上記角度信号の，第１カットオフ周波数または第２カットオフ周波数のいずれかの周波数以下の低域成分を抽出して上記フィードバック信号を生成する低域通過フィルタと；上記角度信号に応じて第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とを切り替える周波数切替部と；からなることを特徴とする，画像補正装置が提供される。

かかる構成により，カットオフ周波数の切り替えによる積分器の飽和を回避でき，かつ，旋回動作を行ったとしても，旋回動作の開始および終了後，直ちに手振れ補正を再開させることができる。

以上説明したように本発明によれば，角度出力を飽和させることなく，効率的かつ正確に手振れによる角度を抽出することが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

以下では，一定の方向に連続して回転するパン（ｐａｎｎｉｎｇ），チルト（ｔｉｌｔｉｎｇ）方向への旋回動作を，単に旋回動作と言い，その回転方向への角速度を旋回角速度と言う。また，以下の説明で，「接続」と表現されている場合，端子間を直接接続している場合のみではなく，何れかの電気素子等を介して接続している場合を含む。

カメラ等の撮像装置においては，カメラを手で支えて被写体を撮像するため，手振れ等の変動が，直接，画像の振れに影響する。このような手振れは，カメラの変動角度に相関した角度だけレンズもしくは画像を移動することによって補正可能である。

例えば，カメラの角度を変化させることによりＣＣＤ上の像面は，所定の相関を持って移動し，また，補正レンズの移動量とＣＣＤ上の像面位置量も相関がある。このようなカメラの角度変動分を推定し，その像面移動量だけ，逆方向に補正レンズを移動させて像点の変化を補正する。また，上記推定された像面移動量だけＣＣＤを動かすことで像点の変化を補正することも可能である。

図１は，従来の撮像装置における手振れ補正を説明するためのブロック図である。この撮像装置における従来の角度生成回路は，角速度計１０と，低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１２と，高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１４と，オペアンプ１６と，アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０と，制御部２２と，デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器２４とを含んで構成される。

上記角速度計１０は，撮像装置，特にその撮像部の角速度を測定してアナログ角速度信号を出力する。

上記低域通過フィルタ１２は，高周波領域におけるノイズ成分や角速度計１０の動作周波数等を除去する。

上記高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１４は，未旋回時，即ち，角速度が本来０（ゼロ）である場合にも発生するアナログ角速度信号の直流成分，所謂ドリフト等を除去する。また，旋回角速度等の振幅の大きい角速度による増幅器１６の飽和を回避する。

上記増幅器１６は，オペアンプ等からなり，低域通過フィルタ１２や高域通過フィルタ１４を通過したアナログ角速度信号を増幅する。

上記アナログ／デジタル変換器２０は，増幅器１６により増幅されたアナログ角速度信号をデジタル角速度信号に変換する。

上記制御部２２は，ＣＰＵ等を含むデジタル信号処理装置であり，上記デジタル角速度信号をデジタル処理により積分し，デジタル角度信号を生成する。

上記デジタル／アナログ変換器２４は，上記生成されたデジタル角度信号を再度アナログ化する。デジタル／アナログ変換器２４から出力されたアナログ角度信号は，後段の画像補正部（図示せず）による角度補正（手振れ補正）に利用される。

上記従来の構成において，手振れ補正に利用される角度は，角速度計１０からのアナログ角速度信号をそのままアナログ／デジタル変換し，制御部２２内で積分して生成されていた。しかし，パン，チルト方向への旋回動作や，周波数の高い手振れ動作にアナログ／デジタル変換器２０のレンジを合わせると，周波数の低い手振れ等の絶対量が小さい角速度は，アナログ／デジタル変換器２０の分解能（ＬＳＢ１ビットに対応するアナログ量）に埋もれてしまう。また，アナログ／デジタル変換のサンプリング周期が長いと，角速度の高い周波数成分が角度に反映されない。

また，手振れによるアナログ角速度信号は，通常，非常に小さいため，その信号を増幅器１６で増幅する必要がある。しかし，増幅率を上げると，パン，チルト等の旋回動作や，周波数の高い手振れ角速度に対しては増幅器１６の出力が飽和するといった問題が生じる。かかる出力の飽和は広域通過フィルタ１４により回避することができるが，カットオフ周波数を下げると応答性が悪くなり，旋回動作により飽和した値が元に戻るのに時間がかかる。カットオフ周波数を上げると手振れ周波数に近づいてしまい手振れ補正能力が低下する。

また，アナログ／デジタル変換する前に積分して角度を計算した場合，例えばパン方向の旋回動作により積分器が直ぐに飽和してしまうという問題が生じる。

ここで，問題となるのは，手振れ角速度と旋回角速度とを分離できないことである。

図２は，上記手振れ角速度と旋回角速度との違いを示すための説明図である。ここでは手振れ動作として，片振幅０．３°，０．１〜２０Ｈｚの正弦波を，旋回動作として全振幅４５°，０．２５〜１Ｈｚの正弦波を例示している。このような波形の最大角速度は，２×π×ｆ（周波数）×振幅で計算され，角速度計の出力電圧はそれに比例する。また，その角速度計の出力を増幅度２４０倍で単純増幅した値も示している。

図２を参照し，例えば０．３°，１０〜２０Ｈｚの手振れ動作と，４５°，０．２５〜０．５Ｈｚの旋回動作とを比較すると，単純増幅出力として表されたアナログ角速度出力が両者で相違しないことが理解できる。従って，アナログ角速度出力値の絶対値のみによって両者を区別することは困難である。

（第１の実施形態：角度生成回路１００）
そこで，本実施形態では，まず，アナログ段階で積分を行い，角度信号を生成し，その角度によって旋回動作の開始や終了を判断する。そして，旋回動作開始および終了時であれば，手振れによる角速度を検出可能なカットオフ周波数（第１カットオフ周波数）から，パン，チルト等による旋回動作も検出しないカットオフ周波数（第２カットオフ周波数）に切り替え，旋回動作による積分器の飽和を回避する。

図３は，第１の実施形態における角度生成回路１００の概略的な構成を示したブロック図である。角度生成回路１００は，角速度計１１０と，減算器１１２と，積分器１１４と，低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１１６と，増幅器１１８と，アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２０と，制御部１２２と，デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１２４と，周波数切替部１３０とを含んで構成される。

上記角速度計１１０は，例えば，撮像装置のＹＡＷ（パンに対応），ＰＩＴＣＨ（チルトに対応）方向の角速度を測定してアナログ角速度信号を出力する。上記手振れ等の補正をレンズもしくは画像の移動によって行う場合，レンズもしくは画像の回転軸と，上記角速度計１１０の回転軸を合わせなければならない。

上記減算器１１２は，角速度計１１０からのアナログ角速度信号から，後述する低域通過フィルタ１１６からのフィードバック信号を減算して差分信号を生成する。

上記積分器１１４は，例えば，低域通過フィルタ（ＬＰＦ）からなり，減算器１１２からの差分信号を積分してアナログ角度信号を出力する。

このようにアナログ角速度信号をアナログ／デジタル変換する前に積分器１１４を利用してアナログ角度信号を導出する構成により，手振れ等の小さい角速度がアナログ／デジタル変換器の分解能に埋もれてしまうのを回避できる。従って，アナログ／デジタル変換器１２０の分解能やサンプリング周期に拘わらず，正確な角度値を得ることができる。

上記低域通過フィルタ１１６は，積分器１１４からのアナログ角度信号の特定の周波数以下の低域成分を抽出して上記フィードバック信号を生成する。かかる低域通過フィルタ１１６は，特定の周波数（カットオフ周波数）として第１カットオフ周波数または第２カットオフ周波数を有し，いずれかの周波数が後述する周波数切替部１３０により選択される。

かかる低域通過フィルタ１１６と積分器１１４との構成は，全体的に高域通過フィルタ（ＨＰＦ）と積分器を形成する。従って，本実施形態の構成は，２つのカットオフ周波数を有する高域通過フィルタおよび積分器となる。この高域通過フィルタは，角速度計の未旋回時，即ち，角速度が本来０である場合にも発生するアナログ角速度信号の直流成分，所謂ドリフトを除去する。また，カットオフ周波数を高く切り替えることにより，旋回角速度等も除去できる。

上記増幅器１１８は，オペアンプ等からなり，積分器１１４を通過したアナログ角度信号を増幅する。

上記アナログ／デジタル変換器１２０は，増幅器１１８により増幅されたアナログ角度信号をデジタル角度信号に変換する。

上記制御部１２２は，ＣＰＵ等を含むデジタル信号処理装置であり，上記デジタル角度信号が所定角度を超えた場合，旋回動作が開始されたと判断して，周波数切替信号を周波数切替部１３０に出力する。

上記デジタル／アナログ変換器１２４は，上記デジタル角度信号を再度アナログ化する。デジタル／アナログ変換器１２４から出力されたアナログ角度信号は，後段の画像補正部（図示せず）による角度補正（手振れ補正）に利用される。

上記周波数切替部１３０は，制御部１２２から出力された周波数切替信号に応じて第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とを切り替える。例えば，周波数切替信号は，通常，ディスネーブル状態であり，そのときは，第１カットオフ周波数が選択され，イネーブルになった場合，第２カットオフ周波数が選択される。

本実施形態では，制御部１２２が角度信号を観察し，旋回動作の開始もしくは終了点であるか否かを判断して，第１カットオフ周波数から第２カットオフ周波数に切り替える。

図４は，図２同様，手振れ角速度と旋回角速度との違いを示すための説明図である。ここでは図２に積分器のゲインと，積分器の出力が追加されている。ここで，０．３°は，手振れ補正が可能な角度範囲の例示であり，積分器は，Ｃ＝０．３３μＦ，Ｒ＝２ｋΩで計算している。かかる図４を参照すると，例えば０．３°，１０〜２０Ｈｚの手振れと，４５°，０．２５〜０．５Ｈｚの旋回動作とは，アナログ角速度出力を区別できないが，積分器出力，所謂角度出力に大きな相違が生じる。これは，通常，手振れ角速度が０を中心に正負に揺れる振動であるのに対して，旋回動作は正負どちらか一方の方向に連続して加速度が生じることに起因する。しかし，アナログ角速度信号を単に積分すると，積分器出力が飽和する。かかる飽和の回避は後で詳述する。

手振れ動作と旋回動作では角度出力が相違することから，制御部１２２は，角度信号を観察し，角度信号が所定の角度を超えたかどうかによって旋回動作であることを認識できる。

（第２の実施形態：角度生成回路１００の具体的な回路）
図５は，角度生成回路１００の具体的な回路を示した回路図である。ここでは，特に，減算器１１２と，積分器１１４と，低域通過フィルタ１１６と，周波数切替部１３０とを示している。

先ず，低域フィルタ１１６と周波数切替部１３０とを説明する。低域通過フィルタ１１６は，積分器１１４に一端が接続された第１抵抗Ｒ１と，第１抵抗Ｒ１の他端に反転入力端子（−）が接続され，出力端が減算器１１２に接続される第１オペアンプＵ１と，一端が第１オペアンプＵ１の反転入力端子に，他端が出力端子に接続される第２抵抗Ｒ２と，一端が第１スイッチＳＷ１を介して第１オペアンプＵ１の反転入力端子に，他端が出力端子に接続される第１キャパシタＣ１と，第１キャパシタＣ１の反転入力端子側に第２スイッチＳＷ２を介して接続された第３抵抗とを含んで構成される。

また，周波数切替部１３０は，一端を第１オペアンプＵ１の反転入力端子に接続され，他端が第１キャパシタＣ１に接続される第１スイッチＳＷ１と，上記第１キャパシタＣ１と第３抵抗Ｒ３との間に挿入された第２スイッチＳＷ２とからなる。

周波数切替部１３０によるカットオフ周波数の切り替えは，第１スイッチＳＷ１をオフ，第２スイッチＳＷ２をオンして，第１キャパシタＣ１の反転入力端子側を電気的に切断し，第３抵抗Ｒ３を通じて第１オペアンプＵ１の非反転入力端子（＋）と同電位に接続されることによって実施される。また，元のカットオフ周波数に戻すときは，第１スイッチＳＷ１をオン，第２スイッチＳＷ２をオフする。

かかる構成により，制御部１２２からの周波数切替信号に応じて，低域通過フィルタのカットオフ周波数を切り替えることができる。

角速度計１１０から出力されるアナログ角速度信号は，主に，手振れによる角速度と，パン，チルト方向への旋回動作による連続した一方向の角速度とに分けられる。本実施形態は，通常状態で手振れ角速度を計算し，旋回動作の開始もしくは終了を検出したらカットオフ周波数を変更して手振れ角速度を含む旋回角速度を無視し，その旋回動作の急速な変化が終了したらまた手振れ角速度を計算する通常状態に戻すことを特徴としている。

ここで，切り替え対象である第１カットオフ周波数は，未旋回時にも生じる角速度信号の直流成分を除去可能な周波数であり，第２カットオフ周波数は，上記カットオフ周波数より高く，上記角速度計の旋回動作による直流成分を除去可能な周波数である。具体的に，上記第１カットオフ周波数は，１Ｈｚ以下，特に０．１〜１Ｈｚであり，上記第２カットオフ周波数は，１０Ｈｚ以上，特に１０〜１００Ｈｚであるとしても良い。

角度生成回路の出力として必要な手振れ角速度の周波数（手振れ補正の周波数）は，１〜１０Ｈｚである。このため，第１カットオフ周波数は，１Ｈｚより十分小さい値であることを要する。また，第２カットオフ周波数は，高い程良いが，容量の大きい帰還キャパシタを非反転入力端子と同電位の点に接続するため，数十Ｈｚとなる。後述する実施形態においては４０Ｈｚとして計算している。

また，低域通過フィルタが第１オペアンプＵ１を含む上述した構成の場合，第１〜第３抵抗および第１キャパシタＣ１のパラメータによってカットオフ周波数が決定する。

図６Ａ，図６Ｂは，このような周波数の切替によるカットオフ周波数の変化を説明するための回路図である。手振れ角速度を受け入れ，手振れ補正を行っている通常時には，図５における第１スイッチＳＷ１がオンし，第２スイッチＳＷ２はオフしている。従って，図６Ａに示すような第１カットオフ周波数の低域通過フィルタを形成する。このとき低域通過フィルタは非常に低い周波数の直流変動のみ追従するので，角度生成回路１００全体として低い周波数の直流変動のみの電圧除去が行われる。

また，制御部１２２が旋回動作（旋回動作の開始や終了）を認識した場合，その旋回動作の急速な変化が継続している間，周波数切替信号を出力する。このとき，図５における第１スイッチＳＷ１がオフし，第２スイッチＳＷ２がオンする。従って，図６Ｂに示すような第２カットオフ周波数の低域通過フィルタが形成される。この場合，低域通過フィルタでは高い周波数の信号まで追従できるので，全体として積分出力は出なくなる。例えば，第２抵抗Ｒ２が７５０ｋΩ，第３抵抗Ｒ３が第２抵抗Ｒ２の約１／１０００以下である１００Ωとしたとき，（第２抵抗Ｒ２）≫（第３抵抗Ｒ３）であるので，（第２カットオフ周波数）≫（第１カットオフ周波数）となる。

さらに，第３抵抗Ｒ３を通じて第１オペアンプＵ１の非反転入力端子と同電位の点に接続される構成により，切替前の状態を残さず高速にカットオフ周波数を変更することができる。かかる構成に関しては，第３および第５の実施形態で詳述する。

続いて，図５における減算器１１２と積分器１１４とを説明する。積分器１１４は，アナログ角速度信号を受ける第４抵抗Ｒ４と，第４抵抗Ｒ４の他端と反転入力端子（−）が接続され，低域通過フィルタ１１６の出力（フィードバック信号）が非反転入力端子（＋）に接続され，出力端がアナログ角度信号として増幅器１１８や低域通過フィルタ１１６に接続される第２オペアンプＵ２と，一端が第２オペアンプＵ２の反転入力端子に，他端が出力端子に接続される第５抵抗Ｒ５と，一端が第２オペアンプＵ２の反転入力端子に，他端が出力端子に接続される第２キャパシタＣ２と，第２オペアンプＵ２の非反転入力と所定の接地電位間に接続される第６抵抗とを含んで構成される。

かかる第２オペアンプＵ２の反転入力端子（−）および非反転入力端子（＋）の機能によって，減算器１１２が遂行される。即ち，上述した積分器１１４と減算器１１２とは一体形成されている。

かかる構成により，アナログ角速度信号を積分してアナログ角度信号を生成でき，また，積分器１１４の出力を，低域通過フィルタ１１６を通してフィードバックする構成は，全体的に高域通過フィルタ（ＨＰＦ）も形成する。従って，本実施形態の構成は，２つのカットオフ周波数を有する高域通過フィルタおよび積分器となる。かかる構成により，アナログ段階で，効率的かつ正確に手振れによる角度を抽出することが可能となる。

（第３の実施形態：伝達関数）
次に，上記積分器１１４と低域通過フィルタ１１６によって，高域通過フィルタを形成する構成を伝達関数を用いて説明する。

図７は，角度生成回路１００をブロック毎の伝達関数で表したシステム系統図である。かかるシステムでは，第１キャパシタＣ１がオフした状態，即ち，低域通過フィルタ１１６が単にゲインＢの増幅器として扱われている。

上記のシステムにおける，入力ｘから出力ｙまでの伝達特性Ｇ（ｓ）を計算すると，数式１が導出される。

ここで，ＡおよびＢ≫１とすると，数式１は，数式２のように変形できる。

即ち，カットオフ周波数がＡＢω_１，ゲインが１／Ｂとなる低域通過フィルタと等価になる。

図８は，角度生成回路１００をブロック毎の伝達関数で表したシステム系統図である。かかるシステムでは，第１キャパシタＣ１をオン，即ち，低域通過フィルタ１１６を有効に機能させて角度信号を生成している。

上記のシステムにおいて，入力ｘから出力ｙまでの伝達特性Ｇ（ｓ）を計算すると数式３が導出される。

数式３は，通常，帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）の伝達関数を表す。

ここで，ｓ≫ω_２，（１＋ＡＢ）ω_１ω_２≒０と仮定すると，数式３は，数式４のように変形できる。

従って，ω_２が小さい場合，第１キャパシタＣ１がオンであってもカットオフ周波数ω_１，ゲインＡの低域通過フィルタとして機能する。上記数式３の場合，正確には，低域通過フィルタ（積分機能）と高域通過フィルタの両機能を満たすことになる。

ところで，第１キャパシタＣ１をオフした数式２においても，第１キャパシタＣ１をオンした数式４においても，ｓ＝０のときのＧ（ｓ）は，数式５のようになる。

これは，第１キャパシタＣ１のオンオフに拘わらず，最終値が同じ値に収束することを示している。

このときＡ≫１であれば，数式５は，数式６のように変形される。

これは入力信号ｘが直流信号であった場合，出力信号ｙがｘ／Ｂの単純な信号で表されることを意味している。従って，フィードバック信号のための第１キャパシタＣ１をオフにしたとしても，その第１キャパシタＣ１の状態を，第１キャパシタＣ１が接続された場合の最終状態に高速に変化させ，再度オンに戻せばスムーズな切り替えが可能となる。

但し，このようにスムーズな切り替えを行う場合，第１キャパシタＣ１をオフしたときの低域通過フィルタ１１６（カットオフ周波数ω_２）の内部状態を考慮する必要がある。第１キャパシタＣ１がオフになっているとき，フィードバック信号の電圧値は，最終値になっている。しかし，第１キャパシタＣ１が開放された状態では，その第１キャパシタＣ１の放電状態に応じて，切り替え時の電圧移行が変化することとなる。

従って，第１キャパシタＣ１がオフの場合においても単に第１キャパシタＣ１を開放するだけでなく，第１キャパシタＣ１をオンした時の最終値に合わせる必要がある。

第１キャパシタＣ１に何ら追加回路を施さなかった場合，第１キャパシタＣ１の両端電圧がオン時とオフ時とで異なることとなり，オフからオンに復帰した場合に，第１キャパシタＣ１への電荷供給が必要となる。この供給される電荷は，並列する，抵抗値の大きい第２抵抗Ｒ２を経由するので，電圧値が静定するまで時間を要する。

そこで，上述したように，第１キャパシタＣ１オフ時には，第１キャパシタの開放端子を第３抵抗Ｒ３を介して第１オペアンプＵ１の非反転入力端子と同電位に接続しておく。上記のように第１オペアンプＵ１を反転増幅器として利用する場合，反転入力端子と非反転入力端子とは等しくなるように動作するので，第１キャパシタＣ１をオフからオンに切り替え時にも第１キャパシタＣ１の両端電圧変化が無くなり，速やかに静定する。

（第４の実施形態：角度生成回路１００のシミュレーション）
次に，上述した角度生成回路１００の効果を説明するため，各回路のシミュレーションを行った。

図９Ａ，Ｂ，Ｃは，低域通過フィルタ１１６のカットオフ周波数ｆｃの設定による角度出力を示したタイムチャートである。図９Ａはカットオフ周波数が第１カットオフ周波数，例えば０．３Ｈｚのみ，図９Ｂはカットオフ周波数が第２カットオフ周波数，例えば，４０Ｈｚのみ，図９Ｃは，制御部１２２からの周波数切替信号に応じて第１カットオフ周波数（０．３Ｈｚ）と第２カットオフ周波数（４０Ｈｚ）を切り替えた場合を示している。

また，角度生成回路１００に入力されるアナログ角速度信号は，旋回動作を示す矩形波と，手振れ動作を示す正弦波とを加算しており，矩形波は，０と６００ｍＶ間で変化し，正弦波は，上記矩形波に±６０ｍＶ，周波数３Ｈｚで入力される。

図９Ａでは，第１キャパシタＣ１が接続され，低域通過フィルタ１１６では，継続的に第１カットオフ周波数０．３Ｈｚの値がとられる。従って，角度生成回路１００全体からしてもカットオフ周波数の低い高域通過フィルタとなり，直流成分除去の速度が遅くなる。入力される角速度が手振れによるもののみであれば，かかる構成でも構わないが，旋回動作としてのステップ状の角速度が入力されると積分値も大きく積算され，その後，緩やかに定常状態に戻っていく。このような場合，出力信号の電圧も±１０Ｖ程度まで変化し，変動が大きいことが理解できる。

図９Ｂでは，第１キャパシタＣ１が開放され，低域通過フィルタ１１６では，継続的に第２カットオフ周波数４０Ｈｚの値がとられる。従って，角度生成回路１００全体からしてもカットオフ周波数の高い高域通過フィルタとなり，直流成分除去の速度が速い。しかし，かかる構成は，旋回動作によるステップ状の角速度のみならず，手振れによる角速度も全てキャンセルするように機能する。従って，出力電圧も±０．５Ｖ程度であり，矩形波も正弦波も入力に対して出力が小さくなっていることが理解できる。ここで，正弦波出力が復元されているように見えるが，フィードバックゲインが１倍と低いため，差分信号の残留が出ているに過ぎず，角度出力として積算されたものではない。

図９Ｃでは，通常状態（正弦波のとき）第１キャパシタＣ１が接続され，低域通過フィルタ１１６では，継続的に第１カットオフ周波数０．３Ｈｚの値がとられる。そして，旋回動作（矩形波のステップ入力）を認識すると，第１キャパシタＣ１をオフし，そのオフの間，低域通過フィルタ１１６では，第２カットオフ周波数４０Ｈｚの値がとられる。このように図９Ｃでは，カットオフ周波数の切り替えが行われる。

本実施形態は，図９Ｃに示したように図９Ａと図９Ｂを組み合わせた形になっており，通常状態で手振れ角速度を積分し，旋回動作の開始や終了を検出したらカットオフ周波数を変更して手振れ角速度を含む旋回角速度を無視し，さらに，旋回動作による急速な角速度変化が終了したらまた手振れ角速度を積分する通常状態に戻している。従って，出力電圧も±１．０Ｖ内に収まっている。

上記角度生成回路１００の詳細な処理としては，アナログ角度信号の電圧が上昇すると制御部１２２が旋回動作の開始や終了を認識し，その旋回動作の急速な角速度変化が終了するまで，第１キャパシタＣ１をオフし，カットオフ周波数を第２カットオフ周波数に変更する。また，旋回動作の急速な角速度変化が終了すると第１キャパシタＣ１をオンして，手振れ（ここでは正弦波）の増幅を復帰させる。

このようにカットオフ周波数を高くすると，旋回角速度と共に手振れ角速度も除去される（不感期間）が，画像の手振れ補正には影響しない。そして，旋回動作の急速な変化が終わると直ちに出力信号０を中心とした手振れによる角度制御が再開する。

（第５の実施形態：角度生成回路１００のシミュレーション）
次に，上述した角度生成回路１００の第１キャパシタＣ１のオフ時に，第１キャパシタＣ１の一端を開放せず，第３抵抗Ｒ３を介して第１オペアンプＵ１の非反転入力端子と同電位の点に接続した場合のシミュレーションを行った。

図１０Ａ，Ｂは，第１キャパシタＣ１オフ時の開放の有無による出力信号を比較したタイムチャートである。図１０Ａは，第１キャパシタＣ１をオフしたとき，その切断した端子を開放した状態でカットオフ周波数を切り替えている。図１０Ｂは，第１キャパシタＣ１をオフしたとき，第３抵抗Ｒ３を介して第１オペアンプＵ１の非反転入力端子と同電位の点に接続し，その状態でカットオフ周波数を切り替えている。

図１０Ａでは，第１キャパシタＣ１がオフになっているとき，フィードバック信号の電圧値は最終値になっている。しかし，第１キャパシタＣ１が開放された状態では，その第１キャパシタＣ１の放電状態に応じて，第１キャパシタＣ１の端子電圧が不安定になり，切り替え時もしくは切り替え直後の出力信号も第１キャパシタＣ１の端子電圧に影響されて電圧が収束しない。

図１０Ｂでは，第１キャパシタＣ１がオフになっているとき，その第１キャパシタを非反転入力端子と同電位の点に接続している。従って，第１キャパシタＣ１の端子電圧の収束を促し，第１キャパシタＣ１をオフからオンに切り替え時にも第１キャパシタＣ１の両端電圧が最終的な状態に落ち着いているので，出力信号は速やかに静定する。

（第６の実施形態：画像補正装置４００）
上述した角度生成回路１００を通じて撮像装置等の角度を生成すると，その生成された角度を利用して撮像した画像の手振れ補正を行う。この手振れ補正は，ビデオカメラやデジタルカメラ等の画像補正装置４００で実施される。

図１１は，画像補正装置４００の概略的な構成を示したブロック図である。かかる画像補正装置４００は，撮像によって画像を得る撮像部４１０と，撮像部４１０の動作角度を生成する角度生成回路１００と，生成された角度に応じて上記画像の手振れを補正する画像補正部４１２とを含んで構成される。

上記撮像部４１０は，被写体の光学像を撮像デバイスの感光面上に結像させる光学部品レンズ部，三角柱のガラス等により形成され，レンズに入射された入射光を，波長毎の単色光に分解するプリズム部，レンズ部によって結像された光学像を電気信号に変換するＣＣＤ部等を含んで形成され，かかる被写体の画像を画像補正装置４００内に取り込む。

上記角度生成回路１００は，第１の実施形態で説明したように，角速度計１１０と，減算器１１２と，積分器１１４と，低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１１６と，増幅器１１８と，アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１２０と，制御部１２２と，デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１２４と，周波数切替部１３０とを含んで構成される。かかる構成要素に関しては，第１の実施形態において既に説明しているので，重複説明を省略する。

上記画像補正部４１２は，角度生成回路１００から得られるアナログもしくはデジタル角度と反対の方向かつ絶対値が等しい角度で画像を移動もしくは回転する。かかる画像の移動は，上記プリズム部やレンズ部を電動機によって物理的に回転させても良いし，撮像された画像処理によって行うとしても良い。

かかる構成により，アナログ段階で積分され量子化誤差の無い角度信号で画像補正を行うことが可能となり，かつ，旋回動作を行ったとしても，旋回動作中や終了後，直ちに手振れ補正を再開させることができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，上記実施形態においては，パン，チルト方向の旋回動作を検知して，適切なＹＡＷ，ＰＩＴＣＨ角度を生成する構成を説明したが，かかる場合に限られず，ＲＯＬＬ方向の角速度から角度を検出する場合にも適応可能である。

また，上記では，角速度を挙げて画像を補正する構成を挙げているが，加速度や速度といった直線の動きに対して補正することも可能である。

また，本実施形態においては，アナログ角度信号を一旦アナログ／デジタル変換し，制御部で角度の判断をしているが，かかる構成をアナログ回路で実施することも可能である。例えば，アナログ角度信号を，旋回動作を判断可能なリファレンス電圧と比較器で比較し，その出力を周波数切替部に直接入力する等である。

また，角速度信号以降の処理をデジタルで行い，積分やフィルタをデジタル信号によって処理するとしても良い。上記の場合，カットオフ周波数の切り替えはソフトウェア的に実行される。

従来の撮像装置における手振れ補正を説明するためのブロック図である。 手振れ角速度と旋回角速度との違いを示すための説明図である。 第１の実施形態における角度生成回路の概略的な構成を示したブロック図である。 手振れ角速度と旋回角速度との違いを示すための説明図である。 角度生成回路の具体的な回路を示した回路図である。 周波数の切替によるカットオフ周波数の変化を説明するための回路図である。 周波数の切替によるカットオフ周波数の変化を説明するための回路図である。 角度生成回路をブロック毎の伝達関数で表したシステム系統図である。 角度生成回路をブロック毎の伝達関数で表したシステム系統図である。 低域通過フィルタのカットオフ周波数の設定による角度出力を示したタイムチャートである。 低域通過フィルタのカットオフ周波数の設定による角度出力を示したタイムチャートである。 低域通過フィルタのカットオフ周波数の設定による角度出力を示したタイムチャートである。 第１キャパシタオフ時の開放の有無による出力信号を比較したタイムチャートである。 第１キャパシタオフ時の開放の有無による出力信号を比較したタイムチャートである。 画像補正装置の概略的な構成を示したブロック図である。

符号の説明

１０，１１０ 角速度計
１２，１１６ 低域通過フィルタ
１６，１１８ 増幅器
１４ 高域通過フィルタ
２０，１２０ アナログ／デジタル変換器
２２，１２２ 制御部
２４，１２４ デジタル／アナログ変換器
１００ 角度生成回路
１１２ 減算器
１１４ 積分器
１３０ 周波数切替部
４００ 画像補正装置
４１０ 撮像部
４１２ 画像補正部
Ｃ１ 第１キャパシタ
Ｒ１ 第１抵抗
Ｒ２ 第２抵抗
Ｒ３ 第３抵抗
Ｕ１ 第１オペアンプ

Claims (7)

1. 角速度を測定して角速度信号を出力する角速度計と；
   前記角速度信号からフィードバック信号を減算する減算器と；
   前記減算器からの差分信号を積分して角度信号を出力する積分器と；
   前記角度信号の，第１カットオフ周波数または第２カットオフ周波数のいずれかの周波数以下の低域成分を抽出して前記フィードバック信号を生成する低域通過フィルタと；
   前記角度信号に応じて第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とを切り替える周波数切替部と；
   を備えることを特徴とする，角度生成回路。
2. 前記低域通過フィルタは，
   前記積分器に一端が接続された第１抵抗と；
   前記第１抵抗の他端に反転入力端子が接続され，出力端が前記減算器に接続される第１オペアンプと；
   一端が前記第１オペアンプの反転入力端子に，他端が出力端子に接続される第２抵抗と；
   一端が前記第１オペアンプの反転入力端子に，他端が出力端子に接続される第１キャパシタと；
   前記第１キャパシタの反転入力端子側に接続された第３抵抗と；
   からなり，
   前記周波数の切り替えは，前記第１キャパシタの反転入力端子側を電気的に切断し，第３抵抗を通じて第１オペアンプの非反転入力端子と同電位の点に接続されることによって実施されることを特徴とする，請求項１に記載の角度生成回路。
3. 前記第１カットオフ周波数は，未旋回時に生じる角速度信号の直流成分を除去可能な周波数であり，
   前記第２カットオフ周波数は，前記カットオフ周波数より高く，前記角速度計の旋回動作による直流成分を除去可能な周波数であることを特徴とする，請求項１に記載の角度生成回路。
4. 前記第１カットオフ周波数は，０．１〜１Ｈｚであり，前記第２カットオフ周波数は，１０〜１００Ｈｚであることを特徴とする，請求項３に記載の角度生成回路。
5. 前記角速度信号および前記角度信号は，アナログ信号であることを特徴とする，請求項１に記載の角度生成回路。
6. 前記角度信号をデジタル角度信号に変換するアナログ／デジタル変換器と；
   前記デジタル角度信号が所定角度を超えたことに応じて周波数切替信号を出力する制御部と；
   をさらに備え，
   前記周波数切替部は，前記周波数切替信号に応じて第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とを切り替えることを特徴とする，請求項５に記載の角度生成回路。
7. 撮像によって画像を得る撮像部と；
   前記撮像部の動作角度を生成する角度生成回路と；
   生成された角度に応じて前記画像の手振れを補正する画像補正部と；
   を備え，
   前記角度生成回路は，
   角速度を測定して角速度信号を出力する角速度計と；
   前記角速度信号からフィードバック信号を減算する減算器と；
   前記減算器からの差分信号を積分して角度信号を出力する積分器と；
   前記角度信号の，第１カットオフ周波数または第２カットオフ周波数のいずれかの周波数以下の低域成分を抽出して前記フィードバック信号を生成する低域通過フィルタと；
   前記角度信号に応じて第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とを切り替える周波数切替部と；
   からなることを特徴とする，画像補正装置。
   

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