JP2007127756A - 像振れ補正装置、光学装置、交換レンズ、及びカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、抑制可能な像振れの種類を増やすことのできる像振れ補正装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の像振れ補正装置は、撮影像を結像する撮影系（２）に加わる振動を検出する第１のセンサ（６ｐ，６ｙ）と、前記第１のセンサより高い周波数の前記振動を検出可能な第２のセンサ（５ｐ，５ｙ）と、前記第１のセンサと前記第２のセンサとのうち少なくとも一方の検出結果に基づき、前記振動による前記撮影像の振れを制御する制御部（３）とを備えたことを特徴とする。したがって、手振れ（低周波数の振動）に起因する像振れを抑制することや、機械的振動（高周波数の角度振れ）に起因する像振れを抑制することが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ビデオカメラやスチルカメラなどの撮影機材に搭載される像振れ補正装置に関する。

スチルカメラなどのカメラシステムに外部から振動が加わると、撮影像の乱れ（像振れ）が生じる。この像振れの主な原因は、手持ち撮影する際の手振れとされており、その振動の種類は、一般的な撮影倍率の場合、撮影系が傾斜する方向への振動（角度振れ）である。
この問題を回避するため、特許文献１に代表される像振れ補正の技術が提案された。この技術は、カメラシステムに角速度センサを搭載し、その角速度センサの出力を積分して撮影系の角度振れ量（傾斜角度）を算出し、その傾斜角度に応じて、像振れが打ち消されるよう撮影系の一部を制御駆動するものである。

ここで、角度振れを検出するためのセンサには様々な種類があるが、可搬機器であるカメラシステムには、小型化可能な角速度センサである振動ジャイロが好適である。振動ジャイロは、所定周波数で振動する振動子を有し、その振動子に加わるコリオリ力を検出するものである。この振動ジャイロの検出帯域を手振れの周波数帯域（例えば、３Ｈｚ〜８Ｈｚ）に設定しておけば、手振れを検知することができる。
特開２０００−１８０９１１号公報

ところで、三脚撮影時であっても、クイックリターンミラーやシャッタ機構など、カメラシステム内の機構の運動により像振れが生じることがある。また、自動車や電車などの移動体上で撮影するときに、手振れよりも移動体固有の振動が支配的になる可能性もある。しかし、これら機構や移動体による機械的振動の周波数は、手振れの周波数と比較して大幅に高い。

その一方で、振動ジャイロによる角速度の検出帯域は、振動子の材質と振動周波数とによってほぼ特定されてしまうので、手振れと機械的振動との双方を検出することは技術的に困難である。このため、現行の像振れ補正装置は、撮影状況により、像振れを抑制できないこともあった。
そこで本発明は、抑制可能な像振れの種類を増やすことのできる像振れ補正装置を提供することを目的とする。

本発明の像振れ補正装置は、撮影像を結像する撮影系に加わる振動を検出する第１のセンサと、前記第１のセンサより高い周波数の前記振動を検出可能な第２のセンサと、前記第１のセンサと前記第２のセンサとのうち少なくとも一方の検出結果に基づき、前記振動による前記撮影像の振れを制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
なお、像振れ補正装置には、外乱から前記第２のセンサを保護する保護部材が備えられてもよい。

また、像振れ補正装置には、前記第１のセンサの出力信号から前記第２のセンサの検出帯域に含まれる周波数成分を除去するローパスフィルタ手段が備えられてもよい。
また、前記第１のセンサには、少なくとも、前記撮影系のヨー方向の振動を検出するセンサと、前記撮影系のピッチ方向の振動を検出するセンサとの２つがあり、前記第２のセンサには、少なくとも、前記撮影系のヨー方向の振動を検出するセンサと、前記撮影系のピッチ方向の振動を検出するセンサとの２つから構成されてもよい。

また、前記第１のセンサは、振動子に単結晶を用いた振動ジャイロから構成され、前記第２のセンサは、振動子にセラミックを用いた振動ジャイロから構成されてもよい。
また、前記第１のセンサは、振動子に水晶を用いてもよい。
また、前記第１のセンサは、３Ｈｚ〜８Ｈｚの振動を検出可能であってもよい。
また、前記撮影系は、増幅型固体撮像素子を含んでもよい。

また、本発明の光学装置は、上述した何れかの像振れ補正装置を備えたことを特徴とする。
また、本発明の交換レンズは、上述した何れかの像振れ補正装置を備えたことを特徴とする。
また、本発明のカメラシステムは、上述した何れかの像振れ補正装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、高性能な像振れ補正装置が実現する。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態は、スチルカメラシステムの実施形態である。
先ず、図１に基づき本カメラシステムの全体構成を説明する。
図１は、本カメラシステムの全体構成図である。図１に示す座標系のＺ方向は、像振れ補正の非動作時のカメラシステムの光軸１００の方向に対応し、Ｙ方向は横位置撮影時のカメラシステムの上下方向に対応し、Ｘ方向は横位置撮影時のカメラシステムの左右方向に対応する。以下では、必要に応じてこの座標系を用いることとする。

図１に示すとおり、カメラシステムは、カメラ本体１と、カメラ本体１に対し着脱可能なレンズ鏡筒２とからなる。カメラ本体１は、例えば、クイックリターンミラーやシャッタ機構を備えた一眼レフタイプのスチルカメラであり、レンズ鏡筒２は、像振れ補正の機能を搭載した交換レンズである。
レンズ鏡筒２内には、撮影光学系として、例えば、第１のレンズ群２０１，第２のレンズ群２０２，第３のレンズ群２０３，第４のレンズ群２０４からなる４群構成のズームレンズが配置される。その変倍は、レンズ群２０１，２０２，２０３，２０４のＺ方向の位置関係を変化させることによって行われ、その焦点調節は、第２レンズ群２０２のＺ方向の位置を変化させることによって行われる。その際のレンズ群の移動は、レンズ鏡筒２内に備えられたカム機構（不図示）によって行われる。

このレンズ鏡筒２は、被写界からの被写体光束を、カメラ本体１内の撮像面１０１に結像する。その撮像面１０１上に形成された被写体像は、銀塩フィルムやＣＣＤ・ＣＭＯＳといった増幅型固体撮像素子などの撮像部によって撮像される。
ここで、第３のレンズ群２０３は、レンズ群２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃからなる３群構成となっており、それらは像振れ補正ユニット３内に収められている。このうちレンズ群２０３ｂが、像振れ補正のため駆動される補正レンズである。よって、以下では、レンズ群２０３ｂを「補正レンズ２０３ｂ」と称す。

この補正レンズ２０３ｂは、像振れ補正ユニット３においてＸ方向及びＹ方向に移動可能に支持されている。補正レンズ２０３ｂがＸＹ面内を移動すると、レンズ鏡筒２の光軸１００と撮像面１０１との位置関係が変化するので、撮像面１０１上を被写体像が移動する。そのために、像振れ補正ユニット３には、その補正レンズ２０３ｂをＸ方向に移動させるアクチュエータ３０１Ｘと、補正レンズ２０３ｂをＹ方向に移動させるアクチュエータ３０１Ｙとが備えられる。また、像振れ補正ユニット３内には、そのときの補正レンズ２０３ｂのＸ方向の位置及びＹ方向の位置を個別に検出する位置検出センサ３０２Ｘ及び位置検出センサ３０２Ｙも備えられる。

さらに、レンズ鏡筒２には、カメラシステムに加わる角度振れを検出するために、高周波用センサ５ｐ，５ｙと、低周波用センサ６ｐ，６ｙとが搭載される。それらセンサの固定箇所は、変倍時や焦点調節時にも回転しない部材（固定筒）である。
ここで、高周波用センサ５ｐ，低周波用センサ６ｐは、カメラシステムに加わるＸ軸周り（ピッチ方向）の角度振れの速度（角速度）を検出する角速度センサである。ピッチ方向の角度振れはＹ方向の像振れを引き起こすので、これらの高周波用センサ５ｐ，低周波用センサ６ｐは、アクチュエータ３０１Ｙ，位置検出センサ３０２Ｙと共にＹ方向の像振れ補正に利用される。

また、高周波用センサ５ｙ，低周波用センサ６ｙは、カメラシステムに加わるＹ軸周り（ヨー方向）の角度振れの速度（角速度）を検出する角速度センサである。ヨー方向の角度振れはＸ方向の像振れを引き起こすので、これらの高周波用センサ５ｙ，低周波用センサ６ｙは、上述したアクチュエータ３０１Ｘ，位置検出センサ３０２Ｘと共にＸ方向の像振れ補正に利用される。

このうち、高周波用センサ５ｐ，５ｙの角速度の検出帯域は、高周波数側に設定されており、低周波用センサ６ｐの角速度の検出帯域は、低周波数側に設定されている。
次に、図２に基づき高周波用センサ５ｐ，５ｙの検出帯域と、低周波用センサ６ｐ，６ｙの検出帯域とを詳しく説明する。
図２（ａ），（ｂ）は、低周波用センサ６ｐ，６ｙの検出帯域の概念、高周波用センサ５ｐ，５ｙの検出帯域の概念を示す図である。図２（ａ），（ｂ）において、横軸は周波数であり、縦軸は感度である。

先ず、低周波用センサ６ｐ，６ｙの検出帯域は、図２（ａ）に示すように、少なくとも、手振れの周波数帯域（３Ｈｚ〜８Ｈｚ，望ましくは１Ｈｚ〜１０Ｈｚ）をカバーする範囲に設定されている。その検出帯域は、例えば、余裕を持って約１Ｈｚ〜約３０Ｈｚに設定される。
このような検出帯域を持つ低周波用センサ６ｐ，６ｙには、振動子に水晶を用いた水晶型の振動ジャイロが好適である。その振動子の振動周波数を適切に設定することにより、図２（ａ）又はそれに近い検出帯域を実現できる。このような水晶型の振動ジャイロは、少ないドリフトで安定した検出を行うことができる。

次に、高周波用センサ５ｐ，５ｙの検出帯域は、図２（ｂ）に示すように、少なくとも、機械的振動の帯域（３０Ｈｚ〜５０Ｈｚ，望ましくは３０Ｈｚ〜１００Ｈｚ）をカバーし、かつ、低周波用センサ６ｐ，６ｙの検出帯域と部分的に重複するような範囲に設定されている。その検出帯域は、例えば、余裕を持って約２０Ｈｚ〜約１１０Ｈｚに設定される。

このような検出帯域を持つ高周波用センサ５ｐ，５ｙには、振動子の材料にセラミックを用いたセラミック型の振動ジャイロが好適である。その振動子の振動周波数を適切に設定することにより、図２（ｂ）又はそれに近い検出帯域を実現できる。
なお、高周波用センサ５ｐ，５ｙと低周波用センサ６ｐ，６ｙとの双方にセラミック型の振動ジャイロを適用することも可能である。その場合は、高周波用センサ５ｐ，５ｙと低周波用センサ６ｐ，６ｙとの間で、振動子の振動周波数に差異をつければよい。

次に、図３に基づき像振れ補正ユニット３の詳細を説明する。
図３は、像振れ補正ユニット３の断面図である。図３は、ＹＺ平面における断面図であり、この断面図中には、補正レンズ２０３ｂをＹ方向に移動させるアクチュエータ３０１Ｙと、補正レンズ２０３のＹ方向の位置を検出する位置検出センサ３０２Ｙとが表れている。

図３に示すように、像振れ補正ユニット３において、補正レンズ２０３ｂよりも前側のレンズ群２０３ａは、前側レンズ室３０４の内部に保持されている。また、補正レンズ２０３ｂよりも後側のレンズ群２０３ｃは、後側レンズ室３０５の内部に保持されている。補正レンズ２０３ｂは、保持枠３０３によって保持された状態で、前側レンズ室３０４と後側レンズ室３０５との間の空間に配置されている。

前側レンズ室３０４と後側レンズ室３０５とは、ねじ３０６で固定されており、補正レンズ２０３ｂを保持した保持枠３０３は、前側レンズ室３０４と後側レンズ室３０５との間隙を不図示の補正レンズ駆動機構により移動可能である。但し、その移動方向はＸ方向及びＹ方向のみに制限されており、保持枠３０３がＺ軸周りに回転することは無い。
アクチュエータ３０１Ｙは、例えば、ＶＣＭ（Voice Coil Motor）からなり、前側レンズ室３０４に固定された下側ヨーク３０１ａと、その下側ヨーク３０１ａ上に２極着磁された永久磁石３０１ｂと、保持枠３０３に固定されたループ状のコイル３０１ｃと、後側レンズ室３０５に固定された上側ヨーク３０１ｄとを備える。下側ヨーク３０１ａ，永久磁石３０１ｂ，上側ヨーク３０１ｄによると、コイル３０１ｃの近傍に磁気回路が形成される。よって、アクチュエータ３０１は、コイル３０１ｃへ駆動電流を流すことにより、保持枠３０３（及び補正レンズ２０３ｂ）をＹ方向へ移動させることができる。

位置検出センサ３０２Ｙは、例えば、前側レンズ室３０４に取り付けられたＬＥＤ（Light Emitting Diode）３０２ｃと、保持枠３０３に形成されたスリット３０２ｂと、スリット３０２ｂを通過した光を受光するＰＳＤ（Position Sensitive Detector）３０２ａと、検出部３０２ａを支持して後側レンズ室３０５の側へ固定する基板３０７とを備える。ＬＥＤ３０２ｃから発せられた光は、スリット３０２ｂを介してＰＳＤ３０２ａへ入射する。保持枠３０３（及び補正レンズ２０３ｂ）がＹ方向へ移動すると、スリット３０２ｂも移動するので、ＰＳＤ３０２ａの出力信号が変化する。よって、位置検出センサ３０２Ｙは、ＬＥＤ３０２ｃ及びＰＳＤ３０２ａを駆動することにより、補正レンズ２０３ｂのＹ方向の位置を検出することができる。

なお、図３には表れていないが、アクチュエータ３０１Ｘ及び位置検出センサ３０２Ｘは、アクチュエータ３０１Ｙ及び位置検出センサ３０２Ｙを光軸１００の周りに９０°回転させたものと同じである。アクチュエータ３０１Ｘは、アクチュエータ３０１Ｙが補正レンズ２０３ｂをＹ方向へ移動させるのと同様に、補正レンズ２０３ｂをＸ方向に移動させ、位置検出センサ３０２Ｘは、位置検出センサ３０２Ｙが補正レンズ２０３ｂのＹ方向の位置を検出するのと同様に、補正レンズ２０３ｂのＸ方向の位置を検出する。

次に、図４に基づき高周波用センサ５ｐ，５ｙ，低周波用センサ６ｐ，６ｙの実装形態を説明する。
図４（ａ）は、高周波用センサ５ｐ，５ｙ，低周波用センサ６ｐ，６ｙを固定した固定筒の周辺の斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）中のＡ視図である。
固定筒４０３は、レンズ鏡筒がカメラ本体に装着されている限り、変倍や焦点調節に依らず、Ｚ軸周りの回転位置が変化しない部材である。固定筒４０３に設けられたカム溝４０４は、レンズ鏡筒内の第１のレンズ群や第２のレンズ群を移動させるためのものである。

先ず、高周波用センサ５ｐは、ガラスエポキシからなる実装基板４０１、及び、ゴムなどの弾性部材からなる緩衝部材４０６を介して固定筒４０３に固定され、かつ遮音カバー４０５ｐによって覆われている。
具体的には、固定筒４０３の取り付け部４０３ａに対し、緩衝部材４０６を介して実装基板４０１が取り付けネジ４０７で固定され、その実装基板４０１上に高周波用センサ５ｐが実装される。その実装基板４０１には切り欠き部４０１ａが形成されており、その切り欠き部４０１ａと、遮音カバー４０５ｐの取り付け突起４０５ａとが係合することにより、高周波用センサ５ｐが遮音カバー４０５ｐによって覆われる。

また、高周波用センサ５ｙも、高周波用センサ５ｐと同じ実装基板４０１上に実装されており、かつ遮音カバー４０５ｙによって覆われている。
ここで、緩衝部材４０６には、高周波用センサ５ｐ，５ｙの出力信号にノイズを重畳させ得る外乱振動を吸収し、高周波用センサ５ｐ，５ｙを保護する働きがある。また、遮音カバー４０５ｐ，４０５ｙにも、その外乱振動を吸収して高周波用センサ５ｐ，５ｙを保護する働きがある。

特に、緩衝部材４０６は、クイックリターンミラーやシャッタ機構などの機構動作時にカメラシステム内の構造部材を伝達するような外乱振動を吸収する。一方、遮音カバー４０５ｐ，４０５ｙは、空気中を伝達する外乱振動（つまり音）を吸収する。因みに、これら外乱振動の周波数は、図２に示すように３０Ｈｚ以上の広帯域に亘り、実際には像振れを発生させないにも拘わらず高周波用センサ５ｐ，５ｙを感応させるため、ノイズの原因となり得る。なお、クイックリターンミラーの停止やシャッタ機構などの停止に伴ってカメラ全体が振れることによって像振れを生じることがある。この像振れを生じる振れも３０Ｈｚ〜１００Ｈｚを含むが、装置全体が振れるため緩衝部材４０６で吸収されることはなく検出でき、三脚装着時の像振れも高精度に補正することができる。

なお、これらの高周波用センサ５ｐ，５ｙを実装した実装基板４０１には、高周波用センサ５ｐ，５ｙからの出力信号を処理するアナログ回路の一部も実装されている。また、遮音効果を増すため、遮音カバー４０５ｐ，４０５ｙと高周波用センサ５ｐ，５ｙとの間に、例えば、発泡ウレタンなどからなる、振動を吸収する部材を介在させてもよい。
次に、低周波用センサ６ｐは、フレキシブルプリント基板からなる実装基板４０２を介して固定筒４０３に固定される。この低周波用センサ６ｐは、遮音カバーによって覆われることはなく、剥き出しのままでよい。

具体的には、固定筒４０３の表面に設けられた取り付け用平面部４０３ｂに対し、両面テープにより実装基板４０２が貼付され、その実装基板４０２の貼付面上に、低周波用センサ６ｐが実装されている。
また、低周波用センサ６ｙも、低周波用センサ６ｐと同じ実装基板４０２上に実装され、その低周波用センサ６ｐと同様に固定される。この低周波用センサ６ｙも、遮音カバーによって覆われることはなく、剥き出しのままでよい。

なお、低周波用センサ６ｐ，６ｙを実装した実装基板４０２には、２つの低周波用センサ６ｐ，６ｙからの出力信号を処理するアナログ回路の一部も実装されている。
次に、図５に基づき本カメラシステムの像振れ補正回路を説明する。図５には、Ｙ方向の像振れ補正回路のブロック図のみを示した。本カメラシステムの像振れ補正回路には、Ｙ方向の像振れ補正回路と、Ｘ方向の像振れ補正回路との２系統があるが、両者の間では使用されるセンサやアクチュエータが異なるだけであって、その回路構成は同じである。よって、ここでは、前者のみ説明する。

図５に示すとおり、Ｙ方向の像振れ補正回路は、高周波用センサ５ｐ，低周波用センサ６ｐ，増幅器５０１，６０１，加算器５０２，６０２，Ａ／Ｄ変換器５０３，６０３，Ｄ／Ａ変換器５０４，６０４，ＭＰＵ５００，モータドライバ７０３，アクチュエータ３０１Ｙ，補正レンズ駆動機構７０４，位置検出センサ３０２Ｙ，Ａ／Ｄ変換器７０５からなる。このうち、高周波用センサ５ｐ，低周波用センサ６ｐ，増幅器５０１，６０１，アクチュエータ３０１Ｙ，補正レンズ駆動機構７０４，位置検出センサ３０２Ｙは、上述したとおりレンズ鏡筒に搭載されており、それ以外の回路は、レンズ鏡筒又はカメラ本体に搭載されている。但し、この回路の特性は、レンズ鏡筒内の撮影光学系の仕様に適合させてあるので、カメラ本体側よりもレンズ鏡筒側に搭載されることが望ましい。

さて、カメラシステムにピッチ方向の角度振れが生じると、高周波用センサ５ｐ，及び低周波用センサ６ｐから角速度信号が出力される。
先ず、高周波用センサ５ｐからの角速度信号は、増幅器５０１によって所定の利得で増幅される。この増幅器５０１にはローパスフィルタの機能も付与されており、その増幅器５０１の遮断周波数は、超高周波数の電気ノイズ（図２参照）が除去されるように、高周波用センサ５ｐの検出帯域の上限値（１１０Ｈｚ）の近傍の適切な値に設定されている。

さらに、増幅器５０１から出力される角速度信号には、加算器５０２において直流信号が加算される。この直流信号の値は、ＭＰＵ５００内の加算出力算出部５０５によって逐次算出されるものであり、角速度信号の振幅を、Ａ／Ｄ変換器５０３のダイナミックレンジに適合させるための補正値である（この補正値は、正負双方の値を採り得る。）。加算出力算出部５０５が算出した補正値は、Ｄ／Ａ変換器５０４を介して加算器５０２に入力される。

こうして適切な値の振幅となった角速度信号は、Ａ／Ｄ変換器５０３においてディジタル信号に変換され、ＭＰＵ５００へと取り込まれる。
ＭＰＵ５００に取り込まれた角速度信号は、遮断周波数が０．１Ｈｚ程度のローパスフィルタ（ＬＰＦ；Low Pass Filter）５０６と減算器５０７とからなるハイパスフィルタを通過する。このハイパスフィルタにおいて、角速度信号は分岐され、その一方はローパスフィルタ５０６を介して減算器５０７へ入力され、他方はそのまま減算器５０７へ入力される。このようなハイパスフィルタによると、極低周波数の直流成分（ドリフト成分）が角速度信号から除去される。除去後の角速度信号は、ＭＰＵ５００内の信号切替部７１１に入力される。以下、高周波用センサ５ｐから得られたこの角速度信号を、高周波信号と称す。

一方、低周波用センサ６ｐからの角速度信号は、増幅器６０１によって所定の利得で増幅される。この増幅器６０１にはローパスフィルタの機能も付与されており、その遮断周波数は、外乱振動に起因したノイズ（図２参照）が除去されるように、３０Ｈｚ近傍の適切な値に設定されている。低周波用センサ６ｐを緩衝部材や遮音カバーで保護する必要が無いのは、このためである。また、このローパスフィルタ機能によれば、超高周波数の電気ノイズ（図２参照）も同時に除去される。

さらに、増幅器６０１から出力される角速度信号には、加算器６０２において直流信号が加算される。この直流信号の値は、ＭＰＵ５００内の加算出力算出部６０５によって逐次算出されるものであり、角速度信号の振幅を、Ａ／Ｄ変換器６０３のダイナミックレンジに適合させるための補正値である（この補正値は、正負双方の値を採り得る。）。加算出力算出部６０５が算出した補正値は、Ｄ／Ａ変換器６０４を介して加算器６０２に入力される。

こうして適切な値の振幅となった角速度信号は、Ａ／Ｄ変換器６０３によりディジタル信号に変換され、ＭＰＵ５００へと取り込まれる。
ＭＰＵ５００に取り込まれた角速度信号は、遮断周波数が０．１Ｈｚ程度のローパスフィルタ（ＬＰＦ）６０６と減算器６０７とからなるハイパスフィルタを通過する。このハイパスフィルタにおいて、角速度信号は分岐され、その一方はローパスフィルタ６０６を介して減算器６０７へ入力され、他方はそのまま減算器６０７へ入力される。このようなハイパスフィルタによると、極低周波数の直流成分（ドリフト成分）が角速度信号から除去される。除去後の角速度信号は、ＭＰＵ５００内の判定部７１０及び信号切替部７１１に入力される。以下、低周波用センサ６ｐから得られたこの角速度信号を、低周波信号と称す。

信号切替部７１１は、高周波信号と低周波信号との一方のみを出力する。どちらの信号を出力するかについては、ＭＰＵ５００内の判定部７１０の判定に従う。判定部７１０は、高周波信号の振幅と低周波信号の振幅とを比較し、振幅の大きい方の信号を、信号切替部７１１から出力させる。つまり、ピッチ方向に加わる高周波数（２０Ｈｚ〜１１０Ｈｚ）の角度振れと、低周波数（１Ｈｚ〜３０Ｈｚ）の角度振れとのどちらが支配的であるかを判定し、支配的である方の角度振れの信号を、Ｙ方向の像振れ補正に反映させる。

その信号（低周波信号又は高周波信号）は、ＭＰＵ５００内の目標位置算出部７０１に入力される。目標位置算出部７０１は、その信号を積分してカメラシステムのピッチ方向の傾斜角度を算出すると共に、その傾斜角度と、撮影光学系の像面移動倍率（撮影光学系の焦点距離及び被写体距離から求まる。）とに基づき、補正レンズ２０３ｂのＹ方向の目標位置を算出する。このＹ方向の目標位置は、その傾斜角度の下でＹ方向に生じる像振れを打ち消すための位置である。

なお、撮影光学系の焦点距離及び被写体距離は、レンズ鏡筒内のレンズ群のＺ方向の位置関係から求まるものであり、それらの情報は、レンズ鏡筒内のエンコーダを介してレンズＣＰＵが常時把握し、ＭＰＵ５００へと送られるものとする。
算出されたＹ方向の目標位置は、ＭＰＵ５００内の制御部７０２へ入力される。制御部７０２は、例えば、ＰＩＤ（Proportional, Integral, Dfferential）制御器などからなり、目標位置に応じて制御信号を生成し、モータドライバ７０３へ与える。モータドライバ７０３は、例えば、アクチュエータ３０１Ｙに対しＰＷＭ（Pluse Width Modulation）駆動を行うものである。

アクチュエータ３０１Ｙは、与えられた駆動量に応じて補正レンズ駆動機構７０４を駆動し、補正レンズ２０３ｂをＹ方向へ移動させる。これによって、撮像面上の被写体像はＹ方向へと移動する。その移動量は、補正レンズ２０３ｂの実際の移動量に撮影光学系の像面移動倍率を掛けた値となる。なお、図５では、補正レンズ２０３ｂを増幅器の記号で表現した。

また、その補正レンズ２０３ｂのＹ方向の位置は、位置検出センサ３０２Ｙによって検出される。その検出信号は、Ａ／Ｄ変換器７０５によりディジタル信号に変換されてから、目標位置算出部７０１と制御部７０２との間に挿入された減算器７０６へと入力される。
減算器７０６は、目標位置算出部７０１が算出したＹ方向の目標位置と、位置検出センサ３０２Ｙが検出したＹ方向の位置との偏差を求めて制御部７０２へ与える。制御部７０２が生成する制御信号は、その偏差を小さくするための信号である。

以上の目標位置算出部７０１、減算器７０６、制御部７０２、モータドライバ７０３、アクチュエータ３０１Ｙ、補正レンズ駆動機構７０４、位置検出センサ３０２Ｙ、Ａ／Ｄ変換器７０５からなる制御系は、補正レンズ２０３ｂのＹ方向の位置を目標位置に近づけるフィードバック制御を行う。これによって、Ｙ方向の像振れ補正が図られる。Ｘ方向の像振れ補正回路も、以上の回路と同様の動作をする。

ここで、上述した判定部７１０によると、像振れ補正に反映されるのは、カメラシステムに加わる低周波数（１Ｈｚ〜３０Ｈｚ）の角度振れと、高周波数（２０Ｈｚ〜１１０Ｈｚ）の角度振れとのうち、より支配的な方となる。
したがって、本カメラシステムでは、手振れ（低周波数の角度振れ）が支配的となる撮影状況下では、その手振れに起因する像振れが積極的に抑制され、機械的振動（高周波数の角度振れ）が支配的となる撮影状況下では、その機械的振動に起因する像振れが積極的に抑制される。つまり、抑制対象となる像振れの種類が、撮影状況に応じて自動的かつ適切に切り替わる。

また、本カメラシステムでは、抑制対象の切り替えがＸ方向とＹ方向とで独立に行われるので、仮に、Ｘ方向とＹ方向との間で支配的となる角度振れの種類が異なったとしても、各方向でそれぞれ適正な像振れ補正が行われる。
以下、本カメラシステムの撮影状況と、そのときの抑制対象との例を列記する。
・非移動体上での手持ち撮影…手振れが支配的なので、手振れに起因する像振れが抑制対象となる。
・非移動体上での三脚撮影…機械的振動が支配的なので、機械的振動に起因する像振れが抑制対象となる。
・移動体上での手持ち撮影…手振れと機械的振動とのうち支配的となった方に起因する像振れが抑制対象となる。
・移動体上での三脚撮影…機械的振動が支配的なので、機械的振動に起因する像振れが抑制対象となる。

（変形例）
なお、本カメラシステムの像振れ補正回路には判定部７１０が備えられたが、判定部７１０の代わりに、ユーザが操作可能な切替スイッチをカメラシステムの何れかの箇所（例えばレンズ鏡筒側）に設けると共に、その切替スイッチの出力信号を信号切替部７１１へ入力させてもよい。この場合の回路構成の例を図６に示した。この構成を採用した場合は、ユーザが必要に応じて切替スイッチを操作し、抑制対象を切り替えればよい。

その場合、切替スイッチを、Ｘ方向の抑制対象を切り替えるための切替スイッチと、Ｙ方向の抑制対象を切り替えるための切替スイッチとの２系統にしてもよいが、切替スイッチが２つあるとユーザ操作が煩雑になるので、Ｘ方向の抑制対象とＹ方向の抑制対象とを一緒に切り替える切替スイッチの１系統にしてもよい。
なお、専用の切替スイッチを備える代わりに、カメラ本体に予め設けられた操作部材（設定ダイアル、レリーズ釦など）を利用して同様の切り替えを行ってもよい。

また、その切替スイッチの代わりに、撮影状況を検出するセンサをカメラシステムの何れかの箇所に設けると共に、そのセンサの出力信号を信号切替部７１１へ入力させてもよい。撮影状況を検出するセンサとしては、例えば、カメラシステムが三脚などの固定部材へ固定されているか否かを検出するセンサが挙げられる。そのセンサを採用した場合、固定時には高周波信号が出力され、非固定時には低周波信号が出力されるように信号切替部７１１を動作させればよい。

［第２実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態は、カメラシステムの実施形態である。ここでは、第１実施形態との相違点のみ説明する。相違点は、像振れ補正回路の構成にある。
図７は、本実施形態の像振れ補正回路（Ｙ方向の像振れ補正回路）のブロック図である。本カメラシステムの像振れ補正回路にも、Ｙ方向の像振れを補正するための回路と、Ｘ方向の像振れを補正するための回路との２系統があるが、両者の間では、使用されるセンサやアクチュエータが異なるだけであって、その回路構成は同じである。よって、ここでは、Ｙ方向の像振れを補正するための回路のみ説明する。

図７に示すように、Ｙ方向の像振れ補正回路は、高周波用センサ５ｐ，低周波用センサ６ｐ，増幅器５０１’，６０１’，加算器６０２、Ａ／Ｄ変換器５０３，Ｄ／Ａ変換器５０４，ＭＰＵ５００，モータドライバ７０３，アクチュエータ３０１Ｙ，補正レンズ駆動機構７０４，位置検出センサ３０２Ｙ，Ａ／Ｄ変換器７０５からなる。
先ず、高周波用センサ５ｐから出力される角速度信号は、バンドパスフィルタの機能を有した増幅器５０１’によって所定の周波数帯域に制限される。一方、低周波用センサ６ｐから出力される角速度信号は、ローパスフィルタの機能を有した増幅器６０１’によって所定値以下の周波数帯域に制限される。これら増幅器５０１’，６０１’のフィルタ特性及び利得については後述する。

制限後の２つの角速度信号は、加算器６０２によって加算され、１つの角速度信号に統合される。以下、統合後の角速度信号を加算信号という。
この加算信号には、加算器５０２，Ｄ／Ａ変換器５０４，加算出力算出部５０５，ローパスフィルタ５０６，及び減算器５０７からなる回路により、第１実施形態と同様の振幅補正及びハイパスフィルタ処理が施される。処理後の加算信号は、目標位置算出部７０１，減算器７０６，制御部７０２，モータドライバ７０３，アクチュエータ３０１Ｙ，補正レンズ駆動機構７０４，位置検出センサ３０２Ｙ，及びＡ／Ｄ変換器７０５からなる制御系へ入力される。この制御系は、第１実施形態と同様の制御により、Ｙ方向の像振れ補正を行う。Ｘ方向の像振れ補正回路も、以上の回路と同様の動作をする。

ここで、上述した加算器６０２によると、像振れ補正に反映されるのは、カメラシステムに加わる低周波数の角度振れと、高周波数の角度振れとの和となる。
したがって、本カメラシステムは、手振れ（低周波数の角度振れ）に起因する像振れと、機械的振動（高周波数の角度振れ）に起因する像振れとの双方を同時に抑制することができる。

但し、本カメラシステムでは、上述した加算信号の振幅が異常値になることを防ぐために、増幅器５０１’，６０１’のフィルタ特性及び利得を以下の通り設定しておく必要がある。
次に、図８に基づき増幅器５０１’，６０１’のフィルタ特性及び利得を説明する。図８の横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は利得［ｄＢ］である。

増幅器５０１’のフィルタ特性の通過域は、少なくとも機械的振動の周波数帯域（３０Ｈｚ〜５０Ｈｚ，望ましくは３０Ｈｚ〜１００Ｈｚ）をカバーするよう設定されており、増幅器６０１’のフィルタ特性の通過域は、少なくとも手振れの周波数帯域（３Ｈｚ〜８Ｈｚ，望ましくは１Ｈｚ〜１０Ｈｚ）をカバーするように設定されている。また、増幅器５０１’の上限側の遮断周波数は、超高周波数の電気ノイズが除去されるように、１１０Ｈｚ近傍の適切な値に設定されている。

そして、増幅器６０１’の遮断周波数ｆ２と、増幅器５０１’の下限側の遮断周波数ｆ１とは、ｆ２＜ｆ１の関係を満たしており、増幅器６０１’の特性カーブと増幅器５０１’の特性カーブとは、完全に分離しているか、或いは、図８に示すごとく適度に重複している。
なお、仮に、両カーブの重複が大き過ぎると、境界部（ｆ２〜ｆ１）に属する周波数の角度振れが生じたときに、加算信号の振幅が大きな異常値となり、像振れ補正が過補正となる、つまり異常な像振れの生じる可能性がある。

反対に、両カーブの間隙が大き過ぎると、境界部（ｆ２〜ｆ１）に属する周波数の角度振れが生じたときに、加算信号の振幅が小さな異常値となり、像振れ補正が不足する、つまり像振れの残存する可能性がある（どちらかといえば間隙が大き過ぎるより重複が大き過ぎる方が問題である。）。
よって、以上の設定によれば、加算信号が異常値となる可能性を抑え、像振れ補正を安定させることができる。

また、増幅器５０１’の利得と、増幅器６０１’の利得とは、高周波用センサ単体の感度と低周波用センサ単体の感度との差異を相殺するような関係に設定される。この関係は、図７の高周波用センサ５ｐ及び増幅器５０１’からなる系の感度と、低周波用センサ６ｐ及び増幅器６０１’からなる系の感度とを一致させるような関係である。
よって、以上の設定によれば、手振れに起因する像振れの補正と、機械的振動に起因する像振れの補正との双方を適切に行うことができる。

なお、図８では、増幅器６０１’の利得よりも増幅器５０１’の利得を大きく表現したが、これは、低周波用センサ単体の感度よりも高周波用センサ単体の感度の方が低かった場合の例であり、感度の大小関係が逆のときには、利得の大小関係も逆になる。
（変形例）
なお、本カメラシステムの像振れ補正回路は、２つの角速度信号をアナログ領域で統合（加算）するものであったが、図９に示すように、ディジタル領域（ＭＰＵ５００内）で統合（加算）してもよい。図９において、ＭＰＵ５００内に符号５１１で示すのが２つの角速度信号を統合（加算）する加算器である。この場合、加算器５１１より前段は、高周波信号用の回路と低周波信号用の回路との２系統になり、加算器５１１より後段は、加算信号用の回路の１系統になる。

また、本カメラシステムの像振れ補正回路は、角速度信号同士を統合（加算）するものであったが、２つの角速度信号から個別に目標位置を求め、それら目標位置同士を統合（加算）してもよい。また、２つの角速度信号から個別に傾斜角度を算出し、それら傾斜角度同士を統合（加算）してもよい。何れの場合であっても、統合箇所（加算箇所）より前段は、高周波信号用の回路と低周波信号用の回路との２系統になり、統合箇所（加算箇所）より後段は、加算信号用の回路の１系統になる。

また、本カメラシステムの像振れ補正回路においては、図８に示すように、高周波信号及び低周波信号の検出帯域の境界部（ｆ２〜ｆ１）が、手振れの周波数帯域と機械的振動の周波数帯域との中間帯域に設定されているが、手振れの周波数帯域内や、機械的振動の周波数帯域内に設定されても構わない。但し、境界部（ｆ２〜ｆ１）は、他の帯域と比較して角度振れの生じにくい帯域（生じたとしても振幅の小さい帯域）に設定されることが望ましい。

［その他］
なお、上述した各実施形態では、像振れ補正回路にディジタル回路（ＭＰＵ）を使用したが、ディジタル回路の動作の一部又は全部をアナログ回路によって実現してもよい。また、上述した各実施形態のアナログ回路の動作の一部をディジタル回路によって実現してもよい。

また、上述した各実施形態では、像振れ補正のために補正レンズを駆動するカメラシステムを説明したが、撮像部（撮像素子やフィルム）を駆動するカメラシステムにも本発明は適用可能である。
また、上述した各実施形態では、カメラ本体と、カメラ本体に対し着脱可能なレンズ鏡筒とからなるカメラシステムを説明したが、カメラ本体とレンズ鏡筒とが一体化されたカメラシステムにも本発明は適用可能である。また、本発明は、スチルカメラシステムの他、ビデオカメラシステムやフィールドスコープ・双眼鏡といった光学装置にも適用可能である。

カメラシステムの全体構成図である。 低周波用センサ６ｐ，６ｙ，高周波用センサ５ｐ，５ｙの検出帯域の概念を示す図である。 像振れ補正ユニット３の断面図である。 高周波用センサ５ｐ，５ｙ，低周波用センサ６ｐ，６ｙを固定した固定筒の周辺の斜視図である。 第１実施形態の像振れ補正回路（Ｙ方向の像振れ補正回路）のブロック図である。 第１実施形態の変形例を示す図である。 第２実施形態の像振れ補正回路（Ｙ方向の像振れ補正回路）のブロック図である。 増幅器５０１’，６０１’のフィルタ特性を説明する図である。 第２実施形態の変形例を示す図である。

符号の説明

１…カメラ本体，２…レンズ鏡筒，２０１〜２０４…レンズ群，３…像振れ補正ユニット，５ｐ，５ｙ…高周波用センサ，６ｐ，６ｙ…低周波用センサ，３０１Ｘ，３０１Ｙ…アクチュエータ，３０２Ｘ，３０２Ｙ…位置検出センサ

Claims (11)

1. 撮影像を結像する撮影系に加わる振動を検出する第１のセンサと、
   前記第１のセンサより高い周波数の前記振動を検出可能な第２のセンサと、
   前記第１のセンサと前記第２のセンサとのうち少なくとも一方の検出結果に基づき、前記振動による前記撮影像の振れを制御する制御部と
   を備えたことを特徴とする像振れ補正装置。
2. 請求項１に記載の像振れ補正装置であって、
   外乱から前記第２のセンサを保護する保護部材を備えた
   ことを特徴とする像振れ補正装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の像振れ補正装置であって、
   前記第１のセンサの出力信号から前記第２のセンサの検出帯域に含まれる周波数成分を除去するローパスフィルタ手段を備えた
   ことを特徴とする像振れ補正装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の像振れ補正装置であって、
   前記第１のセンサには、少なくとも、前記撮影系のヨー方向の振動を検出するセンサと、前記撮影系のピッチ方向の振動を検出するセンサとの２つがあり、
   前記第２のセンサには、少なくとも、前記撮影系のヨー方向の振動を検出するセンサと、前記撮影系のピッチ方向の振動を検出するセンサとの２つがある
   ことを特徴とする像振れ補正装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の像振れ補正装置であって、
   前記第１のセンサは、振動子に単結晶を用いた振動ジャイロであり、
   前記第２のセンサは、振動子にセラミックを用いた振動ジャイロである
   ことを特徴とする像振れ補正装置。
6. 請求項５に記載の像振れ補正装置であって、
   前記第１のセンサは、振動子に水晶を用いた
   ことを特徴とする像振れ補正装置。
7. 請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の像振れ補正装置であって、
   前記第１のセンサは、３Ｈｚ〜８Ｈｚの振動を検出可能である
   ことを特徴とする像振れ補正装置。
8. 請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の像振れ補正装置であって、
   前記撮影系は、増幅型固体撮像素子を含む
   ことを特徴とする像振れ補正装置。
9. 請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の像振れ補正装置を備えた
   ことを特徴とする光学装置。
10. 請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の像振れ補正装置を備えた
    ことを特徴とする交換レンズ。
11. 請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の像振れ補正装置を備えた
    ことを特徴とするカメラシステム。

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