JP2011022273A - ブレ補正装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】好適なブレ補正を行うことができるブレ補正装置および光学機器を提供すること。
【解決手段】
ブレに対応したブレ信号（ω１）を出力するブレ検出部（４４，４６）と、ブレを補正するために駆動する光学部品（２０）と、前記光学部品の位置に対応する位置信号（ＬＲ）を出力する位置検出部（８２，１０７）と、前記ブレ信号及び前記位置信号を用いてブレを補正するためのブレ補正信号（Ｖｐｉｄ）を演算する演算部（１０１）と、前記ブレ補正信号の少なくとも一部の周波数帯域を減衰させて出力するフィルタ部（１０３）と、前記フィルタ部から出力された信号（Ｖｐｉｄ２）を用いて前記光学部品を駆動する駆動部（７６，１０５）とを含むブレ補正装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブレ補正装置および光学機器に関する。

撮影装置に発生する振れを検知し、レンズ鏡筒に内蔵される光学部品を振れ方向とは反対方向にシフトさせることにより、像ブレを補正する技術がある。また、手振れ等に起因する振れだけでなく、シャッタ駆動等によって発生した振れや、カメラを三脚に固定して撮影する時に発生する振れ等を補正する技術が提案されている（特許文献１または２等参照）。

ここで、シャッタ駆動等によって発生した振れや、カメラを三脚に固定して撮影する時に発生する振れは、手振れ等に起因する振れより周波数が高いため、これらの振れに起因する像ブレを補正するためには、光学部品の駆動周波数を高める必要がある。しかし、従来の技術では、光学部品の駆動周波数を高めた結果、光学部品の駆動時に発生する騒音や振動が大きくなるという問題が生じている。また、光学部品を高い周波数で駆動するためには、より大きい駆動力が必要とされるため、駆動力が飽和し、光学部品の制御系の安定性が悪化する場合があった。

特開２０００−３３０１５２号公報 特開２００８−２４９９００号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、好適なブレ補正を行うことができるブレ補正装置および光学機器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るブレ補正装置は、
ブレに対応したブレ信号（ω１）を出力するブレ検出部（４４，４６）と、
ブレを補正するために駆動する光学部品（２０）と、
前記光学部品の位置に対応する位置信号（ＬＲ）を出力する位置検出部（８２，１０７）と、
前記ブレ信号及び前記位置信号を用いてブレを補正するためのブレ補正信号（Ｖｐｉｄ）を演算する演算部（１０１）と、
前記ブレ補正信号の少なくとも一部の周波数帯域を減衰させて出力するフィルタ部（１０３）と、
前記フィルタ部から出力された信号（Ｖｐｉｄ２）を用いて前記光学部品を駆動する駆動部（７６，１０５）とを含む。

また、例えば、前記フィルタ部は、ローパスフィルタ、及び、バンドパスフィルタのうち少なくとも一方であってもよい。

また、例えば、前記演算部は、入力された信号を微分して出力する微分器（１１５）を有してもよく、
前記フィルタ部は、前記微分器の後段に備えられてもよい。

また、例えば、前記フィルタ部は、５００Ｈｚ以上、１ｋＨｚ以下のカットオフ周波数を有してもよい。

また、例えば、本発明に係るブレ補正装置は、前記フィルタ部のカットオフ周波数を、第１カットオフ周波数（ｆｃ１）と、前記第１カットオフ周波数よりも周波数が低い第２カットオフ周波数（ｆｃ２）とに切替えるように制御する制御部（１２１）を含んでいてもよい。

また、例えば、前記制御部は、静止画撮影時に前記フィルタ部が前記第１カットオフ周波数になり、動画撮影時に前記フィルタ部が前記第２カットオフ周波数になるように制御してもよい。

また、例えば、前記制御部は、前記ブレ信号を用いて前記フィルタ部のカットオフ周波数が切替わるように制御してもよい。

また、例えば、本発明に係るブレ補正装置は、音声を検出して音声信号を出力するマイク（６２）を有してもよく、
前記制御部は、前記音声信号を用いて前記フィルタ部のカットオフ周波数が切替わるように制御してもよい。

また、例えば、本発明に係る光学機器は、上記いずれかに記載のブレ補正装置を含む。

なお、上述の説明では、本発明をわかりやすく説明するために、実施形態を示す図面の符号に対応つけて説明したが、本発明は、これに限定されるものでない。後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。更に、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るカメラシステムの概略ブロック図である。 図２は、図１に示す防振ユニットの断面図である。 図３は、ブレ補正制御に関する演算処理を示すブロック図である。 図４は、図３に示す目標駆動位置演算部における演算処理を示すブロック図である。 図５は、図３に示すフィルタ部周辺における演算処理を示すブロック図である。 図６は、図１および図２に示す防振ユニットの制御特性（閉特性）を示すグラフである。 図７は、図１に示すカメラのブレ補正制御を示すフローチャートである。 図８は、ゲインと、目標操作量の最大振幅の関係を表すグラフである。 図９は、本発明の第２実施形態に係る防振ユニットのブレ補正制御における目標操作量の時間変化を表すグラフである。 図１０は、本発明の参考例に係る防振ユニットのブレ補正制御における目標操作量の時間変化を表すグラフである。 図１１は、本発明の第２参考例に係る防振ユニットの制御特性（閉特性）を表すグラフである。

図１は、本発明の一実施形態に係るブレ補正装置を搭載したカメラシステムを、模式的に示したブロック図である。図１を用いて、カメラシステムの概要を説明する。なお、本実施形態では、図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を用いて説明を行う。また、図１に示すカメラシステムは、ピッチング方向（Ｘ軸回りの方向）とヨーイング方向（Ｙ軸回りの方向）の振れを検出し、ブレ補正を行う。Ｚ軸は光軸と一致する軸である。Ｙ軸は、Ｚ軸と直交し、カメラボディ１０の底面に対して垂直な軸である。Ｘ軸は、Ｚ軸およびＹ軸に直交する軸である。

また、本実施形態では、デジタル一眼レフカメラを用いて説明を行うが、本発明に係るブレ補正装置を搭載する光学機器としては、これに限定されない。本発明に係るブレ補正装置は、銀塩フィルムカメラに搭載されてもよく、コンパクトカメラのような非レンズ交換式カメラに搭載されてもよく、また、カメラ付き携帯電話や、望遠鏡、双眼鏡等に搭載されてもよい。

カメラシステムは、撮像素子３０等を含むカメラボディ１０と、ズーミングレンズ１６や補正レンズ２０等のレンズを含むレンズ鏡筒１２によって構成される。カメラボディ１０に含まれる主制御部３２は、マイクロコンピュータ等で構成され、カメラボディ１０とレンズ鏡筒１２から構成されるカメラシステム全体の制御を行う。

また、主制御部３２には、主としてブレ補正に関する制御を行うブレ制御部３６が接続されている。本実施形態において、主制御部３２とブレ制御部３６は、相互に独立したワンチップマイクロコンピュータとして構成されるが、これに限定されるものではない。たとえば、主制御部３２は、相互に独立した制御ブロックを組み合わせて構成されていてもよく、あるいは、主制御部３２とブレ制御部３６は、ひとつのワンチップマイクロコンピュータとして構成されていてもよい。また、主制御部３２とブレ制御部３６を、複数のワンチップマイクロコンピュータ等で構成することも可能であるし、それぞれの制御ブロックをシリアル通信等で通信し、同様な動作を行うことも可能である。

レンズ鏡筒１２は、ズーミングレンズ１６、ブレ補正の為のシフトレンズ２０（以下、単に補正レンズ２０と言う）およびフォーカシングレンズ２２からなる撮影光学系を有する。これらの撮影光学系は、被写体からの光を、カメラボディ１０に含まれる撮像素子３０に投影する。

撮像素子３０は、主制御部３２により制御され、被写体からの光を光電変換し、画像を生成する。主制御部３２は、撮像素子３０によって得られた画像を処理する。主制御部３２は、撮影結果等を外部液晶モニタ５８に表示させることができる。また、主制御部３２は、必要に応じて撮影画像を記憶部４８に記憶させたり、記憶部４８に記憶された撮影画像を読み出すことができる。

さらに、主制御部３２は、撮影焦点距離を制御することができる。主制御部３２は、ズーミングレンズ位置検出部４０によりズーミングレンズ１６の位置を検出する。さらに、主制御部３２は、ズーミングレンズ駆動部３８により、ズーミングレンズ１６を撮影光軸方向（Ｚ軸方向）に沿って移動させることができる。このようにして、主制御部３２は、ズーミングレンズ１６の位置を変化させ、撮影における焦点距離を制御することができる。

主制御部３２は、カメラシステムのピント調整を制御することができる。主制御部３２は、フォーカシングレンズ位置検出部５２によりフォーカシングレンズ２２の位置を検出する。さらに、主制御部３２は、フォーカシングレンズ駆動部５０により、フォーカシングレンズ２２を撮影光軸方向（Ｚ軸方向）に沿って移動させることができる。このようにして、主制御部３２は、フォーカシングレンズ２２の位置を変化させることによって、ピント調整を行う。

主制御部３２は、撮影タイミングや、撮像素子３０の露光時間を制御することができる。主制御部３２は、シャッタ駆動部５４を用いてシャッタ２８の開閉を制御する。例えば、主制御部３２は、レリーズスイッチ６０からの信号を検出したタイミングで、シャッタ２８の開閉を行うことができる。

主制御部３２は、必要なタイミングで、閃光回路３４を介してキセノン管等を用いた閃光部２４を発光させることによって、フラッシュ動作を制御することができる。また、主制御部３２には、操作部５６が接続されている。撮影者は、操作部５６を操作することによって、撮影モード等の情報を入力することができる。主制御部３２は、操作部５６から入力された信号に基づき、カメラシステムに含まれる光学部品を制御し、撮影モード等の設定を行うことができる。また、主制御部３２は、設定した撮影モード等の情報を、外部液晶モニタ５８に表示させることができる。

レンズ鏡筒１２に含まれるブレ制御部３６は、通信接点を介して、主制御部３２に対して電気的に接続されている。ブレ制御部３６には、ブレ検出部４４およびブレ補正部４２が接続されている。ブレ検出部４４には、角速度センサ４６の信号が入力される。角速度センサ４６から出力される信号には、ブレに対応したブレ信号が含まれる。本実施形態に係るブレ検出部４４には、ピッチング方向（Ｘ軸回りの方向）の振れを検出するＸ軸用ジャイロ４６ａと、ヨーイング方向（Ｙ軸回りの方向）の振れを検出するＹ軸用ジャイロ４６ｂが接続されている。ブレ検出部４４は、角速度センサ４６から入力された信号を処理したのち、ブレに対応したブレ信号（振れ量子化値ω１（図３参照））を、ブレ制御部３６に出力する。

ブレ補正部４２は、防振ユニット１８に含まれる補正レンズ２０の位置を検出する機能と、防振ユニット１８に含まれる補正レンズ２０を駆動する機能とを有する。ブレ補正部４２は、補正レンズ２０の位置に対応する位置信号（補正レンズ位置ＬＲ（図３参照））を、ブレ制御部３６に出力する。ブレ制御部３６は、ブレ補正部４２から入力された位置信号と、ブレ検出部４４から入力されたブレ信号から、ブレを補正するためのブレ補正信号（目標操作量Ｖｐｉｄ（図３参照））を演算し、ブレ補正信号をフィルタ処理した後、ブレ補正部４２に出力する。ブレ補正部４２は、ブレ制御部３６から出力された信号（第２目標操作量Ｖｐｉｄ２（図３参照））を用いて、防振ユニット１８に含まれる補正レンズ２０を駆動する。

以下に、図２および図３を用いて、防振ユニット１８および防振ユニット１８を用いたブレ補正制御について、詳細に説明する。なお、実際にはピッチング方向とヨーイング方向について、それぞれのブレ補正機構が存在するが、本実施形態では説明を簡略化するために、一つの軸に関する制御機構のみを記す。

図２は、図１に示す防振ユニット１８の断面図である。防振ユニット１８は補正レンズ２０を有する。補正レンズ２０は、可動枠６６によって支持されている。可動枠６６は、撮影光軸１４に対して略垂直な平面であるＸＹ平面に沿って移動できるように、固定枠６４に対して相対移動可能に設置されている。すなわち、固定枠６４は、バネ７８を介して、可動枠６６および可動枠６６に取り付けられた補正レンズ２０を、移動自在に支持している。

可動枠６６には、コイル７６が取り付けられている。また、固定枠６４には、可動枠６６に取り付けられたコイル７６に対向する位置に、マグネット７４が取り付けられている。マグネット７４は、固定枠６４の内側に、ヨーク７２を介して取りつけられている。コイル７６を挟んでヨーク７２の反対側には、ヨーク７０が配置してある。

ヨーク７０，７２、マグネット７４、コイル７６は、補正レンズ２０を移動させるためのＶＣＭ（ボイスコイルモータ）を構成している。コイル７６は図１に示すブレ補正部４２に、電気的に接続されている。ブレ補正部４２は、コイル７６を流れる電流値を制御する。これにより、コイル７６は、マグネット７４およびヨーク７０，７２によって形成される磁界から、電流値に応じた駆動力を受ける。コイル７６が取り付けられている可動枠６６および可動枠６６に取り付けられている補正レンズ２０は、コイル７６が受ける駆動力によって、ＸＹ平面に沿って駆動される。

固定枠６４は、固定枠６４の内部に向かって突出しているＬＥＤ配置板６４ａを有する。ＬＥＤ配置板６４ａの面のうち、可動枠６６に対応する面には、ＬＥＤ６８が配置される。また、可動枠６６には、ＬＥＤ６８と対向する位置に、スリット８６が設けられている。スリット８６は、ＬＥＤ６８からの光を、可動枠６６の反対側に通過させる。可動枠６６を挟んでＬＥＤ６８の反対側には、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）８２が配置される。ＰＳＤ８２は、スリット８６に対向するように、固定枠６４に取り付けられる。

ＰＳＤ８２は、ＬＥＤ６８からの光の受光状態に関する信号を、図１に示すブレ補正部４２に出力する。ブレ補正部４２は、ＰＳＤ８２から出力された信号に基づいて、補正レンズ２０の位置を検出することができる。さらに、ブレ補正部４２は、補正レンズ２０の位置に対応する位置信号を、図１に示すブレ制御部３６へ出力する。

ブレ制御部３６は、補正レンズ２０の位置に対応する位置信号と、ブレ検出部４４から入力されたブレ信号から、ブレを補正するためのブレ補正信号を演算し、ブレ補正信号をフィルタ処理した後、ブレ補正部４２に出力する。ブレ補正部４２は、ブレ制御部３６から出力された信号に基づき、図２に示すコイル７６を流れる電流の値を制御し、ブレ補正レンズ２０を駆動する。

図３は、図１に示すカメラシステムにおいて行われるブレ補正信号の演算処理を表すブロック図である。角速度センサ４６で検出された信号は、図３に示すブレ検出部４４に出力される。ブレ検出部４４は、オフセット電圧調整部８８とＡ／Ｄ変換器９０を含む。角速度センサ４６からブレ検出部４４に入力された信号は、オフセット電圧調整部８８により角速度センサ４６のオフセット電圧が調整され、Ａ／Ｄ変換器９０により量子化される。この量子化された信号を振れ量子化値ω１とする。

振れ量子化値ω１は、ブレ制御部３６に入力される。振れ量子化値ω１は、２つの信号に分岐され、一方は振れ角速度基準値算出部９２に入力される。振れ角速度基準値算出部９２では、振れ量子化値ω１から、振れによって検出される角速度の基準値である振れ角速度基準値ω０が演算される。そして、第１減算器９４では、振れ量子化値ω１から、振れ角速度基準値ω０が減算されることによって、振れ量子化値ω１から誤差成分が除去された振れ角速度ωが算出される。

積分演算部９６では、角速度の単位で表されている振れ角速度ωを時間積分して、振れ角度に換算する。積分演算部９６は、算出された振れ角度を、補正レンズ目標位置ＬＣとして出力する。第２減算器９８には、積分演算部９６から出力された補正レンズ目標位置ＬＣと、位置信号出力部１０７から出力された補正レンズ位置ＬＲが、入力される。

ここで、補正レンズ位置ＬＲは、補正レンズ２０（図２）の位置に対応する信号である。防振ユニット１８に含まれるＰＳＤ８２は、図２に示すように、ＬＥＤ６８からの光を、スリット８６を介して受光する。ＰＳＤ８２は、ＬＥＤ６８からの光を受光した位置および受光した光の光量に対応した信号を、ブレ補正部４２の位置信号出力部１０７（図３）に出力する。この際、可動枠６６に形成されているスリット８６の位置は、補正レンズ２０の位置に応じて変化するため、ＬＥＤ６８からの光がＰＳＤ８２に受光される位置等も、補正レンズ２０の位置に応じて変化する。したがって、位置信号出力部１０７は、ＰＳＤ８２から入力される信号に基づき、補正レンズ２０の位置に対応する補正レンズ位置ＬＲを演算し、第２減算器９８に出力することができる。

図３に示すように、第２減算器９８は、積分演算部９６から出力された補正レンズ目標位置ＬＣから、位置信号出力部１０７から出力された補正レンズ位置ＬＲを差し引くことによって、制御誤差量ΔＬを算出する。第２減算器９８は、算出した制御誤差量ΔＬを、目標駆動位置演算部１０１に出力する。

図４は、図３に示す目標駆動位置演算部１０１における演算処理を表すブロック図である。目標駆動位置演算部１０１では、ＰＩＤ制御と呼ばれるフィードバック制御を用いて、補正レンズ２０の目標操作量Ｖｐｉｄを算出する。ＰＩＤ制御とは、Ｐ制御（比例制御）、Ｉ制御（積分制御）およびＤ制御（微分制御）を、組み合わせて用いるフィードバック制御である。

目標駆動位置演算部１０１では、まず、比例値Ｖｐと、積分値Ｖｉと、微分値Ｖｄとが、算出される。目標駆動位置演算部１０１の比例ゲイン部１０９では、制御誤差量ΔＬと比例ゲインＫｐとから比例値Ｖｐを算出し、加算器１１９に出力する。目標駆動位置演算部１０１の積分部１１１は、制御誤差量ΔＬを積分し、積分ゲイン部１１３は、積分部１１１での積分結果と積分ゲインＫｉから、積分値Ｖｉを算出する。目標駆動位置演算部１０１の微分部１１５は、制御誤差量ΔＬを微分し、微分ゲイン部１１７は、微分部１１５での微分結果と微分ゲインＫｄから、微分値Ｖｄを算出する。

目標駆動位置演算部１０１の加算器１１９では、比例値Ｖｐ、積分値Ｖｉおよび微分値Ｖｄを加算し、目標操作量Ｖｐｉｄを算出する。また、加算器１１９は、目標操作量Ｖｐｉｄを、フィルタ部１０３（図３）に出力する。

図５は、図３に示すフィルタ部１０３周辺の処理を表すブロック図である。フィルタ部１０３は、入力された目標操作量Ｖｐｉｄの少なくとも一部の周波数帯域を減衰させて、駆動信号演算部１０５に出力する。本実施形態に係るフィルタ部１０３は、図５に示すように、１次ディジタルバターワースＬＰＦであるが、フィルタ部１０３の構成としてはこれに限定されず、他のＬＰＦや、バンドパスフィルタであってもよい。

本実施形態に係るフィルタ部１０３の時定数τは、遮断周波数ｆｃおよび制御周期ｔｓを用いて以下の式１で表すことができる。
τ＝１／（２πｆｃ×ｔｓ） ・・・ （式１）
なお、図１１の１／ｚは、１回前の制御サンプリングを表す。

ここで、フィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃは、制御周期ｔｓ、ブレ補正制御系全体のゲイン余裕と位相余裕、撮影モード等に応じて適切な値に設定することができるが、例えば５００Ｈｚ〜１ｋＨｚに設定することが好ましい。遮断周波数ｆｃを５００Ｈｚ以上とし、５００Ｈｚ以上の周波数帯域を減衰させる構成とすることによって、フィルタ部１０３における処理が、目標操作量Ｖｐｉｄの周波数成分のうちブレ補正制御に必要な周波数成分に対して悪影響を与えることを防止できる。また、遮断周波数ｆｃを１ｋＨｚ以下とし、１ｋＨｚ以上の周波数帯域を減衰させる構成とすることによって、防振ユニット１８の可動部８４（図２）が高周波数で駆動されることによって生じる騒音を、効果的に低減させることができる。

また、フィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃは、撮影モード等に応じて変化してもよい。たとえば、図３に示すブレ制御部３６は、図５に示す切替制御部１２１を含んでいても良い。切替制御部１２１は、フィルタ部１０３に制御信号を出力し、フィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃを、第１遮断周波数ｆｃ１と、第１遮断周波数ｆｃ１よりも周波数が低い第２遮断周波数ｆｃ２との間で切り替えるように制御する。

切替制御部１２１は、静止画撮影時にフィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃが第１遮断周波数ｆｃ１になり、動画撮影時にフィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃが第２遮断周波数ｆｃ２になるように、フィルタ部１０３を制御してもよい。

切替制御部１２１は、動画撮影または静止画撮影等の撮影モードに応じて遮断周波数ｆｃを切り替えても良いが、振れ量子化値ω１または制御誤差量ΔＬ等のブレ信号に応じて、遮断周波数ｆｃを切り替えることができる。例えば、ブレ信号の周波数を解析し、ブレ信号の周波数が高いときは、遮断周波数ｆｃを上げ、ブレ信号の周波数が低いときは、遮断周波数ｆｃを下げるように制御してもよい。これによって、フィルタ部１０３は、ブレ信号に応じて適切に設定された遮断周波数ｆｃを用いて、目標操作量Ｖｐｉｄを処理することができる。なお、ブレ制御部３６は、遮断周波数ｆｃを上げるのに合わせてゲインを上げ、遮断周波数ｆｃを下げるのに合わせてゲインを下げてもよい。

また、切替制御部１２１は、カメラボディ１０に含まれるマイク６２（図１）からの音声信号を用いて、フィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃを切り替えてもよい。例えば、マイク６２（図１）から入力される音声信号を主制御部３２等で解析する。主制御部３２が、カメラシステムの周囲音の音圧が低いと判断した場合は、切替制御部１２１に信号を送り、切替制御部１２１は、遮断周波数ｆｃを低い値（第２遮断周波数ｆｃ２）に設定する。その反対に、主制御部３２が、カメラシステムの周囲音の音圧が高いと判断した場合は、切替制御部１２１に信号を送り、切替制御部１２１は、遮断周波数ｆｃを高い値（第１遮断周波数ｆｃ１）に設定する。これにより、本実施形態に係るブレ補正装置は、周囲音の音圧が低い場合は防振ユニット１８の駆動音を抑制し、周囲音の音圧が高い場合は防振ユニット１８の応答性を重視したブレ補正制御を行うことができる。なお、ブレ制御部３６は、遮断周波数ｆｃを上げるのに合わせてゲインを上げ、遮断周波数ｆｃを下げるのに合わせてゲインを下げてもよい。

あるいは、切替制御部１２１は、実際に露光動作を行っている撮影段階と、露光動作前に構図決定等を行っている撮影準備段階とで、フィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃを切り替えてもよい。たとえば、切替制御部１２１は、露光動作前は遮断周波数ｆｃを低い値に設定し、露光動作中は遮断周波数ｆｃを高い値に設定することができる。これにより、本実施形態に係るブレ補正装置は、露光動作中はシャッタ駆動等に伴う高周波数成分を含むブレを好適に補正し、露光動作前は必要とするブレ補正制御を行いつつも電力消費を抑制することができる。

図３に示すように、フィルタ部１０３は、目標操作量Ｖｐｉｄの少なくとも一部の周波数帯域を減衰させて第２目標操作量Ｖｐｉｄ２を演算し、第２目標操作量Ｖｐｉｄ２を駆動信号演算部１０５に出力する。ブレ補正部４２に含まれる駆動信号演算部１０５は、入力される第２目標操作量Ｖｐｉｄ２に従って補正レンズ２０を移動させるように、コイル７６（図２）の電流値を制御する。このようにして、ブレ制御部３６、ブレ補正部４２およびブレ検出部４４は、補正レンズ２０を駆動し、ブレを補正する。

図６は、第１実施形態に係るブレ補正装置を用いて実施したブレ補正制御の制御特性（閉特性）の一実施例と、本実施形態の比較例（第１比較例）に係るブレ補正装置の制御特性を表すグラフである。図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、各ブレ補正装置の周波数特性を表している。図６（Ａ）は、制御ゲインと周波数の関係を表しており、図６（Ｂ）は、位相と周波数の関係を表している。

図６（Ａ）および図６（Ｂ）において、実施例の制御特性は実線で表されており、比較例の制御特性は点線で表されている。実施例で用いたブレ補正装置は、図３に示すように、ブレ信号の高周波数成分を減衰させるフィルタ部１０３を備える。実施例におけるフィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃは、５００Ｈｚとした。それに対して、比較例で用いたブレ補正装置は、図３に示すフィルタ部１０３を含まないが、それ以外の構成は実施例と同様とした。

なお、実施例、比較例ともに、制御サンプリング周波数ｆｓは、三脚ブレ等に対応可能な高周波数に設定した。具体的には、実施例、比較例ともに、制御サンプリング周波数ｆｓは、４ｋＨｚとした。また、図６に示す実施例および比較例で用いたブレ補正装置に含まれる防振ユニット１８は、補正レンズ２０を含む可動部８４（図２）が比較的軽く、アクチュエータの駆動力が、十分な余裕を持っている。

図６（Ａ）に示すように、フィルタ部１０３を備える実施例に係る制御特性と、フィルタ部１０３を備えない比較例に係る制御特性とを比べると、実施例では、５００Ｈｚ以上の高周波数領域の制御ゲインが、比較例に比べて低減されていることがわかる。ここで、ブレ補正制御において、防振ユニット１８を５００Ｈｚ以上の周波数帯で駆動すると、５００Ｈｚ未満の周波数帯で駆動する場合に比べて、防振ユニット１８が大きな振動や駆動音を発生させる傾向にある。実施例では、５００Ｈｚ以上の高周波数領域における制御ゲインが低減されているので、実施例に係る制御は、防振ユニット１８が発生させる振動や、駆動音を大きく低減できる。例えば、実施例に係る制御特性では、２ｋＨｚ周辺の制御ゲインが２５ｄＢ程度低減されており、このことは、当該周波数の制御に起因して発生する駆動音の音圧が、１０分の一程度に低減されることを意味する。

また、図６（Ｂ）に示すように、実施例では、比較例より低い周波数領域で位相が遅れ始めており、実施例に係る制御特性は、２００Ｈｚを超えた領域から位相の遅れが見られる。しかし、ブレ補正制御に関係がある周波数領域は、おおむね１５０Ｈｚ以下であるため、実施例にみられる位相の遅れは、ブレ補正制御に対して実質的な影響はないと考えられる。すなわち、フィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃを適切に設定することによって、ブレ補正制御に関係がある周波数領域に関しては、位相の遅れが発生することを防止できる。

このように、ブレ信号の高周波数成分を減衰させるフィルタ部１０３を備えるブレ補正装置は、三脚ブレ等に対応できるように高い制御サンプリング周波数ｆｓで防振ユニット１８を制御した場合でも、ブレ補正制御に起因する駆動音や振動の発生を防止できる。すなわち、本実施形態に係るブレ補正装置は、三脚ブレやシャッタ駆動に伴うブレなど、高い周波数の振れ成分に起因するブレを、精度良く補正するとともに、ブレ補正制御に起因する駆動音や振動の発生を防止して、快適な撮影を実現できる。

以下に、図１、図３、図５および図７を用いて、第１実施形態に係るブレ補正制御装置を用いたブレ補正制御の具体的な流れを説明する。図７は、図１に示すカメラシステムにおけるブレ補正制御の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ００１では、図１に示す主制御部３２が、レリーズスイッチ６０から入力された半押し信号を受けて、ブレ補正制御のパラメータ設定を開始する。ステップＳ００２において、主制御部３２は、カメラボディ１０の撮影モードが、静止画モードであるか否かを判断する。

ステップＳ００２において、静止画モードであると判断した場合、主制御部３２は、静止画モードに対応したブレ補正制御に必要なパラメータを取得する（ステップＳ００３）。主制御部３２は、例えばカメラボディ１０に内蔵されているメモリ（不図示）から、フィルタ部１０３（図３）の遮断周波数ｆｃや、目標駆動位置演算部１０１の固定値ゲイン（比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ、微分ゲインＫｄ）等のパラメータを取得する。ステップＳ００３において、主制御部３２は、遮断周波数ｆｃを第１遮断周波数ｆｃ１（ｆｃ１＝１ｋＨｚ）とし、各固定値ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを１倍とするパラメータを取得する。また、ステップＳ００２において、主制御部３２は、取得したパラメータをブレ制御部３６に出力する。ブレ制御部３６は、主制御部３２から出力されたパラメータに従い、図４に示す目標駆動位置演算部１０１の各固定値ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを設定するとともに、図５に示す切替制御部１２１を介してフィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃを設定する。

ステップＳ００２において、静止画モードでないと判断した場合、主制御部３２は、動画モードに対応したブレ補正制御に必要なパラメータを取得する（ステップＳ００３ａ）。ステップＳ００３ａにおいて、主制御部３２は、遮断周波数ｆｃを第２遮断周波数ｆｃ２（ｆｃ２＝０．５ｋＨｚ）とし、各固定値ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを０．５倍とするパラメータを取得する。また、ステップＳ００３ａにおいて、主制御部３２は、ステップＳ００３と同様に、ブレ制御部３６を介して、目標駆動位置演算部１０１の固定値ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄや、フィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃを設定する。

ステップＳ００４では、図１に示す防振ユニット１８、ブレ補正部４２、角速度センサ４６、ブレ検出部４４およびブレ制御部３６によって、ブレ補正制御が開始される。撮影モードが静止画モードである場合には、目標駆動位置演算部１０１の固定値ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄや、フィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃが、動画モードより高く設定されている。したがって、静止画モードにおけるブレ補正制御では、三脚ブレやシャッタ駆動に伴うブレなど、高い周波数の振れ成分に起因するブレを、精度良く補正することができる。

それに対して、撮影モードが動画モードである場合には、目標駆動位置演算部１０１の固定値ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄや、フィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃが、静止画モードより低く設定されている。したがって、動画モードにおけるブレ補正制御では、防振ユニット１８の補正レンズ２０が高い周波数に追従しないため、ブレ補正制御に伴う電力消費が低減される。なお、動画モードでは、シャッタ駆動に伴うブレは発生せず、また、三脚ブレのような高周波数のブレは比較的目立ちにくいので、固定値ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄや、遮断周波数ｆｃは、静止画モードより低く設定されていてもよい。さらに、動画モードでは、固定値ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄや、遮断周波数ｆｃが低く設定されているため、高周波数領域の制御ゲインがより大きく低減され、ブレ補正制御に伴う振動および駆動音の発生を、静止画モードより効果的に防止できる。

ステップＳ００５では、図１に示す主制御部３２は、レリーズスイッチ６０からの半押し信号がＯＦＦであるか否かを判断する。半押し信号がＯＦＦであると判断した場合、主制御部３２は、ブレ制御部３６等に信号を出力し、ブレ補正制御を停止させた後（ステップＳ００６）、一連の制御を終了させる（ステップＳ００７）。

ステップＳ００５において、半押し信号がＯＦＦでないと判断した場合、主制御部３２は、レリーズスイッチ６０からの全押し信号が入力されているか否かを判断する（ステップＳ００８）。全押し信号が入力されていないと判断した場合、主制御部３２は、ブレ補正制御を継続させたまま、ステップＳ００５の処理に戻る。

ステップＳ００８において全押し信号が入力されていると判断した場合、主制御部３２は、ブレ制御部３６（図３）等に信号を出力し、ブレ補正制御を一旦停止させる（ステップＳ００９）。さらに、ブレ制御部３６およびブレ補正部４２は、主制御部３２からの制御に応じて、防振ユニット１８の補正レンズ２０をセンタリングする露光前センタリングを行う（ステップＳ０１０）。

防振ユニット１８、ブレ補正部４２、角速度センサ４６、ブレ検出部４４およびブレ制御部３６は、露光前センタリングの後、ブレ補正制御を再開する（ステップＳ０１１）。ステップＳ０１２において、主制御部３２は、撮影が終了しているか否かを判断する。撮影が終了していないと判断した場合は、主制御部３２は、ブレ制御部３６等に、ブレ補正制御を継続させる。それに対して、撮影が終了していると判断した場合は、主制御部３２は、ブレ制御部３６等に信号を出力し、ブレ補正制御を終了させる（ステップＳ０１３）。

本実施形態に係るブレ補正装置は、図７を用いて説明したように、撮影モードが静止画モードであるか動画モードであるかを判断し、それぞれの撮影モードに対して好適なブレ補正制御を行うことができる。すなわち、本実施形態に係るブレ補正装置は、静止画モードにおけるブレ補正制御では、三脚ブレやシャッタ駆動に伴うブレなど、高い周波数の振れ成分に起因するブレを精度良く補正することができる。また、本実施形態に係るブレ補正装置は、動画モードにおけるブレ補正制御では、ブレ補正制御に伴う電力消費を低減させつつ、ブレ補正制御に伴う振動および駆動音の発生を、静止画モードより効果的に防止できる。

第２実施形態
図８は、第２実施形態に係るブレ補正装置を用いて実施したブレ補正制御（第２実施例）における第２目標操作量Ｖｐｉｄ２と固定値ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄの関係を、実線で表したものである。また、図８には、比較のために、第２実施形態の比較例（第２比較例）に係る目標操作量Ｖｐｉｄと固定値ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄの関係を、点線で表している。

第２実施形態に係るブレ補正装置は、図１〜図５に示す第１実施形態に係るブレ補正装置とほとんど同様であるが、防振ユニット１８に含まれる補正レンズ２０の重量が重く、アクチュエータの駆動力の余裕が、第１実施形態に係るブレ補正装置より乏しい。第２実施形態に係るブレ補正装置は、この点を除き、第１実施形態に係るブレ補正装置と同様である。

第２実施形態に係るブレ補正装置は、図３に示すように、ブレ信号の高周波数成分を減衰させるフィルタ部１０３を備える。第２実施例におけるフィルタ部１０３の遮断周波数ｆｃは、５００Ｈｚとした。それに対して、第２比較例で用いたブレ補正装置は、図３に示すフィルタ部１０３を含まないが、それ以外の構成は第２実施例と同様である。

第２比較例では、アクチュエータの駆動力の余裕が乏しく、さらに、ブレ信号の高周波数成分を減衰させるフィルタ部１０３を含まないブレ補正装置を用いている。第２比較例で用いたブレ補正装置は、図８および図１１に示すように、補正レンズ２０の応答性を高めることが難しい。

図１１は、第２比較例で用いたブレ補正装置に係る防振ユニットの制御特性（閉特性）を表すグラフである。図１１（Ａ）は、制御ゲインと周波数の関係を表しており、図１１（Ｂ）は、位相と周波数の関係を表している。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、制御サンプリング周波数ｆｓが１ｋＨｚの場合と、２ｋＨｚの場合と、４ｋＨｚの場合と、８ｋＨｚの場合における周波数特性を、表示している。

第２比較例で用いたブレ補正装置は、図１１（Ａ）に示すように、制御サンプリング周波数ｆｓがいずれの値であっても、１５０Ｈｚ未満の周波数領域で、すでに制御ゲインが著しく低下し始めていることがわかる。また、図１１（Ｂ）に示すように、制御サンプリング周波数ｆｓがいずれの値であっても、１５０Ｈｚ未満の周波数領域で、すでに位相が大きく遅れ始めていることがわかる。

このように、第２比較例で用いたブレ補正装置は、補正レンズ２０の応答性を高める目的で、制御サンプリング周波数ｆｓおよび固定値ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを上昇させても、ＰＩＤ制御の安定性が低下し、精度良くブレ補正制御することが難しい。これは、第２比較例で用いたブレ補正装置に含まれるアクチュエータの駆動力の余裕が乏しいことに起因する。

図１０は、第２比較例に係るブレ補正制御における目標操作量Ｖｐｉｄの時間変化を表すものである。第２比較例に係る目標操作量Ｖｐｉｄは、高周波成分を減衰させる処理を施されていないため、周波数が１ｋＨｚ（周期が１ｍｓｅｃ）程度の高い周波数成分を含む。また、図１０に示すように、周波数が１ｋＨｚ程度の高い周波数成分は振幅も大きいため、目標操作量Ｖｐｉｄの一部は、駆動力出力（Driving performance）の１００％に相当する値を超えており、ブレ補正制御の一部で駆動力が飽和している。したがって、第２比較例で用いたブレ補正装置は、制御サンプリング周波数ｆｓおよび固定値ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを上昇させても、ＰＩＤ制御の安定性が低下し、補正レンズ２０の応答性を高めることが難しい。なお、目標操作量Ｖｐｉｄに含まれる高周波数ノイズは、主としてＰＩＤ制御における微分値Ｖｄが、高周波数であって振幅の大きい成分を形成することによって生じる。

また、図８に示すように、第２比較例では、固定値ゲインを上昇させると簡単に駆動力が飽和してしまうので、補正レンズ２０の応答性を高めることが難しい。さらに、図１０に示すように、ブレ補正制御の一部で駆動力が飽和している第２比較例では、防振ユニット１８が許容できない駆動音を発生させる場合がある。

これに対して、第２実施例で用いたブレ補正装置は、第２比較例と駆動力そのものは同等であるが、ブレ信号の高周波数成分を減衰させるフィルタ部１０３（図５等参照）を備えるため、ブレ補正制御におけるゲイン余裕が大きい（図８）。

図９は、第２実施例に係るブレ補正制御における第２目標操作量Ｖｐｉｄ２の時間変化を表すものである。第２実施例に係る第２目標操作量Ｖｐｉｄ２は、高周波成分を減衰させる処理を、フィルタ部１０３において施されたものであるため、目標操作量Ｖｐｉｄに含まれる成分のうち、周波数が１ｋＨｚ程度の高い周波数成分が減衰されている。したがって、第２目標操作量Ｖｐｉｄ２は、駆動力出力（Driving performance）の１００％に相当する値を超えておらず、ブレ補正制御の全体で駆動力が飽和していない。したがって、第２実施例で用いたブレ補正装置は、制御サンプリング周波数ｆｓおよび固定値ゲイン上昇に伴うＰＩＤ制御の安定性低下を抑制しうるため、補正レンズ２０の応答性を高めることができる。

第２実施形態に係るブレ補正装置は、アクチュエータの駆動力自体は大きくない場合であっても、高い周波数の振れ成分に起因するブレを精度良く補正するとともに、ブレ補正制御に起因する駆動音や振動の発生を防止して、快適な撮影を実現できる。

その他の実施形態
第１実施形態および第２実施形態に係るブレ補正装置では、フィルタ部１０３を用いて、図３に示す目標駆動位置演算部から出力される目標操作量Ｖｐｉｄに対して、高周波成分を減衰させる処理を行う。しかし、フィルタ部１０３の配置としてはこれに限定されず、例えば、図４に示す微分ゲイン部１１７と加算器１１９の間に、高周波成分を減衰させるフィルタ部を配置してもよい。フィルタ部を、微分部１１５の後段に備えることによって、ブレ補正信号の中から、高周波数であって振幅の大きい成分を効果的に減衰させることができる。なぜなら、目標操作量Ｖｐｉｄに含まれる高周波数ノイズは、ＰＩＤ制御における微分値Ｖｄが、高周波数であって振幅の大きい成分を形成することによって生じる傾向にあるからである。

また、上述の実施形態に係るブレ補正装置では、ブレを補正するために駆動する光学部品は、補正レンズ２０であるが、ブレを補正するために駆動する光学部品はこれに限定されない。例えば、ブレを補正するために駆動する光学部品は、レンズ等の光を透過させる光透過部材であってもよいし、ミラーと等の光を反射させる光反射部材であってもよいし、又は、ＣＣＤ、Ｃ−ＭＯＳセンサ等のような、光学系による像を撮像する撮像素子であってもよい。

１０…カメラボディ
１２…レンズ鏡筒
１８…防振ユニット
２０…補正レンズ
３６…ブレ制御部
４２…ブレ補正部
４４…ブレ検出部
４６…角速度センサ
４６…マイク
６２…ＰＳＤ
１０１…目標駆動位置演算部
１０３…フィルタ部
１０５…駆動信号演算部
１０７…位置信号出力部
１１５…微分部
ω１…振れ量子化値
ＬＲ…補正レンズ位置
Ｖｐｉｄ…目標操作量
Ｖｐｉｄ２…第２目標操作量

Claims (9)

1. ブレに対応したブレ信号を出力するブレ検出部と、
   ブレを補正するために駆動する光学部品と、
   前記光学部品の位置に対応する位置信号を出力する位置検出部と、
   前記ブレ信号及び前記位置信号を用いてブレを補正するためのブレ補正信号を演算する演算部と、
   前記ブレ補正信号の少なくとも一部の周波数帯域を減衰させて出力するフィルタ部と、
   前記フィルタ部から出力された信号を用いて前記光学部品を駆動する駆動部とを含むことを特徴とするブレ補正装置。
2. 請求項１に記載されたブレ補正装置であって、
   前記フィルタ部は、ローパスフィルタ、及び、バンドパスフィルタのうち少なくとも一方であることを特徴とするブレ補正装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載されたブレ補正装置であって、
   前記演算部は、入力された信号を微分して出力する微分器を有し、
   前記フィルタ部は、前記微分器の後段に備えられることを特徴とするブレ補正装置。
4. 請求項１から請求項３までの何れか１項に記載されたブレ補正装置であって、
   前記フィルタ部は、５００Ｈｚ以上、１ｋＨｚ以下のカットオフ周波数を有することを特徴とするブレ補正装置。
5. 請求項１から請求項４までの何れか１項に記載されたブレ補正装置であって、
   前記フィルタ部のカットオフ周波数を、第１カットオフ周波数と、前記第１カットオフ周波数よりも周波数が低い第２カットオフ周波数とに切替えるように制御する制御部を含むことを特徴とするブレ補正装置。
6. 請求項５に記載されたブレ補正装置であって、
   前記制御部は、静止画撮影時に前記フィルタ部が前記第１カットオフ周波数になり、動画撮影時に前記フィルタ部が前記第２カットオフ周波数になるように制御することを特徴とするブレ補正装置。
7. 請求項５に記載されたブレ補正装置であって、
   前記制御部は、前記ブレ信号を用いて前記フィルタ部のカットオフ周波数が切替わるように制御することを特徴とするブレ補正装置。
8. 請求項５に記載されたブレ補正装置であって、
   音声を検出して音声信号を出力するマイクを有し、
   前記制御部は、前記音声信号を用いて前記フィルタ部のカットオフ周波数が切替わるように制御することを特徴とするブレ補正装置。
9. 請求項１から請求項８までの何れか１項に記載されたブレ補正装置を含むことを特徴とする光学機器。

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