JP2011170383A - レンズ装置、及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 像振れ補正効果を維持したまま、振動センサのノイズに起因する撮影者が意図しない被写体の動きを低減する。
【解決手段】 レンズ装置の振動を検出する振動センサと、該振動センサの検出信号に基づいて振動による像振れを補正する像振れ補正手段と、を備えるレンズ装置であって、前記振動センサの検出信号に基づく振動が基準周波数よりも高周波の振動である場合には、前記像振れ補正手段を用いて像振れ補正を行う旨の判断を行い、前記振動センサの検出信号に基づく振動が基準周波数よりも低周波の振動である場合には、前記振動センサの検出信号に基づく振動の振幅と周波数に基づいて前記像振れ補正手段を用いて像振れ補正を行うか否かを判断する判断手段とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、レンズ群を保持するレンズ鏡筒内に配置し、レンズ群の光軸を偏心させる像振れ補正手段を有するレンズ装置に関するものである。

近年のテレビカメラ用ズームレンズの高倍率化、長焦点化が進み、カメラ及びレンズを設置する足場の振動や、風によるレンズの振動等による望遠側での被写体の動きが問題となっている。そこで、ズームレンズを構成しているレンズ群の一部を駆動して、振動に伴う被写体の動きを補正する像振れ補正機能を搭載したテレビカメラ用ズームレンズが開発されている。

テレビカメラ用ズームレンズに加わる振動の周波数は、主に１〜１５Ｈｚ程度である。また、ズームレンズの振動を検出するために用いられている振動センサの出力信号には、その特性として振動に応じて出力される信号成分の他に、約０．１Ｈｚのノイズ成分が出力される。

このノイズ成分を振動センサの出力信号から除去するために、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）が防振レンズ群の制御部に採用されている。しかし、補正すべき振動の周波数帯とノイズ成分との周波数帯が近いため、ハイパスフィルタによる低周波ノイズの除去が十分にできない場合が生じ、ハイパスフィルタを通過した低周波ノイズ成分等により防振レンズ群が駆動され、撮影者が意図しない被写体の動作が発生することがある。

そこで、特許文献１のように振動センサの出力振幅が所定値よりも小さい場合には、像振れ補正機能をオフにする手法や、特許文献２のように振動センサの出力周波数に応じて、像振れ補正機能の周波数特性を変更する手法が、振動センサによる低周波ノイズ成分の影響を解消する方法として知られている。

特開平４−５６８３１号公報 特開平６−９８２４６号公報

しかし、振動センサの周波数に応じて特性を変更する手法では、像振れ補正周波数帯域の低い周波数帯域の振動に対して、像振れ補正効果が低下する問題や、振動センサの出力に応じて像振れ補正をオフする手法では、周波数が高く振幅の小さい振動に対しての像振れ補正効果が低下する問題がある。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、ズームレンズに加わる振動に対する像振れ補正効果を損うことなく、振動センサのノイズ成分に起因し、撮影者が意図しない被写体の動きを解消するレンズ装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るレンズ装置の技術的特徴は、レンズ装置の振動を検出する振動センサと、該振動センサの検出信号に基づいて振動による像振れを補正する像振れ補正手段と、を備えるレンズ装置であって、前記振動センサの検出信号に基づく振動が基準周波数よりも高周波の振動である場合には、前記像振れ補正手段を用いて像振れ補正を行う旨の判断を行い、前記振動センサの検出信号に基づく振動が基準周波数よりも低周波の振動である場合には、前記振動センサの検出信号に基づく振動の振幅と周波数に基づいて前記像振れ補正手段を用いて像振れ補正を行うか否かを判断する判断手段とを備えたことにある。

また、前記振動センサの検出信号に基づく振動が基準周波数よりも低周波の振動であり、且つ前記振幅が基準振幅よりも大きい場合には前記像振れ補正手段を用いて像振れ補正を行い、前記振動センサの検出信号に基づく振動が基準周波数よりも低周波の振動であり、且つ前記振幅が基準振幅よりも小さい場合には前記像振れ補正手段を用いて像振れ補正を行わないように構成すると尚好ましい。

また、ここで、前記基準振幅は、前記周波数による任意の関数であると尚好ましく、更には、この任意の関数は、１次関数、２次関数、指数関数のいずれかであると尚好ましい。また、前記基準振幅は、前記周波数と前記基準振幅との関係を表すテーブルデータとして記憶されていても良い。尚、ここで記載した基準振幅は、前記周波数が高くなるにつれて小さくなるようにすることが望ましい。

また、本発明の撮像装置は、上述のようなレンズ装置を有することを特徴としている。

本発明に係るレンズ装置によれば、周波数の高い微小振動を含めた振動に対する像振れ補正効果を維持しながら、振動センサから発生する低周波ノイズに起因する被写体像の動きを低減することができる。

実施例１のブロック回路構成図である。 像振れ補正部の動作フローチャート図である。 像振れ補正部の動作フローチャート図である。 実施例２のブロック回路構成図である。 像振れ補正部の動作フローチャート図である。 実施例３の像ぶれ補正部の動作フローチャート図である。 振動周波数と振幅との関係図である。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１のブロック回路構成図を示し、図示しないズームレンズの振動を検出する振動センサ１の出力は、ハイパスフィルタ２、増幅器３、ハイパスフィルタ４、積分回路５、Ａ／Ｄ変換器６を経てＣＰＵ７に接続されている。ＣＰＵ７には、更にズームレンズの位置を示すズーム位置信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器８の出力、フォーカスレンズの位置を示すフォーカス位置信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器９の出力、不揮発性メモリ１０が接続されている。

ＣＰＵ７の出力は、ハイパスフィルタ４、Ｄ／Ａ変換器１１にそれぞれ接続され、Ｄ／Ａ変換器１１の出力は駆動回路１２を介してアクチュエータ１３に接続され、アクチュエータ１３によりズームレンズの光軸を偏心する像振れ補正用レンズ群１５を駆動している。また、像振れ補正用レンズ群１５の位置を検出する位置検出器１６の出力が駆動回路１２にフィードバックされている。

ズームレンズの振動を検出した振動センサ１の出力信号は、ハイパスフィルタ２で出力信号に含まれる直流成分を除去され、増幅器３で増幅され、ハイパスフィルタ４でＣＰＵ７に入力する信号帯域が選択され、更に積分回路５で角速度に相当する振動センサ１の信号を角度相当の信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器６によりＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ７に入力する。

ＣＰＵ７はＡ／Ｄ変換器６、８、９の出力に基づいて、像振れ補正用レンズ群１５に対する制御信号を演算し、振動センサ１の出力信号の振幅及び周波数を判定しＤ／Ａ変換器１１に出力する。Ｄ／Ａ変換器１１はＣＰＵ７の演算結果をアナログ信号に変換し、駆動回路１２はアクチュエータ１３を駆動し、不揮発性メモリ１０はズーム部位置データ及びフォーカス部位置データ、像振れ補正係数後述する周波数判定基準データを記憶する。

図２はズームレンズにおけるＣＰＵ７による一連の動作のフローチャート図を示している。カメラからズームレンズに電源が投入されると、ステップＳ１でＣＰＵ７の内部レジスタ及び内部メモリを初期化する。ステップＳ２では、像振れ補正フラグＦ（Ｆｌａｇ）及びカウンタＣＴ（Ｃｏｕｎｔ）を初期化するためにクリアする。初期化動作を完了した後はステップＳ３により通常動作に移行する。

この像振れ補正フラグＦは、振動センサ１の出力に応じて像振れ補正を実行するか否かを示すものであり、像振れ補正フラグＦが“１”の場合は像振れ補正を行い、“０”の場合は像振れ補正を行わない。また、カウンタＣＴはＡ／Ｄ変換器６から入力するデータが、後述する所定の条件を満たしている時間を計測する。

ステップＳ３でＣＰＵ７は積分回路５の信号のＡ／Ｄ変換の結果をデータとしてデータＤＴにセットする。データＤＴは振動センサ１の出力を増幅・積分した値で、ズームレンズに加わっている振動の振幅に相当する。続いて、ステップＳ４でデータＤＴを周波数判定用関数に入力し、積分回路５の出力信号周波数データを演算しＦＱ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）にセットする。この周波数判定用関数は、データＤＴと前回までのサンプリング時に入力したデータ等を用いて、周波数データを演算する関数である。

この周波数判定用関数により、振動センサ１から出力されている信号の周波数、つまりズームレンズに加わっている振動の周波数に相当するデータが求められる。本実施例１では、ＣＰＵ７で実行するソフトウエアにより周波数判定用関数を実現しているが、ＣＰＵ７の外部のハードウエアで周波数判定回路を構成しても、同様の効果を得ることができる。

そして、ステップＳ５で振動の振幅に相当するデータＤＴとノイズ判定基準レベルデータＤＴＬとを比較する。このノイズ判定基準レベルデータＤＴＬは不揮発性メモリ１０に予め記憶されており、ズームレンズに加わっている振動がない状態における積分回路５の出力の最大値に相当する値である。

ステップＳ５において、データＤＴが次の（１）式の条件を満たす場合、つまりレンズに加わっている振動の振幅が小さい場合はステップＳ６に進み、周波数データＦＱとノイズ判定基準周波数データＦＱＬとを比較する。
−ＤＴＬ≦ＤＴ≦ＤＴＬ ・・・（１）

ステップＳ６において、ＦＱがノイズ判定基準周波数データＦＱＬよりも小さい場合に、つまり積分回路５の出力信号の周波数が、振動センサ１から出力されるノイズ周波数よりも低い場合はステップＳ７に進み、カウンタＣＴの値を確認する。

ステップＳ７において、カウンタＣＴが予め定めた所定時間に相当し、不揮発性メモリ１０に予め記憶されているデータＴａと等しいか大きい場合、つまりデータＤＴのレベルが小さく、周波数が低い状態が所定時間継続した場合は、振動センサ１からの出力信号はノイズ成分であると判断し、像振れ補正フラグＦをクリアする。このように、振動センサ１の出力信号の振幅が小さく、かつその周波数が低い状態が所定の時間継続した場合のみ、像振れ補正フラグＦをクリアすることで、振動成分とノイズ成分との切り分けを正確に行うことが可能になる。

またステップＳ７において、カウンタＣＴが所定時間に相当するデータＴａよりも小さい場合、つまりデータＤＴのレベルが小さく、周波数が低い状態ではあるが、その状態がまだ所定時間継続していない場合には、ステップＳ９で像振れ補正フラグＦを１にセットする。そして、ステップＳ１０でカウンタＣＴをインクリメントして、ステップＳ１３にジャンプする。

一方、ステップＳ５においてデータＤＴが（１）式を満たさない場合、或いはステップＳ６においてＦＱがノイズ判定基準周波数データＦＱＬと等しいか大きい場合は、像振れ補正を要する振動がズームレンズに加わっていると判断し、ステップＳ１１で像振れ補正フラグＦを１にセットする。ステップＳ１２でカウンタＣＴをクリアしステップＳ１３に進む。このように、振動センサ１の出力の振幅、或いは周波数の何れかが所定の条件を満たさない場合は、像振れ補正効果を維持するために、直ちに像振れ補正を実行するように像振れ補正フラグＦを“１”にセットする。

次に、ＣＰＵ７はステップＳ１３で像振れ補正フラグＦの状態を判断する。ステップＳ１３において、像振れ補正フラグＦがクリアされている場合は、ＣＰＵ７は像振れ補正を行わないので、ステップＳ１４で像振れ補正制御データＣＤを中心値０に設定し、ステップＳ１６で像振れ補正制御データＣＤをＤ／Ａ変換器１１に出力する。この場合には、データＤＴに拘らず像振れ補正用レンズ群１５がその可動範囲の中心位置の近傍に固定されるので、像振れ補正機能はオフの状態になる。

一方、ステップＳ１３において、像振れ補正フラグＦがセットされている場合は、ステップＳ１５でデータＤＴ等を用いて像振れ補正制御データＣＤ（Ｃｏｎｔｒｏｌ）を演算し、ステップＳ１６で像振れ補正制御データＣＤをＤ／Ａ変換器１１に出力する。

図３はステップＳ１５で実行する像振れ補正制御データＣＤの演算の概略フローチャート図である。本実施例１では、像振れ補正用レンズ群１５がズームレンズ及びフォーカスレンズよりも像面側に配置されているので、像振れを補正するためには像振れ補正用レンズ群１５の駆動量をズームレンズ及びフォーカスレンズの位置に応じて変更しなければならない。

従って、図２のステップＳ１５において、ＣＰＵ７は図３のステップＳ１０１でズームレンズの位置データをＡ／Ｄ変換器８から入力し、バッファＢＺ（Ｚｏｏｍ）にセットする。ステップＳ１０２では、フォーカスレンズの位置データをＡ／Ｄ変換器９から入力し、バッファＢＦ（Ｆｏｃｕｓ）にセットする。

次にステップＳ１０３で、ズーム及びフォーカスに応じた像振れ補正係数の値を不揮発性メモリ１０から入力し、ＣＦ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）にセットする。なお、不揮発性メモリ１０には、予めズームレンズ及びフォーカスレンズの位置データと、それらの位置データに応じた像振れ補正係数がテーブルデータとして記憶されている。

ステップＳ１０４でデータＤＴに像振れ補正係数ＣＦを乗じて、像振れ補正制御データＣＤを演算し、ズームレンズ及びフォーカスレンズの位置に応じた像振れ補正用レンズ群１５の駆動量を求める。この場合は、データＣＤに応じて像振れ補正用レンズ群１５が駆動されるので、像振れ補正機能はオンの状態になる。以後、ズームレンズの電源が切られるまで、図２のステップＳ３〜ステップＳ１６を繰り返す。

また本実施例１においては、振動センサ１の出力と比較を行ったノイズ判定基準レベルデータＤＴＬ及びノイズ判定基準周波数データＦＱＬ等を予め設定した固定値としたが、出荷時に個別に振動センサ１の出力を測定し、その測定結果を不揮発性メモリ１０に記憶させても同様の効果が得られる。

図４は実施例２の構成図であり、図１と同じ符号は同じ構成要素を示し、図１におけるハイパスフィルタ４、積分回路５は省略されている。

図５は実施例２のズームレンズにおけるＣＰＵ７の一連の動作を示すフローチャート図である。カメラからズームレンズに電源が投入されると、ステップＳ２０１に進む。ステップＳ２０１、Ｓ２０２は、図２のステップＳ１、Ｓ２と同じである。

ステップＳ２０３で、ＣＰＵ７は振動センサ１のハイパスフィルタ２、増幅器３を経てＡ／Ｄ変換器６で変換した出力をＳＰ（ｓｐｅｅｄ）としてセットする。次に、ステップＳ２０４で角速度相当であるＳＰを積分し、得られた角度に相当するデータＤＴをセットする。このように本実施例では、角速度相当で得られたデータをソフトウエアで積分し、角度相当のデータを演算している。

ステップＳ２０５〜Ｓ２１７までは、図２のステップＳ４〜Ｓ１６と同様であり、ステップＳ２１６においては図３のフローチャート図に従って動作する。以後はズームレンズの電源が切られるまで、ステップＳ２０３〜Ｓ２１７を繰り返す。

図６は実施例３のフローチャート図であり、ズームレンズにおけるＣＰＵ７の一連の動作を示している。ステップＳ３０１〜Ｓ３０４までは、図２のステップＳ１〜Ｓ４と同様である。

ステップＳ３０５において、ステップＳ３０４で求めた信号周波数データＦＱと（２）式を用いて、ノイズ判定基準レベルデータＤＴＬを演算する。ただし、Ａ及びＢは任意の正の係数である。
ＤＴＬ＝−Ａ×ＦＱ＋Ｂ ・・・（２）

図７はこの（２）式の特性を示し、入力信号周波数Ｘに応じて、ノイズ判定基準レベルデータＤＴＬつまり振幅Ｙを可変して、式（２）で示す直線を境界として像振れ補正を行うかどうかを決定する。つまり、振動センサ１から出力されるノイズ成分などを含む低周波数域では、ノイズの影響で被写体が撮影者の意図しない動作をしないように、ノイズ判定基準レベルデータＤＴＬを比較的大きく設定する。その殆どが信号成分である高周波域では、微振動に対しても十分に像ぶれ補正効果が得られるように、ノイズ判定基準レベルデータＤＴＬを小さく設定することが可能になる。

ステップＳ３０５におけるノイズ判定基準レベルデータＤＴＬの演算後にステップＳ３０６に進み、ステップＳ３０３でＡ／Ｄ変換器６から入力したデータＤＴの絶対値｜ＤＴ｜とノイズ判定基準レベルデータＤＴＬを比較する。ステップＳ３０６において、Ａ／Ｄ変換器６から入力したデータの絶対値｜ＤＴ｜が、ノイズ判定基準レベルデータＤＴＬよりも小さい場合はステップＳ３０７に進み、Ａ／Ｄ変換器６から入力したデータの絶対値｜ＤＴ｜が、ノイズ判定基準レベルデータＤＴＬ以上の場合にはステップＳ３１１に進む。

ステップＳ３０７〜Ｓ３１６は、図２のステップＳ７〜Ｓ１６と同様であり、ステップＳ３１５では図３のフローチャート図に従って動作する。以後、ズームレンズの電源が切られるまで、ステップＳ３０３〜Ｓ３１６を繰り返す。

また上述の各実施例においては、ノイズ判定基準レベルデータＤＴＬを演算する関数に説明を容易にするため１次関数を用いたが、２次関数や指数関数などの任意の関数を使用しても、同様の効果を得ることができる。

更に、本実施例においては、１つの関数によりノイズ判定基準レベルを設定したが、複数の関数によりノイズ判定基準レベルを設定しても、或いはノイズ判定基準レベルをテーブルデータとして記憶しても同様の効果が得られる。

１ 振動センサ
２、４ ハイパスフィルタ
５ 積分回路
７ ＣＰＵ

Claims (7)

1. レンズ装置の振動を検出する振動センサと、該振動センサの検出信号に基づいて振動による像振れを補正する像振れ補正手段と、
   を備えるレンズ装置であって、
   前記振動センサの検出信号に基づく振動が基準周波数よりも高周波の振動である場合には、前記像振れ補正手段を用いて像振れ補正を行う旨の判断を行い、前記振動センサの検出信号に基づく振動が基準周波数よりも低周波の振動である場合には、前記振動センサの検出信号に基づく振動の振幅と周波数に基づいて前記像振れ補正手段を用いて像振れ補正を行うか否かを判断する判断手段とを備えたことを特徴とするレンズ装置。
2. 前記振動センサの検出信号に基づく振動が基準周波数よりも低周波の振動であり、且つ前記振幅が基準振幅よりも大きい場合には前記像振れ補正手段を用いて像振れ補正を行い、前記振動センサの検出信号に基づく振動が基準周波数よりも低周波の振動であり、且つ前記振幅が基準振幅よりも小さい場合には前記像振れ補正手段を用いて像振れ補正を行わないことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記基準振幅は、前記周波数による任意の関数であることを特徴とする請求項２記載のレンズ装置。
4. 前記任意の関数は、１次関数、２次関数、指数関数のいずれかであることを特徴とする請求項３記載のレンズ装置。
5. 前記基準振幅は、前記周波数と前記基準振幅との関係を表すテーブルデータとして記憶されていることを特徴とする請求項２記載のレンズ装置。
6. 前記基準振幅は、前記周波数が高くなるにつれて小さくなることを特徴とする請求項２乃至５いずれか１項に記載のレンズ装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のレンズ装置を有する撮像装置。

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