JP2013130720A - 防振制御装置及びその制御方法、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】防振装置の小型化及び低コスト化を実現しつつ、高精度な平行振れ補正を行えるようにすること。
【解決手段】防振制御装置であって、被駆動部（１０７）を変位させることにより、画像振れを補正する振れ補正機構（１１１）と、防振制御装置に加わる角度振れ量を検出する角度振れ補正量算出部（３０１）と、防振制御装置の平行振れの速度をカルマンフィルタを用いて推定し、当該推定した平行振れの速度を用いて防振制御装置に加わる平行振れ量を検出する水平振れ補正量算出部（３０２）と、角度振れ量と平行振れ量とを合成して得られる駆動信号に基づいて、振れ補正機構を駆動する駆動部（１１０）とを有し、カルマンフィルタのパラメータの少なくとも１つは、被駆動部の変位量に応じて変化し、水平振れ補正量算出部は、パラメータの変化を補償して平行振れの速度を推定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、手振れ等の振れによる画像振れ（画像の劣化を防止）を補正する防振制御装置及びその制御方法、及び撮像装置に関するものである。

現在、手振れ等による画像振れを防ぐ、例えば、振れ補正部、駆動部及び振動検出部等から成る防振制御装置を備えたカメラが製品化されており、撮影者の撮影ミスを誘発する要因が減ってきている。

一例として、角速度計を用いて角度振れを検知し、レンズの一部や撮像素子を動かすことによって撮像素子面上の像振れを低減させる防振制御装置が、有効な像振れ補正機能として様々な光学機器に搭載されている。しかし、至近距離での撮影や、高い撮影倍率での撮影では、角速度計のみでは検出できない、カメラの光軸に対して平行あるいは垂直な方向に加わる、いわゆる平行振れによる像劣化も無視できない。

ここで、角度振れと平行振れを検出して振れ補正を行う防振制御装置を具備した従来のカメラについて、図１及び図２を用いて説明する。図１はカメラ１０１の振れ方向を表す図であり、図２はカメラ１０１の上面、及び、カメラ１０１に搭載されたカメラＣＰＵ１０６内の振れ補正処理部を示す図である。このカメラ１０１に搭載される防振システムは、光軸１０２に対して矢印１０３ｐ、１０３ｙで示す振れ（以下、角度振れ）、及び矢印１０４ｐ、１０４ｙで示す振れ（以下、平行振れ）に対して振れ補正を行う。

また、カメラ１０１は、レリーズボタン１０５、カメラＣＰＵ１０６、撮像素子１０７、角度振れ１０３ｐ、１０３ｙを検出する角速度計１０８、平行振れ１０３ｐ、１０４ｙを検出する加速度計１０９、駆動部１１０、振れ補正機構１１１を含む。駆動部１１０は、振れ補正機構１１１により補正レンズを駆動させて、角度振れ、平行振れの両方を加味した振れ補正を行う。

ここで、角速度計１０８からの角速度信号及び加速度計１０９からの加速度信号は、カメラＣＰＵ１０６に入力される。カメラＣＰＵ１０６内では、角度振れ補正量算出部１０６ａにより角度振れ補正量を、そして、平行振れ補正量算出部１０６ｂにより平行振れ補正量を算出し、算出した角度振れ補正量と平行振れ補正量とを加算器１１２により加算（合成）する。このようにして得られた補正量に基づいて振れ補正を行う。

特許文献１では、加速度を検出する加速度計を設け、加速度計により得られる加速度の２階積分から平行振れを求め、別に設けた角速度計の出力と共に振れ補正部を駆動する技術が開示されている。

しかながら、平行振れの検出に用いる加速度計の出力は外乱ノイズや温度変化などの環境の変化の影響を受けやすく、２階積分することでそれらの不安定要因はさらに拡大され、平行振れの高精度な補正が難しい問題がある。

また、特許文献２には、平行振れをカメラから離れた場所に回転中心がある時の角度振れとみなして求めることが開示されている。この方法では、角速度計と加速度計を設け、それらの出力から角度振れの回転半径を用いた補正値と角度を求め、振れ補正を行う。外乱影響を受けにくい周波数帯域に限定して回転中心を求めることで、上記のような加速度計の不安定要因を軽減することができる。

特開平７−２２５４０５号公報 特開２０１０−２５９６２号公報

しかしながら、平行振れ補正を行う方法においては、以下の課題がある。まず、平行振れ補正を行うためには、平行振れ検出センサを備える必要があるが、例えば平行振れ検出センサとして加速度計を用いる方法では、カメラの大型化、高コスト化を招いてしまうことがある。また、加速度計を取り付ける位置はレンズ主点位置が望ましいが、レンズ主点位置近辺には加速度計を設置することが難しいという問題もある。

特許文献２では、平行振れ検出において、加速度計の代わりに撮像素子の出力から振れを検出する方法が開示されている。撮像手段の出力から振れを検出する場合、撮影動作直前までに画像振れと角度振れとの関係により補正係数を演算し、撮影動作において角度振れに補正をかける方法があるが、その場合、撮影動作中のみしか平行振れ補正を行うことができないという問題がある。また、動画撮影においては、画像振れと角度振れとの関係から補正係数を求めて角度振れにかけることで平行振れ量を算出し、算出した平行振れ量に応じて撮像素子に取り込まれた画像の切り取り位置を変えていく電子式の切り出し防振によって制御可能である。しかしながら、画像の一部を切り取ることにより画角が狭くなってしまうなどの問題がある。

同じく特許文献２では、振れ検出手段として加速度計の代わりに、駆動コイルに生じる電流から平行振れの加速度を検出する手段も開示されている。しかし、駆動コイルに生じる電流から平行振れの加速度を検出する手段においては、撮影動作直前まで防振制御を行うことはできない。マクロ領域の撮影などで平行振れの影響が大きい場合、細かい構図の設定や正確なピント合わせが難しい場合がある。加えて、動画撮影中は平行振れ補正を行うことができないといった問題もある。また、コイル電流値による加速度推定は、振れ補正機構の特性を考慮していないため、正確な加速度推定は難しく、推定した加速度を振れ補正に使うことは推定精度に問題があった。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、防振装置の小型化及び低コスト化を実現しつつ、高精度な平行振れ補正を行えるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の防振制御装置は、被駆動部を変位させることにより、画像振れを補正する振れ補正手段と、前記防振制御装置に加わる角度振れ量を検出する第１振れ検出手段と、前記防振制御装置の平行振れの速度をカルマンフィルタを用いて推定し、当該推定した平行振れの速度を用いて前記防振制御装置に加わる平行振れ量を検出する第２振れ検出手段と、前記角度振れ量と前記平行振れ量とを合成して得られる駆動信号に基づいて、前記振れ補正手段を駆動する駆動手段とを有し、前記カルマンフィルタのパラメータの少なくとも１つは、前記被駆動部の変位量に応じて変化し、前記第２振れ検出手段は、前記パラメータの変化を補償して前記平行振れの速度を推定する。

本発明によれば、防振装置の小型化及び低コスト化を実現しつつ、高精度な平行振れ補正を行うことができる。

防振制御装置を具備したカメラにおける振れ方向を示す図。 カメラの上面及び振れ補正処理部を示す図。 第１の実施形態に係る防振システムを搭載したカメラの上面及び振れ補正処理部を示す図。 第１の実施形態に係る振れ補正機構の分解斜視図。 図４に示す振れ補正機構の正面図。 第１の実施形態における防振制御装置の構成を示すブロック図。 第１の実施形態における振れ補正機構の被駆動部の振動を直行する２つの各軸でモデル化した図。 図７に示す振れ補正機構の被駆動部の１軸分の振動を１自由度でモデル化した図。 第１の実施形態における推定器の構成を示すブロック図。 第１の実施形態における振れ補正機構の被駆動部の可動範囲を示す図。 第１の実施形態における振れ補正機構のばね定数の特性を示す図。 第１の実施形態における振れ補正機構の減衰係数の特性を示す図。 第１の実施形態におけるカメラに加わる角度振れと平行振れを示す図。 第２の実施形態における防振制御装置の平行速度の推定器のブロック図。 第２の実施形態における特性補償器の補償処理の内容を示すブロック図。 第２の実施形態におけるばね定数の特性を補償するための値を示す図。 第２の実施形態における減衰係数の特性を補償するための値を示す図。 第３の実施形態における防振制御装置の平行速度の推定器のブロック図。 第３の実施形態における平行速度を補正するためのゲインを示す図。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示により限定されるものではない。

＜第１の実施形態＞
図３は、本発明の第１の実施形態に係る防振制御装置を具備したカメラの平面図であり、図２と同様の構成には、同じ参照番号を付している。なお、本発明の防振制御装置は、デジタル一眼レフカメラやデジタルコンパクトカメラは言うまでもなく、デジタルビデオカメラや、監視カメラ、Ｗｅｂカメラ、携帯電話などの様々な撮影装置に搭載することができる。

図２に示す従来例と異なるのは、平行振れ検出のための加速度計を設けず、角速度計１０８からの角速度信号から平行振れを検出している点である。従って、本第１の実施形態におけるカメラ１０１では、角速度計１０８の角速度信号から、角度振れ補正量算出部３０１（第１振れ検出手段）により角度振れ補正量を算出する。そして、平行振れ補正量算出部３０２（第２振れ検出手段）により平行振れ補正量を算出する。

図４は、振れ補正機構１１１の分解斜視図である。以下、図４を参照して振れ補正機構１１１について説明する。振れ補正機構１１１の基台であるベース４０１は、シャッタ機構、ＮＤフィルタ機構を同時に固定保持している。ベース４０１には一体的に図示の２つのフォロワピン４０２が設けられると共に、不図示の可動フォロワピンが備えられている。ベース４０１の径方向外側にある不図示のカム筒の３本のカム溝に前述の３つのフォロワが嵌合することで、カム溝に沿って光軸方向に進退可能に構成されている。

補正レンズ群４０６は、シフトレンズホルダ４１６に不図示のカシメ爪によって一体的に保持されている。レンズカバー４０３は補正レンズ群（以下、「シフトレンズ」と呼ぶ。）４０６を通過する光束を制限する開口部を備え、側面に伸びた３カ所の腕部４０４それぞれに開口４０５が設けられている。シフトレンズホルダ４１６の側面３カ所に設けられた突起４１５と嵌合することにより、シフトレンズホルダ４１６に一体的に保持される。シフトレンズホルダ４１６にはマグネット４１２、４１３が一体的に保持されている。

シフトレンズホルダ４１６は３つの転動ボール４０７を介してベースに圧接されており、転動ボール４０７が転がることによりシフトレンズホルダ４１６は光軸に垂直な面内で自由に移動することが可能になっている。この方式では、ガイドバーでガイドする方式に比べて、より微小な振幅で、より高周期の振動を実現できる効果があり、高画素化するデジタルカメラにおいても良好な補正を行うことが可能になる。

スラストスプリング４１４はシフトレンズホルダ４１６をベース４０１に向かって付勢する。ラジアルスプリング４１７、４１８はシフトレンズホルダ４１６の回転を防ぐ為の構成である。スラストスプリング４１４は引っ張りスプリングであり、シフトレンズホルダ４１６の突起４１５（引っ掛爪）に一端が係合し、他端はベース４０１の不図示の引っ掛爪に係合していて付勢力を与えている。

樹脂製のボビン４１０、４１１は、コイル４０８、４０９を保持するための構成であり、先端に金属製のピンが一体的に構成されておりコイル４０８、４０９の端部が絡げられている。この金属ピンに後述のフレキシブル基板（ＦＰＣ）４２４を接続することで、不図示の制御回路から電力を供給されている。ＦＰＣ４２４は、コイル４０８、４０９に電力を供給し、ランド４２５において金属ピンを介してコイル４０８、４０９が電気的に接続されている。

また、ホール素子４２２、４２３は磁界の変化を検出するもので、マグネット４１２、４１３に近接して配置されてマグネット４１２、４１３の移動に伴う磁界の変化を検出して移動量を算出する。ホール素子４２２、４２３もまたＦＰＣ４２４に実装されておりＦＰＣ４２４によって電力が供給されている。ＦＰＣ４２６はシャッタ及びＮＤフィルタ駆動部に電力を供給する。

ＦＰＣホルダ４２０はＦＰＣ４２４、４２６を固定する為のものであり、円柱の突起４２１にＦＰＣ４２４、４２６の穴が圧入されてＦＰＣ４２６は位置決めされ、固定されている。

図５は振れ補正機構１１１を被写体側から見た正面図である。図５において、シフトレンズ近傍の転動ボール４０７が成す三角形の頂点には、凹部４２８（以下、「受け部」と呼ぶ。）が配置されている。この３つの受け部４２８にそれぞれ一つずつ転動ボール４０７が入り、転動ボール４０７を介してシフトレンズホルダ４１６と圧接している。この構成によると、摩擦が小さく、シフトレンズを高精度に目標位置に追従するように制御することが可能であり、後述する平行振れ推定についても高精度に算出することができる。

図６は、本第１の実施形態における防振制御装置を示すブロック図である。図６では、カメラの鉛直方向（ピッチ方向：図１の矢印１０３ｐ、１０４ｐの方向）に生じる振れの構成のみを示している。しかし、同様な構成はカメラの水平方向（ヨー方向：図１の矢印１０３ｙ、１０４ｙの方向）に生じる振れにも設けられている。これらは基本的には同じ構成になっているので、以下、ピッチ方向の構成のみを図示し、その説明を行う。

まず、図６を用いて、角度振れ量を求める手順について説明する。角速度計１０８ｐからの角速度信号はＣＰＵ１０６に入力される。そして、角速度信号はＨＰＦ積分フィルタ９０１に入力され、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）でＤＣ成分がカットされた後、積分されて角度信号に変換される。ここで、手振れの周波数帯域は一般に１Ｈｚ〜１０Ｈｚの間であるため、ＨＰＦとしては、例えば手振れの周波数帯域から十分離れた、例えば０．１Ｈｚ以下の周波数成分をカットする１次のＨＰＦ特性になっている。

ＨＰＦ積分フィルタ９０１の出力は敏感度調整部９０３に入力される。敏感度調整部９０３は、ズーム、フォーカス情報９０２及びそれらにより求まる撮影倍率に基づいてＨＰＦ積分フィルタ９０１の出力を増幅し、角度振れ補正目標値（角度振れ補正量）にする。これはレンズのフォーカスやズームなどの光学情報が変化することで振れ補正機構１１１の振れ補正ストロークに対するカメラ像面での振れ補正敏感度に変化が生じるため敏感度調整部９０３が設けられている。なお、ＨＰＦ積分フィルタ９０１及び敏感度調整部９０３が、図３の角度振れ補正量算出部３０１を構成する。このようにして求められた角度振れ補正目標値を加算器１１２に出力する。

次に、平行振れ量を求める手順について説明する。本第１の実施形態における平行振れ検出では、オブザーバ（カルマンフィルタ）を用いて、平行速度を検出する。カメラ１０１には、平行振れとして、姿勢変化による重力加速度の影響や、手ぶれ等による振動加速度の影響などによる力外乱が加わっている。まず、振れ補正機構１１１にかかる力外乱を利用して、カメラ１０１にかかる平行速度を推定する概念について説明する。

図７は、上述した振れ補正機構１１１について、直行する２つの各軸でモデル化したプラント６０４を示す。図８は、１軸分のモデル例として、シフトレンズ４０６を含む振れ補正機構１１１の被駆動部７０１の振動を１自由度でモデル化したものを示す。被駆動部７０１は振れ補正機構１１１においてシフトレンズ４０６を含むもので、振れ補正機構１１１の固定部８０１によりカメラ１０１の本体部とともに支持されている。

図８において、振れ補正機構１１１の被駆動部７０１の絶対変位量をｚｂ、カメラ本体部の絶対変位量をｚ_w、ばね定数をｋ、減衰係数をｃ、振れ補正機構１１１のコイルに電力を供給することにより生じる推力をｆ、被駆動部７０１の質量をｍとする。この場合、この系の運動方程式は式（１）に示されるようになる。

ここで、被駆動部７０１と固定部８０１との相対変位量は、ホール素子４２２、４２３により検出可能である。
そこで、被駆動部７０１と固定部８０１との相対変位量を可観測出力とするため、状態変数として、被駆動部７０１と固定部８０１との相対変位量ｚ₀、被駆動部７０１の絶対変位量ｚ_b、固定部８０１（カメラ本体部）の絶対変位量ｚ_wとして、式（２）で表す。
ｚ₀ = ｚ_b - ｚ_w …（２）

ここで、状態変数を、

とおき、出力を相対変位量ｙ＝ｚ₀、入力を被駆動部７０１にかかる推力ｕ＝ｆ、外乱をカメラ本体部絶対速度

とし、状態方程式の式（３）にあてはめる。

なお、v（t）は観測雑音とし、これらはＧａｕｓｓ性白色雑音で、いずれもその平均値、共分散は既知で、式（４）であるとする。

上述した式（１）〜（４）から、式（３）の係数Ａ、Ｂ、Ｇ、C、Ｄは、式（５）のように表すことができる。

よって、振れ補正機構１１１の被駆動部７０１と固定部８０１との相対変位量が測定可能であると考えると、式（３）よりオブザーバは、式（６）に示すように構成される。

ここで、Ｌはオブザーバゲインである。このオブザーバゲインＬは、式（７）で示されるＲｉｃｃａｔｉ方程式を解くことにより予め求められるカルマンフィルタゲインである。
ＡＰ＋ＰＡ^Ｔ−ＰＣ^ＴＲ^−１ＣＰ＋Ｑ＝０ …（７）
の正定対称な解Ｐより、式（８）に示されるように決定される。
Ｌ＝ＰＣ^ＴＲ^−１ …（８）
このオブザーバを用いると、状態変数である被駆動部７０１の絶対速度と、被駆動部７０１と固定部８０１との相対変位量とを推定することができる。そして、推定した相対変位量ｚ₀を１階微分し、被駆動部７０１の絶対速度に加算することで、カメラ１０１本体部の絶対速度が検出可能となる。
また、推定された相対変位量ｚ₀の１階微分が、被駆動部７０１の絶対速度に対して非常に小さい値となる場合には以下のようにしても良い。すなわち、相対変位量ｚ₀の１階微分を加算せずに、推定された被駆動部７０１の絶対速度をカメラ１０１の本体部の絶対速度として、平行振れ補正にそのまま用いてもよい。

図９は、図７及び図８に示す概念により平行速度を推定する推定器９０５の構成を示すブロック図である。まず、駆動部１１０が指示した駆動信号を推力に変換する推力変換係数を推力変換部１００２で乗じ、振れ補正機構１１１への駆動推力を算出する。そして、推力変換部１００２の出力と、ホール素子４２２、４２３からの出力（相対変位量）は、カルマンフィルタ１００１に入力される。そして、カルマンフィルタ１００１は、式（１）〜（８）で上述した方法により、振れ補正機構１１１の被駆動部７０１の絶対速度と、被駆動部７０１及び固定部８０１との相対変位量を推定する。推定された推定相対変位量は微分器１００３にて１階微分され、加算器１００４にて推定振れ補正機構１１１の被駆動部７０１の絶対速度と加算することで、推定平行速度が算出される。また、カルマンフィルタ１００１にはカルマンパラメータ決定部１００５で演算された推定パラメータであるカルマンパラメータが入力される。

次に、カルマンパラメータ決定部１００５で演算されるカルマンパラメータについて説明する。図１０は振れ補正機構１１１の被駆動部７０１の可動範囲を表した図で、図１１は被駆動部７０１の位置に応じたばね定数ｋのメカ特性を示す。図１１に示すように、カルマンフィルタ１００１が理想の線形特性１２０１に基づいて設計され、実際のメカ特性が特性１２０２である場合、被駆動部７０１の位置が図１０に示す位置１１０１ａ、１１０１ｅのように可動端付近に近づくと、次の問題が生じる。すなわち、カルマンフィルタ１００１のパラメータは被駆動部７０１が駆動中心位置付近の特性を考慮して決定しているため、駆動中心位置からずれた位置での特性に変化が生じた場合に対応できない。

そこで、図１１に示すように、各位置での特性を線形近似化し、被駆動部７０１の位置に応じて、カルマンフィルタ１００１に設定するばね定数をｋ_ａ，ｋ_ｂ，ｋ_ｃ，ｋ_ｄ，ｋ_ｅに切り替える。このように切り替えることで、特に、被駆動部７０１の位置変化によるメカ特性変化に対応することができ、推定精度が向上する。

図１２は被駆動部７０１の位置に応じた減衰係数ｃのメカ特性を示す。図１１では、被駆動部７０１の位置変化に対してばね定数ｋを変化させる方法を説明したが、被駆動部７０１の位置に応じて減衰特性が変化する場合、減衰係数ｃを変更することで対応することもできる。なお、図１２において、グラフ１３０１〜１３０３は図１０に示す駆動中心位置１１０１ｃから被駆動部７０１までの距離（変位量）と速度Ｖに応じて変化する。グラフ１３０１は図１１の位置１１０１ｃを中心とした、ばね定数ｋ_ｃに対応する範囲に被駆動部７０１が存在する場合の減衰係数である。グラフ１３０２は、図１１の位置１１０１ｂ、または１１０１ｄを中心とし、ばね定数ｋ_ｂ、またはｋ_ｄに対応する範囲に被駆動部７０１が存在する場合の減衰係数である。また、グラフ１３０３は、図１１の位置１１０１ａ、または１１０１ｅを中心とし、ばね定数ｋ_ａ、またはｋ_ｅに対応する範囲に被駆動部７０１が存在する場合の減衰係数である。

以上説明したようにして、推定器９０５により平行速度を推定する。そして、推定器９０５の出力は、平行速度ＢＰＦ部９０７で所定帯域の周波数成分のみ抽出されて、比較部９０８に出力される。

一方、角速度計１０８からの角速度信号は、ＨＰＦ積分フィルタ９０９にも入力され、ＨＰＦでＤＣ成分をカットされた後、積分されて角度信号に変換される。ＨＰＦ積分フィルタ９０９の出力は利得調整フィルタ（以下、利得調整部）９１０に入力される。この利得調整部９１０とＨＰＦ積分フィルタ９０９とにより、平行振れ補正を行うべき周波数帯域におけるゲイン及び位相特性を調整している。利得調整部９１０の出力は出力補正部９１１に出力される。

また、上記処理と平行して、角速度計１０８からの角速度信号はＨＰＦ位相調整部（ＨＰＦ位相調整フィルタ）９０４にも入力され、角速度計１０８の出力に重畳するＤＣ成分がカットされると共にその信号の位相調整が行われる。ＨＰＦ位相調整部９０４の出力は角速度計バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）部９０６で所定帯域の周波数成分のみ抽出される。

角速度計ＢＰＦ部９０６及び平行速度ＢＰＦ部９０７の出力は、比較部９０８に入力され、利得調整部９１０の出力を補正する補正量（補正係数）が算出され、出力補正部９１１に出力される。なお、比較部９０８における補正量の算出方法については後述する。

出力補正部９１１には、比較部９０８からの補正量（補正係数）の他に、ズーム、フォーカス情報９０２も入力されている。ズーム、フォーカス情報９０２より撮影倍率を演算し、求められた撮影倍率及び比較部９０８からの補正量に基づいて利得調整部９１０の出力を補正して、平行振れ補正目標値とする。従って、ＨＰＦ位相調整部９０４から出力補正部９１１までの構成が、図３の平行振れ補正量算出部３０２を構成する。

求められた平行振れ補正目標値は、加算器１１２において前述した角度振れ補正目標値と加算（合成）され、駆動部１１０に出力される。これにより、振れ補正機構１１１が駆動部１１０により駆動され、角度振れと平行振れの両者の画像振れが補正されることになる。

次に、比較部９０８から出力される補正値について説明する。図１３はカメラに加わる角度振れ１０３ｐと平行振れ１０４ｐを示す図である。ここで、カメラ１０１の撮影レンズ内の撮像光学系の主点位置における平行振れ１０４ｐの揺れ量をＹとし、角度振れ１０３ｐの振れ角度をθ（rad）とする。そして、回転中心Ｏを定め、回転中心Ｏから平行振れを検出する振れ補正機までの距離である回転半径をＬすると、振れ量Ｙ、振れ角度θ、回転半径Ｌの関係は以下の式（９）により表すことができる。
Ｙ＝Ｌθ …（９）

なお、式（９）において、推定器９０５が出力した推定平行速度を１階積分して変位量Ｙを求めることができ、角速度計１０８ｐの出力を１階積分することで振れ角度θを求めることができる。また、推定器９０５から得られ、平行速度ＢＰＦ部９０７により所定帯域の周波数成分のみ抽出された推定平行速度Ｖを、角速度計１０８の出力から角速度計ＢＰＦ部９０６により得られる角速度ωとを用いる。すると、回転半径Ｌとの関係を以下の式（１０）により表すことができる。
Ｖ＝Ｌω …（１０）
上述した式（９）、（１０）のいずれからでも、回転半径Ｌを求めることができる。また、回転半径Ｌの算出は、例えば、角速度計ＢＰＦ部９０６及び、平行速度ＢＰＦ部９０７のカットオフ周波数が５Ｈｚの場合、２００ｍｓ程度に設定された、所定時間内の速度Ｖと角速度ωそれぞれの最大振幅のピーク値の比より算出してもよい。更に回転半径Ｌの更新は速度Ｖと角速度ωがそれぞれ算出された瞬間毎に行ってもよい。このとき速度Ｖと角速度ωをそれぞれ時系列的に平均化したり、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）で高周波成分をカットすることで、回転半径Ｌを算出する際の高周波ノイズ成分を除去することができる。比較部９０８はこのようにして求めた回転半径Ｌを補正量として出力補正部９１１に出力する。

一方、撮像光学系の主点位置における平行振れの振れ量Ｙと撮像光学系の振れ角度θ及び撮像光学系の焦点距離ｆと撮影倍率βとから、撮像面に生ずる振れδは、以下の式（１１）で表すことができる。
δ＝（１＋β）ｆθ＋βＹ …（１１）

ここで、右辺第１項の焦点距離ｆは、撮影光学系のズーム、フォーカス情報９０２より求めることができる。また、撮影倍率βは、実際の被写体の大きさに対する、撮像素子１０７上に結像された被写体の像の大きさの倍率を表すものであり、これも撮影光学系のズーム、フォーカス情報より求めることができる。更に、振れ角度θは角速度計１０８の積分結果より求めることができる。よってこれらの情報から、図６を用いて説明したように角度振れ補正量を求めることができる。
また、右辺第２項に関しては、推定器９０５が出力した推定平行速度とズーム、フォーカス情報９０２、及びそれにより得られる撮影倍率βにより求まるので、これらの情報から図６を用いて説明したように平行振れ補正量を求めることができる。

しかし、本第１の実施形態においては、式（１１）を、以下の式（１２）の様に書き直した振れδに対して画像振れ補正を行う。
δ＝（１＋β）ｆθ＋βＬθ …（１２）

即ち、平行振れに関しては、推定器９０５が出力した推定平行速度より直接求まる平行振れ変位量Ｙを用いるのではない。一旦式（９）或いは式（１０）で求まる回転半径Ｌを求め、出力補正部９１１において、この回転半径Ｌと角速度計１０８の出力の積分結果（θ）とズーム、フォーカス情報９０２及びそれにより得られる撮影倍率βにより補正する。
上記説明したとおり、振れ補正機構１１１の被駆動部７０１と固定部８０１との相対変位量を状態変数とし、振れ補正機構１１１への駆動推力を入力変数として、オブザーバ（カルマンフィルタ）を用いて、平行速度を算出し、平行振れ補正を行うことが可能である。しかしながら、カルマンフィルタ１００１を振れ補正機構１１１のメカ特性が一定のモデルのみで設計していると、可動端付近に位置した場合では振れ補正機構１１１のメカ特性が変化してしまい、平行速度の推定に誤差が生じ、防振効果の性能に悪影響が及ぶ。

そこで本第１の実施形態で説明したとおり、振れ補正機構１１１の位置に応じたメカ特性を予め設定しておき、カルマンフィルタのパラメータを切り替えることで、簡単なオブザーバ構成のままで特性変化による平行速度の推定誤差を防ぐことができる。これにより、平行振れ補正の防振性能を向上することができる。

本第１の実施形態では、振れ補正機構１１１として、算出された補正量に基づいて振れ補正レンズを光軸に垂直な面内で移動させる、いわゆる光学防振を用いている。しかし、補正量に基づいた補正方法は光学防振に限らず、撮像素子を光軸に垂直な面内で移動させる方法や、撮像素子が出力する各撮影フレームの切り出し位置を変更することで振れの影響を軽減させる電子防振を用いる方法であってもよい。更に、それらの組み合わせで補正を行うことによっても本発明の目的を達成することができる。

また、平行振れ推定に関しても、本第１の実施形態の振れ補正レンズの相対変位量を利用した方法以外でも本発明は実現可能である。例えば、撮像装置を光軸に垂直な面内で移動させることで振れ防振を行う振れ補正機構１１１を用いた場合、振れ補正機構１１１の被駆動部と固定部との相対変位量が観測可能であればよい。その場合であっても、振れ補正機構１１１の被駆動部と固定部との相対変位量を状態変数とし、振れ補正機構１１１への駆動推力を入力変数としてオブザーバを構成することで、上記説明した同じ方法でカメラ本体部の絶対速度が検出可能である。

＜第２の実施形態＞
図１４は第２の実施形態に係るカメラ１０１に具備される防振制御装置の推定器９０５の構成を示すブロック図である。なお、推定器９０５における処理以外は第１の実施形態で上述したものと同様であるため、説明を省略する。

第１の実施形態で図９を参照して説明した推定器９０５の構成と、本第２の実施形態における図１４に示す推定器９０５の構成の違いは、カルマンパラメータ決定部１００５の代わりに設けられた、振れ補正機構１１１の特性補償部１５０１である。この特性補償部１５０１は、駆動指示信号に推力変換係数を乗算して得られる駆動推力に、振れ補正機構１１１の特性のずれを補償し、それをカルマンフィルタ１００１に入力する。

図１５は図１４の特性補償部１５０１で行う補償処理の内容を示すブロック図である。本第２の実施形態では、振れ補正機構１１１の被駆動部７０１の位置に応じて変化するばね定数ｋや減衰係数ｃを考慮してカルマンパラメータを変更することで推定精度を向上させる代わりに、以下のようにして推定精度を向上させる。すなわち、カルマンフィルタの設計で用いられる、図１１に示したばね定数ｋの線形特性１２０１（基準値）と実特性１２０２の差分をテーブルとして設定しておく。そして、振れ補正機構１１１の被駆動部７０１の位置が可動端に移動し、特性変化が生じた場合に、補償することで推定性能を向上させる。図１６に示す１７０１は、図１１に示したばね定数ｋの線形特性１２０１と実特性１２０２の差分をテーブルとしたときの特性である。

また、減衰係数ｃの特性変化についてもカルマンフィルタの設計で用いる、減衰係数ｃの差分を図１７の特性１８０１、１８０２に示すテーブルとして設定しておき、駆動推力の差分を補償させてもよい。なお、特性１８０１は、図１２における減衰係数ｃ₁と減衰係数ｃ_２との差分を示す特性、また、特性１８０２は、減衰係数ｃ₁と減衰係数ｃ₃との差分を示す特性である。

上述したように、振れ補正機構１１１の被駆動部７０１の位置が可動端付近の場合、駆動推力にずれが生じてしまう。推定平行速度は駆動推力とホール素子４２２、４２３出力（相対変位量）の入力から算出するので、駆動推力に誤差が生じると推定精度に悪影響を及ぼす。これに対し、上記の通り本第２の実施形態によれば、被駆動部７０１の位置による駆動推力のずれを予め設定した駆動推力の補償を施すことで、推定平行速度を精度よく算出し、防振性能の悪化することを防ぐことができ、平行振れ補正の防振性能が向上する。

＜第３の実施形態＞
図１８は第３の実施形態に係るカメラ１０１に具備される防振制御装置の推定器９０５の構成を示すブロック図である。なお、推定器９０５における処理以外は第１の実施形態で上述したものと同様であるため、説明を省略する。

第１の実施形態で図９を参照して説明した推定器９０５の構成と、本第３の実施形態における図１８に示す推定器９０５の構成の違いは、カルマンパラメータ決定部１００５が無く、可変ゲインアンプ１９０１が設けられていることである。すなわち、第３の実施形態では、可変ゲインアンプ１９０１において、ホール出力（相対変位量）から求められる振れ補正機構１１１の位置に応じて可変ゲインを乗算することで、推定平行速度を調整する。

図１９は振れ補正機構１１１の位置に応じた平行振れゲインを示しており、振れ補正機構１１１の被駆動部７０１が可動範囲の中心位置１１０１ｃ付近にいる場合では平行振れゲインを１倍とする。中心位置１１０１ｃから可動端に近づくにつれて、１より小さい平行振れ補正ゲインを乗算する。

このように制御することで、振れ補正機構１１１の被駆動部７０１が可動端に近づく条件下においては、振れ補正範囲が中心付近よりも平行振れゲインを小さくする。これにより、被駆動部７０１の可動範囲の可動端に近づくにつれて生じる平行振れ推定誤差の影響を受けにくいように、意図的に推定する平行速度を小さくする。これにより、平行振れ補正防振の過補正を防ぐことができる。

Claims (9)

1. 防振制御装置であって、
   被駆動部を変位させることにより、画像振れを補正する振れ補正手段と、
   前記防振制御装置に加わる角度振れ量を検出する第１振れ検出手段と、
   前記防振制御装置の平行振れの速度をカルマンフィルタを用いて推定し、当該推定した平行振れの速度を用いて前記防振制御装置に加わる平行振れ量を検出する第２振れ検出手段と、
   前記角度振れ量と前記平行振れ量とを合成して得られる駆動信号に基づいて、前記振れ補正手段を駆動する駆動手段とを有し、
   前記カルマンフィルタのパラメータの少なくとも１つは、前記被駆動部の変位量に応じて変化し、前記第２振れ検出手段は、前記パラメータの変化を補償して前記平行振れの速度を推定することを特徴とする防振制御装置。
2. 前記被駆動部の動きの特性を、該被駆動部の質量及び変位量、ばね定数、減衰係数及び前記駆動信号に基づく前記駆動手段による駆動推力により表した場合に、前記カルマンフィルタは、前記振れ補正手段から得られた前記被駆動部の変位量を状態変数とし、前記駆動推力を入力変数として、前記防振制御装置の平行振れの速度を推定し、前記被駆動部の変位量に応じて変化するパラメータは、前記ばね定数及び前記減衰係数の少なくともいずれか一方であって、前記第２振れ検出手段は、前記平行振れの速度を推定する際に、前記ばね定数及び前記減衰係数の少なくともいずれか一方の変化を補償して、前記平行振れの速度を推定することを特徴とする請求項１に記載の防振制御装置。
3. 前記ばね定数は、前記被駆動部の変位量に応じて変化し、前記第２振れ検出手段は、前記変位量に対応するばね定数を用いて、前記平行振れの速度を推定することを特徴とする請求項２に記載の防振制御装置。
4. 前記ばね定数は、前記被駆動部の変位量に応じて変化し、前記第２振れ検出手段は、前記ばね定数の基準値と、前記被駆動部の変位量に応じて変化するばね定数との差分を保持し、当該差分により補償した前記駆動推力とを用いて、前記平行振れの速度を推定することを特徴とする請求項２に記載の防振制御装置。
5. 前記減衰係数は、前記被駆動部の変位量に応じて変化し、前記第２振れ検出手段は、前記変位量に対応する減衰係数を用いて、前記平行振れの速度を推定することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の防振制御装置。
6. 前記減衰係数は、前記被駆動部の変位量に応じて変化し、前記第２振れ検出手段は、前記減衰係数の基準値と、前記被駆動部の変位量に応じて変化する減衰係数との差分を保持し、当該差分により補償した前記駆動推力とを用いて、前記平行振れの速度を推定することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の防振制御装置。
7. 前記第２振れ検出手段は、前記被駆動部の変位量が大きい場合に、小さい場合よりも、より小さいゲインを前記推定した平行振れの速度にかけることを特徴とする請求項１に記載の防振制御装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の防振制御装置を具備することを特徴とする撮像装置。
9. 被駆動部を変位させることにより、画像振れを補正する振れ補正手段を有する防振制御装置の制御方法であって、
   第１振れ検出手段が、前記防振制御装置に加わる角度振れ量を検出する第１振れ検出工程と、
   第２振れ検出手段が、前記防振制御装置の平行振れの速度をカルマンフィルタを用いて推定し、当該推定した平行振れの速度を用いて前記防振制御装置に加わる平行振れ量を検出する第２振れ検出工程と、
   駆動手段が、前記角度振れ量と、前記平行振れ量とを合成して得られる駆動信号に基づいて、前記振れ補正手段を駆動する駆動工程とを有し、
   前記カルマンフィルタのパラメータの少なくとも１つは、前記被駆動部の変位量に応じて変化し、前記第２振れ検出工程では、前記パラメータの変化を補償して前記平行振れの速度を推定することを特徴とする防振制御装置の制御方法。

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