JP2016045488A - 像振れ補正装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 主に非点収差、像面湾曲等の光学性能の劣化を低減しながら、良好な像振れ補正を実現すること。
【解決手段】 第１像振れ補正レンズ（１０３）と、第１像振れ補正レンズの光軸方向において、第１像振れ補正レンズと異なる位置に配置されている第２像振れ補正レンズ（１１３）と、振れ検出手段の出力から算出される振れ補正信号に基いて、第１像振れ補正レンズを光軸と異なる方向に移動させることで光学的に像振れを補正するとともに、第１像振れ補正レンズを前記光軸と異なる方向に移動させることで発生した収差を補正するために第２像振れ補正レンズを前記光軸と異なる方向に移動させる第１の制御モードを実行する制御手段（１０４、１１９）とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、像振れ補正装置及びその制御方法に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置による画像撮像時に、カメラ本体を保持するユーザの手が揺れる（手振れが発生する）ことにより、被写体像に振れ（像振れ）が生ずる場合があり、像振れを補正する像振れ補正手段を備える撮像装置が提案されている。

像振れ補正手段による補正処理としては、従来より、光学式像振れ補正処理や、電子式像振れ補正処理が用いられている。一般的な光学式像振れ補正処理では、角速度センサ等でカメラ本体に加わった振動を検出し、検出結果に応じて撮像光学系内部に設けられた像振れ補正レンズを、光軸に対して垂直な方向に移動させる。これにより、入射する光の光路をシフトさせて、撮像素子の受光面に結像される像を移動することで像振れを補正する。一方、一般的な電子式像振れ補正処理では、撮影した画像の切り出し範囲を変更することで、擬似的に像振れを補正する。

従来の像振れ補正手段を備えた撮影レンズとしては、特許文献１のように複数の補正レンズを光軸とは異なる方向に移動させることにより像振れを補正する撮影レンズが提案されている。

特許文献１における像振れ補正機能を有する撮影レンズでは、複数の補正レンズからなる補正レンズ群を光軸方向とは異なる方向に一体的に移動させるか、補正レンズ群の重心位置の近傍を中心に、補正レンズ群を一体的に回転させる。これにより、像振れ補正を単一の補正レンズで行う場合に比べて、補正レンズ群の駆動量に対する像の移動量を大きくし、かつ補正レンズ群を移動したときに発生する光学性能の劣化（主に偏心収差）を小さく抑えることが開示されている。また、補正レンズ群の駆動を同一の駆動機構を用いて一体的に行うことで装置の大型化を抑えることが開示されている。

特開２００１−２４９２７６号公報

しかし、特許文献１のように補正レンズ群を同一の駆動装置で一体的に駆動する場合、複数のレンズが常に同期して駆動するため、歩きながらの動画撮影等、像振れが大きいシーンにおいては、複数のレンズが同時に振れ補正可能な範囲の限界まで達してしまう。これにより、像振れ補正性能が劣化してしまう可能性がある。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、主に非点収差、像面湾曲等の光学性能の劣化を低減しながら、良好な像振れ補正を実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の像振れ補正装置は、第１の光学補正手段と、前記第１の光学補正手段の光軸方向において、前記第１の光学補正手段と異なる位置に配置されている第２の光学補正手段と、振れ検出手段の出力から算出される振れ補正信号に基いて、前記第１の光学補正手段を光軸と異なる方向に移動させることで光学的に像振れを補正するとともに、前記第１の光学補正手段を前記光軸と異なる方向に移動させることで発生した収差を補正するために前記第２の光学補正手段を前記光軸と異なる方向に移動させる第１の制御モードを実行する制御手段とを有する。

本発明の像振れ補正装置によれば、主に非点収差、像面湾曲等の光学性能の劣化を低減しながら、良好な像振れ補正を実現することができる。

本発明の実施形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図。 実施形態における像振れ補正装置の構成を示すブロック図。 実施形態における第１像振れ補正制御部の内部構成例を示すブロック図。 実施形態における第１像振れ補正制御部のＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４の構成例を示す図。 像振れ補正レンズ駆動部の機械的な構成例を示す分解斜視図。 像振れ補正レンズ駆動部における第１像振れ補正レンズと第２像振れ補正レンズ１１３との位置関係を示す斜視図。 実施形態の第１の制御モード及び第２の制御モードにより駆動された像振れ補正レンズの位置の例を示す図。 実施形態に係る像振れ補正レンズの目標位置算出処理を説明するフローチャート。 実施形態に係る第１の制御モード及び第２の制御モードの特性と、撮影条件に応じた関係を示す図。 実施形態に係る第１像振れ補正レンズ及び第２像振れ補正レンズの屈折力の極性関係を示す図。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態においては、撮像装置としてデジタルカメラを例にとって説明する。なお、本実施形態の撮像装置は動画撮影機能を備えていてもよい。

図１において、ズームレンズ１０１は撮像光学系を構成し、ズーム駆動部１０２が制御部１１９の制御に従ってズームレンズ１０１の駆動を制御して撮像光学系の光軸方向に駆動することで焦点距離を変更する。第１像振れ補正レンズ１０３（第１の光学補正手段）は、像振れを補正する補正部材であり、撮像光学系の光軸に対して直交する方向に移動可能に構成され、像振れ補正レンズ駆動部１０４により駆動制御される。第２像振れ補正レンズ１１３（第２の光学補正手段）は、第１像振れ補正レンズ１０３と同等の構成を有すると共に、像振れ補正レンズ駆動部１０４により駆動制御されることで、光学的に像振れを補正する。

絞り・シャッタユニット１０５は、絞り機能を有するメカニカルシャッタであり、絞り・シャッタ駆動部１０６が制御部１１９の制御に従って、絞り・シャッタユニット１０５を駆動する。フォーカスレンズ１０７は撮像光学系を構成し、撮像光学系の光軸方向に進退可能に構成される。フォーカス駆動部１０８は、制御部１１９の制御に従ってフォーカスレンズ１０７を駆動する。

撮像部１０９は、撮像光学系を介して入射する被写体の光学像を、ＣＣＤイメージセンサや、ＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子を用いて電気信号に変換する。撮像信号処理部１１０は、撮像部１０９から出力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換、相関二重サンプリング、ガンマ補正、ホワイトバランス補正、色補間処理等の所定の処理を行い、映像信号に変換する。映像信号処理部１１１は、撮像信号処理部１１０から出力された映像信号を、用途に応じて加工する。具体的には、映像信号処理部１１１は、表示用の映像信号の生成や、記録用の符号化処理、データファイル化等を行う。表示部１１２は、映像信号処理部１１１が出力する表示用の映像信号に基づいて、必要に応じて画像表示を行う。

電源部１１５は、撮像装置全体に、用途に応じて電力を供給する。外部入出力端子部１１６は、外部装置との間で通信信号及び映像信号を入出力する。操作部１１７は、撮像装置にユーザが指示を与えるためのボタンやスイッチなどを有し、押し込み量に応じて第１スイッチ（ＳＷ１）及び第２スイッチ（ＳＷ２）が順にオンするように構成されたレリーズボタンを含む。レリーズボタンが半押しされた場合にレリーズスイッチＳＷ１がオンし、レリーズボタンが最後まで押し込まれたときにレリーズスイッチＳＷ２がオンする。記憶部１１８は、映像信号を含む様々なデータを記憶する。

制御部１１９は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有し、ＲＯＭに記憶された制御プログラムをＲＡＭに展開してＣＰＵで実行することによって撮像装置の各部を制御し、以下に説明する様々な動作を含む撮像装置の動作を実現する。また、制御部１１９は、映像信号の輝度情報と、予め定められたプログラム線図とに基づいて、適切な露光量を得るための絞り値及びシャッタスピードを決定するＡＥ処理を行う。

レリーズスイッチＳＷ１がオンされると、制御部１１９は、映像信号処理部１１１が表示部１１２に出力する表示用の映像信号に基づいてＡＦ評価値を算出する。そして、ＡＦ評価値に基づいて制御部１１９がフォーカス駆動部１０８を制御することにより、自動焦点調節を行う。また、操作部１１７に含まれるレリーズスイッチＳＷ２がオンされると、制御部１１９は、決定した絞り及びシャッタ速度で撮影を行い、撮像部１０９から読み出された電気信号を処理して得られた映像信号を記憶部１１８に記憶するように、各処理部を制御する。

操作部１１７は、更に、振れ補正モードのオン／オフを選択可能にする像振れ補正スイッチを有する。像振れ補正スイッチにより振れ補正モードがオンされると、制御部１１９が、像振れ補正レンズ駆動部１０４に像振れ補正動作を指示し、これを受けた像振れ補正レンズ駆動部１０４は、像振れ補正動作オフの指示がなされるまで像振れ補正動作を行う。また、操作部１１７は、静止画撮影モードと動画撮影モードとのうちの一方を選択可能な撮影モード選択スイッチを有する。撮影モード選択スイッチの操作による撮影モードの選択を通じて、制御部１１９は、像振れ補正レンズ駆動部１０４の動作条件を変更することができる。

また、操作部１１７は、再生モードを選択するための再生モード選択スイッチを有する。再生モード選択スイッチの操作によって再生モードが選択されると、制御部１１９は像振れ補正動作を停止させる。また、操作部１１７には、ズーム倍率変更の指示を行う倍率変更スイッチが含まれる。倍率変更スイッチの操作によって、ズーム倍率変更の指示がされると、制御部１１９を介して指示を受けたズーム駆動部１０２が、ズームレンズ１０１を駆動して、指示されたズーム位置にズームレンズ１０１を移動させる。

図２は、第１像振れ補正レンズ１０３、第２像振れ補正レンズ１１３、像振れ補正レンズ駆動部１０４の詳細構成を示すブロック図である。なお、図２において、第１像振れ補正レンズ１０３と第２像振れ補正レンズ１１３以外の構成が、像振れ補正レンズ駆動部１０４を構成している。本実施形態の像振れ補正装置は、第１像振れ補正レンズ１０３、第２像振れ補正レンズ１１３、像振れ補正レンズ駆動部１０４と、像振れ補正レンズ駆動部１０４を制御する制御部１１９により構成される。

まず、像振れ補正レンズ駆動部１０４による第１像振れ補正レンズ１０３の駆動制御について、図２を参照して説明する。第１振動センサ２０１は例えば角速度センサであり、通常姿勢（画像の長さ方向が水平方向とほぼ一致する姿勢）における、撮像装置の垂直方向（ピッチ方向）の振動を検出し、検出した振動を表す振れ信号（角速度信号）を出力する。第１像振れ補正制御部２０３は、第１振動センサ２０１から出力される振れ信号に基づいて、被写体像の画像振れを打ち消すようにピッチ方向に第１像振れ補正レンズ１０３の位置を移動させる補正位置制御信号を生成し、第１レンズ位置制御部２０５に出力する。なお、第１像振れ補正制御部２０３における処理は、詳細に後述する。

第２振動センサ２０２は例えば角速度センサであり、上述した通常姿勢における撮像装置の水平方向（ヨー方向）の振動を検出し、検出した振動を表す振れ信号（角速度信号）を出力する。第２像振れ補正制御部２０４は、第２振動センサ２０２から出力される振れ信号に基づいて、画像振れを打ち消すようにヨー方向に第１像振れ補正レンズ１０３の位置を移動させる補正位置制御信号を生成し、第２レンズ位置制御部２０６に出力する。

なお、第１像振れ補正制御部２０３及び第２像振れ補正制御部２０４は、振れ情報（角速度信号）にフィルタ処理等により積分処理を行うことにより、補正位置制御信号を生成する。

一方、第１ホール素子２０９（位置検出手段）は、第１像振れ補正レンズ１０３に設けられた磁石による磁場の強さに応じた電圧を有する信号を、第１像振れ補正レンズ１０３のピッチ方向の位置情報として出力する。第１レンズ位置制御部２０５は、第１像振れ補正制御部２０３から供給されるピッチ方向の補正位置制御信号と、第１ホール素子２０９から供給される第１像振れ補正レンズ１０３のピッチ方向の位置情報とに基づいて、フィードバック制御を行う。具体的には、第１ホール素子２０９からの信号値と、第１像振れ補正制御部２０３からの補正位置制御信号値とを比較して、その偏差が０に収束するように、例えば、アクチュエータである第１ドライブ部２０７を駆動しながらフィードバック制御する。このようにして、第１像振れ補正レンズ１０３のピッチ方向の駆動を制御する。

また、第２ホール素子２１０（位置検出手段）は、第１像振れ補正レンズ１０３に設けられた磁石による磁場の強さに応じた電圧を有する信号を、第１像振れ補正レンズ１０３のヨー方向の位置情報として出力する。第２レンズ位置制御部２０６は、第２像振れ補正制御部２０４から供給されるヨー方向の補正位置制御信号と、第２ホール素子２１０から供給される第１像振れ補正レンズ１０３のヨー方向の位置情報とに基づいて、フィードバック制御を行う。具体的には、第２ホール素子２１０からの信号値と、第２像振れ補正制御部２０４からの補正位置制御信号値とを比較して、その偏差が０に収束するように、例えば、アクチュエータである第２ドライブ部２０８を駆動しながらフィードバック制御する。このようにして、第１像振れ補正レンズ１０３のヨー方向の駆動を制御する。

なお、第１ホール素子２０９、第２ホール素子２１０から出力される位置信号値にはばらつきがあるので、所定の補正位置制御信号に対して第１像振れ補正レンズ１０３が所定の位置に移動するように、第１及び第２ホール素子２０９、２１０の出力の調整を行う。

次に、像振れ補正レンズ駆動部１０４による第２像振れ補正レンズ１１３の駆動制御動作について説明する。

第１像振れ補正制御部２０３は、第１振動センサ２０１から供給された振れ信号と、第１ホール素子２０９から供給された第１像振れ補正レンズ１０３のピッチ方向の位置情報とに基づいて、第２像振れ補正レンズ１１３をピッチ方向に駆動する補正位置制御信号を生成する。そして、生成したピッチ方向の補正位置制御信号を第３レンズ位置制御部２１１に出力する。第３レンズ位置制御部２１１は、第１像振れ補正制御部２０３から供給されるピッチ方向の補正位置制御信号値と、第３ホール素子２１６から供給される第２像振れ補正レンズ１１３のピッチ方向の位置情報の信号値とを比較する。そして、その偏差が０に収束するように、第３ドライブ部２１４を駆動しながらフィードバック制御する。

また、第２像振れ補正制御部２０４は、第２振動センサ２０２から供給された振れ信号と、第２ホール素子２１０から供給された第１像振れ補正レンズ１０３のヨー方向の位置情報とに基づいて、第２像振れ補正レンズ１１３をヨー方向に駆動する補正位置制御信号を生成する。そして、ヨー方向の補正位置制御信号を第４レンズ位置制御部２１２に出力する。第４レンズ位置制御部２１２は、第２像振れ補正制御部２０４から供給されるヨー方向の補正位置制御信号値と、第４ホール素子２１３から供給される第２像振れ補正レンズ１１３のヨー方向の位置情報の信号値とを比較する。そして、その偏差が０に収束するように、第４ドライブ部２１５を駆動しながらフィードバック制御する。

図３（ａ）は第１像振れ補正制御部２０３の構成の一例を示す図である。本実施形態における第１像振れ補正制御部２０３は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５０１、第１駆動ゲイン処理部５０２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５０３、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５０４、第２駆動ゲイン処理部５０５を備える。以下、図３（ａ）を参照して、第１像振れ補正制御部２０３における処理について説明する。

第１振動センサ２０１が検出した振れ信号（角速度信号）は、第１像振れ補正制御部２０３のＬＰＦ５０１により積分処理され、角速度信号から角度信号（以下、「振れ角度信号」と呼ぶ。）へ変換される。ＬＰＦ５０１から出力された振れ角度信号は第１駆動ゲイン処理部５０２により所定の倍率で増減された後、第１像振れ補正レンズ１０３のピッチ方向の目標位置を示す補正位置制御信号として第１レンズ位置制御部２０５へ出力される。

一方、ＬＰＦ５０１から出力された振れ角度信号は、ＬＰＦ５０３により低周波成分が抽出される。また第１ホール素子２０９で検出された第１像振れ補正レンズ１０３のピッチ方向の位置情報はＨＰＦ５０４により高周波成分が抽出される。そして、振れ角度信号の低周波成分と第１像振れ補正レンズ１０３の位置情報の高周波成分が合算された信号が、第２駆動ゲイン処理部５０５により所定の倍率（ゲイン）で増減される。第２駆動ゲイン処理部５０５で増減された信号は、第２像振れ補正レンズ１１３のピッチ方向の目標位置を示す補正位置制御信号として、第３レンズ位置制御部２１１へ出力される。

なお、上述した例では、振れ角度信号の低周波成分と第１像振れ補正レンズ１０３の位置の高周波成分が合算された信号を第２像振れ補正レンズ１１３の目標位置を示す補正位置制御信号としたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、ＬＰＦ５０３とＨＰＦ５０４を入れ替えて、振れ角度信号の高周波成分と第１像振れ補正レンズ１０３の位置の低周波成分が合算された信号を第２像振れ補正レンズ１１３の目標位置とする構成でも同様の制御が適用可能である。即ち、振れ角度信号と第１像振れ補正レンズ１０３の位置の一方からＬＰＦ５０３により低周波数成分を抽出し、他方からＨＰＦ５０４により高周波数成分を抽出して合算すれば良い。

また、第２像振れ補正制御部２０４は、処理に用いる信号の入力元、及び、処理した信号の出力先を除いて、第１像振れ補正制御部２０３と同様の構成を有するため、説明を省略する。

図４はＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４の構成例を示す図であり、公知の１次のＩＩＲ型デジタルフィルタにより構成されている。係数ｂ及びｃを変更することにより、デジタルフィルタから出力される信号を所定の倍率に増減させることができる。

また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す構成のうち、ＬＰＦ５０３およびＨＰＦ５０４を使用しない構成例を示しており、ＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４のカットオフ周波数を限りなく低周波数に設定した場合と等価である。第１像振れ補正レンズ１０３に第２像振れ補正レンズ１１３を同期して駆動させるか否かを切り替えるだけのシステムであれば、回路あるいはソフトウェアの簡略化のために、図３（ｂ）のような構成としてもよい。

図５は、第１像振れ補正レンズ１０３と像振れ補正レンズ駆動部１０４の機械的な構成例を示す分解斜視図である。図５において、可動鏡筒１２２は、中央の開口部に第１像振れ補正レンズ１０３を保持する。可動鏡筒１２２は、第１磁石１２５１および第２磁石１２６１を保持する。また、可動鏡筒１２２は、転動ボール受け部を３個備えており、転動ボール１２４によって、光軸と直交する面内を移動可能に転動支持される。また、可動鏡筒１２２は、ばねかけ部を３個所備えており、付勢ばね１２７の一端を保持する。

固定地板１２３は、円筒形状に形成される。固定地板１２３は、外周部の３個所にフォロワー１２３１を備え、中央の開口部に、可動鏡筒１２２が配置されている。これにより、可動鏡筒１２２の可動量を制限することができる。また、固定地板１２３は、第１磁石１２５１の着磁面と対向する個所において、第１コイル１２５２および第１ヨーク１２５３を保持する。また、固定地板１２３は、第２磁石１２６１の着磁面と対向する個所において、第２コイル１２６２および第２ヨーク１２６３を保持する。更に、固定地板１２３は、転動ボール受け部を３個備え、可動鏡筒１２２を、転動ボール１２４を介して、光軸と直交する面内を移動可能に支持する。また、固定地板１２３は、ばねかけ部を３個備えており、付勢ばね１２７の一端を保持する。

第１ドライブ部２０７は、この例では、第１磁石１２５１、第１コイル１２５２、第１ヨーク１２５３を備えた公知のボイスコイルモータである。固定地板１２３に取り付けられた第１コイル１２５２に電流を流すことで、可動鏡筒１２２に固定された第１磁石１２５１との間にローレンツ力を発生させ、可動鏡筒１２２を駆動することができる。第２ドライブ部２０８は、第２磁石１２６１、第２コイル１２６２、第２ヨーク１２６３を備えており、第１ドライブ部２０７と同様のボイスコイルモータを９０°回転させて配置したものである。

付勢ばね１２７は、変形量に比例する付勢力を発生する引っ張りばねである。付勢ばね１２７の一端は可動鏡筒１２２に固定され、他端を固定地板１２３に固定されて、その間に付勢力を発生する。この付勢力により、転動ボール１２４が挟持され、転動ボール１２４は固定地板１２３と可動鏡筒１２２との接触状態を保つことができる。

第１ホール素子２０９及び第２ホール素子２１０は、第１磁石１２５１および第２磁石１２６１の磁束を読み取る２つの磁気センサを利用した位置センサであり、その出力変化から、可動鏡筒１２２の平面内の移動を検出することができる。

センサホルダ１２９は、概略円盤上に構成され、固定地板１２３に固定されて、第１ホール素子２０９及び第２ホール素子２１０を、第１磁石１２５１及び第２磁石１２６１と対向する位置に保持することができる。また、センサホルダ１２９は、固定地板１２３とともに形成された内部の空間に可動鏡筒１２２を収納することができる。これにより、像振れ補正装置に衝撃力がかかったときや、姿勢差が変化したときでも、内部の部品の脱落を防ぐことができる。上述した構成により、像振れ補正レンズ駆動部１０４は、光軸と直交する面上の任意の位置に第１像振れ補正レンズ１０３を移動させることができる。

図６は、像振れ補正レンズ駆動部１０４における第１像振れ補正レンズ１０３及び第２像振れ補正レンズ１１３の位置関係を示す図である。図６では、説明のために、像振れ補正レンズ駆動部１０４の一部を分解して示す。図６において、可動鏡筒１３２は、中央の開口部に第２像振れ補正レンズ１１３を保持する。固定地板１３３の中央の開口部に、可動鏡筒１３２が配置される。第２像振れ補正レンズ１１３を備える像振れ補正レンズ駆動部１０４は、レンズの形状およびそれを保持する可動鏡筒１３２の形状以外は、第１像振れ補正レンズ１０３を備える像振れ補正レンズ駆動部１０４と同様の構成であるため、詳しい説明は省略する。

図１０は、第１像振れ補正レンズ１０３及び第２像振れ補正レンズ１１３の屈折力の極性関係を示す図である。

図１０（ａ）は正の屈折力を持つ第１像振れ補正レンズ１０３と負の屈折力を持つ第２像振れ補正レンズ１１３で構成される場合である。本構成では、第１像振れ補正レンズ１０３を光軸に対してシフトすることで像振れ補正を行い、第２像振れ補正レンズ１１３を光軸上、もしくは光軸近傍の点を中心に回転することで第１像振れ補正レンズの駆動に伴い発生する偏心収差を低減させる。なお、第１像振れ補正レンズ１０３が正の屈折力を持ち、第２像振れ補正レンズ１１３が負の屈折力を持つことから、この時の各レンズの光軸に対する駆動方向を同方向にすることで、振れ補正動作に伴う偏心収差補正の効果が得られる。

また、本構成で第１像振れ補正レンズ１０３及び第２像振れ補正レンズ１１３の駆動方向を光軸に対して互いに逆方向にすると、それぞれの振れ補正レンズの駆動に伴う撮影画像の画角変化方向は同一方向となる。そのため、いずれか一方の振れ補正レンズのみを駆動した場合と同じ振れ補正角度を得るためのそれぞれの振れ補正レンズの駆動量は小さくすることができる。従って、大きな振れが発生した場合でもそれぞれの振れ補正レンズが駆動可能な範囲を超えることを抑え、良好な振れ補正性能を得ることが可能になる。

図１０（ｂ）は正の屈折力を持つ第１像振れ補正レンズ１０３と正の屈折力を持つ第２像振れ補正レンズ１１３で構成される場合を示している。本構成のおいては、図１０（ａ）と屈折力の極性関係が逆になるため、偏心収差補正を行う際には２つの振れ補正レンズの駆動方向を逆方向にし、振れ補正角を大きくしたい場合には同一方向に駆動することで、図１０（ａ）と同様の効果を得ることができる。

なお、図１０Ａに示す例では、第１像振れ補正レンズ１０３と第２像振れ補正レンズ１１３の屈折力（正負）の関係が、正と正（同符号）、図１０Ｂに示す例では、正と負（異符号）の場合について説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、負と負あるいは、負と正とした構成においても同等の効果を得ることができる。また、第１像振れ補正レンズ１０３を光軸に対してシフト、第２像振れ補正レンズ１１３を光軸あるいは光軸近傍の点に対して回転方向（チルト）とする場合を説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。動きの種類が、チルトとシフト、あるいはチルトとチルトとした構成でも同等の効果を得ることが可能である。

以上説明したように、第１像振れ補正レンズ１０３及び第２像振れ補正レンズ１１３は、第１像振れ補正制御部２０３及び第２像振れ補正制御部２０４により駆動制御される。これにより、撮像光学系を通過した光像を移動させる像振れ補正動作が行われ、撮像面での像の安定性を確保することができる。

本実施形態では、上記構成を有する像振れ補正装置を、第１の制御モードと、第２の制御モードとの２種類の制御モードにより選択的に駆動する。

第１の制御モードでは、第１像振れ補正レンズ１０３と第２像振れ補正レンズ１１３とを同期駆動する。この駆動例を図７（ａ）に示す。図７（ａ）において、実線は第１像振れ補正レンズ１０３の位置、点線は第２像振れ補正レンズ１１３の位置を示している。第１の制御モードでは、第１像振れ補正レンズ１０３と第２像振れ補正レンズ１１３とを同じ周波数、同じ位相で駆動する。ただし、駆動振幅は必ずしも一致していなくてもよい。

このように第１像振れ補正レンズ１０３と第２像振れ補正レンズ１１３とを同じ周波数、同じ位相で駆動するために、第１の制御モードでは、ＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４のカットオフ周波数を同じ極低周波数（例えば、0.01Hz等）に設定する。これにより、第２像振れ補正レンズ１１３は、第１像振れ補正レンズ１０３の位置信号に追従するように駆動され、２つのレンズは同位相で同期した駆動になる。

一方、第２の制御モードでは、第１像振れ補正レンズ１０３と第２像振れ補正レンズ１１３とを同期させずに駆動する。この駆動例を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）においても、実線は第１像振れ補正レンズ１０３の位置、点線は第２像振れ補正レンズ１１３の位置を示している。第２の制御モードでは、第１像振れ補正レンズ１０３及び第２像振れ補正レンズ１１３の周波数及び位相をそれぞれ制御することで、互いに独立に駆動する。

このように第１像振れ補正レンズ１０３と第２像振れ補正レンズ１１３とを独立に駆動するために、第２の制御モードでは、ＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４のカットオフ周波数を同じ高周波数に設定する。例えば、一般的に手振れの周波数帯域とされる1Hz〜20Hz以上に設定するとよい。これにより、第２像振れ補正レンズ１１３は、第１像振れ補正レンズ１０３の位置信号ではなく、ＬＰＦ５０３から得られる振れ信号に追従するように駆動される。従って、第１像振れ補正レンズ１０３の位置には関係なく、第２像振れ補正レンズ１１３を独立に駆動する（つまり、同期せずに駆動する）ことができる。

上記制御により、第１の制御モードは、光学性能（主に非点収差、像面湾曲等）の劣化を抑えた駆動制御となり、第２の制御モードは、像振れ補正性能を優先した駆動制御となる。

なお、図３（ｂ）に示すＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４を含まない構成で第１の駆動モードによる駆動制御を実現するためには、第２駆動ゲイン処理部５０５を０ではない値に設定する。こうすることで、第２像振れ補正レンズ１１３は第１像振れ補正レンズ１０３の位置信号に追従するように同じ位相で同期して駆動することができる。一方、第２駆動ゲイン処理部５０５でかけるゲインを０に設定することで、第２像振れ補正レンズ１１３は第２駆動ゲイン処理部５０５からの目標信号が指令されなくなる。このように、第２像振れ補正レンズ１１３を駆動しない（２つの像振れ補正レンズは同期しない）ことで、第２の制御モードによる駆動制御を実現することができる。

次に、上記構成を有する像振れ補正装置における第１像振れ補正レンズ１０３及び第２像振れ補正レンズ１１３の２つの像振れ補正レンズの目標位置算出処理について、図８のフローチャートを参照して説明する。なお、この目標位置算出処理は、一定周期間隔で実行される。

まず、処理が開始すると、第１振動センサ２０１及び第２振動センサ２０２が像振れ信号をそれぞれ取得する（Ｓ１０１）。次にＳ１０２にて、第１像振れ補正制御部２０３及び第２像振れ補正制御部２０４のＬＰＦ５０１が、取得した像振れ信号をそれぞれ積分することで、振れ角度情報へ変換する。

次にＳ１０３において、ズーム駆動部１０２から焦点距離情報を取得する。そしてＳ１０４において、取得した焦点距離情報が示す焦点距離に応じて、第１駆動ゲイン処理部５０２及び第２駆動ゲイン処理部５０５で用いるゲインを変更する。この処理は、第１像振れ補正レンズ１０３及び第２像振れ補正レンズ１１３の焦点距離における敏感度（振れ補正レンズの駆動距離に対する画角の変化量）の差を補正するための処理である。

次にＳ１０５において、撮影条件が所定条件であるか否かを判定する。なお、所定条件に関しては、詳細に後述する。所定条件でない場合には、Ｓ１０６に進んで像振れ補正処理として第１の制御モードに決定する。そして、第１の制御モードで駆動するように、ＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４のフィルタ係数ｂ、ｃを所定値に変更することで、カットオフ周波数を変更した後、Ｓ１０８に進む。

Ｓ１０５で所定条件であると判定された場合には、Ｓ１０７に進んで像振れ補正処理として第２の制御モードに決定する。そして、第２の制御モードで駆動するように、ＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４のフィルタ係数ｂ、ｃを所定値に変更することで、カットオフ周波数を変更した後、Ｓ１０８に進む。

Ｓ１０８では、第１駆動ゲイン処理部５０２においてＳ１０６またはＳ１０７において変更されたゲインを振れ角度信号に積算する。次に、振れ角度信号を、第１像振れ補正制御部２０３からは第１レンズ位置制御部２０５へ、第２像振れ補正制御部２０４からは第２レンズ位置制御部２０６へ出力する（Ｓ１０９）。これにより、第１像振れ補正レンズ１０３が駆動される。

次に、Ｓ１１０にて、第１ホール素子２０９及び第２ホール素子２１０により第１像振れ補正レンズ１０３のピッチ方向及びヨー方向の位置を取得する。そして、Ｓ１１１にて、振れ角度信号から、Ｓ１０６またはＳ１０７でカットオフ周波数が設定されたＬＰＦ５０３によって低周波数成分を抽出する。次にＳ１１２にて、第１像振れ補正レンズ１０３の位置から、Ｓ１０６またはＳ１０７でカットオフ周波数が設定されたＨＰＦ５０４によって高周波数成分が抽出される。Ｓ１１３にて、抽出された振れ角度信号の低周波数成分と第１像振れ補正レンズ１０３の位置の高周波成分が合成され、Ｓ１１４にて第２駆動ゲイン処理部５０５によりＳ１０４で変更されたゲインが積算される。その後、積算した合成信号を、第１像振れ補正制御部２０３からは第３レンズ位置制御部２１１へ、第２像振れ補正制御部２０４からは第４レンズ位置制御部２１２へ出力する（Ｓ１１５）。これにより、第１または第２の制御モードで第２像振れ補正レンズ１１３が駆動される。

図９は、実施形態に係る第１の制御モード及び第２の制御モードの特性と、撮影条件に応じた関係を示す図である。上述したように、第１の制御モードは、光学性能（主に偏心収差）の劣化を抑えた駆動制御であり、第１像振れ補正レンズ１０３と第２像振れ補正レンズ１１３を同期して駆動する。一方、第２の制御モードは、像振れ補正性能を優先した駆動制御であり、第１像振れ補正レンズ１０３と第２像振れ補正レンズ１１３は同期させずに駆動する。このように、第１の制御モードにおいて、第１像振れ補正レンズ１０３の駆動により発生した偏心収差を低減させるように第２像振れ補正レンズ１１３を駆動する。これにより、第１像振れ補正レンズ１０３のみを駆動した場合に比べて、非点収差、像面湾曲の収差を低減することができる。

しかしながら、第１の制御モードでは、第２像振れ補正レンズ１１３を駆動せずに第１像振れ補正レンズのみを駆動した場合よりも、ザイデルの５収差（１歪曲収差、２球面収差、３コマ収差、４非点収差、５像面湾曲）の全てを補正することが困難な場合がある。

そこで、本実施形態では、第１の制御モードにおいて、非点収差、像面湾曲の２つを優先し、第２像振れ補正レンズ１１３を駆動せずに第１像振れ補正レンズのみを駆動した場合よりも、第１像振れ補正レンズ１０３の駆動により発生した偏心収差を低減させるように第２像振れ補正レンズ１１３を駆動することで、補正する。

以下、撮影条件と、第１の制御モード及び第２の制御モードとの対応について説明する。

●焦点距離
焦点距離が予め決められた閾値よりも短い領域では第１の制御モードを使用し、閾値以上の領域では第２の制御モードを使用する。即ち、焦点距離が閾値以上であることを本実施形態における所定条件とする。これは一般的に焦点距離が短い領域では、手振れによる画角の変動が小さく、焦点距離が長い領域では手振れによる画角変動の影響が大きいからである。焦点距離が短い領域では、ＬＰＦ５０３およびＨＰＦ５０４のカットオフ周波数を焦点距離が長い領域に比べて低く設定する。これにより、ＨＰＦ５０４により抽出される第１像振れ補正レンズ１０３の位置の周波数帯域が広くなり、第２像振れ補正レンズ１１３は第１像振れ補正レンズ１０３の位置に同期して駆動される。一方、焦点距離が長い領域では、ＬＰＦ５０３およびＨＰＦ５０４のカットオフ周波数を高く設定することにより、第２像振れ補正レンズ１１３は第１像振れ補正レンズ１０３に同期せずに、手振れ補正角度信号に従って独立して駆動される。

●像振れ量
振動センサにより検出される像振れ量が予め決められた閾値よりも小さい場合には振れ補正の効果があまり高くなくてもよいことから、第１の制御モードで駆動し、閾値以上の場合には、第２の制御モードで駆動する。即ち、像振れ量が閾値以上であることを本実施形態における所定条件とする。例えば、歩きながらの撮影のように像振れ量が大きい場合には、ＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４のカットオフ周波数を高く設定することで、第２像振れ補正レンズ１１３は第１像振れ補正レンズ１０３に同期せずに、それぞれ像振れ角度信号に従って別々に駆動する。この時、２つの振れ補正レンズの屈折力の特性に応じて第１像振れ補正レンズ１０３の駆動量と方向を決定する第１駆動ゲイン処理部５０２、及び第２像振れ補正レンズ１１３の駆動量と方向を決定する第２駆動ゲイン処理部５０５で積算するゲインの極性を変更する。これにより、２つの振れ補正レンズが同じ像振れ角度信号に対してそれぞれ振れ補正を行うことで、像振れに対するそれぞれの振れ補正レンズの駆動量は、１つの振れ補正レンズのみで駆動する場合に比べて駆動量を減らすことができる。そのため、駆動限界に達するまでの余裕ができ、より大きな像振れまで補正することができるようになる。

例えば、図１０（ａ）のように、正の屈折力を有する第１像振れ補正レンズ１０３と負の屈折力を有する第２像振れ補正レンズ１１３で構成される場合には、それぞれの振れ補正レンズが同一方向に駆動した場合の撮影画像の画角変化方向は逆となる。そのため、第１像振れ補正レンズ１０３及び第２像振れ補正レンズ１１３が振れ補正信号に対して逆方向に駆動するように、第１駆動ゲイン処理部５０２及び第２駆動ゲイン処理部５０５で積算するゲインが逆の極性となるように設定する。

●撮影方向の変化
撮影者が撮像装置をしっかり構えて定点を撮影しているような静止状態においては第１の制御モードで駆動し、パンニングあるいはチルティング動作のようにフレーミングのため意図的に撮影方向を大きく変化させている場合には、第２の制御モードで駆動する。即ち、撮影方向の変化が閾値以上であることを本実施形態における所定条件とする。パンニング動作中に第１の制御モードにより第１像振れ補正レンズ１０３及び第２像振れ補正レンズ１１３を同期させて駆動させると、２つのレンズが両方とも容易に振れ補正限界位置まで駆動してしまう。そのため、第２の制御モードで駆動制御することで、フレーミング直後に極端に振れ補正性能が低下してしまうのを避ける。パンニングを検出したら第２の制御モードにし、ＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４のカットオフ周波数を静止状態の時に比べて高く設定する。これにより、第２像振れ補正レンズ１１３は第１像振れ補正レンズ１０３に同期せずに、それぞれ像振れ角度信号に従って別々に駆動することができる。また、第２駆動ゲイン処理部５０５のゲインを低く設定して、第２像振れ補正レンズ１１３が駆動中心に戻り易いように制御してもよい。

●撮影モード
動画撮影中は、第１の制御モードで駆動し、静止画撮影時は、その他の撮影条件に応じて第１の制御モードまたは第２の制御モードで制御する。これは、動画撮影モードでは常に撮影画像が記録されるため、第１像振れ補正レンズ１０３及び第２像振れ補正レンズ１１３の同期ずれによって、光学性能が時折劣化して見苦しい撮影画像となってしまうのを避けるためである。

●静止画撮影の状態
静止画撮影の撮影待機中は、第１の制御モードで駆動し、露光中は第２の制御モードで駆動する。即ち、静止画撮影の露光中であることを本実施形態における所定条件とする。第１像振れ補正レンズ１０３及び第２像振れ補正レンズ１１３を同期して駆動すると、像振れが大きい時に両方のレンズが制御限界に達してしまい、露光中に十分な振れ補正効果が得られない問題がある。そこで、撮影待機中はＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４のカットオフ周波数を動画撮影時に比べて少し高く設定することで第２像振れ補正レンズ１１３が駆動限界に到達しにくくしておく。そして、露光開始時にＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４のカットオフ周波数を撮影待機中に比べてさらに高く設定することで、第２像振れ補正レンズ１１３の駆動限界までの余裕を確保でき、露光中の振れ補正効果の低下を避けることができる。

●振れ補正モード
振れ補正停止中は第１の制御モードで駆動することで、撮像装置に加わる振動、衝撃などの外乱に対して、２つのレンズ位置がずれて光学性能が劣化してしまうのを避けることができる。

●第１像振れ補正レンズの状態
第２像振れ補正レンズ１１３を第１像振れ補正レンズ１０３の位置に同期して駆動させると、第１像振れ補正レンズ１０３が、何らかの問題で故障し駆動できなくなった場合に、正常に駆動できる第２像振れ補正レンズ１１３も駆動しなくなってしまう。従って、第１像振れ補正レンズ１０３が故障した場合には、ＬＰＦ５０３およびＨＰＦ５０４のカットオフ周波数を高く設定し、第２の制御モードで駆動することで、第１像振れ補正レンズ１０３が故障しても、第２像振れ補正レンズ１１３で振れ補正制御が継続される。このため、極端に振れ補正効果が低下してしまうことを避けることができる。

なお、図９に示す撮影条件に優先順位を付けておくことで、優先順位の高い撮影条件に基づいて、第１の制御モードまたは第２の制御モードを設定することができる。また、複数の撮影条件での判断結果、第１の制御モードと第２の制御モードのうち、より多く選択された制御モードを設定してもよく、最終的に第１の制御モードと第２の制御モードのどちらを選択するかの条件は適宜変更すればよい。

上記の通り本実施形態によれば、第１像振れ補正レンズ１０３と第２像振れ補正レンズ１１３の同期駆動を、撮影条件に応じたＬＰＦ５０３およびＨＰＦ５０４のカットオフ周波数の変更または第２駆動ゲイン処理部５０５のゲインの変更により行う。これにより、撮影条件に応じて同期、非同期駆動が設定でき、光学性能と振れ補正性能を両立した振れ補正装置を提供することができる。

なお、本実施形態では、補正光学系として補正レンズを用いているが、撮影光学系に対してＣＣＤなどの撮像手段を駆動することでも、撮像面での像の安定性を確保できる。すなわち、撮像手段を、像振れを補正する手段として用いてもよい。また、補正光学系とＣＣＤの駆動を組み合わせて用いてもよい。

（変形例）
上述した実施形態では、ＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４のカットオフ周波数を、撮影条件に応じて予め決められた周波数とすることで、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合について説明した。これに対し、ＬＰＦ５０３及びＨＰＦ５０４のカットオフ周波数を連続的に所定値へ変更することで、ＬＰＦ５０３とＨＰＦ５０４の制御の独立性を連続的に変更することが可能となる。

例えば、焦点距離が長い領域に向かうに従ってＬＰＦ５０３およびＨＰＦ５０４のカットオフ周波数を少しずつ高く変更していくようにしてもよい。こうすることで、ＨＰＦ５０４で抽出される第１像振れ補正レンズ１０３の位置に含まれる手振れ周波数の帯域が狭くなり、逆にＬＰＦ５０３で抽出される手振れ角度信号の手振れ周波数帯域の割合が広くなっていく。このように、第１像振れ補正レンズ１０３の位置が第２像振れ補正レンズ１１３の制御に与える影響を徐々に変えることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、３枚以上の補正レンズを用いた場合や、複数の補正レンズに撮像素子の駆動を組み合わせた場合にも、同期制御する第１の制御モードと、非同期制御する第２の制御モードの切り替えや、独立性の度合いの変更制御を適用することが可能である。

１０３：第１像振れ補正レンズ、１０４：像振れ補正レンズ駆動部、１１３：第２像振れ補正レンズ、１１９：制御部、２０１：第１振動センサ、２０２：第２振動センサ、２０３：第１像振れ補正制御部、２０４：第２像振れ補正制御部、２０５：第１レンズ位置制御部、２０６：第２レンズ位置制御部、２０７：第１ドライブ部、２０８：第２ドライブ部、２０９：第１ホール素子、２１０：第２ホール素子、２１１：第３レンズ位置制御部、２１２：第４レンズ位置制御部、２１３：第４ホール素子、２１４：第３ドライブ部、２１５：第４ドライブ部、２１６：第３ホール素子、５０１、５０３：ＬＰＦ、５０２：第１駆動ゲイン処理部、５０４：ＨＰＦ、５０５：第２駆動ゲイン処理部

Claims (12)

1. 第１の光学補正手段と、
   前記第１の光学補正手段の光軸方向において、前記第１の光学補正手段と異なる位置に配置されている第２の光学補正手段と、
   振れ検出手段の出力から算出される振れ補正信号に基いて、前記第１の光学補正手段を光軸と異なる方向に移動させることで光学的に像振れを補正するとともに、前記第１の光学補正手段を前記光軸と異なる方向に移動させることで発生した収差を補正するために前記第２の光学補正手段を前記光軸と異なる方向に移動させる第１の制御モードを実行する制御手段と
   を有することを特徴とする像振れ補正装置。
2. 前記第１の制御モードにおいて、前記制御手段は、前記第１の光学補正手段及び前記第２の光学補正手段を同じ位相且つ同じ周波数で移動させることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
3. 撮影条件を取得する取得手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記撮影条件に応じて、前記第１の制御モードと、前記振れ補正信号に基いて、前記第１の光学補正手段及び前記第２の光学補正手段を前記光軸と異なる方向に移動させることで光学的に像振れを補正する第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正装置。
4. 前記第２の制御モードにおいて、前記制御手段は、前記第１の光学補正手段及び前記第２の光学補正手段を、互いに異なる位相且つ異なる周波数で移動させることを特徴とする請求項３に記載の像振れ補正装置。
5. 前記取得手段は、前記振れ検出手段であり、
   前記制御手段は、前記振れ検出手段から出力される振れ信号の大きさが予め決められた閾値よりも小さい場合、前記第１の制御モードを実行し、前記振れ信号の大きさが前記閾値以上である場合、前記第２の制御モードを実行することを特徴とする請求項３に記載の像振れ補正装置。
6. 前記取得手段は、焦点距離の情報を取得する手段であり、
   前記制御手段は、前記焦点距離が予め決められた閾値よりも小さい場合、前記第１の制御モードを実行し、前記焦点距離が前記閾値以上である場合、前記第２の制御モードを実行することを特徴とする請求項３に記載の像振れ補正装置。
7. 前記取得手段は、パンニングを判定する判定手段であり、
   前記制御手段は、前記判定手段によりパンニング動作中と判定された場合、前記第２の制御モードを実行することを特徴とする請求項３に記載の像振れ補正装置。
8. 前記制御手段は、動画撮影の場合、前記第１の制御モードを実行し、静止画撮影の場合、前記第２の制御モードを実行することを特徴とする請求項３に記載の像振れ補正装置。
9. 前記制御手段は、静止画撮影の待機中である場合、前記第１の制御モードを実行し、前記静止画撮影の露光中である場合、前記第２の制御モードを実行することを特徴とする請求項３に記載の像振れ補正装置。
10. 前記制御手段は、
    前記第１の光学補正手段の屈折力と前記第２の光学補正手段の屈折力の正負が異符号の場合、前記第１の制御モードにおいて、前記第１の光学補正手段及び前記第２の光学補正手段を同じ方向へ移動させ、
    前記第１の光学補正手段の屈折力と前記第２の光学補正手段の屈折力の正負が同符号の場合、前記第１の制御モードにおいて、前記第１の光学補正手段及び前記第２の光学補正手段を互いに異なる方向へ移動させる
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
11. 前記第１の光学補正手段の位置を検出して、位置情報を出力する位置検出手段を更に有し、
    前記制御手段は、
    低周波数成分を抽出するローパスフィルタ手段と高周波数成分を抽出するハイパスフィルタ手段を備え、
    前記振れ検出手段から出力される振れ補正信号及び前記位置情報の一方から、前記ローパスフィルタ手段により低周波数成分を抽出し、前記振れ補正信号及び前記位置情報の他方からハイパスフィルタ手段により高周波数成分を抽出し、前記抽出した低周波数成分と高周波数成分とを合算した信号に基づいて、前記第２の光学補正手段を制御する
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
12. 第１の光学補正手段と、該第１の光学補正手段の光軸方向において、前記第１の光学補正手段と異なる位置に配置されている第２の光学補正手段とを有する像振れ補正装置の制御方法であって、
    制御手段が、振れ検出手段の出力から算出される振れ補正信号に基いて、前記第１の光学補正手段を光軸と異なる方向に移動させることで光学的に像振れを補正する第１の補正工程と、
    前記制御手段が、前記第１の光学補正手段を前記光軸と異なる方向に移動させることで発生した収差を補正するために前記第２の光学補正手段を前記光軸と異なる方向に移動させる第２の補正工程と
    を有することを特徴とする制御方法。

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