JP2017146626A - 像振れ補正装置および像振れ補正方法、撮像装置、並びに光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】像振れ補正装置において像振れ補正の精度を高めること。
【解決手段】撮像装置は、角度振れを検出するための角速度計１０８ｐと平行振れを検出するための加速度計１０９ｐを備える。ＣＰＵ１０６は、振れ検出信号に基づいて像振れ補正量を算出する。振れ補正部１１０は、算出された像振れ補正量に応じて補正部材を駆動して像振れを補正する。撮影倍率算出部３０７は、撮影レンズの撮影倍率を算出して信号切り替え部３０８に出力する。信号切り替え部３０８は撮影倍率の大きさに応じて、積分フィルタ３０５の出力と、ＨＰＦ３０６の出力を切り替える。ＣＰＵ１０６は補正用フィルタの低周波帯域の追従性を変化させて像振れ補正量を算出して像振れ補正を行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、手振れ等による像振れを補正する像振れ補正装置及び撮像装置に関し、特にマクロ撮影時の像振れを円滑に補正する技術に関するものである。

像振れ補正装置を搭載したカメラでは、像振れの無い撮影を可能にするために、手振れ等によるカメラの角度振れを検出し、検出値に応じて像振れ補正用レンズ（以下、補正レンズという）を駆動する。その際、カメラ振動を正確に検出して振れによる光軸変化を補正することが要件となる。角速度等の検出結果を得る振動検出部（角速度計等）と、演算処理結果に基づいて補正部材（補正レンズ等）を駆動させる駆動制御部により、画像振れが抑制される。

ところで、至近距離での撮影（撮影倍率の高い撮影条件）の場合、角速度計のみでは検出できない振れがある。これは、カメラの光軸に対して平行な方向または垂直な方向に加わる、いわゆる平行振れであり、その影響による像劣化も無視できない。例えば、マクロ撮影にて被写体に２０ｃｍ程度まで接近して撮影する条件や、カメラから１ｍ程度離れた被写体に対して撮像光学系の焦点距離が非常に大きい（例えば４００ｍｍ）条件下では、積極的に平行振れを検出して補正を行う必要がある。

特許文献１では、加速度計により平行振れを検出し、加速度計の二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併せて振れ補正部を駆動する技術が開示されている。この場合、加速度計の出力は外乱ノイズや温度変化等の環境の変化の影響を受け易く、二階積分により不安定要因はさらに拡大されるので、平行振れの高精度な補正が難しい。また、特許文献２では、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技術が開示されている。角速度計と加速度計の各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、振れ補正が行われる。外乱の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、加速度計の不安定要因による補正への影響を軽減できる。

特開平７−２２５４０５号公報 特開２０１０−２５９６２号公報

一般的に、像振れ補正に使用するフィルタのカットオフ周波数を低く設定し、周波数帯域を広くすれば、撮影者の体の揺れ等に対する低周波成分の振れ補正が可能になり、性能が向上する。しかしながら、フィルタの低周波側の周波数帯域を拡大すると、別の問題が生じ得る。つまり、補正部材の可動範囲は有限であるため、補正部材の位置が可動範囲の限界に到達してしまう結果、逆に性能を劣化させる可能性がある。

また、特許文献２に開示された、回転半径を用いる平行振れ補正では、低周波帯域での補正を正確に行うことが難しいという問題がある。回転半径については、所定の周波数帯域での回転半径を特定して算出され、抽出する周波数は主に１Ｈｚから１０Ｈｚの間で設定される。よって、１Ｈｚ以下の振れに対して、回転半径を正確に求められない場合も起こり得る。また、演算で求めた回転半径よりも、１Ｈｚ以下の振れにおける実際の回転半径が小さい場合、１Ｈｚ以下の低周波帯域での補正おいては実際の平行振れと異なる余計な振れ補正が行われる可能性もある。上記条件の場合、フィルタの低周波側の周波数帯域を拡大することに伴う過補正によって、像振れ補正性能が低下することが懸念される。
本発明は、像振れ補正装置において像振れ補正の精度を高めることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る装置は像振れ補正装置であって、撮像光学系の撮影倍率を算出するとともに、前記撮像光学系の光軸に対して垂直な方向の平行振れを検出する振れ検出手段の出力する振れ検出信号を用いて、平行振れ補正量を算出する演算手段と、平行振れ補正が行われる周波数帯域を選択するフィルタと、前記フィルタにて選択された平行振れ補正周波数帯域の平行振れ補正量に従って平行振れを補正する振れ補正手段を制御する制御手段と、を備える。前記演算手段は、前記撮影倍率が閾値より大きい場合、前記平行振れ補正周波数帯域の低周波帯域を狭くし、前記撮影倍率が前記閾値以下である場合、前記平行振れ補正周波数帯域の低周波帯域を広げる。

本発明によれば、像振れ補正装置において像振れ補正の精度を高めることができる。

本発明に係る像振れ補正装置を搭載したカメラの上面図である。 本発明に係る像振れ補正装置を搭載したカメラの側面図である。 本発明の第１実施形態に係る像振れ補正装置のブロック図である。 本発明における振れの回転中心の説明図である。 本発明の第１実施形態に係る像振れ補正装置を説明するためのブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る振れ補正量算出を説明する波形図である。 本発明の第１実施形態に係るフィルタゲイン特性の説明図である。 本発明の第１実施形態に係る像振れ補正装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る像振れ補正装置のブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る像振れ補正装置のブロック図である。

本発明の各実施形態について、添付図面を参照して説明する。本発明は、デジタル一眼レフカメラに装着される交換レンズやレンズ鏡筒のような光学機器、デジタルビデオカメラ、監視カメラ、Ｗｅｂカメラ等の撮影装置、携帯電話やタブレット端末等の撮影装置を具備する電子機器に適用できる。

［第１実施形態］
図１及び図２は本発明の第１実施形態に係る像振れ補正装置を具備した撮像装置を示す平面図及び側面図である。撮像装置に搭載される像振れ補正装置は、光軸１０２に対して矢印１０３ｐ、１０３ｙで示す振れ（以下、角度振れという）、及び矢印１０４ｐ、１０４ｙで示す振れ（以下、平行振れという）に対して像振れ補正を行う。
撮像装置１０１はレリーズボタンによる操作スイッチ（レリーズＳＷ）１０５を備え、カメラＣＰＵ（中央演算処理装置）１０６は制御プログラムを実行して像振れ補正等の各種処理を行う。撮像素子１０７は撮像光学系により結像する被写体光を光電変換する。
角速度検出手段（以下、角速度計という）１０８ｐ、１０８ｙは各々、矢印１０８ｐａ、１０８ｙａ回りの角度振れを検出する。角度振れは、撮像光学系の光軸に対して直交する軸回りの振れであり、光軸に直交する第１の軸回り方向をピッチ方向ｐとし、光軸および第１の軸に直交する第２の軸回り方向をヨー方向ｙとする。また、加速度検出手段（以下、加速度計という）１０９ｐ、１０９ｙは各々、矢印１０９ｐａ、１０９ｙａで示す平行振れを検出する。この平行振れは、撮像光学系の光軸に対して垂直な方向の振れであり、矢印１０９ｐａが縦方向、矢印１０９ｙａが横方向をそれぞれ表す。

レンズ駆動部１１０は、補正レンズ１１１を図１、図２の矢印１１０ｙ、１１０ｐの方向へ自在に駆動して、角度振れと平行振れの両方を加味した像振れ補正を行う。角速度計１０８ｐ、１０８ｙ、及び加速度計１０９ｐ、１０９ｙの各出力は、カメラＣＰＵ１０６に入力される。カメラＣＰＵ１０６はそれらの出力に基づいてレンズ駆動部１１０を制御することで像振れ補正を行う。
本実施形態は、像振れ補正手段として、算出された補正量に基づいて補正レンズ１１１を、光軸に垂直な面内で移動させる、いわゆる光学防振を採用している。しかし、補正量に基づいた補正方法は光学防振に限らない。例えば、撮像素子を光軸に垂直な面内で移動させることで像振れ補正を行う形態や、撮像素子が出力する各撮影フレームの画像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の形態でもよい。あるいは、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できる。

図３は、本発明の第１実施形態に係る像振れ補正装置を示すブロック図である。カメラＣＰＵ１０６内の構成要素については機能ブロックとして示す。図３では、カメラの鉛直方向に生じる振れ（ピッチ方向：図２の矢印１０３ｐ、１０４ｐ方向）に関する構成のみを示す。同様の構成はカメラの水平方向に生じる振れ（ヨー方向：図１の矢印１０３ｙ、１０４ｙ方向）にも設けられている。これらは基本的には同じ構成であるので、以下では、ピッチ方向に関する構成のみを図示して説明する。

まず、角度振れ検出信号に基づいて第１の像振れ補正量を演算する第１演算部（３０１、３０３、３１５参照）を説明する。
角速度計１０８ｐは角度振れ検出信号として角速度信号をカメラＣＰＵ１０６に出力する。角速度信号はＨＰＦ積分フィルタ３０１に入力され、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）でＤＣ（直流）成分をカットされた後に積分され、角度信号に変換される。
補正用の角度算出フィルタは、下式（１）の左辺に示すように積分器（式（１）の左辺「１／ｓ」）とＨＰＦ（式（１）の左辺「Ｔｓ／（Ｔｓ＋１）」）を組み合わせたフィルタである。これは、下式（１）の右辺に示すように、時定数Ｔのローパスフィルタ（ＬＰＦ）に時定数Ｔを乗算した式と同じになる。

式（１）の左辺にてＴはＨＰＦの時定数を表し、式（１）の右辺にてＴはＬＰＦの時定数を表す。したがって、角度算出フィルタにはＨＰＦが含まれており、角度算出フィルタの前段に別のＨＰＦを接続すると、角速度計１０８ｐの出力から角度算出までのフィルタについては、２次のＨＰＦが構成されることになる。

ＨＰＦ積分フィルタ３０１の出力は敏感度調整部３０３に入力される。敏感度調整部３０３には、ズームレンズおよびフォーカスレンズの位置情報３０２が入力される。位置情報３０２は、レンズ鏡筒に設けた不図示の位置検出部により既知の検出方法で取得される。敏感度調整部３０３は、ズームレンズおよびフォーカスレンズの位置情報３０２から求まる焦点距離と撮影倍率に基づいて、ＨＰＦ積分フィルタ３０１の出力を増幅し、補正量（以下、振れ補正量１という）を算出する。振れ補正量１は信号切り替え部３１５に入力される。ここで、撮影倍率とは、レンズを通して写した被写体像の大きさ（撮像面上の像の大きさ）と、被写体の実際の大きさとの比率をいう。

次に、角度振れ検出信号に基づいて第２の像振れ補正量を演算する第２演算部（３０４ないし３０９、３１５参照）を説明する。
角速度計１０８ｐの出力は、基準値減算部３０４にも入力される。基準値減算部３０４は、角速度計１０８ｐのオフセット成分を算出し、算出したオフセット成分を角速度から減算して積分フィルタ３０５に出力する。基準値減算部３０４は、角速度計１０８ｐの出力のオフセット基準値を算出する。このオフセット基準値は、角速度計１０８ｐの出力に検出ノイズとして付加される角速度オフセット成分である。例えば、ＨＰＦ通過後の角速度や、角速度を微分した角加速度の振幅が所定の閾値より小さいときの角速度計１０８ｐの出力値を取得しておく。それをカットオフ周波数が非常に小さく設定されたＬＰＦによって滑らかにつなげていく方法等でＤＣ成分である角速度オフセットが算出される。算出されたオフセット基準値は、角速度計１０８ｐの電源がＯＦＦとなるまで保持される。

積分フィルタ３０５の出力は、信号切り替え部３０８とＨＰＦ３０６に入力される。ＨＰＦ３０６は低周波数成分をカットし、信号切り替え部３０８へ出力する。信号切り替え部３０８は、撮影倍率算出部３０７から撮影倍率を取得する。撮影倍率算出部３０７は、ズームレンズおよびフォーカスレンズの位置情報３０２を取得して撮影倍率を算出する。信号切り替え部３０８は撮影倍率を閾値と比較し、撮影倍率の大きさに応じて、積分フィルタ３０５の出力、またはＨＰＦ３０６の出力を選択し、敏感度調整部３０９に出力する。撮影倍率が閾値を超える場合に選択されるＨＰＦ３０６の出力は、補正用の角度算出フィルタの周波数帯域を変更する前の第１の補正量に相当する。また、撮影倍率が閾値以下の場合に選択される積分フィルタ３０５の出力は、周波数帯域を変更した後の第２の補正量に相当する。
角度算出フィルタにＨＰＦ３０６が含まれる場合、上述したように角速度計１０８ｐの出力から角度算出までのフィルタが２次のＨＰＦの構成となる。このため、手振れの低波帯域（〜１Ｈｚ）では大きく位相も進んでしまい、像振れ効果が低下することになる。

また、パンニングやチルティング動作等において、２次のＨＰＦを含んだフィルタ特性の影響を受けることになる。パンニング等の大きな揺れが生じた場合、大きな振幅の低周波数成分が減衰され、その影響で、例えばパンニング終了時にはパンニング方向とは逆方向の信号が生じる（いわゆる揺り戻し現象）。この信号はその後、ゆっくりとゼロに収束していくが、この信号に基づいて像振れ補正を行った場合、実際の撮像装置の振れとは異なる信号によって補正量が演算される。よって、手振れ補正の精度が低下する可能性がある。
従って、ＨＰＦ３０６を含まないフィルタ構成にした方が、像振れ補正上は好ましいが、この場合、低周波帯域でのゲインが大きくなる。これにより、限られた像振れ補正部材の可動範囲において補正範囲が不足する場合、適切な像振れ補正が難しくなる場合がある。また、撮影倍率が小さいときに比べて、撮影倍率が大きいときには、像振れ補正量が大きくなる。このため、撮影倍率が大きいときに補正範囲が不足する可能性がある。そこで、信号切り替え部３０８は、撮影倍率を予め設定された所定の閾値と比較する。撮影倍率が閾値以下である場合、積分フィルタ３０５の出力を用いて振れ補正量を演算することで像振れ補正効果が向上する。また、撮影倍率が閾値よりも大きい場合には、ＨＰＦ３０６の出力を用いて振れ補正量を演算することで補正部材が可動範囲を超えることなく適切な像振れ補正が行われる。

以下に平行振れ補正処理と、撮影倍率が大きい場合に像振れ補正量が大きくなる理由について説明する。
敏感度調整部３０９は、角度振れおよび平行振れを考慮した像振れ補正量への変換処理を行う。角速度計１０８ｐの出力はＨＰＦ位相調整フィルタ（以下、ＨＰＦ位相調整部という）３１０に入力される。ＨＰＦ位相調整部３１０は、角速度計１０８ｐの出力に重畳されるＤＣ成分をカットすると共に、その信号の位相調整を行う。ここでのカットオフ周波数は後述するＨＰＦ積分フィルタ３１１のＨＰＦのカットオフ周波数と合わせており、周波数特性が一致するように調整してある。ＨＰＦ位相調整部３１０の出力については、角速度計ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）部３１２で所定帯域の周波数成分のみが抽出される。

加速度計１０９ａは平行振れの検出信号を出力する。加速度計１０９ｐの出力はＨＰＦ積分フィルタ３１１に入力され、該フィルタを構成するＨＰＦがＤＣ成分をカットした後、積分フィルタが速度信号に変換する。この時のＨＰＦのカットオフ周波数は上述したように、ＨＰＦ位相調整部３１０のＨＰＦの周波数特性に合わせて設定してある。ＨＰＦ積分フィルタ３１１の出力については、加速度計ＢＰＦ部３１３で所定帯域の周波数成分のみが抽出される。
角速度計ＢＰＦ部３１２及び加速度計ＢＰＦ部３１３の各出力は、比較部３１４に入力され、敏感度調整部３０９に対して設定する補正量（補正係数）が算出される。比較部３１４における補正量算出処理については後述する。
敏感度調整部３０９は、ズームレンズおよびフォーカスレンズの位置情報３０２と信号切り替え部３０８の出力を取得する。敏感度調整部３０９は、ズームレンズおよびフォーカスレンズの位置情報３０２により求まる焦点距離および撮影倍率と、比較部３１４からの補正係数に基づいて信号切り替え部３０８の出力を増幅する。敏感度調整部３０９は補正量（以下、振れ補正量２という）を演算し、信号切り替え部３１５に出力する。

次に、比較部３１４から出力される補正係数の算出処理、および敏感度調整部３０９での振れ補正量算出処理について説明する。
図４はカメラに加わる角度振れ１０３ｐと平行振れ１０４ｐを示した図である。撮像装置１０１の撮影レンズ内にて、撮像光学系の主点位置における平行振れ１０４ｐの大きさをＹとし、角度振れ１０３ｐの大きさをθとする。回転中心Ｏ（４０１ｐ）を定めた場合の回転半径Ｌ（４０２ｐ）との関係は、下式で表される。
［数２式］
Ｙ＝Ｌ×θ ・・・・・・・・・（２）
Ｖ＝Ｌ×ω ・・・・・・・・・（３）
Ａ＝Ｌ×ωａ ・・・・・・・・・（４）
ωは角速度、ωａは角加速度、Ｖは速度、Ａは加速度である。回転半径Ｌ（４０２ｐ）は、回転中心４０１ｐから加速度計１０９ｐまでの距離である。
式（２）では、加速度計１０９ｐの出力を二階積分した変位Ｙと、角速度計１０８ｐの出力を一階積分した角度θから、回転半径Ｌの値が算出される。式（３）では、加速度計１０９ｐの出力を一階積分した速度Ｖと、角速度計１０８ｐの出力より求めた角速度ωから、回転半径Ｌの値が算出される。式（４）では、加速度計１０９ｐの出力より求めた加速度Ａと、角速度計１０８ｐの出力を一階微分した角加速度ωａから、回転半径Ｌの値が算出される。いずれの方法でも回転半径Ｌを求めることができる。

撮像光学系の主点位置における平行振れ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より、撮像面に生ずる振れδは、下式（５）で求められる。
［数３式］
δ＝（１＋β）×ｆ×θ＋β×Ｙ ・・・・・・・・・（５）
式（５）の右辺第１項のｆ、βは、撮像光学系のズームレンズおよびフォーカスレンズの位置と、それらより得られる撮影倍率や焦点距離から求まる。また振れ角度θは角速度計１０８ｐの積分結果より求まる。よって、図３を用いて説明したように角度振れ補正を行うことができる。また、式（５）の右辺第２項に関しては、加速度計１０９ｐの二階積分値であるＹと、ズームおよびフォーカス位置により得られる撮影倍率βから求まるので、それらの情報に応じて平行振れ補正を行うことができる。

しかし、本実施形態においては、式（５）を下式（６）の様に書き直した振れδに対して像振れ補正を行う。
［数４式］
δ＝（１＋β）×ｆ×θ＋β×Ｌ×θ ＝（（１＋β）×ｆ＋β×Ｌ）×θ ・・・・（６）
即ち、平行振れに関しては、加速度計１０９ｐより直接求まる平行振れ変位Ｙを用いることなく、回転半径Ｌとθとの積を用いる。上式（２）、式（３）、または式（４）で求まる回転半径Ｌと、角速度計１０８ｐの出力の積分結果（θ）と、焦点距離ｆおよび撮影倍率βから、振れδを算出して像振れ補正が行われる。

図５は、図３に示す比較部３１４における補正量（補正係数）算出処理を表したブロック図である。
比較部３１４の回転半径算出部５０１は、角速度計ＢＰＦ部３１２及び加速度計ＢＰＦ部３１３の各出力を取得し、下式（７）を用いて回転半径Ｌを算出する。
［数５式］
Ｌ＝Ｖ／ω ・・・・・・・・・（７）
回転半径Ｌは、所定の時間（サンプリング時間）間隔でサンプリングした波形の振幅等から算出してもよい。更に、回転半径Ｌの更新タイミングについては、算出された瞬間毎に行ってもよいし、時系列的な平均化処理やＬＰＦで高周波成分をカットする処理を行ってもよい。

算出後の回転半径Ｌは、リミット処理部５０２で設定されている上限値を用いて演算処理される。リミット処理部５０２は、回転半径算出部５０１の出力値が上限値以上である場合、出力値を上限値に固定し、出力値が上限値未満である場合、出力値をそのまま出力する。リミット処理部５０２の出力値は補正信号整流部５０３にて処理される。補正信号整流部５０３は、リミット処理部５０２の出力値をそれぞれ整流し、補正信号にステップ的な急激な変化が起こらないように信号処理を行う。例えば、ＬＰＦで高周波成分をカットすることで信号の整流が行われる。ＬＰＦのカットオフ周波数は、例えば０．５Ｈｚ以下の低い周波数に設定される。または、所定期間の移動平均を演算する演算部等が設けられる。補正信号整流部５０３の出力は、平行振れの像振れ補正に使用される最終的な回転半径を示す信号として敏感度調整部３０９へ出力される。

敏感度調整部３０９が出力する像振れ補正信号は信号切り替え部３１５（図３参照）に入力される。信号切り替え部３１５には、敏感度調整部３０３の出力と、レリーズＳＷ（スイッチ）１０５の出力が同時に入力され、レリーズＳＷ１０５の状態に応じて、敏感度調整部３０３の出力、または敏感度調整部３０９の出力を選択して駆動部１１２に出力する。敏感度調整部３０９からの像振れ補正信号は、信号切り替え部３０８で撮影倍率が所定の閾値以下の場合、ＨＰＦ処理なしの補正値を示す。ＨＰＦ処理なしの場合、算出された補正値は角速度計１０８ｐの出力ノイズ成分の影響によるオフセットを含んでいる。以下では、ＨＰＦ処理を行わない構成の場合、オフセットを含んだ補正値を、どのように像振れ補正に用いるのかを説明する。

図６は、撮像中および撮像中以外の期間での振れ補正処理を説明する波形図である。波形６０１は敏感度調整部３０９が算出した振れ補正量２の時間的変化を示す。波形６０２は敏感度調整部３０３が算出した振れ補正量１の時間的変化を示す。振れ補正量２についてはＨＰＦを設けていないため、波形６０１に示すように電源投入時点でのゼロ付近から時間経過につれて次第に離れていく。例えば、期間６０４にて角速度計のオフセット温度ドリフトが生じている場合、時間経過につれて、温度ドリフト影響でゼロ中心から離れた振れ補正量２が算出されることになる。

図７は、角度算出フィルタの周波数−ゲイン特性を示す。グラフ線７０１は積分フィルタのみ（上記式（１）の１／ｓに相当）の特性を示す。グラフ線７０２は角度算出に用いる積分およびＨＰＦのフィルタ特性を示す。グラフ線７０２では低周波帯域で平坦な特性となり、角度出力には角速度のオフセット分のゲイン特性が残ることになる。よって、図６の期間６０４における、角速度計の温度ドリフト影響によって角速度オフセットが大きくなるにつれて、振れ補正量２はゼロ中心から離れていく。
波形６０２に示す振れ補正量１は、積分フィルタ（積分およびＨＰＦ）にＨＰＦ３０６を加味して算出されるため、グラフ線７０２の特性にＨＰＦ３０６の特性が加わった、グラフ線７０３に示す特性となる。グラフ線７０３では、低周波領域でゲインが下がっていることから分かるように、角速度計１０８ｐの出力に含まれるオフセット成分を除去することができ、ゼロ中心で角度が算出されることになる。但し、ＨＰＦ３０６を使用するため、揺り戻し現象により、パンニングやチルティング等の大きな振れの直後における像振れ補正効果が弱まってしまう。

よって、振れ補正量１よりも振れ補正量２を用いて像振れ補正を行う方が、適切な補正効果が得られる。しかし、振れ補正量２の場合、図７にグラフ線７０２で示すフィルタ特性となっているため、低周波領域でゲインが減衰せずに平坦なゲイン特性となる。つまり角速度のオフセット成分を含みながら振れ補正量２が演算される。よって、常に波形６０１の信号に基づいて像振れ補正を行っていると、角速度オフセットの温度ドリフトにより、振れ補正量２のオフセットも大きくなってしまう。時間経過につれて補正部材の可動範囲が不足した場合、可動端で制御不能になる可能性がある。

そこで本実施形態では、撮像中であるか否かを検出し、撮像期間中には図６の波形６０３に示す信号を用いて像振れ補正を行う。また、撮像期間以外の期間、例えば、撮像前の準備期間におけるＥＶＦ表示中やＡＦ（自動焦点調節）／ＡＥ（自動露出）動作中等では、図６の波形６０２に示す信号を用いて像振れ補正が行われる。これにより、撮像期間中には、低周波領域まで拡大したフィルタ特性によって像振れ補正効果が向上する。また、撮像期間以外においても、ある程度の像振れ補正効果を確保できる。よってＡＦ／ＡＥ動作の精度が向上し、撮影者のフレーミング動作のし易さ等が向上する。

図６にて撮像期間は、撮像開始時刻６０５から撮像終了時刻６０６までの期間である。撮像期間中に波形６０２で示す信号に従って像振れ補正を行ってしまうと、パンニング直後等の場合、ＨＰＦ３０６の影響により揺り戻し現象が発生することがある。この場合、実際の手振れとは異なる像振れ補正が行われると、像振れ補正効果が低下する。本実施形態では、撮像開始時刻６０５のタイミングで、波形６０１と波形６０２の差分をオフセットとして算出する処理が行われる。波形６０１からオフセットを減算した波形６０３で示す信号を撮像期間中に使用する。撮像終了時刻６０６で撮像処理が終了すると、波形６０３に対して一定速度で波形６０２に戻す信号が加算される。加算処理は波形６０３が波形６０２と一致するまで行われる。

以上の処理により、撮像中には、ＨＰＦ３０６を使用しないフィルタ構成で演算された補正量に従って像振れ補正が実行される。よって、パンニングやチルティング直後の揺り戻し現象がなく、フィルタ特性を低周波領域まで拡大することで像振れ補正効果が向上する。
また、平行振れ補正に係わる上記補正係数（式（６）および（７）参照）については、振れ補正量２だけに使用している。これは、補正部材の可動範囲が限られており、常に平行振れ補正を行っていると、振れ補正用の可動範囲を超えてしまうことに依る。像振れ補正効果を高めたいのは、静止画撮影中である。これに加えて、撮影前の状態においてＡＦ動作中のようにフォーカス動作が確定していない状態も頻繁に起こり得る。そこで、ＡＦ動作中等での撮影倍率βの誤演算を防止するために、撮像期間のみに適切な像振れ補正効果が得られるようにする。すなわち、撮像期間中に使用する振れ補正量２のみにおいて、平行振れ補正に係わる補正係数（Ｌ）が角度θにかかっている。

補正部材の可動範囲は限られており、撮影倍率βが大きい場合、式（６）に示すように、振れδが大きくなるので、振れ補正量も大きくなる。ＨＰＦ３０６を用いないフィルタ構成の場合、低周波帯域での補正ゲインが大きくなるので低周波追従性が大きくなる。そのため、撮像中のみの制御でも振れ補正量がすぐに可動範囲を超える可能性がある。また、回転半径Ｌを用いる平行振れ補正処理では、低周波帯域での像振れ補正を正確に行うことが難しい。回転半径Ｌは、ある周波数帯域を特定して算出されたものであり、例えば、設定周波数は主に、１Ｈｚから１０Ｈｚの間である。よって、１Ｈｚ以下の振れにおいては回転半径Ｌが正確に算出されていない場合も起こり得る。設定した回転半径よりも、１Ｈｚ以下の振れに係る回転半径が小さい場合、１Ｈｚ以下の低周波帯域において実際の平行振れとは異なる像振れ補正が行われる可能性がある。

そこで、本実施形態では、撮影倍率が閾値より大きい場合、可動範囲内で像振れ補正を行い、かつ低周波帯域での誤制御を防止するため、ＨＰＦ３０６を含むフィルタ特性での像振れ補正制御に切り替える。信号切り替え部３０８は、積分フィルタ３０５の出力または積分フィルタおよびＨＰＦ３０６を通した出力を、撮影倍率の大きさに応じて選択して敏感度調整部３０９に出力する。

次に図８のフローチャートを参照して、本実施形態の像振れ補正処理について説明する。本処理はカメラの主電源オンで開始し、一定のサンプリング周期でカメラＣＰＵ１０６が実行する。
Ｓ８０１で像振れ補正サブルーチンが開始すると、まずＳ８０２では、角速度計１０８と加速度計１０９の各出力を取り込む処理が行われる。次のＳ８０３は、像振れ補正が可能な状態であるか否かの判定処理である。像振れ補正が可能な状態である場合、Ｓ８０４へ進み、また像振れ補正が可能でない状態の場合、Ｓ８１７へ処理を進める。Ｓ８０３の判定処理では、電源投入時点から角速度計１０８ｐや加速度計１０９ｐの出力が安定するまでの間、像振れ補正が可能な状態でないと判定される。ある時間が経過し、角速度計１０８や加速度計１０９の出力が安定した場合、像振れ補正が可能な状態であると判定される。これにより、電源投入直後に出力値が不安定な状態で像振れ補正を行うことによる性能低下を防止できる。

Ｓ８０４では、角速度計１０８ｐの出力（角速度）からＨＰＦ積分フィルタ３０１が角度（以下、角度１と記す）を演算する。Ｓ８０５では、敏感度調整部３０３がズームレンズおよびフォーカスレンズの位置情報３０２から求まる焦点距離や撮影倍率に基づいて角度１を増幅し、振れ補正量１を演算する。Ｓ８０６では、基準値減算部３０４および積分フィルタ３０５により角度（以下、角度２と記す）が算出される。Ｓ８０７でＨＰＦ３０６により、角度２にＨＰＦ処理を施したＨＰＦ付角度２が算出される。

次にＳ８０８で、角速度計１０８と加速度計１０９の各出力に基づいて、比較部３１４は回転半径Ｌを演算する。Ｓ８０９で撮影倍率算出部３０７は、ズームレンズおよびフォーカスレンズの位置情報３０２を取得し、撮影倍率βを算出する。
Ｓ８１０で信号切り替え部３０８は、撮影倍率βが所定の閾値Ｔｈｒｅｓｈよりも大きいか否かを判定する。撮影倍率βが閾値Ｔｈｒｅｓｈよりも大きい場合、Ｓ８１１に処理を進める。Ｓ８１１で信号切り替え部３０８が、ＨＰＦ３０６の出力であるＨＰＦ付角度２を選択し、敏感度調整部３０９は式（６）から振れ補正量２を演算する。Ｓ８１０で、撮影倍率βが閾値Ｔｈｒｅｓｈ以下の場合、Ｓ８１２に処理を進める。Ｓ８１２で信号切り替え部３０８は、積分フィルタ３０５の出力である角度２を選択し、敏感度調整部３０９は式（６）から振れ補正量２を演算する。

Ｓ８１３では、レリーズＳＷ１０５の信号に基づいて撮像中か否かが判定される。判定の結果、撮像中の場合、Ｓ８１４に進み、信号切り替え部３１５は振れ補正量２を選択し、駆動部１１２に出力する。この場合、図６の波形６０３に示す信号を用いて像振れ補正が行われる。また、Ｓ８１３で、撮像中でないと判定された場合には、Ｓ８１５に進み、信号切り替え部３１５は振れ補正量１を選択し、駆動部１１２に出力する。図６の波形６０２に示す信号を用いて像振れ補正が行われる。
次にＳ８１６で駆動部１１２は、像振れ補正目標値に基づいて補正レンズを駆動する。Ｓ８１７では、Ｓ８０３で像振れ補正が可能でないときに駆動部１１２が補正レンズの駆動を停止させる。
以上で像振れ補正サブルーチンを終了し、次回のサンプリング周期が到来するまで待ち処理となる。

本実施形態では、撮影倍率βの大きさに応じて、ＨＰＦ３０６を含むフィルタ構成とするか、またはＨＰＦ３０６を含まないフィルタ構成とするかを選択して像振れ補正を行う。これにより、補正部材の限られた可動範囲内で角度振れと平行振れに対する高精度な像振れ補正を実現できる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態において第１実施形態と同様の構成要素については既に使用した符号を用いることでそれらの詳細な説明を省略し、主に相違点を説明する。このような説明の省略については後述の実施形態でも同じである。
図９は第２実施形態に係る撮像装置１０１の撮像部の構成と、カメラＣＰＵ１０６で実行される像振れ補正処理の機能ブロックを示す。
図３と図９の構成上の相違点は以下の通りである。
・図９では、図２のＨＰＦ３０６と、信号切り替え部３０８が削除されていること。
・図３では敏感度調整部３０９へ信号切り替え部３０８の出力が入力されていたが、図９では撮影倍率算出部３０７の出力がフィルタテーブル９０１に入力されること。およびフィルタテーブル９０１の出力は積分フィルタ３０５に基準値減算部３０４の出力とともに入力され、積分フィルタ３０５の出力が敏感度調整部３０９へ送られること。

第１実施形態では、ＨＰＦ３０６を設け、撮影倍率βの大きさに応じてＨＰＦ付角度２またはＨＰＦ処理なしの角度２が選択されて、振れ補正量が演算される。第２実施形態ではＨＰＦを設けず、撮影倍率βの大きさに応じて積分フィルタ３０５のカットオフ周波数ｆｃを設定するフィルタテーブル９０１を設ける。フィルタテーブル９０１からのカットオフ周波数ｆｃを積分フィルタ３０５に設定することで、角度を算出して像振れ補正量を演算する処理が行われる。

フィルタテーブル９０１は、撮影倍率βが大きくなるにつれてカットオフ周波数ｆｃを段階的または連続的に大きくする設定を行う。これにより、撮影倍率βが大きくなったとき、補正部材が可動範囲をすぐに超えてしまい、補正不能により適切な補正効果が得られなくなることを防止できる。さらには、第１実施形態のように、所定の撮影倍率を境として、ＨＰＦの使用の有無を決定するのではなく、本実施形態の場合、撮影倍率の大きさに合わせて徐々に変更される周波数帯域が設定される。よって、撮影倍率に応じて適切な像振れ補正を行うことが可能となる。また、ＨＰＦ３０６や信号切り替え部３０８を設ける必要がないので、処理回路や処理プログラムの大規模化を回避しつつ、精度のよい像振れ補正を行える。

図９ではＨＰＦ３０６を設けず、積分フィルタ３０５のみで補正用のフィルタを構成している。これに限らず、第１実施形態のようにＨＰＦ３０６を設けたフィルタ構成として、ＨＰＦ３０６のカットオフ周波数ｆｃをフィルタテーブル９０１で設定する形態でもよい。この場合も角度算出および像振れ補正量の演算処理において、撮影倍率の大きさに合わせて徐々に周波数帯域を変更し、撮影倍率に応じて適切な像振れ補正を行うことが可能である。
本実施形態によれば、撮影倍率の大きさに応じて補正用フィルタのカットオフ周波数を変更して像振れ補正を行うことで、補正部材の限られた可動範囲内で角度振れと平行振れに対する高精度な像振れ補正を実現できる。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態を説明する。
図１０は第３実施形態に係る撮像装置１０１の撮像部の構成と、カメラＣＰＵ１０６が実行する像振れ補正処理の機能ブロックを示す。本実施形態においては、第１実施形態や第２実施形態と異なり、加速度計１０９の代わりに、撮像素子１０７の出力する画像信号から動きベクトルを算出して像振れ補正を行う。

撮像素子１０７は被写体からの反射光を電気信号に光電変換することで画像信号を出力する。撮像素子１０７の出力する画像信号は、撮影画像取り込み部１００１に入力され、設定したフレームレート毎にデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された画像情報は、動きベクトル検出部１００２に入力される。ここで、予め記憶されている１フレーム前の画像と、現在の画像、つまり時間的に連続する２つの画像を比較することで、画像同士の相対的なズレ情報から動きベクトルが算出される。抽出する画像情報としては、画像全体の情報でもよいし、画像の一部でもよい。また、画像をいくつかのエリアに分割して、分割されたエリアにてそれぞれの画像情報を比較して動きベクトルを算出し、その中から最適な動きベクトルを選択する処理を行ってもよい。本実施形態の適用上、動きベクトルの算出処理については限定されない。

動きベクトル検出部１００２が出力する動きベクトルは、像面角速度変換部１００３に送られ、フレームレート当りの振れピクセル量σ（即ち振れピクセル速度）とセルピッチαから、下式（８）より角速度ω相当の値に変換される。
［数６式］
ω ＝ （σ×α）／（（１＋β）×ｆ） ・・・・・・・・・（８）
振れピクセル速度σは、角度振れ量だけでなく平行振れ量等の他の振れ要因も含んでいるが、ここでは動きベクトル検出部１００２で検出される画像のずれを、角度振れ量のみによると見做して像振れ補正を行うことにする。

像面角速度変換部１００３からの振れ角速度はゲイン（係数をＫｐと記す）部１００４に入力される。ゲインテーブル１００６により設定されるゲイン係数Ｋｐが振れ角速度に乗算された後、積分フィルタ１００５はフィルタテーブル１００７により設定されたカットオフ周波数ｆｃに従ってフィルタリング処理された信号を演算する。ゲインテーブル１００６とフィルタテーブル１００７には、撮影倍率算出部３０７からの撮影倍率βがそれぞれ入力される。ゲインテーブル１００６は、撮影倍率βの値が大きくなるにつれてゲイン係数Ｋｐを大きくすることで、平行振れ補正効果を高める。なお、ゲイン係数Ｋｐの値は１より小さい値に設定されており、撮影倍率βの値が小さいときは過補正を防止するために、より小さな値に設定される。また、フィルタテーブル１００７は、撮影倍率βの値が大きくなるにつれて積分フィルタ１００５のカットオフ周波数ｆｃを大きくする。即ち撮影倍率βが大きいときには低周波帯域での像振れ補正効果が弱まることになる。しかし、ゲインテーブル１００６によりゲイン係数Ｋｐを大きく設定していることにより、特に１乃至１０Ｈｚの範囲での像振れ補正効果が大幅に向上する。
なお、第１実施形態の場合と同様に、ＨＰＦ３０６を用いたフィルタ構成にして、ＨＰＦ３０６のカットオフ周波数ｆｃをフィルタテーブル１００７で設定して、角度算出および像振れ補正量の演算を行ってもよい。この場合、撮影倍率βの大きさに合わせて徐々に周波数帯域が変更されるので、撮影倍率に応じて適切な像振れ補正を行える。

本実施形態によれば、撮像素子１０７の出力する撮影画像信号から動きベクトルを算出して像振れ補正を行う。撮影倍率の大きさに応じて補正用フィルタのカットオフ周波数を変更することにより、補正部材の限られた可動範囲内で角度振れと平行振れに対する高精度な像振れ補正を実現できる。

１０１ 撮像装置
１０６ ＣＰＵ
１０７ 撮像素子
１０８ｙ，１０８ｐ 角速度計
１０９ｙ，１０９ｐ 加速度計
１１０ レンズ駆動部
１１１ 振れ補正部

Claims (9)

1. 像振れ補正装置であって、
   撮像光学系の撮影倍率を算出するとともに、前記撮像光学系の光軸に対して垂直な方向の平行振れを検出する振れ検出手段の出力する振れ検出信号を用いて、平行振れ補正量を算出する演算手段と、
   平行振れ補正が行われる周波数帯域を選択するフィルタと、
   前記フィルタにて選択された平行振れ補正周波数帯域の平行振れ補正量に従って平行振れを補正する振れ補正手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記演算手段は、前記撮影倍率が閾値より大きい場合、前記平行振れ補正周波数帯域の低周波帯域を狭くし、前記撮影倍率が前記閾値以下である場合、前記平行振れ補正周波数帯域の低周波帯域を広げることを特徴とする像振れ補正装置。
2. 前記振れ検出手段は、回転振れを検出しており、
   前記演算手段は、前記振れ検出手段の出力する振れ検出信号を用いて、回転振れ補正量を算出しており、
   前記振れ補正手段は、前記演算手段が算出した回転振れ補正量に従って回転振れを補正す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. 前記演算手段は、前記撮影倍率が前記閾値より大きい場合、ハイパスフィルタを含む前記フィルタを使用し、前記撮影倍率が前記閾値以下である場合、前記ハイパスフィルタを含まない前記フィルタを使用することを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
4. 前記演算手段は、前記撮影倍率が前記閾値より大きい場合、前記フィルタのカットオフ周波数を大きく設定し、前記撮影倍率が前記閾値以下である場合、前記フィルタのカットオフ周波数を小さく設定することを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
5. 前記演算手段は、前記撮影倍率が前記閾値より大きい場合、ゲイン係数を所定値よりも大きくし、前記撮影倍率が前記閾値以下である場合、前記ゲイン係数を前記所定値よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
6. 前記振れ検出手段は、動きベクトル検出手段であることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の像振れ補正装置を有する撮像装置。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載の像振れ補正装置を有する光学機器。
9. 像振れ補正方法であって、
   撮像光学系の光軸に対して垂直な方向の平行振れを検出する振れ検出工程と、
   前記撮像光学系の撮影倍率を算出するとともに、前記振れ検出工程にて検出される振れ検出信号を用いて平行振れ補正量を算出する演算工程と、
   平行振れ補正が行われる周波数帯域を選択する選択工程と、
   前記選択工程にて選択された平行振れ補正周波数帯域の平行振れ補正量に従って平行振れを補正する像振れ補正工程と、を備え、
   前記演算工程は、前記撮影倍率が閾値より大きい場合、前記平行振れ補正周波数帯域の低周波帯域を狭くし、前記撮影倍率が前記閾値以下である場合、前記平行振れ補正周波数帯域の低周波帯域を広げることを特徴とする像振れ補正方法。

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