JP2018109776A - ブレ補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】好適なブレ補正制御が可能なブレ補正装置を提供する。
【解決手段】本発明のブレ補正装置は、レンズ鏡筒１００とカメラ本体２００とを含む撮像装置１のブレを補正するためのブレ補正装置である。そして、検出軸に関する振動を表す振動信号をそれぞれ出力する少なくとも２つの振動検出部１ａ、１ｂ、振動検出部１ａ、１ｂの振動信号に基づいてブレ補正量を算出する補正量演算部５、算出されたブレ補正量に基づいてブレ補正レンズ１０を駆動するブレ補正レンズ駆動回路８によってブレ補正装置を構成し、レンズ鏡筒１００において、振動検出部１ａはレンズ鏡筒１００の光軸Ａに沿う長さの中心よりもカメラ本体２００に近い位置に設けられ、振動検出部１ｂは中心よりも被写体に近い位置に設けられることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブレ補正装置に関する。

角速度検出センサ等によって撮像装置の振動（以降「ブレ」とも記す）を検出し、ブレに応じて光学系の一部を変位させることにより、ブレを補正するブレ補正レンズがある。ブレ補正レンズのブレ検出センサから出力される信号のＳ／Ｎ比の向上を図るための手法が、特許文献１に記載されている。
ブレ補正装置は、撮像装置を操作する操作者が撮像装置を手に持ったことによって起こる、所謂「手ブレ」を補正するための構成である。

特開２０１０−１９１３１６号

ところで一般的には、望遠レンズ等は、レンズ鏡筒の全長が長くなる。また、開放値Ｆ値が小さい明るいレンズでは、レンズ鏡筒に備えられるブレ補正レンズの質量が大きくなる。このようなレンズ鏡筒においてブレ補正レンズが作動すると、レンズ鏡筒に力が加わり、レンズ鏡筒に弾性変形による振動が生じる。

このとき、ブレ補正レンズは、弾性変形による振動を手ブレによる振動と認識し、さらにブレを補正するように光学系を変位させる。そして、弾性変形によって生じる角速度とブレ補正レンズによる光学系駆動との位相及び周波数によっては、レンズ鏡筒に生じた振動が発振状態となって、レンズ鏡筒に高い周波数の振動が継続的に生じることになる。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、好適なブレ補正制御が可能なブレ補正装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。

請求項１に記載の発明は、レンズ鏡筒とカメラ本体とを含む撮像装置のブレを補正するためのブレ補正装置であって、ブレ検出の基準となる複数の検出軸の少なくとも１つに設けられ、前記検出軸に関する振動を表す振動信号をそれぞれ出力する少なくとも２つの振動検出部と、少なくとも２つの前記振動検出部によって出力された前記振動信号に基づいて、ブレ補正量を算出する補正量演算部と、前記補正量演算部によって算出されたブレ補正量に基づいて前記ブレ補正レンズを駆動するブレ補正レンズ駆動回路と、を備え、前記レンズ鏡筒において、前記振動検出部の少なくとも１つは前記レンズ鏡筒の光軸に沿う長さの中心よりも前記カメラ本体に近い位置に設けられ、前記振動検出部の他の少なくとも１つは、前記中心よりも被写体に近い位置に設けられることを特徴とするブレ補正装置である。

本発明によれば、好適なブレ補正制御が可能なブレ補正装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態のブレ補正装置と、ブレ補正装置が設けられるレンズ鏡筒とカメラボディとを示した図である。 弾性変形によってレンズ鏡筒に加わる力と検出される角速度の方向を示した図である。 図１に示した補正量演算部において行われるブレ補正量の算出を説明するための図である。 図１に示した補正量演算部において行われるブレ補正量の算出を説明するための他の図である。 本発明の第１実施形態でいうＰｉｔｃｈ方向、Ｙａｗ方向を説明するための図である。

以下、本発明の第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態を説明する。

本明細書では、第１実施形態、第２実施形態の説明に先だって、弾性変形によって生じる振動を解消することの困難性について説明する。
弾性変形によって生じる振動は、本来撮像装置自体の振れではない。このため、撮像装置にとっては外乱ノイズに相当するものとなるが、所謂ホワイトノイズではない。このようなノイズは、上記した特許文献１記載の手法によって低減することは困難である。

以上のことから、公知のレンズ鏡筒では、弾性変形によって生じる振動に起因して発生する発振現象を抑えるため、ブレ補正レンズを駆動する制御演算のゲイン（ＰＩＤゲイン）を下げる、または、ローパスフィルタを挿入する等の対応を行っていた。
これらの対応は、発振現象の防止には有効であるが、比較的高い周波数の防振性能を犠牲とするものであった。

また、理論上は、曲げ一次モードの腹に当たるレンズ鏡筒の部分に角速度センサを配置すれば振動による角速度が発生しないことになる。しかし、腹の位置は振動周波数や撮像装置の姿勢等によって若干変化するので、角速度センサの配置位置によって発振を抑えることは困難であった。
［第１実施形態］

［全体構成］
図１は、本発明の第１実施形態のブレ補正装置と、ブレ補正装置が設けられるレンズ鏡筒１００と、レンズ鏡筒１００が着脱自在に取り付けられているカメラボディ２００とを示した図である。
図１においては、説明と理解を容易にするために、ＸＹＺ直交座標系を設けた。この座標系では、撮影者が光軸Ａを水平として横長の画像を撮影する場合のカメラの位置（以下、正位置という）において撮影者から見て左側に向かう方向をＸプラス方向とする。また、正位置において上側に向かう方向をＹプラス方向とする。さらに、正位置において被写体に向かう方向をＺプラス方向とする。
図１において、カメラボディ２００及びレンズ鏡筒１００は、ＹＺ平面で切断された縦断面として示される。

［発明の特徴部の構成］
ブレ補正装置は、カメラ等の撮像装置１のブレを補正するためのブレ補正装置である。そして、ブレ検出の基準となる複数の検出軸の少なくとも１つに設けられ、検出軸に関する振動を表す振動信号ｓ１、ｓ２をそれぞれ出力する少なくとも２つの角速度センサ１ａ、１ｂと、角速度センサ１ａ、１ｂによって出力された振動信号ｓ１、ｓ２に基づいて、ブレ補正量を算出する補正量演算部５と、補正量演算部５によって算出されたブレ補正量に基づいてブレ補正レンズ１０を駆動するブレ補正レンズ駆動回路８と、を備えている。

以上の構成のうち、補正量演算部５は、後述するＡ／Ｄ変換器３ａ、３ｂ、１３、フィルタ処理回路４ａ、４ｂ、ＰＩＤ位相補償部６、駆動パルス生成部７と共に、レンズマイコン２０として一体的に構成される。第１実施形態のブレ補正装置は、レンズマイコン２０と角速度センサ１ａ、１ｂと、ブレ補正レンズ駆動回路８を含む構成である。

第１実施形態のブレ補正装置は、レンズ鏡筒１００に設けられる。レンズ鏡筒１００は、カメラボディ２００に着脱可能に取り付けられている。レンズ鏡筒１００において、角速度センサ１ａはレンズ鏡筒の光軸Ａに沿う長さの中心よりもカメラボディ２００に近い位置に設けられ、角速度センサ１ｂは、この中心よりも被写体に近い位置に設けられている。

レンズ鏡筒１００は、角速度センサ１ａ、１ｂの他、ブレ補正レンズ駆動回路８から出力される駆動信号にしたがってブレ補正レンズ１０を駆動させるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）９と、ブレ補正レンズ１０の位置を検出するレンズ位置検出センサ１１を備えている。
ブレ補正レンズ１０は、光軸Ａに垂直な平面を移動することで２軸（Ｐｉｔｃｈ方向に沿う軸及びＹａｗ方向に沿う軸）のブレを補正することが可能である。ただし、図１では、説明の簡単のため、Ｐｉｔｃｈ方向の振動を検出するための構成についてのみ示している。

図２〜図４は、図１に示した補正量演算部５において行われるブレ補正量の算出を説明するための図である。図２、図３（ａ）、図４（ａ）は、いずれもカメラボディ２００及びレンズ鏡筒１００をＹＺ平面で切断した縦断面図である。
図２は、弾性変形によってレンズ鏡筒に加わる力と検出される角速度の方向を示している。図示したように、レンズ鏡筒１００に弾性変形が生じると、レンズ鏡筒１００は、長さ方向の中央付近（腹）でたわみ、振動が発生する。このとき、腹を中心にしたレンズ鏡筒１００の両端部においては、方向が反対の角速度が検出される。

図３（ａ）は、図２に示した両端部に角速度センサ１ａ、１ｂを設けた状態を示している。図３中に示した矢線Ｆは、ブレ補正レンズ１０の移動方向を示している。図３（ｂ）は角速度センサ１ａによって検出された角速度（振動信号）と時間との関係を示している。図３（ｃ）は角速度センサ１ｂによって検出された角速度と時間との関係を示している。図３（ｄ）は、角速度センサ１ａによって検出された角速度と、角速度センサ１ｂによって検出された角速度とを平均化して得られる角速度を示している。図３（ｂ）〜（ｄ）の縦軸はいずれも角速度を示し、横軸は時間を示している。

図３（ａ）に示したように、レンズ鏡筒１００の腹を挟んだ両端部に角速度センサ１ａ、１ｂを設けると、角速度センサ１ａ、１ｂから出力された角速度は、位相が略逆転した振動信号となる。このため、角速度センサ１ａから出力された振動信号と、角速度センサ１ａから出力された振動信号とを平均化すると、図３（ｄ）のように、平均化された振動信号は検出された振動信号に比べて小さくなる。

第１実施形態の補正量演算部５は、図３（ｄ）に示した振動信号に基づいてブレ補正量を算出する。このとき、振動信号が十分小さくなっているから、レンズ鏡筒１００が振動していない、あるいは許容される程度に振動が小さい場合と同様にブレ補正レンズ１０の駆動を停止させることができる。
このような構成によれば、レンズ鏡筒１００に弾性変形が生じても、ブレ補正レンズ１０が弾性変形に追従して駆動し続けることがなく、レンズ鏡筒１００の振動が発振することを防ぐことができる。

図４（ａ）は、撮像装置１が、所謂手ブレによってＰｉｔｃｈ方向に振動している状態を示している。図４（ｂ）は角速度センサ１ａによって検出された角速度（振動信号）と時間との関係を示している。図４（ｃ）は角速度センサ１ｂによって検出された角速度と時間との関係を示している。図４（ｄ）は、角速度センサ１ａによって検出された角速度と、角速度センサ１ｂによって検出された角速度とを平均化して得られる角速度を示している。図４（ｂ）〜（ｄ）の縦軸はいずれも角速度を示し、横軸は時間を示している。

撮像装置１が手ブレによって振動する場合、レンズ鏡筒１００の両端部には方向が同じ角速度が発生する。このため、角速度センサ１ａから出力された振動信号と角速度センサ１ａから出力された振動信号とを平均化すると、図４（ｄ）のように、平均化された振動信号は検出された振動信号と略同様の信号となる。
第１実施形態の補正量演算部５は、図４（ｄ）に示した振動信号に基づいてブレ補正量を算出するから、レンズ鏡筒１００が角速度センサ１ａまたは角速度センサ１ｂによって検出された角速度で振動している場合と同様にブレ補正レンズ１０を駆動させることができる。
このような構成によれば、撮像装置１に手ブレが発生している場合には、ブレ補正レンズ１０によって手ブレを補正し、手ブレによる画像品質の低下を防ぐことができる。

［動作の説明］
撮像装置１のＰｉｔｃｈ方向のブレを検出するために、角速度センサ１ａ、１ｂがレンズ鏡筒１００の両端位置、すなわち、カメラボディ２００の側と図示しない被写体の側とに配置されている。角速度センサ１ａによって出力された振動信号ｓ１、角速度センサ１ｂによって出力された振動信号ｓ２は、それぞれアナログ信号処理回路（増幅器及びローパスフィルタ）２ａ、２ｂに入力される。振動信号ｓ１、ｓ２は、いずれも角速度センサによって検出された角速度の大きさを示す信号である。
振動信号ｓ１は、アナログ信号処理回路２ａに入力される。また、振動信号ｓ１は、アナログ信号処理回路２ａに入力される。アナログ信号処理回路２ａ、２ｂにおいて、振動信号１ｓ、２ｓは、それぞれホワイトノイズが除去された後増幅される。

アナログ信号処理回路２ａ、２ｂにおいてノイズが除去された後増幅された振動信号ｓ１、ｓ２は、レンズマイコン２０のＡ／Ｄ変換器３ａ、３ｂにおいてデジタル信号に変換される。なお、Ａ／Ｄ変換器３ａ、３ｂにおいて振動信号がデジタル変換されるタイミングは、同時であることが望ましい。
デジタルデータとして取り込まれた振動信号は、フィルタ処理回路４ａ、４ｂに入力される。フィルタ処理回路４ａ、４ｂは、振動信号に対して各種デジタルフィルタ処理、例えばセンサのドリフト成分を除去するためのハイパスフィルタ処理等を実行する。

フィルタ処理が施された角速度信号は、図３（ｂ）〜（ｄ）、図４（ｂ）〜（ｄ）で説明したように、補正量演算部５において平均化される。角速度信号を平均化することにより、弾性変形によって生じた角速度成分はキャンセルされ、手ブレによって生じた角速度信号は検出値のまま保持される。
補正量演算部５は、平均化処理された角速度センサ出力を基に撮像装置のブレ補正量を算出する。ブレ補正量を算出するための演算には、平均化された振動信号を積分する工程が含まれる。演算後、算出されたブレ補正量を補正するためのブレ補正レンズ１０の位置が計算され、ブレ補正レンズ駆動目標位置として出力される。

一方、ブレ補正レンズ１０の現在位置は、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）等のレンズ位置検出センサ１１によって検出される。レンズ位置検出センサ１１によって検出された現在位置を示す信号は、増幅器及びローパスフィルタを含むアナログ信号処理回路１２に入力される。アナログ信号処理回路１２は、入力された信号のノイズを除去し、増幅して出力する。
アナログ信号処理回路１２から出力された信号は、レンズマイコン２０内のＡ／Ｄ変換器１３に入力されてデジタル信号に変換される。デジタル変換された信号は、ブレ補正レンズ位置算出部１４に入力される。ブレ補正レンズ位置算出部１４は、デジタル信号に各種補正処理をし、現在のブレ補正レンズ位置を算出する。

ブレ補正レンズ駆動目標位置とブレ補正レンズ位置は、減算回路１５において減算され、その差分がＰＩＤ位相補償部６に入力される。ＰＩＤ位相補償部６は、ブレ補正レンズ１０の駆動操作量を算出するＰＩＤ制御器である。すなわち、ＰＩＤ位相補償部６は、補正量演算部５で演算されたブレ補正レンズ駆動目標位置と現在のブレ補正レンズ位置との差である位置偏差を基にＰＩＤ制御演算を行い、位置偏差がゼロとなるように駆動操作量を決定する。
ＰＩＤ位相補償部６で決定された駆動操作量は、駆動パルス生成部７に入力される。駆動パルス生成部７は、駆動操作量を表すＰＷＭパルス信号を生成する。ＰＷＭパルス信号は、ブレ補正レンズ駆動回路８に出力される。ブレ補正レンズ駆動回路８は、ＶＣＭ９を駆動するためのＰＷＭドライバである。ＶＣＭ９は、ＰＷＭパルス信号に基づいてブレ補正レンズ１０を補正目標位置に移動させる。以上の動作により、一連のブレ補正処理が完了する。

以上が、Ｐｉｔｃｈ方向のブレ補正処理に関する説明である。しかし、第１実施形態のブレ補正装置は、Ｙａｗ方向のブレについても同様に補正することができる。
図５（ａ）、（ｂ）は、Ｐｉｔｃｈ方向、Ｙａｗ方向を説明するための図である。図５（ａ）は、カメラボディ２００とレンズ鏡筒１００とをＹＺ平面で切断した縦断面図である。図５（ｂ）は、カメラボディ２００とレンズ鏡筒１００とをＸＺ平面で切断した横断面図である。
Ｐｉｔｃｈ方向の補正は、Ｘ軸を検出軸とし、Ｘ軸周りの回転方向、すなわち撮像装置１の矢線Ｄで示した回動方向のブレを補正する。また、Ｙａｗ方向の補正は、Ｙ軸を検出軸とし、Ｙ軸周りの回転方向、すなわち撮像装置１の矢線Ｅで示した回動方向のブレを補正する。

Ｐｉｔｃｈ方向のブレを補正するためには、前記したように、一対の角速度センサ１ａ、１ｂがレンズ鏡筒１００のカメラボディ側と被写体側とに設けられる。第１実施形態では、Ｙａｗ方向のブレを補正するためにも、一対の角速度センサ１ｃ、１ｄをレンズ鏡筒１００のカメラボディ側と被写体側とに設けている。そして、角速度センサ１ｃ、１ｄから出力された振動信号を、図１で説明したブレ補正装置と同様の装置に入力させる。
角速度センサ１ｃ、１ｄから出力された振動信号は、ブレ補正装置の補正量演算部５において平均化され、平均化された信号に基づいて補正量演算部５がブレ補正量を算出し、ブレ補正レンズ１０の目標位置を決定する。

以上、第１実施形態によると、以下の効果を有する。
（１）角速度センサを１つの検出軸について２つ設け、この角速度センサをレンズ鏡筒の両端部に配置している。このため、角速度センサによって検出された角速度を示す２つの振動信号の位相が反転していて、振幅が等しい場合には両者を平均化して打ち消すことができる。
このため、第１実施形態は、レンズ鏡筒の「腹」の部分を中心にして起こる弾性変形に起因する振動にずれ補正レンズが追従して動作することを防ぐことができる。
（２）また、第１実施形態によれば、手ブレ等によって撮像装置１が振動している場合には、一方の角速度センサによって検出された振動信号の値に基づいてブレ補正レンズの位置を算出することができる。このため、手ブレに関しては、既存の構成と同様にブレ補正レンズを移動させ、ブレを解消することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図３（ｂ）〜（ｄ）に示したように、振動信号を平均化して検出された角速度よりも小さい値を得るためには、位相が反転していて、かつ、振幅が等しい角速度が検出される位置に一対の角速度センサを設けることが望ましい。
しかし、レンズ鏡筒１００における部品レイアウトや振動の状態により、このような角速度センサの配置が困難である場合もある。

第２実施形態は、上記した課題を、振動信号に重み付けを行うことにより解消するものである。
なお、「重み」とは、例えば、一対の角速度レンズのうち、大きい角速度が検出される側の角速度センサから出力される振動信号に「１」以上の値を乗じるものであってもよい。また、例えば、一対の角速度レンズのうち、小さい角速度が検出される側の角速度センサから出力される振動信号に「１」以下の値を乗じるものであってもよい。
さらに、角速度センサの取り付け方により、一対の角速度センサから出力される振動信号の正負が異なる場合、角速度センサの一方から出力される振動信号に「−１」を乗じるものであってもよい。

［第３実施形態］
次に、本発明の実施形態３について説明する。
レンズ鏡筒は、撮像装置１のズーム動作やオートフォーカスの動作により、その長さが変化する。このため、振動信号を平均化して検出された角速度よりも小さい値を得るために望ましい角速度センサの取り付け位置も変化することになる。
第３実施形態は、レンズ鏡筒１００の長さの変化に応じて振動信号に付けられた重みを変更することにより、レンズ鏡筒１００の長さの変化によらず、一対の角速度センサの振動信号の平均化された値を小さくするものである。

レンズ鏡筒１００の長さに関する情報は、撮像装置１のオートフォーカス機能やズーム機能を制御する制御部から得ることができる。なお、オートフォーカス機能やズーム機能、これを制御する制御部は公知の構成であるから、これ以上の説明は行わない。
第３実施形態では、撮像装置１の焦点距離あるいは撮像倍率に関する情報を、図１に示した補正量演算部５が取得する。そして、取得された情報に対応する重みを決定し、振動信号に重みを乗じた上で平均化するようにしてもよい。
なお、焦点距離あるいは撮像倍率に応じた重みは、補正量演算部５に予め記憶させておくものであってもよいし、焦点距離あるいは撮像倍率と重みとの関係を示す演算式を補正量演算部５に予め記憶させておくものであってもよい。
［変形形態］
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
（１）例えば、上記した実施形態では、角速度センサを１対設ける構成について説明したが、角速度センサはレンズ鏡筒の設計や弾性振動の状況に応じて幾つ設けるものであってもよい。
（２）また、上記した実施形態では、角速度センサから出力された振動信号を単純平均する例を示したが、本実施形態は、このような構成に限定されるものではない。
すなわち、振動信号の処理は、平均化に限定されるものでなく、レンズ鏡筒の弾性変形によって生じる振動に応じて振動信号が出力された場合、２つの角速度センサによって出力された振動信号に基づいて、１つの角速度センサによって出力された振動信号よりも振幅が小さい信号を算出し、算出された信号に基づいてブレ補正量を算出する処理であればよい。
この具体的な処理としては、２つの角速度センサによって出力された振動信号を互いに相殺させることが考えられる。なお、相殺とは、２つの角速度センサのうちの一方の振動信号の値（例えばｖ１とする）が他方の振動信号の値（例えばｖ２とする）を完全に打ち消すものでなく、値ｖ１が、値ｖ２を値ｖ１の分だけ打ち消すものであってもよい。
また、平均化の処理は、上記した単純平均の他、角速度センサ１ａ、１ｂから出力された振動信号を加重平均することも考えられる。
なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。

１：撮像装置、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ：角速度センサ、２ａ、２ｂ：アナログ信号処理回路、３ａ、３ｂ：Ａ／Ｄ変換器、４ａ、４ｂ：フィルタ処理回路、５：補正量演算部、６：ＰＩＤ位相補償部、７：駆動パルス生成部、８：ブレ補正レンズ駆動回路、９：ＶＣＭ、１０：ブレ補正レンズ、１１：レンズ位置検出センサ、１２：アナログ信号処理回路、１３：Ａ／Ｄ変換器、１４：ブレ補正レンズ位置算出部、１５：減算回路、２０：レンズマイコン、１００：レンズ鏡筒、２００：カメラボディ

Claims (1)

1. レンズ鏡筒とカメラ本体とを含む撮像装置のブレを補正するためのブレ補正装置であって、
   ブレ検出の基準となる複数の検出軸の少なくとも１つに設けられ、前記検出軸に関する振動を表す振動信号をそれぞれ出力する少なくとも２つの振動検出部と、
   少なくとも２つの前記振動検出部によって出力された前記振動信号に基づいて、ブレ補正量を算出する補正量演算部と、
   前記補正量演算部によって算出されたブレ補正量に基づいてブレ補正レンズを駆動するブレ補正レンズ駆動回路と、
   を備え、
   前記レンズ鏡筒において、前記振動検出部の少なくとも１つは前記レンズ鏡筒の光軸に沿う長さの中心よりも前記カメラ本体に近い位置に設けられ、前記振動検出部の他の少なくとも１つは、前記中心よりも被写体に近い位置に設けられることを特徴とするブレ補正装置。

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