JP2018116134A - 像ブレ補正装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】像ブレに基づく角速度センサのオフセット値を高精度に算出可能な像ブレ補正装置を提供すること。【解決手段】第１のブレを検出する第１の検出手段から第１のブレ信号を検出する第１の取得手段と、第１のブレの周波数帯域より低い周波数帯域の第２のブレを検出する第２の検出手段から第２のブレ信号を取得する第２の取得手段と、第１のブレ信号のうち所定のカットオフ周波数より低い周波数の信号と、第２のブレ信号のうち所定のカットオフ周波数より高い周波数の信号と、に基づく合成信号を生成する信号生成手段と、第１のブレ信号および合成信号に基づいて第１の検出手段のオフセット値を算出する算出手段と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、像ブレ補正装置および光学機器に関する。

従来、良好な撮影画像を取得するために、角速度センサを用いて手ブレ等による像ブレを補正する防振システムを搭載するカメラや交換レンズ等の光学機器が知られている。角速度センサから出力される信号には、温度、湿度および電源電圧の変動等の各種要因により変化するオフセット成分が生じる場合がある。特許文献１には、角速度センサの出力データおよびＧＰＳ受信機から供給される方位データから角速度センサのオフセット値を推定し、車両方位を補正する方法が開示されている。

特許第２５１４７６６号公報

特許文献１では、ＧＰＳ受信機から方位を求めるためには、所定の速度以上で移動している車両のデータが必要である。カメラや交換レンズ等の光学機器において想定される像ブレは車両の移動量と比較して非常に小さいため、特許文献１に開示された方法を用いて像ブレからオフセット値を推定することは困難である。

このような課題に鑑みて、本発明は、像ブレに基づく角速度センサのオフセット値を高精度に算出可能な像ブレ補正装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての像ブレ補正装置は、第１のブレを検出する第１の検出手段から第１のブレ信号を検出する第１の取得手段と、前記第１のブレの周波数帯域より低い周波数帯域の第２のブレを検出する第２の検出手段から第２のブレ信号を取得する第２の取得手段と、前記第１のブレ信号のうち所定のカットオフ周波数より低い周波数の信号と、前記第２のブレ信号のうち前記所定のカットオフ周波数より高い周波数の信号と、に基づく合成信号を生成する信号生成手段と、前記第１のブレ信号および前記合成信号に基づいて前記第１の検出手段のオフセット値を算出する算出手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、像ブレに基づく角速度センサのオフセット値を高精度に算出可能な像ブレ補正装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置のブロック図である。 防振制御手段の内部構成を示すブロック図である。 角速度センサのオフセット値の算出原理の説明図である。 像ブレ補正割り込み処理を示すフローチャートである。 オフセット値設定処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置（光学機器）１のブロック図である。撮像装置１は、カメラ本体１０およびカメラ本体１０に着脱可能に取り付けられる交換レンズ１１を備える。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、レンズ装置や、カメラ本体とレンズ装置とが一体的に構成される撮像装置にも適用可能である。

被写体からの光は、交換レンズ１１内の撮影光学系を通過した後、撮像素子１０２の撮像面上に結像し、撮像素子１０２により光電変換される。光電変換された信号は、映像信号処理部１０３で、信号増幅、Ａ／Ｄ変換およびフィルタ処理などの画像処理が施される。操作部１０５は、撮影モードの設定や、記録画像ファイルサイズの設定を行うためのスイッチ類である。また、操作部１０５は、押し込み量に応じて第１スイッチ（ＳＷ１）と第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スイッチを有する。

カメラＭＰＵ１０１は、通信ライン１０４を介して、レンズＭＰＵ１１１と相互に通信する。この通信では、カメラ本体１０から交換レンズ１１にフォーカス駆動命令を送信したり、カメラ本体１０や交換レンズ１１内部の動作状態や光学情報などのデータを送受信したりする。

交換レンズ１１は、交換レンズ１１に加わる回転ブレを検出する、角速度センサ１１２、加速度センサ１１３、および地磁気センサ１１４を有する。角速度センサ１１２は、第１の周波数領域のブレを検出する。加速度センサ１１３、および地磁気センサ１１４は、第１の周波数領域より低周波領域である第２の周波数領域のブレを検出する。第１および第２の周波数領域は、重複する領域を有する。また、交換レンズ１１は、像ブレ補正用の補正レンズ１１５、補正レンズ１１５の位置を検出する位置検出部１１６、および補正レンズ１１５を駆動する駆動回路１１７を有する。

なお、本実施形態では、角速度センサ１１２が検出するブレの周波数領域よりも低周波領域のブレを検出する手段として、加速度センサ１１３および地磁気センサ１１４を用いているが、本発明はこれに限定されない。オフセット成分による演算誤差が発生しない方法であれば、他のセンサ等により低周波領域のブレを検出する方法を用いてもよい。

レンズＭＰＵ１１１は、交換レンズ１１の各種構成を制御する。また、レンズＭＰＵ１１１は、像ブレ補正を実行する防振制御手段（像ブレ補正装置）２００を有する。防振制御手段２００は、補正レンズ１１５の駆動目標信号を算出し、算出した駆動目標信号と位置検出部１１６から取得した補正レンズ位置信号との差に応じた駆動信号を駆動回路１１７に出力する。そして、防振制御手段２００は、駆動回路１１７に駆動信号に基づいて補正レンズ１１５を駆動させ、像ブレ補正を実行する。

図２は、防振制御手段２００の内部構成を示すブロック図である。第１の取得手段２１５は、角速度センサ１１２から出力される第１のブレ信号を取得する。第２の取得手段２１６は、加速度センサ１１３および地磁気センサ１１４から出力される第１のブレ信号より低周波領域の第２のブレ信号を取得する。増幅器２０１は、第１のブレ信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部２０２は、増幅された第１のブレ信号をデジタル信号（角速度信号）にＡ／Ｄ変換する。積分フィルタ２０３は、Ａ／Ｄ変換部２０２から出力された角速度信号を角度信号に変換する。

相補フィルタ（信号生成手段）２１０は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１１、積分フィルタ２１２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１３、および角変位変換部２１４を備える。相補フィルタ２１０は、第１および第２のブレ信号に基づく交換レンズ１１に加わる回転ブレ信号を算出する。ＨＰＦ２１１は、Ａ／Ｄ変換部２０２から出力された角速度信号から第１のカットオフ周波数より低い周波数の成分（低周波成分）を除去する。積分フィルタ２１２は、低周波成分が除去された角速度信号を角度信号に変換する。ＬＰＦ２１３は、第２のブレ信号から第１のカットオフ周波数より高い周波数の成分（高周波成分）を除去する。角変位変換部２１４は、高周波成分が除去された第２のブレ信号を角度信号に変換する。相補フィルタ２１０は、積分フィルタ２１２から出力された角度信号と、角変位変換部２１４から出力された角度信号と、を加算する相補フィルタ演算を実行する。具体的には、上記２つの信号を合成することで回転ブレ信号（合成信号）を生成する。

本実施形態では、積分フィルタ２０３および相補フィルタ２１０の演算は、ＳＷ１の押下中に実行される。また、前述したように、角速度センサ１１２、加速度センサ１１３および地磁気センサ１１４が検出するブレの周波数領域は重複する領域を有するため、第１および第２のブレ信号も周波数領域が重複する領域を有する。そのため、第１のカットオフ周波数は、第１および第２のブレ信号の重複する周波数領域の中から選択すればよい。

従来、フィルタのカットオフ周波数を高周波（８Ｈｚ）側から低周波（０．０２５Ｈｚ）側へ徐々に切り替える処理を行っている。この処理では、オフセット成分を除去しつつ低周波ブレに追従するために、最終的なカットオフ周波数を低く設定している。また、カットオフ周波数の低いフィルタの安定時間を短縮するために、カットオフ周波数を切り替える処理が行われる。カットオフ周波数を切り替える処理を行っている際に、パンニング等の動きによりオフセット成分に近いブレが生じた場合、通常よりもフィルタの出力信号からオフセット成分が抜けるのに時間がかかってしまう。本実施形態では、低周波ブレの検出を他のセンサを用いて行うため、カットオフ周波数を低く設定する必要がない（本実施形態では０．５Ｈｚに設定）。つまり、カットオフ周波数を切り替える必要がなく、パンニング等の動きによる弊害が発生しない。

オフセット値算出部（算出手段）２０４は、積分フィルタ２０３から出力された角度信号と相補フィルタ２１０から出力された合成信号との差分を、ＳＷ１のオン状態継続時間（積分演算時間）で除算することで、角速度センサ１１２のオフセット値を算出する。オフセット値設定部（設定手段）２０５は、角速度センサ１１２のオフセット値を設定する。補正部（補正手段）２１７は、ＳＷ２の押下中にＡ／Ｄ変換部２０２から出力された角速度信号からオフセット値設定部２０５で設定されたオフセット値を除去する。すなわち、補正部２１７は、オフセット値設定部２０５で設定されたオフセット値を用いて、Ａ／Ｄ変換部２０２によりデジタル信号に変換された第１のブレ信号を補正する。積分フィルタ２０６は、オフセット値が除去された角速度信号を角度信号に変換する。ＳＷ２がオン状態である場合、防振制御手段２００は、積分フィルタ２０６の出力に基づいて補正レンズ１１５の駆動信号を算出し、駆動回路１１７に出力する。

ＨＰＦ２０７は、第１のブレ信号から第１のカットオフ周波数とは異なる第２のカットオフ周波数より低い周波数の成分を除去する。積分フィルタ２０８は、ＨＰＦ２０７から出力された角速度信号を角度信号に変換する。ＳＷ１がオン状態である場合、防振制御手段２００は、積分フィルタ２０８の出力に基づいて補正レンズ１１５の駆動信号を算出し、駆動回路１１７に出力する。すなわち、ＳＷ１がオン状態である場合、防振制御手段２００は、交換レンズ１１に加わる高周波領域のブレに対してのみ像ブレ補正を実行する。

以下、図３を参照して、角速度センサ１１２のオフセット値の算出原理について説明する。図３（ａ）は、積分フィルタ２０３から出力された角度信号に含まれるオフセット成分を示している。積分フィルタ２０３から出力された角度信号はオフセット値を除去していない角速度信号を積分することで取得されるため、蓄積されたオフセット成分には手ぶれ成分が乗っている。図３（ｂ）は、相補フィルタ２１０から出力された信号に含まれる手ぶれ成分を示している。相補フィルタ２１０から出力された信号は、角速度センサ１１２の低周波成分が除去されているため、オフセット成分が十分に低減されている。図３（ｃ）は、積分フィルタ２０３の出力と相補フィルタ２１０の出力との差分を示している。図３（ｃ）に示されるように、オフセット成分のみが蓄積された信号が差分として取得される。図３（ｃ）に示される信号を積分演算時間で除算することで、角速度センサ１１２のオフセット値が算出される。また、積分演算時間を所定時間より長くすることで、加速度センサ１１３および地磁気センサ１１４の角変位算出精度に依存せずに、高精度にオフセット値を取得することができる。なお、加速度センサ１１３および地磁気センサ１１４の出力から角度信号を算出する場合、センサ自身の運動や磁気干渉等による演算誤差が発生するおそれがある。そのため、本実施形態では、相補フィルタ２１０の出力信号を補正レンズ１１５の駆動信号として直接用いていない。

以下、図４のフローチャートを参照して、交換レンズ１１の動作について説明する。図４は、像ブレ補正割り込み処理を示すフローチャートである。像ブレ補正割り込み処理は、防振制御手段２００により、コンピュータプログラムとしての処理プログラムに従って実行される。処理プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。また、防振制御手段２００をハードウェア回路として実装し、ハードウェア回路により上記処理を行ってもよい。

ステップＳ４０１では、Ａ／Ｄ変換部２０２は、第１の取得手段２１５により取得された角速度センサ１１２から出力された第１のブレ信号をデジタル信号（角速度信号）にＡ／Ｄ変換する。

ステップＳ４０２は、防振制御手段２００は、オフセット値設定処理を実行することで、角速度センサ１１２のオフセット値を算出する。

以下、図５を参照して、オフセット値設定処理について説明する。図５は、オフセット値設定処理を示すフローチャートである。

ステップＳ５０１では、防振制御手段２００は、ＳＷ１がオンされているか否かを判定する。ＳＷ１がオンされている場合、ステップＳ５０２に進み、ＳＷ１がオフである場合、オフセット値設定処理を終了する。

ステップＳ５０２では、積分フィルタ２０３は、Ａ／Ｄ変換部２０２から出力された角速度信号を積分することで角度信号に変換する。

ステップＳ５０３では、ＨＰＦ２１１は、Ａ／Ｄ変換部２０２から出力された角速度信号から第１のカットオフ周波数より低い周波数の成分（低周波成分）を除去する。

ステップＳ５０４では、積分フィルタ２１２は、低周波成分が除去された角速度信号（低周波除去後信号）を積分することで角度信号に変換する。

ステップＳ５０５では、第２の取得手段２１６は、加速度センサ１１３および地磁気センサ１１４から出力された第２のブレ信号を取得する。

ステップＳ５０６では、ＬＰＦ２１３は、第２のブレ信号から第１のカットオフ周波数より高い周波数の成分（高周波成分）を除去する。

ステップＳ５０７では、角変位変換部２１４は、高周波成分が除去された第２のブレ信号（高周波除去後信号）を角度信号に変換する。

ステップＳ５０８では、相補フィルタ２１０は、ステップＳ５０４およびステップＳ５０７の演算結果を加算する相補フィルタ演算を実行する。

ステップＳ５０９では、オフセット値算出部２０４は、ステップＳ５０２の演算結果からステップＳ５０８の演算結果を減算した後、ＳＷ１のオン状態継続時間で除算することで角速度センサ１１２のオフセット値を算出する。

ステップＳ５１０では、オフセット値設定部２０５は、角速度センサ１１２のオフセット値を設定する。具体的には、ＳＷ１のオン状態継続時間が所定時間より長い場合、オフセット値算出部２０４で算出されたオフセット値の信頼性が高いため、オフセット値設定部２０５は、角速度センサ１１２のオフセット値をステップＳ５０９の演算結果に設定する。また、ＳＷ１のオン状態継続時間が所定時間より短い場合、オフセット値設定部２０５は、角速度センサ１１２のオフセット値を設定されている値のままにしてもよいし、初期値（工場での調整値）に設定してもよい。なお、オン状態継続時間が所定時間と等しい場合、オフセット値をステップＳ５０９の演算結果に設定するか否かは任意である。また、所定時間は、例えば、露光時間に応じて変更させればよい。

なお、本実施形態では、オフセット値設定部２０５は、ＳＷ１のオン状態継続時間が所定時間より長いか否かをオフセット値更新条件として、オフセット値を設定しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、オフセット値設定部２０５は、今回算出されたオフセット値と前回算出されたオフセット値との差が所定値より小さいか否かをオフセット値更新条件として、オフセット値を設定してもよい。

角速度センサ１１２のオフセット値が設定されると、防振制御手段２００はオフセット値演算処理を終了する。なお、本実施形態ではＳＷ１がオンされることでオフセット値設定処理を開始しているが、カメラの電源がオンされることでオフセット値設定処理を開始してもよい。この場合、オフセット値算出部２０４がオフセット値を算出する際に使用する積分演算時間は、カメラの電源のオン開始時からの時間とすればよい。

ステップＳ４０３では、防振制御手段２００は、ＳＷ２がオンされているか否か、つまり露光動作が選択されたか否かを判定する。ＳＷ２がオンされている場合、ステップＳ４０４に進み、ＳＷ２がオフである場合、ステップＳ４０６に進む。

ステップＳ４０４では、補正部２１７は、ステップＳ４０１の演算結果からステップＳ５１０で設定されたオフセット値を減算する。

ステップＳ４０５では、積分フィルタ２０６は、ステップＳ４０４の演算結果を角度信号に変換する。

ステップＳ４０６では、防振制御手段２００は、ＳＷ１がオンされているか否かを判定する。ＳＷ１がオンされていれば、ステップＳ４０７に進み、ＳＷ１がオフであれば、像ブレ補正割り込み処理を終了する。

ステップＳ４０７では、ＨＰＦ２０７は、Ａ／Ｄ変換部２０２から出力された角速度信号から第２のカットオフ周波数より低い周波数の成分（低周波成分）を除去する。

ステップＳ４０８では、積分フィルタ２０８は、低周波成分が除去された角速度信号（ステップＳ４０７の演算結果）を積分することで角度信号に変換する。

ステップＳ４０９では、防振制御手段２００は、レンズＭＰＵ１１１内の記憶部（不図示）からズーム位置およびフォーカス位置に応じた防振敏感度を読み出し、補正レンズ１１５の目標駆動量を算出する。

ステップＳ４１０では、位置検出部１１６は、補正レンズ１１５の偏心量を検出する補正レンズエンコーダ（不図示）から出力された信号をＡ／Ｄ変換し、演算結果をレンズＭＰＵ１１１内の記憶部に格納する。

ステップＳ４１１では、防振制御手段２００は、フィードバック演算を行う。

ステップＳ４１２では、防振制御手段２００は、安定な制御系にするために位相進み補償演算を行う。

ステップＳ４１３では、防振制御手段２００は、ステップＳ４１２の演算結果をＰＷＭとしてレンズＭＰＵ１１１のポートに出力し、像ブレ補正割り込み処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態では、像ブレに基づく角速度センサ１１２のオフセット値を短時間で高精度に算出可能である、すなわち防振効果を高めた像ブレ補正装置を提供することができる。

また、本実施形態では、ＳＷ１中のレンズ制御として、高周波領域のブレに対してのみ像ブレ補正を実行しているが、例えば、像ブレ補正を実行しないようにしてもよい。

また、本実施形態では、レンズＭＰＵ１１１が像ブレ補正を実行する防振制御手段２００を有しているが、カメラＭＰＵ１０１が像ブレ補正を実行する防振制御手段を有してもよい。

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、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１１２ 角速度センサ（第１の検出手段）
１１３ 加速度センサ（第２の検出手段）
１１４ 地磁気センサ（第２の検出手段）
２００ 防振制御部（像ブレ補正装置）
２０４ オフセット値算出部（算出手段）
２１０ 相補フィルタ（信号生成手段）

Claims (11)

1. 第１のブレを検出する第１の検出手段から第１のブレ信号を検出する第１の取得手段と、
   前記第１のブレの周波数帯域より低い周波数帯域の第２のブレを検出する第２の検出手段から第２のブレ信号を取得する第２の取得手段と、
   前記第１のブレ信号のうち所定のカットオフ周波数より低い周波数の信号と、前記第２のブレ信号のうち前記所定のカットオフ周波数より高い周波数の信号と、に基づく合成信号を生成する信号生成手段と、
   前記第１のブレ信号および前記合成信号に基づいて前記第１の検出手段のオフセット値を算出する算出手段と、を有することを特徴とする像ブレ補正装置。
2. 前記算出手段は、前記第１のブレ信号に基づく信号と前記合成信号との差分を、前記第１の検出手段のオフセット値の設定処理の開始時からの時間で除算することで、前記第１の検出手段のオフセット値を算出することを特徴とする請求項１に記載の像ブレ補正装置。
3. 前記第１の検出手段のオフセット値の設定処理は、撮像装置のレリーズスイッチがオンされることで開始され、
   前記第１の検出手段のオフセット値の設定処理の開始時からの時間は、前記レリーズスイッチのオン状態継続時間であることを特徴とする請求項２に記載の像ブレ補正装置。
4. 所定のオフセット値更新条件に基づいて、前記第１の検出手段のオフセット値を設定する設定手段を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の像ブレ補正装置。
5. 前記設定手段は、前記第１の検出手段のオフセット値の設定処理の開始時からの時間が所定時間より長い場合、前記第１の検出手段のオフセット値を前記算出手段により算出された値に設定することを特徴とする請求項４に記載の像ブレ補正装置。
6. 前記設定手段は、前記算出手段により今回算出された値と前記算出手段により前回算出された値との差分が所定値より小さい場合、前記第１の検出手段のオフセット値を前記算出手段により算出された値に設定することを特徴とする請求項４に記載の像ブレ補正装置。
7. 前記算出手段により算出された値に基づいて、前記第１のブレ信号を補正する補正手段を更に有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の像ブレ補正装置。
8. 前記像ブレ補正装置は、前記補正手段から出力された信号に基づいてブレ補正用のレンズの駆動信号を算出することを特徴とする請求項７に記載の像ブレ補正装置。
9. 前記第１の検出手段は、角速度センサであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の像ブレ補正装置。
10. 前記第２の検出手段は、加速度センサおよび地磁気センサであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の像ブレ補正装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の像ブレ補正装置を有することを特徴とする光学機器。