JP4599820B2 - 像ブレ補正装置 - Google Patents

Description

本発明は、カメラ、レンズ、ビデオ、双眼鏡等の光学装置でレンズの一部又は全部を動かすことにより像ブレを補正する像ブレ補正装置に関するものである。

近年、カメラのブレを防止するために、カメラの振れを検知し、カメラの振れに沿って、レンズの一部を動かすことにより、フィルム面上の像ブレを補正するブレ補正装置の技術が確立されつつある。

図７は、従来のブレ補正装置の概略を示すブロック図である。ここで、ブレ補正装置３００は、例えば、カメラ、双眼鏡等の光学装置に内蔵されており、これらの光学装置が手持ちで用いられているときに、撮影者等の手振れによる像ブレを補正するのに有効である。
ブレ補正装置３００は、例えば、角速度センサ１０と、基準値演算部５２と、積分部５４と、目標駆動位置演算部５６と、駆動信号演算部５８と、位置信号出力部７８と、ブレ補正レンズ８０と、ブレ補正ユニット３１０等とを備えている。

ブレ補正ユニット３１０は、ブレ補正レンズ８０を保持して駆動すると共に、ブレ補正レンズ８０の現在位置情報を位置信号出力部８０に出力するユニットであって、例えば、ブレ補正レンズ８０を保持するレンズ室８２と、ヨーク７１、マグネット７２及びコイル７３からなるブレ補正レンズ８０を駆動するためのアクチュエータと、赤外線発光ダイオード（以下、ＩＲＥＤ）７４、スリット板７５、スリット７６及びＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ）７７からなるブレ補正レンズ８０の位置を検出する光学的位置検出装置とを備えている。

つぎに、ブレ補正装置３００の動作原理について説明する。
まず、カメラ等の光学装置の振れを角速度センサ１０により検出する。角速度センサ１０は、通常、コリオリ力を検出する圧電振動式角速度センサを用いる。角速度センサ１０の出力は、基準値演算部５２に送信される。基準値演算部５２は、角速度センサ１０の出力より振れの基準値を演算すると共に、角速度センサ１０の出力である振れ信号から基準値を減算した値を、積分部５４に送信する。

積分部５４は、角速度の単位で表されている振れ信号を時間積分して、振れ角度に変換する。目標駆動位置演算部５６は、積分部５４から送信された振れ角度を、不図示のズームエンコーダ、フォーカシングエンコーダ等から得られる焦点距離等の各種情報に基づいて、ブレ補正レンズ８０を駆動するための目標駆動位置情報を演算する。

駆動信号演算部５８は、この目標駆動位置情報に応じてブレ補正レンズ８０を駆動するために、目標駆動位置情報とブレ補正レンズ８０の現在位置情報との差をとり、コイル７３に駆動電流を出力する。
コイル７３は、ブレ補正レンズ８０を保持するレンズ室８２に設けられ、さらに、ヨーク７１とマグネット７２により形成される磁気回路内に配置されている。このため、コイル７３に駆動電流が流れると、フレミングの左手の法則により、アクチュエータに駆動力が発生する。ブレ補正レンズ８０及びレンズ室８２は、例えば、光軸Ｉに略垂直な方向に駆動することができ、アクチュエータの駆動力によって、ブレ補正レンズ８０は、光軸Ｉに略直交する方向に駆動される。

また、ブレ補正レンズ８０の位置は、上述した光学的位置検出装置によりモニタされる。具体的には、ＩＲＥＤ７４が発光した光は、スリット７６を通過することにより、光線の幅を絞られて、ＰＳＤ７７へ到達する。ＰＳＤ７７は、その受光面上の光の位置に応じた信号を出力することができる位置検出素子である。

スリット板７５は、レンズ室８２に設けられているので、ブレ補正レンズ８０の動きは、スリット７６の動きに対応し、さらに、ＰＳＤ７７の受光面上の光の動きとなる。したがって、ＰＳＤ７７の受光面上の光の位置は、ブレ補正レンズ８０の位置と等価となり、ＰＳＤ７７により検出された信号は、ブレ補正レンズ８０の現在位置情報として、位置信号出力部７８にフィードバックされる。

ここで、ブレ補正装置３００を備えた光学装置（例えば、カメラ）の振れによる像のブレ量について原理的に説明する。
一般に、カメラの振れによる像のブレ量Ｄｉは、次式で表される。
Ｄｉ＝Ｄθ＋Ｄｐ＝βθ（Ｒ−ｎ）＋βｄ （１）
この数式（１）では、Ｄθは、角度振れによる像ブレ（以下、角度ブレという）、Ｄｐは、シフト振れによる像ブレ（以下、シフトブレとする）をそれぞれ表しており、βは撮影倍率、θは角度振れ量、Ｒは被写体から撮像面までの距離、ｎは角度振れ回転中心から撮像面までの距離、ｄはシフト振れ量である。

ブレ補正装置３００は、上述したように、像ブレを補正するために角速度センサ１０を用いており、この角速度センサ１０の出力を積分部５４で積分することにより、角度振れ量θを検出することができる。
撮影倍率β及び被写体から撮像面までの距離Ｒは、例えば、レンズの焦点距離等から測定することができる。また、角度振れ回転中心から撮像面までの距離ｎは、通常、値を０としてもほぼ問題ないことがわかっており、数式（１）では、ｎ＝０としている。したがって、従来のブレ補正装置３００により、角度ブレを高精度で補正することは十分可能である。

ここで、シフトブレの影響について説明する。
シフトブレは、例えば、被写体から撮像面までの距離Ｒが大きく、撮影倍率βが小さい場合であれば、シフトブレの影響を殆ど無視することはできる。しかし、被写体から撮像面までの距離Ｒが小さく、撮影倍率βが大きい場合には、シフトブレの影響は無視できなくなり、ブレ補正の効果を低下させる原因となる。
シフト振れ量ｄは、角速度センサ１０では検出することができないので、従来の動作原理でブレ補正を行うブレ補正装置３００では、シフトブレを補正することはできなかった。

このシフトブレの影響を考慮したブレ補正装置としては、例えば、
（１）３軸分の加速度センサと３軸分の角速度センサを利用し、カメラの動きを完全に検出するものがある（例えば、特許文献１）。
（２）３次元加速度センサを互いに離して設置し、この３次元加速度センサを利用して、角度振れ量とシフト振れ量を求めるものがある（例えば、特許文献２）。

しかし、上述したシフトブレの影響を考慮したブレ補正装置には、以下のような課題があった。
（１）３軸分の加速度センサと３軸分の角速度センサとを用いるブレ補正装置には、カメラの動きを完全に検出するため、ブレ補正の他にオートフォーカス等にも利用できるなどのメリットがあるが、センサの数が多くなることによるスペース上の問題や、演算が複雑になること等からあまり現実的な装置ではない。
（２）３次元加速度センサを用いるブレ補正装置には、加速度成分に誤差が含まれる場合に、例えば、２回積分すると僅かな誤差も累積してしまうため、シフトブレを正確に算出できることは少なく、ブレ補正の効果を期待することはできなかった。また、検出したい軸に対してそれぞれ２つの加速度センサが必要になるため、スペース上の問題が生じたり、コストアップの原因となる場合があった。
特開平０７−２２５４０５号公報 特開平０９−３０１１５７号公報

本発明の課題は、撮影倍率が高い場合にもブレ補正の効果を向上させることができると共に、省スペースかつ安価な像ブレ補正装置を提供することである。

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。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。すなわち、請求項１の発明は、振れの角速度を検出する角速度検出部（１０）と、振れの加速度を検出する加速度検出部（２０）と、前記加速度に基づいて加速度基準値を算出すると共に、前記加速度から前記加速度基準値を減算した値を積分することにより振れの速度を算出する速度演算部（８２，８４）と、前記角速度と前記速度とに基づいて、振れの回転中心位置を算出する回転中心演算部（８５）と、を備えた像ブレ補正装置において、前記回転中心演算部は、前記加速度検出部から前記開点中心位置までの距離ｒ（ｔ）を、前記速度Ｖ（ｔ）、前記角速度ω（ｔ）、前記ｒ（ｔ）が発散しないための定数Ｃに基づいて、次式、
ｒ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）／（｜ω（ｔ）｜＋Ｃ）
ただし、ω（ｔ）≧０
ｒ（ｔ）＝−Ｖ（ｔ）／（｜ω（ｔ）｜＋Ｃ）
ただし、ω（ｔ）＜０
を用いて算出すること、を特徴とする像ブレ補正装置である。

請求項２の発明は、振れの角速度を検出する角速度検出部（１０）と、振れの加速度を検出する加速度検出部（２０）と、前記加速度に基づいて加速度基準値を算出すると共に、前記加速度から前記加速度基準値を減算した値を積分することにより振れの速度を算出する速度演算部（８２，８４）と、前記角速度と前記速度とに基づいて、振れの回転中心位置を算出する回転中心演算部（８５）と、を備えた像ブレ補正装置において、前記回転中心演算部は、前記加速度検出部から前記回転中心位置までの距離ｒ（ｔ）を、前記速度Ｖ（ｔ）、前記角速度ω（ｔ）、前記ｒ（ｔ）が発散しないための前記角速度（ｔ）を変数とする関数Ｃ｛ω（ｔ）｝に基づいて、次式、
ｒ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）／［ω（ｔ）＋Ｃ｛ω（ｔ）｝］
を用いて算出すること、を特徴とする像ブレ補正装置である。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の像ブレ補正装置において、ピッチング方向の振れの加速度とヨーイング方向の振れの加速度とを検出する加速度検出部（２０）を備え、前記速度演算部（８２，８４）は、前記加速度に基づいて前記速度を算出することを特徴とする像ブレ補正装置である。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の像ブレ補正装置において、像ブレを光学的に補正するブレ補正光学部材（１１０）と、前記ブレ補正光学部材を駆動する駆動部（１００）と、前記ブレ補正光学部材のレンズ固有値、撮影倍率、被写体と光軸上に配置された撮像面との第１距離、前記加速度検出部（２０）と前記撮像面との第２距離、を測定及び／又は記憶する情報入力部と、前記角速度に基づいて角速度基準値を算出すると共に、前記角速度から前記角速度基準値を減算した値を積分することにより、角度振れを算出する角度演算部（８１，８３）と、前記ブレ補正光学部材の現在位置を検出する位置検出部（１００）と、前記ブレ補正光学部材の目標駆動位置を算出する目標駆動位置演算部（８６）と、前記ブレ補正光学部材の前記現在位置と前記目標駆動位置とに基づいて、前記駆動部を制御する駆動制御部（８６）とを備え、前記目標駆動位置演算部は、目標駆動位置Ｌ（ｔ）を、前記加速度検出部から前記回転中心位置までの距離ｒ（ｔ）と、前記角度振れθ（ｔ）と、前記情報入力部により測定及び／又は記憶された前記レンズ固有値Ｋ、前記撮影倍率β、前記第１距離Ｒ、前記第２距離Ｄ、に基づいて、次式、
Ｌ（ｔ）＝Ｋβθ（ｔ）（Ｒ−Ｄ＋ｒ（ｔ））を用いて算出すること、を特徴とする像ブレ補正装置である。

請求項５の発明は、請求項４に記載の像ブレ補正装置において、前記像ブレの補正に必要な電源の供給を開始させる半押しスイッチと、前記半押しスイッチが押されている間はＯＮのままであり、前記半押しスイッチがＯＦＦとなってからも一定時間はＯＮのままとなっている半押しタイマとを備え、前記駆動制御部は、前記半押しタイマがＯＮとなっているときに前記駆動部を制御することを特徴とする像ブレ補正装置である。

本発明の振れ検出装置は、（１）振れの角速度を検出する角速度検出部から出力される角速度と、振れの速度を算出する速度演算部から出力される速度とに基づいて、振れの回転中心位置を算出する回転中心演算部を備えるので、振れの回転中心位置をリアルタイムで検出すると共に、回転中心位置を演算するときの演算負荷を小さくすることができる。

（２）速度演算部は、振れの加速度に基づいて加速度基準値を算出すると共に、加速度から加速度基準値を減算した値を積分することにより、速度を算出するようにしたので、加速度から加速度基準値を減算した値を積分するのは１回だけでよく、誤差の累積を小さくでき、回転中心位置を精度よく検出できると共に、演算負荷を大幅に減少させることができる。

（３）回転中心演算部は、加速度検出部から回転中心位置までの距離ｒ（ｔ）を、速度Ｖ（ｔ）、角速度ω（ｔ）に基づいて、次式、
ｒ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）／ω（ｔ）
を用いて算出するようにしたので、速度ｖ（ｔ）と角速度ω（ｔ）からｒ（ｔ）を算出するときに、理論式を適用できる。

（４）回転中心演算部は、加速度検出部から回転中心位置までの距離ｒ（ｔ）を、速度Ｖ（ｔ）、角速度ω（ｔ）、ｒ（ｔ）が発散しないための定数Ｃに基づいて、次式、
ｒ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）／（｜ω（ｔ）｜＋Ｃ）
ただし、ω（ｔ）≧０
ｒ（ｔ）＝−Ｖ（ｔ）／（｜ω（ｔ）｜＋Ｃ）
ただし、ω（ｔ）＜０
を用いて算出するようにしたので、ω＝０でのｒ（ｔ）の発散を防止できる。

（５）回転中心演算部は、加速度検出部から回転中心位置までの距離ｒ（ｔ）を、速度Ｖ（ｔ）、角速度ω（ｔ）、ｒ（ｔ）が発散しないための角速度ω（ｔ）を変数とする関数Ｃ｛ω（ｔ）｝に基づいて、次式、
ｒ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）／［ω（ｔ）＋Ｃ｛ω（ｔ）｝］
を用いて算出するようにしたので、ω（ｔ）の絶対値が所定値以上であれば、ｒ（ｔ）を求めるときに、理論式である次式、
ｒ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）／ω（ｔ）
を用いることができる。

本発明のブレ補正装置は、（６）目標駆動位置演算部は、目標駆動位置Ｌ（ｔ）を、加速度検出部から回転中心位置までの距離ｒ（ｔ）と、角度振れθ（ｔ）と、情報入力部により測定及び／又は記憶されたレンズ固有値Ｋ、撮影倍率β、第１距離Ｒ、第２距離Ｄ、に基づいて、次式、
Ｌ（ｔ）＝Ｋβθ（ｔ）（Ｒ−Ｄ＋ｒ（ｔ））
を用いて算出するようにしたので、加速度検出部から回転中心位置までの距離ｒ（ｔ）の変動をリアルタイムで算出して、目標駆動位置Ｌ（ｔ）を精度よく演算できると共に、撮影倍率βが高倍率であってもブレ補正の効果を向上させることができる。

（７）光軸上に配置された面は、撮像面であるので、被写体から撮像面（フィルム面）までの距離を第１距離、加速度検出部から撮像面までの距離を第２距離、とすることができる。

以下に図面等を参照して、発明を実施するための最良の形態を、実施例をあげて説明する。

図１は、本発明によるブレ補正装置２００の実施例を示すブロック図である。ここでは、ブレ補正装置２００を中心に、カメラシステムの概要を説明する。なお、本明細書中、ブレ補正とは、ピッチング方向（Ｘ軸方向）とヨーイング方向（Ｙ軸方向）の補正を行うことをいう。
また、図１では、ブレ補正装置２００について、Ｘ軸方向の各部材等（図中、符号に「ａ」を付す）と、Ｙ軸方向の各部材等（同様に、符号に「ｂ」を付す）とを共に示しているが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向共に共通の機能等を備えており、説明の便宜上、特に、方向に関しては詳述しない。

また、カメラシステムについては、ここでは、一眼レフカメラを想定しているが、例えば、一眼レフカメラのような交換式ではなく、コンパクトカメラのような非交換式でもよい。また、画像記録は、銀塩フィルムでもよいし、ＣＣＤ等のディジタル撮像素子でもよい。なお、カメラシステムは、ブレ補正装置２００を備えた光学装置の一例として示したものであって、例えば、望遠鏡、双眼鏡等の適宜の光学機器にブレ補正装置２００を搭載してもよい。

本実施例によるブレ補正装置２００は、レンズ鏡筒１５０と、レンズ鏡筒１５０が装着されるカメラボディ１６０等とを備えている。
レンズ鏡筒１５０は、角速度センサ１０と、加速度センサ２０と、角速度増幅部３０と、加速度増幅部４０と、レンズＣＰＵ１２０と、駆動部１００と、ブレ補正レンズ１１０等とを備えている。また、レンズＣＰＵ１２０は、Ａ／Ｄ変換器５０，６０，７０と、駆動信号演算部８０と、Ｄ／Ａ変換器９０等とを備えている。カメラボディ１６０は、半押しスイッチＳＷ１と、全押しスイッチＳＷ２と、半押しタイマ１３０と、電源供給部１４０等とを備えている。

カメラボディ１６０について説明する。半押しタイマ１３０は、例えば、半押しスイッチＳＷ１がＯＮとなったと同時にＯＮとなるタイマであって、半押しスイッチＳＷ１が押されている間はＯＮのままであり、また、半押しスイッチＳＷ１がＯＦＦとなってからも、一定時間はＯＮのままとなっている。
電源供給部１４０は、例えば、半押タイマ１３０がＯＮの間は、後述する角速度センサ１０等、カメラシステム内で電源が必要とされるところに電源を供給し続ける。また、電源供給部１４０は、半押しタイマ１３０がＯＦＦとなっているときは、電源の供給を停止する。したがって、半押しタイマ１３０がＯＮのときのみ、角速度センサ１０によるカメラの振動検出を行うことができる。

半押しスイッチＳＷ１は、例えば、不図示のレリーズボタンの半押し動作に連動してＯＮとなるスイッチであって、このスイッチがＯＮとなることにより、不図示の測光部による測光演算、オートフォーカス駆動等が開始される。また、半押しタイマ１３０がＯＦＦであった場合には、この半押しスイッチＳＷ１のＯＮに同期して半押しタイマ１３０がＯＮとなる。
全押しスイッチＳＷ２は、例えば、不図示のレリーズボタンの全押し動作に連動してＯＮとなるスイッチであって、このスイッチがＯＮとなることにより、一連の撮影動作（不図示のシャッター機構によるシャッター開閉、イメージセンサによる画像取り込み等）が行われる。

レンズ鏡筒１５０について説明する。角速度センサ１０は、例えば、カメラに印加された振動を角速度値で検出するセンサであって、角速度センサ１０にかかるコリオリ力を利用して角速度を検出し、検出結果を電圧信号として出力する。角速度センサ１０から出力された電圧信号は、角速度増幅部３０に送信される。また、角速度センサ１０は、電源供給部１４０より電源が供給されている間のみ、角速度の検出を行うことができる。

角速度増幅部３０は、例えば、角速度センサ１０の出力を増幅すると共に、増幅した角速度信号をＡ／Ｄ変換器５０に送信する。角速度センサ１０の出力を増幅する理由としては、一般的に角速度センサ１０単体の出力は小さいため、そのままＡ／Ｄ変換器５０でディジタル化してレンズＣＰＵ１２０内で処理しようとしても、角速度値の分解能が低すぎて（１ビットあたりの角速度値が大きすぎて）正確な振動検出を行うことができず、ブレ補正の精度を上げることができない点が挙げられる。そのため、Ａ／Ｄ変換器５０に入力する前に予め角速度信号を増幅すると、レンズＣＰＵ１２０内での角速度値の分解能を上げる（１ビットあたりの角速度値を小さくする）ことができ、ブレ補正の精度を上げることができる。
角速度増幅部３０は、角速度センサ１０にそれぞれ対応して設けられており（ここでは、２つ）、信号の増幅をするだけではなく、角速度センサ１０の出力に含まれる高周波ノイズを低減させる、いわゆるローパスフィルタ機能を付加させてもよい。

Ａ／Ｄ変換器５０は、例えば、角速度増幅部３０から送られてきたアナログの角速度信号をディジタル信号に変換すると共に、このディジタル信号に変換した角速度信号を駆動信号演算部８０に出力する。Ａ／Ｄ変換器５０により、角速度信号がディジタル信号に変換されることにより、レンズＣＰＵ１２０内で演算処理を行うことができる。

加速度センサ２０は、例えば、カメラに印加された振動を加速度値で検出するセンサであって、検出した加速度を検出し、検出結果を電圧信号として出力する。加速度センサ２０から出力された電圧信号は、加速度増幅部４０に送信される。また、加速度センサ２０は、電源供給部１４０より電源が供給されている間のみ、加速度の検出を行うことができる。また、加速度センサ２０は、静電容量型に限らず、適宜の型を適用してもよい。

加速度増幅部４０は、例えば、加速度センサ２０の出力を増幅すると共に、増幅した加速度信号をＡ／Ｄ変換器６０に送信する。なお、加速度増幅部４０の目的は、上述した角速度増幅部３０と同様である。加速度増幅部４０は、加速度センサ２０にそれぞれ対応して設けられており（ここでは、２つ）、増幅だけではなく、ローパスフィルタ機能を付加させてもよい。

Ａ／Ｄ変換器６０は、例えば、加速度増幅部４０から送られてきたアナログの加速度信号をディジタル信号に変換すると共に、このディジタル信号に変換した加速度信号を駆動信号演算部８０に出力する。Ａ／Ｄ変換器６０により、加速度信号がディジタル信号に変換されることにより、レンズＣＰＵ１２０内で演算処理を行うことができる。

駆動信号演算部８０は、例えば、Ａ／Ｄ変換器５０，６０から送信された角速度信号、加速度信号と、Ａ／Ｄ変換器７０から送信されたブレ補正レンズ１１０の位置情報Ｉｒ（後述）とに基づいて、ブレ補正レンズ１１０を駆動するための駆動信号ｐ（ディジタル信号）を演算すると共に、この駆動信号ｐを、Ｄ／Ａ変換器９０に出力する（詳細は後述：図３、図４参照）。

Ｄ／Ａ変換器９０は、例えば、駆動信号算部８０で演算された駆動信号ｐをアナログ信号に変換する共に、変換されたアナログ信号を駆動部１００に送信する。

駆動部１００は、Ｄ／Ａ変換器９０から送信された駆動信号ｐ（アナログ信号）に基づいて、ブレ補正レンズ１１０を駆動するユニットであって、例えば、ブレ補正レンズ１１０を駆動するためのアクチュエータ（ＶＣＭ）と、ブレ補正レンズ１１０の位置を検出する位置検出センサ（ＰＳＤ）等とを備えている。この位置検出センサの出力は、ブレ補正レンズ１１０の位置情報Ｉｒとして、Ａ／Ｄ変換器７０を経由して駆動信号演算部８０に送信される。また、駆動部１００は、ブレ補正レンズ１１０を２次元で駆動するために、例えば、２つ設けられている。

Ａ／Ｄ変換器７０は、上述したように、駆動部（ここでは、ＰＳＤ）１００から送信されたブレ補正レンズ１１０の位置情報Ｉｒ（アナログ信号）をディジタル信号に変換すると共に、変換されたブレ補正レンズ１１０の位置情報Ｉｒを駆動信号演算部８０に送信する。

ブレ補正レンズ１１０は、例えば、カメラシステムの結像光学系に配置され、光軸Ｉと略直交する平面内を動くことができる単レンズ（又は複数枚のレンズより構成されるレンズ群）である。ブレ補正レンズ１１０は、駆動部１００によって光軸と略直交する方向に駆動され、結像光学系の光軸Ｉを偏向させる。

レンズＣＰＵ１２０は、上述した各部材の制御等を行うだけでなく、例えば、不図示のオートフォーカス駆動等の制御も行うようにしてもよい。ここでは、レンズＣＰＵ１２０は、Ａ／Ｄ変換器５０，６０，７０、Ｄ／Ａ変換器９０を備えているが、これに限らず、外部のＡ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器を適宜用いるようにしてもよい。

ここで、ブレ補正装置２００を備えたカメラシステムでは、角速度センサ１０や加速度センサ２０等の振動検出センサを備えており、これらの振動検出センサによって、カメラに加えられた振動を検出する。カメラシステムでは、カメラに加えられた振動が検出されれば、撮像面の像の動きを検知することができるので、結像面上の像の動きが止まるようにブレ補正レンズ１１０を駆動部１００によって動かすことにより、結像面上の像の動き（すなわち、写真等の像ブレ）を補正することができる。なお、像ブレは、例えば、手振れ等のカメラに加えられる振動によって、露光中に撮像面上の像が動くことにより発生する。

図２は、本発明によるブレ補正装置２００を備えたカメラシステムでのシーケンスを説明するフローチャートである。なお、以下の各ステップは、レンズＣＰＵ１２０等の各処理を示している。
まず、半押しスイッチＳＷ１がＯＮとなっているか否かを判定する（Ｓ１０）。半押しスイッチＳＷ１がＯＦＦであれば、ステップＳ１２０（後述）へ進む。半押しスイッチＳＷ１がＯＮであれば、カウンタＴｓｗ１をリセットし、カウント値を０とする（Ｓ２０）。カウンタＴｓｗ１は、半押しスイッチＳＷ１がＯＦＦになってからの経過時間を計測するためのカウンタであって、カウント値は整数である。このカウンタは、半押しスイッチＳＷ１がＯＮの間は０のままで、半押しスイッチＳＷ１がＯＦＦで、かつ半押しタイマ１３０がＯＮの間のみ動作する。

つぎに、半押しタイマ１３０がＯＦＦであるか否かを判定する（Ｓ３０）。半押しタイマ１３０がＯＮであればステップＳ１５０（後述）へ進む。半押しタイマ１３０がＯＦＦであれば、カウンタｔをリセットし、カウント値を０とする（Ｓ４０）。カウンタｔは、半押しタイマ１３０がＯＮとなっている時間を計測するためのカウンタである。このカウンタは、整数値カウンタであり、半押しタイマ１３０がＯＮとなったと同時にカウント動作を開始し、半押しタイマ１３０がＯＮの間はカウント動作を続ける。

ステップＳ４０の後、半押しタイマ１３０をＯＮにして、（Ｓ５０）、角速度センサ１０をＯＮとし、角速度の検出を開始する（Ｓ６０）。さらに、加速度センサ２０をＯＮとし、加速度の検出を開始する（Ｓ７０）。
つぎに、ブレ補正レンズ１１０を駆動するための駆動信号ｐの演算を開始する（Ｓ８０）。ここで、駆動信号ｐの演算には、上述したように、角速度センサ１０の出力と加速度２０のセンサ出力を用いる。
ステップＳ８０の後、ブレ補正レンズ１１０の駆動を開始し（Ｓ９０）、露光に関する一連の動作（不図示のミラーのアップ／ダウン動作、シャッター機構の駆動等）を行う（Ｓ１００）。

つぎに、半押しタイマ１３０のカウンタｔを１つ進め（Ｓ１１０）、半押しタイマ１３０がＯＮであるか否かを判定する（Ｓ１２０）。半押しタイマ１３０がＯＦＦならば、ステップＳ１０へ戻り、半押しスイッチＳＷ１の検出を続行する。半押しタイマ１３０がＯＮならば、ステップＳ１３０へ進む。
このステップＳ１３０に進んだ時点では、カメラは半押しスイッチＳＷ１がＯＦＦで半押しタイマ１３０がＯＮの状態になっており、この状態が継続している時間を計測するため、カウンタＴｓｗ１を１つ進める（Ｓ１３０）。

カウンタＴｓｗ１の値がしきい値Ｔ＿ＳＷ１よりも小さいか否かを判定する（Ｓ１４０）。ここで、しきい値Ｔ＿ＳＷ１はカウンタＴｓｗ１の上限を決めるための定数で、半押しスイッチＳＷ１がＯＦＦとなってから半押しタイマ１３０がＯＦＦとなるまでの時間を決めるものである。
カウンタＴｓｗ１がしきい値に満たない場合（すなわち肯定判定の場合）には、半押しタイマ１３０はＯＦＦとせず、角速度センサ１０のＯＮの状態を継続し、角速度の検出を行う（Ｓ１５０）

一方、カウンタＴｓｗ１がこのしきい値と等しくなった場合（すなわちこのステップＳ１４０で否定判定となった場合）には、ブレ補正レンズ１１０の駆動を停止し（Ｓ１９０）、加速度センサ２０への電源の供給をストップして、加速度センサ２０をＯＦＦとする処理（Ｓ２００）、角速度センサ１０への電源の供給をストップし、角速度センサ１０をＯＦＦとする処理（Ｓ２１０）を経て、半押しタイマ１３０をＯＦＦにして（Ｓ２２０）、ステップＳ１０に戻り、半押しスイッチＳＷ１の状態検出を行う。

また、ステップＳ１５０の後、加速度センサ２０のＯＮの状態を継続し、加速度の検出を行い（Ｓ１６０）、角速度センサ１０の出力と、加速度センサ２０の出力からブレ補正レンズ１１０を駆動するための駆動信号ｐの演算を継続した後（Ｓ１７０：詳細は後述、図３、図４参照）、ブレ補正レンズ１１０の駆動を継続して（Ｓ１８０）、上述したステップＳ１００に進む。

図３は、駆動信号演算部８０の詳細を示すブロック図である。
駆動信号演算部８０は、角速度基準値演算部８１と、加速度基準値演算部８２と、角速度積分演算部８３と、加速度積分演算部８４と、回転中心位置演算部８５と、駆動信号算出部８６等とを備えている。

角速度基準値演算部８１は、例えば、Ａ／Ｄ変換器５０より送信された角速度信号から、角速度信号の積分時に使用する角速度基準値を演算する。角速度基準値は、角速度センサ１０が完全に静止している状態での出力（角速度ゼロ出力）値とするのが理想である。しかし、この角速度ゼロ出力値は、ドリフトや温度等の環境条件で変動してしまうため、事前に測定などを行って固定値とすることができない。したがって、実際に使用されている状態、つまり、撮影者等の手振れの角速度信号から基準値を演算し、角速度ゼロ出力を求める必要がある。

ここで、角速度基準値演算部８１の基準値演算についての一例を以下に示す。

この数式（２）は、角速度信号の移動平均を表すものであって、ωは角速度信号、ω₀は角速度の基準値である。また、これらの変数に付いている添え字（サフィックス）ｔは、経過時間（サンプリング；整数値）を表す変数である。
角速度ゼロ出力信号の周波数は、撮影者等の手振れのそれに比べるとずっと低い。したがって、基準値は、角速度信号の低周波成分を抽出すればよいので、角速度信号の移動平均を演算して基準値を演算している。また、なるべく低い周波数成分のみを抽出するために、移動平均に使用するデータの数を多くしている。なお、角速度信号の基準値の演算は数式（２）のような移動平均に限らず、ローパスフィルタなどを用いてもよい。

つぎに、角速度信号の基準値演算が終了したら、角速度信号から基準値を減算することにより、角速度検出信号ω’を、次式により算出する。
ω’＝ω（ｔ）−ω₀（ｔ） （３）
ここで、ω’は角速度検出信号であって、この角速度検出信号は、角速度積分演算部８３及び回転中心位置演算部８５に送信される。

加速度基準値演算部８２は、例えば、Ａ／Ｄ変換器６０より送信された加速度信号から、加速度信号を積分するための加速度基準値を演算する。加速度基準値は、加速度センサ２０が完全に静止している状態での出力（加速度ゼロ出力）値とするのが理想である。しかし、加速度ゼロ出力値は、上述した角速度ゼロ出力）値と同様に、環境条件で変動してしまうため固定値とすることができない。したがって、実際に使用されている状態、つまり撮影者等の手振れの加速度信号から基準値を演算し、加速度ゼロ出力を求める必要がある。

ここで、加速度基準値演算部８２の基準値演算についての一例を以下に示す。

この数式（４）は、加速度信号の移動平均を表すものであって、ａは加速度信号、ａ₀は加速度の基準値である。また、これらの変数に付いているサフィックスｔは、経過時間（サンプリング；整数値）を表す変数である。なお、加速度信号の基準値の演算は数式（４）のような移動平均に限らず、ローパスフィルタなどを用いてもよい。

つぎに、加速度信号の基準値演算が終了したら、加速度信号から基準値を減算することにより、加速度検出信号ａ’（ｔ）を、次式により算出する。
ａ’（ｔ）＝ａ（ｔ）−ａ_O（ｔ） （５）
ここで、ａ’は加速度検出信号であって、この加速度検出信号は、加速度積分演算部８４に送信される。

角速度積分演算部８３は、例えば、角速度検出信号ω’を積分して角度検出信号θ（ｔ）に変換する。ここでの演算内容は、次式で表される。
θ（ｔ）＝θ（ｔ−１）＋ω’（ｔ） （６）
ここで、θは角度検出信号であって、この角度検出信号は、駆動信号算出部８６に送信される。

加速度積分演算部８４は、例えば、加速度検出信号ａ’を積分して速度検出信号ｖ（ｔ）に変換する。ここでの演算内容は、次式で表される。
ｖ（ｔ）＝ｖ（ｔ−１）＋ａ’（ｔ） （７）
ここで、ｖは速度検出信号であって、この速度検出信号は、回転中心位置演算部８５に送信される。

回転中心位置演算部８５は、角速度基準値演算部８１から送信された角速度検出信号ω’と、加速度積分演算部８４から送信された速度検出信号ｖとに基づいて、角度振れの中心位置（回転位置）を算出する。
具体的には、加速度センサ２０が速度ｖ、角速度ωで運動していると仮定すると、加速度センサ２０から角度振れの回転中心位置までの距離ｒを、次式により算出する。
ｒ（ｔ）＝ｖ（ｔ）／ω’（ｔ） （８）

この数式（８）は、速度ｖと角速度ωから回転中心位置を算出するための理論式である。しかし、数式（８）では、ω＝０のときにｒが発散してしまうため実用的ではない。そこで、本実施例では、数式（８）の分母に定数項Ｃを加えた次式を用いる（例えば、カメラシステムが平行移動しているような状態：ω＝０を考慮している）。
ｒ（ｔ）＝Ｓｉｇｎ｛ω’（ｔ）｝Ｖ（ｔ）／（｜ω’（ｔ）｜＋Ｃ） （９）
ただし、ω’（ｔ）≧０のとき、Ｓｉｇｎ｛ω’（ｔ）｝＝１
ω’（ｔ）＜０のとき、Ｓｉｇｎ｛ω’（ｔ）｝＝−１
である。
この数式（９）では、Ｃを固定値としているが、これに限らず、例えば、ωが大きければＣを小さく、ωが小さければＣを大きくする等、ωの大きさによって値を変えるようにしてもよい。

つぎに、フィルム面から角度振れの回転中心位置ｎ’（ｔ）を、次式により算出する（以下、ｎ’（ｔ）を角度振れの回転位置信号という）。
ｎ’（ｔ）＝Ｄ−ｒ（ｔ） （１０）
ここで、Ｄは、加速度センサ２０からフィルム面までの距離である。数式（１０）により演算された角度振れの回転位置信号は、駆動信号算出部８６に送信される。

駆動信号算出部８６は、例えば、角速度積分演算部８３から送信された角速度検出信号θ（ｔ）と、回転中心位置演算部８５から送信された回転中心位置信号ｎ’（ｔ）とに基づいて、ブレ補正レンズ１１０を駆動するための駆動信号ｐを演算する。
まず、レンズの目標駆動位置Ｌ（ｔ）を、次式により算出する。
Ｌ（ｔ）＝Ｋβθ（ｔ）｛Ｒ−ｎ’（ｔ）｝ （１１）
ここで、Ｋはブレ補正レンズ１１０の光学条件などによって決まる定数（レンズ固有値）、Ｒは被写体からフィルム面までの距離である。なお、数式（１０）（１１）に用いられるＫ、β、Ｒ、Ｄの値を、駆動信号演算部８０内の適宜のメモリに記憶し、駆動信号算出部８６及び回転中心位置演算部８５は、このメモリからこれらの値を読み出して、上述した演算を行うようにしてもよい。

目標駆動位置Ｌ（ｔ）の演算が完了したら、Ａ／Ｄ変換器７０から送信されたブレ補正レンズ１１０の位置情報Ｉｒとの偏差を求め、この偏差をもとにしてブレ補正レンズ１１０の駆動信号ｐを演算する。駆動信号ｐの演算は、偏差に比例する項、偏差の積分に比例する項、偏差の微分に比例する項を加算することにより、駆動信号ｐを演算する、いわゆるＰＩＤ制御が一般的であるが、これに限らず、適宜の方法を用いてもよい。

図４は、駆動信号演算部８０の動作を示すフローチャートである。なお、以下の各ステップは、駆動信号演算部８０の各部材の機能等に対応すると共に、上述したステップＳ１７０（図２参照）を詳細に示すものであり、重複部分についての説明を適宜省略する。
駆動信号演算部８０は、上述したステップＳ１６０の後、以下に示すステップＳ５００〜Ｓ６１０を実行した後、上述したステップＳ１８０に進む。
角速度センサ１０の出力をＡ／Ｄ変換して、角速度信号ω（ｔ）を読み込む（Ｓ５００）。
加速度センサ２０の出力をＡ／Ｄ変換して、加速度信号ａ（ｔ）を読み込む（Ｓ５１０）。
駆動部１００が出力したブレ補正レンズ１１０の位置情報ＩｒをＡ／Ｄ変換して読み込む（Ｓ５２０）。

角速度信号ω（ｔ）から角速度基準値ω₀（ｔ）を演算する（Ｓ５３０）。
角速度信号ω（ｔ）から角速度基準値ω₀（ｔ）を減算し、角速度検出信号ω’（ｔ）を生成する（Ｓ５４０）。
加速度信号ａ（ｔ）から加速度基準値ａ₀（ｔ）を演算する（Ｓ５５０）。
加速度信号ａ（ｔ）から加速度基準値ａ₀（ｔ）を減算し、加速度検出信号ａ’（ｔ）を生成する（Ｓ５６０）。
加速度検出信号ａ’（ｔ）を積分し、速度検出信号ｖ（ｔ）に変換する（Ｓ５７０）。
角速度検出信号ω’（ｔ）、速度検出信号ｖ（ｔ）より回転中心位置信号ｎ’（ｔ）を演算する（Ｓ５８０）。
角速度検出信号ω’（ｔ）を積分し、角度検出信号θ（ｔ）に変換する（Ｓ５９０）。
角度検出信号θ（ｔ）と、回転中心位置信号ｎ’（ｔ）と、ブレ補正レンズ１１０の位置情報Ｉｒ等とに基づいて、ブレ補正レンズ１１０を駆動するための駆動信号ｐを演算する（Ｓ６００）。
この駆動信号ｐをＤ／Ａ変換器９０を介して駆動部１００に出力する（Ｓ６１０）。

ここで、本実施例におけるブレ補正装置２００を備えたカメラシステムでのブレ補正の効果について、上述した数式（１）を用いて説明する。
まず、角度ブレとシフトブレを含む像面のブレ量を表す数式（１）を変形すると、以下のように表すことができる。
Ｄｉ＝βθ｛Ｒ−（ｎ−ｄ／θ）｝ （１２）
この数式（１２）は、シフトブレによって、角度ブレの回転中心位置がずれることを示しており、したがって、回転中心位置を検出できればシフトブレも補正することができ、結果的に、撮影倍率βが高倍率のときに、ブレ補正の効果を向上させることができることを示している。

本実施例におけるカメラシステムでは、上述したように、角速度センサ１０の出力と、加速度センサ２０の出力とを用いて、特に、数式（９）と数式（１０）とに基づいて、角度振れの回転中心位置信号ｎ’（ｔ）の変動をリアルタイムで算出しているため（ｎ’に付いているサフィックスｔは、経過時間を表す変数である）、撮影倍率βが高倍率であってもブレ補正の効果を向上させることができる。

図５は、従来のブレ補正装置と本発明によるブレ補正装置２００とのブレ補正の効果を示す図である。また、横軸は、撮影倍率であり、縦軸は、ブレ補正の効果を示している。なお、従来のブレ補正装置のブレ補正効果を破線、本発明によるブレ補正装置２００のブレ補正効果を実線でそれぞれ示す。
ブレ補正装置２００のブレ補正効果は、図示のように、従来のブレ補正装置と比較して、撮影倍率が大きくなってもブレ補正効果が低下しない。

本実施例によれば、（１）角度振れの回転中心位置をリアルタイムで検出することによって、シフトブレを検出しているので、撮影倍率が高い倍率であるときにもブレ補正の効果を向上させることができる。
（２）加速度検出信号ａ’（ｔ）を積分するのは１回だけであり、従来のような積分を２回行うシステムよりも誤差の累積を大幅に小さくできるので、検出精度の向上が期待できると共に、レンズＣＰＵ１２０での演算負荷を大幅に減少させることができる。
（３）加速度センサ２０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向でそれぞれ１つずつ（合計２つ）あればよいので、省スペース化やコストの削減を図ることができる。

（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲である。
（１）上述した数式（９）で分母に定数項を設けたのは、ω＝０となるときに、ｒが発散してしまうためであった。しかし、ωの絶対値が大きい場合には、発散は特に問題にならないので、加速度センサ２０から角度振れの回転中心位置までの距離ｒ（ｔ）を次式により算出するようにしてもよい。
ｒ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）／［ω’（ｔ）＋Ｃ｛ω’（ｔ）｝］ （１３）

ここで、Ｃ（ω’）は角速度検出値の関数であって、その一例を以下に示す。
図６は、角速度検出値の関数Ｃ（ω’）を示す図である。
このＣ（ω’）は、例えば、ω’の絶対値が小さくなるほど、値が大きくなり、逆に、ω’の絶対値が大きくなるほど、値が小さくなる関数である。
この関数Ｃ（ω’）によれば、ω’＝０でのｒの発散を防止できると共に、ω’の絶対値が所定値以上であれば、回転中心位置を求めるための上述した理論式である数式（８）を用いることができ、その結果、より正確に回転中心位置を算出することができる。なお、この関数Ｃ（ω’）は、ω’＝０でのｒの発散を防止でき、さらに、ω’の絶対値が所定値以上であるときに、数式（１３）を数式（８）に近似できる関数であれば、適宜の関数を用いてもよい。
したがって、数式（１３）を用いることにより、ブレ補正装置２００は、撮影倍率が高い倍率のときにブレ補正効果をさらに向上させることができる。

（２）数式（１０）で用いられる値ｎ’（ｔ）、Ｄは、共にフィルム面を基準としたが、これに限られず、光軸Ｉ上に配置された面（カメラシステム内に配置され、固定された部材）であれば、適宜の部材を基準としてもよい。

本発明によるブレ補正装置２００の実施例を示すブロック図である。 本発明によるブレ補正装置２００を備えたカメラシステムでのシーケンスを説明するフローチャートである。 駆動信号演算部８０の詳細を示すブロック図である。 駆動信号演算部８０の動作を示すフローチャートである。 従来のブレ補正装置と本発明によるブレ補正装置２００とのブレ補正の効果を示す図である。 角速度検出値の関数Ｃ（ω’）を示す図である。 従来のブレ補正装置の概略を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 角速度センサ
２０ 加速度センサ
３０ 角速度増幅部
４０加速度増幅部
５０，６０，７０ Ａ／Ｄ変換器
８０ 駆動信号演算部
８１ 角速度基準値演算部
８２ 加速度基準値演算部
８３ 角速度積分演算部
８４ 加速度積分演算部
８５ 回転中心位置演算部
８６ 駆動信号算出部
９０ Ｄ／Ａ変換器
１００ 駆動部
１１０ ブレ補正レンズ
１２０ レンズＣＰＵ
１３０ 半押しタイマ
１４０ 電源供給部
１５０ レンズ鏡筒
１６０ カメラボディ
２００ ブレ補正装置

Claims (5)

1. 振れの角速度を検出する角速度検出部と、
   振れの加速度を検出する加速度検出部と、
   前記加速度に基づいて加速度基準値を算出すると共に、前記加速度から前記加速度基準値を減算した値を積分することにより振れの速度を算出する速度演算部と、
   前記角速度と前記速度とに基づいて、振れの回転中心位置を算出する回転中心演算部と、
   を備えた像ブレ補正装置において、
   前記回転中心演算部は、前記加速度検出部から前記回転中心位置までの距離ｒ（ｔ）を、前記速度Ｖ（ｔ）、前記角速度ω（ｔ）、前記ｒ（ｔ）が発散しないための定数Ｃに基づいて、次式、
   ｒ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）／（｜ω（ｔ）｜＋Ｃ）
   ただし、ω（ｔ）≧０
   ｒ（ｔ）＝−Ｖ（ｔ）／（｜ω（ｔ）｜＋Ｃ）
   ただし、ω（ｔ）＜０
   を用いて算出すること、を特徴とする像ブレ補正装置。
2. 振れの角速度を検出する角速度検出部と、
   振れの加速度を検出する加速度検出部と、
   前記加速度に基づいて加速度基準値を算出すると共に、前記加速度から前記加速度基準値を減算した値を積分することにより振れの速度を算出する速度演算部と、
   前記角速度と前記速度とに基づいて、振れの回転中心位置を算出する回転中心演算部と、を備えた像ブレ補正装置において、
   前記回転中心演算部は、前記加速度検出部から前記回転中心位置までの距離ｒ（ｔ）を、前記速度Ｖ（ｔ）、前記角速度ω（ｔ）、前記ｒ（ｔ）が発散しないための前記角速度（ｔ）を変数とする関数Ｃ｛ω（ｔ）｝に基づいて、次式、
   ｒ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）／［ω（ｔ）＋Ｃ｛ω（ｔ）｝］
   を用いて算出すること、を特徴とする像ブレ補正装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の像ブレ補正装置において、
   ピッチング方向の振れの加速度とヨーイング方向の振れの加速度とを検出する加速度検出部を備え、
   前記速度演算部は、前記加速度に基づいて前記速度を算出することを特徴とする像ブレ補正装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の像ブレ補正装置において、
   像ブレを光学的に補正するブレ補正光学部材と、
   前記ブレ補正光学部材を駆動する駆動部と、
   前記ブレ補正光学部材のレンズ固有値、撮影倍率、被写体と光軸上に配置された撮像面との第１距離、前記加速度検出部と前記撮像面との第２距離、を測定及び／又は記憶する情報入力部と、
   前記角速度に基づいて角速度基準値を算出すると共に、前記角速度から前記角速度基準値を減算した値を積分することにより、角度振れを算出する角度演算部と、
   前記ブレ補正光学部材の現在位置を検出する位置検出部と、
   前記ブレ補正光学部材の目標駆動位置を算出する目標駆動位置演算部と、
   前記ブレ補正光学部材の前記現在位置と前記目標駆動位置とに基づいて、前記駆動部を制御する駆動制御部と
   を備え、
   前記目標駆動位置演算部は、目標駆動位置Ｌ（ｔ）を、前記加速度検出部から前記回転中心位置までの距離ｒ（ｔ）と、前記角度振れθ（ｔ）と、前記情報入力部により測定及び／又は記憶された前記レンズ固有値Ｋ、前記撮影倍率β、前記第１距離Ｒ、前記第２距離Ｄ、に基づいて、次式、
   Ｌ（ｔ）＝Ｋβθ（ｔ）（Ｒ−Ｄ＋ｒ（ｔ））
   を用いて算出すること、
   を特徴とする像ブレ補正装置。
5. 請求項４に記載の像ブレ補正装置において、
   前記像ブレの補正に必要な電源の供給を開始させる半押しスイッチと、
   前記半押しスイッチが押されている間はＯＮのままであり、前記半押しスイッチがＯＦＦとなってからも一定時間はＯＮのままとなっている半押しタイマとを備え、
   前記駆動制御部は、前記半押しタイマがＯＮとなっているときに前記駆動部を制御することを特徴とする像ブレ補正装置。

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