JP4706094B2

JP4706094B2 - ブレ補正光学機器

Info

Publication number: JP4706094B2
Application number: JP2000291703A
Authority: JP
Inventors: 敏彰前田; 博之富田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: JP2002099015A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手振れ等による振動を検出する振れ検出装置、及び、振れ検出装置を内蔵した双眼鏡等の光学装置やカメラ等の撮影装置などのブレ補正光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブレ補正光学機器は、ブレ検出手段として加速度センサ又は角速度センサ（ジャイロ）などの手振れ振動検出センサからの出力信号を積分してブレ量を計算し、この計算結果に基づいて撮影光学系の光路中に設けられたブレ補正光学系を駆動することにより、カメラの受像面、例えばフィルム面や光電変換素子の受光面の上での被写体像の移動を相殺又は軽減している。
【０００３】
ここで、手振れ振動検出センサのセンサ出力は、センサ内外部の電子回路によって信号処理されており、手振れ等による振動が全くない（角速度がゼロ）状態であってもセンサのいわゆるヌル電圧等の直流成分が含まれるため、センサ出力より得られる角速度情報は、ゼロとはならない。
したがって、センサ出力をそのまま用いて積分してブレ量の算出を行うと、残留直流成分の影響によりブレ量に誤差が含まれてしまう。つまり、時間積分されたデータは、１次の単調増加／減少傾向を有する。その大きさは、手振れ振動による角速度と比較して無視できる程度ではない。また、この直流成分は、温度や時間経過によっても左右される。
【０００４】
そこで、従来は、一般的にセンサ出力からハイパスフィルタ等を用いて直流成分を除去した出力のみを得る方法や、センサ出力から移動平均などの演算結果を出力値から差し引くという手法が行われている。この場合、ハイパスフィルタを用いて十分な精度を得るためには、カットオフ周波数を１Ｈｚ程度と非常に低く設定する必要がある。
【０００５】
しかし、カットオフ周波数を１Ｈｚ程度とすると、フィルタ出力が安定するために、数秒あるいは、それ以上の時間がかかる場合があり、例えば、カメラ等において、電源投入直後に撮影を行うような場合に、フィルタ出力が安定しないために、ブレ補正の精度が低くなるばかりか、却って悪影響を及ぼす場合があった。
このような問題を解決する手法として、特開昭６３−２８５４２４号公報等には、カットオフ周波数を状態に応じて変更可能にして、フィルタ出力を早期に安定化する発明が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開昭６３−２８５４２４号公報等による手法では、応答をよくして収束を早める場合には、カットオフ周波数を高くするので、十分な精度が得られないという問題があった。
従来は、出力安定時の精度と収束時の応答性とのいずれを優先するかを選択することが必要であり、一方を優先すると、他方の特性に不満が残る結果となっていた。
【０００７】
本発明の課題は、ヌル電圧等の残存直流成分の影響を速やかに除去すると共に、低周波成分をも含めて正確にブレを補正することができるカメラ等のブレ補正光学機器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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の発明は、撮影光学系と、前記撮影光学系の少なくとも一部であって、前記撮影光学系の光軸を偏光する補正光学系と、振動を検出し、振動検出信号を出力する振動検出部と、所定時刻よりも前に前記振動検出部から出力された前記振動検出信号を用いて第１基準値を演算し、前記所定時刻よりも後に前記振動検出部から出力された前記振動検出信号を用いて第２基準値を演算する基準値演算部と、予測基準値を演算する基準値予測部と、前記補正光学系を駆動する駆動部と、前記基準値予測部から出力された前記予測基準値及び前記振動検出信号に基づき、前記振動による被写体像のブレを補正するように前記駆動部の駆動を制御する制御部と、前記第１基準値から前記第２基準値までの変化が所定値より大きいか否かを判断する判断部とを含み、前記基準値予測部は、前記第１基準値及び第２基準値を用いて前記予測基準値を演算し、前記制御部は、前記判断部が前記第１基準値から前記第２基準値までの変化が前記所定値より大きいと判断したときに、前記予測基準値及び前記振動検出信号に基づき前記駆動部の駆動を制御することを特徴するブレ補正光学機器である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のブレ補正光学機器において、前記基準値予測部は、前記第１基準値から前記第２基準値までの変化に基づいて前記予測基準値を演算することを特徴とするブレ補正光学機器である
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のブレ補正光学機器において、前記基準値予測部は、前記ブレ補正光学機器の電源投入直後に前記第１基準値及び前記第２基準値を用いて前記予測基準値を演算することを特徴とするブレ補正光学機器である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照しながら、本発明の実施の形態について、更に詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるブレ補正光学機器の第１実施形態であるカメラを示す図である。
このカメラは、カメラボディ１，レンズ鏡筒２を有しており、カメラボディ１は、受像面５，カメラボディ内マイコン６を備え、レンズ鏡筒２は、非ブレ補正光学系３，ブレ補正光学系４，レンズ内マイコン７，角速度センサ８及び９，補正光学系駆動装置１０を備えている。
【００１８】
カメラボディ１は、レンズ交換が可能なように取付マウント１ａを有し、この取り付けマウント１ａにレンズ鏡筒２を取り付け、被写体結像を受像面５上に形成し、撮影可能となるカメラ本体であり、ＣＣＤ等の撮像素子又はフィルム等が設けられた受像面５を備えている。
【００１９】
カメラボディ内マイコン６は、カメラの各種動作を制御する制御部であり、カメラボディ１内に設けられ、レンズ内マイコン７と電気的に接続されている。
【００２０】
レンズ鏡筒２は、マウント１ａに対して着脱可能な交換レンズであり、ブレ補正機能を有している。
【００２１】
非ブレ補正光学系３は、ブレ補正光学系４とともに被写体像を受像面５上に結像する光学系である。
【００２２】
ブレ補正光学系４は、光軸に略直交する方向に移動可能に設けられた光学系であり、非ブレ補正光学系３と組合わせられて一つの撮影光学系を成しており、ブレ補正光学系４が補正光学系駆動装置１０によって駆動されて移動することにより、受像面５上に結像した像が移動し、ブレの補正を行う。
【００２３】
レンズ内マイコン７は、カメラボディ内マイコン６と電気的に接続され、レンズ内の各種動作を制御する制御部である。カメラボディ内マイコン６とレンズ内マイコン７によって、撮影及びブレ補正に関する一連の処理が行われる。
【００２４】
角速度センサ８及び９は、受像面５に対するピッチングおよびヨーイング方向の手振れ振動検出器である。
【００２５】
ブレ補正光学系駆動部１０は、カメラボディ内マイコン６，レンズ内マイコン７，角速度センサ８及び９によって得られたブレ量に基づいてブレ補正光学系４の駆動を行う駆動部である。
【００２６】
図２は、レンズ内マイコン７の内部構成を説明するブロック図である。
なお、実際の振れ検出及び制御は、略直交する２軸分行われているが、簡単のため、以下の説明では、１軸分のみ説明する。
まず、角速度センサ８，９からの信号を増幅器７１によって増幅して振動検出信号ω’（振れ波形）を得る。この段階における信号ω’は、センサのヌル電圧や温度、時間経過に伴うドリフトなどの直流成分を含んでいる。
【００２７】
次に、この振動検出信号ω’に対してローパスフィルタ（ＬＰＦ）等から構成される基準値算出器（基準値演算部）７２を通して、カメラが静止している状態における信号、すなわち、角速度ゼロの基準値ω₀のみを抽出する。
従来の技術として説明したように、基準値算出器７２における基準値ω₀の演算結果は、演算時以前に演算した基準値ω₀の値を反映するので、演算時間が長くなるにしたがい、その精度が高くなる一方、初期に得られた基準値ω₀の精度が低い場合には、その悪影響がしばらく残ってしまう。
【００２８】
そこで、本実施形態では、振動検出信号ω’及び基準値ω₀は、基準値補正部７５を介して、一定の場合に基準値ω₀が補正されて、ブレ角度演算器７３に送られる。基準値補正部７５については、後に詳しく説明する。
【００２９】
ブレ角度演算器７３では、得られた振動検出信号ω’から基準値ω₀を差し引いて手振れのみによる角速度ωを求める。
像面ブレ量演算器７４では、この様にして得られた角速度ωを積分し、更にレンズ鏡筒２の焦点距離情報等を考慮して受像面５上におけるブレ量を算出する。
ブレ補正光学系駆動部１０は、像面ブレ量演算器７４が演算したブレ量に基づいてブレ補正光学系４を駆動して、受像面５上の被写体のブレを補正する。
【００３０】
像面ブレ量演算器７４は、角速度を積分して像面でのブレ量を算出するので、従来の技術において説明したように、わずかでも残留直流（オフセット）成分があると、時間積分されたデータは、１次の単調増加／減少傾向を有する。
これを防ぐには、精度良く基準値のみを算出する必要がある。例えば、基準値算出器７２のローパスフィルタのカットオフ周波数を、１Ｈｚ程度あるいは、それ以下と十分低く設定する必要がある。
しかし、カットオフ周波数を低くすると、フィルタの出力が安定収束した後の性能は、良好となるが、基準値ω₀の演算を開始したときの基準値ω₀が正しい値でない場合、演算される基準値ω₀が正しい値に安定するのに数秒あるいは、それ以上の時間を要する。
【００３１】
本実施形態では、基準値ω₀の早期安定化と精度の両立を計るために、ローパスフィルタのカットオフ周波数を精度上必要なだけ十分低いまま変化させずに、基準値補正部７５によってローパスフィルタの出力を観測し、基準値ω₀に対して補正を行うことによって基準値ω₀の早期収束化を実現している。
【００３２】
ここで、基準値補正部７５の動作について説明する。
図３は、基準値補正部７５の動作の流れを示すフローチャートである。
図４は、基準値の補正を行うときの振動検出信号ω’及び基準値ω₀の波形を示す図である。
【００３３】
ステップ（以下、Ｓとする）１００では、カウンタの初期化（カウンタ＝０）を行う。
【００３４】
Ｓ１０１では、基準値算出器７２のＬＰＦが基準値ω₀を演算し、Ｓ１０２へ進む。
【００３５】
Ｓ１０２では、演算開始からの演算時間ｔが、Ｔ１以下となっているか否か、すなわち評価窓範囲内にあるか否かを判定する。ｔ≦Ｔ１となっていなければ、Ｓ１０１に戻って基準値演算を継続し、ｔ≦Ｔ１となっていれば、Ｓ１０３に進む。
【００３６】
Ｓ１０３では、振動検出信号ω’（ｔ）と、基準値ω₀（ｔ）との差分の絶対値が差分基準値ＥＲＲ＿ＴＨを超えているか否かを判定する。差分基準値ＥＲＲ＿ＴＨを越えている場合には、Ｓ１０４に進み、差分基準値ＥＲＲ＿ＴＨを越えていない場合には、Ｓ１０５に進む。
【００３７】
Ｓ１０４では、カウンタ＝カウンタ＋ｓｉｇｎ（ω（ｔ）−ω₀（ｔ））の演算を行う。ここで、ｓｉｇｎ（ｘ）は、ｘの値によらずに、ｘが正の値であれば、＋１を返し、ｘが負の値であれば、−１を返す符号関数である。すなわち、ここでは、カウント加算法則として、先の差分値が正であれば、カウンタに＋１を、また、差分値が負であれば、カウンタに−１を加算する。
【００３８】
Ｓ１０５では、演算時刻ｔが、評価時刻Ｔ１であるか否かの判定を行う。ｔ＝Ｔ１であれば、Ｓ１０６に進み、ｔ≠Ｔ１であればＳ１０１に戻る。
【００３９】
Ｓ１０６では、カウンタの絶対値がカウント規定値ＴＨ＿ＣＣを超えているか否かの判定を行う。カウント規定値ＴＨ＿ＣＣを超えているときには、Ｓ１０７に進み、カウント規定値ＴＨ＿ＣＣを超えていないときは、補正の処理を抜ける。
【００４０】
Ｓ１０７では、基準値補正部７５は、基準値ω₀の補正を行い、その後、補正の処理を抜ける。
【００４１】
基準値補正部７５は、基準値ω₀の補正を行うか否かの判断を行う補正実行判断部７５ａを有しており（図２）、Ｓ１０３からＳ１０６の動作は、この補正実行判断部７５ａにより行われる。
【００４２】
基準値ω₀の補正には、演算開始時の基準値ω₀の初期値（図４中Ｐ１）と、評価時刻（Ｔ１）における振れ波形の値（図４中Ｐ２）との中間値（図４中Ｐ４）を用いる。
Ｐ４＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２式（１）
そして時刻（Ｔ１）における初期値をＰ３からＰ４へ置き換え、補正後の基準値ω₀とする。
Ｐ３＝Ｐ４式（２）
【００４３】
図５は、図４に示す波形の全体を示した図である。
図５に示すように、評価時刻Ｔ１の次の時刻(ｎ＝Ｔ１＋１)から補正された基準値ω₀を用いて演算がおこなわれるため、以降の演算収束を高速化することができる。
【００４４】
演算時刻Ｔ１は、例えば演算開始から５０ミリ秒程度、カウント規定値ＴＨ＿ＣＣを時刻Ｔ１間のサンプリング回数の半分程度（１ミリ秒サンプリングの場合では、ＴＨ＿ＣＣ＝２５）と設定すれば、従来技術に比べ大幅な演算量の増加を必要とすることなく、非常に早く演算の収束化をすることが可能となる。
【００４５】
なお、基準値ω₀に補正を行うと、基準値ω₀は、不連続な変化をすることになるが、ブレ量演算に対しては、誤差要因を取り除いて積分演算を行うこととなり、誤差要因に伴う発散を早急に抑えるので、演算系としては、より安定する。
【００４６】
本実施形態によれば、振動検出信号ω’（ｔ）と、基準値ω₀（ｔ）とに基づき、基準値ω₀の補正を行なうので、ヌル電圧等の直流成分やパンニングによる残存直流成分の影響を速やかに除去することができる。
また、基準値ω₀が真の基準値ω₀に収束するのが速くなるので、撮影時には、正規の低周波成分をも含めて正確にブレを補正することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
第２実施形態は、基準値補正部７５の動作が第１実施形態と異なるのみであるので、第１実施形態と共通する部分の説明は省略する。
図６は、第２実施形態における基準値補正部７５の動作の流れを示すフローチャートである。
図７は、基準値の補正を行うときの振動検出信号ω’及び基準値ω₀の波形を示す図である。
【００４８】
Ｓ２００で変数の初期化を行った後、Ｓ２０１において基準値ω₀の初期値ｔｍｐ１を保存する。
【００４９】
Ｓ２０２では、評価時刻（ｔ＝Ｔ２）であるか否かを判定する。評価時間に達している場合には、Ｓ２０３に進み、評価時間でない場合には、基準値ω₀補正のフローを終了して、基準値ω₀の演算動作に戻る。
したがって、本実施形態における基準値ω₀補正のフローは、オメガゼロ演算経過時間ｎが評価時間（ｔ＝Ｔ２）に達した時にのみ実行される。
【００５０】
Ｓ２０３では、演算時点（ｔ＝Ｔ２）における基準値ω₀の値ｔｍｐ２を保存する。
【００５１】
Ｓ２０４では、下記の式に従って傾きθ（に相当する値）を求める。
θ＝ｔｍｐ２−ｔｍｐ１式（３）
ここで、ｔｍｐ１は、Ｓ２０１において保存した基準値ω₀の初期値であり、ｔｍｐ２は、時刻Ｔ２における基準値ω₀である。
なお、式（３）によるθは、時間で割り算していないため、正確には、図７での傾きθを表すものではないが、それに相当する値であることに変わりはない。
【００５２】
Ｓ２０５では、補正実行判断部７５ａにおいて、傾きθの絶対値が、傾き基準値θｔｈ以上であるか否かを判定する。ここで、傾き基準値θｔｈは、基準値ω₀の補正が必要であるか否かを判定するために設定する値であり、傾き基準値θｔｈよりも傾きθが大きければ、基準値ω₀の補正が必要であると判定し、傾き基準値θｔｈよりも傾きθが小さければ、基準値ω₀が一定の値に落ち着いていると考えられるので、基準値ω₀の補正は、不要であると判定する。
したがって、傾きθの絶対値が、傾き基準値θｔｈ以上であるときは、Ｓ２０６に進み、傾きθの絶対値が、傾き基準値θｔｈよりも小さいときには、基準値ω₀補正のフローを終了して、基準値ω₀の演算動作に戻る。
【００５３】
Ｓ２０６では、実際に基準値ω₀の補正を行う。本実施形態における基準値ω₀の補正は、所定時間後の基準値ω₀の演算値を予測することによって行う。
具体的には、一定時間内の基準値ω₀の変化を線形変化とみなして、演算時刻（ｔ＝Ｔ２）での基準値ω₀（Ｔ２）＝ｔｍｐ２と基準値ω₀の初期値ω₀（０）＝ｔｍｐ１とを通る直線Ｌを求める。
なお、演算開始時の値（初期値ｔｍｐ１）が目標値から離れているほど直線Ｌの傾きθが大きくなる。逆に、演算開始時の値が目標値に近ければ傾きθが小さくなる。
【００５４】
本実施形態では、評価時間（Ｔ２）以後も、このまま基準値の演算を継続した場合の演算結果は、この直線Ｌに沿って推移するものと仮定する。そして、所定の時間（予測時間）後に到達する値を演算し、これを予測値とする。そしてこの予測値を新たな基準値ω₀（ＰＰ３）として、評価時間の次のサンプル時刻（ｔ＝Ｔ２＋１）から補正された基準値ω₀とする。
【００５５】
具体的には、以下の式（４）を用いて予測値（ＰＰ３）を演算する。
【００５６】
【数１】

【００５７】
式（４）において、ＦＷＤは、図５中の予測時間を示すもので、ローパスフィルタの時定数等にも依存するが、例えば、１秒先程度を設定する。ＷＩＮＤは、傾き演算を行う評価時間窓であり、例えば、２００ミリ秒程度を設定する。
【００５８】
予測演算の基準となる基準値ω₀の演算は、ローパスフィルタ演算であり時間が長いほど目標値に近くなる（精度が向上する）ので、図７中の予測値は、評価時間でのオメガゼロ値よりも目標値に近いことになる。
式（４）の右辺が図７中の予測値（ＰＰ３）に相当し、この予測値を評価時間の次のサンプリング時刻（ｔ＝Ｔ２＋１）から、補正された基準値ω₀を用いて基準値ω₀の演算を実行することにより、基準値ω₀を急速に目標値へ収束することができる。
【００５９】
図８は、本実施形態において、基準値ω₀を補正した場合と、補正を行わずに、従来の基準値ω₀の演算のアルゴリズムのみを実行した場合とを比較して示した図である。
図８からわかるように、基準値ω₀を補正することによって、基準値が真の基準値ω₀に近づくのが速くなり、従来の基準値ω₀の演算のアルゴリズムのみを実行した場合よりも早く目標値へ収束させることができる。
【００６０】
本実施形態によれば、所定時間後の基準値ω₀の予測を行い、演算時点の基準値ω₀をその予測値によって置き換えるので、短時間の内に基準値ω₀の精度を高くすることができる。
【００６１】
（変形形態）
以上説明した実施形態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内である。
（１）各実施形態において、基準値ω₀の補正を一度だけ行う例を示したが、これに限らず、例えば、演算時間中に複数回同様な補正を行なってもよい。この場合、更なる基準値の高精度化が期待できる。
【００６２】
（２）第１実施形態及び第２実施形態は、独立した実施形態として説明したが、これに限らず、例えば、第１実施形態及び第２実施形態を組み合わせて演算開始直後に第１実施形態を行い、その後更に第２実施形態を行ってもよいし、その逆の順で行ってもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）基準値及び／又は振動検出信号に応じて基準値演算部の出力を補正する基準値補正部を備えるので、残存直流成分の影響を速やかに取り除き、基準値を正しい値に補正することができる。
【００６４】
（２）基準値補正部は、所定時間後の基準値を予測して補正を行うので、基準値を精度よく補正することができる。
【００６５】
（３）基準値補正部は、演算時点の振動検出信号と、所定時間前における基準値との中間値によって補正を行うので、補正に要する時間が短時間であっても、精度よく基準値の補正を行うことができる。
【００６６】
（４）基準値補正部は、予測による補正と、演算時点の振動検出信号と所定時間前における基準値との中間値による補正とを組み合わせて実行するので、振動状態に最適な基準値の補正を行うことができ、短時間の内に高精度な補正を行うことができる。
【００６７】
（５）基準値補正部は、基準値の補正を実行するか否かを判断する補正実行判断部を有するので、必要なときにのみ補正を実行し、補正によって却って基準値の精度を低下させるようなこともなく、常に基準値の精度を高くすることができる。
【００６８】
（６）補正実行判断部は、基準値が一定の範囲内に収束しているか否かを判断し、基準値が一定の範囲内に収束していない場合に、基準値の補正を実行すると判断するので、基準値の精度を一定以上に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるブレ補正光学機器の第１実施形態であるカメラを示す図である。
【図２】レンズ内マイコン７の内部構成を説明するブロック図である。
【図３】基準値補正部７５の動作の流れを示すフローチャートである。
【図４】基準値の補正を行うときの振動検出信号ω’及び基準値ω₀の波形を示す図である。
【図５】図４に示す波形の全体を示した図である。
【図６】第２実施形態における基準値補正部７５の動作の流れを示すフローチャートである。
【図７】基準値の補正を行うときの振動検出信号ω’及び基準値ω₀の波形を示す図である。
【図８】本実施形態において、基準値ω₀を補正した場合と、補正を行わずに、従来の基準値ω₀の演算のアルゴリズムのみを実行した場合とを比較して示した図である。
【符号の説明】
７レンズ内マイコン
７１増幅器
７２基準値算出器
７３ブレ角速度演算器
７４像面ブレ量演算器
７５基準値補正部
７５ａ補正実行判断部

Claims

撮影光学系と、
前記撮影光学系の少なくとも一部であって、前記撮影光学系の光軸を偏光する補正光学系と、
振動を検出し、振動検出信号を出力する振動検出部と、
所定時刻よりも前に前記振動検出部から出力された前記振動検出信号を用いて第１基準値を演算し、前記所定時刻よりも後に前記振動検出部から出力された前記振動検出信号を用いて第２基準値を演算する基準値演算部と、
予測基準値を演算する基準値予測部と、
前記補正光学系を駆動する駆動部と、
前記基準値予測部から出力された前記予測基準値及び前記振動検出信号に基づき、前記振動による被写体像のブレを補正するように前記駆動部の駆動を制御する制御部と、
前記第１基準値から前記第２基準値までの変化が所定値より大きいか否かを判断する判断部とを含み、
前記基準値予測部は、前記第１基準値及び第２基準値を用いて前記予測基準値を演算し、
前記制御部は、前記判断部が前記第１基準値から前記第２基準値までの変化が前記所定値より大きいと判断したときに、前記予測基準値及び前記振動検出信号に基づき前記駆動部の駆動を制御することを特徴するブレ補正光学機器。
請求項１に記載のブレ補正光学機器において、
前記基準値予測部は、前記第１基準値から前記第２基準値までの変化に基づいて前記予測基準値を演算することを特徴とするブレ補正光学機器。
請求項１又は請求項２に記載のブレ補正光学機器において、
前記基準値予測部は、前記ブレ補正光学機器の電源投入直後に前記第１基準値及び前記第２基準値を用いて前記予測基準値を演算することを特徴とするブレ補正光学機器。