JP5090933B2

JP5090933B2 - 振れ検出装置及び振れ検出方法

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Publication number: JP5090933B2
Application number: JP2008004654A
Authority: JP
Inventors: 智之水田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-01-11
Also published as: JP2009168939A; US20090180769A1; US7848626B2

Description

本発明は振れ検出装置及び振れ検出方法に係り、特にハイパスフィルタを用いてジャイロセンサ出力の低周波成分を除去して振れを検出する振れ検出装置及び振れ検出方法に関する。

カメラ等の撮像装置において、撮影者の手振れを補正するための機構が知られている。このような手振れ補正機構では、ジャイロセンサにより角速度を検出し、検出された角速度から撮像装置の振れ量を算出し、この算出された振れ量を打ち消すように撮影レンズやイメージセンサなど撮像部の一部を撮影光軸と垂直な面内で移動させることで、振れの補正が行われる。また、ジャイロセンサからの出力信号は、ドリフトによるＤＣ成分等の不要な低周波成分を含むため、ハイパスフィルタによって低周波成分を除去することが行われる。

上記のようにジャイロセンサとハイパスフィルタを使用した振れ補正機能を持つカメラをパンニングさせると、パンニング終了時に、カメラが静止したにもかかわらず、カメラをそれまでの振れとは逆方向に振ったように画面が動いてしまう揺り戻し現象が発生する。これは、ハイパスフィルタのオーバーシュート現象に起因するものである。

このゆり戻し現象を防止するために、特許文献１には、カメラをパンニング中にはハイパスフィルタのカットオフ周波数を高周波側にシフトさせる技術が記載されている。この技術によれば、パンニングを終了させたときにも揺り戻し現象が発生せず、自然なカメラワークを実現することが可能となる。
特開平１１−２８４９０２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の撮像装置においては、揺り戻し現象は軽減するものの、カットオフ周波数を高周波側にシフトさせるために、パンニング中における低周波の振れに対する振れ補正の効果が低下してしまうという欠点があった。本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、パンニング終了時の揺り戻し成分による振れの誤検出を抑制し、さらにパンニング中においても振れ検出の精度が低下することのない振れ検出装置及び振れ検出方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に記載の振れ検出装置は、速度又は角速度を検出するセンサと、前記センサの出力信号の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの出力信号に基づいて装置本体の振れを検出する振れ検出手段と、を備えた振れ検出装置において、前記ハイパスフィルタの出力信号に、一定方向に継続した振れが停止したときに出力される揺り戻し成分が含まれているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の結果に基づいて前記ハイパスフィルタの出力信号から前記揺り戻し成分を除去する除去手段とを備え、前記判定手段は、前記ハイパスフィルタの出力信号を積分する積分手段を備え、前記ハイパスフィルタの出力信号が第一の閾値より大きく、かつ前記積分手段の出力信号の反転信号が第二の閾値より大きい場合、又は前記ハイパスフィルタの出力信号が第一の閾値の負数より小さく、かつ前記積分手段の出力信号の反転信号が第二の閾値の負数より小さい場合に、揺り戻し成分を含んでいると判定することを特徴とする。

これにより、ハイパスフィルタの出力信号から揺り戻し成分を除去し、揺り戻しの無い最適な手振れ補正を行うことができる。

これにより、パンニングの終了時の揺り戻し成分を振れと誤検出することなく、揺り戻し成分を検出することができる。

請求項２に示すように請求項１に記載の振れ検出装置において、前記除去手段は、前記ハイパスフィルタの出力信号と前記積分手段の出力信号を加算する加算手段を備え、前記判定手段が揺り戻し成分を含んでいないと判定した場合には前記ハイパスフィルタの出力信号をそのまま出力し、前記判定手段が揺り戻し成分を含んでいると判定した場合には前記ハイパスフィルタの出力信号と前記積分手段の出力信号を加算して出力することを特徴とする。

これにより、ハイパスフィルタの揺り戻し成分を簡単に除去することができる。

前記目的を達成するために請求項３に記載の振れ検出方法は、センサが速度又は角速度を検出する工程と、ハイパスフィルタが前記センサの出力信号の低周波成分を除去する工程と、前記ハイパスフィルタの出力信号に基づいて装置本体の振れを検出する振れ検出工程と、を備えた振れ検出方法において、前記ハイパスフィルタの出力信号に、一定方向に継続した振れが停止したときに出力される揺り戻し成分が含まれているか否かを判定する判定工程と、前記判定工程の結果に基づいて前記ハイパスフィルタの出力信号から前記揺り戻し成分を除去する除去工程とを備え、前記判定工程は、積分手段が前記ハイパスフィルタの出力信号を積分する積分工程を備え、前記ハイパスフィルタの出力信号が第一の閾値より大きく、かつ前記積分手段の出力信号の反転信号が第二の閾値より大きい場合、又は前記ハイパスフィルタの出力信号が第一の閾値の負数より小さく、かつ前記積分手段の出力信号の反転信号が第二の閾値の負数より小さい場合に、揺り戻し成分を含んでいると判定することを特徴とする。

本発明によれば、パンニング終了時の揺り戻し成分を振れと誤検出することのない振れ検出装置及び振れ検出方法を提供することができる。

以下、添付図面に従って本発明を実施するための最良の形態について説明する。

＜撮像部＞
図１は、本発明が適用されたデジタルカメラ１の電気的構成を示すブロック図である。

同図に示すように、本実施の形態のデジタルカメラ１は、ＣＰＵ１１１、操作部１１２、ズームレンズ用モータドライバ１１４、ズームレンズ１０、フォーカスレンズ用モータドライバ１１５、フォーカスレンズ１１、手ぶれ補正制御部１１７、手ぶれ補正部１１８、タイミングジェネレータ１１９、ＣＣＤドライバ１２０、ＣＣＤ１３、アナログ信号処理部１２２、Ａ／Ｄ変換器１２３、画像入力コントローラ１２４、画像信号処理回路１２５、圧縮処理回路１２６、ビデオエンコーダ１２７、画像表示装置１２８、バス１２９、メディアコントローラ１３０、記録メディア１３１、メモリ（ＳＤＲＡＭ）１３２、ＡＦ検出回路１３３、ＡＥ検出回路１３４等を備えて構成される。

各部はＣＰＵ１１１に制御されて動作し、ＣＰＵ１１１は、操作部１１２からの入力に基づき所定の制御プログラムを実行することにより、デジタルカメラ１の各部を制御する。

ＣＰＵ１１１はプログラムＲＯＭを内蔵しており、このプログラムＲＯＭにはＣＰＵ１１１が実行する制御プログラムのほか、制御に必要な各種データ等が記録されている。ＣＰＵ１１１は、このプログラムＲＯＭに記録された制御プログラムをメモリ１３２に読み出し、逐次実行することにより、デジタルカメラ１の各部を制御する。

なお、このメモリ１３２は、プログラムの実行処理領域として利用されるほか、画像データ等の一時記憶領域、各種作業領域として利用される。

操作部１１２は、レリーズボタン１１３の他、電源スイッチや撮影モードダイヤル、手ぶれ補正スイッチ等のカメラの一般的な操作手段を含み、操作に応じた信号をＣＰＵ１１１に出力する。レリーズボタン１１３は、半押し時にＯＮしてフォーカスロック、測光等の撮影準備を行わせるスイッチＳ１と、全押し時にＯＮして画像の取り込みを行わせるスイッチＳ２とを有している。

フォーカスレンズ１１は、フォーカス用モータドライバ１１５に駆動されて、ズームレンズ１０の光軸上を前後移動する。ＣＰＵ１１１は、フォーカス用モータドライバ１１５を介してフォーカスレンズ１１の移動を制御し、フォーカシングを行う。

ズームレンズ１０は、ズームレンズ用モータドライバ１１４に駆動されて、フォーカスレンズ１１の光軸上を前後移動する。ＣＰＵ１１１は、ズームレンズ用モータドライバ１１４を介してズームレンズ１０の移動を制御し、ズーミングを行う。

手ぶれ補正部１１８は、補正レンズ１２を含み、手ぶれ補正制御部１１７により制御され、ズームレンズ１０、及びフォーカスレンズ１１を介した被写体像の手ぶれを補正する。手ぶれ補正制御部１１７及び手ぶれ補正部１１８の詳細については、後述する。

ＣＣＤ１３は、手ぶれ補正部１１８の後段に配置されており、補正レンズ１２を透過した被写体光を受光する。ＣＣＤ１３は、周知のように多数の受光素子がマトリクス状に配列された受光面を備えている。補正レンズ１２を透過した被写体光は、このＣＣＤ１３の受光面上に結像され、各受光素子によって電気信号に変換される。

このＣＣＤ１３は、タイミングジェネレータ１１９からＣＣＤドライバ１２０を介して供給される垂直転送クロック及び水平転送クロックに同期して、各画素に蓄積された電荷を１ラインずつシリアルな画像信号として出力する。ＣＰＵ１１１は、タイミングジェネレータ１１９を制御して、ＣＣＤ１３の駆動を制御する。

なお、各画素の電荷蓄積時間（露出時間）は、タイミングジェネレータ１１９から与えられる電子シャッタ駆動信号によって決められる。ＣＰＵ１１１は、タイミングジェネレータ１１９に対して電荷蓄積時間を指示する。

また、画像信号の出力は、デジタルカメラ１が撮影モードにセットされると開始される。すなわち、デジタルカメラ１が撮影モードにセットされると、画像表示装置１２８にスルー画像を表示するため、画像信号の出力が開始される。このスルー画像用の画像信号の出力は、本撮影の指示が行われると、一旦停止され、本撮影が終了すると、再度開始される。

ＣＣＤ１３から出力される画像信号は、アナログ信号であり、このアナログの画像信号は、アナログ信号処理部１２２に取り込まれる。

アナログ信号処理部１２２は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）、及び自動ゲインコントロール回路（ＡＧＣ）を含んで構成される。ＣＤＳは、画像信号に含まれるノイズの除去を行い、ＡＧＣは、ノイズ除去された画像信号を所定のゲインで増幅する。このアナログ信号処理部１２２で所要の信号処理が施されたアナログの画像信号は、Ａ／Ｄ変換器１２３に取り込まれる。

Ａ／Ｄ変換器１２３は、取り込んだアナログの画像信号を所定ビットの階調幅を持ったデジタルの画像信号に変換する。この画像信号は、いわゆるＲＡＷデータであり、画素ごとＲ、Ｇ、Ｂの濃度を示す階調値を有している。

画像入力コントローラ１２４は、所定容量のラインバッファを内蔵しており、Ａ／Ｄ変換器１２３から出力された１コマ分の画像信号を蓄積する。この画像入力コントローラ１２４に蓄積された１コマ分の画像信号は、バス１２９を介してメモリ１３２に格納される。

バス１２９には、上記ＣＰＵ１１１、メモリ１３２、画像入力コントローラ１２４のほか、画像信号処理回路１２５、圧縮処理回路１２６、ビデオエンコーダ１２７、メディアコントローラ１３０、ＡＦ検出回路１３３、ＡＥ検出回路１３４等が接続されており、これらはバス１２９を介して互いに情報を送受信できるようにされている。

メモリ１３２に格納された１コマ分の画像信号は、点順次（画素の順番）に画像信号処理回路１２５に取り込まれる。

画像信号処理回路１２５は、点順次に取り込んだＲ、Ｇ、Ｂの各色の画像信号に対して所定の信号処理を施し、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとからなる画像信号（Ｙ／Ｃ信号）を生成する。

ＡＦ検出回路１３３は、ＣＰＵ１１１の指令に従い、画像入力コントローラ１２４を介してメモリ１３２に格納されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号を取り込み、ＡＦ（Automatic Focus）制御に必要な焦点評価値を算出する。このＡＦ検出回路１３３は、Ｇ信号の高周波成分のみを通過させるハイパスフィルタ、絶対値化処理部、画面に設定された所定のフォーカス領域内の信号を切り出すフォーカス領域抽出部、及び、フォーカス領域内の絶対値データを積算する積算部を含み、この積算部で積算されたフォーカス領域内の絶対値データを焦点評価値としてＣＰＵ１１１に出力する。ＣＰＵ１１１は、ＡＦ制御時、このＡＦ検出回路１３３から出力される焦点評価値が極大となる位置をサーチし、その位置にフォーカスレンズ１１を移動させることにより、主要被写体への焦点合わせを行う。

ＡＥ検出回路１３４は、ＣＰＵ１１１の指令に従い、画像入力コントローラ１２４を介してメモリ１３２に格納されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号を取り込み、ＡＥ制御に必要な積算値を算出する。ＣＰＵ１１１は、積算値から輝度値を算出し、輝度値から露出値を求める。また露出値から所定のプログラム線図に従って、絞り値及びシャッタスピードを決定する。このとき、必要であれば、撮影補助光としてストロボ１３６を用いる決定をする。

圧縮処理回路１２６は、ＣＰＵ１１１からの圧縮指令に従い、入力された輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとからなる画像信号（Ｙ／Ｃ信号）に所定形式（たとえば、ＪＰＥＧ）の圧縮処理を施し、圧縮画像データを生成する。また、ＣＰＵ１１１からの伸張指令に従い、入力された圧縮画像データに所定形式の伸張処理を施して、非圧縮の画像データを生成する。

ビデオエンコーダ１２７は、ＣＰＵ１１１からの指令に従い、画像表示装置１２８への表示を制御する。

メディアコントローラ１３０は、ＣＰＵ１１１からの指令に従い、記録メディア１３１に対してデータの読み／書きを制御する。なお、記録メディア１３１は、メモリカードのようにカメラ本体に対して着脱自在なものでもよいし、また、カメラ本体に内蔵されたものでもよい。着脱自在とする場合は、カメラ本体にカードスロットを設け、このカードスロットに装填して使用する。

＜手ぶれ補正のレンズ移動機構＞
次に、手ぶれ補正制御部１１７及び手ぶれ補正部１１８について説明する。

デジタルカメラ１は、操作部１１２によって、手ぶれＯＮモードと手ぶれＯＦＦモードとをユーザが切り替えることが可能である。手ぶれＯＮモードでは、手ぶれがキャンセルされるように、補正レンズ１２を移動制御する。手ぶれＯＦＦモードでは、補正レンズ１２を停止するように制御する。

図２は、デジタルカメラ１の光学系を示した図である。デジタルカメラ１の光学系は、ズームレンズ１０、フォーカスレンズ１１、補正レンズ１２から構成されている。この光学系の光軸１４上にＣＣＤ１３が配置されており、このＣＣＤ１３は、前述したように、被写体の画像を電気信号に変換する。

手ぶれが発生すると、１フレーム内で被写体の画像がＣＣＤ１３上で動くために、ＣＣＤ１３からは、ぼけた画像の電気信号が発生する。この手ぶれの発生を検出するために、カメラボディ又はレンズアセンブリ内に、Ｘ方向ジャイロセンサ５０（図６参照）及びＹ方向ジャイロセンサ（図示せず）が設けられている。これらのジャイロセンサは、角速度を表す信号を出力する。また、角加速度を表す信号を出力するジャイロセンサを用いてもよい。

手ぶれが発生していないときは、補正レンズ１２の光軸が、光学系の光軸１４に一致している。Ｘジャイロセンサ５０及び／又はＹジャイロセンサにより手ぶれが検出されると、補正レンズ１２は、手ぶれの大きさと方向に応じて、Ｘ方向及び／又はＹ方向に移動する。これにより、ＣＣＤ１３上に形成される画像がほぼ停止した状態となり、シャープな画像を表す信号がＣＣＤ１３から出力される。

次に、手ぶれ補正制御部１１７及び手ぶれ補正部１１８のレンズ移動機構について説明する。図３は、レンズ移動機構を示す分解斜視図であり、図４は、カバーが取り外されている状態のレンズ移動機構の正面図である。また、図５は、レンズ移動機構の一部を示す断面図である。

図３及び図４において、レンズ鏡筒１５には、ズームレンズ１０及びフォーカスレンズ１１が取り付けられている。このレンズ鏡筒１５は、レンズアセンブリに固定されている。また、レンズ鏡筒１５には、Ｘ方向に延びたメインガイド軸１６と、Ｙ方向に延びたメインガイド軸１７とが設けられており、また、Ｘ方向に移動可能なＸスライダ１８と、Ｙ方向に移動可能なＹスライダ１９とが収納されている。Ｘスライダ１８及びＹスライダ１９は、平面から見た形がほぼＬ字形をしている。

Ｘスライダ１８には、一対の軸孔１８ａが形成されており、これらの軸孔１８ａがメインガイド軸１６にスライダブリに嵌まっている。同様に、Ｙスライダ１９の一対の軸孔１９ａは、メインガイド軸１７にスライダブリに嵌まっている。

また、Ｘスライダ１８には、一対の軸孔１８ｂが形成されている。この軸孔１８ｂは、Ｙ方向の延びたサブガイド軸２０にスライダブリに嵌まっている。Ｙスライダ１９の一対の軸孔１９ｂは、Ｘ方向の延びたサブガイド軸２１にスライダブリに嵌まっている。

Ｘスライダ１８には、偏平なリング状のコイル２２が取り付けられている。同様に、Ｙスライダ１９にもコイル２３が取り付けられている。コイル２２との間にＸ方向の電磁力を発生するために、永久磁石２６を内側に取り付けたヨーク２５がレンズ鏡筒１５に取り付けられている。なお、コイル２３と間にＹ方向の電磁力を発生するためのヨーク及び永久磁石は、図では省略してある。

レンズホルダ３０は、補正レンズ１２を保持している。このレンズホルダ３０には、一対の穴３０ａが形成されており、これらにＸ方向の延びたサブガイド軸２１の両端が嵌合され、そしてサブガイド軸２１が動かないように接着剤などで固定されている。同様に、一対の穴３０ｂにサブガイド軸２０がしっかりと保持されている。

スライダ１８、１９を隠すように、レンズホルダ３０にカバー３２が配置されている。このカバー３２は、レンズ鏡筒１５のステップ１５ａに載せられている。カバー３２の内面には、２個の永久磁石３３、３４が取り付けられている。永久磁石３３はヨーク２５に対面し、永久磁石３４は別のヨーク（図示せず）に対面する。

図５に示すように、コイル２２の両側には、永久磁石２６、３３が位置しており、また、ヨーク２５の折り曲片２５ａがコイル２２内に入り込んでいる。コイル２２を通電すると、コイル２２に発生した磁界と、永久磁石２６、３３の磁界により電磁力が発生する。この電磁力は、コイル２２の電流の向きに応じて、＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に作用し、Ｘスライダ１８を＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に移動する。同様に、コイル２３に通電すると、コイル２３に発生した磁界と、図示しない永久磁石及び永久磁石３４の磁界から発生した電磁力により、Ｙスライダ１９を＋Ｙ方向又は−Ｙ方向に移動する。

また、レンズ鏡筒１５の穴１５ｂ、１５ｃには、Ｘホール素子４０、Ｙホール素子４１が収納されている。Ｘホール素子４０は、Ｘスライダ１８の下面に埋め込まれた小さな磁石４２の磁界に応答して電圧を発生する。この電圧は、Ｘスライダ１８のＸ方向での位置に対応している。また、Ｙホール素子４１も、Ｙスライダ１９の下面に埋め込まれた磁石４３の磁界に応答して電圧を発生し、この電圧はＹスライダ１９のＹ方向での位置に対応している。各ホール素子４０、４１は、補正レンズ１２の位置に応じて、例えば０〜５Ｖの電圧範囲の信号を発生する。各ホール素子４０、４１の出力信号が２．５Ｖ（基準電圧）のときには、Ｘスライダ１８はＸ基準位置に位置し、Ｙスライダ１９がＹ基準位置に位置している。この状態では、補正レンズ１２の光軸が光学系の光軸１４に一致している。

次に、手ぶれ補正制御部１１７及び手ぶれ補正部１１８のレンズ移動機構の作用について説明する。撮影準備のためにデジタルカメラの電源をＯＮにすると、制御回路（図６参照）は、基準電圧（２．５Ｖ）を目標レンズ位置信号とする。そして、制御回路は、各ホール素子４０、４１の出力信号が目標レンズ位置信号である基準電圧に到達するように、コイル２２、２３に供給する電流の向き及び大きさをフィードバック制御する。このフィードバック制御により、Ｘスライダ１８はＸ基準位置に向けて移動され、Ｙスライダ１９はＹ基準位置に向けて移動される。スライダ１８、１９が基準位置にセットされると、補正レンズ１２の光軸が光学系の光軸１４に一致する。手ぶれＯＦＦモードでは、手ぶれがあっても、目標レンズ位置信号は基準電圧に保たれる。これにより、レンズホルダ３０は手ぶれがあっても、停止したままとなる。

手ぶれＯＮモードでは、手ぶれに応じて補正レンズ１２がレンズホルダ３０とともに移動する。Ｘ方向の手ぶれはＸジャイロセンサ５０で検知され、またＹ方向の手ぶれはＹジャイロセンサで検知される。手ぶれが発生すると、各ジャイロセンサは角速度信号を発生する。各ジャイロセンサの角速度信号は個別に積分され、Ｘ方向とＹ方向の角度信号にそれぞれ変換される。この角度信号は、補正レンズ１２の直線移動に相当したレンズ変位量信号に変換される。得られたレンズ変位量信号は、基準電圧（２．５Ｖ）に加算されて、目標レンズ位置信号となる。ここで、レンズ変位量信号は、手ぶれの方向に応じて正負の符号を有するため、目標レンズ位置信号は、基準電圧（２．５Ｖ）を中心にして変化する。

例えば、＋Ｘ方向に手ぶれが発生すると、マイナスのレンズ変位量信号が基準電圧に加算されて、目標レンズ位置信号が算出される。次に、Ｘホール素子４０の出力信号が目標レンズ位置信号となるように、コイル２２の電流の向き及び大きさが決められる。このコイル２２の通電により発生した磁界と、永久磁石２６、３３の磁界とにより、−Ｘ方向の電磁力がコイル２２に作用する。この電磁力により、Ｘスライダ１８は、メインガイド軸１６に沿って−Ｘ方向に移動する。また、Ｘスライダ１８はサブガイド軸２０を介してレンズホルダ３０に連結されているため、Ｘスライダ１８は、レンズホルダ３０を−Ｘ方向に押す。

ここで、レンズホルダ３０に固定されたサブガイド軸２１は、Ｙスライダ１９の軸穴１９ｂにガイドされる。これにより、Ｘスライダ１８とレンズホルダ３０は、メインガイド軸１６及びＹスライダ１９の一対の軸穴１９ａにガイドされながら一緒に移動する。

Ｘスライダ１８が、目標レンズ位置信号に対応したレンズ位置まで移動すると、Ｘホール素子４０の出力信号が目標レンズ位置信号に一致する。これにより、レンズホルダ３０が、手ぶれのストロークに対応した距離を一Ｘ方向に移動するので、ＣＣＤ１３上に形成される画像は殆ど移動しない。したがって、ＣＣＤ１３からは、鮮明な画像の電気信号が発生する。

手ぶれが停止すると、レンズ変位量信号が０になるから、目標レンズ位置信号は基準電圧（２．５Ｖ）となる。Ｘホール素子４０の出力信号が基準電圧に戻るように、コイル２２の電流の向き及び大きさが決定される。これにより、Ｘスライダ１８がＸ基準位置に向けて徐々に移動する。Ｘスライダ１８がＸ基準位置に戻った後は、このＸ基準位置に維持されるように、コイル２２の電流の向きと大きさが制御される。レンズホルダ３０は、Ｘスライダ１８と一緒に戻るから、補正レンズ１２の光軸が光学系の光軸１４に一致した状態となる。

−Ｘ方向の手ぶれが発生すると、手ぶれの大きさに応じた値を持ったプラスのレンズ変位量信号が基準電圧に加算され、目標レンズ位置信号が算出される。Ｘホール素子４０の出力信号が目標レンズ位置信号になるように、コイル２２の電流の向き及び大きさが決められる。このコイル２２の通電により、Ｘスライダ１８は、メインガイド軸１６に沿って＋Ｘ方向に移動する。−Ｘ方向の手ぶれがなくなると、Ｘスライダ１８はＸ基準位置に徐々に戻し、そしてＸスライダ１８をＸ基準位置に維持する。このときには、補正レンズ１２の光軸は光学系の光軸１４に一致している。

Ｙ方向の手ぶれに対しても同様である。このＹ方向の手ぶれに対しては、コイル２３によってＹスライダ１９をＹ方向に移動する。このときにサブガイド軸２１を介してレンズホルダ３０がＹ方向に押される。Ｙスライダ１９は、メインガイド軸１７にガイドされ、レンズホルダ３０のサブガイド軸２０は、Ｘスライダ１８の軸穴１８ｂにガイドされる。レンズホルダ３０が、Ｙスライダ１９と一緒にＹ方向に移動すると、Ｙ方向の手ぶれによる画像の移動が防止され、ＣＣＤ１３上に形成される画像はほぼ停止する。Ｙ方向の手ぶれがなくなると、Ｙスライダ１９は、Ｙ基準位置に徐々に戻される。

実際の手ぶれは、Ｘ方向とＹ方向の両方で発生するため、レンズホルダ３０がＸ方向とＹ方向の両方へ同時に移動する。

＜手ぶれ補正のレンズ移動制御回路＞
次に、手ぶれ補正制御部１１７及び手ぶれ補正部１１８の制御回路について説明する。制御回路は、Ｘ方向と、Ｙ方向の２つが設けられている。図６は、手ぶれ補正制御部１１７及び手ぶれ補正部１１８の、Ｘ方向の手ぶれを抑制するための制御回路の構成を示すブロック図である。Ｘジャイロセンサ５０は、Ｘ方向の手ぶれが発生すると、角速度信号を発生する。この角速度信号は、ハイパスフィルタ５１に送られ、高周波の角速度信号が抽出された後、アンプ５２において増幅される。これにより、デジタルカメラ１がゆっくり動かされたときに発生する角速度信号は除去され、デジタルカメラ１が急激に動かされたときに発生する角速度信号だけが増幅されてから、ＣＰＵ８０に送られる。

ＣＰＵ８０はＡ／Ｄ変換器５３を備え、アンプ５２からのアナログの角速度信号をデジタルの角速度信号に変換する。このＡ／Ｄ変換器５３は、１６ｋＨｚのサンプリングパルスによって、アナログの角速度信号をサンプリングして、１０ビットのデジタルの角速度信号に変換する。揺り戻し制御部７４は、この１０ビットの角速度信号からハイパスフィルタ５１のオーバーシュートを検出し、揺り戻し現象を抑制するように信号処理を施す。揺り戻し制御部７４の詳細については、後述する。

揺り戻し現象を抑制された角速度信号は平均回路５４に送られ、ここで１６個の角速度信号の平均値が算出される。これにより、１ｍｓ毎に１個の角速度信号が得られる。これは、角速度信号の転送速度が１ｋＨｚであることを表している。

平均化された角速度信号は、減算器５５と長時間積分器５６に送られる。長時間積分器５６は、角速度信号を循環積分することで、角速度信号のドリフト成分を算出する。循環積分は、具体的には、現在の信号と、１つ前の信号との差（正負がある）を求め、これを積算するものである。得られたドリフト成分は、減算器５５に送られ、入力中の角速度信号から減算される。

ドリフト補正された角速度信号は、コアリング回路５７に入力される。このコアリング回路５７は、減算器５５から出力された角速度がスレシュホードレベル以下のときに、０に変換する。これにより、微細な手ぶれに対しては抑制動作をしないので、補正レンズ１２のふらつきを防止することができる。

コアリング処理された角速度信号は、積分回路６０に送られる。この積分回路６０は、まず入力角速度信号Ａ１を積分して角度信号Ａ_ｎ＋１に変換する。この積分には次式が使われる。
［数１］
Ａ_ｎ＋１＝（Ａ１−Ａ_ｎ）×α＋Ａ_ｎ
ここで、αは係数であり、Ａ_ｎはレジスタから読み出した前回の積分値である。

上記積分により、手ぶれによって発生した光学系の傾き角度が算出される。得られた角度信号Ａ_ｎ＋１は、リミッタに送られる。このリミッタは、傾き角度がリミット角度（例えば２度）を越えた場合には、越えた部分がカットされる。したがって、角度信号Ａ_ｎ＋１の最大値は、リミット角度である。なお、リミット角度は、光学系の焦点距離に関係なく、一定の値である。このリミット処理された角度信号Ａ_ｎ＋１は、積分回路６０の出力信号として位相補償器６１に送られる。これとともに、角度信号Ａ_ｎ＋１がレジスタに格納され、次の積分演算において積分値Ａ_ｎとして用いられる。

位相補償器６１は、角度信号の位相調整をする。位相補償器６１に入力された角速度信号は、デジタルカメラ１の振れに対するＸジャイロセンサ５０からの信号出力までの時間や、積分回路６０での積分処理時間の位相遅れが発生しており、位相補償器６１は、これらの時間を加算した位相遅れを補償する。

位相補償処理された角度信号は乗算器６３に入力される。この乗算器６３は、メモリ６４から読み出したメカ係数γと角度信号を乗算して、レンズの変位量を算出する。メカ係数γは、光学系の焦点距離に応じた値となっており、焦点距離が大きいほどメカ係数γの値が大きい。実際には、メカ係数γは、焦点距離の外に、コイル２２、２３の変換効率などを考慮して決められている。各焦点距離におけるメカ係数γとしては、例えば図７に示す数値が用いられる。このメカ係数γにより、同じ手ぶれであっても、焦点距離が長いときは、焦点距離が短いときに比べて、補正レンズ１２の移動量が大きくなる。

乗算器６３から出力されたレンズ変位量信号は、加算器６５で基準電圧（２．５Ｖ）に加算され、目標レンズ位置信号が算出される。前述したように、この目標レンズ位置信号は、光学系のぶれ角度の大きさと方向に応じて、基準電圧を中心にして変化した値となっている。この目標レンズ位置信号は、ＣＰＵ８０の出力信号として減算器７０に送られる。

アンプ・定電流回路７１は、Ｘホール素子４０に定電流を供給する。このＸホール素子４０は、磁石４２の磁界に応答して、Ｘスライダ１８の位置を検出する。また、アンプ・定電流回路７１は、Ｘホール素子４０の出力信号を増幅してから、Ａ／Ｄ変換器７３に入力する。この信号は、Ａ／Ｄ変換器７３でデジタル信号に変換された後、減算器７０に入力され、減算器７０は、加算器６５及びＡ／Ｄ変換器７３から入力された２つの信号の差に応じた信号をドライバ７２に送る。ドライバ７２は、減算器７０の出力信号の大きさに応じた値で、出力信号の符号に応じた向きの電流をコイル２２に流して、補正レンズ１２を＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に移動させる。

なお、コアリング回路５７のスレッシュホールドレベル、積分回路６０の係数α及びリミッタ値、メモリ６２の加算係数β、メモリ６４のメカ係数γ、加算器６５の基準電圧などは、ＣＰＵ１１１によって設定される。

次に、手ぶれ補正制御部１１７及び手ぶれ補正部１１８の制御回路の作用について説明する。Ｘジャイロセンサ５０は、例えば＋Ｘ方向に手ぶれが起こると、符号がマイナスで、角速度の大きさに応じた値の角速度信号を発生する。また、手ぶれが収まるときには、プラスの符号で、収束の角速度に大きさに応じた値の角速度信号が発生する。この角速度信号は、ハイパスフィルタ５１で所定周波数以上のものが抽出され、かつアンプ５２で増幅されてから、ＣＰＵ８０に送られる。

ＣＰＵ８０のＡ／Ｄ変換器５３は角速度信号をデジタル信号に変換し、平均回路５４が１６個の角速度信号の平均値を算出する。平均化された角速度信号は、減算器５５でドリフト成分が除去される。

コアリング回路５７は、角速度信号が所定値以下のときに、角速度信号を０に置き換える。コアリング処理がされた角速度信号は、積分回路６０で積分されて角度信号に変換され、所定値以上の角度信号はリミット値に置き換えられる。角度信号は、手ぶれの発生時には値が０から増加し、手ぶれが収束するときには値が０に向かって減少する。したがって、手ぶれがないときには、角度信号は０である。また、角度信号には、手ぶれの向きに応じてプラス又はマイナスの符号を持っている。

リミット処理された角度信号は、位相補償器６１に送られ、位相補償処理が施される。位相補償処理された角度信号は、乗算器６３でメカ係数が乗算され、レンズ変位量信号に変換される。加算器６５は、レンズ変位量信号に基準電圧を加算して、目標レンズ位置信号に変換する。この目標レンズ位置信号は、揺り戻し抑制部７４で決定された増幅率に乗算器６６で乗算されてから、減算器７０に入力される。

減算器７０は、Ｘホール素子４０の出力信号と、目標レンズ位置信号との差分を算出し、ドライバ７２を介してコイル２２に流す電流の向きと大きさとを制御する。

前述したように、ＣＰＵ８０は、手ぶれが発生していないときは、目標レンズ位置信号として基準電圧（２．５Ｖ）を出力し、手ぶれが発生しているときは、レンズ変位量に応じた電圧だけ、基準電圧よりも大きい又は小さい電圧を目標レンズ位置信号として出力する。ドライバ７２は、Ｘホール素子４０の出力信号が目標レンズ位置信号と一致するように、コイル２２に流す電流の向き及び大きさを制御する。これにより、Ｘスライダ１８を介して補正レンズ１２が移動して、手ぶれを抑制する。また、手ぶれが収まると、目標レンズ位置信号は基準電圧となるので、Ｘスライダ１８は基準位置に戻る。

＜第１の実施の形態＞
次に、第１の実施の形態のデジタルカメラ１の、揺り戻し抑制部７４の動作について説明する。図８は、揺り戻し抑制部７４の内部の回路構成について示したブロック図である。

揺り戻し抑制部７４は、積分器７５、判定部７６、スイッチ７７、及び加算器７８から構成される。前述のように、揺り戻し抑制部７４には、Ａ／Ｄ変換器５３によりデジタル信号に変換された角速度信号が入力される。

図９（ａ）は、デジタルカメラ１を、停止状態（〜ｔ_０）、＋Ｘ方向にパンニング（ｔ_０〜ｔ_２）、停止状態（ｔ_２〜ｔ_４）、−Ｘ方向にパンニング（ｔ_４〜ｔ_６）、停止状態（ｔ_６〜）の順に動かしたときの、Ｘジャイロセンサ５０の出力信号を示す図である。

Ｘジャイロセンサ５０の出力信号は、ハイパスフィルタ５１で低周波成分が除去され、アンプ５２により増幅された後にＡ／Ｄ変換器５３によりデジタル信号に変換され、揺り戻し抑制部７４に入力される。図９（ｂ）は、この揺り戻し抑制部７４の入力信号を示す図である。ここで、ｔ_２及びｔ_６のタイミングにおいて、デジタルカメラ１が停止しているのにもかかわらず、振幅の大きな信号が存在している。この信号成分が揺り戻し現象の原因となる。

揺り戻し抑制部７４においては、まず積分器７５が入力信号の積分を行う。図９（ｃ）は、積分器７５の出力信号を示す図である。判定部７６は、図９（ｂ）に示すＡ／Ｄ変換器５３の出力信号及び図９（ｃ）に示す積分器７５の出力信号に基づいて、スイッチ７７をオンするか否かを判定する。

図１０は、判定部７６におけるスイッチ７７のオン／オフの判定基準を示す図である。図９（ｂ）に示すＡ／Ｄ変換器５３の出力信号をＨＰＦ、図９（ｄ）に示す積分器７５の出力信号の反転信号を−ＬＰＦ、及びこの２つの信号から推測されるデジタルカメラ１の振れの大きさを振れとして示している。また、Ａ／Ｄ変換器５３の出力信号（ＨＰＦ）に関しては閾値Ａ、積分器７５の出力信号の反転信号（−ＬＰＦ）に関しては閾値Ｂとの比較により、大小を示している。

図１１は、判定部７６におけるスイッチ７７のオン／オフの判定動作を示すフローチャートである。まず、Ａ／Ｄ変換器５３の出力信号（ＨＰＦ）が閾値Ａより大きく、且つ積分器７５の出力信号の反転信号（−ＬＰＦ）が閾値Ｂより大きいか否かを判定する（ステップＳ１１１）。該当する場合は、判定部７６はスイッチ７７をオンする（ステップＳ１１４）。これにより、加算器７８には積分器７５の出力信号が入力され、加算器７８はこの信号と揺り戻し抑制部７４の入力信号であるＡ／Ｄ変換器５３の出力信号とを加算し、平均回路５４へ出力する。

該当しない場合には、次にＡ／Ｄ変換器５３の出力信号（ＨＰＦ）が−Ａより小さく、且つ積分器７５の出力信号の反転信号（−ＬＰＦ）が−Ｂより小さいか否かを判定する（ステップＳ１１２）。該当する場合は、判定部７６はスイッチ７７をオンする（ステップＳ１１４）。これにより、同様に加算器７８には積分器７５の出力信号が入力される。

どちらにも該当しない場合は、判定部７６はスイッチ７７をオフする（ステップＳ１１３）。これにより、加算器７８はＡ／Ｄ変換器５３の出力信号をそのまま平均回路５４へ出力する。

ここで、図９の各状態におけるスイッチ７７のオン／オフについて説明する。図９（ｅ）は、スイッチ７７のオン／オフを示す図であり、図９（ｆ）は、加算器７８の出力を示す図である。

〜ｔ_０においては、−Ａ＜ＨＰＦ＜Ａであるので、スイッチ７７はオフされる。ｔ_０〜ｔ_１においては、ＨＰＦ＞Ａ及び−ＬＰＦ＞−Ｂであるので、スイッチ７７はオフされる。また、ｔ_１〜ｔ_２においても、−Ａ＜ＨＰＦ＜Ａであるので、スイッチ７７はオフされる。したがって、〜ｔ_２においては、図９（ｆ）に示すように、加算器７８の出力信号は図９（ｂ）に示すＡ／Ｄ変換器５３の出力信号と同様になる。

ｔ_２〜ｔ_３においては、ＨＰＦ＜−Ａ及び−ＬＰＦ＜−Ｂであり、これは図１１のステップＳ１１２の条件に該当し、スイッチ７７はオンされる。スイッチ７７がオンされると、積分器７５の出力信号（図９（ｃ））が加算器７８に入力され、Ａ／Ｄ変換器５３の出力信号（図９（ｂ））に加算される。この２つの信号が加算されると、Ｘジャイロセンサ５０の信号が再現されるため、ｔ_２〜ｔ_３における加算器７８の出力信号は、図９（ａ）に示すｔ_２〜ｔ_３におけるＸジャイロセンサ５０の出力と同様にグラウンドレベルとなる。このように、図９（ｂ）に示すｔ_２〜ｔ_３における揺り戻し現象の原因となる揺り戻し成分信号が除去される。

さらに、ｔ_３〜ｔ_４においては、−Ａ＜ＨＰＦ＜Ａであるので、スイッチ７７はオフされる。ｔ_４〜ｔ_５においては、ＨＰＦ＜−Ａ及び−ＬＰＦ＞−Ｂであるので、スイッチ７７はオフされる。また、ｔ_５〜ｔ_６においても、−Ａ＜ＨＰＦ＜Ａであるので、スイッチ７７はオフされる。したがって、ｔ_３〜ｔ_６においては、図９（ｆ）に示すように、加算器７８の出力信号は図９（ｂ）に示すＡ／Ｄ変換器５３の出力信号と同様になる。

ｔ_６〜ｔ_７においては、ＨＰＦ＞Ａ及び−ＬＰＦ＞Ｂであり、これは図１１のステップＳ１１１の条件に該当し、スイッチ７７はオンされる。ｔ_２〜ｔ_３の場合と同様に、スイッチ７７がオンされると、ｔ_６〜ｔ_７における加算器７８の出力信号は、図９（ａ）に示すｔ_６〜ｔ_７におけるＸジャイロセンサ５０の出力と同様にグラウンドレベルとなる。このように、図９（ｂ）に示すｔ_６〜ｔ_７における揺り戻し現象の原因となる揺り戻し成分信号が除去される。

さらに、ｔ_７〜においては、−Ａ＜ＨＰＦ＜Ａであるので、スイッチ７７はオフされる。

このように、揺り戻し現象の原因となるハイパスフィルタ５１の揺り戻し成分信号が発生していることを、「Ａ／Ｄ変換器５３の出力信号が閾値Ａより大きく、且つ積分器７５の出力信号の反転信号が閾値Ｂより大きい」場合と、「Ａ／Ｄ変換器５３の出力信号が−Ａより小さく、且つ積分器７５の出力信号の反転信号が−Ｂより小さい」場合から検出している。

また、この条件を検出した場合は、後段への出力信号を、積分器７５の出力信号を加算器７８で加算して、オーバーシュートのないＸジャイロセンサ５０の出力信号を再現した信号にすることにより、揺り戻し現象を防止している。

Ｙ方向についても同様の構成とすることにより、チルティングにおける揺り戻し現象を防止することも可能になる。

本発明の実施の形態においては、角速度を検出するジャイロセンサを用いたが、速度を検出するジャイロセンサを用いてもよい。

本発明の実施の形態においては、ぶれに応じて補正レンズを制御させることにより手ぶれ補正を行っているが、手ぶれ補正の方式はこれに限定されるものではなく、例えば撮像素子の位置を制御して手ぶれ補正を行ったものに適用してもよい。その他、屈曲光学系の屈曲角度を制御して手ぶれ補正を行う方式や、撮像レンズ及び撮像素子全体を制御して手ぶれ補正を行う方式についても適用可能である。また、フィルムを用いるアナログカメラの手ぶれ補正においても適用可能である。

図１は、本発明が適用されたデジタルカメラ１の電気的構成を示すブロック図である。図２は、デジタルカメラ１の光学系を示した図である。図３は、レンズ移動機構を示す分解斜視図である。図４は、カバーが取り外されている状態のレンズ移動機構の正面図である。図５は、レンズ移動機構の一部を示す断面図である。図６は、Ｘ方向の手ぶれを抑制するための制御回路の構成を示すブロック図である。図７は、レンズの変位量を算出するための各焦点距離におけるメカ係数γについて示した図である。図８は、揺り戻し抑制部７４の内部の回路構成について示したブロック図である。図９は、Ｘジャイロセンサ５０、Ａ／Ｄ変換器５３、積分器７５、判定部７６、及び加算器７８の出力信号を示す図である。図１０は、判定部７６におけるスイッチ７７のオン／オフの判定基準を示す図である。図１１は、判定部７６におけるスイッチ７７のオン／オフの判定動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…デジタルカメラ、１０…ズームレンズ、１１…フォーカスレンズ、１２…補正レンズ、１３…ＣＣＤ、１５…レンズ鏡筒、１８…Ｘスライダ、１９…Ｙスライダ、２２…コイル、２５…ヨーク、２６…永久磁石、３３…永久磁石、４０…Ｘホール素子、４１…Ｙホール素子、５０…Ｘジャイロセンサ、７０…減算器、７１…アンプ・定電流回路、７２…Ｘドライバ、７３…Ａ／Ｄ変換器、７４…揺り戻し抑制部、７５…積分器、７６…判定部、７７…スイッチ、７８…加算器、１１１…ＣＰＵ、１１２…操作部、１１３…レリーズボタン、１１７…手ぶれ補正制御部、１１８…手ぶれ補正部、１２８…画像表示装置、１３４…ＡＥ検出回路

Claims

速度又は角速度を検出するセンサと、前記センサの出力信号の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの出力信号に基づいて装置本体の振れを検出する振れ検出手段と、を備えた振れ検出装置において、
前記ハイパスフィルタの出力信号に、一定方向に継続した振れが停止したときに出力される揺り戻し成分が含まれているか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の結果に基づいて前記ハイパスフィルタの出力信号から前記揺り戻し成分を除去する除去手段と、
を備え、
前記判定手段は、前記ハイパスフィルタの出力信号を積分する積分手段を備え、前記ハイパスフィルタの出力信号が第一の閾値より大きく、かつ前記積分手段の出力信号の反転信号が第二の閾値より大きい場合、又は前記ハイパスフィルタの出力信号が第一の閾値の負数より小さく、かつ前記積分手段の出力信号の反転信号が第二の閾値の負数より小さい場合に、揺り戻し成分を含んでいると判定することを特徴とする振れ検出装置。
前記除去手段は、前記ハイパスフィルタの出力信号と前記積分手段の出力信号を加算する加算手段を備え、前記判定手段が揺り戻し成分を含んでいないと判定した場合には前記ハイパスフィルタの出力信号をそのまま出力し、前記判定手段が揺り戻し成分を含んでいると判定した場合には前記ハイパスフィルタの出力信号と前記積分手段の出力信号を加算して出力することを特徴とする請求項１に記載の振れ検出装置。
センサが速度又は角速度を検出する工程と、ハイパスフィルタが前記センサの出力信号の低周波成分を除去する工程と、前記ハイパスフィルタの出力信号に基づいて装置本体の振れを検出する振れ検出工程と、を備えた振れ検出方法において、
前記ハイパスフィルタの出力信号に、一定方向に継続した振れが停止したときに出力される揺り戻し成分が含まれているか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程の結果に基づいて前記ハイパスフィルタの出力信号から前記揺り戻し成分を除去する除去工程と、
を備え、
前記判定工程は、積分手段が前記ハイパスフィルタの出力信号を積分する積分工程を備え、前記ハイパスフィルタの出力信号が第一の閾値より大きく、かつ前記積分手段の出力信号の反転信号が第二の閾値より大きい場合、又は前記ハイパスフィルタの出力信号が第一の閾値の負数より小さく、かつ前記積分手段の出力信号の反転信号が第二の閾値の負数より小さい場合に、揺り戻し成分を含んでいると判定することを特徴とする振れ検出方法。