JP5111306B2 - 像ブレ補正機能を有する光学機器及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、カメラに加わるブレを検出し、そのブレによる撮影画像の劣化を防止する防振システムに関し、特に撮影倍率の大きな撮影条件においても良好なブレ補正を行える像ブレ補正機能を有する光学機器及びその制御方法に関するものである。

カメラ等の撮影装置に加わるブレは、しばしば像ブレとなって撮影画像の像劣化を引き起こす。そのブレの影響を低減するために、角速度計を用いてカメラのブレを検知し、レンズの一部を動かしたり、撮像素子が出力する各撮影フレームの切り出し位置を変更したりすることによって撮像素子面上の像ブレを低減させる技術がある。角速度計を用いたこの技術で検出できるいわゆる角度ブレは、ほとんどの撮影条件においてその影響が大きいので、この技術は現在有効な像ブレ補正機能として様々な光学機器に搭載されている。

一般的な撮影条件においては角度ブレがブレの支配的要因であるため、前述した技術によって高精度なブレ補正が実現している。しかし、至近距離での撮影（撮影倍率の高い撮影条件）では、角速度計のみでは検出できない、カメラの光軸に対して垂直な方向に加わる、いわゆるシフトブレによる像劣化も無視できない。例えば被写体に２０ｃｍ程度まで接近して撮影する条件や、被写体は１ｍ程度に位置していても、撮影光学系の焦点距離が非常に大きい場合（例えば４００ｍｍ）では、積極的にシフトブレを検出して補正を行う必要がでてくる。

特許文献１では、カメラ本体の加速度を検出する加速度計を設け、加速度計の出力の２階積分からシフトブレを求め、別に設けた角速度計の出力の積分から角度ブレを求め、それらの合成信号でブレ補正を行う開示が有る。しかし加速度計の出力は、特に手ブレの周波数域において外乱ノイズや温度などの環境変化の影響を受けやすい。２階積分することでそれらの不安定要因はさらに拡大され、シフトブレの高精度な補正が難しいという問題がある。

また、特許文献２では、シフトブレをカメラから離れた場所に回転中心がある角度ブレとみなして求める開示が有る。この方法は角速度計と加速度計を設け、それらの出力からブレの回転半径と角度を求め、ブレ補正を行う。この方法では、加速度計の出力を１階積分した出力から回転半径の算出ができるため、上記のような加速度計の不安定要因を軽減することができる。
特開平７−２２５４０５号公報 特開２００５−１１４８４５号公報

回転半径を用いてシフトブレを求める特許文献１のような方法においては、回転半径を正確に求める必要がある。しかし、カメラに加わるブレは通常複数の周波数成分を持ち、各周波数において回転半径が異なる場合が多い。従って各周波数に応じた回転半径を求めなければ、正確な補正が難しいという問題がある。また単一の周波数から求めた回転半径のみを使用すると、他の周波数成分のシフトブレが正確に補正できず大きな補正残りとなってしまう場合がある。

そこで本発明の目的は、角速度計、加速度計を用いて、シフトブレによる像ブレを補正する機能を有するカメラなどの光学機器において、シフトブレに含まれる複数の周波数成分を考慮した補正を行うことで、より高い補正精度を実現することである。

上記課題に鑑み、本発明は請求項１に記載のとおり、像ブレ補正機能を有する光学機器であって、前記光学機器の角速度を検出する角速度検出手段と、前記光学機器の加速度を検出する加速度検出手段と、前記像ブレを補正するために必要な補正量を決定する補正量決定手段と、前記補正量に基づいて前記像ブレを補正するブレ補正手段と、を有し、前記補正量決定手段は、異なる複数の周波数において前記光学機器に加わるブレの回転半径をそれぞれ取得し、前記角速度及び加速度の少なくとも一方の情報に基づいて前記複数の周波数における回転半径にそれぞれ重みを付け、その結果を基に前記補正量を決定することを特徴とする。

また本発明は請求項７に記載のとおり、像ブレ補正機能を有する光学機器を制御する制御方法であって、前記光学機器の角速度を検出する角速度検出ステップと、前記光学機器の加速度を検出する加速度検出ステップと、前記像ブレを補正するために必要な補正量を決定する補正量決定ステップと、前記補正量に基づいて前記像ブレを補正するブレ補正ステップと、を有し、前記補正量決定ステップでは、異なる複数の周波数において前記光学機器に加わるブレの回転半径をそれぞれ取得し、前記角速度及び加速度の少なくとも一方の情報に基づいて前記複数の周波数における回転半径にそれぞれ重みを付け、その結果を基に前記補正量を決定することを特徴とする。

本発明によれば、シフトブレによる像ブレの補正量の決定において、ブレに含まれる複数の周波数成分の分布を考慮することで、より補正精度の高い補正量の決定を行うことができる。

本発明に利用できる光学機器の例を示す。図１はカメラ本体１０７と交換レンズ１０６とで構成されるカメラシステムを示している。交換レンズ１０６に搭載される防振システムは光軸１０８に対して矢印１０１ｂ、１０２ｂで示すシフトブレＹ及び角度ブレθに対してブレ補正を行う。

図１において、１０１は加速度検出手段（以下、加速度計）であり、矢印１０１ａは加速度計１０１の検出方向である。１０２は角速度検出手段（以下、角速度計）であり、矢印１０２ａは角速度計１０２の検出方向である。１０３はレンズＣＰＵであり、像ブレを補正するのに必要な補正量を決定する補正量決定手段である。また、アクチュエータ１０４、コイル１０５は合わせて補正量決定手段から得られる補正量に基づいてブレ補正を行うブレ補正手段である。加速度計１０１と角速度計１０２の出力はレンズＣＰＵ１０３に入力後、演算され、コイル１０５のブレ補正目標値に変換される。レンズＣＰＵ１０３の出力はアクチュエータ１０４を介して、コイル１０５に入力され、ブレ補正レンズ１０９を駆動させてブレ補正を行う。

ここで本実施例では、算出された補正量に基づいてブレ補正レンズを光軸に垂直な面内で移動させる、いわゆる光学防振を用いている。しかし補正量に基づいた補正の方法は光学防振に限らず、特開２００８−０４８０１３号公報に示されるような方法でもよい。すなわち、撮像素子が出力する各撮影フレームの切り出し位置を変更することでブレの影響を軽減させる電子防振を用いたり、それらの組み合わせで補正を行ったりすることによっても本発明の目的は達成できる。

図１では、カメラの鉛直方向（ピッチ方向）に生じるブレの構成を示したが、実際はカメラに水平でカメラの光軸に垂直な方向（ヨー方向）に生じるブレにも加速度計、角速度計がそれぞれ設けられており、ピッチ方向と同様の処理によりブレ補正が行われている。

また今回は、加速度計、角速度計をそれぞれ２つずつ用いた構成での説明を行ったが、検出軸が２軸あり、ピッチ、ヨー方向のブレを同時に検出できる計器を用いても良い。

本実施例では、カメラに加わるシフトブレを、カメラから離れた場所に回転中心がある時の角度ブレとみなして求める。図２はカメラに加わるシフトブレＹ（１０１ｂ）と角度ブレθ（１０２ｂ）を示した図である。撮影光学系の主点位置におけるシフトブレＹ（１０１ｂ）と角度ブレθ（１０２ｂ）と、ブレの回転中心Ｏ（３０２ｐ）を定めた場合の回転半径Ｌ（３０１）は下記の式で表すことができる。なお、回転半径Ｌ（３０１）は回転中心Ｏ（３０２ｐ）から加速度計１０１までの水平距離である。
Ｌ＝Ｙ／ｔａｎθ・・・・（１）
Ｌ＝Ｖ／ｔａｎω・・・・（２）
式（１）は加速度計１０１の出力を２階積分して算出したシフトブレＹ（１０１ａ）と、角速度計１０２の出力を１階積分した角度ブレθ（１０２ｂ）から回転半径Ｌ（３０１）を求めた式である。式（２）は加速度計１０１の出力を１階積分して決定した速度Ｖと角速度計１０２の出力である角速度ωから回転半径Ｌ（３０１）を求めた式であり、式（１）、（２）のいずれの方法でも回転半径Ｌ（３０１）を求めることができる。

ここで、ブレの角度、角速度は小さいため、式（１）、（２）は下記の式で近似することができる。
Ｌ＝Ｙ／θ・・・・（３）
Ｌ＝Ｖ／ω・・・・（４）
式（３）は加速度計１０１の出力を２階積分して求めた変位Ｙと、角速度計１０２の出力を１階積分して求めた角度θから求めた回転半径Ｌである。式（４）は加速度計１０１の出力を１階積分して求めた速度Ｖと、角速度計１０２の出力である角速度ωから回転半径Ｌを求めたものであるが、式（３）、式（４）のいずれの方法でも回転半径を求めることができる。

ここで、撮影光学系の撮像面に生じるブレδについて説明する。撮影光学系の主点位置におけるシフトブレＹと撮影光学系の角度ブレθ及び、撮影光学系の焦点距離ｆ、撮影倍率βより撮像面に生じるブレδは下記の式（５）で求められる。
δ＝（１＋β）ｆθ＋βＹ・・・・（５）
ここで、右辺第１項は角度ブレ量であり、右辺第２項はシフトブレ量である。右辺第１項の焦点距離ｆ、撮影倍率βは撮影光学系のズーム及びフォーカス情報により得られ、角度θは角速度計の積分結果より求まるため、その情報に応じて図２のブロック図のように角度ブレ補正を行うことができる。右辺第２項では、加速度計の２階積分値であるシフトブレＹとズーム及びフォーカス情報によって得られる撮影倍率βから、シフトブレ量を求めることができる。

しかし、本発明においては、式（５）を下記の式（６）のように書き直したブレδに対してブレ補正を行っている。
δ＝（１＋β）ｆθ＋βＬθ・・・・（６）
即ち、シフトブレに関しては加速度計出力を２階積分することで求められるシフトブレ変位Ｙを用いるのではなく、一度式（４）により、回転半径Ｌを求める。そして、回転半径Ｌと、角速ブレθとズーム及びフォーカス情報によって得られる撮影倍率βによりシフトブレ補正量を算出している。

前述した通り、シフトブレは複数の周波数成分を含んでおり、個々に回転半径が異なる場合が多い。そこで本実施例ではシフトブレによる像ブレを補正する補正量の決定において、複数の周波数それぞれにおいて回転半径を取得する。以下に示す各実施例では、異なる３つの周波数においてそれぞれ回転半径を取得している。さらに得られた複数の回転半径を合成し、補正量を決定する。

また回転半径の合成を行う際、各回転半径の値の信頼性を評価し、その評価に応じて回転半径に重み付けをして合成を行うことを特徴とする。ここで重み付けとは複数の成分を合成する際、各成分に、ある指標に基づいた係数を掛けて演算を行う事を指す。また信頼性の評価は、角速度計及び加速度計の出力の少なくとも一方を基に行う。

以下に実施例を示し、詳細に説明する。

本実施例では、角速度計１０２の出力である角速度と、加速度計１０１の出力から得られる速度との位相差を基に各回転半径の値の信頼性を評価する。その評価結果を反映して、各回転半径に重みを付けて合成し、その値を基に補正量が決定される。

図３は上記のような補正量の決定とブレ補正を実現する防振システムのブロック図である。なお、このブロック図ではカメラのピッチ方向のブレを検出する構成を示しているが、ヨー方向も同様の構成であるため、ここではピッチ方向のみ説明を行う。

まず、先行技術にも開示がある角度ブレの補正について説明を行う。角速度計１０２の出力はレンズＣＰＵ１０３に取り込まれる。そしてその出力はハイパスフィルタ（以下、ＨＰＦ）２０１に入力され、直流成分がカットされる。ＨＰＦ２０１の出力は、積分フィルタ２０２により積分され、角度出力θに変換される。なお、これらＨＰＦや積分フィルタ処理は、量子化された角速度計１０２の出力をレンズＣＰＵ１０３内で演算処理することで得られ、公知の差分方程式などで実現可能である。また、レンズＣＰＵ１０３に入力される前に、コンデンサや抵抗を利用してアナログ回路で実現することも可能である。

ここで、ＨＰＦ２０１と積分フィルタ２０２のカットオフ周波数について説明する。一般的にブレの周波数域は１Ｈｚから１０Ｈｚであるため、カットオフ周波数はブレの周波数域から離れた、０．１Ｈｚ以下の周波数成分をカットする１次のフィルタ特性にしている。積分フィルタ２０２の出力は敏感度調整手段２０３に入力される。敏感度調整手段２０３は不図示のフォーカスエンコーダやズームエンコーダからレンズＣＰＵ１０３に入力される、ズーム及びフォーカス情報２０４の出力に基づいて積分フィルタ２０２の出力を調整して、角度ブレ補正の目標値を決定する。敏感度調整手段２０３で調整を行う理由は、ズームやフォーカスなどレンズの光学状態の変化によって、コイル１０５のブレ補正ストロークに対する、カメラ像面でのブレ補正の敏感度が変化するためである。

角度ブレ補正の目標値である敏感度調整手段２０３の出力は、ブレ補正の目標値としてレンズＣＰＵ１０３から出力される。レンズＣＰＵ１０３から出力されたブレ補正の目標値は、ドライバ１０４を介してコイル１０５に入力され、図１に示したブレ補正レンズ１０９を駆動させてブレ補正が行われる。

なお、本発明では、角度ブレ補正の目標値である敏感度調整手段２０３の出力と、後述するシフトブレ補正の目標値である出力補正手段２２１の出力が、ＣＰＵ１０３で加算されて、ドライバ１０４に出力される。

次にシフトブレ補正のブロックについて説明する。角速度計１０２の出力はレンズＣＰＵ１０３に取り込まれる。そしてその出力は、ＨＰＦ２０１に入力され、直流成分がカットされる。ＨＰＦ２０１の出力は、位相調整フィルタ２０５により位相調整が行われる。ここで位相調整フィルタ２０５で位相調整を行うのは、後述する積分フィルタ２１０の出力との位相を合わせるためである。積分フィルタ２１０のカットオフ周波数は０．１Ｈｚであるため、位相調整フィルタ２０５も０．１ＨｚのＨＰＦとなっている。位相調整フィルタ２０５の出力は、帯域抽出手段としてバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦ）である角速度ＢＰＦ２０６、２０７、２０８に入力され、それぞれのフィルタに設定された帯域の周波数成分が抽出され、出力される。本実施例では帯域抽出手段の役割を補正量決定手段であるレンズＣＰＵ１０９が兼ねているが、別途帯域抽出手段としてアナログのＢＰＦなどを用いてもよい。

加速度計１０１の出力はＨＰＦ２０９に入力され、直流成分がカットされる。ＨＰＦ２０９の出力は、積分フィルタ２１０に入力され、速度に変換される。このときのＨＰＦ２０９のカットオフ周波数は、ＨＰＦ２０１と同じ０．１Ｈｚであり、積分フィルタ２１０のカットオフ周波数は前述した通り、位相調整フィルタ２０５と同じ０．１Ｈｚとなっている。積分フィルタ２１０はローパスフィルタ（以下、ＬＰＦ）で構成されている。また位相調整フィルタ２０５は入力からＬＰＦ演算結果を減算することによってＨＰＦ演算を行っているため、積分フィルタ２１０と出力の位相は一致している。積分フィルタ２１０の出力は、速度ＢＰＦ２１１、２１２、２１３に入力され、それぞれのフィルタに設定された周波数成分が出力される。

ここで、第１の角速度ＢＰＦ２０６、第１の速度ＢＰＦ２１１はピークが２Ｈｚの信号、第２の角速度ＢＰＦ２０７、第２の速度ＢＰＦ２１２はピークが５Ｈｚの信号、第３の角速度ＢＰＦ２０８、第３の速度ＢＰＦ２１３はピークが１０Ｈｚの信号を出力する。

第１の角速度ＢＰＦ２０６と第１の速度ＢＰＦ２１１の出力は第１の回転半径演算手段２１４に入力される。同様に第２の角速度ＢＰＦ２０７と第２の速度ＢＰＦ２１２の出力は第２の回転半径演算手段２１５に入力される。さらに第３の角速度ＢＰＦ２０８と第３の速度ＢＰＦ２１３の出力は第３の回転半径演算手段２１６に入力されて、それぞれ式（４）に従い回転半径が算出される。

また、第１の角速度ＢＰＦ２０６と第１の速度ＢＰＦ２１１と第１の回転半径演算手段２１４の出力は、第１の位相差演算手段２１７に入力される。同様に第２の角速度ＢＰＦ２０７と第２の速度ＢＰＦ２１２と第２の回転半径演算手段２１５の出力は、第２の位相差演算手段２１８に入力される。さらに、第３の角速度ＢＰＦ２０８と第３の速度ＢＰＦ２１３と第３の回転半径演算手段２１９に入力されて、それぞれの速度と角速度の位相差が算出される。位相差の演算方法については後述する。

次に、位相差演算手段２１７、２１８、２１９の出力に基づき、合成比補正手段２２０内で、回転半径演算手段２１４、２１５、２１６の出力の合成比を調整し、出力補正手段２２１に出力する。合成比補正手段２２０での演算方法が本実施例の特徴部分であり、後述する。

出力補正手段２２１では、積分フィルタ２０２の出力である角度θと合成比補正手段２２０の出力である回転半径Ｌから、式（３）に従いシフトブレ量Ｙを算出する。さらに、ズーム及びフォーカス情報２０４の出力に基づいてシフトブレ量Ｙを補正し、シフトブレ補正目標値を算出する。

出力補正手段２２１の出力であるシフトブレ補正目標値は、敏感度調整手段２０３の出力である角度ブレ補正目標値と加算され、ブレ補正目標値としてレンズＣＰＵ１０３より出力される。レンズＣＰＵ１０３の出力はドライバ１０４を介してコイル１０５に入力され、ブレ補正レンズ１０９を駆動させることによってブレ補正が行われる。

次に、回転半径の演算方法について説明する。図４（ａ）の波形は第１の回転半径演算手段２１４に入力された第１の角速度ＢＰＦ２０６の出力波形であり、図４（ｂ）の波形は第１の速度ＢＰＦ２１１の出力波形である。矢印４０１、４０２、４０３はサンプリング周期であり、この周期間の第１の角速度ＢＰＦ２０６と第１の速度ＢＰＦ２１１の変位量を矢印４０４、４０５、４０６及び、４０７、４０８、４０９に示す。サンプリング周期４０１における角速度ωの変位量４０４及び、速度Ｖの変位量４０７と式（４）を用いて、回転半径Ｌを算出する。また、このとき第１の角速度ＢＰＦ２０６と第１の速度ＢＰＦ２１１の符号が逆の状態、つまり、シフトブレと角度ブレの向きが逆である場合、シフトブレは角度ブレを減少させる方向に働くため、回転半径Ｌはマイナスで算出する。また、サンプリング周期４０２、４０３においても同様の処理を行う。ここでサンプリング周期は、検出したいブレの周波数の中で最も高い１０Ｈｚにおいて、変曲点が２回入らないような周期、例えば２５ｍｓｅｃ程度にするのが好ましい。

この様にして角速度計、加速度計からの出力に基づいてサンプリング周期毎に算出した回転半径Ｌを、時系列でこれら複数の組を平均化したものを合成比補正手段２２０に出力する。ここで、回転半径Ｌを時系列で平均化したものを用いるのは、突発的な振幅の変化によって演算精度が低くなることを避けるためである。第２の回転半径演算手段２１５、第３の回転半径演算手段２１６でも同様の処理を行って回転半径を取得し、合成比補正手段２２０に出力している。

次に、位相差の演算方法について説明する。図５（ａ）の波形は、第１の位相差演算手段２１７、第１の速度ＢＰＦ２１１の出力波形である。図５（ｂ）の波形は、第１の角速度ＢＰＦ２０６に第１の回転半径演算手段２１４で求めた回転半径Ｌを乗じた波形５０７である。図５（ｃ）の波形は、第１の速度ＢＰＦ２１１と波形５０７の差分の波形５０８である。式（４）より回転半径Ｌに角速度ωを乗じた信号は速度Ｖであることから、波形５０７と第１の速度ＢＰＦ２１１の波形は次元が揃っていることがわかる。

また、回転半径Ｌは図４を用いて説明した方法で求めているため、波形５０７はその逆算値となり、第１の速度ＢＰＦ２１１の波形と振幅がほぼ等しくなるはずである。しかし、第１の速度ＢＰＦ２１１と波形５０７は、その位相がずれている可能性がある。第１の位相差演算手段２１７では第１の速度ＢＰＦ２１１と、波形５０８を一定周期でサンプリングし、その周期間での変位量の比から、角速度ωと速度Ｖの位相のずれ量を算出している。矢印５０１、５０２、５０３はサンプリング周期であり、この周期間の第１の速度ＢＰＦ２１１と波形５０８の変位量を矢印５０４、５０５、５０６及び、５０９、５１０、５１１に示す。このとき、サンプリング周期は回転半径演算のサンプリング周期と同一であることが望ましい。

この様にして求めた位相のずれ量を所定の回数で平均化して、合成比補正手段２２０に出力する。ここで平均化するのは前述した回転半径の演算と同様、突発的な振幅や位相の変化によって演算精度が低くなることを避けるためである。第２の位相差演算手段２１８及び、第３の位相差演算手段２１９でも同様の処理を行って位相差を算出し、合成比補正手段２２０に出力している。

次に、合成比補正手段２２０で行う処理を示す。合成比補正手段２２０では、各位相差演算手段の出力である角速度ωと速度Ｖの位相のずれ量が小さな周波数ほど、その周波数で取得された回転半径の合成比を大きくしている。ここで、ずれ量が小さいほど合成比を大きくしている理由について図５を用いて説明する。ブレの回転中心位置が一箇所で固定されている場合、第１の速度ＢＰＦ２１１と波形５０７は一致する。しかし、回転中心が複数あり、それらの回転中心からの合成ブレを加速度計が検出している場合、各回転中心のブレの大きさによって速度信号と角速度信号の位相がずれてしまうためである。つまり、位相のずれが小さな周波数ほど、取得された回転半径の信頼性が高い。そのため、合成比補正手段２２０では、位相のずれが小さな周波数の回転半径ほど合成比を大きくすることによって、出力補正手段２２１で決定するシフトブレの補正量の補正精度を向上させている。また、本実施例では回転半径の演算の前に速度Ｖと角速度ωにＢＰＦをかけているため、加速度計の出力の低周波成分に影響を及ぼすドリフトの影響が低減されている。

次に、合成比補正手段２２０で行う回転半径の合成比の調整方法について図６を用いて説明する。図６は人がカメラを構えた際のブレのイメージ図である。６０１、６０２、６０３はそれぞれ２Ｈｚ、５Ｈｚ、１０Ｈｚのブレの回転中心位置であり、６０４、６０５、６０６はレンズの主点位置に取り付けられた加速度計１０１からそれぞれの回転中心位置６０１、６０２、６０３までのピッチ方向における回転半径である。

ここで、２Ｈｚ、５Ｈｚ、１０Ｈｚの回転半径６０１をＬ１、Ｌ２、Ｌ３、角速度と速度の位相のずれをθ１、θ２、θ３としたとき、合成比補正手段２２０では下記の式を用いて補正用の回転半径を算出している。

式（７）では位相差の値が小さいものに対応する周波数の回転半径ほど、より大きい係数が振られ、重みがつけられている。

次に、本実施例で行われるブレ補正処理について、図１１のフローチャートを用いて説明する。ブレ補正処理は一定周期毎に発生するタイマー割り込み処理により行われる。本実施例ではステップ４００が角速度検出ステップ、ステップ４０１加速度検出ステップ、ステップ４０６が速度取得ステップ、ステップ４０７〜４１２が帯域抽出ステップを担っている。また、ステップ４１３〜４１５が回転半径取得ステップ、ステップ４１６〜４１９が重み付けステップ、ステップ４２０が決定ステップである。

（ステップ４００）角速度計１０２ｐの信号をＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換結果は、ＶＡＤ＿ＤＡＴで設定される不図示のＲＡＭ領域に格納する。

（ステップ４０１）加速度計１０１ｐの信号をＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換結果は、ＡＣＣＡＤ＿ＤＡＴで設定される不図示のＲＡＭ領域に格納する。

（ステップ４０２）角速度計１０２ｐの信号ＶＡＤ＿ＤＡＴを入力として、ＨＰＦ４０１で演算を行う。

（ステップ４０３）ステップ４０２の演算結果を入力として、積分フィルタ２０２で積分演算を行う。その結果をＤＥＧ＿ＤＡＴで設定される不図示のＲＡＭ領域に格納する。ＤＥＧ＿ＤＡＴはブレ角変位信号である。

（ステップ４０４）ステップ４０２の演算結果を入力として、位相調整フィルタ２０５で位相調整の演算を行う。この処理は、この後行われる加速度計１０１ｐの信号処理（ＨＰＦ及び積分）と位相を合わせるために行われる。

（ステップ４０５）ＡＣＣＡＤ＿ＤＡＴを入力として、ＨＰＦ２０９で演算を行う。

（ステップ４０６）ステップ４０５の演算結果を入力として、積分フィルタ２１０で積分演算を行う。この演算結果はシフトブレの速度Ｖを表す信号ということになる。

（ステップ４０７）ステップ４０４の演算結果を入力として、透過率のピークを２Ｈｚとする第１の角速度ＢＰＦ２０６で演算を行う。この結果をＷ＿ＢＰＦ２ＨＺ＿ＤＡＴで設定される不図示のＲＡＭ領域に格納する。

（ステップ４０８）ステップ４０４の演算結果を入力として、透過率のピークを５Ｈｚとする第２の角速度ＢＰＦ２０７で演算を行う。この結果をＷ＿ＢＰＦ５ＨＺ＿ＤＡＴで設定される不図示のＲＡＭ領域に格納する。

（ステップ４０９）ステップ４０４の演算結果を入力として、透過率のピークを１０Ｈｚとする第３の角速度ＢＰＦ２０８で演算を行う。この結果をＷ＿ＢＰＦ１０ＨＺ＿ＤＡＴで設定される不図示のＲＡＭ領域に格納する。

（ステップ４１０）ステップ４０６の演算結果を入力として、透過率のピークを２Ｈｚとする第１の速度ＢＰＦ２１１で演算を行う。この結果をＶ＿ＢＰＦ２ＨＺ＿ＤＡＴで設定される不図示のＲＡＭ領域に格納する。

（ステップ４１１）ステップ４０６の積分演算結果を入力として、透過率のピークを５Ｈｚとする第２の速度ＢＰＦ２１２で演算を行う。この結果をＶ＿ＢＰＦ５ＨＺ＿ＤＡＴで設定される不図示のＲＡＭ領域に格納する。

（ステップ４１２）ステップ４０６の積分演算結果を入力として、透過率のピークを１０Ｈｚとする速度ＢＰＦ３２１３で演算を行う。この結果をＶ＿ＢＰＦ１０ＨＺ＿ＤＡＴで設定される不図示のＲＡＭ領域に格納する。

（ステップ４１３）Ｗ＿ＢＰＦ２ＨＺ＿ＤＡＴとＶ＿ＢＰＦ２ＨＺ＿ＤＡＴを比較し、回転半径Ｌ＿２Ｈｚを取得する。

（ステップ４１４）Ｗ＿ＢＰＦ５ＨＺ＿ＤＡＴとＶ＿ＢＰＦ５ＨＺ＿ＤＡＴを比較し、回転半径Ｌ＿５Ｈｚを取得する。

（ステップ４１５）Ｗ＿ＢＰＦ１０ＨＺ＿ＤＡＴとＶ＿ＢＰＦ１０ＨＺ＿ＤＡＴを比較し、回転半径Ｌ＿１０Ｈｚを取得する。

（ステップ４１６）Ｗ＿ＢＰＦ２ＨＺ＿ＤＡＴとＶ＿ＢＰＦ２ＨＺ＿ＤＡＴと２Ｈｚの回転半径Ｌ１の積を比較し、フィルタ透過帯域（２Ｈｚ）に対応したブレ信号の位相差θ１を算出する。

（ステップ４１７）Ｗ＿ＢＰＦ５ＨＺ＿ＤＡＴとＶ＿ＢＰＦ５ＨＺ＿ＤＡＴと５Ｈｚの回転半径Ｌ２の積を比較し、フィルタ透過帯域（５Ｈｚ）に対応したブレ信号の位相差θ２を算出する。

（ステップ４１８）Ｗ＿ＢＰＦ１０ＨＺ＿ＤＡＴとＶ＿ＢＰＦ１０ＨＺ＿ＤＡＴと１０Ｈｚの回転半径Ｌ３の積を比較し、フィルタ透過帯域（１０Ｈｚ）に対応したブレ信号の位相差θ３を算出する。

（ステップ４１９）位相差が小さい周波数ほど大きい重み付けを行った回転半径Ｌを取得する（式（７））。

（ステップ４２０）ズーム・フォーカス２０４のポジションから算出される撮影倍率β、焦点距離ｆ、ステップ４０３で算出されたブレ角変位ＤＥＧ＿ＤＡＴ、光学防振敏感度補正値αから、以下のような演算を行い、補正量を決定する。その演算結果は、ＳＦＴＤＲＶで設定される不図示のＲＡＭ領域に格納する。
α{（１＋β）×ｆ×ＤＥＧ＿ＤＡＴ＋β×Ｌ×ＤＥＧ＿ＤＡＴ}

（ステップ４２１）ブレ補正レンズの変位信号をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ結果をＳＦＴＰＳＴ で設定される不図示のＲＡＭ領域に格納する。

（ステップ４２２）フィードバック演算（ＳＦＴＤＲＶ−ＳＦＴＰＳＴ）を行う。演算結果はＳＦＴ＿ＤＴで設定される不図示のＲＡＭ領域に格納する。

（ステップ４２３）ループゲインＬＰＧ＿ＤＴとＳＦＴ＿ＤＴを乗算する。演算結果はＳＦＴ＿ＰＷＭで設定される不図示のＲＡＭ領域に格納する。

（ステップ４２４）安定な制御系にするために位相補償演算を行う。

（ステップ４２５）ステップ４２３の演算結果をブレ補正駆動信号としてドライバ１０４に出力しブレ補正を行う。

以上のように、本実施例ではステップ４１９において、角速度と速度の位相差が小さい周波数の回転半径ほど大きい重み付けを行った回転半径Ｌを取得する。そして、取得された回転半径Ｌに基づいて補正量を決定するので、より適正なシフトブレ補正を行うことが可能となる。重み付けの演算式としては、特に式（７）に限られたものではなく、位相差の値が小さいほど、それに対応する周波数域の回転半径に大きい重みが付くような演算式であればよい。

本実施例では異なる３つの周波数における回転半径を求め合成を行っているが、少なくとも２つの周波数における回転半径を求めていれば、本実施例を適用できるのは言うまでもない。

また本実施例では角速度と速度の位相差を評価手段とすることによって、他の実施例とは違い、回転中心がどの程度のばらつきを有しているかという観点で、各回転半径の信頼性を評価することが出来る。

次に、本発明の実施例２について説明する。なお、簡略化のため実施例１と同一な構成については同一の符号を付して説明を省略し、本実施例に特徴的な部分のみを説明する。

本実施例におけるカメラのメカ構成、ハード構成は実施例１と同じである。図８は本発明である実施例２におけるブロック図である。図２と図８のブロック図の違いは以下の通りである。

・位相差演算手段２１７、２１８、２１９の代わりに、角速度計１０２の振幅を算出する振幅演算手段７０１、７０２、７０３が設けられている。すなわち、実施例２では少なくとも２つの周波数（第１の周波数、第２の周波数）において、第１の振幅演算手段、第２の振幅演算手段の出力を基に、回転半径の合成が行われ、補正量が決定される。

・実施例１における合成比補正手段２２０の処理は、角速度と速度の位相差が小さな回転半径ほど大きな合成比にしていたが、本実施例では、角速度の振幅が大きな回転半径ほど大きな合成比にしている。

まず、角速度の振幅を用いて回転半径の合成比を調整する理由について説明する。回転半径の演算は式（４）を用いて行っている。式（４）より、回転半径と角速度は反比例しており、角速度がゼロ近傍にある場合、回転半径の値は著しく大きくなってしまう。通常のブレの回転中心が、たかだか撮影者の体近傍にあるであろうことを考慮すると、このとき算出される値は信頼性が低いと考えられる。

以上のことから本実施例では、角速度の振幅が大きな周波数の回転半径ほど大きい重み付けになっている。

次に、振幅の演算方法について図８を用いて説明する。図９は第１の振幅演算手段（７０１）に入力された第１の角速度ＢＰＦ２０６の出力波形である。矢印８０１、８０２、８０３はサンプリング周期であり、この周期間の第１の角速度ＢＰＦ２０６の変位量を矢印８０４、８０５、８０６に示す。

このようにしてサンプリング周期毎に求めた角速度の振幅を、所定の回数で平均化して合成比補正手段２２０に出力している。このとき、サンプリング周期は、回転半径演算手段におけるサンプリング周期と同一であることが好ましい。第２の振幅演算手段（７０２）、３（７０３）についても同様の処理を行い、合成比補正手段２２０に振幅を出力している。

次に本実施例における合成比補正手段２２０で行う回転半径の合成比の調整方法について図６を用いて説明する。２Ｈｚの回転半径６０１をＬ１、角速度の振幅をδ１、５Ｈｚの回転半径６０２をＬ２、角速度の振幅をδ２、１０Ｈｚの回転半径をＬ３、角速度の振幅をδ３とする。このとき、合成比補正手段２２０では下記の式を用いて補正用の回転半径を算出している。

図１０に実施例３におけるブレ補正動作のフローチャートを示す。主要な部分の動作をステップ５０１〜５０４に示し、そのほかの部分の動作は実施例１と同様のため、同じステップ番号を付して説明は省略する。
（ステップ５０１）Ｗ＿ＢＰＦ２ＨＺ＿ＤＡＴの振幅δ１を算出する。
（ステップ５０２）Ｗ＿ＢＰＦ５ＨＺ＿ＤＡＴの振幅δ２を算出する。
（ステップ５０３）Ｗ＿ＢＰＦ１０ＨＺ＿ＤＡＴの振幅δ３を算出する。
（ステップ５０４）角速度の振幅が大きな周波数のほど高い重み付けを行った回転半径を算出する（式（８））。

以上のように、本実施例では上記の式（８）を用いて、角速度の振幅の値が大きいほど、それに対応する周波数域の回転半径に大きい重みが付くように演算が行われる。しかし、重み付けの演算式としては、特に上記の式（８）に限られたものではなく、角速度の振幅の値が大きいほど、それに対応する周波数域の回転半径に大きい重みが付くような演算式であればよい。

また本実施例では角速度の振幅の値を見て重み付けを行っているが、本実施例の目的は不自然に大きい値で算出された回転半径の重み付けを小さくすることであり、回転半径の値そのものを見て重み付けを行ってもよい。すなわち各周波数における回転半径の値を用いて、回転半径が大きい方に回転半径が小さい方に比べて小さい重み付けを行ってもよい。

また本実施例では異なる３つの周波数における回転半径を求め、重み付けを行っているが、少なくとも２つの周波数における回転半径を求め、それぞれの信頼性を評価し重み付けを行えば、本実施例の効果が得られるのは言うまでもない。

また本実施例では角速度の振幅によって各回転半径に重み付けをすることによって、各周波数のいずれかにおいて回転半径が著しく大きな値となっても、精度の高いブレ補正を行うことが可能となる。

次に、本発明の実施例３について説明する。なお、簡略化のため実施例１、２と同一な構成については同一の符号を付して説明を省略し、実施例３に特徴的な部分のみを説明する。

本実施例におけるカメラのメカ構成、ハード構成は実施例１と同じである。図１１は本発明である実施例２におけるブロック図であり、図７との違いは以下の通りである。

・振幅演算手段７０１、７０２、７０３に入力される信号が、ＢＰＦ後の角速度信号から、ＢＰＦ後の速度信号に変わっている。

・実施例２での合成比補正手段２２０の処理は、角速度の振幅が大きな回転半径ほど大きな合成比にしていたが、本実施例では速度の振幅が大きな回転半径ほど大きな重み付けにしている。

まず、速度の振幅を基準にして合成比を調整する理由について説明する。回転半径の演算は式（４）を用いて行っている。式（４）より、回転半径と速度は比例しており、速度が大きいほどシフトブレ量が大きくなることがわかる。

以上のことから本実施例では、速度が大きな周波数の回転半径ほど高い重み付けにしている。

振幅演算手段７０１、７０２、７０３で行う振幅の演算方法は、前述した角速度の振幅の演算方法と基本的に同じであり、異なる点は入力が角速度から速度に変わっている点である。

また、合成比補正手段２２０で行う回転半径の重み付けの演算方法についても同様で、異なる点は角速度の振幅ではなく、速度の振幅を用いる点である。

２Ｈｚの回転半径６０１をＬ１、速度の振幅をγ１、５Ｈｚの回転半径６０２をＬ２、速度の振幅をγ２、１０Ｈｚの回転半径をＬ３、速度の振幅をγ３とする。このとき、合成比補正手段２２０では下記の式を用いて補正用の回転半径を算出する。

図１２に実施例３におけるブレ補正動作のフローチャートを示す。主要な部分の動作ステップを６０１〜６０３に示し、そのほかの動作は実施例１と同様のため、同じステップ番号を付して説明は省略する。
（ステップ６０１）Ｖ＿ＢＰＦ２ＨＺ＿ＤＡＴの振幅δ１を算出する。
（ステップ６０２）Ｖ＿ＢＰＦ５ＨＺ＿ＤＡＴの振幅δ２を算出する。
（ステップ６０３）Ｖ＿ＢＰＦ１０ＨＺ＿ＤＡＴの振幅δ３を算出する。

以上のように、本実施例では、速度の振幅の値が大きいほど、それに対応する周波数域の回転半径に大きい重みが付くように演算が行われる。しかし、重み付けの演算式としては、特に上記の式（９）に限られたものではなく、速度の振幅の値が大きいほど、それに対応する回転半径に大きい重みが付くような演算式であればよい。

本実施例では異なる３つの周波数における回転半径を求め合成を行っているが、少なくとも２つの周波数における回転半径を求めていれば、本発明を適用できるのは言うまでもない。

また本実施例では速度の振幅によって各回転半径に重み付けをすることによって、実質的なシフトブレの量を考慮した重み付けができる。これはもともと加速度計の出力がブレの成分のうちシフトブレのみを検出していることに起因する。すなわち、速度の振幅が小さいものはそもそもシフトブレの影響が小さいと判断できるからである。

以上のように回転半径の値の信頼性を評価するものとして３つ実施例に挙げたが、評価する指標は上記に限られるものではなく、角速度計、加速度計の出力の少なくとも一方に基づいた値であればよい。特に本発明と同様に、角速度と速度（あるいは加速度）の位相差や、角速度の振幅、速度の振幅を実質的に見ていると考えられるものには当然本発明は適用できる。また、前述した３つの評価方法や他の評価方法と各実施例を組み合わせて用いると、さらに補正精度をあげることができる。

また実施例ではデジタル１眼レフカメラに具備される交換レンズを例にして像ブレ補正機能を有する光学機器の説明をした。しかし本発明は小型で高性能なシステムにまとめることが可能なのでデジタルコンパクトカメラ、ビデオカメラや監視カメラ、ウェブカメラ、携帯電話のカメラ機能等にも展開できる。

本発明を利用できる一眼レフカメラの側面図 カメラのブレ状態説明図 実施例１におけるブレ補正処理のブロック図 ブレ補正処理の回転半径演算手段の説明図 ブレ補正処理の位相差演算手段の説明図 ブレ補正処理の合成比補正手段の説明図 補正処理のフローチャート図 ブレ補正処理のブロック図 ブレ補正処理の振幅演算手段の説明図 ブレ補正処理のフローチャート図 ブレ補正処理のブロック図 ブレ補正処理のフローチャート図

符号の説明

１０１ 加速度計
１０２ 角速度計
１０４ アクチュエータ
１０５ コイル
１０９ ブレ補正レンズ
２１４ 回転半径演算手段
２１７ 位相差演算手段
２２０ 合成比補正手段
２２１ 出力補正手段

Claims (14)

1. 像ブレ補正機能を有する光学機器であって、
   前記光学機器の角速度を検出する角速度検出手段と、
   前記光学機器の加速度を検出する加速度検出手段と、
   前記像ブレを補正するために必要な補正量を決定する補正量決定手段と、
   前記補正量に基づいて前記像ブレを補正するブレ補正手段と、を有し、
   前記補正量決定手段は、異なる複数の周波数において前記光学機器に加わるブレの回転半径をそれぞれ取得し、前記角速度及び加速度の少なくとも一方の情報に基づいて前記複数の周波数における回転半径にそれぞれ重みを付け、その結果を基に前記補正量を決定することを特徴とする光学機器。
2. 前記補正量決定手段は、前記加速度の情報を基に前記光学機器の速度を決定し、前記複数の周波数における前記角速度と前記速度の比によって前記ブレの回転半径を取得することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記補正量決定手段は、前記複数の周波数の各周波数における前記角速度と前記速度の位相差が小さい回転半径に、前記位相差が大きい回転半径に比べて大きい重みを付け、その結果を基に前記補正量を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
4. 前記補正量決定手段は、前記複数の周波数の各周波数における前記角速度の振幅が大きい回転半径に、前記複数の周波数の各周波数における前記角速度の振幅が小さい回転半径に比べて大きい重みを付け、その結果を基に前記補正量を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
5. 前記補正量決定手段は、前記複数の周波数の各周波数における前記速度の振幅が大きい回転半径に、前記複数の周波数の各周波数における前記速度の振幅が小さい回転半径に比べて大きい重みを付け、その結果を基に前記補正量を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
6. 前記補正量決定手段は、前記角速度及び前記速度の複数の組に基づいて前記複数の周波数のおける回転半径の各々を決定することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１つに記載の光学機器。
7. 前記補正量決定手段は、帯域抽出手段により前記角速度検出手段及び前記加速度検出手段の出力から異なる複数の周波数の成分をそれぞれ抽出した出力に基づいて求められた前記回転半径を取得することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の光学機器。
8. 像ブレ補正機能を有する光学機器を制御する制御方法であって、
   前記光学機器の角速度を検出する角速度検出ステップと、
   前記光学機器の加速度を検出する加速度検出ステップと、
   異なる複数の周波数において前記光学機器に加わるブレの回転半径をそれぞれ取得する回転半径取得ステップと、
   前記角速度及び加速度の少なくとも一方の情報に基づいて前記複数の周波数における回転半径にそれぞれ重みを付ける重み付けステップと、
   前記重み付けステップにより得られた結果を基に像ブレを補正するために必要な補正量を決定する決定ステップと、を有することを特徴とする光学機器の制御方法。
9. 前記加速度の情報を基に前記光学機器の速度を取得する速度取得ステップを有し、
   前記回転半径取得ステップは、前記複数の周波数における前記角速度と前記速度の比によって前記ブレの回転半径を取得することを特徴とする請求項８に記載の光学機器の制御方法。
10. 前記重み付けステップは、前記複数の周波数の各周波数における前記角速度と前記速度の位相差が小さい回転半径に、前記位相差が大きい回転半径に比べて大きい重みを付けることを特徴とする請求項９に記載の光学機器の制御方法。
11. 前記重み付けステップは、前記複数の周波数の各周波数における前記角速度の振幅が大きい回転半径に、前記複数の周波数の各周波数における前記角速度の振幅が小さい回転半径に比べて大きい重みを付けることを特徴とする請求項９に記載の光学機器の制御方法。
12. 前記重み付けステップは、前記複数の周波数の各周波数における前記速度の振幅が大きい回転半径に、前記複数の周波数の各周波数における前記速度の振幅が小さい回転半径に比べて大きい重みを付けることを特徴とする請求項９に記載の光学機器。
13. 前記回転半径取得ステップは、前記角速度及び前記速度の複数の組に基づいて決定された前記複数の周波数のおける回転半径の各々を取得することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１つに記載の光学機器。
14. 前記回転半径取得ステップは、帯域抽出ステップにより前記角速度検出ステップ及び前記加速度検出ステップの出力から異なる複数の周波数の成分をそれぞれ抽出した出力に基づいて求められた前記回転半径を取得することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１つに記載の光学機器。

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