JP5302094B2 - 像ぶれ補正装置 - Google Patents

Description

本発明は像ぶれ補正装置に係り、特に振動によるカメラの像ぶれを補正する像ぶれ補正装置に関する。

例えば、テレビカメラの像ぶれ補正装置として、撮影光学系に防振レンズを光軸と直交する面内で移動自在に配置し、カメラ（カメラの撮影光学系）に振動が加わると、その振動を打ち消す方向に防振レンズをアクチュエータで駆動して像ぶれを補正するようにしたものが知られている。このような像ぶれ補正装置では、カメラに加わった振動を振れ検出センサ（角速度センサ等）によって検出し、その振れ検出センサから出力される振れ信号に基づいて像ぶれを補正するための防振レンズの補正量（変位量）が求められるようになっている。

ところで、振れ検出センサから得られる振れ信号には低周波ノイズが発生することが知られている。このノイズは、振動によるものと区別されずに像ぶれ補正を実行させるため、振動があり防振レンズを駆動している状態ではさほど大きな問題にはならないが、振動がない場合に顕著となる。つまり、振動がない場合は、防振レンズも静止しているのが自然な状態であるが、振れ検出センサに発生した低周波ノイズによって、振動があると判断し、防振レンズを駆動してしまい、逆に画像が揺れてしまう現象（ゆらぎ）が発生するという問題がある。そこで、前記問題を解決すべく、これまでに様々な方法が提案されている。

例えば、特許文献１では、加速度センサから出力された信号（加速度信号）を積分して得られる信号（速度信号や変位信号）のレベルが所定レベル（閾値レベル）より小さい場合には、像ぶれ補正を行わないようにしている。

また、特許文献２には、角速度センサから出力された信号（角速度信号）から所定レベルよりも小さな信号を不要成分として除去するコアリング処理を行い、このコアリング処理が施された信号に基づいて像ぶれ補正を行っている。

特開平４−５６８３１号公報 特開平１１−６４９０５号公報

しかしながら、高倍率レンズなどで振れ検出センサの出力に非常に高いゲインをかける場合（即ち、微小振動を検出しなければならない場合）、ノイズの影響はさらに大きくなり、特に低周波域（１Ｈｚ以下の直流ドリフト成分）のノイズ成分により画面が大きく動いてしまう問題がある。また、このとき、防振レンズが撮影光軸から大きくずれるので、光学性能の低下及び補正範囲が狭くなるなどの問題も発生する。

このゆらぎを除去するために、特許文献１に記載の方法を適用すると、閾値レベルを非常に大きく設定しなければならず、補正能力が大幅に下がってしまう問題がある。

また、特許文献２に記載の方法を適用した場合には、角速度センサの出力を積分処理して得られる角度信号の低周波ノイズを十分なレベルに下げるために、コアリング値を非常に大きく設定しなければならず、補正に必要な低周波域（３Ｈｚ以上）の信号にも影響が出てしまう恐れがある。即ち、不感帯が大きくなってしまう問題がある。

また、入力ＨＰＦや積分フィルタ等の定数を変更して低周波域のゲインを下げることも考えられるが、振幅の大きさに関わらず一律に低周波域の信号のゲインが下がってしまうため、補正に必要な低周波域の信号成分も弱まってしまうという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、振動があるときの像ぶれ補正に影響を与えることなく、振動がない場合に生じるゆらぎのみを低減することができる像ぶれ補正装置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に記載の発明は、撮影光学系により結像された像の像ぶれを検出し、該像ぶれを示す振れ信号を出力する像ぶれ検出手段と、該像ぶれ検出手段により出力された振れ信号に基づいて像ぶれを補正する像ぶれ補正手段と、を備えた像ぶれ補正装置において、前記像ぶれ補正手段は、前記像ぶれ検出手段により出力された振れ信号を積分処理する積分手段と、前記振れ信号を積分処理して得られる信号から所定レベルよりも小さな信号を取り除くコアリング処理を行う第１のコアリング手段とを含み、前記積分手段は、前記像ぶれ検出手段により出力された振れ信号、及び前記第１のコアリング手段によってコアリング処理された信号にそれぞれ所定の積分定数を乗じて相互に加算することにより積分処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、積分処理によって得られる出力信号に対してコアリング処理を施すことにより、その出力信号から低周波域であり且つ微小振幅のノイズ成分のみを大幅に除去することができる。これにより、振動がある場合の像ぶれ補正に影響を与えることなく、振動がない場合（即ち、静止時）に生じるゆらぎのみを低減することが可能となる。

また、請求項２に記載の発明は、撮影光学系により結像された像の像ぶれを検出し、該像ぶれを示す振れ信号を出力する像ぶれ検出手段と、該像ぶれ検出手段により出力された振れ信号に基づいて像ぶれを補正する像ぶれ補正手段と、を備えた像ぶれ補正装置において、前記像ぶれ補正手段は、前記像ぶれ検出手段により出力された振れ信号を積分処理する積分手段と、前記振れ信号を積分処理して得られる信号から所定レベルよりも小さな信号を取り除くコアリング処理を行う第１のコアリング手段とを含み、前記像ぶれ補正手段は、前記像ぶれ検出手段により出力された振れ信号から所定レベルよりも小さな信号を取り除くコアリング処理を行う第２のコアリング手段を更に含み、前記積分手段は、前記第１のコアリング手段によってコアリング処理された信号、及び前記第２のコアリング手段によってコアリング処理された信号にそれぞれ所定の積分定数を乗じて相互に加算することにより積分処理を行うことを特徴とする。

本発明において、積分処理によって得られる出力信号に対するコアリング処理とともに、積分処理が行われる前の入力信号に対してもコアリング処理を施す態様が好適であり、前記出力信号から低周波域であり且つ微小振幅のノイズ成分のみをより効果的に低減することが可能となる。

本発明によれば、積分処理によって得られる出力信号に対してコアリング処理を施すことにより、その出力信号から低周波域であり且つ微小振幅のノイズ成分のみを大幅に除去することができる。これにより、振動がある場合の像ぶれ補正に影響を与えることなく、振動がない場合（即ち、静止時）に生じるゆらぎのみを低減することが可能となる。

本発明に係る像ぶれ補正装置の実施の形態を示した構成図 ＣＰＵの処理手順を示したフローチャート図 第１の比較例の像ぶれ補正装置を示した構成図 第２の比較例の像ぶれ補正装置を示した構成図 第３の比較例の像ぶれ補正装置を示した構成図 静止時に積分処理によって得られる角度信号の一例を示した波形図 振動がある場合に積分処理によって得られる角度信号の一例を示した波形図 積分回路の周波数特性を示した図

以下、添付図面に従って本発明に係るレンズ装置の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る像ぶれ補正装置の実施の形態を示した構成図である。像ぶれ補正装置は、例えば、テレビカメラ用のレンズ装置（撮影レンズ）、ムービカメラ、又は、スチルカメラ等に搭載され、同図に示す防振レンズ１０は、本装置が搭載されるレンズ装置又はカメラの撮影光学系において、光軸に対して垂直な面内で上下（鉛直方向）、左右（水平方向）に移動自在に配置される。また、防振レンズ１０は、モータ１２により上下、又は、左右に移動できるようになっており、カメラ（撮影光学系）に振動が生じた場合には、このモータ１２により像ぶれを防止する位置（振動を打ち消す位置）に移動するようになっている。なお、防振レンズ１０が上下、左右に移動すると撮影光学系の撮影範囲が上下、左右に変位する。また、防振レンズ１０は上下方向と左右方向のいずれの方向についても各方向に生じた振動に基づいて同様に駆動されるため、本実施の形態では、一方向（以下、上下方向）に対する像ぶれ補正を行う構成についてのみ説明し、他方向に対して同様に構成されるものとする。

同図に示す角速度センサ１４は、例えばジャイロセンサであり、カメラの振動を検出するための振れ検出センサとして用いられる。この角速度センサ１４は、例えばレンズ鏡胴の上面に設置され、レンズ鏡胴の上下方向の振動の角速度を検出し、検出した角速度に応じた電圧の電気信号を出力する。尚、角速度センサ１４から出力される信号を以下、角速度信号という。

角速度センサ１４から出力された角速度信号は、増幅回路１６で増幅処理された後、さらにＡ／Ｄ変換器１８でデジタル信号に変換される。そして、ＣＰＵ２０に与えられる。

ＣＰＵ２０の処理内容については後述するが、ＣＰＵ２０からは、目標とする防振レンズ１０の位置、即ち、防振レンズ１０の基準位置に対する変位量を示す制御信号（位置指令信号）がＤ／Ａ変換器２６に出力されるようになっている。Ｄ／Ａ変換器２６に出力された制御信号は、アナログの電圧信号に変換された後、モータ駆動回路２８に入力される。そして、モータ駆動回路２８はＣＰＵ２０から与えられた制御信号に応じてモータ１２を駆動し、算出した変位量となるように防振レンズ１０を移動させる。このような制御処理により撮影光学系に生じた振動に対する像ぶれが補正される。

続いて、ＣＰＵ２０の処理について説明する。図１のＣＰＵ２０のブロックにはＣＰＵ２０で行われる各処理に対応する機能ブロックで示されており、以下では、ＣＰＵ２０の処理を各機能ブロックの処理として説明する。

図１に示すように、ＣＰＵ２０は、ハイパスフィルタ回路（ＨＰＦ）３０と、Ｘｎコアリング回路３２（本発明の「第２のコアリング手段」に相当）と、積分回路３４と、Ｙｎコアリング回路３６（本発明の「第１のコアリング手段」に相当）と、ゲイン回路３８と、を備え、角速度センサ１４から与えられた角速度信号Ｘ_inに対し、フィルタリング処理、コアリング処理、積分処理、ゲイン処理などを施し、防振レンズ１０の基準位置に対する変位量を算出し、当該変位量を示す制御信号（位置指令信号）をＤ／Ａ変換器２６に出力する。

ＨＰＦ３０は、ＣＰＵ２０に与えられた角速度信号Ｘ_inに含まれる低周波の不要信号成分（例えば直流ドリフト成分）を除去するための高域通過フィルタであり、所定周波数以上の周波数成分が抽出された角速度信号Ｘ_nをＸｎコアリング回路３２に出力する。

Ｘｎコアリング回路３２は、ＨＰＦ３０で低周波成分が除去された角速度信号Ｘ_nから所定レベルより小さな信号を不要成分（ノイズ成分）として除去するコアリング処理（Ｘｎコアリング処理）を行う回路であり、Ｘｎコアリング処理された角速度信号Ｘ_coreを積分回路３４に出力する。具体的には、所定のコアリング値α（但し、α＞０とする。）を設け、角速度信号Ｘ_nの絶対値がコアリング値α以下の場合には「０」を出力し、コアリング値αより大きい場合には、角速度信号Ｘ_nからのコアリング値αを減算（Ｘ_n＞αの場合）、若しくは加算（Ｘ_n＜−αの場合）した値を出力する。

積分回路３４は、Ｘｎコアリング回路３２から与えられた角速度信号Ｘ_coreを積分処理する回路であり、この積分処理によって得られた角度信号Ｙ_nをゲイン回路３８に出力する。この積分回路３４には、Ｘｎコアリング回路３２でコアリング処理された角速度信号Ｘ_coreと、後述するＹｎコアリング回路３６でコアリング処理された角度信号Ｙ_coreが与えられるようになっており、これらの信号に基づいて前記積分処理が行われる。なお、積分回路３４から出力される角度信号Ｙ_nはＹｎコアリング回路３６にも与えられるようになっている。

なお、本例では、積分回路３４は1次の積分フィルタで構成されているが、本発明はこれに限らず、２次以上の積分フィルタで構成されていてもよい。

Ｙｎコアリング回路３６は、積分回路３４で前回積分処理された角度信号Ｙ_n-1から所定レベルより小さな信号を不要な成分（ノイズ成分）として除去するコアリング処理（Ｙｎコアリング処理）を行う回路であり、Ｙｎコアリング処理された角度信号Ｙ_coreを積分回路３４に出力する。具体的には、所定のコアリング値β（但し、β＞０とする。）を設け、角度信号Ｙ_n-1の絶対値がコアリング値β以下の場合には「０」を出力し、コアリング値βより大きい場合には、角度信号Ｙ_n-1からのコアリング値βを減算（Ｙ_n-1＞βの場合）、若しくは加算（Ｙ_n-1＜−βの場合）した値を出力する。

ゲイン回路３８は、積分回路３４から与えられた角度信号Ｙ_nに対するゲイン調整を行う回路であり、前記角度信号Ｙ_nに所定のゲインで増幅した制御信号（ＣＴＲＬ信号）をＤ／Ａ変換器２６に出力する。

図２は、ＣＰＵ２０の処理手順を示したフローチャート図である。以下では、図１及び図２を参照しながら、ＣＰＵ２０の処理手順について説明する。

まず、図１に示す角速度センサ１４の出力として角速度信号Ｘ_inがＣＰＵ２０に与えられると、ＨＰＦ３０で角速度信号Ｘ_inに含まれる低周波成分（例えば直流ドリフト成分）の除去が行われ、低周波成分が除去された角速度信号Ｘ_nがＸｎコアリング回路３２に与えられる（ステップＳ１００）。

次に、Ｘｎコアリング回路３２において、角速度信号Ｘ_nとコアリング値α（但し、α＞０）の大小比較が行われ、角速度信号Ｘ_coreの算出が行われる（ステップＳ１０２〜Ｓ１１０）。具体的には、次式に従って、角速度信号Ｘ_nに対するＸｎコアリング処理が行われ、Ｘｎコアリング処理後の角速度信号Ｘ_coreが積分回路３４に与えられる。

Ｘ_core＝Ｘ_n−α （Ｘ_n＞α）
Ｘ_core＝Ｘ_n＋α （Ｘ_n＜−α）
Ｘ_core＝０ (−α≦Ｘ_n≦α)
次に、Ｙｎコアリング回路３６において、積分回路３４で前回積分処理された角度信号Ｙ_n-1とコアリング値β（但し、β＞０）との大小比較が行われ、角度信号Ｙ_coreの算出が行われる（ステップＳ１１２〜Ｓ１２０）。具体的には、次式に従って、前記角度信号Ｙ_n-1に対するＹｎコアリング処理が行われ、Ｙｎコアリング処理後の角度信号Ｙ_coreが積分回路３４に供給される。

Ｙ_core＝Ｙ_n-1−β （Ｙ_n-1＞β）
Ｙ_core＝Ｙ_n-1＋β （Ｙ_n-1＜−β）
Ｙ_core＝０ （−β≦Ｙ_n-1≦β）
次に、積分回路３４において、Ｘｎコアリング回路３２から与えられるＸｎコアリング処理後の角速度信号Ｘ_coreの積分処理が行われ、角度信号Ｙ_nの算出が行われる（ステップＳ１２２）。具体的には、次式に示すように、Ｙｎコアリング回路３６から与えられたＹｎコアリング処理後の角度信号Ｙ_coreを利用して積分処理が行われる。

Ｙ_n＝Ａ×Ｘ_core＋Ｂ×Ｙ_core
なお、Ａ、Ｂは積分定数であり、例えば、Ａ＝０．００１、Ｂ＝０．９９９である。そして、この積分処理によって算出された角度信号Ｙ_nは、ゲイン回路３８に出力される。なお、上述したように、積分回路３４で前回積分処理された結果（角度信号Ｙ_n-1）はＹｎコアリング回路３６で行われるＹｎコアリング処理で利用されるようなっている。

次に、ゲイン回路３８において、積分回路３４から供給される角度信号Ｙ_nに所定のゲインＧ（但し、Ｇ＞０とする。）を乗じて得られる制御信号（ＣＴＲＬ信号）が生成される（ステップＳ１２４）。

このようなＣＰＵ２０における処理により、角速度センサ１４から出力された角速度信号に基づいて、カメラに加わった振動に対して像振れを補正するための防振レンズ１０の位置、即ち、防振レンズ１０の振れ中心に対する変位量を示す制御信号（位置指令信号）が求められ、Ｄ／Ａ変換器２６に出力される。

ここで、本発明が適用される実施例として図１に示した像ぶれ補装置を用いた場合と、本発明以外の構成例（第１〜第３の比較例）として図３〜図５に示した像ぶれ補正装置を用いた場合との効果の差異について説明する。なお、図３〜図５中、図１と共通又は類似する要素には同一符号を付している。

図３に示した第１の比較例は、コアリング処理が全く行われない場合の一例であり、図１に示したＸｎコアリング回路３２及びＹｎコアリング回路３６は設けられておらず、積分回路３４Ａは、次式に従って積分処理を行うものとする。

Ｙ_n＝Ａ×Ｘ_n＋Ｂ×Ｙ_n-1
図４に示した第２の比較例は、図４に示した第１の比較例と同様の構成であるが、積分回路３４Ｂの積分定数Ｂ′が第１の比較例の積分回路３４Ａの積分定数Ｂよりも小さく設定されている場合であり（即ち、Ｂ′＜Ｂ）、積分回路３４Ｂは、次式に従って積分処理を行うものとする。

Ｙ_n＝Ａ×Ｘ_n＋Ｂ′×Ｙ_n-1
図５に示した第３の比較例は、積分処理が行われる前の入力信号（角速度信号）に対するコアリング処理（Ｘｎコアリング処理）のみが行われる場合である。即ち、図１に示したＹｎコアリング回路３６は設けられておらず、積分処理によって得られる出力信号（角度信号）に対するコアリング処理（Ｙｎコアリング処理）は行われない。この第３の比較例では、積分回路３４Ｃは、次式に従って積分処理を行うものとする。

Ｙ_n＝Ａ×Ｘ_core＋Ｂ×Ｙ_n-1
図６及び図７は積分処理によって得られる角度信号Ｙ_nの一例を示した波形図であり、図６は静止時に得られた角度信号Ｙ_nの出力波形を示し、図７は振動がある場合（本例では静止時のノイズレベルの２０倍の振動が加えられた場合）に得られた角度信号Ｙ_nの出力波形を示している。図６に示す角度信号Ｙ_nの出力波形がゆらぎに相当し、その振幅がなるべく０に近いことが望ましい。一方、図７に示す角度信号Ｙ_nの出力波形は、振動がある場合の像ぶれ補正を安定して行う観点から、コアリング処理が全く行われない場合（第１の比較例）にできるだけ近い波形であることが望ましい。

第１の比較例（コアリング処理が全く行われない場合）では、上述したように振動がある場合には像ぶれ補正に好適な出力波形が得られる反面、図６に示すように静止時に得られる角度信号Ｙ_nの最大振幅は他の場合に比べて最も大きいものとなる。即ち、静止時に得られる出力波形には低周波域のノイズ成分が多く含まれ、ゆらぎの影響を最も受けやすいという問題がある。

第２の比較例（積分定数を小さくした場合）では、図８に示す周波数特性のように積分定数Ｂの値を小さくすると振幅の大きさに関わらず一律に低周波域のゲインが下がるため、図７に示すように像ぶれ補正に必要な低周波域の振幅が弱まってしまう。即ち、像ぶれの補正能力が大幅に低下するという問題がある。

第３の比較例（Ｘｎコアリング処理のみが行われる場合）では、図７に示すように振動がある場合には第１の比較例と同様に像ぶれ補正に好適な出力波形が得られる反面、図６に示すように静止時に得られる出力波形には低周波域のノイズ成分が含まれており、第１の比較例に比べて若干改善されているものの、依然としてゆらぎの影響を受けやすいという問題が残っている。

これに対して、本発明が適用される実施例（即ち、図１に示した像ぶれ補正装置を用いた場合）によれば、図６に示すように静止時に得られる角度信号Ｙ_nの出力波形にはほとんど振幅がなく、静止時に生じるゆらぎは十分に低減されている。また、図７に示すように振動がある場合に得られる出力波形は低周波域の振幅が第１の比較例に比べてやや弱まっているものの、像ぶれ補正には全く影響のないレベルであり、像ぶれ補正を安定して行うことが可能である。

このように本実施形態によれば、積分処理が行われる前の入力信号（角速度信号）に対してコアリング処理（Ｘｎコアリング処理）を行うだけでなく、積分処理によって得られる出力信号（角度信号）に対してコアリング処理（Ｙｎコアリング処理）を施し、これらのコアリング処理によって得られた信号に基づいて積分処理を行うことにより、その積分処理後の信号から低周波域（１Ｈｚ以下）であり且つ微小振幅のノイズ成分のみを大幅に除去することができる。これにより、振動がある場合の像ぶれ補正には影響を与えることなく、振動がない場合（即ち、静止時）に生じるゆらぎのみを低減することが可能となる。

なお、本実施形態では、Ｘｎコアリング処理とＹｎコアリング処理を組み合わせた態様を示したが、本発明はこれに限らず、Ｙｎコアリング処理のみを実施する態様もあり得る。この態様によれば、本実施形態に比べて像ぶれの補正能力は若干劣るものの、積分処理によって得られる信号から低周波域であり且つ微小振幅のノイズ成分のみを十分に除去することができるので、振動がある場合の像ぶれ補正には影響を与えることなく、振動がない場合（即ち、静止時）に生じるゆらぎのみを低減することが可能となる。

以上、本発明の像ぶれ補正装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…防振レンズ、１２…モータ、１４…角速度センサ、１６…増幅回路、１８…Ａ／Ｄ変換器、２０…ＣＰＵ、２６…Ｄ／Ａ変換器、２８…モータ駆動回路、３０…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、３２…Ｘｎコアリング回路、３４…積分回路、３６…Ｙｎコアリング回路、３８…ゲイン回路

Claims (2)

1. 撮影光学系により結像された像の像ぶれを検出し、該像ぶれを示す振れ信号を出力する像ぶれ検出手段と、該像ぶれ検出手段により出力された振れ信号に基づいて像ぶれを補正する像ぶれ補正手段と、を備えた像ぶれ補正装置において、
   前記像ぶれ補正手段は、前記像ぶれ検出手段により出力された振れ信号を積分処理する積分手段と、前記振れ信号を積分処理して得られる信号から所定レベルよりも小さな信号を取り除くコアリング処理を行う第１のコアリング手段とを含み、
   前記積分手段は、前記像ぶれ検出手段により出力された振れ信号、及び前記第１のコアリング手段によってコアリング処理された信号にそれぞれ所定の積分定数を乗じて相互に加算することにより積分処理を行うことを特徴とする像ぶれ補正装置。
2. 撮影光学系により結像された像の像ぶれを検出し、該像ぶれを示す振れ信号を出力する像ぶれ検出手段と、該像ぶれ検出手段により出力された振れ信号に基づいて像ぶれを補正する像ぶれ補正手段と、を備えた像ぶれ補正装置において、
   前記像ぶれ補正手段は、前記像ぶれ検出手段により出力された振れ信号を積分処理する積分手段と、前記振れ信号を積分処理して得られる信号から所定レベルよりも小さな信号を取り除くコアリング処理を行う第１のコアリング手段とを含み、
   前記像ぶれ補正手段は、前記像ぶれ検出手段により出力された振れ信号から所定レベルよりも小さな信号を取り除くコアリング処理を行う第２のコアリング手段を更に含み、
   前記積分手段は、前記第１のコアリング手段によってコアリング処理された信号、及び前記第２のコアリング手段によってコアリング処理された信号にそれぞれ所定の積分定数を乗じて相互に加算することにより積分処理を行うことを特徴とする像ぶれ補正装置。

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