JP5744442B2 - 光学機器及び光学機器の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、機器に加わる揺れを検出して画像のブレを補正する機能を有する光学機器及び光学機器の制御方法に関する。

例えば、ビデオカメラ等の光学機器や撮像装置では、装置の揺れ（手振れ）等により生じた撮像画像のブレを補正する像ブレ補正機能が種々提案されている。しかしながら、像ブレ補正機能を備えた光学機器や撮像装置で、像ブレ補正に関わる信号を処理するフィルタの特性を急激に切替えると、フィルタの出力信号が不連続になり、違和感のある映像となる問題が生じる。切り替え時に安定した映像を得ることができない。フィルタの特性変更として、たとえばパンニング或いはチルティングのように意図的に装置本体を動かす場合や温度特性によって補正光学系の駆動特性を変更する場合が挙げられる。例えばパンニングの場合、パンニング状態（或いはチルティング状態）であるかの判定を行い、その時々の状態に適したフィルタの特性に切替える制御が行われている。パンニング（或いはチルティング）時の補正特性の切替えは、例えばフィルタのカットオフ周波数を切替えることで行われている。なお、下記特許文献１では、急激な切り替えを避けるため、フィルタのカットオフ周波数もしくは時定数を所定の時間をかけて徐々に切替えることにより、安定した映像が得られるようにする技術が提案されている。

特開平８−３１３９５０号公報

しかしながら、特許文献１に示されるような従来の像ブレ補正機能においては、次のような問題があった。従来手法では、フィルタの特性が一旦切り替わると、通常の特性に戻るまでに所定の時間を要する。たとえば、パンニングが終了したと判定されてから所定の時間が経過するまではフィルタのカットオフ周波数が高域側に変移したままとなる。これでは像ブレ補正の対象となる手振れ成分に含まれる低周波成分も減衰させてしまうことになり、低周波成分における像ブレ補正性能が劣化することがある。このように、フィルタの特性変更時に像ブレ補正性能が劣化するという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、像ブレ補正機能に係るフィルタの特性変更に伴う不都合な画像のブレを防止し、フィルタの特性変更時の像ブレ補正性能を向上させることを目的とする。

本発明の光学機器は、撮像画像のブレを補正する機能を有する光学機器であって、前記光学機器の振れを検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段の出力信号に含まれる周波数成分のうち、任意の周波数帯域の成分を通過させるデジタルフィルタと、前記デジタルフィルタの出力に基づいて前記撮像画像に生じるブレを補正する補正手段と、前記振れ検出手段の出力に基づいてパンニング・チルティング動作の判定を行い、パンニング状態或いはチルティング状態でないと判定した場合に前記デジタルフィルタのカットオフ周波数を第１のカットオフ周波数に設定し、前記パンニング状態或いは前記チルティング状態であると判定した場合に前記デジタルフィルタのカットオフ周波数を前記第１のカットオフ周波数より高い値に変移させる制御手段と、前記デジタルフィルタの前記周波数帯域を変更する際に前記デジタルフィルタの出力信号に生じるオフセットを推定するオフセット推定手段とを有し、前記制御手段は、前記デジタルフィルタの前記周波数帯域を変更する場合に、前記デジタルフィルタの出力信号に生じるオフセットを打ち消すように、前記デジタルフィルタに逐次保持され前記デジタルフィルタでの演算に用いる過去の演算結果を更新するよう前記デジタルフィルタを制御することを特徴とする。

本発明によれば、像ブレ補正機能に係るフィルタの特性変更に伴う不都合な画像のブレを防止し、フィルタの特性変更時の像ブレ補正性能を向上させる。

第１の実施形態における光学機器の構成例を示す図である。 フィルタの構成例を示す図である。 第１の実施形態でのフィルタ制御処理の例を示すフローチャートである。 第１の実施形態におけるローパスフィルタのカットオフ周波数の変化を示す図である。 第１の実施形態におけるフィルタ制御を説明するための図である。 第２の実施形態における光学機器の構成例を示す図である。 第２の実施形態でのフィルタ制御処理の例を示すフローチャートである。 第２の実施形態におけるフィルタ制御を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態における光学機器の構成例を示すブロック図である。図１には、第１の実施形態における光学機器を適用した撮像装置１００Ａを一例として示している。

図１において、角速度センサ１０１は、撮像装置１００Ａに加わる振れを検出する。角速度センサ１０１は、例えば振動ジャイロの角速度センサを含み、手振れ等による装置自体の振れを角速度信号として検出し、その角速度信号をＤＣカットフィルタ１０２に供給する。ＤＣカットフィルタ１０２は、角速度センサ１０１からの角速度信号に含まれる直流（ＤＣ）成分を遮断して、該角速度信号の交流成分、すなわち振動成分のみをアンプ１０３に供給する。なお、ＤＣカットフィルタ１０２として、所定の周波数帯域で入力信号を遮断するハイパスフィルタ（高域通過フィルタ、以下「ＨＰＦ」）を用いても良い。アンプ１０３は、ＤＣカットフィルタ１０２からの角速度信号（振動成分）を、最適な感度に増幅してＡ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換器１０４に供給する。Ａ／Ｄ変換器１０４は、アンプ１０３からの角速度信号をデジタル化し、角速度データとしてマイコン（マイクロコンピュータ）１２１に供給する。

マイコン１２１は、ＨＰＦ１０５、ローパスフィルタ（低域通過フィルタ、以下「ＬＰＦ」）１０６、パンニング制御部１０７Ａ、オフセット推定部１０８Ａ、焦点距離補正部１０９、制御フィルタ１１０、及び演算器１２２を有する。ＨＰＦ１０５は、任意の周波数帯域でその特性を可変し得る機能を有しており、Ａ／Ｄ変換器１０４から供給される角速度データに含まれる低周波成分を遮断して高周波数帯域の信号を出力する。ＬＰＦ１０６は、任意の周波数帯域でその特性を可変し得る機能を有しており、ＨＰＦ１０５から出力される角速度データを積分し、その積分結果を角変位データとして出力する。ＨＰＦ１０５及びＬＰＦ１０６は、例えば、図２に示すような１次のＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタで構成されている。

図２は、ＨＰＦ１０５及びＬＰＦ１０６に適用可能なＩＩＲフィルタの構成例を示す図である。図２において、加算器２０２は、入力端２０１に入力された入力Ｘ（ｎ）と乗算器２０４の出力とを加算し、その演算結果を中間値Ｗ（ｎ）として出力する。遅延器２０３は、中間値Ｗ（ｎ）を遅延させて中間値Ｗ（ｎ−１）として出力する。乗算器２０４は、中間値Ｗ（ｎ−１）に重み係数ａを乗じて出力する。また、乗算器２０５は中間値Ｗ（ｎ）に重み係数ｂを乗じて出力し、乗算器２０６は中間値Ｗ（ｎ−１）に重み係数ｃを乗じて出力する。加算器２０７は、乗算器２０５の出力と乗算器２０６の出力とを加算し、その演算結果を出力端２０８より出力Ｙ（ｎ）として出力する。

図１に戻り、パンニング制御部１０７Ａは、ＬＰＦ１０６から出力された角変位データに基づいてパンニング・チルティング動作の判定を行い、判定結果に応じてパンニング制御を行う。パンニング制御部１０７Ａは、ＬＰＦ１０６から出力された角変位データ（積分結果）が所定の閾値以上であるならば、パンニング状態或いはチルティング状態であると判定し、ＬＰＦ１０６の周波数帯域をその状態に適した値に設定する。具体的には、パンニング制御部１０７Ａは、パンニング状態或いはチルティング状態であると判定した場合には、ＬＰＦ１０６での積分演算に用いるカットオフ周波数を高域側（時定数が短くなる方向）に変移させる。これにより、補正位置が徐々に移動範囲中心へとセンタリングし、ＬＰＦ１０６から出力される角変位データの値が基準値（撮像装置１００Ａに振れが加わっていない状態において角変位データがとりうる値）に徐々に近づいていく。一方、パンニング制御部１０７Ａは、パンニング状態或いはチルティング状態でないと判定した場合には、ＬＰＦ１０６での積分演算に用いるカットオフ周波数を低域側（時定数が長くなる方向）に変移させる。これにより、ＬＰＦ１０６での積分演算に用いるカットオフ周波数が元の状態（通常動作時の状態）に戻され、パンニング制御を解除することになる。

オフセット推定部１０８Ａは、パンニング制御部１０７ＡによってＬＰＦ１０６のカットオフ周波数が変更される際に、ＬＰＦ１０６の出力信号に生じるオフセットを予め推定するためのものである。本実施形態では、オフセット推定部１０８Ａの出力により、パンニング・チルティング動作を行うのに応じＬＰＦ１０６の周波数特性が変更されることに伴って発生する出力信号のオフセットを打ち消すようにＬＰＦ１０６が制御される。

撮像光学系１１７は、ズーミングやフォーカシング等の動作を行い、被写体像を撮像素子１１９に結像する。ズームエンコーダ１１８は、撮像光学系１１７のズーム位置を検出し、マイコン１２１内部の焦点距離補正部１０９に出力する。焦点距離補正部１０９は、ズームエンコーダ１１８の出力を用いて撮像光学系１１７の焦点距離を算出し、算出した焦点距離とＬＰＦ１０６の出力（角変位データ）とから補正光学系１１４の駆動量を算出する。制御フィルタ１１０には、演算器１２２により算出された、焦点距離補正部１０９の出力と、補正光学系１１４の位置を検出する位置検出センサ１１５の出力がＡ／Ｄ変換器１１６によりデジタル化された値（位置検出データ）との差分が入力される。パルス幅変調部１１１は、制御フィルタ１１０の出力をパルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）信号に変換して出力する。モータ駆動部１１２は、パルス幅変調部１１１からのＰＷＭ信号出力に基づいて補正光学系１１４を動かすためのモータ１１３を駆動する。このようにして補正光学系１１４を駆動することで、撮像面への入射光の光軸を変えて撮像画像に生じる像ブレを光学的に補正する。

撮像素子１１９は、撮像光学系１１７によって結像された被写体像を電気信号に変換し、信号処理部１２０に供給する。信号処理部１２０は、撮像素子１１９により得られた信号から、例えばＮＴＳＣフォーマットに準拠したビデオ信号（映像信号）を生成して撮像画像データとして出力する。

次に、図１に示した撮像装置１００Ａにおけるパンニング制御部１０７Ａ及びオフセット推定部１０８Ａにより実行されるＬＰＦ１０６の制御について説明する。図３は、撮像装置１００Ａにおけるフィルタ制御処理の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ３０１にて、Ａ／Ｄ変換器１０４は、角速度センサ１０１から出力され、ＤＣカットフィルタ１０２及びアンプ１０３を介した角速度信号をデジタルデータ（角速度データ）に変換する。ステップＳ３０２にて、ＨＰＦ１０５は、Ａ／Ｄ変換器１０４から出力される角速度データの低周波成分を演算によって除去し、像ブレ補正の対象となる手振れ信号のみを抽出する。

ステップＳ３０３にて、パンニング制御部１０７Ａは、ＬＰＦ１０６で角速度データを積分して得られる角変位データが、所定の閾値以上であるか否かを判定する。言い換えれば、パンニング制御部１０７Ａは、角変位データに基づいてパンニング・チルティング動作であるか否かの判定を行う。なお、このステップＳ３０３での判定で用いられる角変位データは、前回までに取得した角速度データを積分した結果を用いている。ステップＳ３０３において角変位データが所定の閾値以上でないと判定された場合にはステップＳ３０４へ進み、ステップＳ３０４にて、パンニング制御部１０７Ａは、内部に有するＬＰＦ制御に係るパンニング制御フラグをＯＦＦ（オフ）に設定する。続いて、ステップＳ３０５にて、パンニング制御部１０７Ａは、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数を通常時のカットオフ周波数に設定する。一方、ステップＳ３０３において角変位データが所定の閾値以上であると判定された場合にはステップＳ３０６へ進み、ステップＳ３０６にて、パンニング制御部１０７Ａは、内部に有するＬＰＦ制御に係るパンニング制御フラグをＯＮ（オン）に設定する。続いて、ステップＳ３０７にて、パンニング制御部１０７Ａは、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数をパンニング動作時のカットオフ周波数（通常時のカットオフ周波数より高い値）に設定する。

ここで、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数は、角変位データの大きさに基づいて決定される。例えば、カットオフ周波数と角変位データの大きさとは、図４のグラフに示すような関係を有する。ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数は、ＬＦＭＡＸを上限として角変位データ（絶対値）に比例して上昇していくようになっている。また、ステップＳ３０３において角変位データと比較される所定の閾値をＬＰＴＨとすると、角変位データが閾値ＬＰＴＨ未満の場合のＬＰＦ１０６のカットオフ周波数はＬＦＭＩＮとする。このＬＦＭＩＮは、ＬＰＦ１０６の通常時のカットオフ周波数である。すなわち、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数は、角変位データが大きいほどカットオフ周波数が高くなり、基準値へ収束する時間が短くなるようにしている。

ステップＳ３０８にて、パンニング制御部１０７Ａは、前回の演算に用いたＬＰＦ１０６のカットオフ周波数と今回新たに設定されたＬＰＦ１０６のカットオフ周波数とを比較して、カットオフ周波数が変更されたか否かを判定する。ステップＳ３０８においてカットオフ周波数が変更されたと判定された場合には、ステップＳ３０９にて、パンニング制御部１０７Ａは、オフセット推定部１０８Ａの出力に基づいて演算に用いる中間値を更新するようＬＰＦ１０６を制御する。これにより、ＬＰＦ１０６での演算に用いる中間値が、オフセット推定部１０８Ａの出力に応じて更新される。ここで、更新対象の中間値は、ＬＰＦ１０６において逐次保持され内部での演算に用いる過去の演算結果であり、図２に示した中間値Ｗ（ｎ−１）に相当する。そして、ステップＳ３１０にて、ＬＰＦ１０６は、ＨＰＦ１０５の出力を用いて演算（積分演算）を行い、その結果を角変位データとして出力する。なお、ステップＳ３０８においてカットオフ周波数が変更されていないと判定された場合には、ステップＳ３０９の処理はスキップしてステップＳ３１０へ進む。ステップＳ３１０の処理を実行後、ステップＳ３０１へ戻る。

ここで、前述したステップＳ３０９におけるＬＰＦ１０６での演算に用いる中間値の算出方法について具体的に説明する。まず、図２に示したデジタルフィルタの差分方程式は、下記の（式１）で表される。

ここで、変更される前のカットオフ周波数における乗算器２０４、２０５、２０６の各係数をａ₀、ｂ₀、ｃ₀とし、新たに設定するカットオフ周波数における乗算器２０４、２０５、２０６の各係数をａ₁、ｂ₁、ｃ₁とする。このとき、デジタルフィルタに入力Ｘ（ｎ）が入力された場合の出力Ｙ₀（ｎ）、Ｙ₁（ｎ）は下記の（式２）のようになる。

ここで、デジタルフィルタのカットオフ周波数が変更される前後において、出力結果が同じ値になるようにしたいのでＹ₀（ｎ）＝Ｙ₁（ｎ）とすると、新たに設定したカットオフ周波数における中間値Ｗ₁（ｎ−１）は下記の（式３）で表すことができる。

すなわち、カットオフ周波数が変更される前後の各係数と変更される前の中間値とから新たに中間値を算出し、算出した中間値に更新することによって、デジタルフィルタの出力を連続的につなぐことができる。したがって、デジタルフィルタの出力信号の連続性を維持し、違和感のない映像を得ることが可能となる。

次に、図５を参照して第１の実施形態における撮像装置の有効性について説明する。図５は、第１の実施形態におけるフィルタ制御を説明するための図であり、パンニング動作を行ったときの各部の出力信号を示している。図５においては、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数の変更時に中間値の更新を実施した場合と実施しない場合とを比較するために、それぞれの場合について図示している。図５（ａ）は、パンニング動作を行った場合に角速度センサ１０１から出力される角速度信号をＡ／Ｄ変換器１０４によりデジタル化して得られた角速度データの時間による変化を示したグラフである。ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数の変更時に中間値の更新を実施しない場合における、ＬＰＦ１０６から出力される角変位データを図５（ｂ）に、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数を図５（ｃ）に示している。また、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数の変更時に中間値の更新を実施した場合における、ＬＰＦ１０６から出力される角変位データを図５（ｄ）に、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数を図５（ｅ）に示している。

図３のステップＳ３０３においてパンニング制御に移行する閾値をＬＰＴＨとし、図５（ｂ）に示すように設定する。時間Ｔ１１までの間は、ＬＰＦ１０６から出力される角変位データが（−ＬＰＴＨ）〜ＬＰＴＨの範囲内であるため、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数は、角変位データの大きさにかかわらずＬＦＭＩＮに設定される。図５（ｃ）に示すように、時間Ｔ１１までは、角速度データはＬＰＦ１０６のカットオフ周波数がＬＦＭＩＮの状態で積分される。時間Ｔ１１において、角変位データが閾値ＬＰＴＨを超えるので、図４に示したように角変位データに応じたカットオフ周波数に逐次変更されてＬＰＦ１０６の演算が行われる。ところが、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数の変更時に中間値の更新を実施していないので、図５（ｂ）に示すようにＬＰＦ１０６の出力が不連続な信号となる。このような角変位データに基づいて画像の像ブレ補正を行うと、撮像画像が不自然にブレるといった不都合が生じてしまう。また、時間Ｔ１２〜Ｔ１３の間は、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数が度々上がり、その都度角変位データに不連続が生じている。そのため、画像の不自然なブレや、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数が上がった状態であるために手振れ信号の低周波成分に対する像ブレ補正効果が劣化するという問題が生じる。

それに対して、本実施形態における撮像装置においては、角変位データに基づいてＬＰＦ１０６のカットオフ周波数を変更するとともに、ＬＰＦ１０６での演算に用いる中間値を更新することにより、角変位データに不連続が生じないように制御を行っている。図３のステップＳ３０３においてパンニング制御に移行する閾値をＬＰＴＨとし、図５（ｄ）に示すように設定する。時間Ｔ１１までの間は、ＬＰＦ１０６から出力される角変位データが（−ＬＰＴＨ）〜ＬＰＴＨの範囲内であるため、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数は、角変位データの大きさにかかわらずＬＦＭＩＮに設定される。図５（ｅ）に示すように、時間Ｔ１１までは、角速度データはＬＰＦ１０６のカットオフ周波数がＬＦＭＩＮの状態で積分される。時間Ｔ１１において、角変位データが閾値ＬＰＴＨを超えるので、図４に示したように角変位データに応じたカットオフ周波数に逐次変更されてＬＰＦ１０６の演算が行われる。本実施形態では、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数の変更時に中間値（ＬＰＦ１０６に逐次保持されて演算に用いる過去の演算結果）の更新を実施するので、図５（ｄ）に示すように時間Ｔ１１〜Ｔ１２においてＬＰＦ１０６の出力結果が不連続となることはない。また、時間Ｔ１２において、角変位データが再び（−ＬＰＴＨ）〜ＬＰＴＨの範囲内に収まるため、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数がＬＦＭＩＮに設定され、通常時の手振れ補正に復帰する。図５（ｂ）に示した場合と比較すると、本実施形態では時間Ｔ１２〜Ｔ１３の間において手振れ信号の低周波成分まで補正することが可能となる。

第１の実施形態によれば、パンニング・チルティング動作の判定結果によってＬＰＦ１０６のカットオフ周波数（周波数帯域）を変更するとともに、カットオフ周波数の変更時にはＬＰＦ１０６での演算に用いる中間値を変更する。これにより、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数を急激に変更することが可能となり、またカットオフ周波数を急激に変更してもＬＰＦ１０６の出力に不連続な信号が出力されることを防ぐことができる。したがって、パンニング動作中或いはパンニング動作終了後においても任意に所望の特性に変更することが可能となり、カットオフ周波数を所定時間かけて徐々に変更することが不要となり、パンニング動作終了後の像ブレ補正効果を向上することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態に対して、さらに角速度センサ１０１から出力される角速度信号をデジタル化して得られた角速度データに基づいて、ＨＰＦ１０５のカットオフ周波数を制御して角速度データの低周波成分を減衰させるようにするものである。図６は、第２の実施形態における光学機器の構成例を示すブロック図である。図６には、第２の実施形態における光学機器を適用した撮像装置１００Ｂを一例として示している。また、図６において、図１に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図６に示す撮像装置１００Ｂは、パンニング制御部１０７Ｂが角変位データに応じてＬＰＦ１０６のカットオフ周波数の制御を行うのに加え、角速度データに応じてＨＰＦ１０５のカットオフ周波数の制御を行う点が、図１に示した撮像装置１００Ａと異なる。さらに、ＨＰＦ１０５のカットオフ周波数を変更する際、それに伴って発生する出力信号のオフセットを打ち消すように、オフセット推定部１０８Ｂの出力に基づいて、演算に用いる中間値を更新するようＨＰＦ１０５が制御される。

パンニング制御部１０７Ｂは、図１に示したパンニング制御部１０７Ａと同様に、ＬＰＦ１０６から出力される角変位データを用いてパンニング・チルティング動作の判定を行い、ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数をその状態に適した値に設定する。さらに、パンニング制御部１０７Ｂは、Ａ／Ｄ変換器１０４から出力される角速度データを用いてパンニング・チルティング動作の判定を行い、ＨＰＦ１０５のカットオフ周波数を設定する。例えば、パンニング制御部１０７Ｂは、Ａ／Ｄ変換器１０４から出力される角速度データが第１の閾値以上になったときにＨＰＦ１０５のカットオフ周波数を高域側に変移させ、第２の閾値以内になったときにＨＰＦ１０５のカットオフ周波数を低域側に変移させる。これにより、ＬＰＦ１０６に入力される角速度データの大きさを制限することができ、ＬＰＦ１０６から出力される角変位データが異常に大きな値となることを防止することができる。例えば急速なパンニング動作などにより、角速度センサ１０１から出力される角速度信号が非常に大きな値となったとする。この場合でも、ＨＰＦ１０５のカットオフ周波数を高域側に変移させて低周波数成分を減衰させることで、ＬＰＦ１０６から出力される角変位データを中心付近に戻すことができる。なお、第１の閾値と第２の閾値とは異なる値であっても良いし、同じ値であっても良い。

オフセット推定部１０８Ｂは、パンニング制御部１０７Ｂによってデジタルフィルタ１０５、１０６のカットオフ周波数が変更される際に、そのデジタルフィルタ１０５、１０６の出力信号に生じるオフセットを予め推定するためのものである。オフセット推定部１０８Ｂの出力により、デジタルフィルタ１０５、１０６のカットオフ周波数の変更に伴って発生する出力信号のオフセットを打ち消すようにデジタルフィルタ１０５、１０６が制御される。

次に、図６に示した撮像装置１００Ｂにおけるパンニング制御部１０７Ｂ及びオフセット推定部１０８Ｂにより実行されるデジタルフィルタ１０５、１０６の制御について説明する。なお、角変位データに基づいてＬＰＦ１０６のカットオフ周波数を制御する処理については、第１の実施形態における図３のフローチャートに示した処理と同様であるので、その説明は省略する。

図７は、撮像装置１００ＢにおけるＨＰＦ１０５に係るフィルタ制御処理の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ７０１にて、Ａ／Ｄ変換器１０４は、角速度センサ１０１から出力され、ＤＣカットフィルタ１０２及びアンプ１０３を介した角速度信号をデジタルデータ（角速度データ）に変換する。ステップＳ７０２にて、パンニング制御部１０７Ｂは、内部に有するＨＰＦ制御に係るパンニング制御フラグがＯＮ（オン）であるか否かを判定する。

ステップＳ７０２においてＨＰＦ制御に係るパンニング制御フラグがＯＮであると判定された場合にはステップＳ７０３へ進み、ステップＳ７０３にて、パンニング制御部１０７Ｂは、角速度データが所定の閾値（第２の閾値）以内か否かを判定する。ステップＳ７０３において角速度データが所定の閾値（第２の閾値）以内であると判定された場合にはステップＳ７０４へ進み、ステップＳ７０４にて、パンニング制御部１０７Ｂは、ＨＰＦ制御に係るパンニング制御フラグをＯＦＦ（オフ）に設定する。続いて、ステップＳ７０５にて、パンニング制御部１０７Ｂは、ＨＰＦ１０５のカットオフ周波数を通常時のカットオフ周波数、すなわち低域側の値に設定する。なお、ステップＳ７０３において角速度データが所定の閾値（第２の閾値）以内でないと判定された場合には、ステップＳ７０４及びＳ７０５の処理をスキップしてステップＳ７０９へ進む。

一方、ステップＳ７０２においてＨＰＦ制御に係るパンニング制御フラグがＯＦＦであると判定された場合にはステップＳ７０６へ進み、ステップＳ７０６にて、パンニング制御部１０７Ｂは、角速度データが所定の閾値（第１の閾値）以上か否かを判定する。ステップＳ７０６において角速度データが所定の閾値（第１の閾値）以上であると判定された場合には、ステップＳ７０７へ進み、ステップＳ７０７にて、パンニング制御部１０７Ｂは、ＨＰＦ制御に係るパンニング制御フラグをＯＮに設定する。続いて、ステップＳ７０８にて、パンニング制御部１０７Ｂは、ＨＰＦ１０５のカットオフ周波数をパンニング動作時のカットオフ周波数、すなわち高域側の値に設定する。なお、ステップＳ７０６において角速度データが所定の閾値（第１の閾値）以上でないと判定された場合には、ステップＳ７０７及びＳ７０８の処理をスキップしてステップＳ７０９へ進む。

ステップＳ７０９にて、パンニング制御部１０７Ｂは、前回の演算に用いたＨＰＦ１０５のカットオフ周波数と今回新たに設定されたＨＰＦ１０５のカットオフ周波数とを比較して、カットオフ周波数が変更されたか否かを判定する。ステップＳ７０９においてカットオフ周波数が変更されたと判定された場合には、ステップＳ７１０にて、パンニング制御部１０７Ｂは、オフセット推定部１０８Ｂの出力に基づいて演算に用いる中間値を更新するようＨＰＦ１０５を制御する。これにより、ＨＰＦ１０５での演算に用いる中間値が、オフセット推定部１０８Ｂの出力に応じて更新される。ここで、更新対象の中間値は、ＨＰＦ１０５において逐次保持され内部での演算に用いる過去の演算結果であり、図２に示した中間値Ｗ（ｎ−１）に相当する。なお、ステップＳ７０９においてカットオフ周波数が変更されていないと判定された場合には、ステップＳ７１０の処理はスキップしてステップＳ７１１へ進む。ステップＳ７１１にて、ＨＰＦ１０５は、演算を行いＡ／Ｄ変換器１０４から出力される角速度データの低周波成分を除去する。ステップＳ７１２にて、ＬＰＦ１０６は、ＨＰＦ１０５の出力を用いて演算（積分演算）を行い、その結果を角変位データとして出力する。ステップＳ７１２の処理を実行後、ステップＳ７０１へ戻る。

ここで、ステップＳ７１０におけるＨＰＦ１０５での演算に用いる中間値の更新方法について説明する。図６に示したＨＰＦ１０５は、図１に示したＬＰＦ１０６と同様に図２に示したような１次のＩＩＲフィルタで構成されている。ＨＰＦ１０５とＬＰＦ１０６との相違点は、演算に用いる係数ａ、ｂ、ｃの値が異なるという点のみである。したがって、中間値の演算は、図１に示したＬＰＦ１０６と同様に、乗算器２０４、２０５、２０６における変更前のカットオフ周波数での各係数ａ₀、ｂ₀、ｃ₀、及び新たに設定するカットオフ周波数での各係数ａ₁、ｂ₁、ｃ₁の関係から求められる。新たに設定したカットオフ周波数における中間値Ｗ₁（ｎ−１）は、前述した（式３）で表すことができる。このように、カットオフ周波数が変更される前後の各係数と変更される前の中間値とから新たに中間値を算出し、算出した中間値に更新することによって、デジタルフィルタの出力を連続的につなぐことが可能である。

次に、図８を参照して第２の実施形態における撮像装置の有効性について説明する。図８は、第２の実施形態におけるフィルタ制御を説明するための図であり、パンニング動作を行ったときの各部の出力信号を示している。図８においては、ＨＰＦ１０５のカットオフ周波数の変更時に中間値の更新を実施した場合と実施しない場合とを比較するために、それぞれの場合について図示している。図８（ａ）は、パンニング動作を行った場合に角速度センサ１０１から出力される角速度信号をＡ／Ｄ変換器１０４によりデジタル化して得られた角速度データの時間による変化を示したグラフである。図８（ｂ）は、ＨＰＦ１０５の演算に用いるカットオフ周波数の時間による変化を示したグラフである。ＨＰＦ１０５のカットオフ周波数の変更時に中間値の更新を実施しない場合における、ＨＰＦ１０５から出力される角速度データを図８（ｃ）に示している。また、ＨＰＦ１０５のカットオフ周波数の変更時に中間値の更新を実施した場合における、ＨＰＦ１０５から出力される角速度データを図８（ｄ）に示している。

図７のステップＳ７０６においてパンニング制御に移行する閾値（第１の閾値）をＰＴＨ、ステップＳ７０３においてパンニング制御を解除する閾値（第２の閾値）をＰＥＴＨとし、図８（ａ）に示すように設定する。時間Ｔ２１までの間は、角速度データが第１の閾値ＰＴＨの範囲内であるため、ＨＰＦ１０５は、パンニング制御がＯＦＦである場合のカットオフ周波数であるＨＦＣＬに設定される。時間Ｔ２１において、角速度データが第１の閾値ＰＴＨを超えるので、パンニング制御を行うと判定がなされ、図８（ｂ）に示すように、ＨＰＦ１０５は、パンニング制御時のカットオフ周波数であるＨＦＣＨに設定される。そして、時間Ｔ２２において、角速度データが第２の閾値ＰＥＴＨを下回るので、パンニング制御が解除され、ＨＰＦ１０５は、パンニング制御がＯＦＦである場合のカットオフ周波数であるＨＦＣＬに設定される。

ここで、ＨＰＦ１０５のカットオフ周波数の変更時に中間値の更新を実施していない場合のＨＰＦ１０５の出力に注目してみると、図８（ｃ）に示すように時間Ｔ２１及びＴ２２において、ＨＰＦ１０５の出力が不連続な信号となる。このような角速度データを積分して得られた角変位データに基づいて画像の像ブレ補正を行うと、撮像画像が不自然にブレるといった不都合が生じてしまう。

一方、本実施形態における撮像装置においては、角速度データに基づいてＨＰＦ１０５のカットオフ周波数を変更するとともに、ＨＰＦ１０５での演算に用いる中間値を更新することにより、角速度データに不連続が生じないように制御を行っている。図８（ｄ）の時間Ｔ２１及びＴ２２に示すようにＨＰＦ１０５の出力結果が不連続となることはない。また、図８（ｅ）は、図８（ｄ）に示した角速度データをＬＰＦ１０６によって積分した角変位データを示している。図８（ｅ）に示されるように、ＬＰＦ１０６の出力波形に不連続が生じることはなく、ここで得られた角変位データに基づいて像ブレ補正を行うことにより、良好な像ブレ補正を行うことができる。

第２の実施形態によれば、パンニング・チルティング動作の判定結果によってデジタルフィルタ１０５、１０６のカットオフ周波数（周波数帯域）を変更するとともに、その変更時にはデジタルフィルタ１０５、１０６での演算に用いる中間値を変更する。これにより、デジタルフィルタ１０５、１０６のカットオフ周波数を急激に変更することが可能となり、またデジタルフィルタ１０５、１０６の出力に不連続な信号が出力されることを防ぐことができる。したがって、パンニング動作中或いはパンニング動作終了後においても任意に所望の特性に変更することが可能となり、カットオフ周波数を所定時間かけて徐々に変更することが不要となり、パンニング終了後の像ブレ補正効果を向上することが可能となる。

なお、前述した説明では、デジタルフィルタとして１次のＩＩＲフィルタを用いた場合を一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、デジタルフィルタとして２次以上のＩＩＲフィルタやＦＩＲフィルタを用いても良い。また、像ブレ補正を行う手段として、補正光学系１１９（例えばシフトレンズ）を一例として説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、可変頂角プリズム（ＶＡＰ）や、撮像素子を光軸に垂直な方向（直交する方向）に駆動する方法等を用いて像ブレ補正を行ってもよい。また、画像の切出し位置を振れ検出に応じて動かすことにより、電子的に像ブレ補正を行う方法等にも用いることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態および第２の実施形態と同じ機器構成で、本発明のＩＩＲフィルタを、補正光学系を制御するための制御フィルタに適用することができる。即ち、図１または図６における制御フィルタ１１０をデジタルフィルタで構成して、補正部材としての補正光学系１１４（例えばシフトレンズ）の制御特性（たとえば位相遅れ補償）を変更可能にする。この構成は、補正光学系１１４の駆動に粘性のある部材（たとえばゲル）が関係するときのように、温度の変化によって粘性が変更し、補正光学系１１４の制御特性を変更する必要のある場合に用いることができる。

本実施例においては、補正部材としての補正光学系１１４に補正部材周囲の温度を計測する不図示の温度計測手段を有しており、この温度計測結果が制御フィルタ１１０に入力する構成となっている。そして、この温度計測手段によって計測された補正部材周囲の温度が変化する前後の各係数と、変化する前の中間値とから新たに中間値を算出し、現在保持している中間値を新たに算出した中間値に更新する。これにより、制御フィルタ１１０の出力を連続的につなぐことができる。たとえば、温度計測手段によって計測された温度が高くなった場合は、像ブレ補正に用いる像ブレ補正信号の位相遅れ量が小さくなるように中間値を更新することによって、温度変化前後の制御フィルタ１１０の出力を連続的につなぐことができる。ここで更新対象の中間値は、制御フィルタ１１０において逐次保持され内部での演算に用いる過去の演算結果であり、図２に示した中間値Ｗ（ｎ−１）に相当する。

これによって制御フィルタ１１０の出力信号の連続性を維持することができ、制御特性を変更したことによるシフトレンズ位置の急峻な変化を防止し、違和感のない映像を得ることが可能となる。

（本発明の他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１００Ａ・１００Ｂ…撮像装置、１０１…角速度センサ、１０５…ハイパスフィルタ、１０６…ローパスフィルタ、１０７Ａ・１０７Ｂ…パンニング制御部、１０８Ａ・１０８Ｂ…オフセット推定部、１０９…焦点距離補正部、１１４…補正光学系

Claims (8)

1. 撮像画像のブレを補正する機能を有する光学機器であって、
   前記光学機器の振れを検出する振れ検出手段と、
   前記振れ検出手段の出力信号に含まれる周波数成分のうち、任意の周波数帯域の成分を通過させるデジタルフィルタと、
   前記デジタルフィルタの出力に基づいて前記撮像画像に生じるブレを補正する補正手段と、
   前記振れ検出手段の出力に基づいてパンニング・チルティング動作の判定を行い、パンニング状態或いはチルティング状態でないと判定した場合に前記デジタルフィルタのカットオフ周波数を第１のカットオフ周波数に設定し、前記パンニング状態或いは前記チルティング状態であると判定した場合に前記デジタルフィルタのカットオフ周波数を前記第１のカットオフ周波数より高い値に変移させる制御手段と、
   前記デジタルフィルタの前記周波数帯域を変更する際に前記デジタルフィルタの出力信号に生じるオフセットを推定するオフセット推定手段とを有し、
   前記制御手段は、前記デジタルフィルタの前記周波数帯域を変更する場合に、前記デジタルフィルタの出力信号に生じるオフセットを打ち消すように、前記デジタルフィルタに逐次保持され前記デジタルフィルタでの演算に用いる過去の演算結果を更新するよう前記デジタルフィルタを制御することを特徴とする光学機器。
2. 前記制御手段は、前記パンニング状態或いは前記チルティング状態の判定時及び前記パンニング状態或いは前記チルティング状態の動作中及び前記パンニング状態或いは前記チルティング状態の終了時に、前記デジタルフィルタの前記周波数帯域を変更する場合に、前記デジタルフィルタの出力信号に生じるオフセットを打ち消すように、前記デジタルフィルタに逐次保持され前記デジタルフィルタでの演算に用いる過去の演算結果を更新するよう前記デジタルフィルタを制御することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記デジタルフィルタは、ローパスフィルタを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
4. 前記制御手段は、前記振れ検出手段の出力を積分して得られる角変位の大きさに基づいて前記ローパスフィルタの前記周波数帯域を変更することを特徴とする請求項３に記載の光学機器。
5. 前記デジタルフィルタは、ハイパスフィルタを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
6. 前記制御手段は、前記振れ検出手段の出力である角速度の大きさに基づいて前記ハイパスフィルタの前記周波数帯域を変更することを特徴とする請求項５に記載の光学機器。
7. 撮像画像のブレを補正する機能を有する光学機器の制御方法であって、
   前記光学機器の振れを検出する振れ検出工程と、
   前記振れ検出工程で得られる信号に含まれる周波数成分のうち、任意の周波数帯域の成分を通過させるデジタルフィルタの出力に基づいて前記撮像画像に生じるブレを補正する補正工程と、
   前記振れ検出工程の出力に基づいてパンニング・チルティング動作の判定を行い、パンニング状態或いはチルティング状態でないと判定した場合に前記デジタルフィルタのカットオフ周波数を第１のカットオフ周波数に設定し、前記パンニング状態或いは前記チルティング状態であると判定した場合に前記デジタルフィルタのカットオフ周波数を前記第１のカットオフ周波数より高い値に変移させる制御工程と、
   前記デジタルフィルタの前記周波数帯域を変更する際に前記デジタルフィルタの出力信号に生じるオフセットを推定するオフセット推定工程とを有し、
   前記制御工程では、前記デジタルフィルタの前記周波数帯域を変更する場合に、前記デジタルフィルタの出力信号に生じるオフセットを打ち消すように、前記デジタルフィルタに逐次保持され前記デジタルフィルタでの演算に用いる過去の演算結果を更新するよう前記デジタルフィルタを制御することを特徴とする光学機器の制御方法。
8. 前記制御工程は、前記パンニング状態或いは前記チルティング状態の判定時及び前記パンニング状態或いは前記チルティング状態の動作中及び前記パンニング状態或いは前記チルティング状態の終了時に、前記デジタルフィルタの前記周波数帯域を変更する場合に、前記デジタルフィルタの出力信号に生じるオフセットを打ち消すように、前記デジタルフィルタに逐次保持され前記デジタルフィルタでの演算に用いる過去の演算結果を更新するよう前記デジタルフィルタを制御することを特徴とする請求項７に記載の光学機器の制御方法。

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