JP7328075B2 - 像振れ補正装置、およびこれを備える光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、像振れ補正装置、およびこれを備える光学装置に関する。

特許文献１には、振動検出手段の出力信号を処理した後の信号を用いて手ブレ補正を行う防振制御装置が開示されている。

特開２０１１－１４５３５４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された振動検出手段の出力信号に対する処理では出力信号に重畳する低周波ノイズを増大させるため、振動の検出精度が低下してしまう。

本発明は、振動の検出精度を向上させることが可能な像振れ補正装置、およびこれを備える光学装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての像振れ補正装置は、振動を検出する振動検出手段の出力信号を用いて演算を行う演算フィルタと、演算フィルタの出力信号に基づいて振動により生じる像ずれを補正する補正手段と、演算フィルタに直列接続され、演算フィルタの折れ点周波数において位相を遅らせ、補正手段の交差周波数において位相を進ませる補正フィルタとを有することを特徴とする。

振動の検出精度を向上させることが可能な像振れ補正装置、およびこれを備える光学装置を提供することができる。

実施例１の光学装置のブロック図である。 実施例１の演算フィルタの周波数特性のボード線図である。 実施例１の演算フィルタの動作を説明する図である。 実施例１のブレ補正手段の周波数特性のボード線図である。 実施例１のブレ補正手段の動作を説明する図である。 実施例１の補正フィルタを構成する第１ノッチフィルタのボード線図である。 実施例１の補正フィルタを構成する第２ノッチフィルタのボード線図である。 実施例１の補正フィルタを構成する第３ノッチフィルタのボード線図である。 実施例１の補正フィルタのボード線図である。 実施例１のブレ補正効果を説明するボード線図である。 実施例１の信号処理を示すフローチャートである。 実施例１の防振敏感度調整の方法を説明する図である。 実施例１の合成位相を示すボード線図である。 実施例１の防振敏感度調整の方法を示すフローチャートである。 実施例１の演算フィルタの時定数が小さい場合の補正フィルタのボード線図である。 実施例２の補正フィルタのボード線図である。 実施例３の補正フィルタのボード線図である。 実施例４の補正フィルタのボード線図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施例の光学装置の一例であるデジタルカメラ１１のブロック図である。デジタルカメラ１１は、カメラボディ１１ａと、カメラボディ１１ａに着脱可能な交換レンズ１１ｂとを有する。カメラボディ１１ａは、カメラＣＰＵ１２、撮像素子（補正部材）１４、ブレ補正手段１４ａ、振動検出手段１５、演算フィルタ１６、および補正フィルタ１７を有する。本実施例では、ブレ補正手段１４ａ、演算フィルタ１６、および補正フィルタ１７により像振れ補正装置１８が構成される。交換レンズ１１ｂは、撮像光学系１３を有する。なお、本実施例では、像振れ補正装置が搭載される光学装置の一例としてデジタルカメラについて説明するが、本発明はこれに限定されない。像振れ補正装置は、デジタルビデオカメラや交換レンズ等の他の光学装置に搭載されてもよい。

カメラＣＰＵ１２は、撮影者からの撮影指示操作などに応答してカメラボディ１１ａ全体を制御する。

光軸１０に沿った被写体光束が撮像光学系１３を通して撮像素子１４に入射すると、撮像素子１４は被写体光束に応答した信号を出力する。撮像素子１４から出力された信号は不図示の画像処理部で画像処理を施され、得られた画像情報は不図示の記憶部に記録される。また、撮像素子１４は、光軸１０と直交する矢印Ａ方向へ駆動されることでデジタルカメラ１１に加わるブレ（振動）により撮像素子１４の撮像面で生じる像ブレを補正する。

振動検出手段１５は、角速度センサであり、デジタルカメラ１１に加わるブレを検出する。演算フィルタ１６は、振動検出手段１５の出力信号を積分して角度信号に変換する。演算フィルタ１６から出力される角度信号は、補正フィルタ１７を介してブレ補正手段１４ａに入力される。ブレ補正手段１４ａは、撮像素子１４の位置を検出するとともに、撮像素子１４の位置が補正フィルタ１７から出力される目標位置に追従するように、すなわちブレ補正を行うように、撮像素子１４を駆動制御する。

ここで、図２を参照して、演算フィルタ１６の周波数特性について説明する。図２は、演算フィルタ１６の周波数特性のボード線図である。

図２（ａ）において、実線２１は振動検出手段１５の入力に対する演算フィルタ１６の利得特性を示している。積分開始周波数である折れ点周波数ω１より高周波の信号は、演算フィルタ１６により１階積分され、１階積分の特性（周波数に反比例した利得）を有する。折れ点周波数ω１は、検出したいブレの周波数帯域２３の低周波側より低い周波数に設定される。例えば、検出したいブレが１Ｈｚから１０Ｈｚに分布している場合には折れ点周波数ω１は０．１Ｈｚに設定される。

図２（ｂ）において、実線２４は、演算フィルタ１６の位相特性を示している。折れ点周波数ω１より高周波の信号は、周波数が高くなるにつれて位相が－９０度に漸近する。

図３は、演算フィルタ１６の動作を説明する図である。図３において、横軸は時間、縦軸はブレの量を示している。波形３１，３４は、実際のブレ角度を示している。波形３２，３５は、振動検出手段１５が検出するブレ角速度を示している。波形３３，３６は、振動検出手段１５の出力信号を演算フィルタ１６で処理した積分信号を示している。

図３（ａ）は、折れ点周波数ω１より高周波（図２（ｂ）の破線２５に対応する周波数）のブレを示している。波形３３は波形３１と一致するため、実際のブレ角度を正確に検出できている。

図３（ｂ）は、折れ点周波数ω１近傍（図２（ｂ）の破線２６に対応する周波数であり、ブレの周波数帯域２３の下限周波数）のブレを示している。波形３６は、波形３４に対して、理想的な積分遅れ特性である－９０度に対して図２（ｂ）に示される位相差θ１の位相進みを生じているため、波形３４と一致せず、ブレ角度を正確に検出できていない。

図２を用いて演算フィルタ１６として折れ点周波数ω１以上の高周波数を積分する演算フィルタについて説明したが、演算フィルタが理想的に全ての周波数を積分する場合においても位相問題が発生する可能性がある。例えば、演算フィルタ１６として振動検出手段１５に重畳するバイアス信号のカットを目的に折れ点周波数ω１以下の低周波を減衰させるハイパスフィルタを用いた場合でも図３で説明した現象は同じになる。

図２（ｃ）において、実線２８は振動検出手段１５の入力に対するハイパスフィルタの利得特性を表している。実線２８では、折れ点周波数ω１より低周波の信号は減衰している。実線２８で示される利得特性と破線の実線２９で示される理想積分の利得特性が直列接続されると、実線２１の利得特性となる。そのため、位相特性は、図２（ｄ）の実線３０で表されるように、図２（ｂ）の位相特性と同じになる。したがって、理想積分とハイパスフィルタを組み合わせた場合でも低周波における位相進み現象は発生する。

なお、ブレ補正手段がＰＩＤ制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）されている場合、その中の積分制御（Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）がハイパスフィルタと同じ役割となる。そのため、ハイパスフィルタが用いられない場合でもブレ補正手段のＰＩＤ制御と理想積分の組み合わせで位相進み現象は発生する。

本実施例では、演算フィルタ１６として、積分フィルタを用いてもよいし、理想積分にハイパスフィルタを用いてもよいし、理想積分にＰＩＤ制御のブレ補正手段を用いてもよいし、それらの組み合わせを用いてもよい。

以下、図４を参照して、ブレ補正手段１４ａの周波数特性について説明する。図４は、ブレ補正手段１４ａの周波数特性のボード線図である。交差周波数ω２は、撮像素子１４の位置が補正フィルタ１７から出力される目標位置に追従するように撮像素子１４が駆動制御される際のブレ補正手段１４ａの周波数特性を用いて決定される周波数である。

図４（ａ）において、実線４１は、ブレ補正手段１４ａの駆動利得を示している。交差周波数ω２より高周波の信号は、利得が下がり駆動量が減っている。これは主に撮像素子１４の質量と制御ループゲインに関係しており、追従性の不足を表す。そのため、ブレ補正手段１４ａは、交差周波数ω２以上の駆動目標値に対しては十分な駆動を行うことができない。そこで、交差周波数ω２は、補正したいブレの周波数帯域２３の上限周波数より高い周波数に設定される。例えば、補正したいブレが１Ｈｚから１０Ｈｚに分布している場合には交差周波数ω２は１００Ｈｚに設定される。

図４（ｂ）において、実線４３は、位相特性を示している。交差周波数ω２より高周波の信号は、周波数が高くなるにつれて位相が－１８０度に漸近する。

近年、ブレ補正のための撮像素子やレンズの質量とそれらを支えるバネのつり合いを利用し、フィードバック制御ではなくオープン制御でブレ補正精度を確保する像振れ補正装置が提案されている。このような像振れ補正装置では、質量とバネにより決まる固有振動数より高周波の信号は利得が下がり、位相が－１８０度に漸近する。本実施例では、オープン制御の像振れ補正装置における固有振動数も交差周波数ω２と定義する。

図５は、ブレ補正手段１４ａの動作を説明する図である。図５において、横軸は時間、縦軸はブレの量を示している。波形５１，５３は、実際のブレ角度を示している。波形５２，５４は、ブレ補正手段１４ａのブレ補正波形（ブレ角度に相当）を示している。

図５（ａ）は、交差周波数ω２より低周波（図４（ｂ）の破線４４に対応する周波数）のブレを示している。波形５２は波形５１に対して遅れは少なく、一致するため、正確なブレ補正を行うことができる。

図５（ｂ）は、交差周波数ω２近傍（図４（ｂ）の破線４５に対応する周波数であり、ブレの周波数帯域２３の上限周波数）のブレを示している。波形５４は波形５３に対して図４（ｂ）に示される位相差θ２の位相遅れが生じており、正確なブレ補正を行うことができない。

本実施例では、図３（ｂ）および図５（ｂ）で説明した実際のブレ角度の波形に対するブレ補正波形のずれの問題点を同時に解決するために、補正フィルタ１７を設けている。補正フィルタ１７は、折れ点周波数ω１では位相を遅らせ、交差周波数ω２では位相を進ませる。なお、補正フィルタ１７は、図１では演算フィルタ１６とブレ補正手段１４ａとの間に挿入されているが、振動検出手段１５と演算フィルタ１６の間に挿入されていてもよい。

以下、図６を参照して、補正フィルタ１７を構成する第１ノッチフィルタ１７ａの周波数特性について説明する。図６は、第１ノッチフィルタ１７ａのボード線図である。

図６（ａ）において、実線６１は、第１ノッチフィルタ１７ａの出力利得を示している。ノッチ中心周波数ω３は、演算フィルタ１６の折れ点周波数ω１より高周波側に設けられている。ノッチ中心周波数ω３近傍の出力利得は若干減っている。ノッチフィルタは一般的に、ノッチ中心周波数近傍の利得を減衰させることで音声や軸振動の除去を行う目的で使われる。そのため、減衰係数ζは極めて小さく設定され（例えばζ＝０．０１）、ノッチ中心周波数ω３における出力利得を極めて小さくさせる。

しかしながら、本実施例では、ノッチフィルタの位相変化に着目し、出力利得の変化が小さくなるようにノッチフィルタを使用する。本実施例では、第１ノッチフィルタ１７ａは、以下の式（１）の２次の伝達関数Ｇを用いて表される。本実施例では、減衰係数ζとして、０．７より大きく１．０より小さい値を用いている。ｓは、ラプラス演算子である。

図６（ｂ）において、実線６３は、第１ノッチフィルタ１７ａの位相特性を示している。ノッチ中心周波数ω３より低周波は位相が遅れ、高周波は位相が進んでいる。

図２（ｂ）に示されるように、演算フィルタ１６の破線２６に対応する周波数において、位相は位相差θ１だけ進んでいる。一方、第１ノッチフィルタ１７ａの位相特性では、破線２６に対応する周波数の位相は位相差θ３だけ遅れている。位相差θ１，θ３は、互いに相殺する関係である。これにより、ブレの周波数帯域の低周波領域における位相差によるブレ補正精度の劣化を改善できる。

しかしながら、破線２５に対応する周波数の位相は第１ノッチフィルタ１７ａの影響で位相差θ４だけ進んでしまうため、破線２５に対応する周波数では精度の高いブレ補正を行うことができなくなる。そこで、本実施例では、位相差θ４の位相進みを低減するために、第２ノッチフィルタ１７ａを設ける。

以下、図７を参照して、補正フィルタ１７を構成する第２ノッチフィルタ１７ｂの周波数特性について説明する。図７は、第２ノッチフィルタ１７ｂのボード線図である。

図７（ａ）において、実線７１は、第２ノッチフィルタ１７ｂの出力利得を示している。第２ノッチフィルタ１７ｂは、式（１）と同じ２次の伝達関数で表され、ノッチ中心周波数ωと減衰係数ζが第１ノッチフィルタ１７ａと異なる。第２ノッチフィルタ１７ｂのノッチ中心周波数ω４は、第１ノッチフィルタ１７ａのノッチ中心周波数ω３より高周波側に設定される。

図７（ｂ）において、実線７３は、第２ノッチフィルタ１７ｂの位相特性を示している。ノッチ中心周波数ω４より低周波は位相が遅れ、高周波は位相が進んでいる。前述したように、破線２５の周波数において、位相は第１ノッチフィルタ１７ａの影響により位相差θ４だけ進んでしまう。第２ノッチフィルタ１７ｂは、破線２５に対応する周波数で位相を位相差θ５だけ遅れさせる特性を有する。そのため、第１および第２ノッチフィルタ１７ａ，１７ｂを直列に配置すると、位相差θ４の位相進みと位相差θ５の位相遅れが相殺し、破線２５に対応する周波数における位相差が緩和される。このように、互いの位相を相殺させるように、第１および第２のノッチフィルタ１７ａ，１７ｂを直列に配置することで、位相差によるブレ補正精度の劣化を防ぐことができる。

しかしながら、図７（ｂ）に示されるように、破線７５に対応する周波数において、位相が位相差θ６だけ進んでいる。本実施例では、位相差θ６の位相進みを低減するため、第３ノッチフィルタ１７ｃを設ける。

以下、図８を参照して、補正フィルタ１７を構成する第３ノッチフィルタ１７ｃの周波数特性について説明する。図８は、第３ノッチフィルタ１７ｃのボード線図である。

図８（ａ）において、実線８１は、第３ノッチフィルタ１７ｃの出力利得を示している。第３ノッチフィルタ１７ｃは、式（１）と同じ２次の伝達関数で表され、ノッチ中心周波数ωと減衰係数ζが第１および第２ノッチフィルタ１７ａ，１７ｂと異なる。第３ノッチフィルタ１７ｃのノッチ中心周波数ω５は、第２ノッチフィルタ１７ｂのノッチ中心周波数ω４より高周波側に設定される。

図８（ｂ）において、実線８３は、第３ノッチフィルタ１７ｃの位相特性を示している。ノッチ中心周波数ω５より低周波は位相が遅れ、高周波は位相が進んでいる。前述したように、破線７５の周波数において、位相は第２ノッチフィルタ１７ｂの影響により位相差θ６だけ進んでしまう。第３ノッチフィルタ１７ｃは、破線７５に対応する周波数で位相を位相差θ７だけ遅れさせる特性を有する。そのため、第２および第３ノッチフィルタ１７ｂ，１７ｃを直列に配置すると、位相差θ６の位相進みと位相差θ７の位相遅れが相殺され、破線７５に対応する周波数における位相差が緩和される。このように、互いの位相を相殺させるように、第２および第３のノッチフィルタ１７ａ，１７ｂを直列に配置することで、位相差によるブレ補正精度の劣化を防ぐことができる。

しかしながら、図８（ｂ）に示されるように、交差周波数ω２において、位相が位相差θ８だけ進んでいる。前述したように、交差周波数ω２では、ブレ補正手段１４ａの特性により位相が位相差θ２だけ遅れている。そのため、位相差θ８の位相進みと位相差θ２の位相遅れが相殺され、ブレ補正手段１４ａの特性による位相差が緩和される。したがって、ブレ補正精度を向上させることができる。

図９は、補正フィルタ１７のボード線図であり、第１から第３ノッチフィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを同一のボード線図に示した図である。

図９（ａ）において、実線９１は、補正フィルタ１７の出力利得を示している。破線６１，７１，８１はそれぞれ、第１から第３のノッチフィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃの出力利得を示している。ブレの周波数帯域２３における利得は、他の周波数における利得に比べて最大で利得Ｇ２だけ低下している。

図９（ｂ）において、実線９２は、補正フィルタ１７の位相特性を示している。破線６１，７１，８１はそれぞれ、第１から第３のノッチフィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃの出力利得を示している。破線６３，７３，８３はそれぞれ、第１から第３のノッチフィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃの位相特性を示している。ブレの周波数帯域２３において、位相はうねりがあるもののその大きさは小さい。ブレの周波数帯域２３の下限周波数における位相は位相差θ９だけ遅れ、上限周波における位相は位相差θ１０だけ進んでいる。位相差θ９,θ１０はそれぞれ、位相差θ１,θ２と相殺される。

本実施例では、ノッチフィルタを挿入することによる位相差θ４，θ６を隣接するノッチフィルタの位相差θ５，θ７で相殺する。これにより、下限周波数における位相差θ１や上限周波数における位相差θ２を効率よく相殺することができる。

以下、図１０を参照して、ブレ補正効果について説明する。図１０は、ブレ補正効果を説明するボード線図である。図１０において、横軸はブレの周波数、縦軸はブレ補正効果（ブレ補正により、ブレをどのくらい抑え込めるか）を示している。縦軸下側ほど、ブレ補正効果が大きい。

実線１００１は、演算フィルタ１６に補正フィルタ１７を接続しない場合のブレ補正効果を示している。ブレの周波数帯域２３の中心周波数ω６近傍において、最もブレ補正効果が大きくなる。折れ点周波数ω１近傍では、演算フィルタ１６の位相進みの影響で正確なブレ角度検出を行うことができないため、ブレ補正効果が小さい。また、交差周波数ω２近傍では、ブレ補正手段１４ａの位相遅れの影響で正確なブレ補正を行うことができないため、ブレ補正効果が小さい。

実線１００３は、演算フィルタ１６に補正フィルタ１７を接続した場合のブレ補正効果を示している。折れ点周波数ω１および交差周波数ω２近傍における位相差が小さくなるため、ブレ補正効果が改善されている。しかしながら、前述したように、ノッチ中心周波数ω３，ω４，ω５近傍の出力利得が若干低下し、ブレの周波数帯域２３において位相がうねっているため、ブレ角度の検出精度が若干低下する。そのため、ノッチ中心周波数ω３における補正フィルタ１７を接続した場合のブレ補正効果は、補正フィルタ１７を接続しない場合のブレ補正効果に比べて小さくなる。そこで、撮影者がブレと識別可能な範囲以下となるように、ノッチフィルタによるブレ補正効果の低下量を調整することで、両者の実質的な差をなくすことができる。

図１１は、本実施例の信号処理を示すフローチャートである。本フローは、レリーズスイッチ半押しなどの撮影準備動作でスタートする。

ステップＳ１１０１では、カメラＣＰＵ１２は、振動検出手段１５を起動すると共に、その信号を演算フィルタ１６で処理して駆動目標値を生成する。カメラＣＰＵ１２は、駆動目標値に基づいてブレ補正手段１４ａを駆動してブレ補正を開始する。

ステップＳ１１０２では、カメラＣＰＵ１２は、静止画露光の開始か否かを判定する。露光の開始の場合、ステップＳ１１０３に進み、露光の開始でない場合、ステップＳ１１０１に戻る。

ステップＳ１１０３では、補正フィルタ１７は、演算フィルタ１６とブレ補正手段１４ａとの間に接続される。ブレ補正手段１４ａは、補正フィルタ１７で処理された駆動目標値に基づいてブレ補正を行う。

ステップＳ１１０４で、カメラＣＰＵ１２は、シャッタを開くなどの動作を行い、静止画露光を行う。

ステップＳ１１０５では、カメラＣＰＵ１２は、露光時間が終了したかどうかを判定する。露光時間が終了した場合、ステップＳ１１０６に進み、露光時間が終了していない場合、本ステップの処理を繰り返す。

ステップＳ１１０６では、補正フィルタ１７は、演算フィルタ１６とブレ補正手段１４ａとの間から外される。これにより、演算フィルタ１６の出力信号は直接、ブレ補正手段１４ａに入力される。

補正フィルタ１７を演算フィルタ１６に接続すると、低周波のブレ補正効果が向上するが、パンニングやフレーミング変更などの低周波のデジタルカメラ１１の動きも補正し、デジタルカメラ１１の操作性を低下させる恐れがある。そこで、本実施例では、パンニングやフレーミング変更が生じない静止画露光を行っている間だけ補正フィルタ１７を演算フィルタ１６に接続する。

図１０のフローにより、静止画露光中に低周波および高周波のブレ補正効果を向上させることができる。なお、本実施例では、撮像素子１４が駆動制御される場合に、交差周波数ω２における位相を補正フィルタ１７により進ませる方法について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、撮像素子１４を駆動制御しない場合においても適用可能である。この場合、ブレ補正手段１４ａの周波数特性を決める不図示のばねおよび質量で決まるメカ共振点における位相を補正フィルタ１７により進ませることによって同様の効果を得ることができる。

本実施例では振動検出手段１５の感度が理想的である場合について説明したが、実際には振動検出手段１５の感度にばらつきがあり、ブレ補正精度を向上させるためには感度のばらつき調整が必要である。また、補正フィルタ１７を接続したことによる振動利得の低下も生じている。

以下、図１２を参照して、感度ばらつきおよび利得をまとめて調整（以下、防振敏感度調整）の方法について説明する。図１２は、防振敏感度調整の方法を説明する図である。図１２（ａ）に示されるように、デジタルカメラ１１は、加振台１２０１上に設置され、矢印Ｂ方向へ所定の加振周波数ω０で加振されている。被写体は点光源１２０２であり、ブレ補正が行われない場合、撮像素子１４には図１２（ｂ）に示される点像軌跡が記録される。ブレ補正が開始されると、撮像素子１４には、理想的には図１２（ｃ）に示されるように点像１点が記録されるはずであるが、防振敏感度調整が不十分である場合、図１２（ｄ）に示されるブレ補正残りが記録される。

本実施例の防振敏感度調整では、ブレ補正残りの量を測定し、測定されたブレ補正残りの量をゼロにするように振動検出手段１５の防振敏感度を調整する。ここで、加振周波数ω０について説明する。ブレ補正精度は実際のブレとブレ補正手段１４ａの補正量の振幅の差および両者の位相差で決まり、これまで述べたように特に位相差の影響が大きい。すなわち、位相差が最も小さくなる周波数で防振敏感度調整を行うことで、防振精度の追い込み調整ができることになる。

図１３は、合成位相を示すボード線図である。図１３において、横軸は周波数、縦軸は振動検出手段１５からの入力に対するブレ補正手段１４ａのブレ補正信号の位相差を示している。実線１３０１は、図２（ｂ）の実線２４、図４（ｂ）の実線４３、および図９（ｂ）の実線９２の合計位相差を示している。合計位相差は、補正フィルタ１７の位相変化も加えた振動検出手段１５からブレ補正手段１４ａまでの間の位相差である。ここで、実線１３０１において、位相差がゼロになる周波数を加振周波数ω０に設定すると、ブレ補正精度を最も高くすることができる。位相差がゼロとは、デジタルカメラ１１に加わるブレの位相と、振動検出手段１５、ブレ補正手段１４ａ、および補正フィルタ１７で求まる信号の位相とが同位相であることを示す。

ただし、前述したように、ブレの周波数帯域２３において複数のノッチフィルタの影響で出力利得がうねっており、最大で利得Ｇ２だけ低下している。加振周波数ω０で防振敏感度調整を行うと、加振周波数ω０における利得の低下分も補正するため、うねりの小さい周波数帯域ではブレを過補正することになる。そこで、防振敏感度調整を行った後、実線９１における加振周波数ω０の利得の低下分の例えば半分だけ振動検出手段１５の防振敏感度を低下させることでブレの周波数帯域全体にわたってブレ補正のバランスをとる。低下利得（第１の利得）は、ブレの周波数帯域２３内における補正フィルタ１７の利得低下分と関連させて設定され、例えば、上述したように最大の利得低下分である利得Ｇ２の半分に設定される。

図１４は、防振敏感度調整の方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１４０１では、加振台１２０１を加振周波数ω０で加振する。

ステップＳ１４０２では、カメラＣＰＵ１０２は、ブレ補正を開始する。このとき、撮像素子１４には、図１２（ｄ）に示されるブレ補正残りが記録される。

ステップＳ１４０３では、カメラＣＰＵ１０２は、ブレ補正残りの量が小さくなるように振動検出手段１５の防振敏感度を変更する。

ステップＳ１４０４では、防振敏感度調整結果により点像の軌跡が所定長さより短いか否かを判定する。所定長さより短い場合、ステップＳ１４０５に進み、所定長さ以上である場合、ステップＳ１４０３に戻る。本ステップの処理により、ブレ補正精度を追い込んでいく。振動検出手段１５の防振敏感度が高すぎてブレ補正開始からブレを過補正している場合もある。そのような場合、防振敏感度の変更前後のブレ補正残りが増加したか減少したかを判定し、次の防振敏感度の変更に反映させる。

ステップＳ１４０５では、カメラＣＰＵ１０２は、防振敏感度調整を終了させる。

ステップＳ１４０６では、カメラＣＰＵ１０２は、振動検出手段１５の防振敏感度を利得Ｇ２の半分だけ低下させ、ブレの周波数帯域２３におけるブレ補正のバランスをとる。

以上説明したように、初めに位相差の最も小さい周波数で防振敏感度を調整した後、その周波数におけるブレの周波数帯域全体に対する利得の変化分を振動検出手段１５の防振敏感度に対して補正することで精度の高いブレ補正を行うことができる。

以下、ブレ補正のシーケンスについて説明する。従来、振動検出手段１５の起動時、またはパンニング操作等の手ブレとは異なる過大な振動が振動検出手段１５に加わった時にブレ補正目標値の安定性を早期に得るために、演算フィルタ１６の時定数を小さくする動作が行われている。

図２（ａ）において、点線３１は、振動検出手段１５の起動時やパンニング操作時の演算フィルタ１６の利得特性を示している。折れ点周波数は、ω１５である。また、図２（ｂ）において、点線２１０は、演算フィルタ１６の位相特性を示している。時間経過につれて、演算フィルタ１６の点線３１，２１０で示される特性を時定数の大きな実線２１，２４で示される特性に戻していく。このような動作を行っている場合、補正フィルタ１７の特性も演算フィルタ１６における時定数の大きさに応じて変更する。具体的には、演算フィルタ１６の時定数が小さい場合、破線２６に対応する周波数における位相差θ３を相殺するように補正フィルタ１７の配置を行う。演算フィルタ１６の時定数が大きくなり、点線２１０で示される特性が実線２４で示される特性に戻ると、補正フィルタ１７の特性を図９（ｂ）の特性に戻す。

図１５は、演算フィルタ１６の時定数が小さい場合の補正フィルタ１７のボード線図である。図１５（ａ）において、実線１５０３は、補正フィルタ１７の出力利得を示している。図１５（ｂ）において、実線１５０６は、補正フィルタ１７の位相特性を示している。

破線１５０１，１５０４はそれぞれ、第１ノッチフィルタ１７ａの利得および位相を示しており、図９に比べて高周波側に移動している。破線１５０２，１５０５はそれぞれ、第２ノッチフィルタ１７ｂの利得および位相を示しており、破線１５０４で示される位相の高周波側の位相を打ち消すため、図９に比べて高周波側に移動している。演算フィルタ１６の時定数が小さくなってもブレ補正手段１４ａの特性は変化しておらず、ブレ補正手段１４ａの位相遅れを相殺させるために第３ノッチフィルタ１７ｃの配列変更は不要であるため、第３ノッチフィルタ１７ｃの利得および位相は変化していない。すなわち、演算フィルタ１６の時定数変更による位相差変動に応じて第１ノッチフィルタ１７ａを配列変更し、第１ノッチフィルタ１７ａと第３ノッチフィルタ１７ｃの位相差を共に相殺するように第２ノッチフィルタ１７ｂを配列する。

このように、振動検出手段１５の起動時やパンニング操作時に演算フィルタ１６の特性が変更された場合、その変更に応じて補正フィルタ１７の配列を制御することでブレ補正を高精度に行うことができる。補正フィルタ１７の配列を制御する場合、補正フィルタ１７を構成する複数のフィルタのそれぞれを異なる量だけ配列変更する。

以上説明したように、本実施例の構成によれば、振動の検出精度を向上させることが可能である。

実施例１では、補正フィルタ１７は、第１から第３ノッチフィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃから構成される。しかしながら、低周波の位相を遅らせ、高周波の位相を進ませるフィルタであれば、本発明の効果を得ることができる。

本実施例では、補正フィルタ１７は、直列配置された、ローブーストフィルタとハイブーストフィルタとを有する。図１６は、補正フィルタ１７のボード線図である。

図１６（ａ）において、点線１６０１はローブーストフィルタの出力利得を示しており、破線１６０２はハイブーストフィルタの出力利得を示している。実線１６０３は、補正フィルタ１７の出力利得を示している。補正フィルタ１７のブースト中心周波数ω７は、ローブーストフィルタの２つの折れ点周波数ω８，ω９、およびハイブーストフィルタの２つの折れ点周波数ω１０，ω１１の関係から求まる。

本実施例では、補正フィルタ１７は、以下の式（３）の２次の伝達関数Ｇを用いて表される。折れ点周波数ω８，ω９，ω１０，ω１１の関係は、以下の式（４）で表される。ｓは、ラプラス演算子である。

図１６（ｂ）において、点線１６１０はローブーストフィルタの位相特性を示しており、破線１６１１はハイブーストフィルタの位相特性を示している。実線１６０９は、補正フィルタ１７の位相特性（ローブーストフィルタの位相特性とハイブーストフィルタの位相特性を合成した特性）を示している。ハイブーストフィルタの低周波側の折れ点周波数ω１０がローブーストフィルタの高周波側の折れ点周波数ω９より低いため、実線１６０９で示される位相特性を実現することができる。実線１６０９で示される位相特性の形状は図９（ｂ）に示されるノッチフィルタから構成される実施例１の補正フィルタ１７の位相特性の形状と似ており、ノッチフィルタの代わりにローブーストフィルタとハイブーストフィルタを利用できることがわかる。

本実施例では、ローブーストフィルタとハイブーストフィルタを隣り合う互いの位相を相殺するように直列配置し、最も低周波の位相遅れで演算フィルタ１６の位相を改善し、最も高周波の位相進みでブレ補正手段１４ａの位相を改善する。これにより、ブレ補正精度を高めることができる。

なお、本実施例で説明したブーストフィルタと実施例１で説明したノッチフィルタを直列配置させて隣り合う位相を相殺する構成にしてもよい。

本実施例では、補正フィルタ１７は、直列配置された、２次ローパスフィルタと２次ハイブーストフィルタとを有する。図１７は、補正フィルタ１７のボード線図である。

図１７（ａ）において、点線１７０１は２次ローパスフィルタの出力利得を示しており、破線１７０２は２次ハイブーストフィルタの出力利得を示している。実線１７０３は、２補正フィルタ１７の出力利得を示している。補正フィルタ１７の中心周波数ω１２は、２次ローパスフィルタの中心周波数ω１４と減衰係数ζ１、および２次ハイブーストフィルタの中心周波数ω１３と減衰係数ζ２の関係から求まる。

本実施例では、補正フィルタ１７は、以下の式（５）の２次の伝達関数Ｇを用いて表される。減衰係数ζ１，ζ２の関係は、以下の式（６）で表される。ｓは、ラプラス演算子である。

図１７（ｂ）において、点線１７０８は２次ローパスフィルタの位相特性を示しており、破線１７０９は２次ハイブーストフィルタの位相特性を示している。実線１７０７は、補正フィルタ１７の位相特性（２次ローパスフィルタの位相特性と２次ハイブーストフィルタの位相特性を合成した特性）を示している。２次ローパスフィルタの減衰係数ζ１が２次ハイブーストフィルタの減衰係数ζ２より大きいため、実線１７０７で示される位相特性を実現することができる。実線１７０７で示される位相特性の形状は図６（ｂ）に示される実施例１の第１ノッチフィルタ１７ａの位相特性の形状と似ており、ノッチフィルタの代わりに２次ローパスフィルタと二次ハイブーストフィルタを利用できることがわかる。

本実施例では、２次ローパスフィルタと２次ハイブーストフィルタを隣り合う互いの位相を相殺するように直列配置し、最も低周波の位相遅れで演算フィルタ１６の位相を改善し、最も高周波の位相進みでブレ補正手段１４ａの位相を改善する。これにより、ブレ補正精度を高めることができる。

なお、本実施例で説明したフィルタと実施例１，２でそれぞれ説明したノッチフィルタ、ブーストフィルタを直列配置させて隣り合う位相を相殺する構成にしてもよい。

実施例１から３では、複数のフィルタを隣り合う互いの位相を相殺するように直列配置する構成について説明した。しかしながら、図２の折れ点周波数ω１と図４の交差周波数ω２が接近している場合、補正フィルタ１７として低周波で位相が遅れ、高周波で位相が進む１つのノッチフィルタを設けるだけでもブレ補正性能を向上させることができる。補正フィルタ１７は演算フィルタ１６とブレ補正手段１４ａとの間に挿入してもよいし、振動検出手段１５と演算フィルタ１６との間に挿入してもよい。

以下、図１８を参照して、補正フィルタ１７の周波数特性について説明する。図１８は、補正フィルタ１７のボード線図である。

図１８（ａ）において、実線１８０１は、補正フィルタ１７の出力利得を示している。ノッチ中心周波数ω３は、演算フィルタ１６の折れ点周波数ω１とブレ補正手段１４ａの交差周波数ω２との間に設けられている。ノッチ中心周波数ω３近傍の出力利得は、若干減っている。前述したように、ノッチフィルタは一般的に、ノッチ中心周波数近傍の利得を減衰させることで音声や軸振動の除去を行う目的で使われる。そのため、減衰係数ζは極めて小さく設定され（例えばζ＝０．０１）、ノッチ中心周波数ω３における出力利得を極めて小さくさせる。

しかしながら、本実施例では、ノッチフィルタの位相変化に着目し、出力利得の変化が小さくなるようにノッチフィルタを使用する。本実施例では、ノッチフィルタである補正フィルタ１７は、以下の式（７）の２次の伝達関数Ｇを用いて表される。本実施例では、減衰係数ζとして、０．１より大きく０．５より小さい値を用いている。ｓは、ラプラス演算子である。

図１８（ｂ）において、実線１８０３は、補正フィルタ１７の位相特性を示している。ノッチ中心周波数ω３より低周波は位相が遅れ、高周波は位相が進んでいる。

前述したように、演算フィルタ１６の破線２６に対応する周波数の位相は位相差θ１だけ進んでいる。一方、本実施例の補正フィルタ１７の破線２６に対応する周波数の位相は位相差θ３だけ遅れている。すなわち、位相差θ１，θ３は互いに相殺する関係である。

また、ブレ補正手段１４ａの破線４５に対応する周波数の位相は位相差θ２だけ遅れている。一方、本実施例の補正フィルタ１７の破線４５に対応する周波数の位相は位相差θ４だけ進んでいる。すなわち、位相差θ２，θ４は互いに相殺する関係になっている。

このように、ノッチ中心周波数ω３を演算フィルタ１６の折れ点周波数ω１とブレ補正手段１４ａの交差周波数ω２との間に設けることで、低周波側の位相進みを改善し、高周波側の位相遅れを改善することができる。

ノッチ中心周波数ω３近傍では出力が利得Ｇ１だけ若干減衰し、ブレ角度検出精度が低下するが、低周波側、および高周波側の位相の位相特性が改善するため、低周波のブレ角度検出精度、および高周波のブレ補正精度の向上が見込める。

本実施例の補正フィルタ１７はブレ補正中、常に演算フィルタ１６と接続されていてもよいし、撮影操作が行われた後の露光中のみ演算フィルタ１６と接続されていてもよい。これにより、補正フィルタ１７を演算フィルタ１６に接続することによる低周波のブレ補正効果向上がパンニングやフレーミング変更に影響を与えることを避けることができる。

また、感度のばらつき調整とそのときの利得低下補正についても本実施例でも同様である。すなわち、最も位相差の小さい周波数で防振敏感度調整を行い、その後低下した利得Ｇ１の半分だけ防振敏感度を低下させることで、ブレの周波数帯域全体にわたってブレ補正のバランスをとる。

本実施例ではブレの周波数帯域の間に位相特性を改善するための補正フィルタ１７としてノッチフィルタを挿入しているため、ブレの周波数帯域の低周波に位相特性を改善するフィルタ（ローブーストフィルタ）を挿入するよりも低周波の利得を増大させない。そのため、ノイズが少なく、精度の高い信号処理を実現することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１４ａ ブレ補正手段（補正手段）
１５ 振動検出手段
１６ 演算フィルタ
１７ 補正フィルタ
１８ 像振れ補正装置

Claims (13)

1. 振動を検出する振動検出手段の出力信号を用いて演算を行う演算フィルタと、
   前記演算フィルタの出力信号に基づいて前記振動により生じる像ずれを補正する補正手段と、
   前記演算フィルタに直列接続され、前記演算フィルタの折れ点周波数において位相を遅らせ、前記補正手段の交差周波数において位相を進ませる補正フィルタとを有することを特徴とする像振れ補正装置。
2. 前記補正フィルタは、直列配置された複数のフィルタを有することを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
3. 前記複数のフィルタは、減衰係数が０．７より大きく１．０より小さい値であるノッチフィルタを有することを特徴とする請求項２に記載の像振れ補正装置。
4. 前記複数のフィルタは、ローブーストフィルタとハイブーストフィルタとを有し、
   前記ハイブーストフィルタの低周波側の折れ点周波数は、前記ローブーストフィルタの高周波側の折れ点周波数より低いことを特徴とする請求項２に記載の像振れ補正装置。
5. 前記複数のフィルタは、２次ローパスフィルタと２次ハイブーストフィルタとを有し、
   前記２次ローパスフィルタの減衰係数は、前記２次ハイブーストフィルタの減衰係数より大きいことを特徴とする請求項２に記載の像振れ補正装置。
6. 前記補正手段は、前記演算フィルタ、前記補正フィルタ、および前記補正手段の夫々の位相特性により定まる位相が前記振動の位相と同位相になる周波数で前記像ずれを補正することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の像振れ補正装置。
7. 前記像ずれが補正された後、前記振動検出手段の感度は、前記振動の周波数帯域における前記補正フィルタの利得低下に基づいて補正されることを特徴とする請求項６に記載の像振れ補正装置。
8. 前記複数のフィルタの各フィルタの特性は、前記演算フィルタの特性の変更に基づいて変更されることを特徴とする請求項２乃至７の何れか一項に記載の像振れ補正装置。
9. 前記補正フィルタは、前記折れ点周波数と前記交差周波数との間にノッチ中心周波数を有するノッチフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
10. 前記ノッチフィルタの減衰係数は、０．１より大きく０．５より小さい値であることを特徴とする請求項９に記載の像振れ補正装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の像振れ補正装置と、
    振動により生じる像ブレを補正するための補正部材とを有することを特徴とする光学装置。
12. 前記光学装置はカメラであることを特徴とする請求項１１に記載の光学装置。
13. 前記光学装置は交換レンズであることを特徴とする請求項１１に記載の光学装置。