ブレ補正装置及び光学機器
【課題】良好なブレ補正が可能なブレ補正装置及び光学機器を提供する。
【解決手段】本発明のブレ補正装置３０は、光学機器１に作用する角速度を検出する角速度検出部２５と、前記角速度検出部２５による検出信号ω０から所定の周波数成分を抽出して出力する信号抽出部６１と、前記信号抽出部６１の出力信号ω３を利得調整して出力する利得調整部６２と、前記角速度検出部２５による検出信号ω０と前記利得調整部６２の出力信号ω５とに基づいてブレ補正量を演算する演算部４１と、を備えること、を特徴とする。
【解決手段】本発明のブレ補正装置３０は、光学機器１に作用する角速度を検出する角速度検出部２５と、前記角速度検出部２５による検出信号ω０から所定の周波数成分を抽出して出力する信号抽出部６１と、前記信号抽出部６１の出力信号ω３を利得調整して出力する利得調整部６２と、前記角速度検出部２５による検出信号ω０と前記利得調整部６２の出力信号ω５とに基づいてブレ補正量を演算する演算部４１と、を備えること、を特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレ補正装置及び光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像光学機器において、手ブレ等に起因する撮像光学機器のブレを補正するブレ補正機能を備えるものがある。
ブレ補正は、たとえば、ピッチおよびヨーの２方向に備えた角度センサが検知した角速度情報から撮像光学機器のブレ量を演算し、この演算結果に基づいて撮像面におけるブレを相殺するようにブレ補正光学系を移動させる。
ところで、高倍率撮影時には、回転ブレに加えて並進ブレの影響が大きくなる。上記のような角速度センサからの角速度情報のみでは、並進ブレを正しく検出することができず、高精度のブレ補正制御を行えない。このため、角速度センサに加えて加速度センサを備え、それらの出力から並進ブレ成分を演算して補正することで、高倍率撮影時における防振精度を向上させる構成が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２２５４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のごとく角速度センサに加えて加速度センサを備える構成では、ブレ補正システムが複雑化すると共に演算に時間を要するという問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、良好なブレ補正が可能なブレ補正装置及び光学機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、光学機器（１）に作用する角速度を検出する角速度検出部（２５）と、前記角速度検出部（２５）による検出信号（ω０）から所定の周波数成分を抽出して出力する信号抽出部（６１）と、前記信号抽出部（６１）の出力信号（ω３）を利得調整して出力する利得調整部（６２）と、前記角速度検出部（２５）による検出信号（ω０）と前記利得調整部（６２）の出力信号（ω５）とに基づいてブレ補正量を演算する演算部（４１）と、を備えること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブレ補正装置であって、前記利得調整部（６２）は、前記光学機器（１）の倍率に応じて利得を変化させること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のブレ補正装置であって、前記角速度検出部（２５）は、第１の方向における角速度を検出する第１の検出部（２５Ｐ）と、前記第１の方向と交差する方向における角速度を検出する第２の検出部（２５Ｙ）とを備え、前記利得調整部（６２）は、第１の方向における前記信号抽出部（６１）の出力信号と、第２の方向における前記信号抽出部（６１）の出力信号とを、異なる利得で利得調整すること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブレ補正装置であって、前記信号抽出部（６１Ａ，６１Ｂ）は、前記角速度検出部（２５）による検出信号から複数の周波数成分（ω３，ω３′）をそれぞれ抽出して出力し、前記利得調整部（６２Ａ，６２Ｂ）は、前記各周波数成分において異なる利得で利得調整すること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のブレ補正装置であって、前記演算部（４１）の演算結果に基づいて、像ブレ補正を行うブレ補正部（ＶＬ）を備えること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載のブレ補正装置であって、前記信号抽出部（６１）が抽出する周波数成分は、角度ブレの位相と並進ブレの位相とが略対応する周波数帯域に設定されていること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のブレ補正装置であって、前記信号抽出部（６１）が抽出する周波数成分は、２Ｈｚを含む周波数帯域に設定されていること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７に記載のブレ補正装置（３０）を備える光学機器（１）である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、良好なブレ補正が可能なブレ補正装置及び光学機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態を適用したカメラの概略構成を示す図である。
【図２】ブレ補正を説明するカメラの斜視図である。
【図３】カメラにおけるブレ補正制御部の機能ブロック図である。
【図４】目標速度演算部の回路ブロック図である。
【図５】カメラブレと撮像面でのブレ量の関係を説明する図である。
【図６】並進ブレを撮像面より後方側回転中心のブレと見なした説明図である。
【図７】並進ブレを撮像面より前方側回転中心のブレと見なした説明図である。
【図８】手持ちによるブレ波形の一例を示すグラフである。
【図９】角度ブレと並進ブレのスペクトル分布を示した図である。
【図１０】角度ブレと並進ブレとの相関関係を示す図である。
【図１１】図８のグラフからそれぞれ２Ｈｚのブレを抽出した波形を示すグラフである。
【図１２】本願構成のブレ補正制御と従来のブレ補正制御との撮像面における誤差量の比較を示すグラフである。
【図１３】ピッチ方向およびヨー方向の角度ブレと並進ブレの２Ｈｚ成分における相関関係を示すグラフである。
【図１４】第３実施形態における目標速度演算部の回路ブロック図および利得グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用したカメラ１の概略構成を示す図である。図２は、ブレ補正を説明するカメラ１の斜視図である。図３は、カメラ１におけるブレ補正装置３０の機能ブロック図である。カメラ１は、被写体像を電気信号に変換した画像データとして出力する電子スチルカメラである。
【００１１】
図１に示すように、カメラ１は、カメラ本体１０と、カメラ本体１０に対して着脱可能なレンズ鏡筒２０と、により構成されている。なお、本発明は、このようなレンズ着脱式のカメラに限定されるものではなく、カメラ本体とレンズとが一体に構成されたカメラ適用してもよい。
【００１２】
カメラ本体１０は、ＣＰＵ１１と、撮像素子１２と、シャッター１３と、信号処理回路１４と、ＥＦＰＲＯＭ１５と、ＡＦセンサ１６と、記録媒体１７等を備えている。また、カメラ本体１０の背面には表示装置１８が配設され、カメラ本体１０の上面には操作部材１９が設けられている。
【００１３】
ＣＰＵ１１は、後述するレンズ鏡筒２０におけるズームレンズ群ＺＬおよびフォーカスレンズ群ＦＬの移動量演算や、当該カメラ１全体の制御を行う。
撮像素子１２は、レンズ鏡筒２０の結像光学系によってその撮像面に結像された画像を電気信号に変換して出力する、たとえば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子である。撮像素子１２は、その撮像面がレンズ鏡筒２０の光軸ＯＡと直交する姿勢で、カメラ筐体に固定されている。撮像素子１２は、撮像素子駆動回路からの入力に基づいて、信号処理回路１４に画像データを出力する。
【００１４】
シャッター１３は、レンズ鏡筒２０の結像光学系から撮像素子１２へ向かう撮影光を遮蔽および通過させることによって、露光時間を調整する。
信号処理回路１４は、撮像素子１２からの出力を受けて、ノイズ処理やＡ／Ｄ変換等を行う。
ＥＦＰＲＯＭ１５は、レンズ鏡筒２０に備えられた後述する角速度センサ２５のゲイン値などの調整値情報を有し、ＣＰＵ１１に出力する。
ＡＦセンサ１６は、焦点検出を行うためのＣＣＤラインセンサ等である。
【００１５】
記録媒体１７は、カメラ本体１０に設けられたスロットに着脱可能なＳＤカード、ＣＦカード等のメモリであって、ＣＰＵ１１から出力された画像情報を記録する。
表示装置１８は、液晶パネル等によって構成され、当該カメラ１の設定に係るメニューや、撮像素子１２によって撮像したスルー画像、撮像画像等を表示する。
操作部材１９は、シャッター駆動のタイミングを操作するスイッチであって、半押し、全押し信号をＣＰＵ１１に出力する。
【００１６】
レンズ鏡筒２０は、ズームレンズ群ＺＬと、フォーカスレンズ群ＦＬと、ブレ補正レンズ群ＶＬと、絞り機構Ｄとを備え、結像光学系を構成している。また、レンズ鏡筒２０は、ズーム駆動機構２１と、フォーカス駆動機構２２と、ブレ補正駆動機構２３と、絞り駆動機構２４と、角速度センサ２５とを備えている。
【００１７】
ズームレンズ群ＺＬは、光軸ＯＡ方向に移動して当該レンズ鏡筒２０の焦点距離を変化させるレンズ群である。ズームレンズ群ＺＬは、ズーム駆動機構２１によって移動駆動される。
フォーカスレンズ群ＦＬは、光軸ＯＡ方向に移動して当該レンズ鏡筒２０による結像位置を変化させるレンズ群である。フォーカスレンズ群ＦＬは、フォーカス駆動機構２２によって移動駆動される。
【００１８】
ブレ補正レンズ群ＶＬは、光軸ＯＡと直交する面内で移動して当該レンズ鏡筒２０による結像位置を変化させるレンズ群である。ブレ補正レンズ群ＶＬは、ブレ補正駆動機構２３によって移動駆動される。このブレ補正レンズ群ＶＬは、後述するブレ補正装置３０を構成する。
絞り機構Ｄは、レンズ鏡筒２０から撮像素子１２に達する露光光量を制御する機構である。絞り機構Ｄは、絞り駆動機構２４によって駆動される。
【００１９】
ズーム駆動機構２１は、ズームレンズ群ＺＬを移動駆動する機構であって、カメラ本体１０のＣＰＵ１１によって制御される。
フォーカス駆動機構２２は、フォーカスレンズ群ＦＬを移動駆動する機構であって、カメラ本体１０のＣＰＵ１１によって制御される。
【００２０】
ブレ補正駆動機構２３は、ブレ補正レンズ群ＶＬを移動駆動する機構であって、カメラ本体１０のＣＰＵ１１によって制御される。本実施形態では、ブレ補正駆動機構２３は、図２に示すように、カメラ１を撮影者が光軸ＯＡを水平として横長の画像を撮影する場合の位置（以下、正位置という）において、水平な方向であるＸ軸方向にブレ補正レンズ群ＶＬを移動駆動するブレ補正駆動機構２３Ｘと、正位置において垂直方向であるＹ軸方向にブレ補正レンズ群ＶＬを移動駆動するブレ補正駆動機構２３Ｙとを備えている。以下、特に必要のない場合以外は、ブレ補正駆動機構２３として説明する。このブレ補正駆動機構２３は、後述するブレ補正装置３０を構成する。
【００２１】
絞り駆動機構２４は、絞り機構Ｄを駆動する機構であって、カメラ本体１０のＣＰＵ１１によって制御される。
角速度センサ２５は、レンズ鏡筒２０に生じるブレの角速度を検出し、ブレ補正制御情報としてカメラ本体１０のＣＰＵ１１に出力する。本実施形態では、角速度センサ２５は、図２に示すように、Ｘ軸回りの角速度（ピッチ）を検出する角速度センサ２５Ｐと、Ｙ軸回りの角速度（ヨー）を検出する角速度センサ２５Ｙの２組を備えている。以下、特に必要のない場合以外は、角速度センサ２５として説明する。この角速度センサ２５は、後述するブレ補正装置３０を構成する。
【００２２】
そして、カメラ１は、レンズ鏡筒２０が被写体像光を撮像素子１２の撮像面に結像させ、撮影者による操作部材１９の押圧操作によって、撮像素子１２が電気信号に変換した被写体の画像情報を記録媒体１７に記録（撮影）する。これら撮影を含むカメラ１における全ての動作制御は、ＣＰＵ１１によって行われる。
【００２３】
撮影時において、フォーカスレンズ群ＦＬは、フォーカス駆動機構２２によって撮像素子１２の撮像面に結像させるようＡＦ駆動される。このフォーカスレンズ群ＦＬのＡＦ駆動は、ＡＦセンサ１６の焦点検出情報に基づいてＣＰＵ１１により制御される。このＡＦ制御時に取得された被写体距離、撮影倍率、焦点距離情報等の制御情報は、後述するブレ補正制御時においてレンズ状態情報として用いられる。
【００２４】
ここで、カメラ１は、図３に示すように、手ブレを補正するブレ補正装置３０を備えている。
つぎに、このブレ補正装置３０について、前述した図１〜図３に加えて図４〜図１２を参照して説明する。
図４は、ブレ補正装置３０のブレ補正制御部４０における目標速度演算部５０の回路ブロック図である。図５は、カメラブレと撮像面でのブレ量の関係を説明する図である。図６は、並進ブレを撮像面より後方側回転中心のブレと見なした説明図である。図７は、並進ブレを撮像面より前方側回転中心のブレと見なした説明図である。図８は、手持ちによるブレ波形の一例を示すグラフである。図９は、角度ブレと並進ブレのスペクトル分布を示した図である。図１０は角度ブレと並進ブレとの相関関係を示す図である。図１１は図８のグラフからそれぞれ２Ｈｚのブレを抽出した波形を示すグラフである。図１２は、本願構成のブレ補正制御と従来のブレ補正制御との撮像面における誤差量の比較を示すグラフである。
【００２５】
なお、本実施形態におけるブレ補正装置３０は、図２に示すように、角速度センサ２５Ｐ，２５Ｙによって、Ｘ軸回りであるピッチ方向とＹ軸回りであるヨー方向の角速度を検出してブレ補正制御を行うものである。従って、ピッチ方向とヨー方向の２系統のブレ補正制御系を備えるが、以下の説明では１つのブレ補正制御系（ブレ補正制御部４０）として説明する。
【００２６】
図３に示すように、ブレ補正装置３０は、ブレ補正レンズ群ＶＬと、ブレ補正駆動機構２３と、角速度センサ２５と、レンズ位置検出部２６と、ＣＰＵ１１の機能部であるブレ補正制御部４０と、により構成されている。
そして、ブレ補正装置３０は、ブレ補正制御部４０が、角速度センサ２５によるレンズ鏡筒２０に作用するブレの角速度検出情報等に基づいて、撮像素子１２の受光面における被写体像のブレを相殺するように、ブレ補正駆動機構２３によってブレ補正レンズ群ＶＬを移動駆動する。
ここで、本実施形態におけるブレ補正装置３０は、角速度センサ２５によって検出されるレンズ鏡筒２０に作用するブレの角速度検出情報に基づいて、角度ブレに加えて並進ブレについても補正する。
【００２７】
まず、図５を参照して、角速度センサ２５によるブレの角速度検出情報からの並進ブレ要素の抽出について説明する。
図５（ａ）は、角度ブレと撮像面でのブレ量の関係を示しており、撮像面を中心に、角度θのブレが発生したとすると、撮像面上のブレ量：Ｄｉは、
Ｄｉ＝β・Ｒ・θ
で表される。なお、β：撮像倍率（＝ｂ／Ｄ）、Ｒ：被写体距離である。
【００２８】
図５（ｂ）は、並進ブレと撮像面でのブレ量の関係を示しており、並進ブレ：ｌが発生したとすると、撮像面上のブレ量：Ｄｉは、
Ｄｉ＝β・ｌ
で表される。なお、β：撮像倍率（ｂ／Ｄ）、マクロの場合は略１／１０以上。
上記より、角度ブレ：θと並進ブレ：ｌとが同時に生じた場合における撮像面でのブレ量：Ｄｉは、
Ｄｉ＝β・Ｒ・θ＋β・ｌ
【００２９】
図５（ｃ）は、並進ブレを回転中心のブレと見なして回転中心位置を求めるものであり、並進ブレ：ｌが発生したとすると、撮像面上のブレ量：Ｄｉは、
Ｄｉ＝β・（Ｒ−ｎ）・θ
＝β・Ｒ・θ−β・ｎ・θ …式１
となり、図５（ｃ）より、回転中心位置と並進ブレとの関係は、
ｎθ＝ｌ
と表すことができる。
【００３０】
つまり、並進ブレを回転中心のブレと見なして撮像面でのブレ量は、前述の式１によって求められ、式１における第一項（β・Ｒ・θ）は角度ブレを、第２項（β・ｎ・θ）は並進ブレを表す。
式１は撮像面上のブレ量を表すため、撮像面を基準として、回転中心位置が被写体側にあれば並進ブレは角度ブレを打消すようなブレであり、回転中心位置が撮影者側にあれば並進ブレは角度ブレを増幅させるようなブレであると言える。
【００３１】
すなわち、図６（ａ）に示すように、回転中心位置ＲＣが撮像面１２Ａより撮影者側にある場合には、図６（ｂ）に示す角度ブレのブレ量と、図６（ｃ）に示す並進ブレのブレ量とが加算されて、撮像面１２Ａ上でのブレ量は図６（ｄ）に示すように大きくなる。
一方、図７（ａ）に示すように、回転中心位置ＲＣが撮像面１２Ａより被写体側にある場合には、図７（ｂ）に示す角度ブレのブレ量と、図７（ｃ）に示す並進ブレのブレ量とが相殺されて、撮像面１２Ａ上でのブレ量は図７（ｄ）に示すように小さくなる。
【００３２】
実際に手持ち撮影時に生じるブレには、様々な周波数（〜１０Ｈｚ程度）が混在しており、回転中心位置は、−∞〜＋∞の間を不定期に変化している。図８は手持ちによるブレ波形の一例であり、（ａ）は角度ブレによる撮像面におけるブレ量、（ｂ）は並進ブレによる撮像面におけるブレ量、（ｃ）は角度ブレと並進ブレとが加算された撮像面におけるブレ量を示している。
【００３３】
ここで、図８（ａ）〜（ｃ）に示す波形のうち、特定の周波数帯に着目すると、角度ブレと並進ブレの間に相関があることが分かった。図９は角度ブレと並進ブレのスペクトル分布を示した図である。図９で示す角度ブレと並進プレのスペクトルより相関を求めたものが図１０である。図１０において、正の相関が強いほど、角度ブレと並進ブレとの位相が一致している。また、負の相関が強いほど、角度ブレと並進ブレとの位相は１８０°ずれている。図９で示すように、図１０に示すように、２Ｈｚ近傍において、角度ブレと並進ブレとの位相が一致し、正の相関が強いことがわかる。
図１１（ａ）〜（ｃ）は、図８（ａ）〜（ｃ）からそれぞれこの２Ｈｚのブレを抽出した波形を示している。なお、このデータはピッチ方向のものである。
【００３４】
このように、２Ｈｚの成分で比較すると、並進ブレと角度ブレの位相は一致している。これは、回転中心位置が撮像面（撮像素子１２）から見て、撮影者側に位置していることを示す。１．５〜４Ｈｚの周波数帯に関しては、個人差、姿勢差は多少あるものの、概ね上記の関係にある。それ以外の周波数帯に関しては、バラツキが大きく、個人差、姿勢差も大きい。
このような関係を利用し、角速度センサ２５からの角速度信号のみを用いて、特定の周波数帯（１．５〜４Ｈｚ）の並進ブレを補正することが可能となる。
【００３５】
本実施形態におけるブレ補正装置３０は、ブレ補正制御部４０が、角速度センサ２５の角速度信号から、並進ブレと角度ブレの位相が一致する２Ｈｚの成分を抽出し、角度ブレと並進ブレとを補正する。
図３に示すように、ブレ補正制御部４０は、目標速度演算部５０と、目標位置変換部４１と、追従制御演算部４２と、を備えている。
【００３６】
ブレ補正制御部４０には、前述した角速度センサ２５によるブレの角速度検出情報、およびレンズ状態情報が入力される。レンズ状態情報は、被写体距離、撮影倍率、焦点距離情報であり、これらは、ＡＦ制御の際に取得された情報を用いる。
そして、ブレ補正制御部４０は、目標速度演算部５０がブレ補正レンズ群ＶＬを駆動する目標速度：Ｖｃを演算し、目標位置変換部３１が目標速度：Ｖｃを積算してブレ補正レンズ群ＶＬの目標位置を演算する。追従制御演算部４２は、レンズ位置検出部２６からのレンズ位置情報を参照してブレ補正駆動機構２３を駆動し、ブレ補正レンズ群ＶＬを目標位置変換部が算出した目標位置に移動制御する。
【００３７】
つぎに、目標速度演算部５０について、詳細に説明する。
図４に示すように、目標速度演算部５０は、ハイパスフィルター部５１と、並進ブレ抽出加算部６０と、目標速度目標速度演算部５２と、を備えている。
【００３８】
ハイパスフィルター部５１は、Ａ／Ｄ変換後の角速度信号：ω０に対してローパスフィルター５１ＡでＬＰＦ処理（ｆｃ＝０．１Ｈｚ程度）を行ってω１を取得し、ω０からω１を減算することで、直流成分が除去された角速度信号：ω２を得る。なお、角速度信号：ω０からハイパスフィルターによって直流成分が除去された角速度信号：ω２を得ても良い。
【００３９】
並進ブレ抽出加算部６０は、バンドパスフィルター６１と、利得調整部６２と、から成る。
並進ブレ抽出加算部６０は、バンドパスフィルター６１で角速度信号：ω２から周波数成分（２Ｈｚ）：ω３を分離抽出すると共に、その周波数成分：ω３を利得調整部６２が増幅器６２ａによって所定の利得で増幅して並進ブレ要素周波数成分：ω４とし、この並進ブレ要素周波数成分：ω５を周波数成分：ω３が分離された角速度信号：ω４に加えて対象角速度信号：ωを得る。
【００４０】
利得調整部６２は、図４（ｂ）に、撮影倍率の対する利得の一例を示すように、バンドパスフィルター６１で分離抽出された周波数成分：ω３に対して、撮影倍率情報に基づいて決定した利得を掛ける。これは、並進ブレによる撮像面上の誤差は、撮影倍率βに比例するため、利得の大きさを撮影倍率により対応させて変更するものである。
【００４１】
目標速度目標速度演算部５２は、並進ブレ抽出加算部６０で得られた角速度信号：ωと、被写体距離、撮影倍率、焦点距離情報に基づいて、ブレ補正レンズ群ＶＬを駆動する際の目標速度：ｖｃを演算する。
至近側撮影時における目標速度演算式は、
Ｒ：被写体距離［ｍｍ］
β：撮影倍率
Ｋ：レンズ固有値
として、
ｖｃ＝Ｋ・β・Ｒ・ω
によって求める。
【００４２】
そして、ブレ補正制御部４０は、前述したように、目標速度演算部５０が算出した目標速度：Ｖｃに基づいて、目標位置変換部３１がＶｃを積算してブレ補正レンズ群ＶＬの目標位置を演算し、追従制御演算部４２がレンズ位置検出部２６からのレンズ位置情報を参照してブレ補正駆動機構２３を駆動し、ブレ補正レンズ群ＶＬを目標位置変換部３１が算出した目標位置に移動制御する。
【００４３】
上記のように構成されたブレ補正装置３０では、ブレ補正制御部４０が角速度センサ２５からの角速度信号のみを用いて、角度ブレに加えて特定の周波数帯（２Ｈｚ）の並進ブレを補正することが可能となり、ブレ補正効果を向上できる。
図１２は、上記本願構成のブレ補正制御部４０によるブレ補正制御と、本実施形態を適用しないブレ補正制御とで、撮像面における誤差量の比較を示す。
このように、本願構成のブレ補正制御部４０によるブレ補正制御では、従来のブレ補正制御に対して誤差量が抑制されて、ブレ補正効果が向上していることが解る。
【００４４】
（第２実施形態）
つぎに、図１３を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
本第２実施形態におけるブレ補正装置の構成は、前述した第１実施形態と全く同様であるため、説明は省略する。また、構成要素の符号も同符号を用いる。
本第２実施形態は、２つの検出軸（ピッチ方向，ヨー方向）で異なるブレ補正制御を行うものである。
【００４５】
すなわち、ブレ補正制御部４０は、前述した第１実施形態において図４（ａ）に示した目標速度演算部５０をピッチ方向とヨー方向の２系統備えているが、そのピッチ方向とヨー方向とで、利得調整部６２によって異なった利得を掛ける。
これは、図１３（ａ）にピッチ方向、（ｂ）にヨー方向の角度ブレと並進ブレの２Ｈｚ成分における相関関係を示すように、検出軸方向（ピッチ方向またはヨー方向）によって角度ブレと並進ブレの割合に異なる傾向があるためである。
【００４６】
つまり、図１３（ａ）に示すピッチ方向の角度ブレと並進ブレの大きさは略１：１であるが、図１３（ｂ）に示すヨー方向は、角度ブレに比べて並進ブレの振幅はやや小さいという傾向にあり、また、位相もタイミングによっては十数度ずれていることが分かる。
このため、図１３（ｃ）に示すように、２Ｈｚの並進ブレに対して利得調整部６２が掛ける利得の撮影倍率に対する変化率を、ピッチ方向とヨー方向とで異ならせ、ピッチ方向＞ヨー方向となるように設定する。
これにより、より精度の高いブレ補正制御を行うことができる。
【００４７】
（第３実施形態）
つぎに、図１４に示す、本発明の第３実施形態について説明する。
図１４（ａ）は本第３実施形態にかかるブレ補正装置における目標速度演算部５０′の回路ブロック図、（ｂ）は、加算処理回路５０Ａ，５０Ｂにおける撮影倍率の対する利得を示す。なお、ブレ補正装置の基本構成は、第１実施形態と同様であり、構成要素の符号も同符号を用いる。
【００４８】
図１４（ａ）に示す目標速度演算部５０′における並進ブレ抽出加算部６０は、複数系統の加算処理回路（第１加算処理回路６０Ａおよび第２加算処理回路６０Ｂ）を備えるものである。図１４中、第１加算処理回路６０Ａに係る構成要素の符号には末尾にＡを、第２加算処理回路６０Ｂに係る構成要素の符号には末尾にはＢを、それぞれ付して示す。また、第２加算処理回路６０Ｂに係る信号には「′」（ダッシュ）を付して示す。
【００４９】
そして、各加算処理回路５０Ａ，５０Ｂにおいて、それぞれバンドパスフィルター６１Ａ，５１Ｂで角速度信号：ω２から抽出分離する周波数成分ω３，ω３′を異なる周波数（たとえば２Ｈｚと４Ｈｚ）に設定する。各加算処理回路５０Ａ，５０Ｂにおける利得調整部６２Ａ，５２Ｂが掛ける利得は、図１４（ｂ）に示すように、それぞれの抽出分離した周波数に対応した異なる利得とする。
【００５０】
本第３実施形態におけるブレ補正装置によれば、複数の周波数帯域における並進ブレを補正することが可能となり、より広範囲の周波数における並進ブレを補正できる。
なお、並進ブレ抽出加算部６０における加算処理回路は、本実施形態では２系統としたが、これに限らず３系統以上としても良い。
【００５１】
以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
（１）本構成におけるブレ補正部３０によれば、ブレ補正制御部４０における目標速度演算部５０が、角速度センサ２５の角速度信号：ω０に対して、並進ブレと角度ブレの位相が一致する周波数成分を抽出して所定の利得を掛けて戻し、対象角速度信号：ωとすることで、角速度センサ２５による角速度信号のみを用いて角度ブレに加えて特定の周波数帯域の並進ブレを補正することが可能となり、その結果、ブレ補正効果を向上できる。
【００５２】
（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
【００５３】
（１）上記実施形態では、ブレ補正装置３０のブレ補正制御部４０は、角速度センサ２５の角速度信号から、並進ブレと角度ブレの位相が同位相で一致する周波数成分を抽出し、所定の利得を掛けて対象角速度信号としたが、抽出する周波数成分は、並進ブレと角度ブレとが逆位相の関係であっても相関関係が認められる周波数であれば適用可能なものである。
【００５４】
（２）上記実施形態は、ブレ補正部としてのブレ補正レンズ群ＶＬをブレ補正駆動機構２３によって移動させてブレ補正を行う構成に適用したものである。しかし、ブレ補正部はこれに限るものではなく、撮像素子を移動させてブレ補正する構成や、画像処理でブレ補正する構成に適用しても良い。
（３）上記実施形態では、電子スチルカメラであるカメラ１によって撮影した画像の像振れを補正処理する例を説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。本発明は、動画を扱うビデオカメラで撮影した画像のブレ補正にも適用できる。
【００５５】
なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。
【符号の説明】
【００５６】
１：カメラ、１０：カメラ本体、１１：ＣＰＵ、１２：撮像素子、１２Ａ：撮像面、２０：レンズ鏡筒、２３：ブレ補正駆動機構、２５：角速度センサ、２５Ｐ：角速度センサ、２５Ｙ：角速度センサ、２６：レンズ位置検出部、３０：ブレ補正装置、４０：ブレ補正制御部、４１：目標位置変換部、４２：追従制御演算部、５０：目標速度演算部、５１：ハイパスフィルター部、５２：目標速度演算部、６０：並進ブレ抽出加算部、６０Ａ：第１加算処理回路、６０Ｂ：第２加算処理回路、６１，６１Ａ，６１Ｂ：バンドパスフィルター、６２，６２Ａ，６２Ｂ：利得調整部、ＶＬ：ブレ補正レンズ群
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレ補正装置及び光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像光学機器において、手ブレ等に起因する撮像光学機器のブレを補正するブレ補正機能を備えるものがある。
ブレ補正は、たとえば、ピッチおよびヨーの２方向に備えた角度センサが検知した角速度情報から撮像光学機器のブレ量を演算し、この演算結果に基づいて撮像面におけるブレを相殺するようにブレ補正光学系を移動させる。
ところで、高倍率撮影時には、回転ブレに加えて並進ブレの影響が大きくなる。上記のような角速度センサからの角速度情報のみでは、並進ブレを正しく検出することができず、高精度のブレ補正制御を行えない。このため、角速度センサに加えて加速度センサを備え、それらの出力から並進ブレ成分を演算して補正することで、高倍率撮影時における防振精度を向上させる構成が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２２５４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のごとく角速度センサに加えて加速度センサを備える構成では、ブレ補正システムが複雑化すると共に演算に時間を要するという問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、良好なブレ補正が可能なブレ補正装置及び光学機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、光学機器（１）に作用する角速度を検出する角速度検出部（２５）と、前記角速度検出部（２５）による検出信号（ω０）から所定の周波数成分を抽出して出力する信号抽出部（６１）と、前記信号抽出部（６１）の出力信号（ω３）を利得調整して出力する利得調整部（６２）と、前記角速度検出部（２５）による検出信号（ω０）と前記利得調整部（６２）の出力信号（ω５）とに基づいてブレ補正量を演算する演算部（４１）と、を備えること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブレ補正装置であって、前記利得調整部（６２）は、前記光学機器（１）の倍率に応じて利得を変化させること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のブレ補正装置であって、前記角速度検出部（２５）は、第１の方向における角速度を検出する第１の検出部（２５Ｐ）と、前記第１の方向と交差する方向における角速度を検出する第２の検出部（２５Ｙ）とを備え、前記利得調整部（６２）は、第１の方向における前記信号抽出部（６１）の出力信号と、第２の方向における前記信号抽出部（６１）の出力信号とを、異なる利得で利得調整すること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブレ補正装置であって、前記信号抽出部（６１Ａ，６１Ｂ）は、前記角速度検出部（２５）による検出信号から複数の周波数成分（ω３，ω３′）をそれぞれ抽出して出力し、前記利得調整部（６２Ａ，６２Ｂ）は、前記各周波数成分において異なる利得で利得調整すること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のブレ補正装置であって、前記演算部（４１）の演算結果に基づいて、像ブレ補正を行うブレ補正部（ＶＬ）を備えること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載のブレ補正装置であって、前記信号抽出部（６１）が抽出する周波数成分は、角度ブレの位相と並進ブレの位相とが略対応する周波数帯域に設定されていること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のブレ補正装置であって、前記信号抽出部（６１）が抽出する周波数成分は、２Ｈｚを含む周波数帯域に設定されていること、を特徴とするブレ補正装置（３０）である。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７に記載のブレ補正装置（３０）を備える光学機器（１）である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、良好なブレ補正が可能なブレ補正装置及び光学機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態を適用したカメラの概略構成を示す図である。
【図２】ブレ補正を説明するカメラの斜視図である。
【図３】カメラにおけるブレ補正制御部の機能ブロック図である。
【図４】目標速度演算部の回路ブロック図である。
【図５】カメラブレと撮像面でのブレ量の関係を説明する図である。
【図６】並進ブレを撮像面より後方側回転中心のブレと見なした説明図である。
【図７】並進ブレを撮像面より前方側回転中心のブレと見なした説明図である。
【図８】手持ちによるブレ波形の一例を示すグラフである。
【図９】角度ブレと並進ブレのスペクトル分布を示した図である。
【図１０】角度ブレと並進ブレとの相関関係を示す図である。
【図１１】図８のグラフからそれぞれ２Ｈｚのブレを抽出した波形を示すグラフである。
【図１２】本願構成のブレ補正制御と従来のブレ補正制御との撮像面における誤差量の比較を示すグラフである。
【図１３】ピッチ方向およびヨー方向の角度ブレと並進ブレの２Ｈｚ成分における相関関係を示すグラフである。
【図１４】第３実施形態における目標速度演算部の回路ブロック図および利得グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用したカメラ１の概略構成を示す図である。図２は、ブレ補正を説明するカメラ１の斜視図である。図３は、カメラ１におけるブレ補正装置３０の機能ブロック図である。カメラ１は、被写体像を電気信号に変換した画像データとして出力する電子スチルカメラである。
【００１１】
図１に示すように、カメラ１は、カメラ本体１０と、カメラ本体１０に対して着脱可能なレンズ鏡筒２０と、により構成されている。なお、本発明は、このようなレンズ着脱式のカメラに限定されるものではなく、カメラ本体とレンズとが一体に構成されたカメラ適用してもよい。
【００１２】
カメラ本体１０は、ＣＰＵ１１と、撮像素子１２と、シャッター１３と、信号処理回路１４と、ＥＦＰＲＯＭ１５と、ＡＦセンサ１６と、記録媒体１７等を備えている。また、カメラ本体１０の背面には表示装置１８が配設され、カメラ本体１０の上面には操作部材１９が設けられている。
【００１３】
ＣＰＵ１１は、後述するレンズ鏡筒２０におけるズームレンズ群ＺＬおよびフォーカスレンズ群ＦＬの移動量演算や、当該カメラ１全体の制御を行う。
撮像素子１２は、レンズ鏡筒２０の結像光学系によってその撮像面に結像された画像を電気信号に変換して出力する、たとえば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子である。撮像素子１２は、その撮像面がレンズ鏡筒２０の光軸ＯＡと直交する姿勢で、カメラ筐体に固定されている。撮像素子１２は、撮像素子駆動回路からの入力に基づいて、信号処理回路１４に画像データを出力する。
【００１４】
シャッター１３は、レンズ鏡筒２０の結像光学系から撮像素子１２へ向かう撮影光を遮蔽および通過させることによって、露光時間を調整する。
信号処理回路１４は、撮像素子１２からの出力を受けて、ノイズ処理やＡ／Ｄ変換等を行う。
ＥＦＰＲＯＭ１５は、レンズ鏡筒２０に備えられた後述する角速度センサ２５のゲイン値などの調整値情報を有し、ＣＰＵ１１に出力する。
ＡＦセンサ１６は、焦点検出を行うためのＣＣＤラインセンサ等である。
【００１５】
記録媒体１７は、カメラ本体１０に設けられたスロットに着脱可能なＳＤカード、ＣＦカード等のメモリであって、ＣＰＵ１１から出力された画像情報を記録する。
表示装置１８は、液晶パネル等によって構成され、当該カメラ１の設定に係るメニューや、撮像素子１２によって撮像したスルー画像、撮像画像等を表示する。
操作部材１９は、シャッター駆動のタイミングを操作するスイッチであって、半押し、全押し信号をＣＰＵ１１に出力する。
【００１６】
レンズ鏡筒２０は、ズームレンズ群ＺＬと、フォーカスレンズ群ＦＬと、ブレ補正レンズ群ＶＬと、絞り機構Ｄとを備え、結像光学系を構成している。また、レンズ鏡筒２０は、ズーム駆動機構２１と、フォーカス駆動機構２２と、ブレ補正駆動機構２３と、絞り駆動機構２４と、角速度センサ２５とを備えている。
【００１７】
ズームレンズ群ＺＬは、光軸ＯＡ方向に移動して当該レンズ鏡筒２０の焦点距離を変化させるレンズ群である。ズームレンズ群ＺＬは、ズーム駆動機構２１によって移動駆動される。
フォーカスレンズ群ＦＬは、光軸ＯＡ方向に移動して当該レンズ鏡筒２０による結像位置を変化させるレンズ群である。フォーカスレンズ群ＦＬは、フォーカス駆動機構２２によって移動駆動される。
【００１８】
ブレ補正レンズ群ＶＬは、光軸ＯＡと直交する面内で移動して当該レンズ鏡筒２０による結像位置を変化させるレンズ群である。ブレ補正レンズ群ＶＬは、ブレ補正駆動機構２３によって移動駆動される。このブレ補正レンズ群ＶＬは、後述するブレ補正装置３０を構成する。
絞り機構Ｄは、レンズ鏡筒２０から撮像素子１２に達する露光光量を制御する機構である。絞り機構Ｄは、絞り駆動機構２４によって駆動される。
【００１９】
ズーム駆動機構２１は、ズームレンズ群ＺＬを移動駆動する機構であって、カメラ本体１０のＣＰＵ１１によって制御される。
フォーカス駆動機構２２は、フォーカスレンズ群ＦＬを移動駆動する機構であって、カメラ本体１０のＣＰＵ１１によって制御される。
【００２０】
ブレ補正駆動機構２３は、ブレ補正レンズ群ＶＬを移動駆動する機構であって、カメラ本体１０のＣＰＵ１１によって制御される。本実施形態では、ブレ補正駆動機構２３は、図２に示すように、カメラ１を撮影者が光軸ＯＡを水平として横長の画像を撮影する場合の位置（以下、正位置という）において、水平な方向であるＸ軸方向にブレ補正レンズ群ＶＬを移動駆動するブレ補正駆動機構２３Ｘと、正位置において垂直方向であるＹ軸方向にブレ補正レンズ群ＶＬを移動駆動するブレ補正駆動機構２３Ｙとを備えている。以下、特に必要のない場合以外は、ブレ補正駆動機構２３として説明する。このブレ補正駆動機構２３は、後述するブレ補正装置３０を構成する。
【００２１】
絞り駆動機構２４は、絞り機構Ｄを駆動する機構であって、カメラ本体１０のＣＰＵ１１によって制御される。
角速度センサ２５は、レンズ鏡筒２０に生じるブレの角速度を検出し、ブレ補正制御情報としてカメラ本体１０のＣＰＵ１１に出力する。本実施形態では、角速度センサ２５は、図２に示すように、Ｘ軸回りの角速度（ピッチ）を検出する角速度センサ２５Ｐと、Ｙ軸回りの角速度（ヨー）を検出する角速度センサ２５Ｙの２組を備えている。以下、特に必要のない場合以外は、角速度センサ２５として説明する。この角速度センサ２５は、後述するブレ補正装置３０を構成する。
【００２２】
そして、カメラ１は、レンズ鏡筒２０が被写体像光を撮像素子１２の撮像面に結像させ、撮影者による操作部材１９の押圧操作によって、撮像素子１２が電気信号に変換した被写体の画像情報を記録媒体１７に記録（撮影）する。これら撮影を含むカメラ１における全ての動作制御は、ＣＰＵ１１によって行われる。
【００２３】
撮影時において、フォーカスレンズ群ＦＬは、フォーカス駆動機構２２によって撮像素子１２の撮像面に結像させるようＡＦ駆動される。このフォーカスレンズ群ＦＬのＡＦ駆動は、ＡＦセンサ１６の焦点検出情報に基づいてＣＰＵ１１により制御される。このＡＦ制御時に取得された被写体距離、撮影倍率、焦点距離情報等の制御情報は、後述するブレ補正制御時においてレンズ状態情報として用いられる。
【００２４】
ここで、カメラ１は、図３に示すように、手ブレを補正するブレ補正装置３０を備えている。
つぎに、このブレ補正装置３０について、前述した図１〜図３に加えて図４〜図１２を参照して説明する。
図４は、ブレ補正装置３０のブレ補正制御部４０における目標速度演算部５０の回路ブロック図である。図５は、カメラブレと撮像面でのブレ量の関係を説明する図である。図６は、並進ブレを撮像面より後方側回転中心のブレと見なした説明図である。図７は、並進ブレを撮像面より前方側回転中心のブレと見なした説明図である。図８は、手持ちによるブレ波形の一例を示すグラフである。図９は、角度ブレと並進ブレのスペクトル分布を示した図である。図１０は角度ブレと並進ブレとの相関関係を示す図である。図１１は図８のグラフからそれぞれ２Ｈｚのブレを抽出した波形を示すグラフである。図１２は、本願構成のブレ補正制御と従来のブレ補正制御との撮像面における誤差量の比較を示すグラフである。
【００２５】
なお、本実施形態におけるブレ補正装置３０は、図２に示すように、角速度センサ２５Ｐ，２５Ｙによって、Ｘ軸回りであるピッチ方向とＹ軸回りであるヨー方向の角速度を検出してブレ補正制御を行うものである。従って、ピッチ方向とヨー方向の２系統のブレ補正制御系を備えるが、以下の説明では１つのブレ補正制御系（ブレ補正制御部４０）として説明する。
【００２６】
図３に示すように、ブレ補正装置３０は、ブレ補正レンズ群ＶＬと、ブレ補正駆動機構２３と、角速度センサ２５と、レンズ位置検出部２６と、ＣＰＵ１１の機能部であるブレ補正制御部４０と、により構成されている。
そして、ブレ補正装置３０は、ブレ補正制御部４０が、角速度センサ２５によるレンズ鏡筒２０に作用するブレの角速度検出情報等に基づいて、撮像素子１２の受光面における被写体像のブレを相殺するように、ブレ補正駆動機構２３によってブレ補正レンズ群ＶＬを移動駆動する。
ここで、本実施形態におけるブレ補正装置３０は、角速度センサ２５によって検出されるレンズ鏡筒２０に作用するブレの角速度検出情報に基づいて、角度ブレに加えて並進ブレについても補正する。
【００２７】
まず、図５を参照して、角速度センサ２５によるブレの角速度検出情報からの並進ブレ要素の抽出について説明する。
図５（ａ）は、角度ブレと撮像面でのブレ量の関係を示しており、撮像面を中心に、角度θのブレが発生したとすると、撮像面上のブレ量：Ｄｉは、
Ｄｉ＝β・Ｒ・θ
で表される。なお、β：撮像倍率（＝ｂ／Ｄ）、Ｒ：被写体距離である。
【００２８】
図５（ｂ）は、並進ブレと撮像面でのブレ量の関係を示しており、並進ブレ：ｌが発生したとすると、撮像面上のブレ量：Ｄｉは、
Ｄｉ＝β・ｌ
で表される。なお、β：撮像倍率（ｂ／Ｄ）、マクロの場合は略１／１０以上。
上記より、角度ブレ：θと並進ブレ：ｌとが同時に生じた場合における撮像面でのブレ量：Ｄｉは、
Ｄｉ＝β・Ｒ・θ＋β・ｌ
【００２９】
図５（ｃ）は、並進ブレを回転中心のブレと見なして回転中心位置を求めるものであり、並進ブレ：ｌが発生したとすると、撮像面上のブレ量：Ｄｉは、
Ｄｉ＝β・（Ｒ−ｎ）・θ
＝β・Ｒ・θ−β・ｎ・θ …式１
となり、図５（ｃ）より、回転中心位置と並進ブレとの関係は、
ｎθ＝ｌ
と表すことができる。
【００３０】
つまり、並進ブレを回転中心のブレと見なして撮像面でのブレ量は、前述の式１によって求められ、式１における第一項（β・Ｒ・θ）は角度ブレを、第２項（β・ｎ・θ）は並進ブレを表す。
式１は撮像面上のブレ量を表すため、撮像面を基準として、回転中心位置が被写体側にあれば並進ブレは角度ブレを打消すようなブレであり、回転中心位置が撮影者側にあれば並進ブレは角度ブレを増幅させるようなブレであると言える。
【００３１】
すなわち、図６（ａ）に示すように、回転中心位置ＲＣが撮像面１２Ａより撮影者側にある場合には、図６（ｂ）に示す角度ブレのブレ量と、図６（ｃ）に示す並進ブレのブレ量とが加算されて、撮像面１２Ａ上でのブレ量は図６（ｄ）に示すように大きくなる。
一方、図７（ａ）に示すように、回転中心位置ＲＣが撮像面１２Ａより被写体側にある場合には、図７（ｂ）に示す角度ブレのブレ量と、図７（ｃ）に示す並進ブレのブレ量とが相殺されて、撮像面１２Ａ上でのブレ量は図７（ｄ）に示すように小さくなる。
【００３２】
実際に手持ち撮影時に生じるブレには、様々な周波数（〜１０Ｈｚ程度）が混在しており、回転中心位置は、−∞〜＋∞の間を不定期に変化している。図８は手持ちによるブレ波形の一例であり、（ａ）は角度ブレによる撮像面におけるブレ量、（ｂ）は並進ブレによる撮像面におけるブレ量、（ｃ）は角度ブレと並進ブレとが加算された撮像面におけるブレ量を示している。
【００３３】
ここで、図８（ａ）〜（ｃ）に示す波形のうち、特定の周波数帯に着目すると、角度ブレと並進ブレの間に相関があることが分かった。図９は角度ブレと並進ブレのスペクトル分布を示した図である。図９で示す角度ブレと並進プレのスペクトルより相関を求めたものが図１０である。図１０において、正の相関が強いほど、角度ブレと並進ブレとの位相が一致している。また、負の相関が強いほど、角度ブレと並進ブレとの位相は１８０°ずれている。図９で示すように、図１０に示すように、２Ｈｚ近傍において、角度ブレと並進ブレとの位相が一致し、正の相関が強いことがわかる。
図１１（ａ）〜（ｃ）は、図８（ａ）〜（ｃ）からそれぞれこの２Ｈｚのブレを抽出した波形を示している。なお、このデータはピッチ方向のものである。
【００３４】
このように、２Ｈｚの成分で比較すると、並進ブレと角度ブレの位相は一致している。これは、回転中心位置が撮像面（撮像素子１２）から見て、撮影者側に位置していることを示す。１．５〜４Ｈｚの周波数帯に関しては、個人差、姿勢差は多少あるものの、概ね上記の関係にある。それ以外の周波数帯に関しては、バラツキが大きく、個人差、姿勢差も大きい。
このような関係を利用し、角速度センサ２５からの角速度信号のみを用いて、特定の周波数帯（１．５〜４Ｈｚ）の並進ブレを補正することが可能となる。
【００３５】
本実施形態におけるブレ補正装置３０は、ブレ補正制御部４０が、角速度センサ２５の角速度信号から、並進ブレと角度ブレの位相が一致する２Ｈｚの成分を抽出し、角度ブレと並進ブレとを補正する。
図３に示すように、ブレ補正制御部４０は、目標速度演算部５０と、目標位置変換部４１と、追従制御演算部４２と、を備えている。
【００３６】
ブレ補正制御部４０には、前述した角速度センサ２５によるブレの角速度検出情報、およびレンズ状態情報が入力される。レンズ状態情報は、被写体距離、撮影倍率、焦点距離情報であり、これらは、ＡＦ制御の際に取得された情報を用いる。
そして、ブレ補正制御部４０は、目標速度演算部５０がブレ補正レンズ群ＶＬを駆動する目標速度：Ｖｃを演算し、目標位置変換部３１が目標速度：Ｖｃを積算してブレ補正レンズ群ＶＬの目標位置を演算する。追従制御演算部４２は、レンズ位置検出部２６からのレンズ位置情報を参照してブレ補正駆動機構２３を駆動し、ブレ補正レンズ群ＶＬを目標位置変換部が算出した目標位置に移動制御する。
【００３７】
つぎに、目標速度演算部５０について、詳細に説明する。
図４に示すように、目標速度演算部５０は、ハイパスフィルター部５１と、並進ブレ抽出加算部６０と、目標速度目標速度演算部５２と、を備えている。
【００３８】
ハイパスフィルター部５１は、Ａ／Ｄ変換後の角速度信号：ω０に対してローパスフィルター５１ＡでＬＰＦ処理（ｆｃ＝０．１Ｈｚ程度）を行ってω１を取得し、ω０からω１を減算することで、直流成分が除去された角速度信号：ω２を得る。なお、角速度信号：ω０からハイパスフィルターによって直流成分が除去された角速度信号：ω２を得ても良い。
【００３９】
並進ブレ抽出加算部６０は、バンドパスフィルター６１と、利得調整部６２と、から成る。
並進ブレ抽出加算部６０は、バンドパスフィルター６１で角速度信号：ω２から周波数成分（２Ｈｚ）：ω３を分離抽出すると共に、その周波数成分：ω３を利得調整部６２が増幅器６２ａによって所定の利得で増幅して並進ブレ要素周波数成分：ω４とし、この並進ブレ要素周波数成分：ω５を周波数成分：ω３が分離された角速度信号：ω４に加えて対象角速度信号：ωを得る。
【００４０】
利得調整部６２は、図４（ｂ）に、撮影倍率の対する利得の一例を示すように、バンドパスフィルター６１で分離抽出された周波数成分：ω３に対して、撮影倍率情報に基づいて決定した利得を掛ける。これは、並進ブレによる撮像面上の誤差は、撮影倍率βに比例するため、利得の大きさを撮影倍率により対応させて変更するものである。
【００４１】
目標速度目標速度演算部５２は、並進ブレ抽出加算部６０で得られた角速度信号：ωと、被写体距離、撮影倍率、焦点距離情報に基づいて、ブレ補正レンズ群ＶＬを駆動する際の目標速度：ｖｃを演算する。
至近側撮影時における目標速度演算式は、
Ｒ：被写体距離［ｍｍ］
β：撮影倍率
Ｋ：レンズ固有値
として、
ｖｃ＝Ｋ・β・Ｒ・ω
によって求める。
【００４２】
そして、ブレ補正制御部４０は、前述したように、目標速度演算部５０が算出した目標速度：Ｖｃに基づいて、目標位置変換部３１がＶｃを積算してブレ補正レンズ群ＶＬの目標位置を演算し、追従制御演算部４２がレンズ位置検出部２６からのレンズ位置情報を参照してブレ補正駆動機構２３を駆動し、ブレ補正レンズ群ＶＬを目標位置変換部３１が算出した目標位置に移動制御する。
【００４３】
上記のように構成されたブレ補正装置３０では、ブレ補正制御部４０が角速度センサ２５からの角速度信号のみを用いて、角度ブレに加えて特定の周波数帯（２Ｈｚ）の並進ブレを補正することが可能となり、ブレ補正効果を向上できる。
図１２は、上記本願構成のブレ補正制御部４０によるブレ補正制御と、本実施形態を適用しないブレ補正制御とで、撮像面における誤差量の比較を示す。
このように、本願構成のブレ補正制御部４０によるブレ補正制御では、従来のブレ補正制御に対して誤差量が抑制されて、ブレ補正効果が向上していることが解る。
【００４４】
（第２実施形態）
つぎに、図１３を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
本第２実施形態におけるブレ補正装置の構成は、前述した第１実施形態と全く同様であるため、説明は省略する。また、構成要素の符号も同符号を用いる。
本第２実施形態は、２つの検出軸（ピッチ方向，ヨー方向）で異なるブレ補正制御を行うものである。
【００４５】
すなわち、ブレ補正制御部４０は、前述した第１実施形態において図４（ａ）に示した目標速度演算部５０をピッチ方向とヨー方向の２系統備えているが、そのピッチ方向とヨー方向とで、利得調整部６２によって異なった利得を掛ける。
これは、図１３（ａ）にピッチ方向、（ｂ）にヨー方向の角度ブレと並進ブレの２Ｈｚ成分における相関関係を示すように、検出軸方向（ピッチ方向またはヨー方向）によって角度ブレと並進ブレの割合に異なる傾向があるためである。
【００４６】
つまり、図１３（ａ）に示すピッチ方向の角度ブレと並進ブレの大きさは略１：１であるが、図１３（ｂ）に示すヨー方向は、角度ブレに比べて並進ブレの振幅はやや小さいという傾向にあり、また、位相もタイミングによっては十数度ずれていることが分かる。
このため、図１３（ｃ）に示すように、２Ｈｚの並進ブレに対して利得調整部６２が掛ける利得の撮影倍率に対する変化率を、ピッチ方向とヨー方向とで異ならせ、ピッチ方向＞ヨー方向となるように設定する。
これにより、より精度の高いブレ補正制御を行うことができる。
【００４７】
（第３実施形態）
つぎに、図１４に示す、本発明の第３実施形態について説明する。
図１４（ａ）は本第３実施形態にかかるブレ補正装置における目標速度演算部５０′の回路ブロック図、（ｂ）は、加算処理回路５０Ａ，５０Ｂにおける撮影倍率の対する利得を示す。なお、ブレ補正装置の基本構成は、第１実施形態と同様であり、構成要素の符号も同符号を用いる。
【００４８】
図１４（ａ）に示す目標速度演算部５０′における並進ブレ抽出加算部６０は、複数系統の加算処理回路（第１加算処理回路６０Ａおよび第２加算処理回路６０Ｂ）を備えるものである。図１４中、第１加算処理回路６０Ａに係る構成要素の符号には末尾にＡを、第２加算処理回路６０Ｂに係る構成要素の符号には末尾にはＢを、それぞれ付して示す。また、第２加算処理回路６０Ｂに係る信号には「′」（ダッシュ）を付して示す。
【００４９】
そして、各加算処理回路５０Ａ，５０Ｂにおいて、それぞれバンドパスフィルター６１Ａ，５１Ｂで角速度信号：ω２から抽出分離する周波数成分ω３，ω３′を異なる周波数（たとえば２Ｈｚと４Ｈｚ）に設定する。各加算処理回路５０Ａ，５０Ｂにおける利得調整部６２Ａ，５２Ｂが掛ける利得は、図１４（ｂ）に示すように、それぞれの抽出分離した周波数に対応した異なる利得とする。
【００５０】
本第３実施形態におけるブレ補正装置によれば、複数の周波数帯域における並進ブレを補正することが可能となり、より広範囲の周波数における並進ブレを補正できる。
なお、並進ブレ抽出加算部６０における加算処理回路は、本実施形態では２系統としたが、これに限らず３系統以上としても良い。
【００５１】
以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
（１）本構成におけるブレ補正部３０によれば、ブレ補正制御部４０における目標速度演算部５０が、角速度センサ２５の角速度信号：ω０に対して、並進ブレと角度ブレの位相が一致する周波数成分を抽出して所定の利得を掛けて戻し、対象角速度信号：ωとすることで、角速度センサ２５による角速度信号のみを用いて角度ブレに加えて特定の周波数帯域の並進ブレを補正することが可能となり、その結果、ブレ補正効果を向上できる。
【００５２】
（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
【００５３】
（１）上記実施形態では、ブレ補正装置３０のブレ補正制御部４０は、角速度センサ２５の角速度信号から、並進ブレと角度ブレの位相が同位相で一致する周波数成分を抽出し、所定の利得を掛けて対象角速度信号としたが、抽出する周波数成分は、並進ブレと角度ブレとが逆位相の関係であっても相関関係が認められる周波数であれば適用可能なものである。
【００５４】
（２）上記実施形態は、ブレ補正部としてのブレ補正レンズ群ＶＬをブレ補正駆動機構２３によって移動させてブレ補正を行う構成に適用したものである。しかし、ブレ補正部はこれに限るものではなく、撮像素子を移動させてブレ補正する構成や、画像処理でブレ補正する構成に適用しても良い。
（３）上記実施形態では、電子スチルカメラであるカメラ１によって撮影した画像の像振れを補正処理する例を説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。本発明は、動画を扱うビデオカメラで撮影した画像のブレ補正にも適用できる。
【００５５】
なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。
【符号の説明】
【００５６】
１：カメラ、１０：カメラ本体、１１：ＣＰＵ、１２：撮像素子、１２Ａ：撮像面、２０：レンズ鏡筒、２３：ブレ補正駆動機構、２５：角速度センサ、２５Ｐ：角速度センサ、２５Ｙ：角速度センサ、２６：レンズ位置検出部、３０：ブレ補正装置、４０：ブレ補正制御部、４１：目標位置変換部、４２：追従制御演算部、５０：目標速度演算部、５１：ハイパスフィルター部、５２：目標速度演算部、６０：並進ブレ抽出加算部、６０Ａ：第１加算処理回路、６０Ｂ：第２加算処理回路、６１，６１Ａ，６１Ｂ：バンドパスフィルター、６２，６２Ａ，６２Ｂ：利得調整部、ＶＬ：ブレ補正レンズ群
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学機器に作用する角速度を検出する角速度検出部と、
前記角速度検出部による検出信号から所定の周波数成分を抽出して出力する信号抽出部と、
前記信号抽出部の出力信号を利得調整して出力する利得調整部と、
前記角速度検出部による検出信号と前記利得調整部の出力信号とに基づいてブレ補正量を演算する演算部と、を備えること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項２】
請求項１に記載のブレ補正装置であって、
前記利得調整部は、前記光学機器の倍率に応じて利得を変化させること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のブレ補正装置であって、
前記角速度検出部は、第１の方向における角速度を検出する第１の検出部と、前記第１の方向と交差する方向における角速度を検出する第２の検出部とを備え、
前記利得調整部は、第１の方向における前記信号抽出部の出力信号と、第２の方向における前記信号抽出部の出力信号とを、異なる利得で利得調整すること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のブレ補正装置であって、
前記信号抽出部は、前記角速度検出部による検出信号から複数の周波数成分をそれぞれ抽出して出力し、
前記利得調整部は、前記各周波数成分において異なる利得で利得調整すること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のブレ補正装置であって、
前記演算部の演算結果に基づいて、像ブレ補正を行うブレ補正部を備えること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のブレ補正装置であって、
前記信号抽出部が抽出する周波数成分は、角度ブレの位相と並進ブレの位相とが略対応する周波数帯域に設定されていること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項７】
請求項６に記載のブレ補正装置であって、
前記信号抽出部が抽出する周波数成分は、２Ｈｚを含む周波数帯域に設定されていること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項８】
請求項１〜７に記載のブレ補正装置を備える光学機器。
【請求項１】
光学機器に作用する角速度を検出する角速度検出部と、
前記角速度検出部による検出信号から所定の周波数成分を抽出して出力する信号抽出部と、
前記信号抽出部の出力信号を利得調整して出力する利得調整部と、
前記角速度検出部による検出信号と前記利得調整部の出力信号とに基づいてブレ補正量を演算する演算部と、を備えること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項２】
請求項１に記載のブレ補正装置であって、
前記利得調整部は、前記光学機器の倍率に応じて利得を変化させること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のブレ補正装置であって、
前記角速度検出部は、第１の方向における角速度を検出する第１の検出部と、前記第１の方向と交差する方向における角速度を検出する第２の検出部とを備え、
前記利得調整部は、第１の方向における前記信号抽出部の出力信号と、第２の方向における前記信号抽出部の出力信号とを、異なる利得で利得調整すること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のブレ補正装置であって、
前記信号抽出部は、前記角速度検出部による検出信号から複数の周波数成分をそれぞれ抽出して出力し、
前記利得調整部は、前記各周波数成分において異なる利得で利得調整すること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のブレ補正装置であって、
前記演算部の演算結果に基づいて、像ブレ補正を行うブレ補正部を備えること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のブレ補正装置であって、
前記信号抽出部が抽出する周波数成分は、角度ブレの位相と並進ブレの位相とが略対応する周波数帯域に設定されていること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項７】
請求項６に記載のブレ補正装置であって、
前記信号抽出部が抽出する周波数成分は、２Ｈｚを含む周波数帯域に設定されていること、
を特徴とするブレ補正装置。
【請求項８】
請求項１〜７に記載のブレ補正装置を備える光学機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−５４３１６（Ｐ２０１３−５４３１６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４３０９（Ｐ２０１１−１９４３０９）
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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