(57)【要約】【課題】振れ検出の開始直後に安定した像振れ補正性能を確保しつつ、広い周波数帯域での像振れ補正を実現すること。【解決手段】撮像装置は、振れを検出する角速度計１０３を備え、ＣＰＵ１０５は、像振れ補正量を演算する。振れ補正部１０８は算出された像振れ補正量に基づいて画像振れを補正する。ＨＰＦ１０９は振れ検出信号からオフセット成分を除去する。基準値算出部１２１は、振れ検出信号のオフセット基準値（初期オフセット）を算出する。角速度計１０３の動作開始後、基準値算出部１２１がオフセット基準値を算出するまでの間、ＣＰＵ１０５はＨＰＦ１０９の出力から像振れ補正量を算出して像振れ補正制御を行う。基準値算出部１２１がオフセット基準値を算出した後に、ＣＰＵ１０５は振れ検出信号からオフセット基準値を減算した信号から像振れ補正量を算出して像振れ補正制御を行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置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する振れ検出信号を取得して像振れ補正量を算出する演算手段と、
前記演算手段により算出された前記像振れ補正量に従って像振れを補正する振れ補正手段と、を備え、
前記演算手段は、
前記振れ検出信号からオフセット成分を除去するオフセット除去手段と、
前記振れ検出信号を取得してオフセット基準値を算出する基準値算出手段を有し、
前記振れ検出手段の動作が開始した後、前記基準値算出手段により前記振れ検出信号に係るオフセット基準値を算出するまでの間、前記オフセット除去手段により前記振れ検出信号からオフセット成分を除去して前記像振れ補正量を算出し、前記基準値算出手段により前記オフセット基準値を算出した後には、前記振れ検出信号から前記オフセット基準値を減算した信号から前記像振れ補正量を算出することを特徴とする像振れ補正装置。
【請求項２】
前記オフセット除去手段は、ハイパスフィルタにより前記振れ検出信号からオフセット成分を除去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。
【請求項３】
前記演算手段は、前記振れ検出手段に電源が投入された時点から前記基準値算出手段にが前記振れ検出信号に係るオフセット基準値を算出するまでの間、前記オフセット除去手段により前記振れ検出信号からオフセット成分を除去して前記像振れ補正量を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正装置。
【請求項４】
前記演算手段は、前記振れ検出手段のスリープモードが解除された時点から前記基準値算出手段が前記振れ検出信号に係るオフセット基準値を算出するまでの間、前記オフセット除去手段により前記振れ検出信号からオフセット成分を除去して前記像振れ補正量を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正装置。
【請求項５】
前記基準値算出手段は、前記振れ検出手段への電源供給の停止またはスリープモードへの遷移によって前記オフセット基準値を初期化することを特徴とする請求項３または４に記載の像振れ補正装置。
【請求項６】
前記演算手段は、
前記振れ検出信号を取得して第１の像振れ補正量を演算する第１演算部と、
前記振れ検出信号を取得して第２の像振れ補正量を演算する第２演算部と、
前記第１の像振れ補正量と前記第２の像振れ補正量を切り替える切り替え部を備え、
前記第１の像振れ補正量または前記第２の像振れ補正量に基づいて像振れ補正を行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
【請求項７】
前記第１演算部は、前記オフセット除去手段により前記振れ検出信号からオフセット成分を除去した信号から前記第１の像振れ補正量を算出し、
前記第２演算部は、前記振れ検出手段の動作が開始した後、前記基準値算出手段が前記オフセット基準値を算出するまでの間、前記オフセット除去手段により前記振れ検出信号からオフセット成分を除去した信号から前記第２の像振れ補正量を算出し、前記基準値算出手段が前記オフセット基準値を算出した後には、前記振れ検出信号から前記オフセット基準値を減算した信号から前記第２の像振れ補正量を算出することを特徴とする請求項６に記載の像振れ補正装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の像振れ補正装置を備えることを特徴とするレンズ鏡筒。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の像振れ補正装置を備えることを特徴とする光学機器。
【請求項１０】
請求項８に記載のレンズ鏡筒を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
請求項６または７に記載の像振れ補正装置を備え、
撮像期間中には前記切り替え部が前記第２の像振れ補正量を選択し、撮像前には前記切り替え部が前記第１の像振れ補正量を選択して、前記振れ補正手段により像振れ補正を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
装置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する振れ検出信号を取得して像振れ補正量を算出する演算手段と、
前記演算手段により算出された前記像振れ補正量に従って像振れを補正する振れ補正手段と、を備える像振れ補正装置にて実行される制御方法であって、
前記演算手段により、
前記振れ検出手段の動作が開始した後、前記振れ検出信号に係るオフセット基準値を算出するまでの間、前記振れ検出信号からオフセット成分を除去して前記像振れ補正量を算出するステップと、
前記オフセット基準値が算出された後、前記振れ検出信号から前記オフセット基準値を減算した信号から前記像振れ補正量を算出するステップを有することを特徴とする像振れ補正装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手振れ等の振れによる画像振れを補正する像振れ補正技術に関し、特に電源投入直後の安定した性能を確保しつつ、振れの低周波成分を円滑に補正する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
手振れ等による像振れを防ぐ像振れ補正装置を搭載したカメラでは、シャッタレリーズ時点で手振れが起きても像振れの無い撮影が可能である。手振れ等によるカメラの角度振れが検出され、検出値に応じて像振れ補正用レンズ（以下、補正レンズという）が駆動される。その際、カメラ振動を正確に検出して振れによる光軸変化を補正することが要件となる。原理的には角速度等の検出結果を得る振動検出部と、演算処理結果に基づいて補正レンズを変位させる駆動制御部がカメラに搭載され、画像振れが抑制される。
カメラ振動を検出するセンサの出力信号には、センサの個体差による基準電圧のバラツキ等の直流成分が含まれ、温度変化によってドリフトしていく。センサ出力に低周波成分ノイズが含まれる場合、補正精度が低下する可能性がある。そこで、オフセット成分を除去するために、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）によってセンサの出力信号から低周波成分を除去し、像振れ補正用信号を得ることが一般的に行われている。
【０００３】
また、パンニングまたはチルティングのように、撮像装置を一方向に比較的長時間に亘って移動させる動作をユーザが行う場合、センサの出力信号は低周波成分を多く含むので、像振れ補正を行う際、低周波成分を減衰させる必要がある。角速度及び角速度を積分した角度のデータに基づいて、パンニングまたはチルティングの判定を行い、パンニングまたはチルティングに適した補正特性に切り替える制御が知られている。ＨＰＦや積分フィルタのカットオフ周波数を高域側に変移させることで、低域周波数に対して像振れ補正が応答しないように制御が行われる。特許文献１には、低域周波数の応答を抑制しつつ、高域周波数の像振れ補正を行える、パンニング状態またはチルティング状態での像振れ補正制御が開示されている。特許文献２には、撮像（露光）中にＨＰＦ処理を行わず、撮像中のオフセットを固定にして防振制御を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３２３４３６号公報
【特許文献２】特開平１０−０１０５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
オフセット成分を除去するためにＨＰＦを使用して、低周波成分を減衰させる従来の構成では以下のような問題がある。
角速度計の出力に基づいて像振れ補正を行う場合、角速度計の出力に低周波数のノイズ成分が含まれていると、実際の振れに対して適切でない補正が行われてしまう。また、パンニング等において、２次ＨＰＦを含んだフィルタ特性の影響を受ける可能性がある。パンニング等による揺れの発生で大きな振幅の低周波成分が減衰され、例えばパンニング終了時にパンニング方向とは逆方向の信号が生じる（いわゆる揺り戻し現象）。この信号はその後、ゆっくりとゼロに収束していくが、この信号に基づいて像振れ補正を行った場合、実際の撮像装置の振れとは異なる信号によって補正量の演算が行われてしまう。よって、補正精度が低下する可能性がある。
【０００６】
ＨＰＦを含むフィルタ構成にて、ＨＰＦのカットオフ周波数を低く設定すれば、撮影者の体の揺れ等に伴う低周波成分の像振れ補正の性能を向上させることはできる。この場合、パンニング等の大きな揺れが生じた後で、揺り戻しの信号の大きさとゼロに収束するまでの時間が大きくなるという問題がある。従って、撮像装置の揺れが大きくならないように、撮影者がしっかりとカメラを構えて撮影した状態でしか適切な像振れ補正効果が得られないという課題がある。
また、特許文献２に開示の技術では、撮像直前に角速度のオフセットを固定する場合、固定した角速度のオフセットに誤差が生じると、実際の手振れとは異なる状態で補正が行われてしまう。つまり、撮像直前の角速度にオフセット誤差が生じた場合、撮像中はオフセット誤差分の角速度を、手振れ成分の信号に加算し続けた状態で像振れ補正が実行される。このため、像振れ補正が意図しない方向で行われると、補正効果が低下する。
【０００７】
従って、低周波領域での像振れ補正効果を向上させるためには、ＨＰＦを設けないことが望ましい。しかし、この場合、角速度検出用のセンサに個体差があるため、基準電圧のバラツキ等で直流成分が変化する温度ドリフトが問題となる。電源投入時に大きな角速度のオフセットが生じた場合、フィルタが安定するまでの時間が長くかかる。センサへの電源投入直後から長い時間、像振れ補正性能の低下が懸念される。そこで、電源投入時にセンサの出力からオフセット値を減算した上で目標値を算出すればよいが、電源投入直後にセンサのオフセット値を即座に算出することは難しい。
本発明の目的は、振れ検出の開始直後に安定した像振れ補正性能を確保しつつ、広い周波数帯域での像振れ補正を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係る装置は、装置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する振れ検出信号を取得して像振れ補正量を算出する演算手段と、前記演算手段により算出された前記像振れ補正量に従って像振れを補正する振れ補正手段と、を備える。前記演算手段は、前記振れ検出信号からオフセット成分を除去するオフセット除去手段と、前記振れ検出信号を取得してオフセット基準値を算出する基準値算出手段を有し、前記振れ検出手段の動作が開始した後、前記基準値算出手段により前記振れ検出信号に係るオフセット基準値を算出するまでの間、前記オフセット除去手段により前記振れ検出信号からオフセット成分を除去して前記像振れ補正量を算出し、前記基準値算出手段により前記オフセット基準値を算出した後には、前記振れ検出信号から前記オフセット基準値を減算した信号から前記像振れ補正量を算出する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、振れ検出の開始直後に安定した像振れ補正性能を確保しつつ、広い周波数帯域での像振れ補正を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る像振れ補正に関する振れ方向の説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る撮像装置の上面図と制御ブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る減算量算出部の説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る振れ補正量算出処理の説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る、撮像中と撮像中以外の期間での振れ補正量算出処理の説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るフィルタのゲイン特性の説明図である。
【図７】低周波成分をカットした後で角度１算出部１１０が算出する目標角度を例示する図である。
【図８】基準値算出部１２１及び信号選択部１２２での処理を行わない場合の目標角度を例示する図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る角度算出処理による目標角度を例示する図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る像振れ補正を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る撮像装置の上面図と制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の各実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本発明は、デジタル一眼レフカメラに装着される交換レンズやレンズ鏡筒のような光学機器、デジタルビデオカメラ、監視カメラ、Ｗｅｂカメラ等の撮影装置、携帯電話やタブレット端末等の撮影装置を具備する電子機器に適用できる。
まず、像振れ補正装置に使用する角度算出フィルタ（後述の角度算出部に含まれる）について説明する。角速度計の出力をもとに像振れ補正を行う場合に使用する角度算出フィルタは、下式（１）の左辺に示すように積分器とＨＰＦを組み合わせたフィルタである。これは、下式（１）の右辺に示すように、時定数Ｔのローパスフィルタ（ＬＰＦ）に時定数Ｔを乗算した式と同じになる。
【数１】
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式（１）の左辺のＴはＨＰＦの時定数を表し、式（１）の右辺のＴはＬＰＦの時定数を表す。
角速度計の出力に低周波数のノイズ成分が含まれている場合、実際の振れとは異なる補正が行われてしまい、逆に振れを誘発してしまう可能性がある。積分演算において角度信号の演算結果の飽和を防ぐため、式（１）の右辺に示す特性のフィルタを用いる。角度算出フィルタはＨＰＦを含むので、角度算出フィルタの前段に別のＨＰＦを接続すると、角速度計の出力から角度算出までのフィルタは２次ＨＰＦで構成される。このため、手振れの低周波帯域では大きく位相が進んでしまい、補正効果が低下する可能性がある。
以下では、撮像中に広い周波数帯域で精度の高い振れ補正を行うための構成について、各実施形態に従って順次説明する。
【００１２】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る像振れ補正装置を備える撮像装置を模式的に示す斜視図である。図２は撮像装置の撮像部の構成と、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１０５が実行する像振れ補正処理の機能ブロックを示す。
カメラ１０１の本体部はレリーズボタンを備え、該ボタンの操作によるスイッチ（レリーズＳＷ）１０４の開閉信号がカメラ１０１のＣＰＵ１０５に送られる。撮像光学系の光軸１０２（図１のｚ軸）上には、振れ補正部１０８の補正レンズと撮像素子１０６が位置する。角速度計１０３は、矢印１０３ｐで示すピッチ方向、および矢印１０３ｙで示すヨー方向の角度振れを検出して振れ検出信号を出力する振れ検出手段である。図１のｘ軸はｚ軸に直交する第１軸（ピッチ回転軸）を示し、ｙ軸はｚ軸およびｘ軸に直交する第２軸（ヨー回転軸）を示す。
【００１３】
角速度計１０３の出力する振れ検出信号（角速度検出信号）は、ＣＰＵ１０５に入力される。ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１０９は、角速度計１０３の出力のＤＣ（直流）成分をカットすることで、検出ノイズとして付加されるオフセット成分を除去する。ＨＰＦ通過後の角速度信号は、第１の角度算出部（以下、角度１算出部という）１１０が積分して角度信号に変換する。ＣＰＵ１０５は、パンニングやチルティング動作を、角速度の大きさによって判定する。パンニングやチルティング動作時には、ＨＰＦ１０９のカットオフ周波数が高域側にシフトし、低域周波数に対して像振れ補正が応答しないように設定している。以下では、パンニング動作を例にして像振れ補正処理を説明するが、チルティング動作についても同様の処理が行われるものとする。
本実施形態では、角度１算出部１１０を含む第１演算部による角度演算と並列に、第２の角度算出部（以下、角度２算出部という）１１７を含む第２演算部による角度演算が実行される。撮像（露光）前には角度１算出部１１０の出力に基づいて像振れが抑制され、撮像（露光）中には角度２算出部１１７の出力に基づいて像振れ補正制御が行われる。
【００１４】
角速度計１０３の出力は減算部１１６にも入力される。減算部１１６は、角速度計１０３の出力から角速度減算量算出部（以下、減算量算出部という）１１５の出力値と、基準値算出部１２１の出力値を減算する。減算部１１６の出力は信号選択部１２２に入力される。信号選択部１２２にはＨＰＦ１０９の出力も入力される。信号選択部１２２は、基準値算出部１２１からの判定信号に基づいて、ＨＰＦ１０９の出力または減算部１１６の出力の、いずれかの信号を選択して出力する。信号選択部１２２が選択した出力は角度２算出部１１７へ入力され、角度２算出部１１７は角度信号に変換する。減算量算出部１１５における演算、基準値算出部１２１および信号選択部１２２の詳細については後述する。
【００１５】
角度１算出部１１０で演算された第１の角度（以下、角度１という）、および角度２算出部１１７で演算された第２の角度（以下、角度２という）は、信号切り替え部１１８に入力される。信号切り替え部１１８により、角度１に基づく第１の像振れ補正量または角度２に基づく第２の像振れ補正量が選択されて像振れ補正が行われる。信号切り替え部１１８には、レリーズＳＷ１０４の出力が入力される。レリーズＳＷ１０４の開閉信号に基づいて撮像動作が開始されたか否かが判断され、信号切り替え部１１８は、角度１を用いて像振れ補正を行うか、または角度２を用いて像振れ補正を行うかを選択する。信号切り替え部１１８が選択した角度信号は、敏感度調整部１１９に入力される。敏感度調整部１１９はズームレンズおよびフォーカスレンズの位置情報１０７、並びにそれらにより求まる焦点距離および撮影倍率に基づいて、信号切り替え部１１８の出力である角度信号を増幅し、像振れ補正の目標値を算出する。これは、フォーカスレンズやズームレンズ等に係る光学情報の変化により、振れ補正部１０８の振れ補正ストロークに対する撮像面での振れ補正敏感度が変化することを補正するためである。なお、ズームレンズおよびフォーカスレンズの位置情報１０７は、レンズ鏡筒に配置した既知の位置検出部から取得される。
【００１６】
敏感度調整部１１９が算出した像振れ補正の目標値は駆動制御部１２０に入力され、補正レンズを含む振れ補正部１０８が駆動されることで像振れ補正が行われる。振れ補正部１０８は、補正レンズを駆動するアクチュータおよび駆動機構部を備える。
図２に示す例では、算出された像振れ補正量に基づき、振れ補正手段として補正レンズを光軸に垂直な面内で移動させる、いわゆる光学防振が採用されている。これに限らず、像振れ補正方法には、撮像素子を光軸に垂直な面内で移動させる方法がある。また、撮像素子が出力する各撮影フレームの画像切り出し位置を変更することで、手振れ等の影響を軽減させる電子防振による方法がある。静止画撮影前に電子防振による振れ補正を行い、静止画撮影中に光学防振を行う等、複数の方法を組み合わせて像振れ補正を行うこともできる。
【００１７】
次に、角速度減算量の算出処理を説明する。
第１のオフセット算出部（以下、オフセット１算出部という）１１１は、角速度計１０３の出力に検出ノイズとして含まれる角速度オフセット成分を演算する。角速度オフセット成分である第１オフセットを「オフセット１」と記す。例えば、ＨＰＦ通過後の角速度の振幅が小さいときや、角速度を微分した角加速度の振幅が小さいとき等のように、撮像装置に加わる手振れ振動が非常に小さいときの角速度計１０３の出力値が取得される。その出力値を、カットオフ周波数が非常に小さく設定されたＬＰＦによって滑らかに繋げていく方法等により、ＤＣ成分であるオフセット１が算出される。
【００１８】
また、第２のオフセット算出部（以下、オフセット２算出部という）１１３は、角度２算出部１１７の出力から角度オフセット成分を演算する。角度オフセット成分である第２オフセットを「オフセット２」と記す。この場合の角度２算出部１１７の出力は、現時点より制御周期だけ過去の時点でのサンプリング値（以下、前回サンプリング値という）である。例えば、これをカットオフ周波数が非常に小さく設定されたＬＰＦに通すとともに、パンニング動作時にはＬＰＦ演算を停止させることにより、パンニング動作時のオフセット誤演算を防止してオフセット２が算出される。パンニング判定処理は角速度計１０３の出力に基づいて行われる。ＣＰＵ１０５は所定時間以上に亘って所定振幅以上の角速度が出力されていれば、パンニング動作が行われていると判定する。
上記のようにオフセット１（角速度オフセット）とオフセット２（角度オフセット）がそれぞれ算出される。角速度計１０３の出力からオフセット１を減算した信号と、減算部１１４が角度２算出部１１７で演算された角度２からオフセット２を減算した信号が減算量算出部１１５に入力される。
【００１９】
次に、減算量算出部１１５での算出処理を説明する。
図３は、手振れによる角速度が入力されたときの、図２に示す各部１１１ないし１１７における信号変化を例示する。図３（Ａ）には、角速度計１０３の角速度出力３０１と、オフセット１算出部１１１が演算した角速度のオフセット値３０２を示す。角速度出力３０１を積分して角度を算出した信号は、図３（Ｆ）に示す信号３０８である。角度のオフセット値３０７を図３（Ｆ）に併せて示す。
パンニング動作で大きな角速度が生じた場合、角度算出フィルタの出力（信号３０８）は、オフセット値３０７から大きく外れた後、時間をかけてオフセット値３０７に収束する。算出された角度がオフセット値から大きく乖離した場合、信号３０８がオフセット値３０７付近に戻るまでに長い時間を要するので、像振れ補正が不能な状態になってしまう。特に、像振れ補正制御の周波数帯域を低域側まで拡大した場合、つまり角度算出フィルタのカットオフ周波数を小さく設定するほど、像振れ補正の性能が低下する時間が長くなってしまう。よって、角速度が大きい場合、補正対象としない不要な角速度成分をできるだけカットして角度算出フィルタに入力する。角度算出フィルタの出力が角度オフセット値を中心とする、ある角度範囲内で制御できるようにした方が、パンニング直後の像振れ補正性能は向上する。
【００２０】
そこで、本実施形態では、像振れ補正目標値である角度信号（角度２の前回サンプリング値）を用いて、角速度減算量を算出し、角速度から角速度減算量を減算した後に積分する。これにより、補正部材の可動範囲を制限して像振れ補正目標値を算出できるので、パンニング動作により大きな振れが発生した場合でも、パンニング直後に像振れ補正を実行できる。
角速度減算量については、減算量算出部１１５が以下の量から算出する。
・図３（Ａ）の角速度出力３０１からオフセット値３０２を減算したオフセット除去後の角速度３０３（図３（Ｂ）参照）。
・角度２の前回サンプリング値から、オフセット値３０７を減算したオフセット除去後の角度信号３０９（図３（Ｄ）参照）。
・図３（Ｇ）および（Ｈ）に示すゲイン算出テーブル。
【００２１】
図３（Ｇ）では、横軸にオフセット除去後の角度信号３０９をとり、縦軸をゲイン係数αとする。オフセット除去後の角度信号３０９は閾値と比較され、第１閾値Ａ１以下のとき、ゲイン係数αの値は０である。オフセット除去後の角度信号３０９が第２閾値Ａ２以上のとき、ゲイン係数αの値は１である。オフセット除去後の角度信号３０９が閾値Ａ１とＡ２との間に位置するとき、ゲイン係数αは０と１との間を線形補間した値となる。
図３（Ｈ）では、横軸にオフセット除去後の角度信号３０９をとり、縦軸をゲイン係数βとする。オフセット除去後の角度信号３０９が第３閾値Ｂ１以上のとき、ゲイン係数βの値は０である。オフセット除去後の角度信号３０９が第４閾値Ｂ２以下のとき、ゲイン係数βの値は１である。オフセット除去後の角度信号３０９が閾値Ｂ１とＢ２との間に位置するとき、ゲイン係数βは０と１との間を線形補間した値となる。
【００２２】
減算量算出部１１５は、上記により求めたゲイン係数αおよびβと、オフセット除去後の角速度３０３から角速度減算量を算出する。角速度減算量は、下式（２）および（３）により算出され、オフセット減算後の角速度３０３の符号に応じてゲイン係数が異なる。つまり、オフセット減算後の角速度３０３の符号がプラスの場合、角速度にゲイン係数αが乗算される。オフセット減算後の角速度３０３の符号がマイナスの場合、角速度にゲイン係数βが乗算される。
［数２式］
角速度がプラスの場合
角速度減算量  ＝  オフセット減算後の角速度  ×  α  ・・・（２）
［数３式］
角速度がマイナスの場合
角速度減算量  ＝  オフセット減算後の角速度  ×  β  ・・・（３）
【００２３】
図３（Ｃ）には、オフセット減算後の角速度３０３から、さらに角速度減算量を減算した信号３０４を示す。図３（Ｅ）に示す信号３０５は、角速度出力３０１から、角速度減算量を減算した信号を示す。図３（Ｆ）に示す信号３０６は、信号３０５を積分して、角度を算出した信号である。このように上記制御によれば、パンニング動作にて大きな振れが発生した場合、その影響による角速度成分をカットすることができる。その結果、パンニング直後に制御が安定するまでの収束時間が短くなるので、適切な振れ補正を行える。
【００２４】
次に図４を参照して、本実施形態による制御効果を説明する。
図４（Ａ）は、撮像装置の振れ角度の波形４０１を示す。この場合、像振れ補正の目標角度は波形４０１と同様になることが好ましい。しかし、実際には像振れ補正装置の補正可能範囲に限りがあること、および振れ検出部の出力にオフセットが含まれ、そのオフセットが温度によってドリフトしてしまうという問題がある。このため、波形４０１に従って像振れ補正を実行することは難しい。
図４（Ｂ）は、振れ検出部（角速度計１０３）の角速度オフセットを、積分フィルタに通すことで生じる角度オフセット４０４を示す。目標となる像振れ補正角度は、角度オフセット４０４を中心として制御されることが望ましい。図２および図３を参照して説明した角速度減算処理を行わない場合、パンニング動作時に像振れ補正角度４０２が角度オフセット４０４から大きく離れて、再びオフセットまで戻るまでに長い時間を要してしまう。フィルタのカットオフ周波数が低周波側に設定される程、復帰に時間がかかる。角度オフセット４０４に戻るまでの間、像振れ補正角度４０２は、実際の振れ角度を示す波形４０１とは乖離しており、適切な補正効果が得られない。そこで、図２および図３を参照して説明した角速度減算処理を行うことで、角度４０３に示すように、角度オフセット４０４を中心として像振れ補正角を求めることができる。したがって、理想的な振れ目標値（波形４０１）に相似する制御量（補正角度）を算出できるので、適切な像振れ補正を行える。
上記制御においては、ＨＰＦ１０９を用いることなく角度を算出できる。しかし、ここで算出された角度には、角速度計１０３の出力ノイズ成分の影響によるオフセットが含まれている。そこで、以下では、オフセットを含んだ角度２算出部１１７の出力に基づいて、どのように像振れ補正の制御を行うかを説明する。
【００２５】
図５は、撮像中と撮像中以外の各期間について、像振れ補正処理をそれぞれ説明する信号波形例を示す。波形５０１は、角度２算出部１１７が算出した角度２を示す。波形５０２は、角度１算出部１１０が算出した角度１を示す。
角度２の算出にはＨＰＦ１０９を使用しないため、電源投入時点から長時間が経過すると温度ドリフトの影響が現れる。例えば期間５０４にて角速度計１０３のオフセット温度ドリフトが生じ、ゼロ中心から離れた角度２が算出されることになる。
【００２６】
図６は、角度算出フィルタに係る周波数−ゲイン特性を示す。グラフ線６０１は、純積分のフィルタ特性を示し、上式（１）の左辺の１／ｓに相当する。グラフ線６０２は、角度算出フィルタ、つまり上式（１）で示す積分およびＨＰＦのフィルタ特性を示す。グラフ線６０２は、低周波帯域で平坦な特性を示し、角度出力には角速度のオフセット分のゲイン特性が残ることになる。よって、図５の期間５０４にて、角速度計１０３の温度ドリフトの影響によって角速度オフセットが大きくなるにつれて、波形５０１に示す角度２はゼロ中心から次第に乖離していく。
【００２７】
角度１は、図２の角度１算出部１１０の出力であり、積分フィルタ（積分およびＨＰＦ）とＨＰＦ１０９を用いて算出される信号である。よって、グラフ線６０２で示す特性にＨＰＦ１０９の特性が加わった特性は、グラフ線６０３で示すように、低周波数領域でゲインが下がっている。つまり、角速度計１０３の出力に含まれるオフセット成分を除去することができ、ゼロ中心で角度が算出されることになる。但し、ＨＰＦ１０９の特性が加味されるため、揺り戻し現象により、パンニング動作等による大きな振れの直後の像振れ補正効果は弱まってしまう。
【００２８】
よって、図５の波形５０２よりも波形５０１を用いて、像振れ補正を行う方がより適切である。しかし、波形５０１の場合、図６のグラフ線６０２に示すフィルタ特性、つまり低周波数領域にてゲインが減衰せずに平坦なゲイン特性となる。角速度のオフセット成分を含みつつ角度演算が行われることになる。よって、常に波形５０１を用いて像振れ補正を行うと、角速度のオフセット成分の温度ドリフトによって、波形５０１に含まれるオフセットも大きくなってしまう。時間経過に伴い、補正部材の可動範囲が不十分となり、可動端に行きつくと制御不能に陥る。そこで、本実施形態では、撮像中か否かを判定し、撮像期間中には波形５０３に示す信号を用いる。また、撮像前の準備期間中（ＥＶＦ表示中や、ＡＦ（自動焦点調節）／ＡＥ（自動露出）動作中等）には、波形５０２に示す信号を用いる。これにより、撮像期間中は低周波数領域まで拡大したフィルタ特性により像振れ補正効果が向上する。また、撮像期間以外では、ある程度の像振れ補正効果を確保できるので、ＡＦ／ＡＥ制御の精度が向上し、撮影者によるフレーミング動作のし易さ等が向上する。
【００２９】
図５の時刻５０５は撮像開始のタイミングを示し、時刻５０６は撮像終了のタイミングを示す。時刻５０５から５０６の撮像期間中において、波形５０２に示す角度目標位置に従って制御すると、パンニング直後にて、ＨＰＦ１０９の影響により揺り戻しが発生し得る。この場合、実際の手振れとは異なる制御が行われるため、像振れ補正効果が低下してしまう。本実施形態では、時刻５０５での、波形５０１と波形５０２との差分がオフセットとして算出され、波形５０１からこのオフセットが減算される。波形５０３はオフセット減算後の信号の時間的変化を示す。撮像期間中、波形５０３に示す信号が使用される。時刻５０６で撮像が終了すると、波形５０３を一定速度で波形５０２に戻すための信号が加算され、最終的に波形５０３と５０２が一致する。
以上により、撮像期間中には、ＨＰＦ１０９を含まないフィルタ構成により演算された角度に基づいて像振れ補正が実行される。よって、パンニングやチルティングの直後の揺り戻し現象を伴わずに、フィルタ特性を低周波数領域まで拡大できるので、像振れ補正効果が高まる。
【００３０】
次に、基準値算出部１２１及び信号選択部１２２での信号処理と、その効果について説明する。
図２に示す基準値算出部１２１は、角速度計１０３の出力のオフセット基準値を算出する。電源投入後からオフセット算出処理が開始し、オフセット基準値が算出される。その後、基準値算出部１２１による基準値算出処理が完了すると、減算部１１６へオフセット基準値が固定値として出力される。角速度計１０３への電源ＯＦＦによりオフセット基準値が初期化され、電源ＯＮによりオフセット基準値の算出が開始される。オフセット基準値の算出処理が完了していない間、信号選択部１２２には基準値算出の完了通知が入力されない。オフセット基準値の算出処理が完了すると、基準値算出部１２１は信号選択部１２２に基準値算出完了を通知する。基準値算出が完了していない間、信号選択部１２２はＨＰＦ１０９の出力値を選択し、角度２算出部１１７へＨＰＦ１０９の出力値を送る。基準値算出処理が完了すると、信号選択部１２２は減算部１１６の出力値を選択し、角度２算出部１１７へ減算部１１６の出力値を送る。
【００３１】
基準値算出部１２１は、角速度計１０３の出力のオフセット基準値を、オフセット１算出部１１１のオフセット算出方法と同じ方法で求めてもよい。オフセット１算出部１１１は、角速度計１０３の出力に検出ノイズとして含まれる角速度オフセット成分（オフセット１）を演算する。例えば、ＨＰＦ通過後の角速度や、角速度を微分した角加速度の振幅が所定の閾値より小さいときの角速度計１０３の出力値が取得される。それをカットオフ周波数が非常に小さく設定されたＬＰＦによって滑らかに繋げていく方法等でＤＣ成分である角速度オフセットが算出される。その際、最初のオフセット算出を行うまでの間、即ちオフセット基準値の算出が行われるまでの間、前記閾値が小さく設定され、オフセット基準値が算出された後には基準値算出前よりも前記閾値が大きく設定される。これによって、最初のオフセット基準値の算出精度を高めつつ、その後にはオフセット１算出部１１１におけるオフセット算出が更新され易くなる。
基準値算出部１２１は角速度計１０３への電源供給がＯＦＦ状態になるまでの間、算出されたオフセット基準値を保持する。
【００３２】
次に、図７ないし図９を参照して、本実施形態における像振れ補正効果を説明する。
図７は、電源投入時に角速度計１０３の出力がオフセット７０１を含んでおり、ＨＰＦ１０９により低周波成分をカットした後、角度１算出部１１０が算出する目標角度を例示する。
角速度計１０３の出力７０２は、手振れ等による角速度にセンサノイズであるオフセット７０１が加算された信号となる。角速度計１０３の出力をＨＰＦ１０９に通して低周波数成分をカットすると、信号７０３のようにオフセット７０１が除去される。ＨＰＦ１０９の出力から角度１算出部１１０が演算した目標角度を信号７０４に示す。電源投入時点から期間７０５では、オフセット７０１の影響により角度演算が不安定な状態である。その後、ある時間経過後の期間７０６においては、オフセット７０１の影響が除去された状態で目標角度が演算される。しかし、ＨＰＦ１０９を用いているので、特にカットオフ周波数以下の低周波領域における性能は低下した状態となる。ＨＰＦ１０９のカットオフ周波数を低く設定すれば、期間７０６での低周波領域における像振れ補正効果は高くなる。しかし、電源投入後から制御が安定するまでに要する期間７０５が長くなってしまう。逆に、ＨＰＦ１０９のカットオフ周波数を高く設定すると期間７０５は短くなるため、電源投入後から制御が安定するまでの時間が短くなる。しかし、期間７０６での低周波領域における像振れ補正効果は弱まる。
【００３３】
図８は、電源投入時に角速度計１０３の出力がオフセット７０１を含んでおり、基準値算出部１２１及び信号選択部１２２での処理を行わない場合の目標角度を例示する。これの目標角度は、減算部１１６が角速度計１０３の出力から減算量算出部１１５の出力のみを減算した信号を、角度２算出部１１７が積分することで算出される。
オフセット７０１を含んだ角速度計１０３の出力７０２は、ＨＰＦ処理やオフセット減算を行うことなく角度２算出部１１７のフィルタに通され、目標角度８０１が算出される。フィルタは、図６のグラフ線６０２で示すように、低周波帯域で平坦な特性を有する。このため、角度出力には角速度のオフセット成分のゲイン特性が残るので、目標角度にはオフセット８０２が含まれて演算されることになる。しかし、電源投入時点での目標角度は初期値０である。電源投入直後に角速度の出力７０２に対してフィルタ演算が行われるので、目標角度８０１が角度オフセットを含んだ角度信号８０５に到達するまでに期間８０３に示す時間を要する。フィルタのカットオフ周波数が低いと、期間８０３の長さは長くなる。また、フィルタのカットオフ周波数が高いと、期間８０３の長さは短くなる。但し、期間８０４では低周波領域での性能を確保するために、フィルタのカットオフ周波数については、ある程度低い値に設定しておく必要がある。
【００３４】
そこで本実施形態では、角速度計１０３の出力をそのままフィルタに通すのではなく、オフセット７０１を算出し、角速度計の出力７０２からオフセット基準値を減算した後にフィルタ演算を開始させる。これにより、期間８０３の長さを短くすることができる。
図９は、目標角度の算出例を示す。この目標角度は、基準値算出部１２１及び信号選択部１２２での信号処理を行い、減算部１１６が角速度計１０３の出力から減算量算出部１１５の出力と基準値算出部１２１の出力を減算し、これを角度２算出部１１７が積分することで算出される。信号９０１は、角速度計の出力７０２からオフセット基準値を減算し角速度を示す。信号９０１を角度２算出部１１７のフィルタに通すことで、目標角度９０２が算出される。目標角度９０２には、図８の期間８０３に示すような不安定な期間が殆どない。仮にオフセット基準値の算出に誤差が生じたとしても、期間８０３のような長時間の不安定状態はなく、非常に短時間で制御が安定する。
【００３５】
上記の処理では、角速度計１０３の出力７０２（図８参照）のオフセット基準値を演算する必要がある。図２の基準値算出部１２１は、オフセット基準値を算出する。このオフセット基準値は、上述したように、ＨＰＦ通過後の角速度や、角速度を微分した角加速度の振幅が所定の閾値より小さいときの角速度計１０３の出力値を取得して算出される。即ち、カメラの揺れが非常に小さいときの角速度計１０３の出力に基づいて初期オフセットが算出されることになる。しかし、電源投入直後にオフセットを求めることは困難である。その理由は、電源投入直後に角速度計１０３の初期化動作による不安定期間があり、角速度計１０３から出力される信号が安定していないからである。加えて、電源投入時からカメラが大きく振れている状態が続く場合には、オフセットの算出は難しい。
【００３６】
角速度からオフセット基準値を減算した後で目標角度を演算する方法では、オフセット基準値が算出されない限り、目標角度（演算結果）に基づく制御を行うことができない。そこで、本実施形態では、オフセット基準値が算出されるまでの間、ＨＰＦ１０９によりオフセットを除去した信号を積分フィルタに通すことで目標角度の信号７０４（図７参照）を算出して像振れ補正が行われる。オフセット基準値が算出された後では、ＨＰＦ１０９を通さず、角速度計１０３の出力から基準値算出部１２１が算出したオフセット基準値が減算される。減算後の信号を積分フィルタに通すことで演算された目標角度９０２（図９参照）に基づいて像振れ補正が行われる。
これによって、初期オフセット（基準値）の算出後には、ＨＰＦ１０９を使用することなく、制御帯域を低域側に拡大したフィルタを使用することで補正効果が向上する。また、オフセット基準値の算出前には、ＨＰＦ１０９を使用することで電源投入直後から制御安定までの時間を短くしつつ、ある程度の性能を確保できる。
【００３７】
上述したように基準値算出部１２１は、角速度計１０３への電源ＯＦＦでオフセット基準値が初期化され、電源ＯＮで再度基準値の算出が開始される。角速度計１０３がスリープ（休止）モードに遷移した場合においても、オフセット基準値が初期化され、スリープモードの解除時点で再度基準値の算出が開始される。以下にその理由を説明する。
スリープモードへの遷移後、温度変化に伴う角速度計オフセットのドリフトによって、スリープモードの設定直前からオフセットがずれてしまった場合を想定する。スリープモード解除の瞬間に、オフセット１算出部１１１のオフセット１と、オフセット２算出部１１３のオフセット２が、実際の設定すべきオフセットよりも大きくずれてしまうことがあり得る。その場合、スリープモード解除の直後から制御安定までの時間が長くかかってしまうと、その間に適切な像振れ補正効果が得られない可能性がある。そこで、スリープモードに遷移した場合においてもオフセット基準値が初期化される。あるいは、スリープモードへ遷移した時点からの時間を計測し、計測時間が所定の判定時間を超えた場合にオフセット基準値が初期化される。所定の判定時間については、大きな温度ドリフト変化が起らない時間に設定される。また、カメラ内のジャイロセンサ（姿勢検出手段）の近くに実装されたサーミスタによって温度を計測しておき、スリープモードへの遷移時の温度を取得し、所定値以上の温度変化が検出された場合にオフセット基準値の初期化を行ってもよい。この場合、所定値未満の温度変化では大きな温度ドリフト変化が起らない値（温度変化量）が閾値として設定される。
【００３８】
次に、図１０のフローチャートを参照して、本実施形態の像振れ補正動作について説明する。図１０に示す処理はカメラの主電源のオン操作で開始し、一定のサンプリング周期ごとにＣＰＵ１０５が実行する。
まずＳ１００１でＣＰＵ１０５は、角速度計１０３の出力を取得する。次のＳ１００２でＣＰＵ１０５は、像振れ補正が可能な状態であるか否かを判定する。像振れ補正が可能な状態である場合、Ｓ１００３へ進み、振れ補正が可能な状態でない場合、Ｓ１０２１へ処理を進める。Ｓ１００２の判定処理では、電源投入時点から角速度計１０３の出力が安定するまでの間、像振れ補正が可能な状態でないと判定される。角速度計１０３の出力が安定した後で、像振れ補正が可能な状態であると判定される。これにより、電源投入直後の出力値が不安定な状態で像振れ補正を行うことによる性能低下を防止できる。
Ｓ１００３でＨＰＦ１０９は、角速度出力からオフセット（これをＡと記す）を減算し、減算後の角速度を出力する。Ｓ１００４で角度１算出部１１０は、オフセットＡの減算後の角速度を積分し、角度１を演算する。
【００３９】
Ｓ１００５で基準値算出部１２１は、角速度計１０３の初期オフセットである基準値（オフセット基準値）を算出する。基準値を算出可能な場合、基準値が演算され、基準値演算が完了する。基準値が一旦演算されると、角速度計１０３の電源ＯＦＦまでの間、基準値が保持される。角速度計１０３の電源ＯＮから、Ｓ１００５で基準値がまだ演算されていない場合には基準値演算は未完了とされる。Ｓ１００６では基準値演算が完了しているか否かについて判定される。基準値演算が完了の場合、Ｓ１０１０に処理を進め、基準値演算が未完了の場合、Ｓ１０１５に進む。Ｓ１０１５では、Ｓ１００３で演算したオフセットＡの減算後の角速度を角度２算出部１１７が積分することで角度２を演算する。
Ｓ１０１０でオフセット１算出部１１１は、角速度のオフセット（これをＢと記す）を演算し、減算部１１２は角速度からオフセットＢを減算し、減算後の角速度を出力する。Ｓ１０１１で角度２算出部１１７の出力（前回サンプリング値）が取得される。Ｓ１０１２では、Ｓ１０１１で取得した角度２から、オフセット２算出部１１３がオフセット（これをＣと記す）を演算する。減算部１１４は角度２からオフセットＣを減算し、減算後の角度を出力する。
【００４０】
Ｓ１０１３では、Ｓ１０１０で演算したオフセットＢの減算後の角速度と、Ｓ１０１２で演算したオフセットＣの減算後の角度とから、減算量算出部１１５が角速度減算量を算出する。次にＳ１０１４で減算部１１６は、オフセット減算前の角速度から角速度減算量と基準値を減算する。Ｓ１０１５で角度２算出部１１７は、角速度から角速度減算量および基準値を減算した信号を積分することで角度２を演算する。
Ｓ１０１６でレリーズＳＷ１０４の出力値に基づき、信号切り替え部１１８は撮像中か否かを判定する。撮像中でない場合、Ｓ１０２０に移行し、目標角度に角度１が設定されて、Ｓ１０１８に進む。一方、Ｓ１０１６で撮像中であると判定された場合、Ｓ１０１７に移行して角度２が設定され、図５を参照して説明した波形５０３に示す目標角度が設定される。次のＳ１０１８で敏感度調整部１１９は、ズームレンズおよびフォーカスレンズの位置情報１０７より得られる焦点距離や撮影倍率に基づく敏感度を、目標角度に乗算することで像振れ補正目標値を演算する。次のＳ１０１９で駆動制御部１２０は、像振れ補正目標値に基づいて補正レンズを駆動する。そして像振れ補正サブルーチンが終了し、次回のサンプリング時点まで待ち処理となる。
Ｓ１０２１へ移行した場合、駆動制御部１２０は補正レンズの駆動を停止し、像振れ補正サブルーチンを終了し、次回のサンプリング時点まで待ち処理となる。
【００４１】
本実施形態では、電源投入後、角速度計１０３のノイズオフセット成分であるオフセット基準値が算出される。このオフセット基準値の算出前には、ＨＰＦ処理後（オフセット成分除去後）の角速度出力を積分して目標角度を算出することで、振れ補正量が算出される。オフセット基準値の算出後には、角速度計１０３の出力からオフセット基準値を減算した信号を積分して目標角度を算出することで振れ補正量が算出される。よって、オフセット基準値の算出後にはＨＰＦを使用することなく制御帯域を低域側に拡大したフィルタを用いることで、像振れ補正効果が向上する。また、オフセット基準値の算出前においてＨＰＦ１０９を使用することで電源投入直後から制御安定までの時間を短くしつつ、ある程度の性能を確保できる。
本実施形態によれば、上記制御により、電源投入により振れ検出動作が開始した直後に安定した像振れ補正性能を確保しつつ、広い周波数帯域での像振れ補正を実現できる。
【００４２】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態において第１実施形態の場合と同様の構成部については既に使用した符号を用いることでそれらの詳細な説明を省略し、主に相違点を説明する。
図１１と図２との構成上の相違点は以下の通りである。
・図１１では信号選択部１２２がなく、代わりに、基準値算出部１２１の基準値算出完了通知が信号切り替え部１１８に入力されること。
【００４３】
信号切り替え部１１８は、レリーズＳＷ１０４の開閉信号に基づき撮像動作が開始されたか否かを判断する。判断結果に応じて、角度１または角度２を選択し、それらの一方を用いて像振れ補正が実行される。本実施形態では、信号切り替え部１１８は、角度１または角度２の選択を行う際、基準値算出部１２１からの基準値算出完了通知を参照する。すなわち、レリーズＳＷ１０４から撮影動作の開始が判定され、かつ、基準値算出部１２１から基準値算出完了通知を取得した場合、信号切り替え部１１８は角度２を選択する。撮影動作の開始が判定されず、または基準値算出部１２１から基準値算出完了通知を取得していない場合、信号切り替え部１１８は角度１を選択する。例えば、電源投入時点で基準値算出部１２１からの基準値算出完了通知がない場合には、角度１が選択されることになる。このように、オフセット基準値が算出されるまでの間、ＨＰＦ１０９でオフセット除去した信号を積分フィルタに通すことで演算された目標角度に従って像振れ補正が行われる。オフセット基準値の算出後には、ＨＰＦ１０９を通さず、角速度計１０３の出力から、基準値算出部１２１が算出しオフセット基準値を減算した信号を積分フィルタに通して演算された目標角度に従って像振れ補正が行われる。
【００４４】
本実施形態によれば、回路構成を簡単化しつつ、電源投入により振れ検出動作が開始した直後に安定した像振れ補正性能を確保し、広い周波数帯域での像振れ補正を実現できる。
【符号の説明】
【００４５】
１０１  カメラ
１０３  角速度計
１０４  レリーズスイッチ
１０５  ＣＰＵ
１０６  撮像素子
１０８  振れ補正部
１０９  ＨＰＦ
１１０  角度１算出部
１１７  角度２算出部
１２１  基準値算出部
【図１】
2015031780.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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