(57)【要約】【課題】手振れ補正光学系を有する撮像装置において、手振れ補正部材による手振れ補正帯域の高周波側での位相遅れによる影響を排除し、手振れ角の検出精度を向上し、手振れ補正性能を向上する。【解決手段】撮像装置において、複合高域遮断フィルタ１０５は、第一の高域遮断フィルタ１０５ａと、第二の高域遮断フィルタ１０５ｂと、加減算器１０８とを備える。第二の高域遮断フィルタ１０５ｂは、第一の高域遮断フィルタ１０５ａの出力を入力とする。加減算器１０８は、複合高域遮断フィルタ１０５の入力から、第二の高域遮断フィルタ１０５ｂの出力を減算し、その減算結果を第一の高域遮断フィルタ１０５ａに出力する。第一の高域遮断フィルタ１０５ａの出力が、複合高域遮断フィルタ１０５の出力として出力される。【選択図】図３
2012189925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の高域遮断フィルタと、第二の高域遮断フィルタと、加減算器と、を備えた複合高域遮断フィルタであって、
前記第二の高域遮断フィルタは、前記第一の高域遮断フィルタの出力を入力とし、
前記加減算器は、前記複合高域遮断フィルタの入力から、前記第二の高域遮断フィルタの出力を減算し、その減算結果を前記第一の高域遮断フィルタに出力し、
前記第一の高域遮断フィルタの出力が、前記複合高域遮断フィルタの出力として出力される、
ことを特徴とする複合高域遮断フィルタ。
【請求項２】
前記第二の高域遮断フィルタのカットオフ周波数は、前記第一の高域遮断フィルタのカットオフ周波数よりも低い、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合高域遮断フィルタ。
【請求項３】
手振れ補正機能を有する撮像装置であって、
光学系と、
手振れ補正を行なうために光学系の光軸と垂直な面内を移動可能な手振れ補正部材と、
前記撮像装置の動きを検出する動き検出手段と、
前記動き検出手段の出力を入力する複合高域遮断フィルタと、
前記複合高域遮断フィルタの出力に基づいて前記手振れ補正部材を駆動する制御手段と、を備え、
前記複合高域遮断フィルタは、
第一の高域遮断フィルタと、第二の高域遮断フィルタと、加減算器と、を備え、
前記第二の高域遮断フィルタは、前記第一の高域遮断フィルタの出力を入力し、
前記加減算器は、前記複合高域遮断フィルタの入力から、前記第二の高域遮断フィルタの出力を減算し、その減算結果を前記第一の高域遮断フィルタに出力し、
前記第一の高域遮断フィルタの出力が、前記複合高域遮断フィルタの出力として出力される、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記第二の高域遮断フィルタのカットオフ周波数は、前記第一の高域遮断フィルタのカットオフ周波数よりも低い、ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記手振れ補正部材は、レンズである、ことを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項６】
前記手振れ補正部材は、光学信号から画像データを生成する撮像素子である、ことを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項７】
前記光学系は変倍機能を有し、
前記制御手段は、前記光学系の焦点距離が長いほど、前記第二の高域遮断フィルタのカットオフ周波数を高く設定する、
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記動き検出手段は、撮像装置の角速度を検出する角速度センサである、ことを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１つに記載の撮像装置。
【請求項９】
前記制御手段は、所定のプログラムにより機能を実行するマイクロコンピュータである、ことを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１つに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高域遮断フィルタ、およびディジタルスチルカメラやディジタルビデオカメラなどの撮像装置における手振れ補正技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディジタルスチルカメラなどの手振れ補正装置として、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手振れを補正するようにしたものが知られている。このような手振れ補正装置では、カメラに加わった振動を角速度センサによって検出し、その角速度センサから出力される振れ信号を積分することによって手振れを補正するための防振レンズの変位量を算出し、ボイスコイルモータやステッピングモータなどのアクチュエータによって前記防振レンズを駆動している。
【０００３】
図１は、手振れ補正装置を備えた撮影光学系を有する撮像装置の概略構成図である。図１において、２００は撮像装置、２０１はレンズ群、２０２は対物レンズ、２０３はズームレンズ、２０４は絞り、２０５は手振れ補正レンズ（防振レンズ）、２０６はフォーカスレンズ、２０７はＣＣＤ（電荷結合素子）、２０８は画像検出手段、２０９はＣＣＤ駆動制御手段、２１０は角速度センサ、２１１は角速度センサ２１０の出力信号（振れ信号）を増幅するための増幅回路、２１２はアナログ信号である増幅回路２１１の出力信号をディジタル化するためのＡ／Ｄ変換器、２１３はＡ／Ｄ変換器２１２で変換されたディジタルデータを基に手振れ補正レンズ２０５をどのように駆動するかを決定するマイクロコンピュータ、２１４はマイクロコンピュータ２１３のディジタル出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器、２１５は手振れ補正レンズ２０５を移動させるための駆動制御手段、２１６は手振れ補正レンズ２０５の位置検出手段である。
【０００４】
撮像装置２００の手振れ角速度は角速度センサ２１０によって検出され、増幅回路２１１、Ａ／Ｄ変換器２１２を経てマイクロコンピュータ２１３に入力される。マイクロコンピュータ２１３では、角速度センサ２１０の出力信号に含まれる不要な直流成分を遮断する低域遮断処理と、角速度を角度に変換するための積分処理、および制御系の位相遅れを補償する位相補償処理などが行われ、手振れ補正レンズ２０５の位置指令信号（変位量）を生成する。位置指令信号はＤ／Ａ変換器２１４を経てアナログ信号に変換され、駆動制御手段２１５に入力される。駆動制御手段２１５と位置検出手段２１６は位置フィードバック系を構成しており、前記位置指令信号に基づいて手振れ補正レンズ２０５の位置決めを行う。
【０００５】
図２は、手振れ補正システムの信号処理構成を示すブロック図である。１００は手振れ補正システム、１０１は手振れ角速度を検出するジャイロセンサ、１０２はアンプ回路、１０３は高域通過フィルタ（ＨＰＦ）、１０４は積分器、１０５は位相補償器、１０６はゲイン調整器、１０７はアクチュエータである。ＨＰＦ１０３、積分器１０４、位相補償器１０５、ゲイン調整器１０６の演算は、図１で示したマイクロコンピュータ２１３で行われている。
【０００６】
図５は、特許文献１に記載された位相補償器１０５１の伝達特性を示すブロック図、図６はその伝達特性、図７はアクチュエータ１０７の伝達特性である。
【０００７】
手振れ補正は一般的に１〜１０Ｈｚの帯域で行われるが、手振れ補正帯域の高域側である１０Ｈｚ付近では、アクチュエータ１０７の位相遅れによって、手振れ補正動作に位相遅れが生じ、補正性能が十分でない（図７参照）。特許文献１では、図５のような位相補償器１０５１を設けて、アクチュエータ１０７の位相遅れを対策している。すなわち、図５で示した位相補償器１０５１はリードラグフィルタであり、高域で利得を上昇させつつ、１０Ｈｚ近傍の位相を進めることによって（図６参照）、アクチュエータ１０７で発生する位相遅れをキャンセルさせているのである。
【０００８】
図５の位相補償器１０５１の伝達特性Ｇｃを（１）式に示す。
【０００９】
【数１】
2012189925.tif 000003
【００１０】
ここで、ｆ１は低域側カットオフ周波数（単位はＨｚ）であり、位相補償器１０５１の利得の上昇が始まる周波数である。また、ｆ２は高域側カットオフ周波数（単位はＨｚ）であり、位相補償器１０５１の利得の上昇が止まる周波数である。ｓはラプラス演算子であり、ｓ＝ｊ２πｆとする。ここで、ｆは周波数であり、ｊは虚数単位である。
【００１１】
位相補償器１０５１の伝達特性Ｇｃの位相特性φｃは（２）式のようになる。
【００１２】
【数２】
2012189925.tif 000004
【００１３】
アクチュエータ１０７の１０Ｈｚにおける位相が例えば−５ｄｅｇであったとすると、低域側カットオフ周波数ｆ１＝５０Ｈｚ、高域側カットオフ周波数ｆ２＝９０Ｈｚとすれば、１０Ｈｚにおける位相補償器１０５１の位相特性φｃ＝５ｄｅｇとなり、既述のアクチュエータ１０７の位相遅れがキャンセルされることになる。
【００１４】
一方、従来から、位相補償を行なうフィルタの技術について種々開発されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２によれば、基本フィルタ部と２次以上のフィルタによって、通過帯域の位相特性が最良になるようにする手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−０１３６７１号公報
【特許文献２】特開２００６−３４０１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従来の撮像装置２００は以上のように構成されているので、１０Ｈｚ以上の帯域において、手振れ補正システム１００の利得が上昇してしまうために、ジャイロセンサ１０１で検出された手振れ補正帯域上限の１０Ｈｚ以上のノイズが増幅され、アクチュエータの動作音としての騒音が発生してしまうという課題があった。
【００１７】
具体的には、低域側カットオフ周波数ｆ１、高域側カットオフ周波数ｆ２の設定でどの帯域からどの程度の利得上昇になるかを、（１）式により算出することができる。（１）式において、ラプラス演算子ｓは周波数ｆに比例するので、低域では２πｆ１＞＞ｓ、２πｆ２＞＞ｓなので、位相補償器１０５１の伝達特性Ｇｃ＝１となり、高域では２πｆ１＜＜ｓ、２πｆ２＜＜ｓなので、位相補償器１０５１の伝達特性Ｇｃ＝ｆ２／ｆ１となり、ｆ２＞ｆ１なので、高域で利得はｆ２／ｆ１上昇する。
【００１８】
以下のようにも説明できる。すなわち、（１）式を変形して（３）式を得る。
【００１９】
【数３】
2012189925.tif 000005
【００２０】
（３）式の利得を求める式は（４）式となる。
【００２１】
【数４】
2012189925.tif 000006
【００２２】
ｆ１＞＞ｆ、ｆ２＞＞ｆとなる低域では、位相補償器１０５１の伝達特性Ｇｃ＝１となり、ｆ１＜＜ｆ、ｆ２＜＜ｆとなる高域では、位相補償器１０５１の伝達特性Ｇｃ＝ｆ２／ｆ１となる。
【００２３】
以上のような高域での利得上昇を極力抑えるためには、低域側カットオフ周波数ｆ１を小さく設定し１０Ｈｚにおける位相補償器１０５１の位相進み量を一定程度確保する前提で設計すると、ｆ２／ｆ１を小さくすることができる。例えば、低域側カットオフ周波数ｆ１＝５０Ｈｚの場合、１０Ｈｚにおける位相進み量を５ｄｅｇ確保するためには、（２）式から高域側カットオフ周波数ｆ２＝９０Ｈｚとなる。そうすると、高域での位相補償器１０５１の伝達特性Ｇｃはｆ２／ｆ１＝１．８倍となる。高域での利得上昇を小さくするために、低域側カットオフ周波数ｆ１＝２０Ｈｚにした場合、１０Ｈｚにおける位相進み量を同じく５ｄｅｇ確保するためには、（２）式から高域側カットオフ周波数ｆ２＝２５．３Ｈｚとなる。したがって、高域での位相補償器１０５１の伝達特性Ｇｃはｆ２／ｆ１＝１．２６５倍となり、高域での位相補償器１０５１の伝達特性Ｇｃは小さくなる。しかしこの場合、１０Ｈｚの利得が上昇するので、手振れ補正レンズ２０５が実際の手振れよりも大きく動いてしまい、位相遅れの場合と同様に手振れ補正性能が十分でなくなる。
【００２４】
またフィルタの次数を上げて位相を合わせ込む方法も別途存在するが、フィルタの次数増加によって演算アルゴリズムが複雑になること、またハードウェアで構成した場合、回路が複雑になるなどの課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の第１の態様において、本発明の複合高域遮断フィルタは、第一の高域遮断フィルタと、第二の高域遮断フィルタと、加減算器と、を備えた複合高域遮断フィルタであって、前記第二の高域遮断フィルタは、前記第一の高域遮断フィルタの出力を入力とし、前記加減算器は、前記複合高域遮断フィルタの入力から、前記第二の高域遮断フィルタの出力を減算し、その減算結果を前記第一の高域遮断フィルタに出力し、前記第一の高域遮断フィルタの出力が、前記複合高域遮断フィルタの出力として出力される。
【００２６】
本発明の第２の態様において、手振れ補正機能を有する撮像装置が提供される。本発明の撮像装置は、光学系と、手振れ補正を行なうために前記光学系の光軸と垂直な面内を移動可能な手振れ補正部材と、前記撮像装置の動きを検出する動き検出手段と、前記動き検出手段の出力を入力する複合高域遮断フィルタと、前記複合高域遮断フィルタの出力に基づいて前記手振れ補正部材を駆動する制御手段と、を備え、前記複合高域遮断フィルタは、第一の高域遮断フィルタと、第二の高域遮断フィルタと、加減算器と、を備え、前記第二の高域遮断フィルタは、前記第一の高域遮断フィルタの出力を入力とし、前記加減算器は、前記複合高域遮断フィルタの入力から、前記第二の高域遮断フィルタの出力を減算し、その減算結果を前記第一の高域遮断フィルタに出力し、前記第一の高域遮断フィルタの出力が、前記複合高域遮断フィルタの出力として出力される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、高域遮断フィルタを複数の高域遮断フィルタを組合せて構成することにより、容易な演算アルゴリズムで通過帯域における位相特性を最良にできる複合高域遮断フィルタを実現できる。また、本発明に係る撮像装置によれば、手振れ補正帯域の高域側において手振れ補正システムの位相変動をゼロにすることができるため、実際の手振れと手振れ補正レンズの動きの位相差がなく、良好な手振れ補正性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】手振れ補正光学系を有する撮像装置の概略構成図
【図２】手振れ補正システムの信号処理構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施例における位相補償器のブロック図
【図４】本発明の一実施例における位相補償器の伝達特性
【図５】従来の位相補償器のブロック図
【図６】従来の位相補償器の伝達特性
【図７】アクチュエータの伝達特性
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（実施の形態）
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態の撮像装置は、図１に示した手振れ補正光学系を有する撮像装置の概略構成図と同じ構成を採用する。しかし、本実施形態の撮像装置のマイクロコンピュータ２１３は、位相補償器として本発明の複合高域遮断フィルタを採用する。
【００３０】
図３に、本実施形態の撮像装置のマイクロコンピュータ２１３に含まれる位相補償器１０５の具体的な構成例を示す。位相補償器１０５は、複数の１次高域遮断フィルタで構成される複合高域遮断フィルタである。具体的には、位相補償器１０５は、第一の１次高域遮断フィルタ１０５ａと、第二の１次高域遮断フィルタ１０５ｂと、１つの加減算器１０８とを含む。
【００３１】
第一の１次高域遮断フィルタ１０５ａに対して、第二の１次高域遮断フィルタ１０５ｂの出力が負帰還される構成となっている。すなわち、第二の１次高域遮断フィルタ１０５ｂは、第一の１次高域遮断フィルタ１０５ａの出力を入力とし、加減算器１０８は、位相補償器１０５（複合高域遮断フィルタ）の入力Ｘから、第二の１次高域遮断フィルタ１０５ｂの出力を減算し、その減算結果を第一の１次高域遮断フィルタ１０５ａに出力し、第一の１次高域遮断フィルタ１０５ａの出力（複合高域遮断フィルタの出力）を２倍したものが、位相補償器１０５の出力Ｙとして出力される。
【００３２】
図３において、ｆａは第１の１次高域遮断フィルタ１０５ａのカットオフ周波数であり、ｆｂは第２の１次高域遮断フィルタ１０５ｂのカットオフ周波数である。複合高域遮断フィルタとしての位相補償器１０５の伝達特性は（５）式の通りである。
【００３３】
【数５】
2012189925.tif 000007
【００３４】
ここで、Ｇの位相特性φは（６）式のようになる。
【００３５】
【数６】
2012189925.tif 000008
【００３６】
アクチュエータ１０７の１０Ｈｚにおける位相が例えば−５ｄｅｇであったとすると、ｆａ＝５００Ｈｚ、ｆｂ＝５０Ｈｚとすれば、従来例と同様に１０Ｈｚにおいてφ＝５ｄｅｇとなり、既述のアクチュエータ１０７の位相遅れがキャンセルされることになる。
【００３７】
図４は、位相補償器１０５の周波数特性を示した図である。従来例のリードラグフィルタ型の位相補償器の特性である図６と比較すると、手振れ補正帯域である１〜１０Ｈｚの帯域においては、ほぼ同様の特性である。しかし、１００Ｈｚを越える高域においては、従来型のリードラグフィルタ型の位相補償器の利得が上昇するのに対して、位相補償器１０５の利得は上昇せずに、逆に減少している。このため、位相補償器１０５は、手振れ補正帯域外の高域成分を低減できる。したがって、位相補償器１０５は、ジャイロセンサ１０１で検出された手振れ補正帯域上限の１０Ｈｚ以上のノイズを従来型のリードラグフィルタ型の位相補償器のように増幅してしまうがことなく、逆にこれを減らすことができるので、アクチュエータ１０７の動作音が低減する。
【００３８】
なお、位相補償器１０５の第一の１次高域遮断フィルタ１０５ａのカットオフ周波数ｆａと第二の１次高域遮断フィルタ１０５ｂのカットオフ周波数ｆｂを同じ設定にすると、位相は負方向にふれなくなる。しかし、ｆｂ＝ｆａの場合、位相は正方向（位相進みの方向）にもふれないので、アクチュエータ１０７の位相遅れをキャンセルできない。よって、アクチュエータ１０７の位相遅れをキャンセルするために位相を正方向（位相進みの方向）にふれさせるためには、ｆｂ＜ｆａである必要がある。
【００３９】
アクチュエータ１０７の位相遅れは、手振れ補正レンズ２０５を含む可動部の重量が軽いと小さくなるが、その場合でも、本実施形態の位相補償器１０５の第二の１次高域遮断フィルタ１０５ｂのカットオフ周波数ｆｂをコントロールすることによって、手振れ補正帯域におけるアクチュエータ１０７の位相を０ｄｅｇにする設計が可能である。すなわち、撮像装置の設計において、手振れ補正レンズ２０５を含む可動部の重量に基づいて第二の１次高域遮断フィルタ１０５ｂのカットオフ周波数ｆｂを決定すればよい。
【００４０】
例えば、可動部の重量が軽い場合のアクチュエータ１０７の１０Ｈｚにおける位相が−３ｄｅｇの場合、（６）式より、ｆｂ＝１１０Ｈｚとすれば、位相補償器１０５の１０Ｈｚにおける位相は３ｄｅｇとなり、アクチュエータ１０７の位相遅れをキャンセルすることができる。
【００４１】
本実施形態の位相補償器１０５が半導体によって実現される場合は、レジスタやピンによって第二の１次高域遮断フィルタ１０５ｂのカットオフ周波数ｆｂが切り替えられるように設計することが望ましい。このように設計された半導体は、手振れ補正レンズ２０５を含む可動部の重量が異なる様々な撮像装置に適用することができる。
【００４２】
以上説明した例は一つの実施形態である。位相補償器１０５については、ソフトウェアで演算する以外にも演算増幅器などのハードウェアによっても実現可能である。
【００４３】
また、ズームレンズ２０３の移動によって光学系２０１の焦点距離が変化することから、焦点距離が長いほど第二の１次高域遮断フィルタ１０５ｂのカットオフ周波数ｆｂを高く設定し、焦点距離が短いほど第二の１次高域遮断フィルタ１０５ｂのカットオフ周波数ｆｂを低く設定することが望ましい。焦点距離が短い場合、画角に対する手振れの影響が少なくなるので、手振れ補正角は小さくなる。手振れ補正角が小さいと、アクチュエータ１０７は摩擦などの影響を受けやすくなり位相が遅れる。この時、第二の１次高域遮断フィルタ１０５ｂのカットオフ周波数ｆｂを下げると、位相補償器１０５の位相が進むので、位相遅れをより適切にキャンセルすることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、手振れ補正レンズ２０５を移動させる、いわゆるレンズシフト方式の手振れ補正システムを備えた撮像装置を例示したが、ＣＣＤ２０７を移動させる、いわゆるＣＣＤ（撮像素子）シフト方式の手振れ補正システムを備えた撮像装置であっても本実施形態の思想を適用することができる。加えて、高屈折率液体を蛇腹部に封入した可変頂角プリズムを用いた手振れ補正システムを備えた撮像装置に対しても、本実施形態の思想を適用することができる。すなわち、本実施形態の思想は、アクチュエータが何を駆動するかによらず適用することができ、アクチュエータの位相遅れと手振れ補正帯域の上限を超える周波数での騒音の発生を低減することができる。
【００４５】
また、本実施形態で示した複合高域遮断フィルタ１０５は、手振れ補正の検出以外にも適用可能であり、例えば、加速度センサ出力を用いた衝撃検知技術に対しても適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によれば、手振れ補正レンズの動きの位相差がなく、良好な手振れ補正性能を得ることができるので、ディジタルスチルカメラやディジタルビデオカメラなどの撮像装置に適用することができる。また、本発明の複合高域遮断フィルタは、高域成分を遮断しながらも位相のずれを許容しがたい用途に幅広く応用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１００    手振れ補正システム
１０１    ジャイロセンサ
１０２    アンプ
１０３    高域通過フィルタ（ＨＰＦ）
１０４    積分器
１０５    位相補償器
１０５ａ    第一の１次高域遮断フィルタ
１０５ｂ    第二の１次高域遮断フィルタ
１０６    ゲイン調整器
１０７    アクチュエータ
１０８    加減算器
２００    撮像装置
２０１    レンズ群
２０２    対物レンズ
２０３    ズームレンズ
２０４    絞り
２０５    手振れ補正レンズ（防振レンズ）
２０６    フォーカスレンズ
２０７    ＣＣＤ（電荷結合素子）
２０８    画像検出手段
２０９    ＣＣＤ駆動制御手段
２１０    角速度センサ
２１１    増幅回路
２１２    Ａ／Ｄ変換器
２１３    マイクロコンピュータ
２１４    Ｄ／Ａ変換器
２１５    駆動制御手段
２１６    位置検出手段
【図１】
2012189925.tif 000009
【図２】
2012189925.tif 000010
【図３】
2012189925.tif 000011
【図４】
2012189925.tif 000012
【図５】
2012189925.tif 000013
【図６】
2012189925.tif 000014
【図７】
2012189925.tif 000015