JP2841666B2 - カメラの像振れ補正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、カメラの像振れ補正装置に関するものであ
り、例えば三脚無しで低輝度被写体を低速シャッター速
度で撮影する用途に適するものである。

［従来の技術］ 従来、ビデオカメラに角速度センサーを組み込んで、
カメラの振動を検出することが提案されている（特開昭
61−289769号公報）。角速度センサーとしては、オート
ジャイロのように高速回転体を用いるものや、振動して
いる音叉により生じたコリオリの力を利用するものがあ
る。上述のような角角度センサーをカメラに組み込むと
共に、カメラの撮影レンズの一部を角速度センサーの出
力に基づいて像振れを相殺するように駆動すれば、カメ
ラの手振れを補正することが可能になると考えられる。
撮影レンズの一部を駆動するには、ステッピングモータ
ーを使用すれば手振れ補正の精度を高めることができる
と考えられる。

しかしながら、ステッピングモーターには、自起動領
域とスルー領域という２つの動作領域があり、シャッタ
ー開口直後にステッピングモーターを起動する場合に
は、スルー領域での制御が出来ないため、補正可能な像
振れ速度はステッピングモーターの性能限界よりも低速
度となる。そこで、シャッター開口前にステッピングモ
ーターを自起動領域内で起動させ、シャッター開口直前
には、パルス速度（ステッピングモーターの駆動速度に
対応）が像振補正に必要な速度となるように追従動作さ
せることが考えられる。このようにすれば、シャッター
開口直後の像振れ速度が大きく、像振れ補正に必要なパ
ルス速度がスルー領域である場合でも、スルー領域での
動作が可能となり、補正可能な像振れ速度を高くするこ
とができる（特願平１−261052号出願参照）。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上述の先行出願では、シャッター開口前の
追従動作において、パルス速度を直線的に上昇させてい
たので、追従動作のためのパルス速度から像振れ補正に
必要なパルス速度に切り換わるときに、加速度の変化が
大き過ぎて説調を起こすことがあった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、ステッピングモーターで像振
れ補正用レンズを駆動するカメラの像振れ補正装置にお
いて、シャッター開口前の追従動作からシャッター開口
後の像振れ補正動作への切換をスムーズに実現すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第
１図に示すように、カメラの振動を検出するセンサー１
と、カメラの撮影光学系に含まれる像振れ補正用レンズ
を駆動するステッピングモーター２と、シャッター開口
の一定時間前にセンサー出力を入力されてカメラの像振
れを補正するようにステッピングモーター２に制御パル
スを出力する制御回路３とを備え、制御回路３は、セン
サー出力に基づいて像振れ補正用パルスを発生するパル
ス発生回路31と、ステッピングモーター起動時に像振れ
補正用パルスのパルス速度が、制御可能な自起動領域内
にあるか制御不可能なスルー領域内にあるかを判断する
判断回路32と、判断回路32により像振れ補正用パルスの
パルス速度V_Fがスルー領域内にあると判断されたときに
自起動領域からスルー領域に移行するための時間ととも
にパルス速度が増加する追従用パルスを出力する追従回
路33と、追従回路33の動作時に追従用パルスのパルス速
度V_Pが像振れ補正用パルスのパルス速度V_Fに達するまで
の間はパルス発生回路31から出力される像振れ補正用パ
ルスに代えて追従回路33から出力される追従用パルスを
制御回路３の出力とする比較回路34とを備え、前記追従
回路33は、ある時刻ｔでの像振れ補正用パルスのパルス
速度をV_F（ｔ）、加速度をα_Ｆ（ｔ）とし、追従用パル
スのパルス速度をV_P（ｔ）とするとき、微小時間Δｔが
経過した時刻（ｔ＋Δｔ）での追従用パルスのパルス速
度V_P（ｔ＋Δｔ）を、V_F（ｔ＋Δｔ）とα_Ｆ（ｔ＋Δ
ｔ）、及びV_P（ｔ）の関数として決定する回路であるこ
とを特徴とするものである。

前記関数は、上記一定時間における追従動作の残り時
間をt_S、重み付け係数をW₁,W₂とすると、 V_P（ｔ＋Δｔ）＝V_P（ｔ）＋（Δt/t_S）× ｛W₁V_F（ｔ＋Δｔ）＋W₂α_Ｆ（ｔ＋Δｔ）×t_S｝ で表されることが好ましい。

また、同じ課題を解決するための別の手段として、像
振れ補正用パルスのパルス速度V_Fと追従用パルスのパル
ス速度V_Pとの速度差（V_F−V_P）が、前記一定時間の経過
と共に直線的に減少してゼロとなるように追従用パルス
を出力するようにしても良い。

［作 用］ 第３図はカメラの振動による画像の振れ（変位）を示
したものである。変位f_F（mm）は、時刻t_Aにおいて画面
中心に存在する像点の軌跡として表示している。露光期
間Ａ及びＢは、いずれもシャッター速度1/10秒で撮影し
た場合であるが、シャッター開口のタイミングが異な
る。第３図に例示された変位f_Fの時間的変化に対応する
像振れ速度ｆ′_Ｆ（mm/s）の時間的変化を第４図に示
す。同図から明らかなように、露光期間Ａではシャッタ
ー開口直後に像振れ速度ｆ′_Ｆが高速から次第に低速に
なるが、露光期間Ｂでは逆にシャッター開口直後に像振
れ速度ｆ′_Ｆが低速から次第に高速になる。このような
場合、露光期間Ｂではステッピングモーターが像振れに
追従できるが、露光期間Ａではステッピングモーターが
像振れに追従できないことがある。以下、その理由を説
明する。

ステッピングモーターの速度−トルク特性を第５図に
示す。ここで、ステッピングモーターの速度は、パルス
速度（１秒間にステッピングモーターに入力されるパル
ス数〔PPS〕）で表している。自起動領域内では、どの
ようなパルス速度とトルクの組み合わせでも、瞬時にス
テッピングモーターの起動、停止及び逆転が可能であ
る。一方、スルー領域内では、いきなりステッピングモ
ーターを起動することができないので、自起動領域内で
起動してから、徐々にパルス速度を上げて行き、その
後、スルー領域で駆動させる追従という制御が必要とな
る。

そこで、上述の先行出願（特願平１−261052号）で
は、この問題点を解決するべく、シャッター開口の一定
時間前にカメラの振動を検出するセンサーの出力を入力
し、像振れ補正用パルスのパルス速度V_Fがスルー領域に
ある場合には、第10図に示すように、露光期間Ａの前に
追従時間t_SLを設ける。つまり、ステッピングモーター
の起動時に、自起動領域内のパルス速度V_PSを与えて、
その後、追従時間t_SLの経過後に、スルー領域のパルス
速度V_PEになるように、追従用パルスのパルス速度V_Pを
直接的に増加させて行く。途中Ｐ点で像振れ補正用パル
スのパルス速度V_Fに達すると、上記追従制御を中止し
て、以後、像振れ補正用パルスのパルス速度V_Fに対応す
るパルス速度をステッピングモーターに与える。このよ
うにして、追従時間t_SL内に像振れ補正用パルスのパル
ス速度V_Fへの追従動作が行われて、シャッター開口時点
から像振れの補正がなされる。しかしながら、Ｐ点で追
従用のパルスのパルス速度V_Pから像振れ補正用パルスの
パルス速度V_Fに切替わる瞬間に、加速度の変化が大き
く、ステッピングモーターが脱調する恐れがあった。

そこで、本発明にあっては、例えば、第６図に示すよ
うな原理で追従用パルスのパルス速度V_Pを決定してい
る。図中、時刻tn,tn₊₁での像振れ補正用パルスのパル
ス速度をV_F（tn）,V_F（tn₊₁）、露光開始時刻をt_STと
し、点（tn,V_F（tn））から点（tn₊₁,V_F（tn₊₁））に延
ばした直線の時刻t_STでの点をＱとし、この点での速度
をV_Qとする。また、点（tn₊₁,V_F（tn₊₁））から時間軸
に平行に延ばした直線の時刻t_STでの点をＲとし、この
点での速度をV_Rとする。そして、直線RQをM:Nに内分す
る点をＵとし、この点での速度をV_Uとする。このとき、
求めるパルス速度V_P（tn₊₁）は、点Ｕと点（tn,Vp（t
n））を結ぶ直線上の時刻tn₊₁での速度とする。これを
式で表せば、 となる。なお、実際には、時刻tn₊₁での像振れ補正用パ
ルスのパルス速度V_F（tn₊₁）を読み取ってから上式の演
算を実行し、追従用パルスのパルス速度V_P（tn₊₁）を算
出するまでに、多少時間がかかるので、この遅延時間は
補正することが好ましい。また、内分点Ｕを求めるため
の係数M,Nの組み合わせは任意であるが、演算の容易性
を考慮すれば、0,1,2,4,…のような２のべき乗の係数を
採用することが好ましい。例えば、（M,N）が（0,1）、
（1,1）、（1,0）である場合について、２通りの像振れ
補正用パルスのパルス速度V_Fに対する追従用パルスのパ
ルス速度V_Pを演算した例を第７図（ａ），（ｂ），
（ｃ）及び第８図（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示
す。図中、白丸を施したパルス速度V_Pが各時刻tn,tn₊₁,
…における演算結果である。

以上のようにすれば、時刻t_STで追従用パルスのパル
ス速度V_Pが像振れ補正用パルスのパルス速度V_Fにスムー
ズに追い付くことができるので、この時点で追従制御を
停止して、以後、像振れ補正用パルスのパルス速度V_Fで
ステッピングモータを制御する。このようにして、シャ
ッター開口時点から像振れの補正がなされるものであ
る。

本発明のその他の構成及び作用については、以下に述
べる実施例の説明において詳述する。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例のブロック図である。図
中、１はカメラの振動を検出するセンサーであり、角速
度センサーよりなる。２はステッピングモーターであ
り、カメラの撮影光学系に含まれる像振れ補正用レンズ
を駆動する。３は制御回路であり、センサー１の出力に
基づいてステッピングモーター２を制御する。４は制御
回路３から出力される制御パルスに基づいて、ステッピ
ングモーター２を駆動するモータードライバである。５
は交換レンズであり、６はその内蔵ROMである。

次に、制御回路３の構成について説明する。31はパル
ス発生回路であり、センサー１から得られる角速度情報
ｆ′_Ｆ（ｔ）と、交換レンズ５の内蔵ROM6から読み込ん
だ交換レンズ５の像変換係数K_Bに基づいて像振れ補正用
パルスを発生する。32は像振れ補正用パルスのパルス速
度V_Fが自起動領域内にあるスルー領域にあるかを判定す
る判定回路である。33は像振れ補正用パルスのパルス速
度V_Fがスルー領域にあると判断回路32により判断された
ときに動作を開始する追従回路であり、追従用パルスを
出力する。上述の露光期間Ａでは追従回路33が動作する
が、露光期間Ｂでは追従回路33は動作しない。34は像振
れ補正用パルスのパルス速度V_Fと追従用パルスのパルス
速度V_Pを比較する比較回路であり、追従回路33が動作し
ている場合において、V_F＞V_Pであれば追従用パルスを出
力し、V_F≦V_Pであれば像振れ補正用パルスを出力する。
ただし、追従回路33が動作していないときには、像振れ
補正用パルスをそのまま出力する。

第２図（ａ）は本実施例に用いる像振れ補正用レンズ
の駆動系を示している。ステッピングモーター２の回転
軸にはギアG₁が装着されている。ギアG₁の回転力はギア
G₂,G₃を介してクラックG₄に伝達され、直進駆動力に変
換される。21は像振れ補正用レンズであり、レンズ保持
枠20に保持されている。レンズ保持枠20はラックG₄によ
り直進駆動される。これにより、ステッピングモーター
２の回転軸がΔθ回転すると、像振れ補正用レンズ21の
光軸はΔｄずれる。このような駆動系は、撮影画面の水
平方向と垂直方向についてそれぞれ設けられるものであ
る。

第２図（ｂ）は本実施例に用いる像振れ補正用レンズ
を含む撮影光学系の概略構成を示している。22は撮影レ
ンズの主たるレンズ群であり、像振れ補正用レンズ21と
共に撮影レンズを構成している。FPは焦点面であり、被
写体からの光は撮影レンズを介して焦点面FPに結像され
る。像振れ補正用レンズ21を光軸に平行にΔｄ変位させ
たときの焦点面FP上の像点の変位量をΔＬとすると、補
正感度L_Hは次式で定義される。

L_H＝Δd/ΔＬ このとき、ステッピングモーター２の回転軸の回転角
をΔθ（度）とし、伝達係数K_BMを次式で定義する。

K_BM＝Δθ／（360・Δｄ）〔回転/mm〕 また、像変換係数K_Bを次式で定義する。

K_B＝Δθ／（360・ΔＬ） ＝｛Δθ／（360・Δｄ）｝×（Δd/ΔＬ） ＝K_BM・L_H 〔回転/mm〕 像振れによる変位が関数f_F（ｔ）で与えられるとき、
像振れ補正用レンズで像振れを相殺するには、−f
_F（ｔ）の像移動を与えるように、ステッピングモータ
ー２の回転角を制御すれば良い。ステッピングモーター
の回転角をθ（ｔ）とすれば、 θ（ｔ）＝−K_B・f_F（ｔ） 〔回転〕 両式を微分して θ′（ｔ）＝−K_B・ｆ′_Ｆ（ｔ） 〔回転/sec〕 ステッピングモーター２のステップ角、つまり１パル
スの入力によって回転する角度をθ_Ｓ（度）とすれば、
ステッピングモーター２に与えるパルス速度V_Fは次式で
与えられる。

V_F＝360・θ′（ｔ）／θ_Ｓ ＝−360・K_B・ｆ′_Ｆ（ｔ）／θ_Ｓ 〔PPS〕 上述のパルス発生回路31は、予め設定されたθ_Ｓ、交
換レンズ５の内蔵ROM6から入力されるK_B、及びセンサー
１から入力される角速度情報ｆ′_Ｆ（ｔ）とからこのパ
ルス速度V_Fを演算し出力するものである。パルス発生回
路31の動作開始時点はシャッター開口の一定時間前とさ
れ、例えば、レリーズスイッチのオン時点あるいはフレ
ックスカメラのミラーアップ開始時点とされる。

次に、追従回路33について説明する。この追従回路33
では、像振れ補正用パルスのパルス速度V_Fがスルー領域
にあると判断回路32により判断されたときに、追従用パ
ルスのパルス速度V_Pを演算し、出力する。ある時刻ｔで
の像振れ補正用パルスのパルス速度をV_F（ｔ）、加速度
をα_Ｆ（ｔ）とし、追従用パルスのパルス速度をV
_P（ｔ）とするとき、微小時間Δｔが経過した時刻（ｔ
＋Δｔ）での追従用パルスのパルス速度V_P（ｔ＋Δｔ）
は、次式で与えられる。

V_P（ｔ＋Δｔ）＝V_P（ｔ）＋（Δt/t_S）× ｛W₁V_F（ｔ＋Δｔ）＋W₂α_Ｆ（ｔ＋Δｔ）×t_S｝ ただし、上式において、t_Sは追従の残り時間、W₁,W₂
は重み付け係数である。重み付け係数W₁,W₂は、上述の
第６図乃至第８図で説明したような原理により、追従用
パルスのパルス速度V_Pが像振れ補正用パルスのパルス速
度V_Fにスムーズに追い付くように設定するものである。

なお、ここで言う追従動作には、所定速度で所望の像
振れ補正用パルス速度に近付いた後に、スムーズにこの
補正用パルス速度に追い付くことであり、第７図（ｂ）
のように時間の経過と共にパルス速度が増加し続ける場
合や、第８図（ｂ）のように一旦パルス速度が増加した
後に徐々に減速してスムーズに追い付くようにする場合
も含まれる。

また、別の実施例として、像振れ補正用パルスのパル
ス速度V_Fと追従用パルスのパルス速度V_Pとの速度差が、
シャッター開口前の一定時間の経過と共に直線的に減少
してゼロとなるように追従用パルスを出力しても良い。
この実施例を第９図により説明する。追従制御の開始時
における像振れ補正用パルスのパルス速度をV_F（t₀）、
追従用パルスのパルス速度をV_P（t₀）とする。追従時間
をt_STとして、この間にパルス速度V_P（tn）の演算をｊ
回実行できるものとする。この場合、像振れ補正用パル
スのパルス速度と追従用パルスのパルス速度との速度差
は、最初、｛V_F（t₀）−V_P（t₀）｝である。この速度差
を１回の演算毎に｛V_F（t₀）−V_P（t₀）｝/jずつ減少さ
せて行くと、ｊ回の演算の間に速度差は０となる。この
考え方に基づいて、ｎ回目の演算時における追従用パル
スのパルス速度V_P（tn）を次式で決定する。

V_P（tn）＝V_F（tn）−（ｊ−ｎ）× ｛V_F（t₀）−V_P（t₀）｝/j 以上のようにすれば、追従制御の終了時に追従用パル
スのパルス速度V_Pは像振れ補正用パルスのパルス速度V_F
にスムーズに追い付くことができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、ステッピングモーターの駆動力で像
振れ補正用レンズを像振れを打ち消す方向へ移動させる
カメラの像振れ補正装置において、シャッター開口前に
ステッピングモーターを自起動領域内で起動させ、シャ
ッター開口直前には、パルス速度が像振れ補正に必要な
速度となるように追従動作させているので、シャッター
開口直後の像振れ速度が大きく、像振れ補正に必要なパ
ルス速度がスルー領域である場合でも、上記追従動作に
よりスルー領域での動作が可能となり、補正可能な像振
れを速度を高くすることができるという効果があり、ま
た、シャッター開口前の追従動作からシャッター開口後
の像振れ補正動作への切換をスムーズに行えるように追
従用パルスのパルス速度を決定できるようにしたので、
ステッピングモーターの脱調が生じることを防止できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図（ａ）
は上記実施例に用いる像振れ補正用レンズの駆動系の正
面図、第２図（ｂ）は上記実施例に用いる像振れ補正用
レンズを含む撮影光学系の概略構成図、第３図は上記実
施例における像変位の時間的変化を示す図、第４図は上
記実施例における像振れ速度の時間的変化を示す図、第
５図は上記実施例に用いるステッピングモーターの速度
−トルク特性を示す図、第６図は上記実施例の原理説明
図、第７図及び第８図は上記実施例によるパルス速度の
演算例を示す図、第９図は本発明の他の実施例の原理説
明図、第10図は従来例の動作説明図である。 １はセンサー、２はステッピングモーター、３は制御回
路、31はパルス発生回路、32は判断回路、33は従来回
路、34は比較回路である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カメラの振動を検出するセンサーと、カメ
   ラの撮影光学系に含まれる像振れ補正用レンズを駆動す
   るステッピングモーターと、シャッター開口の一定時間
   前にセンサー出力を入力させてカメラの像振れを補正す
   るようにステッピングモーターに制御パルスを出力する
   制御回路とを備え、制御回路は、センサー出力に基づい
   て像振れ補正用パルスを発生するパルス発生回路と、ス
   テッピングモーター起動時に像振れ補正用パルスのパル
   ス速度が、制御可能な自起動領域内にあるか制御不可能
   なスルー領域内にあるかを判断する判断回路と、判断回
   路により像振れ補正用パルスのパルス速度がスルー領域
   内にあると判断されたときに上記一定時間の期間に自起
   動領域からスルー領域に漸次移行するため、時間ととも
   にパルス速度が所定の像振れ補正用パルス速度に漸近す
   る追従用パルスを出力する追従回路と、追従回路の動作
   時に追従用パルスのパルス速度が像振れ補正用パルスの
   パルス速度に達するまでの間はパルス発生回路から出力
   される像振れ補正用パルスに代えて追従回路から出力さ
   れる追従用パルスを制御回路の出力とする比較回路とを
   備え、前記追従回路は、ある時刻ｔでの像振れ補正用パ
   ルスのパルス速度をV_F（ｔ）、加速度をα_Ｆ（ｔ）と
   し、追従用パルスのパルス速度をV_P（ｔ）とするとき、
   微小時間Δｔが経過した時刻（ｔ＋Δｔ）での追従用パ
   ルスのパルス速度V_P（ｔ＋Δｔ）を、V_F（ｔ＋Δｔ）と
   α_Ｆ（ｔ＋Δｔ）、及びV_P（ｔ）の関数として決定する
   回路であることを特徴とするカメラの像振れ補正装置。
2. 【請求項２】上記一定時間における追従動作の残り時間
   をt_S、重み付け係数をW₁,W₂とすると、前記関数は V_P（ｔ＋Δｔ）＝V_P（ｔ）＋（Δt/t_S）× ｛W₁V_F（ｔ＋Δｔ）＋W₂α_Ｆ（ｔ＋Δｔ）×t_S｝ で表されることを特徴とする請求項１記載のカメラの像
   振れ補正装置。