JP2000010141A - 手振れ補正機能付きデジタルカメラ - Google Patents
手振れ補正機能付きデジタルカメラInfo
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- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
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- H04N23/68—Control of cameras or camera modules for stable pick-up of the scene, e.g. compensating for camera body vibrations
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- H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
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- H04N23/682—Vibration or motion blur correction
- H04N23/685—Vibration or motion blur correction performed by mechanical compensation
- H04N23/687—Vibration or motion blur correction performed by mechanical compensation by shifting the lens or sensor position
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Studio Devices (AREA)
- Adjustment Of Camera Lenses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】デジタルスティルカメラにおける手振れによる
画像ぼけを有効に軽減する。 【解決手段】撮像光学系により被写体像を撮像素子の撮
像面に結像させて画像信号に変換するデジタルスティル
カメラであって、カメラ本体の回転変位を検出する回転
検出手段１０と、回転検出手段から得られる回転変位検
出信号に基づき、カメラ本体の姿勢角変化を算出する姿
勢角算出手段１２と、姿勢角算出手段からの姿勢角変化
信号に基づき、撮像素子の移動目標ベクトルを算出して
移動目標信号を発生する制御目標算出手段１４と、制御
目標算出手段からの移動目標信号を入力され、撮像素子
９に移動目標ベクトルに合致する変位を行う撮像素子変
位制御手段１６，１８，２０とを有し、移動目標ベクト
ルの決定と撮像素子９の変位とを１フレームの画像取込
み時間内に１回以上行う。
画像ぼけを有効に軽減する。 【解決手段】撮像光学系により被写体像を撮像素子の撮
像面に結像させて画像信号に変換するデジタルスティル
カメラであって、カメラ本体の回転変位を検出する回転
検出手段１０と、回転検出手段から得られる回転変位検
出信号に基づき、カメラ本体の姿勢角変化を算出する姿
勢角算出手段１２と、姿勢角算出手段からの姿勢角変化
信号に基づき、撮像素子の移動目標ベクトルを算出して
移動目標信号を発生する制御目標算出手段１４と、制御
目標算出手段からの移動目標信号を入力され、撮像素子
９に移動目標ベクトルに合致する変位を行う撮像素子変
位制御手段１６，１８，２０とを有し、移動目標ベクト
ルの決定と撮像素子９の変位とを１フレームの画像取込
み時間内に１回以上行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は手振れ補正機能付
きデジタルカメラに関する。
きデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、デジタルスティルカメラが広く普
及してきている。デジタルスティルカメラは普及にとも
ない、低コスト化・小型化・軽量化が進んでいる。この
ような低コスト化・小型化・軽量化に伴い、撮影の際の
「手振れ」が問題になると予想される。即ち、軽量化さ
れたデジタルスティルカメラは、手持ち撮影時のカメラ
安定性が低く容易に手振れを生じてしまう。また、低コ
スト化のために低感度の撮像素子を用いると、画像取込
みに必要な露光時間が長くなるので、撮影が手振れの影
響を受けやすい。また、小型化・低コスト化のため、光
学式ファインダに代えて液晶ファインダ等が使用される
と、カメラを身体から離したり片手で持った状態で撮影
が行われることも多く、撮影時の安定性が低下して手振
れを発生させやすい。また、望遠比の高いズームレンズ
で撮影を行う場合にも、手振れの影響が問題となる。デ
ジタルスティルカメラでの撮影時に手振れが生じると、
撮影画像に「画像ぼけ」が発生してしまう。手振れは、
時間的に連続した画像取込みを行うビデオカメラでは良
く知られており、ビデオカメラにおいては「手振れ補
正」を行うことが日常化しているが、ビデオカメラにお
ける手振れ補正を単純にデジタルスティルカメラに適用
できるという訳ではない。
及してきている。デジタルスティルカメラは普及にとも
ない、低コスト化・小型化・軽量化が進んでいる。この
ような低コスト化・小型化・軽量化に伴い、撮影の際の
「手振れ」が問題になると予想される。即ち、軽量化さ
れたデジタルスティルカメラは、手持ち撮影時のカメラ
安定性が低く容易に手振れを生じてしまう。また、低コ
スト化のために低感度の撮像素子を用いると、画像取込
みに必要な露光時間が長くなるので、撮影が手振れの影
響を受けやすい。また、小型化・低コスト化のため、光
学式ファインダに代えて液晶ファインダ等が使用される
と、カメラを身体から離したり片手で持った状態で撮影
が行われることも多く、撮影時の安定性が低下して手振
れを発生させやすい。また、望遠比の高いズームレンズ
で撮影を行う場合にも、手振れの影響が問題となる。デ
ジタルスティルカメラでの撮影時に手振れが生じると、
撮影画像に「画像ぼけ」が発生してしまう。手振れは、
時間的に連続した画像取込みを行うビデオカメラでは良
く知られており、ビデオカメラにおいては「手振れ補
正」を行うことが日常化しているが、ビデオカメラにお
ける手振れ補正を単純にデジタルスティルカメラに適用
できるという訳ではない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、デジタル
スティルカメラの撮影における、手振れによる画像ぼけ
を有効に軽減することを課題とする。
スティルカメラの撮影における、手振れによる画像ぼけ
を有効に軽減することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明の手振れ補正機
能付きデジタルカメラは「撮像光学系により被写体像を
撮像素子の撮像面に結像させて画像信号に変換するデジ
タルスティルカメラ」であって、回転検出手段と、姿勢
角算出手段と、制御目標算出手段と、撮像素子変位制御
手段を有する。「撮像光学系」は通常のカメラ用撮影レ
ンズ系を用いることができる。「撮像素子」は２次元の
撮像面を持つＣＣＤやＣＭＯＳ等を用い得る。「回転検
出手段」は、カメラ本体の回転変位（回転による姿勢の
変化）を検出する手段である。「姿勢角算出手段」は、
回転検出手段から得られる回転変位検出信号に基づきカ
メラ本体の姿勢角変化を算出する手段である。「制御目
標算出手段」は、姿勢角算出手段からの姿勢角変化信号
に基づき、撮像素子の移動目標ベクトルを算出して移動
目標信号を発生する手段である。移動目標ベクトルは、
変位ベクトルと軸性ベクトルとを含み、変位ベクトルは
撮像素子の並進的な変位の大きさと方向を与え、軸性ベ
クトルは撮像素子の回転変位の回転量を与える。「撮像
素子変位制御手段」は、制御目標算出手段からの移動目
標信号を入力され、撮像素子に上記移動目標ベクトルに
合致する変位を行う手段である。撮像素子変位制御手段
は、撮像素子の機械的な変位を実行する部分と、この部
分の動きを制御する回路的部分とを有する。上記移動目
標ベクトルの決定と撮像素子の変位とは「１フレームの
画像取込み時間内に１回以上」行なわれる。
能付きデジタルカメラは「撮像光学系により被写体像を
撮像素子の撮像面に結像させて画像信号に変換するデジ
タルスティルカメラ」であって、回転検出手段と、姿勢
角算出手段と、制御目標算出手段と、撮像素子変位制御
手段を有する。「撮像光学系」は通常のカメラ用撮影レ
ンズ系を用いることができる。「撮像素子」は２次元の
撮像面を持つＣＣＤやＣＭＯＳ等を用い得る。「回転検
出手段」は、カメラ本体の回転変位（回転による姿勢の
変化）を検出する手段である。「姿勢角算出手段」は、
回転検出手段から得られる回転変位検出信号に基づきカ
メラ本体の姿勢角変化を算出する手段である。「制御目
標算出手段」は、姿勢角算出手段からの姿勢角変化信号
に基づき、撮像素子の移動目標ベクトルを算出して移動
目標信号を発生する手段である。移動目標ベクトルは、
変位ベクトルと軸性ベクトルとを含み、変位ベクトルは
撮像素子の並進的な変位の大きさと方向を与え、軸性ベ
クトルは撮像素子の回転変位の回転量を与える。「撮像
素子変位制御手段」は、制御目標算出手段からの移動目
標信号を入力され、撮像素子に上記移動目標ベクトルに
合致する変位を行う手段である。撮像素子変位制御手段
は、撮像素子の機械的な変位を実行する部分と、この部
分の動きを制御する回路的部分とを有する。上記移動目
標ベクトルの決定と撮像素子の変位とは「１フレームの
画像取込み時間内に１回以上」行なわれる。
【０００５】上記請求項１記載の手振れ補正機能付きデ
ジタルカメラは、更に、並進検出手段と並進変位量算出
手段とを有することができる（請求項２）。「並進検出
手段」はカメラ本体の並進変位を検出する手段である。
「並進変位量算出手段」は、並進検出手段から得られる
並進変位検出信号に基づき、カメラ本体の並進変位量を
算出する手段である。この場合、上記制御目標算出手段
は、姿勢角変化信号と「並進変位量算出手段からの並進
変位量信号」とに基づいて移動目標ベクトルを算出す
る。回転検出手段としては「直交する３軸方向の角速度
を検出する３軸ジャイロ」や「直交する３軸方向の加速
度を検出する３軸加速度センサと、直交する２軸方向の
磁力を検出する２軸磁力センサで構成したもの」等、ビ
デオカメラにおける回転検出に関連して知られている適
宜のものを用いることができるが、「直交する３軸方向
の加速度を検出する３軸加速度センサと、直交する３軸
方向の磁力を検出する磁力センサとで構成された回転検
出手段」を利用することができる（請求項３）。この請
求項３記載の発明の場合、３軸加速度センサと３軸磁力
センサとで構成される回転検出手段のうち、３軸加速度
センサが並進検出手段を兼ることができる（請求項
４）。並進検出手段としてはほかに、外部参照点からの
光や電磁波を検出する方式のものや、外部に光や電磁波
を放射し、その反射を受信する方式のもの等を利用する
こともできる。また、回転検出手段として「１対の加速
度センサを所定の間隔を隔し、同じ向きの加速度を検出
できるように直線上に配備し、この直線に交わる方向の
回転があったときに、各加速度センサの検出する加速度
の差と上記間隔とから角加速度を検出し、これを積分す
ることにより角速度や回転角が得られるようにした加速
度センサ対を２対以上用いて構成したもの」を利用する
こともできる。上述したように、移動目標ベクトルの決
定と撮像素子の変位とは「１フレームの画像取込み時間
内に１回以上」行なわれる。通常のデジタルスティルカ
メラで用いられるＮＴＳＣもしくはそれに近い出力の場
合、１フレーム時間は、１／３０秒であるので、回転運
動の検出もしくは回転運動及び並進運動の検出から、撮
像素子変位を終了するまでの時間（手振れ補正機構の１
サイクルの動作時間）は１／３０秒より短くする必要が
ある（請求項５）。
ジタルカメラは、更に、並進検出手段と並進変位量算出
手段とを有することができる（請求項２）。「並進検出
手段」はカメラ本体の並進変位を検出する手段である。
「並進変位量算出手段」は、並進検出手段から得られる
並進変位検出信号に基づき、カメラ本体の並進変位量を
算出する手段である。この場合、上記制御目標算出手段
は、姿勢角変化信号と「並進変位量算出手段からの並進
変位量信号」とに基づいて移動目標ベクトルを算出す
る。回転検出手段としては「直交する３軸方向の角速度
を検出する３軸ジャイロ」や「直交する３軸方向の加速
度を検出する３軸加速度センサと、直交する２軸方向の
磁力を検出する２軸磁力センサで構成したもの」等、ビ
デオカメラにおける回転検出に関連して知られている適
宜のものを用いることができるが、「直交する３軸方向
の加速度を検出する３軸加速度センサと、直交する３軸
方向の磁力を検出する磁力センサとで構成された回転検
出手段」を利用することができる（請求項３）。この請
求項３記載の発明の場合、３軸加速度センサと３軸磁力
センサとで構成される回転検出手段のうち、３軸加速度
センサが並進検出手段を兼ることができる（請求項
４）。並進検出手段としてはほかに、外部参照点からの
光や電磁波を検出する方式のものや、外部に光や電磁波
を放射し、その反射を受信する方式のもの等を利用する
こともできる。また、回転検出手段として「１対の加速
度センサを所定の間隔を隔し、同じ向きの加速度を検出
できるように直線上に配備し、この直線に交わる方向の
回転があったときに、各加速度センサの検出する加速度
の差と上記間隔とから角加速度を検出し、これを積分す
ることにより角速度や回転角が得られるようにした加速
度センサ対を２対以上用いて構成したもの」を利用する
こともできる。上述したように、移動目標ベクトルの決
定と撮像素子の変位とは「１フレームの画像取込み時間
内に１回以上」行なわれる。通常のデジタルスティルカ
メラで用いられるＮＴＳＣもしくはそれに近い出力の場
合、１フレーム時間は、１／３０秒であるので、回転運
動の検出もしくは回転運動及び並進運動の検出から、撮
像素子変位を終了するまでの時間（手振れ補正機構の１
サイクルの動作時間）は１／３０秒より短くする必要が
ある（請求項５）。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、具体的な実施の形態を説明
する。図３を参照すると、デジタルスティルカメラのカ
メラ本体１に固定してカメラ座標系：ｘ、ｙ、ｚを設定
する。レンズ２の光軸に合致した方向がｚ方向であり、
カメラ本体１の上下方向がｙ方向、これらｙ，ｚ方向に
直行する方向がｘ方向である。また、現実の空間にワー
ルド座標系：Ｘ，Ｙ，Ｚを設定する。重力方向をＹ方
向、北極方向をＺ方向とし、これらＸ，Ｚ方向に直交さ
せてＸ方向を設定する。カメラ座標系：ｘ，ｙ，ｚの各
軸を、ワールド座標系：Ｘ，Ｙ，Ｚに平行に対応させた
状態をカメラ本体１の「基準姿勢」とする。カメラ本体
１の内部には、カメラ１を基準姿勢の保持したときにワ
ールド座標系におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向の加速度を検出で
きるように、加速度センサ３，４，５が配備され、同じ
くカメラ本体１の内部に、基準姿勢においてワールド座
標系におけるＸ、Ｙ、Ｚ方向の磁力を検出する磁力セン
サ６，７，８が配備される。任意の時刻：ｔに於いて、
ｘ，ｙ，ｚ軸の、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸からの（即ち基準姿勢か
らの）回転角をそれぞれθX(ｔ)，θY(ｔ)，θZ(ｔ)と
する。また、上記時刻：ｔにおいて加速度センサ３，
４，５が検出する加速度をそれぞれＡx(ｔ)、Ａy(ｔ)、
Ａz(ｔ) とし、時刻：ｔにおいて磁力センサ６，７，８
が検出する磁力をそれぞれＭx(ｔ)、Ｍy(ｔ)、Ｍz(ｔ)
とする。回転の表現として、ｙ、ｘ、ｚ軸のまわりの回
転行列：Ｒｙ(ｔ)，Ｒｘ(ｔ)，Ｒｚ(ｔ)を用いる。これ
らは「３行３列の正方行列」である。検出された加速
度：Ａx(ｔ)、Ａy(ｔ)、Ａz(ｔ) を成分とするベクトル
を列ベクトル［Ａ(ｔ)］とする。回転として「ｙ，ｘ，
ｚ軸の順」に生じるものを考える。
する。図３を参照すると、デジタルスティルカメラのカ
メラ本体１に固定してカメラ座標系：ｘ、ｙ、ｚを設定
する。レンズ２の光軸に合致した方向がｚ方向であり、
カメラ本体１の上下方向がｙ方向、これらｙ，ｚ方向に
直行する方向がｘ方向である。また、現実の空間にワー
ルド座標系：Ｘ，Ｙ，Ｚを設定する。重力方向をＹ方
向、北極方向をＺ方向とし、これらＸ，Ｚ方向に直交さ
せてＸ方向を設定する。カメラ座標系：ｘ，ｙ，ｚの各
軸を、ワールド座標系：Ｘ，Ｙ，Ｚに平行に対応させた
状態をカメラ本体１の「基準姿勢」とする。カメラ本体
１の内部には、カメラ１を基準姿勢の保持したときにワ
ールド座標系におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向の加速度を検出で
きるように、加速度センサ３，４，５が配備され、同じ
くカメラ本体１の内部に、基準姿勢においてワールド座
標系におけるＸ、Ｙ、Ｚ方向の磁力を検出する磁力セン
サ６，７，８が配備される。任意の時刻：ｔに於いて、
ｘ，ｙ，ｚ軸の、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸からの（即ち基準姿勢か
らの）回転角をそれぞれθX(ｔ)，θY(ｔ)，θZ(ｔ)と
する。また、上記時刻：ｔにおいて加速度センサ３，
４，５が検出する加速度をそれぞれＡx(ｔ)、Ａy(ｔ)、
Ａz(ｔ) とし、時刻：ｔにおいて磁力センサ６，７，８
が検出する磁力をそれぞれＭx(ｔ)、Ｍy(ｔ)、Ｍz(ｔ)
とする。回転の表現として、ｙ、ｘ、ｚ軸のまわりの回
転行列：Ｒｙ(ｔ)，Ｒｘ(ｔ)，Ｒｚ(ｔ)を用いる。これ
らは「３行３列の正方行列」である。検出された加速
度：Ａx(ｔ)、Ａy(ｔ)、Ａz(ｔ) を成分とするベクトル
を列ベクトル［Ａ(ｔ)］とする。回転として「ｙ，ｘ，
ｚ軸の順」に生じるものを考える。
【０００７】今、列ベクトル［Ａ(ｔ)］にｚ，ｘ，ｙの
順序で回転を行えば、回転は逆になって、列ベクトル
［Ａ(ｔ)］の方向は重力の方向であるＹ方向になるか
ら、以下のマトリックス方程式が成り立つ。 Ｒｙ(ｔ)Ｒｚ(ｔ)Ｒｘ(ｔ)［Ａ(ｔ)］＝［０，１，０］ ［０，１，０］は列ベクトルで、Ｙ成分のみが０でな
い。これから、 θX(ｔ)＝−ｓｉｎ~1Ａz(ｔ)，θZ(ｔ)＝ｓｉｎ{Ａ
x(ｔ)/ｃｏｓθX(ｔ)} が得られる。また、Ｍx(ｔ)、Ｍy(ｔ)、Ｍz(ｔ)を成分
とするベクトルをＭ(ｔ)として、 ［Ｍx(ｔ)’,Ｍy(ｔ)’,Ｍz(ｔ)’］＝Ｒｘ(ｔ)Ｒｚ
(ｔ)Ｍ(ｔ)， ［０,Ｍy(ｔ)'',Ｍz(ｔ)''］＝Ｒｙ(ｔ)［Ｍx(ｔ)’,Ｍ
y(ｔ)’,Ｍz(ｔ)’］ が成り立つから、 θY(ｔ)＝ｓｉｎ~1｛Ｍx(ｔ)’／√（Ｍx(ｔ)'2＋Ｍ
z(ｔ)'2）｝ となる。［Ｍx(ｔ)’,Ｍy(ｔ)’,Ｍz(ｔ)’］，［０,Ｍ
y(ｔ)'',Ｍz(ｔ)''］は、いずれも列ベクトルである。
時刻：ｔにおける姿勢を「基準」とするとき、時刻：ｔ
＋Δｔに於ける回転行列：Ｒｔ（ｔ＋Δｔ）は、 Ｒｔ（ｔ＋Δｔ）＝｛Ｒｙ(ｔ)Ｒｘ(ｔ)Ｒｚ(ｔ)｝~1・
Ｒｙ（ｔ＋Δｔ）Ｒｘ（ｔ＋Δｔ）Ｒｚ（ｔ＋Δｔ） となり、時刻：ｔ以後の各時刻における回転行列が定ま
り、それに応じて、各時刻における回転角即ち姿勢角：
θX(ｔ)，θY(ｔ)，θZ(ｔ)を知ることができ、これに
基づき撮像素子の態位を補正することができる。なお、
姿勢角の算出は、上記方法に限らず種々の方法が可能で
あるし、検出手段のセンサ構成によっても変わってく
る。上の説明では回転変位に伴う姿勢角変化の算出を説
明した。「並進変位量」は加速度センサ３，４，５の検
出する加速度：Ａx(ｔ)、Ａy(ｔ)、Ａz(ｔ) に順次積分
演算を施すことにより、並進速度：Ｖx(ｔ)、Ｖy(ｔ)、
Ｖz(ｔ) と並進変位量：Ｌx(ｔ)、Ｌy(ｔ)、Ｌz(ｔ) を
知ることができる。
順序で回転を行えば、回転は逆になって、列ベクトル
［Ａ(ｔ)］の方向は重力の方向であるＹ方向になるか
ら、以下のマトリックス方程式が成り立つ。 Ｒｙ(ｔ)Ｒｚ(ｔ)Ｒｘ(ｔ)［Ａ(ｔ)］＝［０，１，０］ ［０，１，０］は列ベクトルで、Ｙ成分のみが０でな
い。これから、 θX(ｔ)＝−ｓｉｎ~1Ａz(ｔ)，θZ(ｔ)＝ｓｉｎ{Ａ
x(ｔ)/ｃｏｓθX(ｔ)} が得られる。また、Ｍx(ｔ)、Ｍy(ｔ)、Ｍz(ｔ)を成分
とするベクトルをＭ(ｔ)として、 ［Ｍx(ｔ)’,Ｍy(ｔ)’,Ｍz(ｔ)’］＝Ｒｘ(ｔ)Ｒｚ
(ｔ)Ｍ(ｔ)， ［０,Ｍy(ｔ)'',Ｍz(ｔ)''］＝Ｒｙ(ｔ)［Ｍx(ｔ)’,Ｍ
y(ｔ)’,Ｍz(ｔ)’］ が成り立つから、 θY(ｔ)＝ｓｉｎ~1｛Ｍx(ｔ)’／√（Ｍx(ｔ)'2＋Ｍ
z(ｔ)'2）｝ となる。［Ｍx(ｔ)’,Ｍy(ｔ)’,Ｍz(ｔ)’］，［０,Ｍ
y(ｔ)'',Ｍz(ｔ)''］は、いずれも列ベクトルである。
時刻：ｔにおける姿勢を「基準」とするとき、時刻：ｔ
＋Δｔに於ける回転行列：Ｒｔ（ｔ＋Δｔ）は、 Ｒｔ（ｔ＋Δｔ）＝｛Ｒｙ(ｔ)Ｒｘ(ｔ)Ｒｚ(ｔ)｝~1・
Ｒｙ（ｔ＋Δｔ）Ｒｘ（ｔ＋Δｔ）Ｒｚ（ｔ＋Δｔ） となり、時刻：ｔ以後の各時刻における回転行列が定ま
り、それに応じて、各時刻における回転角即ち姿勢角：
θX(ｔ)，θY(ｔ)，θZ(ｔ)を知ることができ、これに
基づき撮像素子の態位を補正することができる。なお、
姿勢角の算出は、上記方法に限らず種々の方法が可能で
あるし、検出手段のセンサ構成によっても変わってく
る。上の説明では回転変位に伴う姿勢角変化の算出を説
明した。「並進変位量」は加速度センサ３，４，５の検
出する加速度：Ａx(ｔ)、Ａy(ｔ)、Ａz(ｔ) に順次積分
演算を施すことにより、並進速度：Ｖx(ｔ)、Ｖy(ｔ)、
Ｖz(ｔ) と並進変位量：Ｌx(ｔ)、Ｌy(ｔ)、Ｌz(ｔ) を
知ることができる。
【０００８】図４に於いて、符号９はカメラ本体におけ
る撮像素子を示している。撮像素子９はＣＣＤ等で構成
され、複数のボイスコイルモータ等で構成されたの回転
変位手段９Ａにより「ｘ、ｙ、ｚ軸の回りの回転変位」
を行うことができ、複数の圧電素子等により構成される
並進変位手段９Ｂにより「ｘ、ｙ、ｚ方向の変位」を行
い得るようになっている。撮像素子９が「実線で示す態
位」にあるときカメラ本体が基準姿勢にあるとすると、
図４のｚ方向は、ワールド座標のＺ方向と平行である。
ｙ方向が図面に直交する方向であるとし、カメラ本体
が、光学系の中心Ｏを通り、ｙ軸に平行な軸の回りに
角：θY だけ回転したものとする。このとき、撮像素子
９は実線の態位から破線の態位へ変位し、この変位は、
姿勢角変化：θY として算出される。手振れ補正を行う
には、撮像素子９の態位を「回転変位が生ずる前の基準
姿勢の状態」即ち、図４の実線の態位に戻すように撮像
素子９の変位を行えばよい。破線で示す態位では、撮像
素子９は実線の態位に対してθY だけ傾いているから、
この傾きを補正するために、回転変位手段９Ａにより撮
像素子９を−θYだけ回転させる。この回転により撮像
素子９の撮像面は「回転変位以前の状態に平行」にな
る。図４における「ＯＯ’間の距離」を「ｆ」とする
と、「ｆ」は光学系の中心と撮像素子の中心との距離で
あり、ズーミング等により変化することはあるが、ズー
ム量等に応じて予め知ることができるパラメータであ
る。上記回転変位により、撮像素子９の中心は回転変位
前に対しＺ方向には「ｆ・ｓｉｎ2θY」、Ｘ方向(図の
上下方向)には「−ｆ・ｓｉｎθY・ｃｏｓθY」だけ変
位しているので、並進変位手段９Ｂにより撮像素子９を
Ｚ方向に「−ｆ・ｓｉｎ2θY」、Ｘ方向に「ｆ・ｓｉｎ
θY・ｃｏｓθY」だけ変位させれば、撮像素子９を回転
変位前の基準姿勢に戻すことができる。他の２軸の回り
の回転変位に対しても同様にして補正が可能である。ま
た、並進変位量を検出できる場合には、回転変位による
姿勢角変化：θが微小なときには、θ＝ｔａｎθの近似
が成り立つことを利用し、回転変位が発生したとして、
撮像素子のさらなる補正変位を行う。
る撮像素子を示している。撮像素子９はＣＣＤ等で構成
され、複数のボイスコイルモータ等で構成されたの回転
変位手段９Ａにより「ｘ、ｙ、ｚ軸の回りの回転変位」
を行うことができ、複数の圧電素子等により構成される
並進変位手段９Ｂにより「ｘ、ｙ、ｚ方向の変位」を行
い得るようになっている。撮像素子９が「実線で示す態
位」にあるときカメラ本体が基準姿勢にあるとすると、
図４のｚ方向は、ワールド座標のＺ方向と平行である。
ｙ方向が図面に直交する方向であるとし、カメラ本体
が、光学系の中心Ｏを通り、ｙ軸に平行な軸の回りに
角：θY だけ回転したものとする。このとき、撮像素子
９は実線の態位から破線の態位へ変位し、この変位は、
姿勢角変化：θY として算出される。手振れ補正を行う
には、撮像素子９の態位を「回転変位が生ずる前の基準
姿勢の状態」即ち、図４の実線の態位に戻すように撮像
素子９の変位を行えばよい。破線で示す態位では、撮像
素子９は実線の態位に対してθY だけ傾いているから、
この傾きを補正するために、回転変位手段９Ａにより撮
像素子９を−θYだけ回転させる。この回転により撮像
素子９の撮像面は「回転変位以前の状態に平行」にな
る。図４における「ＯＯ’間の距離」を「ｆ」とする
と、「ｆ」は光学系の中心と撮像素子の中心との距離で
あり、ズーミング等により変化することはあるが、ズー
ム量等に応じて予め知ることができるパラメータであ
る。上記回転変位により、撮像素子９の中心は回転変位
前に対しＺ方向には「ｆ・ｓｉｎ2θY」、Ｘ方向(図の
上下方向)には「−ｆ・ｓｉｎθY・ｃｏｓθY」だけ変
位しているので、並進変位手段９Ｂにより撮像素子９を
Ｚ方向に「−ｆ・ｓｉｎ2θY」、Ｘ方向に「ｆ・ｓｉｎ
θY・ｃｏｓθY」だけ変位させれば、撮像素子９を回転
変位前の基準姿勢に戻すことができる。他の２軸の回り
の回転変位に対しても同様にして補正が可能である。ま
た、並進変位量を検出できる場合には、回転変位による
姿勢角変化：θが微小なときには、θ＝ｔａｎθの近似
が成り立つことを利用し、回転変位が発生したとして、
撮像素子のさらなる補正変位を行う。
【０００９】図１は請求項１記載の発明の実施の１形態
を説明する図であり、（ａ）は、回転検出手段により回
転変位を検出し、デジタルスティルカメラの手振れ補正
を行う場合のブロック図を示している。回転検出手段１
０は、カメラ本体の直交３軸の回りの回転変位を検出す
る手段で、図３に即して言えば、３軸加速度センサ３，
４，５と３軸磁力センサ６，７，８とで構成される。回
転検出手段１０の出力（各加速度センサおよび磁力セン
サの出力）は「回転変位検出信号」として姿勢角算出手
段１２に入力する。姿勢角算出手段１２は入力信号をＡ
／Ｄ変換し、前述の如き演算を行って姿勢角変化：
θX，θYおよびθZを算出する。姿勢角算出手段１２は
Ａ／Ｄ変換器とマイクロコンピュータとで構成できる。
姿勢角算出手段１２で算出された各姿勢角変化：θX，
θYおよびθZは「姿勢角変化信号」として制御目標算出
手段１４に入力し、同手段１４は、姿勢角変化：θX，
θYおよびθZをキャンセルすように撮像素子９の姿勢を
補正するための「移動目標ベクトル」を算出し、「移動
目標信号」として制御回路１６に送る。制御回路１６は
移動目標信号に応じ、ボイスコイルモータや圧電素子等
で構成された微小変位素子１８により撮像素子９を変位
させる。撮像素子９の変位量は微小変位検出素子２０に
より検出されて制御回路１６に入力される。制御回路１
６は検出された微小変位に基づき微小変位素子１８を制
御して、撮像素子９を上記移動目標信号で指定された姿
勢に補正する。このようにして、手振れ補正を行うこと
ができる。制御回路１６と微小変位素子１８、微小変位
検出素子２０は「撮像素子変位制御手段」を構成する。
を説明する図であり、（ａ）は、回転検出手段により回
転変位を検出し、デジタルスティルカメラの手振れ補正
を行う場合のブロック図を示している。回転検出手段１
０は、カメラ本体の直交３軸の回りの回転変位を検出す
る手段で、図３に即して言えば、３軸加速度センサ３，
４，５と３軸磁力センサ６，７，８とで構成される。回
転検出手段１０の出力（各加速度センサおよび磁力セン
サの出力）は「回転変位検出信号」として姿勢角算出手
段１２に入力する。姿勢角算出手段１２は入力信号をＡ
／Ｄ変換し、前述の如き演算を行って姿勢角変化：
θX，θYおよびθZを算出する。姿勢角算出手段１２は
Ａ／Ｄ変換器とマイクロコンピュータとで構成できる。
姿勢角算出手段１２で算出された各姿勢角変化：θX，
θYおよびθZは「姿勢角変化信号」として制御目標算出
手段１４に入力し、同手段１４は、姿勢角変化：θX，
θYおよびθZをキャンセルすように撮像素子９の姿勢を
補正するための「移動目標ベクトル」を算出し、「移動
目標信号」として制御回路１６に送る。制御回路１６は
移動目標信号に応じ、ボイスコイルモータや圧電素子等
で構成された微小変位素子１８により撮像素子９を変位
させる。撮像素子９の変位量は微小変位検出素子２０に
より検出されて制御回路１６に入力される。制御回路１
６は検出された微小変位に基づき微小変位素子１８を制
御して、撮像素子９を上記移動目標信号で指定された姿
勢に補正する。このようにして、手振れ補正を行うこと
ができる。制御回路１６と微小変位素子１８、微小変位
検出素子２０は「撮像素子変位制御手段」を構成する。
【００１０】図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した装置に
よる手振れ補正の手順を示すフローチャートである。撮
影に際しては、先ず、デジタルスティルカメラに取り付
けられた「手振れ補正機構の稼働を許可する電源スイッ
チ」をオンにして待機状態とする（ステップ：Ｓ１）。
次いで、シャッタレリーズを半押し状態にする（ステッ
プ：Ｓ２）と手振れ補正機構が稼働状態となり、画像取
り込み時間内（１／３０秒以内）に、回転検出手段によ
る回転変位検出、姿勢角変化の算出、制御目標ベクトル
の算出、撮像素子の変位が繰り返される。従って、画像
取込みが行われるときは手振れ補正がなされており、手
振れの影響を有効に防止ないしは軽減して良好な画像取
込みを行うことができる。画像取込みが終了すると待機
状態に戻り、さらなる画像取込みが行われるときは上記
のプロセスが繰り返される。そして電源スイッチをオフ
にすることにより当初の状態に戻る。
よる手振れ補正の手順を示すフローチャートである。撮
影に際しては、先ず、デジタルスティルカメラに取り付
けられた「手振れ補正機構の稼働を許可する電源スイッ
チ」をオンにして待機状態とする（ステップ：Ｓ１）。
次いで、シャッタレリーズを半押し状態にする（ステッ
プ：Ｓ２）と手振れ補正機構が稼働状態となり、画像取
り込み時間内（１／３０秒以内）に、回転検出手段によ
る回転変位検出、姿勢角変化の算出、制御目標ベクトル
の算出、撮像素子の変位が繰り返される。従って、画像
取込みが行われるときは手振れ補正がなされており、手
振れの影響を有効に防止ないしは軽減して良好な画像取
込みを行うことができる。画像取込みが終了すると待機
状態に戻り、さらなる画像取込みが行われるときは上記
のプロセスが繰り返される。そして電源スイッチをオフ
にすることにより当初の状態に戻る。
【００１１】図２は請求項２記載の発明の実施の１形態
を説明する図であり、（ａ）は、回転検出手段により回
転変位を検出するとともに、並進検出手段で並進変位量
を検出し、デジタルスティルカメラの手振れ補正を行う
場合のブロック図を示している。図２（ａ）における回
転検出手段１０、姿勢角算出手段１２と、これらの機能
は図１（ａ）に即して説明したものと同様であり、回転
検出手段１０の出力に基づき姿勢角算出手段１２が姿勢
角変化：θX，θYおよびθZを算出する。姿勢角算出手
段１２で算出された各姿勢角変化：θX，θYおよびθZ
は「姿勢角変化信号」として制御目標算出手段１４に入
力される。並進検出手段１１は、カメラ本体のＸ，Ｙ，
Ｚ方向に関する並進変位を検出する手段で、第３図との
関連では加速度センサ３，４，５で構成される。並進検
出手段１１の出力は「並進辺に検出信号」として、並進
変位量算出手段１３に入力される。並進変位量算出手段
１３は「積分演算回路」であり、入力信号をＡ／Ｄ変換
し、積分演算を行うことにより並進変位量を算出する。
算出された並進変位量は「並進変位量信号」として制御
目標算出手段１４に入力する。制御目標算出手段１４
は、姿勢角算出手段１２から入力される「姿勢角変化信
号」と並進変位量算出手段１３から入力される「並進変
位量信号」とに基づき、撮像素子９の姿勢を補正するた
めの「移動目標ベクトル」を算出し、「移動目標信号」
として制御回路１６に送る。制御回路１６は移動目標信
号に応じ、微小変位素子１８により撮像素子９を変位さ
せる。撮像素子９の変位量は微小変位検出素子２０によ
り検出されて制御回路１６に入力される。制御回路１６
は検出された微小変位に基づき微小変位素子１８を制御
し、撮像素子９を上記移動目標ベクトルで指定された姿
勢に補正する。このようにして、手振れ補正を行うこと
ができる。制御回路１６と微小変位素子１８、微小変位
検出素子２０とは「撮像素子変位制御手段」を構成す
る。
を説明する図であり、（ａ）は、回転検出手段により回
転変位を検出するとともに、並進検出手段で並進変位量
を検出し、デジタルスティルカメラの手振れ補正を行う
場合のブロック図を示している。図２（ａ）における回
転検出手段１０、姿勢角算出手段１２と、これらの機能
は図１（ａ）に即して説明したものと同様であり、回転
検出手段１０の出力に基づき姿勢角算出手段１２が姿勢
角変化：θX，θYおよびθZを算出する。姿勢角算出手
段１２で算出された各姿勢角変化：θX，θYおよびθZ
は「姿勢角変化信号」として制御目標算出手段１４に入
力される。並進検出手段１１は、カメラ本体のＸ，Ｙ，
Ｚ方向に関する並進変位を検出する手段で、第３図との
関連では加速度センサ３，４，５で構成される。並進検
出手段１１の出力は「並進辺に検出信号」として、並進
変位量算出手段１３に入力される。並進変位量算出手段
１３は「積分演算回路」であり、入力信号をＡ／Ｄ変換
し、積分演算を行うことにより並進変位量を算出する。
算出された並進変位量は「並進変位量信号」として制御
目標算出手段１４に入力する。制御目標算出手段１４
は、姿勢角算出手段１２から入力される「姿勢角変化信
号」と並進変位量算出手段１３から入力される「並進変
位量信号」とに基づき、撮像素子９の姿勢を補正するた
めの「移動目標ベクトル」を算出し、「移動目標信号」
として制御回路１６に送る。制御回路１６は移動目標信
号に応じ、微小変位素子１８により撮像素子９を変位さ
せる。撮像素子９の変位量は微小変位検出素子２０によ
り検出されて制御回路１６に入力される。制御回路１６
は検出された微小変位に基づき微小変位素子１８を制御
し、撮像素子９を上記移動目標ベクトルで指定された姿
勢に補正する。このようにして、手振れ補正を行うこと
ができる。制御回路１６と微小変位素子１８、微小変位
検出素子２０とは「撮像素子変位制御手段」を構成す
る。
【００１２】図２（ｂ）は、図１（ａ）に示した装置に
よる手振れ補正の手順を示すフローチャートである。撮
影に際し、「デジタルスティルカメラに取り付けられた
手振れ補正機構の稼働を許可する電源スイッチ」をオン
にして待機状態とし（ステップ：Ｓ１）、シャッタレリ
ーズを半押し状態にする（ステップ：Ｓ２）と、手振れ
補正機構が稼働状態となり、画像取り込み時間内（１／
３０秒以内）に、回転変位検出、姿勢角変化算出、並進
変位の検出と並進変位量算出、制御目標ベクトル算出、
撮像素子の変位が繰り返される。従って、画像取込みが
行われるとき手振れ補正がなされており、手振れの影響
を有効に防止ないしは軽減して良好な画像取込みを行う
ことができる。画像取込みが終了すると待機状態に戻
り、電源スイッチをオフにすることにより当初の状態に
戻る。
よる手振れ補正の手順を示すフローチャートである。撮
影に際し、「デジタルスティルカメラに取り付けられた
手振れ補正機構の稼働を許可する電源スイッチ」をオン
にして待機状態とし（ステップ：Ｓ１）、シャッタレリ
ーズを半押し状態にする（ステップ：Ｓ２）と、手振れ
補正機構が稼働状態となり、画像取り込み時間内（１／
３０秒以内）に、回転変位検出、姿勢角変化算出、並進
変位の検出と並進変位量算出、制御目標ベクトル算出、
撮像素子の変位が繰り返される。従って、画像取込みが
行われるとき手振れ補正がなされており、手振れの影響
を有効に防止ないしは軽減して良好な画像取込みを行う
ことができる。画像取込みが終了すると待機状態に戻
り、電源スイッチをオフにすることにより当初の状態に
戻る。
【００１３】上の説明において、姿勢角算出手段１２の
Ａ／Ｄ変換部を除く部分、並進変位量算出手段１３のＡ
／Ｄ変換部を除く部分、制御目標算出手段１４および制
御回路１６の主要部分はマイクロコンピュータで構成す
ることができる。あるいは、デジタルスティルカメラを
パーソナルコンピュータに接続して使用する場合でれ
ば、上記部分をパーソナルコンピュータで構成し、回転
検出手段１０や並進検出手段１１からの信号を受ける部
分を「Ａ／Ｄ変換機能付きの信号入出力ボード」で実現
してもよい。また、手振れ補正機構を稼働状態とする方
法は必ずしもシャッタレリーズ半押し状態でなくてもよ
い。図１、図２の実施の形態においては、撮像素子９の
微小変位を微小変位検出手段により検出して制御回路へ
戻し、フィードバックをかけて撮像素子９の変位を制御
しているが、必ずしもこのような閉ループ制御に限ら
ず、開ループ制御で撮像素子９の変位制御を行っても良
く、このような場合、微小変位検出手段２０は不要であ
る。
Ａ／Ｄ変換部を除く部分、並進変位量算出手段１３のＡ
／Ｄ変換部を除く部分、制御目標算出手段１４および制
御回路１６の主要部分はマイクロコンピュータで構成す
ることができる。あるいは、デジタルスティルカメラを
パーソナルコンピュータに接続して使用する場合でれ
ば、上記部分をパーソナルコンピュータで構成し、回転
検出手段１０や並進検出手段１１からの信号を受ける部
分を「Ａ／Ｄ変換機能付きの信号入出力ボード」で実現
してもよい。また、手振れ補正機構を稼働状態とする方
法は必ずしもシャッタレリーズ半押し状態でなくてもよ
い。図１、図２の実施の形態においては、撮像素子９の
微小変位を微小変位検出手段により検出して制御回路へ
戻し、フィードバックをかけて撮像素子９の変位を制御
しているが、必ずしもこのような閉ループ制御に限ら
ず、開ループ制御で撮像素子９の変位制御を行っても良
く、このような場合、微小変位検出手段２０は不要であ
る。
【００１４】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、従来に無い全く新規な手振れ補正機能デジタルカメ
ラを実現できる。この発明の手振れ補正機能付きデジタ
ルカメラによれば、カメラの軽量化に伴うカメラ安定性
の低下、低感度撮像素子の使用による露光時間の延長、
変倍比の大きいズームレンズの使用等に起因する手振れ
の影響を有効に軽減もしくは防止して「画像ぼけ」のな
い良好な画像取り込みを行うことができる。
ば、従来に無い全く新規な手振れ補正機能デジタルカメ
ラを実現できる。この発明の手振れ補正機能付きデジタ
ルカメラによれば、カメラの軽量化に伴うカメラ安定性
の低下、低感度撮像素子の使用による露光時間の延長、
変倍比の大きいズームレンズの使用等に起因する手振れ
の影響を有効に軽減もしくは防止して「画像ぼけ」のな
い良好な画像取り込みを行うことができる。
【図１】請求項１記載の発明の実施の１形態を説明する
ための図である。
ための図である。
【図２】請求項２記載の発明の実施の１形態を説明する
ための図である。
ための図である。
【図３】手振れ補正機能付きカメラの基準姿勢と、姿勢
変化検出を説明するための図である。
変化検出を説明するための図である。
【図４】カメラ本体の姿勢変化に伴う撮像素子の変位
と、その補正を説明するための図である。
と、その補正を説明するための図である。
９ 撮像素子 １０ 回転検出手段 １２ 姿勢角算出手段 １４ 制御目標算出手段 １６ 制御回路 １８ 微小変位素子
Claims (5)
- 【請求項１】撮像光学系により被写体像を撮像素子の撮
像面に結像させて画像信号に変換するデジタルスティル
カメラであって、 カメラ本体の回転変位を検出する回転検出手段と、 該回転検出手段から得られる回転変位検出信号に基づ
き、上記カメラ本体の姿勢角変化を算出する姿勢角算出
手段と、 該姿勢角算出手段からの姿勢角変化信号に基づき、撮像
素子の移動目標ベクトルを算出して移動目標信号を発生
する制御目標算出手段と、 該制御目標算出手段からの移動目標信号を入力され、撮
像素子に上記移動目標ベクトルに合致する変位を行う撮
像素子変位制御手段とを有し、 上記移動目標ベクトルの決定と上記撮像素子の変位とを
１フレームの画像取込み時間内に１回以上行うことを特
徴とする手振れ補正機能付きデジタルカメラ。 - 【請求項２】請求項１記載の手振れ補正機能付きデジタ
ルカメラにおいて、 カメラ本体の並進変位を検出する並進検出手段と、 該並進検出手段から得られる並進変位検出信号に基づ
き、上記カメラ本体の並進変位量を算出する並進変位量
算出手段とを有し、 制御目標算出手段が、姿勢角変化信号と、上記並進変位
量算出手段からの並進変位量信号とに基づいて、移動目
標ベクトルを算出することを特徴とする手振れ補正機能
付きデジタルカメラ。 - 【請求項３】請求項１または２記載の手振れ補正機能付
きデジタルカメラにおいて、 回転検出手段が、直交する３軸方向の加速度を検出する
３軸加速度センサと、直交する３軸方向の磁力を検出す
る３軸磁力センサとで構成されていることを特徴とする
手振れ補正機能付きデジタルカメラ。 - 【請求項４】請求項３記載の手振れ補正機能付きデジタ
ルカメラにおいて、 回転検出手段の３軸加速度センサが、並進検出手段を兼
ることを特徴とする手振れ補正機能付きデジタルカメ
ラ。 - 【請求項５】請求項１または２または３または４記載の
手振れ補正機能付きデジタルカメラにおいて、 回転運動の検出もしくは回転運動及び並進運動の検出か
ら、撮像素子変位を終了するまでの時間が１／３０秒よ
り短いことを特徴とする手振れ補正機能付きデジタルカ
メラ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10180493A JP2000010141A (ja) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | 手振れ補正機能付きデジタルカメラ |
| US09/337,400 US6686954B1 (en) | 1998-06-26 | 1999-06-22 | Apparatus and method for correction of a deviation of digital camera |
| US10/730,078 US20040119836A1 (en) | 1998-06-26 | 2003-12-09 | Apparatus and method for correction of a deviation of digital camera |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10180493A JP2000010141A (ja) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | 手振れ補正機能付きデジタルカメラ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000010141A true JP2000010141A (ja) | 2000-01-14 |
Family
ID=16084211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10180493A Pending JP2000010141A (ja) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | 手振れ補正機能付きデジタルカメラ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6686954B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000010141A (ja) |
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| US20070066396A1 (en) | 2002-04-05 | 2007-03-22 | Denise Chapman Weston | Retail methods for providing an interactive product to a consumer |
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