JP2016173517A - Image blurring correction device, optical instrument, imaging apparatus and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、像ブレ補正装置、光学機器、撮像装置および制御方法に関する。 The present invention relates to an image blur correction apparatus, an optical apparatus, an imaging apparatus, and a control method.
撮影時のカメラ姿勢を検出する機能を有する撮像装置が提案されている。撮像装置は、例えば、撮影した静止画像、動画像と共に姿勢情報も記録しておき、再生時には姿勢情報に基づいて表示方向を変えることができる。 An imaging device having a function of detecting a camera posture at the time of shooting has been proposed. For example, the imaging apparatus can record posture information together with captured still images and moving images, and can change the display direction based on the posture information during reproduction.
光学方向と異なる方向に光学系の一部(例えば、シフトレンズなど)を移動させる光学式ブレ補正機能を有する撮像装置では、シフトレンズを所定位置に保持するために必要な保持力に基づいて、重力方向を検出することができる。特許文献1は、振れ補正手段がレンズを駆動する際の負荷に基づいて、被写体像における重力方向を検出するカメラを開示している。 In an imaging apparatus having an optical blur correction function that moves a part of an optical system (for example, a shift lens) in a direction different from the optical direction, based on a holding force necessary to hold the shift lens in a predetermined position, The direction of gravity can be detected. Patent Document 1 discloses a camera that detects the direction of gravity in a subject image based on a load when a shake correction unit drives a lens.
しかし、シフトレンズの保持力は、モータの構成部材の温度特性など、シフトレンズを構成する様々な部材の温度特性によって変化する。したがって、温度による特性変化が大きい部材を使用する場合は、カメラ使用時の環境温度によっては、姿勢検出の精度が低下してしまう。 However, the holding force of the shift lens varies depending on the temperature characteristics of various members constituting the shift lens, such as the temperature characteristics of the constituent members of the motor. Therefore, when a member having a large characteristic change due to temperature is used, the accuracy of posture detection is lowered depending on the environmental temperature when the camera is used.
本発明は、環境温度によらず、重力方向を精度良く検出することを実現できる像ブレ補正装置の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide an image blur correction device that can accurately detect the direction of gravity regardless of the environmental temperature.
本発明の一実施形態の像ブレ補正装置は、 ブレ補正手段を制御して撮像画像の像ブレを補正する像ブレ補正装置であって、像ブレ補正中の前記ブレ補正手段の制御量を取得する取得手段と、前記取得された制御量のうち、前記ブレ補正手段を中心位置に保持するために用いられる第1の制御量を第1の補正係数で温度補正し、前記像ブレ補正用に前記ブレ補正手段を移動させるための第2の制御量を第2の補正係数で温度補正する制御手段を備える。 An image blur correction apparatus according to an embodiment of the present invention is an image blur correction apparatus that corrects an image blur of a captured image by controlling a blur correction unit, and acquires a control amount of the blur correction unit during the image blur correction. Among the acquired control amounts, the first control amount used to hold the blur correction unit at the center position is temperature-corrected with a first correction coefficient, and used for the image blur correction. Control means for correcting the temperature of the second control amount for moving the blur correction means with a second correction coefficient is provided.
本発明の像ブレ補正装置によれば、環境温度によらず、重力方向を精度良く検出することを実現できる。 According to the image blur correction device of the present invention, it is possible to detect the direction of gravity with high accuracy regardless of the environmental temperature.
図1は、本実施形態の構成例を示す図である。
まず、本明細書において使用する言葉の定義について説明する。撮像装置に加えられる振動を「振れ」とし、撮像装置に加えられる振れによって発生する撮像画像のフレーム間の被写***置ずれ、もしくは被写体像のボケを「ブレ」とする。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the present embodiment.
First, terms used in this specification will be described. The vibration applied to the imaging device is referred to as “shake”, and the subject position deviation between frames of the captured image caused by the shake applied to the imaging device or the blur of the subject image is referred to as “blur”.
図1に示す撮像装置100は、本実施形態の像ブレ補正装置を備える光学機器の一例である。以下、撮像装置100の各構成部とその一例の動作について具体的に説明する。撮像装置100は、ブレ補正手段として機能するブレ補正機構110を制御することで、像ブレを補正する。像ブレ補正処理は、少なくともヨー方向とピッチ方向の振れに対して行われる。ただし、基本的な処理内容はヨー方向とピッチ方向とで共通であるため、いずれか一方向の処理に関しての説明のみに省略する。ヨー方向あるいはピッチ方向とで処理に差異がある場合は明記する。
An
振れ検出センサ(振れ検出部)101は、撮像装置100に加わる振れを検出する。振れ検出部101の一例としては撮像装置100の振れを角速度とし、振れ検出信号として出力する角速度センサである。A/D変換器103は、振れ検出部101から出力される振れ検出信号をデジタルデータに変換する。マイクロコンピュータ(μCOM)102は、デジタル化された振れ量データに基づき、像ブレ補正の信号処理を実行する。μCOM102の機能によって、本実施形態の像ブレ補正装置が実現される。
A shake detection sensor (a shake detection unit) 101 detects a shake applied to the
ブレ補正量演算部104は、A/D変換器103の出力に基づいて、ブレ補正量を演算する。ブレ補正量とは、撮像画像のブレを打ち消すためのブレ補正機構110の駆動量である。具体的には、ブレ補正量演算部104は積分器を備えており、振れ検出部101が出力する角速度信号を角度換算して出力する。
The shake correction
減算器105は、ブレ補正量演算部104の出力からブレ補正機構110の位置データを減算して偏差データを算出する。減算器105は、偏差データを制御フィルタ106に出力する。減算器105から供給された偏差データは、制御フィルタ106において増幅器及び位相補償フィルタによる信号処理が行われた後、パルス幅変調部107に出力される。以下では、制御フィルタ106の出力をモータ制御量と表現する。
The
パルス幅変調部107は、モータ制御量を、パルス波のデューティー比を変化させる波形(即ちPWM波形)に変調して、モータ駆動部108に供給する。モータ109は、ブレ補正機構110の駆動用のボイス・コイル型モータであり、モータ駆動部108に駆動されることにより、ブレ補正機構110が光軸と異なる方向に移動される。ブレ補正機構110は、例えば、光軸と異なる方向に移動可能なレンズユニットである。図1では、ブレ補正機構110と撮像素子114とを別に記載したが、ブレ補正機構110は撮像素子114が、可動ユニット上にあって、光軸と異なる方向に移動可能な構造であってもよい。
The pulse
位置検出センサ111は、磁石と、磁石に対向する位置に備えられたホール・センサとを有する。位置検出センサ111は、ブレ補正機構110の光軸と垂直な方向への移動量を検出し、その検出結果をA/D変換器112に出力する。A/D変換器112は、位置検出センサ111の検出信号をデジタルデータであるレンズ位置データに変換し、減算器105に供給する。これによって、ブレ補正量演算部104の出力に対して、ブレ補正機構110の光軸と異なる方向への移動量を追従させる、フィードバック制御系が構成される。ブレ補正量に基づいてブレ補正機構110の移動が行われた結果、撮像装置100の振れによって生じる撮像面上の被写体の縦あるいは横方向のブレが補正された像が、撮像素子114に結像される。
The
撮像素子114は、ブレ補正機構110を含む撮像光学系によって結像された被写体像を撮像画像信号としての電気信号に変換し、信号処理部115に供給する。信号処理部115は、撮像素子114により得られた信号から、例えばNTSCフォーマットに準拠したビデオ信号(映像信号)を生成して、画像メモリ116に供給する。
The
画像メモリ116から出力されるビデオ信号は、記録制御部117に供給される。記録制御部117は、記録開始や終了の指示に用いる操作部(不図示)によって映像信号の記録が指示された場合、画像メモリ116から供給されたビデオ信号を記録媒体118に出力し、記録させる。記録媒体118は、例えば、半導体メモリ等の情報記録媒体やハードディスク等の磁気記録媒体である。
The video signal output from the
ブレ補正量演算部104の出力と制御フィルタ106の出力、A/D変換器112の出力は、姿勢検出部113にも供給される。ただし、ブレ補正量演算部104の出力とA/D変換器112の出力いずれか1つが姿勢検出部113に供給される構成であってもよい。
The output of the shake correction
姿勢検出部113は、像ブレ補正中のモータ制御量からブレ補正機構110を中心位置に保持するために必要な制御量(保持制御量)を抽出し、撮像装置100にかかる重力の方向(重力方向)を演算する。姿勢検出部113は、演算した重力方向に基づいて、撮像装置が正姿勢、縦姿勢(90°、270°)、逆さ姿勢のいずれの姿勢であるかを検出する。姿勢検出部113で検出した姿勢情報は、例えば記録制御部117によって動画像、静止画像に付加され、記録媒体118に記録される。不図示の再生装置は、付加された姿勢情報に基づいて表示方向を変える。
The
図2は、姿勢検出部によるカメラ姿勢の検出処理を説明するフローチャートである。
撮像装置100は、手ブレ補正処理が行われている状態で、撮像装置100は正姿勢から90°、180°、270°と変えられているものとする。
ステップS100において、姿勢検出部113が、モータ制御量を取得する。
FIG. 2 is a flowchart for explaining camera posture detection processing by the posture detection unit.
The
In step S100, the
図3は、モータ制御量から保持制御量を抽出する処理を説明する図である。
図3(A)中のθは、カメラ姿勢を示す。図3(B)は、モータ制御量を示す。モータ制御量は、移動制御量と、保持制御量と、オフセットとが重畳した波形となる。保持制御量は、ブレ補正機構110を重力に逆らって保持するための制御量(第1の制御量)である。移動制御量は、像ブレ補正用にブレ補正機構110を移動させるための制御量(第2の制御量)である。例えば、撮像装置が正姿勢で静止状態のとき、横方向におけるモータ109が出力する力は必ずしも0とはならず、このときの保持制御量をオフセットと定義する。
FIG. 3 is a diagram for explaining processing for extracting the holding control amount from the motor control amount.
In FIG. 3A, θ represents the camera posture. FIG. 3B shows the motor control amount. The motor control amount has a waveform in which the movement control amount, the holding control amount, and the offset are superimposed. The holding control amount is a control amount (first control amount) for holding the
以下の処理は、取得したモータ制御量から、移動制御量とオフセットを取り除き、保持制御量のみを抽出することを目的とする。また、以下では移動制御量はレンズ位置データに基づいて算出しているが、ブレ補正量に基づいて算出する方法であってもよい。 The following processing is intended to remove the movement control amount and the offset from the acquired motor control amount and extract only the holding control amount. In the following, the movement control amount is calculated based on the lens position data, but may be calculated based on the blur correction amount.
図2の説明に戻る。ステップS101において、姿勢検出部113が、レンズ位置データを取得する。ステップS102において、姿勢検出部113が、レンズ位置データをモータ制御量と同じ単位に換算する。換算方法の一例として、予めブレ補正機構110を所定の駆動をさせたときのレンズ位置データとモータ制御量との相関関係から換算係数を求めておき、この換算係数をレンズ位置データにかけ合わせることで換算を行う。換算後のデータを図3(C)に示す。
Returning to the description of FIG. In step S101, the
ステップS103において、姿勢検出部113が、S102での演算結果にオフセット調整値を足し合わせて、移動制御量を算出する。図3(D)は、算出された移動制御量を示す。オフセット調整値とは、撮像装置100を正姿勢にした状態でのヨー方向、90°姿勢にした状態でのピッチ方向における重力方向と逆方向の保持力である。撮像装置100の組み立て工程の中で、オフセット調整値は、個々の撮像装置に調整データとして記録されている。
In step S103, the
ステップS104において、姿勢検出部113が、移動制御量を温度補正係数C2(第2の補正係数)で逆温度補正する。温度補正係数C2は、移動制御量に関する温度特性を補正する補正係数である。移動制御量に関する温度特性とは、モータ109を構成するアクチュエータすなわち少なくともコイル、マグネットの温度特性と、ブレ補正機構110の可動部材を固定部材に支持する部材の温度特性である。ブレ補正機構110の可動部材を固定部材に支持する部材は、少なくともバネ、ゲル、グリスなどである。温度補正係数C2は、ブレ補正機構110を所定位置に移動させたときのモータ制御量を任意の複数温度下で測定した結果から予め算出される。後述の温度補正係数C1(第1の補正係数)は、保持制御量に関する温度特性を補正する補正係数である。保持制御量に関する温度特性とは、モータ109を構成する少なくともコイル、マグネットとからなるアクチュエータの温度特性である。
In step S104, the
温度補正係数C1は、例えば、ブレ補正機構110を中心保持した状態でのモータ制御量を任意の複数温度下で測定した結果から予め算出される。現在の環境温度における値を基準温度(例えば25℃程度)における値に補正することを温度補正、基準温度における値を現在の環境温度における値に補正することを逆温度補正と表記する。
The temperature correction coefficient C1 is calculated in advance from, for example, a result of measuring a motor control amount in a state where the
ステップS105において、姿勢検出部113が、モータ制御量からS104で逆温度補正した移動制御量を減算することにより、ブレ補正機構110を中心保持するために必要な保持制御量を抽出する。抽出された保持制御量を図3(E)に示す。
In step S <b> 105, the
ここで、モータ制御量は、現在の環境温度における値であるが、S103で算出した移動制御量は、レンズ位置データを基に算出した理論値であるので、基準温度下での値となる。したがって、S104の逆温度補正の処理が必要となる。 Here, the motor control amount is a value at the current environmental temperature, but the movement control amount calculated in S103 is a theoretical value calculated based on the lens position data, and thus is a value under the reference temperature. Therefore, the reverse temperature correction process of S104 is required.
次に、ステップS106において、姿勢検出部113が、S105で算出した保持制御量を温度補正係数C1で温度補正する。重力方向の検出は保持制御量が姿勢判定用閾値を超えるか否かで判定されるが、保持制御量が温度によって値が変化すると正確な姿勢検出が困難となる場合がある。したがって、姿勢検出部113は、後述の重力方向判定処理のために、基準温度下の値に保持制御量を温度補正する。ヨー方向の保持制御量とピッチ方向の保持制御量を図3(F)に示す。ヨー方向は、ブレ補正機構110を制御する第1の方向であり、ピッチ方向は、ブレ補正機構を制御する第2の方向である。
Next, in step S106, the
次に、ステップS107において、姿勢検出部113が、ヨー方向、ピッチ方向それぞれについての温度補正した保持制御量に基づいて、合成制御量(第3の制御量)を算出する。姿勢検出部113は、以下の式1にしたがって、合成制御量を算出する。
合成制御量=√(ヨー方向の保持制御量2+ピッチ方向の保持制御量2)・・・式1
Next, in step S <b> 107, the
Combined control amount = √ (yaw direction of the holding control amount 2 + pitch direction of the holding control amount 2) Equation 1
図4は、合成制御量の算出と、合成制御量と傾きとの関係を説明する図である。
図4(A)は、合成制御量の算出を示す。ただし、図中ではヨー方向の保持制御量を保持制御量Y、ピッチ方向の保持制御量を保持制御量Pと記載している。
FIG. 4 is a diagram for explaining the calculation of the synthesis control amount and the relationship between the synthesis control amount and the inclination.
FIG. 4A shows calculation of the synthesis control amount. However, in the figure, the holding control amount in the yaw direction is described as holding control amount Y, and the holding control amount in the pitch direction is described as holding control amount P.
ステップS108において、姿勢検出部113が、合成制御量が閾値より大きいかを判断する。合成制御量が閾値より大きくない場合は、処理がステップS111に進む。合成制御量が閾値より大きい場合は、処理がS109に進む。
In step S108, the
ステップS108における判断処理は、撮像装置100の光軸方向に対する傾きを判定することを意味する。傾きが大きくなるにつれてヨー方向、ピッチ方向どちらの保持制御量も小さくなり、重力方向の検出が正しくできなくなる。合成制御量と傾きとの関係を図4(B)に示す。
The determination process in step S108 means determining the inclination of the
重力方向の検出が正しくできなくなることを防ぐため、所定値以上の傾きか否かを合成制御量から判定している。なお、姿勢検出可能な傾きにおける合成制御量を予め算出し、閾値として使用する。 In order to prevent the gravity direction from being detected correctly, it is determined from the composite control amount whether the inclination is equal to or greater than a predetermined value. Note that a combined control amount at a tilt capable of detecting the posture is calculated in advance and used as a threshold value.
ステップS111は、姿勢検出が正しく行えない場合の処理である。この処理の一例として、姿勢検出部113は、重力方向を検出せず、最後に検出した姿勢情報を更新しない。ステップS109においては、姿勢検出部113が、ステップS106で温度補正した保持制御量を、合成制御量を用いて傾き補正する。撮像装置100の光軸に対する傾きによって保持制御量が小さくなるため、重力方向を正しく判定するためには、傾きによって小さくなった分を補正する必要があるからである。
Step S111 is processing when posture detection cannot be performed correctly. As an example of this process, the
次に、ステップS110において、姿勢検出部113が、ステップS109での処理後の保持制御量から重力方向を検出する。例えば、図3(F)に示すように、姿勢検出部113は、正の姿勢判定用閾値をヨー方向、ピッチ方向いずれの保持制御量が超えるかを判定して重力方向を検出する。負の姿勢判定用閾値をヨー方向、ピッチ方向いずれの保持制御量が下回るかで重力方向を検出してもよい。姿勢判定用閾値は、基準温度下での各姿勢における保持制御量から予め算出される。姿勢検出部113は、検出した重力方向に基づいて、装置の姿勢を判定する。
Next, in step S110, the
以上説明してきたように、本実施形態の像ブレ補正装置は、モータ制御量から重力方向判定用に保持制御量を抽出する際に、保持制御量用の温度補正係数C1と移動制御量用の温度補正係数C2のそれぞれについて温度補正をする。これにより、精度のよい重力方向の判定が可能となる。 As described above, the image blur correction apparatus according to the present embodiment extracts the holding control amount for the gravitational direction determination from the motor control amount and uses the temperature correction coefficient C1 for the holding control amount and the movement control amount. Temperature correction is performed for each of the temperature correction coefficients C2. This makes it possible to accurately determine the direction of gravity.
なお、撮像装置100は、種々の変形が可能である。例えば、振れ検出部101に加速度センサを用いてもよい。この場合、加速度センサだけでも重力方向の検出が可能である。したがって、例えば、本実施形態で検出した重力方向と加速度センサで検出した重力方向とが一致しているかを判断し、その判断結果に基づいて精度の良い重力方向の判定をすることができる。さらに、複数の姿勢判定閾値によって重力方向を判定すれば、90°刻みよりもさらに分解能の高い姿勢の検出も可能である。また、移動制御量は、レンズ位置データから演算するものでなくともよく、例えばブレ補正量から同様に演算することも可能である。ただし、この場合は、換算係数はブレ補正量用のものを算出しておく必要がある。また、ブレ補正機構110は光軸と異なる方向への移動可能なシフトレンズや移動可能な撮像素子114以外でも、光軸と異なる方向に移動可能な構造ならば、種々のブレ補正手段を用いることができる。
Note that the
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。すなわち、撮像装置100は必ずしも1台のメカで構成されていなくともよい。例えば、撮像装置100はレンズ交換式のカメラであって、μCOM102、撮像素子114はカメラ本体に含み、ブレ補正機構110を交換式のレンズ内に含む構成も本発明に含まれる。
Although the present invention has been described in detail based on preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various forms within the scope of the present invention are also included in the present invention. included. A part of the above-described embodiments may be appropriately combined. That is, the
102 μCOM
113 姿勢検出部
102 μCOM
113 Attitude detection unit
Claims (12)
像ブレ補正中の前記ブレ補正手段の制御量を取得する取得手段と、
前記取得された制御量のうち、前記ブレ補正手段を中心位置に保持するために用いられる第1の制御量を第1の補正係数で温度補正し、前記像ブレ補正用に前記ブレ補正手段を移動させるための第2の制御量を第2の補正係数で温度補正する制御手段を備える
ことを特徴とする像ブレ補正装置。 An image blur correction apparatus that controls blur correction means to correct image blur of a captured image,
An acquisition unit for acquiring a control amount of the blur correction unit during image blur correction;
Of the acquired control amounts, the first control amount used to hold the blur correction unit at the center position is temperature-corrected with a first correction coefficient, and the blur correction unit is used for the image blur correction. An image blur correction apparatus comprising: control means for correcting a temperature of a second control amount for movement by a second correction coefficient.
像ブレ補正中の前記ブレ補正手段の制御量と前記温度補正された第2の制御量とに基づいて、前記第1の制御量を算出し、前記算出された第1の制御量を前記第1の補正係数で温度補正する
ことを特徴とする請求項1に記載の像ブレ補正装置。 The control means includes
The first control amount is calculated based on the control amount of the blur correction unit during the image blur correction and the temperature-corrected second control amount, and the calculated first control amount is used as the first control amount. The image blur correction apparatus according to claim 1, wherein the temperature correction is performed with a correction coefficient of one.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の像ブレ補正装置。 The image blur correction apparatus according to claim 1, further comprising a determination unit that detects a gravitational direction and determines an attitude of the apparatus based on the temperature-corrected first control amount.
前記ブレ補正手段を制御する第1の方向と第2の方向のそれぞれについての前記温度補正された第1の制御量を合成して、第3の制御量を算出し、
前記第3の制御量が閾値より大きい場合に、前記重力方向を検出し、前記第3の制御量が閾値より大きくない場合は、前記重力方向を検出しない
ことを特徴とする請求項3に記載の像ブレ補正装置。 The determination means includes
Combining the temperature-corrected first control amount for each of the first direction and the second direction for controlling the blur correction means, and calculating a third control amount,
The gravity direction is detected when the third control amount is larger than a threshold value, and the gravity direction is not detected when the third control amount is not larger than the threshold value. Image blur correction device.
前記第3の制御量が閾値より大きい場合に、前記温度補正された第1の制御量を前記第3の制御量で補正して、前記重力方向を検出する
ことを特徴とする請求項4に記載の像ブレ補正装置。 The determination means includes
5. The gravitational direction is detected by correcting the temperature-corrected first control amount with the third control amount when the third control amount is larger than a threshold value. The image blur correction apparatus described.
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の像ブレ補正装置。 The image blur correction apparatus according to claim 1, wherein the first correction coefficient is calculated in advance based on a temperature characteristic related to an actuator constituting the blur correction unit.
ことを特徴とする請求項6に記載の像ブレ補正装置。 The image blur correction apparatus according to claim 6, wherein the first correction coefficient is calculated in advance based on at least a temperature characteristic related to a coil or a magnet constituting the blur correction unit.
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の像ブレ補正装置。 The second correction coefficient is calculated in advance based on a temperature characteristic related to an actuator of the shake correction unit and a temperature characteristic related to a member that supports a movable part of the shake correction unit on a fixed part. The image blur correction device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項8に記載の像ブレ補正装置。 The image blur correction apparatus according to claim 8, wherein the member that supports the movable part of the blur correction unit on the fixed part includes at least one of a spring, a gel, and grease.
像ブレ補正中の前記ブレ補正手段の制御量を取得する取得工程と、
前記取得された制御量のうち、前記ブレ補正手段を中心位置に保持するために用いられる第1の制御量を第1の補正係数で温度補正し、前記像ブレ補正用に前記ブレ補正手段を移動させるための第2の制御量を第2の補正係数で温度補正する制御工程とを有する
ことを特徴とする制御方法。 A control method of an image blur correction apparatus for controlling image blur correction means to correct image blur of a captured image,
An acquisition step of acquiring a control amount of the blur correction means during image blur correction;
Of the acquired control amounts, the first control amount used to hold the blur correction unit at the center position is temperature-corrected with a first correction coefficient, and the blur correction unit is used for the image blur correction. And a control step of correcting the temperature of the second control amount for movement with a second correction coefficient.
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