JP6017381B2 - 像ブレ補正装置及び撮像装置 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に開示の方法では、手ブレを検出する角速度センサと、検出されたブレ信号に対して第1の折点周波数よりも低い周波数のブレ信号を減衰処理するハイパスフィルタと、このハイパスフィルタにより処理された信号に対して、処理される前の信号の位相との位相ずれを補償する位相補償フィルタと、この位相補償フィルタによって、位相ズレが補償されたブレ信号に基づいて、撮像装置の像ブレを補正するブレ補正部とを有して、位相補償フィルタによって、ハイパスフィルタにより生じた位相ズレを相殺するように位相を変更することで、位相ズレによる補正性能の低下を防止するようにしている。
本発明の第6の態様は、第1乃至5の何れか一つの態様の像ブレ補正装置を備える撮像装置を提供する。
図1に示したように、像ブレ補正に係る制御の流れでは、まず、ジャイロセンサ等の角速度センサにより検出された角速度(手ブレに対応する角速度)に対して、ノイズを除去するためのローパスフィルタ処理や、DC成分を除去するためのハイパスフィルタ処理などの信号処理が行われる(S1)。続いて、S1で信号処理された角速度を時間積分して補正量を求める演算が行われる(S2)。続いて、S2での演算により求められた補正量に基づいて光学系又は撮像素子をアクチュエータにより移動させるための駆動制御が行われる(S3)。このような制御の流れによって、手ブレに起因する像ブレが補正される。
ここで、t=Xms(t=0に対してXms後の時刻)の角速度ωest_xは、2次近似係数を基に、次式(2)により求められる。
式(1)における行列Aの逆行列A−1を求めると、次式(3)のようになる。
A−1= (1/detA)adjA 式(3)
なお、detAは行列Aに対応する行列式、adjAは行列Aの余因子行列である。
detA=128 式(6)
さらに、t0、t1、t2と式(6)から、式(5)は、次式(7)、(8)、(9)のように、単純化することができる。
b=(48ω0−64ω1+16ω2)/128=(3ω0−4ω1+ω2)/8 式(8)
c=ω0 式(9)
ωest=(7ω0−10ω1+3ω2)/8+ω0 式(10)
図3は、本発明の第1の実施形態に係る像ブレ補正装置を含むカメラの構成例を示す図である。
シャッター3は、システムコントローラ6の制御の下、撮像素子4の前面で開閉動作を行うことで、撮像素子4を露光状態にしたり、遮光状態にしたりする。
レリーズSW9は、ユーザが撮影操作を行う際に使用される操作部である。レリーズSW9は、半押し操作(1stレリーズ)及び全押し操作(2ndレリーズ)となる2段階の操作状態を区別して検出し、その検出結果に応じた信号をシステムコントローラ6へ出力する。
角速度センサ8(8a、8b)は、カメラの姿勢変化に伴う回転運動を検出するセンサ(例えばジャイロセンサ)であり、回転運動時の角度の時間変化を角速度として検出し、ブレ補正マイコン7へ出力する。角速度センサ8aは、カメラ1のYaw方向の回転運動を検出するセンサであり、角速度センサ8bは、カメラ1のPitch方向の回転運動を検出するセンサである。なお、本実施形態において、角速度センサ8は、撮像装置の姿勢変化量を検出するブレ検出部の一例である。
図4に示したように、ブレ補正マイコン7は、制御部70と、信号処理部71(71a、71b)と、ドライバ72と、ADC(Analog / digital converter)73と、SIO(Serial Input / Output)74を含む。また、制御部70は、更に、基準算出部701(701a、701b)と、減算部702(702a、702b)と、角速度予測部703(703a、703b)と、補正量演算部704と、駆動制御部705と、通信部706を含む。
通信部706は、シリアル入出力インタフェースであるSIO74を制御して、外部デバイス(システムコントローラ6)との間で通信(例えばコマンドの送受等)を行う。
図6において、任意の時刻における予測角速度は、その時刻の入力角速度を最新の角速度に対応する入力角速度ω0とし、その最新の角速度が検出された時刻に対して4ms(4周期)前の角速度に対応する入力角速度をω1とし、その最新の角速度が検出された時刻に対して8ms(8周期)前の角速度に対応する入力角速度をω2としたときに、式(10)に基づいて、角速度予測部703により算出された2ms後(その最新の角速度が検出された時刻に対して2ms(2周期)後)の角速度の予測値である。
なお、予測角速度と2ms後の角速度との差である予測誤差が、現在の角速度と2ms後の角速度との差に対して十分小さいのであれば、遅延による補正性能の低下が小さくなることは自明である。
本発明の第2の実施形態に係る像ブレ補正装置を含むカメラは、第1の実施形態に係る像ブレ補正装置を含むカメラに対して、ブレ補正マイコンの構成及び動作が異なっている。そこで、本実施形態に係る像ブレ補正装置を含むカメラの説明では、その異なる点を中心に説明する。なお、本実施形態では、第1の実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付して説明する。
図7は、本実施形態に係る像ブレ補正装置を含むカメラ1に含まれるブレ補正マイコン7の構成例を示す図である。
このように、図7及び図8を用いて説明したブレ補正マイコン7によって、所定時間後(例えば2ms後)の補正量(像面移動量)を予測し、その予測に基づいて像ブレを補正することで、例えば図1を用いて説明した検出から補正までの遅延時間による応答遅れの影響を補償することができる。
図9において、任意の時刻における予測補正量は、その時刻の算出補正量(最新の補正量とする)と、その最新の補正量が算出された時刻に対して4ms(4周期)前の算出補正量と、その最新の補正量が算出された時刻に対して8ms(8周期)前の算出補正量とを用いて、補正量の時間変化に基づく近似関数(式(10)の導出方法と同様にして導出された二次多項式の近似式)に基づいて、補正量予測部708により算出された2ms後(その最新の補正量が算出された時刻に対して2ms(2周期)後)の補正量の予測値である。
以上、本実施形態に係る像ブレ補正装置によれば、角速度センサ8の出力信号に基づいて算出された補正量(像面移動量)を基に、簡単な計算により所定時間後(例えば2ms後)の補正量(像面移動量)を予測することによって、演算時間の増加を抑えて、ブレの検出から補正までの遅延時間を短縮できるので、応答遅延による補正性能の低下を防止することができる。
本発明の第3の実施形態に係る像ブレ補正装置を含むカメラは、第1の実施形態に係る像ブレ補正装置を含むカメラに対して、更に加速度センサを備える点と、それに伴いブレ補正マイコンの構成及び動作が異なっている。そこで、本実施形態に係る像ブレ補正装置を含むカメラの説明では、その異なる点を中心に説明する。なお、本実施形態では、第1の実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付して説明する。
図10に示したカメラ1は、図3に示したカメラ1に対して、更に、加速度センサ12を含む点が異なる。加速度センサ12は、カメラ1のX方向、Y方向、Z方向のそれぞれの方向の加速度を検出し、ブレ補正マイコン7へ出力する。なお、カメラ1のZ方向はカメラ1の光軸方向であり、カメラ1のX方向はカメラ1の水平方向であり、カメラ1のY方向はカメラ1の垂直方向である。
図11は、本実施形態に係る像ブレ補正装置を含むカメラ1に含まれるブレ補正マイコン7の構成例を示す図である。
図12は、図11に示した補正量演算部704の構成例を示す図である。
但し、δ:像面移動量
f:焦点距離
θ:角度変化量
β:像倍率(被写体像の大きさに対する、結像面の大きさの比)
例えば、各実施形態に係る像ブレ補正装置を含むカメラにおいて、駆動部5は、撮像素子4を結像面上に移動させることによって像ブレを補正するものであったが、その代わりに、光学系2に含まれるレンズを光軸に対して垂直方向に移動させることによって像ブレを補正するようにしてもよい。なお、この場合の駆動部5は、光学系に含まれるレンズを光軸に対して垂直方向に移動することによって像ブレを補正するブレ補正部の一例である。
2 光学系
3 シャッター
4 撮像素子
5 駆動部
6 システムコントローラ
7 ブレ補正マイコン
8 角速度センサ
9 レリーズSW
10 EVF
11 メモリカード
12 加速度センサ
70 制御部
71 信号処理部
72 ドライバ
73 ADC
74、75 SIO
701 基準算出部
702 減算部
703 角速度予測部
704 補正量演算部
705 駆動制御部
706 通信部
707 補正量演算部
708 補正量予測部
709 加速度読出部
710 積分演算部
711 速度予測部
7031 保持バッファ
7032 予測演算部
7041 積分演算部
7042 乗算器
7043 加算部
7044 角度ブレ補正部
7045 平行ブレ補正部
7081 保持バッファ
7082 予測演算部
Claims (6)
- 撮像装置の姿勢変化に基づく像ブレを補正する像ブレ補正装置であって、
被写体像を結像する光学系と、
前記光学系によって結像された被写体像を撮像する撮像素子と、
前記光学系に含まれるレンズを光軸に対して垂直方向に移動すること、又は、前記撮像素子を結像面上に移動することによって、像ブレを補正するブレ補正部と、
前記撮像装置の姿勢変化量を、所定の検出時間周期毎に検出するブレ検出部と、
前記ブレ検出部により、現時点である第1の時間に検出された第1の姿勢変化量、および前記第1の時間とは異なる時刻となる第2の時間、および第3の時間に検出された第2の姿勢変化量、および第3の姿勢変化量を保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記第1の姿勢変化量と、前記第2の姿勢変化量と、前記第3の姿勢変化量に基づき、前記姿勢変化量の時間変化に基づく予め設定された定数である複数の係数値を有する近似関数に基づいて、前記第1の時間から所定時間後となる第4の時間での姿勢変化量の予測値である第4の姿勢変化量を算出する予測部と、
前記予測部により算出された第4の姿勢変化量に基づいて、前記被写体像の移動量である像ブレ量を算出するブレ量算出部と、
前記ブレ量算出部により算出された像ブレ量に基づいて、前記ブレ補正部による前記レンズ又は前記撮像素子の移動量を算出する駆動制御部と、
を備えており、前記複数の係数値は、前記第1の時間と、前記第2の時間との間の時間間隔、および前記第1の時間と、前記第3の時間との間の時間間隔によってそれぞれ決まる値であることを特徴とする像ブレ補正装置。 - 撮像装置の姿勢変化に基づく像ブレを補正する像ブレ補正装置であって、
被写体像を結像する光学系と、
前記光学系によって結像された被写体像を撮像する撮像素子と、
前記光学系に含まれるレンズを光軸に対して垂直方向に移動すること、又は、前記撮像素子を結像面上に移動することによって、像ブレを補正するブレ補正部と、
前記撮像装置の姿勢変化量を、所定の検出時間周期毎に検出するブレ検出部と、
前記ブレ検出部によって検出された前記姿勢変化量に基づく前記被写体像の移動量である像面移動量を検出する像面移動量検出部と、
前記像面移動量検出部により、現時点である第1の時間に検出された第1の像面移動量、および前記第1の時間とは異なる時刻となる第2の時間、および第3の時間に検出された第2の像面移動量、および第3の像面移動量を保持する保持部と、
前記保持部に保持された第1の像面移動量と、第2の像面移動量と、第3の像面移動量に基づき、前記像面移動量の時間変化に基づく予め設定された定数である複数の係数値を有する近似関数に基づいて、前記第1の時間から所定時間後となる第4の時間での像面移動量の予測値である第4の像面移動量を算出する予測部と、
前記予測部により算出された前記第4の像面移動量に基づいて、前記ブレ補正部による前記レンズ又は前記撮像素子の移動量を算出する駆動制御部と、
を備えており、前記複数の係数値は、前記第1の時間と、前記第2の時間との間の時間間隔、および前記第1の時間と、前記第3の時間との間の時間間隔によってそれぞれ決まる値であることを特徴とする像ブレ補正装置。 - 請求項1又は2記載の像ブレ補正装置であって、
前記予測部により算出される前記第4の時間での予測値は、前記ブレ検出部又は前記像面移動量検出部による検出が行われた時刻である前記第1の時間から前記ブレ補正部による補正が行われるまでの処理時間に相当する時間後の値であることを特徴とする像ブレ補正装置。 - 請求項1又は2記載の像ブレ補正装置であって、
前記予測部が前記近似関数の算出の際に用いる3つの姿勢変化量又は像面移動量が前記ブレ検出部又は前記像面移動量検出部により検出された時刻である前記第1の時間と前記第2の時間の時間間隔および前記第1の時間と前記第3の時間の時間間隔は、所定の検出時間周期毎に対して2の累乗倍の時間であることを特徴とする像ブレ補正装置。 - 請求項1記載の像ブレ補正装置であって、
前記ブレ検出部は、
前記光学系の光軸方向に対して垂直となる方向を回転軸としたピッチ方向、またはヨー方向の回転方向となる前記撮像装置の回転姿勢変化に伴う角速度を、前記所定の検出時間周期毎に検出する角速度センサと、
前記光学系の光軸方向に対して垂直方向、または水平方向となる前記撮像装置の平行移動姿勢変化に伴う加速度を、所定の検出時間周期毎に検出する加速度センサと、
前記加速度センサが検出した加速度を積分演算して、前記撮像装置の平行移動姿勢変化に伴う移動速度を、所定の検出時間周期毎に算出する積分部と、
を有しており、
前記姿勢変化量は、前記角速度と前記移動速度からなる状態量であり、
前記保持部は、前記角速度センサにより、現時点である第1の時間に検出された第1の角速度と、前記第1の角速度とは異なる時刻となる第2の時間、および第3の時間に検出されたそれぞれの角速度である第2の角速度、および第3の角速度とを保持すると共に、前記第1の時間に前記積分部が算出した第1の移動速度と、前記第2の時間に算出された第2の移動速度と、および前記第3の時間に算出された第3の移動速度とを保持し、
前記予測部は、
前記保持部に保持された前記第1の角速度と、前記第2の角速度と、前記第3の角速度に基づき、前記角速度姿勢変化量の時間変化に基づく予め設定された係数値を有する近似関数に基づいて、前記第1の時間から所定時間後となる第4の時間での角速度姿勢変化量の予測値である第4の角速度を算出する角速度予測部と、
前記保持部に保持された前記第1の移動速度と、前記第2の移動速度と、前記第3の移動速度に基づき、前記移動速度の時間変化に基づく予め設定された係数値を有する近似関数に基づいて、前記第1の時間から所定時間後となる第4の時間での移動速度の予測値である第4の移動速度とを算出する速度予測部と、
を有し、
前記ブレ量算出部は、前記角速度予測部により算出された前記第4の角速度と、前記速度予測部によって算出された前記第4の移動速度からなる予測値に基づいて、像ブレ量を算出することを特徴とする像ブレ補正装置。 - 請求項1乃至5の何れか一項に記載の像ブレ補正装置を備えることを特徴とする撮像装置。
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