WO2012141193A1 - 撮像装置 - Google Patents

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WO2012141193A1
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acceleration
calculation unit
imaging
translational
blur
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一剛 今西
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富士フイルム株式会社
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    • H04N23/6812—Motion detection based on additional sensors, e.g. acceleration sensors
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B2217/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B2217/005—Blur detection

Definitions

  • the present invention relates to an imaging apparatus having a camera shake correction function.
  • the imaging device includes a digital camera, a surveillance camera, and the like.
  • This imaging apparatus is usually equipped with an automatic focus adjustment mechanism and an automatic exposure control mechanism.
  • a camera shake correction mechanism has been installed to suppress deterioration in image quality of captured images due to camera shake.
  • Camera shake occurs when the imaging device rotates or shifts due to the movement of a hand, arm, or the like that holds the imaging device, and is represented by low-frequency vibration of approximately 1 to 10 Hz. For this reason, in the correction of camera shake, low-frequency vibrations of the image pickup apparatus are detected, and the image pickup element and the correction lens in the image pickup lens are moved so as to cancel them, thereby suppressing image blur on the screen.
  • Image blur due to rotation of the imaging device (hereinafter referred to as angle blur) is caused by pressing the release button or the like.
  • image blurring (hereinafter referred to as shift blurring) due to the imaging device shifting in parallel occurs due to movements of both arms holding the camera.
  • this shift blur has a greater effect than angle blur.
  • Angular blur can be detected by an angular velocity sensor, but it is difficult to accurately detect shift blur with this angular velocity sensor. Therefore, in recent years, in addition to the angular velocity sensor, an acceleration sensor is provided to detect the acceleration due to the parallel movement of the imaging device and suppress shift shift based on the obtained acceleration (Patent Literature). 1, 2).
  • the composition of the photographed image is determined while observing the through image on the monitor while performing zoom operation, focus adjustment, exposure adjustment, etc., or looking through the optical viewfinder. For this reason, if the camera shake correction mechanism is stopped while the lens apparatus is operating, the image quality of the through image and the finder image is deteriorated due to camera shake, making it difficult to determine the composition. In particular, since the magnification is high during macro imaging, the image quality is significantly degraded even if slight camera shake occurs. Further, when capturing a moving image, a zoom operation or the like is performed simultaneously with the imaging. Since the camera shake correction mechanism is stopped every time this zoom operation or the like is performed, there is also a problem that the image quality of the moving image deteriorates.
  • an imaging apparatus of the present invention includes an angular velocity detection unit, an acceleration detection unit, a translational acceleration calculation unit, a translational velocity calculation unit, a rotation radius calculation unit, a rotation angle calculation unit, An amount calculation unit and a drive unit are provided.
  • an imaging device provided on the imaging optical axis, an imaging optical system that forms an image of a subject on the imaging device, and a movable part that generates internal acceleration during operation are provided in the imaging device. It has been.
  • the angular velocity detection unit detects an angular velocity based on the rotation of the imaging device.
  • the acceleration detection unit detects a first translational acceleration based on the translational motion of the imaging device.
  • the translational acceleration calculation unit calculates a second translational acceleration generated due to an external factor with respect to the imaging device by subtracting the internal acceleration from the first translational acceleration.
  • the translation speed calculation unit calculates the translation speed by integrating the second translation acceleration.
  • the turning radius calculation unit calculates the turning radius based on the angular velocity and the translation speed.
  • the rotation angle calculation unit calculates the rotation angle by integrating the angular velocity.
  • the blur amount calculation unit calculates a blur amount including both an angle blur that rotates the photographing optical axis and a shift blur that translates the photographing optical axis based on the rotation angle and the rotation radius.
  • the drive unit corrects the angle blur and the shift blur by moving the entire imaging optical system, the optical element constituting the imaging optical system, or the imaging element in a direction to cancel the blur amount.
  • the translation speed calculation unit compares the cutoff frequency of the high-pass filter with the frequency component of the internal acceleration.
  • the frequency component of the internal acceleration is lower than the cutoff frequency, the first translation acceleration is output as the second translation acceleration without subtracting the internal acceleration from the first translation acceleration.
  • the frequency component of the internal acceleration is a high frequency equal to or higher than the cutoff frequency, a value obtained by subtracting the internal acceleration from the first translational acceleration is output as the second translational acceleration.
  • the translational acceleration calculation unit calculates the internal acceleration by acquiring position information of the movable part in operation and performing second-order differentiation on the position information.
  • the movable part is usually driven with a predetermined specific driving pattern. Therefore, it is preferable to include an internal acceleration calculation unit that calculates the internal acceleration based on this drive pattern.
  • the internal acceleration calculation unit calculates the internal acceleration based on a parameter that determines the mode of the trapezoidal speed control.
  • Specified drive patterns include patterns based on cubic and higher spline functions.
  • the internal acceleration calculation unit calculates the internal acceleration by second-order differentiation of the spline function.
  • the drive pattern includes a pattern based on the following quintic function expressed using the initial position x 0 , the target position x f , the time t, and the target arrival time t f .
  • the internal acceleration calculation unit calculates the internal acceleration by differentiating the quintic function to the second order.
  • the movable part is a focusing lens that moves along the photographing optical axis during focus adjustment, or a lens driving mechanism that drives the focusing lens.
  • a diaphragm device that forms an aperture on the photographing optical axis with a plurality of diaphragm blades, or a diaphragm drive mechanism that moves the diaphragm blades.
  • the movable part there is an optical element provided in the optical path of the finder.
  • the blur amount calculating unit obtains the imaging magnification and the focal length, and calculates the blur amount using the imaging magnification, the focal distance, the rotation angle, and the rotation radius.
  • the blur driving unit corrects the angle blur and the shift blur by driving a blur correction lens arranged in the imaging optical system.
  • an imaging device 10 is used as a digital camera, a surveillance camera, or the like, and includes a lens device 11a and a camera body 11b.
  • the lens device 11a is provided so as to be able to enter and exit from the camera body 11b.
  • the lens device 11a is detachably attached to the camera body 11b.
  • the camera body 11b includes an image sensor 12, an image blur correction unit 13, an angular velocity sensor 14, an acceleration sensor 15, an AF detection circuit 16, an AE / AWB detection circuit 17, an image processing system mainly including an image processing unit 34, a CPU 37, and the like. Is provided.
  • the lens device 11 a has a photographing optical system including a lens group 21, a diaphragm 22, and a shake correction lens 23.
  • the lens group 21 is drawn as a single lens for convenience, but actually has a plurality of lens groups.
  • This lens group includes a zooming lens group (a variable magnification lens and a correction lens) that moves along the optical axis L during zooming, a focus lens that moves along the optical axis L during focusing, and the like.
  • the focus lens also serves as a correction lens.
  • a movable lens such as a variable power lens is driven by an actuator 21a including a voice coil motor (VCM), a stepping motor, and the like.
  • VCM voice coil motor
  • zooming and focusing are performed alternately, so there is only one actuator 21a.
  • the zooming actuator is driven by the CPU 37 via a driver (not shown) when the zoom button of the operation unit 38 is operated.
  • the focusing actuator is driven based on a focus signal input from the AF detection circuit 16 or the like.
  • the diaphragm 22 includes a plurality of movable diaphragm blades, and adjusts the size of the aperture opening formed on the optical axis L to adjust the amount of incident light.
  • Each diaphragm blade is driven by an actuator 22a composed of a voice coil motor (VCM), a stepping motor or the like.
  • VCM voice coil motor
  • the actuator 22a is driven based on the luminance signal from the AE / AWB detection circuit 17.
  • the blur correction lens 23 is provided so as to be movable in a direction perpendicular to the optical axis L, and is moved in such a direction as to cancel the camera shake when the camera shake of the imaging apparatus 10 causing the angle blur or the shift blur occurs.
  • the blur correction lens 23 is driven by an actuator 23a including a voice coil motor (VCM) or a stepping motor.
  • VCM voice coil motor
  • the movement direction and amount of movement of the blur correction lens 23 are controlled by the blur correction unit 13.
  • a CCD image sensor is used to pick up an image formed by the image pickup optical system of the lens device 11a.
  • a plurality of pixels are provided in a predetermined array on the imaging surface of the imaging element 12.
  • Each pixel photoelectrically converts light from the subject and accumulates signal charges.
  • the signal charge of each pixel of the image sensor 12 is read in time series and sent to the analog processing circuit (AFE) 31 as an image signal.
  • AFE 31 performs noise removal and white balance correction by correlated double sampling.
  • the imaging signal from the AFE 31 is converted into image data by the A / D converter 31 and sent to a digital signal processing circuit (DSP) 33.
  • DSP digital signal processing circuit
  • the DSP 33 is an image quality correction processing circuit that performs signal processing such as gradation correction processing and gamma correction processing on input image data, and a compression / decompression processing circuit that compresses / decompresses image data in a predetermined format such as JPEG. Function. Further, the image processing unit 34 performs image processing such as contour enhancement processing on the image data that has been subjected to various correction processing and the like by the DSP 33. Image data that has been subjected to image processing by the image processing unit 34 is stored in the memory 35 or displayed on the display unit 36.
  • the display unit 36 is a display composed of an LCD or the like. During framing, moving image shooting is performed, and a moving image (through image) with a small number of pixels is displayed on the display unit 36.
  • the display unit 36 reproduces and displays a still image or a moving image stored in a storage device (not shown) such as a memory card, and displays an operation menu, a setting menu, and the like when the mode is set. These menus can be selected by the operation unit 38.
  • the AF detection circuit 16 is a circuit that detects a focal length based on the image data output from the DSP 33, extracts a high frequency component from a predetermined AF detection area in the image data, and outputs an evaluation value obtained by integrating these components. . While referring to the obtained evaluation value, the focusing lens of the image pickup optical system is moved, and the in-focus position where the evaluation value becomes the maximum value is detected. At this in-focus position, the contrast in the AF detection area is maximized. The focusing lens is set at the detected focus position.
  • the AE / AWB detection circuit 17 calculates a white balance correction amount and an exposure amount (aperture value and shutter speed) based on the image data output from the DSP 33.
  • the AFE sets the gains of the two-color amplifiers according to the white balance correction amount, and adjusts the color balance in the imaging signal.
  • the lens device 11a adjusts the aperture opening of the aperture 22 according to the aperture value. Further, the charge accumulation time of the image sensor 12 is adjusted according to the shutter speed.
  • the measurement system of the angular velocity sensor 14 detects the angular velocity ⁇ generated by the rotation, and the measurement system of the acceleration sensor 15 detects the first translational acceleration Acc1 caused by the parallel movement.
  • the blur correction unit 13 calculates an angular blur ⁇ and a shift blur Y from the angular velocity ⁇ and the first translational acceleration Acc1.
  • a blur amount ⁇ is calculated from the two types of blurs and sent to the actuator 23a.
  • the actuator 23a drives the blur correction lens 23 so as to cancel the blur of the image according to the blur amount ⁇ . Therefore, in the imaging apparatus 10, both the angle blur ⁇ and the shift blur Y are corrected together by the movement of the blur correction lens 23.
  • the CPU 37 comprehensively controls each unit of the imaging apparatus 10 in accordance with an input from the operation unit 38.
  • the operation unit 38 includes a power button, a release button that is pressed in two stages of half-press and full-press, a menu button, a function key, and the like. For example, when the release button is pressed halfway, the CPU 37 performs automatic focus adjustment by the AF detection circuit 16 and automatically adjusts the exposure amount by the AE / AWB detection circuit 17.
  • the angle blur ⁇ is a blur in which the optical axis L rotates around the rotation center C, and is calculated by integrating the angular velocity ⁇ .
  • the translation speed V is obtained by integrating the first translation acceleration Acc1.
  • ⁇ (1 + ⁇ ) f ⁇ + ⁇ Y using the angle shake ⁇ , the shift shake Y, the imaging magnification ⁇ , and the focal length f.
  • noise is generated in the angular velocity sensor 14 and the acceleration sensor 15 due to the operation of the actuators 21a and 22a that are the driving sources.
  • the blur correction unit 13 needs to accurately calculate the blur amount ⁇ without being affected by noise caused by the movement of the movable unit of the lens device 11a. Therefore, as shown in FIG. 4, the blur correction unit 13 includes a band pass filter (BPF) 41, high pass filters (HPF) 43, 46, and 53, a rotation angle calculation unit 45, a low pass filter (LPF) 51, and translational acceleration calculation. Unit 55, translation speed calculation unit 57, rotation radius calculation unit 61, shake amount calculation unit 62, and the like.
  • BPF band pass filter
  • HPF high pass filters
  • LPF low pass filter
  • the output signal of the angular velocity sensor 14 (hereinafter referred to as the angular velocity signal) is input to the BPF 41.
  • the BPF 41 extracts a component in the frequency band (for example, about 1 to 10 Hz) of the angular blur ⁇ generated by the camera shake correction from the output signal of the angular velocity sensor 14 and sends it to the A / D converter 42.
  • the A / D converter 42 converts the input angular velocity signal in a predetermined frequency band into a digital signal and inputs the digital signal to the HPF 45.
  • the HPF 45 removes the DC component of the angular velocity signal.
  • the angular velocity signal from which the DC component has been cut is input to the phase compensation circuit 44, and after the phase is adjusted, it is output as the angular velocity ⁇ .
  • This angular velocity ⁇ is input to the rotation angle calculation unit 45 and the rotation radius calculation unit 61.
  • the rotation angle calculation unit 45 obtains the rotation angle by integrating the angular velocity ⁇ . This rotation angle is obtained by removing the DC component by the HPF 46 to obtain an angle blur ⁇ and is input to the blur amount calculation unit 62.
  • the translational acceleration (translational acceleration signal) output from the acceleration sensor 15 is input to the LPF 51, where noise is removed.
  • the A / D converter 52 converts the translational acceleration into a digital signal and then inputs the digital signal to the HPF 53.
  • the HPF 53 is a filter that removes an acceleration component due to gravity, and the cut-off frequency fc is about 1 Hz.
  • the translation acceleration from which the gravitational acceleration is removed by the HPF 53 is input to the translation acceleration calculation unit 55 as the first translation acceleration Acc1.
  • the translational acceleration calculation unit 55 is connected to the lens device 11a, and includes a driving state of the movable part in the lens device 11a, for example, position information P1 of the variable power lens, position information P2 of the focusing lens, and aperture information P3 of the diaphragm 22. get.
  • the translational acceleration calculation unit 55 calculates an acceleration (hereinafter referred to as an internal acceleration) generated inside the imaging device 10 according to the driving state of the lens device 11a from the acquired position information P1, P2, P3. This internal acceleration is removed from the first translational acceleration Acc1, thereby determining the second translational acceleration Acc2.
  • the phase compensation circuit 56 adjusts the phase of the second translational acceleration Acc2, and then inputs it to the translational speed calculation unit 57.
  • the translation speed calculation unit 57 calculates the translation speed V of the shift blur Y by integrating the translation acceleration Acc2.
  • the obtained translational velocity V of the shift blur Y is input to the rotation radius calculation unit 61.
  • the rotation radius calculation unit 61 corrects the rotation radius R ′ and the rotation center C ′ from the CPU 37 on the basis of information such as the position of the acceleration sensor, the principal point of the imaging optical system, the subject distance, and the like, and performs imaging. An accurate rotation center C and rotation radius R reflecting the optical state of the optical system are calculated.
  • the rotation radius R calculated by the rotation radius calculation unit 61 is input to the shake amount calculation unit 62.
  • the shake amount calculation unit 62 receives the angle shake ⁇ from the HPF 46 and the rotation radius R from the rotation radius calculation unit 61. Further, the imaging magnification ⁇ and the focal length f are input from the CPU 37 to the blur amount calculation unit 62.
  • the shake amount calculation unit 62 corrects the value of the rotation radius R to a gain-corrected value based on the sensitivity of the acceleration sensor 15. Note that “f ⁇ ” in the expression of the blur amount ⁇ is called sensitivity.
  • the actuator 23a drives the shake correction lens 23 so that the shake amount ⁇ calculated by the shake amount calculation unit 62 is canceled. As a result, the occurrence of image blur due to camera shake is suppressed.
  • the imaging device 10 can continually correct camera shake even while movable parts such as the lens group 21 and the diaphragm 22 provided in the lens device 11a are operating. This is because the translational acceleration calculation unit 55 removes internal acceleration generated by the operation of the lens group 21 and the diaphragm 22 from the first translational acceleration Acc1 based on the output value of the acceleration sensor 15, so that the inside of the imaging device 10. This is because the influence of the movable part is removed.
  • the translational acceleration calculation unit 55 acquires the first translational acceleration Acc1 from the HPF 53 (S01). At the same time, the translational acceleration calculation unit 55 obtains position information P1 of the variable magnification lens, position information P2 of the focusing lens, and aperture information P3 from the lens group 21 (S02 to S04). Then, the internal acceleration (hereinafter referred to as zoom drive acceleration) generated by driving the variable power lens is calculated by second-order differentiation of the position information P1 of the variable power lens (S03). Similarly, the internal acceleration (hereinafter referred to as focus drive acceleration) generated by driving the focusing lens is calculated by differentiating the focusing lens position information P2 twice (S04). Further, based on the diaphragm information P3, an internal acceleration (hereinafter referred to as diaphragm driving acceleration) generated by driving the diaphragm 22 is calculated (S05).
  • each position information P1 to P3 is, for example, as shown in Equation 1, using the initial position x 0 , the target position x f , the time t, and the target arrival time t f to change the differential value of acceleration within the movement time.
  • the internal acceleration ⁇ (t) obtained by second-order differentiation of Equation 1 is expressed by Equation 2.
  • the translational acceleration calculation unit 55 compares the calculated frequency components of the three types of internal acceleration with the cut-off frequency fc of the HPF 53 (S08). If all three types of internal acceleration are low frequencies lower than the cut-off frequency fc, the first translation acceleration Acc1 is output as the second translation acceleration Acc2 due to shift blur Y (external factor) (S09). On the other hand, when the frequency component of the internal acceleration is a high frequency equal to or higher than the cut-off frequency fc, the internal acceleration exceeding the cut-off frequency fc is subtracted from the first translational acceleration Acc1 input from the HPF 53 (S10). The subtracted value is output as the second translational acceleration Acc2 due to shift blur Y (S11).
  • the comparison between the cutoff frequency fc and the frequency component of the internal acceleration is performed for each of the zoom driving acceleration component, the focus driving acceleration component, and the aperture driving acceleration component.
  • the reason why the internal acceleration is not subtracted from the first translational acceleration Acc1 is that the acceleration sensor 15 detects the noise due to the internal acceleration superimposed. This is because noise due to the internal acceleration is removed by the HPF 53. Therefore, when the translational acceleration calculation unit 55 subtracts an internal acceleration smaller than the cut-off frequency fc again, the subtraction is excessive, and noise is superimposed instead.
  • the translational acceleration calculation unit 55 accurately calculates the second translational acceleration Acc2 due to the shift blur Y by removing the internal acceleration. Therefore, the translational velocity V and the rotation radius R calculated based on this are as follows. It is an accurate value without the influence of internal acceleration. For this reason, the imaging apparatus 10 can correct camera shake accurately even while the lens group 21 and the diaphragm 22 are being driven.
  • the translational acceleration calculation unit 55 is connected to the lens device 11a, and acquires position information P1 of the variable power lens, position information P2 of the focusing lens, and aperture information P3. Such information may be acquired from, for example, the AF detection circuit 16 or the AE / AWB detection circuit 17, or may be acquired from the CPU 37.
  • the translational acceleration calculation unit 55 calculates the internal acceleration from the position information P1 of the variable power lens, the position information P2 of the focusing lens, and the aperture information P3.
  • the AF detection circuit 16, the AE / AWB detection circuit 17, When acquiring information from the CPU 37 or the like, the internal acceleration may be directly acquired instead of the position information.
  • the translational acceleration calculation unit 55 compares the cutoff frequency fc of the HPF 53 with the frequency component of the internal acceleration, and subtracts the internal acceleration equal to or higher than the cutoff frequency fc from the first translational acceleration Acc1.
  • the second translational acceleration Acc2 is accurately obtained.
  • the HPF 53 can be omitted.
  • the movable portion is driven with a specific drive pattern. In this case, the internal acceleration can be obtained based on the drive pattern.
  • FIG. 6 shows a camera shake correction mechanism in which the HPF 53 is omitted and an internal acceleration calculation unit 73 is provided.
  • the detection signal from the acceleration sensor 15 is subjected to noise removal by the LPF 51, then converted to a digital signal by the A / D converter 52, and is output as the first translational acceleration Acc1.
  • the first translation acceleration Acc1 is input to the translation acceleration calculation unit 72.
  • the internal acceleration from the internal acceleration calculation unit 73 is input to the translational acceleration calculation unit 72.
  • the translational acceleration calculation unit 72 calculates the translational acceleration Acc2 due to shift blur Y by subtracting the internal acceleration from the first translational acceleration Acc1, and inputs it to the phase compensation circuit 56.
  • the lens group 21 and the aperture 22 are operated with a specific drive pattern designated in advance.
  • the internal acceleration calculation unit 73 calculates the internal acceleration based on the driving pattern of the lens group 21 and the diaphragm 22. For example, when the zooming and focusing of the lens group 21 and the diaphragm operation of the diaphragm 22 are controlled by so-called trapezoidal speed control, the acceleration at the time of acceleration / deceleration is input to the translational acceleration calculation unit 72.
  • the internal acceleration calculation unit 73 obtains information (hereinafter referred to as a drive pattern) regarding a drive pattern such as a maximum speed and a movement distance designated when driving each movable part from the CPU 37, and based on these information, the acceleration / deceleration is performed. Calculate the internal acceleration that sometimes occurs.
  • the blur correction unit 71 configured as described above calculates the second translational acceleration Acc2 due to the shift blur Y by the translational acceleration calculation unit 72 as follows. As shown in FIG. 7, the translational acceleration calculation unit 72 acquires the first translational acceleration Acc1 obtained based on the measurement by the acceleration sensor 15 (S21). At the same time, the translational acceleration calculation unit 72 acquires the zoom drive acceleration, the focus drive acceleration, and the aperture drive acceleration as internal accelerations from the internal acceleration calculation unit 73 (S22 to S24). Then, the zoom drive acceleration, the focus drive acceleration, and the aperture drive acceleration are subtracted from the first translational acceleration Acc1 (S25). The second translational acceleration Acc2 obtained by subtracting all these internal accelerations is output as a translational acceleration due to shift blur Y.
  • the rotational radius R is calculated by the rotational radius calculating unit 61, and then the shake amount ⁇ is calculated by the shake amount calculating unit 62.
  • the translational acceleration calculation unit 72 determines the first translational acceleration Acc1 based on the output value of the acceleration sensor 15 from the first translational acceleration Acc1. By subtracting all the internal accelerations, the second translational acceleration Acc2 due to the shift blur Y can be accurately calculated. Accordingly, even when the HPF 53 is not used, it is possible to accurately calculate the rotation radius R and the shift amount ⁇ during the driving of the lens group 21 and the diaphragm 22 and to perform camera shake correction.
  • the lens group 21 In zooming and focusing of the lens group 21, it is driven by a stepping motor.
  • the speed In the trapezoidal speed control of the stepping motor, the speed is increased (accelerated) as shown in the speed pattern of FIG. 8A at the start of rotation.
  • the motor rotates at the target speed.
  • the number of driving pulses of the stepping motor is used as the distance.
  • the internal acceleration ⁇ (t) due to the acceleration of the stepping motor is shown in FIG. 8B.
  • This internal acceleration ⁇ (t) varies with time t and is expressed by the following equation.
  • ⁇ (t) (A max / t1) ⁇ t.
  • ⁇ (t) (A max / t 1) ⁇ t + 2A max .
  • ⁇ (t) 0.
  • the stepping motor rotates at a constant speed after increasing the speed.
  • the vehicle is decelerated and stopped as shown in FIG. 9A.
  • the internal acceleration ⁇ (t) during this deceleration is shown in FIG. 9B.
  • This internal acceleration ⁇ (t) is expressed by the following equation.
  • V is a deceleration start speed
  • a max V ref / t 1 .
  • ⁇ (t) ⁇ (A max / t1) ⁇ t.
  • ⁇ (t) (A max / t1) ⁇ t ⁇ 2A max .
  • 2t 1 ⁇ t, ⁇ (t) 0.
  • the internal acceleration calculation unit 73 calculates the internal acceleration due to the operation of the lens group 21 and the diaphragm 22.
  • the translational acceleration calculation unit 72 may calculate each internal acceleration from the position information P1, P2, P3, and the like.
  • the lens group 21 and the diaphragm 22 are controlled by trapezoidal speed control, but may be operated based on, for example, a cubic or higher spline function.
  • the specific shape of the spline function (the specific trajectory of the lens group 21 and the diaphragm 22) is one or a plurality of positions (specified positions) that are designated in advance to pass through the current position, target position, and halfway path of each movable part. ). For this reason, when the lens group 21 and the diaphragm 22 are driven according to the spline function, the internal acceleration calculation unit 73 acquires information on the current position, the target position, and the specified position of each movable unit, and each movable unit. Calculate the spline function.
  • each movable part is calculated by differentiating each obtained spline function twice.
  • the lens group 21 and the aperture 22 are driven based on a spline function, it is necessary to use at least a third-order or higher spline function so that second order differentiation is possible.
  • a cubic spline function S j (x) representing a curve in the interval x j to x j + 1 is expressed by the following equation, for example.
  • S j (x) a j (xx j ) 3 + b j (xx j ) 2 + c j (xx j ) + d j
  • the internal acceleration is expressed by the following equation.
  • ⁇ (t) 6a j (xx ⁇ j ) + 2b j
  • j 0, 1, 2,..., N ⁇ 1.
  • the trapezoidal speed control is suitable when the lens 21 or the like is driven by a stepping motor, and the control by the spline function or the quintic function of Equation 1 is suitable when a voice coil motor or a DC motor is used. Therefore, the variable magnification lens may be controlled by a spline function using a DC motor, and the focusing lens may be controlled by a trapezoidal speed control using a stepping motor or a spline function using a voice coil motor. As described above, when the movable parts are controlled in different modes in the imaging apparatus 10, the above-described second embodiment and its modifications may be appropriately combined.
  • the translational acceleration calculation unit 72 may subtract the internal acceleration from the first translational acceleration Acc1 based on the output value of the acceleration sensor 15. As described above, in the first embodiment, the same applies when the translational acceleration calculation unit 55 obtains internal acceleration information from the AF detection circuit 16, the AE / AWB detection circuit 17, the CPU 37, and the like.
  • the image pickup optical system includes the shake correction lens 23, and the shake correction lens 23 is moved in a plane perpendicular to the optical axis L to correct camera shake.
  • camera shake correction may be performed by moving the image sensor 12 along the imaging surface or by moving the entire imaging optical system.
  • Internal acceleration is also generated by devices other than the lens device 11a.
  • the internal acceleration may be subtracted from the translational acceleration Acc1.
  • the image sensor may be a CMOS image sensor in addition to the CCD image sensor.

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Abstract

　撮像装置内の可動部が作動中であっても正確に手振れ補正を行う。　手振れ発生時に、角速度センサ（１４）は角速度（ω）を検出する。回転角算出部（４５）は、角速度（ω）を積分して角度ブレ（θ）を算出する。並進加速度算出部（５５）は、加速度センサ（１５）で検出した第１並進加速度（Ａｃｃ１）から、レンズ装置（１１ａ）の駆動中に発生する内部加速度を減算して、第２並進加速度（Ａｃｃ２）を算出する。並進速度算出部（５７）と、第２並進加速度（Ａｃｃ２）を積分して並進速度（Ｖ）を算出する。回転半径算出部（６１）は、角速度（ω）と並進速度（Ｖ）から回転半径（Ｒ）を算出する。ブレ量算出部（６２）は、角度ブレ（θ）と回転半径Ｒに基づいて、ブレ量δを算出する。アクチュエータ（２３ａ）は、ブレ量δを打ち消す向きに、ブレ補正レンズ２３を駆動する。

Description

撮像装置
　本発明は、手振れ補正機能を有する撮像装置に関する。
　撮像装置には、周知のようにデジタルカメラや監視カメラ等が含まれている。この撮像装置には、自動焦点調節機構や自動露出制御機構が搭載されていることが普通である。また、近年では、手振れ補正機構を搭載し、手振れによる撮影画像の画質劣化を抑制することも行われている。手振れは、撮像装置を把持する手や腕等の動きによって、撮像装置が回転やシフトすることで発生するものであり、概ね１～１０Ｈｚ程度の低周波振動で表される。このため、手振れの補正では、撮像装置の低周波振動を検出し、これを打ち消すように、撮像素子や、撮像レンズ中の補正レンズを移動させ、画面上での像のブレを抑制する。
　撮像装置の回転による像のブレ（以下、角度ブレという）は、レリーズボタンの押圧等によって発生する。他方、撮像装置が平行にシフトすることによる像のブレ（以下、シフトブレという）は、カメラを保持している両腕の動き等で発生する。高倍率のマクロ撮像等では、このシフトブレは、角度ブレよりも影響が大きい。角度ブレは、角速度センサによって検出できるが、この角速度センサではシフトブレを正確に検出することが難しい。こうしたことから、近年では、角速度センサの他に、加速度センサを設けて、撮像装置の平行移動による加速度を検出し、得られた加速度に基づいてシフトブレを抑制することが行われている（特許文献１，２）。
特開２０１０－２８６７２１号公報 特開２０１０－０２５９６１号公報
　特許文献１，２に記載された撮像装置では、角度ブレとシフトブレの両方を補正することが可能であるが、角度ブレ及びシフトブレを正確に補正できるのは、撮像装置内の機械的な可動部が作動していない場合に限られる。すなわち、可動部が作動している場合に、その内部的な加速度に基づく振動が、角速度センサや加速度センサのノイズとなるからである。レンズ装置に関しては、変倍レンズ、フォーカスレンズ、絞り等が、機械的な可動部に相当する。したがって、特許文献１，２記載の撮像装置では、レンズ装置が作動している場合には手振れ補正機構を停止し、そしてレンズ停止装置が停止した後に手振れ補正機構の作動を再開している。
　多くの場合に、ズーム操作、焦点調節、露出調節等を行いながら、モニタ上のスルー画を観察し、又は光学ファインダを覗きながら、撮影画像の構図を決定している。このため、レンズ装置が作動しているときに手振れ補正機構が停止すると、スルー画やファインダの像は手振れによって画質が低下し、構図決定等がしにくくなる。特に、マクロ撮像時には、倍率が高いために、僅かな手振れが生じても画質劣化が著しい。また、動画の撮像時には、撮像と同時にズーム操作等が行われる。このズーム操作等のたびに手振れ補正機構が停止するから、動画の画質が劣化するという問題もある。
　本発明は、機械的な可動部の作動中であっても、正確な手振れ補正を行うことができる撮像装置を提供することを目的とするものである。
　上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、角速度検出部と、加速度検出部と、並進加速度算出部と、並進速度算出部と、回転半径算出部と、回転角算出部と、ブレ量算出部と、駆動部とを備えている。また、撮像装置内には、撮影光軸上に配置された撮像素子と、被写体の像を撮像素子上に結像させる撮像光学系と、作動中に内部加速度の発生を伴う可動部とが設けられている。角速度検出部は、撮像装置の回転に基づく角速度を検出する。加速度検出部は、撮像装置の並進運動に基づく第１並進加速度を検出する。並進加速度算出部は、第１並進加速度から内部加速度を減算することにより、撮像装置に対する外因的な要因により発生した第２並進加速度を算出する。並進速度算出部は、第２並進加速度を積分して並進速度を算出する。回転半径算出部は、角速度と並進速度に基づいて、回転半径を算出する。回転角算出部は、角速度を積分して回転角を算出する。ブレ量算出部は、回転角と回転半径に基づいて、撮影光軸を回転させる角度ブレと撮影光軸を平行移動させるシフトブレの両方が含まれたブレ量を算出する。駆動部は、ブレ量を打ち消す向きに、撮像光学系全体もしくは撮像光学系を構成する光学要素、または撮像素子を移動させて、角度ブレ及びシフトブレを補正する。
　第１並進加速度から重力加速度の成分を除去するハイパスフィルタを備えることが好ましい。この場合には、並進速度算出部は、ハイパスフィルタのカットオフ周波数と内部加速度の周波数成分を比較する。内部加速度の周波数成分がカットオフ周波数よりも低周波の場合には、第１並進加速度から内部加速度を減算せずに、第１並進加速度を第２並進加速度として出力する。そして、内部加速度の周波数成分がカットオフ周波数以上の高周波の場合には、第１並進加速度から内部加速度を減算した値を第２並進加速度として出力する。
　並進加速度算出部は、作動中の可動部の位置情報を取得し、この位置情報を２階微分することにより、内部加速度を算出することが好ましい。
　可動部は、予め定めた特定な駆動パターンで駆動されることが普通である。そこで、この駆動パターンに基づいて内部加速度を算出する内部加速度算出部を備えることが好ましい。
　特定な駆動パターンには、速度制御が台形に変化するパターンがある。この場合には、内部加速度算出部は、台形速度制御の態様を決定するパラメータに基づいて内部加速度を算出する。
　特定な駆動パターンには、３次以上のスプライン関数に基づくパターンがある。この場合には、内部加速度算出部は、スプライン関数を２階微分することにより内部加速度を算出する。
　駆動パターンには、初期位置ｘ０、目標位置ｘｆ、時刻ｔ、目標到達時刻ｔｆを用いて表される下記の５次関数に基づくパターンがある。この場合は、内部加速度算出部は、５次関数を２階微分することにより、内部加速度を算出する。
　
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　内部加速度は、レンズ装置内で発生することが多い。可動部の１つとしては、ズーム操作時に前記撮影光軸に沿って移動される変倍レンズ、または前記変倍レンズを駆動するレンズ駆動機構がある。
　可動部の別の１つとしては、焦点調節時に前記撮影光軸に沿って移動されるフォーカシングレンズ、または前記フォーカシングレンズを駆動するレンズ駆動機構がある。
　可動部の更に別の１つとしては、複数の絞り羽根で撮影光軸上に開口を形成する絞り装置、または絞り羽根を移動させる絞り駆動機構がある。
　可動部としては、ファインダの光路中に設けられる光学要素がある。
　ブレ量算出手段は、撮像倍率及び焦点距離を取得し、前記撮像倍率、前記焦点距離、前記回転角、前記回転半径を用いて前記ブレ量を算出することが好ましい。
　ブレ駆動部は、撮像光学系内に配置されたブレ補正レンズを駆動することにより、角度ブレ及びシフトブレを補正することが好ましい。
　本発明によれば、ズーミング、フォーカシング、又は絞り動作中であっても、これらの可動部の影響を受けることなく、正確に手振れ補正を行うことができる。
撮像装置の構成を示すブロック図である。 角度ブレの態様を示す説明図である。 シフトブレの態様を示す説明図である。 手振れ補正機構を示すブロック図である。 手振れ補正の手順を示すフローチャートである。 第２実施形態による手振れ補正機構を示すブロック図である。 第２実施形態の手振れ補正の手順を示すフローチャートである。 加速時の速度パターンを示すグラフである。 加速時の内部加速度を示すグラフである。 減速時の速度パターンを示すグラフである。 減速時の内部加速度を示すグラフである。
［第１実施形態］
　図１において、撮像装置１０は、デジタルカメラ、監視カメラなどとして利用されるものであり、レンズ装置１１ａとカメラホディ１１ｂとを有する。コンパクトデジタルカメラの場合には、レンズ装置１１ａがカメラボディ１１ｂから出入り可能に設けられ、一眼デジタルカメラの場合には、レンズ装置１１ａがカメラボディ１１ｂに着脱自在に取り付けられる。
　カメラボディ１１ｂには、撮像素子１２，ブレ補正部１３，角速度センサ１４，加速度センサ１５，ＡＦ検出回路１６，ＡＥ／ＡＷＢ検出回路１７、画像処理部３４を主要部とする画像処理系、ＣＰＵ３７等が設けられている。
　レンズ装置１１ａは、レンズ群２１、絞り２２、ブレ補正レンズ２３から構成された撮影光学系を有する。レンズ群２１は、便宜上１つのレンズで描いてあるが、実際は複数のレンズ群を有する。このレンズ群には、ズームミング時に光軸Ｌに沿って移動するズーミング用レンズ群（変倍レンズ及び補正レンズ）、フォーカシング時に光軸Ｌに沿って移動するフォーカスレンズ等を含む。なお、２群構成のステップズームレンズの場合には、フォーカスレンズが補正レンズを兼用する。
　変倍レンズ等の可動レンズは、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）やステッピングモータ等からなるアクチュエータ２１ａによって駆動される。ステップズームの場合は、ズーミングとフォーカシングは交互に行われるから、アクチュエータ２１ａが１つである。通常のズームレンズの場合は、アクチュエータには、ズーミング用、フォーカシング用の２種類がある。ズーミング用アクチュエータは、操作部３８のズームボタンが操作されると，ＣＰＵ３７によって、ドライバ（図示せず）を介して駆動される。フォーカシング用アクチュエータは、ＡＦ検出回路１６等から入力されるフォーカス信号に基づいて駆動される。
　絞り２２は、複数の可動な絞り羽根を備え、光軸Ｌ上に形成される絞り開口の大きさを調節して、入射光量を調節する。各絞り羽根は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）やステッピングモータ等からなるアクチュエータ２２ａによって駆動される。アクチュエータ２２ａは、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路１７からの輝度信号に基づいて駆動される。
　ブレ補正レンズ２３は、光軸Ｌに対して垂直な方向に移動可能に設けられ、角度ブレやシフトブレの原因となる撮像装置１０の手振れが発生したときに、手振れを打ち消す向きに移動される。ブレ補正レンズ２３は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）やステッピングモータ等からなるアクチュエータ２３ａによって駆動される。ブレ補正レンズ２３の移動方向や移動量は、ブレ補正部１３によって制御される。
　撮像素子１２としては、例えばＣＣＤイメージセンサが用いられ、レンズ装置１１ａの撮像光学系で結像された画像を撮像する。撮像素子１２の撮像面には、複数の画素が所定の配列で設けられている。各画素は、被写体からの光を光電変換して、信号電荷を蓄積する。撮像素子１２の各画素の信号電荷は時系列に読み出され、撮像信号としてアナログ処理回路（ＡＦＥ）３１に送られる。このＡＦＥ３１は、周知のように、相関二重サンプリングによるノイズ除去、ホワイトバランス補正などを行う。ＡＦＥ３１からの撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器３１によって画像データに変換され、デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）３３に送られる。
　ＤＳＰ３３は、入力された画像データに対して、階調補正処理やガンマ補正処理等の信号処理を施す画質補正処理回路や、画像データをＪＰＥＧ等の所定形式で圧縮／伸張する圧縮伸張処理回路として機能する。また、画像処理部３４には、ＤＳＰ３３で各種補正処理等が施された画像データに対して、輪郭強調処理等の画像処理を施す。画像処理部３４によって画像処理が施された画像データは、メモリ３５に記憶されたり、表示部３６に表示されたりする。
　表示部３６は、ＬＣＤ等からなるディスプレイである。フレーミング中には、動画撮影が行われ、画素数の少ない動画（スルー画）が表示部３６に表示される。また、表示部３６には、メモリカード等の記憶装置（図示しない）に記憶された静止画または動画が再生表示されたり、モード設定時には操作メニューや設定メニュー等が表示されたりする。これらのメニューは、操作部３８で選択することができる。
　ＡＦ検出回路１６は、ＤＳＰ３３から出力される画像データに基づいて焦点距離を検出する回路であり、画像データ内の所定のＡＦ検出領域から高周波成分を抽出し、これらを積算した評価値を出力する。得られた評価値を参照しながら、撮像光学系のフォーカシングレンズを移動し、評価値が最大値となる合焦位置を検出する。この合焦位置では、ＡＦ検出領域内のコントラストが最大となる。フォーカシングレンズは、検出された合焦位置にセットされる。
　ＡＥ／ＡＷＢ検出回路１７は、ＤＳＰ３３から出力される画像データに基づいて、ホワイトバランス補正量と、露出量（絞り値及びシャッタ速度）を算出する。ＡＦＥは、ホワイトバランス補正量に応じて、２色の増幅器のゲインを設定し、撮像信号中のカラーバランスを調整する。また、レンズ装置１１ａは、絞り値に応じて、絞り２２の絞り開口を調整する。更に、シャッタ速度に応じて撮像素子１２の電荷蓄積時間を調節する。
　撮像装置１０の手振れが発生したときに、角速度センサ１４の測定系は回転によって発生する角速度ωを検出し、また加速度センサ１５の測定系は平行移動によって生じる第１並進加速度Ａｃｃ１を検出する。ブレ補正部１３は、角速度ωと第１並進加速度Ａｃｃ１とから、角度ブレθ及びシフトブレＹをそれぞれ算出する。この２種類のブレからブレ量δが算出され、アクチュエータ２３ａに送られる。このアクチュエータ２３ａは、ブレ量δに応じて、像のブレを打ち消すようにブレ補正レンズ２３を駆動する。したがって、撮像装置１０では、ブレ補正レンズ２３の移動により、角度ブレθとシフトブレＹは、両方が一緒に補正される。
　ＣＰＵ３７は、操作部３８からの入力にしたがって撮像装置１０の各部を統括的に制御する。操作部３８は、電源ボタンや、半押し及び全押しの２段階で押圧されるレリーズボタン、メニューボタン、ファンクションキー等からなる。ＣＰＵ３７は、例えばレリーズボタンが半押し操作されると、ＡＦ検出回路１６によって自動焦点調節を行うとともに、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路１７によって露出量を自動的に調節する。
　図２に示すように、角度ブレθは、回転中心Ｃを中心として光軸Ｌが回転するブレであり、角速度ωを積分することにより算出される。並進速度Ｖは、第１並進加速度Ａｃｃ１を積分することによって得られる。回転半径Ｒは、例えば回転中心Ｃから角速度センサ１４までの長さであり、並進速度Ｖと、角速度ωとを用いて、Ｒ＝Ｖ／ωの関係に基づいて算出される。また、図３に示すように、シフトブレＹは、光軸Ｌに垂直な面内での撮像装置１０の平行移動によるブレであり、角度ブレθと回転半径Ｒによって、Ｙ＝Ｒ・θの関係により表される。
　なお、ブレ補正部１３が算出するブレ量δは、角度ブレθ、シフトブレＹ、撮像倍率β、焦点距離ｆを用いて、δ＝（１＋β）ｆθ＋βＹで表される。前述のように、Ｙ＝Ｒθの関係にあるので、ブレ量δ＝（１＋β）ｆθ＋βＲθである。このため、ブレ量δを算出するときには、角度ブレθと回転半径Ｒを正確に算出する必要がある。特に、レンズ装置１１ａの動作中、すなわちズーミング、フォーカシング、絞り制御の実行中には、その駆動源であるアクチュエータ２１ａ，２２ａの動作等により、角速度センサ１４や加速度センサ１５にノイズが発生する。
　ブレ補正部１３は、レンズ装置１１ａの可動部の動作中であっても、それによるノイズの影響を受けずに、正確にブレ量δを算出することが必要である。そこで、図４に示すように、ブレ補正部１３は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４１、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４３，４６，５３、回転角算出部４５，ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１、並進加速度算出部５５、並進速度算出部５７、回転半径算出部６１、ブレ量算出部６２等を備えている。
　角速度センサ１４の出力信号（以下、角速度信号という）は、ＢＰＦ４１に入力される。このＢＰＦ４１は、角速度センサ１４の出力信号のうち、手振れ補正によって発生する角度ブレθの周波数帯（例えば１～１０Ｈｚ程度）の成分を抽出して、Ａ／Ｄ変換器４２に送る。Ａ／Ｄ変換器４２は、入力された所定周波数帯の角速度信号を、デジタル信号に変換し、ＨＰＦ４５に入力する。ＨＰＦ４５は、角速度信号のＤＣ成分を除去する。ＤＣ成分をカットされた角速度信号は、位相補償回路４４に入力され、位相を整えられた後、角速度ωとして出力される。この角速度ωは、回転角算出部４５と回転半径算出部６１に入力される。回転角算出部４５では角速度ωを積分して回転角を求める。この回転角は、ＨＰＦ４６によってＤＣ成分を除去されて、角度ブレθとなり、ブレ量算出部６２に入力される。
　一方、加速度センサ１５の出力された並進加速度（並進加速度信号）は、ＬＰＦ５１に入力され、ここでノイズが除去される。Ａ／Ｄ変換器５２は、並進加速度をデジタル信号に変換してから、ＨＰＦ５３に入力する。ＨＰＦ５３は、重力による加速度成分を除去するフィルタであり、カットオフ周波数ｆｃは約１Ｈｚである。ＨＰＦ５３によって、重力加速度が除去された並進加速度は、第１並進加速度Ａｃｃ１として並進加速度算出部５５に入力される。
　並進加速度算出部５５は、レンズ装置１１ａに接続されており、レンズ装置１１ａ内の可動部の駆動状態、例えば変倍レンズの位置情報Ｐ１，フォーカシングレンズの位置情報Ｐ２、絞り２２の絞り情報Ｐ３を取得する。並進加速度算出部５５は、取得した位置情報等Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からレンズ装置１１ａの駆動状態に応じて撮像装置１０の内部で発生する加速度（以下、内部加速度という）を算出する。この内部加速度は、第１並進加速度Ａｃｃ１から除去され、それにより第２並進加速度Ａｃｃ２が求められる。
　位相補償回路５６は、第２並進加速度Ａｃｃ２の位相を整えてから、並進速度算出部５７に入力する。並進速度算出部５７は、並進加速度Ａｃｃ２を積分することにより、シフトブレＹの並進速度Ｖを算出する。得られたシフトブレＹの並進速度Ｖは、回転半径算出部６１に入力される。
　回転半径算出部６１は、角速度ωと並進加速度Ｖに基づいて、撮像装置１０に生じた角度ブレθによる回転半径Ｒ（図２参照）を算出する。具体的には、回転半径算出部６１は、並進加速度Ｖを角速度ωで割ることによって回転半径Ｒ’が算出される（Ｒ’＝Ｖ／ω）。ここで算出される回転半径Ｒ’から回転中心Ｃ’が定まるが、回転半径Ｒ’から定まる回転中心Ｃ’は、レンズ装置１１ａの撮像光学系の光学状態を反映しておらず、必ずしも正確ではない。このため、回転半径算出部６１は、ＣＰＵ３７から、加速度センサの位置、撮像光学系の主点、被写体距離等の情報等に基づいて、回転半径Ｒ’及び回転中心Ｃ’を補正して、撮像光学系の光学状態を反映した正確な回転中心Ｃ及び回転半径Ｒを算出する。回転半径算出部６１が算出した回転半径Ｒは、ブレ量算出部６２に入力される。
　ブレ量算出部６２には、ＨＰＦ４６からの角度ブレθと、回転半径算出部６１からの回転半径Ｒとが入力される。また、ブレ量算出部６２には、撮像倍率β及び焦点距離ｆがＣＰＵ３７から入力される。ブレ量算出部６２は、角度ブレθ、回転半径Ｒ、撮像倍率β、焦点距離ｆから、ブレ量δ＝（１＋β）ｆθ＋βＲθを算出する。このとき、ブレ量算出部６２は、加速度センサ１５の感度に基づいて、回転半径Ｒの値をゲイン補正した値に補正する。なお、ブレ量δの式の「ｆθ」は、敏感度と呼ばれている。アクチュエータ２３ａは、ブレ量算出部６２によって算出されたブレ量δが打ち消されるように、ブレ補正レンズ２３を駆動する。これにより、手振れによる画像のボケの発生が抑制される。
　上記撮像装置１０は、レンズ装置１１ａ内に設けられたレンズ群２１や絞り２２等の可動部が作動している最中であっても、継続的に手振れを補正することができる。これは、並進加速度算出部５５が、加速度センサ１５の出力値に基づく第１並進加速度Ａｃｃ１から、レンズ群２１や絞り２２が作動することによって生じる内部加速度を除去することにより、撮像装置内１０内の可動部の影響を除去することによるものである。
　図５に示すように、並進加速度算出部５５は、ＨＰＦ５３から第１並進加速度Ａｃｃ１を取得する（Ｓ０１）。同時に、並進加速度算出部５５は、レンズ群２１のうち変倍レンズの位置情報Ｐ１、フォーカシングレンズの位置情報Ｐ２、絞り情報Ｐ３をそれぞれ取得する（Ｓ０２～Ｓ０４）。そして、変倍レンズの位置情報Ｐ１を２階微分することにより、変倍レンズの駆動により発生する内部加速度（以下、ズーム駆動加速度という）を算出する（Ｓ０３）。同様に、フォーカシングレンズの位置情報Ｐ２を２回微分することにより、フォーカシングレンズの駆動により発生する内部加速度（以下、フォーカス駆動加速度という）を算出する（Ｓ０４）。また、絞り情報Ｐ３に基づいて、絞り２２の駆動により発生する内部加速度（以下、絞り駆動加速度という）を算出する（Ｓ０５）。
　ここで各位置情報Ｐ１～Ｐ３は、例えば数式１に示すように、初期位置ｘ０、目標位置ｘｆ、時刻ｔ、目標到達時刻ｔｆを用いて、移動時間内の加速度の微分値の変化が最小になるように決定された５次関数ｘ（ｔ）で表すことができる。また、この数式１を２階微分して得られる内部加速度α（ｔ）は数式２で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　次いで、並進加速度算出部５５は、算出した３種類の内部加速度の周波数成分を各々ＨＰＦ５３のカットオフ周波数ｆｃと比較する（Ｓ０８）。３種類の内部加速度が全てカットオフ周波数ｆｃよりも小さい低周波の場合には、第１並進加速度Ａｃｃ１をシフトブレＹ（外因的な要因）による第２並進加速度Ａｃｃ２として出力する（Ｓ０９）。一方、内部加速度の周波数成分がカットオフ周波数ｆｃ以上の高周波の場合は、カットオフ周波数ｆｃを超える内部加速度をＨＰＦ５３から入力される第１並進加速度Ａｃｃ１から減算する（Ｓ１０）。この減算した値をシフトブレＹによる第２並進加速度Ａｃｃ２として出力する（Ｓ１１）。
　カットオフ周波数ｆｃと内部加速度の周波数成分の比較は、ズーム駆動加速度、フォーカス駆動加速度、絞り駆動加速度の成分について各々行う。また、内部加速度の周波数成分がカットオフ周波数ｆｃよりも小さい場合に、この内部加速度を第１並進加速度Ａｃｃ１から減算しない理由は、加速度センサ１５が内部加速度によるノイズを重畳して検出していたとしても、この内部加速度によるノイズはＨＰＦ５３によって除去されているからである。したがって、並進加速度算出部５５で、カットオフ周波数ｆｃよりも小さい内部加速度を改めて減算すると、減算過剰となるため、かえってノイズが重畳されてしまう。
　上述のように、並進加速度算出部５５は、内部加速度を除去することにより、シフトブレＹによる第２並進加速度Ａｃｃ２を正確に算出するので、これに基づいて算出される並進速度Ｖ及び回転半径Ｒは、内部加速度の影響がない正確な値となる。このため、撮像装置１０は、レンズ群２１や絞り２２が駆動している最中であっても正確に手振れを補正することができる。
　なお、上述の第１実施形態では、並進加速度算出部５５は、レンズ装置１１ａに接続され、変倍レンズの位置情報Ｐ１，フォーカシングレンズの位置情報Ｐ２，絞り情報Ｐ３を取得している。これらの情報は、例えば、ＡＦ検出回路１６やＡＥ／ＡＷＢ検出回路１７から取得しても良く、あるいはＣＰＵ３７から取得しても良い。また、並進加速度算出部５５は、変倍レンズの位置情報Ｐ１，フォーカシングレンズの位置情報Ｐ２，絞り情報Ｐ３から、内部加速度を算出しているが、ＡＦ検出回路１６やＡＥ／ＡＷＢ検出回路１７、ＣＰＵ３７等から情報を取得するときには、位置情報ではなく、内部加速度を直接取得しても良い。
［第２実施形態］
　上述の第１実施形態では、並進加速度算出部５５は、ＨＰＦ５３のカットオフ周波数ｆｃと内部加速度の周波数成分を比較し、カットオフ周波数ｆｃ以上の内部加速度を第１並進加速度Ａｃｃ１から減算することにより、第２並進加速度Ａｃｃ２を正確に取得している。しかし、ＨＰＦ５３は省略することができる。また、可動部は、特定な駆動パターンで駆動されることが普通である。この場合には、駆動パターンに基づいて内部加速度を求めることができる。
　図６は、ＨＰＦ５３を省略するとともに、内部加速度算出部７３を設けた手振れ補正機構を示す。加速度センサ１５からの検出信号は、ＬＰＦ５１によってノイズが除去されてから、Ａ／Ｄ変換器５２によってデジタル信号に変換され、第１並進加速度Ａｃｃ１として出力される。この第１並進加速度Ａｃｃ１は、並進加速度算出部７２に入力される。また、並進加速度算出部７２には、内部加速度算出部７３からの内部加速度が入力される。並進加速度算出部７２は、第１並進加速度Ａｃｃ１から内部加速度を減算することにより、シフトブレＹによる並進加速度Ａｃｃ２を算出し、位相補償回路５６に入力する。
　レンズ群２１及び絞り２２は、予め指定された特定な駆動パターンで作動される。内部加速度算出部７３は、レンズ群２１及び絞り２２の駆動パターンに基づいて内部加速度を算出する。例えば、レンズ群２１のズーミングやフォーカシング、絞り２２の絞り動作が、いわゆる台形速度制御によって制御される場合には、これらの加速／減速時の加速度が並進加速度算出部７２に入力される。台形速度制御は、例えば絞り羽根などの可動部を所定加速度で加速しながら移動させ、予め指定される最高速度に達すると、この最高速度で所定距離移動させた後、所定加速度で減速しながら目的位置に到達させる制御である。したがって、内部加速度算出部７３は、ＣＰＵ３７から各可動部の駆動時に指定される最高速度や移動距離等の駆動パターンに関する情報（以下、駆動パターンという）を取得し、これらに基づいて加速時／減速時に発生する内部加速度を算出する。
　上述のように構成されるブレ補正部７１は、並進加速度算出部７２によって、次のようにシフトブレＹによる第２並進加速度Ａｃｃ２を算出する。図７に示すように、並進加速度算出部７２は、加速度センサ１５の測定に基づいて求めた第１並進加速度Ａｃｃ１を取得する（Ｓ２１）。同時に、並進加速度算出部７２は、内部加速度算出部７３から、内部加速度として、ズーム駆動加速度、フォーカス駆動加速度、絞り駆動加速度を各々取得する（Ｓ２２～Ｓ２４）。そして、第１並進加速度Ａｃｃ１から、ズーム駆動加速度、フォーカス駆動加速度、絞り駆動加速度をそれぞれ減算し（Ｓ２５）する。これらの内部加速度を全て減算して得た第２並進加速度Ａｃｃ２は、シフトブレＹによる並進加速度として出力する。
　こうして並進加速度算出部７２によって算出された第２並進加速度Ａｃｃ２に基づいて、回転半径算出部６１により回転半径Ｒが算出され、次いで、振れ量算出部６２によってブレ量δが算出される。
　上述のように、第２実施形態のブレ補正部７１によれば、ＨＰＦ５３を用いない場合であっても、並進加速度算出部７２によって、加速度センサ１５の出力値に基づく第１並進加速度Ａｃｃ１から、内部加速度を全て減算することにより、シフトブレＹによる第２並進加速度Ａｃｃ２を正確に算出することができる。また、これにより、ＨＰＦ５３を用いない場合であっても、レンズ群２１や絞り２２の駆動中に、正確に回転半径Ｒ及びズレ量δを算出し、手振れ補正を行うことができる。
　例えば、レンズ群２１のズーミングやフォーカンシグでは、ステッピングモータによって駆動される。このステッピングモータの台形速度制御では、回転開始時には図８Ａの速度パターンに示すように増速（加速）される。そして、時間２ｔ１で目標速度Ｖｒｅｆに達すると、この目標速度のまま回転する。速度パターンでは、ステッピングモータの駆動パルス数を距離として用いている。
　ステッピングモータの増速による内部加速度α（ｔ）は、図８Ｂに示されている。この内部加速度α（ｔ）は、時間ｔによって変化しており、次式で表される。ここで、Ａmaxは、Ａmax＝Ｖｒｅｆ／ｔ１である。
０≦ｔ≦ｔ１では、α（ｔ）＝（Ａmax／ｔ１）×ｔである。
ｔ１＜ｔ≦２ｔ１では、α（ｔ）＝（Ａmax／ｔ１）×ｔ＋２Ａmaxである。
２ｔ１＜ｔでは、α（ｔ）＝０である。
　ステッピングモータは増速してから一定速度で回転する。そして、目標位置に接近すると、図９Ａに示すように減速停止する。この減速時の内部加速度α（ｔ）は、図９Ｂに示されている。この内部加速度α（ｔ）は、次式で表される。ここで、Ｖを減速開始の速度とすると、Ａmax＝Ｖｒｅｆ／ｔ１である。
０≦ｔ≦ｔ１では、α（ｔ）＝－（Ａmax／ｔ１）×ｔである。
ｔ１＜ｔ≦２ｔ１では、α（ｔ）＝（Ａmax／ｔ１）×ｔ－２Ａmaxである。
２ｔ１＜ｔでは、α（ｔ）＝０である。
　上述の第２実施形態では、内部加速度算出部７３は、レンズ群２１や絞り２２の作動による内部加速度を算出している。この代わりに、第１実施形態と同様に、並進加速度算出部７２が位置情報Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３等から各内部加速度を算出してもよい。
　第２実施形態では、レンズ群２１や絞り２２が台形速度制御によって制御されているが、例えば３次以上のスプライン関数に基づいて作動しても良い。スプライン関数の具体的な形状（レンズ群２１や絞り２２の具体的な軌跡）は、各可動部の現在位置、目標位置、及び途中経路で通ることを予め指定した１または複数の位置（指定位置）によって決定される。このため、レンズ群２１や絞り２２をスプライン関数にしたがって駆動する場合には、内部加速度算出部７３は、各可動部の現在位置、目標位置、及び指定位置の情報を取得して、各可動部のスプライン関数を算出する。得られた各スプライン関数を２回微分することにより、各可動部の内部加速度を算出する。なお、レンズ群２１や絞り２２をスプライン関数に基づいて駆動する場合には、２階微分が可能なように、少なくとも３次以上のスプライン関数を用いる必要がある。また、スプライン関数の形状決定を容易にするためには、できるだけ低次のスプライン関数で駆動することが好ましい。そこで、３次スプライン関数を用いることが好ましい。
　区間ｘｊ～ｘｊ＋１の曲線を表す３次スプライン関数Ｓｊ（ｘ）は、例えば次式で表される。
Ｓｊ（ｘ）＝ａｊ（ｘ－ｘｊ）３＋ｂｊ（ｘ－ｘｊ）２＋ｃｊ（ｘ－ｘｊ）＋ｄｊ
このとき、内部加速度は次式で表される。
α（ｔ）＝６ａｊ（ｘ－ｘｊ）＋２ｂｊ
なお、ｊ＝０，１，２・・・，Ｎ－１である。
　前記台形速度制御は、レンズ２１等をステッピングモータで駆動する場合に好適であり、またスプライン関数や数式１の５次関数による制御はボイスコイルモータやＤＣモータを用いる場合に好適である。このため、変倍レンズはＤＣモータを用いたスプライン関数による制御とし、フォーカシングレンズはステッピングモータを用いた台形速度制御又はボイスコイルモータを用いたスプライン関数による制御としてもよい。このように、撮像装置１０の内部で可動部が各々に異なる態様で制御される場合には、上述の第２実施形態及びその変形例を適宜組み合わせれば良い。いずれにしても、並進加速度算出部７２において、加速度センサ１５の出力値に基づいた第1並進加速度Ａｃｃ１から内部加速度を減算すればよい。前述のように、第１実施形態において、並進加速度算出部５５がＡＦ検出回路１６やＡＥ／ＡＷＢ検出回路１７、ＣＰＵ３７等から内部加速度の情報を得る場合にも同様である。
　上述の第１，第２実施形態では、撮像光学系にブレ補正レンズ２３を備え、ブレ補正レンズ２３を光軸Ｌに垂直な面内で移動させることにより手振れの補正を行っている。この他に、撮像素子１２を撮像面に沿って移動したり、撮像光学系の全体を移動したりして、手振れ補正をしてもよい。
　レンズ装置１１ａ以外によっても内部加速度が発生する。例えば、ファインダの光路中に設けられる焦点調整用のミラー又はレンズ素子、又はその他の可動部材の駆動により内部加速度が発生する場合も、この内部加速度を並進加速度Ａｃｃ１から減算すれば良い。
　なお、撮像素子としては、ＣＣＤイメージセンサの他に、ＣＭＯＳイメージセンサでもよい。
　１０　撮像装置
　１１ａ　レンズ装置
　１１ｂ　カメラボディ
　１２　撮像素子
　２１　レンズ群
　２２　絞り
　２３　ブレ補正レンズ
　２１ａ，２２ａ，２３ａ　アクチュエータ

Claims (14)

  1. 　撮影光軸上に配置された撮像素子と、被写体の像を撮像素子上に結像させる撮像光学系と、動作中に内部加速度の発生を伴う可動部とを有する撮像装置において、
    　前記撮像装置の回転に基づく角速度を検出する角速度検出部と、
    　前記撮像装置の並進運動に基づく第１並進加速度を検出する加速度検出部と、
    　前記第１並進加速度から前記内部加速度を減算することにより、前記撮像装置に対する外因的な要因により発生した第２並進加速度を算出する並進加速度算出部と、
    　前記第２並進加速度を積分して、並進速度を算出する並進速度算出部と、
    　前記角速度と前記並進速度に基づいて回転半径を算出する回転半径算出部と、
    　前記角速度を積分して回転角を算出する回転角算出部と、
    　前記回転角と前記回転半径に基づいて、前記撮影光軸を回転させる角度ブレと前記撮影光軸を平行移動させるシフトブレの両方が含まれたブレ量を算出するブレ量算出部と、
    　前記ブレ量を打ち消す向きに、前記撮像光学系全体もしくは前記撮像光学系を構成する光学要素、または前記撮像素子を移動させて、前記角度ブレ及び前記シフトブレを補正する駆動部と、
    　を備える撮像装置。
  2. 　前記第１並進加速度から重力加速度の成分を除去するハイパスフィルタを備え、
    　前記並進速度算出部は、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数と前記内部加速度の周波数成分を比較し、前記内部加速度の周波数成分が前記カットオフ周波数よりも低周波の場合には、前記第１並進加速度から前記内部加速度を減算せずに、前記第１並進加速度を前記第２並進加速度として出力し、そして前記内部加速度の周波数成分が前記カットオフ周波数以上の高周波の場合には、前記第１並進加速度から前記内部加速度を減算した値を、前記第２並進加速度として出力する請求の範囲第１項に記載の撮像装置。
  3. 　前記並進加速度算出部は、作動中の前記可動部の位置情報を取得し、これを２階微分することにより、前記内部加速度を算出する請求の範囲第１項に記載の撮像装置。
  4. 　前記可動部の予め定められた駆動パターンに基づいて、前記内部加速度を算出する内部加速度算出部を備える請求の範囲第１項に記載の撮像装置。
  5. 　前記駆動パターンは、台形速度制御に基づいて形成されるものであり、
    　前記内部加速度算出部は、前記台形速度制御の態様を決定するパラメータに基づいて前記内部加速度を算出する請求の範囲第４項に記載の撮像装置。
  6. 　前記駆動パターンは、３次以上のスプライン関数に基づいて形成されるものであり、
    　前記内部加速度算出部は、前記スプライン関数を２階微分することにより前記内部加速度を算出する請求の範囲第４項に記載の撮像装置。
  7. 　前記駆動パターンは、初期位置ｘ０、目標位置ｘｆ、時刻ｔ、目標到達時刻ｔｆを用いて表される下記５次関数に基づいて形成されるものであり、
    　前記内部加速度算出部は、下記５次関数を２階微分することにより、前記内部加速度を算出する請求の範囲第４項に記載の撮像装置。
    　
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
  8. 　前記可動部は、前記撮像光学系の要素である請求の範囲第１項に記載の撮像装置。
  9. 　前記可動部は、ズーム操作時に前記撮影光軸に沿って移動される変倍レンズ、または前記変倍レンズを駆動するレンズ駆動機構である請求の範囲第８項に記載の撮像装置。
  10. 　前記可動部は、焦点調節時に前記撮影光軸に沿って移動されるフォーカシングレンズ、または前記フォーカシングレンズを駆動するレンズ駆動機構である請求の範囲第８項に記載の撮像装置。
  11. 　前記可動部は、露光量の調節時に複数の絞り羽根で、前記撮影光軸上に開口を形成する絞り装置、または前記絞り羽根を移動させる絞り駆動機構である請求の範囲第８項に記載の撮像装置。
  12. 　前記可動部は、ファインダの光路内で可動な光学要素である請求の範囲第１項に記載の撮像装置。
  13. 　前記ブレ量算出手段は、撮像倍率及び焦点距離を取得し、前記撮像倍率、前記焦点距離、前記回転角、前記回転半径を用いて前記ブレ量を算出する請求の範囲第１項に記載の撮像装置。
  14. 　前記ブレ補正手段は、前記撮像光学系に含まれるブレ補正レンズを駆動することにより、前記角度ブレ及び前記シフトブレを補正する請求の範囲第１項に記載の撮像装置。
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