WO2014020924A1 - ブレ量検出装置、撮像装置及びブレ量検出方法 - Google Patents

ブレ量検出装置、撮像装置及びブレ量検出方法 Download PDF

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WO2014020924A1
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acceleration
angular velocity
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calculating
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仁司 土屋
竹内　寿
田中　潔
芳信 小俣
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オリンパス株式会社
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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
    • H04N23/681—Motion detection
    • H04N23/6812—Motion detection based on additional sensors, e.g. acceleration sensors
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    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/63—Control of cameras or camera modules by using electronic viewfinders

Definitions

  • the present invention relates to a shake amount detection device that detects a shake amount that occurs due to camera shake and the like, and an imaging device that includes the shake amount detection device.
  • imaging devices equipped with a camera shake correction function have become commonplace, and in hand-held shooting in which a camera is held by hand without using a tripod or the like, there is no image blurring even without particular attention. You can now take pictures.
  • camera shake correction performance is still not sufficient, especially when shooting for long seconds with long exposure times, camera shake may not be fully corrected. A big influence.
  • the camera shake correction function currently used often does not provide sufficient performance.
  • Camera shake can be divided into so-called angular blur that occurs when the angle of the optical axis of the imaging device changes, and so-called translational blur that occurs when the camera body moves in a direction perpendicular to the optical axis. .
  • Many of the camera shake correction functions currently in use are limited to correcting only the angle shake, and do not correct translational shake. This translation blur is not particularly noticeable when the image magnification is low, but the effect of translation blur on the quality of the captured image increases as the image magnification increases. For this reason, the camera shake correction function currently used cannot provide sufficient performance in the macro region as described above.
  • Patent Document 1 discloses an acceleration detection device that detects acceleration in three axial directions acting on the camera, an angular velocity detection device that detects angular velocity around the three axes acting on the camera, and Attitude detection means for calculating a coordinate transformation matrix between the camera coordinate system and the stationary coordinate system from triaxial acceleration and angular velocity around the three axes, and gravitational acceleration for calculating a gravitational acceleration component in the camera coordinate system from the coordinate matrix
  • An image shake correction camera that includes a component calculation means, calculates the position of translational motion by removing the gravitational acceleration component from the output of the acceleration detection device, and the correction drive amount calculation means 11 calculates an image shake amount based on these positions. Is disclosed.
  • the velocity is calculated by integrating the acceleration obtained by removing the influence of the gravitational acceleration from the vertical and horizontal acceleration detection results with respect to the imaging surface of the camera, and further, the velocity is integrated.
  • the translational movement amount is calculated.
  • an acceleration sensor is sensitive to an impact, and outputs a detection result different from the acceleration applied to the camera body due to the impact of the impact, particularly when the shutter is running. For this reason, when the output from the acceleration sensor is integrated as it is, different speeds are calculated. Therefore, in order to perform appropriate correction, some countermeasure is required for the impact of the movable part.
  • the present invention provides a blur amount detection device, an imaging device, and a blur amount detection method capable of accurately detecting the movement amount by removing the influence on the blur detection result even when the impact by the movable part as described above occurs. With the goal.
  • the shake amount detection device is An angular velocity detector that detects an angular velocity related to the rotational movement of the housing; An acceleration detector for detecting acceleration applied to the housing; A calculation unit that calculates a movement amount of the housing based on the angular velocity and the acceleration; The calculation unit includes: A speed change obtained by time-integrating the acceleration; a turning radius calculation process for calculating a turning radius from the angular velocity; For a predetermined time from the start of exposure, the speed is calculated based on the angular velocity and the radius of rotation calculated before the start of exposure, and after the predetermined time has elapsed, the acceleration is cumulatively added to the speed calculated during the predetermined time. Speed calculation processing for calculating the speed, And a movement amount calculation process for calculating the movement amount by time-integrating the speed calculated in the speed calculation obtaining process.
  • an imaging apparatus includes: The aforementioned blur amount detection device; An optical system for forming light from a subject as a subject image; An image sensor for converting a subject image formed by the optical system into a video signal; And a driving unit that drives at least one of the optical system and the imaging element in a direction to cancel the movement amount calculated by the blur amount detection device.
  • the blur amount detection method includes: Detect the angular velocity related to the rotational movement of the housing, Detecting acceleration applied to the housing; Based on the angular velocity and the acceleration, execute a calculation process for calculating the amount of movement of the housing,
  • the calculation process is as follows: A speed change obtained by time-integrating the acceleration; a turning radius calculation process for calculating a turning radius from the angular velocity; For a predetermined time from the start of exposure, the speed is calculated based on the angular velocity and the radius of rotation calculated before the start of exposure, and after the predetermined time has elapsed, the acceleration is cumulatively added to the speed calculated during the predetermined time.
  • Speed calculation processing for calculating the speed And a movement amount calculation process for calculating the movement amount by time-integrating the speed calculated in the speed calculation obtaining process.
  • the shake amount detection device the imaging device, and the shake amount detection method of the present invention, it is possible to detect an accurate movement amount even when an impact is generated by a movable part such as a shutter.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a block diagram showing the configuration of a shake correction microcomputer according to an embodiment of the present invention.
  • the block diagram which shows the structure of the translation blurring correction part which concerns on embodiment of this invention.
  • the flowchart which shows the translation movement amount detection control which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a perspective view for explaining the types of rotational motion generated in the imaging apparatus.
  • the imaging device 1 (the imaging device 1 is a device having an imaging function, widely includes various devices such as a digital camera, a video camera, and a mobile phone with a camera function.
  • various devices such as a digital camera, a video camera, and a mobile phone with a camera function.
  • the coordinate system and the rotation direction set for the camera 1 as a representative will be described.
  • the camera 1 includes an optical system 2 that forms light from a subject as a subject image, and the optical axis direction of the optical system 2 is a Z direction.
  • the positive Z direction is a direction from the camera 1 toward the subject.
  • the horizontal direction of camera 1 is the X direction.
  • the positive X direction is the right direction when viewing the camera 1 from the subject side (that is, the left direction when viewing the camera 1 from the photographer).
  • the vertical direction of the camera 1 is defined as the Y direction.
  • the positive Y direction is the upward direction in the standard posture.
  • the origin of the coordinate system is shifted, but the origin of the coordinate system is the position of the image sensor 4 (see FIG. 3). It is the center of the imaging surface, and is generally the point where the imaging surface and the optical axis of the optical system 2 intersect.
  • This coordinate system is a coordinate system fixed to the camera 1, and if the camera 1 moves or rotates, the coordinate system also moves or rotates with respect to the earth.
  • the XY plane is a plane that coincides with the imaging plane.
  • the rotational motion about the Z axis is roll
  • the rotational motion about the X axis is pitch
  • the rotational motion about the Y axis is yaw.
  • the left rotation around the Z axis when viewing the positive Z axis from the origin is the positive rotation of the roll
  • the left rotation around the X axis when viewing the positive X axis from the origin is the pitch. It is assumed that the rotation in the positive direction and the right rotation around the Y axis when the positive direction of the Y axis is viewed from the origin is the positive rotation of the yaw.
  • the angle blur can be described as a rotational motion around the origin. That is, the optical axis is swung left and right by the rotational movement in the yaw direction, the subject range imaged on the image sensor 4 is moved to the left and right, and the optical axis is swung up and down by the rotational movement in the pitch direction. It is well known that the subject range imaged above moves up and down. It is also well known that rotational movement in the roll direction results in a horizontal and vertical position on the screen and an oblique position in between.
  • the translational blur can be described as a rotational motion having a rotational center outside the camera 1 as described above.
  • 2A is a diagram illustrating a state in which the amount of movement in the X direction is generated in the imaging device due to yaw rotation
  • FIG. 2B is a diagram illustrating a state in which the amount of movement in the Y direction is generated in the imaging device due to pitch rotation
  • FIG. 6C is a diagram illustrating a state in which movement amounts in the X direction and the Y direction are generated in the imaging device by roll rotation.
  • FIG. 2A when a rotational movement in the yaw direction having a rotation center Cyaw at a position (rotation radius) Ryaw from the origin outside the camera 1 is generated in the camera 1, the movement amount in the X direction is changed. Arise.
  • FIG. 2B when a rotational motion in the pitch direction having a rotation center Cpitch at a position (rotation radius) Rpitch from the origin outside the camera 1 occurs in the camera 1, the movement in the Y direction is performed. A quantity arises. Furthermore, as shown in FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the imaging apparatus 1.
  • a camera 1 that is an imaging device includes an optical system 2, a focal plane shutter 3, an imaging device 4, a drive unit 5, a system controller 6, a shake correction microcomputer 7, angular velocity sensors 8a to 8c, and an acceleration sensor. 9, a release switch 10, an EVF (electronic viewfinder) 11, and an internal flash memory 13.
  • the memory card 12 is also illustrated in FIG. 3, the memory card 12 is configured to be detachable from the camera 1, for example, and may not have a configuration unique to the camera 1. .
  • the optical system 2 forms light from the subject on the imaging surface of the imaging device 4 as a subject image.
  • the focal plane shutter 3 is disposed in front of the image sensor 4 (on the optical system 2 side), and controls the exposure time by performing an opening / closing operation. That is, the focal plane shutter 3 is opened to place the image sensor 4 in an exposed state, and closed to place it in a light shielding state.
  • the imaging device 4 converts the subject image formed on the imaging surface into an electrical signal based on an instruction from the system controller 6.
  • the converted electrical signal is read out as a video signal by the system controller 6.
  • the drive unit 5 supports the imaging element 4 so as to be movable in a two-dimensional direction parallel to the imaging plane, and based on an instruction from the blur correction microcomputer 7, the X direction shown in FIG. And the image sensor 4 is driven in the Y direction.
  • the system controller 6 is a control unit that integrally performs various controls related to the functions of the entire camera 1 including reading of the video signal described above. As will be described below, the system controller 6 also controls the blur correction microcomputer 7 to perform blur detection and to perform blur correction based on the blur detection result.
  • the angular velocity sensor 8 (an “angular velocity detection unit” of the present invention) is a sensor configured as an angular velocity detection unit that detects a rotational motion applied to the housing of the imaging apparatus 1 and detects an angular change per unit time as an angular velocity. Output to the blur correction microcomputer 7.
  • the angular velocity sensor 8 includes a yaw angular velocity sensor 8a as a yaw angular velocity detection unit (second angular velocity detection unit) that detects a yaw angular velocity related to a yaw rotational motion around the Y axis (second axis) as shown in FIG.
  • a pitch angular velocity sensor 8b that is a pitch angular velocity detecting unit (first angular velocity detecting unit) that detects a pitch angular velocity related to a pitch rotational movement around the X axis (first axis) as shown in 2B, and as shown in FIG. 2C
  • a roll angular velocity sensor 8c that is a roll angular velocity detection unit (third angular velocity detection unit) that detects a roll angular velocity related to the rotational rotation of the roll around the Z axis (third axis), and detects an angular velocity with three degrees of freedom in the rotation direction. It is configured as follows.
  • the yaw angular velocity sensor 8a, the pitch angular velocity sensor 8b, and the roll angular velocity sensor 8c detect the rotational motion around each axis by using different sensors and using different mounting directions, for example.
  • the acceleration sensor 9 (“acceleration detection unit” of the present invention) is an acceleration detection unit that detects at least X-axis direction acceleration (X acceleration) and Y-axis direction acceleration (Y acceleration) applied to the housing of the imaging apparatus 1. In this embodiment, a sensor that can also detect acceleration in the Z-axis direction (Z acceleration) is employed. Then, the acceleration sensor 9 outputs the detected acceleration in each direction to the shake correction microcomputer 7.
  • the blur correction microcomputer 7 calculates the blur amount of the camera 1 from the output of the angular velocity sensor 8 and the output of the acceleration sensor 9 based on an instruction from the system controller 6. Then, the blur correction microcomputer 7 outputs an instruction for driving the image sensor 4 by the blur amount detected in the direction opposite to the detected blur direction to the drive unit 5. Thereby, since the drive part 5 drives the image pick-up element 4 so that the blur in an imaging surface may be canceled, the blurring which generate
  • the image pickup device 4 is driven to perform blur correction.
  • the optical system 2 may be driven to perform blur correction.
  • a shake amount detection device is configured including the shake correction microcomputer 7, the angular velocity sensor 8, and the acceleration sensor 9, and the shake correction device is configured including the shake amount detection device and the drive unit 5.
  • the release switch 10 is, for example, a two-stage press switch connected to the system controller 6, and AF and AE are performed by the first-stage press (half-press or first release), and the second-stage press (all The exposure is started by pressing or 2nd release.
  • the EVF 11 is a display unit configured to include a liquid crystal panel and the like so that a user can visually recognize a video signal read from the image sensor 4 and converted into a format that can be displayed by the system controller 6 or the like. indicate.
  • the memory card 12 is a non-volatile recording medium that records a video signal read from the image sensor 4 and converted into a format that can be recorded by the system controller 6 or the like. It is configured to be detachable.
  • the internal flash memory 13 is a non-volatile recording medium that records the control program of the camera 1 executed by the system controller 6, various parameters used for the control, and the like.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the blur correction microcomputer 7.
  • the blur correction microcomputer 7 includes a CPU 70, ADCs (analog / digital converters) 71a to 71c, SIOs (serial input / output) 72a and 72b, and a driver 73.
  • the ADCs 71a to 71c convert the analog signals input from the angular velocity sensors 8a to 8c into digital signals, respectively.
  • the SIOs 72a and 72b are communication units in which the CPU 70 communicates with an external device through a serial interface.
  • the SIO 72a is used by the CPU 70 to read the acceleration value detected by the acceleration sensor 9, and the SIO 72b It is used for communication that exchanges.
  • the driver 73 outputs a signal for driving the drive unit 5 based on the correction amount calculated by the CPU 70.
  • the CPU 70 includes an acceleration acquisition unit 702, an angular shake correction unit 703, a translational shake correction unit 704, a communication unit 705, and an addition unit 706 as functions configured by firmware, for example, an internal program ( However, of course, it may be configured as hardware. Based on the detection results of the angular velocity sensor 8 and the acceleration sensor 9, the correction amount of angular blur and translation blur is calculated.
  • the acceleration acquisition unit 702 reads the acceleration in the three-axis direction independent from the acceleration sensor via the SIO 72a, and divides the acceleration information into the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions shown in FIG. . Then, the acceleration acquisition unit 702 outputs the acquired X acceleration and Y acceleration to the translation blur correction unit 704.
  • the angle blur correction unit 703 calculates a blur amount (angle blur) accompanying an angle change based on the yaw rotation motion and the pitch rotation motion. For this angle blur, a known technique can be appropriately used. Details are not given here because they can.
  • the translational blur correction unit 704 calculates the translational movement amount of the camera 1 based on the acceleration and the angular velocity, and converts the calculated movement amount into the blurring amount of the subject image on the imaging surface. Then, it is transmitted to the drive unit 5 as a correction amount.
  • the communication unit 705 communicates with the system controller 6 via the SIO 72b.
  • the addition unit 706 adds the angle blur amount calculated by the angle blur correction unit 703 and the translation blur amount calculated by the translation blur correction unit 704, and outputs the total blur amount to the driver 73.
  • high-pass processing or zero point correction processing is performed on the outputs of the ADCs 71a to 71c and the accelerations in the X to Z directions output from the acceleration acquisition unit 702 in order to remove low-frequency components.
  • low-frequency component to be removed include a frequency component of 1 Hz or less, but are not limited to this band. It has been experimentally confirmed that the frequency based on camera shake is between about 1 Hz and 10 Hz, thereby removing a component of change over time due to sensor movement (for example, drift) due to factors other than camera shake. be able to.
  • FIG. 5 is a diagram showing a timing chart of the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5A and 5B are a front curtain control signal and a rear curtain control signal, respectively, which are signals for controlling each curtain of the focal plane shutter 3.
  • the front curtain (rear curtain) is attracted by magnetic force when the front curtain (rear curtain) control signal is in a high state.
  • FIG. 5C shows acceleration, which is the output of the acceleration sensor 9, and in the timing chart, impact noise due to the operation of the focal plane shutter 3 is observed.
  • FIG. 5 (d) shows the angular velocity, which is the output of the angular velocity sensor 8, and the influence of the operation of the focal plane shutter 3 can be seen as with the acceleration. However, it is not as affected as acceleration.
  • t 1 to t 5 indicate timings related to the impact generated by the operation of the focal plane shutter 3.
  • FIG. 6 shows the operation of the focal plane shutter 3.
  • the focal plane shutter 3 includes an optical aperture 33, a movable front curtain 31, and a rear curtain 32.
  • the optical aperture 33 is an aperture formed between the optical system 2 and the image sensor 4, and brings the image sensor 4 into an exposed state when it is not shielded by the front curtain 31 and the rear curtain 32.
  • t 1 is a timing substantially corresponding to the input timing of the imaging start instruction.
  • This shooting start instruction is generated based on an operation of a release switch (release SW) of the imaging apparatus 1 by the user.
  • This t 1 substantially coincides with the timing at which the impact due to the suction of the curtain of the focal plane shutter 3 begins.
  • t 1 is an impact generated when the front curtain 31 and the rear curtain 32 move from the state shown in FIG. 5A to the state shown in FIG. 5B.
  • the movement of the front curtain 31 and the rear curtain 32 is performed by a lever (not shown) that moves the front curtain 31 and the rear curtain 32.
  • t 2 is due to an impact generated when the lever that adsorbs the curtain retracts.
  • t 3 is an impact that occurs when the front curtain 31 closes, that is, when the front curtain 31 moves from the state of FIG. 5B to the state of FIG. 5C. Further, as can be seen from FIG. 5C, t 3 corresponds to the exposure start timing at which the optical aperture 33 is released.
  • t 4 is after the elapse of a predetermined time t p1 from t 3 , and indicates the timing at which the influence on the acceleration due to the impact of the front curtain 31 converges.
  • the impact convergence time varies depending on various conditions such as the characteristics of the focal plane shutter 3 and the characteristics of the imaging apparatus 2 itself and the holding state of the imaging apparatus 2 by the user. Is set by the convergence time.
  • the predetermined time t p1 is adjusted based on the state of acceleration. Specifically, the time change of acceleration is monitored, and when it is determined that the impact generated at t 3 has converged, t 4 is set to a predetermined time t p1 of a time length corresponding to the generated impact. It becomes possible to do.
  • t 5 is an impact that occurs when the rear curtain 32 closes, that is, when the rear curtain 31 moves from the state of FIG. 5C to the state of FIG. 5D. Further, as can be seen from FIG. 5D, t 5 corresponds to the exposure end timing at which the optical aperture 33 is shielded. Therefore, the period from t 3 to t 5 is an exposure period in which the optical aperture 33 is in the released state.
  • the speed and the translational blur amount (“movement amount” in the present invention) are calculated.
  • the speed is calculated in the period of t p1 based on the rotation radius and the angular speed calculated immediately before t 1 .
  • the speed is calculated by accumulatively adding acceleration to the speed at time t 4 calculated using the method of the period of t p1 .
  • the translation blur amount is calculated by performing time integration on the speed calculated at each time point.
  • the rotation calculated before the impact is generated (immediately before t 1 in the present embodiment) for a predetermined time from the start of exposure that is greatly affected by the impact of the movable part such as the shutter.
  • the speed is calculated using the radius to suppress the impact.
  • the speed is calculated by accumulating the acceleration at any time to the initial speed at the time t 4 .
  • speed calculation by accumulative addition of acceleration increases errors when performed for a long period of time, but it is limited to the exposure period. It is because there is.
  • the calculation timing is limited, for example, when the roll angular velocity is zero. Therefore, in this embodiment, during the exposure period, after a predetermined time, that accumulates adds an acceleration to the initial velocity at t 4 time, is set to be to improve the accuracy of the velocity calculation.
  • FIG. 5E shows a speed calculated based on the angular speed and the radius calculated immediately before t 1 , and is a value used for calculating the translational blur amount in the period t p1 .
  • FIG. 5F shows the speed change calculated by integrating the acceleration in the period tp2 .
  • the speed for calculating the translational blur amount is calculated in the period tp 2 .
  • FIG. 5G shows a value obtained by adding FIG. 5E and FIG. 5F. This value is the speed used for calculating the translational blur amount in the exposure period (t 3 to t 5 ).
  • FIG. 5 (h) is a value obtained by time-integrating the speed that can be shown in FIG. 5 (g), and is a value corresponding to the translational blur amount.
  • the radius of rotation is calculated until immediately before the start of photographing (immediately before t 1 ), and the impact is relatively in the period (t 3 to t 4 ) from the exposure start timing (t 3 ) to the influence of the shutter impact.
  • the amount of translational blur is calculated based on the detection result of the angular velocity that is not easily affected by the impact, and after the impact has converged (t 4 to t 5 ), the amount of translational blur is calculated based on the acceleration value.
  • the acceleration is cumulatively added to the speed calculated based on the radius of rotation immediately before impact convergence, so that error accumulation due to long-term integration does not occur and shutter impact can be avoided.
  • FIG. 7 is a block diagram showing details of the translational blur correction unit 704.
  • the configuration for detecting the translational blur amount in the X direction with respect to the imaging surface is shown, but the configuration for detecting the Y direction is the same.
  • the configuration for detecting the Y direction differs only in that the input signal is a pitch angular velocity instead of a yaw angular velocity and a Y acceleration instead of an X acceleration. Since the other configuration is the same, the description and drawings are omitted here.
  • the translation blur correction unit 704 includes integration units 7041a to 7041c, a rotation radius calculation unit 7042, a speed calculation unit 7043, an addition unit 7044, a multiplication unit 7045, and a period control unit 7046.
  • the integration unit 7041a calculates the speed for calculating the radius of rotation by time-integrating the input acceleration (X acceleration).
  • the integration unit 7041b also integrates the input acceleration (X acceleration) over time, and the integration here integrates the acceleration during the integration period detected by the period control unit 7046. That is, the acceleration is integrated over time in the period t p2 described with reference to FIG.
  • the integrating unit 7041c integrates the calculated translation speed on the imaging surface to calculate the X-direction translation blur amount. This is an output of the translational blur correction unit 704, which is a value corresponding to FIG.
  • the integration unit 7041c corresponds to the movement amount calculation process in the present invention.
  • the turning radius calculation unit 7042 executes a turning radius calculation process for calculating a turning radius from the input angular velocity (yaw angular velocity, roll angular velocity) and the velocity calculated by the integration unit 7041a.
  • the rotation radius in the yaw direction and the rotation radius in the roll direction are calculated. This is because, as described with reference to FIGS. 2A and 2C, the influence on the X direction is caused by the rotational movement in the yaw direction and the rotational movement in the roll direction.
  • the rotation radius in the Y direction can be obtained from the relationship between the pitch shown in FIGS. 2B and 2C and the roll.
  • the velocity in the X direction is V X
  • the rotation radius (yaw radius) in the yaw direction is R yaw
  • the yaw angular velocity is ⁇ yaw
  • XZ corresponds to the projection radius onto the ZX plane at the rotation radius in the roll direction.
  • V X R yaw ⁇ ⁇ yaw + R rollx ⁇ ⁇ roll (Formula 1) Further, when the velocity in the X direction at two different times is V x1 and V x2 , the yaw angular velocity is ⁇ yaw1 and ⁇ yaw2 , and the roll angular velocity is ⁇ roll1 and ⁇ roll2 , the following relationship holds.
  • V x1 R yaw ⁇ ⁇ yaw1 + R roll ⁇ ⁇ roll1 (Formula 2)
  • V x2 R yaw ⁇ ⁇ yaw2 + R roll ⁇ ⁇ roll2 (Formula 3)
  • the yaw radius R yaw and the XZ roll radius R rollx can be obtained from the following.
  • R yaw (V x2 ⁇ ⁇ roll1 -V x1 ⁇ ⁇ roll2 ) / ( ⁇ roll1 ⁇ ⁇ yaw2 - ⁇ yaw1 ⁇ ⁇ roll2 ) ...
  • V x1 and V x2 use the speed calculated by the integration unit 7041a, and ⁇ yaw1 , ⁇ yaw2 , ⁇ roll1 , and ⁇ roll2 use the yaw angular velocity and roll angular velocity input to the turning radius calculation unit 7042.
  • the velocity V y in the Y direction is the XY roll radius R corresponding to the projection radius on the XY plane at the rotation radius (pitch radius) R pitch in the pitch direction, the pitch angular velocity ⁇ pitch, and the rotation radius in the roll direction. It can be obtained in the same manner from rolly and roll angular velocity ⁇ roll .
  • the speed calculation unit 7043 calculates the speed V x based on the rotation radius calculated by the rotation radius calculation unit 7042. Specifically, the speed calculation unit 7043 calculates the rotation radius (R yaw , By substituting (R rollx ) into (Equation 1), the velocity V x is calculated. However, the period during which the speed calculation is performed is only the period t p1 determined based on the shutter control signal.
  • the adding unit 7044 calculates the translational speed by adding the speed calculated by the speed calculating unit 7043 and the speed change calculated by the integrating unit 7041b. This output corresponds to the output of FIG. In the present embodiment, the speed calculation process is executed by the adder 7044, the integrator 7041b, the speed calculator 7043, and the period controller 7046.
  • the multiplication unit 7045 multiplies the calculated translation speed of the camera body by the image magnification set in the optical system 2 to convert it into the translation speed of the subject image on the imaging surface.
  • the image magnification set in the optical system 2 is notified by communication with the system controller 6 via the communication unit 705.
  • the period control unit 7046 is a period in which the rotation radius calculation unit 7042 calculates the rotation radius, the speed calculation unit 7043 calculates the speed t p1 , and the integration unit 7041b integrates the acceleration over time (speed calculation unit Period control for a period t p2 in which acceleration is cumulatively added to the speed output by 7043 is performed.
  • the period control unit calculates the rotation radius with the rotation radius calculation unit 7042 as a calculation state, but when shooting is started, the rotation radius calculation unit 7042 stops the calculation of the rotation radius at the timing t 1. , Put it in a correction waiting state.
  • the translation blur correction unit 704 has a high-pass process for removing low frequency for at least one of the input yaw angular velocity, roll angular velocity, X acceleration, and outputs of the integration units 7041a to 7041c, or Zero point correction processing may be performed. Similar to the processing for the outputs of the ADCs 71a to 71c and the accelerations in the X to Z directions output from the acceleration acquisition unit 702, the processing here removes the frequency of 1 Hz or less, the temperature of the acceleration sensor 9, etc. The effect of drift due to the effect of is eliminated. The processing in the translation blur correction unit 704 may not be provided if correction can be performed by the processing of the outputs of the ADCs 71a to 71c described above and the accelerations in the X to Z directions output from the acceleration acquisition unit 702. .
  • the rotation radius calculation unit 7043 is caused to calculate the rotation radius (S2), and the outputs of the speed calculation unit 7043 and the integration unit 7041b are set to 0 (reset) (S3).
  • the output of the speed calculation unit 7043 and the integration unit 7041b is zero, so the translation blur amount is not calculated (becomes zero).
  • the correction waiting period refers to a period from the start of photographing t 1 to t 3 when correction is started. In the case of the correction waiting period (S4: Yes), the process proceeds to the translation blur amount calculation S8, but the translation blur amount is not calculated as in the case of passing through S2 and S3.
  • the impact period refers to t p1 .
  • the speed calculation unit 7043 calculates the speed based on the input angular speed and the rotation radius calculated immediately before t 1 (S6).
  • the translation blur amount is calculated by integrating the speed calculated in S6.
  • the correction amount is calculated based on the rotation radius and the angular velocity calculated in advance. Then, when the acceleration becomes effective, that is, after a predetermined time has elapsed since the occurrence of the impact, the acceleration is cumulatively added to the calculated speed to calculate the speed. Therefore, the period during which the fixed turning radius is used does not become excessively long and the acceleration error does not accumulate, and the translation speed with a small error can be calculated.

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Abstract

【課題】シャッタなどの可動部による衝撃が発生する場合においても正確な移動量を検出する。 【解決手段】本発明に係るブレ量検出装置は、加速度を時間積分した速度変化と、角速度から回転半径を算出する回転半径算出処理と、露光開始から所定時間は、角速度と露光開始以前に算出した回転半径に基づいて速度を算出し、所定時間経過後は、所定時間中に算出した速度に加速度を累積加算して速度を算出する速度算出処理と、速度算出得処理で算出された速度を時間積分して移動量を算出する移動量算出処理と、を実行することを特徴とする。

Description

ブレ量検出装置、撮像装置及びブレ量検出方法
　本発明は、手振れなどで発生するブレ量を検出するブレ量検出装置、及び、ブレ量検出装置を搭載した撮像装置に関する。
　近年手ブレ補正機能を搭載した撮像装置（カメラ）が一般的になり、三脚等を使用せずにカメラを手で持って撮影する手持ち撮影において、特に注意しなくても像ブレの無い良好な画像を撮影できるようになってきた。
　しかしながら、手ブレ補正の性能も未だ十分でなく、特に露光時間が長くなる長秒撮影時には、手ブレを十分に補正しきれない場合があり、撮像装置の手ブレ補正性能が撮影画像の品質に大きく影響する。特に、マクロ領域での長秒撮影を行う場合では、現在用いられている手ブレ補正機能では、十分な性能が得られない場合が多い。
　手ブレは、撮像装置の光軸の角度が変化することで発生する所謂、角度ブレと、カメラ本体が光軸とは垂直方向に移動することで発生する所謂、並進ブレとに分けることができる。現在用いられている手ブレ補正機能の多くが角度ブレのみを補正するに留まるものであり、並進ブレの補正を行っていない。この並進ブレは、像倍率が低い場合には特に気にならないが、像倍率が高くなるにつれて並進ブレが撮影画像の品質に及ぼす影響も大きくなる。このため、現在用いられている手ブレ補正機能では、前述したようにマクロ領域で十分な性能が得られない。
　上記のような問題の解決方法として、特許文献１には、カメラに作用する三軸方向の加速度を検出する加速度検出装置と、カメラに作用する三軸回りの角速度を検出する角速度検出装置と、三軸方向の加速度及び三軸回りの角速度からカメラ座標系と静止座標系との間の座標変換マトリクスを演算する姿勢検出手段と、前記座標マトリクスからカメラ座標系における重力加速度成分を演算する重力加速度成分演算手段を備え、加速度検出装置の出力から前記重力加速度成分を除去して並進運動の位置を算出し、補正駆動量演算手段１１は、これらに基づいて像振れ量を算出する像振れ補正カメラが開示されている。
特開平７－２２５４０５号公報
　特許文献１の手法においては、カメラの撮像面に対して、縦方向及び、横方向の加速度検出結果から重力加速度の影響を除去した加速度を積分して速度を算出し、さらに、その速度を積分することで並進移動量を算出している。
　一方で、シャッタやクイックターンミラーなどの可動部を持つ一眼レフカメラにおいては、可動部が可動した際の衝撃が問題となる。一般に加速度センサは、衝撃に対して敏感であり、特にシャッタ走行時は、衝撃の影響により、カメラ本体に加わる加速度とは異なる検出結果を出力する。このため、加速度センサからの出力をそのまま積分した場合、異なった速度を算出してしまうため、適正な補正を行うためには、可動部の衝撃に対して何らかの対策が必要となる。
　しかしながら、特許文献１に記載されるカメラでは、この点に関して何ら開示されていない。本件は、前述の様な可動部による衝撃が発生する場合でも、ブレ検出結果への影響を除去し、正確に移動量を検出できるブレ量検出装置、撮像装置、ブレ量検出方法を提供することを目的とする。
　そのため本発明に係るブレ量検出装置は、
　筐体の回転運動に関わる角速度を検出する角速度検出部と、
　前記筐体に加わる加速度を検出する加速度検出部と、
　前記角速度と、前記加速度に基づいて、前記筐体の移動量を算出する算出部を備え、
　前記算出部は、
　前記加速度を時間積分した速度変化と、前記角速度から回転半径を算出する回転半径算出処理と、
　露光開始から所定時間は、前記角速度と露光開始以前に算出した前記回転半径に基づいて速度を算出し、前記所定時間経過後は、前記所定時間中に算出した前記速度に前記加速度を累積加算して前記速度を算出する速度算出処理と、
　前記速度算出得処理で算出された前記速度を時間積分して前記移動量を算出する移動量算出処理と、を実行することを特徴とする
　また本発明に係る撮像装置は、
　前述したブレ量検出装置と、
　被写体からの光を被写体像として結像させる光学系と、
　前記光学系により結像された被写体像を映像信号に変換する撮像素子と、
　前記ブレ量検出装置により算出された前記移動量を打ち消す方向に、前記光学系と前記撮像素子の少なくとも一方を駆動する駆動部と、を備えたことを特徴とする。
　また本発明に係るブレ量検出方法は、
　筐体の回転運動に関わる角速度を検出し、
　前記筐体に加わる加速度を検出し、
　前記角速度と、前記加速度に基づいて、前記筐体の移動量を算出する算出処理を実行し、
　前記算出処理は、
　前記加速度を時間積分した速度変化と、前記角速度から回転半径を算出する回転半径算出処理と、
　露光開始から所定時間は、前記角速度と露光開始以前に算出した前記回転半径に基づいて速度を算出し、前記所定時間経過後は、前記所定時間中に算出した前記速度に前記加速度を累積加算して前記速度を算出する速度算出処理と、
　前記速度算出得処理で算出された前記速度を時間積分して前記移動量を算出する移動量算出処理と、を含むことを特徴とする。
　本発明のブレ量検出装置、撮像装置及びブレ量検出方法によれば、シャッタなどの可動部による衝撃が発生する場合においても正確な移動量を検出することが可能となる。
本発明の実施形態に係る撮像装置に生じる回転運動の種類を説明する図 本発明の実施形態に係る撮像装置においてヨー回転、ピッチ回転、ロール回転が発生したときのＸ、Ｙ、Ｚ方向への移動量を説明する図 本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係るブレ量補正マイクロコンピュータの構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係る撮像装置のタイミングチャートを示す図 本発明の実施形態に係るフォーカルプレーンシャッタの原理を示す模式図 本発明の実施形態に係る並進ブレ補正部の構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係る並進移動量検出制御を示すフロー図
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１から図８は本発明の実施形態を示したものであり、図１は撮像装置に生じる回転運動の種類を説明するための斜視図である。
　まず、図１を参照して、撮像装置１（撮像装置１は、撮像機能を備えた装置であれば、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ機能付き携帯電話など各種の装置を広く含むが、以下では、代表して適宜カメラ１などという）に設定する座標系や回転方向について説明する。
　カメラ１は、被写体からの光を被写体像として結像する光学系２を備えており、この光学系２の光軸方向をＺ方向とする。ここに、正のＺ方向は、カメラ１から被写体に向く方向とする。また、カメラ１の標準姿勢（いわゆる横位置）において、カメラ１の水平方向をＸ方向とする。ここに、正のＸ方向は、被写体側からカメラ１を見て右方向（つまり、撮影者からカメラ１を見て左方向）とする。さらに、カメラ１の標準姿勢において、カメラ１の垂直方向をＹ方向とする。ここに、正のＹ方向は、標準姿勢における上方向とする。
　なお、図１では、座標系がカメラ１と重複して見難くなるのを防ぐために座標系の原点位置をずらして記載しているが、座標系の原点は撮像素子４（図３参照）の撮像面の中心であり、一般的には、撮像面と光学系２の光軸とが交差する点である。この座標系は、カメラ１に固定した座標系であり、カメラ１が移動または回転すれば、座標系も地球に対して移動または回転することになる。また、この座標系において、Ｘ－Ｙ平面は撮像面に一致する面である。
　そして、このような座標系において、Ｚ軸周りの回転運動がロール、Ｘ軸周りの回転運動がピッチ、Ｙ軸周りの回転運動がヨーである。さらに、以下では例えば、原点からＺ軸正方向を見たときのＺ軸周りの左回転がロールの正方向回転、原点からＸ軸正方向を見たときのＸ軸周りの左回転がピッチの正方向回転、原点からＹ軸正方向を見たときのＹ軸周りの右回転がヨーの正方向回転であるものとする。
　なお、上述した座標軸の正負方向や回転方向の正負は、後述する角速度センサ８や加速度センサ９（図３等参照）の実装方向に依存する便宜上のものであり、理論的には上記に限定されるものではない。
　次に、上述した座標系において、回転中心が原点（あるいは、原点も含めて、回転中心がカメラ１内）にある場合は主に角度ブレをもたらし、回転中心がカメラ１の外部にある場合には角度ブレに加えて並進ブレをもたらす。従って、ブレ補正を行う必要があるような並進ブレが発生するのは、実質的に、回転中心がカメラ１の外部にあるときであると考えても差し支えない。
　まず、角度ブレに関しては、原点周りの回転運動として記述すればよい。すなわち、ヨー方向の回転運動により光軸が左右に振られて撮像素子４上に結像される被写体範囲が左右に移動し、ピッチ方向の回転運動により光軸が上下に振られて撮像素子４上に結像される被写体範囲が上下に移動することはよく知られている通りである。また、ロール方向の回転運動は、画面の横位置や縦位置、およびその中間の斜め位置をもたらすこともよく知られている通りである。
　一方、並進ブレに関しては、上述したように、カメラ１の外部に回転中心がある回転運動として記述することができる。図２（Ａ）はヨー回転により撮像装置にＸ方向の移動量が生じる様子を示す図、図２（Ｂ）はピッチ回転により撮像装置にＹ方向の移動量が生じる様子を示す図、図２（Ｃ）はロール回転により撮像装置にＸ方向およびＹ方向の移動量が生じる様子を示す図である。
　図２（Ａ）に示すように、カメラ１の外部の、原点から距離（回転半径）Ｒyawの位置に回転中心Ｃyawをもつヨー方向の回転運動がカメラ１に発生すると、Ｘ方向の移動量が生じる。また、図２（Ｂ）に示すように、カメラ１の外部の、原点から距離（回転半径）Ｒpitchの位置に回転中心Ｃpitchをもつピッチ方向の回転運動がカメラ１に発生すると、Ｙ方向の移動量が生じる。さらに、図２（Ｃ）に示すように、カメラ１の外部の、原点から距離（回転半径）Ｒrollの位置に回転中心Ｃrollをもつロール方向の回転運動がカメラ１に発生すると、一般に、Ｘ方向への移動量成分、およびＹ方向への移動量成分を含む移動量が生じる。
　そして、角度ブレと並進ブレとのうち、前者の角度ブレに関しては公知の技術を適宜用いることが可能であるために、本実施形態においては、後者の並進ブレについて主に説明する。
　まず、図３は、撮像装置１の構成を示すブロック図である。撮像装置であるカメラ１は、光学系２と、フォーカルプレーンシャッタ３と、撮像素子４と、駆動部５と、システムコントローラ６と、ブレ補正マイクロコンピュータ７と、角速度センサ８ａ～８ｃと、加速度センサ９と、レリーズスイッチ１０と、ＥＶＦ（電子ビューファインダ）１１と、内部フラッシュメモリ１３と、を備えている。また、図３にはメモリカード１２も記載されているが、メモリカード１２は例えばカメラ１に対して着脱自在に構成されたものであるために、カメラ１に固有の構成でなくても構わない。
　光学系２は、被写体からの光を、被写体像として撮像素子４の撮像面に結像するものである。
　フォーカルプレーンシャッタ３は、撮像素子４の前面（光学系２側）に配設されていて、開閉動作を行うことにより露光時間を制御するものである。すなわち、フォーカルプレーンシャッタ３は、開くことで撮像素子４を露光状態にし、閉じることで遮光状態にする。
　撮像素子４は、システムコントローラ６の指示に基づいて、撮像面に結像された被写体像を電気信号に変換する。この変換された電気信号は、システムコントローラ６によって映像信号として読み出される。
　駆動部５は、撮像面内に平行な２次元方向に移動可能となるように撮像素子４を支持しており、ブレ補正マイクロコンピュータ７からの指示に基づいて、図１等に示したＸ方向およびＹ方向に撮像素子４を駆動する。
　システムコントローラ６は、前述した映像信号の読み出しを含む、カメラ１全体の機能に関わる各種の制御を統合的に行う制御部である。システムコントローラ６は、以下に説明するように、ブレ補正マイクロコンピュータ７にブレ検出を行わせ、ブレ検出結果に基づいてブレ補正を行わせる制御も行う。
　角速度センサ８（本発明の「角速度検出部」）は、撮像装置１の筐体に加わる回転運動を検出する角速度検出部として構成されたセンサであり、単位時間当たりの角度変化を角速度として検出しブレ補正マイクロコンピュータ７へ出力する。角速度センサ８は、図２Ａに示したようなＹ軸（第２軸）周りのヨー回転運動に係るヨー角速度を検出するヨー角速度検出部（第２角速度検出部）たるヨー角速度センサ８ａと、図２Ｂに示したようなＸ軸（第１軸）周りのピッチ回転運動に係るピッチ角速度を検出するピッチ角速度検出部（第１角速度検出部）たるピッチ角速度センサ８ｂと、図２Ｃに示したようなＺ軸（第３軸）周りのロール回転運動に係るロール角速度を検出するロール角速度検出部（第３角速度検出部）たるロール角速度センサ８ｃとを含み、回転方向の３自由度の角速度を検出するように構成されている。
　これらヨー角速度センサ８ａと、ピッチ角速度センサ８ｂと、ロール角速度センサ８ｃは、例えば、同一機種のセンサを用いて、実装方向を異ならせることにより、各軸周りの回転運動を検出する。
　加速度センサ９（本発明の「加速度検出部」）は、撮像装置１の筐体に加わるＸ軸方向の加速度（Ｘ加速度）とＹ軸方向の加速度（Ｙ加速度）とを少なくとも検出する加速度検出部であり、本実施形態においてはさらに、Ｚ軸方向の加速度（Ｚ加速度）も検出し得るセンサを採用している。そして、加速度センサ９は、検出した各方向への加速度を、ブレ補正マイクロコンピュータ７へ出力する。
　ブレ補正マイクロコンピュータ７は、システムコントローラ６の指示に基づいて、角速度センサ８の出力と加速度センサ９の出力とからカメラ１のブレ量を算出する。そして、ブレ補正マイクロコンピュータ７は、検出したブレ方向と反対方向に検出したブレ量だけ撮像素子４を駆動する指示を駆動部５に対して出力する。これにより駆動部５が、撮像面におけるブレを打ち消すように撮像素子４を駆動するために、撮影画像に発生するブレを抑制することができる。なお、ここでは撮像素子４を駆動してブレ補正を行っているが、これに代えて、あるいはこれに加えて、光学系２を駆動してブレ補正を行うようにしても構わない。
　そして、ブレ補正マイクロコンピュータ７、角速度センサ８、加速度センサ９を含んでブレ量検出装置が構成され、このブレ量検出装置と駆動部５とを含んでブレ補正装置が構成されている。
　レリーズスイッチ１０は、システムコントローラ６と接続された例えば２段式の押圧スイッチでなり、１段目の押圧（半押し、あるいは１ｓｔレリーズ）でＡＦやＡＥが行われ、２段目の押圧（全押し、あるいは２ｎｄレリーズ）で露光が開始されるようになっている。
　ＥＶＦ１１は、液晶パネル等を含んで構成された表示部であり、撮像素子４から読み出され、システムコントローラ６等において表示可能な形式に変換された映像信号を、ユーザが視認可能となるように表示する。
　メモリカード１２は、撮像素子４から読み出され、システムコントローラ６等において記録可能な形式に変換された映像信号を記録する不揮発性の記録媒体であり、上述したように、カメラ１に対して例えば着脱自在に構成されている。
　内部フラッシュメモリ１３は、システムコントローラ６が実行するカメラ１の制御プログラムや、制御に用いられる各種パラメータ等を記録する不揮発性の記録媒体である。
　図４は、ブレ補正マイクロコンピュータ７の構成を示すブロック図である。ブレ補正マイクロコンピュータ７は、ＣＰＵ７０と、ＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）７１ａ～７１ｃと、ＳＩＯ（Serial Input/Output：シリアル入出力）７２ａ、７２ｂと、ドライバ７３と、を備えている。
　ＡＤＣ７１ａ～７１ｃは、角速度センサ８ａ～８ｃから入力されるアナログ信号を、それぞれデジタル信号に変換する。
　ＳＩＯ７２ａ、７２ｂは、ＣＰＵ７０が外部デバイスとシリアルインタフェースで通信を行う通信部であり、ＳＩＯ７２ａは加速度センサ９が検出した加速度の値をＣＰＵ７０が読み出すために用いられ、ＳＩＯ７２ｂはＣＰＵ７０がシステムコントローラ６とコマンドのやり取りを行う通信に用いられる。
　ドライバ７３は、ＣＰＵ７０により算出された補正量に基づいて、駆動部５を駆動するための信号を出力する。
　ＣＰＵ７０は、加速度取得部７０２と、角度ブレ補正部７０３と、並進ブレ補正部７０４と、通信部７０５と、加算部７０６とを、例えば内部プログラムであるファームウェアにより構成される機能として備えており（ただし、ハードウェアとして構成しても勿論構わない）、角速度センサ８および加速度センサ９の検出結果に基づき、角度ブレおよび並進ブレの補正量を算出する。
　加速度取得部７０２は、ＳＩＯ７２ａを経由して、加速度センサから独立した３軸方向の加速度を読み出して、図２等に示したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向への加速度情報に分割する。そして、加速度取得部７０２は、取得したＸ加速度、Ｙ加速度を並進ブレ補正部７０４へ出力する。
　角度ブレ補正部７０３は、ヨー回転運動およびピッチ回転運動に基づいて、角度変化に伴うブレ量（角度ブレ）を算出するものであるが、この角度ブレについては公知の技術を適宜利用することができるために、詳細は記載しない。
　並進ブレ補正部７０４（本発明の「算出部」に相当）は、加速度および角速度に基づいて、カメラ１の並進移動量を算出し、算出した移動量を撮像面における被写体像のブレ量に変換し、補正量として駆動部５へ伝達する。
　通信部７０５は、ＳＩＯ７２ｂを経由して、システムコントローラ６と通信する。
　加算部７０６は、角度ブレ補正部７０３により算出された角度ブレ量と、並進ブレ補正部７０４により算出された並進ブレ量とを加算して、トータルのブレ量をドライバ７３へ出力する。
　なお、ＡＤＣ７１ａ～７１ｃの出力、そして、加速度取得部７０２が出力するＸ～Ｚ各方向の加速度に対しては、低周波成分を除去するため、ハイパス処理、あるいは、ゼロ点補正処理を行うこととしてもよい。ここで除去する低周波成分は、例えば１Ｈｚ以下の周波数成分が挙げられるが、この帯域に限定されるものではない。手ブレに基づく周波数は、１Ｈｚから１０Ｈｚ程度の間であることが実験で確認されており、これにより、手ブレ以外の要因によるセンサの動き（例えば、ドリフトなど）による経時変化の成分を除去することができる。
　さらに、加速度取得部７０２にて取得された各方向に関する加速度に対して、重力に関する補正を行うことで、並進ブレ補正部７０４でのブレ量算出の精度向上を図ることも可能である。
　図５は本発明の実施形態に係る撮像装置のタイミングチャートを示す図である。図５（ａ）、図５（ｂ）は、それぞれ、先幕制御信号と後幕制御信号であり、フォーカルプレーンシャッタ３の各幕を制御する信号である。先幕（後幕）は、この先幕（後幕）制御信号がＨｉｇｈ状態の時、磁力により吸着される。
　図５（ｃ）は加速度で、加速度センサ９の出力であり、タイミングチャート中にはフォーカルプレーンシャッタ３の動作による衝撃ノイズがみられる。
　図５（ｄ）は角速度で、角速度センサ８の出力であり、加速度と同様、フォーカルプレーンシャッタ３の動作による影響が見受けられる。しかしながら、加速度ほど大きな影響は受けていない。
　図５中のｔ1からｔ5は、フォーカルプレーンシャッタ３の動作により発生する衝撃に関わるタイミングを示したものである。図６には、フォーカルプレーンシャッタ３の動作について示されている。フォーカルプレーンシャッタ３は、光学開口３３、移動可能な先幕３１、後幕３２を備えて構成されている。光学開口３３は、光学系２と撮像素子４の間に形成される開口であり、先幕３１、後幕３２にて遮蔽されないときに撮像素子４を露光状態にする。
　タイミングチャート中、ｔ1は、撮影開始指示の入力タイミングに略相当するタイミングである。この撮影開始指示は、ユーザによる撮像装置１のレリーズスイッチ（レリーズＳＷ）の操作等に基づいて発生する。また、このｔ1は、フォーカルプレーンシャッタ３の幕の吸着による衝撃が始まるタイミングに略一致したものとなる。ｔ1は、ちょうど先幕３１と後幕３２が、図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態に移動するときに発生する衝撃である。この先幕３１と後幕３２の移動は、先幕３１と後幕３２を移動させるレバー（図示せず）によって行われる。ｔ2は、幕を吸着させたレバーが退避する際に生じる衝撃によるものである。
　ｔ3は先幕３１が閉じる際、すなわち、先幕３１が、図５（ｂ）の状態から図５（ｃ）の状態に移動するときに発生する衝撃である。また、図５（ｃ）から見て取れるように、ｔ3は、光学開口３３が解放される露光開始タイミングに相当する。
　ｔ4は、ｔ3から所定時間ｔp1経過した後であり、先幕３１の衝撃による加速度への影響が収束するタイミングを示している。衝撃の収束時間はフォーカルプレーンシャッタ３の特性等、撮像装置２自体の特性や、ユーザによる撮像装置２の保持状態等の各種条件によって変化するが、本実施形態では各種条件にて想定される最長の収束時間により設定されている。あるいは、この所定時間ｔp1は加速度の状態に基づいて調整される形態を採用することも可能である。具体的には、加速度の時間的変化を監視し、ｔ3で生じた衝撃が収束したと判断されたときをｔ4とすることで、生じた衝撃に応じた時間長の所定時間ｔp1とすることが可能となる。
　ｔ5は、後幕３２が閉じる際、すなわち、後幕３１が、図５（ｃ）の状態から図５（ｄ）の状態に移動するときに発生する衝撃である。また、図５（ｄ）から見て取れるように、ｔ5は、光学開口３３が遮蔽される露光終了タイミングに相当する。したがって、ｔ3～ｔ5の期間は、光学開口３３が解放状態となる露光期間である。
　本実施形態では、図５（ｃ）に示される加速度、図５（ｄ）に示される角速度に基づいて、ｔp1（ｔ3～ｔ4の期間）で示す露光開始から所定時間、そして、所定時間以降の露光期間において速度、及び、並進ブレ量（本発明における「移動量」）が算出される。本実施形態では、ｔp1の期間においては、ｔ1の直前で算出された回転半径と角速度に基づいて速度が算出される。また、ｔp2の期間においては、ｔp1の期間の手法を用いて算出されたｔ4時点の速度に対して加速度を累積加算していくことで速度が算出される。各時点で算出された速度に対して、時間積分を行うことで並進ブレ量が算出される。
　このように本実施形態では、露光期間中、シャッタなどの可動部による衝撃の影響が大きい露光開始から所定時間は、衝撃が発生する前（本実施形態ではｔ1の直前）に算出された回転半径を使用して速度を算出し、衝撃による影響を抑制することとしている。
　一方、衝撃が収まったと考えられる所定時間経過後（ｔ4～ｔ5）は、ｔ4時点での初期速度に加速度を随時、累積加算することで速度を算出している。これは、加速度の累積加算による速度算出は、長期間行うと誤差が増大するが、露光期間に限った、短期間であれば累積に伴う誤差も少なく、比較的正確な速度変化を検出可能であることを理由としている。一方、回転半径を使用した速度算出では、正確な回転半径を算出するには、ロール角速度が０である時など、その算出のタイミングが限定されてしまう。そのため、本実施形態では、露光期間中、所定時間経過後は、ｔ4時点での初期速度に加速度を累積加算していくことで、速度算出の精度向上を図ることとしている。
　図５（ｅ）は、角速度と、ｔ1の直前で算出した半径とに基づいて算出された速度であり、期間ｔp1において並進ブレ量を算出するために使用される値である。
　図５（ｆ）は、期間ｔp2において加速度を積分して算出した速度変化である。この速度変化をｔ4時点での回転半径による速度に加算することで、期間ｔp2にて並進ブレ量を算出するための速度が算出される。
　図５（ｇ）は、図５（ｅ）と図５（ｆ）を加算した値が示されている。この値が露光期間（ｔ3～ｔ5）において並進ブレ量算出のために使用される速度となる。
　図５（ｈ）は、図５（ｇ）に示されうる速度を時間積分した値であり、並進ブレ量に相当する値である。
　以上説明した様に、撮影開始の直前（ｔ1の直前）まで回転半径を算出し、露光開始タイミング（ｔ3）からシャッタ衝撃の影響がある期間（ｔ3～ｔ4）は、比較的衝撃の影響を受けにくい角速度の検出結果に基づいて並進ブレ量を算出し、衝撃の影響が収束した後（ｔ4～ｔ5）は、加速度の値に基づいて並進ブレ量を算出する。
　こうすることで、回転半径に基づいた補正期間を抑えることができ、回転半径の変化による影響を抑えることが可能となる。また、加速度は、衝撃収束の直前に回転半径を基に算出した速度に対して随時、累積加算するので、長期間積分することによる誤差の蓄積が発生せず、シャッタの衝撃も回避できる。
　図７には、並進ブレ補正部７０４の詳細を示すブロック図が示されている。ここでは、撮像面に対するＸ方向の並進ブレ量を検出する構成を示しているが、Ｙ方向の検出に関しても同様に構成されたものとなる。Ｙ方向検出のための構成は、入力信号が、ヨー角速度に代えてピッチ角速度、Ｘ加速度に代えてＹ加速度になることのみ異なる。それ以外の構成は、同様であるため、ここでの説明及び図は割愛する。
　並進ブレ補正部７０４は、積分部７０４１ａ～ｃと、回転半径算出部７０４２と、速度算出部７０４３と、加算部７０４４と、乗算部７０４５と、期間制御部７０４６とで構成されている。
　積分部７０４１ａは、入力された加速度（Ｘ加速度）を時間積分して、回転半径を算出するための速度を算出する。
　積分部７０４１ｂも、入力された加速度（Ｘ加速度）を時間積分するが、ここでの積分は、期間制御部７０４６で検出された積分期間の加速度を積分する。すなわち、図５（ｆ）で説明した期間ｔp2において加速度を時間積分する。
　積分部７０４１ｃは、算出された撮像面における並進速度を積分してＸ方向並進ブレ量を算出する。これは、並進ブレ補正部７０４の出力であり、図５（ｈ）に相当した値である。積分部７０４１ｃが本発明における移動量算出処理に相当している。
　回転半径算出部７０４２は、入力される角速度（ヨー角速度、ロール角速度）と、積分部７０４１ａで算出された速度から回転半径を算出する回転半径算出処理を実行する。ここでは、ヨー方向の回転半径と、ロール方向の回転半径を算出する。これは、図２（Ａ）、（Ｃ）で説明したように、Ｘ方向に対する影響は、ヨー方向の回転運動と、ロール方向の回転運動が影響することを理由としている。なお、Ｙ方向の回転半径については、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すピッチと、ロールの関係から求めることができる。
　具体的には、Ｘ方向の速度をＶX、ヨー方向の回転半径（ヨー半径）をＲyaw、ヨー角速度をωyaw、ロール方向の回転半径におけるＺ－Ｘ平面への射影半径に相当するＸＺロール半径をＲrollx、ロール角速度をωrollとすると、回転半径と角速度により以下関係が成り立つ。
　ＶX＝Ｒyaw×ωyaw＋Ｒrollx×ωroll　　　　　　…（式１）
　また、異なる２点の時刻におけるＸ方向の速度をＶx1，Ｖx2、ヨー角速度をωyaw1,ωyaw2、ロール角速度をωroll1,ωroll2とすると、以下の関係が成り立つ。
　Ｖx1＝Ｒyaw・ωyaw1＋Ｒroll・ωroll1　…（式２）
　Ｖx2＝Ｒyaw・ωyaw2＋Ｒroll・ωroll2　…（式３）
（式２）と（式３）より、ヨー半径Ｒyaw及びＸＺロール半径Ｒrollxは以下より求めることができる。
　Ｒyaw＝（Ｖx2・ωroll1－Ｖx1・ωroll2）／（ωroll1・ωyaw2－ωyaw1・ωroll2）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　    …（式４）
　Ｒrollx＝（Ｖx2・ωyaw1―Ｖx1・ωyaw2）／（ωyaw1・ωroll2―ωyaw2・ωroll1）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　    …（式５）
　なお、Ｖx1及びＶx2は、積分部７０４１ａで算出した速度を用い、ωyaw1、ωyaw2、ωroll1、ωroll2は、回転半径算出部７０４２に入力されるヨー角速度及びロール角速度を用いる。
　また、Ｙ方向の速度Ｖyは、ピッチ方向の回転半径（ピッチ半径）Ｒpitchと、ピッチ角速度ωpitchと、ロール方向の回転半径におけるＸ－Ｙ平面への射影半径に相当するＸＹロール半径Ｒrollyと、ロール角速度ωrollから、同様にして求めることができる。
　速度算出部７０４３は、回転半径算出部７０４２で算出した回転半径に基づいて、速度Ｖxを算出する具体的には、（式４）及び（式５）で表される回転半径（Ｒyaw，Ｒrollx）を（式１）に代入することにより、速度Ｖxを算出する。しかし、速度算出が行われる期間は、シャッタ制御信号に基づいて判別される期間ｔp1のみである。
　加算部７０４４は、速度算出部７０４３にて算出された速度と、積分部７０４１ｂで算出された速度変化を加算して並進速度を算出する。この出力は、図５（ｇ）の出力に相当する。本実施形態では、加算部７０４４、積分部７０４１ｂ、速度算出部７０４３、期間制御部７０４６によって速度算出処理が実行される。
　乗算部７０４５は、算出されたカメラ本体の並進速度に対し、光学系２に設定されている像倍率を乗算することで、撮像面上の被写体像の並進速度に変換する。光学系２に設定されている像倍率は、通信部７０５を経由してシステムコントローラ６との通信により通知される。
　期間制御部７０４６は、シャッタ制御信号に基づき、回転半径算出部７０４２において回転半径を算出する期間、速度算出部７０４３において速度を算出する期間ｔp1、積分部７０４１ｂにおいて加速度を時間積分（速度算出部７０４３が出力する速度に加速度を累積加算）する期間ｔp2の期間制御を行う。
　通常時、期間制御部は、回転半径算出部７０４２を算出状態として回転半径を算出するが、撮影が開始されると、ｔ1のタイミングで、回転半径算出部７０４２に回転半径の算出を停止させ、補正待ち状態にする。
　次に、露光が開始されるｔ3のタイミングで速度算出部７０４３にて、回転半径と角速度から並進速度の算出を開始させる。
　次に、シャッタ衝撃が収束するｔ4のタイミングで速度算出を停止させ、積分部７０４１ｂに対して加速度の時間積分を開始させる。これにより、加算部７０４４からは、ｔ4のタイミング直前で算出した並進速度に対して、積分部７０４１ｂで加速度を積分した速度変化が加算される。すなわち、ｔ4時点の並進速度に対して加速度が累積的に加算されていく。
　期間制御部７０４６は、露光が終了するｔ5のタイミングで、積分部７０４１ｂに積分を終了さるとともに、積分部７０４１ｂの積分結果、速度算出部７０４３の速度算出結果をクリアし、半径算出部７０４２に回転半径の算出を再開させる。
　なお、並進ブレ補正部７０４には、入力されるヨー角速度、ロール角速度、Ｘ加速度、また、積分部７０４１ａ～ｃの出力の少なくとも１つに対して、低周波除去するためのハイパス処理、あるいは、ゼロ点補正処理を行うこととしてもよい。前述したＡＤＣ７１ａ～７１ｃの出力、そして、加速度取得部７０２が出力するＸ～Ｚ各方向の加速度に対する処理と同様、ここでの処理は１Ｈｚ以下の周波数が除去され、加速度センサ９が持つ、温度などの影響によるドリフトの影響が除去される。この並進ブレ補正部７０４内での処理は、前述したＡＤＣ７１ａ～７１ｃの出力、そして、加速度取得部７０２が出力するＸ～Ｚ各方向の加速度に対する処理にて補正可能な場合、設けなくても良い。
　次に、図８のフローに基づいて並進ブレ補正部７０４の制御の流れを説明する。処理が開始されると、まず、入力されるシャッタ制御信号に基づいて、撮影中か否かが判定される（Ｓ１）。ここでは、先幕制御信号の立ち上がりから後幕信号の立ち下がりまでの間、つまり図５においてｔ1からｔ5までの間を撮影中と判定する。
　撮影中で無いと判定された場合は、回転半径算出部７０４３に対して回転半径を算出させる（Ｓ２）と共に、速度算出部７０４３、積分部７０４１ｂの出力を０（リセット）にする（Ｓ３）。Ｓ２、Ｓ３を経由した、並進ブレ量の算出Ｓ８では、速度算出部７０４３、積分部７０４１ｂの出力が０であるため、並進ブレ量は算出されない（０となる）。
　一方、Ｓ１で撮影中と判定された場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）は、補正待ち期間か否かを判定する（Ｓ４）。補正待ち期間とは、撮影開始ｔ1から補正が開始されるｔ3の間のことをいう。補正待ち期間の場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）は、並進ブレ量の算出Ｓ８に移行するが、Ｓ２、Ｓ３を経由した場合と同様、並進ブレ量は算出されない。
　次に、補正待ち期間で無い場合は衝撃期間中かを判定する（Ｓ５）。衝撃期間とはｔp1のことをいう。衝撃期間中は、前述したように、速度算出部７０４３において、入力される角速度と、ｔ1の直前に算出された回転半径に基づいて速度を算出する（Ｓ６）。Ｓ８においては、Ｓ６で算出された速度を積分することで、並進ブレ量が算出される。
　一方、衝撃期間で無い場合は、加算部７０４４にて、速度算出部７０４３で算出されたｔ4時点の速度に対して、積分部７０４１ｂの積分値を加算する（加速度を累積加算する）ことで速度が算出される（Ｓ７）。Ｓ８においては、Ｓ７で算出された速度を積分することで、並進ブレ量が算出される。
　以上、述べてきたように、シャッタやミラーなど可動部の動作で発生する衝撃により加速度の値が不正確となる期間は、予め算出した回転半径と、角速度により補正量を算出する。そして、加速度が有効になった時点、すなわち、衝撃発生から所定時間経過後は、算出された速度に加速度を累積加算して速度を算出する。したがって、固定した回転半径を使用する期間が過度に長くなったり、加速度の誤差が累積したりすることがなく、誤差の少ない並進速度が算出可能となる。
　以上、本発明のある態様に係る実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となる。
１…カメラ（撮像装置）
２…光学系
３…フォーカルプレーンシャッタ
３１…先幕
３２…後幕
３３…光学開口
４…撮像素子
５…駆動部
６…システムコントローラ
７…ブレ補正マイクロコンピュータ
８…角速度センサ
８ａ…ヨー角速度センサ
８ｂ…ピッチ角速度センサ
８ｃ…ロール角速度センサ
９…加速度センサ
１０…レリーズスイッチ
１１…ＥＶＦ（電子ビューファインダ）
１２…メモリカード
１３…内部フラッシュメモリ
７１ａ～７１ｃ…ＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）
７２ａ、７２ｂ…ＳＩＯ（シリアル入出力）
７３…ドライバ
７０２…加速度取得部
７０３…角度ブレ補正部
７０４…並進ブレ補正部
７０５…通信部
７０６…加算部
７０４１ａ、７０４１ｂ、７０４１ｃ…積分部
７０４２…回転半径算出部
７０４３…速度算出部
７０４４…加算部
７０４５…乗算部
７０４６…期間制御部

Claims (7)

  1. 　筐体の回転運動に関わる角速度を検出する角速度検出部と、
    　前記筐体に加わる加速度を検出する加速度検出部と、
    　前記角速度と、前記加速度に基づいて、前記筐体の移動量を算出する算出部を備え、
    　前記算出部は、
    　前記加速度を時間積分した速度変化と、前記角速度から回転半径を算出する回転半径算出処理と、
    　露光開始から所定時間は、前記角速度と前記露光開始以前に算出した前記回転半径に基づいて速度を算出し、前記所定時間経過後は、前記所定時間中に算出した前記速度に前記加速度を累積加算して前記速度を算出する速度算出処理と、
    　前記速度算出得処理で算出された前記速度を時間積分して前記移動量を算出する移動量算出処理と、を実行することを特徴とする
    　ブレ量検出装置。
  2. 　前記速度算出処理にて使用される前記回転半径は、撮像開始指示に基づいて動作する可動部による衝撃発生前に、前記回転半径算出処理で算出されたものであることを特徴とする
    　請求項１に記載のブレ量検出装置。
  3. 　前記速度算出部は、前記回転半径と、移動量の検出対象方向である第１軸方向に垂直な第２軸周りの角速度と、前記第１軸及び前記第２軸に垂直な第３軸周りの角速度に基づいて、前記第１軸方向の前記速度を算出することを特徴とする
    　請求項１または請求項２に記載のブレ量検出装置。
  4. 　前記速度算出部は、前記回転半径と、移動量の検出対象方向である第２軸方向に垂直な第１軸周りの角速度と、前記第１軸及び前記第２軸に垂直な第３軸周りの角速度に基づいて、前記第２軸方向の前記速度を算出することを特徴とする
    　請求項１から請求項３の何れか１項に記載のブレ量検出装置。
  5. 　前記所定時間は、前記加速度検出部で検出された前記加速度に基づいて調整されることを特徴とする
    　請求項１から請求項４の何れか１項に記載のブレ量検出装置。
  6. 　請求項１から請求項５の何れか１項に記載のブレ量検出装置と、
    　被写体からの光を被写体像として結像させる光学系と、
    　前記光学系により結像された被写体像を映像信号に変換する撮像素子と、
    　前記ブレ量検出装置により算出された前記移動量を打ち消す方向に、前記光学系と前記撮像素子の少なくとも一方を駆動する駆動部と、を備えたことを特徴とする
    　撮像装置。
  7. 　筐体の回転運動に関わる角速度を検出し、
    　前記筐体に加わる加速度を検出し、
    　前記角速度と、前記加速度に基づいて、前記筐体の移動量を算出する算出処理を実行し、
    　前記算出処理は、
    　前記加速度を時間積分した速度変化と、前記角速度から回転半径を算出する回転半径算出処理と、
    　露光開始から所定時間は、前記角速度と露光開始以前に算出した前記回転半径に基づいて速度を算出し、前記所定時間経過後は、前記所定時間中に算出した前記速度に前記加速度を累積加算して前記速度を算出する速度算出処理と、
    　前記速度算出得処理で算出された前記速度を時間積分して前記移動量を算出する移動量算出処理と、を含むことを特徴とする
    　ブレ量検出方法。
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