JP2013003168A - Vibration-proof control device, vibration-proof control method, imaging apparatus and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、手振れ等による画像ブレを補正して画像劣化を防止する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for preventing image deterioration by correcting image blur due to camera shake or the like.
手振れ等による画像ブレを防ぐために、振れ補正部、駆動部及び振動検出部等を用いた防振制御装置を備えたカメラが製品化されており、撮影者の撮影ミスを誘発する要因は減ってきている。
角速度計で手振れのうち角度振れを検知し、像ブレ補正用レンズ(以下、補正レンズという)や撮像素子を駆動して像ブレを低減させる防振制御装置は様々な光学機器に搭載されている。しかし、至近距離での撮影(撮影倍率の高い撮影条件)では、角速度計のみでは検出できない振動を伴う。つまり、カメラの光軸に対して直交する面内で水平方向または垂直方向に加わる、いわゆる平行振れがあり、これによる画像劣化も無視できない。例えば、被写体に20cm程度まで接近したマクロ撮影の場合、平行振れを積極的に検出して補正する必要がある。また、1m程度の距離に位置する被写体の撮影でも、撮像光学系の焦点距離が非常に大きい条件下(例えば、400mm)では平行振れを検出して補正する必要がある。
In order to prevent image blur due to camera shake etc., a camera equipped with an image stabilization control device using a shake correction unit, a drive unit, a vibration detection unit, etc. has been commercialized, and the factor causing the photographer's shooting mistake has decreased. ing.
Anti-vibration control devices that detect image shake out of camera shake with an angular velocity meter and drive image blur correction lenses (hereinafter referred to as correction lenses) and image sensors to reduce image blur are installed in various optical devices. . However, in shooting at a close distance (shooting conditions with a high shooting magnification), there is vibration that cannot be detected only by an angular velocity meter. That is, there is a so-called parallel shake applied in the horizontal direction or the vertical direction in a plane orthogonal to the optical axis of the camera, and image degradation due to this is not negligible. For example, in the case of macro photography approaching the subject to about 20 cm, it is necessary to positively detect and correct parallel shake. Even when shooting an object located at a distance of about 1 m, it is necessary to detect and correct parallel shake under a condition where the focal length of the imaging optical system is very large (for example, 400 mm).
特許文献1には、加速度計で検出した加速度の2階積分から平行振れを求め、別に設けた角速度計の出力と共に振れ補正部を駆動する技術が開示されている。平行振れの検出に用いる加速度計の出力は外乱ノイズや温度変化等の環境変化の影響を受け易い。このため、2階積分によりそれらの不安定要因はさらに拡大され、平行振れの高精度な補正が難しい。
特許文献2には平行振れを、カメラから離れた場所に回転中心がある時の角度振れとみなして求めることが開示されている。この方法では、角速度計と加速度計を設け、それらの出力から角度振れの回転半径を用いた補正値と角度を求めて振れ補正を行う。外乱の影響を受け難い周波数帯域に限定して回転中心を求めることで、上記のような加速度計の不安定要因による精度低下を軽減できる。
Patent Document 2 discloses that the parallel shake is calculated as an angular shake when the center of rotation is at a location away from the camera. In this method, an angular velocity meter and an accelerometer are provided, and a shake correction is performed by obtaining a correction value and an angle using the rotational radius of the angle shake from their outputs. By obtaining the center of rotation only in a frequency band that is not easily affected by disturbances, it is possible to reduce a decrease in accuracy due to instability factors of the accelerometer as described above.
従来技術では、平行振れ補正において以下の課題がある。
平行振れ補正を行うための検出手段に加速度計を用いる方法では、カメラの大型化、高コスト化を招くおそれがある。また、加速度計の取り付け位置はレンズ主点位置が望ましいが、レンズ主点位置の近辺に加速度計を設置することが難しいという問題もある。
また、前記特許文献2では、振れ検出手段として加速度計の代わりに、撮像手段の出力から振れを検出する手段が開示されている。撮像手段の出力から振れを検出する場合、撮影動作直前までに画像ブレと角度振れとの関係により補正係数を演算し、撮影動作において角度振れに補正をかける方法がある。この場合、撮影動作中しか平行振れ補正を行えないという問題がある。また電子式の画像切り出しによる防振制御では、動画撮影にて画像ブレと角度振れとの関係により補正係数を演算し、角度振れに補正係数をかけることで平行振れ量を算出する。平行振れ量に応じて撮像素子に取り込まれた画像の切り取り位置を変えていくことが可能であるが、画像の一部を切り取ることにより画角が狭くなってしまう等の問題がある。
The prior art has the following problems in parallel shake correction.
In the method using an accelerometer as a detection means for performing parallel shake correction, there is a possibility that the camera is increased in size and cost. Further, the position of the accelerometer is preferably the lens principal point position, but there is also a problem that it is difficult to install the accelerometer in the vicinity of the lens principal point position.
In Patent Document 2, a means for detecting a shake from an output of an imaging means is disclosed as a shake detection means instead of an accelerometer. When detecting shake from the output of the image pickup means, there is a method of correcting the angle shake in the shooting operation by calculating a correction coefficient based on the relationship between the image blur and the angle shake immediately before the shooting operation. In this case, there is a problem that the parallel shake correction can be performed only during the photographing operation. Also, in image stabilization control using electronic image clipping, a correction coefficient is calculated based on the relationship between image blur and angular shake during moving image shooting, and the parallel shake amount is calculated by multiplying the angular shake by the correction coefficient. Although it is possible to change the cutting position of the image captured by the image sensor in accordance with the amount of parallel shake, there is a problem that the angle of view becomes narrower by cutting a part of the image.
また前記特許文献2には、振れ検出手段として加速度計の代わりに、駆動コイルに流れる電流から平行振れの加速度を検出する手段も開示されている。しかし、当該手段においては撮影動作直前まで防振制御を行うことができない。マクロ領域の撮影等で平行振れの影響が大きい場合、詳細な構図の設定や正確なピント合わせが難しい場合があり、動画撮影中は平行振れ補正を行うことができないという問題もある。また、コイル電流値による加速度推定は、振れ補正機構の特性を考慮していないため、正確な加速度の推定が難しく、推定した加速度を振れ補正に使うことは推定精度に問題があった。
そこで本発明の目的は、小型で機動性が高く、平行振れに対して高精度な画像ブレ補正を行える防振制御装置および撮像装置を提供することである。
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-26883 also discloses means for detecting parallel shake acceleration from the current flowing in the drive coil instead of the accelerometer as the shake detection means. However, this means cannot perform image stabilization control until immediately before the photographing operation. When the influence of parallel shake is large in shooting a macro area or the like, it may be difficult to set a detailed composition or to accurately focus, and there is a problem that parallel shake correction cannot be performed during moving image shooting. In addition, since the acceleration estimation based on the coil current value does not consider the characteristics of the shake correction mechanism, it is difficult to accurately estimate the acceleration, and using the estimated acceleration for shake correction has a problem in estimation accuracy.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image stabilization control device and an imaging device that are small in size, high in mobility, and capable of highly accurate image blur correction with respect to parallel shake.
上記課題を解決するために本発明に係る装置は、振れ補正手段を駆動することによって像ブレを補正する防振制御装置であって、前記振れ補正手段の位置を検出する位置検出手段と、撮像光学系の光軸に対して直交する方向に沿う装置の並進に伴って生じる平行振れを含む装置の振れ量から前記振れ補正手段の補正量を演算する補正量演算手段と、前記補正量に従って前記振れ補正手段を駆動する駆動手段とを有する。前記補正量演算手段は、前記振れ補正手段を構成する被駆動部への駆動指示信号および前記被駆動部の位置検出信号を入力として、前記振れ補正手段の振動モデルから構成されるオブザーバ手段を有し、前記平行振れは、前記オブザーバ手段を用いて演算される。 In order to solve the above problems, an apparatus according to the present invention is an image stabilization control device that corrects image blur by driving a shake correction unit, and includes a position detection unit that detects a position of the shake correction unit, and an imaging A correction amount calculating means for calculating a correction amount of the shake correcting means from a shake amount of the apparatus including a parallel shake caused by translation of the apparatus along a direction orthogonal to the optical axis of the optical system, and the correction amount calculating means according to the correction amount Drive means for driving the shake correction means. The correction amount calculation means has observer means configured by a vibration model of the shake correction means with a drive instruction signal to the driven part constituting the shake correction means and a position detection signal of the driven part as inputs. The parallel shake is calculated using the observer means.
本発明によれば、平行振れ検出用のセンサを新たに追加することなく、小型で機動性が高く、平行振れに対して高精度な補正を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to perform high-precision correction for parallel shake without adding a new sensor for detecting parallel shake and having high mobility.
以下、本発明の各実施形態に係る撮像装置を添付図面に従って説明する。本発明は、デジタル一眼レフやデジタルコンパクトカメラに限らず、デジタルビデオカメラ、監視カメラ、Webカメラ、携帯電話等の撮影装置に適用できる。
図1(A)は撮像装置101の振れ方向を表す図である。防振制御装置は、撮像光学系の光軸102と直交する軸を中心とする装置の回転に伴って生じる振れ(以下、角度振れという。矢印103p、103y参照)に対して振れ補正を行う。防振制御装置はまた、光軸102と直交する方向に沿う装置の並進に伴って生じる振れ(以下、平行振れという。矢印104p、104y参照)に対して振れ補正を行う。なお、図1(A)に示すX軸、Y軸、Z軸の3次元座標については、Z軸方向が光軸方向に設定されており、これに直交する2軸がX軸とY軸である。X軸回り方向がピッチ方向(矢印103p参照)であり、Y軸回り方向がヨー方向(矢印103y参照)である。矢印104yで示す平行振れの方向はX軸に平行であり、矢印104pで示す平行振れの方向はY軸に平行である。
Hereinafter, imaging devices according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to a digital single-lens reflex camera or a digital compact camera, but can be applied to a photographing apparatus such as a digital video camera, a surveillance camera, a Web camera, and a mobile phone.
FIG. 1A is a diagram illustrating a shake direction of the
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を説明する。
図1(B)は、第1実施形態に係る防振制御装置を具備した撮像装置101を模式的に示す平面図である。図1(B)には撮像装置101の撮像部の構成と、CPU(中央演算処理装置)106で実行される像ブレ補正処理の機能ブロックを示す。
撮像光学系の光軸102上には、振れ補正部111の補正レンズと撮像素子107が位置する。撮像素子107は撮像光学系により結像された被写体像を画像に変換する。角速度計108は、角度振れを検出する角速度検出手段であり、角速度検出信号は補正量演算部に出力される。角度振れ補正量算出部106Aは角度振れに対して像ブレの補正量を算出する第1の補正量算出手段である。また、平行振れ補正量算出部106Bは、平行振れに対して像ブレの補正量を算出する第2の補正量算出手段である。これらの補正量算出部の出力は加算後に駆動部110に送出される。駆動部110は、振れ補正部111の補正レンズを駆動し、角度振れと平行振れの両方を加味した振れ補正を行う。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1B is a plan view schematically showing the
On the
従来の装置では、図1(A)に矢印104p、104yで示す平行振れを検出するために加速度センサ等の物理センサが設けられ、その検出信号が平行振れ補正量算出部106Bに送られていた。これに対して本実施形態では、平行振れ検出のために加速度計等の物理センサの代わりに、駆動部110から平行振れ補正量算出部106Bに出力される信号を用いて、平行振れの検出が行われる。なお、その詳細については後述する。
図1(B)に示す例では、算出された補正量に基づいて振れ補正部111の補正レンズを光軸に垂直な面内で移動させるが、撮像素子を光軸に垂直な面内で移動させることで振れ防振を行う方法でもよい。また、撮像素子が出力する各撮影フレームの画像の切り出し位置を変更することで、振れの影響を軽減させる電子防振による方法があり、複数の防振方法を組み合わせて像ブレ補正を行うこともできる。
In the conventional apparatus, a physical sensor such as an acceleration sensor is provided to detect the parallel shake indicated by
In the example shown in FIG. 1B, the correction lens of the
次に、図2の分解斜視図を参照して、振れ補正部111の構成例を説明する。
振れ補正部111のベース401は、シャッタ機構、NDフィルタ機構も併せて保持している。ベース401にはフォロワピン402が一体的に設けられ、また不図示の可動フォロワピンを備える。ベース401の径方向の外側にある不図示のカム筒には3本のカム溝が形成されており、フォロワピン402が嵌合してカム溝に沿って光軸方向に進退するが、その詳細は省略する。
補正レンズ群406はシフトレンズホルダ416に不図示のカシメ爪によって一体的に保持されている。レンズカバー403は、補正レンズ群406を通過する光束を制限する開口部を有し、側面部に設けた3箇所の腕部404にはそれぞれに開口405が形成されている。シフトレンズホルダ416の側面には、3箇所に設けた突起415が形成されており、これらは開口405とそれぞれ嵌合することにより、レンズカバー403がシフトレンズホルダ416と一体に保持される。シフトレンズホルダ416には、電磁機構を構成するマグネット412、413が保持されている。
Next, a configuration example of the
The
The
シフトレンズホルダ416は、3つのボール407を介してベース401に圧接されている。つまり、各ボール10はシフトレンズホルダ416に対する可動支持部材である。各ボール10の転動により、シフトレンズホルダ416は光軸に垂直な方向に、ベース401に対して自由に移動可能に支持される。
スラストスプリング414は、シフトレンズホルダ416をベース401に近づく方向に付勢する付勢手段である。スラストスプリング414は引っ張りスプリングであり、一端がシフトレンズホルダ416の引っ掛け爪に係合し、他端はベース401に形成した不図示の引っ掛け爪に係合している。また、ラジアルスプリング417、418はシフトレンズホルダ416の回転を防ぐ為に設けられた付勢手段であり、シフトレンズホルダ416やベース401に形成した不図示の引っ掛け爪にそれぞれ係合している。
The
The
コイル408、409は、樹脂製のボビン410、411にそれぞれ保持されている。該ボビンの先端に金属製のピンが一体的に構成されており、各コイルの端部が接続されている。この金属ピンにフレキシブル基板(以下、FPCと略記する)424の導通パターンを半田付けすることで、回路部から各コイルに電力が供給される。コイル408、409に電力を供給するためFPC424には、ランド425にて前記した金属製のピンを介してコイル408、409が電気的に接続されている。位置検出手段にはホール素子422、423が使用され、マグネット412、413にそれぞれ近接して配置され、マグネットの移動に伴う磁界の変化を検出する。磁気検出信号に基づいてシフトレンズホルダ416の移動量が算出可能である。ホール素子422、423もまたFPC424に実装されて電力が供給される。
FPC426は、シャッタ及びNDフィルタ駆動部に電力を供給するための配線部材であり、FPC424と併せてFPCホルダ420に固定される。FPCホルダ420には円柱状の突起421が設けられており、これにFPC424、426の穴が圧入されることでそれらの位置決めが行われた上で固定される。
The
The
図3は振れ補正部111を被写体側から見た正面図である。
凹部428は、補正レンズの近傍にそれぞれ位置する3つのボール407の位置、つまり三角形の頂点に配置された受け部である。ベース401に形成した、3つの凹部428にはそれぞれ1つずつボール407が受け入れられ、各ボールはシフトレンズホルダ416と点接触で圧接する。本構成により、摩擦が小さく、補正レンズを高精度で目標位置に追従させる制御が可能となり、平行振れの推定精度を高めることができる。
FIG. 3 is a front view of the
The
次に、補正レンズの制御方法について説明する。
図4は、駆動部110の演算処理を説明するブロック図である。
補正レンズ群406の目標位置は減算部601に入力される。減算部601は、この目標位置から、位置検出信号の示す現在位置を減算して偏差を算出する。位置検出信号は、ホール素子等の位置検出素子の出力値をAD変換でデジタル信号にしたものである。ここでホール素子等の出力値には観測ノイズ(ζ参照)が含まれており、これは加算部605に加わる。観測ノイズとは、センサ自身がもつノイズや、外部からの電気的な誘導ノイズ等の影響を受けたノイズ成分であり、ホール素子の出力には実際の補正レンズの位置に観測ノイズの成分が加わることになる。
減算部601が算出した偏差は、フィードバック制御コントローラ602(図4のC(s)参照)に出力され、該コントローラは、この偏差をゼロに近づけるように、即ちセンサによる検出位置が目標位置に追従するよう制御を行う。しかし、フィードバック制御コントローラ602の出力には、加算部603でシステムノイズ成分(d参照)が加わった後で、プラント604(図4のP(s)参照)である振れ補正機構へ出力され、これに駆動推力を与えることになる。システムノイズは主に、撮像装置の姿勢変化による重力加速度の影響や、手振れ等によって生じる振動加速度の影響による力外乱である。振れ補正機構を構成する補正レンズは、目標位置とフィードバック制御コントローラ602の特性、プラント604の特性に従い、さらにはシステムノイズや観測ノイズの影響を受けつつ駆動される。
Next, a correction lens control method will be described.
FIG. 4 is a block diagram for explaining the arithmetic processing of the
The target position of the
The deviation calculated by the subtracting
次に、振れ補正機構およびその駆動手段を用いた平行振れの検出方法について説明する。
まず、振れ補正機構については、互いに直交する2軸について、図5(A)に示すようにプラントのモデル化を行う。直交するA軸とB軸は、可動レンズ(補正レンズ)の駆動軸をそれぞれ表している。振れ補正機構の被駆動部701は、慣性質量mをもち、駆動部により各軸に沿ってそれぞれ駆動される。第1駆動部に係るばね定数をka、減衰係数をca、推力をfaで表し、第2駆動部に係るばね定数をkb、減衰係数をcb、推力をfbで表す。
図5(B)は、前記2軸のうち、1軸分の振動モデルを例示する。つまり、補正レンズを含む振れ補正機構の被駆動部について、その振動を1自由度でモデル化した模式図である。振れ補正機構の被駆動部701に対して、固定部801は、当該被駆動部を支持する部分(カメラ本体部)を示す。本モデルにて、補正レンズを含む被駆動部701の絶対変位をzbと記し、固定部801の絶対変位をzwと記す。また、駆動部のばね定数をk、減衰係数をc、振れ補正機構のコイルに電力を供給することにより生じる推力をfと記す。被駆動部701(質量m)についてのモデル系の運動方程式は、ニュートンの記法で下式(1)のようになる。
First, as for the shake correction mechanism, plant modeling is performed with respect to two axes orthogonal to each other as shown in FIG. The A axis and B axis orthogonal to each other represent the drive axes of the movable lens (correction lens). The driven
FIG. 5B illustrates a vibration model for one axis of the two axes. That is, it is a schematic diagram in which the vibration of the driven part of the shake correction mechanism including the correction lens is modeled with one degree of freedom. In contrast to the driven
振れ補正機構の被駆動部701と固定部801との相対変位については、位置検出素子(図2のホール素子422、423参照)により検出可能である。そこで、被駆動部701と固定部801との相対変位を可観測出力とするため、両者の相対変位をz0として下式(2)で定義する。
状態変数を以下のように定義する。
式(3)のA乃至D、Gは、下式(5)のように表される。
Lはオブザーバゲインであり、下式(7)で示されるRiccati方程式を解くことにより予め求められるカルマンフィルタゲインである。
このオブザーバ手段を用いると、状態変数である振れ補正機構の被駆動部701の絶対速度(zbの1階微分)と、被駆動部701と固定部801との相対変位z0が推定可能である。推定された相対変位z0を1階微分し、被駆動部701の絶対速度から減算することで、固定部801、つまりカメラ本体部の絶対速度(zwの1階微分)が検出可能となる。なお、推定された相対変位z0の1階微分が、被駆動部701の絶対速度に対して非常に小さい値となる場合には、これをカメラ本体部の絶対速度として平行振れ補正にそのまま用いてもよい。この場合、dz0 が小さいためdzbをdzwとみなせるので、前記の減算は不要である。
図6は防振制御装置の構成例を示すブロック図である。以下の説明では、撮像装置の鉛直方向(ピッチ方向:図1(A)の矢印103p、104p参照)に生じる振れについての構成のみを示す。同様の構成は撮像装置の水平方向(ヨー方向:図1(A)の矢印103y、104y参照)に生じる振れについても設けられているが、両者は方向の違いを除いて基本的に同じであるため、一方だけを説明する。
With this observer means, the absolute speed of the driven
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the image stabilization control apparatus. In the following description, only the configuration regarding the shake that occurs in the vertical direction of the imaging device (pitch direction: see
まず、角度振れの補正について説明する。
角速度計108からの角速度検出信号はCPU106に入力され、HPF積分フィルタ901で処理される。角速度検出信号はHPF積分フィルタ901を構成するHPF(ハイパスフィルタ)でDC(直流)成分をカットされた後で積分されることにより、角度信号に変換される。手振れの周波数帯域は約1乃至10Hzである。そのため、HPF特性は、手振れの周波数帯域から十分離れた、例えば0.1Hz以下の周波数成分をカットする特性になっている。
HPF積分フィルタ901の出力は敏感度調整部903に入力される。敏感度調整部903は、ズームおよびフォーカスの位置情報902と、それらにより求まる撮影倍率に基づいてHPF積分フィルタ901の出力を増幅し、角度振れの補正目標値を算出する。これは、撮影レンズのフォーカス調節やズーム動作等により光学情報が変化する場合、振れ補正部111の振れ補正ストロークに対する撮像面での振れ補正敏感度が変化することを補正するためである。求まった角度振れの補正目標値は加算部912を介して駆動部110に出力され、振れ補正部111が駆動されて補正レンズの移動制御により画像ブレが補正される。
First, correction of angular shake will be described.
An angular velocity detection signal from the
The output of the
次に、平行振れ補正について説明する。
本実施形態では上述したように、カルマンフィルタを用いたオブザーバにより、平行速度(zwの1階微分)が検出される。式(1)ないし(8)で説明した通り、振れ補正部111の被駆動部701と固定部801との相対変位を状態変数とし、駆動推力を入力変数として被駆動部701の絶対速度や、被駆動部701と固定部801との相対変位が推定される。
Next, parallel shake correction will be described.
As described above, in this embodiment, the observer using the Kalman filter, (first derivative of the z w) parallel speed is detected. As described in the equations (1) to (8), the relative displacement between the driven
図7は、図6の推定器905の構成例を示す制御ブロック図である。
ホール素子(図2の422、423参照)が出力する相対変位の情報と、駆動部110から振れ補正部111への駆動指示信号の示す推力の情報は、カルマンフィルタ1001に入力される。駆動指示信号は振れ補正部111の駆動量に係る情報を含み、その駆動推力については、以下の方法で算出される。図4のフィードバック制御コントローラ602が指示した指令電流を推力に変換するために、推力変換部1002は電流値に所定の係数を乗じて駆動推力を算出する。推力変換部1002の出力は温度補正用の可変ゲイン部1003に入力される。可変ゲイン部1003には、振れ補正部111の近くに設けた不図示の温度センサからの温度検出信号(鏡筒温度信号)が入力される。鏡筒温度に応じた温度変化係数が予めメモリに記憶されており、温度変化に応じてゲイン(K)が可変制御される。よって鏡筒温度が変化することによる、振れ補正部111のコイル出力特性の温度変化を加味して平行速度を推定することができる。可変ゲイン部1003の出力する駆動推力の情報と、ホール素子の出力する相対変位の情報は、カルマンフィルタ1001に入力される。カルマンフィルタ1001は、上述したように、振れ補正部111の被駆動部701の絶対速度、および、被駆動部701と固定部801との相対変位を推定する。推定された相対変位は微分器1004にて1階微分されて相対速度となり、加算部1005にて、推定された被駆動部701の絶対速度と加算される。こうして平行振れの推定速度(以下、推定平行速度という)が算出される。なお、加算部1005で行われる演算は実際には減算であるが、説明上、特に明示の必要がない場合、負値の加算(減算)も含めて同様の演算とみなすことにする。
FIG. 7 is a control block diagram illustrating a configuration example of the
Information on the relative displacement output by the Hall elements (see 422 and 423 in FIG. 2) and information on the thrust indicated by the drive instruction signal from the
図6に戻って、平行振れの補正方法を説明する。
角速度計108の出力はCPU106に入力され、HPF積分フィルタ909で処理される。HPF積分フィルタ909を構成するHPFは角速度検出信号のDC成分をカットした後、この信号が積分されて角度信号に変換される。HPF積分フィルタ909の出力は利得調整部910に入力される。利得調整部910は利得調整フィルタを備えており、HPF積分フィルタ909の処理と併せて、平行振れ補正を行うべき周波数帯域におけるゲインおよび位相特性を調整する。利得調整部910の出力は、後述する出力補正部911により補正され、平行振れの補正目標値とされて加算部912で合成され、前述した角度振れの補正目標値と加算される。
Returning to FIG. 6, the parallel shake correction method will be described.
The output of the
また、上記処理と並行して、角速度計108の出力はHPF位相調整部904に入力される。HPF位相調整部904を構成するHPFは角速度検出信号のDC成分をカットし、その後に信号の位相調整が行われる。HPF位相調整部904の出力は角速度BPF(バンドパスフィルタ)部906で所定帯域の周波数成分のみ抽出される。
推定器905の出力(推定平行速度)は平行速度BPF部907に送られて、所定帯域の周波数成分のみ抽出される。角速度BPF部906及び平行速度BPF部907の各出力は比較部908に入力され、利得調整部910の出力を補正する補正量(補正係数)が算出される。比較部908が行う補正係数演算については後述する。
出力補正部911にはズームおよびフォーカスの位置情報902も入力され、当該情報より撮影倍率を演算する。求めた撮影倍率及び比較部908からの補正量に基づいて利得調整部910の出力が補正されて、平行振れの補正目標値が算出される。平行振れの補正目標値は、加算部912で角度振れの補正目標値と加算される。加算結果は駆動部110に出力され、これにより、振れ補正部111が駆動され、角度振れと平行振れの両者について画像ブレが補正されることになる。
In parallel with the above processing, the output of the
The output (estimated parallel velocity) of the
Zoom and focus
次に、比較部908が算出する補正量について説明する。
図8は撮像装置に加わる角度振れ103pと平行振れ104pを示し、側面から見た場合の模式図である。撮像装置101の撮像光学系の主点位置における平行振れ104pの大きさをYと記す。また角度振れ103pの大きさをθと記し、回転中心O(1101p参照)を定めた場合の回転半径をL(1102p参照)と記す。これらの関係は、以下の(9)および(10)式で表される。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the
(9)式によれば、推定器905が出力した推定平行速度を1階積分して変位Yを求め、角速度計108pの出力を1階積分して角度θを求めて、両者の比の値から回転半径Lが求まる。また(10)式によれば、推定器905が出力した推定平行速度を速度Vとし、角速度計108pの出力を角速度ωとして、両者の比の値から回転半径Lが求まる。いずれの方法でも回転半径Lを求めることができる。
回転半径Lの算出では、所定時間内の速度Vと角速度ωそれぞれの最大振幅のピーク値を求めて、それらの比からL値を算出してもよい。所定時間とは、例えば、角速度BPF部906及び平行速度BPF部907のカットオフ周波数が5Hzの場合、200ms程度の時間である。更に、回転半径Lの更新については、速度Vと角速度ωがそれぞれ算出された瞬間毎に行ってもよい。その際には、速度Vと角速度ωをそれぞれ時系列的に平均化し、あるいはLPF(ローパスフィルタ)で高周波成分をカットすることで、回転半径を算出する際の高周波ノイズ成分を除去できる。
撮像光学系の主点位置における平行振れの変位Yと、振れ角度θ、及び撮像光学系の焦点距離fと撮影倍率βより、撮像面に生ずるブレ量δは下式(11)で求められる。
しかし、本実施形態においては式(11)を、以下の式(12)のように書き直したブレ量δに対して画像ブレ補正を行う。
In the calculation of the rotation radius L, the peak value of the maximum amplitude of each of the velocity V and the angular velocity ω within a predetermined time may be obtained, and the L value may be calculated from the ratio thereof. The predetermined time is, for example, about 200 ms when the cut-off frequency of the angular
From the displacement Y of the parallel shake at the principal point position of the image pickup optical system, the shake angle θ, the focal length f of the image pickup optical system, and the shooting magnification β, the blur amount δ generated on the image pickup surface is obtained by the following equation (11).
However, in the present embodiment, image blur correction is performed on the blur amount δ rewritten from Equation (11) as shown in Equation (12) below.
次に、図9を参照して、防振制御の全体的な動作について説明する。図9に示すフローチャートは、撮像装置の主電源のオン動作で開始し、CPU106が解釈して実行するプログラムに従って一定のサンプリング周期ごとに実行される。
まず、S1201では、ユーザによって不図示の防振スイッチ(SW)が操作されたか否かが判定される。防振SWがON状態であればS1202へ進み、OFF状態であればS1219へ処理を進める。S1202で、CPU106は角速度計108の検出信号を取り込む。次のS1203でCPU106は、振れ補正が可能な状態であるか否かを判定し、振れ補正が可能な状態である場合、S1204へ進み、振れ補正が可能な状態でない場合、S1219へ処理を進める。S1203にて、電源供給時点から角速度計108の出力が安定するまでの間は振れ補正が可能な状態でないと判定される。角速度計108の出力が安定した後で振れ補正が可能な状態であると判定される。これにより、電源供給の直後での出力値が不安定な状態では、防振性能が低下しないように防止できる。
Next, the overall operation of the image stabilization control will be described with reference to FIG. The flowchart shown in FIG. 9 starts with an operation of turning on the main power supply of the imaging apparatus, and is executed at regular sampling periods according to a program interpreted and executed by the
First, in S1201, it is determined whether or not an anti-vibration switch (SW) (not shown) has been operated by the user. If the image stabilization SW is in the ON state, the process proceeds to S1202, and if it is in the OFF state, the process proceeds to S1219. In S <b> 1202, the
S1204では、図6を用いて説明した方法で角度が算出される。この角度は図6のHPF積分フィルタ901の出力値となる。次にS1205で推定器905は前述した方法で推定平行速度を算出する。次にS1206で比較部908は、動画撮影用の回転半径を演算し、S1207では静止画撮影用の回転半径を演算する。ここで、静止画撮影と動画撮影で用いる回転半径をそれぞれ分けて演算する理由は以下の通りである。まず、動画撮影中にも平行振れ補正を行うと、マクロ領域等のように、平行振れの撮像面に加わるブレ影響が非常に大きくなる場合、補正レンズが可動範囲の端(制御端)に行き着いてしまう。これは、補正可能範囲が限られているため、ブレ量が大きいと補正レンズが制御端に行き易くなってしまうからである。そこで、動画撮影中での平行振れの制御については弱めに設定される。このために動画撮影用の回転半径は静止画撮影用の回転半径よりも小さくなるように、回転半径の上限値の設定を変更すること等により、制限を設けている。
In S1204, the angle is calculated by the method described with reference to FIG. This angle becomes the output value of the
次にS1208では、S1204にて得られた角度の情報と、ズームおよびフォーカスの位置情報902とそれらにより求まる撮影倍率に基づいて角度振れの補正量が演算される。そしてS1209でCPU106は、現在のモードが動画撮影モードであるか静止画撮影モードであるかを判定し、動画撮影モードの場合、S1210へ処理を進め、静止画撮影モードの場合、S1211へ処理を進める。S1210では動画撮影用の回転半径を用いて動画撮影用の平行振れ補正量が演算される。S1211は、レリーズボタン105(図1参照)の操作状態についての判定処理である。レリーズボタン105には2段階のスイッチが設けられており、レリーズボタン105の半押しで第1スイッチ(以下、SW1と記す)がオン状態となり、レリーズボタン105の全押しで第2スイッチ(以下、SW2と記す)がオン状態となる。CPU106はSW2のオン・オフ状態を調べ、SW2がON状態であればS1212に処理を進め、SW2がOFF状態であればS1213に処理を進める。
S1212では静止画撮影用の回転半径を用いて、静止画撮影用の平行振れ補正量が演算される。S1213でCPU106はSW1の状態を調べ、SW1がON状態であればS1214に処理を進め、SW1がOFF状態であればS1216に処理を進める。S1214でCPU106は、AF(オートフォーカス)動作が完了しているか否かを判定する。AF動作が完了している場合、S1215に処理を進め、AF動作が完了していない場合、S1216に処理を進める。
S1215にて動画撮影用の回転半径を用いて動画撮影用の平行振れ補正量が演算される。またS1216では、平行振れ補正量にゼロが設定される。S1210、S1212、S1215、S1216の後、S1217では加算部912(図6参照)が角度振れ補正量と平行振れ補正量を加算する。S1218で駆動部110は、算出された振れ補正量に基づいて振れ補正部111に駆動信号を出力し、補正レンズが駆動される。一方、S1219では補正レンズの駆動が停止される。S1218、S1219の後、振れ補正のサブルーチンが終了し、次回のサンプリング時点までの間、待ち処理となる。
In step S1208, the angle shake correction amount is calculated based on the angle information obtained in step S1204, the zoom and focus
In step S1212, the parallel shake correction amount for still image shooting is calculated using the rotation radius for still image shooting. In S1213, the
In step S1215, the moving image shooting parallel shake correction amount is calculated using the moving image shooting rotation radius. In S1216, zero is set as the parallel shake correction amount. After S1210, S1212, S1215, and S1216, in S1217, the adding unit 912 (see FIG. 6) adds the angular shake correction amount and the parallel shake correction amount. In S1218, the
以上のように第1実施形態では、振れ補正機構の被駆動部と固定部との相対変位を状態変数とし、振れ補正部への駆動推力を入力変数として、オブザーバを用いて、被駆動部の絶対速度、および被駆動部と固定部との相対変位が推定される。そして推定平行速度が算出されて、平行振れ補正量が得られる。上述のように振れ補正機構とその駆動手段を利用できるので、加速度計等を新たに設ける必要がない。したがって、構成部品を増やすことなく、コンパクト化と低コスト化が実現でき、角度振れの補正と平行振れの補正を同時に行える。
平行振れの検出用に加速度センサを用いる従来の構成では、加速度センサの取り付け位置に工夫が必要であった。本来、平行振れ補正のために検出すべき加速度はレンズ主点位置での加速度である。しかし、撮影レンズの周辺に十分なスペースがなく、加速度センサの取り付けが難しい場合には、レンズ主点位置や光軸中心から離れた場所(カメラボディ内の制御基板等)に加速度センサを取り付けなければならない。このため、加速度検出信号や平行振れ量の検出精度に問題を生じるおそれがある。これに対して、本実施形態では、振れ補正機構の部分について平行振れ量を算出できるので、レンズ主点位置に近く、光軸中心における平行振れ量を算出可能であり、平行振れ補正の精度を高めることができる。
As described above, in the first embodiment, the relative displacement between the driven part and the fixed part of the shake correction mechanism is used as a state variable, the driving thrust to the shake correction part is used as an input variable, and an observer is used to The absolute speed and the relative displacement between the driven part and the fixed part are estimated. Then, an estimated parallel velocity is calculated, and a translational shake correction amount is obtained. Since the shake correction mechanism and its driving means can be used as described above, it is not necessary to newly provide an accelerometer or the like. Therefore, compactness and cost reduction can be realized without increasing the number of components, and angle shake correction and parallel shake correction can be performed simultaneously.
In the conventional configuration using the acceleration sensor for detecting the parallel shake, it is necessary to devise the mounting position of the acceleration sensor. Originally, the acceleration to be detected for translational shake correction is the acceleration at the lens principal point position. However, if there is not enough space around the photographic lens and it is difficult to mount the acceleration sensor, the acceleration sensor must be mounted at a position away from the lens principal point or the center of the optical axis (such as the control board in the camera body). I must. For this reason, there is a possibility that a problem may occur in the detection accuracy of the acceleration detection signal and the parallel shake amount. On the other hand, in this embodiment, since the amount of parallel shake can be calculated for the portion of the shake correction mechanism, it is possible to calculate the amount of parallel shake near the lens principal point position and the center of the optical axis, and the accuracy of parallel shake correction Can be increased.
なお、本実施形態では、振れ補正手段としての補正レンズを光軸に垂直な面内で移動させる、いわゆる光学防振を説明した。しかし、光学防振に限らず、以下の構成を用いても構わない。
・撮像素子を光軸に垂直な面内で移動させることで振れ補正を行う構成。
・撮像素子が出力する各撮影フレームの画像の切り出し位置を変更することで振れの影響を軽減させる電子防振による構成。
・複数の防振制御を組み合わせて振れ補正を行う構成。
また、平行振れの推定に関しても、各種の構成が可能である。例えば、撮像素子を光軸に垂直な面内で移動させることで防振を行う振れ補正機構を用いた場合において、振れ補正機構の被駆動部と固定部との相対変位を観測できれば、オブザーバによって推定平行速度を算出できる。つまり、振れ補正機構の被駆動部と固定部との相対変位を状態変数とし、振れ補正機構への駆動推力を入力変数としてオブザーバを構成すれば、上記と同様の方法でカメラ本体部の絶対速度が検出可能である。
In the present embodiment, the so-called optical image stabilization in which the correction lens as the shake correction unit is moved in a plane perpendicular to the optical axis has been described. However, not only the optical image stabilization but also the following configuration may be used.
A configuration in which shake correction is performed by moving the image sensor in a plane perpendicular to the optical axis.
A configuration based on electronic image stabilization that reduces the influence of shake by changing the cutout position of the image of each shooting frame output by the image sensor.
-A configuration that performs shake correction by combining multiple image stabilization controls.
Various configurations are also possible for estimation of parallel shake. For example, in the case of using a shake correction mechanism that performs image stabilization by moving the imaging device in a plane perpendicular to the optical axis, if the relative displacement between the driven part and the fixed part of the shake correction mechanism can be observed, The estimated parallel velocity can be calculated. In other words, if the observer is configured with the relative displacement between the driven part and the fixed part of the shake correction mechanism as the state variable and the drive thrust to the shake correction mechanism as the input variable, the absolute speed of the camera body can be Can be detected.
[第2実施形態]
次に本発明の第2実施形態を説明する。
図10は第2実施形態に係る防振制御装置の構成例を示す。なお、第1実施形態の場合と同様の構成要素については既に使用した符号を用いることでそれらの詳細な説明を省略し、第1実施形態との相違点を主として説明する。このことは、後述する他の実施形態でも同様である。
第2実施形態では、推定器905が算出した推定平行速度を積分した平行変位の信号に基づいて平行振れ補正を行う。また、第2スイッチSW2の状態に応じて平行振れ補正のON/OFFを設定し、かつSW2の操作直前にて所定以上の姿勢変化があったか否かを角速度計108の検出信号で判定し、撮影動作中の平行振れ補正のON/OFFを設定している。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 shows a configuration example of an image stabilization control apparatus according to the second embodiment. In addition, about the component similar to the case of 1st Embodiment, those detailed description is abbreviate | omitted by using the code | symbol already used, and a difference with 1st Embodiment is mainly demonstrated. This also applies to other embodiments described later.
In the second embodiment, parallel shake correction is performed based on a parallel displacement signal obtained by integrating the estimated parallel velocity calculated by the
そのため、図6と図10の違いは以下の通りである。
(1) SW2の操作情報1301が参照されること。
(2) 図6に示したHPF積分フィルタ909、利得調整部910、出力補正部911、HPF位相調整部904、角速度BPF部906、平行速度BPF部907、比較部908がないこと。平行振れ補正量の算出のためHPF積分フィルタ1302、敏感度調整部1303が設けられていること。
(3) SW2の操作情報1301による信号切り替え部1304が設けられていること。
(4) 姿勢変化判定部1305と、その出力による信号切り替え部1306が設けられていること。
Therefore, the difference between FIG. 6 and FIG. 10 is as follows.
(1) Refer to the
(2) The HPF
(3) A
(4) An attitude
角度振れ補正については、第1実施形態の場合と同様であるため、以下では、平行振れ補正について説明する。
推定器905からの推定平行速度はHPF積分フィルタ1302に入力される。HPF積分フィルタ1302を構成するHPFは入力信号のDC成分をカットし、この信号は積分によって平行変位信号に変換され、敏感度調整部1303に入力される。敏感度調整部1303は、ズームおよびフォーカスの位置情報902より求まる撮影倍率に基づいてHPF積分フィルタ1302の出力を増幅し、平行振れの補正目標値を算出する。
SW2の操作情報1301は、信号切り替え部1304に送られる。信号切り替え部1304は、SW2の操作情報1301を参照して、ゼロまたは敏感度調整部1303の出力を選択して後段の信号切り替え部1306に出力する。つまり、SW2がON状態である場合、敏感度調整部1303の出力が選択され、信号切り替え部1304は平行振れ量を出力する。また、SW2がOFF状態である場合、信号切り替え部1304はゼロを選択し、平行振れ補正を行わないようにする。これは、推定器905による推定平行速度は、撮像装置の姿勢変化に伴って生じる重力加速度の影響を少なからず受けているため、姿勢変化が大きいと重力加速度の影響により、平行速度の誤推定が生じてしまうからである。多くの場合、撮影者はSW2の操作中に大きな姿勢変化を行わないので、SW2のON状態にて適切な平行振れ量の算出が可能となって、平行振れ補正が行われる。
Since the angular shake correction is the same as that in the first embodiment, the parallel shake correction will be described below.
The estimated parallel velocity from the
The
姿勢変化判定部1305は、HPF積分フィルタ901の出力である角度信号を用いて撮像装置の姿勢変化を判定するが、制御サンプリング毎に所定時間内での角度信号の変化量を算出する。また、SW2の操作情報1301も姿勢変化判定部1305に入力され、SW2がON状態である間、SW2がOFFからONの状態に切り替わる直前での姿勢判定情報が保持される。これは、SW2がON状態の間、即ち撮影動作中に平行振れ補正のON/OFF状態が切り替わることによる防振制御性能の低下を防止するためである。
信号切り替え部1306は、姿勢変化判定部1305の出力に応じて、ゼロまたは信号切り替え部1304の出力を選択して出力する。つまり、姿勢変化判定部1305によって、SW2の押下時に姿勢変化が閾値以上であると判定された場合、判定結果を示す出力に従って、信号切り替え部1306はゼロを選択する。また、SW2の押下時に姿勢変化が閾値未満であると判定された場合、信号切り替え部1304の出力が選択される。
HPF積分フィルタ1302にもSW2の操作情報1301が入力され、SW2のON状態によってHPF積分フィルタ1302の出力がゼロに初期化される。これは、平行振れ補正が作動した直後、駆動部110に入力する振れ補正量がステップ的に変化してしまわないように防ぐためであり、SW2がOFFからONの状態に切り替わると平行振れ補正量が初期化される。
The attitude
The
The
図11は平行振れ補正について姿勢変化やSW2の操作による動作を例示した図である。敏感度調整部1303の出力1401の時間的変化と、信号切り替え部1306の出力信号(平行振れ補正量)1402、1403の時間的変化を示す。図11(A)に示す信号1402は、SW2の押下まではゼロであって、押下後に出力1401と相似する変化を示す。また、図11(B)に示す信号1403はゼロを示す。
図11(A)の場合、SW2の押下時には大きな姿勢変化は起こっていないため、平行振れ補正が行われる。撮影準備中にはSW2がOFF状態であり、信号1402のレベルはゼロを示す。SW2の押下のタイミングで平行振れ補正量はゼロに初期化され、初期値をゼロとするオフセットが算出される。信号1402は出力1401からオフセット分を減算したレベルを示し、撮影動作が完了するまで、このオフセットが減算された平行振れ補正量が演算される。これに対して、図11(B)のように、SW2の押下時に大きな姿勢変化が起こっている場合、平行振れ補正が行われないように設定される。SW2の押下のタイミングで信号1403のレベルはゼロに設定されて、撮影動作が完了するまでの間、平行振れ補正量はゼロに保持される。
FIG. 11 is a diagram exemplifying an operation due to an attitude change or SW2 operation for the parallel shake correction. A time change of the
In the case of FIG. 11A, parallel shake correction is performed because no significant change in posture occurs when SW2 is pressed. During shooting preparation, SW2 is in an OFF state, and the level of the
第2実施形態では、SW2の押下時(静止画撮影の動作中)にしか平行振れ補正はできないが、第1実施形態の平行振れ補正の方法を組み合わせてもよい。つまり、SW2の押下による静止画撮影の動作中には上記説明した平行振れ補正が行われる。また、SW2の押下前の撮影準備中や動画撮影においては、第1実施形態で説明した回転半径を用いた平行振れ補正が行われる。こうして、状況に応じた適切な平行振れ補正が可能となる。
第2実施形態によれば、SW2の操作状態、つまりレリーズボタン105が全押し状態であるか否かに応じて、平行振れ補正についてのON/OFF設定を切り替えることができる。これにより、撮影動作中の重力加速度の影響を除去した平行振れ補正が可能となる。よって、第1実施形態で説明した、回転半径を用いた平行振れ補正に比べて、より精度の高い平行振れ補正を行えるので、静止画撮影動作中の防振性能が向上する。
In the second embodiment, the parallel shake correction can be performed only when SW2 is pressed (during still image shooting operation), but the parallel shake correction method of the first embodiment may be combined. That is, the above-described parallel shake correction is performed during the still image shooting operation by pressing SW2. Further, during shooting preparation before pressing SW2 or during moving image shooting, the parallel shake correction using the rotation radius described in the first embodiment is performed. In this way, it is possible to perform appropriate parallel shake correction according to the situation.
According to the second embodiment, the ON / OFF setting for the parallel shake correction can be switched according to the operation state of SW2, that is, whether or not the
[第3実施形態]
次に本発明の第3実施形態を説明する。
第3実施形態に係る防振制御装置が、図6の第1実施形態に係る防振制御装置と相違する点は推定器の構成である。第3実施形態では、図6に破線の矢印で示すように、推定器1501に、駆動部110の駆動指示信号とホール素子の出力とともに、角速度計108の出力が入力される。
図12は、推定器1501での内部処理を示すブロック図である。第3実施形態における平行速度推定器は、以下の点で図7に示す構成例と異なる。
(1)角速度計108の出力を入力として揺れ状態を判定する、揺れ状態判定部1601が設けられていること。
(2)揺れ状態判定部1601の出力を入力とするカルマンゲイン決定部1604が設けられており、その出力はカルマンフィルタ1001に送られ、カルマンゲイン決定部1604で設定されたカルマンゲインを用いて平行速度が推定されること。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
The anti-vibration control device according to the third embodiment is different from the anti-vibration control device according to the first embodiment of FIG. 6 in the configuration of the estimator. In the third embodiment, as indicated by a broken arrow in FIG. 6, the output of the
FIG. 12 is a block diagram showing internal processing in the estimator 1501. The parallel velocity estimator in the third embodiment is different from the configuration example shown in FIG. 7 in the following points.
(1) A shaking
(2) A Kalman
以下、推定平行速度の算出処理を説明する。
揺れ状態判定部1601は角速度計108の出力を取得して揺れ状態量を算出し、カルマンゲイン決定部1604に出力する。揺れ状態判定部1601では、角速度計108の出力が絶対値処理部1602で絶対値に変換された後、LPF処理部1603で高周波成分がカットされる。LPF処理された信号は揺れ状態量として演算される。
Hereinafter, the calculation process of the estimated parallel velocity will be described.
The shaking
揺れ状態判定部1610の処理について図13を参照して説明する。図13(A)は、
角速度計108の出力1701と、絶対値処理部1602の出力1702の時間的変化を例示する。図13(B)はLPF処理部1603の出力1703の時間的変化を例示する。
図13(A)に示す角速度計108の出力1701は、絶対値処理部1602にて絶対値変換され、出力1702が得られ、さらにLPF処理部1603にて、高周波成分をカットされる。LPF処理部1603を構成するLPFのカットオフ周波数は、例えば、0.5Hz以下の周波数に設定され、図13(B)に示す出力1703が得られる。なお、LPF処理部1603は所定期間に亘る移動平均を演算する構成でもよい。
図13(B)に示す期間TA乃至TDのうち、期間TBは手振れが非常に大きな状態を示す。この場合、LPF処理部1603の出力は大きな値で留まるように出力される。また、期間TDは手振れが非常に小さな状態を示す。この場合、LPF処理部1603の出力は小さな値で留まるように出力される。
The processing of the shaking state determination unit 1610 will be described with reference to FIG. FIG.
The time change of the
An
Of the periods TA to TD illustrated in FIG. 13B, the period TB indicates a state in which camera shake is extremely large. In this case, the output of the
LPF処理部1603の出力、即ち揺れ状態判定部1601の出力は、カルマンゲイン決定部1604に入力される。カルマンゲイン決定部1604は揺れ状態に合わせて設定されているカルマンゲインを選択し、カルマンフィルタ1001のパラメータを設定する。カルマンゲイン決定部1604では、図13(B)に示すTh3、Th2、Th1のように、揺れ状態の判定閾値が予め設定されている。LPF処理部1603の出力値をこれらの判定閾値と比較して、どの範囲内にあるかを示す比較結果に応じてカルマンゲインが設定される。すなわち、本例では、Th3を超える範囲と、Th3とTh2の間の範囲、Th2とTh1との間の範囲、Th1未満の範囲についてそれぞれカルマンゲインの値がメモリに記憶されている。
The output of the
揺れ状態に応じて適切な平行速度が推定できるように、揺れ状態量に応じたカルマンゲインが予め求められている。角速度から求めた揺れ状態量に応じて、外乱を事前に予測することで、カルマンゲインを予め設定しておくことができる。本例では、揺れ状態の判定を角速度で行っている。例えば角速度が非常に大きく、平行速度が非常に小さい場合や、角速度が非常に小さく、平行速度が非常に大きい場合には、この揺れ状態判定は平行振れ推定のための適切な値にはなっていない。しかしながら、通常の手持ち撮影の場合、角度振れが非常に小さくて平行振れが非常に大きいという状況は殆どなく、角速度によって求められた揺れ状態量は外乱と相関関係を持っている。よって、角速度から求めた揺れ状態量に応じて予め設定しておいたカルマンゲインを変更することにより、揺れの状況に応じて適切な推定平行速度が得られ、平行振れ補正による防振性能が向上する。 A Kalman gain corresponding to the shaking state amount is obtained in advance so that an appropriate parallel velocity can be estimated according to the shaking state. The Kalman gain can be set in advance by predicting the disturbance in advance according to the shaking state amount obtained from the angular velocity. In this example, the shaking state is determined at the angular velocity. For example, when the angular velocity is very large and the parallel velocity is very small, or when the angular velocity is very small and the parallel velocity is very large, this swing state determination is an appropriate value for estimating the parallel shake. Absent. However, in normal hand-held shooting, there is almost no situation where the angular shake is very small and the parallel shake is very large, and the shake state quantity obtained by the angular velocity has a correlation with the disturbance. Therefore, by changing the Kalman gain set in advance according to the shaking state amount obtained from the angular velocity, an appropriate estimated parallel velocity can be obtained according to the shaking situation, and the anti-vibration performance by parallel shake correction is improved. To do.
[第4実施形態]
次に本発明の第4実施形態を説明する。
図14は第4実施形態に係る防振制御装置の推定器1501の構成例を示すブロック図である。図12と図14の違いは以下の通りである。
(1)カルマンゲイン決定部1604に代えて、入力ゲイン決定部1801が設けられており、入力可変ゲイン部1802、1803を制御すること。
(2)入力可変ゲイン部1802、1803は、ホール素子の出力(相対変位)と駆動指示信号をそれぞれ増幅すること。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration example of the estimator 1501 of the image stabilization control apparatus according to the fourth embodiment. The difference between FIG. 12 and FIG. 14 is as follows.
(1) Instead of the Kalman
(2) The input
第4実施形態では、揺れ状態判定部1601の出力が入力ゲイン決定部1801に入力される。入力可変ゲイン部1802は、入力ゲイン決定部1801の出力に従って、ホール素子の出力(相対変位)を増幅してカルマンフィルタ1001に出力する。また入力可変ゲイン部1803は、入力ゲイン決定部1801の出力に従って、駆動指示信号を増幅して推力変換部1002に出力する。これにより、揺れ状態判定部1601の出力が大きい場合、カルマンフィルタ1001が算出する推定平行速度は大きくなり、揺れ状態判定部1601の出力が小さい場合、カルマンフィルタ1001が算出する推定平行速度は小さくなる。
In the fourth embodiment, the output of the shaking
揺れ状態に応じて適切な平行速度を推定できるように、揺れ状態量に応じてカルマンフィルタ1001への入力信号のゲインが予め求められており、入力ゲイン決定部1801がゲイン値を保持している。揺れが非常に大きい場合、カルマンフィルタ1001からの推定値をそのまま使用してもよいが、揺れが非常に小さい場合には、カルマンフィルタ1001からの推定値が小さくなるようにゲインが設定される。これは、揺れが小さいとき、カルマンフィルタからの平行速度推定値の推定精度が低い場合、誤推定のおそれが生じるためである。つまり、実際の平行速度が小さいにも関わらず、推定平行速度が大きい値で設定されると、平行振れ補正の過補正のため防振性能が低下してしまう。これを防止するために前記のゲイン設定が行われる。通常の手持ち撮影の場合、角度振れが非常に小さくて平行振れが非常に大きいという状況は少ないので、角度振れが非常に小さい場合、平行振れ補正量が大きくなり過ぎないように規制される。
The gain of the input signal to the
第4実施形態によれば、角速度検出信号から求めた揺れ状態量に応じて、予め設定しておいたカルマンフィルタ1001への入力信号のゲインを変更することで、平行速度の誤推定による、平行振れ補正の防振性能の低下を防止できる。
According to the fourth embodiment, by changing the gain of the input signal to the
[第5実施形態]
次に本発明の第5実施形態を説明する。
図15は第5実施形態に係る防振制御装置の推定器1501の構成例を示すブロック図である。図12と図15の違いは以下の通りである。
(1)カルマンゲイン決定部1604に代えて、可変フィルタカットオフ周波数設定部1901が設けられており、可変HPF1902、1903を制御すること。
(2)可変HPF1902、1903は、ホール素子出力(相対変位)と駆動指示信号に対してそれぞれHPF処理を施した信号を出力すること。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 15 is a block diagram illustrating a configuration example of the estimator 1501 of the image stabilization control apparatus according to the fifth embodiment. The difference between FIG. 12 and FIG. 15 is as follows.
(1) Instead of the Kalman
(2) The
第5実施形態では、揺れ状態判定部1601の出力が、可変フィルタカットオフ周波数設定部(以下、カットオフ設定部という)1901に入力され、その出力は可変HPF1902と可変HPF1903にそれぞれ送られる。ホール素子の出力(相対変位)を処理する可変HPF1902は、カットオフ設定部1901の出力に応じてカットオフ周波数が変更され、フィルタ処理後の信号をカルマンフィルタ1001に出力する。また、駆動指示信号を処理する可変HPF1903は、カットオフ設定部1901の出力に応じてカットオフ周波数が変更され、フィルタ処理後の信号を推力変換部1002に出力する。カットオフ設定部1901での、揺れ状態量に応じたカットオフ周波数の設定に従って、揺れ状態判定部1601の出力が大きい場合、カルマンフィルタ1001により算出される推定平行速度は低域ゲインがカットされることなく算出される。また、揺れ状態判定部1601の出力が小さい場合、低域ゲインが小さくされた推定平行速度が算出される。
In the fifth embodiment, the output of the shaking
揺れ状態に応じて適切な平行速度が推定できるように、揺れ状態量に応じてホール素子の出力(相対変位)と駆動指示信号に対するそれぞれの可変HPFのカットオフ周波数が予め設定されている。これにより、揺れ状態量に応じて適切な平行速度推定が可能である。揺れ状態量が閾値以上である場合には、可変HPFのカットオフ周波数を低く設定し、カルマンフィルタ1001による推定値をそのまま使用してよい。しかし、揺れ状態量が閾値未満である場合には、可変HPFのカットオフ周波数を大きく設定することで、カルマンフィルタ1001の推定値の低域ゲインが小さくなるよう設計されている。これは、揺れが小さくカルマンフィルタ1001の平行速度の推定精度が低い場合、誤推定のおそれが生じるからである。つまり、実際の平行速度が小さいにも関わらず、推定平行速度が大きい値で演算された場合、平行振れ補正の過補正のため防振性能が低下してしまう。そこで、前記した可変HPFのカットオフ周波数の設定により、過補正を防止することができる。通常の手持ち撮影の場合、角度振れが非常に小さくて平行振れが非常に大きいという状況は少ないので、角度振れが非常に小さい場合、平行振れ補正の推定値の低域特性について誤演算を防ぐようにフィルタ設定が行われる。
The cut-off frequency of each variable HPF for the output (relative displacement) of the Hall element and the drive instruction signal is set in advance according to the amount of shaking state so that an appropriate parallel velocity can be estimated according to the shaking state. As a result, it is possible to estimate an appropriate parallel velocity according to the shaking state quantity. If the shaking state quantity is equal to or greater than the threshold value, the cutoff frequency of the variable HPF may be set low, and the estimated value by the
第5実施形態によれば、角速度から求めた揺れ状態量に応じて、カルマンフィルタ1001への入力信号を処理する可変HPFのカットオフ周波数を変更することにより、平行速度の誤推定を防止し、平行振れ補正の防振性能を向上させることができる。
According to the fifth embodiment, by changing the cutoff frequency of the variable HPF that processes the input signal to the
[第6実施形態]
次に本発明の第6実施形態を説明する。
図16は第6実施形態に係る防振制御装置の構成例を示す。
第6実施形態では、第1実施形態のように角度振れ補正と平行振れ補正を、駆動部110と振れ補正部111で行うのではなく、角度振れ補正と平行振れ補正を分けて行う。つまり、角度振れ補正については駆動部110と振れ補正部111で行い、平行振れ補正については画像切り出し振れ補正部2001で行う。画像切り出し振れ補正部2001は、出力補正部911の出力する平行振れ補正量に従い、撮像素子107の出力から生成された撮影画像のうち、出力領域をシフトさせて防振処理を行う。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 16 shows a configuration example of the image stabilization control apparatus according to the sixth embodiment.
In the sixth embodiment, the angular shake correction and the parallel shake correction are not performed by the
図6と図16の違いは以下の通りである。
(1)図16には図6に示す加算部912がなく、駆動部110には敏感度調整部903の出力が入力されること。
(2)画像切り出し振れ補正部2001には、出力補正部911の出力が入力されること。
The difference between FIG. 6 and FIG. 16 is as follows.
(1) The
(2) The output of the
図17は、画像切り出し振れ補正部2001の処理により、撮像素子107の出力を用いて生成される撮影画像のうち、出力領域をシフトさせて防振処理を行う様子を説明する図である。
図17は、ある時刻t1に撮影した撮像素子107の出力画像2101aと、その後、所定時間が経過した後(例えば1/30秒後)の時刻t2に撮影した撮像素子107の出力画像2101bを示す。撮影光軸を偏心させて画像ブレを補正する振れ補正手段が設けられていない場合、これらの2つの画像は角度振れと平行振れにより構図が異なる。図16の構成では、角度振れ補正を駆動部110と振れ補正部111で行っており、角度振れは補正されているので、残る平行振れによって構図が異なることになる。
FIG. 17 is a diagram illustrating a state in which the image stabilization process is performed by shifting the output area of the captured image generated using the output of the
FIG. 17 shows an
出力補正部911は水平方向と垂直方向のそれぞれの平行振れ補正量を画像切り出し振れ補正部2001に出力する。画像切り出し振れ補正部2001は、撮影フレーム毎に水平方向と垂直方向のそれぞれの画像切り出し移動量(矢印2102y、矢印2102p参照)を算出し、画像切り出しの移動量分(矢印2102参照)だけ画像切り出し位置を移動(シフト)させる。つまり、矢印2102は平行振れに対応した移動量および補正方向のベクトルを表している。これにより、画像2101aの撮影時刻t1における画像切り出し範囲は画像2013に示す範囲となる。撮影時刻t2の画像2101bにおける画像切り出し範囲も画像2013に示す範囲となり、主被写体である花(画像2104参照)に対して、像ブレなく動画撮影が行える。撮影フレーム毎に画像切り出しによって平行振補正を行うことで、動画撮影中の平行振れ補正を角度振れ補正と同時に行うことができる。
The
第6実施形態では、角度振れ補正については撮影光軸を偏心させて画像ブレを補正する振れ補正手段を用いる。また平行振れ補正については、撮影画像の出力領域を変更して防振処理を行う画像切り出し振れ補正手段を用いる。これにより、角度振れ補正用の駆動範囲と平行振れ補正用の駆動範囲をそれぞれに確保できる。したがって、画像ブレ補正の駆動範囲を大きくすることができるので、防振制御範囲の不足により制御端付近で防振制御性能が急激に低下しないように防止できる。 In the sixth embodiment, the shake correction means for correcting the image blur by decentering the photographing optical axis is used for the angle shake correction. For parallel shake correction, image cutout shake correction means for performing image stabilization processing by changing the output area of a captured image is used. As a result, it is possible to secure a drive range for angle shake correction and a drive range for parallel shake correction, respectively. Therefore, since the image blur correction drive range can be increased, it is possible to prevent the image stabilization control performance from being rapidly deteriorated near the control end due to the lack of the image stabilization control range.
101 撮像装置
106A 角度振れ補正量算出部(第1の補正量算出部)
106B 平行振れ補正量算出部(第2の補正量算出部)
107 撮像素子
108 角速度計
111 振れ補正部
1001 カルマンフィルタ
1601 揺れ状態判定部
1604 カルマンゲイン決定部
1801 入力ゲイン決定部
1802,1803 入力可変ゲイン部
1901 可変フィルタカットオフ周波数設定部
1902,1903 可変HPF
101
106B Parallel shake correction amount calculation unit (second correction amount calculation unit)
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記振れ補正手段の位置を検出する位置検出手段と、
撮像光学系の光軸に対して直交する方向に沿う装置の並進に伴って生じる平行振れを含む装置の振れ量から前記振れ補正手段の補正量を演算する補正量演算手段と、
前記補正量に従って前記振れ補正手段を駆動する駆動手段とを有し、
前記補正量演算手段は、前記振れ補正手段を構成する被駆動部への駆動指示信号および前記被駆動部の位置検出信号を入力として、前記振れ補正手段の振動モデルから構成されるオブザーバ手段を有し、
前記平行振れは、前記オブザーバ手段を用いて演算されることを特徴とする防振制御装置。 An anti-vibration control device that corrects image blur by driving a shake correction unit,
Position detecting means for detecting the position of the shake correcting means;
A correction amount calculating means for calculating a correction amount of the shake correcting means from a shake amount of the apparatus including a parallel shake caused by translation of the apparatus along a direction orthogonal to the optical axis of the imaging optical system;
Driving means for driving the shake correction means according to the correction amount;
The correction amount calculation means has observer means configured by a vibration model of the shake correction means with a drive instruction signal to the driven part constituting the shake correction means and a position detection signal of the driven part as inputs. And
The parallel shake is calculated using the observer means.
前記補正量演算手段は、
前記角速度検出手段による角速度検出信号を用いて、前記撮像光学系の光軸に対して直交する軸を中心とする装置の回転に伴って生じる角度振れの補正量を算出する第1の補正量算出手段と、
前記被駆動部と該被駆動部を支持する固定部との相対変位を状態変数とし、前記振れ補正手段への駆動推力を入力変数として、前記オブザーバ手段を用いて前記平行振れの補正量を算出する第2の補正量算出手段を有し、
前記駆動手段は、前記角度振れの補正量と前記平行振れの補正量を合成した補正量に従って前記振れ補正手段を駆動することを特徴とする請求項1または2に記載の防振制御装置。 Further comprising angular velocity detecting means for detecting the angular velocity of the shake of the device;
The correction amount calculating means includes
A first correction amount calculation for calculating a correction amount of angular shake caused by rotation of the apparatus around an axis orthogonal to the optical axis of the imaging optical system, using an angular velocity detection signal from the angular velocity detection means Means,
Using the observer means to calculate the amount of correction for the parallel shake, using the relative displacement between the driven part and the fixed part that supports the driven part as a state variable and the drive thrust to the shake correction means as an input variable Second correction amount calculating means for
3. The image stabilization control apparatus according to claim 1, wherein the driving unit drives the shake correction unit according to a correction amount obtained by combining the correction amount of the angular shake and the correction amount of the parallel shake. 4.
前記オブザーバ手段によって算出した前記平行振れの推定速度と、前記角速度検出手段による角速度検出信号から補正係数を演算する補正係数演算手段と、
前記補正係数演算手段による前記補正係数を用いて、前記第1の補正量算出手段の出力を補正する出力補正手段を備えることを特徴とする請求項3に記載の防振制御装置。 The second correction amount calculating means includes
Correction coefficient calculation means for calculating a correction coefficient from the estimated speed of the parallel shake calculated by the observer means and the angular velocity detection signal from the angular velocity detection means;
4. The image stabilization control apparatus according to claim 3, further comprising an output correction unit that corrects an output of the first correction amount calculation unit using the correction coefficient by the correction coefficient calculation unit.
前記判定手段の判定結果に対して予め設定されている前記カルマンフィルタのゲインを変更するゲイン決定手段を備えることを特徴とする請求項2に記載の防振制御装置。 Determination means for detecting a swing state from the angular velocity of the shake of the device and comparing it with a threshold;
The image stabilization control apparatus according to claim 2, further comprising a gain determination unit that changes a gain of the Kalman filter set in advance with respect to a determination result of the determination unit.
前記装置の振れの角速度から揺れ状態を検出して閾値と比較する判定手段と、
前記判定手段の判定結果により前記可変ゲイン手段のゲインを変更するゲイン決定手段を備えることを特徴とする請求項2に記載の防振制御装置。 Variable gain means for the drive instruction signal or the position detection signal to the driven part;
Determination means for detecting a swing state from the angular velocity of the shake of the device and comparing it with a threshold;
The anti-vibration control device according to claim 2, further comprising a gain determination unit that changes a gain of the variable gain unit based on a determination result of the determination unit.
前記装置の振れの角速度から揺れ状態を検出して閾値と比較する判定手段と、
前記判定手段の判定結果により前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を変更する設定手段を備えることを特徴とする請求項2に記載の防振制御装置。 A high-pass filter for the drive instruction signal or the position detection signal to the driven part;
Determination means for detecting a swing state from the angular velocity of the shake of the device and comparing it with a threshold;
The image stabilization control apparatus according to claim 2, further comprising a setting unit that changes a cutoff frequency of the high-pass filter based on a determination result of the determination unit.
撮像光学系により結像された被写体像を画像に変換する撮像手段と、
前記振れ補正手段の位置を検出する位置検出手段と、
前記振れ補正手段を駆動する補正量を演算する補正量演算手段と、
前記補正量に従って前記撮像手段からの画像の切り出し範囲を変更する変更手段と、
前記振れ補正手段を駆動する駆動手段とを備え、
前記補正量演算手段は、前記振れ補正手段の駆動量と前記位置検出手段の出力を得て、前記撮像光学系の光軸に対して直交する方向に沿う装置の並進に伴って生じる平行振れを含む装置の振れを検出し、前記補正量を演算し、
前記変更手段は、前記補正量演算手段によって演算された前記平行振れの補正量に従って前記切り出し範囲を変更することを特徴とする撮像装置。 An imaging device that corrects image blur by driving a shake correction unit,
Imaging means for converting a subject image formed by the imaging optical system into an image;
Position detecting means for detecting the position of the shake correcting means;
Correction amount calculating means for calculating a correction amount for driving the shake correcting means;
Changing means for changing a cutout range of the image from the imaging means according to the correction amount;
Drive means for driving the shake correction means,
The correction amount calculation means obtains a drive amount of the shake correction means and an output of the position detection means, and performs parallel shake caused by translation of the device along a direction orthogonal to the optical axis of the imaging optical system. Detecting a shake of a device including the same, calculating the correction amount,
The imaging device according to claim 1, wherein the changing unit changes the cutout range according to a correction amount of the parallel shake calculated by the correction amount calculating unit.
前記補正量演算手段は、
前記角速度検出手段による角速度検出信号を用いて、前記撮像光学系の光軸に対して直交する軸を中心とする装置の回転に伴って生じる角度振れの補正量を算出する第1の補正量算出手段と、
前記振れ補正手段を構成する被駆動部への駆動指示信号および前記被駆動部の位置検出信号を入力として、前記振れ補正手段の振動モデルから構成されるオブザーバ手段を用いて前記平行振れの補正量を算出する第2の補正量算出手段を有し、
前記駆動手段は、前記角度振れの補正量に従って前記振れ補正手段を駆動し、
前記変更手段は、前記平行振れの補正量に従って前記切り出し範囲を変更することを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。 Further comprising angular velocity detecting means for detecting the angular velocity of the shake of the device;
The correction amount calculating means includes
A first correction amount calculation for calculating a correction amount of angular shake caused by rotation of the apparatus around an axis orthogonal to the optical axis of the imaging optical system, using an angular velocity detection signal from the angular velocity detection means Means,
The amount of correction of the parallel shake using the observer means comprising the vibration model of the shake correction means with the drive instruction signal to the driven part constituting the shake correction means and the position detection signal of the driven part as inputs. A second correction amount calculating means for calculating
The driving means drives the shake correction means according to the correction amount of the angular shake,
The imaging apparatus according to claim 8, wherein the changing unit changes the cutout range according to a correction amount of the parallel shake.
前記振れ補正手段の位置を検出する位置検出ステップと、
撮像光学系の光軸に対して直交する方向に沿う装置の並進に伴って生じる平行振れを含む装置の振れ量から前記振れ補正手段の補正量を演算する際、前記振れ補正手段を構成する被駆動部への駆動指示信号および前記被駆動部の位置検出信号を入力として、前記振れ補正手段の振動モデルから構成されるオブザーバ手段を用いて前記平行振れを演算する補正量演算ステップと、
前記補正量に従って前記振れ補正手段を駆動する駆動ステップとを有することを特徴とする防振制御方法。 An image stabilization control method executed by an image stabilization control device that corrects image blur by driving an image stabilization unit,
A position detecting step for detecting a position of the shake correcting means;
When calculating the correction amount of the shake correction means from the shake amount of the apparatus including the parallel shake caused by the translation of the apparatus along the direction orthogonal to the optical axis of the imaging optical system, the shake correction means constituting the shake correction means A correction amount calculating step of calculating the parallel shake using an observer means constituted by a vibration model of the shake correction means, with a drive instruction signal to the drive part and a position detection signal of the driven part as inputs.
And a driving step of driving the shake correction means according to the correction amount.
前記振れ補正手段の位置を検出する位置検出ステップと、
前記振れ補正手段の駆動量と前記位置検出ステップでの位置検出信号を用いて、撮像光学系の光軸に対して直交する方向に沿う装置の並進に伴って生じる平行振れを含む装置の振れを検出し、前記振れ補正手段を駆動する補正量を演算する補正量演算ステップと、
前記平行振れの補正量を取得して撮像手段からの画像の切り出し範囲を変更する変更ステップを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 A control method executed by an imaging device that corrects image blur by driving a shake correction unit,
A position detecting step for detecting a position of the shake correcting means;
Using the drive amount of the shake correction unit and the position detection signal in the position detection step, the shake of the apparatus including the parallel shake caused by the translation of the apparatus along the direction orthogonal to the optical axis of the imaging optical system is detected. A correction amount calculating step for detecting and calculating a correction amount for driving the shake correcting means;
A control method for an imaging apparatus, comprising: a changing step of acquiring a correction amount of the parallel shake and changing a cutout range of an image from the imaging unit.
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