JP2006245642A - 撮像装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 角速度・角度の変化量を容易に求めることができ、さらには高い精度で角度・位置の変化を検出することのできる撮像装置を提供する。
【解決手段】 被写体を撮像する撮像装置本体と、撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出する第１の検出手段と、第１の検出手段とは異なる検出技術を用いて、撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出する第２の検出手段と、第１の検出手段で検出した検出結果（図中、中央部分）と、第２の検出手段で検出した検出結果（図中、上側部分）とを統合して、撮像装置本体の被写体に対する角度または位置に関する情報を作成（図中、下側部分）する情報作成手段とを備えた。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、手振れ補正機能付きのディジタルカメラ等の撮像装置及び撮像方法に関する。

従来より、ディジタルカメラ等の撮像装置の撮影時の手振れを検出する方法が提案されている。例えば、第１、第２、第３の加速度センサを設け、第１の加速センサの出力値と第２の加速度センサの出力値との差から撮影光軸を含んだ面内における回転振動を算出する一方、第２の加速センサの出力値と第３の加速度センサの出力値との差から撮影光軸を含んだ面内と異なる面内における回転振動を算出することにより、手振れを検出する方法がある（特許文献１参照）。

また、独立した３軸のうち、２軸にそれぞれ一対の加速度センサを設け、これら加速度センサ対の出力に応じて、互いに直交する２軸周りの角加速度、角速度及び角度を演算することにより、手振れによるカメラ態位の変化の良好な検出を可能にすることが提案されている（特許文献２参照）。

さらに、手振れによる撮影装置の振れ量を検出し、検出した振れ量により光電変換手段を有する基板を変位させているときに、光電変換手段を有する基板の変位量を検出し、検出した変位量により振れ量を補正して光電変換手段を有する基板を変位させて高精度な振れ補正を行うことが提案されている（特許文献３参照）。
特開２００２−４９０６７号公報 特開２０００−８１６４６号公報 特開２００１−６６６５５号公報

しかしながら、上記従来技術ではいずれのものも、加速度センサのみから角速度を求めているが、角速度の初期値が不定であるため角速度・角度の変化量を求めることができないという問題があった。

また、従来技術ではいずれのものも、角速度の初期値が一定の値をとることが保証されている場合に限って角速度・角度の変化量を求めることができるが、カメラ・携帯電話のような手持ち可能な機器では角速度の初期値は不定値であり、同様に角速度・角度の変化を求めることができないという問題があった。

本発明の課題は、角速度・角度の変化量を容易に求めることができ、さらには高い精度で角度・位置の変化を検出することのできる撮像装置及び方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被写体を撮像する撮像装置本体と、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出する第１の検出手段と、前記第１の検出手段とは異なる検出技術を用いて、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段で検出した検出結果と、前記第２の検出手段で検出した検出結果とを統合して、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置に関する情報を作成する情報作成手段とを備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、情報作成手段が、第１の検出手段で検出した検出結果と、第２の検出手段で検出した検出結果とを統合して、撮像装置本体の被写体に対する角度または位置に関する情報を作成しているので、より精度の高い情報を取得することができる。また、第１の検出手段及び第２の検出手段で検出した検出結果だけからでは足りない情報を互いに補い合うことも可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記第１の検出手段は加速度センサであることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記加速度センサは複数対設けられ、一対を一組にして角加速度を検出することを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１において、前記第１の検出手段は、前記角度または位置を座標軸ごとに単独で検出することを特徴としている。

上記構成によれば、座標軸ごとに単独で検出作業を行えるので全ての軸の統合作業が完了するまでの時間が短縮される。

請求項５に記載の発明は、請求項１において、前記第２の検出手段は、前記角度または位置を座標軸ごとに単独で検出することを特徴としている。

上記構成によれば、請求項４の場合と同様、座標軸ごとに単独で検出作業を行えるので全ての軸の統合作業が完了するまでの時間が短縮される。

請求項６に記載の発明は、請求項１において、前記情報作成手段は、前記角度または位置に関する情報を座標軸ごとに単独で作成することを特徴としている。

上記構成によれば、座標軸ごとに単独で作成作業を行えるので全ての軸の統合作業が完了するまでの時間が短縮される。

請求項７に記載の発明は、請求項１において、前記第２の検出手段で検出した検出結果を用いて運動の有無を判定する判定手段と、前記判定結果が運動無しの場合に、前記情報作成手段が作成する情報を所定の値に設定する設定手段とを有することを特徴としている。

上記構成によれば、第２の検出手段で検出した検出結果からは運動の有無を判定するのに必要な情報量が最低限あればよいので、前記検出結果の中身が少ない場合でも統合を行うことができる。

請求項８に記載の発明は、請求項７において、前記設定手段が設定する情報は角速度または角度であることを特徴としている。

上記構成によれば、第２の検出手段による検出結果の角速度または角度が、第１の検出手段による検出結果の角速度または角度よりも精度が高い場合に、精度を高く求めることができる。

請求項９に記載の発明は、請求項７又は８において、前記設定される所定の値が角度の変位をゼロにすることと同等であることを特徴としている。

請求項１０に記載の発明は、請求項１において、前記情報作成手段が作成する情報の絶対値の設定に前記第２の検出手段で検出した検出結果を用い、前記情報作成手段が作成する情報の相対値の設定に前記第１の検出手段で検出した検出結果を用いることを特徴としている。

上記構成によれば、絶対値の精度が高いに場合に、精度よく角度情報を得ることができる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１において、レリーズ操作が無い場合には、前記情報作成手段は前記統合を行わないことを特徴としている。

上記構成によれば、レリーズ操作が無い場合には情報作成手段は統合を行わないので、省電力の効果がある。

請求項１２に記載の発明は、請求項１において、前記第２の検出手段で検出した検出結果が所定の値になったことを契機として、前記第１の検出手段を実行させる手段を有することを特徴としている。

上記構成によれば、第２の検出手段で検出した検出結果が所定の値にならない間は、第１の検出手段を実行させないので省電力の効果がある。

請求項１３に記載の発明は、請求項１又は１１において、ユーザからの露光開始命令から遡って所定の期間中に前記情報作成手段が前記統合を行わない場合には、露光を行わない手段を有することを特徴としている。

上記構成によれば、統合作業が行われていない場合には露光を行わないので、精度が低い状態での露光を防ぐ効果がある。

請求項１４に記載の発明は、請求項１又は１１において、ユーザからの露光開始命令から遡って所定の期間中に前記情報作成手段が前記統合を行わない場合には、ユーザに警告を発する手段を有することを特徴としている。

上記構成によれば、ユーザに警告を発するので、ユーザはなぜ露光が行われないのかを理解することができる効果がある。

請求項１５に記載の発明は、請求項１において、前記第２の検出手段は、モニタリング画像を用いて、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出することを特徴としている。

上記構成によれば、モニタリング画像を流用することで資源を有効活用する効果がある。

請求項１６に記載の発明は、請求項１において、前記第２の検出手段は、測距装置を用いて、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出することを特徴としている。

上記構成によれば、測距装置のデータを流用するので資源を有効活用する効果がある。

請求項１７に記載の発明は撮像方法に関する発明であり、被写体を撮像する撮像装置本体の撮影時の手振れを補正する際に、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出する第１のステップと、前記第１の検出手段とは異なる検出技術を用いて、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出する第２のステップと、前記第１の検出手段で検出した検出結果と、前記第２の検出手段で検出した検出結果とを統合して、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置に関する情報を作成する第３のステップとを含むことを特徴としている。

本発明によれば、角速度・角度の変化量を容易に求めることができ、さらには高い精度で角度・位置の変化を検出することが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

図１は本発明に係る撮像装置である手振れ補正機能付きのディジタルカメラの外観を示しており、（ａ）はその上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図である。

このディジタルカメラの上面には、レリーズシャッタ（ＳＷ１）、モードダイヤル（ＳＷ２）、及びサブＬＣＤ（１）が設けられている。正面には、ストロボ発光部（３）、光学ファインダ（４）、測距ユニット（５）、リモコン受光部（６）、及び鏡胴ユニット（７）が設けられている。また、正面から見て左側面にはＳＤカード／電池蓋（２）が設けられている。

また、ディジタルカメラの背面には、ＡＦ ＬＥＤ（８）、ストロボＬＥＤ（９）、ＬＣＤモニタ（１０）、ズームスイッチ(WIDE)（ＳＷ３）、ズームスイッチ(TELE)（ＳＷ４）、セルフタイマ／削除スイッチ（ＳＷ５）、メニュスイッチ（ＳＷ６）、上／ストロボスイッチ（ＳＷ７）、右スイッチ（ＳＷ８）、ディスプレイスイッチ（ＳＷ９）、下／マクロスイッチ（ＳＷ１０）、左／画像確認スイッチ（ＳＷ１１）、ＯＫスイッチ（ＳＷ１２）、及び電源スイッチ（ＳＷ１３）が設けられている。

図２は、上記ディジタルカメラの内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、鏡胴ユニット（７）は、被写体の光学画像を取り込むズームレンズ（７−１ａ）及びズーム駆動モータ（７−１ｂ）からなるズーム光学系（７−１）と、フォーカスレンズ（７−２ａ）及びフォーカス駆動モータ（７−２ｂ）からなるフォーカス光学系（７−２）と、絞り（７−３ａ）及び絞りモータ（７−３ｂ）からなる絞りユニット（７−３）と、メカシャッタ（７−４ａ）及びメカシャッタモータ（７−４ｂ）からなるメカシャッタユニット（７−４）と、各モータを駆動するモータドライバ（７−５）とを備えている。そして、モータドライバ（７−５）は、リモコン受光部（６）での入力情報や操作部Ｋｅｙユニット（ＳＷ１〜ＳＷ１３）の操作入力に基づいて、後述するディジタルスチルカメラプロセッサ（１０４）内にあるＣＰＵブロック（１０４−３）からの駆動指令により駆動制御される。

ディジタルスチルカメラプロセッサ（１０４）にはＲＯＭ（１０８）が接続されている。このＲＯＭ（１０８）には、ＣＰＵブロック（１０４−３）にて解読可能なコードで記述された、制御プログラムや制御するためのパラメータが格納されている。このディジタルカメラの電源がオン状態になると、前記プログラムは不図示のメインメモリにロードされ、ＣＰＵブロック（１０４−３）はそのプログラムに従って装置各部の動作を制御するとともに、制御に必要なデータ等を一時的にＲＡＭ（１０７）、及びディジタルスチルカメラプロセッサ（１０４）内にあるＬｏｃａｌ ＳＲＡＭ（１０４−４）に保存する。ＲＯＭ（１０８）に書き換え可能なフラッシュＲＯＭを使用することで、制御プログラムや制御するためのパラメータを変更することが可能となり、機能のバージョンアップが容易に行える。

鏡胴ユニット７内の各レンズの光軸上に設けられたＣＣＤ（１０１）は、光学画像を光電変換するための固体撮像素子である。このＣＣＤ（１０１）にはＦ／Ｅ（フロントエンド）−ＩＣ（１０２）が接続されている。Ｆ／Ｅ−ＩＣ（１０２）は、画像ノイズ除去用相関二重サンプリングを行うＣＤＳ（１０２−１）と、利得調整を行うＡＧＣ（１０２−２）と、ディジタル信号変換を行うＡ／Ｄ（１０２−３）と、ＴＧ（１０２−４）とを備えている。このうち、ＴＧ（１０２−４）は、ＣＣＤ１制御ブロック（１０４−１）より、垂直同期信号（以下、ＶＤと記す。）及び水平同期信号（以下、ＨＤと記す。）を供給され、ＣＰＵブロック（１０４−３）によって制御されるＣＣＤ（１０１）及びＦ／Ｅ−ＩＣ（１０２）の駆動タイミング信号を発生する。

ディジタルスチルカメラプロセッサ（１０４）は、ＣＣＤ（１０１）よりＦ／Ｅ―ＩＣ（１０２）の出力データにホワイトバランス設定やガンマ設定を行い、また、前述したように、ＶＤ信号及びＨＤ信号を供給するＣＣＤ１制御ブロック（１０４−１）、フィルタリング処理により、輝度データ・色差データへの変換を行うＣＣＤ２制御ブロック（１０４−２）、前述した装置各部の動作を制御するＣＰＵブロック（１０４−３）、前述した制御に必要なデータ等を一時的に保存するＬｏｃａｌ ＳＲＡＭ（１０４−４）、パソコンなどの外部機器とＵＳＢ通信を行うＵＳＢブロック（１０４−５）、パソコンなどの外部機器とシリアル通信を行うシリアルブロック（１０４−６）、ＪＰＥＧ圧縮・伸張を行うＪＰＥＧ ＣＯＤＥＣブロック（１０４−７）、画像データのサイズを補間処理により拡大／縮小するＲＥＳＩＺＥブロック（１０４−８）、画像データを液晶モニタやＴＶなどの外部表示機器に表示するためのビデオ信号に変換するＴＶ信号表示ブロック（１０４−９）、撮影された画像データを記録するメモリカードの制御を行うメモリカードコントローラブロック（１０４−１０）、及びＡ／Ｄ変換器（１０４−１１）を備えている。

ディジタルスチルカメラプロセッサ（１０４）にはＳＤＲＡＭ（１０３）が接続されている。このＳＤＲＡＭ（１０３）は、ディジタルスチルカメラプロセッサ（１０４）で画像データに各種処理を施す際に、画像データを一時的に保存する。保存される画像データは、例えば、ＣＣＤ（１０１）からＦ／Ｅ−ＩＣ（１０２）を経由して取り込んで、ＣＣＤ１制御ブロック（１０４−１）でホワイトバランス設定、ガンマ設定が行われた状態の「ＲＡＷ−ＲＧＢ画像データ」、ＣＣＤ２制御ブロック（１０４−２）で輝度データ・色差データ変換が行われた状態の「ＹＵＶ画像データ」、及びＪＰＥＧ ＣＯＤＥＣブロック（１０４−７）でＪＰＥＧ圧縮された「ＪＰＥＧ画像データ」などである。

メモリカードコントローラブロック（１０４−１０）にはメモリカードスロットル（１２１）が接続されている。このメモリカードスロットル（１２１）は、着脱可能なメモリカードを装着するためのスロットルである。また、ディジタルスチルカメラプロセッサ（１０４）には内蔵メモリ（１２０）が接続され、メモリカードスロットル（１２１）にメモリカードが装着されていない場合でも、撮影した画像データを内蔵メモリ（１２０）に記憶できるようになっている。

ＴＶ信号表示ブロック（１０４−９）にはＬＣＤドライバ（１１７）が接続されている。このＬＣＤドライバ（１１７）はＬＣＤモニタ（１０）に駆動するドライブ回路であり、ＴＶ信号表示ブロック（１０４−９）から出力されたビデオ信号を、ＬＣＤモニタ（１０）に表示するための信号に変換する機能も有している。ＬＣＤモニタ（１０）は、撮影前に被写体の状態を監視する、撮影した画像を確認する、メモリカードや前述した内蔵メモリ（１２０）に記録した画像データを表示する、などを行うためのモニタである。

また、ＴＶ信号表示ブロック（１０４−９）にはビデオＡＭＰ（１１８）が接続されている。このビデオＡＭＰ（１１８）は、ＴＶ信号表示ブロック（１０４−９）から出力されたビデオ信号を７５Ωインピーダンス変換するためのアンプである。ビデオＡＭＰ（１１８）には、ＴＶなどの外部表示機器と接続するためのビデオジャック（１１９）が設けられている。

ＵＳＢブロック（１０４−５）にはＵＳＢコネクタ（１２２）が、シリアルブロック（１０４−６）にはシリアルドライバ回路（１２３−１）がそれぞれ接続されている。このうち、ＵＳＢコネクタ（１２２）は、パソコンなどの外部機器とＵＳＢ接続を行うためのコネクタである。またシリアルドライバ回路（１２３−１）は、パソコンなどの外部機器とシリアル通信を行うために、シリアルブロック（１０４−６）の出力信号を電圧変換するための回路である。シリアルドライバ回路（１２３−１）には、パソコンなどの外部機器とシリアル接続を行うためのＲＳ−２３２Ｃコネクタ（１２３−２）が設けられている。

ＣＰＵブロック（１０４−３）にはＳＵＢ−ＣＰＵ（１０９）が接続されている。このＳＵＢ−ＣＰＵ（１０９）は、ＲＯＭ・ＲＡＭをワンチップに内蔵したＣＰＵであり、操作Ｋｅｙユニット（ＳＷ１〜１３）やリモコン受光部（６）の出力信号をユーザの操作情報としてＣＰＵブロック（１０４−３）に出力したり、ＣＰＵブロック（１０４−３）より出力されるカメラの状態を、サブＬＣＤ（１）、ＡＦ ＬＥＤ（８）、ストロボＬＥＤ（９）、ブザー（１１３）の制御信号に変換して出力する。

サブＬＣＤ（１）は、例えば、撮影可能枚数など表示するための表示部であり、ＬＣＤドライバ（１１１）を介してＳＵＢ−ＣＰＵ（１０９）に接続されている。ＬＣＤドライバ（１１１）は、ＳＵＢ−ＣＰＵ（１０９）の出力信号により、サブＬＣＤ（１）を駆動するためのドライブ回路である。

ＡＦ ＬＥＤ（８）は撮影時の合焦状態を表示するためのＬＥＤであり、またストロボＬＥＤ（９）はストロボ充電状態を表すためのＬＥＤである。なお、ＡＦ ＬＥＤ（８）とストロボＬＥＤ（９）を、メモリカードアクセス中などの別の表示用途に使用しても良い。

操作Ｋｅｙユニット（ＳＷ１〜１３）はユーザが操作するＫｅｙ回路であり、またリモコン受光部（６）はユーザが操作したリモコン送信機の信号の受信部である。

また、ＣＰＵブロック（１０４−３）には音声記録ユニット（１１５）が接続されている。この音声記録ユニット（１１５）は、ユーザーが音声信号を入力するマイク（１１５−３）、入力された音声信号を増幅するマイクＡＭＰ（１１５−２）、及び増幅された音声信号を記録する音声記録回路（１１５−１）からなっている。

さらに、ＣＰＵブロック（１０４−３）には音声再生ユニット（１１６）が接続されている。この音声再生ユニット（１１６）は、記録された音声信号をスピーカから出力できる信号に変換する音声再生回路（１１６−１）、変換された音声信号を増幅してスピーカを駆動するためのオーディオＡＭＰ（１１６−２）、及び音声信号を出力するスピーカ（１１６−３）からなっている。

Ａ／Ｄ変換器（１０４−１１）にはアンプ（１２４）を介してセンサ（１２３）が接続されている。このセンサ（１２３）は角速度または加速度を計測するセンサであり、またアンプ（１２４）はセンサ（１２３）からの出力を増幅する。

ＲＯＭ（１０８）にはＤ／Ａ変換器（１２５）が接続され、このＤ／Ａ変換器（１２５）にはアンプ（１２６）を介して圧電素子（１２７）が接続されている。Ｄ／Ａ変換器（１２５）はディジタル信号をアナログ信号に変換し、そのアナログ信号はアンプ（１２６）で増幅され、圧電素子（１２７）に電圧として印加される。圧電素子（１２７）は印加された電圧の大小によって伸縮する。圧電素子（１２７）はＣＣＤ（１０１）に隣接して複数設けられ、これら圧電素子（１２７）の伸縮によりＣＣＤ（１０１）を微小距離移動させることができる。このとき、センサ（１２３）からの入力を基にＣＣＤ（１０１）の微小移動量を制御することで、手振れ補正を行うことができる。なお、圧電素子（１２７）によりＣＣＤ（１０１）を微小距離移動させる機構については後述する。

なお、図２においては、センサ（１２３）は第１の検出手段を、ＣＣＤ（１０１）やＦ／Ｅ−ＩＣ（１０２）は第２の検出手段を、ディジタルスチルカメラプロセッサ（１０４）は情報作成手段をそれぞれ構成している。

本実施例のディジタルカメラは、図３に示すように、二つのモードを有し、これらを遷移する。「モニタリング処理」ブロック内部では、メニュー呼び出しを行うことができ、各種設定を変更することができる。また、「撮影済み画像を再生」ブロック内部では、複数の撮影画像を切り替えることができ、複数の撮影画像を同時にＬＣＤモニタ（１０）に表示させることができる。また、単一の撮影画像を拡大表示することもできる。

図４〜図６はＣＣＤ（１０１）を微小距離移動させる機構を示している。図４に示すように、棒状の圧電素子（１２７）の両サイドには、弓状の板ばね（１２７Ａ）が凸部を圧電素子（１２７）に当接して設けられている。また、図５に示すように、矩形状の基板（１２７Ｂ）が設けられ、この基板（１２７Ｂ）には、ＣＣＤが取り付けられるＣＣＤベース（１２７Ｃ）と、ＣＣＤベース（１２７Ｃ）を基板（１２７Ｂ）上に位置決め固定するための枠体（１２７Ｄ）が設けられている。基板（１２７Ｂ）上には２個の圧電素子（１２７）が互いに直角に配され、これら圧電素子（１２７）は、図６に示すように、板ばね１２７ＡとＣＣＤ（１０１）の側面との間のローラ（１２７Ｅ）を介して、ＣＣＤ（１０１）の側面を押圧できるようになっている。

次に、撮影時の手振れを検出する方法について説明する。

以下の説明では、センサを用いて角速度を計測する方法を計測方法Aと表記し、センサとは別の方法で角速度を計測する方法を計測方法Bと表記する。また、変数を以下のように定義する。なお、Yaw回転はヨーイングを、Pitch回転はピッチングを、Roll回転はローリングをそれぞれ示す。

計測方法AのYaw回転の角加速度 ・・・・・ αyawA(t)
計測方法AのPitch回転の角加速度 ・・・・・ αpitchA(t)
計測方法AのRoll回転の角加速度 ・・・・・ αrollA(t)
計測方法AのYaw回転の角速度 ・・・・・・・ ωyawA(t)
計測方法AのPitch回転の角速度 ・・・・・・・ ωpitchA(t)
計測方法AのRoll回転の角速度 ・・・・・・・ ωrollA(t)
計測方法AのYaw回転の角度 ・・・・・・・・・ θyawA(t)
計測方法AのPitch回転の角度 ・・・・・・・・・ θpitchA(t)
計測方法AのRoll回転の角度 ・・・・・・・・・ θrollA(t)

計測方法BのYaw回転の角加速度 ・・・・・ αyawB(t)
計測方法BのPitch回転の角加速度 ・・・・・ αpitchB(t)
計測方法BのRoll回転の角加速度 ・・・・・ αrollB(t)
計測方法BのYaw回転の角速度 ・・・・・・・ ωyawB(t)
計測方法BのPitch回転の角速度 ・・・・・・・ ωpitchB(t)
計測方法BのRoll回転の角速度 ・・・・・・・ ωrollB(t)
計測方法BのYaw回転の角度 ・・・・・・・・・ θyawB(t)
計測方法BのPitch回転の角度 ・・・・・・・・・ θpitchB(t)
計測方法BのRoll回転の角度 ・・・・・・・・・ θrollB(t)

統合して求めたYaw回転の角加速度 ・・・・・ αyaw(t)
統合して求めたPitch回転の角加速度 ・・・・・ αpitch(t)
統合して求めたRoll回転の角加速度 ・・・・・ αroll(t)
統合して求めたYaw回転の角速度 ・・・・・・・ ωyaw(t)
統合して求めたPitch回転の角速度 ・・・・・・・ ωpitch(t)
統合して求めたRoll回転の角速度 ・・・・・・・ ωroll(t)
統合して求めたYaw回転の角度 ・・・・・・・・・ θyaw(t)
統合して求めたPitch回転の角度 ・・・・・・・・・ θpitch(t)
統合して求めたRoll回転の角度 ・・・・・・・・・ θroll(t)

計測方法AのYaw回転の初期角加速度 ・・・・・ αyawA0
計測方法AのPitch回転の初期角加速度 ・・・・・ αpitchA0
計測方法AのRoll回転の初期角加速度 ・・・・・ αrollA0
計測方法AのYaw回転の初期角速度 ・・・・・・・ ωyawA0
計測方法AのPitch回転の初期角速度 ・・・・・・・ ωpitchA0
計測方法AのRoll回転の初期角速度 ・・・・・・・ ωrollA0
計測方法AのYaw回転の初期角度 ・・・・・・・・・ θyawA0
計測方法AのPitch回転の初期角度 ・・・・・・・・・ θpitchA0
計測方法AのRoll回転の初期角度 ・・・・・・・・・ θrollA0

計測方法BのYaw回転の初期角加速度 ・・・・・ αyawB0
計測方法BのPitch回転の初期角加速度 ・・・・・ αpitchB0
計測方法BのRoll回転の初期角加速度 ・・・・・ αrollB0
計測方法BのYaw回転の初期角速度 ・・・・・・・ ωyawB0
計測方法BのPitch回転の初期角速度 ・・・・・・・ ωpitchB0
計測方法BのRoll回転の初期角速度 ・・・・・・・ ωrollB0
計測方法BのYaw回転の初期角度 ・・・・・・・・・ θyawB0
計測方法BのPitch回転の初期角度 ・・・・・・・・・ θpitchB0
計測方法BのRoll回転の初期角度 ・・・・・・・・・ θrollB0

統合して求めたYaw回転の初期角加速度 ・・・・・ αyaw0
統合して求めたPitch回転の初期角加速度 ・・・・・ αpitch0
統合して求めたRoll回転の初期角加速度 ・・・・・ αroll0
統合して求めたYaw回転の初期角速度 ・・・・・・・ ωyaw0
統合して求めたPitch回転の初期角速度 ・・・・・・・ ωpitch0
統合して求めたRoll回転の初期角速度 ・・・・・・・ ωroll0
統合して求めたYaw回転の初期角度 ・・・・・・・・・ θyaw0
統合して求めたPitch回転の初期角度 ・・・・・・・・・ θpitch0
統合して求めたRoll回転の初期角度 ・・・・・・・・・ θroll0

図７は、センサ（１２３）として３軸の加速度センサを２つ備えたカメラの例である。図７に示したカメラは、Width（幅）が0.1[m]、Depth（奥行き）が0.02[m]、Height（高さ）が0.055[m]であり、図示していない撮影レンズの光軸方向は、奥行き方向に平行、幅方向に垂直である。そして、センサ１とセンサ２は、カメラ筐体内の、奥行き方向（光軸方向）に平行な直線上の異なる２点に配置されている。このように配置することでYaw回転・Pitch回転の角加速度αyawA(t)、αpitchA(t)を求めることができる。求め方を以下に示す。

センサ１の出力が、
[ Ax1(t)[m/s/s], Ay1(t)[m/s/s], Az1(t)[m/s/s] ]
センサ２の出力が
[ Ax2(t)[m/s/s], Ay2(t)[m/s/s],Az2(t)[m/s/s] ]
のとき、
(ベクトル２) - (ベクトル１) = [ Ax2(t) - Ax1(t), Ay2(t) - Ay1(t), Az2(t) - Az1(t) ]であり、
αyaw(t)[rad/s/s] = ( Ax2(t) - Ax1(t) )[m/s/s] / r1[m]
αpitch(t)[rad/s/s] = (Ay2(t) - Ay1(t) )[m/s/s] / r2[m]
と表せる。r1,r2は回転半径である。

0.001[s] < t / 1000[s] < 1.000[s]における角速度は、
ωyaw(t)[rad/s] = [ Σαyaw(i)[rad/s]*Δt[s] ] + ωyaw0[rad/s] (iは0からｔま
で)
で求められる。

0.001[s] < t / 1000[s] < 1.000[s]における角度は、
θyaw(t) = [ Σωyaw(i) *Δt[s] ] (iは0からｔまで)
Δt = 1 / 1000
で求められる。

Pitchも同様に、
ωpitch(t) = [ Σαpitch(i)[rad/s] *Δt[s] ] + ωpitch0 (iは0からｔまで)

θpitch(t) = [ Σωpitch(i)[rad/s] *Δt[s] ] (iは0からｔまで)
ただし、ωyaw0 ωpitch0が決定されないとθを決定することはできない。

画像の動きを検出する方法は、例えば特開２００３−１７８３０９号公報や特開２００４−１５７８５０号公報などで公知となっているが、動きを検出する方法について以下に示す。

２枚の画像の減算処理を行い、減算領域の平均データ量（数値/dot）を求める。２枚の画像が完全に一致した場合には平均データ量はゼロになり、減算したときに２枚の画像のずれが少なければ平均データ量は少なく、ずれが大きければ平均データ量は大きくなる。

２枚のモニタリング画像（640*240画素）を用意し、水平方向に-30画素または0画素または+30画素ずらし、垂直方向には-12画素または0画素または+12画素ずらした位置で２枚を画素減算する（図８に９通りのずらしかたを示す。２枚の画像が重なっている部分が減算領域である）。計９枚の減算画像ができ、平均データ量の一番小さいものを選ぶ。

次に、平均データ量が一番小さいときのずらし量の近傍の数値をずらし量に用いて９枚の減算画像を作成し、平均データ量を求める。これを繰り返し、最後には、１画素ずつずらしたときの平均データ量を求めて、それが一番小さいもののずらし量を画像のずれ量とする（図９参照）。

以下の三つの式を用いてずれ量から角速度を算出する（図１０、図１１及び表１参照）。
(CCD面上でのずれ[m]) = (ずれた画素数[-]) * (画素間の距離) * (リサイズ換算)
(ブレ角度[rad]) = (CCD面上でのずれ[m]) / (焦点距離[m])
(ブレ角速度[rad/s]) = (ブレ角度[rad]) / (フレーム間の時間[s])
ここで、ωyawB(t) = 0と判断されたならばωyaw(t) = 0、ωpitchB(t) = 0と判断されたならばωpitch(t) = 0である。

なお、図１０は焦点距離によるCCDずらし量を、図１１はブレ角とCCD補正移動量との関係をそれぞれ示している。

最後に、計測方法Aからのデータと計測方法Bからのデータの統合方法について示す。ここではYaw回転についてのみ示すが、Pitch回転についてもYaw回転と同様である。

図１２の中で上側部分は、計測方法BからのカメラのYaw回転の角速度の時間推移を表す。
図１２の中で中央部分は、計測方法AからのカメラのYaw回転の角速度の時間推移を表す。
図１２の中で下側部分は、上記上側部分と中央部分のデータを統合して求めた角度の時間推移を表す。

図１３は統合方法のフローチャートを示している。モニタリング時でユーザからの合焦指令が無い場合には、計測方法A、計測方法Bを実施しない。モニタリング時でレリーズシャッター（ＳＷ１）半押しの状態では、まず、計測方法Bを開始する。計測方法Bによって初めてωyawB(t)もしくはωpitchB(t)がゼロとなった時点で計測方法Aを開始する。

ωX、θXは以下の式で求められる。
ωyaw(t) = ωyaw(t-1) + αyaw(t),ωyaw(0) = ωyaw0
θyaw(t) = θyaw(t-1) + ωyaw(t),θyaw(0) = θyaw0
ただし、任意の時刻t=xで計測方法Bからの角速度が再びゼロになった場合（ωyawB(x)=0）には、
ωyaw(x) = 0
θyaw(x) = 0
とする。

露光開始時（t=t3）には、計測方法Bを終了し、θyaw(t3)を保持する。露光中のずれ角度は、θyaw(t)-θyaw(t3)のように表される。

これを補償するように適正量だけCCDをスライドさせる。CCDをスライドさせる方式・アルゴリズムは公知であるが、それらについて簡単に説明する。

図１４はCCDをスライドさせて補正する原理を示している。撮像面（CCD面）がＰ１の位置にあるとき、被写体の像はＯに投影される。しかし、手ブレにより、カメラがθｘ，θｙだけ回転した場合、撮像面はＰ２の位置に移動し、被写体が写る場所がＯ’に移動する。そこで、撮像面がＰ１になるようにｄｘ，ｄｙだけ平行移動してやることにより、被写体の撮像面上での投影位置は元に戻すことができる。

圧電素子（１２７）にかける電圧の昇降に対応して圧電素子（１２７）が伸縮し、ＣＣＤ（１０１）を移動させる。補正時に「伸」「縮」両方向に対応するため露光前にセンタリングを行う。

なお、露光が終了すると計測方法Aを終了する。また、ユーザがレリーズシャッタ（ＳＷ１）を半押しして合焦動作が終了してからユーザがレリーズシャッタ（ＳＷ１）を押し切るまでの間に、計測方法BによってYaw回転・Pitch回転それぞれに一度も角速度が設定されていない場合には、露光を行わない。

次に、実施例２について説明する。ここでは、実施例１の差分のみ示す。

図１５の中で上側部分は、計測方法BからのカメラのYaw回転の角速度の時間推移を表す。
図１５の中で中央部分は、計測方法AからのカメラのYaw回転の角速度の時間推移を表す。
図１５の中で下側部分は、上記上側部分と中央部分のデータを統合して求めた角度の時間推移を表す。

図１６に統合方法のフローチャートを示す。モニタリング時でユーザからの合焦指令が無い状態では、計測方法A、計測方法Bを実施しない。モニタリング時で合焦時中の状態では、計測方法Bを行う。

露光開始時（t=t3）には、ωyawB(t3)を保持し、計測方法Bを終了する。計測方法Aを開始する。
ωyaw(t) = ωyaw(t-1) + αyaw(t),ωY(0) = ωyawB(t3)
θyaw(t) = θyaw(t-1) + ωyaw(t),θY(0) = ωyaw0
露光中には、ずれ角度はθyaw(t)-θyaw(t3)のように表される。露光が終了すると計測方法Aを終了する。

次に、実施例３について説明する。ここでは、実施例１の差分のみ示す。

図１７の中で上側部分は、計測方法BからのカメラのYaw回転の角速度の時間推移を表す。
図１７の中で中央部分は、計測方法AからのカメラのYaw回転の角速度の時間推移を表す。
図１７の中で下側部分は、上記上側部分と中央部分のデータを統合して求めた角度の時間推移を表す。

図１８に統合方法のフローチャートを示す。モニタリング時でユーザからの合焦指令が無い状態では、計測方法A、計測方法Bを実施しない。モニタリング時で合焦時中の状態では、計測方法Bを行う。

初めてωyawB(t)の導出に成功した時点で計測方法Aを開始する。そのとき、
ωyawA(t) = ωyawB(t)
ωyaw(t) = ωyawB(t)
その後導出に成功するごとに、ωyaw(t) = ωyawB(t)とし、ωyaw(t)を更新する。

次に、実施例４について説明する。ここでは、実施例１の差分のみ示す。

計測方法BのYaw回転の角速度を、モニタリング画像の変化以外の方法で計測する例を示す。Pitch回転についてはモニタリング画像の変化を用いる。

測距装置のデータの変化によってPitch回転方向の角速度を算出する。測距ユニットからのデータの推移からブレを検出する方法は公知（特開昭５８−４１０９号公報、特公平５−１０６０３号公報、特開２００１−３３０８６７号公報、及び特願平１１−３１９１６２号公報など）であるが実施の形態を記述する。

センサアレイの特徴の変化を所定時間おきに監視し、特徴が大きく変化していれば“振れ有り”、変化していない又は変化量が少なければ“振れ無し”と判定できる。

以上、本発明の各実施例を詳述してきたが、各実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであるため、本発明は各実施例の構成にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれることは勿論である。

本発明に係る撮像装置である手振れ補正機能付きのディジタルカメラの外観を示しており、（ａ）はその上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図である。 ディジタルカメラの内部構成を示すブロック図である。 ディジタルカメラの動作概要を示すフローチャートである。 圧電素子を示しており、（ａ）はその分解斜視図、（ｂ）は組立斜視図である。 ＣＣＤ取付部を示しており、（ａ）はその分解斜視図、（ｂ）は組立斜視図である。 ＣＣＤを微小距離移動させる機構を示す図である。 （ａ）は加速度センサが配置された状態を示す図、（ｂ）は加速度センサの出力から角加速度を求める原理を示す図である。 モニタリング画像を水平方向及び垂直方向にずらせる様子を示す図である。 画像のずれ量を求める手順を示す図である。 レンズの焦点距離とずれ量との関係を示す図である。 ブレ角とＣＣＤ補正移動量との関係を示す図である。 実施例１を示しており、計測方法Ａ・Ｂによる計測結果を統合して、角度の時間推移を求める様子を示す図である。 図１２の統合方法のフローチャートである。 ＣＣＤをスライドさせて補正する原理を示す図である。 実施例２を示しており、計測方法Ａ・Ｂによる計測結果を統合して、角度の時間推移を求める様子を示す図である。 図１５の統合方法のフローチャートである。 実施例３を示しており、計測方法Ａ・Ｂによる計測結果を統合して、角度の時間推移を求める様子を示す図である。 図１７の統合方法のフローチャートである。

符号の説明

７ 鏡胴ユニット
１０ ＬＣＤモニタ
１０１ ＣＣＤ
１０２ Ｆ／Ｅ−ＩＣ
１０３ ＳＤＲＡＭ
１０４ ディジタルスチルカメラプロセッサ
１０７ ＲＡＭ
１０８ ＲＯＭ
１２０ 内蔵メモリ
１２３ センサ
１２７ 圧電素子

Claims (17)

1. 被写体を撮像する撮像装置本体と、
   前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出する第１の検出手段と、
   前記第１の検出手段とは異なる検出技術を用いて、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出する第２の検出手段と、
   前記第１の検出手段で検出した検出結果と、前記第２の検出手段で検出した検出結果とを統合して、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置に関する情報を作成する情報作成手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１の検出手段は加速度センサであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記加速度センサは複数対設けられ、一対を一組にして角加速度を検出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記第１の検出手段は、前記角度または位置を座標軸ごとに単独で検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記第２の検出手段は、前記角度または位置を座標軸ごとに単独で検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記情報作成手段は、前記角度または位置に関する情報を座標軸ごとに単独で作成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記第２の検出手段で検出した検出結果を用いて運動の有無を判定する判定手段と、
   前記判定結果が運動無しの場合に、前記情報作成手段が作成する情報を所定の値に設定する設定手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記設定手段が設定する情報は角速度または角度であることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記設定される所定の値が角度の変位をゼロにすることと同等であることを特徴とする請求項７又は８に記載の撮像装置。
10. 前記情報作成手段が作成する情報の絶対値の設定に前記第２の検出手段で検出した検出結果を用い、前記情報作成手段が作成する情報の相対値の設定に前記第１の検出手段で検出した検出結果を用いることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
11. レリーズ操作が無い場合には、前記情報作成手段は前記統合を行わないことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
12. 前記第２の検出手段で検出した検出結果が所定の値になったことを契機として、前記第１の検出手段を実行させる手段を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
13. ユーザからの露光開始命令から遡って所定の期間中に前記情報作成手段が前記統合を行わない場合には、露光を行わない手段を有することを特徴とする請求項１又は１１に記載の撮像装置。
14. ユーザからの露光開始命令から遡って所定の期間中に前記情報作成手段が前記統合を行わない場合には、ユーザに警告を発する手段を有することを特徴とする請求項１又は１１に記載の撮像装置。
15. 前記第２の検出手段は、モニタリング画像を用いて、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
16. 前記第２の検出手段は、測距装置を用いて、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
17. 被写体を撮像する撮像装置本体の撮影時の手振れを補正する際に、
    前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出する第１のステップと、
    前記第１の検出手段とは異なる検出技術を用いて、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置を検出する第２のステップと、
    前記第１の検出手段で検出した検出結果と、前記第２の検出手段で検出した検出結果とを統合して、前記撮像装置本体の被写体に対する角度または位置に関する情報を作成する第３のステップとを含むことを特徴とする撮像方法。

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