JP2013113962A - Imaging device with shake correction function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話機等の振れ補正機能付き撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an imaging apparatus with a shake correction function, such as a digital camera or a mobile phone with a camera.
デジタルカメラやカメラ付き携帯電話機等の撮像装置は、ユーザーの手振れ等の振れによる撮影画像の乱れを抑制するために、振れ補正機能を備えた振れ補正機能付き撮像装置として構成されている。より具体的には、振れ補正機能付き撮像装置では、振れの検出結果に基づいて、撮像光学系の光軸に直交する方向への移動、撮像素子の光軸に直交する方向への移動、画像処理部で生成する画像データの光軸に直交する方向への移動等を利用したシフト方式の振れの補正が行われる(例えば、特許文献1参照)。 An imaging apparatus such as a digital camera or a camera-equipped mobile phone is configured as an imaging apparatus with a shake correction function having a shake correction function in order to suppress disturbance of a captured image due to a shake such as a user's hand shake. More specifically, in the imaging apparatus with a shake correction function, based on the shake detection result, movement in the direction orthogonal to the optical axis of the imaging optical system, movement in the direction orthogonal to the optical axis of the imaging element, image Shift-type shake correction using movement of image data generated by the processing unit in a direction orthogonal to the optical axis is performed (for example, see Patent Document 1).
一方、撮像装置において、撮像光学系としては、撮像光学系の焦点距離をfとし、物体高さと撮像光学系の光軸とが成す角度をθw[ラジアン]とし、像高さをHとしたとき、像高さHが、f・tanθwとなるftanθ系の光学系が用いられている。かかるftanθ系の光学系によれば、被写体距離が同じ位置での物体においては、物体高さに比例した像高が得られる。このため、四角い升目を撮影すると、四角い升目を忠実に画像として再現できるので、撮像性能に優れているという利点がある。 On the other hand, in the imaging apparatus, when the focal length of the imaging optical system is f, the angle formed by the object height and the optical axis of the imaging optical system is θw [radian], and the image height is H An ftan θ optical system in which the image height H is f · tan θw is used. According to such an optical system of the ftan θ system, an image height proportional to the object height can be obtained for an object at the same subject distance. For this reason, if a square cell is photographed, the square cell can be faithfully reproduced as an image, and thus there is an advantage of excellent imaging performance.
しかしながら、振れは角度方向が変化するのに対して、シフト方式による振れ補正は、光軸に直交する方向へのシフトを利用したものであるため、振れ補正後の画像に歪が発生することを防止することができない。特に、撮像光学系としてftanθ系の光学系を用いた場合、画像の中心(レンズ光軸中心)の画像ズレを補正するようにシフトした結果、画像の周辺部(像高さが大の領域)では、画像のズレ量が中心付近と大きく異なるため、補正残差が大きく残るという問題点がある。 However, while the shake changes in the angular direction, the shake correction by the shift method uses a shift in a direction orthogonal to the optical axis, so that distortion occurs in the image after shake correction. It cannot be prevented. In particular, when an ftan θ-type optical system is used as the imaging optical system, a shift is made so as to correct an image shift at the center of the image (lens optical axis center), resulting in a peripheral portion of the image (region having a large image height). However, there is a problem that a large correction residual remains because the amount of image shift is greatly different from that near the center.
より具体的には以下の通りである。まず、図4(a)に示すように、物体距離をS、物体高さy、物体高さと光軸とがなす角度をθw、像距離をS′、像高さをhとすると、下式の関係が成り立つ。
物体高さy=S・tanθw ・・式(1)
像高さh=S′・tanθw ・・式(2)
More specifically, it is as follows. First, as shown in FIG. 4A, when the object distance is S, the object height y, the angle between the object height and the optical axis is θw, the image distance is S ′, and the image height is h, The relationship holds.
Object height y = S · tan θw Equation (1)
Image height h = S ′ · tan θw Equation (2)
ここで、図4(b)に示すように、手振れ角度がθの場合、中心物体の像位置hc1、および物体高さyに対応する像高さの位置hm1は、撮像素子の中心を基準にして、以下のように表される。
hc1=S′・tanθ ・・式(3)
hm1=S′・tan(θw+θ) ・・式(4)
Here, as shown in FIG. 4B, when the camera shake angle is θ, the image position hc1 of the central object and the position hm1 of the image height corresponding to the object height y are based on the center of the image sensor. Is expressed as follows.
hc1 = S'.tan.theta .. Equation (3)
hm1 = S ′ · tan (θw + θ) (4)
次に、図4(c)に示すように手振れ補正を行うと、手振れ補正による像のシフト量は、中心画像のフレ補正とするのでhc1そのものである。従って、手振れ補正後において、中心物体の像高さの位置hc2、および物体高さyに対応する像高さの位置hm2は、撮像素子の中心を基準にして、以下の式の通りとなる。
hc2=hc1−hc1=0 ・・式(5)
hm2=hm1−hc1=S′・tan(θw+θ)−S′・tanθ ・・式(6)
Next, when camera shake correction is performed as shown in FIG. 4C, the image shift amount due to camera shake correction is hc1 itself because it is the center image blur correction. Therefore, after the camera shake correction, the position hc2 of the image height of the central object and the position hm2 of the image height corresponding to the object height y are expressed by the following equations with reference to the center of the image sensor.
hc2 = hc1−hc1 = 0 ・ ・ Expression (5)
hm2 = hm1-hc1 = S'.tan (.theta.w + .theta.)-S'.tan.theta. (6)
それ故、手振れ補正後における物体高さyに対応する像高さの位置hm2は、手振れがないときの像高h=S′・tanθwと異なり、この差が補正残差となる。 Therefore, the image height position hm2 corresponding to the object height y after the camera shake correction is different from the image height h = S ′ · tan θw when there is no camera shake, and this difference becomes a correction residual.
例えば、焦点距離fが4.00mm、開口径Dが1.43mm、開口半径Rは0.72mm、F値FNo(f/D)が2.8、NA(R/f)が0.18、θwが30°で、θが1°で算出すると、以下の結果となる。
h=−2.309mm
θw+θ=31.00°
hc1=−0.070mm
hm1=−2.403mm
シフト量=0.070mm
hc2=0
hm2=−2.334mm
振れ補正前後における像高さの変化率=1.049%
For example, the focal length f is 4.00 mm, the opening diameter D is 1.43 mm, the opening radius R is 0.72 mm, the F value FNo (f / D) is 2.8, NA (R / f) is 0.18, If θw is 30 ° and θ is 1 °, the following results are obtained.
h = -2.309mm
θw + θ = 31.00 °
hc1 = -0.070mm
hm1 = -2.403mm
Shift amount = 0.070 mm
hc2 = 0
hm2 = -2.334 mm
Change rate of image height before and after shake correction = 1.049%
このように、シフト方式を利用して振れ補正を行った場合、画像の周辺部では補正残差が大きく残ってしまう。このため、シフト方式を採用した場合、周辺部分の補正残差の影響はやむを得ないとして受け入れるとの対応、周辺部分の補正残差の影響を低減するために手振れ補正量を小さくするとの対応(上式ではθを小さくするとの対応)、あるいは、周辺部分の補正残差の影響を低減するために最大画角を小さくするとの対応(上式ではθwを小さくするとの対応)等が必要であり、画角が大きい撮像装置で、大きな手振れ補正角度を有し、かつ、補正残差の発生しない手振れ補正機能付き撮像装置は実現できないことになる。 As described above, when shake correction is performed using the shift method, a large correction residual remains in the peripheral portion of the image. For this reason, when the shift method is adopted, it is accepted that the influence of the correction residual in the peripheral part is unavoidable, and that the amount of camera shake correction is reduced to reduce the influence of the correction residual in the peripheral part (above In order to reduce the influence of the correction residual in the peripheral part, it is necessary to cope with reducing the maximum angle of view (corresponding to reducing θw in the above expression), etc. It is impossible to realize an imaging apparatus with a camera shake correction function that has a large angle of view and has a large camera shake correction angle and that does not generate a correction residual.
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、シフト方式を利用して振れ補正を行った場合でも、画像の周辺部での補正残差を小さくすることのできる振れ補正機能付き撮像装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus with a shake correction function that can reduce a correction residual in a peripheral portion of an image even when shake correction is performed using a shift method. It is to provide.
上記課題を解決するために、本発明は、撮像光学系と、該撮像光学系の光軸上に配置された撮像素子と、該撮像素子での撮像データに基づいて画像データを生成する画像処理部と、撮像領域を前記光軸に直交する方向にシフトさせて振れ補正を行う振れ補正手段と、を有する振れ補正機能付き撮像装置であって、前記画像処理部は、前記撮像領域の画像データとして、fθ系の画像データを生成することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an image pickup optical system, an image pickup element disposed on the optical axis of the image pickup optical system, and image processing for generating image data based on the image pickup data of the image pickup element. And a shake correction unit having a shake correction function that performs shake correction by shifting the imaging region in a direction orthogonal to the optical axis, wherein the image processing unit includes image data of the imaging region. As described above, fθ system image data is generated.
本発明では、画像処理部において、前記撮像領域の画像データとして、fθ系の画像データを生成し、かかるfθ系の画像データでは、振れが発生した際、シフト方式を利用して画像の中心を補正したときに周辺部分も同時に補正される。従って、シフト方式を利用して振れ補正を行った場合でも、画像の周辺部での補正残差を小さくすることができる。それ故、画角が大きい撮像装置で、大きな手振れ補正角度を有し、かつ、補正残差が小さい手振れ補正機能付き撮像装置を実現することができる。 In the present invention, the image processing unit generates fθ system image data as the image data of the imaging region, and the fθ system image data uses the shift method to center the image when the shake occurs. When the correction is made, the peripheral portion is also corrected at the same time. Therefore, even when shake correction is performed using the shift method, the correction residual at the periphery of the image can be reduced. Therefore, an imaging apparatus with a camera shake correction function having a large camera shake correction angle and a small correction residual can be realized with an imaging apparatus having a large angle of view.
本発明において、前記撮像光学系として、fθ系の光学系を用いた構成を採用することができる。かかる構成によれば、画像処理部は、撮像領域の画像データとして、fθ系の画像データを容易に生成することができる。 In the present invention, a configuration using an fθ optical system can be adopted as the imaging optical system. According to this configuration, the image processing unit can easily generate fθ-based image data as the image data of the imaging region.
本発明においては、前記撮像光学系として、完全なfθ系以外のfθ系の光学系を用い、前記画像処理部は、前記撮像データとしてfθ系の撮像データを取得した後、当該撮像データを座標変換して、前記撮像領域の画像データとして、fθ系の画像データを生成してもよい。かかる構成によれば、撮像光学系として、完全なfθ系の光学系を用いない場合でも、画像処理によって、完全なfθ系の光学系を用いた場合と同様な結果を得ることができる。 In the present invention, an fθ system optical system other than a complete fθ system is used as the imaging optical system, and the image processing unit obtains fθ system imaging data as the imaging data, and then coordinates the imaging data. Conversion may be performed to generate fθ-based image data as the image data of the imaging region. According to this configuration, even when a complete fθ optical system is not used as the imaging optical system, the same result as that obtained when a complete fθ optical system is used can be obtained by image processing.
本発明においては、前記撮像光学系として、fθ系以外の光学系を用い、前記画像処理部は、前記撮像データとして、fθ系以外の撮像データを取得した後、当該撮像データを座標変換して、前記撮像領域の画像データとして、fθ系の画像データを生成してもよい。かかる構成によれば、例えば、振れ補正を行わない場合には、画像データとして、ftanθ系の画像データを生成し、振れ補正を行うときのみ、画像データとして、fθ系の画像データを生成する等の構成を採用することができる。 In the present invention, an optical system other than the fθ system is used as the imaging optical system, and the image processing unit obtains imaging data other than the fθ system as the imaging data, and then coordinates-converts the imaging data. As the image data of the imaging region, fθ-based image data may be generated. According to such a configuration, for example, when shake correction is not performed, ftan θ system image data is generated as image data, and only when shake correction is performed, fθ system image data is generated as image data. The configuration can be adopted.
本発明において、前記画像処理部は、さらに、振れ補正の処理後、fθ系の画像データを座標変換してftanθ系の表示データを出力してもよい。かかる構成によれば、補正残差を解消しつつ、物体を忠実に画像として再現することができる。 In the present invention, the image processing unit may further perform coordinate conversion of fθ system image data and output ftan θ system display data after shake correction processing. According to this configuration, the object can be faithfully reproduced as an image while eliminating the correction residual.
本発明において、前記振れ補正手段は、振れの検出結果に基づいて、前記撮像光学系の前記光軸に直交する方向への移動、前記撮像素子の前記光軸に直交する方向への移動、および前記画像処理部で生成する前記画像データの前記光軸に直交する方向への移動のうちの少なくとも1つの移動により、前記撮像領域を前記光軸に直交する方向にシフトさせる構成を採用することができる。かかる構成によれば、撮像光学系と撮像素子を揺動させて振れ補正を行うスイング方式に比して、構成を簡素化することができる。 In the present invention, the shake correction unit is configured to move the imaging optical system in a direction perpendicular to the optical axis, move the imaging element in a direction perpendicular to the optical axis, based on a shake detection result, and Adopting a configuration in which the imaging region is shifted in a direction orthogonal to the optical axis by at least one of the movements of the image data generated by the image processing unit in a direction orthogonal to the optical axis. it can. According to such a configuration, the configuration can be simplified as compared with the swing method in which the shake correction is performed by swinging the imaging optical system and the imaging element.
本発明では、画像処理部において、前記撮像領域の画像データとして、fθ系の画像データを生成し、かかるfθ系の画像データでは、振れが発生した際、シフト方式を利用して画像の中心を補正した際、周辺部分も補正される。従って、シフト方式を利用して振れ補正を行った場合でも、画像の周辺部での補正残差を小さくすることができる。それ故、画角が大きい撮像装置で、大きな手振れ補正角度を有し、かつ、補正残差が小さい手振れ補正機能付き撮像装置を実現することができる。 In the present invention, the image processing unit generates fθ system image data as the image data of the imaging region, and the fθ system image data uses the shift method to center the image when the shake occurs. When the correction is made, the peripheral portion is also corrected. Therefore, even when shake correction is performed using the shift method, the correction residual at the periphery of the image can be reduced. Therefore, an imaging apparatus with a camera shake correction function having a large camera shake correction angle and a small correction residual can be realized with an imaging apparatus having a large angle of view.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、互いに直交する3方向を各々X軸、Y軸、Z軸とし、光軸に沿う方向をZ軸とする。また、以下の説明では、各方向の振れのうち、X軸周りの回転は、いわゆるピッチング(縦揺れ)に相当し、Y軸周りの回転は、いわゆるヨーイング(横揺れ)に相当し、Z軸周りの回転は、いわゆるローリングに相当する。また、X軸の一方側には+Xを付し、他方側には−Xを付し、Y軸の一方側には+Yを付し、他方側には−Yを付し、Z軸の一方側(被写体側とは反対側)には+Zを付し、他方側(被写体側)には−Zを付してある。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the three directions orthogonal to each other are defined as an X axis, a Y axis, and a Z axis, respectively, and a direction along the optical axis is defined as a Z axis. Further, in the following description, among the shakes in each direction, rotation around the X axis corresponds to so-called pitching (pitch), rotation around the Y axis corresponds to so-called yawing (roll), and Z axis The rotation around corresponds to so-called rolling. Also, + X is attached to one side of the X axis, -X is attached to the other side, + Y is attached to one side of the Y axis, -Y is attached to the other side, and one side of the Z axis is attached. The side (opposite to the subject side) is marked with + Z, and the other side (subject side) is marked with -Z.
[実施の形態1]
(全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る振れ補正機能付き撮像装置を搭載した機器の説明図であり、図1(a)、(b)は、手振れの説明図、および手振れをシフト方式で補正する様子を示す説明図である。
[Embodiment 1]
(overall structure)
FIG. 1 is an explanatory diagram of an apparatus equipped with an image pickup apparatus with a shake correction function according to
図1に示す振れ補正機能付き撮像装置100は、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話機等の光学機器1000に搭載される。かかる光学機器1000において、振れ補正機能付き撮像装置100は、撮像光学系1と、撮像光学系の光軸L上に配置された撮像素子2と、撮像素子2での撮像データに基づいて画像データを生成する画像処理部3とを有しており、画像処理部3は、生成した画像データを画像データとして、光学機器1000に設けられた記録装置等に出力する。
An
また、光学機器1000において、撮影時にピッチングやヨーイング等の手振れ等の振れが発生すると、撮像画像に乱れが発生する。そこで、本形態の振れ補正機能付き撮像装置100では、ジャイロスコープ等の振れ検出センサによる検出結果、あるいは画像処理部3での画像変化の監視結果等に基づいて、シフト方式による振れ補正を行う振れ補正手段4が設けられている。本形態において、振れ補正手段4は、振れの検出結果に基づいて、撮像光学系1の光軸Lに直交する方向への移動(図1(b)の実線S1参照)、撮像素子2の光軸Lに直交する方向への移動(図1(b)の一点鎖線S2参照)、および画像処理部3で生成する画像データの光軸Lに直交する方向への移動(図1(b)の二点鎖線S3参照)のうちの少なくとも1つの移動を行わせることにより、撮像対象領域を光軸Lに直交する方向にシフトさせ、画像データに対する振れの影響を防止する。その際のシフト量については、フィードバック制御あるいはオープン制御のいずれであっても本発明を適用することができる。
In addition, in the
以下、振れ補正手段4が、振れの検出結果に基づいて、撮像光学系1を光軸Lに直交する方向に移動させる場合を例に本形態の特徴等を説明するが、振れ補正手段4が、撮像素子2の光軸Lに直交する方向に移動させる構成や、画像処理部3で生成する画像データを光軸Lに直交する方向に移動させる構成を採用した場合でも、本発明を適用することができる。
Hereinafter, the features and the like of the present embodiment will be described by taking as an example a case where the shake correction unit 4 moves the imaging
(fθ系の定義)
図2は、本発明の実施の形態1に係る振れ補正機能付き撮像装置における手振れ補正の影響を示す説明図であり、図2(a)、(b)、(c)は、手振れが発生する前の状態を示す説明図、手振れが発生した状態を示す説明図、手振れを補正した後の状態を示す説明図である。図3は、本発明においてfθ系として定義した範囲内における物体高さと像高さとの関係を示す説明図である。
(Definition of fθ system)
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the influence of camera shake correction in the imaging apparatus with a camera shake correction function according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 2A, 2B, and 2C show camera shake. It is explanatory drawing which shows the previous state, explanatory drawing which shows the state which camera shake generate | occur | produced, and explanatory drawing which shows the state after correcting camera shake. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the object height and the image height within the range defined as the fθ system in the present invention.
本形態において、画像処理部3は、振れ補正後の画像データとして、fθ系の画像データを生成する。より具体的には、本形態では、撮像光学系1として、fθ系の光学系を用いる。ここで、fθ系の光学系としては、完全なfθ系でなくても、以下に定義において、ftanθ系からみてfθ系に近いものであればよい。すなわち、完全なfθ系の場合、下式を満たす。
H=f・θw
f=撮像光学系の焦点距離
H=像高さ
θw=物体高さと光軸とが成す角度[ラジアン]
但し、本形態では、以下の式を満たす場合も、fθ系と定義する。
abs(H−(f・θw))≦abs(H−(f・tanθw)) ・・式(7)
abs=絶対値の演算
In this embodiment, the
H = f · θw
f = focal length of imaging optical system H = image height θw = angle formed by object height and optical axis [radians]
However, in this embodiment, even when the following expression is satisfied, it is defined as an fθ system.
abs (H− (f · θw)) ≦ abs (H− (f · tan θw)) Equation (7)
abs = calculation of absolute value
さらに厳密には、完全なfθ系を用いた場合に対して、完全なfθ系の条件と完全なftanθ系の条件との差の±1/2に相当する範囲にある構成をfθ系と定義する。かかる条件は、以下の式で示すことができる。 More strictly, the configuration in the range corresponding to ± 1/2 of the difference between the conditions of the complete fθ system and the conditions of the complete ftan θ system is defined as the fθ system compared with the case where the complete fθ system is used. To do. Such conditions can be expressed by the following equation.
完全なftanθ系の場合、図4を参照して説明したように、物体距離をS、物体高さをy、物体高さと光軸とがなす角度をθw、像距離をS′、像高さをhとすると、以下の関係にある。
物体高さy=S・tanθw ・・式(8)
像高さh=S′・tanθw ・・式(9)
式(8)、式(9)より、
h=(S′/S)・y ・・式(10)
In the case of a complete ftan θ system, as described with reference to FIG. 4, the object distance is S, the object height is y, the angle between the object height and the optical axis is θw, the image distance is S ′, and the image height. Where h is the following relationship.
Object height y = S · tan θw Equation (8)
Image height h = S ′ · tan θw Equation (9)
From Equation (8) and Equation (9),
h = (S ′ / S) · y (10)
これに対して、完全なfθ系の場合、図2に示すように、物体距離をS、物体高さをY、物体高さと光軸とがなす角度をθw、像距離をS′、像高さをHとすると、以下の関係にある。
物体高さY=S・tanθw ・・式(11)
像高さH=S′・θw ・・式(12)
式(11)、式(12)より、
H=S′・tan-1(Y/S)・・式(13)
On the other hand, in the case of a complete fθ system, as shown in FIG. 2, the object distance is S, the object height is Y, the angle between the object height and the optical axis is θw, the image distance is S ′, and the image height. If H is H, the following relationship is established.
Object height Y = S · tan θw Equation (11)
Image height H = S '· θw ··· Formula (12)
From Equation (11) and Equation (12),
H = S ′ · tan −1 (Y / S)... (13)
なお、物体高さのyとYは同じものである。
従って、
式(10)、式(13)で計算されるh、Hを用いて表すと、本発明では、H±((h−H)/2)に相当する範囲をfθ系とする。
The object height y and Y are the same.
Therefore,
In the present invention, the range corresponding to H ± ((h−H) / 2) is defined as the fθ system when expressed using h and H calculated by Expression (10) and Expression (13).
このような範囲を設定した場合において、物体高さと像高さとは、図3に示すように表わされる。図3において、実線L0は、完全なftanθ系の場合の物体高さと像高さとの関係を示し、実線L1は、完全なfθ系の場合の物体高さと像高さとの関係を示し、実線L11は、fθ系の上限における物体高さと像高さとの関係を示し、実線L12は、fθ系の下限における物体高さと像高さとの関係を示している。 When such a range is set, the object height and the image height are expressed as shown in FIG. In FIG. 3, a solid line L0 indicates the relationship between the object height and the image height in the case of the complete ftan θ system, and a solid line L1 indicates the relationship between the object height and the image height in the case of the complete fθ system, and the solid line L11. Indicates the relationship between the object height and the image height at the upper limit of the fθ system, and the solid line L12 indicates the relationship between the object height and the image height at the lower limit of the fθ system.
それ故、本発明における「fθ系」とは、実線L11と実線L12とに挟まれた条件範囲を満たす構成そ意味する。また、「完全なfθ系」とは、実線L1で示す条件を満たす構成を意味する。従って、「完全なfθ系以外のfθ系」とは、実線L11と実線L12とに挟まれた条件範囲を満たす構成のうち、実線L11で示す条件を満たす構成を除く構成を意味する。一方、「fθ系以外」とは、実線L11と実線L12とに挟まれた条件範囲うを満たさない構成を意味する。 Therefore, the “fθ system” in the present invention means a configuration that satisfies the condition range sandwiched between the solid line L11 and the solid line L12. Further, the “complete fθ system” means a configuration that satisfies the condition indicated by the solid line L1. Therefore, “an fθ system other than a perfect fθ system” means a configuration excluding a configuration satisfying the condition range indicated by the solid line L11 among the configurations satisfying the condition range sandwiched between the solid line L11 and the solid line L12. On the other hand, “other than the fθ system” means a configuration that does not satisfy the condition range between the solid line L11 and the solid line L12.
(手振れ補正時の補正残差)
本形態の振れ補正機能付き撮像装置100においては、撮像光学系1として、fθ系の光学系を用いたため、いかに説明するように、手振れ補正の際、シフト方向を利用して画像の中心を補正したとき画像の周辺部も同時に補正される。従って、シフト方式を利用でして振れ補正を行った場合でも、画像の周辺部での補正残差を小さくすることができる。
なお、以下の説明では、原理がわかりやすいように、図3に実線L1で示した完全なfθ系の光学系を用いた場合を説明する。
(Correction residual during camera shake correction)
In the
In the following description, a case where a complete fθ optical system indicated by a solid line L1 in FIG. 3 is used will be described for easy understanding of the principle.
まず、本形態では、撮像光学系1として、fθ系の光学系を用いたため、図2(a)にしめすように、物体距離をS、物体高さをY、物体高さと光軸とがなす角度をθw、像距離をS′、像高さをHとすると、以下の関係となる。
物体高さY=S・tanθw ・・式(14)
像高さH=S′・θw ・・式(15)
First, in this embodiment, since the fθ optical system is used as the imaging
Object height Y = S · tan θw Equation (14)
Image height H = S '· θw ··· Equation (15)
かかるfθ系の光学系においては、周辺部分では中心部に比して画像の歪み(歪曲収差、ディストーション)がftanθ系の光学系を用いた場合より大きく、例えば、物体高さと光軸とがなす角度θwが35°である場合、像高さの歪みは−13%程度となる。 In such an fθ optical system, image distortion (distortion aberration, distortion) is larger in the peripheral part than in the central part, compared to the case where the ftan θ optical system is used. When the angle θw is 35 °, the distortion of the image height is about −13%.
ここで、図2(b)に示すように、手振れ角度がθの場合、中心物体の像位置Hc1、および物体高さyに対応する像高さの位置Hm1は、撮像素子2の中心を基準にして、以下の式の通りとなる。
Hc1=S′・θ ・・式(16)
Hm1=S′・(θw+θ) ・・式(17)
Here, as shown in FIG. 2B, when the camera shake angle is θ, the image position Hc1 of the central object and the position Hm1 of the image height corresponding to the object height y are based on the center of the
Hc1 = S '· θ Equation (16)
Hm1 = S ′ (θw + θ) Equation (17)
次に、図2(c)に示すように手振れ補正を行うと、手振れ補正による像のシフト量は、中心画像のフレ補正とするのでHc1そのものである。従って、手振れ補正後において、中心物体の象高さの位置Hc2、および物体高さYに対応する像高さの位置Hm2は、撮像素子の中心を基準にして、以下の式の通りとなる。
Hc2=Hc1−Hc1=0 ・・式(18)
Hm2=Hm1−Hc1=S′・(θw+θ)−S′・θ=S′・θw ・・式(19)
それ故、手振れ補正後における物体高さYに対応する像高さの位置Hm2は、手振れがないときの像高さH=S′・θwと等しく、補正残差が発生しない。
Next, when camera shake correction is performed as shown in FIG. 2C, the image shift amount due to camera shake correction is Hc1 itself because it is the center image blur correction. Accordingly, the position Hc2 of the elephant height of the central object and the position Hm2 of the image height corresponding to the object height Y after the camera shake correction are expressed by the following formulas based on the center of the image sensor.
Hc2 = Hc1−Hc1 = 0 ../ Expression (18)
Hm2 = Hm1−Hc1 = S ′ · (θw + θ) −S ′ · θ = S ′ · θw (19)
Therefore, the image height position Hm2 corresponding to the object height Y after the camera shake correction is equal to the image height H = S ′ · θw when there is no camera shake, and no correction residual is generated.
例えば、焦点距離fが4.00mm、開口径Dが1.43mm、開口半径Rは0.72mm、F値FNo(f/D)が2.8、NA(R/f)が0.18、θwが30°で、θが1°で算出すると、以下の結果となり、シフト方式を利用して振れ補正を行った場合でも、画像の周辺部では補正残差が残らない。
H=−2.094mm
θw+θ=31.00°
Hc1=−0.070mm
Hm1=−2.164
シフト量=0.070mm
Hc2=0
Hm2=−2.094
振れ補正前後における像高さの変化率=0%
For example, the focal length f is 4.00 mm, the opening diameter D is 1.43 mm, the opening radius R is 0.72 mm, the F value FNo (f / D) is 2.8, NA (R / f) is 0.18, When θw is 30 ° and θ is 1 °, the following results are obtained. Even when shake correction is performed using the shift method, no correction residual remains in the peripheral portion of the image.
H = -2.094mm
θw + θ = 31.00 °
Hc1 = -0.070mm
Hm1 = −2.164
Shift amount = 0.070 mm
Hc2 = 0
Hm2 = −2.094
Change rate of image height before and after shake correction = 0%
なお、θwが30°以外の角度であっても、振れ補正前後における像高さの変化率は0%である。また、図3に実線L1で示した完全なfθ系の光学系に代えて、図3に実線L11、L12で示した完全なfθ系以外のfθ系の光学系を用いた場合には、シフト方式を利用して振れ補正を行った場合でも、画像の周辺部では補正残差が小さい。 Even when θw is an angle other than 30 °, the rate of change of the image height before and after shake correction is 0%. Further, in place of the complete fθ system optical system shown by the solid line L1 in FIG. 3, when an fθ optical system other than the complete fθ system shown by the solid lines L11 and L12 in FIG. Even when shake correction is performed using this method, the correction residual is small at the periphery of the image.
(本形態の主な効果)
このように本形態では、シフト方式による振れ補正を採用する一方、撮像光学系1としてfθ系の光学系を用いているため、ftanθ系の光学系を用いた場合と違って、画像の周辺部では補正残差が残らないか、補正残差が極めて小さい。従って、本形態によれば、周辺部分の補正残差の影響はやむを得ないとして受け入れる必要がなく、周辺部分の補正残差の影響を低減するために手振れ補正量を小さくするとの対応(上式ではθを小さくするとの対応)や、周辺部分の補正残差の影響を低減するために最大画角を小さくするとの対応(上式ではθwを小さくするとの対応)等も不要である。それ故、画角が大きい撮像装置で、大きな手振れ補正角度を有し、かつ、補正残差が小さい手振れ補正機能付き撮像装置100を実現することができる。
(Main effects of this form)
As described above, in the present embodiment, the shake correction based on the shift method is employed, and since the fθ optical system is used as the imaging
また、本形態では、撮像光学系1としてfθ系の光学系を用いたため、画像処理部3において、座標変換等の処理を行なわなくても、撮像領域の画像データとして、fθ系の画像データを生成することができ、画像の周辺部では補正残差が残らないか、補正残差が極めて小さい。
In this embodiment, since an fθ optical system is used as the imaging
[実施の形態2]
上記実施の形態1では、撮像光学系1としてfθ系の光学系を用いたが、撮像光学系1としてfθ系以外の光学系を用いた場合、例えば、撮像光学系1としてftanθ系の光学系を用いた場合、画像処理部3において、撮像素子2から撮像データとしてftanθ系の撮像データを取得した後、撮像データを座標変換して、撮像領域の画像データとして、fθ系の画像データを生成してもよい。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, an fθ optical system is used as the imaging
この場合、画像データとして、常時、fθ系の画像データを生成してもよいし、振れ補正を行わない場合には、画像データとして、ftanθ系の画像データを生成し、振れ補正を行うときのみ、画像データとして、fθ系の画像データを生成する等の構成を採用してもよい。 In this case, fθ system image data may be generated as image data at all times. When shake correction is not performed, only when ftan θ system image data is generated and shake correction is performed. The image data may be configured to generate fθ system image data.
[実施の形態3]
上記実施形態の1では、撮像光学系1としてfθ系の光学系を用い、画像処理部3において、座標変換を行なわずに、fθ系の画像データを生成したが、撮像光学系1として、完全なfθ系ではないfθ系の光学系を用い、さらに、画像処理部3において、撮像素子2から出力された撮像データを座標変換して、撮像領域の画像データとして、fθ系の画像データを生成してもよい。かかる構成によれば、図3に実線L1で示した完全なfθ系の光学系に代えて、図3に実線L11、L12で示した完全なfθ系以外のfθ系の光学系を用いた場合でも、画像の周辺部では補正残差が残らない構成とすることができる。
[Embodiment 3]
In the first embodiment, an fθ optical system is used as the imaging
[実施の形態4]
上記実施の形態1〜3では、画像処理部3において生成したfθ系の画像データで振れ補正を行い、fθ系の画像データを表示データとして用いる構成であったが、画像処理部3において、振れ補正を行った後に、fθ系の画像データを座標変換してftanθ系の表示データを生成し、かかるftanθ系の表示データを出力してもよい。かかる構成によれば、θ系の画像データで振れ補正を行った際に像の周辺部での補正残差が残らない状態、あるいは補正残差が小さい状態にある。このため、振れ補正を行った後に、fθ系の画像データを座標変換してftanθ系の表示データを生成すれば、fθ系の画像では、周辺部分が中心付近に対して歪曲し、見栄えがよくないという欠点を解消しつつ、画像の周辺部での補正残差が残らない構成、あるいは補正残差が小さい構成とすることができる。また、撮像対象や撮像条件等によって、画像処理部3において生成したfθ系の画像データを表示データとして用いるか、fθ系の画像データを座標変換して得たftanθ系の表示データを用いるかを切り替え可能なように構成してもよい。
[Embodiment 4]
In the first to third embodiments, the shake correction is performed using the fθ image data generated by the
[他の実施の形態]
本発明を適用した振れ補正機能付きの光学ユニット100は、携帯電話機やデジタルカメラ等の他、冷蔵庫等、一定間隔で振動を有する装置内に固定し、遠隔操作可能にしておくことで、外出先、たとえば買い物の際に、冷蔵庫内部の情報を得ることができるサービスに用いることもできる。かかるサービスでは、姿勢安定化装置付きのカメラシステムであるため、冷蔵庫の振動があっても安定な画像を送信可能である。また、本装置を児童、学生のカバン、ランドセルあるいは帽子等の、通学時に装着するデバイスに固定してもよい。この場合、一定間隔で、周囲の様子を撮影し、あらかじめ定めたサーバへ画像を転送すると、この画像を保護者等が、遠隔地において観察することで、子供の安全を確保することができる。かかる用途では、カメラを意識することなく移動時の振動があっても鮮明な画像を撮影することができる。また、カメラモジュールのほかにGPSを搭載すれば、対象者の位置を同時に取得することも可能となり、万が一の事故の発生時には、場所と状況の確認が瞬時に行える。さらに、本発明を適用した振れ補正機能付きの光学ユニット100を自動車において前方が撮影可能な位置に搭載すれば、ドライブレコーダーとして用いることができる。また、本発明を適用した振れ補正機能付きの撮像装置100を自動車において前方が撮影可能な位置に搭載して、一定間隔で自動的に周辺の画像を撮影し、決められたサーバに自動転送してもよい。また、カーナビゲーションの道路交通情報通信システム等の渋滞情報と連動させて、この画像を配信することで、渋滞の状況をより詳細に提供することができる。かかるサービスによれば、自動車搭載のドライブレコーダーと同様に事故発生時等の状況を、意図せずに通りがかった第三者が記録し状況の検分に役立てることもできる。また、自動車の振動に影響されることなく鮮明な画像を取得できる。かかる用途の場合、電源をオンにすると、制御部に指令信号が出力され、かかる指令信号に基づいて、振れ制御が開始される。
[Other embodiments]
The
1 撮像光学系
2 撮像素子
3 画像処理部
4 振れ補正手段
100 振れ補正機能付撮像装置
1000 光学機器
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記画像処理部は、前記撮像領域の画像データとして、fθ系の画像データを生成することを特徴とする振れ補正機能付き撮像装置。 An imaging optical system, an imaging device disposed on the optical axis of the imaging optical system, an image processing unit that generates image data based on imaging data of the imaging device, and an imaging region orthogonal to the optical axis An image pickup apparatus with a shake correction function having shake correction means for performing shake correction by shifting in a direction,
The image processing unit generates an image data of an fθ system as image data of the imaging region, and an imaging apparatus with a shake correction function.
前記画像処理部は、前記撮像データとしてfθ系の撮像データを取得した後、当該撮像データを座標変換して、前記撮像領域の画像データとして、fθ系の画像データを生成することを特徴とする請求項1または2に記載の振れ補正機能付き撮像装置。 As the imaging optical system, an fθ system optical system other than a complete fθ system is used,
The image processing unit acquires fθ imaging data as the imaging data, and then performs coordinate conversion of the imaging data to generate fθ image data as image data of the imaging region. The imaging apparatus with a shake correction function according to claim 1.
前記画像処理部は、前記撮像データとしてfθ系以外の撮像データを取得した後、当該撮像データを座標変換して、前記撮像領域の画像データとして、fθ系の画像データを生成することを特徴とする請求項1に記載の振れ補正機能付き撮像装置。 An optical system other than the fθ system is used as the imaging optical system,
The image processing unit obtains imaging data other than the fθ system as the imaging data, and then performs coordinate conversion on the imaging data to generate fθ system image data as the image data of the imaging region. The imaging apparatus with a shake correction function according to claim 1.
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