JP2014021464A - ブレ量検出装置、撮像装置及びブレ量検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加速度センサ等で発生する誤差が抑えられた並進移動量を算出する。
【解決手段】本発明に係るブレ量検出装置は、第１加速度を時間積分して第１速度を算出する第１積分処理と、第１速度を時間積分して第１軸方向の移動量を算出する第２積分処理と、第３角速度が０になる第１タイミングから、再度０になる第２タイミングまでの第１加速度を時間積分した第１速度変化と、第１タイミングにおける第２角速度と、第２タイミングにおける第２角速度に基づいて、第１軸方向の推定第１速度を算出する推定処理と、第１積分処理で算出した第１速度を、推定処理で推定した推定第１速度に更新する更新処理と、を実行することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、手振れなどで発生するブレ量を検出するブレ量検出装置、及び、ブレ量検出装置を搭載した撮像装置に関する。

近年手ブレ補正機能を搭載した撮像装置（カメラ）が一般的になり、三脚等を使用せずにカメラを手で持って撮影する手持ち撮影において、特に注意しなくても像ブレの無い良好な画像を撮影できるようになってきた。

しかしながら、手ブレ補正の性能も未だ十分でなく、特に露光時間が長くなる長秒撮影時には、十分に手ブレを補正しきれない場合があり、撮像装置の手ブレ補正性能が撮影画像の品質に大きく影響する。特に、マクロ領域での長秒撮影を行う場合では、現在用いられている手ブレ補正機能では、十分な性能が得られない場合が多い。

手ブレは、撮像装置の光軸の角度が変化することで発生する所謂、角度ブレと、カメラ本体が光軸とは垂直方向に移動することで発生する所謂、並進ブレとに分けることができる。現在用いられている手ブレ補正機能の多くが角度ブレのみを補正するに留まるものであり、並進ブレの補正を行っていない。この並進ブレは、像倍率が低い場合には特に気にならないが、像倍率が高くなるにつれて並進ブレが撮影画像の品質に及ぼす影響も大きくなる。このため、現在用いられている手ブレ補正機能では、前述したようにマクロ領域で十分な性能が得られない。

上記のような問題を解決方法として、特許文献１には、カメラに作用する三軸方向の加速度を検出する加速度検出装置と、カメラに作用する三軸回りの角速度を検出する角速度検出装置と、三軸方向の加速度及び三軸回りの角速度からカメラ座標系と静止座標系との間の座標変換マトリクスを演算する姿勢検出手段と、前記座標マトリクスからカメラ座標系における重力加速度成分を演算する重力加速度成分演算手段を備え、加速度検出装置の出力から前記重力加速度成分を除去して並進運動の位置を算出し、補正駆動量演算手段は、これらに基づいて像振れ量を算出する像振れ補正カメラが開示されている。

特開平７−２２５４０５号公報

特許文献１の像振れ補正カメラでは、カメラの撮像面に対して、縦方向及び、横方向の加速度検出結果から重力加速度の影響を除去した加速度を積分して速度を算出し、さらに、その速度を積分することで並進移動量を算出している。

しかしながら、加速度センサは、周囲の温度や、センサ自体が持つ特性により、基準電圧に対して誤差を持つ場合がある。この誤差を持つ状態で、長い期間積分を繰り返すと誤差が拡大し、実際に求められる速度及び、移動量か大きくずれてしまい、正確な検出ができない。

本発明は、このような問題に着眼しなされたものであり、加速度センサの出力に基準電圧との誤差が生じる場合でも、その積分結果の誤差を抑えることができ、正確に並進移動
量を検出できるブレ量検出装置、撮像装置及びブレ量検出方法を提供することを目的とする。

そのため本発明に係るブレ量検出装置は、
第１軸方向の第１加速度を検出する第１加速度検出部と、
前記第１軸と直交する第２軸周りの第２角速度を検出する第２角速度検出部と、
前記第１軸及び前記第２軸と直交する第３軸周りの第３角速度を検出する第３角速度検出部と、
前記第１加速度、前記第２角速度、前記第３角速度に基づいて、前記第１軸方向の移動量を算出する算出部を備え、
前記算出部は、
前記第１加速度を時間積分して第１速度を算出する第１積分処理と、
前記第１速度を時間積分して前記第１軸方向の移動量を算出する第２積分処理と、
前記第３角速度が０になる第１タイミングから、再度０になる第２タイミングまでの前記第１加速度を時間積分した第１速度変化と、前記第１タイミングにおける前記第２角速度と、前記第２タイミングにおける前記第２角速度に基づいて、前記第１軸方向の推定第１速度を算出する推定処理と、
前記第１積分処理で算出した前記第１速度を、前記推定処理で推定した前記推定第１速度に更新する更新処理と、を実行することを特徴とする。

また本発明に係る撮像装置は、
前述したブレ量検出装置と、
被写体からの光を被写体像として結像させる光学系と、
前記光学系により結像された被写体像を映像信号に変換する撮像素子と、
前記ブレ量検出装置により算出された前記移動量を打ち消す方向に、前記光学系と前記撮像素子の少なくとも一方を駆動する駆動部と、を備えたことを特徴とする。

また本発明に係る撮像方法は、
第１軸方向の第１加速度を検出し、
前記第１軸と直交する第２軸周りの第２角速度を検出し、
前記第１軸及び前記第２軸と直交する第３軸周りの第３角速度を検出し、
前記第１加速度、前記第２角速度、前記第３角速度に基づいて、前記第１軸方向の移動量を算出する算出処理を実行し、
前記算出処理は、
前記第１加速度を時間積分して第１速度を算出する第１積分処理と、
前記第１速度を時間積分して前記第１軸方向の移動量を算出する第２積分処理と、
前記第３角速度が０になる第１タイミングから、再度０になる第２タイミングまでの前記第１加速度を時間積分した第１速度変化と、前記第１タイミングにおける前記第２角速度と、前記第２タイミングにおける前記第２角速度に基づいて、前記第１軸方向の推定第１速度を算出する推定処理と、
前記第１積分処理で算出した前記第１速度を、前記推定処理で推定した前記推定第１速度に更新する更新処理と、を含むことを特徴とする。

本発明のブレ量検出装置、撮像装置及びブレ量検出方法によれば、加速度センサ等で発生する誤差が抑えられた移動量を算出することが可能となる。

本発明の実施形態に係る撮像装置に生じる回転運動の種類を説明する図 本発明の実施形態に係る撮像装置においてヨー回転、ピッチ回転、ロール回転が発生したときのＸ、Ｙ、Ｚ方向への移動量を説明する図 本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係るブレ量補正マイクロコンピュータの構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係る並進ブレ補正部の構成を示すブロック図 Ｘ方向に関する推定速度の算出に関する説明図 Ｘ加速度αxとヨー角速度ωyawの関係に基づく、推定Ｘ速度の信頼性を説明するための図 本発明の実施形態に係る並進移動量検出制御を示すフロー図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１から図８は本発明の実施形態を示したものであり、図１は撮像装置に生じる回転運動の種類を説明するための斜視図である。

まず、図１を参照して、撮像装置１（撮像装置１は、撮像機能を備えた装置であれば、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ機能付き携帯電話など各種の装置を広く含むが、以下では、代表して適宜カメラ１などという）に設定する座標系や回転方向について説明する。

カメラ１は、被写体からの光を被写体像として結像する光学系２を備えており、この光学系２の光軸方向をＺ方向とする。ここに、正のＺ方向は、カメラ１から被写体に向く方向とする。また、カメラ１の標準姿勢（いわゆる横位置）において、カメラ１の水平方向をＸ方向とする。ここに、正のＸ方向は、被写体側からカメラ１を見て右方向（つまり、撮影者からカメラ１を見て左方向）とする。さらに、カメラ１の標準姿勢において、カメラ１の垂直方向をＹ方向とする。ここに、正のＹ方向は、標準姿勢における上方向とする。

なお、図１では、座標系がカメラ１と重複して見難くなるのを防ぐために座標系の原点位置をずらして記載しているが、座標系の原点は撮像素子４（図３参照）の撮像面の中心であり、一般的には、撮像面と光学系２の光軸とが交差する点である。この座標系は、カメラ１に固定した座標系であり、カメラ１が移動または回転すれば、座標系も地球に対して移動または回転することになる。また、この座標系において、Ｘ−Ｙ平面は撮像面に一致する面である。

そして、このような座標系において、Ｚ軸周りの回転運動がロール、Ｘ軸周りの回転運動がピッチ、Ｙ軸周りの回転運動がヨーである。さらに、以下では例えば、原点からＺ軸正方向を見たときのＺ軸周りの左回転がロールの正方向回転、原点からＸ軸正方向を見たときのＸ軸周りの左回転がピッチの正方向回転、原点からＹ軸正方向を見たときのＹ軸周りの右回転がヨーの正方向回転であるものとする。

なお、上述した座標軸の正負方向や回転方向の正負は、後述する角速度センサ８や加速度センサ９（図３等参照）の実装方向に依存する便宜上のものであり、理論的には上記に限定されるものではない。

次に、上述した座標系において、回転中心が原点（あるいは、原点も含めて、回転中心がカメラ１内）にある場合は主に角度ブレをもたらし、回転中心がカメラ１の外部にある場合には角度ブレに加えて並進ブレをもたらす。従って、ブレ補正を行う必要があるような並進ブレが発生するのは、実質的に、回転中心がカメラ１の外部にあるときであると考
えても差し支えない。

まず、角度ブレに関しては、原点周りの回転運動として記述すればよい。すなわち、ヨー方向の回転運動により光軸が左右に振られて撮像素子４上に結像される被写体範囲が左右に移動し、ピッチ方向の回転運動により光軸が上下に振られて撮像素子４上に結像される被写体範囲が上下に移動することはよく知られている通りである。また、ロール方向の回転運動は、画面の横位置や縦位置、およびその中間の斜め位置をもたらすこともよく知られている通りである。

一方、並進ブレに関しては、上述したように、カメラ１の外部に回転中心がある回転運動として記述することができる。図２（Ａ）はヨー回転により撮像装置にＸ方向の移動量が生じる様子を示す図、図２（Ｂ）はピッチ回転により撮像装置にＹ方向の移動量が生じる様子を示す図、図２（Ｃ）はロール回転により撮像装置にＸ方向およびＹ方向の移動量が生じる様子を示す図である。

図２（Ａ）に示すように、カメラ１の外部の、原点から距離（回転半径）Ｒyawの位置
に回転中心Ｃyawをもつヨー方向の回転運動がカメラ１に発生すると、Ｘ方向の移動量が
生じる。また、図２（Ｂ）に示すように、カメラ１の外部の、原点から距離（回転半径）Ｒpitchの位置に回転中心Ｃpitchをもつピッチ方向の回転運動がカメラ１に発生すると、Ｙ方向の移動量が生じる。さらに、図２（Ｃ）に示すように、カメラ１の外部の、原点から距離（回転半径）Ｒrollの位置に回転中心Ｃrollをもつロール方向の回転運動がカメラ１に発生すると、一般に、Ｘ方向への移動量成分、およびＹ方向への移動量成分を含む移動量が生じる。

そして、角度ブレと並進ブレとのうち、前者の角度ブレに関しては公知の技術を適宜用いることが可能であるために、本実施形態においては、後者の並進ブレについて主に説明する。

まず、図３は、撮像装置１の構成を示すブロック図である。撮像装置であるカメラ１は、光学系２と、フォーカルプレーンシャッタ３と、撮像素子４と、駆動部５と、システムコントローラ６と、ブレ補正マイクロコンピュータ７と、角速度センサ８ａ〜８ｃと、加速度センサ９と、レリーズスイッチ１０と、ＥＶＦ（電子ビューファインダ）１１と、内部フラッシュメモリ１３と、を備えている。また、図３にはメモリカード１２も記載されているが、メモリカード１２は例えばカメラ１に対して着脱自在に構成されたものであるために、カメラ１に固有の構成でなくても構わない。

光学系２は、被写体からの光を、被写体像として撮像素子４の撮像面に結像するものである。

フォーカルプレーンシャッタ３は、撮像素子４の前面（光学系２側）に配設されていて、開閉動作を行うことにより露光時間を制御するものである。すなわち、フォーカルプレーンシャッタ３は、開くことで撮像素子４を露光状態にし、閉じることで遮光状態にする。

撮像素子４は、システムコントローラ６の指示に基づいて、撮像面に結像された被写体像を電気信号に変換する。この変換された電気信号は、システムコントローラ６によって映像信号として読み出される。

駆動部５は、撮像面内に平行な２次元方向に移動可能となるように撮像素子４を支持しており、ブレ補正マイクロコンピュータ７からの指示に基づいて、図１等に示したＸ方向
およびＹ方向に撮像素子４を駆動する。

システムコントローラ６は、前述した映像信号の読み出しを含む、カメラ１全体の機能に関わる各種の制御を統合的に行う制御部である。システムコントローラ６は、以下に説明するように、ブレ補正マイクロコンピュータ７にブレ検出を行わせ、ブレ検出結果に基づいてブレ補正を行わせる制御も行う。

角速度センサ８は、回転運動を検出する角速度検出部として構成されたセンサであり、単位時間当たりの角度変化を角速度として検出しブレ補正マイクロコンピュータ７へ出力する。角速度センサ８は、図２Ａに示したようなＹ軸（第２軸）周りのヨー回転運動に係るヨー角速度を検出するヨー角速度検出部（第２角速度検出部）たるヨー角速度センサ８ａと、図２Ｂに示したようなＸ軸（第１軸）周りのピッチ回転運動に係るピッチ角速度を検出するピッチ角速度検出部（第１角速度検出部）たるピッチ角速度センサ８ｂと、図２Ｃに示したようなＺ軸（第３軸）周りのロール回転運動に係るロール角速度を検出するロール角速度検出部（第３角速度検出部）たるロール角速度センサ８ｃとを含み、回転方向の３自由度の角速度を検出するように構成されている。

これらヨー角速度センサ８ａと、ピッチ角速度センサ８ｂと、ロール角速度センサ８ｃは、例えば、同一機種のセンサを用いて、実装方向を異ならせることにより、各軸周りの回転運動を検出する。

加速度センサ９は、少なくともＸ軸方向の加速度（Ｘ加速度）とＹ軸方向の加速度（Ｙ加速度）とを検出する加速度検出部であり、本実施形態においてはさらに、Ｚ軸方向の加速度（Ｚ加速度）も検出し得るセンサを採用している。そして、加速度センサ９は、検出した各方向への加速度を、ブレ補正マイクロコンピュータ７へ出力する。

ブレ補正マイクロコンピュータ７は、システムコントローラ６の指示に基づいて、角速度センサ８の出力と加速度センサ９の出力とからカメラ１のブレ量を算出する。そして、ブレ補正マイクロコンピュータ７は、検出したブレ方向と反対方向に検出したブレ量だけ撮像素子４を駆動する指示を駆動部５に対して出力する。これにより駆動部５が、撮像面におけるブレを打ち消すように撮像素子４を駆動するために、撮影画像に発生するブレを抑制することができる。なお、ここでは撮像素子４を駆動してブレ補正を行っているが、これに代えて、あるいはこれに加えて、光学系２を駆動してブレ補正を行うようにしても構わない。

そして、ブレ補正マイクロコンピュータ７、角速度センサ８、加速度センサ９を含んでブレ量検出装置が構成され、このブレ量検出装置と駆動部５とを含んでブレ補正装置が構成されている。

レリーズスイッチ１０は、システムコントローラ６と接続された例えば２段式の押圧スイッチでなり、１段目の押圧（半押し、あるいは１ｓｔレリーズ）でＡＦやＡＥが行われ、２段目の押圧（全押し、あるいは２ｎｄレリーズ）で露光が開始されるようになっている。

ＥＶＦ１１は、液晶パネル等を含んで構成された表示部であり、撮像素子４から読み出され、システムコントローラ６等において表示可能な形式に変換された映像信号を、ユーザが視認可能となるように表示する。

メモリカード１２は、撮像素子４から読み出され、システムコントローラ６等において記録可能な形式に変換された映像信号を記録する不揮発性の記録媒体であり、上述したよ
うに、カメラ１に対して例えば着脱自在に構成されている。

内部フラッシュメモリ１３は、システムコントローラ６が実行するカメラ１の制御プログラムや、制御に用いられる各種パラメータ等を記録する不揮発性の記録媒体である。

図４は、ブレ補正マイクロコンピュータ７の構成を示すブロック図である。ブレ補正マイクロコンピュータ７は、ＣＰＵ７０と、ＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）７１ａ〜７１ｃと、ＳＩＯ（Serial Input/Output：シリアル入出力）７２ａ、７２ｂと、
ドライバ７３と、を備えている。

ＡＤＣ７１ａ〜７１ｃは、角速度センサ８ａ〜８ｃから入力されるアナログ信号を、それぞれデジタル信号に変換する。

ＳＩＯ７２ａ、７２ｂは、ＣＰＵ７０が外部デバイスとシリアルインタフェースで通信を行う通信部であり、ＳＩＯ７２ａは加速度センサ９が検出した加速度の値をＣＰＵ７０が読み出すために用いられ、ＳＩＯ７２ｂはＣＰＵ７０がシステムコントローラ６とコマンドのやり取りを行う通信に用いられる。

ドライバ７３は、ＣＰＵ７０により算出された補正量に基づいて、駆動部５を駆動するための信号を出力する。

ＣＰＵ７０は、加速度取得部７０２と、角度ブレ補正部７０３と、並進ブレ補正部７０４と、通信部７０５と、加算部７０６とを、例えば内部プログラムであるファームウェアにより構成される機能として備えており（ただし、ハードウェアとして構成しても勿論構わない）、角速度センサ８および加速度センサ９の検出結果に基づき、角度ブレおよび並進ブレの補正量を算出する。

加速度取得部７０２は、ＳＩＯ７２ａを経由して、加速度センサから独立した３軸方向の加速度を読み出して、図２等に示したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向への加速度情報に分割する。そして、加速度取得部７０２は、取得したＸ加速度、Ｙ加速度を並進ブレ補正部７０４へ出力する。

角度ブレ補正部７０３は、ヨー回転運動およびピッチ回転運動に基づいて、角度変化に伴うブレ量（角度ブレ）を算出するものであるが、この角度ブレについては公知の技術を適宜利用することができるために、詳細は記載しない。

並進ブレ補正部７０４は、加速度および角速度に基づいて、カメラ１の並進移動量を算出し、算出した移動量を撮像面における被写体像のブレ量に変換し、補正量として駆動部５へ伝達する。

通信部７０５は、ＳＩＯ７２ｂを経由して、システムコントローラ６と通信する。

加算部７０６は、角度ブレ補正部７０３により算出された角度ブレ量と、並進ブレ補正部７０４により算出された並進ブレ量とを加算して、トータルのブレ量をドライバ７３へ出力する。

なお、ＡＤＣ７１ａ〜７１ｃの出力、そして、加速度取得部７０２が出力するＸ〜Ｚ各方向の加速度に対しては、低周波成分を除去するため、ハイパス処理、あるいは、ゼロ点補正処理を行うこととしてもよい。ここで除去する低周波成分は、例えば１Ｈｚ以下の周波数成分が挙げられるが、この帯域に限定されるものではない。手ブレに基づく周波数は
、１Ｈｚから１０Ｈｚ程度の間であることが実験で確認されており、これにより、手ブレ以外の要因によるセンサの動き（例えば、ドリフトなど）による経時変化の成分を除去することができる。

さらに、加速度取得部７０２にて取得された各方向に関する加速度の少なくとも一方に対して、重力に関する補正を行うことで、並進ブレ補正部７０４でのブレ量算出精度の向上を図ることも可能である。

図５はＸ方向に関する並進ブレ補正部７０４の構成を示すブロック図である。並進ブレ補正部７０４（本発明における「算出部」に相当）は、加速度及び角速度をもとに、カメラ本体のＸ方向に関する移動量を算出し、その移動量を像面での被写体像のブレ量に変換し、補正量として駆動部５に伝達する。

並進ブレ補正部７０４は、積分部７０４１ａ〜７０４１ｃ、速度算出部７０４２と、乗算部７０４３を含んで構成される。

本実施形態の並進ブレ補正部７０４は、入力されるＸ方向の加速度（Ｘ加速度）を、積部分部７０４１ｂ、７０４１ｃにて２回、時間積分することで、Ｘ方向の並進ブレ量を算出している。すなわち、Ｘ加速度を積分部７０４１ｂにて時間積分する（本発明における「第１積分処理」に相当）ことで、Ｘ方向の速度（Ｘ速度）が算出され、さらにＸ速度を積分部７０４１ｃにて時間積分する（本発明における「第２積分処理」に相当）ことで、Ｘ方向の並進ブレ量が算出される。その際、乗算部７０４３において、Ｘ速度は、光学系２に設定された像倍率が乗算され、撮像面における被写体像の速度に換算される。

このように本実施形態の並進ブレ補正部７０４は、２つの積分部７０４１ｂ、７０４１ｃによる時間積分を基本として並進ブレ量を算出している。しかしながら、加速度センサ９にて検出される加速度は、センサ自体が持つ特性により基準電圧に対して誤差を有する場合がある。このような誤差は、長い時間積分を行った場合、誤差自体が積分されることで拡大され、検出する並進ブレ量自体に大きな誤差を伴うこととなる。

本実施形態では、このような誤差の拡大を抑制するため、積分部７０４１ａと、速度算出部７０４２による推定処理、更新処理を行うこととしている。この推定処理は、ロール角速度のゼロクロス期間（ロール角速度がゼロとなってから再度ゼロとなるまでの期間）を利用して、Ｘ方向の推定速度（推定Ｘ速度）を算出する処理である。推定Ｘ速度は、ゼロクロス期間中に積算されたＸ加速度と、最初にロール角速度がゼロクロスしたとき（ロール角速度がゼロとなるタイミング）のヨー角速度と、再度ロール角速度がゼロクロスしたとき（ロール角速度がゼロとなるタイミング）のヨー角速度に基づいて算出される。算出された推定Ｘ速度は、積分部７０４１ｂで算出されるＸ速度の更新処理に使用されるが詳細は後で説明する。

なお、積分部７０４１ａあるいは積分部７０４１ｂの少なくとも一方の前段にて、低周波除去するためのハイパス処理、あるいは、ゼロ点補正処理を行うこととしてもよい。前述したＡＤＣ７１ａ〜７１ｃの出力、そして、加速度取得部７０２が出力するＸ〜Ｚ各方向の加速度に対する処理と同様、ここでの処理は１Ｈｚ以下の周波数が除去され、加速度センサ９が持つ、温度などの影響によるドリフトの影響が除去される。この並進ブレ補正部７０４内での処理は、前述したＡＤＣ７１ａ〜７１ｃの出力、そして、加速度取得部７０２が出力するＸ〜Ｚ各方向の加速度に対する処理にて補正可能な場合、設けなくても良い。

図６は、Ｘ方向に関する推定速度（推定Ｘ速度）について、その考え方を説明するため
の図である。推定速度の算出は、図５の速度算出部７０４３の処理にあたるものであり、ロール角速度がゼロクロスする度に行われる。

まず、ロール角速度ωrollのゼロクロス（ｔ_zc1）から再度ゼロクロス（ｔ_zc2）するまでのゼロクロス期間におけるＸ方向の加速度αxの時間積分値ΔＶxと、ｔ_zc1時点とｔ_zc2時点でのヨー角速度ωyawの変化量Δωyを求める。これらは、それぞれ、以下式で求めることができる。
ΔＶx＝∫αx・ｄｔ＝Ｖx2−Ｖx1 … （式１）
Δωy＝ωy2−ωy1 … （式２）
一方で、速度Ｖxと角速度ωは、回転半径Ｒにより、以下の関係が成り立つ。
Ｖ＝Ｒ・ω … （式３）
ここで、ｔ_zc1からｔ_zc2までの間のロール角速度の変化は０なので、Ｘ方向の速度変化は、ヨー方向の回転運動の影響のみにより生じたものと考えることができる。
ΔＶ＝Ｒ×Δωyaw … （式４）
さらに、この間の回転半径Ｒが一定であったと仮定すると、以下の式が成り立つ。
Ｖx2＝∫（αx）・ｄｔ×ωy2／（ωy2−ωy1） …（式５）
以上より、（式５）に基づいてｔzc2におけるＸ方向の速度（推定Ｘ速度）を算出する
ことができる。

算出されたＸ方向の速度は、時間積分部７０４１ｂで時間積分された推定Ｘ速度に更新される。このように本実施形態では、ロール角速度がゼロクロスする度に、時間積分部７０４１ｂで時間積分されたＸ速度を、推定Ｘ速度に更新することで、時間積分部７０４１ｂで積算されるＸ加速度をリセットし、積算される誤差の解消を図ることが可能となる。

本実施形態では、速度算出部７０４２における推定Ｘ速度の算出に関し、回転半径Ｒが一定であることを仮定して行っているが、この回転半径Ｒの値もしくは回動中心位置は、常に一定とは限らない。すなわち、ゼロクロス期間中に回転半径Ｒが大きく変化する場合は、推定Ｘ速度の算出誤差が大きくなるため、この場合はＸ速度の更新を行わないようにすることが好ましい。回転半径Ｒの変化に関しては、加速度αxと角速度ωyawの関係から回転半径が大きく変化したかを判定することができる。

図７は、Ｘ加速度αxとヨー角速度ωyawの関係を示している。手ブレを反発力による往復運動と考えた場合、角速度が０になるタイミングで、加速度は最大となる。このとき、角速度と加速度は、図７（ａ）のような関係になる。しかしながら実際には、図７（ｂ）や図７（ｃ）の関係が現象として観察される。このような現象は、カメラ本体に発生する並進運動の回転中心が移動する場合や、ロールの影響が優勢の場合など、回転半径Ｒに関する値が大きく変化していることが考えられ、このときは、（式５）では正しい速度が算出できない。

したがって、本実施形態では、推定Ｘ速度の信頼性を判定する信頼性判定処理を実行し、推定Ｘ速度の信頼性が有ると判定された場合のみ、推定Ｘ速度による更新を行うこととしている。この推定Ｘ速度の信頼性は、具体的には、回転半径Ｒに関する信頼性であって、Ｘ加速度αxとヨー角速度ωyawの関係に基づいて判定される。

詳細には、信頼性の判定は、図７で説明したようにゼロクロス期間、すなわち、ロール角速度ωrollがゼロクロスしてから再度ゼロクロスするまでの期間内において、ヨー角速度ωyawがゼロクロスしたとき（ヨー角速度がゼロとなるタイミング）、Ｘ加速度αxの絶対値が十分に大きいか、すなわち、設定された閾値よりも大きいか否かに基づいて判定される。Ｘ加速度αxの絶対値が閾値よりも大きい場合には、信頼性有りと判定され、Ｘ加
速度αxの絶対値が閾値以下の場合には、信頼性無しと判定される。

このように本実施形態では、推定Ｘ速度の信頼性を判定する信頼性判定処理を実行することで、更新処理の可否を決定し、図７（ａ）に示されるような信頼性の有るゼロクロス期間のみ、Ｘ速度の更新を行うことで、不正な速度に更新されることを抑制可能としている。

では、本実施形態における並進移動量検出の制御フローについて図８を参照しつつ説明する。処理が開始されると、まず、積分部７０４１ａは、Ｘ加速度の時間積分を行うことでＸ速度変化を算出する（Ｓ１）。積分部７０４１ａにおける時間積分は、前回のＳ５において定期的にクリアされているため、加速度センサ９などで発生する誤差が抑えられた値となっている。

次に、積分部７０４１ｂは、Ｘ加速度の時間積分を行うことでＸ速度を算出する（Ｓ２）。

次に、ロール角速度がゼロクロスしたか否かが判定される（Ｓ３）。ゼロクロスの確認は、前回のロール角速度の値と今回のロール角速度の値の符号が一致するかどうかで判別できる。ゼロクロスが発生した場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）にはＳ４の処理に、発生していない場合（Ｓ３：Ｎｏ）にはＳ７の処理に移行する。

ロール角速度のゼロクロスが発生している場合、速度算出部７０４２は、推定Ｘ速度を算出する（Ｓ４）。（式５）で説明したように、前回のゼロクロス時のヨー角速度と今回のゼロクロス時のヨー角速度の変化量と、前回のゼロクロス時からの加速度の時間積分値に基づいて算出される。

この推定Ｘ速度を算出した後、積分部７０４１ａでの積分結果はクリアされる（Ｓ５）。このように、推定Ｘ速度を算出するための積分結果は、ロール角速度がゼロクロスする度にクリアされるため、誤差が長時間にわたって積算される恐れがない。

次に、積分部７０４１ｂの出力を、Ｓ４で算出した推定Ｘ速度に更新（置き換え）する（Ｓ６）。ただし、前述した信頼性判定処理にて、推定Ｘ速度に信頼性が無いと判定された場合には更新を実行しない。信頼性判定処理は、ロール角速度のゼロクロス期間において、ヨー角速度がゼロクロスしたかを判定し、そのときの対応するＸ加速度の絶対値が所定の閾値を超えている場合は信頼性があると判定する。なお、信頼性の判定方法は、前述の方法のみに限定されるものでは無い。ゼロクロス期間で、加速度と角速度の関係が大きく変化していないことが判定可能であれば各種方法を採用することが可能である。

次に、積分部７０４１ｂが出力するＸ速度に対し、乗算部７０４３にて像倍率が乗算される（Ｓ７）。像倍率は、通信部７０５により、ＳＩＯ７２ｂを介して、システムコントローラ６から通信により通知される。

Ｓ７により補正されたＸ速度を、積分部７０４１ｃに対応する処理にて時間積分し、Ｘ方向並進ブレ量として算出する（Ｓ８）。算出されたＸ方向並進ブレ量は、駆動部５に入力され、撮像装置１の像ブレ補正に使用される。

以上、撮像装置１について、Ｘ方向のブレ量補正について説明を行ったが、Ｙ方向の並進ブレ量補正についても同様に行うことで、撮像素子４の平行となる面に関してブレ量補正が可能となり、撮像素子４で撮像される被写体像のブレが抑制される。なお、Ｙ方向の並進ブレ補正量は、Ｙ加速度と、ピッチ角速度、ロール角速度を使用して算出される。その際、Ｘ方向のブレ量補正と同様、ロール角速度がゼロクロスする期間をゼロクロス期間
とする。

以上、本発明のある態様に係る実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となる。

１…カメラ（撮像装置）
２…光学系
３…フォーカルプレーンシャッタ
４…撮像素子
５…駆動部
６…システムコントローラ
７…ブレ補正マイクロコンピュータ
８…角速度センサ
８ａ…ヨー角速度センサ
８ｂ…ピッチ角速度センサ
８ｃ…ロール角速度センサ
９…加速度センサ
１０…レリーズスイッチ
１１…ＥＶＦ（電子ビューファインダ）
１２…メモリカード
１３…内部フラッシュメモリ
７１ａ〜７１ｃ…ＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）
７２ａ、７２ｂ…ＳＩＯ（シリアル入出力）
７３…ドライバ
７０２…加速度取得部
７０３…角度ブレ補正部
７０４…並進ブレ補正部
７０５…通信部
７０６…加算部
７０４１ａ、７０４１ｂ、７０４１ｃ…積分部
７０４２…速度算出部
７０４３…乗算部

Claims (7)

1. 第１軸方向の第１加速度を検出する第１加速度検出部と、
   前記第１軸と直交する第２軸周りの第２角速度を検出する第２角速度検出部と、
   前記第１軸及び前記第２軸と直交する第３軸周りの第３角速度を検出する第３角速度検出部と、
   前記第１加速度、前記第２角速度、前記第３角速度に基づいて、前記第１軸方向の移動量を算出する算出部を備え、
   前記算出部は、
   前記第１加速度を時間積分して第１速度を算出する第１積分処理と、
   前記第１速度を時間積分して前記第１軸方向の移動量を算出する第２積分処理と、
   前記第３角速度が０になる第１タイミングから、再度０になる第２タイミングまでの前記第１加速度を時間積分した第１速度変化と、前記第１タイミングにおける前記第２角速度と、前記第２タイミングにおける前記第２角速度に基づいて、前記第１軸方向の推定第１速度を算出する推定処理と、
   前記第１積分処理で算出した前記第１速度を、前記推定処理で推定した前記推定第１速度に更新する更新処理と、を実行することを特徴とする
   ブレ量検出装置。
2. 前記算出部は、
   前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの前記第１加速度と前記第２角速度の関係に基づき、前記推定処理が算出する前記推定第１速度の信頼性の有無を判定する信頼性判定処理を実行し、
   前記更新処理は、前記信頼性判定処理にて、前記推定第１速度の信頼性が有ると判定された場合のみ、前記推定第１速度による更新を行うことを特徴とする
   請求項１に記載のブレ量検出装置。
3. 前記信頼性判定処理は、前記第２角速度が０のとき、前記第１加速度の絶対値が所定値以上である場合、前記推定第１速度の信頼性が有ると判定することを特徴とする
   請求項２に記載のブレ量検出装置。
4. 前記第２軸方向の第２加速度を検出する第２加速度検出部と、
   前記第１軸周りの第１角速度を検出する第１角速度検出部と、
   前記第２加速度、前記第１角速度、前記第３角速度に基づいて、前記第２軸方向の移動量を算出する算出部を備え、
   前記算出部は、
   前記第２加速度を時間積分して第２速度を算出する第３積分処理と、
   前記第２速度を時間積分して前記第２軸方向の移動量を算出する第４積分処理と、
   前記第３角速度が０になる第１タイミングから、再度０になる第２タイミングまでの前記第２加速度を時間積分した第２速度変化と、前記第１タイミングにおける前記第１角速度と、前記第２タイミングにおける前記第１角速度に基づいて、前記第２軸方向の推定第１速度を算出する第２推定処理と、
   前記第３積分処理で算出した前記第２速度を、前記第２推定処理で推定した前記推定第２速度に更新する第２更新処理と、を実行することを特徴とする
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載のブレ量検出装置。
5. 前記算出部は、
   検出された前記第１加速度に対し重力に基づく補正を行う重力補正処理を実行することを特徴とする
   請求項１から請求項４の何れか１項に記載のブレ量検出装置。
6. 請求項１から請求項５の何れか１項に記載のブレ量検出装置と、
   被写体からの光を被写体像として結像させる光学系と、
   前記光学系により結像された被写体像を映像信号に変換する撮像素子と、
   前記ブレ量検出装置により算出された前記移動量を打ち消す方向に、前記光学系と前記撮像素子の少なくとも一方を駆動する駆動部と、を備えたことを特徴とする
   撮像装置。
7. 第１軸方向の第１加速度を検出し、
   前記第１軸と直交する第２軸周りの第２角速度を検出し、
   前記第１軸及び前記第２軸と直交する第３軸周りの第３角速度を検出し、
   前記第１加速度、前記第２角速度、前記第３角速度に基づいて、前記第１軸方向の移動量を算出する算出処理を実行し、
   前記算出処理は、
   前記第１加速度を時間積分して第１速度を算出する第１積分処理と、
   前記第１速度を時間積分して前記第１軸方向の移動量を算出する第２積分処理と、
   前記第３角速度が０になる第１タイミングから、再度０になる第２タイミングまでの前記第１加速度を時間積分した第１速度変化と、前記第１タイミングにおける前記第２角速度と、前記第２タイミングにおける前記第２角速度に基づいて、前記第１軸方向の推定第１速度を算出する推定処理と、
   前記第１積分処理で算出した前記第１速度を、前記推定処理で推定した前記推定第１速度に更新する更新処理と、を含むことを特徴とする
   ブレ量検出方法。

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