JP2018120144A - 撮像装置、及び、その像ぶれ量算出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、カメラの移動が完全な平行移動(即ち並進移動)の場合には、カメラ内の位置に関係なく、検出される加速度は一定であるが、回転運動を伴う場合には、カメラ内の位置により、検出される加速度が異なる。
はじめに、図1を用いて、本発明の実施形態に係る撮像装置に対して定義される方向について説明する。
図1に示したように、カメラに対して、X方向、Y方向、Z方向、Yaw方向、Pitch方向、Roll方向を、次のように定義する。
次に、図2及び図3を用いて、本発明の実施形態に係る撮像装置で行われる加速度推定値算出の考え方について説明する。
図2において、点Cを通る軸を回転軸として回転運動が生じた場合(この場合、点Cは回転中心でもある)、2つの加速度センサS1及びS2の各々には、平行移動が生じる。
D1y=ωpitch×R1z+ωroll×R1x 式(2)
D2x=ωyaw×R2z+ωroll×R2y=ωyaw×R2z 式(3)
D2y=ωpitch×R2z+ωroll×R2x=ωpitch×R2z 式(4)
従って、Roll方向の回転運動が無ければ、加速度センサS1、S2に生じる加速度は等しいが、Roll方向の回転運動が発生した場合には、加速度センサS1、S2の検出結果に差が生じる。このときの検出誤差(検出結果の差)は、X方向に対してはR1yとR2yの比率により生じ、Y方向に対してはR1xとR2xとの比率により生じる。
図3において、点Cを通る軸を回転軸として回転運動が生じた場合(この場合、点Cは回転中心でもある)、2つの加速度センサS1及びS2の各々には平行移動が生じ、その各々に生じる平行移動量は、図2に示したケースと同様に、上記式(1)、(2)、(3)、(4)により求められる。
従って、Roll方向の回転運動が発生した場合には、加速度センサS1、S2の検出結果に差は生じないが、Yaw方向、Pitch方向の回転運動が発生した場合には、加速度センサS1、S2の検出結果に差が生じる。このときの検出誤差(検出結果の差)は、回転中心Cと各加速度センサの実装位置との間のZ方向の距離の比率により生じる。
以上を踏まえ、以下、本発明の実施形態に係る撮像装置について詳細に説明する。
図4は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置であるカメラの構成例を示す図である。
図4に示したように、本実施形態に係るカメラ1は、撮影光学系2、撮像素子3、駆動部4、システムコントローラ5、ぶれ補正マイコン6、2つの加速度センサ7(7a、7b)、及び角速度センサ8を含む。
撮像素子3は、例えばCCDやCMOS等のイメージセンサであって、撮影光学系2により結像された被写体光束(被写体光学像)を電気信号に変換する。
角速度センサ8は、カメラ1に生じる3軸の回転運動(Yaw方向、Pitch方向、及びRoll方向の回転運動)を検出する。
図5に示したように、2つの加速度センサ7(7a、7b)は、光軸から等距離に配置されている。すなわち、光軸から加速度センサ7aまでの距離raと光軸から加速度センサ7bまでの距離rbは等しい(ra=rb)。なお、距離raは、撮影光学系2の前側主点位置(光学中心C)から加速度センサ7aまでの距離でもあり、距離rbは、撮影光学系2の前側主点位置(光学中心C)から加速度センサ7bまでの距離でもある。
図6は、ぶれ補正マイコン6の内部構成例を示す図である。
角度ぶれ量算出部61は、角速度センサ8からの角速度検出結果に基づいて、カメラ1の回転運動により撮像素子3の撮像面上に生じる像ぶれのX、Yの各方向の像ぶれ量を算出し、その像ぶれ量を打ち消すためのX、Yの各方向の補正量(回転ぶれ補正量)を算出する。
駆動制御部64は、加算部63により合算されたX、Yの各方向の補正量を、駆動部4を駆動するための駆動パルスに変換し、駆動部4へ出力する。駆動部4は、その駆動パルスに従って駆動し、撮像素子3を移動させる。これにより、撮像素子3の撮像面上に生じる像ぶれが打ち消されるように、撮像素子3が移動する。
図7に示したように、シフトぶれ量算出部62は、2つの信号処理部621(621a、621b)、推定値算出部622、積分部623、乗算部624、積分部625、及び補正量算出部626を含む。
積分部623は、推定値算出部622により算出されたX、Yの各方向の加速度推定値を時間積分し、前側主点位置におけるX、Yの各方向の移動速度を算出する。
補正量算出部626は、積分部625により算出されたX、Yの各方向の像ぶれ量を打ち消すためのX、Yの各方向の補正量(シフトぶれ補正量)を算出する。
図8に示したように、推定値算出部622は、係数算出部6221、2つの乗算部6222(6222a、6222b)、及び加算部6223を含む。
乗算部6222aは、信号処理部621aによる処理後のX、Yの各方向の加速度a(Xa、Ya)が入力され、X方向の加速度Xaに対して演算係数K1を乗算し、Y方向の加速度Yaに対して演算係数K3を乗算する。
本変形例では、2つの加速度センサ7が、例えば後述の図12に示す2つの加速度センサ15(15a、15b)のように、撮像素子3の撮像面を含む平面上の異なる位置に配置され、撮像面上のフォーカスエリアの位置における加速度が推定されて処理が行われる。
図9に示したように、本変形例に係るぶれ補正マイコン6は、通信部65を更に含み、その通信部65を介してシステムコントローラ5からフォーカス位置情報がシフトぶれ量算出部62へ入力される点が、図6に示したぶれ補正マイコン6と異なる。なお、フォーカス位置情報は、図示しないフォーカス調整機構により調整された撮影光学系2の状態における撮像素子3の撮像面上の合焦位置を示す情報であり、その合焦位置はシステムコントローラ5により取得される。
図10に示したように、本変形例に係るシフトぶれ量算出部62は、更にフォーカス位置情報が推定値算出部622に入力され、そこでフォーカス位置における加速度推定値が算出される点が、図7に示したシフトぶれ量算出部62と異なっている。
図11は、本変形例に係る、2つの加速度センサ7(7a、7b)と撮像素子3の撮像面を光軸方向(カメラ正面側)から見た図である。
図12は、本発明の第2の実施形態に係る撮像装置であるカメラシステムの構成例を示す図である。
図12に示したように、本実施形態に係るカメラシステム100は、カメラ本体10と交換式レンズ20を備え、交換式レンズ20がカメラ本体10に対して着脱自在に構成されている。このカメラシステム100では、カメラ本体10と交換式レンズ20の双方が、手ぶれ(回転ぶれ)補正機能及びシフトぶれ補正機能を搭載しているものとする。
撮像素子11は、例えばCCDやCMOS等のイメージセンサであって、撮影光学系21により結像された被写体光束(被写体光学像)を電気信号に変換する。
LCU22は、加速度センサ24a、24bと角速度センサ25の検出結果に基づいて補正量を算出し、駆動部23に指示して、撮像素子11の撮像面上に生じる像ぶれを打ち消すように撮影光学系21に含まれる図示しない補正レンズを移動させる。なお、LCU22の内部構成については、図14を用いて後述する。
2つの加速度センサ15(15a、15b)は、撮像素子11の撮像面を含む平面上に配置され、且つ、初期位置における撮像素子11の撮像中心を中心(中央)にして対向して配置(実装)される。ここで、撮像素子11の撮像面は、撮影光学系21の光軸に直交する。また、初期位置における撮像素子11の撮像中心は光軸に一致する。各加速度センサ15は、X方向及びY方向の加速度を検出する。なお、各加速度センサ15の実装位置に関する情報は、光軸上の点を原点とするX方向、Y方向、及びZ方向の座標情報として、ぶれ補正マイコン14の内部ROMに予め記録されており、後述する加速度推定値や移動速度の算出に用いられる。但し、本実施形態の場合も、2つの加速度センサ24が光軸を中心にして対向して配置されるので、各加速度センサ7の実装位置に関する情報として、X方向及びY方向の座標情報を保持しない構成としてもよい。
ぶれ補正マイコン14は、加速度センサ15a、15bと角速度センサ16の検出結果に基づいて補正量を算出し、駆動部12に指示して、撮像素子11の撮像面上に生じる像ぶれを打ち消すように撮像素子11を移動させる。なお、ぶれ補正マイコン14の内部構成については、図17を用いて後述する。
なお、カメラシステム100において、システムコントローラ13は、カメラシステム100の各種動作を制御する。LCU22は、システムコントローラ13の制御の下、交換式レンズ20の各種動作を制御する。システムコントローラ13、ぶれ補正マイコン14、及びLCU22の各々は、例えば、プロセッサ(CPU等)、メモリ、電子回路等を含んで構成される。そして、その各々による各種動作は、例えば、メモリに格納されているプログラムをプロセッサが実行することにより実現される。
図13において、P1は、カメラ本体10側の2つの加速度センサ15の実装面であり、撮像素子11の撮像面を含む平面でもある。P2は、交換式レンズ20側の2つの加速度センサ24の実装面であり、撮影光学系21の光軸に直交する平面でもある。P3は、撮影光学系21の前側主点位置を含む平面であり、撮影光学系21の光軸に直交する平面でもある。
図14に示したように、LCU22は、通信部221、レンズ制御部222、角度ぶれ量算出部223、シフトぶれ量算出部224、加算部225、及び駆動制御部226を含む。
角度ぶれ量算出部223は、角速度センサ25からの角速度検出結果に基づいて、カメラシステム100の回転運動により撮像素子11の撮像面上に生じる像ぶれのX、Yの各方向の像ぶれ量を算出し、その像ぶれ量を打ち消すためのX、Yの各方向の補正量(回転ぶれ補正量)を算出する。
駆動制御部226は、加算部225により合算されたX、Yの各方向の補正量を、駆動部23を駆動するための駆動パルスに変換し、駆動部23へ出力する。駆動部23は、その駆動パルスに従って駆動し、撮影光学系21に含まれる補正レンズを移動させる。これにより、撮像素子3の撮像面上に生じる像ぶれが打ち消されるように、補正レンズが移動する。
図15に示したように、シフトぶれ量算出部224は、2つの信号処理部2241(2241a、2241b)、推定値算出部2242、積分部2243、速度補正部2244、乗算部2245、積分部2246、及び補正量算出部2247を含む。
図16は、速度補正部2244の内部構成例を示す図である。
図17に示したように、ぶれ補正マイコン14は、角度ぶれ量算出部141、シフトぶれ量算出部142、加算部143、駆動制御部144、スイッチ145、及び通信部146を含む。
駆動制御部144は、加算部143により合算されたX、Yの各方向の補正量を、駆動部12を駆動するための駆動パルスに変換し、駆動部12へ出力する。駆動部12は、その駆動パルスに従って駆動し、撮像素子11を移動させる。これにより、撮像素子11の撮像面上に生じる像ぶれが打ち消されるように、撮像素子11が移動する。
図18に示したように、シフトぶれ量算出部142は、2つの信号処理部1421(1421a、1421b)、推定値算出部1422、積分部1423、乗算部1424、積分部1425、補正量算出部1426、及び速度保持部1427を含む。
速度保持部1427は、システムコントローラ13から通知される同期信号の同期タイミングに同期して、積分部1423により算出された、光軸と実装面P1との交点におけるX、Yの各方向の移動速度を保持する。保持された移動速度は、通信部146を介してシステムコントローラ13により定期的に読み出される。
図19は、本変形例に係るカメラシステム100の構成例を示す図である。図20は、送信データのフォーマット例を示す図である。図21は、送信データのタイミングチャートを示す図である。
図22に示したように、本変形例に係るぶれ補正マイコン14は、高速通信部147を更に含む点が、図17に示したぶれ補正マイコン14と異なる。また、これに伴い、本変形例に係るぶれ補正マイコン14では、図17に示した通信部146が除かれている。
図23に示したように、本変形例に係るシフトぶれ量算出部142は、推定値算出部1422により算出(推定)されたX、Yの各方向の加速度推定値が高速通信部147へも出力される点が、図18に示したシフトぶれ量算出部142と異なる。また、これに伴い、本変形例に係るシフトぶれ量算出部142では、積分部1423で算出されたX、Yの各方向の移動速度の保持は行われず、図18に示した速度保持部1427が除かれている。
図24に示したように、本変形例に係るLCU22は、高速通信部227を更に含む点が、図14に示したLCU22と異なる。高速通信部227は、ぶれ補正マイコン14から1ms毎に送信されるYaw、Pitch、Rollの各方向の角速度とX、Yの各方向の推定加速度値を受信し、その中のX、Yの各方向の推定加速度値をシフトぶれ量算出部224へ通知する。
図25に示したように、本変形例に係るシフトぶれ量算出部224は、図15に示したシフトぶれ量算出部224における推定値算出部2242が、内部構成が異なると共に高速通信部227から通知されるX、Yの各方向の推定加速度値が更に入力される推定値算出部2248に置き換えられた点が、その図15に示したシフトぶれ量算出部224と異なる。
図26に示したように、本変形例に係る推定値算出部2248は、係数算出部22481、係数算出部22482、乗算部22483a、乗算部22483b、加算部22484、乗算部22485a、乗算部22485b、及び加算部22486を含む。
2 撮影光学系
3 撮像素子
4 駆動部
5 システムコントローラ
6 ぶれ補正マイコン
7、7a、7b 加速度センサ
8 角速度センサ
10 カメラ本体
11 撮像素子
12 駆動部
13 システムコントローラ
14 ぶれ補正マイコン
15、15a、15b 加速度センサ
16 角速度センサ
17 通信路
20 交換式レンズ
21 撮影光学系
22 LCU
23 駆動部
24、24a、24b 加速度センサ
25 角速度センサ
61 角度ぶれ量算出部
62 シフトぶれ量算出部
63 加算部
64 駆動制御部
65 通信部
100 カメラシステム
141 角度ぶれ量算出部
142 シフトぶれ量算出部
143 加算部
144 駆動制御部
145 スイッチ
146 通信部
147 高速通信部
221 通信部
222 レンズ制御部
223 角度ぶれ量算出部
224 シフトぶれ量算出部
225 加算部
226 駆動制御部
227 高速通信部
621、621a、621b 信号処理部
622 推定値算出部
623 積分部
624 乗算部
625 積分部
626 補正量算出部
1421、1421a、1421b 信号処理部
1422 推定値算出部
1423 積分部
1424 乗算部
1425 積分部
1426 補正量算出部
1427 速度保持部
2241、2241a、2241b 信号処理部
2242 推定値算出部
2243 積分部
2244 速度補正部
2245 乗算部
2246 積分部
2247 補正量算出部
2248 推定値算出部
6221 係数算出部
6222、6222a、6222b 乗算部
6223 加算部
22441 速度保持部
22442 比率算出部
22443 係数算出部
22444 乗算部
22445 乗算部
22446 乗算部
22447 加算部
22481、22482 係数算出部
22483a、22483b 乗算部
22484 加算部
22485a、22485b 乗算部
22486 加算部
Claims (7)
- 被写体を結像する撮影光学系を有する撮像装置であって、
前記撮影光学系の光軸と直交する第1平面上における異なる位置に配置される、第1方向と第2方向の加速度を検出する第1加速度センサ及び前記第1方向と前記第2方向の加速度を検出する第2加速度センサと、
前記光軸と前記第1加速度センサとの間の前記第2方向の距離と、前記光軸と前記第2加速度センサとの間の前記第2方向の距離と、前記第1加速度センサの前記第1方向の加速度検出値と、前記第2加速度センサの前記第1方向の加速度検出値とに基づいて、前記光軸上の第1位置における前記第1方向の加速度推定値を算出する第1加速度推定部と、
前記光軸と前記第1加速度センサとの間の前記第1方向の距離と、前記光軸と前記第2加速度センサとの間の前記第1方向の距離と、前記第1加速度センサの前記第2方向の加速度検出値と、前記第2加速度センサの前記第2方向の加速度検出値とに基づいて、前記第1位置における前記第2方向の加速度推定値を算出する第2加速度推定部と、
前記第1方向の加速度推定値と前記第2方向の加速度推定値を用いて、前記撮像装置における像ぶれ量を算出するぶれ量算出部と、
を備えることを特徴とする。 - 請求項1記載の撮像装置であって、
前記第1加速度センサと前記第2加速度センサとの間の中央に前記光軸が位置するように、前記第1加速度センサと前記第2加速度センサが配置され、
前記第1加速度推定部は、前記第1加速度センサの前記第1方向の加速度検出値と前記第2加速度センサの前記第1方向の加速度検出値の加算平均値を、前記第1方向の加速度推定値とし、
前記第2加速度推定部は、前記第1加速度センサの前記第2方向の加速度検出値と前記第2加速度センサの前記第2方向の加速度検出値の加算平均値を、前記第2方向の加速度推定値とする、
ことを特徴とする。 - 請求項1又は2記載の撮像装置であって、
前記光軸と直交する第2平面上における異なる位置に配置される、前記第1方向と前記第2方向の加速度を検出する第3加速度センサ及び前記第1方向と前記第2方向の加速度を検出する第4加速度センサと、
前記光軸と前記第3加速度センサとの間の前記第2方向の距離と、前記光軸と前記第4加速度センサとの間の前記第2方向の距離と、前記第3加速度センサの前記第1方向の加速度検出値と、前記第4加速度センサの前記第1方向の加速度検出値とに基づいて、前記光軸上の第2位置における前記第1方向の加速度推定値を算出する第3加速度推定部と、
前記光軸と前記第3加速度センサとの間の前記第1方向の距離と、前記光軸と前記第4加速度センサとの間の前記第1方向の距離と、前記第3加速度センサの前記第2方向の加速度検出値と、前記第4加速度センサの前記第2方向の加速度検出値とに基づいて、前記第2位置における前記第2方向の加速度推定値を算出する第4加速度推定部と、
前記第1加速度推定部により算出された前記第1位置における前記第1方向の加速度推定値と、前記第3加速度推定部により算出された前記第2位置における前記第1方向の加速度推定値と、前記撮影光学系の前記光軸上の主点位置と前記第1位置との間の距離と、前記主点位置と前記第2位置との間の距離とに基づいて、前記主点位置における前記第1方向の加速度推定値を算出する第5加速度推定部と、
前記第2加速度推定部により算出された前記第1位置における前記第2方向の加速度推定値と、前記第4加速度推定部により算出された前記第2位置における前記第2方向の加速度推定値と、前記主点位置と前記第1位置との間の距離と、前記主点位置と前記第2位置との間の距離とに基づいて、前記主点位置における前記第2方向の加速度推定値を算出する第6加速度推定部と、
を更に備え、
前記ぶれ量算出部は、更に、前記主点位置における前記第1方向の加速度推定値と前記主点位置における前記第2方向の加速度推定値を用いて、前記撮像装置における像ぶれ量を算出する、
ことを特徴とする。 - 請求項3記載の撮像装置であって、
前記撮像装置は、撮像素子を有するカメラ本体と、前記撮影光学系を有する交換式レンズとにより構成されるカメラシステムであって、
前記交換式レンズは、前記カメラ本体に対して着脱可能であり、
前記第1位置は、前記撮像素子の撮像面の撮像中心位置であり、
前記第2位置は、前記交換式レンズ内部の前記光軸上の任意の位置である、
ことを特徴とする。 - 請求項4記載の撮像装置であって、
前記交換式レンズは、
前記カメラ本体との間でデータの送受信を行う第1レンズ通信部と、
前記カメラ本体との間で前記第1レンズ通信部よりも高速にデータの送受信を行う第2レンズ通信部と、
を備え、
前記カメラ本体は、
前記交換式レンズとの間でデータの送受信を行う第1カメラ通信部と、
前記交換式レンズとの間で前記第1カメラ通信部よりも高速にデータの送受信を行う第2カメラ通信部と、
を備え、
前記第2カメラ通信部は、前記カメラ本体が有する前記第1加速度センサ及び前記第2加速度センサの各々の加速度検出値に基づいて算出された前記第1位置における推定加速度検出値を前記第2レンズ通信部へ送信する、
ことを特徴とする。 - 請求項1記載の撮像装置であって、
撮像素子と、
フォーカス調整機構により調整された前記撮影光学系の状態における前記撮像素子の撮像面上の合焦位置を検出する合焦位置検出部と、
を更に備え、
前記第1加速度推定部は、更に、前記合焦位置と前記第1加速度センサとの間の前記第2方向の距離と、前記合焦位置と前記第2加速度センサとの間の前記第2方向の距離と、前記第1加速度センサの前記第1方向の加速度検出値と、前記第2加速度センサの前記第1方向の加速度検出値とに基づいて、前記合焦位置における前記第1方向の加速度推定値を算出し、
前記第2加速度推定部は、更に、前記合焦位置と前記第1加速度センサとの間の前記第1方向の距離と、前記合焦位置と前記第2加速度センサとの間の前記第1方向の距離と、前記第1加速度センサの前記第2方向の加速度検出値と、前記第2加速度センサの前記第2方向の加速度検出値とに基づいて、前記合焦位置における前記第2方向の加速度推定値を算出し、
前記ぶれ量算出部は、更に、前記合焦位置における前記第1方向の加速度推定値と前記合焦位置における前記第2方向の加速度推定値を用いて、前記撮像装置における像ぶれ量を算出する、
ことを特徴とする。 - 被写体を結像する撮影光学系と、前記撮影光学系の光軸と直交する平面上の異なる位置に配置される第1加速度センサ及び第2加速度センサとを有する撮像装置の像ぶれ量算出方法であって、
前記第1加速度センサによって、第1方向及び第2方向の加速度を検出することと、
前記第2加速度センサによって、前記第1方向及び前記第2方向の加速度を検出することと、
前記光軸と前記第1加速度センサとの間の前記第2方向の距離と、前記光軸と前記第2加速度センサとの間の前記第2方向の距離と、前記第1加速度センサの前記第1方向の加速度検出値と、前記第2加速度センサの前記第1方向の加速度検出値とに基づいて、前記光軸上の第1位置における前記第1方向の加速度推定値を算出することと、
前記光軸と前記第1加速度センサとの間の前記第1方向の距離と、前記光軸と前記第2加速度センサとの間の前記第1方向の距離と、前記第1加速度センサの前記第2方向の加速度検出値と、前記第2加速度センサの前記第2方向の加速度検出値とに基づいて、前記第1位置における前記第2方向の加速度推定値を算出することと、
前記第1方向の加速度推定値と前記第2方向の加速度推定値を用いて、前記撮像装置における像ぶれ量を算出することと、
を有することを特徴とする。
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