JP5822548B2 - 像ブレ補正装置、像ブレ補正方法、撮像装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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像ブレ補正装置および撮像装置を提供することである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
・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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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
Claims (10)
- 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振れ量から振れ補正手段の振れ補正量を演算する補正量演算手段と、前記振れ補正量に従って前記振れ補正手段を制御する制御手段と、を有する像ブレ補正装置であって、
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を検出する位置検出手段から出力される位置検出信号を入力として、前記平行振れを演算する推定器を有することを特徴とする像ブレ補正装置。 - 前記推定器は、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示す前記位置検出信号を出力変数とし、前記振れ補正手段への駆動推力を示す駆動指示信号を入力変数として前記平行振れの演算を行うことを特徴とする請求項1に記載の像ブレ補正装置。
- 前記装置の振れの角速度を検出する角速度検出手段を更に有し、
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前記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、
前記推定器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、
前記制御手段は、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制御することを特徴とする請求項1または2に記載の像ブレ補正装置。 - 前記第2の補正量算出手段は、
前記推定器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に記載の像ブレ補正装置。 - 前記装置の振れの角速度から検出される揺れ状態を閾値と比較し、前記推定器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1に記載の像ブレ補正装置。
- 前記被駆動部への駆動指示信号または前記位置検出信号に対する可変ゲイン手段と、
前記装置の振れの角速度から検出される揺れ状態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1に記載の像ブレ補正装置。 - 前記被駆動部への駆動指示信号または前記位置検出信号に対するハイパスフィルタと、
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1に記載の像ブレ補正装置。 - 前記推定器はカルマンフィルタを用いた推定器であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の像ブレ補正装置。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載の像ブレ補正装置を備えることを特徴とする撮像装置。
- 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振れ量から振れ補正手段の振れ補正量を演算する補正量演算手段と、前記振れ補正量に従って前記振れ補正手段を制御する制御手段と、を有する像ブレ補正装置にて実行される像ブレ補正方法であって、
前記振れ補正手段を構成する被駆動部の位置を位置検出手段により検出する位置検出ステップと、
前記補正量演算手段が、前記被駆動部への駆動指示信号および前記位置検出手段から出力される位置検出信号を入力として、推定器を用いて前記平行振れを演算する補正量演算ステップを有することを特徴とする像ブレ補正方法。
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