JP5854653B2 - 防振制御装置、撮像装置、及び防振制御方法 - Google Patents
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Description
ここで、防振制御装置について簡単に説明する。撮影動作中に手振れが起きても像ブレの無い撮影を行えるように、手振れ等によるカメラ振動を検出し、検出値に応じて像ブレ補正用レンズ(以下、補正レンズという)や撮像素子の移動制御が行われる。その際、振動を正確に検出して振れによる光軸変化を補正する必要がある。振動検出では、原理的には加速度、角加速度、角速度、角変位等の検出結果を振動検出部が演算処理する。その演算処理結果に基づいて振れ補正部を制御して補正レンズまたは撮像素子を移動させることにより、画像ブレが抑制される。
角速度計で角度振れを検知し、補正レンズや撮像素子を駆動して像ブレを低減させる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、装置の姿勢変化を伴う撮影条件であっても、平行振れに対して高精度な画像ブレ補正を行える防振制御装置及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。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2つの補正量算出部に出力される。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、いわゆる光学防振が採用される。像ブレ補正方法には補正レンズを用いた光学防振に限らず、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がある。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。
シフトレンズホルダ416は、3つのボール407を介してベース401に圧接されている。つまり、各ボール10はシフトレンズホルダ416に対する可動支持部材である。それらの転動により、シフトレンズホルダ416は光軸に垂直な面内で、ベース401に対して自由に移動可能に支持される。本構成によれば、ガイドバーを用いた方式に比べて、より微小な振幅で、より高周波数の振動を実現できるという効果が得られるので、高画素化の進むデジタルカメラにおいて良好な像ブレ補正が実現可能になる。
コイル408、409は、樹脂製のボビン410、411にそれぞれ保持されている。該ボビンの先端に金属製のピンが一体的に構成されており、各コイルの端部が接続されている。この金属ピンにフレキシブル基板(以下、FPCと略記する)424の導通パターンを半田付けすることで、回路部から各コイルに電力が供給される。コイル408、409に電力を供給するためFPC424には、ランド425にて前記した金属製のピンを介してコイル408、409が電気的に接続されている。位置検出手段にはホール素子422、423が使用され、マグネット412、413にそれぞれ近接して配置され、マグネットの移動に伴う磁界の変化を検出する。磁気検出信号に基づいてシフトレンズホルダ416の移動量が算出可能である。ホール素子422、423もまたFPC424に実装されて電力が供給される。
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。
まず、角度振れの補正について説明する。
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、ズーム及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。推定器905は、駆動部110からの駆動指示信号、ホール素子の出力と共に、角速度計108の出力が入力され、平行速度を演算する。
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。ここで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、及び、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。カルマンフィルタ1001にはカルマンゲイン決定部1007で演算された推定パラメータであるカルマンゲインが入力される。
角速度計108の出力はパンニング及び姿勢判定部1006に入力され、パンニング及び姿勢変化の判定結果、つまり姿勢変化量と閾値との比較結果がカルマンゲイン決定部1007に入力される。これにより、パンニング及び姿勢判定部1006の判定結果に応じてカルマンゲインが設定され、推定平行速度が変化する。
以下、パンニング及び姿勢判定部1006でのパンニング判定結果から平行速度を推定するまでの処理について、図8を用いて説明する。
期間TBやTCでは、演算結果である推定平行速度が小さくなるようなカルマンゲインが予め求められている。特に期間TCとTDにおいて平行速度の誤推定を防止することが目的である。期間TAやTDのパンニング非動作中は、通常の手振れの大きさに合わせたカルマンゲインが設定される。
装置の姿勢変化に伴う重力加速度の変化やパンニング動作時の外乱加速度によって平行速度が非常に大きくなる条件下においては、ゲイン変更により、推定平行速度を意図的に小さくする制御が行われる。これにより、パンニング動作や姿勢変化中、及びその直前や直後で平行振れ補正に係る防振の過補正を防ぐことができる。
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及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。
また、上記処理と並行して、角速度計108の出力はHPF位相調整部904に入力される。HPF位相調整部904を構成するHPFは角速度検出信号のDC成分をカットし、その後に信号の位相調整が行われる。HPF位相調整部904の出力は角速度BPF(バンドパスフィルタ)部906で所定帯域の周波数成分のみ抽出される。
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にはズーム及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9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(1201p参照)を定めた場合の回転半径をL(1202p参照)と記す。これらの関係は、以下の(9)及び(10)式で表される。
(9)式によれば、推定器905が出力した推定平行速度を1階積分して変位Yを求め、角速度計108pの出力を1階積分して角度θを求めて、両者の比の値から回転半径Lが求まる。また(10)式によれば、推定器905が出力した推定平行速度を速度Vとし、角速度計108pの出力を角速度ωとして、両者の比の値から回転半径Lが求まる。いずれの方法でも回転半径Lを求めることができる。
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。
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、S1301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S1302へ進み、OFF状態であればS1321へ処理を進める。S1302で、CPU106は角速度計108の検出信号を取り込む。次のS1303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、S1304へ進み、振れ補正が可能な状態でない場合、S1321へ処理を進める。S1303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。
S1304では、図6を用いて説明した方法で角度が算出される。この角度は図6のHPF積分フィルタ901の出力値となる。次のS1305はパンニング及び姿勢判定部1006が行うパンニング判定処理であり、パンニング動作中でないと判定された場合、S1307に進み、パンニング動作中であると判定された場合、S1306に進む。S1306では図8で説明したように推定器905のパラメータが変更され、S1307へ処理を進める。
S1314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。S1315でCPU106はSW1の状態を調べ、SW1がON状態であればS1316に処理を進め、SW1がOFF状態であればS1318に処理を進める。S1316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、S1317に処理を進め、AF動作が完了していない場合、S1318に処理を進める。
上記説明したとおり、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、オブザーバ手段を用いて、平行速度を算出し、平行振れ補正を行うことができる。撮影者が被写体を追ってフレーミングしながらタイミングに応じて撮影動作を行い、あるいは手振れにより生じる画角ブレを撮影者が調整しながら撮影動作を行ったりする場合等が想定される。この場合、撮影者が意図しない手振れに関する平行振れの影響もあれば、撮影者が意図してカメラを振らすことによる平行振れの影響も大きくなる。角度振れの補正に係る回転半径を用いた平行振れ補正を行う場合には、パンニング動作中の回転半径は非常に大きな値となり、パンニング動作直後の撮影における回転半径の推定を誤る可能性がある。つまり、パンニングや姿勢変化の動作直後での撮影中に平行振れ補正量が過大となった場合、振れ補正の防振効果に影響を及ぼしてしまう。そこで本実施形態では、パンニング及び姿勢判定結果に応じて、予め設定しておいたカルマンゲインを変更することにより、パンニング動作中や姿勢変化中に平行速度が過大に推定されないように防止できる。また、パンニング動作中は撮影者が意図的に撮像装置の姿勢を一定方向に変化させて振らすことにより、平行振れが大きくなっている。この場合、平行振れ補正を行う必要はないため、パンニング動作中の平行振れ補正量が小さくなるように推定平行速度を意図的に小さくする制御が行われる。
なお、本実施形態では、振れ補正手段としての補正レンズを光軸に垂直な面内で移動させる、いわゆる光学防振を説明した。しかし、光学防振に限らず、以下の構成を用いても構わない。
・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11は第2実施形態に係る防振制御装置の推定器905の構成例を示すブロック図である。以下では、第1実施形態と相違する部分を主に説明し、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により、それらの詳細な説明を省略する。なお、このことは後述する別の実施形態でも同様とする。
図7と図11に示す構成の違いは以下の通りである。
(1)カルマンゲイン決定部1007に代えて、入力ゲイン決定部1401と入力可変ゲイン部1402及び1403が設けられていること。
(2)入力可変ゲイン部1402及び1403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。
これにより、パンニング及び姿勢判定部1006でパンニング動作中及び姿勢変化中と判定された場合、カルマンフィルタ1001の推定平行速度が小さくなる。つまり、パンニング状態や装置の姿勢変化が生じた場合には、パンニング非動作と判定される場合に比べて推定平行速度が小さくなるように入力ゲイン決定部1401の出力によって入力可変ゲイン部1402または1403のゲインが設定される。また、パンニング及び姿勢判定部1006によってパンニング動作中及び姿勢変化中でないと判定された場合、入力ゲイン決定部1401は入力可変ゲイン部1402または1403を制御し、通常の手振れの大きさに合わせたゲインが設定される。
第2実施形態によれば、パンニング及び姿勢変化中やその直後において平行振れ補正の過補正により防振性能が低下しないように防ぐことで、平行振れ補正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。
図12は第3実施形態に係る防振制御装置の推定器905の構成例を示すブロック図である。図7と図12に示す構成の違いは以下の通りである。
(1)カルマンゲイン決定部1007に代えて、可変フィルタカットオフ周波数設定部1501と可変HPF1502及び1503が設けられていること。
(2)可変HPF1502及び1503は、ホール素子の出力(相対変位)と駆動指示信号にそれぞれHPF処理を施した信号を出力すること。
第3実施形態では、パンニング及び姿勢判定部1006の出力が可変フィルタカットオフ周波数設定部(以下、カットオフ設定部という)1501に入力される。カットオフ設定部1501の出力は可変HPF1502及び1503に入力され、ホール素子の出力(相対変位)と駆動指示信号のそれぞれに対する、HPF処理のカットオフ周波数が変更される。これにより、パンニング及び姿勢判定部1006がパンニング動作中及び姿勢変化中と判定した場合、HPFのカットオフ周波数が高い周波数に設定される。つまり、カルマンフィルタ1001の算出する推定平行速度についてのHPFカットオフ周波数以下のゲインが小さくなるように設定される。また、パンニング及び姿勢判定部1006によってパンニング動作中及び姿勢変化中ではない判定された場合、HPFのカットオフ周波数が低く設定され、通常の手振れの大きさに合わせたゲイン特性に設定される。
装置の姿勢変化に伴う重力加速度の影響やパンニング動作による外乱加速度の影響で平行速度が非常に大きくなる条件下では、推定平行速度を意図的に小さくするために可変HPF1502、1503のカットオフ周波数が設定される。
第3実施形態によれば、パンニング及び姿勢変化中やその直後において平行振れ補正の過補正による防振性能の低下を防ぐことで、平行振れ補正の防振性能が向上する。
次に本発明の第4実施形態を説明する。
図13は第4実施形態に係る防振制御装置の推定器905の構成例を示すブロック図である。図12と図13に示す構成の違いは以下の通りである。
(1)角速度計108、パンニング及び姿勢判定部1006に代えて、1単位前の制御周期(1サンプリング周期)での推定平行速度を算出する算出部1601とパンニング及び姿勢判定部1602が設けられていること。
(2)パンニング及び姿勢判定部1602には、算出部1601から、1単位の制御周期だけ前の推定平行速度が入力されること。
第4実施形態は、以下の点で第3実施形態と異なる。
以下、パンニング及び姿勢判定部1602でのパンニング判定結果から平行速度を推定するまでの処理について、図14を用いて説明する。
図14に示す推定平行速度1701は、カットオフ設定部1501が可変HPF1502及び1503のカットオフ周波数を変更しない場合にカルマンフィルタ1001より推定される平行速度である。また、推定平行速度1702は、パンニング及び姿勢判定部1602の判定結果を受けてカットオフ設定部1501が可変HPF1502及び1503のカットオフ周波数を変更した場合にカルマンフィルタ1001より推定される平行速度である。
図14の期間TAでは、ユーザがパンニングを行っていない通常の手持ち状態であり、パンニング及び姿勢判定部1602は「パンニング非動作」を示す判定信号を出力する。期間TBでは、推定平行速度に基づいてパンニング動作中及び姿勢変化中であると判定される。パンニング及び姿勢判定部1602は、推定平行速度が閾値以上の状態が所定時間以上に亘って継続した場合、パンニング動作中及び姿勢変化中であると判定する。または、推定平行速度の1階微分である推定平行加速度が閾値以上の状態が所定時間以上に亘って継続した場合に、パンニング動作中及び姿勢変化中であると判定することもできる。あるいは、推定平行速度が閾値以上の状態が所定時間以上に亘って継続し、かつ、推定平行加速度が閾値以上の状態が所定時間以上に亘って継続した場合に、パンニング動作中及び姿勢変化中であると判定してもよい。
装置の姿勢変化に伴う重力加速度の影響やパンニング動作による外乱加速度の影響で平行速度が非常に大きくなる条件下では、推定平行速度を意図的に小さくするために可変HPF1502と1503のカットオフ周波数が設定される。これにより、パンニング動作中や姿勢変化中に平行振れ補正に係る防振の過補正を防ぐことができる。
また第4実施形態では、パンニング及び姿勢変化の判定結果に従って、可変HPF1502と1503の設定を変更する構成をとっている。しかし、上記の構成は第1実施形態のようにカルマンゲインを変更する場合や、第2実施形態のようにカルマンフィルタの前段で入力可変ゲインを変更する場合にも適用可能できる。この場合、1つ前の制御周期での推定平行速度からパンニング及び姿勢変化の判定を行うことによって、パンニング動作や姿勢変化中の平行振れ補正における防振の過補正を防止できる。
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
905 推定器
1001 カルマンフィルタ
1006,1602 パンニング及び姿勢判定部
1007 カルマンゲイン決定部
1401 入力ゲイン決定部
1402,1403 入力可変ゲイン部
1501 可変フィルタカットオフ周波数設定部
1502,1503 可変HPF
Claims (9)
- 振れ補正手段を駆動することによって像ブレを補正する防振制御装置であって、
前記振れ補正手段の位置を検出する位置検出手段と、
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装置の振れ量から前記振れ補正手段の補正量を算出する補正量算出手段と、
前記補正量に従って前記振れ補正手段を駆動する駆動手段と、
前記装置のパンニング状態、または前記装置の姿勢変化の少なくとも一方を判定する姿勢判定手段とを有し、
前記補正量算出手段は、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検出信号を入力として、前記振れ補正手段の振動モデルから構成されるオブザーバ手段を有し、
前記オブザーバ手段は、前記姿勢判定手段によって前記パンニング状態または前記装置の姿勢変化が生じたと判定された場合に、前記パンニング状態または前記装置の姿勢変化が生じたと判定されない場合に比べて前記平行振れに係る演算結果が小さくなるようにパラメータを変更することを特徴とする防振制御装置。 - 前記オブザーバ手段は、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状態変数とし、前記振れ補正手段への駆動推力を入力変数として前記平行振れの演算を行うカルマンフィルタを用いた推定器であり、
前記パラメータの変更として前記カルマンフィルタのゲインを変更することを特徴とする請求項1に記載の防振制御装置。 - 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、
前記補正量算出手段は、
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、
前記オブザーバ手段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、
前記駆動手段は、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駆動することを特徴とする請求項1または2に記載の防振制御装置。 - 前記姿勢判定手段による判定結果により、前記オブザーバ手段に入力される、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の大きさを変更する変更手段を有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の防振制御装置。
- 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をさらに備え、前記姿勢判定手段による判定結果により、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を変更することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の防振制御装置。
- 前記姿勢判定手段は、前記角速度検出信号を用いて前記装置の姿勢変化を判定することを特徴とする請求項3に記載の防振制御装置。
- 前記姿勢判定手段は、前記オブザーバ手段による演算結果を用いて前記装置の姿勢変化を判定することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の防振制御装置。
- 前記撮像光学系を通して被写体を撮像する撮像手段をさらに備え、
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の防振制御装置を用いて、前記撮像手段によって得られる画像のブレを補正することを特徴とする撮像装置。 - 振れ補正手段を駆動することによって像ブレを補正する防振制御装置にて実行される防振制御方法であって、
前記振れ補正手段の位置を検出する位置検出ステップと、
装置のパンニング状態、または前記装置の姿勢変化の少なくとも一方を判定する姿勢判定ステップと、
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前記装置の振れ量から前記振れ補正手段の補正量を算出する補正量算出ステップと、
前記補正量に従って前記振れ補正手段を駆動する駆動ステップを有し、
前記補正量算出ステップでは、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検出信号を入力として、前記振れ補正手段の振動モデルから構成されるオブザーバ手段を用いて前記平行振れを演算する際、前記装置のパンニング状態または前記装置の姿勢変化が生じたと判定された場合に、前記パンニング状態または前記装置の姿勢変化が生じたと判定されない場合に比べて前記平行振れに係る演算結果が小さくなるようにパラメータを変更することを特徴とする防振制御方法。
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