專(zhuān)利名稱(chēng)：圖像穩(wěn)定設(shè)備和攝像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像穩(wěn)定設(shè)備和包括該圖像穩(wěn)定設(shè)備的攝像設(shè)備，其中，該圖像穩(wěn)定設(shè)備通過(guò)校正由于抖動(dòng)所引起的圖像模糊來(lái)防止所拍攝圖像的劣化。
背景技術(shù)：
圖23是示出傳統(tǒng)照相機(jī)所包括的圖像穩(wěn)定設(shè)備的概要的圖。該照相機(jī)所發(fā)生的抖動(dòng)具有作為包括縱搖運(yùn)動(dòng)、橫擺運(yùn)動(dòng)和側(cè)傾(rolling)運(yùn)動(dòng)的三自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)以及包括X軸方向上的運(yùn)動(dòng)、Y軸方向上的運(yùn)動(dòng)和Z軸方向上的運(yùn)動(dòng)的三自由度的平移運(yùn)動(dòng)的總共六自由度。現(xiàn)今商品化了的圖像穩(wěn)定設(shè)備通常對(duì)由于包括縱搖運(yùn)動(dòng)和橫擺運(yùn)動(dòng)的兩自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)所引起的圖像模糊進(jìn)行校正。角速度傳感器130監(jiān)視照相機(jī)的運(yùn)動(dòng)。作為該角速度傳感器，通常使用用于檢測(cè)由于轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的科氏力的壓電振動(dòng)式角速度傳感器。角速度傳感器130包含三個(gè)檢測(cè)器，其中，這三個(gè)檢測(cè)器進(jìn)行圖23中作為繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的縱搖運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)、圖23中作為繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的橫擺運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)和圖23中作為繞X軸(光軸)的轉(zhuǎn)動(dòng)的側(cè)傾運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)。當(dāng)要校正由于抖動(dòng)所引起的圖像模糊時(shí)，將角速度傳感器130的輸出發(fā)送至鏡頭CPU 106，并且計(jì)算圖像穩(wěn)定用的校正透鏡101的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)位置。為了將校正透鏡101驅(qū)動(dòng)至目標(biāo)驅(qū)動(dòng)位置，向電壓驅(qū)動(dòng)器161X和161y發(fā)送指示信號(hào)，并且電壓驅(qū)動(dòng)器161x和161y依照這些指示信號(hào)并對(duì)透鏡驅(qū)動(dòng)器120x和120y進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。校正透鏡101的位置由透鏡位置檢測(cè)器I IOx和I IOy進(jìn)行監(jiān)視，并被反饋至鏡頭CPU 106。鏡頭CPU 106基于目標(biāo)驅(qū)動(dòng)位置和校正透鏡101的位置來(lái)進(jìn)行校正透鏡101的位置控制。通過(guò)如此根據(jù)抖動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)校正透鏡，可以對(duì)由抖動(dòng)所引起的圖像模糊進(jìn)行校正。然而，在前述圖像穩(wěn)定設(shè)備中，僅角速度傳感器130進(jìn)行由于抖動(dòng)所引起的照相機(jī)的運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)，因此可以監(jiān)視角度運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng))，但無(wú)法監(jiān)視使光軸垂直地或水平地平行運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)(以下稱(chēng)為平行運(yùn)動(dòng))。因此，僅可以對(duì)包括縱搖運(yùn)動(dòng)和橫擺運(yùn)動(dòng)的兩自由度的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行圖像穩(wěn)定。這里，關(guān)于由平行運(yùn)動(dòng)所引起的圖像模糊，將說(shuō)明通過(guò)使用焦距為IOOmm的微透鏡進(jìn)行拍攝的情況作為例子。當(dāng)通過(guò)使用該透鏡拍攝無(wú)限遠(yuǎn)處的風(fēng)景時(shí)，如果角速度傳感器輸出大致為O. 8deg/s，則根據(jù)該焦距，像面移動(dòng)速度約為1.40mm/s( = 100XsinO. 8)。因此，由于在以曝光時(shí)間為1/15秒進(jìn)行拍攝時(shí)的角度運(yùn)動(dòng)所引起的像面的運(yùn)動(dòng)寬度為93 μ m( = 1.40mm/15)。此外，如果除角度運(yùn)動(dòng)以外、整個(gè)照相機(jī)以I. Omm/s在垂直方向上平行移動(dòng)，則由于在無(wú)限拍攝的情況下、拍攝倍率β大致為0，因此拍攝不受平行運(yùn)動(dòng)速度分量影響，并且不會(huì)發(fā)生由于平行運(yùn)動(dòng)所引起的圖像模糊。然而，在為了拍攝花等進(jìn)行特寫(xiě)拍攝時(shí)，拍攝倍率非常大，并且無(wú)法忽略平行運(yùn)動(dòng)的影響。例如，當(dāng)拍攝倍率為等倍率(β = I)、并且垂直方向上的移動(dòng)速度為lmm/s時(shí)，像面也以lmm/s的速度移動(dòng)。在以曝光時(shí)間為1/15秒進(jìn)行拍攝時(shí)的像面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)寬度為67 μ m,并且無(wú)法忽略由于平行運(yùn)動(dòng)所引起的圖像模糊。
接著，將說(shuō)明在物理學(xué)和工程學(xué)的領(lǐng)域內(nèi)表示物體在空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)的一般方法(模型和數(shù)學(xué)表達(dá)式)。這里，為了便于說(shuō)明，關(guān)于表示物體在平面上的運(yùn)動(dòng)的模型，將說(shuō)明普通物體。在這種情況下，如果定義了物體的三個(gè)自由度，則可以唯一定義該物體的運(yùn)動(dòng)和位置。第一個(gè)模型是表示平行運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的模型(參見(jiàn)圖24A和24B)。在將橫軸設(shè)置為X軸并且將縱軸設(shè)置為Y軸的平面內(nèi)的固定坐標(biāo)系O-XY中，如圖24A所示,如果指定了 X軸方向上的位置X (t)、Y軸方向上的位置Y (t)和物體自身的轉(zhuǎn)動(dòng)角度Θ⑴的三自由度，則可以確定該物體的位置。如圖24B所示，可以由設(shè)置在物體上的基準(zhǔn)點(diǎn)(主點(diǎn)O2)的X軸方向平移速度Vx (t)和Y軸方向平移速度Vy (t)以及繞該物體上的基準(zhǔn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度6的這三個(gè)分量來(lái)表示該物體的運(yùn)動(dòng)(速度矢量)。該模型最為常見(jiàn)。第二個(gè)模型是表示瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑的模型(參見(jiàn)圖25)。在XY平面內(nèi)的固定坐標(biāo)系O-XY中，假定在特定時(shí)刻、物體正在圍繞被設(shè)置為瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的特定點(diǎn)f (t)=(X(t)，Y(t))以轉(zhuǎn)動(dòng)半徑R(t)、轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)。如此，可以由瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的軌跡f(t)和該時(shí)刻的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)表示該平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。在力學(xué)中的連桿機(jī)構(gòu)的分析中經(jīng)常使用該模型。近年來(lái)，日本特開(kāi)平07-225405和日本特開(kāi)2004-295027提出了配備有對(duì)平行運(yùn)動(dòng)進(jìn)行校正的功能的照相機(jī)。在日本特開(kāi)平07-225405中，可以說(shuō)基于三個(gè)加速度計(jì)和三個(gè)角速度傳感器的測(cè)量值，利用平移運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)來(lái)表示照相機(jī)在三維空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。此外，在日本特開(kāi)2004-295027中，在照相機(jī)的包括角度運(yùn)動(dòng)和平行運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)中，如該專(zhuān)利文獻(xiàn)的圖2所示，計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)中心相對(duì)于焦平面的距離η。在日本特開(kāi)2004-295027的數(shù)學(xué)表達(dá)式I中，在前半部分中計(jì)算將焦平面設(shè)置為轉(zhuǎn)動(dòng)中心時(shí)發(fā)生的角度運(yùn)動(dòng)量，并且在后半部分中計(jì)算由于平移運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的平行運(yùn)動(dòng)量。后半部分的平行運(yùn)動(dòng)量是利用相對(duì)于焦平面遠(yuǎn)離了距離η的位置的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行替換來(lái)考慮的校正項(xiàng)。作為表示空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)的模型，日本特開(kāi)2004-295027的圖3中的用于獲得轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置η的方法使用力學(xué)中頻繁使用的瞬時(shí)中心的概念。這就是可以通過(guò)連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)來(lái)表示空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)的理念，也就是說(shuō)，空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)在某一瞬時(shí)是以特定點(diǎn)作為中心的特定半徑的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并且在下一瞬時(shí)是以下一特定點(diǎn)作為中心的特定半徑的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。因此，在日本特開(kāi)2004-295027中，可以說(shuō)將由于抖動(dòng)所引起的照相機(jī)的運(yùn)動(dòng)建模為具有瞬時(shí)中心的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。然而，日本特開(kāi)平07-225405所述的方法存在如下問(wèn)題用于獲得像面內(nèi)的模糊量的計(jì)算量極大，并且計(jì)算算法非常復(fù)雜。此外，并未提及針對(duì)光軸方向模糊(失焦)的校正計(jì)算。此外，可以說(shuō)在日本特開(kāi)2004-295027中，如上所述將照相機(jī)的運(yùn)動(dòng)建模為具有瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并且模型和數(shù)學(xué)表達(dá)式的問(wèn)題是如日本特開(kāi)2004-295027的第
段自身所述，在Fl F2(施加至兩個(gè)加速度計(jì)的力)的情況下，轉(zhuǎn)動(dòng)中心位置η為①，并且無(wú)法進(jìn)行計(jì)算。此外，轉(zhuǎn)動(dòng)中心位置η為的事實(shí)表示不存在由于在縱搖方向或橫擺方向的角度而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，并且角速度傳感器無(wú)法檢測(cè)到該運(yùn)動(dòng)。可以通過(guò)使用兩個(gè)加速度傳感器的輸出來(lái)計(jì)算校正量，但精度低并且計(jì)算量極大。此外，利用這種情況下的數(shù)學(xué)表達(dá)式，無(wú)法對(duì)光軸方向上的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行校正計(jì)算。此外，隨著拍攝光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)位置的變化，從加速度傳感器(加速度計(jì))輸出后面將說(shuō)明的校正誤差分量，但日本特開(kāi)平07-225405和日本特開(kāi)2004-295027均無(wú)相應(yīng)的技術(shù)公開(kāi)。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到前述問(wèn)題而作出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于提供如下一種圖像穩(wěn)定設(shè)備和攝像設(shè)備在角度運(yùn)動(dòng)和平行運(yùn)動(dòng)共存的所有狀態(tài)下，該圖像穩(wěn)定設(shè)備和該攝像設(shè)備都使得能夠在不發(fā)生控制失敗的情況下進(jìn)行精確的圖像穩(wěn)定，減少計(jì)算量，并且可以使伴隨著拍攝光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)位置的變化的誤差量最小。為了實(shí)現(xiàn)前述目的，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種圖像穩(wěn)定設(shè)備采用具有如下特征的結(jié)構(gòu)，其中，所述圖像穩(wěn)定設(shè)備包括拍攝光學(xué)系統(tǒng)，用于拍攝被攝體，其中，在所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向上，所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)從第一主點(diǎn)位置向第二主點(diǎn)位置移動(dòng)；以及加速度檢測(cè)器，用于檢測(cè)施加至所述圖像穩(wěn)定設(shè)備的加速度并輸出該加速度，并且在所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向上配置在所述第一主點(diǎn)位置和所述第二主點(diǎn)位置之間。通過(guò)以下說(shuō)明和附圖，本發(fā)明的其它目的和特征將變得明顯。


圖I是示出作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例I的攝像設(shè)備的主要部分的框圖。圖2是實(shí)施例I中的投影至XY平面的照相機(jī)狀態(tài)的簡(jiǎn)化圖。圖3是示出實(shí)施例I中的主點(diǎn)位置和加速度計(jì)的位置的圖。圖4A和4B是示出在圖3的狀態(tài)下的加速度計(jì)輸出的誤差比率函數(shù)的圖。圖5是示出無(wú)限位置處的加速度計(jì)輸出的誤差比率函數(shù)的圖。圖6是示出在圖3的狀態(tài)下的加速度計(jì)輸出的誤差比率變得最小的位置的圖。包括圖7A和7B的圖7是示出實(shí)施例I的操作的流程圖。圖8A是示出固定至照相機(jī)上的坐標(biāo)系的圖。圖8B是示出照相機(jī)的俯視圖。圖8C是示出照相機(jī)的正視圖。圖8D是示出照相機(jī)的側(cè)視圖。圖9是在三維空間內(nèi)僅表不照相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖IOA和IOB是示出主點(diǎn)A的極坐標(biāo)系和正交坐標(biāo)系的圖。圖11是投影至X9Y9平面和Z9X9平面時(shí)的坐標(biāo)映射。圖12是示出投影至X9Y9平面的照相機(jī)狀態(tài)的圖。圖13是示出投影至Z9X9平面的照相機(jī)狀態(tài)的圖。圖14是初始時(shí)刻t = O時(shí)的照相機(jī)初始狀態(tài)的圖。圖15是O-XYZ坐標(biāo)系中的照相機(jī)初始狀態(tài)的圖。圖16是極坐標(biāo)系的基本說(shuō)明圖。圖17是示出投影至二維XY坐標(biāo)系的照相機(jī)狀態(tài)的圖。圖18是示出投影至二維ZX坐標(biāo)系的照相機(jī)狀態(tài)的圖。圖19A和19B是示出根據(jù)實(shí)施例2的加速度計(jì)輸出的誤差比率函數(shù)等的圖。圖20是示出根據(jù)實(shí)施例2的誤差比率變得最小的位置的圖。
圖21是示出根據(jù)實(shí)施例2的變形例的誤差比率變得最小的位置的圖。包括圖22A和22B的圖22是示出實(shí)施例3的操作的流程圖。圖23是示出傳統(tǒng)例子的照相機(jī)的圖像穩(wěn)定設(shè)備的圖。圖24A和24B是示出一般的二維坐標(biāo)系中的物體位置和物體速度的定義的圖。圖25是示出瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的一般軌跡的定義的圖。
具體實(shí)施例方式用于執(zhí)行本發(fā)明的模式如以下的實(shí)施例I 3所示。實(shí)施例I在以下實(shí)施例中，由“自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)表達(dá)式”來(lái)表示人手把持的照相機(jī)的抖動(dòng)運(yùn)動(dòng)和作為照相機(jī)的抖動(dòng)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果在像面上發(fā)生的圖像運(yùn)動(dòng)，其中，在該“自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)表達(dá)式”中，將由自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所表示的運(yùn)動(dòng)模型與幾何光學(xué)表達(dá)式相結(jié)合。本實(shí)施例是如下的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其中，該圖像穩(wěn)定設(shè)備根據(jù)加速度計(jì)和角速度傳感器的測(cè)量值以及自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)表達(dá)式來(lái)計(jì)算照相機(jī)運(yùn)動(dòng)，并且還計(jì)算圖像運(yùn)動(dòng)。通過(guò)基于該圖像運(yùn)動(dòng)的計(jì)算值對(duì)拍攝鏡頭的一部分或全部或者攝像裝置的一部分或全部進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，對(duì)圖像模糊進(jìn)行校正。可選地，本發(fā)明提供如下的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其中，該圖像穩(wěn)定設(shè)備基于根據(jù)自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)表達(dá)式所獲得的圖像運(yùn)動(dòng)的計(jì)算值，通過(guò)對(duì)所拍攝圖像進(jìn)行圖像處理來(lái)對(duì)圖像模糊進(jìn)行校正。圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例I的包括圖像穩(wěn)定設(shè)備的攝像設(shè)備(照相機(jī)系統(tǒng))的主要部分的框圖。對(duì)進(jìn)行與現(xiàn)有技術(shù)相同的功能的部分分配相同的附圖標(biāo)記和字符，并且將適當(dāng)省略冗余的說(shuō)明。根據(jù)實(shí)施例I的圖像穩(wěn)定設(shè)備設(shè)置在相對(duì)于照相機(jī)本體201可安裝且可拆卸的鏡筒102內(nèi)，并且針對(duì)縱搖(繞Z2軸的轉(zhuǎn)動(dòng))、橫擺(繞Y2軸的轉(zhuǎn)動(dòng))、Y2軸方向、Z2軸方向和父2軸(光軸)方向這五個(gè)自由度方向進(jìn)行模糊校正。然而，在圖I及以下說(shuō)明中，示出了縱搖轉(zhuǎn)動(dòng)和Y2軸方向上的圖像穩(wěn)定系統(tǒng)以及X2軸(光軸)方向上的光軸方向圖像穩(wěn)定系統(tǒng)，并且橫擺轉(zhuǎn)動(dòng)和Z2軸方向上的圖像穩(wěn)定系統(tǒng)與縱搖轉(zhuǎn)動(dòng)和￥2軸方向上的圖像穩(wěn)定系統(tǒng)相同。角速度傳感器130是如下的角速度檢測(cè)器，其中，該角速度檢測(cè)器相對(duì)于鏡筒102被浮動(dòng)地支撐并且檢測(cè)照相機(jī)本體201 (鏡筒102)所發(fā)生的運(yùn)動(dòng)的角速度。根據(jù)實(shí)施例I的角速度傳感器130是用于檢測(cè)由于轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的科氏力的壓電振動(dòng)式角速度傳感器。角速度傳感器130是內(nèi)部具有針對(duì)縱搖、橫擺和側(cè)傾的三軸轉(zhuǎn)動(dòng)的靈敏度軸的角速度傳感器。浮動(dòng)地支撐角速度傳感器130的原因是盡可能消除伴隨著照相機(jī)的機(jī)構(gòu)操作的機(jī)械振動(dòng)的影響。角速度傳感器130將與檢測(cè)到的角速度相對(duì)應(yīng)的角速度信號(hào)輸出至濾波器160co加速度計(jì)121是用于檢測(cè)照相機(jī)本體201 (鏡筒102)所發(fā)生的運(yùn)動(dòng)的加速度的加速度檢測(cè)器。根據(jù)實(shí)施例I的加速度計(jì)121是具有相對(duì)于X軸、Y軸和Z軸這三個(gè)方向的三個(gè)靈敏度軸的三軸加速度計(jì)，并且由鏡筒102浮動(dòng)地支撐。由于與角速度傳感器130的情況相同的原因而浮動(dòng)地支撐加速度計(jì)121。此外，在本實(shí)施例中，加速度計(jì)121是三軸加速度傳感器(使用鉛錘體的加速度傳感器)，并且兩個(gè)軸的頻率特性同樣高，但其余一個(gè)軸的特性低。因此，為了檢測(cè)在與光軸正交的Y2軸方向和Z2軸方向上的加速度，使用靈敏度高的兩個(gè)軸，并且使特性低的一個(gè)軸與X2軸(光軸方向)對(duì)準(zhǔn)。這是為了精確地檢測(cè)對(duì)圖像模糊校正的影響大的Y2軸方向和Z2軸方向上的加速度。加速度計(jì)121的輸出在通過(guò)諸如濾波器160a等的低通濾波器(LPF)之后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，并被輸入至鏡頭CPU 106內(nèi)的IS(圖像穩(wěn)定)透鏡校正計(jì)算器107。加速度計(jì)121可以安裝至在變焦等期間在光軸方向上移動(dòng)的可移動(dòng)鏡框、保持其它光學(xué)系統(tǒng)的框或者光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的諸如光圈等的單元，但在這種情況下，需要使得能夠檢測(cè)加速度計(jì)121相對(duì)于變焦后的主點(diǎn)位置的位置。此外，角速度傳感器130是如上所述的振動(dòng)陀螺儀型，并且以26KHz振動(dòng)。因此，如果將這些傳感器安裝在同一基板上，則加速度計(jì)121有可能拾取到振動(dòng)噪聲，因此將加速度計(jì)121和角速度傳感器130安裝在獨(dú)立基板上。圖像穩(wěn)定透鏡驅(qū)動(dòng)器120是如下的驅(qū)動(dòng)器(致動(dòng)器)，其中，該驅(qū)動(dòng)器生成在與光軸I垂直的平面內(nèi)(Y2Z2平面內(nèi))驅(qū)動(dòng)圖像模糊校正用的校正透鏡101所使用的驅(qū)動(dòng)力。在利用電壓驅(qū)動(dòng)器161所輸出的驅(qū)動(dòng)電流使未示出的線圈進(jìn)入通電狀態(tài)時(shí)，圖像穩(wěn)定透鏡驅(qū)動(dòng)器120生成Y2軸方向上的驅(qū)動(dòng)力并驅(qū)動(dòng)校正透鏡101。透鏡位置檢測(cè)器110是用于檢測(cè)校正透鏡101在與光軸I正交的平面內(nèi)的位置的光學(xué)位置檢測(cè)器。透鏡位置檢測(cè)器110監(jiān)視校正透鏡101的當(dāng)前位置，并將與校正透鏡101的當(dāng)前位置有關(guān)的信息經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器反饋至圖像穩(wěn)定控制器108。鏡頭CPU 106是用于進(jìn)行鏡筒102側(cè)的各種控制的中央處理器。鏡頭CPU 106基于焦距檢測(cè)器163所輸出的脈沖信號(hào)計(jì)算焦距，并基于被攝體距離檢測(cè)器164所輸出的脈沖信號(hào)計(jì)算被攝體距離。此外，在鏡頭CPU 106中，設(shè)置有圖像穩(wěn)定透鏡校正計(jì)算器107、圖像穩(wěn)定控制器108和自動(dòng)調(diào)焦透鏡控制器401。鏡頭CPU 106可以經(jīng)由設(shè)置在鏡筒102和照相機(jī)本體201之間的鏡頭接點(diǎn)190與本體CPU 109進(jìn)行通信。與釋放開(kāi)關(guān)191的半按下接通(ON)同步地從本體CPU 109發(fā)送圖像模糊校正開(kāi)始命令，并且與半按下斷開(kāi)(OFF)同步地將圖像模糊校正停止命令發(fā)送至CPU 106。此外，鏡頭CPU 106監(jiān)視設(shè)置在鏡筒102內(nèi)的模糊校正開(kāi)關(guān)(SW) 103的狀態(tài)。如果模糊校正開(kāi)關(guān)103接通，則鏡頭CPU 106進(jìn)行圖像模糊校正控制，并且如果模糊校正開(kāi)關(guān)103斷開(kāi)，則鏡頭CPU 106忽略來(lái)自本體CPU 109的圖像模糊校正開(kāi)始命令并且不進(jìn)行模糊校正。圖像穩(wěn)定透鏡校正計(jì)算器107是用于將濾波器160a和160c的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成將鏡筒102驅(qū)動(dòng)至目標(biāo)位置所使用的目標(biāo)速度信息的部分。圖像穩(wěn)定控制器108、濾波器160a和160c、EEPROM 162、焦距檢測(cè)器163以及被攝體距離檢測(cè)器164連接至圖像穩(wěn)定透鏡校正計(jì)算器107。自動(dòng)調(diào)焦透鏡控制器401具有光軸方向運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算器402，其中，光軸方向運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算器402通過(guò)使用來(lái)自圖像穩(wěn)定透鏡校正計(jì)算器107的加速度計(jì)輸出值來(lái)進(jìn)行為了執(zhí)行光軸方向運(yùn)動(dòng)校正的計(jì)算，并且自動(dòng)調(diào)焦透鏡控制器401將該計(jì)算結(jié)果輸出至自動(dòng)調(diào)焦透鏡電壓驅(qū)動(dòng)器172。自動(dòng)調(diào)焦透鏡140可以由使用超聲波馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)源的自動(dòng)調(diào)焦透鏡驅(qū)動(dòng)器141在光軸方向上進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。自動(dòng)調(diào)焦透鏡電壓驅(qū)動(dòng)器172生成對(duì)自動(dòng)調(diào)焦透鏡驅(qū)動(dòng)器141進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制用的電壓。
圖像穩(wěn)定透鏡校正計(jì)算器107通過(guò)利用A/D轉(zhuǎn)換對(duì)從角速度傳感器130和加速度計(jì)121經(jīng)由濾波器160a和160c輸出的輸出信號(hào)(模擬信號(hào))進(jìn)行量化來(lái)取入這些信號(hào)?；趶慕咕鄼z測(cè)器163獲得的焦距信息、從被攝體距離檢測(cè)器164獲得的被攝體距離信息和寫(xiě)入EEPROM 162的鏡頭特有信息，圖像穩(wěn)定透鏡校正計(jì)算器107將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成校正透鏡101的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)速度。后面將詳細(xì)說(shuō)明圖像穩(wěn)定透鏡校正計(jì)算器107所進(jìn)行的向目標(biāo)驅(qū)動(dòng)位置的轉(zhuǎn)換方法(計(jì)算方法)。將作為圖像穩(wěn)定透鏡校正計(jì)算器107計(jì)算出的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)速度的信息的目標(biāo)速度信號(hào)輸出至圖像穩(wěn)定控制器108。圖像穩(wěn)定控制器108是如下的部分，其中，該部分經(jīng)由電壓驅(qū)動(dòng)器161控制圖像穩(wěn)定透鏡驅(qū)動(dòng)器120，并進(jìn)行跟蹤控制以使得根據(jù)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)速度的信息來(lái)驅(qū)動(dòng)校正透鏡101。圖像穩(wěn)定控制器108將透鏡位置檢測(cè)器110所輸出的位置檢測(cè)信號(hào)(模擬信號(hào))轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并取入該數(shù)字信號(hào)。圖像穩(wěn)定控制器108的一個(gè)輸入部用于作為圖像穩(wěn)定透鏡校正計(jì)算器107的輸出的、轉(zhuǎn)換成校正透鏡101的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)速度的目標(biāo)速度信號(hào)，并且圖像穩(wěn)定控制器108的另一輸入部用于透鏡位置檢測(cè)器110所獲得的校正透鏡101的位置信息。作為圖像穩(wěn)定控制器108中的控制，通過(guò)使用校正透鏡101的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)速度和實(shí)際速度信息之間的偏差來(lái)進(jìn)行速度控制。圖像穩(wěn)定控制器108基于目標(biāo)驅(qū)動(dòng)速度和校正透鏡101的速度信息等計(jì)算驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將該數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出至電壓驅(qū)動(dòng)器161?？蛇x地，作為圖像穩(wěn)定控制器108中的控制，可以使用已知的PID控制。通過(guò)使用目標(biāo)位置信息和校正透鏡101的透鏡位置信息之間的偏差來(lái)進(jìn)行PID控制。圖像穩(wěn)定控制器108基于目標(biāo)位置信息和校正透鏡101的位置信息等計(jì)算驅(qū)動(dòng)信號(hào)。并將該數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出至電壓驅(qū)動(dòng)器161。濾波器160a和160c是如下的濾波器，其中，這些濾波器從角速度傳感器130和加速度計(jì)121的輸出信號(hào)去除預(yù)定頻率成分，并且截除包括在高頻波段中的噪聲成分和DC成分。濾波器160a和160c對(duì)預(yù)定頻率成分被去除之后的角速度信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，之后將這些角速度信號(hào)輸出至圖像穩(wěn)定透鏡校正計(jì)算器107。電壓驅(qū)動(dòng)器161是根據(jù)所輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(驅(qū)動(dòng)電壓)向圖像穩(wěn)定透鏡驅(qū)動(dòng)器120供給電力的驅(qū)動(dòng)器。電壓驅(qū)動(dòng)器161對(duì)該驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行切換，向圖像穩(wěn)定透鏡驅(qū)動(dòng)器120施加電壓以驅(qū)動(dòng)圖像穩(wěn)定透鏡驅(qū)動(dòng)器120。EEPROM 162是如下的非易失性存儲(chǔ)器，其中，該非易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)作為與鏡筒102有關(guān)的各種特有信息的鏡頭數(shù)據(jù)、以及用于將被攝體距離檢測(cè)器164所輸出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成物理量的系數(shù)。焦距檢測(cè)器163是用于檢測(cè)焦距的變焦編碼器。焦距檢測(cè)器163將與焦距值相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)輸出至圖像穩(wěn)定透鏡校正計(jì)算器107。被攝體距離檢測(cè)器164是用于檢測(cè)到被攝體的距離的調(diào)焦編碼器。被攝體距離檢測(cè)器164檢測(cè)拍攝光學(xué)系統(tǒng)105 (自動(dòng)調(diào)焦透鏡140)的位置，并將與該位置相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)輸出至圖像穩(wěn)定透鏡校正計(jì)算器107。根據(jù)焦距檢測(cè)器163和被攝體距離檢測(cè)器164的檢測(cè)結(jié)果，如后面所述來(lái)計(jì)算拍攝光學(xué)系統(tǒng)105的主點(diǎn)A的位置?？蛇x地，讀取存儲(chǔ)在EEPROM 162中的拍攝光學(xué)系統(tǒng)105的主點(diǎn)A的位置信息，并進(jìn)行后面將說(shuō)明的控制。本體CPU 109是用于進(jìn)行整體照相機(jī)系統(tǒng)的各種控制的中央處理器。本體CPU109基于釋放開(kāi)關(guān)191的接通操作將模糊校正開(kāi)始命令發(fā)送至鏡頭CPU 106?？蛇x地，本體CPU 109基于釋放開(kāi)關(guān)191的斷開(kāi)操作將模糊校正停止命令輸出至鏡頭CPU106?？蛇x地，進(jìn)行除以上處理以外的各種處理。將與釋放開(kāi)關(guān)191有關(guān)的信息輸入至本體CPU 109，并且釋放開(kāi)關(guān)191可以檢測(cè)未示出的釋放按鈕的半按下或全按下操作。釋放開(kāi)關(guān)191是如下的開(kāi)關(guān)，其中，該開(kāi)關(guān)檢測(cè)未示出的釋放按鈕的半按下操作并開(kāi)始一系列的拍攝準(zhǔn)備操作，檢測(cè)該釋放按鈕的全按下操作并且開(kāi)始拍攝操作。接著，將詳細(xì)說(shuō)明圖像穩(wěn)定透鏡校正計(jì)算器107的內(nèi)部。自轉(zhuǎn)角速度計(jì)算器301基于角速度傳感器輸出值來(lái)計(jì)算自轉(zhuǎn)角速度^^。角速度傳感器輸出值和自轉(zhuǎn)角速度通常成線性關(guān)系，因此可以通過(guò)將角速度傳感器輸出值乘以系數(shù)來(lái)獲得自轉(zhuǎn)角速度。高通濾波器303是用于使模糊校正所需的頻率成分通過(guò)的濾波器。公轉(zhuǎn)角速度計(jì)算器304可以通過(guò)將作為來(lái)自高通濾波器303的輸入值的公轉(zhuǎn)加速度分量jraxy 除以被攝體側(cè)焦距raxy來(lái)獲得公轉(zhuǎn)角加速度。此外，通過(guò)對(duì)該公轉(zhuǎn)角加速度進(jìn)行時(shí)間積分來(lái)獲得控制所需的公轉(zhuǎn)角速度。自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)差圖像穩(wěn)定量計(jì)算器305通過(guò)將所讀取的攝像倍率β、實(shí)際焦距值f、以及實(shí)時(shí)計(jì)算出的自轉(zhuǎn)角速度和公轉(zhuǎn)角速度代入以下的后面將說(shuō)明的表達(dá)式(15)，計(jì)算攝像裝置203的攝像面的Y2方向上的圖像運(yùn)動(dòng)速度。V dcxy(02 -X2^) ~ _O" +Qcaxy_Oaxy 6 ^(15)
VJ所獲得的圖像運(yùn)動(dòng)速度成為目標(biāo)驅(qū)動(dòng)速度。可以根據(jù)后面將說(shuō)明的表達(dá)式(16)同樣獲得攝像面的Z2方向上的圖像運(yùn)動(dòng)速度，但這里將省略該說(shuō)明。理論公式選擇器306根據(jù)公轉(zhuǎn)角速度相對(duì)于自轉(zhuǎn)角速度的比率，選擇使用自轉(zhuǎn)角速度和公轉(zhuǎn)角速度之間的差的自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)差運(yùn)動(dòng)校正的公式或者僅使用自轉(zhuǎn)角速度的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)校正的公式作為校正計(jì)算所使用的公式。自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)模糊公式〈表達(dá)式(15) >的含義和使用方法在實(shí)施例I中，通過(guò)自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)公式來(lái)表示照相機(jī)抖動(dòng)(縱搖角度運(yùn)動(dòng)和Y2方向上的平行運(yùn)動(dòng))在XY平面內(nèi)的分量，并且通過(guò)作為自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)公式的近似表達(dá)式的表達(dá)式(15)來(lái)獲得攝像面內(nèi)的Y2方向圖像運(yùn)動(dòng)(攝像面垂直方向圖像運(yùn)動(dòng))速度。在本發(fā)明的說(shuō)明中，將“矢量R”記述為“ ^ ”。 Vclcxy(02 -X2Y2 ) -{\ + β) Aecaxy-Oaxy \ej^(15)
VJ其中，-X2I72丨表不攝像面內(nèi)的圖像運(yùn)動(dòng)速度，^表不該照相機(jī)的拍攝鏡頭在圖像模糊校正時(shí)的攝像倍率[(無(wú)單位)]，f表示該照相機(jī)的拍攝鏡頭在圖像模糊校正時(shí)的實(shí)際焦距[mm], (l+β )f表示圖像側(cè)焦距[mm],乏―表示以主點(diǎn)A作為中心的自轉(zhuǎn)角度Θ caxy的時(shí)間微分值、即自轉(zhuǎn)角速度[rad/秒]，<表示以原點(diǎn)O作為中心的公轉(zhuǎn)角度Θ axy的時(shí)間微分值、即公轉(zhuǎn)角速度[rad/秒]，ejU/2)表示以下在極坐標(biāo)系中，由于(π/2)次冪，因而圖像運(yùn)動(dòng)速度矢量表不相對(duì)于X2軸(光軸)轉(zhuǎn)動(dòng)了 90度的方向。
后面將說(shuō)明作為表達(dá)式(15)的XY平面內(nèi)的移動(dòng)坐標(biāo)系O2-X2Y2中的圖像運(yùn)動(dòng)速度^的近似理論公式的詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程，并且這里，將參考圖2來(lái)說(shuō)明該公式的含義。圖2示出投影至XY平面上的照相機(jī)的狀態(tài)的示意圖。這里，示出了照相機(jī)的外形和鏡頭。在該照相機(jī)中，示出光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)Axy、加速度計(jì)Bxy和攝像裝置203的中心Cxy。坐標(biāo)系O4-X4Y4的原點(diǎn)O4固定至光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)Axy。當(dāng)主點(diǎn)Axy移動(dòng)時(shí)，X4軸相對(duì)于X軸保持平行狀態(tài)，并且Y4軸相對(duì)于Y軸保持平行狀態(tài)。坐標(biāo)系O2-X2Y2的原點(diǎn)O2固定至主點(diǎn)Axy,并且與照相機(jī)一體化地移動(dòng)。在這種情況下，X2軸與該照相機(jī)的光軸總是一致。將X4軸和X2軸之間的以原點(diǎn)O2為中心的角度設(shè)置為自轉(zhuǎn)角度Θ _y。將X軸和標(biāo)量raxy之間的以原點(diǎn)O為中心的角度設(shè)置為公轉(zhuǎn)角度0axy。標(biāo)量!·— (l+β )f/^表示
被攝體側(cè)焦距。β表示攝像倍率。主點(diǎn)Axy處的重力加速度矢量g#具有通過(guò)正轉(zhuǎn)動(dòng)(逆
時(shí)針)從X4軸至矢量之間繞主點(diǎn)Axy的角度Θ gxy。Θ gxy是恒定值。近似表達(dá)式表示可以通過(guò)_(圖像側(cè)焦距)X (通過(guò)從自轉(zhuǎn)角速度減去公轉(zhuǎn)角速度所獲得的值)來(lái)表示攝像面內(nèi)的Y2方向上的圖像運(yùn)動(dòng)速度。無(wú)近似的精確公式是表達(dá)式(12)。當(dāng)進(jìn)行精度較高的圖像模糊校正時(shí)，可以使用該精確公式〈表達(dá)式(12)>。這里，raxy ^ (l+β )f/^表示被攝體側(cè)焦距。
VdcxiO2-X2Y2) =fV-+
Kixy f \axy~ff^axy f
(12)與XY平面的情況相同，通過(guò)自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)公式來(lái)表示照相機(jī)抖動(dòng)在ZX平面上的橫擺角度運(yùn)動(dòng)以及Z2方向上的平行運(yùn)動(dòng)這兩個(gè)分量，并且通過(guò)近似表達(dá)式(16)獲得攝像裝置面內(nèi)的Z2方向圖像運(yùn)動(dòng)(攝像面的橫方向上的圖像運(yùn)動(dòng))速度。這表示與表達(dá)式(15)相同的含義，因此這里將省略該說(shuō)明。接著，將說(shuō)明包括在加速度計(jì)121的輸出中的分量。后面將說(shuō)明該公式的推導(dǎo)過(guò)程。這里，將說(shuō)明圖像穩(wěn)定所需的項(xiàng)。通過(guò)表達(dá)式(27)來(lái)表示獲得公轉(zhuǎn)角速度所使用的Y2軸方向上的加速度計(jì)輸出 Accy2(0-X2Y2) οj^-Ccy2(O-X2Y2) ^ Jr axy Θ axy (弟二項(xiàng)公轉(zhuǎn)的加速度)+(第四項(xiàng)科氏力)+ j rbaxy O2caxy sin(6 ~ + 冗)(第五項(xiàng)自轉(zhuǎn)的向心力) +y>^^sin(^+^/)(第六項(xiàng)自轉(zhuǎn)的加速度)+ j G ^miegxy - π)(第七項(xiàng)重力加速度分量)
(27)表達(dá)式(27)中的第三項(xiàng)jraxy <是獲得實(shí)施例I期望獲得的公轉(zhuǎn)角速度<所需的分量，并且如果將第三項(xiàng)除以已知的raxy并進(jìn)行積分，則獲得公轉(zhuǎn)角速度<。第四項(xiàng)、第五項(xiàng)、第六項(xiàng)和第七項(xiàng)是計(jì)算所不需要的項(xiàng)，并且如果不消除這些項(xiàng)，則這些項(xiàng)成為獲得公轉(zhuǎn)角速度時(shí)的誤差分量。第四項(xiàng)_/+2%^表示科氏力，并且如果照相機(jī)光軸方向上的運(yùn)動(dòng)小、光軸方向上的速度~=0，則第四項(xiàng)是可以忽略的項(xiàng)。后面還將說(shuō)明表達(dá)式(27)。第五項(xiàng)和第六項(xiàng)是由于加速度計(jì)121無(wú)法配置在理想的主點(diǎn)位置A處而是配置在位置B處而包括在加速度計(jì)輸出Acxy2toI2y2)中的誤差分量。第五項(xiàng)jrbaxy0二 sin(0_ +;r)是由于加速度計(jì)121以主點(diǎn)A為中心轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的向心力。rbaxy和Θ baxy表示安裝有加速度計(jì)121的位置B的坐標(biāo)，并且是已知的。是自轉(zhuǎn)角速度，并且是安裝至照相機(jī)的角速度傳感器130可以測(cè)量出的值。因此，可以計(jì)算出第五項(xiàng)的值。第六項(xiàng)+%)是加速度計(jì)121以主點(diǎn)A為中心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的加速度分
量，并且rbaxy和Qbaxy表示安裝有加速度計(jì)121的位置B的坐標(biāo)，并且是已知的?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)安裝至照相機(jī)的角速度傳感器130的值進(jìn)行微分來(lái)計(jì)算是-。因此，可以計(jì)算出第六項(xiàng)的值。第七項(xiàng)jGsin( Θ gxy- ji )是重力加速度的影響，并且在該近似表達(dá)式中可被看作為常數(shù)，因此可以通過(guò)電路的濾波處理消除該第七項(xiàng)。通過(guò)表達(dá)式(26)來(lái)表示光軸方向運(yùn)動(dòng)校正所使用的作為光軸的X2軸方向上的加
速度計(jì)輸出 ACCX2 (0-X2Y2) °j^-CCX2(O-X2Y2) ~ ^axy (第一項(xiàng)光軸方向運(yùn)動(dòng))- foxy O2axy (第二項(xiàng)公轉(zhuǎn)的向心力)+ rbcDcy O1caxy Cosipbaxy +^)(第五項(xiàng)自轉(zhuǎn)的向心力)+rbaxyOcaxyCO^baxy(第六項(xiàng)自轉(zhuǎn)的加速度)+Gco^Ogxy - π)(第七項(xiàng)重力加速度分量)(26)在表達(dá)式(26)中，光軸方向運(yùn)動(dòng)校正僅需要第一項(xiàng)(光軸方向上的加速度)。第二項(xiàng)、第五項(xiàng)、第六項(xiàng)和第七項(xiàng)是光軸方向運(yùn)動(dòng)校正所不需要的分量，并且如果不消除這些項(xiàng)，則這些項(xiàng)成為獲得作為光軸的X2軸方向上的加速度匕V時(shí)的誤差分量?？梢岳门c表達(dá)式(27)的情況相同的方法來(lái)刪除第二項(xiàng)、第五項(xiàng)、第六項(xiàng)和第七項(xiàng)。后面將說(shuō)明表達(dá)式
(26)。如上所述，可以消除包括在加速度計(jì)121的輸出中的誤差分量，但如果進(jìn)行校正計(jì)算，則模糊校正操作開(kāi)始延遲了該計(jì)算時(shí)間，并且無(wú)法進(jìn)行精確的模糊校正。因而，基于以下想法，將加速度計(jì)121放置于鏡筒102內(nèi)，由此可以使包括在加速度計(jì)121的輸出中的誤差分量最小。因此，不需要校正計(jì)算時(shí)間，由此可以進(jìn)行精確的模糊校正。
圖3是鏡筒102的截面圖，并且用于說(shuō)明拍攝光學(xué)系統(tǒng)105、加速度計(jì)121和角速度傳感器131的配置。在圖3中，拍攝光學(xué)系統(tǒng)105的主點(diǎn)位于光軸I上，并且根據(jù)用戶所設(shè)置的攝像倍率，該拍攝光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)在光軸I上在從等倍率拍攝時(shí)(最近拍攝時(shí))的主點(diǎn)位置Al至無(wú)限拍攝時(shí)(β =0.0)的主點(diǎn)位置Α2的范圍內(nèi)移動(dòng)。更具體地，在該拍攝光學(xué)系統(tǒng)中，主點(diǎn)在光軸I上在作為拍攝倍率β為I. O時(shí)的主點(diǎn)位置的點(diǎn)(第一點(diǎn))與作為拍攝倍率β為O. O時(shí)的主點(diǎn)位置的第二點(diǎn)的范圍內(nèi)移動(dòng)。將角速度傳感器131放置于鏡筒102的任意位置處，但將加速度計(jì)121放置于光軸I方向上的等倍率拍攝時(shí)的主點(diǎn)位置Al (第一點(diǎn))和無(wú)限拍攝時(shí)的主點(diǎn)位置Α2(第二點(diǎn))之間的位置處。例如，將加速度計(jì)121放置于光軸方向上的拍攝倍率β為O. 5的位置處。將加速度計(jì)121在光軸I方向上的位置設(shè)置為主點(diǎn)位置A3，將相對(duì)于等倍率拍攝時(shí)的主點(diǎn)位置Al的光軸I方向上的距離設(shè)置為Λ X，并且將與光軸I垂直的方向上的距離設(shè)置為ΛΥ。由此，在表達(dá)式(27)中，在等倍率拍攝的情況下，滿足rbaxy = AY/sin0baxyO即，滿足 tan Θ baxy = Δ Y/ Δ X。這里，如下將表達(dá)式(27)中的作為不需要項(xiàng)的第五項(xiàng)和第六項(xiàng)的總和表示為加速度計(jì)位置誤差函數(shù)g(9ba)。= FbaxyO1baxy sin((9— + π)+ jrbaJcaxy sin(0— +^)(%)如上所述，可以忽略表達(dá)式(27)中的第四項(xiàng)，并且通過(guò)電路的濾波處理還可以消除第七項(xiàng)。因此，該濾波處理后的加速度計(jì)121的輸出是第三項(xiàng)、第五項(xiàng)和第六項(xiàng)，因此當(dāng)將包括在加速度計(jì)121的輸出中并由表達(dá)式(30)來(lái)表示的加速度計(jì)位置誤差函數(shù)g(e ba)的比率設(shè)置為誤差比率函數(shù)f( Θ J時(shí)，可以如下表示該誤差比率函數(shù)f( Θ ba)。
、 “二 Sin(6UM) + r^/Sin(6UV+X)池)=~^~—ΓΖ~^—tz-Γ/1
rOxydaxy + ^axyOcaxy Sin^ + π)+ rbaxyecaxy Sin^ +%j(3 j )以下假定加速度計(jì)121配置在拍攝倍率為β = O. 5的位置處。在表達(dá)式(31)所示出的參數(shù)中，raxy表示拍攝倍率β的函數(shù)，并且作為本申請(qǐng)人的認(rèn)真研究的結(jié)果，已知<
與攝像倍率β成線性關(guān)系。因此，可以如下表示表達(dá)式(31)。
/、_hcjLcy Sinfe- +π)++
=(1 + 0-5)/^0,)^
^(￠.0.5) Χ β X ^ 、Χ ^caxy(fi=0.5) Χ (I +々)y ^ rbaxy合caxy ^^Pbaxy + haxy^caxy ^^baxy + /^) "—0.5β
(32)順便提及，作為本申請(qǐng)人的研究結(jié)果，已知即使拍攝姿勢(shì)和攝像倍率改變，乏-和是-也大致恒定。因此，當(dāng)代入了乏-和的值時(shí)，表達(dá)式(32)所示出的誤差比率函數(shù)f(0ba)如下所示。
權(quán)利要求
1.一種圖像穩(wěn)定設(shè)備，包括 拍攝光學(xué)系統(tǒng)，用于拍攝被攝體，其中，在所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向上，所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)從第一主點(diǎn)位置向第二主點(diǎn)位置移動(dòng)；以及 加速度檢測(cè)器，用于檢測(cè)施加至所述圖像穩(wěn)定設(shè)備的加速度并輸出該加速度，并且所述加速度檢測(cè)器在所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向上被配置在所述第一主點(diǎn)位置和所述第二主點(diǎn)位置之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其特征在于，還包括 倍率計(jì)算單元，用于計(jì)算所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的攝像倍率； 其中，所述加速度檢測(cè)器被配置在所述攝像倍率約為0. 5的位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其特征在于， 所述加速度檢測(cè)器被設(shè)置在保持構(gòu)成所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的透鏡的框構(gòu)件處、或者設(shè)置在配置于光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光圈構(gòu)件處。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其特征在于，還包括 角速度檢測(cè)器，用于檢測(cè)施加至所述圖像穩(wěn)定設(shè)備的角速度并輸出該角速度； 計(jì)算單元，用于計(jì)算所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的主點(diǎn)的位置；以及控制單元，用于基于所述角速度檢測(cè)器檢測(cè)到的角速度、所述加速度檢測(cè)器檢測(cè)到的加速度和所述計(jì)算單元計(jì)算出的主點(diǎn)的位置來(lái)進(jìn)行圖像穩(wěn)定控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其特征在于，還包括 第一角速度計(jì)算單元，用于基于所述角速度檢測(cè)器的輸出來(lái)計(jì)算以所述計(jì)算單元計(jì)算出的主點(diǎn)的位置為中心的第一角速度分量；以及 第二角速度計(jì)算單元，用于基于所述角速度檢測(cè)器的輸出和所述第一角速度計(jì)算單元的計(jì)算結(jié)果來(lái)計(jì)算以與所述被攝體有關(guān)的點(diǎn)為中心的第二角速度分量，并且基于計(jì)算出的主點(diǎn)的位置校正所述第二角速度分量， 其中，所述控制單元基于所述第一角速度分量和校正后的第二角速度分量之間的差來(lái)進(jìn)行圖像穩(wěn)定控制。
6.一種攝像設(shè)備，其包括根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備。
7.一種圖像穩(wěn)定設(shè)備，包括 拍攝光學(xué)系統(tǒng)，用于拍攝被攝體； 角速度檢測(cè)器，用于檢測(cè)施加至所述圖像穩(wěn)定設(shè)備的角速度并輸出該角速度； 加速度檢測(cè)器，用于檢測(cè)施加至所述圖像穩(wěn)定設(shè)備的加速度并輸出該加速度，其中，所述加速度檢測(cè)器被配置在所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的最近拍攝時(shí)的主點(diǎn)位置和無(wú)限拍攝時(shí)的主點(diǎn)位置之間； 自轉(zhuǎn)角速度計(jì)算單元，用于基于所述角速度檢測(cè)器的輸出來(lái)計(jì)算以所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)為中心的自轉(zhuǎn)角速度分量； 公轉(zhuǎn)角速度計(jì)算單元，用于基于所述加速度檢測(cè)器的輸出和所述自轉(zhuǎn)角速度計(jì)算單元的計(jì)算結(jié)果來(lái)計(jì)算以所述被攝體為中心的公轉(zhuǎn)角速度分量；以及 控制單元，用于基于所述自轉(zhuǎn)角速度分量和所述公轉(zhuǎn)角速度分量之間的差來(lái)進(jìn)行圖像穩(wěn)定控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其特征在于，在將所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的最近拍攝時(shí)的主點(diǎn)位置和所述加速度檢測(cè)器之間在光軸方向上的距離設(shè)置為Xba、將所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的光軸和所述加速度檢測(cè)器之間在與光軸垂直的方向上的距離設(shè)置為Yba、設(shè)置了 tan( 0 ba) = Yba/Xba、并且將根據(jù)所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的攝像倍率而改變的所述加速度檢測(cè)器的輸出中包括的誤差分量定義為誤差比率函數(shù)f (Qba)的情況下， 當(dāng)距離Yba恒定時(shí)，所述加速度檢測(cè)器被配置在所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的最近拍攝時(shí)的主點(diǎn)位置和無(wú)限拍攝時(shí)的主點(diǎn)位置之間的如下距離Xba的位置附近，其中，在該距離Xba處，所述誤差比率函數(shù)f (Qba)的積和最小。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其特征在于， 利用具有所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的攝像設(shè)備的拍攝頻率對(duì)所述誤差比率函數(shù)f( 6 ba)進(jìn)行加權(quán)，并且所述加速度檢測(cè)器被配置在所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的最近拍攝時(shí)的主點(diǎn)位置和無(wú)限拍攝時(shí)的主點(diǎn)位置之間的如下距離Xba的位置附近，其中，在該距離Xba處，加權(quán)后的誤差比率函數(shù)f ( Q ba)的積和最小。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其特征在于， 利用所述圖像穩(wěn)定設(shè)備的平行運(yùn)動(dòng)的有效量對(duì)所述誤差比率函數(shù)f( 6 ba)進(jìn)行加權(quán)，并且所述加速度檢測(cè)器被配置在所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的最近拍攝時(shí)的主點(diǎn)位置和無(wú)限拍攝時(shí)的主點(diǎn)位置之間的如下距離Xba的位置附近，其中，在該距離Xba處，加權(quán)后的誤差比率函數(shù)f ( 0 ba)的積和最小。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其特征在于，還包括自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)差計(jì)算單元，所述自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)差計(jì)算單元用于基于所述自轉(zhuǎn)角速度分量和所述公轉(zhuǎn)角速度分量之間的差來(lái)計(jì)算自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)差值， 其中，所述控制單元基于所述自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)差值進(jìn)行圖像穩(wěn)定控制。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其特征在于，還包括自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)角速度比率計(jì)算單元，所述自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)角速度比率計(jì)算單元用于計(jì)算作為所述公轉(zhuǎn)角速度分量相對(duì)于所述自轉(zhuǎn)角速度分量的比率的自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)角速度比率， 其中，所述公轉(zhuǎn)角速度計(jì)算單元利用實(shí)時(shí)計(jì)算出的自轉(zhuǎn)角速度分量與所述自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)角速度比率計(jì)算單元計(jì)算出的自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)角速度比率的乘積來(lái)計(jì)算所述公轉(zhuǎn)角速度分量的估計(jì)值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其特征在于， 當(dāng)所述自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)角速度比率超過(guò)預(yù)定值時(shí)，所述自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)角速度比率計(jì)算單元將所述自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)角速度比率設(shè)置為指定常數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其特征在于， 所述控制單元在所述自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)角速度比率大于預(yù)定值時(shí)，基于所述自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)差值進(jìn)行圖像穩(wěn)定控制，并且在所述自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)角速度比率等于或小于所述預(yù)定值時(shí)，基于所述自轉(zhuǎn)角速度分量進(jìn)行圖像穩(wěn)定控制。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其特征在于， 所述控制單元在所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的攝像倍率為預(yù)定值以上時(shí)，基于所述自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)差值進(jìn)行圖像穩(wěn)定控制，并且在所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的攝像倍率小于所述預(yù)定值時(shí)，基于所述自轉(zhuǎn)角速度分量進(jìn)行圖像穩(wěn)定控制。
16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備，其特征在于，還包括 光軸方向加速度檢測(cè)器，用于檢測(cè)施加至所述圖像穩(wěn)定設(shè)備的加速度的光軸方向分量；以及 光軸方向運(yùn)動(dòng)校正控制單元，用于校正由施加至所述圖像穩(wěn)定設(shè)備的運(yùn)動(dòng)的光軸方向分量所引起的圖像模糊， 其中，所述光軸方向運(yùn)動(dòng)校正控制單元基于所述加速度的光軸方向分量進(jìn)行光軸方向運(yùn)動(dòng)校正控制。
17.一種攝像設(shè)備，其包括根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像穩(wěn)定設(shè)備。
全文摘要
一種圖像穩(wěn)定器，包括拍攝光學(xué)系統(tǒng)，用于拍攝被攝體，其中，所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)在光軸方向上在第一主點(diǎn)和第二主點(diǎn)之間移動(dòng)；以及加速度檢測(cè)器，用于檢測(cè)施加至所述圖像穩(wěn)定器的加速度，并且在所述光軸方向上配置在所述第一主點(diǎn)和所述第二主點(diǎn)之間。還包括角速度檢測(cè)器，用于檢測(cè)施加至所述圖像穩(wěn)定器的角速度；加速度檢測(cè)器，其配置在最近拍攝時(shí)的主點(diǎn)和無(wú)限拍攝時(shí)的主點(diǎn)之間，并用于檢測(cè)施加至所述圖像穩(wěn)定器的加速度；自轉(zhuǎn)角速度計(jì)算器，用于基于所述角速度檢測(cè)器計(jì)算以所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)為中心的自轉(zhuǎn)角速度分量；公轉(zhuǎn)角速度計(jì)算器，用于基于所述加速度檢測(cè)器和所述自轉(zhuǎn)角速度計(jì)算器來(lái)計(jì)算以所述被攝體為中心的公轉(zhuǎn)角速度分量；以及控制器，用于基于所述自轉(zhuǎn)角速度分量和所述公轉(zhuǎn)角速度分量之間的差進(jìn)行圖像穩(wěn)定控制。
文檔編號(hào)G03B5/00GK102804053SQ20108002607
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者能登悟郎, 增田晉一 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社