专利名称:图像稳定设备和摄像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有用于校正由手的抖动或者其他原因引起的图像模糊的模糊校正部的图像稳定设备，以及安装有这种图像稳定设备的摄像设备。
背景技术：
在现在的照相机中，已使例如在拍摄中非常重要的确定曝光和对焦的许多操作自动化，即使拍摄者在操作照相机时不熟练，使用这种照相机在拍摄中失败的可能性也很低。此外，已经开发了用于防止手的抖动影响照相机的系统。因此，减少了导致拍摄失败的因素。
下面，简要地说明用于防止抖动的影响的系统。
拍摄时由手的移动引起的照相机的抖动一般是频率为1～10Hz的振动。即使在释放快门时出现前述照相机抖动时，也可以获得使图像不变模糊的拍摄的基本方法是检测由手的移动引起的照相机的振动、根据检测到的值来偏移模糊校正透镜。因此，为了即使在出现照相机抖动时也可以进行拍摄而图像不变模糊，首先需要检测照相机的振动，然后校正由照相机的抖动引起的光轴的变化。
原则上，通过对照相机安装用于检测加速度、角加速度、角速度和角位移等的振动检测部使得可以检测前述振动(或者照相机抖动)，为了校正照相机的抖动对这些检测输出进行适当的处理。此外，驱动用于基于检测信息使拍摄光轴偏心的模糊校正部以减小图像模糊。
图10A是单镜头反射照相机的俯视图，图10B是其侧视图。
内置于安装在该单镜头反射照相机上的可互换镜头80中的图像稳定系统能够对分别用箭头82p和82y所示的相对于光轴81的垂直照相机抖动和水平照相机抖动进行图像模糊校正。在照相机体83上或者在照相机体83中设置快门释放构件83a、模式拨盘83b(同时还用作主开关)、可伸缩闪光灯83c和照相机CPU83d。
图10A和图10B中还示出摄像元件84和模糊校正机构85，模糊校正机构85沿图10A和10B中的箭头85p和85y所示的方向驱动校正透镜86从而对箭头82p和82y所示的方向进行图像模糊校正。该照相机安装有分别检测箭头82p和82y所示的方向上的移动的角速度传感器86p和86y。箭头86pa和86ya分别表示角速度传感器86p和86y的感应方向。角速度传感器86p和86y的输出在镜头CPU87中经过计算转换为模糊校正机构85的模糊校正值。
在半按下设置在照相机体83上的快门释放构件83a(该操作触发准备拍摄时的测光和对焦)的同时，模糊校正值通过驱动器88输入到模糊校正机构85中的线圈。因此，开始图像模糊校正。
在前面参考图10A和10B所描述的图像稳定系统中，在抖动检测中使用角速度传感器86p和86y。照相机体83不仅经受由箭头82p和82y所示的旋转抖动，还经受由箭头11pb和11yb所示的平移抖动。然而，在通常的摄像状况下，由箭头82p和82y所示的旋转抖动是主要的，而由箭头11pb和11yb所示的平移抖动引起的图像劣化不显著。因此，为了检测照相机抖动，仅设置角速度传感器86p和86y就足够了。
然而，在拍摄距离非常近时(即在拍摄倍率高的拍摄状况下)，由箭头11pb和11yb所示的平移抖动(下文中称为移位抖动(shiftshake))所引起的图像劣化是不能忽略的。例如，在拍摄近至约20厘米的距离处的被摄体的近距离拍摄(macro shooting)的情况下，或者在即使被摄体距离为约1米、但是拍摄光学系统的焦距很长(例如400mm)的情况下，确实需要检测移位抖动来驱动图像稳定设备。
日本特开平07-225405号公报公开了一种技术，其中，设置用于检测加速度的加速度传感器检测移位抖动，除了基于单独设置的角速度传感器的输出之外还基于加速度传感器的输出来驱动图像稳定设备。
在使用加速度传感器的情况下，需要对作用于其上的重力进行校正。重力校正导致计算量增加，由于需要一直使计算输出稳定，因此设备难以处理。由于这些原因，该系统不适于在消费产品中使用。
发明内容针对上述问题提出本发明，本发明的一个目的是提供一种图像稳定设备和摄像设备，其可以以简单的结构可靠地检测移位抖动，即使在拍摄距离非常近的情况下，也可以进行高准确度的图像模糊校正。
根据本发明的一个方面，提供一种图像稳定设备，包括角速度检测器，其检测由图像稳定设备的抖动产生的角速度；加速度检测器，其检测由抖动产生的加速度；计算部，其根据由角速度检测器检测到的角速度来计算模糊校正值；加速度校正部，其基于模糊校正值来校正由加速度检测器检测到的加速度；以及模糊校正部，其通过基于加速度校正部的输出和计算部的输出使光轴偏心来校正图像模糊。
根据本发明的另一个方面，提供一种图像稳定设备，包括角速度检测器，其检测由图像稳定设备的抖动产生的角速度；加速度检测器，其检测由抖动产生的加速度；角速度积分部，其通过对角速度检测器的输出进行积分来计算抖动角；重力影响计算部，其基于角速度积分部的输出来计算重力方向的变化；加速度校正部，其基于重力影响计算部的输出来校正加速度检测器的输出；加速度积分部，其对加速度校正部的输出进行积分；以及模糊校正部，其通过基于加速度积分部的输出和角速度积分部的输出使光轴偏心来校正图像模糊。
根据本发明的又一个方面，提供一种图像稳定设备，包括角速度检测器，其检测由图像稳定设备的抖动产生的角速度；加速度检测器，其检测由抖动产生的加速度；角速度积分部，其通过对角速度检测器的输出进行积分来计算抖动角；加速度积分部，其对由加速度检测器检测到的加速度输出进行积分；重力影响计算部，其基于角速度积分部的输出来计算重力方向的变化；加速度校正部，其基于重力影响计算部的输出来校正加速度积分部的输出；以及模糊校正部，其通过基于加速度校正部的输出和角速度积分部的输出使光轴偏心来校正图像模糊。
根据本发明又一个方面的摄像设备，其设置有上述图像稳定设备。
从以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其他特征将变得明显。
图1A是根据本发明第一实施例的单镜头反射照相机的俯视图，图1B是根据本发明第一实施例的单镜头反射照相机的侧视图。
图2是示出根据本发明第一实施例的单镜头反射照相机的电路结构的框图。
图3A、3B和3C分别示出根据本发明第一实施例的单镜头反射照相机中的加速度传感器的重力误差、与抖动角有关的重力误差和与抖动角相关的重力误差。
图4是示出图2所示的加速度传感器的输出随着重力的变化而变化的曲线图，其中，水平轴表示从保持照相机开始过去的时间，垂直轴表示抖动角和加速度传感器的输出。
图5是与根据本发明第一实施例的单镜头反射照相机的图像模糊校正有关的操作的流程图。
图6是示出根据本发明第二实施例的单镜头反射照相机的电路结构的框图。
图7A是根据本发明第二实施例的单镜头反射照相机的俯视图，图7B是根据本发明第二实施例的单镜头反射照相机中的拍摄距离输入构件的放大后的视图。
图8是与根据本发明第二实施例的单镜头反射照相机中的图像模糊校正有关的操作的流程图。
图9是示出根据本发明第三实施例的单镜头反射照相机的电路结构的框图。
图10A是传统的单镜头反射照相机的俯视图，图10B是传统的单镜头反射照相机的侧视图。
具体实施方式参考附图详细说明本发明的优选实施例。
第一实施例。
图1A和图1B是根据本发明第一实施例的单镜头反射照相机的俯视截面图和侧视截面图。该照相机与上述图10A和10B所示的传统摄像设备的不同之处在于设置有加速度传感器11p和11y。图1A和1B中的箭头11pa和11ya表示各加速度传感器11p和11y的加速度检测方向。箭头11pb和箭头11yb表示各方向上的移位抖动。
图2是包含对表示由加速度传感器11p和11y检测到的移位抖动和由角速度传感器86p和86y检测到的旋转抖动的信号进行处理的电路的系统的框图。主要在镜头微计算机(CPU)87中进行该处理。图2仅示出用于减小由垂直照相机抖动(即，图1B中的旋转抖动(由箭头82p所示)和移位抖动(由箭头11pb所示))所引起的图像模糊的信号处理。然而，实际上还进行用于减小由水平照相机抖动(即，图1A中的旋转抖动(由箭头82y所示)和移位抖动(由箭头11yb所示))所引起的图像模糊的信号处理。
在图2中，由角速度传感器86p获得的抖动角速度信号输入到放大电路12p。放大电路12p不仅仅简单地对角速度传感器86p的输出进行放大，还进行用于去除包含在来自角速度传感器86p的输出中的DC分量的DC去除以及用于去除高频噪声分量的高频衰减。该放大电路12p的输出经过A/D(模拟到数字)转换后输入到镜头微计算机87。镜头微计算机87对该输入信号进行数字处理。为了进行说明，作为独立的方框示出该处理。
将输入到镜头微计算机87的抖动角速度信号输入到镜头微计算机87中的角速度积分电路13p。在角速度积分电路13p中，对抖动角速度信号中高于约0.1Hz的高频分量进行一阶积分，从而将该信号转换为抖动角信号。在该处理中，在上述积分开始时缩小积分范围(例如，仅对高于1Hz的频率分量进行积分)以加速该信号处理的启动。该积分范围的变化称为时间常数变化。
上述抖动角信号输入到加法电路14p，与稍后说明的抖动位移信号相加，从而将抖动角信号和抖动位移信号转换为合成抖动信号。将该合成抖动信号输入到频率特性改变电路15p，从而改变其频率特性。频率特性改变电路15p主要对合成抖动信号的低频分量进行衰减，其中，该电路确定要衰减的频率的上限(例如0.1Hz或者5Hz)，然后对这些频率的信号分量进行衰减。更具体地，在例如当移动照相机以改变取景时发生大的抖动的情况下，增大合成抖动信号的衰减程度(例如，对低于5Hz的信号分量进行衰减)。在这种情况下，不进行模糊校正。换句话说，如果不设置上述频率特性改变电路15p，则也对与改变取景时的照相机移动相关的抖动分量进行模糊校正，这会使照相机的好的取景劣化。介绍上述处理以防止发生这种状况。
将频率特性改变电路15p的输出输入到灵敏度改变电路16p。灵敏度改变电路16p基于从焦距检测设备18和拍摄距离检测设备19输入到镜头微计算机87的信号(即变焦信息和拍摄距离信息)，改变来自频率特性改变电路15p的信号的增益。
通常，变焦镜头中的模糊校正光学系统(本实施例中的校正透镜86)的模糊校正灵敏度根据变焦状况和对焦状况而变化。例如，假设在广角变焦状况下，模糊校正光学系统移动1毫米在像面上产生1毫米的图像位移。在这种情况下，在摄远变焦状况下，模糊校正光学系统移动1毫米将在像面上产生例如3毫米的图像位移。类似地，在近的被摄体距离和无限远的被摄体距离之间，模糊校正光学系统的移动量和图像位移量之间的关系不同。有鉴于此，为了校正灵敏度，基于变焦信息和对焦状况信息来改变来自频率特性改变电路15p的信号的增益(例如在摄远变焦状况下，将增益减小为三分之一)。
在可互换镜头80中设置焦距检测设备18，焦距检测设备18包括检测变焦透镜的位置的编码器等。焦距检测设备18检测焦距，输出检测结果作为变焦信息。在可互换镜头80中还设置拍摄距离检测设备19，拍摄距离检测设备19包括检测对焦透镜的位置的编码器等。拍摄距离检测设备19检测拍摄距离，输出检测结果作为拍摄距离信息。
当在准备拍摄时半按下快门释放构件83a时，接通开关S1。响应于此，照相机微计算机83d中的对焦控制电路27驱动照相机体83中的对焦检测电路32，从而检测对于要拍摄的被摄体的对焦状态。将检测结果作为散焦量输出到镜头驱动计算电路33。
供给了散焦量的镜头驱动计算电路33从上述散焦量中计算对焦透镜35的驱动量。将该驱动量输出到对焦驱动设备34，从而驱动对焦透镜35。在对对焦透镜35进行驱动之后，对焦检测电路32再次检测要拍摄的被摄体的对焦状态。如果对焦状态令人满意，则在附图中未示出的显示设备上呈现表示对准焦状态的显示。如果对焦状态不令人满意，则再次对对焦透镜35进行驱动。
将对焦透镜35的对焦距离(或者伸展值)信息连续地供给灵敏度改变电路16p。灵敏度改变电路16p将通过对焦检测电路32在对焦控制电路27中进行对焦检测时对焦透镜35的对焦距离解释为图像稳定灵敏度值。
基于对焦透镜35的对焦距离和变焦透镜的位置来计算图像倍率。通过由对焦控制电路27进行的对焦检测来触发图像倍率计算。这意味着在确定了变焦位置(假设在接通上述开关S1之前已确定了变焦位置)、对要拍摄的被摄体对准焦并且确定了对焦透镜35的对焦距离时确定图像模糊校正的灵敏度。然后，通过计算来确定模糊校正值。在对要拍摄的被摄体对准焦时还确定了图像的倍率。
将以上述方式获得的模糊校正值转换为脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulated)信号，输入到模糊校正驱动设备88p。模糊校正驱动设备88p基于输入的PWM信号驱动模糊校正机构85。因此，校正透镜86进行图像模糊校正。
另一方面，将来自加速度传感器11p的抖动加速度信号输入到放大电路20p。放大电路20p不仅仅简单地对加速度传感器11p的输出进行放大，还进行用于去除包含在来自加速度传感器11p的输出中的DC分量的DC去除以及用于去除高频噪声分量的高频衰减。该放大电路20p的输出(即抖动加速度信号)经过A/D(模拟到数字)转换后输入到镜头微计算机87。镜头微计算机87对该输入的抖动加速度信号进行数字处理。为了进行说明，也作为独立的方框示出该处理。
将输入到镜头微计算机87的抖动加速度信号输入到镜头微计算机87中的加速度重力校正电路21p，对重力分量进行校正。
这里，说明需要进行重力分量校正的原因。
由于图1B所示的照相机以水平朝向(姿态)进行拍摄，因此加速度传感器11p的感应方向11pa与图3A所示的重力方向28相同。在该状态下，加速度传感器11p连续输出与重力分量相关联的信号，在检测期间移位抖动分量叠加在重力分量上。由于与重力分量相关联地输出的信号是DC分量，因此可以由设置在放大电路20p中的DC去除电路等去除。然而，随着在保持照相机时出现的抖动旋转角的变化，加速度传感器11p的位置以图3A中的虚线所示的方式变化。因此，重力方向28相对于加速度传感器11p发生变化。因此，加速度传感器11p的输出随着抖动角的变化而变化。
图3C是示出加速度传感器11p的输出随着加速度传感器11p的姿态的变化而变化的曲线图，其中，水平轴表示加速度传感器11p的姿态(抖动旋转角θ)的变化，垂直轴表示加速度传感器11p的输出。曲线30p表示加速度传感器11p的输出。当加速度传感器11p的姿态(朝向)角从0开始(由图3A中的实线所示的存在1g加速度的状态)变化一定角度±θ时，加速度传感器11p的输出相应地变化(即减小)。
图4是示出加速度传感器11p的输出随着重力的变化而变化的曲线图，水平轴表示从保持照相机开始经过的时间，垂直轴表示抖动角和加速度传感器的输出。
即使假设没有移位模糊，加速度传感器11p也由于由旋转抖动角29p引起的重力分量的变化而输出误差信号30p。在近距离拍摄时，照相机经常朝下。图3B示出这种情况，其中，重力方向28基本与加速度传感器11p的感应方向11pa垂直。由图3C和图4中的虚线31p画出这种情况下的误差信号。
如图4所示，在图3A所示的加速度传感器11p的姿态和图3B所示的加速度传感器11p的姿态之间，信号30p和31p的幅值有所不同。这是因为在图3A所示的姿态下，重力的作用乘以抖动角的余弦因子，而在图3B所示的姿态下，重力的作用乘以抖动角的正弦因子。当姿态变化的角度小时，正弦的变化大。为了校正重力的作用，需要检测抖动角并且知道加速度传感器11p的姿态(即在图3A和图3B之间不同的灵敏度轴相对于重力方向的角度)。
返回参考图2，当通过在准备拍摄时将照相机朝向要拍摄的被摄体来确定拍摄画面并且通过半按下快门释放构件83a接通开关S1时，响应于照相机微计算机83d的命令开始对该被摄体的测光和对焦操作。这时，通过照相机微计算机83d将表示接通前述开关S1的信号输入到镜头微计算机87中的初始姿态方向检测电路23p。来自放大电路20p的放大后的加速度信号也输入到初始姿态方向检测电路23p，初始姿态方向检测电路23p基于输入表示接通前述开关S1的信号时的加速度信号的幅值来确定加速度传感器11p的姿态。
由于在拍摄者确定了拍摄画面之后，他/她半按下快门释放构件83a接通前述开关S1，因此之后照相机的姿态不会显著地变化。因此，在输入表示接通前述开关S1的信号时确定加速度传感器11p的姿态是有利的。显然，可以在接通开关S1后对要拍摄的被摄体进行对焦之后进行姿态确定。然而，在这种情况下，不能对从接通开关S1到对准焦的时间段期间的加速度传感器11p的输出进行积分(稍后说明该处理)。为了节省时间，希望在接通前述开关S1时对加速度传感器11p的姿态进行确定。
当在输入表示接通前述开关S1的信号时加速度传感器11p检测到的加速度是1g(重力加速度)时，初始姿态方向检测电路23p确定为加速度传感器11p处于图3A所示的姿态。另一方面，当加速度是0g时，确定为加速度传感器11p处于图3B所示的姿态。当加速度在1g与0g之间时，确定为加速度传感器11p处于与该加速度相对应的姿态。
将来自前述角速度积分电路13p的抖动角信号输入到加法电路14p以及重力影响计算电路24p。重力影响计算电路24p基于输入的抖动角的变化进行计算以确定加速度传感器11p检测到的重力分量的变化。在这种情况下，如前所述，计算处理根据加速度传感器11p相对于重力方向的姿态而不同(即，在余弦和正弦之间切换计算中所使用的因子)。由于该原因，还将来自初始姿态方向检测电路23p的信号输入到重力影响计算电路24p，根据姿态是图3A所示的姿态还是图3B所示的姿态而改变计算中所使用的系数或者因子。
具体地，假设表示姿态方向角，如图3A所示，由加速度传感器11p检测到的作用在照相机上的加速度是1g时，是0度，θ表示相对于的姿态变化，获得加速度传感器11p的输出的变化为G(COS-COS(+θ))。这里，由初始姿态方向检测电路23p确定，确定θ作为抖动角。在重力影响计算电路24p中进行的重力影响计算中使用所获得的结果。
将在放大电路20p中放大后的抖动加速度信号输入到加速度重力校正电路21p。加速度重力校正电路21p计算抖动加速度信号和与由重力影响计算电路24p所获得的重力变化相关联的加速度传感器11p的信号变化之间的差，从而消除由重力的影响所产生的加速度传感器11p的输出中的误差。将去除了误差分量的抖动加速度输出输入到加速度积分电路22p。加速度积分电路22p对校正了重力影响的、从加速度重力校正电路21p输入的抖动加速度信号进行二阶积分以将其转换为抖动位移。与角速度积分电路13p中的前述处理类似，加速度积分电路22p用于对包含在抖动加速度信号中的高于约0.1Hz的高频分量进行二阶积分，从而将其转换为抖动位移。在开始积分时，缩小积分带(例如，仅对高于1Hz的频率分量进行积分)以加速信号处理的启动(即改变时间常数)。
来自加速度积分电路22p的抖动位移信号输入到图像倍率校正电路25p。拍摄倍率计算电路26p基于来自焦距检测设备18的变焦信息和来自拍摄距离检测设备19的拍摄距离信息计算拍摄倍率。如前所述，焦距检测设备18设置在可互换镜头80中，包括检测变焦透镜的位置的编码器等。焦距检测设备18检测焦距，将其输出作为变焦信息。拍摄距离检测设备19也设置在可互换镜头80中，包括检测对焦透镜的位置的编码器等。拍摄距离检测设备19检测拍摄距离，将其输出作为拍摄距离信息。如前所述，对焦控制电路27进行控制以伸展对焦透镜35。在伸展对焦透镜35完成之后，在对焦控制电路27检测到对准焦状态时，基于焦距检测设备18的输出和拍摄距离检测设备19的输出在前述拍摄倍率计算电路26p中计算拍摄倍率。
当被摄体距离近并且使用的焦距大时(即，当拍摄倍率高时)，移位抖动11pb和11yb对图像的影响显著，而当被摄体距离远时(即，拍摄倍率低时)，移位抖动对图像的影响小。由于该原因，需要根据拍摄倍率来放大通过加速度传感器11p和11y的检测以及之后进行的计算而获得的抖动位移(移位抖动)，从而转换为模糊校正值。
图像倍率校正电路25p基于在拍摄倍率计算电路26p中计算的值来放大在加速度积分电路22p中获得的抖动位移(其中，焦距越长、被摄体距离越近，由拍摄倍率计算电路26p计算的拍摄倍率变得越大)。加法电路14p将来自角速度积分电路13p的信号和来自图像倍率校正电路25p的信号(基于加速度积分电路22p的信号)相加。然而，如上所述，在被摄体距离大而使用的焦距小的情况下，所获得的输出几乎等于角速度积分电路13p的输出。
加法电路14p和后续电路的操作与前述电路相同，即，通过用于方便改变取景的频率特性改变电路15p和用于根据光学系统的灵敏度调节模糊校正效果的程度的灵敏度改变电路16p将输出转换为模糊校正值，根据该值驱动模糊校正机构85。
图5是本发明第一实施例的与图像模糊校正有关的操作的流程图。在接通照相机的主电源时开始该处理。为了便于理解第一实施例中的相关配置，从该流程图中省略了在照相机中实现的各种控制步骤(例如电池检查、测光、测距、用于自动对焦的镜头驱动以及闪光灯的充电等)。下面，针对通过由附图标记86p表示的角速度传感器和由附图标记11p表示的加速度传感器检测照相机的旋转抖动82p和移位抖动11pb的情况来说明该处理。在通过由附图标记86y表示的角速度传感器和由附图标记11y表示的加速度传感器检测照相机的旋转抖动82y和移位抖动11yb的情况下的处理是相同的，省略其说明。
参考图5，在步骤#1001中，该处理处于等待状态，等待通过半按下快门释放构件83a来接通开关S1。当通过半按下快门释放构件83a接通开关S1时，该处理进行到步骤#1002。在步骤#1002中，基于来自加速度传感器11p的信号由初始姿态方向检测电路23p检测(或者确定)照相机的姿态。
这里，说明如何检测照相机的姿态。当例如在如图1A和1B所示水平地保持照相机的情况下检测到由加速度传感器11p和11y检测的重力加速度分量时，加速度传感器11p输出1g，加速度传感器11y输出0g。当垂直地保持(以垂直画面保持)照相机同时水平地保持光轴81时，加速度传感器11p输出0g，加速度传感器11y输出1g。当照相机朝上或者朝下时，加速度传感器11p和11y均输出0g。因此，基于这些输出来检测照相机的姿态或者朝向。在接通开关S1时确定照相机的姿态的原因是，拍摄者通常在将照相机保持在具有确定的取景的稳定状态之后半按下快门释放构件83，因此，之后该姿态几乎不变。
当基于来自加速度传感器11p和11y的信号确定为照相机处于图1A和1B所示的姿态时，重力影响计算电路24p对加速度传感器11p的输出进行重力校正。然而，不对加速度传感器11y的输出进行重力校正，将加速度重力校正电路21y的校正量设为0(由于由旋转抖动产生的重力加速度分量在本质上没有变化)。因此，加速度重力校正电路21y(虽然附图中未示出，但是设置其用于校正重力对加速度传感器11y的影响，具有与加速度重力校正电路21p相同的结构)不对加速度传感器11y进行重力校正。
另一方面， 当垂直地保持照相机(加速度传感器11p输出0g，加速度传感器11y输出1g)时，基于角速度传感器86y的信号对加速度传感器11y进行重力校正。然而，不进行根据角速度传感器86p的信号对加速度传感器11p的重力校正。
由重力影响计算电路24p计算的加速度重力校正电路21p中的校正量是0。当朝上或者朝下保持照相机(加速度传感器11p输出±1g，加速度传感器11y输出±1g)时，基于角速度传感器86p的信号对加速度传感器11p进行重力校正。此外，基于角速度传感器86y的信号对加速度传感器11y进行重力校正。
如上所述，根据照相机的姿态确定是否进行重力校正。来自加速度传感器11p和11y的信号不仅包含重力加速度，还包含叠加于其上的由移位抖动所产生的加速度。针对这一点，在预定时间(例如1秒)内分别对来自加速度传感器11p和11y的信号求平均以仅获取重力分量。
姿态检测完成之后，该处理进行到步骤#1003。在步骤#1003中，重力影响计算电路24p基于由初始姿态方向检测电路23p确定的照相机的姿态以及来自角速度积分电路13p的抖动角信息来计算作用在加速度传感器11p上的重力加速度分量。在加速度重力校正电路21p中校正误差输出。
在下一个步骤#1004中，该处理处于等待状态，直到完成对焦镜头的伸展。具体地，对焦控制电路27和对焦检测电路32检测被摄体的对焦状态，镜头驱动计算电路33计算用于驱动对焦透镜35的伸展量。之后，对焦透镜驱动电路34驱动对焦透镜35。该处理处于等待状态，直到在驱动对焦透镜后对焦检测电路32再次检测到被摄体处于对准焦状态。然后，在镜头伸展完成时，拍摄距离检测设备19检测镜头伸展量，从而检测到拍摄距离(或者被摄体距离)。
在下一个步骤#1005中，由焦距检测设备18获得变焦信息。然后，拍摄倍率计算电路26p基于该变焦信息和在步骤#1004中确定的拍摄距离计算拍摄倍率。图像倍率校正电路25p基于拍摄倍率计算电路26p的计算结果改变在加速度积分电路22p中获得的抖动位移的增益。通过加法电路14p将产生的输出与来自角速度积分电路13p的抖动角信号相加。频率特性改变电路15p根据拍摄状况改变要进行模糊校正的频带。之后，使用灵敏度改变电路16p基于由焦距检测设备18和拍摄距离检测设备19所确定的图像稳定灵敏度而改变的增益来计算模糊校正值。
在下一个步骤#1006中，根据在上述步骤#1005中获得的模糊校正值开始驱动模糊校正机构85以进行图像模糊校正。在下一个步骤#1007中，检测是否通过释放半按下的快门释放构件83a而断开了开关S1。 当检测到开关S1已经断开时，该处理进行到步骤#1008。另一方面，当检测到开关S1仍然接通时，该处理返回到步骤#1004。这意味着只要开关S1接通，则根据随着拍摄距离(被摄体距离)变化的图像倍率和灵敏度来改变模糊校正值的增益。随着增益的变化还继续图像模糊校正。假设在该处理期间用于重力校正的加速度传感器11p的姿态没有变化。
当在步骤#1007中确定开关S1断开时，该处理进行到步骤#1008，停止驱动模糊校正机构85。然后，该处理返回到步骤#1001进行等待，直到通过半按下快门释放构件83a而再次接通开关S1。
在前述第一实施例中，加速度重力校正电路21p和21y基于对角速度传感器86p和86y的输出进行计算的角速度积分电路13p和13y的输出来检测作用在加速度传感器11p和11y上的重力方向的变化。因此，校正重力对加速度传感器11p和11y的影响。
更具体地，角速度传感器86p和86y检测抖动角速度86pa和86ya，加速度传感器11p和11y检测抖动加速度11pa和11ya。通过角速度积分电路13p和13y对上述角速度86pa和86ya进行的计算来确定模糊校正值。加速度重力校正电路21p和21y基于角速度积分电路13p和13y的输出校正上述加速度11pa和11ya。模糊校正驱动电路88p基于加速度重力校正电路21p和21y的输出和角速度积分电路13p和13y的输出来驱动使拍摄光轴偏心的模糊校正机构85。
因此，可以以简单的系统可靠地检测移位抖动，即使对距离非常近的被摄体也可以进行高准确度的图像模糊校正。
根据第一实施例，通过角速度积分电路13p和13y对角速度传感器86p和86y的输出进行积分来计算抖动角。此外，重力影响计算电路24p和24y基于角速度积分电路13p和13y的输出来计算重力方向的变化。加速度重力校正电路21p和21y基于重力影响计算电路24p和24y的输出来校正加速度传感器11p和11y的输出。加速度积分电路22p和22y基于加速度重力校正电路21p和21y的输出来计算抖动位移。模糊校正驱动电路88p基于加速度积分电路22p和22y的输出和角速度积分电路13p和13y的输出来驱动使拍摄光轴偏心的模糊校正机构85。
根据第一实施例，初始姿态方向检测电路23p和23y基于在准备拍摄时与释放构件83a的操作同时获得的加速度传感器11p和11y的输出来检测加速度传感器11p和11y的初始姿态方向。基于初始姿态方向检测电路23p和23y的输出改变重力影响计算电路24p和24y的计算方式。因此，基于重力影响校正电路24p和24y的输出校正加速度传感器11p和11y的输出。
此外，根据第一实施例，频率特性改变电路15p和15y改变加速度积分电路22p和22y以及角速度积分电路13p和13y的输出的频率特性。模糊校正机构85基于频率特性改变电路15p和15y的输出来使拍摄光轴偏心。拍摄倍率计算电路26p基于检测距要拍摄的被摄体的拍摄距离的拍摄距离检测设备19的输出和检测拍摄光学系统的焦距的焦距检测设备18的输出来计算拍摄倍率。图像倍率校正电路25p和25y基于拍摄倍率计算电路26p的输出来校正加速度积分电路22p和22y的输出。
因此，可以以简单的系统稳定地检测移位抖动，即使对距离非常近的被摄体也可以进行高准确度的图像模糊校正。针对前述重力变化的影响程度根据加速度传感器11p和11y相对于重力方向的朝向(或者姿态)而改变的事实，该系统用于在操作释放构件83a的同时检测加速度传感器11p和11y的姿态。因此，可以在每次进行拍摄准备时稳定地检测移位抖动。
根据第一实施例的照相机设置有拍摄光学系统和对焦装置(对焦控制电路27、对焦检测电路32、镜头驱动计算电路33和对焦驱动电路34)，用于使拍摄光学系统对要拍摄的被摄体进行对焦。初始姿态方向检测电路23p基于在半按下用于启动前述对焦装置的释放构件83a的同时获得的加速度传感器11p和11y的输出来检测拍摄时的初始位置。该照相机还设置有加速度重力校正装置(角速度积分电路13p和13y、重力影响计算电路24p和24y以及加速度重力校正电路21p和21y)，用于基于角速度传感器86p和86y的输出以及初始姿态方向检测电路23p的输出来校正加速度传感器11p和11y的输出。模糊校正驱动电路88p基于加速度重力校正装置的输出以及角速度积分电路13p和13y的输出驱动使拍摄光轴偏心的模糊校正机构85。
因此，可以以简单的系统可靠地检测移位抖动，即使对距离非常近的被摄体也可以进行高准确度的图像模糊校正。
根据第一实施例，初始姿态方向检测电路23p和23y基于一对加速度传感器11p和11y的信号检测拍摄时的初始姿态。加速度重力校正电路21p和21y基于角速度传感器86p和86y的输出以及初始姿态方向检测电路23p和23y的输出来校正加速度传感器11p和11y的输出。此外，重力影响计算电路24p和24y确定加速度重力校正电路21p和21y是否要基于初始姿态方向检测电路23p和23y的信号对加速度输出进行校正。当确定需要校正加速度输出时，加速度重力校正电路21p和21y对加速度输出进行校正。模糊校正驱动电路88p基于加速度重力校正电路21p和21y的输出以及角速度传感器86p和86y的输出驱动使拍摄光轴偏心的模糊校正机构85。
因此，可以以简单的系统可靠地检测移位抖动，即使对距离非常近的被摄体也可以进行高准确度的图像模糊校正。
第二实施例图6是示出根据本发明第二实施例的单镜头反射照相机的电路结构的框图。图6所示的结构与图2所示的结构的不同之处在于用拍摄距离输入构件36代替拍摄距离检测设备19。
如图7A所示，在可互换镜头80的一侧设置拍摄距离输入构件36。图7B是从前面看到的拍摄距离输入构件36的放大视图。
通过操作设置在拍摄距离输入构件36上的拨盘旋钮36a可以输入或者键入拍摄距离。在图7B所示的情况下，可以输入从最近距离到0.1米的拍摄距离范围、到0.2米的拍摄距离范围、到0.3米的拍摄距离范围以及大于0.3米的拍摄距离范围(关(O FF))。
在操作拍摄距离输入构件36时，需要拍摄者预先确定拍摄距离。通过拍摄者的操作，拍摄倍率计算电路26p立即开始工作(与直到用于对焦的镜头驱动完成、拍摄倍率计算电路26p才能计算拍摄倍率的上述第一实施例相反)。
拍摄倍率计算电路26p从来自拍摄距离输入构件36的信号中识别出拍摄距离，从来自焦距检测设备18的信号中识别出拍摄时的焦距，基于该拍摄距离和该焦距计算拍摄倍率。例如，当通过拍摄距离输入构件36键入的拍摄距离是0.1米时，图像倍率大，使得从加速度积分电路22p获得的抖动位移的增益变大。相反，当将用于键入拍摄距离的拨盘旋钮36a设为OFF(即大于0.3米)时，将拍摄倍率视为很低，将从加速度积分电路22p获得的抖动位移的增益设为0。
如上所述，拍摄倍率计算电路26p独立于测距和对焦操作，因此，可以缩短从保持照相机以进行拍摄到开始移位模糊校正的时间。
图8是与根据本发明第二实施例的照相机中的模糊校正有关的操作的流程图。图8所示的处理与图5所示的第一实施例的处理的不同之处在于，消除了图5中的步骤#1004的拍摄距离检测处理。这是因为不需要等待完成镜头伸展和检测到对准焦状态。因此，可以缩短开始图像模糊校正前的时间。
在上述第二实施例中，由于拍摄距离输入构件36而可以缩短计算图像倍率前的时间，可以更早开始模糊校正。
具体地，根据第二实施例，角速度传感器86p和86y检测抖动角速度86pa和86ya。此外，加速度传感器11p和11y检测抖动加速度11pa和11ya。此外，角速度积分电路13p和13y通过对角速度传感器86p和86y的输出进行积分来计算抖动角。重力影响计算电路24p基于角速度积分电路13p和13y的输出检测重力方向的变化。加速度重力校正电路21p和21y基于重力影响计算电路24p的输出校正加速度传感器11p和11y的输出。加速度积分电路22p和22y基于加速度重力校正电路21p和21y的输出计算抖动位移。模糊校正驱动电路88p基于加速度积分电路22p和22y的输出以及角速度积分电路13p和13y的输出驱动使拍摄光轴偏心的模糊校正机构85。
此外，根据第二实施例，拍摄倍率计算电路26p基于用于允许输入距被摄体的拍摄距离的拍摄距离输入构件36的输出和用于检测焦距的焦距检测设备18的输出计算拍摄倍率。图像倍率校正电路25p和25y基于拍摄倍率计算电路26p的输出校正加速度积分电路22p和22y的输出。
因此，可以以简单的系统可靠地检测移位抖动，即使对距离非常近的被摄体也可以进行高准确度的图像模糊校正。
此外，根据第二实施例，加速度重力校正电路21p和21y基于用于根据操作来设置增益的增益设置装置(即拍摄距离输入构件36)的输出以及角速度传感器86p和86y的输出来校正加速度传感器11p和11y的输出。模糊校正驱动电路88p基于加速度重力校正电路21p和21y的输出以及角速度传感器86p和86y的输出驱动使拍摄光轴偏心的模糊校正机构85。
因此，可以以简单的系统可靠地检测移位抖动，即使对距离非常近的被摄体也可以进行高准确度的图像模糊校正。
第三实施例图9是示出根据本发明第三实施例的单镜头反射照相机的电路结构的框图。图9所示的结构与第一实施例的结构的不同之处在于，通过加速度积分电路22p中的二阶积分将来自加速度传感器11p的抖动加速度信号转换为抖动位移，之后，由加速度重力校正电路21p校正由叠加的重力所产生的积分误差。在图9所示的框图中，可以用拍摄距离输入构件36代替拍摄距离检测设备19。
重力影响计算电路24p基于来自角速度积分电路13p的抖动角信号和来自初始姿态方向检测电路23p的信号计算重力的影响。然而，该处理与上述第一实施例的处理的不同之处在于，对因此而获得的重力的影响进行二阶积分，从而将重力误差转换为抖动位移误差。
具体地，图4所示的误差信号30p和31p经过二阶积分转换为积分后的误差信号，将其输入到加速度重力校正电路21p。加速度重力校正电路21p从由加速度积分电路22p获得的抖动位移信号中减去该积分后的误差信号，以去除包含在加速度传感器11p的输出中的重力误差。
在对加速度传感器11p的输出和重力误差信号二者进行积分、然后相减的上述方法中，可以保持信号准确度高于在积分前减去误差信号的方法的信号准确度。这是因为在通过在积分前进行的减法对重力影响进行校正情况下，由于积分同样使小的误差放大，因此通过积分放大了校正后剩余的残留误差。相反地，在积分后对重力的影响进行校正的情况下，不会放大该误差。
在第三实施例中，加速度传感器11p的输出经过二阶积分转换为抖动位移，去除了叠加在抖动位移上的重力误差分量。然而，本发明不限于该特定特征。例如，可以使加速度传感器11p的输出经过一阶积分而转换为抖动速度，也可以使图4所示的误差信号经过一阶积分以及根据初始姿态方向的信号校正，然后可以获得二者之间的差。之后，对该差再次进行积分以转换为抖动位移。
在上述第三实施例中，由于在对加速度输出进行积分之后进行重力误差校正，因此可以提高误差校正的准确度。
具体地，根据第三实施例，角速度传感器86p和86y检测抖动角速度86pa和86ya。此外，加速度传感器11p和11y检测抖动加速度11pa和11ya。此外，角速度积分电路13p和13y通过对角速度传感器86p和86y的输出进行积分来计算抖动角。加速度积分装置22p和22y通过对加速度输出进行二阶积分来计算抖动位移。重力影响计算电路24p和24y基于角速度积分电路13p和13y的输出检测重力方向的变化。加速度重力校正电路21p和21y基于重力影响计算电路24p和24y的输出校正加速度积分电路22p和22y的输出。模糊校正驱动电路88p基于加速度重力校正电路21p和21y的输出以及角速度积分电路13p和13y的输出驱动使拍摄光轴偏心的模糊校正机构85。
因此，可以以简单的系统可靠地检测移位抖动，即使对距离非常近的被摄体也可以进行高准确度的图像模糊校正。
从前面的说明可知，根据第一～第三实施例，即使在使用高拍摄倍率的近距离拍摄时也可以获得令人满意的模糊校正。此外，由于基于通过对角速度传感器86p和86y的输出进行计算而获得的旋转抖动校正值来进行对加速度传感器11p和11y进行重力校正的计算，因此可以使用简单的结构来检测移位抖动。此外，由于在例如开始对焦或者完成对焦的操作的拍摄准备操作的同时确定加速度传感器11p和11y的初始姿态，并且基于该初始姿态校正重力的影响，因此在每次进行拍摄准备时可以可靠地检测移位抖动。
对第一～第三实施例的上述说明是针对在照相机(摄像设备)的图像稳定系统的情况下的移位抖动的对策。然而，由于本发明可以应用于小型、高稳定性的机构，因此根据本发明的设备不限于这些类型的照相机。例如，本发明可以应用于数字摄像机、监视照相机、网络照相机和移动电话。
虽然参考典型实施例对本发明进行了说明，但是应当理解，本发明不限于公开的典型实施例。所附权利要求
的范围符合最宽的解释，以覆盖全部这种变形、等同结构和功能。
权利要求
1.一种图像稳定设备，包括角速度检测器，其检测由所述图像稳定设备的抖动产生的角速度；加速度检测器，其检测由所述抖动产生的加速度；计算部，其根据由所述角速度检测器检测到的所述角速度来计算模糊校正值；加速度校正部，其基于所述模糊校正值来校正由所述加速度检测器检测到的所述加速度；以及模糊校正部，其通过基于所述加速度校正部的输出和所述计算部的输出使光轴偏心来校正图像模糊。
2.一种摄像设备，其设置有根据权利要求
1所述的图像稳定设备。
3.一种图像稳定设备，包括角速度检测器，其检测由所述图像稳定设备的抖动产生的角速度；加速度检测器，其检测由所述抖动产生的加速度；角速度积分部，其通过对所述角速度检测器的输出进行积分来计算抖动角；重力影响计算部，其基于所述角速度积分部的输出来计算重力方向的变化；加速度校正部，其基于所述重力影响计算部的输出来校正所述加速度检测器的输出；加速度积分部，其对所述加速度校正部的输出进行积分；以及模糊校正部，其通过基于所述加速度积分部的输出和所述角速度积分部的输出使光轴偏心来校正图像模糊。
4.根据权利要求
3所述的图像稳定设备，其特征在于，还包括初始姿态方向检测部，所述初始姿态方向检测部基于所述加速度检测器的输出来检测所述加速度检测器的初始姿态方向，其中，基于所述初始姿态方向检测部的输出来改变所述重力影响计算部中的计算处理，基于所述重力影响计算部的输出来校正所述加速度检测器或者所述加速度积分部的输出。
5.根据权利要求
4所述的图像稳定设备，其特征在于，所述初始姿态方向检测部与拍摄准备操作同步地检测所述加速度检测器的所述初始姿态方向。
6.一种摄像设备，其设置有根据权利要求
3所述的图像稳定设备。
7.一种图像稳定设备，包括角速度检测器，其检测由所述图像稳定设备的抖动产生的角速度；加速度检测器，其检测由所述抖动产生的加速度；角速度积分部，其通过对所述角速度检测器的输出进行积分来计算抖动角；加速度积分部，其对由所述加速度检测器检测到的加速度输出进行积分；重力影响计算部，其基于所述角速度积分部的输出来计算重力方向的变化；加速度校正部，其基于所述重力影响计算部的输出来校正所述加速度积分部的输出；以及模糊校正部，其通过基于所述加速度校正部的输出和所述角速度积分部的输出使光轴偏心来校正图像模糊。
8.根据权利要求
7所述的图像稳定设备，其特征在于，还包括初始姿态方向检测部，所述初始姿态方向检测部基于所述加速度检测器的输出来检测所述加速度检测器的初始姿态方向，其中，基于所述初始姿态方向检测部的输出来改变所述重力影响计算部中的计算处理，基于所述重力影响计算部的输出来校正所述加速度检测器或者所述加速度积分部的输出。
9.根据权利要求
8所述的图像稳定设备，其特征在于，所述初始姿态方向检测部与拍摄准备操作同步地检测所述加速度检测器的所述初始姿态方向。
10.一种摄像设备，其设置有根据权利要求
7所述的图像稳定设备。
专利摘要
公开了一种图像稳定设备和摄像设备，其可以以简单的结构可靠地检测移位抖动，即使对距离非常近的被摄体也可以进行高准确度的图像模糊校正。该设备具有角速度检测装置，用于检测由设备的抖动产生的角速度；加速度检测装置，用于检测由抖动产生的加速度；计算装置，用于根据角速度来计算校正值；加速度校正装置，用于基于抖动校正值来校正加速度；以及模糊校正装置，用于通过基于加速度校正装置的输出和计算装置的输出使光轴偏心来校正图像模糊。
文档编号H04N5/232GK1991440SQ200610170554
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月26日
发明者鹫巢晃一 申请人:佳能株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan