具有模糊校正功能的摄影镜头以及照相机系统的制作方法

专利名称：具有模糊校正功能的摄影镜头以及照相机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及对被摄物体影像的影像模糊进行校正的摄影镜头以及 照相机系统。
背景技术：
以往，对于因手的抖动等原因导致的被摄物体影像的影像模糊， 驱动模糊校正机构对其进行校正的技术己被周知。
在这种现有技术中，首先，具有模糊校正机构(模糊校正光学系 统等)和角速度传感器。然后，用该角速度传感器检测出摄影镜头或 照相机的振动。摄影镜头根据该角速度确定消除影像模糊所需要的模 糊校正机构的位置(以下称"目标驱动位置")，把模糊校正机构控制 在该目标驱动位置。
并且，通过把该模糊校正机构从中心位置的位移反馈给模糊校正 机构的控制，还可以进行控制把模糊校正机构拉回到中心位置(以下 称"中心偏置")。通过该中心偏置，能够把模糊校正机构拉回到中心 附近，从而得以实质性地保证模糊校正机构具有较大的可动范围。
5另外，下述专利文献1以及专利文献2是摄像机的影像模糊抑制 技术。该摄像机从拍摄图像中检测图像移动信号。然后，摄像机通过 插入该图像移动信号，提高图像移动信号的釆样比率。摄像机通过把 插入后的图像移动信号反馈给快速更新的目标驱动位置，提高模糊校 正的防振性能。
专利文献l:日本申请的特开平10-322585号公报(图l) 专利文献2:日本申请的特开平10-145662号公报(图l、图3)
在现有的模糊校正中，角速度传感器的输出中包含的DC偏移和 偏差一直是问题。因此，为了准确地检测被摄物体影像的影像模糊， 必须从角速度传感器的输出中除去DC偏移和偏差这种多余的成分。
但是，这些成分随着角速度传感器的温度和使用条件每次都会发 生变化。因此，在出厂时测定的DC偏移和偏差不能直接使用。所以， 在实际摄影时，以往会采用从角速度传感器的输出中分离提取DC偏移 和偏差的方法。
艮P，人手的抖动，2~7Hz左右的频率成分会产生影响。而角速度 传感器静止时的输出，大约1Hz以下的频率成分会产生影响。因此， 通过使用移动平均或低通滤波，把低频成分从角速度传感器的输出信 号中提取出来，实时地推测DC偏移和偏差。
但是，按照现有的这种方法，标准值会产生种种误差。图12是表 示现有的标准值推测的仿真结果的图。图12A是从角速度传感器的输 出信号算出移动平均，求得标准值。通过这种移动平均，标准值中的 偏差会产生相位滞后。另外，在标准值中还会残余通过移动平均未能 完全平滑化的振动成分。随着把这样含有误差的标准值从角速度传感器的输出信号中去除，图12B所示的误差就混入了角速度。
图12C所示的粗线，表示含有这种误差的角速度形成的模糊校正 结果。虽然手抖动的高频成分减少了，但是随着时间的推移，模糊校 正机构渐渐地偏移了。
由于以上说明的理由，模糊校正的防振性能，取决于如何准确地 求得角速度传感器的标准值。
在专利文献l以及专利文献2所公开的相关技术中，把图像移动 信号运用于模糊校正。但是，专利文献1以及专利文献2的控制方式 是电影摄像(a—匕一撮影)用的技术，在数码相机(電子^ *》力 乂 ，)上应用时，具体会产生以下的问题[l] [2]。首先，数码相机在释放前的期间，从显示器显示用的拍摄图像 得到图像移动信号。此时的拍摄间隔(比如30帧/秒)比一般的摄像机 的拍摄间隔(比如NTSC为60场/秒)长好几倍。艮卩，数码相机中图像 移动信号的取样时间间隔较长。把这种时间间隔较长的图像移动信号 反馈给目标驱动位置，难以得到充分的防振效果。并且，在专利文献1以及专利文献2中，为了配合目标驱动位 置的更新间隔，还对图像移动信号进行外延预测，生成插入值。另一 方面，数码相机是处理取样时间间隔较长的图像移动信号。因此，准 确地外延预测比较困难，会显著地产生不连续的插入误差。该插入误 差变成目标驱动位置的控制误差。其结果可能明显地损害防振效果。
另外，在专利文献1以及专利文献2中，是把图像移动信号反馈 给了目标驱动位置。这一点与借助图像移动信号修正标准值的发明明 显不同。并且，在专利文献1以及专利文献2中，在图像移动信号的反馈路径中设有高通滤波器。所以，相当于偏差和偏移的低频成分被
该高通滤波器截至。因此，在专利文献1以及专利文献2中，准确修 正低频的偏差和偏移是不可能的。
并且，对于数码相机，还需要考虑在摄像机中不存在的长时间曝 光(1/15秒以上等)的摄影。在这种长时间曝光中，低速的偏移是形 成图像模糊的原因。(这种低速偏移对于摄像机的短快门速度而言，速 度太慢，不会引起图像模糊。)
引起这种低速移动的偏差的超低频成分不能通过上述高频通滤波 器。所以，在专利文献1以及专利文献2中，不能防止长时间曝光产 生的图像模糊。
鉴于要把模糊校正机构保持在中心附近等原因，有时会加强中心 偏置的反馈增益。此时，会产生把模糊校正机构拉回到中心位置的强 大的拉力(以下称"趋向力")。象这样当趋向力变强时，模糊校正的 控制稳定性下降，最严重的时候甚至可能会产生振动。
并且，本申请的发明者还发现了这样的问题，即当把图像移动信 号反馈给模糊校正时，由于该反馈与中心偏置的相乘作用，模糊校正 的控制稳定性显著丧失，变得很容易产生振动。
除此之外，本申请的发明人还发现了这样的问题，即当把图像移 动信号反馈给模糊校正时，在模糊校正停止的时候，模糊校正机构会 有不必要的摆动。

发明内容
本发明是为了解决上述问题点而提出来的，其目的在于更精确地 求得模糊校正的标准值。本发明的另外的目的在于通过巧妙地确定反馈图像移动信号的位 置，提高模糊校正的防振效果。
本发明的又一目的在于提供一种适合于数码相机的模糊校正控制 方式。
本发明的又一目的在于恰当地监测模糊校正的状况变化，并对该 状态变化进行处理，恰当地改变图像移动信号的反馈状况。
本发明的又一目的在于防止当中心偏置的趋向力增加时，模糊校 正的控制稳定性下降的这种现象。
本发明的又一目的在于改善当停止模糊校正时，模糊校正机构多 余地摆动的现象。
下面说明本发明。
本发明的摄影镜头是在照相机的拍摄面形成被摄物体影像的摄影 镜头，具有模糊校正机构、振动检测部分、标准值生成部分、目标驱
动位置运算部分以及驱动部分。
其中，该模糊校正机构是用于对被摄物体影像的影像模糊进行校 正的机构。
振动检湖u部分检测振动并输出振动检观lj信号。
标准值生成部分根据振动检测信号推测振动检测信号的标准值 (在没有振动的静止状态下，振动检测部分的输出)。
9置。特别是在这种构成中，标准值生成部分取得通过分析照相机的拍 摄图像所得到的图像移动信号信息，根据图像移动信号对标准值进行 修正。下面说明该构成的作用效果。一般，如果该标准值存在误差，就会成为振动成分的检测误差， 在拍摄图像上产生残余模糊。然后，该拍摄图像的残余误差作为图像 移动信号被检测出来，用该图像移动信号对标准值进行修正。通过这 样的反馈作用，能够确实减少标准值的误差。其结果，振动成分的检 测误差能够确实地减少，从而得以更加提高模糊校正的防振精度。特别是此处接受反馈的标准值，与更新间隔短的目标驱动位置相 比，是一种低得多的低频中心的信号。所以，即使反馈了取样间隔宽 的图像移动信号，控制系统出现过度动作的可能性也很小，从而能够 实现稳定而且恰当的控制响应。也就是说，作为反馈取样间隔宽的图 像移动信号的位置，该低频中心的标准值非常适合。另外，当标准值因干扰等因素发生变动的时候，通过该图像移动 向量的反馈，标准值也能够马上被拉回到正常值。其结果，即可实现 对于标准值干扰鲁棒性强的模糊校正。[2]另外，优选的是，上述标准值生成部分把图像移动信号反馈给标 准值。通过该反馈，标准值能够保持为包含"振动检测部分的偏差输 出"的值。另外，优选的是，因为标准值中准确地包含了低频的偏差输出， 所以在反馈给标准值时不必把图像移动信号的低频成分截至。还有，优选的是，将起因于偏差输出的低速的图像移动有选择地 检测出来，作为图像移动信号。m另外，优选的是，上述标准值生成部分根据摄影镜头的焦距以及 摄影倍率，把图像移动信号换算成与标准值相同的比例。标准值生成 部分根据该换算后的图像移动信号对标准值进行修正。[4]另外，优选的是，设定上述标准值生成部分更新标准值修正值的 周期，比目标驱动位置的更新周期还慢。还有，优选的是，还具有对图像移动信号的相位进行超前补偿的 相位补偿部分。上述标准值生成部分根据该经过超前补偿的图像移动 信号对标准值进行修正。并且优选的是，该超前补偿是对图像移动信号的计算滞后的期间 进行超前补偿。[6]另外，本发明的另外的摄影镜头是在照相机的拍摄面形成被摄物 体图像的摄影镜头，具有模糊校正机构、振动检测部分、信息获取部分、控制部分以及中心偏置部分。其中，该模糊校正机构是用于对被摄物体影像的影像模糊进行校 正的机构。振动检测部分检测振动并输出振动检测信号。信息获取部分取得通过分析照相机的拍摄图像所得到的图像移动 信号信息。控制部分通过基于振动检测信号的模糊校正机构的前馈控制和基 于图像移动信号的模糊校正光学的反馈控制，减轻影像模糊。中心偏置部分通过把模糊校正机构从中心位置的位移反馈给模糊 校正机构的控制，把模糊校正机构推向中心位置。特别是上述控制部分随着中心偏置部分的反馈增益的增加，降低 图像移动信号的反馈增益。反之，控制部分随着中心偏置部分的反馈增益的减少，增加图像 移动信号的反馈增益。而且，为了在图像移动信号反馈时，保持高的控制稳定性，上述[6] 是很重要的内容。下面就这一点进行说明。一般，中心偏置部分的反馈增益增加，则把模糊校正机构向中心 位置推动的力就加强。由于对模糊校正机构的施力，模糊校正性能下 降，拍摄图像的移动加快，其结果，图像移动信号变大。这样，中心 偏置以及图像移动信号的反馈量呈乘积性地增加。随着这样乘积性的 反馈量的增加，模糊校正的控制稳定性下降。其结果，会产生过量的过调以及振动加大，甚至振荡的弊端。在上述[6]中，中心偏置部分的反馈增益增加时，图像移动信号的 反馈增益会随之降低。借助这样一种平衡动作，能够控制上面所说的 反馈量的过度增加，从而提高模糊校正的控制稳定性。因此，能够适 当地防止过量的过调、振动起来难以调节、甚至振荡的弊端。图像移动信号是检测拍摄图像残余模糊的信号。如上所述降低该 图像移动信号的反馈增益，就是降低模糊校正中残余模糊的控制效果。 但是，增加中心偏置部分的反馈增益这种情况，比起残余模糊的控制， 更优先于模糊校正机构的中心复位(或者中心保持)。所以，即使降 低图像移动信号的反馈增益，影响也很小，反而是提高控制稳定性的 优势更大。并且，在上述[6]中，中心偏置部分的反馈增益降低时，图像移动信号的反馈增益会随之增加。借助这样一种平衡动作，不至于大幅度 地降低控制稳定性，从而能够提高拍摄图像残余模糊的控制效果。[7]另外优选的是，上述摄影镜头具有检测部分。该检测部分检测"三 脚架固定"以及"达到模糊校正机构的可动界限"中的至少一种照相 机状态信息(包括从照相机获取信息)。中心偏置部分根据该照相机状态信息的检测，增加中心偏置部分 的反馈增益。另一方面，控制部分根据该照相机状态信息的检测，降低图像移动信号的反馈增益。[8]另外，本发明的又一摄影镜头是在照相机的拍摄面形成被摄物体 图像的摄影镜头，具有模糊校正机构、振动检测部分、信息获取部分 以及控制部分。其中，该模糊校正机构是用于对被摄物体影像的影像模糊进行校 正的机构。振动检测部分检测振动并输出振动检测信号。信息获取部分取得通过分析照相机的拍摄图像所得到的图像移动 信号信息。控制部分通过基于振动检测信号的模糊校正机构的前馈控制和基 于图像移动信号的模糊校正光学的反馈控制，减轻影像模糊。特别是上述控制部分在停止通过模糊校正机构减轻影像模糊的动 作时，在前馈控制停止之前，停止图像移动信号的反馈。在把图像移动信号反馈给模糊校正时，为了避免模糊校正动作有多余的动作，这样的[8]是非常重要的内容。下面，说明这一点。首先，在上述[8]中，在停止通过模糊校正机构减轻影像模糊的动 作时，在前馈控制停止之前，停止图像移动信号的反馈。通过这样的 动作，能够避免在减轻影像模糊的动作停止时，图像移动信号的反馈 还在继续，模糊校正机构出现多余动作的现象。[9]优选的是，上述摄影镜头具有检测部分。该检测部分检测由"三脚架固定"、"摇镜头"、"达到模糊校正机构的可动界限"中的至少一种照相机状态信息。
控制部分随着照相机状态信息的读出，停止图像移动信号的反馈， 然后停止前馈控制。
另外优选的是，上述控制部分具有标准值推测部分、标准值修正 部分、目标驱动位置运算部分以及驱动部分。
其中，该标准值推测部分根据振动检测信号，推测振动检测信号 的标准值(在没有振动的静止状态下，振动检测部分的输出)。
标准值修正部分通过把图像移动信号反馈给通过标准值推测部分 推测出来的标准值，对标准值进行修正。
目标驱动位置运算部分根据振动检测信号与修正后的标准值之差 求得成为影像模糊原因的振动成分，进而根据振动成分求得目标驱动 位置。该目标驱动位置是减轻影像模糊的模糊校正机构的位置。
驱动部分控制模糊校正机构跟踪目标驱动位置。 [11 ]
本发明的照相机系统具有摄影镜头、拍摄部分以及移动检测部分。
其中，该摄影镜头是上述[1 ]至[11 ]中的任何一种摄影镜头。
拍摄部分具有拍摄面，拍摄通过摄影镜头在拍摄面上形成的被摄 物体影像。
移动检测部分从拍摄部分取得拍摄图像，检测拍摄图像的时间轴的变化，把被摄物体影像相对于拍摄面的移动作为图像移动信号输出 给摄影镜头。
优选的是，摄影镜头和拍摄部分的构成为可随意装卸，在两个结 构之间进行图像移动信号等信息的交换。
综上所述，通过上述的结构，能够把图像移动信号更加实用地反 馈给模糊校正。其结果，能够更加提高模糊校正的技术性成功率。


本发明其他以及更进一步的目的、特征和优势将通过下面的阐述 变得更加清晰。
图1是表示具有模糊校正机构的照相机系统190 (包括摄影镜头
190a)的示意图。
图2是表示模糊校正的动作时序的示意图。
图3是表示图像移动向量的计算步骤的流程图。
图4是表示模糊校正控制动作的流程图。
图5是表示第一实施方式的模糊校正仿真结果的示意图。
图6是表示第一实施方式的防振性能的标准的说明图。
图7是表示图像移动向量计算步骤(包括图像移动向量的超前补
偿)的流程图。
图8是表示照相机系统290 (包括摄影镜头290a)的示意图。 图9是表示模糊校正控制系统主要结构的框图。 图IO是表示模糊校正控制动作的流程图。
图11是表示传递函数Gc(S)的增益特性以及相位特性的示意图。 图12是表示现有的模糊校正的仿真结果的示意图。
具体实施例方式
下面参照附图详细说明本发明所涉及的实施方式。<第一实施方式> [第一实施方式的结构说明]
图1是表示第一实施方式所涉及的照相机系统190 (包括摄影镜
头190a)的示意图。而且，实际的照相机系统190对水平和垂直两个 轴的方向校正图像模糊。但是，为了使说明简单明了，在图1中只记 载了一个轴的模糊校正机构。
下面就图1所示各部分的结构进行说明。
角速度传感器IO通过科里奥利力等检测照相机系统190的振动， 作为角速度。放大部分20把角速度传感器10的输出放大。另外，为 了降低传感器输出的高频噪音，可以增加低通滤波器。A/D转换部分 30把放大部分20的输出转换成数字的角速度数据。
标准值运算部分40通过从A/D转换部分30输出的角速度数据中 分离低频成分，推测角速度的标准值(在没有振动的静止状态下的角 速度数据)。而且，该标准值运算部分40利用后述的图像移动向量的 反馈对该标准值进行修正。
目标驱动位置运算部分50通过从角速度数据中减去标准值，求得 成为图像模糊的原因的真正的角速度。目标驱动位置运算部分50通过 对该真正的角速度进行积分，求得摄影镜头190a的光轴角度。目标驱 动位置运算部分50根据该光轴角度确定目标驱动位置。该目标驱动位 置是消除被摄物体图像在该光轴角度上的位移的模糊校正光学系统 100的位置。
另外，目标驱动位置运算部分50在确定该目标驱动位置时，要使 用焦距信息120、摄影倍率信息130以及模糊校正光学系统100的光学 信息140。该焦距信息120是可以随时从摄影镜头190a的变焦环的编 码输出等处得到的信息。摄影倍率信息130是可以随时从摄影镜头190a
17的镜头位置和AF (自动对焦)驱动机构得到的信息。而模糊校正光学 系统100的光学信息140是模糊校正系数(模糊校正系数-相对于镜头 移动量的图像移动量/镜头移动量)，是摄影镜头190a内预置的数据。
而且，在摄影镜头190a上设有位置检测部分90，进行模糊校正光 学系统IOO的位置检测。该位置检测部分90包含红外线LED92、 PSD (位置检测元件)98以及狭缝板94。红外线LED 92的光通过狭缝板 94的狭缝孔96后变成细束光，其中，狭缝板94设置在模糊校正光学 系统100的镜筒102上。该光到达PSD 98。 PSD 98输出该光的受射位 置信号。该信号输出通过A/D转换部分IIO进行数字转换，由此得到 模糊校正光学系统100的位置数据。
驱动信号运算部分60求得该位置数据与目标驱动位置的偏差，对 应该偏差算出驱动信号。比如，该驱动信号的运算，可以实行按照规 定的比率把偏差的比例项、积分项以及微分项相加的PID控制。
驱动器70根据求得的驱动信号(数字信号)使驱动电流流到驱动 机构80。
驱动机构80由轭铁82、磁铁84和线圈86构成。其中，线圈86 以固定在模糊校正光学系统100的镜筒102上的状态，配置在由轭铁 82和磁铁84形成的磁路中。驱动器70的驱动电流流到该线圈86，即 可使模糊校正光学系统IOO沿着与光轴垂直的方向移动。
模糊校正光学系统100是摄影镜头190a的成像光学系统的一部 分。通过把该模糊校正光学系统100移动到目标驱动位置，使被摄物 体图像的成像位置移动，即可对相对于拍摄面的被摄物体图像图像模
糊进行光学校正。
摄像元件150拍摄在拍摄面上形成的被摄物体图像。拍摄图像除了在图中没有示出的显示器画面上显示出来，还输出到移动向量检测
部分160。
移动向量检测部分160通过检测拍摄图像的时间轴方向的移动， 检测包含残余模糊的图像移动向量。移动向量转换部分170利用焦距 信息120以及摄影倍率信息130，把该图像移动向量换算成与标准值同 一比例。经过这样换算后的图像移动向量被用于在前述的标准值运算 部分40中标准值的修正。
下面说明发明与第一实施方式的对应关系。此处的对应关系只是 作为参考的一种解释示例，并非是对本发明无谓的限定。
权利要求中记载的摄影镜头，对应摄影镜头l卯a。
权利要求中记载的模糊校正机构，对应模糊校正光学系统100。
权利要求中记载的振动检测部分，对应角速度传感器10。
权利要求中记载的标准值生成部分，对应标准值运算部分40以及 移动向量转换部分170。
权利要求中记载的目标驱动位置运算部分，对应目标驱动位置运 算部分50。
权利要求中记载的驱动部分，对应驱动信号运算部分60、驱动器 70、驱动机构80以及位置检测部分90。
权利要求中记载的照相机系统，对应照相机系统190。权利要求中记载的图像移动信号，对应图像移动向量的角速度方 向的成分。
图2是说明模糊校正的动作时序的示意图。
图3是表示图像移动向量计算步骤的流程图。
图4是表示模糊校正控制动作的流程图。
下面参照这些图，说明第一实施方式的动作。
首先，如图2所示，摄像元件150以规定的拍摄间隔Timg定期地 输出拍摄图像。对每个该拍摄间隔Timg，进行图3所示的图像移动向 量的计算处理。下面说明该图像移动向量的计算处理。
步骤Sl:摄像元件150通过去掉图像的线数，快速(30帧/秒) 读取用于显示器显示的拍摄图像。
步骤S2:移动向量检测部分160根据拍摄图像的帧间差等求得图 像的移动向量。例如，作为该图像移动向量的检测方法，可以采用时 间空间梯度法或块匹配法等公知的方法。
并且，还可以对整个拍摄图像求得图像移动向量。或者，也可以 对拍摄图像的局部区域求得图像移动向量。
而且，作为图像移动向量，还可以分模糊校正的各个轴向(例如， 垂直和水平等)个别求得。在这种情况下，可以求出以各个轴向的图 像移动(帧间的位移等)为各个要素的图像移动向量。另外，作为图像移动向量，还可以通过从多个方向检测拍摄图像 的帧间位移，求得拍摄图像的位移方向与位移量。
步骤S3:移动向量转换部分170取得摄影镜头190a的焦距信息
120。
步骤S4:移动向量转换部分170取得摄影镜头l卯a的摄影倍率 信息130。
步骤S5:移动向量检测部分160输出的图像移动向量是拍摄图像 的帧间位移的信息。在此，移动向量转换部分170把图像移动向量转 换成与标准值相同的角速度的比例。例如，可以采用下面的换算公式。
K 二G"aiT1~~^~~r兰G,^^~~^ …(l) /(1 + -)2/(1 + / )2
其中，V是换算前的图像移动向量，V'是换算后的图像移动向量，
/是焦距，！3是摄影倍率，G是常数。
步骤S6:移动向量转换部分no把保持为标准值修正用的图像移
动向量更新为在步骤S5中求出的最新值V'。
如图2所示，上述这种图像移动向量的计算处理的完成只比拍摄 时间晚一个计算时间Tcal。
接下来，参照图4说明模糊校正的控制动作。
步骤Sll: A/D转换部分30以采样间隔Topt对角速度传感器10 的角速度输出进行A/D转换。
歩骤S12:标准值运算部分40对A/D转换后的角速度数据进行移 动平均或低通滤波处理，推测角速度数据的标准值。步骤S13:标准值运算部分40从移动向量转换部分170取得经过 步骤S6更新后的图像移动向量V'，按照下式对标准值Wo进行修正。
Wo， =Wo-Q, v， …(2)
其中，Q是图像移动向量的反馈增益。v'是图像移动向量V'的 角速度方向的成分(换算成角速度单位的值)。该Q值要从适当控制标 准值Wo，的过量，并适当縮短标准值Wo'的稳定时间等观点来决定。
一般，当标准值Wo'产生误差时，模糊校正中拍摄图像就会产生 残余模糊。通过把该残余模糊作为图像移动向量V'检测出来，按照 上式(2)反馈给标准值，可以降低标准值Wo'的误差。
随着标准值Wo'的误差降低，图像移动向量V'也慢慢降低。最 终当图像移动向量V'减小到几乎可以看成是零的时候，标准值Wo' 就变成准确包含角速度传感器10的偏差输出和DC偏移的值。
另外，在模糊校正中，为了提高模糊校正光学系统100的跟踪性， 如图2所示，以比拍摄间隔Timg更短的采样间隔Topt进行目标驱动 位置以及标准值的更新。因此，在每次修正标准值时，不能每次都使 用新的图像移动向量。所以，在取得下一次图像移动向量之前，反复 使用一个图像移动向量V'进行标准值修正。
步骤S14:目标驱动位置运算部分50从A/D转换部分30输出的 角速度数据中减去修正后的标准值Wo'，求得成为影像模糊原因的真 正的角速度数据。
步骤S15:目标驱动位置运算部分50通过对该真正的角速度数据 进行积分，求得摄影镜头190a的光轴角度的位移量。目标驱动位置运算部分50再根据该光轴角度的值，求得为了消除被摄物体影像的成像 位置的位移所必要的模糊校正光学系统IOO的位置(即目标驱动位置)。
例如，可以用下面的公式计算该目标驱动位置e(Tk)。
C=/ (l+e )2/K…(3) e (Tk)= e (Tw)十C [ W(Tk) - W0，] …(4)
其中，/是焦距，e是摄影倍率，e(Tw)是上一次的目标驱动位
置，W (Tk)是最新的角速度数据，K是模糊校正系数。并且，模糊校 正系数K预先根据下面的公式进行实际测量。
K=(被摄物体影像的位移)/ (模糊校正光学系统100的位移)
步骤S16:驱动信号运算部分60从目标驱动位置运算部分50取 得目标驱动位置信息，控制模糊校正光学系统IOO跟踪目标驱动位置。
图5是表示第一实施方式所涉及的模糊校正的仿真结果的示意图。
图5A所示的标准值中，通过反馈图像移动向量，准确地包含了角 速度传感器10的DC偏移和偏差输出。特别是能够准确地修正用现有 的移动平均法不可能修正的偏差输出的相位滞后等现象。
特别是，由于标准值是低频中心的信号，所以即使是采样间隔宽 的图像移动信号，也能够准确而且稳定地修正标准值。另外，即使是 标准值由于干扰等发生变化的情况下，借助该图像移动向量的反馈， 也能够把标准值准确地拉回到正常值。因此，针对标准值的干扰变化 的鲁棒性变强。
23其结果，图5B所示的标准值的误差(真正的角速度数据的误差)， 比图8B所示的现有技术例的仿真结果要小。通过这样提高标准值的精 度，能够得到图5C所示的高的防振效果。
并且，由于图像移动向量的更新间隔宽，伴随图像移动向量计算 处理的系统负荷非常小。
图6是表示第一实施方式的防振性能的标准的说明图。在现有技 术(图6中的B、 C)中，由于模糊校正光学系统IOO会随着时间的变 化发生偏移，所以很难把图像模糊量控制得很小。另一方面，在第一 实施方式(图6中的D、 E)中，模糊校正光学系统100的偏移很小， 能够把曝光过程中的图像模糊量控制得很小。
另外，在上述第一实施方式中，还可以对图像移动向量进行超前 补偿，如图7的步骤S21所示。
例如，可以用下面的公式求得进行过超前补偿的图像移动向量 Vnow， o
Vnow， =Vnow+S* [ Vnow - Vpre ] …(5)
其中，Vnow是最新的图像移动向量，Vpre是上一次的图像移动 向量，S是常数。
通过调整该常数S，例如，就能够对图像移动向量进行超前补偿 与如图2所示的计算时间Tcal相应的量。这种情况下，能够对计算时 间Tcal的无用时间进行相位补偿，更加提高标准值的修正精度。下面说明另外的实施方式。
<第二实施方式> [第二实施方式的结构说明]
图8是表示第二实施方式的照相机系统290 (包括摄影镜头290a) 的图。图9是表示该模糊校正控制系统主要结构的框图。
下面参照图8以及图9说明各部分的构成。对于与第一实施方式 (图1)相同的构成部分省略其说明。
首先，目标驱动位置运算部分50 (详见图8中的50a)通过从角 速度数据中减去标准值，求得成为图像模糊原因的真正的角速度。
目标驱动位置运算部分50 (详见图8中的50b)把该真正的角速 度换算成模糊校正光学系统100的移动量的比例。在此处的比例换算 中，要用到焦距信息120、摄影倍率信息130以及模糊校正光学系统 100的光学信息140。
进而，目标驱动位置运算部分50 (详见图8中的50c、 50d)从经 过比例换算后的角速度中减去对模糊校正光学系统100的中心位移Lr 进行增益Kc倍之后的值。借助这一动作，对模糊校正光学系统100加 上中心偏置。
目标驱动位置运算部分50 (详见图8中的50e)通过对该中心偏 置后的角速度进行积分，求得目标驱动位置。该目标驱动位置就是消 除被摄物体图像模糊的模糊校正光学系统100的位置。
并且，摄影镜头2卯a上还配置有MPU (微处理器)，起系统控制 部分200的作用。该系统控制部分200与三脚架判定部分210、摇镜头 判定部分220以及可动界限判定部分230连接。该三脚架判定部分210根据角速度传感器10的输出、照相机系统 290的三脚架固定处的传感器开关等判定照相机系统290是否处于三脚 架固定状态。另外，摇镜头判定部分220根据角速度传感器10的输出、 图像移动向量等判定照相机系统290是否在摇镜头中。另一方面，可 动界限判定部分230根据位置检测部分90的输出判定模糊校正光学系 统IOO是否到达了可动界限的边缘附近。
下面说明发明与第二实施方式的对应关系。此处的对应关系只是 作为参考的一种解释示例，并非是对本发明无谓的限定。
权利要求中记载的摄影镜头，对应摄影镜头290a。
权利要求中记载的模糊校正机构，对应模糊校正光学系统100。
权利要求中记载的振动检测部分，对应角速度传感器10。
权利要求中记载的信息获取部分，对应移动向量转换部分170。
权利要求中记载的控制部分，对应标准值运算部分40、目标驱动 位置运算部分50、驱动信号运算部分60、驱动器70、驱动机构80、 位置检测部分90以及系统控制部分200。
权利要求中记载的中心偏置部分，对应目标驱动位置运算部分50 的"把模糊校正光学系统100的中心位移Lr反馈给模糊校正光学系统 IOO的控制的功能"。
权利要求中记载的检测部分，对应三脚架判定部分210、摇镜头 判定部分220以及可动界限判定部分230。权利要求中记载的标准值推测部分，对应标准值运算部分40的 "分离角速度数据的低频成分，推测标准值的功能"。
权利要求中记载的标准值修正部分，对应标准值运算部分40的
"向标准值反馈图像移动向量的功能"。
权利要求中记载的目标驱动位置运算部分，对应目标驱动位置运
算部分50。
权利要求中记载的驱动部分，对应驱动信号运算部分60、驱动器 70、驱动机构80以及位置检测部分90。
权利要求中记载的照相机系统，对应照相机系统290。
权利要求中记载的拍摄部分，对应摄像元件150。
权利要求中记载的移动检测部分，对应移动向量检测部分160。
权利要求中记载的图像移动信号，对应图像移动向量的角速度方 向的成分。
权利要求中记载的振动检测信号，对应角速度传感器io检测的角 速度。
图IO是表示模糊校正控制动作的流程图。
下面参照图IO说明模糊校正的控制动作。步骤S41: A/D转换部分30配合目标驱动位置的更新间隔，对角 速度传感器10的角速度输出进行A/D转换。
步骤S42:如果摇镜头判定部分220检测到照相机系统290的摇 镜头状态，系统控制部分200进入步骤S54的动作。另一方面，在没 有检测到摇镜头状态时，系统控制部分200进入步骤S43的动作。
步骤S43:如果三脚架判定部分210检测到照相机系统290的三 脚架固定状态，系统控制部分200进入步骤S46的动作。另一方面， 在没有检测到三脚架固定状态时，系统控制部分200进入步骤S44的 动作。
步骤S44:如果可动界限判定部分230检测出模糊校正光学系统 100达到了可动界限，系统控制部分200进入步骤S46的动作。另一方 面，在没有检测出达到可动界限时，系统控制部分200进入步骤S45 的动作。
步骤S45:在这一步，可以判断照相机系统290处于手持拍摄的 状态，而且模糊校正光学系统100也处于可动状态。此时，系统控制 部分200首先把图像移动向量的反馈增益Km设定成较大的值(例如 Km=l)。然后，系统控制部分200把中心偏置的反馈增益Kc设定成较 小的值(例如Kc= 1 [deg/s/mm])。
这样设定后，系统控制部分200进入步骤S47的动作。
步骤S46:在这一步，可以判断照相机系统290处于三脚架固定 状态，或者模糊校正光学系统100处在可动界限的附近。此时，系统 控制部分200首先把图像移动向量的反馈增益Km设定成较小的值(例 如Kmi.5)。然后，系统控制部分200把中心偏置的反馈增益Kc设定 成较大的值(例如Kc= 10[deg/s/mm])。骤S47的动作。
步骤S47:标准值运算部分40对经过A/D转换后的角速度数据进 行移动平均或低通滤波，推测角速度数据的标准值Wo。
步骤S48:标准值运算部分40从移动向量转换部分170取得图像 移动向量V'信息，按照下面的公式对标准值Wo进行校正。该图像移 动向量V'与在第一实施方式(图3的步骤S6)中求出的图像移动向 量V，是一样的。
Wo， =Wo-Km v， …(10)
其中，v'是图像移动向量V'的角速度方向的成分。
一般说来，当标准值Wo，产生误差时，模糊校正中拍摄图像就会 产生残余模糊。通过把该残余模糊作为图像移动向量V'而检测出来， 按照上式(10)反馈给标准值，可以降低标准值Wo'的误差。
标准值Wo，的误差降低后，图像移动向量V，中包含的残余模糊 也随之降低。最后当图像移动向量V'减小到几乎可以看成是零的时 候，标准值Wo'就变成包含角速度传感器10的偏差输出和DC偏移 的正确的值。
另外，在模糊校正中，为了提高模糊校正光学系统ioo的跟踪性， 以比图像移动向量的更新间隔更短的采样间隔进行目标驱动位置以及 标准值的更新。因此，在每次修正标准值时，不能每次都使用新的图 像移动向量。所以，在取得下一次图像移动向量之前，反复使用本次 的图像移动向量V'进行标准值修正。步骤S49:目标驱动位置运算部分50从A/D转换部分30输出的 角速度数据中减去修正后的标准值Wo'，求得成为图像模糊原因的真 正的角速度数据。
步骤S50:目标驱动位置运算部分50按照下面的公式进行真正的 角速度数据的比例换算。
<formula>formula see original document page 30</formula>其中，/是焦距，e是摄影倍率，W(Tk)是角速度数据，Wi (Tk) 是比例换算后的角速度数据，K是模糊校正系数。该模糊校正系数K 预先根据下面的公式进行实际测量。
K=(被摄物体影像的位移)/ (模糊校正光学系统100的位移)
步骤S51:目标驱动位置运算部分50按照下面的公式，将模糊校 正光学系统100的中心位移Lr反馈给比例换算后的角速度数据W！ (Tk)。借助这一处理，模糊校正光学系统100上产生朝向中心的趋向 力(一种中心偏置)。
W2 (Tk) =W! (Tk) —Kc Lr ...(13)
其中，Kc是中心偏置的反馈增益。
步骤S52:目标驱动位置运算部分50按照下面的公式，对中心偏 置后的角速度数据W2 (Tk)进行积分，求得目标驱动位置e (Tk)。
0 (Tk)= e (Tk—,)+Ct W2 (Tk) …(14)
30其中，e(Tw)是上一次的目标驱动位置，Ct是对应积分间隔(Tk -Tw)的常数。
该目标驱动位置e (Tk)是准确消除被摄物体影像模糊所必需的模 糊校正光学系统ioo的位置。
步骤S53:驱动信号运算部分60从目标驱动位置运算部分50取
得目标驱动位置e (Tk)信息，控制模糊校正光学系统ioo跟踪目标驱动 位置e(Tk)。到这一步为止的动作再返回到步骤S41，通过这样反复动
作，图像模糊就得以减轻。
步骤S54:在这一步，可以判定照相机系统290处于追踪摄影等 摇镜头摄影的状态。此时，为了不影响使用者刻意地摇镜头，优选停 止摇镜头方向的模糊校正。所以，系统控制部分200按照下面的顺序 停止摇镜头方向的模糊校正。
(1) 把图像移动向量的反馈增益Km设定为零。
(2) 设定成标准值运算部分40把角速度数据直接作为标准值输 出的状态，停止基于角速度数据的前馈控制。
借助这样的动作，上式(12)的角速度数据Wt (Tk)被取消。其 结果，变成模糊校正光学系统100上只有中心偏置的状态。结果，模 糊校正光学系统100就几乎保持在中心附近移动，而不会影响使用者 刻意地摇镜头。
参照图9所示的控制系统的主要构成说明第二实施方式的效果。
首先，图9中的模块300是中心偏置所涉及的反馈系统。假设模 糊校正光学系统100的驱动系统的传递特性大约为"1"，该模块300 的传递函数Gc (S)为Gc (S) — 1 / (S+Kc) …(7)
艮卩，模块300是一阶滞后的传递要素。图11是表示该传递函数 Gc (S)的增益特性以及相位特性的示意图。
另外，图9中的模块400是图像移动向量V'的反馈系统。该模 块400是内含中心偏置的模块300作为前向传递要素的大系统。因此， 利用上述传递函数Gc (S)，可以调整大模块400的开环传递函数的特 性。
在第二实施方式中，在进行这种特性调整时，是实行如下所述的 平衡调整。
(1)手持拍摄，而且模糊校正光学系统IOO处于可动状态时 在第二实施方式中，照相机系统290处于手持拍摄的状态，而且 模糊校正光学系统lOO也处于可动状态时，降低反馈增益Kc。(参照步 骤S45)。
如图ll所示，随着模块300的反馈增益Kc减小，模块300的开 环传递函数的低通增益增加。此时，角速度的低频成分的通过量增加， 能够控制更低频率成分的图像模糊。
但是，在这种状态下，角速度传感器IO的低频的偏差变动通过模 块300的比率也增加。其结果，偏差变动导致的干扰影响变大，容易 产生模糊校正光学系统100自由乱动等问题。
因此，在第二实施方式中，在步骤S45，在降低反馈增益Kc之前， 增加图像移动向量的反馈增益Km。角速度传感器10的低频的偏差变 动变成拍摄图像的残余模糊体现出来。该残余模糊能够作为图像移动向量检测出来。通过增加该图像移动向量的反馈增益Km，能够提高标 准值的修正精度，降低偏差变动的通过量。
其结果，就能够避免因反馈增益Kc的降低而导致偏差变动的影响 增大，防止因干扰导致防振性能下降。
(2) 三脚架固定时，或者模糊校正光学系统100到达了可动界限
时
另一方面，在第二实施方式中，当照相机系统290处于三脚架固 定状态，或者模糊校正光学系统100到达了可动界限时，增加中心偏 置的反馈增益Kc。(参照步骤S46)。
其结果，中心趋向力强烈作用于模糊校正光学系统100，能够使 位于可动界限边缘的模糊校正光学系统100迅速恢复到中心位置。
另外，如图11所示，随着增益Kc的增加，特别是低频成分的通 过量减少。其结果，低频的偏差变动的通过量也下降，从而得以有力 控制因偏差变动导致模糊校正光学系统100自由乱动的现象。
另一方面，随着反馈增益Kc的增加，模糊校正的相位裕量降低。 同时，通过中心趋向力的强大作用，拍摄图像的移动加快，相应地容 易有大的图像移动向量伴随相位滞后而产生。由于这种因素，使得模 糊校正的控制稳定性降低，容易产生过量的过调或振动。
因此，在第二实施方式中，在步骤S46，在增加反馈增益Kc之前， 降低图像移动向量的反馈增益Km。这样一来，可以赢得模糊校正的相 位裕量或增益裕量。从而得以适当控制模糊校正光学系统100的过量 的过调或振动。
(3) 摇镜头时另外，在第二实施方式中， 一旦检测出摇镜头状态，就直接输出 角速度数据作为标准值。其结果，能够消除角速度数据，停止角速度 的前馈控制。在这种情况下，在停止前馈控制之前，将图像移动向量 的反馈增益设定为零。
借助这种阶段性动作，在停止了前馈控制的状态下，图像移动向 量的反馈发生作用，即可防止模糊校正光学系统100不必要地移动之 弊端。
尤其是在第二实施方式中，处于停止模糊校正，模糊校正光学系
统100只加中心偏置的状态。在这种情况下， 一旦图像移动向量的反
馈发生作用，中心偏置与图像移动向量相互作用，模糊校正光学系统
IOO的中心回归受到阻碍，成为振动性的轨迹。但是，在第二实施方式
中，由于是预先停止图像移动向量的反馈，所以不存在这种问题。
另外，在第二实施方式中，也可以在判定"三脚架固定"或"达 到模糊校正机构的可动界限"时，停止模糊校正。这种情况下，也最 好在停止前馈控制之前，将图像移动向量的反馈增益设定为零。借助 这种预先动作，能够避免模糊校正机构做无谓晃动的现象。
另外，在第二实施方式中，是对标准值反馈图像移动向量。但是， 本发明并非仅限于此。还可以对目标驱动位置或角速度反馈图像移动 向量。
在上述实施方式中，是根据摄像元件的拍摄图像生成图像移动向 量。但是，本发明并非仅限于此。例如，还可以靠照相机系统的分开 测光机构或焦点检测机构或测色机构或取景器机构等进行光电转换， 生成拍摄图像。通过从这种拍摄图像生成图像移动向量，可以在"银盐照相机"或"单镜头反光型的电子照相机"中实施本发明。
另外，如果照相机具有每秒2~8张以上程度的连拍功能，也能够 得到图像移动信号。所以，在一边连拍一边继续实行模糊校正这种类 型的照相机中也可以适用本发明。
而且，在上述实施方式中，摄影镜头和照相机系统还可以是一体 的结构。还可以是摄影镜头和照相机系统能够随意装卸的结构。
并且，在装卸摄影镜头和照相机系统时，生成图像移动信号的模 块设置在摄影镜头和照相机系统的任何一边都可以。例如，可以是这
种形式把生成图像移动信号的模块设置在照相机系统一侧，而把将 图像移动信号换算成与标准值同一比例的模块设置在摄影镜头一侧等。
另外，在上述实施方式中，作为振动检测信号，是检测角速度。 但是，本发明并非仅限于角速度的检测，还可以检测能推测被摄物体 影像的成像位置的位移的振动成分。例如，可以检测作用于照相机系 统的加速度、角加速度、离心力或者惯性力等作为振动检测信号。
而且，在上述实施方式中，通过移动模糊校正光学系统，校正图 像模糊。但是，本发明的模糊校正机构并非仅限于此。例如，也可以 通过移动摄像元件，或者对拍摄图像的修整位置进行电子变更来校正 图像模糊。
在不脱离本发明的精神和主旨的范围内，可以以其他方式实施本 发明。上述的实施例应被看作阐述性的而非限定性的，本发明的范围 由权利要求限定，而不是由前面的说明限定，并且权利要求及其等价 的范围内的所有变化都被认为是包含在其中。
权利要求
1.一种在照相机的拍摄面上形成被摄物体影像的摄影镜头，其特征在于，具有模糊校正机构，用于对上述被摄物体影像的影像模糊进行校正；振动检测部分，检测振动并输出振动检测信号；信息获取部分，取得通过分析上述照相机的拍摄图像所得到的图像移动信号信息；控制部分，通过基于上述振动检测信号的上述模糊校正机构的前馈控制，和基于上述图像移动信号的上述模糊校正光学的反馈控制，减轻上述影像模糊；以及中心偏置部分，通过把上述模糊校正机构从中心位置的位移反馈给上述模糊校正机构的控制，对上述模糊校正机构向上述中心位置施力，上述控制部分随着上述中心偏置部分的反馈增益的增加，降低上述图像移动信号的反馈增益，随着上述中心偏置部分的反馈增益的减少，增加上述图像移动信号的反馈增益。
2. 根据权利要求l所述的摄影镜头，其特征在于 具有检测部分，检测"三脚架固定"以及"达到上述模糊校正机构的可动界限"中的至少一种照相机状态信息，上述中心偏置部分根据上述照相机状态信息的检测，增加上述中 心偏置部分的反馈增益，上述控制部分根据上述照相机状态信息的检测，降低上述图像移 动信号的反馈增益。
3. 根据权利要求1或2所述的摄影镜头，其特征在于， 上述控制部分具有标准值推测部分，根据上述振动检测信号，推测在没有上述振动的静止状态下的上述振动检测部分的输出，生成上述振动检测信号的 标准值；标准值修正部分，通过把上述图像移动信号反馈给由上述标准值 推测部分生成的上述标准值，对上述标准值进行修正；目标驱动位置运算部分，根据上述振动检测信号与修正后的上述 标准值之差，求得成为上述影像模糊原因的振动成分，根据上述振动 成分求得减轻上述影像模糊的上述模糊校正机构的目标驱动位置；以 及驱动部分，控制上述模糊校正机构跟踪上述目标驱动位置。
4. 一种在照相机的拍摄面上形成被摄物体影像的摄影镜头，其特 征在于，具有模糊校正机构，用于对上述被摄物体影像的影像模糊进行校正；振动检测部分，检测振动并输出振动检测信号；信息获取部分，取得通过分析上述照相机的拍摄图像所得到的图 像移动信号信息；以及控制部分，通过基于上述振动检测信号的上述模糊校正机构的前 馈控制，和基于上述图像移动信号的上述模糊校正光学的反馈控制， 减轻上述影像模糊，上述控制部分在停止通过上述模糊校正机构减轻上述影像模糊的 动作时，在上述前馈控制停止之前，停止上述图像移动信号的反馈。
5. 根据权利要求4所述的摄影镜头，其特征在于 具有检测部分，检测三脚架固定、摇镜头以及达到上述模糊校正机构的可动界限中的至少一种照相机状态信息，上述控制部分通过上述照相机状态信息的检测，停止上述图像移 动信号的反馈，然后停止上述前馈控制。
6. 根据权利要求4或5所述的摄影镜头，其特征在于，上述控制部分具有标准值推测部分，根据上述振动检测信号，推测在没有上述振动 的静止状态下的上述振动检测部分的输出，生成上述振动检测信号的 标准值；标准值修正部分，通过把上述图像移动信号反馈给由上述标准值推测部分生成的上述标准值，对上述标准值进行修正；目标驱动位置运算部分，根据上述振动检测信号与修正后的上述 标准值之差，求得成为上述影像模糊原因的振动成分，根据上述振动 成分求得减轻上述影像模糊的上述模糊校正机构的目标驱动位置；以 及驱动部分，控制上述模糊校正机构跟踪上述目标驱动位置。
7. —种照相机系统，其特征在于，具有 根据权利要求1至6中任一项所述的摄影镜头；拍摄部分，拍摄通过上述摄影镜头在拍摄面上形成的被摄物体影 像；以及移动检测部分，从上述拍摄部分取得拍摄图像，检测上述拍摄图 像的时间轴的变化，把上述被摄物体影像相对于拍摄面的移动作为图 像移动信号输出。
全文摘要
一种具有模糊校正功能的摄影镜头以及照相机系统。本发明包含模糊校正机构、振动检测部分、标准值生成部分、目标驱动位置运算部分以及驱动部分。其中，模糊校正机构校正影像模糊。振动检测部分输出振动检测信号。标准值生成部分推测振动检测信号的标准值。目标驱动位置运算部分根据振动检测信号与标准值之差求得影像模糊的振动成分，求得模糊校正机构的目标驱动位置。驱动部分把模糊校正机构控制在目标驱动位置。特别是标准值生成部分根据从拍摄图像得到的图像移动信号相应地修正标准值。通过该标准值的修正，求得更准确的标准值，从而提高模糊校正的性能。
文档编号H04N5/232GK101668124SQ20091017345
公开日2010年3月10日 申请日期2004年7月23日 优先权日2003年7月25日
发明者富田博之, 松本豪, 臼井一利 申请人:株式会社尼康