(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾き検出装置であって、
装置に加わる揺れの角速度を検出する角速度検出手段と、
前記揺れの加速度を検出する加速度検出手段と、
前記角速度検出手段により検出された角速度と前記加速度検出手段により検出された加速度とに基づいて、揺れの速度を算出する揺れ速度算出手段と、
前記加速度検出手段により検出された加速度と、前記揺れ速度算出手段により算出された速度に基づいて、前記加速度検出手段により検出された加速度のうち重力加速度を算出する揺れ成分除去手段と、
前記揺れ成分除去手段により算出された前記重力加速度に基づいて、前記傾き検出装置の水平度を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする傾き検出装置。
【請求項２】
前記揺れ成分除去手段は、前記加速度検出手段により検出された加速度から、前記揺れ速度算出手段により算出された速度を微分して得た値を減じることにより、前記加速度検出手段により検出された加速度のうち重力成分のみの加速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の傾き検出装置。
【請求項３】
前記傾き検出装置がパンニング動作中であるときは、前記揺れの上下方向の成分のみを検出することを特徴とする請求項１に記載の傾き検出装置。
【請求項４】
前記角速度検出手段の後に設けられ、前記角速度検出手段の出力のうち、前記揺れについて想定される所定の周波数帯域のみを通過させる第１の帯域通過フィルタと、
前記加速度検出手段の後に設けられ、前記加速度検出手段の出力のうち、前記所定の周波数帯域のみを通過させる第２の帯域通過フィルタと、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の傾き検出装置。
【請求項５】
前記揺れの周波数を判定する周波数判定手段と、
前記周波数判定手段により判定された周波数に応じて前記第１及び第２の帯域通過フィルタの通過帯域を調整する調整手段と、
を更に有することを特徴とする請求項４に記載の傾き検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の傾き検出装置と、
撮像光学系によって結像された光学像の像振れを補正する補正部材と、
前記角速度検出手段により検出された角速度に基づいて前記補正部材を駆動する補正制御手段と、
を有することを特徴とする振れ補正装置。
【請求項７】
請求項６に記載の振れ補正装置と、
前記判定手段によって判定された前記傾き検出装置の水平度を表示する表示手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の傾き検出装置と、
撮像光学系によって結像された光学像の像振れを補正する補正部材と、
前記角速度検出手段により検出された角速度に基づいて前記補正部材を駆動する補正制御手段と、
前記判定手段によって判定された前記傾き検出装置の水平度を表示する表示手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
撮像装置の傾き検出方法であって、
前記撮像装置に加わる揺れの角速度を検出する角速度検出工程と、
前記揺れの加速度を検出する加速度検出工程と、
前記角速度検出工程により検出された角速度と前記加速度検出工程により検出された加速度とに基づいて、揺れの速度を算出する揺れ速度算出工程と、
前記加速度検出工程により検出された加速度と、前記揺れ速度算出工程により算出された速度に基づいて、前記加速度検出工程により検出された加速度のうち重力加速度を算出する揺れ成分除去工程と、
前記揺れ成分除去工程により算出された前記重力加速度に基づいて、前記撮像装置の水平度を判定する判定工程と、
を有することを特徴とする撮像装置の傾き検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾き検出装置、振れ補正装置、撮像装置およびその制御方法に関し、特に、撮像装置の水平度を判定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影画像の構図の水平を出すため、水準器を搭載し、撮影しようとする画像の水平度を撮影者に知らせる機能を有する撮像装置が知られている。例えば建物を背景とする人物の撮影においては、構図の微小な角度の傾きさえも目立つ場合が多い。このような場合に水準器により水平度を確認しながら撮影を行うことにより、水平を保った状態での撮影が可能になる。あるいは、わざと構図に角度を付けたい場合などにも、水準器は一つの目安となり、撮影者の補助として利用されることが多い。
【０００３】
特許文献１には、撮像装置の水平度を検出して、この情報を撮影者が撮影の補助として利用する方法が開示されている。特許文献２には、角速度検出手段の出力に基づいて撮像装置の姿勢の算出を行う際に生じる鉛直方向の積分誤差を修正することにより、姿勢判定の精度を高める方法が開示されている。また、特許文献３には、角速度センサの出力と加速度センサの出力から回転半径を演算し、演算された回転半径を用いて回転振れと平行振れの２種類の振れを同時に補正する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７１６５４号公報
【特許文献２】特開２００２−０９０１１６号公報
【特許文献３】特開２０１０−０２５９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、水準器が搭載された撮像装置を用いて手持ち撮影を行う場合、あるいは、三脚を使用してパンニングさせながら撮影を行う場合においては、手振れやパンニングの揺れの影響により正しく水平が維持できない場合がある。一般に、撮像装置に内蔵された水準器は、撮像装置に加わる重力の変化を検知することにより水平度を判定している。撮像装置に加わる重力の変化は、加速度センサを用いて検知される。加速度センサは、加速度の変化に応じて出力が変化する。このような加速度センサは、手振れのようなスカラと方向が変化する揺れにより、あるいは、一定速度であっても停止を含むため方向の変化を伴うパンニング動作等により、重力以外の成分をも検出することになる。そのため、手振れやパンニング動作等によって水準器は正しい水平度を判定できない場合がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、手振れやパンニング動作等が加わった場合でも高精度な水平度の判定を行うことができる撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面は傾き検出装置に係り、装置に加わる揺れの角速度を検出する角速度検出手段と、前記揺れの加速度を検出する加速度検出手段と、前記角速度検出手段により検出された角速度と前記加速度検出手段により検出された加速度とに基づいて、揺れの速度を算出する揺れ速度算出手段と、前記加速度検出手段により検出された加速度と、前記揺れ速度算出手段により算出された速度に基づいて、前記加速度検出手段により検出された加速度のうち重力加速度を算出する揺れ成分除去手段と、前記揺れ成分除去手段により算出された前記重力加速度に基づいて、前記傾き検出装置の水平度を判定する判定手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、撮像装置に加わる手振れやパンニング動作等による加速度の変化を伴う揺れの影響による水準器の誤判定が軽減され、高精度な水平度を撮影者へ知らせることができる。したがって、本発明によれば、手振れやパンニング動作等が加わった場合でも高精度な水平度の判定を行うことができる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態における撮像装置の水平度判定部の構成を示すブロック図。
【図２】実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図。
【図３】実施形態における撮像装置に加わる揺れの例を説明する図。
【図４】実施形態における水平判定を説明する図。
【図５】実施形態における水平度判定処理のフローチャート。
【図６】実施形態における水平度判定処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図２は、撮像装置１の構成を示すブロック図である。撮像光学系を構成するズームユニット２０１は、変倍可能なズームレンズを含む。ズーム駆動制御部２０２は、ズームユニット２０１の駆動を制御する。シフトレンズ２０３は、撮像光学系によって結像された光学像の像振れを補正する補正光学系としての補正部材であり、具体的には、光軸に対して略垂直な平面での位置を変更することが可能である。シフトレンズ駆動制御部２０４は、補正制御手段として、シフトレンズ２０３の駆動を制御する。そしてシフトレンズ駆動制御部２０４は、本実施例においては更に、撮像装置１の水平度を判定し、水準器としての機能を提供する水平度判定処理部としての機能も果たす。２０５は絞り・シャッタユニットであり、絞り・シャッタ駆動制御部２０６によってその駆動が制御される。フォーカスユニット２０７は、ピント調整を行うレンズを含む。フォーカス駆動制御部２０８は、フォーカスユニット２０７の駆動を制御する。撮像部２０９は撮像素子を含み、各レンズ群を通ってきた光像を電気信号に変換する。撮像信号処理部２１０は、撮像部２０９から出力された電気信号を映像信号に変換する。映像信号処理部２１１は、撮像信号処理部２１０から出力された映像信号を用途に応じて加工する。
【００１１】
表示制御部２１３は、映像信号処理部２１１により得られた画像の表示制御を行う。表示部２１４は、表示制御部２１３から出力された信号に基づいて、必要に応じた画像表示を行う。電源部２１５は、システム全体に用途に応じて電源を供給する。操作部２１６は、撮像装置の操作を行うユーザインタフェースである。記憶部２１７は、映像情報などの各種データを記憶する。制御部２１２はシステム全体を制御を司る。撮像装置１は更に、撮像装置１に加わる揺れの角速度を検出する角速度検出部１００、撮像装置１に加わる揺れの加速度を検出する加速度検出部１０６も備える。
【００１２】
次に、図３を参照して、撮像装置１に加わる揺れの例を説明する。上記したとおり、撮像装置１は、角速度検出部１００と、加速度検出部１０６を備えている。撮影時、撮像装置１には矢印Ｐで示される上下方向の揺れが加わりうる。図３において、３０１は撮像装置１に加わっている円弧を描く揺れの回転中心である。回転中心３０１から加速度検出部１０６までの距離（すなわち回転半径）をＬとする。また回転角度をθとする。角速度検出部１００及び加速度検出部１０６はこのような撮像装置１に加わる揺れを検出する。このとき、加速度検出部１０６は重力の変化も検出する。
【００１３】
図１に、シフトレンズ駆動制御部２０４の構成を示す。角速度検出部１００で検出された角速度を、ωS+N（ｔ）と表現する。これは、角速度が時間ｔ（ｔは正の実数）を変数とするアナログの連続的な関数であることを示す。また、添字Sは揺れ成分、Nは検出ノイズ成分を表している。すなわち、角速度検出部１００で検出される角速度には、撮像装置１に加わる揺れ成分の他にノイズ成分が混入しているということである。
【００１４】
角速度検出部１００で検出された角速度を表すアナログ信号は、ＡＤ変換器１０１でデジタルデータに変換される。すなわち、アナログの連続的な関数であるωS+N（ｔ）は、離散的な関数であるωS+N（ｎ）となる。ここでｎは離散的なサンプル時刻を表す自然数である。
【００１５】
ＡＤ変換器１０１の後段には、第１の帯域通過フィルタとしてのＢＰＦ１０２が設けられている。ＢＰＦ１０２は、撮像装置１に加わる揺れについて想定される所定の周波数帯域のみを通過させるフィルタである。一般的に角速度センサや加速度センサは、検出時にホワイトノイズ等を含むため、この後の演算に際してその影響を排除するため、必要となる周波数成分のみを通過させるＢＰＦが広く使用される。また、一般的に手振れ成分は１Ｈｚ〜１０Ｈｚであることから、通過帯域は例えば１Ｈｚ〜１０Ｈｚに設定される。それ以外の周波数成分は抑圧される。したがって、ＢＰＦ１０２の出力信号である角速度は、ノイズ成分Nが除去されてωS（ｎ）となる。積分器１０３は、ＢＰＦ１０２から出力された角速度を積分し、揺れ角度θS（ｎ）を得る。
【００１６】
キャンセル量算出部１０４は、揺れ角度をキャンセルするためのキャンセル量ｙS（ｎ）を算出する。そしてＰＩＤ制御部１０５はシフトレンズ２０３の駆動についてフィードバック制御を行う。即ち、ＰＩＤ制御部１０５はキャンセル量ｙS（ｎ）に基づいて駆動部１１５に指令を送り、シフトレンズ２０３を揺れとは逆方向に移動させる制御を行う。
【００１７】
加速度検出部１０６で検出された加速度を、ａS+M+N（ｔ）と表現する。これは、加速度が時間ｔを変数とするアナログの連続的な関数であることを示す。また、添字Mは重力成分を表している。すなわち、加速度検出部１０６で検出される加速度には、撮像装置１に加わる揺れ成分の他にノイズ成分及び重力成分が混入しているということである。
【００１８】
加速度検出部１０６で検出された加速度を表すアナログ信号は、ＡＤ変換器１０７でデジタルデータに変換される。すなわち、アナログの連続的な関数であるａS+M+N（ｔ）は、離散的な関数であるａS+M+N（ｎ）となる。
【００１９】
ＡＤ変換器１０７の後段には、第２の帯域通過フィルタとしてのＢＰＦ１０８が設けられている。その構成及び機能はＢＰＦ１０２と同様とする。したがって、ＢＰＦ１０８の出力信号である加速度は、ノイズ成分が除去されてａS+M（ｎ）となる。積分器１０９は、ＢＰＦ１０８から出力された加速度を積分し、速度ｖS+M（ｎ）を得る。
【００２０】
回転半径算出部１１０は、回転中心３０１から加速度検出部１０６までの距離、すなわち回転半径Ｌを算出する。回転半径Ｌの算出方法としては、例えば特許文献３に記載された方法を使用することができる。以下では、その方法を概念的に示すに止める。
【００２１】
速度ｖS+M（ｎ）、角速度ωS（ｎ）、回転半径Ｌの関係は、次式で表される。
ｖS+M（ｎ）＝Ｌ・ωS（ｎ）      ・・・（１）
この関係から、Ｌは次式で表される。
Ｌ＝α・ｖS+M（ｎ）／ωS（ｎ）      ・・・（２）
ただし、αは、回転半径Ｌの算出の際に速度ｖに含まれる重力の影響を軽減することを目的として乗算される補正定数である。この補正定数はチューニングすることにより決定するパラメータである。
【００２２】
揺れ速度算出部１１１は、揺れ成分が支配的となるような速度を、次式に従い算出する。
ｖS（ｎ）＝Ｌ・ωS（ｎ）      ・・・（３）
【００２３】
揺れ成分除去部１１２は、揺れ成分と重力成分を含んでいる加速度ａS+M（ｎ）から、加速度成分に含まれる揺れ成分を除去する。具体的には、次式に示されるように、加速度ａS+M（ｎ）から、（３）式により算出された揺れ成分が支配的な速度を微分して得た値を減じる。
ａS（ｎ）＝ａS+M（ｎ）−ＤnｖS（ｎ）      ・・・（４）
ただし、Ｄnは、ｎで微分することを表す。これにより、重力成分のみの加速度（重力加速度）が得られる。
【００２４】
水平判定部１１３は、（４）式により得られた重力成分のみの加速度に基づいて、撮像装置１の水平度を判定する。水平判定部１１３による判定処理を図４を用いて説明する。図４（a）に示すように、加速度検出部１０６の出力は撮像装置１の水平度の変化により、レベルが変化する。これは、水平度が変化すると、加速度検出部１０６が常に検出している重力が変化するためである。このレベルが破線で挟まれる領域内にあれば、水平と判定される。しかし、従来、図４（ａ）に示すように、加速度を伴う揺れの成分が重畳されていた。このため、撮像装置１の水平度は実質的には変化していない領域にあっても、重畳した揺れの成分によって、水平判定結果が頻繁に変動してしまうという問題があった。これに対し、上記のように揺れ成分を除去した場合は、図４（ｂ）に示すように、水平判定結果が頻繁に切り替わることがなく、精度の高い水平度を撮影者へ知らせることができる。
【００２５】
周波数判定部１１４は、角速度検出部１００の出力データから、揺れの周波数を判定している。これについては後述する。
【００２６】
以下、図５のフローチャートを参照して、水平度判定処理部として機能するシフトレンズ駆動制御部２０４による水平度判定処理の例を説明する。なお、角速度検出部１００は撮像装置１の上下方向（ＰＩＴＣＨとも呼ばれる）の揺れと撮像装置１の横方向（ＹＡＷとも呼ばれる）の揺れの検出が可能であるが、それぞれの方向で同じフローチャートが適用できるため片方向のみ説明する。加速度検出部１０６も同様である。
【００２７】
Ｓ５０１で、この水平度判定処理が開始される。この水平度判定処理は撮像装置１の電源がＯＮされたときに開始してもよいし、レリーズボタンが押下されたときに開始するようにしてもよい。Ｓ５０２では、角速度検出部１００で検出された揺れ情報であるアナログデータを、ＡＤ変換器１０１を経てデジタルデータに変換された値を取得する。Ｓ５０３では、Ｓ５０２で取得した揺れデータを、ＢＰＦ１０２でフィルタリングする。ＢＰＦのカットオフ周波数の初期値は、通常は手振れ帯域である１Ｈｚ〜１０Ｈｚを透過させるようにしておくが、チューニングにより微調整されうる。
【００２８】
Ｓ５０２の角速度の取得と並列して、加速度の取得も行う（Ｓ５０４）。Ｓ５０４では、加速度検出部１０６で検出されたアナログデータを、ＡＤ変換器１０７を経てデジタルデータに変換された値を取得する。Ｓ５０５では、Ｓ５０４で取得したデータを、ＢＰＦ１０８でフィルタリングする。ここでのＢＰＦのカットオフ周波数の初期値も基本的にはＢＰＦ１０２と同様とする。
【００２９】
Ｓ５０６では、積分器１０９で加速度を積分して速度を算出する。これは、回転半径算出部１１０で、回転中心３０１から加速度検出部１０６までの距離Ｌ、すなわち回転半径を算出するためである。Ｓ５０７では、回転半径算出部１１０が、その回転半径の算出を（２）式に従い行う。上記したように、（２）式には補正係数αが乗算されているが、これはチューニングにより決定されるパラメータである。チューニング方法の一例として、撮像装置に所定の揺れを強制的に加え、この補正係数の値を前後に振り、加速度成分から揺れ成分が最も除去されたときの値を、補正係数と決定することができる。
【００３０】
Ｓ５０８では、揺れ速度算出部１１１が、揺れ速度の算出を（３）式に従い行う。ここで算出されるときに使用される角速度は、Ｓ５０３の出力であるため、揺れ成分が支配的である。Ｓ５０９では、揺れ成分除去部１１２が、Ｓ５０８で算出された揺れ速度の微分を行い、Ｓ５０５の出力である加速度との差分をとる。これにより加速度は重力成分が支配的となり、図４（ｂ）のように揺れの影響のない水平判定を行う準備ができたことになる。
【００３１】
Ｓ５１０では、水平判定部１１３が、Ｓ５０９で算出された加速度が所定範囲内であるか否かを判定する。所定範囲内であるときは水平と判定される（Ｓ５１１）。所定範囲外であるときは水平でないと判定される（Ｓ５１１）。なお、水平レベルは水平であるか否かの２値ではなく、より細分化した水平度の情報を撮影者に知らせることも可能である。Ｓ５１３で、水平度判定処理が終了する。
【００３２】
なお、撮像装置がパンニング動作中、即ち撮像装置１の水平方向の一方向に動作しているときは、角速度検出部１００の上下方向（ＰＩＴＣＨ）の揺れのみの除去を行うようにすることもできる。こうすることで、横方向（パンニング動作している方向）に対して誤判定を起こすこともない。
【００３３】
図６に、水平度判定処理に係る変形例を示す。これは、図５のフローに対して周波数判定を行う処理を追加したフローチャートである。図５に示した処理ステップと同じ処理ステップには同じ参照番号を付しその説明を省略する。図６において、Ｓ５０２，Ｓ５０４の後で、周波数判定部１１４において、角速度検出部１００の出力データから、揺れの周波数を判定する（Ｓ６０１）。周波数を判定する方法は様々なものを使用できる。例えば、零交差数をカウントする方法を使用することができる。Ｓ６０２では、判定された周波数に応じてＢＰＦ１０２、ＢＰＦ１０８のカットオフ周波数を決定する。これにより、撮影者の手振れ帯域の分布に応じたＢＰＦの通過帯域を調整することができる。
【００３４】
（変形例）
上記実施例においては、回転半径算出部１１０の算出結果を水平判定に用いていた。しかしながら、撮像装置の振れ補正に用いて、撮像装置に加わる揺れの回転成分をシフト成分の両方を補正することも出来る。（図１の回転半径算出部１１０からキャンセル量算出部１０４への点線矢印。）なお、回転半径を用いたシフト成分の振れ補正の原理は例えば特開２０１０−０２５９６１号公報に開示されている。
【００３５】
この場合、キャンセル量算出部１０４は、積分器１０３にて得られた揺れ角度θS（ｎ）に対して回転半径算出部１１０にて算出された回転半径Ｌをかけることによって、撮像装置１に加わる揺れのシフト成分が算出することが出来る。そしてキャンセル量算出部１０４は、撮像装置１に加わる揺れの回転成分に相当する揺れ角度と算出したシフト成分をキャンセルするためのキャンセル量ｙS2（ｎ）を算出する。そして、駆動部１１５は、この算出されたキャンセル量ｙS2（ｎ）に従い、シフトレンズ２０３を、その揺れとは逆方向に移動させることで振れ補正を行う。
【００３６】
（その他の実施例）
以上、本発明の好ましい実施形態については撮像装置を例にして説明したが、上記処理を行う構成を備えた傾き検出装置を有する電子機器、振れ補正装置又は一眼レフ用のレンズのような光学機器であっても良い。特に振れ補正装置又は振れ補正機能を備えた光学機器の場合、振れ検出のセンサと傾き検出のためのセンサを兼用することが出来る。
【００３７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図１】
0005631063.tif 000002
【図２】
0005631063.tif 000003
【図３】
0005631063.tif 000004
【図４】
0005631063.tif 000005
【図５】
0005631063.tif 000006
【図６】
0005631063.tif 000007