УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАХВАТА ИЗОБРАЖЕНИЯ
IMAGE STABILISING DEVICE AND IMAGE CAPTURING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для стабилизации изображения, которое предотвращает снижение качества изображения на снимке путем коррекции размытости изображения из-за дрожания, а также к устройству для съемки изображения, включающему в себя устройство для стабилизации изображения.
Предшествующий уровень техники
На фиг.23 представлен вид, где показан эскиз устройства для стабилизации изображения, заключенного в обычном фотоаппарате. Дрожание, воздействию которого подвергается фотоаппарат, имеет в общей сложности шесть степеней свободы, причем трем степеням свободы соответствуют повороты, которыми являются движения тангажа, рыскания и крена, а еще трем степеням свободы соответствуют поступательные движения, которые являются движениями в направлениях оси Х, оси Y и оси Z. Устройства для стабилизации изображения, которые в настоящее время выпускаются промышленностью, обычно корректируют размытость изображения из-за поворотов, соответствующих двум степеням свободы и представляющих собой движения тангажа и рыскания.
Движение фотоаппарата оперативно контролируется датчиком 130 угловой скорости. В качестве датчика угловой скорости обычно используется пьезоэлектрический датчик угловой скорости колебаний, который обнаруживает силу Кориолиса, обуславливаемую поворотом. Датчик 130 угловой скорости содержит три детектора, которые осуществляют обнаружение движения тангажа, представляющего собой поворот вокруг оси Z на фиг.23, обнаружение движения рыскания, представляющего собой поворот вокруг оси Y на фиг.23, и обнаружение движения крена, представляющего собой поворот вокруг оси Х (оптической оси) на фиг.23.
Когда надо скорректировать размытость изображения из-за дрожания, выходной сигнал датчика 130 угловой скорости посылается в центральный процессор (ЦП) 106 объектива и вычисляется целевое положение, обуславливаемое приводом, корректирующей линзы 101 для стабилизации изображения. Чтобы привести корректирующую линзу 101 в движение к целевому положению, обуславливаемому приводом, командные сигналы посылаются в формирователи 161x и 161y напряжения и эти формирователи 161x и 161y напряжения отрабатывают командные сигналы, которые посылаются также в блоки 120x и 120y привода приводимой в движение линзы. Положение корректирующей линзы 101 оперативно контролируется детекторами 110х и 110y положения линзы и подается обратно в ЦП 106 объектива. ЦП 106 объектива осуществляет управление позиционированием корректирующей линзы 101 на основании целевого положения, обуславливаемого приводом, и текущего положения корректирующей линзы 101. За счет осуществляемого подобно этому методу привода корректирующей линзы в движение в соответствии с дрожанием можно скорректировать размытость изображения, обуславливаемую дрожанием.
Однако обнаружение движения фотоаппарата из-за дрожания, происходящее в вышеупомянутом устройстве для стабилизации изображения, осуществляется лишь с помощью датчика 130 угловой скорости, и поэтому можно оперативно контролировать угловое движение (поворот), а движение, которое обуславливает параллельное вертикальное или поперечное движение оптической оси (именуемое далее параллельным движением), оперативно контролировать нельзя. Поэтому стабилизацию изображения можно осуществлять только для движений, соответствующих двум степеням свободы и представляющих собой движения тангажа и рыскания.
В данном случае в качестве примера будет описана размытость изображения, обуславливаемая параллельным движением в случае проведения фотосъемки с использованием микрообъектива с фокусным расстоянием 100 мм. Когда с помощью этого объектива проводят съемку пейзажа на бесконечном расстоянии, если выходной сигнал датчика угловой скорости составляет, по существу, 0,8°/с, скорость движения плоскости изображения - исходя из фокусного расстояния - составляет примерно 1,40 мм/с (=100×sin 0,8). Поэтому ширина движения плоскости изображения благодаря угловому движению при съемке с экспозицией 1/15 секунды становится равной 93 мкм (=1,40 мм/15). Далее, если - помимо углового движения - фотоаппарат совершает параллельное движение в вертикальном направлении со скоростью 1,0 мм/с, составляющая скорости этого параллельного движения не влияет на съемку, а размытость изображения из-за параллельного движения не возникает, поскольку в случае съемки на бесконечном расстоянии увеличение β при съемке является, по существу, нулевым.
Вместе с тем, когда осуществляется съемка крупным планом, чтобы сфотографировать цветок или аналогичный объект, увеличение при съемке очень велико и игнорировать влияние увеличения при съемке нельзя. Например, когда увеличение при съемке является увеличением, равным единице (β=1), а скорость движения в вертикальном направлении составляет 1 мм/с, изображение на плоскости изображения тоже движется со скоростью 1 мм/с. Ширина движения в плоскости изображения в момент осуществления съемки со временем экспозиции 1/15 секунды становится равной 67 мкм, и размытость изображения из-за параллельного движения проигнорировать нельзя.
Далее будет описан распространенный в физике и технике способ (модель и математическое выражение), помогающий выразить движение объекта в пространстве. В данном случае о модели, выражающей движение объекта в пространстве, можно сказать, что для облегчения описания будет описан простой объект. В этом случае, если определены три степени свободы объекта, то можно однозначно определить движение и положение этого объекта.
2
Первой является модель, выражающая параллельное движение и поворот (см. фиг.24А и 24В). В связанной системе координат O-XY в плоскости с осью абсцисс, заданной как ось Х, и перпендикулярной ей осью, заданной как ось Y, положение объекта можно определить, если определены три степени свободы, т.е. заданы положение X(t) в направлении оси X, положение Y(t) в направлении оси Y и угол θ(t) поворота самогό объекта, как показано на фиг.24A. Движение объекта (вектор скорости) можно выразить тремя составляющими - скоростью Vx(t) поступательного движения в направлении оси Х, скоростью Vy(t) поступательного движения базисной точки (начала Оотсчета), заданной на объекте, в направлении оси Y и угловой скоростью
(t) поворота вокруг начала координат на объекте, как показано на фиг.24В. Эта модель является наиболее распространенной.
Второй является модель, выражающая мгновенный центр поворота и радиус поворота (см. фиг.25). В связанной системе координат O-XY в плоскости XY объект полагается поворачивающимся при скорости
(t) поворота с радиусом R(t) поворота вокруг некоторой точки f(t)=(X(t), Y(t)), задаваемой как мгновенный центр поворота в некоторый момент времени. Подобно этому движение в пределах плоскости можно выразить траекторией f(t) мгновенного центра поворота и скоростью
(t) поворота в упомянутый момент времени. Эту модель часто используют при анализе стержневого механизма в механике.
Недавно в выложенной заявке №H07-225405 на патент Японии и выложенной заявке №2004-295027 на патент Японии предложены фотоаппараты, наделенные функцией коррекции параллельного движения. Можно сказать, что в выложенной заявке №H07-225405 на патент Японии движение фотоаппарата в трехмерном пространстве выражается поступательным движением и поворотом на основании значений, измеренных с помощью трех акселерометров и трех датчиков угловой скорости.
Кроме того, в выложенной заявке №2004-295027 на патент Японии при движении фотоаппарата, включающем в себя угловое движение и параллельное движение, как показано на фиг.2 этого патентного документа, вычисляется расстояние n центра поворота от фокальной плоскости. В математическом выражении 1 выложенной заявки №2004-295027 на патент Японии в первой половине вычисляется величина перемещения при угловом движении, которое происходит, когда фокальная плоскость задана как центр поворота, а в последней половине вычисляется величина перемещения при параллельном движении, которое происходит благодаря поступательному движению. Величина перемещения при параллельном движении согласно последней половине представляет собой член коррекции, который учитывают, заменяя поворотом в положении, отстоящем от фокальной плоскости на расстояние n. В способе получения положения n центра поворота, показанном на фиг.3 в выложенной заявке №2004-295027 на патент Японии, используется концепция мгновенного центра, которая часто используется в механике при создании модели, выражающей движение в пространстве. Она основана на идее, заключающейся в том, что движение в пространстве можно выразить последовательностью поворота, т.е. движение в пространстве является поворотом с некоторым радиусом и с некоторой точкой в качестве центра в данный момент времени и является поворотом радиуса со следующей некоторой точкой в качестве центра в следующий момент времени. Поэтому можно сказать, что в выложенной заявке №2004-295027 на патент Японии движение фотоаппарата из-за дрожания моделируется как последовательность поворота, имеющего мгновенный центр.
Однако способ, описанный в выложенной заявке № H07-225405 на патент Японии, создает проблему, заключающуюся в том, что объем вычислений для получения величины размытости в плоскости изображения оказывается громадным, а алгоритм вычисления оказывается очень сложным. Кроме того, не упоминаются вычисления, связанные с коррекцией применительно к размытости в направлении оптической оси (т.е. к расфокусировке). Помимо этого, можно сказать, что в выложенной заявке №2004-295027 на патент Японии движение фотоаппарата моделируется как последовательность поворота, имеющего мгновенный центр поворота, как описано выше, а проблема, создаваемая моделью и математическим выражением, заключается в том, что, как описано в абзаце [0047] самой выложенной заявки № 2004-295027 на патент Японии, в случае F1≈F2 (т.е. равенства сил, прикладываемых к двум акселерометрам) положением n центра поворота становится ∞ и провести вычисления невозможно. Помимо этого, тот факт, что положением n центра поворота становится ∞, означает, что движение из-за угла в направлении тангажа или в направлении рыскания отсутствует и это движение нельзя обнаружить с помощью датчика угловой скорости. Величину коррекции можно вычислить, воспользовавшись выходным сигналом двух датчиков ускорения, но точность при этом мала, а объем вычислений становится громадным. Кроме того, посредством математического выражения, применяемого в этом случае, нельзя провести коррекционный расчет движения в направлении оптической оси.
Помимо этого, при изменении положения главной точки съемочной оптической системы из датчика ускорения (акселерометра) выдается составляющая ошибки коррекции, которая будет описана ниже, но в выложенной заявке № H07-225405 на патент Японии и выложенной заявке №2004-295027 на патент Японии нет никакого технического описания коррекции.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение сделано ввиду вышеупомянутых проблем и имеет задачей разработку устройства для стабилизации изображения и устройства для захвата изображения, которые гарантируют точную стабилизацию изображения без отказа управления, уменьшают объем вычислений и могут минимизировать величину ошибки, сопровождающую изменение положения главной точки съемочной оптической системы при любом состоянии, в котором сосуществуют угловое движение и параллельное движение.
Чтобы решить вышеупомянутую задачу, устройство для стабилизации изображения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения заимствует конструкцию, характеризующуюся тем, что она имеет съемочную оптическую систему, которая осуществляет съемку объекта, при этом главная точка съемочной оптической системы перемещается во второе положение главной точки из первого положения главной точки в направлении оптической оси съемочной оптической системы и детектор ускорения, который обнаруживает ускорение, прикладываемое к устройству для стабилизации изображения, выдает это ускорение и располагается между первым положением главной точки и вторым положением главной точки в направлении оптической оси съемочной оптической системы.
Другие задачи и признаки настоящего изобретения станут понятными из нижеследующего описания и чертежей.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана блок-схема, иллюстрирующая основную часть устройства для захвата изображения, которое представляет собой вариант 1 осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 представлен упрощенный чертеж состояния фотоаппарата в проекции на плоскость XY согласно варианту 1 осуществления.
На фиг.3 представлен чертеж, иллюстрирующий положение главной точки и положение акселерометра в варианте 1 осуществления.
На фиг.4А и 4В представлены диаграммы, иллюстрирующие функции коэффициента ошибок выходных сигналов акселерометра в состоянии согласно фиг.3.
На фиг.5 показана диаграмма, иллюстрирующая функцию коэффициента ошибок выходного сигнала акселерометра в положении «бесконечность».
На фиг.6 показана диаграмма, иллюстрирующая положение, в котором коэффициент ошибок выходного сигнала акселерометра в состоянии согласно фиг.3 становится минимальным.
На фиг.7, которая состоит из фиг.7A и 7B, представлены блок-схемы последовательности операций, иллюстрирующие работу согласно варианту 1 осуществления.
На фиг.8А представлен чертеж, иллюстрирующий систему координат, связанную с фотоаппаратом.
На фиг.8В представлен чертеж, иллюстрирующий вид сверху фотоаппарата.
На фиг.8С представлен чертеж, иллюстрирующий вид спереди фотоаппарата.
На фиг.8D представлен чертеж, иллюстрирующий вид сбоку фотоаппарата.
На фиг.9 представлен вид, где иллюстрируется только оптическая система фотоаппарата в трехмерном пространстве.
На фиг.10А и 10В представлены виды, иллюстрирующие полярную систему координат и прямоугольную систему координат с главной точкой A.
9
9
9
9
На фиг.11 представлена координатная сетка при проецировании на плоскость XY и плоскость ZX.
9
9
На фиг.12 представлен чертеж, иллюстрирующий состояние фотоаппарата в проекции на плоскость XY.
9
9
На фиг.13 представлен чертеж, иллюстрирующий состояние фотоаппарата в проекции на плоскость ZX.
На фиг.14 представлен вид исходного состояния фотоаппарата в исходный момент времени t=0.
На фиг.15 представлен вид исходного состояния фотоаппарата в системе координат О-XYZ.
На фиг.16 представлен базовый пояснительный чертеж полярной системы координат.
На фиг.17 представлен чертеж, иллюстрирующий состояние фотоаппарата в проекции на двумерную систему координат XY.
На фиг.18 представлен чертеж, иллюстрирующий состояние фотоаппарата в проекции на двумерную систему координат ZX.
На фиг.19А и 19В представлены диаграммы, иллюстрирующие функции коэффициента ошибок выходных сигналов акселерометра в соответствии с вариантом 2 осуществления.
На фиг.20 представлена диаграмма, иллюстрирующая положение, в котором коэффициент ошибок в соответствии с вариантом 2 осуществления становится минимальным.
На фиг.21 представлена диаграмма, иллюстрирующая положение, в котором коэффициент ошибок в соответствии с модифицированным примером варианта 1 осуществления становится минимальным.
На фиг.22, которая состоит из фиг.22A и 22B, представлены блок-схемы последовательности операций, иллюстрирующие работу согласно варианту 3 осуществления.
На фиг.23 представлен вид, иллюстрирующий устройство для стабилизации изображения фотоаппарата согласно традиционному примеру.
На фиг.24А и 24В представлены чертежи, иллюстрирующие определения положения объекта и скорости объекта в обычной двумерной системе координат.
На фиг.25 представлен чертеж, иллюстрирующий определение обычной траектории мгновенного центра поворота.
Описание вариантов осуществления
Способы осуществления настоящего изобретения являются такими, как представленные в нижеследующих вариантах 1-3 осуществления.
Вариант 1 осуществления
В нижеследующем варианте осуществления движение дрожания фотоаппарата, удерживаемого руками человека, и движение изображения, которое происходит по плоскости изображения в результате движения дрожания фотоаппарата, будут выражены термином «выражение поворота и кругового движения», при этом модель движения выражается путем объединения поворота и кругового движения в оптико-геометрическом выражении.
Данный вариант осуществления представляет собой устройство для стабилизации изображения, которое вычисляет движение фотоаппарата исходя из значений, измеренных акселерометром и датчиком угловой скорости, и выражения поворота и кругового движения, а также вычисляет перемещение изображения. Размытость изображения корректируется за счет осуществления привода части или всего съемочного объектива либо части или всего устройства для захвата изображения на основании вычисленного значения перемещения изображения. В альтернативном варианте настоящее изобретение обеспечивает устройство для стабилизации изображения, которое корректирует размытость изображения путем осуществления обработки изображения применительно к изображению на снимке, проводимой на основании вычисленного значения перемещения изображения, полученного из выражения поворота и кругового движения.
На фиг.1 показана блок-схема, иллюстрирующая основную часть устройства для захвата изображения, которое представляет собой вариант 1 осуществления настоящего изобретения. Части, которые выполняют те же функции, что и в известных технических решениях, обозначены теми же позициями и символами, а избыточные описания будут надлежащим образом опущены.
2
2
2
2
2
2
2
2
Устройство для стабилизации изображения в соответствии с вариантом 1 осуществления предусмотрено в тубусе 102 объектива, прикрепляемом к корпусу 201 фотоаппарата и открепляемом от него, и осуществляет коррекцию размытости применительно к направлениям, соответствующим пяти степеням свободы, т.е. направлениям тангажа (поворота вокруг оси Z), рыскания (поворота вокруг оси Y), направления оси Y, направления оси Z и направления Х (оптической оси). Вместе с тем, на фиг.1 показаны и в нижеследующем описании рассмотрены система стабилизации изображения при повороте по тангажу и система стабилизации изображения в направлении оптической оси, т.е. в направлении оси Х (оптической оси), а система стабилизации изображения при повороте по рысканию и движения в направлении оси Z является такой же, как система стабилизации изображения для поворота по тангажу и движения в направлении оси Y.
Датчик 130 угловой скорости представляет собой детектор угловой скорости, который имеет плавающую опору относительно тубуса 102 объектива и обнаруживает угловую скорость движения, которое происходит в корпусе 201 фотоаппарата (тубусе 102 объектива). Датчик 130 угловой скорости в соответствии с вариантом 1 осуществления представляет собой пьезоэлектрический датчик угловой скорости колебаний, который обнаруживает силу Кориолиса, создаваемую за счет поворота. Датчик 130 угловой скорости представляет собой датчик угловой скорости, внутри имеющий оси чувствительности для трехосного поворота, т.е. тангажа, крена и рыскания. Причина, по которой датчик 130 угловой скорости имеет плавающую опору, заключается в том, что надо как можно лучше исключить влияние механических колебаний, сопровождающих работу механизма фотоаппарата. Датчик 130 угловой скорости выдает сигнал угловой скорости, соответствующий обнаруженной угловой скорости, в фильтр 160c.
2
2
2
2
2
Акселерометр 121 представляет собой детектор ускорения, который обнаруживает ускорение движения, которое сообщается корпусу 201 фотоаппарата (тубусу 102 объектива). Акселерометр 121 в соответствии с вариантом 1 осуществления представляет собой трехосный акселерометр, имеющий три оси чувствительности по отношению к трем направлениям - оси X, оси Y и оси Z, и имеющий плавающую опору на тубус 102 объектива. Акселерометр 121 имеет плавающую опору по той же причине, что и в случае датчика 130 угловой скорости. Кроме того, акселерометр 121 является трехосным датчиком ускорения (датчиком ускорения, использующим вес) в данном варианте осуществления и частотные характеристики по двум осям являются одинаково высокими, а частотная характеристика по оставшейся оси является низкой. Следовательно, чтобы обнаружить ускорения в направлении оси Y и направлении оси Z, перпендикулярных оптической оси, используют две оси с высокой чувствительностью, а одну ось с низкой характеристикой выравнивают с осью Х (направлением оптической оси). Это нужно для точного обнаружения ускорений в направлении оси Y и направлении оси Z, которые оказывают большое влияние на коррекцию размытости изображения.
Выходной сигнал акселерометра 121 подвергается аналого-цифровому преобразованию после прохождения через фильтр нижних частот (ФНЧ), такой как фильтр 160a или аналогичный ему фильтр, и вводится в блок 107 вычисления коррекции объектива со стабилизацией изображения (СИ) в ЦП 106 объектива. Акселерометр 121 может быть установлен на рамку подвижного зеркала, которая движется в направлении оптической оси во время трансфокации или аналогичной операции, рамку, которая удерживает другую оптическую систему, или блок в оптической системе, такой как упор, но в таком случае необходимо гарантировать надлежащее положение акселерометра 121 относительно главной точки после обнаружения трансфокации.
Кроме того, датчик 130 угловой скорости является датчиком гироскопического типа, как описано выше, и совершает колебания на частоте 26 кГц. Соответственно, если бы эти датчики устанавливались на одной и той же подложке, то акселерометр 121, вероятно, улавливал бы колебательный шум, и поэтому акселерометр 121 и датчик 130 угловой скорости устанавливают на отдельных подложках.
2
2
2
Блок 120 привода линзы со стабилизацией изображения представляет собой блок привода (исполнительный механизм), который генерирует движущую силу, чтобы привести в движение корректирующую линзу 101 в пределах плоскости изображения (в пределах плоскости YZ), перпендикулярной оптической оси I, для коррекции размытости изображения. Блок 120 привода линзы со стабилизацией изображения генерирует движущую силу в направлении оси Y и приводит в движение корректирующую линзу 101, когда не показанная катушка переводится в возбужденное состояние током возбуждения, который выдается формирователем 161 напряжения.
Детектор 110 положения линзы представляет собой оптический детектор положения, который обнаруживает положение корректирующей линзы 101 в плоскости, перпендикулярной оптической оси I. Детектор 110 положения линзы осуществляет оперативный контроль текущего положения корректирующей линзы 101 и возвращает информацию, касающуюся текущего положения корректирующей линзы 101, в контроллер 108 стабилизации изображения через аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
ЦП 106 объектива представляет собой центральный процессор, который осуществляет различные варианты управления на стороне тубуса 102 объектива. ЦП 106 объектива вычисляет фокусное расстояние на основании импульсного сигнала, выдаваемого детектором 163 фокусного расстояния, и вычисляет расстояние до объекта на основании импульсного сигнала, выдаваемого детектором 164 расстояния до объекта. Кроме того, в ЦП 106 объектива предусмотрены блок 107 вычисления коррекции объектива со стабилизацией изображения, контроллер 108 стабилизации изображения и контроллер 401 линзы автоматической фокусировки. ЦП 106 объектива может осуществлять связь с ЦП 109 корпуса через сочленение 190 объектива, предусмотренное между тубусом 102 объектива и корпусом 201 фотоаппарата. Команда начала коррекции размытости изображения посылается из ЦП 109 корпуса синхронно с полунажатием включения (ВКЛ) спускового переключателя 191 затвора, а команда останова коррекции размытости изображения посылается в ЦП 106 синхронно с полунажатием выключения (ВЫКЛ).
Кроме того, ЦП 106 объектива осуществляет оперативный контроль состояния переключателя 103 коррекции размытости, предусмотренного в тубусе 102 объектива. Если переключатель 103 коррекции размытости находится в состоянии ВКЛ, то ЦП 106 объектива осуществляет управление коррекцией размытости изображения, а если переключатель 103 коррекции размытости находится в состоянии ВЫКЛ, то ЦП 106 объектива игнорирует команду начала коррекции размытости изображения из ЦП 109 корпуса и не осуществляет коррекцию размытости.
Блок 107 вычисления коррекции объектива со стабилизацией изображения представляет собой часть конструкции, которая преобразует выходные сигналы фильтров 160a и 160c в информацию о целевой скорости для приведения тубуса 102 объектива в движение к целевому положению. Контроллер 108 стабилизации изображения, фильтры 160a и 160c, электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ) 162, детектор 163 фокусного расстояния и детектор 164 расстояния до объекта соединены с блоком 107 вычисления коррекции объектива со стабилизацией изображения. Контроллер 401 линзы автоматической фокусировки имеет блок 402 вычисления скорости движения в направлении оптической оси, который осуществляет вычисление для проведения коррекции движения в направлении оптической оси путем использования значения выходного сигнала акселерометра из блока 107 вычисления коррекции объектива со стабилизацией изображения, а также выдает результат вычисления в формирователь 172 напряжения линзы автоматической фокусировки.
Линзу 140 автоматической фокусировки можно приводить в движение в направлении оптической оси посредством блока 141 привода линзы автоматической фокусировки с помощью ультразвукового электродвигателя или шагового электродвигателя в качестве источника движущей силы. Формирователь 172 напряжения линзы автоматической фокусировки генерирует напряжение для осуществления управления возбуждением блока 141 привода линзы автоматической фокусировки.
Блок 107 вычисления коррекции объектива со стабилизацией изображения улавливает выходные сигналы (аналоговые сигналы), выдаваемые из датчика 130 угловой скорости и акселерометра 121 через фильтры 160a и 160c путем квантования сигналов посредством аналого-цифрового преобразования. На основании информации о фокусном расстоянии, получаемой из детектора 163 фокусного расстояния, информации о расстоянии до объекта, получаемой из детектора 164 расстояния до объекта, и информации, свойственной исключительно объективу, которая записана в ЭСППЗУ 162, блок 107 вычисления коррекции объектива со стабилизацией изображения преобразует упомянутые сигналы в целевую скорость привода корректирующей линзы 101. Способ преобразования (способ вычисления) к целевому положению привода, воплощаемый блоком 107 вычисления коррекции объектива со стабилизацией изображения, будет подробно описан ниже. Сигнал целевой скорости, который представляет собой информацию о целевой скорости привода, вычисляемой блоком 107 вычисления коррекции объектива со стабилизацией изображения, выдается в контроллер 108 стабилизации изображения.
Контроллер 108 стабилизации изображения представляет собой часть конструкции, которая управляет блоком 120 привода линзы со стабилизацией изображения через формирователь 161 напряжения и осуществляет следящее управление таким образом, что корректирующая линза 101 приводится в движение в соответствии с информацией о целевой скорости привода. Контроллер 108 стабилизации изображения преобразует сигнал обнаружения положения (аналоговый сигнал), выдаваемый детектором 110 положения линзы, в цифровой сигнал. Одна часть входного сигнала, поступающего в контроллер 108 стабилизации изображения, рассматривается как сигнал целевой скорости, преобразованный в целевую скорость привода корректирующей линзы 101, который является выходным сигналом блока 107 вычисления коррекции объектива со стабилизацией изображения, а другая часть входного сигнала рассматривается как информация о положении корректирующей линзы 101, которая получается детектором 110 положения линзы.
В качестве управления в контроллере 108 стабилизации изображения осуществляется управление скоростью путем использования расхождения между целевой скоростью привода корректирующей линзы 101 и информацией о фактической скорости. Контроллер 108 стабилизации изображения вычисляет сигнал возбуждения на основании целевой скорости привода, информации о скорости корректирующей линзы 101 и т.п. и выдает цифровой сигнал возбуждения в формирователь 161 напряжения.
В альтернативном варианте, в качестве управления в контроллере 108 стабилизации изображения можно воспользоваться известным пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) управлением. ПИД-управление осуществляется путем использования информации о целевом положении и информации о текущем положении линзы для корректирующей линзы 101. Контроллер 108 стабилизации изображения вычисляет сигнал возбуждения на основании информации о целевом положении, информации о текущем положении корректирующей линзы 101 и т.п. и выдает цифровой сигнал возбуждения в формирователь 161 напряжения.
Фильтры 160a и 160c представляют собой фильтры, которые удаляют заданные частотные составляющие из выходных сигналов датчика 130 угловой скорости и акселерометра 121 и отсекают шумовую составляющую и составляющую постоянного тока, присутствующие в полосе высоких частот. Фильтры 160a и 160c осуществляют аналого-цифровое преобразование сигналов угловой скорости после удаления заранее определенных частотных составляющих, а потом выдают сигналы угловой скорости в блок 107 вычисления коррекции объектива со стабилизацией изображения.
Формирователь 161 напряжения представляет собой формирователь, который подает электропитание на блок 120 привода стабилизации изображения в соответствии со входным сигналом возбуждения (напряжением возбуждения). Формирователь 161 напряжения осуществляет переключение сигнала возбуждения и прикладывает напряжение к блоку 120 привода линзы со стабилизацией изображения, чтобы осуществить возбуждение блока 120 привода линзы со стабилизацией изображения.
ЭСППЗУ 162 представляет собой энергонезависимое запоминающее устройство, которое хранит данные объектива, представляющие собой разного рода особую информацию, касающуюся тубуса 102 объектива, а также коэффициентов для преобразования импульсных сигналов, выдаваемых детектором 164 расстояния до объекта, в физические величины.
Детектор 163 фокусного расстояния представляет собой кодер трансфокации, который обнаруживает фокусное расстояние. Детектор 163 фокусного расстояния выдает импульсный сигнал, соответствующий значению фокусного расстояния, в блок 107 вычисления коррекции объектива со стабилизацией изображения. Детектор 164 расстояния до объекта представляет собой кодер фокусировки, предназначенный для обнаружения расстояния до объекта. Детектор 164 расстояния до объекта обнаруживает положение съемочной оптической системы 105 (линзы 140 автоматической фокусировки) и выдает импульсный сигнал, соответствующий этому положению, в блок 107 вычисления коррекции объектива со стабилизацией изображения.
Из результатов обнаружения детектором 163 фокусного расстояния и детектором 164 расстояния до объекта вычисляется положение главной точки A съемочной системы координат 105, как будет описано ниже. В альтернативном варианте считывается информация о положении главной точки A съемочной системы координат 105, хранимая в ЭСППЗУ 162, и осуществляется управление, которое будет описано ниже.
ЦП 109 корпуса представляет собой центральный процессор, который осуществляет различные управления всей системой фотоаппарата. ЦП 109 корпуса передает команду начала коррекции размытости в ЦП 106 объектива на основании операции ВКЛ спускового переключателя 191 затвора. В альтернативном варианте ЦП 109 корпуса передает команду останова коррекции размытости в ЦП 106 объектива на основании операции ВЫКЛ спускового переключателя 191 затвора. В альтернативном варианте осуществляется обработка различных типов, отличающаяся от вышеуказанной. Информация о спусковом переключателе 191 затвора вводится в ЦП 109 корпуса, и спусковой переключатель 191 затвора может обнаружить операцию полунажатия или полного нажатия не показанной спусковой кнопки затвора. Спусковой переключатель 191 затвора представляет собой переключатель, который обнаруживает операцию полунажатия не показанной спусковой кнопки затвора, начинает последовательность операций подготовки к съемке, обнаруживает операцию полного нажатия спусковой кнопки затвора и начинает операцию съемки.
Далее будет подробно описана начинка блока 107 вычисления коррекции стабилизации.
acxy
Блок 301 вычисления угловой скорости поворота вычисляет угловую скорость  поворота на основании значения выходного сигнала датчика угловой скорости. Значение выходного сигнала датчика угловой скорости и угловая скорость поворота обычно связаны линейной зависимостью, и поэтому угловую скорость поворота можно получить путем умножения значения выходного сигнала датчика угловой скорости на некоторый коэффициент.
axy
axy
axy
axy
axy
Фильтр 303 верхних частот представляет собой фильтр, который передает частотную составляющую, необходимую для коррекции размытости. Блок 304 вычисления угловой скорости кругового движения может получать угловое ускорение  кругового движения путем деления составляющей jr ускорения кругового движения, которая представляет собой значение входного сигнала из фильтра 303 верхних частот, на фокусное расстояние r со стороны объекта. Кроме того, проводя интегрирование по времени углового ускорения кругового движения, получают угловую скорость  кругового движения, требующуюся для управления.
2
caxy
axy
Блок 305 вычисления величины стабилизации изображения по разности поворота и кругового движения вычисляет скорость движения изображения в направлении Y поверхности для захвата изображения устройства 203 для захвата изображения путем подстановки увеличения β считываемого изображения, фактического значения f фокусного расстояния, а также угловой скорости  поворота и угловой скорости  кругового движения, которые вычисляются в реальном масштабе времени, в следующее выражение (15), которое будет описано ниже.
2
Полученная скорость движения изображения становится целевой скоростью привода. Скорость движения изображения в направлении Z поверхности для захвата изображения можно аналогичным образом получить из выражения (16), которое будет описано ниже, а здесь это описание будет опущено.
Блок 306 выбора теоретической формулы выбирает либо формулу коррекции движения по разности поворота и кругового движения, предусматривающую использование разности между угловой скоростью поворота и угловой скоростью кругового движения, либо формулу коррекции движения поворота, предусматривающую использование только угловой скорости поворота, в качестве формулы, используемой для вычисления коррекции в соответствии с отношением угловой скорости кругового движения к угловой скорости поворота.
Смысл и способ применения выражения (15) формулы размытости с использованием поворота и кругового движения
2
2
В варианте 1 осуществления составляющая дрожания фотоаппарата (движения, обуславливающего угол тангажа, и параллельного движения в направлении оси Y) в плоскости XY выражается формулой поворота и кругового движения, а скорость движения изображения в направлении Y на поверхности для захвата изображения (движения изображения в направлении поверхности для захвата изображения) получается с помощью выражения (15), которое представляет собой приближенное выражение формулы движения поворота и кругового движения. В описании настоящего изобретения «вектор R» обозначен как «R».
caxy
caxy
axy
axy
2
j(π/2)
где  представляет вектор скорости движения изображения на поверхности для захвата изображения; β представляет увеличение изображения (безразмерную величину) во время коррекции размытости изображения для съемочного объектива этого фотоаппарата; f представляет фактическое фокусное расстояние (мм) во время коррекции размытости изображения для съемочного объектива этого фотоаппарата; (1+β)f представляет фокусное расстояние (мм) со стороны изображения;  представляет производную по времени угла θ поворота с главной точкой A в качестве центра, т.е. угловую скорость поворота (рад/сек);  представляет производную по времени от угла θ кругового движения с началом О координат в качестве центра, т.е. угловую скорость кругового движения (рад/сек); e - это член, демонстрирующий, что вектор скорости движения изображения указывает направление, повернутое на 90 градусов (ввиду наличия (π/2) в показателе степени) от оси X (оптической оси) в полярной системе координат.
2
2
2
Подробная процедура вывода являющейся выражением (15) приближенной теоретической формулы скорости  движения изображения в подвижной системе координат O-XY в плоскости XY будет описана ниже, а здесь со ссылками на фиг.2 будет описан смысл этой формулы.
xy
xy
xy
4
4
4
4
xy
xy
4
4
2
2
2
2
xy
2
На фиг.2 представлен схематический чертеж состояния фотоаппарата в проекции на плоскость XY согласно варианту 1 осуществления. Здесь изображены внешние очертания и объектив фотоаппарата. В фотоаппарате изображены главная точка A оптической системы, акселерометр B, центр C и устройство 203 для захвата изображения. Начало O координат системы координат O-XY связано с главной точкой A оптической системы. Когда главная точка A перемещается, ось X сохраняет параллельное состояние по отношению к оси X, а ось Y сохраняет параллельное состояние по отношению к оси Y. Начало O координат системы координат O-XY связано с главной точкой A и перемещается вместе с фотоаппаратом как единое целое. В этом случае ось Х всегда совпадает с оптической осью этого фотоаппарата.
2
4
2
caxy
axy
axy
axy
xy
xy
gxy
xy
4
xy
gxy
Угол, описываемый вокруг начала Oкоординат от оси X до оси Х, задан в качестве угла θ поворота. Угол, описываемый вокруг начала координат O от оси X до скаляра r, задан в качестве угла θ кругового движения. Скаляр r≈(l+β)f/β представляет фокусное расстояние со стороны объекта. β представляет собой увеличение при формировании изображения. Вектор  ускорения силы тяжести в главной точке A имеет угол θ, описываемый вокруг главной точки A от оси X до вектора , получаемый путем обычного поворота (против часовой стрелки). θ - величина постоянная.
2
axy
Термин «приближенное выражение» означает, что скорость движения изображения в направлении Y в плоскости для захвата изображения можно выразить так: (фокусное расстояние со стороны изображения)×(значение, полученное путем вычитания угловой скорости кругового движения из угловой скорости поворота). Точной формулой без приближения является выражение (12). Когда осуществляют коррекцию размытости изображения с большей точностью, можно использовать выражение (12) точной формулы. Здесь r≈(l+β)f/β представляет фокусное расстояние со стороны объектива.
2
2
Аналогично случаю плоскости XY, составляющие дрожания фотоаппарата на плоскости ZX и параллельного движения в направлении Z выражены посредством формулы поворота и кругового движения, а скорость движения изображения в направлении Z (движения изображения в поперечном направлении плоскости для захвата изображения) в плоскости поверхности устройства для захвата изображения получается с помощью приближенного выражения (16). Оно означает то же, что и выражение (15), и поэтому соответствующее описание здесь будет опущено.
2
аху
Далее будет описана составляющая, включенная в выходной сигнал акселерометра 121. Процедура вывода формулы будет описана ниже, а здесь будут описаны члены, необходимые для стабилизации изображения. Выходной сигнал  акселерометра в направлении оси Y, который используется для получения угловой скорости  кругового движения, представлен выражением (27).
(третий член: ускорение кругового движения)
(четвертый член: сила Кориолиса)
(пятый член: центростремительная сила поворота)
(шестой член: ускорение поворота)
(седьмой член: составляющая ускорения силы тяжести)
(27)
axy
axy
axy
axy
axy
axy
axy
axy
axy
Третий член jr в выражении (27) - это составляющая, требующаяся для получения угловой скорости  кругового движения, которую желательно получить в варианте 1 осуществления, и если третий член выводят с помощью известного r и интегрируют, то получается угловая скорость  кругового движения. Четвертый член, пятый член, шестой член и седьмой член являются членами, не обязательными для вычисления, и если они не исключены, то они становятся составляющими ошибки во время получения угловой скорости  кругового движения. Четвертый член j2 представляет силу Кориолиса, и если движение в направлении оптической оси фотоаппарата мало, то скорость в направлении оптической оси =0, а четвертый член является членом, которым можно пренебречь. Выражение (27) также будет описано ниже.
baxy
baxy
caxy
Пятый член, шестой член и седьмой член являются составляющими ошибки, которые включены в выходной сигнал  акселерометра, поскольку акселерометр 121 нельзя расположить в идеальном положении А главной точки и он расположен в положении В. Пятый член  - это центростремительная сила, которая генерируется благодаря работе акселерометра 121 в окрестности главной точки A. r и θ представляют координаты положения В, в котором установлен акселерометр 121, и они известны.  представляет угловую скорость поворота, являющуюся значением, которое можно измерить с помощью датчика 130 угловой скорости, установленного на фотоаппарат. Поэтому значение пятого члена можно вычислить.
baxy
baxy
саху
Шестой член  - это составляющая ускорения, когда акселерометр 121 поворачивается вокруг главной точки A, а r и θ - это координаты положения В, в котором установлен акселерометр 121, и они известны.  можно вычислить путем дифференцирования значения из датчика 130 угловой скорости, установленного на фотоаппарат. Поэтому значение шестого члена можно вычислить.
Седьмой член  - это влияние ускорения силы тяжести, и его можно считать константой в этом приближенном выражении, вследствие чего его можно исключить посредством схемы обработки фильтрацией.
2
Выходной сигнал  акселерометра в направлении оси X, которое является оптической осью для использования при коррекции движения в направлении оптической оси, представлен выражением (26).
(первый член: движение в направлении оптической оси)
(второй член: центростремительная сила кругового движения)
(пятый член: центростремительная сила поворота)
(шестой член: ускорение поворота)
(седьмой член: составляющая ускорения силы тяжести)
(26)
axy
2
В выражении (26) для коррекции движения в направлении оптической оси требуется лишь первый член  (ускорение в направлении оптической оси). Второй член, пятый член, шестой член и седьмой член являются составляющими, не требующимися для коррекции движения в направлении оптической оси, и если они не исключены, то они становятся составляющими ошибки во время получения ускорения в направлении оси Х, которая является оптической осью. Второй член, пятый член, шестой член и седьмой член можно исключить способом, аналогичным применявшемуся в случае выражения (27). Выражение (26) также будет описано ниже.
Как описано выше, составляющие ошибки, включенные в выходной сигнал акселерометра 121, можно исключить, но если осуществляется вычисление, связанное с коррекцией, то начало операции коррекции размытости задерживается на время этого вычисления, а точную коррекцию размытости провести нельзя.
Таким образом, на основании концепции, описываемой ниже, акселерометр 121 помещают в тубус 102 объектива, и тем самым можно минимизировать составляющую ошибки, включенную в выходной сигнал акселерометра 121. Поэтому не требуется время на вычисление, связанное с коррекцией, вследствие чего коррекцию размытости можно сделать точной.
На фиг.3 представлено сечение тубуса 102 объектива для описания компоновки съемочной оптической системы 105, акселерометра 121 и датчика 131 угловой скорости. На фиг.3 главная точка съемочной оптической системы 105 находится на оптической оси I, и в соответствии с увеличением для формирования изображения, заданным пользователем, главная точка съемочной оптической системы перемещается по оптической оси I в пределах диапазона от положения А1 главной точки во время съемки с увеличением, равным единице (как во время съемки с близкого расстояния), до положения А2 главной точки во время съемки на бесконечном расстоянии (β=0,0). Более конкретно, главная точка перемещается по оптической оси I в пределах диапазона между точкой (первой точкой), в которой увеличение β при съемке становится равным 1,0, и второй точкой, которая является положением главной точки, в котором увеличение β при съемке становится равным 0,0 в съемочной оптической системе. Датчик 131 угловой скорости находится в произвольном положении в тубусе 102 объектива, а акселерометр 121 находится в некотором положении в направлении оптической оси I между положением А1 главной точки (первой точкой) во время съемки при увеличении, равном единице, и положением А2 главной точки (второй точкой) во время съемки на бесконечном расстоянии. Например, акселерометр 121 находится в положении в направлении оптической оси, где увеличение β при съемке становится равным 0,5.
baxy
baxy
baxy
Положение акселерометра 121 в направлении оптической оси I задается как положение А3 главной точки, расстояние в направлении оптической оси I от положения А1 главной точки во время съемки с увеличением, равным единице, задается как ΔX, а расстояние в направлении, перпендикулярном оптической оси I, задается как ΔY. Поэтому в выражении (27) в случае съемки с увеличением, равным единице, удовлетворяется равенство r=ΔY/sinθ. А именно, удовлетворяется равенство tgθ=ΔY/ΔX.
ba
Здесь сумма пятого члена и шестого члена, которые являются необязательными членами в выражении (27), выражается как функция g(θ) ошибки положения акселерометра следующим образом:
ba
ba
ba
Как описано выше, четвертым членом в выражении (27) можно пренебречь, а седьмой член тоже можно исключить с помощью схемы обработки фильтрацией. Следовательно, выходные сигналы акселерометра 121 после обработки фильтрацией представляют собой третий член, пятый член и шестой член, и поэтому когда коэффициент функции g(θ) ошибки положения акселерометра, включенной в выходной сигнал акселерометра 121 и представленной выражением (30), задан как функция f(θ) коэффициента ошибок, эту функцию f(θ) коэффициента ошибок можно выразить следующим образом:
axy
axy
В нижеследующем тексте предполагается, что акселерометр 121 находится в положении, где увеличение при съемке β=0,5. В содержимом выражения (31) r - это функция увеличения β при съемке, а в результате тщательного исследования, проведенного заявителем данной заявки, известно, что  связано линейной зависимостью с увеличением β при формировании изображения. Поэтому выражение (31) можно представить следующим образом:
caxy
caxy
ba
caxy
caxy
Кстати, известно, что даже если положение при съемке и увеличение для формирования изображения изменяются, в результате исследования, проведенного заявителем данной заявки, известно, что  и , по существу, постоянны. Поэтому функция f(θ), представленная в выражении (32), имеет следующий вид при подстановке значений  и :
Фиг.4А иллюстрирует коэффициент ошибок при каждом увеличении формирования изображения, который получается путем получения фокусного расстояния f съемочной оптической системы 105 и увеличения формирования изображения в этот момент в выражении (33). Фиг.4A иллюстрирует ошибку во время размещения акселерометра 121, когда увеличение формирования изображения составляет β=0,5, как описано выше.
Следовательно, коэффициент ошибок определяется каждый раз от момента, когда акселерометр 121 оказывается в положении А1 главной точки во время съемки с увеличением, равным единице, посредством съемочной оптической системы 105, до момента прихода в положение А2 главной точки во время съемки на бесконечном расстоянии. Фиг.4B и фиг.5 иллюстрируют коэффициенты ошибок во время нахождения акселерометра 121 в положении съемки с увеличением, равным единице, и в положении «бесконечность». Например, фиг.6 показывает, как результат суммирования произведений значений в случаях соответствующих увеличений при формировании изображения для коэффициентов ошибок, полученных так, как показано на фиг.4А, 4В и 5, изменяется, когда акселерометр 121 располагается согласно соответствующим увеличениям при съемке. Как показано на фиг.6, обнаруживается, что когда акселерометр 121 находится в окрестности положения, соответствующего увеличению формирования изображения, составляющему β=0,7, коэффициент ошибок становится наименьшим по сравнению со случаем, в котором акселерометр 121 находится в положениях, соответствующих другим увеличениям при съемке. Следовательно, составляющую ошибки, включенную в выходной сигнал акселерометра 121, можно минимизировать, располагая акселерометр 121 в окрестности положения, соответствующего увеличению при формировании изображения, составляющему β=0,7, обеспечиваемому съемочной оптической системой 105, и поэтому не требуется время на вычисление, связанное с коррекцией выходного сигнала акселерометра 121.
Описание блок-схемы последовательности операций
На фиг.7A и 7B представлены блок-схемы последовательности операций, иллюстрирующие процесс работы, связанной с коррекцией объектива со стабилизацией изображения, устройства для стабилизации изображения в варианте 1 осуществления. Далее со ссылками на фиг.7A и 7B будет описана работа, связанная с вычислением величины коррекции корректирующей линзы 101.
На этапе (в дальнейшем этапы обозначаются символом S) 1010, когда переключатель 103 коррекции размытости находится в состоянии ВКЛ, из корпуса 201 фотоаппарата выдается команда начала коррекции посредством полунажатия ВКЛ спускового переключателя 191 затвора. Приемом этой команды начала коррекции и начинается операция коррекции размытости.
На этапе S1020 определяют, выдается ли команда останова коррекции размытости из корпуса 201 фотоаппарата, а когда она выдается, процесс переходит к этапу S1400, и операция коррекции размытости заканчивается. Когда эта команда не выдается, процесс переходит к этапу S1030, чтобы продолжить операцию коррекции размытости. Соответственно, операция коррекции размытости продолжается до тех пор, пока из корпуса 201 фотоаппарата не выдается команда останова коррекции размытости.
На этапе S1030 считывают количественное значение, полученное из детектора 163 фокусного расстояния. Количественное значение, полученное из детектора 163 фокусного расстояния, используют для вычисления увеличения β формирования изображения. На этапе S1040 считывают количественное значение (абсолютное значение расстояния), полученное из детектора 164 расстояния до объекта. На этапе S1050 вычисляют увеличение β формирования изображения на основании количественного значения, полученного из детектора 163 фокусного расстояния, и количественного значения, полученного из детектора 164 расстояния до объекта. Вычисление увеличения β формирования изображения проводят по особой формуле в зависимости от конфигурации оптической системы, и оно вычисляется на основании формулы вычисления увеличения формирования изображения. В частности, получение увеличения β формирования изображения не обязательно должно проводиться по этой формуле, и можно получать увеличение формирования изображения из таблицы применительно к закодированному положению, соответствующему фокусному расстоянию и абсолютному значению расстояния.
саху
На этапе S1060 считывают выходные сигналы датчика 130 угловой скорости и акселерометра 121. На этапе S1070 вычисляют угловую скорость  поворота на основании значения выходного сигнала датчика угловой скорости с этапа S1310. Значения выходного сигнала датчика угловой скорости и угловая скорость поворота обычно связаны линейной зависимостью, и поэтому угловую скорость поворота можно получить путем умножения на коэффициент.
На этапе S1410 определяют, полностью ли нажат спусковой переключатель 191 затвора, находясь в состоянии ВКЛ, то есть полностью ли нажата не показанная спусковая кнопка затвора. Если ответ ДА, то есть если идет время экспозиции фотоаппарата, процесс переходит к этапу S1420, а если ответ НЕТ, то есть наступает состояние перед экспозицией, процесс переходит к этапу S1090. На этапе S1090 осуществляют обработку фильтрацией для значения  выходного сигнала акселерометра с этапа S1080 и исключают седьмой член выражения (27). Значение после этого исключения задают как .
axy
axy
axy
На этапе S1100 значение  с этапа S1090 делят на фокусное расстояние r со стороны объекта и тем самым получают угловое ускорение  кругового движения. Далее, интегрируя по времени угловое ускорение кругового движения, получают угловую скорость  кругового движения, необходимую для управления. На следующем этапе S1104 вычисляют отношение угловой скорости кругового движения к угловой скорости поворота. На следующем этапе S1106 сохраняют значение отношения угловых скоростей кругового движения и поворота, вычисленное на этапе S1104. Когда остается предыдущее значение, новое записывают поверх предыдущего значения и сохраняют, а процесс переходит к этапу S1110.
caxy
axy
На этапе S1420 считывают отношение угловых скоростей кругового движения и поворота, сохраненное на уже проведенном этапе S1106, и процесс переходит к этапу S1110. На этапе S1110 определяют, больше ли отношение угловой скорости  поворота с этапа S1070 и угловой скорости  кругового движения с этапа S1100 чем 0,1 (то есть больше ли оно, чем заранее определенное значение). Когда это отношение больше чем 0,1, процесс переходит к этапу S1120. Когда это отношение составляет 0,1 или менее (равно упомянутому заранее определенному значению или меньше него), процесс переходит к этапу S1130.
2
caxy
axy
caxy
При вычислении коррекции движения по разности поворота и кругового движения согласно этапу S1120 вычисляют скорость движения изображения в направлении Y поверхности для захвата изображения путем подстановки считываемого увеличения β формирования изображения, фактического значения f фокусного расстояния, значения  угловой скорости поворота, вычисленного в реальном масштабе времени, и оценочного значения угловой скорости  кругового движения, полученного путем умножения отношения угловых скоростей кругового движения и поворота, сохраненного на этапе S1106, на значение  угловой скорости поворота, вычисленное в реальном масштабе времени, в выражение (15).
2
axy
Полученная скорость движения изображения становится целевой скоростью при коррекции. Скорость движения изображения в направлении Z поверхности для захвата изображения получают аналогичным образом из выражения (16), но описание его здесь опущено. Во время вычисления коррекции движения поворота согласно этапу S1130 угловую скорость  кругового движения, которая подставлена в выражение (15), задают как постоянно нулевую без проведения вычисления исходя из выходного сигнала датчика. Поэтому выражение (15) упрощается и записывается в следующем виде.
caxy
2
Если в выражение (15) подставляют полученное в реальном масштабе времени значение  угловой скорости поворота с этапа S1070, то получают в реальном масштабе времени скорость движения изображения в направлении Y.
На этапе S1140 осуществляют связанное со следящим управлением вычисление для привода корректирующей линзы 101 с учетом чувствительности корректирующей линзы 101 на основании скорости движения изображения, полученной посредством вычисления коррекции движения по разности поворота и кругового движения (S1120) или вычисления коррекции движения поворота (S1130). При этом одновременно осуществляется оперативный контроль выходного сигнала текущего положения корректирующей линзы 101.
На этапе S1150 происходит выдача результата вычисления в формирователь 161 напряжения, который способствует приведению корректирующей линзы 101 в движение на основании результата вычисления, связанного со следящим управлением и полученного на этапе S1140. После выдачи результата вычисления в формирователь 161 напряжения процесс переходит к этапу S1020.
На этапе S1300 определяют, составляет ли увеличение β формирования изображения 0,15 или более. Когда увеличение β формирования изображения составляет 0,15 или более, процесс переходит к этапу S1320. Когда увеличение β формирования изображения меньше чем 0,15 на этапе S1300, процесс переходит к этапу S1410.
2
axy
На этапе S1320 путем осуществления обработки фильтрацией для получаемого с этапа S1310 значения  выходного сигнала датчика угловой скорости в направлении оси Х (оптической оси) исключают седьмой член выражения (26) и, проводя интегрирование этого значения по времени, получают скорость  движения в направлении оптической оси.
axy
На этапе S1330, на основании обуславливающей размытость скорости  в направлении оптической оси, проводят связанное со следящим управлением вычисление для привода в движение линзы 140 автоматической фокусировки. На этапе S1340, на основании результата вычисления, связанного со следящим управлением и полученного на этапе S1330, осуществляют выдачу результата вычисления в формирователь 172 напряжения линзы автоматической фокусировки, который способствует приведению в движение линзы 140 автоматической фокусировки, а после этого процесс переходит к этапу S1020.
Подробное описание чертежа модели поворота и кругового движения, а также формулы поворота и кругового движения
Далее будет приведено описание чертежа модели поворота и кругового движения и описание формулы поворота и кругового движения. Сначала будет описана система координат устройства для стабилизации изображения.
2
2
2
2
2
2
2
2
Прежде всего будет описана подвижная система координат O-XYZ, которая связана с фотоаппаратом. Во время дрожания фотоаппарата система координат O-XYZ совершает движение дрожания как единое целое с фотоаппаратом, и поэтому данная система координат называется подвижной системой координат.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Трехмерная система координат будет описана с помощью показанного на фиг.8А чертежа трехмерной системы координат. Эта система координат является ортогональной системой координат, и на фиг.8А ось X, ось Y и ось Z перпендикулярны друг другу. Тангаж определяется как поворот вокруг оси Z относительно начала O координат, и тангажу от оси +X до оси +Y присваивается знак «плюс», при этом начало O координат играет роль центра. Рыскание определяется как поворот вокруг оси Y относительно начала O координат, и рысканию от оси +Z до оси +X присваивается знак «плюс». Крен определяется как поворот вокруг оси Х относительно начала O координат, и крену от оси +Y до оси +Z присваивается знак «плюс».
2
2
2
2
На фиг.8D представлен вид сбоку фотоаппарата, при этом сечение фотоаппарата согласно фиг.1 упрощено, а объектив показан так, будто он прозрачный. С помощью вида сбоку фотоаппарата согласно фиг.8D будет описана система координат O-XYZ, которая связана с фотоаппаратом.
2
2
2
2
2
2
baxy
2
baxy
2
baxy
2
2
2
Начало координат O системы координат связано с главной точкой А всей оптической системы (съемочной оптической системы 105), которая присутствует в тубусе 102 объектива, а направление устройства для захвата изображения на оптической оси задается как положительное направление оси X. Направление вверх фотоаппарата (направление вверх согласно этому чертежу) задается как положительное направление Y, а остающееся направление задается как ось +Z. В состоянии, в котором фотоаппарат спроецирован на плоскость XY, положение В акселерометра 121 выражается длиной линейного сегмента r между началом O координат и положением В акселерометра 121, а также углом θ, образуемым осью X и линейным сегментом r. Направление поворота в направлении к оси +Y от оси +X с осью θ в качестве центра задается как положительное направление.
2
2
2
2
bazx
2
bazx
2
bazx
2
2
bazx
2
bazx
2
2
Вид сверху фотоаппарата согласно фиг.8B иллюстрирует положение В акселерометра 121 в состоянии проекции на плоскость ZX. В состоянии, в котором фотоаппарат спроецирован на плоскость ZX, положение В акселерометра 121 выражается линейным сегментом r между началом O координат и положением В акселерометра 121, а также углом ψ, образуемым осью Z и линейным сегментом r. Направление поворота в направлении к оси +X от оси +Z задается как положительное направление. Кроме того, положение В также выражается углом ζ, образуемым осью X и линейным сегментом r. Направление поворота в направлении к оси +Z от оси +X задается как положительное направление.
2
2
2
2
bayz
2
bayz
2
bayz
2
2
2
Вид спереди фотоаппарата согласно фиг.8C иллюстрирует положение акселерометра 121 в состоянии проекции на плоскость YZ. В состоянии проекции на плоскость YZ положение В акселерометра 121 выражается длиной r линейного сегмента между началом О координат и положением В акселерометра 121, а также углом ρ, образуемым между осью Y и линейным сегментом r. Направление поворота в направлении оси +Z от оси +Y с осью O в качестве центра задается как положительное направление.
9
9
9
9
9
9
9
9
Далее будет описана связанная система координат O-XYZ, в которой присутствует объект S. Система координат O-XYZ представляет собой единое целое с объектом и потому будет называться связанной системой координат.
2
4
4
4
4
4
На фиг.9 представлен чертеж, где иллюстрируется оптическая система фотоаппарата в трехмерном пространстве. Точка A=О представляет собой главную точку A уже описанной съемочной оптической системы 105, а также представляет собой начало координат O системы координат O-XYZ.
9
9
9
9
9
9
9
9
Будет описано расположение связанной системы координат O-XYZ согласно исходному состоянию (момент времени t=0). Начало O координат совпадает с фотографируемым объектом. Ось +Y координат задается в направлении, противоположном направлению ускорения силы тяжести Земли. Остальные оси +X и +Z координат расположены произвольно. Точка D представляет собой точку формирования изображения объекта S и представлена геометрически-оптическим методом на продолжении линейного сегмента OA.
9
9
9
9
9
a
9
9
a
9
9
Способ получения трехмерного выражения главной точки A в связанной системе координат O-XYZбудет описан с помощью фиг.10A. Поскольку иллюстрируется пространственное положение фотоаппарата, на фиг.10А в качестве опорной точки изображена только главная точка A, а другие точки, такие как точка D формирования изображения, не изображены. Главная точка A показана с помощью вектора с началом Oкоординат в качестве опорной точки, и этот вектор задается как
. Длина вектора
задается как скаляр r. Угол до вектора
от оси Z с O в качестве центра задается как ψ. Угол от оси X от прямой линии OJ, которая является линией пересечения между плоскостью, в которой лежит вектор
и ось Z, и плоскостью XY, задается как θa.
a
a
a
Как описано выше, вектор можно выразить в полярной системе координат тремя значениями: скаляра r, угла ψ и угла θ. Если эти три значения можно вычислить исходя из измерения посредством датчика и т.п., то получается положение главной точки A фотоаппарата.
Ссылка: формула преобразования в ортогональную систему координат
В этом случае формула для преобразования положения главной точки A в ортогональную систему координат из полярной системы координат представляет собой нижеследующую формулу.
Ортогональная система координат изображена на фиг.10В.
a
a
a
a
X=rsinψ×cosθ;
a
a
a
a
Y=rsinψ×sinθ;
a
a
a
Z=rcosψ.
Описание системы координат проецирования
9
9
9
9
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
9
4
9
Далее со ссылками на фиг.11 будет описано выражение для координат, когда вектор
проецируется на плоскость XY, и выражение для координат, когда вектор
проецируется на плоскость ZX. С помощью фиг.11 будет описана подвижная система координат O-XYZ. Подвижная система координат O-XYZ также приведена к главной точке A. Начало Oкоординат связано с главной А точкой. Более конкретно, начало O координат тоже движется при движении главной точки A. Ось +X координат всегда расположена параллельно оси +X координат, а ось +Y координат всегда расположена параллельно оси +Y координат. Эта параллельность всегда поддерживается, когда главная точка A движется.
9
Направление ускорения
силы тяжести в главной точке A является отрицательным направлением оси Y координат.
9
9
9
9
xy
9
xy
axy
axy
9
9
axy
axy
a
9
9
Теперь будет описано выражение для двумерных координат в проекции на плоскость XY. На фиг.11 точка, которая является главной точкой A, спроецированной на плоскость XY, задается как главная точка A. Линейный сегмент между началом Oкоординат и главной точкой A задается как скаляр r, а угол до скаляра r от оси X с началом O координат в качестве центра задается как θ. Угол θ является таким же углом, как θ, описанный выше. Чтобы пояснить тот факт, что это угол, спроецированный на ось XY, ему присвоены обозначающие символы xy.
9
9
4
4
4
4
xy
xy
4
9
4
9
На фиг.12 представлен чертеж, иллюстрирующий состояние фотоаппарата в проекции на плоскость XY. В этом случае также показаны внешние очертания и объектив фотоаппарата. Начало координат О системы координат O-XY связано с главной точкой A которая описана выше. Когда главная точка A движется, ось X сохраняет состояние параллельности с осью X, а ось Y сохраняет состояние параллельности с осью Y.
2
2
2
2
xy
2
2
4
2
caxy
ca
xy
xy
4
xy
xy
gxy
gxy
Как описано выше, начало координат О системы координат O-XY связано с главной точкой A и движется как единое целое с фотоаппаратом. При этом ось X всегда совпадает с оптической осью этого фотоаппарата. Угол во время поворота к оси X от оси X с началом O координат в качестве центра задается как θ (=θ: совершенно одинаковое значение). Ускорение  в главной точке A представляет положительный поворот (против часовой стрелки) от оси X с главной точкой A в качестве центра, а угол до  задается как θ. θ - величина постоянная.
9
axy
caxy
Теперь будут описаны термины, употребляемые в данном изобретении. В данном изобретении, по аналогии с движением Солнца и Земли, начало O координат, где присутствует объект, сопоставимо с Солнцем, а главная точка A фотоаппарата сопоставима с центром Земли. Угол θ называется «углом кругового движения» в пределах плоскости XY, а угол θ называется «углом поворота» в пределах плоскости XY. Более конкретно, это аналогично тому факту, что термин «круговое движение» указывает, что Земля (фотоаппарат) движется вокруг Солнца (объекта), тогда как термин «поворот» указывает, что вертится сама Земля (фотоаппарат).
9
9
9
9
4
4
4
4
xy
xy
4
9
4
9
Далее будет описано выражение для двумерных координат, когда фотоаппарат проецируется на плоскость ZX. Фиг.13 иллюстрирует состояние фотоаппарата в проекции на плоскость ZX. Здесь также изображены внешние очертания и объектив фотоаппарата. Начало координат O системы координат O-ZX связано с главной A точкой. Когда главная точка A перемещается, ось Z сохраняет параллельное состояние по отношению к оси Z, а ось X сохраняет параллельное состояние по отношению к оси X.
2
2
2
2
xy
2
2
4
2
cazx
2
4
2
cazx
Начало координат O системы координат O-XY связано с главной A точкой и перемещается вместе с фотоаппаратом как единое целое. При этом ось Х всегда совпадает с оптической осью фотоаппарата. Угол во время поворота к оси X от оси Z с началом O координат в качестве центра задается как ψ. Кроме того, угол во время поворота к оси Х от оси X с началом Oкоординат в качестве центра задается как ζ.
9
9
9
9
9
9
Далее будет описано исходное состояние фотоаппарата в исходный момент времени t=0 в трехмерной системе координат согласно фиг.14. Описание будет приведено в предположении, что в связанной системе координат O-XYZ фотограф принудительно устанавливает соответствие фотографируемого объекта S(t=0) центру видоискателя или жидкокристаллического дисплея (ЖКД), а объект S(t=0) - для удобства - в этом случае находится на оптической оси. Соответствие начала Окоординат объекту S(t=0) устанавливается принудительно. Главная точка А съемочной оптической системы 105 и точка D формирования изображения, где формируется изображение объекта S(t=0), геометрически и оптически присутствуют на оптической оси - прямой линии. Ускорение
силы тяжести в положении главной точки A направлено в отрицательном направлении оси Y координат.
Если фотограф принудительно вызывает соответствие объекта S, который желательно сфотографировать, рамке автоматической фокусировки (АФ) не в центре видоискателя или жидкокристаллического дисплея, то линейный сегмент, соединяющий объект S и главную точку A, задается как
и может быть смоделирован.
9
9
Далее задается новая связанная система координат O-XYZ. Принудительно устанавливается соответствие начала координат О связанной системы координат O-XYZ с началом Oкоординат и принудительно устанавливается соответствие оси X координат и оптической оси фотоаппарата. Направление оси Y координат задается так, что ось Y координат находится в плоскости XY. Если ось X координат и ось Y координат заданы, то ось Z координат оказывается однозначно заданной.
9
9
9
9
Как показано на фиг.15, для удобства описания, связанная система координат O-XYZ не будет проиллюстрирована, а ниже будет проиллюстрирована только связанная система координат O-XYZ. По вышеупомянутому определению системы координат в исходном состоянии - в момент времени t=0 - вектор
ускорения силы тяжести лежит в пределах плоскости XY.
Далее будет выведено выражение для размытости, иллюстрирующее взаимосвязь дрожания фотоаппарата и движения изображения. Чтобы облегчить формулировку математического выражения, используется полярная система координат. Далее берут первую производную и вторую производную вектора и угла. Так, с помощью фиг.16, где представлен базовый пояснительный чертеж полярной системы координат, будет описан смысл обычно используемого математического выражения. Выражение для положения точки А, которая присутствует в системе координат O-XY, показано с помощью положения
. Положение
является функцией времени и может быть также описано как
(t). Вектор положения имеет следующий вид:
jθ(t)
(t)=r(t)e
=
jθ
=re
=r·cosθ+jr·sinθ (1)
x
y
Действительный член r·cosθ представляет собой составляющую в направлении Х, а мнимый член jr·sinθ представляет собой составляющую в направлении Y. Будучи выраженными в ортогональной системе координат, составляющая в направлении Х имеет вид A=r·cosθ, а составляющая в направлении Y имеет вид A=r·sinθ.
Далее получают скорость
путем взятия первой производной положения
по времени t. Вектор скорости имеет следующий вид:
jθ
j(θ+π/2)
=
e+r
e (2)
Будучи выраженными в ортогональной системе координат, составляющая в направлении Х имеет вид
x
x=
V=
·cosθ+r
·cos(θ+π/2),
а составляющая в направлении Y имеет вид
y
y=
V=
·sinθ+r
·sin(θ+π/2).
Далее получают ускорение
путем взятия первой производной скорости
по времени t. Вектор ускорения имеет следующий вид:
jθ
j(θ+π)
j(θ+π/2)
j(θ+π/2)
=
e+r
e+r
e+2
e (3)
jθ
где первый член
e представляет составляющую ускорения согласно изменению длины r;
j(θ+π)
второй член r
eпредставляет составляющую центростремительной силы;
j(θ+π/2)
третий член r
e представляет составляющую углового ускорения; а
j(θ+π/2)
четвертый член 2
e представляет составляющую силы Кориолиса.
Будучи выраженным в ортогональной системе координат, вектор ускорения получается посредством следующих выражений (4a) и (4b).
x
Составляющая  в направлении Х:
x
=
·cosθ+r
·cos(θ+π)+r
·cos(θ+π/2)+2
·cos(θ+π/2) (4a)
y
Составляющая  в направлении Y:
y
=
·sinθ+r
·sin(θ+π)+r
·sin(θ+π/2)+2
·sin(θ+π/2) (4b)
Теоретическая формула согласно данному изобретению будет описана в двумерной системе координат XY, когда фотоаппарат спроецирован на плоскость XY, изображенную на фиг.17. На фиг.17 также будут описаны задание системы координат и коды двумерной системы координат XY. Описание будет приведено путем частичного включения содержания, которое уже описано.
axy
axy
Объект S находится в связанной системе координат O-XY. Коды будут описаны в исходном состоянии в момент времени t=0. В исходном состоянии (t=0) оптическая ось фотоаппарата соответствует оси Х координат связанной системы координат O-XY. В исходном состоянии (t=0) объект S соответствует началу координат О связанной системы координат O-XY. В связанной системе координат O-XY главная точка A выражается вектором . Длина линейного сегмента между началом О координат и главной точкой A фотоаппарата задается как скаляр r, а точка, где начало О координат образует изображение посредством объектива, задается как точка D формирования изображения. Точка С представляет собой центральную точку устройства 203 для захвата изображения, а в исходном состоянии (t=0) точке С соответствует точка D формирования изображения.
4
4
4
4
4
4
2
2
2
2
2
Описание кодов будет приведено на чертеже состояния движения в некоторый момент времени (t=t2). Начало координат O системы координат O-XY связано с главной точкой A, ось X координат всегда поддерживается параллельной оси X координат, а ось Y координат всегда поддерживается параллельной оси Y координат. Начало координат O системы координат O-XY связано с главной точкой A, а ось X координат всегда поддерживается в проходящей в направлении оптической оси фотоаппарата.
baxy
2
2
2
baxy
2
2
baxy
Акселерометр 121 закреплен в точке В внутри фотоаппарата, а расстояние до нее выражается вектором  в системе координат O-XY. Длина линейного сегмента AB задается как скаляр r, а угол поворота к линейному сегменту AB от оси Х координат с началом O координат в качестве центра задается как θ.
daxy
dcxy
dcxy
2
2
2
Изображение начала О координат образует - с помощью объектива - изображение в положении точки D, отличающейся от точки С центра устройства для захвата изображения. Точка D формирования изображения с главной точкой A в качестве опорной точки выражаются вектором . Точка D с точкой С в качестве опорной точки выражаются вектором . Скаляр r, который представляет собой отрезок от точки С до точки D, является длиной перемещения точки D формирования изображения с момента времени t=0 до момента времени t2. Вектор скорости относительного движения точки D формирования изображения относительно точки С в подвижной системе координат O-XY в некоторый момент времени t2 задается как .
axy
4
4
4
4
2
4
caxy
В связанной системе координат O-XY угол, образуемый до вектора
axy от оси Х координат с началом О координат в качестве центра, задается как угол θ поворота. В подвижной системе координат O-XY образуемый угол от оси Х координат до оси X координат с началом О координат в качестве центра задается как угол θ кругового движения.
axy
axy
axy
caxy
caxy
caxy
daxy
daxy
daxy
axy
axy
axy
caxy
caxy
caxy
Первая производная вектора  по времени t описывается как , а вторая производная этого вектора описывается как .  описывается аналогичным образом как  и ,  описывается аналогичным образом как  и , а угол θ кругового движения описывается аналогичным образом как  и , и угол θ поворота аналогичным образом описывается как  и .
2
2
2
В некоторый момент времени t2 получают скорость  относительного движения точки D формирования изображения с точкой С в качестве центра в подвижной системе координат O-XY. Скорость  движения в точке D формирования изображения в связанной системе координат O-XY получают с помощью нижеследующего выражения (5).
Скорость  движения центра С устройства для захвата изображения в связанной системе координат O-XY получают с помощью нижеследующего выражения (6).
Из описывающей формирование изображения формулы геометрической оптики выводят выражение (7):
axy
daxy
1/f=1/r+1/r(7)
где f - это фокусное расстояние оптической системы. Затем видоизменяют выражение (7).
Исходя из вышеуказанного выражения скорость  относительного движения точки D формирования изображения относительно точки С в связанной системе координат O-XY получают из нижеследующего выражения (8).
caxy
axy(t=o)
Взаимосвязь между скаляром r и скаляром r получают из нижеследующего выражения (9).
Подставляя вышеописанное выражение, скорость  относительного движения в связанной системе координат XY получают с помощью нижеследующего выражения (10).
2
2
2
caxy
2
2
2
Затем осуществляют преобразование координат из связанной системы координат O-XY в подвижную систему координат O-XY, связанную с фотоаппаратом. Для этого поворачивают вектор  на угол -θ поворота. Поэтому скорость  движения изображения в подвижной системе координат O-XY, связанной с фотоаппаратом, получают из нижеследующего выражения (11).
2
2
2
2
2
После дальнейшего упорядочения этого выражения получается вышеупомянутое выражение (12). Поскольку скорость  движения изображения в подвижной системе координат O-XY является скоростью относительного движения изображения относительно поверхности для захвата изображении фотоаппарата, это выражение является строгим выражением, строго выражающим движение изображения, которое действительно регистрируется в качестве изображения. В этом строгом выражении мнимая часть, а именно составляющая в направлении оси Y координат, является составляющей движения изображения в вертикальном направлении фотоаппарата в пределах плоскости съемки изображения. Кроме того, действительная часть выражения (12), а именно составляющая в направлении оси Х координат, является составляющей движения изображения в направлении оптической оси фотоаппарата в пределах плоскости съемки изображения, а также является составляющей, вследствие которой возникает так называемое размытое изображение.
2
2
2
Дрожание фотоаппарата, поддерживаемого рукой фотографа, рассматривается как колебательное движение с очень малой амплитудой и с некоторой точкой пространства в качестве центра, и поэтому скорость  движения изображения в подвижной системе координат O-XY, получаемая строго, преобразуется в приближенное выражение при следующих условиях.
Состояние в некоторый момент времени t2 предполагается соответствующим колебаниям в окрестности исходного состояния в момент времени t=0, и получается следующее выражение (13).
axy
r≈(1+β)f/β
(13)
В преобразованном виде получаем
axy
axy
axy
r-f≈f/β. ∴ f·r/(r-f)=f·(l+β)(f/β)/(f/β)=f·(1+β).
xy
axy
caxy
Если это преобразование имеет место, то ≈0 и θ+π/2-θ≈π/2 подставляют в , что позволяет вывести нижеследующее выражение (14).
(14)
2
2
2
2
2
caxy
axy
2
jπ/2
Поэтому приближенная теоретическая формула скорости  движения изображения в подвижной системе координат O-XY в пределах плоскости XY становится вышеупомянутым выражением (15). Составляющая, отображающая направление вектора движения изображения согласно правой стороне выражения (15), имеет вид e, и поэтому направление скорости движения является направлением оси Y, т.е. проходит под углом 90 градусов от оси X.  - это угловая скорость поворота вокруг главной точки, A, и  - это угловая скорость кругового движения главной точки, A, вокруг начала координат, О, связанной системы координат. β представляет увеличение для формирования изображения применительно к этой оптической системе, а f представляет фактическое фокусное расстояние. (1+β)f представляет фокусное расстояние со стороны изображения. Следовательно, это приближенное выражение означает, что скорость движения изображения в направлении Y в пределах поверхности для захвата изображения имеет следующий вид: (фокусное расстояние со стороны изображения)×(значение, получаемое путем вычитания угловой скорости кругового движения из угловой скорости поворота).
azx
cazx
azx
azx
azx
2
2
2
Теперь, с помощью фиг.18, будет описана теоретическая формула движения изображения согласно данному изобретению в двумерной системе координат ZX в проекции на плоскость ZX. Когда дрожание представляет собой колебательное движение, имеющее очень малую амплитуду, с положением, соответствующим исходному состоянию, в качестве центра, приближенные условия таковы, что ζ≈0, ζ≈0, r≈ постоянная величина, ≈0 и ≈0. Исходя из этих приближенных условий приближенная теоретическая формула скорости  движения изображения в подвижной системе координат O-ZX в пределах плоскости ZY представляется нижеследующим выражением (16) посредством процедуры, аналогичной получению приближенной формулы скорости  движения изображения в плоскости XY.
jπ/2
2
2
cazx
azx
2
Составляющая, отображающая направление вектора размытости изображения, или правая сторона выражения (16), имеет вид e, и поэтому направление скорости движения является направлением оси Z, т.е. проходит под углом 90 градусов от оси X.  представляет угловую скорость поворота вокруг главной точки, A, а  представляет угловую скорость кругового движения главной точки, A, вокруг начала координат, О, связанной системы координат. β представляет увеличение при формировании изображения для этой оптической системы, а f представляет фактическое фокусное расстояние этой оптической системы. (1+β)f представляет фокусное расстояние со стороны изображения. Следовательно, это приближенная формула означает, что скорость движения изображения в направлении Х в пределах поверхности для захвата изображения имеет следующий вид: (фокусное расстояние со стороны изображения)×(значение, получаемое путем вычитания угловой скорости кругового движения из угловой скорости поворота).
Также будет описан выходной сигнал акселерометра 121. В координатной плоскости XY угловая скорость кругового движения главной точки A можно выразить следующим образом.
аху
axy
axy
=∫(составляющая ускорения, перпендикулярная линейному сегменту r в точке A)dt/r.
a
Следовательно, ускорение  можно измерить и вычислить. В этом варианте осуществления акселерометр 121 закреплен в точке B, и поэтому значение ускорения в точке A должно быть получено путем вычисления на основании выходного сигнала акселерометра в точке B. В данном случае получают значение разности между ускорением в точке В и ускорением в главной точке A, где фактически находится акселерометр, и теоретическое значение ускорения в точке В. Теперь поясним составляющую (член), которая (который) требуется при борьбе с размытостью изображения.
а(O-XY)
Во-первых, вектор ускорения, которое возникает в главной точке A, в связанной системе координат O-XY получают из нижеследующего выражения (17).
а(O-XY)
a
(первый член: составляющая ускорения согласно изменению длины r)
(второй член: центростремительная сила)
(третий член: составляющая углового ускорения)
(четвертый член: составляющая силы Кориолиса)
(составляющая силы тяжести, G)
(17)
gxy
(В данном случае сила тяжести, G, воздействует на акселерометр 121 как сила реакции, и поэтому из угла θ вычитаются 180 градусов, отображающие направление силы тяжести.)
baxy(O-XY)
baxy(O-XY)
Теперь будет получено относительное ускорение  в точке В относительно главной точки A в связанной системе координат O-XY. Во-первых, получают относительное ускорение из нижеследующего выражения (18).
baxy(O-XY)
baxy=
baxy
baxy
caxy
Если взять первую производную выражения (18) по времени t, то можно получить вектор скорости. Поскольку точки A и В связаны с одним и тем же жестким корпусом, относительная скорость  получается из нижеследующего выражения (19) исходя из условий 0, θ=величина постоянная, =0 и =составляющая поворота (переменная).
baxy(O-XY)
Далее получают вектор ускорения. Вектор  относительного ускорения в точке В (в положении акселерометра) относительно точки А в связанной системе координат O-XY получают из нижеследующего выражения (20).
(20)
(= центростремительная сила + величина углового ускорения)
Значение этого выражения является величиной ошибки вектора скорости, обусловленной тем, что акселерометр 121 на самом деле установлен в положении В, а не в главной точке A, которое является идеальным положением.
bxy(O-XY)
bxy(O-XY)
Ускорение  в точке B в связанной системе координат O-XY выражают суммой векторов, идущих из начала О координат в главную точку A (этот вектор уже получен), а также из главной точки A в точку В. Сначала положение  в точке В в связанной системе координат O-XY выражают, учитывая главную точку A, с помощью нижеследующего выражения (21). Вектор положения имеет следующий вид:
Вектор скорости имеет следующий вид:
Вектор ускорения имеет следующий вид:
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Далее будет вычислено ускорение  в точке B в подвижной системе координат O-XY. Широта (скаляр) ускорения, которое желательно вычислить, находится в связанной системе координат O-XYZ, где присутствует объект. Кроме того, ускорение связано с подвижной системой координат O-XY, три оси акселерометра 121 ориентированы в направлении оси X, направлении оси Y и направлении оси Z, а составляющую ускорения нужно выразить посредством направлений осей координат подвижной системы координат O-XY.
2
2
2
CCX2
2
CCY2
2
CCZ2
2
CCX2
CCY2
Теперь будет подробно описано состояние положения акселерометра 121. Акселерометр 121, выдающий выходные сигналы, соответствующие трем осям, находится в точке B. В подвижной системе координат O-XYоси акселерометра заданы с возможностью получения: выходного сигнала A акселерометра с направлением чувствительности, идущим в направлении, параллельном оси Х, выходного сигнала A акселерометра с направлением чувствительности, идущим в направлении, параллельном оси Y и выходного сигнала A акселерометра с направлением чувствительности, идущим в направлении, параллельном оси Z. Поскольку здесь движение происходит в плоскости XY, будут описаны выходной сигнал A акселерометра и выходной сигнал A акселерометра.
bxy(O-XY)
2
2
caxy
Чтобы получить ускорение  путем преобразования ускорения  в точке B в связанной системе координат O-XY, полученного выше, в составляющие в направлениях оси Х и оси Y с началом О координат как есть, можно осуществить преобразование координат в направлении, противоположном углу θ поворота фотоаппарата. Поэтому устанавливают нижеследующее выражение (24).
Выходной сигнал акселерометра имеет следующий вид:
(первый член: движение в направлении оптической оси)
(второй член: центростремительная сила кругового движения)
(третий член: ускорение кругового движения)
(четвертый член: сила Кориолиса)
(пятый член: центростремительная сила поворота)
(шестой член: ускорение поворота)
(седьмой член: составляющая ускорения силы тяжести)
(24)
axy
caxy
axy
caxy
axy
axy
axy
baxy
baxy
Приближенное выражение получают путем подстановки приближенных условий. Ограничительные условия задают так, что угловая скорость  кругового движения и угловая скорость  поворота представляют собой колебания (±) с малой амплитудой около 0, так что ≈0 и ≈0. Кроме того, предполагается, что скаляр r изменяется весьма незначительно, так что  имеет конечное значение,  имеет конечное значение, а θ, по существу, удовлетворяет неравенству π/2-π/4≤θ≤π/2+π/4.
Выходной сигнал акселерометра имеет следующий вид:
(первый член: движение в направлении оптической оси)
(второй член: центростремительная сила кругового движения)
(третий член: ускорение кругового движения)
(четвертый член: сила Кориолиса)
(пятый член: центростремительная сила кругового движения)
(шестой член: ускорение поворота)
(седьмой член: составляющая ускорения силы тяжести)
(25)
CCX2
2
CCY2
2
2
2
Эта действительная часть представляет собой выходной сигнал A акселерометра в направлении оси X, а мнимая часть представляет собой выходной сигнал A акселерометра в направлении оси Y. Вышеописанное представление согласно полярной системе координат можно разложить на X-составляющую и Y-составляющую в представлении согласно ортогональной системе координат.
2
Выходной сигнал акселерометра в направлении оси X:
(первый член: движение в направлении оптической оси)
(второй член: центростремительная сила кругового движения)
(пятый член: центростремительная сила поворота)
(шестой член: ускорение поворота)
М
(седьмой член: составляющая ускорения силы тяжести)
(26)
axy
axy
2,
В выражении (26) для коррекции движения в направлении оптической оси нужен только первый член . Второй член, пятый член, шестой член и седьмой член являются составляющими, не обязательными для коррекции движения в направлении оптической оси, и если они не исключены, то они становятся составляющими ошибки, когда ускорение  происходит в направлении оси Хкоторая является оптической осью. Второй, пятый, шестой и седьмой члены можно исключить методом, аналогичным тому, который применяется в случае нижеследующего выражения (27).
axy
axy
axy
axy
axy
Чтобы исключить второй член (центростремительную силу кругового движения), нужно получить значения r и , которые включены во второй член. r, по существу, равен фокусному расстоянию (1+β)f/β со стороны объекта (β представляет увеличение формирования изображения). Устройства для захвата изображения в последние годы оснащаются кодером фокусировки, который измеряет положение при движении линзы 140 автоматической фокусировки. Поэтому легко вычислить расстояние до объекта исходя из значения выходного сигнала кодера фокусировки в сфокусированном состоянии. В результате получают r. Значение, получаемое из нижеследующего выражения (27), используют в качестве угловой скорости  кругового движения.
2
Выходной сигнал акселерометра в направлении оси Х:
(третий член: ускорение кругового движения)
(четвертый член: сила Кориолиса)
(пятый член: центростремительная сила поворота)
(шестой член: ускорение поворота)
(седьмой член: составляющая ускорения силы тяжести)
(27)
ccy2(О-X2Y2)
2
axy
axy
axy
axy
axy
axy
axy
axy
ccy2(О-X2Y2)
Теперь будут описаны соответствующие члены выходного сигнала A акселерометра в направлении оси Y. Третий член jr - это составляющая, необходимая для получения угловой скорости  кругового движения, которую желательно получить в данном варианте осуществления, и эту угловую скорость  кругового движения получают путем деления третьего члена на известную величину r и интегрирования результата. Четвертый член j2 представляет силу Кориолиса. Если движение фотоаппарата в направлении оптической оси является малым, то устанавливают ≈0, и четвертым членом можно пренебречь. Пятый член и шестой член являются составляющими ошибки, которые включены в выходной сигнал A акселерометра, поскольку акселерометр 121 нельзя расположить в идеальной главной точке A, и он расположен в точке B.
baxy
baxy
caxy
Пятый член  представляет центростремительную силу, которая возникает из-за того, что акселерометр 121 поворачивается вокруг главной точки A. r и θ - это координаты точки В, в которой установлен акселерометр 121, и они известны.  представляет угловую скорость поворота и является значением, которое можно измерить с помощью датчика 130 угловой скорости, установленного на фотоаппарате. Следовательно, значение пятого члена можно вычислить.
baxy
baxy
caxy
Шестой член  представляет ускорение, когда акселерометр 121 поворачивается вокруг главной точки A, а r и θ - это координаты точки В, в которой установлен акселерометр 121, и они известны.  можно вычислить путем дифференцирования значения из датчика 130 угловой скорости, установленного на фотоаппарате. Следовательно, значение шестого члена можно вычислить.
Седьмой член  - это влияние ускорения силы тяжести, и его можно считать константой в приближенном выражении, а значит - можно исключить с помощью схемы обработки фильтрацией.
ccy2(О-X2Y2)
2
axy
axy
Как описано выше, выходной сигнал A акселерометра в направлении оси Y включает в себя составляющие, не обязательные для угловой скорости , которую желательно получить в данном изобретении. Вместе с тем стало ясно, что путем размещения акселерометра 121 в положении, где необязательные составляющие оказываются минимальными, необязательную угловую скорость  кругового движения можно получить без вычисления, связанного с коррекцией.
ccx2(О-X2Y2)
2
axy
axy
ccy2(О-X2Y2)
2
axy
ccx2(О-X2Y2)
2
Аналогичным образом исходя из выходного сигнала A акселерометра в направлении Х можно получить скорость , по существу, в направлении оптической оси фотоаппарата, которую желательно вычислить. Первый член  соответствует движению в направлении оптической оси. Второй член, пятый член, шестой член и седьмой член можно исключить по той же причине, которая описана в связи с выходным сигналом A акселерометра в направлении оси Y. Вместе с тем, аналогичным образом размещая акселерометр 121 в положении, где необязательные составляющие оказываются минимальными, угловую скорость  движения, по существу, в направлении оптической оси фотоаппарата можно получить исходя из выходного сигнала A акселерометра в направлении оси X без вычисления, связанного с коррекцией.
В варианте 1 осуществления, когда отношение угловой скорости кругового движения к угловой скорости поворота составляет 0,1 или менее, угловая скорость кругового движения, по существу, мала по отношению к угловой скорости поворота, и поэтому вычисление, связанное со стабилизацией изображения, упрощается, что приводит к повышению его скорости и снижению энергопотребления.
Кроме того, когда экспонирование согласно съемке начинают полным нажатием непоказанной спусковой кнопки затвора, угловая скорость кругового движения оценивается в реальном масштабе времени путем умножения отношения угловой скорости кругового движения к прошлой угловой скорости поворота на угловую скорость поворота в реальном масштабе времени. Тем самым, даже если выходной сигнал акселерометра 121 искажен ударом затвора и рабочими колебаниями фотоаппарата во время съемки, можно предотвратить использование значения ускорения кругового движения, которое в значительной степени ошибочно, и гарантировать стабильную коррекцию размытости изображения.
В съемочной оптической системе согласно данному варианту осуществления для ближайшей окрестности задается увеличение, равное единице, но ближайшая окрестность этим не ограничивается, поскольку даже если увеличение в ближайшей окрестности является, например, двукратным в соответствии со спецификациями съемочной оптической системы, к которой применяется настоящее изобретение, сумма произведений функции коэффициента ошибок при каждом увеличении формирования изображения во время съемки получается в диапазоне между двойкой и 0,0, вследствие чего можно получить положение акселерометра 121, где составляющие ошибки оказываются минимальными. Поэтому очевидно, что влияние содержания, описанного в данном варианте осуществления, не изменяется безотносительно того увеличения при формировании изображения во время съемки, которое имеется в ближайшей окрестности съемочной оптической системы.
Кроме того, угловое движение и параллельное движение заново и строго промоделированы и математически выражены как поворот и круговое движение, и поэтому какому бы состоянию ни соответствовали состояния составляющих движения, можно осуществить точную стабилизацию изображении без отказа управления. Помимо этого, поскольку акселерометр находится в положении, где величина ошибки, сопровождающая изменение положения главной точки съемочной оптической системы, становится минимальной, вследствие этого оказывается возможным осуществление точной стабилизации изображения в соответствии с изменением положения главной точки съемочной оптической системы. Кроме того, стабилизация изображения осуществляется с использованием разности между угловой скоростью поворота и угловой скоростью кругового движения, и поэтому можно уменьшить объем обработки при коррекции после вычисления разности. Помимо этого, единицы измерения поворота и кругового движения одинаковы (например: рад/сек), и поэтому вычисление становится простым. Кроме того, движение изображения на поверхности для захвата изображения устройства для захвата изображения и движение в направлении оптической оси можно представить одним и тем же выражением, и поэтому вычисление, связанное с коррекцией движения изображения, и вычисление, связанное с коррекцией движения в направлении оптической оси, можно осуществлять одновременно.
Вариант 2 осуществления
Вариант 2 осуществления будет описан с помощью фиг.19A и 19B. В варианте 1 осуществления коэффициент ошибок при каждом увеличении формирования изображения во время съемки получают с помощью выражения (33), а из результата суммы произведений значений получают положение акселерометра 121, в котором коэффициент ошибок становится минимальным. Однако в данном варианте осуществления коэффициент ошибок при каждом увеличении формирования изображения во время съемки, полученный с помощью выражения (33), умножают на частоту съемки получения взвешенного значения.
Как описано в варианте 1 осуществления, на функцию коэффициента ошибок при каждом увеличении формирования изображения во время съемки, полученную с помощью выражения (33), умножают частоту съемки при каждом увеличении формирования изображения во время съемки, известную в результате серьезного исследования, проведенного заявителем данной заявки. Частота съемки иллюстрируется на фиг.19A, а результат умножения функции коэффициента ошибок, когда акселерометр 121 расположен так, что это соответствует увеличению β=0,5 при съемке, на частоту съемки иллюстрируется на фиг.19B. Фиг.20 иллюстрирует то, как результат интегрирования значения при каждом формировании изображения во время съемки, равный величине (коэффициент ошибок)×(частота съемки), которая получается, как показано на фиг.19В, изменяется, когда акселерометр 121 оказывается в положении, соответствующем каждому увеличению формирования изображения во время съемки.
Как показано на фиг.20, коэффициент ошибок становится минимальным, когда акселерометр 121 находится в окрестности положения, соответствующего увеличению формирования изображения во время съемки, составляющему β=0,6, по сравнению со случаем, в котором акселерометр находится в положениях, соответствующих другим увеличениям при формировании изображения во время съемки. Следовательно, составляющие ошибки в выходном сигнале акселерометра 121 можно минимизировать, располагая акселерометр 121 в окрестности положения, соответствующего увеличению формирования изображения во время съемки, составляющему β=0,6, обеспечиваемому съемочной оптической системой 105, и поэтому не требуется время на вычисление, связанное с коррекцией выходного сигнала акселерометра 121. Тем самым можно осуществить точную коррекцию размытости.
Кстати, рассмотрим случай, когда функция коэффициента ошибок при каждом увеличении формирования изображения во время съемки, получаемая с помощью выражения (33), взвешивается посредством эффективной величины перемещения при параллельном движении, соответствующей каждому увеличению формирования изображения во время съемки. Фиг.21 иллюстрирует то, как результат интегрирования значения при каждом увеличении формирования изображения во время съемки, равный величине (коэффициент ошибок)×(эффективная величина перемещения при параллельном движении), изменяется, когда акселерометр 121 оказывается в положении, соответствующем каждому увеличению формирования изображения во время съемки. Как показано на фиг.21, коэффициент ошибок становится минимальным, когда акселерометр 121 находится в окрестности положения, соответствующего увеличению формирования изображения во время съемки, составляющему β=0,8, по сравнению со случаем, в котором акселерометр находится в положениях, соответствующих другим увеличениям формирования изображения во время съемки. Следовательно, составляющие ошибки в выходном сигнале акселерометра 121 можно минимизировать, располагая акселерометр 121 в окрестности положения, соответствующего увеличению формирования изображения во время съемки, составляющему β=0,8, обеспечиваемому съемочной оптической системой 105, и поэтому не требуется время на вычисление, связанное с коррекцией выходного сигнала акселерометра 121. Тем самым можно осуществить точную коррекцию размытости.
Как описано выше, за счет взвешивания коэффициента ошибок с использованием частоты съемки и эффективной величины перемещения при параллельном движении акселерометр 121 можно размещать в положении, соответствующем минимуму, которое оказывается более подходящим для использования фотоаппарата фотографом. Излишне говорить, что за счет взвешивания коэффициента ошибок с использованием частоты съемки и эффективной величины перемещения при параллельном движении акселерометр 121 также можно размещать в положении, где коэффициент ошибок минимален.
Вариант 3 осуществления
Вариант 3 осуществления будет описан с помощью фиг.22A и 22B. Предусматривается тот же процесс, что и показанный на фиг.7А и 7В в соответствии с вариантом 1 осуществления. Поэтому для того же процесса употребляются те же позиции и символы, а их описание будет опущено.
После вычисления угловой скорости кругового движения на этапе S1100 согласно фиг.22A и 22B процесс переходит к этапу S2610. На этапе S2610 определяют, составляет ли увеличение при формировании изображения 0,2 или более (т.е. соответствует ли оно заранее определенному значению или превышает его). В случае если увеличение составляет 0,2 или более, процесс переходит к этапу S2620, а в случае, если оно меньше чем 0,2 (меньше, чем заранее определенное значение), процесс переходит к этапу S1130. На этапе S1130 проводят вычисление, связанное с коррекцией поворота, как и в варианте 1 осуществления.
На этапе S2620 определяют, находится ли угловая скорость кругового движения по отношению к угловой скорости поворота в диапазоне между -0,9 и +0,9 (заранее определенное значение). Если этот параметр находится в пределах ±0,9, то процесс переходит к этапу S1120. Когда этот параметр меньше чем -0,9, или превышает +0,9, процесс переходит к этапу S2630.
На этапе S2630 фиксируют (сохраняют) отношение угловых скоростей как константу (заданную константу) со значением 0,9, а на следующем этапе S2640 вычисляют оценку данной угловой скорости кругового движения, умножая угловую скорость поворота, полученную в реальном масштабе времени, на постоянное отношение угловых скоростей, равное 0,9, и процесс переходит к следующему этапу S1120. На этапе S1120 проводят вычисление, связанное с коррекцией движения по разности поворота и кругового движения, как и в варианте 1 осуществления.
В варианте 3 осуществления, когда увеличение при формировании изображения меньше чем 0,2, угловая скорость кругового движения, по существу, мала по отношению к угловой скорости поворота, и поэтому вычисление, связанное со стабилизацией изображения, упрощается, что ведет к повышению скорости вычисления и снижению энергопотребления. Кроме того, отношение угловой скорости кругового движения к угловой скорости поворота редко превышает единицу, и когда это отношение выходит за пределы ±0,9, ошибочная избыточная коррекция предотвращается путем фиксации упомянутого отношения на уровне константы 0,9.
Хотя настоящее изобретение описано применительно к возможному варианту осуществления, следует понять, что изобретение не ограничивается описанным возможным вариантом осуществления. Объем притязаний нижеследующей формулы изобретения следует трактовать в самом широком смысле как охватывающий все такие модификации, а также эквивалентные конструкции и функции.
В этой заявке выдвигаются притязания на приоритет по заявке №2009-140255 на патент Японии, поданной 11 июня 2009 г., содержание которой во всей его полноте включено сюда посредством ссылки.