专利名称：图像稳定控制设备和摄像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于校正或防止由于手抖动等振动而发生的图像抖动或图像劣化的图像稳定控制设备和摄像设备。
背景技术：
近年来，用于确定曝光的操作和调焦操作等对于拍摄来说重要的照相机的所有操作都自动地进行。因此，即使不熟悉照相机使用的用户也可以很少拍摄失败。另外，近年来市售的照相机包括图像稳定控制设备，该图像稳定控制设备包括振动校正单元、驱动单元和振动检测单元，并且用于防止由于振动而发生的图像抖动。通过使用这一类新照相机，拍摄者可以极少拍摄失败。下面简要说明用于防止图像抖动的图像稳定控制设备。拍摄期间照相机上可能发生的手抖动通常为1 IOHz频率的振动。为了即使在按下快门释放按钮时向照相机施加这类振动的时候也能没有任何图像抖动地进行拍摄，需要检测施加于照相机的振动，并且根据检测值移位用于校正图像抖动的透镜(以下简称为“校正透镜”)。因此，为了即使在照相机振动时也能没有任何图像抖动地拍摄图像，需要精确地检测照相机的振动水平，并且校正由于振动而发生的光轴变化。原理上，通过使用设置在照相机上的振动检测单元可以计算出(照相机的)振动。更具体地，这类振动检测单元检测加速度、角加速度、角速度和角位移，并且对其输出执行运算来校正图像抖动。在一般拍摄条件下，根据照相机的姿势可能发生的角振动(转动振动)是可能的振动的主要原因。因此，传统照相机包括仅用于检测振动的角速度测量仪。在这类照相机中，想要通过利用驱动单元驱动振动校正单元(例如，校正透镜)来抑制图像抖动，其中，该振动校正单元根据来自振动检测单元的信号移位光轴。同时，当在近距离处拍摄图像时(在使用高摄像倍率的拍摄条件下)，除由于照相机的姿势而可能发生的角振动以外，还可能发生由于平行振动而导致的显著图像劣化，其中，平行振动也可能引起轻微的图像劣化。在如微距拍摄的情况一样以约20cm这样的近被摄体距离来拍摄被摄体图像的拍摄条件下，或者，如果即使当确保1米的充足被摄体距离时，摄像光学系统的焦距仍非常大(例如，400mm)，则需要积极检测平行振动并驱动振动校正单元。在这点上，在日本特开平07-225405号公报所讨论的方法中，设置用于检测加速度的加速度测量仪(加速度传感器)，以检测平行振动，并且根据所检测到的平行振动值和来自分开设置的角速度测量仪的输出来驱动振动校正单元。然而，在日本特开平07-225405号公报所讨论的方法中，从检测平行振动时要使用的ACC输出的信号可能由于干扰噪声或温度改变等环境变化而发生改变。因此，利用日本特开平07-225405号公报所讨论的方法，难以高精度地校正平行振动。
发明内容
本发明涉及一种小型化的图像稳定控制设备和其稳定控制方法，其中，该图像稳定控制设备具有高可操作性并用于高精度地校正由于平行振动而发生的图像抖动。根据本发明的一个方面，提供一种图像稳定控制设备，包括由于移动而产生振动的机构，所述图像稳定控制设备包括振动校正单元，用于校正由于施加到所述图像稳定控制设备的振动而发生的图像抖动；第一振动检测单元，用于检测并输出所述振动的角速度； 第二振动检测单元，用于检测并输出所述振动的加速度；计算单元，用于基于所述第一振动检测单元的输出和所述第二振动检测单元的输出，计算校正值；输出校正单元，用于基于所述校正值校正所述第一振动检测单元的输出，所述输出校正单元用于改变基于所述第一振动检测单元的输出的信号的频率特性，以使所述校正值具有表观频率依赖特性；以及驱动单元，用于基于所述第一振动检测单元的输出、所述输出校正单元的输出、或所述第一振动检测单元的输出与所述输出校正单元的输出的组合输出，驱动所述振动校正单元。根据本发明的另一方面，提供一种包括上述图像稳定控制设备的摄像设备。根据本发明的另一方面，提供一种图像稳定控制设备，包括由于移动而产生振动的机构，所述图像稳定控制设备包括振动校正单元，用于校正由于施加到所述图像稳定控制设备的振动而发生的图像抖动；第一振动检测单元，用于检测并输出所述振动的角速度； 第二振动检测单元，用于检测并输出所述振动的加速度；第一信号提取单元，用于提取所述第一振动检测单元的输出中具有预定频带的信号；第二信号提取单元，用于提取所述第二振动检测单元的输出中具有预定频带的信号；计算单元，用于基于由所述第一信号提取单元提取的信号和由所述第二信号提取单元提取的信号，计算校正值；第一滤波器单元，用于改变所述第一振动检测单元的输出的频率特性并进行输出；第二滤波器单元，用于改变所述第一振动检测单元的输出的频率特性并进行输出，所述第二滤波器单元具有与所述第一滤波器单元的特性不同的特性；输出校正单元，用于基于所述校正值校正所述第一振动检测单元的输出；以及驱动单元，用于基于所述第一滤波器单元的输出、所述输出校正单元的输出、或所述第一滤波器单元的输出与所述输出校正单元的输出的组合输出，驱动所述振动校正单元。根据本发明的另一方面，提供一种包括上述图像稳定控制设备的摄像设备。通过以下参考附图对典型实施例的详细说明，本发明的其它特征和方面将显而易见。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图，示出本发明的典型实施例、特征和方面，并且与说明书一起用来解释本发明的原理。图1是示出根据本发明第一典型实施例的单镜头反光照相机的例子的平面图；图2是示出根据本发明第一典型实施例的单镜头反光照相机的例子的侧视图；图3示出包括在根据本发明第一典型实施例的单镜头反光照相机中的图像稳定控制设备的例子；
图4示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性频率特性；图5示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性频率特性；图6示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性频率特性；图7示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性频率特性；图8示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备中的示例性波形；图9示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备中的示例性波形；图10示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性频率特性；图11示出根据本发明第一典型实施例的照相机的示例性振动；图12示出根据本发明第一典型实施例的加速度测量仪的例子；图13示出根据本发明第一典型实施例的加速度测量仪的示例性频率特性；图14示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性频率特性；图15示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性频率特性；图16示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性频率特性；图17示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性频率特性；图18示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性频率特性；图19示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的另一示例性结构；图20示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的转动半径的示例性频率特性；图21示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性频率特性；图22示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性频率特性；图23示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性频率特性；图M示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的另一示例性结构；图25是示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的另一示例性结构的框图；图沈示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的又一示例性结构；图27示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备中的示例性波形；图观示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备中的示例性波形；图四示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备中的示例性波形；图30是示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的示例性操作的时序图；图31示出根据本发明第一典型实施例的照相机的示例性振动；图32是示出根据本发明第一典型实施例的图像稳定控制设备的主要组件的示例性操作的流程图；图33示出根据本发明第一典型实施例驱动振动校正单元的信号处理系统的例子；图34示出根据本发明第一典型实施例驱动振动校正单元的示例性波形；图35示出根据本发明第一典型实施例来自加速度测量仪的输出的示例性波形；图36示出根据本发明第一典型实施例的照相机的示例性振动；图37示出根据本发明第一典型实施例的照相机的示例性振动；
图38示出根据本发明第一典型实施例的输出校正单元的示例性内部结构；图39示出根据本发明第二典型实施例的图像稳定控制设备的示例性结构；图40是示出根据本发明第二典型实施例的图像稳定控制设备的转动半径的移动平均的时序图；图41示出根据本发明第二典型实施例的图像稳定控制设备的另一示例性结构；图42示出根据本发明第二典型实施例的加速度的输出的示例性波形；图43是示出根据本发明第二典型实施例控制加速度测量仪的示例性处理的流程图；图44是示出根据本发明第二典型实施例的图像稳定控制设备的示例性操作的流程图；图45是示出根据本发明第二典型实施例的图像稳定控制设备的操作的例子的时序图；图46示出根据本发明第二典型实施例的照相机的振动的例子；图47示出根据本发明第二典型实施例的照相机的振动的例子。
具体实施例方式下面参考附图详细说明本发明的各种典型实施例、特征和方面。要注意，这些实施例中所述组件的相对配置、数字表达式和数值不是旨在限制本发明的范围。下面说明本发明的第一典型实施例。图1和2是示出根据本典型实施例具有图像稳定控制设备的单镜头反光照相机的例子的平面图和侧视图。参考图1，将具有振动校正单元的可更换拍摄镜头4801安装在照相机机体4804 上。下面详细说明振动校正单元。简要地说，振动校正单元执行对光轴的垂直或水平方向上发生的振动等图像抖动的校正。以下将光轴的垂直或水平方向上发生的振动统一简称为 “角振动”。利用图1和2中的箭头4803p和4803y表示角振动。在本典型实施例中，向表示照相机在照相机机体4804的垂直方向上(在图1和2 中以箭头4806p和IOlpb表示的俯仰(pitch)方向上)可能发生的振动的附图标记添加附图标记“P”。另一方面，向表示照相机在照相机机体4804的水平方向上(在图1和2中以
箭头4806y和IOlyb表示的偏转(yaw)方向上)可能发生的振动的附图标记添加附图标记 “y，，。另外，照相机机体4804包括释放按钮4804a、模式拨盘4804b (包括主开关)、可伸缩闪光单元4804c、照相机中央处理单元(CPU)4804d和图像传感器4805。前透镜4810与校正透镜4806a和其它透镜(没有附图标记)一起构成拍摄光学系统。此外，振动校正单元4806包括校正透镜4806a、线圈和永久磁铁。驱动单元向线圈提供电流。下面详细说明驱动单元。校正透镜4806a可以通过线圈和永久磁铁的作用，在箭头4806p和4806y所表示的方向上自由移动。因此，可以校正在箭头4803p和4803y所表示的方向上发生的图像抖动。角速度测量仪(以下称之为“陀螺仪”)4807p和4807y各自检测发生在围绕箭头 4803p和4803y的部分处的振动。陀螺仪4807p和4807y具有以箭头4807pa和4807ya所表示的检测灵敏度方向。通过镜头CPU 4808计算由陀螺仪4807p和4807y所检测到的角速度的输出。镜头CPU 4808将输入的角速度输出转换成振动校正单元4806(校正透镜4806a) 的驱动目标值。当用户半按下设置在照相机机体4804上的释放按钮4804a时(当用户按下开关Sl以执行测光操作和调焦等拍摄准备操作时)，将驱动目标值输入至驱动单元(驱动器)4809。此外，驱动单元4809驱动振动校正单元4806的线圈。因此，如上所述，通过线圈和永久磁铁的作用，可以在与光轴垂直的平面上用于校正图像抖动的方向上(在图1和 2中的箭头4806p和4806y所表示的方向上)，移动校正透镜4806a。因此，开始箭头4803p 和4803y的方向上的图像抖动的校正。图像稳定控制设备包括振动校正单元4806、陀螺仪4807p和4807y、镜头CPU 4808 以及驱动单元4809。传统图像稳定控制设备使用陀螺仪4807p和4807y来检测手抖动等的振动。然而， 除围绕箭头4803p和4803y发生的角振动以外，还对照相机机体4804施加平移振动(以下简称为“平行振动”)，如箭头IOlpb和IOlyb所示。因此，镜头的主点处的平移运动可能成为图像抖动的原因之一。在一般拍摄条件下，主要发生围绕箭头4803p和4803y所表示的部分而发生的角振动(转动振动)，然而，由于箭头IOlpb和IOlyb所表示的平行振动而仅可能发生低水平的图像劣化。因此，在这种情况下，陀螺仪4807p和4807y可以单独检测振动。另一方面，除陀螺仪4807p和4807y以外，本典型实施例还包括用于检测加速度的加速度测量仪(加速度传感器)(以下称为“ACC”)101p和101y，作为用于检测施加于照相机的平行振动的振动检测单元(图像稳定控制设备)，在图1和2中以箭头IOlpb和IOlyb 表示该平行振动。箭头IOlpa和IOlya分别表示ACC IOlp和IOly的加速度检测中心。将来自陀螺仪4807p和4807y及ACC IOlp和IOly的输出输入至镜头CPU 4808。驱动单元4809根据该输出驱动振动校正单元4806。图3是示出根据本典型实施例的图像稳定控制设备的例子的框图。在图3所示的例子中，仅说明俯仰方向上的示例性结构，但是在照相机的偏转方向上设置类似结构。这两个结构相互基本相同。因此，在下面的说明中，仅说明俯仰方向上的结构。下面参考图3详细说明角振动的校正。将来自陀螺仪4807p的角速度的信号输入至镜头CPU 4808。然后，将角速度信号输入至高通滤波(HPF)积分滤波器301。HPF积分滤波器301滤除直流(DC)分量，并且对角速度信号执行积分，以将角速度信号转换成角信号。 可以通过在镜头CPU 4808内执行算术运算来实现HPF处理和积分。对于HPF处理和积分可以使用差分方程。可选地，如果在将信号输入至镜头CPU 4808之前，利用电容器或电阻器通过模拟电路来实现HPF处理和积分，这也是有用的。在本典型实施例中，振动的频带范围为1 IOHz。因此，HPF积分滤波器301具有用于滤除充分不同于振动频带的0. IHz以下的频率分量的一阶HPF特性。以下将HPF积分滤波器301的该HPF特性简称为“0. IHz转折频率一阶HPF处理”。图4和5是各自示出包括“0. IHz转折频率一阶HPF处理”的HPF特性的伯德图 (Bode diagram)。在图4和5中，在水平轴上示出频率，而在垂直轴上示出增益和相位。箭头404表示振动频带。对于增益，以分贝(db)为单位表示HPF积分滤波器301的输出与陀螺仪4807p的输出的比。在本典型实施例中，在图4所示的“1Hz转折频率一阶HPF处理”中，滤除IHz以下的增益401的频率。然而，增益在振动下限频率IHz下衰减了 6db。此外，在IHz下，如箭头 403所示，相位402超前了 45度。更具体地，不能高精度地检测到IHz的振动。因此，在这种情况下，不能最佳地校正图像抖动。另一方面，在图5所示的“0. IHz转折频率一阶HPF处理”的情况下，增益501在振动下限频率IHz下轻微衰减，而在IHz下，如箭头503所示，相位502超前了小到5度的角。 因此，在这种情况下，对于IHz的振动，可以高精度地校正图像抖动。这同样适用于积分。更具体地，在本典型实施例中，振动频带范围为1 10Hz。因此，HPF积分滤波器301具有用于对充分不同于振动频带的0. IHz以上的频率分量进行一阶积分的积分特性。以下将HPF积分滤波器301的该积分特性简称为“0. IHz转折频率一阶积分处理”。图6和7是各自示出包括“0. IHz转折频率一阶积分处理”的积分特性的伯德图。 在图6和7中，在水平轴上示出频率，而在垂直轴上示出增益和相位。箭头404表示振动频带。对于增益，以分贝(db)为单位表示HPF积分滤波器301的输出与陀螺仪4807p的输出的比。在本典型实施例中，通过执行图6所示的“ IHz转折频率一阶积分处理”，获得增益 601与IHz以上的频率范围内的频率成比例衰减的一阶积分特性。然而，增益在振动下限频率IHz下衰减了 6db。此外，在IHz下，如箭头603所示，相位602超前了 45度。更具体地，不能高精度地检测到IHz的振动。因此，在这种情况下，不能最佳地校正图像抖动。下面更具体地说明在IHz下增益衰减_6db的原因。在0. OlHz或0. IHz等不进行积分的频率下，增益为_16db。如果从IHz下的增益开始积分，则在IHz下，增益的衰减量应为16db。然而，在IHz下，增益实际为-22db。也就是说，在IHz下，增益额外衰减了 6db。另一方面，在图7所示的“0. IHz转折频率一阶积分处理”中，增益701在振动下限频率IHz下少量衰减。如箭头703所示，相位702在IHz下仅超前了 5度。因此，在这种情况下，对于IHz的振动，可以高精度地校正图像抖动。下面参考实际振动、陀螺仪4807p检测到的振动和未校正的振动的波形，详细说明上述振动校正处理。图8示出振动的波形及执行“ IHz转折频率一阶HPF处理”和“ IHz转折频率一阶积分处理”的结果。在图8所示的例子中，在水平轴上示出时间。在图的垂直轴上从上到下分别示出实际振动角度、陀螺仪4807p检测到的振动的角速度、HPF处理后的振动的角速度、通过积分HPF处理后的角速度输出而计算出的积分角度、以及作为实际振动角度和积分角度之间的差的未校正的振动。参考图8，波形801表示作为实际振动的下限频率的IHz下的振动角度。波形802 表示在输入振动时由陀螺仪4807p检测到的角速度。在陀螺仪4807p的实际输出中，叠加包括DC偏压分量和长期漂移分量(long-term drift component)。因此，当通过执行“ IHz 转折频率一阶HPF处理”来衰减上述噪声分量时，获得波形803。波形803的振幅衰减至波形802的振幅的一半，并且波形803的相位超前45度。由于作为振动下限频率的IHz下的波形经过了 “1Hz转折频率一阶HPF处理”，因而发生该现象。当上述波形803经过“ IHz转折频率一阶积分处理”时，获得波形804。由于与上述原因相似的原因，振幅衰减至波形803的振幅的一半，并且相位移位。与实际振动角度波形801相比，振幅已大大衰减，并且相位超前了 90度。更具体地，由于通过一阶HPF使相位超前了 45度，并且通过一阶积分进一步使相位超前了 45度，从而相位总共超前了 90度，因而如上所述，相位超前了 90度。波形805是指通过运算实际振动角度波形801计算出的、作为实际振动和积分角度之间的差的未校正的振动。波形805的振幅与实际振动角度波形801的振幅没有大的不同。因此，几乎不能校正该频率下的图像抖动。图9示出在执行“0. IHz转折频率一阶HPF处理”和“0. IHz转折频率一阶积分处理”时所获得的示例性波形。同样，在图9所示的例子中，在水平轴上示出时间。在图的垂直轴上从上到下分别示出实际振动角度、陀螺仪4807p检测到的振动的角速度、HPF处理后的振动的角速度、通过积分HPF处理后的角速度输出而计算出的积分角度、以及作为实际振动角度和积分角度之间的差的未校正的振动。参考图9，波形901表示作为实际振动的下限频率的IHz下的振动角度。波形902 表示当输入振动时由陀螺仪4807p检测到的角速度。在陀螺仪4807p的实际输出中，叠加包括DC偏压分量和长期漂移分量。因此，当通过执行“0. IHz转折频率一阶HPF处理”来衰减上述噪声分量时，获得波形903。波形903的振幅与波形902的振幅没有大的不同。相位从波形902的相位仅超前了 5度。这是因为，如上所述，通过执行频率充分低于振动下限频率IHz的“0. IHz转折频率一阶HPF处理”已经处理了角速度信号。当上述波形903经过“0. IHz转折频率一阶积分处理”时，获得波形904。由于与上述原因相似的原因，波形904的振幅仅少量衰减。此外，与实际振动角度波形901相比， 波形904的相位仅超前了 10度。由于通过执行一阶HPF处理相位超前5度，并且在执行积分时相位进一步超前5度，因而相位总共超前了 10度。波形905是指通过运算实际振动角度波形901计算出的、作为实际振动和积分角度之间的差的未校正的振动。波形905的振幅约衰减成实际振动角度波形901的振幅的四分之一。因此，通过在充分低于振动下限频率的频率范围内执行HPF处理和积分，可以有效地校正图像抖动。返回图3，将来自HPF积分滤波器301的输出(角度信号θ )输入至灵敏度调整单元303。灵敏度调整单元303根据从调焦编码器或变焦编码器输入至镜头CPU 4808的变焦和调焦信息302、以及可以根据变焦和调焦信息302计算出的摄像倍率，放大来自HPF积分滤波器301的输出。此外，灵敏度调整单元303将放大后的来自HPF积分滤波器301的输出设置为角振动校正目标值。如上所述使用放大后的来自HPF积分滤波器301的输出作为角振动校正目标值， 以相对振动校正单元4806的振动校正冲程(stroke)来校正在照相机的图像面上变化的振动校正灵敏度，其中，振动校正单元4806的振动校正冲程由于镜头的调焦状态或变焦状态等光学状态的变化而改变。镜头CPU 4808将计算出的角振动校正目标值输出至驱动单元4809，以驱动振动校正单元4806。从而校正图像抖动。本典型实施例以上述方式校正角振动。在本典型实施例中，通过使用将平行振动校正目标值(下面说明)与角振动校正目标值相加所计算出的值，来驱动振动校正单元4806。图10示出整个振动校正处理的频率特性的例子。在图10所示的例子中，在水平轴上示出时间。在垂直轴上示出增益1001和其相位1002，其中，增益1001以db为单位表示振动校正单元4806的校正动作与振动角度的比。在图6和7所示的例子中，将振动角速度与其积分值进行比较，并且描述积分值的频率特性。因此，在图6和7所示的例子中，增益601或701与频率成比例衰减，并且在振动频带404内，相位602或702延迟90度。另一方面，在图10所示的例子中，将振动角度与角振动校正目标值进行比较，并且描述角振动校正目标值(通过运算由陀螺仪4807p检测到的振动而获得的振动角度)的频率特性。在图10所示的例子中，描述角度的比较结果。因此，在振动频带中，增益变得大体恒定，并且相位大体为“0”。在图10所示的例子中，由于上述“0. IHz转折频率一阶HPF处理”和“0. IHz转折频率一阶积分处理”而导致增益在波形1001的低频区域(低于0. IHz的频率范围)中衰减。如上所述，在图10所示的例子中，比较对象不同于图6和7中的比较对象(例如， 在图6和7所示的例子中，相互比较振动角速度和其积分值，而在图10的例子中，相互比较角度)。因此，图10所示的积分处理的波形变得与HPF处理的波形相似，其中通过HPF处理，0. IHz以下的频率衰减。在图10所示的例子中，由于振动校正单元4806的机械响应特性而导致波形1001 的高频区域(100Hz以上的频带)衰减。如上所述，通过执行HPF处理、积分处理和机械响应，设置振动校正带。因此，校正以箭头404表示的振动带中的图像抖动。如上所述，当机械响应特性高时(即如果振动校正单元对IOHz以上的频带没有响应)，以及当积分处理中的转折频率接近振动频带时，不能高精度地校正图像抖动。在这点上，在本典型实施例中，根据振动带以高精度执行并设置HPF处理、积分运算和机械响应特性。返回图3，下面详细说明用于校正平行振动的结构。将陀螺仪4807p的输出输入至镜头CPU 4808。此外，然后将该输出输入至HPF积分滤波器310。然后，HPF积分滤波器310滤除该输出中的DC分量。此外，HPF积分滤波器 310对该输出执行积分，以将角速度输出ω转换成角度输出θ。由于下面详细说明的原因，HPF积分滤波器310的积分转折频率不同于HPF积分滤波器301的积分转折频率。将HPF积分滤波器310的输出输入至增益调整滤波器(以下称为“增益调整单元”)311。下面详细说明增益调整单元311的操作和作用。通过下面要详细说明的输出校正单元309来校正增益调整单元311的输出。此外，使用增益调整单元311的输出作为平行振动校正目标值，并且将该输出与上述角振动校正目标值相加。此外，与上述处理同时地将陀螺仪4807p的输出输入至HPF相位调整滤波器(以下简称为“HPF相位调整单元”)304。HPF相位调整单元304滤除与陀螺仪4807p的输出重叠的DC分量。另外，HPF相位调整单元304调整该信号的相位。下面详细说明HPF转折频率和相位调整。通过陀螺仪带通滤波器(BPF)单元(带通单元)306对HPF相位调整单元304的输出进行滤除以提取预定带中的频率分量。将ACC IOlp的输出输入至HPF积分滤波器305。HPF积分滤波器305滤除叠加在 ACC IOlp上的DC分量。此外，HPF积分滤波器305对ACC IOlp的输出执行一阶积分，以将该输出转换成速度V。下面详细说明HPF转折频率和积分转折频率。将HPF积分滤波器305的输出输入至ACC BPF单元(带通滤波器)307。ACC BPF 单元307仅提取预定带的频率分量。比较单元308比较陀螺仪BPF单元306和ACC BPF单元307的输出，以计算用于校正增益调整单元311的输出的校正值。还将变焦和调焦信息302输入至输出校正单元309。输出校正单元309基于变焦和调焦信息302计算摄像倍率。此外，输出校正单元309通过使用计算出的摄像倍率和上述校正值，校正增益调整单元311的输出。另外，输出校正单元309将校正后的输出设置为平行振动校正目标值。将计算出的平行振动校正目标值与上述角振动校正目标值相加。然后，将与平行振动校正目标值相加后的角振动校正目标值输出至驱动单元4809。以上述方式，通过驱动单元4809驱动振动校正单元4806，并且校正这两种图像抖动，即角振动和平行振动。对于上述结构，下面首先说明从比较单元308输出的校正值。图11示出施加至照相机的角振动4803p和平行振动lOlpb。参考图11，拍摄镜头 4801的摄像光学系统的主点处的平行振动(Y) IOlpb和角振动(θ)4803ρ以及围绕转动中心(0)1102ρ的转动半径(L) IlOlp可满足下面的表达式(1)和(2)Y = Le (1)V = Lco (2)其中，转动半径L IlOlp表示转动中心1102ρ和ACC IOlp之间的距离。在本典型实施例中，表达式(1)是当通过二阶积分ACC IOlp的输出来计算位移Y 并且一阶积分陀螺仪4807ρ的输出以计算角度θ时用于计算转动半径L的表达式。表达式(2)是当通过一阶积分ACC IOlp的输出来计算速度V并且当基于陀螺仪4807ρ的输出来计算出角速度ω时用于计算转动半径L的表达式。可以使用这两个表达式(1)和(2) 来计算转动半径L。可以通过下面的表达式C3)计算图像面上可能发生的振动δ δ = (1+β) θ+βΥ (3)其中，“Y”表示摄像光学系统的主点处的平行振动，“ θ ”表示摄像光学系统的振动角度，“f”表示摄像光学系统的焦距，“ β ”表示摄像倍率。可以基于与摄像光学系统的变焦和调焦有关的信息、摄像倍率β和焦距信息f， 来计算表达式C3)右边的第一项的“f”和“β ”。可以基于陀螺仪4807ρ的积分结果来计算振动角度Θ。因此，参考图3通过使用以上所述的信息，可以校正角振动。可以基于ACC IOlp的二阶积分值Y和可基于变焦和调焦信息302计算出的摄像倍率β，来计算表达式C3)右边的第二项。因此，参考图3通过使用以上所述的信息，可以校正平行振动。然而，在本典型实施例中，对于振动δ执行图像抖动的校正，其中，可以通过下面的表达式⑷获得振动S，表达式⑷是表达式⑶的变形δ = (1+β) ·θ+βΙ^Θ (4)更具体地，关于平行振动，本典型实施例不使用可基于ACClOlp的检测结果直接计算出的位移Y。在本典型实施例中，基于可根据表达式(1)或(2)计算出的转动半径L，并且还基于陀螺仪4807p的输出的积分结果、与变焦和调焦有关的信息、以及可基于变焦和调焦信息计算出的摄像倍率β，来校正图像抖动。关于表达式G)，右边的第一项是角振动校正目标值，右边的第二项是平行振动校正目标值。在本典型实施例中，ACC IOlp被设置在摄像光学系统的镜头的主点处。转动半径 L IlOlp等于转动中心1102ρ和摄像光学系统的镜头的主点之间的距离。可以通过二阶积分ACC IOlp的输出来计算上述值Y。因此，可以根据表达式(3) 校正平行振动。然而，由于以下原因，本典型实施例使用表达式(4)来校正平行振动。图12是示出根据本典型实施例的ACC IOlp的信号检测系统的例子的框图。更具体地，图12示出围绕转动中心1102ρ(图11)的振动角度θ和当输入振动角度θ时可能发生的镜头主点处的平行振动的位移Y IOlpb之间的关系。当将振动角度θ的振动输入至ACC IOlp时，ACC IOlp检测由于该振动所引起的照相机倾斜而施加的重力分量的变化。在振动角度θ不大的范围内，根据所施加的重力的变化而输出的重力加速度α 1(电路单元1201的输出)与振动角度θ成比例。可以通过将振动角度θ乘以转动半径L IlOlp (图11)获得平行振动位移Y’ (电路单元1202的输出)。ACC IOlp输出可以通过利用电路单元1203 二阶微分平行振动位移 Y’所获得的平行振动加速度α 2。此外，ACC IOlp的输出可以包括叠加在该输出上的噪声。在实际情况下，该噪声包括不管频率如何都恒定的噪声和根据频率而改变的噪声。在本典型实施例中，假定噪声不依赖于频率，并且与振动角度θ成比例地改变。在本典型实施例中，噪声处理电路单元1204输出噪声加速度α 3。从ACC IOlp输出加速度α 、α 2和α 3的和。利用电路单元1205 二阶积分ACC IOlp的输出。因此，可以获得平行振动位移Y。可以通过下面的表达式( 表示图12所示的信号检测系统
权利要求
1.一种图像稳定控制设备，包括 振动校正单元，用于校正图像抖动；第一振动检测单元，用于检测振动的角速度； 第二振动检测单元，用于检测所述振动的加速度；计算单元，用于基于所述第一振动检测单元的输出和所述第二振动检测单元的输出， 计算校正值；频率特性改变单元，用于改变所述第一振动检测单元的输出的频率特性以使得所述校正值具有表观频率依赖特性；输出校正单元，用于将所述第一振动检测单元的改变后的输出乘以所述校正值；以及驱动单元，用于基于所述第一振动检测单元的输出与所述输出校正单元的输出的组合输出，驱动所述振动校正单元。
2.根据权利要求1所述的图像稳定控制设备，其特征在于，所述第一振动检测单元包括角速度测量仪，以及其中，所述第二振动检测单元包括加速度测量仪。
3.根据权利要求1所述的图像稳定控制设备，其特征在于，还包括第一带限制滤波器单元，用于对基于所述第一振动检测单元的输出的信号施加带限制；第二带限制滤波器单元，用于对基于所述第二振动检测单元的输出的信号施加带限制，其中，所述第一带限制滤波器单元和所述第二带限制滤波器单元均包括积分单元和高通滤波器单元，以及其中，改变所述积分单元或所述高通滤波器单元的特性，以抵消由于通过所述第一带限制滤波器单元和所述第二带限制滤波器单元的频带变化而发生的相位的相互偏离。
4.一种摄像设备，包括根据权利要求1-3中任一项所述的图像稳定控制设备。
5.一种图像稳定控制设备，包括 振动校正单元，用于校正图像抖动；第一振动检测单元，用于检测振动的角速度； 第二振动检测单元，用于检测所述振动的加速度；第一信号提取单元，用于提取所述第一振动检测单元的输出中具有预定频带的信号； 第二信号提取单元，用于提取所述第二振动检测单元的输出中具有预定频带的信号； 计算单元，用于基于由所述第一信号提取单元提取的信号和由所述第二信号提取单元提取的信号，计算校正值；第一滤波器单元，用于改变所述第一振动检测单元的输出的频率特性； 第二滤波器单元，用于改变所述第一振动检测单元的输出的频率特性，所述第二滤波器单元具有与所述第一滤波器单元的特性不同的特性；输出校正单元，用于将所述第二滤波器单元的输出乘以所述计算出的校正值；以及驱动单元，用于基于所述第一滤波器单元的输出与所述输出校正单元的输出的组合输出，驱动所述振动校正单元。
6.根据权利要求5所述的图像稳定控制设备，其特征在于，所述第一振动检测单元包括角速度测量仪，以及其中，所述第二振动检测单元包括加速度测量仪。
7.根据权利要求5所述的图像稳定控制设备，其特征在于，所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元均包括积分单元和高通滤波器单元，以及其中，改变所述积分单元或所述高通滤波器单元的特性，以抵消由于通过所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元的频带变化而发生的相位的相互偏离。
8.一种摄像设备，包括根据权利要求5-7中任一项所述的图像稳定控制设备。
全文摘要
一种图像稳定控制设备和摄像设备，该图像稳定控制设备包括振动校正单元，用于校正由于振动而发生的图像抖动；第一检测单元，用于检测振动的角速度；第二检测单元，用于检测振动的加速度；计算单元，用于基于第一检测单元的输出和第二检测单元的输出，计算校正值；输出校正单元，用于基于校正值校正第一检测单元的输出，并且改变基于第一检测单元的输出的信号的频率特性，以使校正值具有表观频率依赖特性；以及驱动单元，用于基于第一检测单元的输出、输出校正单元的输出或它们的组合输出，驱动振动校正单元。
文档编号G03B17/00GK102176106SQ20111013618
公开日2011年9月7日 申请日期2009年7月15日 优先权日2008年7月15日
发明者斋藤润一, 能登悟郎, 鹫巢晃一 申请人:佳能株式会社