CN102629975A - 动态影像拍摄用摄像机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在施加有高频率的振动的情况下、也能有效抑制图像抖动的具有图像抖动防止功能的动态影像拍摄用摄像机。动态影像拍摄用摄像机具有图像抖动防止功能，其特征在于，包括：拍摄单元；支承框架，其具有用于支承拍摄单元的隔振支承机构，拍摄单元包括拍摄用光学系统、拍摄元件和使图像稳定化的防抖机构，在将频率f时的由防抖机构产生的振动衰减率(单位为dB)设为Sa(f)、将频率f时的由隔振支承机构产生的振动衰减率(单位为dB)设为Sp(f)、将规定的目标衰减率(单位为dB)设为S0、将利用拍摄单元拍摄的动态影像的帧率频率设为2f0时，在f0以上的频率中，Sa(f)+Sp(f)＜S0成立。
Description
技术领域
本发明涉及一种动态影像拍摄用摄像机，特别是涉及一种具有图像抖动防止功能的动态影像拍摄用摄像机。
背景技术
近年来，具有图像抖动防止功能的静止图像拍摄用照相机、动态影像拍摄用照相机得到普及。这些照相机通过与照相机的抖动相对应地驱动拍摄用镜头中的一部分或拍摄元件来抑制在拍摄元件上对焦的图像的抖动。即，使用者拿着照相机时的手抖利用照相机内部所具有的防抖机构来校正。
另一方面，在始终拍摄动态影像的监控摄像机中，由于通常固定在建筑物、机械结构物等结构物上来进行使用，因此不会发生手抖，通常不具有图像抖动防止功能。但是，了解到在被固定来使用的监控摄像机中也会发生图像抖动，监控摄像机也正逐渐具有防抖机构(专利文献1)。
专利文献1：日本特开2010-283520号
但是，在固定在结构物上来进行使用的摄像机中，振动的频率高，存在不能利用摄像机所具有的防抖机构充分地校正振动的问题。即，使用者拿着照相机的情况下的手抖大部分是低频率成分，几乎不存在一定程度以上的频率的抖动。因此，可由能够检测照相机的抖动并根据该检测结果，利用驱动器驱动防抖镜头或拍摄元件的防抖机构来充分地校正手抖。
对此，在固定在结构物上来进行使用的摄像机中，与使用者拿着照相机的情况相比，作用于摄像机的振动的频率达到非常高的频率，因此存在利用驱动器进行驱动的防抖机构无法响应、不能充分地校正振动这样的问题。例如在建筑物建在铁路附近的那样的情况下，上述这种高频率的振动成分特别多，难以充分地校正振动。
此外，在高频率的冲击性的振动施加于摄像机的情况下，摄像机所具有的防抖机构发挥作用，以校正该振动。但是，在施加有防抖机构不能响应的高频率的振动的情况下，防抖机构在接受了冲击性的振动后，伴随着时滞使驱动器工作。因此，在施加于摄像机的振动结束后，防抖机构驱动防抖镜头或拍摄元件，在这样的情况下，反而因摄像机具有防抖机构而存在图像的抖动增加这样的问题。
发明内容
因而，本发明的目的在于提供一种在施加有高频率的振动的情况下、也能有效抑制图像抖动的具有图像抖动防止功能的动态影像拍摄用摄像机。
为了解决上述问题，本发明的动态影像拍摄用摄像机具有图像抖动防止功能，其特征在于，包括：拍摄单元，其用于拍摄动态影像；支承框架，其具有用于支承该拍摄单元的隔振支承机构，拍摄单元包括：拍摄用光学系统；拍摄元件，其用于接受利用该拍摄用光学系统对焦了的光；防抖机构，其用于使形成在拍摄元件上的图像稳定化，在将频率f时的由防抖机构产生的振动衰减率(单位为dB)设为Sa(f)、将频率f时的由隔振支承机构产生的振动衰减率(单位为dB)设为Sp(f)、将规定的目标衰减率(单位为dB)设为S0、将由拍摄单元拍摄的动态影像的帧率频率设为2f0时，在f0以上的频率中，Sa(f)+Sp(f)＜S0成立。
在这样构成的本发明中，用于拍摄动态影像的拍摄单元借助隔振支承机构而利用支承框架支承。拍摄单元具有防抖机构，使利用拍摄用光学系统对焦于拍摄元件上的图像稳定化。对于防抖机构和隔振支承机构而言，在将频率f时的由防抖机构产生的振动衰减率(单位为dB)设为Sa(f)、将频率f时的由隔振支承机构产生的振动衰减率(单位为dB)设为Sp(f)、将规定的目标衰减率(单位为dB)设为S0、将由拍摄单元拍摄的动态影像的帧率频率设为2f0时，在f0以上的频率中，Sa(f)+Sp(f)＜S0成立。
根据这样构成的本发明，在对动态影像拍摄用摄像机施加有高频率的振动的情况下，也能利用隔振支承机构和防抖机构的协同作用有效地抑制图像抖动。
在本发明中，优选对于防抖机构和隔振支承机构而言，在比规定的交叉频率fc高的频率，由隔振支承机构产生的振动衰减量比由防抖机构产生的振动衰减量大，在比交叉频率fc低的频率，由防抖机构产生的振动衰减量比由隔振支承机构产生的振动衰减量大。
根据这样构成的本发明，主要利用隔振支承机构来衰减比交叉频率fc高的频率的振动，因此作用于拍摄单元所具有的防抖机构的高频率的振动得到抑制，能够避免因高频振动施加于防抖机构而使图像的抖动反而增大这样的弊端。另外，主要利用防抖机构来衰减比交叉频率fc低的频率的振动，因此通过使由隔振支承机构产生的振动衰减效果发挥至低频率，能够防止对拍摄单元的支承变得不稳定。
在本发明中，优选规定的交叉频率fc为20Hz～40Hz。
根据这样构成的本发明，由于将交叉频率fc设定为20Hz～40Hz，因此能够容易地设计防抖机构和隔振支承机构。
在本发明中，优选对于防抖机构和隔振支承机构而言，在频率为10Hz的情况下，由防抖机构产生的振动衰减量比由隔振支承机构产生的振动衰减量大6dB以上。
根据这样构成的本发明，能够充分小地设定低频率时的由隔振支承机构产生的振动衰减量，因此能够对由隔振支承机构支承而发生的拍摄单元的不稳进行充分的抑制。
在本发明中，优选隔振支承机构包括：臂部，其以能转动的方式安装在支承框架上；弹簧及减振器(damper)，其用于将粘弹性力作用于该臂部的转动；夹持构件，其能沿拍摄用光学系统的光轴方向滑动地安装于臂部，用于连结臂部与拍摄单元，隔振支承机构通过使夹持构件滑动而调整振动衰减率。
根据这样构成的本发明，在能更换拍摄单元的全部或一部分地构成的动态影像拍摄用摄像机中，能够根据所安装的拍摄单元来简单地调整隔振支承机构的特性，由此能够适当地设定图像抖动防止效果。
在本发明中，优选隔振支承机构配置在包括拍摄用光学系统的光轴在内的平面的两侧。
根据这样构成的本发明，能够利用隔振支承机构平衡良好地支承拍摄单元，因此在对动态影像拍摄用摄像机施加有光轴方向的振动的情况下，能够防止与光轴正交的方向的振动被激励的情况。
在本发明中，优选还具有隔振支承机构调整用的指示部，该指示部用于对拍摄单元的相对于支承框架的位移量进行指示。
根据这样构成的本发明，通过参照隔振支承机构调整用的指示部，能够容易地将隔振支承机构调整为适当的特性。
在本发明中，优选支承框架是覆盖拍摄单元的至少一部分的壳体。
根据这样构成的本发明，由于支承框架覆盖拍摄单元，因此能够保护拍摄单元。
另外，本发明的动态影像拍摄用摄像机具有图像抖动防止功能，其特征在于，包括：拍摄单元，其用于拍摄动态影像；支承框架，其具有用于支承该拍摄单元的隔振支承机构，拍摄单元包括：拍摄用光学系统；拍摄元件，其用于接受利用该拍摄用光学系统对焦了的光；防抖机构，其用于使形成在拍摄元件上的图像稳定化，隔振支承机构是连结拍摄单元与支承框架的块状的粘弹性构件或圆筒状的粘弹性构件。
在这样构成的本发明中，用于拍摄动态影像的拍摄单元借助隔振支承机构而利用支承框架支承。拍摄单元具有防抖机构，使利用拍摄用光学系统对焦在拍摄元件上的图像稳定化。另外，隔振支承机构是连结拍摄单元与支承框架的块状的粘弹性构件或圆筒状的粘弹性构件。
根据这样构成的本发明，能够利用粘弹性构件以简单的构造构成隔振支承机构，并且在对动态影像拍摄用摄像机施加有频率高的振动的情况下，也能利用隔振支承机构与防抖机构的协同作用有效地抑制图像抖动。
在本发明中，优选块状的粘弹性构件或圆筒状的粘弹性构件以在拍摄单元相对于支承框架沿与拍摄用光学系统的光轴正交的方向位移时产生剪切变形的方式连结拍摄单元和支承框架。
根据这样构成的本发明，通过使粘弹性构件产生剪切变形，能够有效地吸收振动能量，有效地将传递到拍摄单元的振动衰减。
在本发明中，优选隔振支承机构配置在相对于通过拍摄单元的重心且与拍摄用光学系统的光轴平行的轴线呈旋转对称的位置。
根据这样构成的本发明，隔振支承机构配置在相对于与拍摄用光学系统的光轴平行的轴线呈旋转对称的位置，因此能够平衡良好地支承拍摄单元，能够抑制使拍摄单元以光轴为中心旋转的振动因施加有与光轴正交的方向的振动而被激励的情况。
在本发明中，优选隔振支承机构配置在通过拍摄单元的重心且与拍摄用光学系统的光轴正交的平面的两侧，在平面内的外力施加于拍摄单元时，拍摄用光学系统的光轴大致平行移动。
根据这样构成的本发明，能够平衡良好地支承拍摄单元，能够抑制使拍摄单元的光轴倾斜的振动因施加有与光轴正交的方向的振动而被激励的情况。
在本发明中，优选该动态影像拍摄用摄像机是将支承框架固定在结构物上来进行使用的监控用摄像机。
根据这样构成的本发明，在固定有支承框架的结构物以高频率发生了振动的情况下，也能有效地抑制图像的抖动，能够拍摄清晰的监控图像。
在本发明中，优选拍摄元件能够拍摄红外光的图像。
根据这样构成的本发明，即使在较暗的地方，也能拍摄图像。
采用本发明的动态影像拍摄用摄像机，在施加有高频率的振动的情况下，也能有效地抑制图像抖动。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的监控用摄像机的立体图。
图2是将拍摄单元的支承机构模型化的图。
图3是表示由作为隔振支承机构的粘弹性构件产生的振动衰减率的一例的曲线图。
图4是示意性地表示摄像机外壳的振动位移和拍摄单元的振动位移的图。
图5是示意性地表示拍摄单元的结构的立体图。
图6是表示由作为防抖机构的防抖驱动器产生的振动衰减率的一例的曲线图。
图7是表示本发明的第1实施方式的监控用摄像机的综合性的振动衰减率的曲线图。
图8是表示粘弹性构件的变形例的立体图。
图9是示意性地表示本发明的第2实施方式的监控用摄像机的隔振支承机构的剖视图。
图10的(a)是图9所示的夹持构件的放大图，(b)是从光轴方向观察夹持构件的图。
图11是表示本发明的第2实施方式的监控用摄像机的隔振支承机构的变形例的图。
具体实施方式
接下来，参照附图说明本发明的优选实施方式。
首先，参照图1～图7说明本发明的第1实施方式的监控用摄像机。图1是本实施方式的监控用摄像机1的立体图。图2是将拍摄单元的支承机构模型化的图。
如图1所示，作为动态影像拍摄用摄像机的监控用摄像机1包括作为支承框架的摄像机外壳12和支承在该摄像机外壳12的内部的拍摄单元16。
摄像机外壳12是前方敞口的长方体形状的壳体，在内部收容有拍摄单元16。
如图1所示，拍摄单元16利用构成隔振支承机构的粘弹性构件18隔振支承于摄像机外壳12的内部。粘弹性构件18是由粘弹性材料构成的块状的构件，用于连结拍摄单元16的摄像机侧安装部16a和摄像机外壳12的壳体侧安装部12a。通过利用粘弹性构件18支承拍摄单元16，防止规定频率的振动作用于拍摄单元16。
另外，如图1所示，在本实施方式中，粘弹性构件18在拍摄单元16的前端部的两侧安装有两个，在后端部的两侧安装有两个。因而，在本实施方式中，粘弹性构件18配置在包括拍摄单元16的光轴A在内的平面的两侧。另外，粘弹性构件18配置在距光轴A等距离的位置。因而，粘弹性构件18配置在相对于与光轴A平行的轴线呈旋转对称的位置。
此外，如图2所示，在本实施方式中粘弹性构件18以如下方式构成配置，即，施加有通过拍摄单元16的重心G且与拍摄单元16的光轴A正交的方向上的推力F时，光轴A平行移动。即，各粘弹性构件18构成为使分别产生的弹性力作用于拍摄单元16的、绕拍摄单元16的重心G的力的力矩取得平衡，在图2所示的例子中，通过施加推力F，位于轴线A 1上的光轴A平行移动到轴线A2。
另外，如图2所示，各粘弹性构件18以在拍摄单元16沿与光轴A正交的方向振动时产生剪切变形的方式连结拍摄单元16与摄像机外壳12。
此外，在拍摄单元16上以位于通过拍摄单元16的重心G且与拍摄单元16的光轴A正交的平面P内的方式设有重心标识16c。因而，通过对重心标识16c施加与光轴A正交的方向的推力F，推力F的作用线通过重心G。以光轴A在该推力F的作用下平行移动的方式构成配置各粘弹性构件18，从而在摄像机外壳12沿与光轴A正交的方向平移振动时，不会在拍摄单元16上激励旋转振动。
另外，如图2所示，在拍摄单元16的摄像机侧安装部16a上安装有摄像机侧指示部16b，在摄像机外壳12的壳体侧安装部12a上安装有壳体侧指示部12b。各摄像机侧指示部16b和壳体侧指示部12b以在未施加有推力F时彼此对齐的方式安装，通过施加推力F，各摄像机侧指示部16b发生位移，偏离于壳体侧指示部12b。通过测量各摄像机侧指示部16b的因推力F产生的位移，能够确认拍摄单元16的光轴A是否进行了平行移动。
接下来，参照图3说明由粘弹性构件18产生的振动衰减效果。图3是表示由作为隔振支承机构的粘弹性构件产生的振动衰减率的一例的曲线图。
图3用实线表示通过用粘弹性构件18支承拍摄单元16而产生的振动衰减率(单位为dB)，用虚线表示拍摄单元16的振动的相位滞后。如图3所示，通过用粘弹性构件18支承拍摄单元16，拍摄单元16的振动得到衰减，1Hz时(振动为1Hz时，下同)的振动衰减率(单位为dB)大约为0dB，10Hz时的振动衰减率大约为-4dB，30Hz时的振动衰减率大约为-12dB，60Hz时的振动衰减率大约为-20dB，频率越高，衰减量越大。
接下来，参照图4说明本说明书中的振动衰减率的定义。图4是示意性地表示摄像机外壳12的振动位移和拍摄单元16的振动位移的图。
如图4所示，当使摄像机外壳12沿与光轴A正交的方向呈正弦波状振动时，利用粘弹性构件18支承在摄像机外壳12的内部的拍摄单元16也发生振动。此时，拍摄单元16沿与光轴A正交的方向大致呈正弦波状振动，虽然未必一定与摄像机外壳12的振动的相位一致，但以与摄像机外壳12相同的频率振动。这里，在将对摄像机外壳12施加振动的频率设为fHz、将位移振幅设为Ain(f)、将拍摄单元16振动产生的位移振幅设为Aout(f)时，将由粘弹性构件18产生的振动衰减率(单位为dB)的Sp(f)计算为
Sp(f)＝20log10(Aout(f)/Ain(f)) (1)。
接下来，参照图5说明拍摄单元16的结构。图5是示意性地表示拍摄单元16的结构的立体图。
如图5所示，在拍摄单元16中内置有：拍摄元件20；拍摄用光学系统22，其用于使图像对焦在该拍摄元件20上；防抖驱动器24，其用于驱动该拍摄用光学系统22中的图像抖动防止用透镜22a，使对焦的图像稳定化。此外，在拍摄单元16中内置有用于检测拍摄单元16的旋转角速度的、作为摄像机振动检测部件的摄像机陀螺仪(gyro)传感器26。此外，在拍摄单元16中内置有控制部30，该控制部30用于根据摄像机陀螺仪传感器26的检测信号来控制防抖驱动器24。因而，防抖驱动器24作为防抖机构发挥功能。
拍摄元件20将对焦在拍摄元件20上的图像转换成电信号。另外，在本实施方式中，拍摄元件20能够拍摄红外光的图像。
拍摄用光学系统22使入射到拍摄单元16中的光对焦在拍摄元件20上。拍摄用光学系统22中的一部分的透镜设为图像抖动防止用透镜22a，通过利用防抖驱动器24使该图像抖动防止用透镜22a移动，在拍摄单元16发生了振动的情况下，也能对形成在拍摄元件20上的图像的抖动进行抑制。
防抖驱动器24使图像抖动防止用透镜22a在与光轴A正交的平面内移动。防抖驱动器24包括：两个线性电动机(未图示)，其用于在与光轴A正交的平面内驱动图像抖动防止用透镜22a；两个位置传感器(未图示)，其用于检测图像抖动防止用透镜22a移动了的位置。两个线性电动机(未图示)分别以在与光轴A正交的平面内沿彼此正交的X方向和Y方向驱动图像抖动防止用透镜22a的方式配置。由此，能够使图像抖动防止用透镜22a在与光轴A正交的平面内平移移动到任意位置。位置传感器(未图示)以检测图像抖动防止用透镜22a的X方向和Y方向的移动的方式配置。
另外，防抖驱动器也可以具有3个以上的线性电动机，而且也能够以除了X方向和Y方向的移动以外还能使图像抖动防止用透镜旋转的方式构成防抖驱动器。
摄像机陀螺仪传感器26安装在拍摄单元16中，用于检测拍摄单元16的旋转角速度。另外，摄像机陀螺仪传感器26内置有：X传感器部(未图示)，其用于对将与光轴A正交的平面内的X轴作为中心的旋转角速度进行检测；Y传感器部(未图示)，其用于对以Y轴为中心的旋转角速度进行检测，从而摄像机陀螺仪传感器26能够检测各方向的旋转角速度。利用摄像机陀螺仪传感器26检测到的角速度信号输入到控制部30中。
控制部30根据摄像机陀螺仪传感器26的检测信号控制防抖驱动器24，从而对形成在拍摄元件20上的图像的抖动进行抑制。控制部30根据自摄像机陀螺仪传感器26输入的信号计算应使图像抖动防止用透镜22a移动的位置。此外，控制部30向线性电动机(未图示)输出信号，使图像抖动防止用透镜22a向计算得到的位置移动。移动后的图像抖动防止用透镜22a的位置由位置传感器(未图示)检测并反馈到控制部30中。另外，控制部30可以利用各种运算电路、滤波器等的模拟电路构成。或者，也可以由将各检测信号转换为数字式数据的A/D变换器、进行各种运算的微型处理器、将数字式数据转换成模拟信号而输出的D/A变换器等构成控制部30。
接下来，参照图6说明由防抖驱动器24产生的振动衰减效果。图6是表示由作为防抖机构的防抖驱动器产生的振动衰减率的一例的曲线图。
图6是通过用防抖驱动器24驱动图像抖动防止用透镜22a而用实线表示形成在拍摄元件20上的图像的振动衰减率(单位为dB)、用虚线表示形成在拍摄元件20上的图像的抖动的相位滞后的曲线图。如图6所示，通过驱动图像抖动防止用透镜22a，形成在拍摄元件20上的图像的抖动得到衰减，1Hz时的振动衰减率(单位为dB)大约-28dB，10Hz时的振动衰减率大约为-21dB，30Hz时的振动衰减率大约为-13dB，60Hz时的振动衰减率大约为-6dB，频率越低，衰减量越大。
接下来，对形成在拍摄元件20上的图像的振动衰减率进行说明。
首先，当使拍摄单元16沿与光轴A正交的方向呈正弦波状振动时，形成在拍摄元件20上的图像也抖动。对此，利用防抖驱动器24驱动图像抖动防止用透镜22a，虽然能够对形成在拍摄元件20上的图像的抖动进行抑制，但在图像上残留有与拍摄单元16的振动同一频率的大致正弦波状的抖动。另外，如图6所示，图像抖动的相位与拍摄单元16的振动的相位未必一定一致。这里，在将拍摄单元16的振动的频率设为fHz、将对于拍摄单元16的振动未驱动图像抖动防止用透镜22a(图像抖动防止用透镜22a是固定的)的情况下的、形成在拍摄元件20上的图像的抖动的位移振幅设为Ain(f)、将在驱动了图像抖动防止用透镜22a的情况下图像抖动的位移振幅设为Aout(f)时，将由防抖驱动器24产生的振动衰减率(单位为dB)的Sa(f)计算为
Sa(f)＝20log10(Aout(f)/Ain(f)) (2)。
接下来，参照图7，对摄像机外壳12发生了振动的情况下的形成在拍摄元件20上的图像的抖动的衰减效果进行说明。图7是表示监控用摄像机1的综合性的振动衰减率的曲线图。
在图7中，用虚线表示由粘弹性构件18产生的振动衰减率Sp(f)，用点划线表示由防抖驱动器24产生的振动衰减率Sa(f)，用实线表示上述振动衰减率的合成S(f)。
如图7所示，施加于监控用摄像机1的摄像机外壳12的振动在粘弹性构件18的作用下如振动衰减率Sp(f)所示那样得到衰减，残留的振动传递到拍摄单元16。由传递到拍摄单元16的振动引发的、形成在拍摄元件20上的图像的抖动在防抖驱动器24的作用下如振动衰减率Sa(f)所示那样得到衰减。因而，由施加于摄像机外壳12的振动引发的、形成在拍摄元件20上的图像的抖动是S(f)，该S(f)是由粘弹性构件18产生的振动衰减率Sp(f)和由防抖驱动器24产生的振动衰减率Sa(f)之和。
在本实施方式中，以如下方式设计粘弹性构件18和防抖驱动器24，即，将粘弹性构件18和防抖驱动器24的振动衰减率合成得到的S(f)，在作为所拍摄的动态影像的帧率的1/2的频率的f0Hz以上的频带中，比作为目标衰减率(单位为dB)的S0＝-25dB小(向负侧的值变大)。另外，在本实施方式中，帧率频率大约为30Hz，f0＝大约15Hz。
另外，在本实施方式中，以如下方式进行设计：使得由粘弹性构件18产生的振动衰减率Sp(f)和由防抖驱动器24产生的振动衰减率Sa(f)在作为交叉频率的fc(＝大约30Hz)处交叉。即，在比交叉频率fc低的频带中，由防抖驱动器24产生的振动衰减量比由粘弹性构件18产生的振动衰减量大(Sa(f)比Sp(f)靠负侧)地设计，在比交叉频率fc高的频带中，由粘弹性构件18产生的振动衰减量比由防抖驱动器24产生的振动衰减量大(Sp(f)比Sa(f)靠负侧)地设计。另外，交叉频率fc时的振动衰减率Sa(f)及Sp(f)是作为目标衰减率S0的大约1/2的-13dB。优选交叉频率fc设定为20Hz～40Hz。
此外，在本实施方式中，以如下方式进行设计：1Hz时，由防抖驱动器24产生的振动衰减量比由粘弹性构件18产生的振动衰减量约大28dB；15Hz时，由防抖驱动器24产生的振动衰减量比由粘弹性构件18产生的振动衰减量约大15dB。即，以如下方式进行设计：在15Hz左右以下的频带中，由粘弹性构件18产生的振动衰减量极少、振动衰减量的大部分取决于防抖驱动器24。优选以如下方式进行设计：在由防抖驱动器24产生的振动衰减量充分增大的频率下、大约10Hz时，使由防抖驱动器24产生的振动衰减量比由粘弹性构件18产生的振动衰减量大6dB以上(隔振效果强)。
如图7所示，被动地衰减振动的粘弹性构件18能够有效地衰减高频率的振动，主动地衰减振动的防抖驱动器24能够有效地衰减低频率的振动。这里，为了利用粘弹性构件18衰减低频率的振动，需要使用弹性系数小的粘弹性构件。在将弹性系数小的构件用作粘弹性构件18时，摄像机外壳12以低频率发生了振动的情况下的拍摄单元16的振动振幅变大。防抖驱动器24虽然能够有效衰减低频率的振动，但当要衰减的振动的振幅变大时，由于超过图像抖动防止用透镜22a能移动的可动界限，因此不能获得充分的隔振效果。在本实施方式中，通过较小地抑制低频率时的由粘弹性构件18产生的衰减量，能够获得由防抖驱动器24产生的充分的隔振效果。
采用本发明的第1实施方式的监控用摄像机1，利用作为隔振支承机构的粘弹性构件18和作为防抖机构的防抖驱动器24的协同作用，即使在对监控用摄像机1施加有高频率的振动的情况下，也能有效地抑制图像抖动。
由防抖驱动器24进行的振动衰减在响应滞后的影响下，具有随着频率变高，隔振效果降低的倾向。因而，在低频率的振动的情况下能够获得充分的校正效果，但当振动为数十Hz左右时，隔振效果下降，在大于100Hz的振动的情况下，几乎没效果。
另一方面，通常依据动态影像拍摄用摄像机的帧率，限制其曝光的最长时间。即，帧率越高，为了拍摄1幅图像而打开快门的时间限制为越短的时间，当帧率增加时，摄像机的振动施加给用于构成动态影像的1幅1幅的图像的图像抖动减少。
对此，在动态影像摄像机往返振动的情况下，构成动态影像的各帧间的摇晃、即、通过在各帧中在不同的位置拍摄静止的拍摄对象而产生的图像的摇晃，随着频率的增加而增大，在帧率的1/2的频率达到最大。在本实施方式的监控用摄像机1中，在作为帧率的1/2的频率的f0Hz以上的频带中，作为目标衰减率的S0＝-25dB以上的振动衰减量增大。另外，当在帧率的1/2的频率获得充分的振动衰减效果的情况下，在比该频率迟的振动频率中，结果，图像抖动变小。
此外，在比帧率的1/2低的振动频率中，即使动态影像的各帧间的摇晃变大，由于1幅1幅的帧的图像的抖动不会变大，因此作为监控用途的摄像机，能够发挥充分的功能。
由于并非主动地控制隔振支承机构，因此特别是在低频率下，当提高由隔振支承机构产生的隔振效果时，拍摄单元16的保持变得不稳定，难以稳定地维持拍摄单元16的光轴。因而，最好将由隔振支承机构产生的隔振效果限于所需的最小限度。
采用本发明的第1实施方式的监控用摄像机1，在帧率的1/2以上的频带中，能够利用粘弹性构件18和防抖驱动器24的复合效果，获得所需的充分的图像抖动防止效果。因此，能够将由粘弹性构件18产生的隔振效果设定为所需的最小限度，能够稳定地维持拍摄单元16的光轴，且能获得充分的图像抖动防止效果。
另外，采用本发明的第1实施方式的监控用摄像机1，主要利用粘弹性构件18衰减比交叉频率fc高的频率的振动，因此作用于拍摄单元16所具有的防抖驱动器24的高频率的振动得到抑制，能够避免因高频振动施加于防抖驱动器24而使图像的抖动反而增大这样的弊端。另外，主要利用防抖驱动器24衰减比交叉频率fc低的频率的振动，因此通过将由粘弹性构件18产生的振动衰减效果发挥至低频率，能够防止对拍摄单元的支承变得不稳定。
此外，采用本发明的第1实施方式的监控用摄像机1，由于将交叉频率fc设定为大约30Hz，因此能够合理地设计防抖驱动器24和粘弹性构件18。
另外，采用本发明的第1实施方式的监控用摄像机1，防抖驱动器24和粘弹性构件18构成为：在由防抖驱动器24产生的振动衰减量充分增大的大约10Hz的频率下，由防抖机构产生的振动衰减量比由隔振支承机构产生的振动衰减量约大15dB(衰减效果强)。因此，能够充分小地设定低频率时的由粘弹性构件18产生的振动衰减量，所以能够充分地抑制由利用粘弹性构件18进行支承而发生的拍摄单元16的不稳。优选在大约10Hz的频率，由防抖机构产生的振动衰减量比由隔振支承机构产生的振动衰减量约大6dB以上(衰减效果强)。
此外，采用本发明的第1实施方式的监控用摄像机1，粘弹性构件18配置在包括拍摄用光学系统的光轴在内的平面的两侧。因此，能够利用粘弹性构件18平衡良好地支承拍摄单元16，所以在对监控用摄像机1施加有光轴方向的振动的情况下，能够防止与光轴正交的方向的振动被激励的情况。
另外，采用本发明的第1实施方式的监控用摄像机1，具备用于对拍摄单元16的相对于摄像机外壳12的位移量进行指示的、隔振支承机构调整用的壳体侧指示部12b和摄像机侧指示部16b。因此，通过以壳体侧指示部12b与摄像机侧指示部16b对齐的方式选择粘弹性构件18，能够将隔振支承机构容易地设定、调整为适当的特性。
此外，采用本发明的第1实施方式的监控用摄像机1，将支承框架构成为覆盖拍摄单元的摄像机外壳12，因此能够保护拍摄单元16。
另外，采用本发明的第1实施方式的监控用摄像机1，块状的粘弹性构件18以在拍摄单元16相对于摄像机外壳12沿与拍摄用光学系统的光轴正交的方向发生了位移时产生剪切变形的方式连结拍摄单元16和摄像机外壳12。因此，通过使粘弹性构件18产生剪切变形，能够有效地吸收振动能量，从而有效地将传递到拍摄单元16的振动衰减。
此外，采用本发明的第1实施方式的监控用摄像机1，粘弹性构件18配置在相对于拍摄用光学系统的光轴呈旋转对称的位置，因此能够平衡良好地支承拍摄单元16，能够抑制使拍摄单元16以光轴为中心旋转的振动因施加有与光轴正交的方向的振动而被激励的情况。
另外，采用本发明的第1实施方式的监控用摄像机1，粘弹性构件18配置在通过拍摄单元16的重心且与拍摄用光学系统的光轴正交的平面的两侧，在平面内的外力施加于拍摄单元16时，拍摄用光学系统的光轴大致平行移动。因此，能够平衡良好地支承拍摄单元16，抑制使拍摄单元16的光轴倾斜的振动因施加有与光轴正交的方向的振动而被激励的情况。
此外，本发明的第1实施方式的监控用摄像机1能够将摄像机外壳12固定在结构物上来使用，在结构物以高频率发生了振动的情况下，也能有效抑制图像的抖动，拍摄清晰的监控图像。
另外，采用本发明的第1实施方式的监控用摄像机1，拍摄元件20能够拍摄红外光的图像，因此即使在较暗的地方也能拍摄图像。
另外，在上述第1实施方式中，作为粘弹性构件18，使用了由粘弹性材料构成的块状的构件，但作为变形例，也可以将复合件用作粘弹性构件。如图8所示，粘弹性构件可以使用圆筒状的构件。图8所示的粘弹性构件32在钢制的螺旋弹簧34的外周覆盖有粘弹性材料制的管36。该圆筒状的粘弹性构件32以轴线与拍摄单元16的光轴A大致平行的方式设计朝向，将轴线方向的一个端部32a固定在摄像机外壳12上、将另一个端部32b固定在拍摄单元16上来使用粘弹性构件32。通过这样安装，粘弹性构件32以端部32a和端部32b沿与轴线正交的方向错开的方式进行剪切变形。
接下来，参照图9和图10说明本发明的第2实施方式的监控用摄像机。本实施方式的监控用摄像机的将拍摄单元支承于摄像机外壳的隔振支承机构与上述第1实施方式的不同。因而，这里仅说明本实施方式的与第1实施方式不同的部分，省略说明相同的部分。
图9是示意地表示本发明的第2实施方式的监控用摄像机的隔振支承机构的剖视图。另外，图10的(a)是图9所示的夹持构件的放大图，(b)是从光轴方向观察夹持构件的图。
如图9所示，在本实施方式的监控用摄像机中，拍摄单元16利用隔振支承机构40a、40b隔振支承于摄像机外壳12。另外，隔振支承机构40a、40b沿图9中的上下方向支承拍摄单元16，但监控用摄像机也可以具有沿与图9的纸面正交的方向支承拍摄单元16的隔振支承机构(未图示)。
如图9所示，隔振支承机构40a包括：臂部42a，其以能转动的方式安装在摄像机外壳12上；弹簧44a及减振器46a，其用于将粘弹性力作用于该臂部42a的转动；导轨48a，其安装在拍摄单元16上；夹持构件50a，其用于连结臂部42a与导轨48a。同样，隔振支承机构40b包括臂部42b、弹簧44b及减振器46b、导轨48b和夹持构件50b，隔振支承机构40b的结构实际上与隔振支承机构40a相同。因而，以下仅说明隔振支承机构40a的结构。
另外，在图9中分别图示了各1个臂部42a、42b及导轨48a、48b，但在本实施方式中，各臂部和导轨分别平行地各设置两个(参照图10的(b))。因而，利用臂部42a的转动容许拍摄单元16的铅垂方向的位移，拍摄单元16的位移方向与包括拍摄单元16的光轴在内的铅垂的平面平行，隔振支承机构40a配置在该平面的两侧。另外，隔振支承机构40b和沿与图9的纸面正交的方向支承拍摄单元16的隔振支承机构(未图示)也以同样的方式配置。
臂部42a是棒状的构件，以如下方式配置：一端能转动地安装在摄像机外壳12的内侧，另一端与弹簧44a及减振器46a相连接，该臂部42a与拍摄单元16的光轴A大致平行地延伸。
弹簧44a及减振器46a并联，且分别为一端安装在摄像机外壳12的内侧，另一端安装在臂部42a的顶端。由此，当臂部42a以支点为中心转动时，弹簧44a及减振器46a伸缩，弹簧44a对以臂部42a的支点为中心的转动施加弹性力，减振器46a对以臂部42a的支点为中心的转动施加粘性力。
导轨48a是以与光轴A大致平行地延伸的方式固定在拍摄单元16的外周的棒状构件。
如图10所示，夹持构件50a是连结臂部42a和导轨48a的构件，能沿臂部42a及导轨48a滑动地安装夹持构件50a。
夹持构件50a包括金属制的上杆51a、中间块54a和下杆57a，在这些构件上安装有由具有一定程度的柔软性的材料构成的垫片(pad)52a、53a、55a、56a。另外，金属制的上杆51a、中间块54a和下杆57a利用贯穿该上杆51a、中间块54a和下杆57a的螺钉58a一体化。
上杆51a和下杆57a是由钢铁、铝、钛等材料形成的棒状构件。中间块54a是由钢铁、铝、钛等材料形成的块状构件。
如图10所示，螺钉58a穿过被形成于下杆57a及中间块54a的通孔，而与形成于上杆51a的内螺纹螺纹接合。因此，通过紧固螺钉58a，将下杆57a拉向上杆51a，从而将臂部42a和导轨48a夹在下杆57a与上杆51a之间。
垫片52a、53a、55a、56a是由聚氨酯、聚乙烯、特氟隆等材料形成的构件。
在上杆51a的下表面上安装有垫片52a，另外在中间块54a的上表面上安装有垫片53a，在垫片52a与垫片53a之间夹持有导轨48a。另外，在中间块54a的下表面上安装有垫片55a，另外在下杆57a的上表面上安装有垫片56a，在垫片55a与垫片56a之间夹持有臂部42a。由于各垫片由具有一定程度的柔软性的材料构成，因此能够在受到振动时防止与臂部42a及导轨48a相接触的部分损伤或磨损。
通过紧固中央的螺钉58a而使上杆51a和下杆57a压接，从而臂部42a及导轨48a与夹持构件50a一体化。
另外，通过松动中央的螺钉58a，臂部42a和导轨48a自夹持构件50a解放而能够沿图9的箭头所示的方向滑动，从而能够改变用于支承拍摄单元16的弹性特性。
由于隔振支承机构40a具有上述那样的结构，因此通过使夹持构件50a滑动，能够使作用于拍摄单元16的粘弹性力变化，调整由隔振支承机构产生的振动衰减率Sp(f)。即，在图9中，当使夹持构件50a向左侧移动时，弹簧44a及减振器46a的相对于拍摄单元16的上下方向的移动的伸缩量变大，从而弹性力和粘性力增强。相反在使夹持构件50a向右侧移动时，弹簧44a及减振器46a的相对于拍摄单元16的上下方向的移动的伸缩量减小，从而弹性力和粘性力减弱。另一方面，在隔振支承机构40b中，在使夹持构件50b向图9中的右侧移动时，弹性力和粘性力增强，在使夹持构件50b向图9中的左侧移动时，弹性力和粘性力减弱。
在本实施方式的监控用摄像机中，通过使各隔振支承机构的夹持构件的位置滑动，能够利用隔振支承机构获得所需的振动衰减率Sp(f)地进行调整。此时，调整各夹持构件的位置，以使设于摄像机外壳12的各壳体侧指示部12b和设于拍摄单元16的各摄像机侧指示部16b对齐。
在本实施方式中，拍摄单元16的拍摄用光学系统22的透镜单元可以更换，以适于远距离拍摄和广角拍摄等。通过能调整地构成隔振支承机构，能够容易地应对在更换了透镜单元的情况下的拍摄单元16的重量的变化及重心位置的变化。由此，在拍摄单元16中安装了各种透镜单元的情况下，也能设定各自最佳的振动衰减率。
采用本发明的第2实施方式的监控用摄像机，通过使夹持构件50a、50b滑动，能够调整振动衰减率。因此，在能更换拍摄单元16的全部或拍摄用光学系统22地构成的情况下，能够根据所安装的拍摄单元16来简单地调整隔振支承机构40a、40b的特性，由此能够适当地设定图像抖动防止效果。
另外，在图9所示的第2实施方式中，针对图9的上下方向的振动的隔振支承机构在拍摄单元16的下侧设有两个，但作为变形例，也可以如图11所示那样配置隔振支承机构。即，如图11所示，将针对图11的上下方向的振动的隔振支承机构60a、60b，分开地配置在拍摄单元16的上侧及下侧。
在与光轴平行的方向的振动成分较多的情况下，当如图9所示那样配置隔振支承机构40a、40b时，在受到与光轴平行的方向的振动时，使拍摄单元16的光轴倾斜的振动容易被激励。如图11所示，通过在相对于光轴取得平衡的位置配置隔振支承机构60a、60b，能够降低上述的使拍摄单元16的光轴倾斜的振动容易被激励的影响。
附图标记说明
1、监控用摄像机(动态影像拍摄用摄像机)；12、摄像机外壳(支承框架)；12a、壳体侧安装部；12b、壳体侧指示部(指示部)；16、拍摄单元；16a、摄像机侧安装部；16b、摄像机侧指示部(指示部)；18、粘弹性构件(隔振支承机构)；20、拍摄元件；22、拍摄用光学系统；22a、图像抖动防止用透镜；24、防抖驱动器(防抖机构)；26、摄像机陀螺仪传感器；30、控制部；32、粘弹性构件；32a、端部；32b、端部；34、螺旋弹簧；36、管；40a、40b、隔振支承机构；42a、42b、臂部；44a、44b、弹簧；46a、46b、减振器；48a、48b、导轨；50a、50b、夹持构件；51a、上杆；52a、53a、垫片；54a、中间块；55a、56a、垫片；57a、下杆；58a、螺钉；60a、60b、隔振支承机构。
Claims (14)
1.一种动态影像拍摄用摄像机，其具有图像抖动防止功能，其特征在于，
该动态影像拍摄用摄像机包括：
拍摄单元，其用于拍摄动态影像；
支承框架，其具有用于支承该拍摄单元的隔振支承机构，
上述拍摄单元包括：
拍摄用光学系统；
拍摄元件，其用于接受利用该拍摄用光学系统对焦了的光；
防抖机构，其用于使形成在上述拍摄元件上的图像稳定化，
在将频率f时的由上述防抖机构产生的振动衰减率设为Sa(f)、将频率f时的由上述隔振支承机构产生的振动衰减率设为Sp(f)、将规定的目标衰减率设为S0，将由上述拍摄单元拍摄的动态影像的帧率频率设为2f0时，在f0以上的频率中，Sa(f)+Sp(f)＜S0成立，其中，振动衰减率、目标衰减率的单位为dB。
2.根据权利要求1所述的动态影像拍摄用摄像机，其中，
对于上述防抖机构和上述隔振支承机构而言，在比规定的交叉频率fc高的频率下，由上述隔振支承机构产生的振动衰减量比由上述防抖机构产生的振动衰减量大，在比上述交叉频率fc低的频率下，由上述防抖机构产生的振动衰减量比由上述隔振支承机构产生的振动衰减量大。
3.根据权利要求2所述的动态影像拍摄用摄像机，其中，
上述规定的交叉频率fc为20Hz～40Hz。
4.根据权利要求1所述的动态影像拍摄用摄像机，其中，
对于上述防抖机构和上述隔振支承机构而言，在频率为10Hz的情况下，由上述防抖机构产生的振动衰减量比由上述隔振支承机构产生的振动衰减量大6dB以上。
5.根据权利要求1所述的动态影像拍摄用摄像机，其中，
上述隔振支承机构包括：臂部，其以能转动的方式安装在上述支承框架上；弹簧及减振器，其用于将粘弹性力作用于该臂部的转动；夹持构件，其以能沿上述拍摄用光学系统的光轴方向滑动的方式安装于上述臂部，用于连结上述臂部与上述拍摄单元，该隔振支承机构通过使上述夹持构件滑动而调整振动衰减率。
6.根据权利要求1所述的动态影像拍摄用摄像机，其中，
上述隔振支承机构配置在包括上述拍摄用光学系统的光轴在内的平面的两侧。
7.根据权利要求1所述的动态影像拍摄用摄像机，其中，
该动态影像拍摄用摄像机还具有上述隔振支承机构调整用的指示部，该指示部用于对上述拍摄单元的相对于上述支承框架的位移量进行指示。
8.根据权利要求1所述的动态影像拍摄用摄像机，其中，
上述支承框架是覆盖上述拍摄单元的至少一部分的壳体。
9.一种动态影像拍摄用摄像机，其具有图像抖动防止功能，其特征在于，
该动态影像拍摄用摄像机包括：
拍摄单元，其用于拍摄动态影像；
支承框架，其具有用于支承该拍摄单元的隔振支承机构，
上述拍摄单元包括：
拍摄用光学系统；
拍摄元件，其用于接受利用该拍摄用光学系统对焦了的光；
防抖机构，其用于使形成在上述拍摄元件上的图像稳定化，
上述隔振支承机构是连结上述拍摄单元与上述支承框架的块状的粘弹性构件或圆筒状的粘弹性构件。
10.根据权利要求9所述的动态影像拍摄用摄像机，其中，
上述块状的粘弹性构件或上述圆筒状的粘弹性构件以在上述拍摄单元相对于上述支承框架沿与上述拍摄用光学系统的光轴正交的方向位移时产生剪切变形的方式连结上述拍摄单元和上述支承框架。
11.根据权利要求9所述的动态影像拍摄用摄像机，其中，
上述隔振支承机构配置在相对于通过上述拍摄单元的重心且与上述拍摄用光学系统的光轴平行的轴线呈旋转对称的位置。
12.根据权利要求9所述的动态影像拍摄用摄像机，其中，
上述隔振支承机构配置在通过上述拍摄单元的重心且与上述拍摄用光学系统的光轴正交的平面的两侧，在上述平面内的外力施加于上述拍摄单元时，上述拍摄用光学系统的光轴大致平行移动。
13.根据权利要求1所述的动态影像拍摄用摄像机，其特征在于，
该动态影像拍摄用摄像机是将上述支承框架固定在结构物上而进行使用的监控用摄像机。
14.根据权利要求1所述的动态影像拍摄用摄像机，其中，
上述拍摄元件能够拍摄红外光的图像。
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