JP2007079030A - 撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】 撮影系の振動に伴う画像のブレを低減し、かつ合焦速度及び合焦精度が高い、特にフィルムカメラ用・ビデオ用・放送用カメラ用の撮像装置に最適な撮像システムを得ること。
【解決手段】 物体の像を形成する撮影系と、該撮影系の一部を構成するフォーカス用の移動レンズ群の像側の光路中に、該移動レンズ群を通過してくる光束の一部を分岐する光束分岐手段と、該光束分岐手段で分岐された光束を用いて、該撮影系の合焦状態を検出する合焦検出手段と、該合焦検出手段からの合焦信号に基づいて、該移動レンズ群を駆動制御する制御手段とを有する撮像システムにおいて、該光束分岐手段の物体側には、該撮影系が振動したときの像位置の変移を抑えるための防振手段が配置されていること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮影系が振動したときの画像のブレを補正する防振手段と、撮影系の合焦状態を自動的に検出する自動合焦検出手段とを有したテレビカメラ、ビデオカメラ等の撮像システムに関するものである。

テレビカメラやスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置においては、撮影系の合焦状態を自動的に検出する自動焦点検出手段を内臓したものが知られている。

特に撮影系の光路中に撮影光束の一部の光束を分岐させる分岐光学系を設け、分岐光路中に自動焦点検出手段を設けた撮影システムが提案されている（特許文献１）。

一方撮影系に偶発的に振動が伝わると撮影画像に画像のブレが生じる。従来、この偶発的な振動による画像のブレを補償する機構（防振機構）を具備した撮像システムが種々と提案されている。

例えば、光路中に撮影系が振動したときの画像ブレを補正する防振手段を備えた撮像システムが提案されている（特許文献２）
特許文献２では、光学系（ズームレンズ）を構成するレンズ群の一部を光軸と略垂直な方向に移動させて振動による画像ブレを補償している。

撮影用光束を用いて撮影系の焦点検出を自動的に行う自動焦点検出手段と、撮影系が振動したときの画像ブレを補正する防振手段の双方を備えた撮像システムが提案されている（特許文献３）。
特開平 ９−２７４１３０号公報 特開２００１−１０００９９号公報 特開平５− １９３３５号公報

撮像系の光路中に、撮影光束の一部の光束を分岐させる分岐光学系を設け、分岐光学系で分岐した光束を用いて合焦状態を検出するオートフォーカスを行う撮像システムがテレビカメラ等で多く用いられている。

この方式では、分岐光学系以降の合焦検出光学系と撮像光学系との関係を一定とすることが必要である。それによれば、次のような適切な合焦制御が可能となる。

◎合焦検出手段からの検出値と撮像面での合焦状態の関係が一定に保たれるので高精度な合焦ができる。

◎被写体のうち画面周辺部の被写体に対してオートフォーカスを行う場合、撮像面上の所定位置に対応する測距枠の位置関係が一定に保たれるので高精度な合焦ができる。

一方、撮影系が振動したときの画像ブレを防振手段を光軸と垂直方向に移動させて補正するシフト方式は、新たな光学部材を必要とせず比較的容易に画像ブレを補正することができる。

しかしながら一般に、シフト方式の防振系では、画像ブレの補正を行うと、撮影系内で光軸ズレが発生する。このため分岐光学系の配置によっては合焦検出手段と撮像系側との光軸がずれ、画面上での測距枠位置が不安定となり、適切に合焦できない場合が生じてくる。

また、撮影系の高倍率化・超望遠化を図ろうとすると、微振動に伴う画像ブレが顕著となり、合焦検出手段からの検出値が不安定となって、合焦精度及び合焦速度が低下する。この他オートフォーカスができなくなる場合もある。

また、画像ブレの補正手段とオートフォーカス機構を有する撮像装置においては、測距枠内に被写体がない場合に画像ブレの補正手段により意図的に光軸をずらして被写体を探すようにしている。この場合画像ブレの補正と同時に合焦検出を行うことができない。

本発明は、撮影系の振動に伴う画像のブレを低減し、かつ合焦速度及び合焦精度が高い、特にフィルムカメラ用・ビデオ用・放送用カメラ用の撮像装置に最適な撮像システムの提供を目的とする。

本発明の撮像システムは、物体の像を形成する撮影系と、該撮影系の一部を構成するフォーカス用の移動レンズ群の像側の光路中に、該移動レンズ群を通過してくる光束の一部を分岐する光束分岐手段と、該光束分岐手段で分岐された光束を用いて、該撮影系の合焦状態を検出する合焦検出手段と、該合焦検出手段からの合焦信号に基づいて、該移動レンズ群を駆動制御する制御手段とを有する撮像システムにおいて、該光束分岐手段の物体側には、該撮影系が振動したときの像位置の変移を抑えるための防振手段が配置されていること、を特徴としている。

本発明によれば撮影系の振動に伴う画像のブレを低減し、かつ合焦速度及び合焦精度が高い、特にフィルムカメラ用・ビデオ用・放送用カメラ用の撮像装置に最適な撮像システムが得られる。

図１は本発明の撮像装置の実施例１の構成概略図である。

図１において、Ｆは撮影系ＯＢを構成するフォーカスの為に光軸方向に移動するフォーカス移動レンズ群である。ＩＳは防振手段であり、レンズ等の光学素子より成り、光軸と垂直方向の成分を持つように移動して画像を変移させるレンズシフト方式を用いている。ＩＳｄは防振制御駆動手段であり、防振手段ＩＳを駆動制御している。ＣＩＳは防振演算手段であり、画像のブレを補正する為の、光学素子（ＩＳ）の偏心量を振動検出手段ＩＳｓからの信号を用いて演算して、防振制御駆動手段ＩＳｄに入力している。ＩＳｓは振動検出手段であり、撮像装置の振動量（ブレ量）を検出して、検出値を防振演算手段ＣＩＳに入力している。Ｍは分岐光学系であり、ハーフミラーや入射光を面積的に分割して２方向に分岐する面積ミラー等から成り、防振手段ＩＳからの撮影光束を撮影手段Ｉ側と焦点検出装置Ｄｅ側に分岐している。撮像手段Ｉは、ＣＣＤセンサやＭＯＳセンサ等の固体撮像素子より成っている。Ｄｅは合焦検出手段であり、分岐光学系Ｍで分岐された光束を用いて、例えば位相差検出方式（像ずれ方式）や、山登り方式の焦点検出方式を用いて撮影系ＯＢの合焦状態を検出している。Ｃは演算手段であり、合焦状態検出手段Ｄｅからの信号に基づいて、フォーカス移動レンズ群Ｆの駆動量を演算し、駆動手段Ｄｒに入力している。駆動手段Ｄｒは、モータ（ステッピングモータ）等から成りフォーカス移動レンズ群Ｆを光軸方向に駆動している。

本実施例では、振動検出手段ＩＳｓにより、撮影系ＯＢの振動量を検出する。

防振演算手段ＣＩＳは、振動検出手段ＩＳｓからの振動に関する検出値に基づいて画像のブレを補正するための、防振手段ＩＳの光軸と垂直方向に移動させる為の値を演算し、それに基づく信号を防振駆動手段ＩＳｄに入力する。防振駆動手段ＩＳｄは、防振演算手段ＣＩＳからの信号に基づいて防振手段ＩＳを駆動させる。

これによって、撮影系ＯＢの振動による画像ブレを補正している。

図９（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施例における防振手段ＩＳの一例としてのシフトレンズによる防振補正の原理説明図である。図中のＦはフォーカス移動群、ＩＳは防振手段、Ｌは任意のレンズ群、Iは撮像手段である。図９（Ａ）は像ブレが発生していない状態で、撮像系ＯＢの光軸と撮像系のレンズ中心を透過する平行光束が一致している。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の状態から撮像系ＯＢが振動などの影響により偏心し、撮像手段Ｉ上で像ブレ量ΔＹが発生している状態である。図９（Ｂ）で発生した像ブレ量ΔＹから適正な防振手段ＩＳの変位量ΔＳを算出し、駆動・制御することによって図９（Ｃ）のような像ブレが補正された状態に至る。

振動による結像系ＯＢの変位角をθ、結像系ＯＢの焦点距離をｆとするとき、無限遠物体に対する像ブレ量ΔＹは、（１）式で表される。

ΔＹ＝ｆ・ｔａｎθ ・・・（１）
像ブレ量ΔＹを打ち消すための防振手段ＩＳの変位量ΔＳは、防振手段ＩＳの像移動敏感度をｄｙとして（２）式で表すことが出来る。

ΔＳ＝−ΔＹ／ｄｙ＝−ｆ・ｔａｎθ／ｄｙ ・・・（２）
振動検出手段ＩＳｓにより変位角θを検出し、（２）式に基づいて変位量ΔＳを防振演算手段ＣＩＳによって算出し、駆動手段ＩＳｄで防振手段ＩＳを駆動・制御することで、像ブレ補正を行っている。

図９（Ｃ）に示すように、防振手段ＩＳより像側の光束は、振動発生前と振動発生後で光束の通り方は変化しないのに対し、防振手段ＩＳより物体側の光束の通り方は変化してしまう。

以上から、各実施例では防振手段ＩＳを分岐光学系Ｍの物体側に配置し、像ブレ補正をしながら合焦検出を行っている。

以上のように本実施例では、防振手段ＩＳの像側に光束を撮像素子Ｉと焦点検出手段Ｄｅに分割する分岐光学系Ｍを配置している。

これにより実施例１では、防振手段ＩＳによる像ブレ補正を行いながら合焦状態検出手段Ｄｅにて合焦検出を行っている。

このとき合焦状態検出手段Ｄｅには、防振手段ＩＳを通過した光束が入射する。このため合焦検出手段Ｄｅでは、画像ずれのない良好なる画質の像が得られるので、高精度かつ高速にオートフォーカスが達成できる。

図２は、本発明の撮像装置の実施例２の要部概略図である。

実施例２は、実施例１に比べて防振手段ＩＳにプリズム頂角が可変の屈折型可変頂角プリズムを用いている点が異なっており、その他の構成は同じである。

本実施例では、振動検出手段ＩＳｓにより、撮影系ＯＢの振動を検出する。

防振演算手段ＣＩＳは、振動検出手段ＩＳｓからの検出値に基づいて、画像のブレを補正するための可変頂角プリズムＩＳのプリズム頂角θを演算する。そしてそれに基づく信号を防振駆動手段ＩＳｄに入力する。

防振駆動手段ＩＳｄは、防振演算手段ＣＩＳからの信号に基づいて可変頂角プリズムＩＳのプリズム頂角を変える。

これによって撮影系ＯＢの振動による画像ブレを補正している。

図３は、本発明の撮像装置の実施例３の要部概略図である。

実施例３は、実施例１に比べて撮影系が変倍移動レンズ群Ｚを有していること、撮像装置が変倍移動レンズ群Ｚのズーム位置（焦点距離）を検出するためのズーム位置検出手段Ｚａを有している点が大きく異なっている。

画像ブレを補正するための防振手段ＩＳの変倍量は、撮影系ＯＢの振動が一定であっても、変倍移動レンズ群Ｚの位置（ズーム位置）によって異なってくる。

このため、本実施例では、防振演算手段ＣＩＳは振動検出手段ＩＳｓからの検出値とズーム位置検出手段Ｚａからのズーム位置信号に基づいて画像のブレを補正するための防振手段ＩＳの光軸と垂直方向に移動させる為の値を演算している。それに基づく信号を防振駆動手段ＩＳｄに入力する。

防振駆動手段ＩＳｄは、防振演算手段ＣＩＳからの信号に基づいて防振手段ＩＳを駆動させる。

これによって撮影系ＯＢの振動による画像ブレを補正している。

図４は、本発明の撮像装置の実施例４の要部概略図である。

実施例４は、実施例２に比べて、撮影系が変倍移動レンズ群Ｚを有していること、撮像装置が変倍移動レンズ群Ｚのズーム位置（焦点距離）を検出するためのズーム位置検出手段Ｚａを有している点が主に異なっている。

画像ブレを補正するための可変頂角プリズムＩＳのプリズム頂角θは、撮影系ＯＢの振動が一定であっても、変倍移動レンズ群Ｚの位置（ズーム位置）によって異なってくる。

このため、防振演算手段ＣＩＳは、振動検出手段ＩＳｓからの検出値と変倍移動レンズ群Ｚのズーム位置を検出するズーム位置検出手段Ｚａからの信号に基づいて画像のブレを補正するための可変頂角プリズムＩＳのプリズム頂角θを演算する。それに基づく信号を防振駆動手段ＩＳｄに入力する。

防振駆動手段ＩＳｄは、防振演算手段ＣＩＳからの信号に基づいて可変頂角プリズムＩＳのプリズム頂角を変える。

これによって撮影系ＯＢの振動による画像ブレを補正している。

以上のように各実施例では、振動手段ＩＳによる像ブレ補正を行いながら焦点検出手段Ｄｅにて合焦検出を行っている。このとき防振手段ＩＳは分岐光学系Ｍの物体側に配置されており、これによって良好なる画像を用いることができるため高精度かつ高速なオートフォーカスを容易にしている。

次に各実施例において適用可能な焦点検出方式について順次説明する。

図５は、図１の実施例１で使用可能な焦点検出方式の１つである像ずれ方式（位相差検出方式）を用いた撮像装置の実施例５の説明図である。

図５の焦点検出手段Ｄｅは撮影レンズ（対物レンズ）ＯＢによる結像光束を予定結像面Ｉ又はその近傍に設けた集光レンズＤＬ１で集光している。そして絞りＤＩ１、赤外カットフィルターＤＦを介し、一対の明るさ絞りＤＩ２へ導いている。そしてこれら一対の明るさ絞りＤＩ２の近傍に配置された２次結像レンズ（再結像レンズ）ＤＬ２によって被写体像に関する一対の光量分布を受光素子ＤＳの受光部（画素列、センサー）面上に形成する。そして受光素子ＤＳで、一対の被写体像の光量分布の相対的位置関係より撮影レンズＯＢの焦点調節状態を検出している。

尚、像ずれ方式の焦点検出手段は、図２〜図４の実施例においても同様に適用可能である。

図６は、図１の撮像装置において山登り方式の焦点検出方式を用いた撮像装置の実施例６の説明図である。

本実施例において合焦検出手段Ｄｅは、合焦判定に際し焦点検出光学系ＬＤｅの全体または一部を光軸方向に微小振動させる。

このとき撮像素子ＳＤｅで得られる信号より、像の鮮鋭度の最も高い位置を求め、これより撮影系ＯＢの合焦位置を検出している。

尚、山登り方式の焦点検出方式は、図２〜図４の実施例においても同様に適用可能である。

図７は、図１の撮像装置において、山登り方式の焦点検出方式を用いた撮像装置の実施例７の説明図である。

実施例７は、図６の実施例６に比べて焦点検出光学系ＬＤｅの代わりに撮像素子ＳＤｅを光軸方向に微小振動させている点が異なっているだけである。

これによって実施例６と同様の効果を得ている。

図８は、図１の撮像装置において、コントラスト方式の焦点検出方式を用いた撮像装置の実施例８の説明図である。

図８において、ＬＤｅは検出用光学系、ＰＢはプリズムであり、入射光束を２つの光束に分割し、更に２つの光束に対して互いに異なる光路長を付与して出射させている。

このとき２つの光束の光路長差の中間に撮影系ＯＢの最良結像面Ｉが位置するようにしている。ＳＤｅ_１、ＳＤｅ_２は、焦点検出用の撮像素子であり、光学的に最良結像面Ｉの光軸方向に対して前後に配置されている。

撮像素子ＳＤｅ_１、ＳＤｅ_２で得られる画像信号（コントラスト）が等しくなる光軸方向の位置を求め、このときの位置の中間が合焦位置であるとしている。

以上のように各実施例では、像ブレが補正された状態で合焦検出手段Ｄｅに光束が入射するので合焦検出値が安定し、合焦速度・合焦精度を高めることができる。

本発明の実施例１の構成図 本発明の実施例２の構成図 本発明の実施例３の構成図 本発明の実施例４の構成図 本発明の実施例５の構成図 本発明の実施例６の構成図 本発明の実施例７の構成図 本発明の実施例８の構成図 本発明に係る防振による画像ブレの補正の説明図

符号の説明

ＯＢ 撮影系
Ｆ フォーカス移動群
Ｚ 変倍移動群
Ｚａ ズーム位置検出手段
ＩＳ 防振手段
ＩＳｓ 振動検出器
ＩＳｄ 防振駆動制御手段
ＣＩＳ 防振演算手段
Ｍ 光路分岐手段
Ｄｅ 合焦検出手段
Ｃ 演算手段
Ｄｒ フォーカス移動群の駆動制御手段
Ｉ 撮像手段
Ｌ 任意のレンズ群
ＬＤｅ 検出用光学系
ＤＬＤ 駆動制御手段
ＳＤｅ 検出用光学系
ＤＳＤ 駆動制御手段
ＳＤｅ１ 検出用撮像素子 ＳＤｅ２ 検出用撮像素子
ＰＢ プリズム
ＤＬ1 集光レンズ
ＤＩ１ 絞り
ＤＦ 赤外カットフィルター
ＤＩ２ 一対の明るさ絞り
ＤＬ２ ２次結像レンズ
ＤＳ 受光素子

Claims (9)

1. 物体の像を形成する撮影系と、該撮影系の一部を構成するフォーカス用の移動レンズ群の像側の光路中に、該移動レンズ群を通過してくる光束の一部を分岐する光束分岐手段と、該光束分岐手段で分岐された光束を用いて、該撮影系の合焦状態を検出する合焦検出手段と、該合焦検出手段からの合焦信号に基づいて、該移動レンズ群を駆動制御する制御手段とを有する撮像システムにおいて、該光束分岐手段の物体側には、該撮影系が振動したときの像位置の変移を抑えるための防振手段が配置されていること、を特徴とする撮像システム。
2. 前記撮影系の振動を検出する振動検出手段と、該振動検出手段からの信号を用いて、前記防振手段の駆動量を演算する防振演算手段と、該防振演算手段からの信号に基づいて該防振手段を駆動する防振駆動手段とを有することを特徴とする請求項１の撮像システム。
3. 前記防振手段は、光軸に対し、垂直方向の成分を持つように移動するレンズ群であることを特徴とする請求項１又は２の撮像システム。
4. 前記防振手段は、プリズム頂角が可変の可変頂角プリズム部材であることを特徴とする請求項１又は２の撮像システム。
5. 前記撮影系は、全系の焦点距離を変える変倍部を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項の撮像システム。
6. 前記合焦検出手段は、前記撮影系の射出瞳の複数領域から射出する光束によって、該複数領域毎に各々被写体像を形成する２次結像レンズと、該複数の被写体像が形成される位置に各々設けた受光部によって該被写体像の光量分布を電気信号に変換する受光素子と、該受光素子からの信号を用いて該複数の被写体像の相対的位置関係より該撮影系の焦点情報を求める演算手段と、を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項の撮像システム。
7. 前記合焦検出手段は、前記光路分岐手段から分岐された光束より物体像を形成する検出光学系と、該物体像を光電変換する撮像素子とを有し、該検出光学系の一部又は全部を光軸方向に振動させたとき、該撮像素子で得られる画像情報を用いて合焦信号を得ていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項の撮像システム。
8. 前記合焦検出手段は、前記光路分岐手段から分岐された光束より物体像を形成する検出光学系と、該物体像を光電変換する撮像素子とを有し、該撮像素子を光軸方向に振動させたとき、該撮像素子で得られる画像情報を用いて合焦信号を得ていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項の撮像システム。
9. 前記合焦検出手段は、前記光路分岐手段からの光束を２つに分割し、各々の光束の光路長に対して互いに異なる光路長を付与するプリズム部材と、該２つの光束に基づく物体像を受光する撮像素子とを有し、該２つの撮像素子は、前記撮影系の最良結像面を挟んで両側に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項の撮像システム。