JP2012208210A - 画像ぶれ補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大小広範囲な振幅の振れに対応して画像ぶれを補正する。
【解決手段】撮影レンズ４には、高感度補正レンズ１０と低感度補正レンズ１１とを設けてある。高感度補正レンズ１０は、その変位時には、結像されている光学像の周辺部３５ｂの解像度を低下させるが光学的補正感度を高くしてあり、大きな補正を行うことができる。低感度補正レンズ１１は、それが変位しても中心部３５ａ及び周辺部３５ｂの解像度が維持されるが、補正量が小さい。
【選択図】図２

Description

本発明は監視カメラなどの撮影レンズに用いられる画像ぶれ補正装置に関するものである。

近年、手ブレ補正機能を内蔵するデジタルカメラなどの撮影装置が多くなっている。手ブレ補正は、振動による撮影装置の光軸の振れ角を例えばジャイロセンサからの信号に基づいて検出し、その振れよる像の移動を打ち消す方向に撮影レンズを構成するレンズやイメージセンサを変位させている。

また、撮影装置に加わる振動は、様々の周波数のものがあるが、一般的に周波数が高い振動は振幅が小さく、周波数が低い振動は振幅が大きいという性質がある。そこで、レンズの変位に対する補正量、すなわち光学的補正感度が高低２種類の補正レンズを用い、周波数が高い振動を感度の低い補正レンズで補正し、周波数の低い振動を感度の高い補正レンズで補正する撮影レンズが知られている（特許文献１参照）。特許文献１の撮影レンズでは、この構成により、画質を維持しながら手ぶれや一眼レフカメラのクイックリターンミラーの作動時の振動などの周波数帯の振動に対応させている。

特開２００３−２９５２５０号公報

ところで、船舶や山頂，鉄塔などに設置される監視カメラでは、波による船舶の揺れや鉄塔の揺れなどのかなり低周波数の振動から、撮影レンズを収容したハウジングの振動や強風による振動等による高周波数の振動などがあり、０．５Ｈｚ程度〜数十Ｈｚの広範囲におよび、また振幅の範囲が日常の使用環境の範囲に比べてかなり大きく、日常の使用環境では想定されないような大きな振幅もある。このため、特許文献１に記載されるように日常の使用環境において満足できるものであっても、監視カメラでは、十分な画像ぶれの補正を行うことができなかった。また、画質を維持したまま、かなり大きな振幅から極小さな振幅まで対応しようとすると、撮影レンズのレンズ数が多くなってしまうという問題が生じる。

本発明は、監視用カメラなどに適した画像ぶれの補正を行うことができる画像ぶれ補正装置を提供することを目的とする。

本発明の画像ぶれ補正装置は、画像ぶれを補正する光学的補正感度が異なり、光軸と垂直な方向に独立に変位することにより画像ぶれを補正する複数の補正レンズを備え、
前記各補正レンズは、変位したときに像の画質に与える影響が相違するものである。

前記複数の補正レンズを、相対的に光学的補正感度が低い低感度補正レンズと、光学的補正感度が高い高感度補正レンズとから構成したものである。

また、影響を受ける画質を像の周辺部の解像度とし、前記高感度補正レンズは、変位時における光学像の周辺部の解像度の低下が前記低感度補正レンズよりも大きくするのもよい。

また、振れ角度を検出する振れ角度検出手段と、高感度補正レンズを高感度用駆動ステップ数に応じた変位量で変位させる高感度用アクチュエータと、低感度補正レンズを低感度用駆動ステップ数に応じた変位量で変位させる低感度用アクチュエータと、検出された振れ角度に対応した補正を行うために必要な一方の補正レンズの変位量に相当するアクチュエータの駆動ステップ数に変換する駆動量変換手段と、駆動量変換手段から得られる駆動ステップ数と各補正レンズの光学的補正感度の比率に基づいて、高感度用駆動ステップ数と低感度用駆動ステップ数とを求める演算手段とを備えるのもよい。

前記駆動量変換手段が、高感度補正レンズを変位させるべき変位量に相当した端数を含む高感度用アクチュエータの駆動ステップ数に変換し、前記演算手段が、前記駆動量変換手段で得られる駆動ステップ数の整数部を高感度用駆動ステップ数とし、端数部を低感度用駆動ステップ数に変換することも好ましい。

また、本発明の画像ぶれ補正装置は、画像ぶれを補正する光学的補正感度が相対的に低い低感度用補正レンズ及び高い高感度用補正レンズと、振れ角度を検出する振れ角度検出手段と、高感度補正レンズを高感度用駆動ステップ数に応じた変位量で変位させる高感度用アクチュエータと、低感度補正レンズを低感度用駆動ステップ数に応じた変位量で変位させる低感度用アクチュエータと、検出された振れ角度に対応した補正を行うために必要な高感度補正レンズの変位量に相当する高感度用アクチュエータの駆動ステップ数に変換する駆動量変換手段と、前記駆動量変換手段で得られる駆動ステップ数の整数部を高感度用駆動ステップ数とし、端数部を低感度用駆動ステップ数に変換する演算手段とを備えるものである。

本発明の画像ぶれ補正装置によれば、変位したときに像の画質に与える影響を異ならせるとともに、光学的補正感度を異ならせた複数の補正レンズにより補正を行うから、様々な環境下に置かれる監視カメラに加えられる大小広範囲な振幅の振動に対応して、画像ぶれを補正することができる。

本発明による監視カメラの構成を示す模式図である。 各防振ユニットの斜視図である。 解像度の範囲を示す説明図である。 監視カメラの主要部の電気的な構成を示すブロック図である。 Ｘ方向補正制御部の構成を示すブロック図である。 ブレ補正の流れを説明するフローチャートである。

図１に示すように、監視カメラ２は、画像ぶれ補正装置３を備える撮影レンズ４と、カメラ本体５とから構成されている。撮影レンズ４は、複数のレンズ群６〜８と、高感度補正レンズ１０、低感度補正レンズ１１とを備えている。画像ぶれ補正装置３は、高感度補正レンズ１０を含む高感度防振ユニット１４、低感度補正レンズ１１を含む低感度防振ユニット１５，制御ユニット１６などで構成され、制御ユニット１６には、Ｘ方向ジャイロセンサ１７，Ｙ方向ジャイロセンサ１８や制御用の回路などを内蔵している。

各補正レンズ１０，１１は、いずれも画像ブレを補正するものであり、撮影レンズ４の光路中に配され、独立して変位する。このうちの高感度補正レンズ１０は、大きな振幅に対応するために設けられており、その光学的な補正感度、すなわちレンズの変位量に対する像の変位量の比率が高くされている。一方の低感度補正レンズ１１は、小さな振幅に対応するために設けられており、高感度補正レンズ１０に比べて光学的な補正感度が低く、レンズの変位量に対する像の変位量比率が低くなっている。

この例では、高感度補正レンズ１０と低感度補正レンズ１１との感度比が１０：１となっており、これらを同じ変位量で変位させた場合に、高感度補正レンズ１０の変位による像の変位量は、低感度補正レンズ１１の変位による像の変位量の１０倍になる。

なお、各補正レンズ１０，１１は、それぞれ１枚で構成される必要はなく、複数枚で構成されてもよい。また、光学的補正感度を３段階以上に分け、各補正感度に対応して補正レンズを設けてもよい。

Ｘ方向ジャイロセンサ１７は、撮影レンズ４の光軸ＰＬに直交し、かつ互いに直交するＸ方向，Ｙ方向のうちのＸ方向の振れ角速度を検出し角速度信号を出力する。同様に、Ｙ方向ジャイロセンサ１８は、Ｙ方向の振れ角速度を検出して角速度信号を出力する。

カメラ本体５は、撮影レンズ４の後端に取り付けられている。カメラ本体５は、撮像素子５ａを内蔵しており、撮影レンズ４で結像される光学像を電気的な撮像信号に変換して出力する。この撮像信号は、各種信号処理が施されてモニタ（図示省略）に送られる。これにより、撮影レンズ４を通してカメラ本体５で撮影される画像を見ることができる。

図２において、高感度防振ユニット１４は、Ｘ方向，Ｙ方向に移動自在にして高感度補正レンズ１０を保持している。また、この高感度防振ユニット１４には、高感度補正レンズ１０を変位させるためのアクチュエータとして、Ｘ方向ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）２１と、Ｙ方向ＶＣＭ２２とが設けられている。Ｘ方向ＶＣＭ２１は、高感度補正レンズ１０をＸ軸方向に移動させ、Ｙ方向ＶＣＭ２２は、高感度補正レンズ１０をＹ方向に移動させる。

また、高感度防振ユニット１４には、Ｘ方向位置センサ２３と、Ｙ方向位置センサ２４とが設けられている。Ｘ方向位置センサ２３は、高感度補正レンズ１０のＸ方向のレンズ位置を検出し、Ｙ方向位置センサ２４は、高感度補正レンズ１０のＹ方向のレンズ位置を検出する。

同様に、低感度防振ユニット１５には、Ｘ方向，Ｙ方向に移動自在にして低感度補正レンズ１１が保持されている。また、低感度補正レンズ１１を変位させるためのアクチュエータとして、Ｘ方向ＶＣＭ２５、Ｙ方向ＶＣＭ２６が設けられており、Ｘ方向ＶＣＭ２５により低感度補正レンズ１１がＸ軸方向に、Ｙ方向ＶＣＭ２６により低感度補正レンズ１１がＹ方向に移動される。さらに、Ｘ方向位置センサ２７により低感度補正レンズ１１のＸ方向のレンズ位置が検出され、Ｙ方向位置センサ２８により低感度補正レンズ１１のＹ方向の位置が検出される。

各ＶＣＭ２１，２２，２５，２６は、ステップ駆動されて、その駆動ステップ数に応じた変位量で対応する補正レンズを変位する。また、この例では、各ＶＣＭ２１，２２，２５，２６は、同じ駆動ステップ数で駆動したときに、対応するレンズを同じ変位量で変位するようにしてある。

図３に示すように、各補正レンズ１０，１１は、変位したときの像の画質に与える影響が相違しており、その影響を受ける画質が解像度となっている。低感度補正レンズ１１は、それが変位された場合、撮像素子５ａで撮影範囲３４内に結像される光学像の中心部３５ａ及び周辺部３５ｂについて、所期の解像度を維持されるようにレンズのパラメータが決められている。これに対して、高感度補正レンズ１０は、それが変位された場合には、中心部３５ａについては所期の解像度を維持されるが、周辺部３５ｂの解像度が低下する。このように周辺部３５ｂの解像度の低下を許容した分だけレンズのパラメータに自由度を持たせ、その重度を利用して、中心部３５ａについては所期の解像度を維持しつつ、光学的な補正感度を高くするようにしている。

図４に示すように、制御ユニット１６は、Ｘ方向補正制御部４１とＹ方向補正制御部４２を備えている。Ｘ方向補正制御部４１は、前述のＸ方向ジャイロセンサ１７からの角速度信号に基づき、Ｘ方向ＶＣＭ２１，２５の駆動を制御する。Ｙ方向補正制御部４２は、Ｙ方向ジャイロセンサ１８からの角速度信号に基づき、Ｙ方向ＶＣＭ２２，２６の駆動を制御する。

Ｘ方向補正制御部４１の構成を図５に示す。Ｘ方向補正制御部４１は、上述のＸ方向ジャイロセンサ１７の他、アンプ（ＡＭＰ）４３、Ａ／Ｄ変換器４４、積分回路４５、駆動量変換部４６、感度別演算部４７、及び駆動回路４８，４９から構成されている。

Ｘ方向ジャイロセンサ１７からの角速度信号は、アンプ４３に送られる。アンプ４３は、微弱な角速度信号を所定のゲインで増幅して出力する。Ａ／Ｄ変換器４４は、アンプ４３で増幅された角速度検出信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングすることによって角速度データにデジタル変換する。この角速度データは、積分回路４５に送られる。

積分回路４５は、Ｘ方向ジャイロセンサ１７などとともに振れ角度検出手段を構成している。この積分回路４５は、入力される角速度データを用いて積分処理を行うことにより、振れの角速度から監視カメラ２のＸ方向の振れ角度θｘを求めて出力する。ここで振れ角度θｘは、角速度信号をサンプリングする１周期期間に振動よって監視カメラ２がＸ方向の振れた角度である。

駆動量変換部４６は、振れ角度θｘを駆動ステップ数ＳＴｘに変換する駆動量変換処理を行う。この駆動量変換処理で求められる駆動ステップ数ＳＴｘは、監視カメラ２が振れ角度θｘでＸ方向に振れたときに生じる像の変位を補正するのに必要な高感度補正レンズ１０の変位量をＸ方向ＶＣＭ２１の駆動ステップ数に換算したものである。Ｘ方向ＶＣＭ２１の駆動ステップ数は本来整数値とされるものであるが、この駆動量変換処理では、駆動ステップ数ＳＴｘとして小数点以下の端数（この例では、小数第一位まで）を含む値として求める。

感度別演算部４７は、駆動ステップ数ＳＴｘから高感度補正レンズ１０を変位させるＸ方向ＶＣＭ２１及び低感度補正レンズ１１を変位させるＸ方向ＶＣＭ２５の駆動ステップ数をそれぞれ求める。この感度別演算部４７は、駆動ステップ数ＳＴｘの整数部をＶＣＭ２１を駆動する高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１とする。また、高感度補正レンズ１０と低感度補正レンズ１１との感度比に基づいて、駆動ステップ数ＳＴｘの端数部（＝ＳＴｘ-ＳＴｘ１）をＶＣＭ２５を駆動する低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２に変換する。

高感度補正レンズ１０と低感度補正レンズ１１との感度比を「Ｎ：１」としたときに、低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２は、次の式（１）で求められる。この例では、感度比が「１０：１」であるから、「Ｎ＝１０」として、式（１）により低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２が求められる。
ＳＴｘ２＝（ＳＴｘ−ＳＴｘ１）×Ｎ ・・・（１）

なお、この例では、駆動ステップ数ＳＴｘが「１」以下であるときには、低感度補正レンズ１１による補正を優先させるために、高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１を「０」として、低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２を求めている。また、例えば振れ角度θｘ、各駆動ステップ数ＳＴｘ，ＳＴｘ１，ＳＴｘ２を監視カメラ２の振れ方向に応じた符号を付などとすることで、補正レンズを変位すべき方向が識別できるようにされている。

高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１は、駆動回路４８に、低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２は、駆動回路４９にそれぞれ送られる。

駆動回路４８には、Ｘ方向位置センサ２３からの高感度補正レンズ１０のＸ方向のレンズ位置と、高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１とが入力され、これらに基づいてＸ方向ＶＣＭ２１を駆動する。この駆動回路４８は、変位開始時のレンズ位置から高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１分だけ高感度補正レンズ１０を変位されるため駆動信号を発生させて、この駆動信号でＸ方向ＶＣＭ２１を駆動する。

駆動回路４９は、駆動回路４８と同様であるが、Ｘ方向位置センサ２７からの低感度補正レンズ１１のＸ方向のレンズ位置と、低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２とが入力され、これらに基づいてＸ方向ＶＣＭ２５を駆動する駆動信号を発生させる。これにより、補正開始時のレンズ位置から低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２分だけ低感度補正レンズ１１が変位される。

駆動回路４８，４９では、高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１に付された符号により、高感度補正レンズ１０を変位させる方向が制御され、低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２に付された符号により、低感度補正レンズ１１を変位させる方向が制御される。なお、同じ方向の振れを補正するための各補正レンズ１０，１１の変位方向が同じである必要はなく、その変位方向は撮影レンズの構成等に応じて決めればよい。

Ｙ方向補正制御部４２は、Ｙ方向の振れの補正を行うために、Ｙ方向ジャイロセンサ１８の検出結果に基づいて、Ｙ方向ＶＣＭ２２，Ｙ方向ＶＣＭ２６を駆動するための駆動信号をそれぞれ発生させるものである。このＹ方向補正制御部４２の構成は、Ｘ方向補正制御部４１と同様であるので、詳しい説明を省略する。

次に上記構成による画像ぶれの補正について説明する。なお、以下の説明では、監視カメラ２がＸ方向に振れた場合を例にして図６を参照しながら説明する。

Ｘ方向ジャイロセンサ１７からの角速度信号がアンプ４３で増幅され、Ａ／Ｄ変換器４４により所定のサンプリング周期でサンプリングされて角速度データに変換される。そして、このようにして得られる角速度データが順次に積分回路４５に入力されることにより、その積分回路４５によって監視カメラ２のＸ方向の振れ角度θｘが算出される。

算出された振れ角度θｘは、駆動量変換部４６により、駆動量変換処理が施されて駆動ステップ数ＳＴｘに変換される。このときに得られる駆動ステップ数ＳＴｘは、検出された振れ角度θｘを補正するために必要な変位量で高感度補正レンズ１０を変位させるためのＸ方向ＶＣＭ２４の駆動ステップ数に相当するものであり、小数第一位まで求められる。

続いて、感度別演算部４７により、駆動ステップ数ＳＴｘから高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１及び低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２が求められる。まず、駆動ステップ数ＳＴｘが「１」以下であるか否かが判断される。

例えば、駆動ステップ数ＳＴｘが「１」以下ではない場合には、まず駆動ステップ数ＳＴｘの整数部が取り出され、これが高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１とされる。次に、上述の式（１）に基づき、駆動ステップ数ＳＴｘの端数（小数点第１位）が低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２に変換される。

例えば、駆動ステップ数ＳＴｘが「６．４」であれば、高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１は、その整数部である「６」とされる。一方、駆動ステップ数ＳＴｘの端数が「０．４」であり、感度比が「１０：１」であるから、低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２は「４」（＝０．４×１０）とされる。

上記のようにして求められる高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１が駆動回路４８に送られ、この駆動回路４８によりＸ方向ＶＣＭ２１が駆動される。また、低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２が駆動回路４９に送られ、この駆動回路４９によりＸ方向ＶＣＭ２５が駆動される。これにより、高感度補正レンズ１０が変位開始時のレンズ位置から高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１分だけＸ方向に変位され、低感度補正レンズ１１が変位開始時のレンズ位置から低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２分だけＸ方向に変位される。

一方、駆動ステップ数ＳＴｘが「１」以下の場合には、例えば、駆動ステップ数ＳＴｘが「０．７」である場合には、高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１は、「０」とされ、低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２は「７」（＝０．７×１０）とされる。なお、駆動ステップ数ＳＴｘが「１．０」の場合には、高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１は、「０」とされ、低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２は「１０」とされる。

上記のようにして求められる高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１が駆動回路４８に送られ、低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２が駆動回路４９に送られる。この場合には、高感度用駆動ステップ数ＳＴｘ１が「０」であるから高感度用補正レンズ１０が変位されないが、低感度用駆動ステップ数ＳＴｘ２でＸ方向ＶＣＭ２５が駆動されて、低感度用補正レンズ１１がＸ方向に変位される。

以上のように制御される各補正レンズ１０，１１の変位により、監視カメラ２のＸ方向に振れが生じても、それによって撮像素子５ａに結像している光学像が変位されないため、画像ぶれのない画像が撮影される。

例えば、かなり大きな振幅で振れが生じたとしても、高感度補正レンズ１０の変位によりほとんどの振れが補正され、微小な振れ分が低感度補正レンズ１１の変位により補正される。このように、高感度補正レンズ１０が変位されたときには、撮影された光学像の周辺部３５ｂの解像度が落ちるが、監視用途において特に重要な中心部３５ａの解像度が所期の解像度を維持するため支障がない。

上記実施形態では、変位時に影響を受ける画質を解像度としているが、これに限定されるものではなく、例えば高感度補正レンズが変位したときのＭＴＦが、低感度補正レンズが変位したときよりも低くなるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、駆動量変換処理で、振れ角度を高感度側のＶＣＭの駆動ステップ数に換算しているが、低感度側のＶＣＭの駆動ステップ数に換算してこの駆動ステップ数から高感度用駆動ステップ数、低感度用駆動ステップ数を求めてもよい。

２ 監視カメラ
３ 画像ぶれ補正装置
４ 撮影レンズ
５ カメラ本体
６〜８ レンズ群
１０ 高感度補正レンズ
１１ 低感度補正レンズ
４１，４２ 補正制御部
４６ 駆動量変換部
４７ 感度別演算部

Claims (6)

1. 撮影レンズの光路中に配したレンズを変位させることより画像ぶれを補正する画像ぶれ補正装置において、
   画像ぶれを補正する光学的補正感度が異なり、光軸と垂直な方向に独立に変位することにより画像ぶれを補正する複数の補正レンズを備え、
   前記各補正レンズは、変位したときに像の画質に与える影響が相違することを特徴とする画像ぶれ補正装置。
2. 前記複数の補正レンズは、相対的に光学的補正感度が低い低感度補正レンズと、光学的補正感度が高い高感度補正レンズとからなることを特徴とする請求項１記載の画像ぶれ補正装置。
3. 前記高感度補正レンズは、変位時における像の周辺部の解像度の低下が前記低感度補正レンズよりも大きいことを特徴とする請求項２記載の画像ぶれ補正装置。
4. 振れ角度を検出する振れ角度検出手段と、
   高感度補正レンズを高感度用駆動ステップ数に応じた変位量で変位させる高感度用アクチュエータと、
   低感度補正レンズを低感度用駆動ステップ数に応じた変位量で変位させる低感度用アクチュエータと、
   検出された振れ角度に対応した補正を行うために必要な一方の補正レンズの変位量をアクチュエータの駆動ステップ数に変換する駆動量変換手段と、
   駆動量変換手段から得られる駆動ステップ数と各補正レンズの光学的補正感度の比率に基づいて、高感度用駆動ステップ数と低感度用駆動ステップ数とを求める演算手段とを備えたことを特徴とする請求項２または３記載の画像ぶれ補正装置。
5. 前記駆動量変換手段は、高感度補正レンズを変位させるべき変位量に相当した端数を含む高感度用アクチュエータの駆動ステップ数に変換し
   前記演算手段は、前記駆動量変換手段で得られる駆動ステップ数の整数部を高感度用駆動ステップ数とし、端数部を低感度用駆動ステップ数に変換することを特徴とする請求項４記載の画像ぶれ補正装置。
6. 撮影レンズの光路中に配したレンズを変位させることより画像ぶれを補正する画像ぶれ補正装置において、
   画像ぶれを補正する光学的補正感度が相対的に低い低感度用補正レンズ及び高い高感度用補正レンズと、
   振れ角度を検出する振れ角度検出手段と、
   高感度補正レンズを高感度用駆動ステップ数に応じた変位量で変位させる高感度用アクチュエータと、
   低感度補正レンズを低感度用駆動ステップ数に応じた変位量で変位させる低感度用アクチュエータと、
   検出された振れ角度に対応した補正を行うために必要な高感度補正レンズの変位量を高感度用アクチュエータの駆動ステップ数に変換する駆動量変換手段と、
   前記駆動量変換手段で得られる駆動ステップ数の整数部を高感度用駆動ステップ数とし、端数部を低感度用駆動ステップ数に変換する演算手段とを備えることを特徴とする画像ぶれ補正装置。

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