JP2556468B2 - 防振撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は防振機能を有する撮像装置に関し、ステイル
撮影にも使用できるが、特にムービー撮影に適した撮像
装置に関する。

〈従来技術〉 歩行中や進行中の乗物上での撮影はカメラに動揺を与
えやすく撮像画面を見にくくし、また振動の多い場所で
の撮影は画像にブレが生じやすく役に立つ画像が得られ
ない。しかも、これらはレンズ系の焦点距離が長くなる
ほど顕著となる障害である。

このような画像ブレの障害を防ぐ手段として、光学系
全体の傾動角すなわち光学系のブレを検知してレンズ系
の一部を偏心させたり、特公昭59-26930のように互いの
厚さの一定の関係式で規定される二つの光学素子を撮影
レンズ光路中に設け、該光学素子をずらして画像ブレを
防ぐ方法が提案されている。しかしながら、前者は偏心
により光量の変動が生じたり、後者では少なくとも一方
の光学素子を通常のレンズ系の前方に配置するため、か
かる光学素子としては前玉径より大きなものが必要とな
るため、光学系全体が重く大きくなる欠点がある。ま
た、液体プリズムの頂角を制御して画像ブレを補正する
いわゆるダイナレンズ方式のブレ防止方法も提案されて
いるが、構造上補正可能な画像ブレの角度が小さく、か
つプリズムを用いているためその角度が増すにつれ、色
収差が発生する問題点がある。

また前述した様に光学的に画像のブレを防止する方法
に対して防振装置を有する撮像装置としてジヤイロを利
用してカメラが常に重力方向に固定される様にする方式
やカメラを取り付けた電動雲台を加速度センサで検知し
た加速度、角速度に応じて撮影レンズを含めたカメラ全
体を駆動する方式（”サーボ式カメラ防振装置"NHK技研
月報vol.27,No.11 P23〜28（1984））が提案されてい
る。

かかる方式では前述した光学的に画像のブレを防止す
る方法の様に光量の変動が生じたり、光学系全体が重く
大きくなったり、色収差が発生することはない。しかし
ながらかかる提案に示されるカメラでは撮影レンズばか
りでなくカメラ内部の制御装置を含めてカメラ筺体全体
をモータにより駆動しているため防振装置を含めた撮像
装置全体としては大きくなるため、ENGカメラのように
手持ち撮影の場合には使用できない欠点があった。

本出願人は先に特願昭60-90116号で撮影レンズ系と該
撮影レンズを介して入射する光を受ける受光手段とを有
する撮影レンズ装置をカメラ筺体に対して回動自在に支
持し、該レンズ装置のブレを検知する検知手段の出力に
応じて前記撮影レンズ装置を駆動してブレを補正する制
御手段とを具備した防振カメラを提案している。

そしてこの提案の防振カメラは、 １） レンズ系の一部を偏心させたり、プリズムを挿入
する必要がないので、光量変化や色収差の光学性能の劣
化がない。また、補正範囲も大きくとれる。

２） 駆動制御の対象が、レンズ系および光電変換素子
だけであるので、駆動系のパワーが小さくて済み、その
結果カメラ全体も小型で軽量になる。

３） カメラ全体を小型化したので長焦点レンズの手持
ち撮影が可能となり、歩進しながらの手持ち撮影時にも
ブレのない安定した画像が得られ、また進行中の乗物上
や振動の多い場所での撮影時にもブレのない安定した画
像が得られる。また手持ち撮影に不慣れな初心者でもブ
レのほとんどない画像を撮ることができる。

〈解決すべき問題点〉 しかしながら、レンズ系はカメラ全体に比べれば重量
が少ないとはいえ、かなりの慣性モーメントがあるの
で、小振幅であっても周波数の高いブレ成分に対しては
駆動系が追従でき難いため使用場面に制限があった。逆
に、振幅の大きなブレに対しても構造上駆動系の動作範
囲に制限あるため、同様の不都合があった。

この発明は、上述従来例の欠点を除去し、低周波数で
振幅の大きな成分に、高周波で小振幅の成分が重畳した
ような画像ブレに対しても防振効果を有する撮像装置を
提供することを目的とする。

そして上記目的を実現する一法として、撮像装置のブ
レを検出するブレ検出手段、前記撮像装置を構成し、前
記ブレの周波数帯域毎に応じた揺れを補正するための複
数の補正手段、前記ブレ検出手段からの検出出力を複数
の周波数帯域に分配する分配手段、前記分配手段によっ
て分配された各々の周波数帯域の信号に基づいて前記複
数の補正手段を制御する制御手段を具備することにあ
る。

〈実施例の説明〉 以下、この発明の実施例について図面を参照して説明
する。

第１図は、この発明の実施例の概略構成を示すブロッ
ク図、第２図は構成を示す断面図で、他の図面と同じ部
材または同一の機能を有するものは同じ番号を付す。第
１図において、8b′は被写体14の像の光電変換素子２の
撮像面上における移動方向と移動量（以下、それぞれ画
像ブレ方向，画像ブレ量と呼ぶ）を検知する画像ブレ検
知手段である画像移動検知回路。8c′は該画像移動検知
回路8b′の出力によって、駆動手段11〜13を選択し、制
御する手段である制御回路。11は高周波小振幅の画像ブ
レに対応する第２の駆動手段、13は低周波大振幅の画像
ブレに対応する第３の駆動手段、12はこれら２つの中間
の周波数と振幅の画像ブレに対応する第１の駆動手段、
15は筺体６に固定され、第３の駆動手段13の駆動力を該
筺体へ伝達する部材である。

第３図は第１の駆動手段の一つの例を示す斜視図であ
る。１はフードを含むレンズ系、２は固体撮像素子の如
き光電変換素子であり、レンズ系１を介して入射する光
を受ける撮像手段である。３はレンズ系１および光電変
換素子２を支持する手段であるジンバル構造で、31a,31
bおよび32a,32b（図示せず）の二つの軸と円環状部材33
からなる。軸31a,31bは一端が円環状部材33に固定さ
れ、他端がそれぞれカメラ筺体である外装部材６の上面
6a,下面6bに対して回動自在に取付けられる。また、軸3
2a,32bは一端がレンズ系１の鏡筒に固定され、他端が円
環状部材33に対して回動自在に取付けられる。従って、
レンズ系１と光電変換素子２は外装部材６に対してｙ軸
およびｚ軸の回りに回動自在に支持されている。4a,4b
はウオームギヤで、それぞれ軸32aおよび31bに嵌合せら
れたウオームホイール34,35を介してモータ5a,5bの駆動
力を伝達し、レンズ系１および光電変換素子２をジンバ
ル３の２軸の回りに回動する。なお、モータ5aはジンバ
ルの円環状部材33に、モータ5bはカメラ外装部材６の底
面6bにそれぞれ固定される。７は光電変換素子２の出力
を第２図に示した信号処理回路8aを始めとし、画像ブレ
検知回路8b,駆動制御回路8cを含む回路基板８へ伝達す
る信号伝送部材、９は画像信号を第１図に示したモニタ
10等へ伝送する同軸ケーブルである。尚第１図において
撮影レンズ系１、光電変換素子２を有する撮影レンズ装
置を30として示した。

以上のように構成された第１の駆動手段の動作につい
ては以下に説明する。

第１図において、光電変換素子２の出力は信号処理回
路8aを通って画像ブレ検知回路8bに入る。ここで、一定
時刻を隔てた画像どうしの相関をとることによって画像
ブレの大きさと方向を検知し、駆動制御回路8cに制御信
号が与えられる。駆動制御回路8cは、その制御信号を受
けて、モータ５（第１図の5a,5b）を画像ブレを打消す
方向に駆動する。従って、カメラの外装部材６に外乱が
加わっても上述のように補正が行なわれ、結果としてレ
ンズ系１と光電変換素子２は被写体に正対したままに保
たれるので、ブレのない安定した画像が得られる。

第２図の11は第２の駆動手段を示すもので、例えばア
フオーカル光学系の背後のリレーレンズを懸架する方法
をとり、懸架機構の詳細は次の通りである。

第４図は、前記第２の駆動手段11の一構成例を示す正
面図（Ａ）と側断面図（Ｂ）である。図において、101
は鏡筒、102はレンズ、103はレンズの枠、18a〜ｄは積
層型の圧電素子で、部材16を介して鏡筒101に固定され
ている。17は一面が圧電素子18に固定され、もう一面が
凹面でレンズ枠103と嵌合し、該レンズ枠103を摺動自在
に支持する部材である。

ここで、圧電素子18aを伸長させ、圧電素子18bを圧縮
させる方向に電圧を印加すると、レンズ枠103が第４図
（Ａ）の左右の支持部材17で支持され、下方へ摺動押下
される。即ち、レンズ102が光軸と垂直な方向に偏心さ
れるので、プリズム効果により光電変換素子２の撮像面
上の被写体14の像を下方（第４図の−ｚ方向）へ移動さ
せることできる。同様にして、圧電素子18cと18dの組合
せで電圧の印加方向を変化させれば、ｙ方向に被写体14
の像を移動させることができる。即ち、圧電素子18aと1
8b,18cと18dに印加する電圧の向き（極性）と大きさを
変えることによって、被写体14の像をｙ−ｚ平面内で微
小量ではあるが高速に移動させることが可能となる。

第１の駆動手段12は既に述べた通り、例えば第１図に
おけるモータ５とギヤ４の組合せでジンバル構造３を介
して、光電変換素子２と前記駆動手段11を内蔵するレン
ズ系１をｙ軸とｚ軸の回りに回動する。また、第３の駆
動手段13は筺体６を点Ｏを中心としてｙ軸の回りに、部
材15を軸としてｚ軸のまわりにそれぞれ回動可能な、例
えば周知の電動雲台を使用できる。

以上のように構成された本実施例の撮像装置の動作に
ついて以下に説明する。第１図において、光電変換素子
２の出力は、信号処理回路8aを通って画像移動検知回路
8b′に入る。ここで、例えば一定時刻を隔てた画像どう
しの相関をとることによって画像ブレの方向と量を検知
し、制御回路8c′へ画像ブレ信号S₀が伝達される。この
際相関は光電変換素子２の撮像面上のｙ方向,z方向でそ
れぞれ別々に行なわれることが多いので、画像ブレ信号
S_oもｙ方向,z方向の２通りのものが得られるが、以下簡
単のためｙ方向についてのみ考える。今、時間ｔに対し
て第５図に示すような画像ブレ信号S₀（同図（ａ））が
得られたとすると、制御回路8c′は、該信号S_oを３つに
分離し、それぞれをローパスフィルタ，バンドパスフィ
ルタ，ハイパスフィルタを通すことによって新たな画像
ブレ信号S₃（同図（ｂ）），S₂（同図（ｃ）），S₁（同
図（ｄ））を生成する。そして、該信号S₁〜S₃を第１か
ら第３の駆動手段11〜13に応じた制御信号C₁〜C₃に変換
して各駆動手段へ出力する。各駆動手段では、該制御信
号C₁〜C₃に従って前記画像ブレ信号S₀が零となる方向へ
動作する。即ち、今の場合、第２の駆動手段11では画像
ブレ信号S₁が零となるように第４図における圧電素子18
cと18dを駆動し、第１の駆動手段12では画像ブレ信号S₂
が零となるように第３図におけるモータ5bを駆動し、第
３の駆動手段13では画像ブレ信号S₃が零となるように部
材15を回動させる。なお、光電変換素子２の撮像面上の
ｚ方向についても同様の制御が行なわれる。

以上のようにして、被写体14の像は光電変換素子２の
撮像面上の一定位置に保持されるので、常にブレのない
安定した画像が得られる。

なお、C₄は図示しないコントローラからの制御信号
で、該制御信号C₄により低周波大振幅の画像ブレに対応
する前記第３の駆動手段13を利用してパンニングなどの
動作を行なうこともできる。

第６図に、前記第２の駆動手段の別構成例を示す。図
において、20は光電変換素子２を固定した基板、19a〜
ｄはバイモルフ型圧電素子、21は該圧電素子19a,19bの
対と19c,19dの対を連結する部材である。19a,19bの圧電
素子の対は、一端が基板20に、他端が連結部材21に接着
固定され、19c,19dの圧電素子の対は、一端が連結部材2
1に、他端が撮像装置の筺体（図示せず）に接着固定さ
れる。上記構成において、圧電素子19aと19bおよび19c
と19dに印加する電圧の極性と大きさを変化させること
によって光電変換素子２をそれぞれｚ方向とｙ方向に変
位させることができる。即ち、被写体像14の位置を光軸
と垂直な方向に相対的に変位させることによって、第４
図の場合と同様に画像ブレ信号（S₁）を零にすることが
できる。

第７図に前記第２の駆動手段のさらなる別構成例を示
す。図において、22は両平面をガラス板28a,28bに被着
せられた円板上の例えばシリコーンガスのような弾性
体、27a,27bは該ガラス板28の保持枠、23a,23a′（図示
せず）および23b,23b′は一端が該保持枠27に固定さ
れ、他端が図示しない鏡筒に回動自在に取付け支持さた
軸、24a,24bはそれぞれ軸23a,23bに嵌合せられたウオー
ムホイール26a,26bを介して前記鏡筒に取付けられたモ
ータ25a,25bの駆動力を該軸23a,23bに伝達するウオーム
ギヤである。上記構成においてモータ25a,25bを駆動す
ることによって、ガラス板28aをｙ軸のまわりに、ガラ
ス板28bをｚ軸のまわりに回動することができ、弾性体2
2の端面に光軸（ｘ方向）に対して角度を持たせること
ができる。そうすると、プリズム効果により前記被写体
像14の光電変換素子２の撮像面上の位置を変化させるこ
とができるので、第４図の場合と同様に画像ブレ信号を
零にすることができる。

以上の実施例において、画像ブレ検知手段として画像
信号を用いて相関をとる方法をあげたが、撮像装置の筺
体に加速度センサを取付けて、その出力に応じて制御回
路8c′への信号出力を変化させてもよい。

次に、制御手段として、前記画像ブレ信号をフイルタ
に通して各駆動手段に対応する帯域に分離して各駆動手
段の制御信号を生成する方法を述べたが、各駆動手段ご
とに異なるゲイン−周波数特性をもたせるようにしても
同様の効果が得られる。

更に実施例に示したような、３つの駆動手段が必ずし
も必要なわけではない。例えば、ENGカメラのような手
持ち撮影の場合には、前記第３の駆動手段13および部材
15を筺体６からとりはずし、制御信号C₃を用いてフアイ
ンダー内に画像ブレ（または手ブレ）警告表示を出し、
撮影者に注意を促すようにしてもよい。これにより、前
記実施例のようなリモートコントロール撮影時だけでな
く、マニユアル撮影時にも防振機能を有する撮像装置と
して使用できる。更に前記第３の駆動手段を用いてパン
ニングを行なわせることもできる。

なお、複数の駆動手段は上記実施例に示したものに限
られるものではなく、各駆動手段も２軸（y,z軸）のも
のでなくてもよい。

また、第４図で凸レンズを移動させる場合を示した
が、凸レンズでなく凹レンズでもよく、複数の光学素子
の組合せを移動させてもよい。

〈効果の説明〉 以上説明したように、この発明では画像ブレ信号の大
きさと周波数によって複数の駆動手段を選択的に動作さ
せ、光電変換素子撮像面上の被写体像の位置を制御する
ようにしたので、以下のような効果が得られる。

１） 単一の駆動手段で画像ブレを補正する場合に比
べ、抑制可能な画像ブレの大きさと周波数の範囲が広く
なる。

２） おのおのの駆動手段の受持ち範囲が分担されるの
で、各駆動手段の負担が軽減され、設計が容易になると
ともに小型化・低消費電力化が計れる。

３） 高周波小振幅の駆動手段の場合、画像ブレの補正
両が小さくてよいので、従来光学性能が劣化するため、
その使用に難点のあったレンズ系の一部を変身させた
り、プリズムの頂角や光電変換素子の位置を可変にした
りする方式が使用でき、高い周波数の画像ブレの抑制が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図。第２図は実
施例の断面図。第３図は実施例の一部を示す斜視図。第
４図（Ａ）は実施例の別の一部を示す正面図で、第４図
（Ｂ）は断面図。第５図はブレ信号の波形図。第６図は
要部の変形例を示す斜視図。第７図は要部の別の変形例
を示す斜視図。 図中、8b′は画像移動検知回路、11は第２の駆動手段、
12は第１の駆動手段、13は第３の駆動手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉井 実 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 須田 繁幸 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 大和田 光俊 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−143330（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−248681（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−8668（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像装置のブレを検出するブレ検出手段、
   前記撮像装置を構成し、前記ブレの周波数帯域毎に応じ
   た揺れを補正するための複数の補正手段、前記ブレ検出
   手段からの検出出力を複数の周波数帯域に分配する分配
   手段、前記分配手段によって分配された各々の周波数帯
   域の信号に基づいて前記複数の補正手段を制御する制御
   手段を具備することを特徴とする防振撮像装置。