JP2692952B2

JP2692952B2 - 像ぶれ補正装置

Info

Publication number: JP2692952B2
Application number: JP1109501A
Authority: JP
Inventors: 崇史小林; 滋荻野; 和宏野口; 宏一茂木; 博之浜野; 定彦辻
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1997-12-17
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: JPH02287423A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、手振れ等により発生する像ぶれを補正する
ための像ぶれ補正装置に関するものである。

（従来技術の説明）従来より手ブレ等による画像のブレを補正する機能を
備えた画像機器が知られている。

実例を上げると、例えば米国特許の USP2959088、 USP2829557の様に、補正光学系を可動に配し、その慣
性によって画像ブレを補正するものがある。

これらの従来方式を以下に説明する。

第10図に全体の構成を示す。

主レンズ12,13に対し、レンズ1,2が補正光学系であ
る。補正光学系の焦点距離は各々次の様に設定されてい
る。レンズ鏡筒４に固定された負のパワーを持つレンズ
１の焦点距離をf₁とし、可動支持部３に支えられている
正のパワーを持つレンズ２の焦点距離をf₂とすると、 f₁＝−f₂の関係を満足する様に各レンズの焦点距離を
設定する。

更に、２軸可動の支持を行なう為ギンバル５によりレ
ンズ２の像側焦点から、該焦点距離f₂（＝−f₁）の位置
で該レンズ２が支持されている。

又、補正光学系のバランスを取る為に、カウンターウ
ェイトを設けている。

この様な光学的条件を満足させる事により、いわゆる
慣性振り子型の防振光学系が実現できる。

該ギンバル５の２軸可動の説明を，第11図を用いて示
す。

レンズ２はｙ軸方向に自由度を有する支持部材5yに支
持され、更に該5yはｘ軸方向に自由度を有する支持部材
5xに支持され、更に該支持部材5xはレンズ鏡筒４により
支持されている。

この様な構成により２軸の自由度を有する補正光学系
が構成出来る。

次に、該支持部材３に取り付けられた各種部材による
センタリング（中心出し）と、ダイピング（振動抑制）
の動作について第12図を用いて説明する。

該支持部材３に取り付けられた部材９はアルミ片等の
非磁性体で、鏡筒４に固定されたマグネット（磁性体）
６及び７にて形成される磁気的効果により速度に応じた
抑制力（ダンピング・フォース）が発生する。

具体的には、マグネットとアルミ片により発生する渦
電流が上記補正光学系の交軸中心からの偏位量を小さく
する方向に力を発生し、ダンピング効果を生じる。

なお、マグネット6,7は図面上では鏡筒上部のみに取
り付けられているが、これは説明の適宜をはかる為の省
略であり、下部及び左右のマグネットは不図示としてあ
るが２軸制御においては必要である。

部材10はカウンター・ウェイトである。

上述の様に、補正光学系の焦点位置で振り子を支持
し、通常の安定した状態にて釣合いが取れるようなバラ
ンサーとして、部材10が取り付けられている。

取り付けは、該支持部材３のギンバル支持部を挟んで
補正光学系２の反対側に位置する。該支持部材３に該カ
ウンターウェイト10と一体的に取り付けられた部材11は
磁性体であり鏡筒４に固定されたマグネット８との間で
構成される磁気的効果によりセンタリング動作を行な
う。

磁極は同極（Ｎ同士）が面しており磁気的に反発する
様に構成されている。この為、該マグネットの中心が主
光学系12,13の光軸（主光軸）と一致しているので、中
心近傍においては該補正光学系を該主光軸に一致させる
様な求心力（センタリング・フォース）が発生する。

更に後段にあるレンズ12,13は主レンズで、最終的な
焦点面14上に画像を結像する。

次に、全体的な動作説明を行なう。

望遠鏡などの光学装置における上述の防振システムの
動作を例にとってみる。

目標物に向けられた鏡筒４の内部では、上述の通り主
光学系及び補正光学系により該目標物の光学像が焦点面
14上に結像されている。

拡大率の高い望遠鏡の場合、手持ちでの使用の場合特
に、手ぶれ等により画像のブレが発生し、該鏡筒４に0.
1〜10Hz程度の範囲の周波数成分を有する振動が発生す
る。

この振動により該鏡筒４及びレンズ１と補正光学系2,
3,5,9,10,11との間に相対的な偏位が生じる。

レンズ１とレンズ２との相対偏位により上記画像のブ
レが補正される。

この様な状況において、急激な偏位が発生した場合に
は上述のダンピング機構により偏位の発生に抑制がかか
る。

又、ブレの無い場合にはレンズ２の中心部を用いた方
が光学的特性が良好であるので、製造誤差や上記偏位の
周波数成分で直流成分に当たる偏位の除去を行なう為
に、中心近傍においては補正光学系の光軸と、主光軸を
一致させる。

この為に、上記センタリング・フォースを利用する構
造と成している。

以上の説明で画像が振れた場合に振り子式補正光学系
により画像の防振が可能で、磁気的効果を利用してセン
タリング及びダンピングを付加し、防振特性を向上させ
ている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、実際の撮影時には被写体を追跡したり
被写体を変える為パン、チルト等の動作を行なう必要が
頻繁に生じる。これに対して、従来方式は防振動作のみ
のシステムであり、手ブレ等の振動については防振効果
を有するが、一方向に連続して移動する実現的なパン、
チルト動作時の挙動に関し防振効果が低下したり、補正
光学系が大きく一方向に移動したままになったり、レン
ズ鏡筒内壁に衝突したりして、不自然な画像の動きにな
るという問題点を有していた。

更に、カメラ等においては水平方向と垂直方向とで使
用状況が異なる場合がある（例えば、民生用カムコーダ
ーを想定するに通常水平方向のパンニング動作の頻度
は、垂直方向のチルティング動作に比べて高いことが知
られている）ので、防振特性もその状況に適したものと
することが望ましい。

本発明は、以上の事情に鑑み為されたもので、各方向
について最適な像ぶれ補正動作を行うことができる像ぶ
れ補正装置を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段及び作用）本発明は、上述したような目的を達成するために、振
れ状態に応じて第１の方向及び該第１の方向とは異なる
第２の方向について像ぶれ補正動作を行う像ぶれ補正手
段と、同一の振れ状態に対して前記第1,第２の方向で異
なる像ぶれ補正動作を前記像ぶれ補正手段が前記第1,第
２のいずれの方向に対しても補正限界に達しない範囲内
で該像ぶれ補正手段に行わせる制御手段とを有し、以っ
て、各方向について最適な像ぶれ補正動作を行うことが
可能な像ぶれ補正装置とするものである。

（実施例）上述の具体的な構成例を以下に説明する。

パン、チルト等の動作にて発生し易い鏡筒の内壁への
突き当たり防止の為に補正光学系の動きを制御するトル
ク発生手段と該発生手段を制御する制御信号発生器、及
び制御信号発生の為の演算処理の入力信号として該補正
光学系の移動を検出する為のセンサーが主な構成要件で
ある。

上記の制御信号発生器からは、防振とパンニングによ
るレンズ部の過度な動きの防止、という２つの要素を満
足させる為に、慣性振り子の振れ角に対して非線形な出
力トルクが与えられる。

このトルク出力の特性を第１図に示す。

中心付近では防振の為の慣性振り子の動きを妨げない
様に、殆ど補正光学系の動きに対してダンピングを行な
う為のトルクを与えない。

しかし、パニング等の様に、一方向への大きな動きが
加わった場合には、慣性振り子レンズ部が鏡筒の内壁に
ぶつからない様に、中心に引き戻す大きなトルクを発生
させる様に構成されている。

又、第１図のトルクカーブを振り子の軸方向から見る
と、第２図の様なイメージに成る。一つの同心円が所定
量のトルク変化を示しているの、外周つまり鏡筒の端に
近付くにつれ、同心円の間隔が密になり、トルク特性の
傾きが急になることが分る。すなわち、第１図で言う非
線形のカーブを描いてトルクが上昇する様子を示してい
る。

次に、上記システムの構成例を述べる。

第９図に於て、鏡筒の内壁４及び支持部材３にセンサ
が，その軸対称部にトルク発生器が配設されている。
又、ｘ軸とｙ軸は各々同様の構成で、かつｘ軸とｙ軸と
は直交する位置に配設される。

該センサーの構成を第３図に示す。

鏡筒の内壁４に取り付けられたLED等の発光素子30、
該発光素子の為の電源34、とこれを受光するPSD等の一
次元イメージセンサー32と、支持部材３に取り付けられ
たスリット幕31とからセンサーは成っている。

発光素子30と一次元イメージセンサー32の間に設けら
れたスリット幕31は補正光学系の支持部材３の移動に伴
いスリット幕31が図の矢印方向に動くので、一次元イメ
ージセンサー32から振れ角に応じた信号が検出できるの
でセンサーアンプ33からは該補正光学系の位置信号が得
られる。

次に、該トルク発生器の構成を、例えばボイスコイル
型の構成を例にとり第４図にに示す。

制御入力端子43に制御信号が入力されると、その電流
量と極性に応じボイスコイル42と、マグネット41の間で
磁気的結合力（あるいは磁気的反発力）が発生し、第４
図の矢印方向にトルクを発生させることが出来る。セン
サーと同様ｘ軸とｙ軸を直交させた配置と成しており、
ギンバル支持と相まり、補正光学系の移動をダンピング
すべく全方向のトルク制御が出来る。

次に第１図に示す様な防振、パン、チルトに対応して
制御する非線形カーブを得る為の制御系をマイコンで構
成した一例を第５図に示す。

前述の通り（ｘ及びｙに関し）、30,31,32,33,34で構
成されたセンサーの信号はマイコン50内のA/D変換器に
よりディジタル信号に変換され、振れ角データとしてマ
イコン50内で処理される。

該処理結果をD/A変換器にてアナログ・データに変換
し、トルク発生器の駆動回路53経由で、41,42にて構成
されるトルク発生器を駆動する。

なお、点線で示した部分（51,52）はLUT（ルック・ア
ップ・テーブル）内のデータを除き同一の構成で、処理
内容をハード的に図示したものである。

次に、マイコン50内部の処理に関し、第６図のフロー
・チャートを用いて以下に説明する。

手順01:水平方向の制御信号を演算する為に、処理モー
ドｉをｘと指定する。

手順02:慣性振り子の振れ角に応じたセンサー出力θをA
/D変換器よりディジタル・データとして取り込む。この
データは慣性振り子の中心からの偏位量に応じたセンタ
リング・フォースを発生させるスプリング項として作用
する。

手順03:前述のθを積分してデータd1とする。このd1は
センタリングの為のもので、蓄積誤差や量産時の製造誤
差等の各種要因にて発生する誤差をキャンセルして慣性
振り子を光軸位置に復帰させる効果を有す。このような
積分項は、制御系に対する影響度を低く設定するので、
他項のような非線形処理は行なわない。

手順04:前述のθを微分してデータΔとする。この項は
ダンピング項で、急激なパン等に対する効果を有する。

手順05:前述のθに対応したLUTの１を参照してデータ
“LUT−1"とする。該LUTの２に格納されている関数デー
タのカーブの一例を、第７図のｘカーブ或はｙカーブと
して示す。

手順06:前述のθに対応したLUTの２を参照してデータ
“LUT−2"とする。基本的には、LUTの１と同様の傾向を
有すもので、条件によってはLUTの１とLUTの２は同一の
関数でもよい。

しかし、前述のスプリング項とダンピング項を各々最
適化する為には、専用のテーブルを設定するのが望まし
い。

手順07:前述のθに“LUT−1"を乗算し、これをデータd2
とする。

手順08:前述のΔに“LUT−2"を乗算し、これをデータd3
とする。

手順09:上記データd1,d2,d3を加算し、これを“DATA"と
して一時格納する。

このデータは次の式で表わされるサーボ・ループの一
般的な制御関数である。

DATA＝k1＊θ＋k2＊ｄθ/dt＋∫θdt 上記k1,k2がマイコン内のLUTに予め格納された係数デ
ータである。これは、第７図或は第８図に示す特性に基
付き、振れ角に対応したトルク制御値の係数テーブルを
参照し、その振れ角に応じた係数データを選択したもの
である。

手順10:現在の処理モードｉがｘに関するものかｙに関
するものかを判別する。

奇数回目であればｘに関するものであり（noの場合）
手順11と12を経て手順02へ戻り、次に、垂直方向の制御
データの演算の為にｙに関する処理をｘと同様の手順で
行なう。

偶数回目であればｙに関するものであり（yesの場
合）手順13,14,15の出力処理を行なう。

手順11:演算結果の“DATA"を水平方向の制御データとし
てDxに格納する。

手順12:処理モードｉをｙに変更し、手順02へ戻る。

手順13:演算結果の“DATA"を垂直方向の制御データとし
てDyに格納する。

手順14:データ“Dx"をD/A変換器より出力する。

手順15:データ“Dy"をD/A変換器より出力する。

手順16:AS（防振）動作を終了してもよいか、判断す
る。終了ならば（yesの場合）エンドへ進み、継続なら
ば（noの場合）手順01へ戻り、上述の処理を終了まで繰
り返す。

この様にして、発生されたトルク発生器に対する制御
データはアナログ信号に変換され、上述のトルク発生器
に対して出力され第７図及び第８図の特性に基付く制御
が行なわれる。

又、鏡筒内壁に近接する位置まで移動した補正光学系
はパン、チルトの動作中に、第９図の補正光学系のマグ
ネット41と固定部側のマグネット42の磁力によってセン
ター位置へと復帰される。

この様に、上述の中心方向への振り子を戻す為のトル
クは、パニングの様な大きな動きへの対策であって、防
振という本来の目的にとってはマイナス作用であり、こ
の点からは少ない方が良い。

処で、民生用カムコーダーを想定するに通常横方向の
パニング動作の頻度は高いが、縦方向のチルティング動
作の頻度は低い事が知られている。

又、素人の手ブレは横方向よりも縦方向が若干多いこ
とも、測定データ等から判明している。

そこで、上述の非線形特性を、カムコーダーの使用状
況に合わせ、ｘ軸をｙ軸に比べパニング動作に適したも
のとする。逆に、ｙ軸をｘ軸に比べ防振効果に適したも
のとする。

つまり、横軸に対し縦軸の、中心に引き戻す為のトル
クの与え方を弱くする。この様子を図示したのが第７図
で、これを光軸方向から見たのが第８図のイメージ図で
ある。

これ等の特性は、第５図に於てLUTの非線形特性デー
タを変更することで実現できる。

以上説明してきた様な構成を取る事により、LUTのデ
ータを第７図、第８図に示す通りパニング時の画像の安
定化と、防振時の特性向上の両立が可能となる。

上述した実施例において、補正光学系２が本発明の像
ぶれ補正手段に、マイコン50が本発明の制御手段にそれ
ぞれ相当する。

（発明の効果）以上説明したような本発明によれば、補正方向に応じ
て最適な像ぶれ補正動作を行うことが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図から第９図までは、本発明の実施例を説明する為
の図で、第10図から第12図までは従来例の説明の為の図
である。第１図:xy同一特性の非線形関数第２図：第１図を光軸方向から見た図第３図：センサーの構成図第４図：トルク発生器の構成図第５図：本実施例の電気的全体構成図第６図：マイコンの動作説明図第７図:xyで異なる特性の非線形関数第８図：第７図を光軸方向から見た図第９図：本実施例のメカ的全体構成図第10図：従来例の全体構成図第11図：ギンバル支持の説明の為の部分図第12図：磁気的効果の説明の為の部分図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者茂木宏一神奈川県川崎市高津区下野毛770番地キヤノン株式会社玉川事業所内 (72)発明者浜野博之神奈川県川崎市高津区下野毛770番地キヤノン株式会社玉川事業所内 (72)発明者辻定彦神奈川県川崎市高津区下野毛770番地キヤノン株式会社玉川事業所内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】振れ状態に応じて第１の方向及び該第１の
方向とは異なる第２の方向について像ぶれ補正動作を行
う像ぶれ補正手段と、同一の振れ状態に対して前記第1,
第２の方向で異なる像ぶれ補正動作を前記像ぶれ補正手
段が前記第1,第２のいずれの方向に対しても補正限界に
達しない範囲内で該像ぶれ補正手段に行わせる制御手段
とを有することを特徴とする像ぶれ補正装置。