JP3135379B2 - 像ブレ補正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通過光束の進行方向を
任意に変えることができる可変頂角プリズム装置を用い
た防振レンズを有するビデオカメラ等のカメラ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ等のカメラ装置の自
動化が進み、自動露出調節手段や自動焦点調節手段な
ど、様々な機能が実用化されている。

【０００３】これらの自動化機能を一つとして、様々な
原因によって発生する画面の有害なぶれを軽減するぶれ
補正手段が考案され、また、実用化されつつある。

【０００４】特にビデオカメラ等のカメラ装置において
は、使用される撮影レンズとしてズームレンズを用いる
のが一般的であり、そのズーム比も年々大きくなる傾向
が強い。一方カメラ装置の小型化も顕著であり、撮像画
面サイズの小型化、高密度実装技術の発展、小型レコー
ダーメカシャーシの開発などを背景に、片手で撮影が可
能な小型機種まで現われてきている。

【０００５】しかしながら、このようなズームレンズを
備えた小型のビデオカメラを用いる場合、撮影者の手ぶ
れに起因する画面の有害なぶれが発生し、このぶれを除
去し、安定した画面を得るために、様々なぶれ防止手段
が提案されている。これらのぶれ防止手段を用いれば、
このような手ぶれによる画面の有害なぶれだけでなく、
船舶や自動車などからの撮影に際して、三脚を用いても
有害な手ぶれが除去しえないような状況においても大き
な効果を有することは言うまでもない。

【０００６】このぶれ防止手段は、ぶれを検出するぶれ
検出手段と、検出されたぶれの情報に応じて画面として
ぶれが発生しないように、なんらかの補正を行なうぶれ
補正手段を、少なくとも含んで構成されている。

【０００７】ぶれ検出手段としては例えば、角加速度
計、角速度計、角変位計などが知られている。

【０００８】又、ぶれ補正手段としては、本件同一出願
人による可変頂角プリズムを用いるものや、得られた撮
像画面情報の中から実際に画面として用いる領域を切り
出すように構成したビデオカメラにて、その切り出し位
置をぶれが補正される位置に順次変更していく方法など
が知られている。

【０００９】補正手段として、前者のように可変頂角プ
リズムや、その他のなんらかの光学的手段を用いて撮像
素子上に結像する像の段階でぶれを除去するような方法
をここでは光学的補正手段と称し、後者のようにぶれを
含んだ画像情報を電子的に加工してぶれを除去する方法
を電子的な補正手段と称する。

【００１０】一般的に、光学的補正手段はレンズの焦点
距離にかかわりなく、カメラのぶれ角度として定められ
た角度以内のぶれに対しての補正が可能であり、従っ
て、ズームレンズのテレ側の焦点距離が長い場合でも、
実用上問題のないぶれ除去性能を有することが出来る。
しかし、大きくなるという欠点を有している。

【００１１】これに対して、電子的な補正手段は画面上
での例えば画面の縦寸法に対する補正率といったものが
一定である。従って、テレ側の焦点距離が長くなるにし
たがって、ぶれ除去の性能は劣化する。電子式の場合一
般に小型化に対しては有利となることが多い。

【００１２】図８は焦点距離とカメラのぶれ角度との関
係を画面上の被写体位置で説明した図である。図におい
て、カメラが２２で示した位置にある時のレンズの光軸
は２３であり被写体である人物２１の顔をほぼ中心にと
らえていることになる。この状態からａ度、手ぶれによ
りカメラが回転したとする。この時のカメラ位置を２４
で、光軸を２５で示す。

【００１３】図８における（Ｂ）と（Ｃ）はこの図８の
２２と２４で示すカメラ位置での画面位置を示してお
り、（Ｂ）はズームレンズのテレ端での状態を、（Ｃ）
はワイド端での状態を示す。２６は画面内の被写体を示
しており、２７及び２９は２２の位置での、２８および
２０は２４の位置での画面を示している。

【００１４】図９から明らかなように、同じａ度のカメ
ラぶれであっても、当然、レンズの焦点距離が長い方
が、画面上のぶれとしては害が大きい。したがって、特
にテレ端の焦点距離の長いレンズと組み合わせるような
ぶれ除去手段においては、可変頂角プリズムを用いるよ
うな光学的手段は有効なぶれ補正手段といえる。

【００１５】図９に可変頂角プリズムの構成を示す。図
において３１と３３はガラス板であり、３７は例えばポ
リエチレン等の材料で作られた蛇腹部分である。これら
のガラス板と蛇腹で囲まれた内部に、例えばシリコンオ
イル等による透明な液体３２が封入されている。

【００１６】図９（Ｂ）では２枚のガラス板３１と３３
は平行な状態であり、この場合、可変頂角プリズムの光
線の入射角度と出射角度は等しい。一方図９（Ａ）、
（Ｃ）のように角度を持つ場合にはそれぞれ光線３４、
３６で示した如く光線は或角度をもって曲げられる。従
って、カメラが手ぶれ等の原因により傾いた場合にその
角度に相当する分光線が曲がるように、レンズの前に設
けた可変頂角プリズムの角度を制御することによって、
ぶれが除去できるものである。

【００１７】図１０はこの状態を示しており、図１０
（Ａ）にて可変頂角プリズムは平行状態にあり、光軸は
被写体の頭をとらえているとすると、（Ｂ）のようにａ
度のぶれに対して図の様に可変頂角プリズムを駆動して
光線を曲げることにより撮影光軸は相変わらず、被写体
の頭をとらえ続けられる。

【００１８】図１２はこの可変頂角プリズムとそれを駆
動するアクチュエーター部および、角度状態を検出する
頂角センサーを含む、可変頂角プリズムユニット等の分
解斜視図である。実際のぶれはあらゆる方向で出現する
がこれに対処するよう可変頂角プリズムの前側のガラス
面と後ろ側のガラス面はそれぞれ９０度ずれた方向を回
転軸として回転可能なように構成されている。ここでは
同一機能を果たす構成部品については同一番号を符す
が、添え字ａ，ｂは９０度ずれた部品を示す。尚ｂ側の
部品の一部不図示となっている。

【００１９】５１は可変頂角プリズムの本体で、ガラス
板３１、３３、蛇腹部３７および内部にシリコンオイル
等の液体からなる。ガラス板は保持枠３８に一体的に接
着剤等を用いて取り付けられる。保持枠３８は不図示の
固定部品との間で回転軸４３を中心にして回動可能とな
っている。先にも説明した通り軸４３ａと軸４３ｂは、
９０度方向が異なっている。保持枠３８上にはコイル４
５が一体的に設けられており、一方、不図示の固定部分
には、マグネット４６、ヨーク４７、４８が設けられて
いる。したがって、コイルに電流を流すことにより可変
頂角プリズムは軸４３回りに回動する。保持枠３８から
一体的に伸びた腕部分４０の先端にはスリット３９があ
り、固定部分に設けられたｉＲＥＤ素子等の発光素子４
１と、ＰＳＤ等の受光素子があり頂角センサーを構成し
プリズムの偏移状態を検出する。

【００２０】図１１にはこの可変頂角プリズムを補正手
段として有するぶれ防止手段を、撮影レンズと組み合わ
せた防振制御システムのブロック構成図を示す。

【００２１】図において５１は可変頂角プリズム、５
３、５４は前述した構成の頂角センサー６３、６４は頂
角センサーの出力を増幅する検出回路部、５５はマイク
ロコンピューター、５６、５７はぶれ検出手段である。
マイクロコンピューター５５では頂角センサーにより検
出された角度状態と、ぶれ検出手段５６、５７の検出結
果に応じてぶれを除去するのに最適な角度状態に可変頂
角プリズムの角度状態を制御するために、アクチュエー
ター５８、５９に通電する電流を決定する。

【００２２】尚、主だった要素が二つのブロックより成
り立っているのは、９０度ずれた２方向の制御をそれぞ
れ単独に行なうと仮定したためである。

【００２３】可変頂角プリズムの屈折率をｎ、プリズム
頂角をσ、入射光線と出射光線の間の角度をδとする
と、頂角の小さい範囲では以下の式があてはまる。

【００２４】δ＝（ｎ−１）σ 例えばｎ＝１．４の場合、可変頂角プリズムを５度傾け
ると光線は２度曲がることとなる。

【００２５】以上、可変頂角プリズムを用いた、ぶれ防
止手段に関して説明した。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光学的
に像ブレを補正する補正光学部、特に可変頂角プリズム
を用いた防振光学系においては、像が偏向された時、つ
まり頂角を変化させた時に偏心歪曲収差が発生するとい
う欠点がある。以下にその説明をおこなう。

【００２７】図３、図４は可変頂角プリズムの偏心歪曲
収差発生の様子を示す図である。図３は可変頂角プリズ
ム１４の２枚の透明部材の内の物体側が光軸及び紙面の
双方に垂直な回転に依りσ傾いた時の軸上主光線１６及
び軸外主光線１７、１８の様子を示すものである。いま
紙面内の回転方向をピッチ方向とし、ピッチ方向の手ブ
レに応じて（従来技術の項で述べた式に従って）軸上主
光線１６がδ偏向されるように可変頂角プリズムを制御
したとすると、撮影レンズ系での画角ωの軸外主光線は
可変頂角プリズムにそれぞれφ１、φ２の角度で入射す
ることになる。もし偏向角（φ−ω）が全画面内で一定
でδに等しければ像面上では像は元の形を保ったまま偏
向されるが、実際には撮影レンズ系の画角に依ってφ
が、その結果各主光線の偏向角が異なり、同じ物体を撮
影したときの像面上の大きさが一様で無くなってくる。
これが偏心による歪曲収差である。

【００２８】図３の場合（φ２′−ω）が（φ１′−
ω）より大きくなるため、例えば図７（Ａ）に示す様な
被写体の像は、図７（Ｂ）の様な形に歪む。尚、点線は
歪曲収差のない場合の理想像である。

【００２９】従って、手ぶれで生じる像ぶれを可変頂角
プリズムで像を逆方向に偏向して補正する防振光学系に
おいては、上述した通りの偏心歪曲収差があると、画面
中心の点と軸外の点で移動量が異なることになるので画
面中心で像ぶれを、補正したとしても周辺では、像の流
れを生じてしまう。図７（Ｃ）は（Ａ）の様な被写体を
この様な偏心収差係数のある防振光学系で像ぶれ補正し
た結果である。

【００３０】本発明の目的は、この問題点に鑑みて、光
学的性能の高い特に防振光学系で発生した歪曲収差を良
好に補正したビデオカメラを提供することにある。

【００３１】そして本発明の特徴とする処は、対物レン
ズが形成する像のブレを光学的に補正する補正手段を具
備する補正装置において、前記光学像を電気信号に変換
する変換手段、前記補正手段によって生じる歪曲収差を
補正するために前記電気信号を信号処理する処理回路を
具備することにある。

【００３２】

【実施例】（実施例１）図１は本発明に係る可変頂角プ
リズムを用いた防振システムの第１実施例を表す図であ
る。１は像ブレ補正手段としての可変頂角プリズム、２
は撮影レンズ系、３は光学像を電気信号に変換するＣＣ
Ｄ等の撮像素子、４は撮像素子からの信号を処理する信
号処理回路、５は光学系をふくむビデオカメラのぶれを
検出するぶれ検出センサ、６は可変頂角プリズムのヨー
ク、ピッチそれぞれの方向の回動角を検知するセンサ、
７は可変頂角プリズム１を５と６のセンサの情報によ
り、８の制御回路によって計算される振れ角だけ可変頂
角プリズム１を駆動する装置、９は撮影レンズ系のズー
ム位置（焦点距離）を検出するズームエンコーダ、１０
は回動角センサ６の出力とエンコーダ９の出力をもとに
発生するであろう歪曲収差を算出する歪曲収差算出回
路、１１は歪曲収差算出回路１０の結果をもとに信号処
理回路４の出力に対して歪曲収差を補正させるように信
号処理する処理回路である。

【００３３】次に図２に示すフローに従って、動作の説
明を行なう。まず、電源ｏｎ（＃００１）の後、防振モ
ードか否かの判定が不図示の防振オン／オフ・スイッチ
の検知等によって行なわれる（＃００２）。防振モード
ではない時は、そのまま通常動作を行ない最初に戻る。
防振モードの時は、振れ検知センサーからのぶれ量情報
および回動角センサー６からの現在の可変頂角プリズム
回動情報を得た後、（＃００３）防振に必要な可変頂角
プリズム回動角の算出を行なう（＃００４）。次に、９
のエンコーダから得た撮影レンズのズーム位置（＃００
５）と計算された必要とする可変頂角プリズム回動角と
から、撮像面で発生するであろう歪曲収差の値を後述す
る式に従って算出する（＃００６）。ここで、算出され
た歪曲収差の値が許容出来る範囲にあるかどうかで歪曲
収差補正を行なうかどうかの判断をし（＃００７）、行
なわないと判断した場合は通常のぶれ補正動作を行ない
（＃０１２）、最初に戻る。算出された歪曲収差が大き
く、許容範囲を越えている場合には歪曲補正を行うが、
その際はまず通常のぶれ補正を、先に算出した必要可変
頂角プリズム回動角の情報に基づいて行う。そしてその
時の可変頂角プリズムの実際の回動角を回動角センサー
６から読みとり（＃００９）、ズーム位置エンコンダー
９の情報と合わせて、歪曲収差量（歪曲補正量）を算出
し（＃０１０）、１２の歪曲収差補正回路で信号処理回
路４の信号を更に処理して歪曲の収差補正を行う。

【００３４】次に、可変頂角プリズムの回動角と撮像面
上で発生する歪曲収差の関係について、図３、図４を用
いて説明する。従来技術の項で図３を用いてピッチ方向
のみ可変頂角プリズムを傾けた場合を述べたが、実際に
は光軸周りの各断面ではヨーク、ピッチ両方向が合わさ
って図４の様に成っている。尚σ１、σ２はヨーク軸
（ピッチ軸）からどれだけ傾いているかによって画面縦
横比との関係で求められる。図４において１４は簡略化
した頂角が物体側σ１、像面側σ２の可変頂角プリズ
ム、１５は撮影レンズ系、１６は軸上主光線、１７、１
８は撮影レンズ系での画角がωの軸外主光線である。い
まδ偏向した軸上主光線を中心とした可変頂角プリズム
を通しての画角を定義すれば、それは画面上下で異なり
それぞれω１′、ω２′となる。ω１′、ω２′は撮影
レンズ系の画角ω、可変頂角プリズムの頂角σ１、σ
２、可変頂角プリズム内部液体の屈折率ｎを用いて以下
のように表わされる。補正角δを δ＝（ｎ−１）・（σ１＋σ２） として ω１′＝φ１＋δ そして、φ１は以下の２つの式を解いて得られる ｓｉｎ（ω＋σ１）＝ｎ・ｓｉｎ（θ１＋σ１） ｎ・ｓｉｎ（θ１−σ２）＝ ｓｉｎ（φ１−σ２） ω２′＝φ２＋δ そして、φ２は以下の２つの式を解いて得られる。

【００３５】 ｓｉｎ（ω−σ１）＝ｎ・ｓｉｎ（θ２−σ１） ｎ・ｓｉｎ（θ２＋σ２）＝ ｓｉｎ（φ２＋σ２） さらに、画角と像高の関係 ｙ′＝ｆ・ｔａｎω の関係を用いて

【００３６】

【外１】 などと表わすことができる。

【００３７】よって歪曲収差補正量は、画角つまり像高
と撮影レンズ系の全系焦点距離そして、頂角可変プリズ
ムの回動角をパラメータとしてその量が決定されること
になる。よって、各像高でそれぞれ計算を行って補正量
を決めることになる。

【００３８】実施例１の場合、歪曲収差の補正は歪曲収
差が許容範囲を越えていれば、いつでも行われていた
が、公知のオートフォーカス装置を搭載したカメラで
は、合焦動作時に画面にボケが生じている場合には合焦
状態に至るまでの間は歪曲補正を行わない方が望まし
い。そこで図５に示す様にオートフォーカス回路等から
撮影レンズが合焦動作中であるかどうかの情報を得て、
合焦動作中は、合焦点に至までの間歪曲収差補正を行わ
ないようにする。図５のフローチャートは、図２のフロ
ーチャートにステップ＃０２０を追加した点にある。こ
うすることで、歪曲収差補正にかかる時間を省略できる
ためその分オートフォーカスの精度、速度を高めること
ができる。

【００３９】又、実施例１の歪曲収差算出を行うに当っ
て、可変頂角プリズム回動角、ズーム位置から演算を行
って求めたが、通常図２に示すフローチャートのループ
は１同期（１／６０）秒ごとに行うため、演算に要する
時間がかかりすぎたり、また演算を行う演算装置（マイ
クロコンピュータ等）が複雑になる場合がある。そこで
本実施例では、図６に示す通り、可変頂角プリズム回動
角、ズーム位置による像面上の位置に応じた歪曲収差量
を予め記憶装置１３にテーブルとして記憶しておく様に
する。実際の動作では図２のフローで歪曲収差量算出の
やり方が演算から記憶されたテーブルとの照合にかわる
ことになる。

【００４０】

【発明の効果】以上述べた様に本発明によれば、可変頂
角プリズムを用いた画像ぶれ補正装置において、可変頂
角プリズムで発生する歪曲収差を撮像素子からの映像信
号を加工することで行うことにより可変頂角プリズムの
欠点である偏心による歪曲収差の問題を効果的に解決す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を表すブロック図

【図２】本発明実施例１の動作フローチャートを示す図

【図３】歪曲収差算出の原理図

【図４】歪曲収差算出の原理図

【図５】本発明実施例２の動作フロー図

【図６】本発明実施例３のブロック図

【図７】可変頂角プリズムによって発生する歪曲収差を
表わす図

【図８】像ブレが発生する様子を示す図

【図９】像ブレを軽減させる頂角可変プリズムの動作を
示す図

【図１０】像ブレを軽減させる頂角可変プリズムの動作
を示す図

【図１１】像ブレを補正する制御回路のブロック図を示
す図

【図１２】頂角可変プリズムの分解斜視図

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物レンズが形成する光学像のブレを光
   学的に補正する補正手段を具備する像ブレ補正装置であ
   って、前記光学像を電気信号に変換する変換手段、前記
   補正手段によって生じる歪曲収差を補正するために前記
   電気信号を信号処理する処理手段を具備することを特徴
   とする像ブレ補正装置。
2. 【請求項２】 前記対物レンズの焦点距離と前記補正手
   段の補正量に応じて前記処理手段は、歪曲収差の補正量
   を変化させるように前記電気信号を信号処理することを
   特徴とする請求項１の像ブレ補正装置。