JP3827108B2 - 画像振れ補正装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子を駆動して入射側の光軸に対して出射側の光軸がなす角度（本出願において透過光軸角または単に光軸角と言う。）を変えることによって、手振れ等に起因する画像振れを補正する画像振れ補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラでは、操作者の手振れや車載時の車の振動等に起因する撮影画像の振れ（揺れ）を補正（抑制）する画像振れ補正装置を有するカメラが実用化されている。画像振れ補正装置としては、撮影光学系における光軸を屈曲させる光学式のものと、撮影された画像を電気的に補正する電気式のものとが知られている。このうち、光学式の画像振れ補正装置は、高画質を得ることができると共に、望遠側で高い補正精度を得ることができるため、家庭用のビデオカメラの上位機種に採用されることが多く、また、近年では放送業務用のビデオカメラにも応用され始めている。
【０００３】
ところで、光学式の画像振れ補正装置では、撮影光学系における光軸を屈曲させるための光軸角可変装置を制御して、カメラに発生した角振動に相応した光軸角の補正を行い、結果的に撮影映像の揺れを抑制するというのが、一般的な原理となっている。光軸角可変装置は、一般に、通常のレンズ構成の前側に設置されることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような光学式の画像振れ補正装置では、近くの被写体が静止するように調整すると遠くの被写体が揺れ、逆に遠くの被写体が静止するように調整すると近くの被写体が揺れるという現象が発生するという問題があった。この問題およびこれに類する問題は、一般にカメラにおいて発生する角振動の中心と光軸角可変機構の位置が一致しないことに起因する。このことを、図１３を参照して説明する。
【０００５】
図１３は、上記問題を分かりやすく説明するために、必要な位置関係をベクトル線図で表現したものである。なお、この図では、カメラの角振動による光軸角可変機構の軌跡を含む平面内において、カメラの角振動の中心を原点とし、撮影光軸の中心線の方向をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向、Ｙ方向の各座標を（ｘ，ｙ）で表している。
【０００６】
いま、図１３において、ある光学式の画像振れ補正装置を搭載したカメラで点Ｒ（ｒ，０）にある光軸角可変機構を介して、点Ａ（ａ，０）にある被写体を撮影しているものとする。このとき、撮影光軸の中心線は、点Ｒと点Ａを結ぶ直線上にあるとする。このような系において、点Ｃ（０，０）を中心とした角変位αがカメラに発生したとすると、一般にこの位置Ｃと光軸角可変機構の位置Ｒとは異なるので、光軸角可変機構は、点Ｒから、カメラの角振動による光軸角可変機構の軌跡１１１上の点Ｒ′（ｒ・ｃｏｓα，ｒ・ｓｉｎα）へ移動する。ここで、角変位αが発生したときに、点Ｒ′にある光軸角可変機構によって光軸を屈曲させることによって、光軸の中心線がやはり点Ａを通るようにするためには、点Ｒ′において光軸を図に示したβだけ屈曲させるように光軸角可変機構を制御すればよく、この光学式の画像振れ補正装置は、そのように最適化調整されているものとする。
【０００７】
次に、上述のように調整された画像振れ補正装置が搭載されたカメラを用いて、今度は、点Ａとは異なる点Ｂ（ｂ，０）にある被写体を撮影している際に、やはり同じ大きさの角変位αがカメラに発生したとする。本来ならば、光軸の中心が被写体のある点Ｂを通るようにするには、図における角度γだけ光軸を屈曲させればよいが、上述のように調整された画像振れ補正装置では、やはり、角度βだけ光軸を屈曲させてしまう。その結果、カメラから被写体Ｂまでの距離と等しい距離の位置では、その位置での撮影画角幅Ｌに対して、Ｌd だけの誤差幅で被写体映像が動いてしまうことになる。なお、図１３では、画像振れ補正装置において最適化した被写体位置よりも実撮影時の被写体位置が遠い場合について示したが、この位置関係が逆になっても同様の問題が発生するのは自明である。
【０００８】
従来の画像振れ補正装置で、上述の問題点を解決する手段を有するものはなかった。この問題は、図１３におけるカメラの角振動中心Ｃと光軸角可変機構までの距離ｒと、光軸角可変機構から被写体までの距離Ｌ0 （図示せず）の比Ｌ0 ／ｒが小さいほど、問題になり易いことは、図１３から容易に分かる。一般に、民生用ビデオカメラは、装置本体が非常に小型であるため、手持ちで撮影している限りにおいては、カメラの角振動中心と光軸角可変機構までの距離ｒがさほど大きくなく、従って、本問題は目立ちにくい傾向にあり、これが本問題が重大化していない理由であると推測される。
【０００９】
ところが、近年、画像振れ補正装置の搭載が始まっている放送業務用ビデオカメラにおいては、ビデオカメラおよびレンズが大型であって、また、肩に担いで撮影する際には、角振動中心がレンズの先端からかなりの距離を持つことが予想される。すなわち、放送業務用ビデオカメラでは、カメラの角振動中心と光軸角可変機構までの距離ｒが一般に大きいと考えられるため、上記問題が重大化しているか、かかる問題を無視しがたいために画像振れ補正装置の性能を十分に発揮できていないと考えられる。
【００１０】
ところで、ここまでは、カメラにおいて発生する角振動中心位置と光軸角可変機構までの距離は一定であるとして説明してきたが、実際には、様々な位置を中心とする角振動が起こり得る。このようなときには、特定の距離にある被写体が静止するように画像振れ補正装置を最適に調整しても、振動の発生状況が変わると、その特定の被写体に対しての十分な画像振れ補正能力を発揮できなくなるという第２の問題が発生するおそれがある。このことを、図１４を参照して説明する。
【００１１】
図１４は、上記問題を分かりやすく説明するために、必要な位置関係をベクトル線図で表現したものである。なお、この図では、カメラの角振動による光軸角可変機構の軌跡を含む平面内において、光軸角可変機構の初めの位置を原点とし、撮影光軸の中心線の方向をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向、Ｙ方向の各座標を（ｘ，ｙ）で表している。
【００１２】
いま、図１４において、ある光学式の画像振れ補正装置を搭載したカメラで点Ｒ0 （０，０）にある光軸角可変機構を介して、点Ｔa （ｔa ，０）にある被写体を撮影しているものとし、カメラに全く振れが発生していないとき、撮影光軸の中心線は点Ｒ0 と点Ｔa を結ぶ直線上にあるとする。ここで、点Ｃa （ｃa ，０）を中心とする角変位が発生したときに、点Ｃa を中心とする半径ｒa の光軸角可変機構の軌跡１２１上の点Ｒa に移動した光軸角可変機構を介して、点Ｔa にある被写体が光軸中心を通るように、画像振れ補正装置を調整したとすると、例えば角変位αに対しては、光軸がβだけ屈曲されることになる。
【００１３】
このように調整された画像振れ補正装置が搭載されたカメラを用いて、同じ距離にある被写体を撮影中に、今度は、点Ｃb （ｃb ，０）を中心として、上記と同じ角変位αが発生したとすると、もし、点Ｔa にある被写体が光軸の中心線を通るようにするためには、今度は、点Ｃb を中心とする半径ｒb の光軸角可変機構の軌跡１２２上の点Ｒb に移動した光軸角可変機構によって、角度γだけ光軸を屈曲させることが必要である。
【００１４】
しかし、一般的な構成の光学式の画像振れ補正装置では、同じ角変位αに対しては、やはり同じ補正角度βが適用されるため、光軸の中心は点Ｔa を通らずに、点Ｔb （ｔb ，０）を通ることになり、撮影目的とした点Ｔa にある被写体の撮影映像は、発生した角振動に対して完全には画像振れ補正がなされないということになる。このような問題は、カメラにおいて発生する角振動の中心位置から光軸角可変機構までの距離が変化することに起因するが、根本的には、カメラにおいて発生する角振動の中心と光軸角可変機構の位置が一致しないことに起因する。
【００１５】
一般には、被写体までの距離は様々であるので、上述の第２の問題だけが画像振れ補正装置の能力の低下を招く原因ではないことが多い。しかし、特定の条件では、被写体までの距離がある程度定められる撮影状況も想定できる。例えば、マラソン中継において、先頭ランナから一定の距離だけ前を走る移動中継車から、先頭ランナに特定した撮影を行う場合や、野球中継においてセンタバックスクリーン横から、ホームベース付近に集中した撮影を行う場合等である。このような状況では、カメラにおいて発生する角振動の中心位置が様々であるために、従来の画像振れ補正装置では、最高の能力を発揮していなかったり、最適に調整するのが困難であるという可能性が高い。
【００１６】
上述のように、第２の問題は、車載等で様々な種類の角振動を受けながら撮影する場合に特に想定されが、このような場合には、被写体までの距離が大きくなる傾向にあるのと、家庭用では車載撮影の頻度がそれほど多いとは言えない事情もあって、問題になりにくかったと推測できる。
【００１７】
しかしながら、従来より、放送用で画像振れ補正装置が強く求められてきた分野では、車載やヘリコプタ搭載等の撮影状況下で十分な画像振れ補正能力を発揮することが、放送業務用画像振れ補正装置としては必須であるといっても過言ではなく、このような様々な種類の振動が起こり得る撮影状況下では、角振動の中心位置の違いによる第２の問題の解決なくしては、完全な画像振れ補正能力の発揮は難しい。
【００１８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、撮像装置において発生する角振動の中心と光軸角可変装置の位置が一致しないことに起因して精密な画像振れ補正がなされない場合が生じることを防止できるようにした画像振れ補正装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像振れ補正装置は、撮像装置における結像のための光路中に介挿され、光学素子を駆動することによって入射側の光軸に対して出射側の光軸がなす光軸角を変えることの可能な光軸角可変装置と、光軸角可変装置における光学素子の駆動位置を検出する光学素子位置検出手段と、撮像装置の振れを検出する振れ検出手段と、撮像装置から被写体までの距離の情報を取得する距離情報取得手段と、振れ検出手段の検出出力と距離情報取得手段によって取得された距離の情報とに基づいて光軸角可変装置によって屈曲させるべき光軸角の補正角度である光軸補正角度を算出した後、記憶手段に記憶された調整値に基づいて光軸補正角度の調整を行い、その調整後の光軸補正角度と光学素子位置検出手段の出力信号とを比較して、光軸角の屈曲角度が、調整後の光軸補正角度となるように光軸角可変装置を制御して画像振れを補正する画像振れ補正制御手段とを備えたものである。
【００２１】
請求項５記載の画像振れ補正装置は、撮像装置における結像のための光路中に介挿され、光学素子を駆動することによって入射側の光軸に対して出射側の光軸角がなす角度を変えることの可能な光軸角可変装置と、光軸角可変装置における光学素子の駆動位置を検出する光学素子位置検出手段と、撮像装置の振れを検出する振れ検出手段と、撮像装置から被写体までの距離の情報を取得する距離情報取得手段と、撮像装置において発生している角振動の中心位置に応じた情報を検出する角振動中心位置情報検出手段と、光学素子位置検出手段および振れ検出手段、ならびに角振動中心位置情報検出手段の検出出力のばらつきを調整するためにあらかじめ設定された調整値を記憶する記憶手段と、振れ検出手段の検出出力と距離情報取得手段によって取得された距離の情報と角振動中心位置情報検出手段によって検出された情報とに基づいて光軸角可変装置によって屈曲させるべき光軸角の補正角度である光軸補正角度を算出した後、記憶手段に記憶された調整値に基づいて光軸補正角度の調整を行い、その調整後の光軸補正角度と光学素子位置検出手段の出力信号とを比較して、光軸角の屈曲角度が、調整後の光軸補正角度となるように光軸角可変装置を制御して画像振れを補正する画像振れ補正制御手段とを備えたものである。
【００２２】
請求項１記載の画像振れ補正装置では、振れ検出手段によって撮像装置の振れが検出され、距離情報取得手段によって撮像装置から被写体までの距離の情報が取得され、画像振れ補正制御手段によって、振れ検出手段の検出出力と距離情報取得手段によって取得された距離の情報とに基づいて、光軸角可変装置が制御されて画像振れが補正される。
【００２４】
請求項５記載の画像振れ補正装置では、振れ検出手段によって撮像装置の振れが検出され、距離情報取得手段によって撮像装置から被写体までの距離の情報が取得され、角振動中心位置情報検出手段によって撮像装置において発生している角振動の中心位置に応じた情報が検出され、画像振れ補正制御手段によって、振れ検出手段の検出出力と距離情報取得手段によって取得された距離の情報と角振動中心位置情報検出手段によって検出された角振動の中心位置に応じた情報とに基づいて、光軸角可変装置が制御されて画像振れが補正される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る画像振れ補正装置が装着されたビデオカメラの外観を示す側面図である。このビデオカメラ１は、カメラレンズ部２を有し、本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０は、カメラレンズ部２の先端部に着脱自在に装着されるアダプタ型の本体を有している。画像振れ補正装置１０に対する電力は、電源ケーブル３を介して、ビデオカメラ１側の電源より供給されるようになっている。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０の構成を示すブロック図である。画像振れ補正装置１０は、入射側の光軸に対して出射側の光軸がなす角度である透過光軸角を変えることの可能な光軸角可変装置１１と、この光軸角可変装置１１内のレンズの位置を検出するためのレンズ位置センサ１２と、ビデオカメラ１の水平方向および垂直方向の振れを検出するための振れ検出手段としての角速度センサ１３とを備えている。角速度センサ１３には、例えば、それぞれ水平方向，垂直方向の振れの角速度を検出する２つのジャイロセンサが用いられる。
【００２７】
画像振れ補正装置１０は、更に、光軸角可変装置１１を駆動する光軸角可変装置駆動装置１４と、光軸角可変装置駆動装置１４を制御する画像振れ補正制御手段としてのＣＰＵ（中央処理装置）１５と、このＣＰＵ１５に接続された不揮発性メモリ１６とを備えている。なお、図示しないが、ＣＰＵ１５には、このＣＰＵ１５が実行するプログラム等を格納したＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）およびワーキングエリアとなるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）が接続されている。不揮発性メモリ１６は、後述する調整パラメータの値を記憶するために用いられる。
【００２８】
本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０は、更に、ビデオカメラ１から被写体２０までの距離を測定する距離情報取得手段としての測距センサ１７を備えている。ＣＰＵ１５は、レンズ位置センサ１２、角速度センサ１３および測距センサ１７の各出力信号を入力し、これらの出力信号に基づいて、光軸角可変装置１１を制御して画像振れを補正するようになっている。なお、測距センサ１７は、カメラレンズ部２の先端部に装着される画像振れ補正装置１０の本体に設けられていてもよいし、カメラレンズ部２に設けられていてもよいし、ビデオカメラ１側に設けられていてもよい。測距センサ１７がカメラレンズ部２やビデオカメラ１側に設けられている場合でも、測距センサ１７は、本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０の構成要素である。
【００２９】
光軸角可変装置１１としては、例えば特開昭５７−２５８０３号、特開平６−０７０２２０号、特開平６−２８１８８９号の各公報に示されるように、球面曲率が近似した平凹レンズ１１ａと平凸レンズ１１ｂとを球面同士が対向するように回動自在に支持することによって頂角可変プリズムを形成し、各レンズ１１ａ，１１ｂを回動することによって、２つのレンズ１１ａ，１１ｂの平面同士がなす角度、すなわち頂角可変プリズムの頂角を変えることにより、透過光軸角を変える装置を用いることができる。
【００３０】
光軸角可変装置１１としては、この他、例えば特開平６−１１８４７１号、特開平７−１６８２３５号の各公報に示されるように、１つの凹レンズと１つの凸レンズとを組み合わせてアフォーカル光学系を構成し、各レンズを光軸に垂直で且つ互いに直交する方向に移動させることにより、透過光軸角を変える装置や、例えば特開昭６１−２６９５７２号公報に示されるように、一対のガラス基板を回動自在に支持すると共に、この一対のガラス基板間に液体を封入することによって頂角可変プリズムを形成し、一対のガラス基板のなす角度、すなわち頂角可変プリズムの頂角を変えることにより、透過光軸角を変える装置を用いてもよい。
【００３１】
測距センサ１７は、被写体２０の絶対位置を検出するかビデオカメラ１に対する被写体の相対位置を検出するかにかかわらず、ビデオカメラ１から任意の位置の被写体２０までの距離を測定できるものであればよく、現在まで考案、実用化されている種々の方式のものを用いることが可能である。
【００３２】
ここで、図３を参照して、一例として、外光三角方式を用いた場合の測距センサ１７の概略の構成について説明する。この例における測距センサ１７は、所定の距離Ｗを隔てて配設された２つのレンズ２１，２２と、この各レンズ２１，２２によって結像される被写体２０の像が投影される２つの光センサアレイ２３，２４と、この光センサアレイ２３，２４の各出力信号を入力して、各光センサアレイ２３，２４上の被写体像の位相差を検出する位相差検出回路２５とを備えている。光センサアレイ２３，２４は、それぞれ、レンズ２１，２２の配列方向に沿って配列された複数の光センサを有している。
【００３３】
次に、図３に示した例の測距センサ１７の動作原理について説明する。まず、各レンズ２１，２２の中心をＯ1 ，Ｏ2 とし、Ｏ1 ，Ｏ2 間の中点をＱとする。また、各レンズ２１，２２の光軸が光センサアレイ２３，２４と交わる点をＱ1 ，Ｑ2 とする。また、レンズ２１，２２と光センサアレイ２３，２４間の距離をｆe とする。また、被写体２０上の点Ｐに対応する光センサアレイ２３，２４上の点をＰ1 ，Ｐ2 とする。
【００３４】
ここで、Ｐ1 とＱ1 との距離をＰｈ1 、Ｐ2 とＱ2 との距離をＰｈ2 とすると、△ＰＯ1 Ｑと△Ｏ1 Ｐ1 Ｑ1 が相似で、△ＰＯ2 Ｑと△Ｏ2 Ｐ2 Ｑ2 が相似であることから、点Ｑから被写体２０上の点Ｐまでの距離ｇは、次の式によって与えられる。
【００３５】
ｇ＝Ｗ・ｆe ／（Ｐｈ1 ＋Ｐｈ2 ）＝Ｗ・ｆe ／Ｐｈ
ただし、Ｐｈ＝Ｐｈ1 ＋Ｐｈ2
【００３６】
ここで、Ｗとｆe は定数なので、光センサアレイ２３，２４上の２つの被写体像の位相差Ｐｈ＝Ｐｈ1 ＋Ｐｈ2 を検出すれば、距離ｇを求めることができる。位相差検出回路２５は、この位相差Ｐｈを検出して、上式より距離ｇを求め、この距離ｇを表す信号２６を、ＣＰＵ１５に対して送る。位相差Ｐｈは、例えば次の方法によって検出することができる。すなわち、この方法では、各光センサアレイ２３，２４においてそれぞれ任意の点を中心点として、この中心点から見て同じ位置にある光センサ同士の出力の差を求め、この出力の差の総和が最小となるときの光センサアレイ２３における点Ｑ1 と中心点との距離と、光センサアレイ２４における点Ｑ2 と中心点との距離との和を位相差Ｐｈとする。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０の動作について説明する。この画像振れ補正装置１０では、ＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号を、例えば、ハイパスフィルタを通した後、積分して角変位を検出する。また、ＣＰＵ１５は、測距センサ１７の出力信号を入力して、ビデオカメラ１における所定の基準点から被写体２０までの距離を算出する。そして、ＣＰＵ１５は、検出した角変位と算出した距離とに基づいて、光軸角を屈曲させるべき角度である光軸補正角度を算出する。ＣＰＵ１５は、更に、算出した光軸補正角度とレンズ位置センサ１２の出力信号とを比較して、光軸角可変装置１１による光軸角の屈曲角度が算出した光軸補正角度となるように光軸角可変装置駆動装置１４を制御する。これにより、光軸角の屈曲角度が、ＣＰＵ１５が算出した光軸補正角度となるように、光軸角可変装置１１が駆動され、画像振れが補正される。
【００３８】
本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０は、特に、ビデオカメラ１における所定の基準点から被写体２０までの距離を用いて画像振れ補正の制御を行うことで、近くの被写体が静止するように調整すると遠くの被写体が揺れ、逆に遠くの被写体が静止するように調整すると近くの被写体が揺れるという現象の発生を防止できるようにしている。
【００３９】
以下、図４を参照して、本実施の形態における画像振れ補正の制御について詳しく説明する。なお、図４では、ビデオカメラ１の角振動による光軸角可変装置１１の軌跡を含む平面内において、ビデオカメラ１の角振動の中心を原点とし、撮影光軸の中心線の方向をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向、Ｙ方向の各座標を（ｘ，ｙ）で表している。図４において、ビデオカメラ１の角振動の中心は点Ｃ（０，０）にあり、静止時における光軸角可変装置１１の中心位置は点Ｒ（ｒ，０）にあるものとする。また、被写体の位置を、点Ｄ（ｄ，０）とする。
【００４０】
また、本実施の形態では、ビデオカメラ１の角振動の中心Ｃと光軸角可変装置１１の中心位置Ｒの距離ｒは一定値であるものとする。一般に、ビデオカメラ１を肩載せや手持ちで撮影する状況では、肩もしくは手首の位置を中心とした角振動が発生することが多いので、このような場合には、上述のように、ビデオカメラ１の角振動の中心Ｃと光軸角可変装置１１の中心位置Ｒの距離ｒは、予め一定値として規定可能である。
【００４１】
このような系において、点Ｃ（０，０）を中心とした角変位αがビデオカメラ１に発生したとすると、光軸角可変装置１１は、点Ｒから、ビデオカメラ１の角振動による光軸角可変装置１１の軌跡２８上の点Ｒ′（ｒ・ｃｏｓα，ｒ・ｓｉｎα）へ移動する。ここで、光軸の中心線がやはり点Ｄを通るようにするために必要な光軸角可変装置１１による光軸補正角度をγとする。ビデオカメラ１の角振動の中心Ｃと光軸角可変装置１１の中心位置Ｒの距離ｒが一定値の場合、光軸補正角度γは、角変位αと、ビデオカメラ１の所定の基準点から被写体２０までの距離が分かれば、容易に求めることができることは、図４から明らかである。本実施の形態では、ビデオカメラ１の所定の基準点から被写体２０までの距離として、ビデオカメラ１の角振動の中心Ｃから被写体２０までの距離ｄを使用する。
【００４２】
図４に示したように、ビデオカメラ１の角振動の中心Ｃから光軸角可変装置１１の中心位置Ｒ（Ｒ′）へ向かうベクトルをｒ* とし、光軸角可変装置１１の中心位置Ｒ（Ｒ′）から被写体の位置Ｄ（ｄ，０）へ向かうベクトルをｄ* とすると、ベクトルｒ* ，ｄ* は、次の式（１），（２）で表される。
【００４３】
ｒ* ＝（ｒ・ｃｏｓα，ｒ・ｓｉｎα） …（１）
ｄ* ＝（ｄ−ｒ・ｃｏｓα，−ｒ・ｓｉｎα） …（２）
【００４４】
ここで、光軸補正角度、すなわちベクトルｒ* とベクトルｄ* がなす角γは、次の式（３）より求められる。
【００４５】
ｃｏｓγ＝ｒ* ・ｄ* ／（｜ｒ* ｜・｜ｄ* ｜） …（３）
【００４６】
ここで、ｒ* ・ｄ* ，｜ｒ* ｜，｜ｄ* ｜は、それぞれ、以下の式（４）〜（６）となる。
【００４７】
【００４８】
｜ｒ* ｜＝ｒ …（５）
【００４９】
【００５０】
従って、式（４）〜（６）を、式（３）に代入すると、次の式（７）が得られる。
【００５１】
【００５２】
式（７）より、距離ｒが一定値の場合、角変位αと距離ｄが決まると、光軸補正角度γが一義的に決まる。ＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号に基づいて式（７）中の角変位αを求めると共に、測距センサ１７の出力信号に基づいて式（７）中の距離ｄを求め、これらを式（７）に代入して光軸補正角度γを算出する。
【００５３】
ところで、上述のように光軸補正角度γが求まったとしても、一般に、角速度センサ１３とレンズ位置センサ１２の出力はアナログ値であるため、実際に光軸角可変装置駆動装置１４におけるレンズ１１ａ，１１ｂをどの程度動かせばよいかに関しては、画像振れ補正装置１０毎のばらつきが存在するため、画像振れ補正機能によって完全に被写体２０のビデオカメラ１による撮影映像を静止させるためには、以下のように画像振れ補正装置１０毎にパラメータの調整が必要である。
【００５４】
ここで、光軸補正角度γは一般に１度以下の微小角であるから、このときの光軸角可変装置１１のレンズ１１ａ，１１ｂの位置の目標値、すなわちレンズ位置センサ１２の出力目標値は、ｋ・γと線形に表すことができるものとすると、このｋが、画像振れ補正装置１０毎に調整すべきパラメータとなる。
【００５５】
本実施の形態では、調整時に、被写体をある基準位置に置き、角変位αが発生しても、常に被写体が光軸の中心を通るように、パラメータｋを調整する。そして、調整結果のパラメータｋの値を不揮発性メモリ１６に格納しておく。実撮影時には、ＣＰＵ１５は、式（７）によって光軸補正角度γを求めた後、不揮発性メモリ１６に格納されているパラメータｋの値を参照してｋ・γを求め、レンズ位置センサ１２の出力がｋ・γとなるように、光軸角可変装置１１を制御する。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０によれば、ＣＰＵ１５によって、角速度センサ１３の出力と測距センサ１７の出力とに基づいて、光軸角可変装置１１を制御して、画像振れを補正するようにしたので、ビデオカメラ１において発生する角振動の中心と光軸角可変装置１１の位置が一致しないことに起因して精密な画像振れ補正がなされない場合が生じること、詳しくは、近くの被写体が静止するように調整すると遠くの被写体が揺れ、逆に遠くの被写体が静止するように調整すると近くの被写体が揺れるという現象の発生を防止することができる。
【００５７】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る画像振れ補正装置３０は、手動で焦点調節を行うようになっているビデオカメラ１に適用されるものである。この画像振れ補正装置３０が適用されるビデオカメラ１は、カメラレンズ部２内において、フォーカスリング３１と、このフォーカスリング３１の回転位置を検出してフォーカス距離情報３３を出力するフォーカス距離情報生成部３２とを有している。本実施の形態に係る画像振れ補正装置３０では、第１の実施の形態における測距センサ１７を有しておらず、代わりに、ＣＰＵ１５は、ビデオカメラ１のフォーカス距離情報生成部３２からのフォーカス距離情報３３を入力するようになっている。
【００５８】
フォーカスリング３１は、図示しないフォーカス用レンズを手動によって動かして焦点調節を行うためのものであり、カメラレンズ部２の鏡筒に対して回動自在に設けられている。フォーカス距離情報生成部３２は、例えば、フォーカスリング３１に連動するポテンショメータを有しており、フォーカスリング３１の回転位置を検出し、その回転位置に対応するフォーカス距離情報３３を出力するようになっている。フォーカス距離情報３３とは、ビデオカメラ３０の所定の基準点から撮影者が合焦状態で撮影しようとしている被写体２０までの距離の情報である。なお、レンズ一体型のビデオカメラの場合には、ビデオカメラ内部にフォーカス距離情報生成部３２が設けられており、ビデオカメラ内部よりフォーカス距離情報３３を取り出すことは容易である。また、放送業務用等の単体レンズにおいても、フォーカス距離情報生成部３２を有し、フォーカス距離情報３３を外部に出力できるものが既に製品化されている。
【００５９】
なお、フォーカス距離情報生成部３２より出力されるフォーカス距離情報３３がディジタル値の場合は、そのままＣＰＵ１５に入力することができるが、フォーカス距離情報３３がアナログ値の場合は、フォーカス距離情報３３をアナログ−ディジタル変換した後、ＣＰＵ１５に入力するようにする。
【００６０】
本実施の形態では、撮影しようとする被写体２０において合焦状態となるように、撮影者によってフォーカスリング３１が調節される。そのとき、フォーカス距離情報生成部３２によって、フォーカスリング３１の回転位置が検出され、その回転位置に対応するフォーカス距離情報３３が出力され、ＣＰＵ１５に入力される。
【００６１】
ＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号に基づいて式（７）中の角変位αを求めると共に、フォーカス距離情報３３に基づいて式（７）中の距離ｄを求め、これらを式（７）に代入して光軸補正角度γを算出する。ＣＰＵ１５は、式（７）によって光軸補正角度γを求めた後、不揮発性メモリ１６に格納されているパラメータｋの値を参照してｋ・γを求め、レンズ位置センサ１２の出力がｋ・γとなるように、光軸角可変装置１１を制御する。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態に係る画像振れ補正装置３０によれば、フォーカスリング３１の回転位置を検出するフォーカス距離情報生成部３２からのフォーカス距離情報３３を利用して、精密な画像振れ補正を行うようにしたので、第１の実施の形態における測距センサ１７のような距離情報を生成するための特別の構成が不要となり、構成が簡単になる。本実施の形態におけるその他の構成、動作および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００６３】
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る画像振れ補正装置４０は、自動的に焦点調節を行うオートフォーカス機能を有するビデオカメラ１に適用されるものである。この画像振れ補正装置４０が適用されるビデオカメラ１は、カメラレンズ部２内において、図示しないフォーカス用レンズと、このフォーカス用レンズを駆動するフォーカス用レンズ駆動部４１とを有すると共に、本体内において、フォーカス用レンズ駆動部４１を制御して自動的に焦点調節を行い、フォーカス距離情報４３を出力するオートフォーカス処理部４２を有している。なお、フォーカス用レンズは、第２の実施の形態と同様に、フォーカスリング３１によって手動によって調節することも可能になっている。フォーカス用レンズ駆動部４１およびオートフォーカス処理部４２は、本発明における自動焦点調節手段に対応する。
【００６４】
本実施の形態に係る画像振れ補正装置４０では、第１の実施の形態における測距センサ１７を有しておらず、代わりに、ＣＰＵ１５は、オートフォーカス処理部４２からのフォーカス距離情報４３を入力するようになっている。フォーカス距離情報４３とは、ビデオカメラ３０の所定の基準点からオートフォーカス処理部４２によって合焦状態とされた被写体２０までの距離の情報である。
【００６５】
ビデオカメラにおけるオートフォーカスの方式には、文献「村島弘嗣他：デジタル積分オートフォーカスビデオカメラ，テレビジョン学会技術報告，ITEJ Technical Report Vol.11.No.10.pp13 〜18.(1987年）」に記載されているように、大きく分けてＴＴＬ（Through The Lens）方式と外部測距方式とがある。各方式は、更に以下のように細分される。本実施の形態におけるオートフォーカス機能には、これらのいずれの方式を用いてもよい。
【００６６】
（１）ＴＴＬ
▲１▼ピント検出
（ｉ）コントラスト検出
（ii）相関検出（ＴＣＬシステム）
▲２▼測距…赤外線照射
（２）外部測距
▲１▼三角測量
（ｉ）一対像合致（ＶＡＦシステム）
（ii）赤外線照射
▲２▼伝搬速度…超音波（ソナーシステム）
【００６７】
図７は、上記各方式のうち、コントラスト検出方式を用い、且ついわゆる山登りサーボ方式によって焦点調節を行うようにした場合におけるフォーカス用レンズ駆動部４１とオートフォーカス処理部４２の構成の一例を示したものである。また、この例では、前出の文献に記載されているディジタル積分を採用している。この例では、オートフォーカス処理部４２は、ビデオカメラ１によって得られる映像信号４４を入力し、この映像信号４４の高周波成分を抽出するハイパスフィルタ（以下、ＨＰＦと記す。）４５と、このＨＰＦ４５の出力信号を検波する検波回路４６と、この検波回路４６の出力信号をアナログ−ディジタル（以下、Ａ／Ｄと記す。）変換するＡ／Ｄ変換器４７と、このＡ／Ｄ変換器４７の出力信号を選択的に通過させるゲート４８と、このゲート４８の出力信号を１フィールド毎に積分する積分回路４９とを備えている。オートフォーカス処理部４２は、更に、映像信号４４から同期信号を分離する同期分離回路５０と、この同期分離回路５０によって分離された同期信号に基づいてゲート４８を制御するゲート制御回路５１と、積分回路４９の出力信号を入力し、フォーカス用レンズ駆動部４１を制御すると共にフォーカス距離情報４３を出力するＣＰＵ５２とを備えている。
【００６８】
図７に示した例におけるフォーカス用レンズ駆動部４１は、フォーカス用レンズを駆動するモータ５３と、ＣＰＵ５２の制御の下でモータ５３を駆動するモータ駆動回路５４と、モータ５３の回転位置を検出し、その回転位置の情報をＣＰＵ５２に送るモータ位置検出回路５５とを備えている。
【００６９】
図７に示した例におけるオートフォーカス処理部４２では、同期分離回路５０によって映像信号４４から同期信号を分離し、この同期信号に基づいて、ゲート制御回路５１は、所定のエリアの信号のみを通過させるようにゲート４８を制御する。また、オートフォーカス処理部４２では、ＨＰＦ４５によって映像信号４４の高周波成分を抽出し、検波回路４６によってＨＰＦ４５の出力信号を検波し、Ａ／Ｄ変換器４７によって検波回路４６の出力信号をＡ／Ｄ変換し、ゲート４８によってＡ／Ｄ変換器４７の出力信号を選択的に通過させ、積分回路４９によってゲート４８の出力信号を１フィールド毎に積分する。積分回路４９の出力信号はＣＰＵ５２に入力される。
【００７０】
ＣＰＵ５２は、積分回路４９の出力信号を監視しながら、積分回路４９の出力信号が最大になるように、モータ駆動回路５４を制御する。モータ駆動回路５４は、モータ５３を駆動し、これにより、フォーカス用レンズが駆動される。モータ位置検出回路５５は、モータ５３の回転位置を検出し、その回転位置の情報をＣＰＵ５２に送る。ＣＰＵ５２は、モータ位置検出回路５５からの情報に基づいて、フォーカス距離情報４３を生成し、画像振れ補正装置４０のＣＰＵ１５に送る。
【００７１】
本実施の形態では、フォーカス用レンズ駆動部４１およびオートフォーカス処理部４２によって、自動的に、被写体２０が合焦状態となるようにフォーカス用レンズが駆動される。そのとき、オートフォーカス処理部４２によって、フォーカス距離情報４３が出力され、ＣＰＵ１５に入力される。
【００７２】
ＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号に基づいて式（７）中の角変位αを求めると共に、フォーカス距離情報４３に基づいて式（７）中の距離ｄを求め、これらを式（７）に代入して光軸補正角度γを算出する。ＣＰＵ１５は、式（７）によって光軸補正角度γを求めた後、不揮発性メモリ１６に格納されているパラメータｋの値を参照してｋ・γを求め、レンズ位置センサ１２の出力がｋ・γとなるように、光軸角可変装置１１を制御する。
【００７３】
以上説明したように、本実施の形態に係る画像振れ補正装置４０によれば、オートフォーカス処理部４２からのフォーカス距離情報４３を利用して、精密な画像振れ補正を行うようにしたので、第１の実施の形態における測距センサ１７のような距離情報を生成するための特別の構成が不要となり、構成が簡単になる。
【００７４】
また、近年の家庭用ビデオカメラにおいては、オートフォーカス機能は必須のものとなっており、今後、放送業務用ビデオカメラにおいても、オートフォーカス機能が採用されていく可能性は十分ある。そのため、本実施の形態のように、オートフォーカス機能と画像振れ補正機能とが一体となって、画像振れ補正機能の能力が向上することは、ビデオカメラ全体として非常に都合がよい。本実施の形態におけるその他の構成、動作および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００７５】
図８は、本発明の第４の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る画像振れ補正装置６０は、特に、特定の距離にある被写体が静止するように画像振れ補正装置を最適に調整しても、振動の発生状況が変わると、その特定の被写体に対しての十分な画像振れ補正能力を発揮できなくなるという問題を解決するものである。
【００７６】
本実施の形態に係る画像振れ補正装置６０では、第１の実施の形態における測距センサ１７を有しておらず、代わりに、ビデオカメラ１における２箇所に設けられた２つの対地加速度センサ６１，６２を有している。この対地加速度センサ６１，６２は、これらが設けられた各位置における変位に応じたパラメータとして、地面に対する加速度である対地加速度を検出するようになっている。対地加速度センサ６１，６２の各出力は、ＣＰＵ１５に入力されるようになっている。対地加速度センサ６１，６２は、本発明における角振動中心位置情報検出手段中の測定手段に対応し、ＣＰＵ１５は本発明における角振動中心位置情報検出手段中の距離算出手段に対応する。
【００７７】
対地加速度センサ６１，６２は、少なくとも水平方向および垂直方向の角速度を検出できるものが好ましい。この対地加速度センサ６１，６２としては、例えばジャイロセンサが用いられる。また、対地加速度センサ６１，６２は、必ずしもビデオカメラ１における２箇所に設けられる必要はなく、ビデオカメラ１、ビデオカメラ１に付随する部材および画像振れ補正装置６０の本体中の少なくとも２箇所に設けられていればよい。
【００７８】
次に、本実施の形態に係る画像振れ補正装置６０の動作について説明する。この画像振れ補正装置６０では、ＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号を、例えば、ハイパスフィルタを通した後、積分して角変位を検出する。また、ＣＰＵ１５は、対地加速度センサ６１，６２の出力信号を入力して、これらに基づいて、ビデオカメラ１において発生している角振動の中心位置に応じた情報を検出する。そして、ＣＰＵ１５は、検出した角変位と検出した角振動の中心位置に応じた情報とに基づいて、光軸補正角度を算出する。
【００７９】
ここで、本実施の形態において光軸補正角度を求める方法について説明する。図１４から分かるように、ビデオカメラ１において発生している角振動の中心位置から光軸角可変装置までの距離と、光軸角可変装置から被写体までの距離と、角変位とが分かれば、光軸補正角度は容易に求められる。本実施の形態では、光軸角可変装置から被写体までの距離は一定であるものとする。この場合には、角振動の中心位置から光軸角可変装置までの距離と角変位とが分かれば、光軸補正角度が求められる。
【００８０】
本実施の形態では、２つの対地加速度センサ６１，６２の出力信号を用いて角振動の中心位置に応じた情報として、角振動の中心位置から光軸角可変装置までの距離を求めるようにしている。
【００８１】
次に、図９を参照して、本実施の形態において角振動の中心位置から光軸角可変装置までの距離を検出する方法について説明する。図９は、ビデオカメラ１のカメラレンズ部２の先端部に画像振れ補正装置６０を装着した状態を表す模式図上に、対地加速度センサ６１，６２の出力信号を表すベクトル等を重ねて表したものである。なお、図９では、ビデオカメラ１の角振動による光軸角可変装置１１の軌跡を含む平面内において、ビデオカメラ１の角振動の中心を原点とし、撮影光軸の中心線の方向をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向、Ｙ方向の各座標を（ｘ，ｙ）で表している。図９において、ビデオカメラ１の角振動の中心位置は点Ｃ（０，０）にあり、静止時における光軸角可変装置１１の中心位置は点Ｒ（ｒ，０）にあるものとする。また、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから両対地加速度センサ６１，６２間の中心位置までの距離をＬ1 ，両対地加速度センサ６１，６２間の中心位置から光軸角可変装置１１の中心位置Ｒまでの距離をＬ2 とする。また、両対地加速度センサ６１，６２間の距離をｍとする。ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから光軸角可変装置１１の中心位置Ｒまでの距離ｒは、Ｌ1 とＬ2 の和である。ここで、距離Ｌ2 は装置固有の値であるから、距離Ｌ1 が分かれば、距離ｒが求まる。
【００８２】
ここで、単位時間内に角変位αが発生したときにおける対地加速度センサ６１が取り付けられた位置における位置移動量をｙ1 、対地加速度センサ６２が取り付けられた位置における位置移動量をｙ2 とする。角変位αが微小であるならば、各対地加速度センサ６１，６２が取り付けられた位置における位置移動量ｙ1 ，ｙ2 は、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから各対地加速度センサ６１，６２が取り付けられた位置までの距離に比例することから、以下の式（８）が成り立つ。
【００８３】
ｙ1 ：ｙ2 ＝Ｌ1 ＋ｍ／２：Ｌ1 −ｍ／２ …（８）
【００８４】
この式（８）より、Ｌ1 は、次の式（９）によって求められる。
【００８５】
Ｌ1 ＝（ｍ／２）・｛（ｙ1 ＋ｙ2 ）／（ｙ1 −ｙ2 ）｝ …（９）
【００８６】
従って、求めるべき距離ｒは、次の式（１０）によって求められる。
【００８７】
【００８８】
ところで、式（８）では、各対地加速度センサ６１，６２が取り付けられた位置における位置移動量ｙ1 ，ｙ2 が、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから各対地加速度センサ６１，６２が取り付けられた位置までの距離に比例することを利用しているが、各対地加速度センサ６１，６２が取り付けられた位置における対地速度ｙ1 ′，ｙ2 ′や、対地加速度ｙ1 ”，ｙ2 ”も、同様に、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから各対地加速度センサ６１，６２が取り付けられた位置までの距離に比例する。従って、式（８）と同様に、以下の式（１１），（１２）が成り立つ。
【００８９】
ｙ1 ′：ｙ2 ′＝Ｌ1 ＋ｍ／２：Ｌ1 −ｍ／２ …（１１）
ｙ1 ”：ｙ2 ”＝Ｌ1 ＋ｍ／２：Ｌ1 −ｍ／２ …（１２）
【００９０】
その結果、式（１０）と同様に、以下の式（１３），（１４）が成り立つ。
【００９１】
ｒ＝Ｌ2 ＋（ｍ／２）・｛（ｙ1 ′＋ｙ2 ′）／（ｙ1 ′−ｙ2 ′）｝…（１３）
ｒ＝Ｌ2 ＋（ｍ／２）・｛（ｙ1 ”＋ｙ2 ”）／（ｙ1 ”−ｙ2 ”）｝…（１４）
【００９２】
本実施の形態では、対地加速度センサ６１，６２によって、対地加速度ｙ1 ”，ｙ2 ”が求まるので、式（１４）を用いて、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから光軸角可変装置１１の中心位置Ｒまでの距離ｒを求めることができる。
【００９３】
図８におけるＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号に基づいて式（７）中の角変位αを求めると共に、対地加速度センサ６１，６２の出力信号に基づいて式（７）中の距離ｒを求め、これらを式（７）に代入して光軸補正角度γを算出する。ＣＰＵ１５は、式（７）によって光軸補正角度γを求めた後、不揮発性メモリ１６に格納されているパラメータｋの値を参照してｋ・γを求め、レンズ位置センサ１２の出力がｋ・γとなるように、光軸角可変装置１１を制御する。
【００９４】
以上説明したように、本実施の形態に係る画像振れ補正装置６０によれば、ＣＰＵ１５が、対地加速度センサ６１，６２の出力信号に基づいて、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから光軸角可変装置１１の中心位置Ｒまでの距離ｒを求め、角速度センサ１３の出力信号に基づいて求められた角変位αと距離ｒとに基づいて、光軸角可変装置１１を制御して、画像振れを補正するようにしたので、ビデオカメラ１において発生する角振動の中心と光軸角可変装置１１の位置が一致しないことに起因して精密な画像振れ補正がなされない場合が生じること、詳しくは、特定の距離にある被写体が静止するように画像振れ補正装置を最適に調整しても、振動の発生状況が変わると、その特定の被写体に対しての十分な画像振れ補正能力を発揮できなくなることを防止することができる。
【００９５】
なお、本実施の形態において、対地加速度センサ６１，６２の代わりに、地面に対する位置である対地位置を検出する対地位置センサや、地面に対する速度である対地速度を検出する対地速度センサを用いてもよい。対地位置センサを用いる場合には、対地位置センサの出力信号に基づいて単位時間当たりの位置移動量を求め、この位置移動量を式（１０）に代入して、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから光軸角可変装置１１の中心位置Ｒまでの距離ｒを求めることができる。対地速度センサを用いる場合には、対地速度センサの出力信号より求まる速度を求め、この速度を式（１３）に代入して、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから光軸角可変装置１１の中心位置Ｒまでの距離ｒを求めることができる。このように、角振動中心位置情報検出手段中の測定手段としては、対地加速度センサ、対地位置センサ、対地速度センサのいずれを用いてもよいが、価格、性能等の見地からすれば、対地加速度センサが最も一般的であり、最も実用的である。本実施の形態におけるその他の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００９６】
図１０は、本発明の第５の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る画像振れ補正装置７０は、第１の実施の形態に係る画像振れ補正装置１０に対して、第４の実施の形態と同様の対地加速度センサ６１，６２を付加し、ＣＰＵ１５が、角速度センサ１３、測距センサ１７、対地加速度センサ６１，６２の各出力信号に基づいて光軸角可変装置１１を制御するようにしたものである。
【００９７】
本実施の形態において、ＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号に基づいて式（７）中の角変位αを求め、測距センサ１７の出力信号に基づいて式（７）中の距離ｄを求め、更に、対地加速度センサ６１，６２の出力信号に基づいて式（７）中の距離ｒを求め、これらを式（７）に代入して光軸補正角度γを算出する。ＣＰＵ１５は、式（７）によって光軸補正角度γを求めた後、不揮発性メモリ１６に格納されているパラメータｋの値を参照してｋ・γを求め、レンズ位置センサ１２の出力がｋ・γとなるように、光軸角可変装置１１を制御する。
【００９８】
このように、本実施の形態に係る画像振れ補正装置７０によれば、測距センサ１７によってビデオカメラ１から被写体２０までの距離を測定すると共に、対地加速度センサ６１，６２の出力信号に基づいて、ビデオカメラ１の角振動の中心位置から光軸角可変装置１１の中心位置までの距離を求め、これらの距離の情報と、角速度センサ１３の出力信号に基づいて求められる角変位とに基づいて、光軸角可変装置１１を制御して、画像振れを補正するようにしたので、ビデオカメラ１において発生する角振動の中心と光軸角可変装置１１の位置が一致しないことに起因して精密な画像振れ補正がなされない場合が生じること、詳しくは、第１の実施の形態と同様に、近くの被写体が静止するように調整すると遠くの被写体が揺れ、逆に遠くの被写体が静止するように調整すると近くの被写体が揺れるという現象の発生を防止することができると共に、第４の実施の形態と同様に、特定の距離にある被写体が静止するように画像振れ補正装置を最適に調整しても、振動の発生状況が変わると、その特定の被写体に対しての十分な画像振れ補正能力を発揮できなくなることを防止することができる。
【００９９】
本実施の形態におけるその他の構成および動作は、第１の実施の形態または第４の実施の形態と同様である。
【０１００】
図１１は、本発明の第６の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る画像振れ補正装置８０は、第２の実施の形態に係る画像振れ補正装置３０に対して、第４の実施の形態と同様の対地加速度センサ６１，６２を付加し、ＣＰＵ１５が、角速度センサ１３の出力信号、フォーカス距離情報生成部３２からのフォーカス距離情報３３および対地加速度センサ６１，６２の各出力信号に基づいて光軸角可変装置１１を制御するようにしたものである。
【０１０１】
本実施の形態では、第５の実施の形態において測距センサ１７の出力信号に基づいて式（７）中の距離ｄを求める代わりに、フォーカス距離情報３３に基づいて式（７）中の距離ｄを求める。
【０１０２】
本実施の形態におけるその他の構成および動作は、第２の実施の形態または第４の実施の形態と同様である。また、本実施の形態における効果は、第５の実施の形態と同様である。
【０１０３】
図１２は、本発明の第７の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る画像振れ補正装置９０は、第３の実施の形態に係る画像振れ補正装置４０に対して、第４の実施の形態と同様の対地加速度センサ６１，６２を付加し、ＣＰＵ１５が、角速度センサ１３の出力信号、オートフォーカス処理部４２からのフォーカス距離情報４３および対地加速度センサ６１，６２の各出力信号に基づいて光軸角可変装置１１を制御するようにしたものである。
【０１０４】
本実施の形態では、第５の実施の形態において測距センサ１７の出力信号に基づいて式（７）中の距離ｄを求める代わりに、フォーカス距離情報４３に基づいて式（７）中の距離ｄを求める。
【０１０５】
本実施の形態におけるその他の構成および動作は、第３の実施の形態または第４の実施の形態と同様である。また、本実施の形態における効果は、第５の実施の形態と同様である。
【０１０６】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、例えば、本発明の画像振れ補正装置は、実施の形態で挙げたようなアダプタ型のものに限らず、ビデオカメラ等に一体的に組み込まれたものや、カメラレンズと一体化されたものでも良い。また、本発明は、ビデオカメラに限らず、スチールカメラや、映画用フィルムを用いる撮影機等の他の種類の撮像装置にも適用することができる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし４のいずれかに記載の画像振れ補正装置によれば、振れ検出手段によって撮像装置の振れを検出し、距離情報取得手段によって撮像装置から被写体までの距離の情報を取得し、画像振れ補正制御手段によって、振れ検出手段の検出出力と距離情報取得手段によって取得された距離の情報とに基づいて、光軸角可変装置を制御して画像振れを補正するようにしたので、撮像装置において発生する角振動の中心と光軸角可変装置の位置が一致しないことに起因して精密な画像振れ補正がなされない場合が生じること、詳しくは、近くの被写体が静止するように調整すると遠くの被写体が揺れ、逆に遠くの被写体が静止するように調整すると近くの被写体が揺れるという現象の発生を防止することができるという効果を奏する。
【０１０８】
また、請求項３記載の画像振れ補正装置によれば、距離情報取得手段が、撮像装置に設けられた距離情報生成手段によって生成された距離の情報を取得するようにしたので、更に、撮像装置から被写体までの距離を測定する手段が不要となり、構成が簡単になるという効果を奏する。
【０１０９】
また、請求項４記載の画像振れ補正装置によれば、距離情報取得手段が、撮像装置に設けられた自動焦点調節手段より距離の情報を取得するようにしたので、更に、撮像装置から被写体までの距離を測定する手段が不要となり、構成が簡単になるという効果を奏する。
【０１１１】
請求項５ないし９のいずれかに記載の画像振れ補正装置によれば、振れ検出手段によって撮像装置の振れを検出し、距離情報取得手段によって撮像装置から被写体までの距離の情報を取得し、角振動中心位置情報検出手段によって撮像装置において発生している角振動の中心位置に応じた情報を検出し、画像振れ補正制御手段によって、振れ検出手段の検出出力と距離情報取得手段によって取得された距離の情報と角振動中心位置情報検出手段によって検出された角振動の中心位置に応じた情報とに基づいて、光軸角可変装置を制御して画像振れを補正するようにしたので、撮像装置において発生する角振動の中心と光軸角可変装置の位置が一致しないことに起因して精密な画像振れ補正がなされない場合が生じること、詳しくは、近くの被写体が静止するように調整すると遠くの被写体が揺れ、逆に遠くの被写体が静止するように調整すると近くの被写体が揺れるという現象の発生を防止することができると共に、特定の距離にある被写体が静止するように画像振れ補正装置を最適に調整しても、振動の発生状況が変わると、その特定の被写体に対しての十分な画像振れ補正能力を発揮できなくなることを防止することができるという効果を奏する。
【０１１２】
また、請求項７記載の画像振れ補正装置によれば、距離情報取得手段が、撮像装置に設けられた距離情報生成手段によって生成された距離の情報を取得するようにしたので、更に、撮像装置から被写体までの距離を測定する手段が不要となり、構成が簡単になるという効果を奏する。
【０１１３】
また、請求項８記載の画像振れ補正装置によれば、距離情報取得手段が、撮像装置に設けられた自動焦点調節手段より距離の情報を取得するようにしたので、更に、撮像装置から被写体までの距離を測定する手段が不要となり、構成が簡単になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る画像振れ補正装置が装着されたビデオカメラの外観を示す側面図である。
【図３】図１における測距センサの構成の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における画像振れ補正の制御について説明するための説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図６におけるフォーカス用レンズ駆動部とオートフォーカス処理部の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態において角振動の中心位置から光軸角可変装置までの距離を検出する方法について説明するための説明図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第７の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】カメラにおいて発生する角振動の中心と光軸角可変機構の位置が一致しないことに起因する問題点を説明するための説明図である。
【図１４】カメラにおいて発生する角振動の中心と光軸角可変機構の位置が一致しないことに起因する他の問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…ビデオカメラ、１０…画像振れ補正装置、１１…光軸角可変装置、１２…レンズ位置センサ、１３…角速度センサ、１４…光軸角可変装置駆動装置、１５…ＣＰＵ、１６…不揮発性メモリ、１７…測距センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子を駆動して入射側の光軸に対して出射側の光軸がなす角度（本出願において透過光軸角または単に光軸角と言う。）を変えることによって、手振れ等に起因する画像振れを補正する画像振れ補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラでは、操作者の手振れや車載時の車の振動等に起因する撮影画像の振れ（揺れ）を補正（抑制）する画像振れ補正装置を有するカメラが実用化されている。画像振れ補正装置としては、撮影光学系における光軸を屈曲させる光学式のものと、撮影された画像を電気的に補正する電気式のものとが知られている。このうち、光学式の画像振れ補正装置は、高画質を得ることができると共に、望遠側で高い補正精度を得ることができるため、家庭用のビデオカメラの上位機種に採用されることが多く、また、近年では放送業務用のビデオカメラにも応用され始めている。
【０００３】
ところで、光学式の画像振れ補正装置では、撮影光学系における光軸を屈曲させるための光軸角可変装置を制御して、カメラに発生した角振動に相応した光軸角の補正を行い、結果的に撮影映像の揺れを抑制するというのが、一般的な原理となっている。光軸角可変装置は、一般に、通常のレンズ構成の前側に設置されることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような光学式の画像振れ補正装置では、近くの被写体が静止するように調整すると遠くの被写体が揺れ、逆に遠くの被写体が静止するように調整すると近くの被写体が揺れるという現象が発生するという問題があった。この問題およびこれに類する問題は、一般にカメラにおいて発生する角振動の中心と光軸角可変機構の位置が一致しないことに起因する。このことを、図１３を参照して説明する。
【０００５】
図１３は、上記問題を分かりやすく説明するために、必要な位置関係をベクトル線図で表現したものである。なお、この図では、カメラの角振動による光軸角可変機構の軌跡を含む平面内において、カメラの角振動の中心を原点とし、撮影光軸の中心線の方向をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向、Ｙ方向の各座標を（ｘ，ｙ）で表している。
【０００６】
いま、図１３において、ある光学式の画像振れ補正装置を搭載したカメラで点Ｒ（ｒ，０）にある光軸角可変機構を介して、点Ａ（ａ，０）にある被写体を撮影しているものとする。このとき、撮影光軸の中心線は、点Ｒと点Ａを結ぶ直線上にあるとする。このような系において、点Ｃ（０，０）を中心とした角変位αがカメラに発生したとすると、一般にこの位置Ｃと光軸角可変機構の位置Ｒとは異なるので、光軸角可変機構は、点Ｒから、カメラの角振動による光軸角可変機構の軌跡１１１上の点Ｒ′（ｒ・ｃｏｓα，ｒ・ｓｉｎα）へ移動する。ここで、角変位αが発生したときに、点Ｒ′にある光軸角可変機構によって光軸を屈曲させることによって、光軸の中心線がやはり点Ａを通るようにするためには、点Ｒ′において光軸を図に示したβだけ屈曲させるように光軸角可変機構を制御すればよく、この光学式の画像振れ補正装置は、そのように最適化調整されているものとする。
【０００７】
次に、上述のように調整された画像振れ補正装置が搭載されたカメラを用いて、今度は、点Ａとは異なる点Ｂ（ｂ，０）にある被写体を撮影している際に、やはり同じ大きさの角変位αがカメラに発生したとする。本来ならば、光軸の中心が被写体のある点Ｂを通るようにするには、図における角度γだけ光軸を屈曲させればよいが、上述のように調整された画像振れ補正装置では、やはり、角度βだけ光軸を屈曲させてしまう。その結果、カメラから被写体Ｂまでの距離と等しい距離の位置では、その位置での撮影画角幅Ｌに対して、Ｌd だけの誤差幅で被写体映像が動いてしまうことになる。なお、図１３では、画像振れ補正装置において最適化した被写体位置よりも実撮影時の被写体位置が遠い場合について示したが、この位置関係が逆になっても同様の問題が発生するのは自明である。
【０００８】
従来の画像振れ補正装置で、上述の問題点を解決する手段を有するものはなかった。この問題は、図１３におけるカメラの角振動中心Ｃと光軸角可変機構までの距離ｒと、光軸角可変機構から被写体までの距離Ｌ0 （図示せず）の比Ｌ0 ／ｒが小さいほど、問題になり易いことは、図１３から容易に分かる。一般に、民生用ビデオカメラは、装置本体が非常に小型であるため、手持ちで撮影している限りにおいては、カメラの角振動中心と光軸角可変機構までの距離ｒがさほど大きくなく、従って、本問題は目立ちにくい傾向にあり、これが本問題が重大化していない理由であると推測される。
【０００９】
ところが、近年、画像振れ補正装置の搭載が始まっている放送業務用ビデオカメラにおいては、ビデオカメラおよびレンズが大型であって、また、肩に担いで撮影する際には、角振動中心がレンズの先端からかなりの距離を持つことが予想される。すなわち、放送業務用ビデオカメラでは、カメラの角振動中心と光軸角可変機構までの距離ｒが一般に大きいと考えられるため、上記問題が重大化しているか、かかる問題を無視しがたいために画像振れ補正装置の性能を十分に発揮できていないと考えられる。
【００１０】
ところで、ここまでは、カメラにおいて発生する角振動中心位置と光軸角可変機構までの距離は一定であるとして説明してきたが、実際には、様々な位置を中心とする角振動が起こり得る。このようなときには、特定の距離にある被写体が静止するように画像振れ補正装置を最適に調整しても、振動の発生状況が変わると、その特定の被写体に対しての十分な画像振れ補正能力を発揮できなくなるという第２の問題が発生するおそれがある。このことを、図１４を参照して説明する。
【００１１】
図１４は、上記問題を分かりやすく説明するために、必要な位置関係をベクトル線図で表現したものである。なお、この図では、カメラの角振動による光軸角可変機構の軌跡を含む平面内において、光軸角可変機構の初めの位置を原点とし、撮影光軸の中心線の方向をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向、Ｙ方向の各座標を（ｘ，ｙ）で表している。
【００１２】
いま、図１４において、ある光学式の画像振れ補正装置を搭載したカメラで点Ｒ0 （０，０）にある光軸角可変機構を介して、点Ｔa （ｔa ，０）にある被写体を撮影しているものとし、カメラに全く振れが発生していないとき、撮影光軸の中心線は点Ｒ0 と点Ｔa を結ぶ直線上にあるとする。ここで、点Ｃa （ｃa ，０）を中心とする角変位が発生したときに、点Ｃa を中心とする半径ｒa の光軸角可変機構の軌跡１２１上の点Ｒa に移動した光軸角可変機構を介して、点Ｔa にある被写体が光軸中心を通るように、画像振れ補正装置を調整したとすると、例えば角変位αに対しては、光軸がβだけ屈曲されることになる。
【００１３】
このように調整された画像振れ補正装置が搭載されたカメラを用いて、同じ距離にある被写体を撮影中に、今度は、点Ｃb （ｃb ，０）を中心として、上記と同じ角変位αが発生したとすると、もし、点Ｔa にある被写体が光軸の中心線を通るようにするためには、今度は、点Ｃb を中心とする半径ｒb の光軸角可変機構の軌跡１２２上の点Ｒb に移動した光軸角可変機構によって、角度γだけ光軸を屈曲させることが必要である。
【００１４】
しかし、一般的な構成の光学式の画像振れ補正装置では、同じ角変位αに対しては、やはり同じ補正角度βが適用されるため、光軸の中心は点Ｔa を通らずに、点Ｔb （ｔb ，０）を通ることになり、撮影目的とした点Ｔa にある被写体の撮影映像は、発生した角振動に対して完全には画像振れ補正がなされないということになる。このような問題は、カメラにおいて発生する角振動の中心位置から光軸角可変機構までの距離が変化することに起因するが、根本的には、カメラにおいて発生する角振動の中心と光軸角可変機構の位置が一致しないことに起因する。
【００１５】
一般には、被写体までの距離は様々であるので、上述の第２の問題だけが画像振れ補正装置の能力の低下を招く原因ではないことが多い。しかし、特定の条件では、被写体までの距離がある程度定められる撮影状況も想定できる。例えば、マラソン中継において、先頭ランナから一定の距離だけ前を走る移動中継車から、先頭ランナに特定した撮影を行う場合や、野球中継においてセンタバックスクリーン横から、ホームベース付近に集中した撮影を行う場合等である。このような状況では、カメラにおいて発生する角振動の中心位置が様々であるために、従来の画像振れ補正装置では、最高の能力を発揮していなかったり、最適に調整するのが困難であるという可能性が高い。
【００１６】
上述のように、第２の問題は、車載等で様々な種類の角振動を受けながら撮影する場合に特に想定されが、このような場合には、被写体までの距離が大きくなる傾向にあるのと、家庭用では車載撮影の頻度がそれほど多いとは言えない事情もあって、問題になりにくかったと推測できる。
【００１７】
しかしながら、従来より、放送用で画像振れ補正装置が強く求められてきた分野では、車載やヘリコプタ搭載等の撮影状況下で十分な画像振れ補正能力を発揮することが、放送業務用画像振れ補正装置としては必須であるといっても過言ではなく、このような様々な種類の振動が起こり得る撮影状況下では、角振動の中心位置の違いによる第２の問題の解決なくしては、完全な画像振れ補正能力の発揮は難しい。
【００１８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、撮像装置において発生する角振動の中心と光軸角可変装置の位置が一致しないことに起因して精密な画像振れ補正がなされない場合が生じることを防止できるようにした画像振れ補正装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像振れ補正装置は、撮像装置における結像のための光路中に介挿され、光学素子を駆動することによって入射側の光軸に対して出射側の光軸がなす光軸角を変えることの可能な光軸角可変装置と、光軸角可変装置における光学素子の駆動位置を検出する光学素子位置検出手段と、撮像装置の振れを検出する振れ検出手段と、撮像装置から被写体までの距離の情報を取得する距離情報取得手段と、振れ検出手段の検出出力と距離情報取得手段によって取得された距離の情報とに基づいて光軸角可変装置によって屈曲させるべき光軸角の補正角度である光軸補正角度を算出した後、記憶手段に記憶された調整値に基づいて光軸補正角度の調整を行い、その調整後の光軸補正角度と光学素子位置検出手段の出力信号とを比較して、光軸角の屈曲角度が、調整後の光軸補正角度となるように光軸角可変装置を制御して画像振れを補正する画像振れ補正制御手段とを備えたものである。
【００２１】
請求項５記載の画像振れ補正装置は、撮像装置における結像のための光路中に介挿され、光学素子を駆動することによって入射側の光軸に対して出射側の光軸角がなす角度を変えることの可能な光軸角可変装置と、光軸角可変装置における光学素子の駆動位置を検出する光学素子位置検出手段と、撮像装置の振れを検出する振れ検出手段と、撮像装置から被写体までの距離の情報を取得する距離情報取得手段と、撮像装置において発生している角振動の中心位置に応じた情報を検出する角振動中心位置情報検出手段と、光学素子位置検出手段および振れ検出手段、ならびに角振動中心位置情報検出手段の検出出力のばらつきを調整するためにあらかじめ設定された調整値を記憶する記憶手段と、振れ検出手段の検出出力と距離情報取得手段によって取得された距離の情報と角振動中心位置情報検出手段によって検出された情報とに基づいて光軸角可変装置によって屈曲させるべき光軸角の補正角度である光軸補正角度を算出した後、記憶手段に記憶された調整値に基づいて光軸補正角度の調整を行い、その調整後の光軸補正角度と光学素子位置検出手段の出力信号とを比較して、光軸角の屈曲角度が、調整後の光軸補正角度となるように光軸角可変装置を制御して画像振れを補正する画像振れ補正制御手段とを備えたものである。
【００２２】
請求項１記載の画像振れ補正装置では、振れ検出手段によって撮像装置の振れが検出され、距離情報取得手段によって撮像装置から被写体までの距離の情報が取得され、画像振れ補正制御手段によって、振れ検出手段の検出出力と距離情報取得手段によって取得された距離の情報とに基づいて、光軸角可変装置が制御されて画像振れが補正される。
【００２４】
請求項５記載の画像振れ補正装置では、振れ検出手段によって撮像装置の振れが検出され、距離情報取得手段によって撮像装置から被写体までの距離の情報が取得され、角振動中心位置情報検出手段によって撮像装置において発生している角振動の中心位置に応じた情報が検出され、画像振れ補正制御手段によって、振れ検出手段の検出出力と距離情報取得手段によって取得された距離の情報と角振動中心位置情報検出手段によって検出された角振動の中心位置に応じた情報とに基づいて、光軸角可変装置が制御されて画像振れが補正される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る画像振れ補正装置が装着されたビデオカメラの外観を示す側面図である。このビデオカメラ１は、カメラレンズ部２を有し、本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０は、カメラレンズ部２の先端部に着脱自在に装着されるアダプタ型の本体を有している。画像振れ補正装置１０に対する電力は、電源ケーブル３を介して、ビデオカメラ１側の電源より供給されるようになっている。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０の構成を示すブロック図である。画像振れ補正装置１０は、入射側の光軸に対して出射側の光軸がなす角度である透過光軸角を変えることの可能な光軸角可変装置１１と、この光軸角可変装置１１内のレンズの位置を検出するためのレンズ位置センサ１２と、ビデオカメラ１の水平方向および垂直方向の振れを検出するための振れ検出手段としての角速度センサ１３とを備えている。角速度センサ１３には、例えば、それぞれ水平方向，垂直方向の振れの角速度を検出する２つのジャイロセンサが用いられる。
【００２７】
画像振れ補正装置１０は、更に、光軸角可変装置１１を駆動する光軸角可変装置駆動装置１４と、光軸角可変装置駆動装置１４を制御する画像振れ補正制御手段としてのＣＰＵ（中央処理装置）１５と、このＣＰＵ１５に接続された不揮発性メモリ１６とを備えている。なお、図示しないが、ＣＰＵ１５には、このＣＰＵ１５が実行するプログラム等を格納したＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）およびワーキングエリアとなるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）が接続されている。不揮発性メモリ１６は、後述する調整パラメータの値を記憶するために用いられる。
【００２８】
本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０は、更に、ビデオカメラ１から被写体２０までの距離を測定する距離情報取得手段としての測距センサ１７を備えている。ＣＰＵ１５は、レンズ位置センサ１２、角速度センサ１３および測距センサ１７の各出力信号を入力し、これらの出力信号に基づいて、光軸角可変装置１１を制御して画像振れを補正するようになっている。なお、測距センサ１７は、カメラレンズ部２の先端部に装着される画像振れ補正装置１０の本体に設けられていてもよいし、カメラレンズ部２に設けられていてもよいし、ビデオカメラ１側に設けられていてもよい。測距センサ１７がカメラレンズ部２やビデオカメラ１側に設けられている場合でも、測距センサ１７は、本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０の構成要素である。
【００２９】
光軸角可変装置１１としては、例えば特開昭５７−２５８０３号、特開平６−０７０２２０号、特開平６−２８１８８９号の各公報に示されるように、球面曲率が近似した平凹レンズ１１ａと平凸レンズ１１ｂとを球面同士が対向するように回動自在に支持することによって頂角可変プリズムを形成し、各レンズ１１ａ，１１ｂを回動することによって、２つのレンズ１１ａ，１１ｂの平面同士がなす角度、すなわち頂角可変プリズムの頂角を変えることにより、透過光軸角を変える装置を用いることができる。
【００３０】
光軸角可変装置１１としては、この他、例えば特開平６−１１８４７１号、特開平７−１６８２３５号の各公報に示されるように、１つの凹レンズと１つの凸レンズとを組み合わせてアフォーカル光学系を構成し、各レンズを光軸に垂直で且つ互いに直交する方向に移動させることにより、透過光軸角を変える装置や、例えば特開昭６１−２６９５７２号公報に示されるように、一対のガラス基板を回動自在に支持すると共に、この一対のガラス基板間に液体を封入することによって頂角可変プリズムを形成し、一対のガラス基板のなす角度、すなわち頂角可変プリズムの頂角を変えることにより、透過光軸角を変える装置を用いてもよい。
【００３１】
測距センサ１７は、被写体２０の絶対位置を検出するかビデオカメラ１に対する被写体の相対位置を検出するかにかかわらず、ビデオカメラ１から任意の位置の被写体２０までの距離を測定できるものであればよく、現在まで考案、実用化されている種々の方式のものを用いることが可能である。
【００３２】
ここで、図３を参照して、一例として、外光三角方式を用いた場合の測距センサ１７の概略の構成について説明する。この例における測距センサ１７は、所定の距離Ｗを隔てて配設された２つのレンズ２１，２２と、この各レンズ２１，２２によって結像される被写体２０の像が投影される２つの光センサアレイ２３，２４と、この光センサアレイ２３，２４の各出力信号を入力して、各光センサアレイ２３，２４上の被写体像の位相差を検出する位相差検出回路２５とを備えている。光センサアレイ２３，２４は、それぞれ、レンズ２１，２２の配列方向に沿って配列された複数の光センサを有している。
【００３３】
次に、図３に示した例の測距センサ１７の動作原理について説明する。まず、各レンズ２１，２２の中心をＯ1 ，Ｏ2 とし、Ｏ1 ，Ｏ2 間の中点をＱとする。また、各レンズ２１，２２の光軸が光センサアレイ２３，２４と交わる点をＱ1 ，Ｑ2 とする。また、レンズ２１，２２と光センサアレイ２３，２４間の距離をｆe とする。また、被写体２０上の点Ｐに対応する光センサアレイ２３，２４上の点をＰ1 ，Ｐ2 とする。
【００３４】
ここで、Ｐ1 とＱ1 との距離をＰｈ1 、Ｐ2 とＱ2 との距離をＰｈ2 とすると、△ＰＯ1 Ｑと△Ｏ1 Ｐ1 Ｑ1 が相似で、△ＰＯ2 Ｑと△Ｏ2 Ｐ2 Ｑ2 が相似であることから、点Ｑから被写体２０上の点Ｐまでの距離ｇは、次の式によって与えられる。
【００３５】
ｇ＝Ｗ・ｆe ／（Ｐｈ1 ＋Ｐｈ2 ）＝Ｗ・ｆe ／Ｐｈ
ただし、Ｐｈ＝Ｐｈ1 ＋Ｐｈ2
【００３６】
ここで、Ｗとｆe は定数なので、光センサアレイ２３，２４上の２つの被写体像の位相差Ｐｈ＝Ｐｈ1 ＋Ｐｈ2 を検出すれば、距離ｇを求めることができる。位相差検出回路２５は、この位相差Ｐｈを検出して、上式より距離ｇを求め、この距離ｇを表す信号２６を、ＣＰＵ１５に対して送る。位相差Ｐｈは、例えば次の方法によって検出することができる。すなわち、この方法では、各光センサアレイ２３，２４においてそれぞれ任意の点を中心点として、この中心点から見て同じ位置にある光センサ同士の出力の差を求め、この出力の差の総和が最小となるときの光センサアレイ２３における点Ｑ1 と中心点との距離と、光センサアレイ２４における点Ｑ2 と中心点との距離との和を位相差Ｐｈとする。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０の動作について説明する。この画像振れ補正装置１０では、ＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号を、例えば、ハイパスフィルタを通した後、積分して角変位を検出する。また、ＣＰＵ１５は、測距センサ１７の出力信号を入力して、ビデオカメラ１における所定の基準点から被写体２０までの距離を算出する。そして、ＣＰＵ１５は、検出した角変位と算出した距離とに基づいて、光軸角を屈曲させるべき角度である光軸補正角度を算出する。ＣＰＵ１５は、更に、算出した光軸補正角度とレンズ位置センサ１２の出力信号とを比較して、光軸角可変装置１１による光軸角の屈曲角度が算出した光軸補正角度となるように光軸角可変装置駆動装置１４を制御する。これにより、光軸角の屈曲角度が、ＣＰＵ１５が算出した光軸補正角度となるように、光軸角可変装置１１が駆動され、画像振れが補正される。
【００３８】
本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０は、特に、ビデオカメラ１における所定の基準点から被写体２０までの距離を用いて画像振れ補正の制御を行うことで、近くの被写体が静止するように調整すると遠くの被写体が揺れ、逆に遠くの被写体が静止するように調整すると近くの被写体が揺れるという現象の発生を防止できるようにしている。
【００３９】
以下、図４を参照して、本実施の形態における画像振れ補正の制御について詳しく説明する。なお、図４では、ビデオカメラ１の角振動による光軸角可変装置１１の軌跡を含む平面内において、ビデオカメラ１の角振動の中心を原点とし、撮影光軸の中心線の方向をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向、Ｙ方向の各座標を（ｘ，ｙ）で表している。図４において、ビデオカメラ１の角振動の中心は点Ｃ（０，０）にあり、静止時における光軸角可変装置１１の中心位置は点Ｒ（ｒ，０）にあるものとする。また、被写体の位置を、点Ｄ（ｄ，０）とする。
【００４０】
また、本実施の形態では、ビデオカメラ１の角振動の中心Ｃと光軸角可変装置１１の中心位置Ｒの距離ｒは一定値であるものとする。一般に、ビデオカメラ１を肩載せや手持ちで撮影する状況では、肩もしくは手首の位置を中心とした角振動が発生することが多いので、このような場合には、上述のように、ビデオカメラ１の角振動の中心Ｃと光軸角可変装置１１の中心位置Ｒの距離ｒは、予め一定値として規定可能である。
【００４１】
このような系において、点Ｃ（０，０）を中心とした角変位αがビデオカメラ１に発生したとすると、光軸角可変装置１１は、点Ｒから、ビデオカメラ１の角振動による光軸角可変装置１１の軌跡２８上の点Ｒ′（ｒ・ｃｏｓα，ｒ・ｓｉｎα）へ移動する。ここで、光軸の中心線がやはり点Ｄを通るようにするために必要な光軸角可変装置１１による光軸補正角度をγとする。ビデオカメラ１の角振動の中心Ｃと光軸角可変装置１１の中心位置Ｒの距離ｒが一定値の場合、光軸補正角度γは、角変位αと、ビデオカメラ１の所定の基準点から被写体２０までの距離が分かれば、容易に求めることができることは、図４から明らかである。本実施の形態では、ビデオカメラ１の所定の基準点から被写体２０までの距離として、ビデオカメラ１の角振動の中心Ｃから被写体２０までの距離ｄを使用する。
【００４２】
図４に示したように、ビデオカメラ１の角振動の中心Ｃから光軸角可変装置１１の中心位置Ｒ（Ｒ′）へ向かうベクトルをｒ* とし、光軸角可変装置１１の中心位置Ｒ（Ｒ′）から被写体の位置Ｄ（ｄ，０）へ向かうベクトルをｄ* とすると、ベクトルｒ* ，ｄ* は、次の式（１），（２）で表される。
【００４３】
ｒ* ＝（ｒ・ｃｏｓα，ｒ・ｓｉｎα） …（１）
ｄ* ＝（ｄ−ｒ・ｃｏｓα，−ｒ・ｓｉｎα） …（２）
【００４４】
ここで、光軸補正角度、すなわちベクトルｒ* とベクトルｄ* がなす角γは、次の式（３）より求められる。
【００４５】
ｃｏｓγ＝ｒ* ・ｄ* ／（｜ｒ* ｜・｜ｄ* ｜） …（３）
【００４６】
ここで、ｒ* ・ｄ* ，｜ｒ* ｜，｜ｄ* ｜は、それぞれ、以下の式（４）〜（６）となる。
【００４７】
｜ｒ* ｜＝ｒ …（５）
【００４９】
従って、式（４）〜（６）を、式（３）に代入すると、次の式（７）が得られる。
【００５１】
式（７）より、距離ｒが一定値の場合、角変位αと距離ｄが決まると、光軸補正角度γが一義的に決まる。ＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号に基づいて式（７）中の角変位αを求めると共に、測距センサ１７の出力信号に基づいて式（７）中の距離ｄを求め、これらを式（７）に代入して光軸補正角度γを算出する。
【００５３】
ところで、上述のように光軸補正角度γが求まったとしても、一般に、角速度センサ１３とレンズ位置センサ１２の出力はアナログ値であるため、実際に光軸角可変装置駆動装置１４におけるレンズ１１ａ，１１ｂをどの程度動かせばよいかに関しては、画像振れ補正装置１０毎のばらつきが存在するため、画像振れ補正機能によって完全に被写体２０のビデオカメラ１による撮影映像を静止させるためには、以下のように画像振れ補正装置１０毎にパラメータの調整が必要である。
【００５４】
ここで、光軸補正角度γは一般に１度以下の微小角であるから、このときの光軸角可変装置１１のレンズ１１ａ，１１ｂの位置の目標値、すなわちレンズ位置センサ１２の出力目標値は、ｋ・γと線形に表すことができるものとすると、このｋが、画像振れ補正装置１０毎に調整すべきパラメータとなる。
【００５５】
本実施の形態では、調整時に、被写体をある基準位置に置き、角変位αが発生しても、常に被写体が光軸の中心を通るように、パラメータｋを調整する。そして、調整結果のパラメータｋの値を不揮発性メモリ１６に格納しておく。実撮影時には、ＣＰＵ１５は、式（７）によって光軸補正角度γを求めた後、不揮発性メモリ１６に格納されているパラメータｋの値を参照してｋ・γを求め、レンズ位置センサ１２の出力がｋ・γとなるように、光軸角可変装置１１を制御する。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態に係る画像振れ補正装置１０によれば、ＣＰＵ１５によって、角速度センサ１３の出力と測距センサ１７の出力とに基づいて、光軸角可変装置１１を制御して、画像振れを補正するようにしたので、ビデオカメラ１において発生する角振動の中心と光軸角可変装置１１の位置が一致しないことに起因して精密な画像振れ補正がなされない場合が生じること、詳しくは、近くの被写体が静止するように調整すると遠くの被写体が揺れ、逆に遠くの被写体が静止するように調整すると近くの被写体が揺れるという現象の発生を防止することができる。
【００５７】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る画像振れ補正装置３０は、手動で焦点調節を行うようになっているビデオカメラ１に適用されるものである。この画像振れ補正装置３０が適用されるビデオカメラ１は、カメラレンズ部２内において、フォーカスリング３１と、このフォーカスリング３１の回転位置を検出してフォーカス距離情報３３を出力するフォーカス距離情報生成部３２とを有している。本実施の形態に係る画像振れ補正装置３０では、第１の実施の形態における測距センサ１７を有しておらず、代わりに、ＣＰＵ１５は、ビデオカメラ１のフォーカス距離情報生成部３２からのフォーカス距離情報３３を入力するようになっている。
【００５８】
フォーカスリング３１は、図示しないフォーカス用レンズを手動によって動かして焦点調節を行うためのものであり、カメラレンズ部２の鏡筒に対して回動自在に設けられている。フォーカス距離情報生成部３２は、例えば、フォーカスリング３１に連動するポテンショメータを有しており、フォーカスリング３１の回転位置を検出し、その回転位置に対応するフォーカス距離情報３３を出力するようになっている。フォーカス距離情報３３とは、ビデオカメラ３０の所定の基準点から撮影者が合焦状態で撮影しようとしている被写体２０までの距離の情報である。なお、レンズ一体型のビデオカメラの場合には、ビデオカメラ内部にフォーカス距離情報生成部３２が設けられており、ビデオカメラ内部よりフォーカス距離情報３３を取り出すことは容易である。また、放送業務用等の単体レンズにおいても、フォーカス距離情報生成部３２を有し、フォーカス距離情報３３を外部に出力できるものが既に製品化されている。
【００５９】
なお、フォーカス距離情報生成部３２より出力されるフォーカス距離情報３３がディジタル値の場合は、そのままＣＰＵ１５に入力することができるが、フォーカス距離情報３３がアナログ値の場合は、フォーカス距離情報３３をアナログ−ディジタル変換した後、ＣＰＵ１５に入力するようにする。
【００６０】
本実施の形態では、撮影しようとする被写体２０において合焦状態となるように、撮影者によってフォーカスリング３１が調節される。そのとき、フォーカス距離情報生成部３２によって、フォーカスリング３１の回転位置が検出され、その回転位置に対応するフォーカス距離情報３３が出力され、ＣＰＵ１５に入力される。
【００６１】
ＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号に基づいて式（７）中の角変位αを求めると共に、フォーカス距離情報３３に基づいて式（７）中の距離ｄを求め、これらを式（７）に代入して光軸補正角度γを算出する。ＣＰＵ１５は、式（７）によって光軸補正角度γを求めた後、不揮発性メモリ１６に格納されているパラメータｋの値を参照してｋ・γを求め、レンズ位置センサ１２の出力がｋ・γとなるように、光軸角可変装置１１を制御する。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態に係る画像振れ補正装置３０によれば、フォーカスリング３１の回転位置を検出するフォーカス距離情報生成部３２からのフォーカス距離情報３３を利用して、精密な画像振れ補正を行うようにしたので、第１の実施の形態における測距センサ１７のような距離情報を生成するための特別の構成が不要となり、構成が簡単になる。本実施の形態におけるその他の構成、動作および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００６３】
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る画像振れ補正装置４０は、自動的に焦点調節を行うオートフォーカス機能を有するビデオカメラ１に適用されるものである。この画像振れ補正装置４０が適用されるビデオカメラ１は、カメラレンズ部２内において、図示しないフォーカス用レンズと、このフォーカス用レンズを駆動するフォーカス用レンズ駆動部４１とを有すると共に、本体内において、フォーカス用レンズ駆動部４１を制御して自動的に焦点調節を行い、フォーカス距離情報４３を出力するオートフォーカス処理部４２を有している。なお、フォーカス用レンズは、第２の実施の形態と同様に、フォーカスリング３１によって手動によって調節することも可能になっている。フォーカス用レンズ駆動部４１およびオートフォーカス処理部４２は、本発明における自動焦点調節手段に対応する。
【００６４】
本実施の形態に係る画像振れ補正装置４０では、第１の実施の形態における測距センサ１７を有しておらず、代わりに、ＣＰＵ１５は、オートフォーカス処理部４２からのフォーカス距離情報４３を入力するようになっている。フォーカス距離情報４３とは、ビデオカメラ３０の所定の基準点からオートフォーカス処理部４２によって合焦状態とされた被写体２０までの距離の情報である。
【００６５】
ビデオカメラにおけるオートフォーカスの方式には、文献「村島弘嗣他：デジタル積分オートフォーカスビデオカメラ，テレビジョン学会技術報告，ITEJ Technical Report Vol.11.No.10.pp13 〜18.(1987年）」に記載されているように、大きく分けてＴＴＬ（Through The Lens）方式と外部測距方式とがある。各方式は、更に以下のように細分される。本実施の形態におけるオートフォーカス機能には、これらのいずれの方式を用いてもよい。
【００６６】
（１）ＴＴＬ
▲１▼ピント検出
（ｉ）コントラスト検出
（ii）相関検出（ＴＣＬシステム）
▲２▼測距…赤外線照射
（２）外部測距
▲１▼三角測量
（ｉ）一対像合致（ＶＡＦシステム）
（ii）赤外線照射
▲２▼伝搬速度…超音波（ソナーシステム）
【００６７】
図７は、上記各方式のうち、コントラスト検出方式を用い、且ついわゆる山登りサーボ方式によって焦点調節を行うようにした場合におけるフォーカス用レンズ駆動部４１とオートフォーカス処理部４２の構成の一例を示したものである。また、この例では、前出の文献に記載されているディジタル積分を採用している。この例では、オートフォーカス処理部４２は、ビデオカメラ１によって得られる映像信号４４を入力し、この映像信号４４の高周波成分を抽出するハイパスフィルタ（以下、ＨＰＦと記す。）４５と、このＨＰＦ４５の出力信号を検波する検波回路４６と、この検波回路４６の出力信号をアナログ−ディジタル（以下、Ａ／Ｄと記す。）変換するＡ／Ｄ変換器４７と、このＡ／Ｄ変換器４７の出力信号を選択的に通過させるゲート４８と、このゲート４８の出力信号を１フィールド毎に積分する積分回路４９とを備えている。オートフォーカス処理部４２は、更に、映像信号４４から同期信号を分離する同期分離回路５０と、この同期分離回路５０によって分離された同期信号に基づいてゲート４８を制御するゲート制御回路５１と、積分回路４９の出力信号を入力し、フォーカス用レンズ駆動部４１を制御すると共にフォーカス距離情報４３を出力するＣＰＵ５２とを備えている。
【００６８】
図７に示した例におけるフォーカス用レンズ駆動部４１は、フォーカス用レンズを駆動するモータ５３と、ＣＰＵ５２の制御の下でモータ５３を駆動するモータ駆動回路５４と、モータ５３の回転位置を検出し、その回転位置の情報をＣＰＵ５２に送るモータ位置検出回路５５とを備えている。
【００６９】
図７に示した例におけるオートフォーカス処理部４２では、同期分離回路５０によって映像信号４４から同期信号を分離し、この同期信号に基づいて、ゲート制御回路５１は、所定のエリアの信号のみを通過させるようにゲート４８を制御する。また、オートフォーカス処理部４２では、ＨＰＦ４５によって映像信号４４の高周波成分を抽出し、検波回路４６によってＨＰＦ４５の出力信号を検波し、Ａ／Ｄ変換器４７によって検波回路４６の出力信号をＡ／Ｄ変換し、ゲート４８によってＡ／Ｄ変換器４７の出力信号を選択的に通過させ、積分回路４９によってゲート４８の出力信号を１フィールド毎に積分する。積分回路４９の出力信号はＣＰＵ５２に入力される。
【００７０】
ＣＰＵ５２は、積分回路４９の出力信号を監視しながら、積分回路４９の出力信号が最大になるように、モータ駆動回路５４を制御する。モータ駆動回路５４は、モータ５３を駆動し、これにより、フォーカス用レンズが駆動される。モータ位置検出回路５５は、モータ５３の回転位置を検出し、その回転位置の情報をＣＰＵ５２に送る。ＣＰＵ５２は、モータ位置検出回路５５からの情報に基づいて、フォーカス距離情報４３を生成し、画像振れ補正装置４０のＣＰＵ１５に送る。
【００７１】
本実施の形態では、フォーカス用レンズ駆動部４１およびオートフォーカス処理部４２によって、自動的に、被写体２０が合焦状態となるようにフォーカス用レンズが駆動される。そのとき、オートフォーカス処理部４２によって、フォーカス距離情報４３が出力され、ＣＰＵ１５に入力される。
【００７２】
ＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号に基づいて式（７）中の角変位αを求めると共に、フォーカス距離情報４３に基づいて式（７）中の距離ｄを求め、これらを式（７）に代入して光軸補正角度γを算出する。ＣＰＵ１５は、式（７）によって光軸補正角度γを求めた後、不揮発性メモリ１６に格納されているパラメータｋの値を参照してｋ・γを求め、レンズ位置センサ１２の出力がｋ・γとなるように、光軸角可変装置１１を制御する。
【００７３】
以上説明したように、本実施の形態に係る画像振れ補正装置４０によれば、オートフォーカス処理部４２からのフォーカス距離情報４３を利用して、精密な画像振れ補正を行うようにしたので、第１の実施の形態における測距センサ１７のような距離情報を生成するための特別の構成が不要となり、構成が簡単になる。
【００７４】
また、近年の家庭用ビデオカメラにおいては、オートフォーカス機能は必須のものとなっており、今後、放送業務用ビデオカメラにおいても、オートフォーカス機能が採用されていく可能性は十分ある。そのため、本実施の形態のように、オートフォーカス機能と画像振れ補正機能とが一体となって、画像振れ補正機能の能力が向上することは、ビデオカメラ全体として非常に都合がよい。本実施の形態におけるその他の構成、動作および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００７５】
図８は、本発明の第４の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る画像振れ補正装置６０は、特に、特定の距離にある被写体が静止するように画像振れ補正装置を最適に調整しても、振動の発生状況が変わると、その特定の被写体に対しての十分な画像振れ補正能力を発揮できなくなるという問題を解決するものである。
【００７６】
本実施の形態に係る画像振れ補正装置６０では、第１の実施の形態における測距センサ１７を有しておらず、代わりに、ビデオカメラ１における２箇所に設けられた２つの対地加速度センサ６１，６２を有している。この対地加速度センサ６１，６２は、これらが設けられた各位置における変位に応じたパラメータとして、地面に対する加速度である対地加速度を検出するようになっている。対地加速度センサ６１，６２の各出力は、ＣＰＵ１５に入力されるようになっている。対地加速度センサ６１，６２は、本発明における角振動中心位置情報検出手段中の測定手段に対応し、ＣＰＵ１５は本発明における角振動中心位置情報検出手段中の距離算出手段に対応する。
【００７７】
対地加速度センサ６１，６２は、少なくとも水平方向および垂直方向の角速度を検出できるものが好ましい。この対地加速度センサ６１，６２としては、例えばジャイロセンサが用いられる。また、対地加速度センサ６１，６２は、必ずしもビデオカメラ１における２箇所に設けられる必要はなく、ビデオカメラ１、ビデオカメラ１に付随する部材および画像振れ補正装置６０の本体中の少なくとも２箇所に設けられていればよい。
【００７８】
次に、本実施の形態に係る画像振れ補正装置６０の動作について説明する。この画像振れ補正装置６０では、ＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号を、例えば、ハイパスフィルタを通した後、積分して角変位を検出する。また、ＣＰＵ１５は、対地加速度センサ６１，６２の出力信号を入力して、これらに基づいて、ビデオカメラ１において発生している角振動の中心位置に応じた情報を検出する。そして、ＣＰＵ１５は、検出した角変位と検出した角振動の中心位置に応じた情報とに基づいて、光軸補正角度を算出する。
【００７９】
ここで、本実施の形態において光軸補正角度を求める方法について説明する。図１４から分かるように、ビデオカメラ１において発生している角振動の中心位置から光軸角可変装置までの距離と、光軸角可変装置から被写体までの距離と、角変位とが分かれば、光軸補正角度は容易に求められる。本実施の形態では、光軸角可変装置から被写体までの距離は一定であるものとする。この場合には、角振動の中心位置から光軸角可変装置までの距離と角変位とが分かれば、光軸補正角度が求められる。
【００８０】
本実施の形態では、２つの対地加速度センサ６１，６２の出力信号を用いて角振動の中心位置に応じた情報として、角振動の中心位置から光軸角可変装置までの距離を求めるようにしている。
【００８１】
次に、図９を参照して、本実施の形態において角振動の中心位置から光軸角可変装置までの距離を検出する方法について説明する。図９は、ビデオカメラ１のカメラレンズ部２の先端部に画像振れ補正装置６０を装着した状態を表す模式図上に、対地加速度センサ６１，６２の出力信号を表すベクトル等を重ねて表したものである。なお、図９では、ビデオカメラ１の角振動による光軸角可変装置１１の軌跡を含む平面内において、ビデオカメラ１の角振動の中心を原点とし、撮影光軸の中心線の方向をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向、Ｙ方向の各座標を（ｘ，ｙ）で表している。図９において、ビデオカメラ１の角振動の中心位置は点Ｃ（０，０）にあり、静止時における光軸角可変装置１１の中心位置は点Ｒ（ｒ，０）にあるものとする。また、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから両対地加速度センサ６１，６２間の中心位置までの距離をＬ1 ，両対地加速度センサ６１，６２間の中心位置から光軸角可変装置１１の中心位置Ｒまでの距離をＬ2 とする。また、両対地加速度センサ６１，６２間の距離をｍとする。ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから光軸角可変装置１１の中心位置Ｒまでの距離ｒは、Ｌ1 とＬ2 の和である。ここで、距離Ｌ2 は装置固有の値であるから、距離Ｌ1 が分かれば、距離ｒが求まる。
【００８２】
ここで、単位時間内に角変位αが発生したときにおける対地加速度センサ６１が取り付けられた位置における位置移動量をｙ1 、対地加速度センサ６２が取り付けられた位置における位置移動量をｙ2 とする。角変位αが微小であるならば、各対地加速度センサ６１，６２が取り付けられた位置における位置移動量ｙ1 ，ｙ2 は、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから各対地加速度センサ６１，６２が取り付けられた位置までの距離に比例することから、以下の式（８）が成り立つ。
【００８３】
ｙ1 ：ｙ2 ＝Ｌ1 ＋ｍ／２：Ｌ1 −ｍ／２ …（８）
【００８４】
この式（８）より、Ｌ1 は、次の式（９）によって求められる。
【００８５】
Ｌ1 ＝（ｍ／２）・｛（ｙ1 ＋ｙ2 ）／（ｙ1 −ｙ2 ）｝ …（９）
【００８６】
従って、求めるべき距離ｒは、次の式（１０）によって求められる。
【００８７】
ところで、式（８）では、各対地加速度センサ６１，６２が取り付けられた位置における位置移動量ｙ1 ，ｙ2 が、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから各対地加速度センサ６１，６２が取り付けられた位置までの距離に比例することを利用しているが、各対地加速度センサ６１，６２が取り付けられた位置における対地速度ｙ1 ′，ｙ2 ′や、対地加速度ｙ1 ”，ｙ2 ”も、同様に、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから各対地加速度センサ６１，６２が取り付けられた位置までの距離に比例する。従って、式（８）と同様に、以下の式（１１），（１２）が成り立つ。
【００８９】
ｙ1 ′：ｙ2 ′＝Ｌ1 ＋ｍ／２：Ｌ1 −ｍ／２ …（１１）
ｙ1 ”：ｙ2 ”＝Ｌ1 ＋ｍ／２：Ｌ1 −ｍ／２ …（１２）
【００９０】
その結果、式（１０）と同様に、以下の式（１３），（１４）が成り立つ。
【００９１】
ｒ＝Ｌ2 ＋（ｍ／２）・｛（ｙ1 ′＋ｙ2 ′）／（ｙ1 ′−ｙ2 ′）｝…（１３）
ｒ＝Ｌ2 ＋（ｍ／２）・｛（ｙ1 ”＋ｙ2 ”）／（ｙ1 ”−ｙ2 ”）｝…（１４）
【００９２】
本実施の形態では、対地加速度センサ６１，６２によって、対地加速度ｙ1 ”，ｙ2 ”が求まるので、式（１４）を用いて、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから光軸角可変装置１１の中心位置Ｒまでの距離ｒを求めることができる。
【００９３】
図８におけるＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号に基づいて式（７）中の角変位αを求めると共に、対地加速度センサ６１，６２の出力信号に基づいて式（７）中の距離ｒを求め、これらを式（７）に代入して光軸補正角度γを算出する。ＣＰＵ１５は、式（７）によって光軸補正角度γを求めた後、不揮発性メモリ１６に格納されているパラメータｋの値を参照してｋ・γを求め、レンズ位置センサ１２の出力がｋ・γとなるように、光軸角可変装置１１を制御する。
【００９４】
以上説明したように、本実施の形態に係る画像振れ補正装置６０によれば、ＣＰＵ１５が、対地加速度センサ６１，６２の出力信号に基づいて、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから光軸角可変装置１１の中心位置Ｒまでの距離ｒを求め、角速度センサ１３の出力信号に基づいて求められた角変位αと距離ｒとに基づいて、光軸角可変装置１１を制御して、画像振れを補正するようにしたので、ビデオカメラ１において発生する角振動の中心と光軸角可変装置１１の位置が一致しないことに起因して精密な画像振れ補正がなされない場合が生じること、詳しくは、特定の距離にある被写体が静止するように画像振れ補正装置を最適に調整しても、振動の発生状況が変わると、その特定の被写体に対しての十分な画像振れ補正能力を発揮できなくなることを防止することができる。
【００９５】
なお、本実施の形態において、対地加速度センサ６１，６２の代わりに、地面に対する位置である対地位置を検出する対地位置センサや、地面に対する速度である対地速度を検出する対地速度センサを用いてもよい。対地位置センサを用いる場合には、対地位置センサの出力信号に基づいて単位時間当たりの位置移動量を求め、この位置移動量を式（１０）に代入して、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから光軸角可変装置１１の中心位置Ｒまでの距離ｒを求めることができる。対地速度センサを用いる場合には、対地速度センサの出力信号より求まる速度を求め、この速度を式（１３）に代入して、ビデオカメラ１の角振動の中心位置Ｃから光軸角可変装置１１の中心位置Ｒまでの距離ｒを求めることができる。このように、角振動中心位置情報検出手段中の測定手段としては、対地加速度センサ、対地位置センサ、対地速度センサのいずれを用いてもよいが、価格、性能等の見地からすれば、対地加速度センサが最も一般的であり、最も実用的である。本実施の形態におけるその他の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００９６】
図１０は、本発明の第５の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る画像振れ補正装置７０は、第１の実施の形態に係る画像振れ補正装置１０に対して、第４の実施の形態と同様の対地加速度センサ６１，６２を付加し、ＣＰＵ１５が、角速度センサ１３、測距センサ１７、対地加速度センサ６１，６２の各出力信号に基づいて光軸角可変装置１１を制御するようにしたものである。
【００９７】
本実施の形態において、ＣＰＵ１５は、角速度センサ１３の出力信号に基づいて式（７）中の角変位αを求め、測距センサ１７の出力信号に基づいて式（７）中の距離ｄを求め、更に、対地加速度センサ６１，６２の出力信号に基づいて式（７）中の距離ｒを求め、これらを式（７）に代入して光軸補正角度γを算出する。ＣＰＵ１５は、式（７）によって光軸補正角度γを求めた後、不揮発性メモリ１６に格納されているパラメータｋの値を参照してｋ・γを求め、レンズ位置センサ１２の出力がｋ・γとなるように、光軸角可変装置１１を制御する。
【００９８】
このように、本実施の形態に係る画像振れ補正装置７０によれば、測距センサ１７によってビデオカメラ１から被写体２０までの距離を測定すると共に、対地加速度センサ６１，６２の出力信号に基づいて、ビデオカメラ１の角振動の中心位置から光軸角可変装置１１の中心位置までの距離を求め、これらの距離の情報と、角速度センサ１３の出力信号に基づいて求められる角変位とに基づいて、光軸角可変装置１１を制御して、画像振れを補正するようにしたので、ビデオカメラ１において発生する角振動の中心と光軸角可変装置１１の位置が一致しないことに起因して精密な画像振れ補正がなされない場合が生じること、詳しくは、第１の実施の形態と同様に、近くの被写体が静止するように調整すると遠くの被写体が揺れ、逆に遠くの被写体が静止するように調整すると近くの被写体が揺れるという現象の発生を防止することができると共に、第４の実施の形態と同様に、特定の距離にある被写体が静止するように画像振れ補正装置を最適に調整しても、振動の発生状況が変わると、その特定の被写体に対しての十分な画像振れ補正能力を発揮できなくなることを防止することができる。
【００９９】
本実施の形態におけるその他の構成および動作は、第１の実施の形態または第４の実施の形態と同様である。
【０１００】
図１１は、本発明の第６の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る画像振れ補正装置８０は、第２の実施の形態に係る画像振れ補正装置３０に対して、第４の実施の形態と同様の対地加速度センサ６１，６２を付加し、ＣＰＵ１５が、角速度センサ１３の出力信号、フォーカス距離情報生成部３２からのフォーカス距離情報３３および対地加速度センサ６１，６２の各出力信号に基づいて光軸角可変装置１１を制御するようにしたものである。
【０１０１】
本実施の形態では、第５の実施の形態において測距センサ１７の出力信号に基づいて式（７）中の距離ｄを求める代わりに、フォーカス距離情報３３に基づいて式（７）中の距離ｄを求める。
【０１０２】
本実施の形態におけるその他の構成および動作は、第２の実施の形態または第４の実施の形態と同様である。また、本実施の形態における効果は、第５の実施の形態と同様である。
【０１０３】
図１２は、本発明の第７の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る画像振れ補正装置９０は、第３の実施の形態に係る画像振れ補正装置４０に対して、第４の実施の形態と同様の対地加速度センサ６１，６２を付加し、ＣＰＵ１５が、角速度センサ１３の出力信号、オートフォーカス処理部４２からのフォーカス距離情報４３および対地加速度センサ６１，６２の各出力信号に基づいて光軸角可変装置１１を制御するようにしたものである。
【０１０４】
本実施の形態では、第５の実施の形態において測距センサ１７の出力信号に基づいて式（７）中の距離ｄを求める代わりに、フォーカス距離情報４３に基づいて式（７）中の距離ｄを求める。
【０１０５】
本実施の形態におけるその他の構成および動作は、第３の実施の形態または第４の実施の形態と同様である。また、本実施の形態における効果は、第５の実施の形態と同様である。
【０１０６】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、例えば、本発明の画像振れ補正装置は、実施の形態で挙げたようなアダプタ型のものに限らず、ビデオカメラ等に一体的に組み込まれたものや、カメラレンズと一体化されたものでも良い。また、本発明は、ビデオカメラに限らず、スチールカメラや、映画用フィルムを用いる撮影機等の他の種類の撮像装置にも適用することができる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし４のいずれかに記載の画像振れ補正装置によれば、振れ検出手段によって撮像装置の振れを検出し、距離情報取得手段によって撮像装置から被写体までの距離の情報を取得し、画像振れ補正制御手段によって、振れ検出手段の検出出力と距離情報取得手段によって取得された距離の情報とに基づいて、光軸角可変装置を制御して画像振れを補正するようにしたので、撮像装置において発生する角振動の中心と光軸角可変装置の位置が一致しないことに起因して精密な画像振れ補正がなされない場合が生じること、詳しくは、近くの被写体が静止するように調整すると遠くの被写体が揺れ、逆に遠くの被写体が静止するように調整すると近くの被写体が揺れるという現象の発生を防止することができるという効果を奏する。
【０１０８】
また、請求項３記載の画像振れ補正装置によれば、距離情報取得手段が、撮像装置に設けられた距離情報生成手段によって生成された距離の情報を取得するようにしたので、更に、撮像装置から被写体までの距離を測定する手段が不要となり、構成が簡単になるという効果を奏する。
【０１０９】
また、請求項４記載の画像振れ補正装置によれば、距離情報取得手段が、撮像装置に設けられた自動焦点調節手段より距離の情報を取得するようにしたので、更に、撮像装置から被写体までの距離を測定する手段が不要となり、構成が簡単になるという効果を奏する。
【０１１１】
請求項５ないし９のいずれかに記載の画像振れ補正装置によれば、振れ検出手段によって撮像装置の振れを検出し、距離情報取得手段によって撮像装置から被写体までの距離の情報を取得し、角振動中心位置情報検出手段によって撮像装置において発生している角振動の中心位置に応じた情報を検出し、画像振れ補正制御手段によって、振れ検出手段の検出出力と距離情報取得手段によって取得された距離の情報と角振動中心位置情報検出手段によって検出された角振動の中心位置に応じた情報とに基づいて、光軸角可変装置を制御して画像振れを補正するようにしたので、撮像装置において発生する角振動の中心と光軸角可変装置の位置が一致しないことに起因して精密な画像振れ補正がなされない場合が生じること、詳しくは、近くの被写体が静止するように調整すると遠くの被写体が揺れ、逆に遠くの被写体が静止するように調整すると近くの被写体が揺れるという現象の発生を防止することができると共に、特定の距離にある被写体が静止するように画像振れ補正装置を最適に調整しても、振動の発生状況が変わると、その特定の被写体に対しての十分な画像振れ補正能力を発揮できなくなることを防止することができるという効果を奏する。
【０１１２】
また、請求項７記載の画像振れ補正装置によれば、距離情報取得手段が、撮像装置に設けられた距離情報生成手段によって生成された距離の情報を取得するようにしたので、更に、撮像装置から被写体までの距離を測定する手段が不要となり、構成が簡単になるという効果を奏する。
【０１１３】
また、請求項８記載の画像振れ補正装置によれば、距離情報取得手段が、撮像装置に設けられた自動焦点調節手段より距離の情報を取得するようにしたので、更に、撮像装置から被写体までの距離を測定する手段が不要となり、構成が簡単になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る画像振れ補正装置が装着されたビデオカメラの外観を示す側面図である。
【図３】図１における測距センサの構成の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における画像振れ補正の制御について説明するための説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図６におけるフォーカス用レンズ駆動部とオートフォーカス処理部の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態において角振動の中心位置から光軸角可変装置までの距離を検出する方法について説明するための説明図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第７の実施の形態に係る画像振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】カメラにおいて発生する角振動の中心と光軸角可変機構の位置が一致しないことに起因する問題点を説明するための説明図である。
【図１４】カメラにおいて発生する角振動の中心と光軸角可変機構の位置が一致しないことに起因する他の問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…ビデオカメラ、１０…画像振れ補正装置、１１…光軸角可変装置、１２…レンズ位置センサ、１３…角速度センサ、１４…光軸角可変装置駆動装置、１５…ＣＰＵ、１６…不揮発性メモリ、１７…測距センサ
Claims (9)
- 撮像装置における結像のための光路中に介挿され、光学素子を駆動することによって入射側の光軸に対して出射側の光軸がなす光軸角を変えることの可能な光軸角可変装置と、
前記光軸角可変装置における前記光学素子の駆動位置を検出する光学素子位置検出手段と、
撮像装置の振れを検出する振れ検出手段と、
前記光学素子位置検出手段および前記振れ検出手段の検出出力のばらつきを調整するためにあらかじめ設定された調整値を記憶する記憶手段と、
撮像装置から被写体までの距離の情報を取得する距離情報取得手段と、
前記振れ検出手段の検出出力と前記距離情報取得手段によって取得された距離の情報とに基づいて前記光軸角可変装置によって屈曲させるべき前記光軸角の補正角度である光軸補正角度を算出した後、前記記憶手段に記憶された調整値に基づいて前記光軸補正角度の調整を行い、その調整後の光軸補正角度と前記光学素子位置検出手段の出力信号とを比較して、前記光軸角の屈曲角度が、前記調整後の光軸補正角度となるように前記光軸角可変装置を制御して画像振れを補正する画像振れ補正制御手段と
を備えたことを特徴とする画像振れ補正装置。 - 前記距離情報取得手段は、撮像装置から被写体までの距離を測定する距離測定手段を有し、この距離測定手段によって得られる距離の情報を取得することを特徴とする請求項１記載の画像振れ補正装置。
- 前記撮像装置は、合焦状態で撮像可能な被写体までの距離を調節するための焦点調節手段と、この焦点調節手段の状態より撮像装置から被写体までの距離の情報を生成する距離情報生成手段とを有し、前記距離情報取得手段は、前記距離情報生成手段によって生成された距離の情報を取得することを特徴とする請求項１記載の画像振れ補正装置。
- 前記撮像装置は、被写体が合焦状態で撮像されるように自動的に焦点調節を行うと共に、撮像装置から被写体までの距離の情報を出力する自動焦点調節手段を有し、前記距離情報取得手段は、前記自動焦点調節手段より、撮像装置から被写体までの距離の情報を取得することを特徴とする請求項１記載の画像振れ補正装置。
- 撮像装置における結像のための光路中に介挿され、光学素子を駆動することによって入射側の光軸に対して出射側の光軸がなす光軸角を変えることの可能な光軸角可変装置と、
前記光軸角可変装置における前記光学素子の駆動位置を検出する光学素子位置検出手段と、
撮像装置の振れを検出する振れ検出手段と、
撮像装置から被写体までの距離の情報を取得する距離情報取得手段と、
撮像装置において発生している角振動の中心位置に応じた情報を検出する角振動中心位置情報検出手段と、
前記光学素子位置検出手段および前記振れ検出手段、ならびに前記角振動中心位置情報検出手段の検出出力のばらつきを調整するためにあらかじめ設定された調整値を記憶する記憶手段と、
前記振れ検出手段の検出出力と前記距離情報取得手段によって取得された距離の情報と前記角振動中心位置情報検出手段によって検出された情報とに基づいて前記光軸角可変装置によって屈曲させるべき前記光軸角の補正角度である光軸補正角度を算出した後、前記記憶手段に記憶された調整値に基づいて前記光軸補正角度の調整を行い、その調整後の光軸補正角度と前記光学素子位置検出手段の出力信号とを比較して、前記光軸角の屈曲角度が、前記調整後の光軸補正角度となるように前記光軸角可変装置を制御して画像振れを補正する画像振れ補正制御手段と
を備えたことを特徴とする画像振れ補正装置。 - 前記距離情報取得手段は、撮像装置から被写体までの距離を測定する距離測定手段を有し、この距離測定手段によって得られる距離の情報を取得することを特徴とする請求項５記載の画像振れ補正装置。
- 前記撮像装置は、合焦状態で撮像可能な被写体までの距離を調節するための焦点調節手段と、この焦点調節手段の状態より撮像装置から被写体までの距離の情報を生成する距離情報生成手段とを有し、前記距離情報取得手段は、前記距離情報生成手段によって生成された距離の情報を取得することを特徴とする請求項５記載の画像振れ補正装置。
- 前記撮像装置は、被写体が合焦状態で撮像されるように自動的に焦点調節を行うと共に、撮像装置から被写体までの距離の情報を出力する自動焦点調節手段を有し、前記距離情報取得手段は、前記自動焦点調節手段より、撮像装置から被写体までの距離の情報を取得することを特徴とする請求項５記載の画像振れ補正装置。
- 前記角振動中心位置情報検出手段は、撮像装置、撮像装置に付随する部材または画像振れ補正装置の本体における少なくとも２箇所に設けられ、各位置における変位に応じたパラメータの値を測定する測定手段と、この測定手段の測定値に基づいて、角振動の中心位置に応じた情報として、角振動の中心位置から光軸角可変装置までの距離を算出する距離算出手段とを有することを特徴とする請求項５記載の画像振れ補正装置。
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