JPH0387716A - 像ぶれ防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の詳細な説明〕 本発明は手振れ等により光学機器画像が振れるのを補正
するための装置に関する。

〔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ＵＳＰ２９５９０８
８、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１１図にその全体の構成を示す。

第１１図に於いて、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ｌの焦点距離を１１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、ｆ、＝〜ｆ２ の関係を満足する様に各レンズの焦点距離が設定されて
いる。

更に、２軸可動の支持を行なう為のギンパル５によりレ
ンズ２の像側主点から、該焦点距離ｆ２（＝−ｆ、）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１０が設けられている。

この様の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。

次に、前記ギンパル５の２軸可動についての説明を、第
１２図を用いて示す。

１ノンズ２はｙ軸方向に０由度を有する支持部材５ｙに
支持され、更に支持部材５ｙはｙ軸方向とは垂直の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、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、ダンピング（振動抑制）の動
作について第１１図、第１３図を用いて説明する。

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る速度に応じた抑制
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は第１３図上では鏡筒上部のみ
に取り付けられているが、これは説明の便宜を図る為の
省略であり、下部及び左右のマグネットは不図示としで
あるが２軸制御においては必要である。

部材１．０はカウンター・ウェイトで、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
いが取れるようにする為のバランサーとして、ギンパル
支持部５を挟んで補正光学系２の反対側に取り付けられ
ている。部材１１は、支持部材３に該カウンターウェイ
トｌＯと一体的に取り付けられた磁性体であり、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。そして、この構成
による磁極は同極（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）　１５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１５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１２，１．３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、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では、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ｌとレンズ
２との間に相対的な偏位が生じる。

そして、レンズＩ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
上述のダンピング構成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
させるよう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している問題点）しかしながら、
上記の様な光学的補正系において広角端から望遠端まで
のズーム全域で同じ量の補正範囲を設けようとすると、
防振動作時に広角端付近における軸外光束を確保する必
要性の為に光学系全体が大型化してしまうという問題点
があり、逆に補正範囲を小さくすると光学系全体の小型
化には有利であるが、望遠端付近で十分な補正効果が得
られなくなってしまうという問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述の問題点を解決する為に成されたもので画
像のブレを補正する補正光学系の防振特性を主光学系の
焦点距離に応じて変化させる可変手段を設け、従来装置
間等の防振特性を維持しながら光学機器の小型化が図れ
る画像振れ補正装置を提供しようとするものである。

〔作用〕

上記画像振れ補正装置によれば、上記可変手段の作用に
より、防振制御を協力にかける必要のある望遠側つまり
長焦点側（Ｔ：テレ）では該補正光学系の動作を抑制す
る量を極力減らし、防振制御を弱く設定しても視覚的に
手ブレの目立たない広角側つまり短焦点側（ｗ：ワイド
）では該補正光学系の動作を大きく抑制することで、主
撮像系の前玉前面に配置する補正光学系の口径を小さく
設定できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を基に説明する。

まず、本実施例の制御特性の効果について第１０図を用
いて説明する。

第１０図に於いて、ｒ、ｎは夫々防振光学系の第一レン
ズ群及び第二レンズ群、■は主撮像系である。ＩＶ、　
Ｖは夫々軸外の光線を表わす。

（Ａ）は防振の為の第二群の振れ量が大きい時、（Ｂ）
は上記の振れ量が小さい時である。

防振光学系の第一レンズ群と、第二レンズ群の各レンズ
の大きさは夫々軸外の光線■、■がレンズ系を通る高さ
によって決定される。

従って、第１０図に示す様に、振れ角の小さい時は振れ
角が大きい時に比べて軸外光束を通る高さが低（戒る為
に光学系の大きさを小さくすることができる。

光学系の大きさを決定する軸外光線は通常広角端あるい
５はその付近のズーム域における最大像高に結像する光
線である。

望遠端付近では画角が小さくなる為に広角端付近で、あ
る程度の振れ角の光線を確保しておけば充分な防振範囲
を得ることができる。

従って、広角端付近の防振時における振れ角すなわち制
御範囲を望遠端よりも小さくする事により望遠率付近で
の防振特性を損なう事無く、防振光学系全体の小型化と
軽量化を達成することができる。

主撮像系の焦点距離を検出する為の焦点距離エンコーダ
ー及び、パンやチルト等の動作にて発生し易い補正光学
系の鏡筒の内壁への付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と制御の為
に少なくとも該焦点距離エンコーダーの出力信号に応じ
て制御信号を発生する制御信号発生器、及び該制御信号
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が主な構成要件である。

上記の制御信号発生器からは、基本機能として、防振と
、バンニングに関す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、非線形な制御トルクが与えられる。

この制御トルクの特性例を第８図に示す。

補正光学系の動きに対して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する為に、ダンピングを行
なう為のトルクを殆ど与えない。

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８図のトルクカーブを振り子の軸方向から見ると
、第９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で、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８図で言う非
線形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、本実施例の構成例を説明する。尚、前記第１２図
の構成と同一の構成には同一の番号が付しである。

第２図に於いて、主撮像光学系が前玉レンズ９１、変倍
レンズ９２、結像用の固定レンズ９３．９４により構成
されており、変倍レンズ９２は可動の移動環９６により
焦点距離変化の為に移動可能に配設されており、該変倍
レンズの位置は変倍エンコーダー（ＥＮＣ）９５により
検出可能で、このＥＮＣ９５の出力によりＴとＷの間に
何処に位置しているかを把握可能である。園にＥＮＣ９
５は２１〕ｉｔの光学反射式を例示して（１）る。

鏡筒の内壁４及び支持部材３にセンサ３０．３１゜３２
が、その軸対称部にトルク発生器４１．４２．４３が配
設されいる。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３０．　３１．　３２の構成を第３図に示す。

このセンサは鏡筒の内壁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３２と、支持部
材３に取り付けられたスリット基３１とから戊っている
。

発光素子３０と一次元イメージセンサ３２の間に設けら
れたスリット基３１は補止光学系の支持部材３の移動に
伴ないスリット基３１が図の矢印方向に動くので１．−
次元イメージセンサ３２から振れ角に応じた信号が検出
できるのでセンサアンプ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４１，４２．４３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。

前述した様に、センサ３０．３１．　３２とトルク発生
器４１．、４２．４３はＸ軸とｙ軸を直交させた配置と
威しており、ギンパル支持と相まり、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ＩＨ来る。

次に、以上の構成の防振、パン、チルトの制御を行う為
の制御系をマイコンで構成した一例を第５図に示す。

上述の３０．３１．３２．３３．３４で構成されたセン
サの信号はマイコン５０内のＡ／Ｄ変換器５１１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（第５図ではセンサ３０．３１．
３２．３３．３４はＸ軸とｙ軸のそれぞれに設けられて
いるものがセンサ３０ｘ、　３１ｘ、　３２ｘ。

３３ｘ、　３４ｘ並びにセンサ３ｏｙ、　３ｉｙ、　３
２ｙ、　３３Ｙ。

３４ｙとして示されている。）。

そして、マイコン５０による処理結果はＤ／Ａ変換器５
１９にてアナログ・データに変換され、トルク発生器の
駆動回路５３ｘ、５３ｙ経由で、前述した４１、．４．
２にて構成されるトルク発生器を駆動する（第５図では
トルク発生器４１．４２はＸ軸とｙ軸のそれぞれに設置
）られているものがトルク発生器４１Ｘ。

４２ｘ並びに４１Ｙ、４２ｙとして示されている。）。

なお、点線で示した部分（５１，５２）は同一の構成で
、マイコン５０の処理内容をハード的に図示したもので
ある。Ａ／Ｄ変換器５１１にで制御系の状態をマイコン
５０の内に取り込み、係数のルック・アップ・テーブル
（ＬＵＴ）を４枚読みに行く。この４枚とは、Ｔ及びＷ
のそ第１ぞれに関する補正光学系の振ね角麿０用の係数
５１．３並びにＴ及びＷのそれぞ相に関するｄθ／ｄｔ
用の係数５１４．７”ある。

Ｔ及びＷに関するそれぞ力の係数５１．３．５１４は各
々制御信号合成器５２０，５２１に入力され、これら係
数は制御信号合成器５２０，５２１に入力される前述の
ＥＮＣ９５からの出力信号に応じた係数に演算処理され
る。微分器５１５、及びＡ／Ｄ変換器５１１の出力は上
記係数を乗算され積分器５１２と加算器５１８にて加算
され、Ｄ／Ａ変換器５１９にてアナログ制御信号として
マイコン５０よりドライバー５３ｘ、　５３ｙへ出力さ
れる。

次に、マイコン５０の処理に関し、第６図のフロー・チ
ャートに従って説明する。

手順０１　：焦点距離の検出の為にＥＮＣ９５の値（Ｅ
ＮＣデータ）を取り込む。

手順０２：Ｘ軸の処理の為にモードｉをＸと指定しテー
ブルｊを１とする。

手順０３：ＬＵＴ選択モードをｊ−１に設定し後述のス
プリング積用の係数処理モードεする。

手順０４：慣性振り子の振れ角に応じたセ：／す出力θ
をＡ　／　Ｄ変換器５１１よりディジタル・データどし
て取り込む。このデー・夕は慣性振０子の中心からの偏
位□□□に応じたセンタリング・フォースを発生させる
スプリング環として作用する。

手順０５：前述のθに対応したＬＵＴのｊ（奇数回は１
１偶数回は２）を参照し、係数データ’ＬＵＴｊｉ−Ｔ
”及び“ＬＵＴｊｉ−Ｗ”とする。

該ＬＵＴに格納されている関数データのカーブの一例を
第１図のカーブ（Ｗはａ、　ＴはＣ）として示す。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ｌとＬＵＴの２は同一の関数でもよい
。

しかし、前述のスプリング環と後述のダンピング環を各
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０６：ＴとＷの係数データから現在のエンコーダー
値（ＥＮＣデータ）に応じた係数ｋｆを係数合成器５２
０，５２１にて合成する。

手順０７：ｊが１．２共に処理が終了した事を確認する
。もし、終了していない場合、（ｊ＝１）は手順０８に
てｊ＝２と設定し直して手順０５へ戻る。

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

前述のθを積分してデータｄ１とする。

このｄｌはデ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
すべく乗数である係数に３を小さく設定するので、他項
のような非線形処理は行なわない。

：前述のθに先に求めた係数ｋｌを乗算しこれをデータ
ｄ２とする。

：前述のΔに先に求めた係数に２を乗算しこれをデータ
ｄ３とする。

：上記データｄｉ、ｄ２．ｄ３を加算し、これをＤＡＴ
Ａ”として−時格納する。

このデータは次の式で表わされるサーボ・ルー手順１１ 手順１０ 手順１３ 手順０９ 手順１２ プの一般的な制御関数である。

ＤＡＴＡ＝ｋｌ＊θ十に２＊ｄθ／ｄｔ＋に３＊　ｆθ
ｄｔ上記ｋｌ、に２は今までのステップで求めた係数で
あり、ｋ３はステップ１０ですでに乗算されている乗数
である。

手順１４：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１５でＤＡＴＡをＤｘに一時退避させ手順１６でｙ
軸の制御データの演算の為にモードを１＝＝ｙに設定し
、手順０３へ戻り、Ｘと同様の手順でｙ軸の処理を行う
。

偶数回目であればｙに関するものであり（ｙｅｓの場合
）手順１７．　１８の出力処理を行なう。

手順１７：演算結果の“ＤＡＴＡ”をｙ軸の制御データ
としてＤｙに格納する。

手順１８：制御データＤｘとＤｙをＤ／Ａ変換器５１９
よりトルク制御信号として出力する。

ＡＳ（防振）動作が継続ならば（ｎｏの場合）手順０１
へ戻り、上述の処理を終了するまで繰り返し行なう。

この様にして、発生されたトルク発生器４１．４２に対
する制御データはアナログ信号に変換されて、ドライバ
ー５３ｘ、５３ｙに対して出力され、第１図の特性に基
づく制御が行なわれ、パン、チルトの動作中に鏡筒内壁
に近接する位置まで移動した補正光学系は第２図の補正
光学系のマグネット４１と固定部側のトルク発生器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
からは少ない方か良い。

処で通常、望遠での手持ち撮影では広角撮影時に比べ手
ブレが目立つ事が知られている。

そこで、上述の非線形特性を、光学機器の使用状況に合
わせ、望遠撮影時の特性を広角撮影時に比べ防振効果に
適したものとする。

つまり、焦点距離エンコーダの出力に応じて中心に引き
戻す為のトルクの与え方を望遠時に対し、広角時を強く
する。この様子を図示したのが第７図で、広角（短焦点
）時のカーブ（ａ）と望遠（長焦点）時のカーブ（Ｃ）
との２つのカーブが設定されており、その間の位置に於
ける制御特性（ｂ）はその位置に応じた比例係数を用い
た加重平均で算出できる。

第７図に上記中間位置に対応した制御信号を生成する制
御信号合成器的−例を示す。

ＥＮＣ９５の分解能に応じた係数ｋを発生する係数発生
器８１と１の補数１−ｋを発生する演算器８２とＴ＊ｋ
及びＷ＊（１−ｋ）を演算する乗算器の８４と８３を有
し、該乗神器の出力を加算演算する加算器８５により焦
点距離に応じた制御用合成信号を出力する。勿論、ＥＮ
Ｃ９５の出力に対応し、ＥＮＣのステップ数（分解能）
と同数のＬＵＴを用意し、合成器を省略しても良い。

〔発明の効果〕

以上説明してきたような構成を取る事により、先に述べ
た従来よりの問題点を解決し、補正光学系の限られた補
正可能振れ角を有効に活用でき、視覚上充分な防振特性
と装置の小型化の両立が可能になるという効果を有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係わる焦点距離で異なる制御
特性図。 第２図は本発明の実施例に係わる全体構成図。 第３図は第２図のセンサの構成図。 第４図は第２図のトルク発生器の構成図。 第５図は本発明の実施例に係わる電気的全体構成図。 第６図は第５図のマイコンの動作を説明するフローチャ
ート。 第７図は第５図の制御信号合成器の構成図。 第８図はｘｙ同一特性の非線形関数の図。 第９図は第１図を光軸方向から見た図。 第１０図は本発明の実施例の効果を説明する図。 第１１図は従来例の全体講威図。 第１２図は第１１図のギンパル支持の説明の為の部分図
。 第１３図は第１１図の構成の部分拡大図。 １．２：補正光学系、４；レンズ鏡筒、５：ギンパル、
１０：カウンターウェイト、３０，３１，３２：センサ
、４．１．　４２．４．３　：　トルク発生器、９１：
前玉レンズ、９２：変倍レンズ、９３．９４：固定レン
ズ、９５：変倍エンコーダー（ＥＮＣ）、９６：移動環
Ｑ− 第７０図 ｃＡ） ＣＢ） θ　ノコ＼

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像のブレを補正する為の光学的補正手段と、該
   光学的補正手段の防振特性を撮像光学系の焦点距離に応
   じて変化させる可変手段とを備えたことを特徴とする画
   像振れ補正装置。
2. （２）前記可変手段は、焦点距離が短い程、前記光学的
   補正手段の防振特性を制限する手段を有する特許請求範
   囲第（１）項記載の画像振れ補正装置。