JPH04317271A - 撮影装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はビデオカメラ等の撮影装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、スチルカメラやビデオカメラ（以
下カメラと総称する）等の撮影装置において、露出決定
や焦点合わせ等の撮影にとって重要な操作は、多くの場
合自動化されており、カメラ操作に未熟な人でも撮影の
失敗の可能性は少なくなっている。また、カメラぶれに
よる撮影画像の劣化や撮影の失敗はその自動化が難しい
とされていたが、この問題を解決するカメラも研究開発
が進められており、既に松下電器産業（株）から一般家
庭向けビデオカメラ、および自動車搭載用のものがそれ
ぞれ発売されている。本発明の対象となる従来の技術を
、この一般家庭向けビデオカメラの場合を例にして以下
に説明する。

【０００３】図１は自動焦点調整手段と画像揺動抑制手
段とを備えたビデオカメラの内部構造の斜視図である。 １はＣＣＤ画像素子（以下ＣＣＤと称す）、２はレンズ
系である。自動焦点調整手段はこのＣＣＤ１とレンズ系
２とからなり、このあと詳述する方法で焦点調整を自動
で行っている。３ａ，３ｂは角速度センサ、４ａ，４ｂ
はアクチュエータ、５はジンバルメカであり、これらに
よって画像揺動抑制手段は構成されている。ＣＣＤ１，
レンズ系２を含む光学系はジンバルメカ５を介してビデ
オカメラの外枠に回動可能なように取り付けられており
、あたかも張り子の虎の首のように支えられている。 角速度センサ３はこの光学系の揺れを角速度として検知
し、その出力が零となるようにアクチュエータ４ａ，４
ｂにサーボをかけている。

【０００４】自動焦点調整手段の原理を図２，図３を用
いて説明する。図２において、１，２は、それぞれ図１
に示したＣＣＤ、およびレンズ系である。６は光路長微
小変動用の微振動レンズであり、レンズ系の光軸方向に
矢印イ，ロのように微小距離だけ振動するように、圧電
素子を用いた振動装置７を介してレンズ系２に組み込ま
れている。８は、レンズ系に入射する光の光路であり、
レンズ系２を通過したあと光路９を経てＣＣＤ１に達す
る。光路９は振動装置７の振動により矢印ハ，ニのよう
に微小量変化する。この変化に応じてＣＣＤ１の出力電
圧が変化することになる。

【０００５】また、１０はアンプ、１１は周波数検出器
、１２は発振器、１３は位相比較器、１４は駆動装置制
御器、１５は駆動装置、１６は合焦点レンズである。 ＣＣＤ１から得られた出力信号をアンプ１０により増幅
し、周波数検出器１１によりＣＣＤ１の出力信号中の振
動装置７の振動周波数成分を検出する。その検出された
信号の位相と発振器１２の発振出力との位相を位相比較
器１３により比較して焦点のずれを検出し、ＣＣＤ１の
出力電圧がピークになるように駆動装置制御器１４によ
りモータ等の駆動装置１５を制御して合焦点レンズ１６
を光軸方向に移動させることにより焦点を合わせる。

【０００６】ＣＣＤ１の出力と駆動装置１５の制御法に
ついて図３により説明する。１７はレンズ系２の焦点位
置に対するＣＣＤ１の出力電圧波形である。出力電圧波
形１７がピークになる位置Ｘが最適合焦点位置である。 １８は微振動レンズ６を振動させて光路９を微小量だけ
変化させるときの発振器１２の出力波形であり、１９ａ
，１９ｂはそのときのＣＣＤ１の出力波形である。最適
位置Ｘよりも左側のＡ点にレンズ系２の焦点位置がある
場合、発振器１２の出力波形１８とＣＣＤ１の出力波形
１９ａは同位相となる。逆に、右側のＢ点に焦点位置が
あるときは、逆相となる。そこで位相が同相か逆相かを
位相比較器１３で検出することにより焦点位置のずれ方
向を検出することができ、駆動装置１５の動作を制御し
て最適合焦点位置Ｘに向かうように合焦点レンズ１６を
移動させる。

【０００７】微振動レンズ６の振動周波数は１５Ｈｚと
されているがその理由は、ＣＣＤ１から映像信号を走査
する周波数が６０Ｈｚであるからである。上述したよう
に、ＣＣＤ１からの映像信号から微振動レンズ６の振動
周波数成分を再現する必要がある。サンプリング原理に
より源信号の周波数となる微振動レンズ６の振動周波数
に対してサンプリング周波数となるＣＣＤ１の走査周波
数は２倍よりも大きくなければならない。サンプリング
周波数を源信号の周波数の４倍とすれば、源信号の再現
は、容易となる。従って、微振動レンズ６の振動周波数
をＣＣＤ１の走査周波数の１／４である１５Ｈｚとして
いる。

【０００８】画像揺動抑制の原理は上述したが、角速度
センサ３の説明を加えておく。小型軽量が望まれる機器
においては、機械式の回転ジャイロでは、機械式である
ことから装置が大がかりとなり、コストも高くなるので
、これに代わり、回転力を使わずに物体を振動させて振
動された検知素子から「コリオリの力」を検出する振動
型角速度センサを使用することが検討されている。振動
型角度センサの多くは、圧電式と電磁式のメカニズムを
採用しており、圧電式のものにも、音叉型と音片型があ
る。ここに示したカメラは音叉型の角速度センサを採用
している。

【０００９】図４は角速度センサ３の構造図である。図
示のように、検知用圧電素子１９と、駆動用圧電素子２
０または駆動検知用圧電素子２１が接合部材２２で直交
接合され、第２の接合部材である電極ブロック２３によ
り音叉構造に接合されている。この音叉構造を支持棒２
４で支持しベース２５に固定している。

【００１０】以上のように構成された従来の角速度セン
サを動作させるには、まず駆動用圧電素子２０を駆動す
るために電極ブロック２３と接合している面を接地電極
として、外側の駆動用電極との間に交流信号をかける。 信号を印加された駆動用圧電素子２０および駆動検知用
圧電素子２１は電極ブロック２３を中心にして対称な振
動を始める、いわゆる音叉振動であり、この振幅量を駆
動検知用圧電素子２１が検知し、この検知電圧を一定に
保つように駆動用圧電素子２０に印加する交流信号に帰
還をかけることにより音叉振動が一定振幅となる。これ
に角速度が加わると「コリオリの力」が発生し、角速度
が検出できる。

【００１１】図５は歩行撮影時に画像振動抑制機能を切
断したときの角速度センサの出力、すなわち、ビデオカ
メラ本体の回転振動の周波数スペクトラムである。この
測定の時は、角速度センサの最終段の低域通過回路のカ
ットオフ周波数を５０Ｈｚとして測定しているので、現
実のビデオカメラのぶれを再現しているものと考えられ
る。従って、画像揺動抑制機能を働かせるには、約１７
Ｈｚまでの信号はその出力が低減されるようにサーボを
かける必要がある。サーボ利得も考慮すれば、角速度セ
ンサの最終段の低域通過回路のカットオフ周波数を約３
０Ｈｚ以上に設定しなくてはならない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成によるビデオカメラには、下記のような課題があっ
た。

【００１３】ビデオカメラをはじめ撮影装置は、小型軽
量化の要求がある。撮影装置全体を小型軽量化すればす
るほど、自動焦点調整手段の微振動レンズ６の振動が角
速度センサ３に伝達され、角速度センサ３の最終出力に
現れる。微振動レンズ６の振動周波数は、上述したよう
に１５Ｈｚである。一方、歩行撮影時のビデオカメラの
回転振動のスペクトラムは、図５に示したように、０．
１Ｈｚから１７Ｈｚまででありこの範囲は画像揺動抑制
の対象周波数となる。監視用ビデオカメラのような機器
に固定されたものであっても、固定用機器の小型軽量化
のためこの範囲に近い周波数の回転振動が発生している
ので、やはり、この範囲の周波数が、画像揺動抑制の対
象となる。

【００１４】このため、角速度センサの最終出力の高周
波領域のカットオフ周波数は、１７Ｈｚより高く、現実
にはサーボ系の発振を防ぐために、３０Ｈｚ程度に設定
しなければならない。従って、１５Ｈｚのレンズ振動は
、これを角速度センサが誤検知すれば、画像揺動抑制機
能が働き、画像揺動を発生させることになる。

【００１５】本発明はかかる課題に留意し、微振動レン
ズの振動の、回転振動検出用の角速度センサへの干渉を
低減させた画像揺動抑制機能付きビデオカメラ等の撮影
装置を提供しようとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するために、レンズ系の光路長を微小変化させる自動
焦点調整手段と、角速度センサの出力により画像揺動を
抑制する画像揺動抑制手段とを備え、この自動焦点調整
手段の光路長の微小変化の振動数が３０Ｈｚより大きく
、特に映像信号の走査周波数の３／４にしたものである
。

【００１７】

【作用】この構成によって、微振動レンズの振動周波数
は角速度センサのカットオフ周波数よりも高くなり、そ
の振動が角速度センサに伝わっても出力としては現れな
いので、干渉するとがなく、角速度センサの角速度検知
が正確となり、画像揺動抑制機能を充分に活かすことが
できる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の一実施例の撮影装置について、
図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例
における撮影装置であるビデオカメラを示すもので、構
成の外観は従来例と全く同様であるが、レンズ系２の構
成要素である図２に示す微振動レンズ６の振動周波数が
従来の１５Ｈｚから４５Ｈｚに高められている。

【００１９】これにより、微振動レンズ６の振動周波数
が角速度センサ３ａ，３ｂのカットオフ周波数３０Ｈｚ
より高くなり、その振動が角速度センサ３ａ，３ｂに伝
わっても出力としては現れないので、干渉することがな
く、角速度センサ３ａ，３ｂの角速度検知が正確となり
、画像揺動抑制機能を充分に活かせる。

【００２０】このように微振動レンズ６の振動周波数を
ＣＣＤ１の走査周波数の３／４である４５Ｈｚとしても
焦点位置のずれ方向を検出できる。ただし、従来の技術
で述べたようにサンプリング原理により４５Ｈｚの微振
動レンズ６の振動周波数成分はもはやその２倍以下の周
波数である６０ＨｚのＣＣＤ１の走査周波数では再現で
きない。従って、４５Ｈｚに対して、その共役の関係に
ある１５Ｈｚの信号成分として再現し、発振器１２の４
５Ｈｚの信号もその共役の１５Ｈｚの信号に変換し、こ
の２つの信号の位相関係を位相比較器１３で検出し、以
下従来と同様に駆動装置１５の動作を制御して最適合焦
点位置Ｘに向かうように合焦点レンズ１６を移動させる
。

【００２１】源信号の４５Ｈｚに対して、その共役の関
係にある１５Ｈｚの信号成分として再現できることを図
６（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図６（ａ），（ｂ
）はそれぞれ微振動レンズ６の振動周波数が４５Ｈｚ，
１５Ｈｚの場合のＣＣＤ１の映像信号をサンプリングす
るときのレンズ系２の焦点位置を示す波形図である。２
７ａ，２７ｂは微振動レンズ６の振動周波数がそれぞれ
４５Ｈｚ，１５Ｈｚの場合のレンズ系２の焦点位置を示
す波形、２８はサンプリング信号波形であり、そのレベ
ルが負から正に変わるとき、ＣＣＤ１の映像信号をサン
プリングするものであり、×印により、サンプリング時
のレンズ系２の焦点位置を示している。図６（ａ），（
ｂ）より明らかなように、その位相関係が逆転している
点をのぞけば、全く同等のＣＣＤ１の映像信号がサンプ
リングされていることがわかる。従って、発振器１２の
信号も６０Ｈｚでサンプリングしその信号を１５Ｈｚの
信号と考えれば、位相の逆転も考慮された位相比較用の
信号とすることができる。微振動レンズ６の振動周波数
をＣＣＤ１の走査周波数の３／４である４５Ｈｚとすれ
ば、その信号処理の簡単なことがわかる。

【００２２】角速度センサは検知信号の最終処理、およ
びサーボ利得により２０Ｈｚよりも高域、とくに３０Ｈ
ｚ以上では顕著にその信号成分が減衰されることは従来
の技術で述べた通りである。従って、微振動レンズ６の
振動が角速度センサ３ａ，３ｂの出力に干渉することが
なく、従来であれば、ビデオカメラを三脚などに固定し
たときなど、微振動レンズ６の振動を角速度センサ３ａ
，３ｂが誤検知し、逆に画像揺動を発生させており、大
量生産されたビデオカメラの中には、その画像揺動が、
許容限界を越えるものもあったが、本実施例のビデオカ
メラには、そのような画像揺動は発生していない。監視
用カメラ等で、その固定用機器が、回転振動している場
合も、本発明の撮影装置を用いれば、その画像揺動抑制
機能を有効に発揮することができる。

【００２３】なお、本実施例においては、角速度センサ
３ａ，３ｂとして、音叉型のものを用いたが、音片型の
ものを用いても、電磁式のものを用いても本発明の効果
は期待できる。また、本実施例においては、微振動レン
ズを用いて、光路長を微小量だけ振動させたが、プリズ
ムを変動させる方式のものであっても同様の効果が期待
できる。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、自動焦点調整手段の光路長の微小変化用の微
振動レンズの振動数が３０Ｈｚより大きく、特に映像信
号の走査周波数の３／４にすることにより、この微振動
レンズの振動周波数は角速度センサのカットオフ周波数
よりも充分高くなり、その振動が角速度センサに伝わっ
ても出力としては現れないので、微振動レンズの振動が
角速度センサに干渉することがなく、角速度の検知が正
確となり、画像揺動抑制機能を充分に活かすことのでき
る優れた撮影装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるビデオカメラの構造
を示す斜視図

【図２】同ビデオカメラの自動焦点調整手段の原理ブロ
ック図

【図３】同ビデオカメラの自動焦点調整手段の制御法を
説明する波形図

【図４】同ビデオカメラの角速度センサの構成図

【図５
】同ビデオカメラにおいて歩行撮影時のビデオカメラの
振動の周波数スペクトラムを示す特性図

【図６】（ａ）
，（ｂ）はそれぞれ本実施例のビデオカメラ従来例のビ
デオカメラのビデオ信号サンプリングのタイミングを示
す位相関係図

【符号の説明】

１　　ＣＣＤ ２　　レンズ系 ３　　角速度センサ ４　　アクチュエータ ５　　ジンバルメカ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レンズ系の光路長を微小変化させる自動焦
   点調整手段と、角速度センサの出力により画像揺動を抑
   制する画像揺動抑制手段とを具備し、前記自動焦点調整
   手段の光路長の微小変化の振動数を３０Ｈｚより大きく
   した撮影装置。
2. 【請求項２】自動焦点調整手段の光路長の微小変化の振
   動数が映像信号の走査周波数の３／４である請求項１記
   載の撮影装置。