JP4428734B2

JP4428734B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP4428734B2
Application number: JP04215498A
Authority: JP
Inventors: 裕人大川原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JPH11237654A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防振（除振，抑振ともいう）機能を備えた、ビデオカメラ等の撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のビデオカメラには、手ぶれ防止手段が搭載された防振機能付きカメラが一般的となっている。手ぶれ防止機能の方式としては、光学式補正と電子式補正とがある。
【０００３】
光学式手ぶれ補正では、撮像素子に入射される撮影光の光路途中に、光軸変位が可能なプリズムやレンズ部材を配置し、手ぶれに応じ光軸の変位を行うことで、ぶれ補正を行う。光学式に用いられる手ぶれ検出手段としては、振動ジャイロ等の角速度センサを用い、直接カメラに加わる揺れ成分の検出を行い、この出力を積分することで、カメラの角変位を検出するのが一般的となっている。
【０００４】
一方、電子式手ぶれ補正は、フィールド間での映像信号の変化からカメラの動き量を算出し、ぶれ信号とする、動きベクトル検出方式と併用される場合が多く、動きベクトル検出用のフィールドメモリの蓄積画像を、動きが除去されるようにメモリ画像の一部を抽出することで補正を行っている。
【０００５】
また、電子式手ぶれ補正の別のシステムとして、ぶれ検出にはセンサを用い、撮像素子に受光された画像の一部のみを切り出し、検出されるぶれに応じ切り出し位置を制御することで、ぶれ補正を行うタイプも出てきている。
【０００６】
電子式の場合、映像信号に対し電気的な補正を行うため、補正周期はフィールド周期となり、露光時間中の手ぶれを除去することができない反面、光学方式よりも小型軽量にできるというメリットがある。また、撮像素子に高密度の大型タイプのものを用いることで、切り出しまたはメモリから抽出される撮影像の解像度を上げ、光学式に比べ不利であった、画質劣化にも改良がなされつつある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来例のような手ぶれ補正手段では、方式によらず、除去すべき対象は手ぶれ（周波数は３Ｈｚ〜８Ｈｚ程度）であり、車上等を考慮しても補正効果があるのは２０Ｈｚ程度までであり、それ以上の周波数の揺れに対しては防振できなかった。ビデオカメラの場合、あくまで「手ぶれ補正機能」であって、カメラに伝わるあらゆる振動を除去できるような“防振機能”ではなかった。特に電子式の場合、補正周期がフィールド周期になるため、フィールド周期の１／２以下の周波数（ＮＴＳＣなら３０Ｈｚ以下）でなければ、原理上、補正ができず、歩道橋等の橋桁や、車上や船上の三脚などにカメラを設置した場合の振動周波数が高い場所での撮影シーンにおいては、防振効果がなかったり、場合によっては補正系の応答特性上、位相遅延になり、逆に加振してしまうという問題があった。
【０００８】
また、電子防振の場合、光学防振に比べ大きな揺れに対しての補正効果は低く、補正範囲が小さいという問題があった。これは、撮影画像全体に対する抽出画像の大きさの比率が小さい程、原理上、より大きな揺れを補正できるが、抽出画像を小さくすることにより、画素数が減少すること、小さな撮影画像は後処理で電子的な拡大処理が必要なこと、等により画質劣化が激しいため、防振効果を犠牲にして画質を優先することが、主として行われているためである。
【０００９】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、手ぶれ補正機能を“防振機能”に近づけるべく、広範囲な周波数のぶれに対しても防振効果があり、且つ、より大きな揺れに対しても防振できる撮像装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、撮像装置を次の（１）のとおりに構成する。
【００１１】
（１）レンズ鏡筒と撮像素子を有する撮像手段と、前記撮像手段の揺れを検出するための、前記撮像手段に対し固定された検出手段と、前記検出手段により検出された揺れを補正する補正手段と、ファインダとを有する撮像装置であって、互に固定された前記撮像手段と前記検出手段は、当該撮像装置本体の外装部材に対して振動吸収材により支持され、前記ファインダは、前記振動吸収部材により支持されることなく前記外装部材に対して支持され、前記振動吸収材は、前記補正手段が補正可能な揺れ周波数よりも高い周波数の揺れに対し、防振効果があるものであることを特徴とする撮像装置。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態をビデオカメラの実施例により詳しく説明する。なお、実施例は、動画を撮影する装置であるが、静止画を撮影するいわゆるデジタルカメラ、更には銀塩フィルムカメラ等において同様に実施することができる。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
図１は、実施例１である“ビデオカメラ”の構成を示す断面図である。図１（ａ）はビデオカメラ本体を正面から見た図面で、フロントカバー部材を取り外した様子を示している（図１（ｂ）において、平面ＢＢ´で切った断面図）。また図１（ｂ）は、（ａ）図を平面ＡＡ打で切った断面図を表している。（ｂ）図にて、被写体からの光は、レンズ鏡筒１０１を通って、ＣＣＤ等の撮像素子１０２上に結像され、信号線１０３を介し、信号処理回路を有する基板１０４へと送られ映像信号として処理され、必要に応じ、磁気記録装置１０５で記録されたり、ファインダ１０６に表示される。１０７はマイク、１０８は振動型ジャイロ等の角速度センサ１１１，１１２が固定されているセンサ保持部材であり、それぞれ信号線１０９，１１０を介し、基板１０４へ検出信号が送られる。角速度センサ１１１，１１２はセンサ保持部材１０８でレンズ鏡筒１０１に固定され、一体化している。
【００２２】
１１３はビデオカメラ本体の外装（ハウジングともいう）部材である。本実施例の特徴として、レンズ鏡筒１０１と撮像素子１０２と角速度センサの保持部材１０８とが、一体化し、外装部材１１３に対し振動吸収材としてのゴム座１１４を介して接続され、撮像部や揺れ検出部が手ぶれ等の外濫の影響を受けにくい構造となっている。
【００２３】
本実施例では、磁気記録装置１０５や基板１０４は、外装部材１１３に直接固定されている構造としているが、信号線１０３，１１０のフレキ部分で振動吸収され、撮像部，揺れ検出部１０１，１０２，１０８への影響はない。本実施例の構造は、少なくとも一体化した撮像部１０１，１０２と揺れ検出部１０８が、振動吸収材１１４を介し、本体外装部材１１３に接続されていれば良く、基板１０４や磁気記録装置１０５等も、撮像部と一体化され、ビデオカメラ本体全体が外装部材１１３に対し、ゴム座接続されるような構造であっても構わない。
【００２４】
図１（ａ）を用い、ゴム座１１４を介したレンズ鏡筒１０１と外装部材１１３との接続方法を説明する。ゴム座１１４はレンズ鏡筒１０１およびセンサ保持部材１０８（ピッチ用角速度センサ１１１とヨウ用角速度センサ１１２とがセンサ保持部材１０８に固定）に固定されている（その固定方法は、例えば接着剤でも、ビス止めでも構わないが、本実施例では簡単のため接着剤で固定されているものとする）。ゴム座１１４には、外装からネジ止めされるビス１１５の直径より大きな径の、止め用穴１１４ａが空いている。このゴム穴１１４ａとビス１１５との接触面で、レンズ鏡筒１０１が外装部材１１１に対し保持され、つり構造化していることになる。
【００２５】
このつり構造により、撮像系（１０１，１０２）と揺れ検出系（１１１，１１２）に伝わる揺れは、ゴム座１１４の減衰作用により揺れ振幅が小さくなり、また揺れ周波数も高い周波数の揺れが除去される。従って、手ぶれ補正手段が苦手とする大振幅，高周波数の揺れ成分が、ゴムにより除去できるので、ゴムで除去できなかった揺れ成分は、逆に容易に手ぶれ補正手段で補正可能となる。
【００２６】
次に図２を用い、電子式防振を説明する。１０１はレンズ鏡筒、１０２はＣＣＤ等の撮像素子である。撮像素子１０２上の像は光電変換され、フレキシブル配線された信号線１０３を介し、増幅器２０１で最適なレベルに増幅され、カメラ信号処理回路２０２へと入力され標準テレビ信号に変換される。
【００２７】
また、図２のカメラは、電子的な手ぶれ補正機能を備えており、防振のＯＮ／ＯＦＦはスイッチ２１１の状態を検出することで行っている。角速度センサ１１１，１１２でレンズ鏡筒１０１と撮像素子１０２からなる撮像部の揺れ角速度を検出し、増幅器２０７，２０８でそれぞれ増幅後、積分器２０９，２１０で角速度信号を積分して角変位に変換し、防振制御部マイコン２０５に取り込む。マイコン２０５は、得られた角変位、即ち揺れ角θと光学系の焦点距離ｆに応じ、撮像素子１０２上の揺れによる画素移動分（ほぼｆ・ｔａｎθに相当）を、揺れによる移動方向とは逆方向に動かすことで揺れ補正を行う。なお、角速度センサ１１１，１１２から増幅器２０７，２０８（基板１０４内）へは、フレキシブル配線された信号線１１０を介して接続されている。
【００２８】
図３は電子的な防振制御で抽出される画像領域を説明するための図である。（ａ）の３０１が撮像素子１０２の有効画素領域であり、そのうちの一部の領域３０２のみを抽出して、揺れを補正するように３０２を３０１の範囲の中で開始点（ｘ０，ｙ０）移動させることで防振を行い、領域３０２のみをＴＶやファインダ等のモニタ１０６に表示したり、磁気記録装置１０５に記録する（図３（ｂ））。
【００２９】
そのための手法として、フィールドメモリを用いて領域３０１の画像を一旦記憶し、領域３０２の画像のみを読み出しながら、３０３の大きさになるように拡大処理しつつ、水平・垂直走査線間を補間して３０３の表示を得る方法と、抽出領域３０２が予め標準ＴＶ信号に必要な走査線数を満足するように、撮像素子を高密度の高画素タイプの大型ＣＣＤを用いる方法とがある。前者，後者共に高価なフィールドメモリや大型ＣＣＤを必要とするので、本実施例では、汎用のＰＡＬ用のＣＣＤを、ＮＴＳＣのカメラに用いる構成とする。ＰＡＬ用ＣＣＤは垂直方向の画素密度が高いので、垂直走査方向はタイミングジェネレータ等のＣＣＤ駆動回路で、ＮＴＳＣ規格に対しての余分ライン数の範囲内で、高速掃き出しすべきライン数を角変位に応じて変化させれば、垂直方向の切り出し画像の位置を変化させることが可能となる。また、水平走査方向はラインメモリとメモリ制御回路との構成でタテヨコ比分だけ拡大処理を行いつつ、ラインメモリへの書き込み開始画素位置と読み出し開始画素位置との関係を変化させれば、水平方向の画面位置変更が行え、安価な揺れ補正装置が実現できる。
【００３０】
図２はそのような補正系の構成になっており、垂直走査方向の画素移動はマイコン２０５が、ＣＣＤ駆動回路２０６を制御し、高速掃き出し制御を行わせることで、所望の走査領域の抽出を行い、水平走査方向の画素移動は、カメラ信号処理回路２０２で処理された映像信号を取り込む、ラインメモリ２０３とメモリ制御回路２０４とで、メモリされた水平走査画像の読み出し位置を揺れ補正画素移動量に応じて可変にしながら、かつタテヨコ比に見合うだけ拡大処理（メモリ読み出しレートを変更）を行い、その信号をカメラ信号処理回路２０２に戻し色処理等を施すことで標準ＴＶ信号に変換する。
【００３１】
図２に示される防振系を有するビデオカメラを、図１に示すような構成で配置することにより、主として２つの利点が得られる。
【００３２】
１つには、ゴム座等の防振部材の受動的な防振効果により、高周波な振動成分の除去が行え、揺れ検出系，電子式補正系からなる能動的な防振システムにより、低周波の振動成分が除去可能となり、広範囲の周波数帯にわたって手ぶれや振動の影響が除去可能になることである。図４にその様子を示す。図４は揺れ周波数に対する抑振効果を示しており、電子式防振システムの特性を４０１、振動吸収部材の特性を４０２に示す。
【００３３】
第２の利点として、振動吸収部材により手ぶれや振動の振幅を減衰できるので、電子式防振システムで補正可能な揺れ角（光軸上でのカメラ回転角度に換算したもの：
最大補正角θ＝Tan^-1 （CCD 上での切出し位置最大移動量／焦点距離）
以上の揺れがカメラ本体に印加された場合でも、防振することが可能となる。
【００３４】
以上、本実施例を、ＰＡＬ用ＣＣＤとラインメモリとを使った構成について説明したが、フィールドメモリを使って抽出画像の位置を制御することで補正しても良いし、拡大制御しなくとも済む大型或は超高画素タイプのＣＣＤを使っても構わない。また、電子式の補正系に限らず、光学式の手ぶれ補正系であっても構わなく、その場合は、光学補正系もカメラ外装に対して振動吸収部材を介して接続すれば良い。本実施例では、揺れ検出手段として角速度センサを用いたが加速度センサでも良く、その場合は防振制御マイコン内または外部で、更に１回積分処理行えば良い。また揺れ角変位量算出はハードウエアの構成として図２では説明したが、ソフトウエアで処理されても構わない。また、振動吸収部材としてゴム材を例として説明したが、これに限られるものではなく、振動を吸収できる、弾性率の高い素材であれば、実施可能である。
【００３５】
（実施例２）
実施例１では、揺れ検出手段に揺れセンサを用いる場合を例にとって説明したが、実施例２は、撮影像の変化から撮像系の揺れ量を検出する、いわゆる動きベクトル検出手段を用いた場合の例である。
【００３６】
この場合、外装部材から振動吸収部材を介してつり構造とするのは、レンズ鏡筒および撮像素子からなる撮像系のみで良く、図１の構成は、図５のようにすれば、同様の効果を得ることができる。また、防振システムのブロックとしては、図６のようになる。図６では、図２と同じ構成の部分は同一の番号で記し、詳細の説明を割愛する。
【００３７】
カメラ信号処理回路２０２からの映像信号は、フィールドメモリ３０１および動き検出回路３０３に送られる。動き検出回路３０３では連続する映像信号（例えばフィールド間）から、被写体の変化部分を抽出して防振制御部３０４に出力する。防振制御部３０４では動き信号に応じて、画面の一部の移動なのか、画面全体の移動なのかを判断し（カメラが動いているのか否か）、後者の場合に、その動きを補正する補正命令をメモリ制御回路３０２に出力する。メモリ制御回路３０２では補正信号に応じて選択した領域を、フィールドメモリ３０１に記憶した映像情報の中から抜き出し、その信号をカメラ信号処理回路２０２に戻し色処理等を施すことで標準ＴＶ信号に変換する。フィールドメモリ３０１を使う防振システムでは、ＣＣＤ駆動回路２０６による高速掃き出し制御で、垂直方向の画像切り出しを行う必要性はない。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、広範囲な周波数のぶれに対しても抑振効果があり、より大きな揺れに対しても防振できる撮像装置が提供できる。詳しくは、少なくとも、撮像系とこれに接続されている揺れ検出センサとを（動きベクトル検出の場合は撮像系のみで良い）、撮像装置の外装であるハウジング部材から、振動吸収材を介して支持することで、撮像装置本体より撮像系に伝わる揺れは、高い周波数成分が除去されることになり、また撮像系に伝わる低周波数の揺れ成分は、揺れ検出手段と補正手段とにより、抑振されるので、手持ちの撮影から、車上・船上の三脚撮影、歩道橋の橋桁設置撮影まで、あらゆる撮影状況に対して、手ぶれや振動による撮影画像の乱れを除去した、快適な撮像装置を提供することが可能となる。
【００３９】
特に、振動吸収材を介することにより、本体から撮像系に伝わる揺れ振幅を急峻に減衰させることが可能となるので、揺れの大きい撮影状況に対しても、撮像系への揺れは小振幅となり、防振可能となる。これにより、揺れ補正範囲の拡大が行え、ぶれのない安定した撮影画像が得れる、快適な撮影を実現できる撮像装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の構成を示す断面図
【図２】実施例１の要部の構成を示すブロック図
【図３】電子式防振の説明図
【図４】防振特性を示す図
【図５】実施例２の構成を示す断面図
【図６】実施例２の要部の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０１レンズ鏡筒
１０２撮像素子
１０８センサ保持部材
１１４ゴム座（振動吸収部材）

Claims

レンズ鏡筒と撮像素子を有する撮像手段と、前記撮像手段の揺れを検出するための、前記撮像手段に対し固定された検出手段と、前記検出手段により検出された揺れを補正する補正手段と、ファインダとを有する撮像装置であって、互に固定された前記撮像手段と前記検出手段は、当該撮像装置本体の外装部材に対して振動吸収材により支持され、前記ファインダは、前記振動吸収部材により支持されることなく前記外装部材に対して支持され、前記振動吸収材は、前記補正手段が補正可能な揺れ周波数よりも高い周波数の揺れに対し、防振効果があるものであることを特徴とする撮像装置。