JPS61269572A - 撮像光学装置 - 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】 （１）技術分野 本発明は、ＴＶカメラ、電子カメラ、ビデオカメラ、及
び工業用画像計測機器等の撮像光学装置、特に防振や追
尾等の機能を有する撮像光学装置に関する。

（２）従来技術 従来、防振や追尾等の機能を有する撮像光学装置に関し
て、ＴＶ中継用のサーボ式カメラ防振装置や特公昭５９
−２５５０９に示される如き画像追尾装置等が提案され
ている。

前者の装置は車両の振動に伴う装置の振動を空気ダンパ
により機械的に防振を行なう事により吸収、緩和し、且
つカメラの絶対位置を検出する為に、１対の加速度計、
レートジャイロ、フリージャイロ等で各々カメラレンズ
系に加わるチルト空間での絶対角加速度、絶対角速度、
絶対角度を計測してＴＶカメラ全体を駆動するモータに
フィードバックし、ＴＶカメラ全体の姿勢を制御して防
振を行なうものである。

又、後者の装置はＴＶカメラで追尾目標を撮像し、時間
差のある画像をスキャンコンバージョンメモリに記憶し
た後、記憶した各々の画像の追尾目標の中心位置を検１
１ｊシ、両追尾目標の中心位置のずれを制御信号として
ＴＶカメラの本体を雲台を介し駆動して追尾を行なうも
のである。

この種の装置はＴＶカメラ全体を駆動制御する為に大型
の大パワーアクチュエータが必要であり、装置の大型化
や消費電力の増大などが問題となっていた。

一方、ＮＨＫ技研月報Ｖｏｌ１７．Ｎｏ４（昭４９−４
）に記載された「移動撮像車用ＴＶカメラ防振装置」の
如く、例えば特公昭４１−１１９０６等で公知の液体プ
リズム、即ち互いに傾斜可能な２枚の平行平板ガラスと
ゴムベローズで構成された空間に液体を封入したプリズ
ムを有し、振動によるＴＶカメラ装置の上下左右の動き
の角度を上下及び左右各々２個のジャイロで検出し、同
時にジャイロモーメントを利用して前記平行平板ガラス
の角度を変化させて画像ぶれ補正に必要なプリズム頂角
を形成する装置もあるが、この−の装置は２個のジャイ
ロ、ジャイロモーメント及び液体プリズム等の装置や各
装置間の伝達機構を有する為に、装置が大型化して重量
も重くなる。更にジャイロの慣性を利用する為にパンニ
ング操作等をスムーズに行なう事が困難で操作性に問題
があつた。

（３）発明の概要 本発明の目、的は、従来の欠点を除去し、小型軽楢で、
且つ操作性に優れ、低消費電力で防振、追尾機能を成し
得る撮像光学装置を提供する事にある。

本発明に係る撮像光学装置は、撮像光学系と撮像センサ
を有し、カメラ筺体に対し可動自在な画像入力手段と、
該画像入力手段から得られる画像信号から画像の移動方
向及び移動蓋の少なくとも一方を検知する検知手段と、
少なくとも該検知手段で得られる情報から前記画像入力
手段の少なくとも一部を駆動させる手段とを有する事に
より上記目的を達成せんとするものである。

前記撮像光学系は前記撮像センサへ被写体像を結像させ
る為の光学系であるが、該光学系が防振及び追尾を行な
う手段としての補正部材を有し補正光学系を形成する。

該補正部材には、例えば、画像の偏向を行なう移動レン
ズ及びプリズム、回転プリズム、可変頂角プリズム、画
像を回転させる回転プリズムや組合わせミラー等が有り
、少なくとも前記検知手段で得られる情報により所定の
部材を駆動する事で防振や追尾を行なう事が出来る。又
、前記画像入力手段全体を制御信号に応じてアクチュエ
ータ等を用いて二次元的に駆動する方法もある。更に前
記画像入力手段と、これに組み込まれた補正部材とを連
動して防振や追尾を行なう事も出来る。

例えば、可変頂角プリズム等の補正部材を駆動して防振
を行ないつつ、前記画像入力手段全体を駆動して追尾を
行なう事も可能である。

前記画像入力手段で得られた画像信号から画像の移動方
向や移動量を検知する検知手段は、通常、目標とする被
写体の時間差のある少なくとも２つの画像を、後述する
方法等により比較し該被写体の画面上での変化を検出す
るものである。即ち、該２つの画像を波形整形し各画像
の中心位置を比較したり、該２つの画像をパターン化し
て任意の特徴点分布を得た後、２つの画像に於る特徴点
分布の相関を取り、画像の変化の具合を検出する等の方
法がある。

本撮像光学装置では、前記画像入力手段を介し前記検知
手段で得られた情報、もしくは該情報と他の外部情報と
により前記画像入力手段の少なくとも一部を駆動し、防
振や追尾を行なう事が出来る。ここで他の外部情報とは
、例えば、オートフォーカス信号、ズーム比、被写体距
離（撮影距離）、撮像光学系の焦点距離、被写体輝度１
画像入力手段もしくは該手段が有する補正部材のカメラ
筺体に対する位置、等の情報を言う。従って、オートフ
ォーカス信号により合焦状態でない事が入力された場合
は駆動を禁ｕ＝テ偏仔或いは、ズーミングや被写体の移
動による画面−にの被写体像の大きさの変化に対応させ
て駆動アクチュエーターを制御する駆動信号のゲインを
変化させる等の各種制御方法を用いる事が出来る。例え
ばズーミングに於るワイド端では防振を停止する等防振
の可動範囲を制限する事も可能である。

（４）実施例 第１図は本発明に係る撮像光学装置の構成例を示す、ｌ
は撮像光学系、２は撮像光学系ｌを構成する光学部材の
鏡筒、３は撮像センサで画像信号ａを出力する。４は画
像信号ａを入力し、画像の移動方向及び移動量を検知す
る検知手段、５は検知手段４からの信号６及びその他の
信号Ｃに応じて駆動アクチュエータへ制御信号を送る駆
動制御手段、６は鏡筒２に保持された撮像光学系ｌと撮
像センサ３を、可動機構を介して駆動する駆動アクチュ
エータ、７はカメラ筺体に対し撮像光学系ｌと撮像セン
サ３から成る画像入力手段を可動自在にする可動機構、
８はカメラ筐体である。

撮像光学系１を介して撮像センサ３から得られる画像信
号ａは検知手段４に入力される。検知手段４では目標と
する画像の撮像センサ３上での移動方向及び移動量を検
知し、移動方向及び移動量に関する信号６を駆動制御手
段５に出力する。この信号６とその他の信号Ｃから駆動
制御手段５を介して駆動アクチュエータへ制御信号を送
り、撮像光学系ｌと撮像センサ３から成る画像入力手段
をカメラ筺体８に対し駆動する事により、カメラ筺体８
の振動に対する防振、もしくは特定の被写体の追尾を行
なう。

以下、第２図〜第５図を用いて本機光学装置に関して更
に詳述する。

第２図及び第３図は本撮像光学装置に於る検知手段４の
一例を示す図で、第２図（Ａ）。

（Ｂ）に於て、９は撮像画面、ｌＯは撮像画面９中の目
標画像を囲む任意の領域、１１は目標画像の画像パター
ン、１２は撮像画面９とは異なる時刻の撮像画面、１３
は撮像画面９中の領域１０に対応する領域、　　　　　
　１４は領域１３及び撮像画面１２中の目標画像を囲む
任意の領域、１５は撮像画面９に於る画像パターンｌｌ
と同一被写体の画像パターンを示し、撮像ターン１１．
１５に対し、水平及び垂直走査方向の特徴点の数、例え
ばエツジ数を計数してその分布を示したものである。

又、第３図は検知手段４のブロック図で、１６は画像信
号ａを２値化する量子化部、１７は水平走査方向のエツ
ジ数分布を計測し記憶する分布計測部、１８は異なる時
刻に於る同一被写体の画像パターンの水平走査方向での
エツジ数分布の相関を取る相関部、１９は垂直走査方向
のエツジ数分布を計測し記憶する分布計測部、２０は異
なる時刻に於る同一被写体の画像パターンの垂直走査方
向でのエツジ数分布の相関を取る相関部、２１は撮像光
学系の焦点距離、ズーム比、撮影距離、オートフォーカ
ス信号等の外部情報ｆを入力し、相関部１８．１９から
入力される画像の移動方向及び移動量に補正加工を施す
補正加工部を示す。又、信号ｄは少なくとも画像の水平
移動に関する信号を含む信号、信号ｅは少なくとも画像
の垂直移動に関する信号を含む信号である。

第４図は駆動制御手段５の一例を示すブロック図で、２
２は補正加工部２１の出力信号ｄ。

ｅ、もしくはそれ以外の外部信号ｇ、ｈを選択するスイ
ッチ部、２３はスイッチ部２２で選択された信号、及び
可動機構部７の位置検知信号１＋Ｊを入力し、可動機構
部７の位置制御、及び駆動中のスピード制御を行なうコ
ントローラ、２４及び２５はコントローラ２３からの出
力信号に従い、撮影画像の移動方向や移動量を制御する
水平及び垂直方向の７クチユ工−タ駆動回路である。又
、信号ｋ及びｌは各々アクチュエータ駆動回路２４．２
５から出力される駆動信号を示す。　第５図は駆動アク
チュエータ６の一例を示し、第５図（Ａ）は斜視図、第
５図（Ｂ）は上面図、第５図（Ｃ）は可動機構７の原理
図である。ここで、２６．２９はカメラ筺体８に固定さ
れる支持棒、２７．３０は支持棒２６．２９に各々取り
付けられた摺動球面、２８．３１は鏡筒２に設けられた
摺動球面、３２は鏡筒２の一部に固定されたギア、３３
はモータ、３４はモータ３３と連動するギア、３５は固
定バンド、３６は固定用部材、３７はカメラ筺体８に固
定されるモータ、３８はモータ３７と連動するギアを示
す。

凹状の摺動球面２７．３０は支持棒２６゜２９を介して
カメラ筺体８に固定され、図中補助線Ｉで示す位置から
補助線■で示す位置へ鏡筒２とカメラ筺体８の相対位置
が変化しても自在支持軸を構成する支持棒と摺動球面２
６゜２７、及び２９．３０は相対位置を保つ。従って、
カメラ筺体８に対して鏡筒２を可動自在に保持し、鏡筒
２内の撮像光学系ｌと撮像光学系１と相対的位置が固定
された撮像センサ３から成る画像入力手段がカメラ筺体
８に対し可動自在となる。

鏡筒２の一部に固定されたギア３２は、ギア部が支持棒
２６．２９を結ぶ回転軸を中心とする円もしくは円弧で
構成され、前述の駆動信号ｋによって駆動されるモータ
３３と連動して回転するギア３４と噛み合い、カメラ筺
体８に対して鏡筒２を水平方向に駆動する。一方、モー
り３３を固定保持する固定用部材３６のギア部は、第５
図（Ｃ）に示す垂直方向の回転中心Ｑを中心とする円又
は円弧で形成され、前述の駆動信号ｌによって駆動され
るモータ３７と連動するギア３８と噛み合い、カメラ筺
体８に対して鏡筒２を垂直方向に駆動する。

以下、本撮像光学装置の動作原理を第１図〜第５図を用
いて詳述する。

本撮像光学装置が目標とする被写体は、時刻１１に於て
撮像光学系ｌを介し撮像センサ３に結像され、撮像セン
サ３から画像信号ａが出力されてＴＶ等の画像となる。

同時に画像信号ａは検知手段２へ入力されて量子化部１
６により所定闇値で二値化される。更に画像画面９内に
領域ｌＯを設定し、分布計測部１７で水平走査と共に画
像パターン１１との交差回数を計数する。即ち１回の水
平走査終了時毎に交差回数を順次計数し、水平走査線毎
に対応したメモリアドレスに交差回数即ちエツジ数を記
憶して第２図（Ａ）に示す如き水平走査線方向のエツジ
数分布を形成する。　一方、第２図（Ｂ）に示す如き垂
直走査方向のエツジ数分布は、分布計測部１９で水平同
期信号に同期して水平走査期間を任意の時間間隔で分割
するタイミング毎に水平走査線と画像パターン１１との
交差回数を順次検出し１つ前回の水平走査による記憶を
インクリメントし、領域ｌＯの走査終了後、水平走査期
間を任意の時間間隔に分割したタイミングに対応するメ
モリアドレスにエツジ数を記憶する事により得られる。

次に、時刻ｔ１と異なる時刻ｔ２で撮像される撮像画面
１２に於て、画像パターン１５は被写体と本撮像光学装
置との相対的移動により撮像画面１２に対する位置が変
化している。この時、撮像画面１２の形成と共に検知手
段２の量子化部１６により画像信号ａを所定闇値で２値
化し、更に、分布計測部１７及び１９で、前述の様に領
域１４に於る水平走査方向及び垂直走査方向のエツジ数
分布を計測し記憶する。続いて、相関部１８で時刻ｔ１
及びｔ２に於る水平走査方向のエツジ数分布の相関を取
り、画像パターン１１及び１５の水平方向での相対的移
動量と移動方向を求め、同時に相関部２０で時間ｔ１及
びｔ２に於る垂直走査方向のエツジ数分布の相関を取り
、画像パターン１１及び１５の垂直方向での相対的移動
量と移動方向を求める。更に補正加工部２１へこの移動
量と移動方向を入力し、撮像光学系ｌの焦点距離、ズー
ム比、撮影距離、オートフォーカス信号等の外部情報ｆ
を加味し、画像入力手段を駆動するか否か、或いは駆動
する場合駆動部材の選択及び駆動量等を判断し、画像の
移動方向及び移動量を加工処理して画像を水平方向に移
動する制御信号ｄ、及び画像を垂直方向に移動する制御
信号ｅを出力する。この制御信号ｄ、ｅは駆動制御手段
５に入力され駆動アクチュエータ６を駆動する駆動信号
を発生する。即ち、駆動制御手段５のスイッチ部２２で
は制御信号ｄ、ｅとマニュアル制御用等の外部制御信号
ｇ、ｈが入力され、制御信号ｄ、ｅもしくは外部制御信
号ｇ、ｈを選択する。次にコントローラ２３でスイッチ
２２で選択された制御用の信号ｄ、ｅもしくはｇ、ｈと
可動機構部７の位置検知信号１＋Ｊが処理され、例えば
、被写体距離が所定距離以上であれば高速駆動、被写体
距離が所定距離以下であれば低速駆動する等の駆動制御
を行ない、駆動回路２４．２５を介して駆動アクチュエ
ータ６へ駆動信号に、１を入力する。この駆動信号に、
ｌに応じて前述の様に駆動アクチュエータ６により撮像
光学系２．撮像センサ３から成る画像入力手段の駆動を
行なう。

以上の如く本撮像光学装置は、画像入力手段で得られる
画像信号から画像の移動方向及び移動量を検知し、駆動
制御手段にフィードバックする事によりカメラ筐体に内
蔵された前記画像入力手段を駆動させるものであり、装
置全体を駆動する必要が無く、画像入力手段の少なくと
も一部を駆動すれば良い為に駆動アクチュエータの負荷
が小さく、消費電力も小さくなる。

更に、駆動アクチュエータが小型になる為に電源の小型
化及び長寿命化が可能で、装置全体の小型軽量化も図れ
る。又、画像入力手段をカメラ筺体に対して可動自在に
保持する機構が簡便且つコンパクトであり、装置外部に
付加する部材が殆ど無い為に操作性に富む。従って、手
持ち撮影が可能な撮像光学装置を具現化出来る。

尚、前記実施例では画像入力手段を駆動する為に回転運
動を利用しているが、直線運動を利用した機構にしても
良い、又、画像の鮮鋭度を劣化させない為に可動機構周
辺もしくはカメラ筺体内に遮光部材を設けて遮光等の侵
入を防し゛で６良（・。

第６図は第１図に於る可動機構７の別の構成例を示す、
第１図と同じ部材には同番号を符しており、３９は着脱
機構を示す。本可動機構７は撮像光学系ｌの着脱を可能
にしたものであり、用途に応じて撮像光学系ｌの交換が
出来る。ここ、では、鏡筒２のカメラ筺体８への接続部
に対応して、前述した第５図に於る可動機構同様の自在
支持軸により可動自在にカメラ筺体８へ着脱機構３９を
設け、凸状の摺動球面が着脱機構３９に固定されており
、着脱機構３９を直接駆動アクチュエータ、例えばモー
タ等により二次元的に駆動する。

第７図は駆動アクチュエータ及び可動機構の別の構成例
を示す。ここで、４０は鏡筒を保持する環状部材、４１
はギア、４２はギア４１と環状部材４０に固定された回
転軸、４３はギア４１にモータの回転を伝達するウオー
ムギア、４４はモータ、４５はカメラ筺体に対して回転
自在に保持された環状部材、４６．４７は環状部材４５
の回転軸、４８は回転軸４７に固定されたギア、４９は
モータ、５０はモータ４９の回転をギア４８に伝達する
ウオームギアを示す。

この装置では、水平方向の駆動信号によりギア４７、ウ
オームギア５０に回転を伝達するモータ４９を駆動し、
環状部材４５を水平方向に回転させる事が出来、又、垂
直方向の駆動信号によりギア４１、ウオームギア４３に
回転を伝達するモータ４４を駆動する事が出来る為、鏡
筒、もしくは着脱機構を介して環状部材４０に固定され
た鏡筒をカメラ筺体に対して水平及び垂直方向へ自在に
移動出来る。

第８図は鏡筒で保持された撮像光学系と撮像セ°ンサと
を一体化する一例を示す図で、第１図と同じ部材には同
番号を符す。又、５１は鏡筒２に固定され撮像センサを
取り付けた部材を示す。図示する様な構成にすれば、駆
動アクチュエータ６により撮像光学系ｌ及び撮像センサ
３から成る画像入力手段全体を二次元に駆動する事が可
能である。

第９図（Ａ）、（Ｂ）は可動機構７に於る自在支持軸の
別の構成例を示す図で、第５図と同様の部材には同番号
を符す。第５図（Ａ）は支持棒２６．２９が摺動球面を
備えたもの、第５図（Ｂ）はカメラ筺体８が摺動球面を
備えたものを示している。

以上の如く画像入力手段を駆動するメカ二カルな機構は
多種多様であり、装置の性能、仕様等により適当な機構
を選択出来る。又、上述の機構は主として画像入力手段
全体を駆動する為のものであるが、当然一部もしくは複
数部を駆動させる事も出来る。

又１画像入力手段を介して得られる画像信号はＮＴＳＣ
信号等各種信号形態があるが、信号形態は如何なるもの
であっても良く、各種信号形態に応じたフィードバック
回路や信号処理回路を用いたり、プログラミングにより
マイコンで制御したりする事が出来る。

従って、本撮像光学装置はアナログ及びデジタルのテレ
ビカメラ、ビデオカメラ、及び写真カメラ、工業用カメ
ラ、電子カメラ等各種装置に応用が可能であり、本発明
の思想を逸脱しない限り各種形態の撮像光学装置を提供
出来る。

（５）発明の詳細 な説明した様に、本発明に係る撮像光学装置は、撮像光
学系を介し撮像センサで得られる画像信号を用い、カメ
ラ筐体は固定のままで撮像光学系と撮像センサから成る
画像入力手段を駆動して目標画像の追尾や防振を行ない
得る為、装置の小型軽量化が可能で、しかも低消費電力
で駆動出来操作性に優れた新規な撮像光学装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る撮像光学装置の構成例を示す図。 第２図は検知手段の一例を示す説明図。第３図は検知手
段の一例を示すブロック図。 第４図は駆動制御手段の一例を示すブロック図。 第５図は駆動アクチュエータの一例を示す図。 第６図は可動機構の構成例を示す図。第７図は駆動アク
チュエータ及び可動機構の別の構成例を示す図。第８図
は撮像光学系と撮像センサを一体化する一例を示す図。 第９図は可動機構に於る自在支持軸の別の構成例を示す
図。 １　−−−−−−−−−’−−−撮像光学系２　−−−
−−−一−−−−−鏡筒 ３　−−−−−−−−−−−一撮像センサ４　−−−−
−−−−一−−−検知手段５　−−一−−−−−−−−
−駆動制御手段６　−−−−−−−−−−−一駆動アク
チユニータフ　　−−−−−−−−−−−一可動機構８
　−−−−−−−−一−−−カメラ筺体９　、１２−−
−−−−一撮像画面 １０．１３．１４ 一−−−−−−目標画像を囲む領域 ｔ　ｔ　、　ｔ　５−−−−一画像パターンｔ　ｅ−−
−−−−−一−−−量子化部１７　、　ｌ　９−−−−
一分布計測部１８　、２０−−−−一相関部 ２１−−−−−−−−−−一補正加工部２２−−−−−
−−−−−−−スイッチ部２３−−−−−−−−−−−
コントローラ２４　、２５−−−−−アクチュエータ駆
動回路２６　、２９−−−−一支持棒 ２７．２Ｂ、３０．３１ 一一一−−−−摺動球面 ３２．３４，３８，４１，４３，４８．５０−−一−−
−−ギア ３Ｊ、３７，４４．４９ 一−−−−−−モータ ３５−−−−−−−−−−一固定バンド３６　、５１−
−−−一固定用部材 ３９−−−−−−−−−−一着脱機構 ４０　、４５−−−−一環状部材 ４２　　、　４６　　、　４７ −−−−−−−回転軸 傘γ　＃に０　４？ ３０　　　ご

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像光学系と撮像センサを有し、カメラ筺体に対
   して可動自在な画像入力手段と、該画像入力手段から得
   られる画像信号から画像の移動方向及び移動量の少なく
   とも１方を検知する検知手段と、少なくとも該検知手段
   で得られる情報から前記画像入力手段の少なくとも一部
   を駆動させる手段とを有する事を特徴とする撮像光学装
   置。