(57)【要約】【課題】撮像素子に結像される被写体像の振れ補正用に偏向素子を付加しながら、装置の小型化、低廉化を図ることのできる撮像装置を提供する。【解決手段】カメラ本体１ａに内蔵される撮像素子２と、撮像素子２の受光面に被写体像を結像する撮像レンズ系３と、カメラ本体１ａの振動を検出してその振れ量と方向とに対応する信号を出力する振れ検出手段８と、振れ検出手段８の出力信号に基づいて撮像素子２に結像される被写体像の振れを補正する振れ補正手段４とを有する。特に、振れ補正手段４は、撮像レンズ系３の光軸Ｃ上に配置されて被写体からの入射光を屈折偏向する複数の偏向素子４１，４２，４３を含み、その各偏向素子４１，４２，４３のうち少なくとも一つが入射光を集束する非球面レンズ部４４，４５，４６を一体として備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器本体に内蔵される撮像素子と、この撮像素子の受光面に被写体像を結像する撮像レンズ系と、前記機器本体の振動を検出してその振れ量と方向とに対応する信号を出力する振れ検出手段と、この振れ検出手段の出力信号に基づいて前記撮像素子に結像される被写体像の振れを補正する振れ補正手段と、を有する撮像装置であって、
前記振れ補正手段は、前記撮像レンズ系の光軸上に配置されて被写体からの入射光を屈折偏向する複数の偏向素子を含み、
その各偏向素子のうち少なくとも一つが入射光を集束する非球面レンズ部を一体として備えていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記非球面レンズ部は、同心円状の輪帯パターンを有する回折レンズ、フレネルゾーンプレート、フレネルレンズ、又は中心から周縁部に向かって屈折率が漸次変化するグリンレンズである請求項１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動画を撮影保存することのできるビデオカメラに代表される撮像装置に係わり、特に機器本体の振動に起因する撮影画像の振れを補正する機能を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、使用者の手振れに起因する撮影画像の「ブレ」を防止するための機能（手振れ補正機能）を備えたカメラの普及が顕著である。
【０００３】
現在、その手振れ補正機能は、機能構成上２つに大別される。その一つに、光学的あるいは機械的手振れ補正と呼ばれる方式が一般によく知られている。この方式では、カメラに内蔵したセンサによりカメラ自体の振れ量を検出して、ＣＣＤなどの撮像素子やこれに被写体像を結像する光学系の一部を移動させ、撮像素子に結像する被写体像が撮影中に移動しないよう補正する。
【０００４】
その具体的態様として、特殊フィルムから成る伸縮自在な蛇腹で繋がれた２枚のガラス板の間にその両ガラス板とほぼ同一の屈折率を有する液体を充填した構造のアクティブプリズム（可変頂角プリズム）を用い、これをＣＣＤと対物レンズとの間に介在せしめ、その両ガラス板の傾斜角をカメラ本体の振れ量に応じて変化させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１）
一方、カメラで撮影された画像の解像度を向上させるべく、ＣＣＤに入射する光路上にウェッジプリズムを配置し、そのウェッジプリズムを光軸回りに回転させて入射光を屈折偏向させる技術が知られている（例えば、特許文献２および特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−５１４６９号公報（段落００１１）
【特許文献２】特開昭６０−２７２７８号公報
【特許文献３】特開２００２−１７１４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されるようなアクティブプリズムでは、液体中に気泡が発生せぬよう完全密閉する高度な技術が要求される上、その保持や駆動制御が難しく、装置全体として構造が複雑になるという問題がある。
【０００７】
又、特許文献１〜３の何れにおいても、アクティブプリズムやウェッジプリズムといった偏向素子は、ＣＣＤなどの撮像素子に被写体像を結像するレンズ系の光軸上において、そのレンズ系とは別に設けられるので、長い光路を必要として装置全体の大型化を招き、しかも偏向素子を付加した分だけ部品点数が増えるためにコスト削減を図ることが容易ではないものであった。
【０００８】
本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は撮像素子に結像される被写体像の振れ補正用に偏向素子を付加しながら、装置の小型化、低廉化を図ることのできる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するため、
機器本体１ａに内蔵される撮像素子２と、この撮像素子２の受光面に被写体像を結像する撮像レンズ系３と、前記機器本体１ａの振動を検出してその振れ量と方向とに対応する信号を出力する振れ検出手段８と、この振れ検出手段８の出力信号に基づいて前記撮像素子２に結像される被写体像の振れを補正する振れ補正手段４と、を有する撮像装置であって、
前記振れ補正手段４は、前記撮像レンズ系３の光軸Ｃ上に配置されて被写体からの入射光を屈折偏向する複数の偏向素子４１，４２，４３を含み、
その各偏向素子４１，４２，４３のうち少なくとも一つが入射光を集束する非球面レンズ部４４，４５，４６を一体として備えていることを特徴とする。
【００１０】
尚、前記非球面レンズ部４４，４５，４６には、同心円状の輪帯パターン４４ａ，４５ａを有する回折レンズ、フレネルゾーンプレート、フレネルレンズ、又は中心から周縁部に向かって屈折率が漸次変化するグリンレンズが好適に用いられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、振れ検出手段の出力信号に基づいて撮像素子に結像される被写体像の振れを補正する振れ補正手段が、撮像レンズ系の光軸上に配置されて被写体からの入射光を屈折偏向する複数の偏向素子を含み、その各偏向素子のうち少なくとも一つが入射光を集束する非球面レンズ部を一体として備えていることから、撮像レンズ系の一部を省略してその光路を短縮することができる。このため、装置の小型化、低廉化を図ることが可能になる。特に、非球面レンズ部が、同心円状の輪帯パターンを有する回折レンズ、フレネルゾーンプレート、フレネルレンズ、又は中心から周縁部に向かって屈折率が漸次変化するグリンレンズとされるものでは、偏向素子自体を厚くせずして集光性を付与できるので、偏向素子を含めた光路長を短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。先ず、図１に本発明に係る撮像装置の構成例を示す。図１において、１は撮像装置として動画を撮影することのできるハンディ式のビデオカメラ、１ａはその機器本体（カメラ本体）であり、カメラ本体１ａにはＣＣＤなどの撮像素子２が内蔵されている。
【００１３】
３は被写体像を撮像素子２の受光面（結像面）に結像する撮像レンズ系であり、この撮像レンズ系３は、レンズ鏡筒３ａに変倍レンズやフォーカスレンズといったレンズ群３ｂを収納して成るもので、全体として正の屈折力を有して被写体からの入射光を集束し、これを被写体像として撮像素子２の受光面に結像する働きをする。
【００１４】
そして、撮像素子２は、その受光面に結像された光学的な被写体像を光電変換し、その被写体像を電気的な撮影画像（映像信号）として出力する。
【００１５】
又、４は撮像素子２の受光面に結像される被写体像の振れを光学的／機械的に補正する振れ補正手段であり、この振れ補正手段４は、撮像レンズ系３の光軸Ｃ上に配置される複数（本例において３つ）の偏向素子４１，４２，４３と、駆動回路５とを有して構成される。
【００１６】
各偏向素子４１，４２，４３は、透明樹脂やガラスから形成される透光性を有した円盤状の光学部品であって、それぞれ一方の面に対する入射光を屈折偏向して他方の面から射出する機能を有している。そして、その各々はレンズ鏡筒３ａの前部に配される円筒状の外枠６内に収容され、光軸Ｃ方向に沿ってその各々が近接状態に配列されている。特に、本例では各偏向素子４１，４２，４３に楔形状の断面を有するウェッジプリズムが用いられ、そのうち二つ４１，４２が光軸Ｃを中心として外枠６で回転自在に保持され、他の一つ４３が外枠６に対して固定保持されている。
【００１７】
一方、駆動回路５は、カメラ本体１ａに内蔵される制御部７からの制御信号を受けて２つの偏向素子４１，４２を駆動せしめる電気回路を構成し、これによる偏向素子４１，４２の駆動（正逆の回転角運動）により、カメラ本体１ａの振動に起因する撮像素子２の受光面上における被写体像の振れが補正されるようになっている。
【００１８】
８はカメラ本体１ａの振動を検出する振れ検出手段であり、この振れ検出手段８はカメラ本体１ａの振動のうち、縦方向の振動（縦振れ成分）を検出する縦振れ検出器８ａと、横方向の振動（横振れ成分）を検出する横振れ検出器８ｂとにより構成され、カメラ本体１ａの振れ量と振動方向に対応する信号を制御部７に対して出力する。
【００１９】
そして、制御部７は縦振れ検出器８ａと横振れ検出器８ｂとから入力される信号（振れ検出手段８の出力信号）に基づき、カメラ本体１ａの振動方向に対する振れ量（縦振れ量および横振れ量）を算出し、偏向素子４１，４２を駆動すべき制御信号を駆動回路５に入力する。尚、その両検出器８ａ，８ｂには、ジャイロセンサなどの角速度センサが用いられ、それぞれその検出面がカメラ本体１ａの縦方向および横方向に向けて配置される。
【００２０】
又、カメラ本体１ａには、カメラ本体１ａの縦振れ量に応じて駆動される偏向素子４１の回転角を検出する第１センサ９ａ、及びカメラ本体１ａの横振れ量に応じて駆動される偏向素子４２の回転角を検出する第２センサ９ｂが設けられる。それらセンサ９ａ，９ｂは、例えば偏向素子４１，４２に接触してその回転角（回転量）を検出することのできるロータリエンコーダであり、これによる検出信号が制御部７にフィードバックされるようになっている。
【００２１】
次に、図２〜図４は偏向素子とそれらの保持機構を示す。尚、図３は図２のＸ−Ｘ断面を示し、図４は図２のＹ−Ｙ断面を示す。これらの図で明らかなように、偏向素子４１，４２はそれぞれ軸受ユニット６１ａ，６２ａを介して外枠６内に保持され、偏向素子４３はその周縁部が外枠６に固定されている。軸受ユニット６１ａ，６２ａの外周には、ヨーク６１ｂ，６２ｂを介して回転力を発生するに必要な界磁束を発生する界磁マグネット６１ｃ，６２ｃが装着されている。又、外枠６の内周部には、界磁マグネット６１ｃ，６２ｃに対応し、その界磁束に作用して回転力を発生するための電流が流されるコイル６１ｄ，６２ｄが設けられている。コイル６１ｄ，６２ｄは、外枠６の一端面に臨むリング状の基板６３に導電接続されており、その基板６３に図１に示した駆動回路５が接続する構成となっている。しかして、コイル６１ｄ，６２ｄに正逆交互の駆動電流を流すことにより、偏向素子４１，４２を光軸Ｃ回りに正逆回転（回動）させることができる。
【００２２】
次に、図５において、偏向素子４１，４２，４３は光軸Ｃに対して直交する平面Ｆａと該平面Ｆａに対して非平行な平面Ｆｂとを有しており、その両平面Ｆａ，Ｆｂが交わる方向の端部は所定の頂角を成す厚さが最小な頂部Ｓとされている。尚、図５において、偏向素子４１，４２，４３内に示した矢印はそれら各頂部Ｓの向きをあらわしている。
【００２３】
そして、各偏向素子４１，４２，４３は図５に示されるように頂部Ｓの方向が異なる状態で配置される。例えば、偏向素子４１はその頂部Ｓが横向きにして配置され、偏向素子４２はその頂部Ｓが上向きにして配置される。又、偏向素子４３はその頂部Ｓが斜め下向きにして配置される。このうち、偏向素子４１は、頂部Ｓが真横（Ｘ軸方向）に向けられた状態を初期位置とし、その初期位置を基準として上記振れ補正手段４により光軸Ｃを中心とした正逆交互の回転角運動を与えられる。又、偏向素子４２は、頂部Ｓが真上（Ｙ軸方向）に向けられた状態を初期位置とし、その初期位置を基準として上記振れ補正手段４により光軸Ｃを中心とした正逆交互の回転角運動を与えられる。
【００２４】
尚、偏向素子４１，４２の頂部Ｓには、図示せぬ近接センサにより検出される孔やマークなどが施されており、その検出信号が上記制御部７に入力されることで偏向素子４１，４２を電源投入時などに初期位置に至らしめることができる構成となっている。
【００２５】
ここで、１つの偏向素子４１（４２，４３）に着目すると、図６に示すようその一方の平面Ｆａに光軸Ｃ方向に沿って光が入射した場合、他方の平面Ｆｂから射出される光は入射光に対し所定の偏角δを生ずることになるが、その偏角δは、偏向素子の頂角（頂部Ｓの角度）をθ、屈折率をｎとして、
δ＝sin−１（ｎ・sinθ）−θであらわされる。
【００２６】
従って、上記のように２つの偏向素子４１，４２を回動することにより、それらの回転角変位量に応じて光軸Ｃを上下左右に屈折偏向することができる。
【００２７】
又、図５から明らかなように、本例において偏向素子４１は入射光を集束する非球面レンズ部４４を一体として備えたプリズムレンズとして構成される。非球面レンズ部４４は、フレネルレンズとして偏向素子の片側平面Ｆａに同心円状の輪帯パターン４４ａを形成したもので、これが凸レンズと同じ集光作用をもつ構成とされている。尚、輪帯パターン４４ａは、図７に示されるよう鋸刃状の断面をもち、稜線のピッチｐが外周に向かって漸次小さくなるよう形成され、稜線間に位置する斜面ｅの傾斜角が内周側よりも外周側で大きくなる設定とされている。
【００２８】
そして、そのような非球面レンズ部４４を一体として備える偏向素子４１は、平面Ｆｂ側から入射した光を非球面レンズ部４４により集束して射出し、その射出光を図１に示した撮像レンズ系３に入射させることになる。これによれば、撮像レンズ系３が有する光学機能の一部を偏向素子４１で代替し、撮像レンズ系３を構成するレンズ数を削減しながらその光路を短縮することができる。特に、偏向素子４１の平面Ｆａに輪帯パターン４４ａを形成するだけの非球面レンズ部４４では、偏向素子４１そのものを厚くせずして、装置全体を小型化することが可能になる。
【００２９】
ここで、偏向素子４１，４２，４３による振れ補正機能の原理について説明すると、図８において、Ｖ１は初期位置（基準となる位置）での偏向素子４１による透過光（光軸Ｃ、被写体像Ａ）の移動ベクトル、Ｖ２は初期位置での偏向素子４２による透過光の移動ベクトル、Ｖ３は偏向素子４３による透過光の移動ベクトルを示す。偏向素子４１，４２が上記初期位置にあるとき、その両者に関する移動ベクトルＶ１，Ｖ２の合成ベクトルＶ１２を偏向素子４３に関する移動ベクトルＶ３が相殺するよう、各偏向素子４１，４２，４３の頂部Ｓの向きが設定され、それら偏向素子４１，４２，４３が全体として平行平板と等価となる設計とされている。
【００３０】
このため、基準位置において、光軸Ｃに沿って被写体から直角に入射した光は屈折偏向せずして射出され、光軸Ｃ上にある被写体像Ａの移動は生じない。
【００３１】
次に、手振れによるカメラ本体の振動に対応して、偏向素子４１，４２が回動された場合を想定する。例えば、図９(a)に示すように、カメラ本体の縦振れ量に応じて偏向素子４１を初期位置から光軸Ｃ回りに回転角（＋α１）だけ回動し、カメラ本体の横振れ量に応じて偏向素子４２を初期位置から光軸Ｃ回りに回転角（＋α２）だけ回動したとする。このとき、偏向素子４１に関する移動ベクトルＶ１はｍＶ１へと変位し、偏向素子４２に関する移動ベクトルＶ２はｍＶ２に変位するので、その両移動ベクトルｍＶ１，ｍＶ２の合成ベクトルｍＶ１２は、図８に示した偏向素子４３に関する移動ベクトルＶ３で相殺されず、このため偏向素子４１，４２の回動による移動ベクトルの変化分Ｖａ，Ｖｂだけ被写体像が図９(b)のように「Ａ」から「Ａ´」に移動することになる。つまり、図９(b)のようにＶａ，Ｖｂを平行移動して合成すると、それらの合成ベクトルＶａｂが得られ、これを直交座標系で直交する２つの成分Ｖｘ，Ｖｙとしてみれば、被写体像Ａが第１象限内の被写体像Ａ´へと移動することになる。尚、図９(b)は図９(a)に対して拡大した状態で示される。
【００３２】
このように、偏向素子４１を縦振れ量に応じて初期位置を基準に所定の角度範囲内で正逆交互に回動させ、偏向素子４２を横振れ量に応じて初期位置を基準に所定の角度範囲内で正逆交互に回動させれば、光軸Ｃを中心とする直交座標系において被写体像Ａを第１〜第４象限内で適宜移動させることができる。したがって、カメラ本体が手振れにより振動しても、これを相殺する方向に被写体像Ａを等量的に移動させてカメラ本体の振動による影響をキャンセル（撮像素子２の受光面に結像される被写体像の振れを補正）することができる。
【００３３】
特に、本発明によれば、上記のように偏向素子４１が非球面レンズ部４４を一体として備えていることから、撮像レンズ系３の一部を省略して装置の小型化、低廉化を図ることができる。
【００３４】
ここに、非球面レンズ部４４は、上記のようにフレネルレンズとして構成することに限らず、回折レンズ、フレネルゾーンプレート、又はグリンレンズとして構成することもできる。尚、回折レンズはフレネルレンズと形態が類似するものであるが、フレネルレンズが光の屈折を用いるのに対し、回折レンズは光の回折を用いる点で作用が相違する。
【００３５】
図１０は、偏向素子４１にフレネルゾーンプレート構造の非球面レンズ部４５を一体に設けた例である。図１０において、非球面レンズ部４５は、偏向素子４１の平面Ｆａに同心円状の輪帯パターン４５ａを形成したもので、その輪帯パターン４５ａは偏向素子の平面にリング状の透光ゾーンＺ１と遮光ゾーンＺ２を交互に形成してなり、そのピッチｐが外周側に向かって漸次小さくなる設定とされている。そして、この非球面レンズ部４５によれば、輪帯パターン４５ａの回折作用により、その形成面である平面Ｆａからの射出光を集束させることができる。
【００３６】
図１１は、偏向素子４１にグリンレンズ構造の非球面レンズ部４６を一体に設けた例である。図１１において、非球面レンズ部４６は、部材内部の屈折率が中心から周縁部に向かって放物線的に漸次変化する構造となっており、これが偏向素子４１の平面Ｆａに一体として固着されている。そして、この非球面レンズ部４６によれば、屈折率の変化により、偏向素子４１の平面Ｆａからの射出光を集束させることができる。
【００３７】
以上、本発明について説明したが、非球面レンズ部４４〜４６は、一方の平面Ｆａに限らず、両平面Ｆａ，Ｆｂのいずれか一方あるいは双方に設けても良く、さらには偏向素子４１に限らず、偏向素子４１，４２，４３の少なくとも一つが備えている構成であればよい。又、本発明に係る撮像装置は、動画を撮影するビデオカメラに限らず、静止画を撮影するカメラにも適用できる。又、回転可能な偏向素子４１，４２を残して固定の偏向素子４３を省略したり、又は偏向素子４３を増設したりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る撮像装置の構成例を示す説明図
【図２】偏向素子とその保持機構を示す正面図
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図
【図４】図２のＹ−Ｙ断面図
【図５】偏向素子を示す斜視図
【図６】偏向素子により光が屈折偏向される状態を示す説明図
【図７】非球面レンズ部の部分拡大断面図
【図８】偏向素子により被写体像の振れが補正される原理を示す説明図（初期状態）
【図９】偏向素子により被写体像の振れが補正される原理を示す説明図
【図１０】非球面レンズ部の変更例を示す正面図
【図１１】非球面レンズ部の変更例を示す側面図
【符号の説明】
【００３９】
１ａ  カメラ本体（機器本体）
２  撮像素子
３  撮像レンズ系
４  振れ補正手段
４１，４２，４３  偏向素子
４４，４５，４６  非球面レンズ部
４４ａ，４５ａ  輪帯パターン
８  振れ検出手段
８ａ  縦振れ検出器
８ｂ  横振れ検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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