(57)【要約】【課題】  従来の電子的手ブレ補正では１フレームの間に起こる手ブレには追従できなかった。【解決手段】  １フレームの間の手ブレは光学的に補正し、その補正用光学系を平行平板とすることで簡易にコスト的に有利な手ブレ補正を実現する。【選択図】  図１
2009265126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオカメラに用いる手ブレ補正装置であり、
映像情報を撮影する撮像素子と、
前記撮像素子の前に配置して撮像素子に入射する光軸を変位させる光軸変位手段と、
手ブレ検出手段と、
前記手ブレ検出手段で検出した手ブレ量に基づき前記光軸変位手段による光軸変位量を制御する制御手段とを有し、
前記光軸変位手段は、前記制御手段によって傾きを制御可能な平行平板を用いることを特徴とする手ブレ補正装置。
【請求項２】
請求項１記載の手ブレ補正装置であり、
前記制御手段が、前記撮像素子で撮影した像の一部を切り出し、ビデオカメラで記録するフレームとする電子式手ブレ補正を行ない、
前記制御手段は1フレームの撮影ごとに撮影した像から切り出す位置を変更するとともに、
前記制御手段は、1フレームの撮影ごとに前記光軸変位手段の平行平板を基準の傾き位置に戻すことを特徴とする手ブレ補正装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の手ブレ補正装置であり、
前記光軸変位手段が２枚の平行平板からなり、
第１の平行平板が光軸を変位する方向と、第２の平行平板が光軸を変位する方向が、撮影する画面内で略直角に配置されることを特徴とする手ブレ補正装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の手ブレ補正装置であり、
前記光軸変位手段の平行平板は、上下方向と左右方向のどちらにも傾斜可能であることを特徴とする手ブレ補正装置。
【請求項５】
請求項４に記載の手ブレ補正装置であり、
前記光軸変位手段が、平行平板の上下方向の角度を調整するボイスコイルと左右方向の角度を調整するボイスコイルを含むことを特徴とする手ブレ補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラの手ブレ補正に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
カメラの手ブレを補正する目的で、従来から主に光学的な補正技術と電子的な補正技術が実施されている。
【０００３】
光学的な補正技術は、撮影用の光学系の一部（以下、シフト部と呼ぶ）を偏心させ、撮像素子上に結像する像を、手ブレを打ち消すように移動さることで手ブレを補正するものである。
【０００４】
電子的な補正技術は、実際に記録する画角よりも広い画角を撮像素子上に結像させ、撮像素子の全範囲よりも小さな範囲を電子的に切り出してフレームとして記録する。この際に、手ブレによる像の移動に追従して切り出す範囲を移動させることで手ブレを補正するものである。
【０００５】
また特開2006-261783号公報（特許文献１）が示すように、それらを併用することも提案されている。
【０００６】
上記の手ブレ補正技術とは別に、特開平9-93497号公報（特許文献２）に例を示すように撮像素子の画素数以上の解像度を得ることを目的とした技術がある。この技術では、光学系のバックフォーカス部に透明な平行平板を置き、この平行平板を傾けることで、撮像素子に結像する像を１画素よりも小さな範囲内で移動させる。
【０００７】
【特許文献１】特開2006-261783号公報
【特許文献２】特開平9-93497号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記手ブレ補正のための従来技術のうち電子的な補正技術は、機械的に動作する部分が要らず、コスト的に有利な技術であるが、手ブレへの追従は基本的に１フレームを撮影するごとに行うため、１フレームの撮影期間（以下、1フレーム期間と呼ぶ）内の像の移動には追従できない。そのため、電子的な補正技術によって補正した画像には、１フレーム期間内に発生した像の移動が画のブレとなって残る。これに対して、電子シャッターを用いて露光時間を短くしたり、あるいは１フレーム期間内に複数枚の画を撮影して合成することで手ブレの無い画像を得る方法が考えられるが、特にビデオカメラでは露光条件の制約や撮像素子からの読み出し速度が制限となり、実施が困難である。
【０００９】
前記手ブレ補正のための従来技術のうち光学的な補正技術は、原理的には１フレーム期間内に起こる像のブレも補正可能と考えられるが、そのためには手ブレ補正のためにシフト部を機械的に移動させる必要があり、精度の良い機構部を製作するのは容易ではない。また、シフト部が移動しても収差に大きな影響を与えないために、シフト部は単独で収差が補正されていなければならず、光学設計上の制約となる。
【００１０】
前記シフト部を用いた技術の他に、光学的に像を移動させる技術としては特開平9-93497号公報（特許文献２）に示したように透明な平行平板を利用した技術がある。この技術では光学的な屈折力の無い平行平板によって像を移動させるため、平行平板自体が発する収差はわずかであり、位置決め精度は非常にゆるく、傾きも相対的な変化のみを管理すればよい。また、平行平板は光学系のバックフォーカス部に入れる事が出来るため、全長の増加を招かない。これらの特徴から、平行平板を用いた方法は光学設計上の制約は少なく、コスト的に従来の光学的な補正技術よりも有利である。
【００１１】
しかし、平行平板を利用した技術では像をあまり大きく移動させることが出来ず、従来、手ブレ補正の目的には利用されてこなかった。
【００１２】
そこで、本発明では、１フレーム期間内の像の移動も補正可能であり、光学設計上の制約も少ない手ブレ補正技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、例えば特許請求の範囲記載の構成を用いて前記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、適切な手ブレ補正を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
手ブレの動きは、おおまかに見れば振幅の大きな低周波の成分と、振幅の小さな高周波の成分が混ざったものである。
【００１６】
従来の電子的な手ブレ補正では、低周波の手ブレは大きな振幅のものでも取り除かれ、１フレーム期間内に起こる速い手ブレの成分のみが最終的に記録される画像に影響する。
【００１７】
平行平板を単独で手ブレ補正に用いた場合には、数画素程度の振幅の手ブレは速い動きでも補正できるが、電子的な手ブレ補正ほどに大きな振幅を補正できない。
【００１８】
ここで、振幅の小さな高周波成分の除去を平行平板を用いて行ない、残った低周波で大振幅の成分の除去を従来の電子的な手ブレ補正を用いて行えば、手ブレの影響をより完全に取り去ることが出来る。
【００１９】
具体的には、ビデオカメラの構成として従来の構成に加えて、手ブレ検出手段と、光学系のバックフォーカス部に挿入する透明な平行平板と、この平行平板の傾きを変化させる駆動部と、撮像素子から記録範囲を切り出す動作と平行平板の傾きを制御する制御部を加え、１フレーム期間内に次の動作を行うことで手ブレを補正する。
（１）制御部は１フレームの露光開始時に、駆動部を用いて平行平板を初期の傾き位置（以後、初期傾き位置と呼ぶ）に置く。この時の撮像素子上の像の位置を基準位置とする。
（２）１フレームの露光中、制御部は手ブレ検出手段により手ブレを検出し、手ブレによる像の移動を打ち消すように平行平板を傾けて像を基準位置にとどめる。
（３）１フレームの露光終了時、制御部は次のフレームの露光開始に備えて平行平板を初期傾き位置に戻す。また、平行平板を初期傾き位置に戻す際に撮像素子上の像が移動するが、この像の移動に追随して撮像素子から切り出す記録範囲を移動させる。この記録範囲の移動量としては、例えば前記の手ブレ検出手段により検出した手ブレ量を１フレーム期間積分したものを利用できる。
【００２０】
上記により、１フレーム期間内の手ブレによる像の移動が、平行平板によって移動可能な範囲ならば、従来の光学的な手ブレ補正と同様にブレを完全に補正することが出来る。
また、１フレーム期間内の手ブレによる像の移動が平行平板によって移動可能な量を上回る場合には、上回った分がブレとなって画像のボケになるが、平行平板によって補正可能な分の像によって芯を持った画像を得ることが出来る。
上記の効果を、従来の光学的な手ブレ補正技術よりも精度の低い機構で得られ、コストの低減を図ることが出来る。
【００２１】
本発明の好適な実施例を、図面を用いて以下説明する。
【実施例１】
【００２２】
本発明による第１の実施例を、図１に従って説明する。
【００２３】
図１は本発明による手ブレ補正装置の構成を示すブロック図である。
図１において１は光学系であり、２は撮像素子であり、３は制御部であり、４は記録部であり、５は手ブレ検出部であり、６は駆動部であり、７は平行平板であり、７１はヒンジである。光学系１と撮像素子２と制御部３と記録部４と手ブレ検出部５は、従来の電子式手ブレ補正装置に使用しているものと基本的に同じであり、駆動部６と平行平板７とヒンジ７１が本発明の実施のために追加した要素である。また、本実施例は、上下方向または左右方向のどちらかの手ブレのみを補正する例である。
【００２４】
次に図１にしたがって本実施例の動作を説明する。
【００２５】
光学系１は被写体の像を撮像素子２上に結像し、撮像素子２は像を電気的な信号に変換して蓄える。制御部３は撮像素子２の蓄えた信号から記録に用いる範囲を切り出して読み出し、記録部４に送る。記録部４は制御部３から送られた信号を記録メディア（図に示さず）に記録する。手ブレ検出部５は、手ブレを検出して手ブレ情報として制御部３に送り、制御部３は手ブレ検出部５から送られた手ブレ情報を元に、撮像素子２上の手ブレによる像の移動を求めて、撮像素子２から信号を読み出す際に切り出す範囲を撮像素子２に指示する。
【００２６】
上記動作は１フレーム期間ごとに行う。
【００２７】
上記で説明した、撮像素子からの読み出し範囲を制御する動作は従来の電子式手ブレ補正装置と同じものである。本発明ではこれに加えて次のように、１フレーム期間の間に平行平板の傾きを制御する動作を行う。
【００２８】
平行平板７は光学的に透明であり、光学系１と撮像素子２の間に配置し、ヒンジ７１によって一端を回転可能に固定する。駆動部６は、制御部３の指示に従って、平行平板７の傾きを調整する。
【００２９】
１フレーム期間の露光開始前に、制御部３は駆動部６を用いて平行平板７の傾きを初期傾き位置にする。この初期傾き位置は、平行平板７の回転可能な範囲の中央とすることが望ましい。
【００３０】
１フレーム期間の露光中、制御部３は手ブレ検出部５から送られる手ブレ情報を元に撮像素子２上の像の移動量を求め、次に像の移動を打ち消すために必要な平行平板７の角度を算出し、駆動部６に指示して平行平板７の傾きを調整する。
【００３１】
１フレーム期間の露光終了後、制御部３は駆動部６を用いて平行平板７の傾きを初期傾き位置に戻す。また、制御部３は、従来の電子式手ブレ補正装置の場合と同様に、１フレーム期間の間の手ブレ情報を積分して、撮像素子から次のフレームを読み出す際の切り出し位置を求めて撮像素子２に指示する。
【００３２】
本発明は、１フレームごとの電子的な手ブレ補正に加え、１フレーム期間の間に上記のように動作することでさらに細かい手ブレを補正する。
【００３３】
上記で露光中に行っている平行平板の角度は次のように算出する。
平行平板の傾き角と像の位置との関係は次の式で表されるため、下式の変数ｄが手ブレ情報から求めた像の移動と同じ大きさで符号が反対になるように、下式の変数ωを求める。
【００３４】
ｄ＝（１−１／Ｎ）×ｔ×ω
ここで、上記の式の各変数の意味は次の通りである。
【００３５】
ω：平行平板の傾き角（初期傾き位置からの角度差。ラジアン単位）
ｄ：像の移動量（平行平板が初期傾き位置にあった際の像の位置を基準とする。）
ｔ：平行平板の厚さ
Ｎ：平行平板の屈折率
１例として、２ｍｍ厚のアクリル（屈折率１．４９２）板を用いた場合の、平行平板の角度と像の移動量の関係を下表に示す。
2009265126.tif 000003
【００３６】
ここで、*1 画素ピッチは２．０９μmとする。
【００３７】
上記のように、平行平板として２ｍｍ厚のアクリル板を使い、この平行平板を±２度の範囲内で傾けることで、±１１画素の範囲内の像の移動を打ち消すことが出来る。
【実施例２】
【００３８】
本発明による第２の実施例を、図２と図３に従って説明する。本実施例は、上下方向の手ブレを補正する平行平板と、左右方向の手ブレを補正する前記とは別の平行平板の２組の平行平板を用い、画面内の上下方向と左右方向の両方の手ブレを補正することを特徴とする。
【００３９】
図２は本発明による手ブレ補正装置の構成を示すブロック図である。
図２において１は光学系であり、２は撮像素子であり、３は制御部であり、４は記録部であり、５は手ブレ検出部であり、７ｐは上下方向の手ブレ補正用の平行平板であり、７１ｐは平行平板７ｐを支えるヒンジであり、６ｐは平行平板７ｐの角度を調整する上下方向調整用駆動部であり、７ｙは左右方向の手ブレ補正用の平行平板であり、７１ｙは平行平板７ｙを支えるヒンジであり、６ｙは平行平板７ｙの角度を調整する左右角調整用駆動部である。
【００４０】
図３は本実施例の平行平板の配置を示した斜視図である。
【００４１】
図３において１は光学系であり、２は撮像素子であり、７ｐは上下方向の手ブレ補正用の平行平板であり、７１ｐは平行平板７ｐを支えるヒンジであり、６ｐは平行平板７ｐの角度を調整する上下角調整用駆動部であり、７ｙは左右方向の手ブレ補正用の平行平板であり、７１ｙは平行平板７ｙを支えるヒンジであり、６ｙは平行平板７ｙの角度を調整する左右角調整用駆動部である。
【００４２】
次に図２に従って本実施例の動作を説明する。
本実施例においても撮像素子からの読み出し範囲を制御する動作は、実施例１と同じであり、この説明を省略する。
本実施例における、１フレーム期間の間に平行平板の傾きを制御する動作は次の通りである説明する。
【００４３】
平行平板７ｐとは平行平板７ｙは光学的に透明であり、光学系１と撮像素子２の間に配置する。平行平板７ｐはヒンジ７１ｐによって水平軸周りに回転可能に固定され、また平行平板７ｙはヒンジ７１ｙによって垂直軸周りに回転可能に固定されている。
上下角調整用駆動部６ｐは、制御部３の指示に従って、平行平板７ｐの水平軸周りの傾きを調整し、左右角調整用駆動部６ｙは、制御部３の指示に従って、平行平板７ｙの垂直軸軸周りの傾きを調整する。
【００４４】
１フレーム期間の露光開始前に、制御部３は上下角調整用駆動部６ｐを用いて平行平板７ｐの傾きを初期傾き位置にし、また制御部３は駆動部６ｙを用いて平行平板７ｙの傾きを初期傾き位置にする。この初期傾き位置は、それぞれ平行平板７ｐと平行平板７ｙの回転可能な範囲の中央とすることが望ましい。
【００４５】
１フレーム期間の露光中、制御部３は手ブレ検出部５から送られる手ブレ情報を元に撮像素子２上の像の上下方向の移動量を求め、次に像の上下方向の移動を打ち消すために必要な平行平板７ｐの角度を算出し、上下角調整用駆動部６ｐに指示して平行平板７ｐの傾きを調整する。また、制御部３は、撮像素子２上の像の左右方向の移動量を求め、次に像の左右方向の移動を打ち消すために必要な平行平板７ｙの角度を算出し、左右角調整用駆動部６ｙに指示して平行平板７ｙの傾きを調整する。
１フレーム期間の露光終了後、制御部３は上下角調整用駆動部６ｐを用いて平行平板７ｐの傾きを初期傾き位置に戻し、また左右角調整用駆動部６ｙを用いて平行平板７ｙの傾きを初期傾き位置に戻す。
【００４６】
また、制御部３は、従来の電子式手ブレ補正装置の場合と同様に、１フレーム期間の間の手ブレ情報を積分して、撮像素子から次のフレームを読み出す際の切り出し位置を求めて撮像素子２に指示する。
【００４７】
本実施例では、上記のように動作して上下方向と左右方向の手ブレを補正する。
【実施例３】
【００４８】
本発明による第３の実施例を、図４に従って説明する。本実施例は、上下方向と左右方向の手ブレを１枚の平行平板で補正することを特徴とする。
【００４９】
図４は本実施例の平行平板を保持する構造を示した斜視図である。
【００５０】
図４において１は光学系であり、２は撮像素子であり、７は平行平板であり、７０は平行平板を保持するホルダーであり、６ｐはホルダー７０の上下方向の角度を調整する上下角調整用駆動部であり、６ｙはホルダー７０の左右方向の角度を調整する左右角調整用駆動部であり、８は筐体に固定され上下角調整用駆動部６ｐと左右角調整用駆動部６ｙを保持する前側保持板であり、８１はホルダー７０を点で支持するピボットであり、９は筐体に固定され撮像素子２を保持する後側保持板であり、１０は後側保持板９上にあってホルダー７０を前側保持板８に押し当てる役割を持つ弾力部材である。
なお、図４において撮像素子２はホルダー７に隠されているが、その位置を点線で図示した。
【００５１】
次に本実施例の動作を図４に従って説明する。
【００５２】
図４において、前側保持板８と後側保持板９はビデオカメラ筐体に固定され、その間隔は固定である。平行平板７を保持するホルダー７０は、前側保持板８と後側保持板９の間にあり、後側保持板９上の弾力部材１０によって前側保持板８側に押し付けられている。弾力部材１０は例えばバネで実現できる。
【００５３】
前側保持板８上には、上下角調整用駆動部６ｐと左右角調整用駆動部６ｙとピボット８１とがあり、ピボット８１はその先端の１点でホルダー７０を支持し、前側保持板８とホルダー７０の間隔を一定に保つ。
上下角調整用駆動部６ｐと左右角調整用駆動部６ｙは先端がホルダー７０に接しており、手ブレ補正のために伸縮して前側保持板８とホルダー７０の間隔を調整する。この際、ピボット８１の長さは変わらないため、ホルダー７０はピボット８１の先端を中心として上下方向及び左右方向に傾くことが出来る。
上下角調整用駆動部６ｐと左右角調整用駆動部６ｙは、例えばボイスコイルで実現できる。
【００５４】
本実施例において、手ブレ検出から、上下角調整用駆動部６ｐと左右角調整用駆動部６ｙに角度調整の指示を送るまでの動作は実施例２と同一であり、この説明を省略する。
角度調整の指示を受けた上下角調整用駆動部６ｐと左右角調整用駆動部６ｙは、その長さを変えて、ホルダー７０および平行平板７の角度を調整する。
【００５５】
本実施例では、上記のように動作して手ブレを補正する。
【００５６】
本実施例では、光学系と撮像素子の間に入れる平行平板が１枚だけであるため、バックフォーカスが短い光学系にも応用しやすい。
【００５７】
本発明は、手ブレ補正を必要とするビデオカメラ全般に利用可能である。
【００５８】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による手ブレ補正装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明による第２の実施例の手ブレ補正装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明による第２の実施例の平行平板の配置を示した斜視図
【図４】本発明による第３の実施例の平行平板を保持する構造を示した斜視図
【符号の説明】
【００６０】
１    光学系
２    撮像素子
３    制御部
４    記録部
５    手ブレ検出部
６    駆動部
６ｐ  上下角調整用駆動部
６ｙ  左右角調整用駆動部
７    平行平板
７ｐ  平行平板
７ｙ  平行平板
７０  ホルダー
７１  ヒンジ
７１ｐ  ヒンジ
７１ｙ  ヒンジ
８    前側保持板
８１  ピボット
９    後側保持板
１０    弾力部材
【図１】
2009265126.tif 000004
【図２】
2009265126.tif 000005
【図３】
2009265126.tif 000006
【図４】
2009265126.tif 000007