JP3783296B2 - Image pickup apparatus having a camera shake correction function - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は手振れ補正機能を有した撮像装置に関する。詳しくは撮像装置本体の揺れを検出する検出手段の他に、カメラマンの顔の向きを検出する検出手段を設け、カメラマンが意図的にカメラ本体をパン若しくはチルト方向に動かしたときは手振れ補正機能を禁止することによって意図しない振れ補正を防止したものである。
【0002】
【従来の技術】
昨今のコンスーマ用の撮像装置であるビデオカメラ技術においては高性能高機能化が著しく、手振れ補正機能付きカメラもすでに一般的なものとなってきている。放送業務用ビデオカメラにあってもこの手振れ補正機能を搭載する傾向にある。
【0003】
特に取材用のビデオカメラなどにこの手振れ補正機能を搭載すると、好環境条件下で撮影できないときに振れのない画像を収録できたり、あるいは望遠で撮影しているようなときはカメラ台(三脚)などの揺れによる画像の揺れに対する補正率が高くなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような手振れ補正機能をビデオカメラに搭載すると手振れによる画像の揺れがなくなり、それだけ見やすくなる。しかし従来の手振れ補正はカメラマンの意図的なパンやチルト操作でも、これを補正抑圧する傾向にある。
【0005】
これはパンやチルト効果を狙ってカメラマンが意図的にビデオカメラを動かしても手振れ補正機能が動作して画面内での画像が急激に動かないように補正を加えてしまうからである。このような手振れ補正が働くと、周知のように戻し揺れ(通称おつり)が発生し、カメラ操作に違和感を伴う。
【0006】
手振れ補正装置の理想的な動作は、人(カメラマン)が意図しない振れ成分は全て補正して映像の振れを静止させ、その一方ではカメラマンが意図して力メラ操作したパンやチルト動作の成分には、一切の補正動作を行わず、意図のままの映像を提供できるようにすることである。こうすることによって不自然な動きを解消できる。
【0007】
この問題を解決するものとして、除去されるべき手振れ成分と除去してはならない意図的なパンやチルト動作成分の判別を、振動検出回路からの信号の特徴を捉えることで実現できる。しかしこの方法では意図した振れとそうでないものとを明確に区別することが困難である。そのために除去すべき振れの振幅や周波数を押さえ気味にしているが、それでも実際には意図的なパンやチルトが行なわれたときには誤った補正が発生してしまう。
【0008】
カメラを意図的に動かすときには、カメラに設けられた押しボタン等を追加操作し、押されている間は振れ補正を禁止するように構成すれば、戻し揺れの発生を回避できる。しかしこの方法はカメラマンにカメラ本来の操作に加えて新たに煩雑な操作を追加要求することになるので、フィールドでの取材活動に専念できなくなるから未だプロの用途としての実用的なしベルとは言い難い。
【0009】
そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、操作と映像に違和感の無い放送業務用に好適なビデオカメラを提案するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため請求項1に記載したこの発明に係る手振れ補正機能を有した撮像装置では、少なくとも、手振れを補正する手振れ補正手段と共に撮像装置の向きの変化を検知する第1の検出手段と、カメラマンの顔の向きの変化を検知する第2の検出手段と、上記第1および第2の検出手段からの検出出力を比較判別し、両検出出力が近似しているときには上記手振れ補正手段の駆動を停止して手振れ補正を禁止し、両検出出力が近似していないときは上記第1の検出手段からの検出出力に基づいて上記手振れ補正手段を駆動制御して手振れ補正を行う制御手段とを有することを特徴とする。
【0011】
この発明では、撮像装置本体の向きの変化が第1の検出手段によって検出され、カメラマンの顔の向きの変化が第2の検出手段によって検出される。制御手段は、これら検出出力を比較判別し、両検出出力が近似しているときには手振れ補正手段の駆動を停止して手振れ補正を禁止し、両検出出力が近似していないときは第1の検出手段からの検出出力に基づいて手振れ補正手段を駆動制御して手振れ補正を行う。
【0012】
具体的には、2つの検出出力を比較判別し、両検出出力が近似しているときには手振れ補正機能を禁止する。撮像装置本体と共にカメラマンの顔も同じ方向に動いたときは、カメラマンによる意図的(意識的)な動きによって撮像装置本体も同じ方向に動いたものと判断できるからである。
【0013】
したがって、両検出出力が近似していないときは手振れなどによるカメラマンが意識していない動きであると判断して、この場合には従来と同じく第1の検出出力に基づいて手振れ補正手段が制御されることになる。
【0014】
【発明の実施の形態】
続いて、この発明に係る手振れ補正機能を有した撮像装置の一実施態様を図面を参照して詳細に説明する。
【0015】
この発明で使用される手振れ補正手段は光学的な補正手段特に光軸を可変して手振れを補正する光軸角可変光学機構部で構成された場合を例示する。光軸角可変光学機構としてこの例では頂角可変プリズムを例示する。撮像装置としては取材用などに用いられているビデオ一体型カメラ(ビデオカメラ)を示す。
【0016】
図1は頂角可変プリズムを有する振れ補正装置(手振れ補正手段)を備えた取材用ビデオカメラ10の一実施態様を示すものであって、被写体11は光学系12を介して撮像素子であるこの例では2次元構成のCCD13によって被写体の光像が電気信号(撮像信号)に変換される。撮像信号は後段の信号処理部14においてコンポジット若しくはコンポーネントのカラー映像信号に変換されて端子15に導出される。
【0017】
光学系12の前には振れ補正機構部20が取り付けられる。この振れ補正機構部20はアダプター式に構成され、ビデオカメラ10に対しては着脱自在に構成されている。したがって必要時のみ光学系12に連結される。
【0018】
振れ補正機構部20は角筒状体をなす鏡筒21の内部に第1〜第3の光学レンズ35,36,38で構成された頂角可変プリズム(光軸角可変レンズ系)22が取り付けられている。鏡筒21には角速度検出器(第1の角速度検出手段)23が取り付けられ、ビデオカメラ10の振れ(手振れなど)などによる振動が検出される。
【0019】
角速度検出器(振動ジャイロ)23は図2のように水平方向x(ヨーイング、パン方向)に関する振動成分を検出する角速度センサ31と、垂直方向y(ピッチング、チルト方向)に関する振動成分を検出する角速度センサ32とで構成されたものを使用することができ、角速度センサ31がビデオカメラ10の水平方向と平行するように鏡筒21に取り付けられている。
【0020】
センサ31からは水平方向xに関する振動成分△xが検出され、他方のセンサ32からは垂直方向yに関する振動成分△yが検出される。これらがCPUを内蔵した制御部24に与えられる。
【0021】
第1の角速度検出器23はビデオカメラ本体の揺れを検出するためである。この発明ではこの他に、カメラマンの顔の動きを検出する第2の角速度検出手段33が設けられる。
【0022】
この第2の角速度検出器33も図2と同様な構成であって、これが図1に示すような例えば帽子Hに取り付けられる。帽子HはカメラマンKの頭部に装着されて使用されるものであるから、顔の動きがこの第2の角速度検出器33によって検出できる。
【0023】
ビデオカメラ使用中は図3のようにビューファインダVFに片方の目をあてがった状態で被写体11の方向を向いている。したがって、カメラマンがパンあるいはチルト操作を行うべくビデオカメラ本体を意識的に動かすときは、カメラマンKの顔も同時にカメラの移動方向に動く。
【0024】
このことは、パンやチルト操作のようなカメラマンの意識的な動きの場合には、ビデオカメラ10本体に設けられた第1の角速度検出器23からの検出出力(振動成分)△x,△yと、カメラマン側からの第2の角速度検出器33からの検出出力(振動成分)△xa,△yaは殆ど同じか近似した値となる。
【0025】
これに対して被写体11を撮像中にビデオカメラ本体が微妙に動くのは手振れによる動きであり、このようなときはカメラマンKの顔は動いていない。したがってこの場合には第1の角速度検出器23からの検出出力と、第2の角速度検出器33からの検出出力とは一致しないのが普通である。
【0026】
図1に示す制御部24ではこれらの一致、不一致(近似もしくは近似していない)を判断し、一致もしくは近似しているときは手振れ補正手段への制御信号△x,△yはホールドしておく。不一致であるために手振れであると判断されたときには振動成分△x,△yから、ビデオカメラ10の振れ角が演算され、その振れ角を補正できるような回動角となるように回動角制御信号△x′,△y′が生成される。これら回動角制御信号△x′,△y′はそれぞれ対応する制御回路25,28を経てモータドライバ26,29に供給され、対応する駆動モータ27,30に印加される。
【0027】
ここで、駆動モータ27は第3の光学レンズ38を回動させるための駆動モータであり、他方の駆動モータ30は第1の光学レンズ36を回動させるための駆動モータであって、制御信号△x′,△y′の値に応じた回動角θx,θyだけそれぞれの光学レンズ36,38が可変される。
【0028】
したがってパンやチルト操作時に従来のような戻し揺れは発生せず、手振れ補正手段のないビデオカメラと同じパンやチルト操作を実現できる。
【0029】
頂角可変プリズム22は上述したように3つの光学レンズ35,36,38で構成され、それぞれが光軸方向に対して2つの面をもつ。そして互いに対向する面は同じ曲率半径をもつ曲率面(円筒面)として構成され、非対向面は平面となされる。
【0030】
図4にはこのような関係を満足する頂角可変プリズム22の一例を示す。この例は球面レンズではなく円筒レンズを使用した場合であって、第1の光学レンズ36として平凹レンズが使用され、第2の光学レンズ35として凸凸レンズが使用され、そして第3の光学レンズ38として凹平レンズが使用されている。
【0031】
第2の光学レンズ35は、第3面G3と第4面G4とで構成され、第4面G4は第3面G3と対称にして正負異符号で概ね第3面G3と近似した曲率円筒面となされた第1および第2の凸平レンズ35A,35Bで構成される。そして、その曲率中心軸が第3面G3の曲率中心軸と直交するように第2の光学レンズ35が構成される。したがってこれは同一構成の一対の凸平レンズ35A,35Bの第3面G3と第4面G4とが互いの円筒面が直交するように互いの平面を貼り合わせるようにして構成することができる。もちろん一体構成であってもよい。
【0032】
第1の光学レンズ36と第1の凸平レンズ35Aとで垂直振れ補正機構部22Yが構成されると共に、第3面G3が第2面G2と正負同符号で、概ね第2面と近似した曲率円筒面となされたものが使用され、第3面G3に対して第2面G2がその曲率半径を回動支点として垂直方向Y−Y′に回動できるように、それぞれの円筒面の向きが定められている。
【0033】
同様に、第2の凸平レンズ35Bと第3の光学レンズ38とで水平振れ補正機構部22Xが構成され、第5面G5が第4面G4と正負同符号で、概ね第4面G4と近似の曲率円筒面となされたレンズが使用される。そして、第4面G4に対して第5面G5がその曲率半径を回動支点として水平方向X−X′に回動できるように、それぞれの円筒面の向きが定められている。
【0034】
さらに、第1〜第3の光学レンズ35,36,38全体の合成焦点距離はアフォーカル系となるようになされているが、そのための条件などについては後述する。アフォーカル系とすることによって光学系12に入射する被写体11の光像への影響は全くない。
【0035】
図4に示す頂角可変プリズム22は図5のような鏡筒21内に取り付けられる。
図5は光軸に対して垂直軸(Y−Y′)と平行に断面したものであって、所定長をなす角筒状の鏡筒21のほぼ中央部に第3面G3が前側となるように第2の光学レンズ35が取り付け固定される。
【0036】
第2の光学レンズ35の前面には第3面G3と小許の間隙を保持して第1の光学レンズ36が垂直方向に対して回動自在に取り付けられる。実際には、第3面G3と平行に第2面G2がY−Y′方向に回動できるように図6に示すようなガイド手段39および駆動手段44が設けられる。
【0037】
図6は図5の上面側から見た分解図であって、第2の光学レンズ35を構成する第3面G3の左右両端部近傍には一対のガイド溝40,41が並行して設けられ、ここに断面がT字状をなす摺動凹部を有する円弧状ガイド58,59が固着されている。ガイド58,59は第3面G3から所定長突出しているが、これによって第2面G2との対向間隔を決めることができる。
【0038】
これに対し、第1の光学レンズ36を構成する第2面G2側にはガイド58,59と対向する位置に断面がT字状をなすガイド条42,43が弓なり状に取り付け固定されており(図7参照)、その突端42a,43aをガイド58,59の摺動凹部に装着することによって、第1の光学レンズ36を第2の光学レンズ35Aに対して所定の間隙を保持してY−Y′方向に回動させることができる。
【0039】
第1と第2の光学レンズ35(35A),36の間および第2と第3の光学レンズ35(35B),38の間には、それぞれ曲率面方向に回動するためのガイド手段39,49が、同じ曲率中心の曲率を持って配置されているので、第2の光学レンズ35に対する第1および第3の光学レンズ36,38の回動が非常にスムーズとなる。第1の光学レンズ36の回動が第3の光学レンズ38に対する回動に影響を及ぼすことはなく、相互に独立した角度調整ができる。その結果、回動角の調整を正確に行うことができる。またその構成も非常に簡単である。ガイド手段39,49の負荷としては殆どの場合、第1と第3の光学レンズ36,38であるから、負荷が軽くなり、それだけ回動がスムーズとなると共に回動パワーも少なくて済む。
【0040】
第1の光学レンズ36を回動させるための駆動手段44の一例を図6および図7を参照して説明する。駆動モータ46にはピニオン45が取り付けられ、このピニオン45がラック47に歯合されて第1の光学レンズ36にその回動力が伝達される。
【0041】
ラック47の歯合面は図7に示すように、第2面G2とほぼ同じ曲率中心の曲率となされると共に、そのラック本体が第1の光学レンズ36の側壁側に取り付けられている。その結果、図7および図8のようにピニオン45を回転させると、その回転方向に第1の光学レンズ36を回動させることができる。図8は被写体側より第1の光学レンズ36を見たときの図であり、この図からも明らかなように第1の光学レンズ36をY−Y′方向(垂直方向)に所定角だけ回動させることができる。
【0042】
第2の光学レンズ35(35B)と第3の光学レンズ38との間にも上述したと同じような構成が施されているので、対応する部分には対応する符号を付す。図4のように第3の光学レンズ38は第2の光学レンズ35Bに対して水平方向(X−X′方向)に回動させる必要がある以外はその構成および動作は全く同一であるので、その構成および動作は割愛するも、ガイド手段49はガイド溝50,51と円弧状ガイド52,53とで構成される。駆動手段54も駆動モータ56、ピニオン55およびラック57で構成されている。
【0043】
さてこのように構成された振れ補正機構部20に関して、これに含まれる頂角可変プリズム22の合成焦点距離はアフォーカルとなるように設計されている。そのための条件は以下のようなものである。第1と第2の光学レンズ35,36を用いて説明する。
【0044】
光学レンズの材料としてはBK7を用い、それぞれの曲率半径は全て等しくR100mmとし、対向間隙△として1mmの隙間を設けているものとする。そして図9に示すように、ほぼ等しい半径の、凹凸円筒面をわずかの空隙△(屈折率n2=1.51633)で対向させた頂角可変プリズム(タブレットレンズ)において、第2面G2の曲率半径をr1、第3面G3の曲率半径をr2、2つのレンズ35,36の共通する屈折率をn1とするとき、(数1)を満たすように設計する。
【0045】
【数1】
【0046】
曲率半径r2は、
r2=(100+1)*(1.51633−1)=100.51633
となる。さて、光軸に平行な光線が高さy1で第1の光学レンズ(平凹レンズ)の第1面G1に入射し、そのままの高さで半径r1の第2面G2に点P1で入射する。光線と円筒面での法線が光軸となす角度をi1とするとi1はこの光線の第2面G2への入射角である。この光線の屈折角をi2とすると
【0047】
【数2】
【0048】
近軸光線の近似を用いると、
【0049】
【数3】
【0050】
と表わせる。
【0051】
次に屈折光線が入射光軸となす角をi3とすると、
【0052】
【数4】
【0053】
となる。更にこの光線が第2の光学レンズ35における第3面(凸円筒面)G3に入射する点をP2、その高さをy2とすると、
【0054】
【数5】
【0055】
P2での、第3面G3の法線が光軸となす角をi4、その曲率半径をr2とすると
【0056】
【数6】
【0057】
したがって
【0058】
【数7】
【0059】
ここで、i4=i1、すなわち第1の入射面と第2の入射面の法線の傾きが等しく、かつ両レンズ35と36の屈折率が等しいとき、この光線は平行な2つの境界面を屈折率n1の媒質からn2の媒質に入り、再びn1の媒質に戻ったことになり、光線は元の角度を保つことになる。したがって(数1)が満たされれば上式のi1の係数が1となり、光線は入射と同じ光軸に平行なまま第2の光学レンズ35の平面G7に垂直に入射し、入射角度がそのまま保たれて出射する。したがってこの垂直振れ補正機構部22Yはアフォーカル系を満たす光学系となる。
【0060】
次に第2の光学レンズ35(35B)の屈折率が第1の光学レンズ36と異なる場合について考える。
【0061】
図10に示すように、凹面を有するレンズ36の屈折率をn1、空気の屈折率をn2、第3面G3の曲率半径をr2、凸面を有するレンズ35の屈折率をn3とするとき、これらの数の間に次の関係を満たすように設計する。
【0062】
【数8】
【0063】
この場合も上記と同様に(数7)までは成立するが、2つのレンズ35,36の屈折率が異なるため、点P1、P2での面の法線の傾きが一致しても出射光線が入射光線と平行にはならず、P2での屈折を調べなければならない。まずP2での入射角をi5、屈折角をi6とすると、
【0064】
【数9】
【0065】
従って、P2を屈折した光線が光軸となす角i7は次のように表わせる。
【0066】
【数10】
【0067】
ここで上式の[ ]内が0となれば、i7=0となり、屈折した光線は光軸と平行となって、平凸レンズの平面を通過した後も光軸と平行となる。この平行条件は(数8)の条件が満たされれば成り立つので、(数8)が平凸レンズと平凹レンズを組み合せた頂角可変プリズム22におけるアフォーカルの条件となる。
【0068】
例えば第1の光学レンズ36のみを図11Aから同図Bのようにθだけ垂直方向に可変したときには、頂角をθとする可変プリズムとなり、第1の光学レンズ36側の光線はαだけ屈折する。したがって、スネルの法則によって、
(n1/n2)sinθ=sin(θ+α)
θが限りなくゼロに近いときには、
(n1/n2)θ=(θ+α)
∴α={(n1/n2)−1)θ
となる。ここで、第1の光学レンズ36の屈折率n1を、
n1=1.5
とすれば、空気の屈折率n2=1であることから、
α=0.5θ
となる。これによって、第1の光学レンズ36を角度θだけ傾斜させると、出射する光軸角を0.5θだけ角度変位させることができる。換言すれば、光軸が垂直方向にαだけ傾いたときには、その傾きの方向とは逆方向に2αだけ第1の光学レンズ36を傾ければ手振れの光軸を補正できる。
【0069】
第2の光学レンズ35Bと第3の光学レンズ38との関係も上述したと同じであって、光軸が水平方向にαだけ傾いたときはその傾きの方向とは逆方向に2αだけ第3の光学レンズ38を傾ければ光軸を補正できる。その結果、第1と第3の光学レンズ36,38を同時に所定角だけ回動させて傾ければ、どのような手振れでもその光軸を補正できる。
【0070】
したがって図1に示すようにビデオカメラ10に対する手振れ補正用として振れ補正装置を装着したときには、制御部24では図12に示すような補正処理が実行される。
【0071】
同図のように角速度センサ23,33からの振動成分△x,△y,△xa,△yaがそれぞれ取り込まれ(ステップ61,62)、次にそれらの成分のうち△xと△xaおよび△yと△yaの一致、不一致が判定される(ステップ63)。
【0072】
一致若しくは近似しているときには手振れとは判定せず、この場合には直前の補正値△xおよび△yがホールドされる(ステップ64)。つまり手振れ補正は行われない。
【0073】
これに対して、両成分が近似していないときには手振れと判断してこの場合には手振れを補正するに足る回動角を得るための制御信号(新しい目標値)△x′,△y′が算出され、算出された適正補正値をもつ回動角制御信号がそれぞれ駆動モータ27,30に供給されて、第1の光学レンズ36が△yに相当する分回動されると共に、第3の光学レンズ38が△xに相当する分回動されて手振れによる光軸補正が行われる。
【0074】
図13は頂角可変プリズム22の他の実施態様であって、本例では図4の凹凸関係が逆の円筒面を有する光学レンズ35,36,38を使用した場合である。凹凸面の曲率半径などは図5で説明したのと同じであるから、その詳細な説明は割愛する。
【0075】
図1において、上述した第2の角速度検出器33の頭部への装着は、この検出器を付けたヘアーバンド状リングやベルト、ヘッドセット用つる部などを頭部装着手段として使用することができ、これによって検出器と頭部の動きを一体化できる。
【0076】
また図2に示す検出器本体33Aにピンチ、クリップ、マジックテープ、ホック、ひもあるいはベルトなどの装着手段を設け、これを帽子、ヘアーバンド、眼鏡フレームなどに装着して、検出器と頭部の動きを一体化させることができる。
【0077】
上述した例ではこの発明をビデオカメラに適用したが、これに限らず映画用撮影機やスチルカメラなどの手振れ補正系にも適用できることは明らかである。
【0078】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明では撮像装置本体のみならず、カメラマンの顔の動きも同時に検出し、これらの振動成分に基づいてカメラマンの意識的な動きか単なる手振れかを判断して手振れ補正手段を制御するようにしたものである。
【0079】
これによれば、パンやチルト操作のようにカメラマンが意識的に撮像装置を動かしたようなときには手振れ補正が禁止されるため、従来のような戻し揺れがなくなり、手振れ補正機能のない場合の画像と全く同じ画像を収録できる特徴を有する。
【0080】
カメラマンによる意識的な動きであっても特別なキー操作をする必要がないため、カメラマンはフィールドでの取材活動に専念できるようになり、特に業務用のビデオカメラなどに適用して好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る手振れ補正機能を有した撮像装置を取材用ビデオカメラに適用したときの一実施態様を示す要部の系統図である。
【図2】振れ検出用の角速度センサの一例を示す構成図である。
【図3】ビデオカメラとカメラマンとの関係を示す図である。
【図4】手振れ補正手段としての頂角可変プリズムの一例を示す斜視図である。
【図5】頂角可変プリズムを有する振れ補正装置の要部構成を示す断面図である。
【図6】ピッチング用補正機構部の一例をその上部から見たときの構成図である。
【図7】第1の光学レンズの駆動手段を示す図である。
【図8】第1の光学レンズの正面図である。
【図9】頂角可変プリズムがアフォーカル系であることを示す図である。
【図10】頂角可変プリズムがアフォーカル系であることを示す図である。
【図11】手振れ補正時の頂角可変プリズムの説明図である。
【図12】手振れ補正のための一例を示すフローチャートである。
【図13】頂角可変プリズムの他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
10・・・ビデオカメラ、12・・・光学系、13・・・CCD、20・・・振れ補正機構部、22・・・頂角可変プリズム、35・・・第2の光学レンズ、36・・・第1の光学レンズ、38・・・第3の光学レンズ、G1〜G4・・・第1〜第4の円筒面、23,33・・・角速度検出器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging apparatus having a camera shake correction function. Specifically, in addition to the detection means for detecting the shaking of the imaging device body, a detection means for detecting the direction of the cameraman's face is provided, and a camera shake correction function is provided when the cameraman intentionally moves the camera body in the pan or tilt direction. By prohibiting, unintentional shake correction is prevented.
[0002]
[Prior art]
In recent video camera technology, which is an imaging device for consumers, high performance and high functionality are remarkable, and a camera with a camera shake correction function has already become common. Even in broadcast-use video cameras, there is a tendency to include this image stabilization function.
[0003]
When this camera shake correction function is installed in a video camera for news gathering, a camera stand (tripod) can be used to record images with no shake when shooting is not possible under favorable environmental conditions, or when shooting at telephoto. The correction rate for image shake due to such shakes is increased.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When such a camera shake correction function is installed in a video camera, image shake due to camera shake is eliminated, and it becomes easier to see. However, the conventional camera shake correction tends to correct and suppress even a cameraman's intentional pan and tilt operations.
[0005]
This is because even if the cameraman intentionally moves the video camera aiming at the pan or tilt effect, the camera shake correction function operates and correction is made so that the image on the screen does not move suddenly. When such a camera shake correction is performed, a back swing (commonly called a change) occurs as is well known, and the camera operation is uncomfortable.
[0006]
The ideal operation of the image stabilizer is to correct all shake components that are not intended by the person (cameraman) and to stop the shake of the image. Is to provide an image as intended without performing any correction operation. In this way, unnatural movement can be eliminated.
[0007]
As a solution to this problem, it is possible to discriminate between a shake component to be removed and an intentional pan and tilt motion component that should not be removed by capturing the characteristics of the signal from the vibration detection circuit. However, with this method, it is difficult to clearly distinguish between the intended shake and what is not. For this reason, the amplitude and frequency of shake to be removed are suppressed, but in fact, erroneous correction occurs when intentional panning or tilting is performed.
[0008]
When the camera is intentionally moved, if a push button or the like provided on the camera is additionally operated and shake correction is prohibited while the camera is pressed, the occurrence of back shaking can be avoided. However, this method requires the cameraman to add a new complicated operation in addition to the original operation of the camera, so he cannot concentrate on field coverage activities and is still practical for professional use. hard.
[0009]
Therefore, the present invention solves such a conventional problem, and proposes a video camera suitable for broadcasting business in which there is no sense of incongruity between operation and video.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, in the imaging apparatus having the camera shake correction function according to the first aspect of the present invention, at least a first detection that detects a change in the orientation of the imaging apparatus together with the camera shake correction unit that corrects the camera shake. The detection output from the first detection means and the second detection means for detecting a change in the orientation of the photographer's face, and the camera shake correction when both detection outputs are approximated. Control for prohibiting camera shake correction by stopping the driving of the means, and controlling the camera shake correction by driving the camera shake correction means based on the detection output from the first detection means when both detection outputs are not approximate characterized by chromatic and means.
[0011]
In the present invention, a change in the orientation of the imaging apparatus main body is detected by the first detection means, and a change in the orientation of the photographer's face is detected by the second detection means. The control means compares and discriminates these detection outputs . When both detection outputs are approximate, the control of the camera shake correction means is stopped to prohibit the camera shake correction, and when both detection outputs are not approximate, the first detection is performed. Based on the detection output from the means, the camera shake correction means is driven to perform camera shake correction.
[0012]
Specifically, the two detection outputs are compared and discriminated, and the camera shake correction function is prohibited when the two detection outputs are approximate. This is because when the cameraman's face moves in the same direction together with the imaging apparatus body, it can be determined that the imaging apparatus body has also moved in the same direction due to intentional (conscious) movement by the cameraman.
[0013]
Accordingly, when the two detection outputs are not approximate, it is determined that the movement is not conscious by the cameraman due to camera shake, and in this case, the camera shake correction means is controlled based on the first detection output as in the conventional case. Will be.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of an imaging apparatus having a camera shake correction function according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
The camera shake correction means used in the present invention is exemplified by an optical correction means, in particular, a case where the camera shake correction means is constituted by an optical axis angle variable optical mechanism that corrects camera shake by changing the optical axis. In this example, an apex angle variable prism is illustrated as the optical axis angle variable optical mechanism. As an image pickup apparatus, a video integrated camera (video camera) used for coverage is shown.
[0016]
FIG. 1 shows one embodiment of a video camera 10 for coverage provided with a shake correction device (camera shake correction means) having a variable apex angle prism. An object 11 is an image sensor via an optical system 12. In the example, the optical image of the subject is converted into an electrical signal (imaging signal) by the CCD 13 having a two-dimensional configuration. The imaging signal is converted into a composite or component color video signal by the
[0017]
A shake
[0018]
The shake
[0019]
As shown in FIG. 2, an angular velocity detector (vibration gyro) 23 is an angular velocity sensor 31 that detects a vibration component in the horizontal direction x (yawing and panning direction) and an angular velocity that detects a vibration component in the vertical direction y (pitching and tilting direction). A sensor constituted by the sensor 32 can be used, and the angular velocity sensor 31 is attached to the
[0020]
A vibration component Δx in the horizontal direction x is detected from the sensor 31, and a vibration component Δy in the vertical direction y is detected from the other sensor 32. These are given to the control unit 24 incorporating the CPU.
[0021]
The first angular velocity detector 23 is for detecting the shaking of the video camera body. In the present invention, in addition to this, a second angular velocity detecting means 33 for detecting the movement of the photographer's face is provided.
[0022]
The second angular velocity detector 33 has the same configuration as that of FIG. 2 and is attached to, for example, a cap H as shown in FIG. Since the hat H is used by being mounted on the head of the photographer K, the movement of the face can be detected by the second angular velocity detector 33.
[0023]
When the video camera is in use, as shown in FIG. 3, the subject 11 is directed toward the viewfinder VF with one eye applied. Therefore, when the cameraman consciously moves the video camera body to perform the pan or tilt operation, the face of the cameraman K also moves in the camera moving direction at the same time.
[0024]
This is because detection outputs (vibration components) Δx, Δy from the first angular velocity detector 23 provided in the main body of the video camera 10 in the case of a cameraman's conscious movement such as panning and tilting operations. The detection outputs (vibration components) Δxa and Δya from the second angular velocity detector 33 from the cameraman side are almost the same or approximate values.
[0025]
On the other hand, the video camera main body slightly moves during imaging of the subject 11 is a movement due to camera shake. In such a case, the face of the cameraman K does not move. Therefore, in this case, the detection output from the first angular velocity detector 23 and the detection output from the second angular velocity detector 33 usually do not coincide.
[0026]
The control unit 24 shown in FIG. 1 determines whether or not these coincide and do not coincide (approximate or not approximate), and when they coincide or approximate, hold the control signals Δx and Δy to the camera shake correction means. . When it is determined that the camera shake is caused by the mismatch, the swing angle of the video camera 10 is calculated from the vibration components Δx and Δy, and the rotation angle is such that the swing angle can be corrected. Control signals Δx ′ and Δy ′ are generated. These rotation angle control signals Δx ′ and Δy ′ are supplied to
[0027]
Here, the drive motor 27 is a drive motor for rotating the third
[0028]
Therefore, the conventional back shake does not occur during panning and tilting operations, and the same panning and tilting operations as a video camera without camera shake correction means can be realized.
[0029]
As described above, the variable
[0030]
FIG. 4 shows an example of the variable
[0031]
The second
[0032]
The first
[0033]
Similarly, the horizontal shake correction mechanism 22X is configured by the second convex flat lens 35B and the third
[0034]
Furthermore, the total focal length of the first to third
[0035]
The variable
FIG. 5 is a cross-sectional view parallel to the vertical axis (Y-Y ′) with respect to the optical axis, and the third surface G3 is the front side at substantially the center of the rectangular tube-shaped
[0036]
The first
[0037]
FIG. 6 is an exploded view as viewed from the upper surface side of FIG. 5, and a pair of
[0038]
On the other hand, on the second surface G2 side constituting the first
[0039]
Between the first and second optical lenses 35 (35A) and 36 and between the second and third optical lenses 35 (35B) and 38, guide means 39 for rotating in the curvature plane direction, respectively. 49 are arranged with the same curvature center curvature, so that the rotation of the first and third
[0040]
An example of the drive means 44 for rotating the first
[0041]
As shown in FIG. 7, the meshing surface of the
[0042]
Since the same configuration as described above is applied between the second optical lens 35 (35B) and the third
[0043]
Now, with respect to the
[0044]
It is assumed that BK7 is used as the material of the optical lens, the respective radii of curvature are all equal to R100 mm, and a gap of 1 mm is provided as the facing gap Δ. Then, as shown in FIG. 9, in the variable apex angle prism (tablet lens) of the concave and convex cylindrical surfaces having substantially the same radius and facing each other with a slight gap Δ (refractive index n 2 = 1.51633), When the radius of curvature is r1, the radius of curvature of the third surface G3 is r2, and the common refractive index of the two
[0045]
[Expression 1]
[0046]
The radius of curvature r2 is
r2 = (100 + 1) * (1.51633-1) = 100.51633
It becomes. A light beam parallel to the optical axis enters the first surface G1 of the first optical lens (plano-concave lens) at a height y1, and enters the second surface G2 of the radius r1 at the point P1 at the same height. If i1 is the angle formed by the normal between the light beam and the cylindrical surface and the optical axis, i1 is the angle of incidence of this light beam on the second surface G2. If the refraction angle of this ray is i2,
[Expression 2]
[0048]
Using the paraxial ray approximation,
[0049]
[Equation 3]
[0050]
It can be expressed as
[0051]
Next, if i3 is the angle between the refracted light and the incident optical axis,
[0052]
[Expression 4]
[0053]
It becomes. Furthermore, if the point at which this light ray enters the third surface (convex cylindrical surface) G3 of the second
[0054]
[Equation 5]
[0055]
Assuming that the angle formed by the normal of the third surface G3 at P2 and the optical axis is i4 and the radius of curvature is r2,
[Formula 6]
[0057]
Therefore [0058]
[Expression 7]
[0059]
Here, when i4 = i1, that is, when the inclinations of the normal lines of the first incident surface and the second incident surface are equal and the refractive indexes of both the
[0060]
Next, a case where the refractive index of the second optical lens 35 (35B) is different from that of the first
[0061]
As shown in FIG. 10, when the refractive index of the
[0062]
[Equation 8]
[0063]
In this case as well, the above holds up to (Equation 7). However, since the refractive indexes of the two
[0064]
[Equation 9]
[0065]
Therefore, the angle i7 formed by the light beam refracting P2 with the optical axis can be expressed as follows.
[0066]
[Expression 10]
[0067]
If the value in [] in the above equation is 0, i7 = 0, and the refracted light beam is parallel to the optical axis, and is parallel to the optical axis after passing through the plane of the plano-convex lens. Since this parallel condition is satisfied if the condition of (Equation 8) is satisfied, (Equation 8) is an afocal condition in the variable
[0068]
For example, when only the first
(N1 / n2) sinθ = sin (θ + α)
When θ is infinitely close to zero,
(N1 / n2) θ = (θ + α)
∴α = {(n1 / n2) -1) θ
It becomes. Here, the refractive index n1 of the first
n1 = 1.5
Since the refractive index of air n2 = 1,
α = 0.5θ
It becomes. Thus, when the first
[0069]
The relationship between the second optical lens 35B and the third
[0070]
Therefore, when the shake correction apparatus is mounted for correcting the camera shake with respect to the video camera 10 as shown in FIG. 1, the control unit 24 executes a correction process as shown in FIG.
[0071]
As shown in the figure, vibration components Δx, Δy, Δxa, Δya from the angular velocity sensors 23, 33 are taken in (steps 61, 62), respectively, and among these components, Δx, Δxa, and Δ A match or mismatch between y and Δya is determined (step 63).
[0072]
When they are coincident or approximate, it is not determined that the camera shake has occurred, and in this case, the immediately preceding correction values Δx and Δy are held (step 64). That is, camera shake correction is not performed.
[0073]
On the other hand, when the two components are not approximate, it is determined that the camera shakes, and in this case, control signals (new target values) Δx ′ and Δy ′ for obtaining a rotation angle sufficient to correct the camera shake are obtained. The calculated rotation angle control signal having the calculated appropriate correction value is supplied to the
[0074]
FIG. 13 shows another embodiment of the variable
[0075]
In FIG. 1, the above-mentioned second angular velocity detector 33 is mounted on the head by using a hair band ring, belt, headset vine or the like with this detector as the head mounting means. This allows the detector and head movements to be integrated.
[0076]
In addition, the detector main body 33A shown in FIG. 2 is provided with attachment means such as a pinch, clip, velcro, hook, string or belt, and this is attached to a hat, a hair band, a spectacle frame, etc. The movement can be integrated.
[0077]
In the example described above, the present invention is applied to a video camera. However, the present invention is not limited to this, and it is obvious that the present invention can be applied to a camera shake correction system such as a movie camera or a still camera.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, the present invention detects not only the main body of the imaging apparatus but also the movement of the cameraman's face at the same time, and based on these vibration components, determines whether the cameraman's conscious movement is a mere camera shake or not. It is intended to be controlled.
[0079]
According to this, when a cameraman consciously moves the imaging device, such as panning or tilting operation, camera shake correction is prohibited, so there is no back shaking as in the conventional case, and there is no image stabilization function. It has the feature that can record the exact same image.
[0080]
Even if it is a conscious movement by a cameraman, it is not necessary to perform special key operations, so that the cameraman can concentrate on field coverage activities, and is particularly suitable for application to a business video camera or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of a main part showing an embodiment when an imaging apparatus having a camera shake correction function according to the present invention is applied to a video camera for coverage.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of an angular velocity sensor for shake detection.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a video camera and a photographer.
FIG. 4 is a perspective view illustrating an example of a vertex angle variable prism as a camera shake correction unit.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main configuration of a shake correction apparatus having a variable apex angle prism.
FIG. 6 is a configuration diagram of an example of a pitching correction mechanism section as viewed from above.
FIG. 7 is a diagram illustrating a driving unit for the first optical lens.
FIG. 8 is a front view of a first optical lens.
FIG. 9 is a diagram showing that the variable apex angle prism is an afocal system.
FIG. 10 is a diagram showing that the vertex angle variable prism is an afocal system.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a vertex angle variable prism at the time of camera shake correction.
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example for camera shake correction.
FIG. 13 is a perspective view showing another example of a variable apex angle prism.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Video camera, 12 ... Optical system, 13 ... CCD, 20 ... Shake correction mechanism part, 22 ... Vertical angle variable prism, 35 ... 2nd optical lens, 36. ..First
Claims (6)
カメラマンの顔の向きの変化を検知する第2の検出手段と、
上記第1および第2の検出手段からの検出出力を比較判別し、両検出出力が近似しているときには上記手振れ補正手段の駆動を停止して手振れ補正を禁止し、
両検出出力が近似していないときは上記第1の検出手段からの検出出力に基づいて上記手振れ補正手段を駆動制御して手振れ補正を行う制御手段とを有することを特徴とする手振れ補正機能を有した撮像装置。At least a first detection unit that detects a change in the orientation of the imaging apparatus together with a camera shake correction unit that corrects camera shake;
Second detection means for detecting a change in the orientation of the photographer's face ;
The detection output from the first and second detection means is compared and determined, and when both detection outputs are approximate, the drive of the shake correction means is stopped and the shake correction is prohibited.
Image stabilizer characterized by chromatic and control means for performing camera shake correction by driving and controlling the camera shake correction means based on a detection output from said first detection means when both detector outputs are not similar An imaging apparatus having
光軸角度を可変して手振れを補正するようにしたことを特徴とする請求項1記載の手振れ補正機能を有した撮像装置。The camera shake correction means is composed of an optical axis angle variable optical mechanism,
2. An image pickup apparatus having a camera shake correction function according to claim 1, wherein the camera shake is corrected by changing the optical axis angle.
その一面が円筒面となされた第3の光学レンズが水平方向に回動自在に構成された頂角可変プリズムが使用されたことを特徴とする請求項1記載の手振れ補正機能を有した撮像装置。The camera shake correction means is composed of three optical lenses arranged close to each other, and a first optical lens whose one surface is a cylindrical surface is configured to be rotatable in the vertical direction,
2. An imaging apparatus having a camera shake correction function according to claim 1, wherein a variable vertex angle prism is used in which the third optical lens whose one surface is a cylindrical surface is configured to be rotatable in the horizontal direction. .
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