JPH0636571B2 - 撮影装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ビデオテープレコーダ等の録画装置と組み合
わせて使用されるビデオカメラ等の撮影装置で、特に撮
影装置の揺動にかかわらず安定した画像を得ることので
きる防振機能を有する撮影装置に関するものである。

従来の技術 近年、映像機器の性能の向上はめざましく、高品位な画
像が極めて容易に得られるようになってきている。それ
にともない、撮影技術にも高度なものが要求されてい
る。その１つが、従来、安定した画像を得ることができ
なかった場所、例えば、走行中の自動車、航空機、馬上
等からの撮影である。そしてそのような目的のために、
撮影者及び撮影装置の揺動にかかわらず、安定した画像
を得ることのできる防振機能を有する撮影装置が提案さ
れている。

以下、図面を参照しながら従来の防振機能を有する撮影
装置について説明する。第10図は従来の防振機能を有す
る撮影装置の構成図である。 701はレンズ部と撮像素子
を含む撮像部である。 702は撮像部 701に対するカウン
タウェイトであり、連結棒 703によって撮像部 701と機
械的に結合されている。 705は継手であって、連結棒 7
03と支持棒 704を回動可能に結合している。撮影者は支
持棒 704を支持することによってこの撮影装置の操作を
行なう。以上のような構成において、撮像部 701、連結
棒 703、カウンタウェイト 702とで構成される可動部 7
06の重心Ｇが、継手 705の付近に位置するように、カウ
ンタウェイト 702の調整を行なう。すると可動部 706は
継手 705のまわりに大きな慣性モーメントをもつことに
なる。従って、何らかの原因によって撮影者の支持する
支持棒 704が突然傾いたとしても、可動部 706のもつ慣
性モーメントの作用によって、可動部 706、つまり撮像
部 701の姿勢は傾くことなく一定に保たれる。すなわ
ち、前述のような撮影者自体が揺動する場所における撮
影においても安定した画像を得ることができる。例えば
ジョン・ユルゲンス；ステェディカムの設計；エス・エ
ム・ピー・ティー・イーの報告、87巻、1978年９月 第
587ページ（ John Jurgens 「Steadicam as a Desi
gn Problem 」，SMPTE jounal Vol．87，Sep，1978，
P587）等が先行技術としてある。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、この従来例においてはその防振特性が固
定であるという問題点がある。すなわち、撮影条件が変
化しても、それに応じて防振特性を変化させることが困
難である。例えば、撮影者が撮影装置を持ち、歩行しな
がら撮影を行なう場合には、撮影者が足を運ぶ周期の画
面ブレが発生する。一方、撮影者が自動車やヘリコプタ
等の上から撮影を行なう場合には、路面状態や発動機の
回転数に応じた画面ブレが発生する。前者と後者とでは
発生する画面ブレの周期が異なり、もし従来例に示した
装置において前者の撮影条件で画面ブレを抑制できるよ
うに防振特性を選ぶと、後者の撮影条件の下では防振の
効果は充分得ることができるが、撮影装置は撮影者の操
作に速応できず、操作性に問題が出る。逆に後者の撮影
条件で画面ブレを抑制できるように防振特性を選ぶと前
者の撮影条件の下では防振の効果は充分得ることができ
ない。このように、この種の防振機能を有する撮影装置
において、画面ブレを抑制するという要素と、撮影者の
操作に対する速応性という要素は相反する部分があり、
画面ブレを抑制するための防振特性は、撮影条件に応じ
て変化させることができることが望ましい。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、撮影条件に
応じて防振特性を変化させることのできる撮影装置を提
供することを目的としている。

問題点を解決するための手段 本発明の装置は、レンズ部と撮像素子を含む鏡胴部と鏡
胴部を回動可能に支持する支持体と、供給電力に応じて
鏡胴部と支持体との間に回転力を発生するアクチュエー
タ手段と、鏡胴部の慣性角速度を検出する慣性角速度検
出手段と、鏡胴部と支持体の相対位置関係を検出する相
対角度検出手段と、慣性角速度検出手段の出力信号と相
対角度検出手段の出力信号を合成する合成手段と、合成
手段の合成信号に比例した回転力をアクチュエータ手段
に発生せしめる電力を供給する駆動手段と、パンニング
動作を指示するためのスイッチ手段と、スイッチ手段に
応じて慣性角速度検出手段の検出利得と相対角度検出手
段の検出利得の相対比を変化させる相対比可変手段とを
備えることにより、上記の目的を達成したものである。

作用 本発明は上記の構成とすることにより、電気−機械的に
防振機能を実現し、スイッチ手段と相対比可変手段によ
って、撮影者がその防振特性を撮影条件に応じて変化さ
せることが可能である。

実施例 以下本発明の撮影装置の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。第１図は本発明の実施例を示す構成
図である。第１図において、鏡胴部は 101で示されてお
り、鏡胴部 101は被写体からの光を収束させるためのレ
ンズ部 102と、光学像を電気信号に変換する撮像素子 1
03とで構成される。 104は鏡胴部 101を回動軸 105まわ
りに回動自在に支持する支持体であり、この撮影装置の
操作はこの支持体 104を介して行なう。 106は鏡胴部 1
01と支持体 104の間に回動軸 105まわりに回転力を発生
するアクチュエータである。 107は鏡胴部 101に取り付
けられ、鏡胴部 101の慣性角速度を検出する慣性角速度
検出素子であり、 108は慣性角速度検出素子 107の出力
信号を処理して慣性角速度信号を出力する慣性角速度検
出器である。 109は鏡胴部 101と支持体 104の相対角度
検出する相対角度検出素子であり、 110は相対角度検出
素子 109の出力信号を処理して相対角度信号を出力する
相対角度検出器である。 111は撮影装置の操作者がパン
ニング操作を指示した時にその出力信号がアクティブに
なる利得切替信号発生器である。 112、 113は、利得切
替信号発生器 111の出力信号に応じて、それぞれ慣性角
速度検出利得、相対角度検出利得を切替える。角速度検
出利得切替器 112を経た慣性角速度検出器 108の出力信
号と、角度検出器切替器 113を経た相対角度検出器 110
の出力信号は合成器 114で合成される。115 は合成器 1
14によって合成された信号に応じてアクチュエータ 106
に電力を供給する駆動器である。

次にそれぞれの構成要素の動作を説明する。まず第２図
は慣性角速度検出手段の具体的な構成を示すものであっ
て、慣性角速度検出素子 107と、慣性角速度検出器 108
から成る。強制振動回路201 は所定周波数の正弦波発振
回路を有し、その発振信号によって慣性角速度検出素子
107の圧電素子でつくられたドライブエレメント 202を
強制的に振動させている。圧電素子で作られたセンスエ
レメント 203はドライブエレメント 202と機械的に接触
して配置されているので、ドライブエレメント 202と共
に同じ周波数で振動する。このとき鏡胴部 101が慣性座
標において回動軸 105のまわりで回転動作すると、強制
振動と同じ周波数で、鏡胴部 101の慣性角速度に比例し
た大きさのコリオリの力がセンスエレメント 203に発生
する。センスエレメント 203はこのコリオリの力によっ
て機械歪を生じ、圧電作用によって電気信号を発生す
る。センスエレメント 203の出力を同期検波回路204 に
よって強制振動と同じ周波数で同期検波し、ローパスフ
ィルタ 205によって平滑化を行なえば、鏡胴部 101の回
胴軸 105まわりの慣性角速度に比例する信号ａが得られ
る。

第３図は相対角度検出手段の具体的な構成を示すもので
あって、相対角度検出素子 109と、相対角度検出器 110
とから成る。相対角度検出素子109 はホール素子であ
り、支持体 104に取付られる。この相対角度検出素子 1
09と対向する鏡胴部 101側には、第４図(a)に示すよう
に磁石 116が配置される。そして磁石 116は支持体 104
と鏡胴部 101の相対角度に応じた磁場を相対角度検出素
子 109上に発生するように着磁される（第４図(b)）。
するとこの磁石 116の作用により、相対角度検出素子 1
09の出力端ＸＸ′には入力端ＹからＹ′へ流れる電流
と、相対角度検出素子 109に加えられた磁場の強さの積
に比例した電圧が発生する。第３図においては、相対角
度検出素子 109の入力端ＹからＹ′へ流れる電流は電流
制限抵抗 206、 207によって固定されるため、出力端Ｘ
Ｘ′に発生する電圧は磁場の強さに比例したものとな
る。すなわち、出力端ＸＸ′に発生する電圧を検出する
ことによって、鏡胴部 101と支持体 104の相対角度を検
出することができる。相対角度検出器 110は演算増幅器
208と抵抗 209、210 、211 、212 からなる差動増幅器
であって、相対角度検出素子109 の出力を所定倍に差動
増幅し、出力信号ｂを得ている。

第５図は、利得切替信号発生器 111と角速度検出利得切
替器 112と角度検出利得切替器 113と合成器 114の具体
的な構成を示すものである。利得切替信号発生器 111は
切替スイッチ 213で構成され、撮影者が撮影装置を操作
して意図的に画面を変化させる操作（以下パンニング操
作と呼ぶ）を行なう時には切替スイッチ 213を第５図の
状態（＋12Ｖ側）とし、パンニング操作時以外で撮影装
置の揺動等の原因による画面ブレを抑えたい時には切替
スイッチ 213を＋12Ｖ側から接地側へ切替える。従って
利得切替信号発生器 111の出力信号は、パンニング操作
を行なう時は＋12Ｖに、それ以外の場合は接地電位とな
る。角速度検出利得切替器 112は、利得切替信号発生器
111の出力信号によって駆動されるソレノイド 214と、
ソレノイド214 に発生する電磁力によって切替わるリレ
ー接点 215と、抵抗 216、 217から成る。角度検出利得
切替器 113は角速度検出利得切替器 112と同様な構成
で、ソレノイド 218、リレー接点 219、抵抗 220、 221
から成る。利得切替信号発生器111 の出力信号が＋12Ｖ
の状態、すなわちパンニング操作を指示した場合には、
慣性角速度検出器 108の出力信号ａは抵抗 216を経て合
成器 114へ導びかれる。逆に利得切替信号発生器の出力
信号が接地電位の場合にはリレー接点215 が切替わり、
慣性角速度検出器 108の出力信号ａは抵抗 217を経て合
成器 114へ導びかれる。角度検出利得切替器113 の動作
も同様で、パンニング操作を指示した場合には、相対角
度検出器 110の出力信号ｂは抵抗 220を経て合成器へ導
びかれ、逆の場合は抵抗 221を経て合成器へ導びかれ
る。合成器 114は演算増幅器 223と抵抗 222から成り、
入力端に流れ込む電流Ｉa 、Ｉb を加算し、それに比例
した出力信号ｃを出力する。

第６図は駆動器 115の具体的な構成を示すもので、演算
増幅器 225と駆動用トランジスタ 226、227 と電流検出
抵抗 228とで構成される。合成器114 の出力信号ｃでは
演算増幅器 225の非反転入力端子に加えられる。演算増
幅器 225は非反転入力端子の電位と、反転入力端子の電
位、すなわちアクチュエータ 106のコイル 229を流れる
電流によって電流検出抵抗 228に発生する電圧とを等し
くするように動作する。そのため、アクチュエータ 106
のコイル 229には合成器 114の出力信号に比例した電流
が流れることになる。

第７図はアクチュエータ手段の具体的な構成を示すもの
で、磁石 230と、コイル 229(a)、229(b)と、強磁性体
でできたバックヨーク 231(a)、231(b)が回動軸 105ま
わりに配置されている。磁石 230はバックヨーク 231
(a)を介して鏡胴部 101と結合され、第７図(b)に示すよ
うに着磁されている。一方、コイル 229(a)、 229(b)は
バックヨーク 231(b)を介して支持体 104と結合され、
第７図(c)に示すようにコイル 229(a)、 229(b)が配置
されている。いま、コイル 229(a)、 229(b)に電流が流
れると、磁石 230とコイル 229(a)、 229(b)の間に電磁
力が生じ、第７図の構成の下では、回動軸 105まわり
に、電流の大きさに応じた回転力を生じる。

次に、本発明の撮影装置の防振機能について説明する。
慣性座標から見た鏡胴部 101の回動軸105 まわりの角度
θ_ｍ、慣性角速度をω_ｍ、同じく慣性座標から見た支持
体 104の角度をθ_ｏとする時、第１図の構成の撮像装置
の防振機能の制御ブロック図は第８図のようになる。鏡
胴部 101と支持体104 の相対角度θ_ｏ−θ_ｍは、相対角
度検出素子109 により検出される。相対角度検出素子 1
09と相対角度検出器 110と、角度検出利得切替器 113
は、第８図のブロック 301で表わされ、相対角度θ_ｏ−
θ_ｍのＢ倍の信号ｂ′を得る。鏡胴部 101の慣性角速度
ω_ｍは慣性角速度検出素子 107と慣性角速度検出器 108
によって検出される。慣性角速度検出素子 107と慣性角
速度検出器 108と、角速度検出利得切替器 112は、ブロ
ック 302で表わされ鏡胴部 101の慣性角速度ω_ｍのＡ倍
の信号ａ′を得ている（なお、平滑化に使用するローパ
スフィルタ 205の影響は、その通過周波数帯域を適当に
選ぶことにより無視することができる）。信号ａ′と
ｂ′は加算点 303（合成器 114）において加算、合成さ
れ、信号ｃを得る。駆動器 115とアクチュエータ 106は
ブロック 304で表わされ、合成器 114の出力信号ｃの大
きさに比例した回転力Ｔ_ａを、鏡胴部 101と支持体 105
の間に発生する。ここにｇ_ｍは駆動器 115の電圧−電流
変換利得、ｋ_ｔはアクチュエータ 106のトルク定数であ
る。ブロック 305は鏡胴部 101の機械的な慣性モーメン
トＪ_ｍによる回転力Ｔ_ａから角速度ω_ｍへの伝達を表わ
し、ブロック 306はω_ｍとθ_ｍの関係を表わす。ここに
Ｓはラプラス演算子を意味している。

いま、 Ｄ＝Ｂ・ｇ_ｍ・ｋ_ｔ／Ｊ_ｍ ……(1) Ｆ＝Ａ・ｇ_ｍ・ｋ_ｔ／Ｊ_ｍ ……(2) とすると、支持体 104の角度θ_ｏから、鏡胴部101 の角
度θ_ｍへの伝達関数は、 Ｇ(s)＝θ_ｍ(s)／θ_ｏ(s) ＝Ｄ／（Ｓ^２＋Ｆ・Ｓ＋Ｄ） ……(3) となる。ここで、 ω_１＝２π・ｆ_１ ＝Ｄ／Ｆ ……(4) ω_２＝２π・ｆ_２ ＝Ｆ ……(5) とおくときに ω_１≪ω_２ ……(6) となしている。従って周波数伝達関数Ｇ（ｊω）の折線
近似ボード線図は第９図のようになる。すなわち慣性座
標から見た支持体 104の角度θ_ｏに対する鏡胴部 101の
角度θ_ｍの伝達特性Ｇ（ｊω）は、第１の折点周波数ｆ
_１以下の周波数範囲においては１（０dB）となり（線
）、ｆ_１以上で第２の折点周波数ｆ_２以下の周波数範
囲では、−６dB／oct で減衰し（線）、ｆ_２以上の周
波数範囲では−12dB／oct で減衰している（線）。第
９図より、ｆ_１以上の周波数範囲において、θ_ｏの振動
からθ_ｍの振動への伝達量は小さくなる。その程度は０
dB（線）と特性線の間の差Ｚによって表わされる。

一方、撮影者の操作に対する撮影装置の速応性は第１の
折点周波数ｆ_１に大きく左右される。撮影者の操作に対
する応答時間は、ほぼｆ_１の逆数に比例する。従って防
振の効果と、速応性は両立させることが困難である。

そこで、防振の効果よりも速応性を重視するような撮影
条件（例えば被写体が移動している場合、パンニング
等、撮影者が意図的に画角を移動させる場合等）では第
１の折点周波数を高く設定し（ｆ_１′）、第９図におい
て線、線、線で表わされるような特性とし、逆に
防振の効果が重視される撮影条件においては、防振の効
果Ｚが大きくなるように第１の折点周波数を低く設定し
（ｆ_１）、線、線、線で表わされるような特性と
する。

いま、第１の折点周波数がｆ_１、第２の折点周波数がｆ
_２のときの、慣性角速度検出利得をＡ、相対角度検出利
得をＢとし、第１の折点周波数がｆ_１′、第２の折点周
波数がｆ_２′のときの、慣性角速度検出利得をＡ′、相
対角度検出利得をＢ′とすると、 ｆ_１ Ｂ／（２π・Ａ） ……(7) ｆ_２ Ａ・ｇ_ｍ・ｋ_ｔ／（２π・Ｊ_ｍ）……(8) ｆ_１′Ｂ′／（２π・Ａ′） ……(9) ｆ_２′Ａ′・ｇ_ｍ・ｋ_ｔ／（２π・Ｊ_ｍ）……(10) である。従って、Ａ′、Ｂ′は、 Ａ′＝（ｆ_２′／ｆ_２）・Ａ ………(11) Ｂ′＝（ｆ_２′／ｆ_２）・（ｆ_１′／ｆ_１） ・Ｂ ………(12) である。

本実施例においては、利得切替信号発生器 111の切替ス
イッチ 213が接地側にあるときに、慣性角速度検出利得
Ａとなるよう慣性角速度検出器108 の利得、あるいは抵
抗 217の抵抗値を調整し、相対角度検出利得がＢとなる
よう相対角度検出器110 の利得、あるいは抵抗 221の抵
抗値の調整を行ない、次に抵抗 216の抵抗値を抵抗 217
の抵抗値の（ｆ_２／ｆ_２′）倍に、抵抗 220の抵抗値を
抵抗221 の抵抗値の（ｆ_２／ｆ_２′）×（ｆ_１／
ｆ_１′）倍とすることによって、利得切替信号発生器 1
11の切替スイッチ 213を＋12Ｖ側に切替えれば、慣性角
速度検出利得をＡ′、相対角度検出利得をＢ′とするこ
とができる。すなわち、撮影者は速応性を重視する場合
には利得切替信号発生器 111の切替スイッチ 213を＋12
Ｖ側としてパンニング操作を指示し、逆に防振の効果を
重視する場合には切替スイッチ 213を接地側とすること
によって前述の目的を達成することができる。

次に、慣性角速度検出利得、相対角度検出利得の好まし
い設定について説明する。パンニング動作を指示した時
の相対角度検出利得と慣性角速度検出利得の相対比をパ
ンニング動作を指示しない時の相対比よりも２倍以上大
きくする。すなわち、 Ｂ′／Ａ′＞２×Ｂ／Ａ ……(13) とする。上式に第(7)式、第(9)式と変形して代入すれ
ば、 ２π×f₁′＞２×２π×f₁ (14) となる。第９図の特性図における第１の折点周波数が、
速応性に対応することは前述のとおりであり、第(13)式
に示されるように各検出利得の相対比を設定することに
より、撮影条件に応じて防振特性を変化させ、防振効果
と速応性を両立させるという本発明の目的を達成するこ
とができる。

発明の効果 以上のように本発明は、撮影者がパンニング動作を指示
するためのスイッチ手段と、相対角度検出利得と、慣性
角速度検出利得の相対比を変化させる相対比可変手段と
を設けることにより、撮影装置の支持物の振動にかかわ
らず安定した画像を得ることのできる防振機能を有する
撮影装置において、撮影条件に応じてその防振特性を容
易に切替えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の撮影装置の実施例における構成図、第
２図は、慣性角速度検出素子と慣性角速度検出器を示す
図、第３図は相対角度検出素子、相対角度検出器を示す
図、第４図は相対角度検出素子の配置を示す図、第５図
は利得切替信号発生器、角速度検出利得切替器、角度検
出利得切替器、合成器を示す図、第６図は駆動器を示す
図、第７図はアクチュエータを示す図、第８図は本発明
のブロック図、第９図は、第８図のブロック図における
支持体の角度θ_ｏから鏡胴部の角度θ_ｍへの伝達特性を
示すボード線図、第10図は従来の撮影装置の構成図であ
る。 101……鏡胴部、 102……レンズ部、 103……撮像素
子、 104……支持体、 105……回動軸、 106……アクチ
ュエータ、 107……慣性角速度検出素子、 108……慣性
角速度検出器、 109……相対角度検出素子、 110……相
対角度検出器、 111……利得切替信号発生器、 112……
角速度検出利得切替器、 113……角度検出利得切替装
置、 114……合成器、 115……駆動器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体からの光を光学的に結像させるレン
   ズ部と、前記レンズ部により得られる光学像を電気的情
   報に変換する撮像素子と、前記レンズ部と前記撮像素子
   を機械的に結合し光軸を形成する鏡胴部と、前記鏡胴部
   を所定の回動軸に対して回動可能に支持する支持体と、
   前記鏡胴部と前記支持体との間に回転力を発生するアク
   チュエータ手段と、前記鏡胴部の前記回動軸まわりの慣
   性角速度を検出する慣性角速度検出手段と、前記鏡胴部
   と前記支持体の相対位置関係を検出する相対角度検出手
   段と、前記慣性角速度検出手段の出力信号と前記相対角
   度検出手段の出力信号を合成する合成手段と、前記合成
   手段の合成信号に比例した回転力を前記アクチュエータ
   手段に発生せしめる電力を供給する駆動手段と、第１の
   状態が防振撮影にまた第２の状態がパンニング撮影に対
   応する操作スイッチとを具備し、第１の状態での慣性角
   速度検出手段の出力信号Ａと相対角度検出手段の出力信
   号Ｂの合成比率Ｋ＝Ｂ／Ａに対して、第２の状態での慣
   性角速度検出手段の出力信号Ａ′と相対角度検出手段の
   出力信号Ｂ′の合成比率Ｋ′＝Ｂ′／Ａ′を２倍以上大
   きくしたことを特徴とする撮影装置。