JPH0640664B2 - 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、支持体（本体ケース）の振動にかかわらず鏡
筒部の振動を極力小さくする防振機構を有する撮影装置
に関するものであり、特に携帯用のビデオカメラ等に利
用可能な小型軽量の撮影装置を提供するものである。

従来の技術 従来の防振機構には、空気圧や油圧により支持台から定
盤等への振動の伝達を抑制した防振機構が広く利用され
ている。第１６図に、このような従来の防振機構の構成
を表わす断面図を示す。

第１６図に於いて、定盤５０１と支持台５０２の間には
空気室５０５が形成されており、空気圧縮機５０４から
管５０３を通じて圧縮空気が送り込まれる。その結果、
定盤５０１と支持台５０２の間にはバネ性の非常に弱い
空気層が形成される。従って、支持台５０２が大きく振
動しても、定盤５０１にはその振動がほとんど伝達され
ない。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の防振機構では、圧縮空気を利用してい
るために空気室５０５が必要であり、形状が大きくな
る。さらに、圧縮機が必要であり、音が大きく、設置面
積も大きくなる。従って、このような従来の防振機構を
携帯用のビデオカメラの防振に使うことはできない。

本発明は、このような点を考慮し、携帯用のビデオカメ
ラにも利用可能な小型軽量で高性能の防振機構を有する
撮影装置を新に開発したものである。

問題点を解決するための手段 本発明の撮影装置は、複数のレンズと撮像素子を搭載さ
れた鏡筒部と、前記撮像素子に得られる電気信号から画
像信号を作り出す画像信号処理手段と、前記鏡筒部への
入射光線軸と直交もしくは略直交する回転軸回りに前記
鏡筒部を回動自在に支承する支持体と、前記鏡筒部と前
記支持体の間に取りつけられ、前記鏡筒部を回転駆動す
るアクチュエータ手段と、前記鏡筒部と前記支持体の相
対角度を検出する位置検出手段と、前記回転軸回りの前
記鏡筒部の慣性角速度を検出する角速度検出手段と、前
記位置検出手段の出力信号と前記角速度検出手段の出力
信号を合成した合成信号を出力する合成手段と、前記合
成手段が出力する合成信号の変動を抑制するように前記
アクチュエータ手段に電力を供給する駆動手段と、前記
位置検出手段の出力信号が第１の所定範囲外になったこ
とによりパンニング動作の開始を検出し、前記角速度検
出手段の出力の出力信号が第２の所定範囲内になったこ
とによりパンニング動作の終了を検出するパン動作検出
手段と、前記パン動作検出手段の出力信号により前記合
成手段の動作を変更させ、前記合成手段の出力信号が前
記角速度検出手段の出力信号には無関係になるようにし
て、前記位置検出手段の出力信号により前記合成手段の
出力信号が変化するようにする動作変更手段とを具備す
るものである。

また、本発明の撮影装置は、複数のレンズと撮像素子を
搭載された鏡筒部と、前記撮像素子に得られる電気信号
から画像信号を作り出す画像信号処理手段と、前記鏡筒
部への入射光線軸と直交もしくは略直交する回転軸回り
に前記鏡筒部を回動自在に支承する支持体と、前記鏡筒
部と前記支持体の間に取りつけられ、前記鏡筒部を回転
駆動するアクチュエータ手段と、前記鏡筒部と前記支持
体の相対角度を検出する位置検出手段と、前記回転軸回
りの前記鏡筒部の慣性角速度を検出する角速度検出手段
と、前記位置検出手段の出力信号と前記角速度検出手段
の出力信号を合成した合成信号を出力する合成手段と、
前記合成手段が出力する合成信号の変動を抑制するよう
に前記アクチュエータ手段に電力を供給する駆動手段
と、前記位置検出手段の出力信号と該出力信号の微分信
号との合成値が第１の所定範囲外になったことによりパ
ンニング動作の開始を検出し、前記角速度検出手段の出
力信号が第２の所定範囲内になったことによりパンニン
グ動作の終了を検出するパン動作検出手段と、前記パン
動作検出手段の出力信号により前記合成手段の動作を変
更させ、前記合成手段の出力信号が前記角速度検出手段
の出力信号には無関係になるようにして、前記位置検出
手段の出力信号により前記合成手段の出力信号が変化す
るようにする動作変更手段とを具備するものである。

作用 本発明は、上記の構成にすることによって、鏡筒部と支
持体の相対位置および鏡筒部の角速度を検出し、その両
者の変動を抑制するように鏡筒部をアクチュエータ手段
により駆動・制御し、鏡筒部の振動を大幅に低減したも
のである。さらに、動作変更手段によって、パンニング
動作中には鏡筒部と支持体の相対角度だけに応動する信
号によって制御をかけることにより制御特性を向上さ
せ、パンニング動作における鏡筒部の動きの遅れを実用
上十分小さくし、鏡筒部と支持体の衝突を防止してい
る。

実施例 第１図に本発明の実施例を表わす構成図を示す。第１図
において、撮影装置（ビデオカメラ）の鏡筒部１には多
数のレンズ群（図示を省略）と撮像素子４１（たとえ
ば、ＣＣＤ板や撮像管）が取りつけられ、被写体からの
反射光を集光させて撮像素子４１に結像させ、電荷信号
（電気信号）に変換する。画像信号処理器４２は、撮像
素子４１に得られた電荷信号を逐次読み出し、ＮＴＳＣ
方式の画像信号（ビデオ信号）を作り出している。鏡筒
部１と本体ケース２（支持部）の間に配置されたアクチ
ュエータ３は、その回転軸４を回転中心として鏡筒部１
を所定方向（ヨー方向）に回転駆動している（使用状態
において、鏡筒部１はほぼ水平面上を該当方向として回
動自在になされている）。アクチュエータ３の回転軸４
は、鏡筒部１の重心Ｇを通り、本体ケース２に回転可能
に支承されている。なお、図面では省略したが、本体ケ
ース２には撮影装置の操作者が手で支持するグリップ部
分を設けてある。

第２図(a)，(b)，(c)にアクチュエータ３の具体的な構
成を示す。第２図に於いて、マグネット１０２の強磁性
体製のバックヨーク１０１は鏡筒部１に取りつけられ、
回転軸４と共に回転する。マグネット１０２は４極に着
磁され、界磁磁束を発生している。回転軸４の軸受１０
７が取りつけられたコイルヨーク１０３には、コイル１
０４ａ，１０４ｂとホール素子（感磁素子）５が固着さ
れている。本例では、マグネット１０２が鏡筒部１に取
りつけられ、コイルヨーク１０３が本体ケース２に取り
つけられている（なお、この関係が逆になってもよ
い）。コイル１０４ａと１０４ｂは直列に接続され、端
子１０５から１０６に流れる電流とマグネット１０２の
磁束によって回転トルクを発生する。また、ホール素子
５はマグネット１０２の磁極の切り換え部分にほぼ対向
して配置され、マグネット１０２（鏡筒部１の角度位置
θｍ）とコイルヨーク１０３（本体ケース２の角度位置
θｘ）の相対的な角度位置（θｈ＝θｘ−θｍ）に対応
した出力信号を発生する。なお、θｍは絶対空間の座標
系（慣性座標）からみた回転軸４の回りの鏡筒部１の角
度であり、θｘは同じ慣性座標からみた回転軸４の回り
の本体ケース２の角度である。

アクチュエータ３のマグネット１０２の磁束を検知する
ホール素子５の出力信号ａは位置検出器１１に入力され
る。第３図に位置検出器１１の具体的な構成を示す。ホ
ール素子５の２つの出力端子に得られる直流信号を、演
算増幅器１１１と抵抗１１２，１１３，１１４，１１５
からなる差動増幅回路によって所定倍に差動増幅し、出
力信号ｃを得ている。

また、振動型ジャイロからなる角速度センサ６が、鏡筒
部１に固定部材７によって取りつけられている。角速度
センサ６の検出軸はアクチュエータ３の回転軸４と一致
しており、慣性座標における鏡筒部１の回転軸４の回り
の回転角速度（すなわち慣性角速度）に応動した出力信
号ｂを出力する。角速度センサ６の出力信号ｂは角速度
検出器１２に入力され、慣性座標からみた鏡筒部１の回
転軸４の回りの角速度ωｍ（すなわち慣性角速度ωｍ）
に比例、もしくは角速度ωｍの所定周波数範囲の成分に
比例した信号ｄを得ている。第４図に角速度検出器１２
の具体的な構成を示す。強制振動回路１３３は所定周波
数（１kHz）の正弦波発振回路を有し、その発振周波数
信号によって角速度センサ６の圧電素子で作られたドラ
イブ・エレメント１３１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１３２はドライブ
・エレメント１３１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１３１と共に同じ周波数で
振動する。このとき、鏡筒部１が慣性座標において回転
軸４の回りで回転動作すると、力学的なコリオリ力が発
生する。コリオリ力はセンス・エレメント１３２の直交
する２軸の角速度の積に比例するので、慣性座標におけ
る鏡筒部１の回転軸４の回りの角速度ωｍと強制振動に
よる角速度の積に比例する。センス・エレメント１３２
はコリオリ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１３２の出力
を同期検波回路１３４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１３５によって検波出力
の低周波成分（ＤＣ〜１００Hz程度）を取り出せば、慣
性座標における鏡筒部１の回転軸４の回りの角速度ωｍ
（すなわち慣性角速度ωｍ）に比例する信号が得られ
る。

位置検出器１１の出力信号ｃと角速度検出器１２の出力
信号ｄは、合成器１３において合成され、合成信号ｅを
得ている。合成器１３は、Ａ／Ｄ変換器２１，２２と演
算器２３とメモリ２４とＤ／Ａ変換器２５によって構成
されている。Ａ／Ｄ変換器２１は、位置検出器１１の出
力信号ｃの値に対応したディジタル信号ｐを作り出して
いる。また、Ａ／Ｄ変換器２２は、角速度検出器１２の
出力信号ｄの値に対応したディジタル信号ｑを作り出し
ている。演算器２３は、メモリ２４のＲＯＭ領域（リー
ドオンリーメモリ領域）に格納されている後述の所定の
内蔵プログラムに従って動作し、Ａ／Ｄ変換器２１のデ
ィジタル信号ｐとＡ／Ｄ変換器２２のディジタル信号ｑ
をＲＡＭ領域（ランダムアクセスメモリ領域）に取り込
み、所定の演算を施した後にディジタル信号ｗをＤ／Ａ
変換器２５に出力し、出力信号ｅを得ている。

Ａ／Ｄ変換器２１，２２には、逐次変換型の構成を使用
することが好ましい。第５図に逐次変換型のＡ／Ｄ変換
器２１の具体的な構成を示す（Ａ／Ｄ変換器２２につい
ても同様である）。入力信号ｃとＤ／Ａ変換回路１４７
の出力信号ｍはコンパレータ１４１によって比較され、
その大小関係に応じたコンパレート信号ｎを得る。発振
回路１４５は、所定の周波数のクロックパルス１を発生
している。演算器２３からの信号ｈは、通常“Ｈ”（高
電位状態）になっており、ディジタル信号ｐの読み込み
の時に“Ｌ”（低電位状態）になる。従って、インバー
タ回路１４２とアンド回路１４３，１４４はコンパレー
ト信号ｎに応じて、クロックパルス１をカウンタ回路１
４６のダウンパルス入力端子Ｄもしくはアップパルス入
力端子Ｕに入力している（信号ｈが“Ｈ”の時）。カウ
ンタ回路１４６は、ダウンパルス入力端子Ｄへの入力パ
ルスにより内部状態を１ずつ減算していき、アップパル
ス入力端子Ｕへの入力パルスにより内部状態を１ずつ加
算していく。カウンタ回路１４６の内部状態はディジタ
ル信号ｐとして出力され、Ｄ／Ａ変換器１４７において
ディジルタ信号ｐに応じたアナログ信号ｍに変換する。
その結果、カウンタ回路１４６のディジタル信号ｐは入
力信号ｃに対応した値になる。

演算器２３は、信号ｈを所定の短時間“Ｌ”にしてカウ
ンタ回路１４６の動作を停止させ、安定したディジタル
信号ｐを読み込むようにしている。同様に、演算器２３
は信号ｋを所定の短時間“Ｌ”にして、安定したディジ
タル信号ｑを読み込むようにしている。

合成器１３のＤ／Ａ変換器２５の出力信号ｅは駆動器１
４に入力され、信号ｅに比例した電圧信号（もしくは電
流信号）ｆがアクチュエータ３のコイル１０４ａ，１０
４ｂに鏡筒部される。第６図に駆動器１４の具体的な構
成を示す。演算増幅器１５１とトランジスタ１５４，１
５５と抵抗１５２，１５３によって電力増加回路を構成
し、信号ｅを所定倍に増幅した電圧信号ｆを出力する。

演算器２３の内蔵プログラムについて説明する。第７図
にその基本フローチャートを示し、第８図(a)〜(d)に各
部の詳細なフローチャートを示す。まず、第７図の基本
フローチャートについて説明する（なお、番号〜は
ノードを表わし、第８図の番号と対応している）。

〔1〕＜静止時の制御動作＞１８１（合成手段に対
応）：静止した被写体を撮影している時の合成信号の作
り方に相当する。

〔2〕＜パン開始検出＞１８２（パン動作検出手段内の
パン開始検出手段に対応）：パンニング動作の開始を検
出し、パンニング動作の時には〔3〕に移行し、パンニ
ング動作でない時には〔1〕に帰る。

〔3〕＜パンニング時の制御動作＞１８３（動作変更手
段と合成手段に対応）：パンニング動作時の合成信号の
作り方に相当している。

〔4〕＜パン終了検出＞１８４（パン動作検出手段内の
パン終了検出手段に対応）：パンニング動作の終了を検
出し、パンニング動作が継続している時には〔3〕に帰
り、パンニング動作が終了した時には〔1〕に帰る。

なお、本実施例では、＜パン開始検出＞１８２（パン開
始検出手段）と＜パン終了検出＞１８４（パン終了検出
手段）によって、パン動作検出手段を構成している。

次に、各部の動作フローチャートについて説明する。第
８図(a)に、＜静止時の制御動作＞１８１のフローチャ
ートを示す。

〔11〕タイマーからの割り込みを待っている。タイマー
は所定の時間毎（T1＝１０msec毎）に割り込み信号を発
生し、割り込みが入ると〔12〕に移行する。

〔12〕信号ｈを所定の短時間“Ｌ”にしてディジタル信
号ｐを入力し、変数Pnに格納する。

〔13〕信号ｋを所定の短時間“Ｌ”にしてディジタル信
号ｑを入力し、変数Qnに格納する。

〔14〕Pnからの所定の基準値Prを減算し（Ｐ＝Pn-P
r）、鏡筒部１と支持体２の相対角度θｈに対応したデ
ィジタル値Ｐを計算する。同様に、Qnから所定の基準値
Qrを減算し（Ｑ＝Qn-Qr）、慣性座標からみた鏡筒部１
の角速度ωｍに対応したディジタル値Ｑを計算する。な
お、計算式は、右辺の計算結果を左辺の変数に代入し
て、格納することを意味する。

〔15〕合成比を１にして、ＰとＱを加算合成し、合成デ
ィジタル値Ｅを得る（Ｅ＝Ｐ＋Ｑ）。

〔16〕ＥをＤ／Ａ変換器２５に出力し、アナログ信号ｅ
に変換する。

〔17〕ＰからPxを引いて、変数Ｖに格納する（Ｖ＝P-P
x）。Ｐを新しいPxにする（Px＝P）。すなわち、PxはＴ
１時間前のＰの値であり、Ｖは鏡筒部１と本体ケース２
の間の相対角速度（相対角度θｈの微分値）に対応して
いる。

〔18〕Ｎ１をmodとしてカウント用変数Ｎに１を加算す
る（Ｎ＝Ｎ＋１（modＮ１））。すなわち、Ｎに１を足
して新たにＮに格納し、Ｎの値がＮ１に等しければＮを
０にする。ここでは、Ｎ１＝５にしている。

〔19〕Ｎが０でないならば〔11〕に帰り、Ｎが０ならば
＜パン開始検出＞１８２の〔21〕に移行する。すなわ
ち、Ｎ１＊Ｔ１＝５０msec毎に＜パン開始検出＞１８２
を行なっている。

第８図(b)に、＜パン開始検出＞１８２のフローチャー
トを示す。

〔21〕ＰをＨ１倍（Ｈ１は定数）した値とＶをＨ２倍
（Ｈ２は定数）した値を加算して、変数Ｗに格納する
（Ｗ＝Ｈ１＊Ｐ＋Ｈ２＊Ｖ。ここに、＊は掛算を表わ
す。）。従って、Ｗは相対角度θｈ(P)と相対角速度(V)
の合成値となる。

〔22〕｜Ｐ｜＜Ｐ１（Ｐ１は定数）ならば＜静止時の制
御動作＞１８１の〔11〕に帰り、｜Ｐ｜＜Ｐ１でないな
らば〔23〕に行く。

〔23〕｜Ｐ｜＞Ｐ２（Ｐ２はＰ１よりも大きい定数）な
らば＜パンニング時の制御動作＞１８３の〔31〕に移行
し、｜Ｐ｜＞Ｐ２でないならば〔24〕に行く。

〔24〕｜Ｗ｜＞Ｗ１（Ｗ１は定数）ならば＜パンニング
時の制御動作＞１８３の〔31〕に移行し、｜Ｗ｜＞Ｗ１
でないならば＜静止時の制御動作＞１８１の〔11〕に帰
る。

上述の＜パン開始検出＞１８２の〔22〕から〔24〕にお
いては、相対角度θｈに対応したディジタル値Ｐと相対
角速度に対応したディジタル値Ｖによって、パンニング
動作の開始を検出している。第９図にＰとＶによるパン
ニング動作の開始の検出領域を示す（図示の斜線部
分）。線ａは｜Ｐ｜＝Ｐ１に相当し、線ｂは｜Ｐ｜＝Ｐ
２に相当し、線ｃは｜Ｗ｜＝Ｗ１に相当する。Ｐ，Ｖの
値により、図示の斜線部に入るとパンニング動作が開始
されたものと判断している。すなわち、鏡筒部１と本体
ケース２の相対角度θｈが所定の範囲外（｜Ｐ｜＞Ｐ
２）になる、もしくは、相対角度θｈが所定の範囲外
（｜Ｐ｜＞Ｐ１）にある時に相対角度θｈと相対角速度
の合成値(W)が所定の範囲外（｜Ｗ｜＞Ｗ１）になるこ
とによって、パンニング動作の開始を検出している。な
お、第９図の点線部は可動限界の端を表わし、｜Ｐ｜＝
Ｐ１inは鏡筒部１と本体ケース２の衝突を意味する。

第８図(c)に、＜パンニング時の制御動作＞１８３のフ
ローチャートを示す。

〔31〕タイマーからの割り込みを待っている。タイマー
は所定の時間毎（Ｔ１＝１０msec毎）に割り込み信号を
発生し、割り込みが入ると〔32〕に移行する。

〔32〕信号ｈを所定の短時間“Ｌ”にしてディジタル信
号ｐを入力し、変数Pnに格納する。

〔33〕信号ｋを所定の短時間“Ｌ”にしてディジタル信
号ｑを入力し、変数Qnに格納する。

〔34〕Pnから所定の基準値Prを減算し（Ｐ＝Pn-Pr）、
鏡筒部１と支持体２の相対角度θｈに対応したディジタ
ル値Ｐを計算する。同様に、Qnから所定の基準値Qrを減
算し（Ｑ＝Qn-Qr）、慣性座標からみた鏡筒部１の角速
度ωｍに対応したディジタル値Ｑを計算する。

〔35〕ＰからPxを引いて、変数Ｖに格納する（Ｖ＝P-P
x）。Ｐを新しいPxにする（Px＝P）。すなわち、PxはＴ
１時間前のＰの値であり、Ｖは鏡筒部１と本体ケース２
の間の相対角速度（相対角度θｈの微分値）に対応して
いる。ＶをＴ（Ｔは定数）で割った値とＰを加算した後
に、利得Ｄ（Ｄは定数）を掛けて合成ディジタル値Ｅを
得る（Ｅ＝Ｄ＊（Ｐ＋Ｖ／Ｔ））。

〔36〕ＥをＤ／Ａ変換器２５に出力し、アナログ信号ｅ
に変換する。

〔37〕Ｎ２をmodとしてカウント用変数Ｎを＋１にする
（Ｎ＝Ｎ＋１（modＮ２））。すなわち、Ｎに１を足し
て新たにＮに格納し、Ｎの値がＮ２に等しければＮを０
にする。ここでは、Ｎ２＝５にしている。

〔38〕Ｎが０でないならば〔31〕に帰り、Ｎが０ならば
＜パン終了検出＞１８４の〔41〕に移行する。すなわ
ち、Ｎ２＊Ｔ１＝５０msec毎に＜パン終了検出＞１８４
を行なっている。

上述の＜パンニング時の制御動作＞１８３では＜静止時
の制御動作＞１８１と異なり、相対角度θｈに対応した
ディジタル値Ｐと相対角速度（θｈの微分値）に対応し
たディジタル値Ｖによって制御している。すなわち、合
成器１３の動作を変更し（動作変更手段）、位置検出器
１１の出力信号のみに応じた出力信号ｅを駆動器１４に
出力して、制御動作を行なっている。

第８図(d)に＜パン終了検出＞１８４のフローチャート
を示す。

〔41〕｜Ｑ｜＜Ｑ１（Ｑ１は定数）の時には〔42〕に行
き、｜Ｑ｜＜Ｑ１でない時には＜パンニング時の制御動
作＞１８３の〔31〕に帰る。

〔42〕｜Ｐ｜＜Ｐ３（Ｐ３は定数）の時には〔43〕に行
き、｜Ｐ｜＜Ｐ３でない時には＜パンニング時の制御動
作＞１８３の〔31〕に帰る。

〔43〕｜Ｖ｜＜Ｖ１（Ｖ１は定数）の時には＜静止時の
制御動作＞１８１の〔11〕に帰り、｜Ｖ｜＜Ｖ１でない
時には＜パンニング時の制御動作＞１８３の〔31〕に帰
る。

上述の＜パン終了検出＞１８４では、慣性座標からみた
鏡筒部１の角速度ωｍが所定の範囲内（｜Ｑ｜＜Ｑ１）
になり、鏡筒部１と本体ケース２の相対角度θｈが所定
の範囲内（｜Ｐ｜＜Ｐ３）になり、相対速度（相対角度
θｈの微分値）が所定の範囲内（｜Ｖ｜＜Ｖ１）になっ
たことにより、パンニング動作の終了を検出している。

次に、本撮影装置の防振特性について説明する。第１０
図に＜静止時の制御動作＞１８１における制御ブロック
図を示す。同図において、慣性座標からみた鏡筒部１の
角度θｍと本体ケース２の角度θｘの相対角度θｈ＝θ
ｘ−θｍは、アクチュエータ３のマグネット１０２の磁
界を検知するホール素子５によって簡単に検出される。
ホール素子５と位置検出器１１はブロック２０４で表わ
され、θｈのＢ倍の信号ｃ（位置検出器１１の出力信
号）を得る。一方、慣性座標からみた鏡筒部１の角速度
ωｍは角速度センサ６と角速度検出器１２によって検出
され、ブロック２０５と２０６の縦続接続によって表わ
される。すなわち、角速度センサ６と同期検波回路１３
４によってωｍの−Ａ倍された信号を検出し（ブロック
２０５）、ローパスフィルタ１３５によってｆｈ＝ωｈ
／２π＝１００Hz以上の高周波のリップル電圧が低減・
除去され（ブロック２０６）、ωｍの変動の必要な周波
数成分（ＤＣ〜１００Hz）の信号ｄが取り出されてい
る。合成器１３は単に加算点２０８によって表わされ、
信号ｃと信号ｄを加算・合成し、合成信号ｅを得る。駆
動器１４に対応したブロック２０９において、信号ｅは
Ｃ倍に増幅され、電圧信号ｆを得る。アクチュエータ３
に対応したブロック２１０において、電圧信号ｆはトル
クＴｍに変換される。ここに、Ｒはコイル１０４ａと１
０４ｂの合成抵抗値であり、Ｋｔはトルク定数である。
ブロック２０１は鏡筒部１の機械的は慣性モーメントＪ
ｍによるトルクＴｍから角速度ωｍへの伝達を表わし、
ブロック２０２はωｍとθｍ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、角速度ωｍから信号ｄまでの伝達関数の内で周波
数に関係する項（ブロック２０６）を Ｆ(s)＝｛ωｈ／（ｓ＋ωｈ）｝ ……(1) とおき、 Ｌ＝Ｃ・（Ｋｔ／Ｒ）・（１／Ｊｍ）
……(2) とすると、θｘからθｍの伝達関数は Ｇ(s)＝θｍ／θｘ ＝（Ｂ・Ｌ）／｛ｓ・ｓ＋Ｆ(s)・Ａ・Ｌ
・ｓ＋Ｂ・Ｌ｝ …
…(3) となる。ここで、 ω１＝２π・ｆ１ ＝Ｂ／Ａ …
…(4) ω２＝２π・ｆ２ ＝Ａ・Ｌ …
…(5) とおくときに、 ω１＝２π・ｆ１＜＜ω２＝２π・ｆ２ …
…(6) ωｈ＝２π・ｆｈ＞＞ω２ …
…(7) となしている。実際には、ｆ１＝0.1Hz，ｆ２＝１０H
z，ｆｈ＝１００Hzにしている。

このようにするならば、ｆ１からｆ２の周波数範囲にお
いてＦ（ｊω）＝１となるので、周波数伝達関数Ｇ（ｊ
ω）の折線近似ボード特性は第１１図のようになる。す
なわち、慣性座標における本体ケース２の回転角θｘに
対する鏡筒部１の回転角θｍの伝達特性Ｇ（ｊω）は、
第一の折点周波数ｆ１以下の周波数範囲においては１
（０ｄＢ）となり（線）、ｆ１以上で第二の折点周波
数ｆ２以下の周波数範囲では−６ｄＢ／octで減衰し
（線）、ｆ２以上の周波数範囲では−１２ｄＢ／oct
で減衰している（線）（このような特性は、ｆ２≧６
・ｆ１，ｆｈ≧３・ｆ２とすれば得られる）。第１１図
より、ｆ１以上の周波数範囲においてθｘ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、０ｄＢ
（線）と特性線の間の差ＺｄＢによって表わされる。

さらに、本実施例では合成器１３の内蔵プログラムにパ
ン動作検出手段と動作変更手段を有しているので、本撮
影装置で高速のパンニング動作を行なっても、鏡筒部１
と本体ケース２の衝突を防止できる。次に、これについ
て説明する。

撮影装置（ビデオカメラ）によって動いている被写体を
撮影するときには、操作者は自分を回転軸として回転し
ながら被写体を撮影画面から外れないようにする（この
ような動作をパンニング動作と言う）。パンニング動作
時には、撮影装置は慣性座標においてヨー方向に回転し
ていることになる。このとき、本撮影装置は第１１図の
ごとき特性の防振動作をおこなっているので、本体ケー
ス２の回転角θｘの増加に対して鏡筒部１の回転角θｍ
の追従動作はかなり遅れる。まず、合成器１３の動作を
＜静止時の制御動作＞１８１だけにした場合の欠点につ
いて説明する。第１１図および(4)式から理解されるよ
うに、加算点２０８までの相対角度θｈの検出利得Ｂと
角速度ωｍの検出利得Ａの相対比Ｂ／Ａが小さい程ｆ１
が小さくなり、防振特性が良くなるために、相対比をか
なり小さく選定する必要がある。すなわち、検出利得Ｂ
を小さく設定する必要がある。ところが、位置検出器１
１の検出利得Ｂを小さくすると、アクチュエータ３の発
生トルクＴｍはたかだかＢ・θｈ１（θｈ１は可動限界
の端に対応する相対角度θｈの値）に対応する程度の小
さなトルクしか発生できなかった。アクチュエータ３の
発生トルクＴｍが小さければ鏡筒部１の加速度が小さく
なり、パンニング動作による本体ケース２の回転角θｘ
の増加に対して鏡筒部１の回転角θｍの増加が大幅に遅
れるようになる。その結果、本体ケース２と鏡筒部１が
可動限界端（｜θｈ｜＝θｈ１）において衝突し、操作
者に衝突による衝撃力が感じられた。このような衝突
は、撮影装置の破損を招き易くすると共に、操作者に不
快感を与えるものであり、極力避けなければならない。

本実施例では、パン動作検出手段によってパンニング動
作中を検出し、パンニング動作中の合成器１３の動作を
変更し（動作変更手段）、合成器１３の出力信号ｅが角
速度検出器１２の出力信号ｄには応動しないで、位置検
出器１１の出力信号ｃだけに応動して合成器１３の出力
信号ｅが変化するようにして、その制御特性を向上させ
ている。すなわち、合成器１３の出力信号ｅは、鏡筒部
１と本体ケース２の相対角度θｈだけに応動するように
している。これにより、パンニング動作中の制御利得が
大きくなり、アクチュエータ３の発生トルクＴｍも大き
くなり、パンニング動作による本体ケース２の回転角度
θｘの増加に十分追随して鏡筒部１を加速することがで
きる。その結果、鏡筒部１と本体ケース２の衝突は防止
できる。

次に、これについてより詳細に説明する。パン動作検出
手段のパン開始検出手段は、鏡筒部１と本体ケース２の
相対角度θｈに対応したディジタル値Ｐおよび相対角速
度に対応したディジタル値Ｖにより、相対角度θｈが所
定の範囲外になったこと、もしくは、相対角度と相対角
速度の合成値が所定の範囲外になったことにより、パン
ニング動作の開始を検出している。パンニング動作をし
ていない時には（静止した被写体を撮影している時）、
相対角度θｈは所定の狭い範囲内において微少な変動を
しており、相対角速度も小さい。すなわち、ディジタル
値Ｐ，Ｖ，Ｗの絶対値は十分小さく、演算器２３は＜静
止時の制御動作＞１８１を繰り返している。

このような状態においてパンニング動作が開始されたと
すると、本体ケースθｘの増加にもかからわず鏡筒部１
の角度θｍは変化しないので、相対角度θｈの絶対値は
増加し、相対角速度の絶対値も大きくなる。その結果、
＜パン開始検出＞１８２においてディジタル値Ｐ，Ｖが
第９図のパンニング動作の開始検出領域に入り、パンニ
ング動作は検出され、＜パンニング時の制御動作＞１８
３に移行する。

第１２図に＜パンニング時の制御動作＞１８３における
制御ブロック図を示す。第１２図の制御ブロックより、
本体ケース２の角度θｘから鏡筒部１の角度θｍへの伝
達関数Ｇ′(s)は、 となる。ここで、 とおくときに、 ｆ３＞＞ｆ４ ……(11) としている。このときの本体ケース２の角度θｘから鏡
筒部１の角度θｍへの周波数伝達特性Ｇ′（ｊω）を第
１３図に示す（線と線による折線近似）。これよ
り、利得Ｄを大きくして折点周波数ｆ３を大きくするな
らば、本体ケース２の角度θｘから鏡筒部１の角度θｍ
への周波数伝達特性Ｇ′（ｊω）の帯域が広くなること
がわかる。従って、パンニング動作による本体ケース２
の角度θｘの増加にほぼ追従して鏡筒部１の角度θｍが
増加する。その結果、鏡筒部１と本体ケース２の衝突は
防止される。

パンニング動作中は、利得Ｄが大きいので、パンニング
による本体ケース２の角度θｘの増加に追従して鏡筒部
１の角度θｍも増加する。すなわち、鏡筒部１の角速度
ωｍはパンニングによる（慣性座標からみた）本体ケー
ス２の角速度に一致もしくは略一致し、ωｍは所定の範
囲外（｜Ｑ｜＞Ｑ１）になっている。

パンニング動作が終了した後に、撮影装置の操作者は通
常の静止した被写体の撮影に移る。パンニング動作が終
了すると、本体ケース２の角度θｘがほとんど変化しな
くなるので、鏡筒部１の角度θｍもθｘに一致した値に
留ろうとする。これに伴って、鏡筒部１の角速度ωｍは
所定の範囲内の小さな値もしくは０になり、かつ、相対
角度θｈおよび相対角速度も小さな値に落ち着いてい
く。すなわち、鏡筒部１の角速度ωｍに対応したディジ
タル値Ｑの絶対値はＱ１よりも小さくなり（｜Ｑ｜＜Ｑ
１）、鏡筒部１と本体ケース２の相対角度θｘに対応し
たディジタル値Ｐの絶対値はＰ３よりも小さくなり（｜
Ｐ｜＜Ｐ３）、鏡筒部１と本体ケース２の相対角速度に
対応したディジタル値Ｖの絶対値はＶ１よりも小さくな
る（｜Ｖ｜＜Ｖ１）。その結果＜パン終了検出＞１８４
においてパンニング動作の終了が検出され、＜静止時の
制御動作＞１８１に移行する。

以後、次のパンニング動作が開始されるまで＜静止時の
制御動作＞１８１を継続する。また、次のパンニング動
作に起こった時には、上述の動作に従って＜パン開始検
出＞１８２はそれを検出し、＜パンニング時の制御動作
＞１８３に移り、＜パン終了検出＞１８４によってパン
ニング動作の終了を検出するまで＜パンニング時の制御
動作＞１８３を行なう。

前述の実施例の＜パン開始検出＞１８２においては、相
対角度θｈに対応したディジタル値Ｐと相対角速度に対
応したディジタル値Ｖによって、これらが第９図の斜線
の領域に入ることによりパンニングの開始を検出した
が、本発明はそのような場合に限らない。第１４図(a)
に＜パン開始検出＞１８２の他のフローチャート例を示
す。本例では、相対角度θｈ(P)が所定の範囲外になっ
たことにより、パンニング動作の開始を検出している。
これについて説明する。

〔201〕｜Ｐ｜＜Ｐ２（Ｐ２は定数）ならば＜静止時の
制御動作＞１８１の〔11〕に帰り、｜Ｐ｜＜Ｐ２でない
ならば＜パンニング時の制御動作＞１８３の〔31〕に行
く。

さらに、第１４図(b)に＜パン開始検出＞１８２の他の
フローチャート例を示す。本例では、相対角度θｈ(P)
が所定の範囲外になったこと、または、相対角度(P)と
相対角速度(V)の合成値(W)が所定の範囲外になったこと
により、パンニング動作の開始を検出している（第９図
のパンニング開始検出領域とはすこし異なる）。これに
ついて説明する。

〔211〕ＰをＨ１倍（Ｈ１は定数）した値とＶをＨ２倍
（Ｈ２は定数）した値を加算して、変数Ｗに格納する
（Ｗ＝Ｈ１＊Ｐ＋Ｈ２＊Ｖ）。

〔212〕｜Ｐ｜＞Ｐ２（Ｐ２は定数）ならば＜パンニン
グ時の制御動作＞１８３の〔31〕に移行し、｜Ｐ｜＞Ｐ
２でないならば〔213〕に行く。

〔213〕｜Ｗ｜＞Ｗ１（Ｗ１は定数）ならば＜パンニン
グ時の制御動作＞１８３の〔31〕に移行し、｜Ｗ｜＞Ｗ
１でないらならば＜静止時の制御動作＞１８１の〔11〕
に帰る。

また、前述の実施例の＜パン終了検出＞１８４において
は、角速度ωｍに対応したディジタル値Ｑと相対角度θ
ｈに対応したディジタル値Ｐと相対角速度に対応したデ
ィジタル値Ｖによって、それらの絶対値がそれぞれ小さ
くなることによりパンニングの終了を検出したが、本発
明はそのような場合に限らない。第１５図(a)に＜パン
終了検出＞１８４の他のフローチャート例を示す。本例
では、慣性座標からみた鏡筒部１の角速度ωｍ(Q)が所
定の範囲内になったことによって、パンニング動作の終
了を検出している。これについて説明する。

〔301〕｜Ｑ｜＜Ｑ１（Ｑ１は定数）ならば＜静止時の
制御動作＞１８１の〔11〕に帰り、｜Ｑ｜＜Ｑ１でない
ならば＜パンニング時の制御動作＞１８３の〔31〕に帰
る。

さらに、第１５図(b)に＜パン終了検出＞１８４の他の
フローチャート例を示す。本例では、角速度ωｍ(Q)が
所定の範囲内になり、かつ、相対角度θｈ(P)が所定の
範囲内になったことによって、パンニング動作の終了を
検出している。これについて説明する。

〔311〕｜Ｑ｜＜Ｑ１（Ｑ１は定数）ならば〔312〕に行
き、｜Ｑ｜＜Ｑ１でないならば＜パンニング時の制御動
作＞１８３の〔31〕に帰る。

〔312〕｜Ｐ｜＜Ｐ３（Ｐ３は定数）ならば＜静止時の
制御動作＞１８１の〔11〕に帰り、｜Ｐ｜＜Ｐ３でない
ならば＜パンニング時の制御動作＞１８３の〔31〕に帰
る。

なお、前述の実施例においては、相対角度θｈに対応し
たディジタル値Ｐの微分ディジタル値Ｖによって相対角
速度を検出したが、本発明はそのような場合に限らな
い。たとえば、鏡筒部１と本体ケース２の相対角速度を
検出する専用の相対角速度検出器を取りつけ、パンニン
グ動作時に位置検出器の出力信号と相対角速度検出器の
出力信号を加算合成して制御するように合成器の動作を
変更してもよく、本発明に含まれることは言うまでもな
い。しかしながら、位置検出器の出力信号だけによって
制御すれば、相対角速度検出器が不要であり、構成が簡
単になるという利点もある。

また、前述の実施例に示すように本発明の撮影装置の防
振機構は、空気室が不要であり、小型軽量化が可能であ
る。また、センサの個数も少なく、コストも安い。さら
に、アクチュエータのマグネットの磁界を検知するホー
ル素子（感磁素子）によって相対的な位置検出を行なっ
ているので、構成が簡単であり、部品点数も少ない。な
お、マグネットの磁界の検知にはホール素子に限らず、
磁気抵抗素子や過飽和リアクトルを使用しても良い。さ
らに、パン動作検出手段や動作変更手段を簡単に構成す
ることができ、パンニング動作における鏡筒部と支持体
との衝突も防止できる。もちろん、本撮影装置の応用範
囲はビデオカメラに限定されるものではない。その他、
本発明の主旨を変えずして種々の変更が可能である。

発明の効果 本発明の撮影装置は、鏡筒部と支持体の相対位置および
鏡筒部の角速度を検出することにより、その両者の変動
を抑制するように鏡筒部をアクチュエータ手段により駆
動・制御し、鏡筒部の振動を大幅に低減したものであ
る。さらに、パン動作検出手段と動作変更手段を設け、
鏡筒部と支持体の衝突も防止している。従って、本発明
に基き、たとえばビデオカメラを構成するならば、簡単
に小型軽量・高性能の防振機構付きビデオカメラを得る
事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による撮影装置の構成図、第
２図(a)，(b)，(c)はアクチュエータの具体的な構成を
表わす図、第３図は第１図の位置検出器の具体的な構成
を表わす図、第４図は第１図の角速度検出器の具体的な
構成を表わす図、第５図はＡ／Ｄ変換器の具体的な構成
を表わす図、第６図は第１図の駆動器の具体的な構成を
表わす図、第７図は合成器の内蔵プログラムの基本フロ
ーチャートを表わす図、第８図(a)〜(d)は各部の詳細な
フローチャートを表わす図、第９図はパンニング開始検
出領域を表わす図、第１０図は静止時の防振機構のブロ
ック図、第１１図は静止時のθｘからθｍへの周波数伝
達関数Ｇ（ｊω）を表わす図、第１２図はパンニング動
作時の防振機構のブロック図、第１３図はパンニング動
作時のθｘからθｍへの周波数伝達関数Ｇ′（ｊω）を
表わす図、第１４図(a)，(b)は＜パン開始検出＞１８２
の他のフローチャートを表わす図、第１５図(a)，(b)は
＜パン終了検出＞１８４の他のフローチャートを表わす
図、第１６図は従来の防振機構例を表わす構成図であ
る。 １……鏡筒部、２……本体ケース（支持体）、３……ア
クチュエータ、４……回転軸、５……ホール素子（感磁
素子）、６……角速度センサ、７……固定部材、１１…
…位置検出器、１２……角速度検出器、１３……合成
器、１４……駆動器、２１，２２……Ａ／Ｄ変換器、２
３……演算器、２４……メモリ、２５……Ｄ／Ａ変換
器、４１……撮像素子、４２……画像信号処理器、Ｇ…
…鏡筒部１の重心。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のレンズと撮像素子を搭載された鏡筒
   部と、前記撮像素子に得られる電気信号から画像信号を
   作り出す画像信号処理手段と、前記鏡筒部への入射光線
   軸と直交もしくは略直交する回転軸回りに前記鏡筒部を
   回動自在に支承する支持体と、前記鏡筒部と前記支持体
   の間に取りつけられ、前記鏡筒部を回転駆動するアクチ
   ュエータ手段と、前記鏡筒部と前記支持体の相対角度を
   検出する位置検出手段と、前記回転軸回りの前記鏡筒部
   の慣性角速度を検出する角速度検出手段と、前記位置検
   出手段の出力信号と前記角速度検出手段の出力信号を合
   成した合成信号を出力する合成手段と、前記合成手段が
   出力する合成信号の変動を抑制するように前記アクチュ
   エータ手段に電力を供給する駆動手段と、前記位置検出
   手段の出力信号が第１の所定範囲外になったことにより
   パンニング動作の開始を検出し、前記角速度検出手段の
   出力信号が第２の所定範囲内になったことによりパンニ
   ング動作の終了を検出するパン動作検出手段と、前記パ
   ン動作検出手段の出力信号により前記合成手段の動作を
   変更させ、前記合成手段の出力信号が前記角速度検出手
   段の出力信号には無関係になるようにして、前記位置検
   出手段の出力信号により前記合成手段の出力信号が変化
   するようにする動作変更手段とを具備する撮影装置。
2. 【請求項２】複数のレンズと撮像素子を搭載された鏡筒
   部と、前記撮像素子に得られる電気信号から画像信号を
   作り出す画像信号処理手段と、前記鏡筒部への入射光線
   軸と直交もしくは略直交する回転軸回りに前記鏡筒部を
   回動自在に支承する支持体と、前記鏡筒部と前記支持体
   の間に取りつけられ、前記鏡筒部を回転駆動するアクチ
   ュエータ手段と、前記鏡筒部と前記支持体の相対角度を
   検出する位置検出手段と、前記回転軸回りの前記鏡筒部
   の慣性角速度を検出する角速度検出手段と、前記位置検
   出手段の出力信号と前記角速度検出手段の出力信号を合
   成した合成信号を出力する合成手段と、前記合成手段が
   出力する合成信号の変動を抑制するように前記アクチュ
   エータ手段に電力を供給する駆動手段と、前記位置検出
   手段の出力信号と該出力信号の微分信号との合成値が第
   １の所定範囲外になったことによりパンニング動作の開
   始を検出し、前記角速度検出手段の出力信号が第２の所
   定範囲内になったことによりパンニング動作の終了を検
   出するパン動作検出手段と、前記パン動作検出手段の出
   力信号により前記合成手段の動作を変更させ、前記合成
   手段の出力信号が前記角速度検出手段の出力信号には無
   関係になるようにして、前記位置検出手段の出力信号に
   より前記合成手段の出力信号が変化するようにする動作
   変更手段とを具備する撮影装置。