JPH0720211B2 - 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、ビデオカメラなどの撮影装置に関し、特に、
撮影装置本体に外乱振動が加わっても、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。

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。こ
のような背景の中で撮影者及び撮影装置の揺動にかかわ
らず画面揺れの少ない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13図は従来の防振機能を有す
る撮影装置を示す構成図である。1301は、複数のレンズ
と撮像素子を搭載された鏡筒部である。1302は、鏡筒部
1301に対するカウンタウエイトであり、連結棒1303によ
って鏡筒部1301と機械的に結合されている。1305は、継
手であって、連結棒1303と支持棒1304を回動可能に結合
している。撮影者は支持棒1304を支持することによっ
て、この撮影装置の操作を行う。以上のような構成にお
いて、鏡筒部1301、連結棒1304、カウンタウエイト1302
とで構成される可動部1306の重心が継手1305の付近に位
置するように、カウンタウエイト1302の調整を行う。

すると可動部1306は継手1305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、何等かの外乱によっ
て撮影者の支持する支持棒1304が傾いたとしても、可動
部1306のもつ慣性モーメントの作用によって可動部1306
すなわち鏡筒部1301の姿勢は傾くことなく一定にたもた
れる。よって、撮影者が揺動しても画面揺れの少ない安
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、「ステディカムの設計」エス・エム・ピー・
テー・イー・ジャーナル 87巻 1978年９月 587ペー
ジ（John Jurgens「Steadicam as a Design Problem」,
SMPTE jounal Vol.87,Sep,1978,P587）） 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような従来の構成では、その防振
特性が固定であるという問題点がある。例えば、撮影者
が撮影装置を手に持って歩行しながら撮影を行う場合
は、撮影者が足を運ぶ周期で撮影装置に揺れが発生する
が、画面は揺れないことが望ましい。一方、撮影者がパ
ン撮影を行う場合には撮影画面は撮影者の意図する方向
にすばやく応答することが望ましい。もし、上記従来例
において前者の撮影条件で画面揺れ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撮影画面は
撮影者の意図するように良好に応答しない。逆に、後者
の撮影条件に合わせて防振特性を選ぶと撮影者の意図す
る方向にすばやく応答させることが出来るが、前者の撮
影条件の下では防振の効果は十分に得ることができな
い。

さらに、上記従来例によれば、カウンタウエイト1302を
設ける必要があり、小型軽量化が困難となる問題点があ
る。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために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転自在に支持す
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と、前記
鏡筒部と前記支持体の相対角度を検出する相対角度検出
手段と、前記回転軸回りの前記鏡筒部に角速度を検出す
る角速度検出手段と、前記アクチュエータに指令入力に
比例した電力を供給する駆動回路と、前記相対角度検出
手段の出力の絶対値が第１の所定の値を超えたことを見
てパン撮影あるいはチルト撮影などの移動撮影と判別
し、前記相対角度検出手段の出力の絶対値が第２の所定
の値より小さくかつ、前記角速度検出手段の出力の絶対
値が第３の所定の値より小さくなることが所定の時間以
上続いたときに静止撮影と判別する撮影モード判別手段
と、前記撮影モード判別手段が静止撮影であると判別し
たときは、前記相対角度検出手段の出力と、前記角速度
検出手段の出力とをそれぞれ第１の所定の利得で加算し
て該加算結果を前記駆動回路の指令入力となし、前記撮
影モード判別手段が移動撮影であると判別したときは、
前記相対角度検出手段の出力と、前記相対角度検出手段
の出力を予め定めた所定の時間定数で除算して得られる
結果と、前記角速度検出手段の出力とをそれぞれ第２の
所定の利得で加算して該加算結果を前記駆動回路の指令
入力となす制御演算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よって、前記撮影モード判別手段
が静止撮影であると判別したときは、前記鏡筒部を前記
慣性座標において静止もしくは略静止するように制御
し、前記撮影モード判別手段が移動撮影であると判別し
たときは、前記鏡筒部の角速度を前記支持体の角速度に
滑らかに一致させ、前記鏡筒部が前記支持体に対して良
好に追従するように制御するので、静止撮影時には撮影
者及び撮影装置の揺動にかかわらず画面揺れの少ない安
定した画像を得ることができ、パン撮影またはチルト撮
影などの移動撮影時には操作性を損なわない、小型軽量
化が可能な撮影装置が提供できる。

実施例 以下本発明の一実施例の撮影装置について、図面を参照
しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例における撮影装置の構成図で
ある。第１図において、撮影装置の鏡筒部１には多数の
レンズ群（図示を省略）と撮像素子２（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２に結像させ、電荷信号（電気信号）
に変換する。画像信号処理回路10は、撮像素子２に得ら
れた電荷信号を逐次読み出し、画像信号（ビデオ信号）
を作り出している。

鏡筒部１と支持体３の間にはアクチュエータ５が配置さ
れ、、回転軸６を中心にして鏡筒部１をヨー方向に回転
駆動している（使用状態において、鏡筒部１はほぼ水平
面上で回動自在）。アクチュエータ５の回転軸６は、鏡
筒部１の重心Ｇを通り、支持体３に回転可能に支承して
いる。さらに、支持体３には撮影装置の操作者が手で支
持するグリップ部分４を設けてある。

第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にアクチュエータ５の具
体的な構成例を示す。第２図に於いて、マグネット202
の強磁性体製のバックヨーク201は鏡筒部１に取りつけ
られ、回転軸６と共に回転する。マグネット202は４極
に着磁され、界磁磁束を発生している。回転軸６と軸受
207が取りつけられたコイルヨーク203には、コイル204
a,204bとホール素子（感磁素子）９が固着されている。
本例では、マグネット202が鏡筒部１に取りつけられ、
コイルヨーク203が支持体３に取りつけられている。コ
イル204aと204bは直列に接続され、端子205から206に流
れる電流とマグネット202の磁束によって回転トルクを
発生する。また、ホール素子９はマグネット202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20
2（鏡筒部１の角度θｍ）とコイルヨーク203（支持体３
の角度θｏ）の相対的な角度差θmo（＝θｏ−θｍ）に
対応した出力信号ａを発生する。なお、θｍは回転軸６
の回りの鏡筒部１の角度であり、θｏは回転軸６の回り
の支持体３の角度である。

アクチュエータ５のマグネット202の磁束を検知するホ
ール素子９の出力信号ａは相対角度検出回路11に入力さ
れる。第３図に相対角度検出回路11の具体的な構成を示
す。ホール素子９の２つの出力端子に得られる直流信号
を、演算増幅器301と抵抗302、303、304、305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。＋ＶH、−ＶHは、適当な電源電圧であり、
抵抗306、307を介してホール素子９に適当なバイアス電
圧を与えている。

また、振動型ジャイロからなる角速度センサ７が、鏡面
部１に固定部材８によって取りつけられている。角速度
センサ７の検出軸はアクチュエータ５の回転軸６と一致
しており、鏡筒部１の回転軸６の回りの回転角速度に応
動した出力信号ｂを出力する。角速度センサ７の出力信
号ｂは角速度検出回路12に入力され、鏡筒部１の回転軸
６の回りの角速度ωｍに比例した信号ｄを得ている。第
４図に角速度検出回路12の具体的な構成を示す。強制振
動回路401は所定周波数（例えば、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
７の圧電素子で作られたドライブ・エレメント402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403はドライブ・エレエント402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402と
共に同じ周波数で振動する。このとき、鏡筒部１が回転
軸６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403の直交する
２軸の角速度の積に比例するので、鏡筒部１の回転軸６
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403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403の出力を同期検波回路404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40
5によって検波出力の低周波成分（例えば、DC〜100Hz程
度）を取り出せば、鏡筒部１の回転軸６の回りの角速度
ωｍに比例する信号ｄが得られる。

相対角度検出回路11の出力信号ｃと角速度検出回路12の
出力信号ｄは、撮影モード判別手段13に入力される。撮
影モード判別手段は、これらの入力信号から撮影者が静
止撮影を行っているのかパン撮影を行っているのかを判
別する。

ここで、前記静止撮影とは、撮影者が、撮影方向を変え
る異なく撮影装置を操作することを意味し、前記パン撮
影とは、撮影者が、撮影方向をヨー方向に回転移動する
ように撮影装置を操作することを意味する。

撮影モード判別手段13の判別結果は制御演算手段14に入
力される。さらに、制御演算手段14には、相対角度検出
回路11の出力信号ｃと角速度検出回路12の出力信号ｄが
入力される。制御演算手段14は、撮影モード判別手段13
が静止撮影であると判別したときは、相対角度検出回路
11の出力信号ｃと角速度検出回路12の出力信号ｄとをそ
れぞれ第一の所定の利得で加算し、撮影モード判別手段
13がパン撮影であると判別したときは、相対角度検出回
路11の出力信号ｃを所定の時間定数で除算して得られる
結果と相対角度検出回路11の出力信号ｃと角速度検出回
路12の出力信号ｄとを第２の所定の利得で加算し、演算
結果を出力信号ｅとして出力する。

第５図に撮影モード判別手段13と制御演算手段14の構成
を示す。本実施例では、撮影モード判別手段13と制御演
算手段14は、A/D変換器502、503と演算器501とメモリ50
4とD/A変換器505とで構成される。A/D変換器502は、相
対角度検出回路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503は、角
速度検出回路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501は、メモリ504のRO
M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502のディジタル信号ｐとA/D変換器503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合成して、合成ディジ
タル信号ｗをD/A変換器505に出力し、合成信号ｅを得て
いる。

第６図にA/D変換器502の具体的な構成を示す（A/D変換
器503についても同様である）。入力信号ｃとD/A変換回
路607の出力信号ｍはコンパレータ601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605は、所定の周波数のクロックパルスｌを発
生している。演算器501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を読み込む
時に“L"（低電位状態）になる。従って、インバータ回
路602とアンド回路603、604はコンパレート信号ｎに応
じて、クロックパルスｌをカウンタ回路606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606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606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607においてディジタル信号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606
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501は、信号ｈを所定の短時間“L"にしてカウン
タ回路606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501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。

制御演算手段14の出力信号ｅは駆動回路16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５のコイル204a、204bに供給される。第７
図に駆動回路16の具体的な構成を示す。演算増幅器701
とトランジスタ704、705と抵抗702、703によって電力増
幅回路を構成し、信号ｅを所定倍に増幅した電圧信号ｆ
を出力する。

さて、演算器501の内蔵プログラムについて説明する。
まず、第８図に示した基本フローチャートに基づいて概
略を説明する。

処理801では、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ΔＴ毎に割り込み信号を発生
し、割り込みが入るとに移行する。すなわち、サンプ
リング時間ΔＴで以下の処理を行うことになる。

処理802では、鏡筒部１と支持体３との相対角度θmoに
相当するデジタル信号ｐをA/D変換器502から取り込み、
メモリ504に格納する。さらに、鏡筒部１の角速度ωｍ
に相当するデジタル信号ｑをA/D変換器503から取り込
み、メモリ504に格納する。

処理803では、鏡筒部１と支持体３との相対角度θmoに
相当するデジタル信号ｐと鏡筒部１の角速度ωｍに相当
するデジタル信号ｑから、静止撮影であるかパン撮影で
あるかを判別する。そして、静止撮影と判別すればに
移行し、パン撮影と判別すればに移行する。

処理804では、鏡筒部１が静止もしくは略静止するよう
に制御演算し、駆動回路16の指令入力となる信号ｅを作
り出している。本処理のあとは、に移行する。

処理805では、鏡筒部１が支持体３に対して滑らかに追
従するように制御演算し、駆動回路16の指令入力となる
信号ｅを作り出している。本処理のあとは、に移行す
る。

なお、処理803が第１図における撮影モード判別手段13
に相当し、処理804と処理805が第１図における制御演算
手段14に相当する。

次に、処理802〜805について、第９図を用いて詳しく説
明する。

第９図（ａ）は、処理802の詳細なフローチャートであ
る。まず、鏡筒部１と支持体３の相対角度θmoに対応す
るデジタル信号ｐの前回のサンプリング時の値を保持す
る変数Qnの内容を変数Qn-1に格納する。次いで、信号ｈ
を“L"にして鏡筒部１と支持体３の相対角度θmoに対応
するデジタル信号ｐを新たに取り込み、変数Qnに格納し
た後、再び信号ｈを“H"にする。

さらに、鏡筒部１の角速度ωｍに対応するデジタル信号
ｑの前回のサンプリング時の値を保持する変数Wnの内容
を変数Wn-1に格納する。次いで、信号ｋを“L"にして鏡
筒部１の角速度ωｍに対応するデジタル信号ｑを新たに
取り込み、変数Wnに格納した後、再び信号ｋを“H"にす
る。すなわち、この時点で今現在の鏡筒部１と支持体３
の相対角度θmoの情報が変数Qnに格納され、鏡筒部１の
角速度ωｍの情報が変数Wnに格納されたことになる。さ
らに、１サンプリング前のそれぞれの情報は変数Qn-1と
変数Wn-1に格納されている。

第９図（ｂ）は、処理803の詳細なフローチャートであ
る。変数PFLは、その内容が“1"のときはパン撮影と判
定していることを示し、その内容が“0"のときは静止撮
影と判定していることを示すものである。

さて、前回のサンプリング時の本処理803の結果におい
てPFL＝１であったとすると、処理901の結果、処理902
に移行する。処理902において、変数Qnの絶対値が所定
の値ＱAISを超えていないかを判別する。変数Qnの絶対
値が所定の値ＱAISを超えていなければ処理903に移行
し、超えていれば処理907に移行する。処理903では変数
Wnの絶対値が所定の値ＷAISを超えていないかを判別す
る。変数Wnの絶対値が所定の値ＷAISを超えていなけれ
ば処理904に移行し、超えていれば処理907に移行する。
処理904では変数ＮAISの内容を“1"だけ増す。処理905
では変数ＮAISが所定の値ＴAISを超えているかを判別す
る。変数ＮAISが所定の値ＴAISを超えていれば処理906
に移行し、超えていなければ処理908に移行する。処理9
06では変数PFLを“0"とする。処理907では変数ＮAISを
“0"とする。変数ＮAISは一種のカウンタの働きをして
おり、第８図に示した一連の処理が行われるのは時間Δ
Ｔごとに発生するタイマ割り込みによるので処理904〜
処理905は時間ΔＴ×ＴAISを計測していることに相当す
る。

すなわち、パン撮影であると判別されている時（PFL＝
１の時）は鏡筒部１と支持体３の相対角度θmoの絶対値
が所定の値（ＱAISに対応）以下であり、かつ鏡筒部１
の角速度ωｍの絶対値が所定の値（ＷAISに対応）以下
である状態が所定の時間（ＴAISに対応）以上続いて始
めて静止撮影であると判別される（PFL＝０）ことにな
り、パン撮影を行っている間は上記条件は満たされる事
なくPFL＝１となっている。

前述とは逆に、前回の処理803の結果においてPFL＝０で
あったとすると、処理901の結果、処理909に移行する。
処理909では変数Qnの絶対値が所定の値ＱPANを超えてい
るかを判別する。変数Qnの絶対値が所定の値ＱPANを超
えていれば処理910に移行し、超えていなければ処理908
に移行する。処理910では変数PFLを“1"とする。処理91
1では変数ＮAISを“0"とする。

すなわち、静止撮影であると判別されている時（PFL＝
０の時）は鏡筒部１と支持体３の相対角度θmoの絶対値
が所定の値（ＱPANに対応）以上となった時点でパン撮
影と判別（PFL＝１）する。このことは、静止撮影の時
に鏡筒部１が静止もしくは略静止するように制御される
ことから、この状態（静止撮影）からパン撮影に移る過
程において鏡筒部１と支持体３の相対角度θmoが大きく
なる（詳細は後述する）ことを利用するものである。

そして、処理908において、静止撮影かパン撮影かの判
別結果をもとに次の処理に移行する。すなわち、前段ま
での処理において静止撮影であると判別されていれば
に移行し処理804を行い、パン撮影と判別されていれば
に移行し処理805を行う。

第９図（ｃ）は、処理804の詳細なフローチャートであ
る。まず、駆動回路16の指令入力となる信号ｅに対応す
るデジタル信号ｗの１サンプリング前の値を保持する変
数Enを変数En-1に格納する。次いで、鏡筒部１と支持体
３の今現在の相対角度θmoに対応する値を保持する変数
Qnから鏡筒部１と支持体３の１サンプリング前の相対角
度θmoに対応する値を保持する変数Qn-1を引算し、その
結果を変数ΔＱに格納する。次いで、鏡筒部１の今現在
の角速度ωｍに対応する値を保持する変数Wnから鏡筒部
１の１サンプリング前の角速度ωｍに対応する値を保持
する変数Wn-1を引算し、その結果を変数ΔＷに格納す
る。そして、K1、K2を定数として下記の演算（１）を行
い、演算結果は変数ΔＥに格納される。

ΔＥ＝−K1×ΔＷ＋K2×ΔＱ ……（１） ここで、上記混合演算において各演算の優先順位は、×
〔乗算〕、＋〔加算〕、−〔減算〕である。

次いで、変数ΔＥと変数En-1を加算し、その結果を新た
に変数Enに格納する。そして最後に、変数Enの内容を信
号ｗとしてD/A変換器505に出力する（第５図参照）。そ
の後、に移行し次のタイマ割り込みを待つ（第８図参
照）。

第９図（ｄ）は、処理805の詳細なフローチャートであ
る。まず、駆動回路16の指令入力となる信号ｅに対応す
るデジタル信号ｗの１サンプリング前の値を保持する変
数Enを変数En-1に格納する。次いで、鏡筒部１と支持体
３の今現在の相対角度θmoに対応する値を保持する変数
Qnから鏡筒部１と支持体３の１サンプリング前の相対角
度θmoに対応する値を保持する変数Qn-1を引算し、その
結果を変数ΔＱに格納する。次いで、鏡筒部１の今現在
の角速度ωｍに対応する値を保持する変数Wnから鏡筒部
１の１サンプリング前の角速度ωｍに対応する値を保持
する変数Wn-1を引算し、その結果を変数ΔＷに格納す
る。そして、K3、K4、Twを定数として下記の演算（２）
を行い、演算結果は変数ΔＥに格納される。

ΔＥ＝−K3×（ΔＷ−ΔQ/Tw）＋K4×ΔＱ ……（２） ここで、上記混合演算において各演算の優先順位は、
（ ）〔かっこ〕、×〔乗算〕、／〔除算〕、＋〔加
算〕、−〔減算〕である。

次いで、変数ΔＥと変数En-1を加算し、その結果を新た
に変数Enに格納する。そして最後に、変数Enの内容を信
号ｗとしてD/A変換器505に出力する（第５図参照）。そ
の後、に移行し次のタイマ割り込みを待つ（第８図参
照）。

以下、静止撮影時における制御動作と防振効果について
詳細に説明する。第10図は、静止撮影時の本実施例にお
ける撮影装置の制御ブロック図である。なお、図中にお
いて、Ｓはラプラス演算子を表すものである。さらに、
本図においてサンプリングによる遅れ要素、角速度検出
回路12のローパスフィルタ405の周波数依存性は以下説
明する周波数領域では十分無視できるので省略している
ことを予めことわっておく。さて、鏡筒部１の角度θｍ
と支持体３の角度θｏの相対角度θmoは、アクチュエー
タ５のマグネット202の磁界を検知するホール素子９に
よって簡単に検出される。ホール素子９と相対角度検出
回路11はブロック1001で表わされ、θmoのＫQ・ＡQ倍の
信号ｃ（位置検出回路11の出力信号）を得る。ＫQはホ
ール素子５の磁束・電圧変換利得であり、ＡQは相対角
度検出回路11の電圧利得である。一方、鏡筒部１の角速
度ωｍは角速度センサ７と角速度検出回路12によって検
出され、ブロック1008によって表わされ、ωｍのＫW・
ＡW倍の信号ｄを得る。ＫWは角速度センサ７の角速度・
電圧変換利得であり、ＡWは角速度検出回路12の電圧利
得である。さらに、演算器501の処理804（破線で囲った
部分がそれに相当する）によって、信号ｃをK2倍（ブロ
ック1002）し、その結果と、信号ｄを−K1倍（ブロック
1009）したものとを加算点1010において合成し、合成信
号ｅを得る。駆動回路16に対応したブロック1004におい
て、信号ｅはAe倍に増幅され、電圧信号ｆを得る。アク
チュエータ５に対応したブロック1005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204a
と204bの合成抵抗値であり、Ktはトルク定数である。ブ
ロック1006は鏡筒部１の機械的な慣性モーメントJm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
1007はωｍとθｍの関係を表わす。したがって、本ブロ
ック図からθｏからθｍへの伝達特性は折線近似のボー
ド線図で表すと第11図のようになる。第11図においてfr
はθｏの揺れの周波数である。ここで、折点の周波数f
1、f2は第10図に示した各利得定数を用いて以下のよう
に表せる。

実際には、f1＝0.18Hz、f2＝10Hzにしている。そして、
支持体３の回転角θｏに対する鏡筒部１の回転角θｍの
伝達特性は、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、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、f2以上の周
波数範囲では−12dB/octで減衰している。第11図より、
f1以上の周波数範囲においてθｏの振動からθｍの振動
への伝達量は小さくなる。その程度は、0dBと特性線の
間の差ZdBによって表わされる（この場合fr＝1Hzにおい
てＺ＝15dBとなる）。

静止撮影時における撮影装置の変動は、主に0.5Hz〜5Hz
の範囲に分布していることが知られている。従って、本
撮影装置の防振特性を第11図のごとき特性にすれば、支
持体３の回転角θｏの変動にかかわらず鏡筒部１の回転
角θｍはほとんど変動しなくなり、撮影画面の変動が著
しく小さくなることがわかる。すなわち、安定した見や
すいビデオ撮影が可能になる。

さらに加えて言えば、前記混合演算（１）における各項
はその次段の処理（En＝En-1＋ΔＥ）とによって、下記
の様な意味をもつ。

すなわち、（１）式第１項〔−K1×ΔＷ］は鏡筒部１の
角速度ωｍを“0"とし鏡筒部１を静止させるために設け
る成分である。

（１）式第２項〔K2×ΔＱ〕は鏡筒部１と支持体３の相
対角度θmoを“0"とし鏡筒部１の角度Qmと支持体３の角
度θｏが、ほぼ一致した状態とするために設ける成分で
ある。

さて、次にパン撮影時における制御動作を説明する。ま
ず、静止撮影を行っている時は上記のように鏡筒部１は
静止するように制御されているので、撮影者がこの状態
（静止撮影）から支持体３を操作してパン撮影に入った
ならば鏡筒部１は支持体３に追従せず静止するように制
御され（実際には前記混合演算（１）における第二項
〔K2×ΔＱ〕の働きによって僅かながら動く）鏡筒部１
と支持体３の相対角度θmoは次第に大きくなる。しかし
ながら、撮影モード判別手段13（手段803）によって相
対角度θmoの絶対値が所定の値（第９図（ａ）のＱPAN
に対応）を超えたところでパン撮影であると判別され制
御演算は処理805によって行われることになる。処理805
では鏡筒部１の角速度ωｍが支持体３の角速度ωｏに対
して滑らかに一致し、良好に追従するように制御演算し
ている。このことについて、以下、詳しく説明する。

前記混合演算（２）における各項はその次段の処理（En
＝En-1＋ΔＥ）とによって、下記の様な意味をもつ。

すなわち、（２）式第１項〔−K3＋（ΔＷ−ΔQ/Tw）〕
は鏡筒部１の各速度ωｍを時定数Twで支持体３の角速度
ωｏに一致するように働く。なぜなら、定常状態（パン
撮影と判別され常に処理805が行われている場合におい
て）では、この項は“0"となる。よって、次式（３）を
得る。

ΔＷ＝ΔQ/Tw ……（３） 式（３）は以前の説明から、次式（４）のように書き換
えられる。

Wn−Wn-1＝（Qn−Qn-1）/Tw ……（４） さらに、式（４）は次式（５）のように書き換えられ
る。

(Wn−Wn-1)/ΔＴ＝〔Wn＋(Qn−Qn-1)/ΔＴ−Wn〕/Tw …
…（５） 式（５）は明らかに差分方程式であり、サンプリング周
期ΔＴの極限ΔＴ→０をとると、式（５）はｔを時間と
して次式（６）の微分方程式になる。

dWn/dt＝（Wn＋dQn/dt−Wn）/Tw ……（６） ここで、Wnは鏡筒部１の角速度ωｍに対応し、Qnは鏡筒
部１と支持体３の相対角度θmoに対応するものであるか
ら、式（６）は次式（７）に書き換えることができる。

ｄωm/dt＝（ωｍ＋ｄθmo/dt−ωｍ）/Tw ……（７） さて、式（７）において項〔ｄθmo/dt〕は鏡筒部１に
対する支持体３の相対角速度を表すものであるから、こ
の項と鏡筒部１の角速度ωｍとの和であるところの〔ω
ｍ＋ｄθmo/dt〕は支持体３の角速度ωｏを表すことに
なる。よって、式（７）は次式（８）となる。

ｄωm/dt＝（ωｏ−ωｍ）/Tw ……（８） 総分方程式（８）をωｍについてとくと、結局式（９）
を得る。

ωｍ＝ωｏ×（１−ｅ^−t/TW） ……（９） すなわち、式（９）は鏡筒部１の角速度ωｍが時定数Tw
で支持体３の角速度ωｏに一致することを示している。
すなわち、（２）式のΔQ/Twは鏡筒部１に対して角速度
の指令を施している。ところが項〔−K3×（ΔＷ−ΔQ/
Tw）〕だけでは鏡筒部１の角度θｍと支持体３の角度θ
ｏは、一致しないで、ほぼ撮影モード判別手段13がパン
撮影を判別した時点での差だけずれた格好になる。そこ
で、項〔K4×ΔＱ〕が鏡筒部１と支持体３の相対角度θ
moを“0"とし鏡筒部１の角度θｍと支持体３の角度θｏ
が、ほぼ一致した状態で前記のように鏡筒部１の角速度
ωｍを支持体３の角速度ωｏに一致させるために設けら
れている。

さて、撮影者が静止撮影からパン撮影、そして再び静止
撮影という具合に本実施例の撮影装置を操作したときの
支持体３の角度θｏと鏡筒部１の角度θｍの動きについ
て第12図を用いて説明する。第12図は、撮影者が静止撮
影からパン撮影、そして再び静止撮影という具合に本実
施例の撮影装置を操作したときの支持体３の慣性座標に
おける角度θｏと鏡筒部１の慣性座標における角度θｍ
の動きを示すものである。曲線1201は支持体３の角度θ
ｏの動きを示すものであり、撮影者が時刻t1までは静止
撮影を行い、この時刻（t1）よりパン撮影に入り、時刻
t3で再び静止撮影に入っていることを示す。曲線1202は
鏡筒部１の角度θｍの動きを示すものである。時刻t1で
パン撮影が開始されると、この時点では本実施例の撮影
装置は撮影モード判別手段13（処理803）によって依然
として静止撮影と判別されているので前記した様に鏡筒
部１は僅かながら動くものの支持体３に対する追従性は
悪く鏡筒部１と支持体３の相対角度θmoは広がりを増
す。やがて、時刻t2において鏡筒部１と支持体３の相対
角度θmoが、処理803で定めるところのθPANに対応する
値まで大きくなると、同処理803によってパン撮影と判
別され制御演算は処理805に委ねられる。すると、前記
した様に鏡筒部１の角速度ωｍが支持体３の角速度ωｏ
に対して滑らかに一致し、さらに、鏡筒部１の角度θｍ
が支持体３の角度θｏに対してほぼ一致した状態で良好
に追従するように制御される。そして、時刻t3において
撮影者が静止撮影に入ると処理803で定めるところのＴA
ISに対応する時間の後、時刻t4において同処理803によ
って再び静止撮影と判別されることになる。

なお、以上の説明では、ヨー方向の揺れに対する防振及
びパン撮影について適用した本発明の実施例を説明した
が、もちろん、ピッチ方向の揺れに対する防振及びチル
ト撮影にも適用できることは言うまでもない。さらに、
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
ではなく、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 以上述べたように、本発明の撮影装置の防振機構は、従
来例に於て必要とされた鏡筒部のカウンタウエイトが不
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。さらに、本発明の撮影装
置は撮影モード判別手段を有しており、静止撮影で必要
とされる防振効果とパン撮影において必要とされる良好
な追従性を両立させている。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おける撮影装置の構成図、
第２図は第１図のアクチュエータの具体的な構成を表す
構成図、第３図は第１図の相対角度検出回路の具体的な
構成を表す回路図、第４図は第１図の角速度検出回路の
具体的な構成を表す構成図、第５図は第１図の撮影モー
ド判別手段と制御演算手段の具体的な構成を表す構成
図、第６図は第５図のA/D変換器の具体的な構成を表す
構成図、第７図は第１図の駆動回路の具体的な構成を表
す回路図、第８図は第５図のメモリのROM領域に格納さ
れている内蔵プログラムの基本フローチャート、第９図
は第８図の各処理の詳細なフローチャート、第10図は第
１図の動作を説明するためのブロック図、第11図は第１
図の動作を説明するためのボード線図、第12図は第１図
の動作を説明するための動作説明図、第13図は従来にお
ける撮影装置の構成図である。 １……鏡筒部、３……支持体、５……アクチュエータ、
６……回転軸、７……角速度サンサ、９……ホール素
子、10……画像信号処理回路、11……相対角度検出回
路、12……角速度検出回路、13……撮影モード判別手
段、14……制御演算手段、Ｇ……鏡筒部１の重心、16…
…駆動回路、501……演算器、502、503……A/D変換器、
504……メモリ、505……D/A変換器。

Claims (4)

【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
   回転自在に支持する支持体と、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
   ュエータと、前記鏡筒部と前記支持体の相対角度を検出
   する相対角度検出手段と、前記回転軸回りの前記鏡筒部
   の角速度を検出する角速度検出手段と、前記アクチュエ
   ータに指令入力に比例した電力を供給する駆動回路と、
   前記相対角度検出手段の出力の絶対値が第一の所定の値
   を超えたことによりパン撮影あるいはチルト撮影などの
   移動撮影と判別し、前記相対角度検出手段の出力の絶対
   値が第二の所定の値より小さくかつ、前記角速度検出手
   段の出力の絶対値が第三の所定の値より小さくなる状態
   が所定の時間以上続いたときに静止撮影と判別する撮影
   モード判別手段と、前記撮影モード判別手段が静止撮影
   であると判別したときは、前記相対角度検出手段の出力
   と、前記角速度検出手段の出力とをそれぞれ第一の所定
   の利得で加算して該加算結果を前記駆動回路の指令入力
   となし、前記撮影モード判別手段が移動撮影であると判
   別したときは、前記相対角度検出手段の出力と、前記相
   対角度検出手段の出力を予め定めた所定の時間定数で除
   算して得られる結果と、前記角速度検出手段の出力とを
   それぞれ第二の所定の利得で加算して該加算結果を前記
   駆動回路の指令入力となす制御演算手段とを具備してな
   る撮影装置。
2. 【請求項２】アクチュエータの回転軸が鏡筒部の重心も
   しくは重心の付近を通っていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の撮影装置。
3. 【請求項３】角速度検出手段として、振動型ジャイロに
   よる角速度センサを使用することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の撮影装置。
4. 【請求項４】支持体の回転角度に対する鏡筒部の回転角
   度の伝達特性を、第一の折点周波数f1以下の周波数範囲
   においては１とし、f1以上で第二の折点周波数f2（f1＜
   f2）以下の周波数範囲では−6dB/octで減衰させ、f2以
   上の周波数範囲では−12dB/octで減衰させるようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の撮影装
   置。