JPS63254870A - 撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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つとして、従来撮影装置の揺動により安定した
画像を得ることができなかった場所、たとえば、走行中
の自動車、航空機等からの撮影でも安定した画像を得る
ことがのぞまれている。そしてそのような目的のために
、撮影者およ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１４図は従来の防振機能を有
する撮影装置の構成図である。

９０１はレンズ部と撮像素子を含む撮像部である。

９０２は↑最像部９０１に対するカウンタウェイトであ
り、連結棒９０３によって撮像部９０１と機械的に結合
されている。９０５は継手であって、連結棒９０３と支
持棒９０４を回動可能に結合している。撮影者は支持棒
９０４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９０１．連結
棒９０３゜カウンタウェイト９０２とで構成される可動
部９０６の重心Ｇが、継手９０５の付近に位置するよう
に、カウンタウェイト９０２の調整を行なう。

すると可動部９０６は継手９０５のまわりに大きな慣性
モーメントをもつことになる。したがって、何らかの原
因によって撮影者の支持する支持体９０４が突然傾いた
としても、可動部９０６のもつ慣性モーメントの作用に
よって、可動部９０６、つまり撮像部９０１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）Ｊ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。たとえばジョン・ユルゲ
ンス；ステエディカムの設計；　ＳＭＰＴＥジャーナル
、８７巻、１９７８年９月、第５８７ページ（Ｊｏｈｎ
　Ｊｕｒｇｅｎｓ　ｒｓｔｅａｄｉｃａｍ　ａｓ　ａ　
Ｄｅｓｉｇｎ　Ｐｒｏｂ　−ｌｅｍ　Ｊ　、　ＳＭＰＴ
Ｅ　ｊｏｕｎａｌ　Ｖｏｌ、　８７．　Ｓｅｐ、１９７
Ｂ、Ｐ５８７）等が先行技術としである。

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大川上十分な性能を
得るためには大きな慣性モーメントを必要とし、このた
め装置全体は大型化せざるを得ない。その結果、操作に
熟練を要するため、前記のような特徴を有するにもかか
わらず一般のユーザに普及するには至っていない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、小型で操作
の簡単な防振特性を有す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１最影装置は、上記の目的を達成するために、
被写体からの光を光学的に結像させるレンズ部と、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、レンズ部と撮像素子を機械的に結合し光軸を形
成する鏡筒部と、鏡筒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、鏡筒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、鏡筒部の回動軸まわ
りの慣性角速度を検出する慣性角速度検出手段と、鏡筒
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応じてア
クチュエータ手段に電力を供給する駆動手段とを備えて
いる。

作用 本発明は上記の構成とすることにより、物理的な慣性モ
ーメントを電気的なサーボ機構に置き換えることにより
、撮影装置全体を小型化することが可能である。さらに
慣性角速度を検出する慣性角速度検出手段は簡単な機構
であり、低廉に前記の防振機能を有する撮影装置を実現
することができる。

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、鏡筒部は１０１で示されて
おり、鏡筒部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１０３とで構成される。１０４は鏡筒部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は鏡筒部１０１と支持体１０４の間に回動軸１
０５まわりに回転力を発生するアクチュエータである。

１０７は鏡筒部１０１に取り付けられ、鏡筒部１０１の
慣性角速度を検出する悟性角速度検出素子であり、１０
８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。１０
９は鏡筒部１０１と支持体１０４の相対角度を検出する
相対角度検出素子であり、１１０は相対角度検出素子１
０９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は慣性角速度検出器１０８の
出力信号と相対角度検出器１１０の出力信号を合成する
合成器である。１１２は合成器１１１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
駆動回路１１２である。

次にそれぞれの構成要素の動作を説明する。慣性角速度
検出手段は、慣性角速度検出素子１０７と、慣性角速度
検出器１０８から成る。慣性角速度検出素子１０７を第
２図囚、■に示す、第２図囚は上部からみた断面図、第
２図０は側面からみた断面図である。２０１は磁石であ
り図面上、左右方向に着磁されている。磁石２０１で発
生した磁束は継鉄２０２によって形成される磁気回路に
導かれる。中央部の継鉄２０２は非磁性体の部材２０９
によって固定される。コイル２０３は軸２０５と軸受２
０６からなる支持手段によって第２図囚において図面上
、上下方向の軸まわりに回動自在に支持されている。コ
イル２０７０両端は導電性のつるまきバネ２０７による
給電手段にて端子２０８に接続される。コイル２０３に
は慣性モーメントを増大させるための錘２０４が結合さ
れる。磁気回路の構成、コイル２０３の支持方法等は可
動コイル形電流計とｔ￥ｉ＋Ｑした構成であるが、大き
く異なる点はコイル２０３に結合された錘２０４である
０通常電流計では応答速度を向上させるため可動部の慣
性モーメントを小さくするよう構成されるのに対し、本
発明の慣性角速度検出素子ではこれを大きくするような
構成とする。なお、コイル２０３．錘２０４を含む可動
部はコギングトルクを発生しないよう非磁性材料で作ら
れている。第３図に慣性角速度検出器１０８の構成を示
す、慣性角速度検出器１０Ｂはコイル２０３を終端する
ための終端抵抗２１０と、終端抵抗２１０に発生する電
圧を増幅するための増幅器２１１と、増幅器２１１の利
得を決めるための帰還抵抗２１２と２１３で構成される
。終端抵抗２１０は磁界内で運動するコイル２０３を終
端することによってコイル２０３を臨界制動の状態に保
つようその抵抗値が調整される。

ここで慣性座標を基準として、コイル支持軸まわりの磁
石２０１．継鉄２０２の角速度をω１、コイル２０３の
角速度をω、とするとき、これらの関係をあられすブロ
ック線図は第４図のようになる０図中、Ｓはラプラス変
換の複素数を示す。

コイル２０３に伝わるトルクはつるまきバネ２０７を介
して伝わるトルクと、コイル２０３が制動されることに
よって発生する粘性抵抗によるトルクである。前者はコ
イル２０３と継鉄２０２の相対角度に比例し、後者はコ
イル２０３と継鉄２０２の相対角速度に比例する０図中
、ブロック２１４は積分要素を表し角速度ω。は角度θ
１に変換される。加算点２１９では継鉄２０２の角度θ
、とコイル２０３の角度θ、から相対角度が得られる。

ブロック２１５はつるまきバネ２１５を表し、相対角度
はバネ定数Ｋｘ倍されトルクに変換される。

一方角速度ω。は加算点２２０でコイルの角速度ω、と
引算され、相対角速度となり、ブロック２１６で示され
る粘性抵抗で粘性抵抗定数Ｋｗ倍されトルクに変換され
る０以上２つのトルクは加算点２２１で加算され、ブロ
ック２１７で表されるコイル２０３およびそれと結合さ
れる錘２０４からなる可動部に加わる。コイル２０３お
よびそれと結合される錘２０４の軸まわりの慣性モーメ
ントをＪ３とすると、トルクは（Ｊｓ　−３１倍される
ことにより角速度ω５に変換される。ブロック２，１８
はブロック２１４と同様に積分要素を表し、角速度ω３
を角度θ５に変換する０以上のブロック線図によれば、
角速度ω。から角速度ω３への伝達関数は Ｋｗ　　　　Ｋ。

□・　Ｓ＋　　− ＪＳ　　　　ＪＳ ・・・・・・　　ｉｌ＋ で表される。同様に角速度ω。から相対角速度ω１−ω
、への伝達関数は、 ＪＳ　　　　ＪＳ ・・・・・・　　（２） で表される。第（１）式および第（２）式で表される伝
達関数の周波数特性を第５図に示す。相対角速度ω。−
Ｃ３は、つるまきバネのバネ定数に、と慣性モーメント
Ｊｓで決る共振周波数１０以上では角速度ω。と１対１
で対応することが判る。さてコイル２０３に発生する起
電圧は相対角速度ω１−ω３に比例するので、この起電
圧を検出することによって磁石２０１および継鉄２０２
の角速度ω、を検出することができる。したがって、慣
性角速度検出器１０８の出力には角速度ω□に比例した
電圧ａが得られる。

なお共振周波数ｆ。とバネ定数に、と慣性モーメントＪ
、の間には次の関係がある。

したがって、慣性モーメントＪｓが大きく、バネ定数Ｋ
Ｘが小さいほど低い周波数まで角速度ω。

が検出できる。錘２０４を付加するのはこのためである
。

相対角度検出手段は相対角度検出素子１０９と、相対角
度検出器１１０とから成る。第６図に相対角度検出手段
の接続を示す、相対角度検出素子１０９はホール素子で
あり、支持体１０４に取付けられる。この相対角度検出
素子１０９と対向する鏡筒部１０１側には、第７図に示
すように磁石１１Ｂが配置される。そして磁石１１８は
支持体１０４と鏡筒部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８図）。するとこの磁石１１８の作用により、相対
角度検出素子１０９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６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３０１
，３０２によって一定に制御されるため、出力６ｉＸＸ
’　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、鏡筒部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３０３と抵抗３０４．３０５，３０６゜３０７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、出力信号すを得ている。

第９図は合成手段の具体的な構成を示すものであって、
抵抗４０１，４０２，４０３と演算増幅器４０４による
加算増幅器である。慣性角速度検出器１０８の出力信号
ａと相対角度検出器＋１０の出力信号すは所定の比率で
加算され合成器１１１の出力信号Ｃとなる。

第１０図は駆動手段の具体的な構成を示すもので、駆動
回路１１２は演算増幅器５０１と駆動用トランジスタ５
０２．５０３と電流検出抵抗５０４とで構成される。合
成器１１１の出力信号Ｃは演算増幅器５０１の非反転入
力端子に加えられる。

演算増幅器５０１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
６０１を流れる電流によって電流検出抵抗５０４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６０１には合成器１１１の
出力信号Ｃに比例した電流が流れることになる。

第１１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６０２と、コイル６０１ｆａ＋。

６０１　（ｂｌと、強磁性体でできたバックヨーク６０
３Ｆａ１．　６０３　Ｑ）ｌが回動軸１０５まわりに配
置されている。磁石６０２はバックヨーク６０３　（ａ
ｌを介して鏡筒部１０１と結合され、第１１図りに示す
ように着磁されている。一方、コイル（ｉｏｌ（ａｌ。

６０１（ｂｌはバンクヨーク６０３　（ｂｌを介して支
持体１０４と結合され、第１１図（Ｃ１に示すようにコ
イル６０　Ｈａｔ、　　６０１　＋ｂ＋が配置されてい
る。いま、コイル６０　ｔ＋ａ＋、　　６０　Ｈｂｌに
電流が流れると、磁石６０２とコイル６０　Ｍａｌ、　
　６０１ｆｂｌの間に電磁力が生じ、第１１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
トルクを生じる。

次に、本発明の墨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筒部１０１の回動軸１０５まわりの
角度θ。、慣性角速度をω。、同じく慣性座標から見た
支持体１０４の角度をθ。

とする時、第１図の構成の撮影装置の防振機能の制御ブ
ロック図は第１２図のようになる。鏡筒部１０１と支持
体１０４の相対角度θ。−〇、は、相対角度検出素子１
０９により検出される。相対角度検出素子１０９と相対
角度検出器１１０は、第１２図のブロック７０１で表わ
され、相対角度θ０−θ。の８倍の信号すを得る。鏡筒
部１０１の慣性角速度ω。は慣性角速度検出素子１０７
と慣性角速度検出器１０Ｂ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１０Ｂは、ブ
ロック７０５で表わされ鏡筒部１０１の慣性角速度ω、
のＡ倍の信号ａを得ている（なお、共振周波数ｆ０は十
分低いものとする）、信号ａとｂは加算点７０７（合成
器１１１）において加算１合成・され、信号Ｃを得る。

駆動回路１１２とアクチュエータ１０６はブロック７０
２で表わされ、合成器１１１の出力信号Ｃの大きさに比
例したトルクＴａを、鏡筒部１０１と支持体１０５の間
に発生する。ここにｇＩｌｌは駆動回路１１２の電圧−
電流変換利得、ｋｔはアクチュエータ１０６のトルク定
数である。ブロック７０３は鏡筒部１０１の機械的な慣
性モーメントＪｍによるトルクＴａから角速度ω。への
伝達を表わし、ブロック７０４はω、とθ。の関係を表
わす、ここにＳはラプラス変換における複素数を意味し
ている。

いま、 ｍ ＩＩｌ とすると、支持体１０４の角度θ。から、鏡筒部１０１
の角度θ。への伝達関数は、 θ。（ａｔ　　　　　Ｓ２　＋Ｆ−ｓ＋Ｄ・・・・・・
　　（３） となる、ここで、 ω１−２π・ｆｌ　ニー　　　　・・・・・・　（４）
ω　＝２π・ｆ２−Ｆ　　　　　・・・・・・　（５）
とおくときに ω　く〈ω２　　　　　　　　　・・・・・・　（６）
となしている、したがって周波数伝達関数Ｇ（ｊω）の
折線返信ボード線図は第１３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。に
対する鏡筒部１０１の角度θ、の伝達特性Ｇ（ｊω）は
、第１の折点周波数ｆ、以下の周波数範囲においては１
　（ＯｄＢ）となり（線■）、１１以上で第２の折点周
波数ｆ２以下の周波数範囲では、−６ｄＢ１０ｃｔで減
衰しく線■）、１２以上の周波数範囲では−１２ｄＢ１
０Ｃｔで減衰している（線■）、第１３図より、１１以
上の周波数範囲において、θ。の振動からθ、の振動へ
の伝達量は小さくなる。その程度はＱｄＢ（線■）と特
性線の間の差Ｚによって表わされる。

発明の効果 以上のように本発明の提供する撮影装置は、磁界を発生
させる磁石と、磁石とともに空隙を有する磁気回路を形
成する継鉄と、磁気回路中の空隙に磁束と鎖交するよう
に配置されたコイルと、コイルを所定の回転軸まわりに
回動自在に支持する支持手段と、コイルから給電するた
めの給電手段とからなる慣性角速度検出手段を使うこと
により、装置全体を大型化することなく防振機能を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の撮影装置の一実施例における構成図、
第２図は慣性角速度検出素子の断面図、第３図は慣性角
速度検出器の回路図、第４図は慣性角速度検出素子のブ
ロック図、第５図は慣性角速度検出素子のボード線図、
第６図は相対角度検出素子、相対角度検出器の回路図、
第７図は相対角度検出素子の配置図、第８図は相対角度
検出素子と対抗して配置される磁石の着磁特性図、第９
図は合成器の回路図、第１０図は駆動回路、アクチュエ
ータの回路図、第１１図はアクチュエータの構成図、第
１２図は本発明の撮影装置のブロック図、第１３図は第
７図のブロック図における支持体の角度θ。から鏡筒部
の角度θ、への伝達特性を示すボート線図、第１４図は
従来の撮影装置の構成図である。 ＋０１・・・・・・鏡筒部、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、２１・・・・・・合成器、１１２・・・・
・・駆動回路。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名ｌθ５−　
凹勤袖 第２図 第３図 第４図 第５図 周減数（対数Ｗ灸） 第６図 第７図 ηａ脣七１東さ 第９図 箸１０図 第１１図 ６θ？ 第１２図 ７０．５ 第１３図 周　５反数（り↑数置イＥ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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筒部と、前記鏡筒部を所定の回動
   軸に対して回動可能に支持する支持体と、前記鏡筒部と
   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、前記鏡筒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、前記鏡筒部と前記支持体
   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応じて
   前記アクチュエータ手段に電力を供給する駆動手段とを
   備える撮影装置であって、前記慣性角速度検出手段は磁
   界を発生させる磁石と、前記磁石とともに空隙を有する
   磁気回路を形成する継鉄と、前記磁気回路中の空隙に磁
   束と鎖交するよう配置されたコイルと、前記コイルを所
   定の回転軸まわりに回動自在に支持する支持手段と、前
   記コイルから給電するための給電手段とからなることを
   特徴とする撮影装置。