JPH06105966B2

JPH06105966B2 - 撮影装置

Info

Publication number: JPH06105966B2
Application number: JP62050521A
Authority: JP
Inventors: 稲治　　利夫; 総一郎藤岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-03-05
Filing date: 1987-03-05
Publication date: 1994-12-21
Anticipated expiration: 2009-12-21
Also published as: JPS63217775A

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、
撮影装置本体が外乱振動や揺動を受けても、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。それに伴
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、撮影者およ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
と撮影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。したがって、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
に保たれる。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〔たとえば、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 aDesign Proble
m」,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、極めて大
きなカウンタウエイト1302を設ける必要がある。したが
って、従来の構成では小型軽量化が困難となり携帯用の
ビデオカメラには不向きという問題点がある。

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
のレンズと撮影素子を搭載された鏡筒部と、前記撮影素
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相対角度
検出手段と、回転軸回りの前記鏡筒部の空間に対する角
速度を検出する鏡筒部角速度検出手段と、指令信号に応
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、前記鏡筒部角速度検出手段の出力信号と前記駆動手
段の指令信号とにより前記鏡筒部に加わる外乱負荷の大
きさを推定し負荷推定信号を出力する負荷観測手段と、
前記相対角度検出手段の出力と前記鏡筒部角速度検出手
段の出力より合成信号を生成し出力する合成手段とを具
備し、前記駆動手段の入力には前記合成手段の出力であ
る合成信号から前記負荷推定信号を差し引いて得られた
指令信号が入力されるように構成す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によって、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する。し
たがって撮影者およ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、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）と撮影素子２（たとえば、CCD
板や撮影管）が取り付けられ、被写体からの反射光を集
光させて撮影素子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、撮影素子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。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に回転可能に支承されてい
る。アクチュエータ５には突起部17が設けられ、支持体
３にはストッパー用ピン18a,18bが設けられている。突
起部17とストッパー用ピン18a,18bにより鏡筒部１のヨ
ー方向の可動範囲が規制されている。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
体的な構成を示す。第２図において、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とともに回転する。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の軸受
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
対応した出力信号を発生する。なお、θｍは空間（慣性
座標）からみた回転軸６の回りの鏡筒部１の角度であ
り、θｏは同じ慣性座標からみた回転軸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。＋Ｖ_Ｈ，−Ｖ_Ｈは、適当な電源であり、抵抗30
6,307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、鏡筒
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、慣性座標における鏡筒部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、
慣性座標からみた鏡筒部１の回転軸６の回りの角速度ω
ｍ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（たとえば、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・エレメント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とともに同じ周波
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６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403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６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405によって検波出力の低周
波成分（たとえば、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。

相対角速度検出回路11の出力信号ｃと鏡筒部角速度検出
回路12の出力信号ｄは、合成手段14に入力される。合成
手段14は、鏡筒部角速度検出回路12の出力信号ｄと、相
対角度検出回路11の出力信号ｃを積分演算した結果とを
それぞれ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図に負荷観測器13と合成手段14の構成を示す。本実
施例では、負荷観測器13と合成手段14は、A/D変換器50
2,503と演算器501とメモリ504とD/A変換器505とで、構
成される。A/D変換器502は、位置検出回路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の読み込み
の時に“L"（低電位状態）になる。したがって、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15の出力信号ｕは駆動回路16に入力され、
信号ｕ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TS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TS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
相当するディジタル信号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の慣性座
標から見た角速度ωｍに相当するディジタル信号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804では、鏡筒部１が慣性座標において静止もしく
は略静止するように制御演算し、合成信号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の慣性座標から見た角速度ωｍ
に相当するディジタル信号ｑと駆動回路16の入力信号ｕ
から鏡筒部１に加わる外乱負荷の大きさに応じた負荷推
定信号ｔを演算で求め出力する。そして処理804で得ら
れた合成信号ｅから負荷推定信号ｔを差し引いて得られ
た指令信号ｕを作り出している。

なお、処理804と処理805が第１図における制御演算手段
15に相当する。

つぎに、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
るディジタル信号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。つぎに、信
号ｈを“L"にして鏡筒部１と支持体３の相対角度θmoに
対応するディジタル信号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に対応するディジタル信
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。つぎに、信号ｋを“L"にし
て鏡筒部１の角速度ωｍに対応するディジタル信号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Qn−
１と変数Wn−１に格納されている。

第９図（ｂ）は、処理804の詳細なフローチャートであ
る。まず、合成手段14の出力信号ｅに対応するディジタ
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。つぎに、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。ついで、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,Ta,TS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＝−K1×ΔＷ＋K2×（ΔＱ＋TS×Qn/Ta） …（２）つぎに、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。その後、に移行し次段の処理
805の後、タイマ割り込みを待つ（第８図参照）。

処理805の詳細な説明は後述するとして、まず処理805を
施さない場合の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、鏡筒部角速度検出回路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。さて、慣
性座標からみた鏡筒部１の角度θｍと支持体３の角度θ
ｏの相対角度θmoは、アクチュエータ５のマグネット20
2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10
01で表わされ、θmoのＫ_Ｑ・Ａ_Ｑ倍の信号ｃ（位置検出
回路11の出力信号）を得る。Ｋ_Ｑはホール素子５の磁束
密度・電圧変換利得であり、Ａ_Ｑは相対角度検出回路11
の電圧利得である。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Ｋ
_Ｗ・Ａ_Ｗ倍の信号ｄを得る。Ｋ_Ｗは角速度センサ７の角
速度・電圧変換利得であり、Ａ_Ｗ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、その結果とその結果を利得1/Taで
積分（ブロック1003）したものと、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f1,f2は第10図に示した各利得定数を用いて
以下のように表わせる。

実際には、f1＝0.18Hz、f2＝10Hzにしている。そして、
慣性座標における支持体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１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
２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図により、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。したがっ
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（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
記のような意味をもつ。

すなわち、（２）式第１項〔−K1×ΔＷ〕は鏡筒部１の
角速度ωｍを“0"とし鏡筒部１を慣性座標において静止
させるために設ける成分である。（２）式第２項のうち
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の慣性座標における角度θｍと支持体
３の慣性座標における角度θｏが、ほぼ一致した状態と
するために設ける成分である。ここで、利得K2は利得K1
に比べて非常に小さく設定される。これは、鏡筒部１の
角速度ωｍを“0"とすることが主目的であるからであ
る。すなわち、K2を大きくすると鏡筒部１の角度θｍの
支持体３の角度θｏに対する追従性が良くなることにな
り、防振効果は低下する。したがって、K2の値は十分小
さく選ばれ、項〔K2×ΔＱ〕によるアクチュエータ５の
発生トルクTmは僅かである。したがってアクチュエータ
５の軸受け回りの損失が大きい場合には、発生トルクTm
はその損失に勝ることなく、鏡筒部１と支持体３の相対
角度θmoを“0"とするに至らない。すなわち、鏡筒部１
の角度θｍと支持体３の角度θｏが定常的な偏差をもっ
てωｍ＝０の制御が成されることになる。そこで、
（２）式第２項のうちの項〔K2×ΔＴ×Qn/Ta〕が設け
られ、次段の処理〔En＝En−１＋ΔＥ〕とともに、θmo
の積分演算の意味をもち鏡筒部１の角度θｍと支持体３
の角度θｏの定常的な偏差を除去する。すなわち、θｏ
とθｍに定常的な偏差が存在すると、毎回のサンプリン
グ毎に項〔K2×ΔＴ×Qn×Ta〕が変数Enに加算される。
この結果、項〔K2×ΔＱ〕によるアクチュエータ５の発
生トルクが軸受け損失より小なる場合であっても、項
〔K2×ΔＴ×Qn/Ta〕は毎回のサンプリング毎にEnに加
算されるので、アクチュエータ５の発生トルクは時間と
ともに大きくなり軸受け損失に勝り、θｏとθｍの定常
的な偏差をなくすことができる。

しかしながら、実際に本発明の撮影装置を実現するにあ
たって検討を繰り返すうちに以下に述べる問題点が明確
になった。

すなわち、鏡筒部１と支持体３を回動自在に支承するた
めに設けた回転軸６と軸受207の間に発生する粘性摩擦
と鏡筒部１に取り付けられた撮像素子２と支持体３に設
けた画像信号処理回路10とを結線する数10本の線材の持
つ剛性により充分な防振特性が得られなくなった。軸受
部の粘性摩擦および線材の剛性はいずれも鏡筒部１に加
わる外乱トルクTD（第10図）となり、しかも支持体３の
動きに応じて鏡筒部１を回転させるように作用する。し
たがって、等価的には支持体３の角度θｏから鏡筒部１
の角度θｍへの伝達特性において、第１の折点周波数f1
が高域側に移動することになる（f1＝２〜3Hz）。その
結果、前述したとおり静止撮影時における撮影装置の変
動は主として0.5Hz〜5Hzの範囲に分布しているため、軸
受部の粘性摩擦および線材の剛性が大きい場合には充分
な防振特性が得られないことになる。

本発明は上記問題点を解決するために鏡筒部１に加わる
外乱負荷TDを第１図に示した負荷観測器13により鏡筒部
角速度検出回路12の出力ｄと駆動回路16の入力ｕから外
乱負荷TDを推定し、鏡筒部１に加わる外乱負荷TDを打ち
消すように負荷観測器13の出力ｔを合成手段14の出力ｅ
から減算器19により引算するように構成したものであ
る。

本発明の原理を簡単に述べると、以下のとおりである。

外乱のない場合、鏡筒部１の角速度は駆動回路16の入力
ｕの積分に比例するはずである。比例しないのは外乱が
あるためと考えられるから、逆に鏡筒部角速度検出回路
12の出力ｄと、駆動回路16の入力ｕの積分値を所定倍し
た信号とを比較することにより外乱負荷TDを推定するこ
とができる。

以下、第１図の負荷観測器13の動作について詳細に説明
する。

第12図（ａ）は負荷観測器13のブロック図を示すもので
ある。駆動回路16に入力される指令信号ｕをAe・Kt/R倍
（ブロック1201）することによりアクチュエータ５の発
生トルクTmを求める。鏡筒部１の角速度ωｍとその推定
角速度の差を減算器1216で求め差信号αを得る。さらに差信号
をαをJm・G1倍（ブロック1212）して信号βを得る。ま
た差信号αを積分（ブロック1213）して信号νを得て、
さらにJm・G2倍（ブロック1214）することにより推定外
乱負荷を得る。つぎにアクチュエータ５の発生トルクTmと信号
βと推定外乱負荷を加算器1215で加算し、信号δを得る。さらに信号δを
積分（ブロック1211）することにより信号εを得て、さ
らに1/Jm倍することにより鏡筒部１の推定角速度を得る。したがって、以上のループで得られた推定外乱
負荷をR/Kt/Ae倍（ブロック1202）することにより推定外乱
負荷の大きさを発生させるに必要な駆動回路16の入力ｔを得
ることができる。

つぎに第12図（ａ）の破線で囲んだ部分の動作について
説明する。

第12図（ａ）のブロック図において、鏡筒部１の角速度
ωｍの入力位置を等価的に変換してブロック図を整理す
ると、第12図（ｂ）となる。第12図（ｂ）の入力ｘは第
12図（ａ）よりつぎのように表される。

ｘ＝Tm−ωｍ・JmS …（５）第10図の加算器1011に注目すると、（５）式で表される
信号ｘは鏡筒部１に加わる外乱負荷TDに負号を付したも
のに等しい。したがって第12図（ｂ）のブロック図よ
り、鏡筒部１に加わる外乱負荷TDから推定外乱負荷までの伝達関数を求めると次式のようになる。

（６）式から、第12図（ａ）の破線で囲んだ部分のルー
プによって、鏡筒部１の角速度ωｍと駆動回路16の指令
信号ｕから実際の外乱負荷TDを２次遅れ系で推定できる
ことになる。

ゆえに、２次遅れ系の自然周波数をfn、ダンピングファ
クタをζとすれば G1＝２ζ（２πfn） …（７） G2＝（２πfn）^２ …（８）と表される。前述したとおり静止撮影時における撮影装
置の変動は主として0.5Hz〜5Hzの範囲に分布しているた
め、外乱負荷TDの周波数も同じく0.5Hz〜5Hzの範囲に分
布していると考えられ、（７）式および（８）式のfnを
5Hz,ζを0.7〜１に選ぶことにより外乱負荷TDを極めて
正確に推定することができる。以上の演算は第８図に示
す処理805により実行される。

つぎに処理805について、第９図（ｃ）のフローチャー
トを用いて詳細に説明する。

まず、負荷観測器13の出力信号ｔに対応するディジタル
信号Ｔの１サンプリング前の値を保持する変数Tnを変数
Tn−１に格納し、同じく鏡筒部１の推定角速度に対応する値を保持する変数に格納する。つぎに，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から鏡筒部
１の推定を引算し、その結果を変数ΔＡに格納する。そして、G
1,G2,TSを定数として下記の演算（９），（10）を行
い、演算結果は変数に格納される。

つぎに、を加算し、そに格納する。そして変数Enから変数を引算し、結果を新たにUnに格納する。そして最後に、
変数Un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、タイマ割り込み
を待つ（第８図参照）。

なお、以上の説明では、ヨー方向の揺れに対する防振お
よ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および
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
来例におい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
装置は鏡筒部に加わる外乱負荷を負荷観測器で推定する
ことができるので、その負荷観測器で得られた信号でも
って外乱負荷を打ち消すことができる。

したがって、本発明により、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ことができ、しかも回転軸と軸受の
間に発生する粘性摩擦、および鏡筒部に取り付けられた
撮影素子と支持体に設けた画像信号処理回路とを結線す
る線材の持つ剛性が大きくても充分な防振特性が得られ
る。しかも外乱負荷の大きさが変化しても自動的に追従
することができるので調整は不要である。

【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（ａ），（ｂ），（ｃ）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図の鏡筒部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図の負荷観測器と合成手段の具体的な
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RO
M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（ａ），（ｂ），（ｃ）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（ａ），（ｂ）は第１図
の負荷観測器の動作を説明するためのブロック図、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……角速度センサ、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……鏡筒部角速度検出回路、13……負荷観測器、
14……合成手段、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

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のレンズと撮影素子を搭載した鏡筒部
と、前記撮影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
間に取り付けられ、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
出する相対角度検出手段と、回転軸回りの前記鏡筒部の
空間に対する角速度を検出する鏡筒部角速度検出手段
と、指令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、前記鏡筒部角速度検出手段の出力
信号と前記駆動手段の指令信号とにより前記鏡筒部に加
わる外乱負荷の大きさを推定し負荷推定信号を出力する
負荷観測手段と、前記相対角度検出手段の出力と前記鏡
筒部角速度検出手段の出力より合成信号を生成し出力す
る合成手段とを具備し、前記駆動手段に入力される指令
信号は前記合成信号から前記負荷推定信号を差し引いて
得られるように構成されたことを特徴とする撮影装置。
【請求項２】アクチュエータ部の回転軸が鏡筒部の重心
もしくは重心の近傍を通ってい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。
【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。
【請求項４】空間における支持体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/oc
tで減衰させ、 f2以上では−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）項に記載の撮影装置。