JPH0734582B2 - 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振動にかかわ
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。（例えば、ジュン・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 jou
nal 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が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できるが、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、前記鏡筒部の慣性座標に対する角速度
を検出する鏡筒部角速度検出手段と、前記支持体の慣性
座標に対する角速度を検出する支持体角速度検出手段
と、前記支持体角速度検出手段の出力信号の絶対値が所
定の値を越えて一定時間以上継続したときは移動撮影と
判別し、前記相対角度検出手段の出力信号が所定の範囲
内で、かつ前記支持体角度検出手段の出力信号の絶対値
が所定の値以下で一定時間以上継続したときは静止撮影
と判別する撮影モード判別手段と、前記鏡筒部角速度検
出手段の出力信号と前記相対角度検出手段の出力信号よ
り合成信号を生成し出力する合成手段と、前記合成信号
を増幅し前記アクチュエータ手段に電力を供給する駆動
手段より構成され、前記撮影モード判別手段が静止撮影
と判別したときは前記合成手段の制御利得を調整し前記
鏡筒部を慣性座標において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と判別したときは前記合
成手段の制御利得を調整し前記鏡筒部と前記支持体の慣
性座標に対する角度を一致させるように制御することを
特徴とするものである。

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、前記鏡筒部と前記支持体のそれぞれの角度を
前記慣性座標において滑らかに一致させ、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。し
たがって静止撮影時には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、パン撮影やチルト撮影の移動撮影時には、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
しでがら説明する。

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）が取り付けられ、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部をヨー方向に回転
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。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の軸受20
7が取りつけられたコイルヨーク203には、コイル204a,2
04b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202
（鏡筒部１の角度θｍ）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からなる作動
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、適当な電源であり、抵抗306,30
7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（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の回りの角度速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周期検波
し、ローパスフィルタ405によって検波出力の低周波成
分（例えば、DC〜100Hz程度）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、支持体角速度検出手段17に入力さ
れる。支持体角速度検出手段17はこれらの入力信号から
撮影者が操作する支持体３の慣性座標における角速度に
比例する信号ｕを出力する。支持体角速度検出回路17の
出力信号ｕ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13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
方向を変える事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の判別結果は合成手段14に入力さ
れる。さらに、合成手段14には、相対角度検出回路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、鏡筒角速度検出回路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
果とをそれぞれ第１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と、角速度検出回路の出力信
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、相対角度検出回路11の出力信号ｃから得る角
速度指令とをそれぞれ第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と合成手段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）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。

合成手段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ｆを出力す
る。

さて、演算器591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持っている。
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の慣性座標か
ら見た角速度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の慣性座標から見た
角速度ωｍに相当するデジタル信号ｑから、慣性座標か
ら見た支持体３の角速度ωｏを演算で求め、支持体３の
角速度ωｏの値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、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。次に、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。まず、処理901で鏡筒部１と支持体３の今現在の相
対角度θmo（＝θｏ−θｍ）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。次に、処理902では慣
性座標に対する鏡筒１の角速度ωｍを表す変数Wnに変数
ΔＱをサンプリング周期ΔＴで除した値ΔQ/ΔＴを加算
する。すなわち、下記の演算（１）を行い、演算結果は
変数Woに格納される。

Wo＝Wn＋ΔQ/ΔＴ ……（１） 式（１）において項〔ΔQ/ΔＴ〕は鏡筒部１と支持体３
の相対角度の差分を表すものであるから、サンプリング
周期Δが十分小であるとすれば、式（１）の第２項目は
支持体３の鏡筒部１に対する相対角速度（ωｏ−ωｍ）
に示し、この項と鏡筒部１の角速度ωｍとの和に対応す
る〔Wn＋ΔQ/ΔＴ〕は支持体３の角速度ωｏに対応した
値を示すことになる。したがって、式（１）の変数Wo
は、支持体３の慣性座標に対する角速度ωｏを表すもの
である。処理903において変数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における処理803の結果に
おいてPFL＝１であったとすると、処理903の結果、処理
904に移行する。処理904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905に移行
し、超えていれば処理909に移行する。処理905では変数
Woの絶対値が所定の値ＷAISを超えていなければ処理906
に移行し、超えていれば処理909に移行する。処理906で
は変数ＮAISの内容を“1"だけ増す。処理907では変数Ｎ
AISが所定の値ＴAIS／ΔＴを超えているかを判別する。
変数ＮAIS所定の値ＴAIS／ΔＴを超えていれば処理908
に移行し、超えていなければ処理910に移行する。処理9
08では変数PFLを“0"とする。処理909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906〜
処理907は時間ΔＴ×ＮAIS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、かつ支持体３
の角速度ωｏの絶対値が所定の値（ＷAISに対応）以下
である状態が所定の判定時間（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。

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903の結果、処理911に移行する。処理911
では変数Woの絶対値が所定の値ＷPANを超えているかを
判別する。変数Woの絶対値が所定の値ＷPANを超えてい
れば処理912に移行し、超えていなければ処理915に移行
する。処理912では変数ＮPANの内容を“1"だけ増す。処
理913では変数ＮPANが所定の値ＴPAN／ΔＴを超えてい
るかを判別する。変数ＮPANが所定の値ＴPAN／ΔＴを超
えていれば処理914に移行し、超えていなければ処理910
に移行する。処理914では変数PFLを“1"とする。処理91
5では変数ＮPANを“0"とする。変数ＮPAN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ΔＴごとに発生するタイマ割り込みによ
るので処理912〜処理913は時間ΔＴ×ＮPANを計測して
いることに相当する。処理914では変数PFLを“1"とす
る。処理915では変数ＮPAN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）は支持体３の角速度Woの絶対値が所定の値（Ｗ
PANに対応）以上となる状態が所定の判定時間（ＴPANに
対応）以上続いて初めてパン撮影と判別（PFL＝１）す
る。

そして、処理910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。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、Ta、ΔＴ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＋ΔＴ×Qn/Ta） ……
（２） 次に、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持つ（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。次に、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、Tp、ΔＴを定数として下記の
演算（３）を行い、演算結果は変数ΔＥに格納される。

ΔＥ＝−K3×（ΔＷ−ΔQ/Tw） ＋K4×（ΔＱ＋ΔＴ×Qn/Tp） ……（３） 次に、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持つ（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、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の磁束密度・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、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θ
ｍ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）。

静止画像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（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〔−K1×ΔＷ〕は鏡筒部１の
各速度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"とすることが注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の値は十分に小さく選
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ω
ｍ＝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θ
ｏ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×Δ
Ｔ×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発生トルクは時間と共に大きく
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。

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部１
は慣性座標において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
（２）における項〔K2×ΔＱ〕と項〔K2×ΔＴ×Qn/T
a〕の働きによって僅かながら働く）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（処理803）によって支持体３の
角速度ωｏ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の角度θｍが支持体３の角度θｏ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（３）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、（３）式第１項〔−K3×（ΔＷ−ΔQ/Tw）〕
は鏡筒部１の角速度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"となるから、次式（４）を得
る。

ΔＷ＝ΔQ/Tw ……（４） 式（４）は以上の説明から、次式（５）のように書き換
えられる。

Wn−Wn−１＝（Qn−Qn−１）/Tw ……（５） さらに、式（４）は次式（６）のように書き換えられ
る。

（Wn−Wn−１）／ΔＴ ＝〔Wn＋（Qn−Qn−１）／ΔＴ−Wn〕/Tw ……（６） 式（６）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（６）はｔを時間と
して次式（７）の微分方程式になる。

dWn/dt＝（Wn＋dQn/dt−Wn）/Tw ……（７） ここで、Wnは鏡筒部１の角速度ωｍに対応し、Qnは鏡筒
部１に対する支持体３の相対角度θmoに対応するもので
あるから、式（７）は次式（８）に書き換えることがで
きる。

ｄωm/dt＝（ωｍ＋ｄθmo/dt−ωｍ）/Tw ……（８） さて、式（８）において項〔ｄθmo/dt〕は鏡筒部１と
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ωｎとの和であるところの〔ωｍ＋ｄ
θmo/dt〕は支持体３の角速ωｏを表すことになる。よ
って、式（８）は次式（９）となる。

ｄωm/dt＝（ωｏ−ωｍ）/Tw ……（９） 微分方程式（９）をωｍについて解くと、結局式（10）
を得る。

ωｍ＝ωｏ×（１−ｅ^−t/TW） ……（10） すなわち、式（10）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。
なわち、（３）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/T
w）〕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、ほぼ一致させる
ために設けられている。しかし、利得K4を大きくすると
パン撮影を検出した時点の鏡筒部１の角度θｍと支持体
３の角度θｏの角度差が急峻に“0"になるように制御さ
れることになり、撮影者にとっては撮影画面が急激に流
れることに違和感をもつ。逆に、利得K4を小さくすると
項〔K4×ΔＱ〕によるアクチュエータ５の発生トルタTm
は小さく、アクチュエータ５の軸受損失が存在する場合
には鏡筒部１の角度θｍと支持体３の角度θｏは一致す
るに至らない。そこで、項〔K4×ΔＴ×Qn/Tp〕が設け
られる。この項〔K4×ΔＴ×Qn/Tp〕は次段の処理（En
＝En−１＋ΔＥ）とによって、鏡筒部１と支持体３の相
対角度θmoの積分演算を意味し、鏡筒部１の角度θｍと
支持体３の角度θｏとの定常的な偏差を補償する。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〔K4×ΔＴ×Qn/Tp〕が変数Enに加
算される。この結果、項〔K4×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〔K4×ΔＴ×Qn/Tp〕は毎回のサンプリンダ毎
にEnに加算されるので、アクチュエー５の発生トルクは
時間と共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るに至る。

さて、撮影者が静止撮影からパン撮影、そして再び静止
撮影という具合い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の動きについて第12図に用いて
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の慣性座標における角度θｏ
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の慣性座標における角度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
撮影モード判別手段13（処理803）は、依然として静止
撮影と判別しているので前記した様に鏡筒部１は僅かな
がらも動くものの支持体３に対する追従性は悪く鏡筒部
１と支持対３の相対角度θmoは広がりを増す。やがて、
処理803で定めるＴPANに対応する時間後、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の角度θｍが支持
体３の角度θｏに対して滑らかに一致し、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ＴAIS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、以上の動作に
おいて、鏡筒部１の角度θｍが、支持体３の角度θｏを
若干超えること（オーバーシュート）が起こる。これは
処理805における前記混合演算（３）の積分項〔K4×Δ
Ｔ×Qn/Tp〕に起因するものであるが、そのオーバーシ
ュートの度合は僅かであり撮影者にとっても違和感を感
じる程度のものではない。

以上の如く、防振機構を有する撮影装置を構成して、本
発明の撮影装置の操作性について実際に検討し、既に述
べたTp、Ta、ＷPAN、ＷAIS、ＴPAN、ＴAISの各定数の値
を決定したところ、Tp＝0.3秒、Ta＝3.5秒、ＷPAN＝３
度／秒、ＷAIS＝３度／秒、ＴPAN＝0.3秒、ＴAIS＝１秒
と定めたとき撮影者が通常の撮影を行って、特に違和感
を感ずることなく静止撮影および移動撮影の円滑な操作
を実現することができた。

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。また、以
上の説明では支持体の角速度は、支持体角速度検出手段
により支持体と鏡筒部の相対角度差と鏡筒部の角速度よ
り演算で求めたが、支持体に角速度センサを新たに取り
付け、直接検出してもよい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、本発明により、例え
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図の撮
影モード判別手段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……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変化
器、504……メモリ、505……D/A変換器。

Claims (5)

【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
   検出する相対角度検出手段と、前記鏡筒部の慣性座標に
   対する角速度を検出する鏡筒部角速度検出手段と、前記
   支持体の慣性座標に対する角速度を検出する支持体角速
   度検出手段と、前記支持体角速度検出手段の出力信号の
   絶対値が所定の値を越えて一定時間以上継続したときは
   移動撮影と判別し、前記相対角度検出手段の出力信号が
   所定の範囲内で、かつ前記支持体角速度検出手段の出力
   信号の絶対値が所定の値以下で一定時間以上継続したと
   きは静止撮影と判別する撮影モード判別手段と、前記鏡
   筒部角速度検出手段の出力信号と前記相対角度検出手段
   の出力信号より合成信号を生成し出力する合成手段と、
   前記合成信号を増幅し前記アクチュエータ手段に電力を
   供給する駆動手段より構成され、前記撮影モード判別手
   段が静止撮影と判別したときは前記合成手段の制御利得
   を調整し前記鏡筒部を慣性座標において静止するように
   制御し、前記撮影モード判別手段が移動撮影と判別した
   ときは前記合成手段の制御利得を調整し前記鏡筒部と前
   記支持体の慣性座標に対する角度を一致させるように制
   御することを特徴とする撮影装置。
2. 【請求項２】支持体角速度検出手段は、鏡筒部角速度検
   出手段の出力信号と、相対角度検出手段の出力信号の微
   分値を加算するように構成され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。
3. 【請求項３】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。
4. 【請求項４】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。
5. 【請求項５】慣性座標における支持体回転角度に対する
   鏡筒部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。