DE3486074T2

DE3486074T2 - Kameraanordnung.

Info

Publication number: DE3486074T2
Application number: DE8484309144T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Igarashi; Masataka Izaki; Jirou Kajino; Hiroshi Mitani; Mitsuaki Oshima
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-12-29
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2004-12-29
Also published as: AU3721684A; US5020890A; AU564968B2; EP0149365A3; US4623930A; EP0427706B1; JPS60143330A; US5294991A; KR890003235B1; DE3486445T2; EP0149365A2; KR850005203A; JPH0153957B2; EP0427706A3; US4856882A; CA1270320C; EP0427706A2; EP0149365B1; US5062696A; CA1270320A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kameravorrichtung oder ein Bildaufnahmegerät, beispielsweise eine Videokamera, die in Kombination mit einer Videoaufnahmevorrichtung wie beispielsweise einem Videobandrecorder verwendet wird.
In den vergangenen Jahren hat sich ein weitverbreiteter Einsatz einer steigenden Anzahl von Videobandrecordern zu Hause ergeben, und jedes Jahr werden mehr Videokameras verwendet. Die Vermarktung von Videobandrecordern für den Heimgebrauch mit eingebauten Kameras, die ein Gewicht von weniger als 2 kg aufweisen, und von leichten, handlichen Videokameras, die weniger als 1 kg wiegen, führt dazu, daß bei den Menschen Videokameras immer populärer werden. Es wird erwartet, daß zukünftige Videokameras mit elektronischen Kameras kombiniert werden, und sich wie die heute erhältlichen Standbildkameras ausbreiten werden.
Die Ausbreitung von Standbildkameras und Videokameras erfolgte aufgrund stark unterschiedlicher Gründe. Die Standbildkamera muß getrennte Standbilder erzeugen, die schön sind und von Menschen einfach betrachtet werden können, wogegen die Videokamera eine Folge von Bildern erzeugen muß, die schön und einfach zu betrachten sind. Da der Benutzer der Videokamera eine Technik zur Aufnahme aufeinanderfolgender Bilder beherrschen muß, die als "Kameraarbeit" bekannt ist, wird angenommen, daß die Schwierigkeit der Beherrschung der Kameraarbeit eines der Hindernisse dafür darstellt, daß sich Videokameras weiter ausbreiten. Nachstehend wird die Videokamera von dem Gesichtspunkt des Niveaus von Videokamerabenutzern bei der Aufnahme von Videobildern analysiert. In der Vergangenheit wurden Videokameras hauptsächlich von sehr disziplinierten Benutzern verwendet, die bezüglich der Bildaufnahmeverfahren ein hohes Niveau aufwiesen, beispielsweise professionelle Kameraleute, die für Sender arbeiten, und Amateurkameraleute, die sich eine Aufnahmetechnik auf hohem Niveau angeeignet haben. Mit der Ausbreitung von Videokameras in der Allgemeinheit werden allerdings Videokameras immer mehr von Amateuren benutzt, die kein Talent aufweisen, und die wenig Gelegenheit haben, ihre Fähigkeiten zu entwickeln, beispielsweise Hausfrauen, Menschen im mittleren Alter, sowie alte Menschen, deren Aufnahmetechnik auf einem niedrigen Niveau liegt. Um einer derartigen Entwicklung zu begegnen, haben die Hersteller Anstrengungen unternommen, die technische Entwicklung bezüglich der leichten Handhabung von Videokameras voranzutreiben, abgesehen von dem Versuch, die grundlegenden Funktionen der Videokamera zu verbessern. Das endgültige Ziel einer derartigen Entwicklung besteht in der Automatisierung der momentanen, komplexen Kamerabedienungsprozedur, so daß Mitglieder der Allgemeinheit, die nicht genügend Erfahrung in Bildaufnahmetechniken aufweisen, Bilder erzeugen können, die sich an die annähern, die von professionellen Kameraleuten aufgenommen werden.
Zur Erzielung des endgültigen Ziels wurden unterschiedliche Technologien zur Automatisierung von Kamerasteuerungsvorgängen entwickelt. Die Automatisierung ist bis zu dem Punkt fortgeschritten, an welchem eine automatische Blendeneinstellung, eine automatische Fokussierung und ein automatischer Weißabgleich erfolgen, und nunmehr kann der Benutzer einfach dadurch Bilder aufnehmen, daß er einen Bildaufnahmeknopf drückt, beinahe ohne eine Einstellung vornehmen zu müssen. Allerdings sind alle Benutzer aus diesem Kreis der Allgemeinheit enttäuscht, wenn sie den erheblichen Unterschied zwischen den von ihnen aufgenommenen Bildern, selbst mit den fortgeschrittensten automatischen Videokameras, und den von professionellen Kameraleuten aufgenommenen Bildern sehen. Dies bedeutet, daß das voranstehend beschriebene endgültige Ziel durch die Steuervorgangs-Automatisierung noch nicht erreicht wurde. Der wesentlichste Grund für den Unterschied liegt darin, daß die bislang für Videokameras entwickelte Automatisierungstechnologie bislang nur der Automatisierungstechnologie für Standbildkameras gefolgt ist, und nur insoweit wirksam war, daß jedes aufgenommene Bild schön ist. Zwar sollen, wie voranstehend erwähnt, mit den Videokameras aufgenommene, aufeinanderfolgende Bilder schön und einfach zu betrachten sein, jedoch weist die konventionelle Videokamera, die anhand der Automatisierungstechnologie hergestellt wurde, bislang nur eine Schulterstütze, einen optimalen Schwerpunkt und dergleichen auf, um diese Anforderung zu erfüllen.
Es gibt verschiedene Gründe für den Unterschied zwischen aufeinanderfolgenden Bildern, die von professionellen bzw. Amateur-Kameraleuten aufgenommen werden. Der erste Grund besteht darin, daß zwar ein professioneller Kameramann praktisch bei der Aufnahme sämtlicher Szenen ein Stativ verwendet, jedoch ein allgemeiner Videokamerabenutzer Bilder aufnimmt, ohne ein Stativ zu verwenden, während er die Kamera von Hand führt. Die durch den Laien aufgenommenen Bilder neigen daher zu Instabilitäten und lassen sich nicht gut betrachten. Da der Trend dahin geht, daß mit wachsender Verbreitung von Videokameras das Verhältnis der benutzten Stative geringer wird, werden aufgenommene aufeinanderfolgende Videobilder immer weniger stabil. Der zweite Grund liegt darin, daß durch Videokameras für den Heimgebrauch aufgenommene Bilder weniger stabil sind, wenn diese Kameras von Hand geführt werden, als die durch Hand gehaltene Videokameras für den professionellen Einsatz aufgenommene Bilder, da die Videokameras für den Heimgebrauch erheblich leichter sind. Je leichter im Verlauf der Jahre Videokameras für den Heimgebrauch werden, desto weniger stabil werden die von ihnen aufgenommenen, aufeinanderfolgenden Videobilder. Der dritte Grund besteht darin, daß professionelle bzw. Amateur-Kameraleute ein unterschiedliches Niveau in der Kameraarbeit aufweisen. Der professionelle Kameramann weist mehr als einige Jahre an Erfahrung in beinahe sämtlichen Bildaufnahmearten auf, während allgemeine Kamerabenutzer im wesentlichen bei der Aufnahme von Videobildern nicht ausreicht diszipliniert sind, abgesehen von bestimmten Videokamerafans. Der untalentierte Laie weist unterschiedliche Probleme bei der Aufnahme aufeinanderfolgender Videobilder auf. Diese umfassen Fehler bei verschiedenen Bildaufnahmearten, beispielsweise Unschärfen, die bei der Betriebsweise der Aufnahme von Standbildern auftreten, eine zu schnelle Schwenkgeschwindigkeit im Schwenkmodus, Variationen der Schwenkgeschwindigkeit, Schwankungen der Kamera beim Schwenkmodus, instabile Bilder infolge von Kräften, die ausgeübt werden, wenn ein Zoomschalter im Zoommodus bewegt wird, und Schwankungen von Bildern, die bei Verwendung eines Kamerawagens aufgenommen werden, oder bei der Betriebsart der Bewegung der Kamera mit Hilfe des Kamerawagens. Mit wachsender Popularität von Videokameras in der ungeübten Allgemeinheit gibt es mehr Benutzer mit einer niedrigen Bildaufnahmetechnik.
Wie voranstehend beschrieben wird sich das Erfordernis nach Technologien zur einfachen Erzeugung aufeinanderfolgender Bilder eher vergrößern als verringern, und wird sehr wichtig werden.
In der Industrie hat die Halbleitertechnologie erhebliche Fortschritte unternommen. CCD-Abbildungsfelder mit Abmessungen von 4,4 mm·5,7 mm wurden bereits als Versuchsmuster hergestellt. Es wurden in hohem Ausmaß Anstrengungen in Richtung auf eine höhere Packungsdichte und niedrigere Kosten unternommen. Es wird angenommen, daß aufeinanderfolgende Videobilder rein elektronisch korrigiert werden, durch Verwendung eines Übermaßes an Pixeln und durch Steuerung des Lesevorgangs der Pixel. Daher liegt ein wesentliches technisches Ziel, welches in der Industrie erzielt werden soll, in der Entwicklung einer handlichen Videokamera für den Hausgebrauch, die es einem Neuling ermöglicht, aufeinanderfolgende Videobilder aufzunehmen, die so stabil sind wie die Bilder, die von der von Hand gehaltenen Videokamera aufgenommen werden, die von einem professionellen Kameramann betätigt wird, in unterschiedlichen Bildaufnahmemoden, beispielsweise mit Kamerawagen, Verschwenkung, Verkippung und Zoomen, selbst ohne Verwendung eines Stativs.
Es wird der Stand der Technik beurteilt, der auf die Erzielung des voranstehend erwähnten Ziels gerichtet ist. Zumindest jetzt gibt es keine Videokamera, die als Produkt realisiert oder verkauft wurde, die Funktionen aufweist, um die voranstehend erwähnte Aufgabe zu lösen.
In Kombination mit konventionellen Videobandrecordern verwendete Videokameras weisen eine Kombination einer Fokussiereinrichtung, beispielsweise einer Linse, und einer Bildaufnahmeeinrichtung auf, beispielsweise eine CCD-Bildaufnahmeeinrichtung, die exakt befestigt und miteinander zusammengebaut sind. Diese Videokameras sind unwirksam bei der Unterdrückung normaler Bildschwankungen, die durch von Hand hervorgerufene Unschärfen erzeugt werden, wenn eine Telelinse verwendet wird, und sind ebenfalls unwirksam bei der Unterdrückung von Bildschwankungen infolge ungleichmäßiger Kameradrehungen, wenn die Videokamera mit variabler Geschwindigkeit in dem Schwenkmodus gedreht wird.
Der Stand der Technik, bei dem am wahrscheinlichsten erscheint, daß eine Videokamera mit einfachem Aufbau und niedrigen Kosten bereitgestellt werden kann, ist in der japanischen Veröffentlichung eines offengelegten Gebrauchsmusters Nr. 53-8938 mit dem Titel "Stabilisatorgerät für die optische Achse" beschrieben. Die beanspruchte Erfindung befaßt sich mit einer Stabilisatorvorrichtung für die optische Achse, wobei die Vorrichtung eine gerade Anzahl reflektierender Spiegel aufweist, die in gegenüberliegender Anordnung auf einem optischen Weg angeordnet sind, um aufeinanderfolgend einen auftreffenden Lichtstrahl zu reflektieren, zumindest eine Trägheitslast, die auf der optischen Achse angeordnet und bezüglich einer Winkelbewegung gehaltert ist, sowie eine Einrichtung zur Verringerung des Winkels der Winkelbewegung der Trägheitslast auf die Hälfte, und zur Übertragung des verringerten Winkels an irgendeinen der reflektierten Spiegel. Die offenbarte Anordnung ist darauf gerichtet, Bildschwankungen durch die Trägheitslast zu unterdrücken, die niedrige Kosten aufweist sowie einen einfachen Aufbau.
Allerdings traten bei der voranstehenden Anordnung nach dem Stand der Technik die nachstehenden Probleme auf:
Das erste Problem besteht darin, daß infolge der Tatsache, daß irgendwelche Bildschwankungen nur durch die Trägheitslast unterdrückt werden, sich die Fehler addieren und in kurzer Zeit die Grenze eines Unterdrückungsbereiches erreichen, wenn die Bildschwankungen eine Zeit lang andauern, mit dem Ergebnis, daß die Vorrichtung als ein Produkt nicht ausreichend funktioniert. Daher führt die vorbekannte Erfindung bei ihrer Ausführung zu geringen Vorteilen. Zur Auslöschung der Bildschwankungen sollte es ein optimales Verhältnis zwischen dem Trägheitsmoment der Drehwelle jedes reflektierenden Spiegels und dem Trägheitsmoment der Trägheitslast geben, und wenn dieses optimale Verhältnis nicht erreicht wird, würde die Vorrichtung nicht arbeiten. Allerdings schweigt sich die offenbarte Erfindung über das optimale Verhältnis aus, und stellt daher nur eine Erfindung dar, die nur eine Idee offenbart und nicht ordentlich arbeitet, wenn sie in die Praxis umgesetzt wird.
Das zweite Problem ist wie folgt: Würde das optimale Verhältnis gefunden, und würde die Vorrichtung arbeiten, so wäre die Vorrichtung dabei wirksam, in gewisser Weise Bildschwankungen in dem Telemodus zu unterdrücken, in welchem Bilder nur in einer Richtung aufgenommen werden, und wäre auch wirksam, wenn sie in einem Standbildmodus verwendet würde, bei welchem Bilder an einem festen Punkt aufgenommen werden. Bei einer Verwendung als Videokamera beim Aufnehmen von Bildern in variierenden Richtungen würde allerdings die Bildaufnahmerichtung nicht geändert, wenn die Richtung des Kameragehäuses zu dem Zeitpunkt geändert würde, an welchem die Kamera von Hand gehalten wird. Wird die Richtung des Kameragehäuses geändert, so würde die Grenze des Schwankungsunterdrückungsbereiches erreicht werden, und dann würde sich das Bild zu bewegen beginnen. Zu diesem Zeitpunkt würde nicht nur das Bild erheblich gestört, sondern das Gerät wäre auch nicht länger wirksam bezüglich der Unterdrückung nachfolgender Bildschwankungen. Zusätzlich würde sich die Richtung des Kameragehäuses und die Bildaufnahmerichtung voneinander unterscheiden, so daß die Vorrichtung äußerst schwierig zu handhaben wäre. Da das Gerät nach dem Stand der Technik keine Bilder in anderen Moden, abgesehen von dem Bildaufnahmemodus für feste Einzelbilder, stabilisieren kann, ist das Gerät von daher vorteilhaft, daß es zum Einsatz als Videokamera ausgeführt ist, wenngleich mit geringem Kostenaufwand.
Einige Vorrichtungen zur Verhinderung von Bildschwankungen für optische Geräte sind in dem US-Patent US-A-3 212 420, US-A-3 378 326 und US-A-3 473 861 beschrieben, jedoch sind sie nicht als Videokameras geeignet. Das japanische veröffentlichte Patent JP-A-56-21133 beschreibt eine Vorrichtung zur Verhinderung von Bildschwankungen, die bei einer Videokamera einsetzbar ist, jedoch weist sie ein zu hohes Gewicht und zu schlechte Leistungen auf, als daß sie als Videokamera in der Praxis verwendet werden könnte.
Die Industrie war nicht an der Entwicklung von Videokameras mit den voranstehenden Funktionen interessiert, und zwar aus dem Grunde, daß es bei der normalen Bildaufnahme oder bei Abbildungsarten in Sendestationen üblich ist, Stative zu verwenden, falls dies möglich ist, und daher sind aufeinanderfolgende Videobilder, die auf diese Weise aufgenommen werden, ausreichend schön und einfach zu sehen, selbst ohne daß spezielle Schutzvorkehrungen getroffen werden. Bei der Aufnahme von Bildern ohne Verwendung des Stativs, beispielsweise für neues Material, wird die ausgefeilte Technik oder Kameraarbeit eines professionellen Kameramanns dazu eingesetzt, aufeinanderfolgende Bilder einer gewünschten Bildqualität zu erzeugen. Daher gab es auf diesem Gebiet keinen starken Bedarf nach Bildstabilisatorgeräten. Zwar gibt es einen Bedarf nach derartigen Geräten auf Gebieten, welche strenge Abbildungsbedingungen erfordern, jedoch sind die erforderlichen Eigenschaften recht stringent. Da die Anforderung nach Videokameras mit einer Bildstabilisierungsfähigkeit unter normalen Abbildungsbedingungen nicht von Sendestationen ausgeht, kümmert sich die Industrie nicht um derartige Videokameras, und es wurde im wesentlichen kein Stand der Technik für die Technologie zum Stabilisieren von Videobildern entwickelt, die unter normalen Bedingungen aufgenommen werden.
Die Industrie für Videokameras für den Hausgebrauch richtete ihre Aufmerksamkeit auf die Verbesserung der Qualität von Standbild-Videobildern, und wird ihre Aufmerksamkeit auf die Verbesserung der Qualität aufeinanderfolgender Videobilder in ein paar Jahren richten, nachdem die momentane Entwicklungsrichtung aufgehört hat. Mit anderen Worten wurde kein Stand der Technik entwickelt, um kostengünstige Videokameras entweder für den Heimgebrauch oder für den industriellen Gebrauch zu entwickeln, die eine automatische Fähigkeit der Verbesserung der Qualität aufeinanderfolgender Bilder aufweisen, die instabil und nicht einfach zu betrachten wären, die von üblichen Verbrauchern unter normalen Bedingungen, nämlich beim Halten von Hand, aufgenommen werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung einer kostengünstigen Kameravorrichtung mit geringen Abmessungen, welche automatisch Bildschwankungen korrigieren kann, so daß Benutzer auf einem niedrigen Niveau der Bildaufnahme oder Abbildungstechnik, einschließlich Anfänger, einfach aufeinanderfolgende Videobilder aufnehmen können, die schön und einfach zu betrachten sind.
Der hier verwendete Begriff "Bildschwankungen" umfaßt von Hand hervorgerufene Unschärfen, die verursacht werden, wenn ein stationäres Objekt in einer festen Richtung abgebildet wird, und nicht-glatte oder sich ändernde Drehgeschwindigkeiten zum Zeitpunkt des Drehens einer Videokamera in Schwenk- und Kippmoden.
Eine Kameravorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Fokussiereinrichtung zur optischen Fokussierung eines Lichtstrahls von einem Objekt zur Ausbildung eines optischen Bildes des Objekts; eine Abbildungseinrichtung zur Umwandlung des von der Fokussiereinrichtung erzeugten optischen Bildes in ein elektrisches Bildsignal, eine Schwankungsermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Schwankung der Vorrichtung zur Erzeugung eines Schwankungsermittlungssignals, eine auf das Schwankungsermittlungssignal reagierende Steuereinrichtung zur Erzeugung eines Schwankungssteuersignals, und eine auf das Schwankungssteuersignal reagierende Schwankungsunterdrückungseinrichtung zur Unterdrückung einer Bildschwankung, die durch die Schwankung der Vorrichtung hervorgerufen wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schwankungsermittlungseinrichtung zumindest zwei vibrierende Winkelgeschwindigkeitssensoren umfaßt, von denen jeder bei einer bestimmten Frequenz in Schwingungen versetzt wird, um als das Schwankungsermittlungssignal ein Signal zu erzeugen, welches eine Winkelgeschwindigkeit der Vorrichtung anzeigt, infolge einer auf den Winkelgeschwindigkeitssensor ausgeübten Coriolis- Kraft, wenn eine Drehung infolge der Schwankung der Vorrichtung erfolgt, wobei die Winkelgeschwindigkeitssensoren so angeordnet sind, daß sie Winkelgeschwindigkeiten der Vorrichtung in zumindest zwei Richtungen feststellen, senkrecht zueinander, und so in Schwingungen versetzt werden, daß die Schwingungsfrequenzen der jeweiligen Sensoren um f voneinander getrennt sind, wobei f die Maximalfrequenz in einem Unterdrückungssteuerungs-Schwankungsfrequenzbereich ist, oder so, daß die Sensoren synchron miteinander in Schwingungen versetzt werden. Diese Kameravorrichtung kann automatisch die Schwankungen von Bildern mit einer einfachen, kleinen und kostengünstigen Anordnung und über einen einfachen Betriebsablauf steuern.
Es gab keine konventionelle Kameravorrichtung wie beispielsweise eine Videokamera mit einer derartigen Bildschwankungssteuerfähigkeit, und der Stand der Technik hat es nicht geschafft, eine derartige Fähigkeit mit einer kleinen und einfachen Anordnung zu erreichen, bei niedrigen Kosten, und mit einem einfachen Betriebsablauf.
Die vorliegende Erfindung war darin erfolgreich, die voranstehende Fähigkeit zu erreichen, auf der Grundlage der nachstehenden Erkenntnisse, die bislang nicht festgestellt wurden:
Die erste Erkenntnis besteht darin, daß eine Frequenzanalyse von Winkelgeschwindigkeiten von Schwankungen, die dann erzeugt werden, wenn nicht professionelle Videokamerabenutzer Bilder mit per Hand gehaltenen Videokameras aufnehmen, ergeben hat, daß die Schwankungen hauptsächlich in einem Frequenzbereich von 0,25 bis 5 Hz auftreten, wie in den Fig. 1 (b) und (c) (die nachstehend beschrieben werden) der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, und daß die Steuerung von Schwankungen im Bereich von 0,01 bis 20 Hz einschließlich der Grenzwerte jede nachteiligen Effekte auf aufeinanderfolgende Videobilder infolge von Schwankungen entfernen kann, die erzeugt werden, wenn die Bilder durch von Hand gehaltene Videokameras durch allgemeine Verbraucher aufgenommen werden.
Die zweite Erkenntnis wird nachstehend beschrieben. Die Schwankungsermittlungseinrichtung muß eine bestimmte Auflösung aufweisen. Konventionelle Schwankungsermittlungseinrichtungen sind für den Heimeinsatz verhältnismäßig kostenaufwendig, da die billigsten Kreisel mit schneller Drehung einige Hunderttausend Yen kosten. Wenngleich Detektoreinrichtungen mit hoher Auflösung und hoher Stabilität oder geringerer Temperaturdrift sehr teuer sind, so hat sich doch herausgestellt, daß Sensoren mit einer mittleren Auflösung und schlechten Temperaturdriften wie beispielsweise Schwingungskreisel, die nicht in einen Ofen verbracht werden, relativ kostengünstig herzustellen sind. Der schwingende Kreisel, der für eine Videokamera für den Heimgebrauch eingesetzt wird, weist keine sich drehenden Teile auf, die unterschiedliche Probleme hervorrufen könnten. Der schwingende Kreisel arbeitet so, daß ein Detektor bei einer bestimmten Frequenz in Schwingungen versetzt wird, und über Phasentrennung und dergleichen eine erzeugte Coriolis-Kraft ermittelt wird, aus der Schwingungsgeschwindigkeit des Detektors und der Winkeldrehgeschwindigkeit der gesamten Detektoreinrichtung in bezug auf ein absolutes Koordinatensystem, und die Winkelgeschwindigkeit als ein Ermittlungssignal ausgegeben wird. ,Die Winkelgeschwindigkeit wird durch eine Stimmgabel oder einen schwingenden Balken ermittelt. Versuchsergebnisse bezüglich der Stimmgabel wurden von Herrn Ishizuka in "Characteristics of the vibrating gyroscope" berichtet, in "Precision machine", Januar 1973, und VYRO von General Electric ist berühmt für den schwingenden Balken. Für weitere Einzelheiten vergleiche United States Air Force Technical Reports Nr. FDR TDR-64-101 , Oktober 1964 "Solidstate vibrating gyroscope technical study", Gate "Vibrating angulon sensor may threaten the gyroscope" in "Electronics", 10. Juni 1968, und "Trends of gyro equipment" in der Veröffentlichung der Japan Aeronautics and Space Society, herausgegeben im Juni 1975. Weiterhin brachte "Nikkei mechanical", herausgegeben am 3. Januar 1983, einen Bericht über einen schwingenden Kreisel des Stimmgabeltyps. Diese schwingenden Kreisel weisen eine geringe Größe auf und können mit niedrigen ,Kosten hergestellt werden, haben jedoch schlechte Temperaturcharakteristiken. Insbesondere ist die Art, welche einen piezoelektrischen Kristall verwendet, bezüglich ihrer Temperaturcharakteristik schlecht. Daher treten bei dem schwingenden Kreisel starke Temperaturdrifterscheinungen auf, und er fand keine geeigneten Einsatzgebiete, und wurde aus diesem Grunde in der Industrie nicht viel beachtet.
Es hat sich herausgestellt, daß abhängig von der thermischen Auslegung die Frequenzen der Temperaturdrift natürlicherweise sehr niedrig sind, wie bei der zeitabhängigen Temperaturerhöhungskurve eines gewöhnlichen erwärmten Körpers.
Da die beiden voranstehend erwähnten Frequenzverteilungen voneinander beabstandet sind, können sie durch ein Filter mit niedriger Grenzfrequenz getrennt werden. Auf der Grundlage dieser Tatsache wurde ein neues Verfahren entwickelt, bei welchem ein Sensor mit mittlerer Auflösung und schlechtem Temperaturdriftverhalten verwendet wird, und ein Tiefpaßfilter eingesetzt wird, ,um den Abbildungsarten eines üblichen Amateurbenutzers zu begegnen, um mit einer Steuerschaltung die Frequenz von Schwankungen zu unterdrücken, die gewöhnlich zu dem Zeitpunkt erzeugt werden, wenn von allgemeinen Verbrauchern mit von Hand gehaltenen Videokameras Bilder aufgenommen werden. Es wurde auch ein weiteres Verfahren entwickelt, bei welchem das Filter mit niedriger Grenzfrequenz umgangen oder variiert wird, um eine niedrigere Grenzfrequenz bei Abbildungsmoden zur Verfügung zu haben, die eine Bildschwankungssteuerung erfordern, bis zu einem niedrig-frequenten Bereich, der sich dem Gleichspannungsbereich nähert, beispielsweise in den Schwenk- und Kippmoden. Nachstehend wird als ein "Dämpfungsmodus" der Vorgang der Abweisung niederfrequenter Bauteile bezeichnet, bei denen eine Temperaturdrift auftritt, mit dem Tiefpaßfilter in dem Steuersystem zur Korrektur von Bildschwankungen, um den Einfluß der Temperaturdrift auszuschalten.
Durch Einsatz des voranstehenden Verfahrens zur Optimierung der Konstanten des Filters mit niedriger Grenzfrequenz zur Korrektur von Bildern können sämtliche groben, von dem Anfänger aufgenommenen bewegten Bilder glatt und einfach betrachtbar ausgebildet werden, durch den schwingenden Kreiselsensor ohne Thermostat, der kein wesentliches Einsatzziel gefunden hat, da er erhebliche Temperaturdrifteigenschaften zeigt, obwohl er eine bestimmte Auflösung aufweist. Mit diesem System kann der Sensor erheblich kostengünstiger hergestellt werden. Daher wurde es möglich, eine Videokamera für den Heimgebrauch mit geringen Kosten herzustellen, welche Bilder stabilisieren kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß das Gesamtgerät geringere Abmessungen und ein geringeres Gewicht aufweisen kann, da der schwingende Kreiselsensor der kleinste und leichteste unter existierenden Kreiseln ist, beispielsweise Gas- Raten-Kreiseln und Laser-Kreiseln.
Die dritte Erkenntnis ist wie folgt: Es wurde eine neue Anordnung entwickelt, bei welcher unterschiedliche Informationsstücke auf einer Bildanzeigeeinheit in einem Finger oder dergleichen angezeigt werden, um die Information des Benutzers der Videokamera zu übertragen. Weiterhin wird ein Anzeigezeichen "+" auf der Bildanzeigeeinheit angezeigt und wird bewegt, während der Benutzer von Hand die Richtung des Kameragehäuses ändert, auf dieselbe Weise, wie eine Cursor-Eingabevorrichtung für ein CAD-System arbeitet, um hierdurch die Eingabe verschiedener Befehle zu gestatten. Damit der Anfänger das Gerät einfach bedienen kann, werden verschiedene automatische Fähigkeiten hinzugefügt. Beispielsweise werden Steuereigenschaften für den Dämpfungsmodus und dergleichen abhängig vom Zoomverhältnis geändert, es werden Kameraschwankungszustände auf der Grundlage eines Ermittlungssignals von der Schwankungsermittlungseinrichtung in dem Sucher und Steuerinformation von einer Steuertreibereinheit angezeigt, und Variationen der Winkelgeschwindigkeit in dem Schwenk- und Kippmodus werden optimal gesteuert, abhängig von dem Zoom- Verhältnis, so daß glatte, aufeinanderfolgende Videobilder erzeugt werden, ohne den Benutzer der Kamera besonders zu belasten. Für Videokameras für den Heimgebrauch umfassen Bildkorrektureinrichtungen ein Spiegeltreibersystem, ein Linsentreibersystem, ein Bildaufnahmesystem-Treibersystem, ein Bildaufnahmeröhren-Elektronenstrahlablenkungssystem, und ein Bildfeldpixel-Auslesesteuersystem, welche mit fortschreitender Halbleitertechnologie die größte Bedeutung gewinnen.
Die voranstehenden und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen noch deutlicher, wobei bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt sind.
Fig. 1(a) ist eine Querschnittsansicht einer Kameravorrichtung, die als Videokamera gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist;
Fig. 1(b) und (c) sind Diagramme mit einer Darstellung der Schwankungsfrequenzen, die zu dem Zeitpunkt erzeugt werden, an welchem die Kameravorrichtung von Hand getragen wird;
Fig. 1(d) und (e) sind Ansichten mit einer Darstellung von Steuerschaltern;
Fig. 2(a) und (b) sind teilweise perspektivisch dargestellte Blockschaltbilder, welche Bildsteuerzustände zeigen;
Fig. 3(a) und (b) sind Diagramme mit einer Darstellung der Steuerung von Schwankungen in einer Nickrichtung;
Fig. 4 und 5 sind Diagramme mit einer Darstellung von Anzeigen in einem Sucher;
Fig. 6 ist eine Perspektivansicht mit einer Darstellung von Richtungen, in welcher der Steuerschalter betätigt wird;
Fig. 7 ist ein Diagramm, welches den Betriebsablauf in einem Schwenkmodus erläutert;
Fig. 8, 9 und 10 sind Diagramme mit einer Darstellung der Beziehung zwischen einer Kamerarichtung, einer Abbildungsrichtung, und einem Steuersignal;
Fig. 11 ist ein Diagramm mit einer Darstellung von Anzeigen in dem Sucher;
Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht einer Kameravorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 ist ein teilweise perspektivisches Blockschaltbild der in Fig. 12 gezeigten Bildaufnahmevorrichtung;
Fig. 14(a) und (b) sind Diagramme mit einer Darstellung der Schwankungsfrequenzen, die zu dem Zeitpunkt erzeugt werden, an welchem die Kameravorrichtung von Hand getragen wird;
Fig. 15 ist ein Diagramm mit einer Darstellung von Sucheranzeigen;
Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht einer Kameravorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 und 18 sind Diagramme mit einer Darstellung des Prinzips der Korrektur eines Schwerpunkts;
Fig. 19 ist ein teilweise perspektivisch dargestelltes Blockschaltbild einer Kameravorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
Fig. 20 ist ein Blockschaltbild einer Kameravorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
Fig. 21 ist ein Blockdiagramm eines horizontalen und vertikalen Antriebssystems;
Fig. 22 ist ein Blockdiagramm einer Kameravorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform;
Fig. 23(a) und (b) sind Diagramme mit einer Darstellung einer Bildkorrektur in einem Bildaufnahmeabschnitt bei der fünften Ausführungsform;
Fig. 24(a) bis (d) sind Diagramme zur Erläuterung des Prinzips der Kontrolle der Abtastung eines Elektronenstrahls;
Fig. 25 ist ein Blockdiagramm einer Kameravorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform, welche ein Ladungsübertragungs-Festkörper-Bildaufnahmeelement verwendet;
Fig. 26(a) bis (e) sind Diagramme zur Erläuterung des Betriebsablaufs eines ersten Ladungsübertragungs-Steuersystems;
Fig. 26(f) bis (n) sind Diagramme zur Erläuterung des Betriebsablaufs eines zweiten Ladungsübertragungs-Steuersystems;
Fig. 26(o) bis (u) sind Diagramme zur Erläuterung des Betriebsablaufs eines dritten Ladungsübertragungs-Steuersystems;
Fig. 27 ist ein Blockdiagramm einer Kameravorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform;
Fig. 28(a) bis (d) sind Diagramme zur Erläuterung des Betriebsablaufs eines Ladungsübertragungs-Steuersystems für das Bildaufnahmeelement;
Fig. 29(a) ist ein Blockdiagramm einer Kameravorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform;
Fig. 29(b) bis (g) sind Diagramme mit einer Darstellung des Prinzips eines Ladungsübertragungsvorgangs;
Fig. 30(a) ist ein vergrößertes Diagramm des Bildaufnahmeelements;
Fig. 30(b) bis (f) sind vergrößerte Diagramme mit einer Darstellung des Prinzips eines Ladungsübertragungsvorgangs;
Fig. 31(a) ist eine horizontale Querschnittsansicht des Bildaufnahmeelements.
Fig. 31(b) bis (e) sind Diagramme mit einer Darstellung von Potentialen, welche das Prinzip eines horizontalen Ladungsübertragungsvorgangs erläutern;
Fig. 32(a) ist eine vertikale Querschnittsansicht des Bildaufnahmeelements; und
Fig. 32(b) bis (e) sind Diagramme mit einer Darstellung von Potentialen, welche das Prinzip eines vertikalen Ladungsübertragungsvorgangs erläutern.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jegliche Schwankung einer Videokamera durch eine Schwankungsermittlungseinrichtung festgestellt, beispielsweise einen Winkelgeschwindigkeitssensor oder dergleichen, und eine Bildsteuereinheit, die als eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals zur Unterdrückung einer Bildschwankung dient, reagiert auf ein Schwankungsermittlungssignal zur Erzeugung eines Bildschwankungsunterdrückungssignals, wobei die letztgenannte Einrichtung eine Korrektureinrichtung für die optische Achse umfaßt, beispielsweise einen Spiegel, um ein Bild zu stabilisieren.
Fig. 1(a) zeigt im Querschnitt eine von Hand handhabbare Videokamera 1, die einen einzigen Spiegel verwendet, bei welcher die vorliegende Erfindung gemäß der ersten Ausführungsform verwirklicht wird. Während eine Bildsteuereinheit nicht in Betrieb ist, wird ein auftreffender Lichtstrahl 2, der durch den Pfeil angedeutet ist, von einem Objekt durch einen Spiegel 3 reflektiert und durch eine Fokussiereinrichtung 4 fokussiert, die mehrere Linsen umfaßt, auf ein Bildaufnahmeelement 5, beispielsweise ein CCD-Bildaufnahmefeld. Ein auf dem Bildaufnahmeelement 5 ausgebildetes optisches Bild wird photoelektrisch in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches gelesen und als ein Videosignal ausgegeben wird. Ein Teil des Videosignals wird auf einer Bildanzeigeeinheit 6 angezeigt, beispielsweise einem Flüssigkristall-Anzeigefeld. Während er das angezeigte Bild überprüft, steuert der Benutzer per Hand die Richtung des Gehäuses der Videokamera 1, um das Objekt abzubilden. Da zu diesem Zeitpunkt die Bildsteuerschaltung nicht in Betrieb ist, beeinträchtigt jede Schwankung der Videokamera 1 das Bild. Wenn der Benutzer ein im allgemeinen ungeübter Verbraucher ist, dann ist die Aufeinanderfolge der Bilder recht mühsam anzusehen. Diese Art des Betriebsablaufs ist dieselbe wie bei konventionellen Videokameras.
Nunmehr wird der Betriebsablauf der Bildsteuerung beschrieben. Die Bildsteuerschaltung wird normalerweise nicht mit Strom versorgt, um einen unerwünschten Energieverbrauch auszuschalten. Wenn ein zweistufiger Steuerschalter 7 durch den Benutzer in einer ersten Stufe gedrückt wird, um das Bild zu stabilisieren, so beginnt die Videokamera nunmehr mit einem Steuermodus. Ein weiteres Herunterdrücken des Steuerschalters 7 schaltet den Schalter der zweiten Stufe ein, so daß ein angeschlossener Videobandrecorder freigeschaltet wird, um mit der Aufnahme von Videosignalen zu beginnen. Zu diesem Zeitpunkt ermitteln Nick-, Gier- und Schlinger-Schwankungsdetektoren 8a, 8b und 8c eines Winkelgeschwindigkeitssensors oder dergleichen Schwankungskomponenten in der Nick-, Gier- und Schlinger-Richtung, und ermittelte Signale werden der Bildsteuerschaltung 9 zugeführt. Die Bildsteuerschaltung 9 umfaßt eine Hauptsteuerschaltung 10 sowie Steuerschaltungen 11a, 11b und 11c für Nick-, Gier- und Schlinger-Komponenten. Steuersignale für diese Nick-, Gier- und Schlinger-Komponenten werden jeweils einem Nick-, Gier- und Schlingertreiber 12a, 12b bzw. 12c zugeführt, welche eine Spiegeldrehbasis 14 drehen, die den Spiegel 3 und den Nicktreiber 12a haltert, sowie eine Abbildungseinheit 5.
Mit der voranstehend beschriebenen Anordnung kann eine Bildsteuerung durch die Steuerung der Abbildungsrichtungen erreicht werden und stabile und einfach zu betrachtende aufeinanderfolgende Bilder können dadurch erzeugt werden, daß die Bauteiltreiber in unterschiedlichen Moden gesteuert werden, in Reaktion auf die Ermittlung der Nick-, Gier- und Schlinger- Komponenten, wenn die Kamera 1 schwankt.
Die Fig. 1(b) und (c) erläutern Frequenzen von Winkelgeschwindigkeiten von Schwankungen, die durch einen niederfrequenten Spektralanalysator gemessen werden, der mit einem Signal von einem Winkelgeschwindigkeitssensor versorgt wird, der eine Auflösung von 0,01º/sek aufweist, und an einer von Hand gehaltenen Videokamera befestigt ist, um Schwankungen zu überprüfen, welche die Videokamera erleidet, wenn sie bei der Aufnahme von Videobildern von einem Neuling benutzt wird. Fig. 1(b) zeigt eine Schwankungsfrequenzverteilung in dem Fall, daß ein festes Objekt von einem ungeübten Benutzer abgebildet wird, der fest auf dem Boden bleibt. Fig. 1(b) zeigt an, daß es zahlreiche Frequenzkomponenten in dem Bereich von 0,3 bis 4 Hz gibt. In diesem Fall erscheinen auf dem Bildschirm langsame Schwankungen, und eine Untersuchung eines wiedergegebenen Bildes zeigt, daß sich das Bild nicht gut betrachten läßt, infolge von Schwankungen, und daß die Bilder offenbar von einem geübten Anfänger aufgenommen werden.
Fig. 1(c) zeigt eine Schwankungsfrequenzverteilung in einem Fall, in welchem ein Objekt von dem Benutzer aufgenommen wird, der läuft, und dies stellt eine sehr strenge Bedingung für Videokameras für den Heimgebrauch dar, und es gibt zahlreiche Frequenzkomponenten in dem Bereich von 0,3 bis 15 Hz. Das Bild schwankt heftig, und es lohnt sich nicht, das Bild zu betrachten.
Zwar ist nur ein Ausschnitt der Versuchsergebnisse gezeigt, jedoch ergibt das Ergebnis der Frequenzanalyse in unterschiedlichen Abbildungsmoden, daß jede unerwünschte Verschlechterung der Qualität aufeinanderfolgender Bilder, die durch allgemeine Verbraucher mit von Hand gehaltenen Videokameras aufgenommen werden, im wesentlichen dadurch ausgeschaltet werden kann, daß Schwankungen mit Frequenzen in dem Bereich von 0,03 bis 12 Hz unterdrückt werden.
Selbst wenn ein Schwankungsdetektor 8 ein Variationsfehlersignal einschließlich einer zentralen Temperaturdriftkomponente mit einer bestimmten Größe in seinem Schwankungsermittlungssignal aufweist, ist es - wie voranstehend beschrieben - möglich, eine Wärmetechnikoptimierung zu erzielen, einschließlich des Schwankungsdetektors, um Frequenzkomponenten, die durch das Variationsfehlersignal auf der Grundlage einer Temperaturdrift erzeugt werden, welche dimensionsmäßig verschieden von dem Absolutwert des Variationsfehlersignals ist, innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches zu halten. Es wurde experimentell bestätigt, daß sich durch eine derartige Einstellung eine kostengünstige, von Hand gehaltene Videokamera herstellen läßt, die von ihr aufgenommene aufeinanderfolgende Videobilder stabilisieren kann, während die Kamera von Hand gehalten wird, und zwar durch Abschneiden der Temperaturdriftkomponente in dem Frequenzbereich mit einem Filter mit niedriger Grenzfrequenz, ,abhängig von dem Abbildungsmodus. Der Betriebsablauf der Steuerschaltung für das voranstehend beschriebene Verfahren wird unter Bezug auf das Blockdiagramm von Fig. 2(a) beschrieben.
Fig. 2(a) zeigt in einer Perspektivansicht die Bauteile der Videokamera 1 von Fig. 1(a), die wesentlich für die Beschreibung der Erfindung sind, und in Blockdarstellung die Steuerschaltung und andere Bestandteile. Zugefügte Teile werden nachstehend beschrieben. Der Steuerschalter 7 umfaßt einen Temperaturdrift-Rücksetzschalter 7a zur Kompensation einer Temperaturdrift der Schwankungsermittlungseinrichtung 8 vor der Aufnahme von Videobildern, einen Bildsteuerschalter 7b zur Durchführung einer Umschaltung zwischen einem Standbildaufnahmemodus, einem Dämpfungsmodus, einem Schwenkmodus und anderen Moden, und zum Ein- und Ausschalten einer Bildsteuerfunktion, sowie einen Bildaufnahmeschalter 7c, der mit dem Bildsteuerschalter 7b zusammenarbeitet, um die Aufnahme von Bildsignalen in dem Videobandrecorder zu beginnen. Eine Bildsteuerschaltung 9 zur Ausführung unterschiedlicher Steuermoden auf der Grundlage von Befehlen von dem Steuerschalter 7 wird mit einem Signal von einem Zoom-Detektor 17 versorgt, der mit einem Zoom-Treiber 16 für das Fokussiersystem 4 verbunden ist, um den Schwenkmodus oder dergleichen zu steuern.
Die Bildsteuerschaltung 9 umfaßt eine Hauptsteuerschaltung 10, die aus fünf Blöcken besteht.
Der erste Block weist eine Schwankungsanzeigeschaltung 10a zur Anzeige eines Schwankungswinkels in einem Sucher auf, jedoch nicht in irgendeiner speziellen Spezialanzeigeeinheit in Fig. 2, wobei der Schwankungswinkel ein Winkel zwischen der Richtung des Kameragehäuses und einer momentanen Richtung ist, in welcher Bilder aufgenommen werden, und durch Drehwinkelsignale von den Treibern 12a, 12b und 12c ermittelt wird. Da der Schwankungswinkel in der Bildanzeigeeinheit 6 angezeigt wird, wird diese sowohl von angezeigten Bildern als auch von angezeigten Schwankungswinkeln benutzt, was zu einer verringerten Anzahl von Teilen führt.
Der zweite Block ist eine Temperaturdrift-Kompensationsschaltung 10b. Beinahe alle Adapter für Videokameras zur Verwendung bei Sendestationen verwenden Drehkreisel, die eine hohe Auflösung aufweisen, äußerst stabil sind, grundsätzlich keine Temperaturdrift erzeugen, und daher nicht korrigiert werden müssen. Allerdings ist der Drehkreisel zu kostenaufwendig für Videokameras für den Heimgebrauch, die geringe Abmessungen und ein geringes Gewicht aufweisen, beispielsweise unterhalb von 1 kg, weist eine kurze Lebensdauer von 1000 Stunden auf, und hat erhebliche Abmessungen, ist nämlich größer als eine einzelne Trockenzelle des UM-1-Typs. Aus den voranstehenden Gründen ist der Drehkreisel bei Videokameras für den Heimgebrauch praktisch nicht einsetzbar. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein schwingender Kreisel mit geringer Größe eingesetzt, der eine mittlere Auflösung aufweist, an einer starken Temperaturdrift leidet, erheblich weniger teuer als der Drehkreisel ist, und nur einige paar Gramm wiegt. Um einen Einsatz des schwingenden Kreisels in dem Standbildmodus zu erlauben, wird die Temperaturdrift-Kompensationsschaltung 10b hinzugefügt, abhängig von der Auslegung der Videokamera.
Die Temperaturdrift-Kompensationsschaltung 10b wird wie nachstehend angegeben eingesetzt: Die Videokamera 1 wird auf den Boden oder auf irgendeinen anderen Ort aufgesetzt, an welchem geringe Schwingungen oder Schwankungen auftreten, und es wird der Temperaturdrift-Rücksetzschalter 7a gedrückt. Da in diesem Zustand das Schwankungsermittlungssignal Null ist, kann das Meßsignal so angesehen werden, daß es nur eine Temperaturdrift anzeigt. Hierdurch kann die Temperaturdrift durch Messung der Winkelgeschwindigkeit oder des Winkelermittlungssignals über einen festen Zeitraum gemessen werden, nachdem der Rücksetzschalter 7a geschlossen wurde. Wenn stabile Kompensationsdaten für die Temperaturdrift erhalten werden, während eine zeitabhängige Änderung der Temperaturdrift überwacht wird, ist die Messung der Temperaturdrift beendet, und die Beendigung der Messung wird an den Benutzer durch einen Summerton oder irgendeine Anzeige von einer Schaltung 18 gemeldet, um die Beendigung der Temperaturdriftkompensation anzuzeigen. Nach dem Empfang einer derartigen Anzeige kann der Benutzer damit beginnen, Bilder in dem Standbildmodus oder dergleichen aufzunehmen. Da der Kompensationswert an einer temperaturabhängigen Variation leidet, wenn über einen langen Zeitraum Videobilder aufgenommen werden, können die Temperaturdrift-Kompensationsdaten durch die Information von Temperatursensoren 8d, 8e, 8f (Fig. 1(a)) modifiziert werden, die in den Schwankungsdetektoren 8a, 8b und 8c oder in deren Nähe angeordnet sind. Auf diese Weise können Videobilder über einen langen Zeitraum in dem Standbildaufnahmemodus aufgenommen werden. Wenn die erforderliche Genauigkeit der Temperaturdriftkompensation niedrig ist, so lassen sich Temperaturdrifterscheinungen durch Signale von den Temperatursensoren 8d, 8e und 8f kompensieren, ohne den Temperaturdrift- Rücksetzschalter 7a zu verwenden, der daher bei einer derart geringen Genauigkeit der Kompensierung weggelassen werden kann.
Bei dem voranstehenden Aufnahmemodus ist die Videokamera fest auf dem Boden oder auf einer anderen ortsfesten Basis angeordnet, wenn irgendeine Temperaturdrift gemessen wird. Nunmehr wird ein Verfahren zur Kompensierung der Temperaturdrift beschrieben, wenn die Videokamera zum Zeitpunkt der Aufnahme von Bildern per Hand am Boden gehalten wird. Wie in Fig. 2(a) gezeigt ist, sind bekannte Pendeleinheiten 19a, 19c in der Nick- bzw. Schlinger-Richtung angeordnet, und die Winkel zwischen den Pendelteilen in den Pendeln 19a, 19c und dem Kameragehäuse werden zuerst durch den Temperaturdrift-Rücksetzschalter 7a zurückgesetzt, und über ein festes Zeitintervall gemittelt. Wenn der Benutzer der Videokamera auf demselben Ort steht, dann zeigt der Durchschnittswert der Winkeldifferenzen der Pendel in dem festen Zeitintervall den Durchschnittswert des Winkels zwischen der Richtung der Schwerkraft und dem Kameragehäuse in dem festen Zeitintervall an. Bei der Genauigkeit, welche die Videokamera erfordert, läßt sich die Richtung der Schwerkraft so ansehen, daß sie einer uniaxialen Richtung des absoluten Koordinatensystems äquivalent ist, so daß sich sagen läßt, daß der Durchschnittswinkel der Pendel in dem festen Zeitintervall für die Winkel zwischen dem absoluten Koordinatensystem und dem Kameragehäuse ermittelt wurde.
In demselben Zeitintervall werden die Winkel, die zwischen dem Kameragehäuse und den Schwankungsdetektoren 8a, 8c gebildet werden, aus den Signalen von den Schwankungsdetektoren 8a, 8c ermittelt, und diese Winkel werden in demselben Zeitintervall auf dieselbe Weise wie voranstehend beschrieben zurückgesetzt und gemittelt. Dann wird der Durchschnittswinkel durch den Schwankungsdetektor für die Winkel zwischen dem Kameragehäuse und den absoluten Koordinatenachsen ermittelt.
Wenn die Temperaturdrift Null ist, und sich der Benutzer der Videokamera nicht in dem festen Zeitintervall bewegt, dann ist = . Allerdings ist eine Temperaturdrift Rd vorhanden. Unter der Annahme, daß ein wahrer Durchschnittswinkel der Schwankungsdetektoren durch Rr ausgedrückt wird gilt
Durch Subtrahieren der Gleichung (1) von der Gleichung (3) ergibt
Da man annehmen kann, daß Rr = Rp ist,
Da die Pendel 19a, 19c eine Beschleunigung ermitteln, wird daher ein Fehler erzeugt. Allerdings wird kein durch Beschleunigung hervorgerufener Fehler erzeugt, es sei denn, der Benutzer wird bewegt oder die Geschwindigkeitsvektoren der Videokamera zu Beginn und zum Ende des festen Zeitintervalls für die Messung sind einander gleich. Die Temperaturdrifterscheinungen werden dann in diesem Zustand ermittelt. Durch Verwendung der Pendel 19a, 19c werden die Kompensationsbeträge für die Temperaturdrift der Schwankungsdetektoren 8a, 8c in der Nick- und Schlinger-Richtung automatisch nach Betätigung des Temperaturdrift-Rücksetzschalters 7a ermittelt, oder in einem festen Zeitraum, mittels Durchführung des voranstehenden Meßzyklus der schwankungsdetektor-Temperaturdrifterscheinungen. Daher lassen sich die Temperaturdrifterscheinungen kompensieren, ohne daß die Videokamera in bezug auf den Boden fixiert wird. Die voranstehende Temperaturdriftkompensierung ist besonders vorteilhaft in solchen Situationen, in welchen mit einer Supertelephotoeinstellung feste Bilder von der von Hand gehaltenen Videokamera aufgenommen werden sollen. Ein Magnetdetektor 20 ist zur Ermittlung des magnetischen Nordpols vorgesehen. Eine Winkel Rm zwischen dem Zeiger des Magnetdetektors 20 und dem Kameragehäuse hat geringe Auflösung und ist stabil, infolge eines Fehlersignals, welches durch ein magnetisches Material wie beispielsweise Eisen erzeugt wird. Der magnetische Detektor 20 allein ist nicht ausreichend wirksam als Einrichtung zur Ermittlung von Schwankungen in der Gier-Richtung der Videokamera. Allerdings zeigt der Durchschnittswert der Positionen des Zeigers in einer bestimmten Meßzeitperiode den magnetischen Nordpol an, und der Winkel Rm wird desto stabiler, je länger die Meßzeit ist.
Der erfindungsgemäße Schwankungsdetektor weist eine mittlere Auflösung und eine schlechte thermische Stabilität auf. Obwohl seine Auflösung den Anforderungen der Videokamera genügt, führt die erhebliche Temperaturdrift dazu, daß sich mehr Fehler akkumulieren, wenn die Meßzeit länger ist. Wie bei den Pendeln wird der Durchschnitt, für ein festes Zeitintervall, von Winkeln m zwischen dem magnetischen Detektor 20 und dem Kameragehäuse ermittelt, und ebenfalls, für dasselbe Zeitintervall, der Durchschnitt der Winkel b zwischen dem Gier- Schwankungsdetektor 8b und dem Kameragehäuse, um hierdurch einen Kompensationswert für die Temperaturdrift des Schwankungsdetektors 8b zu ermitteln. Die Wirkung der Temperaturdrift auf den Schwankungsdetektor 8b wird durch ihre Kompensierung um den ermittelten Betrag verringert. Da das geomagnetische Feld einen Vektor in Richtung auf den magnetischen Nordpol auf der Oberfläche der Erde aufweist, ist es unter bestimmten Bedingungen möglich, abgesehen von der Gier- Richtung Temperaturdrifterscheinungen in der Nick- und Schlinger-Richtung zu kompensieren. Unter Verwendung oder durch Kombinieren der voranstehend beschriebenen Temperaturdrift-Kompensationsverfahren können in dem festen Aufnahmemodus Bilder selbst mit der kostengünstigen, kleinen Schwankungsmeßeinrichtung aufgenommen werden, welche an starken Temperaturdrifterscheinungen leidet, beispielsweise dem schwingenden Kreisel.
Der dritte Block in der Hauptsteuerschaltung umfaßt eine Treiberschaltung 10c für konstante Winkelgeschwindigkeit. Zwar kann der Schwankungsdetektor 8 das absolute Koordinatensystem feststellen, jedoch läßt sich eine exakte Verschwenkung und Verkippung dadurch durchführen, daß die Abbildungsrichtung mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit in der Gier- oder Nick- Richtung in bezug auf das absolute Koordinatensystem gedreht wird. In dem Schwenkmodus wird die Bildaufnahmerichtung gedreht, während das Kameragehäuse in derselben Richtung orientiert ist. Wird während der Drehung der Bildaufnahmerichtung die Grenze des Steuerbereichs erreicht, so wird eine Anzeige zum Drehen des Kameragehäuses in dem Sucher angezeigt, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, und zwar durch die Schwankungsanzeigeschaltung 10a, um zu verhindern, daß der Schwenkmodus gestoppt wird. Dann dreht der Benutzer das Kameragehäuse in der Schwenkrichtung auf der Grundlage der angezeigten Anzeige, um hierdurch mit der Bildsteuerung fortzufahren. Der Schwenkmodus wird anhand von zwei Methoden gesteuert, die später beschrieben werden.
Der vierte Block in der Hauptsteuerschaltung ist eine Treiber-Rücksetzschaltung 10d. Während der Bildsteuerung ist die Richtung des Kameragehäuses nicht notwendigerweise mit der momentanen Bildaufnahmerichtung ausgerichtet. Wenn die Bildsteuerung ausgeschaltet ist, wenn die voranstehend erwähnten Richtungen nicht miteinander ausgerichtet sind, so werden die Steuer-Treibersysteme zu dem Zeitpunkt angehalten, an welchem die Bildsteuerung gesperrt wird, und der Benutzer muß Bilder in einer Richtung aufnehmen, die sich von der Richtung des Kameragehäuses unterscheidet. Dies macht für allgemeine Verbraucher den Steuervorgang schwierig. Wenn während des Bildaufnahmevorgangs die Bildsteuerung abrupt unterbrochen wird, so sind aufeinanderfolgende Bilder, die vor und nach der Unterbrechung aufgenommen wurden, nicht glatt aneinander angeschlossen. Die Treiber-Rücksetzschaltung 10d arbeitet in Reaktion auf ein Ausschaltsignal von dem Bildsteuerschalter 7b oder auf ein Steuerbeendigungssignal in der Bildsteuerschaltung 9, um allmählich die Bildsteuereinrichtung, beispielsweise den Spiegel 3, mit einer bestimmten Zeitkonstante nach Beendigung der Bildsteuerung in Betrieb zu setzen. Dies erlaubt es dem Benutzer, einfach zu betrachtende, aufeinanderfolgende Videobilder aufzunehmen.
Der fünfte Block ist eine Filtersteuerschaltung 10e. Wie voranstehend beschrieben ist der Winkelgeschwindigkeitssensor mit einer hervorragenden Auflösung und einer hohen Stabilität, insbesondere einer niedrigen Temperaturdrift, zu teuer, wie aus den Kosten des Drehkreisels hervorgeht, und kann nicht bei Videokameras für den Heimgebrauch verwendet werden, die kostengünstig sein müssen. Wir konnten jedoch bestätigen, daß Sensoren einer geringfügig schlechteren Auflösung und einer beträchtlich schlechten Temperaturdrift erheblich weniger kostenaufwendig hergestellt werden können. Insbesondere fand der bekannte schwingende Winkelgeschwindigkeitssensor eine erhebliche Beachtung. Dieser Sensor hat die erforderliche Auflösung für Videokameras für den Heimgebrauch, leidet jedoch an einer erheblich starken Temperaturdrift, die in Zukunft verbessert werden könnte. Allerdings ist es momentan nicht bekannt, wann die Temperaturdrift kostengünstig ausgeschaltet werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde auf die Tatsache Wert gelegt, daß Nullpunkt-Offset-Spannungsdrifterscheinungen des Winkelgeschwindigkeitssensors bei niedrigen Frequenzen auftreten,, und dieser untere Frequenzbereich der Temperaturdrift und die Schwingungsfrequenzbereiche, die in Fig. 1(b) und (c) gezeigt sind, die für von Hand hervorgerufene Unschärfen bei Videokameras für den Heimgebrauch verantwortlich sind, können durch Filter getrennt werden. Angesichts dieser Tatsache wird ein Dämpfungssteuer-Bildaufnahmemodus zur Verfügung gestellt, in welchem Filter 11e, 11f und 11g mit niedriger Grenzfrequenz in dem Steuersystem vorgesehen werden. Durch Schalten des Bildsteuerschalters 7b in den Dämpfungssteuer-Bildaufnahmemodus, wie in Fig. 1(d) gezeigt, oder durch einfaches Niederdrücken des Bildsteuerschalters 7b in dem Fall, in welchem kein Dämpfungssteuer-Bildaufnahmemodus vorliegt, veranlaßt die Filtersteuerschaltung 10e die Filter 11e, 11f und 11g in der zugehörigen Nick-, Gier- bzw. Schlinger- Steuerschaltung 11a, 11b, 11c dazu, in das Steuersystem eingefügt zu werden, oder es werden diese Filter vorher eingefügt, um niedrige Frequenzen abzuschneiden, um eine Steuerung nur in bezug auf Schwankungen in einem bestimmten Frequenzbereich durchzuführen. Wenn der Anfänger in diesem Dämpfungsmodus Bilder aufnimmt, können Schwankungen hochfrequenter Komponenten von Bruchteilen von 1 Hz oder mehr infolge der in den Fig. 1(a) und (b) gezeigter, durch den Handbetrieb hervorgerufener Unschärfen gesteuert werden. Frequenzkomponenten, die dazu führen, daß Bilder schlecht zu sehen sind, sind zumindest solche mit Bruchteilen von 1 Hz, und Schwankungen in dem Bereich von 3 bis 10 Hz sind besonders stark für Bilder verantwortlich, die sich nicht gut betrachten lassen. Jedoch können derartige schädliche Schwankungen vollständig durch den Dämpfungsmodus gemäß der vorliegenden Erfindung entfernt werden. Im einzelnen hat sich herausgestellt, daß die Temperaturdrift und die im allgemeinen durch den Handbetrieb hervorgerufenen Unschärfen entfernt werden können, um einfach zu betrachtende Bilder zu erzeugen, durch Verwendung von Filtern mit Grenzfrequenzen im Bereich von 0,01 Hz bis 1 Hz. Allerdings muß das Steuersystem bei der Bildsteuerung in dem Schwenk- und Kippmodus niedrigere Frequenzcharakteristiken aufweisen. Auch muß das Steuersystem niedrigere Frequenzcharakteristiken aufweisen, wenn Bilder durch die fixierte Videokamera bei einer Teleeinstellung aufgenommen werden, nachdem die Temperaturdrift kompensiert wurde. Um diese Anforderung zu erfüllen, betätigt der Benutzer den Bildsteuerschalter 7b, um den Schwenk/Kipp-Modus auszuwählen, wie in Fig. 1(d) gezeigt ist, und wenn die Videokamera mit dem Schwenkmodus beginnt, reagiert die Filtersteuerung 10e und ändert die Einstellungen der Filter 11e, 11f, 11g in den Steuerschaltungen 11a, 11b und 11c, um die voranstehenden Anforderungen zu erfüllen. Dieser Vorgang wird nachstehend mit mehr Einzelheiten unter Bezug auf die Beschreibung des Schwenkmodus beschrieben.
Die Ausbildung der ersten Ausführungsform wurde unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben. Der Betriebsablauf und die Vorteile der Videokamera bei ihrer Benutzung werden nachstehend unter Bezug auf die Fig. 3 bis 9 beschrieben.
Wie voranstehend erwähnt gibt es verschiedene verfügbare Moden für die Aufnahme von Videobildern mit der Videokamera. Diese Moden umfassen einen festen Aufnahmemodus, in welchem ein festes Objekt in einer festen Richtung aufgenommen wird, einen beliebigen Aufnahmemodus, Schwenk- und Kippmoden, und einen Kamerawagenmodus.
Zuerst werden der Betriebsablauf und Vorteile des festen Aufnahmemodus beschrieben, bei welchem ein festes Bild durch eine Videokamera aufgenommen wird, die auf einem Stativ in einem festen Aufnahmewinkel angebracht ist. Dieser Modus ist für die vorliegende Erfindung nicht sehr wichtig, aber er wird deswegen beschrieben, da er einfach zu erläutern ist und einen grundlegenden Modus darstellt. Der Steuerschalter 7 wird so eingestellt, daß er den festen Modus einstellt. Es wird angenommen, daß Temperaturdrifterscheinungen der Schwankungsdetektoren 8a, 8b und 8c bis zu einem bestimmten Bereich kompensiert sind, durch die Temperaturdrift-Kompensationsschaltung 10b in der Hauptsteuerschaltung 10, und daß die Schwankungsdetektoren 8a, 8b und 8c exakt Kameraschwankungen in bezug auf das absolute Koordinatensystem ermitteln können.
Zuerst wird der Betriebsablauf in bezug auf eine Schwankung in der Nick-Richtung beschrieben. Fig. 3(a) zeigt eine Position der Kamera, bevor diese schwankt. Fig. 3(b) zeigt eine Position, in welcher die Kamera in der Nick-Richtung geschwankt hat. Wenn die Kamera um + a im Uhrzeigersinn in der Nick- Richtung in bezug auf das absolute Koordinatensystem gekippt wird, dann wird das auftreffende Licht 2 durch den Spiegel 3 reflektiert, wenn dieser um Ra/2 im Gegenuhrzeigersinn in bezug auf ein relatives Koordinatensystem der Kamera gekippt wird. Das reflektierte Licht wird gegenüber der Position von Fig. 3(a) um Ra im Uhrzeigersinn in bezug auf das absolute Koordinatensystem verschoben, wie in Fig. 3(b) gezeigt, und zentral auf das Bildaufnahmeelement 5 fokussiert. Solange das Kameragehäuse in der Nick-Richtung innerhalb eines Steuerbereichs schwankt, bleibt das auftreffende Licht 2 zentral auf das Bildaufnahmeelement 5 fokussiert, so daß die Bildaufnahmevorrichtung 1 ein Videosignal erzeugen kann, welches ein stationäres Objekt anzeigt, wenn die Videokamera 1 in der Nick-Richtung schwankt. Die voranstehende Bedingung ist solange wirksam, solange das Kameragehäuse in der Nick-Richtung innerhalb des Steuerbereichs schwankt. Wie in den Fig. 4(a) bis (j) gezeigt ist, wird der Winkel zwischen der Kameragehäuserichtung und der tatsächlichen Aufnahmerichtung, also der Schwankungswinkel a, durch die Schwankungsanzeigeschaltung 10a in dem Sucher angezeigt. Fig. 4(a) zeigt eine Anzeige in dem Sucher, bevor die Kamera schwankt. Fig. 4(b) zeigt eine Sucheranzeige, nachdem die Kamera geschwankt hat. Wie dort dargestellt ist, wird abhängig von a eine Markierung angezeigt, so daß also eine Horizontallinie abgesenkt wird, wenn die Kamera nach oben gerichtet wird. Daher wird die Kamera zu jedem Zeitpunkt dadurch in dem Steuerbereich gehalten, daß die Kamerarichtung gesteuert wird, so daß der Kreuzungspunkt im Zentrum des Suchers angeordnet wird. Wenn die Kamera außerhalb des Steuerbereichs bleibt, unabhängig davon, wie der Benutzer versucht, den Kreuzungspunkt zentriert zu bekommen, so kann die Hauptsteuerschaltung 10 einen derartigen Zustand feststellen und das Zoom-Verhältnis verringern. Die Anzeige wird dadurch durchgeführt, daß die Drehwinkel der Treiber 12a, 12b und 12c durch die Schwankungsermittlungseinrichtung angezeigt werden. In dem festen Aufnahmemodus ist der Winkel zwischen der momentanen Aufnahmerichtung derselbe wie die Richtung des absoluten Koordinatensystems, welche durch die Schwankungsermittlungseinrichtung festgestellt wird, und die Richtung des Kameragehäuses. Wird die Kamera nach oben gerichtet, so wird die Anzeige abgesenkt, und der Benutzer dreht die Kamera in die Richtung, in welcher die Anzeige abgesenkt wird. Diese Art der Anzeige ist natürlich und für den Benutzer einfach verständlich, so daß die Kamera einfach gehandhabt werden kann. Anstelle der Anzeige von Fig. 4(b) können Darstellungen oder Anzeigen so erfolgen, wie dies in den Fig. 4(d), (f), (h) und (j) gezeigt ist. Durch Verwendung dieser Anzeigen kann der Benutzer einfach die Kameragehäuserichtung auf das Zentrum des Steuerbereichs gerichtet halten, und zwar zu jedem Zeitpunkt. Diese Anzeigen sorgen nicht nur für eine einfache Handhabung der Kamera, sondern können auch den Steuerbereich vergrößern, und dienen als ein Zeiger in dem automatischen Schwenkmodus oder bei verschiedenen Funktionsschaltern.
Nunmehr werden Schwankungen in der Gier-Richtung beschrieben. Es wird angenommen, daß wie in Fig. 5(a') gezeigt, die Videokamera 1 ortsfest in bezug auf eine Richtung in dem ermittelten absoluten Koordinatensystem gehalten wird, wie durch den gestrichelten Pfeil gezeigt ist, um ein Objekt aufzunehmen. Da für den Schwankungswinkel in der Gier-Richtung Rb = 0 gilt, befindet sich das Markierungskreuz zentral in dem Sucher, wie in Fig. 5(a) gezeigt ist. Wenn daher die Richtung des Kameragehäuses um Ro im Gegenuhrzeigersinn in bezug auf das ermittelte absolute Koordinatensystem gedreht wird, wie in Fig. 5(b') gezeigt ist, da die Drehung im Uhrzeigersinn als eine positive Richtung definiert ist, also mit anderen Worten, wenn die Richtung des Kameragehäuses um -Ro gedreht wird, dann wird die angezeigte Marke in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung bewegt, in welcher sich das Kameragehäuse bewegt hat, wie in Fig. 5(b) gezeigt ist. Der Gier- Treiber 12b wird natürlicherweise um Ro im Uhrzeigersinn oder um +Ro in bezug auf das relative Koordinatensystem des Kameragehäuses gedreht, so daß die Achse des einfallenden Lichtes 2 das Zentrum des Bildaufnahmeelements 5 erreicht. Allerdings würde bei dem Einzelspiegelsystem das Bild um Ro verdreht. Um dies zu verhindern, fügt die Hauptsteuerschaltung 10 ein Signal hinzu, welches mit dem Gier-Winkel o für den Antrieb der Schlinger-Steuerschaltung 11c verträglich ist, um hierdurch den Schlinger-Treiber 12c um Ro zu drehen, um hierdurch jegliche Verdrehung des Bildes zu korrigieren. Um einen einfacheren und kostengünstigeren Aufbau zu erreichen, kann das Bildaufnahmeelement 5 mechanisch an den Gier-Treiber 12b gekuppelt werden, für eine gleichzeitige Drehung um denselben Winkel in derselben Richtung, und es können sämtliche Schlinger-Steuerteile entfallen, die weniger wirksam sind als die Nick- und Gier-Steuerteile. Auf dieselbe Weise wie voranstehend beschrieben können auch Schwankungen in Richtung eines Gierens im Uhrzeigersinn gesteuert werden, um stabile Bilder zu erzeugen, wie in Fig. 5(d) gezeigt ist. Wie bei der Steuerung der Schwankungen in der Nick-Richtung wird die Anzeige in Richtung auf das Zentrum des Steuerbereichs bewegt, durch Richten des Kameragehäuses in die Richtung, in welche die Anzeige bewegt wurde. Daher wird die Videokamera weniger häufig unter normalen Bildaufnahmebedingungen aus dem Steuerbereich herausbewegt.
Nunmehr wird der Betrieb der Videokamera in dem willkürlichen Aufnahmemodus beschrieben, in welchem ein sich willkürlich bewegendes Objekt aufgenommen wird. Allgemeine Verbraucher werden am ehesten Bilder in diesem willkürlichen Aufnahmemodus aufnehmen. Die vorliegende Erfindung und die konventionellen Bildaufnahme-Zusatzeinrichtungen zur Verwendung bei Sendern unterscheiden sich erheblich in bezug auf diesen willkürlichen Aufnahmemodus. Kosten- und Abmessungsfaktoren machen es schwierig, die konventionellen Bildaufnahme-Zusatzgeräte in Videokameras für den Heimgebrauch aufzunehmen. Selbst wenn die konventionellen Bildaufnahme-Zusatzgeräte in Videokameras für den Heimgebrauch vorgesehen wären, würde sich eine derartige Kombination erheblich von der Erfindung unterscheiden. Dort wo ein mechanisches Steuersystem verwendet wird, muß die Videokamera in dem willkürlichen Aufnahmemodus ohne Steuerung arbeiten, da dieses System nur eine Aufnahmerichtung in einer Richtung fixieren kann, und dies führt dazu, daß der erforderliche Betriebsablauf schwierig ist. Im Falle eines elektronischen Steuersystems ist die Aufnahmerichtung im Prinzip auf die Richtung einer optischen Bezugsachse für die Aufnahme fixiert, und das ermittelte absolute Koordinatensystem wird durch einen Steuerhebel beeinflußt, um elektronisch die Richtung der optischen Bezugsachse für die Aufnahme zu ändern. Dieses System weist daher eine komplizierte Anordnung auf, und die Abbildungsrichtung kann nicht geändert werden, ohne den Steuerhebel zu betätigen. Verfolgt man das Objekt, während man die Bilder betrachtet, so verläuft dies analog zur Durchführung eines Videospiels, und ein derartiger Steuervorgang erfordert Erfahrung und ist kompliziert. Daher ist das elektronische Steuersystem nicht für die Verwendung bei Videokameras für den Hausgebrauch geeignet, nicht nur wegen der Kosten, sondern auch wegen der Steuerbarkeit. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Dämpfungsmodus dafür eingerichtet, die Filter mit niedriger Grenzfrequenz zum Durchlassen hoher Frequenzen, deren Grenzfrequenz in dem Bereich zwischen 0,01 und 0,5 Hz liegt, in das Steuersystem einzufügen, wie im einzelnen in bezug auf die Filtersteuerschaltung 10e beschrieben wurde. Wenn die Filter eingefügt werden, oder in dem Dämpfungsmodus, muß der Benutzer nur den zweistufigen Steuerschalter 7 um eine Stufe herunterdrücken, ohne daß irgendein weiterer Vorgang erforderlich ist, um so glatte, aufeinanderfolgende Videobilder mit der von Hand gehaltenen Videokamera zu erzeugen, wie sie erhalten würden, wenn ein Stativ mit einer Öldämpfungsvorrichtung verwendet würde. Um den Bedürfnissen einiger Benutzer zu entsprechen, ist ein Dämpfungssteuerknopf vorgesehen, wie in Fig. 1(e) gezeigt ist, um es dem Benutzer zu ermöglichen, die Eigenschaften der Filter mit niedriger Grenzfrequenz zu ändern. Diese Anordnung führt dazu, daß mehr Benutzer den Dämpfungsmodus akzeptieren. Der Dämpfungsmodus ist insoweit vorteilhaft, daß Leute, die eine solche Bildaufnahmetechnik haben, daß sie unangenehme Bilder aufnehmen, glatte, aufeinanderfolgende Bilder mit einer von Hand gehaltenen Videokamera erzeugen können, und aus diesem Grunde werden aufeinanderfolgend aufgenommene Bilder verbessert, und die Videokamera läßt sich einfach handhaben. Da der Dämpfungsmodus eine Temperaturdrift abschneidet, läßt sich ein schwingender Kreisel einsetzen, der in der Vergangenheit keinen nennenswerten Einsatz gefunden hat, obwohl er im Stand der Technik seit langem bekannt ist, da der schwingende Kreisel an starken temperaturabhängigen Variationen leidet, obwohl er eine bestimmte Auflösung aufweist. Bei weggelassener Temperaturkompensierung kann der schwingende Kreisel ohne irgendeine Einstellung eingesetzt werden. Daher läßt sich die Bereitstellung einer Videokamera unter vernünftigen Kosten erreichen, die wirksam Bilder stabilisiert. Insbesondere erhält man durch Weglassen des fixierten Aufnahmemodus für lange Zeiten und durch dauernde Anordnung der Filter in dem Steuersystem eine einfachere, leichter steuerbare und kostengünstigere Videokamera zur Stabilisierung von Videobildern. Es gibt nämlich einen erheblichen Bedarf der Verbraucher für eine derartige Videokamera mit nur dieser Funktion.
Der grundlegende Betriebsablauf des dritten Schwenk- und Kippmodus wird im einzelnen beschrieben, obwohl dieser Betriebsablauf bereits unter Bezug auf die Treiberschaltung 10c mit konstanter Winkelgeschwindigkeit beschrieben wurde. Eine bestimmte Anordnung, wie sie in Fig. 2(b) gezeigt ist, kann als der entsprechende Block in Fig. 2(a) eingesetzt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Nick-Schwankungsdetektor 8a einen Winkelgeschwindigkeitssensor auf, beispielsweise einen schwingenden Kreisel, um die Winkelgeschwindigkeit einer Schwankung zu messen. Der Schwankungsdetektor 8a leidet an einer Temperaturdrift einer Offset-Spannung am Nullpunkt. Ist die Temperaturdrift groß, so wird der Steuerschalter 7 von Fig. 1(d) in den Schwenk/Kipp-Modus verschoben. Nunmehr gibt die Temperaturkompensations-Anzeigeschaltung 18 einen Befehl aus, der bedeutet "richte das Kameragehäuse eine bestimmte Zeit in eine bestimmte Richtung", und zwar in Buchstaben in der Bildanzeigeeinheit 6, oder in einem anderen Abschnitt des Suchers, oder in Tönen, und der Benutzer hält die von Hand gehaltene Kamera in einer bestimmten Richtung, bis ein Beendigungsbefehl kommt. Der Mittelwert von Schwankungsmeßsignalen von dem Schwankungsdetektor 8a während dieser Zeit sollte nahe an Null liegen, falls es keine Nullpunkt-Drift gibt. Dies führt dazu, daß die Nullpunkt-Drift oder die Temperaturdrift zum Zeitpunkt der Aufnahme von Bildern aus dem Mittelwert der Meßsignale während der Meßperiode bestimmt wird, und daß die Temperaturdrift durch die Temperaturdrift-Kompensationsschaltung 10b bis auf einen bestimmten Bereich unterdrückt wird. Der Fehler der Winkelgeschwindigkeit infolge der Temperaturdrift ist erheblich geringer als eine hohe, konstante Winkelgeschwindigkeit, beispielsweise in einem Schwenkmodus. Wird in diesem Zustand mit einem Schwenkmodus begonnen, und unter der Voraussetzung, daß sich die Kamera ursprünglich in dem Dämpfungsmodus befindet, in welchem ein Tiefpaßfilter 11e angeschlossen ist, wie in Fig. 2(b) gezeigt ist, welches eine hohe Grenzfrequenz aufweist und keine Schwankungswinkelgeschwindigkeit im niedrigen Bereich ermitteln kann, so wird die Verschwenkung bei der konstanten Winkelgeschwindigkeit so angesehen, daß sie eine Nullfrequenz aufweist, und daher kann keine Steuerung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit durchgeführt werden. Um dies zu verhindern, wird der folgende Vorgang ausgeführt: Durch Niederdrücken des Steuerschalters 7 in der in Fig. 6 gezeigten Durchgangsrichtung, oder genauer gesagt durch Einstellung des Steuerschalters 7 so wie in Fig. 1(e) gezeigt, um den Modenschalter in den Schwenk/Kipp- Modus herüber zu schieben, während der Aufnahmeschalter 7c gedrückt wird, legt die Treiberschaltung 10c für konstante Winkelgeschwindigkeit ein konstantes Winkelgeschwindigkeitssignal mit einer bestimmten Zeitkonstante an die Gier- Steuerschaltung 11b an, wie in Fig. 2(b) gezeigt ist. Genauer gesagt wird die Grenzfrequenz des Filters 11e mit niedriger Grenzfrequenz allmählich soweit abgesenkt, bis schließlich ein Schalter 10o geschlossen wird, um das Filter 11e zu überbrücken. Zur selben Zeit wird ein konstantes Winkelgeschwindigkeits-Gleichspannungssignal allmählich zwischen dem Filter 11e und einem Integrierer 11h angelegt, und durch den Integrierer 11h in ein allmählich ansteigendes, rampenförmiges Treibersignal mit konstanter Winkelgeschwindigkeit umgewandelt, welches an den Gier-Treiber 12a angelegt wird. Unabhängig von der instabilen Richtung des Kameragehäuses wird ein automatischer Schwenkmodus mit der konstanten Winkelgeschwindigkeit begonnen. Wird der Schwenkschalter so wie in Fig. 1(e) verschoben, um den Schwenkmodus auszuschalten, so wird der Schwenkmodus allmählich beendet, und die Videokamera kehrt in den ursprünglichen Dämpfungsaufnahmemodus zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird das Filter eingeschaltet, und seine Grenzfrequenz wird allmählich erhöht, während das Treibersignal mit konstanter Winkelgeschwindigkeit von der Treiberschaltung 10c für konstante Winkelgeschwindigkeit allmählich verringert wird. Der Zustand des Schwenkmodus ist dem Zustand äquivalent, in welchem das ermittelte absolute Koordinatensystem mit der ermittelten Gier-Richtung im Gegenuhrzeigersinn um o in jeder Zeiteinheit to gedreht wird. Solange sich die Videokamera in dem Steuerbereich befindet, nimmt daher die Videokamera in dem Schwenkmodus Bilder mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit Ro/to auf.
In dem normalen Schwenkmodus reicht das mittlere Winkelintervall, durch welches sich die Kamera bewegt, von 90º bis 180º. Wenn dieser Winkel nur dadurch abgedeckt werden sollte, daß die optische Aufnahmeachse gesteuert wird, ohne die Richtung des Kameragehäuses zu ändern, so würden die Kosten der Videokamera eine prohibitive Höhe erreichen, wie voranstehend unter Bezug auf die konventionellen Aufnahmezubehörteile beschrieben wurde. Eine derartige Steuerung wäre praktisch nicht durchführbar mit einem elektronischen Korrektursystem für Bildaufnahmefelder, welches in naher Zukunft verfügbar sein wird. Es wäre für einen Neuling zu schwierig, die Kamera zu handhaben, wenn sich die Kamerarichtung all zu sehr von der Aufnahmerichtung unterschiede. Die Schwankungsanzeigeschaltung 10a in dem Sucher, welche eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung darstellt, erleichtert ein Verschwenken mit einer Videokamera, die für eine Aufnahmerichtung einen engen Steuerbereich aufweist. Genauer gesagt wird durch Richten der Videokamera in eine Richtung, in welche sich die Anzeige in dem Sucher bewegt, wie in Fig. 5 gezeigt, die Richtung der Videokamera in Richtung auf das Zentrum des Steuerbereiches bewegt, wie voranstehend beschrieben wurde. Da dasselbe Bild oder dieselbe Anzeige in dem Schwenkmodus erscheint, wenn ein automatischer Schwenkmodus begonnen wird, wird das ermittelte absolute Koordinatensystem in äquivalenter Weise im Gegenuhrzeigersinn durch Ro gedreht, wie in Fig. 7(f) gezeigt ist, während eines Zeitintervalls von t = 0 bis t = to, wie in Fig. 7(b) gezeigt. Während das Bild auf natürliche Weise gesteuert wird, wird das Bild, welches sich um Ro im Gegenuhrzeigersinn gedreht hat, wie in Fig. 7(b) gezeigt ist, unabhängig von der Drehung des Kameragehäuses erhalten, oder ohne eine Drehung der Kamera. Der Winkel Ob der Abweichung der Kamera, der im Winkel um Ro im Uhrzeigersinn in bezug auf das ermittelte absolute Koordinatensystem verschoben ist, welches sich mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit in Fig. 7(f) dreht, wird als gleich +Ro angesehen, auf der Grundlage derselben Definition, wie in Fig. 5(d') dargestellt. Daher erscheint dieselbe Schwankungsanzeige wie in Fig. 5(d) in dem Sucher, wie in Fig. 7(b) gezeigt ist. Wenn der Benutzer die Videokamera in die Richtung dreht, in welche die Schwankungsanzeige bewegt wird, also im Gegenuhrzeigersinn, wird die Richtung der Videokamera in Richtung auf das Zentrum des Steuerbereiches bewegt, wenn t = 2 to ist, wie in Fig. 7(g) gezeigt, gefolgt von der Bewegung des ermittelten absoluten Koordinatensystems mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit, wie in Fig. 7(h) gezeigt. Wenn der Bildsteuerschalter 7(b) schließlich ausgeschaltet wird, um das Schwenken zu beenden, wird das Signal für konstante Winkelgeschwindigkeit von der Treiberschaltung für konstante Winkelgeschwindigkeit mit einer bestimmten Zeitkonstante wie voranstehend beschrieben allmählich verringert, worauf die Videokamera in den ursprünglichen, festen Aufnahmemodus oder in den Dämpfungsaufnahmemodus zurückkehrt. Die optimalen Schwenkgeschwindigkeiten zur Erzeugung schöner und leicht zu betrachtender Bilder sind unterschiedlich bei den Tele- und Weitwinkeleinstellungen. Die Treiberschaltung 10c für konstante Winkelgeschwindigkeit weist auf natürliche Weise eine Fähigkeit zur Änderung der Schwenkgeschwindigkeit auf, abhängig von Information in bezug auf das Zoom-Verhältnis von dem Zoom- Detektor 17.
Nunmehr wird ein weiterer automatischer Schwenkmodus beschrieben.
Es kann ein Schwenkschalter benutzt werden, wie er in Fig. 1(e) oder Fig. 6 gezeigt ist, jedoch sollten so wenig Schalter vorhanden sein wie möglich, um es dem Benutzer zu gestatten, die Videokamera einfach zu handhaben. Ein Verfahren, um dies zu erzielen, besteht darin, daß es trotz der Tatsache, daß der Schwankungswinkel zwischen der Kameragehäuserichtung und der Richtung der optischen Achse, in welcher Bilder aufgenommen werden, auf einen bestimmten Steuerbereich beschränkt ist, es möglich ist, den Schwankungswinkel Rb innerhalb des Suchers anzuzeigen, wie in den Fig. 5(a) bis (e) oder den Fig. 4(a) und (b) gezeigt ist, nämlich durch die Schwankungsanzeigeschaltung 10a. Fig. 8 zeigt die Kameragehäuserichtung anhand der durchgezogenen Pfeile, und die Aufnahmerichtung oder das ermittelte absolute Koordinatensystem anhand des gestrichelten Pfeils. Wenn die Videokamera 1 in der Gier-Richtung schwankt, und der Steuerbereich Grenzen von ± R&sub3; aufweist, so werden Zwischenwinkel ± R&sub2; und ± R&sub1; eingerichtet. Die Treiberschaltung 10c für konstante Winkelgeschwindigkeit wird so gesteuert, daß dann, wie in dem Graphen von Fig. 9 gezeigt, wenn R&sub2; < Ra < R&sub3; gilt, die Videokamera mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit geschwenkt wird, daß dann, wenn R&sub1; < Ra < R&sub2; gilt, die Winkelgeschwindigkeit allmählich erhöht wird, und daß dann, wenn R < Ra < R&sub1; gilt, die Videokamera in dem festen Aufnahmemodus oder in dem Dämpfungsmodus arbeitet. Sämtliche voranstehenden Funktionen können durch den einfachen Steuerschalter 7 durchgeführt werden, wie er in Fig. 1(d) gezeigt ist. Es wird keine Bildsteuerung durchgeführt, wenn der Schalter in den normalen Modus verschoben wird. Wenn der zweistufige Schalter um einen Schritt in den Dämpfungsmodus verschoben wird, so wird eine Dämpfungssteuerung durchgeführt, und ein weiteres Niederdrücken des Schalters leitet eine Aufnahme von Signalen in dem Videobandrecorder ein. Wird der Schalter um einen Schritt in dem Schwenk/Kipp-Modus heruntergedrückt, so wird der Schwenksteuermodus begonnen, und wenn der Schalter weiter niedergedrückt wird, beginnt die Aufnahme. In einer anfänglichen Aufnahmestufe befindet sich die Kamera in dem Dämpfungsmodus, der durch das Filter 11e mit einem niedrigeren Frequenzbereich durchgeführt wird, oder in dem festen Aufnahmemodus. Durch Bewegung der Kamera, während die Schwankungsanzeige in dem Sucher betrachtet wird, werden die Bereiche von R&sub1;z, R&sub2; nur in dem Schwenkmodus angezeigt, wie in Fig. 10(a) gezeigt ist. Die Kamera kann im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn dadurch geschwenkt werden, daß der Kreuzungspunkt in die schraffierten Bereiche gebracht wird. Daher kann durch Änderung der Richtung der Kamera von Hand die Schwankungsanzeige in eine vorbestimmte Position bewegt werden, worauf ein vorbestimmter Schalter eingeschaltet wird, um es der Steuerschaltung 9 zu ermöglichen, einen gewünschten Vorgang auszuführen. Daher wird der in einem unteren Abschnitt in Fig. 1(e) gezeigte Steuerschalter überflüssig. Im einzelnen wird, wenn die Kamera nach links gedreht wird, wie in Fig. 5(b) und (b') gezeigt ist, die Anzeige zwischen -R&sub2; und +R&sub3; angeordnet, wie durch ein gestricheltes Kreuz in Fig. 10(a) angedeutet ist, worauf die Kamera damit beginnt, im Gegenuhrzeigersinn über -Rp mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit verschwenkt zu werden, wie in Fig. 9 dargestellt ist. Durch Rückführung der Anzeige zu dem durchgezogenen Kreuz wird der Schwenkmodus beendet. Es ist selbstverständlich möglich, einen Kippmodus zu bewirken, wie dies in Fig. 10(b) gezeigt ist. In dem erläuterten Beispiel leidet der Schwenkmodus an einer kleinen Temperaturdrift der Schwankungsermittlung. Wenn die Temperaturdrift übermäßig groß ist und die Kamera nicht in einen festen Aufnahmemodus eingestellt werden kann, sondern nur in einen Dämpfungsmodus, so kann der voranstehende Vorgang ausgeführt werden, wie unter Bezug auf Fig. 2(b) erläutert wurde. Wie voranstehend beschrieben, ist die vorliegende Erfindung in der Hinsicht vorteilhaft, daß aufeinanderfolgende Bilder, die von allgemeinen Verbrauchern in verschiedenen Aufnahmemoden aufgenommen werden, durch die Verwendung von Filtern mit niedriger Grenzfrequenz schön und einfach zu betrachten gemacht werden.
Wenn der schwingende Winkelgeschwindigkeitssensor mit schlechter Temperaturdrift verwendet wird, so kann das System einschließlich der Temperaturdrift-Filter mit niedriger Grenzfrequenz gemäß der Ausführungsform der Erfindung den Einfluß eines Variationsfehlers in dem Schwankungsermittlungssignal auf der Grundlage einer Temperaturdrift verringern, ohne die Bildschwankungs-Steuerfrequenzeigenschaften in einem Frequenzband zu beeinträchtigen, welches am häufigsten von Schwankungssteuerungs-Videokameras für den Konsumentengebrauch erforderlich ist.
Allerdings ist das System gemäß der Erfindung auch bei solchen von Hand gehaltenen Videokameras vorteilhaft und erforderlich, bei welchen kein wesentliches Variationsfehlersignal infolge beispielsweise von Temperaturdrifterscheinungen auftritt. Es ist äußerst wahrscheinlich, daß es in naher Zukunft möglich ist, kostengünstig Schwankungsermittlungseinrichtungen herzustellen, die im wesentlichen frei von Temperaturdrifterscheinungen sind, durch Verwendung eines kostengünstigen Laserkreisels oder eines Faseroptikkreisels, die mit fortschreitender Weiterentwicklung der Technologie optischer ICs erhältlich werden. Bestimmte neue Schwankungsermittlungseinrichtungen, die momentan verfügbar sind, weisen bereits geringe Kosten auf und leiden nur noch an geringen Temperaturdrifterscheinungen.
Das System gemäß der Erfindung, welches Filter mit niedriger Grenzfrequenz verwendet, ist dort wirksam, wo eine derartige Schwankungsermittlungseinrichtung eingesetzt wird, die im wesentlichen frei von Temperaturdrifterscheinungen ist. Mit der vorliegenden Erfindung erzeugt die Bildschwankungsunterdrückungssignal-Erzeugungseinrichtung ein Bildschwankungsunterdrückungssignal in Reaktion auf ein hochfrequentes Schwankungsermittlungssignal zur Unterdrückung von Bildschwankungen bei hohen Frequenzen. Die Bildschwankungsunterdrückungssignal-Erzeugungseinrichtung kann so ausgebildet werden, daß sie in einem gesteuerten Zustand kein Bildschwankungsunterdrückungssignal in bezug auf ein niederfrequentes Schwankungsermittlungssignal erzeugt, welches irgendeine Änderung der Richtung des Bildaufnahmegerätegehäuses stören würde, während dieses seine Richtung ändert. Die Bildschwankungssteuereinrichtungen, beispielsweise die Nick-, Gier- und Schlinger-Treiber 12 können so angeordnet werden, daß sie in Abwesenheit eines Bildschwankungssteuersignals zu einem im wesentlichen zentralen Abschnitt des Bildschwankungssteuerbereichs mit einer bestimmten Zeitkonstante zurückkehren.
Wenn die Bildaufnahmevorrichtung in diesem Fall von Hand beeinflußt wird, können jegliche unerwünschten hochfrequenten Schwankungen auf die voranstehende Weise dadurch unterdrückt werden, daß die Kamera in den Dämpfungsmodus versetzt wird, in welchem die Filter mit niedriger Grenzfrequenz wirksam sind. Wenn ein unterschiedliches Ziel aufgenommen werden soll, so kann es verfolgt und aufgenommen werden, ohne Betätigung irgendeines Schalters, mit einer geringen Verzögerung, während Schwankungen glatt dadurch gesteuert werden, daß die Richtung der Bildaufnahmevorrichtung geändert wird. Daher kann mit der von Hand gehaltenen Bildaufnahmevorrichtung eine ebenso glatte Bildschwankungsunterdrückung erhalten werden wie dann, wenn Bilder mit einer Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen wurden, die auf einem vorhandenen Stativkopf angebracht ist, der mit einer Öldämpfung versehen ist. Mit Schwankungsermittlungseinrichtungen mit stabilen Temperaturdrifterscheinungen, statt mit den Schwankungsermittlungseinrichtungen mit starken Temperaturdrifterscheinungen, ist die vorliegende Erfindung ebenfalls wirksam bei der Unterdrückung von Bildschwankungen, wenn Bilder mit einer von Hand gehaltenen Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen werden, ohne irgendeinen komplizierten Betriebsablauf zu erfordern. Der schwingende Winkelgeschwindigkeitssensor, der als die Schwankungsermittlungseinrichtung mit niedrigen Kosten und geringen Abmessungen gemäß der vorliegenden Erfindung dient, wird im einzelnen beschrieben. Wenn der Detektor bei einer Schwankungsermittlungsfrequenz in Schwingungen versetzt wird, wie voranstehend beschrieben, weist er eine Sinussignalgeschwindigkeit auf. Wenn der gesamte Detektor sich um eine Drehachse in bezug auf das absolute Koordinatensystem in diesem Zustand dreht, so erfährt der Detektor eine Coriolis-Kraft, die als ein physikalisches Phänomen bekannt ist. Durch Umwandlung der Coriolis-Kraft in ein elektrisches Signal, und durch Phasendetektion des elektrischen Signals, kann die Winkelgeschwindigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors um die Drehachse ermittelt werden. In dem Fall, in welchem ein einziger, kostengünstiger, geringe Abmessungen aufweisender und leichter, schwingender Winkelgeschwindigkeitssensor in dem kleinen Behälter vorgesehen ist, beispielsweise der Videokamera für den Heimgebrauch, tritt kein besonderes Problem auf. Obwohl es ein System geben kann, um Schwankungen nur in der Nick- oder Gier-Richtung zu ermitteln, wäre ein derartiges System von geringem praktischen Wert, da auf den Bildern kein deutlicher Effekt der Unterdrückung von Bildschwankungen auftauchen würde. Daher müssen zumindest zwei schwingende Winkelgeschwindigkeitssensoren für die Nick- und Gier-Richtung verwendet werden. Dort wo zwei oder drei schwingende Winkelgeschwindigkeitssensoren in einer großen Stabilisierungsvorrichtung verwendet werden, tritt kein wesentliches Problem auf. Wenn allerdings mehrere Winkelgeschwindigkeitssensoren in einer Videokamera für den Heimgebrauch mit geringem Volumen angebracht sind, so enthält das Schwankungsermittlungssignal ein starkes Fehlersignal. Der Grund für dieses starke Fehlersignal wird nachstehend beschrieben. In dem Fall, in welchem zumindest zwei schwingende Winkelgeschwindigkeitssensoren vorhanden sind, deren mechanische Schwingungsfrequenzen sich voneinander unterscheiden, und in dem kleinen Gehäuse der Videokamera für den Heimgebrauch aufgenommen sind, weisen die Schwinger notwendigerweise gegenseitige mechanische Kopplungskoeffizienten auf. Nimmt man an, daß die Schwingungsfrequenzen der beiden schwingenden Winkelgeschwindigkeitssensoren durch f&sub1; und f&sub2; ausgedrückt werden und f&sub1; ≠ f&sub2; ist, so ist es schwierig, eine Schwebung zu vermeiden, sei sie klein oder groß, infolge der voranstehenden mechanischen Kopplung. Die Schwebungsfrequenz F ist gegeben durch:
F = (f&sub1;-f&sub2;) (6)
Die schwingenden Winkelgeschwindigkeitssensoren leiden daher weiterhin an mechanischen Schwingungen, die für ein Fehlersignal auf der Grundlage der Schwebung mit der Schwebungsfrequenz F verantwortlich sind. Bestimmte Bedingungen müssen erfüllt sein, um die Schwingungskomponenten von normalen Winkelgeschwindigkeitssignalen zu trennen und zu entfernen. Zuerst wird darauf hingewiesen, daß das Schwankungsunterdrückungs- Steuersystem der Kameravorrichtung so ausgelegt ist, daß es einen bestimmten Steuerbereich der Schwankungsfrequenz aufweist, in welchem das Steuersystem die ermittelte Schwankung stabil unterdrücken kann. Dieser Frequenzbereich wird nachstehend als "unterdrückungssteuerbarer Schwankungsfrequenzbereich" bezeichnet. Unter der Bedingung, daß die Maximal- und Minimal- Frequenz in dem unterdrückungssteuerbaren Schwankungsfrequenzbereich durch fh bzw. fl bezeichnet wird, gibt es Kombinationen von Beziehungen zwischen fh, fl, und es gibt die nachstehenden Kombinationen von Beziehungen zwischen fh, fl und F:
(1) fl < F < fh
(2) fh < F
(3) F < fl
Entsprechend der Beziehung (1) wird die Schwebungsfrequenz F durch die Schwankungsermittlungseinrichtung festgestellt, und ein schwebungsinduziertes Fehlersignal ist in dem Schwankungsermittlungssignal in dem unterdrückungssteuerbaren Schwankungsfrequenzbereich enthalten. Es gibt keinen Effekt der Unterdrückung von Bildschwankungen, und statt dessen wackeln die Bilder.
Entsprechend der Beziehung (2) oder (3) ist es theoretisch möglich, durch Optimierung der Filter ein schwebungsinduziertes Fehlersignal zu entfernen. Allerdings ist die Entfernung des Einflusses einer Schwebung in der Beziehung (3) instabil, und zwar aus dem Grund, daß das Schwankungsermittlungssignal eine niederfrequente Charakteristik in dem Bereich von 0,1 bis 1 Hz aufweisen muß, selbst in dem Dämpfungsmodus, so daß also ein Zustand mit einer niedrigsten Frequenz fl = 0,1 Hz berücksichtigt werden müßte, und es daher schwierig ist, die Bedingung (3) zu erfüllen: F < fl, wenn die Sensoren in einer Videokamera verwendet werden. Daher ist der Zustand (2): fh < F eine der besten Methoden zum Entfernen des Einflusses einer Schwebung. Aus den Gleichungen (6) und (2) ergibt sich:
fh = (f&sub1;-f&sub2;) (7)
Die obige Bedingung stellt die Bedingung dar, die zumindest erfüllt sein muß, um den Einfluß einer Schwebung zu entfernen. Der Einfluß der Schwebung kann dadurch ausgeschaltet werden, daß die Schwingungsfrequenz von zwei oder drei schwingenden Winkelgeschwindigkeitssensoren voneinander um die Maximalfrequenz des unterdrückungssteuerbaren Schwankungsfrequenzbereichs getrennt ist. Werden ideale Filter verwendet, so können sie den Schwebungseinfluß gründlich entfernen, jedoch sollte tatsächlich eine Toleranz vorgesehen werden, abhängig von den Filtereigenschaften und Variationen der Schwingungsfrequenzen. Dieses System ist in der Hinsicht vorteilhaft, daß es gestattet, mehrere Sensoren einfach und weniger kostenaufwendig zu benutzen, nämlich einfach durch Trennung der ermittelten Schwankungsfrequenzen von zwei oder drei Sensoren.
Die voranstehende Anordnung beruht auf der Bedingung: f&sub1; ≠ f&sub2;. Wenn eine synchrone Schwingung mit f&sub1; = f&sub2; durchgeführt wird, so läßt sich ein guter Schwebungsvermeidungseffekt erzielen. Da es jedoch nicht einfach ist, die Eigenschaften von zwei oder drei schwingenden Winkelgeschwindigkeitssensoren aneinander anzugleichen, würde sich die Ausbeute an Videokameras verringern, oder es würden zusätzlich Kosten für einen Einstellvorgang auftreten, mit dem Ergebnis erhöhter Kosten, die für den Heimgebrauch bei Videokameras nicht erwünscht sind. Mit dieser Anordnung wäre die feststellbare Maximalfrequenz nicht begrenzt, wie durch den Ausdruck (7) angedeutet, und Schwankungen könnten bis zu höheren Frequenzen hinauf ermittelt werden. Daher wäre der Alternativvorschlag wirksam bei Videokameras zur Verwendung bei Sendestationen, die Hochfrequenzeigenschaften aufweisen müssen, und würde den Betrieb der Videokamera einfach machen. Zusätzlich würde der Vorschlag eine bildstabilisierende Videokamera mit einer vollständig elektronischen Auslegung zur Verfügung stellen, welche beispielsweise ein CCD verwendet, einen Überschuß an Pixeln aufweist, und die Bildsignalauslesung abhängig von Schwankungen steuert, da die Schwankungsermittlung und die Betätigbarkeit in einem engen Steuerbereich durch eine Schwankungsanzeige verbessert sind. Das System zum Starten verschiedener Betätigungsmoden durch die Bewegung einer Schwankungsanzeige in dem Sucher ist vorteilhaft, da es dem Anfänger erlaubt, eine Videokamera einfach zu bedienen, wie mit einem Cursor-Bewegungs-Eingabegerät wie beispielsweise für ein Eingabesystem für ein CAD-Gerät und einen PC. Fig. 11 zeigt verschiedene Anordnungen für die Anzeigeeinheit.

Ausführungsform 2

Zwar wurde ein Beispiel für eine Steuerung mit offener Schleife in der ersten Ausführungsform erläutert, jedoch werden die Nick-Steuerung und die Gier-Steuerung in der Ausführungsform als Steuerung mit geschlossener Schleife durchgeführt, entsprechend der zweiten Ausführungsform. Da der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform gering ist, wird nur der Unterschied beschrieben. Fig. 12 zeigt im Querschnitt eine Videokamera, die sich von der Videokamera von Fig. 1 darin unterscheidet, daß eine zweite drehbare Welle 30 hinzugefügt ist, die eine zweite Riemenscheibe 31 aufweist, die betriebsmäßig an die erste Riemenscheibe 32 über einen Transmissionsriemen 33 mit einem Transmissionsverhältnis von 2 : 1 gekuppelt ist. Die Schwankungsdetektoren 8a, 8b und 8c in der Nick-, Gier- und Schlinger-Richtung sind auf der zweiten drehbaren Welle 30 angebracht, die sich um ein Winkelintervall dreht, das die Hälfte von dem der Nick-Drehwelle 13a beträgt. Fig. 13 zeigt in Blockdarstellung und perspektivisch die Anordnung von Fig. 12. Wenngleich die Schaltungsanordnungen von Fig. 13 und 2 im wesentlichen gleich sind, wird in der Nick- und Gier-Richtung eine Steuerung mit geschlossener Schleife durchgeführt, während in sämtlichen anderen Richtungen eine Steuerung mit offener Schleife durchgeführt wird. Für die Nick-Richtung wird eine Steuerung mit geschlossener Schleife durchgeführt, um das Nullverfahren durchzuführen, also die zweite drehbare Welle 30 so zu steuern, daß der Winkel der Nick-Richtung in bezug auf das absolute Koordinatensystem bei Null gehalten wird. Fig. 14(a) zeigt eine Anordnung, in welcher der Riemen 33 durch ein Zwischengetriebe 34 ersetzt ist. Wenn die Kamera um +R gekippt wird, wie in Fig. 14(b) gezeigt, so wird die zweite drehbare Welle 30 um -R in bezug auf das Kameragehäuse gekippt. Die Nick-Drehwelle 13a, die betriebsmäßig an die zweite drehbare Welle 30 mit dem Transmissionsverhältnis von 2 : 1 gekuppelt ist, wird um -R/2 in bezug auf das Kameragehäuse und -R/2 in bezug auf das absolute Koordinatensystem gedreht. Daher kann dasselbe Objekt zu jeder Zeit aufgenommen werden, wie in dem Falle der Anordnung von Fig. 3(b) entsprechend der ersten Ausführungsform. Die Fig. 15(a) bis (j) erläutern Darstellungen oder Anzeigen in dem Sucher, und entsprechen Fig. 4(a) bis (j). In Abwesenheit irgendeiner Temperaturdrift neigt die Gier-Schwankungsermittlungseinrichtung 8b dazu, in einem Winkel von 0º in bezug auf das absolute Koordinatensystem angeordnet zu sein, so daß dieselbe Aufnahmerichtung aufrechterhalten wird, die in Fig. 5(a) bis (3) gezeigt ist. Die Steuerung in der Schlinger-Richtung bleibt dieselbe wie bei der ersten Ausführungsform, infolge der verwendeten Steuerung mit offener Schleife. Die zweite Ausführungsform ist aus den folgenden Gründen vorteilhaft: Da die Nick- und Gier-Steuerung durch eine geschlossene Schleife durchgeführt werden, die bei dem Nullverfahren verwendet wird, ist keine Linearität der Eigenschaften der Schwankungsdetektoren 8a, 8b erforderlich, und hierfür können kostengünstigere Sensoren verwendet werden. Genauigkeit und hohe Linearität der Eigenschaften der Drehdetektoren für die Treiber 12a, 12b sind nicht erforderlich. Da die voranstehenden Bauteile kostengünstig sein können, können die Kosten des Gesamtgeräts verringert werden, und dies führt dazu, daß Videokameras für den Heimgebrauch bei akzeptablen Preisen bereitgestellt werden können. Durch Verwendung der Konstruktion, bei welcher der Treiber 12a, der eine Trägheit aufweist, beispielsweise als ein Motor, direkt an das in Fig. 14(a) gezeigte Zwischengetriebe 34 gekuppelt ist, wirkt die Trägheit des Treibers 12a in einer Richtung, so daß die Trägheit des Spiegels 3 zum Zeitpunkt einer Schwankung ausgeglichen wird. Nunmehr werden die Trägheit der kontinuierlich drehbaren Welle des Motors und das Transmissionsverhältnis zum Ausgleich der Trägheit des Spiegels 3 ermittelt. Es wird angenommen, daß das Transmissionsverhältnis zwischen der Nick-Drehwelle und der kontinuierlich drehbaren Welle durch 1 : m ausgedrückt wird, die Trägheit um die Nick-Drehwelle herum durch I&sub1;, die Trägheit der kontinuierlich drehbaren Welle durch I&sub2;, das Verhältnis zwischen diesen Trägheiten durch n, die Winkelgeschwindigkeit der Nick-Drehwelle mit dem relativen Koordinatensystem auf dem Kameragehäuse durch w&sub1;, die Winkelgeschwindigkeit der kontinuierlich drehbaren Welle durch w&sub2;, die Winkelgeschwindigkeit des Kameragehäuses in dem absoluten Koordinatensystem durch w, der Radius der Nick- Drehwelle durch r&sub1;, der Radius der kontinuierlich drehbaren Welle durch r&sub2;, und die Kraft, die auf die Einrichtung zur Übertragung der Drehung auf die Wellen wirkt, durch t. Nunmehr werden die folgenden Bewegungsgleichungen aufgestellt:
Durch Lösung der voranstehenden Gleichungen ergibt sich die Bewegungsgleichung für die Nick-Drehwelle als:
Die Bewegungsgleichung für die kontinuierlich drehbare Welle ergibt sich als:
Die Drehung der Nick-Drehwelle mit dem mit ihr direkt verbundenen reflektierenden Teil um R/2 in Reaktion auf eine Schwankung des Kameragehäuses führt zu einer Drehung der Nick- Drehwelle durch -R/2 in dem relativen Koordinatensystem auf dem Kameragehäuse. Daher sollte die folgende Gleichung erfüllt sein:
Aus der Gleichung (8) ergibt sich die folgende Lösung:
Durch Modifizierung dieser Gleichung erhält man
Durch Auswahl des Trägheitsmoments des an die kontinuierlich drehbare Welle angeschlossenen Motors, um die Gleichung (10) zu erfüllen, hält daher das reflektierende Teil oder die Nick- Drehwelle den Winkel R/2 in bezug auf das absolute Koordinatensystem nur mit der Trägheitskraft, wenn das Kameragehäuse um R in bezug auf das absolute Koordinatensystem schwankt. Daher ist der Stromverbrauch des Motors im wesentlichen Null, und es wird eine Bildaufnahmevorrichtung zur Verfügung gestellt, die eine Bildsteuerfähigkeit aufweist, die im wesentlichen keinen Stromverbrauch erfordert, selbst wenn die Bildaufnahmevorrichtung einer Schwankungssteuerung unterworfen wird, bei welcher nur die Reibung eine verbrauchte Energie darstellt. Dies ist wirksam bei der Einsparung elektrischer Leistung und führt zu einer leichten Ausbildung des Geräts, da das Gerät keine größeren Abmessungen aufweisen darf, wenn eine Batterie, die wesentlich bei der Gewichtsverringerung einer tragbaren Videokamera ist, zum Steuern von Bildschwankungen verwendet wird. Insoweit die Trägheit des reflektierenden Teils durch die Trägheit des Motors ausgeglichen wird, kann insoweit die Vorrichtung eine Minimalanordnung mit nur den beiden Trägheitslasten aufweisen, und die Anzahl der Teile ist gering, und das Gewicht des Geräts ist klein. Dies ist auch bei der ersten Ausführungsform einsetzbar, und weist einen großen Vorteil bei Videokameras für den Heimgebrauch auf, bei denen ein niedriger Stromverbrauch erforderlich ist.

Ausführungsform 3

Bei der dritten Ausführungsform wird nicht wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform der Spiegel angetrieben, sondern es wird, wie in Fig. 16 gezeigt, die Fokussiereinheit 4 durch die Treiber 12a, 12b in der Nick- und Gier-Richtung gesteuert, während die Aufnahmeeinheit 5 durch den Treiber 12c in der Schlinger-Richtung gesteuert wird. Die Schaltungsanordnung und der Betrieb der dritten Ausführungsform sind im wesentlichen die gleichen wie bei der Anordnung von Fig. 2. Da kein Spiegel verwendet wird, kann die Steuerschaltung für den Nick- Treiber 12a für 8a anstelle von Ra/2 ausgelegt sein.
Eine neu hinzugefügte Konstruktion umfaßt eine Schwerpunktskorrektur-Steuereinheit 40 für die Fokussiereinheit, wobei die Steuereinheit 40 in Zusammenarbeit mit der Bildsteuerschaltung 9 betätigbar ist.
Die Steuereinheit 40 reagiert auf Fokussierinformation von einem Fokussiertreiber 41 und Zoom-Information von einem Zoom- Treiber 16, um rein mechanisch oder elektromechanisch eine Schwerpunktskorrektureinheit 42 zu steuern. Da die Fokussiereinheit 4 jederzeit ausgeglichen gehalten wird, muß der Nick- Treiber 12a keine Korrekturkraft für den Ausgleich ausüben, und dies ist eine Anordnung, die zu einem niedrigeren Stromverbrauch beiträgt, der bei Videokameras für den Heimgebrauch wesentlich ist, die mit Batterien kleiner Kapazität betrieben werden.
Im Betrieb sind die Fokussiereinheit 4, die Aufnahmeeinheit 5, die Balanceeinrichtung 42, und eine Fokussierlinse 43 so angeordnet, wie dies in Fig. 17(a) dargestellt ist, und die gesamte Anordnung ist so ausbalanciert, daß der Schwerpunkt auf der Nick-Drehwelle 13c liegt. Wenn die Fokussierlinse 43, die ein großes Relativgewicht aufweist, vorwärts bewegt wird, wie in Fig. 17(b) gezeigt, wird der Schwerpunkt in bezug auf das auffallende Licht 2 nach vorne bewegt. Zu diesem Zeitpunkt bewegt die Schwerpunktskorrektur-Steuereinheit 40 die Balanceeinrichtung 42 rein mechanisch oder elektromechanisch nach hinten, auf der Grundlage der Fokussierinformation von dem Fokustreiber 41, um das Gesamtsystem ausgeglichen zu halten.
Fig. 17(c) zeigt ein Beispiel, bei welchem die Fokussierlinse in bezug auf das einfallende Licht 2 nach hinten bewegt wird. Das System wird dadurch ausgeglichen, daß die Balanceeinrichtung 42 nach vorne bewegt wird.
Durch Anordnung der Ausgleichseinrichtung 42 wie dargestellt auf der zentralen Achse hinter dem Darstellungsfeld 5, wird das Fokussiersystem in der Richtung der Drehung um die optische Achse ausgeglichen, und dies führt zu einem verringerten Einfluß von Schlinger-Schwankungen und zu einer erhöhten Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Stößen.
Für eine weitere Verringerung des Stromverbrauchs sollte der Schwerpunkt eines beweglichen Abschnitts einschließlich der Fokussiereinrichtung immer wie dargestellt im Zentrum einer biaxialen Kardanaufhängung angeordnet sein, und theoretisch ist keine Kraft erforderlich, die angelegt werden muß, unabhängig davon, wohin der bewegliche Abschnitt gerichtet ist. Um diese Anforderung ,zu erfüllen sollte der Schwerpunkt auf der zentralen Achse des beweglichen Abschnitts jederzeit in der Richtung der optischen Achse angeordnet sein, unabhängig vom Fokussieren oder Zoomen, und dann sollte der Schwerpunkt der Ausgleichseinrichtung auf den Schwerpunkt bewegt werden, wie in Fig. 17 dargestellt ist. Wenn die Ausgleichseinrichtung und die optischen Teile ausbalanciert sind, so liegt der Schwerpunkt auf der zentralen Achse und im Zentrum der biaxialen Kardanaufhängung. Unabhängig davon wie der bewegliche Abschnitt orientiert ist, muß keine Antriebskraft ausgeübt werden. Der Stromverbrauch kann dadurch erheblich verringert werden, daß die Ausgleichseinrichtung wie voranstehend beschrieben auf die zentrale Achse des bewegbaren Abschnitts bewegt wird. In diesem Zusammenhang ist es häufig konstruktiv schwierig, den Schwerpunkt der Ausgleichseinrichtung auf der zentralen Achse der Ausgleichseinrichtung anzuordnen. Bei der verwendeten ringförmigen Ausgleichseinrichtung kann der bewegliche Abschnitt kürzer ausgebildet sein, um eine Videokamera mit geringeren Abmessungen zu erhalten.
Fig. 18 erläutert eine Anordnung, bei welcher die Ausgleichseinrichtung nicht bewegt wird, sondern für eine Balance die Schwerpunktswelle bewegt wird. Die Nick-Drehwelle 13c wird durch den Schwerpunktskorrekturtreiber 42 aus einer ausbalancierten Position gemäß Fig. 18(a) in eine vordere Position gemäß Fig. 18(b) oder eine hintere Position von Fig. 18(c) bewegt. Es erfolgt keine weitere Beschreibung, da die Einzelheiten selbsterklärend sind.

Ausführungsform 4

Wie in Fig. 19 gezeigt ist, sind die Nick-, Gier- und Schlinger-Schwankungsdetektoren 8a, 8b und 8c auf der Fokussiereinheit 4 und dem diese enthaltenden beweglichen Abschnitt bei der vierten Ausführungsform vorgesehen. Zwar wird bei der dritten Ausführungsform eine Steuerung mit einer offenen Schleife verwendet, jedoch wird bei der vierten Ausführungsform eine Steuerung mit geschlossener Schleife eingesetzt. Die übrige Anordnung bei der vierten Ausführungsform ist so wie bei der dritten Ausführungsform. Der Betrieb der vierten Ausführungsform erfolgt ebenso wie bei der zweiten Ausführungsform mit der Steuerung mit geschlossener Schleife mit dem Spiegel. Allerdings ist bei der vierten Ausführungsform die Riemenscheibe oder das Getriebe, welche bzw. welches das Transmissionsverhältnis von 2 : 1 zur Verfügung stellt, zwischen dem Treiber und dem Schwankungsdetektor in der Nick- Richtung nicht erforderlich. Die vierte Ausführungsform ist in der Hinsicht vorteilhaft, daß keine Genauigkeit für die Ermittlung der Drehwinkel der Treiber 12a, 12b und 12c erforderlich ist, was zu niedrigeren Kosten führt, und daß Linearität und Dynamikbereich bei der Konstruktion der Schwankungsdetektoren 8a, 8b und 8c nicht erforderlich sind, was ebenfalls zu niedrigen Kosten führt.
Der Betrieb der Steuerschaltungen 11a, 11b und 11c wird mit mehr Einzelheiten unter Bezug auf Fig. 19(b) beschrieben. Fig. 19(b) ist eine linke Seitenansicht der in Fig. 19(a) gezeigten Videokamera und repräsentiert nur die Nick-Steuerschaltung 11a. Nachstehend wird der Betrieb dieser Nick-Steuerschaltung beschrieben. Das von dem Objekt auftreffende Licht 2 wird auf dem Bild des Bildaufnahmeelements 5 durch die Fokussiereinheit 4 fokussiert. Der bewegliche Abschnitt, der die Fokussiereinheit 4 und das Bildaufnahmeelement 5 umfaßt, wird gedreht und auf der Nick-Drehwelle 13a zentriert, durch den Nick-Treiber 12a, in bezug auf das Gehäuse der Videokamera 1, um hierdurch Bildschwankungen zu unterdrücken, die durch die Schwankungen des Gehäuses hervorgerufen werden.
Der Nick-Drehwinkeldetektor 12a' ermittelt den Winkel zwischen dem beweglichen Abschnitt, der die Fokussiereinheit 4 umfaßt, und dem stationären Abschnitt, der das Gehäuse der Videokamera 1 umfaßt.
Zuerst wird ein Beispiel für die Anordnung dieses Nick-Drehwinkeldetektors 12a' gegeben. Ein kontaktloser, kostengünstiger Detektor 12a' kann dadurch konstruiert werden, daß ein Magnet auf dem beweglichen Abschnitt des Motors verwendet wird, sowie magnetische Sensoren, beispielsweise ein Hall- Element, welches auf dem stationären Abschnitt des Nick-Treibers 12a vorgesehen ist.
Zweitens erfolgt ein detailliertes Beispiel für die Anordnung des Nick-Treibers 12a. Auf dessen beweglichem Abschnitt sind alternierend Magnete angeordnet, die Nordpole und Südpole aufweisen, und diesen gegenüberliegend sind Treiberspulen auf dem stationären Abschnitt einschließlich des Gehäuses der Videokamera 1 vorgesehen, wodurch ein kontaktloser Nick-Treiber 12a ausgebildet wird.
Der kontaktlose Nick-Treiber weist sehr geringe Reibungsverluste auf, verbraucht wenig elektrische Energie, und zeigt dennoch einen höheren Unterdrückungseffekt bezüglich der Bildschwankungen.
Nachstehend wird der Betrieb der Nick-Steuerschaltung 11a beschrieben. Zwei Systeme, nämlich das Bildschwankungsunterdrückungs-Steuersystem und das Zentrierungssteuersystem für die optische Achse werden der Nick-Steuerschaltung 11a hinzugefügt.
Zuerst wird das Bildschwankungsunterdrückungs-Steuersystem beschrieben. Die Drehung in der Nick-Richtung in bezug auf das absolute Koordinatensystem des beweglichen Abschnitts einschließlich der Fokussiereinheit 4 wird durch den Schwankungsdetektor 8a, beispielsweise einen Kreisel, als das Winkelgeschwindigkeits-Ermittlungssignal Ra ermittelt, welches einem Eingang B des Addierers 11k der Nick-Steuerschaltung 11a zugeführt wird. Durch dieses Signal treiben die Servoschaltung 111 und der Nick-Treiber 12a die Fokussiereinheit 4 in die Richtung des Nickens.
Diese Steuerung stellt die Steuerung mit geschlossener Schleife dar, die als Nullverfahren bezeichnet wird.
Wenn in diesem Fall eine Verschiebung des absoluten Raumkoordinatensystems und des beweglichen Abschnitts erfolgt, welcher die Fokussiereinheit 4 umfaßt, so wird diese Verschiebung in einer Richtung gesteuert, in welcher die Verschiebung zu Null gemacht wird.
Wenn daher die Fokussiereinheit 4 durch die von der Kamera hervorgerufene Schwankung der Videokamera 1 bewegt werden soll, wird die Fokussiereinheit 4 durch das Bildschwankungsunterdrückungs-Steuersystem entsprechend dem ermittelten Verschiebungssignal gesteuert, und hierdurch wird die Schwankung des Bildes unterdrückt.
Im Falle des Nullverfahrens ist die Verwendung billiger Sensoren möglich, da eine Linearität der Verstärkung des Schwankungsdetektors 8a nicht erforderlich ist.
Als zweites wird das zweite Steuersystem beschrieben.
Die Verschiebung des Drehwinkels in bezug auf das Zentrum, welches auf dem Gehäuse der Videokamera 1 festgelegt ist, des beweglichen Abschnitts einschließlich der Fokussiereinheit 4 wird als ein Winkelsignal RA von dem Nick-Drehwinkeldetektor 12a' ermittelt.
Diesem Signal wird durch den Abschwächer 11j ein geeigneter Wert gegeben, um in den Eingang A des Addierers 11k der Nick- Steuerschaltung 11a eingegeben zu werden, um hierdurch die Fokussiereinheit 4 dazu zu veranlassen, in der Nick-Richtung durch die Servoschaltung 111 und den Nick-Treiber 12a angetrieben zu werden. Das zweite Steuersystem bildet ebenfalls die Steuerung mit geschlossener Schleife nach dem Nullverfahren.
Wenn eine Verschiebung in bezug auf das Zentrum hervorgerufen wird, welches zwischen dem Gehäuse der Videokamera 1 und dem beweglichen Abschnitt einschließlich der Fokussiereinheit 4 eingerichtet ist, wird in diesem Falle diese Verschiebung in einer Richtung gesteuert, in welcher sie zu Null gemacht wird.
Wenn die Richtung der optischen Achse der Fokussiereinheit 4, die sich in einem bewegbaren Zustand befindet, von dem in bezug auf das Gehäuse der Videokamera 1 festgelegten Zentrum verschoben wird, durch die Schwankung der Kamera, und da die Richtung der optischen Achse so gesteuert wird, daß sie durch das zweite Steuersystem zum festgelegten Zentrum zurückkehrt, stimmt daher die Richtung der optischen Achse der Fokussiereinheit 4 in dem beweglichen Zustand immer mit der Richtung des Gehäuses der Videokamera 1 überein, selbst wenn die Videokamera 1 in irgendeine Richtung gedreht wird.
Mit anderen Worten wird, da das erste Steuersystem die Funktion der Unterdrückung der Bildschwankung hat, es das Bildschwankungsunterdrückungs-Steuersystem genannt. Dagegen kann das zweite Steuersystem das Zentriersteuersystem für die optische Achse genannt werden, da es die Funktion hat, die Bildschwankungsunterdrückungsfunktion des ersten Steuersystems zu stören, jedoch im Hinblick auf die Betätigbarkeit der Videokamera erforderlich ist.
Bei diesen zwei widerstreitenden Steuersystemen ist es erforderlich, ihre Eigenschaften zu optimieren.
Wie in Fig. 19(b) gezeigt ist, löst die vorliegende Erfindung dieses Konfliktproblem mit Hilfe einer einfachen Schaltungsanordnung, bei welcher der Addierer 11k verwendet wird, um das erste Steuersystem und das zweite Steuersystem zu addieren.
Mit dieser Schaltungsanordnung kann die Steuercharakteristik dieser Systeme erhalten werden, ohne den Bildschwankungsunterdrückungseffekt zu verringern, wenn eine Aufnahme mit einer von Hand gehaltenen Videokamera erfolgt, wobei die Betätigbarkeit während der Kameraarbeit, beispielsweise beim Schwenken, nicht beeinträchtigt wird. Der Grund hierfür ist folgender: Wenn ein Winkelgeschwindigkeitssensor, beispielsweise ein Kreisel, bei dem Schwankungsdetektor 8a verwendet wird, so stellt das ermittelte Ausgangssignal die Winkelgeschwindigkeit 8a dar, und sein Ausgangssignal nimmt in bezug auf denselben Schwankungswinkel mit wachsender Frequenz f zu, wie in Fig. 19(c) gezeigt ist.
Andererseits ist das Ausgangssignal des Nick-Drehwinkeldetektors 12a' gleich RA. Wenn daher, wie in Fig. 19(c) gezeigt, der Schwankungswinkel derselbe ist, so ist das Ausgangssignal konstant, unabhängig von dem Anstieg der Frequenz f, so daß Ra mit höherer Frequenz ansteigt, während RA bei niedriger Frequenz ansteigt. Durch Einsatz dieses Prinzips bei der vorliegenden Erfindung werden die beiden ermittelten Ausgangssignale Ra und RA der voranstehenden Detektoren mit einem geeigneten Additionsverhältnis addiert, um die Steuerschaltung mit geschlossener Schleife zu bilden, die in Fig. 19(b) gezeigt ist.
In bezug auf die Schwingung im hochfrequenten Bereich wird in diesem Falle das Bildschwankungsunterdrückungs-Steuersystem dominant gegenüber dem Zentriersteuersystem für die optische Achse, um hierdurch die Schwankung des Bildes zu unterdrücken.
Wie voranstehend beschrieben tritt bei der Aufnahme mit einer von Hand gehaltenen Videokamera die Schwankung des Bildes bei einer hohen Frequenz von mehr von 0,5 Hz auf. Aus diesem Grunde wird der Unterdrückungseffekt der Bildschwankung dadurch erhalten, daß Ra und RA zuerst auf ein geeignetes Addierverhältnis bei dieser Schaltungsanordnung eingestellt werden.
Dann wird für die Schwingungen, die im niederfrequenten Bereich auftreten, das Zentriersteuersystem für die optische Achse dominant gegenüber dem Bildschwankungsunterdrückungs- Steuersystem. Die Bildschwankung, die in einem niederfrequenten Bereich von 0,2 bis 0,5 Hz auftritt, irritiert das Auge des Betrachters nicht, und eine derartige Bildschwankung ruft einen geringeren Effekt hervor, selbst wenn der Unterdrückungseffekt der Bildschwankung begrenzt ist.
Da die optische Achse der Fokussiereinheit 4 so gesteuert wird, daß sie in Richtung auf das eingestellte Zentrum der Videokamera 1 gerichtet wird, zusammen mit der Schwingung im niederfrequenten Bereich, folgt die Richtung der optischen Achse der Videokamera bei der Kameraarbeit, beispielsweise beim Schwenken.
Im einzelnen, wie in Fig. 1(c) gezeigt, breitet sich die Komponente eines Winkels der Kamerabewegung, die gegen den Willen des Benutzers während der Aufnahme mit einer von Hand gehaltenen Videokamera auftritt, in dem hochfrequenten Bereich von mehr als 0,5 Hz aus. Andererseits liegt die Änderung der Aufnahmerichtung entsprechend dem Willen des Benutzers, also die Änderung der Geschwindigkeit des Winkels, etwa beim Schwenken, in dem sehr niederfrequenten Bereich von einigen Grad pro Sekunde.
Auf der Grundlage dieser Tatsache läßt sich die Komponente des durch die Bildschwankung erzeugten Winkels von der Kameraarbeit trennen, da die Frequenzverteilungen im hohen und niedrigen Bereich unterschiedlich sind.
Andererseits kann die Frequenzcharakteristik der Steuerschaltung 11a der Ausführungsform 4 ebenfalls dadurch geändert werden, daß das Addierverhältnis von Ra und RA geändert wird. Durch Auswahl eines optimalen Addierverhältnisses ist es daher möglich, eine Videokamera zu erhalten, die einen sehr einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweist, die Komponente der Bildschwankung im hochfrequenten Bereich unterdrückt, und dennoch eine stabile Funktion in der Hinsicht aufweist, daß sie die Richtung der optischen Achse dazu veranlaßt, dem Schwenken zu folgen.
Die Qualität der Betätigung einer Videokamera läßt sich erst dann beurteilen, nachdem jeder einzelne Benutzer tatsächlich die Kamera betätigt hat. Wir haben Versuchs-Videokameras hergestellt, ließen tatsächlich zahlreiche Benutzer die Kamera betätigen, und erhielten erfolgreich die optimalen Einstellwerte.
In dieser Beziehung sind unsere Versuchsdaten nachstehend angegeben.
Im Falle daß Ra standardisiert wird als V/Grad/Sekunde und Å als V/Grad, wird das Addierverhältnis Ka für Ra und Å in der Nick-Richtung ausgedrückt als Ka = Ra/RA. Ein Bereich 7 = Ka = 10 wurde nach dem Versuch als der Bereich erhalten, in welchem die von Hand gehaltene Kamera einfach bei der tatsächlichen Aufnahme betätigt werden kann. Die Gier- Richtung kann ebenfalls mit derselben Steuerschaltung aufgebaut werden. In diesem Fall wurde, wenn das Addierverhältnis in der Gier-Richtung als Kb ausgedrückt wird, ein Bereich 2 ≤ Ka/Kb ≤ 20 nach dem Versuch als der Bereich erhalten, in welchem die Betätigbarkeit der Videokamera nicht während des Schwenkens beeinträchtigt wird, während der Schutzeffekt der Bildschwankung erhalten wird.
Zwei sich widersprechende Funktionen, nämlich der Bildschwankungsunterdrückungseffekt und die Handhabbarkeit der Kameraarbeit, können dadurch verträglich gemacht werden, daß Ka und Kb auf die voranstehend beschriebene Weise ausgesucht werden. Da sich allerdings die individuellen Anforderungen der Benutzer dieser Funktionen stark unterscheiden, stellt es keine gute Vorgehensweise dar, Ka und Kb vollständig festzusetzen. Wie beispielsweise bei der Ausführungsform 1 beschrieben wurde, kann der Einstellschalter des Abschwächers 11j außen an der Videokamera 1 vorgesehen werden, um hierdurch in Abhängigkeit von dem Benutzer die Steuercharakteristik zu ändern.
Um ähnliche Funktionen zu demonstrieren, ohne den Einstellschalter für die Änderung der Steuercharakteristik außen an der Videokamera 1 bereitzustellen, ist darüber hinaus die in Fig. 19(d) gezeigte Anordnung wirksam. Diese Anordnung umfaßt die Kameraarbeit-Ermittlungsschaltung 11m und die variablen Verstärker 11n und 11p zusätzlich zu dem in Fig. 19(b) gezeigten Blockschaltbild.
Der Betriebsablauf wird beschrieben. Die Kameraarbeit-Ermittlungsschaltung 11m ermittelt die Bedingungen der Kameraarbeit der Videokamera, beispielsweise ein Verkippen (Schwenken), durch Bearbeitung des ermittelten Signals RA (RB) des Nick-Drehwinkeldetektors 12a'.
Wenn diese Kameraarbeit-Ermittlungsschaltung 11m die Zustände der Kameraarbeit feststellt, beispielsweise ein Verkippen (Schwenken), so werden die Steuersignale an variable Verstärker (VCAs) 11n und 11P geschickt, um hierdurch das Addierverhältnis Ka und die Charakteristik der Steuerfrequenz in der Kipprichtung (Schwenkrichtung) zu ändern.
Wird das Verkippen (Schwenken) der Kameraarbeit festgestellt, so erzeugt die Kameraarbeit-Ermittlungsschaltung 11m ein derartiges Steuersignal, welches die Verstärkung des variablen Verstärkers 11n verringert und die Verstärkung des variablen Verstärkers 11p erhöht.
Dann wird, wie voranstehend beschrieben, die Verstärkung des Bildschwankungsunterstückungs-Steuersystems verringert, und die Verstärkung des Zentriersteuersystems für die optische Achse wird erhöht, im Zusammenhang mit der Nick-Steuerschaltung 11a. In diesem Fall wird der Bildschwankungsunterdrückungseffekt in der Richtung der Verkippung geringer, während die optische Achse der Videokamera durch den Benutzer einfach geändert werden kann. Schwenken und Verkippen werden selten gleichzeitig während der normalen Aufnahme eingesetzt, sondern eines von beiden wird häufiger benutzt. Daher wird im Falle einer Verkippung der Bildschwankungsunterdrückungseffekt in der Vertikalrichtung geringer, jedoch ist dies nicht bemerkbar, da sich das Bild im wesentlichen während der aktuellen Verkippung in der Vertikalrichtung ändert. Da die Änderung in der Horizontalrichtung nicht auftritt, während die Videokamera verkippt wird, mißt die Kamerarbeit-Ermittlungsschaltung innerhalb der Gier-Steuerschaltung 11b in der Gier- Richtung nicht die Kameraarbeit, und die Verstärkung des Bildschwankungsunterdrückungs-Steuersystems in der Gier-Richtung bleibt auf einem hohen Pegel. Daher wird ein stabiles Bild mit geringerer Bildschwankung in der Gier-Richtung erhalten.
Obwohl der Bildschwankungsunterdrückungseffekt in der Nick- Richtung in gewisser Weise abgeschwächt wird, wird die Bedienbarkeit der Videokamera verbessert. Wie voranstehend beschrieben ist es möglich, sowohl den Bildschwankungsunterdrückungseffekt als auch die Bedienbarkeit der Videokamera zur Verfügung zu stellen, nämlich unter Verwendung der in Fig. 19(d) gezeigten Anordnung. Wird während der Aufnahme eine Schwenkung eingesetzt, so wird der Bildschwankungsunterdrückungseffekt in der Gier-Richtung geringer, während die Handhabbarkeit der Kamera verbessert wird, und der Bildschwankungsunterdrückungseffekt in der Nick-Richtung bleibt im wesentlichen verfügbar.
Da es die Kameraarbeit-Ermittlungsschaltung als den normalen Zustand ansieht, wenn eine normale Aufnahme mit einer von Hand gehaltenen Kamera erfolgt, wird der Effekt der Unterdrückung der Bildschwankung hoch.
Dasselbe gilt für Aufnahme auf einem Fahrzeug.
Der Betrieb der Kameraarbeit-Ermittlungsschaltung wird nachstehend so beschrieben, daß diesem Aspekt besondere Beachtung geschenkt wird.
Wenn ein Benutzer eine Aufnahme so vornimmt, daß er die bei der Ausführungsform 4 beschriebene Kameravorrichtung in seiner Hand hält, so kann nach entsprechender Beobachtung der Verteilungszustand des Winkels, der durch die Richtung des Kameragehäuses in der Gier-Richtung und die Aufnahmerichtung gebildet wird, so klassifiziert werden, wie dies in Fig. 19(e), (f), (g) und (h) gezeigt ist. Zuerst ist in dem normalen Aufnahmezustand, in welchem eine Verschwenkung und eine Verkippung nicht benutzt werden, die Winkelverteilung so, wie in Fig. 19(e) gezeigt, und die zeitabhängigen Mittelwerte rechts und links sind Null.
Zweitens beginnt, wenn das Schwenken eingesetzt wird, da das Kameragehäuse sich nach links dreht, jedoch die Fokussiereinheit 4 durch die elektronische Steuerung versucht, die Ursprungsposition zu halten, die optische Achse in der Aufnahmerichtung eine Drehung nach links nach einer geringfügigen Verzögerung. Daher weist die Fokussiereinheit 4 eine stärkere Winkelverteilung nach rechts in bezug auf das Kameragehäuse auf, wie in Fig. 19(f) gezeigt ist. Bei einer Schwenkung nach rechts ergibt sich die in Fig. 19(g) gezeigte Verteilung. Wird die Kamera im gleichen Winkel nach rechts und links verschwenkt, so ergibt sich die in Fig. 19(h) dargestellte Verteilung.
Um den Zustand der Kameraarbeit zu ermitteln, ist die Information bezüglich des Nick-Drehwinkeldetektors 12a' am nützlichsten und am einfachsten. Um wie voranstehend beschrieben derartige Zustände zu ermitteln ist es erforderlich, den zeitlichen Mittelwert des Signals von dem Nick-Drehwinkeldetektor 12a' und 12b' in der Nick- und Gier-Richtung zu erhalten.
Es ist möglich, den zeitabhängigen Mittelwert des Drehwinkels dadurch auf die einfachste Weise zu erhalten, daß die Integrationsschaltung verwendet wird, welche als Anordnung der Kameraarbeit-Ermittlungsschaltung, die in Fig. 19(i) gezeigt ist, den Widerstand und den Kondensator aufweist. Es ist ebenfalls möglich, den zeitabhängigen Mittelwert dadurch zu erhalten, daß eine Abtastung des Drehwinkels unter Verwendung eines Mikrocomputers als der anderen Einrichtung erfolgt. Es wurde eine Bildschwankungsunterdrückungsfunktion, die für mehr Benutzer von Videokameras gut handhabbar ist, dadurch erhalten, daß die Kameraarbeit-Ermittlungsschaltung 11m in der Nick- und Gier-Richtung installiert wurde.
Wie unter Bezug auf Fig. 19(f) beschrieben wurde, kann die Kameraarbeit-Ermittlungsschaltung 11m die Richtungen der Kameraarbeit unterscheiden, also das Schwenken in die rechte Richtung und das Schwenken in die linke Richtung.
Die Kameraarbeit-Ermittlungsschaltung 11m wird wie nachstehend angegeben benutzt: Wenn beispielsweise das Schwenken in die rechte Richtung festgestellt wird, so ist es möglich, eine glattere Verschwenkung dadurch durchzuführen, daß die Schwankungsunterdrückungs-Steuercharakteristik in der Richtung im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn der Gier-Steuerschaltung 11b entsprechend diesem ermittelten Signal geändert wird, genauer gesagt durch weitere Absenkung der Verstärkung im Uhrzeigersinn, verglichen mit der Verstärkung im Gegenuhrzeigersinn. In diesem Fall reagiert die Gier-Steuerschaltung 11b normal in bezug auf die Schwankung der Gier-Richtung im Gegenuhrzeigersinn, wodurch die Schwankung unterdrückt wird. Daher wird die Schwankung im Gegenuhrzeigersinn unterdrückt, welche ein unangenehmes Gefühl während des Schwenkens im Uhrzeigersinn hervorruft.

Ausführungsbeispiel 5

Wie in Fig. 20 gezeigt ist, ist bei der fünften Ausführungsform die grundlegende Anordnung ebenso wie bei der von Fig. 2(a) gemäß der ersten Ausführungsform. Es wird nur der Unterschied der fünften Ausführungsform in bezug auf die anderen Ausführungsformen beschrieben. Bei einer Anordnung gemäß der fünften Ausführungsform wird die optische Achse des optischen Systems einschließlich der Fokussiereinheit 4 nicht geändert, wie es bei der ersten bis vierten Ausführungsform erfolgt, sondern die optische Achse bleibt unverändert, und die kleine und leichte Aufnahmeeinheit 5, beispielsweise ein CCD-Abbildungsfeld, ist auf einer horizontalen und vertikalen Treibereinheit 50 angebracht, wie in Fig. 21 gezeigt ist. Ein vertikaler Treiber 51a wird durch eine vertikale Treiberschaltung 52a in Reaktion auf eine Nick-Schwankung getrieben, und ein horizontaler Treiber 51b wird durch eine horizontale Treiberschaltung 52b in Reaktion auf eine Gier-Schwankung getrieben. Nun sollte ein Korrekturintervall, um welches das Anzeigefeld 5 von Fig. 21 bewegt werden sollte, um ein Bild stationär zu halten, zu dem Zeitpunkt berechnet werden, an welchem das Kameragehäuse um R in bezug auf das absolute Koordinatensystem gekippt wird. Es wird angenommen, daß die Nick-Richtung durch La ausgedrückt wird, die Gier-Richtung durch Lb, der Schwankungswinkel in der Nick-Richtung durch Ra, der Schwankungswinkel in der Gier-Richtung durch Rb, die Entfernung von der Kamera zu dem Objekt durch A, und die äquivalente Brennweite der Linse durch F.
Im Falle von Videokameras für den Heimgebrauch ist F klein, und F/A kann unter Bildaufnahmebedingungen, in welchen die Entfernung A normal ist, als Null angesehen werden. Daher werden die folgenden annähernden Gleichungen erhalten:
La F tan Ra (13)
Lb F tan Rb (14)
Beinahe sämtliche, von Hand gehaltenen Videokameras für den Heimgebrauch sind mit Zoom-Linsen ausgerüstet. Daher wird die Entfernung A bis zum Objekt durch den Fokusdetektor 41a festgestellt, und die Brennlänge F der Fokussiereinheit 4 wird durch den Zoom-Detektor 16a festgestellt, und die Schwankungswinkel Ra, Rb werden aus den Schwankungswinkelgeschwindigkeiten von den Nick- und Gier-Schwankungsdetektoren 8a, 8b ermittelt. Die arithmetischen Operationen gemäß (11), (12) werden durch Nick- und Gier-Korrekturintervall-Berechnungseinheiten 11h, 11i mit den ermittelten Größen durchgeführt, um die Korrekturintervalle La, Lb in der Nick- und Gier-Richtung zu ermitteln. Die Informationswerte La, Lb werden der vertikalen bzw. horizontalen Treiberschaltung 52a, 52b zugeführt, um die vertikalen und horizontalen Treiber 51a, 51b in Fig. 21 dazu zu veranlassen, daß das Aufnahmefeld 5 in der Vertikalrichtung um das Intervall La bewegt wird, um die Schwankung in der Nick-Richtung zu korrigieren. Daher erscheint keine Nick- Schwankung in dem Bild, solange die Nick-Schwankung in dem korrigierbaren Bereich des Vertikaltreibers 51a liegt. Derselbe Korrekturvorgang wird in der Gier-Richtung durchgeführt.
Unter normalen Bedingungen wird keine Unterdrückung von Schwankungen durchgeführt, wenn ein nahes Objekt durch die Kamera aufgenommen wird, und die arithmetischen Operationen gemäß der Gleichungen (13), (14) reichen aus. Daher können Videokameras für allgemeine Verbraucher eine solche Anordnung aufweisen, bei welcher die Berechnungseinheiten 11h, 11i die arithmetischen Operationen (13), (14) bezüglich der Information in bezug auf die Brennweite von dem Zoom-Detektor 16a und die Information Ra, Rb von den Schwankungsdetektoren 8a, 8b durchführen. Diese Anordnung ist gegenüber Stoßbeanspruchungen äußerst widerstandsfähig und verbraucht nur eine verringerte Menge elektrischer Energie, da es nicht erforderlich ist, ein optisches Präzisionssystem anzutreiben, beispielsweise die Fokussiereinheit 4, welche die Linse und dergleichen aufweist. Weiterhin läßt sich die Videokamera mit größerer Freiheit entwerfen und ist ebenso leicht wie übliche Kameras.
Bei dem schnellen Fortschritt der Halbleitertechnologie in letzter Zeit wurde ein Bildaufnahmefeld der Größe 4,4·5,7 mm berichtet, welches als Versuchsmuster hergestellt wurde. Die Treiber können eine geringe Größe aufweisen, wenn dieses Bildaufnahmefeld verwendet wird. Eine weitere Miniaturisierung in der Zukunft führt bei der Umsetzung der Erfindung in die Praxis zu noch größeren Vorteilen.
Allerdings wäre der Korrekturbereich begrenzt, infolge des Problems von Hand hervorgerufener Unschärfen oder Schwankungen der Linse. Diese Schwierigkeit wird durch die Schwankungsanzeigeschaltung 10a ausgeschaltet, die in bezug auf die Fig. 4, 5 und 6 beschrieben wird. Da die Schwankungsanzeigeschaltung 10a Anzeigewerte darstellt, um dem Benutzer die Steuerung der Richtung der Kamera in Richtung auf das Zentrum des Steuerbereichs zu jedem Zeitpunkt zu ermöglichen, können selbst in dem engen Steuerbereich Bilder ausreichend stabilisiert werden.

Ausführungsform 6

Wie in Fig. 22 gezeigt ist, wird bei der sechsten Ausführungsform ein von der Fokussiereinheit 4 fokussiertes Bild photoelektrisch durch einen photoelektrischen Wandler 60 in elektrische Bildinformation in Form eines elektrischen Strahls umgewandelt, der in eine Bildaufnahmeröhre 61 eingeführt wird, die mit einer elektrischen Ausleseeinrichtung für den Elektronenstrahl versehen ist. Korrekturintervalle werden von den Korrekturberechnungseinheiten 11h, 11i abhängig von ermittelter Information von den Schwankungsdetektoren 8a, 8b berechnet, um den Elektronenstrahl in der Bildaufnahmeröhre 61 durch eine vertikale Ablenkschaltung 62a und eine horizontale Ablenkschaltung 62b abzulenken. Schließlich erzeugt die Bildaufnahmeröhre 61 ein bildabhängiges elektrisches Signal mit unterdrückten Schwankungen über eine Signalausgabeschaltung 63.
Wie in Fig. 23(a) gezeigt ist, ist bei der sechsten Ausführungsform ein photoelektrischer Wandler 62 vorgesehen, der mit einer Toleranz in bezug auf eine Ausleseeinheit 64 für das tatsächliche Bild versehen ist. Abhängig von einer Schwankung bewegt sich die Bildausleseeinheit 61 so, wie dies durch die durchgezogene oder gestrichelte Linie in Fig. 23(b) gezeigt ist. Eine Bewegung der Bildausleseeinheit von einer Position 64a zu einer Position 64b, es sei denn, sie würde in der Austastperiode in jedem Feld oder jedem Einzelbild durchgeführt, veranlaßt eine Farbverschiebung in bezug auf das Streifenfilter in einer einfarbigen Bildaufnahmeröhre in einer Videokamera für den Heimgebrauch. Daher verriegelt die Bildsteuerschaltung 9 ihre Bildkorrektursteuerung auf der Grundlage und während eines vertikalen Synchronisiersignals von einer Bezugszeit-Signaleinheit 65. Wie bei der fünften Ausführungsform wird das Korrekturintervall zur Bewegung eines Bildes auf der Fokussieroberfläche während eines Steuermodus festgelegt durch Freischalten der Korrekturintervallberechnungseinheiten, um die arithmetischen Operationen (11), (12) oder (13), (14) durchzuführen, auf der Grundlage der Information von dem Zoom- Detektor 16a und der Information von den Schwankungsdetektoren 8a, 8b zur Korrektur des Ausgangsbildes. Zu diesem Zeitpunkt ist es erforderlich, nicht-lineare Komponenten der Strahlablenkung zu kompensieren.
Wenn dieses System zum Steuern der elektrischen Ausleseeinrichtung für das zweidimensional umgewandelte elektrische Bildsignal in der Videokamera für den Heimgebrauch vorgesehen ist, statt das optische Bild auf der Fokussiereinheit zu steuern, so sollte jede restliche elektrische Ladung von der Ausleseeinheit 64b für das bewegte Bild entfernt werden, um ein schönes Bild zu erzeugen; ansonsten wird die angesammelte Ladung ausgelesen und ebenfalls jedes Nachbild. Die Restladung wird durch eine Entfernungsschaltung 66 für unerwünschte Ladung in der Hauptsteuerschaltung entfernt. Die Schaltung 66 dient zum Entfernen unerwünschter Ladungen um die Bildausleseeinheit 64 herum, wie in Fig. 23(a) gezeigt, und kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform steuert die Schaltung 66 die Ablenkung des Elektronenstrahls und richtet den Elektronenstrahl so, daß die elektrische Ladung um die Bildausleseeinheit 64 herum während horizontaler und vertikaler Austastperioden zurückgesetzt wird.
Die unerwünschte Ladung in der Horizontalrichtung in der Bildausleseeinheit 64 sammelt sich in schraffierten Bereichen zwischen A, B und C, D in Fig. 24(a) an. Zum Entfernen der unerwünschten Ladung sollte die Abtastgeschwindigkeit bei einer Horizontalablenkspannung Vh in den Intervallen A, B und C, D erhöht werden. Ist infolge der hohen Abtastgeschwindigkeit die Entfernung der Ladung nicht ausreichend, so sollte ein erhöhter Strom durch eine Hochspannungssignaleinheit 67 in Fig. 22 während der Abtastintervalle A, B und C, D ausgegeben werden. Wenn der Elektronenstrahl dünn ist und die Ladung nicht vollständig entfernt werden kann, so sollte der Elektronenstrahl durch eine Elektronenstrahl-Fokussierschaltung 68 während der Abtastintervalle A, B und C, D verdickt werden. Auf diese Weise kann die unerwünschte Ladung in der Nähe der Bildausleseeinheit 64 entfernt werden.
Ungewünschte Ladungen in der Vertikalrichtung sind in schraffierten Bereichen zwischen W, X und Y, Z in Fig. 24(c) vorhanden. Die unerwünschte Ladung kann dadurch entfernt werden, daß ein Befehl von der Entfernungsschaltung 66 für die unerwünschte Ladung an die Vertikalablenkschaltung 62a während der vertikalen Austastperiode gegeben wird, um eine Vertikalablenkspannung Vn zu steuern, wie in Fig. 24(d) gezeigt, um die Vertikalabtastgeschwindigkeit in den Intervallen W, X und Y, Z und auch die Horizontalabtastgeschwindigkeit zu vergrößern. Wenn die Horizontalabtastgeschwindigkeit ihre Grenze erreicht und sämtliche unerwünschte Ladungen nicht durch den Strahl mit derselben Dicke entfernt werden können, so sollte die Dicke des Elektronenstrahls durch die Elektronenstrahl- Fokussierschaltung 68 vergrößert werden, oder es sollte durch die Hochspannungssignaleinheit 67 die Ladungsentfernungsfähigkeit vergrößert werden.
Die Anordnung gemäß der sechsten Ausführungsform ist in der Hinsicht vorteilhaft, wenn die Erfindung in die Praxis umgesetzt wird, daß die unerwünschte Ladung um die Bildausleseeinheit 64 herum entfernt werden kann, und daß kein Einfluß von Restladungen vorhanden ist, selbst wenn eine Bildsteuerung durchgeführt wird.

Ausführungsform 7

Bei der siebten Ausführungsform wird ein Festkörper-Bildaufnahmefeld verwendet, beispielsweise ein CCD, MOS oder dergleichen, anstelle der Bildaufnahmeröhre 60 bei der sechsten Ausführungsform, und die Ladungsübertragung in der Vertikal- und Horizontalrichtung wird abhängig von den ermittelten Schwankungssignalen in der Nick- und Gier-Richtung zum Stabilisieren aufeinanderfolgender Bilder gesteuert. Die Anordnung der siebten Ausführungsform ist in Blockdarstellung in Fig. 25 gezeigt. Da die Anordnung von Fig. 25 ähnlich der in Fig. 22 für die sechste Ausführungsform ist, werden nur Unterschiede beschrieben. In Fig. 25 besteht die Bildaufnahmeeinheit 5 aus einem Zwischenzeilen-CCD-Festkörper-Bildaufnahmefeld, welches eine Matrix aus Lichtdetektorpixeln 71 wie beispielsweise Photodioden und Ladungsübertragungspixeln 72 zur Übertragung von Information umfaßt. Obwohl ein tatsächliches Bildaufnahmefeld in einer Farbvideokamera für den Heimgebrauch 400 bis 500 horizontale Pixel und 250 bis 300 vertikale Pixel aufweist, ist nur eine Matrix von 4 horizontalen Pixeln und 5 vertikalen Pixeln aus Gründen der Klarheit gezeigt. Nachstehend wird das Prinzip des Betriebs des Bildaufnahmefeldes beschrieben.
Bildinformation, die photoelektrisch durch die Lichtdetektorpixel 71 umgewandelt wurde, wird zu den Ladungsübertragungspixeln 72 übertragen, wie durch die Pfeile angedeutet ist, in Reaktion auf Impulse, die in jedem Feld oder jedem Einzelbild von einer Übertragungsimpulsschaltung 73 angelegt werden. Die übertragenen Ladungen werden dann vertikal über die Übertragungspixel 72 übertragen.
Die elektrische Pixelinformation wird nach unten über Vertikalübertragungseinheiten 74a, 74b, 74c und 74d in Reaktion auf Vertikalübertragungstaktsignale von einer ersten Vertikaltaktschaltung 75a und einer zweiten Vertikaltaktschaltung 75b in einer Vertikalübertragungsschaltung 75 übertragen. Die elektrische Information jedes Pixels, die auf diese Weise nach unten übertragen wird, wird dann nach rechts über eine Horizontalübertragungseinheit 76 in Reaktion auf Horizontalübertragungstaktsignale von einer ersten Horizontaltaktschaltung 77a und einer zweiten Horizontaltaktschaltung 77b in einer Horizontalübertragungsschaltung 77 übertragen. Die elektrische Information erreicht dann eine Signalausgabeschaltung 78, die dann ein Bildsignal erzeugt.
Voranstehend wurde das grundsätzliche Betriebsprinzip geschildert. Wenn die Bildsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung eingeschaltet wird, so wird eine Steuerung in der Nick-, Gier- und Schlinger-Richtung durchgeführt. Da das Bildaufnahmefeld eine Pixelmatrix aufweist, und Ladungen nur horizontal und vertikal übertragen werden, kann keine rein elektronische Steuerung in der Schlinger-Richtung durchgeführt werden. Die Schlinger-Steuerung wird abhängig von dem schwankenden Schlinger-Winkel dadurch durchgeführt, daß die Bildaufnahmeeinheit 5 an dem Schlinger-Treiber 12 befestigt wird, wie in Fig. 1(a) gezeigt ist. Da eine derartige Anordnung bei anderen Ausführungsformen beschrieben wird, wird nachstehend nur das Betriebsprinzip für die Nick- und Gier-Steuerung beschrieben.
Jede Schwankung des Kameragehäuses in der Nick-Richtung wird durch den Nick-Schwankungsdetektor 8a ermittelt, und ein Korrekturintervall von ·tan R wird durch die Korrekturintervallberechnungseinheit 11h aus einer Brennlänge ermittelt, die durch den Zoom-Detektor 16a festgestellt wird, und einem Nick- Schwankungswinkel Ra, der durch eine Einrichtung zum Integrieren eines ermittelten Signals von dem Nick-Schwankungsdetektor 8a festgestellt wird. Das Vertikalübertragungstaktsignal von der Vertikalübertragungsschaltung 75 wird durch die Nick-Steuerschaltung 11a zur Erzielung einer äquivalenten Korrektur moduliert, wie in Fig. 23(a), (b) gezeigt ist, um die Zeit während der Vertikalaustastperiode zu steuern, in welcher die gewünschte Pixelinformation die Horizontalübertragungseinheit 76 auf der Fokussieroberfläche der Bildaufnahmeeinheit 5 erreicht, abhängig von dem Korrekturintervall. Dies führt dazu, daß das ermittelte Pixelsignal in der Vertikalrichtung oder der Nick-Richtung bewegt wurde, und eine Bildausgabeschaltung 78 ein Bildsignal mit unterdrückten Nick- Schwankungen erzeugt.
Jede Schwankung des Kameragehäuses in der Gier-Richtung wird durch den Gier-Schwankungsdetektor festgestellt, und durch die Korrekturintervall-Berechnungseinheit 11i wird ein Korrekturintervall berechnet. Das Horizontalübertragungssignal von der Horizontalübertragungsschaltung 77 wird durch die Gier- Steuerschaltung 11b moduliert. Es gibt Pixelinformation, die über die Korrektur erhalten werden soll, und auch unerwünschte Pixelinformation, um die gewünschte Information auf der Horizontalübertragungseinheit 76 herum. Derartige unerwünschte Pixelinformation sollte übersprungen werden, und es sollte nur die erforderliche Pixelinformation erhalten werden. Für einen derartigen Vorgang sind verschiedene Anordnungen verfügbar.
Wenn auf Zeitbasis keine Kompression und Expansion erforderlich ist, so sollte die unerwünschte Pixelinformation dann schnell während der Horizontalaustastperiode übertragen werden, und die gewünschte Pixelinformation sollte horizontal so ausgelesen werden, daß mit ihrem Anfang begonnen wird. Dieser Vorgang ist in dem Fall wirksam, in welchem der Korrekturbereich in der horizontalen oder Gier-Richtung verhältnismäßig klein ist. Die Grenze dieses Korrekturbereichs wird durch die Anzahl an Pixeln repräsentiert, die während der Horizontalaustastperiode übertragen werden können. Zwar variiert die Horizontalaustastperiode abhängig vom Standard, jedoch liegt dann, wenn die horizontale Abtastzeit 63,5 us beträgt, die Horizontalaustastperiode in der Größenordnung von beispielsweise 11,4 us, und die Übertragungszeit für ein Pixel in der Horizontalrichtung muß im allgemeinen im Bereich zwischen 50 und 100 us liegen. Daher weisen die Übertragungstaktsignale für das Bildaufnahmefeld eine Frequenz von beispielsweise 7,2 MHz oder 10,7 MHz auf. Daher können 100 bis 200 Pixel in der Horizontalaustastperiode übertragen werden, und der Steuervorgang kann auf dem Bildaufnahmefeld in dem voranstehenden Bereich durchgeführt werden, unabhängig von Kompression und Expansion auf der Zeitbasis. Die Pixelinformation kann in äquivalenter Weise in der Horizontal- oder Gier-Richtung bewegt werden. In bezug auf den vertikalen Steuerbereich beträgt die vertikale Austastperiode etwa 600 ins, also etwa das 50-fache der Horizontalaustastperiode. Da es 5000 bis 10000 ausreichende Pixel gibt, die theoretisch während der Vertikalaustastperiode übertragen werden können, ist der Steuerbereich in der Vertikalrichtung oder Nick-Richtung nur durch die Fläche des Chips der Bildaufnahmeeinheit 5 und den Fokussierbereich auf der Fokussiereinheit 4 beschränkt.
Der horizontale Steuerbereich muß einer Kompression und Expansion auf Zeitbasis unterworfen werden, oder der Steuerbereich ist infolge der Begrenzung der Horizontalübertragungsgeschwindigkeit auf einen kleinen Bereich begrenzt. Im allgemeinen leiden Videokameras für den Heimgebrauch mehr an Nick-Schwankungen als an Gier-Schwankungen. Daher ist das voranstehende System in der Hinsicht wirksam, daß eine Videokamera mit geringen Kosten zur Verfügung gestellt wird, die keine zusätzliche Schaltung wie beispielsweise eine Schaltung zur Durchführung von Kompression und Expansion auf Zeitbasis aufweist, wobei die Videokamera-Nick-Steuerung in einem weiten Bereich durchgeführt wird, während die Gier-Steuerung beispielsweise in 10 bis 20% des Bildbereiches durchgeführt wird. Zur Erhöhung des Gier-Steuerbereichs kann eine Zeitbasis-Steuerschaltung 78a zur Durchführung einer Expansion oder Verzögerung auf Zeitbasis vorgesehen werden, wie durch die gestrichelte Linie in der Signalausgabeschaltung 78 angedeutet ist.
Es wird ein bestimmtes Beispiel gegeben. Wenn schließlich 500 Pixel in der Horizontalrichtung erforderlich sind, so sind 1000 Horizontalpixel in der Bildaufnahmeeinheit 5 vorgesehen, die in einer Horizontalabtastzeit von 63,5 us sämtlich ausgelesen werden. Da die 1000 Pixel 500 Pixel umfassen, die zur Korrektur in 31,75 us erforderlich sind, und 500 Pixel, die nicht zur Korrektur in 31,75 us vor und nach den voranstehend genannten 500 Pixeln erforderlich sind, sollte die Steuerung aufgeschoben werden, bis der Anfang der 500 Pixel erreicht ist, die für die Korrektur erforderlich sind. Ist der Anfang der 500 Pixel erreicht, so erfolgt eine Verzögerung mit einem Demodulations-Synchronisiersignal, welches in der spätesten Zeitzone in dem Steuerbereich eingestellt ist, und das Auslesen der 500 Pixel, die für die Korrektur erforderlich sind, beginnt synchron mit dem Demodulations- Synchronisiersignal. Durch Bewirkung einer Expansion von 31,75 us auf 63,5 us, was einen Standard darstellt, und aufeinanderfolgende Zulieferung der Pixelinformation kann die Signalausgabeschaltung 78 ein Bildsignal erzeugen,
welches in bezug auf Gier-Schwankungen korrigiert ist. :
Die Übertragungsgeschwindigkeit in der Horizontal-Übertragungseinheit 76 kann dadurch konstant ausgebildet werden, daß die Zeitbasis-Steuerschaltung 78a zur Verfügung gestellt wird, so daß verhindert wird, daß Bilder durch unterschiedliche Restladungen in den Übertragungsmoden mit hoher und niedriger Geschwindigkeit in dem CCD negativ beeinflußt werden, um die Bildqualität zu erhöhen, und auch der Gier- Steuerbereich kann vergrößert werden.
Die Art und Weise, auf welche ein Bild tatsächlich korrigiert wird, wird unter Bezug auf Fig. 26(a) bis (d) beschrieben, in welchen die Bildaufnahmeeinheit 5, gesehen in der Richtung der Einfallslinie, 1/100 Pixel der tatsächlichen Pixel in der Horizontal- und Vertikal-Richtung aufweist. Wie in Fig. 26(a) dargestellt ist, weist die Bildaufnahmeeinheit eine Matrix mit vier vertikalen Pixelspalten und fünf horizontalen Pixelzeilen auf. Werden die Horizontal-Übertragungseinheit 76 und die Signalausgabeschaltung 78 als eine Zeile angesehen, so gibt es fünf vertikale Spalten und sechs horizontale Zeilen, die numeriert sind, und jedes Pixel kann durch Koordinaten wie beispielsweise (1, 1) oder horizontale und vertikale Nummern ausgedrückt werden.
Auf jeden Pixel fokussierte optische Information ist so gezeigt, daß sie photoelektrisch umgewandelt und an die Übertragungspixel 72 durch die Impulssignale von der Übertragungsimpulsschaltung 73 übertragen wurde. Die Information jedes Pixels ist durch einen Kreis angedeutet, wobei die nach der Korrektur erforderliche Pixelinformation durch einen schwarzen Kreis dargestellt ist, dagegen die ungewünschte Pixelinformation durch einen weißen Kreis. Die Pixel sind in sämtlichen Übertragungspixeln 72 im Bereich von (1, 1) bis (4, 5) vorhanden, und es wird angenommen, daß die Pixel, die aufgenommen werden sollen, vier Pixel (2, 2), (2, 3), (3, 2), und (3, 3) sind, die durch die schwarzen Kreise bezeichnet sind.
Zuerst wird in jedem Feld oder Einzelbild die Korrektur in der Nick-Richtung oder Vertikalrichtung durchgeführt. Zu diesem Zweck wird die Rate eines Vertikalübertragungstaktsignals von der Vertikalübertragungsschaltung 75 durch die Nick- Steuerschaltung 11a während der Vertikalaustastperiode gesteuert, oder es wird die Anzahl an Taktimpulsen durch die Nick-Steuerschaltung 11a während der Vertikalaustastperiode gesteuert, während die Taktrate konstant gehalten wird. Wie in Fig. 26(b) gezeigt, tritt die nach der Korrektur erforderliche Pixelinformation in die Abschnitte der Horizontalübertragungseinheit 76 ein, welche die Koordinaten (2, 6), (3, 6) aufweisen, wie in Fig. 26(b) gezeigt. Die Korrektursteuerung in der Nick-Richtung in diesem Feld oder Einzelbild ist nunmehr beendet.
Dann wird die Steuerung in der Gier-Richtung oder Horizontal- Richtung während der Horizontalaustastperiode durchgeführt, oder durch die Zeitbasis-Steuerschaltung 78a. Es wird ein System beschrieben, in welchem die Zeitbasis-Steuerschaltung 78a nicht verwendet wird.
Wie voranstehend beschrieben wird das Horizontalübertragungssignal der Horizontalübertragungsschaltung 77 durch die Gier- Steuerschaltung 11b gesteuert. Nach der Vertikalaustastperiode wird jeder Pixel in der Horizontalübertragungseinheit 76 so gesteuert, daß er nach rechts übertragen wird, durch Änderung der Übertragungstaktrate oder der Anzahl an Taktimpulsen, so daß korrigierte Pixelinformation synchron zum Zeitpunkt des Beginns der Horizontalabtastung ausgegeben wird, wie durch (5, 6) in Fig. 26(c) gezeigt ist.
Fig. 26(d) zeigt den Zustand, nachdem eine Horizontalübertragung so häufig durchgeführt wurde, wie es erforderliche Abtastzeilen gibt. Die elektrischen Pixelkorrektursignale wurden sämtlich ausgegeben, und auf der Horizontalübertragungseinheit 76 ist nur Pixelinformation verblieben, die nicht für die Korrektur benötigt wird. Von sämtlichen Übertragungspixeln 72 wurden die Ladungen entfernt. Zu diesem Zeitpunkt kann für jeden Pixel ein Schaltelement vorgesehen sein, um jegliche Restladungen auf konventionelle Weise zu entladen, so daß von den Übertragungspixeln 72 Ladungen verläßlich entfernt werden.
Während der Zeit eines Zyklus zum Auslesen eines Bildsignals in jedem Feld oder Einzelbild speichern die Lichtdetektorpixel, die Photodioden umfassen, elektrische Größen, die aus der optischen Information des fokussierten optischen Bildes umgewandelt wurden. Während der Vertikalaustastperiode wird die Pixelinformation von den Lichtdetektorpixeln 71 an die Übertragungspixel 72 durch die Übertragungsimpulsschaltung 73 übertragen, worauf der Betriebsablauf zu einer Anfangsstufe des Bildauslesezyklus zurückkehrt.
Falls es in diesem Zyklus keine Schwankung gibt, welcher das Kameragehäuse ausgesetzt ist, so kehrt der Betriebsablauf zu dem Zustand von Fig. 26(a) zurück, und wiederholt den voranstehenden Vorgang. Wenn das Kameragehäuse in diesem Zyklus beispielsweise Schwankungen in der Nick- und Gierrichtung erfährt, so ermitteln die Schwankungsdetektoren 8a, 8b derartige Schwankungen, um schnell optimale Korrekturintervalle zu berechnen.
Es wird hier angenommen, daß Pixelinformation bezüglich eines aufzunehmenden Objekts in unterschiedlichen Pixeln vorhanden ist, wie in Fig. 26(e) gezeigt ist. Im einzelnen wird Information, die in (2, 2) vorliegen soll, in (3, 3) eingegeben, Information, die in (2, 3) vorliegen soll, wird in (3, 4) eingegeben, Information, die in (3, 2) vorliegen soll, wird in (4, 3) eingegeben, und Information, die in (3, 3) vorliegen soll, wird in (4, 4) eingegeben. Es ist daher erforderlich, derartige Variationen oder Fehler zu ermitteln und sie zu korrigieren. Die vertikalen und horizontalen Variationen oder Fehler können mittels Durchführung der arithmetischen Operationen (11), (12) oder (13), (14) mit den Nick- und Gier- Schwankungswinkeln Ra, Rb ermittelt werden, die durch die Nick- und Gier-Schwankungsdetektoren 8a, 8b festgestellt werden, mit der Linsenbrennlänge F, die durch den Zoom-Detektor 16a festgestellt wird, und der Entfernung A bis zu dem Objekt, die von dem Fokusdetektor 61a in dem Fall festgestellt wird, in welchem das Objekt in naher Entfernung abgebildet wird. Die Variationen werden durch die Korrekturintervall-Berechnungseinheiten 11h, 11i ermittelt, und die Pixelinformation wird bezüglich dieser Variationen durch die Vertikal- und Horizontal-Übertragungsschaltungen 75, 77 in einem nächsten Bildauslesezyklus korrigiert. Daher können die Nick- und Gier-Schwankungen des Kameragehäuses, wenn sie innerhalb des Steuerbereiches liegen, korrigiert werden, um so stabile, aufeinanderfolgende Bilder zur Verfügung zu stellen, die schön sind und sich einfach betrachten lassen. Da infolge der Matrixanordnung der Pixel nur die Vertikal- und Horizontal-Übertragung gesteuert wird, können Schlinger-Schwankungen nicht korrigiert werden. Zur Lösung dieses Problems ist die Bildaufnahmeeinheit 5 an dem Schlinger-Treiber 12a befestigt und wird gedreht, wie in Fig. 1(a) gezeigt ist. Allerdings können bei Videokameras für den Heimgebrauch aufeinanderfolgende Bilder gut nur durch eine Steuerung in der Nick- und Gier-Richtung stabilisiert werden, und die Schlinger-Steuerung kann weggelassen werden. Daher kann die Bildaufnahmevorrichtung rein elektronisch Bilder steuern. Die Bilder können durch Zufügung einer Schlinger- Steuerung weiter stabilisiert werden.
Da diese Ausführungsform keine mechanischen Teile aufweist, ist sie in der Hinsicht äußerst vorteilhaft, daß in der Zukunft eine kleine Videokamera zur Verfügung gestellt werden kann, die einen robusten Aufbau aufweist und kostengünstig ist, und die aufeinanderfolgende Bilder verbessert, wenn die Entwicklung der Halbleitertechnologie weitergeht.
In dem in Fig. 25 gezeigten System ist es erforderlich, daß zahlreiche Stücke an Pixelinformation durch die Horizontalübertragungsschaltung 76 in einem kurzen Zeitraum innerhalb der Horizontalaustastperiode übertragen werden müssen, falls keine Zeitbasis-Steuerschaltung zur Durchführung einer Kompression und Expansion auf Zeitbasis vorhanden ist, und der Bildkorrekturbereich in der Horizontal- oder Gier-Richtung ist begrenzt auf einen engen Bereich infolge der Begrenzung der Übertragungsgeschwindigkeit. Allerdings läßt sich dies Problem dadurch überwinden, daß die Pixel während der relativ langen Austastperiode horizontal übertragen werden. Eine Anordnung zur Lösung dieses Problems ist in Fig. 26(f) gezeigt, in welcher eine Vertikalübertragungselektrode auf den Lichtdetektorpixeln 71 und den Übertragungspixeln 72 angeordnet ist, und eine Horizontal-Pixelübertragungsschaltung 79 zur Übertragung von Pixelinformation nach rechts mit einer ersten Übertragungstaktschaltung 79a und einer zweiten Übertragungstaktschaltung 79b vorgesehen ist. Mit dieser Anordnung wird sämtliche Pixelinformation nach rechts durch die Horizontal- Pixelübertragungsschaltung 79 während der Vertikalaustastperiode übertragen, die relativ lang ist, für eine Bildsteuerung in der Horizontal- oder Gier-Richtung.
Eine Entfernungsschaltung 66 für ungewünschte Ladungen ist ebenfalls hinzugefügt, und umfaßt eine Vertikalübertragungseinheit-Ladungsentfernungsschaltung 66a, um von der Vertikalübertragungseinheit 74d über mit dieser verbundene Klemmen Ladungen zu entfernen. Die Horizontal-Pixelübertragungsschaltung 79 ist wirksam bei der Entfernung von Ladungen unerwünschter Pixelinformation, die nach rechts übertragen wurde, und dazu, zu verhindern, daß Ladungen aus einer Potentialsenke jeder Übertragungszelle überlaufen. Die Schaltung 66 weist weiterhin eine Horizontalübertragungseinheits-Ladungsentfernungsschaltung 66b auf, um schnell Ladungen unerwünschter Pixelinformation über Entfernungselektroden von bestimmten Zellen der Horizontalübertragungseinheit 76 zu entfernen, um zu verhindern, daß die unerwünschten Ladungen mit Ladungen von Pixelinformation vermischt werden, die zur Korrektur gebraucht werden.
Die Horizontal-Pixelübertragungsschaltung 79 und die Entfernungsschaltung 66 für unerwünschte Ladungen können Bilder in der Gier- oder Horizontal-Richtung während der relativ langen Vertikalaustastperiode korrigieren, so daß ein ausreichender Horizontalkorrekturbereich aufrechterhalten werden kann.
Dieser Betriebsablauf wird unter Bezug auf Fig. 26(f) bis (n) beschrieben. Fig. 26(f) zeigt den Zustand, in welchem Pixelinformation gerade von den Lichtdetektorpixeln 71 an die Übertragungspixel 72 mit Hilfe der Horizontal-Pixelübertragungsschaltung 79 während der Vertikalaustastperiode übertragen wurde. Wie in Fig. 26(a) gezeigt, sind Pixel in vier vertikalen Spalten und fünf horizontalen Zeilen durch Kreise bezeichnet. Durch weiße Kreise bezeichnete Pixelinformation wird nach der Korrektur nicht benötigt, und Pixelinformation, die durch horizontal und vertikal schraffierte Kreise bezeichnet ist, oder vier Pixel (2, 2), (2, 3), (3, 2) oder (3, 3) repräsentiert Pixelinformation, die nach der Korrektur benötigt wird. Da die vertikale Austastperiode im Vergleich zur Pixelübertragungszeit relativ lang ist, wird die Pixelinformation so nach rechts übertragen, wie dies gezeigt ist, von jedem Übertragungspixel 72 an jeden Lichtdetektorpixel 71, durch die Horizontal-Pixelübertragungsschaltung 79, wie in Fig. 26(g) gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt werden Ladungen von Bildinformation, die nicht für die Korrektur gebraucht wird, welche an die Vertikalübertragungseinheit 74d übertragen wurden, durch die Vertikalübertragungseinheits-Ladungsentfernungsschaltung 66a entfernt. In einem nächsten horizontalen Übertragungstaktzyklus werden die rechten Informationspixel, die zur Korrektur erforderlich sind, und die durch die vertikal schraffierten Kreise bezeichnet sind, zu den Koordinaten (4, 2), (4, 3) in der Vertikalübertragungseinheit 73d bewegt. Auf diese Weise wird die Pixelkorrektur in der Gier-Richtung oder Horizontal-Richtung hauptsächlich während der Vertikalaustastperiode beendet. Wenn ein Zwischenzeilen-CCD verwendet wird, so sind die Lichtdetektorpixel so aufgebaut, daß sie Licht hindurchlassen, und die Übertragungspixel 72 sind so aufgebaut, daß sie Licht blockieren. Diese Anordnung wird bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet. Daher werden Ladungen infolge empfangenen Lichts als Rauschen hinzugefügt, während die Pixelinformation horizontal durch die Lichtdetektorpixel 71 übertragen wird. Allerdings ist ein derartiges Rauschen im wesentlichen vernachlässigbar und führt zu keiner wesentlichen Bildverschlechterung, da die Zeit, in welcher ein Stück der Bildinformation empfangen wird, etwa 1/60 Sekunde oder 16,7 ms ist, wogegen die Zeit, in welcher während der Übertragung Rauschen empfangen wird, 50 us beträgt, unter der Voraussetzung, daß in einer Zeile 1000 horizontale Pixel vorhanden sind, und die Zeit zur Übertragung eines Pixels 50 ms beträgt. Zur Verringerung derartigen Rauschens ist eine Ladungsentfernungsklemme oder ein Transistor auf jedem Lichtdetektorpixel 71 vorgesehen, um Ladungen zu entfernen, die sich in jedem horizontalen Pixelübertragungszyklus ,angesammelt haben.
Auf diese Weise wird die Bildkorrektursteuerung in der Horizontalrichtung oder Gier-Richtung in der Vertikalaustastperiode beendet, wie in Fig. 26(h) gezeigt ist. Die Bildkorrektursteuerung in der Vertikalrichtung oder Nick-Richtung wird während der verbleibenden Vertikalaustastperiode auf dieselbe Weise durchgeführt, wie dies unter Bezug auf Fig. 26(a) bis 26(e) beschrieben wurde. Durch Übertragung der Pixelinformation nach unten für das Korrekturintervall auf der Vertikalübertragungseinheit 74 mit der Vertikalübertragungsschaltung 75 wird die Pixelinformation, die nach der Korrektur erforderlich ist, auf die Koordinaten (3, 6), (4, 6) auf der Horizontalübertragungseinheit 76 übertragen, wie in Fig. 26(c) gezeigt ist. Da die Pixelinformation, die nicht nach der Korrektur erforderlich ist, und die an die Koordinaten (2, 6) auf der Horizontalübertragungseinheit 76 übertragen wurde, durch die Horizontalübertragungseinheits-Ladungsentfernungsschaltung 66h in der Entfernungsschaltung 66 für unerwünschte Ladungen entfernt wurde, ist an den Koordinaten (2, 6) in der Horizontalübertragungseinheit 76 keine Ladung vorhanden. Daraufhin wird die zur Korrektur erforderliche Bildinformation sukzessive als ein Bildsignal durch die Signalausgabeschaltung 78 ausgegeben, wie in Fig. 26(j) gezeigt ist. Wenngleich dies nicht gezeigt ist, sind Farbfilter in einem mosaikartigen Muster auf den Lichtdetektorpixeln 71 vorgesehen. Durch Bearbeitung von Pixelsignalen durch die Farbfilter kann ein Farbbildsignal erzeugt werden, beispielsweise ein NTSC-Signal oder ein PAL- oder SECAM-Signal. Wie in Fig. 26(j) gezeigt, wird die nicht zur Korrektur benötigte Pixelinformation von der Horizontalübertragungseinheit 76 durch die Horizontalübertragungseinheits-Entfernungsschaltung 66b entfernt, so daß keine Ladung auf der Horizontalübertragungseinheit 76 verbleibt, und die nächste Pixelinformation sofort an die Horizontalübertragungseinheit 76 während der Horizontalaustastperiode übertragen werden kann. Wie in Fig. 26(k) gezeigt ist, wird die zur Korrektur erforderliche Pixelinformation in die Horizontalübertragungseinheit 76 eingegeben, und die Ladung unerwünschter Pixelinformation wird durch die Horizontalübertragungseinheits-Ladungsentfernungsschaltung 66b entfernt, wie an den Koordinaten (2, 6) angedeutet ist. Wenn die zur Korrektur erforderliche Pixelinformation von der Horizontalübertragungseinheit 76 durch die Signalausgabeschaltung 78 ausgegeben wird, so ist die Ausgabe eines Bildes für ein Feld beendet, und dann wird jegliche verbleibende Pixelinformation, die nicht für die Korrektur benötigt wird, während der Vertikalaustastperiode entladen, wie in Fig. 26(1) gezeigt ist. Wie aus Fig. 26(m) hervorgeht, werden Ladungen, die sich in den Lichtdetektorpixeln 71 in einem Feld oder Einzelbild angesammelt haben, von den Lichtdetektorpixeln 71 an die jeweiligen Übertragungspixel 72 in Reaktion auf ein Übertragungssignal von der Horizontal-Pixelübertragungsschaltung 79 während der Vertikalaustastperiode übertragen. Wenn das Kameragehäuse während Abtastperioden vorheriger und darauffolgender Felder schwankt, so wird der in Fig. 26(m) gezeigte Vorgang durchgeführt, so daß die Schwankungen in einem Intervall korrigiert werden können, was sich von dem in Fig. 26(f) unterscheidet, und zwar in der Gier-Richtung durch die Horizontal-Pixelübertragungsschaltung 79, und in der Nick-Richtung durch die Vertikalübertragungsschaltung 75, während der verhältnismäßig langen Vertikalaustastperiode. Wenngleich das System von Fig. 25 keinen weiten Steuerbereich aufweist, hat das System von Fig. 26(f) einen ausreichend breiten horizontalen Steuerbereich.
Fig. 26(n) erläutert den Zustand, in welchem daraufhin eine breite Steuerung in der Gier- oder Horizontal-Richtung durch die Horizontal-Pixelübertragungsschaltung 79 während derselben Vertikalaustastperiode durchgeführt wird.
Fig. 26(o) zeigt in vergrößertem Maßstab einen oberen linken Abschnitt des Bildaufnahmefeldes 5, welches aus einem CCD- Bildaufnahmefeld von Fig. 26(f) besteht, wobei die Ansicht nur die Horizontal-Pixelübertragungsschaltung 79 und die Vertikalübertragungsschaltung 75 zeigt. Acht Zellen A, B, C, D, A', B', C' und D' auf einem oberen linken Abschnitt bilden ein Pixel. In der Realität sind einige Hunderttausend Pixel vorgesehen, jedoch sind nur drei vertikale Spalten und drei horizontale Zeilen an Pixeln dargestellt. Die Pixel weisen denselben Aufbau auf, und es sind Ladungsübertragungselektroden auf den Zellen A, B, C, D, C' jedes Pixels so angeordnet, daß dazwischen dünne Isolierschichten vorgesehen sind. Schraffierte Zellen A', B' und D' stellen Kanalstopper dar, die durch Eindiffusion von Verunreinigungen hergestellt sind, und zur Verhinderung einer Ladungsübertragung dienen. Bei A ist der Lichtdetektorpixel 71 mit der darauf befindlichen Elektrode gezeigt, der an die erste Übertragungstaktschaltung 79a für die Horizontalübertragung angeschlossen ist. Bei B ist eine Horizontalübertragungszelle mit der auf dieser angeordneten Elektrode gezeigt, welche an die zweite Übertragungstaktschaltung 79b angeschlossen ist. Bei C ist der Übertragungspixel 72 mit der darauf befindlichen Elektrode gezeigt, der an die erste Vertikaltaktschaltung 75a in der Vertikalübertragungseinheit 74 angeschlossen ist. Bei D ist eine Horizontalübertragungszelle mit einer darauf befindlichen Elektrode gezeigt, die mit der zweiten Übertragungstaktschaltung 79b für Horizontalübertragung verbunden ist. Bei C' ist eine Vertikalübertragungszelle gezeigt, die einen Teil der Vertikalübertragungseinheit 74 bildet, mit der darauf befindlichen Elektrode, die an die zweite Vertikaltaktschaltung 75b angeschlossen ist. Wie voranstehend beschrieben stellen die schraffierten Zellen A', B', C' Kanalstopper dar, um eine Ladungsübertragung zu verhindern.
Fig. 26(o) erläutert den Zustand, in welchem gerade ein optisches Bild, welches auf jeden Lichtdetektorpixel 71 fokussiert wurde, photoelektrisch umgewandelt wurde. Neun Pixel werden mit Pixelinformation versorgt, wie durch Kreise angedeutet ist, die von 1 bis 9 numeriert sind.
Wenn ein CCD-Bildaufnahmefeld mit einem P-Kanal-Substrat verwendet wird, so werden Elektronen übertragen, und die Senke unterhalb einer Übertragungselektrode wird beim Anlegen einer negativen oder niedrigen Spannung flach ausgebildet, um eine Ladung von der Elektrode mit niedrigem Potential zu entfernen.
Der Elektrodenabschnitt des niedrigen Potentials ist durch ein Quadrat angedeutet. Daher werden in Fig. 26(o) die Zellen B, D und C' in jedem Pixel durch die Taktschaltungen auf das niedrige Potential gesetzt. In diesem Zustand wird die Pixelinformation mit der Nummer 1 bis 9 nicht übertragen, und die photoelektrische Wandlung der Bildinformation wird für den Zeitraum eines Feldes oder eines Einzelbildes fortgesetzt, um elektrische Information zu speichern. Nach Verstreichen der Zeit für ein Feld oder ein Einzelbild wird damit begonnen, die Bildinformation horizontal zu übertragen, in Reaktion auf ein Horizontaltaktsignal von der Horizontal-Pixelübertragungsschaltung 79. Da die Zellen A, C auf niedriges Potential gehen und der Abschnitt B auf ein hohes Potential geht, wie in Fig. 26(p) gezeigt, wird die Pixelinformation in der Horizontalrichtung nach rechts übertragen. In einem nächsten Zyklus nehmen die Zellen B, C, C' niedriges Potential an, und die Zellen A, C nehmen ein hohes Potential an, wie in Fig. 26(q) gezeigt ist, so daß die Pixelinformation in der Zelle C bleibt. Da die Übertragung nach unten in der Vertikalübertragungseinheit 74 durch die Zelle C' verhindert wird, die auf niedrigem Potential liegt, wird die Pixelinformation kontinuierlich horizontal übertragen. Dann wird der Zustand von Fig. 26(r) erreicht. Daher wird eine Bildkorrektur in der Horizontalrichtung oder Gier-Richtung durch das CCD-Bildaufnahmefeld mit dem voranstehenden Aufbau ermöglicht. Das Korrekturintervall in der Gier-Richtung wird durch die Berechnungseinheit 11i von Fig. 25 festgelegt, entsprechend den arithmetischen Operationen (11), (12) oder (13), (14) auf der Grundlage der Schwankung in der Gier-Richtung, des Zoom-Verhältnisses, und anderer Daten. Die Pixel werden horizontal um das ermittelte Korrekturintervall übertragen. Diese Korrektur wird in einer kurzen Anfangszeit innerhalb der relativ langen Vertikalaustastperiode beendet. Wenn die Begrenzung der Übertragungsgeschwindigkeit nicht berücksichtigt wird, so ist ein breiterer Steuerbereich in der Gier-Richtung möglich. Obwohl die Pixel abgesehen von den Lichtdetektorpixeln 71 eine Lichtblockierkonstruktion aufweisen, wird die Pixelinformation durch die Lichtdetektorpixel 71 übertragen, die keine Lichtblockierkonstruktion aufweisen, abhängig von der Schwankung in der Gier-Richtung, mit dem Ergebnis, daß die Pixelinformation ein größeres Rauschen aufweist, da das Korrekturintervall in der Horizontalrichtung größer ist. Dieses Problem kann dadurch ausgeschaltet werden, daß für jeden Lichtdetektorpixel ein Ladungsentfernungsschalter vorgesehen wird, um Ladungen auf der Grundlage ungewollter Bildinformation synchron zum Horizontalübertragungstakt zu entfernen. Bei NTSC liegt die Horizontalübertragungszeit in der Größenordnung von 100 us für Gier-Korrektur, verglichen mit der Vertikalabtastperiode von 16,7 ms, und die voranstehende Funktion ist für allgemeine Verbraucher nicht unbedingt erforderlich. Fig. 26(s) zeigt den Zustand, in welchem die Korrektur in der Gier-Richtung oder Horizontal-Richtung fertig durchgeführt wurde, wobei der Zustand derselbe ist wie der von Fig. 26(h). Daraufhin wird die Bildinformation vertikal nach unten über ein Intervall übertragen, welches einer Nick-Schwankung entspricht, um diese zu korrigieren. Wie in Fig. 26(s), (t) und (u) gezeigt ist, wird keine Horizontalübertragung durchgeführt, und photoelektrisch umgewandelte Ladungen werden in den Zellen A auf der Horizontal-Pixelübertragungseinheit gespeichert, da die Zellen A auf hohem Potential und die Zellen B, C auf niedrigem Potential liegen. Da während der Vertikalübertragung die Zellen B, C durch die zweite Übertragungstaktschaltung auf niedrigem Potential gehalten werden, wird verhindert, daß die Ladungen horizontal aus der Horizontalübertragungseinheit 74 herauslecken. Die Pixelinformation beginnt mit ihrer Übertragung nach unten durch das Übertragungstaktsignal von der Vertikalübertragungsschaltung 75. Wenn die Senke in jeder Zelle auf der Vertikalübertragungseinheit 74 eine Übertragungsrichtwirkung aufweist, schaltet jede Zelle in der Vertikalrichtung wiederholt in zwei Phasen zwischen dem hohen und niedrigen Potential um, um die Pixelinformation in einem Intervall zu bewegen, um die Nick-Schwankung während der Vertikalaustastperiode zu korrigieren. Wenn der Zustand von Fig. 26(i) erreicht wird, so ist die Nick-Schwankungskorrektur beendet. Zum selben Zeitpunkt wird damit begonnen, Pixelinformation in einem nächsten Feld oder Einzelbild in Pixeln zu speichern, die durch die gestrichelten Kreise angedeutet sind, die als Nummer 10 bis 18 numeriert sind, in den Lichtdetektorpixeln 71 in Fig. 26(u). Nach Beendigung der Abtastung eines Feldes oder Einzelbildes wird, wie in Fig. 26(l) gezeigt ist, die Pixelinformation von den Lichtdetektorpixeln 71 an die Übertragungspixel 72 durch die Pixelübertragungsschaltung 79 übertragen, um den Zyklus der Korrektur der Nick- und Gierschwankungen in einem Feld oder einem Einzelbild zu wiederholen. Das System gemäß Fig. 26(f), (o) kann einen breiten horizontalen Steuerbereich aufweisen, und kann durch ein konventionelles Verfahren für die Übertragungsgeschwindigkeit hergestellt werden, und weist daher den zusätzlichen Vorteil auf, daß das System auf einfache Weise durch Massenproduktion mit weniger Kosten hergestellt werden kann, mit der bisherigen Herstellungseinrichtung. Zwar weisen in Fig. 26(o) die Öffnungen der Lichtdetektorpixel 71 eine kleine Fläche auf, sie können jedoch vergrößert werden. Zwar besteht jede Zelle aus acht Zellen, jedoch kann sie tatsächlich auch aus sechs Zellen bestehen, einschließlich fünf Zellen A, B, C, D, C, einer Kombination von A', B' und D' , und einem Kanalstopper.

Ausführungsform 8

Bei der siebten Ausführungsform kann der Steuerbereich in der Horizontalrichtung oder Gier-Richtung nicht vergrößert werden, es sei denn, die Zeitbasis würde gesteuert, oder sämtliche Einzelteile der Pixelinformation würden zum selben Zeitpunkt horizontal übertragen. Zwar wurde die Ausführungsform beschrieben, bei welcher die Zeitbasis-Steuerschaltung 78a hinzugefügt ist, jedoch führt die Zufügung der Zeitbasis-Steuerschaltung 78a zu einer Kostenerhöhung, infolge einer Vergrößerung der Fläche der Vorrichtung, einer vergrößerten Anzahl verwendeter Teile, und beeinflußt Bilder negativ, infolge der Steuerung der Zeitbasis. Wie in Fig. 27 gezeigt ist, ist bei der achten Ausführungsform eine Horizontalübertragungs-Steuerschaltung 80 der Anordnung der siebten Ausführungsform hinzugefügt, und umfaßt eine Übertragungsausgabeeinheits-Steuerschaltung 80a zum Steuern von Ausgangssteuerschaltern 81a, 81b, welche Übertragungsausgangseinheiten der Horizontalübertragungseinheit 76 steuern, abhängig von der Gier-Schwankungsinformation von der Gier-Steuerschaltung 11b, wobei dies den wesentlichen Unterschied in bezug auf die siebte Ausführungsform darstellt. Da die Ausgabeeinheiten durch die Ausgabesteuerschalter 81a, 81b geändert werden, und ungewünschte Übertragungseinheitsabschnitte übersprungen werden, ist es nicht erforderlich, die Horizontalübertragungsgeschwindigkeit abhängig von den Schwankungen zu vergrößern. Hierdurch kann der Gier- oder Horizontal-Steuerbereich so verbreitert werden, daß seine Breite größer oder gleich dem des Nick- Steuerbereiches ist, unabhängig von der Begrenzung der Übertragungsgeschwindigkeit.
Durch Zufügung einer Rücksetzschaltung 80b kann nur ungewünschte Pixelinformation selektiv nach Masse abgezogen werden, durch Rücksetzschalter 82a, 82b, abhängig von dem Gier- Steuersignal von der Gier-Steuerschaltung 11b, um hierdurch zu verhindern, daß die Bilder infolge von Restladungen in der Horizontal-Übertragungseinheit 87 verschlechtert werden. Durch Bereitstellung einer Entfernungsschaltung 66 für unerwünschte Ladungen in der Hauptsteuerschaltung 10, durch Bereitstellung einer Ladungsentfernungsklemme für jeden Lichtdetektorpixel 71, und Rücksetzen photoelektrisch umgewandelter Information in jedem Lichtdetektorpixel 71 mit einer Ladungsentfernungsschaltung 83 kann jedes Restbild oder Nachbild ausgeschaltet werden. Zur Entfernung schwankungsabhängiger Restladungen während der Vertikalaustastperiode oder in jeder 1/60 Sekunde, wenn die Schwankung groß ist, schwankt das Bild um 20% beispielsweise bei 5 Hz. Wird angenommen, daß 600 horizontale Pixel vorhanden sind, so gelangen in einem Feld 10 Pixel optischer Information durch einen Lichtdetektorpixel 71, mit dem Ergebnis, daß Information gespeichert wird, die gemischte Pixel anzeigt. Daher werden Bilder selbst dann verschlechtert, wenn sie zum Zeitpunkt des Auslesens der Pixelinformation korrigiert werden. Bei dieser Ausführungsform werden, da die 10 Pixel von den Schwankungsdetektoren 8a, 8b ermittelt werden können, Ladungen in dem Zeitraum eines Feldes durch die Entfernungsschaltung 66 für ungewünschte Ladungen in der Hauptsteuerschaltung 10 entfernt, abhängig von der Größe der Schwankung. Durch Steuern der Ladungsentfernungsschaltung 83 für eine Belichtungszeit von 1/10 wird die Information eines gewünschten der durchgehenden 10 Pixel durch die Lichtdetektorpixel 71 aufgenommen. Ist die Schwankung klein, so arbeiten die voranstehend beschriebenen Systeme nicht. Wenn die Schwankung größer ist, so wird die Frequenz oder die Entfernungszeit der Ladungsentfernungsschaltung vergrößert, um jeglichen Einfluß des Nachbildes zu verringern, und so eine Bildverschlechterung zu verhindern. Dieses System beruht auf demselben Prinzip wie jenes, bei welchem eine Verschlußgeschwindigkeit in einer Standbildkamera vergrößert wird. Während Nachbilder verringert werden, wird daher die Empfindlichkeit verringert. Um diesen Nachteil auszuschalten, kann die Entfernungsschaltung 66 für ungewünschte Ladungen einen Blendentreiber 84 antreiben, um die empfangene Lichtmenge zu vergrößern, oder kann den Verstärkungsgrad der Signalausgabeschaltung erhöhen, wenn die Schwankung schnell ansteigt, um hierdurch jede Verringerung der Helligkeit der Bilder zu verhindern.
Die Fig. 28(a) bis (d) erläutern den Betrieb der Horizontalregister-Steuerschaltung 80. In Fig. 28(a) bis (d) wird Bildinformation, die nach der Korrektur erhalten werden soll, durch einen schwarzen Kreis angedeutet wie in Fig. 26(a) bei der siebten Ausführungsform. Fig. 28(b) zeigt den Zustand, in welchem die Information zur Korrektur in der Vertikalrichtung oder Nick-Richtung übertragen wurde. Nachdem Ladungen für erforderliche Pixel an die Horizontalübertragungseinheit 76 übertragen wurden, wird der Ausgangssteuerschalter 81a eingeschaltet, um die gewünschte Pixelinformation, die Koordinaten (3, 6), an die Signalausgabeschaltung 78 auszugeben, wie in Fig. 28(c) gezeigt. Wenn die Steuerung bei einer Hochgeschwindigkeitsübertragung in jedem Übertragungseinheitsabschnitt wie bei der siebten Ausführungsform durchgeführt wird, so wird der Steuerbereich in der Horizontalrichtung durch die Begrenzung bezüglich der Übertragungsgeschwindigkeit eingeschränkt. Da die Ausgangsports der Horizontalübertragungseinheit bei dieser Ausführungsform variabel sind, um gewisse Horizontalübertragungseinheitsabschnitte zu überspringen, kann der Horizontalsteuerbereich ausgeweitet werden, unabhängig von der Begrenzung bezüglich der Übertragungsgeschwindigkeit.
Obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist, kann der Rücksetzschalter 82a durch die Rücksetzschaltung 80b eingeschaltet werden, um ungewünschte Pixelinformation von der Horizontalübertragungseinheit zu entfernen, wie durch die Koordinaten (1, 6) in Fig. 28(b) und die Koordinaten (1, 6) (2, 6) in Fig. 28(c) angedeutet ist. Zu dem Zeitpunkt, an welchem die Auslesung der Information bezüglich der erforderlichen Pixel beendet ist, verbleibt keine Ladung auf der Horizontalübertragungseinheit 76, wie in Fig. 28(d) gezeigt ist, so daß eine vertikale Übertragung von Pixelinformation auf eine nächste Abtastzeile möglich ist.
Wie vorranstehend beschrieben werden bei der achten Ausführungsform Horizontalübertragungseinheitsabschnitte übersprungen, damit einer breiter Steuerbereich in der Horizontalrichtung oder Gier-Richtung in der Bildaufnahmeeinheit selbst zur Verfügung gestellt werden kann, ohne die Horizontalübertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Daher läßt sich eine Bildaufnahmevorrichtung erreichen, die geringe Abmessungen aufweist, geringe Kosten erfordert, und einen breiten Steuerbereich in der Horizontalrichtung und Vertikalrichtung aufweist.

Ausführungsbeispiel 9

Bei der achten Ausführungsform weisen die Lichtdetektorpixel 71 Ladungsentladungseinrichtungen auf, deren Entladungszeit vergrößert wird, wenn sich die Geschwindigkeit der Änderung der Schwankungen vergrößert. Mit anderen Worten wird die Ladungsspeicherzeit nach der photoelektrischen Wandlung durch die Lichtdetektorpixel 71 verkürzt, also die Belichtungszeit verringert. Dies beruht auf demselben Prinzip wie dem, bei welchem die Verschlußgeschwindigkeit einer Standbildkamera vergrößert wird, wenn eine starke Schwankung vorliegt, welcher die Standbildkamera ausgesetzt ist. Zwar kann mit einem derartigen System ein klares Bild erzeugt werden, jedoch wird die Empfindlichkeit verringert, wenn die Belichtungszeit verkürzt wird. Dies führt zu keinen Problemen, wenn Außenaufnahme bei Tageslicht aufgenommen werden, schafft jedoch dann ein Problem, wenn Innenaufnahmen bei Nacht durchgeführt werden. Mit anderen Worten überträgt das Ladungsübertragungsaufnahmefeld Ladungen in Senken durch Bewegung der Ladungssenken in einem Substrat durch Variation der Spannung, die an Elektroden angelegt wird, die auf den Senken angeordnet sind. Dieses Ladungsübertragungssystem wird normalerweise normalen Menschen unter Bezugnahme auf Eimer zur aufeinanderfolgenden Übertragung von Ladungen erklärt. Zum einfacheren Verständnis dieses Prinzips wird diese Art der Erläuterung verwendet. Bei konventionellen CCD-Abbildungseinrichtungen werden die Positionen der Eimer während einer Belichtungszeit nicht bewegt, und nach der photoelektrischen Wandlung erzeugte Ladungen werden in den festen Eimern während eines Einzelbildes oder eines Feldes gespeichert. In dem Zwischenzeilensystem werden die gespeicherten Ladungen in den Eimern oder den Lichtdetektorpixeln 71 sämtlich an die benachbarten Eimer oder die Übertragungspixel 72 übertragen. In dem Einzelbild-Übertragungssystem werden die Eimer für sämtliche Pixel eines Einzelbildes sofort an eine andere Einzelbildspeichereinheit übertragen. Bei der siebten und achten Ausführungsform ist die Pixelinformation in den Eimern der Lichtdetektorpixel 71 während eines Feldes oder eines Einzelbildes fixiert.
Bei den voranstehenden Systemen gemäß der Erfindung, bei welchen die Schwankung 1/30 oder 1/60 Sekunde der Abtastzeit für ein Einzelbild oder ein Feld beträgt, also eine normale Belichtungszeit, wird die Belichtungszeit abhängig von der Schwankungsgeschwindigkeit variiert. Wenn die Schwankung schnell ist, werden daher ungewünschte Ladungen, die in den Eimern der Lichtdetektorpixel gespeichert sind, weggeworfen, und die weggeworfenen Ladungen führen zu einer Verringerung der Empfindlichkeit. Bei dem System gemäß der neunten Ausführungsform wird die Verringerung der Empfindlichkeit dadurch verhindert, daß Ladungen von Pixelinformation, die in den Eimern der Lichtdetektorpixel 71 gespeichert sind, auf einer Echtzeitbasis übertragen werden, abhängig von der Schwankung während der Abtastzeit für ein Feld oder ein Einzelbild, nach oben oder nach unten in der Vertikalrichtung und nach rechts oder nach links in der Horizontalrichtung, also durch Übertragung von Ladungen in vier Richtungen, statt in einer Richtung wie bei der konventionellen Bildaufnahmeeinheit, also wie bei einer Eimerkette, unter der Steuerung einer Steuerschaltung. Da die Eimerladungen auf Echtzeitbasis in einer Korrekturrichtung während der Zeitdauer eines Feldes oder eines Einzelbildes bewegt werden, folgen sie der Bewegung des fokussierten Bildes, während dieses auf der Fokussieroberfläche der Bildaufnahmeeinheit 5 schwankt. Da die Ladungen der Bewegung des optischen Bildes folgen, unabhängig davon, wie schnell sich dieses bewegt, unter der Voraussetzung, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des optischen Bildes in dem Bereich der Ladungsübertragungsgeschwindigkeiten liegt, werden daher die Ladungen der Pixelinformation, die nach der photoelektrischen Wandlung in einem Feld oder einem Einzelbild erzeugt werden, nicht weggeworfen, sondern werden während eines Einzelbildes oder eines Feldes wirksam gespeichert. Auf diese Weise kann jegliche Verringerung der Empfindlichkeit infolge einer Schwankungskorrektur verhindert werden.
Fig. 29 zeigt in Blockdarstellung die Bildaufnahmeeinheit 5, die Vertikal- und Horizontalübertragungsschaltungen, die Nick- und Gier-Steuerschaltungen 11a, 11b, und weitere Teile. Da die Bildsteuerschaltung und dergleichen denselben Aufbau aufweisen wie die entsprechenden, in Fig. 25 gezeigten Teile, sind sie in der Darstellung von Fig. 29 weggelassen. Die Bildaufnahmeeinheit 5 besteht aus einer CCD-Bildaufnahmevorrichtung, die ähnlich dem Einzelbildübertragungstyp ist. Wie in Fig. 29 dargestellt weist eine Oberhälfte der Bildaufnahmeeinheit 5 einen Lichtdetektorabschnitt 90 auf, der aus einer Matrix der Lichtdetektorpixel 71 besteht. Wenn eine endgültige Ausgangspixelmatrix aus 500·500 Pixeln besteht, gibt es tatsächlich zumindest 1000·1000 Pixel. Zum Zwecke der Klarheit ist jedoch nur eine Matrix aus sechs horizontalen Pixelzeilen und sieben vertikalen Pixelspalten dargestellt. Der Lichtdetektorabschnitt 90 ist mit einer Vertikal- und Horizontal-Lichtdetektorabschnitts-Übertragungsschaltung 91 verbunden, um Pixel in vier Richtungen vertikal und horizontal zu übertragen. Die Übertragungsschaltung 91 ist an die Nick-Steuerschaltung 11a und die Gier-Steuerschaltung 11b angeschlossen, wie bei der voranstehenden Ausführungsform erläutert, in welchen Korrekturintervall-Berechnungseinheiten 11h, 11i vorgesehen sind. Obwohl die Anordnung von Fig. 29 ebenfalls die Bildaufnahmesteuerschaltung 9, den Steuerschalter 7, den Zoom-Detektor 16a und dergleichen aufweist, wie in Fig. 25 bezüglich der siebten Ausführungsform dargestellt, ist die Konstruktion und der Betrieb dieser Elemente so wie bei der vorangehenden Ausführungsform, und wird nicht beschrieben.
Die Bildaufnahmeeinheit 5 umfaßt einen Speicherabschnitt 92 in einem unteren Halbabschnitt. Pixelinformation, die für die Korrektur erforderlich ist, von der Pixelinformation von dem Lichtdetektorabschnitt 90 wird sofort dann vertikal nach unten übertragen, und zwar in kurzer Zeit, durch die Horizontalübertragungsschaltung 91 und die Vertikalübertragungsschaltung 75 während der Vertikalaustastperiode, und diese übertragene Pixelinformation wird in dem Speicherabschnitt 92 für ein Einzelbild oder ein Feld gespeichert. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht der Speicherabschnitt 92 aus einer Matrix mit drei horizontalen Pixelzeilen und drei vertikalen Pixelspalten. Fig. 29(b) erläutert den Zustand, in welchem die Pixelinformation für ein Einzelbild oder ein Feld bei t = t&sub1; übertragen wurde, wobei der schraffierte Kreis gespeicherte Pixelinformation bezeichnet.
Nach Beendigung einer Informationsübertragung werden jegliche Ladungen von dem Lichtdetektorabschnitt 90 durch die Übertragungseinheits-Ladungsentfernungsschaltung 66d daran gehindert, in den Speicherabschnitt 92 hineingemischt zu werden. Wenn das Auslesen für vier Felder oder ein Einzelbild fertig ist, wird die Übertragung von Pixelinformation innerhalb des Speicherabschnitts 92 durch die Vertikalübertragungsschaltung 75 und die Horizontalübertragungsschaltung 77 durchgeführt, und die übertragene Information wird durch die Ausgabeschaltung 78 als ein Videosignal ausgegeben, welches in ein Farbsignal demoduliert wird.
Bei t = t&sub2; wird die Pixelinformation durch die Vertikalübertragungsschaltung 75 vertikal nach unten an die Horizontalübertragungsschaltung 76 übertragen, und daraufhin wird die Pixelinformation nach rechts durch die Horizontalübertragungsschaltung 77 übertragen, worauf die Ausgangsschaltung 78 mit der Ausgabe des Videosignals beginnt.
Bei t = t&sub3; wird die letzte Abtastzeile abgetastet, wie in Fig. 29(d) gezeigt, und bei t = t&sub4; ist das Auslesen der gesamten Pixelinformation beendet, wie in Fig. 29(e) gezeigt, worauf der Betriebsablauf in eine Vertikalaustastperiode eintritt. Daraufhin wird die Ladungsentfernungsschaltung 66d gesperrt, so daß die Ladungen von dem Lichtdetektorabschnitt 90 an den Speicherabschnitt 92 übertragen werden können. Bei t = t&sub5; wird die Pixelinformation von dem Lichtdetektorabschnitt 90 vertikal nach unten übertragen durch die Vertikalübertragungsschaltung 91 und die Vertikalübertragungsschaltung 75, wie in Fig. 29(f) erläutert. Bei t = t&sub6; ist die erforderliche Pixelinformation (die durch die mit 1 bis 9 numerierten Kreise dargestellt ist) der Pixelinformation von dem Lichtdetektorabschnitt 90 vollständig an den Speicherabschnitt 92 übertragen, wie in Fig. 29(g) gezeigt. Dann wird die Ladungsentfernungsschaltung 66d freigeschaltet, um Ladungen von den Zellen an den Koordinaten (3, 6) (4, 6), (5, 6) zu entfernen, um zu verhindern, daß die Ladungen von dem Lichtdetektorabschnitt 90 in den Speicherabschnitt 92 hineinfließen. Der Betriebsablauf kehrt nunmehr zum Anfangszustand bei t = t&sub1; in dem Feld- oder Einzelbild-Abtastzyklus zurück, wie in Fig. 29(b) gezeigt. Daraufhin übertragen der Lichtdetektor 90 und der Speicherabschnitt 92 unabhängig Ladungen, bis zu einer nächsten Vertikalaustastperiode. Daher können bei der Anordnung gemäß der neunten Ausführungsform die Vertikalübertragungsschaltung 75 und die Horizontalübertragungsschaltung 77 in dem Speicherabschnitt 92 nicht selbst die Schwankungsbildkorrektur steuern. Die Steuerung der Schwankungsbildkorrektur wird statt dessen durch die Vertikal- und Horizontal- Übertragungsschaltung 91 während des Zeitraums der Lichtermittlung in einem Feld oder einem Einzelbild durchgeführt.
Die Bildkorrektursteuerung in dem Lichtdetektorabschnitt 90 wird beschrieben.
Wenn Nick- und Gier-Schwankungen durch die Schwankungsdetektoren 8a, 8b ermittelt werden, so werden elektrische Signale, die den optimalen Schwankungskorrektursteuerintervallen auf der Fokussieroberfläche der Bildaufnahmeeinheit 5 entsprechen, von der Nick- und Gier-Steuerschaltung 11a, 11b an die Vertikal- und Horizontalübertragungsschaltung 91 ausgegeben.
Die neunte Ausführungsform unterscheidet sich darin deutlich von der siebten und achten Ausführungsform, daß bei der siebten und achten Ausführungsform keine Ladung der Pixelinformation für eine Bildkorrektur in der Vertikalrichtung und Horizontalrichtung während der Abtastperiode für ein Feld oder ein Einzelbild übertragen wird, sondern Bilder dadurch korrigiert werden, daß Ladungen zur Korrektur von Nick- und Gier-Schwankungen hauptsächlich während der Vertikalaustastperiode übertragen werden. Bei der neunten Ausführungsform werden Potentialsenken in dem CCD-Substrat in Echtzeit in vier Richtungen übertragen, also vertikal nach oben und nach unten und horizontal nach rechts und nach links, in Reaktion auf Nick- und Gier-Schwankungsermittlungssignale abhängig von Nick- und Gier-Schwankungen, wie in Fig. 31(a) bis (e) (später beschrieben) gezeigt ist, während des Zeitraums, in welchem Pixelinformation für ein Feld oder ein Einzelbild empfangen wird. Wie in Fig. 29(b) gezeigt, gibt es sieben vertikale Spalten von Lichtdetektorpixeln 71 und sechs horizontale Zeilen von Lichtdetektorpixeln 71 in dem Lichtdetektorabschnitt 90. Bei t = t&sub1; wird Pixelinformation erzeugt, die durch 7· 6 = 42 Kreise dargestellt ist, und gewünschte Pixelinformation des Objekts wird in einen rechteckigen Bereich fokussiert, der durch die gestrichelte Linie angedeutet ist und 9 Pixel enthält, die durch Kreise mit der Numerierung 1 bis 9 markiert sind. Eine photoelektrische Wandlung wird in den Lichtdetektorpixeln 71 mit den Nummern 1 bis 9 durchgeführt, und Ladungen, die mit den Pixeln der Objektinformation verträglich sind, werden in den Potentialsenken in diesen Pixeln während der Belichtungszeit gespeichert, wie in Fig. 31(b) gezeigt ist (nachstehend beschrieben).
Es wird angenommen, daß während des Zeitraums, bevor die Zeit für ein Feld oder ein Einzelbild abgelaufen ist, eine Schwankung in der Gier-Richtung erzeugt wird, bis t = t&sub2; erreicht ist, und ein fokussiertes optisches Bild des Objekts in einen Bereich bewegt wird, der durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, und die Horizontalkoordinaten (4 bis 6) und die Vertikalkoordinaten (3 bis 5) aufweist, wie in Fig. 29(c) gezeigt ist. Wurde keine Steuerung durchgeführt, so würde Information von mehreren Pixeln, die durch einen Lichtdetektorzeitraum hindurchgegangen sind, mit einem Pixel gemischt werden, was zu einem verschmierten Bild führt. Bei der vorliegenden Erfindung wird das Horizontalkorrekturintervall für die Gierschwankung von der Gier-Steuerschaltung 11b ausgegeben, und die Vertikal- und Horizontal-Übertragungsschaltung 91 reagiert auf diese Information bezüglich des Horizontalkorrekturintervalls, mit der Ausgabe von Ladungen in den jeweiligen Pixeln horizontal durch das Korrekturintervall. Dies führt dazu, daß die Ladungen auf der Grundlage der Pixelinformation, die durch die Kreise mit den Nummern 1 bis 9 angedeutet sind, und die sich in den Horizontalkoordinaten (3 bis 5) und den Vertikalkoordinaten (3 bis 5) zum Zeitpunkt t = t&sub1; befunden haben, wie in Fig. 29(b) gezeigt, horizontal übertragen werden, anstatt weggeworfen zu werden, worauf dann, wie in Fig. 29(c) gezeigt, die Ladungen der Bewegung des Objekts folgen und aufeinanderfolgend durch die benachbarten Zellen verschoben werden. Wenn das Kameragehäuse eine starke Gier-Schwankung erfährt, ist es daher nicht erforderlich, die Speicherung photoelektrisch umgewandelter Ladungen abhängig vom Licht von dem Objekt zu unterbrechen, unter der Voraussetzung, daß eine derartige Schwankung innerhalb des Bereiches der Übertragungsgeschwindigkeit liegt. Unter der Bedingung, daß die Übertragungsgeschwindigkeit pro Pixel 100 ns beträgt, eine Seite eines schließlich erzeugten Bildes aus 500 Pixeln besteht und die Amplitude einer Schwankung 100% eines Bildes im schlimmsten Fall ist, kann deswegen, da 10&sup7; Pixel in einer Sekunde übertragen werden können, eine Verfolgung einer Gierschwankung bei einer hohen Geschwindigkeit von 20000 Hz bei der Amplitude von 100% des Bildes erfolgen. Daher werden die Frequenzeigenschaften der Schwankungssteuerung erheblich verbessert, verglichen mit der konventionellen Anordnung, ohne daß irgendeine Verringerung der Empfindlichkeit auftritt. Da auch die Frequenzeigenschaften in der Nick-Richtung verbessert werden, lassen sich die Frequenzeigenschaften sowohl in der Nick-Richtung als auch in der Gier-Richtung in hohem Ausmaß verbessern, und das System wird nur durch die Frequenzcharakteristiken der Schwankungsdetektoreinrichtung begrenzt. Eine Schwankungskorrektur in einer Schrägrichtung kann mit hoher Geschwindigkeit durch eine Kombination der Horizontalkorrektur und der Vertikalkorrektur durchgeführt werden. Die Hochgeschwindigkeitsreaktion läßt es zu, daß das System zur Ausführung einer Steuerung mit der Schwankungsdetektoreinrichtung in zahlreichen anderen Anwendungsfällen eingesetzt wird, abgesehen von Videokameras für den Heimgebrauch.
Beispielsweise bei elektronischen Kameras, die momentan standardisiert werden, sind Bildunschärfen oder Schwankungen infolge von Kameragehäuseschwankungen problematisch, infolge der Abtastzeit oder einer Verschlußgeschwindigkeit von 1/60 Sekunde für ein Feld. Es wäre möglich, die Belichtungszeit unter Verwendung des voranstehend bezüglich der vorherigen Ausführungsform beschriebenen Verfahrens zu verkürzen, jedoch würde dann das Problem einer verringerten Empfindlichkeit auftreten. Bei der Bildaufnahmeeinheit, die bei der letztgenannten Ausführungsform verwendet wird, ist eine Kameraschwankung zum Zeitpunkt der Aufnahme eines Bildes eines stationären Objekts äquivalent einer Verschlußgeschwindigkeit von 10&sup7; Sekunden im Maximum. Daher wird eine elektronische Kamera zur Verfügung gestellt, die vollständig frei von wesentlichen Kameraschwankungen ist.
Wenn ein Belichtungssystem mit einem Feld verwendet wird, so beträgt die Verschlußgeschwindigkeit für ein bewegliches Objekt 1/60 Sekunde. Um das bewegte Objekt zur Ruhe zu bringen, ist es erforderlich, die Belichtungszeit zu verringern, oder eine Einrichtung zur Ermittlung eines beweglichen Objekts zur Verfügung zu stellen. Allerdings werden die meisten der Kameraschwankungen durch von Hand hervorgerufene Schwankungen erzeugt, und Bildverschmierungen in Standbildkameras werden mehr durch Handschwankungen als durch Objektbewegungen verursacht. Wenn eine Telelinse verwendet wird und die Kamera von Hand gehalten wird, so werden beinahe sämtliche Bildunschärfen durch Kameragehäuseschwankungen hervorgerufen. Daher können derartige Schwankungen durch das System zur Ermittlung von Kameragehäuseschwankungen unterdrückt werden. Die Bildaufnahmeeinheit und das Bildaufnahmegerät gemäß der Erfindung weisen Hochgeschwindigkeits-Schwankungsunterdrückungseigenschaften auf, mit deren Hilfe eine elektronische Kamera zur Verfügung gestellt werden kann, die von Hand gehalten werden kann, um ein stationäres Objekt mit einer Super-Telelinse aufzunehmen. Das System gemäß der Erfindung ist ebenfalls bei Videokameras zur Verwendung für Sendestationen einsetzbar, nicht nur bei von Hand gehaltenen Videokameras für den Heimgebrauch. Wenn beispielsweise eine professionelle Videokamera, die auf einem soliden Stativ angebracht ist, einen Schwenk mit hoher Geschwindigkeit durchführt, wird jedes hierdurch aufgenommene Bild unscharf oder "läuft nach" in einem Zeitlupen-Wiedergabemodus, wie dies häufig auftritt, wenn man ein Baseball-Spiel bei Nacht im Fernsehen betrachtet. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, daß die Bildaufnahmeeinheit verwendet wird, die eine Hintergrundszene, wie beispielsweise einen Baseball-Platz oder andere stationäre Objekte korrigieren kann, um diese klar ohne Unschärfen anzuzeigen, wogegen das Bild eines beweglichen Objektes, beispielsweise eines Balls, nicht verbessert wird. Daher kann jedes Bild eines stationären Objekts, welches von einer Sendestations- Videokamera bei deren Verschwenkung aufgenommen wird, schnell korrigiert werden, ohne daß eine Verringerung der Empfindlichkeit auftritt, und daher wird verhindert, daß Bilder, die in einem Zeitlupenmodus wiedergegeben werden, oder Standbilder, eine Unschärfe oder "Nachlaufen" zeigen. Die Bildaufnahmeeinheit gemäß der Erfindung, wenn sie bei einer elektronischen Kamera oder einer Videokamera für eine Sendestation verwendet wird, ist wirksam beim Aufnehmen von Bildern stationärer Bilder, beispielsweise einer Außenaufnahme, eines Hintergrunds, eines Gebäudes oder dergleichen.
In Kombination mit einer Hochgeschwindigkeits-Bildaufnahmeerkennungseinrichtung kann einem beweglichen Objekt gefolgt werden, ohne daß mechanisch ein Kameragehäuse oder ein optisches System bewegt wird. Wenn die Bilderkennungseinrichtung in Zukunft kostengünstiger verfügbar ist, so kann dann das Bild eines beweglichen Objekts mit hoher Geschwindigkeit korrigiert werden.
Das Betriebsprinzip der vorliegenden Erfindung wird weiterhin beschrieben. Durch Bereitstellung einer Funktion eines photoelektrischen Wandlers durch transparente Elektroden für die Übertragungszellen zwischen den Lichtdetektorzellen in den Pixeln wird das Speichern von Ladungen, die durch photoelektrische Wandlung während eines Feldes oder eines Einzelbildes erzeugt wurden, überhaupt nicht unterbrochen, und die Ladungen werden aufeinanderfolgend zu den benachbarten Zellen verschoben, so daß jede Verringerung der Empfindlichkeit infolge der Schwankungssteuerung verkleinert werden kann.
Während die Ladungen übertragen werden, wie in Fig. 29(b) bis 29(c) gezeigt ist, vereinigen sich die Ladungen in den Horizontalkoordinaten 6 und den Vertikalkoordinaten 1 bis 6 in Fig. 29(b) mit denen in den Horizontalkoordinaten 7 und den Vertikalkoordinaten 1 bis 6 in Fig. 19(c), mit dem Ergebnis, daß manchmal die Bildqualität durch Schleierbildung infolge eines Überlaufs verschlechtert wird. Um dieses Problem zu vermeiden, werden Ladungen in den umgebenden Pixeln durch die Ladungsentfernungsschaltung 66 über Ladungsentfernungsklemmen entladen, während die Ladungen übertragen werden. Dies verhindert einen Überlauf an Ladungen von den umgebenden Pixeln, während sie übertragen werden, so daß eine Verschlechterung der Bildqualität verhindert wird. Statt der Bereitstellung der Ladungsentfernungsschaltung 66 können die umgebenden Zellen mit Entladern versehen sein, um jederzeit die Ladungen zu entladen. Allerdings wird durch die Ladungsentfernungsschaltung 66d verhindert, daß Ladungen an die drei Pixel bei (3, 6) (4, 6), (5, 6) übertragen oder von dort entfernt werden, so daß keine Ladung von dem Lichtdetektorabschnitt 90 in den Speicherabschnitt 92 fließt, während Licht empfangen wird. Die voranstehenden drei Pixel sind daher dazu wirksam, zu verhindern, daß Ausgangsbilder infolge eines Ladungslecks verschlechtert werden.
Es werden Schwankungen in der Nick-Richtung beschrieben. Wenn das Kameragehäuse in der Nick-Richtung von t = t&sub2; bis t = t&sub3; während der Abtastzeit in einem Einzelbild oder einem Feld schwankt, so daß das optische Bild des Objekts vertikal nach oben in den Bereich bewegt wird, der durch die gestrichelte Linie in Fig. 29(d) angedeutet ist, wird Information bezüglich eines optimalen Korrekturintervalls von der Nick- Steuerschaltung 11a an die Vertikal- und Horizontal-Übertragungsschaltung 91 auf dieselbe Weise ausgegeben wie bei der Korrektursteuerung in der Gier-Richtung. Die Pixelinformation, die photoelektrisch von dem Objekt umgewandelt wurde und durch die mit 1 bis 9 numerierten Kreise angedeutet ist, wird durch die Vertikal- und Horizontal-Übertragungsschaltung 91 an den entsprechenden Abschnitt des Objektbildes übertragen, wie in Fig. 29(d) gezeigt. Die Information jedes Pixels des Objektbildes wird weiterhin photoelektrisch umgewandelt, ohne irgendeine Unterbrechung innerhalb eines Feldes oder eines Einzelbildes. Die Vertikal- und Horizontal-Steuerung wird wiederholt, und bei t = t&sub4;, wenn die Abtastung in einem Feld oder einem Einzelbild fertig ist, wird die durch die Kreise 1 bis 9 angezeigte Pixelinformation horizontal mit hoher Geschwindigkeit an die horizontalen Koordinaten 3 bis 5 durch die Vertikal- und Horizontal-Übertragungsschaltung 91 übertragen, wie in Fig. 29(e) gezeigt ist, unabhängig von der Schwankung des fokussierten Objektbildes, welches durch das gestrichelte Rechteck angedeutet ist. Daraufhin werden die Pixel an den Koordinaten (3, 6), (4, 6), (5, 6), die verhindert haben, daß die Ladungen übertragen werden, mit der Ladungsentfernungsschaltung 66d nunmehr geöffnet, so daß die Pixelinformation nun von dem Lichtdetektorabschnitt 90 an den Speicherabschnitt 92 übertragen werden kann. Die Vertikal und Horizontal-Übertragungsschaltung 91 und die Vertikal- Übertragungsschaltung 75 übertragen dann die Pixelinformation, die durch die Kreise 1 bis 9 bezeichnet ist, vertikal nach unten. Zum Zeitpunkt t = t&sub5; wird, wie in Fig. 29(f) gezeigt, die Pixelinformation des Objekts von dem Lichtdetektorabschnitt 90 an den Speicherabschnitt 92 übertragen. Bei t = t&sub6; ist, wie in Fig. 29(g) gezeigt, sämtliche Bildinformation des Objekts vollständig an den Speicherabschnitt 92 während der Vertikalaustastperiode übertragen. Insoweit die Ladungen durch die Ladungsentfernungsschaltung 66d daran gehindert werden, von dem Lichtdetektorabschnitt 66d in den Speicherabschnitt 92 hineingemischt zu werden, werden die Ladungen in dem Lichtdetektorabschnitt 90 und dem Speicherabschnitt 92 unabhängig übertragen. Die Pixelinformation (durch die Kreise 1 bis 9 bezeichnet) in einem vorherigen Feld oder Einzelbild in dem Speicherabschnitt 92 wird durch eine Ladungsübertragung in der Vertikal- und Horizontalrichtung gelesen, wie bei t = t&sub1; in Fig. 29(b), und die Ausgangsschaltung 78 erzeugt ein Bildsignal. In dem Lichtdetektorabschnitt wird das Objektbild in den Bereich fokussiert, der durch das gestrichelte Rechteck angedeutet ist, wie in Fig. 29(g) gezeigt, und es wird damit begonnen, Ladungen, die den Lichtmengen in den Pixeln entsprechend dem Objekt entsprechen, in den Lichtdetektorpixeln (bezeichnet durch die Kreise 11 bis 18) zu speichern. Abhängig von der Kameragehäuseschwankung, wie voranstehend beschrieben, werden die gespeicherten Ladungen unter der Steuerung der Vertikal- und Horizontal-Übertragungsschaltung 91 übertragen, um so die Bildschwankung zu korrigieren.
Das Prinzip der Operation der Vertikal- und Horizontal-Übertragungsschaltung 91 wird mit mehr Einzelheiten unter Bezug auf ein vergrößertes Zellendiagramm beschrieben. Fig. 30(a) zeigt in vergrößertem Maßstab eine Matrix aus sieben vertikalen Pixelspalten und sechs horizontalen Pixelreihen, wobei jeder Pixel symmetrisch aufgebaut ist. Wie in den Koordinaten (7, 1) gezeigt ist, besteht jeder Pixel aus neun Zellen (A, B, C, D, E, F, H, I. Die schraffierten Zellen A, C, G, I bilden Ladungsübertragungs-Sperrbereiche 93, die Kanalstopper aufweisen, die durch Eindiffundieren von Verunreinigungen des P-Typs oder des N-Typs erzeugt werden. Die Zelle E umfaßt einen Lichtdetektorpixel 71. Wie in dem Querschnitt von Fig. 31(a) gezeigt ist, besteht die Zelle E aus einer Elektrode 96e, die auf einem Halbleitersubstrat 94 des P-Typs oder des N-Typs angebracht ist, wobei dazwischen ein dünner Isolierfilm 95 angebracht ist, beispielsweise aus SiO&sub2;, und die Elektrode 96e mit einer gemeinsamen Taktschaltung 91a verbunden ist. Wie in Fig. 31(a) gezeigt ist, dienen die Zellen D, F zur horizontalen Übertragung von Ladungen, und sind mit Horizontalübertragungselektroden 96d, 96f versehen, die jeweils an eine erste bzw. zweite Horizontaltaktschaltung 91b, 91c angeschlossen sind. Fig. 31(b) bis (e) (nachstehend beschrieben) erläutern die Zustände von Ladungszellen an Grenzflächenpotentialen. In Fig. 31(b) werden durch ein fokussiertes Objektbild erzeugte Ladungen durch photoelektrische Wandlung in den Senken der Zellen E in dem Lichtdetektorabschnitt gespeichert, wie durch die Kreise angedeutet ist. Bei dem Substrat des P-Typs werden Elektronen, die einen Minoritätsladungsträger darstellen, durch photoelektrische Wandlung gespeichert. Die Zellen B, H sind Zellen zur vertikalen Übertragung von Ladungen. Wie in Fig. 32(a) gezeigt, umfassen diese Zellen B, H Elektroden 96b, 96h, die so auf dem Substrat 94 angebracht sind, daß dazwischen der Isolierfilm 95 vorgesehen ist. Von dem optischen Objektbild photoelektrisch umgewandelte Ladungen werden in den Senken gespeichert, wie in Fig. 32(b) erläutert.
Der Ladungsübertragungsvorgang in den vier Vertikal- und Horizontalrichtungen wird im einzelnen beschrieben. Fig. 30(b) dient zur Erläuterung, in einem vergrößerten Maßstab, des Zustands bei t = t&sub1; in Fig. 29(b). Der gestrichelte rechteckige Bereich, der durch die Horizontalkoordinaten 3 bis 5 und die Vertikalkoordinaten 3 bis 5 umschlossen ist, zeigt den Bereich an, in welchem das Objekt einschließlich des Hintergrundes fokussiert ist. Die Information auf jedem Pixel bezüglich des Objekts wird photoelektrisch durch die Lichtdetektorpixel in Ladungen umgewandelt, die den Pixeln entsprechen, die durch die Kreise 1 bis 9 angedeutet sind. Fig. 31(a) zeigt das Bildaufnahmefeld im Querschnitt, und Fig. 31(b) zeigt einen Potentialzustand zu diesem Zeitpunkt. Wie voranstehend beschrieben, stellen Elektronen übertragende Ladungen in dem P- Substrat dar, und die Potentialsenken werden flach ausgebildet, wenn eine negative oder niedrige Spannung an die Elektroden 96 angelegt wird. In Fig. 31(b) liegen die Elektroden 96f, 96d auf niedrigem Potential, und die Elektroden 96e liegen auf hohem Potential, wobei die Pixelinformation in der Zelle E und der benachbarten Zelle E gespeichert ist, wie durch die Kreise 4, 5 angedeutet ist. Der Zustand von Fig. 31(b) ist in der Aufsicht in Fig. 30(b) gezeigt. Wenn die Elektroden auf einem niedrigen Potential liegen, so wird verhindert, daß die Ladungen übertragen werden. Zum einfacheren Verständnis werden die Elektroden mit niedrigem Potential durch das Symbol eines Quadrates angedeutet. Die durch die Quadrate in Fig. 30(b) bis (f) bezeichneten Zellen repräsentieren, daß sie eine Übertragung von Ladungen verhindern. Die durch 1 bis 9 in Fig. 30(b) bezeichnete Pixelinformation ist von den Zellen mit den Elektroden mit niedrigem Potential umgeben, die durch die Quadrate bezeichnet sind. Fig. 31(b) zeigt einen vertikalen Querschnitt des Substrats der Bildaufnahmeeinheit 5 an dem Pixel, der durch den Kreis 4 an den Koordinaten (5, 4) bezeichnet ist. Fig. 31(b) zeigt dessen Potentialzustand, in welchem Ladungen in jedem Pixel in der Senke gefangen sind und nicht horizontal bewegt werden können. Fig. 32(a) zeigt einen vertikalen Querschnitt des Substrats bei demselben Pixel, und Fig. 32(b) zeigt dessen Potentialzustand, in welchem Ladungen in jedem Pixel in der Senke gefangen sind und nicht vertikal bewegt werden können.
Aus der voranstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die Ladungen in jedem Pixel zum Zeitpunkt t = t&sub1; horizontal und vertikal fixiert sind.
Dann wird das Bild eines Objekts, welches aufgenommen wird, nach rechts bewegt, wie in Fig. 29(c) gezeigt, bis t = t&sub2; erreicht ist, auf der Grundlage einer Schwankung in der Gier- Richtung des Kameragehäuses wird eine derartige Bewegung durch die Gier-Schwankungsdetektoreinrichtung 8a festgestellt, und die Ladungen werden nach rechts übertragen, folgend der Bewegung des Bildes nach rechts, auf der Grundlage der Information von der Schwankungsdetektoreinrichtung 8a. Nunmehr wird das Betriebsprinzip der Horizontalübertragung der Ladungen nach rechts durch Variation der an die Elektroden angelegten Spannung in dem voranstehenden Zustand beschrieben. Die Ladungen werden zellenweise übertragen. Von dem Zustand bei t = t&sub1; in Fig. 30(b) werden die Ladungen um eine Zelle in Fig. 30(c) bewegt. Um zu verhindern, daß die übertragenen Ladungen auslecken, während sie horizontal übertragen werden, erzeugt die erste und zweite Vertikaltaktschaltung 91d, 91e ein niedriges Potential, und die erste und zweite Vertikalübertragungselektrode 96b, 96e wird auf einem niedrigen Potential gehalten, wie in Fig. 32(a) gezeigt ist. Der Potentialzustand ist so wie in Fig. 32(b) gezeigt, wobei Senken in den Zellen E zwischen den Zellen D, F erzeugt werden, und die Ladungen in die Zellen B, H übertragen werden. Dieser Zustand wird aufrechterhalten, während die Ladungen in der Horizontalrichtung übertragen werden. Auf diese Weise wird elektronisch auf der Bildaufnahmeeinheit eine Horizontalübertragungseinheit ausgebildet, die aus den aufeinanderfolgenden Zellen D, E, F, D, E, F besteht. Daraufhin werden, wie in Fig. 31(b) bis (e) gezeigt ist, die Betriebsspannungen der ersten Horizontaltaktschaltung 91(b), der gemeinsamen Taktschaltung 91(a) und der zweiten Horizontaltaktschaltung 91(c) variiert, um die Potentiale an den Elektroden an den Zellen D, E, F zu ändern. Da in dem Ursprungszustand die Zellen D, E, F auf niedrigem, hohem bzw. niedrigem Potential liegen, wie in Fig. 31(b) gezeigt ist, sind die Ladungen auf der Grundlage der Pixelinformation mit den Nummern 4, 5 in den Senken fixiert. Wenn die Zellen D, E, F ein niedriges, hohes bzw. hohes Potential aufweisen, so werden die Senken nach rechts ausgebreitet, wie in Fig. 31(c) gezeigt, wodurch die Ladungen nach rechts bewegt werden. Dann liegen die Zellen D, E, F auf niedrigem, niedrigem bzw. hohem Potential, wie in Fig. 31(d) gezeigt, um Senken nur unterhalb der Zellen F zu bilden, so daß ein Horizontalübertragungszyklus beendet ist, in welchem die Ladungen um eine Zelle übertragen werden, nämlich von den Zellen E zu den rechts benachbarten Zellen F. Daraufhin liegen die Zellen D, E, F auf hohem, niedrigem bzw. hohem Potential, wie in Fig. 31(e) dargestellt, um die Senken nach rechts zu vergrößern, um einen Horizontalübertragungszyklus zu beginnen, so daß die Ladungen von den Zellen F an die rechts benachbarten Zellen D übertragen werden, so daß die Ladungen von den Zellen F zu den rechts benachbarten Zellen D aufgrund desselben Übertragungsprinzips übertragen werden. Dieser Zustand ist in Fig. 30(c) erläutert, in welcher die Ladungen dem optischen Bild des Objekts folgen, wie durch das gestrichelte Rechteck angedeutet ist. Daher verhindert die Lichtdetektorkonstruktion, die aus den Lichtdetektorzellen E, den Ladungsübertragungszellen F, und den Zellen D besteht, wobei diese Zellen aus lichtdurchlässigen Elektroden bestehen, eine Unterbrechung der photoelektrischen Wandlung, während die Ladungen übertragen werden, so daß jegliche Empfindlichkeitsverringerung verhindert wird. Durch Einsatz der Bildaufnahmeeinheit mit dem voranstehenden Aufbau in einer Videokamera, in einer elektronischen Standbildkamera oder dergleichen wird eine Bildaufnahmevorrichtung zur Verfügung gestellt, welche Bildschwankungen rein elektronisch korrigieren kann, selbst wenn Bilder im Dunkeln aufgenommen werden. Wenn die Ladungen von den Zellen D in einem nächsten Horizontalübertragungszyklus an die rechts benachbarten Zellen E übertragen werden, so ist ein Horizontalübertragungszyklus für die Ladungen eines Pixels beendet. Die Ladungen in den Zellen entsprechen den Pixeln des Objekts, werden horizontal nach rechts übertragen, während sie dem fokussierten optischen Bild folgen, welches durch das gestrichelte Rechteck in Fig. 30(d) angedeutet ist. Zur horizontalen Übertragung der Ladungen nach links sollte der horizontale Übertragungszyklus zum Übertragen der Ladungen nach rechts umgekehrt werden, um die Ladungen nach links zu übertragen. Im einzelnen wird ein Zyklus der Übertragung der Ladungen von den Zellen F an die links benachbarten Zellen E beschrieben. Die Potentiale sind entsprechend einem Signalzeitpunkts-Diagramm erzeugt, um die Zellen D, E, F auf niedriges, niedriges bzw. hohes Potential zu legen, so daß der Zustand von Fig. 31(d) angenommen wird. Dann wird der Zustand 31(c) erreicht, und dann wird der Zustand 31(d) angenommen, um einen Horizontalübertragungszyklus zur Übertragung der Ladungen von den Zellen F an die links benachbarten Zellen E zu beenden. Auf diese Weise können die Ladungen horizontal nach links auf dieselbe Weise befördert werden, in welcher die Ladungen horizontal nach rechts übertragen werden. Daher kann die Bildaufnahmeeinheit gemäß der Erfindung Bilder korrigieren, ohne eine Empfindlichkeitsverringerung, wenn die Kamera Schwankungen in der Gier-Richtung nach rechts und links unterliegt. Während des Zeitraums des Horizontalübertragungszyklus liegen die Zellen B, H auf einer niedrigen Spannung, wie durch das vertikale Potentialdiagramm von Fig. 32(b) gezeigt ist, um ein Ladungsauslecken in die Zellen B, H in der Vertikalrichtung zu verhindern. Daher wird verhindert, daß die Ladungen vertikal auslecken, während Bilder in der Horizontalrichtung korrigiert werden, und die Schärfe korrigierter Bilder wird nicht verringert.
Die Übertragung von Ladungen in der Vertikalrichtung zur Korrektur von Schwankungen in der Nick-Richtung wird beschrieben. Wenn das optische Bild eines Objekts vertikal nach oben aus dem Zustand bei t = t&sub2; in Fig. 29(c) bis zu dem Zustand bei t = t&sub3; in Fig. 29(d) infolge einer Nick-Schwankung bewegt wird, so werden die Ladungen vertikal nach oben übertragen, wobei sie der Bewegung des optischen Bildes in einem Vertikalübertragungszyklus folgen, der nachstehend beschrieben wird. Das Grundprinzip des Vertikalübertragungszyklus ist dasselbe wie das des Horizontalübertragungszyklus. In dem Vertikalübertragungszyklus werden, wie in dem horizontalen Potentialdiagramm von Fig. 31(b) gezeigt ist, die Zellen D, F während des Vertikalübertragungszyklus auf einem niedrigen Potential gehalten, um ein horizontales Auslecken der vertikal übertragenen Ladungen zu verhindern. Hierdurch wird elektronisch eine Vertikalübertragungseinheit auf der Bildaufnahmeeinheit ausgebildet, um die Ladungen in beiden Richtungen vertikal zu übertragen. Fig. 32(b) erläutert Potentiale der Zellen mit den Nummern 4 und 7, die in Fig. 30(d) gezeigt sind. Wie in Fig. 32(a) dargestellt ist, werden die Zellen mit Potentialen versorgt über die Elektroden durch die erste Vertikaltaktschaltung 91d, die gemeinsame Taktschaltung 91a, und die zweite Vertikaltaktschaltung 91e. Zu diesem Zeitpunkt liegen die Zellen B, E, H auf niedrigem, hohem bzw. niedrigem Potential, und die Ladungen mit den Nummern 1, 4, 7 sind in den kleinen Senken in den Zellen E, F fixiert. Die Zellen D, F liegen auf niedrigem Potential, und es wird verhindert, daß die Ladungen in der Horizontalrichtung auslecken. Dann liegen die Zellen B, E, H auf hohem, hohem bzw. niedrigem Potential, wie in Fig. 31(c) gezeigt, um die Senken in den Zellen E nach oben zu den benachbarten Zellen B zu vergrößern, worauf die Ladungen mit den Nummern 1, 4, 7 vertikal nach oben bewegt werden. Dann werden durch allmähliches Anlegen der niedrigen Spannungen an die Zellen E, wie in dem Horizontalübertragungszyklus, die Ladungen mit den Nummern 1, 4, 7 kontinuierlich nach oben übertragen, bis sie vollständig an den Zellen B oberhalb der ursprünglichen Zellen E übertragen wurden, wie in Fig. 32(d) gezeigt, wodurch der Vertikalübertragungszyklus beendet ist. Dieser Zustand ist in vergrößertem Maßstab in Fig. 30(e) gezeigt. Dann wird ein Vertikalübertragungszyklus von den Zellen B an die nach oben benachbarten Zellen H begonnen, und schließlich wird ein Vertikalübertragungszyklus für ein Pixel beendet, wie in vergrößertem Maßstab in Fig. 30(f) gezeigt ist. Ein Vertikalübertragungszyklus nach unten wird dadurch durchgeführt, daß das Zeitablaufdiagramm des Übertragungstaktsignals so geändert wird, daß Spannungen entsprechend dem Potentialdiagramm von Fig. 32(d) angelegt werden, dann der Potentialzustand von Fig. 31(c) erreicht wird, und dann der Potentialzustand von Fig. 31(b). Daraufhin werden die Ladungen, welche die Bildinformation in dem Lichtdetektorabschnitt 90 enthalten, an den Speicherabschnitt 92 übertragen, und als ein Bildsignal hauptsächlich während der Vertikalaustastperiode ausgegeben, wie im einzelnen beschrieben wurde.
Mit der Bildaufnahmeeinheit und der Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann man dem schwankenden optischen Bild, welches fokussiert ist, exakt mit einer erheblich höheren Geschwindigkeit als der Bewegungsgeschwindigkeit infolge der Schwankung folgen. Daher läßt sich eine Bildaufnahmevorrichtung erzielen, welche Hochgeschwindigkeits-Bildschwankungen unterdrücken kann, ohne daß eine Verringerung der Empfindlichkeit auftritt. Wie bei jeder der voranstehenden Ausführungsformen erläutert wurde, können daher eine verbesserte Frequenzantwort und eine gewünschte Empfindlichkeit rein elektronisch aufrechterhalten werden.
Wie voranstehend beschrieben kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kameravorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die eine Fähigkeit zur automatischen Korrektur aufeinanderfolgender Bilder gemäß der Erfindung aufweist, zusätzlich zu existierenden automatischen Korrekturfähigkeiten von Standbildern wie beispielsweise automatische Fokussierung, automatischer Weißabgleich, und automatische Blende, wobei die Kameravorrichtung kostengünstig ist und einfach betätigbar ist, und insbesondere für Benutzer wie allgemeine Anfänger ausgelegt ist, die nicht in zufriedenstellender Weise aufeinanderfolgende Bilder aufnehmen konnten, infolge eines niedrigen Niveaus bezüglich der Technik, die als "Kameraarbeit" bekannt ist, der Aufnahme aufeinanderfolgender Bilder. Die durch die Kameravorrichtung gemäß der Erfindung aufgenommenen Bilder nähern sich denen an, die durch professionelle Kameraleute aufgenommen wurden, oder sind stabiler und einfacher zu betrachten als solche, die durch konventionelle Videokameras aufgenommen wurden. Daher erzeugt die vorliegende Erfindung ein neues Produktkonzept für Videokameras, und bringt der Industrie in der Hinsicht erhebliche Vorteile, daß neue Videokamerabenutzer hervorgerufen werden. Zwar wurde bei den erläuterten Ausführungsformen das CCD-Bildaufnahmefeld gezeigt, jedoch ist es Fachleuten auf diesem Gebiet offensichtlich, daß eine Schwankungsbildsteuerung durch Steuern horizontaler und vertikaler Schieberegister durchgeführt werden kann, die aus MOS-Bildaufnahmefeldern bestehen, die von einem bestimmten Hersteller verwendet werden, abhängig von Gier- und Nick-Schwankungen.
Die Schwankungsdetektoreinrichtung wurde hauptsächlich so beschrieben, daß sie den schwingenden Kreisel aufweist. Der Drehkreisel würde eine unerwünschte Reaktionskraft hervorrufen, die in ihrer Phase um 90º verzögert ist, beim Anlegen einer externen Kraft, und wäre zu schwer für kleine und leichtgewichtige Videokameras für den Heimgebrauch. Derartige Probleme sind weniger ernst, wenn ein Einsatz bei Videokameras für die Verwendung in Sendestationen erfolgt, so daß der Drehkreisel bei einer derartigen Anwendung äußerst wirksam ist, als Schwankungsdetektoreinrichtung eingesetzt zu werden. Momentan und in der nahen Zukunft allerdings ist der schwingende Kreisel am besten für den Einsatz bei Videokameras für den Heimgebrauch geeignet, in bezug auf Größe, Gewicht, Kosten, Reaktionskraft, Startzeit, und Lebensdauer. In der Zukunft werden allerdings neue Kreisel kommerziell verfügbar sein, beispielsweise ultrakleine Laserkreisel, die einen optischen IC verwenden, oder miniaturisierte Faseroptikkreisel, und werden am besten als die Schwankungsdetektoreinrichtung gemäß der Erfindung verwendbar sein. Zu dem Zeitpunkt, an welchem die neuen Kreisel verfügbar sind, können sie mit der Dämpfungsmodenfunktion der Kameravorrichtung gemäß der Erfindung und dem CCD kombiniert werden, welches Ladungen in vier Richtungen übertragen kann, um neue Funktionen und Vorteile zu erzeugen.

Claims

1. Kameravorrichtung mit: einer Fokussiereinrichtung (4) zur optischen Fokussierung eines Lichtstrahls von einem Objekt zur Ausbildung eines optischen Bildes des Objektes; eine Abbildungseinrichtung (5, 50, 62) zur Umwandlung des optischen Bildes, welches von der Fokussiereinrichtung erzeugt wird, in ein elektrisches Bildsignal, einer Schwankungsmeßeinrichtung (8a, 8b, 8c) zur Messung einer Schwankung der Vorrichtung zur Erzeugung eines Schwankungsmeßsignals, einer auf das Schwankungsmeßsignal reagierenden Steuereinrichtung (9) zur Erzeugung eines Schwankungssteuersignals, und einer Schwankungsunterdrückungseinrichtung (12a, 12b, 12c, 61, 62a, 62b, 64), die auf das Schwankungssteuersignal reagiert, um eine durch die Schwankung der Vorrichtung hervorgerufene Bildschwankung zu unterdrücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwankungsmeßeinrichtung (8a, 8b, 8c) zumindest zwei schwingende Winkelgeschwindigkeitssensoren aufweist, die beide bei einer bestimmten Frequenz schwingen, um als das Schwankungsmeßsignal ein Signal zu erzeugen, welches eine Winkelgeschwindigkeit der Vorrichtung infolge einer Coriolis-Kraft anzeigt, die auf den Winkelgeschwindigkeitssensor ausgeübt wird, wenn dieser infolge der Schwankung der Vorrichtung gedreht wird, wobei die Winkelgeschwindigkeitssensoren so angeordnet sind, daß sie Winkelgeschwindigkeiten der Vorrichtung in zumindest zwei Richtungen messen, die senkrecht zueinander liegen, und so in Schwingungen versetzt werden, daß die Schwingungsfrequenzen der beiden Sensoren um f voneinander getrennt sind, wobei f eine Maximalfrequenz in einem unterdrückungssteuerbaren Schwankungsfrequenzbereich ist, oder so, daß die Sensoren synchron zueinander in Schwingungen versetzt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin eine Bildanzeigeeinheit (6, 10a) zur optischen oder elektrischen Erzeugung eines visuellen Bildes aus dem Bildsignal von der Abbildungseinrichtung aufweist, wobei die Bildanzeigeeinheit eine Einrichtung (10a) aufweist, die auf das Schwankungsmeßsignal ragiert, um ein Bild anzuzeigen, welches die Schwankung der Vorrichtung angibt, in einem Gesichtsfeld der Bildanzeigeeinheit.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Steuereinrichtung (9) ein niedriges Abschneidefilter (11e, 11f, 11g) aufweist, um niederfrequente Bestandteile des Schwankungsmeßsignals abzuschneiden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher das niedrige Abschneidefilter (1e, 11f, 11g) eine Abschneidefrequenz in einem Frequenzbereich von 0,01 Hz bis 1 Hz aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Steuereinrichtung (9) einen Treiber (10c) für konstante Winkelgeschwindigkeit aufweist, um die Schwankungsunterdrückungseinrichtung zu steuern, um eine Bildaufnahmerichtung mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit zu ändern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der Treiber (10c) für konstante Winkelgeschwindigkeit eine Eigenschaft eines niedrigen Abschneidefilters (1e, 11f, 11g) ändert, welches in der Steuereinrichtung (9) vorgesehen ist, in Richtung auf eine niedrigere Abschneidefrequenz, bevor mit einer Drehung der Bildaufnahmerichtung mit der konstanten Winkelgeschwindigkeit begonnen wird, und allmählich die Eigenschaft des niedrigen Abschneidefilters zu dessen ursprünglicher Eigenschaft zurückführt, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Bildaufnahmerichtung bis zum Anhalten reduziert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher der Treiber (10c) für konstante Winkelgeschwindigkeit so angeordnet ist, daß er die konstante Winkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem Zoom-Verhältnis der Fokussiereinrichtung (4) ändert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei welcher der Treiber (10c) für konstante Winkelgeschwindigkeit die Drehung der Bildaufnahmerichtung mit der konstanten Winkelgeschwindigkeit nur dann durchführt, wenn ein Winkel zwischen der Bildaufnahmerichtung und einer Richtung der Abbildungseinrichtung in einem vorbestimmten Bereich liegt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher die Fokussiereinrichtung (4) und die Abbildungseinrichtung (5) miteinander zur Ausbildung einer bewegbaren Einheit befestigt sind, die auf einem Basiskörper der Vorrichtung angebracht ist, drehbar um zueinander senkrechte Achsen im Schwerpunkt der bewegbaren Einheit, wobei die Schwankungsunterdrückungseinrichtung (12a, 12b, 12c) die bewegbare Einheit in Reaktion auf das Schwankungssteuersignal bewegt, um hierdurch die Bildschwankung zu unterdrücken.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher weiterhin eine Einrichtung (40, 42) zur Korrektur des Schwerpunkts der bewegbaren Einheit vorgesehen ist, abhängig von der Fokussierung oder der Bewegung optischer Teile während des Zoomens, um eine Balance der bewegbaren Einheit aufrechtzuerhalten.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher die Steuereinrichtung (9) die Schwankungsunterdrückungseinrichtung (12a, 12b, 12c, 61, 62a, 62b, 64) abhängig von einem Zoom-Verhältnis der Fokussiereinrichtung (4) steuert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Abbildungseinrichtung (60, 62) eine Ausleseeinrichtung (61, 62a, 62b, 64) aufweist, um das von der Abbildungseinrichtung erzeugte Bildsignal auszulesen, wobei die Ausleseeinrichtung die Unterdrückungseinrichtung (61, 62a, 62b, 64) bildet, die auf das Schwankungssteuersignal reagiert, um die Bildschwankung zu unterdrücken.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher die Steuereinrichtung (9) die Ausleseeinrichtung (61, 62a, 62b, 64) steuert, abhängig von einem Schwankungswinkel der Vorrichtung, so daß ein Bild, welches auf einer optischen Fokussieroberfläche der Abbildungseinrichtung (60, 62) gebildet wird, äquivalent um f x tan R bewegt wird, wenn die Vorrichtung schwankt, wobei R ein Schwankungswinkel der Vorrichtung ist und f eine Brennlänge der Fokussiereinrichtung (4).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welcher die Steuereinrichtung (9) eine Einrichtung (11t, 11k) aufweist, um die Verstärkung der Steuereinrichtung entsprechend der Größe des Schwankungsmeßsignals zu variieren.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welcher weiterhin eine Einrichtung (12a) zur Messung eines Korrekturbetrages der Bildschwankung und zur Erzeugung eines Schwankungskorrekturbetrag-Meßsignals vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung (9) eine Einrichtung (11j, 11k, 11n) umfaßt, um die Verstärkung der Steuereinrichtung entsprechend dem Schwankungskorrekturbetrag- Meßsignal zu variieren.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher die Steuereinrichtung (9) einen Addierer (11k) aufweist, um das Schwankungsmeßsignal und das Schwankungskorrekturbetrag- Meßsignal zu addieren, um das Schwankungssteuersignal zu erhalten.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher weiterhin eine Einrichtung (11m, 11n, 11p) vorgesehen ist, um ein Addierverhältnis des Addierers (11k) einzustellen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher eine Verstärkung K einer Steuerschleife auf der Grundlage des Schwankungsmeßsignals und eine Verstärkung k eines Steuersystems auf der Grundlage des Schwankungskorrekturbetrag- Meßsignals in folgender Beziehung stehen:

1 < K/k < 30.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, 16, 17 oder 18, bei welcher die Schwankungskorrekturbetrag-Meßeinrichtung (12a') einen Drehwinkelmeßsensor aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher die Steuereinrichtung (9) ihre Eingangs/Ausgangs-Charakteristik entsprechend einem Mittelwert des Schwankungsmeßsignals oder einem Mittelwert des Schwankungskorrekturbetrag- Meßsignals variiert.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Steuereinrichtung (9) ihre Eingangs/Ausgangs-Charakteristik entsprechend einem Mittelwert des Schwankungsmeßsignals variiert.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Steuereinrichtung (9) eine Verstärkung Ka aufweist, um ein Schwankungssteuersignal für eine Schwankung in einer Nickrichtung zu erzeugen, und eine Verstärkung Kb zur Erzeugung eines Schwankungssteuersignals für eine Schwankung in einer Gierrichtung zu erzeugen, wobei die Verstärkungen Ka und Kb in folgender Beziehung stehen:

2 Ka/Kb.