DE4100463A1 - Kameravorrichtung - Google Patents
KameravorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kameravorrichtung nach dem Ober
begriff des Anspruches 1. Insbesondere betrifft die vorlie
gende Erfindung eine Kameravorrichtung mit einer sogenannten
Instabilitäts-Korrekturfunktion zur Korrektur einer Objekt
bildunschärfe, welche durch eine Instabilität beim Fotogra
fiervorgang verursacht wird.
Bei der Filmbelichtung für ein Objektbild mittels einer Ka
mera, d. h. beim Fotografiervorgang mittels einer Kamera
kann ein Lagefehler eines Objektbildes auf der Filmoberflä
che aufgrund einer Instabilität während des Fotografierens
("verwackeln") verursacht werden. Eine derartige Instabili
tät während des Fotografiervorganges verursacht ernsthafte
Probleme insbesondere bei langen Belichtungszeiten oder bei
Aufnahmen im Tele- oder Makrobereich.
Es ist bekannt, um ein Bild mit hoher Schärfe oder Auflösung
zu erhalten, die Kamera auf einem Stativ zu befestigen
und/oder eine Hilfslichtquelle, wie einem Elektronenblitz zu
verwenden, um kurze Belichtungszeiten zu erreichen, bei
denen Instabilitäten während des Fotografiervorganges im we
sentlichen vernachlässigt werden können. Die Verwendung der
artiger Hilfsgeräte wie Stativ oder zusätzlichem Blitzgerät
ist im allgemeinen jedoch etwas umständlich und die Einsatz
möglichkeiten und Transportmöglichkeiten einer derartig aus
gerüsteten Kamera sind wesentlich verschlechtert.
Das eingangs geschilderte Problem der Bildunschärfe liegt
auch bei elektronischen Stehbildkameras oder Stillkameras
vor, bei denen ein Objektbild unter Verwendung eines Bild
aufnahmeelementes auf Halbleiterbasis (CCD) elektronisch er
zeugt wird. Es liegt somit eine hohe Nachfrage nach Möglich
keiten zur Lösung dieses bekannten Problemes vor.
Bei elektronischen Stillkameras läßt sich dieses Problem
zwar ebenfalls durch Verwendung eines Stativs und/oder einer
zusätzlichen Blitzlichtquelle beseitigen; es treten jedoch
dann die bereits erwähnten Probleme hinsichtlich Bedienbar
keit und Transport auf.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kame
ravorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart
auszubilden, daß mittels einer Bildkorrekturfunktion, welche
gegen Instabilitäten während des Fotografiervorganges wirkt,
Fehler eines Bildes auf einer Bildinformationsoberfläche
während des Fotografierens eines Objektbildes lagemäßig kor
rigiert werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die
im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Genauer gesagt, gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine
Kamera zur elektronischen Aufzeichnung eines Objektbildes
vorgesehen, wobei das Objektbild auf einer bestimmten
Bildoberfläche bzw. Abbildungsoberfläche über eine fotogra
fische optische Linse abgebildet wird, wobei als Abbildungs
oberfläche ein Film oder ein Bildaufnahmeelement verwendet
wird. Die erfindungsgemäße Kamera umfaßt hierbei eine erste
Beschleunigungssensorgruppe zur Erfassung einer Versetzung
des fotografischen optischen Linsensystemes innerhalb einer
Ebene senkrecht zur optischen Achse und eine zweite Be
schleunigungssensorgruppe zur Erfassung einer Versetzung der
Bildoberfläche innerhalb einer Ebene senkrecht zur optischen
Achse, wobei eine optische Lagebeziehung zwischen dem foto
grafierenden optischen Linsensystem und der Abbildungsober
fläche abhängig von Versetzungsbeträgen geändert wird, wel
che durch die erste und zweite Beschleunigungssensorgruppe
erfaßt werden. Diese Änderung erfolgt durch einen Stellme
chanismus zur Versetzung oder Bewegung wenigstens entweder
der fotografierenden optischen Linse oder der Abbildungs
oberfläche in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse,
wodurch Positions- oder Lagefehler des Objektbildes auf der
Abbildungsoberfläche korrigierbar sind.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere dadurch gekenn
zeichnet, daß die Positions- oder Lagefehler des Bildes auf
der vorherbestimmten Abbildungsoberfläche auf der Grundlage
der Versetzungsbeträge der fotografierenden optischen Linse
und der Abbildungsoberfläche durch die erste und zweite Be
schleunigungssensorgruppe erhalten werden, wobei die Be
schleunigungssensorgruppen in der Einbaulage der fotografie
renden optischen Linse und in der Einbaulage der Abbildungs
oberfläche angeordnet sind, wobei die optische Lagebeziehung
zwischen fotografierender optischer Linse und Abbildungs
oberfläche geändert wird, um diese Lagefehler zu korrigie
ren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Positions- oder
Lagefehler (Versetzung) bzw. ein Betrag hiervon der fotogra
fierenden optischen Linse durch die erste Beschleunigungs
sensorgruppe erhalten, welche im Bereich oder an der Einbau
lage der fotografierenden optischen Linse angeordnet ist.
Gleichzeitig wird ein Positions- oder Lagefehler (Verset
zung) bzw. ein Betrag hiervon von der Abbildungsoberfläche
durch die zweite Beschleunigungssensorgruppe erhalten, wel
che im Bereich oder an der Einbaulage der Abbildungsoberflä
che angeordnet ist. Während die Positionsfehler eines Ob
jektbildes, welches auf der Abbildungsoberfläche ausgebildet
wird, sequentiell auf der Grundlage dieser Positionsfehler
beträge erfaßt werden, wird die optische Lagebeziehung zwi
schen fotografierender optischer Linse und Abbildungsober
fläche bezüglich eines zu fotografierenden Objektes geän
dert. Mit diesem Vorgang kann eine Objektbild auf einer Ab
bildungsoberfläche unter Verwendung der fotografierenden op
tischen Linse ohne Lagefehler während der Belichtungszeit
erhalten werden, so daß Abbildungsfehler, welche durch Ver
wackeln oder dergleichen während der Belichtungszeit erzeugt
werden, wirksam verhindert werden können.
Zusätzlich können Versetzungsbeträge eines Objektbildes auf
der Abbildungsoberfläche leicht und wirksam auf der Grund
lage von Versetzungen der fotografierenden optischen Linse
und der Sensorgruppen erfaßt werden, welche im Bereich der
optischen Linse und der Abbildungsoberfläche angeordnet
sind. Die optische Lagebeziehungen zwischen der fotografie
renden optischen Linse und der Abbildungsoberfläche bezüg
lich eines zu fotografierenden Objektes wird abhängig von
den Versetzungsbeträgen geändert. Lagefehler eines Objekt
bildes auf der Abbildungsoberfläche können somit wirksam
korrigiert werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1A schematisch vereinfacht einen wesentlichen Teil
einer Kameravorrichtung gemäß einer ersten Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung,;
Fig. 1B schematisch vereinfacht eine Abwandlung der Vor
richtung von Fig. 1A;
Fig. 2 die Anordnung eines Beschleunigungssensors in
der Kameravorrichtung von Fig. 1A;
Fig. 3A bis 5 Ansichten einer Positionsfehlerdetektion in
der Kameravorrichtung gemäß Fig. 1A;
Fig. 6 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 1A einer zwei
ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 die Anordnung eines Beschleunigungssensors in
der Kameravorrichtung von Fig. 6;
Fig. 8 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 1A oder 6 ei
ner dritten Ausführungsform der vorliegenden Er
findung;
Fig. 9 eine Ansicht einer beispielsweisen Anordnung ei
nes Beschleunigungssensors zur Verwendung in der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine Ansicht einer beispielhaften Anordnung ei
nes Versetzungssensors zur Verwendung in der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 11A eine perspektivische Ansicht eines Beispiels ei
nes Stellmechanismus gemäß der vorliegenden Er
findung; und
Fig. 11B bis 11D jeweils eine Draufsicht, Vorderansicht
und Seitenansicht des Stellmechanismus
von Fig. 11A.
In der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung sind gleiche oder einander entspre
chende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1A ist mit dem Bezugszeichen 1 ein fotografierendes
oder fotografisches optisches Linsensystem (nachfolgend mit
"Linsensystem" bezeichnet) versehen und mit dem Bezugszei
chen 2 ein Bildaufnehmeelement auf Halbleiterbasis, bei
spielsweise eine CCD zur elektronischen Abbildung eines Ob
jektbildes, welches durch das Linsensystem 1 erzeugt wird.
Das Linsensystem 1 wird durch ein Entfernungsmeßsystem 100
betrieben, um ein Objektbild auf der Abbildungsoberfläche
des Bildaufnahmeelementes 2 zu erzeugen. Zusätzlich sind ein
Blendenmechanismus, ein Verschlußmechanismus und dergleichen
in dem Linsensystem 1 angeordnet und diese zusätzlichen Me
chanismen werden unter Steuerung eines fotometrischen Sy
stems 200 betrieben, um den Belichtungsbetrag eines Objekt
bildes auf dem Bildaufnahmeelement 2 zu optimieren.
Es sei hier festgehalten, daß das Entfernungsmeßsystem 100,
das fotometrische System 200 und ein Bildsignal-Verarbei
tungssystem 300 zur Verarbeitung eines Bildsignales von dem
Bildaufnahmeelement 2 und zur Ausgabe dieses verarbeiteten
Bildsignales an einen externen Bildmonitor jeweils unter
Verwendung verschiedener bekannter Techniken realisiert
sind. Zusätzlich sind die Funktionen dieser Systeme nicht
unmittelbar wesentlich für die vorliegende Erfindung, so daß
eine genauere Beschreibung dieser an und für sich bekannten
Systeme im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht erfolgt.
Nachfolgend wird ein Fall beschrieben, in dem die vorlie
gende Erfindung bei einer elektronischen Stehbildkamera oder
Stillkamera zur elektronischen Aufzeichnung eines Objektbil
des unter Verwendung eines Bildaufnahmeelementes auf Halb
leiterbasis (beispielsweise einer CCD) angewendet wird. Im
Falle einer Kamera zum Fotografieren eines Objektbildes un
ter Verwendung eines Silberchloridfilmes, wird ein Film F
anstelle der Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeelementes
2 verwendet, wie in Fig. 1B dargestellt.
Ein erstes wesentliches Merkmal der Kameravorrichtung gemäß
der ersten Ausführungsform ist, daß das Bildaufnahmeelement
2 mittels eines R-Stellgliedes 3a, eines x-Stellgliedes 3b
und eines y-Stellgliedes 3c getragen ist, welche zusammen
einen Stellmechanismus oder Bewegungsmechanismus bilden, so
daß das Bildaufnahmeelement 2 frei um eine optische Achse M
des Elementes 2 gedreht werden kann und frei in einer Ebene
senkrecht zur optischen Achse M in x-Richtung (Horizontal
richtung) und y-Richtung (Vertikalrichtung) bewegt werden
kann, so daß eine optische Lagebeziehung zwischen einem Ob
jekt und dem Linsensystem 1 versetzt oder geändert werden
kann, wie nachfolgend noch beschrieben werden wird.
Zusätzlich umfaßt die Kameravorrichtung dieser ersten Aus
führungsform, um eine Versetzungssteuerung der Abbildungs
oberfläche des Bildaufnahmeelementes 2 durchführen zu kön
nen, erste und zweite Versetzungssensorgruppen 4 und 5, wel
che entsprechend an den Einbau- oder Anordnungslagen des
Linsensystemes 1 und des Bildaufnahmeelementes 2 vorgesehen
sind, um deren Versetzungen oder Bewegungen zu detektieren.
Genauer gesagt, die erste Sensorgruppe 4, welche an der Be
festigungsposition des Linsensystemes 1 vorgesehen ist, ist
durch Beschleunigungssensoren x1 und y1 gebildet, zur Erfas
sung von horizontalen und vertikalen Versetzungen des opti
schen Linsensystemes 1, wie in Fig. 2 dargestellt. Diese Be
schleunigungssensoren x1 und y1 sind in Lagen angeordnet,
welche von der optischen Achse M um eine Distanz r entfernt
sind, so daß ihre Abtastrichtungen zueinander senkrecht ste
hen.
Die zweite Sensorgruppe 5 an der Befestigungslage des Bild
aufnahmeelementes 2 wird durch zwei Beschleunigungssensoren
x2 und x3 zur Erfassung horizontaler Versetzungen des Bild
aufnahmeelementes 2 und einen Beschleunigungssensor y2 zur
Erfassung einer vertikalen Versetzungen des Elementes 2 ge
bildet. Diese Beschleunigungssensoren x2 x3 und y2 sind in
Lagen angeordnet, welche von der optischen Achse M um eine
Distanz r entfernt sind, so daß die Abtastrichtungen jeweils
senkrecht zueinander stehen. Genauer gesagt, die Beschleuni
gungssensoren x2 und x3 sind in Lagen angeordnet, welche zu
einander um die optische Achse M des Bildaufnahmeelementes 2
symmetrisch sind, so daß horizontale Versetzungen des Bild
aufnahmeelementes 2 an den zwei Lagen, welche zueinander um
die optische Achse M symmetrisch sind, erfaßt werden.
Diese Beschleunigungssensoren x1, x2, x3, y1 und y2 sind je
weils so ausgelegt, daß sie Versetzungen oder Verschiebungen
in ihren Abtastrichtungen als Bewegungsbeschleunigungen er
fassen. Beschleunigungsdaten von den Beschleunigungssensoren
werden als Versetzungen dx1, dx2, dx3, dy1 und dy2 erhalten.
Ein Drehbetragdetektor 7, ein Bewegungsbetragdetktor 8 für
die x-Richtung und ein Bewegungsbetragdetektor 9 für die y-
Richtung erfassen Positions- oder Lagefehler eines Objekt
bildes auf der Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeelemen
tes 2 als Drehversetzungsbetrag eines Objektbildes auf der
Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeelementes 2 und als
Translations-Versetzungsbetrag in x- und y-Richtung abhängig
von den Versetzungen dx1, dx2, dx3, dy1 und dy2. Die Stell
glieder 3a bis 3c werden durch Treiber 10a bis 10c so ange
trieben, daß sie die Abbildungsoberfläche des Bildaufnahme
elementes 2 optisch versetzen, so daß Lagefehler des Objekt
bildes auf der Abbildungsoberfläche korrigiert werden.
Die Versetzungssteuerung der Abbildungsoberfläche des Bild
aufnahmeelementes 2 wird durch Antrieb der Stellglieder 3a
bis 3c mittels einer negativen Rückkopplung in einer Rich
tung durchgeführt, so daß die erfaßten Versetzungen des Ob
jektbildes auf der Abbildungsoberfläche korrigiert werden.
Durch Durchführung einer derartigen negativen Rückkopplungs
steuerung wird die Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeele
mentes 2 abhängig von Versetzungen des Objektbildes auf der
Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeelementes 2 versetzt
oder bewegt, so daß Lagefehler der Abbildungsposition des
Objektbildes auf der Abbildungsoberfläche korrigiert werden.
Diese Positionsfehlerkorrektur oder Lagefehlerkorrektur wird
nun nachfolgend genauer beschrieben.
Gemäß Fig. 2 ist ein dreidimensionaler Raum in x-, y- und z-
Richtung so aufgespannt, daß die Richtung der optischen
Achse des optischen Systemes die z-Achse ist. Eine laterale
(horizontale) Richtung senkrecht zur optischen Achse ist als
x-Achse definiert und eine Longitudinal-(Vertikal)-Richtung
senkrecht zur optischen Achse ist als y-Achse definiert. In
diesem Falle sind Positions- oder Lagefehler eines Objekt
bildes auf der Abbildungsoberfläche als Versetzungen des
Linsensystemes 1 oder des Bildaufnahmeelementes 2 in x- und
y-Richtung gegeben, als Neigung oder Kippung ("pitching") um
die x-Achse zwischen dem Linsensystem 1 und dem Bildaufnah
meelement 2, als Wendung oder Drehung ("yawing") um die y-
Achse dazwischen und als Drehversetzung um die optische
Achse des Bildaufnahmeelementes 2. Dies bedeutet, daß eine
Versetzung eines Objektbildes auf der Abbildungsoberfläche
in x-Richtung durch eine Versetzung des Linsensystemes 1
oder des Bildaufnahmeelementes 2 in x-Richtung und seiner
Wendung verursacht wird. Eine Versetzung des Objektbildes
auf der Abbildungsoberfläche in y-Richtung wird bewirkt
durch eine Versetzung des optischen Linsensystemes 1 oder
des Bildaufnahmeelementes 2 in y-Richtung und einer entspre
chenden Neigung.
Nachfolgend wird die Versetzung oder Bewegung eines Objekt
bildes auf der Abbildungsoberfläche in x-Richtung beschrie
ben. Es sei angenommen, daß das Linsensystem 1 und das Ab
bildungselement 2 von einem zu fotografierenen Objekt in ho
rizontaler Richtung (x-Richtung) um dx1 (=dx2) translato
risch versetzt werden. Fig. 3A zeigt die optische Bedingung
in diesem Fall, wobei eine Versetzung h1 auf der Abbildungs
oberfläche, eine Distanz a zwischen einem Objektpunkt (Ob
jektbildlage) und dem Linsensystem 1 und eine Distanz b zwi
schen dem Linsensystem 1 und der Abbildungsoberflächenlage
die folgende Beziehung haben:
dx1 : a = h1 : b
Dabei gilt:
h1 = (b/a)dx1 = (b/f - 1)dx1,
wobei f die Brennweite des optischen Linsensystemes 1 ist
und so festgesetzt ist, daß die folgende Beziehung erfüllt
ist:
1/a + 1/b = 1/f.
Es sei nun angenommen, daß eine Wendung in der optischen La
gebeziehung zwischen dem optischen Linsensystem 1 und dem
Bildaufnahmeelement 2 bewirkt wird und daß das Linsensystem
1 um einen Betrag dx1 oder das Bildaufnahmeelement 2 um
einen Betrag dx2 versetzt oder bewegt wird. In diesem Falle
wird die Versetzung h2 auf der Abbildungsoberfläche durch
die folgende Beziehung ausgedrückt:
h2 = dx2 - dx1.
Gemäß Fig. 3B ist daher, wenn Wendung und Translationsbewe
gung in x-Richtung auftreten, der tatsächliche Versetzungs
betrag px des Objektbildes auf der Abbildungsoberfläche des
Bildaufnahmeelementes durch die folgende Beziehung gegeben:
px = h1 - h2
= (b/f)dx1 - dx2.
= (b/f)dx1 - dx2.
Eine ähnliche Beziehung kann erhalten werden bezüglich einer
Versetzung in y-Richtung. Genauer gesagt, wenn eine Neigung
und eine Translationsbewegung in y-Richtung auftreten, ist
ein tatsächlicher Versetzungsbetrag py des Objektbildes auf
der Abbildungsoberfläche durch die folgende Beziehung gege
ben:
py = (b/f)dy1 - dy2.
Wenn eine Drehversetzung des optischen Systemes um die opti
sche Achse herum auftritt, kann diese Drehversetzung als
Differenz zwischen Versetzungen ermittelt werden, welche an
den zwei Punkten ermittelt werden, die zueinander um die op
tische Achse M symmetrisch sind. Genauer gesagt, wenn gemäß
Fig. 4 die Versetzungsbeträge dx2 und dx3 durch die oberen
und unteren Beschleunigungssensoren x2 und x3 erhalten wer
den, welche zueinander symmetrisch um die optische Achse M
des Bildaufnahmeelementes 2 angeordnet sind, ist eine Ver
setzungsdifferenz Δd gegeben durch:
Δd = dx2 - dx3.
Ein Winkel R der Drehversetzung des Bildaufnahmeelementes 2
um die optische Achse M wird aus der Versetzungsdifferenz Δd
wie folgt erhalten:
Die Kameravorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ist
im wesentlichen so ausgelegt, daß Versetzungsbeträge eines
Objektbildes auf der Abbildungsoberfläche des Bildaufnahme
elementes 2 durch das Linsensystem 1 in der oben beschriebe
nen Weise als px, py und R auf der Basis der Versetzungsbe
träge dx1 und dy1 des Linsensystemes 1 und der Versetzungs
beträge dx2, dx3 und dy2 des Bildaufnahmeelementes 2 erhal
ten werden, wobei die Versetzungsbeträge durch die Beschleu
nigungssensoren x1, x2, x3, y1 und y2 detektiert werden.
Wenn eine Drehversetzung vorhanden ist, werden Versetzungs
komponenten in x- und y-Richtung, die durch die Drehverset
zung verursacht werden irrtümlich als die oben erwähnten
Translations-Versetzungskomponenten detektiert. Wenn daher
eine Drehversetzung vorhanden ist, müssen die Versetzungs
komponenten in x- und y-Richtung, welche durch die Drehver
setzung verursacht werden, von den Translations-Versetzungs
komponenten, die auf oben beschriebene Weise in x- und y-
Richtung detektiert wurden subtrahiert werden.
Wenn der Drehwinkel R der Drehversetzung in der oben be
schriebenen Weise erhalten worden ist, werden aus dem Dreh
winkel R, der auf der Grundlage der Differenz zwischen den
Translationsversetzungen in x-Richtung ermittelt wurde, eine
x-Versetzungskomponente rx und eine y-Versetzungskomponente
ry erhalten, wie in Fig. 5 dargestellt:
rx = r (1 - cos R)
ry = r sin R
ry = r sin R
Versetzungskomponenten in x- und y-Richtung, welche durch
die Drehversetzung verursacht werden, werden von den Verset
zungsbeträgen dx1, dy1, dx2 und dy2 subtrahiert:
dx1′ = dx1 - rx
dy1′ = dy1 - ry
dx2′ = dx2 - rx
dy2′ = dy2 - ry,
dy1′ = dy1 - ry
dx2′ = dx2 - rx
dy2′ = dy2 - ry,
wodurch Translations-Versetzungskomponenten nach Korrektur
der Drehversetzung erhalten werden. Die oben erwähnte Posi
tionsfehlerkorrektur kann dann unter Verwendung dieser Ver
setzungsbeträge dx1′, dy1′, dx2′ und dy2′ durchgeführt wer
den.
Somit wird bei der ersten Ausführungsform in der Kameravor
richtung gemäß Fig. 1A oder 1B ein Subtrahierer 12 verwen
det, um die Versetzungsdifferenz (dx2-dx3) zwischen dem
Versetzungsbetrag dx2 in x-Richtung an einem oberen Bereich
der Abbildungsoberfläche, erfaßt durch den Beschleunigungs
sensor x2 und einen Versetzungsdetektor 6b und dem Verset
zungsbetrag dx3 in x-Richtung an einem unteren Bereich der
Abbildungsoberfläche, erfaßt durch den Beschleunigungssensor
x3 durch einen Versetzungsdetektor 6e zu ermitteln, wobei
der Drehversetzungswinkel R aus der Versetzungsdifferenz
(dx2-dx3) durch den Drehbetragdetektor 7 erfaßt wird. Ab
hängig von diesem Drehversetzungswinkel R wird der Treiber
10a betrieben, um das R-Stellglied 3a zu betreiben, so daß
die Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeelementes 2 um den
Winkel R gedreht wird, um die Drehversetzung zu korrigieren.
Weiterhin werden die Versetzungskomponenten rx und ry in x
und y-Richtung, verursacht durch die Drehversetzung, von ei
nem Drehversetzungsdetektor 11 auf der Grundlage des Dreh
versetzungswinkels R in der oben beschrieben Weise ermit
telt. Nachfolgend wird die Versetzungskomponente rx in x-
Richtung, welche durch die Drehversetzung verursacht wird,
Subtrahierern 13a und 13b zugeführt, um den Versetzungsbe
trag dx1 in x-Richtung des Linsensystemes 1, detektiert
durch den Beschleunigungssensor x1 und einen Versetzungsde
tektor 6a zu korrigieren und um den Versetzungsbetrag dx2 in
x-Richtung der Abbildungsoberfläche, detektiert durch den
Beschleunigungssensor x2 und den Versetzungsdetektor 6b zu
korrigieren. Auf ähnliche Weise wird die Versetzungskompo
nente ry in y-Richtung, welche durch die Drehversetzung ver
ursacht wird, Subtrahierern 14a und 14b zugeführt, um den
Versetzungsbetrag dy1 in y-Richtung des Linsensystemes 1,
erfaßt durch den Beschleunigungssensor y1, durch einen Ver
setzungsdetektor 6c zu korrigieren und um den Versetzungsbe
trag dy2 in y-Richtung der Abbildungsoberfläche, detektiert
durch den Beschleunigungssensor y2, über einen Versetzungs
detektor 6d zu korrigieren.
Der Bewegungsbetragsdetektor 8 für die x-Richtung erhält den
Versetzungsbetrag px in x-Richtung des Objektbildes auf der
Abbildungsoberfläche auf der Grundlage der Versetzungsbe
träge dx1′ und dx2′ von den Subtrahierern 13a und 13b und
startet den Treiber 10b, um diese Translationsversetzung in
x-Richtung zu korrigieren. Im Ergebnis wird das x-Stellglied
3b betrieben, um die Abbildungsoberfläche des Bildaufnahme
elementes 2 um einen Betrag bx in x-Richtung zu verschieben,
um so die Translationsversetzung zu korrigieren.
Auf ähnliche Weise ermittelt der Bewegungsbetragdetektor 9
für die y-Richtung den Versetzungsbetrag py in y-Richtung
des Objektbildes auf der Abbildungsoberfläche auf der Grund
lage der Versetzungsbeträge dy1′ und dy2′ von den Subtra
hierern 14a und 14b in oben beschriebener Weise und startet
den Treiber 10c, um diese Translationsversetzung in y-Rich
tung zu korrigieren. Im Ergebnis wird das y-Stellglied 3c
betrieben, um die Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeele
mentes 2 um einen Betrag py in y-Richtung zu verschieben, so
daß die Translationsversetzung korrigiert wird.
Bei der Kameravorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
können somit Abbildungspositionsfehler des Objektbildes auf
der Abbildungsoberfläche, verursacht durch Versetzungen, als
die oben erwähnten Werte R, px und py detektiert werden und
zwar auf der Grundlage von: den Versetzungsbeträgen dx1 und
dyl in x-Richtung und y-Richtung des Linsensystemes 1, de
tektiert durch die Beschleunigungssensoren x1 und y1, die in
der Lageposition des Linsensystemes 1 angeordnet sind und
den Versetzungsbeträgen dx2, dx3 und dy2 in x-Richtung und
y-Richtung der Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeelemen
tes 2, detektiert durch die Beschleunigungssensoren x2, x3
und y2, die in der Lage der Abbildungsoberfläche des Bild
aufnahmeelementes 2 angeordnet sind.
Der Stellmechanismus wird abhängig von diesen erfaßten Ver
setzungsbeträgen R, px und py angetrieben und die Abbil
dungsoberfläche des Bildaufnahmeelementes 2 wird versetzt
oder bewegt, um diese Versetzungen oder Fehlausrichtungen zu
korrigieren, so daß ein Objektbild auf der Abbildungsober
fläche ohne irgendwelche Versetzungen oder Verschiebungen
abgebildet werden kann.
Selbst wenn somit Lagefehler durch irgendwelche Instabilitä
ten während des Fotografiervorganges bzw. während des Be
lichtungsvorganges eines Objektbildes verursacht werden
(verwackeln etc.) können diese Fehler wirksam korrigiert
werden, so daß eine fotografische Abbildung oder Belichtung
ohne irgendwelche Unschärfeeffekte oder im Endergebnis ver
wackelte Bilder möglich ist.
In der bisher beschriebenen ersten Ausführungsform werden
insgesamt fünf Beschleunigungssensoren x1, x2, x3, y1 und y2
verwendet, um Dreh- und Translationsversetzungen eines Ob
jektbildes zu erfassen. Es ist jedoch auch möglich, eine
derartige Detektion unter Verwendung von vier Beschleuni
gungssensoren x1, x2, y1 und y2, d. h. zwei Sensoren für die
x-Richtung und zwei Sensoren für die y-Richtung durchzufüh
ren.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Kameravorrichtung gemäß ei
ner zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wel
che ausgelegt ist, eine Positions- oder Lagefehlerkorrektur
unter Verwendung von vier Beschleunigungssensoren x1, x2, y1
und y2 durchzuführen. Gleiche Bezugszeichen in der zweiten
Ausführungsform bezeichnen gleiche Teile wie in der ersten
Ausführungsform und eine nochmalige detaillierte Beschrei
bung erfolgt nicht.
Die Kameravorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeichnet sich gemäß Fig. 7 im wesent
lichen dadurch aus, daß Beschleunigungssensoren x1 und y1 an
der Lageposition des Linsensystemes 1 angeordnet sind und
daß Beschleunigungssensoren x2 und y2 in der Lage der Abbil
dungsoberfläche des Bildaufnahmeelementes 2 zueinander sym
metrisch um die optische Achse M in entsprechenden Richtun
gen angeordnet sind. Drehversetzungsbeträge Rx und Ry werden
von einem Drehwinkeldetektor 7a auf der Grundlage von Ver
setzungsbeträgen dx1 und dx2 erfaßt, welche von den Be
schleunigungssensoren x1 und x2 detektiert wurden, sowie von
Versetzungsbeträgen dy1 und dy2, welche von den Beschleuni
gungssensoren y1 und y2 detektiert wurden, welche symmet
risch zueinander angeordnet sind:
Der Drehwinkeldetektor 7a ist so ausgelegt, daß er einen
Drehversetzungswinkel R mit hoher Präzision ermittelt, indem
die Rotations- oder Drehversetzungsbeträge Rx und Ry, welche
von den Versetzungsbeträgen in x- und y-Richtung erhalten
wurden wie folgt gemittelt werden:
R = (Rx + Ry)/2.
Bei der Kameravorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können, obwohl die arithmetische
Verarbeitung in dem Drehwinkeldetektor 7a etwas komplizier
ter ist, sowohl Dreh- als auch Translationsversetzungen de
tektiert und korrigiert werden, indem lediglich vier Be
schleunigungssensoren x1, x2, y1 und y2 verwendet werden,
welche zueinander symmetrisch um die optische Achse M in x
und y-Richtung angeordnet sind. Somit kann der Sensormecha
nismus insgesamt wesentlich vereinfacht werden.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Kameravorrichtung kann noch
weiter vereinfacht werden, wie dies in der dritten Ausfüh
rungsform gemäß Fig. 8 beispielhaft veranschaulicht ist. Ge
mäß Fig. 8 wird ein Beschleunigungssensor 15 verwendet, um
ausschließlich eine Drehversetzung zu erfassen. Während die
Drehversetzungskorrektur durch Betrieb des R-Stellgliedes 3a
abhängig von einem Drehversetzungsbetrag korrigiert wird,
der durch den Beschleunigungssensor 15 erfaßt worden ist,
wird eine Korrektur von Translationsversetzungen abhängig
von Versetzungsbeträgen in x- und y-Richtung durchgeführt,
wobei die Versetzungsbeträge durch die bereits erwähnten
vier Beschleunigungssensoren x1, x2, y1 und y2 erhalten wer
den. Es leuchtet ein, daß hierbei die Versetzungsbeträge in
x-Richtung und y-Richtung, welche von den Versetzungsdetek
toren 6a bis 6d erhalten worden sind auf der Grundlage eines
Drehversetzungsbetrages korrigiert werden können, der von
einem Versetzungsdetektor 6e wie in der ersten und zweiten
Ausführungsform erhalten worden ist.
Wie unter Bezug auf die erste bis dritte beispielhafte Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung bisher beschrieben
worden ist, werden bei der vorliegenden Erfindung Verset
zungs- oder Verschiebungsbeträge des fotografischen opti
schen Linsensystemes 1 und des Bildaufnahmeelementes 2 auf
Halbleiterbasis unter Verwendung von Versetzungssensoren er
faßt, d. h. unter Verwendung von Beschleunigungssensoren,
welche jeweils in den Einbaulagen des Linsensystemes 1 und
des Bildaufnahmeelementes 2 angeordnet sind und Versetzungs
beträge eines Objektbildes auf der Abbildungsoberfläche des
Bildaufnahmeelementes 2, erzeugt durch das Linsensystem 1,
werden abhängig von diesen erfaßten Versetzungsbeträgen er
halten. Eine Positions- oder Lagefehlerkorrektur kann dann
durch Änderung der optischen Lagebeziehungen zwischen Ob
jektbild, Linsensystem 1 und Bildaufnahmeelement 2 abhängig
von den erfaßten Versetzungsbeträgen durchgeführt werden.
Hierdurch kann ein Verwackeln oder Verwischen des Objektbil
des auf der Abbildungsoberfläche während des Fotografier
oder Belichtungsvorganges wirksam verhindert werden, so daß
ein klares, scharfes Bild mit hoher Auflösung erzeugbar ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die bisher beschrie
benen drei Ausführungsformen beschränkt. In jeder Ausfüh
rungsform ist beispielsweise eine elektronische Kamera zur
elektronischen Abbildung eines Objektbildes unter Verwendung
eines Bildaufnahmeelementes auf Halbleiterbasis dargestellt.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch genauso gut bei einer
Kamera anwendbar, bei der ein Objekt oder Gegenstand unter
Verwendung eines herkömmlichen Silberchloridfilmes fotogra
fiert wird. Hierbei ist beispielsweise ein Filmhalter in ei
nem Kameragehäuse unter Verwendung einer Doppelgehäusestruk
tur so angeordnet, daß die Versetzung des Filmhalters selbst
unter Verwendung eines Stellmechanismus oder Bewegungsmecha
nismus, wie beispielsweise einer Schwingspule oder derglei
chen steuerbar ist. Zusätzlich ist eine Versetzungssteuerung
des optischen Linsensystemes 1 möglich unter Verwendung ei
nes Stellmechanismus, um eine Lagefehlerkorrektur durch
zuführen. Da in diesem Falle jedoch eine Drehversetzung des
Linsensystemes 1 nicht durch dessen Drehung korrgierbar ist,
muß eine Drehversetzung beispielsweise durch Vorsehen eines
Prismas oder dergleichen vorgesehen sein. Eine Versetzungs-
Erkennungstechnik und eine Anordnung der hierzu nötigen Sen
soren ist abhängig von Spezifikationen der jeweiligen Kamera
zu bestimmen. Verschiedene andere Änderungen und Abwandlun
gen sind darüberhinaus im Rahmen der Erfindung jederzeit
möglich.
Fig. 9 zeigt einen dynamischen Beschleunigungssensor 100,
der auf der Grundlage elektromagnetischer Induktion arbeitet
und der als ein praktisches Ausführungsbeispiel für jeden
der Beschleunigungssensoren in der ersten bis dritten Aus
führungsform verwendbar ist. Der Beschleunigungssensor 100
erkennt eine elektromotorische Kraft als Beschleunigungssi
gnal entsprechend einer Änderung in einer relativen Lagebe
ziehung, verursacht durch eine Instabilität beim Fotografie
ren, also beispielsweise verursacht durch ein Verwackeln
während des Belichtungsvorganges, zwischen einer Spule 102
und einem Permanentmagneten 103a eines Magnetkreises 103
über einen Widerstand R. Die Spule 102 ist in dem Linsensy
stem 1 oder dem Bildaufnahmeelement 2 mittels einer Stütz
oder Lagerfeder 101 angeordnet. Der Magnetkreis 103 beinhal
tet die Spule 102. Der Widerstand 3 ist zwischen die beiden
Enden der Spule 102 geschaltet.
Fig. 10 zeigt den Fall, in dem ein Integrator 104 zum Erhalt
eines Versetzungssignals durch Integration eines Beschleuni
gungssignals als praktisches Beispiel für jeden der Verset
zungsdetektoren 6a bis 6e in einer der oben beschriebenen
Ausführungsformen zur Anwendung kommt. In diesem Fall kann
ein genaues Versetzungssignal dadurch erhalten werden, indem
eine Vorspannungskomponente (bias component) eines Beschleu
nigungssignals unter Verwendung eines Hochpaßfilters 105 vor
dem Integrator 104 entfernt wird.
Die Fig. 11A bis 11D zeigen ein praktisches Ausführungs
beispiel eines Stellgliedes zur Verwendung in einer jeden
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Stellglied
mechanismus 110 beinhaltet ein Stützteil 113 zum horizonta
len Stützen des Bildaufnahmeelementes 2 mittels erster und
zweiter beweglicher Spulen 111 und 112, eine Drehplatte 116
zum vertikalen Stützen des Stützteiles 113 mittels dritter
und vierter beweglicher Spulen 114 und 115 und ein Stützteil
120 zum horizontalen und drehbeweglichen Stützen der Dreh
platte 116 an einem Kameragehäuse 119 mittels fünfter und
sechster beweglicher Spulen 117 und 118.
Der Stellgliedmechanismus 110 ist so ausgelegt, daß eine
Versetzung in x-Richtung dem Bildaufnahmeelement 2 durch die
ersten und zweiten Spulen 111 und 112 übertragen wird, eine
Versetzung in y-Richtung durch die dritten und vierten Spu
len 114 und 115 und eine Drehversetzung (8) durch die fünf
ten und sechsten Spulen 117 und 118.
Es sei festgehalten, daß eine jede der Spulen 111, 112, 114,
115, 117 und 118 in jeder Richtung verwendbar ist.
Insoweit zusammenfassend können somit gemäß der vorliegenden
Erfindung Positions- oder Lagefehler eines Objektbildes auf
einer Abbildungsoberfläche sehr einfach und wirksam erfaßt
werden und eine optische Lagebeziehung zwischen den entspre
chenden Komponenten oder optische Lagebeziehungen zwischen
entsprechenden Komponenten ist/sind steuerbar, um diese Po
sitions- oder Lagefehler zu korrigieren. Hierdurch können
verschiedene praktische Vorteile erhalten werden. Insbeson
dere läßt sich ohne besonderen Aufwand und auch ohne beson
dere Sorgfalt beim Fotografiervorgang ein Objekt mit hoher
Auflösung fotografieren, ohne daß ein Verwackeln oder Verwi
schen des Objektbildes aufgrund irgendwelcher Instabilitäten
während des Abbildungs- oder Belichtungsvorganges auftritt.
Claims (14)
1. Kameravorrichtung mit einem fotografischen optischen
Linsensystem (1); und einer Abbildungsoberfläche (2),
auf der ein Objektbild durch das fotografische optische
Linsensystem (1) gebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiterhin
aufweist:
erste Versetzungdetektionsvorrichtungen (4) zur Erfas sung einer Versetzung, welche dem Linsensystem (1) in nerhalb einer Ebene senkrecht zu einer optischen Achse zugehörig ist;
zweite Versetzungsdetektionsvorrichtungen (5) zur Er fassung einer Versetzung, die der Abbildungsoberfläche (2) innerhalb der Ebene senkrecht zu der optischen Achse zugehörig ist; und
Korrekturvorrichtungen (6 bis 11) zur Korrektur von Po sitionsfehlern des Objektbildes, welches auf der Abbil dungsoberfläche (2) abzubilden ist durch Einstellung einer optischen Lagebeziehung zwischen dem Linsensystem (1) und der Abbildungsoberfläche (2) abhängig von Ver setzungsbeträgen, welche von den ersten und zweiten Versetzungsdetektionsvorrichtungen (4, 5) erfaßt wur den.
erste Versetzungdetektionsvorrichtungen (4) zur Erfas sung einer Versetzung, welche dem Linsensystem (1) in nerhalb einer Ebene senkrecht zu einer optischen Achse zugehörig ist;
zweite Versetzungsdetektionsvorrichtungen (5) zur Er fassung einer Versetzung, die der Abbildungsoberfläche (2) innerhalb der Ebene senkrecht zu der optischen Achse zugehörig ist; und
Korrekturvorrichtungen (6 bis 11) zur Korrektur von Po sitionsfehlern des Objektbildes, welches auf der Abbil dungsoberfläche (2) abzubilden ist durch Einstellung einer optischen Lagebeziehung zwischen dem Linsensystem (1) und der Abbildungsoberfläche (2) abhängig von Ver setzungsbeträgen, welche von den ersten und zweiten Versetzungsdetektionsvorrichtungen (4, 5) erfaßt wur den.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abbildungsoberfläche (2) entweder eine Belich
tungsoberfläche eines Filmes, der für das Objektbild
empfindlich ist oder die Abbildungsoberfläche eines
Bildaufnahmeelementes zum elektronischen Abbilden des
Objektbildes umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Korrekturvorrichtungen (6 bis 11) einen Stell
gliedmechanismus (3a, 3b) zur Versetzung wenigstens
entweder des Linsensystems (1) oder der Abbildungsober
fläche (2) abhängig von den erfaßten Versetzungsbeträ
gen aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Korrekturvorrichtungen (6 bis 11) wenigstens
entweder einen Stellgliedmechanismus (3c) zum Drehen
der Abbildungsoberfläche abhängig von den erfaßten Ver
setzungsbeträgen oder einen Mechanismus zum Drehen des
Objektbildes, welches auf der Abbildungsoberfläche aus
gebildet wird, aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten Versetzungdetektionsvorrichtungen (4)
einen ersten Beschleunigungssensor (x1) für die x-Rich
tung zur Detektion einer lateralen Versetzung des Lin
sensystemes (1) um die optische Achse und einen ersten
Beschleunigungssensor (y1) für die y-Richtung zur De
tektion einer Longitudinalversetzung des Linsensystemes
(1) aufweisen und daß die zweiten Versetzungsdetekti
onsvorrichtungen einen zweiten Beschleunigungssensor
(x2) für die x-Richtung zur Detektion einer lateralen
Versetzung der Abbildungsoberfläche (2) um die optische
Achse und einen zweiten Beschleunigungssensor (y2) zur
Detektion einer Longitudinalversetzung der Abbildungs
oberfläche (2) für die y-Richtung aufweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten und zweiten Beschleunigungssensoren (x1,
x2) für die x-Richtung in Positionen angeordnet sind,
die zueinander symmetrisch um die optische Achse sind
und daß die ersten und zweiten Beschleunigungssensoren
(y1, y2) für die y-Richtung in Positionen angeordnet
sind, die zueinander um die optische Achse symmetrisch
sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Versetzungsdetektionsvorrichtungen (5)
einen dritten Beschleunigungssensor (x3) für die x-
Richtung aufweisen, der in einer Position angeordnet
ist, die zu der Position des zweiten Beschleunigungs
sensors (2) um die optische Achse symmetrisch ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß Ausgänge von den zweiten und dritten Beschleuni
gungssensoren (x2, x3) für die x-Richtung vorgesehen
sind, um Drehversetzungsbeträge der Abbildungsoberflä
che (2) in x- und y-Richtung zu detektieren und Aus
gänge von der ersten und zweiten Beschleunigungssenso
ren (x1, x2) für die x-Richtung und der Drehverset
zungsbetrag in x-Richtung vorgesehen sind, einen Kor
rekturbetrag in x-Richtung zu detektieren, wobei Aus
gänge von den ersten und zweiten Beschleunigungssenso
ren (y1, y2) für die y-Richtung und der Drehverset
zungsbetrag in y-Richtung vorgesehen sind, einen Kor
rekturbetrag in y-Richtung zu detektieren.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Versetzungsdetektionsvorrichtungen (5)
einen Beschleunigungssensor (15) zur Erfassung einer
Drehversetzung beinhalten.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß Ausgänge von den ersten und zweiten Beschleuni
gungssensoren (x1, x2) für die x-Richtung vorgesehen
sind, einen Korrekturbetrag in x-Richtung zu detektie
ren und Ausgänge von den ersten und zweiten Beschleuni
gungssensoren (y1, y2) für die y-Richtung vorgesehen
sind, einen Korrekturbetrag in y-Richtung zu detektie
ren.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß Ausgänge von den ersten und zweiten Beschleuni
gungssensoren (x1, x2) für die x-Richtung und von den
ersten und zweiten Beschleunigungssensoren (y1, y2)
vorgesehen sind, Drehversetzungsbeträge der Abbildungs
oberfläche (2) in x- und y-Richtung zu detektieren,
Ausgänge von den ersten und zweiten Beschleunigungssen
soren (x1, x2) für die x-Richtung und der Drehverset
zungsbetrag in x-Richtung vorgesehen sind, einen Kor
rekturbetrag in x-Richtung zu detektieren und Ausgänge
von den ersten und zweiten Beschleunigungssensoren (y1,
y2) für die y-Richtung und der Drehversetzungsbetrag in
y-Richtung vorgesehen sind, einen Korrekturbetrag in y-
Richtung zu detektieren.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Ausgang von dem Beschleunigungssensor (15) zur
Detektion der Drehversetzung vorgesehen ist, einen Kor
rekturbetrag der Drehversetzung zu detektieren.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß Ausgänge von den zweiten und dritten Beschleuni
gungssensoren (x2, x3) für die x-Richtung vorgesehen
sind, um einen Korrekturbetrag der Dehversetzung zu de
tektieren.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß Ausgänge von den ersten und zweiten Beschleuni
gungsensoren (x1, x2) für die x-Richtung und von den
ersten und zweiten Beschleunigungssensoren (y1, y2) für
die y-Richtung vorgesehen sind, einen Korrekturbetrag
der Drehversetzung zu detektieren.
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