DE69319462T2

DE69319462T2 - Kameraapparat mit Verwackelkorrektur

Info

Publication number: DE69319462T2
Application number: DE69319462T
Authority: DE
Inventors: Shigeki C/O Sony Corporation Shinagawa-Ku Tokyo Ishizuka; Akira C/O Sony Corporation Shinagawa-Ku Tokyo Nikami; Koichi C/O Sony Corporation Shinagawa-Ku Tokyo Sato; Mitsuru C/O Sony Corporation Shinagawa-Ku Tokyo Sato
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2013-01-30
Also published as: US5623305A; ES2119860T3; JP3364945B2; DE69319462D1; EP0555030A2; CA2088205C; KR100263295B1; KR930017418A; US5946032A; CA2088205A1; JPH05276427A; EP0555030A3; EP0555030B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kamera-Schüttelkorrekturvorrichtung zur Verwendung in einem Videobandrecorder (VTR) oder dergleichen.
Die US-A-5,016,112 und die US-A-4,998,162 beschreiben Videokameras und die US-A- 4,542,419 beschreibt eine Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung für eine Videokamera.
Herkömmliche Videokameras erfordern eine Kameraverwackel- bzw. -schüttelkorrektur.
Ein Kameraschütteln tritt auf, wenn der Kameramann ein Bild von einem Objekt mit einer Videokamera aufnimmt, ein aufgenommenes Bild nach oben, unten, rechts oder links durch unbeabsichtigte Tätigkeit der Hände oder des Körpers des Kameramanns bewegt wird. Das aufgenommene Bild kann natürlich in komplexer Art und Weise, beispielsweise in schräge Richtungen oder dergleichen bewegt werden.
Insbesondere wenn die Videokamera spezifisch bewegt wird (oder in Abhängigkeit eines Unterschiedes zwischen Individuen schlecht bewegt wird), dann bewegt sich Licht von einem Objekt auf einem Zielschirm einer ladungsgekoppelten Empfangsvorrichtung (CCD) in verschiedenen Richtungen wie nach oben, nach unten, nach rechts oder nach links. Wenn das aufgenommene Bild auf einem Bildschirm oder einem Fernsehmonitor oder dergleichen wiedergegeben wird, wird so ein wiedergegebenes Bild konstant nach oben, nach unten, nach rechts oder nach links bewegt.
Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen zeigt eine Anordnung eines herkömmlichen Videobandrecorders mit einer eingebauten Kamera mit einem Kameraschüttelkorrektursystem. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Bewegungsvektor eines durch ein Kameraschütteln bewegten Bildes erfaßt und eine Adresse eines ausgeschnittenen Rahmens des CCD-Bildes wird geändert, wodurch das Kameraschütteln korrigiert wird. Das Bild wird aus dem CCD-Abtastbereich durch Ändern des ausgeschnittenen Rahmens so geändert, daß ein Bereich, in dem der ausgeschnittene Rahmen in Abhängigkeit von dem Kameraschütteln bewegt wird, innerhalb des CCD-Kamerabereichs vorbereitet werden muß. Im Ergebnis ist der Abtastbereich in seiner Fläche wesentlich verringert. Um dieses Problem zu lösen, wird das Bild, dessen Bildbereich verringert ist, durch eine Digitalsignal-Verarbeitung vergrößert und in einen normalen Bildrahmen aufgeweitet. Es bestehen dann die Nachteile, daß die Bildgröße verändert ist und die Auflösung eines wiedergegebenen Bildes verringert ist.
Optische Anordnungen zur Korrektur eines Kameraschütteins sind auch beispielsweise aus der JP-A-2 120 821 (auf der die Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche basieren), der CH-A-0 669 271, der GB-A-1 442 773 und EP-A-0 332 169 bekannt. Alle diese korrigieren eine Schüttelbewegung durch Neigen einer Glasplatte, um den Prismenwinkel zu verändern. Die US-A-3,212,420 beschreibt ein ähnliches Prinzip zur Korrektur eines Nickens und Rollens eines Fahrzeuges.
Erfindungsgemäß wird ein Variabelwinkel-Prisma vorgeschlagen, dessen Winkel durch Änderung des Rotationswinkels einer Glasplatte dieses infolge eines Ansteuersignals änderbar ist, um dadurch einfallendes Licht zu brechen; aufweisend
eine Spitzenwinkel-Prismenpositions-Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Rotations winkelposition der Glasplatte;
eine Kameraschüttelmaß-Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Maßes des Kameraschüttelns;
eine Berechnungseinrichtung zur Berechnung des Kameraschüttelmaßes und der Rotationswinkelposition der Glasplatte zur Erzeugung und Ausgabe eines Spitzenwinkelprisma- Ansteuersignals; und
eine Variabelwinkelprisma-Ansteuereinrichtung mit Ansteuerspulen zur Ansteuerung des Spitzenwinkelprismas infolge einer Anwendung des Spitzenwinkelprisma-Ansteuersignals auf die Ansteuerspulen; dadurch gekennzeichnet, daß
die Variabelwinkelprisma-Ansteuereinrichtung ferner Dämpfspulen zur Lieferung eines Dämpfsignals an die Berechnungseinrichtung aufweist;
eine Spitzenwinkelprisma-Geschwindigkeitserfassungseinrichtung vorgesehen ist, um die Rotationswinkelgeschwindigkeit der Glasplatte zu erfassen;
eine Differenzierschaltung angeschlossen ist, ein Signal von den Ansteuerspulen zu empfangen und zu differenzieren und das differenzierte Signal der Berechnungseinrichtung zuzuführen;
wobei die Berechnungseinrichtung ausgebildet ist, das Spitzenwinkelprismen-Ansteuersignal aus dem berechneten Schüttelmaß der Kamera, der Rotationswinkelposition der Glasplatte, der Rotationswinkelgeschwindigkeit der Glasplatte und dem differenzierten Signal zu erzeugen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Korrektur eines Kameraschüttelns unter Verwendung eines Variabelwinkel-Prismas vorgeschlagen, dessen Winkel durch Änderung eines Rotationswinkels einer Glasplatte von diesem infolge eines Ansteuersignals änderbar ist, um dadurch einfallendes Licht zu brechen, wobei das Verfahren aufweist:
Erfassung einer Rotationswinkelposition der Glasplatte;
Erfassung eines Maßes des Kameraschüttelns;
Berechnung des Maßes des Kameraschütteins und der Rotationswinkelposition der Glasplatte;
Erzeugung und Ausgabe eines Spitzenwinkelprisma-Ansteuersignals basierend auf dem Maß des Kameraschüttelns und der Rotationswinkelposition; und
Ansteuerung des Spitzenwinkelprismas durch Zuführung des Spitzenwinkelprisma- Ansteuersignals, um Spulen der Variabelwinkelprisma-Ansteuereinrichtung anzusteuern; gekennzeichnet durch:
Erzeugung eines Dämpfungssignals durch Bereitstellung von Dämpfungsspulen in der Variabelwinkelprisma-Ansteuereinrichtung;
Erfassung der Rotationswinkelgeschwindigkeit der Glasplatte;
Differenzierung des Ausgangssignals von den Ansteuerspulen, um ein differenziertes Signal zu erzeugen;
Erzeugung des Spitzenwinkelprisma-Ansteuersignals aus dem Kameraschüttelmaß, der Rotationswinkelposition und der Rotationswinkelgeschwindigkeit der Glasplatte und dem differenzierten Signal.
Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele einer Kamera-Schüttelkorrekturvorrichtung können einen Phasenspielraum der Servocharakteristik erhöhen, das Kameraschütteln optisch korrigieren, und die Beeinflußung durch eine Fluktuation der Elemente bei der Massenproduktion und die Beeinflußung durch eine Abhängigkeit von der Temperaturcharakteristik können vermieden werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiligenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das einen Videobandrecorder (VTR) mit einer eingebauten Kamera eines herkömmlichen Kameraschüttelkorrektursystems zeigt;
Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, das eine Schaltungsanordnung einer optischen Kameraschüttelkorrekturvorrichtung zeigt;
Fig. 3 ein Graph ist, der zur Erläuterung der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 2 verwendet wird;
Fig. 4 ein Signalflußdiagramm ist, das zur Erläuterung der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 2 verwendet wird;
Fig. 5 ein Graph ist, der verwendet wird zur Erläuterung der Kameraschüttelkorrektur vorrichtung von Fig. 2;
Fig. 6A und 6B jeweils Graphen sind, die verwendet werden zur Erläuterung der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 2;
Fig. 7 ein Signalflußdiagramm ist, das zur Erläuterung der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 2 verwendet wird;
Fig. 8A und 8B Graphen sind, die zur Erläuterung der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 2 verwendet werden;
Fig. 9 ein Blockdiagramm ist, das eine Schaltungsanordnung einer weiteren Kameraschüttelkorrekturvorrichtung zeigt;
Fig. 10 ein Diagramm ist, das eine Struktur eines Hauptabschnitts der Kameraschüttel korrekturvorrichtung von Fig. 9 zeigt;
Fig. 11 ein Diagramm ist, das einen Hauptabschnitt der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 9 zeigt;
Fig. 12 eine Querschnittsansicht ist, die einen Hauptabschnitt der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 9 zeigt;
Fig. 13 eine Querschnittsansicht ist, die einen Hauptabschnitt der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 9 zeigt;
Fig. 14 eine Querschnittsansicht ist, die einen Hauptabschnitt der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung zeigt;
Fig. 15 ein Blockdiagramm ist, das einen Hauptabschhitt der Kameraschüttelkorrektur vorrichtung von Fig. 9 zeigt;
Fig. 16 ein Diagramm ist, das eine Schaltungsanordnung eines Hauptabschnitts der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 9 zeigt;
Fig. 17 ein Signalflußdiagramm ist, das zur Erläuterung der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 9 verwendet wird;
Fig. 18 ein Signalflußdiagramm ist, das zur Erläuterung der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 9 verwendet wird;
Fig. 19 ein Signalflußdiagramm ist, das zur Erläuterung der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 9 verwendet wird;
Fig. 20 ein Signalflußdiagramm ist, das zur Erläuterung der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 9 verwendet wird;
Fig. 21 ein Graph ist, der zur Erläuterung der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 9 verwendet wird;
Fig. 22 ein Graph ist, der zur Erläuterung der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 9 verwendet wird;
Fig. 23 ein Graph ist, der zur Erläuterung der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 9 verwendet wird;
Fig. 24 ein Diagramm ist, das einen Hauptabschnitt einer Kameraschüttelkorrekturvorrichtung gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 25 ein Diagramm ist, das eine Schaltungsanordnung eines Hauptabschnitts einer erfindungsgemäßen Kameraschüttelkorrekturvorrichtung zeigt;
Fig. 26 ein Diagramm ist, das eine Schaltungsanordnung eines Hauptabschnitts eines modifizierten Beispiels der in Fig. 25 gezeigten Schaltungsanordnung zeigt;
Fig. 27 ein Signalflußdiagramm ist, das zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Kameraschüttelkorrekturvorrichtung verwendet wird;
Fig. 28 ein Signalflußdiagramm ist, das zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Kameraschüttelkorrekturvorrichtung verwendet wird;
Fig. 29 ein graphisches Signalflußdiagrarnm ist, das zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Kameraschüttelkorrekturvorrichtung verwendet wird; und
Fig. 30 ein Graph ist, der zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Kameraschüttelkorrekturvorrichtung verwendet wird.
Bevor die vorliegende, in Fig. 24 gezeigte Erfindung beschrieben wird, werden zur Verbesserung des Verständnisses zwei optische Kameraschüttelkorrektursysteme, auf denen die Erfindung basiert, beschrieben.
In den im folgenden beschriebenen Systemen wird das Kameraschütteln optisch korrigiert, bevor ein Bild auf ein CCD-Bilderfassungselement fokussiert wird. Als ein Mittel zur optischen Korrektur eines Kameraschüttelns wird ein Prisma verwendet, das als VAP(Variabelwinkel-Prisma)-Element bezeichnet werden kann.
Wie im folgenden beschrieben werden wird, weist dieses Variabelwinkel-Prismenelement zwei kreisförmige Glasplatten auf, die durch einen zylindrischen transparenten Federabschnitt einer Balganordnung verbunden sind, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich demjenigen der beiden Glasplatten ist. Eine viskose Flüssigkeit wird in den Federabschnitt eingefüllt und ein Vertikalwinkel dieses Prismas wird durch Änderung des Winkels der beiden Glasplatten geändert, wodurch Licht gebrochen wird.
Dann wird durch Bewegung des Prismas in Horizontal- oder Vertikalrichtung in Abhängigkeit von einem Ausmaß, in dem sich die Winkelgeschwindigkeit aufgrund eines Kameraschüttelns ändert, Licht gebrochen und davon abgehalten, sich auf dem Zielschirm der CCD-Vorrichtung zu bewegen, wodurch das Kameraschütteln korrigiert wird.
Fig. 2 der beiliegenden Zeichnungen zeigt eine Kameraschüttelkorrekturvorrichtung, die das vorher erwähnte VAP-Element verwendet.
Diese Kameraschüttelkorrekturvorrichtung wird im folgenden beschrieben.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Horizontalrichtungs-Winkelgeschwindigkeitssensor vorgesehen, der eine Winkelgeschwindigkeit erfaßt, mit der die Videokamera in Horizontalrichtung durch Kameraschütteln bewegt wird. Als Winkelgeschwindigkeitssensor kann beispielsweise ein piezoelektrischer Vibrationskreisel verwendet werden.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird ein Erfassungssignal von dem Winkelgeschwindigkeitssensor 1 über einen Analog-Digital(A/D)-Wandler 2 einer Integrationsschaltung 3 zugeführt. Die Integrationsschaltung 3 führt eine Integrationsverarbeitung wie die Addition eines vorangehenden erfaßten Signais des erfaßten Signals von dem Winkelgeschwindigkeitssensor 1 mit einem durch einen festgelegten Faktor oder dergleichen abgeschwächten Signal durch. Ein Integrations-Ausgangssignal von der Integrationsschaltung 3 wird einer Addierschaltung 4 zugeführt. Ein Ausgangssignal von der Addierschaltung 4 wird einer Pulsweitenmodulations(PWM)-Ansteuerung 5 zugeführt, in dem es als PWM-Signal verarbeitet und dann einer Betätigungseinrichtung 6 zugeführt wird. Die Betätigungseinrichtung 6 betätigt ein Prisma 7 in Horizontalrichtung.
Das Prisma 7 kann man als VAP(Variabelwinkel-Prisma)-Element bezeichnen. Wie oben beschrieben, weist das Prisma 7 zwei kreisförmige Glasplatten 7a, 7b auf, die durch einen zylindrischen, transparenten Federabschnitt 7c einer Balganordnung miteinander verbunden sind, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich demjenigen der beiden Glasplatten 7a, 7b ist. Eine viskose Flüssigkeit wird in den Federabschnitt 7c eingefügt. Eine Horizontalachse 7e auf der Glasplatte 7a des Prismas 7 ist mit der Betätigungseinrichtung 6 verbunden, die das Prisma 7 in Horizontalrichtung betätigt. Eine vertikale Achse 7f, die auf der Glasplatte 7b des Prismas 7 angeordnet ist, ist mit einer Betätigungseinrichtung 15 verbunden, die das Prisma 7 in Vertikalrichtung betätigt. Daher wird die Glasplatte 7a in Horizontalrichtung und die Glasplatte 7b in Vertikalrichtung gedreht.
Eine Position (d.h. ein Rotationswinkel des Prismas in horizontaler Richtung) der Glasplatte 7a, die durch die Betätigungseinrichtung 6 in Horizontalrichtung gedreht wird, wird durch einen Vertikalwinkelsensor 8 erfaßt, der als Positions-Erfassungseinrichtung dient. Ein Erfassungssignal von dem Vertikalwinkelsensor 8 wird über einen A/D-Wandler 9 der Addierschaltung 4 zugeführt. Entsprechend subtrahiert die Addierschaltung 4 von dem Ausgangssignal der Integrationsschaltung 3 das erfaßte Signal, das den Rotationswinkel des Prismas 7 in Horizontalrichtung angibt. Ein Subtraktions-Ausgangssignal von der Addierschaltung 4 wird der PWM-Ansteuerung 5 zugeführt.
Es ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor 10 gezeigt, der eine Winkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Bewegung der Videokamera erfaßt, wenn die Videokamera in Vertikalrichtung durch das Kameraschütteln bewegt wird. Als Winkelgeschwindigkeitssensor 10 kann ein piezoelektrischer Vibrationskreisel verwendet werden.
Ein Erfassungssignal von dem Winkelgeschwindigkeitssensor 10 wird über einen A/D- Wandler 11 einer Integrationsschaltung 12 zugeführt, die das diesem zugeführte Erfassungssignal integrierend verarbeitet, wie durch Addition eines vorhergehenden Signales des erfaßten Signales von dem Winkelgeschwindigkeitssensor 10 mit einem durch einen festgelegten Faktor abgeschwächten Signal, um so ein Integrations-Ausgangssignal zu liefern. Das Integrations-Ausgangssignal von der Integrationsschaltung 12 wird einer Addierschaltung 13 zugeführt. Ein Ausgangssignal von der Addierschaltung 13 wird einer PWM(Pulsweitenmodulations)-Ansteuerung 14 zugeführt, in der es als PWM-Signal verarbeitet und dann einer Betätigungsvorrichtung 15 zugeführt wird.
Die Betätigungsvorrichtung 15 ist mit der vertikalen Achse 7f der Glasplatte 7b des Prismas 7 gekoppelt, um die Glasplatte 7b in Vertikalrichtung zu drehen. Eine Position (Drehwinkel des Prismas 7 in Vertikalrichtung), in der die Glasplatte 7 in Vertikalrichtung durch die Betätigungsvorrichtung 15 bewegt wird, wird durch einen Vertikalwinkelsensor 16 erfaßt, der als Positions-Erfassungseinrichtung dient. Ein Erfassungssignal von dem Vertikalwinkelsensor 16 wird über einen A/D-Wandler 17 einer Addierschaltung 13 zugeführt. So subtrahiert die Addierschaltung 13 von dem integrierten Ausgangssignal von der Integrationsschaltung 12 das Erfassungssignal, das den Rotationswinkel des Prismas 7 in Vertikalrichtung angibt. Das subtrahierte Ausgangssignal wird der PWM-Ansteuerung 14 zugeführt.
Insbesondere werden die Winkelgeschwindigkeiten in Horizontal- und Vertikalrichtung erfaßt, die erzeugt werden, wenn das Kameraschütteln auftritt. Die Betätigungseinrichtungen 6 und 15 drehen das Prisma 7 in Horizontal- und Vertikalrichtung basierend auf den erfaßten Winkelgeschwindigkeiten, um das Licht so zu brechen, daß verhindert werden kann, daß sich das Licht nach oben, unten, rechts und links auf dem Zielschirm des (nicht gezeigten) CCD-Elementes bewegt, das in einem hinteren Bereich des Prismas 7 angeordnet ist. Außerdem werden die Positionen des Prismas 7 (Rotationswinkel in Horizontal- und Vertikalrichtung) jeweils erfaßt und dann den Betätigungseinrichtungen 6 und 15 zugeführt.
Fig. 3 der beiliegenden Zeichnungen ist ein Graph, der eine Ansteuerkurve des Prismas 7 zeigt, wobei die Ordinatenachse einen Ablehkungswinkel (θ) und die Abszissenachse eine Ansteuerspannung (V) repräsentiert. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, hat die Beziehung zwischen dem Ablenkungswinkel und der Ansteuerspannung des Prismas 7 eine Hysterese- Charakteristik.
Fig. 4 der beiliegenden Zeichnungen zeigt ein Signalflußdiagramm der in Fig. 2 gezeigten Kameraschüttelkorrekturvorrichtung. Ein Signalfluß der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert.
In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen R einen Wicklungswiderstand (V/A) der Betätigungseinrichtung 6 oder 15, Kt eine Drehmomentkonstante (700 g cm/A), J eine Trägheit (g cm/sek²), D einen Viskositätswiderstand (g cm/sek) der in das Prisma 7 gefüllten Flüssigkeit, Kθ eine Federkonstante (g cm/Grad) des Federabschnitts 7c und ei eine Ansteuer-Wechselspannung (V).
Eine Verstärkung (offene Schleifenverstärkung) kann in diesem Fall durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden:
Ausdrücken von Gleichung (1) durch einen verzögerten allgemeinen Ausdruck zweiter Ordnung führt zur folgenden Gleichung (2):
wobei n eine Normalisierung und einen Abschwächungskoeffizienten bezeichnet.
Phase und Verstärkung der genannten offenen Schleife sind in Fig. 5 der beiliegenden Zeichnungen illustriert. Fig. 5 zeigt eine Phasehkurve pol und eine Verstärkungskurve go1, wobei die Ordinatenachse eine Phase (Grad) und eine Verstärkung (dB) und die Abszissenachse eine Frequenz (Hz) repräsentiert.
Die Fig. 6A und 6B der beiliegenden Zeichnungen sind Bode-Diagramme, die Charakteristiken zeigen, wenn K zu 1 (K = 1) normalisiert ist. Fig. 6A zeigt gegenüber der Frequenz aufgetragene Verstärkungs-Charakteristiken und Fig. 6B gegenüber der Frequenz aufgetragene Phasen-Charakteristiken. Fig. 6A zeigt die Verstärkungs- Charakteristiken, wenn der Abschwächungskoeffizient ist 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, 0,5, 0,7, 1,0 und 2,0 ist. Fig. 6B zeigt die Phasen-Charakteristiken, wenn der Abschwächungskoeffizient ist 0,1, 0,2, 0,3, 0,5, 0,7, 0,9 und 1,0 ist.
Wenn, wie in den Fig. 6A und 6B gezeigt ist, der Dämpfüngskoeffizient 0,7 ist, sind Phasen- und Verstärkungs-Charakteristiken den Frequenzen zufriedenstellend angepaßt.
Obwohl die Phasen- und Verstärkungs-Charakteristiken durch Störungen wie eine nahe 100 Hz auftretende Resonanz-Charakteristik gestört sind, werden sie bei Frequenzen von 50 Hz oder darunter zufriedenstellend angepaßt.
Fig. 7 der beiliegenden Zeichnungen ist ein Signalfiußdiagramm, das den Signalfluß zeigt, wenn ein geschlossener Kreis der PWM-Ansteuerung 5, 14, der Betätigungseinrichtungen 6, 15 und der Vertikalwinkelsensoren 8, 16 gebildet wird, wobei die Integrationsresultate der Integrationsschaltungen 3 und 12 als Referenzwerte in Abhängigkeit von der Offenschleifen-Charakteristik der genannten Kameraschüttelkorrekturvorrichtung angenommen wird.
Die Verstärkung dieser geschlossenen Schleife kann durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt werden: geschlossen
Die Fig. 8A und 8B der beiliegenden Zeichnungen sind Graphen, die die gemessenen Resultate der Verstärkung in der geschlossenen Schleife zeigen. Fig. 8A zeigt die Änderung der Verstärkung relativ zu dem Eingangspegel, wobei die Ordinatenachse die Verstärkung (dB) und die Abszissenachse die Frequenz (Hz) repräsentiert. Fig. 8B zeigt die Änderung der Phase relativ zu dem Eingangspegel, wobei die Ordinatenachse die Phase (Grad) und die Abszissenachse die Frequenz (Hz) repräsentiert.
In den Graphiken von Fig. 8A und Fig. 8B repräsentiert eine Charakteristik-Kurve go2 eine gemessene Verstärkung, wenn der Eingangspegel innerhalb eines Bereiches von ± 50 mV fällt, eine Charakteristik-Kurve go4 eine gemessene Verstärkung, wenn der Eingangspegel innerhalb eines Bereichs von ±5 mV fällt, eine Charakteristik-Kurve go5 eine gemessene Verstärkung, wenn der Eingangspegel innerhalb eines Bereiches von ±10 mV fällt und eine Charakteristik-Kurve po2 eine gemessene Phase, wenn der Eingangspegel innerhalb eines Bereiches von ±200 mV fällt, eine Charakteristik-Kurve po3 eine gemessene Phase, wenn der Eingangspegel innerhalb eines Bereiches von ± 50 mV fällt, eine Charakteristik-Kurve p04 eine gemessene Phase, wenn der Eingangspegel innerhalb eines Bereiches von ±25 mV fällt, und eine Charakteristik-Kurve pos eine gemessene Phase, wenn der Eingangspegel innerhalb eines Bereiches von ±10 mV fällt.
Die Untersuchung der in den Fig. 8A und 8B gezeigten Graphen ergibt, daß die Verstärkung und die Phase sich auch relativ zu dem Eingangspegel der geschlossenen Schleifen-Charakteristik ähnlich zu der offenen Schleifen-Charakteristik ändern.
Die vorgenannte Kameraschüttelkorrekturvorrichtung ist nicht frei von einigen Nachteilen, die im folgenden beschrieben werden.
Wie aus Gleichung (1) klar ist, wird die Eingangs- und Ausgangs-Charakteristik des Prismas 7 aufgrund des Viskositätswiderstandes D und der Federkonstante Ky des Prismas 7 nichtlinear und insbesondere nimmt die Verstärkung für ein kleines Signal ab. Daher tritt dann der Nachteil auf, daß ein kleines Kameraschütteln nicht unterdrückt werden kann.
Wie aus dem Graph von Fig. 3 klar wird, der die Beziehung zwischen der Ansteuerspannung des Prismas 7 und des Ablehkungswinkels zeigt, enthält diese Beziehung eine Hysterese-Charakteristik. Es besteht dann der Nachteil, daß das Prisma nicht wie angesteuert bewegt werden kann.
Ferner tritt, wie aus den Graphen von Fig. 6A und 6B deutlich wird, eine Charakteristik wie eine Resonanz-Charakteristik bei der Frequenz nahe 100 Hz auf, wodurch eine Frequenzstörung hervorgerufen wird.
Die genannten Charakteristiken werden bestimmt durch die Trägheit J, den Viskositäts widerstand D und die Federkonstante Ky des Prismas 7. Daher besteht kein anderer Weg zur Verbesserung der mechanischen Anordnung des Prismensystems 7, als diese Charakteristiken zu verbessern.
Wie aus den jeweiligen Graphen der Fig. 5 und 8A, 8B hervorgeht, treten Nachteile auf, so daß die Verstärkung der Niedrigband-Komponente nicht 0 dB wird und daher die Frequenzposition instabil wird (d.h. es gibt keinen Phasenrand bei der Verstärkung von dB, so daß eine Oszillation auftreten kann), so daß eine Oszillation bei der Frequenz nahe 100 Hz aufgrund der Fluktuation des Scheitelwertes auftreten kann (dies ist auch bei den Fig. 6A und 6B der Fall) und die Temperaturabhängigkeit groß ist.
Der balgförmige Federabschnitt 7c wird durch Knicken eines Materials gebildet, dessen Stärke von der Temperatur abhängt. Daher ändert sich dessen Federkonstante mit der Temperatur. Auch die Viskosität der in den Federabschnitt 7c gefüllten Flüssigkeit 7 ändert sich mit der Temperatur. Zusätzlich ist die Eingangs- und Ausgangs-Transferfunktion des Prismas 7 ein System von zweiter oder höherer Ordnung (aufgrund des Federterms, Reibungsterms oder dergleichen). Es tritt dann der Nachteil auf, daß der Oszillations-Spielraum verringert ist, wenn der Rückkoppelservo wirksam ist.
Gemäß einem zweiten System wird eine Kameraschüttelkorrekturvorrichtung vorgeschlagen, die die genannten Nachteile vermeidet und bei der die Charakteristiken weiter verbessert werden können.
Wie in den Fig. 9 bis 23 gezeigt ist, enthält eine derartige Kameraschüttelkorrekturvorrichtung das Variabelwinkel-Prisma 7, die Ansteuermittel 29, 6, 15 zur Ansteuerung des Variabelwinkel-Prismas 7, die Positions-Erfassungseinrichtung 8, 16, 20 zur Erfassung der Position des Variabelwinkel-Prismas und die Geschwindigkeits-Erfassungseinrichtung 1, 10, 26, 32 und 20 zur Erfassung einer Geschwindigkeit. Die Ansteuereinrichtung 6, 15, 20 steuert das Variabelwinkel-Prisma infolge der erfaßten Ergebnisse der Positions- Erfassungseinrichtung 8, 16, 20 und der Geschwindigkeits-Erfassungseinrichtung 1, 10, 26, 32 und 20 an.
Da das Variabelwinkel-Prisma in Abhängigkeit von den Erfassungsresultaten von der Positions-Erfassungseinrichtung 8, 16, 20 und der Geschwindigkeits-Erfassungseinrichtung 1, 10, 26, 32 und 20 angesteuert wird, kann eine Nichtlinearität des Variabelwinkel- Prismas 7 ausgeglichen werden und das Variabelwinkel-Prisma 7 kann dann angesteuert werden. Daher kann ein Phasenspielraum, der als Servo-Charakteristik dient, erhöht werden, wobei die Fertigungsfluktuationen der Elemente in der Massenproduktion verringert werden können. So kann die Kameraschüttelkorrekturvorrichtung gegenüber einer Temperatur-Charakteristik widerstandsfähig gemacht werden.
Die Kameraschüttelkorrekturvorrichtung wird im folgenden im Detail unter Bezugnahme auf Fig. 9 erläutert.
In Fig. 9 sind Teile entsprechend denjenigen in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und brauchen nicht im Detail erläutert werden.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, wird das Erfassungssignal vom Winkelgeschwindigkeitssensor (Horizontalrichtungs-Winkelgeschwindigkeitssensor) über einen A/D-Wandler 21 einer Integrierschaltung 22 zugeführt. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 erfaßt einen Gierwinkel oder dergleichen. Die digitale Integrationsschaltung 22 führt eine Integration durch Addition des digitalen Erfassungssignal von dem A/D-Wandler 21 mit einem abgeschwächten vorangehenden Erfassungssignal aus. Ein Integrations-Ausgangssignal von der digitalen Integrationsschaltung 22 wird durch einen Digital-Analog(D/A)-Wandler 23 in ein Analogsignal umgewandelt und dann einer Addierschaltung 24 zugeführt.
Die Addierschaltung 24 subtrahiert von dem Erfassungssignal von dem D/A-Wandler 23 ein Positionssignal, das erhalten wird, wenn der Vertikal-Winkelsensor (d.h. ein PID- Sensor) 8 die Position des Variabelwinkel-Prismenelements (VAP-Element) 7 in Horizontalrichtung erfaßt. Ein Ausgangssignal von der Addierschaltung 24 wird einer Addierschaltung 25 der nächsten Stufe zugeführt.
Die Addierschaltung 25 subtrahiert ein Signal von einer Dämpfüngsspule 26 von dem Ausgangssignal von der Addierschaltung 24. Ein resultierendes subtrahiertes Signal wird einer Betätigungseinrichtung 6 als Ansteuersignal zugeführt, wobei das Prisma 7 in Horizontalrichtung bewegt wird.
Das Erfassungssignal von dem Winkelgeschwindigkeitssensor (Vertikalrichtungs-Winkelgeschwindigkeitssensor) 10 wird über einen A/D-Wandler 27 einer Digital-Integrationsschaltung 28 zugeführt. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 10 erfaßt beispielsweise einen Höhenwinkel oder dergleichen.
Die digitale Integrationsschaltung 28 führt die Integration durch Addition des digitalen Erfassungssignals von dem A/D-Wandler 27 zu dem abgeschwächten vorangegangenen Erfassungssignal ähnlich wie oben beschrieben aus. Ein Integrations-Ausgangssignal von der digitalen Integrationsschaltung 28 wird durch einen D/A-Wandler 29 in ein Analogsignal umgewandelt und dann einer Addierschaltung 30 zugeführt. Die Addierschaltung 30 subtrahiert von dem Erfassungssignal von dem D/A-Wandler 29 ein Positionssignal, das erhalten wird, wenn der Vertikal-Winkelsensor (d.h. der PID-Sensor) 16 die Position des Variabelwinkel-Prismas (VAP-Element) 7 in der Vertikalrichtung erfaßt. Ein Ausgangssignal von der Addierschaltung 30 wird einer Addierschaltung der nächsten Stufe zugeführt. Die Addierschaltung 31 subtrahiert ein Signal von einer Dämpfungsspule 32 von dem Ausgangssignal von der Addierschaltung 30. Ein daraus folgendes subtrahiertes Signal wird der Betätigungseinrichtung 15 als Ansteuersignal zugeführt, wobei das Prisma 7 in Vertikalrichtung bewegt wird.
Wie oben beschrieben, ist es bei der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung des ersten Systems durch Steuerung der Vertikal-Winkelsensoren 8 und 16 unmöglich, eine Anzahl von Nachteilen zu unterdrücken, die durch die Viskosität der Flüssigkeit 7d im Prisma 7, den Federwiderstand des Federabschnitts 7c, hervorgerufen werden und Fluktuationen aufgrund verschiedener Faktoren wie axiale Reibung oder dergleichen, Temperaturabhängigkeits-Charakteristiken usw. zu unterdrücken.
Um verschiedene Nachteile durch Verwendung der Vertikal-Winkelsensoren 8 und 16 zu unterdrücken, wurde vorgeschlagen, eine sogenannte D-Schleife zu bilden, so daß ein Ausgangssignal e&sub0; (s. Fig. 4) differenziert wird, um den Phasenspielraum zu erhalten. Die D-Schleife kann in diesem Fall nicht verwendet werden, da ein Signal-Rausch-Verhältnis (S/N-Verhältnis) der Vertikal-Winkelsensoren 8, 16 insbesondere im oberen Band schlecht ist. Wenn ferner die P-Schleifenverstärkung erhöht wird, um eine DC-Verstärkung zu erhalten, dann geht der Oszillations-Spielraum verloren. Obwohl die Integrationsschleife (I) eine Vergrößerung der DC-Verstärkung bewirkt, wird ferner die Integrationsschleife nutzlos, bis die D-Schleife zusammen mit dieser verwendet wird, da die Integrationsschleife, wenn sie allein verwendet wird, den Phasenspielraum beeinträchtigt.
Bei diesem zweiten System wird anstatt der Differential-D-Schleife eine Geschwindigkeitsschleife, d.h. eine Rückkoppelschleife der Dämpfüngsspulen 26 und 32 verwendet.
Die Fig. 10 und 11 der beiliegenden Zeichnungen zeigen die Strukturen der Glasplatte 7a oder 7b des Prismas 7, die Betätigungseinrichtung 6 oder 15, die Dämpfüngsspule 26 oder 32, einen Stator oder dergleichen.
Wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt ist, ist eine Spule 41 vorgesehen, die ein axiales Loch aufweist, das an einer Position etwas höher als dessen Mittenposition zur Aufnahme einer Horizontalachse (oder Vertikalachse 7f) 7e ist. Ein Erfassungsabschnitt 41a ist oberhalb dieses axialen Loches ausgebildet und ein Schlitz 41b ist an dem oberen Abschnitt des Erfassungsabschnitts 41a der Spule 41 ausgebildet.
Auf der linken Seite des Schlitzes 41a und ebenfalls am sogenannten Prismenzentrum ist eine Photodiode 44 ausgebildet, so daß deren optische Achse durch den Schlitz 41b weist. Auf der rechten Seite des Schlitzes 41b und auch an dem sogenannten Prismenzentrum ist ein Photosensor 45 angeordnet, so daß dieser einen von der Photodiode 44 ausgesandten Lichtstrahl empfangen kann.
So wird das von der Photodiode 44 emittierte Licht auf den Photosensor (PSD: photosensitive Einrichtung) 45 fokussiert. Das heißt, die Position, bei der das von der Photodiode 44 emittierte Licht auf dem Photosensor 45 fokussiert wird, wird infolge der Bedingung bewegt, daß die Spule 41 durch die Betätigungseinrichtungen 6, 15 gedreht wird, was als Spannung erhalten wird.
Um den unteren Abschnitt der Spule 41 sind Ansteuerspulen-(Betätigungs-) Drähte 42 und Dämpfungsspulendrähte 43 parallel zueinander gewickelt.
Die Spule 41, die mit den Ansteuerspulendrähten 42 und den Dämpfüngsspulendrähten 43 umwickelt ist mit einem Stator 41 versehen, wie in Fig. 12 der beiliegenden Zeichnungen gezeigt ist. Eine Horizontal-Achsenwelle 53 oder eine Vertikal-Achsenwelle 54 sind an der Horizontalachse 7e oder der Vertikalachse 7f der Spule 41 angebracht. Ein Ende der Welle 53 oder 54 ist mit der Glasplatte 7a oder 7b des Prismas 7 verbunden und das andere Ende davon ist mit dem Innenwandabschnitt eines Gehäuses 55 verbunden.
Fig. 12 zeigt den Zustand, daß die Ansteuerspulendrahte 42 und die Dämpfungsspulendrähte 43 um die Spule 41 gewickelt sind. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, sind die Ansteuerspulendrähte 42 um den linken Abschnitt der (nicht gezeigten) Spule 41 gewickelt, um die Betätigungseinrichtung 6 oder 12 zu bilden und die Dämpfungsspulendrähte 43 um den rechten Abschnitt der (nicht gezeigten) Spule 41 gewickelt, um die Dämpfungsspule 26 oder 32 zu bilden.
Fig 13 der beiliegenden Zeichnungen zeigt andere Beispiele der Struktur der in Fig. 12 gezeigten Spule.
Wie in Fig. 13 gezeigt ist, ist ein Abstandshalter 56 in einem im wesentlichen mittleren Abschnitt der Spule 41 angeordnet. Die Ansteuerspulendrähte 42 (Betätigungseinrichtung 6 oder 15) sind um den- linken Abschnitt (oder die linke Seite der Spule 41) des Abstandshalters 56 gewickelt, um die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 zu bilden. Ebenso sind die Dämpfungsspulendrähte 43 um den rechten Abschnitt (oder die rechte Seite der Spule 41) des Abstandshalters 56 gewickelt, um die Dämpfungsspule 26 oder 32 zu bilden.
Gemäß dieser Struktur kann ein Hochfrequenz-Übersprechen zwischen den beiden Spulen (Betätigungseinrichtung 6, Dämpfüngsspule 26; und Betätigungseinrichtung 15, Dämpfüngsspule 32) beseitigt werden. Daher kann vermieden werden, daß die Charakteristik beeinflußt wird.
Während die einzige Spule 41 wie oben beschrieben vorgesehen ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und es können auch zwei Spulen 41 beispielsweise an der linken und der rechten Seite des Abstandshalters 56 angebracht sein.
Fig. 14 der beiliegenden Zeichnung zeigt ein weiteres Beispiel der Struktur der in Fig. 12 und 13 gezeigten Spulen.
Wie in Fig. 14 gezeigt ist, sind Dämpfungsspulendrähte 43 um die (nicht gezeigte) Spule 41 gewickelt, um die Dämpfüngsspule 26 oder 32 zu bilden. Ferner sind Ansteuerspulendrähte (42) (Betätigungseinrichtung 6 oder 15) um die Dämpfüngsspulendrähte 43 gewickelt, um die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 zu bilden. Bei dieser Anordnung ist die Gesamtdicke der Spule verringert, um das Drehmoment des Motors zu erhöhen, da der Abstand des Stators mit der Zunahme der Dicke (Länge der Spule 41, um welche die Ansteuerspulendrähte 42 und die Dämpfungsspulendrähte 43 gewickelt sind) der Spule zunimmt, was zu einem verringerten Drehmoment des Motors führt.
Die Spule 41 wird in Abhängigkeit von einem durch die Ansteuerspule, d.h. die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 fließenden Strom gedreht, oder die Glasplatte 7a oder 7b wird gedreht, so daß die Dämpfungsspule 26 oder 32 eine Spannung proportional zur Rotationswinkelgeschwindigkeit, d.h. E ∞ dθ/dt ∞ d/dt (magnetischer Fluß) erzeugt.
Fig. 15 der beiliegenden Zeichnungen zeigt in Blockform einen Hauptteil der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung im Detail.
Wie in Fig. 15 gezeigt ist, wird ein Befehlssignal (Erfassungssignal) von dem Mikrocomputer 20 einem Eingangsanschluß 46 zugeführt, und das Befehlssignal wird einer Addierschaltung 47 zugeführt.
Die Addierschaltung 47 subtrahiert das Erfassungssignal von dem Photosensor 45 von dem Befehlssignal und ein Subtraktionsergebnis wird über eine Verstärkungsschaltung 48 einer Addierschaltung 49 zugeführt.
Die Addierschaltung 49 subtrahiert das Signal (d.h. eine der Drehwinkelgeschwindigkeit proportionale Spannung), die von der Dämpfüngsspule 26 oder 32 über eine Verstärkungsschaltung 52 zugeführt wird, von dem Signal, das von der Addierschaltung 47 über die Verstärkungsschaltung 48 zugeführt wird. Ein Subtraktionsergebnis wird der Betätigungseinrichtung 6 oder 15 und einer Invertierschaltung 50 zugeführt.
Das Ansteuersignal von der Addierschaltung 49 wird einem Ende der Betätigungseinrichtung 6 oder 15 zugeführt und das Signal von der Invertierschaltung 50 wird dem anderen Ende der Betätigungseinrichtung 6 oder 15 zugeführt, wodurch ein Strom durch die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 fließt, um einen magnetischen Fluß zu erzeugen, um die Spule 41, d.h. die Glasplatte 7a oder 7b zu drehen.
Ein Beispiel einer Schaltungsanordnung der in Fig. 14 gezeigten Kameraschüttelkorreltturvorrichtung wird unter Bezugnahme auf Fig. 16 der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In Fig. 16 sind gleiche Teile entsprechend denen von Fig. 14 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und müssen daher nicht irn Detail beschrieben werden.
Wie in Fig. 16 gezeigt ist, ist ein Ausgangsanschluß des Photosensors 45 über einen Widerstand 62 mit einem invertierenden Eingangsanschluß (-) einer Operationsverstärkerschaltung 60 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluß (-) der Operationsverstärker schaltung 60 und der Ausgangsanschluß der Operationsverstärkerschaltung 60 sind über eine Parallelschaltung eines Widerstandes 63 und eines Kondensators 64 miteinander verbunden. Der invertierende Eingangsanschluß (-) der Operationsverstärkerschaltung 60 ist mit dem Eingangsanschluß 46 über einen Widerstand 61 verbunden. Ein nicht invertierender Eingangsanschluß (+) der Operationsverstärkerschaltung 60 ist mit einer positiven Seite der Stromversorgung 51 verbunden. So ist die Addierschaltung 47 und die Verstärkungsschaltung 48 wie durch die strichpunktierte Linie in Fig. 16 gezeigt ausgebildet. Dann ist der Ausgangsanschluß der Operationsverstärkerschaltung 60, d.h. der Ausgangsanschluß der Verstärkungsschaltung 48 über einen Widerstand 65 mit einem invertierenden Eingangsanschluß (-) einer Operationsverstärkerschaltung 65 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluß (-) der Operationsverstärkungsschaltung 65 und der Ausgangsanschluß der Operationsverstärkerschaltung 65 sind über eine Parallelschaltung eines Widerstandes 67 und eines Kondensators 68 miteinander verbunden. Der invertierende Eingangsanschluß (-) der Operationsverstärkerschaltung 65 ist über einen Widerstand 72 und die Dämpfüngsspule 26 oder 32 mit der positiven Seite der Stromversorgung 51 verbunden. So sind die Addierschaltung 49 und die Verstärkungsschaltung 52 wie durch den strichpunktiert gezeigten Block in Fig. 16 ausgebildet. Dann ist der Ausgangsanschluß der Operationsverstärkerschaltung 65, d.h. der Ausgangsanschluß der Verstärkungsschaltung 52 über einen Widerstand 70 mit einem invertierenden Eingangsanschluß (-) einer Operationsverstärkerschaltung 69 verbunden. Der Ausgangsanschluß der Operationsverstärkerschaltung 65 ist über die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 mit dem Ausgangsanschluß der Operationsverstärkerschaltung 69 verbunden. Ein nicht invertierender Eingangsanschluß (+) der Operationsverstärkerschaltung 69 ist mit der positiven Seite der Stromversorgung 51 verbunden. So ist die Invertierschaltung 50 ausgebildet, wie durch den strichpunktierten Block in Fig. 16 gezeigt ist.
10 Die Widerstände 61, 62 und die Widerstände 66, 72 werden benutzt, um die Addierverhältnisse der Addierschaltung 47 bzw. 49 zu bestimmen. Die Widerstände 63, 67 werden verwendet, um die Verstärkungen der Verstärkungsschaltungen 48 bzw. 52 zu bestimmen. Die Kondensatoren 64, 68 bilden jeweils aktive Tiefpaßfilter Die Widerstände 70, 71 werden zur Bestimmung der Verstärkung der Invertierschaltung 50 verwendet.
Ein Servo des Prismas 7 in der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung gemäß diesem System wird erläutert.
Der Servo des Prismas 7 in der offenen Schleife gemäß diesem System kann in einem Signalflußdiagramm demonstriert werden, welches Fig. 17 der beiliegenden Zeichnungen bildet.
In Fig. 17 bezeichnet Bezugssymbol R einen Wicklungswiderstand (V/A) der Betätigungseinrichtung 6 oder 15, Kt eine Drehmomentkonstante (700 g cm/A), 3 eine Trägheit (g cm/sek²), D einen Viskositätswiderstand (g cm/sek) der Flüssigkeit im Prisma 7, Kθ eine Erfassungsverstärkung (V/Grad) des Vertikal-Winkelsensors 8 oder 16, Ky eine Federkonstante (g cm/Grad) des Federabschnitts 7c, Kr Verstärkungen der Addierschaltungen 24, 25 und der Addierschaltungen 30, 31 (Addierschaltungen 47, 49 in Fig. 15), Kp eine Position, d.h. eine Verstärkung des Photosensors 45, und Ks eine Geschwindigkeits- Rückkopplung, d.h. eine Verstärkung der Dämpfüngsspule 26 bzw. 32 (Verstärkungsschaltung 52 in Fig. 15).
In dem Signalflußdiagramm von Fig. 17 kann die Federkonstante Ky zu -Ky/S gewählt werden, wie in Fig. 18 gezeigt ist.
Sammelt man entsprechende Parameter der Geschwindigkeits-Rückkopplungsverstärkung Ks, erhält man Kt/R {1/JS + D + (Ky/S)}, wie in Fig. 19 gezeigt ist. Sammelt man entsprechende Parameter der Erfassungsverstärkung Kθ der Vertikal-Winkelsensoren 8, 16, erhält man Kr/[(R/Kt) {JS + D + (Ky/S)} + Ks] 1/S, wie in Fig. 20 gezeigt ist.
Daher kann die Verstärkung Goffen (Phase) bei der offenen Schleife durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt werden: Goffen (Phase)
Ferner kann, wenn RD/Dt < Ks und RKy/Kt = 0 ist, die Verstärkung Goffen (Phase) durch die folgende Gleichung (5) ausgedrückt werden: Goffen (Phase)
Fig. 21 der beiliegenden Zeichnungen zeigt eine Verstärkung in der offenen Schleife, wobei die Ordinatenachse eine Verstärkung (dB) und die Abszissenachse eine Frequenz (ω) repräsentiert. Wie in Fig. 21 gezeigt ist, wird, wenn die Verstärkung 0 dB ist und die Frequenz ω = KtKs/RJ ist, die Verstärkung in der offenen Schleife im wesentlichen -6 dB/Okt. Daher kann eine Verstärkung der geschlossenen Schleife durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückt werden: Ggeschlossen
Ein Vergleich der Gleichung (6) mit der Gleichung (3), die die Verstärkung in der geschlossenen Schleife des Servo des Prismas 7 der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung gemäß dem ersten System zeigt, ergibt die folgende Tatsache. Das heißt, bei der geschlossenen Schleife des Servos des Prismas 7 der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung dieses Systems, das durch Gleichung (6) ausgedrückt wird, wird aufgrund der Addition der Geschwindigkeits-Rückkopplungsverstärkung Ks ein Term erster Ordnung relativ größer als ein Term nullter Ordnung, so daß 1/aS&sub2; + bS + c durch 1/S(aS + b) genauer approximiert werden kann. Ebenfalls kann in dem unteren Band eine Charakteristik erster Ordnung von -6 dB/Okt wie in Fig. 21 gezeigt dargestellt werden.
Ferner können die Viskosität D, die Federkonstante Ky, die Ursachen der Nichtlinearität sind, und die Temperaturabhängigkeit verbessert werden. Das heißt, wenn die Geschwindigkeits-Rückkopplungsverstärkung Ks erhöht wird, d.h. RD/Kt < Ks ist, kann der Einfluß der Viskosität D verringert werden. Wenn (RD/Kt) S > (RKy/KyKt) ist, dann kann der Einfluß der Federkonstante Ky verringert werden.
Daher kann bei der offenen Schleife des Servos des Prismas 7 der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung gemäß dem zweiten System eine Phasehkurve pc2 und eine Verstärkungskurve gc2 wie in Fig. 22 gezeigt dargestellt werden. Daher kann der Phasenspielraum erhöht werden.
In der geschlossenen Schleife des Servos des Prismas 7 bei der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung gemäß dem zweiten System wird eine Phaserikurve pc3 und eine Verstärkungskurve gc3 wie in Fig. 23 dargestellt erhalten. So wird der Phasenspielraum verringert.
Wie oben beschrieben, sind bei dem zweiten System die Dämpfüngsspulen 26 und 32 parallel zu den Ansteuereinrichtungen 6 und 15 angeordnet und die Positionssignale von den Vertikal-Winkelsensoren 8, 15 werden von den Erfassungssignalen subtrahiert, die durch die Winkelgeschwindigkeitssensoren 1 und 10 erhalten werden, wenn die Kamera geschüttelt wird. Ferner werden die Rotationswinkel-Geschwindigkeitssignale, die durch die Dämpfungsspulen 26, 32 erfaßt werden, von diesen subtrahierten Resultaten subtrahiert und die Betätigungseinrichtung 6, 15 werden jeweils durch diese subtrahierten Resultate, die als Ansteuersignale dienen, angesteuert. Daher kann die Nichtlinearität des Prismas 7 ausgeglichen werden und das Prisma 7 kann sanft bewegt werden und der Phasen- Spielraum der Servo-Charakteristik kann erhöht werden. So kann vermieden werden, daß die Kameraschüttelkorrekturvorrichtung durch Fertigungstoleranzen der Massen- Produktion und durch eine Temperatur-Charakteristik-Abhängigkeit beeinträchtigt wird.
Die Kameraschüttelkorrekturvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 24 bis 26 erläutert.
Obwohl die Steuer-Charakteristik der Dämpfüngsspule 26 oder 32 der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung gemäß dem ersten und zweiten System verbessert ist, wechselwirkt die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 mit der Dämpfungsspule 26 oder 32, so daß ein Verstärkungsspielraum in der Offenschleifen-Charakteristik der Position (Winkel-) Steuerschleife nicht ausreichend erhalten werden kann. Der Verstärkungsspielraum tendiert bei Fluktuationen der Temperatur dazu, weiter abzunehmen. Wenn der Verstärkungsspielraum somit verringert ist, tritt die Gefahr auf, daß eine Oszillation auftritt.
Um die genannten Nachteile zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, daß die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 und die Dämpfungsspule 26 oder 32 elektromagnetisch abgeschirmt sind. Aus Sicht der Struktur ist es jedoch unmöglich, die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 und die Dämpfungsspule 26 oder 32 voneinander abzuschirmen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Spannung proportional zu einem durch die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 fließenden Strom differenziert und ein durch die Interferenz der Dämpfungsspule 26 oder 32 induziertes Spannungssignal erzeugt. Ein differenziertes Signal, das durch Differenzieren der Spannung proportional zu dem Stromfluß durch die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 erhalten wird, wird von der Spannung subtrahiert, die induziert wird, wenn die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 mit der Dämpfüngsspule 26 oder 32 interferiert, wodurch die Neutralisierungsverarbeitung erreicht wird. Daher kann verhindert werden, daß die Charakteristik verschlechtert wird, wenn die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 mit der Dämpfungsspule 26 oder 32 interferiert. So kann die inhärente Charakteristik der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung maximal effizient genutzt werden. Außerdem kann die Dämpfungseffizienz der Dämpfungsspule 26 oder 32 erhöht und unbeachtlich von
Fluktuationsfaktoren der Änderung der Temperatur oder dergleichen zufriedenstellend gesteuert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben. In Fig. 24 bis 26 sind gleiche Teile entsprechend denen von Fig. 15 und 16 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und brauchen daher nicht im Detail beschrieben zu werden.
Wie in Fig. 24 gezeigt ist, wird, anders als bei dem Beispiel der Schaltungsanordnung des Hauptteiles der Kameraschüttelkorrekturvorrichtung von Fig. 15, das Ausgangssignal der Betätigungseinrichtung 6 oder 15 durch eine Differenzierschaltung 57 differenziert und ein differenziertes Signal wird über die Verstärkungsschaltung 58 der Addierschaltung 59 zugeführt. Die Addierschaltung 59 subtrahiert das differenzierte Signal von dem dieser von der Dämpfüngsspule 26 oder 32 über die Verstärkungsschaltung 52 zugeführten Signal. Ein sich ergebendes subtrahiertes Signal wird der Addierschaltung 49 zugeführt.
Das Befehlssignal (Erfassungssignal) von dem Mikrocomputer 20 wird dem Eingangsanschluß 46 zugeführt und dieses Signal wird der Addierschaltung 47 zugeführt.
Die Addierschaltung 47 subtrahiert das Erfassungssignal von dem Photosensor 45 von dem Befehlssignal und das subtrahierte Ergebnis wird über die Verstärkungsschaltung 48 der Addierschaltung 49 zugeführt.
Das Ausgangssignal der Betätigungseinrichtung 6 oder 15 wird durch die Differenzierschaltung 57 differenziert, wodurch ein differenziertes Signal erzeugt wird. Dieses differenzierte Signal wird über die Verstärkungsschaltung 58 der Addierschaltung 59 zugeführt. Der Addierschaltung 59 wird das Ausgangssignal (Spannung proportional zu der Drehwinkel-Geschwindigkeit) von der Dämpfüngsspule 26 oder 32 über die Verstärkungsschaltung 52 zugeführt. Die Addierschaltung 59 subtrahiert von dem dieser von der Dämpfüngsspule 26 oder 32 über die Verstärkungsschaltung 52 zugeführten Signal das Ausgangssignal, welches von der Betätigungseinrichtung 6 oder 15 ausgegeben und durch die Differenzierschaltung 57 differenziert und die Verstärkungsschaltung 58 zugeführt wird, d.h. die durch die Dämpfungsspule 26 oder 32 aufgrund einer Wechselwirkung induzierte Spannung. Ein subtrahiertes Signal wird der Addierschaltung 49 zugeführt. Die Subtraktion in der Addierschaltung 49 ist gleich der sogenannten Neutralisierungsverarbeitung, in der die durch die Wechselwirkung der Betätigungseinrichtung 6 oder 15 mit der Dämpfungsspule 26 oder 32 beeinträchtige Steuereffizienz ausgeglichen werden kann.
Die Addierschaltung 49 subtrahiert von dem dieser von der Addierschaltung 47 über die Verstärkungsschaltung 48 zugeführten Signal das dieser von der Betätigungseinrichtung 6 oder 15 über die Differenzierschaltung 57 und die Verstärkungsschaltung 58 zugeführte subtrahierte Signal. Ein subtrahiertes Signal wird der Betätigungseinrichtung 6 oder 15 und der Invertierschaltung 50 zugeführt.
So wird das Ansteuersignal von der Addierschaltung 49 einem Ende der Betätigungseinrichtung 6 oder 15 zugeführt und das Signal von der Invertierschaltung 50 wird dem anderen Ende der Betätigungseinrichtung 6 oder 15 zugeführt, wobei ein Strom durch die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 fließt, um einen magnetischen Fluß zu erzeugen, wodurch die Spule 41, d.h. die Glasplatte 7a oder 7b gedreht wird.
Ein Beispiel einer Schaltungsanordnung eines Hauptabschhitts der in Fig. 24 gezeigten Kameraschüttelkorrekturvorrichtung wird unter Bezugnahme auf Fig. 25 der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In Fig. 25 sind Teile und Elemente, die identisch denen von Fig. 16 sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
Wie in Fig. 25 gezeigt ist, ist der Ausgangsanschluß der Operationsverstärkungsschaltung 65 über einen Kondensator mit einem invertierenden Eingangsanschluß (-) einer bei diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich vorgesehenen Operationsverstärkerschaltung 77, die die Differenzierschaltung 57 bildet, und. der Verstärkungsschaltung 58 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluß (-) der Operationsverstärkerschaltung 77 und der Ausgangsanschluß der Operationsverstärkerschaltung 77 sind über eine Parallelschaltung eines Widerstandes 75 und eines Kondensators 76 miteinander verbunden. Der Ausgangsanschluß der Operationsverstärkerschaltung 77 ist über einen Widerstand 73 mit einem Verbindungspunkt zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß (-) der Operationsverstärkerschaltung 65 und einem Widerstand 72 verbunden. Der Kondensator 74 und der Widerstand 75 bilden die Differenzierschaltung 57 und der Kondensator 76 bildet den aktiven Tiefpaßfilter Der Widerstand 73 bestimmt ein Addierverhältnis und bildet die Addierschaltung 59.
Gemäß der oben beschriebenen Schaltungsanordnung wird das Ausgangssignal der Operationsverstärkerschaltung 65, d.h. die Spannung proportional zu dem durch die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 fließenden Strom durch den Kondensator 74 und den Widerstand 75 differenziert und dann durch die Operationsverstärkerschaltung 77 verstärkt und anschließend wird das obige differenzierte Signal von dem Signal von der Dämpfüngsspule 26 oder 32 durch den Widerstand 73, der die Addierschaltung 59 bildet, subtrahiert, um so zu verhindern, daß die Charakteristik beeinträchtigt wird, wenn die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 mit der Dämpfüngsspule 26 oder 32 wechselwirkt.
Fig. 26 der beiliegenden Zeichnungen zeigt ein weiteres Beispiel der in Fig. 25 gezeigten Schaltungsanordnung. Wie in Fig. 26 gezeigt ist, enthält die Schaltung einen Kondensator 78, der die Differenzierschaltung 57 und die Verstärkungsschaltung 58 bildet. Ein Ende des Kondensators 78 ist mit einer Verbindung zwischen dem invertierten Eingangsanschluß (-) der Operationsverstärkerschaltung 65 und dem Widerstand 72 über den Widerstand 73 verbunden, der verwendet wird, um das Addierverhältnis zu bestimmen, und welcher die Addierschaltung 59 bildet.
Ebenso wird im Fall der obigen Schaltungsanordnung ähnlich wie bei der in Fig. 25 gezeigten Schaltung das Ausgangssignal der Operationsverstärkerschaltung 65, d.h. die Spannung proportional zu dem durch die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 fließenden Strom durch den Kondensator 78 differenziert. Anschließend wird das differenzierte Signal von dem Signal von der Dämpfüngsspule 26 oder 32 durch den Widerstand 73 differenziert, der die Addierschaltung 59 bildet, um zu vermeiden, daß die Charakteristik beeinträchtigt wird, wenn die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 mit der Dämpfüngsspule 26 oder 32 wechselwirkt.
Fig. 27 der beiliegenden Zeichnungen ist ein Signalflußdiagramm, das den Zustand zeigt, wenn die unter Bezugnahme auf Fig. 24 bis 26 beschriebene Neutralisationsverarbeitung nicht ausgeführt wird. Wie durch einen Interferenzstärkenkoeffizienten - Kis in Fig. 27 gezeigt ist, wechselwirkt die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 mit der Dämpfungsspule 26 oder 32, was eine Beeinträchtigung der Charakteristik hervorruft.
Fig. 28 der beiliegenden Zeichnungen ist ein Signalflußdiagramm, das den Zustand zeigt, wenn die sogenannte Neutralisierungsverarbeitung, die anhand der Fig. 24 bis 26 beschrieben wurde, ausgeführt wird. Obwohl die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 mit der Dämpfüngsspule 26 oder 32 wechselwirkt, wie durch einen Interferenzgrößenkoeffizienten - Kis in Fig. 28 gezeigt ist, kann die (in den Fig. 24 bis 26 beschriebene) Neutralisationsverarbeitung, die durch einen Neutralisationsgrößenkoeffizienten Kcs dargestellt ist, verhindern, daß die Charakteristik beeinträchtigt wird, wenn die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 mit der Dämpfungsspule 26 oder 32 wechselwirkt.
Gleichzeitig muß eine Beziehung zwischen dem Interferenzkoeffizienten Kis und dem Neutralisationskoeffizienten Kcs zu Kis ≤ Kcs gewählt werden. Wenn die genannte Beziehung zu Kis > Kcs gewählt wird, tritt eine positive Rückkopplung auf und eine Oszillation entsteht.
Fig. 29 der beiliegenden Zeichnungen zeigt eine Charakteristik der offenen Schleife unter der Bedingung, daß die Neutralisationsverarbeitung ausgeführt wird. Wenn die Neutralisationsverarbeitung ausgeführt wird, wie aus der Phasehkurve pc4 und der Verstärkungskurve gc4 deutlich wird, kann der Verstärkungsspielraum verglichen mit der Phasenkurve pc2 und der Verstärkungskurve gc2 in Fig. 22 merklich vergrößert werden, wo die Neutralisationsverarbeitung nicht ausgeführt wird.
Fig. 30 der beiliegenden Zeichnungen zeigt eine Charakteristik der geschlossenen Schleife unter der Bedingung, daß die Neutralisationsverarbeitung ausgeführt wird. Wie in Fig. 30 dargestellt ist und aus der Phasenkurve pc5 und der Verstärkungskurve gc5 deutlich wird, ist der Phasenspielraum verglichen mit der Phasenkurve pc3 und der Verstärkungskurve gc3 von Fig. 23 nicht wesentlich verschlechtert, wo die Neutralisationsverarbeitung nicht ausgeführt wird. Da das differenzierte Signal, das aus Differenzierung der Spannung proportional zu dem durch die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 fließenden Strom resultiert, von der induzierten Spannung subtrahiert wird, wenn die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 mit der Dämpfüngsspule 26 oder 32 wechselwirkt, um so die oben beschriebene sogenannte Neutralisationsverarbeitung auszuführen, kann verhindert werden, daß die Charakteristik beeinträchtigt wird, wenn die Betätigungseinrichtung 6 oder 15 mit der Dämpfungsspule 26 oder 32 wechselwirkt. Die inhärente Charakteristik kann maximal effizient genutzt werden und die Dämpfungseffizienz der Dämpfüngsspule 26 oder 32 kann verbessert werden. Außerdem kann die Kameraschüttelkorrekturvorrichtung trotz Fluktuationsfaktoren wie Temperaturänderungen oder dergleichen zufriedenstellend gesteuert werden.
Nachdem ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben wurde, bleibt festzuhalten, daß die Erfindung nicht auf dieses präzise Ausführungsbeispiel beschränkt ist, und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen durch den Fachmann ausgeführt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert wird.

Claims

1. Kameravorrichtung, aufweisend:

ein Variabelwinkelprisma (7), dessen Winkel durch Änderung des Rotationswinkeis einer Glasplatte (7a, 7b) davon infolge eines Ansteuersignales änderbar ist, um dadurch einfallendes Licht zu brechen;

eine Spitzenwinkel-Prismenpositions-Erfassungseinrichtung (8, 16) zur Erfassung einer Rotationswinkelposition der Glasplatte (7a, 7b);

eine Kameraschüttelmaß-Erfassungseinrichtung (1, 10) zur Erfassung eines Maßes des Kameraschüttelns;

eine Berechnungseinrichtung (20, 47, 49, 59) zur Berechnung des Kameraschüttelmaßes und der Rotationswinkelposition der Glasplatte (7a, 7b) zur Erzeugung und Ausgabe eines Spitzenwinkelprisma-Ansteuersignals; und

eine Variabelwinkelprisma-Ansteuereinrichtung mit Ansteuerspulen (6, 15) zur Ansteuerung des Spitzenwinkelprismas infolge einer Anwendung des Spitzenwinkelprisma- Ansteuersignals auf die Ansteuerspulen (6, 15); dadurch gekennzeichnet, daß

die Variabelwinkelprisma-Ansteuereinrichtung ferner Dämpfspulen (26, 32) zur Lieferung eines Dämpfsignals an die Berechnungseinrichtung (20, 47, 49, 59) aufweist;

eine Spitzenwinkelprisma-Geschwindigkeitserfassungseinrichtung (26, 32) vorgesehen ist, um die Rotationswinkelgeschwindigkeit der Glasplatte (7a, 7b) zu erfassen;

eine Differenzierschaltung (57, 58) angeschlossen ist, ein Signal von den Ansteuerspulen (6, 15) zu empfangen und zu differenzieren und das differenzierte Signal der Berechnungseinrichtung (20, 47, 49, 59) zuzuführen;

wobei die Berechnungseinrichtung (20, 47, 49, 59) ausgebildet ist, das Spitzenwinkelprismen-Ansteuersignal aus dem berechneten Schüttelmaß der Kamera, der Rotationswinkelposition der Glasplatte (7a, 7b), der Rotationswinkelgeschwindigkeit der Glasplatte (7a, 7b) und dem differenzierten Signal zu erzeugen.

2. Kameravorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Kameraschüttelmaß-Erfassungseinrichtung (1, 10) eine Winkelgeschwindigkeits- Erfassungseinrichtung und eine Integrationseinrichtung (3, 12) aufweist.

3. Kameravorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Kameraschüttelmaß-Erfassungseinrichtung (1, 10) ausgebildet ist, eine Horizontal- und/oder Vertikalbewegungsgröße der Kamera zu erfassen.

4. Kameravorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Bildaufnahmeeinrichtung zur Fokussierung eines von einem Objekt durch das Variabelwinkelprisma (7) fallenden Lichts, um dasselbe in ein Videosignal umzuwandeln.

5. Kameravorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Aufzeichnungseinrichtung zur Umwandlung eines Ausgangsvideosignais von der Bildaufnahmevorrichtung in ein Signalformat auf einem Aufzeichnungsmedium und Aufzeichnung desselben.

6. Verfahren zur Korrektur eines Kameraschüttelns unter Verwendung eines Variabelwinkelprismas (7), dessen Winkel durch Änderung eines Rotationswinkeis einer Glasplatte (7a, 7b) von diesem infolge eines Ansteuersignals änderbar ist, um dadurch einfallendes Licht zu brechen, wobei das Verfahren aufweist:

Erfassung einer Rotationswinkelposition der Glasplatte (7a, 7b);

Erfassung eines Maßes des Kameraschüttelns;

Berechnung des Maßes des Kameraschüttelns und der Rotationswinkelposition der Glasplatte (7a, 7b);

Erzeugung und Ausgabe eines Spitzenwinkelprisma-Ansteuersignals basierend auf dem Maß des Kameraschüttelns und der Rotationswinkelposition; und

Ansteuerung des Spitzenwinkeiprismas (7) durch Zuführung des Spitzenwinkelprisma- Ansteuersignals, um Spulen (6, 15) der Variabelwinkelprisma-Ansteuereinrichtung anzusteuern; gekennzeichnet durch:

Erzeugung eines Dämpfüngssignals durch Bereitstellung von Dämpfüngsspulen (26, 32) in der Variabelwinkelprisma-Ansteuereinrichtung;

Erfassung der Rotationswinkelgeschwindigkeit der Glasplatte (7a, 7b);

Differenzierung des Ausgangssignals von den Ansteuerspulen (6, 15), um ein differenziertes Signal zu erzeugen;

Erzeugung des Spitzenwinkelprisma-Ansteuersignals aus dem Kameraschüttelmaß, der Rotationswinkelposition und der Rotationswinkelgeschwindigkeit der Glasplatte (7a, 7b) und dem differenzierten Signal.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, ferner aufweisend die Fokussierung eines von einem Objekt durch das Variabelwinkelprisma (7) fallenden Lichts und Umwandlung desselben in ein Videosignal.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, ferner aufweisend die Umwandlung des Videosignais in ein Signalformat auf einem Aufzeichnungsmedium und Aufzeichnung desselben.