JPH02177773A - ビデオカメラの安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビデオカメラに関する。とくに本発明は、ビ
デオカメラの安定化装置に関する。

〔従来技術〕

ビデオカメラを手持ちで撮影するとき、手振れがあると
撮影画面が揺れて見にくい画面となる。

また、ビデオカメラを自動車や航空機あるいは船に搭載
して撮影を行うと、それら乗り物の振動または揺れによ
って同様に撮影画面が揺れて見にくくなる。

従来、この問題を解決する手段として、特開昭５３−６
４１７５号公報には、ジンバル機構により支持された方
向ジャイロと垂直ジャイロとからなるジャイロ機構にビ
デオカメラを支持して、これらジャイロの方位維持特性
により、撮影レンズの方向を安定させることが教示され
ている。この構造は船舶等における監視装置に使用され
るためのものであるが、このようなジャイロにより安定
化を図る構造を通常の手持ち式のビデオカメラに適用す
ると、装置が大型になり、かつ重量も嵩むという問題が
あり、しかも安定化が必要でない撮影条件でジャイロを
停止すると、このジャイロが逆にカメラを不安定にする
。

特開昭６１−２９４９７４号公報には、この問題を解決
する手段が提案されている。この提案された構造では、
レンズおよび撮像素子を支持するレンズ鏡胴がジンバル
機構により上下方向および左右方向に回動自在に取り付
けられ、レンズ鏡胴の回動角を検出する角度検出手段に
よりレンズ鏡胴の揺れ角を検出して、その検出結果をジ
ンバル機構の制御に使用することにより画面の揺れを防
止するように構成されている。同様な構造は、特開昭６
１−２６４３２６号公報、特開昭６２−１８８７４号公
報、特開昭６２−１８８７６号公報、特開昭６２−２６
１２８３号公報、特開昭６３−２６１６９号公報などに
も開示されている。これらの公報に開示された公知の構
造では、撮影者がカメラのチルト操作やパン操作を行う
とき、安定化装置が作動していると、カメラがこの操作
に逆らう方向に動かされることになる。したがって、こ
れら公知の構造では、チルト操作やパン操作に際してジ
ンバル機構をロックするためのロック機構が設けられる
。しかし、この構造では、チルト操作およびパン操作の
度ごとにロック機構を手動で作動させねばならず、取り
扱いが面倒である。また、チルト操作やパン操作のため
にロック機構を作動させた状態では、カメラの揺れ防止
手段は作動せず、カメラの安定化が図れない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上述の特開昭６１−２９４９７４号公報ほか
に記載されているようなビデオカメラ安定化装置におい
て、チルト操作やパン操作の都度、ジンバルのロック機
構を作動させねばならず、かつジンバルのロック機構を
作動させた状態では揺れ防止手段は作動しない、という
不便を解消し、カメラの揺れの防止と同時にチルト操作
およびパン操作を行うことができるビデオカメラの安定
化装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、ビデオカメラのカ
メラ部の揺れ角を検出して、その検出信号に基づき揺れ
を打ち消すようにカメラ部を駆動する形式のビデオカメ
ラの安定化装置に改良を加えるものである。すなわち、
本発明は、カメラ枠とカメラ部との間の相対的変位を検
出する変位検出手段と、この変位検出手段の出力から撮
影者の行うカメラ移動操作による動きを識別するために
フィルタ回路のようなカメラ移動操作信号発生手段とを
設け、カメラ移動操作信号によってカメラ部をカメラ枠
の動きに追従させるようにすることを特徴とする。

〔作用〕

ビデオカメラにおけるカメラ部の揺れは、正負方向に交
互に変化する傾向のものである。これに対して撮影者に
よるチルト操作およびパン操作によるカメラ部の動きは
、一方向に継続的に動く傾向のものである。したがって
、このような周波数特性の差を識別することができる、
たとえばフィルタ回路のような識別手段にカメラ枠の座
標基準軸に対する変位を表す信号を通すことにより、カ
メラ移動操作を表すカメラ移動操作信号を発生すること
ができる。そして、このカメラ移動操作信号によりカメ
ラ部を駆動することで、カメラ部をカメラ枠の動きに追
従させ、チルト操作およびパン操作を行わせることが可
能になる。この場合、カメラ部の揺れ角に基づく安定化
装置の作動はそのまま継続させることができるので、画
像の安定化を図りながらチルト操作およびパン操作を支
障なく行うことが可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

先ず第１図および第２図を参照すると、この図に示すビ
デオカメラは、撮影者が手で把持するための把手１を有
し、この把手１にカメラ枠ＩＯが固定されている。カメ
ラ枠１０には、横方向ジンバル７が垂直軸１１により横
方向回動自在に取り付けられている。さらに、横方向ジ
ンバル７には、水平軸８により縦方向ジンバル６が上下
方向に回動自在に取り付けられている。縦方向ジンバル
６にはカメラ部５が支持されている。カメラ部５は被写
体を撮影してビデオ信号に変換するためのもので、公知
の構造を有する。

カメラ枠１０にはビデオレコーダ部１４が設けられ、こ
のビデオレコーダ部１４はカメラ部５に接続されて該カ
メラ部５からのビデオ信号を受けて、該ビデオ信号を録
画する。また、カメラ枠１０にはモニタ部２が設けられ
、このモニタ部２ではビデオ信号が可視像として表示さ
れる。

カメラ部５には縦方向レートジャイロ３および横方向レ
ートジャイロ４が設けられてカメラ部５の縦方向および
横方向の角速度を検出する。水平軸８には駆動手段とし
て縦方向トルカ９が設けられ、該水平軸８を駆動してカ
メラ部５を上下方向に動かす。また、垂直軸１１には駆
動手段として横方向トルカ１２が設けられ、該垂直軸１
１を駆動してカメラ部５を横方向に動かす。

横方向ジンバル７と水平軸８との間には、横方向ジンバ
ル７と縦方向ジンバル６との間の相対的変位の角速度を
検出するための縦方向ジンバル角速度検出器１７が配置
される。同様に、カメラ枠１０と垂直軸１１との間には
、該カメラ枠ｌＯと横方向ジンバル７との間の相対的変
位の角速度を検出するための横方向ジンバル角速度検出
器１８が配置される。検出器１７．１８は、カメラ枠と
カメラ部との間の相対的な変位を検出するための変位検
出手段を構成する。検出器１７．１８の検出信号はそれ
ぞれフィルタ回路１５、Ｉ６に通された後、制御回路１
３に入力される。

次に第３図および第４図を参照する。第３図には上述の
実施例における縦方向の制御系がブロック図として示さ
れている。また、第４図は座標の説明図であり、座標基
準軸ａは空間の基準軸たとえば水平線に平行な軸、ビデ
オカメラ軸すはビデオカメラの光軸、カメラ棒軸Ｃはカ
メラ枠１０の前後軸である。カメラ棒軸Ｃの方向は、把
手１に与えられる揺れとチルト操作によって変化する。

第４図において、座標基準軸ａとビデオカメラ軸すとの
間の角はθ、で表され、ビデオカメラ軸すとカメラ棒軸
Ｃとの間の角はθ。で表される。座標基準軸ａとカメラ
棒軸Ｃとの間の角はθ□で表され、この角θ、は角θ３
、θ。の和である。

第３図を参照すると、撮影中に把手ｌが揺れると、ジン
バルの有害負荷特性りを通じて発生したトルクにより縦
方向ジンバル６に揺れθ、を生じる。ジンバルの有害負
荷特性りはジンバル角速度に伴って制御上有害なトルク
が発生する特性であり、水平回転軸８と縦方向ジンバル
６との間の軸受けの機械的な摩擦や、カメラ枠１０とカ
メラ部５との間を接続する配線の撓みによるバネ特性や
摩擦等に起因するものである。縦方向ジンバル６が座標
基準軸ａに対して角θ５だけ揺れを生じたとき、カメラ
部５に設けた縦方向レートジャイロ３は、該縦方向ジン
バル６の揺れの角速度δ、を出力する。縦方向レートジ
ャイロ３の出力δ５は制御回路１３に入力され、該制御
回路１３は、このレートジャイロ３の出力邊、を処理増
幅して、縦方向トルカ９に電流を供給する。縦方向トル
カ９は、この供給電流によりトルクを発生して縦方向ジ
ンバル６を回転させる。この回転は、ビデオカメラ軸す
の揺れθ、を打ち消す方向に与えられる。すなわち、正
の方向の揺れθ、に対してトルカ９により与えられる回
転は負方向である。以上で、ビデオカメラ安定化のため
の制御ループを信号と物理量が一巡する。制御回路１３
のゲインを非常に大きい値に選ぶことにより、カメラ部
５の揺れθ５をほとんど０に保持するような制御が可能
になり、ビデオカメラ軸すの姿勢はきわめて安定する。

第３図にＡで示す部分はチルト操作部である。

撮影者がビデオカメラをチルト方向に操作することによ
り、カメラ枠１０の軸Ｃの角度θ８に変化が生じる。縦
方向ジンバル角速度検出器１７は、ジンバル６．７間の
角度θ。の微分量である角速度信号り。を出力する。こ
の検出器１７における信号り。への変換ゲインを、縦方
向レートジャイロ３のゲインと等しくなるように調整し
、信号ｈ６に信号り、を加算することにより、カメラ枠
ｌＯの揺れとチルト操作の合成角速度信号ｉＩオを得る
ことができる。この信号δ、はフィルタ回路１５に通さ
れる。

第５図および第６図を参照すると、合成角速度信号ｈ９
の波形は、揺れ成分のみの場合には、第５図に示すよう
に正負が交互に表れる周期的変動信号である。これに対
してチルト操作の場合には、第６図に示すように、正ま
たは負の一方向のみの信号となる。フィルタ回路１５に
は揺れ信号成分とチルト信号成分とが混在する形の信号
δ８が入力されるが、フィルタ回路１５は、この信号ｈ
４からチルト信号成分のみを選別する作用を果たす。

フィルタ回路１５のこの作用は、該フィルタ回路１５に
（１）式の伝達関数を持たせることにより可能となる。

ここで、Ｆ（ｓ）＝フィルタの伝達函数ω■１　ω１！
　゛“−°゛、ω２Ｉ−１０２ｍ　　−”“゛２次振動
形の固有振動数 ζ１１％　ζ１□　−・・・・・−、ζ２１ｓζ、２　
・・・・・・−・２次振動形のダンピング係数 （１）式においてω、、：：　０．　　ｓ　ｏ　（ｒａ
ｄ／５）（ｌＪ１１＝１．　０３　（ｒａｄ／ｓ）ω１
１＝ω２２＝４．　４０　（ｒａｄ／ｓ）ζ、、＝０．
　７１ ζ、、＝０．　１７ ζ２．＝ζ２２＝０．　６０ とした設計例の周波数特性を第７図に示す。ここで第７
図の周波数ｆと（１）式のωの関係は次の如くである。

ω＝２πｆ （１）式において分母ω１１、１．　・・−は第７図で
ω それらを合成してωＮで代表される高周波のカットオフ
を決める周波数であり、第７図に示すように揺れの周波
数より低く、チルトの周波数成分よりも高く選定する。

ζ１８、ζ１□　−・・・・−は周波数特性の低周波の
平坦部に凹凸が生じないように選定する。２次振動形の
組合せの数は多いほど高周波の減衰が急になってよいが
回路の複雑化とのかね合いで決める必要がある。１１）
式の分子の部分は、チルト用フィルタ１５の出力である
チルトの追従信号を第３図の一点鎖線の外側に示す安定
化制御系に加えた時、この安定化制御系の特性を乱さな
いようにするためのものである。このためには、分子と
分母の次数を合せるのがよい。ω２１、ω２□°・・−
−゛゛　　は第７図に示すように高周波が十分減衰され
るように選定し、ζ２３、ζ１１　　’−””’−はゲ
インカーブの急変が発生しないように選定する。第７図
の特性例に示すようなチルト用フィルタ１５を第３図に
示すように使用することによって、揺れの信号成分をフ
ィルタで十分減衰させ、チルトの信号成分のみをフィル
タの出力に残すことができる。この出力を制御回路１３
にチルトの追従指令として加えることによって、カメラ
部５を撮影者のチルトの動きに追従させることができる
。チルトの途中に揺れが混在する場合には、第３図につ
いて先に説明したように揺れの制御が行われるので、揺
れが安定化されたチルト画像を得ることが出来る。

以上の縦方向の制御と同様に横方向すなわちパン方向に
ついても揺れを安定化させることができる。

以上の説明では縦方向レートジャイロ３と横方向レート
ジャイロ４からなる２個のレートジャイロを使用する例
であったが、これら２個のレートジャイロを２軸検出用
レートジヤイロと置き換えることができる。また、角度
検出ジャイロを使用してもよく、その場合には、その出
力を微分することによってレートジャイロ出力と同様な
出力を得ることができる。角加速度を検出する角加速度
計を使用する場合には、その出力を積分することによっ
てレートジャイロ出力と同様な出力を得ることができる
。なお、縦方向ジンバル角速度検出器１７と横方向ジン
バル角速度検出器１８の代わりに角度検出器を使用する
場合には、その出力を微分することによって角速度信号
を得ることができる。

以上、縦方向と横方向の２軸を制御する例について説明
したが、これら２軸の制御に加えて横揺れすなわちロー
リング方向の制御を行って３軸制御とすることも可能で
あるし、逆に、縦方向あるいは横方向の１軸のみの制御
とすることも可能である。

〔効果〕

以上説明したように、本発明においては、カメラ枠とカ
メラ部との間の変位を表す信号からカメラ移動操作の信
号成分を識別し、このカメラ移動操作信号によりカメラ
駆動手段を作動させてカメラ部をカメラ枠の動きに追従
させるようにしたので、カメラ部の揺れを抑制し、カメ
ラを安定化させながらカメラのチルト操作およびパン操
作を支障なく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すビデオカメラの正面図
、第２図は第１図に示すビデオカメラの側面図、第３図
は本発明の実施例による制御系を示すブロック図、第４
図は制御軸を示す図表、第５図はカメラの揺れ信号の例
を示す図表、第６図はカメラの移動操作の信号を示す図
表、第７図はフィルタ回路の特性を示す図表である。 ■・・・・把手、５・・・・カメラ部、３．４・・・・
レートジャイロ、６・・・・垂直ジンバル、７・・・・
水平ジンバル、ＩＯ・・・・カメラ枠、１５．１６・・
・・フィルタ回路 第１図 第２図 第３図 第５図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）カメラ部と、カメラ枠と、前記カメラ部を揺動自
   在に前記カメラ枠上に支持するジンバル機構と、前記カ
   メラ部の揺れ角を検出する揺れ角検出手段と、前記カメ
   ラ枠に対して前記カメラ部の姿勢を変更するように前記
   カメラ部を駆動する駆動手段と、前記揺れ角検出手段の
   出力を受けて揺れを打ち消すための揺れ防止信号を発生
   し、この揺れ防止信号により前記駆動手段を作動させて
   カメラ部の揺れを防止する制御回路とからなるビデオカ
   メラの安定化装置において、前記カメラ枠と前記カメラ
   部との間の相対的な変位を検出する変位検出手段と、前
   記変位検出手段の出力と前記揺れ角検出手段の出力との
   加算出力を受けてこの加算出力から撮影者の行うカメラ
   移動操作による動きを識別し、カメラ移動操作信号を発
   生するカメラ移動操作信号発生手段とが設けられ、前記
   カメラ移動操作信号により前記駆動手段を作動させてカ
   メラ部をカメラ枠の動きに追従させるようにしたことを
   特徴とするビデオカメラの安定化装置。
2. （２）請求項１に記載したビデオカメラの安定化装置に
   おいて、前記カメラ移動操作信号発生手段はフィルタ回
   路からなることを特徴とするビデオカメラの安定化装置
   。