JPH06105966B2 - Imaging device - Google Patents

Imaging device

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JPH06105966B2
JPH06105966B2 JP62050521A JP5052187A JPH06105966B2 JP H06105966 B2 JPH06105966 B2 JP H06105966B2 JP 62050521 A JP62050521 A JP 62050521A JP 5052187 A JP5052187 A JP 5052187A JP H06105966 B2 JPH06105966 B2 JP H06105966B2
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JP
Japan
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lens barrel
signal
angular velocity
barrel portion
support
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稲治  利夫
総一郎 藤岡
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ビデオカメラなどの撮影装置に関し、特に、
撮影装置本体が外乱振動や揺動を受けても、安定した画
像を得ることのできる防振機能を有する撮影装置に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photographing device such as a video camera, and in particular,
The present invention relates to an image pickup apparatus having a vibration isolation function that can obtain a stable image even when the image pickup apparatus main body is subjected to disturbance vibration or swing.

従来の技術 近年、映像機器の性能の向上はめざましく、高品位な画
像が極めて容易に得られるようになっている。それに伴
い、撮影技術にも高度なものが要求されている。このよ
うな背景の中で、撮影者および撮影装置の揺動にかかわ
らず画面揺れの少ない安定した画像を得ることのできる
防振機能を有する撮影装置が提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, the performance of video equipment has been remarkably improved, and high-quality images have become extremely easy to obtain. Along with this, sophisticated photography techniques are required. Against such a background, there has been proposed an image pickup apparatus having an image stabilization function capable of obtaining a stable image with little screen shake regardless of the shake of the photographer and the image pickup apparatus.

以下、図面を参照しながら従来の防振機能を有する撮影
装置について説明する。第13図は従来の防振機能を有す
る撮影装置を示す構成図である。1301は、複数のレンズ
と撮影素子を搭載された鏡筒部である。1302は、鏡筒部
1301に対するカウンタウエイトであり、連結棒1303によ
って鏡筒部1301と機械的に結合されている。1305は、継
手であって、連結棒1303と支持棒1304を回動可能に結合
している。撮影者は支持棒1304を支持することによっ
て、この撮影装置の操作を行う。以上のような構成にお
いて、鏡筒部1301,連結棒1304,カウンタウエイト1302と
で構成される可動部1306の重心が継手1305の付近に位置
するように、カウンタウエイト1302の調整を行う。
Hereinafter, a conventional imaging apparatus having a vibration isolation function will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a block diagram showing a conventional image pickup apparatus having a vibration isolation function. Reference numeral 1301 is a lens barrel portion on which a plurality of lenses and a photographing element are mounted. 1302 is the lens barrel
The counterweight for 1301 is mechanically coupled to the lens barrel 1301 by a connecting rod 1303. Reference numeral 1305 is a joint that rotatably connects the connecting rod 1303 and the support rod 1304. The photographer operates the photographing apparatus by supporting the support rod 1304. In the above configuration, the counterweight 1302 is adjusted so that the center of gravity of the movable portion 1306 composed of the lens barrel 1301, the connecting rod 1304, and the counterweight 1302 is located near the joint 1305.

すると、可動部1306は継手1305のまわりに大きな慣性モ
ーメントをもつことになる。したがって、何等かの外乱
によって撮影者の支持する支持棒1304が傾いたとして
も、可動部1306のもつ慣性モーメントの作用によって可
動部1306すなわち鏡筒部1301の姿勢は傾くことなく一定
に保たれる。よって、撮影者が揺動しても画面揺れの少
ない安定した画像を得ることができる〔たとえば、ジョ
ン・ユルゲンス、「ステディカムの設計」エス・エム・
ピー・テー・イー・ジャーナル87巻,1978年9月,587ペ
ージ(John Jurgens「Steadicam as aDesign Proble
m」,SMPTE jounal Vol.87,Sep,1978,P587)〕。
Then, the movable portion 1306 has a large moment of inertia around the joint 1305. Therefore, even if the support bar 1304 supported by the photographer is tilted by some disturbance, the posture of the movable portion 1306, that is, the lens barrel portion 1301 is kept constant without tilting due to the action of the moment of inertia of the movable portion 1306. . Therefore, it is possible to obtain a stable image with little screen shake even when the photographer swings (for example, John Jurgens, "Design of Steadicam" S.M.
P.T.E.Journal Vol. 87, Sep. 1978, p. 587 (John Jurgens "Steadicam as a Design Problem
m ”, SMPTE jounal Vol.87, Sep, 1978, P587)].

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような従来の構成では、極めて大
きなカウンタウエイト1302を設ける必要がある。したが
って、従来の構成では小型軽量化が困難となり携帯用の
ビデオカメラには不向きという問題点がある。
Problems to be Solved by the Invention However, in the conventional configuration as described above, it is necessary to provide an extremely large counterweight 1302. Therefore, it is difficult to reduce the size and weight of the conventional configuration, which is not suitable for a portable video camera.

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の撮影装置は、複数
のレンズと撮影素子を搭載された鏡筒部と、前記撮影素
子に得られる電気信号から画像信号を作り出す画像信号
処理手段と、前記鏡筒部への入射光線軸と直交もしくは
略直交する回転軸回りに前記鏡筒部を回動自在に支承す
る支持体と、前記鏡筒部と前記支持体の間に取りつけら
れ、前記鏡筒部を回転駆動するアクチュエータ手段と、
前記鏡筒部と前記支持体の相対角度を検出する相対角度
検出手段と、回転軸回りの前記鏡筒部の空間に対する角
速度を検出する鏡筒部角速度検出手段と、指令信号に応
じて前記アクチュエータ手段に電力を供給する駆動手段
と、前記鏡筒部角速度検出手段の出力信号と前記駆動手
段の指令信号とにより前記鏡筒部に加わる外乱負荷の大
きさを推定し負荷推定信号を出力する負荷観測手段と、
前記相対角度検出手段の出力と前記鏡筒部角速度検出手
段の出力より合成信号を生成し出力する合成手段とを具
備し、前記駆動手段の入力には前記合成手段の出力であ
る合成信号から前記負荷推定信号を差し引いて得られた
指令信号が入力されるように構成することにより上記の
目的を達成したものである。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, a photographing apparatus of the present invention provides a lens barrel part having a plurality of lenses and a photographing element, and an image signal from an electric signal obtained by the photographing element. Image signal processing means to generate, a support body for rotatably supporting the lens barrel portion around a rotation axis that is orthogonal or substantially orthogonal to an axis of an incident light beam on the lens barrel portion, and the lens barrel portion and the support body. An actuator means that is mounted between and that drives the lens barrel to rotate;
Relative angle detection means for detecting a relative angle between the lens barrel portion and the support, lens barrel angular velocity detection means for detecting an angular velocity of the lens barrel portion with respect to the space around the rotation axis, and the actuator according to a command signal. Drive means for supplying electric power to the means, a load for estimating the magnitude of a disturbance load applied to the lens barrel portion based on an output signal of the lens barrel angular velocity detecting means and a command signal of the driving means, and outputting a load estimation signal. Observation means,
The output of the relative angle detecting means and the output of the lens barrel angular velocity detecting means, and a combining means for generating and outputting a combined signal, the input of the drive means from the combined signal output from the combining means The above-mentioned object is achieved by configuring so that the command signal obtained by subtracting the load estimation signal is input.

作用 本発明は上記の構成によって、前記鏡筒部を前記慣性座
標において静止もしくは略静止するように制御する。し
たがって撮影者および撮影装置の揺動にかかわらず画面
揺れの少ない安定した画像を得ることができ、小型軽量
化が可能な撮影装置が提供できる。
Operation The present invention controls the lens barrel so as to be stationary or substantially stationary in the inertial coordinate by the above-mentioned configuration. Therefore, a stable image with less screen shake can be obtained irrespective of the swing of the photographer and the photographing apparatus, and the photographing apparatus that can be reduced in size and weight can be provided.

実施例 以下本発明の一実施例の撮影装置について、図面を参照
しながら説明する。
Embodiment An image pickup apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例における撮影装置の構成図で
ある。第1図において、撮影装置の鏡筒部1には多数の
レンズ群(図示を省略)と撮影素子2(たとえば、CCD
板や撮影管)が取り付けられ、被写体からの反射光を集
光させて撮影素子2に結像させ、電荷信号(電気信号)
に変換する。画像信号処理回路10は、撮影素子2に得ら
れた電荷信号を逐次読み出し、画像信号(ビデオ信号)
を作り出している。
FIG. 1 is a block diagram of an image pickup apparatus in one embodiment of the present invention. In FIG. 1, a large number of lens groups (not shown) and a photographing element 2 (for example, CCD
A plate or a photographing tube) is attached to collect reflected light from a subject to form an image on the photographing element 2 and a charge signal (electric signal)
Convert to. The image signal processing circuit 10 sequentially reads out the charge signal obtained by the image pickup device 2 to obtain an image signal (video signal).
Is producing.

鏡筒部1と支持体3の間にはアクチュエータ5が配置さ
れ、回転軸6を中心にして鏡筒部1をヨー方向に回転駆
動している。アクチュエータ5の回転軸6は、鏡筒部1
の重心Gを通り、支持体3に回転可能に支承されてい
る。アクチュエータ5には突起部17が設けられ、支持体
3にはストッパー用ピン18a,18bが設けられている。突
起部17とストッパー用ピン18a,18bにより鏡筒部1のヨ
ー方向の可動範囲が規制されている。さらに、支持体3
には撮影装置の操作者が手で支持するグリップ部分4を
設けてある。
An actuator 5 is arranged between the lens barrel portion 1 and the support body 3, and the lens barrel portion 1 is rotationally driven about the rotation shaft 6 in the yaw direction. The rotation shaft 6 of the actuator 5 is the lens barrel 1
It is rotatably supported by the support body 3 through the center of gravity G of. The actuator 5 is provided with a projection 17, and the support 3 is provided with stopper pins 18a and 18b. The protrusion 17 and the stopper pins 18a and 18b regulate the movable range of the lens barrel portion 1 in the yaw direction. Further, the support 3
There is provided a grip portion 4 which is manually supported by the operator of the photographing apparatus.

第2図(a),(b),(c)にアクチュエータ5の具
体的な構成を示す。第2図において、マグネット202の
強磁性体製のバックヨーク201は鏡筒部1に取りつけら
れ、回転軸6とともに回転する。マグネット202は4極
に着磁され、界磁磁束を発生している。回転軸6の軸受
207が取りつけられたコイルヨーク203には、コイル204
a,204bとホール素子(感磁素子)9が固着されている。
本例では、マグネット202が鏡筒部1に取りつけられ、
コイルヨーク203が支持体3に取りつけられている。コ
イル204aと204bは直列に接続され、端子205から206に流
れる電流とマグネット202の磁束によって回転トルクを
発生する。また、ホール素子9はマグネット202の磁極
の切り換え部分にほぼ対向して配置され、マグネット20
2(鏡筒部1の角度θm)とコイルヨーク203(支持体3
の角度θo)の相対的な角度差θmo(=θo−θm)に
対応した出力信号を発生する。なお、θmは空間(慣性
座標)からみた回転軸6の回りの鏡筒部1の角度であ
り、θoは同じ慣性座標からみた回転軸6の回りの支持
体3の角度である。
2 (a), (b), and (c) show a specific configuration of the actuator 5. In FIG. 2, the ferromagnetic back yoke 201 of the magnet 202 is attached to the lens barrel 1 and rotates together with the rotary shaft 6. The magnet 202 is magnetized to have four poles and generates a magnetic field flux. Bearing of rotating shaft 6
On the coil yoke 203 to which 207 is attached, the coil 204
The a and 204b and the Hall element (magnetic sensing element) 9 are fixed.
In this example, the magnet 202 is attached to the lens barrel 1,
The coil yoke 203 is attached to the support 3. The coils 204a and 204b are connected in series, and a rotational torque is generated by the current flowing from the terminals 205 to 206 and the magnetic flux of the magnet 202. The Hall element 9 is arranged substantially opposite to the magnetic pole switching portion of the magnet 202, and
2 (angle θm of lens barrel 1) and coil yoke 203 (support 3
The output signal corresponding to the relative angle difference θmo (= θo−θm) of the angle θo of is generated. Note that θm is the angle of the lens barrel portion 1 around the rotation axis 6 as viewed from the space (inertia coordinate), and θo is the angle of the support 3 around the rotation axis 6 as viewed from the same inertial coordinate.

アクチュエータ5のマグネット202の磁束を検知するホ
ール素子9の出力信号aは相対角度検出回路11に入力さ
れる。第3図に相対角度検出回路11の具体的な構成を示
す。ホール素子9の2つの出力端子に得られる直流信号
を、演算増幅器301と抵抗302,303,304,305からなる差動
増幅回路によって所定倍に差動増幅し、出力信号cを得
ている。+V,−Vは、適当な電源であり、抵抗30
6,307を介してホール素子9に適当なバイアス電圧を与
えている。
The output signal a of the Hall element 9 that detects the magnetic flux of the magnet 202 of the actuator 5 is input to the relative angle detection circuit 11. FIG. 3 shows a specific configuration of the relative angle detection circuit 11. The DC signal obtained at the two output terminals of the hall element 9 is differentially amplified by a predetermined multiple by the differential amplifier circuit including the operational amplifier 301 and the resistors 302, 303, 304, 305 to obtain the output signal c. + V H, -V H is a suitable power source, the resistor 30
An appropriate bias voltage is applied to the Hall element 9 via 6,307.

また、振動型ジャイロからなる角速度センサ7が、鏡筒
部1に固定部材8によって取りつけられている。角速度
センサ7の検出軸はアクチュエータ5の回転軸6と一致
しており、慣性座標における鏡筒部1の回転軸6の回り
の回転角速度に応動した出力信号bを出力する。角速度
センサ7の出力信号bは角速度検出回路12に入力され、
慣性座標からみた鏡筒部1の回転軸6の回りの角速度ω
mに比例した信号dを得ている。第4図に角速度検出回
路12の具体的な構成を示す。強制振動回路401は所定周
波数(たとえば、1kHz)の正弦波発振回路を有し、その
発振周波数信号によって角速度センサ7の圧電素子で作
られたドライブ・エレメント402を強制的に振動させて
いる。圧電素子で作られたセンス・エレメント403はド
ライブ・エレメント402と機械的に接触して配置されて
いるので、ドライブ・エレメント402とともに同じ周波
数で振動する。このとき、鏡筒部1が慣性座標において
回転軸6の回りで回転動作すると、力学的なコリオリ力
が発生する。コリオリ力はセンス・エレメント403の直
交する2軸の角速度の積に比例するので、慣性座標にお
ける鏡筒部1の回転軸6の回りの角速度ωmと強制振動
による角速度の積に比例する。センス・エレメント403
はコリオリ力によって機械歪を生じ、圧電作用によって
電気信号を発生する。センス・エレメント403の出力を
同期検波回路404によって強制振動と同じ周波数で同期
検波し、ローパスフィルタ405によって検波出力の低周
波成分(たとえば、DC〜100Hz程度)を取り出せば、慣
性座標における鏡筒部1の回転軸6の回りの角速度ωm
に比例する信号dが得られる。
Further, the angular velocity sensor 7 composed of a vibration type gyro is attached to the lens barrel portion 1 by a fixing member 8. The detection axis of the angular velocity sensor 7 coincides with the rotation axis 6 of the actuator 5, and outputs the output signal b in response to the rotation angular velocity around the rotation axis 6 of the lens barrel 1 in the inertial coordinate. The output signal b of the angular velocity sensor 7 is input to the angular velocity detection circuit 12,
Angular velocity ω around the rotation axis 6 of the lens barrel 1 viewed from the inertial coordinates
A signal d proportional to m is obtained. FIG. 4 shows a specific configuration of the angular velocity detection circuit 12. The forced vibration circuit 401 has a sine wave oscillating circuit of a predetermined frequency (for example, 1 kHz), and the drive element 402 made of the piezoelectric element of the angular velocity sensor 7 is forcibly vibrated by the oscillating frequency signal. Since the sense element 403 made of a piezoelectric element is arranged in mechanical contact with the drive element 402, it vibrates at the same frequency as the drive element 402. At this time, when the lens barrel unit 1 rotates about the rotation axis 6 in the inertial coordinate, a mechanical Coriolis force is generated. Since the Coriolis force is proportional to the product of the angular velocities of the two orthogonal axes of the sense element 403, it is proportional to the product of the angular velocity ωm around the rotation axis 6 of the lens barrel portion 1 in inertial coordinates and the angular velocity due to forced vibration. Sense element 403
Generates mechanical strain due to Coriolis force, and generates an electric signal due to piezoelectric action. The output of the sense element 403 is synchronously detected by the synchronous detection circuit 404 at the same frequency as the forced vibration, and the low-pass filter 405 extracts the low-frequency component (for example, DC to 100 Hz) of the detected output. Angular velocity ωm around the rotation axis 6 of 1
A signal d proportional to is obtained.

相対角速度検出回路11の出力信号cと鏡筒部角速度検出
回路12の出力信号dは、合成手段14に入力される。合成
手段14は、鏡筒部角速度検出回路12の出力信号dと、相
対角度検出回路11の出力信号cを積分演算した結果とを
それぞれ所定の利得で加算し、演算結果を出力信号eと
して出力する。
The output signal c of the relative angular velocity detection circuit 11 and the output signal d of the lens barrel angular velocity detection circuit 12 are input to the combining means 14. The synthesizing means 14 adds the output signal d of the lens barrel angular velocity detection circuit 12 and the result of the integral calculation of the output signal c of the relative angle detection circuit 11 with a predetermined gain, and outputs the calculation result as an output signal e. To do.

第5図に負荷観測器13と合成手段14の構成を示す。本実
施例では、負荷観測器13と合成手段14は、A/D変換器50
2,503と演算器501とメモリ504とD/A変換器505とで、構
成される。A/D変換器502は、位置検出回路11の出力信号
cの値に対応したディジタル信号pを作り出している。
また、A/D変換器503は、角速度検出回路12の出力信号d
の値に対応したディジタル信号qを作り出している。演
算器501は、メモリ504のROM領域(リードオンリーメモ
リ領域)に格納されている後述の所定の内蔵プログラム
に従って動作し、A/D変換器502のディジタル信号pとA/
D変換器503のディジタル信号qをRAM領域(ランダムア
クセスメモリ領域)に取り込み、所定の演算を施した後
に合成して、合成ディジタル信号wをD/A変換器505に出
力している。
FIG. 5 shows the configurations of the load observer 13 and the synthesizing means 14. In this embodiment, the load observing device 13 and the synthesizing means 14 are A / D converters 50.
2, 503, arithmetic unit 501, memory 504, and D / A converter 505. The A / D converter 502 produces a digital signal p corresponding to the value of the output signal c of the position detection circuit 11.
Further, the A / D converter 503 outputs the output signal d of the angular velocity detection circuit 12.
A digital signal q corresponding to the value of is generated. The arithmetic unit 501 operates according to a predetermined built-in program, which will be described later, stored in the ROM area (read only memory area) of the memory 504, and the digital signal p and A / D of the A / D converter 502.
The digital signal q of the D converter 503 is taken into the RAM area (random access memory area), subjected to a predetermined calculation and then combined, and the combined digital signal w is output to the D / A converter 505.

第6図にA/D変換器502の具体的な構成を示す(A/D変換
器503についても同様である)。入力信号cとD/A変換回
路607の出力信号mはコンパレータ601によって比較さ
れ、その大小関係に応じたコンパレート信号nを得る。
発振回路605は、所定の周波数のクロックパルスlを発
生している。演算器501からの信号hは、通常“H"(高
電位状態)になっており、ディジタル信号pの読み込み
の時に“L"(低電位状態)になる。したがって、インバ
ータ回路602とアンド回路603,604はコンパレート信号n
に応じて、クロックパルスlをカウンタ回路606のダウ
ンパルス入力端子Dもしくはアップパルス入力端子Uに
入力している(信号hが“H"の時)。カウンタ回路606
は、ダウンパルス入力端子Dへの入力パルスにより内部
状態を1ずつ減算していき、アップパルス入力端子Uへ
の入力パルスにより内部状態を1ずつ加算していく。カ
ウンタ回路606の内部状態はディジタル信号pとして出
力され、D/A変換器607においてディジタル信号pに応じ
たアナログ信号mに変換する。その結果、カウンタ回路
606のディジタル信号pは入力信号cに対応した値にな
る。演算器501は、信号hを所定の短時間“L"にしてカ
ウンタ回路606の動作を停止させ、安定したディジタル
信号pを読み込むようにしている。同様に、演算器501
は信号kを所定の短時間“L"にして、安定したディジタ
ル信号qを読み込むようにしている。
FIG. 6 shows a specific configuration of the A / D converter 502 (the same applies to the A / D converter 503). The input signal c and the output signal m of the D / A conversion circuit 607 are compared by the comparator 601, and the comparator signal n corresponding to the magnitude relation is obtained.
The oscillator circuit 605 generates a clock pulse 1 having a predetermined frequency. The signal h from the calculator 501 is normally "H" (high potential state), and becomes "L" (low potential state) when the digital signal p is read. Therefore, the inverter circuit 602 and the AND circuits 603 and 604 are connected to the comparator signal n.
Accordingly, the clock pulse 1 is input to the down pulse input terminal D or the up pulse input terminal U of the counter circuit 606 (when the signal h is "H"). Counter circuit 606
The internal state is decremented by 1 by the input pulse to the down pulse input terminal D, and the internal state is incremented by 1 by the input pulse to the up pulse input terminal U. The internal state of the counter circuit 606 is output as a digital signal p, and is converted into an analog signal m according to the digital signal p in the D / A converter 607. As a result, the counter circuit
The digital signal p of 606 becomes a value corresponding to the input signal c. The arithmetic unit 501 sets the signal h to "L" for a predetermined short time to stop the operation of the counter circuit 606 and read a stable digital signal p. Similarly, the calculator 501
Makes the signal k "L" for a predetermined short time so that a stable digital signal q is read.

制御演算手段15の出力信号uは駆動回路16に入力され、
信号uに比例した電圧信号(もしくは電流信号)fがア
クチュエータ5のコイル204a,204bに供給される。第7
図に駆動回路16の具体的な構成を示す。演算増幅器701
とトランジスタ704,705と抵抗702,703によって電力増幅
回路を構成し、信号eを所定倍に増幅した電圧信号fを
出力する。
The output signal u of the control calculation means 15 is input to the drive circuit 16,
A voltage signal (or current signal) f proportional to the signal u is supplied to the coils 204a and 204b of the actuator 5. 7th
The figure shows a specific configuration of the drive circuit 16. Operational amplifier 701
The transistors 704 and 705 and the resistors 702 and 703 form a power amplifier circuit, which outputs a voltage signal f obtained by amplifying the signal e by a predetermined factor.

さて、演算器501の内蔵プログラムについて説明する。
まず、第8図に示した基本フローチャートに基づいて概
略を説明する。
Now, the built-in program of the arithmetic unit 501 will be described.
First, an outline will be described based on the basic flowchart shown in FIG.

処理801では、タイマーからの割り込みを待っている。
タイマーは、所定の時間TS毎に割り込み信号を発生し、
割り込みが入るとに移行する。すなわち、サンプリン
グ時間TSで以下の処理を行うことになる。
In process 801, an interrupt from the timer is awaited.
The timer generates an interrupt signal at every predetermined time TS,
When an interrupt occurs, moves to. That is, the following processing is performed at the sampling time TS.

処理802では、鏡筒部1と支持体3との相対角度θmoに
相当するディジタル信号pをA/D変換器502から取り込
み、メモリ504に格納する。さらに、鏡筒部1の慣性座
標から見た角速度ωmに相当するディジタル信号qをA/
D変換器503から取り込み、メモリ504に格納する。
In process 802, the digital signal p corresponding to the relative angle θmo between the lens barrel 1 and the support 3 is fetched from the A / D converter 502 and stored in the memory 504. Further, the digital signal q corresponding to the angular velocity ωm viewed from the inertial coordinate of the lens barrel 1 is given by A /
It is fetched from the D converter 503 and stored in the memory 504.

処理804では、鏡筒部1が慣性座標において静止もしく
は略静止するように制御演算し、合成信号eを作り出し
ている。本処理のあとは、に移行する。
In process 804, control calculation is performed so that the lens barrel unit 1 is stationary or substantially stationary in the inertial coordinate, and the combined signal e is produced. After this processing, shifts to.

処理805では、鏡筒部1の慣性座標から見た角速度ωm
に相当するディジタル信号qと駆動回路16の入力信号u
から鏡筒部1に加わる外乱負荷の大きさに応じた負荷推
定信号tを演算で求め出力する。そして処理804で得ら
れた合成信号eから負荷推定信号tを差し引いて得られ
た指令信号uを作り出している。
In process 805, the angular velocity ωm seen from the inertial coordinate of the lens barrel unit 1
Corresponding to the digital signal q and the input signal u of the drive circuit 16
Then, a load estimation signal t corresponding to the magnitude of the disturbance load applied to the lens barrel portion 1 is calculated and output. Then, the command signal u obtained by subtracting the load estimation signal t from the combined signal e obtained in the process 804 is produced.

なお、処理804と処理805が第1図における制御演算手段
15に相当する。
The processing 804 and the processing 805 are control calculation means in FIG.
Equivalent to 15.

つぎに、処理802〜805について、第9図を用いて詳しく
説明する。
Next, the processes 802 to 805 will be described in detail with reference to FIG.

第9図(a)は、処理802の詳細なフローチャートであ
る。まず、鏡筒部1と支持体3の相対角度θmoに対応す
るディジタル信号pの前回のサンプリング時の値を保持
する変数Qnの内容を変数Qn−1に格納する。つぎに、信
号hを“L"にして鏡筒部1と支持体3の相対角度θmoに
対応するディジタル信号pを新たに取り込み変数Qnに格
納した後、再び信号hを“H"にする。
FIG. 9A is a detailed flowchart of the process 802. First, the content of the variable Qn holding the value of the digital signal p corresponding to the relative angle θmo between the lens barrel 1 and the support 3 at the previous sampling is stored in the variable Qn−1. Next, the signal h is set to “L”, a digital signal p corresponding to the relative angle θmo between the lens barrel 1 and the support 3 is newly fetched and stored in the variable Qn, and then the signal h is set to “H” again.

さらに、鏡筒部1の角速度ωmに対応するディジタル信
号qの前回のサンプリング時の値を保持する変数Wnの内
容を変数Wn−1に格納する。つぎに、信号kを“L"にし
て鏡筒部1の角速度ωmに対応するディジタル信号qを
新たに取り込み変数Wnに格納した後、再び信号kを“H"
にする。すなわち、この時点で今現在の鏡筒部1と支持
体3の相対角度θmoの情報が変数Qnに格納され、鏡筒部
1の角速度ωmの情報が変数Wnに格納されたことにな
る。さらに、1サンプリング前のそれぞれの情報はQn−
1と変数Wn−1に格納されている。
Further, the content of the variable Wn holding the value at the time of the previous sampling of the digital signal q corresponding to the angular velocity ωm of the lens barrel portion 1 is stored in the variable Wn−1. Next, the signal k is set to “L”, a digital signal q corresponding to the angular velocity ωm of the lens barrel unit 1 is newly fetched and stored in the variable Wn, and then the signal k is set to “H” again.
To That is, at this time, the information of the relative angle θmo between the current barrel 1 and the support 3 is stored in the variable Qn, and the information of the angular velocity ωm of the barrel 1 is stored in the variable Wn. Furthermore, the information before each sampling is Qn-
1 and the variable Wn-1.

第9図(b)は、処理804の詳細なフローチャートであ
る。まず、合成手段14の出力信号eに対応するディジタ
ル信号wの1サンプリング前の値を保持する変数Enを変
数En−1に格納する。つぎに、鏡筒部1と支持体3の今
現在の相対角度θmoに対応する値を保持する変数Qnから
鏡筒部1と支持体3の1サンプリング前の相対角度θmo
に対応する値を保持する変数Qn−1を引算し、その結果
を変数ΔQに格納する。ついで、鏡筒部1の今現在の角
速度ωmに対応する値を保持する変数Wnから鏡筒部1の
1サンプリング前の角速度ωmに対応する値を保持する
変数Wn−1を引算し、その結果を変数ΔWに格納する。
そして、K1,K2,Ta,TSを定数として下記の演算(2)を
行い、演算結果は変数ΔEに格納される。
FIG. 9B is a detailed flowchart of the process 804. First, the variable En holding the value of the digital signal w corresponding to the output signal e of the synthesizing means 14 one sampling before is stored in the variable En-1. Next, from the variable Qn that holds a value corresponding to the current relative angle θmo between the lens barrel 1 and the support 3, the relative angle θmo between the lens barrel 1 and the support 3 one sampling before.
The variable Qn−1 holding the value corresponding to is subtracted and the result is stored in the variable ΔQ. Then, the variable Wn-1 holding the value corresponding to the angular velocity ωm of the lens barrel unit 1 before one sampling is subtracted from the variable Wn holding the value corresponding to the current angular velocity ωm of the lens barrel 1, The result is stored in the variable ΔW.
Then, the following calculation (2) is performed using K1, K2, Ta, and TS as constants, and the calculation result is stored in the variable ΔE.

ΔE=−K1×ΔW +K2×(ΔQ+TS×Qn/Ta) …(2) つぎに、変数ΔEと変数En−1を加算し、その結果を新
たに変数Enに格納する。その後、に移行し次段の処理
805の後、タイマ割り込みを待つ(第8図参照)。
ΔE = −K1 × ΔW + K2 × (ΔQ + TS × Qn / Ta) (2) Next, the variable ΔE and the variable En−1 are added, and the result is newly stored in the variable En. After that, move to and process the next stage
After 805, it waits for a timer interrupt (see Fig. 8).

処理805の詳細な説明は後述するとして、まず処理805を
施さない場合の静止撮影時における制御動作と防振効果
について詳細に説明する。
Although a detailed description of the process 805 will be given later, first, the control operation and the image stabilization effect during still shooting when the process 805 is not performed will be described in detail.

第10図は、静止撮影時の本実施例における撮影装置の制
御ブロック図である。なお、図中において、Sはラプラ
ス演算子を表すものである。さらに、本図においてサン
プリングによる遅れ要素、鏡筒部角速度検出回路12のロ
ーパスフィルタ405の周波数依存性は以下説明する周波
数領域では十分無視できるので省略している。さて、慣
性座標からみた鏡筒部1の角度θmと支持体3の角度θ
oの相対角度θmoは、アクチュエータ5のマグネット20
2の磁界を検知するホール素子9によって簡単に検出さ
れる。ホール素子9と相対角度検出回路11はブロック10
01で表わされ、θmoのK・A倍の信号c(位置検出
回路11の出力信号)を得る。Kはホール素子5の磁束
密度・電圧変換利得であり、Aは相対角度検出回路11
の電圧利得である。一方、慣性座標からみた鏡筒部1の
角速度ωmは角速度センサ7と角速度検出回路12によっ
て検出され、ブロック1008によって表わされ、ωmのK
・A倍の信号dを得る。Kは角速度センサ7の角
速度・電圧変換利得であり、Aは角速度検出回路12の
電圧利得である。さらに、演算器501の処理804(破線で
囲った部分がそれに相当する)によって、信号cをK2倍
(ブロック1002)し、その結果とその結果を利得1/Taで
積分(ブロック1003)したものと、信号dを−K1倍(ブ
ロック1009)したものとを加算点1010において合成し、
合成信号eを得る。駆動回路16に対応したブロック1004
において、信号eはAe倍に増幅され、電圧信号fを得
る。アクチュエータ5に対応したブロック1005におい
て、電圧信号fはトルクTmに変換される。ここに、Rは
コイル204aと204bの合成抵抗値であり、Ktはトルク定数
である。ブロック1006は鏡筒部1の機械的な慣性モーメ
ントJmによるトルクTmから角速度ωmへの伝達を表わ
し、ブロック1007はωmとθmの関係を表わす。したが
って、本ブロック図からθoからθmへの伝達特性は折
線近似のボード線図で表すと第11図のようになる。第11
図においてfrはθoの揺れの周波数である。ここで、折
点の周波数f1,f2は第10図に示した各利得定数を用いて
以下のように表わせる。
FIG. 10 is a control block diagram of the image pickup apparatus in this embodiment during still image pickup. In the figure, S represents a Laplace operator. Further, in the figure, the delay element due to sampling and the frequency dependence of the low-pass filter 405 of the lens barrel angular velocity detection circuit 12 can be sufficiently ignored in the frequency region described below, and thus are omitted. Now, the angle θm of the lens barrel 1 and the angle θ of the support 3 as seen from the inertial coordinates.
The relative angle θmo of o is determined by the magnet 20 of the actuator 5.
It is easily detected by the Hall element 9 which detects the magnetic field of 2. Hall element 9 and relative angle detection circuit 11 are block 10
A signal c (an output signal of the position detection circuit 11), which is represented by 01 and is K Q · A Q times θmo, is obtained. K Q is the magnetic flux density / voltage conversion gain of the Hall element 5, and A Q is the relative angle detection circuit 11
Is the voltage gain of. On the other hand, the angular velocity ωm of the lens barrel 1 viewed from the inertial coordinates is detected by the angular velocity sensor 7 and the angular velocity detection circuit 12, and is represented by a block 1008.
A signal d of W · A W times is obtained. K W is the angular velocity / voltage conversion gain of the angular velocity sensor 7, and A W is the voltage gain of the angular velocity detection circuit 12. Further, the signal c is multiplied by K2 (block 1002) by the processing 804 (corresponding to a portion surrounded by a broken line) of the arithmetic unit 501, and the result and the result are integrated with a gain of 1 / Ta (block 1003). And the signal d multiplied by −K1 (block 1009) are combined at the addition point 1010,
Obtain the combined signal e. Block 1004 corresponding to drive circuit 16
At, the signal e is amplified Ae times to obtain the voltage signal f. In the block 1005 corresponding to the actuator 5, the voltage signal f is converted into the torque Tm. Here, R is a combined resistance value of the coils 204a and 204b, and Kt is a torque constant. A block 1006 represents the transmission from the torque Tm to the angular velocity ωm due to the mechanical moment of inertia Jm of the lens barrel portion 1, and a block 1007 represents the relationship between ωm and θm. Therefore, the transfer characteristic from θo to θm from this block diagram is as shown in FIG. 11th
In the figure, fr is the fluctuation frequency of θo. Here, the frequencies f1 and f2 at the break points can be expressed as follows using the respective gain constants shown in FIG.

実際には、f1=0.18Hz、f2=10Hzにしている。そして、
慣性座標における支持体3の回転角θoに対する鏡筒部
1の回転角θmの伝達特性は、第1の折点周波数f1以下
の周波数範囲においては1(0dB)となり、f1以上で第
2の折点周波数f2以下の周波数範囲では−6dB/octで減
衰し、f2以上の周波数範囲では−12dB/octで減衰してい
る。第11図により、f1以上の周波数範囲においてθoの
振動からθmの振動への伝達量は小さくなる。その程度
は、0dBと特性線の間の差ZdBによって表わされる(この
場合fr=1HzにおいてZ=15dBとなる)。
Actually, f1 = 0.18Hz and f2 = 10Hz are set. And
The transfer characteristic of the rotation angle θm of the lens barrel portion 1 with respect to the rotation angle θo of the support 3 in the inertial coordinate is 1 (0 dB) in the frequency range of the first break point frequency f1 or lower, and the transfer characteristic of the second bend point f1 or higher. It is attenuated at -6 dB / oct in the frequency range below the point frequency f2, and is attenuated at -12 dB / oct in the frequency range above f2. From FIG. 11, the amount of transmission from the vibration of θo to the vibration of θm becomes small in the frequency range of f1 and above. The extent is represented by the difference ZdB between 0 dB and the characteristic line (in this case at fr = 1 Hz Z = 15 dB).

静止撮影時における撮影装置の変動は、主に0.5Hz〜5Hz
の範囲に分布していることが知られている。したがっ
て、本撮影装置の防振特性を第11図のごとき特性にすれ
ば、支持体3の回転角θoの変動にかかわらず鏡筒部1
の回転角θmはほとんど変動しなくなり、撮影画面の変
動が著しく小さくなることがわかる。すなわち、安定し
た見やすいビデオ撮影が可能になる。
The fluctuation of the shooting device during still shooting is mainly 0.5Hz to 5Hz
It is known to be distributed in the range of. Therefore, if the vibration-proof characteristics of the present photographing device are set to the characteristics as shown in FIG. 11, the barrel portion 1 will be irrespective of the fluctuation of the rotation angle θo of the support body 3.
It can be seen that the rotation angle θm of 1 is almost unchanged, and the fluctuation of the shooting screen is significantly reduced. That is, stable and easy-to-view video shooting becomes possible.

さらに加えて言えば、前記混合演算(2)における各項
はその次段の処理(En=En−1+ΔE)とによって、下
記のような意味をもつ。
In addition, each term in the mixing operation (2) has the following meaning depending on the processing (En = En-1 + ΔE) in the next stage.

すなわち、(2)式第1項〔−K1×ΔW〕は鏡筒部1の
角速度ωmを“0"とし鏡筒部1を慣性座標において静止
させるために設ける成分である。(2)式第2項のうち
項〔K2×ΔQ)は鏡筒部1と支持体3の相対角度θmoを
“0"とし鏡筒部1の慣性座標における角度θmと支持体
3の慣性座標における角度θoが、ほぼ一致した状態と
するために設ける成分である。ここで、利得K2は利得K1
に比べて非常に小さく設定される。これは、鏡筒部1の
角速度ωmを“0"とすることが主目的であるからであ
る。すなわち、K2を大きくすると鏡筒部1の角度θmの
支持体3の角度θoに対する追従性が良くなることにな
り、防振効果は低下する。したがって、K2の値は十分小
さく選ばれ、項〔K2×ΔQ〕によるアクチュエータ5の
発生トルクTmは僅かである。したがってアクチュエータ
5の軸受け回りの損失が大きい場合には、発生トルクTm
はその損失に勝ることなく、鏡筒部1と支持体3の相対
角度θmoを“0"とするに至らない。すなわち、鏡筒部1
の角度θmと支持体3の角度θoが定常的な偏差をもっ
てωm=0の制御が成されることになる。そこで、
(2)式第2項のうちの項〔K2×ΔT×Qn/Ta〕が設け
られ、次段の処理〔En=En−1+ΔE〕とともに、θmo
の積分演算の意味をもち鏡筒部1の角度θmと支持体3
の角度θoの定常的な偏差を除去する。すなわち、θo
とθmに定常的な偏差が存在すると、毎回のサンプリン
グ毎に項〔K2×ΔT×Qn×Ta〕が変数Enに加算される。
この結果、項〔K2×ΔQ〕によるアクチュエータ5の発
生トルクが軸受け損失より小なる場合であっても、項
〔K2×ΔT×Qn/Ta〕は毎回のサンプリング毎にEnに加
算されるので、アクチュエータ5の発生トルクは時間と
ともに大きくなり軸受け損失に勝り、θoとθmの定常
的な偏差をなくすことができる。
That is, the first term [−K1 × ΔW] in the equation (2) is a component provided for setting the angular velocity ωm of the lens barrel portion 1 to “0” and keeping the lens barrel portion 1 stationary in the inertial coordinates. The term [K2 × ΔQ) in the second term of the equation (2) is the angle θm in the inertial coordinate of the lens barrel 1 and the inertial coordinate of the support 3 when the relative angle θmo between the lens barrel 1 and the support 3 is “0”. The angle θo at is a component provided to make the states substantially coincide. Where gain K2 is gain K1
It is set to be much smaller than. This is because the main purpose is to set the angular velocity ωm of the lens barrel portion 1 to “0”. That is, when K2 is increased, the followability of the angle θm of the lens barrel portion 1 with respect to the angle θo of the support 3 is improved, and the vibration isolation effect is reduced. Therefore, the value of K2 is selected to be sufficiently small, and the torque Tm generated by the actuator 5 according to the term [K2 × ΔQ] is small. Therefore, when the loss around the bearing of the actuator 5 is large, the generated torque Tm
Does not reach the loss, and the relative angle θmo between the lens barrel portion 1 and the support body 3 does not reach “0”. That is, the lens barrel portion 1
The control of ωm = 0 is performed with a steady deviation between the angle θm and the angle θo of the support body 3. Therefore,
The term [K2 × ΔT × Qn / Ta] in the second term of the equation (2) is provided, and θmo is set in addition to the next-stage processing [En = En-1 + ΔE].
Has the meaning of the integral calculation of the angle θm of the lens barrel 1 and the support 3
The stationary deviation of the angle θo of is removed. That is, θo
If there is a steady deviation between θm and θm, the term [K2 × ΔT × Qn × Ta] is added to the variable En for each sampling.
As a result, even when the torque generated by the actuator 5 according to the term [K2 × ΔQ] is smaller than the bearing loss, the term [K2 × ΔT × Qn / Ta] is added to En for each sampling, The torque generated by the actuator 5 increases with time and exceeds the bearing loss, and the steady deviation between θo and θm can be eliminated.

しかしながら、実際に本発明の撮影装置を実現するにあ
たって検討を繰り返すうちに以下に述べる問題点が明確
になった。
However, the problems to be described below became clear during repeated examinations for actually realizing the imaging apparatus of the present invention.

すなわち、鏡筒部1と支持体3を回動自在に支承するた
めに設けた回転軸6と軸受207の間に発生する粘性摩擦
と鏡筒部1に取り付けられた撮像素子2と支持体3に設
けた画像信号処理回路10とを結線する数10本の線材の持
つ剛性により充分な防振特性が得られなくなった。軸受
部の粘性摩擦および線材の剛性はいずれも鏡筒部1に加
わる外乱トルクTD(第10図)となり、しかも支持体3の
動きに応じて鏡筒部1を回転させるように作用する。し
たがって、等価的には支持体3の角度θoから鏡筒部1
の角度θmへの伝達特性において、第1の折点周波数f1
が高域側に移動することになる(f1=2〜3Hz)。その
結果、前述したとおり静止撮影時における撮影装置の変
動は主として0.5Hz〜5Hzの範囲に分布しているため、軸
受部の粘性摩擦および線材の剛性が大きい場合には充分
な防振特性が得られないことになる。
That is, viscous friction generated between the rotating shaft 6 and the bearing 207 provided for rotatably supporting the lens barrel 1 and the support 3 and the image pickup device 2 and the support 3 attached to the lens barrel 1. Due to the rigidity of several tens of wire rods connected to the image signal processing circuit 10 provided in the above, sufficient vibration isolation characteristics cannot be obtained. Both the viscous friction of the bearing portion and the rigidity of the wire material become the disturbance torque TD (FIG. 10) applied to the lens barrel portion 1, and moreover, they act to rotate the lens barrel portion 1 in accordance with the movement of the support body 3. Therefore, equivalently, from the angle θo of the support 3
In the transfer characteristic to the angle θm of the first break point frequency f1
Will move to the high frequency side (f1 = 2-3 Hz). As a result, as described above, the fluctuations of the shooting device during still shooting are mainly distributed in the range of 0.5Hz to 5Hz, so sufficient vibration damping characteristics can be obtained when the viscous friction of the bearing and the rigidity of the wire are large. It will not be possible.

本発明は上記問題点を解決するために鏡筒部1に加わる
外乱負荷TDを第1図に示した負荷観測器13により鏡筒部
角速度検出回路12の出力dと駆動回路16の入力uから外
乱負荷TDを推定し、鏡筒部1に加わる外乱負荷TDを打ち
消すように負荷観測器13の出力tを合成手段14の出力e
から減算器19により引算するように構成したものであ
る。
In the present invention, in order to solve the above problems, the disturbance load TD applied to the lens barrel portion 1 is changed from the output d of the lens barrel angular velocity detection circuit 12 and the input u of the drive circuit 16 by the load observer 13 shown in FIG. The disturbance load TD is estimated, and the output t of the load observer 13 is combined with the output e of the combining means 14 so as to cancel the disturbance load TD applied to the lens barrel 1.
Is subtracted by a subtracter 19.

本発明の原理を簡単に述べると、以下のとおりである。The principle of the present invention is briefly described as follows.

外乱のない場合、鏡筒部1の角速度は駆動回路16の入力
uの積分に比例するはずである。比例しないのは外乱が
あるためと考えられるから、逆に鏡筒部角速度検出回路
12の出力dと、駆動回路16の入力uの積分値を所定倍し
た信号とを比較することにより外乱負荷TDを推定するこ
とができる。
When there is no disturbance, the angular velocity of the lens barrel portion 1 should be proportional to the integral of the input u of the drive circuit 16. It is considered that the non-proportionality is due to disturbance, so conversely, the lens barrel angular velocity detection circuit
The disturbance load TD can be estimated by comparing the output d of 12 and a signal obtained by multiplying the integrated value of the input u of the drive circuit 16 by a predetermined value.

以下、第1図の負荷観測器13の動作について詳細に説明
する。
Hereinafter, the operation of the load observer 13 of FIG. 1 will be described in detail.

第12図(a)は負荷観測器13のブロック図を示すもので
ある。駆動回路16に入力される指令信号uをAe・Kt/R倍
(ブロック1201)することによりアクチュエータ5の発
生トルクTmを求める。鏡筒部1の角速度ωmとその推定
角速度 の差を減算器1216で求め差信号αを得る。さらに差信号
をαをJm・G1倍(ブロック1212)して信号βを得る。ま
た差信号αを積分(ブロック1213)して信号νを得て、
さらにJm・G2倍(ブロック1214)することにより推定外
乱負荷 を得る。つぎにアクチュエータ5の発生トルクTmと信号
βと推定外乱負荷 を加算器1215で加算し、信号δを得る。さらに信号δを
積分(ブロック1211)することにより信号εを得て、さ
らに1/Jm倍することにより鏡筒部1の推定角速度 を得る。したがって、以上のループで得られた推定外乱
負荷 をR/Kt/Ae倍(ブロック1202)することにより推定外乱
負荷 の大きさを発生させるに必要な駆動回路16の入力tを得
ることができる。
FIG. 12 (a) shows a block diagram of the load observer 13. The generated torque Tm of the actuator 5 is obtained by multiplying the command signal u input to the drive circuit 16 by Ae · Kt / R (block 1201). Angular velocity ωm of barrel 1 and its estimated angular velocity The difference signal α is obtained by the subtractor 1216. Further, the difference signal is multiplied by Jm · G1 (block 1212) to obtain the signal β. In addition, the difference signal α is integrated (block 1213) to obtain the signal ν,
Estimated disturbance load by further doubling Jm · G (block 1214) To get Next, the torque Tm generated by the actuator 5, the signal β, and the estimated disturbance load Are added by the adder 1215 to obtain the signal δ. Further, the signal ε is obtained by integrating the signal δ (block 1211), and is further multiplied by 1 / Jm to estimate the estimated angular velocity of the lens barrel 1. To get Therefore, the estimated disturbance load obtained by the above loop Estimated disturbance load by multiplying R / Kt / Ae times (block 1202) It is possible to obtain the input t of the drive circuit 16 necessary to generate the magnitude of

つぎに第12図(a)の破線で囲んだ部分の動作について
説明する。
Next, the operation of the part surrounded by the broken line in FIG. 12 (a) will be described.

第12図(a)のブロック図において、鏡筒部1の角速度
ωmの入力位置を等価的に変換してブロック図を整理す
ると、第12図(b)となる。第12図(b)の入力xは第
12図(a)よりつぎのように表される。
In the block diagram of FIG. 12 (a), the input position of the angular velocity ωm of the lens barrel portion 1 is equivalently converted to organize the block diagram, which results in FIG. 12 (b). Input x in Fig. 12 (b) is
It is expressed as follows from Fig. 12 (a).

x=Tm−ωm・JmS …(5) 第10図の加算器1011に注目すると、(5)式で表される
信号xは鏡筒部1に加わる外乱負荷TDに負号を付したも
のに等しい。したがって第12図(b)のブロック図よ
り、鏡筒部1に加わる外乱負荷TDから推定外乱負荷 までの伝達関数を求めると次式のようになる。
x = Tm−ωm · JmS (5) Paying attention to the adder 1011 in FIG. 10, the signal x expressed by the equation (5) is the disturbance load TD applied to the lens barrel 1 with a negative sign. equal. Therefore, from the block diagram of FIG. 12 (b), the estimated disturbance load from the disturbance load TD applied to the lens barrel 1 is estimated. When the transfer functions up to are obtained, the following equation is obtained.

(6)式から、第12図(a)の破線で囲んだ部分のルー
プによって、鏡筒部1の角速度ωmと駆動回路16の指令
信号uから実際の外乱負荷TDを2次遅れ系で推定できる
ことになる。
From the equation (6), the actual disturbance load TD is estimated in the second-order lag system from the angular velocity ωm of the lens barrel 1 and the command signal u of the drive circuit 16 by the loop of the portion surrounded by the broken line in FIG. 12 (a). You can do it.

ゆえに、2次遅れ系の自然周波数をfn、ダンピングファ
クタをζとすれば G1=2ζ(2πfn) …(7) G2=(2πfn) …(8) と表される。前述したとおり静止撮影時における撮影装
置の変動は主として0.5Hz〜5Hzの範囲に分布しているた
め、外乱負荷TDの周波数も同じく0.5Hz〜5Hzの範囲に分
布していると考えられ、(7)式および(8)式のfnを
5Hz,ζを0.7〜1に選ぶことにより外乱負荷TDを極めて
正確に推定することができる。以上の演算は第8図に示
す処理805により実行される。
Therefore, if the natural frequency of the second-order lag system is fn and the damping factor is ζ, then G1 = 2ζ (2πfn) (7) G2 = (2πfn) 2 (8) As described above, since the fluctuations of the image capturing device during still shooting are mainly distributed in the range of 0.5 Hz to 5 Hz, it is considered that the frequency of the disturbance load TD is also distributed in the range of 0.5 Hz to 5 Hz (7 ) And fn in equation (8)
The disturbance load TD can be estimated extremely accurately by selecting 5 Hz and ζ between 0.7 and 1. The above calculation is executed by the process 805 shown in FIG.

つぎに処理805について、第9図(c)のフローチャー
トを用いて詳細に説明する。
Next, the process 805 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.

まず、負荷観測器13の出力信号tに対応するディジタル
信号Tの1サンプリング前の値を保持する変数Tnを変数
Tn−1に格納し、同じく鏡筒部1の推定角速度 に対応する値を保持する変数 に格納する。つぎに,鏡筒部1の1サンプリング前の角
速度ωmに対応する値を保持する変数Wn−1から鏡筒部
1の推定 を引算し、その結果を変数ΔAに格納する。そして、G
1,G2,TSを定数として下記の演算(9),(10)を行
い、演算結果は変数 に格納される。
First, a variable Tn that holds the value of the digital signal T corresponding to the output signal t of the load observer 13 one sampling before is set as a variable.
Stored in Tn-1 and similarly estimated angular velocity of lens barrel 1 A variable that holds the value corresponding to To store. Next, the estimation of the lens barrel portion 1 is performed from the variable Wn−1 that holds the value corresponding to the angular velocity ωm of the lens barrel portion 1 before one sampling. Is subtracted and the result is stored in the variable ΔA. And G
The following calculations (9) and (10) are performed with 1, G2, TS as constants, and the calculation results are variables. Stored in.

つぎに、 を加算し、そ に格納する。そして変数Enから変数 を引算し、結果を新たにUnに格納する。そして最後に、
変数Unの内容を信号wとしてD/A変換器505に出力する
(第5図参照)。その後、に移行し、タイマ割り込み
を待つ(第8図参照)。
Next, And add To store. And from variable En to variable Is subtracted and the result is newly stored in Un. And finally,
The content of the variable Un is output to the D / A converter 505 as a signal w (see FIG. 5). After that, the process shifts to and waits for a timer interrupt (see FIG. 8).

なお、以上の説明では、ヨー方向の揺れに対する防振お
よびパン撮影について適用した本発明の実施例を説明し
たが、もちろん、ピッチ方向の揺れに対する防振および
チルト撮影にも適用できることは言うまでもない。さら
に、本撮影装置の応用範囲はビデオカメラに限定される
ものではなく、その他、本発明の主旨を変えずして種々
の変更が可能である。
In the above description, the embodiment of the present invention is applied to the shake prevention in the yaw direction and the pan photographing, but it goes without saying that the invention can also be applied to the shake prevention in the pitch direction and the tilt photographing. Further, the application range of the present photographing device is not limited to the video camera, and various modifications can be made without changing the gist of the present invention.

発明の効果 以上述べたように、本発明の撮影装置の防振機構は、従
来例において必要とされた鏡筒部のカウンタウエイトが
不要であり、小型軽量化が可能である。また、センサの
個数も少なく、コストも安い。さらに、アクチュエータ
のマグネットの磁界を検知するホール素子(感磁素子)
によって相対的な位置検出を行なっているので、構成が
簡単であり、部品点数も少ない。さらに、本発明の撮影
装置は鏡筒部に加わる外乱負荷を負荷観測器で推定する
ことができるので、その負荷観測器で得られた信号でも
って外乱負荷を打ち消すことができる。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, the anti-vibration mechanism of the image pickup apparatus of the present invention does not require the counterweight of the lens barrel portion required in the conventional example, and can be reduced in size and weight. Moreover, the number of sensors is small and the cost is low. In addition, Hall element (magnetic sensitive element) that detects the magnetic field of the actuator magnet
Since the relative position is detected by, the configuration is simple and the number of parts is small. Furthermore, since the disturbance load applied to the lens barrel can be estimated by the load observer in the imaging apparatus of the present invention, the disturbance load can be canceled by the signal obtained by the load observer.

したがって、本発明により、たとえばビデオカメラを構
成するならば、簡単に小型軽量・高性能の防振機構付き
ビデオカメラを得ることができ、しかも回転軸と軸受の
間に発生する粘性摩擦、および鏡筒部に取り付けられた
撮影素子と支持体に設けた画像信号処理回路とを結線す
る線材の持つ剛性が大きくても充分な防振特性が得られ
る。しかも外乱負荷の大きさが変化しても自動的に追従
することができるので調整は不要である。
Therefore, according to the present invention, if, for example, a video camera is configured, a video camera with a small, lightweight, and high-performance anti-vibration mechanism can be easily obtained, and viscous friction generated between the rotary shaft and the bearing, and a mirror. Sufficient anti-vibration characteristics can be obtained even if the wire that connects the image pickup device attached to the tubular portion and the image signal processing circuit provided on the support has a large rigidity. Moreover, no adjustment is necessary because it can automatically follow the change in the magnitude of the disturbance load.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例における撮影装置の構成図、
第2図(a),(b),(c)は第1図のアクチュエー
タの具体的な構成を表す構成図、第3図は第1図の相対
角度検出回路の具体的な構成を表す回路図、第4図は第
1図の鏡筒部角速度検出回路の具体的な構成を表す構成
図、第5図は第1図の負荷観測器と合成手段の具体的な
構成を表す構成図、第6図は第5図のA/D変換器の具体
的な構成を表す構成図、第7図は第1図の駆動回路の具
体的な構成を表す回路図、第8図は第5図のメモリのRO
M領域に格納されている内蔵プログラムの基本フローチ
ャート、第9図(a),(b),(c)は第8図の各処
理の詳細なフローチャート、第10図は第1図の動作を説
明するためのブロック図、第11図は第1図の動作を説明
するためのボード線図、第12図(a),(b)は第1図
の負荷観測器の動作を説明するためのブロック図、第13
図は従来における撮影装置の構成図である。 1……鏡筒部、3……支持体、5……アクチュエータ、
6……回転軸、7……角速度センサ、9……ホール素
子、10……画像信号処理回路、11……相対角度検出回
路、12……鏡筒部角速度検出回路、13……負荷観測器、
14……合成手段、G……鏡筒部1の重心、16……駆動回
路、501……演算器、502,503……A/D変換器、504……メ
モリ、505……D/A変換器。
FIG. 1 is a block diagram of a photographing device according to an embodiment of the present invention,
2 (a), (b), and (c) are configuration diagrams showing a specific configuration of the actuator of FIG. 1, and FIG. 3 is a circuit showing a specific configuration of the relative angle detection circuit of FIG. 4 and FIG. 4 are configuration diagrams showing a specific configuration of the lens barrel angular velocity detection circuit of FIG. 1, and FIG. 5 is a configuration diagram showing a specific configuration of the load observer and the synthesizing unit of FIG. FIG. 6 is a configuration diagram showing a specific configuration of the A / D converter of FIG. 5, FIG. 7 is a circuit diagram showing a specific configuration of the drive circuit of FIG. 1, and FIG. 8 is FIG. Memory of ro
A basic flowchart of the built-in program stored in the M area, FIGS. 9 (a), 9 (b), and 9 (c) are detailed flowcharts of the respective processes of FIG. 8, and FIG. 10 describes the operation of FIG. 11 is a Bode diagram for explaining the operation of FIG. 1, and FIGS. 12 (a) and 12 (b) are blocks for explaining the operation of the load observer of FIG. Figure, thirteenth
FIG. 1 is a block diagram of a conventional photographing device. 1 ... Lens barrel, 3 ... Support, 5 ... Actuator,
6 ... Rotation axis, 7 ... Angular velocity sensor, 9 ... Hall element, 10 ... Image signal processing circuit, 11 ... Relative angle detection circuit, 12 ... Lens barrel angular velocity detection circuit, 13 ... Load observer ,
14 ... Combining means, G ... Center of gravity of lens barrel 1, 16 ... Driving circuit, 501 ... Computing unit, 502, 503 ... A / D converter, 504 ... Memory, 505 ... D / A converter .

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数のレンズと撮影素子を搭載した鏡筒部
と、前記撮影素子に得られる電気信号から画像信号を作
り出す画像信号処理手段と、前記鏡筒部への入射光線軸
と直交もしくは略直交する回転軸回りに前記鏡筒部を回
動自在に支承する支持体と、前記鏡筒部と前記支持体の
間に取り付けられ、前記鏡筒部を回転駆動するアクチュ
エータ手段と、前記鏡筒部と前記支持体の相対角度を検
出する相対角度検出手段と、回転軸回りの前記鏡筒部の
空間に対する角速度を検出する鏡筒部角速度検出手段
と、指令信号に応じて前記アクチュエータ手段に電力を
供給する駆動手段と、前記鏡筒部角速度検出手段の出力
信号と前記駆動手段の指令信号とにより前記鏡筒部に加
わる外乱負荷の大きさを推定し負荷推定信号を出力する
負荷観測手段と、前記相対角度検出手段の出力と前記鏡
筒部角速度検出手段の出力より合成信号を生成し出力す
る合成手段とを具備し、前記駆動手段に入力される指令
信号は前記合成信号から前記負荷推定信号を差し引いて
得られるように構成されたことを特徴とする撮影装置。
1. A lens barrel portion having a plurality of lenses and a photographing element mounted thereon, image signal processing means for generating an image signal from an electric signal obtained by the photographing element, and an axis of an incident light beam to the lens barrel portion. A support body that rotatably supports the lens barrel portion around rotation axes that are substantially orthogonal to each other, an actuator unit that is mounted between the lens barrel portion and the support body, and that rotationally drives the lens barrel portion, and the mirror. Relative angle detection means for detecting the relative angle between the tubular portion and the support, lens barrel angular velocity detection means for detecting the angular velocity of the lens barrel portion with respect to the space around the rotation axis, and the actuator means in response to a command signal. Load observing means for estimating the magnitude of the disturbance load applied to the lens barrel portion based on the driving means for supplying electric power, the output signal of the lens barrel angular velocity detecting means and the command signal of the driving means, and outputting the load estimation signal. And before The output signal of the relative angle detecting means and the synthesizing means for generating and outputting a synthetic signal from the output of the lens barrel angular velocity detecting means are provided, and the command signal input to the driving means is the load estimation signal from the synthetic signal. An image pickup apparatus, which is configured to be obtained by subtracting.
【請求項2】アクチュエータ部の回転軸が鏡筒部の重心
もしくは重心の近傍を通っていることを特徴とする特許
請求の範囲第(1)項記載の撮影装置。
2. The photographing apparatus according to claim 1, wherein the rotation axis of the actuator section passes through the center of gravity of the lens barrel section or in the vicinity of the center of gravity.
【請求項3】角速度検出手段として、振動型ジャイロに
よる角速度センサを使用することを特徴とする特許請求
の範囲第(1)項記載の撮影装置。
3. An image pickup apparatus according to claim 1, wherein an angular velocity sensor using a vibrating gyro is used as the angular velocity detecting means.
【請求項4】空間における支持体回転角度に対する鏡筒
部の回転角度の伝達特性を、第一の折点周波数 f1以下の周波数範囲においては1とし、f1以上で第二の
折点周波数f2(f1<f2)以下の周波数範囲では−6dB/oc
tで減衰させ、 f2以上では−12dB/octで減衰させるようにしたことを特
徴とする特許請求の範囲第(1)項に記載の撮影装置。
4. The transfer characteristic of the rotation angle of the lens barrel portion with respect to the rotation angle of the support in space is set to 1 in the frequency range of the first break point frequency f1 or lower, and at the f1 or higher, the second break point frequency f2 ( −6 dB / oc in the frequency range below f1 <f2)
The photographing device according to claim (1), characterized in that it is attenuated at t and is attenuated at −12 dB / oct at f2 or more.
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JP4626780B2 (en) * 2008-09-25 2011-02-09 ミツミ電機株式会社 Camera shake correction device
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