DE19942900A1 - Vorrichtung zur Korrektur eines Kameraverwackelns auf Grundlage eines Detektionsvorgangs - Google Patents
Vorrichtung zur Korrektur eines Kameraverwackelns auf Grundlage eines DetektionsvorgangsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren einer Ablenkung bzw. Bewegung einer Kamera als Folge eines Verwackeln. Die Vorrichtung umfaßt einen Verwacklungsdetektor, der eine Ablenkung bzw. Bewegung der Kamera, herrührend von einem Verwackeln, auf Grundlage eines Ausgangssignals von Winkelgeschwindigkeitssensoren detektiert, die auf verschiedenen Achsen der Kamerakoordinaten angeordnet sind. Eine Recheneinheit berechnet Verkippungswinkel für jede der Achsen aus Ausgangssignalen der Paare von Beschleunigungssensoren. Das Rotationsstellglied verdreht eine Bildaufnahmeeinrichtung, beispielsweise einen CCD-Bildsensor, um eine optische Achse der Kamera oder eine Achse parallel zu der optischen Achse.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein eine Vorrichtung sowie ein Ver
fahren zur Korrektur der Ablenkung bzw. Bewegung einer Kamera von einer ord
nungsgemäßen Position auf Grundlage eines Detektionsvorgangs und betrifft insbe
sondere eine Vorrichtung zur Korrektur einer Abweichung von der ordnungsgemä
ßen Kameraposition, die hervorgerufen wird durch ein Verwackeln, beispielsweise
durch das Zittern einer Hand.
Digitale Videokameras bzw. Bewegtbildkameras und digitale Standbildkameras
bzw. Fotoapparate sind als Beispiele für Kameras wohlbekannt. Wenn diese Art
von Kamera einen Gegenstand aufnimmt, bildet das optische System der Kamera
Lichtstrahlen, die dem Gegenstand entsprechen, auf den Fokus einer Bildaufnah
meeinrichtung ab und wandelt die Information des Lichts in elektrische Signale.
Wenn bei der Verwendung der digitalen Videokamera ein Kameraverwackeln auf
tritt, oszillieren die aufgenommenen Bilder aufgrund des Kameraverwackelns et
was. Deshalb ist es kaum möglich, die wiedergegebenen Bilder der digitalen Vi
deokamera anzuschauen.
Für den Fall einer digitalen Standbildkamera bzw. eines Fotoapparats kann die
Kamera nicht die erforderliche kurze Belichtungszeit realisieren, weil die Empfind
lichkeit der Bildaufnahmeeinrichtung bzw. des Bildsensors begrenzt ist. Die digi
tale Standbildkamera wandert aus dem Fokus, wenn der Fall eines Kameraverwackelns
auftritt. Deshalb werden die von der digitalen Standbildkamera aufgenomme
nen Bilder verschwommen.
Gewisse Kameras besitzen eine Funktion zur Korrektur einer Ablenkung, die her
vorgerufen wird durch eine geringfügige Oszillation, weil die Hand des Benutzers,
der die Kamera hält, wackelt oder hervorgerufen wird durch irgendeine andere
Ursache, die eine Erschütterung der Kamera hervorruft.
Es gibt gewisse Verfahren zum Detektieren eines Kameraverwackelns und solche
Verfahren verwenden Vorrichtungen, wie beispielsweise Winkelgeschwindigkeits
sensoren, z. B. einen piezoelektrische Gyrosensor (Gyroskop), einen Beschleuni
gungssensor und einen optisch detektierenden Sensor. Als weiteres Verfahren zur
Korrektur eines Kameraverwackelns ist auch ein Bildbearbeitungsverfahren be
kannt. Das populärste Verfahren, das sich dem Kameraverwackeln annimmt, ver
wendet einen piezoelektrischen Gyrosensor, um eine Drehbewegung des Kame
rakörpers bzw. Kameragehäuses zu detektieren.
Außerdem sind auch Detektionsverfahren vorgeschlagen worden, die Kombinatio
nen der vorstehend genannten Einrichtungen einsetzen.
Wenn eine Kamera einen piezoelektrischen Gyrosensor bzw. ein piezoelektrisches
Gyroskop verwendet, detektiert der piezoelektrische Gyrosensor die Winkelge
schwindigkeit um jede Achse. Im Anschluß an die Detektion der Winkelgeschwin
digkeit wird ein optisches System der Kamera entlang jeder Achse eingestellt, stellt
ein Vari-Winkelsteuermechanismus bzw. Vari-Winkelregelmechanismus ein Prisma
mit variablem Drehwinkel (nachfolgend Vari-Winkelprisma) ein, wird ein Refle
xionsspiegel in dem optischen System eingestellt, wird eine Bildsensoreinrichtung
mit Hilfe eines Motors bewegt, etc. Als Winkelgeschwindigkeitssensor, der die
Winkelgeschwindigkeiten entlang jeder der mehreren Achsen detektiert, ist der
piezoelektrische Gyrosensor für eine Kamera kommerzialisiert worden.
Ein Verfahren zur Detektion von Winkelgeschwindigkeiten mit Hilfe von Paaren
von Beschleunigungssensoren wird in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 8-101,418
sowie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 05-173,219 offenbart.
Bei den in diesen Dokumenten offenbarten Verfahren wird die Winkelbeschleuni
gung durch Differenzverstärkung eines Ausgangssignals von mehreren Beschleuni
gungssensoren detektiert.
Die benannten Erfinder haben jedoch erkannt, daß ein Kameraverwackeln Rotatio
nen bzw. Rotationsbewegungen, auf Grundlage einer Aufwärts- und Abwärtsbewe
gung und einer Seitwärts-Bewegung relativ zu der Richtung der optischen Achse
und auf Grundlage einer Rotation um die optische Achse, zugeschrieben werden
kann. Die Daten entsprechend sämtlichen Richtungen der XYZ-Achsen sind erfor
derlich, wenn das System die geeignete Korrektur des Kameraverwackelns aus
führt.
In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 07-225,405 wird die Korrektur des
Kameraverwackelns auf Grundlage von Winkelgeschwindigkeiten offenbart, die
sämtlichen Achsen X, Y und Z entsprechen.
Dieses Dokument offenbart jedoch nicht Einzelheiten des Verfahrens zur Korrektur
des Kameraverwackelns auf Grundlage der drei Winkelgeschwindigkeiten.
Deshalb kann der vorstehend angeführte Stand der Technik nicht ein Kameraver
wackeln auf Grundlage von Rotationen auf Grundlage einer Aufwärts- und Ab
wärtsbewegung und einer Seitwärts-Bewegung relativ zu der Richtung der opti
schen Achse und auf Grundlage einer Rotation um die optische Achse korrigieren.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges System zur
Korrektur von jeglichen nachteiligen Einflüssen zu schaffen, die durch ein Kame
raverwackeln hervorgerufen werden.
Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges System zu
schaffen, das die zuvor angeführten Nachteile des bekannten Standes der Technik
überwindet.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Patentan
spruch 1 bzw. 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der rück
bezogenen Unteransprüche.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vorrichtung
zur Detektion einer Ablenkung bzw. Bewegung einer Kamera aufgrund eines Ver
wackelns einen Verwacklungsdetektor, der ein Verwackeln der Kamera auf
Grundlage eines Ausgangssignals von Winkelgeschwindigkeitssensoren detektiert,
die auf Kamerakoordinatenachsen angeordnet sind, eine Recheneinheit, die Dreh
winkel von jeder der Achsen auf Grundlage des Ausgangssignals der Winkelge
schwindigkeitssensoren berechnet, sowie ein Rotationsstellglied, das eine Bildauf
nahmeeinrichtung um eine Achse parallel zu der optischen Achse auf Grundlage
der berechneten Rotationswinkel dreht.
Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kamera gemäß einer ersten Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Korrektur des Kameraverwackelns gemäß
der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 3(a) ein Spektrum einer Winkelgeschwindigkeit darstellt, die mit Hilfe
eines Winkelgeschwindigkeitssensors X gemäß der vorliegenden Er
findung detektiert wurde;
Fig. 3(b) ein Spektrum einer Winkelgeschwindigkeit darstellt, die mit Hilfe
eines Winkelgeschwindigkeitssensors Y gemäß der vorliegenden Er
findung gemessen wurde;
Fig. 3(c) ein Spektrum einer Winkelgeschwindigkeit darstellt, die mit Hilfe
eines Winkelgeschwindigkeitssensors Z gemäß der vorliegenden Er
findung detektiert wurde;
Fig. 4(a) eine perspektivische Ansicht einer Kamera gemäß einer zweiten Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4(b) eine Lagebeziehung zwischen Paaren von bimorphen Stellgliedern
und einer CCD-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar
stellt;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer Beziehung zwischen Ausgangssignalen
von Beschleunigungssensoren und einem Drehwinkel gemäß der vor
liegenden Erfindung darstellt;
Fig. 6(a) eine perspektivische Ansicht einer Kamera gemäß einer dritten Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 6(b) eine Querschnittsansicht eines Stellglieds für den CCD-Sensor bei
der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Kamera gemäß einer vierten Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer Position eines Kameragehäuses ist,
wenn die Kamera um eine X-Achse verwackelt wird;
Fig. 9 ein Blockdiagramm ist, um gemäß der vorliegenden Erfindung ein
Kameraverwackeln zu korrigieren;
Fig. 10(a) ein Spektrum einer Beschleunigung ist, die mit Hilfe von Beschleu
nigungssensoren gemäß der vorliegenden Erfindung detektiert wurde;
Fig. 10(b) ein Frequenzspektrum darstellt, wenn der Fall eines Kameraverwackelns
auftritt;
Fig. 11 ein Blockdiagramm eines Gesamtsystems darstellt, bei dem die Posi
tion einer Korrekturlinse eingestellt wird, wenn der Fall eines Kame
raverwackelns auftritt;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht einer Beziehung zwischen einer Kame
rakoordinate und der Bildaufnahmeeinrichtung darstellt;
Fig. 13(a) eine Lagebeziehung zwischen einem Mehrschicht-Piezostellglied,
einer Drehwelle und einem CCD-Sensor gemäß der vorliegenden Er
findung zeigt;
Fig. 13(b) eine Lagebeziehung zwischen einem Motor, einer Drehwelle und
einem CCD-Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 14 ein Blockdiagramm für ein Gesamtsystem darstellt, bei dem eine Po
sition einer Korrekturlinse und eine Position eines CCD-Sensors ein
gestellt wird, wenn der Fall eines Kameraverwackelns auftritt;
Fig. 15 ein Blockdiagramm für ein Gesamtsystem darstellt, bei dem eine Po
sition einer Korrekturlinse mit Hilfe eines Vari-Winkelprismas und
eine Position eines CCD-Sensors eingestellt wird, wenn der Fall ei
nes Kameraverwackelns auftritt;
Fig. 16(a) eine Querschnittsansicht eines optischen Systems darstellt, bei dem
ein Vari-Winkelprisma eingesetzt wird, wenn der Fall eines Kamera
verwackelns auftritt;
Fig. 16(b) eine Querschnittsansicht eines optischen Systems darstellt, bei dem
ein Vari-Winkelprisma verwendet wird, wenn der Fall eines Kame
raverwackelns auftritt;
Fig. 17 ein Flußdiagramm darstellt, um die Korrektur eines Kameraverwackelns
auf Grundlage von Schwellenwerten für die Winkelgeschwin
digkeit zu kontrollieren bzw. zu regeln;
Fig. 18 ein Spektrum einer Beschleunigung darstellt, die mit Hilfe von Be
schleunigungssensoren detektiert wurde, wenn der Fall eines Kame
raverwackelns auftrat;
Fig. 19 ein Flußdiagramm darstellt, um die Korrektur eines Kameraverwackelns
auf Grundlage von Schwellenwerten für die Beschleunigung zu
kontrollieren bzw. zu regeln; und
Fig. 20 ein Flußdiagramm darstellt, um die Korrektur eines Kameraverwackelns
zu kontrollieren bzw. zu regeln, das durch die Winkelge
schwindigkeiten detektiert wird, entsprechend drei Richtungen.
Fig. 21 beschreibt ein Flußdiagramm eines Aufnahmevorgangs mit Korrektur
des Kameraverwackelns auf Grundlage von drei Winkelgeschwindig
keiten, die den sämtlichen Achsen entsprechen.
In den nun folgenden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische oder
gleichwirkende Elemente bzw. Merkmale.
Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Kamera 1 mit einem
Korrekturmechanismus, um gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kameraver
wackeln zu korrigieren.
Die Kamera 1 umfaßt ein Kameragehäuse 10 und ein Objektiv 11. Ein Winkelge
schwindigkeitssensor X, ein Winkelgeschwindigkeitssensor Y, ein Winkelge
schwindigkeitssensor Z, beispielsweise jeweils als piezoelektrischer Gyrosensor
ausgebildet, und eine Bildaufnahmeeinrichtung 12 sind in dem Kameragehäuse 10
angeordnet. In dem Kameragehäuse 10 sind auch eine Platine, die mit einer Steu
ereinheit versehen ist, sowie Stellglieder angeordnet. Die Platine mit der Steuer
einheit und die Stellglieder werden später beschrieben werden. Bei diesem Ausfüh
rungsbeispiel wird als Bildaufnahmeeinrichtung 12 ein zweidimensionaler CCD-
Sensor verwendet.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor Z befindet sich auf der optischen Achse. Das
Koordinatensystem der Kamera wird so definiert, daß die Richtung der optischen
Achse die Z-Achse ist, die Richtung der Schwerkraft die Y-Achse ist und die hori
zontale Richtung senkrecht zur Z-Achse und zur Y-Achse die X-Achse ist. Die
Winkelgeschwindigkeitssensoren X, Y befinden sich auf der X-Achse bzw. der Y-
Achse. Bei vorgenanntem Kamerakoordinatensystem befindet sich der Ursprung im
Mittelpunkt der bilderzeugenden Oberfläche des CCD-Sensors 12.
Wenn ein Benutzer die Kamera 1 in einer allgemeinen Stellung hält, wird die YZ-
Ebene in bezug zu einer horizontalen Ebene eine vertikale Ebene und wird die X-
Achse zu einer horizontalen Richtung.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor X ist in der Lage, eine Aufwärts- und Ab
wärtsbewegung, die von einem Kameraverwackeln herrührt, zu detektieren, was
nachfolgend als Verwackeln in Vertikalrichtung bezeichnet wird, wie dies durch
die Richtung des Pfeils A in Fig. 1 angegeben ist. Der Winkelgeschwindigkeitssen
sor X detektiert die Rotation um eine Achse parallel zu der X-Achse.
In gleicher Weise ist der Winkelgeschwindigkeitssensor Y in der Lage, eine Seit
wärts-Bewegung, die von einem Kameraverwackeln herrührt, zu detektieren, was
nachfolgend als Verwackeln in Horizontalrichtung bezeichnet wird, wie dies in der
Richtung durch den Pfeil B in Fig. 1 gezeigt ist. Der Winkelgeschwindigkeitssen
sor Y detektiert die Rotation um eine Achse parallel zu der Y-Achse.
Deshalb sind die Winkelgeschwindigkeitssensoren X und Y in der Lage, das Ka
meraverwackeln zu detektieren, das in Horizontalrichtung (Y-Winkelbewegung)
und in Vertikalrichtung (X-Winkelbewegung) als Folge des Kameraverwackelns
auftritt. Außerdem ist der Winkelgeschwindigkeitssensor Z in der Lage, eine Ro
tation um die Z-Achse der Kameraverwacklung zu detektieren.
Um die vorliegende Ausführungsform besser beschreiben zu können, ist in der
Fig. 1 gezeigt, daß die Winkelgeschwindigkeitssensoren X sich außerhalb des Ka
meragehäuses 10 befinden. In Wirklichkeit befinden sich jedoch vorstehend ge
nannte Winkelgeschwindigkeitssensoren X, Y und Z vorzugsweise in dem Kame
ragehäuse 10.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt das System einen Winkelgeschwindigkeitssensor
X, einen Winkelgeschwindigkeitssensor Y, einen Winkelgeschwindigkeitssensor Z,
eine Recheneinheit 13, ein Stellglied 14 sowie die Bildaufnahmeeinrichtung 12,
beispielsweise in der Form eines CCD-Sensors.
Jeder Winkelgeschwindigkeitssensor detektiert die Rotation um eine Achse parallel
zu der X-Achse, der Y-Achse bzw. der Z-Achse. Das Signal von jedem der ge
nannten Winkelgeschwindigkeitssensoren X, Y und Z ist in Fig. 3 gezeigt. Die
Recheneinheit 13 berechnet die Einstell- bzw. Korrekturwerte für das Kameraver
wackeln in Abhängigkeit von jedem vorgenannten Signal. Das Stellglied 14 ver
stellt den CCD-Sensor 12 oder die Position einer Linse in dem Objektivsystem auf
Grundlage des berechneten Korrekturwertes.
Anhand der Fig. 4(a) und 4(b) wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel für die
Winkelgeschwindigkeitssensoren in der Kamera 1 mit dem Korrekturmechanismus
beschrieben. Die Kamera gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel besitzt drei
Paare von Beschleunigungssensoren auf jeder Achse des Kamerakoordinatensy
stems anstelle der einzeln ausgebildeten piezoelektrischen Gyrosensoren bei dem
ersten Ausführungsbeispiel.
Ein Paar von Beschleunigungssensoren X1, X2, ein Paar von Beschleunigungssen
soren Y1, Y2, ein Paar von Beschleunigungssensoren Z1, Z2 befinden sich auf der
X-Achse, der Y-Achse bzw. der Z-Achse. Die Kamera 1 umfaßt ein Kameragehäu
se 10 und ein Objektiv 11. Das Paar von Beschleunigungssensoren X1, X2, das
Paar von Beschleunigungssensoren Y1, Y2, das Paar von Beschleunigungssensoren
Z1, Z2, eine Bildaufnahmeeinrichtung 12, beispielsweise in Form eines CCD-Sen
sors, eine Platine 15, die mit einer Steuereinheit 16 bestückt ist, sowie Stellglieder
17, 18 sind in dem Kameragehäuse 10 angeordnet. Der CCD-Sensor 12 wird von
einer Trägerplatine 19 getragen, die mit Hilfe von bimorphen Stellgliedern 17 und
18 auf der Platine 15 angeordnet ist. Die Kamera 1 bringt ein Zielobjekt, das sich
bei einer Gegenstandsposition (Ob; object position) befindet, in einen Fokus. Das
Bild, das dem Zielobjekt entspricht, wird mit Hilfe eines Objektivs 11 auf eine
bildgebende Oberfläche des CCD-Sensors 12 abgebildet.
Das Paar von Sensoren Z1, Z2 befindet sich auf der optischen Achse. Das Kame
rakoordinatensystem ist so festgelegt, daß die Richtung der optischen Achse die Z-
Achse, die Richtung der Schwerkraft die Y-Achse und die horizontale Richtung
senkrecht zu der Z-Achse und zu der Y-Achse die X-Achse ist. In vorgenanntem
Kamerakoordinatensystem befindet sich der Ursprung im Mittelpunkt der bildge
benden Oberfläche des CCD-Sensors 12.
Wenn ein Benutzer die Kamera 1 in einer allgemeinen Position hält, wird die YZ-
Ebene in bezug auf eine horizontale Ebene zu einer vertikalen Ebene und wird die
X-Achse eine horizontale Richtung.
Das Paar von Beschleunigungssensoren Z1, Z2 ist in der Lage, eine Aufwärts- und
Abwärtsbewegung, die von einem Kameraverwackeln herrührt, zu detektieren, was
als Verwackeln in Vertikalrichtung bezeichnet wird, wie in Fig. 4 durch die Rich
tung des Pfeils A angegeben. Das Paar der Beschleunigungssensoren Z1, Z2 ist in
der optischen Richtung unter einem vorbestimmten Abstand zueinander angeord
net. Das Paar von Beschleunigungssensoren Z1, Z2 detektiert die Rotation um eine
Achse parallel zu der X-Achse.
In ähnlicher Weise ist das Paar von Beschleunigungssensoren X1, X2 in der Lage,
eine Seitwärts-Bewegung, die von einem Kameraverwackeln herrührt, zu detektie
ren, was als Verwackeln in eine Horizontalrichtung bezeichnet wird, was in Fig. 4(a)
durch den Pfeil B angedeutet ist. Das Paar der Beschleunigungssensoren X1,
X2 ist in der X-Richtung unter einem vorbestimmten Abstand zueinander angeord
net. Das Paar aus Beschleunigungssensoren X1, X2 detektiert die Rotation um eine
Achse parallel zu der Y-Achse.
Aus diesem Grund sind die zwei Paare von Beschleunigungssensoren Z1, Z2 und
X1, X2 in der Lage, ein Kameraverwackeln in Horizontal- und Vertikalrichtung zu
detektieren, was bei einer Bildaufnahme leicht vorkommen kann. Außerdem ist das
Paar aus Beschleunigungssensoren Y1, Y2 in der Lage, eine Rotation um die Z-
Achse aufgrund eines Kameraverwackelns zu detektieren. Das Paar aus Beschleu
nigungssensoren Y1, Y2 ist in der Y-Richtung unter einem vorbestimmten Abstand
zueinander angeordnet.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit und um die Erläuterung der vorliegenden Aus
führungsform zu erleichtern, ist in Fig. 4(a) dargestellt, daß das Paar von Be
schleunigungssensoren X1, X2 und das Paar von Beschleunigungssensoren Y1, Y2
außerhalb des Kameragehäuses 10 angeordnet ist. Die tatsächliche Position der
vorgenannten Paare von Beschleunigungssensoren X1, X2 sowie Y1, Y2 befindet
sich jedoch vorzugsweise in dem Kameragehäuse 10.
Wie in Fig. 4(b) gezeigt ist, ist die Trägerplatine 19 mit einem Paar von bimor
phen Stellgliedern 17 für die Y-Richtung und einem Paar von bimorphen Stellglie
dern 18 für die X-Richtung versehen. Der CCD-Sensor 12 befindet sich auf der
Oberseite des Paares von bimorphen Stellgliedern 17, 18, gegenüberliegend der
Platine 15. Die Position des CCD-Sensors 12 wird mit Hilfe der Steuereinheit 16
gesteuert bzw. geregelt, mit der die Platine 15 bestückt ist. Wenn das Paar von
bimorphen Stellgliedern 18 für die Y-Richtung getrieben wird, bewegt sich der
CCD-Sensor 12 entlang der Y-Richtung. Wenn das Paar von bimorphen Stellglie
dern 17 für die X-Richtung getrieben wird, bewegt sich der CCD-Sensor 12 ent
lang der X-Richtung.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, detektiert das Paar von Beschleunigungssensoren Z1, Z2
ein Kameraverwackeln in der Pendelrichtung entsprechend dem Kameraverwackeln.
Fig. 5 zeigt eine Zeichnung eines Querschnitts der YZ-Ebene.
Wenn das Kameragehäuse 10 als Folge einer Aufwärts- und Abwärtsbewegung der
Kamera um einen Winkel θ in Richtung Ob in der YZ-Ebene geneigt ist, ist das
Ausgangssignal des Beschleunigungssensors Z1 eine Beschleunigung A1 um eine
Distanz L1' von Ob und ist das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors Z2
eine Beschleunigung A2 um eine Distanz L2 von Ob. Die Beschleunigungen A1
und A2 werden in den nachfolgenden Gleichungen (1) und (2) beschrieben. In den
Gleichungen (1), (2) bezeichnet ω eine Rotationswinkelgeschwindigkeit und be
zeichnet t die Zeit.
Wenn Gleichung (1) von Gleichung (2) subtrahiert wird, ergibt sich:
Die Distanz (L2'-L1') ist gleich der Distanz zwischen der Position des Beschleu
nigungssensors Z1 und der Position des Beschleunigungssensors X2 (L2-L1). Die
Distanz (L2-L1) ist für jede Kamera ein vorbestimmter und charakteristischer
Wert. Außerdem kann die Subtraktion der Beschleunigungen (A2-A1) auf
Grundlage des Ausgangssignals des Paares von Beschleunigungssensoren Z1, Z2
berechnet werden. Deshalb kann man die Winkelbeschleunigung (dω/dt) aus vor
genannten Gleichungen (1), (2) und (3) erhalten.
Indem man zu einem nächsten Schritt übergeht, bevor die Belichtung ausgeführt
wird, wird eine Position der Kamera 1 als Anfangsposition und wird eine Anfangs
zeit als t = 0 bei der Anfangsposition festgelegt. Während der Belichtung wird die
Winkelbeschleunigung (dω/dt) in bezug auf die Zeit t zwischen jedem Zeitintervall
integriert, was einen von mehreren Zeitsektoren im Zeitintervall von t = 0 bis zur
Gesamtbelichtungszeit darstellt. Die Winkelgeschwindigkeit ω und der Rotations
winkel θ wird dann berechnet.
Ein Kameraverwackeln aufgrund einer Rotation um eine Achse parallel zu der Y-
Achse aufgrund der Seitwärts-Bewegung der Kamera wird in ähnlicher Weise auf
Grundlage des Ausgangssignals des Paares aus Beschleunigungssensoren X1, X2
berechnet.
In Fig. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein Paar von
Schwingspulenmotoren 27 (voice coil motors) als Stellglieder zum Treiben des
CCD-Sensors 12 verwendet wird. Ein Schwingspulenmotor 27 ist ein Treiber für
die Position des CCD-Sensors 12 in der Y-Richtung. Der andere Schwingspulen
motor 28 ist ein Treiber für die Position des CCD-Sensors 12 in der X-Richtung.
Beide Schwingspulenmotoren 27, 28 sind an, der Trägerplatine 19 befestigt und
stellen die Position des CCD-Sensors 12 mit Hilfe der Trägerplatine 19 unter
Steuerung durch die Steuereinheit 16 ein, wie dies in Fig. 6(a) gezeigt ist. Die an
deren Elemente in den Fig. 6(a) und 6(b) sind dieselben Elemente wie bei der
zweiten Ausführungsform, so daß eine nochmalige Beschreibung mit Ausnahme
des Paars von Schwingspulenmotoren 27, 28 sich erübrigen kann.
In Fig. 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein Paar von Mehr
schicht-Piezostellgliedern 37, 38 als Stellglieder zum Treiben des CCD-Sensors 12
verwendet wird. Das Mehrschicht-Piezostellglied 37 ist ein Treiber bzw. Stellglied
für die Position des CCD-Sensors 12 in der X-Richtung. Das andere Mehrschicht-
Piezostellglied 38 ist ein Treiber für die Position des CCD-Sensors 12 in der Y-
Richtung. Beide Mehrschicht-Piezostellglieder 37, 38 sind ebenfalls an der Träger
platine 19 befestigt und stellen mit Hilfe der Trägerplatine und unter Steuerung der
Steuereinheit 16 die Position des CCD-Sensors 12 ein. Die anderen Elemente in
Fig. 7 sind dieselben Elemente wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, so daß
sich eine nochmalige Beschreibung mit Ausnahme der Paare von Mehrschicht-
Piezostellgliedern 37, 38 erübrigen kann.
Wie in Fig. 8 dargestellt ist, bewegt sich ein Fokuspunkt des Gegenstands von ei
nem Anfangspunkt O zu einem Punkt C, wenn eine Rotation θ um eine Achse par
allel zu der X-Achse auftritt. Die Größe der Abweichung bzw. Ablenkung zwi
schen dem Anfangspunkt O und dem Punkt C wird als ΔY definiert.
Die Brennweite des Objektivs 11 ist f. Die Distanz L' ist eine Distanz zwischen
dem Brennpunkt des Objektivs 11 und dem Bildfokuspunkt auf dem CCD-Sensor
12. Die Distanz L ist eine Distanz zwischen dem Brennpunkt des Objektivs 11 und
dem Gegenstandspunkt bzw. der Gegenstandsweite. Einzelheiten betreffend die
Distanzen L, L' sind in "Point To Note and How to Use of Optical Device in order
to Use the Optelectronics Technique" von Tetsuo Sueda, Optelectronics, Seiten 36-37,
beschrieben, wobei die Offenbarung dieser Fundstelle im Wege der Bezug
nahme hiermit ausdrücklich in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen sei.
Ein Skalierwert β wird als β = f/L definiert. Und L' = f2/L.
ΔY = (1 + β)2.θx.f (4)
Die nun folgende Gleichung wird aus der vorgenannten Gleichung (4) durch Ab
leiten hinsichtlich der Zeit t abgeleitet.
In gleicher Weise wird die Gleichung (6) durch zeitliches Differenzieren aus einer
Gleichung abgeleitet, wenn eine Rotation θy um eine Achse parallel zu der Y-
Achse aufgrund eines Kameraverwackelns auftritt, wobei eine Gegenstandsweite
bzw. ein Brennpunkt des Gegenstands aus dem Anfangspunkt O zu einem Punkt C
wandert.
Die Werte dθx/dt und dθy/dt können aus den integrierten Werten der dto/dt in den
Gleichungen (1) und (2) abgeleitet werden. Deshalb werden die Werte ΔX und ΔY
aus den vorgenannten Gleichungen abgeleitet.
Die Werte ΔX und ΔY sind Werte, um den die Distanz des Bildfokuspunkts auf
dem CCD-Sensor 12 durch Einstellen der Position des CCD-Sensors oder des opti
schen Systems korrigiert werden sollte.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, stellen die Ausgangssignale der Paare von Beschleuni
gungssensoren Z1, Z2 Eingangsgrößen für Filter 31, 32 dar. Die Filter 31, 32 um
fassen einen Tiefpaßfilter und einen Hochpaßfilter. Der Hochpaßfilter schneidet
eine DC-Komponente (Gleichstromkomponente) ab, die der Komponente der Erd
beschleunigung entspricht. Der Hochpaßfilter ist in der Lage, das Versatzrauschen
(offset noise) in einer Position zu verringern, in der die Kamera still gehalten
wird. Als weitere Lösung, um das Versatzrauschen bei der Position, bei der die
Kamera still gehalten wird, zu verringern, kann das System die DC-Komponente
des Kameraverwacklungsdetektors detektieren und dann die DC-Komponente von
den detektierten Signalen subtrahieren, welche als Versatzwert bzw. Offsetwert
definiert ist.
Der Tiefpaßfilter der Filter 31, 32 schneidet die Komponente der Frequenz von
mehr als 20 Hz im Ausgangssignal der Beschleunigungssensoren ab.
Ein vergleichbarer Aufbau wird für Filter 33, 34 verwendet, die Ausgangssignale
der Beschleunigungssensoren X1, X2 erhalten.
Anhand der Fig. 10(a) und 10(b), in denen das Kameragehäuse aus Aluminium
hergestellt ist, wird die generelle Ablenkung der Winkelgeschwindigkeit in Abhän
gigkeit von der Zeit beschrieben. Das Frequenzspektrum entsprechend der Ablen
kung der Winkelgeschwindigkeit ist in Fig. 10(b) gezeigt. Die Zeitablenkung des
Frequenzspektrums der Winkelgeschwindigkeit beim Kameraverwackeln befindet
sich gemäß Fig. 10(b) im Bereich unterhalb von etwa 20 Hz.
Wenn eine Frequenzkomponente mit mehr als 20 Hz aus dem Frequenzspektrum
mit Hilfe des Tiefpaßfilters der Filter 31, 32 abgeschnitten wird, verringert der
Filter deshalb ein Rauschen oder ungewünschte Signalbeiträge und ergibt schließ
lich das gewünschte Signal für die Korrektur des Kameraverwackelns.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, werden die Beschleunigungswerte, verringert um die
ungewünschten Signale von jedem Filter 31, 32, 33, 34, Recheneinheiten 35 und
36 für die Winkelbeschleunigung eingegeben. Die Recheneinheiten 35, 36 für die
Winkelbeschleunigung berechnen auf Grundlage der vorgenannten Gleichungen die
Winkelbeschleunigung. Jede so berechnete Winkelbeschleunigung wird Integrato
ren 37 und 38 eingegeben. Die Integratoren 37 und 38 integrieren die Winkelbe
schleunigung auf Grundlage vorgenannter Gleichungen zu einer Winkelgeschwin
digkeit und integrieren außerdem die Winkelgeschwindigkeit in Winkelwerte.
Eine Korrekturrecheneinheit 39 gibt die berechnete Winkelgeschwindigkeit und
den berechneten Winkelwert ein und berechnet die Größe der Bewegung der Stell
glieder. Ein Stellgliedtreiber 140 treibt die Stellglieder in Abhängigkeit von der
vorgenannten Größe für die Bewegung.
Schließlich wird der CCD-Sensor 12 auf Grundlage der Treiberbewegung der
Stellglieder auf eine geeignete Position eingestellt.
Wie in Fig. 11 gezeigt ist, kann das Objektiv 11 aus einer festen Linse 121, einem
Verschluß S, einer Korrekturlinse 122 sowie einer Fokuslinse 123 ausgebildet sein.
Die Fokuslinse 123 wird in dem Objektiv 11 gehalten und kann in Richtung der
optischen Achse bewegt werden. Nachdem ein Stellglied 56 die Fokuslinse 123
längs der optischen Achse bewegt, detektiert ein Positionsdetektor 55 die Position
der Fokuslinse 123 auf der optischen Achse. Die detektierten Positionsdaten für
die Fokuslinse 123 werden zu einer MPU 60 weitergegeben. Die MPU 60 steuert
dann die Position der Fokuslinse 123 in Abhängigkeit von Steuerprogrammen.
Die Korrekturlinse 122 ist eine Linse zum Einstellen bzw. Korrigieren der Kame
raverwackelns und ist in der Lage, sich in der XY-Ebene zu bewegen, die senk
recht zu der optischen Achse ist. Ein Stellglied 53 bewegt die Korrekturlinse 122
in Richtung der X-Achse. Ein Stellglied 54 bewegt auch die Korrekturlinse 122 in
Richtung der Y-Achse. Die Positionsdetektoren 51 und 52 können die Position der
Korrekturlinse 122 nach der Einstellung detektieren.
Die Stellglieder 53, 54 und die Positionsdetektoren 51, 52 sind Teil eines mechani
schen Abschnittes zur Korrektur des Kameraverwackelns. Die MPU 60 ist Teil der
Steuereinheit 16. Die Steuereinheit 16 treibt die Stellglieder 53, 54, 56 in Abhän
gigkeit von der Beschleunigung, die mit Hilfe der Paare von Beschleunigungssen
soren Z1, Z2 und X1, X2 detektiert wurde, sowie von der Positionsinformation
von jedem Positionsdetektor 51, 52, 55.
Eine Triggervorrichtung 61, beispielsweise ein Verschlußauslöseknopf, erzeugt ein
Triggersignal, wenn der Verschlußauslöseknopf auf eine halb niedergedrückte
Stellung hinabgedrückt wird. Wenn das Triggersignal erzeugt wird, legt die Steu
ereinheit elektrischen Strom an die Beschleunigungssensoren und die Treiber für
die Stellglieder an.
Die Beschleunigungssensoren und die Treiber erfordern eine elektrische Stromver
sorgung nur während einer Bildaufnahme. Deshalb beugt eine elektrische Strom
versorgung, die in Abhängigkeit von dem Triggersignal kontrolliert wird, einem
übermäßigen Stromverbrauch vor.
Die vorgenannte Ausführungsform ist auch in der Lage, eine Magnetostriktionsein
richtung oder einen Ultraschallmotor als weitere Beispiele einzusetzen.
Wie in Fig. 12 gezeigt ist, ist das Kamerasystem in der Lage, die Bildaufnahme
einrichtung um die Z-Achse parallel zu der optischen Achse mit Hilfe eines Stell
glieds zu drehen.
Anhand der Fig. 13(a), 13(b) werden einige Arten von Stellgliedern zum Drehen
des CCD-Sensors 12 offenbart. Eine Drehwelle 40 befindet sich auf einem Punkt,
der englang der Z-Achse angeordnet ist, und ein Mehrschicht-Piezostellglied 41
auf dem CCD-Sensor 12 in Fig. 13(a).
In Fig. 13(b) ist die Drehwelle 40 unmittelbar auf einen Motor 42 aufgesetzt. Der
Motor 42, beispielsweise ein Schrittmotor, dreht den CCD-Sensor 12 um einen
vorbestimmten Winkel.
Wie in Fig. 14 gezeigt ist, ist das Stellglied zum Drehen um die Z-Achse auf dem
CCD-Sensor 12 montiert. Wenn die MPU 60 die Triggersignale von der Trigger
einrichtung 61 eingibt, beginnen die Winkelgeschwindigkeitssensoren X, Y, Z da
mit, die Winkelgeschwindigkeit aufgrund eines Kameraverwackelns unter Steue
rung der MPU 60 zu detektieren. Das Stellglied 57 zum Drehen um die Z-Achse
dreht den CCD-Sensor 12 auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit, die mit
Hilfe des Winkelgeschwindigkeitssensors Z detektiert wird. Schließlich wird der
CCD-Sensor 12 auf eine geeignete Position eingestellt.
Die anderen Elemente in Fig. 14 sind dieselben wie bei der dritten Ausführungs
form, so daß eine nochmalige Beschreibung mit Ausnahme des Stellglieds zum
Bewegen um die Z-Achse sich erübrigen kann.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 15 wird bei der Kamera die Korrekturlinse
durch ein Vari-Winkelprisma ersetzt.
Ein Vari-Winkelprisma 65 befindet sich in dem optischen System auf der optischen
Achse. Das Vari-Winkelprisma kann einen variablen Drehwinkel kontrollieren,
wie dies in Fig. 16(a) und 16(b) gezeigt ist. Der Aufbau des Vari-Winkelprismas
65 kann so sein, daß zwei optisch transparente Scheiben mit einer Faltwandein
richtung bzw. Akkordeoneinrichtung verbunden sind und eine Flüssigkeit mit ei
nem hohen Brechungsindex zwischen den transparenten Scheiben einschließen. Die
Steuereinheit regelt den variablen Drehwinkel des Prismas 65 in Abhängigkeit von
dem Kameraverwackeln. Ein Beispiel für Einzelheiten zur Erklärung des Vari-
Winkelprismas kann man im Internet unter der Adresse
"http://www.usa.canon.com/indtech/broadcasteq/vaplens.html"
finden, deren Inhalt hiermit ausdrücklich im Wege der Bezugnahme in die vorlie gende Anmeldung mit aufgenommen sei.
"http://www.usa.canon.com/indtech/broadcasteq/vaplens.html"
finden, deren Inhalt hiermit ausdrücklich im Wege der Bezugnahme in die vorlie gende Anmeldung mit aufgenommen sei.
Wie in Fig. 16(a) gezeigt ist, ist der variable Drehwinkel gleich Null, wenn kein
Kameraverwackeln auftritt. Wenn der Fall eines Kameraverwackelns auftritt, wird
der variable Drehwinkel in Abhängigkeit von der detektierten Winkelgeschwindig
keit sowie von der berechneten Winkelgeschwindigkeit und dem Winkelwert gere
gelt bzw. gesteuert, und zwar unter Steuerung der Steuereinheit, wie in Fig. 16(b)
gezeigt.
Die anderen Elemente in Fig. 15 sind dieselben wie bei dem dritten Ausführungs
beispiel, so daß sich eine nochmalige Beschreibung mit Ausnahme des Stellglieds
zum Bewegen um die Z-Achse erübrigen kann.
Das Flußdiagramm gemäß Fig. 17 beschreibt einen Aufnahmevorgang mit Kor
rektur des Kameraverwackelns.
Zunächst wird in einem Schritt S1, wenn der Benutzer einen Auslöseknopf auf eine
halb niedergedrückte Stellung hinabdrückt, die Aufnahme gestartet. Der Vorgang
geht dann über zu Schritt S2, bei dem die Korrektur des Kameraverwackelns star
tet und das Verfahren geht dann über zu Schritt S3. Bei Schritt S3 werden die mit
Hilfe der Winkelgeschwindigkeitssensoren detektierten Winkelgeschwindigkeiten
mit einem Schwellenwert verglichen. Wenn die detektierten Winkelgeschwindig
keiten größer sind als der Schwellenwert, fährt das Verfahren mit Schritt S4 fort.
Wenn die detektierten Winkelgeschwindigkeiten kleiner sind als der Schwellen
wert, schreitet das Verfahren mit Schritt S5 fort und die Aufnahme wird mit Kor
rektur des Kameraverwackelns ausgeführt.
Im Schritt S4 gibt das System dem Benutzer einen Warnhinweis.
Wie in Fig. 18 gezeigt ist, variiert die Beschleunigung, die mit Hilfe der Beschleu
nigungssensoren in Form von Winkelgeschwindigkeitssensoren detektiert wird, mit
der Zeit. Wie man empirisch herausgefunden hat, liegt der Bereich von Beschleu
nigungen, in dem eine Aufnahme möglich ist, selbst für den Fall, daß eine Kor
rektur des Kameraverwackelns nicht ausgeführt wird, unterhalb von 0,05 m/s2.
Außerdem liegt der Bereich von Beschleunigungen, in dem eine Aufnahme nur mit
Kameraparametern, wie beispielsweise Blendenöffnung, Verschlußgeschwindig
keit, Zoomstärke etc., zwischen 0,05 m/s2 und 0,1 m/s2.
Wenn der Bereich der Beschleunigung 0,1 m/s2 übersteigt, erfordert die Kamera
die Korrektur des Kameraverwackelns.
Fig. 19 zeigt ein Flußdiagramm, das einen Aufnahmevorgang mit Korrektur des
Kameraverwackelns beschreibt.
Zunächst wird in einem ersten Schritt S11, wenn der Benutzer einen Auslöseknopf
auf eine halb niedergedrückte Position hinabdrückt, die Aufnahme gestartet. Der
Vorgang fährt dann fort mit Schritt S12, bei dem die Korrektur des Kameraver
wackelns startet, und das Verfahren schreitet dann fort mit S13. Bei Schritt S13
werden die mit Hilfe der Beschleunigungssensoren detektierten Beschleunigungs
werte mit einem ersten Schwellenwert (beispielsweise 0,05 m/s2) verglichen. Wenn
die detektierten Beschleunigungswerte größer sind als der erste Schwellenwert,
fährt das Verfahren mit Schritt S14 fort. Wenn die detektierten Beschleunigungs
werte kleiner sind als der erste Schwellenwert, fährt das Verfahren mit Schritt S17
fort und wird die Aufnahme ohne Korrektur des Kameraverwackelns ausgeführt.
Bei Schritt S14 werden die detektierten Beschleunigungswerte außerdem mit einem
zweiten Schwellenwert (beispielsweise 0,1 m/s2) verglichen. Wenn die detektierten
Beschleunigungswerte größer sind als der zweite Schwellenwert, fährt das Verfah
ren mit Schritt S15 fort. Wenn der detektierte Beschleunigungswert kleiner ist als
der zweite Schwellenwert, fährt das Verfahren mit Schritt S18 fort und werden die
Kameraparameter, beispielsweise die Verschlußgeschwindigkeit, der Zoomfaktor
etc., verändert und fährt das Verfahren dann mit Schritt S19 fort. In Schritt S19
erfolgt die Bildaufnahme.
Bei Schritt S15 wird die Korrektur des Kameraverwackelns ausgeführt und fährt
das Verfahren fort mit Schritt S16. Bei Schritt S16 erfolgt die Bildaufnahme.
Wie in Fig. 20 gezeigt ist, ist die digitale Kamera mit einem LCD-Sucher 70 (LCD
= Flüssigkristallanzeige) ausgestattet. Die Stärke des Kameraverwackelns wird auf
der rechten Seite des LCD-Suchers 70 angezeigt. Bei dieser Ausführungsform gibt
es fünf verschiedene Werte bzw. Stufen. Die Winkel werden durch Integration der
Winkelgeschwindigkeiten ωx, ωy und ωz berechnet. Der Maximalwert von drei
Winkeln wird mit einem Schwellenwert verglichen. Wenn der Wert des Maxi
mumwinkels groß wird, wird eine höhere Stellung der Lampe des LCD-Suchers 70
erleuchtet.
Falls die detektierte Winkelgeschwindigkeit oder die detektierte Beschleunigung
größer als der zweite Schwellenwert ist, wird die höchste Position der roten Lampe
erleuchtet und wird dem Benutzer mit Hilfe der roten Lampe ein Warnhinweis ge
geben.
Deshalb ist der Benutzer in der Lage, die Stärke des Kameraverwackelns mit Hilfe
der Anzeige 71 in dem LCD-Sucher 70 aufzufinden.
In Fig. 21 beschreibt ein Flußdiagramm einen Aufnahmevorgang mit Korrektur des
Kameraverwackelns auf Grundlage von drei Winkelgeschwindigkeiten, die den
sämtlichen Achsen entsprechen.
Bei einem Schritt S21, wenn der Benutzer einen Auslöseknopf auf eine halb nie
dergedrückte Position hinabdrückt, wird die Aufnahme gestartet. Das Verfahren
fährt fort mit Schritt S22. Bei Schritt S22 detektieren die Beschleunigungssensoren
oder die piezoelektrischen Gyrosensoren Winkelgeschwindigkeiten in den Richtun
gen X, Y und Z.
Das Verfahren fährt gleichzeitig mit Schritt S23 und S26 fort. Bei Schritt S23 wer
den die Korrekturwerte der Richtungen der X-Achse und der Y-Achse berechnet,
dann fährt das Verfahren fort mit Schritt S24. Bei Schritt S24 wird ein Treiberwert
der Position der Korrekturlinse 122 oder ein Einstellwert des Vari-Winkelprismas
65 berechnet und das Verfahren fährt dann fort mit Schritt S25. Die Korrektur der
Position der Korrekturlinse 122 oder die Einstellung des Vari-Winkelprismas 65
wird bei Schritt S25 ausgeführt. Das Verfahren fährt dann fort mit Schritt S29.
Auf der anderen Seite wird bei Schritt S26 der Rotationswert der Z-Achse berech
net, dann fährt das Verfahren fort mit Schritt S27. Bei Schritt S27 wird der Dreh
winkel um die Z-Achse ausgeführt. Das Verfahren fährt dann fort mit Schritt S28.
Die Einstellung der Drehposition des CCD-Sensors 12 wird bei Schritt S28 ausge
führt und dann fährt das Verfahren fort mit Schritt S29.
Schließlich wird die Aufnahme nach der Korrektur des Kameraverwackelns ausge
führt.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß, obwohl zahlreiche Eigenschaften und Vor
teile der vorliegenden Erfindung in der vorstehenden Beschreibung gemeinsam mit
Einzelheiten des Aufbaus sowie der Funktionsweise der Erfindung beschrieben
wurden, die Offenbarung nur beispielhaft ist und daß Veränderungen hinsichtlich
von Einzelheiten vorgenommen werden können, insbesondere was die Form, die
Größe und die Anordnung von Teilen bzw. Elementen sowie die Umsetzung in
Software, Hardware oder in einer Kombination aus beiden innerhalb der Prinzipien
anbelangt, und zwar ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er durch die Be
deutung der in den beigefügten Patentansprüchen bezeichneten Ausdrücke gegeben
ist.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der prioritätsbegründenden japanischen
Patentanmeldung 10-253,657, die am 8. September 1998 beim Japanischen Patent
amt eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit ausdrücklich im Wege der Bezug
nahme mit aufgenommen sei.
Offensichtlich sind zahlreiche weitere Modifikationen und Variationen der vorlie
genden Erfindung im Lichte vorgenannter Lehre möglich. Es sei deshalb darauf
hingewiesen, daß innerhalb des Schutzbereiches der beigefügten Patentansprüche
die vorliegende Erfindung auch in irgendeiner anderen Weise als speziell vorste
hend beschrieben ausgeführt werden kann.
Zusammenfassend wurde eine Vorrichtung zur Detektion einer Ablenkung einer
Kamera als Folge eines Verwackelns geschaffen. Die Vorrichtung umfaßt einen
Verwacklungsdetektor, der eine Ablenkung der Kamera, herrührend von einem
Verwackeln, auf Grundlage eines Ausgangssignals von Winkelgeschwindigkeits
sensoren detektiert, die auf verschiedenen Achsen der Kamerakoordinaten ange
ordnet sind. Eine Recheneinheit berechnet Verkippungswinkel für jede der Achsen
aus Ausgangssignalen der Paare von Beschleunigungssensoren. Das Rotationsstell
glied verdreht eine Bildaufnahmeeinrichtung, beispielsweise einen CCD-Sensor,
um eine optische Achse der Kamera oder eine Achse parallel zu der optischen
Achse.
1
Kamera
10
Kameragehäuse
11
Objektiv
15
Platine
16
Steuereinheit
17
Bimorphes Stellglied
18
Bimorphes Stellglied
19
Trägeplatine
Acceleration sensor = Beschleunigungssensor
Optical Axis = Optische Achse
Acceleration sensor = Beschleunigungssensor
Optical Axis = Optische Achse
17
Bimorphes Stellglied für Y-Richtung
18
Bimorphes Stellglied für X-Richtung
19
Trägerplatine
Angular velocity = Winkelgeschwindigkeit
1
Kamera
10
Kameragehäuse
11
Objektiv
15
Platine
16
Steuereinheit
27
Schwingspulenmotor
28
Schwingspulenmotor
Acceleration sensor = Beschleunigungssensor
Optical axis = Optische Achse
Acceleration sensor = Beschleunigungssensor
Optical axis = Optische Achse
15
Platine
27
Schwingspulenmotor
28
Schwingspulenmotor
10
Kameragehäuse
11
Objektiv
15
Platine
16
Steuereinheit
19
Trägerplatine
37
Piezoelektrisches Mehrschichtstellglied
38
Piezoelektrisches Mehrschichtstellglied
Acceleration sensor = Beschleunigungssensor
Optical axis = Optische Achse
Acceleration sensor = Beschleunigungssensor
Optical axis = Optische Achse
Acceleration Sensor = Beschleunigungssensor
35
Winkelbeschleunigungsrecheneinheit für Drehung von X-Achse
36
Winkelbeschleunigungsrecheneinheit für Drehung von Y-Achse
37
Integrator (Winkelgeschwindigkeit)
38
Integrator (Winkelgeschwindigkeit)
39
Recheneinheit für Stellgröße von Stellglied
140
Stellgliedtreiber
Acceleration Sensor = Beschleunigungssensor
Fixed Lens = Feste Linse
Shatter S = Verschluß S
Fixed Lens = Feste Linse
Shatter S = Verschluß S
122
Korrekturlinse (bewegt sich für X-, Y-Richtung)
123
Fokuslinse
12
Objektiv
61
Triggereinrichtung
52
Positionsdetektor von Einstellinse (Y)
51
Positionsdetektor von Einstellinse (X)
54
Stellglied für Y-Richtung
53
Stellglied für X-Richtung
55
Positionsdetektor für die Fokussierlinse
56
Stellglied für Fokussierlinse
40
Drehwelle
41
Mehrschicht-Piezostellglied
Fig.
13
(b)
40
Drehwelle
Angular velocity sensor = Winkelgeschwindigkeitssensor
Fixed lens = Feste Linse
Shatter S = Verschluß S
Fixed lens = Feste Linse
Shatter S = Verschluß S
10
Kameragehäuse
57
Stellglied zum Bewegen um die Z-Achse
52
Positionsdetektor der Einstellinse (Y)
51
Positionsdetektor der Einstellinse (X)
55
Positionsdetektor der Fokussierlinse
54
Stellglied für Y-Richtung
53
Stellglied für X-Richtung
56
Stellglied für Fokussierlinse
61
Triggereinrichtung
122
Korrekturlinse (bewegt sich für X-, Y-Richtung)
123
Fokuslinse
Angular rate sensor = Winkelgeschwindigkeitssensor
Fixed lens = Feste Linse
Shatter S = Verschluß S
Fixed lens = Feste Linse
Shatter S = Verschluß S
65
Vari-Winkelprisma
123
Fokuslinse
10
Kameragehäuse
57
Stellglied zum Bewegen um die Z-Achse
52
Positionsdetektor der Einstellinse (Y)
51
Positionsdetektor der Einstellinse (X)
55
Positionsdetektor der Fokussierlinse
54
Stellglied für Y-Richtung
53
Stellglied für X-Richtung
56
Stellglied für Fokussierlinse
61
Triggereinrichtung
Lens = Linse
65
Vari-Winkelprisma
Lens = Linse
65
Vari-Winkelprisma
S1 Aufnahmestart (den Auslöserknopf halb herunterdrücken)
S2 Korrektur des Kameraverwackelns
S3 Ist die detektierte Winkelgeschwindigkeit größer als der Schwellenwert "a"?
S4 Warnhinweis
S5 Aufnahme
YES = JA
NO = NEIN
S2 Korrektur des Kameraverwackelns
S3 Ist die detektierte Winkelgeschwindigkeit größer als der Schwellenwert "a"?
S4 Warnhinweis
S5 Aufnahme
YES = JA
NO = NEIN
S11 Aufnahmestart (den Auslöseknopf halb herunterdrücken)
S12 Korrektur des Kameraverwackelns
S13 Ist die detektierte Beschleunigung größer als ein erster Schwellenwert?
S17 Aufnahme
S14 Ist die detektierte Beschleunigung größer als ein zweiter Schwellenwert?
S18 Parameter der Kamera verändern
S19 Aufnahme
S15 Korrektur des Kameraverwackelns
S16 Aufnahme
YES = JA
NO = NEIN
S12 Korrektur des Kameraverwackelns
S13 Ist die detektierte Beschleunigung größer als ein erster Schwellenwert?
S17 Aufnahme
S14 Ist die detektierte Beschleunigung größer als ein zweiter Schwellenwert?
S18 Parameter der Kamera verändern
S19 Aufnahme
S15 Korrektur des Kameraverwackelns
S16 Aufnahme
YES = JA
NO = NEIN
Switch for LCD = Schalter für LCD
Main switch/mode switch = Versorgungs-/Modusschalter
Optical finder = Optischer Sucher
Main switch/mode switch = Versorgungs-/Modusschalter
Optical finder = Optischer Sucher
70
LCD-Sucher
71
Anzeige für Vibrationswert
S21 Aufnahmestart
S22 Detektion des Kameraverwackelns
S23 Korrekturwert für die Richtung von X-, Y-Achse berechnen
S24 Treiberwert von Korrekturlinse berechnen (Zwei-Achsen-Treiberwert auf der zur optischen Achse vertikalen Ebene)
S25 Korrekturantrieb ausführen (die Korrekturlinse antreiben)
S26 Korrekturwert um die Z-Achse berechnen
S27 Treiberwert um die Z-Achse (optische Achse) berechnen
S28 Korrekturantrieb ausführen (die Bildaufnahmeeinrichtung antreiben)
S29 Aufnahme
S22 Detektion des Kameraverwackelns
S23 Korrekturwert für die Richtung von X-, Y-Achse berechnen
S24 Treiberwert von Korrekturlinse berechnen (Zwei-Achsen-Treiberwert auf der zur optischen Achse vertikalen Ebene)
S25 Korrekturantrieb ausführen (die Korrekturlinse antreiben)
S26 Korrekturwert um die Z-Achse berechnen
S27 Treiberwert um die Z-Achse (optische Achse) berechnen
S28 Korrekturantrieb ausführen (die Bildaufnahmeeinrichtung antreiben)
S29 Aufnahme
Claims (24)
1. Vorrichtung zum Detektieren einer Ablenkung bzw. Bewegung einer Kame
ra aufgrund eines Verwackelns, zumindest umfassend:
einen Verwacklungsdetektor, der ausgelegt ist, um ein Verwackeln der Ka mera auf der Grundlage eines Ausgangssignals von Winkelgeschwindigkeitssenso ren zu detektieren, die auf Kamerakoordinatenachsen (X, Y, Z) angeordnet sind;
eine Recheneinheit (13), die ausgelegt ist, um Drehwinkel für jede der Ach sen auf der Grundlage des Ausgangssignals der Winkelgeschwindigkeitssensoren zu berechnen; und
ein Rotationsstellglied (14), das ausgelegt ist, um eine Bildaufnahmeein richtung (12) um eine optische Achse (Z) der Kamera (1) oder um eine Achse par allel zu der optischen Achse zu drehen.
einen Verwacklungsdetektor, der ausgelegt ist, um ein Verwackeln der Ka mera auf der Grundlage eines Ausgangssignals von Winkelgeschwindigkeitssenso ren zu detektieren, die auf Kamerakoordinatenachsen (X, Y, Z) angeordnet sind;
eine Recheneinheit (13), die ausgelegt ist, um Drehwinkel für jede der Ach sen auf der Grundlage des Ausgangssignals der Winkelgeschwindigkeitssensoren zu berechnen; und
ein Rotationsstellglied (14), das ausgelegt ist, um eine Bildaufnahmeein richtung (12) um eine optische Achse (Z) der Kamera (1) oder um eine Achse par allel zu der optischen Achse zu drehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ein Stellglied umfaßt, das ausgelegt
ist, um die Position einer Linse einzustellen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine der Achsen des Kamera
koordinatensystems eine optische Achse der Kamera ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der zumindest einer der Winkelge
schwindigkeitssensoren auf der optischen Achse der Kamera angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem ei
nen Tiefpaßfilter (31 bis 34) umfaßt, der ausgelegt ist, um ein Frequenzband ober
halb von 20 Hz von dem Ausgangssignal der Winkelgeschwindigkeitssensoren zu
rückzuweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der zumindest einer der Winkel
geschwindigkeitssensoren auf einer horizontalen Achse der Kamera angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der zumindest ein erster Winkelge
schwindigkeitssensor auf der optischen Achse der Kamera angeordnet ist, um eine
Ablenkung in eine vertikale Richtung zu detektieren, und bei der ein zweiter Win
kelgeschwindigkeitssensor eine Ablenkung in eine horizontale Richtung detektiert.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem eine
Ablenkungskorrektureinrichtung umfaßt, die ausgelegt ist, um das Verwackeln der
Kamera auf Grundlage von Verkippungswinkeln zu korrigieren, die mit Hilfe der
Recheneinheit (13) berechnet werden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3, die außerdem einen Tiefpaßfilter (31 bis 34)
umfaßt, der ausgelegt ist, um ein Frequenzband oberhalb von 20 Hz von dem Aus
gangssignal der Winkelgeschwindigkeitssensoren zurückzuweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Ablenkungskorrektureinrichtung
die Position einer Linse in einem optischen System der Kamera auf der Grundlage
von Verkippungswinkeln korrigiert, die mit Hilfe der Recheneinheit (13) berechnet
werden.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Ablenkungskorrektureinrichtung
einen Vari-Winkel bzw. variablen Winkel eines Vari-Winkelprismas korrigiert, das
auf einer optischen Achse der Kamera angeordnet ist, und zwar auf der Grundlage
von Verkippungswinkeln, die mit Hilfe der Recheneinheit (13) berechnet werden.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Ablenkungskorrektureinrichtung
eine Position eines bildgebenden Sensors der Kamera auf der Grundlage von Ver
kippungswinkeln korrigiert, die mit Hilfe der Recheneinheit (13) berechnet wer
den.
13. Vorrichtung zum Detektieren einer Ablenkung bzw. Bewegung einer Kame
ra aufgrund eines Verwackelns, umfassend:
Detektormittel zum Detektieren eines Verwackelns der Kamera (1) auf der Grundlage eines Ausgangssignals von Winkelgeschwindigkeitssensormitteln, die auf Kamerakoordinatenachsen angeordnet sind;
Rechenmittel zum Berechnen von Verkippungswinkeln für jede der Achsen auf der Grundlage des Ausgangssignals der Winkelgeschwindigkeitssensormittel; und
Drehstellgliedmittel, um ein Bildaufnahmemittel um eine optische Achse der Kamera oder um eine Achse parallel zu der optischen Achse zu drehen.
Detektormittel zum Detektieren eines Verwackelns der Kamera (1) auf der Grundlage eines Ausgangssignals von Winkelgeschwindigkeitssensormitteln, die auf Kamerakoordinatenachsen angeordnet sind;
Rechenmittel zum Berechnen von Verkippungswinkeln für jede der Achsen auf der Grundlage des Ausgangssignals der Winkelgeschwindigkeitssensormittel; und
Drehstellgliedmittel, um ein Bildaufnahmemittel um eine optische Achse der Kamera oder um eine Achse parallel zu der optischen Achse zu drehen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, die außerdem Stellgliedmittel zum Einstel
len der Position eines Objektivs bzw. einer Linse umfaßt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, die außerdem Tiefpaßfiltermittel
(31 bis 34) umfaßt, um ein Frequenzband oberhalb von 20 Hz von dem Ausgangs
signal der Winkelgeschwindigkeitssensormittel zurückzuweisen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der eine der Achsen
des Kamerakoordinatensystems eine optische Achse der Kamera ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der zumindest eines der Winkelge
schwindigkeitssensormittel auf einer Achse parallel zu der optischen Achse der
Kamera angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Winkelgeschwindigkeitssensor
mittel auf einer horizontalen Achse des Kamerakoordinatensystems angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der ein erstes Paar von zumindest zwei
Paaren von Beschleunigungssensormitteln auf der optischen Achse der Kamera
angeordnet ist, um eine Ablenkung bzw. Bewegung in eine vertikale Richtung zu
detektieren, und bei der ein zweites der Winkelgeschwindigkeitssensormittel eine
Ablenkung in eine horizontale Richtung detektiert.
20. Vorrichtung nach Anspruch 13, die außerdem Ablenkungskorrekturmittel
umfaßt, um das Verwackeln der Kamera auf der Grundlage von Verkippungswin
keln zu korrigieren, die mit Hilfe des Rechenmittels (13) berechnet werden.
21. Vorrichtung nach Anspruch 15, die außerdem Tiefpaßfiltermittel (31 bis 34)
umfaßt, um ein Frequenzband oberhalb von 20 Hz von dem Ausgangssignal der
Winkelgeschwindigkeitssensormittel zurückzuweisen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der das Ablenkungskorrekturmittel eine
Position eines Linsenmittels in einem optischen System (11) der Kamera auf der
Grundlage der Verkippungswinkel korrigiert, die mit Hilfe des Rechenmittels (13)
berechnet werden.
23. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der das Ablenkungskorrekturmittel ei
nen variablen Winkel eines Vari-Winkelprismamittels einstellt, das auf einer opti
schen Achse der Kamera angeordnet ist, und zwar auf Grundlage der Verkip
pungswinkel, die mit Hilfe des Rechenmittels (13) berechnet werden.
24. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der das Ablenkungskorrekturmittel eine
Position eines Bildgebungsmittels der Kamera auf der Grundlage der Verkip
pungswinkel einstellt, die mit Hilfe des Rechenmittels (13) berechnet werden.
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