DE19942900B4

DE19942900B4 - Vorrichtung zur Korrektur von Bildfehlern, die durch ein Kameraverwackeln hervorgerufen werden

Info

Publication number: DE19942900B4
Application number: DE19942900A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Hadano Sato
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: US6992700B1; DE19942900A1

Abstract

Vorrichtung zur Korrektur von Bildfehlern, die durch ein Kameraverwackeln hervorgerufen werden, umfassend:
einen Verwacklungsdetektor, um ein Verwackeln der Kamera zu detektieren,
ein Rotationsstellglied (40), um eine Bildaufnahmeeinrichtung (12) der Kamera um eine optische Achse (Z) der Kamera (1) oder um eine Achse parallel zu der optischen Achse (Z) zu drehen, und
eine Recheneinheit (13), um zumindest das Rotationsstellglied (40) zur Korrektur des Kameraverwackelns anzusteuern,
dadurch gekennzeichnet, dass
Winkelgeschwindigkeitssensoren auf Kamerakoordinatenachsen (X, Y, Z) angeordnet sind und
die Recheneinheit (13) ausgelegt ist, um Drehwinkel für jede der Kamerakoordinatenachsen (X, Y, Z) auf der Grundlage eines Ausgangsignals der Winkelgeschwindigkeitssensoren zu berechnen und um zumindest das Rotationsstellglied (40) auf der Grundlage eines so berechneten Drehwinkels anzusteuern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Korrektur bzw. Bewegung einer Kamera von einer ordnungsgemäßen Position auf Grundlage eines Detektionsvorgangs und trifft insbesondere eine Vorrichtung zur Korrektur von Bildfehlern, die durch ein Kameraverwackeln hervorgerufen werden, 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 Bildaufnahmeeinrichtung ab und wandelt die Information des Lichts in elektrische Signale.
Wenn bei der Verwendung der digitalen Videokamera ein Kameraverwackeln auftritt, oszillieren die aufgenommenen Bilder aufgrund des Kameraverwackelns etwas. Deshalb ist es kaum möglich, die wiedergegebenen Bilder der digitalen Videokamera anzuschauen.
Für den Fall einer digitalen Standbildkamera bzw. eines Fotoapparats kann die Kamera nicht die erforderliche kurze Belichtungszeit realisieren, weil die Empfindlichkeit der Bildaufnahmeeinrichtung bzw. des Bildsensors begrenzt ist. Die digitale Standbildkamera wandert aus dem Fokus, wenn der Fall eines Kameraverwackelns auftritt. Deshalb werden die von der digitalen Standbildkamera aufgenommenen Bilder verschwommen.
Gewisse Kameras besitzen eine Funktion zur Korrektur einer Ablenkung, die hervorgerufen 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 Winkelgeschwindigkeitssensoren, z.B. einen piezoelektrische Gyrosensor (Gyroskop), einen Beschleunigungssensor und einen optisch detektierenden Sensor. Als weiteres Verfahren zur Korrektur eines Kameraverwackelns ist auch ein Bildbearbeitungsverfahren bekannt. Das populärste Verfahren, das sich dem Kameraverwackeln annimmt, verwendet einen piezoelektrischen Gyrosensor, um eine Drehbewegung des Kamerakörpers bzw. Kameragehäuses zu detektieren.
Außerdem sind auch Detektionsverfahren vorgeschlagen worden, die Kombinationen der vorstehend genannten Einrichtungen einsetzen.
Wenn eine Kamera einen piezoelektrischen Gyrosensor bzw. ein piezoelektrisches Gyroskop verwendet, detektiert der piezoelektrische Gyrosensor die Winkelgeschwindigkeit um jede Achse. Im Anschluß an die Detektion der Winkelgeschwindigkeit 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 Reflexionsspiegel 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 JP 8-101418 A sowie in der japanischen Offenlegungsschrift JP 5-173219 A offenbart. Bei den in diesen Dokumenten offenbarten Verfahren wird die Winkelbeschleunigung durch Differenzverstärkung eines Ausgangssignals von mehreren Beschleunigungssensoren detektiert.

Die benannten Erfinder haben jedoch erkannt, daß ein Kameraverwackeln Rotationen bzw. Rotationsbewegungen, auf Grundlage einer Aufwärts- und Abwärtsbewegung 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 erforderlich, wenn das System die geeignete Korrektur des Kameraverwackelns ausführt.

In der japanischen Offenlegungsschrift JP 7-225405 A 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 Kameraverwackeln auf Grundlage von Rotationen auf Grundlage einer Aufwärts- und Abwärtsbewegung und einer Seitwärts-Bewegung relativ zu der Richtung der optischen Achse und auf Grundlage einer Rotation um die optische Achse korrigieren.

Die US-5,155,520 offenbart eine Vorrichtung zum Detektieren und Kompensieren eines Kameraverwackelns. Diese Vorrichtung weist Verwackelungsdetektoren auf, die Bewegungen um die drei Koordinatenachsen erfassen, wobei die Verwackelungsdetektoren als Beschleunigungssensoren ausgebildet sind. Ferner sind Recheneinheiten vorgesehen, um ein Rotationsglied anzusteuern, wobei zur Kompensation die Bildaufnahmeeinrichtung um die optisch Achse M gedreht wird.

Die DE 196 18 979 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Minimierung von Bildvibrationen in einer Videokamera, die aufgrund von Handvibrationen der Bedienperson verursacht werden. Hierbei wird das Verwackeln durch Steuern des Brechungsindexes eines elektrooptischen Kristalls ausgeglichen.

Aus EP 0 611 125 A1 ist bekannt, dass zur Korrektur ein Signal eines Winkelgeschwindigkeitssensors verwendet werden kann.

Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges System zur Korrektur von jeglichen nachteiligen Einflüssen zu schaffen, die durch ein Kameraverwackeln 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 Patentanspruch 1 bzw. 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.

Vorteilhaft umfaßt eine Vorrichtung zur Detektion einer Ablenkung bzw. Bewegung einer Kamera aufgrund eines Verwackelns einen Verwacklungsdetektor, der ein Verwackeln der Kamera auf Grundlage eines Ausgangssignals von Winkelgeschwindigkeitssensoren detektiert, die auf Kamerakoordinatenachsen angeordnet sind, eine Recheneinheit, die Drehwinkel von jeder der Achsen auf Grundlage des Ausgangssignals der Winkelgeschwindigkeitssensoren berechnet, sowie ein Rotationsstellglied, das eine Bildaufnahmeeinrichtung 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:
1 eine perspektivische Ansicht einer Kamera gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ein Blockdiagramm zur Korrektur des Kameraverwackelns gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
3(a) ein Spektrum einer Winkelgeschwindigkeit darstellt, die mit Hilfe eines Winkelgeschwindigkeitssensors X gemäß der vorliegenden Erfindung detektiert wurde;
3(b) ein Spektrum einer Winkelgeschwindigkeit darstellt, die mit Hilfe eines Winkelgeschwindigkeitssensors Y gemäß der vorliegenden Erfindung gemessen wurde;
3(c) ein Spektrum einer Winkelgeschwindigkeit darstellt, die mit Hilfe eines Winkelgeschwindigkeitssensors Z gemäß der vorliegenden Erfindung detektiert wurde;
4(a) eine perspektivische Ansicht einer Kamera gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4(b) eine Lagebeziehung zwischen Paaren von bimorphen Stellgliedern und einer CCD-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 eine Querschnittsansicht einer Beziehung zwischen Ausgangssignalen von Beschleunigungssensoren und einem Drehwinkel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
6(a) eine perspektivische Ansicht einer Kamera gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
6(b) eine Querschnittsansicht eines Stellglieds für den CCD-Sensor bei der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
7 eine perspektivische Ansicht einer Kamera gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
8 eine Querschnittsansicht einer Position eines Kameragehäuses ist, wenn die Kamera um eine X-Achse verwackelt wird;
9 ein Blockdiagramm ist, um gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kameraverwackeln zu korrigieren;
10(a) ein Spektrum einer Beschleunigung ist, die mit Hilfe von Beschleunigungssensoren gemäß der vorliegenden Erfindung detektiert wurde;
10(b) ein Frequenzspektrum darstellt, wenn der Fall eines Kameraverwackelns auftritt;
11 ein Blockdiagramm eines Gesamtsystems darstellt, bei dem die Position einer Korrekturlinse eingestellt wird, wenn der Fall eines Kameraverwackelns auftritt;
12 eine perspektivische Ansicht einer Beziehung zwischen einer Kamerakoordinate und der Bildaufnahmeeinrichtung darstellt;
13(a) eine Lagebeziehung zwischen einem Mehrschicht-Piezostellglied, einer Drehwelle und einem CCD-Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
13(b) eine Lagebeziehung zwischen einem Motor, einer Drehwelle und einem CCD-Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ein Blockdiagramm für ein Gesamtsystem darstellt, bei dem eine Position einer Korrekturlinse und eine Position eines CCD-Sensors eingestellt wird, wenn der Fall eines Kameraverwackelns auftritt;
15 ein Blockdiagramm für ein Gesamtsystem darstellt, bei dem eine Position einer Korrekturlinse mit Hilfe eines Vari-Winkelprismas und eine Position eines CCD-Sensors eingestellt wird, wenn der Fall eines Kameraverwackelns auftritt;
16(a) eine Querschnittsansicht eines optischen Systems darstellt, bei dem ein Vari-Winkelprisma eingesetzt wird, wenn der Fall eines Kameraverwackelns auftritt;
16(b) eine Querschnittsansicht eines optischen Systems darstellt, bei dem ein Vari-Winkelprisma verwendet wird, wenn der Fall eines Kameraverwackelns auftritt;
17 ein Flußdiagramm darstellt, um die Korrektur eines Kameraverwackelns auf Grundlage von Schwellenwerten für die Winkelgeschwindigkeit zu kontrollieren bzw. zu regeln;
18 ein Spektrum einer Beschleunigung darstellt, die mit Hilfe von Beschleunigungssensoren detektiert wurde, wenn der Fall eines Kameraverwackelns auftrat;
19 ein Flußdiagramm darstellt, um die Korrektur eines Kameraverwackelns auf Grundlage von Schwellenwerten für die Beschleunigung zu kontrollieren bzw. zu regeln; und
20 ein Flußdiagramm darstellt, um die Korrektur eines Kameraverwackelns zu kontrollieren bzw. zu regeln, das durch die Winkelgeschwindigkeiten detektiert wird, entsprechend drei Richtungen.
21 beschreibt ein Flußdiagramm eines Aufnahmevorgangs mit Korrektur des Kameraverwackelns auf Grundlage von drei Winkelgeschwindigkeiten, die den sämtlichen Achsen entsprechen.
In den nun folgenden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische oder gleichwirkende Elemente bzw. Merkmale.
1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Kamera 1 mit einem Korrekturmechanismus, um gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kameraverwackeln zu korrigieren.
Die Kamera 1 umfaßt ein Kameragehäuse 10 und ein Objektiv 11. Ein Winkelgeschwindigkeitssensor X, ein Winkelgeschwindigkeitssensor Y, ein Winkelgeschwindigkeitssensor 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 Steuereinheit versehen ist, sowie Stellglieder angeordnet. Die Platine mit der Steuereinheit und die Stellglieder werden später beschrieben werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel 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 Abwärtsbewegung, die von einem Kameraverwackeln herrührt, zu detektieren, was nachfolgend als Verwackeln in Vertikalrichtung bezeichnet wird, wie dies durch die Richtung des Pfeils A in 1 angegeben ist. Der Winkelgeschwindigkeitssensor X detektiert die Rotation um eine Achse parallel zu der X-Achse.
In gleicher Weise ist der Winkelgeschwindigkeitssensor Y in der Lage, eine Seitwärts-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 1 gezeigt ist. Der Winkelgeschwindigkeitssensor Y detektiert die Rotation um eine Achse parallel zu der Y-Achse.
Deshalb sind die Winkelgeschwindigkeitssensoren X und Y in der Lage, das Kameraverwackeln 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 Rotation um die Z-Achse der Kameraverwacklung zu detektieren.
Um die vorliegende Ausführungsform besser beschreiben zu können, ist in der 1 gezeigt, daß die Winkelgeschwindigkeitssensoren X sich außerhalb des Kameragehäuses 10 befinden. In Wirklichkeit befinden sich jedoch vorstehend ge nannte Winkelgeschwindigkeitssensoren X, Y und Z vorzugsweise in dem Kameragehäuse 10.
Wie in 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 genannten Winkelgeschwindigkeitssensoren X, Y und Z ist in 3 gezeigt. Die Recheneinheit 13 berechnet die Einstell- bzw. Korrekturwerte für das Kameraverwackeln in Abhängigkeit von jedem vorgenannten Signal. Das Stellglied 14 verstellt den CCD-Sensor 12 oder die Position einer Linse in dem Objektivsystem auf Grundlage des berechneten Korrekturwertes.
Anhand der 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 Kamerakoordinatensystems anstelle der einzeln ausgebildeten piezoelektrischen Gyrosensoren bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Ein Paar von Beschleunigungssensoren X1, X2, ein Paar von Beschleunigungssensoren 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 Kameragehäuse 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 LCD-Sensors, 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 Kamerakoordinatensystem 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 bildgebenden 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 4 durch die Richtung des Pfeils A angegeben. Das Paar der Beschleunigungssensoren Z1, Z2 ist in der optischen Richtung unter einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet. 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 detektieren, was als Verwackeln in eine Horizontalrichtung bezeichnet wird, was in 4(a) durch den Pfeil B angedeutet ist. Das Paar der Beschleunigungssensoren X1, X2 ist in der X-Richtung unter einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet. 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 Beschleunigungssensoren Y1, Y2 ist in der Y-Richtung unter einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit und um die Erläuterung der vorliegenden Ausführungsform zu erleichtern, ist in 4(a) dargestellt, daß das Paar von Beschleunigungssensoren 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 4(b) gezeigt ist, ist die Trägerplatine 19 mit einem Paar von bimorphen Stellgliedern 17 für die Y-Richtung und einem Paar von bimorphen Stellgliedern 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 Stellgliedern 17 für die X-Richtung getrieben wird, bewegt sich der CCD-Sensor 12 entlang der X-Richtung.
Wie in 5 gezeigt ist, detektiert das Paar von Beschleunigungssensoren Z1, Z2 ein Kameraverwackeln in der Pendelrichtung entsprechend dem Kameraverwackeln. 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 L 1' 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 bezeichnet 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 Beschleunigungssensors 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 vorgenannten 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 Anfangszeit 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 Rotationswinkel θ wird dann berechnet.
Ein Kameraverwackeln aufgrund einer Rotation um eine Achse parallel zu der Y-Achse aufgrund der Seitewärts-Bewegung der Kamera wird in ähnlicher Weise auf Grundlage des Ausgangssignals des Paares aus Beschleunigungssensoren X1, X2 berechnet.
In 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 Schwingspulenmotor 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 6(a) gezeigt ist. Die anderen Elemente in den 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 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein Paar von Mehrschicht-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 Trägerplatine 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 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 8 dargestellt ist, bewegt sich ein Fokuspunkt des Gegenstands von einem Anfangspunkt O zu einem Punkt C, wenn eine Rotation θ um eine Achse parallel zu der X-Achse auftritt. Die Größe der Abweichung bzw. Ablenkung zwischen 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 Bezugnahme 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 Ableiten 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 optischen Systems korrigiert werden sollte.
Wie in 9 gezeigt ist, stellen die Ausgangssignale der Paare von Beschleunigungssensoren Z1, Z2 Eingangsgrößen für Filter 31, 32 dar. Die Filter 31, 32 umfassen einen Tiefpaßfilter und einen Hochpaßfilter. Der Hochpaßfilter schneidet eine DC-Komponente (Gleichstromkomponente) ab, die der Komponente der Erdbeschleunigung 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 10(a) und 10(b), in denen das Kameragehäuse aus Aluminium hergestellt ist, wird die generelle Ablenkung der Winkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit beschrieben. Das Frequenzspektrum entsprechend der Ablenkung der Winkelgeschwindigkeit ist in 10(b) gezeigt. Die Zeitablenkung des Frequenzspektrums der Winkelgeschwindigkeit beim Kameraverwackeln befindet sich gemäß 10(b) im Bereich unterhalb von etwa 20 Hz.
Wenn eine Frequenzkomponenten 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 schließlich das gewünschte Signal für die Korrektur des Kameraverwackelns.
Wie in 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 Integratoren 37 und 38 eingegeben. Die Integratoren 37 und 38 integrieren die Winkelbeschleunigung auf Grundlage vorgenannter Gleichungen zu einer Winkelgeschwindigkeit 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 Stellglieder. 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 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 Kameraverwackelns und ist in der Lage, sich in der XY-Ebene zu bewegen, die senkrecht 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 mechanischen Abschnittes zur Korrektur des Kameraverwackelns. Die MPU 60 ist Teil der Steuereinheit 16. Die Steuereinheit 16 treibt die Stellglieder 53, 54, 56 in Abhängigkeit von der Beschleunigung, die mit Hilfe der Paare von Beschleunigungssensoren 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 Steuereinheit elektrischen Strom an die Beschleunigungssensoren und die Treiber für die Stellglieder an.
Die Beschleunigungssensoren und die Treiber erfordern eine elektrische Stromversorgung nur während einer Bildaufnahme. Deshalb beugt eine elektrische Stromversorgung, die in Abhängigkeit von dem Triggersignal kontrolliert wird, einem übermäßigen Stromverbrauch vor.
Die vorgenannte Ausführungsform ist auch in der Lage, eine Magnetostriktionseinrichtung oder einen Ultraschallmotor als weitere Beispiele einzusetzen.
Wie in 12 gezeigt ist, ist das Kamerasystem in der Lage, die Bildaufnahmeeinrichtung um die Z-Achse parallel zu der optischen Achse mit Hilfe eines Stellglieds zu drehen.
Anhand der 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 13(a).
In 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 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 damit, die Winkelgeschwindigkeit aufgrund eines Kameraverwackelns unter Steuerung 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 14 sind dieselben wie bei der dritten Ausführungsform, so daß eine nochmalige Beschreibung mit Ausnahme des Stellglieds zum Bewegen um die Z-Achse sich erübrigen kann.
Bei der Ausführungsform gemäß 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 16(a) und 16(b) gezeigt ist. Der Aufbau des Vari-Winkelprismas 65 kann so sein, daß zwei optisch transparente Scheiben mit einer Faltwandeinrichtung bzw. Akkordeoneinrichtung verbunden sind und eine Flüssigkeit mit einem 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 vorliegende Anmeldung mit aufgenommen sei.
Wie in 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 Winkelgeschwindigkeit sowie von der berechneten Winkelgeschwindigkeit und dem Winkelwert geregelt bzw. gesteuert, und zwar unter Steuerung der Steuereinheit, wie in 16(b) gezeigt.
Die anderen Elemente in 15 sind dieselben wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel, so daß sich eine nochmalige Beschreibung mit Ausnahme des Stellglieds zum Bewegen um die Z-Achse erübrigen kann.
Das Flußdiagramm gemäß 17 beschreibt einen Aufnahmevorgang mit Korrektur 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 startet 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 Winkelgeschwindigkeiten größer sind als der Schwellenwert, fährt das Verfahren mit Schritt S4 fort. Wenn die detektierten Winkelgeschwindigkeiten kleiner sind als der Schwellenwert, schreitet das Verfahren mit Schritt S5 fort und die Aufnahme wird mit Korrektur des Kameraverwackelns ausgeführt.
Im Schritt S4 gibt das System dem Benutzer einen Warnhinweis.
Wie in 18 gezeigt ist, variiert die Beschleunigung, die mit Hilfe der Beschleunigungssensoren 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 Korrektur 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, Verschlußgeschwindigkeit, 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.
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 Kameraverwackelns startet, und das Verfahren schreitet dann fort mit S13. Bei Schritt S13 werden die mit Hilfe der Beschleunigungssensoren detektierten Beschleunigungswerte 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 Beschleunigungswerte 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 Verfahren 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 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 Maximumwinkels 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 gegeben.
Deshalb ist der Benutzer in der Lage, die Stärke des Kameraverwackelns mit Hilfe der Anzeige 71 in dem LCD-Sucher 70 aufzufinden.
In 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 niedergedrückte 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 Richtungen X, Y und Z.
Das Verfahren fährt gleichzeitig mit Schritt S23 und S26 fort. Bei Schritt S23 werden 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 berechnet, dann fährt das Verfahren fort mit Schritt S27. Bei Schritt S27 wird der Drehwinkel 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 ausgeführt und dann fährt das Verfahren fort mit Schritt S29.
Schließlich wird die Aufnahme nach der Korrektur des Kameraverwackelns ausgeführt.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß, obwohl zahlreiche Eigenschaften und Vorteile 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 Bedeutung der in den beigefügten Patentansprüchen bezeichneten Ausdrücke gegeben ist.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der prioritätsbegründenden japanischen Patentanmeldung 10-253,657 (veröffrntlicht mit der Nr. JP 2000147586 A ),die am 8. September beim Japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit ausdrücklich im Wege der Bezugnahme mit aufgenommen sei.
Offensichtlich sind zahlreiche weitere Modifikationen und Variationen der vorliegenden 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 vorstehend 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 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-Sensor, um eine optische Achse der Kamera oder eine Achse parallel zu der optischen Achse.
4(a)

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

4(b)

17: Bimorphes Stellglied für Y-Richtung
18: Bimorphes Stellglied für X-Richtung
19: Trägerplatine

5

: Angular velocity = Winkelgeschwindigkeit

6(a)

1: Kamera
10: Kameragehäuse
11: Objektiv
15: Platine
16: Steuereinheit
27: Schwingspulenmotor
28: Schwingspulenmotor
: Acceleration sensor = Beschleunigungssensor
: Optical axis = Optische Achse

6(b)

15: Platine
27: Schwingspulenmotor
28: Schwingspulenmotor

7

10: Kameragehäuse
11: Objektiv
15: Platine
16: Steuereinheit
19: Trägerplatine
37: Piezoelektrisches Mehrschichtstellglied
38: Piezoelektrisches Mehrschichtstellglied
: Acceleration sensor = Beschleunigungssensor
: Optical axis = Optische Achse

9

: 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

11

: Acceleration Sensor = Beschleunigungssensor
: 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

13(a)

40: Drehwelle
41: Mehrschicht-Piezostellglied

13(b)

40: Drehwelle

14

: Angular velocity sensor = Winkelgeschwindigkeitssensor
: Fixed Jens = 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

15

: Angular rate sensor = Winkelgeschwindigkeitssensor
: 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

16(a)

: Lens = Linse
65: Vari-Winkelprisma

16(b)

: Lens = Linse
65: Vari-Winkelprisma

17

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

19

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

20

: Switch for LCD = Schalter für LCD
: Main switch/mode switch = Versorgungs-/Modusschalter
: Optical finder = Optischer Sucher
70: LCD-Sucher
71: Anzeige für Vibrationswert

21

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

Claims

Vorrichtung zur Korrektur von Bildfehlern, die durch ein Kameraverwackeln hervorgerufen werden, umfassend: einen Verwacklungsdetektor, um ein Verwackeln der Kamera zu detektieren, ein Rotationsstellglied (40), um eine Bildaufnahmeeinrichtung (12) der Kamera um eine optische Achse (Z) der Kamera (1) oder um eine Achse parallel zu der optischen Achse (Z) zu drehen, und eine Recheneinheit (13), um zumindest das Rotationsstellglied (40) zur Korrektur des Kameraverwackelns anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass Winkelgeschwindigkeitssensoren auf Kamerakoordinatenachsen (X, Y, Z) angeordnet sind und die Recheneinheit (13) ausgelegt ist, um Drehwinkel für jede der Kamerakoordinatenachsen (X, Y, Z) auf der Grundlage eines Ausgangsignals der Winkelgeschwindigkeitssensoren zu berechnen und um zumindest das Rotationsstellglied (40) auf der Grundlage eines so berechneten Drehwinkels anzusteuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ein Stellglied umfaßt, das ausgelegt ist, um die Position einer Linse einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine der Achsen des Kamerakoordinatensystems eine optische Achse der Kamera ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der zumindest einer der Winkelgeschwindigkeitssensoren auf der optischen Achse der Kamera angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem einen Tiefpaßfilter (31 bis 34) umfaßt, der ausgelegt ist, um ein Frequenzband oberhalb von 20 Hz von dem Ausgangssignal der Winkelgeschwindigkeitssensoren zurückzuweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der zumindest einer der Winkelgeschwindigkeitssensoren auf einer horizontalen Achse der Kamera angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der zumindest ein erster Winkelgeschwindigkeitssensor auf der optischen Achse der Kamera angeordnet ist, um eine Ablenkung in eine vertikale Richtung zu detektieren, und bei der ein zweiter Winkelgeschwindigkeitssensor eine Ablenkung in eine horizontale Richtung detektiert.
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.
Vorrichtung nach Anspruch 3, die außerdem einen Tiefpaßfilter (31 bis 34) umfaßt, der ausgelegt ist, um ein Frequenzband oberhalb von 20 Hz von dem Ausgangssignal der Winkelgeschwindigkeitssensoren zurückzuweisen.
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.
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.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Ablenkungskorrektureinrichtung eine Position eines bildgebenden Sensors der Kamera auf der Grundlage von Verkippungswinkeln korrigiert, die mit Hilfe der Recheneinheit (13) berechnet werden.
Vorrichtung zur Korrektur von Bildfehlern, die durch ein Kameraverwackeln hervorgerufen werden, umfassend: Detektormittel, um ein Verwackeln der Kamera (1) zu detektieren, Rotationsstellgliedmittel (40), um Bildaufnahmeeinrichtungsmittel (12) der Kamera um eine optische Achse (Z) der Kamera (1) oder um eine Achse parallel zu der optischen Achse (Z) zu drehen, und Rechenmittel (13), um zumindest das Rotationsstellgliedmittel (40) zur Korrektur des Kameraverwackelns anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass Winkelgeschwindigkeitssensormittel auf Kamerakoordinatenachsen (X, Y, Z) angeordnet sind und die Rechenmittel (13) ausgelegt sind, um Verkippungswinkel für jede der Kamerakoordinatenachsen (X, Y, Z) auf der Grundlage eines Ausgangsignals der Winkelgeschwindigkeitssensormittel zu berechnen und um zumindest das Rotationsstellgliedmittel (40) auf der Grundlage eines so berechneten Verkippungswinkels anzusteuern.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die außerdem Stellgliedmittel zum Einstellen der Position eines Objektivs bzw. einer Linse umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, die außerdem Tiefpaßfiltermittel (31 bis 34) umfaßt, um ein Frequenzband oberhalb von 20 Hz von dem Ausgangssignal der Winkelgeschwindigkeitssensormittel zurückzuweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der eine der Achsen des Kamerakoordinatensystems eine optische Achse der Kamera ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der zumindest eines der Winkelgeschwindigkeitssensormittel auf einer Achse parallel zu der optischen Achse der Kamera angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Winkelgeschwindigkeitssensormittel auf einer horizontalen Achse des Kamerakoordinatensystems angeordnet ist.
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.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die außerdem Ablenkungskorrekturmittel umfaßt, um das Verwackeln der Kamera auf der Grundlage von Verkippungswinkeln zu korrigieren, die mit Hilfe des Rechenmittels (13) berechnet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 15, die außerdem Tiefpaßfiltermittel (31 bis 34) umfaßt, um ein Frequenzband oberhalb von 20 Hz von dem Ausgangssignal der Winkelgeschwindigkeitssensormittel zurückzuweisen.
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.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der das Ablenkungskorrekturmittel einen variablen Winkel eines Vari-Winkelprismamittels einstellt, das auf einer optischen Achse der Kamera angeordnet ist, und zwar auf Grundlage der Verkippungswinkel, die mit Hilfe des Rechenmittels (13) berechnet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der das Ablenkungskorrekturmittel eine Position eines Bildgebungsmittels der Kamera auf der Grundlage der Verkippungswinkel einstellt, die mit Hilfe des Rechenmittels (13) berechnet werden.