DE4100463C2 - Kameravorrichtung - Google Patents
KameravorrichtungInfo
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- DE4100463C2 DE4100463C2 DE4100463A DE4100463A DE4100463C2 DE 4100463 C2 DE4100463 C2 DE 4100463C2 DE 4100463 A DE4100463 A DE 4100463A DE 4100463 A DE4100463 A DE 4100463A DE 4100463 C2 DE4100463 C2 DE 4100463C2
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kamera
vorrichtung der im Anspruch 1 angegebenen Art.
Eine Kameravorrichtung dieser Art ist z. B. aus der DE
36 28 480 A1 bekannt. Dort ist eine Kamera mit einem Objek
tiv beschrieben, das innerhalb des Objektivgehäuses zwei
Beschleunigungsfühler enthält. Durch diese Beschleunigungs
fühler lassen sich Beschleunigungen innerhalb des Objek
tivgehäuses erfassen. Da derartige Beschleunigungen zu
Bildverwacklungen führen könnten, ist innerhalb des Objek
tivgehäuses eine quer zur optischen Achse verstellbare Kor
rekturoptik vorhanden, deren Lage in Abhängigkeit von den
jeweiligen Ausgangssignalen der Beschleunigungsfühler ge
steuert wird. Dadurch lassen sich zumindest in gewissem Um
fang Bildverwacklungen aufgrund von unerwünschten Beschleu
nigungen innerhalb des Objektivgehäuses ausschalten. Die
Ausgangssignale der Beschleunigungsfühler werden durch eine
innerhalb des Objektivgehäuses angeordnete Schaltung ausge
wertet, die auch die Treibersignale für die Korrekturoptik
erzeugt.
Im Falle der aus der DE 36 28 480 A1 bekannten Kamera
vorrichtung werden demnach ausschließlich Beschleunigungen
innerhalb des Objektivgehäuses erfaßt. Beschleunigungen,
die direkt im Bereich der Abbildungsoberfläche auftreten,
werden hierbei aber nicht unmittelbar berücksichtigt. Dies
bedeutet, daß die Verwacklungskorrektur in manchen Fällen
keine zufriedenstellenden Resultate mit sich bringt, ohne
daß der Benutzer erkennen kann, worin dies begründet ist.
In der DE 36 30 385 A1 ist eine Kamera beschrieben, bei
der direkt aus den verarbeiteten Bildsignalen eventuelle
Bildverschiebungen durch elektrische Signalauswertung er
faßt werden. Bei Detektion derartiger Bildverschiebungen
werden Antriebe zur Korrektur dieser Verschiebungen ange
steuert. Alternativ kann ein mechanischer Beschleunigungs
fühler vorgesehen sein. Unabhängig von der jeweiligen kon
kreten Ausführungsform wird lediglich an einer einzigen
Stelle eine eventuelle Bildvibration erfaßt. Dies ist für
eine zufriedenstellende Korrektur in aller Regel nicht aus
reichend.
Ähnlich wie im Falle der vorstehend genannten DE 36 30
385 A1 wird auch in der US-PS 4 864 339 vorgeschlagen, eine
Beschleunigung lediglich in einer Ebene durch vier Be
schleunigungssensoren zu erfassen. Hierdurch lassen sich
die Auswirkungen eventuell erfaßter Vibrationen auf die
Bildverschiebungen am Ort des Aufnahmeelements aber nicht
mit zufriedenstellender Genauigkeit berechnen, so daß in
vielen Fällen keine vollständige Kompensation erreichbar
ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Kameravorrichtung zu schaffen, mit der sich die Aus
wirkungen eventuell auftretender Versetzungen auf die Auf
nahmequalität sehr gering halten lassen.
Diese Aufgabe wird mit den jeweiligen im Anspruch 1
bzw. 2 bzw. 3 genannten Maßnahmen gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Kameravorrichtung werden so
mit die Versetzungen nicht nur des Linsensystems, sondern
auch diejenigen der Abbildungsoberfläche direkt erfaßt, so
daß die Auswirkungen eventueller Versetzungen auf die tat
sächliche Bildverschiebung im Bereich der Abbildungsober
fläche exakt detektiert und somit vollständig kompensiert
werden können. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
lassen sich somit unerwünschte Bildverwacklungen mit hoher
Präzision ausschalten.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1A schematisch vereinfacht einen wesentlichen Teil
einer Kameravorrichtung gemäß einer ersten Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1B schematisch vereinfacht eine Abwandlung der Vor
richtung von Fig. 1A;
Fig. 2 die Anordnung eines Beschleunigungssensors in
der Kameravorrichtung von Fig. 1A;
Fig. 3A bis 5 Ansichten einer Positionsfehlerdetektion in
der Kameravorrichtung gemäß Fig. 1A;
Fig. 6 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 1A einer zwei
ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 die Anordnung eines Beschleunigungssensors in
der Kameravorrichtung von Fig. 6;
Fig. 8 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 1A oder 6 ei
ner dritten Ausführungsform der vorliegenden Er
findung;
Fig. 9 eine Ansicht einer beispielsweisen Anordnung ei
nes Beschleunigungssensors zur Verwendung in der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine Ansicht einer beispielhaften Anordnung ei
nes Versetzungssensors zur Verwendung in der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 11A eine perspektivische Ansicht eines Beispiels ei
nes Stellmechanismus gemäß der vorliegenden Er
findung; und
Fig. 11B bis 11D jeweils eine Draufsicht, Vorderansicht
und Seitenansicht des Stellmechanismus
von Fig. 11A.
In der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung sind gleiche oder einander entspre
chende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1A ist mit dem Bezugszeichen 1 ein fotografierendes
oder fotografisches optisches Linsensystem (nachfolgend mit
"Linsensystem" bezeichnet) versehen und mit dem Bezugszei
chen 2 ein Bildaufnehmeelement auf Halbleiterbasis, bei
spielsweise eine CCD zur elektronischen Abbildung eines Ob
jektbildes, welches durch das Linsensystem 1 erzeugt wird.
Das Linsensystem 1 wird durch ein Entfernungsmeßsystem 100
betrieben, um ein Objektbild auf der Abbildungsoberfläche
des Bildaufnahmeelementes 2 zu erzeugen. Zusätzlich sind ein
Blendenmechanismus, ein Verschlußmechanismus und dergleichen
in dem Linsensystem 1 angeordnet und diese zusätzlichen Me
chanismen werden unter Steuerung eines fotometrischen Sy
stems 200 betrieben, um den Belichtungsbetrag eines Objekt
bildes auf dem Bildaufnahmeelement 2 zu optimieren.
Es sei hier festgehalten, daß das Entfernungsmeßsystem 100,
das fotometrische System 200 und ein Bildsignal-Verarbei
tungssystem 300 zur Verarbeitung eines Bildsignales von dem
Bildaufnahmeelement 2 und zur Ausgabe dieses verarbeiteten
Bildsignales an einen externen Bildmonitor jeweils unter
Verwendung verschiedener bekannter Techniken realisiert
sind. Zusätzlich sind die Funktionen dieser Systeme nicht
unmittelbar wesentlich für die vorliegende Erfindung, so daß
eine genauere Beschreibung dieser an und für sich bekannten
Systeme im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht erfolgt.
Nachfolgend wird ein Fall beschrieben, in dem die vorlie
gende Erfindung bei einer elektronischen Stehbildkamera oder
Stillkamera zur elektronischen Aufzeichnung eines Objektbil
des unter Verwendung eines Bildaufnahmeelementes auf Halb
leiterbasis (beispielsweise einer CCD) angewendet wird. Im
Falle einer Kamera zum Fotografieren eines Objektbildes un
ter Verwendung eines Silberchloridfilmes, wird ein Film F
anstelle der Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeelementes
2 verwendet, wie in Fig. 1B dargestellt.
Ein erstes wesentliches Merkmal der Kameravorrichtung gemäß
der ersten Ausführungsform ist, daß das Bildaufnahmeelement
2 mittels eines θ-Stellgliedes 3a, eines x-Stellgliedes 3b
und eines y-Stellgliedes 3c getragen ist, welche zusammen
einen Stellmechanismus oder Bewegungsmechanismus bilden, so
daß das Bildaufnahmeelement 2 frei um eine optische Achse M
des Elementes 2 gedreht werden kann und frei in einer Ebene
senkrecht zur optischen Achse M in x-Richtung (Horizontal
richtung) und y-Richtung (Vertikalrichtung) bewegt werden
kann, so daß eine optische Lagebeziehung zwischen einem Ob
jekt und dem Linsensystem 1 versetzt oder geändert werden
kann, wie nachfolgend noch beschrieben werden wird.
Zusätzlich umfaßt die Kameravorrichtung dieser ersten Aus
führungsform, um eine Versetzungssteuerung der Abbildungs
oberfläche des Bildaufnahmeelementes 2 durchführen zu kön
nen, erste und zweite Versetzungssensorgruppen 4 und 5, wel
che entsprechend an den Einbau- oder Anordnungslagen des
Linsensystemes 1 und des Bildaufnahmeelementes 2 vorgesehen
sind, um deren Versetzungen oder Bewegungen zu detektieren.
Genauer gesagt, die erste Sensorgruppe 4, welche an der Be
festigungsposition des Linsensystemes 1 vorgesehen ist, ist
durch Beschleunigungssensoren x1 und y1 gebildet, zur Erfas
sung von horizontalen und vertikalen Versetzungen des opti
schen Linsensystemes 1, wie in Fig. 2 dargestellt. Diese Be
schleunigungssensoren x1 und y1 sind in Lagen angeordnet,
welche von der optischen Achse M um eine Distanz r entfernt
sind, so daß ihre Abtastrichtungen zueinander senkrecht ste
hen.
Die zweite Sensorgruppe 5 an der Befestigungslage des Bild
aufnahmeelementes 2 wird durch zwei Beschleunigungssensoren
x2 und x3 zur Erfassung horizontaler Versetzungen des Bild
aufnahmeelementes 2 und einen Beschleunigungssensor y2 zur
Erfassung einer vertikalen Versetzungen des Elementes 2 ge
bildet. Diese Beschleunigungssensoren x2, x3 und y2 sind in
Lagen angeordnet, welche von der optischen Achse M um eine
Distanz r entfernt sind, so daß die Abtastrichtungen jeweils
senkrecht zueinander stehen. Genauer gesagt, die Beschleuni
gungssensoren x2 und x3 sind in Lagen angeordnet, welche zu
einander um die optische Achse M des Bildaufnahmeelementes 2
symmetrisch sind, so daß horizontale Versetzungen des Bild
aufnahmeelementes 2 an den zwei Lagen, welche zueinander um
die optische Achse M symmetrisch sind, erfaßt werden.
Diese Beschleunigungssensoren x1, x2, x3, y1 und y2 sind je
weils so ausgelegt, daß sie Versetzungen oder Verschiebungen
in ihren Abtastrichtungen als Bewegungsbeschleunigungen er
fassen. Beschleunigungsdaten von den Beschleunigungssensoren
werden als Versetzungen dx1, dx2, dx3, dy1 und dy2 erhalten.
Ein Drehbetragdetektor 7, ein Bewegungsbetragdetektor 8 für
die x-Richtung und ein Bewegungsbetragdetektor 9 für die y-Richtung
erfassen Positions- oder Lagefehler eines Objekt
bildes auf der Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeelemen
tes 2 als Drehversetzungsbetrag eines Objektbildes auf der
Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeelementes 2 und als
Translations-Versetzungsbetrag in x- und y-Richtung abhängig
von den Versetzungen dx1, dx2, dx3, dy1 und dy2. Die Stell
glieder 3a bis 3c werden durch Treiber 10a bis 10c so ange
trieben, daß sie die Abbildungsoberfläche des Bildaufnahme
elementes 2 optisch versetzen, so daß Lagefehler des Objekt
bildes auf der Abbildungsoberfläche korrigiert werden.
Die Versetzungssteuerung der Abbildungsoberfläche des Bild
aufnahmeelementes 2 wird durch Antrieb der Stellglieder 3a
bis 3c mittels einer negativen Rückkopplung in einer Rich
tung durchgeführt, so daß die erfaßten Versetzungen des Ob
jektbildes auf der Abbildungsoberfläche korrigiert werden.
Durch Durchführung einer derartigen negativen Rückkopplungs
steuerung wird die Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeele
mentes 2 abhängig von Versetzungen des Objektbildes auf der
Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeelementes 2 versetzt
oder bewegt, so daß Lagefehler der Abbildungsposition des
Objektbildes auf der Abbildungsoberfläche korrigiert werden.
Diese Positionsfehlerkorrektur oder Lagefehlerkorrektur wird
nun nachfolgend genauer beschrieben.
Gemäß Fig. 2 ist ein dreidimensionaler Raum in x-, y- und z-Richtung
so aufgespannt, daß die Richtung der optischen
Achse des optischen Systemes die z-Achse ist. Eine laterale
(horizontale) Richtung senkrecht zur optischen Achse ist als
x-Achse definiert und eine Longitudinal-(Vertikal)-Richtung
senkrecht zur optischen Achse ist als y-Achse definiert. In
diesem Falle sind Positions- oder Lagefehler eines Objekt
bildes auf der Abbildungsoberfläche als Versetzungen des
Linsensystemes 1 oder des Bildaufnahmeelementes 2 in x- und
y-Richtung gegeben, als Neigung oder Kippung ("pitching") um
die x-Achse zwischen dem Linsensystem 1 und dem Bildaufnah
meelement 2, als Wendung oder Drehung ("yawing") um die y-Achse
dazwischen und als Drehversetzung um die optische
Achse des Bildaufnahmeelementes 2. Dies bedeutet, daß eine
Versetzung eines Objektbildes auf der Abbildungsoberfläche
in x-Richtung durch eine Versetzung des Linsensystemes 1
oder des Bildaufnahmeelementes 2 in x-Richtung und seiner
Wendung verursacht wird. Eine Versetzung des Objektbildes
auf der Abbildungsoberfläche in y-Richtung wird bewirkt
durch eine Versetzung des optischen Linsensystemes 1 oder
des Bildaufnahmeelementes 2 in y-Richtung und einer entspre
chenden Neigung.
Nachfolgend wird die Versetzung oder Bewegung eines Objekt
bildes auf der Abbildungsoberfläche in x-Richtung beschrie
ben. Es sei angenommen, daß das Linsensystem 1 und das Ab
bildungselement 2 von einem zu fotografierenden Objekt in ho
rizontaler Richtung (x-Richtung) um dx1 (=dx2) translato
risch versetzt werden. Fig. 3A zeigt die optische Bedingung
in diesem Fall, wobei eine Versetzung h1 auf der Abbildungs
oberfläche, eine Distanz a zwischen einem Objektpunkt (Ob
jektbildlage) und dem Linsensystem 1 und eine Distanz b zwi
schen dem Linsensystem 1 und der Abbildungsoberflächenlage
die folgende Beziehung haben:
dx1 : a = h1 : b
Daher gilt:
h1 = (b/a)dx1 = (b/f - 1)dx1,
wobei f die Brennweite des optischen Linsensystemes 1 ist
und so festgesetzt ist, daß die folgende Beziehung erfüllt
ist:
1/a + 1/b = 1/f.
Es sei nun angenommen, daß eine Wendung in der optischen La
gebeziehung zwischen dem optischen Linsensystem 1 und dem
Bildaufnahmeelement 2 bewirkt wird und daß das Linsensystem
1 um einen Betrag dx1 oder das Bildaufnahmeelement 2 um
einen Betrag dx2 versetzt oder bewegt wird. In diesem Falle
wird die Versetzung h2 auf der Abbildungsoberfläche durch
die folgende Beziehung ausgedrückt
h2 = dx2 - dx1.
Gemäß Fig. 3B ist daher, wenn Wendung und Translationsbewe
gung in x-Richtung auftreten, der tatsächliche Versetzungs
betrag px des Objektbildes auf der Abbildungsoberfläche des
Bildaufnahmeelementes durch die folgende Beziehung gegeben:
px = h1 - h2
= (b/f)dx1 - dx2.
= (b/f)dx1 - dx2.
Eine ähnliche Beziehung kann erhalten werden bezüglich einer
Versetzung in y-Richtung. Genauer gesagt, wenn eine Neigung
und eine Translationsbewegung in y-Richtung auftreten, ist
ein tatsächlicher Versetzungsbetrag py des Objektbildes auf
der Abbildungsoberfläche durch die folgende Beziehung gege
ben:
py = (b/f)dy1 - dy2.
Wenn eine Drehversetzung des optischen Systemes um die opti
sche Achse herum auftritt, kann diese Drehversetzung als
Differenz zwischen Versetzungen ermittelt werden, welche an
den zwei Punkten ermittelt werden, die zueinander um die op
tische Achse M symmetrisch sind. Genauer gesagt, wenn gemäß
Fig. 4 die Versetzungsbeträge dx2 und dx3 durch die oberen
und unteren Beschleunigungssensoren x2 und x3 erhalten wer
den, welche zueinander symmetrisch um die optische Achse M
des Bildaufnahmeelementes 2 angeordnet sind, ist eine Ver
setzungsdifferenz Δd gegeben durch:
Δd = dx2 - dx3.
Ein Winkel θ der Drehversetzung des Bildaufnahmeelementes 2
um die optische Achse M wird aus der Versetzungsdifferenz Δd
wie folgt erhalten:
Die Kameravorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ist
im wesentlichen so ausgelegt, daß Versetzungsbeträge eines
Objektbildes auf der Abbildungsoberfläche des Bildaufnahme
elementes 2 durch das Linsensystem 1 in der oben beschriebe
nen Weise als px, py und θ auf der Basis der Versetzungsbe
träge dx1 und dy1 des Linsensystemes 1 und der Versetzungs
beträge dx2, dx3 und dy2 des Bildaufnahmeelementes 2 erhal
ten werden, wobei die Versetzungsbeträge durch die Beschleu
nigungssensoren x1, x2, x3, y1 und y2 detektiert werden.
Wenn eine Drehversetzung vorhanden ist, werden Versetzungs
komponenten in x- und y-Richtung, die durch die Drehverset
zung verursacht werden irrtümlich als die oben erwähnten
Translations-Versetzungskomponenten detektiert. Wenn daher
eine Drehversetzung vorhanden ist, müssen die Versetzungs
komponenten in x- und y-Richtung, welche durch die Drehver
setzung verursacht werden, von den Translations-Versetzungs
komponenten, die auf oben beschriebene Weise in x- und y-Richtung
detektiert wurden subtrahiert werden.
Wenn der Drehwinkel θ der Drehversetzung in der oben be
schriebenen Weise erhalten worden ist, werden aus dem Dreh
winkel θ, der auf der Grundlage der Differenz zwischen den
Translationsversetzungen in x-Richtung ermittelt wurde, eine
x-Versetzungskomponente rx und eine y-Versetzungskomponente
ry erhalten, wie in Fig. 5 dargestellt:
rx = r(1 - cosθ)
ry = rsinθ
ry = rsinθ
Versetzungskomponenten in x- und y-Richtung, welche durch
die Drehversetzung verursacht werden, werden von den Verset
zungsbeträgen dx1, dy1, dx2 und dy2 subtrahiert:
dx1′ = dx1 - rx
dy1′ = dy1 - ry
dx2′ = dx2 - rx
dy2′ = dy2 - ry,
dy1′ = dy1 - ry
dx2′ = dx2 - rx
dy2′ = dy2 - ry,
wodurch Translations-Versetzungskomponenten nach Korrektur
der Drehversetzung erhalten werden. Die oben erwähnte Posi
tionsfehlerkorrektur kann dann unter Verwendung dieser Ver
setzungsbeträge dx1′, dy1′, dx2′ und dy2′ durchgeführt wer
den.
Somit wird bei der ersten Ausführungsform in der Kameravor
richtung gemäß Fig. 1A oder 1B ein Subtrahierer 12 verwen
det, um die Versetzungsdifferenz (dx2 - dx3) zwischen dem
Versetzungsbetrag dx2 in x-Richtung an einem oberen Bereich
der Abbildungsoberfläche, erfaßt durch den Beschleunigungs
sensor x2 und einen Versetzungsdetektor 6b und dem Verset
zungsbetrag dx3 in x-Richtung an einem unteren Bereich der
Abbildungsoberfläche, erfaßt durch den Beschleunigungssensor
x3 durch einen Versetzungsdetektor 6e zu ermitteln, wobei
der Drehversetzungswinkel θ aus der Versetzungsdifferenz
(dx2 - dx3) durch den Drehbetragdetektor 7 erfaßt wird. Ab
hängig von diesem Drehversetzungswinkel θ wird der Treiber
10a betrieben, um das θ-Stellglied 3a zu betreiben, so daß
die Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeelementes 2 um den
Winkel θ gedreht wird, um die Drehversetzung zu korrigieren.
Weiterhin werden die Versetzungskomponenten rx und ry in x- und
y-Richtung, verursacht durch die Drehversetzung, von ei
nem Drehversetzungsdetektor 11 auf der Grundlage des Dreh
versetzungswinkels θ in der oben beschrieben Weise ermit
telt. Nachfolgend wird die Versetzungskomponente rx in x-Richtung,
welche durch die Drehversetzung verursacht wird,
Subtrahierern 13a und 13b zugeführt, um den Versetzungsbe
trag dx1 in x-Richtung des Linsensystemes 1, detektiert
durch den Beschleunigungssensor x1 und einen Versetzungsde
tektor 6a zu korrigieren und um den Versetzungsbetrag dx2 in
x-Richtung der Abbildungsoberfläche, detektiert durch den
Beschleunigungssensor x2 und den Versetzungsdetektor 6b zu
korrigieren. Auf ähnliche Weise wird die Versetzungskompo
nente ry in y-Richtung, welche durch die Drehversetzung ver
ursacht wird, Subtrahierern 14a und 14b zugeführt, um den
Versetzungsbetrag dy1 in y-Richtung des Linsensystemes 1,
erfaßt durch den Beschleunigungssensor y1, durch einen Ver
setzungsdetektor 6c zu korrigieren und um den Versetzungsbe
trag dy2 in y-Richtung der Abbildungsoberfläche, detektiert
durch den Beschleunigungssensor y2, über einen Versetzungs
detektor 6d zu korrigieren.
Der Bewegungsbetragsdetektor 8 für die x-Richtung erhält den
Versetzungsbetrag px in x-Richtung des Objektbildes auf der
Abbildungsoberfläche auf der Grundlage der Versetzungsbe
träge dx1′ und dx2′ von den Subtrahierern 13a und 13b und
startet den Treiber 10b, um diese Translationsversetzung in
x-Richtung zu korrigieren. Im Ergebnis wird das x-Stellglied
3b betrieben, um die Abbildungsoberfläche des Bildaufnahme
elementes 2 um einen Betrag bx in x-Richtung zu verschieben,
um so die Translationsversetzung zu korrigieren.
Auf ähnliche Weise ermittelt der Bewegungsbetragdetektor 9
für die y-Richtung den Versetzungsbetrag py in y-Richtung
des Objektbildes auf der Abbildungsoberfläche auf der Grund
lage der Versetzungsbeträge dy1′ und dy2′ von den Subtra
hierern 14a und 14b in oben beschriebener Weise und startet
den Treiber 10c, um diese Translationsversetzung in y-Rich
tung zu korrigieren. Im Ergebnis wird das y-Stellglied 3c
betrieben, um die Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeele
mentes 2 um einen Betrag py in y-Richtung zu verschieben, so
daß die Translationsversetzung korrigiert wird.
Bei der Kameravorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
können somit Abbildungspositionsfehler des Objektbildes auf
der Abbildungsoberfläche, verursacht durch Versetzungen, als
die oben erwähnten Werte θ, px und py detektiert werden und
zwar auf der Grundlage von: den Versetzungsbeträgen dx1 und
dy1 in x-Richtung und y-Richtung des Linsensystemes 1, de
tektiert durch die Beschleunigungssensoren x1 und y1, die in
der Lageposition des Linsensystemes 1 angeordnet sind und
den Versetzungsbeträgen dx2, dx3 und dy2 in x-Richtung und
y-Richtung der Abbildungsoberfläche des Bildaufnahmeelemen
tes 2, detektiert durch die Beschleunigungssensoren x2, x3
und y2, die in der Lage der Abbildungsoberfläche des Bild
aufnahmeelementes 2 angeordnet sind.
Der Stellmechanismus wird abhängig von diesen erfaßten Ver
setzungsbeträgen θ, px und py angetrieben und die Abbil
dungsoberfläche des Bildaufnahmeelementes 2 wird versetzt
oder bewegt, um diese Versetzungen oder Fehlausrichtungen zu
korrigieren, so daß ein Objektbild auf der Abbildungsober
fläche ohne irgendwelche Versetzungen oder Verschiebungen
abgebildet werden kann.
Selbst wenn somit Lagefehler durch irgendwelche Instabilitä
ten während des Fotografiervorganges bzw. während des Be
lichtungsvorganges eines Objektbildes verursacht werden
(verwackeln etc.) können diese Fehler wirksam korrigiert
werden, so daß eine fotografische Abbildung oder Belichtung
ohne irgendwelche Unschärfeeffekte oder im Endergebnis ver
wackelte Bilder möglich ist.
In der bisher beschriebenen ersten Ausführungsform werden
insgesamt fünf Beschleunigungssensoren x1, x2, x3, y1 und y2
verwendet, um Dreh- und Translationsversetzungen eines Ob
jektbildes zu erfassen. Es ist jedoch auch möglich, eine
derartige Detektion unter Verwendung von vier Beschleuni
gungssensoren x1, x2, y1 und y2, d. h. zwei Sensoren für die
x-Richtung und zwei Sensoren für die y-Richtung durchzufüh
ren.
Die Fig. 6 und 7 neigen eine Kameravorrichtung gemäß ei
ner zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wel
che ausgelegt ist, eine Positions- oder Lagefehlerkorrektur
unter Verwendung von vier Beschleunigungssensoren x1, x2, y1
und y2 durchzuführen. Gleiche Bezugszeichen in der zweiten
Ausführungsform bezeichnen gleiche Teile wie in der ersten
Ausführungsform und eine nochmalige detaillierte Beschrei
bung erfolgt nicht.
Die Kameravorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeichnet sich gemäß Fig. 7 im wesent
lichen dadurch aus, daß Beschleunigungssensoren x1 und y1 an
der Lageposition des Linsensystemes 1 angeordnet sind und
daß Beschleunigungssensoren x2 und y2 in der Lage der Abbil
dungsoberfläche des Bildaufnahmeelementes 2 zueinander sym
metrisch um die optische Achse M in entsprechenden Richtun
gen angeordnet sind. Drehversetzungsbeträge θx und θy werden
von einem Drehwinkeldetektor 7a auf der Grundlage von Ver
setzungsbeträgen dx1 und dx2 erfaßt, welche von den Be
schleunigungssensoren x1 und x2 detektiert wurden, sowie von
Versetzungsbeträgen dy1 und dy2, welche von den Beschleuni
gungssensoren y1 und y2 detektiert wurden, welche symmet
risch zueinander angeordnet sind:
und
Der Drehwinkeldetektor 7a ist so ausgelegt, daß er einen
Drehversetzungswinkel θ mit hoher Präzision ermittelt, indem
die Rotations- oder Drehversetzungsbeträge θx und θy, welche
von den Versetzungsbeträgen in x- und y-Richtung erhalten
wurden wie folgt gemittelt werden:
θ = (θx + θy)/2.
Bei der Kameravorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können, obwohl die arithmetische
Verarbeitung in dem Drehwinkeldetektor 7a etwas komplizier
ter ist, sowohl Dreh- als auch Translationsversetzungen de
tektiert und korrigiert werden, indem lediglich vier Be
schleunigungssensoren x1, x2, y1 und y2 verwendet werden,
welche zueinander symmetrisch um die optische Achse M in x- und
y-Richtung angeordnet sind. Somit kann der Sensormecha
nismus insgesamt wesentlich vereinfacht werden.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Kameravorrichtung kann noch
weiter vereinfacht werden, wie dies in der dritten Ausfüh
rungsform gemäß Fig. 8 beispielhaft veranschaulicht ist. Ge
mäß Fig. 8 wird ein Beschleunigungssensor 15 verwendet, um
ausschließlich eine Drehversetzung zu erfassen. Während die
Drehversetzungskorrektur durch Betrieb des θ-Stellgliedes 3a
abhängig von einem Drehversetzungsbetrag korrigiert wird,
der durch den Beschleunigungssensor 15 erfaßt worden ist,
wird eine Korrektur von Translationsversetzungen abhängig
von Versetzungsbeträgen in x- und y-Richtung durchgeführt,
wobei die Versetzungsbeträge durch die bereits erwähnten
vier Beschleunigungssensoren x1, x2, y1 und y2 erhalten wer
den. Es leuchtet ein, daß hierbei die Versetzungsbeträge in
x-Richtung und y-Richtung, welche von den Versetzungsdetek
toren 6a bis 6d erhalten worden sind auf der Grundlage eines
Drehversetzungsbetrages korrigiert werden können, der von
einem Versetzungsdetektor 6e wie in der ersten und zweiten
Ausführungsform erhalten worden ist.
Wie unter Bezug auf die erste bis dritte beispielhafte Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung bisher beschrieben
worden ist, werden bei der vorliegenden Erfindung Verset
zungs- oder Verschiebungsbeträge des fotografischen opti
schen Linsensystemes 1 und des Bildaufnahmeelementes 2 auf
Halbleiterbasis unter Verwendung von Versetzungssensoren er
faßt, d. h. unter Verwendung von Beschleunigungssensoren,
welche jeweils in den Einbaulagen des Linsensystemes 1 und
des Bildaufnahmeelementes 2 angeordnet sind und Versetzungs
beträge eines Objektbildes auf der Abbildungsoberfläche des
Bildaufnahmeelementes 2, erzeugt durch das Linsensystem 1,
werden abhängig von diesen erfaßten Versetzungsbeträgen er
halten. Eine Positions- oder Lagefehlerkorrektur kann dann
durch Änderung der optischen Lagebeziehungen zwischen Ob
jektbild, Linsensystem 1 und Bildaufnahmeelement 2 abhängig
von den erfaßten Versetzungsbeträgen durchgeführt werden.
Hierdurch kann ein Verwackeln oder Verwischen des Objektbil
des auf der Abbildungsoberfläche während des Fotografier-
oder Belichtungsvorganges wirksam verhindert werden, so daß
ein klares, scharfes Bild mit hoher Auflösung erzeugbar ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die bisher beschrie
benen drei Ausführungsformen beschränkt. In jeder Ausfüh
rungsform ist beispielsweise eine elektronische Kamera zur
elektronischen Abbildung eines Objektbildes unter Verwendung
eines Bildaufnahmeelementes auf Halbleiterbasis dargestellt.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch genauso gut bei einer
Kamera anwendbar, bei der ein Objekt oder Gegenstand unter
Verwendung eines herkömmlichen Silberchloridfilmes fotogra
fiert wird. Hierbei ist beispielsweise ein Filmhalter in ei
nem Kameragehäuse unter Verwendung einer Doppelgehäusestruk
tur so angeordnet, daß die Versetzung des Filmhalters selbst
unter Verwendung eines Stellmechanismus oder Bewegungsmecha
nismus, wie beispielsweise einer Schwingspule oder derglei
chen steuerbar ist. Zusätzlich ist eine Versetzungssteuerung
des optischen Linsensystemes 1 möglich unter Verwendung ei
nes Stellmechanismus, um eine Lagefehlerkorrektur durch
zuführen. Da in diesem Falle jedoch eine Drehversetzung des
Linsensystemes 1 nicht durch dessen Drehung korrigierbar ist,
muß eine Drehversetzung beispielsweise durch Vorsehen eines
Prismas oder dergleichen vorgesehen sein. Eine Versetzungs-Erkennungstechnik
und eine Anordnung der hierzu nötigen Sen
soren ist abhängig von Spezifikationen der jeweiligen Kamera
zu bestimmen. Verschiedene andere Änderungen und Abwandlun
gen sind darüberhinaus im Rahmen der Erfindung jederzeit
möglich.
Fig. 9 zeigt einen dynamischen Beschleunigungssensor 100,
der auf der Grundlage elektromagnetischer Induktion arbeitet
und der als ein praktisches Ausführungsbeispiel für jeden
der Beschleunigungssensoren in der ersten bis dritten Aus
führungsform verwendbar ist. Der Beschleunigungssensor 100
erkennt eine elektromotorische Kraft als Beschleunigungssi
gnal entsprechend einer Änderung in einer relativen Lagebe
ziehung, verursacht durch eine Instabilität beim Fotografie
ren, also beispielsweise verursacht durch ein Verwackeln
während des Belichtungsvorganges, zwischen einer Spule 102
und einem Permanentmagneten 103a eines Magnetkreises 103
über einen Widerstand R. Die Spule 102 ist in dem Linsensy
stem 1 oder dem Bildaufnahmeelement 2 mittels einer Stütz- oder
Lagerfeder 101 angeordnet. Der Magnetkreis 103 beinhal
tet die Spule 102. Der Widerstand 3 ist zwischen die beiden
Enden der Spule 102 geschaltet.
Fig. 10 zeigt den Fall, in dem ein Integrator 104 zum Erhalt
eines Versetzungssignals durch Integration eines Beschleuni
gungssignals als praktisches Beispiel für jeden der Verset
zungsdetektoren 6a bis 6e in einer der oben beschriebenen
Ausführungsformen zur Anwendung kommt. In diesem Fall kann
ein genaues Versetzungssignal dadurch erhalten werden, indem
eine Vorspannungskomponente (bias component) eines Beschleu
nigungssignals unter Verwendung eines Hochpaßfilters 105 vor
dem Integrator 104 entfernt wird.
Die Fig. 11A bis 11D zeigen ein praktisches Ausführungs
beispiel eines Stellgliedes zur Verwendung in einer jeden
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Stellglied
mechanismus 110 beinhaltet ein Stützteil 113 zum horizonta
len Stützen des Bildaufnahmeelementes 2 mittels erster und
zweiter beweglicher Spulen 111 und 112, eine Drehplatte 116
zum vertikalen Stützen des Stützteiles 113 mittels dritter
und vierter beweglicher Spulen 114 und 115 und ein Stützteil
120 zum horizontalen und drehbeweglichen Stützen der Dreh
platte 116 an einem Kameragehäuse 119 mittels fünfter und
sechster beweglicher Spulen 117 und 118.
Der Stellgliedmechanismus 110 ist so ausgelegt, daß eine
Versetzung in x-Richtung dem Bildaufnahmeelement 2 durch die
ersten und zweiten Spulen 111 und 112 übertragen wird, eine
Versetzung in y-Richtung durch die dritten und vierten Spu
len 114 und 115 und eine Drehversetzung (θ) durch die fünf
ten und sechsten Spulen 117 und 118.
Es sei festgehalten, daß eine jede der Spulen 111, 112, 114,
115, 117 und 118 in jeder Richtung verwendbar ist.
Insoweit zusammenfassend können somit gemäß der vorliegenden
Erfindung Positions- oder Lagefehler eines Objektbildes auf
einer Abbildungsoberfläche sehr einfach und wirksam erfaßt
werden und eine optische Lagebeziehung zwischen den entspre
chenden Komponenten oder optische Lagebeziehungen zwischen
entsprechenden Komponenten ist/sind steuerbar, um diese Po
sitions- oder Lagefehler zu korrigieren. Hierdurch können
verschiedene praktische Vorteile erhalten werden. Insbeson
dere läßt sich ohne besonderen Aufwand und auch ohne beson
dere Sorgfalt beim Fotografiervorgang ein Objekt mit hoher
Auflösung fotografieren, ohne daß ein Verwackeln oder Verwi
schen des Objektbildes aufgrund irgendwelcher Instabilitäten
während des Abbildungs- oder Belichtungsvorganges auftritt.
Claims (9)
1. Kameravorrichtung mit einem fotografischen optischen
Linsensystem (1), einer Abbildungsoberfläche (2), auf der
ein Objektbild durch das fotografische optische Linsensys
tem (1) abgebildet wird, einer ersten Versetzungsdetekti
onsvorrichtung (4) zur Erfassung einer Versetzung des Lin
sensystems (1) innerhalb einer Ebene senkrecht zu einer op
tischen Achse, einer zweiten Versetzungsdetektionsvorrich
tung (5), die eine Versetzung der Abbildungsoberfläche (2)
innerhalb der Ebene senkrecht zu der optischen Achse er
faßt, und einer Korrekturvorrichtung (6 bis 11) zur Korrek
tur von Positionsfehlern des auf der Abbildungsoberfläche
(2) abzubildenden Objektbilds in Abhängigkeit von den Aus
gangssignalen der beiden Versetzungsdetektionsvorrichtungen
(4, 5), wobei die erste Versetzungsdetektionsvorrichtung
(4) einen ersten Beschleunigungssensor (x1) für die x-Rich
tung zur Detektion einer horizontalen Versetzung des Lin
sensystems (1) in Bezug auf die optische Achse und einen
zweiten Beschleunigungssensor (y1) für die y-Richtung zur
Detektion einer vertikalen Versetzung des Linsensystems (1)
aufweist, und die zweite Versetzungsdetektionsvorrichtung
(5) einen dritten Beschleunigungssensor (x2) für die x-Richtung
zur Detektion einer horizontalen Versetzung der
Abbildungsoberfläche (2) in Bezug auf die optische Achse,
einen vierten Beschleunigungssensor (y2) für die y-Richtung
zur Detektion einer vertikalen Versetzung der Ab
bildungsoberfläche (2) und einen fünften Beschleu
nigungssensor (x3) für die x-Richtung aufweist, der in ei
ner Position angeordnet ist, die zu der Position des drit
ten Beschleunigungssensors (x2) in Bezug auf die optische
Achse symmetrisch ist.
2. Kameravorrichtung mit einem fotografischen optischen
Linsensystem (1), einer Abbildungsoberfläche (2), auf der
ein Objektbild durch das fotografische optische Linsensys
tem (1) abgebildet wird, einer ersten Versetzungsdetekti
onsvorrichtung (4) zur Erfassung einer Versetzung des Lin
sensystems (1) innerhalb einer Ebene senkrecht zu einer op
tischen Achse, einer zweiten Versetzungsdetektionsvorrich
tung (5), die eine Versetzung der Abbildungsoberfläche (2)
innerhalb der Ebene senkrecht zu der optischen Achse er
faßt, und einer Korrekturvorrichtung (6 bis 11) zur Korrek
tur von Positionsfehlern des auf der Abbildungsoberfläche
(2) abzubildenden Objektbilds in Abhängigkeit von den Aus
gangssignalen der beiden Versetzungsdetektionsvorrichtungen
(4, 5), wobei die erste Versetzungsdetektionsvorrichtung
(4) einen ersten Beschleunigungssensor (x1) für die x-Rich
tung zur Detektion einer horizontalen Versetzung des Lin
sensystems (1) in Bezug auf die optische Achse und einen
zweiten Beschleunigungssensor (y1) für die y-Richtung zur
Detektion einer vertikalen Versetzung des Linsensystems (1)
aufweist, und die zweite Versetzungsdetektionsvorrichtung
(5) einen dritten Beschleunigungssensor (x2) für die x-Richtung
zur Detektion einer horizontalen Versetzung der
Abbildungsoberfläche (2) in Bezug auf die optische Achse,
und einen vierten Beschleunigungssensor (y2) für die y-Richtung zur Detektion ei
ner vertikalen Versetzung der Abbildungsoberfläche (2) auf
weist, der erste und der dritte Beschleunigungssensor (x1,
x2) für die x-Richtung in Positionen angeordnet sind, die
auf entgegengesetzten Seiten der optischen Achse liegen,
und der zweite und der vierte Beschleunigungssensor (y1,
y2) für die y-Richtung in Positionen angeordnet sind, die
auf entgegengesetzten Seiten der optischen Achse liegen.
3. Kameravorrichtung mit einem fotografischen optischen
Linsensystem (1), einer Abbildungsoberfläche (2), auf der
ein Objektbild durch das fotografische optische Linsensys
tem (1) abgebildet wird, einer ersten Versetzungsdetekti
onsvorrichtung (4) zur Erfassung einer Versetzung des Lin
sensystems (1) innerhalb einer Ebene senkrecht zu einer op
tischen Achse, einer zweiten Versetzungsdetektionsvorrich
tung (5), die eine Versetzung der Abbildungsoberfläche (2)
innerhalb der Ebene senkrecht zu der optischen Achse er
faßt, und einer Korrekturvorrichtung (6 bis 11) zur Korrek
tur von Positionsfehlern des auf der Abbildungsoberfläche
(2) abzubildenden Objektbilds in Abhängigkeit von den Aus
gangssignalen der beiden Versetzungsdetektionsvorrichtungen
(4, 5), wobei die erste Versetzungsdetektionsvorrichtung
(4) einen ersten Beschleunigungssensor (x1) für die x-Rich
tung zur Detektion einer horizontalen Versetzung des Lin
sensystems (1) in Bezug auf die optische Achse und einen
zweiten Beschleunigungssensor (y1) für die y-Richtung zur
Detektion einer vertikalen Versetzung des Linsensystems (1)
aufweist, und die zweite Versetzungsdetektionsvorrichtung
(5) einen dritten Beschleunigungssensor (x2) für die x-Richtung
zur Detektion einer horizontalen Versetzung der
Abbildungsoberfläche (2) in Bezug auf die optische Achse,
einen vierten Beschleunigungssensor (y2) für die y-Richtung Detektion ei
ner vertikalen Versetzung der Abbildungsoberfläche (2) und
einen Beschleunigungssensor (15) zur Erfassung einer Dreh
versetzung aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Abbildungsoberfläche (2) entweder eine
Belichtungsoberfläche eines Films, der für das Objektbild
empfindlich ist, oder die Abbildungsoberfläche eines Bild
aufnahmeelements zum elektronischen Abbilden des Objektbilds
umfaßt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturvorrichtung (6 bis
11) einen Stellgliedmechanismus (3a, 3b) zur Versetzung we
nigstens entweder des Linsensystems (1) oder der Abbil
dungsoberfläche (2) abhängig von den erfaßten Versetzungs
beträgen aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturvorrichtung (6 bis
11) wenigstens entweder einen Stellgliedmechanismus (3c)
zum Drehen der Abbildungsoberfläche abhängig von den erfaß
ten Versetzungsbeträgen oder einen Mechanismus zum Drehen
des Objektbilds, welches auf der Abbildungsoberfläche aus
gebildet wird, aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß aus den Ausgangssignalen des dritten und des fünften
Beschleunigungssensors (x2, x3) die Größe von Drehverset
zungsbeträgen der Abbildungsoberfläche (2) in x- und y-Richtung
detektiert wird und ein Korrekturbetrag in x-Rich
tung in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des ersten
und dritten Beschleunigungssensors (x1, x2) und der Größe
des Drehversetzungsbetrags in x-Richtung ermittelt wird,
sowie ein Korrekturbetrag in y-Richtung in Abhängigkeit von
den Ausgangssignalen des zweiten und vierten Beschleuni
gungssensors (y1, y2) und der Größe des Drehversetzungsbe
trags in y-Richtung ermittelt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des ersten und
dritten Beschleunigungssensors (x1, x2) ein Korrekturbetrag
in x-Richtung ermittelt wird, in Abhängigkeit von den Aus
gangssignalen des zweiten und vierten Beschleunigungssen
sors (y1, y2) ein Korrekturbetrag in y-Richtung ermittelt
wird und auf dem Ausgangssignal des Beschleunigungssensors
(15) zur Erfassung einer Drehversetzung ein Korrekturbetrag
der Drehversetzung ermittelt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß aus den Ausgangssignalen des ersten und dritten Be
schleunigungssensors (x1, x2) und denen des zweiten und
vierten Beschleunigungssensors (y1, y2) Drehversetzungsbe
träge der Abbildungsoberfläche (2) in x- und y-Richtung er
mittelt werden und ein Korrekturbetrag in x-Richtung in Ab
hängigkeit von den Ausgangssignalen des ersten und dritten
Beschleunigungssensors (x1, x2) und des Drehversetzungsbe
trags in x-Richtung ermittelt wird sowie ein Korrekturbe
trag in y-Richtung in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen
des zweiten und vierten Beschleunigungssensors (y1, y2) und
des Drehversetzungsbetrags in y-Richtung ermittelt wird.
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