(Bild 1)
“Sensor-Shift”-Bildstabilisierung
Digitale SLR Kameras mit Bildstabilisierung arbeiten in der Regel nach dem “Sensor-Shift”- (der Bildsensor wird bewegt) oder dem “Lens-Shift”- (Eine Linse im Objektiv wird bewegt) Verfahren (Abbildung 1). Die α-Kameras von Sony verwenden die „Sensor-Shift”-Methode, die das Bild durch Verschieben des Sensors im Kameragehäuse stabilisiert. Da die Stärke der Korrektur von der verwendeten Brennweite abhängt, müssen die Objektivdaten an die Kamera übermittelt werden, um die entsprechenden Sensorbewegungen zu erzeugen. Bei den α-Kameras von Sony erfolgt die Übermittlung der Objektivdaten über die Kontakte am Objektiv und Kameragehäuse.
(Bild 2)
„Sensor-Shift”-Verfahren”
Die Bildstabilisierung erfolgt durch das Bewegen des Bildsensors in die entsprechende Richtung, um Kamerabewegungen und die daraus resultierende Bewegungsunschärfe zu vermeiden.
„Lens-shift“-Verfahren
Die Bildstabilisierung erfolgt durch das Bewegen einer Linse im Objektiv in die entsprechende Richtung, um Verschiebungen der optischen Achse, die durch Kamerabewegungen entstehen, auszugleichen und somit die auftretende Bewegungsunschärfe zu vermeiden.
Die Bildstabilisierung
Abbildung 2 zeigt das Blockdiagramm einer Bildstabilisierung. Die Bildstabilisierung der α-Kameras von Sony (“SteadyShot INSIDE”) erfolgt durch einen digitalen Regelprozess, der in den folgenden Punkten 1-3 beschrieben wird.
- Die Winkelbeschleunigungssignale vom Bewegungssensor (Gyroskop) werden analog verstärkt und danach in digitale Signale gewandelt. Das daraus resultierende, digitale Signal wird im folgenden Schritt in Bewegungswinkeldaten konvertiert. Unter Zuhilfenahme der Brennweitendaten wird aus den Bewegungswinkeldaten der Bewegungsweg ermittelt, den es durch den Bildsensor zu korrigieren gilt.
- Die Bildsensor-Positionsdaten von einem Positionsgeber (Ein Magnet, der sich mit dem Bildsensor vor einem Hall-Element bewegt) werden in einem analogen Prozess verstärkt und danach über den Steuerungsprozessor in digitale Daten konvertiert.
- Die Bewegung des Bildsensors wird aus den in 1 ermittelten Bewegungsinformationen und der in 2 ermittelten, aktuellen Position des Bildsensors berechnet. Die Aktuatoren werden daraufhin vom System entsprechend angesteuert.
(Bild 3)
Bildstabilisierung mit linearen Ultraschall-Aktuatoren
Wie bereits erwähnt erfolgt die Bildstabilisierung bei den α-Kameras von Sony durch Verschieben des Bildsensors im Kamera-Body. Da die Leistung der Stabilisierung durch Bewegungen entlang der optischen Achse oder der Bildfläche beeinträchtigt wird, werden bei den α-Kameras von Sony Ultraschall-Linearantriebe verwenden, um den Sensor zu bewegen. Dies gewährleistet eine gleichmäßige und ruhige Bewegung des Bildsensors.
Ein Ultraschall-Linearantrieb besteht aus einem piezoelektrischen Element (dehnt sich durch Anlegen einer Spannung aus oder zieht sich zusammen), einer daran befestigten Antriebsstange, die die Bewegungen an den Sensor weitergibt, sowie einer Führungsschiene, die am Bildsensor befestigt ist. Da die Antriebsstange mit der Führungsschiene nur durch Reibungswiderstand verbunden ist, kann die Bewegung des Sensors sehr ruhig und gleichmäßig erfolgen. Das piezoelektrische Element steuert die Bewegung des Sensors durch entsprechendes Ausdehnen oder Zusammenziehen, während die Führungsschiene über die Stange gleitet. Ist die Bewegung schnell, so gleitet die Führung über die Antriebsstange, ist die Bewegung hingegen langsam, so verhindert der Federdruck ein Gleiten der Führung auf der Stange. Auf diesem Weg wird die Bewegung des Aktuators in eine lineare Bewegung der Führungsschiene gewandelt (siehe auch unten stehendes Video).(Bild 4)
(Bild 5)
Aufbau der Bildstabilisierung
Die Bildstabilisierung besteht aus zwei Aktuatoren, die vertikale und horizontale Bewegungen der Kamera kompensieren: Neigen und Gieren. Abbildung 3 zeigt den Aufbau der Bildstabilisierung für einen 35-mm-Bildsensor.
(Bild 6)
Die Bildstabilisierung setzt sich aus verschiedenen Bauteilen zusammen (wie in Abbildung. 3 dargestellt). Die Grundplatte ist mit dem Kameragehäuse verbunden und auf ihr ist der Gier-Antrieb befestigt. Die Aktuator-Stange befindet sich zwischen Führungsschiene und Federplatte. Für das Neigen und Gieren des Sensors wird nur eine Führungsplatte verwendet. Der Aktuator für die Neigung ist auf dem Träger des Bildsensors befestigt und greift ebenfalls in die Führungsschiene. Hierdurch ein freies Bewegen des Bildsensors abhängig von der Kamerabewegung.
Wenn der Bildstabilisator aktiviert ist, werden die Daten der beiden Hall-Sensoren auf der Grundplatte verwendet, um die Position des Bildsensors zu ermitteln. Bewegungen der Kamera werden durch den Bewegungswinkelsensor erkannt und durch ein entsprechendes Ansteuern der Aktuatoren kompensiert.
Technologischen Herausforderungen
(Bild 7)
