(57)【要約】【課題】可動部に対して突発的に発生した外乱を検出することが可能な駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置（１）は、可動部（１００）と、可動部を保持する固定部（２００）と、固定部に対する可動部の位置を制御する制御部（２０１）と、可動部に設けられた第一のぶれ検出部（１０７）と、固定部に設けられた第二のぶれ検出部（２１４）と、第一のぶれ検出部から取得された第一のぶれ情報と第二のぶれ検出部から取得された第二のぶれ情報とに基づいて、可動部に対する外乱（突発ぶれ）を検出する外乱検出部（２１５）とを有する。【選択図】図１
2020118792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部と、
前記可動部を保持する固定部と、
前記固定部に対する前記可動部の位置を制御する制御部と、
前記可動部に設けられた第一の動き検出部と、
前記固定部に設けられた第二の動き検出部と、
前記第一の動き検出部から取得された第一の動き情報と前記第二の動き検出部から取得された第二の動き情報とに基づいて、前記可動部に対する外乱を検出する外乱検出部と、を有することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記外乱検出部は、前記第一の動き情報と前記第二の動き情報との差に基づいて、前記外乱を検出することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記外乱検出部は、
前記第一の動き情報と前記第二の動き情報との前記差に基づいて、前記第三の動き情報を算出し、
前記第三の動き情報と予想動き情報とに基づいて、前記外乱を検出することを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記外乱検出部は、前記第三の動き情報と前記予想動き情報との差が所定の閾値よりも大きい場合、前記可動部に前記外乱が発生したと判定することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
被写体情報を取得する撮像部と、
前記可動部の前記位置を検出する位置検出部と、を更に有し、
前記外乱検出部は、前記被写体情報と前記可動部の前記位置とに基づいて、前記予想動き情報を設定することを特徴とする請求項３または４に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記外乱検出部は、前記可動部の前記位置に基づいて、前記予想動き情報を設定することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記外乱検出部は、
前記可動部が移動している場合、前記可動部の目標座標までの移動距離に応じて移動工程を複数のステップに区切って前記外乱の検出処理を行い、
前記可動部が静止している場合、一定時間ごとに前記外乱の検出処理を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記外乱検出部が前記外乱を検出した場合、復帰処理を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記可動部の外面の少なくとも一部は球面であり、
前記固定部は、
前記可動部の前記球面に加圧接触して前記可動部を駆動する複数の振動体と、
前記可動部に対する前記複数の振動体の加圧接触状態を保持する受圧部と、を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の駆動装置と、
撮像部と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
可動部と、前記可動部を保持する固定部と、前記固定部に対する前記可動部の位置を制御する制御部とを有する駆動装置の制御方法であって、
前記可動部に設けられた第一の動き検出部から第一の動き情報を取得するステップと、
前記固定部に設けられた第二の動き検出部から第二の動き情報を取得するステップと、
前記第一の動き情報と前記第二の動き情報とに基づいて、前記可動部に対する外乱を検出するステップと、を有することを特徴とする駆動装置の制御方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の駆動装置の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定部に対して可動部を駆動する駆動装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
雲台撮影システムは、監視カメラシステム等で用いられ、モータ等のアクチュエータを動作させてカメラを含む可動部をパン動作およびチルト動作させることにより、可動部の向きを変更することができる。通常、雲台撮影システムは、ジンバル構造により実現されるが、構造が複雑であるとともに大型化する。そこで、小型の雲台撮影システムを実現するため、球形の可動部の内部にカメラを内蔵した球形構造が提案されている。球形構造によれば、カメラを搭載した可動部（球体）と、アクチュエータを搭載した固定部とを用いることにより、多自由度の駆動を実現することができる。
【０００３】
球形構造の雲台撮影システムにおいては、照射用光源と画像センサとを備えた位置検出部を用いて多自由度駆動を検出することが可能である。しかし、このような雲台撮影システムでは球体が露出した構造となっているため、物理的な外乱（突発外乱）の影響を受けやすい。突発外乱により画像センサの相対検出可能な速度を超えて球体が移動した場合、雲台撮影システムは突発外乱が発生したことを検出できない。
【０００４】
特許文献１には、可動レンズ群の機構的な遊びや駆動ギアのバックラッシュに起因してカメラ雲台のチルト角を駆動したとき発生するレンズ駆動誤差を補正し、ピントずれが起きないカメラ雲台装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−９７１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたカメラ雲台装置では、突発外乱を検出することができないため、定期的に駆動端から基準位置を通過させる動作（リセット動作）によりレンズ駆動誤差を補正する必要がある。このため、ユーザにとって煩わしく、駆動端が存在しない撮像装置には適用できない。
【０００７】
そこで本発明は、可動部に対して突発的に発生した外乱を検出することが可能な駆動装置、撮像装置、駆動装置の制御方法、および、プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての駆動装置は、可動部と、前記可動部を保持する固定部と、前記固定部に対する前記可動部の位置を制御する制御部と、前記可動部に設けられた第一の動き検出部と、前記固定部に設けられた第二の動き検出部と、前記第一の動き検出部から取得された第一の動き情報と前記第二の動き検出部から取得された第二の動き情報とに基づいて、前記可動部に対する外乱を検出する外乱検出部とを有する。
【０００９】
本発明の他の側面としての撮像装置は、前記駆動装置と撮像部とを有する。
【００１０】
本発明の他の側面としての駆動装置の制御方法は、可動部と、前記可動部を保持する固定部と、前記固定部に対する前記可動部の位置を制御する制御部とを有する駆動装置の制御方法であって、前記可動部に設けられた第一の動き検出部から第一の動き情報を取得するステップと、前記固定部に設けられた第二の動き検出部から第二の動き情報を取得するステップと、前記第一の動き情報と前記第二の動き情報とに基づいて、前記可動部に対する外乱を検出するステップとを有する。
【００１１】
本発明の他の側面としてのプログラムは、前記駆動装置の制御方法をコンピュータに実行させる。
【００１２】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、可動部に対して突発的に発生した外乱を検出することが可能な駆動装置、撮像装置、駆動装置の制御方法、および、プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態における撮像装置のブロック図である。
【図２】本実施形態における撮像装置の外観斜視図である。
【図３】本実施形態における振動体の駆動原理の説明図である。
【図４】本実施形態における撮像装置の分解斜視図である。
【図５】本実施形態における撮像装置の説明図である。
【図６】本実施形態における撮像装置をＸ１方向から見た図である。
【図７】本実施形態における座標系の説明図である。
【図８】本実施形態における突発検出部のブロック図である。
【図９】本実施形態における突発検出のフローチャートである。
【図１０】本実施形態における突発復帰のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
まず、図１を参照して、本実施形態における撮像装置（駆動装置）の内部構成および機能について説明する。図１は、本実施形態における撮像装置１のブロック図である。図１において、１００はレンズユニット１０１と撮像部１０２とを備えた可動部、２００は可動部１００を保持する固定部である。固定部２００には、可動部１００の位置を駆動制御するとともに撮像装置１の全体を制御する中央制御部（ＣＰＵ）２０１が設けられている。なお可動部１００は、外面の少なくとも一部が球面（球面形状）ＳＲである。また、圧電素子１７（図３参照）を含む複数の振動体（振動波モータ）１１〜１３が、可動部１００の球面ＳＲに接触（加圧接触）するように、固定部２００上に設けられている。
【００１７】
まず、可動部１００の構成について説明する。レンズユニット（光学系）１０１は、ズームユニット（ズーム光学系）、絞り／シャッタユニット、および、フォーカスユニット（フォーカス光学系）等を備えた撮像光学系である。撮像部１０２は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどの撮像素子を含み、撮像光学系（レンズユニット１０１）を介して形成された光学像（被写体像）を光電変換して電気信号（撮像データ）を出力する。撮像データ記憶部１０３は、撮像部１０２から出力される撮像データを記憶し、記憶した撮像データを可動部データ無線通信部１０４に転送する。可動部データ無線通信部１０４は、送受信アンテナを含み、可動部１００と固定部２００との間のデータ通信を無線通信で実施する。撮像部１０２から出力される撮像データを無線通信により固定部２００に送信する際には、撮像データ記憶部１０３に記憶された撮像データの時系列の順序で送信される。
【００１８】
レンズアクチュエータ制御部１０６は、モータドライバＩＣを含み、レンズユニット１０１のズームユニット、絞り／シャッタユニット、および、フォーカスユニット等の各種アクチュエータを駆動する。各種アクチュエータは、可動部データ無線通信部１０４を介して固定部２００から受信したレンズユニット１０１のアクチュエータ駆動指示信号に基づいて駆動される。可動部動き検出部としての可動部ぶれ検出部（第一の動き検出部）１０７は、例えばジャイロであり、可動部１００の動き量としてのぶれ量（第一の動き情報。第一のぶれ情報とも称する）を検出する。可動部ぶれ検出部１０７により検出された可動部１００のぶれ量は、可動部データ無線通信部１０４により固定部２００へ送信される。無線電力受電部１０５は、固定部２００から電力を受電し、受電した電力を可動部１００の全体（各要素）の電源として用途に応じて供給する。
【００１９】
次に、固定部２００の構成について説明する。中央制御部２０１は、撮像装置１の全体を制御する制御部（ＣＰＵ）である。固定部データ無線通信部２０８は、可動部１００の撮像部１０２の撮像データの受信およびレンズユニット１０１の各種アクチュエータ駆動指示信号の送信等の可動部１００と固定部２００との間のデータ通信を無線通信で実施する。また固定部データ無線通信部２０８は、可動部ぶれ検出部１０７の検出情報を送信する。撮像信号処理部２０９は、固定部データ無線通信部２０８から出力された撮像部１０２の電気信号（撮像データ）を映像信号へ変換する。映像信号処理部２１０は、撮像信号処理部２０９から出力された映像信号を用途に応じて加工する。映像信号の加工は、画像切り出しおよび回転加工による電子防振動作を含む。
【００２０】
操作部２０２は、撮像装置１を操作するために設けられている。記憶部２０３は、撮影により得られた映像情報などの種々のデータを記憶する。表示部２０４は、ＬＣＤなどのディスプレイを備え、映像信号処理部２１０から出力された信号に基づいて、必要に応じて画像表示を行う。外部入出力端子部２０５は、外部装置との間で通信信号および映像信号を入出力する。電源部２０６は、撮像装置１の全体（各要素）に用途に応じて電源を供給する。無線電力送信部２０７は、可動部１００へ電力を送信する。
【００２１】
位置検出部２１２は、照射用光源および画像センサ（不図示）を備えて構成される。固定部動き検出部としての固定部ぶれ検出部（第二の動き検出部）２１４は、例えばジャイロであり、固定部２００の動き量としてのぶれ量（第二の動き情報。第二のぶれ情報とも称する）を検出する。突発検出部（外乱検出部）２１５は、可動部１００の物理的な突発外乱（突発外乱に起因する突発ぶれ）を検出する。中央制御部２０１は、位置検出部２１２からの情報に基づいて、可動部制御部（駆動部）２１１を用いて複数の振動体１１〜１３を動作させることにより、可動部１００の位置（向き）を制御する。可動部制御部２１１は、可動部１００を移動（変位）させるために振動体１１〜１３のそれぞれの圧電素子に電圧を印加する。可動部制御部２１１により振動体１１〜１３の一部または全てを適宜動作させることで、可動部１００の多自由度駆動を実現することができる。位置補正部２１３は、位置検出部２１２により取得された画像情報に可動部１００の位置情報（位置情報を示すマーク）が含まれている場合、可動部１００の検出位置を補正する。
【００２２】
なお、本実施形態において、固定部２００から可動部１００への電力供給を無線で行っているが、有線で電力を供給してもよい。また、固定部２００と可動部１００との間の制御信号や撮像データ等のデータ送受信を無線通信で行っているが、有線で通信を行ってもよい。
【００２３】
次に、図２を参照して、撮像装置１の外観構成について説明する。図２は、撮像装置１の外観斜視図である。可動部１００は、その内部にレンズユニット１０１が組み込まれた球面（球面形状）を有する。可動部１００は、固定部２００に設けられた複数の振動体１１〜１３と、固定部２００に連結されたアーム部２２０の先端に設けられた受圧部２２０ａとの間で挟持されている。本実施形態では、説明の便宜上、固定部２００の底面２００ａは、互いに直交するＸ１軸およびＺ１軸により規定され、Ｘ１軸およびＺ１軸のそれぞれに対して直交する軸をＹ１軸と規定するものとする。
【００２４】
振動体１１〜１３はそれぞれ、可動部１００の球心Ｃに向かって付勢されるように、不図示のバネ部材を介して固定部２００に固定されている。受圧部２２０ａは、バネ部材による可動部１００の付勢力を受けるように構成されている。すなわち、振動体１１〜１３はそれぞれ、可動部１００の球面ＳＲに加圧接触した状態（加圧接触状態）で配置されている。可動部制御部２１１により振動体１１〜１３のそれぞれに駆動力（駆動のための電気信号）を与えると、可動部１００は振動体１１〜１３のそれぞれの接触点（接触部）で摩擦駆動される。そして、その合成力により、可動部１００を球心Ｃを通る任意の軸回りに移動させることができる。このような構成により、撮像装置１は、レンズユニット１０１を有する可動部１００を固定部２００に対して相対的に移動させることができ、その結果、種々の方向および角度の撮影が可能となる。
【００２５】
次に、図３を参照して、振動体（振動波モータ）１１〜１３の駆動原理について説明する。図３は、振動体１１〜１３の駆動原理の説明図である。本実施例において、振動体１１〜１３はそれぞれ、振動板１８と、振動板１８の裏面に貼り付けられた電気機械エネルギー変換素子としての圧電素子１７とを備えて構成される。
【００２６】
図３（ａ）は、振動板１８の裏面に貼り付けられた圧電素子１７の電極パターンを示す図であり、長手方向（ａ方向）において２等分された電極領域１７−１、１７−２が形成されている。また、電極領域１７−１、１７−２のそれぞれにおける分極方向は、同一方向（「＋」）となっている。圧電素子１７の２つの電極領域１７−１、１７−２のうち、図３（ａ）中の右側に位置する電極領域１７−１には、交流電圧Ｖ１が印加される。また、図３（ａ）中の左側に位置する電極領域１７−２には、交流電圧Ｖ２が印加される。図３（ａ）において、交流電圧Ｖ１、Ｖ２を、Ａモードの共振周波数付近の周波数であって、かつ位相が１８０°互いにずれた交流電圧であるとする。このとき、ある瞬間において、圧電素子１７の右側の電極領域１７−１が縮むとともに、左側の電極領域１７−２が伸びる。また、別の瞬間には、逆の関係となる。その結果、振動板１８には、図３（ｂ）に示されるようなＡモードの振動が発生する。Ａモードとは、矢印ａの方向の２次の曲げモードであり、ｃ方向の変位が小さい節部を３つ有し、逆にｃ方向の変位が大きい腹部を２つ有するモードである。このような振動が発生すると、振動板１８の中心部に設けられた突起部１９の先端は、図３（ｂ）の左右方向に変位する。突起部１９は、図３（ａ）の裏側に存在し、可動部１００に接触する接触部である。
【００２７】
一方、交流電圧Ｖ１、Ｖ２をＢモードの共振周波数付近の周波数であって、かつ同位相の交流電圧であるとすると、圧電素子１７の全体（２つの電極領域１７−１、１７−２）がある瞬間には伸び、また別の瞬間には縮む。その結果、振動板１８には、図３（ｃ）に示されるようなＢモードの振動が発生する。Ｂモードとは、ｂ方向の１次の曲げモードであり、ｃ方向の変位の小さい節部を２つ有し、逆にｃ方向の変位が大きい腹部を１つ有するモードである。このとき、「Ａモードの共振周波数」と「Ｂモードの共振周波数」は、略一致した周波数に設定される。ここで、略一致とは、厳密に一致する場合だけでなく、一致していると評価される程度に一致する（実質的に一致する）場合を含む意味である。
【００２８】
このようなそれぞれの振動をある時間的位相関係で合成することにより、可動部１００と接触している突起部１９の先端には、ａ方向およびｃ方向を径とする楕円状の運動が発生する。そして、この楕円運動を可動部１００が振動体１１〜１３の摩擦力として受け、図３（ｂ）中の矢印方向に駆動される。また、ＡモードとＢモードとの発生比を圧電素子１７の２等分された電極領域１７−１、１７−２へ入力する電圧の位相差を変えることにより変化させることが可能であり、楕円の縦横比もＡモードとＢモードとの発生比に応じて変化する。振動体１１〜１３において、ＡモードとＢモードとの発生比を変えることにより、接触部の駆動力が変えられるため可動部の速度をコントロールすることが可能となる。
【００２９】
次に、図４を参照して、撮像装置１の構成について説明する。図４は、撮像装置１の分解斜視図である。撮像装置１は、主に、レンズユニット１０１を備えた可動部１００と、アーム部２２０、ベースカバー２３０、シャーシ２４０、内部構造体２５０、および、ボトムカバー２６０を備えた固定部２００とから構成される。内部構造体２５０は、制御基板２５０ａを有する。制御基板２５０ａは、中央制御部（ＣＰＵ）２０１、記憶部（メモリ）２０３、および、可動部１００の駆動制御を行う可動部制御部２１１を有し、撮像装置１の全体の制御を司る。内部構造体２５０は、シャーシ２４０を介してベースカバー２３０の内部に固設された後、ベースカバー２３０の下部にボトムカバー２６０が固定されることでケーシングされる。
【００３０】
振動体１１〜１３は、超音波振動を利用して、被駆動体を摩擦駆動する方式の、所謂、超音波モータと呼ばれるアクチュエータである。振動体１１〜１３はそれぞれ、シャーシ２４０に設けられた開口２４０ａから可動部１００側に露出するように配置され、可動部１００の球心Ｃに向かって付勢力が作用するように、不図示のバネ部材を介してシャーシ２４０に固定されている。振動体１１〜１３から延出するＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）１１ａ、１２ａ、１３ａはそれぞれ、制御基板２５０ａと電気的に接続されている。ＦＰＣ１１ａ、１２ａ、１３ａは、可動部制御部２１１からの制御信号を受けて、振動体１１〜１３のそれぞれの圧電素子１７（電気機械エネルギー変換素子）に任意の高周波電圧を印加することができる。
【００３１】
位置検出部２１２は、可動部１００の駆動を妨げることなく、可動部１００の表面を撮影することができるように、不図示の固定部材を介してシャーシ２４０に固定されている。アーム部２２０は、その先端に設けられた受圧部２２０ａが、可動部１００の球面ＳＲに接触するようにシャーシ２４０にビス等の締結部材により固定される。これにより、受圧部２２０ａが振動体１１〜１３のそれぞれの付勢力を受けることで、可動部１００に対する振動体１１〜１３の加圧接触状態を維持することができる。受圧部２２０ａは、可動部１００の回転駆動時の摩擦を小さくするため、低摩擦で摺動性に優れる樹脂（例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）等）や転動部材等で構成され、接触箇所を複数設けてもかまわない。
【００３２】
次に、図５を参照して、固定部２００、可動部１００、振動体１１〜１３、および、受圧部２２０ａの関係を説明する。図５は、撮像装置１の説明図である。図５（ａ）は、撮像装置１から、固定部２００の底面２００ａ、可動部１００、振動体１１〜１３、および、受圧部２２０ａのみを取り出して示している。ここで、説明の便宜上、可動部１００の球心Ｃにおいて、第一座標系（Ｘ１軸、Ｙ１軸、Ｚ１軸）をＸ１軸回りに角度θだけ回転させた座標系を第二座標系（Ｘ２軸、Ｙ２軸、Ｚ２軸）とする。
【００３３】
図５（ｂ）〜（ｄ）は、Ｙ２軸方向から見た図である。図５に示されるように、振動体１１〜１３は、Ｙ２軸に垂直な平面（Ｘ２軸およびＺ２軸により規定される平面）のうち、球心Ｃから距離Ｌだけ離れた平面と球面ＳＲとの交円（小円）Ｓの周上に１２０°間隔で配置されている。なお、振動体１１〜１３はそれぞれ、不図示のバネ部材を介して可動部１００の球心Ｃに向かって付勢されている。可動部１００の球面ＳＲの球心Ｃは、複数の振動体１１〜１３のそれぞれを通る円（交円（小円）Ｓ）の円周上の各点と受圧部２２０ａとを結んで形成される領域Ａの内部に位置する。言い換えると、可動部１００の球面ＳＲの球心Ｃは、複数の振動体１１〜１３を通る平面と受圧部２２０ａとの間に位置する。前述の複数の振動体を通る平面は、振動体が４つ以上の場合、複数の振動体のいずれか３つを通る平面を含む。ここでは、受圧部２２０ａと交円（小円）Ｓの中心Ｃｓとを結ぶ仮想直線ＳＬは、可動部１００の球心Ｃを通り、交円（小円）Ｓに対して垂直（Ｙ２軸と平行）である。このような構成により、可動部１００に対する振動体１１〜１３の加圧接触状態を効果的に維持することが可能となるとともに、可動部１００を確実に保持して可動部１００の不用意な脱落を阻止することが可能となる。
【００３４】
次に、可動部１００の回転動作について説明する。図５（ｂ）は、実際に可動部１００をＺ２軸中心に回転させるときの状態を示す図である。図５に示されるように、振動体１１〜１３は、１２０°間隔でＹ２軸から距離ｄの位置に配置されている。時計周り方向の力を正とすると、それぞれが正方向の力を発生しているとき、振動体１１の力の向きはＸ２軸方向を基準として０°、振動体１２の力の向きは２４０°、振動体１３の力の向きは１２０°となる。振動体１１〜１３上にはそれぞれ突起部（接触部）１９が設けられており、可動部１００が有する球面ＳＲとは振動体１１〜１３のそれぞれの突起部１９の３点で接触するようになっている。３つの突起部１９を用いた３点接触の構成により、振動体１１〜１３はそれぞれ、球面ＳＲと安定して接触することが可能となっている。
【００３５】
図５（ｂ）において、可動部１００をＺ２軸中心に回転させるために振動体１１に加える力をｆ１、振動体１２に加える力をｆ２、振動体１３に加える力をｆ３とすると、所定の力をｆとして、ｆ１＝２×ｆ  ｆ２＝−ｆ、ｆ３＝−ｆとなる。ここで、ＦｘをＸ２方向への力、ＦｚをＹ２方向への力、Ｆｙを回転方向への力、ｄをＹ２軸から振動体１１〜１３のそれぞれとの距離とすると、Ｆｘ、Ｆｚ、Ｆｘはそれぞれ、以下の式（１）〜（３）のように表される。
【００３６】
Ｆｘ＝ｆ１＊ｃｏｓ（０ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｃｏｓ（２４０ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｃｏｓ（１２０ｄｅｇ）＝（２×ｆ×１）＋（−ｆ×−０．５）＋（−ｆ×−０．５）＝３×ｆ  …  （１）
Ｆｚ＝ｆ１＊ｓｉｎ（０ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｓｉｎ（２４０ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｓｉｎ（１２０ｄｅｇ）＝（２×ｆ×０）＋（−ｆ×−０．８６）＋（−ｆ×０．８６）＝０×ｆ  …  （２）
Ｆｙ＝ｆ１＊ｄ＋ｆ２＊ｄ＋ｆ３＊ｄ＝（２×ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＝０×ｆ  …  （３）
このため、ｆ１〜ｆ３を入力すると、交円（小円）Ｓの中心点Ｃｓに合成力としてＸ２方向の力Ｆｘのみが発生する。すなわち、Ｘ２方向のみの駆動力が可動部１００に加えられる。従って、振動体１１〜１３の合成力Ｆｘは、可動部１００をＺ２軸中心に回転させることができる。
【００３７】
図５（ｃ）は、実際に可動部１００をＸ２軸中心に回転させるときの状態を示す図である。図５（ｃ）において、可動部１００をＸ２軸中心に回転させるために振動体１１に加える力をｆ１、振動体１２に加える力をｆ２、振動体１３に加える力をｆ３とすると、所定の力をｆとして、ｆ１＝０×ｆ、ｆ２＝−ｆ、ｆ３＝＋ｆとなる。Ｚ２軸中心に回転させたときと同様に、可動部１００への力の入力を考えると、Ｆｘ、Ｆｚ、Ｆｙはそれぞれ、以下の式（１ａ）〜（３ａ）のように表される。
【００３８】
Ｆｘ＝ｆ１＊ｃｏｓ（０ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｃｏｓ（２４０ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｃｏｓ（１２０ｄｅｇ）＝（０×ｆ×１）＋（−ｆ×−０．５）＋（ｆ×−０．５）＝０×ｆ  …  （１ａ）
Ｆｚ＝ｆ１＊ｓｉｎ（０ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｓｉｎ（２４０ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｓｉｎ（１２０ｄｅｇ）＝（０×ｆ×０）＋（−ｆ×−０．８６）＋（ｆ×０．８６）＝１．７３×ｆ  …  （２ａ）
Ｆｙ＝ｆ１＊ｄ＋ｆ２＊ｄ＋ｆ３＊ｄ＝（０×ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＋（ｆ×ｄ）＝０×ｆ  …  （３ａ）
このため、ｆ１〜ｆ３を入力すると、交円（小円）Ｓの中心点Ｃｓに合成力として−Ｚ２方向の力Ｆｚのみが発生する。すなわち、−Ｚ２方向のみの駆動力が可動部１００に加えられる。従って、振動体１１〜１３の合成力Ｆｚは、可動部１００をＸ２軸中心に回転させることができる。
【００３９】
図５（ｄ）は、実際に可動部１００をＹ２軸中心に回転させるときの状態を示す図である。図５（ｄ）において、可動部１００をＹ２軸中心に回転させるために振動体１１に加える力をｆ１、振動体１２に加える力をｆ２、振動体１３に加える力をｆ３とすると、所定の力をｆとして、ｆ１＝−ｆ、ｆ２＝−ｆ、ｆ３＝−ｆとなる。このとき、可動部１００への力の入力を考えると、Ｆｘ、Ｆｚ、Ｆｙはそれぞれ、以下の式（１ｂ）〜（３ｂ）のように表される。
【００４０】
Ｆｘ＝ｆ１＊ｃｏｓ（０ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｃｏｓ（２４０ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｃｏｓ（１２０  ｄｅｇ）＝（−ｆ×１）＋（−ｆ×−０．５）＋（−ｆ×−０．５）＝０×ｆ  …  （１ｂ）
Ｆｚ＝ｆ１＊ｓｉｎ（０ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｓｉｎ（２４０ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｓｉｎ（１２０ｄｅｇ）＝（−ｆ×０）＋（−ｆ×−０．８６）＋（−ｆ×０．８６）＝０×ｆ  …  （２ｂ）
Ｆｙ＝ｆ１＊ｄ＋ｆ２＊ｄ＋ｆ３＊ｄ＝（−ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＝−３×ｆ  …  （３ｂ）
このため、ｆ１〜ｆ３を入力すると、交円（小円）Ｓの中心点Ｃｓに合成力としてＹ２軸中心の回転方向の力Ｆｙのみが発生する。すなわち、Ｙ２軸中心の回転方向のみの駆動力が可動部１００に加えられる。従って、振動体１１〜１３の合成力Ｆｙは、可動部１００をＹ２軸中心に反時計周りに回転させることができる。
【００４１】
また、前述の回転運動を適宜組み合わせることにより、球心Ｃを通る任意の軸を中心に可動部１００を回転させることができる（すなわち、任意の方向にレンズユニット１０１を振ることができる）。これにより、あらゆる方向の撮影が可能になるだけでなく、手振れなどによるレンズユニット１０１の光軸ずれを補正するための動作が可能となる。
【００４２】
図６は、撮像装置１をＸ１軸方向から見た図である。図６において、撮像装置１の可動部１００は、レンズユニット１０１の光軸Ｏが底面２００ａに対して直交する位置に移動している。αは、レンズユニット１０１の撮影範囲（レンズユニット１０１の画角）である。図６に示されるように、受圧部２２０ａは、レンズユニット１０１の撮影範囲αよりも外側の位置にある。このような角度θを設定することにより、撮像装置１は、底面２００ａに対して直交する方向の撮影が可能となる。例えば、撮像装置１の底面２００ａを天井に取り付けた場合、天井に対して真下の撮影が可能になる。
【００４３】
次に、図７を参照して、固定部２００に対する可動部１００の光軸Ｏの向き（カメラ指向方向）に関する球面座標系について説明する。図７は、球面座標系の説明図である。球面座標系は、一つの動径（動径座標）ｒと二つの角度（角度座標）θ、φとで表される極座標系である。第一の角度θは、ある軸（図７ではｚ軸）と動径ｒとのなす角度である。第二の角度φは、その軸（ｚ軸）に垂直な平面にある別の軸（図７ではｘ軸）とこの平面への動径ｒの射影とのなす角度である。ここで、固定部２００に対する可動部１００の基準位置座標を（ｒ０、θ０、φ０）とする。
【００４４】
次に、図８を参照して、突発検出部２１５について詳述する。図８は、突発検出部２１５のブロック図である。突発検出部２１５は、ぶれ演算部２１５１、予想ぶれ量設定部２１５２、および、可動部突発検出部２１５３を有する。
【００４５】
ぶれ演算部２１５１は、固定部ぶれ検出部２１４から取得された固定部２００のぶれ量と固定部データ無線通信部２０８を介して可動部ぶれ検出部１０７から取得された可動部１００のぶれ量とを比較し、可動部１００のみのぶれ量情報を算出する。ぶれ量（ぶれ情報）は、ＹａｗとＰｉｔｃｈとＲｏｌｌの３軸での角速度（ｄｅｇ／ｓ）で表される。ある時刻Ｔ１での可動部１００からのぶれ量をω（Ｘｔ１）、固定部２００からのぶれ量をω（Ｙｔ１）とすると、ぶれ演算部２１５１にて演算される時刻Ｔ１における可動部１００のみのぶれ量は、ω（Ｗｔ１）＝ω（Ｘｔ１）−ω（Ｙｔ１）となる。
【００４６】
予想ぶれ量設定部２１５２は、中央制御部２０１から取得された可動部１００の撮像部１０２の撮像データからの被写体追尾情報と位置検出部２１２からの可動部１００の位置情報とに基づいて、可動部１００の目標座標と現在座標とをそれぞれ設定する。そして予想ぶれ量設定部２１５２は、目標座標と現在座標との差分から算出された可動部１００の移動量に基づいて、可動部１００が移動中における予想ぶれ量ω（Ｚ）を設定する。このとき予想ぶれ量設定部２１５２は、予想ぶれ量ω（Ｚ）を設定する際に、事前に算出された可動部１００の移動量に基づいて予想ぶれ量ω（Ｚ）を設定するステップ数を決定し、各ステップでの可動部１００の移動座標を設定する。また予想ぶれ量設定部２１５２は、各座標間の移動量と所要時間、および、固定部２００に対する可動部１００の角度に基づいて、予想ぶれ量ω（Ｚ）を設定する。予想ぶれ量ω（Ｚ）は、可動部１００の移動速度と固定部２００に対する可動部１００の角度とに基づいて一義的に決定される。なお予想ぶれ量設定部２１５２は、記憶部２０３に計算テーブルを保持して読み出す手法を用いてもよい。移動速度は、移動量と所要時間とに基づいて決定される。このとき移動速度は固定または可変のいずれでもよい。速度が可変の場合でも、予想ぶれ量ω（Ｚ）の設定方法は前述の手法を用いることができる。予想ぶれ量設定部２１５２での予想ぶれ量ω（Ｚ）の設定は、中央制御部２０１により被写体追尾情報を受けて開始される。被写体追尾情報がない場合、予想ぶれ量設定部２１５２での予想ぶれ量情報はないものとする。
【００４７】
可動部突発検出部２１５３は、ぶれ演算部２１５１からの可動部１００のみのぶれ量情報と予想ぶれ量設定部２１５２での予想ぶれ量情報とに基づいて、可動部１００に突発のぶれ（外乱）が発生しているか否かを検出する。可動部突発検出部２１５３は、時刻Ｔ１での可動部１００からのぶれ量ω（Ｗｔ１）に対し、予想ぶれ量設定部２１５２からの予想ぶれ量ω（Ｚ）を差し引いた値を算出する。この値が予め定められた閾値を上回った場合、可動部突発検出部２１５３は、時刻Ｔ１において可動部１００に突発によるぶれが発生したことを検出する。可動部突発検出部２１５３は、このような突発検出処理を定期的に行う。予想ぶれ量設定部２１５２からのぶれ量ω（Ｗｔ）がない場合、可動部突発検出部２１５３は、可動部１００は静止している状態と認識し、予想ぶれ量ω（Ｚ）を０として突発検出の演算を行う。予想ぶれ量設定部２１５２から予想ぶれ量ω（Ｚ）がある場合、可動部突発検出部２１５３は、その都度予想ぶれ量ω（Ｚ）を設定して突発検出の演算を行う。
【００４８】
次に、図９を参照して、突発検出について説明する。図９は、突発検出のフローチャートである。図９の各ステップは、主に、中央制御部２０１により、または中央制御部２０１の指令に基づいて突発検出部２１５の各部により行われる。
【００４９】
まずステップＳ１０１において、中央制御部２０１は、可動部１００の撮像部１０２の撮像データを受け、被写体追尾を行っているか否か（被写体追尾状態であるか否か）を判定する。被写体追尾状態である場合、ステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２において、中央制御部２０１は、撮像部１０２の撮像データからの被写体追尾情報と位置検出部２１２からの可動部１００の位置情報とを予想ぶれ量設定部２１５２に出力する。そして予想ぶれ量設定部２１５２は、可動部１００の目標座標を設定する。続いてステップＳ１０３において、予想ぶれ量設定部２１５２は、可動部１００の現在座標を設定する。
【００５０】
続いてステップＳ１０４において、予想ぶれ量設定部２１５２は、目標座標と現在座標との差分から算出された可動部１００の移動量に基づいて、予想ぶれ量ω（Ｚ）を設定するステップ数と各ステップでの固定部２００の移動座標とを設定する。続いてステップＳ１０５において、予想ぶれ量設定部２１５２は、各座標間の移動量と所要時間、および、固定部２００に対する可動部１００の角度に基づいて、予想ぶれ量ω（Ｚ）を設定する。
【００５１】
続いてステップＳ１０６において、ぶれ演算部２１５１は、固定部データ無線通信部２０８を介して可動部ぶれ検出部１０７から可動部１００のぶれ量（第一のぶれ情報）ω（Ｘ）を取得する。またぶれ演算部２１５１は、固定部ぶれ検出部２１４から固定部２００のぶれ量（第二のぶれ情報）ω（Ｙ）を取得する。続いてステップＳ１０７において、ぶれ演算部２１５１は、ぶれ量ω（Ｘ）からぶれ量ω（Ｙ）を差し引いて、可動部１００のみのぶれ量ω（Ｗ）を演算する。
【００５２】
続いてステップＳ１０８において、可動部突発検出部２１５３は、ぶれ演算部２１５１から可動部１００のみの動き量としてのぶれ量（第三の動き情報。第三のぶれ情報とも称する）ω（Ｗ）を取得する。さらに可動部突発検出部２１５３は、予想ぶれ量設定部２１５２から予想動き量としての予想ぶれ量（予想動き情報。予想ぶれ情報とも称する）ω（Ｚ）を取得する。そして可動部突発検出部２１５３は、ぶれ量ω（Ｗ）から予想ぶれ量ω（Ｚ）を差し引いた値（ω（Ｗ）−ω（Ｚ））が所定の閾値よりも大きいか否か、すなわち可動部１００に突発のぶれが発生したか否かを検出する。値（ω（Ｗ）−ω（Ｚ））が所定の閾値よりも大きい場合、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９において、可動部突発検出部２１５３は突発のぶれが発生した（突発ぶれが検出された）と判定し、後述の突発復帰シーケンス（Ａ）へ移行する。
【００５３】
一方、ステップＳ１０８にて値（ω（Ｗ）−ω（Ｚ））が所定の閾値未満である場合、すなわち突発のぶれが検出されなかった場合、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０において、予想ぶれ量設定部２１５２は、中央制御部２０１から位置検出部２１２による可動部１００の位置情報を受けた現在座標を取得する。続いてステップＳ１１１において、予想ぶれ量設定部２１５２は、可動部１００が初期設定されたステップ内の目標座標に到達しているか否かを判定する。可動部１００が目標座標に到達している場合、ステップＳ１１２に進む。一方、可動部１００が目標座標に到達していない場合、ステップＳ１１０に戻る。
【００５４】
ステップＳ１１２において、予想ぶれ量設定部２１５２（中央制御部２０１）は、規定の全ステップが完了したか否かを判定する。規定の全ステップが完了していない場合、予想ぶれ量設定部２１５２（中央制御部２０１）は、規定の全ステップが完了するまでステップＳ１０５〜Ｓ１０８を繰り返す。一方、規定の全ステップが完了した場合、ステップＳ１０１に戻り、中央制御部２０１は追尾待ち受け状態となる。
【００５５】
一方、ステップＳ１０１にて被写体追尾状態でない場合、静止時の突発検出シーケンスへ移行する。まずステップＳ１１３において、ぶれ演算部２１５１は、固定部データ無線通信部２０８を介して可動部ぶれ検出部１０７から可動部１００のぶれ量（第一のぶれ情報）ω（ｘ）を取得する。またぶれ演算部２１５１は、固定部ぶれ検出部２１４から固定部２００のぶれ量（第二のぶれ情報）ω（ｙ）を取得する。続いてステップＳ１１４において、ぶれ演算部２１５１は、ぶれ量ω（ｘ）からぶれ量ω（ｙ）を差し引いて、可動部１００のみのぶれ量（第三のぶれ情報）ω（ｗ）を演算する。
【００５６】
続いてステップＳ１１５において、可動部突発検出部２１５３は、中央制御部２０１から被写体追尾情報を受けていないため、予想ぶれ量（予想ぶれ情報）ω（ｚ）を０に設定する。可動部突発検出部２１５３は、ぶれ演算部２１５１から可動部１００のみのぶれ量ω（ｗ）を取得し、予想ぶれ量設定部２１５２から予想ぶれ量ω（ｚ）を取得する。そして可動部突発検出部２１５３は、ぶれ量情報ω（ｗ）から予想ぶれ量情報ω（ｚ）を差し引いた値（ω（ｗ）−ω（ｚ））が所定の閾値よりも大きいか否か、すなわち可動部１００に突発のぶれが発生したか否かを検出する。値（ω（ｗ）−ω（ｚ））が所定の閾値よりも大きい場合、ステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６において、可動部突発検出部２１５３は突発のぶれが発生した（突発ぶれが検出された）と判定し、後述の突発復帰シーケンス（Ａ）へ移行する。一方、ステップＳ１１５にて値（ω（ｗ）−ω（ｚ））が所定の閾値未満である場合、すなわち突発のぶれが検出されなかった場合、ステップＳ１０１に戻る。中央制御部２０１は、被写体追尾がない状態においても、定期的にステップＳ１１３〜Ｓ１１５の静止時の突発検出シーケンスを繰り返す。
【００５７】
次に、図１０を参照して、突発復帰シーケンス（Ａ）について説明する。図１０は、突発復帰（復帰処理）のフローチャートである。図１０の各ステップは、主に、中央制御部２０１により、または中央制御部２０１の指令に基づいて突発検出部２１５の各部により行われる。
【００５８】
まずステップＳ２０１において、中央制御部２０１は、位置検出部２１２による可動部１００の位置情報に基づいて現在座標を取得し、復帰座標（ｒｔ、θｔ、φｔ）として記憶部２０３に記録する。続いてステップＳ２０２において、突発検出部２１５は、突発のぶれが発生したことを検出したか否かを判定する。突発ぶれが検出されていない場合、ステップＳ２０１に戻る。すなわち中央制御部２０１は、復帰座標の記録動作を定期的に実施して座標を更新する。
【００５９】
一方、ステップＳ２０２にて突発ぶれが検出された場合、突発復帰シーケンス（Ａ）、すなわちステップＳ２０３〜Ｓ２１０に進む。まずステップＳ２０３において、中央制御部２０１は、記憶部２０３に記憶された可動部１００の固定部２００に対する基準位置座標（ｒ０、θ０、φ０）を設定する。続いてステップ２０４において、中央制御部２０１は、可動部制御部２１１を用いて各振動体１１〜１３を制御して可動部１００を駆動する。続いてステップＳ２０５において、中央制御部２０１は、位置検出部２１２を用いて現在座標を取得する。
【００６０】
続いてステップＳ２０６において、中央制御部２０１は、現在座標が基準位置座標に到達したか否かを判定する。現在座標が基準位置座標に到達していない場合、ステップＳ２０４に戻る。一方、現在座標が基準位置座標に到達した場合、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７において、中央制御部２０１は、記憶部２０３に記録された復帰座標を設定する。続いてステップＳ２０８において、中央制御部２０１は、可動部制御部２１１を用いて各振動体１１〜１３を制御して可動部１００を駆動する。続いてステップＳ２０９において、中央制御部２０１は、位置検出部２１２を用いて現在座標を取得する。
【００６１】
続いてステップＳ２１０において、中央制御部２０１は、現在座標が復帰座標に到達したか否かを判定する。現在座標が復帰座標に到達していない場合、ステップＳ２０８に戻る。一方、現在座標が復帰座標に到達した場合、ステップＳ２０１に戻る。ステップＳ２０１において、中央制御部２０１は、定期的に位置検出部２１２による可動部１００の位置情報を受けた現在座標を取得する。そして中央制御部２０１は、取得した現在位置を復帰座標（ｒｔ、θｔ、φｔ）として記憶部２０３に記録しながら、可動部突発検出部２１５３からの突発検出情報の待ち受け状態となる。
【００６２】
このように本実施形態において、駆動装置（撮像装置１）は、可動部１００、可動部を保持する固定部２００、および、固定部に対する可動部の位置を制御する制御部（中央制御部２０１）を有する。また駆動装置は、可動部に設けられた第一のぶれ検出部（可動部ぶれ検出部１０７）、および、固定部に設けられた第二のぶれ検出部（固定部ぶれ検出部２１４）を有する。また駆動装置は、第一のぶれ検出部から取得された第一のぶれ情報と第二のぶれ検出部から取得された第二のぶれ情報とに基づいて、可動部に対する外乱（突発ぶれ）を検出する外乱検出部（突発検出部２１５）を有する。
【００６３】
好ましくは、外乱検出部は、第一のぶれ情報と第二のぶれ情報との差に基づいて外乱を検出する。より好ましくは、外乱検出部は、第一のぶれ情報と第二のぶれ情報との差に基づいて第三のぶれ情報を算出し、第三のぶれ情報と予想ぶれ情報とに基づいて外乱を検出する。より好ましくは、外乱検出部は、第三のぶれ情報と予想ぶれ情報との差が所定の閾値よりも大きい場合、可動部に外乱が発生したと判定する。
【００６４】
好ましくは、駆動装置は、被写体情報を取得する撮像部１０２、および、可動部の位置（現在位置情報）を検出する位置検出部２１２を有する。外乱検出部は、被写体情報と可動部の位置とに基づいて、予想ぶれ情報を設定する。また好ましくは、外乱検出部は、可動部の位置（姿勢）に基づいて予想ぶれ情報を設定する。また好ましくは、外乱検出部は、可動部が移動している場合、可動部の目標座標までの移動距離に応じて移動工程を複数のステップに区切って外乱の検出処理を行い、可動部が静止している場合、一定時間ごとに外乱の検出処理を行う。また好ましくは、制御部は、外乱検出部が外乱を検出した場合、復帰処理を行う。また好ましくは、可動部の外面の少なくとも一部は球面であり、固定部は、可動部の球面に加圧接触して可動部を駆動する複数の振動体１１〜１３、および、可動部に対する複数の振動体の加圧接触状態を保持する受圧部２２０ａを有する。
【００６５】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【００６６】
各実施形態によれば、可動部に対して突発的に発生した外乱（ぶれ）を検出することが可能な駆動装置、撮像装置、駆動装置の制御方法、および、プログラムを提供することができる。
【００６７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１  撮像装置（駆動装置）
１００  可動部
１０７  可動部ぶれ検出部（第一の動き検出部）
２００  固定部
２０１  中央制御部（制御部）
２１４  固定部ぶれ検出部（第二の動き検出部）
２１５  突発検出部（外乱検出部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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