(57)【要約】【課題】可動部と固定部を備える駆動装置において、起動時点から初期化処理が終了するまでの時間を短縮し、消費電力の増加を抑制する。【解決手段】撮像装置１０１は、撮像光学系および撮像部を備える可動部１０２と、固定部１０３を備える。固定部１０３には振動の角速度を検出する角速度計１０６が設けられている。チルト回転ユニット１０４は可動部１０２をチルティング方向に回転させ、パン回転ユニット１０５は可動部１０２をパンニング方向に回転させる。制御部２１３は起動時に可動部１０２の初期化処理を行う際、チルト回転ユニット１０４の駆動制御時に角速度計１０６が検出した振動に基づいてパン回転ユニット１０５の初期化の駆動方向を決定する。決定された駆動方向に基づいて原点位置（リセット位置）の検出処理が行われる。【選択図】  図２
2020134647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部と固定部を備える駆動装置であって、
前記可動部を第１の方向に駆動する第１の駆動手段と、
前記可動部を第２の方向に駆動する第２の駆動手段と、
前記固定部が有する検出手段により検出される振動の検出信号を取得して前記駆動装置を起動する際に前記第１および第２の駆動手段を駆動制御することで初期化処理を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第１の駆動手段を駆動制御したときに前記検出手段が検出した振動の検出信号を取得して前記第２の駆動手段の駆動方向を決定し、決定された前記駆動方向にしたがって前記第２の駆動手段を駆動制御して初期化処理を行う
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１の駆動手段を駆動制御して第１の初期化処理を行った後に、前記検出手段により検出された振動の検出信号を用いて、前記第２の駆動手段の駆動制御により第２の初期化処理を行う際の前記駆動方向を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記第１の初期化処理における前記第１の駆動手段の駆動方向と、前記第２の初期化処理における前記第２の駆動手段の駆動方向は、互いに直交する方向である
ことを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１の初期化処理にて前記検出手段により検出された前記振動の成分の大きさの比と方向から前記第２の初期化処理における前記駆動方向を決定する
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記駆動装置の起動時に前記検出手段の検出信号を取得し、検出された振動の大きさを閾値と比較することにより前記初期化処理のモードを変更する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記駆動装置の起動時に前記検出手段により検出される振動の大きさが第１の閾値より小さい場合、前記第１および第２の駆動手段の初期化処理を行わない第１のモードに設定し、前記検出手段により検出され振動の大きさが第１の閾値以上である場合、前記第１の駆動手段の初期化処理を行う第２のモードに設定する
ことを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記駆動装置の起動時に前記検出手段により検出される振動の大きさが前記第１の閾値以上であって、かつ第２の閾値以下である場合、前記第１および第２の駆動手段の初期化処理を行うモードに設定する
ことを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記駆動装置の起動時に前記検出手段により検出される振動の大きさが前記第１の閾値以上であって、かつ前記第２の閾値より大きい場合、前記第１の駆動手段の初期化処理を行い、前記第２の駆動手段を予め決められた駆動方向に駆動制御して初期化処理を行うモードに設定する
ことを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記駆動装置の起動時に前記第１または第２の駆動手段の駆動制御を行い、前記可動部の位置を検出する位置検出手段の検出信号に基づく基準位置を取得することにより前記初期化処理を行う
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の駆動装置を備え、
前記制御手段は、前記可動部が備える撮像手段の撮像方向を、前記第１または第２の駆動手段の駆動制御によって変更することで前記撮像手段により取得される画像の像振れ補正の制御を行う
ことを特徴とする像振れ補正装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の像振れ補正装置を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
可動部と固定部を備える駆動装置にて実行される制御方法であって、
前記固定部が有する検出手段により検出される振動の検出信号を取得する工程と、
前記駆動装置を起動する際に、前記可動部を第１の方向に駆動する第１の駆動手段と前記可動部を第２の方向に駆動する第２の駆動手段を駆動制御することで初期化処理を行う制御工程と、を有し、
前記制御工程では、前記第１の駆動手段を駆動制御したときに前記検出手段が検出した振動の検出信号を取得して前記第２の駆動手段の駆動方向を決定し、決定された前記駆動方向にしたがって前記第２の駆動手段を駆動制御して初期化処理が行われる
ことを特徴とする駆動装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動部と固定部を備える駆動装置の初期化処理の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置における像振れ補正方法には、手振れ等を検出して補正レンズや撮像素子を移動させて画像の像振れを抑制する方法がある。また撮像装置の回転振れを打ち消すように、被写体の光学像を結像する撮像光学系と撮像素子を含む鏡筒の回転駆動を行う像振れ補正方法がある。
【０００３】
特許文献１には、撮像された画像に生じる像振れをシフトレンズによって補正する撮像装置が開示されている。撮像装置の起動モードに応じて、シフトレンズの初期化駆動の駆動振幅および駆動速度を切り替える制御が行われる。
【０００４】
また、撮像光学系および撮像素子を含む撮像部全体を回転駆動する機構部を備える撮像装置や、当該機構部を外部の雲台や電動スタビライザーに組み込んだ装置では、撮像部全体の回転駆動によって像振れ補正が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１１４４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の駆動装置では、その起動時点から初期化処理が終了する時点までの時間が長くなった場合に所期の動作（像振れ補正動作等）に遅れが発生し、また起動時間の増加は消費電力を増加させる原因となる。
本発明の目的は、可動部と固定部を備える駆動装置において、起動時点から初期化処理が終了するまでの時間を短縮し、消費電力の増加を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態の装置は、可動部と固定部を備える駆動装置であって、前記可動部を第１の方向に駆動する第１の駆動手段と、前記可動部を第２の方向に駆動する第２の駆動手段と、前記固定部が有する検出手段により検出される振動の検出信号を取得して前記駆動装置を起動する際に前記第１および第２の駆動手段を駆動制御することで初期化処理を行う制御手段と、を備える。前記制御手段は、前記第１の駆動手段を駆動制御したときに前記検出手段が検出した振動の検出信号を取得して前記第２の駆動手段の駆動方向を決定し、決定された前記駆動方向にしたがって前記第２の駆動手段を駆動制御して初期化処理を行う。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、可動部と固定部を備える駆動装置において、起動時点から初期化処理が終了するまでの時間を短縮し、消費電力の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置を模式的に示す図である。
【図２】第１実施形態における撮像装置の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態における振れ補正処理を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態における軸合わせ処理を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態におけるフォトインタラプタとパルス板の模式図である。
【図６】第１実施形態におけるフォトインタラプタとパルス板の断面図である。
【図７】第１実施形態におけるフォトインタラプタの出力信号を示す図である。
【図８】第１実施形態におけるフォトインタラプタの出力信号の２値化信号を示す図である。
【図９】第１実施形態におけるリセット動作の説明図である。
【図１０】第１実施形態における像振れ補正処理を示すフローチャートである。
【図１１】第１実施形態における制御部のブロック図である。
【図１２】第１実施形態における回転軸変換の説明図である。
【図１３】第１実施形態における軸の定義を説明する図である。
【図１４】第１実施形態におけるチルト角度の変化に対する補正比率の変化を表すグラフである。
【図１５】第１実施形態における回転補正量算出部のブロック図である。
【図１６】第２実施形態における軸合わせ処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態を図面にしたがって詳細に説明する。本発明は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、監視カメラ、Ｗｅｂカメラ等の撮像装置への適用が可能である。本明細書中、撮像装置に加えられる振動を「振れ」と定義し、振れによって発生する撮像画像の変形等の画像ブレを「像振れ」と定義する。また本明細書に記載された防振という用語は、振れや揺れ等の物理的な振動自体を抑制することを意味するものではなく、振れや揺れ等に伴う像振れを補正することを意味する。
【００１１】
［第１実施形態］
本実施形態では、像振れ補正装置を備える撮像装置への適用例を説明する。図１は本実施形態に係る撮像装置を模式的に示す図である。以下では被写体側を前側として各部の位置関係を説明する。図１（Ａ）は斜め前側から見た場合の撮像装置１０１を示す。撮像装置１０１は可動部１０２と固定部１０３を備える。撮像装置１０１は振れ検出部を備え、パンニング動作およびチルティング動作を行うことができる。
【００１２】
可動部１０２は、撮像光学系を構成するレンズ群と撮像素子を備える。撮像装置１０１は、可動部１０２を固定部１０３に対して回転駆動する複数の機構部を有する。本実施形態においては、２軸の回転機構部を備える駆動装置にて起動時の初期化処理の例を説明する。図１（Ｂ）を参照して、固定部１０３の位置での各軸について説明する。図１（Ｂ）は撮像装置１０１に関するピッチ方向、ヨー方向、ロール方向の説明図である。３軸はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸であり、互いに直交する。ピッチ方向はＸ軸を中心軸とする回転方向であり、ヨー方向はＹ軸を中心軸とする回転方向であり、ロール方向はＺ軸を中心軸とする回転方向である。
【００１３】
撮像装置１０１は撮像方向を変更するために複数の機構部を備える。第１の機構部はチルティング（以下、チルトともいう）方向への回転駆動が行われるチルト回転ユニット１０４である。例えばチルト回転ユニット１０４は、可動部１０２を図１（Ｂ）に示すピッチ方向に回転させるモータ駆動機構部を備える。第２の機構部はパンニング（以下、パンともいう）方向への回転駆動が行われるパン回転ユニット１０５である。例えばパン回転ユニット１０５は、可動部１０２を図１（Ｂ）に示すヨー方向に回転させるモータ駆動機構部を備える。
【００１４】
角速度計１０６は、撮像装置１０１の固定部１０３の外部または内部に実装され、撮像装置１０１に加えられる振れの角速度を検出する。図１（Ｃ）は撮像部の光軸１０８の方向がＹ軸方向である状態を示し、図１（Ｄ）は撮像部の光軸１０８の方向が３軸Ｘ，Ｙ，Ｚの方向に対して所定の角度をなす状態を示す。図示を省略するが、撮像装置１０１には電源スイッチや各種の操作を行う操作部材等が設けられている。
【００１５】
図２は、像振れ補正機能を有する撮像装置の構成を示すブロック図である。可動部１０２が有するズームユニット２０１は、変倍を行うズームレンズを含む。ズーム駆動制御部２０２はズームユニット２０１の駆動制御を行う。可動部１０２が有するフォーカスユニット２０３は、焦点調節を行うフォーカスレンズを含む。フォーカス駆動制御部２０４は、フォーカスユニット２０３の駆動制御を行う。
【００１６】
可動部１０２が有する撮像部２０５は撮像素子を含む。撮像素子は各レンズ群を通して入射する光を受光し、その光量に応じた電荷の情報をアナログ画像データとして画像処理部２０６に出力する。画像処理部２０６はＡ／Ｄ変換部を備え、撮像部２０５の出力するアナログ信号をデジタル画像信号に変換することによってデジタル画像データを生成する。画像処理部２０６は、デジタル画像データに対して、歪曲補正やホワイトバランス調整や色補間処理等の画像処理を行い、画像処理後のデジタル画像データを出力する。更に画像処理部２０６はＮＴＳＣやＰＡＬ等のフォーマットに準拠したビデオ信号（映像信号）に変換したデータを画像メモリ２０７に出力して記憶する処理を行う。
【００１７】
画像変形部２０８は、システム全体を制御する制御部２１３が算出した画像変形量に基づいて、画像メモリ２０７から読み出した画像データに対する画像変形処理を行う。画像変形部２０８は画像変形後の信号を画像記録部２０９に出力する。画像記録部２０９は不揮発性メモリ等の記録媒体を備え、撮像画像データ等を記録する。
【００１８】
鏡筒回転駆動部２１２は、チルト回転ユニット１０４とパン回転ユニット１０５を駆動する。鏡筒回転駆動部２１２は制御部２１３の制御指令にしたがって、可動部１０２のチルト方向の駆動とパン方向の駆動を行う。
【００１９】
装置揺れ検出部２１０は撮像装置１０１の揺れや振れを検出し、検出信号を制御部２１３に出力する。例えば撮像装置の固定部１０３には、撮像装置の３軸方向の角速度を検出する角速度計（ジャイロセンサ）１０６が搭載される。
【００２０】
操作部２１１はシステムの操作部材や操作装置を有する。例えばユーザが電源ボタンをＯＮ操作すると、システムの各部には用途に応じて電源が供給されて、撮像装置が起動される。
【００２１】
制御部２１３はシステム全体を制御する中枢部であり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）を備える。ＣＰＵは所定のプログラムにしたがって、ズーム駆動制御部２０２やフォーカス駆動制御部２０４、画像処理部２０６、画像変形部２０８、鏡筒回転駆動部２１２等の制御を行い、各種機能を実現する。
【００２２】
図３のフローチャートを参照して、撮像装置１０１の電源ＯＮから電源ＯＦＦまでの間の像振れ補正処理を説明する。以下の処理は、制御部２１３のＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される。
【００２３】
撮像装置１０１の電源がＯＮ状態となるか、または撮像装置１０１のスリープ状態が解除されると、Ｓ３０１にて軸合わせのサブルーチンが実行される。可動部１０２と角速度計１０６の軸合わせ動作が行われる。その後、Ｓ３０２にて角速度計１０６で検出された振動を打ち消すように可動部１０２を駆動することで像振れ補正が行われる。像振れ補正処理は所定のサンプリング時間ごとに、電源ＯＦＦの時点まで実行される。
【００２４】
図４は、図３に示す軸合わせのサブルーチン（Ｓ３０１）の処理を詳細に説明するフローチャートである。まずＳ４０１において、パンチルト位置カウンタ（図１１：１１０１）のカウント値をゼロに初期化する処理が行われる。初期化後のカウント値ゼロに対応する位置が基準位置として設定される。パンチルト位置カウンタは、可動部１０２のパン方向およびチルト方向の移動量に対応するカウント値の計数を行う。基準位置に移動量を加算した値が現在位置として保持される。図５および図６を参照して位置検出処理について説明する。
【００２５】
図５は、チルト回転ユニット１０４とパン回転ユニット１０５にそれぞれ設けられた位置検出センサを例示する模式図である。パルス板５０１は、チルト回転ユニット１０４またはパン回転ユニット１０５の回転部の回転と同期して回転する。パルス板５０１は多数のスリット５０２および遮光部５０３と、減光部５０４を有する。スリット５０２はフォトインタラプタ（以下、ＰＩと略記する）５０５からの光を透過させる。遮光部５０３はＰＩ５０５からの光を遮光する。減光部５０４はＰＩ５０５からの光を減光する。
【００２６】
図６は、ＰＩ５０５およびパルス板５０１を模式的に示す断面図である。図中の矢印は光の進行方向と強度を示すベクトルを表す。１つのＰＩ５０５には２つの発光部６０１が存在する。発光部６０１はチルト回転ユニット１０４やパン回転ユニット１０５の駆動装置の電源がＯＮになってからＯＦＦになるまで発光し続ける。１つのＰＩ５０５には２つの受光部６０２が存在する。受光部６０２の受光量が大きい程、変換後の電気信号の出力が大きくなる。
【００２７】
図６（Ａ）は、ＰＩ５０５における第１の発光部６０１から出た光が、パルス板５０１のスリット５０２を通過して受光部６０２が受光した状態を示す断面図である。図７（Ａ）は、図６（Ａ）の状態にて２つの受光部６０２の出力信号の時間変化を示す図である。第１の受光部６０２の出力信号をグラフ線７０１で表し、第２の受光部６０２の出力信号をグラフ線７０２で表す。２つの受光部の出力信号については、後述するパンチルト位置カウンタ（図１１：１１０１）で２値化処理が行われる。
【００２８】
図８は２値化処理された信号を示すタイミングチャートである。図８（Ａ）は、図７（Ａ）にグラフ線７０１で示す第１の受光信号を２値化した信号を示す。図８（Ｂ）は、図７（Ａ）にグラフ線７０２で示す第２の受光信号を２値化した信号を示す。位置のカウントでは、２値化信号のエッジ検出が行われて、エッジの数が計数される。エッジ検出にて受光信号のハイ（ＨＩ）レベルからロー（ＬＯ）レベルの変化と、ＬＯレベルからＨＩレベルの変化が検出される。駆動方向の検出は、２相信号（グラフ線７０１と７０２参照）の立ち上がりの検出順序によって判定される。例えば、図８にて第１の受光信号の立ち上がりエッジが第２の受光信号の立ち上がりエッジよりも先に検出された場合、可動部が時計回り方向に回転していると判定される。逆に、第２の受光信号の立ち上がりエッジが第１の受光信号の立ち上がりエッジよりも先に検出された場合には、可動部が反時計回り方向に回転していると判定される。
【００２９】
次に図６（Ｂ）、図７（Ｂ）、図９を参照して、原点位置（リセット位置）の検出処理について説明する。図６（Ｂ）は、ＰＩ５０５における第１の発光部６０１から出た光が、パルス板５０１の減光部５０４によって減光された後、受光部６０２が受光した状態を示す断面図である。図７（Ｂ）は、図６（Ｂ）の状態にて２つの受光部６０２の出力信号の時間変化を示す図である。第１の受光部６０２の出力信号をグラフ線７０３で表し、第２の受光部６０２の出力信号をグラフ線７０４で表す。図９（Ａ）はパルス板５０１の減光部５０４がＰＩ５０５を通過する前の状態を示し、図９（Ｂ）はパルス板５０１の減光部５０４がＰＩ５０５を通過した後の状態を示す模式図である。減光部５０４を通過する光は、スリット５０２を通過する場合よりも光量が少なくなるため、電気信号が小さくなる。このように信号レベルが小さくなる位置が原点位置（リセット位置）として検出される。
【００３０】
図４のＳ４０２において、チルト方向のリセット駆動（励振駆動）が行われ、可動部１０２はパン方向（ヨー方向）に対して垂直方向に駆動される。次のＳ４０３では、チルト方向のリセット駆動中にＰＩ５０５の出力が閾値以下となるリセット位置が検出される。リセット位置は減光部５０４の通過によって減光された光がＰＩ５０５の受光部６０２によって受光されるときの可動部１０２の位置に相当する。Ｓ４０３で検出されたリセット位置はチルト駆動の基準位置としてパンチルト位置カウンタに記憶される。Ｓ４０４では、チルト方向のリセット駆動が行われた際の振動を検出する角速度計１０６の出力を取り込む処理が行われる。
【００３１】
Ｓ４０５に進み、装置揺れ検出部２１０はチルト方向のリセット駆動によって発生したチルト方向（ピッチ方向）とロール方向の振動を検出する。チルト方向の振動は、可動部１０２のピッチ角速度とロール角速度の情報に基づいて検出される。
【００３２】
Ｓ４０６で制御部２１３はピッチ角速度およびロール角速度の情報から可動部１０２のパン方向（ヨー方向）の現在位置を推定する。例えば、図１（Ａ）に示す角速度計１０６の取り付け位置、即ち固定部１０３における位置で、図１（Ｂ）のように定義される軸方向の角速度が検出されるものとする。図１３を用いて具体例を説明する。
【００３３】
図１３（Ａ）は撮像装置１０１のパン方向の回転における正位置の状態を示す。この状態はＸ軸が撮像部の光軸に対して垂直方向に位置する状態である。チルト方向の像振れ補正を行うチルト回転ユニット１０４の軸は、図１（Ｂ）のピッチ軸（Ｘ軸）と一致するので、制御部２１３はピッチ角速度の出力のみから、チルト方向の像振れ補正の目標角度を算出する。
【００３４】
図１３（Ｂ）は撮像装置１０１のパン方向の回転角度が正位置から９０度となった状態を示す。この状態はＺ軸が撮像部の光軸に対して垂直方向に位置する状態である。チルト回転ユニット１０４の軸は、図１（Ｂ）のロール軸（Ｚ軸）と一致するので、制御部２１３はロール角速度出力のみから、チルト方向の像振れ補正の目標角度を算出する。
【００３５】
図１３（Ａ）に示す状態と図１３（Ｂ）に示す状態との間の角度状態、つまりパン方向の回転角度がゼロより大きく９０度未満である場合には、制御部２１３はパン方向の回転角度に基づいて、ピッチ角速度とロール角速度を合成する。制御部２１３はチルト回転ユニット１０４における軸への回転方向変換を行って、チルト方向の角速度を算出する。
制御部２１３が行う回転方向変換に用いられる計算式は、（１）式で表される。
【数１】
2020134647.tif 000003
（１）式中のＷｔｌはチルト方向の角速度、Ｗｘはピッチ方向の防振角度、Ｗｚはロール方向の防振角度をそれぞれ表す。θyはパン位置、つまりパン方向の回転角を表す。
【００３６】
算出されたチルト方向の角速度Ｗｔｌに基づき、チルト回転ユニット１０４の回転駆動により像振れ補正を行うために、チルト方向の補正目標角度が算出される。つまりチルト方向の角速度Ｗｔｌの信号に対してＨＰＦ（高域通過フィルタ）で低周波成分をカットした後に積分処理によって角度への変換が行われて、チルト方向の像振れ補正の補正目標角度が算出される。
【００３７】
図４のＳ４０２にてチルト方向に振れを励起させると、（１）式からわかるように、パン位置（回転角θy）により、ピッチ成分とロール成分の振動の比率が変化する。ピッチ成分の振れの大きさとロール成分の振れの大きさとの比率からパン位置を推定することができる。Ｓ４０６で制御部２１３はピッチ方向およびロール方向の角速度情報からパン方向（ヨー方向）の位置を推定する。
【００３８】
Ｓ４０７で制御部２１３は、Ｓ４０６で推定されたパン方向の位置からパン方向のリセット方向を決定して、パン方向のリセット駆動を行う。Ｓ４０８ではリセット駆動後にパン方向のリセット位置が検出される。Ｓ４０９で制御部２１３は、検出されたチルト位置とパン位置を基準位置としてパンチルト位置カウンタ（図１１：１１０１）のカウント値を書き換えることで変更処理を行う。
【００３９】
次に図１０を参照して、図３のＳ３０２に示す像振れ補正のサブルーチンについて詳細に説明する。図１０に示す処理は可動部１０２の駆動装置の電源がＯＮとなるタイミングで開始し、所定のサンプリング時間ごとに、電源ＯＦＦの時点まで繰り返される。
【００４０】
操作部２１１にて電源ボタンが操作されると、まずＳ１００１において、固定部１０３に設置された角速度計１０６から、３軸の角速度出力を取り込む処理が行われる。次のＳ１００２では鏡筒回転駆動部２１２にて、複数のエンコーダの出力からパン方向とチルト方向における現在の角度位置を取り込む処理が行われる。エンコーダはチルト回転ユニット１０４とパン回転ユニット１０５にそれぞれ設置されており、各回転ユニットの回転角度を取得することができる。図１１を参照して、パン方向およびチルト方向の回転補正量を算出する処理について説明する。
【００４１】
図１１は像振れ補正処理におけるパン／チルト回転補正量を算出するための構成を示すブロック図である。角速度計１０６は固定部１０３（図１）に実装されており、角速度検出信号をパン方向の振れ補正角度算出部１１０２、チルト方向の振れ補正角度算出部１１０３、パン角度推定部１１０９に出力する。
【００４２】
パン回転ユニット１０５の回転軸に対する角速度計１０６のヨー方向の回転軸は一致している。パン方向の振れ補正角度算出部１１０２は、角速度計１０６により検出されるヨー方向の角速度に対し、ＨＰＦ（高域通過フィルタ）で低周波成分をカットした後に積分処理を行う。角速度を角度に変換することにより、パン方向（ヨー方向）の振れ補正角度が算出される。この振れ補正角度に基づいてパン回転ユニット１０５の回転駆動を行うことにより、パン方向の像振れ補正が行われる。図１０のＳ１００３では、鏡筒回転駆動部２１２のパン回転部１１０７の目標角度を算出するために、角速度計１０６によるヨー方向の角速度検出信号のみから、パン方向の振れ補正目標角度が算出される。
【００４３】
Ｓ１００４でチルト方向の振れ補正角度算出部１１０３は、角速度計１０６によるピッチ方向の角速度とロール方向の角速度の各検出信号と、Ｓ１００２で取得された現在のパン角度情報から、チルト方向の像振れ補正角度（目標角度）を算出する。チルト方向については、角速度計１０６が固定部１０３に実装されているので、パン回転ユニット１０５の回転角度（パン角度）に応じて、チルト方向の像振れ補正角度が変化する。
【００４４】
Ｓ１００５では、固定部１０３に取り付けられた角速度計１０６による、３軸の角速度出力に対して、撮像素子を含む鏡筒上の軸に回転変換した角速度が算出される。図１２を参照して具体的に説明する。図１２（Ａ）は、撮像装置１０１の固定部１０３に対する軸の定義を説明する図である。Ｘ軸を中心とするピッチ方向の角速度をＷｘと表記し、Ｙ軸を中心とするヨー方向の角速度をＷｙと表記する。Ｚ軸を中心とするロール方向の角速度をＷｚと表記する。
【００４５】
図１２（Ｂ）は、回転部である可動部１０２に対する軸の定義を説明する図である。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対してそれぞれ回転された軸をＸ’、Ｙ’、Ｚ’と表記する。Ｘ’軸に対する回転方向の角速度をＷｘ’と表記し、Ｙ’軸に対する回転方向の角速度をＷｙ’と表記する。Ｚ’軸に対する回転方向の角速度をＷｚ’と表記する。
【００４６】
また、Ｙ軸をＺ軸側に傾けたＹ’軸の角度をθｘ、Ｚ軸をＸ軸側に傾けたＺ’軸の角度をθｙ、Ｘ軸をＹ軸側に傾けたＸ’軸の角度をθｚと表記する。θｘ、θｙ、θｚはそれぞれ、固定部１０３と可動部１０２との差分の角度を表す。本実施形態ではチルト方向とパン方向の２軸での駆動が行われるので、θｚは常にゼロとなる。
ここで、３次元空間でのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りの回転行列は、下記式（２）から（４）で表すことができる。
【数２】
2020134647.tif 000004
【００４７】
回転軸変換処理では、鏡筒の回転角度分に応じて、固定部１０３に配置された角速度計１０６の出力する角速度が、撮像面基準の軸定義による角速度に変換される。固定部１０３に配置された角速度計１０６が検出できるのは、Ｘ軸回りの角速度Ｗｘと、Ｙ軸回りの角速度Ｗｙと、Ｚ軸回りの角速度Ｗｚである。
【００４８】
固定部１０３での角速度Ｗを下記式（５）の列ベクトルで表し、回転後の鏡筒の角速度Ｗ’を下記式（６）の列ベクトルで表す。ＷをＷ’に変換するために、下記式（７）が用いられる。
【数３】
2020134647.tif 000005
【００４９】
以上の方法により、固定部１０３にて検出された３軸の角速度とパン角度／チルト角度から、可動部１０２の３軸の角速度（ＰｉｔｃｈＩｍ、ＹａｗＩｍ，ＲｏｌｌＩｍと記す）に変換することができる。
【００５０】
Ｓ１００６にてパンチルト位置カウンタ１１０１は、現在の位置情報（パン角度とチルト角度）をチルト方向の振れ補正角度算出部１１０３およびパン角度推定部１１０９に出力する。パン角度推定部１１０９は微分器を備え、チルト角度を微分処理することでチルト角速度（ＴｉｌｔＳｐｄ）を算出し、またパン角度を微分処理することでパン角速度（ＰａｎＳｐｄ）を算出する。
【００５１】
Ｓ１００７でパン角度推定部１１０９はパン角速度（ＰａｎＳｐｄ）とチルト角度とから、可動部１０２の軸におけるメカ補正角速度に変換するために、回転軸変換を行う。パン角速度（ＰａｎＳｐｄ）をWpaと表記し、チルト角度をθtlと表記する。撮像面基準の軸定義による、ヨー方向の速度（ＹａｗＰｎ）をWya、ロール方向の角速度（ＲｏｌｌＰｎ）をWrlと表記する。チルト角度θtlを考慮して、WpaをWya、Wrlに変換する処理が行われる。このとき、チルト回転軸は、撮像面上のピッチ回転軸と一致するので、ピッチ回転軸は無視してよい。よって、変換式は下記式（８）になる。
【数４】
2020134647.tif 000006
【００５２】
次にＳ１００８でチルト回転ユニット１０４の駆動角速度（ＰｉｔｃｈＴｌｔ）が算出される。チルト方向の駆動に関して像面上での方向の影響は変わらない（常に縦ブレへの影響）ので、メカ補正ピッチ角速度であるＰｉｔｃｈＴｌｔとしては、チルト角速度（ＴｉｌｔＳｐｄ）がそのまま設定される。上記の方法で算出された固定部１０３の角速度を可動部１０２の回転軸に変換した各角速度（ＰｉｔｃｈＩｍ、ＹａｗＩｍ、ＲｏｌｌＩｍ）から、メカ補正角速度（ＰｉｔｃｈＴｉｌｔ、ＹａｗＰｎ、ＲｏｌｌＰｎ）をそれぞれ減算する処理が行われる。これにより、メカ補正残り角速度（ＰｉｔｃｈＥｒｒ、ＹａｗＥｒｒ、ＲｏｌｌＥｒｒ）がそれぞれ算出される。
【００５３】
ここで、パン回転ユニット１０５を駆動して像振れ補正が行われる場合、チルト角度によって像面上での振れの影響が異なってしまう。例えば、図１（Ａ）に示すように、鏡筒の光軸方向がロール回転軸（図１（Ｂ）のＺ軸）と一致する場合を想定する。パン回転ユニット１０５を駆動することで、撮像面上での横方向の（並進、あおりの）像振れ補正は可能であるが、撮像面上での回転方向の像振れ補正は行うことができない。また、図１（Ｃ）に示すように、鏡筒の光軸方向がヨー回転軸（図１（Ｂ）のＹ軸）と一致する場合を想定する。この場合、パン回転ユニット１０５を駆動することで、撮像面上での回転方向の像振れ補正は可能であるが、撮像面上での横方向の（並進、あおりの）像振れ補正は行うことができない。
画像の横ブレや横あおりの影響、または回転ブレの影響は、チルト回転ユニット１０４の角度（チルト角度）によって変化する。式（８）から下記式（９）、（１０）が得られる。
【数５】
2020134647.tif 000007
【００５４】
撮像面基準の軸定義による、ヨー角速度Wya（ＹａｗＰｎ）と、ロール角速度Wrl（ＲｏｌｌＰｎ）はそれぞれ式（９）、（１０）で表され、パン角速度Wpa（ＰａｎＳｐｄ）およびチルト角度θtlによって決まる。
【００５５】
式（９）、（１０）にてＫｙとＫｒを下記式により定義する。
【数６】
2020134647.tif 000008
【００５６】
図１４を参照して、チルト角度θtlの変化に対する、ＫｙとＫｒの変化について説明する。図１４（Ａ）は横軸にチルト角度（単位：ｄｅｇｒｅｅ）をとり、縦軸にＫｙとＫｒを示すグラフである。Ｋｙの変化を実線で示し、Ｋｒの変化を点線で示している。Ｋｙの値はチルト角度の増加につれて余弦関数に従って減少し、Ｋｒの値はチルト角度の増加につれて正弦関数に従って増加する。図１４（Ｂ）は、パン角速度Wpa（ＰａｎＳｐｄ）を１００としたとき、チルト角度に対応したＫｙ、Ｋｒの大きさの比率（Ａｙ、Ａｒ）を示す。図１４（Ｂ）は横軸にチルト角度（単位：ｄｅｇｒｅｅ）をとり、縦軸にＡｙとＡｒを示すグラフである。Ａｙの変化を実線で示し、Ａｒの変化を点線で示している。
【００５７】
パン方向の振れ補正角度算出部１１０２とチルト方向の振れ補正角度算出部１１０３はそれぞれ回転補正量算出部を備える。回転補正量算出部は、Ｅｒｒ角速度の積分値（角度）を打ち消す方向にパン回転ユニット１０５またはチルト回転ユニット１０４を回転させるための回転補正量を算出する。Ｅｒｒ角速度は、メカ補正残り角速度（ＹａｗＥｒｒ、ＰｉｔｃｈＥｒｒ）のことである。具体的には、振れ補正角度算出部１１０２が備える回転補正量算出部は、パン方向のＥｒｒ角速度（ＹａｗＥｒｒ）の積分値である角度から、パン回転ユニット１０５に関する回転補正量を算出する。また振れ補正角度算出部１１０３が備える回転補正量算出部は、チルト向のＥｒｒ角速度（ＰｉｔｃｈＥｒｒ）の積分値である角度から、チルト回転ユニット１０４に関する回転補正量を算出する。回転補正量算出部の構成についてはパン方向とチルト方向の振れ補正角度算出部に共通するので、図１５を参照して、まとめて説明する。図１５は回転補正量算出部の内部ブロック図であり、回転補正量の算出処理に係る構成例を示す。回転補正量算出部はＨＰＦ１５０１、積分器１５０２、飽和防止制御部１５０３を備える。
【００５８】
パン方向またはチルト方向のＥｒｒ角速度は、ＨＰＦ１５０１に入力されてハイパスフィルタリング処理が実行される。ＨＰＦ１５０１はカットオフ周波数の変更が可能であって、任意の周波数帯域でその特性を変更し得る機能を有しており、角速度データに含まれる低周波数成分を遮断して高周波数帯域の信号を出力する。
【００５９】
積分器１５０２は、ＨＰＦ１５０１からの出力を積分して飽和防止制御部１５０３に出力する。積分器１５０２は時定数の変更が可能であって、任意の周波数帯域でその特性を変更し得る機能を有している。
【００６０】
飽和防止制御部１５０３は、積分器１５０２の出力を制限する制御を行う。つまり積分器１５０２の出力値が、所定の制限値以上とならないように制御が行われる。例えば飽和防止制御部１５０３は、積分器１５０２の出力値が制限値に近づいたときに、ＨＰＦ１５０１のカットオフ周波数を高域側に変更し、または積分器１５０２の時定数を短くすることによって制御を行う。これにより、積分器１５０２の出力値が制限値に到達することを抑制することができ、撮像装置の振れに対する像振れ補正の追従性を変更できる。飽和防止制御部１５０３が出力する回転補正量は鏡筒回転駆動部２１２に送られる。鏡筒回転駆動部２１２では、パン回転部１１０７とチルト回転部１１０８の角度が目標角度となるようにフィードバック制御が行われる。この目標角度は、Ｓ１００２で取得されたパン方向やチルト方向における現在の角度位置に、回転補正量を加算した角度として算出される。
【００６１】
図１０のＳ１００８からＳ１００９に進んで制御部２１３は、ユーザが操作部２１１を使用して、手動操作によりパン方向またはチルト方向への角度変更指示を行ったかどうかを判定する。例えば、ユーザは撮像装置１０１に設けられた専用の操作部材を用いて、パン方向またはチルト方向の目標角度を設定することができる。または撮像装置１０１と相互通信可能な外部デバイスを有する場合に外部デバイスでの操作指示によって、撮像装置１０１へ目標角度を通知することで目標角度を設定する方法がある。例えば、操作部材として、パン方向に関連する右回転および左回転と、チルト方向に関連する上回転および下回転が可能な操作ボタンが使用される。操作ボタンが押されている操作時間によって目標角度が設定される。所定の閾値時間Ｔが経過する毎に目標角度にα度を加算していく設定方法が挙げられるが、他の設定方法でもよい。
【００６２】
Ｓ１００９にて手動動作でのパン方向またはチルト方向への角度変更指示が行われたと判定された場合、Ｓ１０１０に進み、角度変更指示が行われていないと判定された場合には目標角度として前回の値が保持された後、Ｓ１０１１へ進む。Ｓ１０１０では手動操作で設定された目標角度を設定する処理が実行された後、Ｓ１０１１に進む。
【００６３】
Ｓ１０１１で制御部２１３は、Ｓ１００３、Ｓ１００４でそれぞれ算出されたパン方向の像振れ補正目標角度とチルト方向の像振れ補正目標角度、およびＳ１０１０までで算出された手動操作による目標角度に基づいて最終的な目標角度を算出する。最終的な目標角度は、鏡筒回転駆動部２１２のパン回転部１１０７とチルト回転部１１０８（図１１）にそれぞれ指示するための目標角度である。パン方向の目標角度については、振れ補正角度算出部１１０２の出力と、操作部２１１からのパン方向の手動目標角度とを加算器１１０５が加算してパン回転部１１０７へ出力する。またチルト方向の目標角度については、振れ補正角度算出部１１０３の出力と、操作部２１１からのチルト方向の手動目標角度とを加算器１１０６が加算してチルト回転部１１０８へ出力する。
【００６４】
Ｓ１０１２では、パン方向やチルト方向の駆動が行われる。Ｓ１０１１で算出されたパン方向の目標角度とチルト方向の目標角度がそれぞれパン回転部１１０７、チルト回転部１１０８へ出力されることで、パン方向とチルト方向それぞれの像振れ補正が実行される。Ｓ１０１２の後にリターン処理へ移行し、像振れ補正のサブルーチンの処理を終了する。この処理は所定のサンプリング期間ごとに実行される。
【００６５】
次に本実施形態の効果について説明する。撮像部の駆動により像振れ補正を行う機構部を備える撮像装置では、３軸分の回転駆動部を有することが望ましいが、反面では装置の大型化、消費電力の増加等の原因となる。構図変更による被写体の探索等を行う場合には、必ずしもロール回転駆動は必要ではなく、パン方向とチルト方向の駆動が可能であれば済む場合もある。本実施形態では、ロール回転駆動を省き、２軸（パンニング軸とチルティング軸）での回転駆動が可能な機構部を備えることで、装置の大型化や消費電力の増加を抑えることができる。
【００６６】
また可動部そのものを揺動させる駆動方式であって、かつ、固定部に振れ検出手段（ジャイロセンサ等）を設けた撮像装置において像振れ補正を行う場合、可動部の駆動軸とジャイロセンサ等の軸との軸合わせが必要である。軸合わせにおいて可動部の位置（角度）を検出する方法として、絶対角度センサを用いる方法と相対位置センサを用いる方法がある。絶対位置センサは位置合わせ動作を必要とせずに駆動位置を検出可能であるが、相対位置センサに比べてサイズが大きいため、装置の大型化やコスト上昇の原因となる。
【００６７】
駆動装置の小型化が必要である場合には、相対位置センサの使用が望ましい。この場合、軸合わせ動作が必要となる。例えば、駆動機構部においてフォトインタラプタ等を基準位置に設け、電源投入後にパンニングやチルティングの駆動を行い、基準位置を探索する方法がある。発光部と受光部とを備える光学式センサが用いられる場合、受光部の受光量が変化する特定の位置がリセット位置として設定される。駆動時にリセット位置を検出することで基準位置が判明する。この方法では、可動部の駆動方向を誤った場合に位置合わせ動作に時間がかかるという問題がある。つまり、誤った駆動方向への位置合わせ動作が行われると、初期化処理の開始時点での検出位置によっては、正しい駆動方向を決定するための動作に時間がかかる。起動時間が長くなると像振れ補正や撮影動作の開始が可能な状態になる時点が遅くなり、また消費電力が増加する可能性がある。
【００６８】
本実施形態では２軸の回転機構部を備える駆動装置において、チルト方向のリセット駆動により励起される振動の検出信号に基づいてパン位置を推定することにより、最短経路でパン方向のリセット駆動を行える。よって、誤った駆動方向へのリセット動作を防ぎ、装置の起動時点から像振れ補正動作の開始時点までの時間を短縮し、消費電力の増加を抑制することができる。
【００６９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態では、起動時に駆動装置の固有振動を検出し、検出された振動の大きさを閾値と比較することにより初期化処理のモードを変更する。つまり、モードに応じてリセット動作を変更する処理が第１実施形態との相違点である。以下では第１実施形態との相違点を説明し、第１実施形態にて説明した事項については既に使用した符号や記号を用いることにより、それらの詳細な説明を省略する。
【００７０】
図１６は、本実施形態における軸合わせ処理のサブルーチンである。図４との相違点であるＳ１６０１、Ｓ１６０２、Ｓ１６０３の処理を説明する。
【００７１】
Ｓ４０１の次にＳ４０４に進み、角速度計１０６の出力を取り込む処理が行われる。制御部２１３は角速度計１０６による検出情報から駆動装置の固有振動を抽出する。固有振動の抽出は、パン角度推定部１１０９が有するバンドパスフィルタによって行われる。バンドパスフィルタの周波数特性についてはあらかじめ調査して設定されるものとする。
【００７２】
次のＳ１６０１で制御部２１３は、抽出された固有振動の信号値を第１の閾値（以下、閾値１と記す）と比較する。閾値１は防振無効化の判定用閾値であり、パン角度推定部１１０９の内部の記憶部（不図示のＲＯＭ領域）に記憶されている。Ｓ１６０１で制御部２１３は固有振動の信号値に相当する角速度計の出力信号値が第１の閾値以上であるか否かを判定する。角速度計の出力信号値が閾値１未満である場合、Ｓ１６０２の処理に進み、角速度計の出力信号値が閾値１以上である場合、Ｓ４０２の処理に進む。
【００７３】
Ｓ１６０２で制御部２１３は防振をＯＦＦに設定する。この場合、像振れ補正動作は行われずに、手動目標角度の指示のみに従って可動部１０２をパン方向またはチルト方向に駆動する処理が行われる。このように、撮像装置が揺れの影響の少ない安定した箇所に設置されている場合等において、不要なリセット動作を省略できる。Ｓ１６０２の後に軸合わせサブルーチンの処理を終了する。
【００７４】
Ｓ１６０１からＳ４０２に進む場合、チルト方向のリセット駆動が行われた後、Ｓ４０３でチルト方向のリセット位置が検出される。次のＳ１６０３で制御部２１３は、Ｓ４０４で抽出された固有振動の信号値を第２の閾値（以下、閾値２と記す）と比較する。閾値２は、閾値１と同様にパン角度推定部１１０９の内部の記憶部（不図示のＲＯＭ領域）に記憶されている。Ｓ１６０３で、角速度計１０６の出力信号値が閾値２より大きい場合、Ｓ４０７の処理に進む。また角速度計１０６の出力信号値が閾値２以下である場合にはＳ４０５の処理に進む。
【００７５】
Ｓ４０５からＳ４０９の処理は第１実施形態と同様である。制御部２１３は現在のパン角度を推定してパン方向のリセット駆動方向を決定し、当該駆動方向へのリセット駆動およびリセット位置の検出を行う。またＳ１６０３からＳ４０７に進む場合には、予め決められた方向（パン方向）へのリセット駆動が行われる。
【００７６】
本実施形態では、駆動装置の電源がＯＮになった際に固有振動の大きさに応じて初期化処理のモードを変更することにより、不要なリセット動作を行わずに済む。また、チルト方向のリセット駆動で励起された振動以外の影響によりパン角度の推定位置の誤差が大きくなることを抑制できる。よって、パン駆動のリセット方向を間違えることを回避できる。
【符号の説明】
【００７７】
１０１  撮像装置
１０２  可動部
１０３  固定部
１０４  チルト回転ユニット
１０５  パン回転ユニット
１０６  角速度計
２１３  制御部
【図１】
2020134647.tif 000009
【図２】
2020134647.tif 000010
【図３】
2020134647.tif 000011
【図４】
2020134647.tif 000012
【図５】
2020134647.tif 000013
【図６】
2020134647.tif 000014
【図７】
2020134647.tif 000015
【図８】
2020134647.tif 000016
【図９】
2020134647.tif 000017
【図１０】
2020134647.tif 000018
【図１１】
2020134647.tif 000019
【図１２】
2020134647.tif 000020
【図１３】
2020134647.tif 000021
【図１４】
2020134647.tif 000022
【図１５】
2020134647.tif 000023
【図１６】
2020134647.tif 000024