(57)【要約】【課題】可動部に外乱による動きが生じた場合でも、可動部の位置を高精度に制御する。【解決手段】撮像装置１００は、撮像系を備えた可動部の向きが変わるように該可動部を駆動する駆動手段１１〜１３と、可動部の位置を検出する位置検出手段２１２と、撮像装置に加わる振動を検出する振動検出手段２１８と、検出された振動に応じて駆動手段を制御することにより可動部の駆動による防振動作を行わせる防振手段２１９と、防振動作中において撮像系により得られる撮像画像における像振れ残りを検出する振れ残り検出手段２１５と、検出された像振れ残りに応じて可動部の位置を補正する補正手段２０１，２１３とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像系を備えた可動部と、前記可動部の向きが変わるように該可動部を駆動する駆動手段とを有する撮像装置であって、
前記可動部の位置を検出する位置検出手段と、
前記撮像装置に加わる振動を検出する振動検出手段と、
検出された前記振動に応じて前記駆動手段を制御することにより前記可動部の駆動による防振動作を行わせる防振手段と、
前記防振動作中において前記撮像系により得られる撮像画像における像振れ残りを検出する振れ残り検出手段と、
検出された前記像振れ残りに応じて前記可動部の位置を補正する補正手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記像振れ残りに応じて、前記位置検出手段により検出される前記可動部の位置を補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記像振れ残りに応じて前記駆動手段に前記可動部を駆動させることにより、前記可動部の位置を補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記振動の大きさが所定値より小さい場合に前記像振れ残りに応じて前記可動部の位置を補正し、前記振動の大きさが前記所定値より大きい場合は前記像振れ残りに応じた前記可動部の位置の補正を行わないことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記振動の大きさが前記所定値より小さい場合において、前記像振れ残りに所定の変化が生じていない場合に前記像振れ残りに応じて前記可動部の位置を補正し、前記所定の変化が生じた場合は前記像振れ残りに応じた前記可動部の位置の補正を行わないことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記振れ残り検出手段は、前記撮像画像を用いて被写体の動きの情報を取得し、前記被写体の動き分を除いた前記像振れ残りを算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
撮像系を備えた可動部と、前記可動部の向きが変わるように該可動部を駆動する駆動手段とを有する撮像装置の制御方法であって、
前記可動部の位置を検出するステップと、
前記撮像装置に加わる振動を検出するステップと、
検出された前記振動に応じて前記駆動手段を制御することにより前記可動部の駆動による防振動作を行わせるステップと、
前記防振動作中において前記撮像系により得られる撮像画像における像振れ残りを検出するステップと、
検出された前記像振れ残りに応じて前記可動部の位置を補正するステップとを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項８】
コンピュータに、請求項７に記載の制御方法に従う処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像方向を変更可能な可動部を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
監視カメラシステム等で用いられる撮像装置には、特許文献１，２に開示されているように、カメラを備えた可動部を雲台や固定ステージにより支持し、これら雲台や固定ステージによって可動部を特定の軸回りで回動させることでカメラによる撮像方向を変更可能なものがある。
【０００３】
また、カメラを備えた可動部としての球体を土台に設けられたアクチュエータにより多自由度回転させることで、複雑なジンバル構造を用いることなく撮像方向を自由に変更することが可能なものもある。このような撮像装置では、球体の多自由度の回転位置を検出するために、球体の二次元方向への移動を検出可能な画像センサが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２５３５６０号公報
【特許文献２】特開２０１５−１８１２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ただし、画像センサは、球体の元の回転位置からの相対的な回転量を検出することはできるが、土台に対する球体の絶対位置を検出することができない。また外界に露出した球体は、物理的な外乱の影響を受けやすく、突発的な外乱によって画像センサにより検出可能な速度を超えて回転する場合がある。この場合、実際の球体の回転位置と画像センサにより検出された回転位置との間に誤差が生じ、球体の回転位置、すなわち撮像方向を高精度に制御できないおそれがある。
【０００６】
本発明は、可動部に外乱による動きが生じた場合でも、可動部の位置を高精度に制御することが可能な撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての撮像装置は、撮像系を備えた可動部と、可動部の向きが変わるように該可動部を駆動する駆動手段とを有する。該撮像装置は、可動部の位置を検出する位置検出手段と、撮像装置に加わる振動を検出する振動検出手段と、検出された振動に応じて駆動手段を制御することにより可動部の駆動による防振動作を行わせる防振手段と、防振動作中において撮像系により得られる撮像画像における像振れ残りを検出する振れ残り検出手段と、された像振れ残りに応じて可動部の位置を補正する補正手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
また本発明の他の一側面としての制御方法は、撮像系を備えた可動部と、可動部の向きが変わるように該可動部を駆動する駆動手段とを有する撮像装置に適用される。制御方法は、可動部の位置を検出するステップと、撮像装置に加わる振動を検出するステップと、検出された振動に応じて駆動手段を制御することにより可動部の駆動による防振動作を行わせるステップと、防振動作中において撮像系により得られる撮像画像における像振れ残りを検出するステップと、検出された像振れ残りに応じて可動部の位置を補正するステップとを有することを特徴とする。なお、コンピュータに、上記制御方法に従う処理を実行させるコンピュータプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、可動部に外乱による動きが生じた場合でも、可動部の位置を高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例である撮像装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施例の撮像装置の外観斜視図。
【図３】実施例の撮像装置に用いられる振動型アクチュエータを説明する図。
【図４】実施例の撮像装置の分解斜視図。
【図５】実施例の撮像装置における支持部、可動部、振動体および受圧部の関係を示す図。
【図６】実施例の撮像装置をＸ１方向から見た図。
【図７】実施例における撮像方向を説明する図。
【図８】実施例における撮像動作を示すフローチャート。
【図９】実施例における抑振率の算出方法を説明する図。
【図１０】実施例における位置検出ずれ量の算出方法を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例である撮像装置１の内部構成を示している。１００は可動部であり、２００は可動部１００を回転可能に支持する支持部である。可動部１００の外面の少なくとも一部は、球面ＳＲとして形成されている。支持部２００には、圧電素子（図３中の１７）を含む複数の振動体（振動型アクチュエータ）１１〜１３が可動部１００の球面ＳＲに加圧接触するように設けられている。支持部２００は、振動体１１〜１３を駆動して振動を発生させることにより可動部１００の回転位置を制御するとともに撮像装置１の全体を制御するメイン制御部２０１を有する。
【００１２】
可動部１００は、レンズユニット１０１と撮像部１０２とにより構成される撮像系を有する。レンズユニット１０１は、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を含む撮像光学系である。撮像部１０２は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等の撮像素子を含み、レンズユニット１０１により形成された光学像（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から出力された撮像データを記憶し、記憶した撮像データを可動部通信部１０４に転送する。可動部通信部１０４は、送受信アンテナを含み、可動部１００と支持部２００との間で無線によるデータ通信を行う。撮像部１０２から出力されて撮像データ記憶部１０３に記憶された撮像データは、時系列の順序で支持部２００に送信される。
【００１３】
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におけるアクチュエータを駆動する。各アクチュエータは、可動部通信部１０４を介して支持部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応じて駆動される。無線電力受電部１０５は、支持部２００から電力を受電し、受電した電力を可動部１００内の各要素に電源を供給する。
【００１４】
支持部２００において、制御手段としてのメイン制御部２０１は、ＣＰＵ等のマイクロコンピュータにより構成され、撮像装置１の全体を制御する。支持部通信部２０８は、無線通信によって、可動部１００から撮像部１０２で得られた撮像データを受信したり可動部１００にアクチュエータ駆動指示信号を送信したりする。撮像信号処理部２０９は、支持部通信部２０８なより受信した撮像データを映像信号に変換する。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、電子防振のための画像切出しおよび回転加工を含む。
【００１５】
操作部２０２は、ユーザが撮像装置１に対して指示を与えるために設けられている。記憶部２０３は、映像信号や種々なデータを記憶する。表示部２０４は、ＬＣＤ等のディスプレイデバイスを備え、映像信号処理部２１０から出力された映像信号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内の各要素に対して電源を供給する。無線電力送信部２０７は、可動部１００に電力を送信する。
【００１６】
位置検出部（位置検出手段）２１２は、光源２１６と画像センサ２１７とを含み、可動部１００の回転位置を検出する。具体的には、位置検出部２１２は、光源２１６からの光を可動部１００の球面ＳＲに照射して画像センサ２１７によって該球面ＳＲを撮像し、その後に所定時間が経過してから画像センサ２１７により球面ＳＲを再度撮像する。球面ＳＲには、マークまたは模様等の相対位置検出用の指標が設けられている。そして位置検出部２１２は、最初の撮像により得られた画像と後の撮像により得られた画像とを比較して、指標の移動方向と移動量を検出する。可動部１００の回転方向と回転量、すなわち相対的な回転位置を検出することができる。また、球面ＳＲには、相対位置検出用の指標とは別に絶対位置検出用の指標も設けられている。可動部１００における絶対位置検出用の指標の位置は予めメモリに記憶されており、絶対位置検出用の指標が検出された状態からの相対位置検出用の指標の移動方向と移動量に基づいて、可動部１００の絶対的な回転位置を検出できる。
【００１７】
メイン制御部２０１は、位置検出部２１２からの回転位置をモニタしながら可動部制御部２１１を通じて複数の振動体１１〜１３の駆動を制御することにより、可動部１００の多自由度回転を制御する。可動部制御部２１１は、振動体１１〜１３のうち全部または一部の圧電素子に電圧を印加することで、振動体を駆動して振動を発生させる。なお、本実施例では振動体をアクチュエータ（駆動手段）として用いるが、ステッピングモータやＤＣモータ等の他のアクチュエータを用いてもよい。
【００１８】
振動検出部（振動検出手段）２１８は、ジャイロセンサ等を用いて構成され、撮像装置１に加わる振動（以下、カメラ振れという）を検出する。防振制御部２１９は、振動検出部２１８から出力された振れ信号に基づいて像振れを低減（補正）するために必要な可動部１００の回転駆動量を算出し、該回転駆動量に基づいて振動体１１〜１３の駆動を制御して可動部１００を回転させる。これにより、可動部１００に、カメラ振れに起因する像振れを低減するように回転する防振動作を行わせることができる。振動検出部２１８と防振制御部２１９により防振手段が構成される。
【００１９】
振れ残り検出部２１５は、防振動作中において撮像画像に残っている像振れ（以下、像振れ残りという）を検出する。位置補正部２１３は、振れ残り検出部２１５により検出された像振れ残りに基づいて、位置検出部２１２により検出された可動部１００の回転位置を補正する。
【００２０】
なお、支持部２００と可動部１００との間の撮像データ、アクチュエータ駆動指示信号および電力供給を有線で行ってもよい。
【００２１】
次に、図２および図４を用いて撮像装置１の具体的な構成について説明する。図２は撮像装置１の外観を示し、図４は撮像装置１を分解して示している。可動部１００は、内部にレンズユニット１０１と撮像部１０２等が組み込まれた外装部材としての球体を有する。球体の表面が前述した球面ＳＲである。可動部１００は、支持部２００に設けられた複数の振動体１１〜１３と支持部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。以下の説明においては、図２に示すように、支持部２００の底面２００ａは互いに直交するＸ１軸とＺ１軸を含むＸ１−Ｚ１面に平行な平面とし、Ｘ１軸とＺ１軸のそれぞれに対して直交する軸（高さ方向の軸）をＹ１軸とする。
【００２２】
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支持部２００により保持されている。受圧部２２０ａは、バネ部材によって付勢された可動部１００の当接を受ける。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で支持部２００により保持されている。受圧部２２０ａは、回転する可動部１００との摩擦を小さくするため、低摩擦で摺動性に優れる樹脂（ポリアセタール等）やボール等の転動部材を１つ又は複数用いて構成されている。
【００２３】
図１に示した可動部制御部２１１が各振動体の圧電素子に電圧を印加すると、該振動体に振動が励起され、可動部１００は該振動体との接触部にて摩擦駆動される。振動体１１〜１３のそれぞれから可動部１００に与えられた駆動力の合成力によって、可動部１００は球心Ｃを中心として回転する。これにより、レンズユニット１０１の向きである撮像方向を自由に選択することができる。
【００２４】
図３（ａ）〜（ｃ）を用いて、振動体１１〜１３の駆動原理について説明する。各振動体は、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とにより構成されている。  図３（ａ）は、振動板１８の裏面に貼り付けられた圧電素子１７の電極領域を示す。ここでは、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。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。右側の電極領域１７−１には交流電圧Ｖ１が印加され、左側の電極領域１７−２には交流電圧Ｖ２が印加される。交流電圧Ｖ１，Ｖ２は、図３（ｂ）に示す振動モード（Ａモード）の共振周波数付近の周波数を有し、互いに位相が１８０°ずれている。
【００２５】
図３（ｂ）では、圧電素子１７のうち右側の電極領域１７−１が縮み、左側の電極領域１７−２が伸びた状態を示している。交流電圧Ｖ１，Ｖ２の印加により、この状態と右側の電極領域１７−１が伸び、左側の電極領域１７−２が縮む状態とが交互に発生する。その結果、振動板１８にＡモードの振動が発生する。このＡモードは、ａ方向の２次の曲げモードであり、ｃ方向の変位が小さい３つの節部とｃ方向の変位が大きい２つの腹部とを有する振動モードである。このような振動モードの振動が発生すると、振動板１８の中心部に設けられた接触部としての突起部１９の先端が図３（ｂ）の左右方向に変位する。図３（ａ）では、突起部１９は圧電素子１７の裏側に存在する。
【００２６】
一方、交流電圧Ｖ１，Ｖ２を図３（ｃ）に示す振動モード（Ｂモード）の共振周波数付近の周波数を有し、互いに同位相の交流電圧とすると、圧電素子１７の全体（電極領域１７−１，１７−２）が伸びる状態と縮む状態とが交互に発生する。この結果、振動板１８にはＢモードの振動が発生する。Ｂモードは、ｂ方向の１次の曲げモードであり、ｃ方向の変位が小さい２つの節部と、ｃ方向の変位が大きい１つの腹部とを有する振動モードである。Ａモードの共振周波数とＢモードの共振周波数は、互いに同じ（または同じと見なせる程度の差のみを有する）周波数に設定される。
【００２７】
このような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方向を径方向とする楕円状の運動が発生する。可動部１００は、このように楕円運動する突起部１９から摩擦力を受けて図３（ｂ）中の太矢印の方向に駆動される。また、電極領域１７−１，１７−２への印加電圧の位相差を変えることにより、ＡモードとＢモードの発生比を変化させることが可能である。楕円の縦横比も、ＡモードとＢモードの発生比に応じて変化する。振動体１１〜１３のそれぞれにおいてＡモードとＢモードの発生比を変えることによって、それぞれの振動体１１〜１３が可動部１００に与える駆動力を変えることができるため、可動部１００の回転速度をコントロールすることが可能となる。
【００２８】
図４において、支持部２００は、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により構成されている。ベースカバー２３０には前述したアーム部２２０がビスにより固定される。ベースカバー２３０には、振動体１１〜１３を保持するシャーシ２４０が固定される。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に取り付けられる。振動体１１〜１３から延出するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１１ａ〜１１ｃはそれぞれ、制御基板２５０ａと電気的に接続されている。
【００２９】
内部構造体２５０の制御基板２５０ａは、図１に示したメイン制御部２０１、記憶部２０３および可動部制御部２１１等を有する。可動部制御部２１１は、ＦＰＣ１１ａ〜１１ｃを介して振動体１１〜１３のそれぞれの圧電素子１７に交流電圧を印加する。内部構造体２５０は、シャーシ２４０とともにベースカバー２３０の内側に固定され、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】
図５（ａ）〜（ｄ）を用いて、撮像装置１のうち支持部２００、可動部１００、振動体１１〜１３および受圧部２２０ａの関係について説明する。図５（ａ）には、支持部２００の底面２００ａ、可動部１００、振動体１１〜１３および受圧部２２０ａを示している。以下の説明では、可動部１００の球心Ｃにおいて、第１座標系（Ｘ１軸、Ｙ１軸およびＺ１軸）をＸ１軸回りに角度θだけ回転させた座標系を第２座標系（Ｘ２軸、Ｙ２軸およびＺ２軸）とする。Ｙ２軸は球心Ｃと受圧部２２０ａを通る軸である。
【００３１】
図５（ｂ）〜（ｄ）は、Ｙ２軸方向から見た可動部１００と振動体１１〜１３を示している。振動体１１〜１３は、Ｙ２軸に直交するＸ２−Ｚ２面に平行で可動部１００の球心Ｃから距離Ｌだけ離れた平面と球面ＳＲとの交円Ｓの周上に１２０°間隔で配置されている。球心Ｃは、交円Ｓの円周上の各点と受圧部２２０ａとを結んで形成される円錐領域Ａの内部に位置する。受圧部２２０ａと交円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Ｓに対して直交する（Ｙ２軸と平行である）。このような構成により、可動部１００に対して振動体１１〜１３が加圧接触した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を確実に保持してそれらの脱落を阻止することができる。
【００３２】
次に、可動部１００の回転方向に応じた振動体１１〜１３の駆動制御について説明する。図５（ｂ）は、可動部１００をＺ２軸回りで回転させるときの振動体１１〜１３の駆動制御を示す。３つの振動体１１〜１３は、交円Ｓの周上に１２０°間隔でＹ２軸から距離ｄの位置に配置されている。振動体１１〜１３がそれぞれ時計回り方向の正の駆動力を発生すると、振動体１１が発生する駆動力の向きはＸ２軸方向を基準として０°方向、振動体１２が発生する駆動力の向きは２４０°方向、振動体１３が発生する駆動力の向きは１２０°方向となる。３つの振動体１１〜１３は、それらの突起部（接触部）１９にて可動部１００の球面ＳＲに３点で接触する。これにより、振動体１１〜１３の突起部１９は、可動部１００の球面ＳＲと安定的に接触することが可能である。
【００３３】
図５（ｂ）において、可動部１００をＺ２軸回りで回転させるために振動体１１が発生する駆動力をｆ１、振動体１２が発生する駆動力をｆ２、振動体１３が発生する駆動力をｆ３とし、単位駆動力をｆとすると、
ｆ１＝２×ｆ
ｆ２＝−ｆ
ｆ３＝−ｆ
となる。ＦｘをＸ２軸方向への力、ＦｚをＹ２軸方向への力、Ｆｙを回転方向への力、ｄをＹ２軸から振動体１１〜１３のそれぞれまでの距離とすると、Ｆｘ、ＦｚおよびＦｘはそれぞれ以下の式（１），（２）および（３）で表される。
【００３４】
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、振動体１１〜１３にｆ１〜ｆ３を発生させると、交円Ｓの中心点Ｃｓに合成力としてＸ２軸方向の力Ｆｘのみが発生する。すなわちＸ２軸方向の駆動力のみが可動部１００に加えられる。したがって、振動体１１〜１３が発生する駆動力の合成力Ｆｘは、可動部１００をＺ２軸回りで回転させる。
【００３５】
図５（ｃ）は、可動部１００をＸ２軸回りで回転させるときの振動体１１〜１３の駆動制御を示す。可動部１００をＸ２軸回りで回転させるために振動体１１が発生する駆動力をｆ１、振動体１２が発生する駆動力をｆ２、振動体１３が発生する駆動力をｆ３とし、単位駆動力をｆとすると、
ｆ１＝０×ｆ
ｆ２＝−ｆ
ｆ３＝＋ｆ
となる。可動部１００をＺ２軸回りで回転させるときと同様に、可動部１００に加わる力Ｆｘ、ＦｚおよびＦｙはそれぞれ、以下の式（１ａ），（２ａ）および（３ａ）のように表される。
【００３６】
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、振動体１１〜１３にｆ１〜ｆ３を発生させると、交円Ｓの中心点Ｃｓに合成力として−Ｚ２軸方向の力Ｆｚのみが発生する。すなわち−Ｚ２軸方向の駆動力のみが可動部１００に加えられる。したがって、振動体１１〜１３が発生する駆動力の合成力Ｆｚは、可動部１００をＸ２軸回りで回転させる。
【００３７】
図５（ｄ）は、可動部１００をＹ２軸回りで回転させるときの振動体１１〜１３の駆動制御を示す。可動部１００をＹ２軸回りで回転させるために振動体１１が発生する駆動力をｆ１、振動体１２が発生する駆動力をｆ２、振動体１３が発生する駆動力をｆ３とし、単位駆動力をｆとすると、
ｆ１＝−ｆ
ｆ２＝−ｆ
ｆ３＝−ｆ
となる。可動部１００に加わる力Ｆｘ、ＦｚおよびＦｙはそれぞれ、以下の式（１ｂ），（２ｂ）および（３ｂ）のように表される。
【００３８】
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、振動体１１〜１３にｆ１〜ｆ３を発生させると、交円Ｓの中心点Ｃｓに合成力としてＹ２軸方向の力Ｆyのみが発生する。すなわちＹ２軸方向の駆動力のみが可動部１００に加えられる。したがって、振動体１１〜１３が発生する駆動力の合成力Ｆyは、可動部１００をＹ２軸回りで回転させる。
【００３９】
これらの回転を組み合わせることにより、可動部１００を球心Ｃを中心として、言い換えれば球心Ｃを通る任意の軸回りで回転させることができ、任意の撮像方向にレンズユニット１０１を向けることができる。これにより、様々な方向の撮像が可能になるだけでなく、カメラ振れ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。
【００４０】
図６は、Ｘ１軸方向から見た撮像装置１を示している。この図では、可動部１００は、レンズユニット１０１の光軸Ｏが底面２００ａに対して直交する回転位置に位置している。αはレンズユニット１０１の撮像範囲（画角）である。受圧部２２０ａはレンズユニット１０１の撮像範囲αよりも外側に位置する。このときに仮想直線ＳＬが光軸Оに対してなす角度をθとする。このような角度θを設定することにより、底面２００ａに対して真上方向の撮像が可能となる。例えば底面２００ａを部屋の天井に取り付けた場合には、天井から見て真下の撮像が可能になる。
【００４１】
図７は、支持部２００に対する可動部１００の光軸Ｏの向き（撮像方向）を説明するために球面座標系を示している。球面座標系は、１つの動径座標と２つの角度座標とで表される極座標系である。第１の角度座標はＺ軸と動径とがなす角度を示し、第２の角度座標はＺ軸に垂直な平面上のＸ軸とこの平面に動径が射影された軸とがなす角度である。図７では、動径座標をｒで表し、第１の角度座標をθで表し、第２の角度座標をφで表す。
【００４２】
ここで、可動部１００の支持部２００に対する基準位置座標を（ｒ０，θ０，φ０）とする。
【００４３】
図８のフローチャートは、メイン制御部２０１が振れ残り検出部２１５や位置補正部２１３等とともにコンピュータプログラムに従って行う位置補正処理を示している。メイン制御部２０１は、振れ残り検出部２１５および位置補正部２１３とともに補正手段を構成する。
【００４４】
ステップＳ１０１において、メイン制御部２０１は、操作部２０２を通じてユーザにより撮像装置１の電源がＯＮされたことを確認する。
【００４５】
次にステップＳ１０２では、メイン制御部２０１は、可動部制御部２１１を通じて可動部１００を初期回転位置に回転させるように振動体１１〜１３の駆動を制御して、可動部１００を初期回転位置に固定する。
【００４６】
次にステップＳ１０３では、メイン制御部２０１は、カメラ振れによるレンズユニット１０１の光軸ずれを補正する可動部１００の防振動作がＯＮであるか否かを判定する。防振動作がＯＦＦである場合は本処理を終了し、防振動作がＯＮである場合はステップＳ１０４に進む。
【００４７】
ステップＳ１０４では、メイン制御部２０１は、振動検出部２１８から出力された振れ信号の値（すなわちカメラ振れの大きさ）が所定値より大きいか否かを判定する。振れ信号の値が所定値より大きい場合はカメラ振れが大きくて防振動作を行っても像振れが残るものとして本処理を終了する。一方、振れ信号の値が所定値より小さい場合には、ステップＳ１０５に進む。
【００４８】
ステップＳ１０５では、メイン制御部２０１は、抑振率を算出する。図９（ａ），（ｂ）を用いて抑振率の算出方法について説明する。図９（ａ）は、カメラ振れが生じた状態で被写体としての点光源を撮像した際に像振れが生じている様子を示している。図１に示した位置検出部２１２は、画像センサ２１７によって撮像した球面ＳＲ上の指標の移動を検出する。ただし、カメラ振れが大きくて画像センサ２１７を通じて指標を認識できない場合には、可動部１００の移動量の検出誤差によって像振れ残りが発生する。このときの像振れ残りの大きさ（角度）をＢとする。一方、振動検出部２１８から出力された振れ信号から算出されるカメラ振れの大きさ（角度）をＡとする。このとき、抑振率を以下の式で算出する。
抑振率＝（Ａ−Ｂ）／Ａ
図９（ｂ）は、撮像装置１にカメラ振れが加わった状態で点光源の被写体を撮像しても像振れ残りが生じていない様子を示している。このときの像振れ残りの大きさＢは０であることから、抑振率＝１となる。一方、防振動作を行わない場合には、像振れ残りＢとカメラ振れの大きさＡとが一致する。つまり、Ａ＝Ｂであるため、抑振率＝０となる。
【００４９】
このように、抑振率を算出することで、防振動作による像振れ抑制効果を数値化することが可能である。抑振率は１に近いほど像振れ抑制効果が高いことを示し、逆に０に近いほど像振れ抑制効果が低いことを示す。
【００５０】
ここでは、抑振率を算出する際に点光源を被写体として撮像を行う場合について説明したが、人物等の動く被写体であってもよい。この際には、撮像画像から動く被写体の動きベクトル（被写体の動きの情報）を取得し、該動きベクトルを用いて被写体の動き分を除外した像振れ残りの大きさＢを求め、これを用いて抑振率を算出することが望ましい。
【００５１】
次に図８のステップＳ１０６では、メイン制御部２０１は、ステップ０５で算出した抑振率が所定値より高いか否かを判定する。抑振率が所定値より高い場合には像振れ抑制効果が高いものとして本処理を終了する。一方、抑振率が所定値より小さい場合にはステップＳ１０７に進む。
【００５２】
ステップＳ１０７では、メイン制御部２０１は、抑振率（言い換えれば、像振れ残りの大きさＢ）が前回取得した値よりも急激に変化したか否かを判定する。具体的には、前回の像振れ残りに対する今回の像振れ残り量の変化量が所定値より大きい（像振れ残りに所定の変化が生じた）か否かを判定する。抑振率が急激に変化するのは、これを算出する際に被写体が急に移動したこと等による。抑振率がそのように急激に変化した場合は抑振率の信頼度が低いものとして本処理を終了する。抑振率が前回取得した値に対して急激な変化をしていない場合はステップＳ１０８へ進む。
【００５３】
ステップＳ１０８では、メイン制御部２０１は、撮像装置１に対する物理的な外乱等の影響によって位置検出部２１２により検出される可動部１００の回転位置には位置検出ずれが含まれているものと判断する。そして、振れ残り検出部２１５に像振れ残りを検出させ、該像振れ残りの方向と大きさから位置検出ずれの方向と大きさを算出する。
【００５４】
図１０を用いて位置検出ずれの算出方法について説明する。図１０は、撮像画像の水平軸に対して角度γをなす方向に発生した大きさＣの像振れ残りを示している。このときの水平軸の方向での像振れ残りの大きさはＢ/２×cosγとなり、垂直軸の方向での像振れ残りの大きさはＢ/２×sinγとなる。このことからメイン制御部２０１は、水平軸の方向と垂直軸の方向での位置検出ずれの大きさをそれぞれ、Ｂ/２×cosγとＢ/２×sinγと算出する。このように防振動作中の像振れ残りの方向と大きさから、位置検出ずれの方向と大きさを算出することができる。
【００５５】
次に図８のステップＳ１０９では、メイン制御部２０１は、位置補正部２１３に、ステップＳ１０８で算出された位置検出ずれの方向と大きさを用いて位置検出部２１２により検出された可動部１００の相対的な回転位置検出結果から求めた絶対位置を補正させる。この後、メイン制御部２０１は本処理を終了する。
【００５６】
なお、メイン制御部２０１は、位置検出部２１２により検出された回転位置を補正することに代えて、位置検出ずれの方向と大きさに応じて可動部制御部２１１を通じて振動体１１〜１３を駆動することで可動部１００の回転位置を補正してもよい。これによっても、位置検出ずれが補正される。
【００５７】
以上説明した本実施例によれば、可動部１００に外乱による回転が生じた場合でも、可動部１００の位置を高精度に制御することができる。
【００５８】
なお、上記実施例では、撮像装置１の支持部２００内にメイン制御部２０１等の制御ユニットが内蔵されている場合について説明した。しかし、撮像装置とは別の場所に設置されたコンピュータを制御ユニットとして用い、インターネットやＬＡＮ等の通信回線を通じて可動部の回転（振動体の駆動）を制御するようにしてもよい。
（その他の実施例）
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。
【００５９】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１  撮像装置
１１，１２，１３  振動体
１７  圧電素子
１００  可動部
１０１  レンズユニット
２００  支持部
２０１  メイン制御部
２１２  位置検出部
２１３  位置補正部
２１５  振れ残り検出部
２１８  振動検出部
２１９  防振制御部
【図１】
2020197660.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2020197660.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2020197660.tif 000009
【図８】
2020197660.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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