(57)【要約】【課題】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。【解決手段】撮像装置（１）は、レンズユニット（１０１）と撮像部（１０２）とを備えた可動部（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（２１１）と、可動部の位置を検出する位置検出部（２１２）と、位置検出部により検出された可動部の位置を補正する位置補正部（２１３）とを有し、可動部の表面には、可動部の位置情報を示すマークが配置されており、位置補正部は、マークに基づいて可動部の位置を補正する。【選択図】図１
2019041315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズユニットと撮像部とを備えた可動部と、
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、
前記可動部の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部により検出された前記可動部の位置を補正する位置補正部と、を有し、
前記可動部の表面には、前記可動部の位置情報を示すマークが配置されており、
前記位置補正部は、前記マークに基づいて前記可動部の位置を補正することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記位置補正部は、前記マークに基づいて前記レンズユニットの光軸の向き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】
前記可動部の外面の少なくとも一部は球面であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記位置検出部は、画像センサを有し、
前記位置補正部は、前記画像センサにより撮影された前記マークの画像に基づいて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乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記位置補正部は、前記画像センサにより撮影された画像に複数のマークの画像が含まれている場合、前記複数のマークの平均位置に基づいて前記可動部の位置を補正することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記マークはドットパターンであり、
前記位置補正部は、前記画像センサにより撮像された前記ドットパターンの画像のドット配列情報に基づいて、前記可動部の位置を補正することを特徴とする請求項４または５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記位置補正部は、
前記画像センサにより撮像された前記ドットパターンの画像のドット配列情報に基づいて前記可動部の位置を取得し、
前記可動部の位置と前記画像の傾き情報とに基づいて、前記レンズユニットの光軸の向きを補正することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記位置検出部が前記マークを検出した場合、前記位置補正部が前記可動部の位置を補正した後に前記可動部を駆動し、
前記位置検出部が前記マークを検出しない場合、前記位置補正部が前記可動部の位置を補正することなく前記可動部を駆動することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
レンズユニットと撮像部とを備えた可動部と、前記可動部を保持する固定部と、を有する撮像装置の制御方法であって、
前記固定部に対する前記可動部の位置を取得するステップと、
画像センサによる撮影画像に、前記可動部の位置情報を示すマークの画像が含まれている否かを判定するステップと、
前記撮影画像に前記マークの画像が含まれている場合、前記マークに基づいて前記可動部の位置を補正するステップと、
補正後の前記可動部の位置に基づいて前記可動部を駆動するステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１０】
前記可動部の位置を補正するステップは、前記マークの画像の傾きに基づいて、前記レンズユニットの光軸の向きを補正するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影方向を変更可能な可動部を備えた撮像装置に関する。
【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ることでカメラをパン動作およびチルト動作させて、カメラ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。ジンバル構造の場合、複数の駆動軸があり、かつアクチュエータの駆動方向が一方向であるため、ロータリエンコーダやリニアエンコーダにより位置検出を行うことができる。
【０００３】
特許文献１には、カメラの向きを指定の向きに制御するためにカメラと支持部材との位置関係を検出して、カメラの基準向きを決定する雲台撮影システムが開示されている。特許文献１に開示された雲台撮影システムは、カメラを支持してカメラの向きを変更可能な雲台、透光性ドームカバー、および、これを支持する支持部材により構成される。支持部材の内面にはマークが形成されており、カメラは、ドームカバーを通した外界を撮影するとともに、支持部材の内面を撮影する。制御手段は、カメラの基準向きを決定するためのリセット動作において、カメラの向きをマークが撮影範囲に入るように制御し、カメラによる撮影で取得した画像中のマークを用いて基準向きを決定する。
【０００４】
特許文献２には、カメラ等が搭載された球形胴体のジンバルを球面駆動で転動させることで、全方向に渡り移動する目標に対してカメラ向きを追尾させることが可能な追尾装置が開示されている。第１ジンバルおよび第２ジンバルの球形胴体を転動させるため、第１ジンバルの回転角度と第２ジンバルの回転角度に基づいてカメラの向きを制御する。このように、駆動軸に沿った検出軸についての位置検出が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１２４６２２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７５７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、球体構造の可動部が複数の駆動軸で駆動され、駆動方向が特定されない多自由度駆動を行う場合でも、カメラの向きを制御するには、球体構造の位置を検出する必要がある。多自由度駆動を行う球体構造の位置検出は、光学マウス等で使用されている二次元の移動を認識する画像センサを用いて行われる。このような画像センサは、現在位置からの相対的な移動方向を検出することはできるが、支持部材に対する球体カメラの絶対的位置を検出することはできない。このため、位置検出の検出誤差が累積した場合、実際の可動部位置と画像センサにより検出した可動部位置との間に誤差が生じ、意図した方向にカメラの向きを制御できない場合がある。
【０００７】
そこで本発明は、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および撮像装置の制御方法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撮像装置は、レンズユニットと撮像部とを備えた可動部と、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、前記可動部の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部により検出された前記可動部の位置を補正する位置補正部とを有し、前記可動部の表面には、前記可動部の位置情報を示すマークが配置されており、前記位置補正部は、前記マークに基づいて前記可動部の位置を補正する。
【０００９】
本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、レンズユニットと撮像部とを備えた可動部と、前記可動部を保持する固定部と、を有する撮像装置の制御方法であって、前記固定部に対する前記可動部の位置を取得するステップと、画像センサによる撮影画像に、前記可動部の位置情報を示すマークの画像が含まれている否かを判定するステップと、前記撮影画像に前記マークの画像が含まれている場合、前記マークに基づいて前記可動部の位置を補正するステップと、補正後の前記可動部の位置に基づいて前記可動部を駆動するステップとを有する。
【００１０】
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】
【００１１】
本発明によれば、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および撮像装置の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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位置検出方法の説明図である。
【図８】本実施形態における撮像装置の平面図である。
【図９】本実施形態における可動部の表面画像の説明図である。
【図１０】本実施形態における座標系の説明図である。
【図１１】本実施形態における位置補正方法の説明図である。
【図１２】本実施形態における位置情報としてのドットパターンの説明図である。
【図１３】本実施形態における撮影動作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】
【００１３】
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。
【００１４】
まず、図１を参照して、本実施形態における撮像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。
【００１５】
まず、可動部１００の構成について説明する。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。
【００１６】
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。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。
【００１７】
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。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。
【００１８】
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。位置検出部２１２は、光源（照射用光源）２１６と画像センサ２１７とを備えて構成され、可動部１００の位置を検出する。光源２１６は、固定部２００の所定の領域に設けられている。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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（レンズユニット）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。
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【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、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。
【００３５】
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。
【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、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。
【００３７】
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。
【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、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
次に、図７を参照して、位置検出部２１２による位置検出方法について説明する。図７は、位置検出方法の説明図である。図７（ａ）は、位置検出部２１２の画像センサ２１７を用いて撮影した可動部１００の表面（マーク「Ａ」）を示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示される表面を撮影してから所定時間経過後に位置検出部２１２の画像センサ２１７を用いて撮影した可動部１００の表面を示している。位置検出部２１２は、図７（ａ）の撮影画像のマーク（模様）を保持し、所定時間経過後に撮影された図７（ｂ）の撮影画像のマーク（模様）がどのように移動したかを検出することにより、可動部１００の移動量を検出することができる。このように、位置検出部２１２は、撮影したマーク（模様）がどのように移動するかを検出し続けることにより、可動部１００の移動量を検出する。
【００４２】
次に、図８および図９を参照して、位置検出部２１２の画像センサ２１７を用いて撮影した可動部１００の表面画像と可動部１００の光軸Ｏの向きとの関係について説明する。図８は、撮像装置１の平面図である。図９（ａ）〜（ｃ）は、位置検出部２１２の画像センサ２１７で撮影した可動部１００の表面画像の説明図であり、それぞれ同じマーク「Ｂ」が撮影されている。
【００４３】
図８（ａ）は、可動部１００が基準位置に保持されている場合の撮像装置１の平面図を示している。図９（ａ）は、可動部１００が図８（ａ）の基準位置に保持されている場合の可動部１００の表面画像を示している。図８（ｂ）は、可動部１００が基準位置から反時計回りに９０度回転して保持されている場合の撮像装置１の平面図を示している。図９（ｂ）は、可動部１００が図８（ｂ）の位置に保持されている場合の可動部１００の表面画像を示している。図８（ｃ）は、可動部１００が基準位置から時計回りに９０度回転して保持されている場合の撮像装置１の平面図を示している。図９（ｃ）は、可動部１００が図８（ｃ）の位置に保持されている場合の可動部１００の表面画像を示している。
【００４４】
このように、位置検出部２１２の画像センサ２１７が可動部１００の同一表面位置を撮影した場合に、可動部１００（レンズユニット１０１）の光軸Ｏの向きに応じて、得られる画像の傾き具合（マーク「Ｂ」の傾き（回転方向の位置））が異なる。このため位置検出部２１２は、可動部１００の位置（表面位置）とその位置で得られる画像の傾き具合（画像の傾き情報）とに基づいて、可動部１００の光軸Ｏの向きを算出（補正）することができる。
【００４５】
次に、図１０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１０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１０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１０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。
【００４６】
次に、図１１を参照して、可動部１００の位置補正方法について説明する。図１１は、位置補正方法の説明図であり、可動部１００の表面に印字されたマーク（位置情報）を撮影した画像を示している。図１１（ａ）に示される位置情報を含む画像「Ｃ」が得られた場合、位置補正部２１３は、取得画像を解析して位置情報（ｒ１、θ１、φ１）を取得する。その後、位置検出部２１２により検出されて記録された可動部１００の位置情報を、今回取得した位置情報（ｒ１、θ１、φ１）として上書き（更新または補正）する。
【００４７】
図１１（ｂ）に示される位置情報を含む画像「Ｄ」が得られた場合、位置補正部２１３は取得画像を解析し、位置情報（ｒ２、θ２、φ２）を取得する。その後、位置検出部２１２により検出されて記録された可動部１００の位置情報を、今回取得した位置情報（ｒ２、θ２、φ２）として上書き（更新または補正）する。
【００４８】
図１１（ｃ）に示される位置情報を含む画像「Ｃ」および画像「Ｄ」が得られた場合、位置補正部２１３は、取得画像を解析して位置情報（ｒ１、θ１、φ１）および位置情報（ｒ２、θ２、φ２）を取得する。このように複数の位置情報を取得した場合、位置補正部２１３は、それぞれの平均位置として、位置情報（（ｒ１＋ｒ２）／２、（θ１＋θ２）／２、（φ１＋φ２）／２）を取得する。その後、位置検出部２１２により検出されて記録された可動部１００の位置情報を、今回取得した位置情報（（ｒ１＋ｒ２）／２、（θ１＋θ２）／２、（φ１＋φ２）／２）として上書き（更新または補正）する。また、位置補正部２１３は、取得した画像「Ｃ」および画像「Ｄ」の傾きを解析することにより、光軸Ｏの向きを算出し、位置検出部２１２により検出されて記録された光軸Ｏの向きに関する情報を更新（補正）する。
【００４９】
なお、図１１において、位置情報を示すマーク印字が画像「Ｃ」および画像「Ｄ」であるとして説明したが、マーク印字はこのようなアルファベット文字に限定されるものではなく、ドットパターン等の他のマークでもよい。
【００５０】
図１２は、位置情報としてのドットパターンの説明図である。図１２において、基準ドット４００は、ドットパターンの範囲および角度を測定する基準となるドットである。格子ドット４０１は、情報ドット４０２を囲み、情報ドット４０２を解析するための基準となるように、隣接する基準ドット４００の間に等間隔に配置されたドットである。情報ドット４０２は、格子ドット４０１で囲まれた領域内の位置において、ビット列として位置情報を有するドットである。このように位置補正部２１３は、ドットパターンの配列情報（ドット配列情報）に基づいて、位置情報および光軸Ｏの向きの情報を補正することができる。
【００５１】
次に、図１３を参照して、撮像装置１の撮影動作について説明する。図１３は、撮影動作を示すフローチャートである。図１３の各ステップは、主に、撮像装置１の中央制御部２０１の指令に基づいて実行される。
【００５２】
まずステップＳ１０１において、撮像装置１の電源がオンする。続いてステップＳ１０２において、可動部制御部２１１は、可動部１００を初期位置に駆動して可動部１００を固定する初期化動作を行う。続いてステップＳ１０３において、中央制御部２０１は、位置検出部２１２の画像センサ２１７で取得した画像に基づいて、可動部１００の現在位置を算出する。続いてステップＳ１０４において、中央制御部２０１は、ステップＳ１０３にて取得した画像が位置補正情報を含むか否か（取得した画像に位置補正情報があるか否か）を判定する。取得した画像に位置補正情報が含まれる場合、ステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５において、位置補正部２１３は、可動部１００の位置補正を実施する。このとき、中央制御部２０１は、取得した画像（位置補正情報を含む画像）の傾きに基づいて、光軸Ｏの向きに関する情報を更新（補正）する。そして、ステップＳ１０６へ進む。
【００５３】
一方、ステップＳ１０４にて画像に位置補正情報がない場合（画像から位置補正情報を取得することができない場合）、ステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６において、可動部制御部２１１は、可動部１００を駆動する。続いてステップＳ１０７において、中央制御部２０１は、撮像装置１の電源がオフされるか否かを判定する。電源がオフされない場合、ステップＳ１０３へ戻り、ステップＳ１０３〜Ｓ１０６を繰り返す。一方、撮像装置１の電源がオフされた場合、ステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８において、可動部制御部２１１は、電源オフ時の待機位置へ可動部１００を駆動して、本フローを終了する。
【００５４】
このように本実施形態において、可動部１００の表面には、可動部１００の位置情報を示すマークが配置されており、位置補正部２１３は、ドットパターン等のマークに基づいて可動部１００の位置を補正する。好ましくは、位置補正部２１３は、画像センサ２１７により撮影されたマークの画像に基づいて可動部１００の位置を補正する。より好ましくは、位置補正部２１３は、画像センサ２１７により撮影された画像に複数のマークの画像が含まれている場合、複数のマークの平均位置に基づいて可動部１００の位置を補正する。また好ましくは、位置補正部２１３は、マークに基づいてレンズユニット１０１の光軸Ｏの向きを補正する。より好ましくは、位置補正部２１３は、可動部１００の位置とマークの画像の傾き情報とに基づいて、光軸Ｏの向きを補正する。また好ましくは、制御部（可動部制御部２１１）は、位置検出部２１２がマークを検出した場合、位置補正部２１３が可動部１００の位置を補正した後に（補正後の位置に基づいて）可動部１００を駆動する。一方、制御部は、位置検出部２１２がマークを検出しない場合、位置補正部２１３が可動部１００の位置を補正することなく可動部１００を駆動する。
【００５５】
本実施形態によれば、球体構造の可動部の位置検出を行う際に実際の可動部の位置と画像センサで検出した可動部の位置との間に誤差が生じた場合でも、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および撮像装置の制御方法を提供することができる。
【００５６】
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】
【００５７】
１  撮像装置
１００  可動部
１０１  レンズユニット
１０２  撮像部
２００  固定部
２１１  可動部制御部（制御部）
２１２  位置検出部
２１３  位置補正部
【図１】
2019041315.tif 000003
【図２】
2019041315.tif 000004
【図３】
2019041315.tif 000005
【図４】
2019041315.tif 000006
【図５】
2019041315.tif 000007
【図６】
2019041315.tif 000008
【図７】
2019041315.tif 000009
【図８】
2019041315.tif 000010
【図９】
2019041315.tif 000011
【図１０】
2019041315.tif 000012
【図１１】
2019041315.tif 000013
【図１２】
2019041315.tif 000014
【図１３】
2019041315.tif 000015