(57)【要約】【課題】固定部に対する可動部の絶対位置を検知することが可能な小型の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（２０１）とを有し、制御部は、固定部の所定の領域がレンズユニットの画角（撮影範囲α）に含まれるように可動部の位置を制御し、撮像部により取得された画像に含まれる所定の領域に基づいて可動部の基準位置を決定する。【選択図】図７
2019041314.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、を有し、
前記制御部は、前記固定部の所定の領域が前記レンズユニットの画角に含まれるように前記可動部の位置を制御し、前記撮像部により取得された画像に含まれる前記所定の領域に基づいて前記可動部の基準位置を決定することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
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に記載の撮像装置。
【請求項３】
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動作させる複数の振動体と、
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、を有し、
前記可動部は、前記複数の振動体のそれぞれと前記受圧部とで挟持されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記固定部に設けられた画像センサを含む位置検出部を更に有し、
前記制御部は、前記位置検出部からの情報に基づいて前記複数の振動体を動作させることにより、前記可動部の向きを制御することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記可動部の前記球面の球心は、前記複数の振動体のそれぞれを通る円の円周上の各点と前記受圧部とを結んで形成される領域の内部に位置することを特徴とする請求項３または４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記固定部の前記所定の領域は、前記レンズユニットの光軸を中心として前記可動部を回転させた場合に前記可動部の向きを一意に決定することが可能な形状または模様を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記固定部の前記所定の領域には、光源が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記撮像部が前記光源の光を検知した場合、前記光源を特定のパターンで点滅させることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記撮像部の所定の画素が前記光源の光を受けた状態となるように前記可動部の前記位置を調整することにより、前記可動部の前記基準位置を決定することを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記制御部は、初期動作の際に、前記可動部の前記基準位置を決定することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記初期動作の際に前記固定部の前記所定の領域が前記レンズユニットの前記画角に含まれない場合、初期動作開始時の状態を変更することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記可動部を所定の角度だけ回転させることにより、前記初期動作開始時の状態を変更することを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
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、
複数の振動体を制御して前記可動部を移動させるステップと、
前記撮像部を用いて前記固定部の所定の領域に設けられた光源の光を検知するステップと、
前記撮像部の所定の画素が前記光源の光を受けた状態となるように前記複数の振動体を調整するステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を含む振動体により可動部を駆動する撮像装置に関する。
【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、サイズが大型になる。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。その結果、複雑なジンバル構造が不要となる。
【０００３】
ところで、ジンバル構造の場合、複数の駆動軸があるとともに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知を行うことができる。しかしながら、球形構造の場合、多自由度駆動を検知する必要がある。球形構造の位置検知の際には、光学マウス等で使用されている画像センサを使用する。画像センサは、現在位置からの移動方向を検知することはできるが、固定部に対する可動部（球体）の絶対的な位置を検知することはできない。
【０００４】
特許文献１には、固定部に対する可動部の絶対位置を検知するため、可動部の基準方向を決定することが可能な駆動装置が開示されている。特許文献１の駆動装置は、可動部の基準方向を決定するためのリセット動作の際に、特定のマークが撮像部の撮影範囲に含まれるように制御しながら撮影画像を取得し、撮影画像中のマークに基づいて可動部の基準方向を決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２４６０３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の駆動装置では、固定部に対する可動部の絶対位置を検知するため（可動部の基準方向を決定するため）に新たな部材が必要となる。その結果、小型の球形構造を実現することが難しい。
【０００７】
そこで本発明は、固定部に対する可動部の絶対位置を検知することが可能な小型の撮像装置およびそ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を有し、前記制御部は、前記固定部の所定の領域が前記レンズユニットの画角に含まれるように前記可動部の位置を制御し、前記撮像部により取得された画像に含まれる前記所定の領域に基づいて前記可動部の基準位置を決定する。
【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、複数の振動体を制御して前記可動部を移動させるステップと、前記撮像部を用いて前記固定部の所定の領域に設けられた光源の光を検知するステップと、前記撮像部の所定の画素が前記光源の光を受けた状態となるように前記複数の振動体を調整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、固定部に対する可動部の絶対位置を検知することが可能な小型の撮像装置およびそ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可動部の基準方向を決定するための初期化シーケンスを示すフローチャートである。
【図８】本実施形態における初期化シーケンス（ステップＳ７０７）の説明図である。
【図９】本実施形態における光源の形状の説明図である。
【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（０）＋ｆ２＊ｃｏｓ（４π／３）＋ｆ３＊ｃｏｓ（２π／３）＝（２×ｆ×１）＋（−ｆ×−０．５）＋（−ｆ×−０．５）＝３×ｆ  …  （１）
Ｆｚ＝ｆ１＊ｓｉｎ（０）＋ｆ２＊ｓｉｎ（４π／３）＋ｆ３＊ｓｉｎ（２π／３）＝（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（０）＋ｆ２＊ｃｏｓ（４π／３）＋ｆ３＊ｃｏｓ（２π／３）＝（０×ｆ×１）＋（−ｆ×−０．５）＋（ｆ×−０．５）＝０×ｆ  …  （１ａ）
Ｆｚ＝ｆ１＊ｓｉｎ（０）＋ｆ２＊ｓｉｎ（４π／３）＋ｆ３＊ｓｉｎ（２π／３）＝（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（０）＋ｆ２＊ｃｏｓ（４π／３）＋ｆ３＊ｃｏｓ（２π／３）  ＝（−ｆ×１）＋（−ｆ×−０．５）＋（−ｆ×−０．５）＝０×ｆ  …  （１ｂ）
Ｆｚ＝ｆ１＊ｓｉｎ（０）＋ｆ２＊ｓｉｎ（４π／３）＋ｆ３＊ｓｉｎ（２π／３）＝（−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、本実施形態における可動部１００の基準方向（基準位置）を決定するための初期化シーケンス（リセット動作）について説明する。図７は、可動部１００の基準方向を決定するための初期化シーケンスを示すフローチャートである。図７の各ステップは、主に、中央制御部２０１の指令に基づいて各部により実行される。
【００４２】
本実施形態において、中央制御部２０１は、可動部１００の向きを、固定部２００の一部が撮影範囲に入るように制御する。そして中央制御部２０１は、レンズユニット１０１による撮影により取得した画像中の位置情報（固定部２００に対する可動部１００の位置情報）に基づいて、基準方向（基準位置）を決定する。また本実施形態において、中央制御部２０１は、固定部２００の一部である光源２１６の位置を基準として、可動部１００の向きを決定する。光源２１６は、図５（ｄ）のＹ２軸と固定部２００とが交わる個所に配置されている。
【００４３】
図７のフローチャートのスタート時は、撮像装置１の起動直後の初期動作開始時を示している。なお、スタート時において、初期動作繰り返し回数ｎ＝０とする。図７のフローチャートに従って動作させることにより、レンズユニット１０１がどの向きに向いていた場合でも、初期動作時の基準方向に向けることができる。
【００４４】
まず、ステップＳ７０１において、中央制御部２０１は、可動部制御部２１１を用いて固定部２００の一部である振動体１１を動かすことにより、可動部１００を３６０度回転させながら撮影する。ステップＳ７０１の撮影を実行しながら、ステップＳ７０２において、中央制御部２０１は、撮像部１０２が光源２１６の光を検知したか否かを判定する。撮像部１０２が光源２１６の光を検知した場合、ステップＳ７１０へ進む。一方、撮像部１０２が光源２１６の光を検知していない場合、ステップＳ７０１にて振動体１１を動かす前の位置に戻してから、ステップＳ７０３へ進む。
【００４５】
ステップＳ７０３において、中央制御部２０１は、可動部制御部２１１を用いて振動体１２を動かすことにより、可動部１００を３６０度回転させながら撮影する。ステップＳ７０３の撮影を実行しながら、ステップＳ７０４において、中央制御部２０１は、撮像部１０２が光源２１６の光を検知したか否かを確認する。撮像部１０２が光源２１６の光を検知した場合、ステップＳ７１０へ進む。一方、撮像部１０２が光源２１６の光を検知していない場合、ステップＳ７０３にて振動体１２を動かす前の位置に戻してから、ステップＳ７０５へ進む。
【００４６】
ステップＳ７０５において、中央制御部２０１は、可動部制御部２１１を用いて振動体１３を動かすことにより、可動部１００を３６０度回転させながら撮影する。ステップＳ７０５の撮影を実行しながら、ステップＳ７０６において、中央制御部２０１は、撮像部１０２が光源２１６の光を検知したか否かを確認する。撮像部１０２が光源２１６の光を検知した場合、ステップＳ７１０へ進む。一方、撮像部１０２が光源２１６の光を検知していない場合、ステップＳ７０５にて振動体１３を動かす前の位置に戻してから、ステップＳ７０７へ進む。
【００４７】
ステップＳ７０７において、図８に示されるように、中央制御部２０１は、光源２１６に対して、光源２１６の照射角とレンズユニット１０１の画角とで決まる角度から任意の角度を動かす。図８は、図７のステップＳ７０７の説明図である。本実施形態において、振動体１１〜１３は、光源２１６を中心に１２０度ずつ回転した方向に配置されている。振動体１１〜１３をそれぞれ３６０度回転させても、光源２１６を検知することができないということは、光源２１６の光が照射される箇所にレンズユニット１０１が存在しなかったことを意味している。
【００４８】
図８において、光源２１６の光が照射される３つの領域８０１〜８０３は点線で示されている。すなわち、領域８０１は、振動体１１を動作させて可動部１００を回転することにより光が照射される領域である。領域８０２は、振動体１２を動作させて可動部１００を回転することにより光が照射される領域である。領域８０３は、振動体１３を動作させて可動部１００を回転することにより光が照射される領域である。
【００４９】
図７のステップＳ７０６にて振動体１３を動かす前の位置に戻すと、光源２１６の光が照射される３つの領域８０１〜８０３は、Ｙ２軸を中心に６０度ずつ回転した方向に存在している。このため、ステップＳ７０１における初期動作開始時の位置をＹ２軸に対して可動部１００を３０度回転させることにより、光源２１６の光が照射されなかった領域に光を照射することができる。このように中央制御部２０１は、固定部２００の所定の領域に配置された光源２１６がレンズユニット１０１の画角（撮影領域α）に含まれない場合、初期動作開始時の状態を変更する。すなわち中央制御部２０１は、可動部１００を所定の角度（本実施形態では３０度）だけ回転させることにより、初期動作開始時の状態を変更する。
【００５０】
ステップＳ７０７にて可動部１００を３０度回転させると、ステップＳ７０８へ進む。ステップＳ７０８において、中央制御部２０１は、初期動作繰り返し回数ｎが、繰り返し回数の閾値以上であるか否かを判定する。初期動作繰り返し回数ｎが閾値以上である場合、中央制御部２０１は、エラーであると判定し、初期動作を中止する。一方、初期動作繰り返し回数ｎが閾値未満である場合、ステップＳ７０９へ進む。ステップＳ７０９において、中央制御部２０１は、初期動作繰り返し回数ｎに１を加算した後、ステップＳ７０１に戻り、光源２１６の探索を実施する。
【００５１】
本実施形態において、レンズユニット１０１の撮影可能範囲は、可動部１００の円周の１／８以上である。このため、図７に示される初期化シーケンスを実施することにより、必ず、撮像部１０２は光源２１６の光を検知することができる。ステップＳ７０２、Ｓ７０４、Ｓ７０６にて撮像部１０２が光源２１６を検知した場合、ステップＳ７１０へ進む。ステップＳ７１０において、中央制御部２０１は、光源２１６の光を特定のパターンで点滅させる。
【００５２】
続いてステップＳ７１１において、中央制御部２０１は、特定のパターンで点滅した光を撮像部１０２が受けているか否かを判定する。特定のパターンで点滅した光を撮像部１０２が受けていない場合、レンズユニット１０１が光源２１６の方向を向いていないことを意味している。このため中央制御部２０１は、初期動作繰り返し回数ｎをチェックした後、ステップＳ７０１に戻る。一方、ステップＳ７１１にて特定のパターンで点滅した光を撮像部１０２が受けている場合、レンズユニット１０１が光源２１６の方向を向いていることを意味しているため、ステップＳ７１２へ進む。
【００５３】
ステップＳ７１２において、中央制御部２０１は、光源２１６の形状を撮影しながら、振動体１１〜１３を動作させ、Ｙ２軸の回転方向の向きを合わせる。光源２１６の光が、撮像部１０２に露光される。図９は、光源２１６の形状の説明図であり、このときの投影光の形状は、図９に示されるような形状２１６´である。投影光の形状２１６´は、Ｙ２軸を中心として可動部１００を回転させた場合に、向きを一意的に決定することが可能な形状または模様である。初期動作前に固定部２００の内部の中央制御部２０１に含まれるメモリに光源２１６の形状を入力しておき、Ｙ２軸の回転方向の向きが正しくなるように、振動体１１〜１３を動作させる。
【００５４】
その後、ステップＳ７１３において、中央制御部２０１は、撮像部１０２（すなわち撮像素子）の所定の画素が光源２１６の光を受けた状態になるように、可動部制御部２１１を用いて振動体１１〜１３の位置を微調整する。これにより、可動部１００の基準位置が決定される。ステップＳ７１３が完了すると、初期動作は終了する。中央制御部２０１は、図７に示される初期化シーケンスに従って、振動体１１〜１３を用いてレンズユニット１０１を含む可動部１００を動かすことにより、レンズユニット１０１の基準方向（基準位置）を決定することができる。このため本実施形態によれば、撮像装置１の電源投入時（初期動作の際）に、固定部２００に対する可動部１００の位置を検知する。このため、固定部２００の一部（例えば、光源２１６）を可動部１００に含まれるレンズユニット１０１で撮影することにより、基準方向を決定することができる。
【００５５】
このように本実施形態において、中央制御部２０１は、固定部２００の所定の領域がレンズユニット１０１の画角（撮影範囲α）に含まれるように可動部１００の位置を制御する。そして中央制御部２０１は、撮像部１０２により取得された画像に含まれる所定の領域に基づいて、可動部１００の基準位置（基準方向）を決定する。好ましくは、固定部２００の所定の領域は、レンズユニット１０１の光軸Ｏを中心として可動部１００を回転させた場合に可動部１００の向きを一意に決定することが可能な形状または模様を有する。また好ましくは、固定部２００の所定の領域には、光源２１６が設けられている。
【００５６】
本実施形態によれば、固定部に対する可動部（球体）の絶対位置を検知することが可能な小型の撮像装置およびその制御方法を提供することができる。
【００５７】
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】
【００５８】
１  撮像装置
１００  可動部
１０１  レンズユニット
２００  固定部
２０１  中央制御部（制御部）
【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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