(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
前記シャフトに前記シャフトの中心軸を回転中心にして回転可能に取り付けられたカメラと、
前記カメラに設置された角速度検出センサと、
前記カメラを前記シャフトに対して回転する回転駆動機構とを有し、
前記カメラは、光軸が前記シャフトの中心軸に平行に設置され、
前記カメラの重心位置が前記シャフトの中心軸よりも重力方向の下側にあって、
前記回転駆動機構は、前記角速度検出センサが検出した角速度に基づいて前記カメラの回転を打ち消すように前記カメラを回転し、
前記カメラは、前記カメラの固定部に対して揺動可能に支持されたカメラモジュールと、前記カメラモジュールを駆動させる揺動機構とを有し、
前記角速度検出センサが、前記カメラモジュールに設置され、前記カメラモジュールの前記光軸に直交する第１方向に加わる角速度と、前記カメラモジュールの前記光軸と前記第１方向とに直交する第２方向に加わる角速度とを検出することに加えて、遠心力により発生する前記カメラの光軸周りの接線方向に作用する角速度を検出し、
前記角速度検出センサが前記遠心力により発生する角速度を検出しないとき、前記回転駆動機構は前記カメラを回転駆動することなく、前記カメラを鉛直下方に向けて前記シャフトにぶら下げることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記シャフトまたは前記回転駆動機構の一部に、前記シャフトまたは前記回転駆動機構の一部を移動体に取り付けるための取付面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置、特に、移動体に設置される撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行する車両等（以下「移動体」と称す）に設置された撮像装置は、基本的には水平に保持されることが求められている。すなわち、例えば走行しながら風景を撮像するとき、移動体の姿勢に関わらず、撮像画像における水平線は水平に映し出されることが望ましい。
このため、傾斜している地面を走行した際に移動体が傾斜しても、かかる傾斜を打ち消して移動体に設置された撮像装置を水平にすることを可能にした発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４２９９３号公報（第９−１１頁、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された発明（カメラ姿勢制御装置）は、支柱を移動体（車両装置）に傾斜可能に設置し、その支柱の上端にカメラを設置したものである。そして、移動体に設置された傾斜検出部が検出した移動体の傾斜角度だけ、支柱を移動体の傾斜方向とは反対の方向に傾斜させることで、移動体の傾斜角度を打ち消し、カメラを水平に保持している。
しかしながら、例えば、コーナリングの際に作用する遠心力によって支柱自体が倒れるような場合は、移動体の傾斜角度が打ち消されないため、カメラを水平に保持することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる問題を解消するものであって、遠心力が作用するときでも、カメラを水平に保持可能にする撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像装置は、シャフトと、
前記シャフトに前記シャフトの中心軸を回転中心にして回転可能に取り付けられたカメラと、
前記カメラに設置された角速度検出センサと、
前記カメラを前記シャフトに対して回転する回転駆動機構とを有し、
前記カメラは、光軸が前記シャフトの中心軸に平行に設置され、
前記カメラの重心位置が前記シャフトの中心軸よりも重力方向の下側にあって、
前記回転駆動機構は、前記角速度検出センサが検出した角速度に基づいて前記カメラの回転を打ち消すように前記カメラを回転し、
前記カメラは、前記カメラの固定部に対して揺動可能に支持されたカメラモジュールと、前記カメラモジュールを駆動させる揺動機構とを有し、
前記角速度検出センサが、前記カメラモジュールに設置され、前記カメラモジュールの前記光軸に直交する第１方向に加わる角速度と、前記カメラモジュールの前記光軸と前記第１方向とに直交する第２方向に加わる角速度とを検出することに加えて、遠心力により発生する前記カメラの光軸周りの接線方向に作用する角速度を検出し、
前記角速度検出センサが前記遠心力により発生する角速度を検出しないとき、前記回転駆動機構は前記カメラを回転駆動することなく、前記カメラを鉛直下方に向けて前記シャフトにぶら下げることを特徴とする。
したがって、カメラに作用する遠心力によってカメラが傾斜（回転）するとき、傾斜（回転）に伴う角速度を角速度検出センサが検出してカメラの傾斜（回転）が打ち消されるように回転駆動機構により駆動されるため、カメラを水平に保持可能になる。また、カメラに遠心力が作用しないときには、カメラはカメラの自重によって鉛直方向にぶら下がるため、カメラは自立的に水平な姿勢に保持可能になる。
【０００７】
また、カメラモジュールに設置された角速度検出センサが、遠心力により発生するローリング方向（光軸周りの接線方向）の角速度も検出するから、カメラ自体にセンサを設ける必要がなくなる。また、カメラモジュール自体で第１方向（ヨー方向）および第２方向（ピッチ方向）の２軸方向に発生する振れを補正することができる。さらに、遠心力により発生する角速度を検出することで、バンク角を走行する移動体に搭載された場合、移動体に作用する遠心力による傾きを補正することができる。
【０００８】
また、  遠心力が作用しないとき、前記カメラはフリーの状態になるから、回転駆動機構による制御を不要にし、カメラは自立的に水平な姿勢になる。
【０００９】
さらに、本発明に係る撮像装置は、前記シャフトまたは前記回転駆動機構の一部に、前記シャフトまたは前記回転駆動機構の一部を移動体に取り付けるための取付面が設けられていることを特徴とする。したがって、車両等の移動体への取り付けが容易かつ確実になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、カメラに遠心力が作用するとき、カメラを水平に保持することが可能になるから、望ましい撮像画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る撮像装置を説明する斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る撮像装置を説明する遠心力が作用しないときを示す正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る撮像装置を説明する遠心力が作用したときの制御直前を示す正面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る撮像装置を説明する遠心力が作用したときの制御直後を示す正面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る撮像装置を説明する制御系を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る撮像装置を説明する一部（カメラモジュール）を示す平面視の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る撮像装置を、図面を参照して具体的に説明する。なお、各図は模式的に描いたものであって、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
図１〜図６は、本発明の実施の形態に係る撮像装置を説明するものであって、図１は斜視図、図２は遠心力が作用しないときを示す正面図、図３は遠心力が作用したときの制御直前を示す正面図、図４は遠心力が作用したときの制御直後を示す正面図、図５は制御系を示すブロック図、図６は一部（カメラモジュール）を示す平面視の断面図である。
【００１３】
図１において、撮像装置１０は、シャフト１と、シャフト１の中心軸（以下「回転中心軸」と称す、一点鎖線にて示す）１ａを回転中心にしてシャフト１に回転可能に取り付けられたカメラ２と、カメラ２内部に設置され、光軸３ａ（一点鎖線にて示す）が回転中心軸１ａに平行なカメラモジュール３と、カメラモジュール３に設置された角速度検出センサ４（図示しない、図６参照）と、カメラ２をシャフト１に対して回転する回転駆動機構５とを有している。
そして、シャフト１には、車両等の移動体（図示しない）に撮像装置１０を取り付けるための取付面１ｂが設けられている。
【００１４】
また、角速度検出センサ４は、カメラモジュール３に設置され、光軸３ａに直交する第１方向（ヨー方向）と、光軸３ａと第１方向とに直交する第２方向（ピッチ方向）との２軸方向における、カメラモジュール３に加わる角速度を検出することに加えて、遠心力により発生するカメラ２の光軸３ａ周りの接線方向（ローリング方向）に作用する角速度ωを検出することができるものである。
このとき、角速度検出センサ４は、カメラモジュール３の何れの位置に設置されてもよく、所定の制御サイクル間隔（ｔ）毎に、角速度を検出して、検出結果を回転駆動機構５に出力するものである。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）のジャイロセンサーであるであるが、本発明はこれに限定するものではない。また、角速度検出センサ４は１台に限定するものではない。複数の角速度センサを用いる場合は、ローリング方向の角速度を検出するセンサは、カメラ２に搭載されてもよい。
【００１５】
また、回転駆動機構５は、シャフト１に移動不可能に固定され、出力軸がカメラ２を直接回転させるモータ部５ｍと、コントロール部５ｃおよびドライバー部５ｄ（図示しない）とを有している。そして、角速度検出センサ４は検出した角速度ω（カメラ２の光軸３ａ周りの接線方向（ローリング方向）に作用する角速度）に対応した出力電圧をコントロール部５ｃに出力して、コントロール部５ｃが入力された出力電圧に基づいて角速度ωを打ち消す補正量を算出する。
また、回転駆動機構５は、カメラ２に遠心力が作用しないときは、カメラ２をフリーにして、鉛直下方にぶら下がるようにし、一方、カメラ２に遠心力が作用するときは、カメラを回転駆動するようにする断続手段（クラッチ等、図示しない）を具備している。
なお、本発明は回転駆動機構５の構造を限定するものではない。また、取付面１ｂの設置位置を限定するものではない。
【００１６】
図２において、カメラ２の重心位置２ｇが、回転中心軸１ａよりも重力方向９の下側になっている。そして、カメラ２の撮像画面の水平面（図示しない）は、回転中心軸１ａと重心位置２ｇとを含む仮想面２ａに対して垂直になっている。
したがって、撮像装置１０に遠心力が作用しないとき、カメラ２はフリーの状態になって、鉛直下方にぶら下がる。すなわち、仮想面２ａは重力方向９になって、カメラ２は自立的に水平な姿勢になる。
【００１７】
なお、以上は、撮像装置１０に遠心力が作用しないとき、回転駆動機構５はカメラ２をフリーの状態（制御しない状態）にしているが、本発明はこれに限定するものではなく、角速度検出センサ４によって重力方向９を検出し、これに基づいて回転駆動機構５がカメラ２の姿勢を制御する（仮想面２ａを重力方向９にする）ようにしてもよい。
なお、図２において、重心位置２ｇが光軸３ａに一致しているが、本発明はこれに限定するものではなく、重心位置２ｇは回転中心軸１ａよりも重力方向９の下方に位置している限り、光軸３ａの上方でも下方でもよい。
【００１８】
図３は、撮像装置１０に紙面において左方向に遠心力Ｆが作用したとき、回転駆動機構５がカメラ２の姿勢を制御する直前を示している。すなわち、回転駆動機構５は、制御サイクル間隔ｔ毎にカメラ２の姿勢を制御するから、先に制御した時刻から次ぎに制御する時刻の直前までに、カメラ２には遠心力Ｆと重力Ｇとの合力Ｑが作用する。そのため、カメラモジュール３は、角速度検出センサ４が検出した角速度ωに制御サイクル間隔ｔを乗じた回転角度θ（θ＝ω・ｔ）だけ回転している。
なお、回転角度θは、制御サイクル間隔ｔの間に角速度ωが変化する場合、正確には制御サイクル間隔ｔを積分区間にして角速度ωを積分したものであるが、制御サイクル間隔ｔが短い場合および制御サイクル間隔ｔの間の角速度ωの変化が小さい場合には、制御サイクル間隔ｔと角速度ωとの積で近似することができる。
また、制御サイクル間隔ｔの間で、所定の検出間隔毎に角速度を複数回検出して、それぞれの角速度と検出間隔との積を合計したものを回転角度θにしてもよい。
【００１９】
図４は、撮像装置１０に紙面において左方向に遠心力Ｆが作用したとき、回転駆動機構５がカメラ２の姿勢を制御した直後を示している。すなわち、回転駆動機構５は、制御サイクル間隔ｔ毎にカメラ２の姿勢を制御するから、前回の制御直後から今回の制御直前までに、カメラ２は、前記のように、制御サイクル間隔ｔと角速度ωとの積で近似される回転角度θだけ回転している（実線にて示す）。そこで、回転駆動機構５は、かかる回転角度θ（θ＝ω・ｔ）を打ち消すように、カメラ２を反対方向に、かかる回転角度θ（θ＝ω・ｔ）だけ回転する（二点鎖線にて示す）。
したがって、カメラ２は仮想面２ａを重力方向９にした状態で、シャフト１にぶら下がり、カメラ２は水平な姿勢になる。
なお、以上は、回転方向や回転角度θを算出しているが、本発明の回転補正は、回転方向や回転角度θの算出を行わずに回転分を打ち消すように制御するものであってもよい。
【００２０】
図５において、撮像装置１０の制御系は、角速度検出センサ４（図中「Gyro」と記載する）が検出した角速度ωが入力されるコントロール部５ｃ（図中「LSI」と記載する）と、コントロール部５ｃからの制御指令に基づいてモータ部５ｍを駆動するドライバー部５ｄ（図中「Driver」と記載する）と、ドライバー部５ｄによって駆動されるモータ部５ｍ（図中「Motor」と記載する）とから形成されている。
したがって、コントロール部５ｃは、角速度検出センサ４が検出した角速度ωを打ち消すように制御指令としてドライバー部５ｄに出力する。そこで、ドライバー部５ｄはモータ部５ｍの出力軸を、カメラ２の回転を打ち消すように回転角度θだけ回転する。そうすると、カメラ２の仮想面２ａは重力方向９になる。
【００２１】
よって、撮像装置１０は、遠心力が作用しないときは自重によって、また、遠心力が作用するときは前記制御によって、何れの場合でも、カメラ２を水平に保持可能である。
なお、以上は、角速度検出センサ４が角速度ωを検出するとしているが、角速度検出センサ４が検出した検出結果（出力電圧）をコントロール部５ｃに出力してもよい。また、制御サイクル間隔ｔは、適宜設定されるものである。
【００２２】
次に、カメラ２内に収容されたカメラモジュール３について図６を参照して説明する。なお、図６は図２における光軸３ａを含み、仮想面２ａに垂直な断面を示している。
図６において、カメラ２は、一方の面には外形カバー開口部２２が形成された外形カバー２０を具備し、外形カバー２０内にカメラモジュール３を収容している。
そして、カメラモジュール３に搭載された角速度検出センサ４と、カメラモジュール３を揺動可能に保持する弾性部材４０と、カメラモジュール３を揺動する揺動機構（アクチュエータに同じ）５０と、揺動機構５０を駆動する制御基板９０とを具備している。
【００２３】
カメラモジュール３は、一方の面にカメラモジュール開口部３２が形成されたカメラモジュール箱体３１であって、カメラモジュール箱体３１は、外形カバー２０との間に跨がって設けられた弾性部材（板バネ等）４０によって弾性的に保持され、外形カバー２０に設けられたカメラ突起２１（「カメラの固定部」に相当する）を支点にして揺動可能である。
また、カメラモジュール箱体３１には、光軸３ａを具備する撮影用レンズ３３と、光軸３ａが直交する撮像素子３４とが搭載されている。なお、光軸３ａは、カメラ突起２１の先端およびカメラモジュール開口部３２の略中心に一致している。
また、外形カバー開口部２２とカメラモジュール開口部３２とは対向して、それぞれ略同じ大きさである。
なお、ここではカメラモジュール箱体３１がカメラ突起２１を支点にして揺動可能に保持された例を示したが、カメラ固定部に対するカメラモジュール３の揺動可能保持はこの構造に限定されるものではなく、例えばジンバル構造などにしても良い。
【００２４】
角速度検出センサ４は、カメラモジュール３の動き（ブレ）に伴う角速度を検出するものであって、光軸３ａに直交する第１方向（ヨー方向）３ｘと、光軸３ａと第１方向とに直交する第２方向（ピッチ方向）３ｙとの２軸方向における、カメラモジュール３に加わる角速度を検出することに加えて、遠心力により発生するカメラ２の光軸３ａ周りの接線方向（ローリング方向）に作用する角速度ωを検出することができる。
揺動機構５０は、カメラモジュール３の外面に設置された永久磁石５１と、外形カバー２０の内面に設置され、永久磁石５１に対向した励磁コイル５２とからなるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）とから構成されている。すなわち、励磁コイル５２に電流が供給されないとき、カメラモジュール箱体３１は弾性部材４０によって中立姿勢に保持される。一方、励磁コイル５２に電流が供給されたときは、励磁コイル５２の磁気と永久磁石５１の磁気との関係で、カメラモジュール箱体３１は供給された電流に応じて、中立姿勢に対して揺動する（傾く）ことになる。
【００２５】
そして、第１方向（ヨー方向）３ｘと第２方向（ピッチ方向）３ｙとの２軸方向における検出された角速度は制御基板９０に入力され、制御基板９０は、かかる角速度に基づいてカメラモジュール３の動き（ブレ）を補正するように揺動機構５０を駆動する（励磁コイル５２に電流を供給する）。
したがって、カメラモジュール３自体で第１方向（ヨー方向）および第２方向（ピッチ方向）の２軸方向に発生する動き（ブレ）が補正されている。
なお、前記のように、光軸３ａ周りの接線方向（ローリング方向）に作用する角速度ωはコントロール部５ｃに入力されるものであるが、本発明はこれに限定するものではなく、制御基板９０の機能およびコントロール部５ｃの機能を、制御基板９０およびコントロール部５ｃの一方に集約して、制御基板９０およびコントロール部５ｃの他方を撤去してもよい。
【００２６】
以上のように、本実施の形態に係る撮像装置は、シャフト１と、シャフト１に回転可能に取り付けられたカメラ２と、カメラ２に収容されたカメラモジュール３と、カメラモジュール３に設置された角速度検出センサ４と、カメラ２を回転する回転駆動機構５とを有し、カメラ２の重心位置２ｇがシャフト１の回転中心軸１ａよりも重力方向９の下側にあって、回転駆動機構５は、回転角度θを打ち消すようにカメラ２を回転する制御を行う。
したがって、カメラ２に遠心力Ｆが作用したとき、かかる遠心力Ｆによる回転が角速度検出センサ４によって検出され、前記のように制御されるから、遠心力Ｆが作用するとき、カメラ２を水平に保持可能である。また、撮像装置１０に遠心力Ｆが作用しないとき、カメラ２はシャフト１に回転可能に設置されているから、自重によって鉛直下方にぶら下がって、カメラ２は自立的に水平な姿勢になる。
すなわち、本実施の形態に係る撮像装置によると、遠心力Ｆが作用するときおよび作用しないときの何れの場合であっても、カメラ２を水平に保持することが可能になり、望ましい撮像画像を得ることができる。
【００２７】
本発明を、実施の形態をもとに説明したが、この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明に係る撮像装置は、カメラに遠心力が作用しないとき、およびカメラに遠心力が作用するときの何れの場合でも、カメラを水平に保持することが可能になるから、バイクやヘリコプターに取り付けられる撮像装置、陸上競技場のトラック周りを走行する撮像装置、あるいはジェットコースターに取り付けられる撮像装置等、広く利用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  ：シャフト
１ａ：回転中心軸
１ｂ：取付面
２  ：カメラ
２ａ：仮想面
２ｇ：重心位置
３  ：カメラモジュール
３ａ：光軸
３ｘ：第１方向（ヨー方向）
３ｙ：第２方向（ピッチ方向）
４  ：角速度検出センサ
５  ：回転駆動機構
５ｃ：コントロール部
５ｄ：ドライバー部
５ｍ：モータ部
９  ：重力方向
１０：撮像装置
２０：外形カバー
２１：カメラ突起
２２：外形カバー開口部
３１：カメラモジュール箱体
３２：カメラモジュール開口部
３３：撮影用レンズ
３４：撮像素子
４０：弾性部材
５０：揺動機構
５１：永久磁石
５２：励磁コイル
９０：制御基板
Ｆ  ：遠心力
Ｇ  ：重力
Ｑ  ：合力
ｔ  ：制御サイクル間隔
θ  ：回転角度
ω  ：角速度
【図１】
0006576722.tif 000002
【図２】
0006576722.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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