(57)【要約】【課題】手振れ映像（画像）のみならず、撮像装置本体の傾きによる映像（画像）の傾きも補正することができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像素子３を光軸に対し垂直な平面内で移動及び回転させることで、レンズ部２の光軸に対しずれてかつ振れた映像を補正する補正光学手段としての振動モータ（超音波振動子１１と移動体４）を備える。また、振動モータに移動力を持たない振動を発生させた状態で、撮像素子３が重力方向に移動する移動量を検出する移動量検出手段（位置検出センサ２２〜２４）を備える。そして、移動量検出手段により検出された撮像素子の３移動量から撮像装置本体（カメラ本体１）の姿勢を検出する。【選択図】図６
2009031353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子を光軸に対し垂直な平面内で移動及び回転させることで、レンズ群の光軸に対しずれてかつ振れた映像を補正する補正光学手段としての振動モータと、
前記振動モータに移動力を持たない振動を発生させた状態で、前記撮像素子が重力方向に移動する移動量を検出する移動量検出手段とを備え、
前記移動量検出手段により検出された前記撮像素子の移動量から撮像装置本体の姿勢を検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記移動量検出手段として、複数の位置検出センサを備えたことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記位置検出センサで検出した重力の方向に基づき、重力の方向と前記撮像素子から得られた映像の垂直方向が一致するように、前記振動モータは前記撮像素子を回転させることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
撮像素子を光軸に対し垂直な平面内で移動及び回転させることで、レンズ群の光軸に対しずれてかつ振れた映像を補正する補正光学手段としての振動モータと、
前記振動モータで前記撮像素子が停止するようにサーボをかけたときの前記振動モータへの操作量を検出する操作量検出手段と、
前記操作量検出手段により検出された操作量から前記撮像素子の向きと重力方向とのずれ量を検出するずれ量検出手段とを備え、
前記ずれ量検出手段により検出されたずれ量から撮像装置本体の姿勢を検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
前記振動モータは、前記ずれ量検出手段により検出されたずれ量に基づき、重力方向と前記撮像素子の垂直方向が一致するように前記撮像素子を回転させることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項６】
前記操作量は、前記振動モータに与える駆動電圧の周波数、パルス幅、複数の駆動電圧の位相差であることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に、手振れ等によりレンズ群の光軸に対してずれてかつ、振れた映像を補正する防振機能付きの撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近のカメラ（撮像装置）では、露出決定やピント合せ等の撮影にとって重要な作業はすべて自動化されているため、カメラ操作に未熟な人でも撮影の失敗を起す可能性は非常に少なくなっている。しかし、カメラ振れによる撮影の失敗だけは自動的に防ぐことが困難とされていた。
【０００３】
そこで、近年、このカメラ振れに起因する撮影失敗をも防止することを可能とするカメラが意欲的に研究されており、特に、撮影者の手振れによる撮影失敗を防止することのできるカメラについての開発、研究が進められている。
【０００４】
撮影時のカメラの上記手振れは、周波数として通常１Ｈｚ乃至１２Ｈｚの振動である。シャッタのレリ−ズ時点において、このような手振れを起していても像振れのない写真を撮影可能とするためには、上記手振れによるカメラの振動を検出し、その検出値に応じて補正レンズを変位させてやらなければならない。
【０００５】
従って、上記目的（即ち、カメラの振れが生じても像振れを生じない写真を撮影できること）を達成するためには、第１にカメラの振動を正確に検出し、第２に手振れによる光軸変化を補正することが必要となる。
【０００６】
ここで、振動センサとして角変位検出装置を用いた像振れ抑制システム（防振システム）（特許文献１）について、図１２を用いてその概要を説明する。
【０００７】
図１２の例は、図示矢印６１方向のカメラ縦振れ６１ｐ及びカメラ横振れ６１ｙに由来する像振れを抑制するシステムの図である。
【０００８】
同図中、レンズ鏡筒６２、カメラ縦振れ角変位、カメラ横振れ角変位を検出する角変位検出装置（角速度検出部）６３ｐ、６３ｙ、角変位検出方向６４ｐ、６４ｙ、演算回路６５ｐ、６５ｙが示される。
【０００９】
角変位検出装置６３ｐ、６３ｙからの信号を演算して補正光学機構の駆動目標信号に変換する。そしてこの信号により補正光学機構６６（駆動部６７ｐ、６７ｙ、補正光学位置検出センサ６８ｐ、６８ｙ）を駆動させて像面６９での安定を確保する。
【特許文献１】特許第０３１９２４６２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１では、補正光学機構としてレンズ部をシフトさせている。また、重力方向をアクチュエータに与える電流にて検出している。
【００１１】
しかしながら、この構成は、Ｘ及びＹ方向にガイド（不図示）が設けられておりそのガイドの負荷の影響もあり重力方向がＸ方向かＹ方向の２方向を検出する程度であった。また特許文献１では、レンズを移動させて光学系の補正を行っていたため、画像が斜めになっていること（回転方向の振れ及び水平位置とのずれ）に対してに補正ができなかった。
【００１２】
本発明の目的は、手振れ映像（画像）のみならず、撮像装置本体の傾きによる映像（画像）の傾きも補正することができ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】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、撮像素子を光軸に対し垂直な平面内で移動及び回転させることで、レンズ群の光軸に対しずれてかつ振れた映像を補正する補正光学手段としての振動モータと、前記振動モータに移動力を持たない振動を発生させた状態で、前記撮像素子が重力方向に移動する移動量を検出する移動量検出手段とを備え、前記移動量検出手段により検出された前記撮像素子の移動量から撮像装置本体の姿勢を検出することを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の撮像装置は、撮像素子を光軸に対し垂直な平面内で移動及び回転させることで、レンズ群の光軸に対しずれてかつ振れた映像を補正する補正光学手段としての振動モータと、前記振動モータで前記撮像素子が停止するようにサーボをかけたときの前記振動モータへの操作量を検出する操作量検出手段と、前記操作量検出手段により検出された操作量から前記撮像素子の向きと重力方向とのずれ量を検出するずれ量検出手段とを備え、前記ずれ量検出手段により検出されたずれ量から撮像装置本体の姿勢を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の撮像装置によれば、手振れ映像（画像）のみならず、撮像装置本体の傾きによる映像（画像）の傾きも補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置としてのカメラの透視斜視図である。
【００１８】
図１において、カメラは、カメラ本体（撮像装置本体）１と、レンズ部（レンズ群）２から構成される。
【００１９】
カメラ本体１には、ＣＣＤ等の撮像素子（被駆動体）３を保持する移動体４をＸ方向及びＹ方向及びθ方向に駆動する超音波振動子１１乃至１４を備える。超音波振動子１１、１２が対になっており、超音波振動子１３、１４が対になっている。
【００２０】
また、超音波振動子１１、１２の移動体４を挟み込んだ接触点と超音波振動子１３、１４で移動体４を挟み込んだ接触点以外に、移動体４をある平面内に規制するためのボールによる支持部１５、１６が配置されている。
【００２１】
また、カメラ本体１は、角速度検出部（角変位検出装置）６３ｙ、６３ｐ、６３Ｒを備える。角速度検出部６３ｙ、６３ｐ、６３Ｒにより検出した角速度により手振れ等のピッチ、ヨー、ロール成分を検出し、移動体４を該振れ成分を除去するように動作させることで手振れ除去が可能となる。
【００２２】
図２は、図１のカメラにおける振動モータの駆動原理を説明するための図である。
【００２３】
図２において、振動モータは、超音波振動子１１（超音波振動子１１乃至１４を１１で代表する）と移動体４で構成される。ここで、振動モータは、撮像素子を光軸に対し垂直な平面内で移動及び回転させることで、レンズ群の光軸に対しずれてかつ振れた映像を補正する補正光学手段として機能する。
【００２４】
超音波振動子１１は、圧電素子部１７、その上に配置される振動体１８、振動体１８の中央に配置される突起部１９から構成される。圧電素子部１７に電圧を印加することにより、図３に示すような振動モードが発生し、突起部１９に加圧接触する移動体４が矢印方向に移動するというものである。尚、図３は、振動モータの駆動原理を説明するものである。
【００２５】
図４は、図２における圧電素子部の電極領域（電極パターン）を示す図である。
【００２６】
例えば、超音波振動子１１の圧電素子部１７には、長手方向（Ｘ方向）で２等分された電極領域２０、２１が形成されている。また、各電極領域２０、２１における分極方向は、同一方向（「＋」）となっている。
【００２７】
圧電素子部１７の２つの電極領域のうち、図４の右側に位置する電極領域２１には交流電圧（Ｖ１）が印加され、左側に位置する電極領域２０には交流電圧（Ｖ２）が印加される。
【００２８】
図４において、Ｖ１及びＶ２をＡモードの共振周波数付近の周波数で、かつ位相が１８０°ずれた交流電圧とすると、ある瞬間には、圧電素子部１７の右側の電極領域２１が縮むとともに、左側の電極領域２０が伸びる。また、別の瞬間には逆の関係となる。この結果、超音波振動子１１には図３（ａ）に示すＡモードの振動が発生することになる。
【００２９】
また、Ｖ１及びＶ２をＢモードの共振周波数付近の周波数で、かつ同位相の交流電圧とすると、圧電素子部１７の全体（２つの電極領域）がある瞬間には伸び、また別の瞬間には縮むことになる。
【００３０】
この結果、超音波振動子１１には図３（ｂ）に示すＢモードの振動が発生することになる。
【００３１】
このように、それぞれの振動を合成することにより、移動体４が図２の矢印方向に駆動される。またＡモードとＢモードの発生比を、２等分された電極へ入力する電圧の位相差を変えることにより変更可能である。
【００３２】
図５は、図４の電極領域への入力電圧とモータ速度の関係を示す図である。
【００３３】
交流電圧（入力電圧）Ｖ１、Ｖ２の位相差がゼロのときは移動させる振動が発生せず、図３（ｂ）に示す上下振動のみが発生するモードとなっている。但し、このときにも振動は発生しているため、摩擦面での負荷はほぼゼロとなりほぼ無負荷状態と同じ低負荷状態ができている。
【００３４】
図６は、図１における移動体の移動量を検出する位置検出センサの配置例及び重力方向が変わったときの位置検出センサの検出方向と重力方向の関係を示す図である。
【００３５】
図６において、複数の位置検出センサが設けられる。そのうち、位置検出センサ２２は、移動体４のＸ方向の位置を検出し、位置検出センサ２３、２４は、移動体４のＹ方向の位置を検出する。位置検出センサ２２、２３、２４としては、例えばエンコーダ等が用いられる。
【００３６】
ここで、位置検出センサ２２、２３、２４は、振動モータに移動力を持たない図３（ｂ）に示す振動を発生させた状態で、撮像素子３が重力方向に移動する移動量を検出する移動量検出手段として機能する。
【００３７】
角速度検出部６３ｐ、６３ｙ、６３Ｒによって得られた（検出された）角速度に基づき、超音波振動子１１、１２、１３、１４を駆動することで、移動体４がＸ、Ｙ方向及びθ方向に駆動（移動）される。このときの移動量は、位置検出センサ２２乃至２４の出力信号を基にコントロールされ、手振れ等により発生した角速度を補正する動作を実現している。
【００３８】
ここで、実際の撮影時には動的な振れを除去したいという希望に加え、実際のカメラの姿勢がどうであるか検出し、平行に対してずれている場合に補正したいという要求も出てきている。
【００３９】
そこで、カメラが撮影状態でないときに、振動モータの交流電圧Ｖ１、Ｖ２の位相差をゼロにした振動を発生させ、低負荷状態のときの、移動体４の重力方向に落ちていく移動量を位置検出センサ２２乃至２４で検出し演算する。このことで、移動体４の移動方向を知ることが可能となる。
【００４０】
ここで、位置検出センサ２２乃至２４の検出信号から移動量を演算する手段を簡単に説明する。
【００４１】
まず、位置検出センサ２２は、ｘ方向を検出するよう機能し、これをＸ１とする。位置検出センサ２３、２４はそれぞれＹ方向を検出するよう機能し、これをＹ１、Ｙ２とする。また、本実施の形態では、位置検出センサ２３、２４の中点の位置の移動量を検出するように構成され、該中心位置から位置検出センサ２２乃至２４の距離をｄとしている。
【００４２】
（１）    （Ｙ１＋Ｙ２）／２        ：  Ｙ方向の移動量がわかる。
（２）    ａｒｃｃｏｓ｛（Ｙ１−Ｙ２）／（２×ｄ）｝より回転角θがわかる。
（３）    Ｘ１×  ｄ  ×  ｃｏｓθ    よりＸ方向の移動量がわかる。
よって、この演算を利用することで、撮像素子３の移動量を検出することが可能である。
【００４３】
図６（ａ）は、カメラの下向きの方向と重力方向が一致しているときを示す。このとき、上記交流電圧Ｖ１、Ｖ２の位相差をゼロにした低負荷状態にすると、自重で撮像素子３を載せた移動体４が下方向に移動する。このとき、位置検出センサ２３、２４は重力と同じ方向を検出するので自重で落ちた量を検出する。
【００４４】
位置検出センサ２２は、重力方向とは垂直方向を検出するがＸ方向の移動は無いので位置情報としては変化しない。よって、上記演算からもわかるように、−Ｙ方向に真っ直ぐ移動体が移動していることがわかり、カメラの姿勢は撮像素子３の垂直方向と重力方向とが一致した状態であることがわかる。
【００４５】
図６（ｂ）は、カメラの下向きの方向と重力方向が若干ずれているときを示す。
【００４６】
このとき、上記交流電圧Ｖ１、Ｖ２の位相差をゼロにした低負荷状態にすると、自重で撮像素子３を載せた移動体４が下方向に移動する。このとき位置検出センサ２３、２４は回転が発生していなければ同じ位置を移動する。
【００４７】
しかし、この場合は、移動体４はＸ方向にも移動するため、位置検出センサ２２の位置情報にも変化が発生し、Ｘ方向に動いていることがわかる。よって、−Ｙ方向に対し傾いて移動体４が移動していることがわかる。
【００４８】
このように、交流電圧Ｖ１、Ｖ２の位相差をゼロにした低負荷状態で位置検出センサ２２、２３、２４の位置情報を検出することでカメラの姿勢がわかる。そして、移動体４に一体的に設けられている撮像素子３を回転させることで、重力方向に対するカメラの方向ずれを補正することが可能となる。
【００４９】
この動作は、撮像素子３へ画像データを取り込んでいるとき以外、例えば、シャッタを半押し状態等にすると、画像への影響を与えないで本実施の形態の効果が得られる。
【００５０】
図７は、図１のカメラのファインダ内に検出されたカメラの方向と重力方向の違いを表示する例を示す図である。
【００５１】
図７（ａ）は、重力方向とカメラの姿勢が合っているときを示している。ここで、図右下の矢印が重力方向を示している。重力方向とカメラの姿勢が合っているときはファインダ内で右下部の矢印が真下になる。
【００５２】
図７（ｂ）は、重力方向とカメラの姿勢がずれているときを示している。このとき、右下部の矢印が真下に対して斜めになっており、このずれをユーザーが見ることにより重力方向のずれを知り、修正をかけることが可能となる。
【００５３】
自動で回転方向ずれを修正する手段に加え、自動で回転方向ずれを修正するのではなく表示にてユーザーにわからせるという手段も選択できるようにしておくことで、実際に斜めに傾けた写真を撮るユーザーに対して誤って補正をかけてしまうということもなくなる。
【００５４】
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置としてのカメラの透視斜視図である。
【００５５】
本実施の形態では撮像素子を駆動させる振動モータの個数が３個（超音波振動子１１、１２、１３（１３は図９に示す））で、移動体４の裏側を３点で受ける構成になっている。また、超音波振動子１１乃至１３と移動体４の加圧は不図示の磁石等の磁力を利用して行うようになっている。
【００５６】
上記構成にすることで、第１の実施の形態に対し、メカ構造として厚み方向に薄くできる効果があり、また、振動子が減ることで駆動回路の削減の効果もある。
【００５７】
他の構成については、第１の実施の形態と同じであるので説明は略す。
【００５８】
図９は、図８のカメラにおける超音波振動子及び位置検出センサの配置及び駆動力の方向を示す図である。
【００５９】
第１の実施の形態では、移動体４を自重で移動させ、その移動を検出することで重力方向とカメラの姿勢の関係を求めた。本実施の形態では、振動モータ（超音波振動子と移動体）にサーボをかけ、移動体４がある位置に停止している状態を保っているときのそれぞれの超音波振動子１１、１２、１３に与えている駆動力から重力方向を検出しようというものである。
【００６０】
その詳細動作について図９以降で説明する。
【００６１】
ここで、移動体４を停止させておく超音波振動子１１、１２、１３は重力方向に対し
超音波振動子１１：９０度、超音波振動子１２：−３０度、超音波振動子１３：＋３０度
になるように配置されており、それぞれの駆動ベクトルをＭ１、Ｍ２、Ｍ３とする。
【００６２】
図９は、重力方向が紙面の下向き方向になっている状態で、かつ移動体４を保持し続けるように、超音波振動子１１、１２、１３に駆動力を与えている。具体的には、重力が下向きに作用しているため、移動体４を保持させるためには、上側への駆動力を与えて吊りあうようにする必要がある。
【００６３】
超音波振動子１１は、上方向への駆動力が無いので負荷にならないよう、交流電圧Ｖａ、Ｖｂの位相差をゼロにした状態にする。超音波振動子１２、１３においては、上（Ｙ）方向の駆動力を与え、移動体４の重力による落下力とバランスをとる。即ち
Ｇ（重力）＝Ｍ１×ｃｏｓ（９０°＋θ１）
＋Ｍ２×ｃｏｓ（−３０°＋θ１）＋Ｍ３×ｃｏｓ（３０°＋θ１）
また、左右には移動しないようにバランスがとれているので
Ｍ１×ｓｉｎ（９０°＋θ１）＋Ｍ２×ｓｉｎ（−３０°＋θ１）
＋Ｍ３×ｓｉｎ（３０°＋θ１）＝０
という式が成り立つように駆動力が与えられる。例えば、駆動ベクトルＭ２とＭ３が１：１であったとき、Ｍ１はゼロである。
【００６４】
図１０は、図８のカメラの姿勢が重力方向に対しずれたときの超音波振動子への駆動力を示す図である。
【００６５】
このとき、重力方向とカメラの姿勢がずれているため、超音波振動子１１、１２、１３へ与える駆動力が図９の状態に対しアンバランスになった状態で保たれている。
【００６６】
ここで、駆動ベクトルＭ２とＭ３が１：１であったとすると、バランスを合わせるためには、駆動ベクトルＭ１がゼロからある値に変化する。
【００６７】
この値の大きさから重力方向とのずれ量を検出することが可能である。即ち、超音波振動子１１、１２、１３への駆動力の操作量を検出することによって、重力方向とのずれがわかる。
【００６８】
そして、この関係から、第１の実施の形態と同様に、撮像素子３を回転させ、カメラの姿勢と重力方向のずれを補正したり、表示装置にずれを表示してユーザーが補正をかけるようにする等の対応が可能となる。
【００６９】
ここで、超音波振動子１１、１２、１３に与えている駆動力の操作量は、交流電圧（駆動電圧）Ｖａ、Ｖｂの周波数、交流電圧（駆動電圧）Ｖａ、Ｖｂの位相差、交流電圧Ｖａ、Ｖｂのパルス幅等、駆動力をコントロールできるパラメータであれば何でもよい。
【００７０】
図１１は、図８のカメラにおける要部機能ブロック図である。
【００７１】
図１１において、第２の実施の形態のカメラは、振動モータ１０１、操作量検出手段１０２、ずれ量検出手段１０３を備える。
【００７２】
ここで、操作量検出手段１０２は、振動モータ１０１で撮像素子３が停止するようにサーボをかけたときの振動モータ１０１への操作量を検出する。また、ずれ量検出手段１０３は、操作量検出手段１０２により検出された操作量から撮像素子３の向きと重力方向とのずれ量を検出する。そして、ずれ量検出手段１０３により検出されたずれ量からカメラ本体１の姿勢を検出する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置としてのカメラの透視斜視図である。
【図２】図１のカメラにおける振動モータの駆動原理を説明するための図である。
【図３】図３の振動モータの振動モードを示す図である。
【図４】図２における圧電素子部の電極領域（電極パターン）を示す図である。
【図５】図４の電極領域への入力電圧とモータ速度の関係を示す図である。
【図６】図１における移動体の移動量を検出する位置検出センサの配置例及び重力方向が変わったときの位置検出センサの検出方向と重力方向の関係を示す図である。
【図７】図１のカメラのファインダ内に検出されたカメラの方向と重力方向の違いを表示する例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置としてのカメラの透視斜視図である。
【図９】図８のカメラにおける超音波振動子及び位置検出センサの配置及び駆動力の方向を示す図である。
【図１０】図８のカメラの姿勢が重力方向に対しずれたときの超音波振動子への駆動力を示す図である。
【図１１】図８のカメラにおける要部機能ブロック図である。
【図１２】従来例の撮像装置としてのカメラの要部分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  カメラ本体
２  レンズ部
３  撮像素子
４  移動体
１１、１２、１３、１４  超音波振動子
１５、１６  支持部
１７  圧電素子部
１８  振動体
１９  突起部
２２、２３、２４  位置検出センサ
６３ｙ、６３ｐ、６３Ｒ  角速度検出部  
【図１】
2009031353.tif 000003
【図２】
2009031353.tif 000004
【図３】
2009031353.tif 000005
【図４】
2009031353.tif 000006
【図５】
2009031353.tif 000007
【図６】
2009031353.tif 000008
【図７】
2009031353.tif 000009
【図８】
2009031353.tif 000010
【図９】
2009031353.tif 000011
【図１０】
2009031353.tif 000012
【図１１】
2009031353.tif 000013
【図１２】
2009031353.tif 000014