JP2000165738A

JP2000165738A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2000165738A
Application number: JP11209195A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kamiyama; 雅之上山; Shinya Matsuda; 伸也松田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】固体撮像素子及び画像表示素子を用いた撮像
装置における駆動負荷を低減する。【解決手段】撮像ユニット１０の凸球面部分が駆動機
構４０に当接するように撮像ユニット１０をばね６０で
引っ張る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像光学系及び撮
像素子を内蔵した撮像ユニットの駆動負荷の低減に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の撮像光学系の光軸を任意の方向に
制御しうる視線制御可能な撮像装置としては、例えば特
開平１１−１７９９９号公報に記載されているように、
撮像光学系及び撮像素子を内蔵する撮像ユニットを略球
体とし、撮像ユニットの球面をボールベアリングで保持
しつつ、圧電アクチュエータを駆動源として撮像ユニッ
トをその球の中心を通る任意の軸を中心として自転させ
るものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の視線制御可
能な撮像装置では、圧電アクチュエータの押し圧力によ
り、ボールベアリング等の撮像ユニット保持部に反力が
発生し、摩擦により駆動負荷が増加するという問題点を
有していた。また、ボールベアリング等を使用するた
め、撮像ユニットの旋回可能範囲が制限されるという問
題点を有していた。さらに、視線制御のために撮像ユニ
ットの旋回角度を検出する位置センサを必要とするた
め、装置の小型軽量化に制約があるという問題点を有し
ていた。さらに、撮像ユニットを小型軽量化すると、装
置全体における撮像素子等への配線部材の機械的な負荷
抵抗が相対的に増大し、撮像ユニットの捜査に悪影響を
及ぼす可能性があるという問題点を有していた。

【０００４】本発明は、操作者の視線方向を検出して撮
像方向を自動的に制御する撮像装置を提供することを目
的としている。

【０００５】また、本発明は駆動負荷を低減し、かつ小
型軽量化が可能な撮像素子を提供することを目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の撮像装置は、少なくとも撮像光学系及び撮
像素子を内部に収納し、外面の少なくとも一部分が凸球
面である撮像ユニットと、撮像ユニットをその凸球面の
中心を中心として任意の方向に旋回させるための駆動機
構と、撮像ユニットの凸球面部分が駆動機構に当接する
ように撮像ユニットを付勢する付勢機構とを具備する。

【０００７】また、付勢機構は複数の環状の磁石である
ように構成してもよい。

【０００８】または、付勢機構は複数の引っ張りばねで
あるように構成してもよい。

【０００９】また、駆動機構は、摩擦アクチュエータを
含むように構成してもよい。

【００１０】または、駆動機構及び付勢機構は、形状記
憶合金を用いた複数の引っ張りばねであり、各ばねの張
力を変化させることにより、撮像ユニットを旋回させる
ように構成してもよい。

【００１１】また、各引っ張りばねの一端はそれぞれ張
力センサに結合されており、張力センサにより各ばねの
張力を検出し、検出した張力の値から撮像光学系の光軸
方向を演算するように構成してもよい。

【００１２】また、引っ張りばねを少なくとも撮像ユニ
ット内部への電力供給線又は撮像ユニット内部からの信
号出力のための信号線として使用するように構成しても
よい。

【００１３】これらの構成によれば、撮像ユニットが駆
動機構側に引きつけられているため、筺体等と摩擦接触
する面積が非常に小さくなり、摩擦により駆動負荷を低
減することができる。また、撮像ユニットの保持部材を
省略又は簡略化することができ、撮像ユニットの旋回可
能範囲を拡大することも可能である。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の撮像
装置の第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明
する。図１は第１の実施形態に係る撮像装置の外観構成
を示す斜視図、図２は撮像ユニットの外観構成を示す斜
視図、図３は撮像ユニットの構成を示す断面図である。

【００１５】第１の実施形態の撮像装置は、例えばディ
ジタルカメラであって、固体撮像素子及び液晶表示素子
等を含む。図１に示すように、液晶表示素子等の画像表
示装置３は撮像装置本体１の背面に設けられており、撮
像素子１２（図３参照）により撮像した画像をリアルタ
イムでモニタ表示することが可能である。また、画像表
示装置３の近傍には、画像表示装置３を注視している操
作者（撮影者）の視線方向を検出するための視線検出装
置４が設けられている。視線検出装置４は、操作者の眼
球に向けて、例えば赤外線を照射する光照射部４ａと、
眼球からの反射光を受ける受光部４ｂで構成され、受光
部４ｂにより瞳孔の中心点と角膜の中心点とを抽出し、
両者の位置関係から視線の方向を検出する。これによ
り、操作者が画像表示装置３のどの位置を注視している
かを検出することができる。なお、図１において、５は
シャッタレリーズボタンであり、シャッタレリーズボタ
ン５の押し下げ動作に伴って、それぞれオンするタイミ
ングの異なる２つのスイッチＳ１及びＳ２が設けられて
いる。スイッチＳ１はシャッタレリーズボタン５に指を
かけた状態（いわゆる半押し状態）でオンし、撮影準備
状態に入るスイッチである。スイッチＳ２はシャッタレ
リーズボタン５を最後まで押し下げたときにオンするス
イッチであり、撮像を開始するスイッチである。

【００１６】図１から図３に示すように、撮像ユニット
１０は略球体であり、撮像光学系１１の部分を除き、そ
の外周面は凸球面１５で構成されている。また、図３に
示すように、撮像ユニット１０の内部には、撮像光学系
１１、ＣＣＤ等の撮像素子１２等が設けられている。撮
像ユニット１０の筐体（球体）は、例えば磁性材料で形
成されており、その凸球面１５部分は環状の磁石からな
る保持部材２０に吸着されている。保持部材２０は、撮
像装置本体１に固定されている。結果的に、撮像ユニッ
ト１０は保持部材２０の磁力により撮像装置本体１に旋
回可能に保持される。

【００１７】環状の保持部材２０の中央の開口部分の中
央には、駆動機構４０が設けられている。駆動機構４０
は、２次元圧電アクチュエータ４１とそのほぼ中央部に
設けられた摩擦部材４２等で構成されている。摩擦部材
４２は、撮像ユニット１０の凸球面１５に当接し、２次
元アクチュエータ４１の各腕の伸縮に伴って移動し、撮
像ユニット１０を旋回させる。駆動機構４０の詳細は後
述する。

【００１８】図１及び図３に示すように、撮像装置本体
１に旋回可能に保持された撮像ユニット１０は、例えば
透光性（透明）の樹脂又はガラス等で形成されたドーム
状のカバー部材２により覆われている。図３から明らか
なように、カバー部材２の内周面は、撮像ユニット１０
が旋回した状態で、撮像ユニット１０の撮像光学系１１
部分等と空間的に干渉又は接触しないように、所定のク
リアランスが設けられている。なお、撮像ユニット１０
は保持部材２０の磁力により吸着されているだけである
ので、衝撃等により撮像ユニット１０が保持部材２０か
ら脱落するおそれがある。しかしながら、仮に撮像ユニ
ット１０が保持部材２０から脱落してもカバー部材２に
より受け止められるので、カバー部材２が上を向くよう
に撮像装置全体を傾けることにより、容易に撮像ユニッ
ト１０を保持部材２０に再吸着させることが可能であ
る。また、撮像装置本体１とカバー部材２との結合部分
をＯ−リング等で密閉することにより、カバー部材２
は、防塵、防湿カバーとして機能し、本発明の撮像装置
を塵埃の多い環境、湿度の高い環境又は水にぬれやすい
環境で使用することも可能となる。

【００１９】図２に示すように、撮像ユニット１０の凸
球面１５には、例えば地球儀の緯線及び経線と同様のパ
ターン１６が印刷されている。また、図３に示すよう
に、カバー部材２の内部であって、撮像ユニット１０の
凸球面１５に対向する位置には、例えば発光素子と受光
素子を備えた角度センサ２１が縦方向及び横方向に２箇
所設けられている（図３では１箇所のみを示す）。駆動
機構４０により撮像ユニット１０が旋回されると、それ
に伴ってパターン１６が角度センサ２１の検出領域を通
過する。角度センサ２１は、一定時間内に検出領域を通
過するパターンの本数をカウントし、撮像ユニット１０
の回転角度を検出する。

【００２０】なお、図３に示すように、撮像ユニット１
０からは、その内部の撮像素子１２と後述する制御装置
との間で駆動信号や画像信号を送受信するためのケーブ
ル１３が引き出されている。ケーブル１３は、撮像ユニ
ット１０の旋回動作を妨げないように柔軟性を有する材
料で形成されている。なお、図１及び図３に示すよう
に、撮像ユニット１０は、撮像装置本体１の真正面を向
く方向からＸ方向（左右方向）及びＹ方向（上下方向）
にそれぞれ略±１２０度旋回可能である。

【００２１】次に、駆動機構４０の詳細を説明する。図
４（ｂ）に示すように、２次元圧電アクチュエータ４１
は、摩擦部材４２を中心として略９０度ごとに設けられ
た第１〜第４の腕４１ａ〜４１ｄを有する。また、図４
（ａ）に示すように、４本の腕のうち互いに隣接しない
第１の腕４１ａと第３の腕１４ｃ及び第２の腕４１ｂと
第４の腕４１ｄは、それぞれ摩擦部材４２を中心として
対称に、かつ摩擦部材４２の撮像ユニット１０の外面１
５と接触する面４２ａに対して略直交する断面がそれぞ
れ略「く」の字（又は、へリングボーン(herringbone)
形状）に形成されている。さらに、第１〜第４の腕４１
ａ〜４１ｄは、それぞれ第１〜第４の部分電極４４ａ〜
４４ｂ、圧電板４３、共通電極４５の順に積層されてい
る。

【００２２】共通電極４５と第１の腕４１ａの第１の部
分電極３４ａとの間及び共通電極４５と第３の腕４１ｃ
の第３の部分電極４４ｃとの間に、それぞれ図５に示す
ような位相差を有する２つの正弦波電圧を印加すると、
時間ｔ１では、図６（ａ）に示すように、第１の腕４１
ａが伸び、第３の腕４１ｃが縮む。時間ｔ２では、図６
（ｂ）に示すように、第１及び第３の腕４１ａ及び４１
ｃが共に伸びる。時間ｔ３では、図６（ｃ）に示すよう
に、第１の腕４１ａが縮み、第３の腕４１ｃが伸びる。
時間ｔ４では、図６（ｄ）に示すように、第１の腕４１
ａ及び第３の腕４１ｃが共に縮む。その結果、摩擦部材
４２が楕円軌道を描くように駆動される。それに伴っ
て、撮像ユニット１０の外面１５が、例えば図６（ｂ）
中矢印Ｄで示す方向に旋回される。なお、撮像ユニット
１０を逆方向に移動させるには、正弦波電圧Ｗ１とＷ２
の位相のずれを逆にして、第１及び第３の腕４１ａ及び
４１ｃに印加すれば良い。

【００２３】同様に、２次元アクチュエータの４本の腕
のうち、１対をなす第２及び第４の腕４１ｂ及び４２ｄ
の部分に、位相差を有する２つの正弦波電圧をそれぞれ
印加することにより、第２の腕４１ｂが伸び第４の腕４
１ｄが縮む状態、第２及び第４の腕４１ｂ及び４１ｄが
共に伸びる状態、第２の腕４１ｂが縮み第４の腕４１ｄ
が伸びる状態、第２及び第４の腕４１ｂ及び４１ｄが共
に縮む状態を繰り返す。その結果、第２及び第４の腕４
１ｂ及び４１ｄの部分を含む面において、摩擦部材４２
が楕円軌道を描くように駆動される。これらの２つの動
きのタイミングを任意に制御できるので、摩擦部材４２
を任意の２次元方向に移動させることができ、それに伴
って撮像ユニット１０の外面も任意の方向に旋回され
る。

【００２４】次に、制御装置５０のブロック構成を図７
に示す。制御装置５０のハードウエアは、マイクロコン
ピュータ、メモリ等（周知につき、図示せず）で構成さ
れている。一方、制御装置５０は、機能的には、撮像素
子１２からの画像信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換
し、制御装置５０に取り込むための画像取込部５１と、
Ａ／Ｄ変換された画像データを記憶するための画像記憶
部５２と、画像記憶部５２に記憶されている画像データ
の輝度や階調等を補正し、画像表示装置３に出力する画
像処理部５３と、撮像ユニット１０の撮像光学系１１が
ズームレンズである場合に、レンズの焦点距離の調節
（ズーミング）やそのときの焦点距離の検出を行う焦点
距離制御部５４と、視線検出装置４の受光部４ｂからの
出力信号を用いて操作者の視線の方向を検出する視線検
出部５５と、視線検出部５５により検出された撮像光学
系１１の焦点距離データ等に基づいて、操作者が注視し
ている箇所を画面中央に移動させるために必要な駆動
量、例えば図５に示す正弦波電圧の周期、位相のずれ
量、位相のずれ方向等を演算するための駆動量演算手段
５６と、駆動量演算手段５６により演算された駆動量及
び角度センサ２１からの検出信号に基づいて駆動機構４
０（２次元圧電アクチュエータ４１）を制御する駆動制
御部５７等を含む。

【００２５】次に、操作者の視線移動に伴う画像表示装
置３に表示されている画像の変化を図８に示す。（ａ）
は、撮像装置本体１を三脚等に固定し、撮像光学系１１
の光軸が撮像装置本体１の真正面を向いている状態の画
像を示す。例えば撮像光学系１１がズームレンズである
場合、初期状態ではその焦点距離を最も短焦点側（ワイ
ド側）に設定されている。（ｂ）は、操作者が、例えば
画面中心を注視している状態を示す。（ｃ）は、操作者
が一定時間連続して画面中心を注視している場合に、焦
点距離制御部５４により撮像光学系１１の焦点距離を長
焦点側（望遠側）にズーミングした場合の画像を示す。
（ｄ）は、操作者の視線が画像左下に移動した状態を示
す。（ｅ）は、撮像光学系１１の焦点距離を短焦点側に
設定したまま、撮像光学系１１の光軸が操作者の視線方
向を向くように撮像ユニット１０を旋回させた場合の画
像を示す。（ｆ）は、撮像光学系１１の光軸が操作者の
視線方向を向くように撮像ユニット１０を旋回させ、か
つズーミングした場合の画像を示す。なお、本発明の撮
像装置本体１は、手持ち撮影でも使用可能であるが、三
脚に固定した場合に、撮像装置本体１の方向を変えるこ
となく撮像方向を変化させることが可能であり、特にそ
の効果が顕著である。

【００２６】次に、第１の実施形態の撮像装置の動作に
ついて、図９に示すフローチャートを用いて説明する。
第１の実施形態では、撮像光学系１１のズーミングは行
わない。

【００２７】まず、撮像装置のメインスイッチがオンさ
れると、制御装置５０はシャッタレリーズボタン５に設
けられているスイッチＳ１がオンしているか否かを判断
し（ステップＳ１００）、スイッチＳ１がオンしている
場合（ステップＳ１００でＹＥＳ）、駆動機構４０を駆
動せずに、現在の撮像光学系１１の光軸方向のままで撮
像素子１２を駆動し、画像を読み取る（ステップＳ１０
５）。読み取られた画像データは、画像取り込み部５１
によりＡ／Ｄ変換され、画像処理部５３により処理され
た後、画像表示装置３に表示される（ステップＳ１１
０）。

【００２８】次に、視線検出部５５は、視線検出装置４
を駆動して操作者の視線方向を検出する（ステップＳ１
１５）。視線方向が検出されると、駆動量演算部５６に
より操作者が注視している箇所を画面中央に移動させる
ために必要な駆動量を演算し、駆動制御部５７により駆
動機構４０を制御して撮像ユニット１０を旋回させる
（ステップＳ１２０）。ここで、操作者の視線が画面中
央付近にある場合、撮像ユニット１０はほとんど旋回さ
れず、そのまま撮像される可能性が高いので、制御装置
５０は撮影準備状態に入り、スイッチＳ２がオンされる
のを待つ（ステップＳ１２５）。撮像ユニット１０が大
きく旋回駆動された場合、そのまま撮像される可能性は
低く、スイッチＳ２がオンされないので（ステップＳ１
２５でＮＯ）、ステップＳ１００に戻って次の画像の読
み取り及び表示を行う。

【００２９】スイッチＳ２がオンされると（ステップＳ
１２５でＹＥＳ）、駆動機構４０を停止して撮像光学系
１１の光軸方向を固定し（ステップＳ１３０）、撮像素
子１２を駆動して画像を読み取る（ステップＳ１３
５）。読み取った画像データに所定の処理を施した後、
メモリカードやフロッピーディスク等の記憶媒体に画像
データを記憶する（ステップＳ１４０）と共に、撮像し
た画像を画像表示装置３に表示し（ステップＳ１４
５）、撮像動作を終了する。

【００３０】このように第１の実施形態によれば、視線
検出装置４により検出した視線方向に基づいて駆動機構
４０を制御し、撮像ユニット１０の撮像方向（撮像光学
系１１の光軸）を操作者の視線方向に移動させることが
可能であるので、操作者の視線方向を自動的に画像表示
装置３の画面中央に移動させることが可能となる。

【００３１】また、保持部材２０により球の中心を通る
任意の軸の周りに旋回自在に保持された撮像ユニット１
０の外面の凸球面１５を１つの摩擦部材４２で押圧し、
１つの２次元圧電アクチュエータ４１を用いて、摩擦部
材４２を２次元方向に移動させるので、摩擦部材４２の
移動に伴って、撮像ユニット１０は、その球の中心及び
２次元圧電アクチュエータ４１を含む任意の面内で旋回
するように構成したので、撮像装置の構成が非常に簡単
かつ小型軽量になり、小さな駆動力で撮像ユニットを駆
動することが可能となる。

【００３２】（第２の実施形態）次に、本発明の撮像装
置の第２の実施形態について、図１０及び図１１に示す
フローチャートを用いて説明する。なお、第２の実施形
態の撮像装置のハードウエア構成は上記第１の実施形態
のものと実質的に同じであるため、その説明を省略す
る。第２の実施形態では、撮像光学系１１のズーミング
を行う。

【００３３】まず、撮像装置のメインスイッチがオンさ
れ、撮像スタンバイ状態になると、制御装置５０の駆動
制御部５７は、駆動機構４０を制御して撮像ユニット１
０を旋回させ、撮像光学系１１の光軸を、例えば撮像装
置本体１の真正面を向くように初期設定する（ステップ
Ｓ２００）。これと並行して、焦点距離制御部５４は、
撮像光学系１１の焦点距離を最短に設定する（ステップ
Ｓ２０５）。

【００３４】次に、制御装置５０は、シャッタレリーズ
ボタン５に設けられているスイッチＳ１がオンしている
か否かを判断し（ステップＳ２１０）、スイッチＳ１が
オンしている場合（ステップＳ２１０でＹＥＳ）、撮像
素子１２を駆動し、画像を読み取り（ステップＳ２１
５）、画像データを処理した後、画像表示装置３に表示
する（ステップＳ２２０）。

【００３５】次に、視線検出部５５は、視線検出装置４
を駆動して操作者の視線方向を検出する（ステップＳ２
２５）。これと並行して、操作者の視線が一定時間以上
同じ方向に注視されているか否かを判断する（ステップ
Ｓ２３０）。操作者が一定時間以上同じ方向を注視して
いる場合（ステップＳ２３０でＹＥＳ）、焦点距離制御
部５４は、その注視時間に応じて撮像光学系１１の焦点
距離を長焦点（望遠）側にズーミングする（ステップＳ
２３５）。また、操作者の視線が一定時間以上同じ方向
を注視していない場合（ステップＳ２３０でＮＯ）はそ
のまま最短の焦点距離で、またステップＳ２３５でズー
ミングした場合はその焦点距離で、操作者が注視してい
る箇所を画面中央に移動させるために、駆動機構４０を
制御して撮像ユニット１０を旋回させる（ステップＳ２
４０）。

【００３６】ここで、操作者の視線が画面中央付近にあ
る場合、撮像ユニット１０はほとんど旋回されず、その
まま撮像される可能性が高いので、制御装置５０は撮影
準備状態に入り、スイッチＳ２がオンされるのを待つ
（ステップＳ２４５）。撮像ユニット１０が大きく旋回
駆動された場合、そのまま撮像される可能性は低く、ス
イッチＳ２がオンされないので（ステップＳ２４５でＮ
Ｏ）、ステップＳ２１０に戻って次の画像の読み取り及
び表示を行う。

【００３７】スイッチＳ２がオンされると（ステップＳ
２４５でＹＥＳ）、駆動機構４０を停止して撮像光学系
１１の光軸方向を固定し（ステップＳ２５０）、また焦
点距離制御部５４を停止して撮像光学系１１の焦点距離
をそのときの状態に固定し（ステップＳ２５５）、撮像
素子１２を駆動して画像を読み取る（ステップＳ２６
０）。読み取った画像データに所定の処理を施した後、
メモリカードやフロッピーディスク等の記憶媒体に画像
データを記憶する（ステップＳ２６５）と共に、撮像し
た画像を画像表示装置３に表示し（ステップＳ２７
０）、撮像動作を終了する。

【００３８】（第３の実施形態）次に、本発明の撮像装
置の第３の実施形態について、図１２に示すフローチャ
ートを用いて説明する。なお、第３の実施形態の撮像装
置のハードウエア構成は上記第１の実施形態のものと実
質的に同じであるため、その説明を省略する。第３の実
施形態では、スイッチＳ１がオンしている状態では、撮
像光学系１１の焦点距離を短焦点距離側（広角側）に設
定して広い範囲を画像表示装置３に表示し、その中で撮
像範囲を示す画枠を表示し、その画枠を視線方向に移動
させる。そして、スイッチＳ２がオンするまで撮像ユニ
ット１０の旋回及び撮像光学系１１のズーミングを行わ
ないので、消費電力の節約をはかることが可能となる。

【００３９】まず、制御装置５０は、撮像光学系１１の
光軸を初期設定する（ステップＳ３００）と共に、撮像
光学系１１の焦点距離を最短に設定する（ステップＳ３
０５）。

【００４０】次に、制御装置５０はスイッチＳ１がオン
しているか否かを判断し（ステップＳ３１０）、スイッ
チＳ１がオンしている場合（ステップＳ３１０でＹＥ
Ｓ）、画像を読み取り（ステップＳ３１５）、画像表示
装置３に表示する（ステップＳ３２０）。画像表示装置
３に撮像した画像が表示されると、制御装置５０は、例
えば図８（ｂ）に示すように、画像表示装置３に表示さ
れている原画像の中央部に、画面サイズよりも小さい画
枠を重ねて表示する（ステップＳ３２５）。この画枠は
撮像される範囲を示すものである。

【００４１】次に、制御装置５０は、視線検出装置４を
駆動して操作者の視線方向を検出し（ステップＳ３３
０）、例えば図８（ｄ）に示すように、画像表示装置３
に表示されている画枠の中心が操作者の視線と一致する
ように画枠を移動させる（ステップＳ３３５）。

【００４２】次に、制御装置５０は、スイッチＳ２がオ
ンされたか否かを判断し（ステップＳ３４０）、スイッ
チＳ２がオンされると（ステップＳ３４０でＹＥＳ）、
上記画枠の範囲が撮像範囲と一致するように、撮像光学
系１１のズーミングを行い（ステップＳ３４５）、撮像
光学系１１の光軸が画枠の中心と一致するように撮像ユ
ニット１０を旋回させる（ステップＳ３５０）。撮像ユ
ニット１０の旋回及び撮像光学系１１のズーミングが完
了すると、撮像光学系１１の光軸方向を固定し（ステッ
プＳ３５５）、また撮像光学系１１の焦点距離を固定し
（ステップＳ３６０）、撮像素子１２を駆動して画像を
読み取り（ステップＳ３６５）、読み取った画像データ
を記憶媒体に記憶し（ステップＳ３７０）、撮像した画
像を画像表示装置３に表示する（ステップＳ３７５）。

【００４３】（その他の実施形態）なお、上記第３の実
施形態では、撮像光学系１１の焦点距離を短焦点距離側
に設定して広い範囲を画像表示装置３に表示し、その中
で撮像範囲を示す画枠を表示し、その画枠を視線方向に
移動させるように構成したが、画像表示装置３に原画像
の内の画枠部分をトリミングして拡大表示してもよい。
この拡大された画像データを記憶媒体に記憶させること
も可能であるが、トリミングした画像は画像データ数が
少ないため、解像度が低い。従って、画像の解像度の低
下を防止するためには、第３の実施形態のように、撮像
光学系１１をズーミングし、新たに撮像した画像を記憶
媒体に記憶することが好ましい。

【００４４】また、本発明の撮像装置は、方向制御可能
な撮像ユニット、画像表示装置及び視線検出装置を備え
ていれば良く、ディジタルカメラに限定されるものでは
ない。また、図１に示すように、少なくとも画像表示装
置と視線検出装置とが近接して設けられていれば良く、
撮像ユニット、画像表示装置及び視線検出装置の全てを
撮像装置本体に設ける必要はない。例えば、撮像ユニッ
トを独立させて、画像表示装置及び視線検出装置とケー
ブル等で接続する構成であっても良い。

【００４５】撮像ユニットの変形例上記各実施形態では、略球体の撮像ユニット１０を磁石
からなる環状の保持部材２０により吸着保持するように
構成したが、これに限定されるものではない。撮像ユニ
ット１０及びその保持構造の第１変形例を図１３に示
す。図１３中、（ａ）は撮像ユニットの初期状態におけ
る断面図、（ｂ）はその部分背面図、（ｃ）は撮像ユニ
ットを旋回した状態を示す断面図である。

【００４６】第１変形例では、撮像ユニット１０を筒状
のホルダ６１の内部に嵌合保持し、ほぼ同一特性を有す
る４本の引っ張りばね６０で駆動機構４０側に引きつけ
るように構成されている。ホルダ６１の内径は、撮像ユ
ニット１０の球体部分の外径に対して所定の寸法公差分
だけ大きく設定されている。また、ホルダ６１の円形開
口部６１ａの直径は、撮像ユニット１０のホルダ６１か
らの脱落防止用の抜け止めとして機能するように、撮像
ユニット１０の外径よりも若干小さくなるように設定さ
れている。

【００４７】ホルダ６１の密閉部には張力センサ６２が
設けられており、各ばね６０の一端がそれぞれ固着され
ている。各ばね６０の他端は撮像ユニット１０の外周面
に固着されている。各ばね６０を撮像ユニット１０の内
部に設けられた基板１７に電気的に接続することによ
り、ばね６０を撮像素子１２への電力供給や撮像素子１
２からの出力信号の伝送のためのケーブルとして使用す
ることができる。なお、撮像ユニット１０への信号線の
数が４本以上必要な場合、各ばね６０をばね材料からな
る心線と所定本数の信号線を撚り合わせたもので構成し
てもよい。

【００４８】図１３（ｃ）に示すように、駆動機構４０
を制御して撮像ユニット１０を旋回させると、いずれか
のばね６０が伸び、他のばね６０が縮む。これに応じて
各張力センサ６２の出力も変化するので、張力センサ６
２の出力の変化の組み合わせから撮像ユニット１０の旋
回方向及び旋回角度を演算することができる。

【００４９】撮像ユニット１０及びその保持構造の第２
変形例を図１４に示す。第２変形例は、ホルダ６１の円
形開口部６１ａの直径をホルダ６１の内径と同じにし、
開口部に透明なドーム状のカバー６３を取り付けたもの
である。図３に示す実施形態と比較して、撮像ユニット
１０は常時ばね６０により駆動機構４０側に引きつけら
れているため、衝撃等を受けた場合であっても、撮像ユ
ニット１０が駆動機構４０から離れることはない。ま
た、上記第１変形例よりも撮像ユニット１０の旋回可能
範囲（視野）を広くすることが可能となる。

【００５０】撮像ユニット１０及びその保持構造の第３
変形例を図１５に示す。第３変形例は、３つの駆動機構
４０を、例えば１２０度ごとに配置し、撮像ユニット１
０をほぼ同一特性を有する３本の引っ張りばね６０で駆
動機構４０側に引きつけるように構成されている。この
構成によれば、３つの駆動機構４０との接触により撮像
ユニット１０の位置が決定されるので、ホルダ６１の内
径部と撮像ユニット１０の外径部は嵌合する必要がな
い。その結果、例えば図３に示すようにドーム状のカバ
ー部材で覆われる場合には、ホルダ６１の筒状部分を省
略することができる。

【００５１】撮像ユニット１０及びその保持構造の第４
変形例を図１６に示す。図１６中、（ａ）は撮像ユニッ
トの初期状態における断面図、（ｂ）は撮像ユニットを
旋回した状態を示す断面図である。第４変形例では、引
っ張りばね７０を形状記憶合金で構成し、圧電アクチュ
エータの代わりに駆動機構のアクチュエータとして用い
る。また、撮像ユニット１０を保持するために、ボール
ベアリング構造７１を用いる。特に、ばね７０の張力を
変化させるために、特性の異なる複数の形状記憶合金を
撚り合わせる。例えば、ばね７０に通電し、それ自体の
発熱により温度を制御し、形状記憶合金の変形により各
ばね７０の張力を変化させる。ばね７０の張力の組み合
わせにより、撮像ユニット１０を所定の方向に旋回させ
ることが可能となる。

【００５２】次に、張力センサ６２により撮像ユニット
１０の旋回角度を検出する原理について説明する。図１
３から図１６に示す各変形例では、ばね６０，７０はそ
の両端を撮像ユニット１０及びホルダ６１に固定されて
いる。従って、図１７（ａ）に示すように、ばね６０，
７０の両端Ｐ１及びＰ２と撮像ユニット１０の球体部分
の中心Ｏが一直線上に並ぶ位置で、ばね６０，７０の伸
びが極小となる。この状態からばね６０，７０がΔＬ伸
びたとすると、その伸び量ΔＬはいずれの方向において
も回転角度Δθの関数として容易に計算することができ
る。また、図１７（ｂ）に示すように、回転角度Δθは
回転軸ＯＱと直線ＯＰ１のなす角度ψ及び撮像ユニット
１０旋回角度αの関数で与えられる。すなわち、ｓｉｎ（Δθ／２）＝ｓｉｎψ・ｓｉｎ（α／２）となる。

【００５３】図１８（ａ）に示すように、撮像ユニット
１０に３本のばねＡ，Ｂ，Ｃが固着されている場合、各
ばねＡ，Ｂ，Ｃの伸びが極小となる時の各ばねＡ，Ｂ，
Ｃの撮像ユニット１０側の端部の位置はそれぞれ図中Ｐ
１_A，Ｐ１_B，Ｐ１_Cで表される。また、図１８（ｂ）に
示すように、撮像ユニット１０が任意の角度だけ旋回
し、各ばねＡ，Ｂ，Ｃの球体側の端部Ｐ１_A，Ｐ１_B，Ｐ
１_CがＰ１_A’，Ｐ１_B’，Ｐ１_C’に移動したとすると、
各ばねＡ，Ｂ，Ｃの張力の変化から、それぞれの点Ｐ１
_A，Ｐ１_B，Ｐ１_Cについての回転角Δθが求まる。球体
部分の旋回角度αは全てのばねＡ，Ｂ，Ｃについて共通
であるので、各ばねＡ，Ｂ，Ｃについてのｓｉｎψ_A，
ｓｉｎψ_B，ｓｉｎψ_Cの比が求まり、撮像ユニット１０
の旋回方向ＯＱを決定することができる。また、同時に
旋回角度αも求めることができる。

【００５４】

【発明の効果】以上のように、本発明の撮像装置によれ
ば、少なくとも撮像光学系及び撮像素子を内部に収納
し、外面の少なくとも一部分が凸球面である撮像ユニッ
トと、撮像ユニットをその凸球面の中心を中心として任
意の方向に旋回させるための駆動機構と、撮像ユニット
の凸球面部分が駆動機構に当接するように撮像ユニット
を付勢する付勢機構とを具備するので、撮像ユニットが
駆動機構側に引きつけられ、筺体等と摩擦接触する面積
が非常に小さくなり、摩擦により駆動負荷を低減するこ
とができる。また、撮像ユニットの保持部材を省略又は
簡略化することができ、撮像ユニットの旋回可能範囲を
拡大することも可能である。

【００５５】また、各引っ張りばねの一端をそれぞれ張
力センサに結合し、張力センサにより各ばねの張力を検
出し、検出した張力の値から撮像光学系の光軸方向を演
算することにより、位置センサ等が不要となり、撮像装
置の小型軽量化が可能である。

【００５６】また、引っ張りばねを少なくとも撮像ユニ
ット内部への電力供給線又は撮像ユニット内部からの信
号出力のための信号線として使用することにより、撮像
ユニットへの配線部材を省略又は削減することができ、
配線部材による負荷抵抗の低減及び撮像ユニットの小型
軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の第１の実施形態の外観構
成を示す斜視図である。

【図２】第１の実施形態の撮像ユニットの構成を示す
斜視図である。

【図３】第１の実施形態の撮像ユニットの構成を示す
断面図である。

【図４】（ａ）は第１の実施形態における駆動機構の
構成を示す正面図、（ｂ）はその平面図である。

【図５】第１の実施形態における圧電アクチュエータ
を駆動するための位相差を有する２つの正弦波電圧を示
す図である。

【図６】（ａ）から（ｄ）は、それぞれ第１の実施形
態における駆動機構の一連の動作を示す図である。

【図７】第１の実施形態における制御装置の構成を示
すブロック図である。

【図８】（ａ）から（ｆ）は、それぞれ第１の実施形
態における操作者の視線移動に伴う画像表示装置に表示
されている画像の変化を示す図である。

【図９】第１の実施形態における動作を示すフローチ
ャートである。

【図１０】本発明の撮像装置の第２の実施形態におけ
る動作を示すフローチャートである。

【図１１】図１０のフローチャートの続きである。

【図１２】本発明の撮像装置の第３の実施形態におけ
る動作を示すフローチャートである。

【図１３】撮像ユニット及びその保持構造の第１変形
例を示す図であり、（ａ）は撮像ユニットの初期状態に
おける、（ｂ）はその部分背面図、（ｃ）は撮像ユニッ
トを旋回した状態を示す断面図である。

【図１４】撮像ユニット及びその保持構造の第２変形
例を示す図である。

【図１５】撮像ユニット及びその保持構造の第３変形
例を示す図である。

【図１６】撮像ユニット及びその保持構造の第４変形
例を示す図であり、（ａ）は撮像ユニットの初期状態に
おける断面図、（ｂ）は撮像ユニットを旋回した状態を
示す断面図である。

【図１７】（ａ）及び（ｂ）は、張力センサにより撮
像ユニットの旋回角度を検出する原理を示す図である。

【図１８】（ａ）及び（ｂ）は、張力センサにより撮
像ユニットの旋回角度を検出する原理を示す図である。

【符号の説明】

１：撮像装置本体２：カバー部材３：画像表示装置４：視線検出装置４ａ：光照射部４ｂ：受光部５：シャッタレリーズボタン１０：撮像ユニット１１：撮像光学系１２：撮像素子１３：ケーブル１５：凸球面１６：パターン２０：保持部材（付勢機構）２１：角度センサ４０：駆動機構４１：２次元アクチュエータ４２：摩擦部材５０：制御装置５１：画像取込部５２：画像記憶部５３：画像処理部５４：焦点距離制御部５５：視線検出部５６：駆動量演算部５７：駆動制御部６０：ばね（付勢機構）６１：ホルダ６２：張力センサ７０：ばね（付勢機構及び駆動機構）７１：ボールベアリング機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも撮像光学系及び撮像素子を内
部に収納し、外面の少なくとも一部分が凸球面である撮
像ユニットと、撮像ユニットをその凸球面の中心を中心
として任意の方向に旋回させるための駆動機構と、撮像
ユニットの凸球面部分が駆動機構に当接するように撮像
ユニットを付勢する付勢機構とを具備する撮像装置。
【請求項２】付勢機構は複数の環状の磁石であること
を特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】付勢機構は複数の引っ張りばねであるこ
とを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】駆動機構は、摩擦アクチュエータを含む
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮
像装置。
【請求項５】駆動機構及び付勢機構は、形状記憶合金
を用いた複数の引っ張りばねであり、各ばねの張力を変
化させることにより、撮像ユニットを旋回させることを
特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項６】各引っ張りばねの一端はそれぞれ張力セ
ンサに結合されており、張力センサにより各ばねの張力
を検出し、検出した張力の値から撮像光学系の光軸方向
を演算することを特徴とする請求項３又は５記載の撮像
装置。
【請求項７】引っ張りばねを少なくとも撮像ユニット
内部への電力供給線又は撮像ユニット内部からの信号出
力のための信号線として使用することを特徴とする請求
項３又は５記載の撮像装置。