以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す図であり、(a)は、側面図、(b)は、正面図である。尚、図1及び後述の図9では撮像装置内部の光学系を透視した状態を模式的に図示している。
図1において、撮像装置は、回動可能な回動部11aと、回動部11aを支持する本体部11bとを備えたスチルカメラとして構成されている。更に、回動部11aと本体部11bとの間には、公知の屈曲光学系14が両者をまたがった状態で配置されている。撮像装置は、パンニングアクチュエータ19の駆動によるパンニング撮影、チルティングアクチュエータ15fの駆動によるチルティング撮影が可能に構成されている。
屈曲光学系14の主光軸14aは、本体部11bの鉛直方向(水平面に対して略直交する軸方向)となるように設定されている。ミラー(反射面)14cは、屈曲光学系14の主光軸14aを所定角度(例えば90deg)屈曲させる。ミラー14cの取り付け構造は図5で後述する。屈曲光学系14の主光軸14aは、ミラー14cにより屈曲されることで物体光軸14bとなって被写体方向に向けられる。
屈曲光学鏡筒は、第1の鏡筒25(図7参照)と、第2の鏡筒18(図6参照)と、ミラー14cとから構成されている。第1の鏡筒25は、回動部11aに配設されており、対物レンズ(前玉)14fを保持する。第2の鏡筒18は、本体部11bに内蔵されており、屈曲光学系14の主光軸14aを共有する後述の4つのレンズ群を保持する。被写体光(被写体の光学像)は、ミラー14cにより屈曲され、第2の鏡筒内のレンズ群を通り、CCDからなる撮像素子(撮像部)14iに結像される。
撮像装置においてパンニング動作を行う場合には、パンニングアクチュエータ19により回動部11aを屈曲光学系14の主光軸14aの回りに矢印14gで示すパンニング方向に回転させる。このように、パンニング時に回転する部材はレンズのような円形状であるので、パンニング角度を大きくしても第1の鏡筒25が本体部11からはみ出すことは無い。
撮像装置においてチルティング動作を行う場合には、チルティングアクチュエータ15fによりミラー14c及び第1の鏡筒に保持された対物レンズ14fを軸14dの回りに矢印14eで示すチルティング方向に回転させる。この場合、光軸の向きを変えるために反射面の反射角を変更することは一般的である。しかしながら、本実施の形態では反射部材(反射面)であるミラー14cの角度を変更するばかりではなく、その回動に合わせて第1の鏡筒に保持された対物レンズ14fを回動させている。この点については図2以下で詳述する。
レリーズ部11cは、本体部11bに設けられており、撮影者が撮影準備及び露光の指示を行うための操作部である。パンニング方向振動検出部118aは、振動ジャイロ等の角速度計により構成されており、矢印118yで示す方向の振動角速度を検出する。チルティング方向振動検出部118bは、パンニング方向振動検出部118aと同様に振動ジャイロ等の角速度計により構成されており、矢印118pで示す方向の振動角速度を検出する。
本実施の形態では、パンニング方向振動検出部118aが、後述するように、第1の鏡筒25における光軸に対して回転運動しか行わない部位に設置され、チルティング動作時には動かない点が特徴の1つである。また、チルティング方向振動検出部118bが、前玉保持枠15aの側面に取り付けられている点も特徴の1つである。
本実施の形態では、制御マイクロコンピュータ(図10参照)は、パンニング方向振動検出部118aの出力が減少する方向に第1の鏡筒25を回転させるように、パンニングアクチュエータ19を制御する。また、制御マイクロコンピュータは、チルティング方向振動検出部118bの出力が減少する方向に第1の鏡筒25を揺動させるように、チルティングアクチュエータ15fを制御する。また、パンニングアクチュエータ19は、第1の鏡筒25及びミラー14cを第2の鏡筒18の光軸回りに回転させる。また、チルティングアクチュエータ15fは、第1の鏡筒25及びミラー14cを設定された所定の比率で揺動させる。
図2は、撮像装置におけるミラー14cを用いた屈曲光学系14の構成を示す図である。
図2において、屈曲光学系14のみを抜き出して示している。屈曲光学系14は、4つのレンズ群(14j、14k、14p、14m)からなる高倍率ズーム光学系と、対物レンズ14f、ミラー14cとから構成されている。対物レンズ14fとミラー14cを含んで回動部11aが構成されている。
ミラー14c、対物レンズ14fは、回動部11aに配設された第1の鏡筒に保持されている。貼り合せレンズ群14j、第2群14k、第3群14p、第4群14mは、本体部11bに内蔵された第2の鏡筒に保持されている。貼り合せレンズ群14jは、貼り合せたレンズを含んで構成される。第2群14kは、撮像装置の変倍動作時に屈曲光学系14の主光軸14aに沿って移動される。第3群14pは、常時固定されている。第4群14mは、撮像装置のピント調整時に屈曲光学系14の主光軸14aに沿って移動される。尚、対物レンズ14fは単一のレンズで構成しているが、複数レンズ群で構成してもよい。
屈曲光学系14の主光軸14aをミラー14cにより屈曲した物体光軸14bをチルトさせるためには、ミラー14c及び対物レンズ14fを軸14dの回りに矢印14eで示すチルティング方向に回動させる。ここで、ミラー14cの対物側(被写体側)にも対物レンズ(前玉)14fを設けている理由を説明する。
その理由は、対物レンズ14fにより被写体からの主光線の傾角を小さくしてミラー14cに導くことで、ミラー14cの形状を小さく抑えるためである。本実施の形態では、ミラー14cを回動させることでチルティングを行う構成である。例えば上下10degのチルティングを行う時に、撮影画角すべてを十分にカバーするミラーを用いるとミラーの形状が更に大きくなってしまう。そのため、被写体からの主光線の傾角を小さくしてミラー14cに導くレンズが極めて重要になる。
ところで、上記のようにミラー14cの対物側に対物レンズ14fを設けると、ミラー14cを回動したときの物体光軸14bは対物レンズ14fの中心を通らなくなり、撮像装置による撮影画像の画質が大幅に劣化する。それを解決するためには、ミラー14cによる対物光軸14bの変化に対して対物レンズ14fの中心を追従させるように、対物レンズ14fを回動させればよい。
ミラー14cの回動角度をθとすると、ミラー14cの回動による物体光軸14bの角度変化は2θになる(反射系の構造であるため)。そこで、物体光軸14bの角度変化が2θになる現象を補正するためには、対物レンズ14fをミラー14cの回動軸中心に2θ回動させる。これにより、撮像装置による撮影画像の画質の劣化を防止することができる。
上述したような反射部材(反射面)の対物側にレンズを配置した屈曲光学系自体は、従来から上記特許文献2及び3等により開示されている。しかし、上記特許文献2及び3等においては、撮影方向のチルティング動作は想定していないので、本実施の形態のように反射面を回動させたり、それに合わせて対物レンズを回動させたりする技術は開示されていない。
更に、上記特許文献2及び3等においては、被写体光を反射させる反射部材(反射面)はすべてプリズムにより構成されている。これは、プリズムのように部材内部に空間がない中実光学ブロックを用いた方が光路が短くできる結果、小型になる利点があるためである。
これに対し、本実施の形態では、被写体光を反射させる反射部材(反射面)はミラー14cにより構成されている。被写体光を反射させる反射部材(反射面)を回動させる場合は、ミラー14cを用いないと光学的な画質管理は難しく、プリズムを用いるのは光学的に成り立たせることが極めて難しい。そのことを図3を用いて説明する。
図3は、撮像装置におけるプリズムを用いた屈曲光学系の構成を示す図である。
図3において、図2に示した屈曲光学系14のミラー14cの代わりにプリズム14nを用いた例を示している。貼り合せレンズ群14jとプリズム14nとの対向面の形状、及び、対物レンズ(前玉)14fとプリズム14nとの対向面の形状は、プリズム14nを軸14dの回りに回動させると変化してしまう。これは、プリズム14nの回動により撮影画像の画質劣化が起きることを意味する。
図4は、曲率面を有するプリズムの構成を示す図である。
図4において、プリズム14n’と対物レンズ(前玉)14f’とが対向する両方の端面、及び、プリズム14n’と貼り合せレンズ群14j’とが対向する両方の端面を、軸14dを中心とする曲率面とする。この場合は、プリズム14n’の回動に合わせて両方の端面形状は変化しないので、プリズム14n’の回動による撮影画像の画質劣化は起きないことになる。
しかし、上記のような端面形状を規定すると、その補正のためのレンズ面等が必要となり、小型で高倍率ズーム光学系として成り立たせることは難しくなってしまう。このような理由により、本実施の形態では、被写体光を反射させる反射部材(反射面)としてプリズム14nではなくミラー14cを用いることで、チルティング動作を行うようにしている。
図5は、チルティング駆動連動機構の構成を示す図であり、(a)は、上面図、(b)は、側面図である。
図5において、対物レンズ14fを保持する第1の鏡筒25(図7参照)とミラー14cとを駆動するチルティング駆動連動機構を示している。前玉保持枠15aは、軸14dにより軸支されており、対物レンズ(前玉)14fを保持すると共に、対物レンズ14fと共に軸14dの回りに矢印14eで示すチルティング方向に回転可能に構成されている。
前玉保持枠15aの一方の側面には、チルティング方向振動検出部118bが配置されている。チルティング方向振動検出部118bの振動角速度の検出方向を矢印118pで示す。また、前玉保持枠15aの一方の側面には、フラットコイル15bが固定されている。フラットコイル15bと対向する位置には、一対の永久磁石15cの磁路を形成する一対のヨーク15dが設けられている。
一対の永久磁石15c及び一対のヨーク15dは、矢印14eで示すチルティング方向には固定されているが、矢印14gで示すパンニング方向には回動可能である(回動部11aに取り付けられている)。そのため、フラットコイル15bに電流を印加すると、前玉保持枠15aは矢印14eで示すチルティング方向に回動される。即ち、フラットコイル15b、一対の永久磁石15c及び一対のヨーク15dにより、チルティングアクチュエータ15fを構成している。
ミラー14cは、ミラー保持枠16aの取り付け部16cに取り付けられている。ミラー14cは、前玉保持枠15aと同様に軸14dにより軸支されており、軸14dの回りに矢印14eで示すチルティング方向に回転可能に構成されている。
伝達レバー(連動機構)17aは、軸17bの回りに回転可能に軸支されている。伝達レバー17aの先端近傍に設けられている長穴17cには、前玉支持枠15aから延出する駆動ピン15e及びミラー保持枠16aから延出する被駆動ピン16bが共に嵌合している。伝達レバー17aは、駆動ピン15eの軸14d回りの回動につれて軸17b回りに回転させられる。これに伴い、伝達レバー17aの長穴17cが被駆動ピン16bを押すことで、ミラー保持枠16aも軸14d回りに回転させられる。
ここで、軸17bから駆動ピン15eまでの距離と軸17bから被駆動ピン16bまでの距離との比(レバー比)と、軸14dから駆動ピン15eまでの距離と軸14dから被駆動ピン16bまでの距離との比(半径比)を適切に設定する。例えば、レバー比を√2:1、半径比を1:√2に設定すると、前玉保持枠15aの回動に対してミラー保持枠16aの回転は半分に減速することができる。
上述したように、ミラー14cの回動角度をθとすると、その反射による物体光軸14bの角度変化は2θになるので、対物レンズ(前玉)14fの位置を物体光軸14bと揃えるためには、対物レンズ(前玉)14fを2θ回動させる必要がある。そこで、レバー比、半径比を上記のように設定することで、ミラー14cと対物レンズ(前玉)14fの回転量を調節している。
ここで、回転量の多い前玉保持枠15aの方に駆動源(フラットコイル15b)を設け、前玉保持枠15aの回転を減速してミラー保持枠16aに伝達している理由を説明する。回転量の少ないミラー保持枠16a側に駆動源を設けると、回転量が少ない分だけ駆動誤差が大きくなる。その駆動誤差を更に伝達レバー17aで拡大するために、前玉保持枠15aの駆動誤差が大きくなってしまう。そのため、回転量の多い前玉保持枠15a側に駆動源を設けている。
後述するが、撮像装置は、前玉保持枠15aに設けられたチルティング方向振動検出部118bにより撮像装置の手ブレを検出し、その検出出力に基づいてミラー14c及び対物レンズ(前玉)14fを駆動する機能も有する。これにより、チルティング方向の手ブレの影響による画質劣化を小さくしている。そのためには、ミラー14c及び対物レンズ(前玉)14fを精密且つ高応答に駆動制御する必要がある。駆動量の多い前玉保持枠15aを駆動して、前玉保持枠15aの回転を減速してミラー保持枠16aに伝えるようにしている。
図6は、パンニング駆動連動機構の構成を示す側面図である。図7は、パンニング駆動連動機構の構成を示す図であり、(a)は、上面図、(b)は、図6の矢視A−A線に沿う正面断面図である。
図6及び図7において、第2の鏡筒18は、内部に屈曲光学系14を収納している。前玉保持枠15a、ミラー保持枠16a(図5参照)は、第2の鏡筒18の回転保持部18aにおいて軸支されている。同時に、回転保持部18aは、伝達レバー17a(図5参照)を軸17bの回りに軸支している。また、回転保持部18aには、一対の永久磁石15cが吸着されたヨーク15dが取り付けられている。これにより、前玉保持枠15aに取り付けられたフラットコイル15bとの関連により、前玉保持枠15aを軸14dの回りに回動させることができる。
ミラー14c、対物レンズ14fを保持する第1の鏡筒25は、貼り合せレンズ群14j、第2群14k、第3群14p、第4群14mを保持する第2の鏡筒18に対して主光軸14aの回りに相対的に回転可能に支持されている。
また、第2の鏡筒18に設けられたパンニングモータ26のピニオン27が、第1の鏡筒25の内歯車25aと噛み合っている。パンニングモータ26の回転に伴い、第1の鏡筒25及び第1の鏡筒内部のミラー保持部16aと前玉保持部15aが回転する。パンニングモータ26、ピニオン27、第1の鏡筒25の内歯車25aが、パンニングアクチュエータ19(図1参照)を構成している。
しかし、第1の鏡筒25だけの回転では、撮像素子14iに対して被写体の光学像が主光軸14a回りに回転するだけになってしまう。そのため、第1の鏡筒25の回転と同じ量だけ同期して補正アクチュエータ114が撮像素子14iを回転させる。即ち、撮像装置では屈曲光学系14及び撮像素子14iを同時に回転させることでパンニング動作を行っている。
この方法の利点は、第1の鏡筒25及び第2の鏡筒18からなる全体の重い鏡筒を回動させる必要が無くなることであり、より高速応答のパンニング撮影を行うことができるようになる。
上述した、撮像素子14iを回動する補正アクチュエータ114について説明する。
図8は、補正アクチュエータ114の構成部材を示す図であり、(a)は、コイル基盤19bを示す上面図、(b)は、永久磁石19dを示す図である。
図8において、補正アクチュエータ114は、ハウジング19a(図7参照)に保持されたコイル基盤19bを有する。コイル基盤19bには、4個のフラットコイル19cが円周方向に沿って放射状に配置されている。永久磁石19dは、フラットコイル19cに対向して設けられており、図8(b)に示すように着磁されている。ヨーク19e、19fは、各々、永久磁石19dの磁束を効率的に利用するためのものである。ヨーク19e、19fにより永久磁石19dは閉じた磁路を形成する。フラットコイル19bは、その磁路内に配置されることになる。
軸19gは、ハウジング19a及びコイル基盤19bの軸受部19h、19iに回転可能に軸支されており(図7では19g、19h、19iは不図示)、ヨーク19e、19fに固定されている。そのため、ヨーク19e、19f、永久磁石19dは、ハウジング19aに対して軸19gの回りに回転可能になっている。
フラットコイル19cに電流を流すと、図8(a)の放射状に配置されたフラットコイル19cの駆動発生領域19c1と永久磁石19dの着磁方向の関係により、軸19gの回りに回転駆動力が発生する。但し、このままでは、永久磁石19dの回転につれてフラットコイル19cの駆動発生領域19c1と対向する永久磁石19dの着磁方向が変わってくるので、いずれは回転が止まってしまう。
図8(a)に示すようにコイル基盤19bには、ホール素子等の磁気検出素子19jが設けられている。制御マイクロコンピュータ(図10参照)は、磁気検出素子19jが永久磁石19dの回転を検出すると、検出結果に基づきフラットコイル19cに流す電流の向きを逆にする。これにより、ヨーク19e、19fは回転が継続される。
上記図6及び図7に戻り、第1群を構成する貼り合せレンズ群14jは、貼りあわせレンズ鏡筒18bに保持されている。同様に、第2群14kは、2群鏡筒18cに保持され、第3群14pは、3群鏡筒18dに保持され、第4群14mは、4群鏡筒18eに保持されている。
ローパスフィルタ14oは、フィルタ枠18fに取り付けられており、撮像素子14iを密閉状態にすることでゴミの侵入を防いでいる。撮像素子14iは、撮像基盤113に取り付けられている。撮像基盤113は、補正アクチュエータ114により第2の鏡筒18内で屈曲光学系14の主光軸14aの回りに回動可能に支持されている。補正アクチュエータ114は、撮像装置の表示部に表示する画面の傾きを補正する目的も有する。補正アクチュエータ114は、後述する姿勢センサ120により検出された本体部11bの鉛直方向に対する傾きに基づいて駆動されることで、画面の傾き補正を行う。
撮像装置では、パンニングモータ26等から構成されるパンニングアクチュエータ19は、自動パンニングのために設けられている。更に、撮像装置は、パンニング方向振動検出部118aによりパンニング方向の手ブレを検出し、その検出結果に基づいてパンニングアクチュエータ19を駆動する機能も有する。これにより、撮影時におけるパンニング方向の手ブレの影響による画質劣化を小さくしている。
3群鏡筒18dは、第2の鏡筒18に固定されている。2群鏡筒18c及び4群鏡筒18eは、ガイド軸110a上を摺動可能にガイド軸110aに支持されている。ガイド軸110a、回り止め軸110bは、第2の鏡筒18の内部にそれぞれ支持されている。2群鏡筒18c及び4群鏡筒18eは、回り止め軸110bによりガイド軸110aの回りの回転を規制されている。
2群鏡筒18cは、リードスクリュー111bと噛み合っている。2群鏡筒18cは、ズームアクチュエータ111aによりリードスクリュー111bが回転させられることに伴い、主光軸14aに沿って変倍のための移動を行う。ズームアクチュエータ111aは、例えばステップモータ等として構成され、入力される駆動パルスを制御することで2群鏡筒18cを任意の位置に精密に移動/停止させることができる。
4群鏡筒18eは、断面コの字状(実際には円環形状)のヨーク112cと、その内部に吸着された永久磁石112bを備えている。ヨーク112cと永久磁石112bにより形成される磁路内にボイスコイル112aが配置されている。ボイスコイル112aは、第2の鏡筒18に固定されている3群鏡筒18dに取り付けられている。ボイスコイル112aに電流を流すことで、4群鏡筒18eは主光軸14aに沿ってフォーカス(焦点調節)のための駆動を行う。
3群鏡筒18dには、ホール素子等の磁気検出素子112dが設けられている。制御マイクロコンピュータ(図10参照)は、磁気検出素子112dにより4群鏡筒18eに設けられた永久磁石112bの磁気を検出することで、4群鏡筒18eの位置を監視している。更に、制御マイクロコンピュータは、磁気検出素子112dの出力を負帰還してボイスコイル112aに与えることで、4群鏡筒18eの駆動制御を行っている。
図9は、撮像装置の背面図である。
図9において、撮像装置は、上述したように、回動部11aと本体部11bを備えると共に両者間にまたがって配設された屈曲光学系14を備えている。本体部11bの背面側には、液晶モニタ11dが配設されている。撮影者は液晶モニタ11dにより、撮影時の被写体の状態や撮影後の画像を観察することができる。
更に、本体部11bの背面側には、パンニングスイッチ116a、116bが配設されている。撮影者は撮像装置にパンニング動作を行わせる時には、パンニングスイッチ116a、116aを操作する。パンニングスイッチ116a、116bは、操作の有無及び操作力を検出している。
例えば、パンニングスイッチ116aを弱く押すと、撮影方向はゆっくりと右回りに変化していき、パンニングスイッチ116aを強く押すと、撮影方向は高速に右回りに変化する。他方、パンニングスイッチ116bを弱く押すと、撮影方向はゆっくりと左回りに変化していき、パンニングスイッチ116bを強く押すと、撮影方向は高速に左回りに変化する。
更に、本体部11bの背面側には、チルティングスイッチ117a、117bが配設されている。撮影者は撮像装置にチルティング動作を行わせる時には、チルティングスイッチ117a、117bを操作する。チルティングスイッチ117a、117bは、操作の有無及び操作力を検出している。
例えば、チルティングスイッチ117aを弱く押すと、撮影方向はゆっくりと上方向に変化していき、チルティングスイッチ117aを強く押すと、撮影方向は高速に上方向に変化する。他方、チルティングスイッチ117bを弱く押すと、撮影方向はゆっくりと下方向に変化していき、チルティングスイッチ117bを強く押すと、撮影方向は高速に下方向に変化する。
本実施の形態の一番の特徴は、手持ちで安定したパンニング撮影、チルティング撮影を行うことができる点である。撮影者が撮像装置の本体部11bを手持ちで一定方向に構えてパンニングスイッチ116a、116bを操作すると、極めて滑らかなパンニング撮影、チルティング撮影が本体部11bを動かさずに行うことができる。
また、撮影者が撮像装置の本体部11bを手持ちで撮影を行う時の手ブレに関しても、パンニングアクチュエータ19(パンニングモータ26等を含む)及びチルティングアクチュエータ15fにより手ブレの補正を行う。これにより、撮影に伴い安定した画面を得ることができる。
図10は、撮像装置の制御系の構成を示すブロック図である。
図10において、撮像装置は、パンニングスイッチ116a、116b、チルティングスイッチ117a、117b、パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bを備えている。撮像装置は、更に、制御マイクロコンピュータ(以下、制御マイコンと略記)118d、パンドライバ119a、チルトドライバ119b、補正ドライバ119c、姿勢センサ120を備えている。尚、本発明と関係ない要素に関しては図示を省略する。
制御マイコン118dは、撮像装置全体の制御を司り、パンニングスイッチ116a、116b、チルティングスイッチ117a、117b、パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118b、姿勢センサ120の信号を入力する。また、制御マイコン118dは、前記各信号に基づきパンドライバ119a、チルトドライバ119b、補正ドライバ119cの駆動を制御する。
制御マイコン118dは、第1の鏡筒25及びミラー14cが揺動する方向の振動により撮像素子14iに生じる該方向の像ブレ(被写体像のブレ)を補正する。また、制御マイコン118dは、第1の鏡筒25及びミラー14cが回転する方向の振動により撮像素子14iに生じる該方向の像ブレを補正する。また、制御マイコン118dは、プログラムに基づき図12のフローチャートに示す処理を実行する。
パンニング方向振動検出部118aは、上記のように振動ジャイロ等の角速度計により構成され、第1の鏡筒25に加わるパンニング方向のブレを検出する。チルティング方向振動検出部118bは、上記のように振動ジャイロ等の角速度計により構成され、チルティング方向のブレを検出する。パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bの各出力信号は、適宜、増幅やDC成分カット等のアナログ演算処理が施された後、制御マイコン118に入力される。姿勢センサ120は、本体部11bが重力方向に対してどの程度傾いているかを判別する傾斜センサ等から構成される。
制御マイコン118dは、パンニングスイッチ116a、116b、チルティングスイッチ117a、117b、パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bの各出力信号に基づいて以下の制御を行う。即ち、制御マイコン118dは、パンドライバ119aを制御してパンニングアクチュエータ19(パンニングモータ26)を駆動し、同様にチルトドライバ119bを制御してチルティングアクチュエータ15fを駆動する。また、制御マイコン118dは、姿勢センサ120の出力信号に基づいて補正ドライバ190cを制御して補正アクチュエータ114を駆動する。
ここで、パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bは、撮像装置のパンニング動作、チルティング動作に伴い回動される第1の鏡筒25上に配置されていることに特徴がある(図1参照)。詳細に述べると、パンニング方向振動検出部118aは、第1の鏡筒25における光軸に対して回転運動しか行わない部位に配置され、矢印118y方向の振動角速度を検出している。チルティング方向振動検出部118bは、前玉保持枠15aの側面に配置され(図5参照)、矢印118p方向の振動角速度を検出している。
本構成のように、ミラー(反射面)14cの対物側に対物レンズ14fを配置した屈曲光学系14において、対物レンズ14fの移動量と光軸ズレ量との比率は、パンニング方向、チルティング方向とも一対一になっている。即ち、パンニング動作、チルティング動作を行う時は、その動作と同じ量だけ第1の鏡筒25に保持された対物レンズ14fを回動させればよい。
手ブレに関しても同様であり、第1の鏡筒25に保持された対物レンズ14fが絶対空間(換言すれば3次元空間の座標軸)に対して安定化していれば、本体部11bに手ブレが生じていても撮影画像への影響は無い。これを可能とするために、第1の鏡筒25にパンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bを設ける。制御マイコン118dは、以下の制御を行う。
パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bの各検出出力が常にゼロを維持するように、パンニングアクチュエータ19(パンニングモータ26等)、補正アクチュエータ114、チルティングアクチュエータ15fを駆動制御する。換言すれば、パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bの各検出出力を減少する方向に、揺動駆動部(各アクチュエータ19、114、15f)を駆動制御する。
即ち、制御マイコン118dは、パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bの各検出出力が減少するように撮影光学系(ミラー14c、対物レンズ14fを含む)の回動目標値を算出する。そして、制御マイコン118dは、算出した回動目標値に基づき撮影光学系を回動させる制御を行う。
このような駆動制御方法を零位法(ゼロメソッド)といい、振動検出部の検出リニアリティや感度の環境変動等が生じた場合でも、対物レンズ14fを絶対空間に安定した状態で静止させることができるという利点がある。その理由は、パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bの出力を常にゼロにするように(出力が減少する方向に)第1の鏡筒25を揺動/回転させている。そのため、パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bから大きな角速度信号が出力されることが無いためである。
本実施の形態では、ミラー(反射面)14cの対物側に対物レンズ14fを配置する屈曲光学系14において、撮影方向を支配するのは対物レンズ14fの向きであることに着目できたので、上記配置を実現することができた。
上述したように、パンニングスイッチ116a、116b、チルティングスイッチ117a、117bの各出力信号に基づいて、パンニング撮影、チルティング撮影を行う。更に、パンニング方向振動検出部118aの信号に基づいてパンニングアクチュエータ19を駆動し、パンニング方向のブレを補正する。同様に、チルティング方向振動検出部118bの信号に基づいてチルティングアクチュエータ15fを駆動し、チルティング方向のブレを補正する。パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bの役割は、単にブレを検出するばかりでなく、新たな機能も付加されている。
撮像装置が鉛直方向に対して傾いている場合には以下の問題も出てくる。
図11は、撮像装置の撮影コマを示す図であり、(a)は、撮像装置が鉛直方向に沿っている状態でパンニング撮影を行った場合の撮影コマを示す図、(b)は、撮像装置が鉛直方向から傾いた状態でパンニング撮影を行った場合の撮影コマを示す図である。
図11において、図11(a)に示すように、撮像装置でパンニング撮影を行った場合、背景142に関して各撮影コマ128a〜128dは水平方向にパンニングを行えた撮影コマである。しかし、図11(b)に示すように、撮像装置を鉛直方向から若干傾けて保持した状態でパンニング撮影を行った場合には、パンニングにつれて各々の撮影コマ129a〜129cが水平からずれていく。その結果、撮影コマ129dでは背景142に対して大きくずれてしまっている。
そこで、本実施の形態では、上記のように撮像装置を鉛直方向に対して傾けた状態でパンニング撮影を行った場合でも、撮影画面を補正する構成となっている。姿勢センサ120は、撮像装置の本体部11bが鉛直方向に対してどの程度傾いているかを検出する。制御マイコン118dは、パンニング角度に応じて各撮影コマがどれだけ水平からずれていくかを演算し、演算結果に応じてチルティングアクチュエータ15fの駆動を補正することで、撮影画面のズレを補正する。更に、制御マイコン118dは、補正アクチュエータ114により撮像素子18fを主光軸14a回りに駆動することで、撮影画面の傾きを補正する。
図11(b)に示すように、各撮影コマ129a〜129dは、チルティングアクチュエータ15fにより矢印141b、141c、141d方向に移動させられる。また、各撮影コマ129a〜129dは、補正アクチュエータ114により矢印130a〜130d方向に回転補正させられる。これにより、破線で示す撮影画面のように図11(a)と同じパンニング撮影を行うことができる。
図12は、撮像装置の特徴的な動作を示すフローチャートでる。
図12において、本処理は、撮像装置の電源を投入すると同時に開始される。ステップS1では、制御マイコン118dは、パンニングスイッチ116a、116bがオン操作されるまで待機している。ステップS1でパンニングスイッチ116a、116bがオン操作された場合は、ステップS2に移行する。ステップS2では、制御マイコン118dは、姿勢センサ120の出力信号を読み込み、撮像装置の本体部11bが鉛直方向に対してどの程度傾いているかを求める。
ステップS3では、制御マイコン118dは、上記ステップS2で求めた撮像装置の本体部11bの鉛直方向に対する傾き角に関して、撮影画面の補正が必要か否かを判定する。撮影画面の補正が必要と判定した場合には、ステップS4に進み、撮影画面の補正が必要でないと判定した場合には、ステップS6に進む。
上記ステップS3で撮影画面の補正が必要と判定した場合、ステップS4では、制御マイコン118dは、上記ステップS2で求めた撮像装置の本体部11bの鉛直方向に対する傾き角に関して、以下の演算を行う。即ち、制御マイコン118dは、パンニング撮影した各撮影コマに対して撮影画面をどれだけチルティング(図11(b)の矢印141b〜141d)及びローリング(図11(b)の矢印130a〜130d)すればよいかを演算する。つまり、制御マイコン118dは、チルト量及びロール量を演算する。この後、ステップS5に進む。
ステップS5では、制御マイコン118dは、上記ステップS4の演算結果に基づいて第2の鏡筒18のパンニング駆動、チルティング駆動、ローリング駆動を行う。この後、ステップS7に進む。ステップS7では、制御マイコン118dは、パンニングスイッチ116a、116bがオフ操作されるまで待機する。即ち、パンニングスイッチ116a、116bがオフ操作されるまでの間、第2の鏡筒18のパンニング駆動、チルティング駆動、ローリング駆動を行っている。
ステップS7でパンニングスイッチ116a、116bがオン操作された場合は、ステップS8に移行する。ステップS8では、制御マイコン118dは、パンニング撮影及びその補正(チルティング、ローリング)を停止する。
他方、上記ステップS3で撮影画面の補正が必要でないと判定した場合、ステップS6では、制御マイコン118dは、通常のパンニング撮影(パンニングアクチュエータ19だけを使用した撮影)を開始し、ステップS7以降の処理を行う。
上述したように、撮像装置の本体部11bを鉛直方向に対して傾けて保持している場合においても、撮影画面を補正するパンニング撮影を行うので常に安定した撮影画面を得ることができる。
尚、パンニング撮影を行う場合及びパノラマ撮影を行い静止画を連写する場合においては、その撮影の間の手ブレも問題になってくる。パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bは、第1の鏡筒25に配置されているので、撮像装置の回動部11aが回動する。これにより、撮影方向が変化しても常に対物レンズ14fを絶対空間に安定化できるので、手ブレの影響は受けない。即ち、パンニングスイッチ116a、116bの操作により回動部11aが回動してパンニング撮影を行っている状態でも、リアルタイムで手ブレ補正が可能となる。
上述したように、本実施の形態では、撮像装置の回動部11aに、第1の鏡筒25に加わるパンニング方向のブレを検出するパンニング方向振動検出部118a、チルティング方向のブレを検出するチルティング方向振動検出部118bを設ける。これにより、撮影方向の変化に対応した手ブレ補正が可能となる。
また、パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bの各出力が常にゼロを維持するように、パンニングアクチュエータ19、補正アクチュエータ114、チルティングアクチュエータ15fを駆動制御する零位法を用いる。これにより、環境変動が生じた場合でも、屈曲光学系14の対物レンズ14fを絶対空間に安定した状態で静止させることができ、安定な手ブレ補正を実現することが可能となる。更に、撮像装置の姿勢を変えずに、第1の鏡筒25のみをパンニングさせるパノラマ撮影(自動パノラマ撮影)の場合でも良好な手ブレ補正が可能となる。
本実施の形態の撮像装置は以下の構成要素を備える。撮像装置は、回動部11aと本体部11bとから大略構成される。第1の鏡筒25は、対物レンズ14fを保持する。第2の鏡筒18は、貼り合せレンズ群14j、第2群14k、第3群14p、第4群14mを保持する。屈曲光学系14を、第1の鏡筒25と第2の鏡筒18の間に配置されるミラー(反射面)14c、第1の鏡筒25、第2の鏡筒18から構成する。屈曲光学系14により屈曲された被写体光が結像される撮像素子14iを設ける。
ミラー14c及び第1の鏡筒25を関連付けて本体部11bに対して相対的に回転させるパンニングアクチュエータ19を設ける。ミラー14c及び第1の鏡筒25を関連付けて本体部11bに対して相対的に揺動させるチルティングアクチュエータ15fを設ける。撮像素子14iを回転させる補正アクチュエータ114を設ける。パンニング方向のブレを検出するパンニング方向振動検出部118a、チルティング方向のブレを検出するチルティング方向振動検出部118bを設ける。
撮像装置全体の制御を司る制御マイコン118dを設ける。制御マイコン118dは、パンニングスイッチ116a、116b、チルティングスイッチ117a、117b、パンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bの各出力信号に基づいて以下の制御を行う。パンニングアクチュエータ19を駆動し、チルティングアクチュエータ15fを駆動する。また、姿勢センサ120の出力信号に基づいて補正ドライバ190cを制御して補正アクチュエータ114を駆動する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、屈曲光学系14を採用して撮影時の光軸とパンニング動作時の回転軸を揃える。これにより、パンニング動作時にも第1の鏡筒25が本体部11bからはみ出ないようにすることができ、第1の鏡筒25及び第2の鏡筒18を含む撮影鏡筒の小型化が可能となる。
また、チルティング動作に関しても光軸屈曲用のミラー(反射面)14cと対物レンズ14fとを協調駆動させる。これにより、撮影鏡筒の小型化が可能となる。
また、パンニング方向のブレを検出するパンニング方向振動検出部118a、チルティング方向のブレを検出するチルティング方向振動検出部118bを設ける。これにより、撮影方向の変化に対応した手ブレ補正が可能となる。
また、屈曲光学系4において手ブレ補正時に絶対空間に安定化される第1の鏡筒25にパンニング方向振動検出部118a、チルティング方向振動検出部118bを設け、零位法により制御する。これにより、環境変化にも安定な手ブレ補正が可能となる。
また、撮像装置の姿勢を変えずに第1の鏡筒25のみをパンニングさせるパノラマ撮影(自動パノラマ撮影)の場合でも、良好な手ブレ補正が可能となる。
上記の効果をまとめると、撮像装置においてパンニング撮影及びチルティング撮影を小型の撮影鏡筒で実現することが可能となる。また、撮像装置においてパンニング撮影やチルティング撮影に伴う撮影方向の変化に対応した手ブレ補正が可能となる。また、撮像装置の方向を変えずに撮影方向を変える自動パノラマ撮影を行う際も良好な手ブレ補正が可能となる。
[他の実施の形態]
上記実施の形態では、スチルカメラを例に挙げ説明したが、本発明は、スチルカメラへの適用に限定されるものではない。静止画撮影或いは静止画中の流し撮りが可能なビデオカメラ、監視カメラ、Webカメラ、カメラ機能付携帯電話機等にも適用することができる。
また、本発明の目的は、前述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、以下の処理を行うことによりも達成される。即ち、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによりも達成される。
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光磁気ディスクを用いることができる。また、CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−RW、DVD+RW等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した各実施の形態の機能が実現されるだけではなく、以下の場合も含まれる。即ち、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理により前述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、次のプログラムコードの指示に基づき、以下の処理を行う場合も含まれる。即ち、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理により前述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。