JP2006243415A - カメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】手ぶれ防止機能をより低コストで実現することが可能となるカメラ装置を提供する。
【解決手段】
カメラ本体２に、撮影時に回転駆動されるとともに回転軸９が撮影光軸Ｏに対して固定された回転板１０を有するジャイロ装置８を設ける。撮影時には、ジャイロ装置８におけるジャイロ偶力によるジャイロ効果によって、カメラ本体２が回転軸９の方向を変えようとする方向への動き（撮影光軸ＯをＸ軸としたときの、Ｙ軸やＺ軸を中心とする回転方向の動き）を防止する。制御が簡単であると同時に、精密な駆動機構を必要とすることなく、撮影時の手ぶれを防止することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、手ぶれ防止機能を備えたカメラ装置に関するものである。

従来、カメラ装置には手ぶれ防止機能を有するものがある。例えば下記特許文献１には、カメラ本体に加速度センサや角速度センサ（ジャイロセンサ）を搭載し、それらのセンサの検出結果に応じて光学系を駆動して撮影（又は撮像）位置を制御することにより、撮影時の手ぶれを補正する技術が記載されている。
特開平９−１２５８６号公報

しかしながら、従来の手ぶれ補正は、手ぶれ量を検出する工程と、この検出された手ぶれ量に応じて光軸を補正する光軸補正部を駆動する工程とに分かれていたため、検出されるカメラ本体の揺れの量およびタイミングに合わせて正確に光軸補正部の駆動量および駆動タイミングを制御する必要がある。そのため、制御系の電気回路が複雑となり、また精密な駆動機構が要求されることとなり、カメラ装置全体がコスト高となるという問題があった。

本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、手ぶれ防止機能をよりコストで実現することが可能となるカメラ装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため請求項１の発明にあっては、カメラ本体に、少なくとも撮影時に回転されるとともに回転軸が撮影光軸に対して固定された回転子を有するジャイロ手段を備えたものとした。

かかる構成において、撮影時には、ジャイロ手段におけるジャイロ偶力により、カメラ本体が回転子の回転軸の方向を変えようとする方向への動きを防止される。

また、請求項２の発明にあっては、前記カメラ本体に弾性保持手段を介して所定の弾性保持力により保持された光軸ブロックに、撮影光軸上に配置された光学系が支持されたものとした。

また、請求項３の発明にあっては、撮影予告用の第１の操作位置と、撮影指示用の第２の操作位置とを有する撮影操作手段と、この撮影操作手段が前記第１の操作位置に操作されたことに応答し、前記ジャイロ手段を駆動させる駆動開始手段とを備えたものとした。

また、請求項４の発明にあっては、前記回転子の回転速度を、撮影時の露光時間に応じて制御する速度制御手段を備えたものとした。

また、請求項５の発明にあっては、速度制御手段は前記回転子の回転速度の制御に際し、撮影時の露光時間に基づいて、当該露光時間でのぶれのない撮影結果の確保に許容される前記光軸ブロックの回転角速度をω、撮影時の手ぶれにより生じるカメラ本体の回転振動の予め想定された揺れ角度をθ、前記光軸ブロックをカメラ本体に対して０°〜θの範囲で傾けた時、前記弾性保持手段によって生ずる弾性保持力をＴ１、回転角度がθに達した時点での回転角速度がωとなるように前記光軸ブロックを回転させた場合に、回転中の前記回転子に生ずるジャイロ偶力をＴ２としたとき、Ｔ２＞Ｔ１となる回転速度を制御値として算出するものとした。

また、請求項６の発明にあっては、撮影後に前記ジャイロ手段の駆動を停止させる駆動停止手段と、この駆動停止手段によって駆動が停止された後のジャイロ手段における回転子の慣性による回転を電気エネルギーに変換し、カメラ本体に内蔵されている充電池を充電する充電手段とを備えたものとした。

また、請求項７の発明にあっては、前記ジャイロ手段は、前記回転子としてデータ記録用のディスクを有するディスクドライブ装置であるものとした。

以上のように本発明においては、撮影時には、ジャイロ手段におけるジャイロ偶力によるジャイロ効果によって、カメラ本体が回転子の回転軸の方向を変えようとする方向への動きを防止されるようにした。よって、制御が簡単であると同時に、精密な駆動機構を必要とすることがなく、手ぶれ防止機能をより低コストで実現することが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態を図にしたがって説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態に係るデジタルカメラ１の外観を示した斜視図であり、このデジタルカメラ１はカメラ本体２と、その上面に配置されたシャッターキー３と、ストロボ１２が設けられたカメラ本体２の正面に突出する本発明の光軸ブロックである鏡筒４を有している。鏡筒４はカメラ本体２に対して揺動可能であって、図２に示したように、鏡筒４は、その周囲に配置されたバネ部材等の１又は複数の弾性体５を介してカメラ本体２に弾性保持されている。レンズ鏡筒４の内部には、撮影光軸Ｏに沿ってズームレンズやフォーカスレンズを含むレンズ群６と、レンズ群６によって被写体の光学像が結像されるＣＣＤ７と、ジャイロ装置８とが順に収容されている。

ジャイロ装置８は、撮影光軸Ｏに一致する回転中心に回転軸９が貫通する回転板（回転子）１０、及び該回転板１０を回転するモータ１１から構成されている。なお、モータ１１は、回転軸９すなわち回転板１０を電磁誘導により回転させるものである。

そして、前記弾性体５には、外部から加わった衝撃等によるレンズ鏡筒４の大きな揺れに起因する破損が防止できる最低許容保持力を超える弾性保持力が確保されている。また、ジャイロ装置８の回転板９の重量は、デジタルカメラ１の総重量を実用的な重量に抑えることができる最大許容重量以下の重量となっている。また、シャッターキー３は、半押し操作（第１の操作位置）と全押し操作（第２の操作位置）との２段の階操作が可能な所謂ハーフシャッター機能を有する本発明の撮影操作手段である。

図３は、前記デジタルカメラ１の主として電気的構成の概略を示すブロック図である。レンズブロック２１は前述したレンズ群６、及びそれらを駆動するための駆動機構が含まれたブロックであり、前記レンズ群６は、その駆動機構に設けられているレンズモーター２２（ＤＣモーター）によって光軸方向に駆動される。レンズモーター２２は、デジタルカメラ１全体を制御するＣＰＵ２３の命令に従い、モータードライバ２４により必要に応じて駆動される。なお、図示省略するが、デジタルカメラ１にはフォーカスレンズを駆動するためのフォーカスモーター及びモータードライバや、メカシャッターやメカ絞り及びそれらを駆動するための駆動機構等も設けられている。また、露光時間を制御するためにメカシャッターではなく電子シャッターを用いたり、露光量を制御するためにメカ絞りではなく電子絞りを用いる構成としてもよい。

前記ストロボ１２は発光管及びその駆動回路を含み、記録モードでの静止画撮影時においてＣＰＵ２３の命令に従い必要に応じて前記発光管を駆動し補助光を発光させる。

また、前記ＣＣＤ７は、ＣＰＵ２３の命令に従いタイミング発生器２８が生成するタイミング信号に基づき垂直及び水平ドライバ２９により駆動され、被写体の光学像に応じたアナログの撮像信号を信号処理回路３０に出力する。信号処理回路３０は、ＣＣＤ７の出力信号に含まれるノイズを相関二重サンプリングによって除去するＣＤＳ回路や、ノイズが除去された撮像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器等から構成され、デジタルに変換した撮像信号を画像処理部３１へ出力する。

画像処理部３１は、入力した撮像信号に対しペデスタルクランプ等の処理を施し、それを輝度（Ｙ）信号及び色差（ＵＶ）信号に変換するとともに、オートホワイトバランス、輪郭強調、画素補間などの画品質向上のためのデジタル信号処理を行う。画像処理部３１で変換されたＹＵＶデータは順次ＳＤＲＡＭ３２に格納されるとともに、記録モードでは１フレーム分のデータ（画像データ）が蓄積される毎にビデオ信号に変換され、バックライト３３を備える前記液晶モニタ２５へ送られてスルー画像として画面表示される。

そして、静止画撮影モードにおいては、前記シャッターキー３の全押し操作をトリガとして、画像処理部３１により得られＳＤＲＡＭ３２に一時記憶された画像データが、ＣＰＵ２３により圧縮され、最終的には所定のフォーマットの静止画ファイルとして外部メモリ３４に記録される。また、動画撮影モードにおいては、ＳＤＲＡＭ３２に所定のフレーレートで記憶される複数の画像データがＣＰＵ２３により順次圧縮され、動画ファイルとして外部メモリ３４に記録される。この外部メモリ３４に記録された静止画ファイル及び動画ファイルは、再生モードにおいてユーザーの選択操作に応じてＣＰＵ２３に読み出されるとともに伸張され、ＹＵＶデータとしてＳＤＲＡＭ３２に展開された後、液晶モニタ２５に表示される。

フラッシュメモリ３５には、ＣＰＵ２３に前記各部を制御させるための各種のプログラム、ＡＥ、ＡＦ、ＡＷＢ制御用のプログラム等の各種のプログラム、及びＣＰＵ２３が使用する各種データが格納されている。また、フラッシュメモリ３５には、デジタルカメラ１の動作を規定するとともに、必要に応じてユーザーにより変更、または設定されたデータが格納されている。特に本実施の形態においては、ＣＰＵ２３を本発明の駆動開始手段、駆動停止手段、速度制御手段として機能させるためのプログラムが格納されている。

また、デジタルカメラ１は、前述したシャッターキー３や、図示しない電源キー、モード切替スイッチ、ズームアップ及びズームダウンボタン等を含むキー入力部３６、及びニッケル水素電池等の充電可能なバッテリー３７、このバッテリー３７の電力を各部に供給するための電源制御回路３８、及びこれらを制御するマイコン４０を有している。マイコン４０はキー入力部３６における各種スイッチ等の操作の有無を定常的にスキャンしており、ユーザーによっていずれかの操作キーが操作されると、その操作内容に応じた操作信号をＣＰＵ２３へ送る。

また、デジタルカメラ１は動画撮影モード等において周囲の音声を記録する録音機能を備えており、ＣＰＵ２３には音声処理ブロック４１を介してスピーカ（ＳＰ）４２とマイクロホン（ＭＩＣ）４３とが接続されている。音声処理ブロック４１は、マイクロホン４３から入力された音声信号を処理してＣＰＵ２３に入力する一方、例えば動画ファイルと共に外部メモリ３４に記録されている音声データを音声信号に変換しスピーカ４２を駆動する。

さらに、ＣＰＵ２３には前述したジャイロ装置８を駆動するための駆動回路４４と、充電回路４５とが接続されている。充電回路４５は、ＣＰＵ２３の命令に従って駆動回路４４により一旦駆動されたジャイロ装置８が停止された後における、前記回転板９の慣性による回転を電気エネルギーに変換し、変換した電気エネルギーによって前記バッテリー３７を充電するための回路であって、Ａ／Ｄコンバータや昇圧回路等から構成される。

次に、以上の構成からなるデジタルカメラ１における本発明に係る動作を、記録モードでの静止画撮影時にＣＰＵ２３が実行する撮影処理の内容を示した図４のフローチャート、及び図５のタイミングチャートに従い説明する。

撮影時においてＣＰＵ２３は、シャッターキー３が半押しされると（ステップＳＡ１でＹＥＳ）、ユーザーに予め指定されていた撮影条件や、その時点のＡＥ情報に基づき、絞り値やシャッタースピード（ＣＣＤ７の露光時間）等の撮影に必要な撮影パラメータを設定する（ステップＳＡ２）。次に、ここで設定された撮影パラメータに基づいて、前記ジャイロ装置８（回転板１０）の、制御値としての回転速度を算出する（ステップＳＡ３）。例えば先に設定した露光時間に基づいて以下のような回転速度を求める。

すなわち、
設定した露光時間でのぶれのない撮影結果の確保に許容されるレンズ鏡筒４の回転角速度をω、
撮影時の手ぶれにより生じるカメラ本体２の回転振動における予め想定された揺れ角度をθ、
レンズ鏡筒４をカメラ本体に対して０°〜θの範囲で傾けた時、弾性体５によって生ずる平均トルク（弾性保持力）をＴ１
として、
回転角度がθに達した時点での回転角速度がωとなるようにレンズ鏡筒４を回転させた場合に、回転中の回転板１０より受けるトルク（回転軸９の傾きを変化させようとする力に逆らう回転モーメントであるジャイロ偶力）をＴ２としたとき、
Ｔ２ ＞ Ｔ１
となる回転速度を算出する。

しかる後、前記駆動回路４４によるジャイロ装置８の駆動を開始し（ステップＳＡ４）、算出した回転速度に向けて実際の回転速度を調整する（ステップＳＡ５）。引き続き、シャッターキー３の半押し状態が継続されている間には（ステップＳＡ６でＮＯ、ステップＳＡ７でＹＥＳ）、ジャイロ装置８の回転速度調整を継続して行う。一方、その間にシャッターキー３が全押しされたら（ステップＳＡ６でＹＥＳ）、ＣＣＤ７の露光すなわち被写体を撮像し、得られた画像データを圧縮して外部メモリ３４に記録する（ステップＳＡ８）。

このとき、ジャイロ装置８が前述した回転速度で回転駆動されているため、ユーザーによってシャッターキー３が全押しされた時点でカメラ本体２が揺動するような場合にあっては、ジャイロ装置８のジャイロ効果によって、その揺動を効果的に抑制することができる。これは図６に示したように、本実施の形態において撮影光軸Ｏと一致する回転板１０の回転中心をＸ軸としたとき、一般に撮影時におけるカメラ本体２の揺動（手振れ）が、Ｙ軸およびＺ軸を中心とした回転方向に生じやすく、しかもその方向が、回転軸９の傾きを変化させようとする方向であるためである。したがって、ステップＳＡ８においては、シャッターキー３が全押しされたときカメラ本体２が仮に揺動していたとしても、手振れの少ない、又は手振れの全くない良好な画像を得ることができる。

引き続き、ＣＣＤ７の露光が終了した時点で駆動回路４４によるジャイロ装置８の駆動を停止させるとともに、前記充電回路４５に、駆動が停止された後における、ジャイロ装置８の回転板９における慣性による回転を電気エネルギーに変換させ、その電気エネルギーによってバッテリー３７を充電させる（ステップＳＡ９）。これにより、バッテリー寿命の長期化を図る。

また、前述したようにシャッターキー３が全押しされることなく、シャッターキー３の半押し状態が解除されたときには（ステップＳＡ７でＮＯ）、直ちにジャイロ装置８の駆動を終了し、上記充電を開始させる（ステップＳＡ９）。以後、ユーザーによって撮影モードが終了されるまでは前述した処理を繰り返し、撮影モードが終了された時点で（ステップＳＡ１０でＹＥＳ）、全ての処理を終了する。

以上のように本実施の形態においては、撮影時には、ジャイロ装置８によるジャイロ効果によって、シャッターキー３が全押しされた時点でのカメラ本体２の揺動を効果的に抑制するものであることから、手ぶれ防止に必要な制御が簡単であると同時に、精密な駆動機構を不要とすることにより、手ぶれ防止機能をより低コストで実現することができる。

なお、前述した弾性体５における弾性特性は、非線形とすることが好ましい。すなわちレンズ鏡筒４の揺動量に応じた弾性保持力の変化の特性を、例えばある時点から急激に増大するものとすれば、通常はレンズ鏡筒４部分に前述したジャイロ効果による手ぶれ防止に適した弾性保持力を確保しつつ、過大な外力によるレンズ鏡筒４の無用な揺動を防止することができる。

また、本実施の形態では、レンズ鏡筒４を弾性体５を介してカメラ本体２に固定する例を示したが、これに限らず、カメラ本体２を持つ人間の手の動きがカメラの光学系に達するので伝達経路上であれば、どこに弾性体５を設けてもよい。例えば、カメラ本体２の外周面を厚みのある弾性材からなるカバーで覆うようにしてもよい。また、ジャイロ装置８によるトルクを十分大きなものとしておけば、人間の手の皮膚や肉の厚み、指の柔軟性自体が弾性体としての役割を果たすこととなるため、カメラ側に特別な弾性体を設けなくとも、ジャイロ装置８のみを設ければ手ぶれ防止効果を得ることができる。

（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図７は、本実施の形態におけるデジタルカメラ５１の外観を示した斜視図である。このデジタルカメラ５１は、第１の実施の形態で説明したものと異なり、ストロボ１２が設けられたカメラ本体５２に沈胴式の鏡筒５３が設けられ、この鏡筒５３内に図示しないズームレンズやフォーカスレンズを含むレンズ群が収容された一般的な構成である。また、カメラ本体５２の上面には、第１の実施の形態とは異なり、撮影指示用の操作位置のみを有するシャッターキー３が配設されている。

また、本実施の形態においては、カメラ本体５２の内部には、撮影した画像等を記録するためのハードディスクドライブ５４が、収容されている。このハードディスクドライブ５４は本発明のジャイロ手段として機能するものであって、データ記録用のディスク５５の回転軸Ｐが撮影光軸Ｏと平行に設定された状態でカメラ本体５１の内部に固定されている。

図８は、上記デジタルカメラ５１の主として電気的構成の概略を示すブロック図である。本実施の形態のデジタルカメラ５１は、図３に示した構成において前述したジャイロ装置８、駆動回路４４、充電回路４５が廃止されるとともに、前記外部メモリ３４に代えて前記ハードディスクドライブ５４が設けられた構成である。そして、本実施の形態のフラッシュメモリ３５には、ＣＰＵ２３を本発明の駆動開始手段、駆動停止手段として機能させるためのプログラムが格納されている。なお、これ以外は、第１の実施の形態で説明したデジタルカメラ１と同様であるため、同一部分に同一符号を付し説明を省略する。

そして、上記デジタルカメラ５１においては、記録モードでの静止画撮影時にはＣＰＵ２３が図９のフローチャートに示した処理を実行する。

すなわち撮影時においてＣＰＵ２３は、シャッターキー３が半押しされると（ステップＳＢ１でＹＥＳ）、ハードディスクドライブ５４（データ記録用のディスク５５）を回転駆動する（ステップＳＢ２）。そして、回転が安定した後には（ステップＳＢ３でＹＥＳ）、逐次、ユーザーによるシャッターキー３の全押し（撮影指示）の有無を確認し、全押しされた時点で（ステップＳＢ４でＹＥＳ）、ＣＣＤ７の露光すなわち被写体の撮像を行い（ステップＳＢ５）、撮像により取得した画像データを圧縮してハードディスクドライブ５４へ記録する（ステップＳＢ６）。以後、ユーザーによって撮影モードが終了されるまでは前述した処理を繰り返し、撮影モードが終了された時点で（ステップＳＢ７でＹＥＳ）、全ての処理を終了する。

係るデジタルカメラ５１においても、ＣＣＤ７の露光時間内においては、ハードディスクドライブ５４が回転状態にあり、かつデータ記録用のディスク５５の回転軸Ｐが撮影光軸Ｏと一致はしていないが平行に設定されている。したがって、撮影光軸ＯをＸ軸としたとき（図７参照）、一般に撮影時においてカメラ本体２に生じるＹ軸およびＺ軸を中心とした回転方向の揺動（手振れ）を、ハードディスクドライブ５４のジャイロ効果によって効果的に抑制することができる。そして、第１の実施の形態と同様に、手ぶれ防止に必要な制御が簡単であると同時に、精密な駆動機構を不要とすることにより、手ぶれ防止機能をより低コストで実現することができる。

なお、本実施の形態においては、本発明のジャイロ手段としてハードディスクドライブ５４を使用する場合について説明したが、これ以外にも、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ等のデータ記録用のディスクを有する他のディスクドライブ装置をジャイロ手段として用いるようにしてもよい。

また、以上の第１及び第２の実施の形態において説明したデジタルカメラ１，５１においては、ジャイロ装置８、又はそれと同様の機能を有するハードディスクドライブ５４といったジャイロ手段を１つだけ設けたものについて説明したが、手ぶれ防止効果のみを考えるのであれば、以下のようにした方がよい。すなわちジャイロ手段を１又は複数追加して、それらの回転中心を、撮影光軸Ｏ（上記例ではＸ軸）と一致又は平行していない他の軸（上記例ではＹ軸とＺ軸）と一致させたり、平行させたりすれば、撮影時においてカメラ本体２に生じる、撮影光軸Ｏを中心とした回転方向の揺動（手振れ）をも同時に防止することができるため、より大きな手ぶれ防止効果を得ることができる。

なお、以上の説明においては、本発明をデジタルカメラに適用した場合について説明したが、これ以外にも本発明は、例えば携帯電話機等の他の機器に内蔵されている他のデジタルカメラや、ビデオムービーカメラ等の他のカメラ装置にも適用することができる。また、本発明は、動画撮影機能を有するものに採用する場合には、動画撮影中の手ぶれ防止を目的として採用することもできる。

本発明の第１の実施の形態におけるデジタルカメラを示す斜視図である。 同デジタルカメラの要部を示す模式構造図である。 同デジタルカメラの電気的構成の概略を示すブロック図である。 第１の実施の形態における撮影処理の内容を示すフローチャートである。 同撮影処理時の内容を示すタイミングチャートである。 各実施の形態に共通する手ぶれ防止メカニズムの説明図である。 本発明の第２の実施の形態におけるデジタルカメラを示す斜視図である。 同デジタルカメラの電気的構成の概略を示すブロック図である。 第２の実施の形態における撮影処理の内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１ デジタルカメラ
２ カメラ本体
３ シャッターキー
４ 鏡筒
５ 弾性体
６ レンズ群
７ ＣＣＤ
８ ジャイロ装置
９ 回転軸
１０ 回転板
１１ モータ
２３ ＣＰＵ
３７ バッテリー
４４ 駆動回路
４５ 充電回路
５１ カメラ本体
５１ デジタルカメラ
５２ カメラ本体
５４ ハードディスクドライブ
５５ （データ記録用の）ディスク
Ｏ 撮影光軸
Ｐ 回転軸

Claims (7)

1. カメラ本体に、少なくとも撮影時に回転されるとともに回転軸が撮影光軸に対して固定された回転子を有するジャイロ手段を備えたことを特徴とするカメラ装置。
2. 前記カメラ本体に弾性保持手段を介して所定の弾性保持力により保持された光軸ブロックに、撮影光軸上に配置された光学系が支持されたことを特徴とする請求項１記載のカメラ装置。
3. 撮影予告用の第１の操作位置と、撮影指示用の第２の操作位置とを有する撮影操作手段と、
   この撮影操作手段が前記第１の操作位置に操作されたことに応答し、前記ジャイロ手段を駆動させる駆動開始手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のカメラ装置。
4. 前記回転子の回転速度を、撮影時の露光時間に応じて制御する速度制御手段を備えたことを特徴とする請求項１，２又は３記載のカメラ装置。
5. 速度制御手段は前記回転子の回転速度の制御に際し、撮影時の露光時間に基づいて、
   当該露光時間でのぶれのない撮影結果の確保に許容される前記光軸ブロックの回転角速度をω、
   撮影時の手ぶれにより生じるカメラ本体の回転振動の予め想定された揺れ角度をθ、
   前記光軸ブロックをカメラ本体に対して０°〜θの範囲で傾けた時、前記弾性保持手段によって生ずる弾性保持力をＴ１、
   回転角度がθに達した時点での回転角速度がωとなるように前記光軸ブロックを回転させた場合に、回転中の前記回転子に生ずるジャイロ偶力をＴ２としたとき、
   Ｔ２ ＞ Ｔ１
   となる回転速度を制御値として算出することを特徴とする請求項４記載のカメラ装置。
6. 撮影後に前記ジャイロ手段の駆動を停止させる駆動停止手段と、
   この駆動停止手段によって駆動が停止された後のジャイロ手段における回転子の慣性による回転を電気エネルギーに変換し、カメラ本体に内蔵されている充電池を充電する充電手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカメラ装置。
7. 前記ジャイロ手段は、前記回転子としてデータ記録用のディスクを有するディスクドライブ装置であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のカメラ装置。
   

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