JP2012060266A - Imaging apparatus and network camera system - Google Patents

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伸浩 土橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure long term reliability and implement low vibration and compactness.SOLUTION: A first magnetization part 61 is disposed in flush with an outer circumferential surface of a magnetic support ring 52 disposed on an outer circumferential side of an optical member 51, a second magnetization part 62 is disposed in flush with an axially upper end face of the support ring 52, and a third magnetization part 63 is disposed in flush with an axially lower end face of the support ring 52. The first magnetization part 61 is magnetized in polar anisotropic orientation in an axially middle region of the outer circumferential surface of the support ring 52 with unmagnetized regions in between the second and third magnetization parts 62, 63. The second and third magnetization parts 62, 63 thus have a greater width and a correspondingly greater magnetic force independently of the magnetic field of the first magnetization part 61.

Description

本発明は、軸方向及び径方向に変位可能な回転体を、その軸方向位置及び径方向位置を制御しながら回転駆動することで、撮像素子の受光面上で結像する光像と撮像素子とを相対的に微小変位させながら撮像を行う、いわゆる画素ずらしによって取得した複数の原画像から超解像処理により高解像度画像を生成するのに適した撮像装置及びネットワークカメラシステムに関する。   The present invention relates to an optical image formed on a light receiving surface of an image sensor and an image sensor by rotationally driving a rotating body that can be displaced in the axial direction and the radial direction while controlling the axial position and the radial position. The present invention relates to an imaging apparatus and a network camera system suitable for generating a high-resolution image by super-resolution processing from a plurality of original images acquired by so-called pixel shift, in which imaging is performed with relatively small displacements.

撮像装置には画素がマトリクス状に配置された2次元イメージセンサが採用されており、この2次元イメージセンサでは、解像度が画素の大きさや画素数に依存する。一方、撮像素子の受光面上で結像する光像と撮像素子とを相対的に微小変位させながら撮像を行う、いわゆる画素ずらしによって取得した複数の原画像から、撮像素子の本来の解像度より高い解像度の画像を生成する手法が従来から知られている。   The imaging device employs a two-dimensional image sensor in which pixels are arranged in a matrix. In this two-dimensional image sensor, the resolution depends on the size and the number of pixels. On the other hand, it is higher than the original resolution of the image sensor from a plurality of original images acquired by so-called pixel shifting, which is performed while relatively displacing the optical image formed on the light receiving surface of the image sensor and the image sensor. A technique for generating a resolution image is conventionally known.

このような画素ずらしによる高解像度化の手法においては、光像と撮像素子とを相対的に微小変位させるシフト機構(以下、「光学的シフト機構」という。なお、「光学的シフト」を「画素ずらし」と同義に用いる場合がある。)が必要であり、例えば、ピエゾ素子などからなるアクチュエータで撮像素子を微小変位させる技術が知られている(特許文献1参照)。   In such a technique for increasing the resolution by shifting pixels, a shift mechanism (hereinafter referred to as “optical shift mechanism”) that relatively displaces the optical image and the image sensor is referred to as “optical shift”. For example, a technique for minutely displacing the image sensor with an actuator made of a piezo element is known (see Patent Document 1).

また、撮像光学系と撮像素子との間に撮像光学系の光軸に対して傾斜するように平行平板を配置し、この平行平板を光軸周りに回転させて、撮像素子の受光面上の光像の位置をずらす技術が存在する(特許文献2・3参照)。   In addition, a parallel plate is disposed between the image pickup optical system and the image pickup device so as to be inclined with respect to the optical axis of the image pickup optical system, and the parallel plate is rotated around the optical axis so as to be on the light receiving surface of the image pickup device. There is a technique for shifting the position of an optical image (see Patent Documents 2 and 3).

また、画素ずらしによって取得した複数の原画像から高解像度画像を生成する画像処理法として、低解像度画像の画素値を高解像度画像の画素にマッピングするイメージシフト処理や、ML(Maximum-likelihood)法、MAP(Maximum A Posterior)法や、POCS(Projection On to Convex Sets)法などを用いた超解像処理の技術が知られている(特許文献1参照)。   Further, as an image processing method for generating a high-resolution image from a plurality of original images acquired by pixel shifting, an image shift process for mapping pixel values of a low-resolution image to pixels of a high-resolution image, or an ML (Maximum-likelihood) method A super-resolution technique using a MAP (Maximum A Posterior) method, a POCS (Projection On to Convex Sets) method, or the like is known (see Patent Document 1).

特開2008−306492号公報JP 2008-306492 A 特開2000−125170号公報JP 2000-125170 A 特開2000−278614号公報JP 2000-278614 A

ところで、このような画素ずらしによる高解像度化の手法は、例えば監視カメラシステムに適用すると、交通事故の検証の用途等で高解像度画像の必要が生じた場合に、保存された低解像度画像から高解像度画像を得ることができるため、利便性を高めることができる。   By the way, when such a technique for increasing the resolution by shifting pixels is applied to, for example, a surveillance camera system, if a high-resolution image is required for verification purposes of traffic accidents, a high-resolution image is saved from the stored low-resolution image. Since a resolution image can be obtained, convenience can be improved.

このような監視カメラの用途に撮像装置を用いる場合、例えば10年間といった長期にわたる連続稼動でも安定した動作が可能な長期の信頼性(長寿命化)が要求される。また、静寂な環境でも支障なく使用することができるように低騒音が望まれる。しかしながら、特許文献2・3に開示された従来技術のように、モータの駆動力をギア機構を用いて平行平板に伝達して平行平板を回転駆動させる構成では、長期の信頼性を十分に確保することができず、また低騒音を図るにも限界があった。   When an imaging apparatus is used for such a surveillance camera, long-term reliability (long life) is required, which enables stable operation even for long-term continuous operation, for example, 10 years. Moreover, low noise is desired so that it can be used without any trouble even in a quiet environment. However, as in the prior art disclosed in Patent Documents 2 and 3, the configuration in which the driving force of the motor is transmitted to the parallel plate using a gear mechanism to rotate the parallel plate sufficiently ensures long-term reliability. In addition, there was a limit to achieving low noise.

また、長期の信頼性を確保すると共に低振動を実現するには、ベアリングレスモータの技術を応用することが考えられる。このベアリングレスモータは、例えば、特開2010−41742号公報に開示されるように、ブラシレスモータに磁気軸受の機能を一体化して機械的な軸受けを省略したものであるが、同モータの回転体(ロータ)は、シャフトを駆動するために所定のトルクを発生するため、シャフトと回転駆動用の永久磁石とを剛性の高いバックヨークで連結しなければならず、装置が大型化する問題があった。また、回転駆動用の永久磁石から離れた位置に回転体の軸方向位置調整用の永久磁石を設ける必要があり、軸方向位置調整用の永久磁石を大型化することが困難であるため、回転体の軸方向位置制御の磁力を大きくすることができず、安定した軸方向位置制御ができなかった。   In order to ensure long-term reliability and achieve low vibration, it is conceivable to apply the technology of a bearingless motor. For example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2010-41742, this bearingless motor is a brushless motor in which the function of a magnetic bearing is integrated and a mechanical bearing is omitted. Since the (rotor) generates a predetermined torque to drive the shaft, the shaft and the permanent magnet for rotational driving must be connected by a highly rigid back yoke, which causes a problem that the apparatus becomes large. It was. In addition, it is necessary to provide a permanent magnet for adjusting the axial position of the rotating body at a position away from the permanent magnet for rotational driving, and it is difficult to increase the size of the permanent magnet for axial position adjustment. The magnetic force for controlling the axial position of the body could not be increased, and stable axial position control could not be performed.

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、長期の信頼性を確保すると共に低振動及び装置の小型化を実現し、回転体の光軸方向位置制御を安定的に行うことによって光軸に対する角度変化を小さくして、光学的シフト量に与える影響を小さくすることで高精度な光学的シフト機構を実現する撮像装置を提供することを主目的とする。   The present invention has been devised to solve such problems of the prior art, and its main purpose is to ensure long-term reliability, achieve low vibration and reduce the size of the device, and rotate. Providing an imaging device that realizes a highly accurate optical shift mechanism by reducing the change in the angle with respect to the optical axis by stably controlling the position of the body in the optical axis direction and reducing the effect on the optical shift amount The main purpose is to do.

本発明の撮像装置は、被写体からの光を光電変換して画素信号を出力する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像させるレンズユニットと、前記レンズユニットの光軸に対して所定角度傾斜する光学部材、及び当該光学部材の外周側に設けられた磁性体からなる支持リングを有する回転体と、前記回転体を回転させて前記光学部材の前記光軸に対する傾斜方向を変化させることにより、前記撮像素子の受光面上で結像する光像と前記撮像素子とを相対的に変位させる回転駆動装置とを備え、前記回転駆動装置は、前記支持リングの軸方向の一端面に臨むように前記支持リングに設けられた第2の着磁部と、前記支持リングの軸方向の他端面に臨むように前記支持リングに設けられた第3の着磁部と、前記支持リングの外周面に臨むように前記支持リングに設けられた第1の着磁部と、前記第2の着磁部と前記第3の着磁部との少なくとも一方に軸方向の磁力を作用させることによって前記光学部材の軸方向位置を浮遊状態に制御する第2の位置制御部と、前記第1の着磁部に径方向の磁力を作用させることによって前記光学部材の径方向位置を浮遊状態に制御する第1の位置制御部と、前記第1の着磁部に回転方向の磁力を作用させることによって前記光学部材を回転させる磁気回転駆動部とを備え、前記第1の着磁部は、前記支持リングの外周面における軸方向の中央部位に臨むように極異方性配向に着磁された構成とする。   An imaging apparatus according to the present invention includes an imaging element that photoelectrically converts light from a subject and outputs a pixel signal, a lens unit that forms an image of light from the subject on the imaging element, and an optical axis of the lens unit. And a rotating body having a support ring made of a magnetic body provided on the outer peripheral side of the optical member, and rotating the rotating body to change the tilting direction of the optical member with respect to the optical axis. A rotation drive device that relatively displaces the optical image formed on the light receiving surface of the image pickup device and the image pickup device, and the rotation drive device has one end surface in the axial direction of the support ring. A second magnetized portion provided on the support ring so as to face the third ring, a third magnetized portion provided on the support ring so as to face the other end surface in the axial direction of the support ring, and the support ring On the outer surface of As described above, by applying an axial magnetic force to at least one of the first magnetized portion, the second magnetized portion, and the third magnetized portion provided in the support ring, the shaft of the optical member A second position control unit that controls the directional position to a floating state, and a first position that controls the radial position of the optical member to a floating state by applying a radial magnetic force to the first magnetized unit. A control unit; and a magnetic rotation driving unit that rotates the optical member by applying a magnetic force in a rotation direction to the first magnetized unit, wherein the first magnetized unit is an outer peripheral surface of the support ring. It is set as the structure magnetized by polar anisotropic orientation so that it may face the center site | part of the axial direction in.

また、本発明のネットワークカメラシステムは、前記構成の撮像装置と画像処理装置とがネットワークを介して相互に接続され、前記撮像装置は、前記回転駆動装置による前記回転体の回転運動を指定の周期で行わせるシフト制御手段と、前記撮像素子による撮像を指定の周期で行わせる撮像制御手段と、前記撮像素子での撮像により順次生成するフレーム画像を前記画像処理装置に送信する送信手段とを有し、前記画像処理装置は、前記撮像装置から送信されるフレーム画像を受信する受信手段と、この受信手段で受信した複数のフレーム画像から高解像度画像を生成する超解像処理手段とを有する構成とする。   In the network camera system of the present invention, the imaging device having the above-described configuration and the image processing device are connected to each other via a network, and the imaging device specifies a rotational movement of the rotating body by the rotation driving device at a specified cycle. Shift control means for performing image capturing by the image pickup device, image pickup control means for performing image pickup by the image pickup device at a specified cycle, and transmission means for transmitting frame images sequentially generated by image pickup by the image pickup device to the image processing apparatus. The image processing apparatus includes a receiving unit that receives a frame image transmitted from the imaging device, and a super-resolution processing unit that generates a high-resolution image from a plurality of frame images received by the receiving unit. And

本発明によれば、回転体の径方向位置及び軸方向位置が第1及び第2の位置制御部により制御されるため、機械的な軸受けが不要となり、長寿命でかつ低振動な回転駆動装置を実現することができる。また、光学部材と回転駆動装置の一部を構成する支持リングとを直接連結させるため、装置の小型化を実現できる。そして、第1の着磁部が支持リングの外周面における軸方向中央部位に臨むように極異方性配向に着磁されたことにより、第1の着磁部の磁力との干渉を回避しつつ第2及び第3の着磁部を支持リングの外周縁まで延設することが可能となるため、回転体の軸方向位置制御の磁力を大きくして安定した軸方向位置制御が可能となる。したがって、回転体を光軸に対して一定角度に保つことができ、画像処理装置が生成する高解像度画像の品質(実質的な解像度)を向上させることができる。   According to the present invention, since the radial position and the axial position of the rotating body are controlled by the first and second position control units, a mechanical bearing is not required, and the rotation driving device has a long life and low vibration. Can be realized. Further, since the optical member and the support ring that constitutes a part of the rotary drive device are directly connected, the device can be downsized. The first magnetized portion is magnetized in a polar anisotropic orientation so as to face the axial central portion of the outer peripheral surface of the support ring, thereby avoiding interference with the magnetic force of the first magnetized portion. However, since the second and third magnetized portions can be extended to the outer peripheral edge of the support ring, the axial position control of the rotating body can be increased to enable stable axial position control. . Therefore, the rotating body can be maintained at a constant angle with respect to the optical axis, and the quality (substantial resolution) of the high resolution image generated by the image processing apparatus can be improved.

本発明によるネットワークカメラシステムの全体構成図Overall configuration diagram of network camera system according to the present invention 図1に示した撮像装置及び画像処理装置の概略構成を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus and an image processing apparatus illustrated in FIG. 図1に示した撮像装置及び画像処理装置における処理状況を示す模式図Schematic diagram showing the processing status in the imaging apparatus and image processing apparatus shown in FIG. 本発明の第1実施形態に係る回転駆動装置を備えた撮像装置の撮像部を示す縦断面図1 is a longitudinal sectional view showing an imaging unit of an imaging apparatus including a rotation driving device according to a first embodiment of the present invention. 異方性磁石における磁化容易軸の配向性の説明図Illustration of orientation of easy axis in anisotropic magnet 異方性配向に着磁した場合の磁力を模式的に示す回転体要部断面図Cross section of the main part of the rotating body schematically showing the magnetic force when magnetized in anisotropic orientation 図4に示した光学的シフト機構の平面図FIG. 4 is a plan view of the optical shift mechanism shown in FIG. 図7に示した回転駆動装置、及びその回転駆動装置の元になる従来構成の3相モータを適用した例を示す平面図The top view which shows the example which applied the rotational drive apparatus shown in FIG. 7, and the three-phase motor of the conventional structure used as the origin of the rotational drive apparatus 図2に示したシフト制御部の構成図Configuration diagram of the shift control unit shown in FIG. 図4に示した回転駆動装置の要部及びシフト制御部を示す図The figure which shows the principal part and shift control part of the rotational drive apparatus shown in FIG. 図4に示した撮像素子への光の入射状況を示す断面図Sectional drawing which shows the incident condition of the light to the image pick-up element shown in FIG. 光像に対する画素の相対的な円運動の状況を示す模式図Schematic diagram showing the relative circular motion of the pixels relative to the light image 光像に対する画素の相対的な円運動の状況を示す模式図Schematic diagram showing the relative circular motion of the pixels relative to the light image 撮像とこれにより生成する画像の状況を示す模式図Schematic diagram showing the state of imaging and the image generated by this 撮像周期と円運動周期との比率の一例での撮像基準位置の状況を示す模式図Schematic diagram showing the situation of the imaging reference position in an example of the ratio between the imaging period and the circular motion period 本発明の第2実施形態に係る回転駆動装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the rotational drive apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

上記課題を解決するためになされた第1の発明は、被写体からの光を光電変換して画素信号を出力する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像させるレンズユニットと、前記レンズユニットの光軸に対して所定角度傾斜する光学部材、及び当該光学部材の外周側に設けられた磁性体からなる支持リングを有する回転体と、前記回転体を回転させて前記光学部材の前記光軸に対する傾斜方向を変化させることにより、前記撮像素子の受光面上で結像する光像と前記撮像素子とを相対的に変位させる回転駆動装置とを備えた撮像装置であって、前記回転駆動装置は、前記支持リングの外周面に臨むように前記支持リングに設けられた第1の着磁部と、前記支持リングの軸方向の一端面に臨むように前記支持リングに設けられた第2の着磁部と、前記支持リングの軸方向の他端面に臨むように前記支持リングに設けられた第3の着磁部と、前記第1の着磁部に径方向の磁力を作用させることによって前記光学部材の径方向位置を浮遊状態に制御する第1の位置制御部と、前記第2の着磁部と前記第3の着磁部との少なくとも一方に軸方向の磁力を作用させることによって前記光学部材の軸方向位置を浮遊状態に制御する第2の位置制御部と、前記第1の着磁部に回転方向の磁力を作用させることによって前記光学部材を回転させる磁気回転駆動部とを備え、前記第1の着磁部は、前記支持リングの外周面における軸方向の中央部位に臨むように極異方性配向に着磁された構成とする。   A first invention made to solve the above problems is an image sensor that photoelectrically converts light from a subject and outputs a pixel signal; a lens unit that forms an image of light from the subject on the image sensor; An optical member inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of the lens unit, a rotating body having a support ring made of a magnetic body provided on the outer peripheral side of the optical member, and the rotating body is rotated to rotate the optical member. An image pickup apparatus comprising: a rotation drive device that relatively displaces the light image formed on the light receiving surface of the image pickup element and the image pickup element by changing a tilt direction with respect to the optical axis; The rotation drive device is provided on the support ring so as to face a first magnetized portion provided on the support ring so as to face an outer peripheral surface of the support ring and an end surface in the axial direction of the support ring. Second By applying a magnetic force in the radial direction to the magnetized portion, a third magnetized portion provided on the support ring so as to face the other end surface in the axial direction of the support ring, and the first magnetized portion By applying an axial magnetic force to at least one of the first position control unit that controls the radial position of the optical member in a floating state, the second magnetized unit, and the third magnetized unit. A second position control unit that controls the axial position of the optical member in a floating state; and a magnetic rotation driving unit that rotates the optical member by applying a magnetic force in a rotational direction to the first magnetizing unit. And the first magnetized portion is magnetized in a polar anisotropic orientation so as to face the axial central portion of the outer peripheral surface of the support ring.

これによると、回転体の径方向位置及び軸方向位置が第1及び第2の位置制御部により制御されるため、機械的な軸受けが不要となり、長寿命でかつ低振動な回転駆動装置を実現することができる。また、光学部材と回転駆動装置の一部を構成する支持リングとを直接連結させるため、装置の小型化を実現できる。そして、第1の着磁部が支持リングの外周面における軸方向中央部位に臨むように極異方性配向に着磁されたことにより、第1の着磁部の磁力との干渉を回避しつつ第2及び第3の着磁部を支持リングの外周縁まで延設することが可能となるため、第2の位置制御部により作用させる軸方向の磁力を大きくして安定した軸方向位置制御が可能となる。   According to this, since the radial position and the axial position of the rotating body are controlled by the first and second position control units, a mechanical bearing is unnecessary, and a long life and low vibration rotational drive device is realized. can do. Further, since the optical member and the support ring that constitutes a part of the rotary drive device are directly connected, the device can be downsized. The first magnetized portion is magnetized in a polar anisotropic orientation so as to face the axial central portion of the outer peripheral surface of the support ring, thereby avoiding interference with the magnetic force of the first magnetized portion. However, since the second and third magnetized portions can be extended to the outer peripheral edge of the support ring, the axial magnetic force applied by the second position control portion is increased and stable axial position control is achieved. Is possible.

さらに、第1の着磁部が極異方性配向に着磁されたことにより、第1の着磁部の磁力を非極異方性の配向に比べて高くすることができ、且つ回転体の回転に伴う磁力の変化を正弦波に近い波形にできるため、回転体の径方向位置制御及び回転制御の精度を高めることができる。   Further, since the first magnetized portion is magnetized in the polar anisotropic orientation, the magnetic force of the first magnetized portion can be made higher than that in the non-polar anisotropic orientation, and the rotating body Since the change in magnetic force associated with the rotation can be made a waveform close to a sine wave, the accuracy of the radial position control and rotation control of the rotating body can be improved.

また、第2の発明は、前記第1の発明において、前記第1の着磁部は第1のリング部材に設けられ、前記第2の着磁部は第2のリング部材に設けられ、前記第3の着磁部は第3のリング部材に設けられ、前記第2のリング部材及び前記第3のリング部材が前記第1のリング部材の軸方向端面に接着された構成とする。   In a second aspect based on the first aspect, the first magnetized portion is provided on a first ring member, and the second magnetized portion is provided on a second ring member, The third magnetized portion is provided on the third ring member, and the second ring member and the third ring member are bonded to the axial end surface of the first ring member.

これによると、各着磁部を1つのリング部材に別々に設ければよいため、リング部材への着磁が容易である。また、各リング部材に着磁する際の磁場を高めることが容易であるため、着磁部の磁力を大きくすることができる。したがって、第1の位置制御部により作用させる径方向の磁力及び第2の位置制御部により作用させる軸方向の磁力を大きくして回転体の安定した位置制御が可能となる。   According to this, since it is sufficient to provide each magnetized portion separately on one ring member, it is easy to magnetize the ring member. Moreover, since it is easy to increase the magnetic field at the time of magnetizing each ring member, the magnetic force of the magnetized portion can be increased. Accordingly, the radial position magnetic force applied by the first position control unit and the axial direction magnetic force applied by the second position control unit can be increased to enable stable position control of the rotating body.

また、第3の発明は、前記第1の発明において、前記第2の着磁部、前記第3の着磁部、及び前記第1の着磁部は、単一のリング部材に設けられた構成とする。   In a third aspect based on the first aspect, the second magnetized portion, the third magnetized portion, and the first magnetized portion are provided in a single ring member. The configuration.

これによると、着磁したリング部材同士を接着させる必要がないため、接着剤の劣化によるリング部材の剥離などの心配を排除することができ、長期の使用に対する信頼性を更に高めることができる。   According to this, since there is no need to bond the magnetized ring members together, it is possible to eliminate concerns such as peeling of the ring members due to deterioration of the adhesive, and it is possible to further improve the reliability for long-term use.

また、第4の発明は、前記第1から第3の発明において、前記回転体を収納すると共に空気よりも高い屈折率を有する流体が封入されたカプセル部材を更に備え、回転駆動装置は、前記回転体を前記流体以外と非接触状態で回転させる構成とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the rotary drive device further includes a capsule member that encloses the rotating body and encloses a fluid having a higher refractive index than air. The rotating body is configured to rotate in a non-contact state with other than the fluid.

これによると、回転体をカプセル部材により一体化した構成により、その取り扱いが容易になると共に、光学部材周辺への塵埃等の侵入を阻止して光像と撮像素子との相対変位精度の低下(画質の劣化等)を防止することができる。また、光学部材の光軸に対する角度変化が光像と撮像素子との相対変位量に与える影響を小さくして、高精度な光学的シフト機構を実現することが可能となる。   According to this, the structure in which the rotating body is integrated by the capsule member facilitates the handling, and prevents the intrusion of dust and the like around the optical member, thereby reducing the relative displacement accuracy between the optical image and the image sensor ( Image quality deterioration). In addition, it is possible to reduce the influence of the change in the angle of the optical member with respect to the optical axis on the relative displacement between the optical image and the image sensor, and to realize a highly accurate optical shift mechanism.

また、前記課題を解決するためになされた第5の発明は、前記撮像装置と画像処理装置とがネットワークを介して相互に接続されたネットワークカメラシステムであって、前記撮像装置は、前記回転駆動装置による前記回転体の回転運動を指定の周期で行わせるシフト制御手段と、前記撮像素子による撮像を指定の周期で行わせる撮像制御手段と、前記撮像素子での撮像により順次生成するフレーム画像を前記画像処理装置に送信する送信手段とを有し、前記画像処理装置は、前記撮像装置から送信されるフレーム画像を受信する受信手段と、この受信手段で受信した複数のフレーム画像から高解像度画像を生成する超解像処理手段とを有する構成とする。   A fifth invention made to solve the above problem is a network camera system in which the imaging device and the image processing device are connected to each other via a network, and the imaging device is rotated and driven. Shift control means for performing the rotational movement of the rotating body by the apparatus at a specified cycle; imaging control means for performing imaging by the imaging device at a specified cycle; and frame images sequentially generated by imaging with the imaging device. A transmission means for transmitting to the image processing apparatus, the image processing apparatus receiving a frame image transmitted from the imaging apparatus, and a high-resolution image from a plurality of frame images received by the reception means. And a super-resolution processing means for generating.

これによると、回転体の径方向位置及び軸方向位置が第1及び第2の位置制御部により制御されるため、機械的な軸受けが不要となり、長寿命でかつ低振動な回転駆動装置を実現することができる。また、光学部材と回転駆動装置の一部を構成する支持リングとを直接連結させるため、装置の小型化を実現できる。そして、第1の着磁部が支持リングの外周面における軸方向中央部位に臨むように極異方性配向に着磁されたことにより、第1の着磁部の磁力との干渉を回避しつつ第2及び第3の着磁部を支持リングの外周縁まで延設することが可能となるため、第2の位置制御部により作用させる軸方向の磁力を大きくして安定した軸方向位置制御が可能となる。したがって、回転体を光軸に対して一定角度に保つことができ、画像処理装置が生成する高解像度画像の品質(実質的な解像度)を向上させることができる。   According to this, since the radial position and the axial position of the rotating body are controlled by the first and second position control units, a mechanical bearing is unnecessary, and a long life and low vibration rotational drive device is realized. can do. Further, since the optical member and the support ring that constitutes a part of the rotary drive device are directly connected, the device can be downsized. The first magnetized portion is magnetized in a polar anisotropic orientation so as to face the axial central portion of the outer peripheral surface of the support ring, thereby avoiding interference with the magnetic force of the first magnetized portion. However, since the second and third magnetized portions can be extended to the outer peripheral edge of the support ring, the axial magnetic force applied by the second position control portion is increased and stable axial position control is achieved. Is possible. Therefore, the rotating body can be maintained at a constant angle with respect to the optical axis, and the quality (substantial resolution) of the high resolution image generated by the image processing apparatus can be improved.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、用語「軸方向」は光軸方向(図4中の上下方向に相当)を示すと共に、用語「径方向」は光軸と直交する方向(図4中の左右方向に相当)を示すものとする。径方向は、光軸を中心とした360゜内の任意の角度を取り得る。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the term “axial direction” indicates the optical axis direction (corresponding to the vertical direction in FIG. 4), and the term “radial direction” is the direction orthogonal to the optical axis (corresponding to the horizontal direction in FIG. 4). It shall be shown. The radial direction can take any angle within 360 ° around the optical axis.

図1は、本発明によるネットワークカメラシステムの全体構成図である。図1に示すように、本発明が適用されるネットワークカメラシステムは、少なくとも1台の撮像装置(ネットワークカメラ)1と、画像処理装置(ホスト装置)2とで構成される。撮像装置1と画像処理装置2とは、インターネットを介して接続され、撮像装置1で生成した撮像データが、例えば遠隔地に存する画像処理装置2に送信されて、画像処理装置2で映像が表示される。また、撮像装置1を制御する各種のコマンド信号が画像処理装置2から撮像装置1に送信される。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of a network camera system according to the present invention. As shown in FIG. 1, a network camera system to which the present invention is applied includes at least one imaging device (network camera) 1 and an image processing device (host device) 2. The imaging device 1 and the image processing device 2 are connected via the Internet, and imaging data generated by the imaging device 1 is transmitted to, for example, the image processing device 2 located in a remote place, and a video is displayed on the image processing device 2. Is done. Various command signals for controlling the imaging device 1 are transmitted from the image processing device 2 to the imaging device 1.

なお、撮像データは、例えばTCP(UDP)/IPといった、いわゆるインターネットプロトコルを利用して撮像装置1から画像処理装置2に送信されるが、撮像データを、例えば暗号化、カプセル化してVPN(Vertual Private Network)を利用して送信してもよく、専用回線によって撮像装置1と画像処理装置2が1対1の関係で接続される、いわゆるCCTV(Closed Circuit TV)と称されるネットワークカメラシステムとしてもよい。   The imaging data is transmitted from the imaging apparatus 1 to the image processing apparatus 2 using a so-called Internet protocol such as TCP (UDP) / IP. For example, the imaging data is encrypted and encapsulated, for example, VPN (Vertual As a network camera system called a so-called CCTV (Closed Circuit TV) in which the imaging device 1 and the image processing device 2 are connected in a one-to-one relationship by a dedicated line. Also good.

図2は、図1に示した撮像装置及び画像処理装置2の概略構成を示すブロック図である。図2に示すように、撮像装置1は、撮像部11と、画像処理部12と、データ圧縮送信部13と、シフト制御部14とを備えている。撮像部11は、被写体からの光を光電変換してアナログの画素信号を出力する撮像素子31を備えている。この撮像素子31は、2次元CMOSイメージセンサである。なお、これに替えて2次元CCDイメージセンサを撮像素子31に用いてもよい。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the imaging device and the image processing device 2 illustrated in FIG. 1. As shown in FIG. 2, the imaging device 1 includes an imaging unit 11, an image processing unit 12, a data compression / transmission unit 13, and a shift control unit 14. The imaging unit 11 includes an imaging element 31 that photoelectrically converts light from a subject and outputs an analog pixel signal. The image sensor 31 is a two-dimensional CMOS image sensor. Instead of this, a two-dimensional CCD image sensor may be used for the image sensor 31.

撮像素子31から出力されるアナログ信号はA/D変換器32でディジタル信号に変換され、このディジタル信号は画像処理部12に入力され、ここで色補正、デモザイク処理、階調補正(γ補正)、YC分離処理等を施されて画像データに変換される。この画像データは、データ圧縮送信部13において例えばH.264やMPEG4等の圧縮処理を施された上で画像処理装置2に送信される。   The analog signal output from the image sensor 31 is converted into a digital signal by the A / D converter 32, and this digital signal is input to the image processing unit 12, where color correction, demosaic processing, gradation correction (γ correction). , YC separation processing and the like are performed and converted into image data. This image data is stored in the data compression / transmission unit 13 by, for example, H.264. The image data is transmitted to the image processing apparatus 2 after being subjected to compression processing such as H.264 or MPEG4.

また、撮像部11は、撮像素子31の受光面上で結像する光像と撮像素子31とを相対的に微小変位させる光学的シフト機構35を備えており、この光学的シフト機構35の各部の動作がシフト制御部14により制御される。   In addition, the imaging unit 11 includes an optical shift mechanism 35 that relatively slightly displaces the optical image formed on the light receiving surface of the imaging element 31 and the imaging element 31, and each part of the optical shift mechanism 35. These operations are controlled by the shift control unit 14.

この光学的シフト機構35の構成及びシフト制御部14による制御については、後に詳述するが、概略を説明すると、光像を微小変位させる光学部材(図4中の符号51で示す)を備えた回転体(図4中の符号53で示す)が磁気回転駆動部64により回転駆動され、回転体の径方向及び軸方向の位置が第1及び第2の磁気センサ65、66で検出され、回転体の径方向及び軸方向の位置が第1及び第2の電磁石67、68で制御され、回転体の回転位置が原点センサ70で検出される。   The configuration of the optical shift mechanism 35 and the control by the shift control unit 14 will be described in detail later. To explain the outline, an optical member (indicated by reference numeral 51 in FIG. 4) that slightly displaces the optical image is provided. The rotating body (indicated by reference numeral 53 in FIG. 4) is rotationally driven by a magnetic rotation driving unit 64, and the radial and axial positions of the rotating body are detected by the first and second magnetic sensors 65 and 66 and rotated. The radial and axial positions of the body are controlled by the first and second electromagnets 67 and 68, and the rotational position of the rotating body is detected by the origin sensor 70.

回転体には着磁部(図4中の符号61、62で示す)が設けられており、第1及び第2の磁気センサ65、66がその着磁部の磁気を検出してシフト制御部14に出力し、シフト制御部14は、磁気センサ65、66の出力が示す回転体の位置情報に基づいて磁気回転駆動部64を制御して光学部材を回転させると共に、第1及び第2の電磁石67,68を制御して光学部材を所定の位置に保持する。   The rotating body is provided with a magnetizing portion (indicated by reference numerals 61 and 62 in FIG. 4), and the first and second magnetic sensors 65 and 66 detect the magnetism of the magnetizing portion to detect the shift control portion. The shift control unit 14 controls the magnetic rotation driving unit 64 based on the position information of the rotating body indicated by the outputs of the magnetic sensors 65 and 66 to rotate the optical member, and the first and second The electromagnets 67 and 68 are controlled to hold the optical member at a predetermined position.

画像処理装置2は、データ受信復号部21と、表示部22と、記憶部23と、超解像処理部24と、周期設定部25と、入力部26とを備えている。なお、この画像処理装置2は、パソコンやワークステーション等の情報処理装置に所要のアプリケーションソフトウェアを導入することで構成される他、CCTVレコーダなど専用の装置であってもよい。   The image processing apparatus 2 includes a data reception decoding unit 21, a display unit 22, a storage unit 23, a super-resolution processing unit 24, a period setting unit 25, and an input unit 26. The image processing apparatus 2 is configured by installing necessary application software in an information processing apparatus such as a personal computer or a workstation, or may be a dedicated apparatus such as a CCTV recorder.

画像処理装置2では、撮像装置1から送信された圧縮画像データが、データ受信復号部21にて受信されて復号された後、RGBの画像データに変換されて、リアルタイムにディスプレイ等からなる表示部22に表示される。さらに、RGBの画像データは、ハードディスクドライブ装置等からなる記憶部23に送られて、ここに一時的に蓄積され、必要に応じて記憶部23から読み出して表示部22で再生することができる。   In the image processing device 2, the compressed image data transmitted from the imaging device 1 is received and decoded by the data receiving / decoding unit 21, converted into RGB image data, and displayed in real time by a display or the like. 22 is displayed. Further, the RGB image data is sent to the storage unit 23 composed of a hard disk drive device or the like, temporarily accumulated therein, and can be read from the storage unit 23 and reproduced on the display unit 22 as necessary.

また、例えば交通事故の検証の用途等で高解像度画像の必要が生じた場合には、記憶部23から画像データを読み出して超解像処理部24にて超解像処理を施して高解像度画像(静止画像)を生成し、その高解像度画像を表示部22に表示させることができる。   For example, when a high-resolution image is necessary for verification of traffic accidents, etc., the image data is read from the storage unit 23 and super-resolution processing is performed by the super-resolution processing unit 24 so that the high-resolution image is obtained. (Still image) can be generated and the high resolution image can be displayed on the display unit 22.

また、入力部26は、後に詳述するが、ユーザからの撮像周期の入力を受け付けて、これを周期設定部25に送る。周期設定部25は、入力部26から送られてきた撮像周期に基づいて円運動周期を決定し、円運動周期に関するコマンド信号を撮像装置1に送信する。撮像装置1のシフト制御部14は、円運動周期に関するコマンド信号に基づいて、光学的シフト機構35を動作させることにより、指定された円運動周期に対応する回転速度で光学部材を回転駆動する。   As will be described in detail later, the input unit 26 receives an input of an imaging cycle from the user and sends it to the cycle setting unit 25. The cycle setting unit 25 determines a circular motion cycle based on the imaging cycle sent from the input unit 26 and transmits a command signal related to the circular motion cycle to the imaging device 1. The shift control unit 14 of the imaging apparatus 1 drives the optical member at a rotational speed corresponding to the designated circular motion cycle by operating the optical shift mechanism 35 based on the command signal related to the circular motion cycle.

図3は、撮像装置1及び画像処理装置2における処理状況を示す模式図である。図3に示すように、撮像素子31は駆動回路33によって駆動され、駆動回路33が生成するタイミング信号に応じて一定の周期(以下、撮像周期)で撮像(サンプリング)を行う。例えばフレームレートを30frame/secとして1秒あたり30枚のフレーム画像を生成する場合、撮像周期は30ms程度に設定される。   FIG. 3 is a schematic diagram illustrating processing states in the imaging device 1 and the image processing device 2. As shown in FIG. 3, the image sensor 31 is driven by a drive circuit 33, and performs imaging (sampling) at a constant cycle (hereinafter, imaging cycle) in accordance with a timing signal generated by the drive circuit 33. For example, when generating 30 frame images per second at a frame rate of 30 frames / sec, the imaging cycle is set to about 30 ms.

画像処理装置2の超解像処理部24では、時間的に連続する複数のフレーム画像から高解像度画像を生成する超解像処理が行われる。この超解像処理では、まず、記憶部23に蓄積されたフレーム画像がコマ送りで静止画として表示される。そして、その中からユーザにより基準画像が指定されると、その基準画像となるフレーム画像とその前後の複数のフレーム画像が記憶部23から読み出されて超解像処理部24に送られて超解像処理が行われる。   The super-resolution processing unit 24 of the image processing apparatus 2 performs super-resolution processing for generating a high-resolution image from a plurality of temporally continuous frame images. In this super-resolution processing, first, the frame image stored in the storage unit 23 is displayed as a still image by frame advance. Then, when the reference image is designated by the user from among them, the frame image serving as the reference image and a plurality of frame images before and after the frame image are read from the storage unit 23 and sent to the super-resolution processing unit 24 for super Resolution processing is performed.

超解像処理としては、例えば、ML(Maximum-likelihood)法、MAP(Maximum A Posterior)法や、POCS(Projection On to Convex Sets)法などが採用され、アプリケーションソフトウェアをCPUで実行することで実現される。一般に超解像処理は演算量が多いため、処理の一部をGPU(Graphics Processing Unit)や、専用ハードウェアを用いて行うようにしてもよい。   As super-resolution processing, for example, ML (Maximum-likelihood) method, MAP (Maximum A Posterior) method, POCS (Projection On to Convex Sets) method, etc. are adopted and realized by executing application software on CPU. Is done. In general, since the super-resolution processing has a large amount of calculation, a part of the processing may be performed using a GPU (Graphics Processing Unit) or dedicated hardware.

ここで、ML法とは、高解像度画像から推定された低解像度画像の画素値と、実際に観測された画素値との二乗誤差を評価関数とし、この評価関数を最小化するような高解像度画像を推定画像とする方法である。つまり、ML法とは、最尤推定の原理に基づく超解像処理方法である。また、MAP法とは、二乗誤差に高解像度画像の確率情報を付加した評価関数を最小化するような高解像度画像を推定する方法である。つまり、MAP法とは、高解像度画像に対するある先見情報を利用して、事後確率を最大化する最適化問題として高解像度画像を推定する超解像処理方法である。POCS法とは、高解像度画像と低解像度画像との画素値に関して連立方程式を作成し、その方程式を逐次的に解くことにより、高解像度画像を得る超解像処理方法である。   Here, the ML method uses a square error between a pixel value of a low-resolution image estimated from a high-resolution image and an actually observed pixel value as an evaluation function, and a high resolution that minimizes this evaluation function. This is a method of using an image as an estimated image. That is, the ML method is a super-resolution processing method based on the principle of maximum likelihood estimation. The MAP method is a method for estimating a high-resolution image that minimizes an evaluation function obtained by adding probability information of a high-resolution image to a square error. That is, the MAP method is a super-resolution processing method that estimates a high-resolution image as an optimization problem that maximizes the posterior probability by using some foresight information for the high-resolution image. The POCS method is a super-resolution processing method for obtaining a high-resolution image by creating simultaneous equations regarding pixel values of a high-resolution image and a low-resolution image and sequentially solving the equations.

これらの超解像処理は、まず、高解像度画像を仮定し、そして仮定した高解像度画像から、カメラモデルから得られる点広がり関数(PSF関数)に基づき、全ての低解像度画像の画素について、その画素値を推定し、その推定値と観測された画素値(観測値)との差が小さくなるような高解像度画像を探索するという処理を有している。そのため、これらの超解像処理は、再構成型超解像処理と呼ばれている。   These super-resolution processes first assume a high-resolution image, and based on the point spread function (PSF function) obtained from the camera model from the assumed high-resolution image, for all pixels of the low-resolution image, It has a process of estimating a pixel value and searching for a high-resolution image such that the difference between the estimated value and the observed pixel value (observed value) is small. Therefore, these super-resolution processes are called reconfigurable super-resolution processes.

ここで高解像度画像を探索する処理は、低解像度画像として得られた画素が高解像度画像においてどの位置に対応するのかを探索するものであり、いわゆる「位置合わせ」と呼ばれる処理である。一般に超解像処理では、複数の低解像度画像間の画素位置の変化が不明であっても高解像度化を可能とするため、着目画素の周囲に対して広範囲に位置合わせ処理を繰り返し実行する。このため計算コストが極めて大きくなることが知られている。一方、後に詳しく説明するように、本発明では光学的シフト機構35によってシフトされた画素の位置は既知であり、そして、その既知の位置で各フレーム画像、すなわち低解像度画像を撮像するようにしたため、少なくとも静止している被写体については、光学的シフトによって位置合わせ処理の多くを省略することが可能となり、計算コストを大幅に削減することができる。   Here, the process of searching for a high-resolution image is to search for a position corresponding to a pixel obtained as a low-resolution image in the high-resolution image, and is a process called “alignment”. In general, in super-resolution processing, even if the change in pixel position between a plurality of low-resolution images is unknown, it is possible to increase the resolution, so that the alignment processing is repeatedly performed over a wide range around the pixel of interest. For this reason, it is known that the calculation cost becomes extremely high. On the other hand, as described in detail later, in the present invention, the position of the pixel shifted by the optical shift mechanism 35 is known, and each frame image, that is, a low-resolution image is captured at the known position. For at least a stationary subject, much of the alignment processing can be omitted by optical shift, and the calculation cost can be greatly reduced.

なお、時間的に連続する複数のフレーム間に及ぶ画像情報を利用する超解像処理は、特にフレーム間再構成型超解像処理と呼称されることもある。一方で、1つのフレーム内で再構成型超解像処理を行う場合は、フレーム内再構成型超解像と呼称される。本実施形態では、フレーム間再構成型超解像を採用している。   Note that super-resolution processing that uses image information that spans a plurality of temporally continuous frames may be particularly referred to as inter-frame reconstruction type super-resolution processing. On the other hand, when the reconstruction type super-resolution processing is performed within one frame, it is called intra-frame reconstruction type super-resolution. In this embodiment, inter-frame reconstruction type super-resolution is adopted.

ここでは、画像処理装置2において超解像処理によって高解像度化された静止画像を再生するものとしているが、画像処理装置2の処理能力が十分に高ければ、超解像処理で得られた高解像度画像をフレーム画像として動画を再生することも可能である。   Here, the still image that has been increased in resolution by the super-resolution processing is reproduced in the image processing device 2, but if the processing capability of the image processing device 2 is sufficiently high, the high resolution obtained by the super-resolution processing is obtained. It is also possible to reproduce a moving image using a resolution image as a frame image.

<第1実施形態>
図4は、本発明の第1実施形態に係る撮像装置1の撮像部11を示す縦断面図である。
<First Embodiment>
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the imaging unit 11 of the imaging apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention.

図4に示すように、撮像装置1の撮像部11は、撮像素子31が設けられたセンサモジュール41と、被写体(図示せず)からの光を撮像素子31の受光面31a上で結像させるレンズユニット42と、撮像素子31の受光面31a上で結像される光像を変位させる光学的シフト機構35とを有している。レンズユニット42はレンズホルダ45を介して基板46に支持されている。センサモジュール41及び光学的シフト機構35も基板46に支持されている。なお、基板46には、必要に応じてその他電気部品等が搭載される。   As illustrated in FIG. 4, the imaging unit 11 of the imaging device 1 forms an image on the light receiving surface 31 a of the imaging device 31 with light from a sensor module 41 provided with the imaging device 31 and a subject (not shown). A lens unit 42 and an optical shift mechanism 35 for displacing a light image formed on the light receiving surface 31a of the image sensor 31 are provided. The lens unit 42 is supported on the substrate 46 via the lens holder 45. The sensor module 41 and the optical shift mechanism 35 are also supported by the substrate 46. Note that other electrical components and the like are mounted on the substrate 46 as necessary.

光学的シフト機構35は、光学部材51及びこの外周側に設けられた支持リング52で構成される回転体53と、この回転体53を回転駆動する回転駆動装置54とを備えている。回転体53は、光学カプセル(カプセル部材)55内に収容され、この光学カプセル55の内部には液体56が封入されている。したがって、回転体53は、液体56中で軸方向及び径方向に変位可能な浮遊状態で、回転駆動装置54によって回転駆動される。   The optical shift mechanism 35 includes a rotating body 53 including an optical member 51 and a support ring 52 provided on the outer peripheral side, and a rotation driving device 54 that rotationally drives the rotating body 53. The rotating body 53 is accommodated in an optical capsule (capsule member) 55, and a liquid 56 is sealed inside the optical capsule 55. Therefore, the rotating body 53 is rotationally driven by the rotational driving device 54 in a floating state that can be displaced in the axial direction and the radial direction in the liquid 56.

光学部材51は、略円板状を呈しており、その中央部にはレンズユニット42の光軸Cに対して所定角度傾斜した平行平板57が設けられている。この平行平板57が回転することで、撮像素子31の受光面31a上で結像する光像を撮像素子31に対して相対的に微小変位させることができる。なお、光学部材51の材料としては、光学ガラスのみならず、例えばアクリル樹脂等を使用することもできる。   The optical member 51 has a substantially disc shape, and a parallel plate 57 inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis C of the lens unit 42 is provided at the center thereof. By rotating the parallel plate 57, the light image formed on the light receiving surface 31 a of the image sensor 31 can be slightly displaced relative to the image sensor 31. In addition, as a material of the optical member 51, not only optical glass but an acrylic resin etc. can also be used, for example.

光学カプセル55内に封入される液体56には、空気の屈折率よりも高く、かつ平行平板57の屈折率よりも小さい屈折率を有するものが採用される。これにより、平行平板57によるシフト幅が、平行平板57が空気中に置かれた場合より実質的に小さくなる。このため、光学カプセル55内の光学部材51の揺動等によって平行平板57の中心軸が傾くことで生じる光学的シフト量の変化を小さく抑えることができる。   As the liquid 56 sealed in the optical capsule 55, a liquid having a refractive index higher than that of air and lower than that of the parallel plate 57 is employed. Thereby, the shift width by the parallel flat plate 57 becomes substantially smaller than the case where the parallel flat plate 57 is placed in the air. For this reason, the change of the optical shift amount caused by the tilt of the central axis of the parallel plate 57 due to the swinging of the optical member 51 in the optical capsule 55 can be suppressed.

光学カプセル55内に封入される液体56には、不凍液(例えば、ポリピレングリコールと水との混合物)を用いるとよい。これにより、撮像装置1を使用可能な温度範囲(例えば−20℃まで)を拡大することができ、さらに液体56の粘度が増大するため、外部からの衝撃に対する緩衝作用が向上して光学部材51の破損を防止することができる。また、不凍液の濃度を調整するだけで液体56の屈折率を容易に調整することが可能となり、所望の光学的シフト量を容易に得ることが可能となる。   As the liquid 56 sealed in the optical capsule 55, an antifreeze liquid (for example, a mixture of polypropylene glycol and water) may be used. Thereby, the temperature range in which the imaging apparatus 1 can be used (for example, up to −20 ° C.) can be expanded, and the viscosity of the liquid 56 is increased. Therefore, the buffering action against external impact is improved and the optical member 51 is improved. Can be prevented from being damaged. Further, it is possible to easily adjust the refractive index of the liquid 56 only by adjusting the concentration of the antifreeze liquid, and a desired optical shift amount can be easily obtained.

光学カプセル55は、中央がくびれた断面を呈しており、光軸Cを中心とした円板状の空間を画成する中央部58と、この中央部58の外周側に連なると共に、矩形断面を有する円環状の空間を画成する円環部59とを有している。中央部58には平行平板57が収容される一方、上下方向に拡幅された円環部59には、光学部材51の外周部及び支持リング52等が収容されている。   The optical capsule 55 has a constricted cross section at the center, a central portion 58 that defines a disc-shaped space with the optical axis C as the center, and a rectangular cross section that is continuous with the outer peripheral side of the central portion 58. And an annular portion 59 that defines an annular space. A parallel plate 57 is accommodated in the central portion 58, and an outer peripheral portion of the optical member 51, a support ring 52, and the like are accommodated in an annular portion 59 widened in the vertical direction.

光学カプセル55は、例えば透明樹脂(後述するPPS等が好ましい)あるいは硝材から形成されている。なお、この光学カプセル55は、全体を透明な材料で形成する必要はなく、レンズユニット42からの入射光が通過する光路に対応する部分が上述のような透明材料で形成されていればよい。また、光学カプセル55の光路に対応する部分以外を不透明(例えば、黒色)としてもよい。これにより撮像素子31に不要な光が入る、いわゆる迷光を遮断することができる。   The optical capsule 55 is made of, for example, a transparent resin (preferably PPS described later) or a glass material. The entire optical capsule 55 does not need to be formed of a transparent material, and a portion corresponding to an optical path through which incident light from the lens unit 42 passes may be formed of the transparent material as described above. Further, the portion other than the portion corresponding to the optical path of the optical capsule 55 may be opaque (for example, black). Thereby, the so-called stray light in which unnecessary light enters the image sensor 31 can be blocked.

支持リング52は、円環状をなしており、軸方向の中央部分に配置されてその内周側に光学部材51を保持する第1のリング部材52aと、第1のリング部材52aの上側の端面に接着剤により固着された第2のリング部材52bと、第1のリング部材52aの下側の端面に接着剤により固着された第3のリング部材52cとから構成されている。第1のリング部材52aは矩形断面を有し、第2及び第3のリング部材52b、52cはそれぞれ、第1のリング部材52aと同一径および同一幅の円環平板状をなし、同心状に第1のリング部材52aに接着されている。これにより、支持リング52自体が矩形断面を有する円環状となっている。   The support ring 52 has an annular shape, and is disposed at the center portion in the axial direction and has a first ring member 52a that holds the optical member 51 on its inner peripheral side, and an upper end surface of the first ring member 52a. The second ring member 52b is fixed to the lower end surface of the first ring member 52a with an adhesive, and the third ring member 52c is fixed to the lower end surface of the first ring member 52a with the adhesive. The first ring member 52a has a rectangular cross section, and each of the second and third ring members 52b and 52c has an annular flat plate shape having the same diameter and width as the first ring member 52a, and is concentric. It is bonded to the first ring member 52a. Thus, the support ring 52 itself has an annular shape having a rectangular cross section.

第1乃至第3のリング部材52a、52b、52cはそれぞれ、微小な磁性体粒子を分散混合したポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)によって形成された、いわゆるプラスチックマグネットであり、これにより、水を含む液体56中にあっても吸水及び膨潤が防止される。また、同一の樹脂材料をバインダーに用いてプラスチックマグネットを用いることにより、両接着対象部材に対する接着性の高い接着剤を用いて第2及び第3のリング部材52b、52cを第1のリング部材52aに接着させることができ、長期の使用に対する信頼性が向上している。同様に、光学部材51の材料として第1のリング部材52aのバインダーと同一の材料を用いるようにすれば、光学部材51と支持リング52とを接着する際の接着性を高めて長期の使用に対する信頼性を向上することができる。   Each of the first to third ring members 52a, 52b, 52c is a so-called plastic magnet made of polyphenylene sulfide resin (PPS) in which minute magnetic particles are dispersed and mixed, and thereby a liquid 56 containing water. Even inside, water absorption and swelling are prevented. Further, by using the same resin material as a binder and using a plastic magnet, the second and third ring members 52b and 52c can be replaced with the first ring member 52a by using an adhesive having high adhesiveness to both members to be bonded. It can be adhered to the surface, improving reliability for long-term use. Similarly, if the same material as that of the binder of the first ring member 52a is used as the material of the optical member 51, the adhesiveness when the optical member 51 and the support ring 52 are bonded is improved, and the long-term use. Reliability can be improved.

第1乃至第3のリング部材52a、52b、52cの磁性体粒子として、ここではネオジムを採用している。ネオジム磁石は磁力が極めて大きく、大きな駆動トルクを得ることができるため、低温時に液体56の粘性が大きくなった場合等に有効である。一方、ネオジムは水によって酸化されて錆を生じ得るため、支持リング52は、その表面が樹脂材料でコーティングされ、液体56との接触が防止されている。なお、樹脂材料によるコーティングは、第2及び第3のリング部材52b、52cが第1のリング部材52aに固着される前に施してもよく、第1のリング部材52aに固着された後に施してもよい。   Here, neodymium is adopted as the magnetic particles of the first to third ring members 52a, 52b, 52c. A neodymium magnet has an extremely large magnetic force and can obtain a large driving torque, and thus is effective when the viscosity of the liquid 56 becomes large at low temperatures. On the other hand, since neodymium can be oxidized by water and cause rust, the surface of the support ring 52 is coated with a resin material to prevent contact with the liquid 56. The coating with the resin material may be performed before the second and third ring members 52b and 52c are fixed to the first ring member 52a or after the second ring members 52b and 52c are fixed to the first ring member 52a. Also good.

また、光学カプセル55内に封入される液体56は、不凍液に限定されない。空気よりも高い屈折率で、かつ平行平板57より低い屈折率を有するものであればよく、例えば水を用いるようにしてもよい。また、不凍液は水系である必要性はなく、例えば透明なシリコンオイルを採用してもよい。この場合、支持リング52等に錆が生じるおそれがないため、樹脂コーティング等といった防錆処理が不要となる。   The liquid 56 sealed in the optical capsule 55 is not limited to the antifreeze liquid. Any material may be used as long as it has a refractive index higher than that of air and a refractive index lower than that of the parallel plate 57. For example, water may be used. Further, the antifreeze liquid does not need to be aqueous, and for example, transparent silicone oil may be employed. In this case, since there is no possibility that rust is generated on the support ring 52 or the like, a rust prevention treatment such as resin coating is unnecessary.

また、第1乃至第3のリング部材52a、52b、52cに用いるバインダーとしては、PPSに限らず、例えば、6ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等を用いることもできる。さらに、第1乃至第3のリング部材52a、52b、52cのバインダーとして異なる樹脂を用いてもよい。他方、第1乃至第3のリング部材52a、52b、52cに用いる磁性体粒子としては、ネオジムに限らず、例えば、フェライトやサマリウムコバルト等を用いることもできる。さらに、第1乃至第3のリング部材52a、52b、52cに異なる磁性体粒子を用いてもよい。なお、磁性体粒子としてフェライトを用いた場合は、錆が発生しないため、上述した樹脂コーティングを省略することができる。   The binder used for the first to third ring members 52a, 52b, and 52c is not limited to PPS, and for example, polyamide resin such as 6 nylon, polyethylene resin, polypropylene resin, or the like can be used. Further, different resins may be used as binders for the first to third ring members 52a, 52b, and 52c. On the other hand, the magnetic particles used for the first to third ring members 52a, 52b, and 52c are not limited to neodymium, and for example, ferrite, samarium cobalt, and the like can also be used. Further, different magnetic particles may be used for the first to third ring members 52a, 52b, and 52c. In addition, since the rust does not generate | occur | produce when a ferrite is used as a magnetic body particle | grain, the resin coating mentioned above can be abbreviate | omitted.

回転駆動装置54は、支持リング52の径方向の外周面に臨むように支持リング52に設けられた第1の着磁部61と、支持リング52の軸方向の上端側に臨むように支持リング52に設けられた第2の着磁部62と、支持リング52の軸方向の下端側に臨むように支持リング52に設けられた第3の着磁部63と、第1の着磁部61に回転方向の磁力を作用させることによって回転体53を回転させる磁気回転駆動部64と、第1の着磁部61に径方向の磁力を作用させることによって回転体53の径方向位置を制御する第1の電磁石(第1の位置制御部)67と、第2の着磁部62に軸方向の磁力を作用させることによって回転体53の軸方向位置を制御する第2の電磁石(第2の位置制御部)68と、回転体53を所定の軸方向位置に保持するために第3の着磁部63に第2の電磁石68と同じ向きの磁力を作用させる永久磁石69とを備えている。   The rotation drive device 54 includes a first magnetized portion 61 provided on the support ring 52 so as to face the outer peripheral surface of the support ring 52 in the radial direction, and a support ring so as to face the upper end side in the axial direction of the support ring 52. A second magnetized portion 62 provided on the support ring 52, a third magnetized portion 63 provided on the support ring 52 so as to face the lower end side in the axial direction of the support ring 52, and a first magnetized portion 61. The rotational position of the rotating body 53 is controlled by applying a magnetic force in the radial direction to the first magnetizing section 61 and a magnetic rotation driving section 64 that rotates the rotating body 53 by applying a magnetic force in the rotating direction. A first electromagnet (first position controller) 67 and a second electromagnet (second electromagnet) that controls the axial position of the rotating body 53 by applying an axial magnetic force to the second magnetized section 62. Position control unit) 68 and rotating body 53 at a predetermined axial position. And a permanent magnet 69 for applying a magnetic force in the same direction as the second electromagnet 68 to the third magnetized part 63 to lifting.

また、回転駆動装置54は、第1の着磁部61の磁気に基づいて回転体53の径方向位置を検出する第1の磁気センサ65と、第2の着磁部62の磁気に基づいて回転体53の軸方向位置を検出する第2の磁気センサ66とを備えている。第1の電磁石67は、第1の磁気センサ65の検出結果に基づいて回転体53の径方向位置を制御する。一方、第2の電磁石68は、第2の磁気センサ66の検出結果に基づいて回転体53の軸方向位置を制御する。   Further, the rotation drive device 54 is based on the first magnetic sensor 65 that detects the radial position of the rotating body 53 based on the magnetism of the first magnetized portion 61 and the magnetism of the second magnetized portion 62. And a second magnetic sensor 66 for detecting the axial position of the rotating body 53. The first electromagnet 67 controls the radial position of the rotating body 53 based on the detection result of the first magnetic sensor 65. On the other hand, the second electromagnet 68 controls the axial position of the rotating body 53 based on the detection result of the second magnetic sensor 66.

第1の着磁部61は、より詳細には、第1のリング部材52aの外周面における軸方向の両端部を除いた中央部位に臨むように、第1のリング部材52aの外周側に極異方性配向に着磁されている。これにより、第1のリング部材52aが永久磁石となっている。   More specifically, the first magnetized portion 61 has a pole on the outer peripheral side of the first ring member 52a so as to face the central portion of the outer peripheral surface of the first ring member 52a excluding both ends in the axial direction. Magnetized in anisotropic orientation. Thereby, the 1st ring member 52a is a permanent magnet.

ここで、極異方性配向について図5及び図6を参照して説明する。図5は、異方性磁石における磁化容易軸の配向性の説明図であり、図5(A)は、極異方性リング状磁石101を示す平面図であり、図5(B)は、ラジアル異方性リング状磁石102を示す平面図である。図6は、第1のリング部材52aを異方性配向に着磁した場合の磁力を模式的に示す回転体53の要部断面図であり、図6(A)は、極異方性配向に着磁した場合を示し、図6(B)は、対比として仮にラジアル異方性配向に着磁した場合を示す。   Here, polar anisotropic orientation will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an explanatory view of the orientation of the easy axis in the anisotropic magnet, FIG. 5 (A) is a plan view showing the polar anisotropic ring-shaped magnet 101, and FIG. 3 is a plan view showing a radial anisotropic ring-shaped magnet 102. FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part of the rotating body 53 schematically showing the magnetic force when the first ring member 52a is magnetized in an anisotropic orientation, and FIG. 6 (A) shows the polar anisotropic orientation. FIG. 6B shows a case where the magnet is magnetized in a radial anisotropic orientation as a comparison.

極異方性リング状磁石101は、図5(A)に示すように、必要な極数(ここでは8極)となるように配向磁界をリング状磁性体部材の周方向に沿って作り、プラスチックマグネットをなすリング状磁性体部材の成形と同時に磁性体微粒子の磁化容易軸を図中に矢印で示す磁力線の方向に揃えることにより、内周面側に磁極が形成されず、外周面側のみに周方向に沿ってN極及びS極が交互に現れる複数対(ここでは4対)の磁極を形成するように着磁される。   As shown in FIG. 5A, the polar anisotropic ring-shaped magnet 101 creates an orientation magnetic field along the circumferential direction of the ring-shaped magnetic member so as to have a required number of poles (eight poles here), By simultaneously forming the ring-shaped magnetic member forming the plastic magnet and aligning the easy magnetization axis of the magnetic fine particles with the direction of the magnetic force lines indicated by the arrows in the figure, no magnetic pole is formed on the inner peripheral surface side, only the outer peripheral surface side. Are magnetized so as to form a plurality of pairs (four pairs in this case) of magnetic poles in which N and S poles appear alternately along the circumferential direction.

一方、ラジアル異方性リング状磁石102は、図5(B)に示すように、リング状磁性体部材の径方向に沿う配向磁界をリング状磁石の周方向に沿って交互に逆向きとなるように作り、リング状磁性体部材の成形と同時に磁性体微粒子の磁化容易軸を磁力線の方向に揃えることにより、外周面及び内周面でN極及びS極の一対をなす磁極が周方向に4対となって交互に現れるように内外周面で合計8対の磁極を形成するように着磁される。   On the other hand, as shown in FIG. 5B, the radial anisotropic ring-shaped magnet 102 has the magnetic field oriented along the radial direction of the ring-shaped magnetic member alternately reversed along the circumferential direction of the ring-shaped magnet. By making the ring-shaped magnetic member at the same time as aligning the easy axis of magnetization of the magnetic fine particles in the direction of the line of magnetic force, the magnetic pole forming a pair of N and S poles on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface in the circumferential direction. Magnetization is performed so that a total of 8 pairs of magnetic poles are formed on the inner and outer peripheral surfaces so as to appear alternately in 4 pairs.

したがって、極異方性リング状磁石101では、外周面のN極及びS極により形成される磁力は、リング状磁石の径方向外側において強く、すなわち磁束密度が高くなり、リング状磁石の軸方向側では弱くなる。一方、ラジアル異方性リング状磁石102では、外周面のN極及びS極により形成される磁力は、リング状磁石の径方向内側および軸方向側において極異方性のものよりも強くなる一方、リング状磁石の径方向外側において極異方性のものよりも弱くなる。   Therefore, in the polar anisotropic ring magnet 101, the magnetic force formed by the N pole and S pole on the outer peripheral surface is strong on the radially outer side of the ring magnet, that is, the magnetic flux density is increased, and the axial direction of the ring magnet is increased. It becomes weak on the side. On the other hand, in the radial anisotropic ring-shaped magnet 102, the magnetic force formed by the N pole and S pole on the outer peripheral surface is stronger than that of the polar anisotropy on the radially inner side and the axial side of the ring magnet. The outer diameter of the ring-shaped magnet is weaker than that of polar anisotropy.

つまり、第1の着磁部61を仮にラジアル異方性配向に着磁させた場合には、図6(B)に示すように、第1の着磁部61の上下端付近に生じる磁力線がそれぞれ上下方向に向くために第1の電磁石67に作用せず、磁力漏れが多い状態となる。これに対し、第1のリング部材52aを極異方性に着磁させた場合には、図6(A)に示すように、第1の着磁部61が発生させる磁力は径方向外側に略水平に生じるため、その殆どを第1の電磁石67に作用させることができるようになる。そのため、回転体53の径方向位置を制御するために第1の着磁部61に作用させる第1の電磁石67の磁力を大きくすることができ、回転体53の径方向制御の精度を高めることができる。   That is, if the first magnetized portion 61 is magnetized in a radial anisotropic orientation, the lines of magnetic force generated in the vicinity of the upper and lower ends of the first magnetized portion 61 are as shown in FIG. Since each of them faces in the vertical direction, it does not act on the first electromagnet 67, and there is a large amount of magnetic leakage. On the other hand, when the first ring member 52a is magnetized with polar anisotropy, as shown in FIG. 6A, the magnetic force generated by the first magnetized portion 61 is radially outward. Most of them can be applied to the first electromagnet 67 because they occur substantially horizontally. Therefore, the magnetic force of the first electromagnet 67 that acts on the first magnetized portion 61 to control the radial position of the rotating body 53 can be increased, and the accuracy of radial control of the rotating body 53 is increased. Can do.

また、ラジアル異方性リング状磁石102では、リング状磁石の外周面における表面磁束密度が、周方向への変位(回転体53の回転)に対し、N極とS極との境界付近で大きく変化し、それ以外の部分で小さく変化するが、極異方性リング状磁石101では、リング状磁石の外周面における表面磁束密度が、周方向への変位に対して正弦波的に変化する。そのため、回転体53の回転角度の検知を高精度に行うことができるとともに、回転体53の回転駆動制御を高精度に行うことが可能となる。   Further, in the radial anisotropic ring-shaped magnet 102, the surface magnetic flux density on the outer peripheral surface of the ring-shaped magnet is large near the boundary between the N pole and the S pole with respect to the displacement in the circumferential direction (rotation of the rotating body 53). In the polar anisotropic ring-shaped magnet 101, the surface magnetic flux density on the outer peripheral surface of the ring-shaped magnet changes sinusoidally with respect to the displacement in the circumferential direction. Therefore, the rotation angle of the rotating body 53 can be detected with high accuracy, and the rotational drive control of the rotating body 53 can be performed with high accuracy.

なお、第1のリング部材52aの内径を光学部材51の外径よりも小さくし、第1のリング部材52aを成形する際に光学部材51を金型にセットして一体成形するようにしてもよい。このようにすることにより、接着剤の劣化等によって光学部材51と支持リング52とが分離する心配を排除することができ、長期の使用に対する信頼性を更に高めることができる。   Note that the inner diameter of the first ring member 52a is made smaller than the outer diameter of the optical member 51, and when the first ring member 52a is molded, the optical member 51 is set in a mold and integrally molded. Good. By doing in this way, the worry that the optical member 51 and the support ring 52 are separated due to deterioration of the adhesive or the like can be eliminated, and the reliability for long-term use can be further improved.

第2及び第3の着磁部62、63は、上下方向に沿う配向磁界を作り、リング部材(プラスチックマグネット)の成形と同時に磁性体微粒子の磁化容易軸を揃えることにより、各リング部材52b、52cの上面の全域がS極、下面の全域がN極となる異方性配向に着磁されている(図10参照)。これにより、第2及び第3のリング部材52b、52cが永久磁石となっている。   The second and third magnetized portions 62, 63 create an orientation magnetic field along the vertical direction, and align the easy magnetization axes of the magnetic fine particles simultaneously with the molding of the ring member (plastic magnet), thereby making each ring member 52b, The entire upper surface of 52c is magnetized in an anisotropic orientation such that the entire area of the upper surface is the S pole and the entire lower surface is the N pole (see FIG. 10). Thereby, the 2nd and 3rd ring members 52b and 52c are permanent magnets.

支持リング52がこのように構成されることにより、第1の着磁部61と第2及び第3の着磁部62,63との間に着磁されていない部分が介在することとなり、この部分が磁路になり易いバックヨークとして機能する。上記したように、第2及び第3のリング部材52b、52cは周方向について均一の磁束密度分布を有する一方、第1の着磁部61は周方向について正弦波的に変化する磁束密度分布を有するため、第1の着磁部61の磁界が第2及び第3の着磁部62、63に影響を及ぼすと、回転体53の軸方向位置の精度が低下するが、第1の着磁部61と第2及び第3の着磁部62,63との間に着磁されていない部分が介在することにより、第1の着磁部61の磁界の影響が第2及び第3の着磁部62、63に及び難くなり、回転体53の軸方向の位置制御を高精度に行うことができる。   By configuring the support ring 52 in this way, a non-magnetized portion is interposed between the first magnetized portion 61 and the second and third magnetized portions 62, 63. The portion functions as a back yoke that easily becomes a magnetic path. As described above, the second and third ring members 52b and 52c have a uniform magnetic flux density distribution in the circumferential direction, while the first magnetized portion 61 has a magnetic flux density distribution that changes sinusoidally in the circumferential direction. Therefore, if the magnetic field of the first magnetized portion 61 affects the second and third magnetized portions 62 and 63, the accuracy of the axial position of the rotating body 53 decreases, but the first magnetized portion Since the non-magnetized part is interposed between the part 61 and the second and third magnetized parts 62 and 63, the influence of the magnetic field of the first magnetized part 61 is influenced by the second and third magnetized parts. It becomes difficult to reach the magnetic parts 62 and 63, and the position control of the rotating body 53 in the axial direction can be performed with high accuracy.

また、第1の着磁部61と第2及び第3の着磁部62,63との間に着磁されていない部分が介在するため、第1の着磁部61の磁力との干渉を回避しつつ、第2及び第3の着磁部62、63をそれぞれ第2及び第3のリング部材52b、52cの外周縁まで延設することが可能となる。そのため、第2及び第3の着磁部62、63の磁力を強くでき、第2の電磁石68および永久磁石69による回転体53の軸方向位置制御の精度を向上することができる。また、第1乃至第3の着磁部61、62、63をそれぞれ第1乃至第3のリング部材52a、52b、52cに別々に設ければよいため、着磁が容易であり、着磁する際の磁場を高めて各着磁部61、62、63の磁力を最大限に大きくすることも可能であるため、これによっても、回転体53の径方向及び軸方向の位置制御の精度を向上することができる。   Further, since there is a portion that is not magnetized between the first magnetized portion 61 and the second and third magnetized portions 62 and 63, interference with the magnetic force of the first magnetized portion 61 is prevented. It is possible to extend the second and third magnetized portions 62 and 63 to the outer peripheral edges of the second and third ring members 52b and 52c, respectively, while avoiding them. Therefore, the magnetic force of the 2nd and 3rd magnetized parts 62 and 63 can be strengthened, and the precision of the axial position control of the rotating body 53 by the 2nd electromagnet 68 and the permanent magnet 69 can be improved. Further, since the first to third magnetized portions 61, 62, and 63 may be provided separately on the first to third ring members 52a, 52b, and 52c, respectively, magnetization is easy and magnetized. It is also possible to increase the magnetic field at the time and maximize the magnetic force of each of the magnetized portions 61, 62, 63. This also improves the accuracy of position control of the rotating body 53 in the radial direction and the axial direction. can do.

このように回転体53が、別部材のバックヨークを用いることなく、回転駆動装置54の一部を構成する支持リング52を光学部材51に直接連結させる構成となっているため、回転体53の接着箇所を少なくできるとともに、光学カプセル55を小型化し、ひいては撮像装置1を小型化することができる。   As described above, the rotating body 53 is configured to directly connect the support ring 52 constituting a part of the rotation driving device 54 to the optical member 51 without using a separate back yoke. The number of adhesion portions can be reduced, the optical capsule 55 can be downsized, and the imaging device 1 can be downsized.

また、回転体53には、第1乃至第3のリング部材52a、52b、52cが光学部材51に取り付けられるのみで、光学カプセル55の内部に導線を引き込む必要がないため、光学カプセル55の密閉性を高めることができる。また、光学カプセル55の部材としての独立性を高めることとなり、製造工程上有利となる。   In addition, since the first to third ring members 52 a, 52 b, and 52 c are only attached to the optical member 51 in the rotating body 53, and it is not necessary to draw a conducting wire inside the optical capsule 55, the optical capsule 55 is sealed. Can increase the sex. Further, the independence of the optical capsule 55 as a member is increased, which is advantageous in the manufacturing process.

図7は、図4に示した光学的シフト機構35の平面図である。図8(A)は、図7に示した回転駆動装置54の平面図であり、図8(B)は、図8(A)に示した回転駆動装置54の元になる従来構成の3相モータを適用した例を示す平面図である。図4、図7に示すように、磁気回転駆動部64は、電磁鋼帯を複数積層してなるステータコア71と、このステータコア71に巻回されたコイル72とで構成されている。ステータコア71は、光学カプセル55の周壁外面に当接した状態で設けられ、光学カプセル55を介して第1の着磁部61に対向配置されている。   FIG. 7 is a plan view of the optical shift mechanism 35 shown in FIG. FIG. 8A is a plan view of the rotary drive device 54 shown in FIG. 7, and FIG. 8B is a three-phase structure of the conventional configuration that is the basis of the rotary drive device 54 shown in FIG. It is a top view which shows the example which applied the motor. As shown in FIGS. 4 and 7, the magnetic rotation driving unit 64 includes a stator core 71 formed by laminating a plurality of electromagnetic steel strips, and a coil 72 wound around the stator core 71. The stator core 71 is provided in contact with the outer peripheral surface of the optical capsule 55, and is disposed to face the first magnetized portion 61 via the optical capsule 55.

回転駆動装置54は、いわゆるインナロータ型の3相モータであり、界磁を作り出す第1の着磁部61は、図8(A)に示すように、周方向に沿って交互にN極及びS極に着磁された8つの磁極を備えている。一方、磁気回転駆動部64は、等間隔に3つ設けられており、各ステータコア71は2つのティース73を備えている。この回転駆動装置54は、図8(B)に示すように、12ステート8ポールの従来構成の3相モータから、2ティース構成のステータコアを3つ等間隔に取り除いた、6ステート8ポールの構成となっている。   The rotary drive device 54 is a so-called inner rotor type three-phase motor, and the first magnetized portion 61 for generating a field is alternately arranged with N poles and S in the circumferential direction as shown in FIG. Eight magnetic poles magnetized on the poles are provided. On the other hand, three magnetic rotation driving units 64 are provided at equal intervals, and each stator core 71 includes two teeth 73. As shown in FIG. 8 (B), this rotary drive unit 54 has a 6-state 8-pole configuration in which three 2-core stator cores are removed at regular intervals from a 12-phase 8-pole conventional 3-phase motor. It has become.

磁気回転駆動部64のコイル72は、スター結線されており(図9参照)、各ステータコア71の2つのコイル72が、3相(u相、v相及びw相)のうちの2相、具体的にはu相及びv相、v相及びw相、並びにw相及びu相にそれぞれ設定されている。   The coils 72 of the magnetic rotation drive unit 64 are star-connected (see FIG. 9), and the two coils 72 of each stator core 71 are two phases of three phases (u phase, v phase and w phase), specifically Specifically, they are set to u phase and v phase, v phase and w phase, and w phase and u phase, respectively.

磁気回転駆動部64のコイル72に通電して磁気回転駆動部64が励磁されると、第1の着磁部61との間に引力及び斥力が生じ、これにより、光学カプセル55内の回転体53に接触することなく、その回転体53を回転させることができる。この磁力を利用した構成は、いわゆるベアリングレスモータの構成に準ずるものであり、摺動部が全く存在せず、回転駆動装置54は極めて低振動で駆動され、かつ長寿命を達成することができる。   When the magnetic rotation driving unit 64 is energized by energizing the coil 72 of the magnetic rotation driving unit 64, an attractive force and a repulsive force are generated between the first magnetizing unit 61 and the rotating body in the optical capsule 55. The rotating body 53 can be rotated without contacting the 53. The configuration using this magnetic force is similar to the configuration of a so-called bearingless motor, there is no sliding portion, the rotary drive device 54 is driven with extremely low vibration, and a long life can be achieved. .

図9は、図2に示したシフト制御部14の構成図である。磁気回転駆動部64のコイル72は、図9に示すように、シフト制御部14に設けられた3相ドライバ75により駆動される。シフト制御部14では、演算処理部76から速度指令値がパルス幅変調器(PWM)77に送出され、パルス幅変調器77では、この速度指令値に基づいてONデューティ比を算出し、このデューティ比に基づきパルス幅変調されたPWM信号が3相ドライバ75に出力される。3相ドライバ75は、内部に3系統のプッシュプル型のトランジスタ回路78を備え、PWM信号に基づき各コイル72に流す電流を制御する。これにより周期設定部25(図2参照)から指示された円運動周期で回転体53が回転駆動される。   FIG. 9 is a block diagram of the shift control unit 14 shown in FIG. As shown in FIG. 9, the coil 72 of the magnetic rotation driving unit 64 is driven by a three-phase driver 75 provided in the shift control unit 14. In the shift control unit 14, the speed command value is sent from the arithmetic processing unit 76 to the pulse width modulator (PWM) 77, and the pulse width modulator 77 calculates the ON duty ratio based on this speed command value, and this duty A PWM signal pulse-modulated based on the ratio is output to the three-phase driver 75. The three-phase driver 75 includes three systems of push-pull type transistor circuits 78 therein, and controls the current that flows through each coil 72 based on the PWM signal. As a result, the rotating body 53 is rotationally driven in a circular motion cycle instructed from the cycle setting unit 25 (see FIG. 2).

図4に示したように、第1の電磁石67は、第1の着磁部61に対向して配置された第1の磁性体81と、この第1の磁性体81に巻回されたコイル82とで構成されている。第1の磁性体81は、渦電流の抑制のために電磁鋼帯を複数積層して構成され、光学カプセル55の周壁外面に当接した状態に設けられている。   As shown in FIG. 4, the first electromagnet 67 includes a first magnetic body 81 disposed so as to face the first magnetized portion 61, and a coil wound around the first magnetic body 81. 82. The first magnetic body 81 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel strips to suppress eddy currents, and is provided in a state of being in contact with the outer peripheral surface of the optical capsule 55.

第1の電磁石67のコイル82に通電することで第1の電磁石67が励磁されると、第1の着磁部61との間に斥力及び引力が生じる。第1の電磁石67は、光学カプセル55の周囲に等間隔に3つ配置されており(図7参照)、第1の電磁石67の各コイル82の通電量を個別に制御することで、回転体53に作用させる径方向の磁力を調整し、回転体53を任意の径方向に変位させることができる。これにより、回転体53が所定の径方向位置、すなわち光学部材51の中心軸が光軸Cと概ね一致する径方向位置に保持される。   When the first electromagnet 67 is excited by energizing the coil 82 of the first electromagnet 67, repulsive force and attractive force are generated between the first electromagnet 67 and the first magnetized portion 61. Three first electromagnets 67 are arranged at equal intervals around the optical capsule 55 (see FIG. 7), and the rotating body is controlled by individually controlling the energization amount of each coil 82 of the first electromagnet 67. It is possible to adjust the radial magnetic force applied to 53 and to displace the rotating body 53 in an arbitrary radial direction. Thereby, the rotating body 53 is held at a predetermined radial position, that is, a radial position where the central axis of the optical member 51 substantially coincides with the optical axis C.

第2の電磁石68は、第2の着磁部62に対向して配置された第2の磁性体83と、この第2の磁性体83に巻回されたコイル84とで構成されている。第2の磁性体83は、渦電流の抑制のために電磁鋼帯を複数積層して構成され、光学カプセル55の上壁外面に当接した状態に設けられている。   The second electromagnet 68 includes a second magnetic body 83 disposed so as to face the second magnetized portion 62, and a coil 84 wound around the second magnetic body 83. The second magnetic body 83 is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel strips to suppress eddy currents, and is provided in a state of being in contact with the outer surface of the upper wall of the optical capsule 55.

永久磁石69は、光学カプセル55を挟んで第2の電磁石68と相反する側に設けられている。この永久磁石69は、光学カプセル55の下壁外面に当接した状態に設けられ、光学カプセル55を介して第3の着磁部63に対向配置されている。   The permanent magnet 69 is provided on the side opposite to the second electromagnet 68 with the optical capsule 55 interposed therebetween. The permanent magnet 69 is provided in contact with the outer surface of the lower wall of the optical capsule 55, and is disposed to face the third magnetized portion 63 via the optical capsule 55.

永久磁石69と第3の着磁部63とは、互いに対向する側が同一磁極(ここではN極)となるように設定されており(図10参照)、永久磁石69と第3の着磁部63との間に斥力が生じ、回転体53が光学カプセル55の底壁内面から浮いた状態に保持される。   The permanent magnet 69 and the third magnetized portion 63 are set so that the sides facing each other become the same magnetic pole (here, N pole) (see FIG. 10), and the permanent magnet 69 and the third magnetized portion. A repulsive force is generated between the rotating body 53 and the rotating body 53 in a state where it floats from the inner surface of the bottom wall of the optical capsule 55.

第2の電磁石68と第2の着磁部62とは、互いに対向する側が同一磁極(ここではS極)となるように設定されており(図10参照)、第2の電磁石68のコイル84に通電することで第2の電磁石68が励磁されると、第2の電磁石68と第2の着磁部62との間に斥力が生じる。   The second electromagnet 68 and the second magnetized portion 62 are set so that the sides facing each other are the same magnetic pole (here, S pole) (see FIG. 10), and the coil 84 of the second electromagnet 68 is set. When the second electromagnet 68 is excited by energizing the current, a repulsive force is generated between the second electromagnet 68 and the second magnetized portion 62.

第2の電磁石68は、光学カプセル55の一の主面において等間隔に3つ配置され(図7参照)、永久磁石69も、光学カプセル55の他面において第2の電磁石68と同じ周方向位置に(光軸方向にみて重畳するように)等間隔に3つ配置されており、第2の電磁石68の各コイル84の通電量を制御することで、第2の電磁石68と第2の着磁部62との間に生じる斥力の大きさを、永久磁石69と第3の着磁部63との間に生じる斥力と釣り合わせることにより、回転体53が所定の軸方向位置に保持される。   Three second electromagnets 68 are arranged at equal intervals on one main surface of the optical capsule 55 (see FIG. 7), and the permanent magnet 69 is also in the same circumferential direction as the second electromagnet 68 on the other surface of the optical capsule 55. The three electromagnets 68 and the second electromagnet 68 are arranged at regular intervals (so as to overlap in the direction of the optical axis), and the energization amount of each coil 84 of the second electromagnet 68 is controlled. The rotating body 53 is held at a predetermined axial position by balancing the magnitude of the repulsive force generated between the magnetized portion 62 and the repulsive force generated between the permanent magnet 69 and the third magnetized portion 63. The

このように第2の電磁石68と永久磁石69とを協働させて回転体53の軸方向位置を制御するため、回転体53の軸方向の位置を簡易かつ高精度に制御することができる。ここで、第2の電磁石68の各コイル84の通電量を均等に制御することで、第2の電磁石68の斥力と永久磁石69の斥力とが釣り合う軸方向位置に回転体53を変位させることができるが、第2の電磁石68の各コイル84の通電量を個別に制御して、回転体53の中心線が光軸Cに対して傾いた振れ回り運動を抑制するような制御も可能である。このような構成とすることで、例えばレンズユニット42をいわゆるズームレンズ系として構成した場合でも、光学的シフト量を適切に管理することが可能となる。   Thus, since the second electromagnet 68 and the permanent magnet 69 cooperate to control the axial position of the rotating body 53, the axial position of the rotating body 53 can be controlled easily and with high accuracy. Here, the rotating body 53 is displaced to an axial position where the repulsive force of the second electromagnet 68 and the repulsive force of the permanent magnet 69 are balanced by uniformly controlling the energization amount of each coil 84 of the second electromagnet 68. However, it is possible to control such that the energization amount of each coil 84 of the second electromagnet 68 is individually controlled to suppress the swinging motion in which the center line of the rotating body 53 is inclined with respect to the optical axis C. is there. With such a configuration, for example, even when the lens unit 42 is configured as a so-called zoom lens system, the optical shift amount can be appropriately managed.

なお、第2の電磁石68と第2の着磁部62との間、ならびに永久磁石69と第3の着磁部63との間にそれぞれ引力を生じさせて、それらを釣り合わせる構成も可能である。特に上述のように斥力を生じさせる構成では、第2の電磁石68が励磁されていない状態でも、永久磁石69の磁力で回転体53が光学カプセル55の底壁内面から浮いた状態となるため、起動時等に回転体53の回転を円滑に開始することができる利点が得られる。   In addition, it is also possible to generate an attractive force between the second electromagnet 68 and the second magnetized portion 62 and between the permanent magnet 69 and the third magnetized portion 63 and balance them. is there. In particular, in the configuration in which repulsive force is generated as described above, the rotating body 53 floats from the inner surface of the bottom wall of the optical capsule 55 by the magnetic force of the permanent magnet 69 even when the second electromagnet 68 is not excited. There is an advantage that the rotation of the rotating body 53 can be started smoothly at the time of startup or the like.

また、永久磁石69にはネオジム磁石を採用するとよいが、上方の第2の電磁石68による磁力とのバランスを考慮して、他の磁石(例えば、フェライト磁石等)を用いてもよい。   In addition, a neodymium magnet may be used as the permanent magnet 69, but another magnet (for example, a ferrite magnet) may be used in consideration of the balance with the magnetic force generated by the upper second electromagnet 68.

第1の磁気センサ65は、例えばホール素子からなる。この第1の磁気センサ65は、第1の電磁石67を構成する第1の磁性体81における第1の着磁部61と相反する側の端部に配置されており、第1の磁気センサ65を第1の磁性体81の表面に固着することで、第1の磁気センサ65と第1の電磁石67とが一体化されている。   The first magnetic sensor 65 is composed of, for example, a Hall element. The first magnetic sensor 65 is disposed at the end of the first magnetic body 81 constituting the first electromagnet 67 on the side opposite to the first magnetized portion 61, and the first magnetic sensor 65. Is fixed to the surface of the first magnetic body 81, whereby the first magnetic sensor 65 and the first electromagnet 67 are integrated.

このように第1の磁気センサ65を配置すると、第1の磁気センサ65と第1の電磁石67とが径方向に重なり合うため、配置スペースが小さくなり、省スペース化を図ることができる。そして、第1の磁気センサ65が第1の磁性体81を介して第1の着磁部61の磁気を検出する、すなわち第1の着磁部61の磁気が第1の磁性体81により案内されて第1の磁気センサ65に導かれるため、第1の磁気センサ65の検出精度を低下させずに済む。   When the first magnetic sensor 65 is arranged in this way, the first magnetic sensor 65 and the first electromagnet 67 overlap in the radial direction, so that the arrangement space is reduced and space saving can be achieved. The first magnetic sensor 65 detects the magnetism of the first magnetized portion 61 through the first magnetic body 81, that is, the magnetism of the first magnetized portion 61 is guided by the first magnetic body 81. Therefore, the detection accuracy of the first magnetic sensor 65 does not need to be lowered because it is guided to the first magnetic sensor 65.

第2の磁気センサ66は、例えばホール素子からなる。この第2の磁気センサ66は、第2の電磁石68を構成する第2の磁性体83における第2の着磁部62と相反する側の端部に配置されており、第2の磁気センサ66を第2の磁性体83に表面に固着することで、第2の磁気センサ66と第2の電磁石68とが一体化されている。   The second magnetic sensor 66 is composed of, for example, a Hall element. The second magnetic sensor 66 is disposed at the end opposite to the second magnetized portion 62 in the second magnetic body 83 constituting the second electromagnet 68, and the second magnetic sensor 66. Is fixed to the surface of the second magnetic body 83 so that the second magnetic sensor 66 and the second electromagnet 68 are integrated.

このように第2の磁気センサ66を配置すると、第2の磁気センサ66と第2の電磁石68とが軸方向に重なり合うため、配置スペースが小さくなり、省スペース化を図ることができる。そして、第2の磁気センサ66が第2の磁性体83を介して第2の着磁部62の磁気を検出する、すなわち第2の着磁部62の磁気が第2の磁性体83により案内されて第2の磁気センサ66に導かれるため、第2の磁気センサ66の検出精度を低下させずに済む。   When the second magnetic sensor 66 is arranged in this manner, the second magnetic sensor 66 and the second electromagnet 68 are overlapped in the axial direction, so that the arrangement space is reduced, and space saving can be achieved. Then, the second magnetic sensor 66 detects the magnetism of the second magnetized portion 62 via the second magnetic body 83, that is, the magnetism of the second magnetized portion 62 is guided by the second magnetic body 83. Thus, the detection accuracy of the second magnetic sensor 66 does not need to be lowered because it is guided to the second magnetic sensor 66.

さて、このように磁気を磁性体によって案内して磁気センサで検出する構成にすると、省スペースの点では有利となるが、一方で、磁気が磁性体を透過する間に減衰することとなる。磁気の減衰は計測対象物の磁気(例えば、第1の着磁部61が発生する磁気)の絶対的な強度や、磁気を案内する磁性体の長さや透磁率、検出すべき対象(例えば、第1の着磁部61)と磁性体のギャップ長等に依存するため一概には言えないが、結果的に磁気センサにおける検出精度が不足する場合は、磁気センサの更に外側(例えば、第1の電磁石67の外周側に配置された第1の磁気センサ65の更に外周側)に、磁性体のブロック(図示せず)を置くことで磁気センサの出力が増強される。これは磁性体のブロックによって、磁気センサを貫通する磁力線が増加することによる効果である。また、磁気センサとしてホール素子に替えてGMR(Giant Magneto Resistive)素子(巨大磁気抵抗素子)を用いるのも有効である。GMR素子はもともとハードディスクの磁気ヘッドに応用され、記憶容量の飛躍的な増加をもたらしたことで知られる素子であり、これにより微弱な磁気を高精度で検出することが可能となる。   Now, such a configuration in which magnetism is guided by a magnetic material and detected by a magnetic sensor is advantageous in terms of space saving, but on the other hand, the magnetism is attenuated while passing through the magnetic material. The attenuation of the magnetism is the absolute strength of the magnetism of the measurement object (for example, the magnetism generated by the first magnetized portion 61), the length and permeability of the magnetic material guiding the magnetism, and the object to be detected (for example, Since it depends on the gap length between the first magnetized portion 61) and the magnetic body, it cannot be said unconditionally. As a result, when the detection accuracy of the magnetic sensor is insufficient, the outer side of the magnetic sensor (for example, the first magnetized portion 61) By placing a magnetic block (not shown) on the outer peripheral side of the first magnetic sensor 65 disposed on the outer peripheral side of the electromagnet 67, the output of the magnetic sensor is enhanced. This is the effect of increasing the lines of magnetic force penetrating the magnetic sensor by the magnetic block. It is also effective to use a GMR (Giant Magneto Resistive) element (giant magnetoresistive element) instead of the Hall element as the magnetic sensor. The GMR element is an element that is known to have been applied to a magnetic head of a hard disk and brought about a dramatic increase in storage capacity. This makes it possible to detect weak magnetism with high accuracy.

第1及び第2の電磁石67、68をそれぞれ構成する第1及び第2の磁性体81、83は、連結部材85を介して連結されている。また、第1の電磁石67を構成する第1の磁性体81と永久磁石69とが、連結部材86を介して連結されている。これにより、第1の磁気センサ65と、第2の磁気センサ66と、第1の電磁石67と、第2の電磁石68と、永久磁石69とが一体化されて位置検出制御ユニット87を構成している。   The first and second magnetic bodies 81 and 83 constituting the first and second electromagnets 67 and 68 are connected via a connecting member 85. Further, the first magnetic body 81 and the permanent magnet 69 constituting the first electromagnet 67 are connected via a connecting member 86. As a result, the first magnetic sensor 65, the second magnetic sensor 66, the first electromagnet 67, the second electromagnet 68, and the permanent magnet 69 are integrated to form the position detection control unit 87. ing.

連結部材85、86には、非磁性体(例えば、樹脂、セラミック等)を用いるとよく、これにより第1の電磁石67と第2の電磁石68と永久磁石69との間に磁気的な相互作用が生じないようにすることができる。   It is preferable to use a non-magnetic material (for example, resin, ceramic, etc.) for the connecting members 85 and 86, so that the magnetic interaction between the first electromagnet 67, the second electromagnet 68 and the permanent magnet 69 is achieved. Can be prevented from occurring.

位置検出制御ユニット87は、図7に示すように、周方向に等間隔に配置された磁気回転駆動部64の間の空間に配置されている。ここでは、磁気回転駆動部64が、光学カプセル55の中心、すなわち正規の位置にある回転体53の中心に対して120度の角度をおいて3つ配置され、位置検出制御ユニット87も、光学カプセル55の中心に対して120度の角度をおいて3つ配置されている。これは、図8(B)に示したように、12ステート8ポールの従来構成の3相モータから、2ティース構成のステータコアを3つ等間隔に取り除くことでできた空間に、位置検出制御ユニット87を配置したことになる。   As shown in FIG. 7, the position detection control unit 87 is arranged in a space between the magnetic rotation driving units 64 arranged at equal intervals in the circumferential direction. Here, three magnetic rotation driving units 64 are arranged at an angle of 120 degrees with respect to the center of the optical capsule 55, that is, the center of the rotating body 53 at the normal position, and the position detection control unit 87 is also optically connected. Three are arranged at an angle of 120 degrees with respect to the center of the capsule 55. As shown in FIG. 8B, this is a position detection control unit in a space formed by removing three 2-core stator cores at regular intervals from a 12-state 8-pole conventional 3-phase motor. 87 is arranged.

このように第1及び第2の磁気センサ65、66と、第1及び第2の電磁石67、68と、永久磁石69とを、周方向の同一位置に配置して一体化し、磁気回転駆動部64の間の空間に配置したため、光学カプセル55の外側のスペースを有効利用して省スペース化が図られている。   As described above, the first and second magnetic sensors 65 and 66, the first and second electromagnets 67 and 68, and the permanent magnet 69 are arranged and integrated at the same position in the circumferential direction, and the magnetic rotation driving unit is integrated. Since it is arranged in the space between 64, the space outside the optical capsule 55 is effectively used to save space.

また、磁気回転駆動部64を構成するステータコア71と、第1及び第2の電磁石67、68を構成する第1及び第2の磁性体81、83と、永久磁石69とが、光学カプセル55の外面に当接した状態で設けられているため、光学カプセル55自体の寸法精度を良好に管理すれば、各構成要素の位置関係を極めて高精度に定めることが可能となり、高い制御性能を実現することができる。   In addition, the stator core 71 constituting the magnetic rotation driving unit 64, the first and second magnetic bodies 81 and 83 constituting the first and second electromagnets 67 and 68, and the permanent magnet 69 include the optical capsule 55. Since it is provided in contact with the outer surface, if the dimensional accuracy of the optical capsule 55 itself is managed well, the positional relationship of each component can be determined with extremely high accuracy, and high control performance is realized. be able to.

図10は、図4に示した回転駆動装置54の要部及びシフト制御部14を示す図である。図10に示すように、シフト制御部14は、第1及び第2の磁気センサ65、66の出力信号に基づいて回転体53の径方向及び軸方向の位置を判定する位置判定部91と、この位置判定部91の判定結果に従って、第1及び第2の電磁石67、68に設けられたコイル82、84の通電量を制御する通電制御部92とを有している。位置判定部91及び通電制御部92は、図9に示した演算処理部76のCPUで所定のプログラムを実行することで実現される。   FIG. 10 is a diagram illustrating a main part of the rotation driving device 54 illustrated in FIG. 4 and the shift control unit 14. As shown in FIG. 10, the shift control unit 14 includes a position determination unit 91 that determines the radial and axial positions of the rotating body 53 based on the output signals of the first and second magnetic sensors 65 and 66. According to the determination result of the position determination unit 91, an energization control unit 92 that controls energization amounts of the coils 82 and 84 provided in the first and second electromagnets 67 and 68 is provided. The position determination unit 91 and the energization control unit 92 are realized by executing a predetermined program by the CPU of the arithmetic processing unit 76 shown in FIG.

位置判定部91では、第1の磁気センサ65により検出される第1の着磁部61の磁気の大きさに基づいて回転体53の径方向の位置を判定し、また、第2の磁気センサ66により検出される第2の着磁部62の磁気の大きさに基づいて回転体53の軸方向の位置を判定する。   The position determining unit 91 determines the radial position of the rotating body 53 based on the magnitude of the magnetism of the first magnetized unit 61 detected by the first magnetic sensor 65, and the second magnetic sensor Based on the magnitude of magnetism of the second magnetized portion 62 detected by 66, the position of the rotating body 53 in the axial direction is determined.

通電制御部92では、位置判定部91で取得した回転体53の実際の位置と正規の位置とを比較し、正規の位置に対する回転体53のずれを修正する修正値を、径方向及び軸方向について算出する。この修正値は、図9に示したように、演算処理部76からD/A変換器(DAC)を介して第1及び第2の電磁石駆動用ドライバ93、94に送信され、修正値に対応する電流を第1及び第2の電磁石67、68のコイル82、84に流す。このようなフィードバック制御により、回転体53が正規の径方向位置及び軸方向位置に保持される。   The energization control unit 92 compares the actual position of the rotating body 53 acquired by the position determination unit 91 with the normal position, and corrects the correction value for correcting the deviation of the rotating body 53 with respect to the normal position in the radial direction and the axial direction. Is calculated. As shown in FIG. 9, the correction value is transmitted from the arithmetic processing unit 76 to the first and second electromagnet driving drivers 93 and 94 via the D / A converter (DAC), and corresponds to the correction value. Current to flow through the coils 82 and 84 of the first and second electromagnets 67 and 68. By such feedback control, the rotating body 53 is held at the regular radial position and axial position.

ここで、第1の磁気センサ65と第1の電磁石67は、互いに周方向の同一位置に配置されており、第1の磁気センサ65により検出される回転体53の径方向位置と、第1の電磁石67により回転体53に径方向力を作用させる位置とが同一となる。また第2の磁気センサ66と第2の電磁石68も、互いに周方向の同一位置に配置されており、第2の磁気センサ66により検出される回転体53の軸方向位置と、第2の電磁石68により回転体53に軸方向力を作用させる位置とが同一となる。このため、位置制御のための演算処理を簡略化することができ、回転体53の位置制御を容易に且つ高精度に行うことが可能となっている。   Here, the first magnetic sensor 65 and the first electromagnet 67 are arranged at the same circumferential position, and the radial position of the rotating body 53 detected by the first magnetic sensor 65 and the first The position where the radial force is applied to the rotating body 53 by the electromagnet 67 is the same. The second magnetic sensor 66 and the second electromagnet 68 are also arranged at the same circumferential position, and the axial position of the rotating body 53 detected by the second magnetic sensor 66 and the second electromagnet. 68, the position where the axial force is applied to the rotating body 53 becomes the same. For this reason, the calculation process for position control can be simplified, and position control of the rotating body 53 can be performed easily and with high accuracy.

また、シフト制御部14では、位置判定部91による位置判定動作と、通電制御部92による位置制御動作とが時分割で交互に行なわれる。すなわち、第1及び第2の電磁石67、68のコイル82、84に通電する位置制御が行われる間は、第1及び第2の磁気センサ65、66の出力信号に基づく位置判定が行われず、逆に位置判定が行われる間は、位置制御が行われない。   In the shift control unit 14, the position determination operation by the position determination unit 91 and the position control operation by the energization control unit 92 are alternately performed in a time division manner. That is, while position control for energizing the coils 82 and 84 of the first and second electromagnets 67 and 68 is performed, position determination based on the output signals of the first and second magnetic sensors 65 and 66 is not performed. Conversely, position control is not performed while position determination is performed.

これにより、第1及び第2の電磁石67、68のコイル82、84に通電することで発生する磁界の影響で、第1及び第2の磁気センサ65、66が第1及び第2の着磁部61、62の磁気を正確に検出することができなくなることを避けることができる。   As a result, the first and second magnetic sensors 65 and 66 are affected by the magnetic field generated by energizing the coils 82 and 84 of the first and second electromagnets 67 and 68 so that the first and second magnetic sensors 65 and 66 are magnetized. It can be avoided that the magnetism of the parts 61 and 62 cannot be detected accurately.

ところで、図2に示した超解像処理部24にて実施される超解像処理では、元になるフレーム画像の撮像位置が既知であれば、位置合わせ処理の演算コストを大幅に削減することができる。このとき、例えば120万画素の撮像素子31を1/3インチサイズで構成すると画素ピッチは3.75μm程度となるが、これを超解像処理で4×4倍に拡大する場合、新たに生成される画像の画素ピッチは3.75/4=0.93μmとなり、撮像位置をサブミクロンオーダで高精度に把握することが望まれる。   By the way, in the super-resolution processing performed by the super-resolution processing unit 24 shown in FIG. 2, if the imaging position of the original frame image is known, the calculation cost of the alignment processing is greatly reduced. Can do. At this time, for example, if the image sensor 31 of 1.2 million pixels is configured with a 1/3 inch size, the pixel pitch is about 3.75 μm. The pixel pitch of the image to be obtained is 3.75 / 4 = 0.93 μm, and it is desired to grasp the imaging position with high accuracy on the order of submicrons.

このようにフレーム画像の撮像位置を高精度に把握するには、まず光学部材51の位置を高精度に制御する必要があり、これは、前記のように第1及び第2の磁気センサ65、66と第1及び第2の電磁石67、68とにより実現される。さらに、フレーム画像の撮像位置を高精度に把握するには、平行平板57による光のシフト方向を規定する回転体53の回転位置を高精度に検出する必要がある。   As described above, in order to grasp the imaging position of the frame image with high accuracy, it is necessary to control the position of the optical member 51 with high accuracy. This is because the first and second magnetic sensors 65, 65, 66 and first and second electromagnets 67 and 68. Furthermore, in order to grasp the imaging position of the frame image with high accuracy, it is necessary to detect with high accuracy the rotational position of the rotating body 53 that defines the light shift direction by the parallel plate 57.

そこで、回転駆動装置54は、図7に示したように、光学部材51の回転位置の基準となる原点位置を検出する原点センサ70を備えている。この原点センサ70の出力信号に基づいて、駆動回路33が生成するタイミング信号に応じて撮像素子31で撮像が行われたときの光像のシフト位置が決定される。これにより、フレーム画像の撮像位置を高精度に把握することができ、超解像処理の演算コストを低減することができる。   Therefore, as shown in FIG. 7, the rotation driving device 54 includes an origin sensor 70 that detects an origin position that serves as a reference for the rotational position of the optical member 51. Based on the output signal of the origin sensor 70, the shift position of the optical image when the image pickup device 31 takes an image is determined according to the timing signal generated by the drive circuit 33. Thereby, the imaging position of a frame image can be grasped with high accuracy, and the calculation cost of super-resolution processing can be reduced.

原点センサ70は、反射型フォトセンサ(フォトリフレクタ)からなり、光学部材51の支持リング52上に設けられた図示しないマーキング部を検出する。なお、マーキング部は、所要の色(例えば支持リング52が黒色であれば白色)の塗料を印刷工法などを用いて支持リング52の表面に形成すればよい。また、原点センサ70は、反射型フォトセンサに限定されるものではなく、他の光学センサを含む周知のセンサを用いることができる。   The origin sensor 70 is composed of a reflection type photosensor (photoreflector), and detects a marking portion (not shown) provided on the support ring 52 of the optical member 51. In addition, what is necessary is just to form a marking part on the surface of the support ring 52 using the printing method etc. for the required color (for example, white if the support ring 52 is black). The origin sensor 70 is not limited to the reflection type photosensor, and a known sensor including another optical sensor can be used.

さらに、フレーム画像の撮像位置を高精度に把握するには、光学部材51の回転速度を高精度に制御する必要がある。これには、まず、回転体53の回転速度を高精度に検出する必要があり、ここでは、回転体53の回転速度を第1の磁気センサ65の出力信号から求めるようにしている。第1の着磁部61が回転体53と連動回転すると、第1の磁気センサ65に対向する磁極(N極及びS極)が交互に切り替わり、第1の磁気センサ65から出力される信号は、第1の着磁部61のN極及びS極の1組が相対移動する期間を1周期とする正弦波を呈し、その出力信号の周期に基づいて回転体53の回転速度を求めることができる。   Furthermore, in order to grasp the imaging position of the frame image with high accuracy, it is necessary to control the rotation speed of the optical member 51 with high accuracy. For this purpose, it is necessary to detect the rotational speed of the rotating body 53 with high accuracy. Here, the rotational speed of the rotating body 53 is obtained from the output signal of the first magnetic sensor 65. When the first magnetizing unit 61 rotates in conjunction with the rotating body 53, the magnetic poles (N pole and S pole) facing the first magnetic sensor 65 are alternately switched, and the signal output from the first magnetic sensor 65 is The sine wave having a period in which one pair of the N pole and the S pole of the first magnetized portion 61 is relatively moved is obtained, and the rotational speed of the rotating body 53 is obtained based on the period of the output signal. it can.

これを図9を参照して具体的に説明すると、第1の磁気センサ65の出力信号が、コンパレータ(CMP)で2値化されて3系統のFGパルスとして出力され、このFGパルスのパルス間隔が、図示しない高速カウンタによって計数される。演算処理部76では、第1の着磁部61の既知である磁極間距離を高速カウンタの計数値で除算する演算が行われ、これにより速度実測値Vnが得られる。   This will be described in detail with reference to FIG. 9. The output signal of the first magnetic sensor 65 is binarized by a comparator (CMP) and output as three FG pulses, and the pulse interval of the FG pulses. Is counted by a high-speed counter (not shown). The arithmetic processing unit 76 performs an operation of dividing the known magnetic pole distance of the first magnetizing unit 61 by the count value of the high-speed counter, thereby obtaining the actually measured speed value Vn.

なお、このような回転速度の検出方法に加えて、例えば、光学部材51や第1の着磁部61等にマーキングを施し、これを光学式センサ(フォトリフレクタ)で検出するようにしてもよい。その場合、白黒のマーキングとすれば、比較的狭ピッチで描けるため、より高いサンプリングレートで回転角速度の検出が可能となる。   In addition to such a method of detecting the rotational speed, for example, marking may be applied to the optical member 51, the first magnetized portion 61, and the like, and this may be detected by an optical sensor (photo reflector). . In this case, if the black-and-white marking is used, the rotation angular velocity can be detected at a higher sampling rate because drawing can be performed at a relatively narrow pitch.

また、光学部材51を等速度で回転させるため、ここでは光学部材51の回転速度に基づくPI制御(比例積分制御)を行っている。具体的には、周期設定部25(図2参照)から指示された円運動周期に対応して速度目標値Vrを設定して、この速度目標値Vrに対する速度実測値Vnの誤差δV(=Vr−Vn)を算出する。ついで、誤差δVに適切なゲインGpを乗じて比例項(P=Gp×δV)を算出する。また、速度オフセットを生じることから、誤差δVを積分し、これに適切なゲインGiを乗じて積分項(I=Gi×Σ(δV))を算出する。そして、得られた比例項(P)と積分項(I)とを加算して速度指令値を求める。この速度指令値は、上述のように、パルス幅変調器(PWM)77に送られて、3相ドライバ75を動作させるPWM信号が出力される。これにより光学部材51を高い精度で等速度回転させることができる。   Further, here, PI control (proportional integral control) based on the rotation speed of the optical member 51 is performed in order to rotate the optical member 51 at a constant speed. Specifically, a speed target value Vr is set corresponding to the circular motion period instructed from the period setting unit 25 (see FIG. 2), and an error δV (= Vr) of the actually measured speed value Vn with respect to this speed target value Vr. -Vn) is calculated. Next, the proportional term (P = Gp × δV) is calculated by multiplying the error δV by an appropriate gain Gp. Further, since a speed offset occurs, the error δV is integrated, and this is multiplied by an appropriate gain Gi to calculate an integral term (I = Gi × Σ (δV)). Then, the speed command value is obtained by adding the obtained proportional term (P) and integral term (I). This speed command value is sent to the pulse width modulator (PWM) 77 as described above, and a PWM signal for operating the three-phase driver 75 is output. Thereby, the optical member 51 can be rotated at a constant speed with high accuracy.

図11は、撮像素子31への光の入射状況を示す断面図であり、図11(A)は入射した光の光路が最も右側にシフトした状態を示し、図11(B)は図11(A)の状態から平行平板57が180゜回転した状態を示している。なお、図11(B)の状態から、平行平板57がさらに180゜回転すると、図11(A)の状態に復帰する。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state of incidence of light on the image sensor 31. FIG. 11A shows a state where the optical path of the incident light is shifted to the rightmost side, and FIG. A state in which the parallel plate 57 is rotated 180 ° from the state A) is shown. When the parallel plate 57 is further rotated 180 ° from the state of FIG. 11B, the state returns to the state of FIG.

光学部材51の平行平板57は、レンズユニット42の光軸Cに対して傾斜しているため、レンズユニット42を経て入射する光を屈折させ、撮像素子31の受光面31aに入射する光の位置が平行平板57の回転位置に応じて変化し、光学的シフト機構35により光学部材51を回転させると、撮像素子31の受光面31a上で結像する光像が、光学部材51の回転速度に応じた周期(円運動周期)で円を描くように移動し、これにより撮像素子31に対して光像を相対的に微小変位させることができる。   Since the parallel plate 57 of the optical member 51 is inclined with respect to the optical axis C of the lens unit 42, the position of the light that refracts the light incident through the lens unit 42 and enters the light receiving surface 31 a of the image sensor 31. Changes in accordance with the rotational position of the parallel plate 57, and when the optical member 51 is rotated by the optical shift mechanism 35, the optical image formed on the light receiving surface 31 a of the image sensor 31 becomes the rotational speed of the optical member 51. It moves so as to draw a circle with a corresponding cycle (circular motion cycle), and thereby the optical image can be relatively displaced relative to the image sensor 31.

このように、平行平板57はレンズユニット42を通過した入射光を光軸Cと垂直な方向にシフトさせる機能のみを持つ。またレンズユニット42と撮像素子31の位置関係は固定されているから、撮像素子31側の画角も確定される。これらのことから明白なように、平行平板57は光軸Cの方向に平行移動しても、光軸Cと垂直な方向に平行移動しても、光学的シフト量は不変である。一方、平行平板57と光軸Cの角度が変化すると、光学的シフト量は大きな影響を受ける。すなわち、平行平板57を含む光学部材51の位置制御にとって重要なのは光軸Cに対する光学部材51の角度変動であり、光学部材51の光軸C方向及び光軸Cと垂直な方向(径方向)における平行移動については、極論すれば光学部材51が光学カプセル55の内壁に当接しないように制御すればよい。ここで、上述したように、光学部材51には外部の磁気回転駆動部64から磁力が作用しており、この磁力は平均的にみれば光学部材51の回転中心を光軸Cと一致させようとする。従って、上述した構成要素のうち、第1の電磁石67及び第1の磁気センサ65は省略することが可能である。但し、この場合は光学部材51が微小振動してしまう可能性があり、撮像装置としてみたときに、このような振動を嫌う場合には第1の電磁石67及び第1の磁気センサ65を省略すべきではない。   Thus, the parallel plate 57 has only a function of shifting the incident light that has passed through the lens unit 42 in a direction perpendicular to the optical axis C. Further, since the positional relationship between the lens unit 42 and the image sensor 31 is fixed, the angle of view on the image sensor 31 side is also determined. As is clear from these facts, the amount of optical shift remains unchanged regardless of whether the parallel plate 57 is translated in the direction of the optical axis C or in the direction perpendicular to the optical axis C. On the other hand, when the angle between the parallel plate 57 and the optical axis C changes, the optical shift amount is greatly affected. That is, what is important for the position control of the optical member 51 including the parallel flat plate 57 is the angle variation of the optical member 51 with respect to the optical axis C, and in the optical axis C direction of the optical member 51 and the direction (radial direction) perpendicular to the optical axis C. The parallel movement may be controlled so that the optical member 51 does not contact the inner wall of the optical capsule 55 as far as possible. Here, as described above, the magnetic force is applied to the optical member 51 from the external magnetic rotation driving unit 64, and this magnetic force will make the rotation center of the optical member 51 coincide with the optical axis C on average. And Therefore, among the above-described components, the first electromagnet 67 and the first magnetic sensor 65 can be omitted. However, in this case, there is a possibility that the optical member 51 may vibrate slightly, and the first electromagnet 67 and the first magnetic sensor 65 are omitted if such vibration is disliked when viewed as an imaging device. Should not.

図12及び図13は、光像に対する画素の相対的な円運動の状況を示す模式図である。撮像素子31は、入射光のうちR(Red)成分を受光するR画素と、B(Blue)成分を受光するB画素と、G(Green)成分を受光するG画素の各画素がいわゆるベイヤ配列に基づいて配列された、いわゆる単板式の撮像素子である。このベイヤ配列では、G画素が全画素数の1/2の画素数で千鳥状(チェッカフラッグ状)に配置され、R画素及びB画素が各全画素数の1/4ずつの画素数でG画素の配置位置を除く位置に分散配置されている。なお、図中のX軸は主走査方向、Y軸は副走査方向をそれぞれ示す。以下、同様である。   12 and 13 are schematic diagrams showing the state of the relative circular motion of the pixel with respect to the optical image. The imaging device 31 has a so-called Bayer array in which R pixels that receive an R (Red) component of incident light, B pixels that receive a B (Blue) component, and G pixels that receive a G (Green) component. These are so-called single-plate image sensors arranged based on the above. In this Bayer array, G pixels are arranged in a zigzag pattern (checker flag shape) with the number of pixels being 1/2 of the total number of pixels, and R pixels and B pixels are G with a number of pixels that is 1/4 of the total number of pixels. The pixels are dispersedly arranged at positions other than the pixel arrangement position. In the figure, the X axis indicates the main scanning direction, and the Y axis indicates the sub scanning direction. The same applies hereinafter.

なお、ここでは、図11に示したように、固定された撮像素子31の画素に対して光像が変位するものであるが、以下の説明では、便宜上、光像に対する画素の相対的な移動を、静止した光像に対して画素が移動するように図示する。また、各画素は、概ね光学サイズとして示される範囲の光を受光するが、以下の説明では、便宜上、各画素の中心位置のみを図示する。   Here, as shown in FIG. 11, the optical image is displaced with respect to the pixels of the fixed image sensor 31, but in the following description, for the sake of convenience, the relative movement of the pixels with respect to the optical image is performed. Is illustrated such that the pixels move relative to the stationary light image. Each pixel receives light in a range generally indicated as an optical size, but in the following description, only the center position of each pixel is illustrated for convenience.

ここで、図12(B)に示すように、例えば円運動の直径を画素ピッチの√2倍の長さに設定すると、R画素の移動範囲から外れてRの色情報が完全に欠落する領域が発生する。また、これと同様にB画素の移動範囲から外れてBの色情報が完全に欠落する領域が発生する。ちなみに、従来のように、円運動の直径を、画素ピッチの√2/2倍の長さに設定すると、Rの色情報が完全に欠落する領域がさらに大きくなり、ベイヤ配列を持つ一般的な単板式カラーイメージセンサで撮像した低解像度画像を超解像処理に供しても高精細な高解像度画像の再現を行うことはできない。   Here, as shown in FIG. 12B, for example, when the diameter of the circular motion is set to a length of √2 times the pixel pitch, the R color information is completely missing from the movement range of the R pixel. Occurs. Similarly, an area where the B color information is completely lost is generated outside the B pixel movement range. By the way, when the diameter of the circular motion is set to a length that is √2 / 2 times the pixel pitch as in the conventional case, the area where the R color information is completely lost becomes larger, and a general Bayer array is provided. Even if a low-resolution image captured by a single-plate color image sensor is subjected to super-resolution processing, a high-definition high-resolution image cannot be reproduced.

これに対して、図12(A)に示すように、円運動の直径を画素ピッチの2倍の長さに設定すると、図13(A)、(C)に示すように、R画素及びB画素のない領域にもR画素及びB画素を移動させることができるため、撮像位置に偏りがなくなり、超解像処理で得られる高解像度画像を高品質なものとすることができる。さらに図13(B)に示すように、G画素については、もともと画素数が多い(全体の1/2)ことに加え、千鳥配置されたG画素が周辺領域を走査する状態となるため、光像を網羅的にサンプリングすることが可能となる。   On the other hand, as shown in FIG. 12A, when the diameter of the circular motion is set to a length twice the pixel pitch, as shown in FIGS. 13A and 13C, the R pixel and B Since the R pixel and the B pixel can be moved to a region without pixels, the imaging position is not biased, and a high-resolution image obtained by super-resolution processing can be made high quality. Further, as shown in FIG. 13B, the G pixel originally has a large number of pixels (1/2 of the whole), and the staggered G pixel scans the peripheral region. It becomes possible to sample the image exhaustively.

逆に、円運動の直径を画素ピッチの2倍より大きくした場合、R画素やB画素が撮像できない領域が帯状に発生することはない。しかしながら、円運動の角速度を一定としたとき円運動の直径を大きくすると、光像の変位速度(すなわち周速度)が増大する。この場合は同一の撮像期間(撮像素子31で電荷蓄積が行なわれる期間)が与えられた場合に、より大きな距離だけ光像が移動することとなり積分効果が大きくなる、つまり画像がブレてしまう(いわゆるモーションブラーと同じ状態が発生する)ため、画素積分によって高周波成分が失われ、超解像処理の効果を抑制する要因となる。   On the contrary, when the diameter of the circular motion is larger than twice the pixel pitch, a region where the R pixel and the B pixel cannot be imaged does not occur in a band shape. However, if the diameter of the circular motion is increased when the angular velocity of the circular motion is constant, the displacement speed of the optical image (that is, the peripheral speed) increases. In this case, when the same imaging period (period in which charge accumulation is performed in the imaging element 31) is given, the optical image moves by a larger distance, and the integration effect becomes large, that is, the image is blurred ( Therefore, the high-frequency component is lost due to pixel integration, and the effect of super-resolution processing is suppressed.

次に、撮像(サンプリング)について説明する。図14は、撮像と撮像により生成する画像の状況を示す模式図である。   Next, imaging (sampling) will be described. FIG. 14 is a schematic diagram illustrating imaging and a situation of an image generated by imaging.

ここでは、光像に対する画素の相対的な円運動を1方向に一定速度で連続して行わせながら撮像が行われ、撮像位置が少しずつずれたフレーム画像F1・F2・・・が順次生成される。図示する撮像基準位置P1・P2・・・は、撮像のタイミングを示すものであり、各々で1枚のフレーム画像が生成される。特にここでは、撮像開始時の画素の中心位置を撮像基準位置として示しており、各撮像基準位置で電荷蓄積が開始され、直後の撮像基準位置の手前で電荷蓄積が完了して画素信号が出力される。   Here, imaging is performed while continuously performing relative circular movement of pixels with respect to the optical image at a constant speed in one direction, and frame images F1, F2,. The The imaging reference positions P1, P2,... Shown indicate the timing of imaging, and one frame image is generated for each. In particular, here, the center position of the pixel at the start of imaging is shown as the imaging reference position, charge accumulation is started at each imaging reference position, and charge accumulation is completed immediately before the imaging reference position, and a pixel signal is output. Is done.

この円運動の回転速度は上述したPI制御によって安定して保たれ、平行平板57(図4参照)の回転位置の基準は上述した原点センサ70(図7参照)によって管理され、また平行平板57の傾斜角変動に伴うシフト幅(シフト位置)に対する影響は小さく抑えられているから、各タイミングで撮像されるフレーム画像の撮像位置は極めて高精度に把握されることとなる。   The rotational speed of this circular motion is stably maintained by the above-described PI control, the reference of the rotational position of the parallel plate 57 (see FIG. 4) is managed by the above-described origin sensor 70 (see FIG. 7), and the parallel plate 57 Since the influence on the shift width (shift position) due to the change in the tilt angle is suppressed to be small, the imaging position of the frame image captured at each timing can be grasped with extremely high accuracy.

この撮像位置に関する情報は、図2に示したように、第1の磁気センサ65及び原点センサ70の出力に基づきシフト制御部14(より具体的には図9に示した演算処理部76)で逐次生成され、撮像装置1から画像処理装置2に送信されて、撮像部11から出力されたフレーム単位の画像データと関連づけて記憶部23に記憶される。そして超解像処理の過程で、撮像位置に関する情報が超解像処理部24で参照され、この際に位置合わせ処理が簡略化される。   As shown in FIG. 2, the information regarding the imaging position is obtained by the shift control unit 14 (more specifically, the arithmetic processing unit 76 shown in FIG. 9) based on the outputs of the first magnetic sensor 65 and the origin sensor 70. Sequentially generated, transmitted from the imaging device 1 to the image processing device 2, and stored in the storage unit 23 in association with image data in units of frames output from the imaging unit 11. In the process of super-resolution processing, information regarding the imaging position is referred to by the super-resolution processing unit 24, and the alignment processing is simplified at this time.

なお、超解像処理で適切な高解像化を行うには、全ての画素において均一に変位した状態とすることが望ましく、各画素ライン間で電荷蓄積タイミングに時間差が生じるのは妥当でないため、ここでは全ての画素のシャッタ動作を同じタイミングで行わせるグローバルシャッタ方式が採用される。   Note that in order to achieve an appropriate high resolution by super-resolution processing, it is desirable that all pixels be in a uniformly displaced state, and it is not appropriate to cause a time difference in charge accumulation timing between pixel lines. Here, a global shutter system is adopted in which the shutter operation of all the pixels is performed at the same timing.

また、画素が1回の円運動を行う間に数多くの撮像(サンプリング)を行うことで、超解像処理で得られる高解像度画像の品質を高めることができ、特にここでは、円運動周期を撮像周期の非整数倍に設定する。このようにすると、円運動を繰り返すことで、多数の異なる位置での撮像が可能となるため、撮像位置が微小に異なる画像を多数生成することができるので、超解像処理で得られる高解像度画像の品質を向上させることができる。これに対して、円運動周期を撮像周期の整数倍とすると、円運動を繰り返しても撮像基準位置に変化がなく、1回の円運動で設定可能な撮像基準位置の数に限定される。   In addition, by performing many imaging (sampling) while the pixel performs one circular motion, the quality of the high resolution image obtained by the super-resolution processing can be improved. Set to a non-integer multiple of the imaging period. In this way, by repeating the circular motion, it is possible to capture images at a number of different positions, so a large number of images with slightly different imaging positions can be generated, so the high resolution obtained by super-resolution processing The image quality can be improved. On the other hand, if the circular motion cycle is an integral multiple of the imaging cycle, the imaging reference position does not change even if the circular motion is repeated, and the number of imaging reference positions that can be set by one circular motion is limited.

以下、円運動周期と撮像周期との比率を具体的に定めて、撮像基準位置の例について説明する。図15は、撮像周期と円運動周期との比率の一例での撮像基準位置の状況を示す模式図である。なお、図15では、画素ピッチを1として図示している。   Hereinafter, an example of the imaging reference position will be described by specifically determining the ratio between the circular motion period and the imaging period. FIG. 15 is a schematic diagram illustrating the state of the imaging reference position in an example of the ratio between the imaging cycle and the circular motion cycle. In FIG. 15, the pixel pitch is shown as 1.

この例では、円運動周期を撮像周期の7.5倍に設定している。ここで、撮像周期を例えば30ms(約30frame/s)とすると、円運動周期は225msとなる(=30ms×7.5)。この場合、円運動の2回目で撮像基準位置が原位置に復帰し、円運動が2回行われる間に15回の撮像(サンプリング)が行われる。各撮像基準位置は48deg(=360deg/7.5)の相対角度をもって離間している。   In this example, the circular motion cycle is set to 7.5 times the imaging cycle. Here, if the imaging cycle is 30 ms (about 30 frames / s), for example, the circular motion cycle is 225 ms (= 30 ms × 7.5). In this case, the imaging reference position returns to the original position at the second round motion, and 15 times of imaging (sampling) is performed while the circular motion is performed twice. Each imaging reference position is separated by a relative angle of 48 deg (= 360 deg / 7.5).

円運動の1回目では、図15(A)に示すように、撮像基準位置P1〜P8で撮像が行われ、円運動の2回目では、図15(B)に示すように、撮像基準位置P9〜P15で撮像が行われ、各撮像基準位置P9〜P15は、円運動の1回目における隣り合う撮像基準位置(例えばP1とP2)の中間位置となる。円運動の1回目と2回目とを合わせると、図15(C)に示すように、各撮像基準位置P1〜P15が24degの相対角度をもって離間する。   In the first round movement, as shown in FIG. 15A, imaging is performed at the imaging reference positions P1 to P8. In the second round movement, as shown in FIG. 15B, the imaging reference position P9 is taken. The imaging reference positions P9 to P15 are intermediate positions between the adjacent imaging reference positions (for example, P1 and P2) in the first round motion. When the first and second circular motions are combined, the imaging reference positions P1 to P15 are separated from each other by a relative angle of 24 degrees as shown in FIG.

ここで、円運動の1回目の撮像基準位置P1〜P8での撮像で得られた8枚の画像に基づいて超解像処理を行う第1の処理モードと、円運動の1回目と2回目とを合わせた撮像基準位置P1〜P15での撮像で得られた15枚の画像に基づいて超解像処理を行う第2の処理モードとの2つの処理モードを選択することができる。   Here, the first processing mode in which super-resolution processing is performed based on eight images obtained by imaging at the first imaging reference positions P1 to P8 of the circular motion, and the first and second times of the circular motion. And two processing modes, the second processing mode for performing the super-resolution processing, based on the 15 images obtained by imaging at the imaging reference positions P1 to P15.

第1の処理モードでは、本来の1画素の範囲内に、X軸・Y軸の両方向で位置の異なる2つの撮像基準位置が設定されるため、X軸・Y軸のそれぞれの方向について撮像素子31の本来の解像度のほぼ2倍の解像度で高解像度化を行うことができる。一方、第2の処理モードでは、本来の1画素の範囲内に、X軸・Y軸の両方向で位置の異なる4つの撮像基準位置が設定されるため、X軸・Y軸のそれぞれの方向について撮像素子31の本来の解像度のほぼ4倍の解像度で高解像度化を行うことができる。   In the first processing mode, two imaging reference positions having different positions in both the X-axis and Y-axis directions are set within the original one pixel range, so that the image sensor in each of the X-axis and Y-axis directions. The resolution can be increased at a resolution almost twice the original resolution of 31. On the other hand, in the second processing mode, four imaging reference positions having different positions in both the X-axis and Y-axis directions are set within the original one pixel range. High resolution can be achieved with a resolution almost four times the original resolution of the image sensor 31.

特に、この第2の処理モードでは、円運動の2回目で設定される撮像基準位置P9〜P15の各々が、円運動の1回目で設定される撮像基準位置P1〜P8の互いに隣り合うもの同士の中心位置になり、撮像基準位置が偏ることなく均等に分散された状態となるため、超解像処理との適合性に優れた画像を生成することができる。   In particular, in this second processing mode, each of the imaging reference positions P9 to P15 set at the second circular motion is adjacent to the imaging reference positions P1 to P8 set at the first circular motion. Since the imaging reference position is uniformly distributed without being biased, an image excellent in compatibility with the super-resolution processing can be generated.

また、撮像装置1で撮像が行われている最中に撮像装置1で超解像処理を行うことも可能であり、この場合、第2の処理モードでは、円運動が2回行われて15枚の画像が揃う度に1回の超解像処理を行えばよい。   It is also possible to perform super-resolution processing in the imaging device 1 while imaging is being performed in the imaging device 1. In this case, in the second processing mode, circular motion is performed twice and 15 What is necessary is just to perform a super-resolution process once whenever the image of a sheet is prepared.

一方、第1の処理モードでは、撮像基準位置を順次シフトさせながら8枚の画像が揃う度に超解像処理を行うとよい。具体的には、1回目で、撮像基準位置P1〜P8での撮像で得られた8枚の画像を用いて超解像処理を行い、2回目で、撮像基準位置P9〜P15・P1での撮像で得られた8枚の画像を用いて超解像処理を行い、以降、3回目では撮像基準位置P2〜P9、4回目では撮像基準位置P10〜P15・P1・P2というように撮像基準位置を1つずつずらすようにする。   On the other hand, in the first processing mode, it is preferable to perform super-resolution processing each time eight images are aligned while sequentially shifting the imaging reference position. Specifically, super-resolution processing is performed using the eight images obtained by imaging at the imaging reference positions P1 to P8 at the first time, and at the imaging reference positions P9 to P15 and P1 at the second time. Super-resolution processing is performed using eight images obtained by imaging, and thereafter the imaging reference positions P10 to P15, P1, and P2 are set as imaging reference positions P2 to P9 for the third time and imaging reference positions P10 to P15, P1, and P2 for the fourth time. Are shifted one by one.

このように2つの処理モードを設定することができ、両モードでは、円運動周期(光学的シフト機構35の回転速度)や撮像周期を変化させる必要がないため、制御が容易である。   In this way, two processing modes can be set. In both modes, it is not necessary to change the circular motion cycle (the rotational speed of the optical shift mechanism 35) or the imaging cycle, and thus control is easy.

なお、各モードでの超解像処理に用いる最初の画像は原位置である撮像基準位置P1の撮像で得られた画像に限定する必要がなく、第1の処理モードでは、任意の位置から1回の円運動が行われる間に撮像された8枚の画像を用いて超解像処理を行い、第2の処理モードでは、任意の位置から2回の円運動が行われる間に撮像された15枚の画像を用いて超解像処理を行うようにしてもよい。   Note that the first image used for the super-resolution processing in each mode does not need to be limited to an image obtained by imaging at the imaging reference position P1, which is the original position. Super-resolution processing is performed using eight images captured during circular motions of two times. In the second processing mode, images are captured while circular motions are performed twice from an arbitrary position. Super-resolution processing may be performed using 15 images.

このような処理は、図3に示したように、画像処理装置2の記憶部23に蓄積されたフレーム画像を用いて超解像処理を行う場合にも、また撮像装置1での撮像の最中に超解像処理を行う場合にも適用することができ、特に後者の場合には、処理モードの切り替えに伴って撮像開始位置を撮像基準位置P1に戻す操作が必要でないため、直ちに処理モードを切り替えて解像度が異なる高解像度画像を生成することが可能になる。   Such processing is performed when super-resolution processing is performed using frame images stored in the storage unit 23 of the image processing device 2 as shown in FIG. The present invention can also be applied to the case where super-resolution processing is performed, and particularly in the latter case, it is not necessary to return the imaging start position to the imaging reference position P1 when the processing mode is switched. It is possible to generate high-resolution images with different resolutions by switching the.

図2に示したように、撮像周期は、画像処理装置2において入力部26を用いてユーザにより指定され、周期設定部25にて、指定された撮像周期に基づいて円運動周期が決定され、ここで決定された円運動周期に関するコマンド信号が撮像装置1に送信される。撮像装置1のシフト制御部14では、画像処理装置2から取得した円運動周期に関するコマンド信号に基づいて、指定された円運動周期に対応する回転速度で光学的シフト機構35を動作させる。   As shown in FIG. 2, the imaging cycle is designated by the user using the input unit 26 in the image processing apparatus 2, and the circular motion cycle is determined based on the designated imaging cycle by the cycle setting unit 25. A command signal related to the circular motion period determined here is transmitted to the imaging apparatus 1. The shift control unit 14 of the imaging device 1 operates the optical shift mechanism 35 at a rotational speed corresponding to the designated circular motion cycle based on the command signal regarding the circular motion cycle acquired from the image processing device 2.

また、ユーザは処理モード(第1の処理モードと第2の処理モード)を指定することができ、図3に示したように、画像処理装置2の記憶部23に蓄積されたフレーム画像を用いて超解像処理を行う場合には、基準画像と共に処理モードをユーザに指定させ、ここで指定された処理モードに応じた数のフレーム画像を、基準画像として指定されたフレーム画像を基準にして読み出して超解像処理を行わせればよい。   Further, the user can designate the processing mode (first processing mode and second processing mode), and uses the frame image stored in the storage unit 23 of the image processing apparatus 2 as shown in FIG. When performing super-resolution processing, the user is allowed to specify the processing mode together with the reference image, and the number of frame images corresponding to the processing mode specified here is set based on the frame image specified as the reference image. It is only necessary to read out and perform super-resolution processing.

なお、上記円運動周期は、適宜変更することが可能である。例えば、円運動周期を撮像周期の7.2倍に設定することにより、円運動の5回目で撮像基準位置が原位置に復帰し、円運動が5回行われる間に36回の撮像(サンプリング)が行われる構成も可能である。その場合、各撮像基準位置は50deg(=360deg/7.2)の相対角度をもって離間する。   In addition, the said circular motion period can be changed suitably. For example, by setting the circular motion cycle to 7.2 times the imaging cycle, the imaging reference position returns to the original position at the fifth circular motion, and 36 imagings (sampling) while the circular motion is performed five times. It is also possible to adopt a configuration in which In this case, the imaging reference positions are separated by a relative angle of 50 deg (= 360 deg / 7.2).

<第2実施形態>
図16は、本発明の第2実施形態に係る回転駆動装置の要部断面図であり、第1実施形態の図10(図4の要部)に対応するものである。なお、ここでは第1実施形態と異なる点にのみ言及し、第1実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明は省略する。
Second Embodiment
FIG. 16 is a cross-sectional view of a main part of the rotary drive device according to the second embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 10 (main part of FIG. 4) of the first embodiment. Here, only points different from the first embodiment will be referred to, and the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

この撮像装置1では、図16に示すように、支持リング52が、円環状をなしてその内周側に光学部材51を保持する単一のリング部材52dから構成されている。そして、回転駆動装置54を構成する第1の着磁部61は、径方向の外周面に臨むように単一のリング部材52dに設けられ、第2の着磁部62は、軸方向の上端側に臨むように単一のリング部材52dに設けられ、第3の着磁部63は、軸方向の下端側に臨むように単一のリング部材52dに設けられる。そして、第1の着磁部61は、第2及び第3の着磁部62、63との間に着磁されない部分を介在させる外周面の中央部位において、リング部材52dの外周側に極異方性配向に着磁される。   In this imaging device 1, as shown in FIG. 16, the support ring 52 is formed of a single ring member 52d that forms an annular shape and holds the optical member 51 on the inner peripheral side thereof. And the 1st magnetizing part 61 which comprises the rotational drive apparatus 54 is provided in the single ring member 52d so that the outer peripheral surface of radial direction may be faced, and the 2nd magnetizing part 62 is the upper end of an axial direction. The third magnetized portion 63 is provided on the single ring member 52d so as to face the lower end side in the axial direction. The first magnetized portion 61 is extremely different from the outer peripheral side of the ring member 52d at the central portion of the outer peripheral surface where a portion that is not magnetized is interposed between the second and third magnetized portions 62 and 63. Magnetized in an isotropic orientation.

図4、図10に示したように、第1実施形態に係る撮像装置1では、支持リング52を第1乃至第3の3つのリング部材52a、52b、52cで構成したが、この場合、第2及び第3のリング部材52b、52cを第1のリング部材52aに接着する必要がある。これに対して、本実施形態のように支持リング52を単一のリング部材52dにより構成とすると、接着剤の劣化等によりリング部材が剥離する心配を取り除くことができ、長期の使用に対する信頼性を更に高めることができる。   As shown in FIGS. 4 and 10, in the imaging apparatus 1 according to the first embodiment, the support ring 52 includes the first to third ring members 52a, 52b, and 52c. The second and third ring members 52b and 52c need to be bonded to the first ring member 52a. On the other hand, when the support ring 52 is configured by a single ring member 52d as in the present embodiment, it is possible to remove the concern that the ring member peels due to deterioration of the adhesive or the like, and reliability for long-term use. Can be further increased.

本発明について実施例を含む特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。なお、上記実施形態に示した本発明に係る撮像装置の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。   Although this invention was demonstrated based on specific embodiment containing an Example, these embodiment is an illustration to the last and this invention is not limited by these embodiment. Note that all the components of the imaging apparatus according to the present invention shown in the above-described embodiments are not necessarily essential, and can be appropriately selected as long as they do not depart from the scope of the present invention.

本発明にかかる撮像装置及びこれを備えたネットワークカメラシステムは、長期の信頼性を確保すると共に低振動を実現し、さらに小型化を図ることができる効果を有し、回転体の軸方向位置制御の精度を高めて、画素ずらしによって取得した複数の原画像から超解像処理により高解像度画像を生成するのに適した回転駆動装置及びこれを備えた撮像装置などとして有用である。   An image pickup apparatus according to the present invention and a network camera system including the same have the effects of ensuring long-term reliability, realizing low vibration, and further reducing the size, and controlling the axial position of a rotating body. This is useful as a rotation drive device suitable for generating a high-resolution image by super-resolution processing from a plurality of original images acquired by pixel shifting and an imaging device equipped with the same.

1 撮像装置
2 画像処理装置
11 撮像部
13 データ圧縮送信部(送信手段)
14 シフト制御部
21 データ受信復号部(受信手段)
24 超解像処理部
31 撮像素子、31a 受光面
33 駆動回路(撮像制御手段)
35 光学的シフト機構
42 レンズユニット
50 光学カプセル
51 光学部材
52 支持リング
52a 第1のリング部材
52b 第2のリング部材
52c 第3のリング部材
52d 単一のリング部材
53 回転体
54 回転駆動装置
55 光学カプセル(カプセル部材)
56 液体
57 平行平板
61 第1の着磁部
62 第2の着磁部
63 第3の着磁部
64 磁気回転駆動部
67 第1の電磁石(第1の位置制御部)
68 第2の電磁石(第2の位置制御部)
69 永久磁石
82 支持リング(第1のリング部材)
C 光軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 2 Image processing apparatus 11 Imaging part 13 Data compression transmission part (transmission means)
14 Shift control part 21 Data reception decoding part (reception means)
24 Super-resolution processing unit 31 Image sensor, 31a Light receiving surface 33 Drive circuit (imaging control means)
35 Optical shift mechanism 42 Lens unit 50 Optical capsule 51 Optical member 52 Support ring 52a First ring member 52b Second ring member 52c Third ring member 52d Single ring member 53 Rotating body 54 Rotating drive device 55 Optical Capsule (capsule member)
56 Liquid 57 Parallel plate 61 First magnetizing part 62 Second magnetizing part 63 Third magnetizing part 64 Magnetic rotation driving part 67 First electromagnet (first position control part)
68 Second electromagnet (second position controller)
69 Permanent magnet 82 Support ring (first ring member)
C Optical axis

Claims (5)

被写体からの光を光電変換して画素信号を出力する撮像素子と、
前記被写体からの光を前記撮像素子に結像させるレンズユニットと、
前記レンズユニットの光軸に対して所定角度傾斜する光学部材、及び当該光学部材の外周側に設けられた磁性体からなる支持リングを有する回転体と、
前記回転体を回転させて前記光学部材の前記光軸に対する傾斜方向を変化させることにより、前記撮像素子の受光面上で結像する光像と前記撮像素子とを相対的に変位させる回転駆動装置とを備えた撮像装置であって、
前記回転駆動装置は、
前記支持リングの外周面に臨むように前記支持リングに設けられた第1の着磁部と、
前記支持リングの軸方向の一端面に臨むように前記支持リングに設けられた第2の着磁部と、
前記支持リングの軸方向の他端面に臨むように前記支持リングに設けられた第3の着磁部と、
前記第1の着磁部に径方向の磁力を作用させることによって前記光学部材の径方向位置を浮遊状態に制御する第1の位置制御部と、
前記第2の着磁部と前記第3の着磁部との少なくとも一方に軸方向の磁力を作用させることによって前記光学部材の軸方向位置を浮遊状態に制御する第2の位置制御部と、
前記第1の着磁部に回転方向の磁力を作用させることによって前記光学部材を回転させる磁気回転駆動部とを備え、
前記第1の着磁部は、前記支持リングの外周面における軸方向の中央部位に臨むように極異方性配向に着磁されたことを特徴とする撮像装置。
An image sensor that photoelectrically converts light from a subject and outputs a pixel signal;
A lens unit that focuses light from the subject on the image sensor;
An optical member inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of the lens unit, and a rotating body having a support ring made of a magnetic material provided on the outer peripheral side of the optical member;
A rotation drive device that relatively displaces the optical image formed on the light receiving surface of the image sensor and the image sensor by rotating the rotating body and changing the tilt direction of the optical member with respect to the optical axis. An imaging device comprising:
The rotational drive device is
A first magnetized portion provided on the support ring so as to face the outer peripheral surface of the support ring;
A second magnetized portion provided on the support ring so as to face one end surface in the axial direction of the support ring;
A third magnetized portion provided on the support ring so as to face the other end surface in the axial direction of the support ring;
A first position controller that controls a radial position of the optical member in a floating state by applying a radial magnetic force to the first magnetized portion;
A second position control unit that controls the axial position of the optical member in a floating state by applying an axial magnetic force to at least one of the second magnetized part and the third magnetized part;
A magnetic rotation drive unit that rotates the optical member by applying a magnetic force in a rotation direction to the first magnetized unit;
The imaging apparatus, wherein the first magnetized portion is magnetized in a polar anisotropic orientation so as to face an axial central portion of the outer peripheral surface of the support ring.
前記第1の着磁部は磁性体からなる第1のリング部材に設けられ、前記第2の着磁部は磁性体からなる第2のリング部材に設けられ、前記第3の着磁部は磁性体からなる第3のリング部材に設けられ、
前記第2のリング部材及び前記第3のリング部材が前記第1のリング部材の軸方向端面に接着されたことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The first magnetized portion is provided on a first ring member made of a magnetic material, the second magnetized portion is provided on a second ring member made of a magnetic material, and the third magnetized portion is Provided in a third ring member made of a magnetic material;
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the second ring member and the third ring member are bonded to an axial end surface of the first ring member.
前記第2の着磁部、前記第3の着磁部、及び前記第1の着磁部は、単一のリング部材に設けられたことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the second magnetized portion, the third magnetized portion, and the first magnetized portion are provided in a single ring member. 前記回転体を収納すると共に空気よりも高い屈折率を有する流体が封入されたカプセル部材を更に備え、
前記回転駆動装置は、前記回転体を前記流体以外と非接触状態で回転させることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の撮像装置。
A capsule member containing the rotating body and encapsulating a fluid having a higher refractive index than air;
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the rotation driving device rotates the rotating body in a non-contact state with a fluid other than the fluid.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の撮像装置と画像処理装置とがネットワークを介して相互に接続されたネットワークカメラシステムであって、
前記撮像装置は、
前記回転駆動装置による前記回転体の回転運動を指定の周期で行わせるシフト制御手段と、
前記撮像素子による撮像を指定の周期で行わせる撮像制御手段と、
前記撮像素子での撮像により順次生成するフレーム画像を前記画像処理装置に送信する送信手段とを有し、
前記画像処理装置は、
前記撮像装置から送信されるフレーム画像を受信する受信手段と、
この受信手段で受信した複数のフレーム画像から高解像度画像を生成する超解像処理手段とを有することを特徴とするネットワークカメラシステム。
A network camera system in which the imaging apparatus according to any one of claims 1 to 4 and the image processing apparatus are connected to each other via a network,
The imaging device
Shift control means for causing the rotational movement of the rotating body by the rotational drive device to be performed at a specified period;
Imaging control means for performing imaging by the imaging element at a specified cycle;
Transmission means for transmitting frame images sequentially generated by imaging with the imaging device to the image processing device;
The image processing apparatus includes:
Receiving means for receiving a frame image transmitted from the imaging device;
A network camera system comprising: super-resolution processing means for generating a high-resolution image from a plurality of frame images received by the receiving means.
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