JP2012235236A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 起き上がりこぼし形状の撮像装置は、重心位置変化や、発生駆動力による反力によって不安定な状態になる可能性がある。
【解決手段】 撮像部と、本体部と、球面の一部をなす形状の底部とを有する撮像装置であって、錘部の移動によって撮像装置の重心位置を制御する重心制御手段と、少なくとも撮像部を撮像装置が直立状態での鉛直軸周りに回転させる回動手段と、回動手段の反力により発生する撮像装置の底部の支点周りの回動を減衰させる反力制御手段とを備え、回動手段は、錘部を駆動することで重心位置を制御する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、自動撮影を安定して行う撮像装置に関するものである。

近年の撮影手方法においては撮影者を必要せず自動的に撮影を行う研究が進められており、その撮像装置の設置方法に関する技術も多く考え出されている。

特許文献１においては撮像装置の底部を湾曲させて起き上がりこぼしとする事で、外力が加わっても傾斜状態から立設状態に復帰する撮像装置の提案がなされている。

特開２００４−１９３９１６

しかしながら、上記先行技術においては起き上がりこぼし形状にすることでの問題が残される。起き上がりこぼし形状は、外力が加わった時の復帰に対して大きなメリットがある一方で、搭載される撮影機器のパンニングやチルティングの移動による重心位置変化や、発生駆動力による反力によって不安定な状態になる可能性がある。

そこで本発明では撮影機器の移動に伴う不安定を改善し、外乱振動や自励振動のない安定した撮影動作が行える撮像装置を実現する事である。

上記目的を達成するために、本発明では、撮像部と、本体部と、球面の一部をなす形状の底部とを有する撮像装置であって、錘部の移動によって前記撮像装置の重心位置を制御する重心制御手段と、少なくとも前記撮像部を、前記撮像装置が直立状態での鉛直軸周りに回転させる回動手段と、前記回動手段の反力により発生する前記撮像装置の前記底部の支点周りの回動を減衰させる反力制御手段とを備え、前記回動手段は、前記錘部を駆動することで前記重心制御手段を制御することを特徴とする。

撮影機器の移動に伴う不安定を改善することによって、外乱振動や自励振動のない安定した撮像装置を実現できるようになった。

実施例１における撮像装置の外観図である。 実施例１における撮像装置の側面から見た断面図である。 実施例１における撮像装置の正面から見た断面図である。 実施例１において外部の撮影機器を取り付けた撮像装置の正面から見た断面図である。 実施例１における底部の動作を説明する図である。 実施例１における底部の動作の詳細を説明する図である。 実施例１における撮像装置の動作のフローチャートである。 実施例１における撮像装置の動作中の状態を説明する断面図である。 実施例１における撮像装置の頭部を大きく動かした状態を説明する図である。 実施例１における撮像装置の頭部の断面図である。 実施例２における撮像装置の側面から見た断面図である。

（実施例１）
以下、本発明の第一の実施例について、図１〜１０を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明を実施した撮像装置を説明するものである。図１（ａ）は撮像装置１の正面図であり、図１（ｂ）は撮像装置１の側面図である。

撮像装置１の機構のうち、底部１１ａから頭部１５まで（撮像手段１６以外の構成）を撮影部とする。撮影部のうち、１１ａは撮像装置１の底部であり、１１ｃは撮像装置の胴体部である。底部１１ａは略円弧状であり、胴部１１ｃに対して収納可能に支持されている。１１ｂは胴部１１ｃに設けられる表示部であり、撮像した画像や映像を表示することができる。１３ａ、１３ｂはともに撮影支持部として胴部１１ｃと頭部１５を連結する。１３ａは首部であり、胴部１１ｃに対して揺動可能に支持されると共に胴部１１ｃの鉛直線周りに回転可能に支持されている。１３ｂはリンク部であり、詳細の構造は後述するが、首部１３ａと平行に沿うことで頭部１５は撮像装置１の傾き角に寄らず、常に略水平を保っている。１５は頭部であり、首部１３ａに対して揺動可能かつ首振り可能に支持されている。１６は頭部に設けられる撮影手段である。撮像手段１６で撮影される画像は表示部１１ｂでモニタ可能であり、撮影された画像も再生可能である。また、首連結部１２は、首部１３ａと胴部１１ｃを連結し、頭連結部１４は頭部１５と首部１３ａを連結する。そして首部１３ａ、頭部１５は胴部１１ｃに対して取り外し可能になっている。

図２（ａ）は直立状態であるときの撮像装置１の側面断面図であり、図２（ｂ）は揺動状態（起き上がりこぼし状態）になったときの撮像装置１の側面断面図である。図３は直立状態であるときの撮像装置１の正面断面図である。

図２（ａ）のＡ部について説明する。まず、撮像装置１が平面に対して直立状態（第１の状態）である場合は、胴部１１ｃの安定性確保のために、底部１１ａが胴部１１ｃに格納された状態になっている。撮像装置１は球面の一部をなす（ただし、撮像装置１の重心は、揺動状態において底部１１ａの断面の円弧中心より低い位置にあるとする）底部１１ａを有している。この底部１１ａは撮影部に対して格納可能に弾性支持されている安定支持機構としての機能を有する。なお、これらの詳細の構造（Ａ部）については後述するが、胴部１１ｃの重さが解除された時には胴部１１ｃより底部１１ａが素早く突出し、胴部１１ｃの重さが継続的に加わると次第に底部１１ａは胴部１１ｃに格納される、２つの状態を遷移可能な構造である。

ここで、撮像装置１に矢印Ｅ方向（図２の紙面左右方向）から外力が加わった場合は、図２（ｂ）のように底部１１ａが胴部１１ｃより突出して揺動状態（起き上がりこぼし状態、第２の状態）になり、胴部１１ｃを直立状態に戻す。そして、直立状態になった後に、再び底部１１ａが胴部１１ｃの自重によって格納される。

また、図３は撮像装置の平面断面図である。たとえば、矢印Ｅ方向（図３の紙面左右方向）から外力が加わっても、胴部１１ｃの倒れで底部１１ａが突出して揺動状態（起き上がりこぼし状態）になり、胴部１１ｃを直立状態に戻す。つまり、外力の方向には関係なく、胴部１１ｃが倒れると底部１１ａが突出して揺動状態（起き上がりこぼし状態）になり、胴部１１ｃを直立状態に戻す。

図２（ａ）のＢ部は、撮像装置１の重心の位置を制御するための重心位置制御機構を有する。このＢ部の詳細の構造は後述するが、胴部１１ｃに加わる揺れを急速に減衰させたり、或いは逆に胴部１１ｃの姿勢を（揺れ角）を変更したりする。

図２（ａ）のＣ部は、胴部１１ｃに対して首部１３ａの角度を調整する揺れ角制御機構を有する部分である。このＣ部の詳細の構造は後述するが、胴部１１ｃの揺れ角とは反対方向に首部１３ａを駆動して頭部１５の位置が安定するように制御する。実際には胴部１１ｃの揺れ角の所定割合分を頭部１５の縦方向首振り（チルティング駆動）に振り分けており、これにより撮像手段１６の撮影方向を変更している。

また、胴部１１ｃが傾いた時には、その傾き方向に首部１３ａの揺動方向が揃う様に、首部１３ａが胴部１１ｃに対して軸１０まわり（パンニング方向）に回転可能になっている。通常行われるようにモータによって首部１３ａが回転されると、その駆動反力で胴部１１ｃがその接地点周りに回転してしまう。このときＣ部の揺れ角制御手段は、首部１３ａを回転させるモータの駆動反力を制御する反力制御手段としても機能する。このＣ部（反力制御手段）の作用により首部１３ａは、図３の状態から図２に示すように撮像手段１６が、外力Ｅが加わった方向を向くように軸１０まわりに回転し、その後の揺れ角制御手段の作用により頭部１５を常安定位置させる事が出来る。

図２（ａ）のＤ部は、撮影方向変更機構を含む部位であり、撮像手段１６、頭部１５を含む。このＤ部の詳細の構造は後述するが、撮影方向変更手段は頭部１５を軸１０回りに回転させる（パン）構造および前述したチルティングを行う構造が設けられている。

図４は、首部１３ａ、頭部１５を胴部１１ｃに対して取り外した後に別の撮影機器、たとえば個人が所有するデジタルカメラを胴部１１ｃに取り付けた場合の図である。

胴部１１ｃは、首部１３ａ、頭部１５を胴部１１ｃに対して取り外した場合、姿勢検出手段としての傾斜センサ４８と重心位置調整手段としての信号処理部４９を有する支持部としてのアダプタ４１を挿入出来る機構となっている。このアダプタ４１は着脱部としての三脚ねじ４２が設けられており、この三脚ねじ４２に撮影機器４３を取り付けることが出来る。なお、アダプタ４１は撮影機器４３の着脱を検知する着脱検知手段としての着脱検知センサがついているものとする。

なお、撮影機器４３を取り付けることによる重心ズレのアンバランスに対して、傾斜センサ４８の出力に基づいてアンバランスを相殺する方向に後述する重心制御手段（錘６１）を制御することによって重心位置を調整する。これによって胴部１１ｃを常に直立状態とし、底部１１ａが突出した状態でも水平の保たれた撮影が可能になる。

（底部１１ａが格納する構成に関する詳細の説明）
図５は図２のＡ部の主な構成要素となる底部１１ａの詳細を説明する図である。底部１１ａは直立状態と揺動状態を遷移可能であり、図５（ａ）は撮像装置１が直立状態のときに底部１１ａが胴部１１ｃに格納された状態を示す図、図５（ｂ）は底部１１ａが胴部１１ｃより突出した状態を示す図である。

図５（ａ）において、底部１１ａは胴部１１ｃに格納されているが、円弧状の底部１１ａは、胴部１１ｃに対して付勢部材であるコイルバネ５３により突出状態に付勢されている。即ち、付勢部材としてのコイルバネ５３は本体部を直立状態（第２の状態）から揺動状態（第１の状態）へ遷移する方向へ付勢している。しかしながら、底部１１ａ以外の撮像装置１の重さが、付勢部材としてのコイルバネ５３の付勢力が小さく設計されており、撮像装置１が直立状態のときには、底部１１ａは胴部１１ｃに対して格納状態となる。

次に、胴部１１ｃと底部１１ａの間には速度制御手段として公知のワンウェイクラッチダンパ５１が設けられている。ワンウェイクラッチダンパ５１は、胴部１１ｃ、ワンウェイクラッチダンパのピニオンに係合するラック５２は底部１１ａに設けられている。

ワンウェイクラッチダンパ５１は、底部１１ａが胴部１１ｃに対して収納されるときにダンパとしての役割、すなわち胴部１１ｃの重みが底部１１ａに加わっても底部１１ａは急速に格納される事は無いように速度制御する。すなわち、揺動状態（第１の状態）から直立状態（第２の状態）への遷移速度を抑えるよう制御する。この速度制御は、たとえば胴部１１ｃが直立状態に安定した後に、その重みで次第に底部１１ａが胴部１１ｃに格納されるようにする。一方で、底部１１ａが胴部１１ｃに対して突出する時にはダンピングの役目を果さない（速度制御を行わない）。その為、胴部１１ｃの重みが解除された時、つまり外部の力が加わったときは、付勢部材としてのコイルバネ５３により底部１１ａは胴部１１ｃに対して突出状態に付勢されているため、胴部１１ｃの重さがかからなくなり底部１１ａが突出する。すなわち、直立状態（第２の状態）から揺動状態（第１の状態）へ遷移する。

このワンウェイクラッチダンパ５１による効果を説明する。撮像装置１の重心は底部１１ａの円弧中心より低い位置にあるため、胴部１１ｃが外力で倒された場合には底部１１ａが付勢部材としてのコイルバネ５３の付勢により突出し、胴部１１ｃは揺動状態（起き上がりこぼし状態）になる。しかしながら、その復帰力で胴部１１ｃが鉛直状態に戻ろうとする時、底部１１ａが胴部１１ｃの重みでダンパ無しで直ぐに格納されてしまうと、鉛直状態への復帰がスムーズに行えない。このため、鉛直状態への復帰時に、振動の発生や衝撃音を発生させる可能性が高いため品位が低下し、更に撮像装置に振動が加わり信頼性上好ましくない。

これに対して撮像装置１は、ワンウェイクラッチダンパ５１によって胴部１１ｃの重みが底部１１ａに加わっても底部１１ａの格納速度が制御されるため、胴部１１ｃが鉛直状態に安定した後に、底部１１ａが胴部１１ｃに格納する。これによって品位の低下や振動を防ぐことができる。

フック部５６は、胴部１１ｃに対して支点５４回りに回転可能に支持されており、底部形状保持部材としての役割を果たす。そして、フック部５６は支点５４に対して鉛直と略４５度のなす角度で感知質量５５が設けられている。

このフック部５６による効果を説明する。図５（ａ）のにように撮像装置１が鉛直状態では、感知質量５５は矢印５５ａ方向に重力を受けて静止している。ここで何らかの外力あるいは前述した重心位置制御機構により胴部１１ｃを紙面右回りに４５度以上傾けると底部１１ａは胴部１１ｃより突出するばかりではなく、フック部５６も支点５４周り（図５の時計回り）に回転する。そしてフック部５６の先端５６ａが、底部１１ａのストッパ５７と当接する。フック部５６の先端５６ａが底部１１ａのストッパ５７と当接することにより、底部１１ａは突出状態で固定されることになる。

底部１１ａが固定されると胴部１１ｃは常に揺動状態（起き上がりこぼし状態）になり、その後は後述する重心位置制御機構をアクティブに揺動させることで胴部１１ｃ、首部１３ａ、頭部１５を様々な姿勢に変化できる。

一方で、底部１１ａの固定を解除するには、フック部５６の先端５６ａが底部１１ａのストッパ５７との当接を解除する必要がある。ここで、何らかの外力あるいは前述した重心位置制御機構により胴部１１ｃを紙面左回りに４５度以上傾けると、フック部５６は図５（ａ）の状態に戻る。即ち、感知質量５５は矢印５５ａ方向に重力を受けて静止している状態に戻る。これにより、胴部１１ｃの重さが付勢部材としてのコイルバネ５３の付勢力とワンウェイクラッチダンパ５１の抵抗に逆らって底部１１ａは徐々に胴部１１ｃに格納される。

上述したように、底部１１ａはこの様な簡単な構成からなり、電源を必要とせずに底部１１ａを制御して品位の高い撮影部の安定化が可能になる。

（胴部１１ｃの揺れを急速に減衰させる構造に関する詳細の説明）
図６ａから図６ｃは図２（ａ）のＢ部を詳細な構造を説明するための図である。図６（ａ）はＢ部の側面断面図である。図６（ｂ）は図６（ａ）の破線Ａから見た平面断面図である。図６（ｃ）は図６（ａ）の破線Ｂから見た平面断面図である。

先ず、重心制御手段としての錘６１は、錘部と支点部（球状支球６１ａ）と駆動支持部（球状支球６１ｂ）からなる。そして、錘６１は支点部である球状支球６１ａ回りに紙面左右、及び前後に揺動可能であり、ケース６２内に収められている。ケース６２内の下部液室６１０ｂ（第２の液室）には、シリコーン系の粘性流体６３が充填され、錘６１のダンピングを行っている。この粘性流体６３は、たとえば適当な粘度を持つシリコーンオイルであるとする。

ベース部材としてのベース部６５は、錘６１の球状支球６１ａを球状軸受け部６５ａ（支点受け部）で支持し、球状支球６１ａを支点に３軸周りに回転可能に支持している。また、錘６１とベース部６５の間には、錘６１とベース部６５とを離間するように付勢された第１の弾性部材としてのコイルバネ６４が設けられている。コイルバネ６４のバネ定数と錘６１の質量の関係は、固有周期（コイルバネ６４のバネ定数と錘６１の質量の関係で決まる）が、撮影部の底部１１ａの接地点を支点とする揺動振り子周期と略等しくなる様に設定されている。このように設定することで、錘６１はいわゆる動吸振器として作用し、装置の揺れを低減させる効果が高まる。

粘性流体６３は、図６（ｃ）に示す様に、たとえば下部液室６１０ｂの錘６１で仕切られる３つの液室６３ａ、６３ｂ、６３ｃに満たされている。そのため、たとえば矢印Ｆの方向に錘６１が振れると、液室６３ｂの流体は錘６１によって追い出されるように矢印Ｇの隙間を通って液室６３ａ、６３ｃに移動する。このように粘性流体６３が移動することにより発生される力は、錘６１の揺動速度に比例している為、減衰力を発生させて揺動の減衰を効率よく行う事が出来る。なお、第２の液室としての下部液室６１０ｂが３つの液室６３ａ、６３ｂ、６３ｃに分かれているのは、錘６１がどの方向に揺動してもダンピング効果を発生させるためであり、３以上の液室に分かれていれば３室に限定されるものではない。

上述の構成により、撮影部の揺動によって錘６１の揺動が励起されても、粘性流体のダンピングによる位相調整が行われるため、錘６１の揺動が減衰する。そして振動エネルギーが減衰を介して熱エネルギーに変換され、撮影部の揺動が減衰する。以上のように、外力などで撮影部が揺動しても、それを急速に減衰させる事が可能になっている。

次に、ベース部６５に設けられた４箇所の貫通穴６５ｂについて述べる。この貫通穴６５ｂによって、粘性流体６３はベース部６５とカバー６１０に囲まれた空間である上部液室６１０ａ（第１の液室）に移動可能になっている。ただし、貫通穴６５ｂの径は粘性流体６３の体積に比べて十分小さく、粘性流体６３が一度に上部液室６１０ａへ移動することはできず、時間をかけて移動する。なお、第２の液室である下部液室６１０ｂの体積は粘性流体６３の体積よりも大きいが、第１の液室である上部液室６１０ａの体積は粘性流体６３の体積よりも小さいため、上部液室６１０ａに充填できる体積は、粘性流体６３の体積の一部となる。

例えば胴部１１ｃを把持して逆さまにして暫く待つと、粘性流体６３のうち上部液室６１０ａに充填できる量が、上部液室６１０ａに移動する。その後、胴部１１ｃを鉛直位置に戻しても、上部液室６１０ａの粘性流体は直ぐにはケース６２内の下部液室６１０ｂに戻ってこない。この間、下部液室６１０ｂの粘性流体６３の量が少なくなる為に、錘６１の揺動を減衰させるための粘性流体６３が不足して、撮影部の揺れの減衰が不足する。即ち撮影部の揺れが継続する。

図６（ｂ）に示すように、ベース部６５には駆動手段の一部としてのコイル６６ｘ、６６ｙが設けられており、可動枠６８には同じく駆動手段の一部としての永久磁石６７ｘ、６７ｙが設けられている。なお、図６（ｂ）においては、コイル６６ｘ、６６ｙに対向する永久磁石６７ｘ、６７ｙを破線で示す。そして、コイル６６ｘ、６６ｙに電流を流すと可動枠６８は矢印Ｘ、Ｙ方向、即ち鉛直軸１０に対して直交する２方向に自在に駆動され、錘６１は球状支球６１ａ周りで紙面左右方向および垂直方向に揺動される。なお、Ｘ，Ｙ軸は互いに直交するものとする。

可動枠６８が移動することで錘６１が動く構成であるが、図６（ａ）に示すように、可動枠６８は球状軸受け部６８ａ（駆動受け部）で錘６１の球状支球６１ｂ（駆動支持部）を受けている。また、可動枠６８はベース部６５に対して第２の弾性部材としてのコイルバネ６９で弾性付勢されている。球状軸受け部６８ａは下半球のみ球状となっており、可動枠６８は球状支球６１ｂに対して紙面上下方向に移動可能であるが、球状支球６１ｂと球状軸受け部６８ａとの関連で位置が決まっている。これによって錘６１が球状支球６５ａ周りに揺動し、それにより球状支球６１ｂの紙面上下方向の位置が変化しても、その変化をコイルバネ６９の弾性力で吸収することができる。このようにして、可動枠６８が移動することで錘６１が動くことになる。

ここで、撮影部が揺れる事による重力変化で錘６１が揺動されることをパッシブな揺動、コイル６６ｘ、６６ｙに通電する事で可動枠６８を駆動し、錘６１が揺動されることをアクティブな揺動と分ける事にする。まず、パッシブな揺動は前述した様に振動周期の調整やダンピングの調整により撮影部の揺動を減衰させる事が出来る。一方でアクティブな揺動に対しては、より積極的に錘６１を動かす事が出来るので撮影部の揺動の収束を更に早める事が出来る。

以上説明した構造によって、コイル６６ｘ、６６ｙと永久磁石６７ｘ、６７ｙを用いた電磁結合によるダイレクトドライブの場合には、コアドモータやステップモータに発生するコギングトルクやギア列を介する事による自己保持現象が無い可逆動作が行える。その為、電源を使用した場合は、撮影部の揺れを検出してそれにあわせて錘６１を駆動制御する事で揺動の減衰を行う事が出来る。一方で、電源を使用しない状態においても、パッシブな揺動により撮像部の揺動を減衰させる事が出来る。

上記構成により撮影部の揺動を急速に減衰させる事が可能になり、底面が球状の場合であっても、撮像装置の移動に伴う不安定を改善し、安定した撮影動作が行うことができる。

（胴体をアクティブに揺動させる発明に関する詳細の説明）
上述したように、錘６１は可動枠６８の駆動によりアクティブに揺動させることが出来るが、この構成を用いて撮影部の方向を変更することが出来る。たとえば、頭部１５は軸１０回り（パンニング方向）に旋回可能であるため、パンニング方向には撮像手段１６の撮影方向を設定可能である。これに加えて、チルティング方向の撮影変更も撮影部の揺動（胴部１１ｃの揺れ角制御）で行うことが出来る。

まず、コイル６６ｘ、６６ｙに通電することで可動枠６８を駆動させ、錘６１をアクティブに揺動させる。このとき、錘６１をその固有振動数で駆動すると少ない力で大きな錘変位が得られる。そして、錘６１の固有周期と撮影部の揺動周期とを一致させると、錘６１の揺れに合わせて撮影部が次第に大きな揺れが加わる。そのため、錘６１の揺動回数が増えるごとに撮影部に蓄えられる揺動エネルギーは大きくなり、ある時点で撮影部のうち胴部１１ｃが傾き始め、底部１１ａが胴部１１ｃより突出する。

また、コイル６６ｘ、６６ｙに通電する量を制御することで、胴部１１ｃの傾ける方向を変えることも可能である。可動枠６８は矢印Ｘ、Ｙの２方向に駆動可能であるが、頭部１５の揺動周期に対して、２方向のうち何れか一方の駆動周波数を若干少なめ、もう一方の駆動周波数を若干多めに設定する。その場合、錘６１は所定方向に（例えば矢印Ｆ方向）に揺動を開始し、その方向は軸１０周りに徐々に変化させることが出来る。このように、錘６１の揺動方向を変化させることによって、任意の方向に胴部１１ｃを傾ける事が可能になる。

この様にして、コイル６６ｘ、６６ｙに通電することで可動枠６８の駆動により錘６１を任意の方向にアクティブに揺動させることができ、この揺動によって撮像部が揺れ始める。そして、錘６１の揺動回数にしたがって撮像部の揺れ角が大きくなる。この撮像部の揺れ角の変化によって後述するようにチルティング方向に撮影方向を変化させることが出来る。

図２（ａ）にて示す様に、頭部１５は、胴部１１ｃに対して首部１３ａおよびリンク部１３ｂを介して接続されている。詳細は後述するが、頭部１５の姿勢は胴部１１ｃと首部１３ａの関係で求まる。ここでは、胴部１１ｃの揺れ角に対して頭部１５の揺れ角が所定の割合だけ小さな角度となるように、胴部１１ｃと首部１３ａの関係が設定されている（後述の図８において、楕円状のメインプーリ８２ｅとサブプーリ８２ａとの径比）。

撮像部を揺らすことで撮影方向の細かい制御や動作の制御を行う際に、錘６１の揺動を制御して胴部１１ｃの揺れ角の変化を制御することは難しい。このため、胴部１１ｃの揺れ角に対する頭部１５の揺れ角を所定の割合だけ小さな角度となるように設定する。このように制御することによって、胴部１１ｃの揺れ角を発生させる際の制御誤差が頭部１５の揺れ角に与える影響を小さくすることができる。

この様に、錘６１の駆動周期と錘６１の固有周期をあわせてあるために、少ない駆動で錘６１を大きく変位させることが出来る。また、錘６１の周期と撮影部の揺動周期があわせてあるために、撮影部は大きな揺れを安定して発生させることが出来る。そしてその揺れを所定の角度だけ小さくした精度の高い撮影方向の変更が可能になっている。

ここで、撮影部が揺れている最中に撮影を行うと、撮像画像に像ブレが発生して好ましくない。そのため、錘６１が駆動するタイミングが分れば、共に周期を一致させているため、そのタイミングと実際の錘６１の揺動位置、それから撮影部の傾き状態の位相関係がわかる。錘６１の駆動のタイミングに同期した撮影を行うと、撮影部の揺動速度が最も遅いタイミングで撮影を行う事が出来る。

図７は撮影タイミングのフローチャートであり、このフローは撮像装置１の撮影電源投入でスタートする。なお、実際の撮影タイミングのフローは、電源状態検出や撮影準備が出来ているか否か、焦点検出など複雑になるが、ここでは本発明を明確にする為に無関係の要素の動作は省いている。

ステップ＃７００１では構図変更モードが入っているか否かを検出しており、胴部１１ｃなどに設けられた構図変更モード切換スイッチがオンされると、構図変更モードとなりステップ＃７００２に進む。ステップ＃７００２では、コイル６６ｘ、６６ｙに電流を流すことによって可動枠６８を駆動し、錘６１の揺動を開始する。ステップ＃７００３では錘６１をＮ回（例えば１０回）駆動したかをカウントする。このステップ＃７００３は、錘６１の周期的揺動により撮影部の揺動が十分大きくなるのを待機するステップである。

ステップ＃７００４では撮影タイミングを検出する。このステップ＃７００４は、前述した様に錘６１の駆動タイミングとの位相から撮影部の揺動速度が最も遅くなるタイミングを求めるステップである。そしてステップ＃７００４にて求めた撮影タイミング、即ち揺動速度が最も遅くなるタイミングになるとステップ＃７００５に進み、ステップ＃７００５にて撮影を実行する。そしてステップ＃７００３に戻る。

（首部１３を胴体鉛直軸周りに回転させる発明に関する詳細の説明）
図８は胴部１１ｃに対する首部１３ａの結合状態を説明する図である。首制御部８２は、胴部１１ｃの軸受け部１１ｄ、１１ｅに嵌合して回転軸８１回りに円滑に回転可能に差し込まれている。また、首制御部８２は、異なる径比を有する回転軸受けとしてのサブプーリ８２ａと、メインプーリ軸８２ｃ回りに回転可能なメインプーリ８２ｅという２つのプーリ部材が配置される。このうち、メインプーリ８２ｅは回転方向に連続的に径が変化する形状、たとえば楕円形である。

首制御部８２には回転軸受けとしてのサブプーリ８２ａ、回転軸受け８２ｂが配置されており、サブプーリ８２ａには首部１３ａが、回転軸受け８２ｂにはリンク部１３ｂが、首制御部８２に対して回転可能に軸支されている。また、首制御部８２にはメインプーリ軸８２ｃ周りに揺動可能に錘８４が軸支されている。このため、図８に示す通り、胴部１１ｃが傾いたとしても、錘８４が胴部１１ｃに接しない限りは、錘８４は常に重力方向を向いている。

なお、ダンピングブッシュ８３は首制御部８２と錘８４の間に設けられ、硬度の極めて低いシリコーン樹脂などで形成されている。そしてダンピングブッシュ８３は錘８４の不要な振動を吸収する為に設けられている。

図８に示す通り、胴部１１ｃが傾いている時には首制御部８２の回転軸８１も鉛直軸からは傾いている。それに対して、回転軸８１から錘８４までは矢印Ｈの長さだけ距離があるため、錘８４には回転軸８１回り（矢印Ｊ方向）に回転トルクが生ずる。

ここで、図８のＢ部は、図６で説明したように撮像装置１の重心の位置を制御するための重心位置制御機構のほかにも、胴部１１ｃの姿勢を（揺れ角）を変更可能であった。具体的には、図６（ｂ）のコイル６６ｘ、６６ｙに電流を流すことで可動枠６８が矢印Ｘ、Ｙ方向に自在に駆動され、錘６１が球状支球６１ａ周りで紙面左右方向および垂直方向に揺動される。この機構を利用して、コイル６６ｘ、６６ｙに電流を流すと、錘８４に回転トルクが生ずる状態（首制御部８２の回転軸８１が鉛直軸から傾いている状態）にし、それにあわせて錘８４に生ずるトルクによって、首制御部８２が回転軸８１回りに回転する。そして、胴部１１ｃの揺動方向に首部１３ａが向く様になっている。これにより、撮像装置１が直立状態であるときの鉛直軸に対して時計回りおよび反時計回りの２方向に、頭部１５、撮影手段１６を回転することができる。コイル６６ｘ、６６ｙと永久磁石６７ｘ、６７ｙによるボイスコイルモータは回動手段としての役割も果たす。

このように、常に首部１３ａの揺動方向に胴部１１ｃの揺動方向が一致するようになるのは、外力などで胴部１１ｃが揺動された時においても、駆動力無しで揺動方向に首部１３ａの揺動方向を向け、頭部１５を安定させる為である。

また、何かしらの駆動力で撮影方向を軸１０もしくは回転軸８１回りに駆動すると、その反力で胴部１１ｃが回転してしまう。その問題を解決する為にはアクティブに撮影方向を変更するのではなく、胴部１１ｃの揺動を利用してパッシブに撮影方向を変更するのが望ましい。即ち首制御部８２は反力制御手段として働くこととなる。

（首を胴体の揺動を相殺する様に揺動させる発明に関する詳細の説明）
図８に示す通り、錘８４の揺動は、回転方向に連続的に径が変化する形状（たとえば楕円形）メインプーリ８２ｅ、弾性ベルト８２ｄを介してサブプーリ８２ａを回転させる。

このサブプーリ８２ａは、首部１３ａと直結しているため、首部１３ａは錘８４の胴部１１ｃとの相対的な揺動角度の所定の比率（メインプーリ８２ｅ、サブプーリ８２ａの径比）で揺動する。ここで底部１１ａの接地点から首部１３ａの胴部１１ｃとの付け根までの長さと、首部１３ａの胴部１１ｃの付け根から頭部１５の付け根までの長さの比と上記径比を同じにする。

そうすると、胴部１１ｃが揺動すると、胴部１１ｃの揺動を相殺する方向に首部１３ａが揺動するばかりではなく、頭部１５の撮像手段１６が鉛直軸８７上に常に位置する。即ち胴部１１ｃの揺動に関わらず、撮像手段１６の位置は安定する。また、首制御部８２から頭部１５にはリンク部１３ｂが設けられている為に頭部は胴部１１ｃの揺れ角度に関わらず常に水平の姿勢を保つ。

ここでメインプーリ８２ｅが回転方向に連続的に径が変化する形状、たとえば楕円形状になっている理由を説明する。

メインプーリ８２ｅが楕円形状になっているとその回転によりサブプーリ８２ａとの径比が連続的に変化する。そのため、胴部１１ｃの揺れが大きい場合には、首部１３ａの揺動角度はそれ以上に大きくなる。図９に示す様に、胴部１１ｃの揺れが大きい場合には、頭部１５を鉛直軸８７より矢印Ｋの量だけずれて位置させる事になる。よって、メインプーリ８２ｅが楕円状になっていることで、胴部１１ｃの大きな揺動のバランスとりを行う機能を持っている。

（首部１３がチルティング角度一定でパンニング可能な発明に関する詳細の説明）
図１０（ａ）において、首部１３ａが垂直な場合（軸１０と一致している場合）の図２（ａ）の頭部と首部の拡大図を示す。図１０（ｂ）においては、首部１３ａを前方に傾けた場合の図２（ｂ）の頭部と首部の拡大図を示す。図１０（ｃ）においては、首部１３ａが後方に傾いた場合の図９（ａ）の頭部と首部の拡大図を示す。

支持部材としてのＬ字リンク１０１はＬ字形状をしており、第一の軸部１０１ａと第二の軸部１０１ｂからなり、Ｌ字の直角部分（頭連結部１４の内部にあるため不図示）を有している。このＬ字リンク１０１のＬ字の直角部分（不図示）は、頭連結部１４の内部にて、チルティング方向（紙面前後方向を軸とした回転方向）に回動可能に首部１３ａと連結支持されている。Ｌ字リンク１０１の第一の軸部１０１ａの一端にはジョイント球体部１０１ｃが設けられている。また、Ｌ字リンク１０１の第二の軸部１０１ｂの一端はリンク部１３ｂ、後述するカム部１３ｃとそれぞれ回転可能に結合している。

スライド部材としてのスライド円板１７は、カム部１３ｃを摺動するコロ１７ａとＬ字リンク１０１の第一の軸部１０１ａに沿って軸方向に摺動可能なスライド部１７ｂとからなる。

本実施形態においては、カム部１３ｃは卵型をしており、リンク部１３ｂと一体に形成されている。そして、カム部１３ｃはリンク部１３ｂの傾き（チルティング方向の角度）に応じてスライド円板１７に設けられたコロ１７ａと円滑に摺動することによって、Ｌ字リンク１０１の第一の軸部１０１ａに沿ってスライド円板１７のスライド部１７ｂを上下に摺動させる。これによってスライド円板１７はＬ字リンク１０１の第一の軸部１０１ａに沿って軸方向（矢印Ｌ方向）に移動することができる。なお、図１０（ａ）のように首部１３ａが垂直な場合は、コロ１７ａはカム部１３ｃの回転軸から最も距離の長い位置でも短い位置でもない中間の位置に接している。

モータベース１０２は、第一の軸部１０１ａと直交する平面を有する円板であり、Ｌ字リンク１０１の第一の軸部１０１ａに固定されている。このモータベース１０２は、上面の円周方向に複数のマグネット１０３を備える。

コイル１０４は、マグネット１０３と対向して頭部１５の底面に配置された複数のコイルである。不図示の制御部がこのコイル１０４への通電指示を行い、コイル１０４へ通電することによって、通電方向及び電流値に応じて回転トルクを発生させることができる。この回転トルクによって撮像手段１６を含む頭部１５を、Ｌ字リンク１０１の第一の軸部１０１ａ周りに回転することができる。即ち、このコイル１０４はマグネット１０３と共に、頭部駆動手段を構成している。なお、マグネット１０３ｄとコイル１０４の軸１０方向の間隔は、頭部１５のチルティングに際に間隔の変化があったとしても、十分回転トルクが発生するものであるとする。

回転支持部としてのジョイント球体部１０１ｃは、ジョイント受け部１５ｂと組み合わされて、頭部１５を左右方向にパンニング、上下方向にチルティングの動作を円滑に行わせる。すなわち、ジョイント球体部１０１ｃは、頭部１５を首部１３ａや胴部１１ｃ対してそれぞれ直交する２軸方向に回転可能に支持する回転支持部としての役割を果たす。また、ガイド１５ｃは頭部１５の背面部に設けられており、第一の軸部１０１ａ周り（軸１０を中心とした円周方向、パンニング方向）に、スライド円板１７の上面の周辺部を回動する。なお、頭部１５の重心は、第一の軸部１０１ａの軸上（回転中心である軸１０）とガイド１５ｃとの中間付近にあり、ガイド１５ｃが常にスライド円板１７の面と当接している。また、このガイド部１５ｃは矢印Ｌ方向にガイド距離が伸縮可能であり、スライド円板１７の摺動によらずに頭部１５をガイドできる。そして、スライド円板１７の移動（矢印Ｌ方向の動き）に応じて頭部１５がチルティング動作を行っても常にスライド円板１７の面と当接している。

これにより、ジョイント球体部１０１ｃによって球体支持されている頭部１５は、ガイド部１５ｃによって姿勢が安定し、頭部の回転やスライド円板１７の移動に関わらず安定的に支持される。

図１０（ｂ）のように、首部１３ａを前方に傾けると、卵型のカム部１３ｃの回転軸からの距離がより長い位置にてコロ１７ａが接触することでスライド円板１７が矢印Ｌ方向に上昇する。そして、ガイド１５ｃにより頭部１５はより下向きにチルティングする。従って、頭部１５よりも下方向にある被写体を撮影することができるようになる。また、コイル１０４へ通電することによって回転トルクを発生させて頭部１５をパンニング方向に回動することで、チルティング角度一定のまま、パンニング撮影が可能となる。

また同様に、図１０（ｃ）に示すように、首部１３ａが後方に傾いた場合は、スライド円板１７は矢印Ｌ方向に最も下降して、頭部１５は最も上向きにチルティングする。よって、頭部１５よりも上方向にある被写体を撮影することができ、コイル１０４へ通電することによって回転トルクを発生させて頭部１５を回動することで、チルティング角度一定のままパンニング撮影が可能となった。

また、カム部１３ｃの形状によって、首部１３ａの傾きと頭部１５のチルティング角度の関係を一定にしたり、傾きに合わせた特定の姿勢をさせたりするなど、自由に変化させることが可能である。

（実施例２）
図１１は本発明に係る撮像装置１の第２実施例である。本実施例においては、撮像装置１が直立状態であるときに、胴部１１ｃが底部１１ａに対して、鉛直軸に対し時計回りおよび反時計回りの２方向に回転可能である。これにより、頭部１５、撮像手段１６、モニタ１１ｂの位置を自在に変更することができる。

この胴部１１ｃを回動させ、頭部１５、撮像手段１６、モニタ１１ｂの位置を変更する機構について図１１を用いて詳しく説明する。底部１１ａには回動手段として機能するモータ１１１が備え付けられている。また、胴部１１ｃには、モータ１１１の先端に取り付けられた第１ピニオンギア１１２、第１ピニオンギア１１２と噛み合う第２ピニオンギア１１４が配置されている。また、胴部１１ｃに配置された内歯ギア１１５は第２ピニオンギア１１４とかみ合う。そしてこの内歯ギア１１５には腕部１１６を介して錘１１７が設けられている。この内歯ギア１１５が、撮像装置１が直立状態であるときの鉛直軸と駆動軸が一致するように回転することで、腕部１１６を介して錘１１７をモータ１１１の駆動軸周りに回転させることができる。これら一連の駆動機構が反力制御機構として機能する。

モータ１１１は、撮像装置１が直立状態であるときの鉛直軸と駆動軸が一致するように、本体部は底部１１ａ内部に、先端部は胴部１１ｃの内部に配置される。そしてモータ１１１の駆動力は、先端の第１ピニオンギア１１２から、第２ピニオンギア１１４に伝わり、第２ピニオンギア１１４により回転方向を反転させられて内歯ギア１１５に伝えられる。内歯ギア１１５には腕部１１６を介して錘１１７が設けられているため、モータ１１１の回転によって錘１１７を矢印１１３ｃｗ、矢印１１３ｃｃｗの２方向に回転させることができる。

この錘１１７の回転により胴部１１ｃの回転により発生する反作用トルクが打ち消され、胴部１１ｃが回転する反力で底部１１ａがその接地支点周りに回転することが抑制される。即ち、錘１１７とその駆動制御が反力制御手段として働くことになる。

なお、本実施例においては、モータ１１１の駆動軸が、撮像装置１が直立状態であるときの鉛直軸と一致するように配置されている。しかしながら、底部１１ａから胴部１１ｃへの駆動力の伝達軸が、撮像装置１が直立状態であるときの鉛直軸と一致すれば、いかなる配置方法であっても良い。

本発明は、自動撮影可能な装置に関し、特に、起き上がりこぼし形状などの倒れにくい本体にスチルカメラやビデオカメラ装置を搭載する撮影装置利用可能である。

１１ａ 底部
１１ｂ 表示部
１１ｃ 胴部
１２ 首連結部
１３ａ 首部
１３ｂ リンク部
１４ 頭連結部
１５ 頭部
１１１ モータ
１１７ 錘

Claims (4)

1. 撮像部と、
   本体部と、
   球面の一部をなす形状の底部とを有する撮像装置であって、
   錘部の移動によって前記撮像装置の重心位置を制御する重心制御手段と、
   少なくとも前記撮像部を、前記撮像装置が直立状態での鉛直軸周りに回転させる回動手段と、
   前記回動手段の反力により発生する前記撮像装置の前記底部の支点周りの回動を減衰させる反力制御手段とを備え、
   前記回動手段は、前記錘部を駆動することで前記重心制御手段を制御することを特徴とする撮像装置。
2. 前記反力制御手段は、前記重心制御手段による重心位置の変化に基づいて前記撮影手段を回転させることを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
3. 前記本体部は、ベース部材と、該ベース部材に対して移動可能な可動枠とを有し、
   前記重心制御手段は、前記錘部に加えて支点部と駆動支持部とからなり、前記ベース部材に回転可能に支点部を、また前記可動枠に駆動支持部を支持され、
   前記回動手段は、前記可動枠を前記ベース部材に対して移動させることを特徴とした請求項１ないし２に記載の撮像装置。
4. 前記回動手段は底部に設けられ、前記本体部および前記撮像部を前記底部に対して前記撮像装置が直立状態での鉛直軸周りに回転させることを特徴とする請求項１ないし２に記載の撮影装置。

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