JP2017195557A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像方位を精度よく検出できる撮像装置を提供する。【解決手段】被写体からの光束を撮像光学系によって撮像素子上に結像し、該撮像素子上の被写体像を撮像する撮像装置を、撮像光学系が装着される光学系装着部と、光学系装着部の近傍であって光束の光路外の位置に配置され、撮像装置の向きを検出する向き検出器と、から構成する。【選択図】図５

Description

本発明は、撮像装置に関する。

電子コンパス（電子方位計、向き検出器）を内蔵したデジタルカメラ等の撮像装置が知られている。例えば、特許文献１には、電子コンパスとジャイロセンサからの出力に基づいて、撮像装置の向きを検出するデジタルカメラが記載されている。

特許文献１に記載のデジタルカメラは、内部の電子回路に流れる電流を検出する電流検知回路を有している。電子回路に流れる電流値が大きいと、電流に起因する磁界によって電子コンパスによる撮像装置の向きの検出精度が低下する。そのため、特許文献１では、電子回路に流れる電流値が小さい場合にのみ、電子コンパスの出力を利用して撮像装置の向きが計算される。

特開２０１５−１７７３６６号公報

特許文献１に記載のデジタルカメラでは、電子回路に流れる電流値に応じて、電子コンパスによる撮像装置の向きの検出精度が低下するという問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像方位を精度よく検出できる撮像装置を提供することである。

本発明の一実施形態に係る撮像装置は、被写体からの光束を撮像光学系によって撮像素子上に結像し、撮像素子上の被写体像を撮像する撮像装置であって、撮像光学系が装着される光学系装着部と、光学系装着部の近傍であって光束の光路外の位置に配置され、撮像装置の向きを検出する向き検出器と、を備える。

このような構成によれば、向き検出器は撮像装置の撮像光学系が装着される前面側に設けられる。これに対し、撮像素子は撮像装置の比較的背面側に配置されている。そのため、向き検出器は、撮像素子を駆動することによって発生した磁界の変化の影響を受けにくくなり、向き検出器の検出精度の低下を抑制することができる。

また、本発明の一実施形態において、例えば、光学系装着部は、撮像装置の被写体側端面に撮像光学系が装着される装着面を有し、向き検出器は、装着面を含む面の近傍に配置される。

また、本発明の一実施形態において、例えば、撮像素子は、光束を受光する受光面が矩形を有し、向き検出器は、矩形の４角のうち向き検出器に近い順の２角から略同じ距離離れた位置に配置される。

また、本発明の一実施形態において、撮像装置は、例えば、光学系装着部と撮像素子との間に配置され、撮像光学系を通過した光束を、撮像光学系の光軸に垂直な方向へ反射させる反射部を更に備える。この構成において、向き検出器は、撮像光学系の光軸に対し、反射部が光束を反射させる方向にずれた位置に配置されている。

また、本発明の一実施形態において、撮像装置は、例えば、反射部によって反射された被写体像を正立する正立光学系を更に備える。この構成において、向き検出器は、正立光学系に対し撮像素子とは反対側に配置される。

また、本発明の一実施形態において、撮像装置は、例えば、正立光学系を保護する樹脂製の保護部を更に備える。この構成において、向き検出器は、保護部と正立光学系との間に取り付けられる。

また、本発明の一実施形態において、撮像装置は、例えば、撮像素子を、電磁力により変位させる電磁変位部を更に備える。この構成において、向き検出器から電磁変位部までの距離は、向き検出器から撮像素子までの最短距離よりも長い。

本発明によれば、撮像方位を精度よく検出できる撮像装置が提供される。

本発明の一実施形態に係る撮像装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の本体の外観図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の本体を正面から見た透過図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の本体を上方から見た透過図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の本体の右方から見た透過図である。

以下、本発明の実施形態の撮像装置について図面を参照しながら説明する。以下においては、本発明の一実施形態として、レンズ着脱式デジタル一眼レフカメラについて説明する。なお、撮像装置は、レンズ着脱式デジタル一眼レフカメラに限らず、例えば、ミラーレス一眼カメラ、コンパクトデジタルカメラ、ビデオカメラ、カムコーダなど、撮像機能を有する別の形態の装置、若しくは、これらの装置を組み合わせたシステム又はこれらの装置と同等の機能を有するシステムに置き換えてもよい。

図１は、本実施形態の撮像装置１の概略構成を示すブロック図である。撮像装置１は、本体１００とレンズユニット２００を備えている。レンズユニット２００は、本体１００に着脱可能に接続されている。

本体１００は、制御部１１０、観察光学系１１１、撮像ユニット１１２、画像処理部１１３、表示装置１１４、メモリカードインタフェース１１５、フラッシュメモリ１１６、操作部１１７、加速度センサ１１８、ＧＰＳ（Global Positioning System）センサ１１９、ジャイロセンサ１２０、無線通信ユニット１２１及び電子コンパス１３０を備えている。観察光学系１１１は、正立光学系１１１ａと接眼光学系１１１ｂを備えている。撮像ユニット１１２は、撮像素子１１２ａと駆動部１１２ｂを備えている。レンズユニット２００は、撮像光学系２１０を備えている。なお、本実施形態では、便宜上、装置特有の構成（例えば、配線、装置筐体の一部等）であって、説明を省略しても差し支えないものについては、その図示及び説明を適宜省略又は簡略する。

制御部１１０は、操作部１１７に対するユーザ操作に基づいて、撮像装置１の各部を制御する。なお、操作部１１７には、電源スイッチやレリーズスイッチ、撮像モードスイッチなど、ユーザが撮像装置１を操作するために必要な各種スイッチが含まれる。

撮像素子１１２ａは、ベイヤー配列のカラーフィルタを有する単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサである。撮像素子１１２ａは、撮像光学系２１０によってその受光面上に結像した被写体像を撮像信号に変換して出力する。なお、撮像素子１１２ａには、ＣＣＤイメージセンサに限らず、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやその他の種類のイメージセンサを使用してもよい。また、ベイヤー配列以外のカラーフィルタ配列を採用してもよいし、撮像素子１１２ａに替えて３板式や面順次式の撮像装置を使用してもよい。

画像処理部１１３は、撮像素子１１２ａが生成（光電変換）した撮像信号に基づいて画像データ（静止画像データ及び動画像データ）を生成し、この画像データに基づいて所定のフォーマットの画像ファイルを生成して出力する。また、画像処理部１１３は、画像データに基づいて、表示装置１１４に表示させる画面データを生成し、この画面データに基づいて所定のフォーマットのビデオ信号を生成して出力する。

表示装置１１４は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）であり、画像処理部１１３から出力されたビデオ信号に基づいて画面表示を行う。

メモリカードインタフェース１１５は、メモリカードが着脱可能に挿し込まれるカードスロットを備えており、このカードスロットに挿し込まれたメモリカードに対して、画像ファイル等のデータの書き込みや読み出しを行う。

また、フラッシュメモリ１１６にも、画像ファイル等のデータを長期記憶させることができる。画像ファイル等のデータの読み出しや書き込みは、ユーザ操作によって設定された保存先（メモリカード又はフラッシュメモリ１１６）に対して行われる。

加速度センサ１１８は、本体１００の直交３軸方向（後述するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向）における加速度を検出する。

ＧＰＳセンサ１１９は、本体１００の上空にある複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信して、受信したＧＰＳ信号に基づいて本体１００の現在位置を３次元測位する。

ジャイロセンサ１２０は、本体１００の光軸（Ｘ軸）周り及び光軸（Ｘ軸）に垂直な直交２軸（Ｙ軸、Ｚ軸）周りの角速度を検出する。

無線通信ユニット１２１は、本体１００撮像装置１が外部の装置と無線通信を行うために使用される。無線通信ユニット１２１は、例えば、Ｗｉ−Ｆｉ無線通信機能を提供する通信インタフェースである。

電子コンパス（電子方位計、方位検出素子、地磁気センサ）１３０は、本体１００の直交３軸方向における磁界（地磁気）の強さを検出する。電子コンパス１３０の詳細については、後述する。

図２は、撮像装置１の本体１００の外観図である。なお、図２に座標軸で示されるように、光軸方向（本体１００から被写体に向かう方向）をＸ軸正方向、被写体に向かって左側をＹ軸正方向、Ｘ軸及びＹ軸方向と垂直な方向（鉛直上向き）をＺ軸正方向と定義する。また、Ｚ軸正方向を上（Ｚ軸負方向を下）、Ｙ軸正方向を左（Ｙ軸負方向を右）、Ｘ軸正方向を前（Ｘ軸負方向を後）と呼ぶ。

本体１００は、フレーム（不図示）と、フレームに取り付けられた複数の外装部材から形成された本体ケース１０（外装）を備えている。本体ケース１０の上部には、樹脂製の上部カバー１１が取り付けられている。

本体１００の正面側には、レンズユニット２００が装着される装着部２０を有する。装着部２０は、円環状のマウント面２１を有している。レンズユニット２００の接続面を本体１００のマウント面２１に当接させ、ロック機構（不図示）を動作させることにより、レンズユニット２００が装着部２０に固定される。装着部２０は、本体１００の外部と内部を連通する開口２２を有している。被写体からの光束は、レンズユニット２００及び開口２２を通過して本体１００の内部へ入射される。

図３〜図５は、撮像装置１の本体１００の透過図である。図３は、本体１００を正面から見たときの透過図である。図４は、本体１００を上方から見たときの透過図である。図５は、本体１００を右方から見たときの透過図である。図３〜図５中、電気配線については、図面を簡素化する便宜上省略する。また、本体ケース１０及び上部カバー１１については、図面を簡素化する便宜上、その輪郭のみを示す。

図３〜図５に示すように、本体１００は、メインミラー３０、ピント板３１、観察光学系１１１（正立光学系１１１ａ、接眼光学系１１１ｂ）、ファインダ（窓）３２、撮像ユニット１１２（撮像素子１１２ａ、駆動部１１２ｂ、前ヨーク１１２ｃ、後ヨーク１１２ｄ）、回路基板３３、を備えている。また、本体１００は、上部に、ＧＰＳセンサ１１９、無線通信ユニット１２１、電子コンパス１３０を備えている。なお、図３〜図５では、表示装置１１４やメモリカードインタフェース１１５、フラッシュメモリ１１６、加速度センサ１１８、ジャイロセンサ１２０や、配線、フレーム等は、図面を簡素化する便宜上省略する。

レンズユニット２００は、装着部２０の正面側に取り付けられる。図５に、レンズユニット２００の光軸ＡＸ１を二点鎖線で示す。レンズユニット２００を通った被写体からの光束（被写体光束）は、光軸ＡＸ１に沿って本体１００内に入射される。ユーザがファインダ３２を通して被写体像を観察する場合、メインミラー３０が光軸ＡＸ１上に配置される。本体１００内に入射した被写体光束は、メインミラー３０により、ピント板３１に向かって反射される。図５に示す光軸ＡＸ２は、メインミラー３０で反射された後の光学系の光軸である。被写体光束はピント板３１で拡散されて正立光学系１１１ａに入射される。正立光学系１１１ａは、例えば、ペンタダハプリズムである。ピント板３１に一旦結像された被写体像（実像）は、ペンタダハプリズムの各反射面で反射されることにより正立像となり、接眼光学系１１１ｂに入射される。ユーザは、接眼光学系１１１ｂによって再結像された被写体像（虚像）を、ファインダ３２から覗くことによって観察することができる。なお、被写体像を撮像素子１１２ａで撮像する際には、メインミラー３０は、レンズユニット２００から撮像素子１１２ａに向かう光軸ＡＸ１を中心とする光路から退避される。これにより、被写体光束は、撮像素子１１２ａの撮像面上で結像され、被写体像が撮像される。

撮像素子１１２ａは、撮像素子保持部材１１２ａ１に取り付けられている。図３に破線で示すように、撮像素子１１２ａは、矩形の撮像面１１２ａ２を有している。撮像素子１１２ａは、レンズユニット２００により撮像面１１２ａ２内に結像された被写体像を撮像する。撮像ユニット１１２の駆動部１１２ｂは、撮像素子保持部材１１２ａ１及び撮像素子１１２ａを光軸（Ｘ軸）に垂直な直交２軸方向（Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）及びＹＺ面内回転方向に微小変位させる。駆動部１１２ｂは、複数の永久磁石１１２ｂ１及び複数とコイル１１２ｂ２を有する電磁アクチュエータである。各永久磁石１１２ｂ１は、対応する前ヨーク１１２ｃに取り付けられていて、各前ヨーク１１２ｃは本体１００に固定されている。コイル１１２ｂ２は、撮像素子保持部材１１２ａ１に取り付けられている。また、撮像素子保持部材１１２ａ１と回路基板３３との間には、後ヨーク１１２ｄが設けられている。後ヨーク１１２ｄは本体１００に固定されている。後ヨーク１１２ｄは、複数の前ヨーク１１２ｃと対向するように配置されている。なお、図３では、前ヨーク１１２ｃ及び後ヨーク１１２ｄの図示を省略し、永久磁石１１２ｂ１を二点鎖線で示している。また、図５では、永久磁石１１２ｂ１及びコイル１１２ｂ２の図示を省略している。

永久磁石１１２ｂ１とコイル１１２ｂ２は互いに対向して配置されている。撮像素子保持部材１１２ａ１は、前ヨーク１１２ｃおよび後ヨーク１１２ｄに対して移動可能に取り付けられている。そのため、コイル１１２ｂ２に電流を供給すると、電磁力により撮像素子保持部材１１２ａ１と共に撮像素子１１２ａを変位させることができる。

駆動部１１２ｂによる撮像素子１１２ａの変位は、手振れ補正機能や天体自動追尾撮影機能で使用される。手振れ補正機能及び天体自動追尾撮影機能の詳細は、特開２０１０−１２２６７２号公報に記載されている。

手振れ補正機能を有効にすると、制御部１１０は、加速度センサ１１８及びジャイロセンサ１２０の検出結果に基づいて、本体１００の振動（手振れ）を検知する。そして、制御部１１０は、駆動部１１２ｂを制御して、検知した振動を打ち消す方向に撮像素子１１２ａを変位させる。これにより像振れの少ない画像が撮像される。

天体自動追尾撮影機能を有効にすると、制御部１１０は、ＧＰＳセンサ１１９、電子コンパス１３０、加速度センサ１１８及びジャイロセンサ１２０の検出結果から本体１００の位置及び向き（撮像方位）を検知する。また、制御部１１０は、本体１００の位置及び向きの情報に基づいて、本体１００に対する天体の動きを算出する。そして、制御部１１０は、駆動部１１２ｂを制御して、天体の動きに合わせて撮像素子１１２ａを変位させる。これにより、露光時間を長くしても、星の像が流れることなく、星の点像が撮像される。通常の撮像において大凡の撮像方向を検出する目的であれば、±１０度程度の方位検出誤差は十分に許容される。しかし、電子コンパス１３０の検出結果を使用して天体自動追尾撮像を行う（具体的には、電子コンパス１３０が検出した方位情報に基づいて天体追尾データを算出する）場合には、方位検出誤差が±数度であっても、露光時間によっては無視できない追尾誤差が発生し、天体像が移動してしまう。そのため、天体自動追尾撮影機能の効果は、電子コンパス１３０による本体１００の向きの検出精度に強く影響を受けるため、従来よりも高い方位検出精度が求められる。

電子コンパス１３０は、直方体形状を有しており、電子コンパス基板１３１上に実装されている。電子コンパス基板１３１は、フレキシブルケーブル（不図示）を介して回路基板３３に接続されている。また、電子コンパス１３０は、外面が電子コンパス保持部材１３２に当て付けられた状態で接着固定されている。これにより、電子コンパス１３０は、電子コンパス保持部材１３２に対して位置決めされる。電子コンパス保持部材１３２は、上部カバー１１の内側に位置決めした上で取り付けられている。これにより、電子コンパス１３０を本体１００に対して正確に位置決めすることができる。また、上部カバー１１は樹脂製であり、実質的に非磁性体である。そのため、上部カバー１１により、方位検出精度を下げることなく、電子コンパス１３０を保護することができる。

電子コンパス１３０は、本体１００に取り付けられた後、信号値のオフセット量や感度の調整が行われる。しかし、電子コンパス１３０の近傍で、電磁ノイズや磁界の変化が発生すると、電子コンパス１３０による本体１００の向きの検出精度が低下する。電磁ノイズは、例えば、撮像素子１１２ａや回路基板３３から発生する。また、磁界の変化は、コイル１１２ｂ２に電流が供給された場合や、電磁力によって永久磁石１１２ｂ１や撮像素子保持部材１１２ａ１に含まれる磁性体が移動した場合に発生する。そのため、本実施形態では、電子コンパス１３０は、電磁ノイズや磁界の変化の影響を比較的受け難い位置に配置されている。

本実施形態では、図４及び図５に示すように、電子コンパス１３０は装着部２０の近傍に配置されている。詳しくは、電子コンパス１３０は、装着部２０のマウント面２１を含む面の近傍に配置されている。マウント面２１は、本体１００の正面側に設けられた面である。これに対し、回路基板３３、撮像素子１１２ａ、永久磁石１１２ｂ１等の磁界を変化させる要素は、本体１００内の比較的背面側に設けられている。そのため、電子コンパス１３０を、マウント面２１を含む面の近傍に配置することにより、回路基板３３、撮像素子１１２ａ、永久磁石１１２ｂ１等による電子コンパス１３０周辺の磁界の変化が抑えられる。これにより、電子コンパス１３０による撮像方位の検出精度の低下を抑えることができる。

また、図３及び図５に示すように、電子コンパス１３０は、レンズユニット２００の光軸ＡＸ１に対し、上側にずれた位置に配置されている。本体１００の上部には、正立光学系１１１ａや接眼光学系１１１ｂ等の光学部材が配置されている。そのため、回路基板３３や撮像素子１１２ａを含む本体１００の下部と比較して、本体１００の上部に含まれる電子回路の規模は小さい。このように、電子回路の規模の小さい領域に電子コンパス１３０を配置することにより、電子回路が駆動することによって発生する磁界の変化が、電子コンパス１３０に与える影響を抑えることができる。

また、図５に示すように、電子コンパス１３０は、正立光学系１１１ａに対し、撮像素子１１２ａの反対側に配置されている。これにより、電子コンパス１３０は、撮像素子１１２ａによって発生する磁界の変化を受けにくくなる。

また、図３〜図５に示すように、駆動部１１２ｂは、撮像素子１１２ａよりも電子コンパス１３０から離れた位置に配置されている。言い換えると、電子コンパス１３０から駆動部１１２ｂまでの距離は、電子コンパス１３０から撮像素子１１２ａまでの最短距離よりも大きくなるように設定されている。駆動部１１２ｂは、永久磁石１１２ｂ１や、磁界を発生させるコイル１１２ｂ２を有している。そのため、駆動部１１２ｂによって生じる磁界の変化は、撮像素子１１２ａが変位されることによって生じる磁界への変化よりも大きい。そのため、駆動部１１２ｂを電子コンパス１３０から離して配置することにより、駆動部１１２ｂによって生じる磁界の変化が電子コンパス１３０に与える影響を抑えることができる。

また、図３に示すように、電子コンパス１３０は、撮像面１１２ａ２の４つの角Ｃ１〜Ｃ４のうち、電子コンパス１３０に近い左上の角Ｃ１及び右上Ｃ２から略同じ距離離れた位置に配置されている。このとき、撮像面１１２ａ２は、電子コンパス１３０に対して左右対称に配置される。仮に、電子コンパス１３０が撮像面１１２ａ２に対し左右の何れかにずれた位置に配置されている状態で撮像素子１１２ａ内に流れる電流によって磁界の変化が発生した場合、電子コンパス１３０は、左右の何れか一方向から磁界の変化の影響を受ける。これに対し、本実施形態では、撮像面１１２ａ２の左右方向における中心を通る面上に配置されている。そのため、撮像素子１１２ａ内に流れる電流によって磁界の変化が発生した場合、電子コンパス１３０は、撮像素子１１２ａの左半分と右半分から、磁界の変化の影響を均等に受ける。これにより、撮像素子１１２ａによって生じる左右方向の磁界の変化が電子コンパス１３０に与える影響を抑えることができる。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本発明の実施形態に含まれる。

１ 撮像装置
１００ 本体
１０ 本体ケース
１１ 上部カバー
２０ 装着部
２１ マウント面
２２ 開口
３０ メインミラー
３１ ピント板
３２ ファインダ
３３ 回路基板
１１０ 制御部
１１１ 観察光学系
１１１ａ 正立光学系
１１１ｂ 接眼光学系
１１２ 撮像ユニット
１１２ａ 撮像素子
１１２ａ１ 撮像素子保持部材
１１２ｂ 駆動部
１１２ｂ１ 永久磁石
１１２ｂ２ コイル
１１２ｃ 前ヨーク
１１２ｄ 後ヨーク
１１３ 画像処理部
１１４ 表示装置
１１５ メモリカードインタフェース
１１６ フラッシュメモリ
１１７ 操作部
１１８ 加速度センサ
１１９ ＧＰＳセンサ
１２０ ジャイロセンサ
１２１ 無線通信ユニット
１３０ 電子コンパス
１３１ 電子コンパス基板
１３２ 電子コンパス保持部材
２００ レンズユニット
２１０ 撮像光学系

Claims (7)

1. 被写体からの光束を撮像光学系によって撮像素子上に結像し、該撮像素子上の被写体像を撮像する撮像装置であって、
   前記撮像光学系が装着される光学系装着部と、
   前記光学系装着部の近傍であって前記光束の光路外の位置に配置され、前記撮像装置の向きを検出する向き検出器と、を備える、
   撮像装置。
2. 前記光学系装着部は、前記撮像装置の前記被写体側端面に前記撮像光学系が装着される装着面を有し、
   前記向き検出器は、前記装着面を含む面の近傍に配置される、
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像素子は、前記光束を受光する受光面が矩形を有し、
   前記向き検出器は、前記矩形の４角のうち該向き検出器に近い順の２角から略同じ距離離れた位置に配置される、
   請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記光学系装着部と前記撮像素子との間に配置され、前記撮像光学系を通過した光束を、前記撮像光学系の光軸に垂直な方向へ反射させる反射部を更に備え、
   前記向き検出器は、前記撮像光学系の光軸に対し、前記反射部が前記光束を反射させる方向にずれた位置に配置されている、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の撮像装置。
5. 前記反射部によって反射された被写体像を正立する正立光学系を更に備え、
   前記向き検出器は、前記正立光学系に対し前記撮像素子とは反対側に配置される、
   請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記正立光学系を保護する樹脂製の保護部を更に備え、
   前記向き検出器は、前記保護部と前記正立光学系との間に取り付けられる、
   請求項５の記載の撮像装置。
7. 前記撮像素子を、電磁力により変位させる電磁変位部を更に備え、
   前記向き検出器から前記電磁変位部までの距離は、前記向き検出器から前記撮像素子までの最短距離よりも長い、
   請求項１から請求項６の何れか一項に記載の撮像装置。

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