JP2019128028A - 振動抑制装置、振動抑制方法および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置本体を傾けて使用した場合でも、適切に振動を抑制できる装置や方法を提供する。【解決手段】 この装置は、電子機器の振動を抑制する振動抑制装置１１であり、電子機器を少なくとも一方向に移動させることが可能な可動部２０と、可動部２０を移動可能に支持する支持部と、振動抑制装置１１に入力される振動を検出する振動検出部と、振動検出部の検出結果に基づき、振動抑制装置１１の姿勢を検知し、振動に伴う変位方向への変位量に対する補正量を計算して、支持部による可動部２０の移動を制御する制御部とを含む。制御部は、検知した姿勢に応じて補正量を調整し、調整した補正量に基づき可動部２０の移動を制御する。【選択図】 図４

Description

本発明は、電子機器の振動を抑制する振動抑制装置、方法および振動抑制装置を有する電子機器に関する。

デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置を手に持って、あるいは車両等に取り付けて撮影する場合、手の微妙な動きや車両等の揺れにより、撮像装置に対して振動が発生する。この振動は、ぶれて解像度の悪い画像が撮影される原因となる。

このことに鑑み、回転体であるフライホイールが姿勢を維持しようとする原理を利用し、撮影中に発生する撮像装置の回転運動を抑制し、アームでバネ支持し、撮像装置の上下の揺れである並進運動を吸収する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、並進運動をバネで吸収する技術では、装置本体を傾けて使用すると、斜めにバネが振動して並進運動を吸収しようとするので、不要な水平方向への振動が発生してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置本体を傾けて使用した場合でも、適切に振動を抑制できる振動抑制装置、方法および該振動抑制装置を有する電子機器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、発明の一実施形態では、電子機器の振動を抑制する振動抑制装置であって、電子機器を少なくとも一方向に移動させることが可能な可動部と、可動部を移動可能に支持する支持部と、振動抑制装置に入力される振動を検出する振動検出部と、振動検出部の検出結果に基づき、振動抑制装置の姿勢を検知し、振動に伴う変位方向への変位量に対する補正量を計算して、支持部による可動部の移動を制御する制御部とを含み、制御部が、検知した姿勢に応じて補正量を調整し、調整した補正量に基づき可動部の移動を制御する、振動抑制装置を提供する。

本発明によれば、装置本体を傾けて使用した場合でも、適切に振動を抑制できる振動抑制装置、方法および該振動抑制装置を有する電子機器を提供できる。

振動抑制装置を有する電子機器としての撮像機器の構成例を示した図。 撮像機器を使用する様子を例示した図。 振動抑制装置の一例を示した斜視図、正面図、側面図。 振動抑制装置の内部構造の一例を示した図。 振動抑制装置が備える支持部（アクチュエータ部）の一例を示した図。 振動抑制装置が備える演算処理チップで行う制御の一例を示したブロック図。 振動抑制装置を把持し、歩行時に撮像機器を使用する例を示した図。 振動抑制装置による補正動作について説明する図。 振動抑制装置が備える加速度センサの出力の一例を示した図。 加速度センサの出力をＡＤ（アナログ−デジタル）変換した結果を示した図。 姿勢検知処理により得られる加速度の姿勢成分の一例を示した図。 ＡＤ変換結果から姿勢成分を減算して得られる加速度の並進成分を示した図。 加速度の並進成分に対して積分演算を行い、算出された速度を示した図。 速度に対して積分演算を行い、算出された変位量を示した図。 変位量に基づき算出した補正量を調整した結果の一例を示した図。 補正量の調整に使用される姿勢の傾斜量と圧縮率との関係を示した図。 振動抑制装置により実行される処理の一例を示したフローチャート。 補正量の調整に使用される姿勢の傾斜量と圧縮率との関係を示した図。 振動抑制装置が備える可動部の可動範囲を示した図。 振動抑制装置が備える可動部の可動範囲上の位置について説明する図。

図１は、振動抑制装置を有する電子機器としての撮像機器の構成例を示した図である。ここでは、電子機器として、撮像機器を例に挙げて説明するが、電子機器は、撮像機器に限定されるものではない。撮像機器は、撮像装置１０を含む。撮像装置１０としては、デジタルカメラ、ビデオカメラ、全天球カメラ等のカメラを挙げることができる。

撮像装置１０は、手ぶれを防止するため、あるいは手を放して撮影することができるように、撮像装置１０を安定して支持する三脚等を接続するためのねじ溝を有している。

ここで、撮像装置１０の一例として、カメラの構成について説明する。カメラは、光学系、撮像素子、画像処理系から構成される。光学系は、複数のレンズを含む。撮像素子は、複数のレンズを通して入射された光を電気信号に変換するもので、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサ等が使用される。画像処理系は、A/D変換器、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の記憶装置、特定用途向けの集積回路であるASIC(Application Specific Integrated Circuit)、入出力I/F、通信I/F、バッテリ等を含む。これらの構成の要素は、よく知られたものであるため、説明を省略する。

振動抑制装置１１は、撮像装置１０と接続するために、撮像装置１０のねじ溝に螺合する三脚ねじ１２を有する。また、振動抑制装置１１は、内部の各種電子部品を動作させるために電源を供給するバッテリ１３が装着される。図１の振動抑制装置１１は、三脚ねじ１２が頂部から突出し、バッテリ１３が底部に装着されている。

図２は、振動抑制装置１１を取り付けた撮像装置１０を、撮影者であるユーザが使用する様子を例示した図である。振動抑制装置１１は、ユーザが片手で持って使用することができるサイズとされている。振動抑制装置１１の形状は、円柱でもよいし、四角柱、三角柱、円錐、四角錐等の形状でもよい。このため、ユーザは、撮像装置１０ではなく、振動抑制装置１１を片手で持ち、動画像を撮影することができる。撮像装置１０は、静止画像を撮影することも可能であるが、以下、動画像を撮影するものとして説明する。

ユーザは、片手で振動抑制装置１１を持つことによって、撮像装置１０を支持するため、歩行時等において振動抑制装置１１に対して振動が入力される。しかしながら、振動抑制装置１１は、入力された振動を抑制するため、振動抑制装置１１上に取り付けられた撮像装置１０へ伝達される振動を低減させることができる。その結果、撮像装置１０は、振動が低減された画像を撮影できる。

図３は、撮像装置１０へ伝達される振動を抑制するための振動抑制装置１１の一例を示した斜視図、正面図、側面図である。図３（ａ）は振動抑制装置１１の斜視図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は側面図である。振動抑制装置１１は、頂部から突出する三脚ねじ１２を備える。さらに、三脚ねじ１２は、振動抑制装置１１の筐体２１内で可動部２０と接続されている。可動部２０は、三脚ねじ１２と螺合し、接続された撮像装置１０を少なくとも一方向に移動させる。移動方向は、重力方向であってもよいし、重力方向に対して任意の角度で傾斜した傾斜方向であってもよい。重力方向に対する角度は、振動抑制装置１１の姿勢を表す傾斜量として参照される。可動部２０と三脚ねじ１２は、溶接により接合されていてもよいし、嵌合や接着により接続されていてもよい。

図４（ａ）は、図３（ｂ）の正面図の切断線Ａ−Ａで切断した内部構造、図４（ｂ）は、図３（ｂ）の正面図の切断線Ｂ−Ｂで切断した内部構造、図４（ｃ）は、図３（ｃ）の側面図の切断線Ｃ−Ｃで切断した内部構造を示す。図４（ｄ）は、図４（ｂ）の切断線Ｄ−Ｄで切断した内部構造を示す。

振動抑制装置１１の筐体２１の内部には、少なくとも可動部２０、アクチュエータ部２２、PCB(Printed Circuit Board)基板２６、メモリ部２７、ジャイロセンサ２８、加速度センサ２９、演算処理チップ３０、磁気テープ３１、磁気センサ（ホールセンサ）３２を有する。

アクチュエータ部２２は、支持部として、可動部２０を移動可能に支持する。アクチュエータ部２２は、主に、コイル２３、永久磁石２４、鉄板ヨーク２５から構成される。

図４（ａ）では、PCB基板２６は、可動部２０と筐体２１との間に配置されている。PCB基板２６には、撮像装置１０を取り付けた振動抑制装置１１の重心を中心とした回転運動の情報を検出する回転検出部、振動を検出する振動検出部、振動抑制装置１１の姿勢を検知し、振動に伴う変位方向への変位量に対する補正量を計算し、計算した補正量に基づきアクチュエータ部２２による可動部２０の移動を制御する制御部、回転検出部の検出結果を記憶する記憶部としてメモリ部２７が設けられている。

回転検出部としては、回転運動の成分として単位時間当たりの回転角（角速度）を測定するジャイロセンサ２８を用いることができる。振動検出部としては、振動情報として加速度を測定する加速度センサ２９を用いることができる。これらは一例であるので、回転運動の情報および振動情報を検出することができるものであれば、その他の機器を採用してもよい。制御部としては、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processor Unit)を含む演算処理チップ３０を用いることができる。

さらに、筐体２１の内部には、可動部２０の移動量を検出する移動量検出部を有する。可動部２０の外側面には、磁気テープ３１が振動抑制装置１１の長手方向に延びるように貼付される。移動量検出部は、磁気テープ３１からの磁気を検出することにより移動量を検出する。移動量検出部としては、磁気センサ（ホールセンサ）３２を用いることができる。図３（ａ）では、PCB基板２６のジャイロセンサ２８等が搭載された表面の裏側の面に、磁気テープ３１に対向するように磁気センサ３２が設けられている。

ユーザが撮像装置１０を取り付けた振動抑制装置１１を片手に持ち、撮影を行う場合、重力方向の揺れである並進運動に対し、加速度センサ２９で加速度を検出する。加速度センサ２９により検出された加速度は、並進運動の情報として演算処理チップ３０へ入力される。演算処理チップ３０は、入力された情報を用いて積分演算を行い、変位方向への変位量を算出する。演算処理チップ３０は、算出した変位量に基づき、変位を相殺する方向、すなわち変位方向とは反対方向に変位量分移動させるための補正量を計算し、変位を相殺する方向に補正量だけ可動部２０を移動させるように指示し制御する。アクチュエータ部２２は、変位を相殺する方向に補正量だけ可動部２０を移動させる。

アクチュエータ部２２により可動部２０が移動すると、磁気センサ３２がその移動量を検出し、検出した移動量を検出結果として演算処理チップ３０へ入力する。演算処理チップ３０は、入力された移動量に対し、補正量との差分量を計算する。振動抑制装置１１は、帰還制御部として機能するPID(Proportional Integral Differential)コントローラを備え、PIDコントローラが、その差分量を減少させるように帰還（フィードバック）制御を行う。ここではPIDコントローラがフィードバック制御を行っているが、演算処理チップ３０がフィードバック制御も行うように構成されていてもよい。PIDコントローラは、PCB基板２６等に設けることができる。

撮影時、並進運動とともに回転運動も生じるが、回転運動に対しては、ジャイロセンサ２８で角速度を検出する。回転運動は、撮像装置１０の重心を中心として、レンズ面に垂直な光軸が向く水平方向に対する角度の変化として捉えられる。このため、近距離にある物も、遠方にある物も、回転方向に一緒に動く。一方、並進運動は、近距離にある物のみが振動に伴って移動し、遠方にある物はほとんど動かない。

したがって、回転運動については、動画撮影後に、動画像の各フレームの画像全体の位置を変えることで、揺れのない動画像に補正できる。一方、並進運動については、近距離の物と、遠方の物とを別個に補正することは不可能であることから、上記のように補正量だけ可動部２０を移動させ、機械的に補正する。

このように回転運動については撮影後に補正すればよいことから、ジャイロセンサ２８により検出された角速度は、回転運動の情報、すなわち角速度情報としてメモリ部２７に格納される。この角速度情報は、撮影後に、演算処理チップ３０によりメモリ部２７から読み出され、回転運動成分の補正量が計算される。

演算処理チップ３０による回転運動成分の補正量の計算方法としては、動画撮影で得た動画像を、フレーム毎の静止画像に分解し、角速度を積分して求めた角度に焦点距離を乗じた量だけ１回ずつ画像をずらし、再度１つの動画像として結合する方法を一例として挙げることができる。この方法は、一例であるので、同様の効果を得ることができればその他の方法を採用してもよい。

図４に示す構成では、ジャイロセンサ２８により検出された角速度の角速度情報をメモリ部２７に格納しているが、これに限られるものではなく、通信I/F等の通信部を備え、通信部によりPC等の外部機器へ送信する構成を採用してもよい。これにより、外部機器において上記の回転運動についての補正を行うことができる。

また、回転運動の補正は、ジャイロセンサ２８を使用した補正のほか、画像処理により実施してもよい。画像処理により実施する方法としては、動画撮影で得たフレーム毎の静止画像から、静止画像内の特徴点を抽出し、抽出した特徴点につき、ずれ量を計算し、各フレームにつき、計算したずれ量だけずらし、各フレームの静止画像を補正する方法を用いることができる。特徴点は、獅子画像を構成する画素の画素値が急激に変化する部分を構成する一組の画素とし、ずれ量は、何画素分上下にずらすかを示す値とすることができる。なお、補正後、静止画像をフレーム番号の順に結合し、再度動画像を構成することができる。

次に、図５を参照して、アクチュエータ部２２について詳細に説明する。アクチュエータ部２２は、２つのコイル２３を、鉄板ヨーク２５に取り付けた永久磁石２４で挟み込む構成とされている。２つのコイル２３は、図４（ｃ）に示すような略コの字形（全ての角が直角なU字）の形状をした可動部２０の２つの脚部に嵌合させる等して取り付けられている。永久磁石２４は、中央の鉄板ヨーク２５に対し、S極側が隣接するように取り付けられ、筐体２１の内側面に取り付けられた外周側の鉄板ヨーク２５に対し、N極側が隣接するように取り付けられている。中央の鉄板ヨーク２５は、最下部が筐体２１の中空の底面に接続されている。そして、中央の鉄板ヨーク２５に取り付けられた永久磁石２４と、外周側の鉄板ヨーク２５に取り付けられた永久磁石２４との間に、２つのコイル２３が配置される。したがって、矢線に示すように中心から外周部へ向けて磁界が発生する。

２つのコイル２３には、電流が流される。図５に示す例では、電流は、向かって左側のコイル２３については手前から奥に向けて流れ、右側のコイル２３については奥から手前に向けて流されている。これにより、矢線に示す方向（下方向）に力（駆動力）が発生している（フレミング左手の法則）。この電流を流す向きを変えることで、上方向に駆動力を発生させることができる。したがって、駆動力の発生により、２つのコイル２３が取り付けられた可動部２０を重力方向に移動させることができる。

振動抑制装置１１は、並進運動に対しては、可動部２０を機械的に上下動させることで補正し、回転運動に対しては、角速度情報を取得して保持しておき、撮影後に読み出して撮影した画像を補正する。したがって、撮影した画像の品質劣化を抑制しつつ、必要最小限の機械要素や電子部品の追加で実現することができ、振動抑制装置１１を小型化することができる。

並進運動をバネで吸収する構成ではなく、上記のアクチュエータ部２２を使用した機械的な補正を採用することで、重力方向の振動の制御帯域を広くすることができる。また、振動抑制装置１１を小型化することができるので、撮像装置１０等の電子機器に取り付けた場合、片手での使用が可能となる。

図６は、振動抑制装置１１が備える演算処理チップ３０で行う制御の一例を示したブロック図である。演算処理チップ３０は、ＡＤ変換器３３、姿勢検知部３４、減算部３５、第１の積分部３６、第２の積分部３７、調整部３８を含んで構成される。

加速度センサ２９が検知した加速度は、ＡＤ変換器３３に入力され、ＡＤ変換後加速度となる。ＡＤ変換後加速度は、三軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の加速度成分を含み、姿勢検知部３４に入力される。姿勢検知部３４は、三軸の加速度成分に基づき、加速度センサ２９の姿勢（振動抑制装置１１の姿勢も同じ）を演算し、加速度の姿勢成分を算出する。

並進運動のみである場合、加速度成分は、重力方向（ｚ軸）のみの成分で、重力方向に対して垂直な水平方向（ｘ軸、ｙ軸）の成分が０となる。これに対し、撮像装置１０が接続された振動抑制装置１１を、ユーザが重力方向に対して傾けてもつと、重力方向に対して傾斜した角度の方向に振動し、加速度成分は、ｚ軸のみならず、ｘ軸もしくはｙ軸またはその両方の成分も含まれることになる。

減算部３５は、ＡＤ変換後加速度から姿勢検知部３４で算出した加速度の姿勢成分を減算することにより除去する。減算部３５は、この姿勢成分の除去により、加速度の並進運動成分を算出する。第１の積分部３６は、算出された加速度の並進運動成分に対して積分演算を行い、速度を算出する。第２の積分部３７は、算出された速度に対して積分演算を行い、変位量を算出する。

補正量は、算出された変位量に撮影倍率を乗算して算出される。撮影倍率は、撮像装置１０が備える撮像素子の撮像面上に写された像の大きさと撮像対象の実際の大きさの比率を表したものである。撮像倍率の情報は、撮像装置１０から取得することもできるし、予め設定されていてもよい。撮像装置１０から取得する場合、振動抑制装置１１は、例えば通信I/F等を使用して撮像装置１０と通信を行うことにより取得することができる。

調整部３８は、姿勢検知部３４により演算された姿勢成分に基づき、求めた補正量を調整する。演算処理チップ３０は、アクチュエータ部２２による変位を相殺する方向に、調整した補正量だけ可動部２０を移動させるように制御する。これにより、アクチュエータ部２２が、変位を相殺する方向に補正量だけ可動部２０を移動させる。

ここで、図７を参照して、振動抑制装置１１を把持し、歩行時に撮像装置１０を使用する例について説明する。図７（ａ）は、振動抑制装置１１を鉛直上向きに把持している例を、図７（ｂ）は、振動抑制装置１１を重力方向に対して任意の角度で傾けて把持している例を示す。

図７（ａ）を参照すると、歩行による揺れの方向と、補正の方向とが一致している。揺れの方向は、重力方向であり、補正の方向は、並進運動成分を補正することから、重力方向である。

図７（ｂ）を参照すると、歩行による揺れの方向は、重力方向であるが、補正の方向は、傾いた状態で補正することから、矢線に示す方向となり、揺れの方向と補正の方向とが一致しない。

すると、図８に示すように、歩行による揺れの方向は、重力方向だけであるのに、補正動作では、重力方向の動きに加えて、水平方向の動きも補正してしまい、その結果として水平方向の動きが発生し、水平方向と同じ方向である歩行方向に振動的な動画像が生成されることとなる。これは、不自然な動画像である。

このような不要な水平方向への動きを小さくし、適切に振動を抑制するため、図６に示した制御を行う。その具体的な制御について、図９〜図１６を参照して詳細に説明する。図９は、加速度センサ２９が検知した加速度の出力の一例を示した図である。図９は、横軸を時間（sec）とし、縦軸を加速度（m/s²）としている。時間０〜４．６秒までは、振動抑制装置１１を重力方向に向けて把持し、歩行した場合の出力を示し、４．６秒以降は、振動抑制装置１１を重力方向に対して４５°傾けた状態で把持し、歩行した場合の出力を示す。

４．６秒までは、重力加速度９．８１（m/s²）を中心として、±２（m/s²）の歩行による揺れ成分が加算された出力が得られる。４．６秒以降は、振動抑制装置１１が４５°傾くことで、加速度の重力成分が９．８１／１．４１＝６．９４（m/s²）となり、この値を中心として、揺れ成分２／１．４１＝１．４２（m/s²）が振動的に出力される。１．４１は、三角関数cos４５°を小数点第２位までで表した値である。

図９に示すような加速度の出力がＡＤ変換器３３に入力されると、ＡＤ変換器３３がＡＤ変換を行い、図１０に示すようなＡＤ変換後加速度を出力する。図１０は、横軸を時間（sec）とし、縦軸をＡＤ変換後の加速度であることを示す次元（AD）としている。

図１０に示すようなＡＤ変換後加速度は、姿勢検知部３４に入力される。ＡＤ変換後加速度は、三軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の加速度として出力され、姿勢検知部３４は、三軸方向の加速度の出力を用いて、三角関数による演算で加速度の姿勢成分を算出する。

三軸方向の加速度として、ｚ軸方向のみの加速度が入力された場合、振動抑制装置１１を重力方向に向けて把持し、歩行した場合の出力であることを示し、姿勢成分は、図１１に示すような重力加速度をＡＤ変換した後の値（約１４００）となる。

三軸方向の加速度として、ｘ軸、もしくはｙ軸、またはその両方の加速度も入力された場合、振動抑制装置１１を傾けた状態で把持し、歩行した場合の出力であることを示し、姿勢成分は、図１１に示すような傾きに応じた重力成分の値となる。４５°傾けた状態で把持した場合、姿勢成分は、上記の６．９４（m/s²）をＡＤ変換した後の値（約１０００）となる。

減算部３５は、図１０に示すＡＤ変換後加速度と、図１１に示す姿勢成分とが入力され、ＡＤ変換後加速度から姿勢成分を減算し、図１２に示すような加速度の並進成分を算出する。

第１の積分部３６は、図１２に示す加速度の並進成分を、時間で１回積分し、図１３に示すような速度を算出する。第２の積分部３７は、図１３に示す速度を、時間で１回積分し、図１４に示すような変位量を算出する。

４．６秒までは、変位を相殺する方向に変位量分移動させるための量として補正量が算出される。この補正量は、振動抑制装置１１が傾いていないので、調整する必要はない。

これに対し、４．６秒以降は、振動抑制装置１１が傾いているため、算出された補正量を調整しないと、水平方向にも振動が生じ、撮影動画像が不自然なものとなる。そこで、４．６秒以降は、補正量を調整し、不自然な動画像になるのを防ぐ。

図１５は、調整部３８で、姿勢の傾斜量に基づき、補正量を調整した結果を示した図である。傾斜量は、姿勢が重力方向に対してどの程度傾斜しているかを表し、姿勢成分に相当する。４．６秒以降の４５°傾いた領域では、補正量を０．５倍に圧縮し、水平方向の振動を抑制している。補正量の調整として、補正量を圧縮することで、歩行による揺れを抑制する効果は減少するが、水平方向の動きを小さくし、不自然な動画像になるのを防ぐことができる。

図１６は、調整部３８で使用される圧縮率の一例を示した図である。図１６は、横軸を傾斜量（°）とし、縦軸を圧縮率としている。図１６に示す例では、傾斜量が０°〜３０°までは圧縮率を１とし、補正量は調整前後で同じ量となる。傾斜量が３０°〜３５°までは圧縮率を傾斜量に応じた０．５〜１の値とし、傾斜量が３５°〜４５°までは圧縮率を０．５とし、補正量は各圧縮率を乗じることにより調整される。すなわち、図１６に示す例では、傾斜量が増加するにつれて、補正量を段階的に減少させている。

傾斜量が閾値として４５°を超える場合は、傾斜量に応じて圧縮率を０．５より小さい値にしてもよいが、重力方向への変位が小さくなるのに、振動を抑制するための制御が働き、制御のための水平方向への振動が発生するので、かえって不自然な動画像になってしまう。そこで、傾斜量が４５°を超える場合は、例えば圧縮率を０とし、調整後の補正量を０にして、振動を抑制する制御を行わないようにすることができる。

また、傾斜量が４５°を超える場合、警告ランプを点灯し、ユーザに対して傾き過ぎていることを知らせてもよい。この場合、振動抑制装置１１は、警告ランプとしての点灯部を備え、姿勢検知部３４が閾値（傾斜量が４５°）を超えたことを検知した場合に点灯部を点灯させることができる。ここでは、点灯部を設け、点灯部を点灯させる例を挙げたが、これに限られるものではなく、ユーザに通知することができれば、音出力部を設け、警告音を出力させてもよいし、表示部を設け、エラー表示させてもよい。

これまで説明した演算処理チップ３０が行う制御に基づき、振動抑制装置１１により実行される処理について、図１７を参照して詳細に説明する。図１７は、振動抑制装置１１により実行される処理の一例を示したフローチャートである。

振動抑制装置１１は、バッテリ１３が装着されており、電源を投入（電源ON）することにより、ステップ１７００からこの処理を開始する。電源は、電源ボタンを押下することによりONにすることができる。なお、ネットワーク回線や有線により接続される外部機器により信号を送信することにより、電源がONの状態にされてもよい。

ステップ１７０５では、加速度センサ２９が振動抑制装置１１の揺れを検出する。揺れは、加速度として検出される。加速度センサ２９は、検出した加速度の加速度情報を演算処理チップ３０に出力する。

ステップ１７１０では、演算処理チップ３０が、振動抑制装置１１の姿勢を検知する。演算処理チップ３０は、ＡＤ変換後の三軸方向の加速度の出力を用いて、三角関数による演算で加速度の姿勢成分を算出する。

ステップ１７１５では、演算処理チップ３０が、加速度情報と姿勢成分とを用い、積分演算を行い、変位量を算出する。演算処理チップ３０は、加速度情報から姿勢成分を除去した後、２回積分を行うことにより変位量を算出する。そして、算出された変位量に撮影倍率を乗算して補正量を算出する。

ステップ１７２０では、演算処理チップ３０が、検知した姿勢に基づき、算出した補正量を調整する。補正量は、補正量に対し、傾斜量に応じた圧縮率を乗算することにより調整する。演算処理チップ３０は、調整した補正量を出力し、アクチュエータ部２２に対し、変位を相殺する方向に可動部２０を移動させるように指示する。検知した姿勢が所定の姿勢である場合、例えば傾斜量が４５°を超えている場合、圧縮率を０とし、補正量を０として出力する。

ステップ１７２５では、アクチュエータ部２２が、補正量に基づき、変位を相殺する方向に可動部２０を移動させる。ステップ１７３０では、磁気センサ３２が、ステップ１７２５で移動された可動部２０の移動量を検出する。磁気センサ３２は、検出した移動量を移動量情報として演算処理チップ３０に出力する。

ステップ１７３５では、演算処理チップ３０が、ステップ１７３０で磁気センサ３２が検出した移動量情報を用いて補正量との差分量を算出する。そして、ステップ１７４０で、PIDコントローラが、ステップ１７３５で算出した差分量が小さくなるようにフィードバック制御を行う。このフィードバック制御後に、撮影を行うことができる。そして、回転運動による振動に対する補正を実施することができる。

なお、検知した姿勢を表す傾斜量が閾値を超える場合、ステップ１７２５〜ステップ１７４０の処理を省略し、ステップ１７４５へ進むことができる。このとき、警告ランプを点灯させてもよい。処理を省略することで、演算量が減り、演算処理チップ３０の計算負荷を軽減することができる。

ステップ１７４５では、電源OFFかどうかを判断し、電源OFFでない場合、ステップ１７０５へ戻り、電源OFFの場合、ステップ１７５０へ進み、この処理を終了する。

上記の振動を抑制する制御では、図１６に示した圧縮率を使用して補正量を調整するものとして説明してきた。しかしながら、圧縮率は、図１６に示したものに限られるものではない。そこで、補正量の調整に使用可能な圧縮率の別の例を、図１８を参照して説明する。

図１６に示した圧縮率は、傾斜量を３つの段階に分け、第１の段階（０°〜３０°）で一定とし、第２の段階（３０°〜３５°）で傾斜量に応じて減少し、第３の段階（３５°〜４５°）で一定としている。すなわち、段階的に減少させている。これでは、振動抑制装置１１の傾きによって補正量が急に変化し、その結果、撮像される動画像が急に変化する。

そこで、図１８に示すように、傾斜量０°〜４５°にわたって圧縮率の変化量を連続的になだらかに減少させる。これにより、撮像される動画像が急に変化するのを防ぐことができる。なお、傾斜量が４５°を超える場合、図１６に示した例と同様、傾斜量に応じて圧縮率を小さくしてもよいし、圧縮率を０にしてもよい。

ところで、ジャイロセンサ２８や加速度センサ２９の出力には、動かさない状態でも出力が変化する低周波のゆらぎ成分が含まれている。ゆらぎ成分を除去せずに制御を行うと、誤った補正によって可動部２０が筐体２１の頂部に当接（衝突）する可能性がある。このため、検出された加速度等に対して処理を行う機能としてのHPF（フィルタ）を使用し、ゆらぎ成分を除去することが望ましい。

しかしながら、フィルタを使用する際の副作用として、検出した揺れの動きの出力そのものも除去する場合があり、特に、低周波の揺れの動きが除去されやすい。したがって、可動部２０が筐体２１の頂部に衝突しない範囲でフィルタを弱めにかけてゆらぎ成分を除去し、同時に揺れも適切に補正できることが望まれる。フィルタは、高周波成分を透過し、低周波成分を除去するが、その条件の設定を変えることで、フィルタの強度を変えることができる。

例えば、中振幅で低周波の振動の場合、フィルタを強めにかけないと、可動部２０が筐体２１の頂部に衝突する可能性がある。一方で、小振幅で低周波の振動の場合、フィルタを弱めにかけて補正性能を高めることができる。このことから、同じ低周波の振動でも、振幅によってフィルタの強度を変えることで補正性能を向上させることができる。

このことから、演算処理チップ３０は、設定された範囲の振動を除去する振動除去部としてのフィルタを有し、フィルタにより加速度センサ２９から出力された加速度に含まれる低周波のゆらぎ成分を除去することができる。

フィルタは、１０Hz以下の低周波で大きくフィルタ特性であるゲイン（dB）が減少し、劣化する。このゲインが減少し、劣化し始める周波数は、遮断（カットオフ）周波数と呼ばれる。フィルタの強度は、このカットオフ周波数を変更することにより変えることができ、カットオフ周波数を上げることでフィルタ強度を高くし、カットオフ周波数を下げることでフィルタ強度を低くすることができる。

ここで、図１９を参照して、可動部２０の可動範囲Lについて説明する。可動部２０は、筐体２１の側部の内側面へ突出し、筐体２１の頂部２１ａの内側面に衝突して可動を停止する停止部（ストッパ）２０ａを有する。可動部２０の側面には磁気テープ３１が貼付され、磁気センサ３２は、対向する磁気テープ３１からの磁気を検出して、重力方向への可動部２０の動きを検出する。

演算処理チップ３０は、例えば磁気テープ３１の中央位置を初期位置とし、磁気センサ３２が検出した可動部２０の移動量を受け取ることで、演算処理を行い、可動部２０の現在の位置を検出する。図１９に示す例では、可動範囲Lと磁気テープ３１の重力方向の長さが同じ長さになるように構成されているが、これに限られるものではなく、可動範囲Lは、磁気テープ３１の長さよりも短いものであればいかなる長さであってもよい。

図２０を参照して、可動部２０の可動範囲L上の位置について説明する。可動部２０の位置は、磁気テープ３１上の磁気センサ３２の位置として定義される。磁気テープ３１の中央付近は、可動範囲Lの中央から磁気テープ３１の両端までの長さの上下約７０％の範囲Lcとすることができる。なお、Lcは、上下約７０％の範囲に限定されるものではなく、中央付近の範囲を定義することができれば、上下約６０％や約８０％等のいかなる範囲であってもよい。

振動抑制装置１１の電源をONにしたとき、可動部２０が磁気テープ３１の中央付近に位置していない場合があり得るが、中央付近に位置していない場合、カットオフ周波数を上げてフィルタ強度を高くし、筐体２１の頂部２１ａへのストッパ２０ａの衝突を防ぐことができる。

また、可動部２０が磁気テープ３１の中央付近に位置していない場合、強めのフィルタを初期値として設定しておき、初期値に戻して、筐体２１の頂部２１ａへのストッパ２０ａの衝突を防いでもよい。

以上のように、振動抑制装置１１の姿勢に応じて補正量を調整することで、重力方向の振動を抑制し、制御に伴い発生する水平方向の動きを小さくすることができ、装置本体を傾けて使用した場合でも、適切に振動を抑制できる。これにより、撮影された動画像が不自然な動画像になるのを防ぐことができる。

これまで本発明を、振動抑制装置、振動抑制方法および電子機器として上述した実施の形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。本発明は、他の実施の形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…撮像装置
１１…振動抑制装置
１２…三脚ねじ
１３…バッテリ
２０…可動部
２０ａ…ストッパ
２１…筐体
２１ａ…頂部
２２…アクチュエータ部
２３…コイル
２４…永久磁石
２５…鉄板ヨーク
２６…PCB基板
２７…メモリ部
２８…ジャイロセンサ
２９…加速度センサ
３０…演算処理チップ
３１…磁気テープ
３２…磁気センサ
３３…ＡＤ変換器
３４…姿勢検知部
３５…減算部
３６…第１の積分部
３７…第２の積分部
３８…調整部

特許第３８４５４３０号公報

Claims (10)

1. 電子機器の振動を抑制する振動抑制装置であって、
   前記電子機器を少なくとも一方向に移動させることが可能な可動部と、
   前記可動部を移動可能に支持する支持部と、
   前記振動抑制装置に入力される振動を検出する振動検出部と、
   前記振動検出部の検出結果に基づき、前記振動抑制装置の姿勢を検知し、振動に伴う変位方向への変位量に対する補正量を計算して、前記支持部による前記可動部の移動を制御する制御部とを含み、
   前記制御部が、検知した前記姿勢に応じて前記補正量を調整し、調整した前記補正量に基づき前記可動部の移動を制御する、振動抑制装置。
2. 前記姿勢は、重力方向に対する前記振動抑制装置の傾斜量で表され、
   前記制御部は、前記傾斜量に応じて前記補正量を調整する、請求項１に記載の振動抑制装置。
3. 前記制御部は、前記傾斜量が増加するにつれて、前記補正量を段階的に、または連続的に減少させる、請求項２に記載の振動抑制装置。
4. 前記制御部は、前記傾斜量が閾値を超えた場合、前記補正量を小さくするか０とする、請求項２に記載の振動抑制装置。
5. 前記支持部が移動させた前記可動部の移動量を検出する移動量検出部と、
   前記移動量検出部により検出された前記移動量に基づいて前記制御部により計算された前記補正量との差分量を減少させるように帰還制御を行う帰還制御部とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動抑制装置。
6. 前記帰還制御部は、初期位置に対する前記移動量検出部により検出された前記移動量に基づいて前記可動部の位置を検出し、検出した前記可動部の位置に応じて、振動を除去する機能の設定を初期値に変更する、請求項５に記載の振動抑制装置。
7. 前記電子機器を取り付けた前記振動抑制装置の重心を中心とした回転運動の情報を検出する回転検出部と、
   前記回転検出部により検出された前記回転運動の情報を記憶する記憶部、または該回転検出部により検出された前記回転運動の情報を外部機器へ送信する通信部とを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動抑制装置。
8. 電子機器を少なくとも一方向に移動させることが可能な可動部と、前記可動部を移動可能に支持する支持部と、振動抑制装置に入力される振動を検出する振動検出部と、制御部とを含む、前記電子機器の振動を抑制する前記振動抑制装置により実行される振動抑制方法であって、前記制御部が、
   前記振動検出部の検出結果に基づき、前記振動抑制装置の姿勢を検知するステップと、
   前記振動検出部の検出結果に基づき、振動に伴う変位方向への変位量に対する補正量を計算するステップと、
   検知した前記姿勢に応じて、前記補正量を調整するステップと、
   調整した前記補正量に基づき、前記支持部による前記可動部の移動を制御するステップとを含む、振動抑制方法。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の振動抑制装置を取り付けた電子機器。
10. 前記電子機器は、三脚を接続するためのねじ溝を有する撮像装置を含み、
    前記振動抑制装置は、前記撮像装置のねじ溝に螺合する三脚ねじを有する、請求項９に記載の電子機器。