JP5515239B2 - 傾斜検出装置、傾斜検出方法、及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、取り付けられた部材の傾きを検出する傾斜検出装置、傾斜検出方法、及び撮像装置に関する。

従来、例えばカメラなどの撮像装置に取り付けられて撮像時のカメラの傾きを検知し、撮像された画像の縦横位置を検出する傾斜検出装置が知られている。
特開２００７−１１５６４８号公報

しかし、カメラはユーザが手で保持して撮影することが多いため、手からカメラに伝わる振動により、傾斜検出装置がカメラの傾きを正確に検出できないことがある。

本発明は、取り付けられた部材の傾きを正確に検出することが可能な傾斜検出装置、傾斜検出方法、及び撮像装置を得ることを目的とする。

本願第１の発明による傾斜検出装置は、固定部に対して移動可能な可動部と、固定部に取り付けられて固定部に生じた振動を検知する振動検知部と、振動検知部が検知した振動が可動部に伝達しないように固定部に対して可動部を駆動する駆動部と、可動部に取り付けられて固定部の傾きを検知する傾斜検知部とを備えることを特徴とする。

振動検知部は、第１の方向に対する固定部の振動を検知する第１方向振動検知部と、第１の方向と直交する第２の方向に対する固定部の振動を検知する第２方向振動検知部とを備えることが好ましい。振動を詳細に検知することが可能になる。

駆動部は、第３の方向に可動部を駆動する第１方向駆動部と、第３の方向と直交する第４の方向に可動部を駆動する第２方向駆動部とを備えることが好ましい。振動を正確に打ち消すことが可能になる。

本願第２の発明による撮像装置は、前記傾斜検出装置と、可動部に取り付けられる撮像素子とを備えることを特徴とする。

傾斜検知部は、可動部において撮像素子が取り付けられる面又は前記面の裏面に取り付けられることが望ましい。

本願第３の発明による傾斜検出方法は、固定部に取り付けられた振動検知部が固定部に生じた振動を検知するステップと、振動検知部が検知した振動が可動部に伝達しないように駆動部が固定部に対して可動部を駆動するステップと、可動部に取り付けられた傾斜検知部が固定部の傾きを検知するステップとを備えることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、取り付けられた部材の傾きを正確に検出することが可能な傾斜検出装置、傾斜検出方法、及び撮像装置を得る。

以下、本発明の第１の実施形態について図１から４を用いて説明する。

撮像装置１はデジタルカメラである。撮像光学系（撮影レンズ６７など）の光軸ＬＸと直交する水平方向を第１方向ｘ、光軸ＬＸと直交する鉛直方向を第２方向ｙ、光軸ＬＸと平行な水平方向を第３方向ｚとして、以下説明する。

撮像装置１は、主電源のオンオフを切り替える電源ボタン１１、レリーズボタン１３、像ブレ補正ボタン１４、ＬＣＤモニタ１７、ミラー絞りシャッタ部１８、ＤＳＰ１９、ＣＰＵ２１、ＡＥ部２３、ＡＦ部２４、傾斜検出装置３０の撮像素子３９ａ、及び撮影レンズ６７から主に構成される。

電源ボタン１１の押下に対応して電源スイッチ１１ａのオンオフ状態が切り替えられ、これにより撮像装置１の主電源のオンオフ状態が切り替えられる。ユーザは、光学ファインダを介して被写体像を光学的に観察する。被写体像は撮影レンズ６７を介し撮像素子３９ａに結像する。撮像素子３９ａは被写体像を撮像し、撮像された画像がＬＣＤモニタ１７に表示される。本実施形態では、撮像素子３９ａがＣＣＤであるとして説明するが、ＣＭＯＳなど他の撮像素子であってもよい。

電源ボタン１１の押下に対応して、撮像装置１の主電源がオン状態にされると、第１時間、例えば２２０ｍｓの間、ゴミ取り動作処理が行われる。ごみ取り動作は、可動部３０ａを移動範囲端と衝突させることにより衝撃を生じさせ、撮像素子３９ａ（撮像素子やローパスフィルタ）に付着した埃などのゴミを除去するものである。ゴミ取り動作処理が終了すると、撮影動作に応じて像ブレ補正処理が実行される。

レリーズボタン１３は、半押しすることにより測光スイッチ１２ａがオン状態にされ測光や測距及び合焦動作が行われ、全押しすることによりレリーズスイッチ１３ａがオン状態にされ撮像素子３９ａ（撮像手段）による撮像（撮像動作）が行われ、撮影画像がメモリされる。

ミラー絞りシャッタ部１８は、ＣＰＵ２１のポートＰ７と接続され、レリーズスイッチ１３ａのオン状態に連動して、ミラーのＵＰ／ＤＯＷＮ、絞りの調節、及びシャッタの開閉動作を行う。

ＤＳＰ１９は、ＣＰＵ２１のポートＰ９、及び撮像素子３９ａと接続され、ＣＰＵ２１の指示に基づいて、撮像素子３９ａにおける撮像により得られた画像信号について、画像処理などの演算処理を行う。

ＣＰＵ２１は、撮像に関する各部の制御、後述する像ブレ補正に関する各部の制御を行う制御手段である。

ＡＥ部２３は、被写体の測光動作を実行して露光値を演算し、この露光値に基づき撮影に必要となる絞り値及び露光時間を演算する。ＡＦ部２４は、測距を行い、この測距結果に基づき撮影レンズ６７を光軸方向に変位させ焦点調節を行う。

可動部３０ａにおいて撮像素子３９ａが取り付けられる面であって、撮像素子の上方に第１の傾斜検知部３３ａが取り付けられる。第１の傾斜検知部は１軸傾斜センサであって、図４におけるΔθｚ方向に対する撮像素子の傾きを検知して、その傾きを電圧値としてＣＰＵ２１のポートＡ／Ｄ４に出力する。

撮像装置１の像ブレ補正装置は、像ブレ補正ボタン１４、ＬＣＤモニタ１７、ＣＰＵ２１、角速度検出部２５、駆動ドライバ回路２９、傾斜検出装置３０、磁界変化検出素子（ホール素子部４４ａ）の信号処理回路としてのホール素子信号処理回路４５、及び撮影レンズ６７から構成される。

像ブレ補正ボタン１４が押下されると、像ブレ補正スイッチ１４ａがオン状態にされる。像ブレ補正スイッチ１４ａがオン状態にされると撮像装置１が補正モードに移行し、像ブレ補正スイッチ１４ａがオフ状態にされると撮像装置１が補正モードを中止する。補正モードでは、測光など他の動作と独立して第２時間、例えば１ｍｓごとに角速度検出部２５、及び傾斜検出装置３０を駆動して像ブレ補正処理を行う。

これらのスイッチの入力信号に対応する各種の出力はＣＰＵ２１によって制御される。測光スイッチ１２ａ、レリーズスイッチ１３ａ、像ブレ補正スイッチ１４ａのオン／オフ情報は、それぞれ１ビットのデジタル信号としてＣＰＵ２１のＰ１２、Ｐ１３、Ｐ１４に入力される。ＡＥ部２３、ＡＦ部２４及びＬＣＤモニタ１７は、各々ポートＰ４、Ｐ５及びＰ６を介してＣＰＵ２１と信号を送受信する。

次に、角速度検出部２５、駆動ドライバ回路２９、傾斜検出装置３０及びホール素子信号処理回路４５について説明する。

角速度検出部２５は、第１、第２角速度センサ２６ａ、２６ｂ、第１、第２ハイパスフィルタ回路２７ａ、２７ｂ、及び第１、第２アンプ２８ａ、２８ｂを有する。

第１角速度センサ２６ａは第１方向ｘ（第２方向ｙに平行な軸周りのヨーイング）の角速度（ヨーイング角速度）を、第２角速度センサ２６ｂは第２方向ｙ（第１方向ｘに平行な軸周りのピッチング）の角速度（ピッチング角速度）を検出するジャイロセンサである。

第１、第２角速度センサ２６ａ、２６ｂの出力信号は、ヌル電圧やパンニング等に起因する低周波成分を有する。第１、第２ハイパスフィルタ回路２７ａ、２７ｂは、第１、第２角速度センサ２６ａ、２６ｂの信号出力から低周波成分をカットする（アナログハイパスフィルタ処理）。第１、第２アンプ２８ａ、２８ｂは、低周波成分がカットされた角速度に関する信号を増幅し、第１、第２角速度ｖｘ、ｖｙとしてアナログ信号をＣＰＵ２１のＡ／Ｄ０、Ａ／Ｄ１に入力する。

ＣＰＵ２１は、Ａ／Ｄ０、Ａ／Ｄ１に入力された第１、第２角速度ｖｘ、ｖｙをＡ／Ｄ変換して第１、第２デジタル角速度信号Ｖｘｎ、Ｖｙｎを生成する。次に、デジタルハイパスフィルタ処理、すなわちヌル電圧やパンニングにより生じる低周波成分をカットして第１、第２デジタル角速度ＶＶｘｎ、ＶＶｙｎを生成する処理を行う。そして積分演算を行い、像ブレ量（像ブレ角度）を求める。この像ブレ角度は、第１、第２デジタル角度Ｂｘｎ、Ｂｙｎを用いて表される。

ＣＰＵ２１は、演算により求められた像ブレ量（像ブレ角度：第１、第２デジタル角度Ｂｘｎ、Ｂｙｎ）に応じた撮像素子３９ａの移動すべき位置Ｓｎを、焦点距離などを考慮した位置変換係数ｚｚに基づいて、第１方向ｘ、第２方向ｙごとに演算し設定する。位置Ｓｎの第１方向ｘ成分をＳｘｎ、第２方向ｙ成分をＳｙｎとする。撮像素子３９ａを含む可動部３０ａの移動は、後述する電磁力によって行われる。可動部３０ａをこの位置Ｓｎまで移動させるために駆動ドライバ回路２９を介して第１駆動コイル３１ａを駆動する駆動力Ｄｎの第１方向ｘ成分を第１駆動力Ｄｘｎ、第２駆動コイル３２ａを駆動する第２方向ｙ成分を第２駆動力Ｄｙｎとする。第１駆動力ＤｘｎをＰＷＭ信号に変換することにより、第１ＰＷＭデューティｄｘが得られ、第２駆動力ＤｙｎをＰＷＭ信号に変換することにより第２ＰＷＭデューティｄｙが得られる。

傾斜検出装置３０は、露光時間内であって、像ブレ補正処理を行う場合（ＩＳ＝１）に、ＣＰＵ２１が演算した移動すべき位置Ｓｎに撮像素子３９ａを移動させることによって、ブレによって生じた被写体像の結像面におけるずれを無くし、被写体像と結像面位置を一定に保ち、像ブレを補正する像ブレ補正処理を行う装置であり、撮像素子３９ａを含みｘｙ平面上に移動可能領域をもつ可動部３０ａと、可動部３０ａの移動範囲端を形成する固定部３０ｂとを備える。露光時間内に像ブレ補正処理を行わない場合（ＩＳ＝０）、特定位置（本実施形態では移動範囲中心）に可動部３０ａを固定する。撮像装置１の電源がオン状態にされた直後から第１時間（２２０ｍｓ）までの間は、可動部３０ａを移動範囲中心に移動させ、そして第２方向ｙの移動範囲端に移動（衝突）させる。撮像装置１の電源がオン状態にされた直後から第１時間（２２０ｍｓ）までの間と露光時間以外は、可動部３０ａの駆動が行われない。

傾斜検出装置３０の可動部３０ａの駆動（特定位置への固定を含む）は、駆動手段に含まれる駆動コイル部、駆動磁石部による電磁力によって行われる。電磁力は駆動ドライバ回路２９が駆動コイル部へ通電することにより発生する。駆動ドライバ回路２９は、ＣＰＵ２１のポートＰＷＭ０から第１ＰＷＭデューティｄｘの出力を受けて第１駆動コイル３１ａに、ポートＰＷＭ１から第２ＰＷＭデューティｄｙの出力を受けて第２駆動コイル３２ａに通電する。

傾斜検出装置３０による可動部３０ａの駆動（特定位置への固定を含む）は、ＣＰＵ２１のポートＰＷＭ０から第１ＰＷＭデューティｄｘ、ポートＰＷＭ１から第２ＰＷＭデューティｄｙの出力を受けた駆動ドライバ回路２９を介して、駆動手段に含まれる駆動コイル部、駆動磁石部による電磁力によって行われる。可動部３０ａの移動前または移動後の位置Ｐｎはホール素子部４４ａ、ホール素子信号処理回路４５によって検出される。検出された位置Ｐｎの情報は、第１検出位置信号ｐｘが第１方向ｘ成分として、第２検出位置信号ｐｙが第２方向ｙ成分としてそれぞれＣＰＵ２１のＡ／Ｄ２、Ａ／Ｄ３に入力される。第１、第２検出位置信号ｐｘ、ｐｙはＡ／Ｄ２、Ａ／Ｄ３を介してＡ／Ｄ変換される。第１、第２検出位置信号ｐｘ、ｐｙに対してＡ／Ｄ変換後の位置Ｐｎの第１方向ｘ成分、第２方向ｙ成分をそれぞれｐｄｘｎ、ｐｄｙｎとする。検出された位置Ｐｎ（ｐｄｘｎ、ｐｄｙｎ）のデータと移動すべき位置Ｓｎ（Ｓｘｎ、Ｓｙｎ）のデータによりＰＩＤ制御（第１、第２駆動力Ｄｘｎ、Ｄｙｎの算出）が行われる。

像ブレ補正処理すなわちＰＩＤ制御による像ブレ補正に対応した移動すべき位置Ｓｎ（Ｓｘｎ、Ｓｙｎ）への可動部３０ａの駆動は、像ブレ補正スイッチ１４ａがオン状態にされた補正モード（ＩＳ＝１）の時に行われる。像ブレ補正パラメータＩＳが０の時には、可動部３０ａは、像ブレ補正処理に対応しない特定位置へのＰＩＤ制御が行われ、移動中心位置に移動せしめられる。

可動部３０ａは、駆動コイル部として２つの第１、第２駆動コイル３１ａ、３２ａ、撮像素子を有する撮像素子３９ａ、及び磁界変化検出素子部としてのホール素子部４４ａを有する。

撮像素子の撮像面は、移動制御が行われない状態において、第１方向ｘ、または第２方向ｙに平行な辺を有し、第１方向ｘの辺が第２方向ｙの辺よりも長い矩形形状を有する。

固定部３０ｂは、第１方向ｘ、第２方向ｙに対して移動自在となるように可動部３０ａを支持し、駆動磁石部として２つの第１、第２位置検出磁石４１１ｂ、４１２ｂ、第１、第２位置検出ヨーク４３１ｂ、４３２ｂを有する。

可動部３０ａには、シート状でかつ渦巻き状のコイルパターンが形成された第１、第２駆動コイル３１ａ、３２ａ及び後述するホール素子部４４ａが取り付けられている。第１駆動コイル３１ａのコイルパターンは第２方向ｙと平行な有効長成分を有するため、第１駆動コイル３１ａに流れる電流と第１位置検出磁石４１１ｂの磁界とにより生じる電磁力が第１駆動コイル３１ａを第１方向ｘへ移動させる。第２駆動コイル３２ａも同様にして、第２位置検出磁石４１２ｂとの間に生じる電磁力により第２方向ｙに移動させられる。これにより、第１、第２駆動コイル３１ａ、３２ａが取り付けられた可動部３０ａが駆動される。

第１、第２駆動コイル３１ａ、３２ａは、フレキシブル基板（不図示）を介して駆動ドライバ回路２９に接続される。ＣＰＵ２１のポートＰＷＭ０及びＰＷＭ１から駆動ドライバ回路２９に第１、第２ＰＷＭデューティｄｘ、ｄｙが各々入力される。駆動ドライバ回路２９は、入力された第１、第２ＰＷＭデューティｄｘ、ｄｙの値に応じて第１、第２駆動コイル３１ａ、３２ａに電力を供給し、可動部３０ａを駆動する。

第１、第２位置検出ヨーク４３１ｂ、４３２ｂは、軟磁性体材料で構成され、固定部３０ｂ上に取り付けられる。第１位置検出ヨーク４３１ｂは、第１位置検出磁石４１１ｂの磁界が周囲に漏れないようにするとともに、第１位置検出磁石４１１ｂと第１駆動コイル３１ａとの間及び第１位置検出磁石４１１ｂと水平方向ホール素子ｈｈとの間の磁束密度を高める。第２位置検出ヨーク４３２ｂは、第２位置検出磁石４１２ｂの磁界が周囲に漏れないようにするとともに、第２位置検出磁石４１２ｂと第２駆動コイル３２ａ、及び第２位置検出磁石４１２ｂと鉛直方向ホール素子ｈｖとの間の磁束密度を高める。

第１位置検出磁石４１１ｂは、第１駆動コイル３１ａ及び水平方向ホール素子ｈｈと各々対向するように、固定部３０ｂにおける可動部３０ａと対向する面に取り付けられる。いいかえると、固定部３０ｂの第３方向ｚ正方向に向いた面であって、固定部３０ｂの可動部３０ａと対向する面に取り付けられた第１位置検出ヨーク４３１ｂの上に各々取り付けられる。第１位置検出磁石４１１ｂのＮ極及びＳ極は第１方向ｘに並べられる。

第２位置検出磁石４１２ｂは、第２駆動コイル３２ａ及び鉛直方向ホール素子ｈｖと各々対向するように、固定部３０ｂにおける可動部３０ａと対向する面に取り付けられる。いいかえると、固定部３０ｂの第３方向ｚ正方向に向いた面であって、固定部３０ｂの可動部３０ａと対向する面に取り付けられた第２位置検出ヨーク４３２ｂの上に各々取り付けられる。第２位置検出磁石４１２ｂのＮ極及びＳ極は第２方向ｙに並べられる。

ホール素子部４４ａは、第１方向ｘにおける可動部３０ａの位置を検出する水平方向ホール素子ｈｈ、第２方向ｙにおける可動部３０ａの位置を検出する鉛直方向ホール素子ｈｖから成る。各ホール素子は、ホール効果を利用した磁電変換素子からなる一軸ホール素子である。

水平方向ホール素子ｈｈは、第３方向ｚから見て可動部３０ａ上であって、第１位置検出磁石４１１ｂと対向する位置に取り付けられる。同様に、鉛直方向ホール素子ｈｖは、第３方向ｚから見て可動部３０ａ上であって、第２位置検出磁石４１２ｂと対向する位置に各々取り付けられる。水平方向ホール素子ｈｈは、可動部３０ａの現在位置Ｐｎを示す第１検出位置信号ｐｘを出力し、同様にして鉛直方向ホール素子ｈｖは第２検出位置信号ｐｙを出力する。

ホール素子信号処理回路４５は、第１ホール素子信号処理回路４５０及び第２ホール素子信号処理回路４６０から成る。第１ホール素子信号処理回路４５０は、水平方向ホール素子ｈｈの出力信号から水平方向ホール素子ｈｈにおける出力端子間の水平方向電位差ｘ１０を検出して信号処理を行い、第１方向ｘの位置を特定する第１検出位置信号ｐｘを算出する。そして、第１検出位置信号ｐｘをＣＰＵ２１のＡ／Ｄ２に出力する。第２ホール素子信号処理回路４６０は、鉛直方向ホール素子ｈｖの出力信号から、鉛直方向ホール素子ｈｖにおける出力端子間の鉛直方向電位差ｙ１０を検出して信号処理を行い、第２方向ｙの位置を特定する第２検出位置信号ｐｙを算出する。そして、第２検出位置信号ｐｙをＣＰＵ２１のＡ／Ｄ３に出力する。

次に、撮像装置１による撮像動作について説明する。

像ブレ補正ボタン１４が押下されると、像ブレ補正スイッチ１４ａがオン状態にされる。像ブレ補正スイッチ１４ａがオン状態にされると撮像装置１が補正モードに移行し、像ブレ補正処理を行う。

次に、レリーズボタン１３が半押しされると、測光や測距及び合焦動作が行われる。その後に全押しされるとレリーズスイッチ１３ａがオン状態にされて撮像素子３９ａ（撮像手段）による撮像（撮像動作）が行われる。このとき、撮像装置１が補正モードにあるため、可動部３０ａが手ブレにより生じた加速度に応じて駆動され、手ブレにより影響を受けない被写体像が撮像素子３９ａに結像する。そのため、撮像素子３９ａは手ブレによる影響がない撮影画像を得る。そして、撮影画像はＤＳＰ１９により画像処理され、ＣＰＵ２１に送信される。

一方、第１の傾斜検知部３３ａは、撮像時に撮像装置１の傾きを検出し、その傾きを電圧としてＣＰＵ２１に送信する。第１の傾斜検知部３３ａは可動部３０ａに取り付けられている。そのため、手ブレにより生じる加速度の影響を極力排除しながら撮像装置１の傾きを検出することができる。

ＣＰＵ２１は、受信した電圧値から、撮像時に撮像装置１が縦位置にあるか、横位置にあるかを判断する。撮像装置１が縦位置にあるとき、ＣＰＵ２１は、撮影画像のヘッダ領域に縦位置で撮像された旨の情報を書き込み、撮影画像を図示しない記録媒体に保存する。撮像装置１が横位置にあるとき、ＣＰＵ２１は横位置で撮像された旨の情報を書き込んで記録媒体に保存する。

本実施形態によれば、手ブレにより生じる加速度の影響を極力排除しながら撮像装置１の傾きを検出することができる。

次に本発明による第２の実施形態について、図５及び６を用いて説明する。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

第２の傾斜検知部は、可動部において撮像素子が取り付けられる面の裏面であって、裏面の略中央に取り付けられる。撮像素子３９ａに近い位置で傾きを検出することにより、手ぶれによる影響をより一層排除することが可能になる。

なお、第１及び第２の傾斜検知部３３ａ、３３ｂは可動部３０ａに取り付けられれば良い。

また、第１及び第２の傾斜検知部３３ａ、３３ｂは、１軸傾斜センサでなく、多軸検出式の傾斜センサであっても良い。

ＣＰＵ２１は、撮像装置１の縦横位置を判断するだけでなく、検出した傾斜角度を用いて撮影画像の傾きを補正したり、ストロボ発光時における露出を補正したりしても良い。

第１の実施形態による撮像装置を背面から示す斜視図である。 撮像装置の正面図である。 撮像装置の回路構成図である。 傾斜センサの斜視図である。 第２の実施形態による傾斜センサの側面図である。 傾斜センサの斜視図である。

符号の説明

１ 撮像装置
１１ 電源ボタン
１３ レリーズボタン
１４ 像ブレ補正ボタン
１７ ＬＣＤモニタ
２１ ＣＰＵ
３０ 傾斜検出装置
３０ａ 可動部
３０ｂ 固定部
３１ａ 第１駆動コイル
３２ａ 第２駆動コイル
３３ａ 第１の傾斜検知部
３３ｂ 第２の傾斜検知部
３９ａ 撮像素子
４１１ｂ 第１位置検出磁石
４１２ｂ 第２位置検出磁石
４３１ｂ 第１位置検出ヨーク
４３２ｂ 第２位置検出ヨーク
４４ａ ホール素子部
４５ ホール素子信号処理回路
６７ 撮影レンズ

Claims (6)

1. 固定部に対して移動可能な可動部と、
   前記固定部に取り付けられて前記固定部に生じた振動を検知する振動検知部と、
   前記振動検知部が検知した振動が前記可動部に伝達しないように前記固定部に対して前記可動部を駆動する駆動部と、
   前記可動部に取り付けられて前記固定部の傾きを検知する傾斜検知部とを備える傾斜検出装置。
2. 前記振動検知部は、第１の方向に対する前記固定部の振動を検知する第１方向振動検知部と、前記第１の方向と直交する第２の方向に対する前記固定部の振動を検知する第２方向振動検知部とを備える請求項１に記載の傾斜検出装置。
3. 前記駆動部は、第３の方向に前記可動部を駆動する第１方向駆動部と、前記第３の方向と直交する第４の方向に前記可動部を駆動する第２方向駆動部とを備える請求項１に記載の傾斜検出装置。
4. 請求項１に記載の傾斜検出装置と、前記可動部に取り付けられる撮像素子とを備える撮像装置。
5. 前記傾斜検知部は、前記可動部において前記撮像素子が取り付けられる面又は前記面の裏面に取り付けられる請求項４に記載の撮像装置。
6. 固定部に取り付けられた振動検知部が前記固定部に生じた振動を検知するステップと、
   前記振動検知部が検知した振動が可動部に伝達しないように駆動部が前記固定部に対して前記可動部を駆動するステップと、
   前記可動部に取り付けられた傾斜検知部が前記固定部の傾きを検知するステップとを備える傾斜検出方法。

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