JPH1117999A - Image pickup unit - Google Patents

Image pickup unit

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Publication number
JPH1117999A
JPH1117999A JP9168955A JP16895597A JPH1117999A JP H1117999 A JPH1117999 A JP H1117999A JP 9168955 A JP9168955 A JP 9168955A JP 16895597 A JP16895597 A JP 16895597A JP H1117999 A JPH1117999 A JP H1117999A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image pickup
spherical surface
friction member
imaging unit
imaging
Prior art date
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Pending
Application number
JP9168955A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Kamiyama
雅之 上山
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Minolta Co Ltd filed Critical Minolta Co Ltd
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Priority to US09/093,036 priority patent/US6078440A/en
Publication of JPH1117999A publication Critical patent/JPH1117999A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To constitute a driving mechanism of an image pickup unit including an image pickup optical system and a solid-state image pickup device simple small-sized and light weight in the image pickup unit capable of automatically tracking a target. SOLUTION: An image pickup optical system 11 and an image pickup element 12 are stored inside the approximately spherical image pickup unit 10 and the image pickup unit 10 is freely rotatably held by a ball 26 provided between a spherical space 24 of a case 20 and an outer surface 15 of the image pickup unit 10. A one-dimensional piezoelectric actuator with two arms 31a and 31b which are symmetrically formed centering around a friction member 32 is provided in a recessed part of the spherical space 24, the friction member 32 is driven in an elliptic orbit and the whole of the image pickup unit 10 is rotated in a specified direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、目標物を自動追尾
可能な撮像装置、いわゆるロボットアイに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus capable of automatically tracking a target, that is, a so-called robot eye.

【0002】[0002]

【従来の技術】ジンバルを用いた従来の撮像装置の構成
を図11に示す。撮像光学系及びCCD等の撮像素子
(図示せず)は、略円筒形の撮像ユニット100の内部
に収納されている。撮像素子は、ケーブルK1を介して
制御ユニット130に接続されている。撮像ユニット1
00は、軸101により回転フレーム102に軸支さ
れ、Y軸の周りに回転可能である。また、回転フレーム
102は、軸103により固定フレーム104に軸支さ
れ、X軸の周りに回転可能である。X軸は、ほぼ水平で
あり、不動である。一方、Y軸はX軸に直交する面内で
回転する。
2. Description of the Related Art FIG. 11 shows a configuration of a conventional image pickup apparatus using a gimbal. An image pickup optical system and an image pickup device (not shown) such as a CCD are housed inside a substantially cylindrical image pickup unit 100. The imaging device is connected to the control unit 130 via the cable K1. Imaging unit 1
00 is supported by a rotating frame 102 by a shaft 101 and is rotatable around the Y axis. The rotating frame 102 is supported by a fixed frame 104 by a shaft 103 and is rotatable around the X axis. The X axis is almost horizontal and immobile. On the other hand, the Y axis rotates in a plane orthogonal to the X axis.

【0003】軸101にはギヤ112が固定され、モー
タ113の回転軸に固定されたギヤ111等と噛合す
る。ギヤ111,112、モータ113及びエンコーダ
(図示せず)等でY軸駆動機構110を構成し、軸10
1の回転量及び回転方向等を制御する。モータ113及
びエンコーダは、ケーブルK2等を介して制御ユニット
130に接続されている。
[0003] A gear 112 is fixed to the shaft 101 and meshes with a gear 111 fixed to the rotating shaft of a motor 113. The Y-axis drive mechanism 110 is composed of gears 111 and 112, a motor 113, an encoder (not shown), and the like.
1 controls the rotation amount and rotation direction. The motor 113 and the encoder are connected to the control unit 130 via a cable K2 or the like.

【0004】同様に、軸103にはギヤ122が固定さ
れ、モータ123の回転軸に固定されたギヤ121と噛
合する。ギヤ121,122、モータ123及びエンコ
ーダ(図示せず)等でX軸駆動機構120を構成し、軸
103の回転量及び回転方向等を制御する。モータ12
3及びエンコーダは、ケーブルK3等を介して制御ユニ
ット130に接続されている。
Similarly, a gear 122 is fixed to the shaft 103 and meshes with a gear 121 fixed to the rotation shaft of a motor 123. The X-axis drive mechanism 120 is configured by the gears 121 and 122, the motor 123, the encoder (not shown), and the like, and controls the rotation amount and the rotation direction of the shaft 103. Motor 12
3 and the encoder are connected to the control unit 130 via a cable K3 or the like.

【0005】目標物を自動追尾する場合、制御ユニット
130は、撮像ユニット100により取り込まれた画像
を処理し、目標物の画像を分離抽出する。そして、目標
物の画像を画面中央に移動させるために、必要な移動量
を演算する。さらに、演算結果に基づいて、モータ11
3及び123を駆動し、撮像ユニット100の撮像光学
系の光軸を目標物の方向に向ける。
[0005] When automatically tracking the target, the control unit 130 processes the image captured by the imaging unit 100 and separates and extracts the image of the target. Then, an amount of movement required to move the image of the target to the center of the screen is calculated. Further, based on the calculation result, the motor 11
By driving 3 and 123, the optical axis of the imaging optical system of the imaging unit 100 is directed toward the target.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の撮像装置の
構成では、少なくともY軸駆動機構110は回転フレー
ム102と一体的に又は撮像ユニット100の内部に設
けられる必要がある。そのため、X軸駆動ユニット12
0は、撮像ユニット100及び回転フレーム102だけ
でなく、Y軸駆動機構110も一緒に駆動しなければな
らず、Y軸駆動機構110に比べて負荷が大きくなると
いう問題を有していた。
In the configuration of the conventional image pickup apparatus, at least the Y-axis drive mechanism 110 needs to be provided integrally with the rotating frame 102 or inside the image pickup unit 100. Therefore, the X-axis drive unit 12
In the case of No. 0, not only the imaging unit 100 and the rotating frame 102 but also the Y-axis drive mechanism 110 must be driven together, and there is a problem that the load becomes larger than that of the Y-axis drive mechanism 110.

【0007】また、撮像ユニット100やY軸駆動機構
110等の可動部分と制御ユニット130とを接続する
ケーブルK1,K2等のスペースを必要とし、装置全体
を小型軽量にすることが困難であるという問題を有して
いた。
Further, it requires space for cables K1, K2, etc., connecting the movable parts such as the imaging unit 100 and the Y-axis drive mechanism 110 to the control unit 130, and it is difficult to reduce the size and weight of the entire apparatus. Had a problem.

【0008】さらに、防塵、防湿、防水等の対策を施す
場合、撮像ユニット100のみならずY軸駆動機構11
0及びX軸駆動機構120等も含めた装置全体を特殊な
ハウジングに収納する必要があり、装置の構成が複雑で
大型化するという問題を有していた。
Further, when taking measures such as dust proofing, moisture proofing and waterproofing, not only the imaging unit 100 but also the Y-axis driving mechanism 11
It is necessary to house the entire apparatus including the 0 and X-axis drive mechanisms 120 in a special housing, which has a problem that the configuration of the apparatus is complicated and large.

【0009】本発明は、上記従来例の問題を解決するた
めになされたものであり、構造が簡単で、小型軽量であ
り、かつ小さな駆動力で駆動可能な撮像装置を提供する
ことを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide an imaging apparatus which is simple in structure, small in size and light in weight, and can be driven with a small driving force. I have.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の撮像装置は、少なくとも撮像光学系
及び撮像素子を内部に収納し、その外面の少なくとも一
部分が凸球面である撮像ユニットと、撮像ユニットを任
意の軸の周りに自転自在に保持する保持部材と、凸球面
を形成する球の中心を通り互いに直交する2軸上にそれ
ぞれ設けられ、凸球面に押圧される摩擦部材及び摩擦部
材を駆動する1次元圧電アクチュエータを含み、撮像ユ
ニットに2つの方向の旋回力を付与する2組の駆動機構
とを具備する。
To achieve the above object, a first image pickup apparatus of the present invention has at least an image pickup optical system and an image pickup element housed therein, and at least a part of an outer surface thereof has a convex spherical surface. A unit, a holding member that holds the imaging unit so as to be able to rotate around an arbitrary axis, and a friction member that is provided on two axes passing through the center of the sphere forming the convex spherical surface and orthogonal to each other and pressed by the convex spherical surface And a two-dimensional drive mechanism for applying a turning force in two directions to the imaging unit.

【0011】上記第1の撮像装置によれば、保持部材に
より任意の軸の周りに自転自在に保持された撮像ユニッ
トの外面の凸球面を2つの摩擦部材で押圧し、2つの1
次元圧電アクチュエータを用いて、各摩擦部材をそれぞ
れ所定方向に移動させる。摩擦部材の移動に伴って、撮
像ユニットは、その球の中心を通り、かつ各1次元圧電
アクチュエータをそれぞれ含む2つの面内で旋回する。
各1次元アクチュエータによる摩擦部材の移動方向及び
移動量を制御することにより、撮像ユニットは所定の方
向に自転する。可動部分である撮像ユニットには、モー
タやギヤ等の駆動機構は設けられていないため、撮像ユ
ニット自体が小型軽量である。また、駆動機構の制御の
ためのケーブルも不要である。さらに、撮像ユニットが
小型軽量であるため、撮像ユニットを自転させるために
必要な1次元圧電アクチュエータの駆動力も小さくな
り、駆動機構自体も小さくなる。結果的に、構造が簡単
で、小型軽量であり、かつ小さな駆動力で駆動可能な撮
像装置が得られる。
According to the first image pickup apparatus, the convex spherical surface on the outer surface of the image pickup unit held by the holding member so as to be rotatable around an arbitrary axis is pressed by the two friction members.
Each friction member is moved in a predetermined direction by using a two-dimensional piezoelectric actuator. With the movement of the friction member, the imaging unit rotates in two planes passing through the center of the sphere and including each one-dimensional piezoelectric actuator.
By controlling the direction and amount of movement of the friction member by each one-dimensional actuator, the imaging unit rotates in a predetermined direction. Since the imaging unit, which is a movable part, is not provided with a drive mechanism such as a motor or a gear, the imaging unit itself is small and lightweight. Further, a cable for controlling the drive mechanism is not required. Furthermore, since the imaging unit is small and lightweight, the driving force of the one-dimensional piezoelectric actuator required to rotate the imaging unit on its own axis is reduced, and the driving mechanism itself is also reduced. As a result, an imaging device having a simple structure, small size and light weight, and drivable with a small driving force can be obtained.

【0012】上記構成において、1次元圧電アクチュエ
ータは、摩擦部材を中心とする略対称な2本の腕を有
し、2本の腕を含み、かつ摩擦部材の撮像ユニットの凸
球面と接触する面に対して直交する断面が略「く」の字
形であり、断面に直交する方向に積層されていることが
好ましい。すなわち、1次元アクチュエータの2本の腕
の部分に位相差を有する2つの正弦波電圧をそれぞれ印
加することにより、第1の腕が伸び第2の腕が縮む状
態、第1及び第2の腕が共に伸びる状態、第1の腕が縮
み第2の腕が伸びる状態、第1及び第2の腕が共に縮む
状態を繰り返す。その結果、摩擦部材が楕円軌道を描く
ように駆動され、それに伴って撮像ユニットの外面が所
定方向に旋回される。また、1次元圧電アクチュエータ
は、略「く」の字形断面に直交する方向に積層されてい
るので、略「く」の字形状の2本の腕の角度等の形状が
安定する。
In the above configuration, the one-dimensional piezoelectric actuator has two arms that are substantially symmetrical about the friction member, includes the two arms, and is in contact with the convex spherical surface of the imaging unit of the friction member. It is preferable that the cross section perpendicular to the cross-section is substantially in the shape of a "<", and the layers are stacked in the direction perpendicular to the cross section. That is, by applying two sinusoidal voltages having a phase difference to the two arm portions of the one-dimensional actuator, respectively, the first arm is extended and the second arm is contracted, and the first and second arms are contracted. , The state where the first arm contracts and the second arm expands, and the state where both the first and second arms contract. As a result, the friction member is driven to draw an elliptical orbit, and the outer surface of the imaging unit is turned in a predetermined direction accordingly. In addition, since the one-dimensional piezoelectric actuators are stacked in a direction orthogonal to the substantially “C” -shaped cross section, the shape such as the angle of the two arms of the substantially “C” shape is stabilized.

【0013】また、本発明の第2の撮像装置は、少なく
とも撮像光学系及び撮像素子を内部に収納し、その外面
の少なくとも一部分が凸球面である撮像ユニットと、撮
像ユニットを凸球面を形成する球の中心を通る任意の軸
の周りに自転自在に保持する保持部材と、球の中心を通
る1つの軸上に設けられ、凸球面に押圧される摩擦部材
及び摩擦部材を駆動する2次元圧電アクチュエータを含
み、撮像ユニットに2つの方向の旋回力を付与する1組
の駆動機構とを具備する。
A second image pickup apparatus according to the present invention houses at least an image pickup optical system and an image pickup element therein, and forms an image pickup unit having at least a part of an outer surface thereof a convex spherical surface, and forms the image pickup unit into a convex spherical surface. A holding member for rotatably holding around an arbitrary axis passing through the center of the sphere, a friction member provided on one axis passing through the center of the sphere and pressed by a convex spherical surface, and a two-dimensional piezoelectric for driving the friction member A set of drive mechanisms that includes an actuator and applies a turning force in two directions to the imaging unit.

【0014】上記第2の撮像装置によれば、保持部材に
より球の中心を通る任意の軸の周りに自転自在に保持さ
れた撮像ユニットの外面の凸球面を1つの摩擦部材で押
圧し、1つの2次元圧電アクチュエータを用いて、摩擦
部材を2次元方向に移動させる。摩擦部材の移動に伴っ
て、撮像ユニットは、その球の中心及び2次元圧電アク
チュエータを含む任意の面内で旋回する。2次元アクチ
ュエータによる摩擦部材の移動方向及び移動量を制御す
ることにより、撮像ユニットは所定の方向に自転する。
また、上記第1の撮像装置と比較して、圧電アクチュエ
ータの構成が複雑になる反面、その数を1つに減らすこ
とができ、より小型軽量な撮像装置が得られる。
According to the second imaging apparatus, the convex spherical surface on the outer surface of the imaging unit held by the holding member so as to be rotatable around an arbitrary axis passing through the center of the sphere is pressed by one friction member. The friction member is moved in a two-dimensional direction using two two-dimensional piezoelectric actuators. With the movement of the friction member, the imaging unit rotates in an arbitrary plane including the center of the sphere and the two-dimensional piezoelectric actuator. By controlling the direction and amount of movement of the friction member by the two-dimensional actuator, the imaging unit rotates in a predetermined direction.
Further, as compared with the first imaging device, the configuration of the piezoelectric actuator is complicated, but the number of the piezoelectric actuators can be reduced to one, and a smaller and lighter imaging device can be obtained.

【0015】上記構成において、2次元圧電アクチュエ
ータは、摩擦部材を中心として略90度ごとに設けられ
た4本の腕を有し、4本の腕のうち互いに隣接しない2
本を含み、かつ摩擦部材の撮像ユニットの凸球面と接触
する面に対して直交する断面がそれぞれ略「く」の字形
であり、各断面に直交する方向にそれぞれ積層されてい
ることが好ましい。すなわち、2次元アクチュエータの
4本の腕のうち、1対をなす第1及び第3の腕部分に、
位相差を有する2つの正弦波電圧をそれぞれ印加するこ
とにより、第1の腕が伸び第3の腕が縮む状態、第1及
び第3の腕が共に伸びる状態、第1の腕が縮み第3の腕
が伸びる状態、第1及び第3の腕が共に縮む状態を繰り
返す。その結果、第1及び第3の腕の部分を含む面にお
いて、摩擦部材が楕円軌道を描くように駆動される。同
様に、2次元アクチュエータの4本の腕のうち、1対を
なす第2及び第4の腕部分に、位相差を有する2つの正
弦波電圧をそれぞれ印加することにより、第2の腕が伸
び第4の腕が縮む状態、第2及び第4の腕が共に伸びる
状態、第2の腕が縮み第4の腕が伸びる状態、第2及び
第4の腕が共に縮む状態を繰り返す。その結果、第2及
び第4の腕の部分を含む面において、摩擦部材が楕円軌
道を描くように駆動される。これらの2つの動きのタイ
ミングを任意に制御できるので、摩擦部材を任意の2次
元方向に移動させることができ、それに伴って撮像ユニ
ットの外面も任意の方向に旋回される。また、2次元圧
電アクチュエータの4本の腕のうち、第1及び第3の腕
の部分と第2及び第4の腕の部分とがそれぞれ一体とな
り、それぞれ略「く」の字形断面に直交する方向に積層
されているので、略「く」の字形状の2本の腕の角度等
の形状が安定する。
In the above configuration, the two-dimensional piezoelectric actuator has four arms provided at approximately 90 degrees around the friction member, and two arms that are not adjacent to each other among the four arms.
It is preferable that the sections including the book and orthogonal to the surface of the friction member that comes into contact with the convex spherical surface of the imaging unit have a substantially “<” shape, and are stacked in the direction orthogonal to the respective sections. That is, of the four arms of the two-dimensional actuator, a pair of first and third arm portions
By applying two sinusoidal voltages having a phase difference, the first arm is extended, the third arm is contracted, the first and third arms are both extended, the first arm is contracted, and the third arm is contracted. Is repeated, and the first and third arms are both contracted. As a result, on the surface including the first and third arm portions, the friction member is driven so as to draw an elliptical orbit. Similarly, by applying two sinusoidal voltages having a phase difference to the pair of the second and fourth arms, respectively, of the four arms of the two-dimensional actuator, the second arm extends. The state where the fourth arm contracts, the state where both the second and fourth arms extend, the state where the second arm contracts and the fourth arm expands, and the state where both the second and fourth arms contract are repeated. As a result, on the surface including the second and fourth arm portions, the friction member is driven so as to follow an elliptical orbit. Since the timing of these two movements can be arbitrarily controlled, the friction member can be moved in an arbitrary two-dimensional direction, and accordingly, the outer surface of the imaging unit is turned in an arbitrary direction. Also, of the four arms of the two-dimensional piezoelectric actuator, the first and third arm portions and the second and fourth arm portions are respectively integrated, and are respectively orthogonal to the substantially “<”-shaped cross sections. Since the two arms are stacked in the directions, the shapes such as the angle of the two arms in a substantially “U” shape are stabilized.

【0016】上記各構成において、撮像ユニットの重心
が球の中心とほぼ一致することが好ましい。上記のよう
に、撮像ユニットは圧電アクチュエータにより自転され
る。従って、小さな駆動力で撮像ユニットをスムーズに
自転させるためには、その重心が移動しない方がよい。
撮像ユニットの重心を球の中心にほぼ一致させるため
に、具体的には撮像ユニットの内部にバランスウエイト
等を設けてもよい。
In each of the above configurations, it is preferable that the center of gravity of the imaging unit substantially coincides with the center of the sphere. As described above, the imaging unit is rotated by the piezoelectric actuator. Therefore, in order to smoothly rotate the imaging unit with a small driving force, it is preferable that the center of gravity does not move.
In order to make the center of gravity of the imaging unit substantially coincide with the center of the sphere, specifically, a balance weight or the like may be provided inside the imaging unit.

【0017】また、上記構成において、撮像ユニットは
筐体の内部に収納され、筐体は、少なくとも撮像ユニッ
トの凸球面と対向する凹球面と、撮像光学系により被写
体を撮像するための開口部とを有することが好ましい。
このような構成により、撮像ユニットの外面の凸球面
が、ほぼ同じ直径の凹球面により保持されるため、実質
的に球面軸受けが構成される。その結果、略球形の撮像
ユニットは、その球の中心を通る任意の軸の周りに自転
可能となる。
In the above configuration, the imaging unit is housed in a housing, and the housing has at least a concave spherical surface opposed to a convex spherical surface of the imaging unit, and an opening for imaging an object by an imaging optical system. It is preferable to have
With such a configuration, the convex spherical surface on the outer surface of the imaging unit is held by the concave spherical surface having substantially the same diameter, so that a spherical bearing is substantially formed. As a result, the substantially spherical imaging unit can rotate around an arbitrary axis passing through the center of the sphere.

【0018】また、上記構成において、撮像ユニットの
外面の凸球面と筐体の凹球面との間にボールが設けら
れ、摩擦部材が凹球面から突出していることが好まし
い。すなわち、いわゆるボールベアリングを構成するこ
とにより、撮像ユニットを自転させる際の負荷がきわめ
て小さくなり、圧電アクチュエータにより駆動される摩
擦部材の動きに対して、撮像ユニットが容易に追従しう
る。また、摩擦部材の弾性により、撮像ユニットとボー
ルとの隙間のガタが吸収される。
Further, in the above configuration, it is preferable that a ball is provided between the convex spherical surface on the outer surface of the imaging unit and the concave spherical surface of the housing, and the friction member protrudes from the concave spherical surface. That is, by configuring a so-called ball bearing, the load when the imaging unit rotates on its axis becomes extremely small, and the imaging unit can easily follow the movement of the friction member driven by the piezoelectric actuator. Also, the play of the gap between the imaging unit and the ball is absorbed by the elasticity of the friction member.

【0019】また、上記構成において、筐体の開口部と
撮像ユニットの撮像光学系との隙間にシール部材が設け
られていることが好ましい。または、上記構成におい
て、筐体の開口部が、透明部材により密閉されているこ
とが好ましい。このような構成により、撮像ユニットを
筐体の内部に実質的に密閉することができ、特殊なハウ
ジングを用いることなく、防塵、防湿又は防水効果が得
られる。
In the above configuration, it is preferable that a seal member is provided in a gap between the opening of the housing and the imaging optical system of the imaging unit. Alternatively, in the above structure, the opening of the housing is preferably sealed by a transparent member. With such a configuration, the imaging unit can be substantially hermetically sealed inside the housing, and a dustproof, moistureproof, or waterproof effect can be obtained without using a special housing.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施形態)本発明の撮像装置の第1の実施形態
を図1から図7を参照しつつ説明する。図1は第1の実
施形態に係る撮像装置の初期状態における構成を示す断
面図であり、図2はその動作状態を示す。また、図3は
撮像ユニットの駆動系の構成を示す斜視図である。な
お、本発明の撮像装置は、軸A−Aを通る紙面に垂直な
断面においても、ほぼ同じ構成を有している。
(First Embodiment) A first embodiment of the imaging apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an imaging device according to the first embodiment in an initial state, and FIG. 2 illustrates an operation state thereof. FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a drive system of the imaging unit. Note that the imaging device of the present invention has substantially the same configuration even in a cross section perpendicular to the paper plane passing through the axis AA.

【0021】図1〜図3に示すように、撮像ユニット1
0はその外面15の少なくとも一部分が球面である。ま
た、図1及び図2に示すように、撮像ユニット10は、
内部に撮像光学系11、CCD等の固体撮像素子12、
バランスウエイト14等が設けられている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the image pickup unit 1
In the case of 0, at least a part of the outer surface 15 is a spherical surface. As shown in FIGS. 1 and 2, the imaging unit 10
Inside, an imaging optical system 11, a solid-state imaging device 12, such as a CCD,
A balance weight 14 and the like are provided.

【0022】筐体20は2つの部分21及び22からな
り、撮像ユニット10を収納するための略球形の空間2
4を有する。筐体20の前面には開口部23が形成さ
れ、開口部23から撮像ユニット10の撮像光学系11
の部分が外部に突出する。また、筐体20の空間24の
天井部及び側面(図示せず)には、それぞれ駆動機構3
0を収納するための凹部25が形成されている。駆動機
構30は、1次元圧電アクチュエータ31とそのほぼ中
央部に設けられた摩擦部材32等で構成されている。摩
擦部材32は、空間24の凹球面から突出し、撮像ユニ
ット10の外面15の凸球面に押圧されている。
The housing 20 is composed of two parts 21 and 22, and has a substantially spherical space 2 for accommodating the imaging unit 10.
4 An opening 23 is formed on the front surface of the housing 20, and the imaging optical system 11 of the imaging unit 10 is formed through the opening 23.
Part protrudes outside. Further, a driving mechanism 3 is provided on a ceiling portion and a side surface (not shown) of the space 24 of the housing 20.
A concave portion 25 for accommodating 0 is formed. The drive mechanism 30 includes a one-dimensional piezoelectric actuator 31 and a friction member 32 provided substantially at the center thereof. The friction member 32 projects from the concave spherical surface of the space 24 and is pressed against the convex spherical surface of the outer surface 15 of the imaging unit 10.

【0023】空間24の凹球面と撮像ユニット10の外
面15の凸球面との間には、複数のボール26が設けら
れ、撮像ユニット10をその球の中心Oを通る任意の軸
の周りに自転自在に保持している。ここで、ボール26
は、いわゆるボールベアリングを構成するので、撮像ユ
ニット10の外面15の凸球面とボール26とは点接触
し、かつ撮像ユニット10が自転する際、これらの間に
は転がり摩擦しか働かない。従って、撮像ユニット10
をきわめて小さい力で自転させることができる。
A plurality of balls 26 are provided between the concave spherical surface of the space 24 and the convex spherical surface of the outer surface 15 of the imaging unit 10, and rotate the imaging unit 10 about an arbitrary axis passing through the center O of the sphere. It is freely held. Here, ball 26
Constitutes a so-called ball bearing, the convex spherical surface of the outer surface 15 of the imaging unit 10 and the ball 26 are in point contact with each other, and when the imaging unit 10 rotates, only rolling friction acts between them. Therefore, the imaging unit 10
Can be rotated with a very small force.

【0024】図1〜図3に示すように、筐体20の内部
で、かつ軸A−A及び軸B−Bを含む第1の面(紙面と
平行な面)上の所定の位置(例えば、底部)には、第1
の面に垂直な軸を回転軸とするエンコーダ27が設けら
れており、第1の面上における撮像ユニット10の回転
角(回転量)を検出する。同様に、筐体20の内部で、
かつ軸A−A及び軸C−C(図3参照)を含む第2の面
上の所定の位置(例えば、側部)にも、第2の面に垂直
な軸を回転軸とするエンコーダ27が設けられており、
第2の面上における撮像ユニット10の回転角(回転
量)を検出する。これら2つのエンコーダ27の検出信
号は制御ユニット50(図7参照)に入力され、撮像ユ
ニット10の撮像光学系11の光軸の方向が演算され
る。
As shown in FIGS. 1 to 3, a predetermined position (for example, on a first surface (a surface parallel to the paper surface) including the axes AA and BB) inside the housing 20. , At the bottom)
An encoder 27 having a rotation axis perpendicular to the plane is provided, and detects the rotation angle (rotation amount) of the imaging unit 10 on the first plane. Similarly, inside the housing 20,
Also, at a predetermined position (for example, a side) on the second surface including the axes AA and CC (see FIG. 3), the encoder 27 having the axis perpendicular to the second surface as the rotation axis. Is provided,
The rotation angle (rotation amount) of the imaging unit 10 on the second surface is detected. The detection signals of these two encoders 27 are input to the control unit 50 (see FIG. 7), and the direction of the optical axis of the imaging optical system 11 of the imaging unit 10 is calculated.

【0025】次に、駆動機構30の詳細について、図4
〜図6を参照しつつ説明する。図4(a)に示すよう
に、1次元圧電アクチュエータ31は、摩擦部材32を
中心として対称に形成された第1の腕31a及び第2の
腕31bを有し、かつ摩擦部材32の撮像ユニット10
の外面15と接触する面32aに対して略直交する断面
が略「く」の字(又は、へリングボーン(herringbone)
形状)に形成されている。また、図4(b)に示すよう
に、1次元アクチュエータ31は、略「く」の字形断面
に直交する方向(Y方向)に、第1及び第2の部分電極
34a,34b、圧電板33、共通電極35の順に積層
されている。
Next, the details of the driving mechanism 30 will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 4A, the one-dimensional piezoelectric actuator 31 has a first arm 31a and a second arm 31b formed symmetrically with respect to the friction member 32, and an imaging unit for the friction member 32. 10
The cross-section substantially perpendicular to the surface 32a that contacts the outer surface 15 of the main body has a substantially “C” shape (or herringbone).
Shape). Further, as shown in FIG. 4B, the one-dimensional actuator 31 includes the first and second partial electrodes 34a and 34b and the piezoelectric plate 33 in a direction (Y direction) orthogonal to the substantially “C” -shaped cross section. , Common electrode 35 in this order.

【0026】共通電極35と第1の腕31aの第1の部
分電極34aとの間及び共通電極35と第2の腕31b
の第2の部分電極34bとの間にはそれぞれ、例えば図
5に示すような位相差を有する2つの正弦波電圧を印加
する。圧電板33は、電界方向(Y方向)に伸びると
き、電界に直交する方向(X方向)に縮む。その逆も同
様である。1次元圧電アクチュエータ31では、X方向
の変位を利用して、摩擦部材32及び摩擦部材31が押
圧される撮像ユニット10を駆動する。
Between the common electrode 35 and the first partial electrode 34a of the first arm 31a, and between the common electrode 35 and the second arm 31b.
For example, two sine-wave voltages having a phase difference as shown in FIG. 5 are applied to the second partial electrode 34b. When the piezoelectric plate 33 extends in the electric field direction (Y direction), it contracts in a direction (X direction) orthogonal to the electric field. The reverse is also true. The one-dimensional piezoelectric actuator 31 uses the displacement in the X direction to drive the friction member 32 and the imaging unit 10 against which the friction member 31 is pressed.

【0027】図5に示す正弦波電圧W1を第1の腕31
aに、正弦波電圧W2を第2の腕31bに印加するもの
とする。時間t1では、図6(a)に示すように、第1
の腕31aが伸び、第2の腕31bが縮む。時間t2で
は、図6(b)に示すように、第1及び第2の腕31a
及び31bが共に伸びる。時間t3では、図6(c)に
示すように、第1の腕31aが縮み、第2の腕31bが
伸びる。時間t4では、図6(d)に示すように、第1
の腕31a及び第2の腕31bが共に縮む。その結果、
摩擦部材32が楕円軌道を描くように駆動される。それ
に伴って、撮像ユニット10の外面15が、例えば図6
(b)中矢印Dで示す方向に旋回される。
The sine wave voltage W1 shown in FIG.
It is assumed that a sine wave voltage W2 is applied to the second arm 31b at a. At time t1, as shown in FIG.
Arm 31a extends, and second arm 31b contracts. At time t2, as shown in FIG. 6B, the first and second arms 31a
And 31b extend together. At time t3, as shown in FIG. 6C, the first arm 31a contracts, and the second arm 31b extends. At time t4, as shown in FIG.
Arm 31a and second arm 31b both contract. as a result,
The friction member 32 is driven to draw an elliptical orbit. Accordingly, the outer surface 15 of the imaging unit 10 is
(B) The vehicle is turned in the direction indicated by the middle arrow D.

【0028】この動作は、2組の駆動機構30のそれぞ
れについて独立して行なわれるので、撮像ユニット10
の撮像光学系11の光軸Lを所定の方向に向けることが
でき、所望する方向の画像を撮像することができる。な
お、撮像ユニット10を逆方向に移動させるには、正弦
波電圧W1とW2の位相のずれを逆にして、第1及び第
2の腕31a及び31bに印加すれば良い。
Since this operation is performed independently for each of the two sets of drive mechanisms 30, the image pickup unit 10
The optical axis L of the imaging optical system 11 can be directed in a predetermined direction, and an image in a desired direction can be captured. In order to move the imaging unit 10 in the opposite direction, the phase shift between the sine wave voltages W1 and W2 may be reversed and applied to the first and second arms 31a and 31b.

【0029】次に、制御ユニット50のブロック構成を
図7に示す。制御ユニット50のハードウエアは、マイ
クロコンピュータ、メモリ等(周知につき、図示せず)
で構成されている。一方、制御ユニット50は、機能的
には、固体撮像素子12からの画像信号(アナログ信
号)をA/D変換し、制御ユニット50に取り込むため
の画像取込手段51と、A/D変換された画像データを
記憶するための画像記憶手段52と、画像記憶手段52
に記憶されている画像データをD/A変換し、例えばN
TSC信号等に変換してモニターTV等(図示せず)に
出力する画像表示手段53と、例えば人物等の移動する
目標物を自動追尾する際に、画像記憶手段52に記憶さ
れている画像を処理し、目標物の画像を前画像と比較す
る等の方法により分離抽出する画像評価手段54と、撮
像ユニット10の撮像光学系11がズームレンズである
場合に、レンズの焦点距離を検出する焦点距離検出手段
と、画像評価手段54により分離抽出された目標物の画
像データと、焦点距離検出手段55により検出された撮
像光学系11の焦点距離データに基づいて、目標物の画
像を画面中央に移動させるために必要な駆動量、例えば
図5に示す正弦波電圧の周波数、位相のずれ量、位相の
ずれ方向等を演算するための駆動量演算手段56と、駆
動量演算手段56により演算された駆動量及びエンコー
ダ27からの検出信号に基づいて2つの駆動機構30
(1次元圧電アクチュエータ31)を制御する駆動制御
手段57と、モニターTVを見ながら手動で撮像ユニッ
ト10の視線、すなわち撮像光学系11の光軸Lの方向
を制御するための視線操作手段58等を含む。
Next, the block configuration of the control unit 50 is shown in FIG. The hardware of the control unit 50 includes a microcomputer, a memory, and the like (known and not shown).
It is composed of On the other hand, the control unit 50 functionally performs A / D conversion on an image signal (analog signal) from the solid-state imaging device 12 and performs A / D conversion on the image capturing unit 51 for capturing the image signal into the control unit 50. Storage means 52 for storing image data stored therein, and image storage means 52
D / A conversion of the image data stored in
An image display unit 53 which converts the image into a TSC signal or the like and outputs it to a monitor TV or the like (not shown) and an image stored in the image storage unit 52 when automatically tracking a moving target such as a person. An image evaluation unit 54 that processes and separates and extracts the image of the target object from the previous image, for example, and a focus that detects the focal length of the lens when the imaging optical system 11 of the imaging unit 10 is a zoom lens. Based on the distance detection means, the image data of the target separated and extracted by the image evaluation means 54, and the focal length data of the imaging optical system 11 detected by the focal length detection means 55, the image of the target is positioned at the center of the screen. Driving amount calculating means 56 for calculating a driving amount necessary for moving, for example, a frequency of a sine wave voltage, a phase shift amount, a phase shift direction, and the like shown in FIG. Two drive mechanisms 30 on the basis of the more detection signals from the computed driving amount and an encoder 27
A drive control unit 57 for controlling the (one-dimensional piezoelectric actuator 31), a line-of-sight operating unit 58 for manually controlling the line of sight of the imaging unit 10, that is, the direction of the optical axis L of the imaging optical system 11, while watching the monitor TV, and the like. including.

【0030】なお、上記本発明の撮像装置を塵埃の多い
環境、湿度の高い環境又は水にぬれやすい環境等に配置
する場合、筐体20の開口部23と撮像ユニット10の
外面15との間に、例えばOリング等のシール部材(図
示せず)を設ければよい。このようにすれば、特殊なケ
ースを用いることなく、容易に防塵、防湿又は防水効果
が得られる。なお、撮像ユニット10の撮像光学系11
の部分がシールされていることは言うまでもない。
When the image pickup apparatus of the present invention is arranged in an environment with a lot of dust, an environment with a high humidity, an environment that is easily wet with water, or the like, the space between the opening 23 of the housing 20 and the outer surface 15 of the image pickup unit 10 can be obtained. , A seal member (not shown) such as an O-ring may be provided. This makes it possible to easily obtain a dust-proof, moisture-proof or waterproof effect without using a special case. The imaging optical system 11 of the imaging unit 10
Needless to say, the part is sealed.

【0031】(第2の実施形態)本発明の撮像装置の第
2の実施形態について、図8及び図9を参照しつつ説明
する。上記第1の実施形態では、1次元圧電アクチュエ
ータ31を含む2組の駆動機構30を用いたが、第2の
実施形態では、2次元圧電アクチュエータ41を含む1
組の駆動機構40を用いている。第2の実施形態に係る
撮像装置の初期状態における構成を図8に示す。以下、
第1の実施形態との相違点のみを説明する。
(Second Embodiment) A second embodiment of the imaging apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, two sets of drive mechanisms 30 each including a one-dimensional piezoelectric actuator 31 are used. However, in the second embodiment, one set including a two-dimensional piezoelectric actuator 41 is used.
A set of drive mechanisms 40 is used. FIG. 8 shows a configuration of an imaging device according to the second embodiment in an initial state. Less than,
Only differences from the first embodiment will be described.

【0032】駆動機構40を収納するための凹部25
は、筐体20の略球形の空間24の背部(開口部23と
対向する位置)に一個所設けられている。駆動機構40
は、2次元圧電アクチュエータ41とそのほぼ中央部に
設けられた摩擦部材42等で構成されている。図9
(b)に示すように、2次元圧電アクチュエータ41
は、摩擦部材42を中心として略90度ごとに設けられ
た第1〜第4の腕41a〜41dを有する。また、図9
(a)に示すように、4本の腕のうち互いに隣接しない
第1の腕41aと第3の腕14c及び第2の腕41bと
第4の腕41dは、それぞれ摩擦部材42を中心として
対称に、かつ摩擦部材42の撮像ユニット10の外面1
5と接触する面42aに対して略直交する断面がそれぞ
れ略「く」の字に形成されている。さらに、第1〜第4
の腕41a〜41dは、それぞれ第1〜第4の部分電極
44a〜44b、圧電板43、共通電極45の順に積層
されている。
The recess 25 for accommodating the drive mechanism 40
Is provided at a position behind the substantially spherical space 24 of the housing 20 (at a position facing the opening 23). Drive mechanism 40
Is composed of a two-dimensional piezoelectric actuator 41 and a friction member 42 provided substantially at the center thereof. FIG.
As shown in (b), the two-dimensional piezoelectric actuator 41
Has first to fourth arms 41a to 41d provided approximately every 90 degrees around the friction member 42. FIG.
As shown in (a), of the four arms, the first arm 41a and the third arm 14c and the second arm 41b and the fourth arm 41d which are not adjacent to each other are symmetric about the friction member 42, respectively. And the outer surface 1 of the imaging unit 10 of the friction member 42
The cross-sections substantially perpendicular to the surface 42a in contact with 5 are each formed substantially in the shape of "". Furthermore, first to fourth
The arms 41a to 41d are laminated in the order of the first to fourth partial electrodes 44a to 44b, the piezoelectric plate 43, and the common electrode 45, respectively.

【0033】共通電極45と第1の腕41aの第1の部
分電極34aとの間及び共通電極45と第3の腕41c
の第3の部分電極44cとの間に、それぞれ図5に示す
ような位相差を有する2つの正弦波電圧を印加すると、
第1の腕41aが伸び第3の腕41cが縮む状態、第1
及び第3の腕41a及び41cが共に伸びる状態、第1
の腕41aが縮み第3の腕41cが伸びる状態、第1及
び第3の腕41a及び41cが共に縮む状態を繰り返
す。その結果、第1及び第3の腕41a及び41cを含
む面において、摩擦部材42が楕円軌道を描くように駆
動される。同様に、2次元アクチュエータの4本の腕の
うち、1対をなす第2及び第4の腕41b及び42dの
部分に、位相差を有する2つの正弦波電圧をそれぞれ印
加することにより、第2の腕41bが伸び第4の腕41
dが縮む状態、第2及び第4の腕41b及び41dが共
に伸びる状態、第2の腕41bが縮み第4の腕41dが
伸びる状態、第2及び第4の腕41b及び41dが共に
縮む状態を繰り返す。その結果、第2及び第4の腕41
b及び41dの部分を含む面において、摩擦部材42が
楕円軌道を描くように駆動される。これらの2つの動き
のタイミングを任意に制御できるので、摩擦部材42を
任意の2次元方向に移動させることができ、それに伴っ
て撮像ユニット10の外面も任意の方向に旋回される。
Between the common electrode 45 and the first partial electrode 34a of the first arm 41a, and between the common electrode 45 and the third arm 41c.
When two sinusoidal voltages having a phase difference as shown in FIG. 5 are respectively applied between the third partial electrode 44c and the third partial electrode 44c,
A state in which the first arm 41a is extended and the third arm 41c is contracted,
And a state where the third arms 41a and 41c are both extended,
The arm 41a contracts and the third arm 41c extends, and the first and third arms 41a and 41c both contract. As a result, on the plane including the first and third arms 41a and 41c, the friction member 42 is driven to draw an elliptical orbit. Similarly, by applying two sine-wave voltages having a phase difference to the pair of the second and fourth arms 41b and 42d of the four arms of the two-dimensional actuator, respectively, Arm 41b extends and the fourth arm 41
d is contracted, the second and fourth arms 41b and 41d are both extended, the second arm 41b is contracted, the fourth arm 41d is extended, and the second and fourth arms 41b and 41d are both contracted. repeat. As a result, the second and fourth arms 41
In the plane including the portions b and 41d, the friction member 42 is driven to draw an elliptical orbit. Since the timing of these two movements can be arbitrarily controlled, the friction member 42 can be moved in an arbitrary two-dimensional direction, and accordingly, the outer surface of the imaging unit 10 is turned in an arbitrary direction.

【0034】(第3の実施形態)本発明の撮像装置の第
3の実施形態の構成を図10に示す。第3の実施形態に
係る撮像装置は、第2の実施形態に係る撮像装置の筐体
20の開口部23の前面を透明部材28で密閉したもの
である。なお、その他の構成は図8に示す場合と実質的
に同じであるため、説明を省略する。この場合、筐体2
0及び透明部材28が実質的に密閉ハウジングを構成す
る。従って、撮像ユニット10の撮像光学系11の部分
は、必ずしもシールされている必要はない。なお、第1
の実施形態に係る撮像装置の筐体20の開口部23の前
面を透明部材28で密閉しても、同様の効果を得られる
ことは言うまでもない。
(Third Embodiment) FIG. 10 shows the configuration of a third embodiment of the imaging apparatus according to the present invention. In the imaging device according to the third embodiment, the front surface of the opening 23 of the housing 20 of the imaging device according to the second embodiment is sealed with a transparent member 28. Note that the other configuration is substantially the same as that shown in FIG. In this case, case 2
0 and the transparent member 28 substantially constitute a closed housing. Therefore, the portion of the imaging optical system 11 of the imaging unit 10 does not necessarily need to be sealed. The first
Needless to say, the same effect can be obtained even if the front surface of the opening 23 of the housing 20 of the imaging device according to the embodiment is sealed with the transparent member 28.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上のように、本発明の第1の撮像装置
は、少なくとも撮像光学系及び撮像素子を内部に収納
し、その外面の少なくとも一部分が凸球面である撮像ユ
ニットと、撮像ユニットを任意の軸の周りに自転自在に
保持する保持部材と、凸球面を形成する球の中心を通り
互いに直交する2軸上にそれぞれ設けられ、凸球面に押
圧される摩擦部材及び摩擦部材を駆動する1次元圧電ア
クチュエータを含み、撮像ユニットに2つの方向の旋回
力を付与する2組の駆動機構とを具備するので、撮像ユ
ニットの外面の凸球面を2つの摩擦部材で押圧し、2つ
の1次元圧電アクチュエータを用いて、各摩擦部材をそ
れぞれ所定方向に移動させることにより、撮像ユニット
を、その球の中心を通り、かつ各1次元圧電アクチュエ
ータをそれぞれ含む2つの面内で旋回させることができ
る。可動部分である撮像ユニットには、モータやギヤ等
の駆動機構は設けられていないため、撮像ユニット自体
を小型軽量にすることができる。また、駆動機構の制御
のためのケーブルも不要である。さらに、撮像ユニット
が小型軽量であるため、撮像ユニットを自転させるため
に必要な1次元圧電アクチュエータの駆動力も小さくな
り、駆動機構自体も小さくすることができる。結果的
に、構造が簡単で、小型軽量であり、かつ小さな駆動力
で駆動可能な撮像装置を得ることができる。
As described above, the first image pickup apparatus of the present invention has at least an image pickup optical system and an image pickup element housed therein, and at least a part of the outer surface thereof has a convex spherical surface. A holding member that rotatably holds around an arbitrary axis, and a friction member and a friction member that are provided on two axes passing through the center of the sphere forming the convex spherical surface and orthogonal to each other, and pressed by the convex spherical surface. Since it includes a one-dimensional piezoelectric actuator and two sets of drive mechanisms for applying a turning force in two directions to the image pickup unit, the convex spherical surface on the outer surface of the image pickup unit is pressed by two friction members, and two one-dimensional By moving each friction member in a predetermined direction using a piezoelectric actuator, the imaging unit passes through the center of the sphere and includes each one-dimensional piezoelectric actuator. One of it is possible to pivot in a plane. Since the imaging unit, which is a movable portion, is not provided with a drive mechanism such as a motor or a gear, the imaging unit itself can be reduced in size and weight. Further, a cable for controlling the drive mechanism is not required. Further, since the imaging unit is small and lightweight, the driving force of the one-dimensional piezoelectric actuator required for rotating the imaging unit on its own axis is reduced, and the driving mechanism itself can be reduced. As a result, it is possible to obtain an imaging device which has a simple structure, is small and lightweight, and can be driven with a small driving force.

【0036】また、1次元圧電アクチュエータとして、
摩擦部材を中心として略「く」の字状の対称な2本の腕
を設け、2本の腕の部分に位相差を有する2つの正弦波
電圧をそれぞれ印加することにより、第1の腕が伸び第
2の腕が縮む状態、第1及び第2の腕が共に伸びる状
態、第1の腕が縮み第2の腕が伸びる状態、第1及び第
2の腕が共に縮む状態を繰り返すことができる。その結
果、摩擦部材が楕円軌道を描くように駆動され、それに
伴って撮像ユニットの外面を所定方向に旋回させること
ができる。また、1次元圧電アクチュエータを、略
「く」の字形断面に直交する方向に積層することによ
り、略「く」の字形状の2本の腕の角度等の形状を安定
させることができる。
As a one-dimensional piezoelectric actuator,
The first arm is provided by providing two symmetrical arms having a substantially “C” shape around the friction member and applying two sine wave voltages having a phase difference to the two arm portions, respectively. A state in which the second arm extends and contracts, a state in which the first and second arms extend together, a state in which the first arm contracts and the second arm extends, and a state in which the first and second arms contract together are repeated. it can. As a result, the friction member is driven to draw an elliptical orbit, and accordingly, the outer surface of the imaging unit can be turned in a predetermined direction. In addition, by stacking the one-dimensional piezoelectric actuators in a direction perpendicular to the substantially “C” -shaped cross section, the shape such as the angle of the two arms in the substantially “C” shape can be stabilized.

【0037】また、本発明の第2の撮像装置は、少なく
とも撮像光学系及び撮像素子を内部に収納し、その外面
の少なくとも一部分が凸球面である撮像ユニットと、撮
像ユニットを凸球面を形成する球の中心を通る任意の軸
の周りに自転自在に保持する保持部材と、球の中心を通
る1つの軸上に設けられ、凸球面に押圧される摩擦部材
及び摩擦部材を駆動する2次元圧電アクチュエータを含
み、撮像ユニットに2つの方向の旋回力を付与する1組
の駆動機構とを具備するので、撮像ユニットの外面の凸
球面を1つの摩擦部材で押圧し、1つの2次元圧電アク
チュエータを用いて、摩擦部材を2次元方向に移動させ
ることにより、撮像ユニットを、その球の中心及び2次
元圧電アクチュエータを含む任意の面内で旋回させるこ
とができる。また、上記第1の撮像装置と比較して、圧
電アクチュエータの構成が複雑になる反面、その数を1
つに減らすことができ、より小型軽量な撮像装置を得る
ことができる。
In the second imaging apparatus of the present invention, at least an imaging optical system and an imaging element are housed inside, and at least a part of the outer surface of the imaging unit has a convex spherical surface, and the imaging unit forms a convex spherical surface. A holding member for rotatably holding around an arbitrary axis passing through the center of the sphere, a friction member provided on one axis passing through the center of the sphere and pressed by a convex spherical surface, and a two-dimensional piezoelectric for driving the friction member Since the actuator includes an actuator and a set of driving mechanisms for applying a turning force in two directions to the imaging unit, the convex spherical surface on the outer surface of the imaging unit is pressed by one friction member, and one two-dimensional piezoelectric actuator is formed. By moving the friction member in the two-dimensional direction, the imaging unit can be turned in any plane including the center of the sphere and the two-dimensional piezoelectric actuator. Further, the structure of the piezoelectric actuator is more complicated than that of the first imaging apparatus, but the number of the piezoelectric actuator is one.
And a smaller and lighter imaging device can be obtained.

【0038】また、2次元圧電アクチュエータとして、
摩擦部材を中心として略90度ごとに設けられた4本の
腕を設け、1対をなす第1及び第3の腕部分に位相差を
有する2つの正弦波電圧を印加することにより、第1及
び第3の腕の部分を含む面において、摩擦部材を楕円軌
道を描くように駆動することができる。同様に、1対を
なす第2及び第4の腕部分に、位相差を有する2つの正
弦波電圧をそれぞれ印加することにより、第2及び第4
の腕の部分を含む面において、摩擦部材を楕円軌道を描
くように駆動することができる。これらの2つの動きの
タイミングを任意に制御できるので、摩擦部材を任意の
2次元方向に移動させることができ、それに伴って撮像
ユニットも任意の方向に旋回させることができる。
As a two-dimensional piezoelectric actuator,
By providing four arms provided approximately every 90 degrees around the friction member and applying two sine wave voltages having a phase difference to a pair of the first and third arms, the first arm is provided. And the friction member can be driven to draw an elliptical trajectory on a surface including the third arm portion. Similarly, by applying two sinusoidal voltages having a phase difference to the pair of second and fourth arm portions, respectively, the second and fourth arm portions are applied.
The friction member can be driven to draw an elliptical orbit on a surface including the arm portion of the arm. Since the timings of these two movements can be arbitrarily controlled, the friction member can be moved in an arbitrary two-dimensional direction, and accordingly, the imaging unit can be turned in an arbitrary direction.

【0039】また、撮像ユニットの重心が球の中心とほ
ぼ一致させることにより、小さな駆動力で撮像ユニット
をスムーズに自転させることができる。
Further, by setting the center of gravity of the image pickup unit to substantially coincide with the center of the sphere, the image pickup unit can rotate smoothly with a small driving force.

【0040】また、撮像ユニットを筐体の内部に収納
し、筐体に撮像ユニットの凸球面と対向する凹球面と、
少なくとも撮像光学系により被写体を撮像するための開
口部とを設けることにより、撮像ユニットの外面の凸球
面が、ほぼ同じ直径の凹球面により保持され、実質的に
球面軸受けを構成することができる。その結果、略球形
の撮像ユニットを、その球の中心を通る任意の軸の周り
に自転させることができる。
Further, the imaging unit is housed inside the housing, and the housing has a concave spherical surface facing the convex spherical surface of the imaging unit;
By providing at least the opening for imaging the subject by the imaging optical system, the convex spherical surface on the outer surface of the imaging unit is held by the concave spherical surface having substantially the same diameter, and a substantially spherical bearing can be formed. As a result, the substantially spherical imaging unit can be rotated around an arbitrary axis passing through the center of the sphere.

【0041】また、撮像ユニットの外面の凸球面と筐体
の凹球面との間にボールを設けることにより、いわゆる
ボールベアリングを構成することができ、撮像ユニット
を自転させる際の負荷をきわめて小さくすることができ
る。また、圧電アクチュエータにより駆動される摩擦部
材の動きに対して、撮像ユニットを容易に追従させるこ
とができる。また、摩擦部材を筐体の凹球面から突出さ
せることにより、摩擦部材の弾性により、撮像ユニット
と保持部材との隙間のガタを吸収することができる。
Further, by providing a ball between the convex spherical surface on the outer surface of the image pickup unit and the concave spherical surface of the housing, a so-called ball bearing can be formed, and the load when rotating the image pickup unit is extremely reduced. be able to. Further, the imaging unit can easily follow the movement of the friction member driven by the piezoelectric actuator. Further, by projecting the friction member from the concave spherical surface of the housing, the play of the gap between the imaging unit and the holding member can be absorbed by the elasticity of the friction member.

【0042】また、筐体の開口部と撮像ユニットの撮像
光学系との隙間にシール部材を設けることにより、また
は、筐体の開口部を透明部材により密閉することによ
り、撮像ユニットを筐体の内部に実質的に密閉すること
ができ、特殊なハウジングを用いることなく、防塵、防
湿又は防水効果を得ることができる。
Further, by providing a seal member in a gap between the opening of the housing and the imaging optical system of the imaging unit, or by sealing the opening of the housing with a transparent member, the imaging unit can be mounted on the housing. The inside can be substantially sealed, and a dustproof, moistureproof or waterproof effect can be obtained without using a special housing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の初
期状態を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an initial state of an imaging device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1に示す撮像装置における駆動状態を示す
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a driving state of the imaging device illustrated in FIG.

【図3】 第1の実施形態における撮像ユニットの駆動
系の構成を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of a drive system of the imaging unit according to the first embodiment.

【図4】 (a)は第1の実施形態における駆動機構の
構成を示す正面図、(b)はその平面図である。
FIG. 4A is a front view illustrating a configuration of a drive mechanism according to the first embodiment, and FIG. 4B is a plan view thereof.

【図5】 本発明の各実施形態に共通する圧電アクチュ
エータを駆動するための位相差を有する2つの正弦波電
圧を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing two sinusoidal voltages having a phase difference for driving a piezoelectric actuator common to the embodiments of the present invention.

【図6】 (a)〜(d)は、それぞれ第1の実施形態
における駆動機構の一連の動作を示す図である。
FIGS. 6A to 6D are diagrams illustrating a series of operations of the drive mechanism according to the first embodiment.

【図7】 第1の実施形態における制御ユニットの一構
成例を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of a control unit according to the first embodiment.

【図8】 本発明の第2の実施形態に係る撮像装置の初
期状態を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an initial state of an imaging device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】 (a)は第2の実施形態における駆動機構の
構成を示す正面図、(b)はその平面図である。
FIG. 9A is a front view illustrating a configuration of a drive mechanism according to a second embodiment, and FIG. 9B is a plan view thereof.

【図10】 本発明の第3の実施形態に係る撮像装置の
初期状態を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an initial state of an imaging device according to a third embodiment of the present invention.

【図11】 従来の撮像装置の構成を示す斜視図FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a conventional imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 :撮像ユニット 11 :撮像光学系 12 :固体撮像装置 14 :バランスウエイト 15 :(撮像ユニットの)外面 20 :筐体 23 :開口部 24 :略球形の空間 25 :凹部 26 :ボール 27 :エンコーダ 28 :透明部材 30 :駆動機構 31 :1次元アクチュエータ 32 :摩擦部材 40 :駆動機構 41 :2次元アクチュエータ 42 :摩擦部材 50 :制御ユニット Reference Signs List 10: imaging unit 11: imaging optical system 12: solid-state imaging device 14: balance weight 15: outer surface (of imaging unit) 20: housing 23: opening 24: substantially spherical space 25: recess 26: ball 27: encoder 28 : Transparent member 30: Driving mechanism 31: One-dimensional actuator 32: Friction member 40: Driving mechanism 41: Two-dimensional actuator 42: Friction member 50: Control unit

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも撮像光学系及び撮像素子を内
部に収納し、その外面の少なくとも一部分が凸球面であ
る撮像ユニットと、 前記撮像ユニットを前記凸球面を形成する球の中心を通
る任意の軸の周りに自転自在に保持する保持部材と、 前記球の中心を通り互いに直交する2軸上にそれぞれ設
けられ、前記凸球面に押圧される摩擦部材及び前記摩擦
部材を駆動する1次元圧電アクチュエータを含み、前記
撮像ユニットに2つの方向の旋回力を付与する2組の駆
動機構とを具備する撮像装置。
1. An image pickup unit which houses at least an image pickup optical system and an image pickup device, and at least a part of an outer surface of the image pickup unit is a convex spherical surface, and an arbitrary axis passing through the center of a sphere forming the convex spherical surface. A holding member that is rotatably held around, a friction member that is provided on two axes passing through the center of the sphere and that are orthogonal to each other, and is pressed by the convex spherical surface, and a one-dimensional piezoelectric actuator that drives the friction member. An imaging apparatus comprising: two sets of driving mechanisms for applying a turning force in two directions to the imaging unit.
【請求項2】 前記1次元圧電アクチュエータは、前記
摩擦部材を中心とする略対称な2本の腕を有し、前記2
本の腕を含み、かつ前記摩擦部材の前記撮像ユニットの
凸球面と接触する面に対して直交する断面が略「く」の
字形であり、前記断面に直交する方向に積層されている
ことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
2. The two-dimensional piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the one-dimensional piezoelectric actuator has two substantially symmetric arms around the friction member.
A cross section orthogonal to a surface of the friction member, which is in contact with the convex spherical surface of the imaging unit, has a substantially 「-shaped shape, and is stacked in a direction perpendicular to the cross section. The imaging device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 少なくとも撮像光学系及び撮像素子を内
部に収納し、その外面の少なくとも一部分が凸球面であ
る撮像ユニットと、 前記撮像ユニットを前記凸球面を形成する球の中心を通
る任意の軸の周りに自転自在に保持する保持部材と、 前記球の中心を通る1つの軸上に設けられ、前記凸球面
に押圧される摩擦部材及び前記摩擦部材を駆動する2次
元圧電アクチュエータを含み、前記撮像ユニットに2つ
の方向の旋回力を付与する駆動機構とを具備する撮像装
置。
3. An image pickup unit which houses at least an image pickup optical system and an image pickup element, and at least a part of an outer surface of the image pickup unit is a convex spherical surface, and an arbitrary axis passing through the center of a sphere forming the convex spherical surface. A holding member that is rotatably held around, a friction member provided on one axis passing through the center of the sphere, pressed against the convex spherical surface, and a two-dimensional piezoelectric actuator that drives the friction member, A driving mechanism for applying a turning force in two directions to the imaging unit.
【請求項4】 前記2次元圧電アクチュエータは、前記
摩擦部材を中心として略90度ごとに設けられた4本の
腕を有し、前記4本の腕のうち互いに隣接しない2本を
含み、かつ前記摩擦部材の前記撮像ユニットの凸球面と
接触する面に対して直交する断面がそれぞれ略「く」の
字形であり、前記各断面に直交する方向にそれぞれ積層
されていることを特徴とする請求項3記載の撮像装置。
4. The two-dimensional piezoelectric actuator has four arms provided approximately every 90 degrees around the friction member, and includes two non-adjacent ones of the four arms, and A cross section of the friction member, which is orthogonal to a surface that contacts the convex spherical surface of the imaging unit, has a substantially “<” shape, and is stacked in a direction orthogonal to each of the cross sections. Item 4. The imaging device according to Item 3.
【請求項5】 前記撮像ユニットの重心が前記球の中心
とほぼ一致することを特徴とする請求項1から4のいず
れかに記載の撮像装置。
5. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the center of gravity of the imaging unit substantially coincides with the center of the sphere.
【請求項6】 前記撮像ユニットは筐体の内部に収納さ
れ、前記筐体は、少なくとも前記撮像ユニットの凸球面
と対向する凹球面と、前記撮像光学系により被写体を撮
像するための開口部とを有することを特徴とする請求項
1から5のいずれかに記載の撮像装置。
6. The imaging unit is housed in a housing, and the housing has at least a concave spherical surface facing a convex spherical surface of the imaging unit, and an opening for imaging an object by the imaging optical system. The imaging device according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
【請求項7】 前記撮像ユニットの凸球面と前記筐体の
凹球面との間にボールを設け、前記摩擦部材は前記筐体
の凹球面から突出していることを特徴とする請求項6記
載の撮像装置。
7. The device according to claim 6, wherein a ball is provided between the convex spherical surface of the imaging unit and the concave spherical surface of the housing, and the friction member protrudes from the concave spherical surface of the housing. Imaging device.
【請求項8】 前記筐体の開口部と前記撮像ユニットの
外面との隙間にシール部材が設けられていることを特徴
とする請求項6又は7記載の撮像装置。
8. The imaging device according to claim 6, wherein a seal member is provided in a gap between an opening of the housing and an outer surface of the imaging unit.
【請求項9】 前記筐体の開口部を透明部材により密閉
したことを特徴とする請求項6又は7記載の撮像装置。
9. The imaging device according to claim 6, wherein an opening of the housing is sealed with a transparent member.
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