JPH1118000A

JPH1118000A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH1118000A
Application number: JP9168956A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kamiyama; 雅之上山
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】目標物を自動追尾可能な撮像装置において、
撮像光学系１１及び固体撮像装置１２を含む撮像ユニッ
ト１０の駆動機構の制御が容易で、かつ得られた画像の
傾きをなくす。【解決手段】撮像光学系１１及び撮像素子１２を略球
形の撮像ユニット１０の内部に収納し、撮像ユニット１
０を筐体２０の凹球面２５と撮像ユニット１０の外面１
５の凸球面との間に設けたボール２６により自転自在に
保持する。摩擦部材４２を中心として９０度ことに形成
された４本の腕４１ａ〜４１ｄを有する２次元圧電アク
チュエータ４１を撮像ユニット１０の外面１５に設け、
摩擦部材４２を筐体２０の凹球面２５に押圧しつつ楕円
軌道を描くように駆動し、撮像ユニット１０全体を所定
の方向に自転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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１０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。

【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。

【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。

【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。

【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、少なくとも一方の駆動ユニット、例えばＸ軸
駆動ユニット１２０が固定フレーム１０４に対して固定
されているため、Ｙ軸駆動ユニット１１０及びＸ軸駆動
ユニット１２０を駆動して、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たとしても、撮像ユ
ニット１００の撮像素子の縦横が目標物の水平垂直と一
致しない、すなわち画面が若干傾くという現象が起こ
る。さらに、１回の動作で撮像ユニット１００の撮像光
学系の光軸を目標物の方向に向けることは困難であり、
補正をする必要がある。これらの問題点を図１１を用い
て説明する。

【０００７】図１１において、点Ｐを初期状態における
撮像ユニット１００の撮像光学系の光軸上の頂点、すな
わち直線ＯＰを光軸とする。ここで、直線ＯＲが光軸と
なるようにＹ軸駆動ユニット１１０及びＸ軸駆動ユニッ
ト１２０を駆動し、撮像光学系の光軸上の頂点を点Ｐか
ら点Ｒに移動させる場合を考える。

【０００８】まず、Ｙ軸駆動ユニット１１０を駆動して
撮像ユニット１００をＹ−Ｙ軸を中心として回転し、撮
像ユニット１００の撮像光学系の光軸上の頂点を、点Ｐ
から点Ｑ（点Ｑは、点Ｒを通る経線Ｆと赤道Ｅの交点）
まで赤道Ｅ上を移動させる。次に、Ｘ軸駆動ユニット１
２０を駆動して、撮像ユニット１００をＸ−Ｘ軸を中心
として回転する。ここで、撮像ユニット１００の撮像光
学系の光軸上の頂点は、経線Ｆに沿って移動せず、点Ｑ
を通りＸ−Ｘ軸に直交する円Ｇに沿って移動する。その
ため、本来の目標である点Ｒから少しずれた点Ｓに到達
する。従って、撮像ユニット１００の撮像光学系の光軸
上の頂点を点Ｓから点Ｒに補正するために、再度Ｙ軸駆
動ユニット１１０を駆動する必要がある。

【０００９】また、撮像ユニット１００の撮像光学系の
光軸上の頂点が経線Ｆに沿って移動した場合、撮像ユニ
ット１００の撮像素子の縦・横と目標物の水平・垂直と
が一致し、画面は傾かない。ところが、撮像ユニット１
００の撮像光学系の光軸上の頂点が点Ｑを通りＸ−Ｘ軸
に直交する円Ｇに沿って移動するため、撮像ユニット１
００の撮像素子の縦・横が目標物の水平・垂直と一致せ
ず、画面が若干傾く。このことは、撮像ユニット１００
の撮像光学系の光軸上の頂点が、最終的に目標である点
Ｒに到達した場合でも同じである。すなわち、補正によ
り撮像ユニット１００の撮像光学系の光軸上の頂点が点
Ｒへ到達した場合、最初から撮像ユニット１００の撮像
光学系の光軸上の頂点を、点Ｐから点Ｔ（点Ｔは、点Ｒ
を通りＸ−Ｘ軸に直交する円Ｈと赤道Ｅの交点）まで赤
道Ｅ上を移動させ、Ｘ−Ｘ軸に直交する円Ｈに沿って点
Ｒまで移動させた場合と等価である。従って、撮像ユニ
ット１００の撮像光学系の光軸上の頂点がいずれかの経
線に沿って移動していない場合、撮像ユニット１００の
撮像素子の縦・横が目標物の水平・垂直と一致せず、画
面が若干傾くことは避けられない。

【００１０】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、補正をすることなく容易に撮
像ユニットの撮像光学系の光軸を目標物の方向に向ける
ことができ、かつ画面の傾きがない撮像装置を提供する
ことを目的としている。

【００１１】

【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、撮像ユニットを内部に収
納すべく、撮像ユニットの凸球面と対向する凹球面を有
すると共に、その一部に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を有する筐体と、撮像ユニ
ットに設けられ、撮像ユニットを凸球面を形成する球の
中心を通る２以上の任意の軸の周りに自転させる駆動機
構とを具備する。

【００１２】上記構成によれば、撮像ユニットの凸球面
と筐体の凹球面とがいわゆる球面軸受けを構成するの
で、撮像ユニットは、その凸球面を形成する球の中心を
通る任意の軸を中心として自転しうる。

【００１３】次に、撮像ユニットの撮像光学系の光軸上
の頂点を、点Ｐから点Ｒに移動させる場合を考える。上
記撮像装置によれば、駆動機構が撮像ユニット側に設け
られているので、例えば図１２に示すように、撮像ユニ
ットをＹ−Ｙ軸を中心として回転させ、撮像ユニットの
撮像光学系の光軸上の頂点を、点Ｐから点Ｑ（点Ｑは、
点Ｒを通る経線Ｆと赤道Ｅの交点）まで赤道Ｅ上を移動
させると、Ｘ−Ｘ軸もＸ’−Ｘ’軸に回転している。次
に、撮像ユニットをＸ’−Ｘ’軸を中心として回転させ
ると、撮像ユニットの撮像光学系の光軸上の頂点は、経
線Ｆに沿って移動する。そのため、補正することなく、
１回の動作で本来の目標である点Ｒに到達する。また、
撮像ユニットの撮像光学系の光軸上の頂点が常にいずれ
かの経線に沿って移動するので、撮像ユニットの撮像素
子の縦・横と目標物の水平・垂直とが一致し、画面は傾
かない。

【００１４】上記構成において、駆動機構は、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た２組
の筐体の凹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むことが好まし
い。２つの１次元圧電アクチュエータをそれぞれ、例え
ば図８における赤道Ｅ及び点Ｐを通る経線Ｉ上に設ける
ことにより、撮像ユニットのＸ−Ｘ軸を中心とする回転
及びＹ−Ｙ軸を中心とする回転を、それぞれ独立して制
御することが可能である。また、圧電アクチュエータを
用いているので、撮像ユニットの内部にモータや減速ギ
ヤを設ける必要がなく、駆動機構が小型になり、撮像ユ
ニットへの搭載が容易になる。

【００１５】また、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、かつ摩擦部材の筐体の凹球面
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
駆動される。筐体の凹球面が固定されているので、相対
的に撮像ユニットが所定方向に自転する。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。

【００１６】または、駆動機構は、球の中心を通る１つ
の軸上に設けられ、筐体の凹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
むことが好ましい。すなわち、２次元圧電アクチュエー
タを用いることにより、撮像ユニットのＸ−Ｘ軸を中心
とする回転及びＹ−Ｙ軸を中心とする回転を、同時に制
御することが可能である。また、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。

【００１７】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、かつ摩擦部材の筐体の凹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２次元方向の任意
の方向に移動し、それに伴って撮像ユニットは、球の中
心を通る任意の軸の周りに自転する。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。

【００１８】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。

【００１９】また、上記構成において、撮像ユニットの
凸球面と筐体の凹球面との間にボールが設けられている
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。

【００２０】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。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（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６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。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。

【００２２】図１及び図２に示すように、撮像ユニット
１０はその外面１５の少なくとも一部分が凸球面であ
る。撮像ユニット１０は、内部に撮像光学系１１、ＣＣ
Ｄ等の固体撮像素子１２、バランスウエイト１４及び駆
動機構４０等が設けられている。駆動機構４０は、撮像
ユニット１０の外面１５の凸球面を形成する球の中心Ｏ
に対して、撮像光学系１１とは略対称な位置に一箇所設
けられている。

【００２３】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。空間２４の凹球面２５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は、きわめて小さい力で自転すること
ができる。

【００２４】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、かつ第１の面に直交する第
２の面（紙面に垂直な面）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（図示せず）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６参照）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。なお。エンコーダも
撮像ユニット１０側に配置し、それぞれＸ−Ｘ軸及びＹ
−Ｙ軸の回りの回転量を直接検出するようにしても良
い。

【００２５】次に、駆動機構４０の詳細について、図３
〜図５を参照しつつ説明する。図３（ａ）及び（ｂ）に
示すように、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３（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９
０度ごとに設けられた第１〜第４の腕４１ａ〜４１ｄを
有する。また、図３（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の筐体２
０の空間２４の凹球面２５と接触する面４２ａ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。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。

【００２６】例えばＸ方向の動作の場合、共通電極４５
と第１の腕４１ａの第１の部分電極４４ａ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
の間にはそれぞれ、例えば図４に示すような位相差を有
する２つの正弦波電圧Ｗ１及びＷ２を印加する。圧電板
４３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。２次
元圧電アクチュエータ４１では、Ｘ方向の変位を利用し
て、摩擦部材４２を筐体２０の空間２４の凹球面２５に
押圧し、その反作用として撮像ユニット１０をＸ方向に
駆動する。

【００２７】図４に示す正弦波電圧Ｗ１を第１の腕４１
ａに、正弦波電圧Ｗ２を第３の腕４１ｃに印加するもの
とする。時間ｔ１では、図５（ａ）に示すように、第１
の腕４１ａが伸び、第３の腕４１ｃが縮む。時間ｔ２で
は、図５（ｂ）に示すように、第１及び第３の腕４１ａ
及び４１ｃが共に伸びる。時間ｔ３では、図５（ｃ）に
示すように、第１の腕４１ａが縮み、第３の腕４１ｃが
伸びる。時間ｔ４では、図５（ｄ）に示すように、第１
の腕４１ａ及び第３の腕４１ｃが共に縮む。その結果、
摩擦部材４２が楕円軌道を描くように駆動される。筐体
２０の空間２４の凹球面２５が固定されているため、相
対的に撮像ユニット１０が、例えば図５（ｂ）中矢印Ｄ
で示す方向に自転する。

【００２８】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４
１ｄ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４
１ｂ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。

【００２９】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２次元方向の任意の方
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も任意の軸を中心として自転することができる。

【００３０】次に、制御ユニット５０のブロック構成を
図６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４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駆動機構４０（２次元
圧電アクチュエータ４１）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。

【００３１】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。

【００３２】（第２の実施形態）本発明の撮像装置の第
２の実施形態の構成を図７に示す。第２の実施形態に係
る撮像装置は、第１の実施形態に係る撮像装置の筐体２
０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１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２０
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。

【００３３】（第３の実施形態）本発明の撮像装置の第
３の実施形態を図８及び図９を参照しつつ説明する。図
８は第３の実施形態における撮像ユニット及びその駆動
機構の詳細を示す斜視図である。駆動機構３０は、筐体
２０の凹球面２５に押圧される摩擦部材３２及び摩擦部
材３２を駆動する１次元圧電アクチュエータ３１を含
み、赤道Ｅ及び点Ｐを通る経線Ｉ上に設けられている。
その他の構成は、上記第１又は第２の実施形態の場合と
同様であるので、その説明を省略する。

【００３４】図９（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の筐体２０の凹球面２５と接触する面３
２ａに対して直交する断面が略「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９(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。

【００３５】１次元アクチュエータ３１の第１の腕３１
ａ及び第２の腕３１ｂに、それぞれ位相差を有する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
３１ａが伸び第２の腕３１ｂが縮む状態、第１及び第２
の腕３１ａ及び３１ｂが共に伸びる状態、第１の腕３１
ａが縮み第２の腕３１ｂが伸びる状態、第１及び第２の
腕３１ａ及び３１ｂが共に縮む状態を繰り返す。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。
筐体２０の凹球面２５が固定されているので、相対的に
撮像ユニット１０が所定方向に自転する。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明の撮像装置は、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、撮像ユニットを内部に収納するべく、撮像ユニット
の凸球面と対向する凹球面を有すると共に、その一部に
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
口部を有する筐体と、撮像ユニットに設けられ、撮像ユ
ニットを凸球面を形成する球の中心を通る２以上の任意
の軸の周りに自転させる駆動機構とを具備するので、撮
像ユニットの凸球面と筐体の凹球面とがいわゆる球面軸
受けを構成するので、撮像ユニットは、その凸球面を形
成する球の中心を通る任意の軸を中心として自転しう
る。また、駆動機構が撮像ユニットに設けられているの
で、例えば撮像ユニットをＹ−Ｙ軸を中心として回転さ
せると、Ｘ−Ｘ軸もＹ−Ｙ軸を中心として回転する。従
って、撮像ユニットをＸ−Ｘ軸を中心として回転させる
と、撮像ユニットの撮像光学系の光軸上の頂点は、常に
経線に沿って移動する。そのため、補正することなく、
１回の動作で本来の目標点に到達することができる。ま
た、撮像ユニットの撮像光学系の光軸上の頂点が常にい
ずれかの経線に沿って移動するので、撮像ユニットの撮
像素子の縦・横と目標物の水平・垂直とが一致し、画面
は傾かない。

【００３７】また、駆動機構として摩擦部材及び１次元
アクチュエータを２組用い、それぞれ球の中心を通り互
いに直交する２軸上にそれぞれ設けることにより、撮像
ユニットのＸ−Ｘ軸を中心とする回転及びＹ−Ｙ軸を中
心とする回転を、それぞれ独立して制御することが可能
である。また、圧電アクチュエータを用いているので、
撮像ユニットの内部にモータや減速ギヤを設ける必要が
なく、駆動機構が小型になり、撮像ユニットへの搭載を
容易にすることができる。

【００３８】また、１次元圧電アクチュエータを、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しことができる。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、撮像ユニットを相対的に所定方向に自転させること
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。

【００３９】または、駆動機構として摩擦部材及び摩擦
部材を駆動する２次元圧電アクチュエータを用い、球の
中心を通る１つの軸上に設けることにより、撮像ユニッ
トのＸ−Ｘ軸を中心とする回転及びＹ−Ｙ軸を中心とす
る回転を、同時に制御することが可能である。また、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。

【００４０】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つの正弦波電圧をそれぞれ印加することによ
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することにより、摩
擦部材を２次元方向の任意の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を任意の軸の周りに自転
させることができる。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し、それぞれ略
「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。

【００４１】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。

【００４２】また、撮像ユニット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、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。

【００４３】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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【図３】（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。

【図４】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。

【図５】（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。

【図６】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。

【図７】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。

【図８】本発明の第３の実施形態に係る撮像装置の撮
像ユニット及び駆動機構の詳細を示す斜視図である。

【図９】（ａ）は第３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。

【図１０】従来の撮像装置の構成を示す斜視図であ
る。

【図１１】従来の撮像装置の問題点を説明するための
図である。

【図１２】本発明の撮像装置の効果を説明するための
図である。

【符号の説明】

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：凹球面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

Claims

【特許請求の範囲】

【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内部に収納すべく、前記撮像ユニッ
トの凸球面と対向する凹球面を有すると共に、その一部
に少なくとも前記撮像光学系により被写体を撮像するた
めの開口部を有する筐体と、前記撮像ユニットに設けられ、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２以上の任意の軸の周
りに自転させる駆動機構と、を具備する撮像装置。
【請求項２】前記駆動機構は、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た２組の前記筐
体の凹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むことを特徴とす
る請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】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筐体の凹球面に
押圧され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２記載の撮像装置。
【請求項４】前記駆動機構は、前記球の中心を通る１
つの軸上に設けられ、前記筐体の凹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
エータを含むことを特徴とする請求項１記載の撮像装
置。
【請求項５】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筐体の凹球内面と接触す
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４記載の撮像装置。
【請求項６】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５のいず
れかに記載の撮像装置。
【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たことを特徴とする請求項
１から６のいずれかに記載の撮像装置。
【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１から７のいずれかに記載の撮像装置。
【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１から７のいずれかに記載
の撮像装置。