JPH10257376A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像装置がその光学系の光軸回りに傾いた状
態でも撮影画像が傾くことなく常に水平を保った画像が
得られるようにする。 【解決手段】 撮影レンズ２ａを含む光学系２と、撮像
手段４とを備えた撮像装置１において、上記光学系２の
光軸を含む水平面に対して、撮像装置１が光学系２の光
軸Ｌ−Ｌの回りにどれだけの角度をもって回動している
かを検出する姿勢検出手段５と、撮影画像を光軸Ｌ−Ｌ
の回りに回動させるために該光軸上に配置された像回転
用光学系６とを設ける。そして、制御手段８が姿勢検出
手段５からの検出角度を示す信号を受けて、該信号に応
じた補正信号を回動手段７に送出することで、撮像手段
４により得られる画像の水平が常に保たれるように像回
転用光学系６をその光軸の回りに回動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置をその光
学系の光軸回りに傾けた状態で使用しても、撮像装置の
撮像手段には常に水平が保たれた画像が取り込まれるよ
うにした撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】撮像装置にあっては、撮影レンズを含む
光学系と、該光学系の光軸上に位置された撮像手段（固
体撮像素子等）とからなる光学系を有しており、撮像装
置をその光学系の光軸の回りに回動させた場合には、そ
の時の回動角に応じて傾いた画像が光学系を介して撮像
手段に取り込まれた後、撮影画像がビューファインダ等
の表示手段に表示されたり、あるいは磁気テープ等の記
録媒体に記録されることになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】よって、従来の撮像装
置にあっては、画像の水平状態を保つために撮像装置の
姿勢を水平に保持することを前提とする構成となってい
るため、撮像装置がその光学系の光軸の回りに回動した
状態では、撮影画像が傾いてしまい、映像が見づらくな
ったり、画像編集に手間がかかるといった問題がある。
例えば、撮影者の姿勢によっては撮像装置を水平の状態
に保持することが困難な場合がある（撮影のための充分
なスペースが確保できない場合等）。

【０００４】本発明は、撮像装置がその光学系の光軸回
りに傾いた状態でも撮影画像が傾くことなく常に水平を
保った画像が得られるようにすることを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
解決するために、光学系の光軸を含む水平面に対して、
撮像装置が光学系の光軸の回りにどれだけの角度をもっ
て回動しているかを検出する姿勢検出手段と、撮影画像
を上記光学系の光軸回りに回動させるために当該光軸上
に配置された像回転用光学系と、像回転用光学系をその
光軸の回りに回動させるための回動手段と、姿勢検出手
段からの検出角度を示す信号を受けるとともに、該信号
に応じた補正信号を回動手段に送出することによって、
撮像手段により得られる撮影画像の水平が常に保たれる
ように制御する制御手段とを設けたものである。

【０００６】従って、本発明によれば、撮像装置がその
光学系の光軸回りに傾動した場合の姿勢に応じて制御手
段が像回転用光学系を回動させることによって撮像手段
に受像される画像の水平を常に保つことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る撮像装置の基
本構成を概念的に示すものであり、撮像装置１は、撮影
レンズ（あるいはフロントレンズ）２ａを含む光学系
２、該光学系２とともに撮像系３を構成する撮像手段
４、撮像装置１の姿勢を検出する姿勢検出手段５、像回
転用光学系６及びこれを光軸の回りに回動させる回動手
段７、そして制御手段８を有する。尚、撮像装置１に
は、スチルカメラやビデオカメラが含まれる。

【０００８】光学系２と像回転用光学系６はそれぞれの
光軸が共軸化され（これを「Ｌ−Ｌ」軸と記す。）、該
光軸Ｌ−Ｌ上に撮像手段４が配置されている。

【０００９】撮像手段４には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ
Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型あるいはＭＯＳ（Ｍ
ｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）
型のエリアイメージセンサー等の固体撮像素子や、撮像
管が含まれる。また、撮像方式については単板式、多板
式等の如何を問わない。尚、撮像手段４の出力する画像
信号については、ビューファインダーや液晶式ディスプ
レイ等の表示手段に送出して画像を表示させたり、ある
いは、磁気テープや磁気ディスク等の記録媒体に記録す
る等の処理が行われる。

【００１０】姿勢検出手段５は、光学系２の光軸Ｌ−Ｌ
を含む水平面に対して、撮像装置１が光軸Ｌ−Ｌの回り
にどれだけの角度をもって回動しているかを検出するた
めに設けられている。該姿勢検出手段５としては、例え
ば、水平検知センサー（あるいは傾斜センサー）を用い
ることができ、検出方法には、地磁気等を利用した磁気
的方式、重力加速度や角速度を利用した方式、あるいは
ジャイロセンサー方式等が挙げられる。

【００１１】例えば、図２に示すように、回動軸９の回
りに滑らかに回動されるように装置内に支持されたアー
ム部材１０の先端にマグネット１１を取り付けるととも
に、該マグネット１１に対向するようにホール素子１２
を設ける。そして、撮像装置１の姿勢が、光軸Ｌ−Ｌを
含む水平面に対して傾いていない基準の姿勢（以下、
「基準姿勢」という。）である場合（左図参照。）と、
撮像装置１の傾動に伴ってホール素子１２が傾いた状態
となる姿勢（以下、「傾動姿勢」という。）である場合
（右図参照。）とでホール素子１２の検出出力に差が出
ること、つまり、撮像装置１の傾動角（水平面に対する
角度）がホール素子１２の検出出力に反映されることを
利用して撮像装置１の姿勢を検出することができる。

【００１２】また、図３に示すように、センサー１３の
内部に液体１４を封入するとともに、該液体１４に漬か
るように一対の電極１５、１５を設け、撮像装置１の姿
勢が基準姿勢である場合（左図参照。）と撮像装置１の
姿勢が傾動姿勢である場合（右図参照。）とで電気容量
の差が出ることを利用して撮像装置１の姿勢を検出した
り、あるいは、図４に示すように、センサー１６の内部
に球形若しくは円柱形をした移動部材１７と、該移動部
材１７の形状に併せて湾曲した支持面で移動部材１７に
当接する台座１８とを設け、撮像装置１の姿勢が基準姿
勢である場合（左図参照。）と撮像装置１が傾動姿勢で
ある場合（右図参照。）とで、移動部材１７の台座１８
における位置に違いが出ることを利用して、当該位置を
電気的若しくは磁気的に検出することにより撮像装置１
の姿勢を検出することができる。要は、撮像装置１が光
軸Ｌ−Ｌの回りにどれだけの角度をもって傾動している
かを検出することができれば、姿勢検出手段５は如何な
る構成でも構わない。

【００１３】像回転用光学系６は、撮影画像を上記光学
系２の光軸Ｌ−Ｌの回りに回動させるために当該光軸上
に配置される。

【００１４】この像回転用光学系６については、一の光
学部材により構成する方法と、複数の光学部材により構
成する方法がある。前者の方法としては像回転プリズ
ム、例えば、図５に示すようなダブプリズム（ＤＯＶＥ
ＰＲＩＳＭＳ）１９を使用することができる。

【００１５】ダブプリズム１９は、透光性を有する材料
を用いて角錐台状に形成されており、その長手方向にお
いて形成される２つの斜面２０、２１が、光の入射面若
しくは出射面とされ、それぞれの延長面の間になす角度
が９０°とされている。尚、図５ではダブプリズム１９
の底面２２に対して平行な平面上にｘ軸及びｙ軸からな
る２次元直交座標系を設定するとともに、この両軸に直
交する軸をｚ軸とすることによってｘ、ｙ、ｚ軸からな
る３次元直交座標系を設定しており、ｘ軸がダブプリズ
ム１９の光軸（これを「Ｐ−Ｐ」と記す。）方向に延び
ている。

【００１６】ダブプリズム１９の光学的原理について簡
単に説明すると、例えば、図示するように斜面２０を入
射面として、これに矢印付きの十字状の像２３を入射す
る場合を考える。この像２３を構成する一方の矢印２３
ｚ＋はｚ軸に平行な方向に沿ってｚ軸の正方向を向き、
また、他方の矢印２３ｙ＋は矢印２３ｚ＋に直交してｙ
軸に平行な方向に沿ってｙ軸の正方向を向いており、こ
れらが斜面２０での屈折及び角錐台の底面２２での全反
射、そして出射面２１での屈折の作用を受けた後、像２
３′となって出射される。像２３′は矢印２３ｚ＋に対
応する矢印２３′ｚ−と、矢印２３ｙ＋に対応する矢印
２３′ｙ＋とから構成されており、矢印２３′ｚ−が矢
印２３ｚ＋に対して反転した関係となり、矢印２３′ｙ
＋は矢印２３ｙ＋と等価の関係（矢印２３′ｙ＋がプリ
ズムを素通りしたのと同じ関係）になる。即ち、矢印２
３′ｚ−はｚ軸に平行な方向に沿ってｚ軸の負方向を向
いており、矢印２３′ｙ＋はｙ軸に平行な方向に沿って
ｙ軸の正方向を向いている。

【００１７】この様子を示す図が、図８及び図９であ
り、図８は図５をｚ軸の正方向から負の方向に眺めた場
合のダブプリズム１９の光学的作用、つまり、矢印２３
ｙ＋と２３′ｙ＋との対応関係を示している。

【００１８】また、図９における上方の図は図５をｙ軸
の負方向から正方向に眺めた場合のダブプリズム１９の
光学的作用、つまり、矢印２３ｚ＋と２３′ｚ−との対
応関係を示している。

【００１９】図９における下方の図はダブプリズム１９
をその光軸の回りに１８０°の角度をもって回転させた
場合の矢印２３ｚ＋と２３′′ｚ−との対応関係を示し
ており、この場合にも両矢印間で像が反転される。これ
は、図９から明らかなように底面２２やこれに平行な対
向面での全反射に依るものであり、ダブプリズム１９の
光軸回りの１８０°の回転に対して像の３６０°の回転
が対応する。

【００２０】ダブプリズム１９と等価な光学系を、複数
の光学部材、例えば、図１０に示すように、３枚の反射
鏡２４、２５、２６を用いて構成することも可能であ
る、図では、反射鏡２４、２５の反射面がダブプリズム
１９の斜面２０、２１にそれぞれ対応し、反射鏡２６の
反射面がダブプリズム１９の全反射面に対応している。
尚、このように像回転用光学系６を複数の光学部材で構
成する方法は、各部材の配置上の精度やスペースを考慮
する必要があるため、装置の小型化やコスト低減の観点
からは像回転用光学系６を一個の光学部材で構成するこ
とが好ましい。

【００２１】回動手段７は、像回転用光学系６をその光
軸の回りに回動させるものであり、例えば、上記ダブプ
リズム１９を光軸Ｐ−Ｐの回りに回動させる。

【００２２】制御手段８は、姿勢検出手段５からの検出
角度を示す信号を受け、該信号に応じた補正信号を回動
手段７に送出することによって、撮像手段４により得ら
れる画像の水平が常に保たれるように制御する。

【００２３】例えば、像回転用光学系６にダブプリズム
を用いる場合には、図６及び図７に示すように、ダブプ
リズム１９を光軸Ｐ−Ｐの回りに回動させることで画像
の傾きを補正する。尚、ｘ、ｙ、ｚ軸からなる座標系の
設定については図５の場合と同じとしている。

【００２４】図６は、図５に示す状態から撮像装置１を
光軸Ｌ−Ｌの回りに１８０°の角度をもって回動させた
場合において、ダブプリズム１９を光軸Ｐ−Ｐの回りに
９０°の角度をもって撮像装置１の回動方向に回転させ
たときに得られる入力像と出力像との関係を示してい
る。この場合には上記像２３を両矢印の交点の回りに１
８０°だけ回転させた像２７がダブプリズム１９に入射
される。つまり、像２７はｚ軸に平行な方向に沿ってｚ
軸の負方向を向いた矢印２７ｚ−と、ｙ軸に平行な方向
に沿ってｙ軸の負方向を向いた矢印２７ｙ−とからな
り、これがダブプリズム１９を通った後の像２７′は、
ｚ軸に平行な方向に沿ってｚ軸の負方向を向いた矢印２
７′ｚ−と、ｙ軸に平行な方向に沿ってｙ軸の正方向を
向いた矢印２７′ｙ＋とからなる。つまり、ｘ−ｙ平面
に平行な面内において像が反転するため、像２７′は上
記像２３′と同じになる。

【００２５】また、図７は、図６に示す状態から撮像装
置１を光軸Ｌ−Ｌの回りにさらに１８０°の角度をもっ
て回動させた場合（つまり、撮像装置１を図５の場合の
姿勢に対して３６０°回転した場合）において、ダブプ
リズム１９を図６の状態からさらに光軸Ｐ−Ｐの回りに
９０°の角度をもって図６の場合と同じ方向に回転させ
たとき（つまり、ダブプリズム１９を図５に示す姿勢に
対して１８０°回転した場合）に得られる入力像と出力
像との関係を示している。この場合には上記像２３と同
じ像（像２３を３６０°回転した像）がダブプリズム１
９に入射される。そして、これがダブプリズム１９を通
った後の像は図５の場合と同じ像２３′になる。

【００２６】このように、ダブプリズム１９を用いる場
合には、姿勢検出手段５によって得られる検出角度、つ
まり、撮像装置１の光軸Ｌ−Ｌ回りの傾動角（これを
「θ」と記す。）に対して、その半分の角度θ／２でも
ってダブプリズム１９をその光軸回りに回転させるため
の補正信号を制御手段８が生成して、これを回動手段７
に送出すれば、撮像手段４によって得られる画像の水平
が常に保たれることになる。

【００２７】尚、上記の説明では、光学系２のうち像回
転用光学系６のみを光軸の回りに回動させるようにした
が、この他、回動手段によって光学系２の全体を光軸回
りに回動させる方法や、撮像手段４を光学系２の光軸回
りに回動させる方法がある。しかしながら、これらの方
法では絞り機構や撮像手段４の配線が回動に支障を来さ
ないようにする必要があり、また回動機構が複雑化する
傾向がある等の問題が残されるため、構成の簡単化や省
電力化の観点からは像回転用光学系６だけを回動させる
ことが好ましい。

【００２８】また、上記したような撮像装置１の姿勢検
出に応じた像回転用光学系６の回動制御を装置の作動中
に常に行うことも可能であるが、当該制御を行うか否か
を装置の使用者が手動操作で選択することができるよう
に指示手段２８（図１参照。）を設けたり、あるいは、
撮像装置１の姿勢変化の幅や頻度等を検出することによ
って、像回転用光学系６の回動制御を行うか否か、ある
いは回動制御の応答速度の度合を自動的に制御するモー
ドを制御手段８が有するように構成しても良い。例え
ば、撮像装置１の傾動角や角速度が比較的小さい場合に
は像回転用光学系６の回動制御を行わないか又は回動制
御の応答速度を遅くし、撮像装置１の傾動角や角速度が
ある程度大きくなった場合に像回転用光学系６の回動制
御を行い又は回動制御の応答速度を速くすることによっ
て、回動手段７における消費エネルギーを低減すること
ができる。

【００２９】

【実施例】以下に、本発明を単板式のビデオカメラに適
用した実施例について説明する。

【００３０】図１１はビデオカメラ２９の構成の要部を
示すものであり、その外筐３０内にはフロントレンズ３
１を含むレンズ系３２と、該レンズ系３２の後方におい
てその光軸上に配置されたＣＣＤ型イメージセンサー３
３とが設けられている。尚、鏡胴内の絞り機構やレンズ
配置については既知であるとしてその具体的な説明を省
略する。

【００３１】レンズ系３２とＣＣＤ型イメージセンサー
３３との間にはレンズ系３２の光軸と共軸化されたダブ
プリズム３４が位置されており、該ダブプリズム３４
は、その保持部材３５を回動機構３６（上記回動手段７
に相当する。）によって回動することによって、その光
軸回りに回動される。尚、回動機構３６には、モータ等
の駆動源３７及びこれに直結された歯車３８、そして該
歯車３８に噛合するように保持部材３５の外周面に形成
された外歯３９によって保持部材３５を回動させる構成
が挙げられる。また、本実施例ではダブプリズム３４及
び保持部材３５をレンズ系３２とＣＣＤ型イメージセン
サー３３との間に配置したが、これらの部材をレンズ系
３２の一部として組み込んだ配置を採用しても良く、上
記の配置によって本願発明の技術的範囲が限定的に解釈
される訳ではない。

【００３２】回動機構３６は制御中枢であるシステム制
御部４０（上記した制御手段８に相当する。）から駆動
源３７に送出される制御信号によって制御される。

【００３３】システム制御部４０には、例えば、マイク
ロコンピュータ等を用いることができ、システム制御部
４０は、フロントレンズ３１の近くに設けられた水平検
知センサー４１（図２参照。）によって得られるビデオ
カメラ３０の傾動角の検出信号に基づいて、駆動源３７
への補正信号を生成する。この補正信号によって、ビデ
オカメラ３０の傾動角の半分の角度をもってダブプリズ
ム３４がその光軸回りに回動され（回動方向はビデオカ
メラ３０の傾動方向に応じた方向とされる。）、ＣＣＤ
型イメージセンサー３３に取り込まれる画像の水平が常
に保たれる。例えば、ビデオカメラ３０の基準姿勢にお
ける被写体画像Ｔｇが、図１２に示すように３角形状を
しており、その底辺が「Ｈ−Ｈ」線で示す水平線に平行
であって、３頂点の一つが「Ｖ−Ｖ」線で示す鉛直線上
に位置する状態で撮影される場合に、ビデオカメラ３０
の傾動姿勢において光学系の回動制御を行わないとする
と、被写体画像Ｔｇが図１３に示すように傾動角θをも
って傾いた状態となるが、ダブプリズム３４をθ／２の
角度でもって傾動方向に対して被写体画像Ｔｇの傾きを
補正する方向に回動すると、傾動角θの如何に関係なく
被写体画像Ｔｇを常に図１２に示す状態で得ることがで
きる。

【００３４】尚、ダブプリズム３４から出射された像
は、赤外線カットフィルタ４１を通してＣＣＤ型イメー
ジセンサー３３に受像された後、撮影画像がビューファ
インダー４２の表示部に映し出されたり、図示しない記
録媒体に記録される。

【００３５】また、システム制御部４０に対して設けら
れる入力部４３には、上記ダブプリズム３４の回動制御
を行うか否かを指示するための操作スイッチや、当該制
御を必要としない場合に上記回動機構３６を作動させな
いようにするモード（パワーセーブモード）を形成する
ための操作スイッチ等が含まれる。

【００３６】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項１に係る発明によれば、撮像装置がその光学
系の光軸回りに傾動した場合の姿勢に応じて制御手段が
像回転用光学系を回動させることによって撮像手段に受
像される画像の水平を常に保つことができ、よって、撮
影した画像が見易くなり、また画像編集を効率良く行う
ことができる。

【００３７】また、請求項２に係る発明によれば、像回
転用光学系を像回転プリズムで構成することによって構
成の簡単化を図ることができ、また、撮像装置の傾動角
に対して半分の角度範囲をもって像回転プリズムを回動
させれば済むため、省スペース化（延いては装置の小型
化）や省エネルギー化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る撮像装置の基本構成を示す図であ
る。

【図２】図３及び図４とともに姿勢検出手段について説
明するための図であり、本図は磁気的な検出方法につい
ての説明図である。

【図３】液体及び電極を用いた検出方法についての説明
図である。

【図４】移動物体の位置変化を利用した検出方法につい
ての説明図である。

【図５】図６及び図７とともにダブプリズムについて説
明するための斜視図であり、本図はダブプリズムの入射
像と出射像との関係を示す図である。

【図６】ダブプリズムの入射像を光軸回りに１８０°回
動させるとともに、ダブプリズムを光軸回りに９０°回
動させた場合において、ダブプリズムの入射像と出射像
との関係を示す図である。

【図７】ダブプリズムの入射像を光軸回りに３６０°回
動させるとともに、ダブプリズムを光軸回りに１８０°
回動させた場合において、ダブプリズムの入射像と出射
像との関係を示す図である。

【図８】図５のｚ軸方向からダブプリズムを見た場合の
光学的作用の説明図である。

【図９】図５のｙ軸方向からダブプリズムを見た場合の
光学的作用の説明図である。

【図１０】３つの反射鏡によってダブプリズムの代替と
する構成例を示す図である。

【図１１】図１２及び図１３とともに本発明をビデオカ
メラに適用した実施例について説明するための図であ
り、本図は構成の要部を示す概略図である。

【図１２】ビデオカメラの基準姿勢における被写体画像
を示す図である。

【図１３】ビデオカメラの傾動姿勢における被写体画像
（像回転による補正を行わない場合）を示す図である。

【符号の説明】

１…撮像装置、２…光学系、２ａ…撮影レンズ、５…姿
勢検出手段、６…像回転用光学系、７…回動手段、８…
制御手段、１９…像回転プリズム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影レンズを含む光学系と、撮像手段と
   を備えた撮像装置において、 上記光学系の光軸を含む水平面に対して、撮像装置が光
   学系の光軸の回りにどれだけの角度をもって回動してい
   るかを検出する姿勢検出手段と、 撮影画像を上記光学系の光軸回りに回動させるために当
   該光軸上に配置された像回転用光学系と、 像回転用光学系をその光軸の回りに回動させるための回
   動手段と、 姿勢検出手段からの検出角度を示す信号を受けるととも
   に、該信号に応じた補正信号を回動手段に送出すること
   によって、撮像手段により得られる撮影画像の水平が常
   に保たれるように制御する制御手段とを設けたことを特
   徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の撮像装置において、 像回転用光学系が像回転プリズムによって構成され、 姿勢検出手段によって得られる検出角度の２分の１の角
   度をもって像回転プリズムをその光軸回りに回転させる
   ための補正信号を制御手段が回動手段に送出することを
   特徴とする撮像装置。