特開 2022-99645 ジンバル装置、及び撮像システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022099645

(43)【公開日】2022-07-05

(54)【発明の名称】ジンバル装置、及び撮像システム

(51)【国際特許分類】

   G03B 17/56 20210101AFI20220628BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20220628BHJP

   G03B 5/00 20210101ALI20220628BHJP

   H04N 5/222 20060101ALI20220628BHJP

   H04N 5/232 20060101ALI20220628BHJP

   F16M 11/00 20060101ALI20220628BHJP

   F16M 11/12 20060101ALI20220628BHJP

   F16M 13/04 20060101ALI20220628BHJP

   F16M 13/00 20060101ALI20220628BHJP

【ＦＩ】

G03B17/56 A

G03B15/00 P

G03B5/00 J

H04N5/222

H04N5/232 480

F16M11/00 A

F16M11/12 H

F16M13/04 G

F16M13/00 G

F16M13/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020213534

(22)【出願日】2020-12-23

(71)【出願人】

【識別番号】000133227

【氏名又は名称】株式会社タムロン

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100123630

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(72)【発明者】

【氏名】村上 匡亮

【テーマコード（参考）】

2H105

2K005

5C122

【Ｆターム（参考）】

2H105AA02

2H105AA53

2H105AA55

2K005AA20

2K005BA24

2K005BA52

2K005BA53

2K005BA54

2K005CA03

2K005CA04

2K005CA13

2K005CA14

2K005CA21

5C122EA41

5C122GD01

5C122GD09

5C122GE11

5C122HA75

5C122HA82

5C122HA88

5C122HB10

(57)【要約】

【課題】装置を複雑化することなく、搭載物の回転、並進運動を抑制することができるジンバル装置、及びこれを備えた撮像システムを提供する。
【解決手段】本発明は、ジンバル装置(2)であって、本体部(20)と、搭載物を固定する取付面を備えたマウント部(6)と、第１モータ(8)と、マウント部と第１モータを連結する第１連結機構(14)と、本体部と第１モータを連結する第２連結機構と、回転センサ(24)と、搭載物の並進運動を検出する並進センサ(36)と、回転センサ及び並進センサの検出信号に基づいて、第１モータを制御する制御部(22)と、を有し、制御部は、本体部が回転移動及び並進移動された場合であっても、搭載物の指向軸線が、搭載物から所定の指標距離(d)だけ離間した点に向けられるように、第１モータを制御することを特徴としている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の指向軸線を有する搭載物を取り付けて使用するジンバル装置であって、
このジンバル装置を保持するための本体部と、
上記搭載物を固定する取付面を備えたマウント部と、
このマウント部を、第１の軸線を中心に回動させる第１モータと、
上記マウント部と上記第１モータを連結する第１連結機構と、
上記本体部と上記第１モータを連結する第２連結機構と、
上記搭載物の、上記第１の軸線周りの回転を検出する回転センサと、
上記搭載物の、上記第１の軸線に直交する平面内の並進運動を検出する並進センサと、
上記回転センサ及び上記並進センサの検出信号に基づいて、上記第１モータを制御する制御部と、
を有し、
上記制御部は、上記本体部が回転移動及び並進移動された場合であっても、上記搭載物の上記指向軸線が、上記搭載物から所定の指標距離だけ離間した点に向けられるように、上記第１モータを制御することを特徴とするジンバル装置。

【請求項2】

さらに、上記第１の軸線とは異なる第２の軸線を中心に上記マウント部を回動させる第２モータ、及び上記第１及び第２の軸線とは異なる第３の軸線を中心に上記マウント部を回動させる第３モータを有する請求項１記載のジンバル装置。

【請求項3】

上記搭載物は撮像装置であり、上記指向軸線は、上記撮像装置の光軸である請求項１又は２に記載のジンバル装置。

【請求項4】

上記第１の軸線は上記撮像装置のピッチ回転軸線であり、上記並進センサは、上記撮像装置の鉛直方向の並進運動を検出する請求項３記載のジンバル装置。

【請求項5】

さらに、上記撮像装置の合焦距離に関する信号を取得する合焦距離取得部を有し、上記制御部は、上記合焦距離に基づいて上記指標距離を設定する請求項３又は４に記載のジンバル装置。

【請求項6】

さらに、使用者の操作に基づいて上記指標距離を設定するための指標距離設定部を有する請求項１乃至５の何れか１項に記載のジンバル装置。

【請求項7】

ジンバル装置を備えた撮像システムであって、
請求項１乃至６の何れか１項に記載のジンバル装置と、
このジンバル装置の上記マウント部に取り付けられ、又は上記マウント部と一体化された撮像装置と、
を有することを特徴とする撮像システム。

【請求項8】

電子ジンバル機能を備えた撮像システムであって、
撮像素子を内蔵した撮像装置本体と、
被写体の像を上記撮像素子上に合焦させる撮像用レンズと、
上記撮像装置本体の、第１の軸線周りの回転を検出する回転センサと、
上記撮像装置本体の、上記第１の軸線に直交する平面内の並進運動を検出する並進センサと、
上記回転センサ及び上記並進センサの検出信号に基づいて、上記撮像素子から有効な画像を切り出す領域をシフトする画像制御部と、
を有し、
上記画像制御部は、上記撮像装置本体が回転移動及び並進移動された場合であっても、上記撮像装置本体から所定の指標距離だけ離間した被写体の像が、上記撮像素子から切り出された画像内の同一の位置に位置するように、上記撮像素子から有効な画像を切り出す領域をシフトさせることを特徴とする撮像システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ジンバル装置に関し、特に、所定の指向軸線を有する搭載物を取り付けて使用するジンバル装置、及び撮像システムに関する。

【背景技術】

【0002】

カメラ等の搭載物を取り付けて使用するジンバル装置が知られている。現在広く普及している多くのジンバル装置は、搭載物のピッチ角、ロール角、ヨー角の変動を抑制するように構成されている。このため、このようなジンバル装置に、搭載物としてカメラを取り付けた場合、カメラの姿勢角の変動が抑制され、撮影される画像（動画・静止画）が安定したものとなる。しかしながら、このようなタイプのジンバル装置では、搭載物が並進運動された場合に、それを抑制することができない。例えば、このタイプのジンバル装置にカメラを取り付け、撮影者が歩行しながら動画を撮影した場合、カメラの回転振れはジンバル装置により抑制されるものの、歩行に伴いカメラが上下方向に並進運動されると、画像に上下動が残るという問題がある。

【0003】

一方、特表２０１８－５３４４９０号公報（特許文献１）には、搭載物を安定させる安定化装置が記載されている。この安定化装置は、カメラ等の搭載物を３つの回転軸を中心に回転可能に支持したジンバルを定力組立体で吊り下げるように構成されている。これにより、使用者によって把持された安定化装置が上下方向に並進移動されたとしても、安定化装置によって支持されているカメラの上下動が抑制され、画像が安定化される。

【0004】

また、特開２０１７－９０７５８号公報（特許文献２）には、運動制御装置が記載されている。この運動制御装置は、カメラを支持する支持部と、この支持部の上下に夫々取り付けられたばねと、各ばねの内側に夫々配置され、支持部に上下方向の変位を与えるソレノイドと、を有する。この運動制御装置においては、位置検出部による検出結果に基づきソレノイドに電流が流され、これにより、支持部の上下方向の位置が一定に維持され、カメラによって撮影される画像が安定化される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２０１８－５３４４９０号公報

【特許文献2】特開２０１７－９０７５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１記載の安定化装置のように、ジンバルを定力組立体（定荷重ばね）で吊り下げた構造の装置では、定荷重ばねの伸縮回数に応じて劣化が進行し、耐荷重が変化したり、定荷重ばねが破断する等の問題が生じる。また、特許文献２記載の運動制御装置のように、ばね（線ばね）によってカメラ等を支持すると、可動部の質量と線ばねのばね定数に基づいて共振点が生じ、所定周期の振動が加えられたとき、可動部が大きく振動する。このような共振を抑制するためにソレノイドが設けられているが、これにより、装置が複雑化、大型化するため、一般ユーザの手軽な撮影に使用することは困難である。

【0007】

従って、本発明は、装置を複雑化することなく、把持部の回転運動のみならず並進運動の影響も抑制することができるジンバル装置、及びこれを備えた撮像システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決するために、本発明は、所定の指向軸線を有する搭載物を取り付けて使用するジンバル装置であって、このジンバル装置を保持するための本体部と、搭載物を固定する取付面を備えたマウント部と、このマウント部を、第１の軸線を中心に回動させる第１モータと、マウント部と第１モータを連結する第１連結機構と、本体部と第１モータを連結する第２連結機構と、搭載物の、第１の軸線周りの回転を検出する回転センサと、搭載物の、第１の軸線に直交する平面内の並進運動を検出する並進センサと、回転センサ及び並進センサの検出信号に基づいて、第１モータを制御する制御部と、を有し、制御部は、本体部が回転移動及び並進移動された場合であっても、搭載物の指向軸線が、搭載物から所定の指標距離だけ離間した点に向けられるように、第１モータを制御することを特徴としている。

【0009】

このように構成された本発明においては、搭載物を固定するマウント部が、このマウント部を第１の軸線を中心に回動させる第１モータ、第１連結機構、及び第２連結機構を介して本体部に連結される。また、回転センサは、搭載物の第１の軸線周りの回転を検出し、並進センサは、搭載物の第１の軸線に直交する平面内の並進運動を検出する。さらに、制御部は、搭載物の指向軸線が、搭載物から所定の指標距離だけ離間した点に向けられるように、回転センサ及び並進センサの検出信号に基づいて第１モータを制御する。

【0010】

このように構成された本発明によれば、第１モータを制御することにより、搭載物の指向軸線を、搭載物から所定の指標距離だけ離間した点に向けることができる。このため、本体部が回転移動及び並進移動された場合であっても、第１モータを制御するだけで、簡単な構成で搭載物の指向軸線の方向を安定化させることができる。

【0011】

本発明において、好ましくは、さらに、第１の軸線とは異なる第２の軸線を中心にマウント部を回動させる第２モータ、及び第１及び第２の軸線とは異なる第３の軸線を中心にマウント部を回動させる第３モータを有する。

【0012】

このように構成された本発明によれば、第２の軸線を中心にマウント部を回動させる第２モータ、及び第３の軸線を中心にマウント部を回動させる第３モータを有するので、搭載物の、第２、第３の軸線周りの回動に対しても指向軸線の方向を安定化させることができる。

【0013】

本発明において、好ましくは、搭載物は撮像装置であり、指向軸線は、撮像装置の光軸である。
このように構成された本発明によれば、搭載物として撮像装置が固定され、指向軸線として撮像装置の光軸が、撮像装置から所定の指標距離だけ離間した点に向けられるので、撮像装置によって撮像される画像を安定させることができる。

【0014】

本発明において、好ましくは、第１の軸線は撮像装置のピッチ回転軸線であり、並進センサは、撮像装置の鉛直方向の並進運動を検出する。
このように構成された本発明によれば、第１の軸線がピッチ回転軸線であり、並進センサが鉛直方向の並進運動を検出するので、撮像された画像に最も影響を与える撮像装置のピッチ回転運動、及び鉛直方向の並進運動を効果的に抑制することができる。

【0015】

本発明において、好ましくは、さらに、使用者の操作に基づいて指標距離を設定するための指標距離設定部を有する。
このように構成された本発明によれば、指標距離を設定するための指標距離設定部を有するので、画像内における使用者の撮影意図に沿った点の振れを抑制することができる。

【0016】

本発明において、好ましくは、さらに、撮像装置の合焦距離に関する信号を取得する合焦距離取得部を有し、制御部は、合焦距離に基づいて指標距離を設定する。
このように構成された本発明によれば、合焦距離に基づいて指標距離が設定されるので、本体部が回転移動及び並進移動された場合であっても、撮影者がピントを合わせ撮像しようとしている被写体の位置に光軸が向けられ、被写体の像を安定化させることができる。

【0017】

また、本発明は、ジンバル装置を備えた撮像システムであって、本発明のジンバル装置と、このジンバル装置のマウント部に取り付けられ、又はマウント部と一体化された撮像装置と、を有することを特徴としている。

【0018】

さらに、本発明は、電子ジンバル機能を備えた撮像システムであって、撮像素子を内蔵した撮像装置本体と、被写体の像を撮像素子上に合焦させる撮像用レンズと、撮像装置本体の、第１の軸線周りの回転を検出する回転センサと、撮像装置本体の、第１の軸線に直交する平面内の並進運動を検出する並進センサと、回転センサ及び並進センサの検出信号に基づいて、撮像素子から有効な画像を切り出す領域をシフトする画像制御部と、を有し、画像制御部は、撮像装置本体が回転移動及び並進移動された場合であっても、撮像装置本体から所定の指標距離だけ離間した被写体の像が、撮像素子から切り出された画像内の同一の位置に位置するように、撮像素子から有効な画像を切り出す領域をシフトさせることを特徴としている。

【0019】

このように構成された本発明においては、回転センサが撮像装置本体の第１の軸線周りの回転を検出し、並進センサが撮像装置本体の第１の軸線に直交する平面内の並進運動を検出する。画像制御部は、回転センサ及び並進センサの検出信号に基づいて、撮像装置本体から所定の指標距離だけ離間した被写体の像が、撮像素子から切り出された画像内の同一の位置に位置するように、有効な画像の領域をシフトさせる。

【0020】

このように構成された本発明によれば、撮像装置本体から所定の指標距離だけ離間した被写体の像が、撮像素子から切り出された画像内の同一の位置に位置するように画像が切り出されるので、撮像装置本体が回転移動及び並進移動された場合であっても、撮像された画像のブレを抑制することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明のジンバル装置、及び撮像システムによれば、装置を複雑化することなく、把持部の回転運動のみならず並進運動の影響も抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の第１実施形態による撮像システムの外観を示す斜視図である。

【図2】本発明の第１実施形態による撮像システムに備えられているジンバル装置の制御を説明するためのブロック図である。

【図3】本発明の第１実施形態による撮像システムにおいて、カメラの並進運動による画像の振れを説明する図である。

【図4】本発明の第１実施形態による撮像システムに備えられているジンバル装置における、並進移動による像のブレを抑制するための制御を説明する図である。

【図5】本発明の第１実施形態の変形例による撮像システムに備えられているジンバル装置における、並進移動による像のブレを抑制するための制御を説明する図である。

【図6】本発明の第２実施形態による電子ジンバル機能を備えた撮像システムの概略を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

次に、添付図面を参照して、本発明の第１実施形態による撮像システムを説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による撮像システムの外観を示す斜視図である。

【0024】

図１に示すように、本実施形態の撮像システム１は、ジンバル装置２と、このジンバル装置２に取り付けられた撮像装置であるカメラ４から構成されている。また、撮像装置であるカメラ４は、ジンバル装置２に取り付けられる搭載物の一例である。
本実施形態の撮像システム１は、ジンバル装置２の把持部に設けられたジョイスティックを操作することにより、カメラ４を所望の方向に向けることができる。また、ジンバル装置２の種々の動作モードを選択することにより、カメラ４の視野の振れを抑制しながら、撮影者の意図に沿った撮影をすることができる。

【0025】

カメラ４は、本実施形態においては、動画撮影用のデジタルビデオカメラである。なお、本実施形態においてカメラ４は、動画撮影用のデジタルビデオカメラであるが、動画撮影用、静止画撮影用の任意の撮像装置に本発明を適用することができる。なお、本実施形態においては、ジンバル装置２にカメラ４が取り付けられているが、ジンバル装置２とカメラ４が一体化された撮像システム１を構成することもできる。

【0026】

図１に示すように、ジンバル装置２は、カメラ４を取り付けるためのマウント部であるカメラマウント部６と、このカメラマウント部６を、ピッチ回転軸である第１の軸線Ａ１を中心に回動させる第１モータ８と、ロール回転軸である第２の軸線Ａ２を中心に回動させる第２モータ１０と、ヨー回転軸である第３の軸線Ａ３を中心に回動させる第３モータ１２と、を有する。さらに、ジンバル装置２は、カメラマウント部６と第１モータ８を連結する第１連結部材１４と、第１モータ８と第２モータ１０を連結する第２連結部材１６と、第２モータ１０と第３モータ１２を連結する第３連結部材１８と、撮影者によって保持される本体部である把持部２０と、を有する。

【0027】

なお、本実施形態において、第１連結部材１４は、カメラマウント部６と第１モータ８を連結する第１連結機構として機能する。また、本実施形態において、第２連結部材１６、第２モータ１０、第３連結部材１８、及び第３モータ１２は、把持部２０と第１モータ８を連結する第２連結機構として機能する。

【0028】

また、図１は、ジンバル装置２の基本状態を示しており、この基本状態においては、第１の軸線Ａ１、第２の軸線Ａ２、及び第３の軸線Ａ３は、互いに異なる方向に向けられると共に、互いに為す角は直角である。

【0029】

カメラマウント部６は、カメラ４を固定するようになった平面の取付面６ａを備えたプレート状の部材である。また、本実施形態においては、図１に示す基本状態において、取付面６ａは、第１の軸線Ａ１、及び第２の軸線Ａ２と平行に向けられ、第３の軸線Ａ３と直交するように向けられている。従って、第１の軸線Ａ１及び第２の軸線Ａ２は、基本状態において取付面６ａと平行に向けられている。さらに、カメラマウント部６の前縁６ｂは、第１の軸線Ａ１と平行に向けられている。

【0030】

また、カメラマウント部６は、その前縁６ｂと、カメラ４の筐体の前縁４ｂが平行になるよう、カメラ４を取り付けるように構成されている。これにより、カメラ４は、その指向軸線である光軸Ａと、カメラマウント部６の前縁が直交するように、カメラマウント部６に取り付けられる。また、この状態では、カメラマウント部６の取付面６ａと、カメラ４の光軸Ａは平行に向けられ、カメラ４の光軸Ａと第２の軸線Ａ２は、平行になる。

【0031】

第１モータ８は、第１連結部材１４と第２連結部材１６を相対的に回動させるように設けられ、第１連結部材１４を介してカメラマウント部６に連結されている。第１モータ８は、第１連結部材１４を介してカメラマウント部６及びそれに取り付けられたカメラ４を、基本状態において、第１の軸線Ａ１を中心に回動させるように構成されている。即ち、本実施形態においては、第１モータ８を作動させることにより、カメラ４はピッチ方向に回転される。また、本実施形態において、第１連結部材１４はＬ字形に屈曲して形成されており、これにより、カメラマウント部６の取付面６ａは、第１の軸線Ａ１よりも、図１における下方に位置している。

【0032】

第２モータ１０は、第２連結部材１６と第３連結部材１８を相対的に回動させるように設けられ、第２連結部材１６を介して第１モータ８に連結されている。これにより、第２モータ１０は、第２連結部材１６、第１モータ８、及び第１連結部材１４を介して、カメラマウント部６及びそれに取り付けられたカメラ４を、基本状態において、第２の軸線Ａ２を中心に回動させる。本実施形態において、第２連結部材１６は水平面内において屈曲して延びるように形成されており、これにより、第２の軸線Ａ２は、水平面内において第１の軸線Ａ１と直角に交わるように向けられる。本実施形態においては、第２モータ１０を作動させることにより、カメラ４はロール方向に回転される。

【0033】

第３モータ１２は、第３連結部材１８と把持部２０を相対的に回動させるように設けられ、第３連結部材１８を介して第２モータ１０に連結されている。これにより、第３モータ１２は、第３連結部材１８、第２モータ１０、第２連結部材１６、第１モータ８、及び第１連結部材１４を介して、カメラマウント部６及びそれに取り付けられたカメラ４を、基本状態において、第３の軸線Ａ３を中心に回動させる。本実施形態において、第３の軸線Ａ３は鉛直方向に向けられている。即ち、本実施形態においては、第３モータ１２を作動させることにより、カメラ４はヨー方向に回転される。また、第３連結部材１８は鉛直面内において屈曲して延びるように形成されており、これにより、本実施形態において、第３の軸線Ａ３は、水平方向に向けられた第１の軸線Ａ１、及び第２の軸線Ａ２と夫々直角に交わる。即ち、基本状態において、第１の軸線Ａ１、第２の軸線Ａ２、及び第３の軸線Ａ３が互いに為す角は直角である。なお、一般的なジンバル装置において、隣接していない第１の軸線と第３の軸線が交わらないものもある。

【0034】

把持部２０は、第３モータ１２に取り付けられた丸棒状の部材であり、第３モータ１２の下側から下方に向かって鉛直方向に延び、撮影者によって把持される。また、把持部２０の側面には操作部２０ａが設けられており、この操作部２０ａを操作することにより、カメラマウント部６に取り付けられたカメラ４を所望の方向に向けることができる。また、操作部２０ａを操作することにより、ジンバル装置２の作動モードを選択することができ、保持モード、追随モード等を設定することができる。

【0035】

また、本実施形態において、把持部２０は、鉛直方向に向けられた丸棒状の部材から構成されているが、把持部２０を種々の形状に構成することができる。例えば、把持部を、水平方向に向けられたベース部材と、その両端に設けられたハンドル部から構成される形態とすることもできる。或いは、把持部を、使用者が把持するのではなく、ジンバル装置２を種々の支持構造物に取り付けるための本体部として構成することもできる。

【0036】

次に、図２を参照して、ジンバル装置２の制御を説明する。
図２は、本実施形態のジンバル装置２の制御を説明するためのブロック図である。図２に示すように、本実施形態のジンバル装置２は、把持部２０に内蔵された制御部２２により実行される。

【0037】

図２に示すように、ジンバル装置２には、回転センサである第１ジャイロ２４、第２ジャイロ２６、及び第３ジャイロ２８が備えられている。また、ジンバル装置２には、第１乃至第３モータの回転角を検出する第１エンコーダ３０、第２エンコーダ３２、及び第３エンコーダ３４、並進センサである加速度センサ３６が備えられている。これら第１乃至第３ジャイロ、第１乃至第３エンコーダ、及び加速度センサ３６による検出信号が制御部２２に入力される。さらに、ジンバル装置２には、合焦距離取得部３８も備えられており、合焦距離取得部３８によって取得された、カメラ４が合焦させている被写体までの距離の情報が制御部２２に入力される。合焦距離取得部３８の詳細については後述する。また、制御部２２には、使用者によって操作される操作部２０ａの操作に基づく信号も入力される。

【0038】

制御部２２は、第１乃至第３ジャイロ、第１乃至第３エンコーダ、加速度センサ３６、合焦距離取得部３８、及び操作部２０ａから入力された信号に基づいて、第１乃至第３モータに制御信号を出力し、ジンバル装置２を作動させるように構成されている。具体的には、制御部２２及び合焦距離取得部３８は、マイクロプロセッサ、インターフェイス回路、送受信回路、メモリ、及びこれらを作動させるソフトウェア等（以上図示せず）により構成されている。

【0039】

本実施形態において、第１乃至第３ジャイロは、把持部２０に内蔵されている。ここで、第１ジャイロ２４は第１の軸線Ａ１に平行な軸線周りの角速度を検出するように構成され、第２ジャイロ２６は第２の軸線Ａ２に平行な軸線周りの角速度を、第３ジャイロ２８は第３の軸線Ａ３に平行な軸線周りの角速度を夫々検出するように構成されている。また、第１乃至第３ジャイロを、カメラマウント部６に内蔵することもでき、或いは、カメラマウント部６及び把持部２０の両方にジャイロセンサを内蔵させることもできる。

【0040】

なお、第１乃至第３ジャイロとして、独立した３つのジャイロセンサを使用しても良いが、互いに直交する３軸まわりの角速度を夫々検出する一体化されたジャイロセンサを使用することもできる。また、本実施形態においては、第１乃至第３ジャイロとして、圧電振動ジャイロが使用されているが、機械式、レーザ式等、任意の形式のジャイロを回転センサとして使用することができる。また、本実施形態においては、回転センサとして、回転角速度を検出するジャイロセンサが使用されているが、回転角や、回転角加速度等を検出することができる任意のセンサを、所定の軸線周りの回転を検出する回転センサとして使用することができる。

【0041】

さらに、第１エンコーダ３０は第１モータ８に内蔵され、その回転角を検出するように構成されている。同様に、第２エンコーダ３２、第３エンコーダ３４は、第２モータ１０、第３モータ１２に夫々内蔵され、それらの回転角を夫々検出するように構成されている。制御部２２は、第１乃至第３エンコーダの検出信号に基づいて各モータの回転位置を特定し、これらを制御するように構成されている。或いは、回転角を検出するための特別なセンサを設けず、第１乃至第３モータとして、サーボモータや、ステッピングモータを使用することもできる。

【0042】

加速度センサ３６は、本実施形態においてはカメラマウント部６に内蔵され、第１の軸線Ａ１に直交する平面内の並進運動を検出するように構成されている。具体的には、加速度センサ３６は、光軸及び第１の軸線Ａ１の双方に直交する方向の加速度を検出するように構成されている。この加速度センサ３６による検出信号を時間で積分することにより、鉛直方向の速度や変位を求めることができる。本実施形態においては、加速度センサ３６として、圧電素子を使用した加速度計が使用されているが、任意の形式の加速度計を使用することができる。また、加速度センサに限らず、並進運動の速度や変位量を検出することができる任意のセンサを並進センサとして使用することができる。なお、本実施形態において、加速度センサ３６は、カメラマウント部６に設けられているが、把持部２０等、他の部分に加速度センサ３６を設けることもできる。即ち、加速度センサ３６が把持部２０に設けられている場合でも、各エンコーダの検出信号等に基づいて、カメラ４の並進運動を算出することができる。

【0043】

制御部２２は、使用者が支持している把持部２０が、第１乃至第３の軸線周りに振れた（回動した）場合でも、カメラマウント部６に取り付けられたカメラ４の光軸Ａが所定の方向を向き続けるように、第１乃至第３モータを制御する。具体的には、制御部２２は、まず、第１乃至第３ジャイロから得られる角速度を積分し、カメラ４の光軸Ａが現在指向している方向を算出する。把持部２０が静止した状態においては、カメラ４の光軸Ａの指向方向は変化せず、第１乃至第３ジャイロで検出される角速度はゼロになり、第１乃至第３モータの出力もほぼゼロとなる。

【0044】

次に、使用者が把持している把持部２０が振れ（回動し）、カメラ４の光軸Ａの指向方向が変化すると、その角速度が第１乃至第３ジャイロにより検出される。本実施形態においては、第１乃至第３ジャイロによって夫々検出された角速度を積分してカメラ４の光軸Ａの指向方向が計算され、これをキャンセルするように第１乃至第３モータが制御される。このような各軸線周りのカメラ４の回動をキャンセルし、撮像される画像を安定化させる作用は、従来のジンバル装置と同一であるため、詳細な説明は省略する。なお、構図を変更するために、ジンバル装置により維持し続けるべき光軸Ａの指向方向を変更する場合には、操作部２０ａとして備えられたジョイスティック等（図示せず）を操作する。また、本実施形態におけるジンバル装置２では、カメラ４の側から順に、ピッチ回転用の第１モータ、ロール回転用の第２モータ、ヨー回転用の第３モータが設けられているが、異なる順序で各モータが設けられたジンバル装置にも本発明を適用することができる。

【0045】

しかしながら、上記のような従来のジンバル装置では、把持部２０が回転ではなく、並進運動した場合には、カメラ４によって撮像される画像の振れを抑制することはできない。これに対し、本実施形態のジンバル装置２では、以下に説明する制御を備えているため、把持部２０が鉛直方向に並進運動された場合でも、画像の振れを抑制することができる。

【0046】

図３は、カメラ４の並進運動による画像のブレを説明する図である。
まず、図３のＣ₁に位置していたカメラ４が、Ｃ₂に並進移動された場合、カメラ４の光軸も平行移動される。これに伴い、カメラ４の画角内における被写体の位置が変化し、被写体の像がブレてしまう。このような、カメラ４の並進移動によるブレは、無限遠にある被写体においては発生しないが、カメラ４から有限の距離にある被写体では、その像にブレが発生する。

【0047】

図３において、被写体「Ａ」は、カメラ４がＣ₁に位置している状態では画角内の上方に位置しているが、カメラ４がＣ₂の位置まで移動されると画角内の下方に移動するため、被写体「Ａ」の画角内における像位置が変化し、被写体「Ａ」の像にブレが発生する。このようなカメラ４の並進移動による像のブレは、カメラ４の近くに位置する被写体ほど大きくなる。即ち、図３において、被写体「Ａ」よりもカメラ４の近くに位置する被写体「Ｂ」では、画角内における被写体の位置が、被写体「Ａ」よりも大きく変化し、大きなブレが発生する。例えば、ジンバル装置２を持った撮影者が歩行しながら動画撮影を行った場合を想定すると、カメラ４から約１０ｍ以内に位置する被写体に対して、撮影者の歩行に伴う把持部２０の鉛直方向の並進移動による画像のブレが顕著になる。

【0048】

このようなカメラ４の並進移動による像のブレを根本的に解消するには、ジンバル装置２の把持部２０の並進移動に応じてカメラ４を並進移動させ、把持部２０の並進移動をキャンセルする必要がある。しかしながら、ジンバル装置２に把持部２０の並進移動をキャンセルするための並進移動機構を組み込むと、ジンバル装置２が大がかりになり、手軽な撮影を行うことができなくなる。そこで、本実施形態のジンバル装置２では、像のブレを抑制すべき被写体までの距離である「指標距離ｄ」を設定しておき、カメラ４から指標距離ｄだけ離れた位置にある被写体の像のブレを抑制する。即ち、本実施形態のジンバル装置２においては、把持部２０が鉛直方向に並進移動された場合でも、カメラ４から指標距離ｄだけ離れた被写体像のブレを抑制するように、カメラ４がピッチ方向に回動される。これにより、カメラ４を並進移動させるための機構を備えることなく、把持部２０が並進移動された場合でも、被写体の像のブレを抑制することができる。

【0049】

図４は、本実施形態のジンバル装置２における、並進移動による像のブレを抑制するための制御を説明する図である。以下の説明においては、簡単のために、カメラ４は鉛直な平面内のみで移動するものとする。
まず、図４において、カメラ４は原点Ｏを通る鉛直軸線上に位置し、被写体は、原点Ｏから水平方向に指標距離ｄだけ離間した点Ｐに位置するものとする。或る時刻ｔにおいて、カメラ４は原点Ｏから距離ｈ上方の点Ｃ_tに位置し、その光軸Ａは点Ｐに向けられている。この点Ｃ_tと点Ｐを結ぶ線分と、水平軸線のなす角をθとする。さらに、カメラ４に作用するカメラ４の上下方向の加速度（カメラ４が図１に示す基本位置にある場合は鉛直方向の加速度）をα_Zとし、カメラ４の前後方向の加速度（光軸方向の加速度）をα_Xとする。

【0050】

ここで、時刻ｔにおいて点Ｃ_tに位置していたカメラ４が、次の時刻ｔ＋１においては、距離Δｈだけ上方に移動され、点Ｃ_t+1に位置するものとする。このとき、点Ｐと点Ｃ_tを結ぶ線分と、点Ｐと点Ｃ_t+1を結ぶ線分のなす角をΔθとする。このように、カメラ４が距離Δｈだけ鉛直上方に並進移動されたとしても、カメラ４を下方に向けてΔθだけ回転させれば（ピッチング運動させれば）、指標距離ｄだけ離間した被写体は、カメラ４の光軸上に位置し続けることになる。即ち、カメラ４を回動させることにより、把持部２０の並進移動に基づく像のブレを抑制することができる。

【0051】

ここで、撮影者が歩行しながらカメラ４で撮影を行っていることを想定すると、前方向にほぼ等速で運動していると考えられるので、前後方向の加速度は無視できるものとする。また、上記のように加速度α_Z、α_Xは、鉛直な平面内の成分であり、左右方向（図４の紙面に直交する方向）の成分をもたないため、これらを合成した加速度αは、重力加速度にカメラ４の上下動による加速度のみが加えられたものとなり、鉛直軸線と平行に向けられる。

【0052】

このことから、図４より、時刻ｔにおける角度θについて、

の関係が成り立つ。また、角度θ＋Δθについては、

の関係が成り立つ。数式（２）をΔθについて解くと、

となる。数式（８）において、加速度α_Z、α_Xは加速度計によって検出することができるから、指標距離ｄを設定し、鉛直方向の並進移動の距離Δｈを求めることにより、Δθを計算することができる。

【0053】

ここで、距離Δｈは、加速度αを時間で２階積分することにより、算出することができる。但し、上記のように、加速度αには重力加速度の成分が含まれているので、この重力加速度の成分をオフセット処理や、フィルタ処理により除去し、撮影者の歩行等による上下動の成分を取りだして積分する必要がある。例えば、重力加速度は常に一定値の約９．８１［ｍ／ｓｅｃ²］であるから、この値を差し引くことにより、重力加速度の成分を除去することができる。或いは、重力加速度は常に一定で変化しない（周波数０Ｈｚ）から、加速度センサ３６の検出信号をローカットフィルタに通して低周波成分を除去することにより、重力加速度を取り除くことができる。

【0054】

このようにしてカメラ４の鉛直方向の並進移動をキャンセルするために必要な角度Δθを算出し、このΔθが、カメラ４の回転をキャンセルするために必要な第１モータ８の回転角と重ね合わせられる（符号を考慮して合算される）。これにより、把持部２０の回転移動に加え、把持部２０の鉛直方向の並進移動もキャンセルされ、指標距離ｄ離れた位置にある被写体像のブレを抑制することができる。

【0055】

さらに、鉛直方向の移動距離ｈやΔｈは、指標距離ｄに対して十分に小さいから、

の関係が成り立ち、これらの微小な値同士の積の部分は無視できるものとする。同様に、θも微小な値でありtan^-1の級数展開のうち２次以降の項を無視できるものとすると、

の関係が成り立つ。従って、数式（８）は次のように簡略化することができる。

このように、加速度α_Xを検出することなく、加速度α_Zのみを検出するだけで、十分な精度で近似的にΔθを求めることができる。このため、本実施形態のジンバル装置２には、並進センサとして、鉛直方向（カメラマウント部６の取付面６ａに直交する方向）の加速度を検出する加速度センサ３６のみが備えられている。

【0056】

次に、指標距離ｄの設定について説明する。上記のように、本実施形態のジンバル装置２によれば、把持部２０が鉛直方向に並進移動された場合であっても、カメラ４から指標距離ｄだけ離間した位置にある被写体には、光軸Ａが向けられる。このため、撮影しようとしている被写体とカメラ４との間の距離を、指標距離ｄとして設定することが考えられる。例えば、ジンバル装置２に設けた指標距離設定部（図示せず）により、撮影者が被写体までの距離を手動で設定可能にジンバル装置２を構成することができる。なお、指標距離ｄは、必ずしも被写体までの距離に設定する必要はない。例えば、金網越しに、金網の向こう側の遠くの被写体を撮影する場合には、指標距離ｄをカメラ４から金網までの距離に設定するのが良い。これにより、撮像された動画の画角内での金網のブレが抑制され、金網の目立たない見やすい動画を撮影することができる。

【0057】

また、本実施形態のジンバル装置２においては、把持部２０に設けられた操作部２０ａにより、指標距離ｄを「遠」、「近」の２段階に設定可能に構成されており、「遠」モードでは指標距離ｄは約８ｍに設定され、「近」モードでは指標距離ｄは約３ｍに設定される。従って、この場合には、操作部２０ａは指標距離設定部として機能する。撮影者は、カメラ４から５ｍ程度の範囲内にある被写体に対しては「近」モードに設定し、カメラ４から１０ｍ程度の範囲内にある被写体に対しては「遠」モードに設定することで、カメラ４の鉛直方向の並進運動に基づく像のブレを抑制することができる。なお、１０ｍ以上離れた被写体に対しては、カメラ４の並進運動に基づく像のブレは無視できる程度に小さいので、並進運動に対する補正をオフにすることができる。また、操作部２０ａにより、指標距離ｄを無段階で設定できるように本発明を構成することもできる。

【0058】

さらに、本実施形態のジンバル装置２は、合焦距離取得部３８（図２）を備えており、この合焦距離取得部３８がカメラ４から合焦距離に関する信号を取得して、これに基づいて指標距離ｄを自動的に設定することもできる。即ち、把持部２０に設けられた操作部２０ａが「Auto」モードに設定されている場合には、合焦距離取得部３８がカメラ４から合焦情報を取得して、指標距離ｄが自動的に設定される。

【0059】

合焦距離取得部３８は、カメラ４との間で無線の通信機能を備えており、カメラ４からフォーカスリング（図示せず）の位置情報や、フォーカス調整用のレンズ（図示せず）の位置情報を取得する。さらに、合焦距離取得部３８は、取得したこれらの情報に基づいて、カメラ４のレンズが合焦させている被写体までの距離を計算し、これを指標距離ｄとして設定するように構成されている。ここで、合焦距離取得部３８によって取得された合焦距離を、指標距離ｄとしてそのまま設定しても良いし、或いは、合焦距離に所定のオフセットを与えた距離を指標距離ｄとすることもできる。なお、合焦距離取得部３８を、カメラ４との間で有線で合焦情報を取得するように構成することもできる。また、カメラ４がレンズ交換式である場合には、カメラ４の本体部を経由せずレンズ部と合焦距離取得部３８の間で無線あるいは有線で合焦情報を取得するように構成することもできる。

【0060】

次に、図５を参照して、本発明の第１実施形態の変形例を説明する。
図５は、本実施形態の変形例のジンバル装置２における、並進移動による像のブレを抑制するための制御を説明する図である。上述した実施形態においては、カメラ４の鉛直方向の並進移動の距離Δｈを計算し、これに基づいてカメラ４を回動させるべき角度Δθを計算していた。これに対し、本変形例では、カメラ４の鉛直方向の並進移動の速度を計算し、これに基づいてカメラ４を回動させるべき角速度を計算し、像のブレが抑制される。

【0061】

以下の説明においては、簡単のために、カメラ４は鉛直な平面内のみで移動するものとする。
まず、図５において、カメラ４は原点Ｏを通る鉛直軸線上に位置し、被写体は、原点Ｏから水平方向に指標距離ｄだけ離間した点Ｐに位置するものとする。或る時刻ｔにおいて、カメラ４は原点Ｏ上方の点Ｃ_tに位置し、その光軸Ａは点Ｐに向けられている。この点Ｃ_tと点Ｐを結ぶ線分と、水平軸線のなす角をθとする。さらに、カメラ４に作用するカメラ４の上下方向の加速度（カメラ４が図１に示す基本位置にある場合は鉛直方向の加速度）をα_Zとし、カメラ４の前後方向の加速度（光軸方向の加速度）をα_Xとする。

【0062】

ここで、時刻ｔにおいて点Ｃ_tに位置するカメラ４が、速度ｖで上方に移動しているとき、カメラ４の光軸が点Ｐを指向し続けるために必要な、カメラ４の角速度ωを求め、この角速度ωでカメラ４を回動させることにより、把持部２０の並進移動に基づく像のブレを抑制することができる。

【0063】

上述した実施形態と同様に、カメラ４の前後方向の加速度は無視できるものとする。また、上記のように加速度α_Z、α_Xは、鉛直な平面内の成分であり、これらを合成した加速度αは、重力加速度にカメラ４の上下動による加速度のみが加えられたものとなり、鉛直軸線と平行に向けられる。

【0064】

このことから、図５より、時刻ｔにおける角度θについて、

の関係が成り立つ。また、点Ｐと点Ｃ_tの間の距離は、

と書くことができる。また、点Ｐを回転中心とした点Ｃ_tにおける速度の接線成分は、

により計算することができる。従って、カメラ４を回転させるべき角速度ωは、次のように計算することができる。

或いは、数式（１３）を、加速度α_Zを積分することにより計算される速度ｖ_Zとすれば、角速度ωを次の式から計算することもできる。

【0065】

数式（１４）、（１５）において、加速度α_Z、α_Xは加速度計によって検出することができるから、指標距離ｄを設定し、鉛直方向の並進移動の速度ｖ又は速度ｖ_Zを求めることにより、角速度ωを計算することができる。ここで、速度ｖ又は速度ｖ_Zは、加速度αを時間で積分することにより、算出することができる。但し、上記のように、加速度αに含まれる重力加速度の成分を除去する必要がある。

【0066】

このようにしてカメラ４の鉛直方向の並進移動をキャンセルするために必要な角速度ωを算出し、このωが、カメラ４の回転をキャンセルするために必要な第１モータ８の回転角速度と重ね合わせられる（符号を考慮して合算される）。これにより、把持部２０の回転移動に加え、把持部２０の鉛直方向の並進移動もキャンセルされ、指標距離ｄ離れた位置にある被写体像のブレを抑制することができる。

【0067】

さらに、カメラの前後方向の加速度α_Xは、鉛直方向の加速度α_Zよりも十分に小さく、α_X ²＝０と近似することができる。また、カメラ４の鉛直方向の移動距離は、指標距離ｄに対して十分に小さいから、θ≒０と近似することができ、数式（１５）は次のように簡略化することができる。

このように、加速度α_Xを検出することなく、加速度α_Zのみを検出するだけで、十分な精度で近似的にωを求めることができる。

【0068】

次に、本発明の第１実施形態によるジンバル装置２の作用を説明する。
まず、ジンバル装置２にカメラ４を取り付け、操作部２０ａによりジンバル装置２の電源を投入すると、第１ジャイロ２４、第２ジャイロ２６、第３ジャイロ２８、及び加速度センサ３６の検出信号が制御部２２に入力される。制御部２２は、入力された検出信号に基づいて、第１モータ８、第２モータ１０、及び第３モータ１２を制御して、カメラ４によって撮影される画像のブレが抑制される。

【0069】

ジンバル装置２が「Auto」モードに設定されている場合には、カメラ４の合焦距離に関する信号が合焦距離取得部３８によって取得され、合焦距離に基づいて指標距離ｄが設定される。これにより、カメラ４が鉛直方向に並進移動された場合でも、カメラ４がピントを合わせている距離にある被写体の像のブレが抑制される。なお、カメラ４の合焦距離が長い場合には、指標距離ｄが大きな値となり、カメラ４の並進移動に基づく像ブレの補正は、実質的に作動しなくなる（数式（１０）においてΔθ≒０、数式（１６）においてω≒０）。

【0070】

また、ジンバル装置２が「近」モードに設定されると、カメラ４が鉛直方向に並進移動された場合でも、カメラ４の比較的近くに位置する被写体の像のブレが抑制される。さらに、ジンバル装置２が「遠」モードに設定されると、カメラ４が鉛直方向に並進移動された場合でも、カメラ４から比較的遠くに位置する被写体の像のブレが抑制される。

【0071】

本発明の第１実施形態のジンバル装置２によれば、第１モータ８を制御することにより、カメラ４の光軸Ａを、カメラ４から所定の指標距離ｄだけ離間した点に向けることができる。このため、本体部である把持部２０が回転移動及び並進移動された場合であっても、第１モータ８を制御するだけで、簡単な構成でカメラ４の光軸Ａの方向を安定化させることができ、撮像される画像を安定させることができる。

【0072】

また、本実施形態のジンバル装置２によれば、第２の軸線Ａ２を中心にカメラマウント部６を回動させる第２モータ１０、及び第３の軸線Ａ３を中心にカメラマウント部６を回動させる第３モータ１２を有するので、カメラ４の、第２、第３の軸線周りの回動に対しても光軸Ａの方向を安定化させることができる。

【0073】

さらに、本実施形態のジンバル装置２によれば、第１の軸線Ａ１がピッチ回転軸線であり、加速度センサ３６が鉛直方向の並進運動を検出するので、撮像された画像に最も影響を与えるカメラ４のピッチ回転運動、及び鉛直方向の並進運動を効果的に抑制することができる。

【0074】

また、本実施形態のジンバル装置２によれば、指標距離ｄを設定するための操作部２０ａを有するので、画像内における使用者の撮影意図に沿った点の振れを抑制することができる。

【0075】

さらに、本実施形態のジンバル装置２によれば、合焦距離取得部３８がカメラ４の合焦距離に関する信号を取得し、制御部２２は、合焦距離に基づいて指標距離ｄを設定する。このため、把持部２０が回転移動及び並進移動された場合であっても、撮影者がピントを合わせ撮像しようとしている被写体の位置に光軸Ａが向けられ、被写体の像を安定化させることができる。

【0076】

次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態による電子ジンバル機能を備えた撮像システムを説明する。
本実施形態の撮像システムは、カメラ自体を物理的に回動させるジンバル機構を備えず、撮像素子から有効な画像データを切り出す位置を変化させることにより、画像のブレを抑制する点が、上述した第１実施形態とは異なっている。従って、ここでは、本発明の第２実施形態の、第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成、作用、効果については説明を省略する。図６は、本発明の第２実施形態による電子ジンバル機能を備えた撮像システムの概略を示す図である。なお、本実施形態の撮像システムは、動画撮影用の撮像システムである。

【0077】

図６に示すように、本実施形態の電子ジンバル機能を備えた撮像システム１００は、撮像用レンズ１０２と、撮像装置本体１０４と、を有する。さらに、撮像装置本体１０４には、撮像素子１０６と、回転センサであるジャイロ１０８と、並進センサである加速度センサ１１０と、画像制御部１１２と、撮像された画像を記録する記録媒体１１４と、電子ジンバル機能の設定等を行うための操作部１１６と、を有する。

【0078】

撮像用レンズ１０２は、撮像装置本体１０４の前面に取り付けられ、被写体の像を撮像装置本体１０４に内蔵された撮像素子１０６上に合焦させるように構成されている。撮像用レンズ１０２は、複数枚のレンズから構成されており、一部のレンズを光軸Ａ方向に移動させることによりピント調節を行うことができる。また、撮像される画角を変更するズーム機能を備えていても良い。さらに、撮像用レンズ１０２は、レンズユニットとして交換可能に構成されても良いし、撮像装置本体１０４と一体に構成されていても良い。

【0079】

撮像装置本体１０４は、撮像素子１０６、画像制御部１１２、及び記録媒体１１４を内蔵しており、撮像素子１０６上に合焦された画像が、画像制御部１１２によって切り出され、切り出された画像情報が記録媒体１１４に逐次記録されるように構成されている。また、撮像装置本体１０４の背面には、ファインダー（図示せず）、及び指標距離設定部である操作部１１６が設けられている。

【0080】

撮像素子１０６は、表面上に配列された多数の画素を備えており、入射した光を各画素において電荷に変換するように構成されている。また、撮像素子１０６上には、画像情報として記録媒体１１４に記録されるよりも広い範囲の像が形成されるように画素が配列されており、撮像素子１０６上に形成された画像の一部の範囲を切り出して、１フレーム分の画像データが取得されるように構成されている。

【0081】

ジャイロ１０８は、撮像装置本体１０４に内蔵され、撮像用レンズ１０２及び撮像装置本体１０４のピッチ軸線周り、ロール軸線周り、及びヨー軸線周りの回転角速度を検出するように構成されている。本実施形態においては、各軸線まわりの回転角速度を検出するセンサが一体化されているが、各軸線毎に別体のジャイロセンサを使用することもできる。また、本実施形態においては、ジャイロ１０８として、圧電振動ジャイロが使用されているが、任意の形式のジャイロを使用することができる。さらに、回転センサとして、ジャイロばかりでなく、回転角センサ、回転角加速度センサ等、任意のセンサを使用することができる。また、ジャイロ１０８は、撮像用レンズ１０２の鏡筒内に配置されていても良い。

【0082】

加速度センサ１１０は、撮像装置本体１０４に内蔵され、撮像用レンズ１０２及び撮像装置本体１０４の上下方向の加速度を検出するように構成されている。この加速度センサ１１０によって検出された並進加速度の信号を時間で積分することにより、並進速度の情報や、並進移動量の情報を得ることができる。本実施形態においては、加速度センサ１１０として、圧電素子を使用したセンサが採用されているが、任意の形式の加速度センサを使用することができる。或いは、並進速度や、並進移動量を検出する任意のセンサを、並進センサとして使用することができる。

【0083】

画像制御部１１２は、撮像素子１０６から画素情報を読み出し、読み出された画素情報のうちの所定の画素情報を１フレーム分の画像データとして切り出して記録媒体１１４に逐次記憶させるように構成されている。また、画像制御部１１２には、ジャイロ１０８の検出信号、及び加速度センサ１１０の検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて、撮像素子１０６から有効な画像を切り出す領域がシフトされる。即ち、画像制御部１１２は、撮像素子１０６から読み出された画素情報のうちの、どの領域の画素を有効な画像として切り出すかを、ジャイロ１０８及び加速度センサ１１０の検出信号に基づいて決定する。有効な画像として切り出された画素のデータは、そのフレームの画像データとして記録媒体１１４に記録される。画像制御部１１２は、具体的には、マイクロプロセッサ、インターフェイス回路、メモリ、及びこれらを作動させるソフトウェア等（以上図示せず）から構成されている。

【0084】

記録媒体１１４は、撮像装置本体１０４に内蔵され、画像制御部１１２によって切り出された画像のデータを逐次記録するように構成されている。本実施形態においては、記録媒体１１４はハードディスク装置によって構成されているが、不揮発性の大容量メモリで記録媒体１１４を構成することもできる。

【0085】

操作部１１６は、撮像装置本体１０４の背面に設けられており、この操作部１１６を操作することにより、使用者は、撮像システム１００の種々の操作、設定を行うことができる。例えば、操作部１１６を操作することにより、電子ジンバル機能の「Auto」モード、「近」モード、「遠」モードを選択することができる。従って、操作部１１６は、使用者の操作に基づいて指標距離ｄを設定するための指標距離設定部として機能する。各モードにおける指標距離ｄの設定については、上述した第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

【0086】

次に、本発明の第２実施形態による撮像システム１００に備えられている電子ジンバル機能を説明する。
撮像システム１００による動画撮影中に、撮像装置本体１０４が振れると、撮像素子１０６上に合焦される像も移動する。例えば、撮影中に撮像装置本体１０４がヨー軸線を中心に回動すると、被写体が移動していないくても、合焦される被写体の像は、撮像素子１０６上で左右方向に移動する。このような撮像素子１０６上での被写体の像の移動を抑制するために、画像制御部１１２は、ジャイロ１０８による検出信号に基づいて、有効な画像として切り出す画素の領域をシフトする。例えば、撮像装置本体１０４がヨー軸線を中心に回動した場合には、有効な画像として切り出す現在のフレームの画素の領域を、１つ前のフレームに対して左右方向に移動させる。これにより、静止している被写体は、１つ前のフレームと現在のフレームで、切り出された画像の中のほぼ同一の位置に位置するようになり、被写体の像のブレが抑制される。

【0087】

以上は、従来の電子ジンバル機能の作用であり、詳細な説明は省略する。このような従来の電子ジンバル機能によれば、撮像装置本体１０４のピッチ軸線周り、ロール軸線周り、及びヨー軸線周りの回動に対しては、画像のブレを抑制することができる。しかしながら、撮像装置本体１０４が並進移動された場合には、画像のブレを抑制することができない。

【0088】

これに対して、本実施形態の撮像システム１００においては、加速度センサ１１０により、撮像装置本体１０４の上下方向（鉛直方向）の並進移動を検出し、これに基づいて、撮像装置本体１０４から所定の指標距離ｄだけ離間した被写体の像のブレが抑制される。即ち、画像制御部１１２は、撮像装置本体１０４から指標距離ｄだけ離間した被写体の像が、切り出された画像内の同一の位置に位置するように、撮像素子１０６から有効な画像を切り出す領域をシフトして、指標距離ｄ離れた被写体の像のブレを抑制する。

【0089】

具体的には、画像制御部１１２は、加速度センサ１１０の検出信号に基づいて、撮像装置本体１０４の上下方向の移動距離Δｈを算出する。次に、画像制御部１１２は、操作部１１６により設定された指標距離ｄ、及び数式（１０）を使用して、指標距離ｄだけ離間した被写体が画角内で移動する角度Δθを計算する。さらに、画像制御部１１２は、被写体が角度Δθだけ移動した場合における、撮像素子１０６上の像の移動量を計算し、これに基づいて撮像素子１０６から有効な画像として切り出す画素の領域を上下方向にシフトさせる。これにより、撮像装置本体１０４が並進移動された場合であっても、撮像装置本体１０４から指標距離ｄだけ離間した被写体の像が、撮像素子１０６から切り出された画像内の同一の位置に位置する。なお、撮像装置本体１０４の回転移動に基づく切り出す画素領域のシフトと、撮像装置本体１０４の並進移動に基づく画素領域のシフトは、重ね合わせて（符号を考慮して合算して）適用される。

【0090】

本発明の第２実施形態の撮像システム１００によれば、撮像装置本体１０４から所定の指標距離ｄだけ離間した被写体の像が、撮像素子１０６から切り出された画像内の同一の位置に位置するように画像が切り出されるので、撮像装置本体１０４が回転移動及び並進移動された場合であっても、撮像された画像のブレを抑制することができる。

【0091】

また、本実施形態の撮像システム１００によれば、従来の電子ジンバル機能を備えた撮像システムに対し、加速度センサ１１０等の並進センサを組み込み、切り出す画素の処理アルゴリズムを変更するだけで、撮像装置本体１０４の回転移動及び並進移動に対し、撮像された画像のブレを抑制することができる。

【0092】

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、撮像装置のピッチ軸線周り、ロール軸線周り、及びヨー軸線周りの回転移動による画像のブレを抑制すると共に、撮像装置の鉛直方向（上下方向）の並進運動による画像のブレを抑制していた。これに対し、変形例として、撮像装置の回転移動による画像のブレの抑制は、１つ又は２つの軸周りの回転移動に基づくブレのみを抑制するように構成することもできる。例えば、ドローンに搭載するジンバル装置においては、ヨー軸線周りの回転移動対する画像のブレの抑制を省略することができる。

【0093】

また、上述した実施形態においては、撮像装置の回動に加え、撮像装置の上下方向（鉛直方向）の並進運動に基づく画像のブレを、撮像装置をピッチ回転させることにより安定化させていた。これに対して、変形例として、上下方向の以外の並進運動に基づく画像のブレを安定化させるように本発明を構成することもできる。例えば、人物を中心に撮像装置が左右に回り込んで撮影を行うような場合には、撮像装置の左右方向の並進運動に基づく画像のブレを安定化させるように本発明を構成するのが良い。この場合には、撮像装置の左右方向（水平方向）の並進運動を検出する並進センサを設けておき、この検出信号に基づいて撮像装置をヨー回転させることにより、画像を安定化させるように本発明を構成する。

【0094】

さらに、上述した第１実施形態においては、ジンバル装置２に搭載物としてカメラ４を搭載し、カメラ４によって撮影される画像を安定化させていたが、ジンバル装置２には、指向軸線を有する任意の搭載物を搭載して使用することができる。例えば、特定の音源からの音波を集音するための超指向性マイクや、特定の方向からの電波を受信するためのアンテナ、標的に向けて投射物を発射する投擲装置等を、本発明のジンバル装置に搭載して使用することができる。

【0095】

また、上述した実施形態においては、回転を検出するジャイロと、並進運動を検出する加速度センサは別々に設けられていたが、これらは一体に設けられていても良い。例えば、市販のジャイロセンサには、回転角速度の検出信号の較正を行う目的で加速度センサが内蔵されたものもあるが、このようにしてジャイロセンサに内蔵された加速度センサを、並進運動を検出するために利用することもできる。

【符号の説明】

【0096】

１ 撮像システム
２ ジンバル装置
４ カメラ（撮像装置、搭載物）
４ｂ 前縁
６ カメラマウント部（マウント部）
６ａ 取付面
６ｂ 前縁
８ 第１モータ
１０ 第２モータ
１２ 第３モータ
１４ 第１連結部材（第１連結機構）
１６ 第２連結部材
１８ 第３連結部材
２０ 把持部（本体部）
２０ａ 操作部（指標距離設定部）
２２ 制御部
２４ 第１ジャイロ（回転センサ）
２６ 第２ジャイロ
２８ 第３ジャイロ
３０ 第１エンコーダ
３２ 第２エンコーダ
３４ 第３エンコーダ
３６ 加速度センサ（並進センサ）
３８ 合焦情報取得部
１００ 撮像システム
１０２ 撮像用レンズ
１０４ 撮像装置本体
１０６ 撮像素子
１０８ ジャイロ（回転センサ）
１１０ 加速度センサ（並進センサ）
１１２ 画像制御部
１１４ 記録媒体
１１６ 操作部（指標距離設定部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】