撮像装置
【課題】部品の位置決めや調整の手間を抑制しつつ、撮像装置の姿勢を正確に検出できるようにする。
【解決手段】撮像装置であって、互いに直交する第１の測定軸２７と第２の測定軸２８とを有する加速度センサ２６であって、撮像装置の撮像光軸と直交する平面上に、第１の測定軸と第２の測定軸が鉛直方向に対して略４５度傾いた状態で配置された加速度センサと、第１の測定軸による重力加速度の検出結果と、第２の測定軸による重力加速度の検出結果の比の逆正接関数を算出することにより、撮像装置のローリング方向の傾斜度合いを求める演算部とを備える。
【解決手段】撮像装置であって、互いに直交する第１の測定軸２７と第２の測定軸２８とを有する加速度センサ２６であって、撮像装置の撮像光軸と直交する平面上に、第１の測定軸と第２の測定軸が鉛直方向に対して略４５度傾いた状態で配置された加速度センサと、第１の測定軸による重力加速度の検出結果と、第２の測定軸による重力加速度の検出結果の比の逆正接関数を算出することにより、撮像装置のローリング方向の傾斜度合いを求める演算部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置における電子水準器の制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、画像を傾きなく撮影するために、水平面からのカメラの傾きの程度、傾きの方向を知らせる機能や、撮像した画像の傾き量を検出して後処理により画像の傾きを補正する機能を備えるデジタルカメラ等の撮像装置が提案されている。このような撮像装置では、傾きを検出するために加速度センサを備えている。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、２軸の測定軸を有する傾斜センサ（加速度センサ）の一方の測定軸を水平方向に、もう一方の測定軸を垂直方向に向くように配置し、カメラの横位置と縦位置の各々の姿勢においてカメラの傾斜度合いの検出を行なっている。特許文献１に記載されている技術では、加速度センサの敏感度が高い測定軸に切り替えて使用するという考えから、カメラの姿勢によって、測定軸を変化させる。例えば横位置の時には、その状態においてセンサの敏感度が高い水平方向である第１の測定軸、カメラが縦位置の場合は、その状態においてセンサの敏感度が高い水平方向である第２の測定軸を用いて水平面からの傾斜度合いを測定している。これにより精度の良い傾斜度合いの検出を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４３４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、加速度センサを基板に配置する場合に、撮像光軸を中心としたロール方向において、部品の実装位置、部品を実装した基板の取り付け位置を厳密に位置決めする必要がある。なぜならば、測定軸を水平方向と殆どズレ無く配置にしなければ、たとえ、水平点のオフセット調整を行なったとしても、カメラをピッチ方向にあおった時には、測定軸の水平点がピッチ方向の重力の影響を受けてずれてしまうからである。また、加速度センサの敏感度等の特性が温度により変化する場合には、環境温度の変化につれて水平点がずれてしまう問題がある。また、カメラの姿勢に応じて測定軸が異なるため、工場出荷時に水平点のオフセット調整を行なう場合、カメラの二つの姿勢をつくって、２つの測定軸に対してオフセット調整を行なう必要があり、調整工程が複雑化してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品の位置決めや調整の手間を抑制しつつ、撮像装置の姿勢を正確に検出できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係わる撮像装置は、撮像装置であって、前記撮像装置に加わる、互いに交わる第１の測定軸方向と第２の測定軸方向の加速度を測定する加速度センサと、前記第１の測定軸によって測定された重力加速度と、前記第２の測定軸によって測定された重力加速度の比の逆正接関数を算出することにより、前記撮像装置の撮像光軸周りの傾斜度合いを求める演算手段とを有し、前記加速度センサは、前記撮像装置を横位置にした場合に、前記第１の測定軸と前記第２の測定軸が鉛直方向の軸に対して対称となるように、前記撮像光軸と直交する平面に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、部品の位置決めや調整の手間を抑制しつつ、撮像装置の姿勢を正確に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係わる撮像装置の第１の実施形態としてのデジタル一眼レフカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態におけるカメラ本体への加速度センサの配置図である。
【図３】第１の実施形態における加速度センサの出力特性を示す図である。
【図４】第１の実施形態における電子水準器の表示例を示す図である。
【図５】第１の実施形態における動作フローチャートである。
【図６】第２の実施形のデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【図７】第２の実施形態におけるカメラ本体が横位置の場合の加速度センサの配置図である。
【図８】第２の実施形態におけるカメラ本体が縦位置の場合の加速度センサの配置図である。
【図９】第２の実施形態における加速度センサの出力特性を示す図である。
【図１０】第２の実施形態における縦位置時にピッチ方向に傾いたときの加速度センサの出力特性を示す図である。
【図１１】第２の実施形態における横位置時の電子水準器の表示例を示す図である。
【図１２】第２の実施形態における縦位置時の電子水準器の表示例を示す図である。
【図１３】第２の実施形態における動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係わる撮像装置の第１の実施形態としてのデジタル一眼レフカメラの構成を示すブロック図である。
【００１１】
図１において、１はカメラ本体であり、２は被写体像をカメラ本体１内の撮像素子１２に結像させるための撮影レンズである。３はＭＰＵであり、カメラ本体１の全体を制御するためのマイクロプロセッサである。ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３は、被写体のピントを合わせるためのＡＦセンサ４の制御、ＡＦセンサ４から得られた像に基づいてピントを合わせるための演算、その演算結果に基づき撮影レンズ２のフォーカス駆動機構２１を駆動させるためのレンズＭＰＵ２０への通信を行う。また、被写体を測光するためのＡＥセンサ５の制御、ＡＥセンサ５より得られた情報に基づき、設定されたＩＳＯ感度に応じて、シャッター速度と絞り値の組み合わせを決める露出演算プログラム制御を行う。また、レリーズボタン、電子ダイアル等を含みユーザーインターフェイスとなるＳＷ操作系（スイッチ操作系）７からの情報を受け取る。また、撮影レンズ２により結像された被写体像をファインダ系と撮像系へ分離するためのメインミラー（不図示）を駆動させるためのミラー駆動機構８の制御も行う。さらに、ＡＥセンサ５により得られた情報を用いてカメラ内のプログラムにより決められたシャッター速度に応じ、先幕、後幕を有するフォーカルプレーンシャッターを駆動するシャッター駆動機構９の制御を行う。
【００１２】
また、２６はカメラ本体１の撮影光軸回りのロール方向（ローリング方向）の傾斜角度を検出する加速度センサであり、ＭＰＵ３に接続されている。ＭＰＵ３は加速度センサ２６から得られる情報を用いて、ロール方向の傾斜角度を算出し、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１０を介してカメラ本体の傾斜度合いを表示部１５に表示させる。
【００１３】
次に、撮影レンズ２の動作について説明する。撮影レンズ２のレンズＭＰＵ２０は、ＭＰＵ３により演算されたピント情報をＭＰＵ３から受信し、その結果にもとづき、フォーカス調整用レンズを駆動させるフォーカス駆動機構２１を制御し、ピントを合わせる。また、レンズＭＰＵ２０は、ＭＰＵ３により演算された絞り値をＭＰＵ３から受信し、その結果にもとづき、絞り羽根を制御する絞り駆動機構２２を制御し、所定の露出値が得られるようにする。
【００１４】
次に、カメラ本体１における符号１０〜１５で示されるデジタル部について説明する。１２は被写体光を光電変換してアナログの画像信号を出力する撮像素子である。１３はＡ／Ｄ変換器であり、撮像素子１２から出力されたアナログの画像信号をデジタル画像信号へ変換する。また、ＴＧ（タイミングジェネレータ）１４は、撮像素子１２の駆動制御を行うとともに、撮像素子１２から出力されるアナログ画像信号と同期し、Ａ／Ｄ変換するための同期クロックをＡ／Ｄ変換器１３へ送信する。また、ＴＧ１４は、Ａ／Ｄ変換器１３から出力されたデジタルデータに対してデータラッチをおこなうタイミングクロック信号をＤＳＰ１０に送信し、Ａ／Ｄ変換器１３からＤＳＰ１０へデジタルデータを転送する制御を行う。メモリ群１１は、データを加工するために一次的に記憶することが可能なＲＡＭや、ＤＳＰ１０により加工された画像データを記録することが可能な記録メディア等からなる。１５は液晶パネルからなる表示部であり、画像や撮影情報を表示する。
【００１５】
次に、図２、図３を用いて加速度センサの配置とカメラの姿勢に応じた加速度センサの出力について説明する。
【００１６】
まず、図２を用いて加速度センサ２６のカメラ本体１への配置について説明する。ここで、角速度センサ２６は２軸の測定軸を持っており、第１の測定軸方向の加速度と、第２の測定軸方向の加速度を測定できる。２７は加速度センサ２６の第１の測定軸でありＸ軸と定義する。また、２８は加速度センサ２６の第２の測定軸であり、本実施例においては第１の測定軸と直交しているものとし、この第２の測定軸をＹ軸と定義する。加速度センサ２６は、加速度センサの２つの測定軸であるＸ軸とＹ軸からなる平面がカメラの光軸に対して垂直な平面上に配置され、且つ、Ｘ軸が重力方向（鉛直方向）から所定の角度Ａ（２９）だけ傾斜した状態で配置される。ここで、本実施例においては所定の角度Ａ（２９）は４５度であり、Ｙ軸はＸ軸と直交しているので、Ｙ軸もＸ軸とは重力方向（鉛直方向）と対称なっており、ともに重力方向（鉛直方向）から４５度傾いている。
【００１７】
次に、図３を用いて、図２のカメラ本体１をロール方向へ傾斜させた場合の加速度センサ２６の出力特性について説明する。図３のグラフは、横軸がカメラのロール方向、即ち撮像光軸周りの傾斜角度であるロール角を示し、縦軸は加速度センサが測定する重力加速度を示している。加速度センサの測定軸が重力方向と同じ方向を向いている時（重力方向と平行である時）は、加速度センサの出力は１．０ｇ、加速度センサの測定軸が水平面の方向である時は、加速度センサの出力は０．０ｇとなる。なお、ここでｇは重力加速度である。３２は加速度センサの第１の測定軸すなわちＸ軸の出力、３３は加速度センサの第２の測定軸すなわちＹ軸の出力である。また、３４〜３７はカメラ（加速度センサ２６）のロール角方向の傾斜角に対する加速度センサの出力を示す。
【００１８】
カメラ本体１が横位置の状態においては、３４で示したように、Ｘ軸とＹ軸が重力方向から４５度傾いており、Ｘ軸、Ｙ軸の出力は、いずれもcos（４５°）・ｇ≒０．７ｇである。傾斜度合いは、下記の式（１）で算出される。
【００１９】
傾斜度合い＝arctan（Ｘ軸data／Ｙ軸data） …（１）
ただし、Ｘ軸data,Ｙ軸dataはそれぞれＸ軸、Ｙ軸の出力であり、加速度センサが測定する重力加速度であるとする。よって、３４の傾斜度合いは、arctan（０．７ｇ／０．７ｇ）＝４５°と算出される。
【００２０】
同様にカメラ本体１のグリップ２４を下にした縦位置の状態が３５であり、３５の傾斜度合いは、arctan（−０．７ｇ／０．７ｇ）＝１３５°と算出される。
【００２１】
同様にカメラ本体を上下逆にした状態が３６であり、３６の傾斜度合いは、arctan（−０．７ｇ／−０．７ｇ）＝２２５°と算出される。
【００２２】
また、同様にカメラ本体１のグリップを上にした縦位置の状態が３７であり、３７の傾斜度合いは、arctan（０．７ｇ／−０．７ｇ）＝３１５°と算出される。
【００２３】
カメラの傾斜度合いとして、通常の横位置を０度と定義すると、上記の算出結果から４５度減算した角度がカメラの傾斜度合いとなる。また、上記の３４、３５、３６、３７の各姿勢において、加速度センサのいずれの測定軸においても、その最大敏感度の約７０％程度の敏感度を使用しているため、十分に高い精度で各姿勢における水平点の検出精度を得ることが出来る。
【００２４】
また、本実施形態では、加速度センサ２６の取り付け精度のバラツキにより測定軸２７が重力方向に対して４５度の位置から多少ずれていても、ロール角検出時にピッチ角方向のあおりの影響を受けない。カメラ本体１がピッチ方向にあおられても、測定軸２７，２８は均等にピッチ角による重力加速度を測定するため、逆正接関数演算によってピッチ角の影響をキャンセルすることが出来る。例えば、測定軸２７が約３度ずれて配置された場合には、ロール角の検出としては、
arctan｛cos（４２°）・ｇ／cos（−４８°）・ｇ｝＝４２deg
となり、オフセット調整により４２degを水平点として定義するが、この状態において、カメラをピッチ方向に１０度あおったとき時の演算としては、
arctan[｛cos（４２°）・ｇ・sin（１０°）｝／｛cos（−４８°）・ｇ・sin（１０°）｝]
＝arctan｛cos（４２°）・ｇ／cos（−４８°）・ｇ｝＝４２deg
となり、ピッチ方向の影響がキャンセルされる。
【００２５】
また、本実施形態では、加速度センサ２６の敏感度が温度により変化する特性を持っていたとしても、測定軸２７，２８の敏感度の温度特性Ｔｘ，Ｔｙは、略Ｔｘ≒Ｔｙであるために、下記演算式の如く、測定軸２７，２８の逆正接関数演算をすることで温度変化による影響をキャンセルすることが出来る。
【００２６】
arctan[｛cos（４５°）・ｇ・Ｔｘ｝／｛cos（−４５°）・ｇ・Ｔｙ｝]
≒arctan｛cos（４５°）・ｇ／cos（−４５°）・ｇ｝≒４５deg
また、本実施形態では、常に、測定軸２７，２８の２つの結果よる逆正接関数により角度演算をしているため、ある１点の姿勢についてのみオフセット調整することで、２軸についてオフセット調整をすることが出来る。
【００２７】
次に、図４、図５を用いて、撮像装置の水準器の動作について説明する。図４は、カメラ本体の背面に取り付けられた表示部に、撮像スルー画像表示と水準器表示を行った状態の例を示す図である。１５はＴＦＴ液晶等からなる表示部、４１はカメラの傾斜度合いを表示する水準器表示、４２は傾斜度合いを示す表示バーであり、カメラ本体１がロール方向に傾斜すると、それに応じて表示バーと水準器表示の目盛りとの相対位置が変化し、傾斜量を表示する。また、４４はスルー画像モードに入るためのボタンＳＷ（スイッチ）であり、ボタンＳＷ４４の押下をＭＰＵ３が検出し、カメラはスルー画像モード（ライブビューモード）となる。また、４３は水準器表示モードに入るためのボタンＳＷであり、ボタンＳＷ４３の押下をＭＰＵ３が検出し、カメラはスルー画像表示に水準器表示を付加させる。
【００２８】
次に図５を用いて動作について説明する。カメラ本体１のＳＷ操作系７に含まれるメインＳＷをＯＮにすると（ステップＳ１）、ＭＰＵ３が起動し（ステップＳ２）、カメラは一旦、光学ファインダによる撮影スタンバイモードに入る（ステップＳ１１）。その後、スルー画像モードボタンであるボタンＳＷ４４を押下すると（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、ＭＰＵ３はミラー駆動機構８を動作させ、ミラーをミラーアップ状態にし、また、シャッター駆動機構９を動作させ、シャッターを開ける動作を行なう。また、同時に、ＤＳＰ１０にスルー画像を出力させるよう指令する。
【００２９】
ＤＳＰ１０はＴＧ１４を制御することで、撮像素子１２、Ａ／Ｄコンバータ１３を動作させ、撮像素子から逐次出力される画像信号にＤＳＰ１０内部で所定の画像処理を施し、表示部１５に対してスルー画像表示を行う（ステップＳ４）。そしてスルー画像表示による撮影スタンバイ状態となる（ステップＳ１０）。その後、水準器表示モード用のボタンＳＷ４３（ＳＷ操作系７の一部）を押下すると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ＭＰＵ３は加速度センサ２６を駆動させ、所定時間ごとに加速度センサのＸ軸、Ｙ軸の出力を読み出す（ステップＳ６）。そして、式（１）のarctan｛Ｘ軸data／Ｙ軸data｝の演算により、カメラのロール方向の傾斜度合いを算出する（ステップＳ７）。その結果を所定間隔でＤＳＰ１０に通知し、ＤＳＰ１０はその結果に基づいて、水準器表示を表示部１５のスルー画像に加えて表示する（ステップＳ８）。その結果、カメラは水準器表示を加えたスルー画像撮影モードとなり（ステップＳ９）、ユーザーは撮像画像の傾斜の有無を判定しながら撮影することが可能となる。
【００３０】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係わるデジタルカメラのブロック構成を示す図である。第２の実施形態は、第１の実施形態のローリング方向の傾斜度合いの検出に加え、カメラのピッチング方向の傾斜度合いも検出する場合の例である。図６は第１の実施形態を示す図１と同一の部分が多いため、相違部分についてのみ説明し、図１と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
１２６はカメラ本体のロール方向（ローリング方向）の傾斜度合いを検出する加速度センサであり、ＭＰＵ３に接続されている。ＭＰＵ３は加速度センサ１２６から得られる情報より、ロール方向の傾斜度合いを演算し、ＤＳＰ１０を介してカメラ本体１の傾斜度合いを表示部１５に表示させる。また、１３０はカメラのピッチ方向（ピッチング方向）の傾斜度合いを検出する加速度センサであり、ＭＰＵ３に接続されている。ＭＰＵ３は加速度センサ（第２の加速度センサ）１３０から得られる情報より、ピッチ方向の傾斜度合いを演算し、ＤＳＰ１０を介してカメラ本体１の傾斜度合いを表示部１５に表示させる。
【００３２】
次に、図７、図８、図９、図１０を用いてロール角検出用の加速度センサとピッチ角検出用の加速度センサの配置と、カメラの姿勢に応じた各々の加速度センサの出力について説明する。
【００３３】
まず、図７を用いて加速度センサ１２６、１３０のカメラ本体１への配置について説明する。図７はカメラ本体を通常の横位置に置いた状態を示している。図７の加速度センサ１３６の配置は第１の実施形態における加速度センサ３６と同じであり、１２７，１２８、１２９は第１の実施形態における測定軸２７，２８所定の角度２９と同じ方向である。また、角速度センサ１３０は２軸の測定軸を持っており、第３の測定軸方向の加速度と、第４の測定軸方向の加速度を測定できる。１３１はピッチ角検出用の加速度センサ１３０の第１の測定軸（第３の測定軸）でありＸ軸と定義する。また、１３２はピッチ角検出用の加速度センサ１３０の第２の測定軸（第４の測定軸）であり、本実施例においては測定軸１３１と直行しているものとし、この測定軸１３２をＹ軸と定義する。ピッチ角検出用の加速度センサ１３０は撮像装置を通常の横位置（図７）に置いた場合に撮像装置の撮像光軸と平行であり且つ、重力方向に対して平行である平面に配置される。さらに、第１の測定軸（Ｘ軸）を重力方向（鉛直方向）に対して所定の角度Ｂ（１３３）だけ傾けた状態で配置する。ここでは所定の角度Ｂ（１３３）は４５度とする。また、Ｙ軸はＸ軸と直交しているので、Ｙ軸もＸ軸とは重力方向（鉛直方向）と対称なっており、ともに重力方向（鉛直方向）から４５度傾いている。
【００３４】
図８は、図７のカメラを縦位置（グリップ１２４が下の状態）に置いた状態であり、ロール方向の検出方法は横位置の場合と変らないが、ピッチ方向の検出方法は横位置と異なる。これについては、後に詳細に説明する。
【００３５】
次に、図９を用いて、図８のカメラ本体１をロール方向へ傾斜させた時の加速度センサ１２６の出力信号の特性と、カメラ本体１をピッチ方向へ傾斜させた時の加速度センサ１３０の出力信号の特性について説明する。
【００３６】
図９のグラフは、横軸がカメラの横位置、縦位置のロール方向における加速度センサ１２６の傾斜角を示し、且つ、カメラの横位置のピッチ方向における加速度センサ１３０の傾斜角を示す。また、縦軸は加速度センサが測定する重力加速度を示し、加速度センサの測定軸が重力方向と同じ方向を向いている時（重力方向と平行である時）１．０ｇ、加速度センサの測定軸が水平面の方向である場合に０．０ｇとなる。また、１４５〜１４８はカメラのロール角方向の傾斜角に対する加速度センサの出力を示す。
【００３７】
１４１は加速度センサ１２６及び１３０の第１の測定軸であるＸ軸の信号であり、１４２は加速度センサ１２６及び１３０の第２の測定軸であるＹ軸の信号である。
【００３８】
カメラ本体１が通常の横位置の状態においては、加速度センサ１２６及び１３０は、１４５で示した状態となり、Ｘ軸とＹ軸が重力方向から４５度傾いた状態で配置され、Ｘ軸、Ｙ軸の出力は、いずれもcos（４５°）・ｇ≒０．７ｇである。傾斜度合いの演算式は、下記の（２）式で表現される。
【００３９】
傾斜度合い＝arctan｛Ｘ軸data／Ｙ軸data｝ …（２）
この時は、arctan（０．７ｇ／０．７ｇ）＝４５度と算出される。同様に横位置、縦位置のロール角方向に傾斜させた場合は、図３で説明したのと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４０】
ピッチ角検出用の加速度センサ１３０については、カメラ本体１が通常の横位置の状態において、ピッチ方向へ傾斜された場合、例えば、撮像レンズが重力方向と同じ方向を向くように傾けた場合は、１４６の状態となる。この時は、arctan（−０．７ｇ／０．７ｇ）＝１３５度と算出される。同様に更にピッチ方向へ９０度カメラを傾斜させた場合、すなわちカメラ本体を逆位置にした状態が１４７である。その時は、arctan（−０．７ｇ／−０．７ｇ）＝２２５度として算出される。また、同様に更にピッチ方向へ９０度カメラを傾斜させた場合、すなわち撮像レンズが重力方向と正反対の方向を向いている状態が１４８である。その時は、arctan（０．７ｇ／−０．７ｇ）＝３１５度と算出される。カメラのピッチ角傾斜度合いとしては、通常の撮影レンズ２が正面を向いた正位置を０度と定義すると、上記の算出結果より４５度減算した値がカメラのピッチ方向の傾斜角度となる。
【００４１】
また、上記の各姿勢において、加速度センサのいずれの測定軸においても、その最大敏感度の約７０％程度の敏感度を使用しているため、十分に高い精度で各姿勢における水平点の検出精度を得ることが出来る。
【００４２】
次に、図１０を用いてカメラ本体１の縦位置状態（図９の状態）において、ピッチ角方向にカメラを回転させた場合における加速度センサ１３０の出力信号の特性について説明する。
【００４３】
図１０のグラフは、横軸がカメラの縦位置のピッチ方向における加速度センサ１３０の傾斜角を示す。また、縦軸は加速度センサが測定する重力加速度であり、加速度センサの測定軸が重力方向と同じ方向を向いている時（重力方向と平行である時）１．０ｇ、加速度センサの測定軸が水平面の方向である場合に０．０ｇとなる。また、１５３〜１５５は加速度センサ１３０の測定軸をカメラ本体が縦位置時（図８）に光軸側から見たときの、測定軸の方向をグラフの横軸と対応させたものである。１５１は加速度センサ１３０の第１の測定軸であるＸ軸の信号であり、１５２は加速度センサ１３０の第２の測定軸であるＹ軸の信号である。
【００４４】
カメラ本体１が図８の縦位置の状態においては、加速度センサ１３０は、１５３で示した状態となり、Ｘ軸とＹ軸が重力方向から９０度傾いた位置に配置され、Ｘ軸、Ｙ軸の出力は、いずれもcos（９０°）・ｇ＝０ｇである。傾斜度合いの演算式は、この加速度センサ１３０の測定軸がピッチ方向の回転角において最大に測定する重力加速度がsin（４５°）・ｇ≒０．７ｇであるため、下記の（３）式で表現される。
【００４５】
傾斜度合い＝arctan｛（Ｘ軸data＋０．７ｇ）／（Ｙ軸data＋０．７ｇ）｝…（３）
従って、図８の縦位置の状態である１５３の位置においては、１５３の傾斜度は、arctan｛（０ｇ＋０．７ｇ）／（０ｇ＋０．７ｇ）｝＝４５度と算出される。このグラフでは出力結果を４５度オフセットさせているため、ここでの横軸は９０度である。
【００４６】
同様にカメラ本体１のレンズをピッチ角方向でレンズが上向きとなる方向に４５度傾けた状態が１５４である。
【００４７】
１５４の傾斜度合いは、arctan｛（０．５ｇ＋０．７ｇ）／（−０．５ｇ＋０．７ｇ）｝＝９０度
と算出される。前記と同様このグラフは４５度オフセットさせているためにここでの横軸は１３５度である。
【００４８】
同様にカメラ本体を更に４５度レンズが上向きとなる方向に傾けた状態、すなわちレンズが真上を向いている状態が１５５となり、
１５５の傾斜度合いは、arctan｛（０．７ｇ＋０．７ｇ）／（−０．７ｇ＋０．７ｇ）｝＝１３５度
と算出される。前記と同様このグラフは４５度オフセットさせているためにここでの横軸は１８０度である。
【００４９】
また、上記の縦位置の姿勢（図８）においては、加速度センサ１３０のいずれの測定軸においても、最大敏感度を使用しているため、十分に高い精度で各姿勢における水平点の検出精度を得ることが出来る。
【００５０】
次に図１１、図１２、図１３を用いて、撮像装置の水準器の動作について説明する。図１１は、カメラ本体の背面に取り付けられた表示部に撮像スルー画像の表示と水準器表示を行った時の例を示している。図１１は、通常の横位置でのカメラの配置を示しており、図１２は、縦位置時のカメラの配置（ここではグリップ下側）を示している。
【００５１】
１５はＴＦＴ液晶等からなる表示部、１６１はカメラの傾斜度合いを表示する水準器表示である。１６２はロール方向の傾斜度合いを示す表示バーであり、カメラ本体がロール方向に傾斜するとそれに応じて表示バーと水準器表示のロール角方向の目盛りとの関係が変化していく。１６３はピッチ方向の傾斜度合いを示す表示バーであり、カメラ本体がピッチ方向に傾斜するとそれに応じて表示バーと水準器表示のピッチ角方向の目盛りとの関係が変化していく。また、４４はスルー画像モードに入るためのボタンＳＷであり、ボタンＳＷ４４の押下をＭＰＵ３が検出し、カメラはスルー画像モードとなる。また、４３は水準器表示モードに入るためのボタンＳＷであり、ボタンＳＷ４３の押下をＭＰＵ３が検出し、カメラはスルー画像表示に水準器表示を付加させる。
【００５２】
次に図１３を用いて動作について説明する。ステップＳ１０１からステップＳ１０５までの処理は実施例１と同じであるため、省略する。水準器表示モード用のボタンＳＷ４３（ＳＷ操作系１０７の一部）を押下すると（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ＭＰＵ３はまず加速度センサ１２６のデータより、カメラが通常の横位置の状態にいるか、縦位置の状態にいるかを判定する（ステップＳ１０６）。具体的には加速度センサ１２６の出力データが図１０の特性において１４５の位置±４５度を横位置、１４６の位置±４５度をグリップ下、１４８の位置±４５度をグリップ上として認識する。
【００５３】
次に、カメラが横位置と認識すると、ＭＰＵ３は加速度センサ１２６を駆動させ、所定時間ごとに加速度センサのＸ軸、Ｙ軸の測定値を読み出す（ステップＳ１０７）。そして、arctan（Ｘ軸data／Ｙ軸data）の演算によりカメラのロール方向の傾斜度合いを算出する（ステップＳ１０８）。また、次に加速度センサ１３０を駆動させ、所定時間ごとに加速度センサのＸ軸、Ｙ軸の測定値を読み出し（ステップＳ１０９）、arctan（Ｘ軸data／Ｙ軸data）の演算によりカメラのピッチ方向の傾斜度合いを算出する（ステップＳ１１０）。次に、その結果を所定間隔でＤＳＰ１０に通知し、ＤＳＰ１０ではその結果に基づいた、水準器表示を表示部１１５のスルー画像に加えて表示する（ステップＳ１１１）。その結果、カメラは水準器表示を加えたスルー画像撮影モードとなり（ステップＳ１１２）、ユーザーは撮像画像のロール方向、ピッチ方向の傾斜の有無を判定しながら、撮影することが可能となる。
【００５４】
また、ステップＳ１０６において、カメラが縦位置と認識すると、ＭＰＵ３は加速度センサ１２６を駆動させ、所定時間ごとに加速度センサのＸ軸、Ｙ軸の測定値を読み出す（ステップＳ１１５）。そして、arctan（Ｘ軸data／Ｙ軸data）の演算によりカメラのロール方向の傾斜度合いを算出する（ステップＳ１１６）。また、次に加速度センサ１３０を駆動させ、所定時間ごとに加速度センサのＸ軸、Ｙ軸の測定値を読み出し（ステップＳ１１７）、arctan｛（Ｘ軸data＋０．７ｇ）／（Ｙ軸data＋０．７ｇ）｝の演算によりカメラのピッチ方向の傾斜度合いを算出する（ステップＳ１１８）。次に、その結果を所定間隔でＤＳＰ１０に通知し、ＤＳＰ１０ではその結果に基づいた、水準器表示を表示部１１５のスルー画像に加えて表示する（ステップＳ１１９）。その結果、カメラは水準器表示を加えたスルー画像撮影モードとなり（ステップＳ１２０）、ユーザーは撮像画像のロール方向、ピッチ方向の傾斜の有無を判定しながら撮影することが可能となる。
【００５５】
なお、第１の実施形態、第２の実施形態ともに２軸方向の加速度を測定する加速度センサを使用していたが、１軸方向の加速度センサを２つ使用して本実施例に書かれている測定軸方向の加速度を検出させても良い。また、本実施例においてはＹ軸とＸ軸が直交していたが、本願発明の効果が得られるのであれば、Ｙ軸もＸ軸とは重力方向（鉛直方向）の軸と対称なっていれば、必ずしも直交している必要ない。
【００５６】
以上説明したように、上記の実施形態において、撮像装置は、互いに交わる第１の測定軸方向と第２の測定軸方向の加速度を測定する加速度センサであって、第１の測定軸と第２の測定軸が鉛直方向の軸に対して対称となるように配置された加速度センサを有し、第１の測定軸によって測定された重力加速度と、第２の測定軸によって測定された重力加速度の比の逆正接関数を算出することにより、撮像装置の撮像光軸周りの傾斜度合いを求める。そのため、加速度センサの配置に関しては、撮像光軸のロール角方向に対する、基板実装精度や、実装基板の取り付け位置精度が多少ずれた場合においても、水平点のオフセット調整のみを実施することにより、カメラをピッチ角方向にあおった場合においても、ピッチ角方向の重力加速度の影響が各々の測定軸に対して、略均等にかかるために逆正接関数演算時にその影響が略キャンセルされ、水平点が大きくずれることは無い。つまり、いずれの姿勢状態においても高精度に水平点を検出することが可能である。
【００５７】
また、加速度センサに敏感度等の温度特性が生じたとしても、２つの測定軸の各々に対して略同等の温度依存特性変化が生じるために、逆正接関数演算時にその影響が略キャンセルされ、温度環境下により水平点が大きくずれることは無い。そのため、温度環境下においても、傾斜度合いを高精度に検出することが可能である。
【００５８】
また、カメラの何れの姿勢においても、常に、加速度センサの第１及び第２の２つの測定軸の測定結果からの逆正接関数演算で傾斜度合いを検出しているため、カメラの姿勢ごとにオフセット調整を行う必要がなくなる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置における電子水準器の制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、画像を傾きなく撮影するために、水平面からのカメラの傾きの程度、傾きの方向を知らせる機能や、撮像した画像の傾き量を検出して後処理により画像の傾きを補正する機能を備えるデジタルカメラ等の撮像装置が提案されている。このような撮像装置では、傾きを検出するために加速度センサを備えている。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、２軸の測定軸を有する傾斜センサ（加速度センサ）の一方の測定軸を水平方向に、もう一方の測定軸を垂直方向に向くように配置し、カメラの横位置と縦位置の各々の姿勢においてカメラの傾斜度合いの検出を行なっている。特許文献１に記載されている技術では、加速度センサの敏感度が高い測定軸に切り替えて使用するという考えから、カメラの姿勢によって、測定軸を変化させる。例えば横位置の時には、その状態においてセンサの敏感度が高い水平方向である第１の測定軸、カメラが縦位置の場合は、その状態においてセンサの敏感度が高い水平方向である第２の測定軸を用いて水平面からの傾斜度合いを測定している。これにより精度の良い傾斜度合いの検出を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４３４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、加速度センサを基板に配置する場合に、撮像光軸を中心としたロール方向において、部品の実装位置、部品を実装した基板の取り付け位置を厳密に位置決めする必要がある。なぜならば、測定軸を水平方向と殆どズレ無く配置にしなければ、たとえ、水平点のオフセット調整を行なったとしても、カメラをピッチ方向にあおった時には、測定軸の水平点がピッチ方向の重力の影響を受けてずれてしまうからである。また、加速度センサの敏感度等の特性が温度により変化する場合には、環境温度の変化につれて水平点がずれてしまう問題がある。また、カメラの姿勢に応じて測定軸が異なるため、工場出荷時に水平点のオフセット調整を行なう場合、カメラの二つの姿勢をつくって、２つの測定軸に対してオフセット調整を行なう必要があり、調整工程が複雑化してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品の位置決めや調整の手間を抑制しつつ、撮像装置の姿勢を正確に検出できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係わる撮像装置は、撮像装置であって、前記撮像装置に加わる、互いに交わる第１の測定軸方向と第２の測定軸方向の加速度を測定する加速度センサと、前記第１の測定軸によって測定された重力加速度と、前記第２の測定軸によって測定された重力加速度の比の逆正接関数を算出することにより、前記撮像装置の撮像光軸周りの傾斜度合いを求める演算手段とを有し、前記加速度センサは、前記撮像装置を横位置にした場合に、前記第１の測定軸と前記第２の測定軸が鉛直方向の軸に対して対称となるように、前記撮像光軸と直交する平面に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、部品の位置決めや調整の手間を抑制しつつ、撮像装置の姿勢を正確に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係わる撮像装置の第１の実施形態としてのデジタル一眼レフカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態におけるカメラ本体への加速度センサの配置図である。
【図３】第１の実施形態における加速度センサの出力特性を示す図である。
【図４】第１の実施形態における電子水準器の表示例を示す図である。
【図５】第１の実施形態における動作フローチャートである。
【図６】第２の実施形のデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【図７】第２の実施形態におけるカメラ本体が横位置の場合の加速度センサの配置図である。
【図８】第２の実施形態におけるカメラ本体が縦位置の場合の加速度センサの配置図である。
【図９】第２の実施形態における加速度センサの出力特性を示す図である。
【図１０】第２の実施形態における縦位置時にピッチ方向に傾いたときの加速度センサの出力特性を示す図である。
【図１１】第２の実施形態における横位置時の電子水準器の表示例を示す図である。
【図１２】第２の実施形態における縦位置時の電子水準器の表示例を示す図である。
【図１３】第２の実施形態における動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係わる撮像装置の第１の実施形態としてのデジタル一眼レフカメラの構成を示すブロック図である。
【００１１】
図１において、１はカメラ本体であり、２は被写体像をカメラ本体１内の撮像素子１２に結像させるための撮影レンズである。３はＭＰＵであり、カメラ本体１の全体を制御するためのマイクロプロセッサである。ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３は、被写体のピントを合わせるためのＡＦセンサ４の制御、ＡＦセンサ４から得られた像に基づいてピントを合わせるための演算、その演算結果に基づき撮影レンズ２のフォーカス駆動機構２１を駆動させるためのレンズＭＰＵ２０への通信を行う。また、被写体を測光するためのＡＥセンサ５の制御、ＡＥセンサ５より得られた情報に基づき、設定されたＩＳＯ感度に応じて、シャッター速度と絞り値の組み合わせを決める露出演算プログラム制御を行う。また、レリーズボタン、電子ダイアル等を含みユーザーインターフェイスとなるＳＷ操作系（スイッチ操作系）７からの情報を受け取る。また、撮影レンズ２により結像された被写体像をファインダ系と撮像系へ分離するためのメインミラー（不図示）を駆動させるためのミラー駆動機構８の制御も行う。さらに、ＡＥセンサ５により得られた情報を用いてカメラ内のプログラムにより決められたシャッター速度に応じ、先幕、後幕を有するフォーカルプレーンシャッターを駆動するシャッター駆動機構９の制御を行う。
【００１２】
また、２６はカメラ本体１の撮影光軸回りのロール方向（ローリング方向）の傾斜角度を検出する加速度センサであり、ＭＰＵ３に接続されている。ＭＰＵ３は加速度センサ２６から得られる情報を用いて、ロール方向の傾斜角度を算出し、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１０を介してカメラ本体の傾斜度合いを表示部１５に表示させる。
【００１３】
次に、撮影レンズ２の動作について説明する。撮影レンズ２のレンズＭＰＵ２０は、ＭＰＵ３により演算されたピント情報をＭＰＵ３から受信し、その結果にもとづき、フォーカス調整用レンズを駆動させるフォーカス駆動機構２１を制御し、ピントを合わせる。また、レンズＭＰＵ２０は、ＭＰＵ３により演算された絞り値をＭＰＵ３から受信し、その結果にもとづき、絞り羽根を制御する絞り駆動機構２２を制御し、所定の露出値が得られるようにする。
【００１４】
次に、カメラ本体１における符号１０〜１５で示されるデジタル部について説明する。１２は被写体光を光電変換してアナログの画像信号を出力する撮像素子である。１３はＡ／Ｄ変換器であり、撮像素子１２から出力されたアナログの画像信号をデジタル画像信号へ変換する。また、ＴＧ（タイミングジェネレータ）１４は、撮像素子１２の駆動制御を行うとともに、撮像素子１２から出力されるアナログ画像信号と同期し、Ａ／Ｄ変換するための同期クロックをＡ／Ｄ変換器１３へ送信する。また、ＴＧ１４は、Ａ／Ｄ変換器１３から出力されたデジタルデータに対してデータラッチをおこなうタイミングクロック信号をＤＳＰ１０に送信し、Ａ／Ｄ変換器１３からＤＳＰ１０へデジタルデータを転送する制御を行う。メモリ群１１は、データを加工するために一次的に記憶することが可能なＲＡＭや、ＤＳＰ１０により加工された画像データを記録することが可能な記録メディア等からなる。１５は液晶パネルからなる表示部であり、画像や撮影情報を表示する。
【００１５】
次に、図２、図３を用いて加速度センサの配置とカメラの姿勢に応じた加速度センサの出力について説明する。
【００１６】
まず、図２を用いて加速度センサ２６のカメラ本体１への配置について説明する。ここで、角速度センサ２６は２軸の測定軸を持っており、第１の測定軸方向の加速度と、第２の測定軸方向の加速度を測定できる。２７は加速度センサ２６の第１の測定軸でありＸ軸と定義する。また、２８は加速度センサ２６の第２の測定軸であり、本実施例においては第１の測定軸と直交しているものとし、この第２の測定軸をＹ軸と定義する。加速度センサ２６は、加速度センサの２つの測定軸であるＸ軸とＹ軸からなる平面がカメラの光軸に対して垂直な平面上に配置され、且つ、Ｘ軸が重力方向（鉛直方向）から所定の角度Ａ（２９）だけ傾斜した状態で配置される。ここで、本実施例においては所定の角度Ａ（２９）は４５度であり、Ｙ軸はＸ軸と直交しているので、Ｙ軸もＸ軸とは重力方向（鉛直方向）と対称なっており、ともに重力方向（鉛直方向）から４５度傾いている。
【００１７】
次に、図３を用いて、図２のカメラ本体１をロール方向へ傾斜させた場合の加速度センサ２６の出力特性について説明する。図３のグラフは、横軸がカメラのロール方向、即ち撮像光軸周りの傾斜角度であるロール角を示し、縦軸は加速度センサが測定する重力加速度を示している。加速度センサの測定軸が重力方向と同じ方向を向いている時（重力方向と平行である時）は、加速度センサの出力は１．０ｇ、加速度センサの測定軸が水平面の方向である時は、加速度センサの出力は０．０ｇとなる。なお、ここでｇは重力加速度である。３２は加速度センサの第１の測定軸すなわちＸ軸の出力、３３は加速度センサの第２の測定軸すなわちＹ軸の出力である。また、３４〜３７はカメラ（加速度センサ２６）のロール角方向の傾斜角に対する加速度センサの出力を示す。
【００１８】
カメラ本体１が横位置の状態においては、３４で示したように、Ｘ軸とＹ軸が重力方向から４５度傾いており、Ｘ軸、Ｙ軸の出力は、いずれもcos（４５°）・ｇ≒０．７ｇである。傾斜度合いは、下記の式（１）で算出される。
【００１９】
傾斜度合い＝arctan（Ｘ軸data／Ｙ軸data） …（１）
ただし、Ｘ軸data,Ｙ軸dataはそれぞれＸ軸、Ｙ軸の出力であり、加速度センサが測定する重力加速度であるとする。よって、３４の傾斜度合いは、arctan（０．７ｇ／０．７ｇ）＝４５°と算出される。
【００２０】
同様にカメラ本体１のグリップ２４を下にした縦位置の状態が３５であり、３５の傾斜度合いは、arctan（−０．７ｇ／０．７ｇ）＝１３５°と算出される。
【００２１】
同様にカメラ本体を上下逆にした状態が３６であり、３６の傾斜度合いは、arctan（−０．７ｇ／−０．７ｇ）＝２２５°と算出される。
【００２２】
また、同様にカメラ本体１のグリップを上にした縦位置の状態が３７であり、３７の傾斜度合いは、arctan（０．７ｇ／−０．７ｇ）＝３１５°と算出される。
【００２３】
カメラの傾斜度合いとして、通常の横位置を０度と定義すると、上記の算出結果から４５度減算した角度がカメラの傾斜度合いとなる。また、上記の３４、３５、３６、３７の各姿勢において、加速度センサのいずれの測定軸においても、その最大敏感度の約７０％程度の敏感度を使用しているため、十分に高い精度で各姿勢における水平点の検出精度を得ることが出来る。
【００２４】
また、本実施形態では、加速度センサ２６の取り付け精度のバラツキにより測定軸２７が重力方向に対して４５度の位置から多少ずれていても、ロール角検出時にピッチ角方向のあおりの影響を受けない。カメラ本体１がピッチ方向にあおられても、測定軸２７，２８は均等にピッチ角による重力加速度を測定するため、逆正接関数演算によってピッチ角の影響をキャンセルすることが出来る。例えば、測定軸２７が約３度ずれて配置された場合には、ロール角の検出としては、
arctan｛cos（４２°）・ｇ／cos（−４８°）・ｇ｝＝４２deg
となり、オフセット調整により４２degを水平点として定義するが、この状態において、カメラをピッチ方向に１０度あおったとき時の演算としては、
arctan[｛cos（４２°）・ｇ・sin（１０°）｝／｛cos（−４８°）・ｇ・sin（１０°）｝]
＝arctan｛cos（４２°）・ｇ／cos（−４８°）・ｇ｝＝４２deg
となり、ピッチ方向の影響がキャンセルされる。
【００２５】
また、本実施形態では、加速度センサ２６の敏感度が温度により変化する特性を持っていたとしても、測定軸２７，２８の敏感度の温度特性Ｔｘ，Ｔｙは、略Ｔｘ≒Ｔｙであるために、下記演算式の如く、測定軸２７，２８の逆正接関数演算をすることで温度変化による影響をキャンセルすることが出来る。
【００２６】
arctan[｛cos（４５°）・ｇ・Ｔｘ｝／｛cos（−４５°）・ｇ・Ｔｙ｝]
≒arctan｛cos（４５°）・ｇ／cos（−４５°）・ｇ｝≒４５deg
また、本実施形態では、常に、測定軸２７，２８の２つの結果よる逆正接関数により角度演算をしているため、ある１点の姿勢についてのみオフセット調整することで、２軸についてオフセット調整をすることが出来る。
【００２７】
次に、図４、図５を用いて、撮像装置の水準器の動作について説明する。図４は、カメラ本体の背面に取り付けられた表示部に、撮像スルー画像表示と水準器表示を行った状態の例を示す図である。１５はＴＦＴ液晶等からなる表示部、４１はカメラの傾斜度合いを表示する水準器表示、４２は傾斜度合いを示す表示バーであり、カメラ本体１がロール方向に傾斜すると、それに応じて表示バーと水準器表示の目盛りとの相対位置が変化し、傾斜量を表示する。また、４４はスルー画像モードに入るためのボタンＳＷ（スイッチ）であり、ボタンＳＷ４４の押下をＭＰＵ３が検出し、カメラはスルー画像モード（ライブビューモード）となる。また、４３は水準器表示モードに入るためのボタンＳＷであり、ボタンＳＷ４３の押下をＭＰＵ３が検出し、カメラはスルー画像表示に水準器表示を付加させる。
【００２８】
次に図５を用いて動作について説明する。カメラ本体１のＳＷ操作系７に含まれるメインＳＷをＯＮにすると（ステップＳ１）、ＭＰＵ３が起動し（ステップＳ２）、カメラは一旦、光学ファインダによる撮影スタンバイモードに入る（ステップＳ１１）。その後、スルー画像モードボタンであるボタンＳＷ４４を押下すると（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、ＭＰＵ３はミラー駆動機構８を動作させ、ミラーをミラーアップ状態にし、また、シャッター駆動機構９を動作させ、シャッターを開ける動作を行なう。また、同時に、ＤＳＰ１０にスルー画像を出力させるよう指令する。
【００２９】
ＤＳＰ１０はＴＧ１４を制御することで、撮像素子１２、Ａ／Ｄコンバータ１３を動作させ、撮像素子から逐次出力される画像信号にＤＳＰ１０内部で所定の画像処理を施し、表示部１５に対してスルー画像表示を行う（ステップＳ４）。そしてスルー画像表示による撮影スタンバイ状態となる（ステップＳ１０）。その後、水準器表示モード用のボタンＳＷ４３（ＳＷ操作系７の一部）を押下すると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ＭＰＵ３は加速度センサ２６を駆動させ、所定時間ごとに加速度センサのＸ軸、Ｙ軸の出力を読み出す（ステップＳ６）。そして、式（１）のarctan｛Ｘ軸data／Ｙ軸data｝の演算により、カメラのロール方向の傾斜度合いを算出する（ステップＳ７）。その結果を所定間隔でＤＳＰ１０に通知し、ＤＳＰ１０はその結果に基づいて、水準器表示を表示部１５のスルー画像に加えて表示する（ステップＳ８）。その結果、カメラは水準器表示を加えたスルー画像撮影モードとなり（ステップＳ９）、ユーザーは撮像画像の傾斜の有無を判定しながら撮影することが可能となる。
【００３０】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係わるデジタルカメラのブロック構成を示す図である。第２の実施形態は、第１の実施形態のローリング方向の傾斜度合いの検出に加え、カメラのピッチング方向の傾斜度合いも検出する場合の例である。図６は第１の実施形態を示す図１と同一の部分が多いため、相違部分についてのみ説明し、図１と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
１２６はカメラ本体のロール方向（ローリング方向）の傾斜度合いを検出する加速度センサであり、ＭＰＵ３に接続されている。ＭＰＵ３は加速度センサ１２６から得られる情報より、ロール方向の傾斜度合いを演算し、ＤＳＰ１０を介してカメラ本体１の傾斜度合いを表示部１５に表示させる。また、１３０はカメラのピッチ方向（ピッチング方向）の傾斜度合いを検出する加速度センサであり、ＭＰＵ３に接続されている。ＭＰＵ３は加速度センサ（第２の加速度センサ）１３０から得られる情報より、ピッチ方向の傾斜度合いを演算し、ＤＳＰ１０を介してカメラ本体１の傾斜度合いを表示部１５に表示させる。
【００３２】
次に、図７、図８、図９、図１０を用いてロール角検出用の加速度センサとピッチ角検出用の加速度センサの配置と、カメラの姿勢に応じた各々の加速度センサの出力について説明する。
【００３３】
まず、図７を用いて加速度センサ１２６、１３０のカメラ本体１への配置について説明する。図７はカメラ本体を通常の横位置に置いた状態を示している。図７の加速度センサ１３６の配置は第１の実施形態における加速度センサ３６と同じであり、１２７，１２８、１２９は第１の実施形態における測定軸２７，２８所定の角度２９と同じ方向である。また、角速度センサ１３０は２軸の測定軸を持っており、第３の測定軸方向の加速度と、第４の測定軸方向の加速度を測定できる。１３１はピッチ角検出用の加速度センサ１３０の第１の測定軸（第３の測定軸）でありＸ軸と定義する。また、１３２はピッチ角検出用の加速度センサ１３０の第２の測定軸（第４の測定軸）であり、本実施例においては測定軸１３１と直行しているものとし、この測定軸１３２をＹ軸と定義する。ピッチ角検出用の加速度センサ１３０は撮像装置を通常の横位置（図７）に置いた場合に撮像装置の撮像光軸と平行であり且つ、重力方向に対して平行である平面に配置される。さらに、第１の測定軸（Ｘ軸）を重力方向（鉛直方向）に対して所定の角度Ｂ（１３３）だけ傾けた状態で配置する。ここでは所定の角度Ｂ（１３３）は４５度とする。また、Ｙ軸はＸ軸と直交しているので、Ｙ軸もＸ軸とは重力方向（鉛直方向）と対称なっており、ともに重力方向（鉛直方向）から４５度傾いている。
【００３４】
図８は、図７のカメラを縦位置（グリップ１２４が下の状態）に置いた状態であり、ロール方向の検出方法は横位置の場合と変らないが、ピッチ方向の検出方法は横位置と異なる。これについては、後に詳細に説明する。
【００３５】
次に、図９を用いて、図８のカメラ本体１をロール方向へ傾斜させた時の加速度センサ１２６の出力信号の特性と、カメラ本体１をピッチ方向へ傾斜させた時の加速度センサ１３０の出力信号の特性について説明する。
【００３６】
図９のグラフは、横軸がカメラの横位置、縦位置のロール方向における加速度センサ１２６の傾斜角を示し、且つ、カメラの横位置のピッチ方向における加速度センサ１３０の傾斜角を示す。また、縦軸は加速度センサが測定する重力加速度を示し、加速度センサの測定軸が重力方向と同じ方向を向いている時（重力方向と平行である時）１．０ｇ、加速度センサの測定軸が水平面の方向である場合に０．０ｇとなる。また、１４５〜１４８はカメラのロール角方向の傾斜角に対する加速度センサの出力を示す。
【００３７】
１４１は加速度センサ１２６及び１３０の第１の測定軸であるＸ軸の信号であり、１４２は加速度センサ１２６及び１３０の第２の測定軸であるＹ軸の信号である。
【００３８】
カメラ本体１が通常の横位置の状態においては、加速度センサ１２６及び１３０は、１４５で示した状態となり、Ｘ軸とＹ軸が重力方向から４５度傾いた状態で配置され、Ｘ軸、Ｙ軸の出力は、いずれもcos（４５°）・ｇ≒０．７ｇである。傾斜度合いの演算式は、下記の（２）式で表現される。
【００３９】
傾斜度合い＝arctan｛Ｘ軸data／Ｙ軸data｝ …（２）
この時は、arctan（０．７ｇ／０．７ｇ）＝４５度と算出される。同様に横位置、縦位置のロール角方向に傾斜させた場合は、図３で説明したのと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４０】
ピッチ角検出用の加速度センサ１３０については、カメラ本体１が通常の横位置の状態において、ピッチ方向へ傾斜された場合、例えば、撮像レンズが重力方向と同じ方向を向くように傾けた場合は、１４６の状態となる。この時は、arctan（−０．７ｇ／０．７ｇ）＝１３５度と算出される。同様に更にピッチ方向へ９０度カメラを傾斜させた場合、すなわちカメラ本体を逆位置にした状態が１４７である。その時は、arctan（−０．７ｇ／−０．７ｇ）＝２２５度として算出される。また、同様に更にピッチ方向へ９０度カメラを傾斜させた場合、すなわち撮像レンズが重力方向と正反対の方向を向いている状態が１４８である。その時は、arctan（０．７ｇ／−０．７ｇ）＝３１５度と算出される。カメラのピッチ角傾斜度合いとしては、通常の撮影レンズ２が正面を向いた正位置を０度と定義すると、上記の算出結果より４５度減算した値がカメラのピッチ方向の傾斜角度となる。
【００４１】
また、上記の各姿勢において、加速度センサのいずれの測定軸においても、その最大敏感度の約７０％程度の敏感度を使用しているため、十分に高い精度で各姿勢における水平点の検出精度を得ることが出来る。
【００４２】
次に、図１０を用いてカメラ本体１の縦位置状態（図９の状態）において、ピッチ角方向にカメラを回転させた場合における加速度センサ１３０の出力信号の特性について説明する。
【００４３】
図１０のグラフは、横軸がカメラの縦位置のピッチ方向における加速度センサ１３０の傾斜角を示す。また、縦軸は加速度センサが測定する重力加速度であり、加速度センサの測定軸が重力方向と同じ方向を向いている時（重力方向と平行である時）１．０ｇ、加速度センサの測定軸が水平面の方向である場合に０．０ｇとなる。また、１５３〜１５５は加速度センサ１３０の測定軸をカメラ本体が縦位置時（図８）に光軸側から見たときの、測定軸の方向をグラフの横軸と対応させたものである。１５１は加速度センサ１３０の第１の測定軸であるＸ軸の信号であり、１５２は加速度センサ１３０の第２の測定軸であるＹ軸の信号である。
【００４４】
カメラ本体１が図８の縦位置の状態においては、加速度センサ１３０は、１５３で示した状態となり、Ｘ軸とＹ軸が重力方向から９０度傾いた位置に配置され、Ｘ軸、Ｙ軸の出力は、いずれもcos（９０°）・ｇ＝０ｇである。傾斜度合いの演算式は、この加速度センサ１３０の測定軸がピッチ方向の回転角において最大に測定する重力加速度がsin（４５°）・ｇ≒０．７ｇであるため、下記の（３）式で表現される。
【００４５】
傾斜度合い＝arctan｛（Ｘ軸data＋０．７ｇ）／（Ｙ軸data＋０．７ｇ）｝…（３）
従って、図８の縦位置の状態である１５３の位置においては、１５３の傾斜度は、arctan｛（０ｇ＋０．７ｇ）／（０ｇ＋０．７ｇ）｝＝４５度と算出される。このグラフでは出力結果を４５度オフセットさせているため、ここでの横軸は９０度である。
【００４６】
同様にカメラ本体１のレンズをピッチ角方向でレンズが上向きとなる方向に４５度傾けた状態が１５４である。
【００４７】
１５４の傾斜度合いは、arctan｛（０．５ｇ＋０．７ｇ）／（−０．５ｇ＋０．７ｇ）｝＝９０度
と算出される。前記と同様このグラフは４５度オフセットさせているためにここでの横軸は１３５度である。
【００４８】
同様にカメラ本体を更に４５度レンズが上向きとなる方向に傾けた状態、すなわちレンズが真上を向いている状態が１５５となり、
１５５の傾斜度合いは、arctan｛（０．７ｇ＋０．７ｇ）／（−０．７ｇ＋０．７ｇ）｝＝１３５度
と算出される。前記と同様このグラフは４５度オフセットさせているためにここでの横軸は１８０度である。
【００４９】
また、上記の縦位置の姿勢（図８）においては、加速度センサ１３０のいずれの測定軸においても、最大敏感度を使用しているため、十分に高い精度で各姿勢における水平点の検出精度を得ることが出来る。
【００５０】
次に図１１、図１２、図１３を用いて、撮像装置の水準器の動作について説明する。図１１は、カメラ本体の背面に取り付けられた表示部に撮像スルー画像の表示と水準器表示を行った時の例を示している。図１１は、通常の横位置でのカメラの配置を示しており、図１２は、縦位置時のカメラの配置（ここではグリップ下側）を示している。
【００５１】
１５はＴＦＴ液晶等からなる表示部、１６１はカメラの傾斜度合いを表示する水準器表示である。１６２はロール方向の傾斜度合いを示す表示バーであり、カメラ本体がロール方向に傾斜するとそれに応じて表示バーと水準器表示のロール角方向の目盛りとの関係が変化していく。１６３はピッチ方向の傾斜度合いを示す表示バーであり、カメラ本体がピッチ方向に傾斜するとそれに応じて表示バーと水準器表示のピッチ角方向の目盛りとの関係が変化していく。また、４４はスルー画像モードに入るためのボタンＳＷであり、ボタンＳＷ４４の押下をＭＰＵ３が検出し、カメラはスルー画像モードとなる。また、４３は水準器表示モードに入るためのボタンＳＷであり、ボタンＳＷ４３の押下をＭＰＵ３が検出し、カメラはスルー画像表示に水準器表示を付加させる。
【００５２】
次に図１３を用いて動作について説明する。ステップＳ１０１からステップＳ１０５までの処理は実施例１と同じであるため、省略する。水準器表示モード用のボタンＳＷ４３（ＳＷ操作系１０７の一部）を押下すると（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ＭＰＵ３はまず加速度センサ１２６のデータより、カメラが通常の横位置の状態にいるか、縦位置の状態にいるかを判定する（ステップＳ１０６）。具体的には加速度センサ１２６の出力データが図１０の特性において１４５の位置±４５度を横位置、１４６の位置±４５度をグリップ下、１４８の位置±４５度をグリップ上として認識する。
【００５３】
次に、カメラが横位置と認識すると、ＭＰＵ３は加速度センサ１２６を駆動させ、所定時間ごとに加速度センサのＸ軸、Ｙ軸の測定値を読み出す（ステップＳ１０７）。そして、arctan（Ｘ軸data／Ｙ軸data）の演算によりカメラのロール方向の傾斜度合いを算出する（ステップＳ１０８）。また、次に加速度センサ１３０を駆動させ、所定時間ごとに加速度センサのＸ軸、Ｙ軸の測定値を読み出し（ステップＳ１０９）、arctan（Ｘ軸data／Ｙ軸data）の演算によりカメラのピッチ方向の傾斜度合いを算出する（ステップＳ１１０）。次に、その結果を所定間隔でＤＳＰ１０に通知し、ＤＳＰ１０ではその結果に基づいた、水準器表示を表示部１１５のスルー画像に加えて表示する（ステップＳ１１１）。その結果、カメラは水準器表示を加えたスルー画像撮影モードとなり（ステップＳ１１２）、ユーザーは撮像画像のロール方向、ピッチ方向の傾斜の有無を判定しながら、撮影することが可能となる。
【００５４】
また、ステップＳ１０６において、カメラが縦位置と認識すると、ＭＰＵ３は加速度センサ１２６を駆動させ、所定時間ごとに加速度センサのＸ軸、Ｙ軸の測定値を読み出す（ステップＳ１１５）。そして、arctan（Ｘ軸data／Ｙ軸data）の演算によりカメラのロール方向の傾斜度合いを算出する（ステップＳ１１６）。また、次に加速度センサ１３０を駆動させ、所定時間ごとに加速度センサのＸ軸、Ｙ軸の測定値を読み出し（ステップＳ１１７）、arctan｛（Ｘ軸data＋０．７ｇ）／（Ｙ軸data＋０．７ｇ）｝の演算によりカメラのピッチ方向の傾斜度合いを算出する（ステップＳ１１８）。次に、その結果を所定間隔でＤＳＰ１０に通知し、ＤＳＰ１０ではその結果に基づいた、水準器表示を表示部１１５のスルー画像に加えて表示する（ステップＳ１１９）。その結果、カメラは水準器表示を加えたスルー画像撮影モードとなり（ステップＳ１２０）、ユーザーは撮像画像のロール方向、ピッチ方向の傾斜の有無を判定しながら撮影することが可能となる。
【００５５】
なお、第１の実施形態、第２の実施形態ともに２軸方向の加速度を測定する加速度センサを使用していたが、１軸方向の加速度センサを２つ使用して本実施例に書かれている測定軸方向の加速度を検出させても良い。また、本実施例においてはＹ軸とＸ軸が直交していたが、本願発明の効果が得られるのであれば、Ｙ軸もＸ軸とは重力方向（鉛直方向）の軸と対称なっていれば、必ずしも直交している必要ない。
【００５６】
以上説明したように、上記の実施形態において、撮像装置は、互いに交わる第１の測定軸方向と第２の測定軸方向の加速度を測定する加速度センサであって、第１の測定軸と第２の測定軸が鉛直方向の軸に対して対称となるように配置された加速度センサを有し、第１の測定軸によって測定された重力加速度と、第２の測定軸によって測定された重力加速度の比の逆正接関数を算出することにより、撮像装置の撮像光軸周りの傾斜度合いを求める。そのため、加速度センサの配置に関しては、撮像光軸のロール角方向に対する、基板実装精度や、実装基板の取り付け位置精度が多少ずれた場合においても、水平点のオフセット調整のみを実施することにより、カメラをピッチ角方向にあおった場合においても、ピッチ角方向の重力加速度の影響が各々の測定軸に対して、略均等にかかるために逆正接関数演算時にその影響が略キャンセルされ、水平点が大きくずれることは無い。つまり、いずれの姿勢状態においても高精度に水平点を検出することが可能である。
【００５７】
また、加速度センサに敏感度等の温度特性が生じたとしても、２つの測定軸の各々に対して略同等の温度依存特性変化が生じるために、逆正接関数演算時にその影響が略キャンセルされ、温度環境下により水平点が大きくずれることは無い。そのため、温度環境下においても、傾斜度合いを高精度に検出することが可能である。
【００５８】
また、カメラの何れの姿勢においても、常に、加速度センサの第１及び第２の２つの測定軸の測定結果からの逆正接関数演算で傾斜度合いを検出しているため、カメラの姿勢ごとにオフセット調整を行う必要がなくなる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置であって、
前記撮像装置に加わる、互いに交わる第１の測定軸方向と第２の測定軸方向の加速度を測定する加速度センサと、
前記第１の測定軸によって測定された重力加速度と、前記第２の測定軸によって測定された重力加速度の比の逆正接関数を算出することにより、前記撮像装置の撮像光軸周りの傾斜度合いを求める演算手段とを有し、
前記加速度センサは、前記撮像装置を横位置にした場合に、前記第１の測定軸と前記第２の測定軸が鉛直方向の軸に対して対称となるように、前記撮像光軸と直交する平面に配置されることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像装置に加わる、互いに交わる第３の測定軸方向と第４の測定軸方向の加速度を測定する第２の加速度センサを更に備え、
前記加速度センサは、前記撮像装置を横位置にした場合に、前記第３の測定軸と前記第４の測定軸が鉛直方向の軸に対して対称となるように、前記撮像装置の撮像光軸と平行であり且つ鉛直方向に対して平行である平面に配置され、
前記演算手段は、前記第３の測定軸によって測定された重力加速度と、前記第４の測定軸によって測定された重力加速度の比の逆正接関数を算出することにより、前記撮像装置の撮像光軸と鉛直方向の軸に対して互いに直交する軸の周りの傾斜度合いを求めることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１】
撮像装置であって、
前記撮像装置に加わる、互いに交わる第１の測定軸方向と第２の測定軸方向の加速度を測定する加速度センサと、
前記第１の測定軸によって測定された重力加速度と、前記第２の測定軸によって測定された重力加速度の比の逆正接関数を算出することにより、前記撮像装置の撮像光軸周りの傾斜度合いを求める演算手段とを有し、
前記加速度センサは、前記撮像装置を横位置にした場合に、前記第１の測定軸と前記第２の測定軸が鉛直方向の軸に対して対称となるように、前記撮像光軸と直交する平面に配置されることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像装置に加わる、互いに交わる第３の測定軸方向と第４の測定軸方向の加速度を測定する第２の加速度センサを更に備え、
前記加速度センサは、前記撮像装置を横位置にした場合に、前記第３の測定軸と前記第４の測定軸が鉛直方向の軸に対して対称となるように、前記撮像装置の撮像光軸と平行であり且つ鉛直方向に対して平行である平面に配置され、
前記演算手段は、前記第３の測定軸によって測定された重力加速度と、前記第４の測定軸によって測定された重力加速度の比の逆正接関数を算出することにより、前記撮像装置の撮像光軸と鉛直方向の軸に対して互いに直交する軸の周りの傾斜度合いを求めることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−４９７７２（Ｐ２０１１−４９７７２Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９５８２５（Ｐ２００９−１９５８２５）
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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