CN101196669A - 光学设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学设备，该光学设备具有：检测振动的振动检测器，保持图像稳定光学系统的保持构件；弹性构件，用于弹性地支撑所述保持构件使得所述保持构件可以在垂直于光轴的平面内移位；驱动单元，生成阻挡所述弹性构件的弹力的驱动力；驱动所述驱动单元的驱动电路；控制所述保持构件的位置的控制电路；测量温度的温度传感器；以及使所述保持构件在所述驱动方向上的运动衰减的粘性阻尼器。所述控制电路改变所述驱动电路的图像稳定驱动控制特性，以补偿所述粘性阻尼器的粘度随温度的变化。

Description

光学设备

技术领域

本发明涉及诸如可互换镜头或照相机之类的光学设备，其中，降低了由在拍摄时的温度变化或随时间的恶化所导致的图像稳定驱动特性的恶化。

背景技术

在当前照相机中，由于诸如确定曝光和聚焦之类的在拍摄中很重要的所有操作都是自动执行的，因此即使拍摄者不擅长照相机操作，拍摄失败的可能性也是非常低的。近年来，由于开发了降低由照相机抖动所导致的图像模糊的系统，可能导致拍摄者拍摄失败的因素几乎完全被消除。

拍摄时的照相机抖动的频率一般在1到12Hz的范围内。在某些照相机中，即使在按下快门释放按钮时发生这样的照相机抖动，也能够拍摄没有图像模糊的照片。为此，必须准确地检测根据由手的抖动所导致的加速度和速度的照相机的振动。基于检测的结果，以光学方式或以电子方式抵消由照相机的振动所导致的光轴的变化，以便达到图像稳定。

日本专利申请公开出版物No.H10-319465公开了一种镜头移位设备，其中，可动框架由球的旋转引导，通过弹簧阻止可动构件围绕光轴的旋转。为了降低驱动阻力，通过弹簧在固定构件和可动构件之间保持至少三个球。如此，通过简单结构，消除了导向部分在光轴方向的活动。

如同日本专利申请公开出版物No.H10-319465中所公开的结构的情况，在其中可动移位部分通过诸如弹簧之类的弹性支撑构件而被支撑在固定构件上的结构中，由于弹簧存在固有频率而由手的抖动或照相机的振动导致共振或振荡。如果发生这种情况并且可动移位部分振荡得厉害，则存在可动移位部分可能与以机械方式调节移位动作的可动范围的部分相撞，并且图像稳定驱动特性可能会恶化。

发明内容

本发明提供了一种光学设备，其中降低了可能由温度变化所导致的图像稳定驱动特性的恶化，并具有极好的图像稳定驱动特性。

根据本发明的一个方面，一种光学设备包括：检测振动的振动检测器；保持图像稳定光学系统的保持构件；回力构件，支撑所述保持构件使得所述保持构件能够在垂直于光轴的平面上移动；驱动单元，生成阻挡所述回力构件的恢复力的驱动力；驱动所述驱动单元的驱动电路；控制所述保持构件的位置的控制电路；测量温度的温度传感器；以及使所述保持构件在所述驱动方向上的运动衰减的粘性阻尼器，其中，所述控制电路基于由所述温度传感器所获得的温度，改变所述驱动电路的图像稳定驱动控制特性，以补偿所述粘性阻尼器的粘度的变化。

通过下列参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得显而易见。

附图说明

图1是图像稳定致动器的分解透视图。

图2是阻尼器构件的剖面视图。

图3是阻尼器构件的一种变型的剖面视图。

图4是示出了硅树脂凝胶的刚度对温度的依赖关系的曲线图。

图5A和5B示出了通过弹簧悬置的图像稳定致动器的频率特性。

图6A和6B示出了配备有阻尼器构件的图像稳定致动器的频率特性。

图7A和7B示出了配备有阻尼器构件的图像稳定致动器的频率特性。

图8A和8B示出了在执行相位超前补偿的情况下配备有阻尼器构件的图像稳定致动器的频率特性。

图9是示出了图像拾取系统的配置的图。

图10是操作的流程图。

具体实施方式

在下面的描述中，将参考附图基于实施例来描述本发明。

图1是具有阻尼器构件的通过弹簧悬置的图像稳定致动器的分解透视图。为降低关于纵倾(pitch)方向(照相机在垂直方向上的角度变化)和在横倾(yaw)方向(在水平方向的角度变化)的图像模糊，通过导向机构在垂直于光轴的平面内的纵倾方向和横倾方向上调节图像稳定光学系统。同时，控制图像稳定光学系统，以便由分别为各自的驱动方向所提供的驱动致动器和位置检测器独立地在纵倾方向和横倾方向上被驱动，以便将图像稳定光学系统定位在光学系统周围的任意位置。纵倾方向和横倾方向的驱动致动器和位置检测构件具有相同的配置，但是朝向彼此相差90度的方向。下面，将仅描述与纵倾方向关联的结构。在图中，与纵倾方向关联的组件将通过具有下标p的附图标记来表示，而与横倾方向关联的组件将通过具有下标y的附图标记来表示。

请参看图1，图像稳定致动器具有移位基座1，它是固定构件。致动器还具有移位镜筒2，在其上面固定了图像稳定光学系统3、驱动磁体4p、4y、磁体吸引板5和两个位置调节栓6。磁体吸引板5由止动装置7保持。在移位基座1和移位镜筒2之间提供了三个球8状的滚柱轴承。三个回力构件，在本实施例中为诸如张力盘簧9之类的弹性构件，它们的一端钩在移位镜筒2上，而另一端钩在移位基座1上。张力盘簧9在移位基座1和移位镜筒2之间拉紧，以便将移位镜筒2拉向移位基座1，三个球8夹在它们之间。驱动线圈10p、10y固定地附着在移位基座1上。在柔性印刷电路板11上安装了位置检测器12，而驱动线圈10p、10y和位置检测器12与外部电路(未示出)电气上连接。

如图2所示，在磁体吸引板5上的通孔中插入了位置调节栓6。位置调节栓6中间的螺纹部分被拧到在移位镜筒2上提供的螺栓接收部分2a，而位于位置调节栓6末端的笔直部分被插入到移位基座1上提供的步进的通孔形式的保持部分1a。凝胶阻尼器构件13被保持在保持部分1a中。位置调节栓6的末端延伸到阻尼器构件13之外。

保持部分1a可以被设置作为如图3所示的凹口，位置调节栓6的末端部分可以嵌入在阻尼器构件13中。

阻尼器构件13的材料例如是诸如硅树脂凝胶之类的粘性材料。图4示出了典型的硅树脂凝胶的刚度对温度的依赖关系。在比较宽的温度和频率范围内维持着凝胶的柔软性。然而，在涉及非常敏感的小的驱动的情况下，如根据本实施例的图像稳定致动器的情况下，当硅树脂凝胶被用作阻尼器构件13时，不能忽略它的特性的变化。例如，当温度较低时，硅树脂凝胶的损失弹性模量变高，这导致大的能量损失并导致对应的相滞降低。相反，当温度高于常温时，硅树脂凝胶的损失弹性模量变低，与在常温相比，能量损失变得更小。因而，相滞变得大于常温下的相滞。

图5A和5B分别对于横倾方向和纵倾方向示出了没有阻尼器构件13的通过弹簧悬置的图像稳定致动器的频率特性。图5A和5B中的上方的曲线图的垂直轴代表增益，下方的曲线图的垂直轴代表输入电压的相位。在所有曲线图中，水平轴代表频率。如前面所描述的，在共振频率范围中发生共振，这导致增益的峰值不当地过高。同时，发生相位延迟。

图6A和6B分别对于横倾方向和纵倾方向示出了具有利用硅树脂凝胶的阻尼器构件13的通过弹簧悬置的图像稳定致动器的频率特性。从图6A和6B将看出，共振频率范围内的振荡被阻尼器构件13降低或衰减，防止了增益的急剧上升，但是另一方面，与图5A和5B的情况相比，相位被延迟，响应性变差。

可以通过在图像稳定驱动电路中在电气上执行相位超前补偿计算来防止这种响应性的恶化。图7A和7B分别对于横倾方向和纵倾方向示出了具有阻尼器构件13、并且其中不执行相位超前补偿的通过弹簧悬置的图像稳定致动器的频率特性。

图8A和8B分别对于横倾方向和纵倾方向示出了具有阻尼器构件13、并且其中执行相位超前补偿的通过弹簧悬置的图像稳定致动器的频率特性。如上文所描述的，通过执行相位超前补偿，改善了相滞，这可以从图8A和8B看出，与图7A和7B所示的特性相比，改善了响应性。

从而，当使用阻尼器构件13时，从图8A和8B中可以看出，通过相对于不使用阻尼器构件13的情况而使驱动控制信号的相位超前，可以校正响应的延迟。然而，如果阻尼器构件13的特性与温度相关，则阻尼器构件13的粘性阻力取决于温度而变化，这导致驱动特性的变化或恶化。

图9是示出了配备有上文所描述的图像稳定致动器的光学设备或照相机系统的配置的图。在该照相机系统中，可互换透镜20和照相机机身40通过机架60以机械方式耦接在一起。机架60的触点61使得在可互换透镜20和照相机机身40之间可以进行电气通信。

可互换透镜20具有包括多个光学透镜的拍摄光学系统21。在拍摄光学系统21的光轴O上放置有：聚焦透镜21a，该聚焦透镜21a在光轴方向上移动以便进行聚焦；移位透镜21b，该移位透镜21b在垂直于光轴的方向上移动，以便使光学图像稳定；放大透镜21c，该放大透镜21c在光轴方向上移动，以便改变焦距；以及光阑21d。

还设置了检测拍摄光学系统21的振动的抖动检测器22。抖动检测器22的输出端和图像稳定操作开关23的输出端连接到包括CPU的可互换透镜控制电路24。可互换透镜控制电路24的输出端连接到聚焦透镜驱动电路25、图像稳定驱动电路26和光阑驱动电路27。这些驱动电路25、26和27的输出端分别连接到驱动聚焦透镜21a的AF致动器28、图1所示的图像稳定致动器29、以及驱动光阑21d的光阑致动器30。图像稳定致动器29在垂直于光轴O的方向上驱动移位透镜21b。

照相机机身40在拍摄光学系统21的背面具有快速返回反射镜41、副反射镜42、快门43和图像拾取元件44，它们被布置在拍摄光学系统21的光轴O的延长线上。照相机机身40还具有棱镜45和取景器光学系统46，由快速返回反射镜41反射的光被指向它们。

图像拾取元件44的输出端通过驱动电路47连接到照相机控制电路48。焦点检测器49被布置在由副反射镜42反射的光所指向的位置。焦点检测器49的输出端连接到照相机控制电路48。释放开关50、光阑操作构件51和温度传感器52的输出端也连接到照相机控制电路48。照相机控制电路48的输出端通过快门驱动电路53连接到快门43。

在进行自动聚焦(AF)时，通过AF致动器28的驱动力将聚焦透镜21a沿着光轴O移动到对焦位置。具体来说，控制信号通过触点61从照相机机身40中的照相机控制电路48传输到可互换透镜控制电路24，然后，根据控制信号，将驱动信号从可互换透镜控制电路24发送到聚焦透镜驱动电路25。聚焦透镜驱动电路25基于驱动信号来驱动AF致动器28。

为了执行光学图像稳定，首先向可互换透镜控制电路24输入来自图像稳定操作开关23的、允许光学图像稳定功能的操作信号。抖动检测器22向可互换透镜控制电路24发送表示拍摄光学系统21的抖动的检测信号。可互换透镜控制电路24向图像稳定驱动电路26发送驱动控制信号，而图像稳定致动器29在垂直于光轴的方向上驱动移位透镜21b，以便使光学图像稳定。

为了调节光量，驱动具有多个光阑叶片的光阑21d。通过触点61从照相机机身40向可互换透镜控制电路24传输控制信号，而可互换透镜控制电路24向光阑驱动电路27发送驱动信号。光阑驱动电路27使致动器30操作以驱动光阑叶片，从而，光所穿过的孔径面积或光阑直径改变。

照相机机身40中的快门43具有多个快门叶片。照相机控制电路48向快门驱动电路53发送控制信号。快门驱动电路53根据该控制信号向快门43发送控制信号，从而，快门叶片打开和关闭光所穿过的孔径，以控制入射到图像拾取元件44上的光量或曝光量。

当照相机控制电路48接收到表示释放开关50的半按下的信号时(SW1接通)，通过从照相机控制电路48发送的控制信号来启动诸如AF驱动和测光之类的拍摄准备操作。当照相机控制电路48接收到表示释放开关50的完全按下的信号时(SW2接通)，通过从照相机控制电路48发送的控制信号来启动拍摄操作。

当照相机控制电路接收到表示光阑操作构件51的操作的信号时，照相机控制电路48向可互换透镜控制电路24发送控制信号，并且可互换透镜控制电路24驱动光阑21d，从而，执行光量调节操作。

快速返回反射镜41被布置在包括光轴O的拍摄光学系统的光路中，并可在观察位置和拍摄位置之间移动，在该观察位置，该快速返回反射镜41通过棱镜45将光束从拍摄光学系统21引导到取景器光学系统46，在该拍摄位置，该快速返回反射镜41被缩回到拍摄光学系统的光路外部。快速返回反射镜41的一部分是半反射镜，穿过此半反射镜部分的光束由副反射镜42引导到焦点检测器49。焦点检测器49根据相位差检测方法生成表示拍摄光学系统21的焦点状态的信号，并输出该信号。

照相机控制电路48基于来自焦点检测器49的信号，计算使拍摄光学系统进入对焦状态所需的聚焦透镜21a的驱动量和驱动方向，并向可互换透镜控制电路24发送包含计算出的信息的控制信号。在接收到此控制信号时，可互换透镜控制电路24向聚焦透镜驱动电路25发送控制信号，从而驱动聚焦透镜21a以进行自动聚焦。

图像拾取元件44是诸如CMOS传感器或CCD传感器之类的固态图像拾取元件。驱动电路47从照相机控制电路48接收表示电荷积累时间等等的控制信号，并驱动图像拾取元件44。

在此图像拾取系统中，可以根据温度的变化，改变驱动控制信号的相位，以补偿图像稳定致动器29的阻尼器构件13所导致的驱动特性的变化。为此，可互换透镜控制电路24具有根据由温度传感器52检测到的温度的相位超前量的数据表。

该数据表包括代表与温度t(℃)关联的相位超前量的标志，如表1所示。

表1

温度t(℃)             标志

-30或更高并低于-20    1

-20或更高并低于-10    2

-10或更高并低于0      3

0或更高并低于+10      4

+10或更高并低于+20    5

+20或更高并低于+30    6

+30或更高并低于+40    7

+40或更高并低于+50    8

+50或更高并低于+60    9

+60或更高并低于+70    10

+70或更高并低于+80    11

可互换透镜控制电路24基于从照相机控制电路48发送的温度信息，从数据表中选择相位超前量。此后，可互换透镜控制电路24基于该相位超前量向图像稳定驱动电路26发送驱动信号，并且图像稳定驱动电路26向图像稳定致动器29发送信号以执行图像稳定操作。

当温度变为低于常温时，所述常温例如是由表1中的标志6表示的温度，相滞变小。在这样的情况下，标志从6变为1到5中的任何一个，以使相位超前补偿量更小。另一方面，当温度变得高于常温时，相滞变大。在这样的情况下，标志从6变为7到11中的任何一个，以使相位超前补偿量更大。

图10是主要在可互换透镜控制电路24中执行的过程的流程图。此过程由充当计算机的可互换透镜控制电路24根据如该流程图所示的计算机程序来执行。

在步骤S101中，可互换透镜控制电路24对于图像稳定操作开关23是接通还是关断作出判断。如果图像稳定操作开关23接通，则过程进入步骤S102，而如果图像稳定操作开关关断，则过程进入步骤S111。

在步骤S102中，可互换透镜控制电路24对于释放开关50是否被半按下(SW1)作出判断。如果半按下开关SW1接通，则过程进入步骤S103，而如果半按下开关SW1关断，则重复步骤S102的过程。在步骤S103中，可互换透镜控制电路24通过照相机控制电路48从温度传感器52获得温度信息。在步骤S104中，可互换透镜控制电路24根据温度而查阅相位超前量的表。在步骤S105中，可互换透镜控制电路24基于所获得的温度信息，从相位超前量的数据表中选择适当的相位超前量或与其对应的标志。

在步骤S106中，向可互换透镜控制电路24发送抖动检测信号。在步骤S107中，可互换透镜控制电路24基于抖动检测信号和相位超前量信息，执行图像稳定计算。在步骤S108中，基于通过步骤S107中的计算所获得的信息，启动图像稳定。在步骤S109中，可互换透镜控制电路24对于释放开关50是否被完全按下(SW2)作出判断。如果开关SW2接通，则过程进入步骤S110，而如果开关SW2关断，则重复步骤S109的处理。

在步骤S111中，可互换透镜控制电路24对于释放开关50是否被半按下(SW1)作出判断。如果释放开关50被半按下(SW1)，则过程进入步骤S112，在该步骤中，执行正常的拍摄操作。如果开关SW1关断，则重复步骤S111的判断。

虽然在上文所描述的示例性实施例中，在照相机机身40中设置温度传感器52，但是，温度传感器52也可以被设置在可互换透镜20中。

虽然参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。根据本发明的光学设备包括可互换透镜形式的透镜设备、包含其上可拆卸地安装有可互换透镜的照相机的照相机系统、以及具有整体构建在一起的拍摄光学系统的照相机。以下的权利要求的范围应被给予最宽的解释，以便包含所有这样的变型以及等同结构和功能。

Claims (3)

1.一种具有图像稳定系统的光学设备，包括：

检测振动的振动检测器；

保持图像稳定光学系统的保持构件；

回力构件，支撑所述保持构件使得所述保持构件能够在垂直于光轴的平面上移动；

驱动单元，生成阻挡所述回力构件的恢复力的驱动力；

驱动所述驱动单元的驱动电路；

控制所述保持构件的位置的控制电路；

测量温度的温度传感器；以及

使所述保持构件在所述驱动方向上的运动衰减的粘性阻尼器，

其中，所述控制电路基于由所述温度传感器所获得的温度，改变所述驱动电路的图像稳定驱动控制特性，以补偿所述粘性阻尼器的粘度的变化。

2.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述控制电路通过改变所述驱动电路的图像稳定驱动控制信号的相位来改变所述控制特性。

3.根据权利要求2所述的光学设备，其中，所述控制电路具有将所述图像稳定驱动控制信号的相位超前量与所述温度关联的数据。

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