CN101782710A

CN101782710A - 抖动校正单元和摄像设备

Info

Publication number: CN101782710A
Application number: CN201010001840A
Authority: CN
Inventors: 工藤智幸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2030-01-18
Also published as: US8078041B2; US20100183288A1; CN101782710B; JP2010164926A; JP4781439B2

Abstract

抖动校正单元和摄像设备。所述抖动校正单元包括：第一透镜单元，其保持第一透镜，并且在抖动校正操作过程中能够沿与所述第一透镜的光轴垂直的方向移动；和第二透镜单元，其保持第二透镜并且被安装到所述第一透镜，并且在抖动校正操作过程中与所述第一透镜一起沿与所述光轴垂直的方向移动。快门和具有可变开口直径的可变光圈中的至少一方被布置于第一透镜单元和第二透镜单元之间。

Description

抖动校正单元和摄像设备

技术领域

本发明涉及一种抖动校正单元以及包括该抖动校正单元的摄像设备。

背景技术

传统地，广泛使用具有移动多个光学透镜以改变摄像倍率(imaging magnification)的变焦单元的照相机(参见日本特开2001-324663号公报)。在日本特开2001-324663号公报中，被构造成保持多个透镜的多个透镜保持单元通过凸轮环沿光轴方向移动，并且通过转动限制单元限制透镜保持单元沿它的转动方向的移动。利用这种配置，能够将光学透镜移动到指定位置。

近年来，高倍率照相机已经得到快速发展。随着高倍率照相机的进步，特别地当在远摄侧拍摄照片时，由于由操作者施加到相机的振动，即所谓的“手抖动”，可能发生造成操作者拍摄的照片模糊的图像模糊。已知一种如下的作为对策的方法：沿与光轴垂直的方向移动摄像元件以消除这种振动(参考日本特开2008-160175号公报)。已知一种如下的方法：沿与光轴垂直的方向移动摄像元件以使得镜筒组中的透镜组与手抖动同步以消除这种振动(参考日本特开2008-209434号公报)。

然而，在日本特开2008-160175号公报中公开的方法中，诸如CCD图像传感器、CMO S图像传感器等摄像元件被直接地移动，由于该摄像元件与待驱动的致动器的关系该摄像元件使用了周边的空间，这导致装置的尺寸趋于增大。

另外，在日本特开2008-209434号公报中公开的用于移动透镜组的方法中，一般地，待移动的透镜组作为一个模块被操作。传统地，已知将可变光圈和快门插入到透镜组之间有效地减小整个光学系统的尺寸。在光学构造上在一个透镜组中可能存在空间，通过有效利用该空间能够减小整个光学系统的尺寸。

然而，由于尺寸的减小，很难操作在其中插入有可变光圈和快门的作为抖动校正透镜组的透镜组。换句话说，光圈和快门包括用于驱动光圈和快门的机构和致动器，造成尺寸和重量趋于增加。因此，当使所述光圈和快门与抖动校正透镜组一起操作时，用于抖动校正操作的致动器的尺寸增加。因此，很难减小整个光学系统的尺寸，造成了更高的功率消耗。

发明内容

本发明的一个方面是抖动校正单元，抖动校正单元包括：第一透镜单元，该第一透镜单元保持第一透镜，并且在抖动校正操作过程中能够沿与第一透镜的光轴垂直的方向移动；第二透镜单元，该第二透镜单元保持第二透镜并且被安装到第一透镜单元，第二透镜单元在抖动校正操作过程中与第一透镜单元一起沿与光轴垂直的方向移动。快门和具有可变开口直径的可变光圈中的至少一方被布置于第一透镜单元和第二透镜单元之间。

本发明的另一个方面是一种摄像设备，其包括：前述的抖动校正单元；以及摄像单元，其拍摄经由所述抖动校正单元获得的像。

通过下面参照附图对典型实施方式的详细说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出设置有根据本发明的抖动校正单元的处于关机状态下的数字式照相机的实施方式的立体图。

图2是处于开机状态下的该数字式照相机的立体图。

图3是处于关机状态下的该数字式照相机的俯视图。

图4是该数字式照相机的后视图。

图5是处于关机状态下的该数字式照相机的仰视图。

图6是示出该数字式照相机的内部构造的框图。

图7是抖动校正单元的剖视图。

图8是该抖动校正单元的正面分解立体图。

图9是该抖动校正单元的背面分解立体图。

图10是该抖动校正单元的正视图。

图11是该抖动校正单元的后视图。

图12是该抖动校正单元的示意剖视图。

图13是本实施方式的数字式照相机的从开机到拍摄结束的操作过程的流程图。

具体实施方式

下文中，将参考附图说明实现本发明的实施方式。如下所述，以下示出的各图均是示意图，为便于理解强调了各部分的尺寸和形状。在下文的说明中，示出了可以被适当修正的具体的数值、形状和操作。此外，为了易于理解各图的明确的对应关系，不特别地限定原点，但是在各图中提供了直角坐标系(orthogonal coordinates)X-Y-Z，作为简单表示X、Y、Z方向用的坐标系，这里假设当照相机处于通常位置时，照相机的向上方向被设定为正Y方向。如这里所使用的，“通常位置”指这样的照相机位置：镜筒中的摄像光学系统的光轴(下文简称为“光轴”)是水平的，并且摄像显示屏的长度方向也处于水平方向上。在下文中，假定照相机的向上方向被设定为正Y方向，并且照相机的向前方向被设定为正Z方向(即，光轴被摄体方向)。

图1是示出设置有根据本发明的抖动校正单元的处于关机状态下的数字式照相机的实施方式的立体图。图2是处于开机状态下的该数字式照相机的立体图。图3是处于关机状态下的该数字式照相机的俯视图。图4是该数字式照相机的后视图。图5是处于关机状态下的该数字式照相机的仰视图。图6是示出该数字式照相机的内部构造的框图。本实施方式的数字式照相机12是具有能够改变摄像倍率的变焦单元的摄像设备。

在本实施方式的数字式照相机12的前表面配置有：用于确定被摄体的构图(composition)的取景器17；在测光/测距中用于协助提供光源的辅助发光单元16；闪光灯18；以及摄像镜筒49。在数字式照相机12的顶面配置有释放按钮13、电源切换按钮15、以及变焦开关14。通过操作变焦开关14，经由驱动电路43控制变焦马达驱动单元29以通过变焦单元48执行变焦操作。能够通过操作变焦开关14放大和缩小显示于显示器12的存储图像(即数字变焦)。在数字式照相机12的底面配置有：三脚架安装单元27和卡电池盖(card battery cover)28，其中，在卡电池盖28内设置有存储卡驱动器42和电池插入单元(未示出)。在数字式照相机12的后表面配置有用于切换各种功能的操作按钮21、22、23、24、25和26。此外，在数字式照相机12的后表面配置有：由LCD(液晶显示器)形成的显示器20；和取景器目镜19。操作者通过操作按钮21、22、23、24、25和26来选择数字式照相机12的例如诸如拍摄模式、再现模式(reproduction mode)、运动图像拍摄模式等操作模式。显示器20将存储在存储器40中的图像数据或从存储卡中读出的图像数据显示于屏幕上。此外，当选择再现模式时，显示器20减小多个拍摄图像数据的图像尺寸并且将减小的图像数据显示在屏幕上。

控制单元包括CPU 46、ROM 45、RAM 47。该控制单元经由总线44被连接到诸如释放按钮13、操作按钮21至26、显示器20、存储器40、存储卡驱动器42等各种组成元件。经由总线44被连接到控制系统的驱动电路43被连接到变焦马达驱动单元29、调焦马达驱动单元31、快门驱动单元32、光圈驱动单元35、摄像元件37及闪光灯18。由来自控制系统的信号控制驱动这些单元。ROM 45存储用于控制上述各功能组成元件的控制程序。RAM 47存储用于各控制程序的数据。

当操作者通过操作电源切换按钮15将电源从关机状态切换到开机状态时，CPU 46从ROM 45中读出控制程序并且开始初始操作(initial operation)。更具体地，控制单元将摄像镜筒49移动到预定的拍摄允许区域，并启动摄像功能，随后进入摄像待机状态。当操作者压释放按钮13以拍摄时，控制单元通过摄像元件37检测被摄体的亮度并且基于通过检测获得的测光值设定光圈值和快门速度。此外，控制单元确定是否使待使用的闪光灯18闪光。操作者也能够操作操作按钮21以由此预先选择是否强制使闪光灯18闪光。然后，控制单元进行测距(ranging)以测量距被摄体的距离，并且经由调焦马达驱动单元31驱动调焦单元30，以将调焦透镜组(未示出)移动到预定调焦位置。此外，控制单元控制快门33的开和闭，由此通过摄像元件37拍摄图像。

摄像元件37是这样的摄像单元：该摄像单元根据曝光控制值累积与入射到摄像元件37的光量相对应的电荷、将电荷转换成图像信号、将结果输出到模拟信号处理单元36。可以将CCD(电荷耦合器件)图像传感器和CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器用作摄像元件37。模拟信号处理单元36对接收到的图像信号执行模拟处理，然后将处理过的图像信号输出到A/D转换单元38。A/D转换单元38将接收到的处理过的图像信号的模拟数据转换成数字数据。然后，数字数据被输出到数字信号处理单元39并且在此处理单元中被处理。最终，数字数据被存储在存储器40中。当操作操作按钮22时，存储于存储器40中的数字数据通过压缩/扩展单元41将受到诸如JPEG压缩或TIFF压缩等压缩处理等。然后，压缩过的数字数据被输出到安装于存储卡驱动器42中的存储卡，并且将此压缩过的数据存储到该存储卡中。需要注意，当数字式照相机12没有设置存储器40时，通过数字信号处理单元39处理过的数字数据被输出到压缩/扩展单元41，以被存储于安装在存储卡驱动器42中的存储卡。

控制单元使压缩/扩展单元41对存储于存储器40的图像数据或存储于存储卡驱动器42中的存储卡中的图像数据进行扩展处理，并经由总线44使显示器20显示处理过的图像数据。当观察被显示于显示器20的图像数据并且确定不需要该图像的时候，操作者能够操作操作按钮23以删除该图像。

接着，将说明被设置于本实施方式中的摄像镜筒49中的抖动校正单元。图7是该抖动校正单元的剖视图。图8是该抖动校正单元的正面分解立体图。图9是该抖动校正单元的背面分解立体图。图10是该抖动校正单元的正视图。图11是该抖动校正单元的后视图。图12是该抖动校正单元的示意性剖视图。

本实施方式的抖动校正单元沿着光轴从被摄体侧(正Z侧)包括盖构件11、磁检测/保持单元10、第一透镜保持构件2(第一透镜单元)、基部构件5、光圈快门单元6、第二透镜保持构件4(第二透镜单元)。该抖动校正单元由驱动单元(未示出)支撑，并且该抖动校正单元根据变焦操作或伸缩(collapsible)操作整体地沿光轴方向移动。

盖构件11将磁检测/保持单元10固定到基部构件5。磁检测/保持单元10在与下面将说明的磁体8相对的位置处包括磁检测单元9。例如，将霍尔元件作为磁检测单元9。第一透镜保持构件2保持第一透镜1。另外，磁体8在与下面将说明的抖动校正线圈7相对的位置处被固定到第一透镜保持构件2。

基部构件5是形成抖动校正单元的基部的单元。抖动校正线圈7被固定到基部构件5。前述的抖动校正线圈7、磁体8以及磁检测单元9被作为一组来用作抖动校正操作过程中的第一透镜保持构件2的致动器和位置检测器。设置有两组抖动校正线圈7、磁体8以及磁检测单元9。其中一组与在抖动校正操作过程中沿X方向驱动第一透镜保持构件2和第二透镜保持构件4有关，另一组与沿Y方向驱动第一透镜保持构件2和第二透镜保持构件4有关。球5a被布置于基部构件5前侧(正Z侧)的三个位置，并且通过夹着球5a而布置第一透镜保持构件2。此外，拉伸弹簧5b被钩于基部构件5和第一透镜保持构件2上，由拉伸弹簧5b对第一透镜保持构件2朝向基部构件5施力。这里，第一透镜保持构件2隔着球5a压向基部构件5侧，以能沿与光轴垂直的方向移动。

光圈快门单元6被布置于基部构件5的后面(负Z侧)。光圈快门单元6是起光圈和快门作用的光圈34和快门33的一体单元，并且光圈快门单元6以卡扣配合(snap-fit)的结构被一体地固定到基部构件5。本实施方式的光圈34是可变光圈，其中可变光圈在保持开口直径的圆形形状的状态下改变开口直径。

第二透镜保持构件4保持第二透镜3并且被布置于光圈快门单元6的后面。第二透镜3与上述第一透镜1一起用作抖动校正透镜组。掩蔽件(mask)4a被安装到第二透镜3的背面。第二透镜保持构件4一体地设置有以臂状方式向前(正Z侧)延伸的接收单元4b和接合单元4c。接收单元4b和接合单元4c延伸通过设置于基部构件5的通孔，并且接收单元4b和接合单元4c中的每一个均向基部构件5的前方延伸。接收单元4b接收第一透镜保持构件2，并且接合单元4c以卡扣配合结构与设置于第一透镜保持构件2的被接合单元2a联接。为了确保第一透镜保持构件2和第二透镜保持构件4之间的联接，接收单元4b的顶面可能被粘接地固定。

利用上述构造，固定到基部构件5的光圈快门单元6能够被设置于抖动校正透镜组中，即设置于第一透镜1和第二透镜3之间的位置。第一透镜保持构件2和第二透镜保持构件4以一体的方式沿与光轴垂直的方向相对于被固定到基部构件5的光圈快门单元6、磁检测/保持单元10等相对移动，以执行抖动校正操作。

摄像光束经过的开口部被设置于基部构件5的中心部，并且第一透镜保持构件2的靠近中心的部分被插入此开口部。用作物理地限制第一透镜保持构件2的移动范围的机械止动件的移动范围限制单元5c被设置于开口部的内壁部。靠近第一透镜保持构件2的第一透镜1设置的被限制移动范围单元2b抵接移动范围限制单元5c，由此限制第一透镜保持构件2的可移动范围。在该实施方式中，移动范围限制单元5c由与X轴平行的平面和与Y轴平行的平面组成。利用此配置，第一透镜保持构件2在抖动校正操作中的可移动范围是当从Z轴的方向观察时的矩形(square)。

在上述这种构造中，在抖动校正操作过程中动作的第一透镜保持构件2和第二透镜保持构件4在不被驱动控制时向上下、左右移动(Y方向和X方向)。因此，如图10和图11中的箭头所示，第一透镜保持构件2和第二透镜保持构件4也在绕光轴的方向上自由转动(滚动)。太大的转动行程可能导致球5a的抛出和拉伸弹簧5b的变形，造成对抖动校正单元自身的破坏。比控制力更强的冲击力即使在抖动校正控制过程中也被施加到抖动校正单元，同样也可能发生多余的移动(superfluous movement)，导致对抖动校正单元的破坏。

在本实施方式中，为了防止发生此类破坏，被构造成用以防止滚动的单元被设置于第一透镜保持构件2和基部构件5之间，同样地，被构造成用以防止滚动的单元被设置于第二透镜保持构件4和基部构件5之间。更具体地，凸部状(boss-like)的第一转动限制单元5d以与基板构件5一体的方式被设置于两个位置，并且第一转动限制单元5d被插入到被设置于第一透镜保持构件2的两个位置处的孔状的第一被限制转动单元2c。同样地，凸部状的第二转动限制单元5e以与基部构件5一体的方式被设置于两个位置，并且第二转动限制单元5e被插入到被设置于第二透镜保持构件4的两个位置处的孔状的第二被限制转动单元4d。

结果，通过第一转动限制单元5d和第一被限制转动单元2c之间的关系以及第二转动限制单元5e和第二被限制转动单元4d之间的关系限制了抖动校正透镜组(第一透镜1和第二透镜3)的绕光轴的滚动。另外，将凸部插入各孔能够防止诸如抖动校正透镜组相对于光轴的掉落等猛烈移动，由此能够防止任何对抖动校正单元的破坏。此外，用于防止第一透镜保持构件2和第二透镜保持构件4的滚动的方法以凸部状柱(post)被插入到孔中以使得柱与孔的端面抵接的方式来执行，由此能够在不用设置复杂构造的情况下防止滚动。在此实施方式中，第一被限制转动单元2c和第二被限制转动单元4d的孔的形状包括与X轴平行的平面和与Y轴平行的平面。换句话说，当从沿光轴的方向观察时孔的形状为矩形，并且与第一透镜保持构件2在抖动校正操作过程中的移动范围相对应。因此，凸部和形成于第一被限制转动单元2c和第二被限制转动单元4d的孔之间的最小间隙在第一透镜保持构件2的移动范围之内的任意位置能够是恒定的，由此能够稳定可靠地执行滚动限制。

在通常使用的条件下，限制抖动校正透镜组的移动范围的被限制移动范围单元2b及移动范围限制单元5c，在限制第一透镜保持构件2和第二透镜保持构件4的滚动的第一转动限制单元5d和第一被限制转动单元2c以及第二转动限制单元5e和第二被限制转动单元4d之前进入抵接状态。这里，当诸如冲击等外力施加到抖动校正单元时，第二透镜保持构件4的滚动在第一透镜保持构件2的滚动的第一限制之后被限制。如上所述，抖动校正透镜组的移动范围由第一透镜保持构件2的被限制移动范围单元2b和基部构件5的移动范围限制单元5c确定。因此，如果能够主要通过第一透镜保持构件2精确地防止滚动，精度也能被提高。相反地，如果预先限制第二透镜保持构件4，可能在第一透镜保持构件2的被限制移动范围单元2b与基部构件5的移动范围限制单元5c发生抵接之前开始限制，这可能导致功能上的问题。考虑到上述问题，以在第一透镜保持构件2的滚动的第一限制之后限制第二透镜保持构件4的滚动的方式来设计本实施方式。利用这种配置，首先保持作为基准的第一透镜保持构件2，并且由此通过第二透镜保持构件4的滚动防止功能吸收包括倾斜在内的滚动。因此，在保持此功能的同时能够避免除了抖动校正操作之外的多余的操作，由此能够防止对抖动校正单元的任何破坏。

图13是本实施方式的数字式照相机从开机到拍摄结束的操作过程的流程图。在步骤(下文中称为“S”)10中，操作者接通摄像设备的电源。在S20中，CPU 46向变焦马达驱动单元29发出指令以使镜筒驱动马达CW(顺时针)转动。在S30中，CPU 46在确定摄像镜筒49已经通过镜筒驱动马达的驱动力移动到摄像位置之后，停止镜筒驱动马达。结果，摄像镜筒49从图1所示的状态改变到图2所示的状态。

在S40中，操作者接通释放按钮13。在S50中，CPU 46执行测光以由此获得被摄体的亮度信息。在S60中，CPU 46确定在S50中获得的亮度信息是否表示比默认亮度高的亮度。如果获得的亮度信息表示比默认亮度高的亮度(S60中的是)，程序前进到S70。如果获得的亮度信息表示比默认亮度低的亮度(S60中的否)，过程前进到S80，由此，在不执行将光圈34扩展到摄像光路的操作的情况下，CPU 46将光圈34保持在从摄像光路中退避的状态。在S70中，因为获得的亮度信息表示比默认亮度高的亮度，所以CPU 46使光圈34扩展到摄像光路以改变入射光量。在S80中，CPU 46操作调焦单元30以将调焦单元30移动到被摄体对准焦点的位置。

在S90中，开始摄像操作。在S100中，CPU 46将快门33从打开状态转换到闭合状态以阻挡入射光。在S110中，结束摄像操作。在S120中，CPU 46使光圈34从摄像光路退避。在S130中，CPU 46将调焦单元30移动到它的初始位置并且然后结束它的操作。

如前说明，根据本实施方式，光圈和快门能够被配置于抖动校正透镜组，由此能够有效地利用透镜组中的空间。另外，关于透镜构造，通过在透镜组中的较后位置配置光圈，能够(在光学设计中)减小前侧透镜的有效直径，由此能够减小外部形状的尺寸。因此，能够实现小尺寸的抖动校正单元和小尺寸的摄像设备。换句话说，在传统数字式照相机中没有被利用的透镜组中的空间能够被有效地用作用于光圈和快门的空间。结果，能够减小摄像镜筒的厚度，由此增加了光学设计的自由度。因为使用可变光圈开口部，开口部的形状能够接近圆形，能够获得漂亮的虚化的图像。此外，第一透镜保持单元和第二透镜保持单元能够通过设置卡扣配合结构被连接在一起，由此能够以简单地方式进行组装。也能够容易地完成拆卸。

本发明不限于上述实施方式，可以做出各种不超出本发明的范围的改变和变型。

虽然本实施方式已经说明了使用不可互换透镜的数字式照相机，也就是，摄像镜筒与照相机主体接合为一体的情况，但是本发明不限于此。例如，透镜可以是可互换的透镜，并且照相机可以是胶片照相机、望远镜等。

虽然本发明已经说明了光圈快门单元6被配置于第一透镜1和第二透镜3之间的位置的情况，但是本发明不限于此。例如，可以只将快门设置于抖动校正透镜组中，或可以只将光圈设置于抖动校正透镜组中。

虽然本发明说明了抖动校正线圈7被设置于基部构件5和磁体8被设置于第一透镜保持构件2的情况，但是本发明不限于此。磁体8可以被设置于基部构件5和第一透镜保持构件2之中的任一方，并且线圈7可以被设置于另一方。例如，磁体8可以被设置于基部构件5，并且线圈7被设置于第一透镜保持构件2。

本申请要求2009年1月19日递交的日本专利申请No.2009-009354的优先权，该日本专利申请的全部内容通过引用包含于此。

Claims

1.一种抖动校正单元，其包括：

第一透镜单元，所述第一透镜单元保持第一透镜，并且在抖动校正操作过程中能够沿与所述第一透镜的光轴垂直的方向移动；

第二透镜单元，所述第二透镜单元保持第二透镜并且被安装到所述第一透镜单元，所述第二透镜单元在所述抖动校正操作过程中与所述第一透镜单元一起沿与所述光轴垂直的方向移动，

其中，快门和具有可变开口直径的可变光圈中的至少一方被布置于所述第一透镜单元和所述第二透镜单元之间。

2.根据权利要求1所述的抖动校正单元，其特征在于，所述抖动校正单元还包括：

基部构件，其保持所述快门和所述光圈中的至少一方，并且所述基部构件被布置于所述第一透镜单元和所述第二透镜单元之间；

多个球，所述多个球被布置于所述基部构件和所述第一透镜单元之间；

施力单元，其被构造成沿使所述基部构件和所述第一透镜单元朝向彼此的方向对所述基部构件和所述第一透镜单元施力；

磁体，其被设置于所述第一透镜单元；以及

线圈和磁检测单元，所述线圈和所述磁检测单元被布置成使得所述磁体在沿着所述光轴的方向上位于所述线圈和所述磁检测单元之间，所述线圈和所述磁检测单元中的一方被设置于所述基部构件。

3.根据权利要求2所述的抖动校正单元，其特征在于，

所述第二透镜单元具有三个接收单元和三个接合单元，

所述接收单元延伸通过所述基部构件并且与所述第一透镜单元联接，以及

所述接合单元延伸通过所述基部构件并且与所述第一透镜单元接合。

4.根据权利要求3所述的抖动校正单元，其特征在于，所述接合单元以卡扣配合结构与所述第一透镜单元接合。

5.一种摄像设备，其包括：

根据权利要求1所述的抖动校正单元；以及

摄像单元，其拍摄经由所述抖动校正单元获得的像。