CN102724448B - 图像模糊补偿装置和摄像设备 - Google Patents
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Abstract
图像模糊补偿装置和摄像设备。图像模糊补偿装置检测摄像设备的抖动并且借助于使图像传感器绕与图像传感器的摄像面垂直的轴线转动的机构来对图像模糊进行补偿。用于保持图像传感器的转动构件以能转动的方式被基部构件保持。转动构件和基部构件被拉伸弹簧沿转动构件和基部构件彼此靠近的方向施力，并且设置在转动构件和基部构件之间的球在抵靠转动构件和基部构件二者的状态下可转动地支撑转动构件。球被配置在形成于基部构件的球接收槽内。拉伸弹簧的施力使球抵靠设置于转动构件的抵接面。
Description
技术领域
本发明涉及对由手的无意识移动所引起的图像模糊进行光学补偿的图像模糊补偿技术。
背景技术
传统地，已知如下的图像模糊补偿装置：为了对在手持拍摄过程中由手的无意识移动所引起的图像模糊进行补偿，该图像模糊补偿装置包括使图像传感器或者包含在摄像(imaging)光学系统中的一些透镜(补偿透镜)移动的机构。通过使补偿透镜或图像传感器在与摄像光学系统的光轴垂直的平面内沿第一方向和沿与第一方向正交的第二方向移动来进行图像模糊消除控制。
日本特开平06-030327号公报公开了包括如下的转动机构的装置：该转动机构在以照相机的光轴作为转动轴线的状态下利用倾斜传感器检测照相机的倾斜，从而使图像传感器转动。在该构造中，通过轴和轴接收孔(参见日本特开平06-030327号公报公开的示例所示的轴承22)之间的关系来保持图像传感器并使图像传感器转动。借助于由轴和轴接收孔之间的嵌合所产生的拍击(rattling)，用于支撑图像传感器的转动构件相对于壳体沿与光轴正交的方向移动。因此，日本特开2010-128386号公报公开的抖动补偿装置包括与用作转动构件的转动框架单元120相关的第一转动驱动单元180和第二转动驱动单元190。在该构造中，由第一转动驱动单元180施加的第一转动力RF1的方向被控制成与由第二转动驱动单元190施加的第二转动力RF2的方向不同，由此，通过两个方向上的转动力的合力来消除轴承的间隙。
在传统构造中，当图像传感器转动时，难以通过抑制图像传感器的转动中心的位移来使图像模糊最小化。在日本特开2010-128386号公报公开的构造中，使图像传感器转动用的第二转动力受到第一转动力的干扰。换言之，需要第二转动力足以克服由第一转动力所引起的转动力的减小的驱动单元，这导致设备大型化和电力消耗增加。
发明内容
因此，本发明以简单的构造在不引起设备大型化的情况下抑制图像传感器转动时由于图像传感器的转动中心的位移所引起的图像模糊。
根据本发明的方面，提供一种图像模糊补偿装置，其包括：转动构件，其保持图像传感器；基部构件，其以所述转动构件能绕与摄像面垂直的轴线转动的方式保持所述转动构件，其中，所述转动构件或所述基部构件具有抵接面；施力构件，其沿所述转动构件和所述基部构件彼此靠近的方向对所述转动构件和所述基部构件施力，其中，所述施力构件的施力使所述抵接面与支撑构件抵接；所述支撑构件，其在所述支撑构件抵靠所述转动构件和所述基部构件的状态下以所述转动构件能相对于所述基部构件转动的方式支撑所述转动构件；以及驱动单元，其驱动所述转动构件。
根据本发明的另一方面，提供一种摄像设备，其包括：图像模糊补偿装置；以及驱动控制单元，其控制所述图像模糊补偿装置的驱动单元，其中，所述图像模糊补偿装置包括：转动构件，其保持图像传感器；基部构件，其以所述转动构件能绕与摄像面垂直的轴线转动的方式保持所述转动构件，其中，所述转动构件或所述基部构件具有抵接面；施力构件，其沿所述转动构件和所述基部构件彼此靠近的方向对所述转动构件和所述基部构件施力，其中，所述施力构件的施力使所述抵接面与支撑构件抵接；所述支撑构件，其在所述支撑构件抵靠所述转动构件和所述基部构件的状态下以所述转动构件能相对于所述基部构件转动的方式支撑所述转动构件；以及所述驱动单元，其驱动所述转动构件。
根据本发明，可以以简单的构造在不引起设备大型化的情况下抑制图像传感器转动时由于图像传感器的转动中心的位移所引起的图像模糊。
从下面参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其他特征将变得明显。
附图说明
图1是示出使用根据本发明的实施方式的图像模糊补偿装置的摄像设备的主要部分的示意图。
图2是示出图1所示的第二补偿单元21的分解立体图。
图3是示出从图1所示的第二补偿单元21的背面侧观察的第二补偿单元21的图。
图4是示出从图2所示的转动构件3的正面侧观察的转动构件3的立体图。
图5的(A)是示出从图2所示的基部构件5的背面侧观察的基部构件5的立体图。
图5的(B)是示出在沿着图2所示的基部构件5的线A-A的截面中，转动构件3、基部构件5和球7之间的关系的图。
图6是示出图5的(A)和(B)所示的基部构件5的细节图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图说明本发明的优选实施方式。
图1是示出使用根据本实施方式的图像模糊补偿装置的摄像设备的主要部分的示意图。图像模糊补偿装置是对由设备壳体的抖动所产生的图像模糊进行补偿的装置。在下文中，将以具有镜筒(lens barrel)10和照相机主体20的数字式静态照相机被用作摄像设备为例进行说明。
镜筒10包括第一补偿单元11。第一补偿单元11具有补偿透镜L1和固定透镜L2，并且第一补偿单元11执行补偿透镜L1的在与摄像设备的光轴(见图1中的轴线“O”)垂直的平面内的直线移位移动。利用该配置，沿移位(直线)方向对图像模糊进行补偿。应注意，镜筒10包括补偿透镜L1、固定透镜L2以及与这些透镜一起形成摄像光学系统的透镜组(未示出)。然而，将省略对他们的图示和说明。
照相机主体20包括第二补偿单元21和驱动控制单元30。第二补偿单元21具有基部构件5和用于固定图像传感器1的转动构件3，并且通过控制转动构件3的绕光轴O的驱动来进行对与图像模糊有关的转动方向的补偿。后面将说明第二补偿单元21的细节。驱动控制单元30从姿态检测单元22获取检测信号，并且为了抑制图像模糊，驱动控制单元30驱动/控制补偿透镜L1的移位移动以及驱动/控制转动构件3的转动。应注意，姿态检测单元22具有用于检测照相机主体20的姿态的传感器，并且用众所周知的方法检测设备的姿态。
本实施方式的图像模糊补偿装置使图像传感器1在与光轴O垂直的平面内绕光轴O转动，从而对由诸如手的无意识移动等、在绕与光轴O平行的轴线转动的方向上的抖动所产生的图像模糊进行补偿。
将参照图2至图6给出本实施方式的图像模糊补偿装置的详细说明。在下面的说明中，以装置为基准，被摄体侧被称为正面侧或前方，另一侧被称为背面侧或后方。
第二补偿单元21包括用于图像传感器1的固定板2、转动构件3、磁体4A和4B、基部构件5以及线圈6A和6B。
图像传感器1是经由使用镜筒10的摄像光学系统对被摄体进行摄像并将图像转换成电信号的光电转换元件。作为图像传感器1，可以使用CCD(电荷耦合器件)型图像传感器、CMOS(互补金属氧化物半导体)型图像传感器等。固定板2是用于固定图像传感器1的金属板，并且具有用于图像传感器1的保持部2a以及用于转动构件3的安装部2b、2c和2d。
转动构件3是能相对于后面将说明的基部构件5转动的构件并且具有允许从摄像光学系统接收的光通过的开口3a(见图4)。转动构件3设置有配置空间，该配置空间用于接收保持图像传感器1的固定板2。利用紧固螺钉将固定板2的安装部2b、2c和2d固定于转动构件3的与安装部2b、2c和2d对应的部分3b、3c和3d处。转动构件3设置有固定在中心轴线的相反两侧的磁体4A和4B。在转动构件3的外周缘以如下方式设置用于锁定后面将说明的拉伸弹簧8的三个钩部3e、3f和3g：钩部3e、3f和3g被定位成绕中心轴线彼此间隔120度角度。在转动构件3的正面侧设置三个突起并且三个抵接面3h、3i和3j(见图4)形成于三个突起。这些抵接面3h、3i和3j是与后面将说明的三个球7抵靠的接触面。各抵接面3h、3i和3j均是顶点位于与摄像面垂直的轴线(在本示例中为光轴)上的圆锥侧面的一部分。然而，抵接面不限于圆锥侧面的一部分，只要抵接面形成为在与后面将说明的球7接触时不引起任何误操作即可。
基部构件5是在镜筒10安装到基部构件5的状态下固定到照相机主体20的构件。在基部构件5的中央以不阻断被摄体图像的光的方式形成开口5a，并且用于容纳球7的三个球接收槽51被设置成在开口5a的周围彼此间隔120度角度。用于锁定后面将说明的拉伸弹簧8的三个钩部5g、5h和5i(见图5的(A))在与转动构件3的钩部3e、3f和3g对应的位置处被设置为弹簧锁扣(springcatch)。
球7是以转动构件3能相对于基部构件5转动的方式支撑转动构件3的支撑构件。球7是将在球7抵靠转动构件3和基部构件5的状态下使用的球形部件，并且球7由诸如陶瓷等非磁性材料形成。如图5的(B)和图6所示，球接收槽51具有径向限制壁51a和推力限制壁51b。径向限制壁51a是限制球7的在绕光轴O的径向上的位置的第一限制壁。此外，推力限制壁51b是限制球7的在与光轴O平行的方向上的位置的第二限制壁。此外，如图6所示，球接收槽51的在绕光轴O的周向上的宽度(下文中简称为“W”)具有如下关系。当绕光轴O的半径R的位置是球7的抵接位置，在该位置处图像传感器1和转动构件3的可动宽度(转动方向上的宽度)是A，并且球7的外径(直径)是D时，附图标记“W”满足下面的不等式：
W≥(1/2)×A+D (公式1)
下面将给出对以上公式的详细说明。
图5的(A)所示的基部构件5设置有用于安装线圈6A和6B的开口5e和5f。开口5e和5f被定位成关于开口5a彼此相反，线圈6A和6B是卷绕于卷绕筒的铜线，并且以如下方式被固定到开口5e和5f：线圈6A和6B与上述磁体4A和4B以预定的间隔相对地布置。
用作施力构件的拉伸弹簧8沿转动构件3和基部构件5彼此靠近的方向对转动构件3和基部构件5施力。在本实施方式中，使用三个拉伸弹簧8以相应地挂接在钩部3e和5g之间、钩部3f和5h之间以及钩部3g和5i之间。
将省略对用于驱动本实施方式的转动构件3的机构的详细说明。通过使电流从驱动控制单元30流动至线圈6A和6B而产生磁力，由此，通过磁力使与线圈6A和6B相面对的磁体4A和4B移动，从而驱动转动构件3。在示例中，设置线圈6A和6B以及磁体4A和4B，并且使用两个驱动单元，即，由磁体4A和线圈6A组成的第一驱动单元以及由磁体4B和线圈6B组成的第二驱动单元。第一驱动单元和第二驱动单元关于光轴O对称地设置。应注意，本发明不限于此，并且驱动单元的数量、配置等可以根据规格而变化。
通过使第一驱动单元和第二驱动单元产生洛伦兹(Lorentz)力来进行图像传感器1和转动构件3的驱动控制。例如，当图像传感器1沿图3所示的顺时针方向转动时，驱动控制单元30控制第一驱动单元和第二驱动单元使得由第一驱动单元施加的力沿F1方向作用并且由第二驱动单元施加的力沿F2方向作用。力的方向是与在驱动单元和转动构件3的转动中心之间延伸的线段正交的方向。当期望沿图3中的逆时针方向驱动图像传感器1和转动构件3时，驱动控制单元30控制驱动单元使得由驱动单元施加的驱动力沿相反的方向作用。
图5的(B)是示出在沿着图5的(A)所示的基部构件5的线A-A的截面中，转动构件3、基部构件5和球7之间的关系的图。组装时，工人将球7插入到形成于基部构件5的各球接收槽51中，并且以使球7夹在限制壁51a和51b以及抵接面(见图5的(B)中的3h)之间的方式安装转动构件3。另外，以使基部构件5压靠转动构件3的方式进行施力构件(三个拉伸弹簧8)的安装操作。球7抵靠抵接面3h，并且拉伸弹簧8的施力产生沿f1方向的加压力。沿f2方向的力表示相对于使球7压靠推力限制壁51b的力的抵抗力，沿f3方向的力表示相对于使球7压靠径向限制壁51a的力的抵抗力。径向限制壁51a是绕作为转动中心的光轴O的圆筒面的一部分。如图6所示，转动构件3在维持球7的半径R的状态下能绕光轴O转动。
利用该构造，转动构件3通过球7的滚动而以能相对于基部构件5转动的方式被支撑，并且转动构件3和基部构件5被保持而不产生任何拍击。因此，图像传感器1和转动构件3在驱动过程中能平滑地转动。并且，具有径向限制壁51a和推力限制壁51b的球接收槽51形成于基部构件5，因此，组装时，球7可靠地在球接收槽51中待机，这可以防止在未使球7夹在转动构件3和基部构件5之间的状态下进行组装。另外，形成转动构件3的各抵接面3h、3i和3j的部分的一部分插入到球接收槽51中以使球7夹在限制壁51a和51b之间。因此，即使当由于无法预料的冲击力等沿使转动构件3与基部构件5分开的方向将一些力施加给球7时，也可以防止球7从球接收槽51逃脱。
球接收槽51的宽度W被限定为满足公式1。如图6所示，通过转动半径R以及图像传感器1和转动构件3能转动的角度θ来计算转动构件3的可动宽度A(A＝R×θ)。球接收槽51的宽度W被设定为A的一半加上球7的直径D所得的值以上。如图5的(B)所示，以转动构件3与基部构件5一起夹持球7使得转动构件3和基部构件5能通过滚动摩擦而相对转动的方式来保持转动构件3。当在图像传感器1和转动构件3的转动过程中球7碰撞先前未接触的球接收槽51的壁面时，变得难以使球7滚动，这导致球7与壁面碰撞之前和之后的接触阻力的突变。这可能会妨碍稳定驱动并且可能会对转动构件3的平滑移动造成不利影响。因此，球接收槽51的宽度W需要具有足够的尺寸，使得即使当球7滚动时在图像传感器1的可动范围内球7也不与壁面碰撞。所以条件公式是公式1，由此限定值W的下限。值W的上限由根据其他构件之间的位置关系、其他构件的设计和规格等的其他条件限定。
在摄像设备中，姿态检测单元22检测照相机主体20的姿态，并且将姿态检测信号输出到驱动控制单元30。驱动控制单元30驱动/控制补偿透镜L1和转动构件3，以抑制由姿态的改变所引起的图像模糊。在图像传感器1和转动构件3的驱动/控制过程中，姿态检测单元22检测照相机主体20相对于与光轴O平行的轴线在转动方向上的姿态。驱动控制单元30控制第一驱动单元和第二驱动单元，以对由转动方向上的改变所引起的图像模糊进行补偿。
根据本实施方式，施力构件(拉伸弹簧8)的力使作为圆锥侧面的一部分的各抵接面(3h、3i和3j)抵靠球7，从而可以消除转动构件3相对于基部构件5在光轴方向上的拍击和在与光轴正交的方向上的拍击。因此，可以防止转动构件3的由于拍击等的无意识位移，从而不影响对图像模糊的补偿。
(变形实施方式)
本发明不限于上述优选实施方式，各种改变和变形可以包括在本发明的技术范围内。
(1)在上述实施方式中，基于图像传感器仅沿转动方向移动并且由补偿透镜L1进行图像传感器的沿直线方向的移动的假设进行了说明。本发明不限于此，具有球接收槽51的基部构件5自身可以是能沿直线移位方向移动的构件，并且可以通过图像传感器1的转动和图像传感器1的沿移位方向的移动来对图像模糊进行补偿。
(2)与上述实施方式相反，各抵接面(3h、3i和3j)和槽部(球接收槽51)也可以以相反的关系被构造。换句话说，设置于基部构件5的抵接面是顶点位于与摄像面垂直的轴线上的圆锥侧面的一部分，而具有第一限制壁和第二限制壁的槽部设置于转动构件3。
(3)在上述实施方式中，以线圈6A和6B设置于基部构件5并且磁体4A和4B设置于转动构件3的电磁机构为例进行了说明。但是，本发明不限于此，磁体和线圈之间的位置关系可以颠倒。换言之，也可以使用磁体设置于基部构件5并且线圈设置于转动构件3的电磁机构。
(4)在上述实施方式中，基于图像传感器的转动中心和转动构件3的转动中心与光轴O一致的假设进行了说明。图像传感器的中心位置和转动构件3的中心位置不限于此，而可以根据需要设定在其他位置。
(5)在上述实施方式中，由用作支撑构件的球7(可动构件)来相对于基部构件5支撑转动构件3。然而，球7无需是可滚动的，只要相对于基部构件5以点接触的方式支撑转动构件3即可。例如，球7可以以转动构件3能在球7的球面上滑动的方式固定于基部构件5的一部分，或者球7可以形成为纺锤形形状而不是球形形状。简而言之，只要支撑构件可以无任何拍击地抵靠形成圆锥侧面的一部分的抵接面，则支撑构件可以形成为任意形状。
应注意，本发明不限于主要用于静态图像拍摄的数字式静态照相机，而可以广泛地适用于其他类型的摄像设备，例如胶片式照相机、主要用于动态图像拍摄的摄像机等。
虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明的实施方式，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。所附权利要求书的范围应该符合最宽泛的解释，以涵盖所有这样的变型、等同结构和功能。
本申请要求2011年3月28日递交的日本专利申请No.2011-069918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 (9)
1.一种图像模糊补偿装置，其包括：
转动构件，其保持图像传感器；
基部构件，其以所述转动构件能绕与摄像面垂直的轴线转动的方式保持所述转动构件，其中，所述转动构件或所述基部构件具有抵接面；
支撑构件，其配置在所述转动构件和所述基部构件之间，使得所述抵接面抵接所述支撑构件；
施力构件，其沿使所述转动构件和所述基部构件彼此靠近的方向对所述转动构件和所述基部构件施力；以及
驱动单元，其驱动所述转动构件，
其中，通过所述施力构件的施力使所述抵接面与所述支撑构件抵接，
其特征在于，
所述支撑构件在所述支撑构件抵靠所述转动构件和所述基部构件的状态下以所述转动构件能相对于所述基部构件转动的方式支撑所述转动构件，
在所述驱动单元驱动所述转动构件的情况下，所述转动构件绕光轴转动，
所述施力构件包括在绕光轴的周向上配置的多个施力构件，并且
所述驱动单元和所述支撑构件配置在所述多个施力构件之间。
2.根据权利要求1所述的图像模糊补偿装置，其特征在于，所述支撑构件为球形形状。
3.根据权利要求2所述的图像模糊补偿装置，其特征在于，所述转动构件和所述基部构件中的不具有所述抵接面的一方具有第一限制壁，所述第一限制壁限制所述支撑构件沿与所述摄像面平行的方向的移动。
4.根据权利要求3所述的图像模糊补偿装置，其特征在于，所述转动构件和所述基部构件中的不具有所述抵接面的一方具有第二限制壁，所述第二限制壁限制所述支撑构件沿与所述摄像面垂直的方向的移动。
5.根据权利要求4所述的图像模糊补偿装置，其特征在于，所述转动构件和所述基部构件中的不具有所述抵接面的一方具有槽部，所述槽部具有所述第一限制壁和所述第二限制壁，并且所述施力构件的施力使位于所述槽部的所述支撑构件抵靠所述抵接面和所述第一限制壁或所述第二限制壁。
6.根据权利要求5所述的图像模糊补偿装置，其特征在于，当所述槽部的沿所述转动构件的转动方向的宽度为W，在所述转动构件抵靠所述支撑构件的位置处所述转动构件的可动宽度为A，且所述支撑构件的外径为D时，满足关系：W≥(1/2)×A+D。
7.根据权利要求5所述的图像模糊补偿装置，其特征在于，所述抵接面是顶点位于与所述摄像面垂直的轴线上的圆锥侧面的一部分，并且所述抵接面在所述抵接面的一部分插入到所述槽部中的状态下抵靠所述支撑构件。
8.一种摄像设备，其包括：
图像模糊补偿装置；以及
驱动控制单元，其控制所述图像模糊补偿装置的驱动单元，
其中，所述图像模糊补偿装置包括：
转动构件，其保持图像传感器；
基部构件，其以所述转动构件能绕与摄像面垂直的轴线转动的方式保持所述转动构件，其中，所述转动构件或所述基部构件具有抵接面；
支撑构件，其配置在所述转动构件和所述基部构件之间，使得所述抵接面抵接所述支撑构件；
施力构件，其沿使所述转动构件和所述基部构件彼此靠近的方向对所述转动构件和所述基部构件施力；
驱动单元，其驱动所述转动构件，
其中，通过所述施力构件的施力使所述抵接面与所述支撑构件抵接，
其特征在于，所述支撑构件在所述支撑构件抵靠所述转动构件和所述基部构件的状态下以所述转动构件能相对于所述基部构件转动的方式支撑所述转动构件，
在所述驱动单元驱动所述转动构件的情况下，所述转动构件绕光轴转动，
所述施力构件包括在绕光轴的周向上配置的多个施力构件，并且
所述驱动单元和所述支撑构件配置在所述多个施力构件之间。
9.根据权利要求8所述的摄像设备，其特征在于，所述摄像设备还包括姿态检测单元，所述姿态检测单元检测所述摄像设备的姿态，
其中，所述驱动控制单元从所述姿态检测单元获取检测信号，从而控制所述图像模糊补偿装置的驱动单元。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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