JP2006208873A

JP2006208873A - 光学装置及び手振れ補正装置の制御方法

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Publication number: JP2006208873A
Application number: JP2005022418A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nomura; 博野村; Shinichi Kakiuchi; 伸一垣内
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2025-01-31
Also published as: JP4772335B2

Abstract

【課題】ステッピングモータを駆動源とした光学装置の手振れ補正において、消費電力を低減させる。
【解決手段】光軸と直交する方向に移動可能な振れ補正光学要素を有する光学系と、振れ補正光学要素を駆動するステッピングモータと、光学系に加わる振れ速度を検出し、該振れ速度情報に基づきステッピングモータの駆動パルス数を演算し、結像面上での像振れをキャンセルさせる位置に振れ補正光学要素を移動させる振れ補正制御手段と、撮像光学系の焦点距離を検出する手段とを備え、振れ補正制御手段は、光学系の焦点距離情報に応じて、ステッピングモータ駆動時にステッピングモータに供給するエネルギーを変化させることを特徴とする撮像装置。
【選択図】図２８

Description

本発明は、手振れ補正機能を備えた光学装置、及び光学装置に搭載する手振れ補正装置の制御方法に関する。

この種の手振れ補正装置は、光学装置、たとえば観察光学系を有する双眼鏡やカメラの筺体に加わる振れに応じて観察光学系の一部を光軸に対してずらすように駆動して撮像面上での像位置を一定に保つのが一般的であるが、最近では特に双眼鏡やデジタルカメラへの搭載例が多くなっている。

デジタルカメラのような携帯用の光学装置では、バッテリ駆動時間を長くしたいという要求が強い。そのため、手振れ補正装置においても電力消費を抑えることが望まれている。特に、手振れ補正用の駆動源としてステッピングモータ（パルスモータ）を用いる場合、手振れ補正を行わないときには電力を供給せずに振れ補正用の光学要素を停止させておけるというメリットがあるが、その反面、手振れ補正動作時には圧電アクチュエータなどに比べて消費電力が大きくなりがちである。

したがって、本発明はステッピングモータを駆動源として手振れ補正を行うタイプの装置において消費電力を低減させることを目的とする。また、駆動源としてステッピングモータを用いるタイプの手振れ補正装置において、消費電力を低減可能な制御方法を提供することを目的とする。

本発明の光学装置は、光軸と直交する方向に移動可能な振れ補正光学要素を有する光学系と、振れ補正光学要素を駆動するステッピングモータと、撮像光学系に加わる振れ速度を検出し、該振れ速度情報に基づきステッピングモータの駆動パルス数を演算し、光学系による結像面上での像振れをキャンセルさせる位置に振れ補正光学要素を移動させる振れ補正制御手段と、撮像光学系の焦点距離を検出する手段を備え、振れ補正制御手段は、この焦点距離検出手段によって検出される光学系の焦点距離情報に応じて、ステッピングモータ駆動時にステッピングモータに供給するエネルギーを変化させるステッピングモータ制御手段を有していることを特徴としている。

ステッピングモータ制御手段がステッピングモータに供給するエネルギーを変化させる手法として、次のいずれかを用いることが好ましい。まず、光学系の焦点距離情報に応じて、ステッピングモータの駆動電圧を変化させることで、駆動エネルギーを変更することができる。または、焦点距離情報に応じて、単位駆動パルスを時分割した分割パルスにおけるパルス幅を変化させる手法をとってもよい。さらに、焦点距離情報に応じて、単位駆動パルスを時分割した分割パルスにおける周波数を変化させる手法をとってもよい。

さらに温度センサを設け、温度センサから出力される温度情報も加味してステッピングモータに供給するエネルギーを変化させるとより好ましい。

ステッピングモータ制御手段は、光学系の焦点距離が短くなるにつれてステッピングモータに供給するエネルギーを小さくさせるように制御すると、電力消費を効率的に抑えることができる。

本発明は、光学系が焦点距離可変のズームレンズである場合に好適であり、また異なる焦点距離の交換式の単焦点交換レンズに適用することもできる。

振れ補正光学要素が光軸と直交する平面内で互いに非平行な２つの方向に移動する態様では、振れ補正光学要素をこの２つの方向に駆動させる第１と第２のステッピングモータを備え、ステッピングモータ制御手段は、光学系の焦点距離情報に応じて、第１と第２のステッピングモータのそれぞれに供給するエネルギーを変化させるとよい。

振れ速度検出手段は、具体的には角速度センサであるとよい。また、振れ補正光学要素は、例えばイメージセンサとすることができる。

本発明はまた、光学系の一部を構成する振れ補正光学要素をステッピングモータによって光軸と直交する方向に移動させて、光学系による結像面上での像振れをキャンセルする手振れ補正装置に関しており、撮像光学系の焦点距離を検出するステップと、撮像光学系に加わる振れ速度を検出して、この振れ速度情報と焦点距離情報に基づきステッピングモータの駆動パルス数を演算するステップと、焦点距離情報に応じて、ステッピングモータ駆動時に該ステッピングモータに供給するエネルギーを異なる大きさに設定するステップと、設定した大きさのエネルギーでステッピングモータを駆動するステップを有することを特徴としている。

以上の本発明の光学装置及び制御方法によれば、光学系の焦点距離情報に応じてステッピングモータに供給するエネルギーを変化させることで、手振れ補正の性能を損なうことなく消費電力を低減させることができる。

[レンズ鏡筒全体の説明]
図１と図２に断面を示すズームレンズカメラのズームレンズ鏡筒１０は、箱形のハウジング１１と、該ハウジング１１内に伸縮可能に支持される伸縮筒部１２を有している。ハウジング１１の外側はカメラの外装部材で覆われているが、外装部の図示は省略している。ズームレンズ鏡筒１０の撮像光学系は、物体側から順に、第１レンズ群１３ａ、シャッタ１３ｂ、絞１３ｃ、第２レンズ群１３ｄ、第３レンズ群１３ｅ、ローパスフィルタ１３ｆ及びＣＣＤイメージセンサ１３ｇからなっている。第１レンズ群１３ａからローパスフィルタ１３ｆまでの光学系で形成される被写体像はＣＣＤ１３ｇの撮像面上に結像する。図５に示すように、ＣＣＤ１３ｇは画像処理回路１４ａに電気的に接続しており、ＣＰＵ６０の制御の下、画像処理回路１４ａを介してカメラ外面に設けた液晶モニタ１４ｂに電子画像を表示し、当該電子画像データをメモリ１４ｃに記録することが可能である。そして、図２に示す撮影状態では、撮像光学系を構成する全ての光学要素が同一の撮影光軸（撮像光学系の共通光軸）Ｚ１上に位置するが、図１の鏡筒収納（沈胴）状態で、第３レンズ群１３ｅ、ローパスフィルタ１３ｆ及びＣＣＤ１３ｇが撮影光軸Ｚ１から離れてハウジング１１内を上方に退避移動し、この退避移動の結果生じるスペースに第２レンズ群１３ｄが進入する。これにより鏡筒の収納長を短縮することが可能となっている。以下、光学要素の退避機構を含めたズームレンズ鏡筒１０の全体構造を説明する。なお、以後の説明中では、ズームレンズ鏡筒１０を搭載するズームレンズカメラのボディを正面から見たときの上下方向をｙ軸、同じくカメラ正面から見て左右方向をｘ軸と定義する。

ハウジング１１は、中空の箱状部１５と、撮影光軸Ｚ１を囲むようにして該箱状部１５の前壁１５ａに形成した中空の固定環部１６とを有する。固定環部１６の中心である回転中心軸Ｚ０は、撮影光軸Ｚ１と平行で該撮影光軸Ｚ１よりも下方に偏心している。箱状部１５内には、固定環部１６の上方に退避スペースＳＰ（図１、図２）が形成されている。

固定環部１６の内周面側には、回転中心軸Ｚ０と平行な軸で回動可能なズームギヤ１７（図８）が支持されている。ズームギヤ１７は、ハウジング１１に支持されたズームモータＭＺ（図５、図１０及び図１１）によって正逆に回転される。また、固定環部１６の内周面には、雌ヘリコイド１６ａと、回転中心軸Ｚ０を中心とした環状をなす周方向溝１６ｂと、回転中心軸Ｚ０（撮影光軸Ｚ１）と平行な直進案内溝１６ｃとが形成されている（図３、図４参照）。

固定環部１６の内側には、回転中心軸Ｚ０を中心として回動可能にヘリコイド環１８が支持されている。ヘリコイド環１８は、雌ヘリコイド１６ａに螺合する雄ヘリコイド１８ａを有し、雌ヘリコイド１６ａと雄ヘリコイド１８ａの関係によって回転しながら光軸方向に進退することができる。ヘリコイド環１８はまた、雄ヘリコイド１８ａの前方の外周面上に回転案内突起１８ｂを有しており、固定環部１６に対して最も前方に移動した状態（図２ないし図４）では、雌ヘリコイド１６ａと雄ヘリコイド１８ａの螺合が解除されるとともに回転案内突起１８ｂが周方向溝１６ｂに摺動可能に嵌まり、ヘリコイド環１８は光軸方向移動が規制されて定位置回転のみが可能になる。ヘリコイド環１８の外周面にはさらに、雄ヘリコイド１８ａと同一周面位置に、撮影光軸Ｚ１と平行なギヤ歯を有する環状のスパーギヤ１８ｃが形成されており、該スパーギヤ１８ｃに対してズームギヤ１７が噛合している。ズームギヤ１７は軸線方向に長く形成され、図１及び図１０に示すヘリコイド環１８の収納状態から図２及び図１１に示す繰出状態まで、常にスパーギヤ１８ｃとの噛合を維持する。なお、ヘリコイド環１８は、光軸方向に分割可能な２つの環状部材を組み合わせて構成されており、図１０及び図１１では、ヘリコイド環１８のうち後方の環状部材のみを図示している。

ヘリコイド環１８の内側には直進案内環２０が支持されている。図４に示すように、直進案内環２０は、その後端部付近に設けた直進案内突起２０ａを固定環部１６の直進案内溝１６ｃに摺動可能に係合させることで、回転中心軸Ｚ０（撮影光軸Ｚ１）に沿う方向へ直進案内されている。ヘリコイド環１８は、該ヘリコイド環１８の内周面と直進案内環２０の外周面との間に設けた回転案内部２１を介して、直進案内環２０に対して相対回転自在かつ光軸方向には一緒に移動するように支持されている。回転案内部２１は、軸線方向に位置を異ならせて設けた複数の周方向溝と、各周方向溝に摺動可能に嵌まる径方向突起とからなっている。

直進案内環２０は内周面に回転中心軸Ｚ０（撮影光軸Ｚ１）と平行な直進案内溝２０ｂを有し、該直進案内溝２０ｂに対して１群直進案内環２２の直進案内突起２２ａと、２群直進案内環２３の直進案内突起２３ａとがそれぞれ摺動可能に係合している。１群直進案内環２２は、内周面の直進案内溝２２ｂ（図３）を介して１群支持枠２４を回転中心軸Ｚ０（撮影光軸Ｚ１）と平行な方向に直進案内し、２群直進案内環２３は、直進案内キー２３ｂを介して２群支持枠２５を回転中心軸Ｚ０（撮影光軸Ｚ１）と平行な方向に直進案内している。１群支持枠２４はフォーカシング枠２９を介して第１レンズ群１３ａを支持し、２群支持枠２５は第２レンズ群１３ｄを支持している。

直進案内環２０の内側には回転中心軸Ｚ０を中心として回動可能なカム環２６が設けられ、該カム環２６は、回転案内部２７、２８（図４）を介して、１群直進案内環２２と２群直進案内環２３に対してそれぞれ相対回転自在かつ光軸方向には一緒に移動するように支持されている。回転案内部２７は、カム環２６の外周面側に設けられた周方向溝と、１群直進案内環２２に設けられ該周方向溝に摺動可能に嵌まる径方向突起により構成されている。回転案内部２８は、カム環２６の内周面側に設けられた周方向溝と、２群直進案内環２３に設けられ該周方向溝に摺動可能に嵌まる径方向突起により構成されている。

図４に示すように、カム環２６は径方向外側に突出するフォロア突起２６ａを有し、該フォロア突起２６ａが、直進案内環２０のフォロアガイド溝２０ｃを貫通し、ヘリコイド環１８の内周面に形成した回転伝達溝１８ｄに係合している。回転伝達溝１８ｄは回転中心軸Ｚ０（撮影光軸Ｚ１）と平行な溝であり、該回転伝達溝１８ｄに対してフォロア突起２６ａは周方向への相対移動を規制された状態で摺動可能に嵌まっている。つまり、回転伝達溝１８ｄとフォロア突起２６ａの関係によって、ヘリコイド環１８の回転がカム環２６に伝達される。一方、フォロアガイド溝２０ｃは、図にその展開形状が表れていないが、回転中心軸Ｚ０を中心とする周方向溝部と、雌ヘリコイド１６ａと同方向に傾斜するリード溝部とを有するガイド溝である。よって、ヘリコイド環１８によってカム環２６が回転されるとき、フォロア突起２６ａがフォロアガイド溝２０ｃのリード溝部内に位置する状態では、カム環２６が回転しながら回転中心軸Ｚ０（撮影光軸Ｚ１）に沿う方向へ進退し、フォロア突起２６ａがフォロアガイド溝２０ｃの周方向溝部内に位置する状態では、カム環２６は前後への進退は行わずに定位置回転する。

カム環２６は外周面と内周面にそれぞれカム溝２６ｂ、２６ｃを有する両面カム環であり、外周面側のカム溝２６ｂには、１群支持枠２４から径方向内方に突出されたカムフォロア２４ａが摺動可能に係合し、内周面側のカム溝２６ｃには、２群支持枠２５から径方向外方に突出されたカムフォロア２５ａが摺動可能に係合している。つまり、カム環２６が回転されると、１群直進案内環２２を介して直進案内された１群支持枠２４は、カム溝２６ｂの形状に従って回転中心軸Ｚ０（撮影光軸Ｚ１）に沿う方向へ所定の軌跡で進退される。同様に、カム環２６が回転されると、２群直進案内環２３を介して直進案内された２群支持枠２５は、カム溝２６ｃの形状に従って回転中心軸Ｚ０（撮影光軸Ｚ１）に沿う方向へ所定の軌跡で進退移動される。

２群支持枠２５は、第２レンズ群１３ｄを保持する筒状部２５ｂ（図１、図２参照）の前部に、シャッタ１３ｂと絞１３ｃを開閉可能に支持している。シャッタ１３ｂと絞１３ｃはそれぞれ、レリーズボタン１４ｅ（図５）の押圧操作に応じて、２群支持枠２５に支持されたシャッタ駆動アクチュエータＭＳと絞駆動アクチュエータＭＡ（図５）によって開閉させることができる。レリーズボタン１４ｅは半押し操作と全押し操作が可能な周知のボタンスイッチであり、半押しで不図示の測距センサや測光センサに測距動作や測光動作を行わせ、全押しでシャッタレリーズ動作（電子画像の記録動作）を行わせることができる。

第１レンズ群１３ａを保持するフォーカシング枠２９は、１群支持枠２４に対して回転中心軸Ｚ０（撮影光軸Ｚ１）に沿う方向へ移動可能に支持されており、フォーカシングモータＭＦ（図５）によってフォーカシング枠２９を前後に移動させることができる。

ズームモータＭＺ、シャッタ駆動アクチュエータＭＳ、絞駆動アクチュエータＭＡ、フォーカシングモータＭＦはそれぞれ対応するモータドライバやアクチュエータドライバによって駆動制御される。なお、図５ではドライバの図示が省略されており、各モータやアクチュエータはＣＰＵ６０に直結して表されている。ズームレンズ鏡筒１０は、カメラのメインスイッチ１４ｄ（図５）のオンによりズームモータＭＺが駆動されて図２の撮影状態となり、メインスイッチ１４ｄのオフにより該撮影状態から図１の収納状態になる。

以上のズームレンズ鏡筒１０の動作をまとめると、図１の鏡筒収納状態においてメインスイッチ１４ｄをオンにしてズームギヤ１７を繰出方向へ回転駆動すると、ヘリコイド環１８が回転しながら光軸方向前方に移動し、該ヘリコイド環１８と共に直進案内環２０も光軸方向前方へ直進移動する。また、ヘリコイド環１８から回転力が伝達されたカム環２６が、直進案内環２０に対して回転しながら光軸方向前方に相対移動する。１群直進案内環２２と２群直進案内環２３は、カム環２６と共に光軸方向前方に直進移動する。１群支持枠２４と２群支持枠２５はそれぞれ、カム環２６に対して光軸方向に所定の軌跡で相対移動する。つまり、収納状態から鏡筒を繰り出すときの第１レンズ群１３ａと第２レンズ群１３ｄの光軸方向移動量は、固定環部１６に対するカム環２６の相対移動量と、カム環２６に対する１群支持枠２４と２群支持枠２５の相対移動量（各カム溝２６ｂ、２６ｃによる進退移動量）の合算値として決定される。

図６は、ヘリコイド環１８、カム環２６、そして該カム環２６に対する第１レンズ群１３ａと第２レンズ群１３ｄのそれぞれの移動軌跡（カム溝２６ｂ、２６ｃの軌跡）を示したものであり、縦軸が鏡筒収納状態からテレ端までの鏡筒回転量（角度位置）を示し、横軸が光軸方向への移動量を示している。同図に示すように、ズームレンズ鏡筒１０が収納位置（図１）からワイド端（図２上半、図３）まで繰り出されるほぼ中間の回転角θ１までは、ヘリコイド環１８は回転しながら光軸方向前方に繰り出され、この回転角θ１以降は、テレ端（図２の下半、図４）に至るまで前述の定位置回転を行う。一方、カム環２６は、鏡筒収納位置からワイド端に至る直前の回転角θ２まで、回転しながら光軸方向前方に繰り出され、この回転角θ２からテレ端に至るまでは、ヘリコイド環１８と同様に前述の定位置回転を行う。そして、ワイド端からテレ端までのズーム領域での第１レンズ群１３ａと第２レンズ群１３ｄの光軸方向移動量は、定位置回転するカム環２６に対する１群支持枠２４と２群支持枠２５の相対移動量（各カム溝２６ｂ、２６ｃによる進退移動量）によって決定され、この第１レンズ群１３ａと第２レンズ群１３ｄの相対移動によって変倍がなされる。図７は、ヘリコイド環１８及びカム環２６の移動量とカム溝２６ｂ、２６ｃによる移動量とを合成した、第１レンズ群１３ａと第２レンズ群１３ｄの実際の移動軌跡を示している。

ワイド端からテレ端に至るまでの焦点距離情報はズームエンコーダ５０（図５、図２２、図２５）で検出されてＣＰＵ６０に入力される。ワイド端とテレ端の間のズーム領域では、この焦点距離情報と不図示の測距センサで得た被写体距離情報とに基づきフォーカシング駆動量が決められ、フォーカシングモータＭＦによって第１レンズ群１３ａを単独で光軸方向に移動させることでフォーカシングが行われる。

以上では主に第１レンズ群１３ａと第２レンズ群１３ｄの動作を説明したが、前述の通り、ズームレンズ鏡筒１０では、第３レンズ群１３ｅからＣＣＤ１３ｇまでの光学要素が、撮影光軸Ｚ１上の撮影位置から、該撮影位置より上方の光軸外退避位置Ｚ２へと退避移動可能である。また、この第３レンズ群１３ｅからＣＣＤ１３ｇまでの光学要素を、撮影光軸Ｚ１と直交する平面に沿って移動させて手振れ（像振れ）補正を行うことが可能である。続いてこの退避機構と手振れ補正機構を説明する。

図８及び図１８に示すように、第３レンズ群１３ｅとローパスフィルタ１３ｆとＣＣＤ１３ｇは、ＣＣＤホルダ３０に保持されてユニット化されている。ＣＣＤホルダ３０は、ホルダ本体３０ａ、パッキン３０ｂ、押さえ板３０ｃを備え、ホルダ本体３０ａの前端開口部に第３レンズ群１３ｅが保持され、該ホルダ本体３０ａの内側に設けたフランジとパッキン３０ｂの間にローパスフィルタ１３ｆが挟持され、パッキン３０ｂと押さえ板３０ｃの間にＣＣＤ１３ｇが挟持されている。ホルダ本体３０ａと押さえ板３０ｃは、ＣＣＤホルダ３０の中心軸（撮影状態での撮影光軸Ｚ１）を中心として離間させて配置した３本の固定ビス３０ｄ（図１７及び図１８）によって互いに固定されている。３本の固定ビス３０ｄはまた、画像伝送ＦＰＣ３１の一端部を押さえ板３０ｃの後面に共締めしており、ＣＣＤ１３ｇの支持基板と画像伝送ＦＰＣ３１とが電気的に接続されている。

画像伝送ＦＰＣ３１は、ＣＣＤ１３ｇへの接続端部からハウジング１１内の退避スペースＳＰへ向けて延出されており、撮影光軸Ｚ１と略直交し上方へ向かう第１直線状部３１ａと、該第１直線状部３１ａから下方に向けて湾曲されたＵ字状部３１ｂと、該Ｕ字状部３１ｂに続いて下方に向かう第２直線状部３１ｃと、該第２直線状部３１ｃから再び上方へ向けて折り返された第３直線状部３１ｄとを有している（図１、図２参照）。第３直線状部３１ｄはハウジング１１の前壁１５ａの内面に沿って固定されており、この第３直線状部３１ｄ以外の第１直線状部３１ａ、Ｕ字状部３１ｂ及び第２直線状部３１ｃが、ＣＣＤホルダ３０の移動に応じて変形可能な変形部となっている。

ＣＣＤホルダ３０は、該ＣＣＤホルダ３０の中心軸（撮影状態での撮影光軸Ｚ１）を中心として離間させて配置した３本の調整ビス３３（図１７及び図１８）を介して左右移動枠３２に支持される。ＣＣＤホルダ３０と左右移動枠３２の間には、３つの圧縮コイルばね３４が３つ配されている。３つの調整ビス３３の軸部はそれぞれ、圧縮コイルばね３４に挿通されており、各調整ビス３３の締め付け量を変化させると、対応する圧縮コイルばね３４の圧縮量が変化する。調整ビス３３と圧縮コイルばね３４は、第３レンズ群１３ｅの光軸を囲む配置で３個所設けられているため、３つの調整ビス３３の締め付け量を変化させることにより、左右移動枠３２に対するＣＣＤホルダ３０の傾き調整、つまり撮影光軸Ｚ１に対する第３レンズ群１３ｅの光軸の傾き調整を行うことができる。

図１５に示すように、左右移動枠３２は、ｘ軸方向に向く左右ガイド軸３５を介して、上下移動枠３６に対して移動可能に支持されている。詳細には、左右移動枠３２は、ＣＣＤホルダ３０を囲む四角の枠状部３２ａと、該枠状部３２ａから側方に延出された腕部３２ｂとを有し、枠状部３２ａの上面にばね支持突起３２ｃが形成され、腕部３２ｂの先端部には傾斜面３２ｄと位置規制面３２ｅが形成されている。位置規制面３２ｅはｙ軸と平行な平面である。一方、上下移動枠３６は、ｘ軸方向に離間して設けた一対の移動規制枠３６ａ、３６ｂと、該一対の移動規制枠３６ａ、３６ｂの間に位置するばね支持部３６ｃと、該ばね支持部３６ｃに対してｘ軸方向の延長上に位置する上方軸受部３６ｄと、該上方軸受部３６ｄの下方に位置する下方軸受部３６ｅとを有している。図１６に示すように、一対の移動規制枠３６ａ、３６ｂの間のスペースに枠状部３２ａを位置させ、移動規制枠３６ｂと上方軸受部３６ｄの間に腕部３２ｂの傾斜面３２ｄと位置規制面３２ｅを位置させた状態で、左右移動枠３２が上下移動枠３６に支持される。

上下移動枠３６における移動規制枠３６ａと上方軸受部３６ｄには、左右ガイド軸３５の一端部と他端部が固定されており、移動規制枠３６ｂとばね支持部３６ｃには、左右ガイド軸３５を挿通させる貫通孔が形成されている。左右移動枠３２の腕部３２ｂとばね支持突起３２ｃには、左右ガイド軸３５に対して摺動可能に嵌まる左右貫通孔３２ｘ１、３２ｘ２（図１６）が形成されており、この左右貫通孔３２ｘ１、３２ｘ２と左右ガイド軸３５の摺動関係により、左右移動枠３２が上下移動枠３６に対してｘ軸方向へ移動可能に支持される。ばね支持突起３２ｃとばね支持部３６ｃの間には、左右ガイド軸３５を囲む態様で左右移動枠付勢ばね３７が配設されている。左右移動枠付勢ばね３７は圧縮コイルばねであり、ばね支持突起３２ｃを移動規制枠３６ａに接近させる方向（図１６の左方）へ向けて左右移動枠３２を付勢している。

上下移動枠３６の上方軸受部３６ｄと下方軸受部３６ｅにはさらに、撮影光軸Ｚ１と直交しかつｙ軸方向に向く、上下貫通孔３６ｙ１、３６ｙ２（図１５）が形成されている。上下貫通孔３６ｙ１と上下貫通孔３６ｙ２は一直線上に位置しており、上下ガイド軸３８（図８、９）に対して摺動可能に挿通されている。上下ガイド軸３８の両端部はハウジング１１に固定されており、したがって上下移動枠３６は、上下ガイド軸３８に沿ってカメラ内をｙ軸方向に移動することができる。より詳細には、ＣＣＤホルダ３０内の第３レンズ群１３ｅ、ローパスフィルタ１３ｆ及びＣＣＤ１３ｇの中心を撮影光軸Ｚ１上に位置させた図１の撮影位置と、これら第３レンズ群１３ｅ、ローパスフィルタ１３ｆ及びＣＣＤ１３ｇの中心が固定環部１６よりも上方の光軸外退避位置Ｚ２に位置する図２の退避位置との間を、上下移動枠３６が移動可能である。

上下移動枠３６の一側部にはばね掛け部３６ｆが突設され、該ばね掛け部３６ｆとハウジング１１内のばね掛け部１１ａ（図８）との間に上下移動枠付勢ばね３９が張設されている。上下移動枠付勢ばね３９は引張ばねであり、上下移動枠３６を下方、すなわち図１に示す撮影位置側へ付勢している。

以上のように、ＣＣＤホルダ３０を保持する左右移動枠３２は上下移動枠３６に対してｘ軸方向へ移動可能に支持され、上下移動枠３６はｙ軸方向へ移動可能に支持されている。このＣＣＤホルダ３０のｘ軸方向及びｙ軸方向の移動によって手振れ補正を行うことが可能であり、次のような駆動機構が設けられている。

図９及び図１９に示すように、左右駆動レバー４０は、撮影光軸Ｚ１と平行をなすレバー回動軸４２により下端部が軸支され、上端部に先端着力部４０ａを有する。この先端着力部４０ａの近傍には、光軸方向後方に向けて突出された操作ピン４０ｂと、ばね掛け部４０ｃが設けられている。図１２に示すように、左右駆動レバー４０の先端着力部４０ａは移動部材４３に当接している。移動部材４３は、一対のガイドバー４４（４４ａ、４４ｂ）によってｘ軸方向へ摺動可能に支持されており、移動部材４３に対してナット４５が当接している。ナット４５は、ガイドバー４４ｂに摺動可能に嵌まる回転規制溝４５ａと、ねじ孔４５ｂとを有し、ねじ孔４５ｂに対して第１ステッピングモータ４６のドライブシャフト（送りねじ）４６ａが螺合している。図１３及び図１４に示すように、カメラ正面から見て、ナット４５は移動部材４３の左側から当接している。また、左右駆動レバー４０のばね掛け部４０ｃには引張ばね４７の一端部が係合し、引張ばね４７の他端部はハウジング１１内のばね掛け部１１ｂ（図１２参照）に係合している。引張ばね４７は、移動部材４３をナット４５に当接させる方向、すなわち図１３、図１４及び図１９における反時計方向へ向けて左右駆動レバー４０を回動付勢している。この構造から、第１ステッピングモータ４６を駆動するとナット４５がガイドバー４４に沿って移動し、該ナット４５と共に移動部材４３が移動して左右駆動レバー４０が揺動される。具体的には、図１３及び図１４の右方に向けてナット４５を移動させると、引張ばね４７の付勢力に抗しながら移動部材４３が押圧され、左右駆動レバー４０が同図の時計方向に回動する。逆に同図の左方に向けてナット４５を移動させると、引張ばね４７の付勢力によって移動部材４３が追随して左方に移動し、左右駆動レバー４０が反時計方向に回動する。

左右駆動レバー４０に設けた操作ピン４０ｂは、図１９に示すように、左右移動枠３２の腕部３２ｂの先端部に設けた位置規制面３２ｅに当接している。左右移動枠３２は左右移動枠付勢ばね３７によって同図の左方へ移動付勢されているため、位置規制面３２ｅと操作ピン４０ｂが当接した状態が維持される。そして、左右駆動レバー４０が揺動すると操作ピン４０ｂの位置がｘ軸方向に変位するので、左右ガイド軸３５に沿って左右移動枠３２が移動する。具体的には、図１９の時計方向に左右駆動レバー４０を回動させると、操作ピン４０ｂが位置規制面３２ｅを押圧し、左右移動枠付勢ばね３７の付勢力に抗して左右移動枠３２が同図の右方向へ移動する。逆に図１９の反時計方向に左右駆動レバー４０を回動させると、操作ピン４０ｂが位置規制面３２ｅから離れる方向に移動するため、左右移動枠付勢ばね３７の付勢力によって左右移動枠３２が追随して左方向へ移動する。

図８ないし図１１、図１３及び図１４に示すように、上下ガイド軸３８の近傍には、該上下ガイド軸３８と平行なドライブシャフト（送りねじ）７０ａを備えた第２ステッピングモータ７０と、ナット７１が設けられている。図９に示すように、ナット７１は、上下ガイド軸３８に摺動可能に係合する回転規制溝７１ａと、ドライブシャフト７０ａに螺合するねじ孔７１ｂとを有しており、第２ステッピングモータ７０を駆動してドライブシャフト７０ａが正逆に回転すると、上下ガイド軸３８に沿ってナット７１がｙ軸方向に移動する。図１０、図１１、図１３及び図１４に示すように、ナット７１は上下移動枠３６の下方軸受部３６ｅに対して下方から当接している。この構造から、第２ステッピングモータ７０を駆動するとナット７１が上下ガイド軸３８に沿って移動し、該上下ガイド軸３８に沿って上下移動枠３６がｙ軸方向に移動する。具体的には、ナット７１を上方へ駆動すると、該ナット７１が下方軸受部３６ｅを上方に向けて押圧し、上下移動枠付勢ばね３９の付勢力に抗して上下移動枠３６が上方向へ移動する。逆に、下方へ向けてナット７１を駆動すると、これに追随して、上下移動枠付勢ばね３９の付勢力によって上下移動枠３６が下方向へ移動する。

以上の構造により、第１ステッピングモータ４６を正逆に駆動させることにより、左右移動枠３２をｘ軸方向へ正逆に移動させることができ、第２ステッピングモータ７０を正逆に駆動させることにより、上下移動枠３６をｙ軸方向へ正逆に移動させることができる。

左右移動枠３２には、腕部３２ｂを延長して板状部３２ｆが形成されている。板状部３２ｆは、カメラ正面から見て逆Ｌ字状をなしており、その先端部が上下移動枠３６の下方軸受部３６ｅの近傍に達するように上下方向に長く形成されている。また、上下移動枠３６には、下方軸受部３６ｅの先端部に板状部３６ｓが形成されている。図８ないし図１１、図１３及び図１４に示すように、ハウジング１１内には、左右移動枠３２に設けた板状部３２ｆの通過を検出することが可能なフォトインタラプタ５５と、上下移動枠３６に設けた板状部３６ｓの通過を検出することが可能なフォトインタラプタ５６が設けられている。各板状部３２ｆ、３６ｓの通過をフォトインタラプタ５５、５６で検知することによって、左右移動枠３２と上下移動枠３６の初期位置を検出することができる。

ｘ軸とｙ軸周りにおける移動角速度を検出するｘジャイロセンサ（角速度センサ）５１とｙジャイロセンサ（角速度センサ）５２（図５）を備え、カメラに加わった振れの速さ（大きさ）と方向は、このジャイロセンサ５１、５２によって検知される。続いてＣＰＵ６０を用いて、ｘジャイロセンサ５１とｙジャイロセンサ５２の検出したｘ、ｙ２軸方向の振れの角速度を時間積分して移動角度を求め、該移動角度から焦点面（ＣＣＤ１３ｇの撮像面）上でのｘ軸方向及びｙ軸方向の像の移動量を演算すると共に、この像振れをキャンセルするための各軸方向に関する左右移動枠３２と上下移動枠３６の駆動量及び駆動方向（第１ステッピングモータ４６、第２ステッピングモータ７０の駆動パルス）を演算する。そして、この演算値に基づいて、第１ステッピングモータ４６と第２ステッピングモータ７０を駆動制御する。これにより、左右移動枠３２と上下移動枠３６はそれぞれ、撮影光軸Ｚ１の振れをキャンセルするべく所定方向に所定量駆動され、焦点面上での画像位置が一定に保たれる。撮影モード切替スイッチ１４ｆ（図５）のオンによってこの手振れ補正モードに入ることができ、撮影モード切替スイッチ１４ｆをオフにした状態では、手振れ補正機能が停止されて通常撮影を行うことができる。撮影モード切替スイッチ１４ｆではさらに、手振れ補正モードにおいて、常時各ステッピングモータ４６、７０を駆動させて振れ補正を行う第１追従モードと、レリーズボタン１４ｅの操作時（レリーズボタン１４ｅの半押しおよびレリーズボタンの全押しによるシャッタレリーズ時）に各ステッピングモータ４６、７０を駆動させて振れ補正を行う第２追従モードとを選択することができる。

以上の手振れ補正機構の一部を利用して、鏡筒収納時における第３レンズ群１３ｅ、ローパスフィルタ１３ｆ及びＣＣＤ１３ｇの光軸外退避位置Ｚ２への退避動作を行わせる。図８ないし図１１、図１３及び図１４に示すように、第２ステッピングモータ７０は、下方にモータ本体を位置させ、該モータ本体から上方に向けて延出されたドライブシャフト７０ａは、ｙ軸方向における上下移動枠３６の退避移動量を超える長さを有している。また、このドライブシャフト７０ａと平行をなす上下ガイド軸３８は、ドライブシャフト７０ａ以上の長さを有している。このように構成することで、上下移動枠３６を、手振れ補正に必要な可動域を超えてｙ軸方向へ大きく移動させることが可能となっており、上下移動枠３６に支持されている第３レンズ群１３ｅ、ローパスフィルタ１３ｆ及びＣＣＤ１３ｇを、撮影光軸Ｚ１上の位置（図１１及び図１４）から光軸外退避位置Ｚ２（図１０及び図１３）まで移動させることができる。

そして、ズームレンズ鏡筒１０の状態に応じて第２ステッピングモータ７０を駆動して上下移動枠３６の位置が制御される。まず、ズームレンズ鏡筒１０が撮影状態（ワイド端からテレ端の間）にあるときには、図１１及び図１４に示すように、ナット７１をドライブシャフト７０ａの下端部近くに位置させて、撮影光軸Ｚ１上に上下移動枠３６（第３レンズ群１３ｅ、ローパスフィルタ１３ｆ及びＣＣＤ１３ｇ）を位置させる。この撮影状態では、第１ステッピングモータ４６と第２ステッピングモータ７０を適宜駆動してｘ軸方向及びｙ軸方向における前述の手振れ補正を行うことができる。この手振れ補正は、第３レンズ群１３ｅ、ローパスフィルタ１３ｆ及びＣＣＤ１３ｇが撮影光軸Ｚ１上に位置する範囲での駆動であり、撮影光軸Ｚ１を超えて光軸外退避位置Ｚ２側に大きく移動されることはない。

ズームレンズ鏡筒１０は、カメラのメインスイッチ１４ｄ（図５）のオンにより図２の撮影状態となり、スイッチオフにより該撮影状態から図１の収納状態になる。メインスイッチ１４ｄがオフされて撮影状態から収納状態になるとき、ズームモータＭＺによる鏡筒収納動作が行われると同時に、図１０及び図１３に示すように、第２ステッピングモータ７０を駆動してナット７１がドライブシャフト７０ａの上端部付近まで移動される。すると、ナット７１が上下移動枠付勢ばね３９の付勢力に抗して上下移動枠３６を上方へ押し上げ、上下移動枠３６は、上下ガイド軸３８にガイドされて図１に示すようにハウジング１１内の退避スペースＳＰ内へ移動される。その結果、第３レンズ群１３ｅ、ローパスフィルタ１３ｆ及びＣＣＤ１３ｇが、撮影光軸Ｚ１上から光軸外退避位置Ｚ２へと退避される。

上下移動枠３６の退避移動、すなわち第２ステッピングモータ７０の駆動は、ズームレンズ鏡筒１０が完全な収納状態になるよりも前のθ３（図６及び図７）の回転角で完了されるように制御される。そして、このθ３の回転角から、ヘリコイド環１８やカム環２６がさらに回転しながら光軸方向後方へ移動する。そして、図１の収納状態まで達すると、第２レンズ群１３ｄを保持する２群支持枠２５の筒状部２５ｂが、撮影時において上下移動枠３６が占めていた空間まで入り込む。これにより、収納状態での撮像光学系の光軸方向の厚みを小さくすることができ、ズームレンズ鏡筒１０及びそれを搭載するカメラの薄型化が可能になっている。なお、上下移動枠３６の退避動作を開始させるタイミングは、図６及び図７におけるワイド端からθ３の間であれば任意に定めることができる。本実施形態では、カム環２６の定位置回転動作と回転進退動作が切り換わるθ２の回転角付近で第２ステッピングモータ７０による退避駆動が開始されるように制御されている。

ズームレンズ鏡筒１０が収納状態から撮影状態になるときは、以上とは逆の動作が行われる。まず、カメラのメインスイッチ１４ｄがオンされると、ズームモータＭＺが駆動されて鏡筒繰出動作が開始される。このとき第２ステッピングモータ７０はまだ駆動されない。ズームモータＭＺによる繰出動作を受けて、第２レンズ群１３ｄを保持する２群支持枠２５が図１に示す最後方位置から前方へ向けて移動され、退避位置にある上下移動枠３６の下方空間（撮影光軸Ｚ１上の空間）が開放される。２群支持枠２５は、図６及び図７に示すθ３の回転角になるまでには、上下移動枠３６と重ならない前方位置までの移動が完了する。この時点から第２ステッピングモータ７０が駆動され、ナット７１が上下ガイド軸３８に沿ってドライブシャフト７０ａの下端部付近まで移動される。そして、上下移動枠付勢ばね３９の付勢力により上下移動枠３６がナット７１に追随して下方に移動され、図１０及び図１３に示す撮影光軸Ｚ１上の位置に達する。

なお、図２０に示すように、上下移動枠３６が光軸外退避位置Ｚ２側へ退避されると、左右移動枠３２の腕部３２ｂに設けた位置規制面３２ｅと左右駆動レバー４０に設けた操作ピン４０ｂの係合が解除され、左右移動枠３２は左右移動枠付勢ばね３７の付勢力によって同図の左方に移動されて、その枠状部３２ａが上下移動枠３６の移動規制枠３６ａに当て付く。この状態から上下移動枠３６が再び撮影光軸Ｚ１側に移動されると、図２０に二点鎖線で示すように左右移動枠３２の傾斜面３２ｄが操作ピン４０ｂに当接する。傾斜面３２ｄは、上下移動枠３６の下降動作に従って操作ピン４０ｂを位置規制面３２ｅ側に案内するように傾斜しているため、上下移動枠３６が撮影位置まで下降されると、図１９に示すように再び操作ピン４０ｂが位置規制面３２ｅに係合し、左右移動枠３２の枠状部３２ａが移動規制枠３６ａと移動規制枠３６ｂの間の中立位置に戻る。

以上のようにズームレンズ鏡筒１０では、鏡筒収納時には、第２ステッピングモータ７０の駆動力によって上下移動枠３６が撮影光軸Ｚ１上の位置から押し上げられて、第３レンズ群１３ｅ、ローパスフィルタ１３ｆ及びＣＣＤ１３ｇからなるユニットが光軸外退避位置Ｚ２（退避スペースＳＰ）へと移動される。第３レンズ群１３ｅ、ローパスフィルタ１３ｆ及びＣＣＤ１３ｇが退避した後の撮影光軸Ｚ１上のスペースには、図１のように第２レンズ群１３ｄが進入する。これによりズームレンズ鏡筒１０を撮影光軸Ｚ１方向において薄型化することができ、手振れ補正機構を備えていながら非撮影時にはカメラをコンパクトにできる。

[本発明の特徴部分の説明]
前述の通りズームレンズ鏡筒１０では、第１ステッピングモータ４６と第２ステッピングモータ７０を駆動源としてＣＣＤホルダ３０をｘ軸方向とｙ軸方向に駆動して手振れ補正を行っている。そして本発明は、手振れ補正時における第１ステッピングモータ４６と第２ステッピングモータ７０の消費電力を低減させるものである。本発明の技術思想はｘ軸方向の振れ補正とｙ軸方向の振れ補正のいずれにも共通して適用が可能であるため、以下の説明では、第１ステッピングモータ４６と第２ステッピングモータ７０のいずれも含む呼称として、ステッピングモータＳＭを用いる。また、ｘジャイロセンサ５１とｙジャイロセンサ５２のいずれも含む呼称として、ジャイロセンサＪＳを用いる。さらに、手振れ補正時に駆動される光学要素である第３レンズ群１３ｅ、ローパスフィルタ１３ｆ及びＣＣＤイメージセンサ１３ｇを振れ補正光学要素ＯＶと総称する。

図２１はステッピングモータＳＭの特性を示している。縦軸は原点（０）から離れるほど駆動トルクが大きくなることを示す。横軸は起動応答周波数（最大パルス速度）であり、起動応答周波数の数値は、単位時間あたりのステッピングモータＳＭの駆動量、すなわち手振れの速さ（大きさ）に比例して大きくなる。振れ補正光学要素ＯＶを駆動するために必要な駆動トルクＱＮは、振れ補正光学要素ＯＶ、ＣＣＤホルダ３０、左右移動枠３２、上下移動枠３６などを含む可動部分の重量や、左右ガイド軸３５、上下ガイド軸３８などの摺動部分での抵抗といった条件によって一定に決まっている。この必要駆動トルクＱＮを得るためにステッピングモータＳＭに与えるべきエネルギー（パワー）は起動応答周波数に応じて異なり、起動応答周波数が大きいほど大きなエネルギーが必要となるため、従来のステッピングモータは、仕様上の最高駆動周波数を満足する固定値のエネルギーによって駆動されていた。例えば図２１の特性図において仕様上の最高駆動周波数が２ｋＨｚである場合、実際の駆動周波数の大小にかかわらずステッピングモータには常にＰ５のエネルギーを与えて駆動していた。しかし、駆動周波数が１００Ｈｚの場合、Ｐ５のエネルギーで駆動すると、必要駆動トルクＱＮを超える余剰トルクＱＳが生じてしまう。本発明は、この余剰トルクＱＳをなくすように制御すればそれだけ消費電力を低減させることができるという点に着目してなされたものであり、ステッピングモータＳＭに供給する駆動エネルギーを固定値ではなく可変とし、起動応答周波数の変化に応じて、必要駆動トルクＱＮが得られる範囲で小さいレベルの駆動エネルギーを選択することに特徴がある。すなわち、起動応答周波数が１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚのときはそれぞれ、図２１におけるＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５という異なる大きさのエネルギーをステッピングモータＳＭに供給して駆動させる。Ｐ１〜Ｐ５はそれぞれ、起動応答周波数が１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚのときに必要駆動トルクＱＮを得るために必要なエネルギーを示しており、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４＜Ｐ５の関係にある。

電源回路においてエネルギーをＰ、電圧をＶ、抵抗（一定値）をＲとしたときＰ=Ｖ²／Ｒが成り立つから、電圧を変化させればステッピングモータＳＭに供給する駆動エネルギーを変更することができる。図２２は、電圧変化によってステッピングモータＳＭの駆動エネルギーを変更するタイプの電源回路の構成例を示している。この電源回路は、電池８０、コイル８１、スイッチングトランジスタ８２、平滑コンデンサ８３、逆流防止用のダイオード８４、スイッチングトランジスタ８２のオンオフを制御する制御ＩＣ８５を備えたスイッチング電源である。周知のように、スイッチングトランジスタ８２経由でグラウンド側にショートするとスイッチングトランジスタ８２がオフになり（開き）、平滑コンデンサ８３側に電流が流れて電荷がチャージされるようになっている。制御ＩＣ８５は、予め設定された基準電圧とフィードバック端子ＦＢから入る参照電圧をコンパレータで比較し、参照電圧を基準電圧と一致させるようにスイッチングトランジスタ８２をオンオフ制御して電源回路の出力電圧を規定値に保たせるように機能する。そして電源回路からモータドライバ８７に給電され、モータドライバ８７はＣＰＵ６０からのモータ駆動信号に基づいてステッピングモータＳＭを駆動する。なお、ステッピングモータＳＭは２相励磁タイプであり、モータドライバ８７には第１相用の駆動信号（ＥＮ１、ＩＮ１）と第２相用の駆動信号（ＥＮ２、ＩＮ２）が送られる。

電源回路は、ＣＰＵ６０から参照電圧の電圧検出点ＣＶへ電圧制御用信号を送る制御信号伝送路８８を備えている。上記のように制御ＩＣ８５は参照電圧を基準電圧に対応させるように機能するため、実際の参照電圧とは異なる電圧情報を電圧検出点ＣＶへ入れることによって、電源回路の出力電圧を意図的に変化させることができる。具体的には、制御信号伝送路８８を介して基準電圧よりも低い電圧値が入力されると制御ＩＣ８５は出力電圧を上げるように機能し、基準電圧よりも高い電圧値が入力されると制御ＩＣ８５は出力電圧を下げるように機能する。これによってステッピングモータＳＭ側への供給電圧を任意に調整できる。例えば、必要駆動トルクＱＮを得るために図２１におけるＰ５のエネルギーを要する場合には、図２３に示すＶ１〜Ｖ５の５段階の電圧のうち最高電圧Ｖ５を出力電圧として設定し、必要駆動トルクＱＮを得るために必要なエネルギーレベルがＰ４、Ｐ３、Ｐ２、Ｐ１と小さくなるにつれて各駆動パルスにおける出力電圧をＶ４、Ｖ３、Ｖ２、Ｖ１と段階的に小さくするように制御される。なお、ステッピングモータＳＭは２相励磁タイプであるから、実際には図２４のように、第１相用のＡ１、Ｂ１と第２相用のＡ２、Ｂ２の４つのパルス駆動信号があり、Ｖ１〜Ｖ５の電圧変化によってそれぞれのパルスの振幅（波高）が変化する。

また、ステッピングモータＳＭへ供給する駆動エネルギーを変更させる別の態様として、図２２のように参照電圧によるフィードバック制御を行うタイプではなく、図２５のようにＣＰＵ６０からの電圧制御用信号によって直接に制御ＩＣ８５を制御するタイプの回路を用いることもできる。図２５の回路は、平滑コンデンサ８３及び電圧検出点ＣＶを備えず、ＣＰＵ６０からの制御信号伝送路８９が制御ＩＣ８５のフィードバック端子ＦＢに直接に接続している点が図２２の回路と異なり、それ以外の要素は共通している。制御ＩＣ８５は、ＣＰＵ６０から送られた電圧制御用信号に応じてスイッチングトランジスタ８２をオンオフ制御する。この図２５のタイプの回路では、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御やＰＦＭ(Pulse Frequency Modulation)制御を用いてステッピングモータＳＭに供給する駆動エネルギーを変更することができる。

周知の通り、ＰＷＭ制御は、単位パルスを複数の矩形波（分割パルス）に時分割し、矩形波の１周期とHighパルス側の比率（パルス幅、デューティー比）を変化させることによって駆動エネルギーを制御するものである。つまり、所望の駆動エネルギーよりも、実際の駆動エネルギーが低下するとデューティー比を大きくし，上昇するとデューティー比を小さくすることによって，所望の駆動エネルギーを保つことができる。この機能を応用し、ステッピングモータＳＭに供給する駆動エネルギーの大きさを変えるためにデューティー比を変化させるように、ＣＰＵ６０が制御ＩＣ８５を制御する。すなわち、図２１における駆動エネルギーＰ５が必要な手振れ状態のときには、図２６（Ａ）に示すようにデューティー比を最大にしてステッピングモータＳＭに供給するエネルギーを大きくする。逆に、図２１における駆動エネルギーＰ１で足りる手振れ状態のときには、図２６（Ｂ）に示すようにデューティー比を最小にしてステッピングモータＳＭに供給するエネルギーを小さくする。図２６（Ａ）、（Ｂ）ではデューティー比が最大の場合と最小の場合のみを示しているが、その中間のデューティー比に設定することによって、図２１のＰ２、Ｐ３、Ｐ４に対応する駆動エネルギーにも任意に設定することができる。

また、ＰＦＭ制御は、単位パルスを複数の矩形波（分割パルス）に時分割し、Highパルス側の時間（幅）を固定、Lowパルス側の時間（幅）を可変にして出力電圧を制御するものであり、端的に言えば単位パルスあたりのスイッチング周波数を変化させる制御である。つまり、所望の駆動エネルギーよりも、実際の駆動エネルギーが低下すると周波数を大きくし，上昇すると周波数を小さくすることによって，所望の駆動エネルギーを保つことができる。この機能を応用し、ステッピングモータＳＭに供給するエネルギーの大きさを変えるために単位パルスあたりの周波数を変化させるように、ＣＰＵ６０が制御ＩＣ８５を制御する。すなわち、図２１における駆動エネルギーＰ５が必要な手振れ状態のときには、図２７（Ａ）に示すように周波数を最大にしてステッピングモータＳＭに供給するエネルギーを大きくする。逆に、図２１における駆動エネルギーＰ１で足りる手振れ状態のときには、図２７（Ｂ）に示すように周波数を最小にしてステッピングモータＳＭに供給するエネルギーを小さくする。図２７（Ａ）、（Ｂ）では周波数が最大の場合と最小の場合のみを示しているが、その中間の周波数に設定することによって、図２１のＰ２、Ｐ３、Ｐ４に対応するパワーにも任意に設定することができる。

まとめると、（１）単位パルスでの出力電圧を変える、（２）単位パルスをさらに時分割した分割パルスでのデューティー比（パルス幅）を変える、（３）単位パルスをさらに時分割した分割パルスの周波数を変える、のいずれか１つ以上を用いることによってステッピングモータＳＭに供給するエネルギーを変更することができる。

前述のように、ステッピングモータＳＭの駆動に必要とされるエネルギーは起動応答周波数の大小に依存する。起動応答周波数は、単位時間あたりのステッピングモータＳＭの駆動量（駆動パルス数）に対応しており、この単位時間あたりの駆動量は手振れの速度（大きさ）に対応して決まる。さらにステッピングモータＳＭの駆動量はズームレンズ鏡筒１０の撮像光学系の焦点距離の影響を受け、焦点距離が短いと駆動量が小さくなり、焦点距離が長くなると駆動量が大きくなる関係にある。したがって、ズームエンコーダ５０から得られる焦点距離情報に基づいてステッピングモータＳＭの駆動エネルギーを変更して、消費電力を低減させることができる。

この制御を図２８のフローチャートに示す。このフローチャートには手振れ補正モードを選択することで入り、以下の各ステップはＣＰＵ６０で制御される。まずステップＳ１において、撮像光学系の焦点距離情報がズームエンコーダ５０から入力される。この制御ではワイド端からテレ端までの焦点距離を５ステップに分け、焦点距離が最も短いワイド端側の焦点距離ステップをレベル１とし、焦点距離が最も長いテレ端側の焦点距離ステップをレベル５としている。ズームエンコーダ５０から入力された焦点距離情報は、いずれのレベルに入るか判定される。まず最も短い（ワイド端側の）レベル１の焦点距離ステップであった場合（ステップＳ２のＹ）、モータの駆動エネルギーを最も小さいＰ１に設定する（ステップＳ３）。焦点距離がレベル１よりも長く（ステップＳ２のＮ）、２番目に小さいレベル２の範囲内であった場合には（ステップＳ４のＹ）、モータ駆動エネルギーを２番目に小さいＰ２に設定する（ステップＳ５）。以下同様に、レベル２の焦点距離ステップよりも長い場合には（ステップＳ４のＮ）、レベル３、レベル４いずれかの焦点距離ステップ内であるかを順にチェックし（ステップＳ６、Ｓ８）、レベル３またはレベル４のいずれかの焦点距離であれば、それぞれのレベルに対応したモータ駆動エネルギーＰ３またはＰ４に設定される（ステップＳ７、Ｓ９）。レベル４を超える長さの焦点距離である場合には（ステップＳ９のＮ）、最もテレ端側（長い）のレベル５の焦点距離ステップであるから、最大のモータ駆動エネルギーＰ５に設定される（ステップＳ１０）。ステップＳ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１０で設定される駆動エネルギーＰｎ（ｎは１〜５の任意の数字）の大きさは、対応するレベルｎ（ｎは１〜５の任意の数字）の焦点距離ステップにおいて少なくとも必要駆動トルクＱＮ（図５）を得ることができる値であり、かつＰ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４＜Ｐ５の関係にある。ここでの駆動エネルギーの設定及び変更は、先に説明した（１）単位パルスでの出力電圧を変える、（２）単位パルスをさらに時分割した分割パルスでのデューティー比（パルス幅）を変える、（３）単位パルスをさらに時分割した分割パルスの周波数を変える、のいずれかの手法によって行うことができる。

たとえば、（１）の手法について、図２２に示す回路を用いて説明すると、ＣＰＵ６０は、焦点距離がレベル1の場合は,モータドライバ８７へ供給する電源電圧の値を最小電圧Ｖ１に設定し、焦点距離がレベル５の場合は最大電圧Ｖ５に設定し、設定電圧に対応した電圧制御用信号を制御ＩＣ８５へ出力する。そして、制御ＩＣ８５は、入力された電圧制御用信号に基づいてスイッチングトランジスタ８２をオンオフ制御し、モータドライバ８７へ供給される電圧値を、焦点距離に対応した電圧値（Ｖ１〜Ｖ５）に制御する。そして、設定された駆動エネルギーによってステッピングモータＳＭが駆動されて振れ補正光学要素ＯＶが動作し、手振れ補正が実行される（ステップＳ１１）。前述の通り、ステップＳ１１の手振れ補正制御では、ジャイロセンサＪＳから入力された角速度信号を撮像面のずれ量に変換して振れ補正光学要素ＯＶの駆動量を決定し、ステッピングモータＳＭの駆動パルスを演算し、その演算値に基づいてステッピングモータＳＭが駆動される。ステッピングモータＳＭの駆動量は焦点距離変化の影響も受けるため、ステップＳ１１では、ズームエンコーダ５０で得られた焦点距離情報も加味してステッピングモータＳＭの駆動パルス数が演算される。手振れ補正モードにある間、以上のステップＳ１からステップＳ１１までのルーチンを所定時間毎に繰り返す。なお実際には、ｘジャイロセンサ５１と第１ステッピングモータ４６を用いたｘ軸方向の手振れ補正と、ｙジャイロセンサ５２と第２ステッピングモータ７０を用いたｙ軸方向の手振れ補正とでそれぞれ別々に図２８の制御を行う。

以上のように、ズームエンコーダ５０で得られる焦点距離情報に応じて、電源回路からステッピングモータＳＭに供給するエネルギーを適宜変更することにより、電力消費を節約することができる。設定された駆動エネルギーはそれぞれ当該条件下において必要駆動トルクＱＮ（図５）が得られるものを選択しているから、駆動エネルギーを変更しても振れ補正光学要素ＯＶを十分な速さで移動させることができ、手振れ補正の性能は損なわれない。なお、図２８では、ワイド端からテレ端までの焦点距離を５段階に変更するものとしたが、これはあくまでも一例であり、電力管理のステップはこれより多くしてもよいし、あるいは少なくすることもできる。また、図２８では焦点距離情報に基づくモータ駆動エネルギーを設定してから、続くステップＳ１１でステッピングモータＳＭの駆動パルス数を演算する流れになっているが、駆動エネルギーの設定前にステッピングモータＳＭの駆動パルス数の演算を行ってもよいし、可能であれば駆動エネルギーの設定と駆動パルス数の演算を同時進行で行ってもよい。

図２１に示すように、振れ補正光学要素ＯＶを駆動するために必要なステッピングモータＳＭの必要駆動トルクは、さらに温度による影響を受ける。温度が低くなると必要な駆動トルクが大きくなり（図２１のＱＮｄ）、温度が高くなると必要な駆動トルクが小さくなる（同図のＱＮｕ）。そのため、前述した焦点距離の条件に加えて、温度変化も考慮してステッピングモータＳＭの駆動エネルギーを設定することがより好ましい。ズームレンズ鏡筒１０は温度センサ５３（図５、図２２、図２５）を備えており、ＣＰＵ６０は温度センサ５３から入力される温度データを加味してステッピングモータＳＭの駆動エネルギーを設定することができる。この温度データも加味した制御態様を図２９のフローチャートを参照して説明する。

図２９のフローチャートでは、手振れ補正モードを選択すると、まず温度センサ５３から温度データが入力され（ステップＳ１）、所定の温度よりも高いか否かを判定する（ステップＳ２）。温度が高ければ（ステップＳ２のＹ）ステップＳ３からステップＳ４に進み、ズームエンコーダ５０から入力される焦点距離情報が所定値より短いか否かを判定する。焦点距離が所定値より短ければ（ステップＳ４のＹ）、最も小さい駆動エネルギーＰＳに設定される（ステップＳ５）。ステップＳ４で所定値より長い焦点距離であれば（ステップＳ４のＮ）、ＰＳよりも大きい駆動エネルギーＰＭに設定される（ステップＳ６）。また、ステップＳ２で所定の温度よりも低ければ（ステップＳ２のＮ）ステップＳ７からステップＳ８に進み、ステップＳ４と同様にズームエンコーダ５０から入力される焦点距離情報が所定値より短いか否かを判定する。焦点距離が所定値より短ければ（ステップＳ８のＹ）、モータ駆動エネルギーはＰＭに設定される（ステップＳ６）。一方、所定値より長い焦点距離であれば（ステップＳ８のＮ）、モータ駆動エネルギーは最大のＰＬに設定される（ステップＳ９）。そして、ＰＳ、ＰＭ、ＰＬのいずれかに設定された駆動エネルギーによってステッピングモータＳＭが駆動されて振れ補正光学要素ＯＶが動作し、手振れ補正が実行される（ステップＳ１０）。ステップＳ１０の手振れ補正制御では、ジャイロセンサＪＳの角速度信号を撮像面のずれ量に変換してＣＣＤ１３ｇの駆動量を決定し、ステッピングモータＳＭの駆動パルスを演算し、その演算値に基づいてステッピングモータＳＭが駆動される。ステッピングモータＳＭの駆動パルス数の演算に際しては、ズームエンコーダ５０からの焦点距離情報も加味される。ステップＳ５、Ｓ６及びＳ９でステッピングモータＳＭの駆動エネルギーをＰＳ、ＰＭ、ＰＬに設定するには、先に説明した（１）、（２）、（３）のいずれかの手法を用いればよい。なお実際には、ｘジャイロセンサ５１と第１ステッピングモータ４６を用いたｘ軸方向の手振れ補正と、ｙジャイロセンサ５２と第２ステッピングモータ７０を用いたｙ軸方向の手振れ補正とでそれぞれ別々に図２９の制御を行う。

すなわち、図２９の制御では、温度が高くかつ焦点距離が短いという最も負荷の小さい状態では最小の駆動エネルギーＰＳに設定し、温度が低くかつ焦点距離が長いという最も負荷のかかる状態では最大の駆動エネルギーＰＬに設定し、温度と焦点距離のいずれか一方の条件において負荷が大きく他方の条件の負荷が小さい状態では中間の駆動エネルギーＰＭに設定している。これによりステッピングモータＳＭを最適な駆動エネルギーで駆動することができ、消費電力を抑えることができる。

このように、温度変化を加味してステッピングモータＳＭの駆動エネルギーを設定することで、より細かな電力管理が可能となり節電効率を向上させることができる。なお、図２９ではステッピングモータＳＭの駆動エネルギーを３段階に設定するものとしたが、これはあくまでも一例であり、電力管理のステップはこれより多くすることができる。例えば、図２９ではそれぞれ２つの条件下で共通の駆動エネルギーＰＭに設定されるようにしているが、各条件に応じて別々の大きさの駆動エネルギーに設定することもできる。また、温度や焦点距離といった各条件のステップをより細かく設定して、さらにきめ細かい電力管理を行ってもよい。

なお、図２８及び図２９の制御態様では、ステッピングモータＳＭの駆動パルス数は、焦点距離のみならず振れ速度に応じても変化するので、ズームエンコーダ５０からの焦点距離情報に加えて、図２８のステップＳ１１及び図２９のステップＳ１０の処理において、ジャイロセンサＪＳから出力される振れ速度情報が加味されて、ステッピングモータＳＭの駆動エネルギーが設定される。

以上ではレンズ非交換式のズームレンズ鏡筒１０について説明したが、本発明は、ズームレンズのみならず、単焦点の交換レンズを着脱可能な一眼レフカメラなどの撮像装置にも適用が可能である。すなわち、焦点距離の異なる単焦点レンズを交換するということは、焦点距離が変わるという点において実質的にズームレンズと同じである。そのため、交換レンズ側に焦点距離情報を持たせておき、交換レンズを取り付けたときに手振れ補正の制御手段へ焦点距離情報が送られるように構成することにより、以上に説明したズームレンズの制御と同様に、焦点距離に応じてステッピングモータへ供給する駆動エネルギーを変更して消費電力の低減を図ることができる。

撮像手段として交換式の単焦点レンズを用いる態様の回路構成を図３０と図３１に示す。図３０は図２２のタイプの回路構成に対応しており、図３１は図２５のタイプの回路構成に対応している。図３０と図３１ではいずれも太枠で囲まれた部分が単焦点の交換レンズ９０を示している。カメラボディ側には、撮像光学系を構成する振れ補正光学要素（ＯＶ）を光軸と直交する平面方向へ可動に支持する振れ補正移動機構９１が設けられ、ステッピングモータＳＭの駆動力が振れ補正移動機構９１に伝達される。交換レンズ９０にはレンズメモリ９２が設けられている。レンズメモリ９２には交換レンズ９０の焦点距離情報が記憶されていて、交換レンズ９０をカメラボディに装着すると、レンズ側とボディ側のコネクタを経由してＣＰＵ６０に焦点距離情報が送られる。そして、交換レンズ９０側から入力された焦点距離情報に基づき、交換レンズ９０に応じた最適な値の駆動エネルギーを設定してステッピングモータＳＭを駆動して手振れ補正を行う。このステッピングモータＳＭの駆動エネルギーを設定する具体的手法は前述した通りであるから省略する。

以上、図示実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は図示実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態ではＣＣＤ１３ｇを含むＣＣＤホルダ３０をｘ軸及びｙ軸方向に駆動して手振れ補正を行っているが、振れ補正用の光学要素はイメージセンサを含まないレンズ群などであってもよい。

また、図２２及び図２５では昇圧電源回路を用いた例を示しているが、本発明では降圧電源回路を用いることも可能である。

本発明を適用した手振れ補正機能を備えたズームレンズ鏡筒の収納状態における断面図である。同ズームレンズ鏡筒の撮影状態の断面図である。同ズームレンズ鏡筒のワイド端において一部を拡大した断面図である。同ズームレンズ鏡筒のテレ端において一部を拡大した断面図である。同ズームレンズ鏡筒を備えるカメラの主要な電気回路構成を示すブロック図である。ヘリコイド環とカム環のそれぞれの移動軌跡と、カム環による第１レンズ群及び第２レンズ群の移動軌跡とを示す概念図である。ヘリコイド環とカム環の移動軌跡を含めた、第１レンズ群及び第２レンズ群のそれぞれの合成移動軌跡を示す概念図である。ズームレンズ鏡筒の分解斜視図である。手振れ補正機構及び退避機構の要部を示す分解斜視図である。鏡筒収納時におけるＣＣＤホルダの退避状態を示す、手振れ補正機構及び退避機構の前方斜視図である。撮影時におけるＣＣＤホルダの光軸上進出状態を示す、手振れ補正機構及び退避機構の前方斜視図である。手振れ補正機構の要部を図１０及び図１１の裏側から見た後方斜視図である。図１０の状態を光軸方向前方から見た正面図である。図１１の状態を光軸方向前方から見た正面図である。ＣＣＤホルダを支持する左右移動枠及び上下移動枠を示す前方斜視図である。左右移動枠及び上下移動枠の正面図である。左右移動枠及び上下移動枠の背面図である。図１６のＤ１-Ｄ１断面線に沿う、ＣＣＤホルダ、左右移動枠及び上下移動枠の断面図である。左右駆動レバーによる左右方向の手振れ補正の作用を説明するための正面図である。ＣＣＤホルダ、左右移動枠及び上下移動枠の上下方向動作と左右駆動レバーとの関係を説明するための正面図である。ステッピングモータの特性を示す図である。電圧変化によってステッピングモータの駆動エネルギーを変更するタイプの電源回路の構成例を示すブロック図である。駆動パルスの出力電圧を変化させた場合の波形の変化を示す図である。図２２の２相励磁タイプのステッピングモータの出力波形に図２３の波形変化の概念を適用した図である。分割パルスのデューティー比または周波数の変更によってステッピングモータの駆動エネルギーを変更するタイプの電源回路の構成例を示すブロック図である。分割パルスのデューティー比を変化させた場合の波形の変化を示す図であり、（Ａ）はデューティー比最大、（Ｂ）はデューティー比最小の場合を示す。分割パルスの周波数を変化させた場合の波形の変化を示す図であり、（Ａ）は周波数最大、（Ｂ）は周波数最小の場合を示す。焦点距離情報に基づいてステッピングモータの駆動エネルギーを設定する制御の流れを示すフローチャート図である。焦点距離情報に加えて温度データを加味してステッピングモータの駆動エネルギーを設定するタイプの制御の流れを示すフローチャート図である。図２２に対応するタイプの電源回路において、交換式の撮影レンズを用いた形態を示すブロック図である。図２５に対応するタイプの電源回路において、交換式の撮影レンズを用いた形態を示すブロック図である。

符号の説明

ＣＶ電圧検出点
ＦＢフィードバック端子
ＪＳジャイロセンサ（角速度センサ）
ＭＡ絞駆動アクチュエータ
ＭＦフォーカシングモータ
ＭＳシャッタ駆動アクチュエータ
ＭＺズームモータ
ＯＶ振れ補正光学要素
Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４Ｐ５ステッピングモータの駆動エネルギー
ＰＬＰＭＰＳステッピングモータの駆動エネルギー
ＱＮ必要駆動トルク
ＱＳ余剰トルク
ＳＭステッピングモータ
ＳＰ退避スペース
Ｚ０回転中心軸
Ｚ１撮影光軸（撮像光学系の共通光軸）
Ｚ２光軸外退避位置
１０ズームレンズ鏡筒
１１ハウジング
１２伸縮筒部
１３ａ第１レンズ群
１３ｂシャッタ
１３ｃ絞
１３ｄ第２レンズ群
１３ｅ第３レンズ群
１３ｆローパスフィルタ
１３ｇＣＣＤイメージセンサ
１４ａ画像処理回路
１４ｂ液晶モニタ
１４ｃメモリ
１４ｄメインスイッチ
１４ｅレリーズボタン
１４ｆ撮影モード切替スイッチ
１７ズームギヤ
１８ヘリコイド環
２０直進案内環
２２１群直進案内環
２３２群直進案内環
２４１群支持枠
２５２群支持枠
２６カム環
２９フォーカシング枠
３０ＣＣＤホルダ
３１画像伝送ＦＰＣ
３２左右移動枠
３５左右ガイド軸
３６上下移動枠
３８上下ガイド軸
４０左右駆動レバー
４６第１ステッピングモータ
５０ズームエンコーダ
５１ｘジャイロセンサ（角速度センサ）
５２ｙジャイロセンサ（角速度センサ）
５３温度センサ
５５５６フォトインタラプタ
６０ＣＰＵ
７０第２ステッピングモータ
８０電池
８１コイル
８２スイッチングトランジスタ
８３平滑コンデンサ
８４ダイオード
８５制御ＩＣ
８７モータドライバ
８８８９制御信号伝送路
９０交換レンズ
９１振れ補正移動機構
９２レンズメモリ

Claims

光軸と直交する方向に移動可能な振れ補正光学要素を有する光学系；
振れ補正光学要素を駆動するステッピングモータ；
上記光学系に加わる振れ速度を検出し、該振れ速度情報に基づきステッピングモータの駆動パルス数を演算し、上記光学系による結像面上での像振れをキャンセルさせる位置に振れ補正光学要素を移動させる振れ補正制御手段；及び
上記光学系の焦点距離を検出する手段；
を備え、
振れ補正制御手段は、この焦点距離検出手段によって検出される上記光学系の焦点距離情報に応じて、ステッピングモータ駆動時にステッピングモータに供給するエネルギーを変化させるステッピングモータ制御手段を有していることを特徴とする光学装置。
請求項１記載の光学装置において、上記ステッピングモータ制御手段は、上記光学系の焦点距離情報に応じて、ステッピングモータの駆動電圧を変化させる光学装置。
請求項１記載の光学装置において、上記ステッピングモータ制御手段は、上記光学系の焦点距離情報に応じて、ステッピングモータ駆動パルスの単位パルスを時分割した分割パルスにおけるパルス幅を変化させる光学装置。
請求項１記載の光学装置において、上記ステッピングモータ制御手段は、撮像光学系の焦点距離情報に応じて、ステッピングモータ駆動パルスの単位パルスを時分割した分割パルスにおける周波数を変化させる光学装置。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光学装置において、さらに温度センサを備え、ステッピングモータ制御手段は、撮像光学系の焦点距離情報と温度センサから出力される温度情報とに応じてステッピングモータに供給するエネルギーを変化させる光学装置。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学装置において、上記ステッピングモータ制御手段は、上記光学系の焦点距離が短くなるにつれてステッピングモータに供給するエネルギーを小さくさせる光学装置。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学装置において、上記光学系は焦点距離可変のズームレンズである光学装置。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学装置において、上記光学系は異なる焦点距離の交換式の単焦点交換レンズである光学装置。
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光学装置において、振れ補正光学要素を光軸と直交する平面内で互いに非平行な２つの方向に移動させる第１と第２のステッピングモータを備え、上記ステッピングモータ制御手段は、上記光学系の焦点距離情報に応じて、この第１と第２のステッピングモータのそれぞれに供給するエネルギーを変化させる光学装置。
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光学装置において、振れ補正光学要素は、イメージセンサである光学装置。
光学系の一部を構成する振れ補正光学要素をステッピングモータによって光軸と直交する方向に移動させて、撮像面上での像振れをキャンセルする手振れ補正装置において、
上記光学系の焦点距離を検出するステップ；
上記光学系に加わる振れ速度を検出して、この振れ速度情報と上記焦点距離情報に基づきステッピングモータの駆動パルス数を演算するステップ；
上記焦点距離情報に応じて、ステッピングモータ駆動時に該ステッピングモータに供給するエネルギーを異なる大きさに設定するステップ；及び
設定した大きさのエネルギーでステッピングモータを駆動するステップ；
を有することを特徴とする手振れ補正装置の制御方法。