JP2006258902A - カメラ用ブレ補正装置およびそれを用いたカメラ付き携帯電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でブレ補正を正確に行うことが可能な小型のカメラ用ブレ補正装置およびそれを用いたカメラ付き携帯電子機器を提供する。
【解決手段】 カメラの光学系の光軸を折り曲げる反射部材１１と、反射部材１１を傾動自在に支持するカメラ用ブレ補正装置ベース１６と、カメラ用ブレ補正装置ベース１６が反射部材１１を支持する支点を中心にして反射部材１１を傾動させる駆動部１７と、反射部材１１の傾動方向に対して反射部材１１に予圧を与える弾性部材１８と、弾性部材１８の変形量を検出するための検出部２０を備える。上記検出部２０により検出された弾性部材１８の変形量に基づいて、制御部が駆動部１７を制御することによりカメラのブレに対して反射部材１１を傾動させてブレ補正を行う。
【選択図】図７

Description

本発明は、カメラ用ブレ補正装置およびそれを用いたカメラ付き携帯電子機器に関し、詳しくは、カメラ付き携帯電子機器の手振れ振動などにより発生する像のぼけを防止するために用いられるカメラ用ブレ補正装置に関するものであり、特に折り曲げ光学系の反射部材を揺動させることによりブレ補正を行う装置に関するものである。

撮影時に手振れ振動などによって撮影機器に振動が与えられた場合に、撮像素子に取り込まれる画像がブレてしまって撮影像が不鮮明になる。これは、暗い場所での撮影や望遠撮影を行うときに特に顕著に現れる。

このような画像のブレを防ぐ従来のカメラ用ブレ補正装置としては、外部からの振動を検出し、その振動による影響を打ち消すようにカメラ内部の光学系を動的に変位させることによって、撮影像のブレを低減するものが提案されている。このカメラ用ブレ補正装置では、ブレ補正光学系の変位量制御を高精度に行う必要がある。

従来の折り曲げ光学系における光学系の変位量制御方法としては、角速度検出部により算出されたブレ補正光学系であるミラーの必要チルト角度を算出した後に、ミラーの角度を検出するための位置検出センサを設けたものがある(例えば、特開２００４−２１９９３０号公報(特許文献１)参照)。

また、ミラーの位置を撮像素子によって検出することにより、圧電素子に印加する電圧にフィードバックする方法などが挙げられている。

さらに、圧電素子が印加電圧に比例する特徴を利用して、センサを設けないで駆動源に用いている圧電素子の電圧によりミラーの角度を検出する方法も提案されている。

しかし、上述した従来技術には、次のような問題がある。

上記折り曲げ光学系における光学系の変位量制御方法においては、ミラーの角度を検出するために、ＰＳＤ(Position Sensitive Device：位置検出素子)、ＰＩ(フォトインタラプタ)等のセンサを別に用意する場合、そのセンサを配置する場所が別途必要となり、これはカメラ用ブレ補正装置を携帯電話等の小型の携帯電子機器に内蔵するような用途を考えた場合、センサを取り付ける障害となる。

また、上記ミラーの位置を撮像素子によって検出する方法において、動きベクトル抽出を行うには動画フレーム間ごとの特徴点の軌跡を算出する必要があり、一枚の静止画の撮影を行うときに露光中にミラーの位置がずれると、動きベクトルの算出ができず、正確な補正を行うことができない。

また、上記駆動源に用いている圧電素子の電圧を検出によりミラーの角度を検出する方法についても、一般的に圧電素子にはヒステリシスが存在し、電圧値に対する変位量が１対１に対応しないためにミラーの角度が正確に得られない。特に、電圧に対する変位量の大きな圧電材料(圧電定数の大きな材料)を用いた場合は、ヒステリシスが約１０％〜２０％と大きくなる一方、ヒステリシスが３％以下の圧電材料を駆動源に用いた場合は、電圧に対する変位量が小さいため、必要な変位を得るのにヒステリシスの大きな圧電材料を用いる場合よりも２倍程度高い電圧が必要となるから、携帯機器に用いるときの障害となる。
特開２００４−２１９９３０号公報(図１)

そこで、本発明の目的は、簡単な構成でブレ補正を正確に行うことが可能な小型のカメラ用ブレ補正装置およびそれを用いたカメラ付き携帯電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のカメラ用ブレ補正装置は、
カメラの光学系の光軸を折り曲げる反射部材と、
上記反射部材を傾動自在に支持する支持部材と、
上記支持部材が上記反射部材を支持する支点を中心にして上記反射部材を傾動させる駆動部と、
上記反射部材の傾動方向に対して上記反射部材に予圧を与える弾性部材と、
上記弾性部材の変形量を検出するための検出部と、
上記検出部により検出された上記弾性部材の変形量に基づいて、上記駆動部を制御することにより上記カメラのブレに対して上記反射部材を傾動させてブレ補正を行う制御部と
を備えたことを特徴とする。

上記構成のカメラ用ブレ補正装置によれば、上記反射部材の傾動方向に対して反射部材に予圧を与えている弾性部材の変形量(反射部材の傾動量に相当)を検出部により検出することによって、部材の変形量を知る手段として例えば薄くて小さい圧電素子を利用できるため、反射部材の傾動量を検出するために特別な場所を設ける必要がなく、省スペース化を図ることができる。したがって、簡単な構成でブレ補正を正確に行うことが可能な小型のカメラ用ブレ補正装置を実現できる。

また、一実施形態のカメラ用ブレ補正装置は、上記弾性部材が上記反射部材に予圧を与える予圧位置と、上記駆動部が上記反射部材に変位を与える押圧位置と、上記支持部材が上記反射部材を支持する支点の位置が、上記反射部材の反射面に対して略直角な同一平面上に配置されていることを特徴とする。

上記実施形態のカメラ用ブレ補正装置によれば、弾性部材が反射部材に予圧を与える予圧位置と、駆動部が反射部材に変位を与える押圧位置と、支持部材が反射部材を支持する支点の位置が、反射部材の反射面に対して略直角な同一平面上に配置されているため、この平面に沿った反射部材の傾動が他の面に沿った方向の傾動の影響を受けずに傾動量に相当する弾性部材の変形量を検出することができる。

また、一実施形態のカメラ用ブレ補正装置は、上記検出部が圧電素子であることを特徴とする。

上記実施形態のカメラ用ブレ補正装置によれば、弾性部材の変形量の検出に圧電素子を用いることによって、装置の薄型化を図ることができると共に、構成が簡単になる。

また、一実施形態のカメラ用ブレ補正装置は、上記反射部材の反射面に対して略直角で互いに直交する２つの平面に沿って、上記駆動部により上記反射部材が傾動することを特徴とする。

上記実施形態のカメラ用ブレ補正装置によれば、反射部材の反射面に対して略直角で互いに直交する２つの平面に沿って、駆動部により反射部材を傾動させることによって、カメラのヨーイング方向とピッチング方向の振れを正確に補正することができる。

また、この発明のカメラ付き携帯電子機器は、上記のいずれか１つのカメラ用ブレ補正装置を備えたことを特徴とする。

上記実施形態のカメラ付き携帯電子機器によれば、上記カメラ用ブレ補正装置を用いることによって、正確なブレ補正ができると共に、小型化が図れる。

以上より明らかなように、本発明のカメラ用ブレ補正装置によれば、簡単な構成でブレ補正を正確に行うことが可能な小型のカメラ用ブレ補正装置を実現することができる。

また、本発明のカメラ付き携帯電子機器によれば、上記カメラ用ブレ補正装置を用いることにより、正確なブレ補正ができる小型のカメラ付き携帯電子機器を実現することができる。

以下、本発明のカメラ用ブレ補正装置およびそれを用いたカメラ付き携帯電子機器を図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１乃至図３を用いて、本発明のカメラ用ブレ補正装置を用いたカメラ付き携帯電子機器の一例としてのカメラ付き携帯電話の説明を行う。

図１は本発明のカメラ用ブレ補正装置を用いたカメラ付き携帯電話２００の要部ブロック図である。また、図２は本発明のカメラ用ブレ補正装置を内蔵したカメラ付き携帯電話の第１撮影形態を示す斜視図であり、図３は同じカメラ付き携帯電話における第２の撮影形態を示す斜視図である。

図１において、１０１は角速度センサ(ジャイロセンサ等)からなる第１角速度検出センサ、１０２は角速度センサからなる第２角速度検出センサ、１０３は第１,第２角速度検出センサ１０１,１０２からの角速度信号のＤＣ成分を除去するＨＰＦ(ハイパスフィルタ)、１０４は上記ＨＰＦ１０３からの角速度信号を増幅するＡＭＰ(アンプリファイアー)、１０５は上記ＡＭＰ１０４からの角速度信号を積分して角度信号を求める積分回路、１２０は上記積分回路１０５からの角度信号を受けて制御信号を出力する制御部、１０６は上記制御部１２０からの制御信号に基づいて駆動信号を出力する駆動回路、１７は上記駆動回路１０６からの駆動信号により駆動される駆動部、１１は上記駆動部１７により傾動させる反射部材、２０は反射部材１１の揺動量を検出するための検出部である。また、３０はカメラユニット(図示せず)の光学系、４０は上記光学系３０を介して被写体の像が写される撮像素子であるＣＣＤ(チャージ・カップルド・デバイス：電荷結合素子)、１０７は上記ＣＣＤ４０からのアナログ画像信号をＡ／Ｄ(アナログ／デジタル)変換するＡ／Ｄコンバータ、１０８は上記Ａ／Ｄコンバータ１０７からのデジタル信号を処理するデジタル信号処理部、１０９は上記デジタル信号処理部１０８により信号処理された画像を保存するメモリである。また、５０は第１撮影操作部、５１は第２撮影操作部である。

上記構成のカメラ付き携帯電話２００において、カメラ用ブレ補正装置１００は、積分回路１０５からの角度信号の変化に応じて駆動回路１０６から出力された駆動信号により駆動部１７を駆動し、反射部材１１を光軸に対して直交する２軸を中心に揺動させる。このとき、検出部２０の検出結果に基づいて適切な制御量を制御部１２０により算出し、制御部１２０から制御量を駆動回路１０６にフィードバックすることにより、カメラ付き携帯電話２００が振動することによる画像の揺れを低減することが可能となる。

その後、図２の第１撮影操作部５０もしくは図３に示す第２撮影操作部５１が押されたことを検出して、反射部材１１,光学系３０を通過して、ＣＣＤ４０上に結像されたアナログ画像信号をＡ／Ｄコンバータ１０７により、デジタル信号に変換し、デジタル信号処理部１０８により画像圧縮などの所定の信号処理を行った後に、メモリ１０９に画像が保存される。

続いて、図２を用いて、撮影機器蓋部５３と撮影機器本体５４を開けた状態で撮影を行う第１撮影形態の説明を行う。ここでは、カメラユニット５２は撮影機器本体５４に取り付けられており、第１撮影操作部５０を押すことにより先に説明したように画像の撮影が行われる。また、このときのピッチング方向のブレ振動は第１角速度検出センサ１０１(図１に示す)によって検出され、ヨーイング方向のブレ振動は第２角速度検出センサ１０２(図１に示す)により検出される。一方、図３に示す撮影機器蓋部５３と撮影機器本体５４を閉じた状態で撮影する第２撮影形態では、第２撮影操作部５１が押されることにより同様に画像の撮影が行われ、このときのピッチング方向のブレ振動は第２角速度検出センサ１０２により検出され、ヨーイング方向のブレ振動は第１角速度検出センサ１０１により検出される。

次に、図４,図５を用いて本発明のカメラユニットの構成について説明を行う。図４は図２、図３に内蔵されているカメラユニット５２の斜視図を示しており、ＣＣＤ４０は下側に配置されている。このカメラユニット５２の内部には、図示しないレンズ間隔を変更することにより変倍をおこなうズーム機構、パッシブ方式のオートフォーカス機構、シャッター等が内蔵されており、それら機構はすべてカメラユニット５２に固定されている。

また、図５は図４に示すカメラユニット５２の内部部品の説明を行うための要部の斜視図である。ここで矢印Ｒ４方向から入射した光線は、反射部材１１により直角に折り曲げられ、光学系３０を通過して撮像素子であるＣＣＤ４０に集光されて像が結ばれる。以下の画像処理方法については先ほど説明したのと同一であるので省略する。

続いて、反射部材１１を揺動するカメラ用ブレ補正装置１００についての説明を図６乃至図９を用いて説明する。ここで図６は本カメラ用ブレ補正装置１００の要部の斜視図であり、図７は図６の分解斜視図である。

図６, 図７において、反射部材ベース１２は反射部材１１の背面に接着固定されている。また、中心軸１３(図７のみに示す)は、一端が反射部材ベース１２に固定され、他端が支持部材の一例としてのカメラ用ブレ補正装置ベース１６に固定された弾性材である。上記中心軸１３は、反射部材ベース１２の傾動に伴ってたわみ変形する。そして、反射部材ベース１２に変位を与える駆動部１７としては、積層型の圧電素子が用いられており、圧電素子に電圧を印加されると、図６の矢印Ｒ６方向である反射部材１１の裏面に垂直な方向に変位する。この駆動部１７は、一端が反射部材ベース１２に設けられている押圧部突起１４(図７に示す)と接触しており、他端は駆動部固定部材１９と接着固定されている。さらに駆動部固定部材１９は、カメラ用ブレ補正装置ベース１６に対してネジ固定されており、このカメラ用ブレ補正装置ベース１６はカメラユニット５２(図４に示す)に固定されている。また、予圧部突起１５は反射部材ベース１２に取り付けられており、弾性部材１８と接触することにより駆動部１７と押圧部突起１４の接触部分に予圧を与えている。この弾性部材１８は板バネ形状を成しており、弾性部材１８の一端は予圧部突起１５に対して予圧を与えており、弾性部材１８の他端はカメラ用ブレ補正装置ベース１６に固定されている。

そして、この弾性部材１８の表面に弾性部材の変形量を検出するための検出部２０が設けられており、その検出部２０として圧電素子が接着されている。この圧電素子には両面に電極が設けられており、歪を受けることにより素子両端の電圧が変化する。この圧電素子の両端電圧を検出することで、反射部材１１のチルト量と比例関係を有する弾性部材１８の変形量がわかる。こうして得られた弾性部材１８の変形量に基づいて、反射部材１１のチルト量を検出できる。

この圧電素子材料としては、水晶などのヒステリシスが小さく温度変化による圧電定数の変化の少ない材料であるのが望ましい。

続いて、図８,図９を用いて、反射部材１１が固定された反射部材ベース１２の中心軸１３、押圧部突起１４、予圧部突起１５の配置関係について説明を行う。図８は反射部材ベース１２を上から見たときの中心軸１３、押圧部突起１４、予圧部突起１５の配置関係を説明する図であり、図９は図８の矢印Ｒ８方向から見たときの矢視図である。

ここで、図８,図９に示すように、反射部材ベース１２は、その略中央部に円柱形状の中心軸１３が立設されており、その中心軸１３の中心位置２３と、押圧部突起１４と駆動部１７が接触している２箇所の押圧位置２１が、それぞれ直角２等辺３角形の頂角を形成するように配置されている。また、各押圧位置２１の中心位置２３に対して反対側に夫々予圧位置２２を配置している。

また、駆動部１７が接触している押圧部突起１４の部分は球面となっており、押圧部突起１４と駆動部１７とは点接触をしている。そのため、一方の押圧部突起１４が変位したときに、他方の押圧部突起１４が固定されておらず、点で接触しているだけなので、２つの傾動方向の夫々がお互いに他方の運動を阻害することがない。

さらに、押圧部突起１４と中心軸１３の中心位置２３を結ぶ延長上に予圧部突起１５が設けられている。このため、一方の押圧部突起１４が変位したときも、中心軸１３との延長線上に無い他方の予圧部突起１５の変位には影響しない。

また、予圧部突起１５と弾性部材１８(図６,図７に示す)が接触して、弾性部材１８を変形させることで、予圧部突起１５に図９に示す下向き方向の力を与えることにより、押圧部突起１４と駆動部１７の接触が常に維持できるようになっている。この予圧部突起１５についても弾性部材１８との接触する箇所は球面となっており、弾性部材１８とは点接触をしているため、押圧部突起１４の変位や他方の予圧部突起１５の変位による影響を受けない。また、反射部材ベース１２のチルト量が５〜１０分と極めて小さいことから、押圧部突起１４と中心軸１３までの距離Ｌ１とし、中心軸１３から予圧部突起１５までの距離Ｌ２とすると、予圧部突起１５の変位量は、押圧部突起１４の変位量のＬ２／Ｌ１倍になる。この比(Ｌ２／Ｌ１)が大きくなるほど、図示しない反射部材のチルト量の検出感度が上がるために、なるべく大きくしたほうが好ましい。本実施形態では、予圧部突起１５の変位量を押圧部突起１４の変位量の約３倍にしている。

ここで、図６に示す圧電素子からなる駆動部１７により図９に示す押圧部突起１４に矢印Ｒ９Ｂ方向に変位を与えられたとき、中心軸１３が撓んで傾くことにより、反射部材１１が中心軸１３を支点として矢印Ｒ９Ｃの方向に傾動する。

ここで、中心軸１３の材質としては、押圧部突起１４が矢印Ｒ９Ｂの方向に変位されたときに中心軸１３が長手方向に伸びてしまうと、図示しない反射部材のチルト量が小さくなってしまうか、最悪の場合は傾動しなくなるため、引っ張り剛性の高い材料である金属、もしくは樹脂材料が望ましい。

以上のような手法を用いることにより、予圧部突起１５の変位(矢印Ｒ９Ｄの方向)を検出部２０により検出することで、反射部材１１のチルト量を正確に検出することが可能となる。

上記構成のカメラ用ブレ補正装置によれば、反射部材１１に予圧を与えている弾性部材１８の変形量(反射部材１１の傾動量に相当)を検出する検出部２０を設けることによって、部材の変形量を知る手段として薄くて小さい圧電素子等の検出素子を利用できるため、反射部材１１の傾動量を検出するために特別な場所を設ける必要がなく、省スペース化を図ることができる。したがって、簡単な構成でブレ補正を正確に行うことが可能な小型のカメラ用ブレ補正装置を実現することができる。

また、上記弾性部材１８が反射部材１１に予圧を与える予圧位置２２と、駆動部１７が反射部材１１に変位を与える押圧位置２１と、支持部材(カメラ用ブレ補正装置ベース１６)が反射部材１１を支持する支点の位置(中心軸１３)が、反射部材１１の反射面に対して略直角な同一平面上に配置されているため、他の方向への傾動運動の影響を受けずに傾動量に相当する弾性部材１８の変形量を検出することができる。

また、上記弾性部材１８の変形量を検出する検出部２０に圧電素子を用いることによって、装置の薄型化を図ることができると共に、構成を簡単化することができる。

また、反射部材１１の反射面に対して略直角で互いに直交する２つの平面に沿って、駆動部１７により反射部材１１を傾動させることによって、カメラのヨーイング方向とピッチング方向の振れを正確に補正することができる。

また、この発明のカメラ付き携帯電子機器は、上記カメラ用ブレ補正装置を用いることによって、正確なブレ補正ができると共に、小型化が図れる。

上記実施の形態では、カメラ用ブレ補正装置を用いたカメラ付き携帯電話について説明したが、本発明のカメラ用ブレ補正装置は、デジタルカメラやＰＤＡ(Personal Digital Assistant：パーソナル・デジタル・アシスタント)等の他のカメラ付き携帯電子機器に適用してもよい。

本発明のカメラ用ブレ補正装置およびそれを用いたカメラ付き携帯電子機器は、全般に適用することが可能であり、特に携帯用途に適した小型の撮影機器にブレ補正機構を内蔵することが可能となる。

図１は本発明のカメラ用ブレ補正装置を用いたカメラ付き携帯電子機器の一例としてのカメラ付き携帯電話の要部ブロック図である。 図２は上記カメラ付き携帯電話の第１撮影形態を説明する斜視図である。 図３は上記カメラ付き携帯電話の第２の撮影形態を説明する図である。 図４は上記カメラ用ブレ補正装置を内蔵した折り曲げ型カメラユニットの外観を示す斜視図である。 図５は上記カメラ用ブレ補正装置を搭載した折り曲げ光学系の部品配置を示す斜視図である。 図６は上記カメラ用ブレ補正装置の斜視図である。 図７は図６のカメラ用ブレ補正装置の分解斜視図である。 図８は上記カメラ用ブレ補正装置の中心軸と押圧部突起および予圧部突起の位置関係を説明する図である。 図９は図８の矢印Ａの方向から見た矢視図である

符号の説明

１１…反射部材
１２…反射部材ベース
１３…中心軸
１４…押圧部突起
１５…予圧部突起
１６…カメラ用ブレ補正装置ベース
１７…駆動部
１８…弾性部材
１９…駆動部固定部材
２０…検出部
２１…押圧位置
２２…予圧位置
２３…中心位置
３０…光学系
４０…ＣＣＤ
５０…第１撮影操作部
５１…第２撮影操作部
５２…カメラユニット
５３…撮影機器蓋部
５４…撮影機器本体
７０…検出部
１００…カメラ用ブレ補正装置
１０１…第１角速度検出部
１０２…第２角速度検出部
１０３…ＨＰＦ
１０４…ＡＭＰ
１０５…積分器
１０６…駆動回路
１０７…ＡＤコンバータ
１０８…デジタル信号処理部
１０９…メモリ
１２０…制御部
２００…カメラ付き携帯電話

Claims (5)

1. カメラの光学系の光軸を折り曲げる反射部材と、
   上記反射部材を傾動自在に支持する支持部材と、
   上記支持部材が上記反射部材を支持する支点を中心にして上記反射部材を傾動させる駆動部と、
   上記反射部材の傾動方向に対して上記反射部材に予圧を与える弾性部材と、
   上記弾性部材の変形量を検出するための検出部と、
   上記検出部により検出された上記弾性部材の変形量に基づいて、上記駆動部を制御することにより上記カメラのブレに対して上記反射部材を傾動させてブレ補正を行う制御部と
   を備えたことを特徴とするカメラ用ブレ補正装置。
2. 請求項１に記載のカメラ用ブレ補正装置において、
   上記弾性部材が上記反射部材に予圧を与える予圧位置と、上記駆動部が上記反射部材に変位を与える押圧位置と、上記支持部材が上記反射部材を支持する支点の位置が、上記反射部材の反射面に対して略直角な同一平面上に配置されていることを特徴とするカメラ用ブレ補正装置。
3. 請求項１または２に記載のカメラ用ブレ補正装置において、
   上記検出部が圧電素子であることを特徴とするカメラ用ブレ補正装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のカメラ用ブレ補正装置において、
   上記反射部材の反射面に対して略直角で互いに直交する２つの平面に沿って、上記駆動部により上記反射部材が傾動することを特徴とするカメラ用ブレ補正装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のカメラ用ブレ補正装置を備えたことを特徴とするカメラ付き携帯電子機器。

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