JP2006295553A - 像振れ防止機能を有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 携帯電話等の機器にも組み込むことができる像振れ防止機能を有する小型の撮像装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、像振れ防止機能を有する撮像装置（２０）であって、カメラ筐体と、撮像用レンズ及び撮像素子を備えたカメラモジュール（２２、２４）と、第１軸線（Ａ１）を中心として回転できるように、カメラモジュールをカメラ筐体に対して弾性支持する第１支持機構と、第２軸線（Ａ２）を中心として回転できるように、カメラモジュールをカメラ筐体に対して弾性支持する第２支持機構と、カメラモジュールを回転させるトルクを、カメラモジュールに作用させるアクチュエータ（３４、３６）と、カメラ筐体の静止空間に対する回転移動を検出するセンサと、このセンサの検出結果に基づいてアクチュエータを作動させ、撮像用レンズの光軸の静止空間に対する振れを抑制する制御手段（４２）と、を有することを特徴としている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、手ぶれ補正等の像振れ防止機能を有する小型化された撮像装置に関する。

近年、ビデオカメラ、デジタルコンパクトカメラ、一眼レフカメラ用交換レンズ等において、手振れ補正、像振れ防止機能を備えた民生用機器が多々出現し、広く利用される様になっている。この種の手振れ防止機能は、例えば手持ち撮影する場合にブレを抑え安定した撮影が可能となり、特に、望遠撮影、暗い室内や夕夜屋外の撮影等に効力を発揮することが知られており、例えばコロナ社、産業制御シリーズ５「情報システムにおける制御」大前 力、平井洋武、涌井伸二 編著（非特許文献１）の文献等にその基本方式、構成、制御系等が記載されている。

例えば、特開昭６３−４９７２９（特許文献１）には、光学系の一部のレンズ群を光軸に直交する方向に移動して像振れを補正する記載があり、一般的な比較的大きな３５ｍｍタイプのカメラ装置に組み込まれていた。また、実開昭６１−１７３８４２（特許文献２）では、カメラ部分全体を回転させる例が示されており、この方式では、構造的にも強度確保が難しく装置の小型化が困難であった。
この他の先行技術としては、特開昭５６−８０８４５（特許文献３）、特開平６−２６５９６２（特許文献４）には振動検出における出力の周波数特性の温度変化による悪化を防止するための温度補償技術が存在する。

また、静止光軸を推定する方法としては、特開平７−２０９６９０（特許文献５）には、フレーミング中に検出される振れ検出出力を基準値の算出に用いず、振れ検出出力の移動平均値を基準値とした技術、特開平８−２７８５２４（特許文献６）には、カメラの露出動作開始時に不規則な振れがあっても最適な演算時期を設定し検出部の振れ基準値を高精度に算出することが可能な技術が開示されている。
更にこの他、特開平４−２４４２３０（特許文献７）には、振れ検出センサのドリフト等による出力不安定化を防止するためにセンサ出力の平均値を求め、これに基づいてその出力を校正する技術が開示されている。

また更に、特開平１１−９５２７６号公報（特許文献８）には、カメラのレンズに内蔵される振れ補正光学装置が記載されている。この振れ補正光学装置では、補正用のレンズを、撮影光軸に直交する平面内で移動させ、像振れを補正している。また、この装置では、補正用レンズのレンズホルダーをムービングマグネット方式で駆動し、レンズホルダーの位置をホール素子によって検出して制御している。このように、現在、一般に使用されている大部分の像振れ防止装置は、撮像用のレンズ群の中の一部のレンズを、フィードバック制御により撮像光軸に直交する平面内で移動させ、像振れを補正している。

一方、図６（ａ）（ｂ）に示す様に、現在広く普及しているカメラ付携帯電話に内蔵されているデジタルカメラも高画質化が進み、合焦精度等にも高度な要求が課せられるに至っている。
図６（ａ）は携帯電話の使用状態における正面斜視図、図６（ｂ）は背面斜視図である。

また、図６（ａ）に示すように、受話部２は、カメラ画像情報を表示するためのディスプレイ８を有し、送話部４は、内蔵されたカメラで撮影を行うための撮像ボタン１４と、さらに、静止画撮影用のカメラ２０を有する。

携帯電話１をカメラとして使用する場合には、カメラ２０を被写体に向け、撮像ボタン１４を押すことによって写真を撮ることができる。

携帯電話１によって写真を撮影する場合には、使用者は、まず、携帯電話１を写真撮影モードにする。次いで、使用者は、撮像用レンズを被写体に向け、ディスプレイ８に表示される被写体の像を確認しながら撮影するアングルを決め、撮像ボタン１４を押す。撮像ボタン１４が押されると、所定のタイムラグの後、露光が開始され、ＣＣＤ上に像が形成される。

この様なカメラ付携帯電話に内蔵されたデジタルカメラにも、像振れ防止機能を付加することが要求されている。特に、これらのカメラが内蔵された携帯電話や薄型デジタルカメラ等は軽量であることから、撮影時に手ブレを生じる可能性が高く、像振れ防止機能を付加することは非常に有効であると考えられる。

特開昭６３−４９７２９号公報 実開昭６１−１７３８４２号公報 特開昭５６−８０８４５号公報 特開平６−２６５９６２号公報 特開平７−２０９６９０号公報 特開平８−２７８５２４号公報 特開平４−２４４２３０号公報 特開平１１−９５２７６号公報 コロナ社、産業制御シリーズ５「情報システムにおける制御」大前 力、平井洋武、涌井伸二 編著

しかしながら、像振れ防止機能の追加が、このように強く要求されているカメラ付携帯電話等のデジタルカメラは非常に小さく、複雑な手ブレ防止機能を組み込むことが非常に困難であるという問題がある。一例として、現在携帯電話等に組み込まれている小型のカメラモジュールには、１８．９×９．２×１９．２ｍｍ、或いは１０×１０×８．５ｍｍの大きさのものがある。このように小さなカメラモジュールに内蔵された極小のレンズ群の中の一部を、像振れ補正用レンズとして駆動することは非常に困難である。これは、極小のレンズを極僅かな距離移動させるとしても、それを駆動するためのアクチュエータを、駆動力や移動距離に比例して小型化することは困難であり、また、極小のレンズの僅かな移動量を検出するとしても、検出用のセンサを移動量に比例して小型化することが困難であるためである。

従って、本発明は、薄型デジタルカメラや携帯電話等の機器にも組み込むことができる像振れ防止機能を有する小型の撮像装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、像振れ防止機能を有する撮像装置であって、カメラ筐体と、撮像用レンズ及び撮像素子を備えたカメラモジュールと、カメラモジュールが撮像用レンズの光軸にほぼ直交する第１軸線を中心として回転できるように、カメラモジュールをカメラ筐体に対して弾性支持する第１支持機構と、カメラモジュールが撮像用レンズの光軸及び第１軸線に対してほぼ直交する第２軸線を中心として回転できるように、カメラモジュールをカメラ筐体に対して弾性支持する第２支持機構と、第１軸線及び第２軸線を中心としてカメラモジュールを回転させるトルクを、カメラモジュールに作用させるアクチュエータと、カメラ筐体の静止空間に対する回転移動を検出するセンサと、このセンサの検出結果に基づいてアクチュエータを作動させ、撮像用レンズの光軸の静止空間に対する振れを抑制する制御手段と、を有することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、第１支持機構及び第２支持機構が、第１軸線及び第２軸線を中心とする回転可能にカメラモジュールを弾性支持する。また、センサは、カメラ筐体の静止空間に対する回転移動を検出する。制御手段は、センサの検出結果に基づいてアクチュエータを作動させる。アクチュエータは、トルクを発生して第１軸線及び第２軸線を中心としてカメラモジュールを回転させる。これにより、撮像用レンズの光軸の静止空間に対する振れが抑制される。

このように構成された本発明によれば、カメラモジュールの回転が、アクチュエータが発生するトルクによって概ね決定されるので、カメラ筐体に対するカメラモジュールの変位を測定することなく、撮像用レンズの光軸の方向を制御することができる。

本発明において好ましくは、像振れを抑制するために回転移動する可動部分の重心点は、第１軸線と第２軸線の交点とほぼ一致している。
このように構成された本発明によれば、撮像装置の可動部分が、ほぼその重心点で弾性支持されているので、カメラ筐体に作用する並進加速度によって、カメラモジュールに回転力が作用することがない。これにより、カメラ筐体に作用する並進加速度は、カメラモジュールの姿勢制御に対する外乱とはならず、制御手段を簡略化することができる。

本発明において好ましくは、制御手段は、オープンループ制御により、カメラモジュールの姿勢を制御する。
このように構成された本発明によれば、カメラモジュールのカメラ筐体及び静止空間に対する姿勢を測定し、フィードバックする必要がないので、カメラモジュールの姿勢を測定するためのセンサを省略することができ、また、制御手段を簡略化することができる。

本発明において好ましくは、制御手段は、センサによる検出値に基づいて得られた振れ角に、所定の定数を乗じることによって、アクチュエータに出力させるべきトルクを計算する。
このように構成された本発明によれば、カメラモジュールのカメラ筐体及び静止空間に対する姿勢を測定し、フィードバックする必要がないので、カメラモジュールの姿勢を測定するためのセンサを省略することができ、また、制御手段を簡略化することができる。

本発明において好ましくは、さらに、制御手段は、撮像用レンズの光軸の初期振れ角速度を補正する補正手段を有する。
このように構成された本発明によれば、カメラモジュールの姿勢制御開始時において、カメラモジュールに初期振れ角速度がある場合においても、像振れを効果的に抑制することができる。

本発明において好ましくは、補正手段は、初期振れ角速度を、カメラモジュールの露光開始までにゼロにするために必要な角力積を計算する角力積計算手段を有し、この角力積計算手段によって計算された角力積が、アクチュエータが出力するトルクに重畳される。
このように構成された本発明によれば、姿勢制御開始時におけるカメラモジュールの初期振れ角速度を、オープンループ制御によって、露光開始までにゼロにすることができる。

また、本発明の像振れ防止機能を有する撮像装置は、少なくとも撮像用レンズ及び撮像素子を備えたカメラモジュールと、カメラモジュールが、撮像用レンズの光軸Ｃに対して略直交する第１軸線Ａ１を中心に回動可能となる様に、該カメラモジュールが支持体により固定部材に弾性支持される第１支持手段と、カメラモジュールが、撮像用レンズの光軸Ｃ又は第１軸線Ａ１に対して略直交する第２軸線Ａ２を中心として回動可能となる様に、該カメラモジュールが支持体に弾性支持される第２支持手段と、カメラモジュール又は固定部材の少なくともいずれかの略近傍位置に設けられ、該カメラモジュールの静止光軸に対する振れの傾きによる揺動方向を検出し、所定の検出結果を得る検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて、撮像用レンズの光軸の静止光軸に対する振れの傾きを第１、第２支持手段の弾性力に抗して抑制する様に、駆動手段により、カメラモジュールの姿勢を制御し振れの傾きを打ち消す方向に駆動させるための制御出力を得る制御手段と、第１軸線Ａ１、第２軸線Ａ２を中心として揺動可能に、制御手段からの制御出力により、カメラモジュールに駆動トルクを与え、カメラモジュールの振れの傾きを打ち消す方向に駆動させる駆動手段と、を有することを特徴としている。

本発明において好ましくは、制御手段は、検出手段の検出結果である角速度（ω１、ω２）に基づいて、少なくとも角度変換手段６４により静止光軸に対する角度成分（θＡ１、θＡ２）を演算算出し、この角度成分からトルク計算・変換手段６６、６８によってトルク値（ｆＡ１、ｆＡ２）を算出し、このトルク値からトルクの和成分（ｆＡ１）、差成分（ｆＡ２）からなる駆動トルク（ｆ１、ｆ２）を求めると共に、角速度（ω１、ω２）に基づいて、演算手段４４により、演算算出された角加速度（αＡ１、αＡ２）から角力積（ＦＡ１・ｔ、ＦＡ２・ｔ）を求め、この角力積に基づいて、補正トルク成分（Ｆ１、Ｆ２）を求め、駆動トルク（ｆ１、ｆ２）と補正トルク成分（Ｆ１、Ｆ２）とを重畳（Ｆ１＋ｆ１、Ｆ２＋ｆ２）して制御出力する。

本発明の撮像装置によれば、像振れ防止機能を、例えば携帯電話等の機器にも組み込むことができるほど小型の撮像装置にも付加することができる。

次に、図を用いて、本発明の実施形態による撮像装置を説明する。
図１乃至図５を参照して、従来技術に示された図６（ａ）（ｂ）も用いて本実施例に係る携帯電話１に内蔵された場合における像振れ防止機能を有するカメラ２０を説明する。図１は、本実施形態の携帯電話に内蔵されている撮像装置であるカメラ２０の斜視図であり、図２は正面図である。また、図３はカメラ２０の駆動用コイルの巻き枠及び巻線を示す図であり、図４は駆動用コイル及びマグネットの磁束の流れを示す図である。図５はカメラモジュールの姿勢制御のブロック図である。

図１及び図２に示すように、カメラ２０は、撮像用レンズ２２ａを備えたレンズ鏡筒２２と、このレンズ鏡筒２２の後端部に取付けられ、撮像素子であるＣＣＤ２４ａを備えた基板２４と、を有する。レンズ鏡筒２２は、内部に複数の撮像用レンズ２２ａを保持しており、入射光を、基板２４上に配置されたＣＣＤ２４ａに合焦するように構成されている。基板２４上には、ＣＣＤ２４ａの他、ＣＣＤ２４ａを作動させるための回路等が配置されている。なお、本実施形態においては、このレンズ鏡筒２２及び基板２４が、撮像用レンズ２２ａ、ＣＣＤ２４ａを含めてカメラモジュールとして機能する。また、カメラ２０は、レンズ鏡筒２２を弾性支持により第１固定部材２６に連結する支持リング２８、第１弾性シャフト３０、及び第２弾性シャフト３２を有する。なお、本実施形態においては、この第１弾性シャフト３０及び第２弾性シャフト３２が、第１支持機構及び第２支持機構として夫々機能する。さらに、カメラ２０は、レンズ鏡筒２２を駆動するための、基板２４の隣り合う２つの辺に夫々取付けられた駆動用コイル３４、３６を有する。また、カメラ２０は、図６（ａ）（ｂ）に示した受話部２の筐体の静止空間（カメラ２０が置かれた空間）に対する回転変位を測定するための固定部材２６に取付けられたセンサ３８、４０と、各センサ３８、４０の出力信号に基づいて制御信号を発生する制御手段であるコントローラ４２と、コントローラ４２に内蔵された補正手段である演算回路４４と、を有する。

さらに、図２に示すように、カメラ２０は、第２固定部材４６によって駆動用コイル３４に隣接する位置に位置決めされたマグネット４８と、駆動用コイル３６に隣接して位置決めされたマグネット５０と、各マグネット４８、５０の背面側に夫々配置されたヨーク５２、５４と、を有する。なお、前述した図３は、第２固定部材４６を取り除いた状態を示したものである。

第１固定部材２６及び第２固定部材４６は、夫々概ね略Ｌ字型形状の部材として構成され、これらを組み合わせることによって概ね正方形の枠を形成し、その内側にレンズ鏡筒２２を支持するように構成されている。また、第１固定部材２６及び第２固定部材４６は、図６（ａ）（ｂ）に示す携帯電話１の受話部２側の筐体内に固定収容設置され、筐体と一体になっている。即ち、本実施形態においては、受話部２の筐体が、カメラ筐体として機能する。
支持リング２８は、円環状の支持体としての部材であり、第１固定部材２６及び第２固定部材４６の内側に配置され、その内側にレンズ鏡筒２２を弾性的に支持している。

２本の第１弾性シャフト３０は、支持リング２８から外方に放射状に延びるように夫々各固定部材に取付けられており、支持リング２８と第１固定部材２６を連結している。また、各第１弾性シャフト３０は、一直線上に配置され、第１固定部材２６及び第２固定部材４６で形成される正方形の対角線の方向に延びている。さらに、各第１弾性シャフト３０は、中間部が細く形成されており、トルクが作用すると中間部が弾性的に捩り変形するように構成されている。各第１弾性シャフト３０が弾性的に捩り変形することにより、支持リング２８は、第１軸線Ａ１を中心に回動する。また、第１弾性シャフト３０は、第１軸線Ａ１が撮像用レンズ２２ａの光軸Ｃと直交するように構成されている。本実施形態において、第１弾性シャフト３０は、第１支持機構を構成する。

また、２本の第２弾性シャフト３２は、レンズ鏡筒２２から外方に放射状に延びるように夫々支持リングに取付けられており、レンズ鏡筒２２と支持リング２８を連結している。また、各第２弾性シャフト３２は、一直線上に配置され、第１軸線Ａ１及び撮像用レンズ２２ａの光軸Ｃと夫々直交する方向に延びている。さらに、各第２弾性シャフト３２は、中間部が細く形成されており、トルクが作用すると中間部が弾性的に捩り変形するように構成されている。各第２弾性シャフト３２が弾性的に捩り変形することにより、レンズ鏡筒２２は、第２軸線Ａ２を中心に回動する。また、第２軸線Ａ２の方向は、概ね正方形の基板２４の対角線の方向と一致している。本実施形態において、第２弾性シャフト３２は、第２支持機構を構成する。

この機構により、レンズ鏡筒２２は、第１弾性シャフト３０、支持リング２８、及び第２弾性シャフト３２を介して第１固定部材２６に弾性支持される。第１弾性シャフト３０及び第２弾性シャフト３２の捩り弾性変形を適宜組み合わせることにより、撮像用レンズ２２ａの光軸Ｃを任意の方向に傾斜させることが可能になる。また、第１軸線Ａ１と第２軸線Ａ２は直角に交わり、それらの交点は、図１に示す様に、カメラ２０の可動部分全体の重心点Ｇとほぼ一致する。本実施形態においては、カメラ２０の可動部分は、レンズ鏡筒２２、基板２４、駆動用コイル３４、３６等から構成されている。さらに、撮像用レンズ２２ａの光軸Ｃは、第１軸線Ａ１及び第２軸線Ａ２を含む平面と直交しているが、本実施形態においては、可動部分全体の重心点Ｇは、光軸Ｃ上には存在しない。なお、本実施形態の携帯電話１では、カメラ２０の使用時における光軸Ｃの各方向への傾斜角は、最大で±０．５ｄｅｇ程度である。

次に、図３を参照して、駆動用コイル３４、３６を説明する。図３（ａ）は、基板２４に取付けられているコイルの巻枠部材５６を、基板２４から取り外して示した正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ断面図である。図３に示すように、巻枠部材５６は、概ねＬ字型に形成されており、略Ｌ字型形状の各辺の外側に導線を巻くためのボビンが夫々構成されている。各ボビンに導線を巻くことによって、駆動用コイル３４、３６が構成されている。また、巻枠部材５６の両端は幅が広く形成されており、この部分に溝５６ａが構成されている。この溝５６ａに、基板２４の縁部を挟み込むことにより、巻枠部材５６が基板２４に取り付けられている。また、巻枠部材５６は、概ね正方形の基板２４の隣り合う二つの辺に沿って取り付けられている。また、変形例として、巻枠部材は、基板ではなく、レンズ鏡筒に直接取り付けできるように構成しても良い。

マグネット４８、５０は、図２に示すように、夫々駆動用コイル３４、３６と隣接するように、第２固定部材４６に埋め込まれている。さらに、ヨーク５２、５４は、マグネット４８、５０背面側に隣接して、第２固定部材４６に埋め込まれている。

図４は、図２のVI-VI断面図であり、駆動用コイル３６、マグネット５０、及びヨーク５４の位置関係を示している。駆動用コイル、マグネット、及びヨークをこのように配置することによって、図４に細い矢印で示すような磁束が形成される磁気回路を構成している。さらに、駆動用コイル３６に電流を流すことにより、駆動用コイル３６は、図４に太い矢印で示す方向（図２における紙面に垂直な方向）の駆動力を受ける。また、駆動用コイル３４、マグネット４８、及びヨーク５２も同様の位置関係に配置されており、駆動用コイル３４も同様の駆動力を受ける。本実施形態において、駆動用コイル３４、３６、マグネット４８、５０、及びヨーク５２、５４は、駆動手段としてのアクチュエータを構成する。

センサ３８、４０は、概ねＬ字型の第１固定部材２６の各辺上に、互いに直交するように取り付けられている。第１固定部材２６は、図６（ａ）（ｂ）に示された受話部２の筐体と一体になるように固定されているため、受話部２の筐体の互いに直交する２本の軸線を中心とする回転角速度が、センサ３８、４０によって測定される。本実施形態においては、センサ３８、４０として、圧電振動ジャイロを使用している。

コントローラ４２は、例えば図１に示す様にセンサ３８、４０によって測定された角速度に基づいて、レンズ鏡筒２２を第１軸線Ａ１及び第２軸線Ａ２を中心に回動させることにより、撮像用レンズ２２ａの光軸Ｃの静止光軸に対する振れを抑制するように構成されている。即ち、コントローラ４２は、センサ３８、４０から入力された信号に基づいて、駆動用コイル３４、３６に電流を流して駆動力を発生させ、光軸Ｃの振れを抑制するように作用する。コントローラ４２は、具体的には、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換器、ＣＰＵ、メモリ（以上図示せず）等によって構成されており、図５に示す様に積分手段６０、静止光軸推定手段６２、角度変換手段６４、トルク計算手段６６、トルク変換手段６８として機能する。

補正手段である演算回路４４は、撮像ボタン１４が押された時点において、受話部２の筐体の静止空間に対する角速度を補償するように演算する。演算回路４４は、具体的には、ＣＰＵ、メモリ（以上図示せず）等によって構成されており、図５に示す様に角速度変換手段７０、角加速度計算手段７２、角力積計算手段７４、及び角力積変換手段７６として機能する。

次に、携帯電話１の作用を説明する。なお、携帯電話１の電話としての作用は、通常の携帯電話と同様であるため説明を省略し、ここでは、携帯電話１の撮像装置としての作用を説明する。

携帯電話１が写真撮影モードに切換えられると、センサ３８、４０は、受話部２の静止空間に対する各方向の角速度ω₁、ω₂を、時々刻々検出する。センサ３８、４０によって検出された各方向の角速度ω₁、ω₂は、コントローラ４２に入力され、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）によりデジタルデータに変換される。デジタルデータに変換された角速度のデジタルデータは、コントローラ４２のＣＰＵ（図示せず）により実現される積分手段６０によって時間で積分され、受話部２の静止空間に対する角度θ₁、θ₂が時々刻々計算される。なお、本実施形態の携帯電話１においては、各方向の角速度ω₁、ω₂を、約１ｍｓｅｃ毎にサンプリングし、角度θ₁、θ₂を計算している。

次に、コントローラ４２に内蔵された静止光軸推定手段６２は、撮像ボタン１４が押される直前の、所定時間の間の角度の平均値を計算し、この角度θ_Sを撮像用レンズ２２ａの光軸Ｃを向けるべき静止光軸の方向として記憶する。静止光軸の方向が決定された後、コントローラ４２は、センサ３８、４０の出力信号に基づいて時々刻々計算される前記受話部２の角度と、静止光軸の方向との差を計算し、この差がゼロになるように、レンズ鏡筒２２を回転移動させる。

即ち、光軸Ｃと静止光軸との為す角を、第１軸線Ａ１に直交する平面に投影した角度をθ_A1［ｒａｄ］、第１弾性シャフト３０の捩りバネ定数をγ_A1［Ｎｍ／ｒａｄ］とすると、第１軸線Ａ１に直交する平面上で、光軸Ｃが静止光軸と重なるまで回転させるために必要なトルクｆ_A1［Ｎｍ］は、
ｆ_A1＝θ_A1・γ_A1 （数式１）
によって計算される。なお、第１軸線Ａ１の方向は、センサ３８、４０が配置されている方向と一致していないため、角度θ_A1は、各センサ３８、４０が検出した角度θ₁、θ₂を、コントローラ４２に内蔵された角度変換手段６４によって変換することによって求められる。

同様に、光軸Ｃと静止光軸との為す角を、第２軸線Ａ２に直交する平面に投影した角度をθ_A2［ｒａｄ］、第２弾性シャフト３２の捩りバネ定数をγ_A2［Ｎｍ／ｒａｄ］とすると、第２軸線Ａ２に直交する平面上で、光軸Ｃが静止光軸と重なるまで回転させるために必要なトルクｆ_A2［Ｎｍ］は、
ｆ_A2＝θ_A2・γ_A2 （数式２）
によって計算される。また、同様に、角度θ_A2は、各センサ３８、４０の検出信号に基づいて、角度変換手段６４によって求められる。

上記（数式１）で計算される第１軸線Ａ１を中心とする回転力であるトルクｆ_A1と、上記（数式２）で計算される第２軸線Ａ２を中心とするトルクｆ_A2を同時に作用させることにより、光軸Ｃは、静止光軸と一致する方向に向けられる。コントローラ４２に内蔵されたトルク計算手段６６は、トルクｆ_A1、ｆ_A2を、時々刻々計算される角度θ_A1、θ_A2に基づいて計算する。このように計算されたトルクｆ_A1、ｆ_A2を発生させるための電流が、ＣＣＤ２４ａの露光期間中、駆動用コイル３４、３６に時々刻々供給される。このため、露光期間中手ブレ等によって受話部２に振れが生じても、トルクｆ_A1、ｆ_A2が時々刻々作用されることにより、光軸Ｃは静止光軸に追従するように移動され、光軸Ｃの静止光軸に対する振れが抑制される。なお、本実施形態の携帯電話１においては、約２０Ｈｚ以下の周波数の像振れを抑制するように、レンズ鏡筒２２の姿勢を制御している。

なお、本実施形態の携帯電話１においては、カメラ２０が、その可動部分の重心を中心に回転されるように、第１弾性シャフト３０及び第２弾性シャフト３２によって弾性支持されている。このため、携帯電話１の受話部２に並進加速度が作用したとしても、カメラ２０の可動部分を回転させる慣性力は発生せず、このような外乱を考慮する必要がない。このため、光軸Ｃが移動される方向は、上記（数式１）及び（数式２）で計算されたトルクｆ_A1、ｆ_A2によってほぼ一意的に決定される。従って、光軸Ｃの方向を計測することなく、オープンループ制御により光軸Ｃの方向を静止光軸に一致させることができる。

ここで、本実施形態においては、駆動用コイル３４及び３６が配置されている位置と、第１軸線Ａ１及び第２軸線Ａ２の方向が、夫々４５゜ずれているため、駆動用コイル３４、３６によって夫々発生されるトルクは、トルクｆ_A1、ｆ_A2と１対１に対応してはいない。本実施形態においては、駆動用コイル３４、３６によって発生されるトルクの和がトルクｆ_A1に対応し、駆動用コイル３４、３６によって発生されるトルクの差がトルクｆ_A2に対応する。例えば、トルクｆ_A1のみを発生させ、トルクｆ_A2をゼロにするためには、駆動用コイル３４、３６によって、夫々同じ大きさの同じ方向の駆動力を発生させれば良い。また、トルクｆ_A2のみを発生させ、トルクｆ_A1をゼロにするためには、駆動用コイル３４、３６によって、夫々同じ大きさの逆方向の駆動力を発生させれば良い。コントローラ４２に内蔵されたトルク変換手段６８は、トルクｆ_A1、ｆ_A2に基づいて、駆動用コイル３４、３６によって発生されるべき駆動トルクｆ₁、ｆ₂を計算し、駆動トルクに対応した電流を駆動用コイル３４、３６に供給する。

次に、補正手段である演算回路４４の作用を説明する。コントローラ４２による上述した制御では、撮像ボタン１４が押された瞬間における携帯電話１の受話部２の角速度がほぼゼロの場合には、レンズ鏡筒２２の光軸Ｃを静止光軸に追従させることができる。しかしながら、撮像ボタン１４が押された際に受話部２が角速度をもっている場合には、コントローラ４２による上記の制御のみでは、露光時において光軸Ｃが静止空間に対して静止するように制御することはできない。即ち、撮像ボタン１４が押された時に受話部２と共に回転運動しているレンズ鏡筒２２を受話部２の筐体に対して相対的に回転させ、レンズ鏡筒２２を静止空間に対して静止させる必要がある。演算回路４４は、このような制御開始時における角速度の影響を補正するように作用する。

まず、撮像ボタン１４が押されると、演算回路４４は、撮像ボタン１４が押された瞬間におけるセンサ３８、４０によって検出された各方向の初期角速度を記憶する。次に、演算回路４４の角速度変換手段７０は、記憶された初期角速度に基づいて、第１軸線Ａ１を中心とする初期角速度ω_A1［ｒａｄ／ｓｅｃ］、及び第２軸線Ａ２を中心とする初期角速度ω_A2［ｒａｄ／ｓｅｃ］を計算する。ここで、撮像ボタン１４が押された後、露光が開始されるまでの間のタイムラグをｔとすると、各方向に、
α_A1＝ω_A1／ｔ （数式３）
α_A2＝ω_A2／ｔ （数式４）
の角加速度α_A1、α_A2［ｒａｄ／ｓｅｃ²］を夫々生じさせるトルクを、時間ｔに亘って作用させることにより、静止空間に対する光軸Ｃの角速度を露光開始時点においてゼロにすることができる。演算回路４４の角加速度計算手段７２は、初期角速度ω_A1、ω_A2に基づいて、角加速度α_A1、α_A2を計算する。

このような角加速速度α_A1、α_A2を生じさせるトルクＦ_A1、Ｆ_A2［Ｎｍ］は、カメラ２０の可動部分の、第１軸線Ａ１回りの慣性モーメントをＩ_A1［ｋｇｍ²］、第２軸線Ａ２回りの慣性モーメントをＩ_A2［ｋｇｍ²］とすると、
Ｆ_A1＝Ｉ_A1・α_A1＝Ｉ_A1・ω_A1／ｔ （数式５）
Ｆ_A2＝Ｉ_A2・α_A2＝Ｉ_A2・ω_A2／ｔ （数式６）
によって計算することができる。

即ち、これらのトルクＦ_A1、Ｆ_A2を、時間ｔに亘って各軸線回りに作用させることにより、光軸Ｃの角速度（カメラ２０の可動部分の角運動量）は、露光開始時点においてゼロになる。演算回路４４の角力積計算手段７４は、角加速度α_A1、α_A2に基づいて、カメラ２０の可動部分の角運動量を露光開始時点においてゼロにするために必要な角力積Ｆ_A1・ｔ、及びＦ_A2・ｔを計算する。演算回路４４に内蔵された角力積変換手段７６は、計算された角力積Ｆ_A1・ｔ、Ｆ_A2・ｔに基づいて、駆動用コイル３４、３６によって発生させるべきトルクＦ₁、Ｆ₂を計算し、このトルクに対応した電流を駆動用コイル３４、３６に供給する。この電流は、トルク変換手段６８によって供給された電流と重畳され、駆動用コイル３４によってトルクＦ₁＋ｆ₁が発生され、駆動用コイル３６によってトルクＦ₂＋ｆ₂が発生される。この結果、撮像ボタン１４が押された瞬間において携帯電話１の受話部２の角速度がゼロでない場合にも、その角速度は露光開始までに演算回路４４によって補正され、像振れはオープンループ制御によって抑制される。

また、上述した実施形態では、トルクを変化させることによって必要な角力積を発生させていたが、変形例として、トルクを予め定められた所定値とし、このトルクを作用させる時間の変化により必要な角力積を発生させても良い。

本発明の実施形態によれば、携帯電話等に内蔵された小型の撮像装置に、像振れ防止機能を組み込むことができる。また、本実施形態においては、カメラが、その可動部分の重心を中心に回転されるように弾性支持されているので、携帯電話の受話部に作用する並進加速度によって、カメラの可動部分が回転されることがない。これにより、光軸Ｃの方向は、トルク及び捩りバネ定数によってほぼ一意的に決定されるので、オープンループ制御によってカメラモジュールの姿勢を制御することができる。このため、筐体に対するカメラモジュールの姿勢を測定するためのセンサを設ける必要がなく、装置を小型化することができる。さらに、本実施形態の携帯電話においては、像振れ防止制御の開始時点における角速度が、補正手段によって補正されるので、撮像ボタンを押した際にカメラが角速度を有する場合にも、オープンループ制御によってカメラモジュールの姿勢を制御することができる。

また、本発明の実施形態の携帯電話によれば、カメラの可動部分が弾性支持されているため、カメラを回転移動させる際に摺動抵抗が作用することがなく、簡単な制御アルゴリズムでカメラの姿勢を制御することができる。さらに、本実施形態によれば、カメラの可動部分が非常に軽量であるため、カメラの回転移動の反作用によって、カメラの筐体（携帯電話）が影響を受けることがない。また、像振れ防止制御が行われている間は、カメラの可動部分は静止空間に対して静止しているので、カメラの可動部分は加速度をもつことがなく、加速度による慣性力が振動の発生原因となることがない。このため、ノイズの発生を抑止し、又は振動の発生を防止するための制御を行う必要がなく、制御アルゴリズムを単純にすることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態では、本発明の撮像装置を携帯電話に組み込んだ場合について説明したが、本発明の撮像装置を単独で構成し、薄型カメラや他の小型カメラ、又は他の機器に組み込むこともできる。

また、上述した実施形態では、アクチュエータとして、駆動用コイル及びマグネットを使用していたが、圧電素子、静電素子等の任意の素子をアクチュエータとして使用することもできる。

本実施形態の携帯電話に内蔵されているカメラの斜視図である。 本実施形態の携帯電話に内蔵されているカメラの正面図である。 カメラの駆動用コイルの巻き枠及び巻線の（ａ）正面図、及び（ｂ）ｂ−ｂ断面図である。 カメラの駆動用コイルの巻き枠及び駆動用コイル及びマグネットの磁束の流れを示す図である。 カメラモジュールの姿勢制御のブロック図である。 従来技術による携帯電話の使用状態における（ａ）正面斜視図、（ｂ）背面斜視図である。

符号の説明

２０ カメラ
２２ レンズ鏡筒
２２ａ 撮像用レンズ
２４ａ ＣＣＤ
２６ 第１固定部材
２８ 支持リング
３０ 第１弾性シャフト
３２ 第２弾性シャフト
３４ 駆動用コイル
３６ 駆動用コイル
３８ センサ
４０ センサ
４２ コントローラ
４４ 演算回路
４６ 第２固定部材
４８ マグネット
５０ マグネット
５２ ヨーク
５４ ヨーク
６０ 積分手段
６２ 静止光軸推定手段
６４ 角度変換手段
６６ トルク計算手段
６８ トルク変換手段
７０ 角速度変換手段
７２ 角加速度計算手段
７４ 角力積計算手段
７６ 角力積変換手段

Claims (8)

1. 像振れ防止機能を有する撮像装置であって、
   カメラ筐体と、
   撮像用レンズ及び撮像素子を備えたカメラモジュールと、
   上記カメラモジュールが上記撮像用レンズの光軸にほぼ直交する第１軸線を中心として回転できるように、上記カメラモジュールを上記カメラ筐体に対して弾性支持する第１支持機構と、
   上記カメラモジュールが上記撮像用レンズの光軸及び上記第１軸線に対してほぼ直交する第２軸線を中心として回転できるように、上記カメラモジュールを上記カメラ筐体に対して弾性支持する第２支持機構と、
   上記第１軸線及び上記第２軸線を中心として上記カメラモジュールを回転させるトルクを、上記カメラモジュールに作用させるアクチュエータと、
   上記カメラ筐体の静止空間に対する回転移動を検出するセンサと、
   このセンサの検出結果に基づいて上記アクチュエータを作動させ、撮像用レンズの光軸の上記静止空間に対する振れを抑制する制御手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 像振れを抑制するために回転移動する可動部分の重心点が、上記第１軸線と上記第２軸線の交点とほぼ一致する請求項１記載の撮像装置。
3. 上記制御手段が、オープンループ制御により、上記カメラモジュールの姿勢を制御する請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 上記制御手段が、上記センサによる検出値に基づいて得られた振れ角に、所定の定数を乗じることによって、上記アクチュエータに出力させるべきトルクを計算する請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像装置。
5. さらに、上記制御手段が、上記撮像用レンズの光軸の初期振れ角速度を補正する補正手段を有する請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
6. 上記補正手段が、上記初期振れ角速度を、上記カメラモジュールの露光開始までにゼロにするために必要な角力積を計算する角力積計算手段を有し、この角力積計算手段によって計算された角力積が、上記アクチュエータが出力するトルクに重畳される請求項５記載の撮像装置。
7. 少なくとも撮像用レンズ及び撮像素子を備えたカメラモジュールと、
   前記カメラモジュールが、前記撮像用レンズの光軸Ｃに対して略直交する第１軸線Ａ１を中心に回動可能となる様に、該カメラモジュールが支持体により固定部材に弾性支持される第１支持手段と、
   前記カメラモジュールが、前記撮像用レンズの光軸Ｃ又は前記第１軸線Ａ１に対して略直交する第２軸線Ａ２を中心として回動可能となる様に、該カメラモジュールが前記支持体に弾性支持される第２支持手段と、
   前記カメラモジュール又は前記固定部材の少なくともいずれかの略近傍位置に設けられ、該カメラモジュールの静止光軸に対する振れの傾きによる揺動方向を検出し、所定の検出結果を得る検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて、前記撮像用レンズの光軸の前記静止光軸に対する振れの傾きを前記第１、第２支持手段の弾性力に抗して抑制する様に、前記駆動手段により、前記カメラモジュールの姿勢を制御し振れの傾きを打ち消す方向に駆動させるための制御出力を得る制御手段と、
   前記第１軸線Ａ１、前記第２軸線Ａ２を中心として揺動可能に、前記制御手段からの制御出力により、前記カメラモジュールに駆動トルクを与え、前記カメラモジュールの振れの傾きを打ち消す方向に駆動させる駆動手段と、
   を有することを特徴とする像振れ防止機能を有する撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記検出手段の検出結果である角速度（ω１、ω２）に基づいて、少なくとも角度変換手段６４により静止光軸に対する角度成分（θＡ１、θＡ２）を演算算出し、この角度成分からトルク計算・変換手段６６、６８によってトルク値（ｆＡ１、ｆＡ２）を算出し、このトルク値からトルクの和成分（ｆＡ１）、差成分（ｆＡ２）からなる駆動トルク（ｆ１、ｆ２）を求めると共に、
   前記角速度（ω１、ω２）に基づいて、演算手段４４により、演算算出された角加速度（αＡ１、αＡ２）から角力積（ＦＡ１・ｔ、ＦＡ２・ｔ）を求め、この角力積に基づいて、補正トルク成分（Ｆ１、Ｆ２）を求め、前記駆動トルク（ｆ１、ｆ２）と前記補正トルク成分（Ｆ１、Ｆ２）とを重畳（Ｆ１＋ｆ１、Ｆ２＋ｆ２）して制御出力することを特徴とする請求項７記載の像振れ防止機能を有する撮像装置。

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