以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
(移動基板の駆動機構についての原理的な説明)
本発明の駆動装置においては、固定基板に対して平行に配置された1枚の移動基板が、前記平行の状態を保ったままで、前記固定基板に対して第1の直線方向(x軸方向)、該第1の直線方向とは異なる第2の直線方向(y軸方向)及び前記固定基板平面と直交する任意の回転軸周りの回転方向(θ方向)へ相対的に移動される駆動機構が採用される。本発明の具体的実施形態を説明する前に、このようなx軸、y軸及びθ方向へ、1枚の移動基板を自在に移動させ得る駆動機構について説明する。
図1は、本発明にかかる駆動装置において採用される、移動基板を移動させる機構を模式的に表した駆動機構100の構成図である。この駆動機構100は、互いに平行に配置された一対の固定基板101と移動基板102とを備え、移動基板102が固定基板101に対して相対的に移動する構成とされている。前記固定基板101又は移動基板102のいずれかには、図略の駆動手段が少なくとも3つ搭載される。この駆動手段は、直線状に移動する作用部を備える(本明細書において、前記作用部の移動方向の軸を「リニア駆動軸」と呼ぶものとする)。そして、前記駆動手段が搭載されていない側の基板には前記駆動手段の作用部から駆動力が与えられる少なくとも3つの被作用部が設けられる。つまり、駆動手段が固定基板101側に搭載された場合は被作用部が移動基板102側に、逆に駆動手段が移動基板102側に搭載された場合は被作用部が固定基板101側に設けられる。図1では、3つの駆動手段が用いられている例を示していることから、3つの被作用部103、104、105が設定されている。これら被作用部103、104、105の各々において、前記駆動手段の作用部により、リニア駆動軸103p、104p、105p上の+−方向の駆動力が与えられることとなる。
ここで3つの駆動手段のうち、1つの駆動手段のリニア駆動軸103pがx軸方向(第1の直線方向)に設定される一方で、残り2つの駆動手段のリニア駆動軸104p,105pがx軸方向と直交するy軸方向(第2の直線方向)に設定されている。なお、y軸方向の2つのリニア駆動軸104p,105pは、後記中心点Oを挟んで平行に配置されている。また被作用部103、104、105の各々において、各リニア駆動軸103p、104p、105pと直交する方向に、前記作用部をガイドするガイド軸103f、104f、105fが設定されている。前記各被作用部103、104、105には、ガイド軸103f、104f、105fに沿った移動ガイド部(図略)が形成され、該移動ガイド部にガイドされて前記作用部が前記ガイド軸103f、104f、105f上の+−方向に、相対回転可能な状態でそれぞれ自由移動できる構成とされている。
さらに、前記各リニア駆動軸103p、104p、105pは、前記移動基板102又は固定基板101平面上の任意の点(中心点O)を中心とする半径Rの円周Qの接線方向に配置されている。すなわち、3つの駆動手段は、円周Qの接線方向の駆動力を発生して、移動基板102を移動させる。一方、前記各ガイド軸103f、104f、105fは前記中心点Oに対して放射状に配置されている。
駆動機構100は以上のような構成を備えていることから、x軸方向の作用部又はy軸方向の作用部のいずれか一方を駆動させてリニア駆動軸103p又はリニア駆動軸104p、105pに沿って駆動力を与えると共に、他方の作用部をガイド軸103f又はガイド軸104f、105fに沿って自由移動させることで、x軸方向又はy軸方向に移動基板102を移動させることができる。これに加えて、円周Qの接線方向に各リニア駆動軸103p、104p、105pが配置されていることから、所期の回転方向に向けた駆動力を各作用部から与えることで、移動基板102を、前記中心点Oを通る固定基板101平面に垂直な回転軸周りに回転移動させることができる。この点を、図2〜図4に基づいて詳述する。
図2は、x軸方向(左右方向)に移動基板102が移動される状態を模式的に示す図である。図2(a)に示すように、移動基板102を右方向へ移動させる場合は、被作用部103において作用部からリニア駆動軸103pの右方向であるプラス方向(103p+)へ駆動力を与える状態とされる一方で、被作用部104、105において作用部は不動状態とされる。つまり、被作用部104、105における作用部は、ガイド軸104f、105fのプラス方向(104f+、105f+)へ自由移動される。従って、リニア駆動軸103pのプラス方向の駆動力と、ガイド軸104f、105fのプラス方向に沿ったガイドにより、移動基板102が右方向へ移動されるようになる。
これに対し、図2(b)に示すように、移動基板102を左方向へ移動させる場合は、被作用部103において作用部からリニア駆動軸103pの左方向であるマイナス方向(103p−)へ駆動力を与える状態とされる一方で、同様に被作用部104、105において作用部は不動状態とされる。これにより、被作用部104、105における作用部は、ガイド軸104f、105fのマイナス方向(104f−、105f−)へ自由移動される。従って、リニア駆動軸103pのマイナス方向の駆動力と、ガイド軸104f、105fのマイナス方向に沿ったガイドにより、移動基板102が左方向へ移動されるようになる。
次に図3は、y軸方向(上下方向)に移動基板102が移動される状態を模式的に示す図である。図3(a)に示すように、移動基板102を上方向へ移動させる場合は、被作用部104、105において作用部からリニア駆動軸104p、105pの上方向であるプラス方向(104p+、105p+)へ駆動力を与える状態とされる一方で、被作用部103において作用部は不動状態とされる。つまり、被作用部103における作用部は、ガイド軸103fのプラス方向(103f+)へ自由移動される。従って、リニア駆動軸104p、105pのプラス方向の駆動力と、ガイド軸103fのプラス方向に沿ったガイドにより、移動基板102が上方向へ移動されるようになる。
これに対し、図3(b)に示すように、移動基板102を下方向へ移動させる場合は、被作用部104、105において作用部からリニア駆動軸104p、105pの下方向であるマイナス方向(104p−、105p−)へ駆動力を与える状態とされる一方で、同様に被作用部103において作用部は不動状態とされる。これにより、被作用部103における作用部は、ガイド軸103fのマイナス方向(103f−)へ自由移動される。従って、リニア駆動軸104p、105pのマイナス方向の駆動力と、ガイド軸103fのマイナス方向に沿ったガイドにより、移動基板102が下方向へ移動されるようになる。
続いて図4は、θ方向(回転方向)に移動基板102が移動される状態を模式的に示す図である。図4(a)に示すように、移動基板102を中心点Oを通る回転軸の時計回り方向へ移動させる場合は、被作用部104において作用部からリニア駆動軸104pのプラス方向(104p+)へ駆動力を与える状態とされ、さらに被作用部103、105において作用部からリニア駆動軸103p、105pのマイナス方向(103p−、105p−)へ駆動力を与える状態とされる。すなわち、各リニア駆動軸103p、104p、105pの時計回り方向の駆動力により、移動基板102が時計回り方向へ移動されるようになる。なお、この際に被作用部103、104、105の各々において、移動基板102の回転を許容するよう、各移動ガイド部と作用部との間で相対回転が発生することになる。この場合、移動基板102側からみると、各被作用部103、104、105で時計回り方向であるプラス方向(r+)の回転が生じる。
一方図4(b)に示すように、移動基板102を反時計回り方向へ移動させる場合は、被作用部104において作用部からリニア駆動軸104pのマイナス方向(104p−)へ駆動力を与える状態とされ、さらに被作用部103、105において作用部からリニア駆動軸103p、105pのプラス方向(103p+、105p+)へ駆動力を与える状態とされる。すなわち、各リニア駆動軸103p、104p、105pの反時計回り方向の駆動力により、移動基板102が反時計回り方向へ移動されるようになる。この際、同様に被作用部103、104、105の各々において、移動基板102の回転を許容するよう、各移動ガイド部と作用部との間で相対回転が発生し、この場合、移動基板102側からみると、各被作用部103、104、105で反時計回り方向であるマイナス方向(r−)の回転が生じる。
上記構成において、駆動手段としては所定の作用部を直線移動させることができる各種のリニア型アクチュエータが適用可能であり、その駆動源としては、例えばパルスモータ、圧電アクチュエータ、リニアモータ、ムービングコイル等を用いることができる。なお、図3に示すように、y軸方向のみに移動基板102を移動させるときは、アクチュエータのタイプによっては、リニア駆動軸104p、105pのいずれか一方のみに駆動力を発生させ、他方を従動させるようにしても良い。
図1に示した駆動機構100では、中心点Oを中心とする1つの円周Qの接線方向に、全てのリニア駆動軸103p、104p、105pを配置する構成を例示したが、図5(a)に示すように、中心点Oを中心とする半径R1〜R3が異なる同心円周Q1、Q2、Q3の接線方向にリニア駆動軸103p、104p、105pをそれぞれ配置するようにしても良い。勿論、いずれか2つのリニア駆動軸を同一円周の接線方向に配置し、残りの1つのリニア駆動軸を異なる半径の同心円周の接線方向に配置するようにしても良い。なお、異なる同心円周Q1、Q2、Q3の接線方向にリニア駆動軸103p、104p、105pを配置した場合、図4に示した回転移動をさせる際に、各リニア駆動軸における作用部の移動量が異なることになるので、その配置位置に応じて移動量を調整する必要がある。
また図1に示した駆動機構100では、3つの被作用部103、104、105が設定されている例を示したが、図5(b)に示すように、例えば4つの駆動手段を用い、4つの被作用部103〜106が設定される構成としても良い。つまり、図1の構成に、x軸方向のリニア駆動軸106pを追加した構成である。平面の位置は、支持位置を3点設定することで位置決めすることができる。このため、本発明においても少なくとも3つの被作用部を設定することで、固定基板に対して移動基板の位置決めを図る構成としている。しかし、例えば移動基板に大重量物が搭載されるような場合、1つしか駆動手段が設定されていない軸方向の駆動力が不足する場合がある。このような場合、図5(b)に示すような4点支持構成とすることが望ましい。なお、4点以上で支持する構成とすると、そのうちの任意の3点で位置が決まり過拘束になることから、格別大きな駆動量を要する場合等を除いては、図1に示すように3つの被作用部を設定する構成とすることが望ましい。
(駆動装置としての実施形態の説明)
図6〜図11は、本発明の一実施形態にかかる駆動機構200(振れ補正ユニット20)と駆動制御部26とを備えた駆動装置を示す図であって、図6は前記駆動機構200の背面図、図7は正面図、図8は側面図、図9は分解斜視図、図10は図7のA−A線断面図、図11は図10のB−B線断面図をそれぞれ示している。この駆動機構200は、大略的に固定基板21と、移動基板22と、前記固定基板21に搭載される第1〜第3駆動装置23、24、25(3つのアクチュエータ)とを備えている。さらに、固定基板21に対する移動基板22の相対位置変化を検出するために、移動基板22の回転中心位置(中心点O)に第1の位置検出センサ55が配置される(厳密に中心点Oに配置されていなくとも、その近傍であれば良い)と共に、前記回転中心位置から所定距離だけ離れた位置に第2の位置検出センサ57が配置されている。なお、移動基板22には、被駆動部材Wtとして撮像素子が載置固定されている例を示しており、この意味で図6〜図11に示す駆動機構200は、デジタルスチルカメラ等における撮像素子揺動タイプの振れ補正機構としての、振れ補正ユニット20の実施形態でもある。
固定基板21及び移動基板22は、金属又は硬質樹脂等からなる平板状部材で形成され、両者は互いの平面部が対向するよう積重して組み付けられる。そして移動基板22は、固定基板21に対して相対的に移動するよう構成される。すなわち、当該駆動機構200が組み込まれる機器類のフレーム等に固定基板21が固定的に取り付けられ、該固定基板21に対して移動基板22が第1〜第3駆動装置23、24、25により発生される駆動力で相対的に移動される。
図9に示すように、固定基板21には、3つの直線状スリット(第1〜第3スリット211、212、213)が穿孔されている。これら直線状の第1〜第3スリット211、212、213は、第1〜第3駆動装置23、24、25各々の作用部の移動方向(後述するリニア駆動軸23p、24p、25pの方向)に対応して穿孔されている。一方移動基板22にも、3つの直線状スリット(第1〜第3スロット221、222、223)が穿孔されている。これら直線状の第1〜第3スロット221、222、223は、それぞれ前記第1〜第3スリット211、212、213に対して直交するガイド軸F1、F2、F3の方向に穿孔されている。前記第1〜第3スロット221、222、223は、第1〜第3駆動装置23、24、25各々の作用部を相対回転可能にガイドする移動ガイド部として機能する。
第1〜第3駆動装置23、24、25は、パルスモータ(ステッピングモータ)を駆動源とするリニアアクチュエータが用いられている。これらはいずれも同様な構成を備えていることから、第1駆動装置23について、その詳細構造を説明する。この第1駆動装置23は、フレーム部材231、パルスモータ233、駆動軸234、移動スライダ235及び作用部S1としてのピン236(ピン状部材)を備えて構成されている。
フレーム部材231は、金属板の折り曲げ加工部材等から構成され、パルスモータ233や駆動軸234の支持部として機能すると共に、該第1駆動装置23を固定基板21に固定するための取り付け部材として機能する。前記フレーム部材231は、長孔2310、一対の折り曲げ部2311、2312、フランジ部2313及び2つのネジ孔2314を備えている。長孔2310は、図10に示すように、固定基板21の第1スリット211に合致する長さサイズとされ、また後述する移動スライダ235のガイド部2351の径サイズと略合致する幅サイズとされている(図11参照)。
一対の折り曲げ部2311、2312は、前記駆動軸234の軸受け並びにパルスモータ233の支持部として機能する。すなわち、第1折り曲げ部2311には駆動軸234の先端部を軸支する軸受け孔が設けられ、第2折り曲げ部2312には駆動軸234の根本部を貫通させる軸孔が設けられていると共に、パルスモータ233がネジ等で固着される。フランジ部2313は、当該フレーム部材231の固定基板21への取り付け代として設けられているもので、前記2つのネジ孔2314が該フランジ部2313に備えられている。このネジ孔2314を用い、図6に示すように、ビス232によりフレーム部材231が固定基板21へ固定される。
パルスモータ233は、ロータとステータとを具備し、例えば所定の駆動パルスを入力してマイクロステップ駆動方式で駆動される方式のものを使用することができる。このようなパルスモータ233によれば、微小な駆動制御が行えるという利点がある。なお、一般にパルスモータは、入力した駆動パルスをカウントすることにより駆動状態が把握できることから、フィードバック制御等が不要で制御構成が簡易な所謂オープンループ制御で駆動できるが、外力等の何らかの要因で位置ずれ(パルスカウント数と実際の移動基板の位置とが一致しなくなる)が生じることがある。この場合、移動基板の位置制御が不能に陥る危惧がある。このような事情に鑑み、第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57が設けられているものである。
駆動軸234は、前記パルスモータ233のロータに直結されて回転駆動力が与えられる軸体であって、該駆動軸234の外周にはスパイラルネジが刻設されている。移動スライダ235は、前記駆動軸234とネジ結合されており、駆動軸234がパルスモータ233によって正回転又は逆回転されることによって、駆動軸234上を先端方向へ前進(以下、「+駆動」という)又は根本方向へ後進(以下、「−駆動」という)される。
ピン236は、移動基板22に対して駆動力を与える作用部S1として機能するもので、前記移動スライダ235に一体的に組み付けられ、移動スライダ235の駆動軸234上の前後進に追従して直線状に移動される。このようにピン236が移動する方向の軸が、当該第1の駆動装置23におけるリニア駆動軸23pとされる。つまり、駆動軸234の設置位置及び延伸方向が、リニア駆動軸23pの設定位置となる。なお、図6、図7においてリニア駆動軸23pの近傍に付している「+」「−」の符号は、前記移動スライダ235の+駆動及び−駆動に応じた、リニア駆動軸23p上におけるピン236(作用部S1)の駆動方向を示すものである。
前記移動スライダ235とピン236との間には、所定の径を備えた円板状のガイド部2351が介在されている。前述の通り、このガイド部2351の径サイズは前記長孔2310の幅サイズと略合致するものとされており、前記長孔2310にガイド部2351が嵌合されている。この両者の嵌合により、移動スライダ235の駆動軸234回りの回転が規制され、従って移動スライダ235(ピン236)は、前記長孔2310の長さ方向(つまり第1スリット211の延在方向)にのみ、直線的な往復運動を行うようになっている。
同様に第2駆動装置24は、フレーム部材241、パルスモータ243、駆動軸244、移動スライダ245及び作用部S2としてのピン246を備えて構成されている。そして、前記駆動軸244の配置位置がリニア駆動軸24pとして設定され、該リニア駆動軸24p上をピン246(作用部S2)が+駆動若しくは−駆動されるべく構成されている。また第3駆動装置25も、フレーム部材251、パルスモータ253、駆動軸254、移動スライダ255及び作用部S3としてのピン256を備えて構成されている。そして、前記駆動軸254の配置位置がリニア駆動軸25pとして設定され、該リニア駆動軸25p上をピン256(作用部S3)が+駆動若しくは−駆動されるべく構成されている。
次に、上記リニア駆動軸23p、24p、25p(第1〜第3駆動装置23、24、25)の配置関係について説明する。図6に示すように、第1駆動装置23のリニア駆動軸23pは、固定基板21のx軸方向(第1の直線方向)に設定されている。一方第2、第3駆動装置24、25のリニア駆動軸24p、25pは、x軸方向と直交するy軸方向(第2の直線方向)に設定されている。
さらに、各リニア駆動軸23p、24p、25pは、固定基板21上に定められた所定の中心点O(例えば、被駆動部材Wtである撮像素子の光軸中心)を中心とする円周Qの接線方向に一致させて配置されている。また、前記y軸方向のリニア駆動軸24p、25pは、前記中心点Oを挟んで平行に配置されている結果、第1〜第3駆動装置23、24、25は、そのリニア駆動軸23p、24p、25pが前記中心点Oの回りに90°の間隔で配列されるように、固定基板21へ固定されている。
続いて、固定基板21、移動基板22、及び第1〜第3駆動装置23、24、25の組み付け構造について説明する。前述の通り、固定基板21と移動基板22とは、互いの平面部が対向するよう積重して組み付けられるが、この際、固定基板21の第1〜第3スリット211、212、213と、移動基板22の第1〜第3スロット221、222、223が正面視で互いに十字型に直交して重畳するように積重される。そして、第1〜第3駆動装置23、24、25のピン236、246、256が、それぞれ第1スリット211を貫通して第1スロット221に、第2スリット212を貫通して第2スロット222に、第3スリット213を貫通して第3スロット223に、その各々の先端部が至るように嵌入されている(図10、図11参照)。
そして、図示は省略しているが、固定基板21と移動基板22とを互いに接する方向に付勢するバネ等の付勢手段が備えられている。これにより、移動基板22が3つのピン236、246、256により、所定の1箇所で位置決めされている。
このような組み付けが為されていることから、例えば第1駆動装置23のピン236(作用部S1)がリニア駆動軸23p(図7、図10参照)に沿って移動される駆動力が与えられると、ピン236の移動は固定基板21の第1スリット211には何ら規制されない一方で、移動基板22の第1スロット221の側壁面とピン236とが干渉し、この結果移動基板22がリニア駆動軸23pに沿って移動されるようになる。つまり、移動基板22の第1スロット221は、作用部S1としてのピン236から駆動力を与えられる被作用部H1として機能することとなる。同様に、第2スロット222は、作用部S2としてのピン246から駆動力を与えられる被作用部H2として機能し、第3スロット223は、作用部S3としてのピン256から駆動力を与えられる被作用部H3として機能するものである。つまり移動基板22には、第1〜第3駆動装置23、24、25の3つの作用部S1〜S3に対応する3つの被作用部H1〜H3が備えられている。
また移動基板22の第1〜第3スロット221、222、223は、3つの作用部S1〜S3であるピン236、246、256を、相対回転可能な状態で自由移動させる移動ガイド部(ガイド軸F1〜F3)としてもそれぞれ機能する。前述の通り、固定基板21の第1〜第3スリット211、212、213と、移動基板22の第1〜第3スロット221、222、223とは互いに直交する関係で組み付けられることから、図7に示すように、前記ガイド軸F1〜F3とリニア駆動軸23p〜25pとは直交する関係となる。この結果、ガイド軸F1〜F3は、前記中心点Oに対して放射状に配置される構成となっている。
ガイド軸F1〜F3とリニア駆動軸23p〜25pとが上記のような関係であることから、例えば第1駆動装置23のピン236がリニア駆動軸23pに沿って移動し、移動基板22に対してリニア駆動軸23pに沿った駆動力が与えられた場合、第2、第3駆動装置24,25のピン246、256を停止状態(不動状態)としておけば、前記ピン246、256は、第2、第3スロット222、223(ガイド軸F2、F3)に沿って相対的に自由移動されるようになる。同様に、第2、第3駆動装置24、25のピン246、256がリニア駆動軸24p、25pに沿って移動し、これらの軸に沿った駆動力が与えられた場合、第1駆動装置23のピン236を停止状態(不動状態)としておけば、前記ピン236は、第1スロット221(ガイド軸F1)に沿って相対的に自由移動されるようになる。
さらに、移動基板22が固定基板21に対して回転する方向に第1〜第3駆動装置23〜25より駆動力が与えられた場合、各々のピン236、246、256をそれぞれのガイド軸F1〜F3に沿って相対的に自由移動させつつ、ピン236、246、256と第1〜第3スロット221、222、223との間で相対的な回転が生じるようになり、結果的に移動基板22のスムースな回転が許容されるものである。なお、ピン236、246、256の軸回りの回転を容易とするため、ピン236、246、256は円柱状の形状とすることが望ましい。
なお、前記作用部S1〜S3及び被作用部H1〜H3の形態に関し、上述の円柱状ピンとスロットからなる態様に代えて、図12に示すように、作用部S1としての係合突起2361が移動スライダ235に備えられ、被作用部H1としての移動ガイド部が前記係合突起2361と係合する直線状のガイド溝2201として移動基板220に形成された態様としても良い。
前記係合突起2361は、先端球状の突起体であり、移動スライダ235にガイド部2351を介して一体的に取り付けられている。前記直線状のガイド溝2201は、断面V型の溝であり、前記係合突起2361の先端球状部を部分的に収容して、係合突起2361を係合状態で溝に沿ってガイドする。また、係合突起2361が先端球状の突起体であることから、V型ガイド溝2201と係合状態において回動可能であり、従って移動基板220が固定基板21に対して相対回転可能となっている。このような構成によれば、作用部S1と被作用部H1とがガタなく当接し、移動基板220と固定基板21とは隙間なく接することになるので、移動基板220の位置をガタつきなく精密に決めることが可能となる。
上記構成では、固定基板21に第1〜第3駆動装置23、24、25を搭載した例を示したが、移動基板22に第1〜第3駆動装置23、24、25を搭載するようにしても良い。この構成では、移動基板22と共に第1〜第3駆動装置23、24、25も移動することとなる。この場合、固定基板21側に被作用部としての前記第1〜第3スロット221、222、223を設けるようにすれば良い。
≪位置検出センサの説明≫
続いて、第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57について説明する。これら第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57は、いずれも二次元位置検出センサであり、本実施形態では、第1の位置検出センサ55として二次元PSD(Position Sensitive Detector)を、第2の位置検出センサ57として二次元ホール素子センサをそれぞれ用いた場合を例示している。なお、位置検出センサの種別については特に限定はなく、組み込み位置やスペース的な制限等を考慮して、適宜な位置検出センサを採用することができる。
第1の位置検出センサ55は、PSD素子551と、該PSD素子551に検知光を投光する発光素子56とから構成され、移動基板22の回転中心位置(中心点O)に配置される。すなわち、前記PSD素子551は固定基板21の中心位置に取り付けられ、前記発光素子56は移動基板22の回転中心位置に取り付けられ、図8に示すように(なお、図8では第1〜第3駆動装置23、24、25の記載を省略している)、両者が所定間隔を置いて対向配置されている。なお、本実施形態とは逆に、固定基板21へ発光素子56を取り付け、移動基板22へPSD素子551を取り付けるようにしても良い。当該第1の位置検出センサ55により、移動基板22の回転中心位置の移動量が検出されるものである。
ここで、第1の位置検出センサ55の具体的構成について簡単に説明する。図13は、第1の位置検出センサ55を構成するPSD素子551と、該PSD素子551に検知光を投光する発光素子56とを示す説明図である。図13(a)の断面図に示すように、PSD素子551は、高抵抗のシリコン半導体等からなるI型半導体層552の片面(光入射側)にP型半導体層553と、他面にN型半導体層554とを積層してなるPIN構造を備えた半導体受光素子である。図13(b)に示すように、前記P型半導体層553の両端部には、一対の電極A1、A2が設けられている。また、N型半導体層554の、前記電極A1、A2の対向方向と直交する方向の両端部には、一対の電極B1、B2が設けられている。
発光素子56は、図13(c)に示すように、所定の波長の光を発生する半導体発光素子(LED)、例えば赤外領域に発光波長を有する赤外LED等からなる発光素子チップ561をリードフレーム562上にマウントし、透明樹脂563でモールド封止したものを用いることができる。ここで、検知光としてのスポット光を出射できるよう、前記透明樹脂563上にはピンホール564を備えるマスク層565が設けられる。このように構成された発光素子56は、図13(a)に示すように、PSD素子551の受光面551aとなる前記P型半導体層553に対向配置される(図8参照)。従って、発光素子56から発せられるスポット光は、PSD素子551と発光素子56との相対的な位置関係に応じて、受光面551aに対して照射されることとなる。
このような構成において、発光素子56から発せられたスポット光が、受光面551aの任意のポイントに照射されると、光量に応じた電荷が発生し、発生した電荷は、前記一対の電極A1、A2、及び一対の電極B1、B2に到達する。そして、各電極に到達する電荷の量は、スポット光の照射ポイントから各電極までの距離に反比例することとなる。従って、電極A1、A2からそれぞれ電流IA1、IA2、また電極B1、B2からそれぞれ電流IB1、IB2を取り出し、これらの電流値に基づき所定の演算処理を行うことで、スポット光の照射ポイントが知見できるものである。すなわち、発光素子56が取り付けられた移動基板22の二次元的な移動が前記スポット光のPSD素子551の受光面551aにおける移動と等価となることから、これにより移動基板22の回転中心位置の固定基板21に対する相対的な移動量が検出されるものである。
次に、第2の位置検出センサ57は、磁石58と、ホールセンサ59とから構成され、移動基板22の回転中心位置(中心点O)から所定距離だけ離れた位置に配置される。本実施形態では、固定基板21及び移動基板22の中心位置を通るy軸上(図6参照)であって、第1駆動装置23の対極側で、且つ円周Qの外側に第2の位置検出センサ57を配置した例を示している。すなわち、本実施形態では中心点Oから略等距離に、90度間隔で第1〜第3駆動装置23、24、25が配置されているが、第2の位置検出センサ57は、駆動装置(アクチュエータ)が存在しない部位であって、移動基板22の周縁部付近に配置されている。この構成によれば、駆動装置が存在しない領域を有効活用して第2の位置検出センサ57が配置されるので、コンパクトに駆動装置200を構成することができる。
第2の位置検出センサ57の磁石58は移動基板22へ取り付けられ、ホールセンサ59は固定基板21にそれぞれ取り付けられ、図8に示すように、両基板の周縁部近傍において両者が所定間隔を置いて対向配置されている。なお、本実施形態とは逆に、固定基板21へ磁石58を取り付け、移動基板22へホールセンサ59を取り付けるようにしても良い。当該第1の位置検出センサ55により、移動基板22における磁石58の取り付けポイントの移動量が検出されるものである。
ここで、第2の位置検出センサ57の具体的構成について簡単に説明する。図14(a)は、第2の位置検出センサ57の構成の一例を模式的に示す図である。ホールセンサ59は、磁界に応じて電気信号を発生する磁界検出素子からなり、磁石58の移動方向(図中矢印x1,x2方向)に並置された第1ホール素子59aと第2ホール素子59bとからなる。また磁石58は、これらホールセンサに対向配置されている。前記第1ホール素子59a及び第2ホール素子59bは、前記磁石58から発生される磁界に応じて、それぞれ出力電圧V1、V2を発生するようになっている。
いま、磁石58が均一な磁界を発生しているものとすると、第1ホール素子59aと第2ホール素子59bとの境界部591が、ちょうど磁石58の中間部581に位置している場合においては、前記出力電圧V1、V2は略等しくなり、出力電圧V1、V2の差を取ると、その値はゼロとなる。これに対し、磁石58が矢印x1方向に移動した場合、第1ホール素子59aが受ける磁界の方が強くなることから、その出力電圧V1は第2ホール素子59bの出力電圧V2よりも高くなる。従って、V1−V2を求めると、その値はプラス電圧となる。一方、磁石58が矢印x2方向に移動した場合は、逆に第2ホール素子59bが受ける磁界の方が強くなることから、その出力電圧V2は第1ホール素子59aの出力電圧V1よりも高くなる。従って、V1−V2を求めると、その値はマイナス電圧となる。
これをグラフ化すると、図14(b)に示す通りとなる。すなわち、磁石58の矢印x1若しくはx2方向の移動量に応じて、出力電圧V1、V2の差分にリニアな特性が表れるようになる。従って、図14(c)に示すように、磁石58に対向させて4方向に、第1ホール素子59a、第2ホール素子59b、第3ホール素子59c及び第4ホール素子59dを配置しておけば、磁石58の2次元平面内における位置が検出できるようになる。固定基板21に搭載されているホールセンサ59は、図14(c)に示すような4つのホール素子が埋め込まれたユニット型のセンサである。
≪駆動制御部及び駆動動作についての説明≫
駆動制御部26は、移動基板22を移動させる所定の移動目標値に応じてパルスモータ233、243、253を駆動させる駆動信号を生成するもので、図15に示すように、機能的に移動目標値取得部261、移動量算出部262及び駆動信号生成部263を備えている。
移動目標値取得部261は、移動目標となる値のセンシング結果、算出値或いは移動指令値等を取得するもので、移動基板22を移動させるx軸方向、y軸方向及びθ方向の所定の移動目標値(例えばサーボ制御目標値等)を取得する。移動量算出部262は、取得した移動目標値を、第1〜第3駆動装置23、24、25における作用部S1〜S3(ピン236、246、256)の移動量に換算する。駆動信号生成部263は、パルスモータ233、243、253を各々駆動させる駆動信号を生成する第1ドライブ回路2631、第2ドライブ回路2632、第3ドライブ回路2633を備えている。各ドライブ回路2631〜2633は、与えられたx軸方向、y軸方向及びθ方向の移動量信号に応じて所定の駆動パルスを発生し、パルスモータ233、243、253を各々所定量だけ+駆動または−駆動させる。
以上の通り構成された駆動装置200の動作について、図16〜図19に基づいて説明する。図16は、x軸右方向に移動基板22が移動される状態を模式的に示す図である。この場合、第1駆動装置23の作用部S1(ピン236)のみがリニア駆動軸23pに沿って+駆動され、第2、第3駆動装置24、25における作用部S2、S3(ピン246、ピン256)は不動状態とされる。この結果、移動基板22は被作用部H1のみにおいて作用部S1からx軸右方向への駆動力を与えられる一方で、作用部S2、S3においては、ガイド軸F2、F3(第2、第3スロット222、223)に沿った相対的な自由移動が行われるようになる。これにより、移動基板22がx軸右方向へ移動されるようになり、結果的に被駆動部材Wtとしての撮像素子が、移動基板22に追従してx軸右方向へ揺動されることとなる。
次に図17は、y軸上方向に移動基板22が移動される状態を模式的に示す図である。この場合、第2駆動装置24の作用部S2(ピン246)がリニア駆動軸24pに沿って−駆動されると共に、第3駆動装置25の作用部S3(ピン256)がリニア駆動軸25pに沿って+駆動される。他方、第1駆動装置23における作用部S1(ピン236)は不動状態とされる。この結果、移動基板22は被作用部H2、H3において作用部S2、S3からy軸上方向への駆動力を与えられる一方で、作用部S1においては、ガイド軸F1(第1スロット221)に沿った相対的な自由移動が行われるようになる。これにより、移動基板22がy軸上方向へ移動されるようになり、結果的に被駆動部材Wtとしての撮像素子が、移動基板22に追従してy軸上方向へ揺動されることとなる。
続いて図18は、θ方向(反時計方向)に移動基板102が回転移動される状態を模式的に示す図である。この場合、第1〜第3駆動装置23、24、25における作用部S1〜S3(ピン236、246、256)の全てが+駆動される。すなわち、第1駆動装置23の作用部S1がリニア駆動軸23pに沿って+駆動され、第2駆動装置24の作用部S2がリニア駆動軸24pに沿って+駆動され、さらに第3駆動装置25の作用部S3がリニア駆動軸25pに沿って+駆動される。このように被作用部H1及び被作用部H2、H3において作用部S1及び作用部S2、S3から、互いに直交する方向の駆動力が同時に与えられる結果、移動基板22には反時計方向に回転(いずれも円周Qの接線方向の駆動力であるので、回転中心は中心点Oとなる)の駆動力が与えられるようになる。
この際、作用部S1〜S3は円周Qの接線方向に直線移動するのに対し、移動基板22は回転移動するので、作用部S1〜S3であるピン236〜256と第1〜第3スロット221、222、223との間には相対的な滑り移動(自由移動)が発生する。つまり、円周Qの軌道と円周Qの接線(リニア駆動軸23p〜25p)との差分について、移動基板22の回転量に応じてピン236〜256が第1〜第3スロット221、222、223にガイドされる。また移動基板22の回転角に応じてピン236〜256が第1〜第3スロット221、222、223内において相対回転される。以上のような動作により、移動基板22が反時計方向へ回転移動されるようになり、結果的に被駆動部材Wtとしての撮像素子が、移動基板22に追従して反時計方向へ揺動されることとなる。
図19は、本実施形態にかかる移動機構200における移動基板22の移動方向と、第1〜第3駆動装置23、24、25における作用部S1〜S3の駆動方向との関係を取り纏めた表形式の図である。図中「+」は各リニア駆動軸23p〜25pに沿った+駆動を、「−」は各リニア駆動軸23p〜25pに沿った−駆動を示し、「0」は作用部S1〜S3が不動状態とされることを示している。従って、駆動制御部26により、図19に示したような駆動制御信号を生成してパルスモータ233、243、253を動作させることにより、被駆動部材Wtとしての撮像素子をx軸方向、y軸方向へ直線的に揺動させるだけでなく、θ方向へ回転揺動させることが可能となるものである。
(振れ補正機構付カメラとしての実施形態の説明)
次に、上述の駆動機構を振れ補正ユニットとして組み込んだデジタルカメラについての実施形態を説明する。
≪カメラ外観構造の説明≫
図20は、本実施形態にかかるデジタルカメラ1の外観構造を説明する図であり、図20(a)は、デジタルカメラ1の正面外観図、図20(b)は、デジタルカメラ1の背面外観図をそれぞれ示している。図20(a)に示すように、このデジタルカメラ1は、カメラ本体10と、このカメラ本体10の正面略中央に着脱可能(交換可能)に装着される撮影レンズ12(交換レンズ)とを備えた一眼レフレックス型デジタルスチルカメラである。
図20(a)において、カメラ本体10は、正面略中央に撮影レンズ12が装着されるマウント部13と、正面左端部において突設され、ユーザが片手(又は両手)により確実に把持(保持)可能とするためのグリップ部14と、正面右上部に制御値を設定するための制御値設定ダイアル15と、正面左上部に撮影モードを切り換えるためのモード設定ダイアル16と、グリップ部14の上面に撮影動作(露光)の開始及び/又は終了を指示するためのレリーズボタン17とが備えられている。
撮影レンズ12は、被写体からの光(光像)を取り込むレンズ窓として機能するとともに、当該光をカメラ本体10の内部に配置されている後述の撮像素子30やファインダ部7へ導くための撮影レンズ系(例えば光軸に沿って直列的に配置されるズームレンズブロックや固定レンズブロック)を構成するものである。撮影レンズ12は、マニュアル操作或いは自動的に各レンズ位置を移動させて焦点調整を行うことが可能に構成されている。
なお、マウント部13の近傍には、撮影レンズ12を着脱するための着脱ボタン121と、装着された撮影レンズ12との電気的接続を行うための複数個の電気的接点(図示省略)と、機械的接続を行うための複数個のカプラ(図示省略)とが設けられている。この電気的接点は、撮影レンズ12に内蔵されたレンズROM(リードオンリメモリ)から当該レンズに関する固有の情報(開放F値や焦点距離等の情報)をカメラ本体10内の全体制御部に送出したり、撮影レンズ12内のフォーカスレンズの位置やズームレンズの位置の情報を全体制御部に送出したりするためのものである。カプラは、カメラ本体10内に設けられたフォーカスレンズ駆動用モータの駆動力を撮影レンズ12内の各レンズに伝達するためのものである。
図20(a)において、グリップ部14の内部には電池収納室とカード収納室とが設けられている。電池収納室にはカメラの電源として、例えば所定数の単3形乾電池が収納されており、カード収納室には撮影画像の画像データを記録するための記録媒体、例えばメモリカードが着脱可能に収納されるようになっている。
制御値設定ダイアル15は、撮影に際しての各種制御値を設定するためのものである。またモード設定ダイアル16は、自動露出(AE)制御モードや自動焦点(AF;オートフォーカス)制御モード、或いは静止画を撮影する静止画撮影モードや動画を撮影する動画撮影モード(連続撮影モード)、フラッシュモード等の各種撮影モードを設定するためのものである。
レリーズボタン17は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、さらに押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされた押下スイッチである。静止画撮影モードにおいてレリーズボタン17が半押しされると、被写体の静止画を撮影するための準備動作(露出制御値の設定や焦点調節等の準備動作)が実行され、レリーズボタン17が全押しされると、撮影動作(後述するカラー撮像素子を露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカードに記録する一連の動作)が実行される。また、動画撮影モードにおいてレリーズボタン17が全押しされると、撮影動作(上記と同様のカラー撮像素子の露光、露光で得られた画像信号への画像処理、及びこの画像処理された画像データのメモリカードへの記録という一連の動作)が開始され、再度レリーズボタン17が全押しされると撮影動作が終了される。
図20(b)において、カメラ本体10の背面略中央上部には、ファインダ窓181(接眼部)が設けられている。ファインダ窓181には、交換レンズ12からの被写体像が導かれており、ユーザ(撮影者)は、このファインダ窓181を覗くことにより被写体を視認することができる。カメラ本体10の背面の略中央には、外部表示部182(LCD;液晶モニター)が設けられている。外部表示部182は、本実施形態では例えば画素数が400(X方向)×300(Y方向)=120000のカラー液晶表示素子からなり、上記動画像を表示するとともに、AE制御やAF制御に関するモード、撮影シーンに関するモード或いは撮影条件等を設定するためのメニュー画面を表示したり、再生モードにおいてメモリカードに記録された撮影画像を再生表示したりするものである。
外部表示部182の左上部には、2点スライドスイッチからなる電源スイッチ191が設けられている。また外部表示部182の右側には方向選択キー192及び手ぶれ補正スイッチ193が設けられている。方向選択キー192は円形の操作ボタンを有し、この操作ボタンにおける上下左右の4方向の押圧操作と、右上、左上、右下及び左下の4方向の押圧操作とが、それぞれ検出されるようになっている。方向選択キー192は多機能化されており、例えば外部表示部182に表示される撮影シーン設定のためのメニュー画面において選択された項目を変更するための操作スイッチとして機能し、複数のサムネイル画像が配列表示されるインデックス画面において選択された再生対象のコマを変更するための操作スイッチとして機能する。また、方向選択キー192は、交換レンズ12のズームレンズの焦点距離を変更するためのズームスイッチとして機能させることもできる。
手振れ補正スイッチ193は、手持ち撮影や望遠撮影、暗部での(長時間露光が必要な)撮影時において、手振れ等の「振れ」が発生する恐れのある場合に対して確実な撮影を可能とするための振れ補正モードを設定するものである。この手振れ補正スイッチ193がONとされると、後述の振れ補正ユニット20による撮像素子30の振れ補正が実行可能な状態とされる。
外部表示部182の左側には、外部表示部182の表示や表示内容に関する操作を行うためのスイッチとして、取消スイッチ194、確定スイッチ195、メニュー表示スイッチ196及び外部表示切換スイッチ197等が設けられている。取消スイッチ194はメニュー画面で選択された内容を取り消すためのスイッチである。確定スイッチ195はメニュー画面で選択された内容を確定するためのスイッチである。メニュー表示スイッチ196は外部表示部182にメニュー画面を表示させたり、メニュー画面の内容(例えば撮影シーン設定画面や露出制御に関するモード設定画面など)を切り換えたりするためのスイッチで、メニュー表示スイッチ196の押圧ごとにメニュー画面が切り換わる。外部表示切換スイッチ197は、外部表示部182への表示をオンにしたり、その表示をオフにしたりするスイッチで、外部表示切換スイッチ197の押圧ごとに外部表示部182の表示と非表示とが交互に行われる。
なお、当該デジタルカメラ1の振れ方向に関しては、図20(a)に付記しているように、デジタルカメラ1の水平方向をX軸、垂直方向をY軸、光軸L方向をZ軸とするとき、X軸周りの回転(振れモードとしては上下方向)を「ピッチ(図中矢印P)方向」の振れとし、Y軸周りの回転(振れモードとしては左右方向)を「ヨー(図中矢印Y)方向」の振れとし、さらにZ軸周りの回転(振れモードとしては回転方向)を「ローリング(図中矢印R)方向」の振れとする。これらのデジタルカメラ1に与えられる振れを検出するために、デジタルカメラ1には、ピッチ方向ジャイロ50a、ヨー方向ジャイロ50b及びローリング方向ジャイロ50cからなる振れ検出部50が内蔵されている。
≪カメラ内部構成の全体説明≫
次に、デジタルカメラ1の内部構成について説明する。
図21はデジタルカメラ1の正面透視図、図22は背面透視図、図23は側面断面図をそれぞれ示している。但し、図21、図22においては、それぞれ撮影レンズ12を取り外した状態での透視図としている。このデジタルカメラ1は、図23に示すように、カメラ本体10に撮影レンズ12が装着されてなる。そしてカメラ本体10内には、被写体光像を電気信号に変換する四方形状の撮像素子30、該撮像素子30に対し光軸Lと垂直な方向において、図20(a)に示したピッチ方向、ヨー方向及びローリング方向に揺動させる揺動力を与える駆動部(第1〜第3駆動装置23、24、25)を備える振れ補正ユニット20、ミラー部4、前記振れ検出部50、例えば画像処理用の各種回路を備えるASICや駆動制御回路等の電子部品がマウントされた制御基板6、電池室65、被写界を確認するためのファインダ部7、前記ミラー部4を収納する枠体115、及びシャッタ8等が、底面シャーシ111、側面シャーシ113及び前面シャーシ114等にて固定・一体化される形で(但し、撮像素子30と振れ補正ユニット20の一部は揺動されるためリジットに固定はされていない)収納されている。なお前記底面シャーシ111には、三脚を取り付けるための三脚用ネジ部112が設けられている。
前記撮像素子30は、図21及び図23に示すように、撮影レンズ12に対向するカメラ本体10内、すなわちカメラ本体10に撮影レンズ12が装着された場合において、当該撮影レンズ12が備えているレンズ群122の光軸L(図23参照)上におけるカメラ本体10内の適所に、前記光軸Lに対して垂直となる方向に配設されている。
撮像素子30は、被写体輝度を検出(被写体光を撮像)する。すなわち、撮影レンズ12により結像された被写体光像の光量に応じて、R、G、B各成分の画像信号に光電変換して制御基板6のASIC等へ出力するものである。具体的には、撮像素子30は四方形状を呈し(必ずしも四方形状でなくとも良い)、CCDが2次元状に配置されたエリアセンサの各CCDの表面に、R(赤)、G(緑)、B(青)のカラーフィルタが市松模様状に貼り付けられた、いわゆるベイヤー方式と呼ばれる単板式カラーエリアセンサで構成されており、例えば3000(X方向)×2000(Y方向)=6000000個の画素を有したものとされたカラー撮像素子である。なお、撮像素子30としては、CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサ、VMISイメージセンサ等幾つかの選択肢があるが、本実施形態ではCCDイメージセンサを採用している。
振れ補正ユニット20は、カメラ本体10にユーザの手振れ等による振れが与えられて前記光軸Lにずれが生じた場合に、撮像素子30をその振れに応じて適宜移動(揺動)させることで光軸Lのずれを補正するためのものである。この振れ補正ユニット20は、先に図6〜図19に基づいて説明した駆動機構200(振れ補正ユニット20)と同様な構成を備えており、固定基板21a(本実施形態では、該固定基板21aが側面シャーシ113を兼ねる構成である)、移動基板22a及び第1〜第3駆動装置23、24、25を備えて構成されている。この振れ補正ユニット20の構成については、後記で詳述する。
カメラ本体10の略中央部には、枠体115(前枠)が配置されている。この枠体115は、ファインダ部7と対向する上面部が開口された正面視略四角形状の角筒体であり、ひずみ等に対する十分な強度を備えた剛体である。枠体115の前面は、マウント部13の形状に合わせて形成された円筒状のマウント受け部115aが設けられている。このマウント受け部115aに対してマウント部13が嵌合され、複数のビス131により前記マウント部13が固定されている。なお前記枠体115は、マウント受け部115aの近傍の側部に設けられた固定部において、前面シャーシ114の折り曲げ部とビス1151、1152により固定されている(図21参照)。
図23に示した光軸L上において、被写体光をファインダ部7(ファインダ光学系)へ向けて反射させる位置には、ミラー部4(反射板)が配置されている。撮影レンズ12を通過した被写体光は、ミラー部4(後述の主ミラー41)によって上方へ反射され、焦点板71(ピントグラス)に結像される。撮影レンズ12を通過した被写体光の一部はこのミラー部4を透過する。なおミラー部4は上記枠体115内に配置されており、図示省略の支持機構により枠体115によってミラー部4は保持されている。
ミラー部4は、主ミラー41及びサブミラー42から構成されており、主ミラー41の背面側において、サブミラー42が当該主ミラー41の背面に向けて倒れるように回動可能(可倒式)に設けられている。主ミラー41を透過した被写体光の一部はサブミラー42によって反射され、この反射された被写体光は焦点検出部44に入射される。焦点検出部44は、被写体のピント情報を検出する測距素子等からなる所謂AFセンサである。
上記ミラー部4は、所謂クイックリターンミラーであり、露光時には回転軸43aを回動支点として矢印K1で示す上方へ向けて跳ね上がり、焦点板71の下方位置で停止する。この際、サブミラー42は、主ミラー41の背面に対して矢印K2で示す方向に回転軸43bを支点として回動し、上記ミラー部41が焦点板71の下方位置で停止したときには、主ミラー41と略平行となるように折り畳まれた状態となる。これにより、撮像レンズ12からの被写体光がミラー部4によって遮られることなく撮像素子30上に届き、該撮像素子30が露光される。露光が終了すると、ミラー部4は元の位置(図23に示す位置)に復帰する。
振れ検出部50は、図21に示すように、ピッチ方向ジャイロ50a、ヨー方向ジャイロ50b及びローリング方向ジャイロ50c、ジャイロ基板51、ジャイロ用フレキシブル配線基板52等から構成されている。ピッチ方向ジャイロ50a、ヨー方向ジャイロ50b及びローリング方向ジャイロ50cは、測定対象物(本実施形態ではカメラ本体10)が振れによって回転した場合における振れの角速度を検出するものである。このようなジャイロとしては、例えば圧電素子に電圧を印加して振動状態とし、該圧電素子に回転運動による角速度が加わったときに生じるコリオリ力に起因する歪みを、電気信号として取り出すことで角速度を検出するタイプのものが使用できる。
これらピッチ方向ジャイロ50a、ヨー方向ジャイロ50b及びローリング方向ジャイロ50cは、ジャイロ基板51上にマウントされ、前記電池ホルダ65の側壁に設けられている平板状のジャイロ取付部651へ、緩衝材等を介して取り付けられている。この緩衝材は、ミラー部4の動作振動が伝播してジャイロが振動を誤検出することを防止するためのもので、例えば両面に接着層を備えるブチルゴムシート材等を用いることができる。なお、ジャイロ用フレキシブル配線基板52は、前記3つのジャイロと制御基板6とを電気的に接続するためのものである。
制御基板6は、前記振れ補正ユニット20と略同一平面方向に隣接配置されている。この制御基板6と撮像素子30とは、図略のフレキシブル配線基板等により電気的に接続されている。前記電池ホルダ65は、カメラ本体10のグリップ部14側の側部に配置されている。該電池ホルダ65は、プラスチック等の樹脂成型品で構成され、前記電池室65には当該デジタルカメラ1の動作電源として例えば所定数の単3型乾電池が収納される。この電池ホルダ65の背面部には、撮影画像の画像データを記録するためのメモリカード等が着脱自在に収納可能とするカード室(図略)が設けられている。
ファインダ部7は、前記枠体115の上部に配置されている。このファインダ部7は、ペンタプリズム72、接眼レンズ73及び上記ファインダ窓181を備えている。ペンタプリズム72は、断面が5角形をしており下面から入射された被写体光像を内部での反射によって当該像の天地左右を入れ替えて正立像にするためのプリズムである。接眼レンズ73は、ペンタプリズム72により正立像にされた被写体像をファインダ窓181の外側に導く。このような構成により、ファインダ部7は、撮影待機時において光学ファインダとして機能する。
撮像素子30の光軸方向直前には、疑似カラーや色モアレの発生を防止するべくローパスフィルタ33(光学フィルタ)が配置されている。このローパスフィルタ33は、撮像素子ホルダ34により、撮像素子30と一体的に保持されている。なお、撮像素子30の後部には、この撮像素子30面と平行に、側面シャーシ113(固定基板21a)を挟んで上記外部表示部182が配設されている。
前記ローパスフィルタ33の直前には、メカニカルシャッタとしてのシャッタ8が配置されている。シャッタ8は、露光時に開閉するよう制御されるものであり、ここでは例えば縦走りフォーカルプレーンシャッタが採用されている。該シャッタ8は、その前方側が前記枠体115の後端部に当接された状態とされ、一方その後方側がシャッタ押さえ板81にて挟まれた状態とされている。そして、シャッタ押さえ板81は枠体115に対してビス811で固定(図22参照)されており、これによりシャッタ8は剛体である枠体115に支持される形となっている。
≪振れ補正ユニットの説明≫
続いて、本実施形態にかかる振れ補正ユニット20について説明する。
図24は、振れ補正ユニット20の部分をカメラ本体10から抜き出し、撮影レンズ12の方向から見た正面図である。この振れ補正ユニット20は、固定基板21aと、移動基板22aを備え、前記固定基板21aに対して相対的に移動される移動基板ユニット220と、固定基板21aに搭載される第1〜第3駆動装置23、24、25とを備えて構成されている。
図25は、側面シャーシ113を兼ねる固定基板21aの平面図であり、図26は第1〜第3駆動装置23、24、25を該固定基板21aに取り付けた状態を示す平面図である。この固定基板21aには、図9に示した固定基板21と同様に、3つの直線状スリット(第1〜第3スリット211、212、213)が穿孔されている。なお、第1スリット211は、デジタルカメラ1の水平方向(図20(a)のヨー方向)に細長いスリットであり、第2、第3スリット212、213は上下方向(図20(a)のピッチ方向)に細長いスリットである。
さらに、この固定基板21aには、上述した第1の位置検出センサ55を構成するPSD素子551が当該固定基板21aの略中央部に取り付けられ、また第2の位置検出センサ57を構成するホールセンサ59が、PSD素子551から所定距離だけ離間して取り付けられている。
固定基板21aの下部には折り曲げ部214が形成されており、この折り曲げ部214において、側面シャーシ113としての固定基板21aは底面シャーシ111とビス216により固定される(図23参照)。なお、第1〜第3スリット211、212、213の近傍には、第1〜第3駆動装置23、24、25のフレーム部材231、241、251をビス232、242、252にてそれぞれ固定するためのビス孔215が穿孔されている。図26に示すように、前記第1〜第3スリット211、212、213の穿孔位置に合わせて、第1〜第3駆動装置23、24、25が取り付けられる。これにより、リニア駆動軸23p、24p、25pが設定されている。この第1〜第3駆動装置23、24、25の構成、及びリニア駆動軸23p、24p、25pについては、先に図6に基づいて説明したものと実質的に同一であるので、重複を避けるため説明を省略する。
次に、図27は移動基板ユニット220の構成並びにその分解構成を示す平面図であり、図28は図27のC−C線断面図(前記移動基板ユニット220の側断面図)をそれぞれ示している。この移動基板ユニット220は、移動基板22a、撮像素子30及び撮像素子基板32の組み立て体からなる。
移動基板22aは、図9に示した移動基板22と同様に、3つの直線状スリット(第1〜第3スロット221、222、223)が穿孔されている。図9では矩形状の移動基板22を例示したが、この実施形態では、楕円状の部材に3つのフランジ部221a、222a、223aを突設し、該フランジ部221a、222a、223aに第1〜第3スロット221、222、223を穿孔した例を示している。これら直線状の第1〜第3スロット221、222、223は、それぞれ固定基板21aの前記第1〜第3スリット211、212、213に対して直交する方向に長いスロットである。この第1〜第3スロット221、222、223は、第1〜第3駆動装置23、24、25各々の作用部を相対回転可能にガイドする移動ガイド部として機能する。
これに加えて移動基板22aには、撮像素子30の上下辺から延出されている多数のリードフレーム31を貫通させるため、細長い窓部2241、2242が移動基板22aの上下片近傍に2カ所設けられている。従って、撮像素子30は、前記窓部2241、2242の穿孔方向とリードフレーム31が配置されている辺とを一致させて、移動基板22a上に密接してマウントされる。なお移動基板22aは、撮像素子30の放熱板を兼ねており、放熱性を良好とするために良熱伝導性の金属板から構成されている。さらに移動基板22aには、撮像素子基板32を取り付けるためのビス孔323が、コーナー部付近の4カ所に穿孔されている。
さらに、この移動基板22aには、上述した第1の位置検出センサ55を構成する発光素子56が当該移動基板22aの回転中心位置に取り付けられ、また第2の位置検出センサ57を構成する磁石58が、発光素子56から所定距離だけ離間した位置に取り付けられている。
撮像素子基板32は、前記リードフレーム31が半田接続される多数のリード孔321と、移動基板22aに該撮像素子基板32を取り付けるためのビス孔322とが備えられている。撮像素子基板32は、撮像素子30のマウント側の反対面に、移動基板22aに密接させて取り付けられる。従って移動基板ユニット220は、図28に示すように、移動基板22aの前面側(撮影レンズ12側)に撮像素子30がマウントされ、移動基板22aの裏面側に撮像素子基板32が取り付けられた積重構造を呈している。
続いて、上記固定基板21a、移動基板22a(移動基板ユニット220)及び第1〜第3駆動装置23、24、25の組み付け構造について説明する。図9の例と同様に、固定基板21aの第1〜第3スリット211、212、213と、移動基板22aの第1〜第3スロット221、222、223が正面視で互いに十字型に直交して重畳するように積重される。しかし、図9に示した組み付け構造とは異なり、この振れ補正ユニット20では、固定基板21aと移動基板22a(フランジ部221a、222a、223a)との間に、第1〜第3駆動装置23、24、25のフレーム部材231、241、251が介在される態様で組み付けられている(図23、図24、図29参照)。すなわち、振れ補正ユニット20の側断面図である図29に示すように、移動基板22aのフランジ部221aが、移動スライダ235に接するように配置され、止めピン部材237にてガイド及び抜け止めが図られる構成とされている。
前記止めピン部材237は、ネジ止め部2371、駆動軸部2372及びガイド軸部2373を備えている。第1駆動装置23について説明すると、前記ネジ止め部2371は、前記移動スライダ235に設けられているネジ孔2352と螺合され、当該止めピン部材237を移動スライダ235と一体化させるためのものである。駆動軸部2372は、移動基板22aの第1スロット221と嵌合される円筒部であり、該駆動軸部2372の外径は、第1スロット221の幅よりも僅かに小さい径とされている。ガイド軸部2373は、フレーム部材231の長孔2310と嵌合される円筒部であり、その外径は長孔2310の幅と略合致する径とされていると共に、前記第1スロット221の幅よりも大きい径とされている。つまり、ガイド軸部2373により、移動基板22aのフランジ部221aの抜け止めが図られている(図22参照)。第2、第3駆動装置24、25の据え付け部においても同様に、止めピン部材247、257によりガイド及び抜け止めが図られる構成とされている。
ここで、前記駆動軸部2372は、先に図6他において作用部S1として機能する旨を説明したピン236に相当する部分であり、移動基板22aの第1スロット221を介して移動基板22aに駆動力を与えるものである。さらに、前記駆動軸部2372は、第1スロット221により、その長さ方向(ガイド軸方向)に相対回転可能にガイドされるものである。一方、前記ガイド軸部2373は、先に図10他においてガイド部2351として説明した部分に相当するもので、前記長孔2310とガイド軸部2373との嵌合により、移動スライダ235の駆動軸234回りの回転が規制され、従って移動スライダ235(駆動軸部2372)は、前記長孔2310の長さ方向(つまり第1スリット211の延在方向)にのみ、直線的な往復運動を行うものとされている。第2、第3駆動装置24、25についても同様である。
なお、振れ補正ユニット20には、図29に示すように、ローパスフィルタ33も一体的に搭載される。該ローパスフィルタ33は、撮像素子ホルダ34により、撮像素子30と一体的に移動基板22aに保持されている(ローパスフィルタ33も撮像素子30と一体的に揺動される)。
以上の通り構成された振れ補正ユニット20によれば、先に図16〜図18に基づいて説明した動作と同様の動作により、移動基板ユニット220(撮像素子30)が、ピッチ方向、ヨー方向及びローリング方向に移動される。すなわち、第1〜第3駆動装置23、24、25のリニア駆動軸23a、24a、25aに沿った適宜な+駆動若しくは−駆動動作により、移動基板22aに載置された撮像素子30がピッチ方向、ヨー方向及びローリング方向へ振れ補正移動される。その移動メカニズムは、図16〜図18の説明と同様であるので、その説明を省略する。図30は、移動基板ユニット220(撮像素子30)がローリング方向(反時計方向)への回転移動されている状態を示している。そして、このような移動基板ユニット220の回転移動位置は、第1の位置検出センサ55で移動基板ユニット220の回転中心位置を監視しつつ、第2の位置検出センサ57で移動基板ユニット220の二次元的な移動量を検出することで求められるものである。
(デジタルカメラの全体的な電気的構成の説明)
次に、本実施形態にかかるデジタルカメラ1の電気的構成について説明する。図31は、当該デジタルカメラ1の電気的構成を示すブロック図である。図31に示すように、デジタルカメラ1は、全体制御部900、振れ検出部50、振れ補正部91、撮像素子制御部920、信号処理部921、記録部922、画像再生部923、AF・AE演算部924、レンズ駆動部925、電源部926、外部I/F部927、ミラー駆動部928、シャッタ駆動部929、操作部(前述のモード設定ダイアル16やレリーズボタン17等)93、第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57を備えて構成されている。
全体制御部900は、各制御プログラム等を記憶するROM(Read Only Memory)、演算処理や制御処理などのデータを一時的に格納するRAM(Random Access Memory)、及び上記制御プログラム等をROMから読み出して実行するCPU(中央演算処理装置)等からなり、振れ検出部91や操作部93或いは駆動部等からの各種信号を受けてデジタルカメラ1の各部の動作制御を司るものである。
振れ検出部50は、上述の通りピッチ方向ジャイロ50a、ヨー方向ジャイロ50b及びローリング方向ジャイロ50cを備え(図21参照)、カメラ本体10に与えられる振れ(手振れ)を検出するものである。振れ補正部91は、振れ検出部50により検出された振れ情報、第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57により検出された撮像素子30の位置情報に基づいて、第1〜第3駆動装置23、24、25の移動スライダ(止めピン部材237、247、257)による撮像素子30の移動量を、演算により求めるものである。また、後述する移動基板ユニット220(撮像素子30)のセンタリングのための移動量も求める。
撮像素子制御部920は、撮像素子30(CCD)の光電変換を制御するとともに、撮像素子30の出力信号にGain(増幅)等の所定のアナログ処理を施すものである。具体的には、撮像素子制御部920に備えられたタイミングジェネレータによって撮像素子30へ駆動制御信号を出力し、被写体光を所定時間だけ露光させて画像信号に変換させ、この画像信号をGain変更した後、信号処理部921に送出させる。
信号処理部921は、撮像素子30から送出される画像信号に所定のアナログ信号処理及びデジタル信号処理を施すものであり、アナログ信号処理回路や各種デジタル信号処理回路が備えられている。アナログ信号処理回路は、画像信号のサンプリングノイズの低減を行うCDS(相関二重サンプリング)回路や画像信号のレベル調整を行うAGC(オートゲインコントロール)回路を備え、撮像素子30から出力されるアナログ値の画像信号に所定のアナログ信号処理を施す。このアナログ信号処理回路から出力される画像信号は、A/D変換回路によりデジタル値の画像信号に変換され、デジタル信号処理回路へ送られる。前記デジタル信号処理回路としては、A/D変換された画素データに画素補間を行う補間回路、A/D変換された各画素データの黒レベルを基準の黒レベルに補正する黒レベル補正回路、画像のホワイトバランスを調整するホワイトバランス(WB)回路、及び画素データのγ特性を補正することにより階調補正を行うγ補正回路等が備えられ、さらに信号処理の終了した画像データを一時的に保存する画像メモリ等も具備されている。
記録部922は、生成された画像データを着脱可能な記録媒体M(例えばメモリカード)に記録するとともに、記録媒体Mに記録されている画像データを読み出すものである。画像再生部923は、信号処理部921によって生成された画像データ又は記録部922により記録媒体Mから読み出された画像データを加工して、外部表示部182の表示に適した画像データを作成するものである。
AF/AE演算部924は、自動焦点制御(AF)や自動露光制御(AE)のための演算を行うものである。レンズ駆動部925は、撮影レンズ12のレンズ群122の駆動を制御するものである。ただし、撮影レンズ12は、フォーカスレンズ、ズームレンズおよび透過光量を調節するための絞りを備えるとともに、当該レンズに関する固有の情報(開放F値や焦点距離等の情報)が格納されたレンズROM(後記図32のROM123)を備えている。レンズROMは、マウント部13に備えられている電気的接点を介して全体制御部900に接続されている。
電源部926は、電池ホルダ65に収納される電池からなり、デジタルカメラ1の各部に電源を供給するものである。外部I/F部927は、コネクタ端末からなり、リモート端子やUSB端子等のホルダ或いはAC電源のジャック等を備え、外部装置とのI/F(インターフェイス)をなすものである。
ミラー駆動部928は、ミラー部4(主ミラー41及びサブミラー42)を駆動させるものである。ミラー駆動部928は、全体制御部900から入力される退避信号に基づき、サブミラー42とともに、主ミラー41を撮影レンズ12の光軸Lから回動させて退避させる。この退避信号は、レリーズスイッチ17のオン信号が全体制御部900に入力されることで当該全体制御部900によって生成される。ミラー駆動部928は、撮影が終了すると、この退避した状態のミラー部4を光軸L上の元の位置に回動させて戻す。シャッタ駆動部929は、シャッタ8(の開閉)を駆動させるものである。操作部93は、レリーズスイッチ17、モード設定ダイアル16、方向選択キー192、手振れ補正スイッチ193等の操作部材からなり、ユーザの操作による指示入力がなされるものである。
第1の位置検出センサ55(PSD素子551)は、移動基板22a(移動基板ユニット220)と一体的に移動する発光素子56から発せられるスポット光(図13参照)の、PSD素子551の受光面551a上における照射位置に応じた電気信号、つまり移動基板22aの回転中心位置の移動量に応じた電気信号を発生する。また、第2の位置検出センサ57(ホールセンサ59)は、移動基板22aと一体的に移動する磁石58から発せられる磁界(図14参照)に応じた電気信号、つまり移動基板22aの周縁部分における特定位置の移動量に応じた電気信号を発生する。
このような第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57を設けることで、固定基板21aに対する移動基板22aの相対位置が、回転移動を含めて検知可能となる。すなわち、直線的な移動(x軸、y軸方向への移動)の場合、図32(a)に示すように、移動基板22aが初期位置U0からx軸及びy軸方向へシフトしたリニアシフト位置U1に移動された場合、第1の位置検出センサ55による検出原点は位置m1から位置m2へ移動すると共に、第2の位置検出センサ57による検出原点も位置n1から位置n2へ移動する。これにより、いずれのセンサでも二次元的な移動が検出されることとなる。すなわち、第1の位置検出センサ55では、x軸方向の移動量xm、y軸方向の移動量ymがそれぞれ検出される。同様に、第2の位置検出センサ57では、x軸方向の移動量xn、y軸方向の移動量ynがそれぞれ検出される。従って、この場合は、第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57のいずれによっても、移動基板22aの移動量を求めることができる。
一方、図32(b)に示すように、移動基板22aが初期位置U0からθ方向へシフトした回転シフト位置U2に移動された場合、第2の位置検出センサ57による検出原点は位置n1から位置n2へ移動するものの、第1の位置検出センサ55については、その検出原点は移動しないこととなる。すなわち、第2の位置検出センサ57のみから移動量についての信号出力があった場合は、移動基板22aがリニアシフトしたのではなく、回転シフトしたものとの判定が行えるものである。なお、移動基板22aのホームポジションにおける第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57の出力値をRAM等に記憶させておくことで、移動基板22aのセンタリング調整が行えるようになる。
(振れ補正部の電気的構成の説明)
図33は、前記振れ補正部91の機能ブロック図を含む振れ補正機構の電気的構成を概略的に示すブロック図である。この振れ補正部91は、振れ検出回路911、係数変換回路912、制御回路913、ドライブ回路914、積分回路915、シーケンスコントロール回路916及び移動量演算回路917を備えて構成されている。
振れ検出回路911には、ピッチ方向ジャイロ50aにより検出されたピッチ方向の振れ角速度信号、ヨー方向ジャイロ50bにより検出されたヨー方向の振れ角速度信号、及びローリング方向ジャイロ50cにより検出されたローリング方向の振れ角速度信号が入力される。振れ検出回路911は、検出された各角速度信号からノイズ及びドリフトを低減するためのフィルタ回路(ローパスフィルタ及びハイパスフィルタ)及び各角速度信号を増幅するための増幅回路、及び前記角速度信号を角度信号に変換する積分回路などを備えて構成される。具体的には、振れ検出回路911においては、入力された各角速度信号を所定の時間間隔で取り込み、カメラ本体10のヨー方向の振れ量をdetx、ピッチ方向の振れ量をdety、ローリング方向の振れ量をdetzとして係数変換回路912に出力する。
係数変換回路912は、振れ検出回路911から出力される各方向の振れ量(detx,dety,detz)を、各方向の移動量(px,py,pz)、つまり第1〜第3駆動装置23、24、25により、撮像素子30を移動させるべき移動量に変換する。
制御回路913は、撮像素子30の位置情報、第1〜第3駆動装置23、24、25の動作特性等を考慮して、各方向の移動量(px、py、pz)を示す信号を実際の駆動信号(drvx、drvy、drvz)に変換する。なお、撮影レンズ12のレンズROM123に格納されている焦点距離情報等は、この制御回路913に取り込まれており、マウント部13へ現に装着されている撮影レンズ12の焦点距離に応じた駆動信号(drvx、drvy、drvz)が生成されるようになっている。
ドライブ回路914は、前記制御回路913にて生成された、撮像素子30の補正移動量信号となる各方向の駆動信号(drvx、drvy、drvz)に基づいて、第1〜第3駆動装置23、24、25のパルスモータ233、243、253を実際に駆動させる駆動パルスを発生する。
積分回路915は、パルスモータ233、243、253をオープンループ制御するために設けられるもので、前記ドライブ回路914により発生される駆動パルス数を積分し、パルスモータの現在位置情報、つまり撮像素子30の揺動位置情報を生成して制御回路913へ向けて出力するものである。
以上の振れ検出回路911、係数変換回路912及び制御回路913の動作は、シーケンスコントロール回路916によって制御される。すなわち、シーケンスコントロール回路916は、レリーズボタン17が押下されると、振れ検出回路911を制御することによって、前述した各方向の振れ量(detx,dety,detz)に関するデータ信号を取り込ませる。次に、シーケンスコントロール回路916は、係数変換回路912を制御することによって、各方向の振れ量を各方向の移動量(px、py、pz)に変換させる。そして、制御回路913を制御することにより、各方向の移動量に基づいて撮像素子30の補正移動量を演算させる。このような動作が、手振れ補正スイッチ193がONとされている状態において、振れ補正ユニット20による撮像素子30の振れ補正動作のために、レリーズボタン17が押されて露光が終了するまでの期間中、一定の時間間隔で繰り返し行われるものである。
移動量演算回路917は、第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57からの出力信号に基づき、移動基板22a(撮像素子30)の現在位置を求める演算を行う。具体的には移動量演算回路917は、例えばPSD素子551及びホールセンサ59の出力電流と移動基板22aの位置との関係を関連付けたテーブルを用い、移動基板22aの現在位置を算出する。また、移動量演算回路917は、予め設定された移動基板22aの回転中心位置の許容ずれ量等に関する設定値と、第1の位置検出センサ55で検出された位置情報とを比較して、移動基板22aのセンタリングの要否を判定する機能も有している。以上のような現在位置信号、センタリング要否判定信号等は、前記制御回路913へ出力される。
図34は、以上説明した振れ補正部91における振れ補正動作を示す処理フローである。振れ補正処理が開始されると、ピッチ方向ジャイロ50a、ヨー方向ジャイロ50b及びローリング方向ジャイロ50cにより、カメラ本体10に与えられている振れに応じた角速度が検出される(ステップS1)。検出された角速度信号は振れ検出回路911へ入力され、積分処理がなされて角度信号に変換される(ステップS2)。そして係数変換回路912において、ピッチ方向、ヨー方向及びローリング方向の振れ量(detx,dety,detz)、つまり振れ角θが求められる(ステップS3)。この振れ角θに関する情報は、制御回路913へ入力される。
また、撮影レンズ12からは、当該撮影レンズ12のレンズROM123に格納されている焦点距離fに関する情報を含むレンズプロフィールが送信される(ステップS4)。この焦点距離fを含む情報は、制御回路913に取得される(ステップS5)。なお、焦点距離fは、振れ補正時でなく、マウント部13への撮影レンズ装着時に取得するようにしても良い。
制御回路913では、前記振れ角θと焦点距離fとに基づいて、カメラ本体10に与えられている振れに対応して撮像素子30を移動させるべき距離δ1(撮像素子移動距離δ1)が、次式
撮像素子移動距離δ1=f・tanθ
により求められる(ステップS6)。なお、この撮像素子移動距離δ1は、上記説明における各方向の移動量(px、py、pz)に相当する。
一方、第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57により、撮像素子30の現在位置情報を取得するべく、各センサからの出力信号が移動量演算回路917に取得される(ステップS7)。そして、前記出力信号に基づいて、移動量演算回路917により、撮像素子30の現在位置を示す位置情報δ2が算出される(ステップS8)。なお、撮像素子30の位置情報δ2は、積分回路915における駆動パルス数の積分値を参照するようにしても良い。
制御回路913は前記位置情報δ2を受けて、サーボ制御を行う(ステップS9)。すなわち、算出した撮像素子移動距離δ1と位置情報δ2との差がゼロ(δ1−δ2=0)となるように、第1〜第3駆動装置23、24、25のパルスモータ233、243、253を駆動させるための駆動信号(drvx、drvy、drvz)を生成する(ステップS9)。この駆動信号(drvx、drvy、drvz)はドライブ回路914に入力され、該ドライブ回路914においてパルスモータ233、243、253を実際に駆動する駆動パルスが生成されるものである。
すなわち、ピッチ方向の振れ補正量に応じて、第2、第3駆動装置24、25を駆動させて移動基板22aをピッチ振れ補正移動させるピッチ振れ補正駆動と、ヨー方向の振れ補正量に応じて、第1駆動装置23のみを駆動させて移動基板22aをヨー振れ補正移動させるヨー振れ補正駆動と、第1〜第3駆動装置23、24、25全てを+駆動若しくは−駆動させ移動基板22aを回転移動させるローリング振れ補正駆動とが実行されるものである。
次に、第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57の動作と、当該デジタルカメラ1の動作モードとを関連付けた動作フローにつき、図35〜図38に基づいて説明する。ここでは、次の[1]〜[4]の動作フローを例示する。
[1]初期位置設定モード;カメラ起動時における移動基板22aの初期位置を設定する場合の動作フロー
[2]第1駆動モード;ピッチ方向及びヨー方向(第1、第2の直線方向)の2方向に振れ補正を行う場合の動作フロー
[3]第2駆動モード;ピッチ方向、ヨー方向(第1、第2の直線方向)に、ローリング方向(回転方向)の3方向に振れ補正を行う場合の動作フロー
[4]水平レベル調整モード;水平レベルのマニュアル調整を行う場合の動作フロー
以下、これら[1]〜[4]の動作フローにつき順次説明する。
[1]初期位置設定モードについて
図35は、初期位置設定モードの動作を示すフローチャートである。デジタルカメラ1の電源が投入され、カメラモードが開始されると(ステップS11)、初期位置設定のために、移動基板22aの回転中心位置に配置された第1の位置検出センサ55(以下のフローでは「PSD」と略記している)による位置検出動作が開始される(ステップS12)。すなわち、固定基板21aの所定の中心位置に対する移動基板22aの回転中心位置の相対的な位置が検出される。
上述の通り、移動基板22aの正しい初期位置に対応する第1の位置検出センサ55の原点出力値は、例えば工場出荷時等にデジタルカメラ1が有するRAM等に格納されていることから、前記原点出力値と前記ステップS12の検出動作で得られた検出出力値とが比較され、その中心位置ずれ量gが所定の許容ずれ量d1と同等以下であるか否かが確認される(ステップS13)。もし、g>d1であった場合(ステップS13でNO)、制御回路913により、ずれ量を是正する駆動信号が生成され、ドライブ回路914を介して第1〜第3駆動装置23、24、25にて移動基板22aがピッチ方向及びヨー方向に駆動される(ステップS14)。このような動作が、g≦d1となるまで(ステップS13でYES)繰り返され、移動基板22aの回転中心位置のセンタリングが行われる。
このようなセンタリングが完了したら、続いて第2の位置検出センサ57(以下のフローでは「ホールセンサ」と略記している)による位置検出動作が開始される(ステップS15)。これは、移動基板22a(撮像素子30)が水平状態(ローリング移動していない状態)になっているかを確認するためである。同様に、移動基板22aが水平状態にあるときにおける第2の位置検出センサ57の原点出力値はRAM等に格納されていることから、前記原点出力値と前記ステップS15の検出動作で得られた検出出力値とを比較することで、水平レベル確認が行われる(ステップS16)。もし、水平レベルに対してずれていることが検出された場合、(ステップS16でNO)、制御回路913により、ずれ量を是正する駆動信号が生成され、ドライブ回路914を介して第1〜第3駆動装置23、24、25にて移動基板22aがローリング方向に駆動(回転駆動)される(ステップS17)。
そして、移動基板22aが水平状態にあると確認されたならば(ステップS16でYES)、再び移動基板22aの中心位置ずれ量gが所定の許容ずれ量d2と同等以下であるか否かが確認される(ステップS18)。なお、ここでの許容ずれ量d2は、永久ループを回避するために、ステップS13で用いられた許容ずれ量d1よりも緩い(d1<d2)ものとされる。そして、g>d2であった場合(ステップS18でNO)、ステップS13に戻って同様な動作が繰り返される。
一方、g≦d2の状態となった場合(ステップS18でYES)、第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57による位置検出動作は一時的に終了され(ステップS19)、初期位置設定動作が完了する(ステップS20)。
[2]第1駆動モードについて
図36は、第1駆動モードの動作を示すフローチャートである。この動作フローは、手振れ補正スイッチ193(図20参照)が押下され、X−Y手振れ補正(ピッチ方向及びヨー方向のみの振れ補正)が選択されたとき(ステップS21でYES)に実行されるものである。
この第1駆動モードにおいては、移動基板22aの位置検出用に第1の位置検出センサ55が用いられる。従って、第1の位置検出センサ55による位置検出動作が開始される(ステップS22)。また、ピッチ方向ジャイロ50a、ヨー方向ジャイロ50b及びローリング方向ジャイロ50cからなる振れ検出部50による振れ検出動作も開始される(ステップS23)。そして、図34で詳述した手順で、ピッチ方向及びヨー方向の振れ量が求められ(ステップS24)、求められた振れ量に応じて第1〜第3駆動装置23、24、25により移動基板22aが適宜直線的にシフトされ、振れ補正動作が実行される(ステップS25)。このような振れ補正ループが、撮影完了まで(ステップS26でYES)継続される。
このように、第1駆動モードにおいては、第1の位置検出センサ55により移動基板22aの移動量を検出しつつ、第1〜第3駆動装置23、24、25により移動基板22aがピッチ方向及び/又はヨー方向に移動される。なお、この第1駆動モードにおいて、第2の位置検出センサ57の出力値を用いても良い。
撮影が完了し、手振れ補正動作が停止されると(ステップS27)、第1の位置検出センサ55を用い、図35のステップS12〜ステップS14で説明した動作と同様な方法で、移動基板22aのセンタリングが行われる(ステップS28)。また、第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57を用いて、図35のステップS15〜ステップS17で説明した動作と同様な方法で、移動基板22aの水平レベル調整が行われ(ステップS29)、処理が完了する。
[3]第2駆動モードについて
図37は、第2駆動モードの動作を示すフローチャートである。この動作フローは、手振れ補正スイッチ193(図20参照)が押下され、X−Y−θ手振れ補正(ピッチ方向、ヨー方向及びローリング方向の振れ補正)が選択されたとき(ステップS31でYES)に実行されるものである。
この第2駆動モードにおいては、移動基板22aの位置検出用に第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57の双方が用いられる。従って、第1の位置検出センサ55による位置検出動作が開始されると共に(ステップS32)、第2の位置検出センサ55による位置検出動作も開始される(ステップS33)。また、ピッチ方向ジャイロ50a、ヨー方向ジャイロ50b及びローリング方向ジャイロ50cからなる振れ検出部50による振れ検出動作も開始される(ステップS34)。そして、振れ検出部50によりピッチ方向、ヨー方向及びローリング方向の振れ量が求められ(ステップS35)、求められた振れ量に応じて第1〜第3駆動装置23、24、25により移動基板22aが適宜直線シフト及び回転シフトされ、振れ補正が実行される(ステップS36)。
ここで、振れ補正動作が開始されてから所定時間経過したか否かが確認される(ステップS37)。これは、振れ補正動作が長時間実行されると、移動基板22aの移動誤差等が累積される場合があることを見越したもので、所定時間経過している場合(ステップS37でYES)、第1の位置検出センサ55の出力値を用いて、移動基板22aの回転中心位置を所定のセンタリング位置に一致させるセンタリング調整が実行される(ステップS38)。このように、定期的に移動基板22aのセンタリングを実行させることで、移動基板22aの回転中心位置の位置ずれが蓄積されることを抑止でき、一層正確な振れ補正を行えるようになる。
なお、上記ステップS37において、振れ補正動作が開始されてからの経過時間をセンタリング実行のパラメータとする代わりに、移動基板22aの回転量が位置ずれ発生の主要因であることから、前記回転量が一定量を超過したか否かをセンタリング実行のパラメータとしても良い。
このような振れ補正ループが、撮影完了まで(ステップS39でYES)継続される。撮影が完了し、手振れ補正動作が停止されると(ステップS40)、第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57を用い、上記図36のステップS28、ステップS29と同様にして、移動基板22aのセンタリング、水平レベル調整が行われ(ステップS41)、処理が完了する。
[4]水平レベル調整モードについて
図38は、水平レベル調整モードの動作を示すフローチャートである。この動作フローは、モード設定ダイアル16(図20参照)等で、撮像素子30の水平レベルをマニュアル調整する水平レベル調整モードが選択されたとき(ステップS51でYES)に実行されるものである。
かかる水平レベル調整モードは、例えば当該デジタルカメラ1を三脚に固定して撮影するような場合に、外部表示部182に格子状のラインを表示させ、その水平ラインに対して直線輪郭が強調される被写体(水平線やビルディング等)が傾いているようなときに、水平レベルを前記被写体に合わせて微調整するモードである。すなわち、被写体に傾きが認められる場合に、移動基板22a(撮像素子30)を回転移動させて、水平レベルをマッチングさせるモードである。ここでは、方向選択キー192の右ボタン又は左ボタンを押下することで、右方向(時計回り方向)又は左方向(反時計回り方向)に移動基板22aが回動されるよう構成されているものとする。
この水平レベル調整モードにおいては、第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57の双方を用い、移動基板22aの回転中心位置を監視しながら、移動基板22aが回転移動される。従って、第1の位置検出センサ55による位置検出動作が開始されると共に(ステップS52)、第2の位置検出センサ55による位置検出動作も開始される(ステップS53)。
この状態で、方向選択キー192の右ボタンが押下された場合(ステップS54でYES)、第1〜第3駆動装置23、24、25により移動基板22aが右方向(時計回り方向)に所定量回転移動される(ステップS55)。一方、右ボタンが押下されず(ステップS54でNO)、右ボタンが押下された場合(ステップS56でYES)、第1〜第3駆動装置23、24、25により移動基板22aが左方向(反時計回り方向)に所定量回転移動される(ステップS57)。
次に、第1の位置検出センサ55により、移動基板22aの回転中心位置の位置ずれが検出される。そして、その中心位置ずれ量gが所定の許容ずれ量dと同等以下であるか否かが確認される(ステップS58)。もし、回転中心位置が所定量以上ずれていることが検出された場合(g>dのとき。ステップS58でYES)、第1の位置検出センサ55の出力値を用いて、移動基板22aの回転中心位置を所定のセンタリング位置に一致させるセンタリング調整が実行される(ステップS59)。このように、ずれ量に応じて移動基板22aのセンタリングを実行させることで、移動基板22aの回転中心位置の位置ずれが蓄積されることを抑止できる。
これに続いて、方向選択キー192による水平レベル調整が完了(オフ)されたか否かが確認され、水平レベル調整が継続される場合は(ステップS60でNO)、ステップS54に戻って処理が継続される。一方、水平レベル調整が完了した場合は(ステップS60でYES)、移動基板22aの回転移動が停止される(ステップS61)。このような動作が、撮影完了(ステップS62でYES)まで繰り返される。すなわち、撮影完了でない場合は(ステップS62でNO)、ステップS54に戻って処理が継続されるものである。
以上、デジタルカメラ1の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記構成において、第1〜第3駆動装置23、24、25を固定基板21aに搭載した例を説明したが、移動基板22a側に搭載するようにしても良い。また、第1〜第3駆動装置23、24、25として、圧電素子と駆動軸を用いた、いわゆるスムースインパクト型圧電アクチュエータを用いても良い。さらに、2軸方向に揺動力を付加し得るよう配置されたムービングコイルを用いたアクチュエータ、小型電動モータとギア機構若しくはボールネジ機構等を組み合わせたアクチュエータ、圧力機構を用いたアクチュエータなどを、撮像素子30の側辺部位に配置する構成を採用することが可能である。また、第1の位置検出センサ55及び第2の位置検出センサ57についても特に制限はなく、各種の光学式、電気式の位置検出センサを適用することができる。また、第2の位置検出センサ57の検出範囲は、移動基板22aの回転範囲に応じて設定すれば良い。