JP2007017801A - 撮像光学系の手ぶれ補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 省スペース化及び軽量化され、消費電力が低減されて応答速度が向上した撮像光学系の手ぶれ補正装置を提供する。
【解決手段】 撮像光学系の手ぶれ補正装置は、撮像光学系の手ぶれ量を検出する角速度センサ１０と、撮影レンズ９の光路中に配置された偏光板１１と、互いに対向する一対の透明電極１・２と一対の透明電極１・２により挟持された液晶１６とを有して被写体光６を偏向させることにより撮影レンズ９への被写体光６の入射角を調節する液晶プリズムアレイ４と、角速度センサ１０により得られた手ぶれ量に応じた駆動電圧を透明電極１・２に印加する液晶ドライバ１７とを備え、透明電極２の内面を断面鋸歯状に形成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は撮像光学系の手振れ補正装置に関し、特に光学的異方性媒体、例えば液晶セルの複屈折を利用し、光線の傾きを電気的に変化させてカメラの手振れによる像の劣化を補正する撮像光学系の手振れ補正装置に関する。

従来、カメラの撮影時に発生する手振れによる画像の劣化を防止する装置が種々提案されている。これらの装置は、手振れ振動を検出するために、光学的な補正を施したり、機械的な振動センサを用いて手振れを補正している。

例えば、前後に配置した２枚の板ガラスの間に高屈折率液体を封入し、特殊フィルムで伸縮自在にした蛇腹部で構成されたバリアングルプリズムが開発されており、このバリアングルプリズムを撮影レンズの前に配置して、振れを防止する技術も知られている。このバリアングルプリズムは、可動部材を介して屈折率を可変にしているため、装置が大型化してしまうことや、屈折率変化の応答の遅れが比較的大きいことなどの課題があった。

この課題を解決するため、機械的補正機構が不要なカメラの手振れ補正装置が提案されている。この手振れ補正装置は、二枚の透明電極間に液晶等の光学的異方性媒体を挟持したプリズム型の電気的偏向手段により、カメラの手振れを補正する（例えば特許文献１及び特許文献２を参照）。

図１１は、従来の手振れ補正装置を搭載したカメラ７０の構成を模式的に示す斜視図である。カメラ７０の本体３１には撮影レンズ９が装着される。この撮影レンズ９の光軸方向をＺ軸とし、このＺ軸を通りＺ軸と直交する左右方向をＸ軸とし、Ｚ軸を通り直交する上下方向をＹ軸とする。また、上記各軸回りの回転角成分をθＺ（図示せず）、θＸ、θＹとする。ぶれ検出のための手段として適用された角速度センサ１０・１０Ａは、それぞれ回転角θＸ・θＹを検出する。この回転角θＸはＹ軸とＺ軸とにより形成されるＹ−Ｚ平面における像の移動に対応し、回転角θＹはＸ軸とＺ軸とで形成されるＸ−Ｚ平面における像の移動に対応する。撮影レンズ９の前側には、Ｘ軸回りの手ぶれ及びＹ軸回りの手ぶれをそれぞれ補正するための液晶プリズム９６・９７が設けられる。

図１２は、図１１のカメラ７０の本体３１が回転角θＸだけぶれた場合の像のＹ−Ｚ平面上での移動状態を示した図である。カメラ７０の本体３１が回転角θＸだけぶれると、撮影レンズ９は位置９２から位置９３まで原点９４の回りに回転移動する。このため、このぶれを補正しない状態では、原点９４上の被写体の像は、回転角θＸ傾いた結像面Ｃ−Ｄ上の位置９５に移動する。

ここで上記撮影レンズ９の焦点距離をｆとし、その焦点から被写体までの距離をＬ１とし、焦点から像位置までの距離をＬ２とし、また、像位置の移動量をΔＸとすると、上記像の移動量ΔＸは（数１）の関係式のように表される。ここで、βは撮影倍率である。

上記数１の関係式に於ける値の焦点距離ｆは、撮影レンズ情報として得ることができ、撮影倍率βを与える距離Ｌ１は図示されない測距装置からのＡＦ（オートフォーカス）情報から得ることができる。また、値θＸは、ぶれ検出手段としての角速度センサ１０により検出することができるので、実質的に移動量ΔＸが求められる。同様にして、カメラ７０の本体３１が回転角θＹだけ振れた場合の像のＸ−Ｚ平面上で移動量ΔＹは、（数２）の関係式のようにして求めることができる。

このようなＸ軸回り及びＹ軸回りの手ぶれを相殺する方向に撮影レンズ９への入射光線の傾きをそれぞれ調節する液晶プリズム９６・９７を設けることにより、手振れを補正することができる。

図１３は、従来のカメラ７０の構成を模式的に示すブロック図である。ＣＰＵ２０には、レリーズスイッチ２１と、シャッタ先幕制御用マグネット２２と、シャッタ後幕制御用マグネット２３と、フィルム感度ＳＶ、シャッタスピードＴＶ、絞り値ＡＶ等の情報入力部２４とが、それぞれ接続されている。角速度センサ１０・１０Ａ及び測光回路２５は、アナログ入力選択回路２６に接続されている。さらに、このアナログ入力選択回路２６は、Ａ／Ｄ変換回路２７を介して上記ＣＰＵ２０に接続されている。

この他、上記ＣＰＵ２０には、フィルム巻上げ、巻戻しをするためのモータ２８の駆動を制御するモータ駆動回路２９と、フィルム速度、シャッタスピード等の露出情報を表示するための表示部３０とが接続されている。また、図１１及び図１２を参照して説明したように、Ｘ軸回りの手ぶれを相殺する方向に撮影レンズ９への入射光線の傾きを調節する液晶プリズム９６と、Ｙ軸回りの手ぶれを相殺する方向に撮影レンズ９への入射光線の傾きを調節する液晶プリズム９７とが設けられ、この液晶プリズム９６を駆動するための液晶ドライバ１７と、液晶プリズム９７を駆動するための液晶ドライバ１８とがＣＰＵ２０に接続されている。

図１４は、液晶プリズム９６の構成を示す斜視図である。液晶９８は、所定角度をもって傾けて対向配置した２枚の板状の透明電極８１・８２及びスペーサ８３・８４により囲まれて、断面楔型状に形成される。透明電極８１・８２に電圧を印加するための電極端子８５が設けられる。

液晶プリズム９７の構成は、液晶プリズム９６の構成と同一であるため、その説明は省略する。

図１５は、頂角α、屈折率ｎを有する楔形プリズムの入射光線のふれ角δの状態を表した図である。楔型プリズムに入射した光線は、楔型プリズムにより偏向されて出射される。ここで、楔型プリズムは、入射光線に対して射出光線に偏角δを与えるが、この偏角δは、図１５に示すように楔型プリズムの頂角α、楔型プリズムの屈折率ｎとすると、（数３）の関係で表すことができる。

このように構成されたカメラ７０においては、角速度センサ１０が検出したカメラ７０の手ぶれ量に基づいて、液晶ドライバ１７が液晶プリズム９６の透明電極８１・８２に電圧を印加すると、液晶９８の屈折率ｎが変化して液晶プリズム９６からの射出光線の偏角δが変化する。このため、撮影レンズ９への入射光線の傾きを、Ｘ軸回りの手ぶれを相殺する方向に調節することができる。Ｙ軸回りの手ぶれについても、角速度センサ１０Ａ、液晶ドライバ１８及び液晶プリズム９７により、同様にして調節することができる。
特許第３１５４８３９号明細書（平成６年５月２７日公開） 特開平３−１０７９３１号公報（平成３年（１９９１年）５月８日公開）

しかしながら、上記従来の構成では、液晶プリズム９６の液晶９８が断面楔型状であるため、プリズムの頂角側（スペーサ８３側）から底辺側（スペーサ８４側）に至るに従って液晶９８の幅が広くなる。このため、液晶プリズム素子全体の幅が広がってサイズが大きくなり、手ぶれ補正装置のサイズ及び重量が大きくなるという問題がある。

また、液晶９８の幅が、このように広くなると、透明電極８１・８２間の電極間距離が、プリズムの頂角側から底辺側に至るに従って大きくなる。このため、液晶の配向変化における電極間距離と臨界電圧、及び、応答速度の関係により、より大きな印加電圧が必要になるとともに、液晶９８の屈折率をプリズムの頂角側から底辺側に渡って均一に制御することが困難になるという問題が生じる。

以下、液晶の配向変化における電極間距離ｄと臨界電圧Ｖ_ｔｈ、及び、応答時間の関係を説明する。液晶が配向変化を起こす臨界電界（Ｅ_ｔｈ）と臨界電圧（Ｖ_ｔｈ）との関係を（数４）に示す。

ここで、
Ｖ_ｔｈ；臨界電圧、
ｄ；電極間距離、
Ｅ_ｔｈ；臨界電界、
Ｋ_ｉ；液晶の弾性定数、
ε_０；真空の誘電率、
Δε；液晶分子の誘電異方性である。

また、電界印加によるネマチック液晶の配向変化における応答時間の関係式を（数５）、（数６）に示す。

ここで、
τ_ｒ；電界印加によるネマチック液晶の立ち上がり応答時間であり、通常、光の透過量が初期状態の１０％になった時から９０％に増大した時までの時間である。
τ_ｄ；電界印加によるネマチック液晶の立ち下り応答時間であり、通常、光の透過量が初期状態の９０％になった時から１０％に減少した時までの時間である。

また、
ｄ；電極間距離、
η_ｉ；粘性率、
ε_０；真空の誘電率、
Δε；液晶分子の誘電異方性、
Ｖ；印加電圧、
Ｋ_ｉ；液晶の弾性定数である。

上記（数４）〜（数６）の関係式に示すように、電極間距離ｄは、臨界電圧Ｖ_ｔｈの大きさ、及び、配向変化の立ち上がり応答時間τ_ｒと立ち下がり応答時間τ_ｄとの速さに大きく影響する。

つまり、（数４）に示すように、液晶の配向変化に必要な臨界電圧Ｖ_ｔｈは、電極間距離ｄに比例して大きくなる。即ち、液晶を楔型に構成すると、プリズムの頂角側から底辺側に至るに従って大きな印加電圧を必要とする。このため、印加電圧が大きくなり消費電力が増大するという問題が生じる。また、液晶の屈折率をプリズムの頂角側から底辺側に渡って一様に制御することが困難であるという問題が生じる。

複数種類の電極間距離に対応させた複数の電極を設ければ、プリズムの頂角側から底辺側に渡って液晶の配向を一様に制御できるが、印加電圧の制御が複雑化するという課題が生じる。

また、（数５）及び（数６）に示すように、液晶の配向変化の立ち上がり応答時間τ_ｒ及び立ち下がり応答時間τ_ｄは、電極間距離ｄの二乗に比例して長くなり、プリズムの頂角側から底辺側に至るに従って、配向変化するために多くの時間を必要とする。即ち、プリズムの頂角側から底辺側に至るに従って、手ぶれ補正の応答速度が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、省スペース化及び軽量化され、消費電力が低減されて応答速度が向上した撮像光学系の手ぶれ補正装置を提供することにある。

本発明の撮像光学系の手ぶれ補正装置は、上記課題を解決するために、撮像光学系の手ぶれ量を検出する手ぶれ検出手段と、撮影レンズの光路中に配置された偏光フィルタと、互いに対向する一対の透明電極と前記一対の透明電極により挟持された光学的異方性媒体とを有して被写体光を偏向させることにより前記撮影レンズへの前記被写体光の入射角を調節する電気的偏向手段と、前記手ぶれ検出手段により得られた手ぶれ量に応じた駆動電圧を前記透明電極に印加する駆動電圧印加手段とを備え、前記透明電極の一方の内面を断面鋸歯状に形成したことを特徴とする。

上記の構成によれば、被写体光を偏向させて撮影レンズへの入射角を調節するための光学的異方性媒体を挟持する透明電極の一方の内面が断面鋸歯状に形成される。このため、従来のプリズム型の光学的異方性媒体の構成よりも光学的異方性媒体の幅を狭くすることができる。すなわち、プリズムの頂角側から底辺側に至るに従って幅が単調に増大するプリズム型の光学的異方性媒体の断面を、鋸歯状に形成することにより、その幅が増大と減少とを繰り返す形状に構成することができる。このため、電気的偏向手段全体の幅を狭めて薄型化することができ、手ぶれ補正装置の省スペース化及び軽量化が可能になる。

また、光学的異方性媒体の幅を狭くすることができるため、透明電極間の距離が短くなる。このため、透明電極への印加電圧が小さくて済む。従って、消費電力を低減することができる。

さらに、透明電極の一方の内面を断面鋸歯状に形成したので、光学的異方性媒体の断面が鋸歯状に形成されて、その幅が増大と減少とを繰り返す形状に構成される。よって、プリズムの頂角側から底辺側に至るに従って幅が単調に増大するプリズム型の光学的異方性媒体による従来の構成よりも、透明電極間の距離を一様に構成できる。このため、光学的異方性媒体の屈折率を均一に制御することができる。

さらに、透明電極間の距離が短くなるので、光学的異方性媒体の屈折率変化の応答速度を向上させることができる。

また、本発明の撮像光学系の手ぶれ補正装置では、前記一対の透明電極は、板状に形成されて互いに平行に配置されていることが好ましい。

この構成によれば、電気的偏向手段全体の幅を、より一層狭めて薄型化することができ、手ぶれ補正装置のより一層の省スペース化及び軽量化が可能になる。

また、本発明の撮像光学系の手ぶれ補正装置では、前記透明電極の一方の内面における断面鋸歯状の形成面は、前記透明電極の他方に対して傾斜する傾斜面と、前記透明電極の他方に対して略垂直な垂直面とを有することが好ましい。

この構成によれば、被写体光を効率的に一様な方向に偏向させることができる。

本発明の他の撮像光学系の手ぶれ補正装置は、上記課題を解決するために、撮像光学系の手ぶれ量を検出する手ぶれ検出手段と、互いに対向する一対の第１透明電極と前記一対の第１透明電極により挟持された第１光学的異方性媒体とを有して被写体光を偏向させる第１電気的偏向手段と、互いに対向する一対の第２透明電極と前記一対の第２透明電極により挟持された第２光学的異方性媒体とを有して、前記第１電気的偏向手段により偏向された被写体光をさらに偏向させる第２電気的偏向手段と、前記手ぶれ検出手段により得られた手ぶれ量に応じた駆動電圧を前記第１透明電極及び第２透明電極に印加する駆動電圧印加手段とを備え、前記撮像光学系の光軸方向から見て、前記第２光学的異方性媒体の光軸が前記第１光学的異方性媒体の光軸に直交するように前記第２光学的異方性媒体を配置ており、前記一対の第１透明電極の内面の一方と前記一対の第２透明電極の内面の一方との少なくとも１つを、断面鋸歯状に形成したことを特徴とする。

上記の構成によれば、第１光学的異方性媒体を挟持する一対の第１透明電極の一方と、第２光学的異方性媒体を挟持する一対の第２透明電極の一方との少なくとも１つの内面が、断面鋸歯状に形成される。このため、従来のプリズム型の光学的異方性媒体の構成よりも第１光学的異方性媒体及び／または第２光学的異方性媒体の幅を狭くすることができる。すなわち、プリズムの頂角側から底辺側に至るに従って幅が単調に増大するプリズム型の光学的異方性媒体の断面を、鋸歯状に形成することにより、その幅が増大と減少とを繰り返す形状に構成することができる。このため、第１電気的偏向手段及び／または第２電気的偏向手段全体の幅を狭めて薄型化することができ、手ぶれ補正装置の省スペース化及び軽量化が可能になる。

また、第１光学的異方性媒体及び／または第２光学的異方性媒体の幅を狭くすることができるため、透明電極間の距離が短くなる。このため、透明電極への印加電圧が小さくて済む。従って、消費電力を低減することができる。

さらに、前記一対の第１透明電極の一方と前記一対の第２透明電極の一方との少なくとも１つの内面を断面鋸歯状に形成したので、第１及び／または第２光学的異方性媒体の断面が鋸歯状に形成されて、その幅が増大と減少とを繰り返す形状に構成される。よって、プリズムの頂角側から底辺側に至るに従って幅が単調に増大するプリズム型の光学的異方性媒体による従来の構成よりも、第１及び／または第２透明電極間の距離を一様に構成できる。このため、第１及び／または第２光学的異方性媒体の屈折率を均一に制御することができる。

さらに、透明電極間の距離が短くなるので、第１及び／または第２光学的異方性媒体の屈折率変化の応答速度を向上させることができる。

また、本発明の他の撮像光学系の手ぶれ補正装置では、前記一対の第１透明電極と前記一対の第２透明電極との少なくとも一方は、板状に形成されて互いに平行に配置されていることが好ましい。

この構成によれば、第１及び／または第２電気的偏向手段全体の幅を、より一層狭めて薄型化することができ、手ぶれ補正装置のより一層の省スペース化及び軽量化が可能になる。

また、本発明の他の撮像光学系の手ぶれ補正装置では、前記一対の第１透明電極の一方と前記一対の第２透明電極の一方との少なくとも１つの断面鋸歯状の形成面は、互いに対向する前記第１透明電極または第２透明電極に対して傾斜する傾斜面と、互いに対向する前記第１透明電極または第２透明電極に対して略垂直な垂直面とを有することが好ましい。

この構成によれば、被写体光を効率的に一様な方向に偏向させることができる。

本発明の撮像光学系の手ぶれ補正装置によれば、光学的異方性媒体を挟持する透明電極の一方の内面を断面鋸歯状に形成したので、省スペース化及び軽量化され、消費電力が低減されて応答速度が向上した撮像光学系の手ぶれ補正装置を提供するという効果を奏する。

本発明の他の撮像光学系の手ぶれ補正装置によれば、第１光学的異方性媒体を挟持する第１透明電極の一方と第２光学的異方性媒体を挟持する第２透明電極の一方との少なくとも１つの内面を、断面鋸歯状に形成したので、省スペース化及び軽量化され、消費電力が低減されて応答速度が向上した撮像光学系の手ぶれ補正装置を提供するという効果を奏する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１のカメラ１５０の構成を模式的に示す斜視図である。背景技術及び発明が解決しようとする課題の欄において前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付しており、それらの詳細な説明は省略することがある。後述する図面も同様である。

カメラ１５０の本体３１には撮影レンズ９が装着される。この撮影レンズ９の光軸方向をＺ軸とし、このＺ軸を通りＺ軸と直交する左右方向をＸ軸とし、Ｚ軸を通り直交する上下方向をＹ軸とする。また、上記各軸回りの回転角成分をθＺ（図示せず）、θＸ、θＹとする。ぶれ検出のための手段として適用された角速度センサ１０・１０Ａは、それぞれ回転角θＸ・θＹを検出する。この回転角θＸはＹ軸とＺ軸とにより形成されるＹ−Ｚ平面における像の移動に対応し、回転角θＹはＸ軸とＺ軸とで形成されるＸ−Ｚ平面における像の移動に対応する。

実施の形態１においては、撮影レンズ９の前側に、Ｘ軸回りの手ぶれ及びＹ軸回りの手ぶれをそれぞれ補正するための２個の液晶プリズムアレイ４を設けた。

図２はカメラ１５０の構成を模式的に示すブロック図である。ＣＰＵ２０には、レリーズスイッチ２１と、シャッタ先幕制御用マグネット２２と、シャッタ後幕制御用マグネット２３と、フィルム感度ＳＶ、シャッタスピードＴＶ、絞り値ＡＶ等の情報入力部２４とが、それぞれ接続されている。角速度センサ１０・１０Ａ及び測光回路２５は、アナログ入力選択回路２６に接続されている。さらに、このアナログ入力選択回路２６は、Ａ／Ｄ変換回路２７を介して上記ＣＰＵ２０に接続されている。

この他、上記ＣＰＵ２０には、フィルム巻上げ、巻戻しをするためのモータ２８の駆動を制御するモータ駆動回路２９と、フィルム速度、シャッタスピード等の露出情報を表示するための表示部３０とが接続されている。

また、Ｘ軸回りの手ぶれを相殺する方向に撮影レンズ９への入射光線の傾きを調節する液晶プリズムアレイ４を駆動するための液晶ドライバ１７と、Ｙ軸回りの手ぶれを相殺する方向に撮影レンズ９への入射光線の傾きを調節する液晶プリズムアレイ４を駆動するための液晶ドライバ１８とがＣＰＵ２０に接続されている。

図３は、カメラ１５０に設けられた撮像光学系の手ぶれ補正装置を説明するための模式図である。Ｘ軸回りの手ぶれを相殺するための液晶プリズムアレイ４が、撮影レンズ９の前側に配置されている。説明を簡潔にするために、Ｙ軸回りの手ぶれを相殺するための液晶プリズムアレイ４は、省略して示している。液晶プリズムアレイ４の前側には偏光板１１が配置されている。撮影レンズ９の光路上の後方には、受光素子３２が配置されている。また、図示しない主ミラー、及び、スクリーン、ペンタプリズム、接眼レンズ等が配置されている。

図４（ａ）は液晶プリズムアレイ４の構成を示す斜視図であり、図４（ｂ）は液晶プリズムアレイ４の透明電極２の内面に形成されたブレーズ形状を示す一部拡大断面図である。液晶プリズムアレイ４は、液晶１６を利用したプリズムアレイであり、本発明の電気的偏向手段として機能する。液晶プリズムアレイ４には、互いに対向して平行に配置された一対の板状の透明電極１・２を備える。透明電極１・２の間には、スペーサ３３・３４が設けられ、透明電極１・２並びにスペーサ３３・３４によって液晶１６が挟持される。

透明電極１は、板状ガラス基板３５を有する。透明電極２は、板状のガラス基板３６を有する。このガラス基板３６の液晶１６側の内面は、断面鋸歯状（ブレーズ形状）に形成されており、ガラス基板３５に対して傾斜する傾斜面１４と、ガラス基板３５に対して略垂直な垂直面１５とによりブレーズ形状が形成されている。

ブレーズ形状のピッチｐを小さくするほど、高さｈも小さくなって液晶プリズムアレイ４を薄くすることができ、電圧印加に対する液晶１６の反応性が向上するため好ましい。一方、ブレーズ形状のピッチｐを可視光では４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度である入射光の波長よりも小さくすると、液晶プリズムアレイ４がプリズムとして機能しなくなると考えられる。従って、ブレーズ形状のピッチｐは４００ｎｍ以上であることが好ましい。

ピッチｐは、最低２つのブレーズをガラス基板３６が有しなければ、従来の楔型プリズムと同じ構成になってしまうという観点から、ガラス基板３６の高さ方向（垂直面１５に対して垂直な方向）の寸法の１／２よりも小さくすることが好ましい。

頂角γについては、手振れ補正に必要な偏角δ＝±０．３°（一般的な手振れ角は±０．２５°程度である）を得る観点から、本願明細書において前述した、
δ≒（ｎ−１）α …（数３）、
に基づいて偏角δを算出すると、屈折率ｎ＝１．５とした場合、偏角δ＝０．３°を（数３）に代入すると、α≒１．２°となる。従って、ブレーズが直角三角形であるとした場合、頂角γは、γ＝９０°−α＝８８．８°となり、この得られた角度γが上限となる。すなわち、ブレーズ形状の頂角γは、８８．８°以下であることが好ましい。頂角γは、小さくするほど偏角量が増加して、補正量のマージンが得られるので好ましい。頂角γの下限は、ガラス基板３６を加工するガラス加工の精度によって定まる。

ガラス基板３５・３６は、無アルカリの白板フロートにより構成される。ガラス基板３５・３６の表面にはＳｉＯ₂等の無機酸化物がコーティングされている。ガラス基板３５・３６の液晶１６側の内面には、ガラス基板３５・３６を３００〜５００℃程度に加熱してコーティングした酸化インジウム等の透明導電膜３７・３８がそれぞれ形成されている。

透明導電膜３７・３８の上には、液晶１６の特定配向状態を実現するための配向膜が形成されている。水平配向膜としては、ＳｉＯ₂等の無機薄膜やＰＵＡ等の有機配向膜を形成後、ラビング処理する方法が一般的である。垂直配向膜としては、ガラス基板の透明導電膜３７・３８上にポリシロキサン等の有機配向膜を被着して液晶分子を垂直方向に配向させる方法が一般的である。液晶プリズムアレイ４には、透明電極１・２に電圧を印加するための電極端子３９が設けられている。

液晶プリズムアレイ４に使用される液晶１６は、例えばＨＢＢＡ（ｐ−ｈｅｘｏｘｙｂｅｎｚｙｌｉｄｅｎｅ−ｐ−ｎ−ｂｕｔｙｌａｎｉｌｉｎｅ）に代表されるシッフ塩基系の液晶を用いたネマチック液晶により構成される。

このように構成された手ぶれ補正装置の動作を説明する。図５（ａ）は電圧無印加時における液晶プリズムアレイ４の液晶１６の配向方向を示した一部拡大断面図であり、図５（ｂ）は電圧印加時における液晶プリズムアレイ４の液晶１６の配向方向を示した一部拡大断面図である。

光学的異方性媒体である液晶は、光学的１軸性結晶と同様な屈折率異方性に基づく複屈折性を示す。液晶においては、液晶分子の配列方向が光軸に相当する。液晶への入射光線は、液晶分子の配列方向に垂直な方向に偏向する常光線と、液晶分子の配列方向に平行な方向に偏向する異常光線とを含む。液晶分子の傾き角θが０度の場合、常光線は常屈折率ｎｏを受け、異常光線は異常屈折率ｎｅを受ける。常光線が受ける屈折率は、液晶分子の傾き角θが変化しても、常屈折率ｎｏで変化しないが、異常光線が受ける屈折率ｎｅｘは、液晶分子の傾き角θが変化すると、ｎｏ≦ｎｅｘ≦ｎｅの範囲で変化する。上記液晶分子の傾き角θは、液晶に印加する電圧により制御できるので、液晶印加電圧を変化させて異常光線の屈折率ｎｅｘを制御することにより、液晶プリズムアレイ４から出射する光線の傾きを制御することができる。

前述したＨＢＢＡに代表されるシッフ塩基系の液晶を用いたネマチック液晶化合物は、常屈折率ｎｏと異常屈折率ｎｅとの差を表す複屈折率Δｎが０．２４と比較的大きいので、異常光線が受ける屈折率ｎｅｘの変化し得る範囲が広くなり、液晶プリズムアレイ４から出射する光線の傾きを容易に制御できるため好ましい。

図５（ａ）を参照すると、電圧が印加されておらず、液晶１６の配向方向４０が透明電極１に平行な方向になっている液晶プリズムアレイ４に光を入射させると、常光線及び異常光線共に、常屈折率ｎｏを受ける。

一方、図５（ｂ）に示すように、透明電極１・２に液晶ドライバ１７から電圧を印加すると、電圧の大きさに応じて液晶１６の配向方向４０の傾き角θが変化する。このため、常光線に対する屈折率は変化しないが、異常光線に対する屈折率ｎｅｘは印加電圧の大きさに応じて、ｎｏ≦ｎｅｘ≦ｎｅの範囲で変化することになる。

図６（ａ）は液晶プリズムアレイ４に入射して屈折する被写体光６を説明するための模式図であり、図６（ｂ）は偏光板１１を介して液晶プリズムアレイ４に入射して屈折する被写体光６を説明するための模式図である。

透明電極１・２に電圧が印加された液晶プリズムアレイ４に被写体光６が入射すると、被写体光６は、常屈折率ｎｏを受けた常光線８と屈折率ｎｅｘを受けた異常光線７とに分離して撮影レンズ９（図３）に入射する。このため、常光線８と異常光線７とにより像が２重に結像してしまう。

そこで、図６（ｂ）に示すように、常光線８をカットして異常光線７を通す偏光板１１を液晶プリズムアレイ４の前に配置する。偏光板１１が常光線８をカットして異常光線７を通すので、異常光線７に対応する１つの像のみを結像することができる。

図７は、液晶プリズムアレイの他の構成を示す斜視図である。図３〜図６において、液晶プリズムアレイ４を設けてＸ軸回りの手ぶれを補正するための構成を説明したが、図７に示すように、液晶プリズムアレイ４の液晶１６の配向方向と同じ方向に液晶を配向させて、且つ、光軸方向から見て、その鋸歯の頂角の稜線が、液晶プリズムアレイ４の鋸歯の頂角の稜線と直交する液晶プリズムアレイ４ａを、液晶プリズムアレイ４と撮影レンズ９（図３）との間（または液晶プリズムアレイ４と偏光板１１（図３）との間）に追加して配置すると、液晶プリズムアレイ４ａによりＹ軸回りの手ぶれを補正することができ、簡単に２軸方向の手ぶれを補正することが可能になる。偏向板を通って入射する入射光はある一定の方向の偏向成分のみを有する。この偏向成分を有する入射光に対して、異常屈折率により手振れによる移動量を補正する。Ｘ軸に垂直なＹ軸回りの手ぶれを補正するためには、その液晶１６の配向方向が液晶プリズムアレイ４の液晶１６の配向方向と同じ方向であり、その鋸歯の頂角の稜線が、Ｘ軸回りの手ぶれを補正する液晶プリズムアレイ４の鋸歯の頂角の稜線に直交する液晶プリズムアレイ４ａを設ければよい。

図８は、手ぶれ補正装置の動作を示すフローチャートであり、レリーズ以後における手ぶれの補正の動作を説明する。尚、ここでは主に手ぶれ補正に関する動作を説明するものとし、露出制御等の細部については省略する。

先ず、レリーズされたか否かが判定される（Ｓ１）。ここで、レリーズされると、図２に示されるアナログ入力選択回路２６により、角速度センサ１０・１０Ａが選択されて入力される（Ｓ２）。そして、Ａ／Ｄ変換回路２７によりＡ／Ｄ変換された後（Ｓ３）、Ｘ軸回りの角速度ＷＸとＹ軸回りの角速度ＷＹとにより、手ぶれによるＸ軸回りの手ぶれ角θＸ（ｉ）とＹ軸回りの手ぶれ角θＹ（ｉ）とが、下記の（式１）及び（式２）の関係式によって求められる（Ｓ４）。

θＸ（ｉ＋１）＝θＸ（ｉ）＋ＷＸ …（式１）、
θＹ（ｉ＋１）＝θＹ（ｉ）＋ＷＹ …（式２）、
次に、上記（式１）及び（式２）の関係式によって求められた手ぶれ角θＸ・θＹを補正するために必要な２個の液晶プリズムアレイ４の偏向角を得るための２個の液晶プリズムアレイ４への印加電圧がそれぞれ演算される（Ｓ５）。

次いで、カメラの手ぶれを相殺すべく、液晶ドライバ１７によりＸ軸用の液晶プリズムアレイ４に電圧を印加して液晶を駆動し、液晶ドライバ１８によりＹ軸用の液晶プリズムアレイ４に電圧を印加して液晶を駆動する（Ｓ６）。

すると、Ｘ軸用の液晶プリズムアレイ４及びＹ軸用の液晶プリズムアレイ４により偏向された被写体光は、撮影レンズ９を通り、受光素子３２に到達する。または、図示しない主ミラー、スクリーン、ペンタプリズム及び接眼レンズを介して撮影者の目で観察される。

その後、露出が終了されたか否かが判定され（Ｓ７）、露出が終了されれば（Ｓ７においてＹＥＳ）、上述した補正動作が終了する。露出が終了しなければ（Ｓ７においてＮＯ）、ステップＳ２に戻る。

尚、上記（式１）及び（式２）の関係式で求められる手振れ角θＸ・θＹから液晶印加電圧を求めるには、式を用いてもよいし、予めＲＯＭ（リードオンリメモリ）にストアされたテーブル表を参照して求めてよい。

このように、ブレーズ形状に内面を形成した透明電極２と平板の透明電極１とにより液晶１６を挟持させたプリズムアレイ型の電気的偏向手段（液晶プリズムアレイ４）を用いると、液晶１６の幅を狭くすることができる。このため、電気的偏向手段全体の幅を狭めて薄型化することができ、手ぶれ補正装置の省スペース化及び軽量化が可能になる。

また、液晶１６の幅を狭くすることができるため、透明電極１・２間の距離が短くなる。このため、光線の進行方向を補正する電気的偏向手段の液晶の屈折率を制御するための透明電極１・２への印加電圧が小さくて済む。従って、消費電力を低減することができる。

また、透明電極２の内面をブレーズ形状に形成したので、透明電極１・２間の距離を略一様に構成できる。このため、液晶１６の屈折率を均一に制御することができる。

また、ブレーズ形状に形成することにより、液晶分子を挟持する透明電極１・２間の間隔を狭く維持することができ、透明電極１・２の面内での電極間隔を比較的均一に構成することが可能となるため、液晶分子の均一な配向制御が容易に行え、これによって、従来の楔型プリズムと比較した場合、本実施の形態のブレーズ型の構成の方が単位面積当たりの光量を均一化する効果を比較的容易に得ることができる。

一方、特許文献１（特許第３１５４８３９号明細書）の楔型の構成では、電極間隔ｄは頂角から底辺側（頂角と対向する平面側）へと漸次増加するため、頂角から底辺側に至るまでの位置に応じて液晶分子の配向制御（配向角度）にバラツキが生じ、その結果、頂角から底辺側に至るまでの位置に応じて、撮像画像光の手振れの補正方向、及び撮像画像光の光量にバラツキが生じてしまう。また、上記特許文献１の実施例２では、電極をいくつかの領域に分割し、各領域ごとに、対応した印加電圧を制御する方法が記載されており、この方法を用いると、液晶配向の均一な制御は可能となるが、各印加電圧の制御が必要となり、また、これを制御するシステムが必要となって構成が複雑になる。

また、透明電極１・２間の距離が短くなるので、液晶１６の屈折率変化の応答速度を向上させて、液晶１６の屈折率を素早く制御することができる。

なお、液晶プリズムアレイ４の前側に偏光板１１を配置した例を示したが、偏光板１１は、液晶プリズムアレイ４と撮影レンズ９との間に配置してもよい。

（実施の形態２）
図９は、実施の形態２の撮像光学系の手ぶれ補正装置を説明するための模式図である。実施の形態２では、実施の形態１において前述した液晶プリズムアレイ４の後側に液晶プリズムアレイ５を直列に配置して液晶プリズムアレイユニット１９を構成する。液晶プリズムアレイユニット１９の後方に撮影レンズ９が配置され、撮影レンズ９の後方に受光素子３２が配置されている。

液晶プリズムアレイ５は、液晶分子の配列方向を除いて、液晶プリズムアレイ４と同一の構成を有している。液晶プリズムアレイ４の液晶分子の配列方向（光軸）は図９において紙面に平行な方向であり、液晶プリズムアレイ５の液晶分子の配列方向（光軸）は紙面に垂直な方向である。このように、撮影レンズ９の光軸方向から見て、液晶プリズムアレイ５の液晶分子の配列方向が液晶プリズムアレイ４の液晶分子の配列方向に直交するように液晶プリズムアレイ５を構成している。

図１０（ａ）（ｂ）は液晶プリズムアレイユニット１９に入射する被写体光の偏向状態を説明するための模式図である。カメラの手ぶれを相殺すべく液晶プリズムアレイ４・５に電圧を印加すると、図１０（ａ）に示すように、紙面に平行に偏向された入射光は、液晶プリズムアレイ４により屈折率ｎｅｘ（ｎｏ＜ｎｅｘ≦ｎｅ、ｎｅは異常屈折率）を受ける。そして、液晶プリズムアレイ５により常屈折率ｎｏを受ける。

また、図１０（ｂ）に示すように、紙面に垂直な方向に偏向された入射光は、液晶プリズムアレイ４では常屈折率ｎｏを受ける。そして、液晶プリズムアレイ５では屈折率ｎｅｘ（ｎｏ＜ｎｅｘ≦ｎｅ）を受ける。

液晶プリズムアレイ４・５の屈折率を可変にするために液晶プリズムアレイ４・５にそれぞれ印加する電圧は、液晶プリズムアレイ４の光軸（液晶分子の配列方向）と液晶プリズムアレイ５の光軸（液晶分子の配列方向）とが、互いに直交する平面上において常に同一の角度で変化するように制御する。

紙面に平行に偏向された図１０（ａ）に示す入射光は、液晶プリズムアレイユニット１９により、全体として（屈折率ｎｅｘ）×（常屈折率ｎｏ）の屈折率を受け、紙面に垂直な方向に偏向された図１０（ｂ）に示す入射光は、液晶プリズムアレイユニット１９により、全体として（常屈折率ｎｏ）×（屈折率ｎｅｘ）の屈折率を受ける。従って、紙面に平行に偏向された入射光と紙面に垂直な方向に偏向された入射光とは、液晶プリズムアレイユニット１９から全体として同一の屈折率を受ける。このため、液晶プリズムアレイユニット１９に入射する被写体光は、実施の形態１の図６（ａ）において説明したように常光線と異常光線とに分離することがない。従って、このような構成にすると、偏光板が不要になる。偏光板を用いないので、実施の形態１の構成よりも高い透過率が得られる。

液晶プリズムアレイ４・５により偏向された被写体光は、撮影レンズ９を通り、受光素子３２に到る。または、図示しない主ミラー、スクリーン、ペンタプリズム、接眼レンズを介して、撮影者の目で観察される。

尚、図９〜図１０において、液晶プリズムアレイユニット１９を設けてＸ軸回りの手ぶれを補正するための構成を説明したが、図７を参照して前述した構成と同様に、液晶プリズムアレイ４の液晶１６の配向方向と同じ方向に液晶を配向させて、且つ、光軸方向から見て、その鋸歯の頂角の稜線が、液晶プリズムアレイ４の鋸歯の頂角の稜線と直交する液晶プリズムアレイと、液晶プリズムアレイ５の液晶１６Ａの配向方向と同じ方向に液晶を配向させて、且つ、光軸方向から見て、その鋸歯の頂角の稜線が、液晶プリズムアレイ５の鋸歯の頂角の稜線と直交する液晶プリズムアレイとを追加して設けることにより、Ｙ軸回りの手ぶれも補正することができ、簡単に２軸方向の手ぶれを補正することが可能になる。

このように、偏光フィルタに代えて液晶プリズムアレイ５を設け、液晶プリズムアレイ５の光軸と液晶プリズムアレイ４の光軸とが、互いに直交する平面上において変化するように液晶プリズムアレイ５を構成することにより、偏光板が不要になるので、実施の形態１の構成よりも高い透過率を得ることができる。

なお、上述の実施の形態１・２の説明では、光学的異方性媒体がＨＢＢＡに代表されるシッフ塩基系の液晶を用いたネマチック液晶の例を説明したが、これに限るものではない。光学的異方性媒体は、ネマチック液晶以外の分子配向を持つ液晶であってもよく、例えば、分子群が同じ方向を向き、更に層状に並ぶタイプのスメチック液晶であってもよい。また、分子が一定方向を向くネマチック液晶の特性に加えて、ツイスト（螺旋）構造を有するコレステリック液晶等に対しても本発明を適用することが可能である。

ただし、実施形態１・２のように、光学的異方性媒体がシッフ塩基系の液晶を用いたネマチック液晶の場合は、複屈折率Δｎが比較的大きく、異常光線が受ける屈折率ｎｅｘの変化し得る範囲が広くなり、液晶プリズムアレイから出射する光線の傾きを容易に制御できるので、特に効果が大きい。

また、手ぶれ検出手段が角速度センサである例を説明したが、これに限るものではない。手ぶれ検出手段は、物体に加えられる加速度を感知する加速度センサであってもよい。

また、上述した各実施の形態は、これに限られるものではなく、銀塩カメラ、デジタルカメラ、及び、ビデオカメラ、携帯端末用デジタルカメラ等の撮像光学系にも応用できることはいうまでもない。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、撮像光学系の手振れ補正装置に適用することができ、特に光学的異方性媒体、例えば液晶セルの複屈折を利用し、光線の傾きを電気的に変化させてカメラの手振れによる像の劣化を補正する撮像光学系の手振れ補正装置に適用することができる。具体的には、例えば、銀塩カメラ、デジタルカメラ、及び、ビデオカメラ、携帯端末用デジタルカメラ等の撮像光学系にも適用できる。

本発明におけるカメラの実施の一形態の構成を模式的に示す斜視図である。 上記カメラの構成を模式的に示すブロック図である。 上記カメラに設けられた撮像光学系の手ぶれ補正装置を説明するための模式図である。 （ａ）は上記撮像光学系の手ぶれ補正装置に設けられた液晶プリズムアレイの構成を示す斜視図であり、（ｂ）は液晶プリズムアレイの透明電極の内面に形成されたブレーズ形状を示す一部拡大断面図である。 （ａ）は上記電圧無印加時における液晶プリズムアレイの液晶の配向方向を示した一部拡大断面図であり、（ｂ）は電圧印加時における液晶プリズムアレイの液晶の配向方向を示した一部拡大断面図である。 （ａ）は上記液晶プリズムアレイに入射して屈折する被写体光線を説明するための模式図であり、（ｂ）は偏光板を介して液晶プリズムアレイに入射して屈折する被写体光線を説明するための模式図である。 上記撮像光学系の手ぶれ補正装置に設けられた液晶プリズムアレイの他の構成を示す斜視図である。 上記カメラに設けられた撮像光学系の手ぶれ補正装置の動作を示すフローチャートである。 本発明におけるカメラに設けられた撮像光学系の手ぶれ補正装置の他の実施の形態を説明するための模式図である。 （ａ）（ｂ）は上記撮像光学系の手ぶれ補正装置に設けられた液晶プリズムアレイに入射する被写体光の偏向状態を説明するための模式図である。 従来のカメラの構成を模式的に示す斜視図である。 図１１のカメラ本体が回転角θＸだけぶれた場合の像のＹ−Ｚ平面上での移動状態を示した図である。 上記カメラの構成を模式的に示すブロック図である。 上記カメラに設けられた液晶プリズムの構成を示す斜視図である。 頂角α、屈折率ｎを有する楔形プリズムの入射光線のふれ角δの状態を表した図である。

符号の説明

２ 透明電極（透明電極、第１透明電極、第２透明電極）
４ 液晶プリズムアレイ（電気的偏向手段、第１電気的偏向手段）
５ 液晶プリズムアレイ（第２電気的偏向手段）
６ 被写体光
７ 異常光線
８ 常光線
９ 撮影レンズ
１０、１０Ａ 角速度センサ（手ぶれ検出手段）
１１ 偏光板（偏光フィルタ）
１４ 傾斜面
１５ 垂直面
１６ 液晶（光学的異方性媒体、第１光学的異方性媒体、第２光学的異方性媒体）
１７、１８ 液晶ドライバ（駆動電圧印加手段）

Claims (6)

1. 撮像光学系の手ぶれ量を検出する手ぶれ検出手段と、
   撮影レンズの光路中に配置された偏光フィルタと、
   互いに対向する一対の透明電極と前記一対の透明電極により挟持された光学的異方性媒体とを有して被写体光を偏向させることにより前記撮影レンズへの前記被写体光の入射角を調節する電気的偏向手段と、
   前記手ぶれ検出手段により得られた手ぶれ量に応じた駆動電圧を前記透明電極に印加する駆動電圧印加手段とを備え、
   前記透明電極の一方の内面を断面鋸歯状に形成したことを特徴とする撮像光学系の手ぶれ補正装置。
2. 前記一対の透明電極は、板状に形成されて互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項１記載の撮像光学系の手ぶれ補正装置。
3. 前記透明電極の一方の内面における断面鋸歯状の形成面は、前記透明電極の他方に対して傾斜する傾斜面と、前記透明電極の他方に対して略垂直な垂直面とを有することを特徴とする請求項２記載の撮像光学系の手ぶれ補正装置。
4. 撮像光学系の手ぶれ量を検出する手ぶれ検出手段と、
   互いに対向する一対の第１透明電極と前記一対の第１透明電極により挟持された第１光学的異方性媒体とを有して被写体光を偏向させる第１電気的偏向手段と、
   互いに対向する一対の第２透明電極と前記一対の第２透明電極により挟持された第２光学的異方性媒体とを有して、前記第１電気的偏向手段により偏向された被写体光をさらに偏向させる第２電気的偏向手段と、
   前記手ぶれ検出手段により得られた手ぶれ量に応じた駆動電圧を前記第１透明電極及び第２透明電極に印加する駆動電圧印加手段とを備え、
   前記撮像光学系の光軸方向から見て、前記第２光学的異方性媒体の光軸が前記第１光学的異方性媒体の光軸に直交するように前記第２光学的異方性媒体を配置しており、
   前記一対の第１透明電極の内面の一方と前記一対の第２透明電極の内面の一方との少なくとも１つを、断面鋸歯状に形成したことを特徴とする撮像光学系の手ぶれ補正装置。
5. 前記一対の第１透明電極と前記一対の第２透明電極との少なくとも一方は、板状に形成されて互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項４記載の撮像光学系の手ぶれ補正装置。
6. 前記一対の第１透明電極の一方と前記一対の第２透明電極の一方との少なくとも１つの断面鋸歯状の形成面は、互いに対向する前記第１透明電極または第２透明電極に対して傾斜する傾斜面と、互いに対向する前記第１透明電極または第２透明電極に対して略垂直な垂直面とを有することを特徴とする請求項５記載の撮像光学系の手ぶれ補正装置。

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