JP2007047547A

JP2007047547A - 手ブレ補正機能付き電子撮像装置およびカメラ付き携帯電子機器

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Publication number: JP2007047547A
Application number: JP2005233025A
Authority: JP
Inventors: Minoru Ueda; 稔上田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2007-02-22
Also published as: CN1945416A; CN100472307C; US20070035631A1

Abstract

【課題】圧電素子のサイズや印加する電圧を大きくすることなく、ブレ補正に必要な駆動量を小さくし、小型化を達成できる手ブレ補正機能付き電子撮像装置を得ること。
【解決手段】光軸を折り曲げるプリズムＰ１の出射側の面に、レンズＬ２を貼り付けて、プリズムＰ１とレンズＬ２とを一体化する。手ブレ振動の発生時に、駆動部材１７でプリズムＰ１を回転駆動すると、レンズＬ２も近似的に光軸と直角方向に平行移動する。このプリズムＰ１とレンズＬ２との両方の移動によって、小さな駆動量で、手ブレ補正を行うことができる。したがって、駆動部材１７を小型、コンパクトにできて、手ブレ補正機能付き電子撮像装置を小型化できる。
【選択図】図1

Description

この発明は、例えば、カメラ付き携帯電子機器等において、手ブレ振動などにより発生する像のぼけを防止する手ブレ補正機能付き電子撮像装置およびそれを備えたカメラ付き携帯電子機器に関し、特に、折り曲げ光学系において光軸を屈曲させる屈曲部材を駆動して手ブレ補正を行う手ブレ補正機能付き電子撮像装置およびそれを備えたカメラ付き携帯電子機器に関する。

カメラ付き携帯電子機器の撮影時に手ブレ振動などによって電子撮像装置に振動が与えられた場合に、受光面に対して被写体の結像位置が変動して、いわゆる像が流れて、撮像画像は不鮮明になる。そこで、カメラ付き携帯電子機器が被写体に対して振れたとき、光学系の光軸を偏向させてカメラに対する被写体の結像位置の移動を相殺することにより、像のブレをなくす手ブレ補正機能付カメラ付き携帯電子機器が提案されている。このような手ブレ補正の方法は、補正用レンズを光軸と直角方向に平行移動するもの（特開平４−１８００４０号公報：特許文献１）や、頂角可変プリズムの入射面または出射面の傾きを変えるもの（特開平５−１１３０４号公報：特許文献２）がある。

また、近年、光軸を折り曲げる折曲光学系を用いて薄型化、小型化を図ったカメラが提供されている。このような折曲光学系では、光軸を折り曲げる屈曲部材の反射面を移動させることで、カメラの薄型化を犠牲とすることなく、手ブレ補正機能を付加している。（特開２００４−２１９９３０号公報：特許文献３）。

ところで、小型カメラの手ブレ補正の駆動部材として用いられる圧電素子においては、その変位量は、一般に、その圧電素子の大きさと印加電圧に依存し、大きな変位量を得るためには、圧電素子を大きくするか、高い電圧を印加する必要がある。

一方、カメラ付き携帯電話は、小型化が求められると共に、高い電圧を使用することが困難であるため、ブレ補正部の駆動量はできるだけ小さいことが要求される。

そのため、光軸を折り曲げる屈曲部材の反射面を移動させる特許文献３の手ブレ補正機能付き電子撮像装置でも、手ブレを補正するための反射面の駆動量が未だ大きくて、駆動部材を十分小さくすることができないという問題点がある。
特開平４−１８００４０号公報特開平５−１１３０４号公報特開２００４−２１９９３０号公報

そこで、この発明の課題は、簡単な構造で、手ブレ補正に必要な駆動量を小さくして、駆動部材の小型化を実現できる手ブレ補正機能付き電子撮像装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の手ブレ補正機能付き電子撮像装置は、
光軸を屈曲させる屈曲部材と、この屈曲部材からの光を受けるレンズ系と、このレンズ系からの光が被写体像を結ぶ撮像素子と、上記屈曲部材を駆動する駆動部材とを備えて、手ブレ振動の発生時に、上記屈曲部材を駆動部材によって駆動することによって、上記被写体像の変動を補正する手ブレ補正機能付き電子撮像装置において、
上記屈曲部材と上記レンズ系の中の少なくとも１つのレンズとを一体化したことを特徴としている。

上記構成によれば、上記屈曲部材は、手ブレ振動の発生時に、駆動部材によって、上記レンズと一体になって移動させられる。したがって、上記屈曲部材とレンズとが共に、被写体像のブレを補正するように働くため、手ブレ発生時に必要な屈曲部材の駆動量を小さくすることができ、ひいては、上記屈曲部材を駆動する駆動部材の小型化が実現できる。

１実施形態では、上記屈曲部材はプリズムであり、上記プリズムに上記レンズが貼り付けられている。

上記実施形態によれば、上記プリズムに上記レンズを貼り付けているので、簡単、安価、コンパクトに、それらが一体化される。

しかも、プリズムのみを駆動する従前の駆動部材と全く同じ駆動部材で、上記レンズと一体化されたプリズムを駆動することが可能であるから、従前と同じ駆動部材で、レンズとプリズムを変位させて、大きな手ブレ補正量を得ることができる。

１実施形態では、上記屈曲部材と上記レンズとは同一の固定部材に固定されている。

上記実施形態によれば、上記屈曲部材と上記レンズが同一の固定部材に固定されているので、上記屈曲部材に直接レンズを固定する場合に比べて、上記屈曲部材の回転中心からレンズ迄の距離を大きくすることが可能である。したがって、上記屈曲部材の回転移動に伴うレンズの光軸に対する近似的に垂直な方向への移動量を大きくすることができて、手ブレ補正の量を大きくすることができて、駆動部材の駆動量を小さくすることができる。したがって、手ブレ補正機能付き電子撮像装置を小型、コンパクトにすることができる。

また、上記屈曲部材とレンズとは同一の固定部材に固定されて一体化されているから、例えば、レンズを貼り付けることができないミラーのような屈曲部材に対しても、上記屈曲部材とレンズとを固定部材に取り付けて一体化して、駆動することが可能になる。したがって、手ブレ発生時に必要なミラー等の屈曲部材の駆動量を小さくすることができ、駆動部材の小型化が実現できる。

また、上記屈曲部材と上記レンズが同一の固定部材に固定されているので、それらを一体化する構造が簡単で、組み立てが容易になる。

１実施の形態では、上記屈曲部材はミラーである。

１実施の形態のカメラ付き携帯電子機器は、上述の手ブレ補正機能付き電子撮像装置を備える。

上記実施の形態のカメラ付き携帯電子機器は、駆動部材の小型化が実現できる手ブレ補正機能付き電子撮像装置を備えるので、小型化が実現できる。

この発明によれば、屈曲部材とレンズとを一体化して、手ブレ振動の発生時に、屈曲部材と共にレンズを駆動部材で駆動するので、上記屈曲部材の駆動量を小さくすることができて、屈曲部材のための駆動部材の小型化が実現できる。

以下、この発明の手ブレ補正機能付き電子撮像装置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。

始めに、図６〜８を用いて、この発明の手ブレ補正機能付き電子撮像装置を含む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６はカメラ用ブレ補正装置を内蔵したカメラ付き携帯電話２００の撮影形態を示す斜視図であり、図７は同じカメラ付き携帯電話２００の蓋部を閉じた状態を裏面側から見た斜視図である。また、図８はカメラ用ブレ補正装置２０１を含むカメラ付き携帯電話２００の要部のブロック図である。

図６および７において、カメラ付き携帯電話２００は、種々のダイヤルボタンや操作ボタンが設けられた携帯電話本体１５４と、この携帯電話本体１５４にヒンジで回動可能に接続されると共に表示画面が設けられた蓋部１５３とにより大略構成されている。そして、携帯電話本体１５４の操作面に設けられた第１撮影スイッチ１５０あるいは側面に設けられた第２撮影スイッチ１５１を操作することによって、携帯電話本体１５４内に搭載された手ブレ補正機能付き電子撮像装置の一例としてのカメラユニット１５２によって撮影が行われる。

この撮影時の動作について、図８のブロック図に従って説明する。図８において、このカメラ付き携帯電話２００は、カメラ用ブレ補正装置２０１と、カメラユニット１５２と、このカメラユニット１５２からのアナログ画像信号をＡ/Ｄ変換するＡ/Ｄコンバータ１０７と、この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１０８と、このデジタル信号処理部１０８によって信号処理された画像を保存するメモリ１０９とにより、概略構成される。

また、上記カメラ用ブレ補正装置２０１は、手ブレ検出センサの一例としてのジャイロセンサ等からなる第１角速度検出センサ１０１と、手ブレ検出センサの一例としてのジャイロセンサ等からなる第２角速度検出センサ１０２と、上記第１,第２角速度検出センサ１０１,１０２からの角速度信号からＤＣ（直流）成分を除去するＨＰＦ(ハイパスフィルタ)１０３と、ＨＰＦ１０３からの角速度信号を増幅するＡＭＰ(アンプリファイアー)１０４と、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１０５とを有している。そして、制御部１２０は、図６および７に示す第１撮影スイッチ１５０または第２撮影スイッチ１５１からの操作信号を受けて、積分回路１０５からの角度信号に基づいて、ブレ補正部１０を制御するための制御信号を生成して出力する。駆動回路１０６は、制御部１２０からの制御信号に基づいて駆動信号を生成して出力する。そうすると、上記駆動部材１７は、上記駆動回路１０６からの駆動信号によって駆動されて、上記ブレ補正部１０を直交する２軸方向に駆動して、手ブレ補正を行う。

つまり、上記ブレ補正部１０は、上記第１角速度検出センサ５５および第２角速度検出センサ５６からの角速度信号に基づいて求められるピッチング角度とヨーイング角度とを打消すように変位するのである。そして、光学系３０を介して、被写体の像が撮像素子の一例であるＣＣＤ(電荷結合素子：Charge Coupled Device)４０に写される。こうして得られたＣＣＤ４０からのアナログ画像信号は、Ａ/Ｄコンバータ１０７でＡ/Ｄ変換され、Ａ/Ｄコンバータ１０７からのデジタル信号がデジタル信号処理部１０８で処理されて、得られた画像信号がメモリ１０９に保存される。

上記カメラユニット１５２は、上記駆動部材１７とブレ補正部１０と光学系３０とＣＣＤ４０とからなる。

図１は上記カメラユニット１５２を詳細に示す図である。

上記カメラユニット１５２は、被写体側から順に、第一レンズ群Ｇ１、第二レンズ群Ｇ２、第三レンズ群Ｇ３、第四レンズ群Ｇ４を備え、さらに、上記各レンズ群を順次透過した光が結像するＣＣＤ４０を備える。上記第二レンズ群Ｇ２、第三レンズ群Ｇ３および第四レンズ群Ｇ４は、図８の光学系３０に対応する。

上記第一レンズ群Ｇ１は、被写体側のレンズＬ１と、光軸を屈曲させる屈曲部材の一例としてのプリズムＰ１と、上記プリズムＰ１からの光を受けるレンズＬ２とから構成される。上記プリズムＰ１の光の出射側の面に、上記レンズＬ２を貼り付けて、上記プリズムＰ１とレンズＬ２とを一体化している。上記プリズムＰ１とレンズＬ２とで、ブレ補正部１０を構成する。

上記プリズムＰ１の斜面には、このプリズムＰ１を直交する２軸方向に回転させて手ブレ補正を行うために、例えば圧電素子からなる駆動部材１７，１７を設けている。

上記第二レンズ群Ｇ２は、レンズＬ３より構成され、第三レンズ群Ｇ３は被写体側から順次配列されたレンズＬ４、Ｌ５、Ｌ６より構成され、第四レンズ群Ｇ４はレンズＬ７から構成される。

上記構成において、上記駆動部材１７，１７でプリズムＰ１を回転駆動すると、プリズムＰ１とレンズＬ２とが一体化しているから、プリズムＰ１の回転と共に、レンズＬ２も光軸と近似的に垂直な方向に移動する。そのため、上記駆動部材１７，１７の少ない駆動量で、大きな手ブレ補正を行うことができ、駆動部材１７，１７を小型化することができる。

図２はこの発明の別の実施の形態の手ブレ補正機能付き電子撮像装置としてのカメラユニット２５２の要部を示す図である。図２において、図１の構成要素と同一構成要素は同一参照番号を付して、詳しい説明は省略する。

このカメラユニット２５２は、被写体側のレンズＬ１、光軸を屈曲させる屈曲部材の一例としてのミラーＭ１および上記ミラーＭ１の出射側に設けたレンズＬ２から構成される第一レンズ群Ｇ１１と、レンズＬ３から構成される第二レンズ群Ｇ２と、レンズＬ４、Ｌ５、Ｌ６から構成される第三レンズ群Ｇ３と、レンズＬ７から構成される第四レンズ群Ｇ４とを被写体側から順に配列している。そして、被写体側より入射した光は各レンズ群を透過した後、ＣＣＤ４０に結像する。

上記ミラーＭ１とレンズＬ２とは、同一の固定部材の一例としてのホルダー２０に固定して、それらを一体化している。上記ホルダー２０は、略Ｌ字形の通路を有し、その通路の内面の斜面部にミラーＭ１を固定し、上記通路の出口側にレンズＬ２を固定している。上記ミラーＭ１とレンズＬ２とホルダー２０とは、一体になって、ブレ補正部１１０を構成している。

また、上記ブレ補正部１１０のホルダー２０には、手ブレ補正時の駆動のために例えば圧電素子からなる駆動部材１７，１７を取り付けている。上記駆動部材１７，１７は入射光の光軸に垂直な２軸の方向への駆動に対応している。

上記構成によれば、上記ホルダー２０によってミラーＭ１とレンズＬ２とが一体化しているので、従来のプリズムのみを駆動する方式から新たな駆動部材や制御回路を増やすことなく、ブレ補正部１１０の駆動量、即ち駆動部材１７，１７の駆動量を小さくすることができ、駆動手部材１７，１７を小さくすることができる。

また、上記ミラーＭ１とレンズＬ２が同一のホルダー２０に固定されているので、上記ミラーＭ１の回転中心からレンズＬ２迄の距離を大きくすることができる。したがって、ミラーＭ１の回転移動に伴うレンズＬ２の光軸に対する近似的に垂直な方向への移動量を大きくすることができて、手ブレ補正の量を大きくすることができて、駆動部材１７の駆動量を小さくすることができる。したがって、カメラユニット２５２を小型、コンパクトにすることができる。

また、上記ホルダー２０を備えることによって、ミラーＭ１にレンズＬ２を貼り付けることができなくても、ミラーＭ１とレンズＬ２とをホルダー２０を介して一体化することができる。

上記ホルダー１１等の固定部材は、ミラーに限らず、あらゆる屈曲部材に対して適応することができる。

図３はこの発明の別の実施の形態のカメラユニット３５２を示した図である。このカメラユニット３５２が、図１のカメラユニット１５２と異なる点は、プリズムＰ１にレンズＬ２とが貼り付けられていなくて、図示しない固定部材にプリズムＰ１とレンズＬ２とが固定されている点である。したがって、図３において、図１の構成要素と同一構成要素については、同一参照番号を付して、詳細な説明は省略する。

上記プリズムＰ１とレンズＬ２と固定部材とは、一体化して、ブレ補正部２１０を構成する。上記固定部材を、手ブレ振動の発生時に、駆動部材１７が回転駆動して、次のように、手ブレ補正を行う。

手ブレ振動の発生時、駆動部材１７が固定部材を回転駆動すると、プリズムＰ１が回転して、プリズムＰ１の反射面（斜面）が傾いて、反射角が変化するため、反射光線の向きを変化させて、結像面における像のブレを補正する。それと同時に、上記レンズＬ２も近似的に光軸と垂直な方向に平行移動するため、このレンズＬ２の近似的な平行に移動によっても、結像面における像のブレを補正する。

このように、上記プリズムＰ１とレンズＬ２を一体化することによって、単一の駆動部材１７で、プリズムＰ１の移動とレンズＬ２の移動との両者の効果を同時に得ることができて、プリズムのみを駆動する方式に比べて、駆動部材１７の駆動量を小さくすることができる。したがって、圧電素子などのように、駆動量および駆動力が体積と比例する駆動部材１７においては、その体積を削減することができて、カメラを小型化することができる。

図４は、図３のカメラユニット３５２において、ズーミング時に、第二レンズ群Ｇ２および第三レンズ群Ｇ３を光軸方向に沿って移動した状態を示す図である。なお、レンズＬ１、Ｌ７は固定されたレンズである。

上記カメラユニット３５２の光学系の詳細なレンズデータを下記の表１に示す。表中左欄は被写体側から数えてレンズ面が何番目であるかを表す数である。ｒはレンズの曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎｄはレンズの屈折率、νｄはアッベ数である。また、非球面の形状を、面の頂点を原点とし光軸方向をZ軸とした直交座標系において、円錐定数をＫ、非球面係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとして、以下の式で表す。

Ｚ：ｚ座標
Ｙ：ｙ座標

非球面係数
第８レンズ面８（図３参照）

Ｋ＝−0.7539
Ａ＝1.5807×10^-3
Ｂ＝−9.5972×10^-5
Ｃ＝2.9693×10^-6
Ｄ＝9.3568×10^-8

第９レンズ面９

Ｋ＝−11.1827
Ａ＝2.7404×10^-4
Ｂ＝−2.2679×10^-5

第１０レンズ面１０

Ｋ＝0.1315
Ａ＝-1.2431×10^-4
Ｂ＝1.3049×10^-5
Ｃ＝4.1006×10^-6
Ｄ＝7.8747×10^-7

第１１レンズ面１１

Ｋ＝0
Ａ＝1.4053×10^-3
Ｂ＝7.1573×10^-5
Ｃ＝8.5625×10^-5
Ｄ＝6.3203×10^-6

第１５レンズ面１５

Ｋ＝0.3872
Ａ＝−3.4765×10^-3
Ｂ＝1.0007×10^-3
Ｃ＝−2.6941×10^-6
Ｄ＝2.0564×10^-5

第１６レンズ面１６

Ｋ＝0
Ａ＝−5.0676×10^-3
Ｂ＝2.1718×10^-3
Ｃ＝−6.1723×10^-4
Ｄ＝6.3089×10^-5

図５は、手ブレ量と駆動量の関係を示すグラフであって、黒丸を結ぶ破線は、プリズムＰ１とレンズＬ２とを分離したカメラユニットにおいて、手ブレによりカメラユニットが傾いた際に、プリズムＰ１のみをカメラユニットの傾きと逆の方向に傾けるように駆動部材で駆動することによって手ブレを補正した場合の手ブレ量に対する駆動量を示し、黒四角を結ぶ実線は、図４のカメラユニット３５２においてプリズムＰ１とその後方のレンズＬ２を一体化して、カメラユニット３５２の傾きと逆の方向にプリズムＰ１を傾けるように駆動部材１７で駆動した場合の手ブレ量に対する駆動量を示す。

図５のグラフより明らかなように、プリズムＰ１とレンズＬ２を一体化して駆動した場合（実線で示す）の方が、プリズムＰ１のみを駆動した場合（破線で示す）よりも駆動量が小さく済むことが分かる。これは、プリズムＰ１のみを駆動する場合に比べて、プリズムＰ１とレンズＬ２とを一体化して駆動する場合では、プリズムＰ１が傾く効果と、その傾きによりレンズＬ２が近似的に光軸に直角方向に平行移動する効果との二つが有るためである。したがって、手ブレ補正時のプリズムＰ１の回転中心は、レンズＬ２から遠いほどこの効果が大きく、駆動部材１７の駆動量を小さくすることができる。上記実施の形態では、駆動量を最大で約５％縮小することができるため、駆動部材としての圧電素子の体積も約５％縮小することができて、駆動部材１７をよりコンパクトにすることができる。

上記実施の形態では、屈曲部材の出射側に最も近いレンズを屈曲部材に一体化したが、二以上のレンズを一体化してもよい。

また、上記実施の形態では、プリズムＰ１の出射面にレンズＬ２を貼り付けたが、プリズムとレンズとを一体成形してもよい。

また、上記実施の形態では、駆動部材として圧電素子を用いたが、マイクロモータ等を用いてもよい。

また、上記実施の形態では、撮像素子として、ＣＣＤイメージセンサを用いたが、ＭＯＳイメージセンサ、特に、ＣＭＯＳイメージセンサ等を用いてもよい。

この発明の実施の形態のプリズムにレンズを貼り付けたカメラユニットを示す図である。この発明の実施の形態のミラーとレンズを同一ホルダーに固定したカメラユニットを示す図である。この発明の実施の形態のプリズムとレンズを一体化したカメラユニットを示す図である。上記実施の形態のカメラユニットのズーミング状態を示す図である。手ブレ量と駆動部材の駆動量との関係を示したグラフである。この発明の手ブレ補正機能付き電子撮像装置を内蔵した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。上記携帯電話の第２撮影形態を説明する斜視図である。この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要部のブロック図である。

符号の説明

Ｐ１プリズム
Ｍ１ミラー
１０，１１０，２１０ブレ補正部
１７駆動部材
４０ＣＣＤ
１０１第１角速度検出手段
１０２第２角速度検出手段
１０３ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）
１０４ＡＭＰ（アンプ）
１０５積分器
１０６駆動回路
１０７ＡＤコンバータ
１０８デジタル信号処理部
１０９メモリ
１２０制御部
１５０第１撮影スイッチ
１５１第２撮影スイッチ
１５２，２５２，３５２カメラユニット
１５３蓋部
１５４携帯電話本体
２００カメラ付き携帯電話

Claims

光軸を屈曲させる屈曲部材と、この屈曲部材からの光を受けるレンズ系と、このレンズ系からの光が被写体像を結ぶ撮像素子と、上記屈曲部材を駆動する駆動部材とを備えて、手ブレ振動の発生時に、上記屈曲部材を駆動部材によって駆動することによって、上記被写体像の変動を補正する手ブレ補正機能付き電子撮像装置において、
上記屈曲部材と上記レンズ系の中の少なくとも１つのレンズとを一体化したことを特徴とする手ブレ補正機能付き電子撮像装置。
請求項１に記載の手ブレ補正機能付き電子撮像装置において、上記屈曲部材はプリズムであり、上記プリズムに上記レンズが貼り付けられていることを特徴とする手ブレ補正機能付き電子撮像装置。
請求項１に記載の手ブレ補正機能付き電子撮像装置において、上記屈曲部材と上記レンズとは同一の固定部材に固定されていることを特徴とする手ブレ補正機能付き電子撮像装置。
請求項３に記載の手ブレ補正機能付き電子撮像装置において、上記屈曲部材はミラーであることを特徴とする手ブレ補正機能付き電子撮像装置。
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の手ブレ補正機能付き電子撮像装置を備えることを特徴とするカメラ付き携帯電子機器。