JP2008145888A - 像振れ補正装置および携帯機器 - Google Patents

Abstract

【課題】省電力化且つ小型化を図ることのできる像振れ補正装置を提供する。
【解決手段】撮像手段に結像させる撮影光学系を保持する鏡筒と、鏡筒を撮影光軸に直交する２つの軸に対して回動可能に固定部材に支持する支持手段とを備え、鏡筒を慣性力により回動させることにより、固定部材の振動を鏡筒に伝達しないようにした像振れ補正装置において、鏡筒の回動量を検出する回動検出手段６０ｐ,６０ｙと、鏡筒を固定部材に対して２つの軸回りに回動させる駆動手段５８ｐ,５８ｙと、回動検出手段の出力を正帰還させるように駆動手段を駆動する制御手段８３とを有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、携帯機器に好適な像振れ補正装置および携帯機器に関するものである。

現在のカメラは露出決定やピント合わせ等の撮影にとって重要な作業は全て自動化され、カメラ操作に未熟な人でも撮影失敗を起こす可能性は非常に少なくなっている。また、最近では、カメラに加わる手振れによる像振れを防ぐ像振れ補正装置も多くの製品に搭載されてきており、撮影者の撮影ミスを誘発する要因は殆ど無くなってきている。

ここで、像振れ補正装置ついて簡単に説明する。撮影時のカメラの手振れは、周波数として通常１Ｈｚないし１０Ｈｚの振動である。撮影時点において手振れを起こしていても像振れの無い写真を撮影可能とするには、手振れによるカメラの振動を検出し、その検出値に応じて振れを相殺する方向にレンズを変位させる必要がある。その為、第１に、手振れを正確に検出し、第２に、その振れによる光軸変化を補正することが必要となる。

手振れの検出は、原理的にいえば、加速度、角加速度、角速度、角変位等を検出し、像振れ補正の為にその出力を適宜演算処理する手段をカメラに搭載することによって行う。そして、この検出情報に基づき、撮影光軸を偏心させる像振れ補正用の補正レンズを駆動させて像振れの抑制が行われる。

図１４は像振れ補正装置を有するデジタルコンパクトカメラの外観図である。図１４において、光軸１２０に対する矢印１２２ｐ，１２２ｙで示すカメラ縦振れ及び横振れについて像振れ補正を行う。尚、カメラ本体１２１の中で、１２１ａはレリーズボタン、１２１ｂはモードダイアル（メインスイッチを含む）、１２１ｃはリトラクタブルストロボである。

図１４ではカメラ本体１２１の背面に配置されて見えないが、カメラ本体１２１の背面には液晶モニターが設けられている。そして、後述する撮像素子５４で撮像される像を確認できるようになっている。撮影者はこの液晶モニターで撮影画像の構図を確認して、その後撮影を行うことになる。

図１５は、図１４の内部斜視図である。図１５において、５４は撮像素子、１３１は補正レンズ１３０を図１５の矢印１３２ｐ，１３２ｙの方向に自在に駆動して、矢印１２２ｐ，１２２ｙの方向の像振れ補正を行う補正手段である。２１ｐ，２１ｙは各々矢印２１ａ，２１ｂ回りの振れを検出する角速度計や角加速度計等の振動検出器である。振動検出器２１ｐ，２１ｙの出力は演算回路８１ｐ，８１ｙを介して補正手段１３１の駆動目標値に変換され、補正手段１３１による像振れ補正に供される。上記補正手段１３１、演算回路８１ｐ，８１ｙ、振動検出器２１ｐ，２１ｙが、像振れ補正装置に含まれる。

ところで、最近のデジタルカメラの撮像素子は非常に小型になってきており、携帯電話などの携帯機器にまで搭載されるようになってきている。そして、これまでも携帯機器に搭載することを目的とした提案が種々行われている。

特許文献１には、撮影光学系と撮像素子の両者を一体にして、基板に対して回動させる構成の技術が開示されている。また、特許文献２には、携帯機器用の像振れ補正装置として、ボールベアリングを介して光学系を支持し、慣性力を利用して受動的に像振れを補正可能にした構成が開示されている。
特開２００５−１７３３７２号公報 特開２００５−２４１９８２号公報

ところで、携帯機器は小さく、軽いので、撮影時の手振れが大きいという問題がある。そのため、手振れによる像振れの対策は重要な課題である。しかしながら今までの像振れ補正装置では、特に補正手段が大きく、複雑である為に携帯機器に搭載することは難しい。

上記特許文献１においては、撮影光学系と撮像素子の両者を一体にして、基板に対して揺動させる構成になっている。したがって、大型であり、且つ撮像素子の基板に対する接続が駆動負荷になるため、消費電力が増大するという問題がある。特許文献２においては、受動的に像振れ補正が可能である。しかしながら、手振れ等による像振れを十分に抑制できるような構成とするためには共振周波数を小さくせざるを得ず、そのような機構の設計が困難であるという問題点があった。

（発明の目的）
本発明の目的は、省電力化且つ小型化を図ることのできる像振れ補正装置および携帯機器を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、撮像手段に結像させる撮影光学系を保持する鏡筒と、該鏡筒を撮影光軸に直交する２つの軸に対して回動可能に固定部材に支持する支持手段とを備え、前記鏡筒を慣性力により回動させることにより、前記固定部材の振動を前記鏡筒に伝達しないようにした像振れ補正装置において、前記鏡筒の回動量を検出する回動検出手段と、前記鏡筒を前記固定部材に対して前記２つの軸回りに回動させる駆動手段と、前記回動検出手段の出力を正帰還させるように前記駆動手段を駆動する制御手段とを有する像振れ補正装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、本発明は、本発明の上記像振れ補正装置を具備した携帯機器とするものである。

本発明によれば、省電力化且つ小型化を図ることができる像振れ補正装置または携帯機器を提供できるものである

本発明を実施する為の最良の形態は、以下の実施例１および２に示す通りである。

図１は本発明の実施例１に係わる像振れ補正装置を搭載する携帯機器の一例である携帯電話の正面図である。図１に示すように、携帯電話は、ヒンジ１１により折りたたみ可能な筐体１０ａ，１０ｂにより構成される。１２はサブディスプレイであり、電話やメールの着信状態表示を行うと共に、折りたたみ状態での撮影の時のモニターとなる。１３は電話やメール着信時の表示用のＬＥＤ（発光ダイオード）である。

図２は、図１の携帯電話のＡ−Ａ断面図であり、図１と同じ部分は同一符号を付し、その説明は省略する。図２において、１２ａはサブディスプレイ保護窓、１３ａはＬＥＤ窓である。２０は像振れ補正装置を備えたメインカメラ、２０ａは保護窓、２１は振動検出器である。２２は筐体１０ａに固定されている基板であり、導電性ゴムなどで形成された操作パッド２１０，ＩＣ２２ａなどを実装している。２１０ａは操作パッド２１０に設けられた化粧板である。メインカメラ２０の後述する撮像素子はフレキシブル基板２０ｄにより基板２２上のコネクタ２２ｅに接続されている。

２３はサブ基板であり、ＩＣ２３ａが実装されている。２４はメインディスプレイであり、メールは電話番号の表示等と共にゲームや撮影時のモニターとして使用される。２４ｂはメインディスプレイ２４の接続用フレキシブル基板であり、サブ基板２３上のコネクタ２４ｃに接続される。２４ａはメインディスプレイ保護窓である。サブディスプレイ１２はフレキシブル基板１２ｂによりコネクタ１２ｃに接続される。２５ａはサブカメラ用の撮像素子である。２５ｂはサブカメラ用の光学系、２５ｃはその保護窓である。撮像素子２５ａとサブカメラ用の光学系２５ｂでサブカメラ２５を構成する。２６は電話使用時のスピーカー、２７はマイクである。２８はバッテリー、２８ａはその蓋である。２９はアンテナである。

図３は、図１に示した携帯電話の裏面図であり、既に説明した筐体１０ａ、保護窓２０ａ、蓋２８ａが見える。図３において、２８ｂは蓋２８ａを開けるための爪掛け部である。

図４は、図２に示した携帯電話を開いた状態で示している。この状態では、メインカメラ２０の映像をメインディスプレイ２４で確認しながら撮影ができる。また、サブカメラ２５とメインディスプレイ２４を用いて自分撮り撮影やテレビ電話が可能になる。

図５は、メインカメラ２０の詳細断面図であり、本発明に直接関係ない部材は省略して図示している。図５において、撮影光学系を構成するレンズ２０ｂは回転鏡筒５１の一端側に保持されている。回転鏡筒５１の他端側にはバランスウエイト５５が保持されている。後述のように回転鏡筒５１とともに回動するレンズ２０ｂと保護窓を兼ねたレンズ２０ａが対向する面の曲率半径はほぼ同一であり、受動的に手振れによる像振れを抑制することが出来る。撮像素子５４はレンズ２０ｂによる画像が結像する位置で固定鏡筒５３に保持されている。固定鏡筒５３には絞り２０ｃや固定レンズ等が保持されている。固定鏡筒５３は基板２２に固定されている。

前述したように撮像素子５４は、図２に示したフレキシブル基板２０ｄ、コネクタ２０ｅにより基板２２と電気的に接続されている。

回転鏡筒５１は撮影光軸５０に直交する軸５２ａおよび軸５２ｂ回りに固定部材である基板２２に対して回動（回転）可能に圧縮コイルバネ５６により弾性支持されている。弾性体である圧縮コイルバネ５６は撮影光軸５０に対して対称に複数設けられており、後述する駆動部を動作させないときに、回転鏡筒５１が適切な位置になるよう弾性支持している。回転鏡筒５１にバランスウェイト５５が保持されていることにより軸５２ａおよび軸５２ｂと回転鏡筒５１の慣性主軸がほぼ一致する。圧縮コイルバネ５６の弾性係数を適切に設定することで、回転鏡筒５１は外部からの振動から遮断され、筐体１０ａに振れが作用しても回転鏡筒５１は静止するように構成することができる。

図６は、回転鏡筒５１付近を示す平面図である。回転鏡筒５１には磁性体の支持枠５７ｐ，５７ｙを介して永久磁石５８ｐ，５８ｙが設けられている。

図７は、回転鏡筒５１の背面にある基板２２等を示す平面図である。基板２２には回転鏡筒５１が収まる穴６３及びコイル５９ｐ，５９ｙが設けられ、さらには位置検出部６０ｐ，６０ｙが実装されている。図６に示した永久磁石５８ｐ，５８ｙは厚み方向（紙面上下方向）に着磁されている。対向するコイル５９ｐ，５９ｙに電流を流すとその流す方向により永久磁石５８ｐとコイル５９ｐ及び永久磁石５８ｙとコイル５９ｙは互いに反発、或いは吸引作用をする。この時の駆動力はコイル５９ｐ，５９ｙに流す電流に比例しており、圧縮コイルバネ５６の弾性力と釣り合う点まで回転鏡筒５１は基板２２に対して軸５２ａ，５２ｂ回りに回動する。即ち、コイル５９ｐ，５９ｙに流す電流の量と方向により回転鏡筒５１の向きを軸５２ａ，５２ｂ回りに自在に動かす事ができる。

位置検出部６０ｐ，６０ｙはホール素子などの磁気センサで、永久磁石５８ｐ，５８ｙとの間隔を検出しており、後述するようにその検出出力に基づいてコイル５９ｐ，５９ｙに帰還をかけている。

ここで、永久磁石５８ｐ，５８ｙ及びコイル５９ｐ，５９ｙが無い場合を考える。この時、回転鏡筒５１を軸５２ａ,５２ｂ回りに回動可能に支持する事はこの軸回りの振れを受動的に補正することが出来るため、省電力であり、携帯機器に搭載する像振れ補正装置として優れた特性を有していると言える。

しかしながら、圧縮コイルバネ５６の弾性係数を手振れの帯域を遮断するように設定することは必ずしも容易ではない。手振れの周波数は後述するように数Ｈｚ程度が主成分であり、そのような条件では、弾性係数が低くなりすぎて機械的強度が不足する等の問題が発生しやすいためである。それをアシストする役割として、本実施例１では、永久磁石５８ｐ，５８ｙ、コイル５９ｐ，５９ｙ及び位置検出部６０ｐ，６０ｙを設けている。

次に、上記コイル５９ｐ，５９ｙや位置検出部６０ｐ，６０ｙ等を制御する制御系について、図８ないし図１２を用いて説明する。

図８（ａ）は、像振れ補正装置の主要部のシステム構成を示す図である。手振れなどの作用により慣性力が発生すると、慣性質量である、回転鏡筒５１と撮影光学系であるレンズ２０ｂが回動する。その動作を位置検出部６０ｐ，６０ｙを用いて検出する（２軸方向の角速度検出のため、位置検出部６０ｐ，６０ｙと区別している）。本実施例１では、位置検出信号に適切な可変ループゲインを補償器８３により帰還ループ８４を介してかけながら駆動部を構成するコイル５９ｐ，５９ｙに正帰還する。

従来の像振れ補正装置では、位置検出信号をコイル５９ｐ，５９ｙに負帰還していた。しかし、本実施例１では、正帰還するようにした点が新しい。

上記補償器８３を介する帰還量（帰還信号）に基づいてコイル５８ｐ，５８ｙに電流が与えられ、鏡筒５３は筐体１０ａに作用した振れに無関係に静止するように制御される。

図８（ｂ）は、正帰還量（正帰還信号）と位置検出部６０ｐ，６０ｙの出力の関係を示す図である。正帰還信号のゲインは回転鏡筒５１の回動量の関係となる。像振れ補正用の補正手段の一部を兼ねるレンズ２０ｂ等のストローク中心付近では大きな正帰還量（≒１）が与えられるため、後述するように見かけのバネ定数が下がって見える。ストロークが増えるにしたがって正帰還量が減るため、見かけのバネ定数が次第に上がり、機械的なストッパーに激しく衝突することを避けている。

図９は、手振れの周波数特性を模式的に示した図である。手振れは０．３Ｈｚから１０Ｈｚ程度が主成分となっており、適当なシャッタ速度では上記の帯域の手振れを抑制すればよい。

本実施例１に示すような受動的な手振れによる像振れ補正を行うレンズ２０ｂ等の補正手段では、この補正手段を支持する機構は、例えば図１０（ａ），（ｂ）に示すような周波数特性を示すことが望ましい。図１０（ａ），（ｂ）では、０．３Ｈｚ程度で振動が遮断されている。これは筐体１０ａに０．３Ｈｚ以上の振動が作用しても遮断されて回転鏡筒５１は静止することを意味する。しかしながら、機械的な共振周波数を十分に下げるには弾性係数を下げる必要がある。ここで、機械的な共振周波数は次式で与えられる。

ｆ＝（１／２π）√（ｋ／Ｉ）
ただし、ｋは捩り剛性、Ｉは慣性モーメントである。上式から容易に分かるように、小型化された機器では慣性モーメントＩは小さな値になるので、捩り剛性ｋを十分に小さくする必要がある。これは機械的強度の問題から一般的には容易ではない。

次に、機械的強度を上げた、補正手段のレンズ２０ｂ等の可動部を支持する機構の周波数特性を、図１１（ａ），（ｂ）に示す。この例では、３Ｈｚ付近で振動が遮断されているが、前述したように手振れはより低い周波数の成分を含む。したがって、このような支持系では十分に手振れによる像振れを抑制することが出来ない。

図１２（ａ），（ｂ）に、上記図１１（ａ），（ｂ）の機構に対し、正帰還をかけた場合の周波数特性を示す。図１２の例では、０．９５倍の正帰還を掛けている。図１２（ａ），（ｂ）の例では０．３Ｈｚ程度から振動が遮断されていることが分かる。このような周波数特性をもつことで、図１０（ａ），（ｂ）の支持系と同様に手振れが筐体１０ａに作用しても回転鏡筒５１を静止させ、手振れによる像振れを抑制することが出来る。

図１２から明らかなように、本実施例１では、正帰還の補償器８３を用いることで、見かけの剛性を低下させている。このような補償器８３と受動的に手振れによる像振れを抑制可能な光学系を組み合わせることで、省電力且つ小型の像振れ補正装置を実現可能にしている。

図１３は本発明の実施例２に係わる携帯機器の主要部構成を示す断面図である。

上記実施例１では、回転鏡筒５１を圧縮コイルバネ５６で弾性支持したが、本発明の実施例２では、磁気的に固定可能な回動部保持手段を設けている。その他の部分は実施例１と同様のため、以下の磁性体７０、コイル７１、マグネット７２により構成される回動部保持手段に絞って説明をする。

回転鏡筒５１には磁性体７０が取り付けられている。磁性体７０に対向する部分には、磁性体７０を吸引するマグネット７２が設けられている。カメラが動作しないときは磁性体７０とマグネット７２の吸引力によって回転鏡筒５１は固定されている。

そして、撮像素子５４に電荷の蓄積を開始すると共に、マグネット７２の磁力を打ち消すようにコイル７１に通電する。その結果、回転鏡筒５１は軸５２ａ，５２ｂ回りに回動可能となり、上記実施例１に示した制御によって手振れによる像振れが抑制される。

本実施例２によると、回転鏡筒５１の保持には電力を消費しないため、省電力で且つ小型の像振れ補正装置を実現できる。

以上、携帯機器における像振れ補正装置を例にして説明を続けてきた。しかし、本発明の装置は小型にまとめることが出来るので、携帯機器に限らず、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラや、監視カメラ、Ｗｅｂカメラなどにも展開できる。

本発明の実施例１に係わる携帯機器を示す平面図である。 本発明の実施例１に係わる携帯機器の折りたたみ状態を示す断面図である。 本発明の実施例１に係わる携帯機器を示す裏面図である。 本発明の実施例１に係わる携帯機器の展開状態を示す断面図である。 本発明の実施例１に係わるメインカメラの詳細を示す断面図である。 本発明の実施例１に係わる鏡筒付近を示す平面図である。 本発明の実施例１に係わる基板側の駆動部詳細を示す平面図である。 本発明の実施例１に係わる像振れ補正装置のシステム構成を示す図である。 手振れの周波数特性の例を示す図である。 受動的手振れ補正手段支持機構の望ましい周波数特性を示す図である。 受動的手振れ補正手段支持機構の望ましくない周波数特性の例を示す図である。 本発明の実施例１において正帰還を用いた場合の支持機構の周波数特性の例を示す図である。 本発明の実施例２に係わるメインカメラの詳細を示す断面図である。 従来の防振カメラの外観を示す斜視図である。 従来の防振カメラの防振構造を示す斜視図である。

符号の説明

１０ａ 筐体
２２ 基板（固定部材）
５０ 撮影光軸
５１ 回転鏡筒
５２ａ，５２ｂ 軸（支持手段）
５３ 固定鏡筒
５４ 撮像素子
５５ バランスウェイト
５６ 圧縮コイルバネ（支持手段）
５８ｐ，５８ｙ 永久磁石
５９ｐ，５９ｙ コイル
６０ｐ，６０ｙ 位置検出部
７０ 磁性体
７１ マグネット
７２ コイル
８３ 補償器
８４ 帰還ループ

Claims (5)

1. 撮像手段に結像させる撮影光学系を保持する鏡筒と、該鏡筒を撮影光軸に直交する２つの軸に対して回動可能に固定部材に支持する支持手段とを備え、前記鏡筒を慣性力により回動させることにより、前記固定部材の振動を前記鏡筒に伝達しないようにした像振れ補正装置において、
   前記鏡筒の回動量を検出する回動検出手段と、
   前記鏡筒を前記固定部材に対して前記２つの軸回りに回動させる駆動手段と、
   前記回動検出手段の出力を正帰還させるように前記駆動手段を駆動する制御手段とを有することを特徴とする像振れ補正装置。
2. 前記正帰還信号のゲインが前記鏡筒の回動量の関数であることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
3. 前記支持手段は、弾性体を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正装置。
4. 非動作時には前記鏡筒を前記固定部材に磁気的に固定する固定手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の像振れ補正装置を具備したことを特徴とする携帯機器。

Images