JP2008164709A - 振れ補正機構 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像装置における振れ補正機構の小型化を図るとともに、その駆動特性を改善する。
【解決手段】平凸レンズにより形成される可動レンズの平面側には、Ｘ方向駆動電極２１１および２１２と、Ｙ方向駆動電極２１３および２１４とが配置される。Ｘ方向駆動電極２１１および２１２は、水平方向（Ｘ方向）と直行する方向（垂直方向）に所定間隔で配置される透明電極であり、可動レンズをＸ方向に駆動するものである。Ｙ方向駆動電極２１３および２１４は、垂直方向（Ｙ方向）と直行する方向（水平方向）に所定間隔で配置される透明電極であり、可動レンズをＹ方向に駆動するものである。各電極は独立して制御できるため、Ｘ方向およびＹ方向の組合せにより任意の方向に可動レンズを移動させることができる。これにより、角速度センサなどにより検出された振れベクトルに応じて可動レンズを移動させて振れ補正を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、手振れ補正機構に関し、特に撮像装置において手振れや振動による撮像画像の振れ（ブレ）を補正するための振れ補正機構およびその振れ補正機構を備える撮像装置に関する。

撮像装置では、手振れや振動によって撮像画像に振れ（ブレ）を生じることがある。このような振れを補正するための手法としては、主に光学式振れ補正と、電子式振れ補正とがある。光学式振れ補正は、振れの度合いに応じてレンズの光軸をずらすことにより、振れを吸収するものである。電子式振れ補正は、撮像素子から取得する画像範囲を、振れの度合いに応じてずらすことにより、振れを吸収するものである。

光学式振れ補正に基づくものとして、例えば、振れ検出手段によって検出された振動に従って、水平および垂直アクチュエータによってＣＣＤを移動させることにより振れを補正する撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、電子式振れ補正に基づくものとして、例えば、手振れ検出部によって検出された振動量に従って補正量を算出して、この補正量によって撮像素子からの読出しタイミングを調整する画像処理装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平５−１５３４６３号公報（図１） 特開２００５−１７５５８１号公報（図１）

上述の電子式振れ補正に基づく手法を採用するためには、最終的に採用される画像の範囲よりも広い領域を範囲とする撮像素子を用意する必要があり、製造コストは高くなる可能性がある。また、光学式振れ補正によれば、撮像素子の撮像範囲は一定にすることができるが、アクチュエータにより光軸をずらすための機械的機構が必要になり、鏡筒および撮像装置全体の小型化を阻害するおそれがある。さらに、光学式振れ補正によれば、アクチュエータの動きをレンズや撮像素子に伝達する連結部分において機構上の歪みを生じて駆動特性が悪化するおそれもある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、振れ補正機構の小型化を図るとともに、その駆動特性を改善することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の側面は、第１の方向に所定間隔で配置された複数の電極と上記第１の方向に対して直交する第２の方向に所定間隔で配置された複数の電極とを備える固定部材と、上記第１の方向に所定間隔で配置された複数の電極と上記第２の方向に所定間隔で配置された複数の電極とレンズとを備える可動部材とを具備し、上記固定部材における電極および上記可動部材における電極に供給される電圧に応じて生じるクーロン力によって上記固定部材と上記可動部材との相対位置を変化させることを特徴とする振れ補正機構である。これにより、固定部材における電極および可動部材における電極に供給される電圧に応じて生じるクーロン力によって、固定部材と可動部材との相対位置を変化させることにより振れを補正させるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記固定部材における電極および上記固定部材における電極は、上記レンズの光路の範囲外に配置されてもよく、また、上記レンズの光路の範囲内に配置されてもよい。これら電極は、上記レンズの光路の範囲内に配置される場合には、透明電極により実現される。

また、本発明の第２の側面は、第１の方向に所定間隔で配置された複数の透明電極と上記第１の方向に対して直交する第２の方向に所定間隔で配置された複数の透明電極とを備える第１のレンズと、上記第１の方向に所定間隔で配置された複数の透明電極と上記第２の方向に所定間隔で配置された複数の透明電極とを備える第２のレンズとを具備し、上記第１のレンズにおける透明電極および上記第２のレンズにおける透明電極に供給される電圧に応じて生じるクーロン力によって上記第１のレンズと上記第２のレンズとの相対位置を変化させることを特徴とする振れ補正機構である。これにより、第１のレンズにおける透明電極および第２のレンズにおける透明電極に供給される電圧に応じて生じるクーロン力によって、第１のレンズと第２のレンズとの相対位置を変化させることにより振れを補正させるという作用をもたらす。

また、本発明の第３の側面は、第１の方向に所定間隔で配置された複数の電極と上記第１の方向に対して直交する第２の方向に所定間隔で配置された複数の電極とを備える固定部材と、上記第１の方向に所定間隔で配置された複数の電極と上記第２の方向に所定間隔で配置された複数の電極とレンズとを備える可動部材と、撮像装置の振れベクトルを検出する振れベクトル検出手段と、上記検出された振れベクトルに応じて上記固定部材における電極および上記可動部材における電極に電圧を供給して、当該電圧に応じて生じるクーロン力によって上記固定部材と上記可動部材との相対位置を変化させる振れ制御手段とを具備することを特徴とする撮像装置である。これにより、固定部材における電極および可動部材における電極に供給される電圧に応じて生じるクーロン力によって、固定部材と可動部材との相対位置を変化させることにより振れベクトルに応じて振れを補正させるという作用をもたらす。

本発明によれば、振れ補正機構を小型化するとともに、その駆動特性を改善するという優れた効果を奏し得る。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態における振れ補正機構を備える撮像装置の一構成例を示す図である。この撮像装置は、撮像部３０１と、映像加工部３３０と、映像圧縮部３４１と、圧縮制御部３４２と、記録媒体アクセス部３５１と、ドライブ制御部３５２と、操作受付部３６０と、表示部３７０と、システム制御部３９０とを備えている。

撮像部３０１は、被写体を撮像して映像データとして出力するものである。映像加工部３３０は、撮像部３０１から出力された映像データにエフェクト処理を施すものである。映像圧縮部３４１は、映像加工部３３０によって加工された映像データを圧縮するものである。圧縮制御部３４２は、映像圧縮部３４１における圧縮処理の制御を行うものである。

記録媒体アクセス部３５１は、記録媒体３０９に対する書込みや読出しを行うものである。ドライブ制御部３５２は、記録媒体アクセス部３５１による書込みや読出しを制御するものである。

操作受付部３６０は、ユーザによる操作入力を受け付けるものであり、各種ボタンやＧＵＩ（Graphical User Interface）などが想定される。表示部３７０は、撮像中の映像や再生映像、または、ユーザに対する各種メッセージなどを表示するものである。

システム制御部３９０は、撮像装置の全体を制御するものであり、例えば、マイクロプロセッサなどにより実現され得る。このシステム制御部３９０は、操作受付部３６０によって受け付けられた操作入力によって映像の録画の開始、停止や、録画の経過時間情報などを制御するとともに、ユーザに対する表示部３７０における表示を制御する。また、システム制御部３９０は、カメラ制御部３２９や圧縮制御部３４２との間で情報をやり取りして、ドライブ制御部３５２を介して記録媒体３０９に対する書込み制御を行う。

また、撮像部３０１は、レンズ群３１０と、フィルタ３１９と、撮像素子３２１と、Ａ／Ｄ変換器３２２と、カメラ信号処理回路３２３と、検波部３２４と、レンズ制御部３２５と、角速度センサ３２６と、カメラ制御部３２９とを備えている。

レンズ群３１０は、被写体からの光を集光するものであり、いわゆる前玉、ズームレンズ、フォーカスレンズ、振れ補正レンズなどから構成される。ズームレンズは、ズーム（拡大）処理を行うためのレンズである。フォーカスレンズは、被写体に焦点を合わせるためのレンズである。振れ補正レンズは、手振れや振動により生じる撮像画像の振れを補正するためのレンズである。これらレンズ群３１０は、絞り機構やフィルタ３１９などとともにレンズ鏡筒に収納される。

撮像素子３２１は、光学レンズ群から供給された光を電気信号に変換する光電変換素子であり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）などにより実現され得る。この撮像素子３２１により、被写体の画像が、例えばＲＧＢ（赤、緑、青）の３原色に相当する３つの映像信号として取り出される。

Ａ／Ｄ変換器３２２は、撮像素子３２１から供給されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換するものである。カメラ信号処理回路３２３は、Ａ／Ｄ変換器３２２により変換されたデジタル信号に対して、白色の基準を定めるホワイトバランスなどの信号処理を施すものである。

検波部３２４は、カメラ信号処理回路３２３によって信号処理の施された映像信号のフィードバックを受けて、各種の検波処理を行うものである。例えば、自動的に被写体に焦点を合わせるためのオートフォーカス（ＡＦ：Auto Focus）検波、自動的に露光を行うためのオートエクスポージャ（ＡＥ：Auto Exposure）検波、自動的にホワイトバランスを行うためのオートホワイトバランス（ＡＷＢ：Auto White Balance）検波などを行うものである。

レンズ制御部３２５は、ユーザからの操作入力や角速度センサ３２６において検知された振れベクトルに応じてレンズ群３１０の位置を制御するものである。角速度センサ３２６は、撮像装置の角速度を振れベクトルとして検出するものであり、例えば、ジャイロスコープなどにより実現される。

カメラ制御部３２９は、撮像部３０１の制御を行うものである。例えば、カメラ制御部３２９は、角速度センサ３２６において検知された振れベクトルに対して振れ補正を行って画質の劣化を低減するように制御を行う。また、カメラ制御部３２９は、撮像素子３２１からの映像入力の制御、検波部３２４における処理の制御、レンズ制御部３２５における処理の制御などを行う。

図２は、本発明の実施の形態における振れ補正機構の第１の構成例の断面図である。この振れ補正機構は、振れ補正レンズとして固定レンズ１００と可動レンズ２００とを備える。なお、この図において、光軸はＺ軸と一致し、被写体からの光は左方から入光されるものとする。

固定レンズ１００は鏡筒に固定されるレンズであり、平凹レンズにより形成される。この固定レンズ１００は、平面の側に透明電極１１０を有する。このような透明電極としては、例えば、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium-Tin Oxide）薄膜を利用した透明導電膜材料を用いることができる。

可動レンズ２００は、固定レンズ１００に対して移動可能に配置されるレンズであり、平凸レンズにより形成される。この可動レンズ２００は、平面の側に透明電極２１０を有する。

固定レンズ１００の平面の側と可動レンズ２００の平面の側とは、互いに接するように配置される。透明電極１１０および２１０に所定の電圧を供給することにより、可動レンズ２００を移動させることができる。

図３は、本発明の実施の形態における振れ補正機構の第１の構成例の正面図である。上述のとおり、可動レンズ２００の平面側には透明電極２１０が設けられるが、その配置は例えば図３（ａ）のように円状になる。この例では、同図における水平方向（Ｘ方向）と直行する方向（垂直方向）に所定間隔で複数の電極がＸ方向駆動電極２１１および２１２として配置され、同図における垂直方向（Ｙ方向）と直行する方向（水平方向）に所定間隔で複数の電極がＹ方向駆動電極２１３および２１４として配置される。すなわち、電極２１０の半分の面積はＸ方向に駆動するための電極であり、残り半分の面積はＹ方向に駆動するための電極である。

この可動レンズ２００の平面側と接する固定レンズ１００の平面側にも、透明電極２１０と同方向に透明電極１１０が配置される。これにより、図３（ｂ）のように、可動レンズ２００を水平方向および垂直方向に移動させることができる。Ｘ方向の駆動電極とＹ方向の駆動電極とは独立して制御できるため、Ｘ方向およびＹ方向の組合せにより任意の方向に可動レンズ２００を移動させることができる。したがって、角速度センサ３２６により検出された振れベクトルを打ち消す方向に可動レンズ２００を移動させることにより、振れ補正を実現することができる。

なお、この第１の構成例では、光学有効径に電極が配置されるため、電極１１０および２１０は、透明電極により実現される必要がある。

図４は、本発明の実施の形態における振れ補正機構の制御例を示す図である。この図４は、固定レンズ１００および可動レンズ２００を電極方向から眺めた図である。すなわち、Ｘ方向駆動電極２１１に相当する領域であれば、Ｙ方向から眺めた図になる。ここでは、固定レンズ１００における電極の一部を左から順に電極１９１乃至１９６として表し、可動レンズ２００における電極の一部を左から順に電極２９１乃至２９６として表す。

ここで、可動レンズ２００の電極２９１乃至２９６には、図４（ａ）および（ｂ）のように、それぞれ負電圧−Ｖ、正電圧＋Ｖ、接地電圧Ｇの順番で繰り返すように電圧が供給される。

可動レンズ２００を右方向に移動させるためには、まず、図４（ａ）のように、固定レンズ１００の電極１９１乃至１９６に、それぞれ負電圧−Ｖ、正電圧＋Ｖ、負電圧−Ｖの順番で繰り返すように電圧が供給される。これにより、電極１９１と電極２９１、電極１９２と電極２９２、電極１９４と電極２９４、電極１９５と電極２９５のそれぞれの極性が同じになることから、クーロン力による反発力が働く。このとき、電極１９３と電極２９４の極性も同じであることから、可動レンズ２００が左方向に移動しないようにクーロン力による反発力が働く。また、電極１９２と電極２９１、電極１９３と電極２９２、電極１９５と電極２９４、電極１９６と電極２９５のそれぞれの極性が異なることから、クーロン力による吸引力が働く。そのため、可動レンズ２００は、図４（ｂ）のように、固定レンズ１００に対して右方向に移動することになる。

この状態で可動レンズ２００をさらに右方向に移動させるためには、固定レンズ１００の電極１９１乃至１９６に、それぞれ負電圧−Ｖ、負電圧−Ｖ、正電圧＋Ｖの順番で繰り返すように電圧を供給すればよい。これらの動作を繰り返すことにより、可動レンズ２００を右方向に順次移動させることができる。

図５は、本発明の実施の形態における振れ補正機構の他の制御例を示す図である。この図５においても、図４と同様に、可動レンズ２００の電極２９１乃至２９６には、それぞれ負電圧−Ｖ、正電圧＋Ｖ、接地電圧Ｇの順番で繰り返すように電圧が供給される。

可動レンズ２００を左方向に移動させるためには、まず、図５（ａ）のように、固定レンズ１００の電極１９１乃至１９６に、それぞれ負電圧−Ｖ、正電圧＋Ｖ、正電圧＋Ｖの順番で繰り返すように電圧が供給される。これにより、電極１９１と電極２９１、電極１９２と電極２９２、電極１９４と電極２９４、電極１９５と電極２９５のそれぞれの極性が同じになることから、クーロン力による反発力が働く。このとき、電極１９３と電極２９２、電極１９６と電極２９５の極性も同じであることから、可動レンズ２００が右方向に移動しないようにクーロン力による反発力が働く。また、電極１９１と電極２９２、電極１９３と電極２９４、電極１９４と電極２９５のそれぞれの極性が異なることから、クーロン力による吸引力が働く。そのため、可動レンズ２００は、図５（ｂ）のように、固定レンズ１００に対して左方向に移動することになる。

この状態でさらに可動レンズ２００を左方向に移動させるためには、固定レンズ１００の電極１９１乃至１９６に、それぞれ正電圧＋Ｖ、正電圧＋Ｖ、負電圧−Ｖの順番で繰り返すように電圧を供給すればよい。これらの動作を繰り返すことにより、可動レンズ２００を左方向に順次移動させることができる。

このように、本発明の実施の形態における振れ補正機構の第１の構成例によれば、固定レンズ１００に対して可動レンズ２００をクーロン力により駆動することが可能となる。すなわち、可動レンズ２００自体が静電アクチュエータとして動作することにより、振れ補正機構を小型化するとともに、その駆動特性を改善することができる。

図６は、本発明の実施の形態における振れ補正機構の第２の構成例の断面図である。この振れ補正機構は、振れ補正レンズとして可動レンズ５２０と可動レンズ５３０とを備える。なお、この図において、光軸はＺ軸と一致し、被写体からの光は左方から入光されるものとする。

可動レンズ５２０は、平凹レンズにより形成される。可動レンズ５３０は、平凸レンズにより形成される。可動レンズ５２０の平面側と可動レンズ５３０平面側とが互いに接するように配置される。可動レンズ５２０および５３０は、樹脂５４０により固定され、一体化される。この一体化された全体を振れ補正レンズ５００と称する。

振れ補正レンズ５００は、鏡筒の枠４００に対して移動可能に配置される。この場合において、枠４００と樹脂５４０とが接するように配置され、その接する面には電極が設けられる。すなわち、枠４００には電極４１０が設けられ、樹脂５４０には電極５１０が設けられる電極４１０および５１０に所定の電圧を供給することにより、振れ補正レンズ５００を移動させることができる。

図７は、本発明の実施の形態における振れ補正機構の第２の構成例の正面図である。上述のとおり、樹脂５４０には電極５１０が設けられるが、その配置は例えば図７（ａ）のように同心円状になる。この例では、同図における水平方向（Ｘ方向）と直行する方向（垂直方向）に所定間隔で複数の電極がＸ方向駆動電極５１１および５１２として配置され、同図における垂直方向（Ｙ方向）と直行する方向（水平方向）に所定間隔で複数の電極がＹ方向駆動電極５１３および５１４として配置される。すなわち、電極５１０の半分の面積はＸ方向に駆動するための電極であり、残り半分の面積はＹ方向に駆動するための電極である。

この樹脂５４０と接する枠４００にも、電極５１０と同方向に電極４１０が配置される。これにより、図７（ｂ）のように、振れ補正レンズ５００を水平方向および垂直方向に移動させることができる。Ｘ方向の駆動電極とＹ方向の駆動電極とは独立して制御できるため、Ｘ方向およびＹ方向の組合せにより任意の方向に振れ補正レンズ５００を移動させることができる。したがって、角速度センサ３２６により検出された振れベクトルを打ち消す方向に振れ補正レンズ５００を移動させることにより、振れ補正を実現することができる。

なお、この第２の構成例では、光学有効径に電極が配置されないため、電極４１０および５１０は、透明電極により実現されなくてもよい。

この振れ補正機構の第２の構成例において、振れ補正レンズ５００の制御は、図４および図５により説明したものと同様の手法により実現できる。すなわち、図４および図５における固定レンズ１００を枠４００に置き換え、可動レンズ２００を振れ補正レンズ５００に置き換えれば、枠４００と振れ補正レンズ５００との間の相対的な位置を制御することができる。

このように、本発明の実施の形態における振れ補正機構の第２の構成例によれば、枠４００および振れ補正レンズ５００の互いの相対的な位置関係をクーロン力により駆動することが可能となる。すなわち、振れ補正レンズ５００自体を静電アクチュエータとして駆動することにより、振れ補正機構を小型化するとともに、その駆動特性を改善することができる。特に、この第２の構成例では、光学有効径外に電極が配置されるため、通常の不透明な電極を用いることができる。

なお、本発明の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、以下に示すように特許請求の範囲における発明特定事項とそれぞれ対応関係を有するが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形を施すことができる。

すなわち、請求項１において、固定部材は例えば固定レンズ１００または枠４００に対応する。また、可動部材は例えば可動レンズ２００または振れ補正レンズ５００に対応する。

また、請求項４において、第１のレンズは例えば固定レンズ１００に対応する。また、第２のレンズは例えば可動レンズ２００に対応する。

また、請求項５において、固定部材は例えば固定レンズ１００または枠４００に対応する。また、可動部材は例えば可動レンズ２００または振れ補正レンズ５００に対応する。また、振れベクトル検出手段は例えば角速度センサ３２６に対応する。また、振れ制御手段は例えばレンズ制御部３２５に対応する。

本発明の実施の形態における振れ補正機構を備える撮像装置の一構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における振れ補正機構の第１の構成例の断面図である。 本発明の実施の形態における振れ補正機構の第１の構成例の正面図である。 本発明の実施の形態における振れ補正機構の制御例を示す図である。 本発明の実施の形態における振れ補正機構の他の制御例を示す図である。 本発明の実施の形態における振れ補正機構の第２の構成例の断面図である。 本発明の実施の形態における振れ補正機構の第２の構成例の正面図である。

符号の説明

１００ 固定レンズ
１１０、１９１乃至１９６、２１０、２９１乃至２９６、４１０、５１０ 電極
２００、５２０、５３０ 可動レンズ
２１１、２１２、５１１、５１２ Ｘ方向駆動電極
２１３、２１４、５１３、５１４ Ｙ方向駆動電極
３０１ 撮像部
３０９ 記録媒体
３１０ レンズ群
３１９ フィルタ
３２１ 撮像素子
３２２ Ａ／Ｄ変換器
３２３ カメラ信号処理回路
３２４ 検波部
３２５ レンズ制御部
３２６ 角速度センサ
３２９ カメラ制御部
３３０ 映像加工部
３４１ 映像圧縮部
３４２ 圧縮制御部
３５１ 記録媒体アクセス部
３５２ ドライブ制御部
３６０ 操作受付部
３７０ 表示部
３９０ システム制御部
４００ 枠
５００ 振れ補正レンズ
５４０ 樹脂

Claims (5)

1. 第１の方向に所定間隔で配置された複数の電極と前記第１の方向に対して直交する第２の方向に所定間隔で配置された複数の電極とを備える固定部材と、
   前記第１の方向に所定間隔で配置された複数の電極と前記第２の方向に所定間隔で配置された複数の電極とレンズとを備える可動部材とを具備し、
   前記固定部材における電極および前記可動部材における電極に供給される電圧に応じて生じるクーロン力によって前記固定部材と前記可動部材との相対位置を変化させることを特徴とする振れ補正機構。
2. 前記固定部材における電極および前記固定部材における電極は、前記レンズの光路の範囲外に配置されることを特徴とする請求項１記載の振れ補正機構。
3. 前記固定部材における電極および前記固定部材における電極は、透明電極であって、前記レンズの光路の範囲内に配置されることを特徴とする請求項１記載の振れ補正機構。
4. 第１の方向に所定間隔で配置された複数の透明電極と前記第１の方向に対して直交する第２の方向に所定間隔で配置された複数の透明電極とを備える第１のレンズと、
   前記第１の方向に所定間隔で配置された複数の透明電極と前記第２の方向に所定間隔で配置された複数の透明電極とを備える第２のレンズとを具備し、
   前記第１のレンズにおける透明電極および前記第２のレンズにおける透明電極に供給される電圧に応じて生じるクーロン力によって前記第１のレンズと前記第２のレンズとの相対位置を変化させることを特徴とする振れ補正機構。
5. 第１の方向に所定間隔で配置された複数の電極と前記第１の方向に対して直交する第２の方向に所定間隔で配置された複数の電極とを備える固定部材と、
   前記第１の方向に所定間隔で配置された複数の電極と前記第２の方向に所定間隔で配置された複数の電極とレンズとを備える可動部材と、
   撮像装置の振れベクトルを検出する振れベクトル検出手段と、
   前記検出された振れベクトルに応じて前記固定部材における電極および前記可動部材における電極に電圧を供給して、当該電圧に応じて生じるクーロン力によって前記固定部材と前記可動部材との相対位置を変化させる振れ制御手段と
   を具備することを特徴とする撮像装置。

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