JP2008164927A - Image blur correction imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ビデオカメラやデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどの撮像装置において、手ぶれ補正を行う手ぶれ補正装置に関するものである。 The present invention relates to a camera shake correction device that performs camera shake correction in an imaging apparatus such as a video camera, a digital video camera, or a digital still camera.
近年、民生用ビデオムービー等の撮像装置は小型化、軽量化、光学ズームの高倍率化が進み、その使い勝手が格段に向上している。このためビデオカメラ等の撮像装置は、一般使用者にとって普通の映像機器となってきている。ビデオカメラ等の撮像装置の小型化、軽量化、光学ズームの高倍率化は、撮影に習熟していない使用者にとっては、撮影時に手ぶれが生じ、安定した画像が得られなくなることがあった。そこで、撮影するビデオカメラの姿勢に関係なく、最適な像ぶれ補正ができる撮像装置が提案されている。 In recent years, imaging devices such as consumer video movies have been reduced in size, weight, and optical zoom magnification, and their usability has been greatly improved. For this reason, imaging devices such as video cameras have become ordinary video equipment for general users. The reduction in size and weight of an image pickup apparatus such as a video camera and the increase in the magnification of optical zoom may cause camera shake at the time of shooting for users who are not proficient in shooting, and a stable image may not be obtained. In view of this, there has been proposed an imaging apparatus capable of performing optimum image blur correction regardless of the posture of the video camera to be photographed.
従来の像ぶれ補正ビデオカメラとしては、特開2002−207232号公報に記載されているおり、補正レンズ群を光軸と垂直な2方向に動かすことにより、使用者が撮影時に手ぶれにより像ぶれを起こしても、安定な画像を得られる撮像装置が提案されている。
図12、13を用いて提案されている撮像装置について説明する。
A conventional image blur correction video camera is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-207232. By moving the correction lens group in two directions perpendicular to the optical axis, the user may experience image blur due to camera shake during shooting. There has been proposed an imaging apparatus that can obtain a stable image even if it occurs.
The proposed imaging apparatus will be described with reference to FIGS.
図12において、カメラ1には撮像光学系2が取り付けられており、その撮像光学系2は3つのレンズ群L1、L2、L3群からなり、中間のレンズ群L2は補正レンズ群であり、光軸Zに垂直な面内で互いに直角な2方向X,Y方向に移動することで、光軸Zを偏心させて、画像の動きを補正するようにしている。レンズ群L1に入射した光は、レンズ群L2、L3を通り固体撮像素子3に結像するようになっている。
In FIG. 12, an imaging
ヨーイング駆動制御部4x、ピッチング駆動制御部4yは、ヨーイング用アクチュエータ5x、ピッチング用アクチュエータ5yを有する像ぶれ補正駆動機構5を介して補正レンズ群L2を、撮像光学系2の光軸Zに直交する面内で互いに直交する2方向X、Y軸に駆動するものである。ここで、カメラ1におけるX軸をヨーイング方向、Y軸をピッチング方向と称する。
The yawing drive control unit 4x and the pitching drive control unit 4y pass the correction lens group L2 perpendicular to the optical axis Z of the imaging
位置検出手段6は、図13に示す発光素子6aおよび受光素子6bによりレンズ群L2の位置を検出する手段であり、ヨーイング駆動制御部4x、ピッチング駆動制御部4yと共に補正レンズ群L2を駆動制御するための帰還制御ループを形成している。そしてヨーイング駆動制御部4x、ピッチング駆動制御部4yは補正駆動制御手段4を構成している。 The position detection means 6 is means for detecting the position of the lens group L2 by the light emitting element 6a and the light receiving element 6b shown in FIG. 13, and drives and controls the correction lens group L2 together with the yawing drive control unit 4x and the pitching drive control unit 4y. A feedback control loop is formed. The yawing drive control unit 4x and the pitching drive control unit 4y constitute correction drive control means 4.
光軸Zの端部に配置された固体撮像素子3は、撮像光学系2を介して入射する映像を電気信号に変換するもので、固体撮像素子3から出力された映像信号は、アナログ信号処理手段7に入力されてガンマ処理などのアナログ信号処理を施され、さらにA/D変換手段8によりディジタル信号に変換された後、ディジタル信号処理手段9によりディジタル信号のノイズ除去や輪郭強調等のディジタル信号処理が施される。
The solid-
カメラ1の動作検出するための角速度センサ10x、10yは、撮像光学系2を含むカメラ1自体の動きを検出し、カメラ1が静止している状態での出力を基準に、カメラ1の動きの方向により正負両方の角速度信号を出力するもので、それぞれヨーイング方向及びピッチング方向の2方向の動きを検出するためにヨーイング角速度センサ10x、ピッチング角速度センサ10yはが設けられている。このようにヨーイング角速度センサ10x、ピッチング角速度センサ10yは手ぶれその他の振動によるカメラ1の動きを検出している。動作検出手段10では、ヨーイング角速度センサ10x、ピッチング角速度センサ10yから出力された出力信号は、高域通過フィルタ(HPF)11x、11yで出力信号に含まれる不要帯域成分中の直流ドリフト成分が除去され、さらに、低域通過フィルタ(LPF)12x、12yにより、出力信号に含まれる不要帯域成分中のセンサの共振周波数成分やノイズ成分が除去さ、アンプ13x、13yにより出力信号のレベル調整がされた後、A/D変換部14x、14yによりディジタル信号に変換され、そのディジタル信号が像ぶれ補正手段(マイクロコンピュータ)15に入力される。
The angular velocity sensors 10x and 10y for detecting the operation of the
図13の分解斜視図を参照して補正レンズ群L2を駆動制御する像ぶれ補正機構16を説明する。固定枠17にはヨーイングシャフト18a、18bを介してヨーイング方向に摺動自在にヨーイング枠19が保持され、このヨーイング枠19には2本のピッチングシャフト20a、20bがピッチング方向に摺動自在にピッチング枠21が保持され、このピッチング枠21に補正レンズ群L2が固定されている。また、ピッチング枠21にコイル22x、22yがそれぞれ固定されている。一方固定枠17にはコイル22xに対応するマグネット23xおよびヨーク24xが保持され、ピッチング枠21を介して補正レンズ群L2をヨーイング方向に駆動制御するヨーイング用アクチュエータ(コイルとマグネット、ヨークからなるアクチュエータ)5xが構成されている。同様に、固定枠17にコイル22yに対応するマグネット23yおよびヨーク24yが保持され、ピッチング枠21を介して補正レンズ群L2をピッチング方向に駆動制御するピッチング用アクチュエータ(コイルとマグネット、ヨークからなるアクチュエータ)5yが構成されている。
The image blur correction mechanism 16 that drives and controls the correction lens unit L2 will be described with reference to an exploded perspective view of FIG. The fixed
さらに、位置検出手段6を構成する発光素子6aは、ピッチング枠21に固定されており、固定枠17に固定された受光素子6bが発光素子6aの投射光を受光して、補正レンズ群L2の2次元の位置座標を検出する。
Further, the light emitting element 6a constituting the position detecting means 6 is fixed to the
図12において、ヨーイング電流値検出部25xは、ヨーイング用アクチュエータ5xが動作したときのコイル22xに流れる電流値を検出し、同様に、ピッチング電流値検出部25yは、ピッチング用アクチュエータ5yが動作したときのコイル22yに流れる電流値を検出するもので、カメラ1の姿勢を検出する姿勢検出手段25を構成している。
像ぶれ補正手段15には、ヨーイング電流値検出部25xとピッチング電流値検出部25yの検出値に基づいてカメラ1の姿勢(正立姿勢や縦向き姿勢)を判断する姿勢制御部26と、動き補正に必要な補正レンズ群L2の駆動制御に必要な像ぶれ補正特性の制御信号を格納している不揮発メモリ(EPROM等)からなるぶれ補正特性記憶部27と、動作検出手段10の出力信号によりカメラ1の撮影動作を判断するとともに、動作方向および加速度を求める動作判定部28と、姿勢制御部26とぶれ補正特性に対応した補正動作のゲインを調整するゲイン調整部29とが具備されている。
In FIG. 12, a yawing current value detection unit 25x detects a current value flowing through the coil 22x when the yawing actuator 5x operates, and similarly, the pitching current value detection unit 25y operates when the pitching actuator 5y operates. The posture detection means 25 for detecting the posture of the
The image
動作判別部28では、A/D変換部14x、14yを介して取り込んだ角速度センサ10x、10yの出力信号に対して、フィルタリング、積分処理、位相補償、ゲイン調整、クリップ処理等を施してカメラ1の撮影動作を判断する。ゲイン調整部29は、姿勢制御部26により判断されたカメラ1の姿勢からぶれ補正動作の駆動方向を判断して制御信号の出力側を選択し、動作判定部28から出力された信号により、ぶれ補正特性記憶部27のデータに基づいて、ぶれ補正に必要な補正レンズ群L2の駆動量を求める。ゲイン調整部29からの制御信号は、補正駆動制御手段4を構成するD/A変換部30x、30yを介してヨーイング駆動制御部4x、ピッチング駆動制御部4yにそれぞれ出力され、ヨーイング駆動制御部4x、ピッチング駆動制御部4yからヨーイング用アクチュエータ5x、ピッチング用アクチュエータ5yに出力され、補正レンズ群L2が制御駆動されて画像の動きを補正する。
The motion determination unit 28 performs filtering, integration processing, phase compensation, gain adjustment, clip processing, and the like on the output signals of the angular velocity sensors 10x and 10y captured via the A / D conversion units 14x and 14y, and performs the
ピッチング枠21のコイル22x、22yにそれぞれ外部の回路から電流を供給すると、ヨーイング用アクチュエータ5x、ピッチング用アクチュエータ5yにより形成された磁気回路により、補正レンズ群L2を有するピッチング枠21は、光軸Zと直角な平面内で互いに直交する2方向X、Y方向にそれぞれ移動される。また、ピッチング枠21の位置は、位置検出手段6の発光素子6aの光を受光素子6bで検出するため、高精度で位置検出されている。すなわち、像ぶれ補正駆動機構5により補正レンズ群L2を光軸Zと直交する平面内でX、Y方向に移動させることにより、撮像光学系2を介して固体撮像素子3に入射する画像の補正をすることができる。
しかしながら、前記従来の構成では補正レンズ群を保持しているピッチング枠21を2つのピッチングシャフト20a、20bで支え、そのピッチングシャフト20a、20b上をピッチング枠21が摺動して移動するよう構成されているため、ピッチング枠21の軸受け部とピッチングシャフト20a、20bは数ミクロンのクリアランスを空けて構成されており、かつ、ピッチング枠21を保持するための軸受け部の平行度は高精度が必要であったので、金型による寸法の調整に多大な時間と労力を要した。また、このクリアランス部に軸受け部の摺動性を高めるため、グリス等の潤滑材が塗布されている。この潤滑材は温度が低くなると粘性が高くなるため、摺動負荷が高くなり、アクチュエータの性能が劣化する傾向になる。逆に温度が高くなると粘性が低くなるため、摺動負荷が低くなりすぎて、発振などを起こすこし、アクチュエータの性能が劣化する問題があった。また、カメラは戸外にて使用されるため空気中の微細な粉塵が潤滑油に付着し、固まったりすることにより、摺動しにくくなったり、最悪の場合は摺動しなくなったりする問題等を有していた。また、温度変化により金属でできたシャフトと樹脂でできた軸受け部のクリアランスが線膨張係数の相違による影響を受け、低音においてはシャフトより軸受けの材料である樹脂の線膨張係数が大きいので、クリアランスが少なくなり、摺動性が悪くなったりする等の課題を有していた。
However, in the conventional configuration, the
本発明は、補正レンズ群L2を保持したピッチングホルダを2枚の板バネで保持し、その板バネの他端をヨーイングホルダに固定することにより、潤滑材無しでピッチング方向にピッチングホルダを容易に移動せしめ、かつ、ピッチングホルダとヨーイングホルダを2枚の板バネで保持し、他端を固定枠に固定することにより、潤滑材無しでヨーイング方向にヨーイングホルダを容易に移動せしめ、温度変動があっても補正レンズ群L2の移動を容易にするとともに、微細な粉塵があっても補正レンズ群L2の移動が妨げられることのない像ぶれ補正撮像装置を提供することを目的とする。 In the present invention, the pitching holder holding the correction lens unit L2 is held by two leaf springs, and the other end of the leaf spring is fixed to the yawing holder, so that the pitching holder can be easily moved in the pitching direction without a lubricant. By moving the pitching holder and yawing holder with two leaf springs and fixing the other end to the fixed frame, the yawing holder can be easily moved in the yawing direction without any lubricant, and there is a temperature fluctuation. However, an object of the present invention is to provide an image blur correction imaging apparatus that facilitates the movement of the correction lens unit L2 and that does not hinder the movement of the correction lens unit L2 even when fine dust is present.
前記従来の課題を解決するために、本発明の像ぶれ補正撮像装置は、像振れ補正レンズ群をX方向及びY方向に移動して像振れ補正を行う像振れ補正装置において、前記像振れ補正レンズ群をピッチング用P板を介してY方向移動させてY方向に可動可能に保持するピッチングホルダと、前記ピッチングホルダの一端を固着して該ピッチングホルダをY方向移動さすピッチング板バネと、前記像振れ補正レンズ群をヨーイング用P板を介してX方向移動させてX方向に可動可能に保持するヨーイングホルダと、前記ピッチング板バネの他端を前記ヨーイングホルダの上下端部に固着するとともに当該ヨーイングホルダの一端を固着して該ヨーイングホルダをX方向移動さすヨーイング板バネと、前記ヨーイング板バネの他端が固定される固定枠と、前記ピッチング用板バネをY方向移動させるためのピッチングアクチュエータと、前記ヨーイング用板バネをX方向移動させるためのヨーイングアクチュエータと、を備えることを特徴としたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, an image blur correction imaging apparatus according to the present invention is an image blur correction apparatus that performs image blur correction by moving an image blur correction lens group in the X direction and the Y direction. A pitching holder for moving the lens group in the Y direction via a pitching P plate and movably holding in the Y direction; a pitching leaf spring for fixing one end of the pitching holder and moving the pitching holder in the Y direction; A yawing holder that moves the image blur correction lens group in the X direction via the yaw P plate and holds it movably in the X direction, and fixes the other end of the pitching plate spring to the upper and lower ends of the yawing holder. A yawing leaf spring for fixing one end of the yawing holder and moving the yawing holder in the X direction, and a fixing for fixing the other end of the yawing leaf spring When, the pitching plate spring and pitching actuator for Y-direction movement is obtained by further comprising a, a yawing actuator for the yawing plate spring is X direction movement.
本発明の像ぶれ補正撮像装置によれば、補正レンズ群L2を保持したピッチングホルダをピッチング板バネで保持し、そのピッチング板バネの他端をヨーイングホルダに固定し、かつ、そのヨーイングホルダをヨーイング板バネで保持し、そのヨーイング板バネの他端を固定枠に固定しているので、板バネのバネ性を利用して光軸に対して直角方向にピッチングホルダおよびヨーイングホルダを移動させることが可能なので、シャフトと軸受けの場合に必要であった潤滑材は不要となり、温度変化に対して潤滑材の粘性が変動することが無くなり、温度変化に対して安定したピッチングホルダおよびヨーイングホルダの移動を実現することができる。また、戸外の微細な粉塵等があっても潤滑材がないので粉塵が付着し潤滑性が変動することが無く、耐環境性に優れたピッチングホルダおよびヨーイングホルダの移動を実現することができる。さらに、板バネでピッチングホルダおよびヨーイングホルダを保持する機構なので板バネの形状を工夫することにより、省スペースにて像ぶれ補正機構を実現することが可能となる。 According to the image blur correction imaging apparatus of the present invention, the pitching holder holding the correction lens group L2 is held by the pitching leaf spring, the other end of the pitching leaf spring is fixed to the yawing holder, and the yawing holder is yawinged. Since the other end of the yawing leaf spring is fixed to the fixed frame, the pitching holder and the yawing holder can be moved in a direction perpendicular to the optical axis by utilizing the spring property of the leaf spring. This eliminates the need for lubricants required for shafts and bearings, and the viscosity of the lubricants does not fluctuate with changes in temperature, allowing stable movement of the pitching holder and yawing holder against changes in temperature. Can be realized. Further, even if there is fine dust or the like outside, there is no lubricant, so dust does not adhere and lubricity does not fluctuate, and the movement of the pitching holder and yawing holder with excellent environmental resistance can be realized. Furthermore, since the mechanism holds the pitching holder and the yawing holder with the leaf spring, the image blur correction mechanism can be realized in a small space by devising the shape of the leaf spring.
以下に、本発明の像ぶれ補正撮像装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。 Embodiments of an image blur correction imaging apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施例における像ぶれ補正撮像装置の主要機構が本体シャーシー部を構成する固定枠17に取り付けられた状態の斜視図を示すものである。図2は、補正レンズ群(図示せず。)を固定し補正レンズ群をY方向に補正駆動するピッチングホルダ部50の斜視図であり、ピッチングホルダ50の両端部には、ピッチング板バネ54の一端部が接着固定され、ピッチング用P板52をY方向駆動してピッチング板バネ54を弾性制御して補正レンズ群をY方向に補正駆動する。 図3はピッチングホルダ、ヨーイングホルダ部の斜視図であり、図4は主要機構の固定枠を一部削除した斜視図であり、図5は主要機構の断面図であり、図6は主要機構の正面図であり、図7は主要機構の平面図、図8はピッチングマグネットの正面図(破線はピッチングP板)と側面図、図9は汎用有限要素法ソフトANSYSによる解析条件の説明図、図10はヨーイング方向の補正レンズ群の2〜250Hz周波数応答解析、図11はヨーイング方向の補正レンズ群の2〜120Hz周波数応答解析、図12は従来の像ぶれ補正撮像装置の構成図、図13は従来の像ぶれ補正撮像装置の像ぶれ補正駆動機構である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a state in which the main mechanism of the image blur correction imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention is attached to a fixed
図2〜図6において、補正レンズ群L2はピッチングホルダ50に取り付けられた後、レンズ固定リング51を介してネジ等によりピッチングホルダ50に固定される。
ピッチングホルダ50の下端切り欠き部にピッチング用P板52が接着等により固定され、そのピッチング用P板52にはY軸方向に磁力により推力を発生させるためのピッチングコイル53が巻かれている。また、ピッチングホルダ50にはピッチングホルダ50を固定するためのピッチング板バネ54がピッチングホルダ50の上下端の中央凸部に接着等にて取り付けられている。そのピッチング板バネ54の他端はヨーイングホルダ55の上端の中央切り欠き部に接着等にて固定されている。すなわち、ピッチングホルダ50はピッチング板バネ54によりヨーイングホルダ55にバネの力にて保持されている。ヨーイングホルダ55にはヨーイング用P板56が接着等により固定され、そのヨーイング用P板56にはX軸方向に磁力より推力を発生させるためのヨーイングコイル57が巻かれている。
2 to 6, the correction lens group L <b> 2 is attached to the
A pitching
図3、4において、ヨーイングホルダ55にはヨーイングホルダ55を固定するためのヨーイング板バネ74がヨーイングホルダ55の左右端の凸部に接着等にて取り付けられている。そのヨーイング板バネ74の他端は固定枠17の左右端切り欠き部に接着等にて固定されている。すなわち、ヨーイングホルダ55はヨーイング板バネ56により固定枠17にバネの力にて保持されている。
3 and 4, a yawing
図5〜7を用いて、ピッチングホルダ50をピッチング方向(Y軸)に移動させる構成について説明する。ピッチングホルダ50に接着によりピッチング用P板52が取り付けられる。そして、ピッチング用P板には、X軸方向が長く形成されるピッチングコイル53が巻かれ接着等にてピッチング用P板52に固定されている。ピッチングコイル53がX軸方向に長く巻かれているのは、コイルに磁界(B)が掛かっているとき、その磁界と直角方向のコイル長さ(L)のコイルに電流(i)を流すと、フレミングの左手の法則によりコイルに推力が発生し、そのコイル推力(F)はF=BiLとなり、Y軸方向のコイル推力を大きくするためX軸方向の長さが長くなるよう巻かれている。
A configuration in which the
本実施例では、少なくともY軸方向に比べ2倍程度、長く巻いて、Y軸方向の磁力による推力を大きく設定している。図7(a)は、ピッチングアクチュエータ60の正面図、図7(b)は、A−A断面を示す。
In the present embodiment, the thrust by the magnetic force in the Y-axis direction is set large by winding at least twice as long as the Y-axis direction. FIG. 7A is a front view of the pitching
一方固定枠17にはピッチングコイル53に対応するピッチングマグネット58およびピッチングヨーク59が保持され、ピッチングホルダ50を介して補正レンズ群L2をピッチング方向に駆動制御するピッチングアクチュエータ60を構成している。ピッチングマグネット58の上半分はN極61に着磁され、下半分はS極62に着磁されている。もちろん言うまでもないことであるがN極61とS極62が逆であっても差し支えは無い。
On the other hand, a
図7において、ピッチングマグネット58のN極61からピッチング用P板52に向かって磁束66が出ているとすると、その磁束66はピッチング用P板52を通り、ピッチングヨーク59、ピッチング用P板52、S極62、ピッチングヨーク59を通り元のピッチングマグネット58のN極61に戻ることになる。ピッチングコイル53にピッチングコイル電流67が矢印のように流れたとすると、フレミングの左手の法則により、ピッチング用P板52は矢印68の方向、即ち、Y軸の正の方向に向かって移動するので、ピッチング用P板52が固定されているピッチングホルダ50は矢印68の方向に移動する。このとき、ピッチングホルダ50の上下位置にピッチング板バネ54が接着等にて取り付けられているので、補正レンズ群L2およびピッチングホルダ50の自重分、ピッチング板バネ54はY軸の負の方向に撓んだ状態にてピッチング板バネ54にて支えられていることになり、補正レンズ群L2は光軸Zからずれているので、常に矢印68方向にコイル推力が掛かるようピッチングコイル53に電流を流し、撮像光学系2を正規の状態に保っている。その状態から、像ぶれ補正手段15より出力された信号に応じてピッチングアクチュエータ60を制御して手ぶれによるカメラ1の補正をしている。
In FIG. 7, if the magnetic flux 66 is emitted from the
光軸Zからのピッチングホルダ50のずれ量はピッチング用P板52上に配置されているホール素子69により検出される。ホール素子69はピッチングマグネット58の着磁の中心位置(N極61とS極62の境目)に置かれており、そのとき補正レンズ群L2は光軸Z上に設定されている。それ故、図9において、ホール素子に外部から作用している磁束密度はN極、S極とも同じなので、ホール素子の出力は零であるが、その状態から矢印68の方向にピッチング用P板52が移動(補正レンズ群L2も同時に移動)するとホール素子69はN極61の磁束密度が高くなり、N極の磁束密度の高さに比例した電位が発生する。最大移動させたときのホール素子電位を記憶しておくことにより、光軸Zからのずれ量を検出することができる。
The amount of deviation of the
同様にして図5、6、図8を用いて、ヨーイングホルダ55がヨーイング方向(X軸)に移動させる構成について説明する。ヨーイングホルダ55に取り付けられたヨーイング用P板56にはY軸方向が長いヨーイングコイル57が巻かれ接着等にてヨーイング用P板56に固定されている。ヨーイングコイル57がY軸方向長くなるように巻かれている。ピッチングコイル53の場合と同様に、少なくとも Y軸方向のコイルをX軸方向に比べ2倍程度、長く巻いて、ヨーイングコイル57のX軸方向の磁力による推力を大きく設定している。
Similarly, a configuration in which the
図8(a)は、ヨーイングアクチュエータ65の正面図、図8(b)は、B−B断面を示す。固定枠17にはヨーイングコイル57に対応するヨーイングマグネット63およびヨーイングヨーク64が保持され、ヨーイングホルダ55を介して補正レンズ群L2をヨーイング方向に駆動制御するヨーイングアクチュエータ65を構成している。ヨーイングマグネット63の上半分はN極75に着磁され、下半分はS極76に着磁されている。もちろん言うまでもないことであるがN極75とS極76が逆であっても差し支えは無い。
FIG. 8A shows a front view of the yawing actuator 65, and FIG. 8B shows a BB cross section. The fixed
図8において、ヨーイングマグネット63のN極75からヨーイング用P板56に向かって磁束77が出ているとすると、その磁束77はヨーイング用P板56を通り、ヨーイングヨーク64、ヨーイング用P板56、S極76、ヨーイングヨーク64を通り元のヨーイングマグネット63のN極75に戻ることになる。ヨーイングコイル57にヨーイングコイル電流78が矢印のように流れたとすると、フレミングの左手の法則により、ヨーイング用P板56は矢印79の方向、即ち、X軸の正の方向に向かって移動するので、ヨーイング用P板56が固定されているヨーイングホルダ55は矢印79の方向に移動する。ヨーイングホルダ55の左右端の凸部にヨーイング板バネ74が接着等にて取り付けられているので、補正レンズ群L2は撮像光学系2の光軸Z位置に保持されている。その状態から、像ぶれ補正手段15より出力された信号に応じてヨーイングアクチュエータ65を制御して手ぶれによるカメラ1の補正をしている。ホール素子69の出力と補正レンズ群L2の位置との関係は、X軸方向とY軸方向が異なるだけで他は、ピッチングの場合と同様なので以下説明は省略する。
In FIG. 8, assuming that a
図10〜12を参照して、汎用有限要素法解析ソフトANSYSによりピッチング板バネ54およびヨーイング板バネ74のモーダル解析、周波数応答解析した結果を説明する。撮像装置の電源は電池なので、補正レンズ群L2の駆動は消費電力が少なく、かつ、広範囲な像ぶれ補正が要求される。具体的には、像ぶれ補正に必要な補正レンズ群L2のX、Y方向移動量は0.5mmであり、そのときのコイル推力として8gfの力が出せることを目標としている。
The results of modal analysis and frequency response analysis of the pitching
板バネのヤング率E、幅b、長さL、厚さhとすると板バネのバネこわさkは、k=Ebh3/4L3((1)式)となり、板バネとして適正な材質は、りん青銅、SUSであり、ヤング率Eの値を大きく変えることはできないので、板バネのバネこわさkを小さくするには、厚みhを薄くするか、長さLを大きくすると効果がある。目標としている8gfの力で0.5mm板バネを撓ますには、バネこわさkを小さくする必要がある。材料としてりん青銅(E=0.98e10kgf/m2)を使用し、8gfで約0.5mmのバネたわみを発生させるには、ANSYSによる計算の結果ヨーイング板バネ74の場合、一例としてb=0.6mm、L=7.7mm、h=0.02mmで実現できることが分かった。同様に、ピッチング板バネ54の場合、一例としてb=0.5mm、L=15mm、h=0.02mmで実現可能なことが分かった。従って、長さLを大きくするために、板バネを中空矩形状、あるいは、中空楕円状に形成している。即ち、ピッチング板バネ54は、ピッチングホルダ50とヨーイングホルダ55の上端、下端部にてそれぞれ接着されるが、例えば、上端部にて、ピッチングホルダ50の接続部とヨーイングホルダ55との接続部間のピッチング板バネ54を中空矩形状に形成して長さLを確保する。ヨーイング板バネ74も同様に、ヨーイングホルダ55と固定枠17に接着されるが接着部間のヨーイング板バネ54を中空矩形状に形成して長さLを確保している。もちろん、それぞれの板バネの長さLを確保できるならば、他のいかなる形状でも実現できることは当然である。
If the Young's modulus E, width b, length L, and thickness h of the leaf spring are set, the spring stiffness k of the leaf spring is k = Ebh 3 / 4L 3 (Equation (1)). Since it is phosphor bronze and SUS and the value of Young's modulus E cannot be changed greatly, it is effective to decrease the thickness h or increase the length L in order to reduce the spring stiffness k of the leaf spring. In order to bend a 0.5 mm leaf spring with a target force of 8 gf, it is necessary to reduce the spring stiffness k. Using phosphor bronze (E = 0.98e 10 kgf / m 2 ) as a material and generating a spring deflection of about 0.5 mm at 8 gf, in the case of a yawing
今、板厚hを0.02mmすなわち20μmから30μmにした場合の一次共振周波数、バネの撓みがどのように変化するかについて説明する。ホルダの質量をm、h=20μmのときの板バネのバネこわさをk1、一次共振周波数をf1、ホルダーに掛ける力をF、板バネの撓みをx1、h=30μmのときのバネこわさをk2、一次共振周波数をf2、板バネの撓みをx2とする。一次共振周波数f=(1/2π)×(k1/m)1/2((2)式)なので板厚hを30μmにしたときのバネこわさk2は、(1)式よりk2=(30/20)3k1≒3.4k1となり、一次共振周波数f2=(1/2π)×(k2/m)1/2=(1/2π)×(3.4k1/m)1/2≒1.84f1≒79Hzとなる。すなわち、43Hzが79Hzになるのであるから振動に対する余裕は多くなるのであるが、一方コイル推力に対する撓みは、フックの法則によりF=k2・x2=k1・x1であり、x2=(k1/k2)・x1=0.67x1となりF=8gfの力にて板バネは0.5mmから0.33mmの変位となる。すなわち、他の形状はそのままとし板バネの厚みを厚くすると、一次共振周波数は高くなり振動に対してよくなるが、バネの変位量が少なくなり、0.5mmと同じ変位量撓ますには大きなコイル推力が必要となる。
Now, how the primary resonance frequency and the bending of the spring change when the plate thickness h is 0.02 mm, that is, 20 μm to 30 μm will be described. The spring stiffness of the leaf spring when the mass of the holder is m and h = 20 μm is k1, the primary resonance frequency is f1, the force applied to the holder is F, the deflection of the leaf spring is x1, and the stiffness of the spring when h = 30 μm is k2. The primary resonance frequency is f2, and the bending of the leaf spring is x2. Since the primary resonance frequency f = (1 / 2π) × (k1 / m) 1/2 (equation (2)), the spring stiffness k2 when the plate thickness h is 30 μm is k2 = (30 / 20) 3 k1≈3.4k1, and the primary resonance frequency f2 = (1 / 2π) × (k2 / m) 1/2 = (1 / 2π) × (3.4k1 / m) 1 / 2≈1.84f1 ≈ 79 Hz. That is, since 43 Hz becomes 79 Hz, there is a large margin for vibration. On the other hand, the deflection with respect to the coil thrust is F =
以上のように、厚さhを20μmから30μmと厚くすると、バネこわさは、k2=3.4k2と3.4倍になる。又、バネの変移量は、x2=0.67x1と0.67倍と少なくなる。 As described above, when the thickness h is increased from 20 μm to 30 μm, the stiffness of the spring becomes 3.4 times k2 = 3.4 k2. Further, the amount of spring displacement is as small as x2 = 0.67 × 1 and 0.67 times.
微小な力で補正レンズ群L2を移動させることが可能なことが分かったので、その板バネを使用して、補正レンズ群L2が外部からの不要共振により振動を誘発しないか、ANSYSにより振動解析をし、耐振動性能を検討したしたので以下説明をする。図10は解析条件を示した図であり、固定枠17の上端部2箇所、下端部2箇所の計4箇所(図面は断面なので2箇所の記載)を完全拘束(動かないように固定)70し、ピッチング用P板52の先端部に振幅1gfの荷重Wを周波数2Hzから250Hzの範囲に掃引して印加し、レンズ中央部71、レンズ上端部72、レンズ下端部73の変移を計算する。
Since it was found that the correction lens unit L2 can be moved with a minute force, the correction springs L2 are not induced by unnecessary resonance from the outside using the leaf spring, and vibration analysis is performed by ANSYS. The vibration resistance performance was examined and will be described below. FIG. 10 is a diagram showing the analysis conditions. Complete restraint (fixed to prevent movement) 70 in a total of four places (two places because the drawing is a cross section because the drawing is a cross section) of the fixed
図11、12は、その周波数―ゲイン特性の解析結果であり、レンズ中央部71、レンズ上端部72、レンズ下端部73の変移は、ほぼ同一であった。1gfの力で0.1mm変位する場合を0dBとし、変位の基準とする。すなわち1gfの力で1mm変位すると20dBとなることを示す。モーダル解析の結果、43Hz、82Hz、187Hz、・・に共振周波数が発生することが判明した(解析結果略)。その共振のモードは、43Hzはヨーイング板バネ74のX方向への一次共振モードであり、82Hzはピッチング板バネ54のY方向への一次共振モードであり、187Hzはヨーイング板バネ74とピッチング板バネ54の両方のバネの共振であることが分かった。特開平3−186823の防振装置によると、カメラによる手ぶれにおいて、1〜12Hzの手ぶれの帯域内の信号を忠実に再現させる必要があるということが記載されており、人間が発生させる周波数の10倍を補償するとして120Hzまで解析し共振の状況を把握すればよいと考えられるが、解析は安全を見て250Hzまでの共振を計算させた。12Hzに近い共振周波数はヨーイング板バネ56の43Hzなので、ヨーイング方向の周波数応答解析を実施した。
FIGS. 11 and 12 show the analysis results of the frequency-gain characteristics, and the transitions of the lens
図11、12はヨーイング方向(X方向)のメカの周波数応答解析をした結果であり、モーダル解析にて共振が確認されていた43Hzにおいて一次共振が起きていることが分かる。レンズ中央71、レンズ上端72、レンズ下端73の周波数応答解析はほぼ同じゲインであり、補正レンズ群L2は振動に対して同じ値の変位をするので、レンズが倒れる(傾く)ことなくY方向に上下移動することがわかる。
FIGS. 11 and 12 show the results of frequency response analysis of the mechanism in the yawing direction (X direction), and it can be seen that the primary resonance occurs at 43 Hz where the resonance was confirmed by the modal analysis. The frequency response analysis of the
また、図12において、2〜12Hzにおいてはゲインが1dB以内で、ほぼ安定しており、人間が発生する手ぶれに対してヨーイング方向は不安定な共振はなく安定したバネの保持が図られることが分かる。このグラフから分かるように、一次共振周波数を43Hzから40Hzに変わってもゲインの変動は1dB以下であり、一次共振周波数が40Hz以上であれば2〜12Hzにおける一次共振周波数のゲイン変動の影響を受けないことが分かる。温度変化による一次共振周波数の変動は板バネのヤング率が温度変動により変化するのは極微小であり、温度による一次共振の変動は、ほとんど無いと考えて差し支えない。モーダル解析の結果ピッチング方向の共振は82Hzであり、1〜12Hzより更に離れた周波数なので安定性はよいことは明らかであるので説明は省略する。
以上のように本発明による像ぶれ撮像装置は、温度変化および戸外の微細な粉塵に対して耐環境性に優れた特性を持つとともに、省スペースにて像ぶれ補正機構を提供することができる。
Also, in FIG. 12, the gain is within 1 dB at 2 to 12 Hz and is almost stable, and the yawing direction does not have unstable resonance with respect to camera shake generated by humans, and a stable spring can be held. I understand. As can be seen from this graph, even if the primary resonance frequency is changed from 43 Hz to 40 Hz, the gain fluctuation is 1 dB or less, and if the primary resonance frequency is 40 Hz or more, it is affected by the gain fluctuation of the primary resonance frequency at 2 to 12 Hz. I understand that there is no. It can be considered that the fluctuation of the primary resonance frequency due to the temperature change is such that the Young's modulus of the leaf spring changes due to the temperature fluctuation, and that there is almost no fluctuation of the primary resonance due to the temperature. As a result of the modal analysis, the resonance in the pitching direction is 82 Hz, and since it is a frequency farther from 1 to 12 Hz, it is clear that the stability is good, so the description is omitted.
As described above, the image blur imaging device according to the present invention can provide an image blur correction mechanism in a space-saving manner as well as having excellent characteristics of environmental resistance against temperature changes and outdoor fine dust.
本発明に掛かる像ぶれ補正撮像装置は、補正レンズ群を保持したピッチングホルダをピッチング板バネで保持し、そのピッチング板バネの他端をヨーイングホルダに固定し、かつ、そのヨーイングホルダをヨーイング板バネで保持し、そのヨーイング板バネの他端を固定枠に固定しているので、板バネのバネ性を利用して光軸に対して直角方向にピッチングホルダおよびヨーイングホルダを移動させることが可能なので、温度変化に対して潤滑材の粘性が変動することが無くなり、温度変化に対して安定したピッチングホルダおよびヨーイングホルダの移動を実現することができるとともに、戸外の微少な粉塵に対する耐環境性に優れたピッチングホルダおよびヨーイングホルダの移動を実現することができ、かつ、省スペースにて像ぶれ補正機構を提供することができる。 An image blur correction imaging apparatus according to the present invention has a pitching holder holding a correction lens group held by a pitching leaf spring, the other end of the pitching leaf spring is fixed to the yawing holder, and the yawing holder is fixed to the yawing leaf spring. Since the other end of the yawing leaf spring is fixed to the fixed frame, the pitching holder and yawing holder can be moved in a direction perpendicular to the optical axis by utilizing the spring property of the leaf spring. The viscosity of the lubricant does not fluctuate due to temperature changes, and the pitching holder and yawing holder can be moved stably against temperature changes, and the environment is resistant to minute dust outdoors. The pitching holder and yawing holder can be moved, and image blur compensation is achieved in a space-saving manner. It is possible to provide a mechanism.
L1 レンズ群
L2 補正レンズ群
L3 レンズ群
Z 光軸
W 荷重
1 カメラ
2 撮像光学系
3 固体撮像素子
4 補正駆動制御手段
4x ヨーイング駆動制御部
4y ピッチング駆動制御部
5 像ぶれ補正駆動機構
5x ヨーイング用アクチュエータ
5y ピッチング用アクチュエータ
6 位置検出手段
6a 発光素子
6b 受光素子
7 アナログ信号処理手段
8 A/D変換手段
9 ディジタル信号処理手段
10 動作検出手段
10x ヨーイング角速度センサ
10y ピッチング角速度センサ
11x HPF
11y HPF
12x LPF
12y LPF
13x アンプ
13y アンプ
14x A/D変換部
14y A/D変換部
15 像ぶれ補正手段(マイクロコンピュータ)
16 像ぶれ補正機構
17 固定枠
18a ヨーイングシャフト
18b ヨーイングシャフト
19 ヨーイング枠
20a ピッチングシャフト
20b ピッチングシャフト
21 ピッチング枠
22x コイル
22y コイル
23x マグネット
23y マグネット
24x ヨーク
24y ヨーク
25 姿勢検出手段
25x ヨーイング電流値検出部
25y ピッチング電流値検出部
26 姿勢制御部
27 ぶれ補正特性記憶部
28 動作判定部
29 ゲイン調整部
30x D/A変換部
30y D/A変換部
50 ピッチングホルダ
51 レンズ固定リング
52 ピッチング用P板
53 ピッチングコイル
54 ピッチング板バネ
55 ヨーイングホルダ
56 ヨーイング用P板
57 ヨーイングコイル
58 ピッチングマグネット
59 ピッチングヨーク
60 ピッチングアクチュエータ
61 N極
62 S極
63 ヨーイングマグネット
64 ヨーイングヨーク
65 ヨーイングアクチュエータ
66 磁束
67 ピッチングコイル電流
68 矢印
69 ホール素子
70 完全拘束
71 レンズ中央部
72 レンズ上端部
73 レンズ下端部
74 ヨーイング板バネ
75 N極
76 S極
77 磁束
78 ヨーイングコイル電流
79 矢印
L1 lens group L2 correction lens group L3 lens group Z optical
11y HPF
12x LPF
12y LPF
13x amplifier 13y amplifier 14x A / D converter 14y A /
16 image
Claims (7)
前記像振れ補正レンズ群をピッチング用P板を介してY方向移動させてY方向に可動可能に保持するピッチングホルダと、
前記ピッチングホルダの一端を固着して該ピッチングホルダをY方向移動さすピッチング板バネと、
前記像振れ補正レンズ群をヨーイング用P板を介してX方向移動させてX方向に可動可能に保持するヨーイングホルダと、
前記ピッチング板バネの他端を前記ヨーイングホルダの上下端部に固着するとともに当該ヨーイングホルダの一端を固着して該ヨーイングホルダをX方向移動さすヨーイング板バネと、
前記ヨーイング板バネの他端が固定される固定枠と、
前記ピッチング用板バネをY方向移動させるためのピッチングアクチュエータと、
前記ヨーイング用板バネをX方向移動させるためのヨーイングアクチュエータと、
を備えることを特徴とする像振れ補正撮像装置。 In an image blur correction apparatus that performs image blur correction by moving an image blur correction lens group in the X direction and the Y direction,
A pitching holder for moving the image blur correction lens group in the Y direction via a pitching P plate and holding the image blur correction lens group movably in the Y direction;
A pitching leaf spring for fixing one end of the pitching holder and moving the pitching holder in the Y direction;
A yawing holder that moves the image blur correction lens group in the X direction through a yawing P-plate and is movable in the X direction;
A yawing leaf spring for securing the other end of the pitching leaf spring to the upper and lower ends of the yawing holder and for securing the one end of the yawing holder to move the yawing holder in the X direction;
A fixing frame to which the other end of the yawing leaf spring is fixed;
A pitching actuator for moving the pitching leaf spring in the Y direction;
A yawing actuator for moving the yawing leaf spring in the X direction;
An image blur correction imaging apparatus comprising:
The amount of deviation of the yawing holder corresponding to the amount of deviation in the X direction of the correction lens group is detected by a Hall element disposed on the yaw P plate, and current is passed through the yawing coil in accordance with the amount of deviation to correct the correction. The image blur correction imaging apparatus according to claim 1, wherein the position correction in the X direction of the lens group is performed.
Priority Applications (1)
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2006
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