JP2008268896A

JP2008268896A - イメージセンサーを安定するためのイメージ安定装置

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Publication number: JP2008268896A
Application number: JP2008046714A
Authority: JP
Inventors: Kun-Rong Chang; 根榮張
Original assignee: CTX Opto Electronics Corp
Current assignee: CTX Opto Electronics Corp
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: JP4657312B2; US20080260368A1; TWI322924B; US7957631B2; TW200842489A

Abstract

【課題】本発明は、磁力が残る問題がないイメージ安定装置を提供することである。
【解決手段】本発明に係わるイメージセンサーを安定するためのイメージ安定装置は、スロットが形成される伝動部品と、環形回転子及び環形固定子を備え、伝動部品は、環形回転子に接続し、環形回転子は、環形固定子の片側に設置し、環形回転子と環形固定子が互いに配合することにより、環形回転子が環形固定子に対して回転することにする回転モーターと、イメージセンサーを積載することに用いられ、且つスロットの内に伝動部品に対してスライド可能に設置される一つのシャフトを備えるキャリヤーと、伝動部品とキャリヤーのシャフトにカップリングし、キャリヤーを動かしてスロットの内でスライドさせることに用いられるリニア・モーターとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、イメージ安定装置に関するものであり、特にイメージセンサーの水平方向と垂直方向での改変量を探測することができ、且つ補正量を計算して、イメージセンサーを修正するためのイメージ安定装置に関するものである。

近年、撮影設備や録画設備は、携帯性を良くするために、小型化の成り行きがある。しかし、撮影設備や録画設備の重量が軽くなり、体積も縮めるため、撮影者の手ぶれを招き易く、手ぶれやその他の原因による振動があると撮影画像にぶれが生じて、像の劣化を招くこととなる。一般的に、デジタル撮像装置は、だいたい光学的又はデジタル手ぶれ防止機構を採用し、光学的手ぶれ防止機構とは、レンズを移動するか、又はイメージセンサーを平行移動又は垂直移動させて、手ぶれによって生じる歪曲を修正し、それが産生する逆方向修正は、カメラに加わった振動によって生じる像ぶれを免れることができ、デジタル手ぶれ防止機構とは、演算法及び影像処理方式を介して、振動によって生じる像ぶれを修正する。

図１と図２を参照すると、撮像装置１０は、例えばデジタルカメラ、デジタルビデオカメラである。撮像装置１０は、撮像装置１０のレンズが受光した光線を電気信号に変換することに用いられるイメージセンサー１２を備え、イメージセンサー１２は、電荷撮像素子（ｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）又は相補型金属酸化物半導体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，ＣＭＯＳ）などである。撮像装置１０は、イメージセンサー１２を積載するためのキャリヤー１４と、キャリヤー１４の水平変位量（Ｘ方向の変位量）を感知するための水平感知器１６と、キャリヤー１４の垂直変位量（Ｙ方向の変位量）を感知するための垂直感知器１８と、キャリヤー１４を駆動して、水平方向（Ｘ方向）で移動させる水平磁力装置２０と、キャリヤー１４を駆動して、垂直方向（Ｙ方向）で移動させる垂直磁力装置２２と、撮像装置１０が水平方向又は垂直方向で移動することによって生じるイメージセンサー１２の変位を補正するように、水平感知器１６により感知される水平変位量及び前記垂直感知器１８により感知される垂直変位量に基づいて、水平磁力装置２０及び垂直磁力装置２２を制御してキャリヤー１４を駆動するコントロール・ユニット２６とを更に備える。

従来の撮像装置１０は、水平磁力装置２０と垂直磁力装置２２を利用して、キャリヤー１４のＸ−Ｙ平面での手振り変位を補償する。しかし、この機構の設計は、磁力を使う駆動素子（例えば、水平磁力装置２０、垂直磁力装置２２等）を採用するため、磁力が残る問題がある。

本発明の目的は、前述した従来の問題を解決し、磁力が残る問題がないイメージ安定装置を提供することである。

本発明の他の目的と利点は、本発明の技術特徴の説明によって了解することができる。

前記目的を達成するため、本発明に係わるイメージ安定装置は、スロットが形成されている伝動部品と、環形回転子及び環形固定子を備え、伝動部品は、環形回転子に接続し、環形回転子は、環形固定子の片側に設置し、環形回転子と環形固定子が互いに配合することにより、環形回転子が環形固定子に対して回転することにする回転モーターと、イメージセンサーを積載することに用いられ、且つスロットの内に前記伝動部品に対してスライド可能に設置される一つのシャフトを備えるキャリヤーと、伝動部品とキャリヤーのシャフトにカップリングし、キャリヤーを動かしてスロットの内でスライドさせることに用いられるリニア・モーターとを備える。

本発明に係るイメージ安定装置は、先ずイメージセンサーの水平方向の振動量と垂直方向の振動量を探測し、且つ直交座標系と極座標系の変換関係及び水平方向の振動量と垂直方向の振動量によって、回転補正量と半径方向の補正量を計算し、且つ回転補正量と半径方向の補正量に基づいて、イメージセンサーの歪曲状況を修正する。本発明の機構設計は、わりに少ない駆動素子を利用するため、構造を簡単化し、且つスロットの構造設計は、移動の精確度を増加することができ、従来の技術における磁力駆動素子を使用するため磁力が残る問題を改善する。

以下、図面を参照しながら、具体的な実施例を詳しく説明し、これにより、本発明の上述の目的と他の目的、特徴及び長所が、より容易に理解できる。本発明に言及した方向の用語、例えば、上、下、前、後、左、右などは、添付した図面の方向を参考するためのみである。よって、使用された方向の用語は、説明のために用いられ、本発明を制限するためのものでない。

図３は、本発明の実施形態に係る撮像装置の機能ブロック図である。撮像装置１１０は、例えば、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラである。撮像装置１１０は、撮像装置１１０のレンズが受光した光線を電気信号に変換することに用いられるイメージセンサー１１２を備え、イメージセンサー１１２は、電荷撮像素子又は相補型金属酸化物半導体などである。撮像装置１１０は、イメージセンサー１１２を安定することに用いられ、即ち前記撮像装置１１０に加わった手ぶれやその他のいかなる振動によって生じる前記イメージセンサー１１２の変位量を補正することに用いられるイメージ安定装置１１４を更に備える。イメージ安定装置１１４は、イメージセンサー１１２を積載することに用いられるキャリヤー１１６と、キャリヤー１１６の水平変位量を感知することに用いられる水平感知器１１８と、キャリヤー１１６の垂直変位量を感知することに用いられる垂直感知器１２０と、水平変位量と垂直変位量に基づいて、回転補正量及び半径方向補正量を計算することに用いられる計算ユニット１２２と、回転モーター１２４と、リニア・モーター１２６と、計算ユニット１２２にカップリングし、回転補正量及び半径方向補正量に基づいて、回転モータ１２４とリニア・モータ１２６の作動を制御することに用いられるコントロール・ユニット１２８とを備える。

図４〜図７を参照すると、イメージ安定装置１１４は、伝動部品１３０を更に備え、伝動部品１３０にはスロット１３２が形成されている。キャリヤー１１６は、シャフト１３４を備え、シャフト１３４は、スロット１３２の内に、前記伝動部品１３０に対してスライド可能に設置される。回転モーター１２４は、体積が小さく、回転速度が速い利点を有する超音波回転モーターであっても良い。回転モーター１２４は、環形回転子（ｒｏｔｏｒ）１３６及び環形固定子（ｓｔａｔｏｒ）１３８を備える。伝動部品１３０の両端は、環形回転子１３６に接続し、環形固定子１３８は、環形回転子１３６の外側（内側に設置しても好い）に取り付けられて、環形回転子１３６を駆動して回転させる。環形固定子１３８は、圧電性材料（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｔｅｒｉａｌ）を備え、電圧を受ける時、環形固定子１３８が波形に揺れ動くことにより、摩擦力によって環形回転子１３６を動かして回転させる。イメージ安定装置１１４は、伝動部品１３０と環形回転子１３６を接続することに用いられる少なくとも二つの固定部品１５６を更に備える。固定部品１５６のそれぞれは、伝動部品１３０の一端と環形固定子１３８の内側に設置されるスリーブ１５８と、平板１６０と、平板１６０に設置される第一突柱１６２及び第二突柱１６６を備え、第一突柱１６２は、伝動部品１３０の一端に設置した孔１６４を貫くことに用いられ、第二突柱１６６は、スリーブ１５８を貫きて環形回転子１３６の孔１６８に係合することに用いられる。環形回転子１３６が環形固定子１３８に対して回転する時、環形回転子１３６は、伝動部品１３０を動かして一緒に回転させ、そして、環形固定子１３８の内側と前記伝動部品１３０の一端に接するスリーブ１５８も一緒に回転させることにより、前記伝動部品１３０の回転量を精確に定位する。図８を参照すると、上述の実施形態と異なって、本実施形態において、固定部品１５６は、ねじであってもよく、伝動部品１３０に環形回転子１３６を固定することに用いられる。同様に、環形回転子１３６が環形固定子１３８に対して回転する時、環形回転子１３６は、伝動部品１３０を動かして一緒に回転させる。

イメージ安定装置１１４は、ダイヤル１４０と少なくとも一つの第一感知器１４２を更に備え、ダイヤル１４０は、環形回転子１３６に設置され、第一感知器１４２は、環形固定子１３８におけるダイヤル１４０に対応する位置に設置され、ダイヤル１４０の回転変位量を感知することに用いられる。図３を参照すると、イメージ安定装置１１４は、フィードバック・ユニット１４４を更に備え、フィードバック・ユニット１４４は、回転モーター１２４と第一感知器１４２から伝送されて来た信号を比較して第一フィードバック信号を産生することに用いられる。コントロール・ユニット１２８は、第一フィードバック信号に基づいて、回転モーター１２４の作動を制御する。イメージ安定装置１１４は、環形固定子１３８に設置される少なくとも一つの固定素子１４６を備え、固定素子１４６は、キャリヤー１１６を初期位置に固定するか、又はキャリヤー１１６が初期位置（即ちキャリヤー１１６を未だ手ぶれ修正補償を行わなかった位置）に戻したかどうかを探測することに用いられる。固定素子１４６は、磁性素子であってもよく、キャリヤー１１６を吸着することに用いられ、前記キャリヤー１１６が回転慣性によって続いて移動することを免れる。

なお、リニア・モーター１２６は、体積が小さく、且つ移動速度が速い利点を有する超音波リニア・モーターであってもよい。リニア・モーター１２６は、少なくとも一つのリニア・スライダー（ｌｉｎｅａｒｓｌｉｄｅｒ）１４８と少なくとも一つのリニア固定子１５０を備え、リニア・スライダー１４８は、前記キャリヤー１１６のシャフト１３４にとおされ、リニア固定子１５０は、伝動部品１３０のスロット１３２の片側に取り付けられ、リニア・スライダー１４８を駆動して、リニア・スライダー１４８を前記スロット１３２にスライドさせる。リニア・固定子１５０は、圧電性材料を含むことができ、電圧を受信する時、リニア・固定子１５０が波形に揺れ動くことにより、摩擦力を利用してリニア・スライダー１４８を動かして、リニア・スライダー１４８がスライド行進することにする。イメージ安定装置１１４は、リニア・スライダー１４８の上に設置される目盛り竿１５２と、リニア・固定子１５０の上に且つ目盛り竿１５２に対応する位置に設置され、目盛り竿１５２の平行に移動する変位量を感知することに用いられる少なくとも一つの第二感知器１５４とを更に備える。図３を参照すると、イメージ安定装置１１４のフィードバック・ユニット１４４は、リニア・モーター１２６と第二感知器１５４から伝送して来た信号を比較してから第二フィードバック信号を産生することに用いられ、コントロール・ユニット１２８は、第二フィードバック信号に基づいて、リニア・モーター１２６の作動を制御することができる。

以下、本発明のイメージ安定装置１１４の作動原理を詳しく説明する。先ず、水平感知器１１８と垂直感知器１２０は、別々にキャリヤー１１６における使用者の手ぶれにより産生する水平変位量（Ｘ方向の変位量）と垂直変位量（Ｙ方向の変位量）を感知することができ、そして計算ユニット１２２は、水平変位量と垂直変位量に基づいて、回転補正量及び半径（ｒａｄｉａｌ）方向補正量を計算する。図９は、直交座標系と極座標系の変換関係を示す図であって、直交座標系（Ｘ−Ｙ座標）と極座標系（Ｒ−θ座標）の変換関係は以下の公式で表示する。

水平変位量と垂直変位量及び回転補正量と半径方向補正量の変換関係は、上述の関係を参照することができる。

それからコントロール・ユニット１２８は、回転補正量及び半径方向補正量に基づいて、回転モーター１２４とリニア・モーター１２６の作動を制御し、従ってキャリヤー１１６を駆動して、キャリヤー１１６が回転補正量及び半径方向補正量ほど移動することにして、撮像装置１１０に加わった平行移動手ぶれ（前記水平変位量）又は垂直移動手ぶれ（前記垂直変位量）による振動に伴なうイメージセンサー１１２の歪曲を補正することができる。図１０は、本発明の実施形態に係わるイメージセンサー１１２が回転補正量及び半径方向補正量を補償することを示す図であって、イメージセンサー１１２は、回転モーター１２４の円周方向で回転補正量ほど回転することができ、且つ半径方向で半径方向補正量ほど移動することができ、イメージセンサー１１２がＸ−Ｙ平面で反方向に向かって水平変位量（Ｘ方向の変位量）と垂直変位量（Ｙ方向の変位量）ほど平行移動することにして、撮像装置１１０に加わった平行移動手ぶれ又は垂直移動手ぶれによる振動に伴うイメージセンサー１１２の歪曲状況を逆方向修正する目的に達する。

イメージセンサー１１２の歪曲状況を逆方向修正するために、回転モーター１２４とリニア・モーター１２６がキャリヤー１１６を駆動すると、キャリヤー１１６は、回転補正量及び半径方向補正量ほど移動する。第一感知器１４２は、環形回転子１３６が回転補正量ほど回転することに伴ってダイヤル１４０が回転する回転変位量を感知することができ、ダイヤル１４０の上に複数のマイクロ目盛りが設置してあるため、ダイヤル１４０が幾つのマイクロ目盛りを回転したかも感知することができ、且つフィードバック・ユニット１４４に対応する信号を出力する。フィードバック・ユニット１４４は、第一感知器１４２が探測したダイヤル１４０の回転変位量が回転モーター１２４の駆動によってキャリヤー１１６が回転した回転補正量に符合するかどうかを比較し、もし符合すると、回転モーター１２４の修正をフィードバックする必要がなく、もし符合しなければ、コントロール・ユニット１２８に第一フィードバック信号を出力する。コントロール・ユニット１２８は、第一フィードバック信号に基づいて、回転モーター１２４の作動を制御し、即ち、回転補正量と回転変位量の差異に基づいて、回転モーター１２４の作動を修正することをフィードバックして、回転モーター１２４がキャリヤー１１６を正確に駆動することにして、キャリヤー１１６が前記回転補正量ほど回転することにする。同じ道理で、第二感知器１５４は、リニア・スライダー１４８が半径方向補正量ほど平行移動することに伴って目盛り竿１５２が移動する平行移動変位量を感知することができ、目盛り竿１５２の上に複数のマイクロ目盛りが設置してあるため、目盛り竿１５２が幾つのマイクロ目盛りを平行移動したかも感知することができ、且つフィードバック・ユニット１４４に対応する信号を出力する。フィードバック・ユニット１４４は、第二感知器１５４が探測した目盛り竿１５２の平行移動変位量がリニア・モーター１２６の駆動によってキャリヤー１１６が移動した半径方向補正量に符合するかどうかを比較し、もし符合すると、リニア・モーター１２６の修正をフィードバックする必要がなく、もし符合しなければ、コントロール・ユニット１２８に第二フィードバック信号を出力する。コントロール・ユニット１２８が、第二フィードバック信号に基づいて、リニア・モーター１２６の作動を制御し、即ち、前記半径方向補正量と前記平行移動変位量の差異に基づいて、リニア・モーター１２６の作動を修正することをフィードバックするので、リニア・モーター１２６がキャリヤー１１６が前記半径方向補正量ほど移動するようにキャリヤー１１６を正確に駆動することになっている。

従来の技術に比べて、本発明のイメージ安定装置は、先ずイメージセンサーの水平方向の振動量と垂直方向の振動量を探測し、且つ直交座標系と極座標系の変換関係及び水平方向の振動量と垂直方向の振動量によって、回転補正量と半径方向の補正量を計算し、且つ回転補正量と半径方向の補正量に基づいて、イメージセンサーの歪曲状況を修正する。本発明の機構設計は、わりに少ない駆動素子（Ｒ方向とθ方向の駆動素子）を利用するため、構造を簡単化し、且つスロットの構造設計は、移動の精確度を増加することができ、本発明は、従来の技術における磁力駆動素子を使用するため磁力が残る問題を改善し、且つ即時に信号をフィードバックすることは、手ぶれ補正の正確性を確保することができ、従って、本発明は、簡単で有効な光学的手ぶれ防止機構を提供することができる。

以上本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種種変更可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。

従来の技術の撮像装置の機能ブロック図である。従来の技術の撮像装置が光学的手ぶれ防止機構を採用することを示す図である。本発明の実施形態に係わる撮像装置の機能ブロック図である。本発明の実施形態に係わるイメージ安定装置の部品分解図である。本発明の実施形態に係わるイメージ安定装置の部品分解図である。本発明の実施形態に係わるイメージ安定装置の異なる視角での部品分解図である。本発明の実施形態に係わるイメージ安定装置の異なる視角での部品分解図である。本発明の他の実施形態に係るイメージ安定装置の部品分解図である。直交座標系と極座標系の変換関係図である。本発明の実施形態に係るイメージセンサーが回転補正量及び半径方向補正量を補償することを示す図である。

符号の説明

１０、１１０撮像装置
１２、１１２イメージセンサー
１４、１１６キャリヤー
１６、１１８水平感知器
１８、１２０垂直感知器
２０水平磁力装置
２２垂直磁力装置
２６、１２８コントロール・ユニット
１１４イメージ安定装置
１２２計算ユニット
１２４回転モーター
１２６リニア・モーター
１３０伝動部品
１３２スロット
１３４シャフト
１３６環形回転子
１３８環形固定子
１４０ダイヤル
１４２第一感知器
１４４フィードバック・ユニット
１４６固定素子
１４８リニア・スライダー
１５０リニア固定子
１５２目盛り竿
１５４第二感知器
１５６固定部品
１５８スリーブ
１６０平板
１６２第一突柱
１６４、１６８孔
１６６第二突柱

Claims

イメージセンサーを安定するためのイメージ安定装置であって、
スロットが形成されている伝動部品と、
環形回転子及び環形固定子を備え、前記伝動部品は、前記環形回転子に接続し、前記環形回転子は、前記環形固定子の片側に設置し、前記環形回転子と前記環形固定子が互いに配合することにより、前記環形回転子が前記環形固定子に対して回転する回転モーターと、
イメージセンサーを積載することに用いられ、且つ前記スロットの内に前記伝動部品に対してスライド可能に設置される一つのシャフトを備えるキャリヤーと、
前記伝動部品と前記キャリヤーのシャフトにカップリングし、前記キャリヤーを動かして前記スロットの内でスライドさせるリニア・モーターと、
を備えることを特徴とするイメージ安定装置。
前記伝動部品と前記環形回転子を接続することに用いられる少なくとも二つの固定部品を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のイメージ安定装置。
前記固定部品は、
スリーブと、
平板と、
前記平板に設置され、前記伝動部品の一端に設置した孔を貫くことに用いられる第一突柱と、
前記平板に設置され、前記スリーブを貫きながら前記環形回転子の孔に接続することに用いられる第二突柱と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のイメージ安定装置。
前記固定部品は、前記伝動部品と前記環形回転子を螺合することに用いられるねじであることを特徴とする請求項２に記載のイメージ安定装置。
前記環形回転子に設置されるダイヤルと、
前記環形固定子に且つ前記ダイヤルに対応する位置に設置され、前記ダイヤルの回転変位量を感知することに用いられる第一感知器と、
前記回転モーターと前記第一感知器から伝送された信号を比較して第一フィードバック信号を産生することに用いられるフィードバック・ユニットと、
前記第一フィードバック信号に基づいて、前記回転モーターの作動を制御するコントロール・ユニットと、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のイメージ安定装置。
前記環形固定子に設置され、前記キャリヤーを初期位置に固定することに用いられる少なくとも一つの固定素子を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のイメージ安定装置。
前記固定素子は、磁性素子であることを特徴とする請求項６に記載のイメージ安定装置。
前記リニア・モーターは、
前記シャフトにとおされたリニア・スライダーと、
前記伝動部品のスロットの片側に取り付け、前記リニア・スライダーを駆動して前記スロットの内でスライドさせることに用いられるリニア固定子と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のイメージ安定装置。
前記リニア・スライダーに設置される目盛り竿と、
前記リニア・固定子に且つ前記目盛り竿に対応する位置に設置され、前記目盛り竿の平行移動変位量を感知することに用いられる第二感知器と、
前記リニア・モーターと前記第二感知器から伝送られた信号を比較してから第二フィードバック信号を産生することに用いられるフィードバック・ユニットと、
前記第二フィードバック信号に基づいて、前記リニア・モーターの作動を制御するコントロール・ユニットと、
を更に備えることを特徴とする請求項８に記載のイメージ安定装置。
前記キャリヤーの水平変位量を感知するための水平感知器と、
前記キャリヤーの垂直変位量を感知するための垂直感知器と、
前記水平変位量と前記垂直変位量に基づいて、回転補正量及び半径方向補正量を計算することに用いられる計算ユニットと、
前記計算ユニットにカップリングし、前記回転補正量及び前記半径方向補正量に基づいて、前記回転モータと前記リニア・モータの作動を制御することに用いられるコントロール・ユニットと、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のイメージ安定装置。
前記回転モーターは、超音波回転モーターであることを特徴とする請求項１に記載のイメージ安定装置。
前記リニア・モーターは、超音波リニア・モーターであることを特徴とする請求項１に記載のイメージ安定装置。
前記リニア・モーターは、
前記シャフトにとおされたリニア・スライダーと、
前記伝動部品のスロットの片側に取り付け、前記リニア・スライダーを駆動して前記スロットの内でスライドさせることに用いられるリニア固定子と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載のイメージ安定装置。
前記リニア・スライダーに設置される目盛り竿と、
前記リニア・固定子に且つ前記目盛り竿に対応する位置に設置され、前記目盛り竿の平行移動変位量を感知することに用いられる第二感知器と、
前記リニア・モーターと前記第二感知器から伝送された信号を比較して第二フィードバック信号を産生することに用いられるフィードバック・ユニットと、
前記第二フィードバック信号に基づいて、前記リニア・モーターの作動を制御するコントロール・ユニットと、
を更に備えることを特徴とする請求項１３に記載のイメージ安定装置。
前記キャリヤーの水平変位量を感知するための水平感知器と、
前記キャリヤーの垂直変位量を感知するための垂直感知器と、
前記水平変位量と前記垂直変位量に基づいて、回転補正量及び半径方向補正量を計算することに用いられる計算ユニットと、
前記計算ユニットにカップリングし、前記回転補正量及び前記半径方向補正量に基づいて、前記回転モータと前記リニア・モータの作動を制御することに用いられるコントロール・ユニットと、
を更に備えることを特徴とする請求項１４に記載のイメージ安定装置。