JP2009205016A - 手振れ補正装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能であり、また補正精度も高く、制御が容易である手振れ補正装置。
【解決手段】固定側ユニット１０と、レンズ及び撮像素子が一体的に設けられたカメラユニット３１を含む可動側ユニット３０とをヒンジ１により連結する。ヒンジの凹面からなる受け部２は可動側ユニットに設けられ、凸面からなる凸部３は固定側ユニットに設けられる。凸面は凹面に対し、円輪状に線状に接触する。この凸部３が受け部２に係合して、固定側ユニットと可動側ユニットとが連結される。２個のステッピングモータ５０，６０は、ヒンジを連結点として可動側ユニットを固定側ユニットに対して揺動させる。振れ検出部が固定側ユニットに設けられ本体の振れを検出すると、この検出したカメラの振れ量を基にモータを駆動して可動側ユニットを固定側ユニットに対してカメラの振れを打ち消すように揺動させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、デジタルカメラ、カメラ機能付き携帯電話機及びビデオカメラ等において、手振れによる影響を除いて、鮮明な画像を得るための手振れ補正装置並びにそれが組み込まれた電子機器に関する。

写真を撮影する際に生じる手ぶれといわれる現象は、シャッタ（レリーズボタン）を押して絞りが開いてから閉じるまでの間に、カメラが動いてしまい、合焦点ではあるものの、撮像画像がぼけたものと同様になってしまう現象である。このため、この手振れによる画像の劣化を軽減するために、種々の手段が提案されている。このような手振れによる画像の劣化を光学的に防止する手段として、特許文献１及び２に記載されたレンズをシフトさせる手振れ補正技術と、特許文献３に記載されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子（センサ）をシフトさせる手振れ補正技術とがある。

先ず、レンズシフト方式による手振れ補正技術について説明する。図１６（ａ）乃至（ｃ）は、このレンズシフト方式による手振れ補正の原理を示す断面図である。図１６（ａ）に示すように、カメラケース２００の上部にレリーズボタン２０５が配置されており、このカメラケース２００の前面に鏡筒２０１がその中心軸をカメラケース２００に垂直にして固定されている。この鏡筒２０１内には、複数枚のレンズ２０２がその光軸を一致させて配置されており、鏡筒２０１の後端面には、レンズ２０２の光軸を中心として、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ等の撮像センサ２０３が配置されている。また、カメラケース２００には、ジャイロセンサ２０４が設置されていて、ピッチ方向及びヨー方向のカメラの振れ量を検知するようになっている。

図１６（ａ）は、カメラの光軸Ｐが撮像対象に向いている状態を示し、この状態でレリーズボタン２０５を押下すると、シャッタが開き、被写体像がセンサ２０３における光軸Ｐ上の位置Ｑに結像する。その後、図１６（ｂ）に示すように、シャッタが開いた状態で、手振れにより、ピッチング方向にカメラが振れた場合には、撮像対象からの光軸Ｐに対してレンズ光軸が傾斜し、被写体像は、センサ２０３上において、位置Ｑからずれた位置Ｒに結像しようとする。しかし、このとき、ジャイロセンサ２０４により、カメラが動いたことが検知され、一部のレンズ２０２が、図１６（ｃ）に矢印にて示すように、移動し（シフトし）、光軸Ｐを曲げることにより、被写体像の結像位置をセンサ２０３上の位置Ｑに補正する。これにより、カメラに手振れが生じても、シャッタ開のときにセンサ２０３上の位置Ｑに結像していた被写体像は、その結像位置が常にセンサ２０３上の位置Ｑとなり、撮像画像がぼけたものとなることを回避できる。

次に、センサシフト方式による手振れ補正技術について説明する。図１７（ａ）乃至（ｃ）は、このセンサシフト方式による手振れ補正の原理を示す断面図である。図１７（ａ）に示すように、レリーズボタン２０５を押下すると、シャッタが開き、被写体像がセンサ２０３における光軸Ｐ上の位置Ｑに結像する。その後、図１７（ｂ）に示すように、シャッタが開いた状態で、手振れにより、ピッチング方向にカメラが振れた場合には、撮像対象からの光軸Ｐに対してレンズ光軸が傾斜し、被写体像は、センサ２０３上において、位置Ｑからずれた位置Ｒに結像しようとする。しかし、このとき、ジャイロセンサ２０４により、カメラが動いたことが検知され、図１７（ｃ）に示すように、撮像センサ２０３が位置Ｑから位置Ｒまでの距離を移動する（シフトする）。これにより、カメラに手振れが生じても、シャッタ開のときにセンサ２０３上の位置Ｑに結像していた被写体像は、その結像位置が常にセンサ２０３上の位置Ｑとなり、撮像画像がぼけたものとなることを回避できる。

一方、構造を簡略化してコンパクト化を目的としたカメラの手振れ補正装置が特許文献４に開示されている。この手振れ補正装置においては、カメラ筐体に固定された外枠に、ピッチ方向及びヨー方向の手振れを検出するセンサモジュールを固定し、外枠の内側に中枠を配置し、この中枠を外枠に対して第２軸（垂直軸）の回りに揺動自在に支持させ、中枠の内側に内枠を配置し、この内枠を中枠に対して第１軸（水平軸）の回りに揺動自在に支持させている。そして、内枠の内部に撮影レンズ及びイメージセンサを内蔵したカメラモジュールを固定し、センサモジュールからの手振れ検出信号にもとづき、内枠をピッチ方向に揺動させ、中枠をヨー方向に揺動させ、カメラ全体で手振れ補正を行う。よって、この従来技術においては、レンズとイメージセンサとが一体的に内枠に設けられており、内枠の揺動により、レンズとイメージセンサとが一体的に動く。この内枠及び中枠の駆動は、夫々、中枠及び外枠に組み付けられたステッピングモータと、ステッピングモータの回転を減速する減速ギヤトレインと、最終段のギヤと一体に回転して夫々内枠及び中枠に設けられたカムフォロアを介して内枠及び中枠を揺動させるカムとにより行われる。

特開２００３−５７７０６号公報 特開平６−６７２５５号公報 特開２００５−３１６４００号公報 特開２００７−９３９５３号公報

しかしながら、上述の特許文献１乃至３に開示されたレンズシフト方式及びセンサシフト方式のいずれの手振れ補正装置の場合も、カメラ本体に設置されたジャイロセンサ２０４により、手振れによるカメラ本体の動き（回転）を検知し、このカメラ本体の動きによる結像位置の変化を打ち消す方向にレンズ又は撮像センサを移動させる。このように、レンズ又は撮像センサを移動させて結像位置の変化を打ち消すので、レンズ又は撮像センサの移動を制御する必要上、レンズ又は撮像センサの位置センサを、カメラ本体の振れ（傾き）を検知するセンサの他に別途設置する必要がある。このため、制御が複雑で
あるばかりでなく、実装するセンサの数が増大し、手振れ防止装置の小型化が困難である。また、レンズ又はイメージセンサの仕様が変更になった場合には、それらの移動量も変える必要があり、仕様が変わる都度、カスタマイズする必要があって、量産効率が悪いという問題点がある。

また、レンズシフト方式の光学式手振れ補正においては、レンズを移動させて光軸を変えるため、光学設計が難しいという問題点がある。また、レンズの収差等の問題が発生しやすく、レンズの光学性能が低くなりやすい。一方、センサシフト方式の手振れ補正装置の場合は、光学系の劣化がないものの、同様に、光学系部品とイメージセンサとの位置関係が変化するので、ガタ等の機械的精度の影響を受けやすいという問題点がある。

更に、特許文献４に記載された従来技術においては、外枠、中枠及び内枠を設け、それらの間の関係、即ち、外枠と中枠との垂直軸の回りの関係と、中枠と内枠との水平軸の回りの関係とを調節しつつ、全体で、カメラモジュールの向きを制御しているので、構造が複雑になると共に、制御も複雑なものとなる。また、外枠、中枠及び内枠をはじめとして多数の部品が必要であるので、手振れ補正装置の重量も重くなり、駆動装置としては、大きな駆動力が必要になる。更に、装置が複雑であるため、装置の小型化が困難である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、小型化が可能であり、また補正精度も高く、制御が容易である手振れ補正装置を提供することを目的とする。

本発明に係る手振れ補正装置は、本体側に固定される固定側ユニットと、レンズ及び撮像素子が一体的に設けられたカメラユニットを含む可動側ユニットと、前記固定側ユニット及び前記可動側ユニットの一方に設けられた滑らかに湾曲するか又は円錐状の凹面からなる受け部並びに前記固定側ユニット及び前記可動側ユニットの他方に設けられた滑らかな凸面からなる凸部を有し前記受け部及び前記凸部が相互に係合して前記固定側ユニットと前記可動側ユニットとを相互に揺動可能に連結する１個のヒンジと、このヒンジにおける前記受け部と前記凸部との係合が外れないように前記固定側ユニット及び前記可動側ユニットを支持する支持部材と、前記可動側ユニットの２箇所に作用して前記ヒンジを連結点として前記可動側ユニットを前記固定側ユニットに対して揺動させる２個の駆動部材と、カメラ本体の振れを検出する振れ検出部と、前記振れ検出部が検出したカメラの振れ量を基に前記駆動部材を駆動して前記可動側ユニットを前記固定側ユニットに対して前記カメラの振れを打ち消すように揺動させる制御部と、を有し、前記凸部の凸面は前記受け部の凹面の最深部に接触せず、前記凹面と前記凸面とは円輪状で線接触するか、又は円輪状に面接触することを特徴とする。

この手振れ補正装置において、前記駆動部材は、前記固定側ユニットに設けられ、前記可動側ユニットに対しその２箇所で相互に平行の方向に応力を印加して前記可動側ユニットを揺動させるように構成することができる。この場合に、前記駆動部材の駆動により、前記カメラユニットはその光軸の方向が基本軸を中心として動くように揺動し、前記ヒンジを原点位置とするＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸直交座標系において、前記Ｚ軸を前記基本軸の方向としたとき、前記２個の駆動部材は、前記Ｙ軸を挟んで対称の位置にて前記Ｚ軸方向を前記応力の印加方向とするように配置されていることが好ましい。

また、前記支持部材は、前記固定側ユニットの前記ヒンジ側の側面に重ねられる基部と、この基部に対して垂直方向に延出して前記可動側ユニットの下面に重ねられる長尺のバネ部とを有し、前記基部と前記バネ部との間で前記可動側ユニットを支持する板バネとすることができる。この場合に、前記バネ部は前記基部からＹ軸方向に延びており、前記可動側ユニットには、前記ヒンジをとおるＹ軸上の前記ヒンジの反対側の位置にＹ軸方向に突出する係止突起が設けられており、前記固定側ユニットには前記ヒンジをとおるＹ軸上の前記ヒンジの反対側の位置にＺ方向に延びる係止溝が形成されており、前記係止突起を前記係止溝に嵌合することにより、前記可動側ユニットが前記固定側ユニットによりＹ軸及びＸ軸の回りに揺動可能に支持されていることが好ましい。

更に、前記駆動部材は、リードスクリューシャフトを回転させるステッピングモータと、前記リードスクリューシャフトに螺合されそれ自体は前記固定側ユニットに対して回転しないナットと、前記可動側ユニットと前記ナットとを連結する連結部と、を有し、前記ステッピングモータの回転により前記ナットは、前記リードスクリューシャフトの軸方向に移動し、前記連結部を介して連結された可動側ユニットの部分を前記リードスクリューシャフトの軸方向に移動させるように構成することができる。

更に、前記ナットの位置を検出するフォトインタラプタを有し、前記ナットに設けた突起が前記フォトインタラプタ内に位置する状態で前記フォトインタラプタをオフ又はオンとして、手振れ制御範囲とし、前記突起が前記フォトインタラプタから外れたときに、前記フォトインタラプタをオン又はオフにして、前記オフからオン又はオンからオフに移行する位置を基に、前記可動側ユニットの基準位置を決めるように構成することができる。

更にまた、前記ヒンジの位置は前記カメラユニットの光軸の位置とは異なるように構成することができる。

本発明に係る電子機器は、上記手振れ補正装置と、この手振れ補正装置を収容する電子機器本体と、を有することを特徴とする。この場合に、前記電子機器の格納状態及び撮影状態の中で最も頻度が多い姿勢において、前記２個の駆動部材の力点は、重力軸に対して線対称の位置にあるように、前記駆動部材が取り付けられていることが好ましい。更に、前記電子機器の格納状態及び撮影状態の中で最も頻度が多い姿勢において、前記ヒンジの位置は、前記駆動部材の力点よりも、重力方向の上側にあるように構成することができる。

本発明の手振れ補正装置によれば、極めて簡素な構造で手振れを補正することができ、手振れ補正装置の小型化及び軽量化が可能となる。また、本発明によれば、可動側ユニットと固定側ユニットとを相互に揺動可能に１箇所で連結するヒンジにおいて、凸部と受け部が相対的に横方向にずれにくく、このため、手振れ防止のための可動側ユニットの揺動を高精度で制御することができる。

また、本発明の手振れ補正装置は、上述の如く、構造が簡素であるので、この手振れ補正装置を、電子機器に組み込むことにより、電子機器を長期的に使用した場合の耐久性が高く、誤差が生じにくいという利点がある。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る手振れ補正装置を示す斜視図、図２は固定側ユニットと可動側ユニットとを分離して示す斜視図、図３は手振れ補正装置の分解斜視図、図４は図３の上下方向を逆にして示す分解斜視図である。また、図５（ａ）は本実施形態のヒンジの構造を示す側断面図、図５（ｂ）は凸部を示す側断面図、図５（ｃ）は凹部を示す側断面図である。図６は本発明のヒンジの構造の比較例を示す断面図である。図７(ａ)は本実施形態の手振れ補正装置を示す平面図、図７(ｂ)はそのＢ−Ｂ線による断面図、図７（ｃ）はそのＡ−Ａ線による断面図、図７（ｄ）はそのＣ−Ｃ線による断面図である。図８は本実施形態の効果を説明する図である。図１に示すように、本実施形態の手振れ補正装置は、固定側ユニット１０と、可動側ユニット３０とが１個の球面ヒンジ１により連結されている。この球面ヒンジ１を原点とするＸ，Ｙ，Ｚ直交座標系を想定した場合に、可動側ユニット３０は、そのカメラユニット３１のレンズの光軸がこのＺ軸を基本軸として、この基本軸を中心として動くように、揺動する。また、固定側ユニット１０には、２個の駆動部材としてのステッピングモータ５０，６０がそのリードスクリューシャフトを垂直方向（Ｚ軸方向）の下方に向けて設置されている。ステッピングモータ５０，６０は、可動側ユニット３０を、ステッピングモータ５０，６０が配置された位置にて、Ｚ軸方向に移動させる。このステッピングモータ５０，６０の回転方向及び回転量を調節することにより、可動側ユニット３０をＸ軸及びＹ軸の回りに、揺動させることができる。即ち、可動側ユニット３０は、球面ヒンジ１を揺動の支点とし、ステッピングモータ５０，６０の可動側ユニット３０への作用点を力点として、３箇所で固定側ユニット１０に支持されている。そして、この力点の移動量を調節することにより、可動側ユニット３０を支点の回りに揺動させることができる。

次に、図２乃至図７を参照して、本実施形態の手振れ補正装置について更に詳細に説明する。固定側ユニット１０は、平面視で矩形をなし底部を有しないフレーム１１の前面の中央に球面ヒンジ１を構成する凸部３がその凸面を下方に向けて設置されており、フレーム１１の後部に、２個のステッピングモータ５０，６０がその回転軸を相互に平行に且つ垂直方向（Ｚ軸方向）にして固定されている。このステッピングモータ５０，６０の回転軸は、リードスクリューシャフト５２，６２（図７参照）であり、このリードスクリューシャフト５２，６２に夫々ナット５１、６１（図３参照）が螺合されている。このナット５１，６１は回転が規制される（固定側ユニットに対して回転しない）が、リードスクリューシャフトの長手方向への移動は許容されるように、フレーム１１に設けられているので、リードスクリューシャフトが正逆回転すると、その回転方向に応じて、ナット５１，６１はリードスクリューシャフトの長手方向にその端部側又は基部側に向けて移動する。このステッピングモータ５０、６０は、Ｙ軸を間に挟んでその両側に配置されており、ステッピングモータ５０，６０から、Ｙ軸迄の距離は相互に同一になっている。即ち、ステッピングモータ５０，６０はＹ軸を中心とする線対称の位置に設けられている。

一方、可動型ユニット３０は、図３に示すように、基板３３と、この基板３３上に配置され、レンズ及び撮像素子としてのイメージセンサを一体化したカメラユニット３１と、基板３３上におけるカメラユニット３１が配置されていない領域に配置された外部引出用のコネクタ３２とを有する。この可動型ユニット３０は、図４に示すように、基板３３の裏面に、可動側フレーム４０を重ね、可動側フレーム４０の前後端に設けた爪４１、４２（図３参照）で可動側ユニット３０を挟持して構成されている。そして、この可動側ユニット３０を固定側ユニット１０の内部に挿入した後、前面に基部７１を有し、この基部７１から後方に延びる長尺のバネ部７２を有する板バネ７０を、基部７１が固体側ユニット１０のフレーム１１の前面に重なり、バネ部７２が可動側フレーム４０の下面に重なるように、装着する。これにより、可動側ユニット３０が板バネにより７０により上方に付勢されて固定側ユニット１０に取り付けられる。この板バネ７０は、ヒンジ１における受け部２と凸部３との係合が外れないように固定側ユニット１０及び可動側ユニット３０を支持する支持部材を構成しているが、この支持部材としては、このような板バネに限らず、可動側ユニット３０を固定側ユニット１０に対して、ヒンジ１を中心とする揺動が可能に支持するものであれば種々適用することができる。しかし、板バネ７０を使用することにより、支持部材を極めて小型軽量化することができる。

この可動側フレーム４０には、その前縁の中央に、前方に突出する突出部４３が形成されており、この突出部４３の上面には、凹面を有する受け部２が形成されている。そして、可動側ユニット３０を固定側ユニット１０に装着することにより、固定側ユニット１０のフレーム１１の前面中央に設けられた凸部３の凸面が可動側フレーム４０
の受け部２の凹面に転接する。これにより、凸部３及び受け部２からなる球面ヒンジ１が構成される。

図５(ａ)乃至（ｃ）は、この球面ヒンジ１を拡大して示す断面図である。凸部３の先端部は断面が円形又は放物線等の曲面形状に滑らかに湾曲しており、滑らかな凸面３ａとなっている。一方、受け部２もその断面が円形又は放物線等の曲面形状に滑らかに湾曲した凹面２ａとなっている。そこで、凸部３の凸面３ａを受け部２の凹面２ａに接触させて凸部３を受け部２に係止させることにより、受け部２は凸部３を垂直軸に対する任意の傾斜角度で支持する。

この場合に、前述の如く、例えば、凹面２ａの形状を、受け部２が形成される突出部４３の面に垂直の方向(図５中２点鎖線にて示す)を中心線として、その断面が円又は放物線等の曲線を描くように形成する。このとき、凸部３の凸面３ａも同様に断面が円又は放物線等の曲線を描くように形成するが、凸面３ａについては、例えば、半球のように一定の曲率半径を有するものとし、凹面２ａについては、例えば、図５（ｃ）に示すように、中心部側（２点鎖線の近傍）の部分を曲率半径が凸面３ａの曲率半径より小さい曲面（球４の曲面）とし、周辺部寄りにいくにつれて曲率半径を大きくしていく。そうすると、凹面２ａは中心部では曲率半径が小さいが、周辺部寄りでは曲率半径が大きくなり、平べったい曲面となる。このため、凸部３をこの受け部２に嵌合すると、凸部３の凸面３ａは、受け部２の凹面２ａに対して円輪状に線接触する。即ち、凸部３と受け部２との接触部５は円輪状となる。

このため、ヒンジ１においては、凸部３が受け部２に嵌合して、凸部３が受け部２に対し、中心軸の回りに任意の傾斜角度で傾斜可能に１箇所で支持される。そして、この凸部３が受け部２に対して、突出部４３の面に平行の方向にずれようとしても、凸部３が受け部２に嵌り込んだ状態となっているので、凸部３が受け部２に対して相対的に横方向にずれることが防止される。よって、このヒンジ１において、可動側ユニット３０は、固定側ユニット１０に対して、確実に１箇所で支持される。これに対し、図６に示すように、凸面３ａ及び凹面２ａの双方が、滑らかな湾曲面を有しているものの、凸面３ａの曲面の曲率半径が、凹面２ａの曲率半径よりも小さい場合は、凸面３ａは凹面２ａの最深部にて接触し、円輪状に接触することはない。このため、凸部３に横方向の力が作用した場合に、凸部３は受け部２に対して横滑りして、ヒンジ１の支点の位置がずれやすいという問題点がある。なお、本実施形態では、上述の如く、凸面３ａ及び凹面２ａの形状を、凸面３ａが一定の曲率半径を持ち、凹面２ａは中心部から周辺部に向けて曲率半径が大きくなるように変化させているので、凸面３ａと凹面２ａとの接触は、円輪状の線接触となる。しかし、例えば、凹面２ａの曲率半径を、中心部と周辺部との間の特定の幅を持つ領域で、凸面３ａの曲率半径と一致するようにすると、凸部３と受け部２との接触部は円輪状の面接触となる。このように、凸部３と受け部２とが円輪状に面接触していても、円輪状の線接触と同様の効果を奏する。また、凹面２ａは円錐状の凹面でも良い。この場合は、凹面２ａの断面は円滑に湾曲しているものではないが、この円錐凹面の場合も、滑らかな凸面３ａは円錐面の一部で凹面２ａと円輪状に線接触する。

一方、図７（ｂ）に示すように、ステッピングモータ６０のリードスクリューシャフト６２に螺合するナット６１には、半球状の凸部６３（連結部）が設けられており、この凸部６３が、可動側ユニット３０の可動側フレーム４０と接触している。これにより、リードスクリューシャフト６２の回転によりナット６１が図３の下方に移動すると、このナット６１は可動側フレーム４０を介して可動側ユニット３０を下方に移動させる。一方、板バネ７０のバネ部７２により可動側ユニット３０は上方に付勢されており、これにより、可動側ユニット３０の可動側フレーム４０はナット６１に向けて押圧され、受け部２が凸部３に押圧される。また、図７（ｃ）に示すように、ステッピングモータ５０のリードスクリューシャフト５２に螺合するナット５１も、ナット６１と同様の構造を有し、同様の機能をもつ。

カメラの手振れを検出するジャイロセンサは、固定側ユニット若しくは固定側ユニットが固定されているカメラ本体又は可動側ユニットに取り付けられている。即ち、カメラユニット３１が、図７（ａ）に示すように、Ｙ軸方向を垂直方向にして使用される場合、手振れにより、カメラがＸ軸の回りに揺動（ピッチング方向）したときには、このピッチング方向の角速度がピッチング方向のセンサにより検出され、手振れにより、カメラがＹ軸の回りに揺動（ヨー方向）したときには、このヨー方向の角速度がヨー方向のセンサにより検出される。ジャイロセンサが、固定側ユニット若しくは固定側ユニットが固定されているカメラ本体に取り付けられている場合、この角速度データを積分することにより、Ｘ軸、Ｙ軸の回りの夫々回転角度を算出し、この手振れを相殺するように、可動側ユニット３０を回転させる。なお、ジャイロセンサが、可動側ユニットに取り付けられている場合、ジャイロセンサで測定する角速度が絶えず０になるように可動側ユニットを駆動すればよい。

次に、上述の如く構成された本実施形態の動作について説明する。カメラ本体に固定側ユニット１０が固定されており、この固定側ユニット１０に対し、可動側ユニット３０が球面ヒンジ１と、ステッピングモータ５０のナット５１と、ステッピングモータ６０のナット６１とで、支持されている（連結されている）。そして、カメラ本体に設置したジャイロセンサがカメラの振れを検出した場合には、ステッピングモータ５０，６０を駆動して、ナット５１，６１を介して、可動側ユニット３０を、手ぶれによるカメラの振れ量を打ち消す方向に、揺動させる。これにより、手振れによる結像のボケを防止することができる。この場合に、両ステッピングモータ５０，６０の回転量を同一にし、ステッピングモータ５０，６０を同一方向に回転させると、可動側ユニット３０をＸ軸の回りに揺動させることができる。一方、両ステッピングモータ５０，６０の回転量を同一にし、ステッピングモータ５０，６０を相互に逆方向に回転させると、可動側ユニット３０をＹ軸の回りに揺動させることができる。このようにして、ステッピングモータ５０，６０の駆動量及び駆動方向を適宜選択することにより、可動側ユニット３０を任意の方向に揺動させることができる。

従って、本実施形態は以下の効果を奏する。可動側ユニット３０と固定側ユニット１０とを、滑らかな凸面３ａを滑らかな凹面２ａで受ける１個のヒンジ１により連結し、２個の駆動部材（ステッピングモータ５０，６０）が可動側ユニット３０の２箇所に応力を付加して、この可動側ユニット３０を固定側ユニット１０に対して揺動させることにより、カメラの振れを打ち消すようにカメラユニットを動かす。これにより、極めて簡素な構造で、部品点数も少ない手振れ補正装置を構成することができる。この場合に、ヒンジ１においては、凸部３が受け部２に嵌合して、凸部３が受け部２に対し、中心軸（図５の２点鎖線）の回りに任意の傾斜角度で傾斜可能に１箇所で支持されているが、凸部３の凸面３ａが受け部２の凹面２ａに円輪状に線接触又は面接触しているので、この支点における凸部３と受け部２とが相対的に横方向にずれることが防止される。即ち、この凸部３が受け部２に対して、突出部４３の面に平行の方向にずれようとしても、凸部３が受け部２に嵌り込んだ状態となっているので、横方向にずれることが防止される。このようにして、このヒンジ１において、可動側ユニット３０は、固定側ユニット１０に対して、確実に１箇所で支持されると共に、可動側ユニット３０と固定側ユニット１０との相対的関係がずれてしまうことが防止され、高精度で手振れを防止することができる。

また、構造が簡素で、部品点数が少ないため、手振れ補正装置を小型化及び軽量化することができる。なお、本発明においては、レンズとイメージセンサとを一体として回転させ、手ぶれを補正するため、従来の特許文献１及び２に見られたようなレンズを動かすことによる光学的劣化と、特許文献３に見られたような機械精度の影響も受けにくいという利点がある。

このように、Ｘ軸の周りの回転、Ｙ軸の周りの回転を２つのモータで合成して行うため、そのモータの配置をＸ軸上、Ｙ軸上に設定する必要が無く、手ぶれ補正装置の小型化に有利である。更に、レンズ及びイメージセンサの仕様が変わっても、基本の制御方法は流用可能なので、汎用性が高く、量産化しやすい。

そして、図８に示すように、ヒンジ１を支点とし、このヒンジ１を原点とするＸ，Ｙ，Ｚ直交座標系において、Ｚ軸を光軸方向としたとき、２個の駆動部材（ステッピングモータ５０，６０）をＹ軸を挟んで対称の位置（即ち、ステッピングモータ５０，６０からＹ軸への距離は同一）に配置し、これらのステッピングモータ５０，６０によるリードスクリューシャフト５２，６２を介した駆動方向（応力印加方向）がＺ軸方向（正負の方向を含む）になるように駆動部材（ステッピングモータ５０，６０）を固定側ユニット１０に設置しているので、２個の駆動部材を共に同じ方向に同一駆動量で駆動した場合は、可動側ユニットをＸ軸の回りに揺動させることができ、２個の駆動部材を同一駆動量で相反する方向に駆動した場合は、可動側ユニットをＹ軸の回りに揺動させることができる。これにより、可動側ユニット３０の揺動の制御態様がより一層簡素化される。また、このように、２個の駆動部材をＹ軸を挟んで対称の位置に配置することにより、可動側ユニット３０をＸ軸及びＹ軸の回りに揺動させることができるので、駆動部材をＸ軸上及びＹ軸上に配置する必要がなくなり、駆動部材の配置態様の設計の自由度が向上する。

この場合に、ステッピングモータ５０，６０の回転運動を直線運動に変えるためにリードスクリューを利用しているので、このリードスクリューは逆に直線運動を回転運動に変えることはできないため、ステッピングモータが無励磁時でも可動ユニット３０をその位置に固定できる。即ち、ステッピングモータは、通常、リードスクリューシャフトの回転によりナットを前方及び後方に移動させることはできるが、仮にナット５１，６１が上下するように、外力がナットに印加された場合、ナットのシャフト軸方向の移動により、リードスクリューシャフトが回転してしまうことはないため、ナット５１，６１は、移動せず、外力が印加される前の位置に保持される。そして、特許文献４のように、ステッピングモータの駆動力を減速させた後、カム及びカムフォロアにより、駆動力を伝達する場合に比して、本発明は、制御の分解能が向上し、ガタの発生を抑制すると共に、部品点数を削減することができる。

また、ステッピングモータ５０，６０は、オープンループ制御が可能なモータであるので、フィードバック用のセンサ等は必要がない。即ち、可動側ユニット３０を回転させるアクチュエータにステッピングモータ５０，６０を使用したため、オープンループでの制御が可能であり、フィードバック用のセンサ(位置センサ等)が必要ない。

更に、ヒンジの位置がカメラユニットの光軸の位置とは異なるようにすることにより、可動側ユニットと固定側ユニットとの連結点（支点）の位置を光軸からずらせることができ、カメラ本体の薄型化が可能になる。

そして、本発明の手振れ補正装置が組み込まれた電子機器の格納状態及び撮影状態の中で最も頻度が多い姿勢において、図７（ａ）に示すように、Ｙ軸を重力方向としたとき、２個の駆動部材（ステッピングモータ５０，６０）の力点は、重力軸に対して線対称の位置にあるように、前記駆動部材が取り付けられていることが好ましい。また、前記電子機器の格納状態及び撮影状態の中で最も頻度が多い姿勢において、ヒンジ１の位置は、前記駆動部材の力点
よりも、重力方向の上側にあることが好ましい。従って、この場合は、図７（ａ）のＹ軸の正方向が、重力方向である。このようにすることにより、重力方向の左右において、可動側ユニットを揺動駆動するときのバランスが優れたものとなり、電子機器を長期的に使用した場合の耐久性が高く、誤差が生じにくくなるという利点がある。

なお、上記実施形態は、受け部を可動側ユニットに設け、凸部を固定側ユニットに設けたが、これを逆にしても良いことは勿論である。

本実施形態における各部材の寸法例としては、例えば、凸面３ａの曲率半径は０．４ｍｍ、凹面２ａの中心部の曲率半径（図５（ｃ）の球４の半径）は０．３ｍｍである。また、凹面２ａの上端縁は、直径が０．７５ｍｍの円であり、凹面２ａの深さは０．２５ｍｍである。このような寸法のヒンジ１において、手振れ補正のための通常の角度で、可動側ユニット３０を揺動させたところ、ヒンジ１の凸部３が受け部２から横方向にずれてしまうことがなく、ヒンジ１の支点の位置は高精度で固定されていた。

次に、図９及び図１０を参照して本発明の第２実施形態について説明する。図９は本実施形態の手振れ補正装置の下面を後方から見た斜視図、図１０は同じくその分解斜視図である。可動側部材３０と固定側部材１０とを１箇所で連結する（支持する）ヒンジ１からＹ軸方向（図１参照）に板バネ７０のバネ部７２が延びており、基部７１は固定側ユニット１０のヒンジ側の側面に重ねられている。長尺のバネ部７２は基部７１に対して垂直に延出し、可動側部材３０を下方から上方に向けて付勢することにより支持している。可動側ユニット３０の可動側フレーム４０におけるヒンジ１の反対側の端部には、Ｙ軸方向に延びる係止突起３４が形成されており、固定側ユニット１０のヒンジ１の反対側の側面には、Ｙ方向に直交するＺ方向に延びる係止溝１４が形成されている。ヒンジ１の受け部２と係止突起３４とはＹ軸上に位置しており、またヒンジ１の凸部３と係止溝１４もＹ軸上に位置している。よって、受け部２に凸部３を嵌合させ、可動側フレーム４０を固定側ユニット１０の底部（図１０では上端部）に配置すると、係止突起３４は係止溝１４内に嵌合さる。

このように構成された本実施形態の手振れ補正装置においては、可動側ユニット３０を下方から支持するバネ部７２と、凸部３と受け部２とからなるヒンジ１と、係止突起３４と、係止溝１４とが、ヒンジ１をとおるＹ軸上に位置する。このため、図９に示すように、Ｙ軸を中心として可動側ユニット３０が揺動しようとするとき、バネ部７２がＹ軸上に位置しているため、バネ部７２が可動側ユニット３０のＹ軸回りの揺動に対して、障害となることがない。また、この可動側ユニット３０は、その係止突起３４が固定側ユニット１０に設けた係止溝１４に係合しているので、Ｙ軸を中心とする揺動に対して、ヒンジ１の反対側の端部がＸ軸方向に移動しないように拘束されている。即ち、可動側ユニット３０はヒンジ１（凸部３，受け部２）と、係止突起３４・係止溝１４により、２箇所にて拘束されているため、その揺動軸がＸ方向にずれてしまうことがない。また、係止溝１４はＺ軸方向に延びているので、係止突起３４はＺ軸方向には若干移動することができ、このため、可動側ユニット３０に対し、ステッピングモータ５０，６０により、Ｘ軸回りに揺動する応力が作用したときには、係止突起３４が係止溝１４内をその長手方向に移動することにより、可動側ユニット３０がＸ軸回りに揺動することが可能になる。

本実施形態においては、可動側ユニット３０が、確実にＸ軸及びＹ軸の回りにのみ揺動するようにすることができ、Ｚ軸の回りに揺動することを回避することができる。即ち、可動側ユニット３０と固定側ユニット１０とは凸部３及び受け部２から構成されるヒンジ１により１箇所で連結されているが、基本的には、この１箇所の回りに自由に揺動することができ、従って、Ｘ軸回り、Ｙ軸回りは勿論のこと、Ｚ軸回りも揺動可能である。ステッピングモータ５０，６０は可動側ユニット３０に対しＺ軸方向にのみ応力を印加するものであるため、実際上、可動側ユニット３０はＹ軸回り及びＸ軸回りの揺動のみが可能になっている。しかし、何らかの外力が作用したときには、第１実施形態の場合は、Ｚ軸回りの揺動が生じる可能性がある。このように、手振れによりカメラユニット３１にＺ軸回りの揺動が生じると、このＺ軸回りの揺動については、ジャイロセンサが検出することができるようにはなっていない。このため、手振れの補正精度が低下する。

これに対し、本実施形態においては、ヒンジ１をとおるＹ軸上の位置にて、可動側ユニット３０の係止突起３４が固定側ユニット１０の係止溝１４に係合していて、この部分はＸ軸方向に拘束されていて、Ｘ軸方向にずれることはないので、結局、可動側ユニット３０がＺ軸の回りに揺動することを防止できる。このように、本実施形態においては、可動側ユニット３０が、ジャイロセンサが検知可能な方向のみ、即ち、Ｘ軸の回り及びＹ軸の回りにのみ揺動し、Ｚ軸の回りに揺動することを防止するので、極めて高精度で、手振れを補正することができる。

次に、図１１乃至１４を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。図１１は本発明の第３実施形態に係る手振れ補正装置を示す斜視図、図１２は固定側ユニットと可動側ユニットとを分離して示す斜視図、図１３は本実施形態の手振れ補正装置を分解して示す斜視図、図１４は図１３の上下方向を逆にして示す分解斜視図である。図１１乃至図１４において、図１乃至図７と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。第１実施形態は、アクチュエータにステッピングモータ５０，６０を使用しているので、オープンループで制御可能である。この場合に、モータに入力するパルス数によって回転する角度が決定されるが、角度の絶対位置は分からないので、予め基準位置（回転角度の中心位置）を手ぶれ補正装置に記憶させなければならない。しかしながら、この基準位置が使用中にずれてしまった場合、手ぶれ補正装置は認識することができないので、正常な制御ができなくなる。そこで、基準位置があっているかどうかを検知するセンサを設ければ、仮にずれが発生してしまっても、後から修正が可能である。第３実施形態は、この基準位置からのずれを検出して修正することができるものである。

本実施形態が第１実施形態と異なる点は、ステッピングモータ５０，６０の回転により、その軸方向に移動するナット５１，６１の近傍に、夫々位置センサ８０，８１を設け、ナット５１，６１に突起５２、６２を設けたことにある。なお、位置センサ８０，８１は位置センサフレーム８２に所定の配置関係で設置される。これらの位置センサ８０，８１は、フォトインタラプタを構成するものであり、ナット５１，６１の突起５４，６４が位置センサ８０，８１の検出範囲内（手振れの制御範囲内）にあるときは、センサの出力をオフにし、ナット５１，６１が位置センサ８０，８１の検出範囲から外れた場合には、センサの出力をオンにする。そして、位置センサ８０，８１の出力がオフからオンに切り替わったときに、その位置を基に、可動側ユニット３０の基準位置を、例えば、検出範囲内の中央位置に、決める。なお、可動側ユニット３０の位置は、ナット５１，６１の位置により決まる。よって、ナット５１，６１の位置を検出することにより、可動側ユニット３０の位置を把握することができる。

前述の如く、フォトインタラプタとナット５１，６１との関係は、制御範囲ではナット５１，６１がフォトインタラプタに飛び込んだ状態にし(センサ・オフ)、制御範囲を超える位置でフォトインタラプタのセンサがオンになるように設定する。つまり、フォトインタラプタがオフからオンになるまで、ステッピングモータを一定方向に回転させ、オンになった位置を基に基準位置を決めることができる。

このようにして、ナット５１，６１の位置をフォトインタラプタにより検出し、ナットに設けた突起５４，６４がフォトインタラプタ内に位置する状態でフォトインタラプタをオフとして、手振れ制御範囲（検出範囲）とし、突起５４，６４がフォトインタラプタから外れたときに、フォトインタラプタをオンにして、オフからオンに移行する位置を基に可動側ユニット３０の基準位置を決めることができる。このため、ステッピングモータの回転数等から把握される可動側ユニットの基準位置が、当初の基準位置からずれてしまってもそれを元に戻すことができる。

従って、本実施形態においては、可動側ユニット３０の基準位置を検知することが可能となる。よって、本実施形態においては、可動側ユニット３０の基準位置を検知する位置センサ８０，８１を追加したことにより、基準位置がずれてしまっても修正が可能になり、不具合の発生を防ぐことが可能となる。また、あらかじめ基準位置を装置に記憶させる必要が無くなり、生産性が向上する。また、ステッピングモータのリードスクリュー上のナットを検知するため、誤差が少なく、かつ省スペースでの実装が可能である。

なお、上記実施形態では、ナット５１，６１に設けた突起５４，６４がフォトインタラプタ（位置センサ８０，８１）内に位置する状態でフォトインタラプタをオフとして、手振れ制御範囲とし、突起がフォトインタラプタから外れたときに、フォトインタラプタをオンにして、オフからオンに移行する位置を基に可動側ユニットの基準位置を決めたが、これに限らず、ナット５１，６１に設けた突起５４，６４がフォトインタラプタ（位置センサ８０，８１）内に位置する状態でフォトインタラプタをオンとして、手振れ制御範囲（検出範囲）とし、突起がフォトインタラプタから外れたときに、フォトインタラプタをオフにして、オンからオフに移行する位置を基に可動側ユニットの基準位置を決めても良い。

本発明は、図１５（ａ）に示すようなカメラ機能付き携帯電話機端末１１０の像振れ補正機構１１１、図１５（ｂ）に示すようなデジタルカメラ１２０の像振れ補正機構１２１の他、ビデオカメラ等においても、手振れによる影響を除いて、鮮明な画像を得るために使用することができる。

本発明の第１実施形態に係る手振れ補正装置を示す斜視図である。 固定側ユニットと可動側ユニットとを分離して示す斜視図である。 手振れ補正装置の分解斜視図である。 図３の上下方向を逆にして示す分解斜視図である。 図５（ａ）は本実施形態のヒンジの構造を示す側断面図、図５（ｂ）は凸部を示す側断面図、図５（ｃ）は凹部を示す側断面図である。 比較例のヒンジ構造を示す側断面図である。 図７(ａ)は本実施形態の手振れ補正装置を示す平面図、図７(ｂ)はそのＢ−Ｂ線による断面図、図７（ｃ）はそのＡ−Ａ線による断面図、図７（ｄ）はそのＣ−Ｃ線による断面図である。 本実施形態の効果を示す模式図である。 本発明の第２実施形態を示し、本実施形態の手振れ補正装置の下面を後方から見た斜視図である。 同じくその分解斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る手振れ補正装置を示す斜視図である。 固定側ユニットと可動側ユニットとを分離して示す斜視図である。 本実施形態の手振れ補正装置を分解して示す斜視図である。 図１３の上下方向を逆にして示す分解斜視図である。 図１５（ａ）、（ｂ）は本発明が適用可能な電子機器を示す図である。 図１６（ａ）乃至（ｃ）は、レンズシフト方式による手振れ補正の原理を示す断面図である。 図１７（ａ）乃至（ｃ）は、センサシフト方式による手振れ補正の原理を示す断面図である。

符号の説明

１：ヒンジ、２：受け部、２ａ：凹面、３：凸部、３ａ：凸面、５：接触部、１０：固定側ユニット、１１：フレーム、３０：可動側ユニット、３１：カメラユニット、３２：コネクタ、３３：基板、４
０：可動側フレーム、４３：突出部、５０、６０：ステッピングモータ、５１、６１：ナット、５２，６２；リードスクリューシャフト、５４，６４：突起、６３：凸部、７０：板バネ、７１：基部、７２：バネ部、８０，８１：位置センサ、８２：センサフレーム、２００：カメラケース、２０１：鏡筒、２０２：レンズ、２０３：センサ、２０４：ジャイロセンサ、２０５：レリーズボタン

Claims (11)

1. 本体側に固定される固定側ユニットと、 レンズ及び撮像素子が一体的に設けられたカメラユニットを含む可動側ユニットと、 前記固定側ユニット及び前記可動側ユニットの一方に設けられた滑らかに湾曲するか又は円錐状の凹面からなる受け部並びに前記固定側ユニット及び前記可動側ユニットの他方に設けられた滑らかな凸面からなる凸部を有し前記受け部及び前記凸部が相互に係合して前記固定側ユニットと前記可動側ユニットとを相互に揺動可能に連結する１個のヒンジと、 このヒンジにおける前記受け部と前記凸部との係合が外れないように前記固定側ユニット及び前記可動側ユニットを支持する支持部材と、 前記可動側ユニットの２箇所に作用して前記ヒンジを連結点として前記可動側ユニットを前記固定側ユニットに対して揺動させる２個の駆動部材と、 カメラ本体の振れを検出する振れ検出部と、 前記振れ検出部が検出したカメラの振れ量を基に前記駆動部材を駆動して前記可動側ユニットを前記固定側ユニットに対して前記カメラの振れを打ち消すように揺動させる制御部と、を有し、 前記凸部の凸面は前記受け部の凹面の最深部に接触せず、前記凹面と前記凸面とは円輪状で線接触するか、又は円輪状で面接触することを特徴とする手振れ補正装置。
2. 前記駆動部材は、前記固定側ユニットに設けられ、前記可動側ユニットに対しその２箇所で相互に平行の方向に応力を印加して前記可動側ユニットを揺動させることを特徴とする請求項１に記載の手振れ補正装置。
3. 前記駆動部材の駆動により、前記カメラユニットはその光軸の方向が基本軸を中心として動くように揺動し、前記ヒンジを原点位置とするＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸直交座標系において、前記Ｚ軸を前記基本軸の方向としたとき、前記２個の駆動部材は、前記Ｙ軸を挟んで対称の位置にて前記Ｚ軸方向を前記応力の印加方向とするように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の手振れ補正装置。
4. 前記支持部材は、前記固定側ユニットの前記ヒンジ側の側面に重ねられる基部と、この基部に対して垂直方向に延出して前記可動側ユニットの下面に重ねられる長尺のバネ部とを有し、前記基部と前記バネ部との間で前記可動側ユニットを支持する板バネであることを特徴とする請求項３に記載の手振れ補正装置。
5. 前記バネ部は、前記基部からＹ軸方向に延びており、 前記可動側ユニットには、前記ヒンジをとおるＹ軸上の前記ヒンジの反対側の位置にＹ軸方向に突出する係止突起が設けられており、 前記固定側ユニットには、前記ヒンジをとおるＹ軸上の前記ヒンジの反対側の位置にＺ方向に延びる係止溝が形成されており、 前記係止突起を前記係止溝に嵌合することにより、前記可動側ユニットが前記固定側ユニットによりＹ軸及びＸ軸の回りに揺動可能に支持されていることを特徴とする請求項４に記載の手振れ補正装置。
6. 前記駆動部材は、 リードスクリューシャフトを回転させるステッピングモータと、 前記リードスクリューシャフトに螺合されそれ自体は前記固定側ユニットに対して回転しないナットと、 前記可動側ユニットと前記ナットとを連結する連結部と、を有し、 前記ステッピングモータの回転により前記ナットは、前記リードスクリューシャフトの軸方向に移動し、前記連結部を介して連結された可動側ユニットの部分を前記リードスクリューシャフトの軸方向に移動させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の手振れ補正装置。
7. 更に、前記ナットの位置を検出するフォトインタラプタを有し、 前記ナットに設けた突起が前記フォトインタラプタ内に位置する状態で前記フォトインタラプタをオフ又はオンとして、手振れ制御範囲とし、 前記突起が前記フォトインタラプタから外れたときに、前記フォトインタラプタをオン又はオフにして、 前記オフからオン又はオンからオフに移行する位置を基に、前記可動側ユニットの基準位置を決めることを特徴とする請求項６に記載の手振れ補正装置。
8. 前記ヒンジの位置は前記カメラユニットの光軸の位置とは異なることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の手振れ補正装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の手振れ補正装置と、この手振れ補正装置を収容する電子機器本体と、を有することを特徴とする電子機器。
10. 前記電子機器の格納状態及び撮影状態の中で最も頻度が多い姿勢において、前記２個の駆動部材の力点は、重力軸に対して線対称の位置にあるように、前記駆動部材が取り付けられていることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
11. 前記電子機器の格納状態及び撮影状態の中で最も頻度が多い姿勢において、前記ヒンジの位置は、前記駆動部材の力点よりも、重力方向に関して上側にあることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。

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