JP2010091947A - ブレ補正装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度なブレ補正を実現できるブレ補正装置および光学機器を提供すること。
【解決手段】像ブレを補正するために移動可能な光学部品Ｌ３と、光学部品Ｌ３の移動方向に備えられ光学部品Ｌ３の移動を制限する制限部３７と、制限部３７から遠ざかる方向に光学部品Ｌ３を付勢する弾性力を光学部品Ｌ３に与える弾性部３５と、磁性体３８ａ、３８ｂの磁界が生じる位置に備えられたコイル４０ａ、４０ｂを有し、弾性部３５の弾性力に抗して光学部品Ｌ３を駆動できるように、光学部品Ｌ３に駆動力を与える駆動部と、磁性体３８ａ、３８ｂの近傍に備えられ、それら磁性体の温度を検出する第１センサと、コイル４０ａ、４０ｂの近傍に備えられ、それらコイルの温度を検出する第２センサと、第１センサ及び第２センサを用いて、光学部品Ｌ３が制限部３７に当接しないように、駆動部の駆動力を制御する制御部とを含むブレ補正装置。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、ブレ補正装置および光学機器に関する。

手振れなどによる撮像画像のブレを抑制することができるブレ補正装置としては、種々のものが知られている。たとえば、下記の特許文献１に示すように、光軸Ｚに垂直なＸ−Ｙ平面内で、補正レンズを、検出されたカメラのブレに合わせて、Ｘ軸およびＹ軸の双方にシフト移動させる光学式のブレ補正装置が知られている。

このような光学式のブレ補正装置においては、補正レンズの位置検出をする機構のない手ブレ補正制御（オープン制御）が行われることがある。このような場合には、可動部の位置情報がフィードバックされないため、次のような問題が生じる。

すなわち、オープン制御では可動部のバネ特性とＶＣＭの発生する補正力の関係によりレンズ位置が制御される。補正力はＶＣＭコイルに印加する電圧、つまりＰＷＭのデューティーにて設定される。そのためコイルの抵抗が温度変動により変化すると、コイルに流れる電流つまり、補正力が変化し、補正レンズ位置に誤差が生じてしまう。

さらに、ＶＣＭのマグネットも温度変化により発生する磁束密度が変化し、コイルに流れる電流が変動して補正力に影響を与える。補正力が強すぎると、補正レンズを含む可動部がメカリミットに衝突し、可動部の移動が制限され、ブレ補正が困難になる。
特開２００７−１６３５９６号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、高精度なブレ補正を実現できるブレ補正装置および光学機器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るブレ補正装置は、
像ブレを補正するために移動可能な光学部品（Ｌ３，４８）と、
前記光学部品（Ｌ３，４８）の移動方向に備えられ前記光学部品（Ｌ３，４８）の移動を制限する制限部（３７）と、
前記制限部（３７）から遠ざかる方向に前記光学部品（Ｌ３，４８）を付勢する弾性力を前記光学部品（Ｌ３，４８）に与える弾性部（３５）と、
磁性体（３８ａ，３８ｂ）の磁界が生じる位置に備えられたコイル（４０ａ，４０ｂ）を有し、前記弾性部の前記弾性力に抗して前記光学部品（Ｌ３，４８）を駆動できるように、前記光学部品（Ｌ３，４８）に駆動力を与える駆動部（３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ）と、
前記磁性体（３８ａ，３８ｂ）の近傍に備えられ前記磁性体（３８ａ，３８ｂ）の温度を検出する第１センサ（３１）と、
前記コイル（４０ａ，４０ｂ）の近傍に備えられ前記コイル（４０ａ，４０ｂ）の温度を検出する第２センサ（３３）と、
前記第１センサ（３１）及び前記第２センサ（３３）を用いて、前記光学部品（Ｌ３，４８）が前記制限部（３７）に当接しないように、前記駆動部（３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ）の前記駆動力を制御する制御部（１４）とを含むことを特徴とする。

本発明に係るブレ補正装置は、制御部（１４）が第１センサ（３１）及び第２センサ（３３）を用いて、光学部品（Ｌ３，４８）が制限部（３７）に当接しないように制御しているので、第１センサ（３１）で検出される磁性体（３８ａ，３８ｂ）の温度、及び、第２センサ（３３）で検出されるコイル（４０ａ，４０ｂ）の温度に応じて的確な制御が可能となり、高精度なブレ補正を実現することができる。

また、好ましくは前記制御部（１４）は、前記弾性部（３５）の前記弾性力に抗して前記光学部品（Ｌ３，４８）が前記制限部（３７）に到達する駆動力よりも小さい最大駆動力を設定し、前記駆動部（３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ）の前記駆動力が前記最大駆動力よりも小さくなるように制御する。

なお、駆動部（３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ）は、例えば、デューティ比を変更することで駆動力（Ｆ）を変更可能である。また、最大駆動力は、例えば、デューティ比（Ｖｏ，Ｖｏｈ，Ｖｏｌ）で定まるものでもよい。最大駆動力は、例えば、リミット値設定回路により規定される。リミット値設定回路は、例えば、センサ（３１，３３）で検出した温度に応じてリミット値を可変できる。たとえば、所定値は、光学部品（Ｌ３，４８）が制限部（３７）の近傍にある場合に、バネ力と釣り合う駆動力である。

好ましくは、前記制御部（１４）は、前記センサ（３１，３３）で検出された温度が高くなるほど前記最大駆動力を高く設定する。温度が高くなるほど、駆動部（３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ）を構成する電気回路の電気抵抗が高くなると共に、駆動部（３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ）を構成する磁気回路の磁束密度が小さくなる。そのため、温度が高くなるほど、駆動部（３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ）を構成する電気回路に流れる電流に対する駆動力は小さくなる。そこで、最大駆動力を高く設定しても、光学部品（Ｌ３，４８）を含む可動部が制限部（３７）に衝突することを有効に防止することができる。

好ましくは、前記センサ（３１，３３）は、前記駆動部（３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ）の近傍に備えられ、前記駆動部（３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ）が駆動しているときの温度を検出する。駆動部（３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ）の温度が、駆動力に影響を与えるからである。

好ましくは、前記制限部（３７）は、前記光学部品（Ｌ３，４８）の周囲に環状に設けられている。光学部品（Ｌ３，４８）の半径方向外側への移動を全周で制限するためである。ただし、制限部（３７）は、光学部品（Ｌ３，４８）の周囲の少なくとも一部に設けられていればよく、環状に設けられているものに限定されない。

好ましくは、前記弾性部（３５）は、前記制限部（３７）の略中心に向けて前記光学部品（Ｌ３，４８）を引き戻すように作用する。弾性部（３５）は、たとえば、バネである。たとえば、バネは複数であり、互いに対称に備えられていてもよい。たとえば、弾性部（３５）は、制御中心に向けて光学部品（Ｌ３，４８）を引き戻してもよいし、制限部（３７）の略中心に向けて光学部品（Ｌ３，４８）を引き戻してもよい。制御中心とは、たとえば駆動部（３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ）の駆動軸（Ａ，Ｂ）の交差中心である。

好ましくは、前記光学部品（Ｌ３，４８）は、光を通過させる光透過部材、光を反射させる光反射部材、及び、光学系による像を撮像する撮像素子のうち少なくとも１つである。ただし、光学部品（Ｌ３，４８）は、像ブレを補正するために移動可能なものであれば、上記に限定されるものではない。光透過部材としては、たとえばレンズ等が例示され、光反射部材としては、たとえばミラー等が例示され、撮像素子としては、たとえばＣＣＤ、Ｃ−ＭＯＳセンサ等が例示される。

本発明に係る光学機器は、上記のブレ補正装置を含む。

なお、上述の説明では、本発明をわかりやすく説明するために、実施形態を示す図面の符号に対応つけて説明したが、本発明は、これに限定されるものでない。後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。更に、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るカメラの概略図、
図２Ａは図１に示す手振れ補正部の概略分解斜視図、
図２Ｂは図２Ａに示す可動部の平面図、
図２Ｃは図２Ａに示す手振れ補正部の概略断面図、
図３（Ａ）はメカリミットとレンズ可動範囲との関係を示す説明図、図３（Ｂ）は常温でのメカリミットとレンズ可動範囲との関係を示す説明図、図３（Ｃ）は低温でのメカリミットとレンズ可動範囲との関係を示す説明図、
図４は図１に示すＣＰＵが処理するブレ補正制御の全体フローチャート図、
図５（Ａ）はＰＷＭ制御におけるデューティ比の説明図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に等価な電圧制御の例を示す説明図、
図６（Ａ）は温度変化に応じたデューティ比のソフトリミットの制御を示すグラフ、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の制御に基づくレンズ位置の移動位置を示すグラフ、
図７（Ａ）〜図７（Ｅ）は温度とレンズ補正力との関係を示すグラフ、
図８は本発明の他の実施形態に係る手振れ補正部の図２Ｃに対応する部分拡大図、
図９は図８に示す手振れ補正部の平面図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るカメラ１は、いわゆるコンパクトカメラであり、カメラボディ１ａとレンズ鏡筒２とが一体化してある。レンズ鏡筒２は、対物側から順に、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群（ブレ補正レンズ群）Ｌ３を配列して構成された撮像光学系を備えている。また、この実施形態のカメラ１では、第３レンズ群Ｌ３の背後（像面側）に、シャッタ４およびＣＣＤ，ＣＭＯＳなどの撮像素子３を具備してある。

第１レンズ群Ｌ１は、撮像光学系のうち最も対物側に設けられ、駆動機構６により光軸Ｚに沿って移動自在に駆動され、ズーミングが可能になっている。第２レンズ群Ｌ２は、駆動機構８により光軸Ｚに沿って移動自在に駆動され、フォーカシングが可能になっている。

第３レンズ群（ブレ補正レンズ群）Ｌ３は、ブレ補正装置３０の一部を構成するものである。このブレ補正装置３０の構成、機能については後に詳しく説明する。第３レンズ群Ｌ３は、他のレンズ群に対して、光軸Ｚと直交する面内でシフト変位することによって、カメラの動きに起因する像ブレを低減する。

シャッタ４および図示省略してある絞り機構は、カメラの露光を制御するように駆動機構１０により駆動される。撮像素子３は、撮像光学系が撮像面上に結像する被写体像の光に基づいて、電気的な画像出力信号を生成し、その信号は、信号処理回路１６で、Ａ／Ｄ変換やノイズ処理されてＣＰＵ１４へ入力する。

レンズ鏡筒２には、ジャイロセンサ１２が内蔵してあり、カメラ１に生じる手ブレなどの角速度を検出し、ＣＰＵ１４に出力する。ＣＰＵ１４には、ＡＦセンサ１８からの検出信号も出力され、その検出信号に基づき、駆動機構８を制御し、オートフォーカス機構を実現している。

ＣＰＵ１４には、記録媒体２０、不揮発性メモリ２２および各種操作ボタン２４に接続してある。記録媒体２０は、ＣＰＵ１４からの出力信号を受けて撮影画像を記録したり、読み出されたりするメモリであり、たとえば着脱自在なカード式メモリである。これらのカード式メモリとしては、たとえばＳＤカードメモリ、ＣＦカードメモリなどが例示される。

不揮発メモリ２２は、ジャイロセンサのゲイン値などの調整値情報が記録してあり、ＣＰＵ１４と共にカメラの内部に内蔵してある半導体メモリなどで構成される。各種操作ボタン２４としては、たとえばレリーズスイッチが例示され、レリーズスイッチを半押しまたは全押しすることで、その信号がＣＰＵ１４に入力される。

以下、カメラ１のレンズ鏡筒２に内蔵してあるブレ補正装置３０について、詳細に説明する。ブレ補正装置３０は、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、カメラ１のレンズ鏡筒２に固定される第１固定部３４と、この第１固定部３４に対して、Ａ軸およびＢ軸を含む平面方向に移動自在な可動部３２とを有する。図２Ｂに示すように、可動部３２には、第３レンズ群Ｌ３を保持するレンズ保持枠４８が固定してある。

Ａ軸およびＢ軸を含む平面は、図１に示す光軸Ｚに対して垂直な平面である。Ａ軸およびＢ軸は、相互に垂直であることが、可動部３２の位置座標が単純になり好ましいが、必ずしも垂直である必要はない。

図２Ａおよび図２Ｃに示すように、可動部３２は、光軸Ｚ方向に沿って第１固定部３４と第２固定部３６との間に挟まれている。第２固定部３６は、第１固定部３４と同様に、図１に示すレンズ鏡筒２に固定してある。図２Ｃに示すように、第１固定部３４と可動部３２との間には、ボール軸受４４が配置してあり、可動部３２が第１固定部３４に対して、Ａ軸およびＢ軸を含む平面方向にスムーズに移動するようになっている。

なお、可動部３２の移動に際して、可動部３２を常にボール軸受４４に接触させ、第２固定部３６には擦らないようにするために、図２Ａに示すように、可動部３２と第１固定部３４とは、複数のスプリング３５により連結されている。これらのスプリング３５は、その他の外力が作用しない状態で、図３（Ａ）に示すように、レンズ保持枠４８（図２Ｂに示す第３レンズ群Ｌ３）の中心を、メカリミット３７の中心付近に位置させる機能もある。

図２Ａに示すように、メカリミット３７は、第１固定部３４の中心に形成された環状の開口部であり、この開口部の内部に、図２Ｂに示す第３レンズ群Ｌ３を保持するレンズ保持枠４８が入り込む。そのため、第３レンズ群Ｌ３のＡ軸およびＢ軸を含む平面方向の移動は、レンズ保持枠４８がメカリミット３７に衝突することで制限される。すなわち、第３レンズ群Ｌ３は、メカリミット３７の範囲内で移動が可能である。

第１固定部３４および第２固定部３６に対して可動部３２を、光軸Ｚと直交するＡ軸−Ｂ軸平面内において駆動移動させるために、ＶＣＭなどの電磁アクチュエータが、第１固定部３４と可動部３２とに装着してある。

電磁アクチュエータは、第１駆動用磁石３８ａおよび第１駆動用コイル４０ａの対と、第２駆動用磁石３８ｂおよび第２駆動用コイル４０ｂの対とを有する。第１駆動用磁石３８ａおよび第２駆動用磁石３８ｂは、可動部３２に固定してあり、第１駆動用コイル４０ａおよび第２駆動用コイル４０ｂは第１固定部３４に装着してある。駆動用磁石３８ａおよび３８ｂとの間に第１および第２駆動用コイル４０ａ，４０ｂを挟むようにヨークを装着しても良い。

第１駆動用コイル４０ａは、図１に示すＣＰＵ１４からの駆動信号に基づき駆動され、所定の電流を流すことで、第１駆動用コイル４０ａに発生する磁界は、第１駆動用磁石３８ａに作用し、可動部３２をＡ軸方向に沿って移動させる駆動力を発生させる。また、同様に、第２駆動用コイル４０ｂに発生する磁界は、第２駆動用磁石３８ａに作用し、可動部３２をＢ軸方向に沿って移動させる駆動力を発生させる。

すなわち、ＣＰＵ１４からの駆動信号に基づき、第１駆動用コイル４０ａおよび第２駆動用コイル４０ｂに流れる電流を調節することで、可動部３２に固定してある第３レンズ群Ｌ３を、メカリミット３７の範囲内で、Ａ軸−Ｂ軸平面内で自由に移動させることができる。可動部３２を移動させるための駆動力は、第１駆動用コイル４０ａおよび第２駆動用コイル４０ｂに流れる電流の調節により行う。これは、たとえばパルス幅変調（ＰＷＭ）制御のデューティ比を変化させることで実現することができる。

本実施形態では、図２Ｃに示すように、磁石３８ａおよび磁石３８ｂの少なくとも一方の近くに、温度センサ３１が装着してあると共に、コイル４０ａおよび４０ｂの少なくとも一方の近くに、温度センサ３３が装着してある。これらの温度センサ３１および３３で検出された温度に関する検出信号は、図１に示すＣＰＵ１４へ送信され、下述するブレ補正の制御に用いられる。

図１に示すＣＰＵ１４は、たとえばジャイロセンサ１２などの角速度センサによって検出されたカメラ１のブレ加速度に応じて、第１固定部３４に対して可動部３２を駆動し、第３レンズ群Ｌ３の光軸中心を、その他のレンズ群Ｌ１，Ｌ２の光軸Ｚに対して移動制御することにより、像ブレを低減することができる。

具体的には、本実施形態では、図１に示すＣＰＵ１４が、図４に示すフローチャートで示される制御を行う。まず、図４に示すステップＳ１にて、ブレ補正制御が開始すると、ステップＳ２にて、図１に示すＣＰＵ１４は、たとえばジャイロセンサ１２などの角速度センサによってカメラ１のブレ量（加速度）を検出する。ブレ補正制御の開始は、たとえばＣＰＵ１４がレリーズスイッチの半押し信号を検出した場合に行われる。

次に図４に示すステップＳ３では、図１に示すＣＰＵ１４がブレ量をＡ／Ｄ変換し、ステップＳ４では、Ａ／Ｄ変換されたブレ量信号をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）に通して積分することにより、補正レンズ（第３レンズ群Ｌ３）の目標位置を算出する。

次にステップＳ５では、図１に示すＣＰＵ１４は、ステップＳ４にて求められた目標位置に基づき、第３レンズ群Ｌ３を保持するレンズ保持枠４８を、目標位置まで動かす力Ｆを算出する。動かす力Ｆは、図３（Ａ）に示すように、スプリング３５のスプリング力に抵抗して、ブレ量を打ち消すように、レンズ保持枠４８を光軸Ｚと垂直な平面方向に目標位置まで動かす力である。本実施形態では、オープンループ制御を適用している。

次にステップＳ６では、図１に示すＣＰＵ１４は、ステップＳ５にて求められた力Ｆから、この力Ｆを作用させるために、図２Ａおよび図２Ｃに示すコイル４０ａ，４０ｂに印加されるパルス状電圧のデューティ比Ｖｔ（基準温度基準）を算出する。なお、基準温度は、特に限定されないが、たとえば２０°Ｃである。

また、デューティ比とは、図５（Ａ）において、パルス変調制御（ＰＷＭ）におけるコイル４０ａ，４０ｂに印加される電圧の駆動周期をｆ１とし、ｆ２を電圧ＯＮの時間、ｆ３を電圧ＯＦＦの時間とした場合に、ｆ２／ｆ１の比である。このデューティ比が１に近ければ、駆動力が最大になり、０に近ければ、駆動力は弱くなる。

図５（Ａ）に示すようなパルス信号をｋＨｚ単位で発振させることで、図２Ａおよび図２Ｃに示すコイル４０ａ，４０ｂおよび磁石３８ａ，３８ｂから成るＶＣＭは、図５（Ａ）に示すパルス信号の時間平均された電圧で制御される（図５（Ｂ））。したがって、ＰＷＭ駆動デューティー比を変化させることで、ＶＣＭへ印加する電圧を変化させ、ブレ量に応じた電流を流すことができる。ＰＷＭ駆動することで、省電力化に寄与する。

図４に示すステップＳ７では、図２Ｃに示す温度センサ３１および３３からの出力信号が図１に示すＣＰＵ１４へ入力し、ＣＰＵ１４では、磁石３８ａ，３８ｂおよびコイル４０ａ，４０ｂの温度を検出する。ステップＳ８では、ＣＰＵ１４は、検出された温度が基準温度の所定範囲内か否かを判断する。所定範囲内であれば、後述するステップＳ１１の処理を行う。基準温度の所定範囲内とは、たとえば２０°Ｃ±５°Ｃの範囲内であるが特に限定されない。

ステップＳ８にて、検出された温度が基準温度の範囲外と判断された場合には、ステップＳ９にて、ＣＰＵ１４は、検出された温度と基準温度との差を演算し、その温度差に基づき、ステップＳ１０にて、デューティ比の変化量ΔＶを求める。デューティ比の変化量ΔＶに関しては後述する。

次に、ステップＳ１１では、ＣＰＵ１４は、ステップＳ６で求められたデューティ比Ｖｔが、図６（Ａ）に示すソフトリミットＶｏ，Ｖｏｈ，Ｖｏｌ以内であるか否かを判断し、デューティ比Ｖｔが、ソフトリミットＶｏ，Ｖｏｈ，Ｖｏｌを超えている場合には、デューティ比Ｖｔに限界を設けて、ソフトリミットＶｏ，Ｖｏｈ，Ｖｏｌに置き換える。

次にステップＳ１２では、一部がソフトリミットＶｏ，Ｖｏｈ，Ｖｏｌで置き換えられた駆動デューティ比Ｖｔ（図６（Ａ））に基づき、図２Ａに示すコイル４０ａ，４０ｂおよび磁石３８ａ，３８ｂから成るＶＣＭを駆動する。本実施形態では、デューティ比ＶｔのソフトリミットＶｏは、図６（Ａ）に示すように、基準温度の範囲内（常温）の値で設定してある。このソフトリミットＶｏは、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、常温において、ソフトリミットＶｏに対応するデューティ比でＶＣＭを駆動した場合に、レンズ保持枠４８が、メカリミット３７に衝突しないソフトリミット可動範囲３７ａ内で動くように決定される。

後述する理由から、基準温度の範囲内（常温）よりも低温で、ＶＣＭを駆動する場合に、常温でのソフトリミットＶｏをそのまま適用すると、図３（Ｃ）に示すように、ソフトリミット可動範囲３７ｂは、メカリミット３７よりも大きくなってしまい、レンズ保持枠４８が、メカリミット３７に衝突する機会が多くなってしまう。

そこで本実施形態では、図６（Ａ）に示すように、低温におけるソフトリミットＶｏｌを、常温でのソフトリミットＶｏに比較して、図４に示すステップＳ１０にて求めたデューティ比の変化量ΔＶに応じて低くしてある。このように低温におけるソフトリミットＶｏｌを、常温でのソフトリミットＶｏに比較して低くすることで、図３（Ｃ）に示すように、ソフトリミット可動範囲３７ｃを、メカリミット３７よりも小さくすることが可能になる。

また、同様な理由から、常温よりも高温の場合には、常温でのソフトリミットＶｏを適用したのでは、ソフトリミット可動範囲が狭くなりすぎるために、その場合には、図６（Ａ）に示すように、高温におけるソフトリミットＶｏｈを、常温でのソフトリミットＶｏに比較して高く設定する。

このようにソフトリミットＶｏ，Ｖｏｌ，Ｖｏｈを、環境温度に応じて適切に設定することで、図６（Ｂ）に示すように、レンズ保持枠４８は、環境温度によらず、メカリミット３７の範囲内の可動範囲３７ａ，３７ｃ内でスムーズに動き、ブレ補正制御の精度が向上する。なお、ソフトリミットＶｏ，Ｖｏｌ，Ｖｏｈは、必ずしも３段階ではなく、温度に応じて、さらに多段階に設定することも可能である。また、常温と低温の二段階のみの切替でも良い。

次に、環境温度に応じてソフトリミットＶｏを変化させる必要がある理由を説明する。

図２Ａに示すコイル４０ａ，４０ｂの温度係数をα（正の係数）、磁石３８ａ，３８ｂの温度係数をβ（負の係数）とすると、金属の電気抵抗は、温度上昇と共に増大し、磁石の磁束密度は温度上昇と共に減少するので、
Ｒ＝Ｒｏ（１＋α・ΔＴ）、Ｂ＝Ｂｏ（１＋β・ΔＴ）の式が成り立つ。

これらの関係式をグラフ化すると、図７（Ａ）および図７（Ｂ）となる。ただし、Ｒｏ，Ｂｏは、基準温度での電気抵抗と磁束密度である。また、Ｒ，Ｂは温度変化後の電気抵抗と磁束密度である。ΔＴは、基準温度Ｔｏから温度Ｔに変化した時の温度差である。

ΔＴ＝０の時、すなわち、温度変化がない時を考える。その場合において、カメラが手ブレをして、ブレ補正レンズの目標位置から、レンズ補正力Ｆが算出される。この補正力Ｆを得るために必要な電流は、フレミングの左手の法則Ｆ＝ＢＩＬより、Ｆ＝Ｂｏ・Ｉｏ・Ｌ（式１）で求められる。

この式１における電流Ｉｏは、図７（Ｃ）および図７（Ｄ）に示される。この電流Ｉｏを得るためにＶＣＭのコイルに印加する電圧Ｖｏ、つまり、駆動デューティ比は、図７（Ｄ）に示すように、コイルの抵抗Ｒｏから計算される。すなわち、オームの法則により、Ｖｏ＝Ｒｏ・Ｉｏ（式２）である。この電圧Ｖｏが得られるようにＰＷＭ駆動デューティ比を決定してブレ補正制御を行う。

次に、基準温度よりも温度が低下した温度Ｔにて、上述したΔＴ＝０と同じブレ補正レンズの目標位置が指示された場合を考える。ΔＴ＝０の場合と同様に、ＶＣＭのコイルには、電圧Ｖｏが印加される。しかし、コイルの抵抗値は、温度低下により、ＲｏからＲに温度係数分だけ減少している（図７（Ａ））。

そのため、式２で求めた電圧Ｖｏがそのまま印加されると、Ｖｏ＝Ｒ・Ｉ’となり、図７（Ｄ）に示すように、コイルに流れる電流は、ＩｏからＩ’に増大する。ＩｏとＩ’との関係は、上記の式２および式３から、Ｉ’＝Ｉｏ／（１＋α・ΔＴ）となる（式４）。ただし、Ｉ’＞Ｉｏである。

さらに、このＩ’からレンズ補正力を求めるが、図７（Ｂ）に示すように、磁石の温度低下により、磁束密度がＢｏからＢに温度係数分増大している。したがって、補正力Ｆ’は、Ｆ’＝Ｂ・Ｉ’・Ｌ＝Ｂｏ・Ｉｏ・Ｌ・（１＋β・ΔＴ）／（１＋α・ΔＴ）＝Ｆ・（１＋β・ΔＴ）／（１＋α・ΔＴ）となる（式５）。

このため、図７（Ｅ）に示すように、補正レンズに対して常温での補正力Ｆよりも大きな力Ｆ’が作用し、オープン制御では、レンズ可動部の位置検出による制御ができないために、可動部であるレンズ保持枠４８がメカリミット３７に衝突してしまう。

そこで本実施形態では、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）および上記式１〜式５の関係を利用して、低温でのソフトリミットＶｏｌと基準温度でのソフトリミットＶｏとの関係を求めると、Ｖｏｌ＝Ｖｏ・（１＋β・ΔＴ）／（１＋α・ΔＴ）となる（式６）。また、高温でのソフトリミットＶｏｈと基準温度でのソフトリミットＶｏとの関係を求めると、Ｖｏ＝Ｖｏｈ・（１＋β・ΔＴ）／（１＋α・ΔＴ）となる（式７）。

たとえば基準温度からの温度変化が−１°Ｃであり、すなわち、ΔＴ＝−１の時、温度変化がない場合におけるＰＷＭ駆動デューティ比と比較して、デューティ比の変化量ΔＶを求めてみる。ＶＣＭのコイルと磁石の材質を、それぞれ銅とネオジウムだとする。それぞれの温度係数は、α＝４．２×１０^−３／°Ｃ、β＝−１．２×１０^−３／°Ｃであるので、上記式６より、ΔＶ＝１−Ｖｏｌ／Ｖｏ＝１−（１−α）／（１−β）＝１−０．９９５８／１．００１２＝０．００５４となり、常温でのソフトリミットＶｏに対して、０．５４％低い値で、低温でのソフトリミットＶｏｌを設定すればよいことが分かる。

本実施形態では、図２Ｃに示す温度センサ３１，３３の出力に応じて、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、駆動デューティ比ＶｔのソフトリミットＶｏ，Ｖｏｈ，Ｖｏｌを変化させるために、温度変化が生じても、レンズ保持枠４８がメカリミット３７に衝突することがなくなり、高精度なブレ補正を実現することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々に改変することができる。たとえば、固定部３４，３６と可動部３２とは逆でも良い。すなわち、固定部３４または３６に対して、駆動用磁石３８ａ，３８ｂを装着すると共に、可動部３２に対して、コイル４０ａ，４０ｂおよびホール素子４２ａ，４２ｂを装着しても良い。ただし、配線の容易性などを考えると、上述した図面に示す実施形態が好ましい。

図８、図９は図２Ａに示した手振れ補正部の部分拡大図である。図８において、可動部３２には、第１駆動用コイル４０ａに対向する側とは反対側に第１凹溝３２１が設けられている。温度センサ３１は、第１駆動用磁石３８ａに近接するように第１凹溝３２１の内部に備えられている。

なお、図８において、温度センサ３１と第１駆動用磁石３８ａとの間には間隔があるが、温度センサ３１と第１駆動用磁石３８ａとを接触させることも好ましい。

第１固定部３４には、第１駆動用磁石３８ａに対向する側とは反対側に第２凹溝３４１が設けられている。温度センサ３３は、第１駆動用コイル４０ａに近接するように第２凹溝３４１の内部に備えられている。

なお、図８において、温度センサ３３と第１駆動用コイル４０ａとの間には間隔があるが、温度センサ３３と第１駆動用コイル４０ａとを接触させることも好ましい。

図示の実施例では、温度センサ３１は、第１駆動用磁石３８ａの近傍であって、第１駆動用コイル４０ａに対向する側とは反対側の部分に備えられている。このため、温度センサ３１は、第１駆動用コイル４０ａからの距離が遠くなり第１駆動用コイル４０ａの温度の影響を受けにくくなるので、第１駆動用磁石３８ａの温度を的確に検出することができる。

同様に、温度センサ３３は、第１駆動用コイル４０ａの近傍であって、第１駆動用磁石３８ａに対向する側とは反対側の部分に備えられている。このため、温度センサ３３は、第１駆動用磁石３８ａからの距離が遠くなり第１駆動用磁石３８ａの温度の影響を受けにくくなるので、第１駆動用コイル４０ａの温度を的確に検出することができる。

また、温度センサ３１の中心位置は、第１駆動用磁石３８ａの中心位置からずらして設けられており、温度センサ３１は、第１駆動用磁石３８ａよりも可動部３２の重心側に備えられている。このため、可動部３２に温度センサ３１を設けても可動部３２のバランスが崩れることがない。

また、図９に示すように、温度センサ３３は、第１駆動用コイル４０ａの内周側端部４０１から外周側端部４０２まで設けられている。このため、第１駆動用コイル４０ａの内周側端部４０１の温度及び外周側端部４０２の温度をバランスよく検出することができ、的確なブレ補正制御を実現できる。

図示の実施例では、可動部３２に第１凹溝３２１が設けられているので、第１凹溝３２１の凹溝の深さを温度センサ３１の厚みと同程度に設定しておけば、第１凹溝３２１に温度センサ３１を配置した後、温度センサ３１の上に第１駆動用磁石３８ａを配置させれば、温度センサ３１を第１駆動用磁石３８ａの近傍に容易に配置させることができる。

同様に、図示の実施例では、第１固定部３４に第２凹溝３４１が設けられているので、温度センサ３３の上に第１駆動用コイル４０ａを配置させれば、温度センサ３３を第１駆動用コイル４０ａの近傍に容易に配置させることができる。

更に、図示の実施例では、ＣＰＵ１４が温度センサ３１及び温度センサ３３を用いて制御をしているので、温度センサ３１及び温度センサ３３で検出された第１駆動用磁石３８ａ及び第１駆動用コイル４０ａの温度変化に応じて駆動力が大きくなりすぎないようにソフトリミット（Ｖｏ、Ｖｏｌ、Ｖｏｈ）を変化させる。このため、可動部３２がメカリミット３７に衝突することを有効に防止することができる。

また、例えば、第１駆動用磁石３８ａは自己発熱しない部品であるのに対し、第１駆動用コイル４０ａは印加される電流により自己発熱する部品であるから、装置の使用状態により第１駆動用磁石３８ａの温度と第１駆動用コイル４０ａの温度とが大きく異なる場合がある。

本実施例では、第１駆動用磁石３８ａの温度を検出する温度センサ３１及び第１駆動用コイル４０ａの温度を検出する温度センサ３３の両方に基づいてＣＰＵ１４がソフトリミット（Ｖｏ、Ｖｏｌ、Ｖｏｈ）を制御するので、第１駆動用磁石３８ａの温度と第１駆動用コイル４０ａの温度とが大きく異なる場合でも、的確な制御が可能となる。

さらに、ブレ補正装置は、レンズ駆動方式のみでなく、ＣＣＤ駆動方式にも適用することができる。すなわち、補正レンズ群Ｌ３を光軸Ｚに垂直な平面で移動させるのではなく、ＣＣＤなどの撮像素子３を、カメラのブレに応じて、光軸Ｚに垂直な平面で移動させるタイプのブレ補正装置にも適用が可能である。

また、本実施形態のブレ補正装置は、レンズ鏡筒２を有するカメラ１のみでなく、レンズ鏡筒自体、スチルカメラ、ビデオカメラ、望遠鏡、顕微鏡などのその他の光学装置にも適用することができる。

さらに、上述した実施形態では、駆動デューティ比のソフトリミットＶｏ，Ｖｏｌ，Ｖｏｈのみを、温度センサ３１および３３からの出力信号に応じて変化させたが、これらの出力信号に応じて、図４に示すステップＳ１０にて求めたデューティ比の変化量ΔＶに基づき、図６（Ａ）に示す駆動デューティ比Ｖｔ自体を変化させてもよい。

図１は本発明の一実施形態に係るカメラの概略図である。 図２Ａは図１に示す手振れ補正部の概略分解斜視図である。 図２Ｂは図２Ａに示す可動部の平面図である。 図２Ｃは図２Ａに示す手振れ補正部の概略断面図である。 図３（Ａ）はメカリミットとレンズ可動範囲との関係を示す説明図、図３（Ｂ）は常温でのメカリミットとレンズ可動範囲との関係を示す説明図、図３（Ｃ）は低温でのメカリミットとレンズ可動範囲との関係を示す説明図である。 図４は図１に示すＣＰＵが処理するブレ補正制御の全体フローチャート図である。 図５（Ａ）はＰＷＭ制御におけるデューティ比の説明図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に等価な電圧制御の例を示す説明図である。 図６（Ａ）は温度変化に応じたデューティ比のソフトリミットの制御を示すグラフ、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の制御に基づくレンズ位置の移動位置を示すグラフである。 図７（Ａ）〜図７（Ｅ）は温度とレンズ補正力との関係を示すグラフである。 図８は本発明の他の実施形態に係る手振れ補正部の図２Ｃに対応する部分拡大図である。 図９は図８に示す手振れ補正部の平面図である。

符号の説明

１… カメラ
２… レンズ鏡筒
１４… ＣＰＵ
３０… ブレ補正装置
３１，３３… 温度センサ
３２… 可動部
３４，３６… 固定部
３５… スプリング
３７… メカリミット
３７ａ，３７ｂ，３７ｃ… ソフトリミット可動範囲
３８ａ，３８ｂ… 駆動用磁石
４０ａ，４０ｂ… 駆動用コイル
４８… レンズ保持枠

Claims (14)

1. 像ブレを補正するために移動可能な光学部品と、
   前記光学部品の移動方向に備えられ前記光学部品の移動を制限する制限部と、
   前記制限部から遠ざかる方向に前記光学部品を付勢する弾性力を前記光学部品に与える弾性部と、
   磁性体の磁界が生じる位置に備えられたコイルを有し、前記弾性部の前記弾性力に抗して前記光学部品を駆動できるように、前記光学部品に駆動力を与える駆動部と、
   前記磁性体の近傍に備えられ前記磁性体の温度を検出する第１センサと、
   前記コイルの近傍に備えられ前記コイルの温度を検出する第２センサと、
   前記第１センサ及び前記第２センサを用いて、前記光学部品が前記制限部に当接しないように、前記駆動部の前記駆動力を制御する制御部とを含むことを特徴とするブレ補正装置。
2. 請求項１に記載されたブレ補正装置であって、
   前記第１センサは、前記磁性体の前記コイルに対向する側とは反対側に備えられ、
   前記第２センサは、前記コイルの前記磁性体に対向する側とは反対側に備えられていることを特徴とするブレ補正装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載されたブレ補正装置であって、
   前記磁性体を保持する保持枠を有し、
   前記第１センサは、前記磁性体と前記保持枠との間に備えられていることを特徴とするブレ補正装置。
4. 請求項３に記載されたブレ補正装置であって、
   前記第１センサは、前記磁性体よりも前記保持枠の重心側に備えられていることを特徴とするブレ補正装置。
5. 請求項１又は請求項２に記載されたブレ補正装置であって、
   前記光学部品は、前記コイルを保持する保持枠を有し、
   前記第２センサは、前記コイルと前記保持枠との間に備えられていることを特徴とするブレ補正装置。
6. 請求項５に記載されたブレ補正装置であって、
   前記第２センサは、前記コイルよりも前記保持枠の重心側に備えられていることを特徴とするブレ補正装置。
7. 請求項１から請求項６までの何れか１項に記載されたブレ補正装置であって、
   前記第２センサは、前記コイルの内周側の端部から外周側の端部まで備えられていることを特徴とするブレ補正装置。
8. 請求項１から請求項７までの何れか１項に記載されたブレ補正装置であって、
   前記制御部は、前記弾性部の前記弾性力に抗して前記光学部品が前記制限部に到達する駆動力よりも小さい最大駆動力を設定し、前記駆動部の前記駆動力が前記最大駆動力よりも小さくなるように制御することを特徴とするブレ補正装置。
9. 請求項８に記載されたブレ補正装置であって、
   前記制御部は、前記第１センサ及び前記第２センサの少なくとも一方で検出された温度が高くなるほど前記最大駆動力を高く設定することを特徴とするブレ補正装置。
10. 請求項１から請求項９までの何れか１項に記載されたブレ補正装置であって、
    前記制御部は、前記光学部品の位置に対応する情報を用いることなく前記駆動部の前記駆動力を制御することを特徴とするブレ補正装置。
11. 請求項１から請求項１０までの何れか１項に記載されたブレ補正装置であって、
    前記制限部は、前記光学部品の周囲に環状に設けられていることを特徴とするブレ補正装置。
12. 請求項１から請求項１１までの何れか１項に記載されたブレ補正装置であって、
    前記弾性部材は、前記制限部の略中心に向けて前記光学部品を引き戻すことを特徴とするブレ補正装置。
13. 請求項１から請求項１２までの何れか１項に記載されたブレ補正装置であって、
    前記光学部品は、光を通過させる光透過部材、光を反射させる光反射部材、及び、光学系による像を撮像する撮像素子のうち少なくとも１つと、前記光透過部材、前記光反射部材、及び、前記撮像素子のうち少なくとも１つを支持する支持部材とを含むことを特徴とするブレ補正装置。
14. 請求項１から請求項１３までの何れか１項に記載されたブレ補正装置を含むことを特徴とする光学機器。

Images