JP2010204575A - 振れ補正装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気センサ及びマグネットの双方の温度変化に伴う磁気センサの出力変動を補償可能な位置検出機構を備えた振れ補正装置及び撮像装置を提供する。
【解決手段】ＣＣＤ１の振れの大きさ及び方向を検出する振れ検出センサと、ＣＣＤ１に対して固定的に設置されたｘ、ｙ駆動マグネット１１、１２と、これに磁界を作用させてＣＣＤ１を移動させるｘ、ｙ駆動コイル９、１０と、ｘ、ｙ駆動マグネット１１、１２に対して相対的な位置が変化しないように設置された温度補償センサ１５、１６と、ｘ、ｙ駆動マグネット１１、１２が発する磁力を検出することでＣＣＤ１の位置を検出するｘ、ｙ位置センサ１３、１４と、振れ検出センサ及びｘ、ｙ位置センサ１３、１４の検出結果を基に、ｘ、ｙ駆動マグネット１１、１２を駆動してＣＣＤ１を移動させる振れ補償手段とを有し、振れ補償手段は、ＣＣＤ１の移動量を、温度補償センサ１５、１６の検出結果で補償する。
【選択図】図１

Description

本発明は、手振れ補正機能を備えた撮像装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラなどの撮像装置は、可搬性の向上のために、小型化・軽量化が進んでいる。

しかし、軽量の物体は、その場所に留まろうとする慣性力が弱く、少しの外力が加わっただけで移動してしまう。このため、軽量化されたデジタルスチルカメラは手持ち状態で撮像すると手振れを生じやすくなる。

そして。小型化が進んだ筐体は、外力を作用させないように手持ち保持することを難しくする要因の一つとなっている。

このため、撮像装置に振れ補正装置を組み込むことで手振れを防止する対策が取られている。

特許文献１に開示される発明は、マグネットなどの磁力発生体に対向して、磁気センサとなるホール素子が配置されており、各ホール素子は互いに離間して配置されている。そして、ホール素子からの各出力値（Ｖｈａ，Ｖｈｂ）の大きさの和が一定値となるように、ホール素子に入力する入力電圧Ｖｉｎが調整される。このとき、ホール素子に印加される入力電圧Ｖｉｎは環境温度に応じて変化するため、ホール素子の低電圧側の端子電圧ＶＴを、温度出力として取り出すように構成することで、周囲の温度変化による位置検出誤差を補正する位置検出機構を実現している。

しかし、特許文献１に開示される発明は、Ｘ方向に２個、Ｙ方向に２個と互いに離間して磁気センサを配置するため、サイズが大きくなるだけでなく、位置精度の確保や、対向するマグネットの個数の増加やマグネットそのもののサイズアップが必要となり、装置全体が大きくなってしまいコストアップに繋がる。
また、磁気センサの温度変動分だけを補償しているため、マグネットの温度変動による誤差を補償できない。

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、磁気センサ及びマグネットの双方の温度変化に伴う磁気センサの出力変動を補償可能な位置検出機構を備えた振れ補正装置及び撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、撮像素子の撮像面における振れの大きさ及び方向を検出する振れ量検出手段と、撮像素子に対して固定的に設置されたマグネットと、該マグネットに磁界を作用させて該撮像素子を撮像面内で移動させるコイルとを備えた駆動手段と、マグネットに対して相対的な位置が変化しないように設置された温度補償センサと、マグネットが発する磁力を検出することで撮像素子の位置を検出する位置センサと、振れ量検出手段の検出結果と位置センサの検出結果とを基に、振れを打ち消すための撮像素子の移動量を算出し、該算出結果に基づいて駆動手段を駆動して撮像素子を移動させる振れ補償手段とを有し、振れ補償手段は、振れ量検出手段の検出結果と位置センサの検出結果とを基に算出した振れを打ち消すための撮像素子の移動量と、温度補償センサの検出結果とを合成し、該合成結果が示す大きさ及び方向に撮像素子を移動させることを特徴とする振れ補正装置を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、上記本発明の第１の態様に係る振れ補正装置を備え、撮像素子が生成した画像のデータを記録することを特徴とする撮像装置を提供するものである。

本発明によれば、磁気センサ及びマグネットの双方の温度変化に伴う磁気センサの出力変動を補償可能な位置検出機構を備えた振れ補正装置及び撮像装置を提供できる。

本発明を好適に実施した第１の実施形態に係る振れ補正装置の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る振れ補正装置の機能構成を示す図である。 温度補償回路の基本構成を示す図である。 第１の実施形態に係る振れ補正装置の温度補償回路の構成を示す図である。 温度補償回路の別の基本構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態に係る振れ補正装置の機能構成を示す図である。 温度変動による磁気センサと増幅回路との出力変動の一例を示す図である。 温度補償回路及び増幅回路用温度補償回路の基本構成を示す図である。 第２の実施形態に係る振れ補正装置の温度補償回路及び増幅回路用温度補償回路の構成を示す図である。 温度補償回路及び増幅回路用温度補償回路の別の基本構成を示す図である。

〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る振れ補正装置の構成を示す。
撮像素子であるＣＣＤ（charge coupled device）１は、ｙ可動枠２に固定され、ｙ可動枠２はｘ可動枠３に固定されたｙガイド軸４に沿ってｙ方向に移動可能に支持されている。また、ｙ可動枠３は、固定枠５に設けられたｘガイド軸６に沿ってｘ方向に移動可能に支持されている。固定枠５は鏡胴本体７に固定されており、これによりＣＣＤ１はｘ、ｙ両方向に移動可能となっている。ｘ可動枠３は、固定枠５に設けられた延出部８によって鏡胴本体７方向への移動が規制されている。

さらに、ｙ可動枠２にはｘ駆動コイル９とｙ駆動コイル１０とがそれぞれ固定枠５に設けられたｘ駆動マグネット１１、ｙ駆動マグネット１２に対向する位置に設けられ、ｘ方向、ｙ方向に駆動される。ｘ方向、ｙ方向の位置は、それぞれｘ位置センサ１３及びｙ位置センサ１４で検出され、制御回路（図２の制御ＩＣ１０５）によって所定の位置に制御される。ｘ位置センサ１３、ｙ位置センサ１４としては、ホール素子や磁気抵抗素子などが用いられ、ＣＣＤ１と一体にｘ、ｙ方向に移動するｙ可動枠２に固定されて、ｘ駆動マグネット１１、ｙ駆動マグネット１２による磁界の変化を検出する。また、温度補償センサ１５、１６は、ｘ、ｙ駆動マグネット１１、１２に固定するか、又はｘ、ｙ駆動マグネット１１、１２との位置関係が不動となるように固定される。ｘ、ｙ駆動マグネット１１、１２は、磁束を増幅するためのヨーク１７を備えており、ｙ可動枠２、及びｘ可動枠３を移動させるのに十分な磁力が得られるようになっている。

また、振れ補正装置は、不図示の振れ検出センサを備えており、これによってカメラの振れが検出されると、制御回路はカメラの振れによるＣＣＤ上の振れを位置消すようにＣＣＤを移動制御する。振れ検出センサとしては、角速度センサであるジャイロセンサが用いられる。

図２に、振れ補正装置の機能構成を示す。
振れ検出センサ１０１はカメラの振れによる角速度を検出するジャイロセンサである。振れ検出センサ１０１の出力は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１０２によって基準電圧Ｖｒｅｆに対するオフセットが除去される。オフセットが除去された角速度信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３によって高周波ノイズが除去され、アナログーディジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）１０４によってＡ／Ｄ変換されて制御ＩＣ１０５に入力される。ディジタル化された角速度信号は積分器１０５１によって積分されて角度信号に変換され、ジャイロセンサの感度と撮像レンズの焦点距離とに応じた係数ｋが角度−位置変換部１０５２によって乗ぜられて位置信号に変換される。この位置信号が振れ補正する際のＣＣＤの目標位置となる。
一方、ＣＣＤの位置を検出する位置センサ１１１で検出された信号は、ローパスフィルタで高周波ノイズが除去され、Ａ／Ｄ変換されて制御ＩＣ１０５に入力される。この信号が表す位置がＣＣＤの現在位置である。
制御ＩＣ１０５は、ＣＣＤの目標位置とＣＣＤの現在位置との差を減算器１０５３で生成し、これにゲイン１０５５で所定のゲインを乗じて制御信号として出力する。制御ＩＣ１０５から出力された制御信号は、ディジタル−アナログコンバータ（Ｄ／Ａ）１０６によってＤ／Ａ変換されて駆動回路１０７に出力される。駆動回路１０７は入力された制御信号に応じて駆動コイル１０８に電力を供給する。
このようにしてＣＣＤが目標位置に追従するようにフィードバック制御が行われる。なお、制御信号を算出する際、制御の安定性のために位相進み補償部１０５４により位相進み補償などが行われる。

ジャイロ出力の積分値から算出される振れ量を補正するため、駆動マグネット１０９の磁力を利用して振れに対して逆方向にＣＣＤの位置をずらすように駆動コイル１０８を通電させる。駆動コイル１０８への通電によって発生するＣＣＤ位置ずれ量は、駆動マグネット１０９に固定した温度補償センサ１１２の出力を、位置センサ１１１の出力から差し引くことで、位置センサ１１１だけでなく駆動マグネット１０９の温度変動を加味できる。
なお、温度補償センサ１１２の駆動マグネット１０９への取り付けは、センサ出力がある一定の値となる位置とする。すなわち、駆動マグネット１０９のＮ極とＳ極との境界に温度補償センサ１１２を配置すると、磁界の変化を十分な精度で検出できない場合があるため、Ｎ極又はＳ極に偏って温度補償センサ１１２配置するようにすると良い。

温度補償センサ１１２の出力を、位置センサ１１１の出力から差し引く方式としては、制御ＩＣ１０５への入力前にアナログ信号の状態で行う方式（第１の方式）と、制御ＩＣ１０５への入力後にディジタル演算によって行う方式（第２の方式）とがある。図２に示すように、本実施形態に係る振れ補正装置は、第１の方式を採用している。

図３に、位置検出部１１３の回路の基本構成を示す。駆動マグネット１０９に対向する位置センサ１１１と、駆動マグネット１０９に固定された温度補償センサ１１２とに、動作状態とするための駆動電圧を印加し、それぞれのセンサの出力を差動増幅アンプで受け、さらにそれぞれのアンプ出力を後段の差動アンプで受ける。後段の差動アンプは、ＣＣＤの位置情報から位置センサ１１１及び駆動マグネット１０９の温度変動分を含んだ直流分を差し引いた信号を、Ａ／Ｄ１１４へ出力する。

本実施形態においては、位置センサ１１１としてｘ位置センサ１３及びｙ位置センサ１４の二つを備えているため、それぞれの方向に関して温度変化を補償する。
図４に、本実施形態に係る振れ補正装置の温度補償回路１１３の回路構成を示す。ｘ位置センサ１３及びｙ位置センサ１４のそれぞれの出力に対して、温度補償センサ１１２の出力で差分を取り、差分を取った後にＡ／Ｄ１１４へ出力する。
なお、図示はしないが、温度補償センサをｘ方向用とｙ方向用とに別個に設けても良い。

図５に、第２の方式の温度補償回路１１３の回路の基本構成を示す。位置検出用マグネット１１０に対向する位置検出センサ１１１と、位置検出用マグネット１１０に固定された温度補償センサ１１２とに、動作状態とするための駆動電圧を印加し、それぞれのセンサ出力を差動増幅アンプで受け、Ａ／Ｄ１１４において直接Ａ／Ｄ変換する。
この場合は、制御ＩＣ１０５内の処理において、それぞれのセンサ出力の差分を取ることにより、位置センサ１１１及び位置検出用マグネット１１０の両方の温度変化による検出結果の変動を除去する。
本実施形態のように位置センサ１１１としてｘ位置センサ１３及びｙ位置センサ１４の二つを備えた構成の場合は、ｘ位置センサ１３、ｙ位置センサ１４及び温度補償センサ１１２の出力をそれぞれＡ／Ｄコンバータ１１４に出力し、制御ＩＣ１０５内においてディジタル演算で差分を取れば良い。

このように、本実施形態に係る振れ補正装置は、磁気センサ及びマグネットの双方の温度変動による磁気センサの出力変動を補償できる。よって、いかなる環境下でも正確な位置検出が可能となり、手振れ補正精度が向上し、撮像の失敗を減らすことが可能となる。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。図６に本実施形態に係る振れ補正装置の構成を示す。第１の実施形態とほぼ同様であるが、増幅回路用温度補償回路１２０をさらに有する点で相違する。

磁気センサの出力は差動アンプなどの増幅回路で受けることが一般的であるが、増幅回路の特性は温度によって変化する。

図７に、温度変動による磁気センサと増幅回路との出力変動の一例を示す。温度がΔＴ℃上昇すると、磁気センサ単体の出力変動ΔＶｈが発生する一方、磁気センサ出力を受ける増幅回路自体の出力変動ΔＶａが発生するため、全体としては、両者を合成したΔＶ＝ΔＶｈ＋ΔＶａが、温度変化に伴う出力変動として発生する。

増幅回路の出力を温度補償する方法は、上記第１の方式及び第２の方式のいずれに対しても適用可能である。

図８に、増幅回路の温度補償を行う第１の方式の回路の基本構成を示す。駆動マグネット１０９に対向する位置センサ１１１と、駆動マグネット１０９に固定された温度補償センサ１１２とに、動作状態とするための駆動電圧を印加し、それぞれのセンサの出力を第１、第２の差動アンプで受け、さらに第１、第２の差動アンプのそれぞれの出力を後段の第３の差動アンプで受ける。差動アンプは、１パッケージのＬＳＩ化されているため、温度補償回路１１３と増幅回路用温度補償回路１２０とを同一のパッケージとして形成し、同パッケージに内蔵されている位置検出センサ１１１及び温度補償センサ１１２の出力と増幅回路用温度補償回路１２０との差動を取ることで、磁気センサ出力の温度変動を補正する。
後段の第３の差動アンプは、ＣＣＤの位置情報から位置センサ１１１及び駆動マグネット１０９の温度変動分を含んだ直流分を差し引いた信号を、Ａ／Ｄコンバータ１１４へ出力する。

本実施形態においては、ｘ位置センサ及びｙ位置センサの二つの位置センサを備えているため、それぞれの方向に関して温度変化を補償する。
図９に、本実施形態に係る振れ補正装置において、第１の方式を適用する場合の振れ検出回路の回路構成を示す。ｘ位置センサ及びｙ位置センサのそれぞれの出力に対して、温度補償センサ及び増幅回路の補償用の差動アンプ出力との差分を取り、差分を取った後にＡ／Ｄコンバータへ出力する。
なお、図示はしないが、温度補償センサ及び増幅回路の温度補償用の差動アンプとをｘ方向用とｙ方向用とに別個に設けても良い。

図１０に、増幅回路の温度補償を行う第２の方式の回路の基本構成を示す。駆動マグネット１０９に対向する位置検出センサ１１１と、駆動マグネット１０９に固定された温度補償センサ１１２とに、動作状態とするための駆動電圧を印加し、それぞれのセンサ出力を差動増幅アンプで受け、直接Ａ／Ｄ１１４へ入力してＡ／Ｄ変換する。この場合は、制御ＩＣ内の処理において、それぞれのセンサ出力の差分を取ることにより、磁気センサ、マグネット及び補償回路の各々の温度変化による検出結果の変動を除去する。
本実施形態のように、ｘ位置センサ及びｙ位置センサの二つの位置センサを備えた構成の場合には、ｘ位置センサ、ｙ位置センサ、温度補償センサ及び増幅回路の温度補償用の差動アンプの出力をそれぞれＡ／Ｄコンバータに出力し、制御ＩＣ内においてディジタル演算で差分を取れば良い。

本実施形態に係る振れ補正装置は、温度変化に伴う増幅回路の特性の変化を補償できるため、第１の実施形態の振れ補正装置よりも高精度に手振れを補正できる。

なお、上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはなく様々な変形が可能である。

１ ＣＣＤ
２ ｙ可動枠
３ ｘ可動枠
４ ｙガイド軸
５ 固定枠
６ ｘガイド軸
７ 鏡胴本体
８ 延出部
９ ｘ駆動コイル
１０ ｙ駆動コイル
１１ ｘ駆動マグネット
１２ ｙ駆動マグネット
１３ ｘ位置センサ
１４ ｙ位置センサ
１５、１６、１１２ 温度補償センサ
１７ ヨーク
１０１ 振れ検出センサ
１０２ ＨＰＦ
１０３ ＬＰＦ
１０４、１１４ Ａ／Ｄ
１０５ 制御ＩＣ
１０６ Ｄ／Ａ
１０７ 駆動回路
１０８ 駆動コイル
１０９ 駆動マグネット
１１１ 位置センサ
１１３ 温度補償回路
１２０ 増幅回路用温度補償回路
１０５１ 積分器
１０５２ 角度−位置変換部
１０５３ 減算器
１０５４ 位相進み補償部
１０５５ ゲイン

特開２００６−４７０５４号公報

Claims (7)

1. 撮像素子の撮像面における振れの大きさ及び方向を検出する振れ量検出手段と、
   前記撮像素子に対して固定的に設置されたマグネットと、該マグネットに磁界を作用させて該撮像素子を前記撮像面内で移動させるコイルとを備えた駆動手段と、
   前記マグネットに対して相対的な位置が変化しないように設置された温度補償センサと、
   前記マグネットが発する磁力を検出することで撮像素子の位置を検出する位置センサと、
   前記振れ量検出手段の検出結果と前記位置センサの検出結果とを基に、前記振れを打ち消すための前記撮像素子の移動量を算出し、該算出結果に基づいて駆動手段を駆動して前記撮像素子を移動させる振れ補償手段とを有し、
   前記振れ補償手段は、前記振れ量検出手段の検出結果と前記位置センサの検出結果とを基に算出した前記振れを打ち消すための前記撮像素子の移動量と、前記温度補償センサの検出結果とを合成し、該合成結果が示す大きさ及び方向に前記撮像素子を移動させることを特徴とする振れ補正装置。
2. 前記位置検出手段の検出結果と前記温度補償センサの検出結果との合成結果を、アナログ信号の差動成分として前記振れ補償手段へ出力することを特徴とする請求項１記載の振れ補償装置。
3. 前記位置検出手段の検出結果と前記温度補償センサの検出結果との合成結果を、デジタル信号に変換して前記振れ補償手段へ出力し、該振れ補償手段においてデジタル演算で差分をとることによって合成することを特徴とする請求項１記載の振れ補正装置。
4. 前記位置検出手段は、前記撮像素子の位置を、前記撮像面内で直交する二つの方向成分に分けて検出し、それぞれの方向成分の検出結果は、共通の前記温度補償センサの検出結果と合成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の振れ補正装置。
5. 前記位置検出手段は、前記撮像素子の位置を、前記撮像面内で直交する二つの方向成分に分けて検出し、該検出結果は、前記二つの方向に対応して設置された二つの前記温度補償センサの検出結果のそれぞれと合成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の振れ補正装置。
6. 前記位置センサと及び前記温度補償センサの出力を増幅する第１の増幅回路と、前記第１の増幅回路と同様の温度特性を備え、前記第１の増幅回路の近傍に設置された第２の増幅回路とを有し、
   前記第２の増幅回路の出力を前記位置センサ及び前記温度補償センサの出力と合成することにより、温度変化に伴う前記第１の増幅回路の特性の変化を補償することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の振れ補正装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項記載の振れ補正装置を備え、前記撮像素子が生成した画像のデータを記録することを特徴とする撮像装置。

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