JP2010266789A - 像振れ補正装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光軸と直交する方向の振れは勿論、簡易な構造で光軸周りの振れ補正も行えるようにする。
【解決手段】撮像素子を保持する保持部材３８と、保持部材を移動可能に支持する支持部材３１と、保持部材を支持部材に対して光軸と垂直な方向および光軸回り方向に移動可能に弾性支持する弾性支持手段３７ａ〜３７ｃと、保持部材を光軸と垂直な方向に駆動させる第１駆動手段３３ａ，３５，４３ａと、保持部材を光軸と垂直な方向でありかつ前記第１駆動手段が移動する方向とは異なる方向に駆動させる第２駆動手段３３ｂ，３５，４３ｂと、保持部材を光軸回りに回転駆動する第３駆動手段３３ｃ，３５，４３ｃとを有し、第１および第２駆動手段が、振れ検出手段の出力に基づいて位置検出手段の出力によるフィードバック制御を行い、第３駆動手段が、振れ検出手段の出力に基づいて弾性支持手段の弾性力に応じた駆動力を発生させるオープン制御を行う。
【選択図】図１０

Description

本発明は、手振れ等の振れによる像振れを補正する像振れ補正装置および撮像装置に関するものである。

この種の像振れ補正装置の機構の望ましい特性としては、
１）摩擦が小さく、目標への追従が良いこと
２）周波数特性を設計者が設計しやすいこと
などが挙げられる。これらを実現するものとして、様々な機構のものが提案されている。

特許文献１に開示された機構の特徴は、可動部の変位を規制する弾性手段および粘性手段を設けたことにある。このような構成にすることで、いわゆるオープン制御可能で周波数特性を改善することができる。

特許文献２に開示された機構の特徴は、可動鏡筒と固定鏡筒の間に複数の球を挟持し、弾性体で押圧していることである。このような機構とすることで、可動鏡筒を転がり摩擦によって駆動でき、摩擦力を軽減できる。また、可動鏡筒の重量と弾性体の弾性係数の比によって共振周波数が決まるので、目標とする共振周波数を容易に得ることができる。結果として良好な制御性を得て、小さな振動に対しても適切に応答できる機構を得ることができる。

特許文献３に開示された機構の特徴は、可動部を第１方向と第２方向に回動を含む移動可能な状態で支持する固定部を有し、この固定部が、可動部の第１方向及び第２方向の位置検出用のホール素子を一方に２個以上、他方に１個以上具備することである。このような構成とすることで、いわゆるロール振れ（光軸周りの振れ）補正を行うことを可能としたものとすることができる。なお、カメラを手持ちした場合、該カメラを静止させることは困難であり、通常Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の移動と、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの回転が発生する。このＺ軸回りの回転をロール振れという。このロール振れは、カメラを手持ちすると発生するが、レリーズ釦を押圧した際の力によってより発生し易くなる。

特開平８−１８４８７０号公報 特開２００１−２９０１８４号公報 特開２００５−３１６２２２号公報

上記特許文献１によると、機械的または電気的な方法で粘性抵抗を得ることができる。しかしながら、機械的方法によると、構造が複雑になりやすい、摩擦が増加するなどの問題がある。また、電気的方法によると、制御対象のばらつきの影響を受けやすい、制御系が複雑になるなどの問題がある。

また、特許文献２によると、非常に小さい摩擦で駆動でき、小さな手振れに対して追従可能である。しかしながら、適度な粘性抵抗が無いために主共振および副共振の影響が大きい、外乱の影響を受けやすいという問題がある。

また、特許文献３によると、可動部の第１方向及び第２方向の位置検出用のホール素子を３個以上必要である。また、ロール振れ補正の際の粘性部材の介在方法についての記載はない。

（発明の目的）
本発明の目的は、光軸と直交する方向の振れは勿論、簡易な構造で光軸周りの振れ補正も行うことのできる像振れ補正装置および撮像装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は撮像素子を有する像振れ補正装置であって、前記像振れ補正装置に加わる振れを検出して出力する振れ検出手段と、前記撮像素子の位置を検出する位置検出手段と、前記撮像素子を保持する保持部材と、前記保持部材を移動可能に支持する支持部材と、前記保持部材を前記支持部材に対して光軸と垂直な方向および光軸回り方向に移動可能に弾性支持する弾性支持手段と、前記保持部材を光軸と垂直な方向に駆動させる第１駆動手段と、前記保持部材を光軸と垂直な方向でありかつ前記第１駆動手段が移動する方向とは異なる方向に駆動させる第２駆動手段と、前記保持部材を光軸回りに回転駆動する第３駆動手段とを有し、前記第１および第２駆動手段が、前記振れ検出手段の出力に基づいて前記位置検出手段の出力によるフィードバック制御を行い、前記第３駆動手段が、前記振れ検出手段の出力に基づいて前記弾性支持手段の弾性力に応じた駆動力を発生させるオープン制御を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、光軸と直交する方向の振れは勿論、簡易な構造で光軸周りの振れ補正も行うことができる像振れ補正装置または撮像装置を提供できるものである。

本発明の一実施例に係る撮像装置の概略構成を示す構成図である。 一実施例に係る撮像装置の電気的構成を示すブロック図である。 一実施例に係る像振れ補正ユニットを示す斜視図である。 一実施例に係る像振れ補正ユニットを分解して示す斜視図である。 一実施例に係る像振れ補正ユニットの平面および断面を示す図である。 一実施例に係る減衰部材取付用穴部近傍を示す拡大図である。 一実施例に係る減衰部材取付用穴部近傍を拡大して示す平面図である。 一実施例に係る駆動部の構成を示す図である。 一実施例に係る位置センサの出力を示す図である。 一実施例に係る像振れ補正ユニットの正面や駆動制御部を示す図である。 一実施例に係る減衰部材としての粘弾性体の周波数特性を示す図である。 一実施例に係る駆動部の１軸方向の運動をモデル化した図である。 一実施例での帯域上限が３０Ｈｚ程度に適した条件を示す図である。 一実施例での解析モデルの周波数応答線図である。 一実施例でのロール振れに好適な信号処理回路のブロック図である。 一実施例でのヨー、ピッチに好適な信号処理回路のブロック図である。 一実施例でのフィードバック制御系のブロック図である。

本発明を実施するための形態は、以下の実施例に示す通りである。なお、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明の一実施例に係る像振れ補正装置を具備した撮像装置の概略構成を示す図である。

図１において、１は撮像装置である。２は撮影光学系、３は撮像光学系２を駆動するレンズ駆動部、４は撮影光学系２の光軸、５はレンズ鏡筒である。６は撮像素子、７はメモリ、８は手振れ等の振れを検出する振れセンサ、９は撮像素子６を駆動する撮像素子駆動部である。１０は電源、１１はレリーズ釦、１２はいわゆるクイックリターンミラー、１３はファインダ光学系である。

撮像装置１は、撮影光学系２と不図示のピント調節部を用いて、被写体像を撮像素子６近傍に結像させる。さらにユーザーによるレリーズ釦１１の操作と同期させて撮像素子６より被写体の情報を得て、メモリ７へ記録を行う。

ここで、撮像素子６を用いた振れ（以下、手振れを例にする）による像振れ補正について説明する。撮像素子駆動部９は撮像素子６を適切に並進（シフト）または回転駆動することができる。したがって、露光中などに手振れが発生したときは、振れセンサ８の検出結果に基づいて撮像素子駆動部９を動作させると、撮像素子６上での像振れが軽減され、手振れによる画像の劣化を補正することができる。

図２は撮像装置１の電気的構成を示すブロック図である。撮像装置１は、撮像系、画像処理系、記録再生系、制御系を有する。撮像系は、撮影光学系２、撮像素子６を含み、画像処理系は、Ａ／Ｄ変換器２０、画像処理部２１を含む。記録再生系は、表示部２２、記録処理部２３、メモリ７を含む。また、制御系は、カメラシステム制御部２５、ＡＦセンサ２６、ＡＥセンサ２７、振れセンサ８、操作検出部２９、撮像素子制御部３０（図１の撮像素子駆動部９を制御する）、および、レンズシステム制御部３１を含む。なお、カメラシステム制御部２５は振れセンサ信号処理部を具備する。

撮像系は、物体からの光を、撮影光学系２を介して撮像素子６の撮像面に結像する光学処理系であり、ＡＥセンサ２７の信号をもとに図示しない絞りなどを用いて適切な光量の物体光を撮像素子６に露光する。画像処理部２１は、Ａ／Ｄ変換器２０を介して撮像素子６から受けた撮像素子６の画素数の画像信号を処理するものであり、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路、補間演算による高解像度化を行う補間演算回路等を有する。

記録処理部２３は、メモリ７への画像信号の出力を行うとともに、表示部２２に出力する像を生成、保存する。また、記録処理部２３は、予め定められた方法を用いて画像や動画の圧縮を行う。

制御系は、外部操作に応動して撮像系、画像処理系、記録再生系をそれぞれ制御する。例えば、シャッタレリーズ釦１１の押下を検出して、撮像素子６の駆動、画像処理部２１の動作、記録処理部２３の圧縮処理などを制御する。さらに表示部２２によって光学ファインダ、液晶モニタ等に情報表示を行う情報表示装置の各セグメントの状態を制御する。

カメラシステム制御部２５は撮像の際のタイミング信号などを生成して出力する。カメラシステム制御部２５にはＡＦセンサ２６とＡＥセンサ２７が接続されており、これらの信号をもとにレンズ、絞り板等を適切に制御を行う。さらにカメラシステム制御部２５には振れセンサ８が接続されており、像振れ補正モードにおいては、振れセンサ８の信号をもとに振れセンサ信号処理部が後述する像振れ補正ユニットを駆動する信号を生成し、該像振れ補正ユニットを駆動する。

次に、図３ないし図１４を用いて、撮像装置１に具備される像振れ補正ユニットの要部について説明する。

図３は像振れ補正ユニットの斜視図であり、図４は像振れ補正ユニットの分解斜視図である。図３および図４において、３１はベース板である。３８は可動枠であり、遮光部材で構成されている。３２ａ，３２ｂ，３２ｃはベース板３１と可動枠３８に狭持された球である。６は撮像素子であり、可動枠３８に固定され、撮影時に像振れを補正する機能も有する。４２は撮像素子６からの撮像信号を画像処理系へ送るフレキシブル基板（ＦＰＣ）である。

３３ａ，３３ｂは並進（光軸４と直交する平面内で移動させることを意味する）駆動用コイル、３３ｃは回転駆動用コイル、３４ａ，３４ｂは並進駆動用磁石、３４ｃは回転駆動用磁石である。３５はヨーク（磁石吸着板）、３６ａ，３６ｂ，３６ｃは吸着板固定ネジである。ここで、並進駆動用磁石３４ａ，３４ｂと回転駆動用磁石３４ｃは、ヨーク３５に吸着され、可動枠３８に吸着板固定ネジ３６ａ，３６ｂ，３６ｃで固定されている。３７ａ，３７ｂ，３７ｃは可動枠３８を並進または回転駆動時に移動可能に弾性支持する弾性体、３９ａ，３９ｂは反射率の異なる２部材を円弧状断面で合わせた円弧状ターゲット板である。ここで、円弧状ターゲット板３９ａ，３９ｂはヨーク３５上に固定されており、可動枠３８と一体的に駆動する。４０ａ，４０ｂは不図示の電気基板上に実装された反射型フォトセンサであり、ベース板３１に対する円弧状ターゲット板３９ａ，３９ｂの径方向の位置を検出する。なお、図３および図４では像振れ補正ユニットの主要部分だけを示し、保持部材やリード線等は示していない。

次に、図３および図４を用いて、ベース板３１と可動枠３８の相対運動について説明する。

撮影時に像振れを補正するように作用する撮像素子６は、ベース板３１に対してＸ方向、Ｙ方向および回転方向（光軸４（撮像素子６の中心）回り）に移動可能な可動枠３８に固定されている。ベース板３１と可動枠３８は球３２ａ，３２ｂ，３２ｃを狭持しており、この球３２ａ，３２ｂ，３２ｃを介して相対運動を行う。このため、転がり摩擦という非常に小さな摩擦の影響しか受けずに相対運動を行うことができる。摩擦が小さいために非常に小さな入力に対しても適切に応答することができる。また、球３２ａ，３２ｂ，３２ｃによる案内面を適切な精度で製作することにより、ベース板３１と可動枠３８が相対運動を行った場合でも、可動枠３８の傾きや光軸４方向への不要な移動が発生してしまうことを抑えることができる。

図５は像振れ補正ユニットを示す図であり、図５（ａ）は光軸方向から見た正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。なお、ＦＰＣ４２は省略してある。

図５（ａ）に示したように、可動部材である可動枠３８は、支持部材であるベース板３１に対して複数の弾性部材３７ａ，３７ｂ，３７ｃで弾性支持されている。本実施例では、弾性部材３７ａ，３７ｂ，３７ｃが光軸４から放射状に１２０度の間隔で３本配置されている。このような対称配置とすることで、モーメントの発生による不要共振の励起を抑制することが可能となる。さらに、電源ＯＦＦ時の光学系の垂れ下がりを防止することが可能であり、高価なロック機構等が不要となり、コストダウンを図れる。弾性体３７ａ，３７ｂ，３７ｃの弾性係数の決定方法については後述する。

図５（ｂ）に示したように、ベース板３１にはコイル３３ａ（３３ｂ，３３ｃ）が固定されており、可動枠３８には磁石３４ａ（３４ｂ，３４ｃ）およびヨーク３５が固定され
ており、いわゆるムービングマグネット型のアクチュエータ(駆動部)を構成している。

図５（ａ）において、可動枠３８の紙面上側には第１電磁アクチュエータが配置される。この第１電磁アクチュエータは、ベース板３１に取り付けられたコイル３３ａと、可動枠３８に取り付けられた磁石３４ａおよびヨーク３５により構成される。さらに、可動枠３８の紙面右側には、第２電磁アクチュエータが配置される。この第２電磁アクチュエータ４３ｂは、ベース板３１に取り付けられたコイル３３ｂと、可動枠３８に取り付けられた磁石３４ｂおよびヨーク３５により構成される。さらに、可動枠３８の紙面左下側には、第３電磁アクチュエータが配置される。この第３電磁アクチュエータは、ベース板３１に取り付けられたコイル３３ｃと、可動枠３８に取り付けられた磁石３４ｃおよびヨーク３５により構成される。

図５（ｃ）に示したように、弾性体３７ａ（３７ｂ，３７ｃ）は光軸４の方向に適宜傾けて取り付けられており、ベース板３１と可動枠３８の間に設けられた球３２ａ，３２ｂ，３２ｃを把持している。

ここで、本実施例ではムービングマグネット型のアクチュエータを用いているが、ムービングコイル型のアクチュエータを用いても構わない。

次に、図５等に示す減衰部材４６の取り付けについて説明する。

減衰部材取付部は、第１電磁アクチュエータと第２電磁アクチュエータで発生する駆動力が交わる点と、減衰部材４６の取り付けによるモーメントの発生中心がほぼ一致するように設けられることが、不要共振の励起を抑制するためには望ましい。ここで、レンズシフト防振（補正レンズを光軸４と直交する方向に移動させて像振れ補正を行う方式）においては、減衰部材４６を、光軸中心に二箇所以上具備する必要がある。しかし、イメージャシフト（撮像素子６を光軸４と直交する方向に移動させて像振れ補正を行う方式を意味する）防振においては、撮像素子６の後ろに一箇所配置すれば構わない。

図５（ｂ）および図５（ｃ）において、４４はダンパ抵抗棒、４５は減衰部材取付用穴部、４６は減衰部材である。ベース板３１に設けられた円筒形の減衰部材取付穴部４５に対して、可動枠３８に設けられた円柱状のダンパ抵抗棒４４がほぼ同心円状になるように配置され、その隙間にドーナツ状に減衰部材４６が設けられている。減衰部材４６は様々な粘弾性体を用いることが可能であるが、本実施例では、組付け性や耐環境性に優れた紫外線硬化型シリコーンゲルを用いている。減衰部材４６として用いる粘弾性体の望ましい特性については後述する。

図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、可動枠３８上に設けられたダンパ抵抗棒４４は、ベース板３１に設けられた減衰部材取付用穴部４５に向けて、少なくともベース板３１と光軸方向にオーバーラップするように延在している。

ここで、本実施例では、ベース板３１上に設けられた円筒状の減衰部材取付用穴部４５と可動枠３８上に設けられた円柱状のダンパ抵抗棒４４との間に、減衰部材４６を介在させている。しかし、可動枠３８上に設けられた円筒状の減衰部材取付用穴部とベース板３１上に設けられた円柱状のダンパ抵抗棒との間に、減衰部材４６を介在させても構わない。

図６（ａ）は像振れ補正ユニットを図３および図４とは反対側から見た斜視図、図６（ｂ）は減衰部材取付用穴部の拡大図である。また、図７は減衰部材取付用穴部の平面図である。

これらの図において、４７は紫外線照射窓である。この紫外線照射窓４７はベース板３１に固定されており、ベース板３１と可動枠３８の間に介在する減衰部材４６を硬化させる際に、紫外線を通過させるように紫外線透過部材で出来ている。

図６（ａ），（ｂ）、図７に示したように、ダンパ抵抗棒４４には、可動枠３８がベース板３１に対して回転移動した際に、可動枠３８に設けられたダンパ抵抗棒４４が減衰部材４６に対して負荷になるような切欠部４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを設けてある。また、減衰部材取付用穴部４５には、減衰部材４６に回転モーメントが掛かったときに、減衰部材４６に対して負荷になるような突起部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄを設けてある。

こうすることで、ロール振れ補正時に、減衰部材４６に回転モーメントが掛かっても、減衰部材４６がダンパ抵抗棒４４やベース板１３から剥離してしまうことがなくなる。

ここで、突起部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄや切欠部４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄは回転中心に対称に設けると良い。

また、図７に示すように、突起部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄと切欠部４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄとを対向するように配置しており、Ｘ，Ｙ平面上において、減衰部材４６の厚みが一定になるような形状にしてある。また、光軸方向の距離も同じにしておくと良い。こうすることで、ヨー方向やピッチ方向の像振れ補正に対して安定したダンピング性能を保つことができる。

なお、本実施例では、ベース板３１上に設けられた円筒状の減衰部材取付用穴部に突起部、可動枠３８上に設けられた円柱状のダンパ抵抗棒に切欠部を設けている。しかし、ベース板３１上に設けられた円筒状の減衰部材取付用穴部に切欠部、可動枠３８上に設けられた円柱状のダンパ抵抗棒に突起部を設けても構わない。また、減衰部材取付用穴部４５をある程度大きくでき、減衰部材４６の量を多くできれれば、突起部と切欠部の組み合わせは上記のものに限らず、突起部同士や切欠部同士あっても安定したダンピング性能を保つことは可能である。また同様に、減衰部材取付用穴部４５やダンパ棒４４の片方のみに突起部や切欠部があっても構わない。

次に、図８を用いて、像振れ補正ユニットの並進駆動機構について説明する。並進駆動に関しては、第１電磁アクチュエータ４３ａと第２電磁アクチュエータ４３ｂを用いる。

図８は本実施例に係わる像振れ補正ユニットの駆動部の構成を示す模式図であり、図８（ａ）は磁石３４ａとコイル３３ａのみを光軸方向から見た図、図８（ｂ）は磁石３４ａを中心付近で切断した時の断面図を示している。

図８（ａ）において、４３は着磁境界を示している。図８（ｂ）において、４８ａ，４８ｂ，４８ｃは磁石３４ａとコイル３３ａ近傍の代表的な磁力線を模式的に表している。着磁境界４３を挟んで磁石３４ａは２つの領域３４ａ１，３４ａ２に分けて着磁されている。このとき、着磁境界４３は駆動部で発生する力の方向と直交する方向であり、図８（ａ）の上下方向に着磁境界が存在し、左右方向に駆動される。コイル３３ａは光軸方向から見たときに小判型をしており、２つの長手部分３３ａ１，３３ａ２が磁石３４の２つの領域３４ａ１，３４ａ２と対向するように配置されている。

また、図８（ｂ）に示したように、磁石３４ａのコイル３３ａと反対側の面には、ヨーク３５がある。ヨーク３５は望ましくは軟磁性体であり、図８（ｂ）のように多くの磁束
を透過させ、磁気回路のパーミアンスを下げている。その結果、４８ａ，４８ｂの様に磁石３４ａからコイル３３ａに向かって比較的直線的に磁力線が生じている。

ヨーク３５は本実施例では可動枠３８に固定されるので、厚みを増すと可動部の重量も増加してしまう。そこで、ヨーク３５（磁石吸着板）の外形、飽和磁束密度および磁石の形状、表面磁束密度などを考慮して、ヨーク３５が飽和磁束近傍となるように決めるのが好ましい。この状態でコイル３３ａに通電すると、図８（ｂ）の紙面垂直方向で長手部分３３ａ１と３３ａ２に反対方向に電流が流れる。したがって、フレミング左手の法則によって駆動力が発生する。

図５（ａ）で説明したように可動枠３８は弾性支持されているので、オープン制御においては、弾性体３７ａ，３７ｂ，３７ｃの合力と上記駆動力がつりあう位置までベース板３１と可動枠３８の間に、紙面上下方向に相対運動が生じる。同様に、コイル３３ｂに通電すると、図５（ａ）のベース板３１と可動枠３８の間に、紙面左右方向に相対運動が生じる。

また、フィードバック制御においては、第１および第２電磁アクチュエータによるベース板３１と可動枠３８の間の相対移動を、図４に示した反射型フォトセンサ４０ａ，４０ｂが円弧状ターゲット板３９ａ，３９ｂ上の位置を検出している。このことによって、所望の円弧状ターゲット板上の位置になるように制御している。

ここで、反射型フォトセンサ４０ａの出力について述べる。図９（ａ）は反射型フォトセンサ４０ａ、４０ｂの出力を縦軸、円弧状ターゲット板３９ａ、３９ｂの位置を横軸とする。可動枠３８がＸ方向に移動した場合、反射型フォトセンサ４０ａは、図９（ａ）のようなＬｏｗからＨｉｇｈまで間の出力をする。可動枠３８がＹ方向に移動した場合、反射型フォトセンサ４０ｂの出力も同様な出力となる。ここで、像振れ補正において、可動枠３８の移動量の多くは１ｍｍ以下であるため、分解能として充分といえる出力が得られる。

また、可動枠３８が光軸４（撮像素子６の中心）回りに移動した場合、反射型フォトセンサ４０ａ、４０ｂは、ターゲット板３９ａ、３９ｂが円弧状となっているので図９（ｂ）のような一定の出力をする。つまり、可動枠３８の光軸４周りの回転変化に対して不感帯が設けられていることとなる。

次に、図１０を用いて、像振れ補正ユニットの回転駆動について説明する。図１０は像振れ補正ユニットの正面図に駆動制御を行う回路部を足したものである。なお、ＦＰＣ４２は省略してある。

ここで、回転駆動に関しては、第１電磁アクチュエータ（コイル３３ａ、磁石３４ａ、ヨーク３５）と、第２電磁アクチュエータ（コイル３３ｂ、磁石３４ｂ、ヨーク３５）と第３電磁アクチュエータ（コイル３３ｃ、磁石３４ｃ、ヨーク３５）を用いる。なお、４３ａは第１電磁アクチュエータを駆動制御する駆動制御部、４３ｂは第２電磁アクチュエータを駆動制御する駆動制御部、４３ｃは第３電磁アクチュエータを駆動制御する駆動制御部である。

上述したように、駆動制御部４３ａによりコイル３３ａに通電すると、ベース板３１と可動枠３８の間に図１０の紙面上下方向に並進相対運動が生じる。また、駆動制御部４３ｂによりコイル３３ｂに通電すると、ベース板３１と可動枠３８の間に紙面左右方向に並進相対運動が生じる。

また、駆動制御部４３ｂによりコイル３３ｃに通電すると、ベース板３１と可動枠３８の間に回転方向に相対運動が生じる。このとき、第１電磁アクチュエータと第２電磁アクチュエータによるベース板３１と可動枠３８の間の相対移動時に、図１０に示す反射型フォトセンサ４０ａ，４０ｂが円弧状ターゲット板３９ａ，３９ｂの位置を検出している。したがって、可動枠３８がベース板３１に対して円弧状ターゲット板３９ａ，３９ｂの円弧上からずれないようにフィードバック制御されることになる。よって、第３電磁アクチュエータによる回転移動を、撮像素子６を中心、換言すれば光軸４を中心としたとしたものにすることができる。

つまり、本実施例の像振れ補正ユニットにおいては、撮像素子６を保持する可動枠３８に、ロール方向に移動可能なように放射状に弾性部材３７ａ，３７ｂ，３７ｃを掛けている。よって、Ｘ方向（ヨー方向）補正とＹ方向（ピッチ方向）補正はフィードバック制御を行いながら、ロール方向補正時は放射状の弾性部材３７ａ〜３７ｂの弾性力とのつり合う駆動力を発生させることによってオープン制御を行いながら、それぞれ可能となる。

詳しくは、ロール方向の駆動時には、Ｘ，Ｙ方向の駆動は円弧状ターゲット板３９ａ，３９ｂの円弧上を補正目標値として行われる。つまり、Ｘ，Ｙ方向の振れ補正はロール方向の駆動を所謂電気レール（ロール方向の仮想レールを電気的に作る事を意味する）として行われるので、シフト振れ補正時も常に撮像素子６を中心としてのロール振れ補正も行われることになる。

なお、ロール振れ補正もフィードバック制御することが考えられるが、このような制御を行うとシフト振れ補正時にロール駆動用のコイル３３ｃがシフト駆動を妨げる駆動力を発生させることになる。このことは、随時目標値補正をすることで解決できるが、そのための補正が複雑で、且つターゲット精度により補正量がばらつくことがあるため、単純なバネと駆動力のつりあいのオープン制御が適している。

次に、図１１を用いて、本実施例に好適な粘弾性体である減衰部材４６の特性について説明する。

粘弾性体は一般的に図１１に示したように、入力周波数によってその特性が変化する。よく知られているように、粘弾性体においては、周波数の増加は温度の低下と同様の物性を示す。つまり、図１１に示したように転移領域５１ｂを挟んで、低い周波数の領域５１ａでゴム物性を示し（以下、ゴム領域）、高い周波数の領域５１ｃでガラス物性を示す（以下、ガラス領域）。ゴム領域では柔らかく、ガラス領域ではゴム領域に比べて１００〜１０００倍程度のヤング率になる。一般的に、ゴム領域とガラス領域の中間にある転移領域５１ｂで複素弾性係数における実数部と虚数部の比であるｔａｎδが大きくなる。ｔａｎδは粘弾性体の応力歪み線図のヒステリシスを示しており、大きな値の方が効率よく、運動エネルギーを熱エネルギーに変換できる。

そこで、本実施例では、手振れに適用することを考慮して、制御周波数帯域を０．３Ｈｚ−１００Ｈｚ程度に設定する。制御周波数帯域の好適な設定方法に関しては後述する。この制御周波数帯域が転移領域に含まれ、ｔａｎδが大きい材料が好ましい。近年上述のような材料も多く開発されており、一般的なブチルゴムに加え、様々な商品が提供されている。一例としては、内外ゴム製ハネナイト、宮坂ゴム製ミヤフリーク、スリーボンド製ＴＢ３１６８等が好適な粘弾性材料と言える。

次に、駆動部の設計について、図１２を用いて説明する。

図１２は、本実施例に係わる駆動部の１軸方向の運動をモデル化した図である。図１２
（ａ）は減衰部材が無い場合のモデルを示しており、図１２（ｂ）は減衰部材を介在させた場合のモデルを示している。

本実施例に係わる像振れ補正ユニットは複数の弾性部材３７ａ，３７ｂ，３７ｃを有しているが、特定の移動方向を考えた場合、複数の弾性部材の合力を仮想的な一つのバネ、ダッシュポッドとして考えることができる。図１２（ａ）に示したように、１自由度のバネ質点系として表現できる。ｋ，ｃは弾性部材によるバネ、ダッシュポッドを示している。このときの力Ｆに対する変位ｘは

の式で表わされる。ｍは可動部の質量である。このとき、図５で説明した様に、小さい摩擦しか受けない構成となっているため、一般的に粘性抵抗は小さく、ｃの値は小さな値になる。その結果、共振が強く見られる機構になる。つまり、小さな振幅の入力に対して適切に応答できるものの、外乱などの影響を受けやすい機構といえる。ここで減衰比ζを

の式で定義する。この減衰比ζを用いてバネ質点系の共振峰の状態や過渡応答を把握することができる。

図１２（ｂ）は、減衰部材を介在させた系であり、上述の弾性部材３７ａ，３７ｂ，３７ｃと同様に減衰部材の合力を仮想的な一つのバネ、ダッシュポッドとみなしたモデル図である。ｋ１，ｃ１は弾性部材によるバネ、ダッシュポッドを、ｋ２，ｃ２は減衰部材によるバネ、ダッシュポッドを示している。図１２（ｂ）の力Ｆに対する変位ｘは

の式で表わされる。

図１１で説明したような好適な粘弾性体を減衰部材として用いている場合、ｋ２とｃ２の比であるｔａｎδは制御周波数帯域で比較的大きな値を示している。好適の材料の中では０．５程度得られるものもある。このように大きなｔａｎδが得られるので、ｋ２が小さな値であっても十分な減衰を得ることが出来る。つまり、駆動部（電磁アクチュエータ）の感度を低下させずに減衰を適切に付与できる。このときの減衰比ζは明らかに

の式で表わされる。

図１３に示す条件で、減衰部材を介在させたときと、介在させないときの周波数応答線図を、図１４に示している。

図１３は、制御周波数帯域の上限が３０Ｈｚ程度に適した機構である。いわゆるオープン制御で制御周波数を上げるには、共振周波数をさらに高くすることが望ましい。弾性体の弾性係数は図１３から分かるように可動部の質量と制御周波数によって決定される。図１２で説明したように、複数の弾性体の合計の弾性係数が図１３の値になるように、各弾性体の弾性係数を決定すればよい。

図１４から分かるように、減衰部材が無い状態では共振峰が顕著に現れ、外乱の影響を受けやすい。一方、減衰部材を設けた状態では、共振が十分に抑制されており、外乱の影響を受けにくい。また、減衰部材を設けた状態の減衰比は０．７程度であり、適切に得ている。図１３の値の様に減衰比が０．７程度の時、共振によるゲインの持ち上がりが小さく、位相の遅れも比較的小さい。制御性も考慮して減衰比が０．７程度となるように、減衰部材と弾性体の弾性係数の比を適切に決定することが望ましい。減衰部材の複素弾性係数や形状を変更することで、減衰部材の弾性係数を所望の値にすることが可能である。

次に、図１５は、本実施例に係わる像振れ補正装置において、ロール振れに対する像振れ補正のための好適な制御信号を生成する信号処理部のブロック図であり、いわゆるオープン制御を行っている。

図１５において、６１は振れセンサ８に相当する角速度センサ、６２は低域通過フィルタ（以下、ＬＰＦ）、６３はＣＰＵである。ＣＰＵ６３は、図２に示したカメラシステム制御部２５と同様の動作を行うものである。ここでは、カメラシステム制御部に含まれる振れセンサ信号処理部のみを示す。ＣＰＵ６３は、Ａ／Ｄ変換器６４、積分器６５、高域通過フィルタ６６（以下、ＨＰＦ６６）、撮像装置１の情報を記録したメモリ６７、撮像素子６の位置を計算する撮像素子位置変換器６８および撮像素子位置制御器６９を具備する。また、７０は駆動部（図１における撮像素子駆動部９に相当）で、７１は像振れ補正ユニットであり、これらは図３等に示した構成より成る。

図１５に示すように、ロール振れを検出する振れセンサとしては角速度センサ６１が多くの場合用いられている。本実施例も角速度センサを用いた場合を例として、以下の説明を行う。

角速度センサ６１は手振れによる角速度を検出し、角速度に比例した信号を出力する。ＬＰＦ６２はノイズカットのために設けられており、角速度センサ６１の高域ノイズをカットする。ＣＰＵ６３は手振れ補正に必要な制御のための演算を行うものであり、内部に上記したＡ／Ｄ変換器６４から撮像素子位置制御器６９までを具備している。

ここで、各部の働きについて以下に述べる。

Ａ／Ｄ変換器６４はＬＰＦ６２を通過した信号を適切なサンプリング周期でデジタル変換する。サンプリング周期は制御周波数帯域の１００倍程度あることが望ましい。例えば５０Ｈｚまでの制御を行う像振れ補正装置においては、５０００Ｈｚ程度のサンプリング周期であればサンプリングの影響を無視できて好適である。積分器６５は角速度信号を積分し手振れによる角度を求める。ＨＰＦ６６は角速度センサ６１の低周波ゆらぎを除去するフィルタである。フィルタ時定数は上記低周波ゆらぎと制御周波数帯域を考慮して適切に設定される。また、ＨＰＦ６６はメモリ６７からズーム情報などの撮影条件の情報を取
得し、適切にフィルタの時定数を変更することも出来る。撮像素子位置変換器６８は、メモリ６７から得たズーム、フォーカスなどの情報から、入力された振れに対する像振れ補正のための撮像素子６の移動量を計算する。撮像素子位置制御器６９は、像振れ補正ユニット７１の周波数特性などを考慮して適切な位相補償などを行うそして、その結果を駆動部７０に出力し、振れ補正ユニット７１を駆動する。

次に、図１６は、本実施例に係わる像振れ補正装置において、ヨー、ピッチ振れに対する好適な像振れ補正のための制御信号を生成する信号処理回路を示すブロック図であり、いわゆるフィードバック制御を示している。

図１６において、１６１は振れセンサ８に相当する角速度センサ、１６２は低域通過フィルタ（以下、ＬＰＦ）、６３はＣＰＵである。ＣＰＵ６３は、図２に示したカメラシステム制御部２５と同様の動作を行うものである。ここでは、カメラシステム制御部に含まれる振れセンサ信号処理部のみを示す。ＣＰＵ６３は、Ａ／Ｄ変換器１６４、積分器１６５、高域通過フィルタ１６６（以下、ＨＰＦ１６６）、撮像装置の情報を記録したメモリ１６７、撮像素子の位置を計算する撮像素子位置変換器１６８、撮像素子位置制御器１６９、Ａ／Ｄ変換器１８２を具備する。また、１７０は駆動部（図１における撮像素子駆動部９に相当）、７１は振れ補正ユニット、１８１は反射型フォトセンサ４０ａ，４０ｂに相当する位置センサであり、これらは図３等に示した構成より成る。

図１６に示したように、角速度センサ１６１の信号を適切にＣＰＵ６３で処理することによって、ヨー方向、またはピッチ方向の撮像素子位置制御器１６９の入力を得る。撮像素子位置制御器１６９はいわゆるフィードバック制御を行っている。そして、撮像素子位置変換器１６８からの信号に加え、位置センサ１８１とＡ／Ｄ変換器１８２を介して得た撮像素子位置情報を用いて、像振れ補正制御を行う。

フィードバック制御系の回路ブロックを、図１７に示している。図１７において、目標撮像素子位置とは、撮像素子位置変換器１６８から与えられる目標位置を示している。また、Ａ／Ｄ変換器１８２のサンプリングレートは制御周波数帯域よりも十分に高い周波数でサンプリングをしていることを想定している。つまり、サンプリングによる位相の遅れなどは無く、図１７では連続量として扱っても問題ないとしている。実際に、手振れ補正に用いられる像振れ補正ユニットは高い周波数での応答を求められるわけではないので、上記のように仮定できる。

また、図１７において、撮像素子位置制御器１６９の伝達関数をＧ２（ｓ）、駆動部１７０のドライバゲインをＧｄ、像振れ補正ユニット７１の伝達関数をＧ１（ｓ）、位置センサ１８１のセンサゲインをＧｓとすると、開ループ特性は

で表される。さらに、閉ループ特性は

で表される。

本実施例においては、可動枠３８を支持する弾性部材３７ａ，３７ｂ，３７ｃの弾性係数は、所望の閉ループ特性の共振周波数が得られるように適切に設定すればよい。

上記実施例の像振れ補正装置においては、以下のような構成要素を具備したものとしている。

つまり、像振れ補正の為に駆動される保持部材である可動枠３８と、この可動枠３８を支持する支持部材であるベース３１と、手振れ等の振れを検出する振れ検出手段である振れセンサ８とを有する。さらに、可動枠３８を光軸４と直交する平面および光軸回りに移動可能に弾性支持する弾性支持手段である弾性部材３７ａ，３７ｂ，３７ｃを有する。さらに、可動枠３８を光軸４に垂直な平面方向に並進駆動させる第１駆動手段である第１電磁アクチュエータおよび第２駆動手段である第２電磁アクチュエータを有する。さらに、第１および第２電磁アクチュエータとともに可動枠３８を光軸回り（撮像素子６を中心）に回転駆動させる、第１および第２駆動手段とは異なる第３駆動手段である第３電磁アクチュエータを有する。そして、振れ検出手段の出力に基づいて可動枠３８を第１ないし第３の駆動手段により駆動して振れに起因する像振れ補正するようにしている。

上記第２駆動手段は、弾性支持手段の弾性力に応じた駆動力を発生させるものである。また、上記第１および第２駆動手段は、撮像素子６の位置検出を行う位置検出センサ（反射型フォトセンサ４０ａ，４０ｂと円弧状ターゲット板３９ａ，３９ｂ））の出力に基づいてフィードバック制御を行うものである。また、第３駆動手段は、弾性支持手段の弾性力に応じた駆動力を発生させるオープン制御を行うものである。

また、位置検出センサ（反射型フォトセンサ４０ａ，４０ｂ、円弧状ターゲット板３９ａ，３９ｂ）には、シフト補正時にロール補正も可能なように、可動枠３８の光軸周りの回転変化に不感帯が設けられている。

また、可動枠３８とベース３１の間に設けられ、可動枠３８を光軸回りに回転駆動させる際に粘性抵抗を与えつつ粘弾性支持する減衰手段としての減衰部材４６を有する。

以上のような構成の像振れ補正装置とすることにより、簡易な構造でロール振れ補正を実現し、さらに、適切な粘性抵抗を得ることで、像振れ補正装置の周波数特性を手振れによる像振れ補正に適したものにすることが可能となった。したがって、安定したロール駆動を行うことが可能となり、また、位置検出センサをコストダウン（特許文献３では３個以上必要であったが、本実施例では２個で済むので）することが可能となった。

Claims (4)

1. 撮像素子を有する像振れ補正装置であって、
   前記像振れ補正装置に加わる振れを検出して出力する振れ検出手段と、
   前記撮像素子の位置を検出して出力する位置検出手段と、
   前記撮像素子を保持する保持部材と、
   前記保持部材を移動可能に支持する支持部材と、
   前記保持部材を前記支持部材に対して光軸と垂直な方向および光軸回り方向に移動可能に弾性支持する弾性支持手段と、
   前記保持部材を光軸と垂直な方向に駆動させる第１駆動手段と、
   前記保持部材を光軸と垂直な方向でありかつ前記第１駆動手段が移動する方向とは異なる方向に駆動させる第２駆動手段と、
   前記保持部材を光軸回りに回転駆動する第３駆動手段とを有し、
   前記第１および第２駆動手段は、前記振れ検出手段の出力に基づいて前記位置検出手段の出力によるフィードバック制御を行い、前記第３駆動手段は、前記振れ検出手段の出力に基づいて前記弾性支持手段の弾性力に応じた駆動力を発生させるオープン制御を行うことを特徴とする像振れ補正装置。
2. 前記位置検出手段は、前記保持部材の光軸周りの回転変化に対して不感帯を有することを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
3. 前記保持部材と前記支持部材の間に設けられ、前記保持部材が光軸回りに回転駆動される際に粘性抵抗を与えつつ粘弾性支持する減衰手段を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の像振れ補正装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の像振れ補正装置を具備することを特徴とする撮像装置。

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