JP2011053241A - 振れ補正装置および撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】振れ補正装置70は、ベース部材50と、該ベース部材に対して光軸に直交する方向にシフト可能なシフト部材40と、該シフト部材をベース部材に対してシフトさせるシフトアクチュエータ58p,58y,59p,59yと、撮像素子15と、該撮像素子を保持し、シフト部材とともに光軸に直交する方向にシフト可能であるとともに、該シフト部材に対して光軸に直交する面内で回動可能な回動部材30と、該回動部材をシフト部材に対して回動させる回動アクチュエータ58r,59rとを有する。
【選択図】図2
Description
特許文献1,2には、複数のアクチュエータにより撮像素子をシフトおよびロールさせ、ホール素子を用いて該複数のアクチュエータのそれぞれを構成するコイルの移動量を検出し、撮像素子のシフト位置およびロール位置を制御する防振装置が開示されている。
本発明は、撮像素子のシフト動作およびロール動作がそれぞれ他方の制御に与える影響を少なくして、撮像素子のシフト位置およびロール位置を高精度に制御することができるようにした振れ補正装置およびこれを備えた撮像装置を提供する。
100はデジタル一眼レフカメラ(以下、単にカメラという)であり、102はカメラ100のマウント部101に取り外し可能に装着されるレンズ装置(交換レンズ)である。カメラ100とレンズ装置102とによりレンズ交換型の一眼レフデジタルカメラシステムが構成される。
レンズ装置102は、レンズユニット103等の複数のレンズユニットや絞り(図示せず)を含む撮影光学系103を有する。
カメラ100は、複数のシャッタ羽根を有するフォーカルプレンシャッタ20や、該シャッタ20によって露光量が制御されるCCDセンサ又はCMOSセンサにより構成される撮像素子15を有する。撮影光学系103から撮像素子15に至る光路(光軸)L1中には、赤外カットフィルタや位相板等の光学素子が積層されて構成された光学フィルタ11が配置されている。
撮像素子15は、撮影光学系103によって形成された被写体像を光電変換して撮像信号を出力する。撮像信号に対して所定の処理が行われることにより、画像信号(画像データ)が生成される。画像信号は、カメラ100の背面に設けられたディスプレイユニット107に表示される。使用者は表示画像を電子ファインダ画像として観察して撮影構図を決めることができる。また、レリーズスイッチ120の撮影開始操作に応じて、画像信号が静止画データ又は動画データとして不図示の記録媒体(半導体メモリ等)に記録される。
111はハーフミラーにより構成されたメインミラーであり、撮影光学系103からの光束の一部を反射するとともに、残りを透過させる。105はメインミラー111により反射された光束により被写体像が形成されるフォーカシングスクリーンであり、112はペンタプリズムである。109−1,109−2,109−3はフォーカシングスクリーン105上に結像された物体像を、ペンタプリズム112を通して観察するためのファインダレンズである。フォーカシングスクリーン105、ペンタプリズム112およびファインダレンズ109−1〜109−3により、ファインダ光学系が構成される。
163はアイピースシャッタであり、セルフタイマー撮影時にファインダ光学系からの逆入射光が撮像素子15に入射し、ゴーストやフレアを発生させるのを防ぐ。
メインミラー111の背後(像面側)には、サブミラー122が設けられている。サブミラー122は、メインミラー111を透過した光束を反射させて焦点検出ユニット121に導く。メインミラー111とサブミラー122は、ファインダ光学系を通じた被写体観察時には図示のように光路L1内に配置され、電子ファインダ画像による被写体観察時および撮影時には、図中の点線111′,122′で示す光路L1外の位置に退避する。
焦点検出ユニット121は、サブミラー122からコンデンサーレンズ164および反射ミラー165を通して入射した光束を再結像レンズ166により分割する。そして、再結像レンズ166からの分割光束により形成された一対の被写体像をエリアセンサ167によって光電変換して一対の像信号を得る。一対の像信号の位相差を算出することで、位相差検出方式による撮影光学系103の焦点状態の検出を行うことができる。
114は可動式のフラッシュユニットであり、カメラ100に対して収納される収納位置と突出する突出位置(発光位置)との間で移動が可能である。
119はカメラ100の電源をON/OFFするためのメインスイッチである。レリーズスイッチ120の半押し操作(撮影準備操作)によって測光や自動焦点調節等の撮影準備動作が開始され、全押し操作(撮影開始操作)によって画像信号を記録媒体に記録する撮影動作が開始される。
123は防振ユニットを動作させるか否かを選択するために操作される防振スイッチである。180はフォーカシングスクリーン105上に所定の情報を表示させるための光学ファインダ内情報表示ユニットである。
190はピッチ方向もしくはヨー方向に加わる振れを検出する振れセンサであり、本実施例においては角速度センサにより構成されている。また、例えば加速度センサによって構成されていてもよい。ピッチ/ヨー振れセンサ190は、図1の紙面に平行な面内での角度振れであるピッチ振れ190pと、図1の紙面に垂直な面内での角度振れであるヨー振れ190yとを検出する。また、190rは回転振れセンサであり、角速度センサや加速度センサにより構成され、撮影光学系103の光軸に直交する面内での回転(ロール)振れ190cを検出する。
図2において、フォーカルプレンシャッタ20は、複数のシャッタ羽根21a〜21dにより構成された先幕21と、複数のシャッタ羽根により構成された後幕22と、先幕21と後幕22の走行スペースを分割する中間板23とを有する。また、フォーカルプレンシャッタ20は、それぞれ後幕22および先幕21の押さえ板として機能し、撮像素子15の露光のために中央部に開口24a,25aが形成された押さえ板24およびカバー板25を有する。
図2〜図5において、撮像部10は、光学フィルタ11と、該光学フィルタ11を保持するホルダ12と、不要光の入射を遮断し、有効光を取り込む開口13aを有するマスク部材13と、撮像素子15と、撮像素子15を保護するカバー部材15aとを有する。カバー部材15aと光学フィルタ11との間には、これらの間の隙間を埋めるためのシール部材16が配置されている。撮像素子15の接続端子15cは、該撮像素子15を駆動する駆動回路が形成された基板17に接続されている。このように構成された撮像部10は、回動部材としてのロールベース30によって保持されている。
ロールベース30の背面の中央部には、光軸方向に延びる軸部30bが形成されている。該軸部30bは、シフト部材としてのシフトベース40に形成された穴部40bに回転可能に挿入されている。また、ロールベース30の背面の周辺部における周方向3箇所(図4参照)には凹部30aが形成されており、各凹部30a内にはボール55aが配置されている。ボール55aは、凹部30a(ロールベース30)とシフトベース40に設けられた金属製(例えば、銅箔)のボール受け面35aとの間に光軸方向にて挟み込まれている。
シフトベース40の背面の周辺部における周方向3箇所には凹部40aが形成されており、各凹部40a内にはボール55bが配置されている。ボール55bは、凹部40a(シフトベース40)と、防振ユニット70全体のベース部材である地板50に設けられた金属製(例えば、銅箔)のボール受け面35bとの間に光軸方向にて挟み込まれている。
複数の圧縮コイルバネ53は、カメラ100の筐体100bとロールベース30との間にチャージ状態にて配置されており、ロールベース30およびシフトベース40をベース部材としての地板50に向けて付勢している。この付勢力により、ロールベース30は、ボール55aを介してシフトベース40に押し付けられ、シフトベース40はボール55bを介して地板50に押し付けられる。
このような構成により、撮像部10(撮像素子15)は、ロールベース30とともに(ロールベース30と一体となって)、シフトベース40に対して光軸に直交する面内で回動可能(ロール可能)に保持される。また、撮像部10およびロールベース30は、シフトベース40とともに(シフトベース40と一体となって)、地板50に対して光軸に直交する方向であるピッチ方向およびヨー方向にシフト可能に保持される。つまり、撮像部10およびロールベース30は、地板50に対してピッチ方向およびヨー方向にシフト可能であるとともに光軸に直交する面内でロール可能に構成される。
ロールベース30には、ヨーク57r1が取り付けられている。ヨーク57r1には、永久磁石58rが吸着されて固定されている。また、シフトベース40には、ヨーク57p,57yが取り付けられている。ヨーク57pには永久磁石58pが、ヨーク57yには永久磁石58yがそれぞれ吸着されて固定されている。
さらに、シフトベース40におけるロールベース30上の永久磁石58rに対向する位置には、ヨーク57r2とコイル59rが固定されている。これらコイル59r、永久磁石58rおよびヨーク57r1,57r2により、ロールアクチュエータ(回動アクチュエータ)が構成される。コイル59rに電流を流すと、コイル59rと永久磁石58rとの間に発生した推力によって、ロールベース30は光軸に直交する面内で矢印132rの方向にシフトベース40に対してロールされる。
シフトベース40には、ホール素子により構成されたロール位置検出器(回動検出手段)56rが固定されている。ロール位置検出器56rは、これに対向する永久磁石58rがロールベース30と共にロールして磁界が変化することにより電気信号を出力する。この電気信号を用いることで、ロールベース30のロール量(回動量)を検出することができる。
また、図3に示すように、シフトベース40の周方向3箇所には、地板50に3つ設けられたピン61のそれぞれに一端が固定された3本の引張りバネ54の他端が接続されている。シフトベース40は、引張りバネ54のバネ力によって、後述するシフトアクチュエータによってシフト駆動されていない中立状態において、その中心が光軸の位置に一致するように保持される。
地板50の外周部50aと筐体100bとの間には、ワッシャ等の調整部材51が配置されている。調整部材51を配置することで、撮像素子15の光軸方向での位置(ピント)調整や光軸に対する傾き調整が可能である。
地板50の中央部(光軸に交差する位置)には凹部50bが形成されており、該凹部50b内には、ロールベース30に設けられた軸部30bが挿入され、さらにダンパー剤52が注入されている。ダンパー剤52としては、ジェル状のシリコーン等が用いられる。ダンパー剤52は、軸部30b(つまりはロールベース30)の凹部50b(つまりは地板50)に対するシフトおよびロールを減衰させる作用を有する。軸部30bの先端には、その径方向に突出した突出部30cが設けられている(図4参照)。突出部30cでは、軸部30bに比べてダンパー剤52との接触面積が大きい。このため、ダンパー剤52によるシフトおよびロールの減衰効果がより高くなる。このように、凹部50bと突出部30cを含む軸部30bとダンパー剤52とによって、コンパクトでありながらもシフトおよびロールの減衰効果が高いダンパー機構を構成することができる。
地板50におけるシフトベース40上の永久磁石58p,58yに対向する位置にはそれぞれ、ヨーク57p,57yとコイル59p,コイル59yが固定されている。コイル59p、永久磁石58pおよびヨーク57p1,57p2により、ピッチシフトアクチュエータが構成される。また、コイル59y、永久磁石58yおよびヨーク57y1,57y2により、ヨーシフトアクチュエータが構成される。
コイル59pに電流を流すと、コイル59pと永久磁石58pとの間に発生した推力によってシフトベース40(およびロールベース30,撮像部10)は、ピッチ方向132pにシフトされる。コイル59yに電流を流すと、コイル59yと永久磁石58yとの間に発生した推力によってシフトベース40(およびロールベース30,撮像部10)は、ヨー方向132yにシフトされる。
地板50には、ホール素子により構成されたピッチシフト位置検出器56pおよびヨーシフト位置検出器56yが固定されている。これらシフト位置検出器(シフト検出手段)56p,56yは、これに対向する永久磁石58p,58yがシフトベース40と共にシフトして磁界が変化することにより電気信号を出力する。この電気信号を用いることで、シフトベース40、つまりはロールベース30のピッチ方向およびヨー方向でのシフト量を検出することができる。
図7には、本実施例のカメラシステムの電気的構成について説明する。カメラシステムは、撮像系、画像処理系、記録再生系および制御系を有する。
撮像系は、撮影光学系103および撮像素子15により構成される。画像処理系は、撮像素子15からの撮像信号をA/D変換するA/D変換器130と、A/D変換器130からのデジタル撮像信号に各種画像処理を行ってカラー画像信号(画像データ)を生成するRGB画像処理回路131およびYC処理回路132とを有する。
記録再生系は、画像データを記録媒体に記録する記録処理回路133と、記録媒体に記録された画像データをディスプレイユニット107に再生表示させる再生処理回路134とにより構成されている。制御系は、カメラ100の全体の制御を司る制御手段としてのカメラシステム制御回路135と、使用者による各種操作を検出する操作検出回路136と、撮像素子15を駆動する撮像素子駆動回路137とにより構成されている。
138は接続端子であり、パーソナルコンピュータ等の外部装置に接続されて、記録処理回路133を通じて画像データの送受信を行うために設けられている。
カメラシステム制御回路135は、レンズ装置102内に設けられたレンズシステム制御回路141を通じて絞りアクチュエータ143を制御する。これにより、撮影光学系103内に設けられた絞り104が駆動される。カメラシステム制御回路135は、このように絞り104を駆動するとともに、シャッタ制御回路145を通じてフォーカルプレンシャッタ20の駆動を制御する。これにより、撮像素子15の露光量を制御する。カメラシステム制御回路135は、撮像素子駆動回路137を通じて撮像素子15における電荷蓄積動作や撮像信号の読み出し動作を制御する。
140はAF制御回路であり、焦点検出ユニット121(エリアセンサ167)からの一対の像信号を受け取り、該一対の像信号の位相差を算出する。そして、該位相差から撮影光学系103のデフォーカス量を算出し、該デフォーカス量に基づいて、撮影光学系103内のフォーカスレンズ(不図示)のピント合わせのための移動量を算出する。この移動量の情報は、カメラシステム制御回路135を通じてレンズ装置102内に設けられたレンズシステム制御回路141に送信される。レンズシステム制御回路141は、受信した移動量の情報に基づいてAFモータ147を駆動し、フォーカスレンズ(不図示)を移動させて合焦状態を得る。
また、カメラシステム制御回路135は、情報表示回路142を通じて光学ファインダ内情報表示ユニット180の駆動を制御し、各種情報を光学ファインダ内に表示する。
126はカメラ100のマウント部101に設けられたレンズ装着センサであり、カメラシステム制御回路135は、該レンズ装着センサ126を通じてマウント部101にレンズ装置102が装着されたことを検出する。
101a,102aはそれぞれカメラ100のマウント部101とレンズ装置102のマウント部に設けられた電気接点としてのマウント接点である。カメラシステム制御回路135は、互いに接続されたマウント接点101a,102aを通じてレンズ装置102内に設けられたレンズシステム制御回路141と通信を行う。
カメラシステム制御回路135には、前述した振れセンサ190p,190y,190rと、シフト位置検出器56p,56yおよびロール位置検出器56rとが接続されている。カメラシステム制御回路135は、振れセンサ190p,190y,190rからの出力信号(角速度信号)をそれぞれ積分して、ピッチ方向、ヨー方向およびロール方向の角変位を示す振れ信号に変換する。そして、カメラシステム制御回路135は、該角変位による撮像素子15上での被写体像の変位を打ち消すように、シフトベース40およびロールベース30(撮像素子15)のピッチおよびヨー方向での目標シフト位置と目標ロール位置とを算出する。
カメラシステム制御回路135は、算出したピッチおよびヨー方向での目標シフト位置に応じてコイル59p,59yに電流を与えてシフトベース40をピッチおよびヨー方向にシフトさせる。また、目標ロール位置に応じてコイル59rに電流を与えてロールベース30をロールさせる。
カメラシステム制御回路135は、ピッチおよびヨー方向での目標シフト位置と、シフト位置検出器56p,56yにより検出されたシフトベース40のシフト位置とを比較して、これらが一致するようにコイル59p,59yに与える電流を制御する。また、目標ロール位置と、ロール位置検出器56rにより検出されたロールベース30のロール位置(回動位置)とを比較して、これらが一致するようにコイル59rに与える電流を制御する。このようなフィードバック制御により、シフトベース40とロールベース30とによって保持された撮像素子15は正確に目標シフト位置および目標ロール位置にシフトおよびロールされ、精度の高い画像振れの補正動作が行われる。
また、シフトベース40およびロールベース30がそれぞれ目標シフト位置および目標ロール位置まで駆動されたときに、それらの振動がダンパー剤52によって抑制(減衰)される。このため、シフトベース40およびロールベース30はそれぞれの目標位置にてほとんど振動することがなく、この結果、画像振れの補正精度がさらに向上する。
以上説明したように、本実施例の防振ユニット70によれば、シフトベース40のシフト量およびロールベース30のロール量が互いに独立してフィードバック制御される。このため、ロール方向の補正動作によってシフト量が影響を受けず、またシフト方向の補正動作によってロール量が影響を受けない。したがって、シフト方向およびロール方向のそれぞれでの画像振れ補正精度を向上させることができる。
また、地板50上にシフトベース40およびロールベース30が配置されているので、地板50における光軸と交差する位置である中心部にダンパー剤52を配置することができる。これにより、ロールベース30とシフトベース40の制振が同時に可能になるとともに、上記中心部以外の位置にダンパー剤52を配置する場合に比べて、目標位置での画像振れの補正精度を高めることができる。
ダンパー剤52でロールベース30とシフトベース40の制振を行いながらこれらを目標位置に駆動すると、これらは完全に静止するまでごく僅かに振動する。この微振動はダンパー剤52によって減衰される。しかし、ダンパー剤52が上記中心部以外の位置に配置されていると、微振動が減衰するまでその微振動と引張バネ54の弾性とによってロールベース30およびシフトベース40が上記中心部以外の位置を中心としてロール又はシフトし、画像が劣化してしまう。
これに対して、本実施例のようにダンパー剤52が地板50の中心部に配置されていると、ロールベース30とシフトベース40が静止するまでの微振動によりロール又はシフトしても、該中心部を中心としてロール又はシフトするので、画像劣化はほとんど生じない。したがって、前述したように、画像振れの補正精度を高めることができる。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
上記実施例では、一眼レフデジタルカメラにおける防振ユニットについて説明した。しかし、本発明の振れ補正装置は、コンパクトデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話等の携帯型電子機器に搭載される撮像装置や、監視カメラ、Webカメラ等にも使用することができる。
190p,190y,190r 振れセンサ
30 ロールベース
40 シフトベース
50 地板
58p,58y,58r 永久磁石
59p,59y,59r コイル
Claims (4)
- ベース部材と、
該ベース部材に対して光軸に直交する方向にシフト可能なシフト部材と、
該シフト部材を前記ベース部材に対してシフトさせるシフトアクチュエータと、
撮像素子と、
該撮像素子を保持し、前記シフト部材とともに前記光軸に直交する方向にシフト可能であるとともに、該シフト部材に対して光軸に直交する面内で回動可能な回動部材と、
該回動部材を前記シフト部材に対して回動させる回動アクチュエータとを有することを特徴とする振れ補正装置。 - 前記シフト部材のシフト位置を検出するシフト検出手段と、
前記回動部材の回動位置を検出する回動検出手段と、
前記シフト検出手段からの出力を用いて前記シフトアクチュエータを制御し、前記回動検出手段からの出力を用いて前記回動アクチュエータを制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項1に記載の振れ補正装置。 - 前記回動部材には光軸方向に延びるように設けられた軸部が設けられており、
該軸部の前記光軸に直交する方向へのシフトおよび前記光軸に直交する面内での回動を減衰させるダンパー機構を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の振れ補正装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の振れ補正装置を有し、前記撮像素子からの出力を用いて画像を生成することを特徴とする撮像装置。
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