JP2011154403A - 手ぶれ補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】手ぶれ防止装置において、可動部を支持するばね定数を大きくすることなく、固有振動数を大きくすることなく消費電力の低減を図る。
【解決手段】補正光学系または撮像素子を搭載した可動部を光軸と直交する方向に移動自在に、保持する支持部材と、前記可動部を光軸と直交する方向に駆動する駆動部材とを備え、前記可動部および支持部材に起因する前記可動部の固有振動数を手ぶれ振動数領域内になるように設定し、前記固有振動数を３Hz乃至９Hzの範囲に設定した。
【選択図】図１１

Description

本発明は、例えば、補正レンズまたは撮像素子等を保持する部材を光軸と直交する方向に移動させて手ぶれを補正する手ぶれ補正装置に関する。

近年、撮影光学系の途中に配置した補正光学系や、撮像素子を光軸と直交する面内で移動させて、手ぶれによる像ぶれを打ち消して手ぶれ補正する手ぶれ補正装置を備えたデジタルカメラが種々知られている。補正光学系または撮像素子は、搭載された機器の振動と共振する固有振動数を持っている。そこで、補正光学系または撮像素子を閉ループ駆動および開ループ駆動する場合、手ぶれ補正装置の固有振動と手ぶれ振動との共振を避けるために、固有振動数を手ぶれ振動数よりも高く設定する発明が開発されている（特許文献１乃至特許文献７）。

特開平０７-０９８４７０号公報 特開２００３-３４４８８９号公報 特開２００２-１３９７５９号公報 特開平１１-１０９４３５号公報 特開平０９-２３０４０８号公報 特開平０９-０８０５４９号公報 特開平０８-１８４８７０号公報

しかしながら、従来の発明は、補正光学系または撮像素子の固有振動数を手ぶれ振動数よりも高く設定している。そのためには、補正光学系または撮像素子を保持するばね部材のばね定数を大きくする必要があるため、補正光学系または撮像素子を駆動するために必要な駆動力が大きくなり、消費電力が多くなっていた。

本発明は、手ぶれ防止装置において、可動部を支持するばね定数を大きくすることなく、固有振動数を大きくすることなく消費電力の低減を図ることを目的とする。

本発明は、制御系を適切に構成すれば、固有振動数が手ぶれ振動数領域内であっても、手ぶれ振動との共振による影響を避けることができることを見いだしたことによりなされたものである。かかる観点からなされた本発明は、補正光学系または撮像素子を搭載した可動部を光軸と直交する方向に移動自在に、保持する支持部材と、前記可動部を光軸と直交する方向に駆動する駆動部材とを備え、前記可動部および支持部材に起因する前記可動部の固有振動数を手ぶれ振動数領域内になるように設定し、前記固有振動数を３Hz乃至９Hzの範囲に設定したことを特徴としている。

実際的には、手ぶれ補正装置は、手ぶれ検出信号に基づいて前記駆動手段を駆動する閉ループ制御手段を備える。

前記支持部材は、前記補正光学系または撮像素子を搭載した可動部を光軸と直交する方向に移動自在に保持する弾性部材からなり、前記駆動部材は、前記弾性部材の弾性応力方向に前記可動部を光軸と直交する方向に駆動する。

前記可動部は撮像素子を搭載し、前記支持部材は、前記可動部を光軸と直交する方向に移動自在に保持する弾性部材からなり、前記撮像素子には、前記可動部の外方から弾性変形可能な信号線または給電線が接続されていて、前記可動部、弾性部材および信号線または給電線に起因する前記固有振動数を、手ぶれ振動数領域内になるように設定する。その際前記固有振動数は、前記弾性部材のばね定数の調整によって設定する。

本発明によると、可動部の固有振動数を手ぶれ振動数領域にとなるように設定するために、可動部を保持する弾性部材のばね定数を小さく設定可能で、可動部を駆動する駆動手段の消費電力が軽減される。

本発明を適用した一眼レフカメラの実施形態の縦断側面図である。 本発明の手ぶれ補正装置の実施形態を示す斜視図である。 同手ぶれ補正装置の正面図である。 図３のIV−IV矢線に沿う断面図である。 同手ぶれ補正装置の分解斜視図である。 同手ぶれ補正装置のステージ装置の正面図である。 図６のVII−VII矢線に沿う断面図である。 同手ぶれ補正装置の制御回路の実施形態を示すブロック図である。 同手ぶれ補正装置のＸ方向変形体の動作状態を示す正面図である。 同手ぶれ補正装置を伝達関数に基づきＸ方向に速度制御する回路の実施例を示すブロック線図である。 同手ぶれ補正装置をフィードバック制御をかけずにＸ方向に駆動するときの制御回路の実施例を示すブロック線図である。 同手ぶれ補正装置において、固有振動数を３０Hz付近にしたときの伝達関数Ｆ_Oの振幅特性ボード線図を示す図である。 同手ぶれ補正装置において、固有振動数を３０Hz付近にしたときの伝達関数ボード線図を示す図であって、（Ａ）が振幅特性（｜Ｖ_O／Ｖ_i｜）に関する図、（Ｂ）が位相特性に関する図である。 同手ぶれ補正装置において、固有振動数を３０Hz付近にしたときの伝達関数Ｇ_Cの振幅特性ボード線図である。 同手ぶれ補正装置において、固有振動数を手ぶれ振動数域内の６Hz付近にしたときの伝達関数Ｆ_Oの振幅特性ボード線図である。 同手ぶれ補正装置において、固有振動数を手ぶれ振動数域内の６Hz付近にしたときの、伝達関数Ｇ_Oのボード線図であって、（Ａ）が振幅特性（｜Ｖ_O／Ｖ_i｜）に関する図、（Ｂ）が位相特性に関する図である。 同手ぶれ補正装置において、固有振動数を６Hz付近にしたときの伝達関数Ｇ_Cの振幅特性ボード線図である。 同手ぶれ補正装置において、固有振動数を３０Hz付近に設定し、微分回路時定数Ｋ₃を最適調整値よりも小さくしたときの振幅特性ボード線図であって、（Ａ）が振幅特性（｜Ｖ_O／Ｖ_i｜）に関する図、（Ｂ）が位相特性に関する図である。 カメラ撮像面上の像ぶれの周波数分布を測定した結果をグラフで示す図である。

以下、図１乃至図７に基づいて、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１に示すように、デジタルカメラ１０内には、複数のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３からなる撮影光学系が配設されており、レンズＬ３の後方に撮像素子１１が配設されている。上記撮影光学系Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の光軸Ｏに対して直交する撮像素子１１の撮像面（結像面）１２の光軸Ｏ方向の位置は、該デジタルカメラの予定結像位置と一致している。この実施形態では、デジタルカメラ１０に内蔵された手ぶれ補正装置１５に撮像素子１１が固定されている。撮像素子１１は、いわゆるＣＣＤタイプ、ＣＭＯＳタイプ等の固体撮像素子が一般的である。

手ぶれ補正装置１５は、カメラボディに対して撮像素子１１を光軸Ｏと直交する方向に移動自在に支持するステージ装置２０を備えている。
レンズＬ３の直後に位置する状態でカメラボディ（固定体）に固定されたステージ装置２０は、ＡＢＳ樹脂やポリカーボネート樹脂等の合成樹脂製であり、図３のＸ方向（左右方向）に延びる上下一対のスペーサ２１、２２を備え、両スペーサ２１、２２の先端部に穿設された取付孔２３、２４を貫通するボルト（図示略）によってカメラボディにねじ止めされる。スペーサ２１とスペーサ２２の前面には対をなす取付用凹部２５、２６がそれぞれ形成されており、スペーサ２１とスペーサ２２の後面には、取付用凹部２５と同形状の取付用凹部２７と、取付用凹部２６と同形状の取付用凹部２８がそれぞれ形成されている。

両スペーサ２１、２２は、図３のＹ方向（上下方向）に延びる固定支持板２９によって連結されている。固定支持板２９の上下両端からは上下一対のＸ方向板ばね３０、３１がＸ方向左向きに延びており、Ｘ方向板ばね３０、３１の左端部同士がＹ方向に延びる可動支持板３２によって連結されている。図示するように、Ｘ方向板ばね３０、３１のＹ方向の肉厚は、固定支持板２９および可動支持板３２のＸ方向の肉厚より薄く、固定支持板２９と可動支持板３２は弾性変形しないが、Ｘ方向板ばね３０、３１はＹ方向に弾性変形可能に形成されている。そして、これら固定支持板２９、Ｘ方向板ばね３０、３１、および可動支持板３２によってＹ方向変形体が構成されている。

可動支持板３２の固定支持板２９と対向する内側面の下端部からは、Ｘ方向板ばね３１から所定長離反した位置から支持板３３がＸ方向右向きに延出している。支持板３３の左端部は可動支持板３２との接続部をなす支持板接続部３３ａとなっており、支持板３３の右端部は固定支持板２９から所定長離れた位置まで延びている。支持板３３の支持板接続部３３ａを除く部分の上面両端部からは左右一対のＹ方向板ばね３４、３５がＹ方向上向きに延出しており、Ｙ方向板ばね３４、３５の上端部同士がＸ方向に延びる連結部３６によって連結されている。各Ｙ方向板ばね３４、３５は、固定支持板２９、可動支持板３２から所定長離反して非接触となっている。図示するように、Ｙ方向板ばね３４、３５のＸ方向の肉厚は、支持板３３および連結部３６のＹ方向の肉厚より薄く、支持板３３と連結部３６は弾性変形しないが、Ｙ方向板ばね３４、３５はＸ方向に弾性変形可能に形成されている。そして、これら支持板３３、Ｙ方向板ばね３４、３５、および連結部３６によってＸ方向変形体が構成されている。

連結部３６の支持片３３と対向する内側面には、Ｙ方向板ばね３４、３５の間に位置する取付部３７が設けられており、取付部３７の下端部には正面視長方形の収納保持部３８が設けられ、収納保持部３８の下端には取付部３９が設けられている。取付部３７と取付部３９は、後面がＸＹ平面（Ｘ方向およびＹ方向に平行な平面）と平行な同一平面上に位置しており、共に２つの取付孔４０、４１が穿設されている。収納保持部３８は、その後面全体が開口する箱状部材であり、その前面中央部には窓孔４２が穿設されている。なお取付部３７、収納保持部３８および取付部３９は、Ｙ方向板ばね３４、３５に対して所定長離反させて非接触に設けられ、取付部３９は支持板３３に対して所定長離反させて非接触に設けられている。

以上説明したＸ方向変形体とＹ方向変形体と、これらによってＺ方向と直交するＸ方向およびＹ方向に移動自在に支持された取付部３７、収納保持部３８および取付部３９とからステージ装置２０が構成されている。このステージ装置２０は、成形型（図示略）を利用した射出成形により、全体を一体的に成形できる。

収納保持部３８の内部には後方から窓孔４２を閉塞するように正面視長方形の光学ローパスフィルタ４５が嵌合され、さらに、収納保持部３８の内部には、ＸＹ平面と平行なコイル板５０の前面に固定された上記撮像素子１１が嵌合されている。コイル板５０に穿設された４つのねじ孔５１には、ステージ装置２０の取付孔４０、４１に挿通された４本のボルト（図示略）がそれぞれ螺合され、ステージ装置２０とコイル板５０が一体化されている。つまり、光学ローパスフィルタ４５、撮像素子１１およびコイル板５０が、ステージ装置２０によりＸＹ方向に移動可能に支持されている。

なお、コイル板５０には、図示しないがカメラボディの電源、制御基板に接続された給電線および信号線が接続されている。給電線および信号線は、コイル板５０のＸ方向およびＹ方向移動を許容するように、例えばフレキシブルプリント基板、ビニール皮膜線などで形成されている。

コイル板５０の上部と右側部からは共にＸＹ平面と平行な突片５２、５３が突設されており、突片５２、５３の前面には、それぞれＸ方向ホール素子（Ｘ方向の位置検出センサ）５４とＹ方向ホール素子（Ｙ方向の位置検出センサ）５５が設けられている。さらに、突片５２、５３の前面には、Ｘ方向ホール素子５４、Ｙ方向ホール素子５５を囲むように、コイル線が百回以上渦巻き状に巻かれたＸＹ平面と平行なＸ方向駆動用平面コイルＣＸとＹ方向駆動用平面コイルＣＹがプリントパターン等により形成されている。

Ｘ方向駆動用平面コイルＣＸとＹ方向駆動用平面コイルＣＹを挟む前後一対のヨーク６０、６５は、正面視略Ｌ字形をなす平板状に、鉄等の強磁性体により形成されている。ヨーク６０、６５の対向面は共にＸＹ平面と平行であり、ヨーク６０のＸ方向片６１およびＹ方向片６２のヨーク６５との対向面には、それぞれ永久磁石６３と永久磁石６４が固着されている。永久磁石６３は、そのＮ極とＳ極がＹ方向に並んでおり、永久磁石６４は、そのＮ極とＳ極がＸ方向に並んでいる。上記ホール素子５４、５５は永久磁石６３、６４のＮＳ極境界付近の磁束変化を検出してコイル板５０のＸ方向位置情報およびＹ方向位置情報を得るものである。

なお、Ｘ方向駆動用平面コイルＣＸと永久磁石６３、Ｙ方向駆動用平面コイルＣＹと永久磁石６４はそれぞれＸ方向、Ｙ方向に長く形成して、コイル板５０をＹ方向、Ｘ方向に平行移動させる磁力が作用するように設定してある。

そして、ヨーク６０のＹ方向片６２およびヨーク６５のＹ方向片６７は、突片５２を挟む状態で、ステージ装置２０の取付用凹部２５、２６、および取付用凹部２７、２８に嵌合固定されている。Ｙ方向片Ｘ方向片６１とＸ方向片６６は、Ｘ方向板ばね３０の上方において、突片５２を挟む状態でＺ方向（Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向。即ち、前後方向）に対向しており、Ｘ方向片６１とＸ方向片６６の左端部同士が、合成樹脂製の連結部材６８によって連結されている。Ｙ方向片６２および永久磁石６４とＹ方向片６７との間にはＸ方向磁気回路が形成され、Ｘ方向片６１および永久磁石６３とＸ方向片６６との間にはＹ方向磁気回路が形成されている。

上記ヨーク６０、永久磁石６４、およびヨーク６５によってＸ方向用磁力発生部材が、ヨーク６０、永久磁石６３、およびヨーク６５によってＹ方向用磁力発生部材がそれぞれ構成され、このＸ方向用磁力発生部材とＸ方向駆動用平面コイルＣＸによりＸアクチュエータが構成され、Ｙ方向用磁力発生部材とＹ方向駆動用平面コイルＣＹによりＹアクチュエータが構成されている。そして、以上説明した全部材と後述する制御回路により手ぶれ補正装置１５が構成されている。

次に、手ぶれ補正装置１５の動作について図８に示した制御回路ブロック図を参照して説明する。手ぶれ補正は、撮影者の手ぶれによる撮影レンズ光軸Ｏの角度ぶれによる撮像面上の画像の揺れを打ち消すように行われる。撮影レンズ光軸Ｏの角度ぶれは通常、カメラ内に搭載されたＸ方向角速度センサ２０１とＹ方向角速度センサ２０２とで２方向（Ｘ方向とＹ方向）に分けて検出される。

撮影レンズ系レンズＬ１乃至Ｌ３を透過した被写体光は、光学ローパスフィルタ４５を透過して撮像素子１１の撮像面１２に被写体像を形成する。撮影の際に、デジタルカメラ１０の手ぶれ補正スイッチ（不図示）がＯＮにされていると、Ｘ方向角速度センサ２０１（振動検出センサ）とＹ方向角速度センサ２０２（振動検出センサ）の出力をそれぞれ対応する積分回路２０３、２０４で予め設定された時定数間積分し、光軸のＸ方向とＹ方向の角度ぶれ量（デジタルカメラ１０の振動量）に相当する電圧に変換して出力する。積分回路２０３の出力（角度ぶれ量）とＸ方向ホール素子５４の出力（撮像素子１１の移動量）が誤差増幅器２０５で比較され、出力差に応じた電圧が誤差増幅器２０５によってＸ方向駆動用平面コイルＣＸに印加され、出力差が小さくなるように撮像素子１１がＸ方向に移動される。同様に積分回路２０４の出力とＹ方向ホール素子５５の出力が誤差増幅器２０６で比較され、出力差に応じた電圧が誤差増幅器２０６によってコイルＣＹに印加され、出力差が小さくなるように撮像素子１１がＹ方向に移動される。すなわち、手ぶれによる光軸Ｏの角度ぶれ量に追従して撮像素子１１がＸＹ方向に移動され、手ぶれによる撮像素子１１の撮像面１２上の像ぶれが軽減される。

撮像素子１１のＸ方向とＹ方向への移動は以下のように行われる。
仮にＸ方向駆動用平面コイルＣＸだけに一方向の電流が誤差増幅器２０５から流れると、Ｙ方向片６２および永久磁石６４とＹ方向片６７との間に形成されたＸ方向磁気回路の磁力とＸ方向駆動用平面コイルＣＸに発生した磁力により、Ｘ方向駆動用平面コイルＣＸにＸ方向右向きの力が作用する。すると、Ｙ方向板ばね３４とＹ方向板ばね３５がＺ方向から見てＳ字状に弾性変形し、連結部３６が固定支持板２９と可動支持板３２に当接しない範囲で支持板３３に対してＸ方向右側に略直線的に移動するので、コイル板５０および撮像素子１１が右側に略直線的に移動する。参考のために、Ｙ方向板ばね３４とＹ方向板ばね３５がＳ字状に弾性変形する様子を図９に示した。なお、本図では、分かりやすくするために、Ｙ方向板ばね３４とＹ方向板ばね３５の曲がり具合を誇張して描いている。一方、Ｘ方向駆動用平面コイルＣＸだけに反対方向の電流が流れると、Ｘ方向磁気回路の磁力の影響により、Ｘ方向駆動用平面コイルＣＸにＸ方向左向きの力が作用し、Ｘ方向板ばね３０とＸ方向板ばね３１がＺ方向から見てＳ字状に弾性変形し、連結部３６が固定支持板２９と可動支持板３２に当接しない範囲で支持板３３に対してＸ方向左側に略直線的に移動し、コイル板５０および撮像素子１１がＸ方向左側に略直線的に移動する。

なお、図ではＸ方向板ばね３０、３１、Ｙ方向板ばね３４、３５がそれぞれＳ字状に弾性変形するとして示したが、Ｘ方向板ばね３０、３１、Ｙ方向板ばね３４、３５が樽型または糸巻き型に弾性変形する構成としてもよい。

なお、上記の説明のようにＸ方向駆動用平面コイルＣＸだけに電流を流すと、連結部３６はＸ方向に完全に直線的でなくＹ方向変位を伴った略直線的に移動するが、実際には図８の制御回路によってＹ方向変位分をホール素子５５が検出し、平面コイルＣＹにも電流が流れＹ方向変位分を補正するので手ぶれ補正は正確に行われる。

同様にＹ方向駆動用平面コイルＣＹだけに特定の一方向に誤差増幅器２０６から電流が流れると、Ｘ方向片６１および永久磁石６３とＸ方向片６６との間に形成されたＹ方向磁気回路の磁力の影響により、Ｙ方向駆動用平面コイルＣＹにＹ方向上向きの力が作用する。すると、Ｘ方向板ばね３０とＸ方向板ばね３１がＺ方向から見てＳ字状に弾性変形し、可動支持板３２がカメラボディに当接しない範囲で固定支持板２９に対してＹ方向上側に略直線的に移動し、コイル板５０および撮像素子１１が上方に移動する。一方、Ｙ方向駆動用平面コイルＣＹだけに反対方向の電流が流れると、Ｙ方向磁気回路の磁力の影響により、Ｙ方向駆動用平面コイルＣＹにＹ方向下向きの力が作用し、Ｘ方向板ばね３０とＸ方向板ばね３１がＺ方向から見てＳ字状に弾性変形し、可動支持板３２がカメラボディに当接しない範囲で固定支持板２９に対してＹ方向下側に略直線的に移動し、コイル板５０および撮像素子１１が下方に移動する。

なお、上記の説明のように平面コイルＣＹだけに電流を流すと、連結部３６はＹ方向に完全直線的でなくＸ方向変位を伴った略直線的に移動するが、実際には図８の制御回路によってＸ方向変位分をホール素子５４が検出し、Ｘ方向駆動用平面コイルＣＸにも電流が流れＸ方向変位分を補正するので手ぶれ補正は正確に行われる。

このようにコイル板５０のＸ方向とＹ方向への移動に伴って撮像素子１１のＸ方向位置およびＹ方向位置が変化することにより、手ぶれ補正が行われる。説明では、Ｘ方向およびＹ方向の補正を別個に説明したが、通常はこれらの補正が並行して実行されるので、ＸＹ平面内において３６０゜いかなる方向の像ぶれも補正される。

この実施形態では、撮像素子１１を光軸Ｏに対して直交するＸＹ平面内において平行移動させるために、撮像素子１１を、一対のＸ方向板ばね３０、３１およびＹ方向板ばね３４、３５で保持し、これらのＸ方向板ばね３０、３１およびＹ方向板ばね３４、３５の弾性応力方向に、Ｘ方向、Ｙ方向に移動させている。そのため、ステージ装置２０、撮像素子１１およびその他の可動部品を含む可動部１００の質量と、Ｘ方向板ばね３０、３１、Ｙ方向板ばね３４、３５および図示しない給電線および信号線の弾性で決まるＸ方向、Ｙ方向の固有振動数を有する。

可動部１００をＸ方向またはＹ方向に移動するときのばね定数をＫ₀とする。可動部１００の質量をＭとすると、可動部１００の固有振動は、（Ｋ₀／Ｍ）^1/2／２πとなる。さらに、ばね定数Ｋ₀での弾性部材で支持された質量Ｍの可動部１００を水平方向に運動（移動）させる場合の駆動力と変位の関係を表す伝達関数は、公知のように、１／（Ｍｓ²＋Ｋ₀）となる。この伝達関数に基づくＸ方向の速度制御回路の一例のブロック線図を、図１０に示した。実際の手ぶれ補正装置は２次元的に駆動するので、実際にはこの構成が２組必要である。図１０において、Ｖ_iはＸ方向角速度センサ２０１の出力を積分回路２０３で積分した積分値であって、この積分値が手ぶれ検出信号電圧Ｖ_iとして入力される。

手ぶれ検出信号電圧Ｖ_iと、可動部１００の変位を検出するホールセンサ（Ｘ方向ホール素子５４）の出力であるホールセンサ出力電圧Ｖ₀との差電圧が誤差増幅器（Ａ）によって増幅され、増幅された駆動コイル印加電圧Ｖ_cが駆動コイル（Ｘ方向駆動用平面コイルＣＸ）に印加される。駆動コイル印加電圧Ｖ_cの印加により駆動コイル（Ｘ方向駆動用平面コイルＣＸ）に発生した駆動力で可動部１００が駆動され、可動部の変位はＸ方向ホール素子５４（ホールセンサ）でホールセンサ出力電圧Ｖ₀に変換される。つまり、駆動コイル印加電圧Ｖ_cは、コイル電圧-力変換手段（Ｋ₁）で駆動力に変換され、この駆動力が可動部１００の伝達関数変換手段（１／（Ｍｓ²＋Ｋ₀））によって駆動量に変換され、さらに駆動量が変位センサ変位-電圧変換手段（Ｋ₂）によってホールセンサ出力電圧Ｖ₀に変換される。

微分回路（Ｋ₃ｓ）は、ホールセンサ出力電圧Ｖ₀を微分して可動部１００の変位速度に比例した電圧に変化し、手ぶれ検出信号電圧Ｖ_iと可動部の変位を検出するホールセンサ出力電圧Ｖ₀との差からさらに可動部の変位速度に比例した電圧を差し引く。実際にはこの差電圧が誤差増幅器（Ａ）の入力になる。微分回路（Ｋ₃ｓ）は可動部の変位速度が過大にならないように制御するので、安定した動作のために有用である。

以上の制御回路により、差電圧が小さくなる方向に、手ぶれ速度に応じた速度で可動部１００が移動させられて、手ぶれによる像ぶれが軽減（補正）される。

図１０に示した制御回路から、伝達関数Ｇ_OおよびＧ_Cを設定することができる。伝達関数Ｇ_Oを下記数１式に、伝達関数Ｇ_C数２式に示した。下記数１式の伝達関数Ｇ_Oは、手ぶれ補正装置の制御動作特性、すなわち変位振幅（ホールセンサ出力電圧）Ｖ_Oと手ぶれ検出信号電圧Ｖ_iの比を示す伝達関数である。
ただし、
Ｖ_O；コイル印加電圧
Ａ；誤差増幅率
Ｍ；可動部の質量
Ｋ₁；コイル電圧-力変換係数
Ｋ₂；変位センサ変位-電圧変換係数
Ｋ₃；微分回路時定数
Ｋ₀；ばね定数

下記数２式の伝達関数Ｇ_Cは、駆動コイル印加電圧Ｖ_Cと手ぶれ検出信号電圧Ｖ_iの比を示す伝達関数である。

図１１は、図示手ぶれ補正装置をＸ方向にフィードバック制御をかけずに駆動するときの制御回路のブロック線図を示している。下記数３式の伝達関数Ｆ_Oは、そのときの変位振幅（ホールセンサ出力電圧）Ｖ_Oと入力信号（手ぶれ検出信号電圧）Ｖ_iの比を示す伝達関数である。

図１０および数１、数２式で設定された制御回路による制御特性について、図１２乃至図１８を参照して説明する。

図１２、図１３および図１４に、Ｘ方向板ばね３０、３１の厚み等を調整することでばね定数Ｋ_Oを調整し、固有振動数を手ぶれ振動数の上限１５Hzより高い３０Hz付近にしたときの各伝達関数ボード線図を示した。

図１２は、伝達関数Ｆ_Oの振幅特性ボード線図を示している。図において、縦軸は変位振幅（db）、横軸は入力周波数（Hz)である。入力信号周波数が１０Hz程度までは変位振幅は一定を保つが、固有振動数３０Hz付近で共振のため急激に変位振幅が増加し、さらに高周波では変位振幅が減少して行くことが分かる。

図１３の（Ａ）、（Ｂ）は、伝達関数Ｇ_Oのボード線図を示していて、（Ａ）が振幅特性（｜Ｖ_O／Ｖ_i｜）、（Ｂ）が位相特性に関する図である。（Ａ）において、縦軸は変位振幅（db）、横軸は入力周波数（Hz)である。（Ｂ）において、縦軸は位相遅れ（゜）、
横軸は入力周波数（Hz)である。ここで振幅特性は、なるべく高周波まで変位振幅０dbを保つように係数Ｋ₃を調整してある。このボード線図から明らかなように、手ぶれ振動数の上限の１５Hzにおいて、振幅特性は０dbを保ち、位相遅れは１０゜程度に収まっている。

図１４は伝達関数Ｇ_Cの振幅特性ボード線図を示している。図１４において、入力信号周波数が固有振動数３０Hz付近のときに振幅に著しい垂下が発生し、コイル印加電圧が極めて少なくなっていることが分かる。

なお、図１８は、固有振動数３０Hzとし、微分回路時定数Ｋ₃を最適調整値よりも小さくしたときの伝達関数Ｆ_Oのボード線図であって、（Ａ）が振幅特性（｜Ｖ_O／Ｖ_i｜）、（Ｂ）が位相特性に関する図である。微分回路時定数Ｋ₃を最適調整値よりも小さく設定すると、制御系としての共振点（１００Hz付近）で振幅にピークが現れ、発振気味になりやすく、好ましくないことが分かる。

図１５、図１６および図１７には、平行板ばねの厚み等を調整することでばね定数Ｋ_Oを調整し、可動部１００の固有振動数を手ぶれ振動数域内の６Hz付近にしたときの実施例の各伝達関数ボード線図を示した。

図１５は、伝達関数Ｆ_Oの振幅特性ボード線図を示している。図において、縦軸は変位振幅（db）、横軸は入力周波数（Hz)である。入力信号周波数が４Hz程度までは変位振幅は一定を保つが、固有振動数６Hz付近で共振のため急激に変位振幅が増加し、さらに高周波では変位振幅は減少して行くことが分かる。

図１６の（Ａ）、（Ｂ）は、伝達関数Ｆ_Oのボード線図を示していて、（Ａ）が振幅特性（｜Ｖ_O／Ｖ_i｜）、（Ｂ）が位相特性に関する図である。（Ａ）において、縦軸は変位振幅（db）、横軸は入力周波数（Hz)である。（Ｂ）において、縦軸は位相遅れ（゜）、
横軸は入力周波数（Hz)である。ここで振幅特性は、なるべく高周波まで変位振幅０dbを保つように係数Ｋ₃を調整してある。このボード線図から明らかなように、手ぶれ振動数の上限の１５Hzにおいて、振幅特性は０dbを保ち、位相遅れは１０゜程度に収まっているのは、図１３に示した実施例と同様であって、動作特性上目立つ差はないことが分かる。つまり、固有振動数が異なっても、本発明の実施例によれば動作特性に差は発生しない。

図１７は伝達関数Ｇ_Cの振幅特性ボード線図を示している。図１７において、入力信号周波数が固有振動数６Hz付近のときに振幅に著しい垂下が発生し、コイル印加電圧が極めて低くなっていることを示している。

図１４および図１７に示した振幅特性ボード線図から、固有振動数にかかわらず、入力信号周波数が固有振動数付近では、コイル印加電圧が極めて低くて済むことが分かる。つまり、固有振動数を手ぶれ振動数領域内に設定すれば、手ぶれ補正のために駆動コイルに印加される電圧が平均的に小さくなり、省電力化に効果がある。

また、図１４に示した実施例（固有振動数３０Hz）と図１７に示した実施例（固有振動数６Hz）とを比較すると、固有振動数よりもさらに低い手ぶれ振動数領域では振幅特性が、図１４の実施例では約２．５db（｜Ｖ_O／Ｖ_i｜＝１．３）、図１７の比較例では約-２５db（｜Ｖ_O／Ｖ_i｜＝０．０５６）となっていることが分かる。すなわち、同じ振幅の手ぶれ信号が入力されても、図１７の実施例では図１４の実施例に比較して、駆動コイルに０．０５６／１．３＝１／２３、すなわち１／２３倍の電圧しか必要としないことが分かる。これは、固有振動数を低く設定するとばね定数Ｋ₀が小さくなるので、ばねの弾性応力に抗して可動部を駆動するために駆動コイルに発生させる磁力が小さくて済むからであり、手ぶれ振動数領域全域全般でも省電力効果がある。逆に、手ぶれ振動数領域よりも高い固有振動数に設定すると、手ぶれ補正制御に必要な消費電力が多くなってしまう。

また、固有振動数を、頻繁に発生する手ぶれ振動数領域内の振動数に設定すればさらに省電力化に効果がある。図１９は、実際のカメラ撮像面上の像ぶれの周波数分布をＦＦＴ測定した結果例である。撮像面上の像ぶれのうち、３Hz程度以下の振動は撮影者の主に身体の振れによるものであり、３Hz程度以上の振動は手ぶれによるものである。手ぶれ振動は個人差があり、撮影姿勢、構え方、カメラボディの重さ、形状等によっても異なるが、図１９でわかるように１５Hz以上の振動数の手ぶれは殆ど存在しないことと、手ぶれ振動として目立つのは、３Hz〜９Hz位の範囲である。したがって、固有振動数を、３Hz〜９Hz内に設定するのが省電力化に効果がある。なお、固有振動数を身体振れの振動数領域の例えば１．５Ｈｚ程度に設定するのは、保持用弾性体のばね定数が小さすぎて撮像素子の光軸方向位置が安定しなくなるので好ましくない。

本発明の手ぶれ補正装置は、図１乃至図７、図９に示したステージ装置に限定されず、補正レンズまたは撮像素子をばね部材によって保持し、ばね部材の弾性応力方向に駆動する駆動機構に適用できる。例えば、撮像素子１１を固定し、撮影光学中に配置した補正レンズを光軸と直交する方向に駆動する手ぶれ補正装置にも適用できる。

１０ デジタル一眼レフカメラ（カメラ）
１１ 撮像素子
１２ 撮像面
１５ 手ぶれ補正装置
２０ ステージ装置
２１ ２２ スペーサ
２３ ２４ 取付孔
２５ ２６ ２７ ２８ 取付用凹部
２９ 固定支持板
３０ ３１ Ｘ方向板ばね
３２ 可動支持板
３３ 支持板
３３ａ 支持板接続部
３４ ３５ Ｙ方向板ばね
３６ 連結部
３７ 取付部
３８ 収納保持部
３９ 取付部
４０ ４１ 取付孔
４２ 窓孔
４５ 光学ローパスフィルタ
５０ コイル板
５１ ねじ孔
５２ ５３ 突片
５４ Ｘ方向ホール素子（Ｘ方向の位置検出センサ）
５５ Ｙ方向ホール素子（Ｙ方向の位置検出センサ）
６０ ヨーク
６１ Ｘ方向片
６２ Ｙ方向片
６３ ６４ 永久磁石
６５ ヨーク
６６ Ｘ方向片
６７ Ｙ方向片
６８ 連結部材
２０１ Ｘ方向角速度センサ（振動検出センサ）
２０２ Ｙ方向角速度センサ（振動検出センサ）
２０３ ２０４ 積分回路
２０５ ２０６誤差増幅器
ＣＸ Ｘ方向駆動用平面コイル（Ｙアクチュエータ）
ＣＹ Ｙ方向駆動用平面コイル（Ｙアクチュエータ）
Ｌ１ Ｌ２ Ｌ３ レンズ
Ｏ 光軸
Ｘ Ｘ方向
Ｙ Ｙ方向

Claims (5)

1. 補正光学系または撮像素子を搭載した可動部を光軸と直交する方向に移動自在に、保持する支持部材と、前記可動部を光軸と直交する方向に駆動する駆動部材とを備え、
   前記可動部および支持部材に起因する前記可動部の固有振動数を手ぶれ振動数領域内になるように設定し、
   前記固有振動数を３Hz乃至９Hzの範囲に設定したことを特徴とする手ぶれ補正装置。
2. 請求項１記載の手ぶれ補正装置は、手ぶれ検出信号に基づいて前記駆動手段を駆動する閉ループ制御手段を備えている手ぶれ補正装置。
3. 請求項１または２記載の手ぶれ補正装置において、前記支持部材は、前記補正光学系または撮像素子を搭載した可動部を光軸と直交する方向に移動自在に保持する弾性部材からなり、前記駆動部材は、前記弾性部材の弾性応力方向に前記可動部を光軸と直交する方向に駆動する手ぶれ補正装置。
4. 請求項１または２記載の手ぶれ補正装置において、前記可動部は撮像素子を搭載し、前記支持部材は、前記可動部を光軸と直交する方向に移動自在に、かつ初期位置に保持する弾性部材からなり、前記撮像素子には、前記可動部の外方から弾性変形可能な信号線または給電線が接続されていて、前記固有振動数は、前記可動部、弾性部材および信号線または給電線に起因する手ぶれ補正装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の手ぶれ補正装置において、前記固有振動数は、前記弾性部材のばね定数の調整によって設定される手ぶれ補正装置。

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