JP2013140252A - ブレ補正装置、レンズ鏡筒および撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御性能に優れるブレ補正装置、そのブレ補正装置を備えるレンズ鏡筒および撮影装置を提供する。
【解決手段】固定部材（１４０）に対して相対的に移動可能な移動部材（１３０）と、前記移動部材（１３０）に備えられ、像ブレを補正するブレ補正光学部材（Ｌ３）と、前記ブレ補正光学部材（Ｌ３）の光軸（Ｌ）と交差する駆動平面上において、前記移動部材（１３０）を第１軸（Ｘ’）に沿って移動させる第１駆動部（１３２，１４２）と、前記駆動平面上において、前記移動部材（１３０）を前記第１軸（Ｘ’）に交差する第２軸（Ｙ’）に沿って移動させる第２駆動部（１３４，１４４）とを有し、前記駆動平面上において、前記第１軸（Ｘ’）と前記第２軸（Ｙ’）との交点（Ｍ）が、前記ブレ補正光学部材（Ｌ３）の中心（Ｏ）よりも前記移動部材（１３０）の重心（Ｇ）に近い位置に配置あるブレ補正装置。
【選択図】図６

Description

本発明は、ブレ補正装置、レンズ鏡筒および撮影装置に関する。

近年、ブレ補正装置の小型化に関する要請等から、ブレ補正装置の可動部材の形状が、特許文献１に示すように、レンズ中心に対して、非対称な形状になっている。このような形状の可動部材においては、レンズ中心と可動部材の重心とが一致していない場合が殆んどである。

従来では、特許文献１に示すように、可動部材を駆動するボイスコイルモータ（ＶＣＭ）の駆動軸をレンズ中心に向けて、ボイスコイルモータを配置していた。このため、従来技術では、可動部材を移動させる際に、可動部材の重心に対して回転トルクが作用してしまい、ブレ補正動作を行う際に、可動部材の目標位置への収束性や制御安定性等のブレ補正装置の制御性能に悪影響を及ぼす問題があった。また、重心調整部材を用いる場合は可動部材の質量が増加し駆動性能を損なうという問題があった。

特開２００９−１６９３５９

本発明の目的は、制御性能に優れるブレ補正装置、そのブレ補正装置を備えるレンズ鏡筒および撮影装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明のブレ補正装置（１００）は、
固定部材（１４０）に対して相対的に移動可能な移動部材（１３０）と、
前記移動部材（１３０）に備えられ、像ブレを補正するブレ補正光学部材（Ｌ３）と、
前記ブレ補正光学部材（Ｌ３）の光軸（Ｌ）と交差する駆動平面上において、前記移動部材（１３０）を第１軸（Ｘ’）に沿って移動させる第１駆動部（１３２，１４２）と、
前記駆動平面上において、前記移動部材（１３０）を前記第１軸（Ｘ’）に交差する第２軸（Ｙ’）に沿って移動させる第２駆動部（１３４，１４４）とを有し、
前記駆動平面上において、前記第１軸（Ｘ’）と前記第２軸（Ｙ’）との交点（Ｍ）を、前記ブレ補正光学部材（Ｌ３）の中心（Ｏ）よりも前記移動部材（１３０）の重心（Ｇ）に近い位置に配置する。

なお、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付けて説明したが、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。

図１は、本発明の一実施形態に係るカメラの概略ブロック図である。 図２は、図１に示すブレ補正装置の正面斜視図である。 図３は、図２に示すブレ補正装置の背面斜視図である。 図４は、図２および図３に示すブレ補正装置の組立図である。 図５は、図１に示すカメラにおけるブレ補正動作の制御の一例を示す制御ブロック図である。 図６（ａ）〜図６（ｃ）は、図３〜図５に示すブレ補正装置の検出部、可動部および保持部の位置関係および検出部の検出軸とＶＣＭの駆動軸との関係を示す。 図７は、Ｘ軸に沿って可動部を移動させる際の検出部の検出軸とＶＣＭの駆動軸との関係を示す。 図８は、Ｙ軸に沿って可動部を移動させる際の検出部の検出軸とＶＣＭの駆動軸との関係を示す。 図９は、ＫＫファクタと可動部の移動量に係る定常偏差との関係を示すグラフである。 図１０は、ＶＣＭの駆動軸の傾き角度に対するＫＫファクタおよび可動部重心とＶＣＭ駆動軸原点との間の距離の関係を示すグラフである。 図１１は、本発明に係るブレ補正装置の周波数応答線図である。 図１２は、重力方向に対する可動部の配置の向きを決定するための概念図である。 図１３は、可動部の配置の向きとＶＣＭの消費電流との関係を示すグラフである。 図１４は、可動部の最適な配置の向きを示す。 図１５は、従来技術のブレ補正装置における検出部、可動部および保持部の位置関係および検出部の検出軸とＶＣＭの駆動軸との関係を示す。 図１６は、従来技術のブレ補正装置の周波数応答線図である。

第１実施形態
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デジタルカメラであり、カメラボディ１ａとレンズ鏡筒２とが一体化してある。なお、以下の実施形態では、コンパクトデジタルカメラを例に説明するが、本発明はこれに限定されない。たとえば、レンズとカメラボディとが別個に構成される一眼レフデジタルカメラであっても良い。さらに、ミラー機構を省いたミラーレスタイプのカメラであっても良い。また、コンパクトデジタルカメラや一眼レフデジタルカメラに限らず、ビデオカメラ、双眼鏡、顕微鏡、望遠鏡、携帯電話などの光学機器にも適用できる。

レンズ鏡筒２は、被写体側から順に、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、本実施形態のカメラ１では、第３レンズ群Ｌ３の背後（像面側）に、ＣＣＤやＣＭＯＳに代表される撮像素子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被写体側に設けられ、駆動機構６により光軸Ｌに沿った方向に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Ｌに沿った方向に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１００の一部を構成する。ブレ補正レンズ群Ｌ３は、ＣＰＵ１４からの信号を受けたブレ補正装置１００により、光軸Ｌと交差する面内で移動され、カメラの動きに起因する像ブレを低減する。

絞り機構４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する。その画像出力信号は、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、ジャイロセンサなどの角速度センサ１２が内蔵してあり、角速度センサ１２は、カメラ１に生じる手ブレなどによる角速度を検出し、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（ＡＦ）機構を実現している。

ＣＰＵ１４には、記憶媒体２０、不揮発性メモリ２２および各種操作ボタン２４などが接続されている。記憶媒体２０は、ＣＰＵ１４からの出力信号を受けて、撮影画像を記憶したり、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。着脱自在なメモリとしては、メモリカードやＳＤカード等さまざまなタイプがあるが、特に限定されるものではない。

不揮発性メモリ２２は、ジャイロセンサのゲイン値などの調整値情報が記憶してあり、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。

図１に示すブレ補正装置１００の構成を図２〜図４を用いて説明する。なお、以下の説明では、光軸Ｌに平行な軸をＺ軸とする。

ブレ補正装置１００は、図４に示すように、可動部１３０および固定部１４０を備える。固定部１４０は、図２および図４に示すように、シャッター部１１０および位置検出部１２０を含み、これらは、ビス１５０にて固定部１４０に固定されている。シャッター部１１０は、カメラの露光を制御する構成であり、固定部１４０から独立した構成であってもよい。

位置検出部１２０には、第１ホール素子１２２および第２ホール素子１２４が備えられ、可動部１３０の位置を検出する。第１ホール素子１２２は光軸Ｌに垂直なＸ軸に検出軸を持ち、第２ホール素子１２４は光軸Ｌに垂直なＹ軸に検出軸を持つ。

第１ホール素子１２２および第２ホール素子１２４は、可動部１３０に備えられる第１磁石１３２および第２磁石１３４の磁界を検出して、可動部１３０の位置を検出する。

可動部１３０は、第１磁石１３２、第２磁石１３４およびブレ補正レンズ群Ｌ３を備える。以下の説明では、本実施形態の理解を容易にするために、ブレ補正レンズ群Ｌ３を１枚のブレ補正レンズＬ３として説明する。

可動部１３０は、３つの引張コイルばね１４５により、３箇所で固定部１４０に取り付けられる。引張コイルばね１４５は、図３に示す固定部側ばね取付部１４６と図４に示す可動部側ばね取付部１３６との間に取り付けられる。可動部１３０は、図４に示す３個のセラミックボール１４８を介して摺動することで、光軸Ｌに交差する平面上（たとえば、Ｘ軸とＹ軸を含む面、光軸Ｌに直交する面）を固定部１４０に対して相対移動する。なお、引張コイルばね１４５およびセラミックボール１４８の数量は、可動部１３０および固定部１４０の形状等に合わせて、適宜変更可能である。

可動部１３０は、可動部１３０に備えられる第１磁石１３２および第２磁石１３４と、固定部１４０に備えられる第１駆動コイル１４２および第２駆動コイル１４４との相互作用によって発生する駆動力により、光軸Ｌに交差する平面上を移動する。第１磁石１３２と第１駆動コイル１４２とが第１ＶＣＭ１５２を構成し、第２磁石１３４と第２駆動コイル１４４とが第２ＶＣＭ１５４を構成する。ＶＣＭとはボイスコイルモータの略称である。

図１〜４に示すブレ補正装置１００によるブレ補正動作の一例を図５に示す。ブレ補正装置１００は、図５に示すように、目標位置生成部１６２、減算器１６４、フィードフォワードコントローラ１６６、フィードバックコントローラ１６８および加算器１７０をさらに備える。これらの構成は、たとえば、図１に示すカメラボディ１ａのＣＰＵ１４が備えても良いし、レンズ鏡筒２のレンズＣＰＵ（不図示）が備えても良い。

角速度センサ１２は、図１に示すカメラ１に備えられており、カメラ１に生じるピッチ方向およびヨー方向のブレ角速度信号ω_ｐ、ω_ｙ（ｒａｄ／ｓ）を検出し、目標位置生成部１６２に出力する。

目標位置生成部１６２は、ブレ角速度信号ω_ｐ、ω_ｙを積分してブレ角度θ_ｐ、θ_ｙ（ｒａｄ）に変換し、ブレ角度θ_ｐ、θ_ｙを光軸に交差する平面に投影して、可動部目標位置ｘ_ｔ、ｙ_ｔ（ｍｍ）に関する信号を生成する。可動部目標位置ｘ_ｔ、ｙ_ｔに関する信号は、ブレ角速度信号ω_ｐ、ω_ｙに基づくブレを打ち消すための可動部１３０の目標位置に関する信号である。

この可動部目標位置ｘ_ｔ、ｙ_ｔとホール素子１２２，１２４からの可動部位置座標ｘ、ｙ（ｍｍ）とを利用して、コイル１４２，１４４を駆動するためのコイル駆動電流Ｉ_ｘ、Ｉ_ｙ（Ａ）が生成される。

具体的には、可動部目標位置ｘ_ｔ、ｙ_ｔに関する信号が、フィードフォワードコントローラ１６６を介して、加算器１７０に入力される。また、可動部目標位置ｘ_ｔ、ｙ_ｔに関する信号と可動部位置座標ｘ、ｙに関する信号とが、減算器１６４およびフィードバックコントローラ１６８を介して、加算器１７０に入力される。加算器１７０は、入力されたこれらの信号を利用して、コイル駆動電流Ｉ_ｘ、Ｉ_ｙを生成し、第１ＶＣＭ１５２（第１駆動コイル１４２）および第２ＶＣＭ１５４（第２駆動コイル１４４）に出力する。

第１ＶＣＭ１５２および第２ＶＣＭ１５４にコイル駆動電流Ｉ_ｘ、Ｉ_ｙが入力されると、図６に示すように、可動部１３０に電磁駆動力Ｆ_ｘ’、Ｆ_ｙ’が作用する。可動部１３０は、電磁駆動力Ｆ_ｘ’、Ｆ_ｙ’により、光軸Ｌに交差する平面上で目標位置に向けて移動される。

図５に示すホール素子１２２，１２４は、可動部位置座標ｘ、ｙを検出して、フィードバックコントローラ１６８に出力する。ブレ補正動作中においては、角速度センサ１２とブレ補正装置１００とで上記の制御を繰り返し、ブレ補正を行う。

次に、図６を用いて、本実施形態のブレ補正装置１００の可動部１３０と固定部１４０との位置関係を詳細に説明する。以下の説明では、光軸Ｌに垂直なＸ，Ｙ軸平面上にある相互に垂直な軸をＡ１軸およびＡ２軸とする。Ａ１，Ａ２軸は、光軸Ｌに垂直な平面において光軸Ｌを通り、相互に垂直である。Ａ１軸およびＡ２軸は、Ｘ軸とＹ軸とが光軸Ｌにおいて交差する角度を二等分する。

検出部１２０には、図６（ａ）に示すように、第１ホール素子１２２および第２ホール素子１２４が配置されており、第１ホール素子１２２はＸ軸方向に検出軸を有し、第２ホール素子１２４はＹ軸方向に検出軸を有する。本実施形態では、Ｘ軸とＹ軸とは相互に垂直であるが、垂直以外の角度で交差してもよい。

第１ホール素子１２２は、図６（ｂ）に示す可動部１３０に備えられる第１磁石１３２のＸ軸方向の位置を検出し、第２ホール素子１２４は、第２磁石１３４のＹ軸方向の位置を検出する。このため、第１ホール素子１２２および第２ホール素子１２４を備える検出部１２０は、可動部１３０のＸ軸およびＹ軸に沿った位置座標を検出することができる。

本実施形態では、可動部１３０は、図６（ｂ）に示すように、Ａ１軸に沿って非対称な形状である。図２および図４に示すように、ブレ補正装置１００の小型化等の観点から、シャッター部１１０がブレ補正装置１００に組み込まれており、固定部１４０の下側の約半分の領域がシャッター部１１０によって占領されているからである。このため、可動部１３０の可動部重心Ｇが、レンズ中心Ｏではなく、Ａ２軸に沿ったレンズ中心Ｏの上側に存在する。なお、可動部１３０の形状は、Ａ１軸に沿って対称な形状であっても良く、Ａ２軸に沿って非対称な形状であっても良い。

可動部１３０には、第１磁石１３２および第２磁石１３４が備えられ、図６（ｃ）に示す第１駆動コイル１４２および第２駆動コイル１４４との相互作用により、可動部１３０にＸ’軸およびＹ’軸に沿った電磁駆動力Ｆ_ｘ’、Ｆ_ｙ’が作用する。図６（ｃ）に示すように、Ｘ’軸はＸ軸に対して駆動軸傾斜角度θで傾斜しており、Ｙ’軸はＹ軸に対して駆動軸傾斜角度θで傾斜している。図６（ｂ）に示すように、Ｘ’軸 とＹ’軸との交点を軸駆動軸原点Ｍとする。

可動部１３０は、電磁駆動力Ｆ_ｘ’、Ｆ_ｙ’により、Ｘ’軸およびＹ’軸に沿って、固定部１４０に対して相対移動する。可動部１３０が、その駆動中心である駆動軸原点Ｍに位置するとき、レンズ中心Ｏが光軸Ｌを通る。第１磁石１３２はその中心がＸ’軸を通るように配置してあり、第２磁石１３２はその中心がＹ’軸を通るように配置してある。

固定部１４０では、図６（ｃ）に示すように、第１駆動コイル１４２および第２駆動コイル１４４が配置される。すなわち、第１駆動コイル１４２と図６（ｂ）に示す第１磁石１３２とからなる第１ＶＣＭ１５２の駆動軸であるＸ’軸が、図６（ｃ）に示すように、レンズ中心Ｏよりも可動部重心Ｇの近くを通るように、第１駆動コイル１４２を固定部１４０に配置する。本実施形態では、ホール素子検出軸Ｘに対してＶＣＭ駆動軸Ｘ’を、駆動軸傾斜角度θ（ｄｅｇ）傾けるようにして、第１駆動コイル１４２を配置する。

また、第２駆動コイル１４４と第２磁石１３４とからなる第２ＶＣＭ１５４の駆動軸であるＹ’軸が、レンズ中心Ｏよりも可動部重心Ｇの近くを通るように、第２駆動コイル１４４を固定部１４０に配置する。すなわち、ホール素子検出軸Ｙに対してＶＣＭ駆動軸Ｙ’を、駆動軸傾斜角度θ（ｄｅｇ）傾けるようにして、第２駆動コイル１４４を配置する。なお、Ｘ軸に対するＸ’軸の傾き角度とＹ軸に対するＹ’軸の傾き角度とが異なっても良い。また、コイル１４２，１４４の固定部１４０に対する配置位置を変化させて、Ｘ’軸およびＹ’軸がレンズ中心Ｏよりも可動部重心Ｇの近くを通るように調整しても良い。

本実施形態では、第１駆動コイル１４２および第２駆動コイル１４４を上記のように配置してあるので、駆動軸Ｘ’と駆動軸Ｙ’との交点である駆動軸原点Ｍが、Ａ２軸に沿ってレンズ中心Ｏよりも可動部重心Ｇに近い位置に存在する。好適には、駆動軸原点Ｍは可動部重心Ｇに一致する。このとき、駆動軸Ｘ’と駆動軸Ｙ’とは直角以外の角度θ_０で交差し、本実施形態ではθ_０は鈍角（例えば、９１度〜１２０度）である。

上記のように、本実施形態では、図６に示すように、ＶＣＭ駆動軸Ｘ’，Ｙ’が、ホール素子検出軸Ｘ，Ｙに対して駆動軸傾斜角度θで傾いている。このため、駆動軸原点Ｍが可動部重心Ｇに一致する場合の図７に示すように、第１ＶＣＭ１５２の駆動軸Ｘ’に沿って、駆動力Ｆ_ｘ’を作用させると、その駆動力Ｆ_ｘ’はホール素子検出軸のＸ軸方向成分の駆動力Ｆ_ｘ’ｘとＹ軸方向成分の駆動力Ｆ_ｘ’ｙとにベクトル分解される。Ｘ軸方向成分の駆動力Ｆ_ｘ’ｘは、図５に示す可動部目標位置ｘ_ｔへの駆動力として用いられる一方で、Ｙ軸方向成分の駆動力Ｆ_ｘ’ｙは可動部目標位置ｙ_ｔへの収束に悪影響を及ぼす。

このとき、第２ＶＣＭ１５４を用いて、Ｙ’軸に駆動力Ｆ_ｙ’を作用させて、駆動力Ｆ_ｘ’ｙをキャンセルする。すなわち、駆動力Ｆ_ｙ’のＹ軸方向成分の駆動力Ｆ_ｙ’ｙによって、駆動力Ｆ_ｘ’ｙをキャンセルする。このとき、駆動力Ｆ_ｘ’ｙと駆動力Ｆ_ｙ’ｙとの間で、以下の関係を成り立たせる。

なお、駆動力Ｆ_ｙ’の作用に伴って駆動力Ｆ_ｙ’ｘも作用するので、可動部目標位置ｘ_ｔへの駆動力は、最終的に、Ｆ_ｘ’ｘ−Ｆ_ｙ’ｘである。図７に示すＶＣＭ駆動軸Ｘ’およびＹ’の向きを正として、その大きさをスカラ量ｆ_ｘ’、ｆ_ｙ’とすると以下の関係が成り立つ。

ここで、数式２および数式３において、ｉおよびｊは、それぞれ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の単位ベクトルである。数式１に、数式２および数式３を代入すると、以下の数式４が求まる。

上記より、可動部目標位置ｘ_ｔへのＸ軸方向の目標駆動力Ｆ_ｘは、数式５で表される。

ここで、図７に示すホール素子検出軸ＸおよびＹ軸の向きを正として、その大きさをスカラ量ｆ_ｘ、ｆ_ｙとすると以下の数式６が導かれる。

数式４に数式６を代入すると、数式７が求まる。

また、図８に示すように、第２ＶＣＭ１５４の駆動軸Ｙ’に沿って、駆動力Ｆ_ｙ’を作用させて、可動部目標位置ｙ_ｔに収束させるときは、上記と同様にして、以下に示す数式８が導かれる。

数式６と数式８との合成により、Ｘ’軸上の第１ＶＣＭ１５２への駆動力Ｆ_ｘ’は、ホール素子検出軸ＸおよびＹ方向の駆動力Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙを用いて以下の数式９−１にて表される。

数式９−１は、Ｆ_ｘ’、Ｆ_ｘ、Ｆ_ｙを用いて以下の数式９−２にて表される。

同様にして、Ｙ’軸上のＶＣＭへの駆動力Ｆｙ’は、以下の数式１０−１にて表される。

数式１０−１は、Ｆ_ｙ’、Ｆ_ｘ、Ｆ_ｙを用いて以下の数式１０−２にて表される。

数式９−１および数式１０−１によるベクトル変換を用いてＶＣＭを駆動することにより、ホール素子の検出軸とＶＣＭの駆動軸との整合性が保たれる。

次に、本実施形態に係るブレ補正装置１００を力学的にモデル化して、ブレ補正装置の制御性能について説明する。以下では、本実施形態の理解を容易にするために、Ｘ軸方向の制御の説明のみを行う。Ｙ軸方向の制御については、Ｘ軸方向の制御と同様なので、以下では説明を省略する。

図６において、可動部１３０のＸ方向の変位をｘ（ｍｍ）、可動部重心Ｇを通るＺ軸まわりの回転角をθ_ＧＺ（ｒａｄ）、可動部１３０の質量をｍ（ｋｇ）、可動部重心Ｇを通るＺ軸まわりの慣性モーメントをＪ_ＧＺ（ｋｇ・ｍｍ^２）、ＶＣＭ１４２からのＸ軸方向の駆動力をｆ_Ｘ（Ｎ）、駆動力ｆ_Ｘの重心ずれ（駆動軸原点Ｍ−可動部重心Ｇ間距離）をδ（ｍｍ）、ホール素子１２２の重心ずれをＢ（ｍｍ）、引張コイルばね１４５によるＸ方向の合成ばね定数をｋ_ｘ（Ｎ／ｍ）、またそれに伴うＸ方向の合成粘性係数をｃ_ｘ（Ｎ・ｓ／ｍ）、Ｘ方向合成ばね成分の重心ずれをｌ（ｍｍ）とする。

上記のように、各物理量を設定すると、以下の数式１１および数式１２に示すように、可動部１３０のＸ軸方向に沿った動作が運動方程式で表される。可動部１３０の重心位置の並進に係る運動方程式が数式１１で表され、可動部１３０の重心位置の回転に係る運動方程式が数式１２で表される。

上記の数式１１および数式１２に示す運動方程式をラプラス変換すると、以下に示す数式１３および数式１４が導かれる。

上記の数式１３と数式１４から、ホール素子が検出するＸ軸方向の変位Ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}（ｓ）（ｍｍ）は、数式１５で表される。

ここで、可動部に作用するＸ軸方向の加速度をａ_ｘ（ｍｍ／ｓ２）とすると、ｆ_ｘ（ｓ）が、数式１６で表される。

数式１６を数式１５に代入すると、Ｘ軸方向の加速度ａ_ｘを入力とし、ホール素子が検出するＸ軸方向の変位Ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}を出力とする以下に示す伝達関数が得られる。

ここで、ω_ｍおよびω_ｊは、それぞれ並進方向（Ｘ軸方向）、回転方向（可動部重心Ｇを通るＺ軸方向まわりの回転）の固有角振動数（ｒａｄ／ｓ）を表し、ζ_ｍおよびζ_Ｊはそれぞれ並進方向、回転方向の減衰比（−）（無次元数）を表す。

数式１７に示す伝達関数において、第１項は並進方向の伝達関数を表し、第２項は回転方向の伝達関数を表す。この伝達関数は、図５の制御ブロック図において、可動部からホール素子までの伝達関数を表しており、コントローラ部およびＶＣＭ部は含まれない。

数式１７において、「ｍδＢ／Ｊ_ＧＺ」は、本発明に係るブレ補正装置の制御性能を論じる上で重要なパラメータである。これを、ＫＫファクタと定義し、数式１８に表す。

ここで、ブレ補正装置の制御性能の理解を容易にするために、数式１９に示すように並進方向および回転方向の共振周波数および減衰比が等しいと仮定し、数式１７に示す伝達関数から数式２０に示す伝達関数を導く。

数式２０から明らかなように、ＫＫファクタの値が−１以下の場合は、数式２０に示す伝達関数が全周波数帯域に渡って負になる。したがって、この場合は、フィードバックが正帰還になってしまうので、制御不能となる。

ＫＫファクタの値が−１よりも大きく且つ０よりも小さい場合は、数式２０に示す伝達関数は正になる。しかしながら、並進成分と回転成分が分割された数式１７に示す伝達関数では、回転成分が負となる。したがって、この場合は、回転成分の振舞いが不安定であることが分かる。

ＫＫファクタの値が０以上の場合は、数式２０に示す伝達関数が正になり、しかも数式１７に示す伝達関数において回転成分も正となり、安定的である。

上記より、ＫＫファクタの値が正であるときは制御が安定し、逆に負であるときは制御が不安定である。したがって、ＫＫファクタの極性は、制御性能に密接に関係する。

数式１８に示すように、ＫＫファクタの極性は、駆動力Ｆ_ｘの重心ずれδの向きとホール素子位置の重心ずれＢの向きとの関係で決まる。つまり、図６（ｂ）および図６（ｃ）において、Ｘ軸とＸ’軸とが、可動部重心Ｇに対して同じ方向にずれているときに、ＫＫファクタの値が正となり、ブレ補正部１００に関する伝達関数が安定になる。

本実施形態では、上記のように、図６に示す駆動軸原点Ｍが、レンズ中心Ｏよりも可動部重心Ｇに近い位置に存在し、且つＸ軸とＹ軸との交点および駆動軸原点Ｍが、可動部重心Ｇに対して同じ方向にずれるように第１ＶＣＭ１５２と第２ＶＣＭ１５４とを配置する。このとき、駆動軸原点Ｍは、レンズ中心Ｏと可動部重心Ｇとの間に存在する。

図９に、ＫＫファクタの値に応じた、ステップ応答における可動部の変位に係る所定時間後のレンズ中心位置基準の偏差の関係を示す。図９に示すように、ＫＫファクタの値が０に近い領域では偏差が小さく制御性能に優れ、ＫＫファクタが負の範囲では偏差が大きく制御性能に劣る。本実施形態では、ＫＫファクタが正の領域であり、且つ偏差の値がＤ１以下に収まる範囲内でＫＫファクタを設定する。ここで、偏差Ｄ１は、偏差の極大値ピークＤ２の７０％の値である。したがって、本実施形態におけるＫＫファクタの値は、０以上であり且つ０．２以下である。

本実施形態では、上記のように、図６（ｃ）において、駆動軸傾斜角度θを調整して、駆動軸原点Ｍ−可動部重心Ｇ間距離δおよびＫＫファクタの値を調整する。すなわち、駆動軸原点Ｍがレンズ中心Ｏよりも可動部重心Ｇに近い位置になるように、および／またはＫＫファクタの値が０以上であり且つ０．２以下となるように、駆動軸傾斜角度θを調整する。

図１０に、駆動軸傾斜角度θに対する距離δおよびＫＫファクタの関係を示す。図１０において、横軸が駆動軸傾斜角度θ（ｄｅｇ）、左側の縦軸が距離δ（ｍｍ）、右側の縦軸がＫＫファクタであり、距離δは黒四角のプロットで表示され、ＫＫファクタは黒ひし形のプロットで表示される。図１０に示すように、駆動軸傾斜角度θが−αから＋αの範囲で、距離δおよびＫＫファクタが変化する。

距離δは、駆動軸傾斜角度θがθ_１の時に０になる。このとき、図６において、駆動軸原点Ｍが可動部重心Ｇに一致する。図１０に示す角度θ_１を含む範囲Ｒ１（θ_３≦θ≦θ_２）にて、駆動軸原点Ｍが、レンズ中心Ｏに対して可動部重心Ｇに近い位置に存在する。駆動軸原点Ｍが、可動部重心Ｇに近い位置になるように、駆動軸傾斜角度θを調整することで、可動部を移動させる際の回転成分を抑制することができる。

また、ＫＫファクタは、駆動軸傾斜角度θがθ_１以下の時に０以上になり、駆動軸傾斜角度θがθ_４以上の時に０．２以下になる。つまり、ＫＫファクタは、範囲Ｒ２（θ_４≦θ≦θ_１）にて、０以上であり且つ０．２以下になる。ＫＫファクタが、０以上であり且つ０．２以下になるように、駆動軸傾斜角度θを調整することで、可動部を移動させる際に安定した制御を行うことができる。

本実施形態では、範囲Ｒ１の条件を満たすとともに範囲Ｒ２の条件を満たす範囲Ｒ３（θ_３≦θ≦θ_１）内で、駆動軸傾斜角度θを調整することが好ましい。範囲Ｒ３内に駆動軸傾斜角度θを調整することで、可動部を移動させる際の回転成分を抑制し且つ安定した制御を行うことができるからである。

なお、さらに好適には、前述した範囲Ｒ３内において、駆動軸原点Ｍ−可動部重心Ｇ間距離δが０に近づきしかもＫＫファクタが正となる（このとき、数式１８からも明らかなように、ＫＫファクタの値も０に近づく）ように、駆動軸傾斜角度θをθ_１に調整する。このように、駆動軸傾斜角度θを調整することで、さらに好適に回転成分を抑制し且つ安定した制御を行うことができる。

本実施形態では、図６に示すように、第１ＶＣＭ１５２の駆動軸であるＸ’軸と第２ＶＣＭ１５４の駆動軸であるＹ’軸との交点である駆動軸原点Ｍを、ブレ補正光学部材Ｌ３のレンズ中心Ｏよりも可動部１３０の可動部重心Ｇに近い位置に配置している。このため、可動部１３０の駆動軸原点Ｍを、可動部１３０の可動部重心Ｇに近づけることができるので、可動部１３０を移動させる際に悪影響となる回転成分の影響を抑制し、可動部１３０の移動に有効な並進成分を効率よく作用させることができる。好ましくは、駆動軸原点Ｍは可動部重心Ｇに一致し、このときは回転成分の影響を完全に除去することができる。したがって、本実施形態では、可動部１３０の目標位置への収束性や可動部１３０の制御安定性等を向上させ、ブレ補正装置１００の制御性能を向上させることができる。また、重心調整部材などを用いずに回転成分の影響を完全に除去できるので可動部質量を増大させることなく駆動性能を維持できる。

本実施形態に係るブレ補正部１００の制御性能を図１１に示し、図１６に示す従来技術（図１５）の場合の制御性能と比較する。図１１および図１６に示すのは、ボード線図であり、入力に対する出力のゲイン・位相を示す。入力は可動部を駆動する電磁駆動力によって作用する加速度であり、出力は可動部重心位置である。

図１６に示すように、図１５に示す従来技術では、周波数Ｈ_１（Ｈｚ）にて、共振成分を有する。これは、図１５に示す従来技術では、ＶＣＭの駆動軸がレンズ中心に向けて配置されているため、可動部の重心まわりに回転トルクが発生しているからである。

これに対して、本実施形態では、上記のように、ＶＣＭの駆動軸を可動部重心に近い位置に向けているので、可動部の重心まわりに発生する回転トルクが非常に小さい。したがって、本実施形態では、図１１に示すように、共振成分が発生しない。

また、本実施形態では、図６に示すように、第１ホール素子１２２は、Ｘ軸とＸ’軸との交点を含む位置に配置してあり、第２ホール素子１２４はＹ軸とＹ’軸との交点を含む位置に配置してある。好適には、第１ホール素子１２２の中心をＸ軸とＸ’軸との交点に配置し、第２ホール素子１２４の中心をＹ軸とＹ’軸との交点に配置する。このため、駆動部と検出部とで磁石を共有することが可能になり、しかも検出部による検出特性と、駆動部による駆動特性の双方の特性を向上させることができる。

本実施形態では、図６に示すように、可動部重心Ｇとレンズ中心Ｏとの間に駆動軸原点Ｍが存在する。このため、ブレ補正装置の伝達関数に関するＫＫファクタの値が正の値になる。したがって、本発明に係るブレ補正装置では安定した制御を行うことができる。

本実施形態では、図５に示すように、ブレ検出部１２が検出するブレ角速度信号ωｐ、ωｙと、第１ホール素子１２２，第２ホール素子１２４が検出する可動部位置座標ｘ、ｙとを利用して可動部１３０の制御を行っているので、可動部１３０を正確な目標位置に収束させることができる。

本実施形態では、第１ホール素子１２２，第２ホール素子１２４の検出軸Ｘ，Ｙに沿った目標位置座標を、可動部１３０の駆動軸Ｘ’，Ｙ’に沿った目標移動量に変換して、可動部１３０を移動させているので、ブレ補正装置の制御を好適に行うことができる。

第２実施形態
本発明の第２実施形態では、重力方向に対するブレ補正装置１００の配置が第１実施形態と異なる以外は第１実施形態と同様である。以下の説明において、上記の実施形態と重複する部分の説明を省略する。

図１２において、水平軸ｈに対するＶＣＭの駆動軸Ｘ’，Ｙ’の傾き角度をα（ｄｅｇ）、可動部１３０に作用する重力をｍｇ（Ｎ）（ｇは重力加速度（ｍ／ｓ^２））、水平軸ｈに対する重力ｍｇの傾き角度をβ（ｄｅｇ）とすると、以下に示す力の平衡式が成り立つ。

上記の数式２１と数式２２との連立方程式を解くと、以下に示す数式２３および数式２４が得られる。

ここで、ＶＣＭの駆動電流をＩ_ｘ，Ｉ_ｙ（Ａ）、ＶＣＭの推力定数をｋ_ｘ，ｋ_ｙ（Ｎ／Ａ、本実施形態ではｋ_ｘ＝ｋ_ｙ＝ｋ）とすると、以下の関係となる。

上記より、ＶＣＭの駆動電流に関して以下の関係が成立する。

ここで、ＶＣＭの抵抗成分をＲ_ｘ’、Ｒ_ｙ’（Ω、本実施形態ではＲ_ｘ’＝Ｒ_ｙ’＝Ｒ）とすると、第1ＶＣＭ１５２と第２ＶＣＭ１５４とを駆動する際の消費電力Ｐ（Ｗ）は、以下の数式２８で表される。

数式２８より、重力の傾き角度βと消費電流Ｐとは、図１３に示す関係になる。すなわち、重力の傾き角度βが０（ｄｅｇ）または１８０（ｄｅｇ）となるときに、消費電流Ｐが最小になる。反対に、β＝９０（ｄｅｇ）となるときに、消費電流Ｐが最大になる。このことより、図１４に示すように、β＝０またはβ＝１８０となるように可動部１３０を配置した時に、可動部１３０を支持するための消費電流が最小になる。

本実施形態では、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、Ｘ’軸とＹ’軸とが交差する角度のうち鋭角の角度θ_５の内側に重力方向が向くように、可動部１３０に対して第１ＶＣＭ１５２および第２ＶＣＭ１５４を配置する。好適には、Ｘ’軸とＹ’軸とからなる角度θ_５の二等分線が、重力方向に向くように、可動部１３０に対して図６に示す第１ＶＣＭ１５２および第２ＶＣＭ１５４を配置する。このように配置することで、第１ＶＣＭ１５２および第２ＶＣＭ１５４が可動部１３０を移動させる際に、重力を利用して、あるいは重力をキャンセルさせて、駆動力を可動部１３０に効率良く作用させることができる。

図１４（ａ）に、カメラ１におけるブレ補正装置１００（可動部１３０）の配置の一例を示す。カメラ１は、その上部にレリーズスイッチ２４を備え、カメラ１を使用する撮影者は、このレリーズスイッチ２４を上部に向けた状態で使用する頻度が高い。このとき、ブレ補正装置１００の角度θ_５の二等分線を、重力方向に向けるようにして配置することで、ブレ補正動作の消費電力を低減させ、カメラ１全体の消費電力を低減することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されない。

上記の実施形態では、図１に示すブレ補正レンズＬ３を駆動するタイプの光学系移動型ブレ補正装置であるが、本発明においては、図１に示す撮像素子３が移動するタイプの撮像素子移動型ブレ補正装置にも適用することができる。

上記の実施形態では、可動部を駆動する手段として、２個のＶＣＭを適用したが、これに限定されず、たとえば、２個以上のＶＣＭであってもよい。また、圧電アクチュエータ等のその他のアクチュエータを使用してもよい。

上記の実施形態では、可動部の位置を検出する手段として、２個のホール素子を適用したが、これに限定されず、２個以上のホール素子であってもよく、また、ＰＳＤセンサ等のその他の位置検出手段を使用してもよい。

１ カメラ
１ａ カメラボディ
２ レンズ鏡筒
１２ 角速度センサ
１４ ＣＰＵ
１００ ブレ補正装置
１１０ シャッター部
１２０ 位置検出部
１２２ 第１ホール素子
１２４ 第２ホール素子
１３０ 可動部
１３２ 第１磁石
１３４ 第２磁石
１４０ 固定部
１４２ 第１駆動コイル
１４４ 第２駆動コイル
１４５ 引張コイルばね
１４８ セラミックボール
１５０ ビス
１５２ 第１ＶＣＭ
１５４ 第２ＶＣＭ
１６２ 目標位置生成部
１６４ 減算器
１６６ フィードフォワードコントローラ
１６８ フィードバックコントローラ
１７０ 加算器
Ｌ３ ブレ補正レンズ
Ｇ 可動部重心
Ｍ 駆動軸原点
Ｏ レンズ中心

Claims (13)

1. 固定部材に対して相対的に移動可能な移動部材と、
   前記移動部材に備えられ、像ブレを補正するブレ補正光学部材と、
   前記ブレ補正光学部材の光軸と交差する駆動平面上において、前記移動部材を第１軸に沿って移動させる第１駆動部と、
   前記駆動平面上において、前記移動部材を前記第１軸に交差する第２軸に沿って移動させる第２駆動部とを有し、
   前記駆動平面上において、前記第１軸と前記第２軸との交点が、前記ブレ補正光学部材の中心よりも前記移動部材の重心に近い位置にあることを特徴とするブレ補正装置。
2. 前記第１軸と前記第２軸とが直角以外の角度で交差することを特徴とする請求項１に記載のブレ補正装置。
3. 前記光軸と直交する位置検出平面上で前記光軸を通る第３軸に検出軸を有し、前記ブレ補正光学部材の位置を検出する第１検出手段と、
   前記位置検出平面上で前記光軸を通り、前記第３軸に直交する第４軸に検出軸を有し、前記ブレ補正光学部材の位置を検出する第２検出手段とをさらに有し、
   前記第１検出手段が前記第３軸と前記第１軸との交点を含む位置に配置してあり、
   前記第２検出手段が前記第４軸と前記第２軸との交点を含む位置に配置してあることを特徴とする請求項１または２に記載のブレ補正装置。
4. 前記駆動平面上において、前記移動部材の重心と前記ブレ補正光学部材の前記ブレ補正光学部材の前記中心との間に、前記第１軸と前記第２軸との交点があることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のブレ補正装置。
5. 像ブレを検出しブレ信号を出力するブレ検出部と、
   前記ブレ信号を用いて前記第１駆動部および前記第２駆動部を制御する制御部とをさらに有する請求項１〜４のいずれかに記載のブレ補正装置。
6. 前記制御部は、前記移動部材の位置座標と前記ブレ信号とを用いて、前記移動部材の前記第３軸および前記第４軸に平行な目標位置座標を算出し、前記目標位置座標を用いて前記移動部材の前記第１軸および前記第２軸に沿った目標移動量を算出し、前記目標移動量を用いて前記第１駆動部および前記第２駆動部を制御することを特徴とする請求項５に記載のブレ補正装置。
7. 前記第１軸と前記第２軸とが交差する角度のうち鋭角の範囲内に重力方向が向くように、前記移動部材に対して前記第１駆動部および前記第２駆動部を配置することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のブレ補正装置。
8. 前記ブレ補正光学部材が光学レンズを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のブレ補正装置。
9. 前記ブレ補正光学部材が撮像素子を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のブレ補正装置。
10. 固定部材に対して相対的に移動可能な移動部材と、
    前記移動部材に備えられ、像ブレを補正するブレ補正光学系と、
    前記固定部材と前記移動部材とを相対的に移動させるための第１方向の駆動力を生じさせる第１駆動部と、
    前記固定部材と前記移動部材とを相対的に移動させるための前記第１方向とは異なる第２方向の駆動力を生じさせる第２駆動部と、
    前記像ブレの量に対応するブレ信号が供給され、前記ブレ信号を用いて前記第１駆動部及び前記第２駆動部を制御する制御部とを含み、
    前記ブレ補正光学系の光軸と直交する平面上において、前記第１駆動部から前記第１方向に向かう直線と、前記第２駆動部から前記第２方向に向かう直線との交点は、前記ブレ補正光学系の中心よりも前記移動部材の重心に近い位置にあることを特徴とするブレ補正装置。
11. 固定部材に対して相対的に移動可能な移動部材と、
    前記移動部材に備えられた撮像素子と、
    前記固定部材と前記移動部材とを相対的に移動させるための第１方向の駆動力を生じさせる第１駆動部と、
    前記固定部材と前記移動部材とを相対的に移動させるための前記第１方向とは異なる第２方向の駆動力を生じさせる第２駆動部と、
    前記像ブレの量に対応するブレ信号が供給され、前記ブレ信号を用いて前記第１駆動部及び前記第２駆動部を制御する制御部とを含み、
    前記撮像素子の撮像面と平行な平面上において、前記第１駆動部から前記第１方向に向かう直線と、前記第２駆動部から前記第２方向に向かう直線との交点は、前記撮像素子の中心よりも前記移動部材の重心に近い位置にあることを特徴とするブレ補正装置。
12. 請求項１〜７、９、１１のいずれかに記載のブレ補正装置を含む撮影装置。
13. 請求項１〜８、１０のいずれかに記載のブレ補正装置を含むレンズ鏡筒。

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