JP2014228623A - 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、光学系（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）により結像される像のブレを補正するブレ補正部材（Ｌ３）と、前記移動部材（１３０）の重心（Ｇ’）を前記ブレ補正部材（Ｌ３）の中心に近づけるように前記移動部材（１３０）に設けられた重心調節部材（１３８）と、前記ブレ補正部材（Ｌ３）の光軸（Ｌ）と交差する平面上において、前記移動部材（１３０）を第１軸に沿って移動させる第１駆動部（１５２）と、前記平面上において、前記移動部材（１３０）を第１軸に交差する第２軸に沿って移動させる第２駆動部（１５４）と、を有し、前記平面上において、前記第１軸と前記第２軸との交点が、前記ブレ補正部材（Ｌ３）の中心よりも前記重心調節部材（１３８）が設けられた前記移動部材（１３０）の重心（Ｇ）に近い位置にあることを特徴とするブレ補正装置。【選択図】図５

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。

手振れなどによる撮像画像のブレを抑制するブレ補正装置としては、種々のものが知られている。たとえば、特許文献１に示すように、カメラのブレに合わせて、光軸に垂直な平面内で補正レンズを移動させるブレ補正装置が知られている。

このような光学式のブレ補正装置においては、可動部材を移動させるための機構の配置や、可動部材の重心の位置などによって、可動部材を移動させる際に回転トルクが発生する場合があった。この回転トルクは、補正レンズを保持する可動部材の位置制御精度に悪影響を与えるおそれがある。

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、光学系（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）により結像される像のブレを補正するブレ補正部材（Ｌ３）と、
前記移動部材（１３０）の重心（Ｇ’）を前記ブレ補正部材（Ｌ３）の中心に近づけるように前記移動部材（１３０）に設けられた重心調節部材（１３８）と、
前記光学系（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）の光軸（Ｌ）と交差する平面上において、前記移動部材（１３０）を第１軸に沿って移動させる第１駆動部（１５２）と、
前記平面上において、前記移動部材（１３０）を第１軸に交差する第２軸に沿って移動させる第２駆動部（１５４）と、を有し、
前記平面上において、前記第１軸と前記第２軸との交点が、前記ブレ補正部材（Ｌ３）の中心よりも前記重心調節部材（１３８）が設けられた前記移動部材（１３０）の重心（Ｇ）に近い位置にあることを特徴とする。

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組立図である。 図４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５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、図２および図３に示すブレ補正装置の検出部、可動部および固定部の位置関係および検出部の検出軸と駆動部の駆動軸との関係を示す。 図６は、図５に示す可動部をＸ軸に沿って移動させる例を示す。 図７は、図５に示す可動部をＹ軸に沿って移動させる例を示す。 図８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９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。

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可能であり、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により撮像素子３の撮像面に形成される光学像の、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。

カメラボディ１ａ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。なお、角速度センサ１２は、レンズ鏡筒２に備えられても良い。

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、ＳＤカード等の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およびホール素子の校正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および図３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、可動部１３０および固定部１４０を備える。固定部１４０は、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、引張コイルばね１４５により、固定部１４０に取り付けられている。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ている。引張コイルばね１４５は、可動部１３０を固定部１４０に近づける方向に付勢しており、光軸Ｌに交差する平面上において、ブレ補正レンズＬ３のレンズ中心Ｏを光軸Ｌ側に復帰させるように可動部１３０に力を作用させている。

可動部１３０は、図３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を構成している。なお、ＶＣＭとはボイスコイルモータの略称である。

図１〜図３に示すブレ補正装置１００によるブレ補正動作の一例を図４に示す。ブレ補正装置１００は、図４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。

図１に示す角速度センサ１２は、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５に示すように、可動部１３０にＸ’軸およびＹ’軸に沿った電磁駆動力が作用する。可動部１３０は、Ｘ’軸およびＹ’軸に沿った電磁駆動力により、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４に示すホール素子１２２，１２４のそれぞれは、図５に示すように、可動部１３０のＸ軸またはＹ軸に沿った位置座標を検出して、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５を用いて、本実施形態のブレ補正装置１００の位置検出部１２０と可動部１３０と固定部１４０との位置関係を詳細に説明する。図２および図３に示すように、位置検出部１２０は固定部１４０に取り付けられている。可動部１３０は、位置検出部１２０と固定部１４０との間に配置されており、光軸Ｌに交差する平面上において固定部１３０に対して相対移動可能である。

以下の説明では、光軸Ｌに垂直なＸ−Ｙ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。

図５（Ａ）に示すように、検出部１２０は、第１ホール素子１２２および第２ホール素子１２４を備え、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。すなわち、第１ホール素子１２２は、図５（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。本実施形態では、Ｘ軸とＹ軸とは光軸Ｌを通り相互に垂直であるが、光軸Ｌを通らないで垂直以外の角度で交差しても良い。

図５（Ｂ）に示すように、可動部１３０は、Ａ１軸に対して非対称な形状である。なぜなら、図２および図３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。このため、可動部１３０は、Ａ２軸に沿った長さよりも、Ａ１軸に沿った長さの方が長くなるように構成してあり、固定部１４０の約上半分の領域に配置される。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は、ブレ補正レンズＬ３、バランサ１３８、第１磁石１３２および第２磁石１３４を備える。バランサ１３８は、２分割された錘部材であり、第１磁石１３２および第２磁石１３４よりもレンズ中心Ｏ側に設置してある。本実施形態では、バランサ１３８は、Ａ１軸に沿ってブレ補正レンズＬ３の両側に設置してあり且つＡ２軸に対して対称に設置してある。

バランサ１３８は、第１磁石１３２および第２磁石１３４等よりも比重の大きい材料（たとえば、タングステン）によって構成されており、可動部１３０の重心位置をレンズ中心Ｏに近づけるように調整する。すなわち、バランサ１３８は、バランサ１３８を設置しない場合の可動部１３０の重心Ｇ’を、重心Ｇ’よりもレンズ中心Ｏに近い可動部重心Ｇに移動させるように可動部１３０の重心位置を調整する。本実施形態では、可動部重心Ｇは、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、バランサ１３８は、たとえば、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）のような可動部１３０に配置される他の構成要素を含んでも良く、このような既存の構成要素を用いて可動部１３０の重心位置を調整することにより、可動部１３０の限られたスペースを効率良く利用して、可動部１３０の重心位置を調整することができる。

第１磁石１３２は、Ｘ軸およびＸ’軸を通るように配置してあり、好適には、その中心がＸ軸およびＸ’軸を通るように配置してある。第２磁石１３４は、Ｙ軸およびＹ’軸を通るように配置してあり、好適には、その中心がＹ軸およびＹ’軸を通るように配置してある。さらに、本実施形態では、第１磁石１３２および第２磁石１３４は、図５（Ａ）に示す第１ホール素子１２２の検出軸Ｘと第２ホール素子１２４の検出軸Ｙとの交点である検出軸原点Ｎが、レンズ中心Ｏを通るように設置してある。

可動部１３０は、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。すなわち、可動部１３０の第１磁石１３２と図５（Ｃ）に示す固定部１４０の第１駆動コイル１４２とは、第１ＶＣＭ１５２を構成しており、可動部１３０にＸ’軸に沿った電磁駆動力Ｆ_ｘ’を作用させることができる。また、可動部１３０の第２磁石１３４と固定部１４０の第２駆動コイル１４４とは、第２ＶＣＭ１５４を構成しており、可動部１３０にＹ’軸に沿った電磁駆動力Ｆ_ｙ’を作用させることができる。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。ここで、Ｘ’軸 とＹ’軸との交点を駆動軸原点Ｍとし、可動部１３０が、その駆動中心である駆動軸原点Ｍに位置するときに、レンズ中心Ｏが光軸Ｌを通る。

図５（Ｃ）に示すように、固定部１４０は、第１駆動コイル１４２および第２駆動コイル１４４を備える。すなわち、第１駆動コイル１４２と図５（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、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、Ｘ軸に対して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、Ｙ軸に対して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、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。

本実施形態では、図５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。そこで、たとえば、図６に示すように、可動部１３０をＸ軸方向に移動させる場合には、第１ＶＣＭ１５２の駆動力Ｆ_ｘ’および第２ＶＣＭ１５４の駆動力Ｆ_ｙ’を可動部１３０に作用させる。なぜなら、第１ＶＣＭ１５２による駆動力Ｆ_ｘ’は、Ｘ軸に沿った駆動力成分Ｆ_ｘ’ｘとＹ軸に沿った駆動力成分Ｆ_ｘ’ｙとを含む。そこで、駆動力Ｆ_ｘ’のＹ軸に沿った駆動力成分Ｆ_ｘ’ｙをキャンセルするように、第２ＶＣＭ１５４を駆動する。つまり、第２ＶＣＭ１５４による駆動力Ｆ_ｙ’のＹ軸に沿った駆動力成分Ｆ_ｙ’ｙにより、第１ＶＣＭ１５２のＹ軸に沿った駆動力Ｆ_ｘ’ｙをキャンセルする。このように、第１ＶＣＭ１５２および第２ＶＣＭ１５４を駆動することにより、可動部１３０をＸ軸に沿って移動させることができる。なお、上記の場合においては、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１３０には、Ｆ_ｘ’ｘおよびＦ_ｙ’ｘが作用している。また、図７に示すように、可動部１３０をＹ軸方向に移動させる場合も、可動部１３０をＸ軸方向に移動させる場合と同様に、第１ＶＣＭ１５２の駆動力Ｆ_ｘ’および第２ＶＣＭ１５４の駆動力Ｆ_ｙ’を可動部１３０に作用させる。

第１ＶＣＭ１５２による駆動力Ｆ_ｘ’は下記の数式１により表され、第２ＶＣＭ１５４の駆動力Ｆ_ｙ’は数式２により表される。したがって、数式１および数式２に示すベクトル変換を用いて、第１ＶＣＭ１５２および第２ＶＣＭ１５４を駆動することにより、ホール素子検出軸Ｘ，ＹとＶＣＭ駆動軸Ｘ’，Ｙ’との整合性が保たれる。

ここで、上記の数式１および数式２を変形することにより、以下の数式３および数式４が得られる。

数式３および数式４からも明らかなように、ホール素子の検出軸であるＸ軸およびＹ軸方向に沿った駆動力Ｆ_ｘおよびＦ_ｙを発生させる際には、第１ＶＣＭ１５２および第２ＶＣＭ１５４は、“−Ｆ_ｙ’ｓｉｎθ”および“−Ｆ_ｘ’ｓｉｎθ”で示される負値の駆動力（目標移動方向とは逆向きの駆動力）を発生させる必要がある。

そこで、本実施形態では、図５（Ｂ）等に示すように、可動部１３０にバランサ１３８を設置することにより、可動部重心Ｇをレンズ中心Ｏに近づけてある。このため、本実施形態では、可動部重心Ｇに近接する駆動軸原点Ｍがレンズ中心Ｏに近づき、レンズ中心Ｏを通るＸ軸およびＹ軸にＸ’軸およびＹ’軸が近接する。その結果、本実施形態では、駆動軸傾斜角度θを小さくすることができる。

本実施形態では、上記のように、駆動軸傾斜角度θが小さくなるように構成してあるので、上記の数式３および数式４に示す目標移動方向とは逆向きの余分な駆動力“−Ｆ_ｙ’ｓｉｎθ”および“−Ｆ_ｘ’ｓｉｎθ”が小さくなっている。したがって、本実施形態では、検出軸に沿った駆動力を効率良く可動部に作用させることが可能であり、可動部を効率良く目標位置に移動させることができる。なお、駆動軸傾斜角度θは、好適には、０度である。駆動軸傾斜角度θが０度のときには、Ｘ軸とＸ’軸とが一致するとともにＹ軸とＹ’軸とが一致し、目標移動方向とは逆向きの余分な駆動力“−Ｆ_ｙ’ｓｉｎθ”および“−Ｆ_ｘ’ｓｉｎθ”が発生しない。駆動軸傾斜角度θが大きすぎる場合、たとえば４５度であると、Ｘ’軸とＹ’軸が一致してしまい、正常に駆動ができなくなる。したがって４５度より小さい角度とするのが好ましい。

次に、本実施形態の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。なお、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、説明を省略する。

Ｘ軸方向の可動部１３０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}を出力とする伝達関数を数式５に示す。数式５において、ｍは可動部１３０の質量（ｋｇ）を表し、Ｊ_ＧＺは可動部重心Ｇを通るＺ軸まわりの慣性モーメント（ｋｇ・ｍｍ２）を表し、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。また、図５にも示すように、δは駆動力Ｆ_ｘの重心ずれ（駆動軸原点Ｍ−可動部重心Ｇ間距離）（ｍｍ）を表し、Ｂはホール素子１２２の重心ずれ（ｍｍ）を表す。

数式５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４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５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６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７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５に示す伝達関数から数式８に示す伝達関数を導く。

数式８に示されるように、ＫＫファクタの値が−１以下の場合は、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８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５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８に示す伝達関数が正になり、しかも数式５に示す伝達関数において回転成分が正となり、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６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５に示すように、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。

図８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移動量に係る定常偏差の関係を示す。図８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。

本実施形態では、上記のように、図５において、駆動軸傾斜角度θを調整することにより、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ＫＫ１以下となるように、駆動軸傾斜角度θを調整する。

図９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９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９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５において、駆動軸原点Ｍが可動部重心Ｇに一致する。図９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ＫＫ１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ＫＫ１以下になる。ＫＫファクタが、０以上であり且つＫＫ１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、上記の範囲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４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５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、本実施形態では、可動部１３０にバランサ１３８を設置することにより、可動部重心Ｇをレンズ中心Ｏに近づけてある。その結果、Ｘ軸がＸ’軸に近接するとともに、Ｙ軸がＹ’軸に近接するので、本実施形態では、検出軸に沿った駆動力を効率良く可動部に作用させることが可能であり、可動部を効率良く目標位置に移動させることができる。

また、本実施形態では、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。また、可動部のレンズ中心Ｏが光軸Ｌを通るときに、第１ホール素子１２２および第２ホール素子１２４はともに０に対応する位置情報を出力する。

本実施形態では、図５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４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。

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。

１００ ブレ補正装置
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
１３８ バランサ
１４０ 固定部
１４２ 第１駆動コイル
１４４ 第２駆動コイル
１５２ 第１ＶＣＭ
１５４ 第２ＶＣＭ
Ｇ 可動部重心
Ｍ 駆動軸原点
Ｎ 検出軸原点
Ｏ レンズ中心
Ｌ３ ブレ補正レンズ

Claims (10)

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、光学系により結像される像のブレを補正するブレ補正部材と、
   前記移動部材の重心を前記ブレ補正部材の中心に近づけるように前記移動部材に設けられた重心調節部材と、
   前記光学系の光軸に交差する平面上において、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、前記ブレ補正部材の中心よりも前記重心調節部材が設けられた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. 前記ブレ補正部材は、少なくとも前記光学系の一部であることを特徴とする請求項１に記載のブレ補正装置。
3. 前記第１軸と前記第２軸とが直角以外の角度で交差してい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. 前記平面上において、前記光軸を通る第３軸に沿って前記移動部材の位置を検出する第１検出手段と、
   前記平面上において、前記光軸を通り且つ前記第３軸に交差する第４軸に沿って前記移動部材の位置を検出する第２検出手段と、をさらに有す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. 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４に記載のブレ補正装置。
6. 前記平面上において、前記第１軸と前記第２軸との交点が、前記重心調節部材が設けられた前記移動部材の重心と前記ブレ補正部材の中心との間にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のブレ補正装置。
7. 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１〜６のいずれかに記載のブレ補正装置。
8. 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撮像素子の前記第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４〜６の何れかに従属する請求項６に記載のブレ補正装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のブレ補正装置を含むレンズ鏡筒。
10. 請求項１〜８のいずれかに記載のブレ補正装置を含む撮影装置。

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