JP4174240B2 - 振れ補正装置およびこれを備えた光学機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振れ補正装置に生じる振動を検出して、像振れ補正を行う振れ補正装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在のカメラは、露出決定やピント合わせ等の撮影にとって重要な作業はすべて自動化されてきており、カメラ操作に未熟な人でも撮影の失敗を起こす可能性は非常に少なくなっている。
【０００３】
また最近では、カメラに加わる手振れによる像振れを補正するシステムも研究されており、撮影者の撮影失敗を誘発する要因はほとんど無くなってきている。
【０００４】
ここで、手振れによる像振れを補正するシステムについて簡単に説明する。
【０００５】
撮影時のカメラの手振れは、周波数として通常１Ｈｚ乃至１２Ｈｚの振動であるが、シャッタのレリーズ時点においてこのような手振れを起こしていても像振れの無い写真を撮影可能とするためには、基本的な考えとして上記手振れによるカメラの振動を検出し、その検出値に応じて補正レンズを変位させなければならない。従って、手振れが生じても像振れを生じない写真を撮影可能とするためには、第１にカメラの振動を正確に検出すること、第２にカメラの振動による光軸変化を補正レンズを変位させて補正することが必要となる。
【０００６】
この振動（カメラ振れ）の検出は、原理的にいえば、加速度，速度等を検出する振動検出回路と、この振動検出回路の出力信号を電気的あるいは機械的に積分して変位を出力するカメラ振れ検出手段とをカメラに搭載することによって行なうことができる。そして、これらの検出情報に基づいて補正レンズを変位させ撮影光軸を変化させるべく搭載された振れ補正装置内の振れ補正手段を制御することにより、像振れ補正が可能となる。
【０００７】
ここで、振れ検出手段を用いた防振システムについて、図８を用いてその概要を説明する。図８の例は、図示矢印８１方向のカメラ縦ブレ（ピッチ方向）８１ｐおよびカメラ横ブレ（ヨー方向）８１ｙに由来する像ブレを抑制するシステムの図である。
【０００８】
同図中８２はレンズ鏡筒、８３ｐ，８３ｙは各々カメラ縦ブレ振動、カメラ横ブレ振動を検出する振れ検出手段で、それぞれの振れ検出方向を８４ｐ，８４ｙで示してある。８５は振れ補正手段（８７ｐ，８７ｙは各々振れ補正手段８５に推力を与えるコイル、８６ｐ，８６ｙは振れ補正手段８５の位置を検出する検出素子）であり、この振れ補正手段８５は位置制御ループを設けており、振れ検出手段８３ｐ，８３ｙの出力を目標値として駆動され、像面８８での安定を確保している。
【０００９】
また、衝撃吸収等のために弾性手段により振れ補正手段を支持した振れ補正装置も提案されている。この場合振れ補正装置の取り付け方向や、駆動手段の制御上から駆動手段に対し弾性手段の発生させる抗力は同一になるように設定し、ピッチ、ヨーの駆動手段がある場合はピッチ、ヨーで差が出ないよう４５°の傾きをもって振れ補正手段を支持したり或いは全方向で均一になるよう均等３方向または均等４方向に同一の弾性手段を配置して支持していた。一方、弾性手段で支持しその弾性力に抗する力で制御することで振れ補正手段の位置検知手段を廃止し、かつ振れ補正手段の固有振動数による不具合解消の方法について本出願人は特開平８―１８４８７０等を提案している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８で説明した振れ補正装置（補正手段およびその駆動制御系より成る）は、補正手段の位置を検出する手段を有し、その出力で補正手段を駆動制御しているため、精度良い振れ補正駆動を行なえるメリットは有るが、位置を検出するための手段として位置検出素子８６ｐ，８６ｙが必要であり、また、位置検出のための電力（検出素子８６ｐ，８６ｙの駆動および制御回路駆動用）も必要であるという問題があり、更にコンパクトで省電力の補正手段が望まれていた。
【００１１】
また、特開平８−１８４８７０では、上記課題を解決するために弾性手段を用いて支持し、その弾性手段に抗する駆動力を電気的に供給することで振れ補正手段の位置検知を廃止できているが、弾性手段で支持しているために生じる固有振動数を電気的にローパスフィルタや制御方法を変え対策としている。この構成は、振動検知手段に固有振動数と同じ周波数が入力された場合には有効であるが、振れ補正装置自体に固有振動数と同じ周波数の振動が入力された場合は共振現象による像の劣化を補正しきれないという問題があった。
（発明の目的）
本発明の目的は、振れ補正の方向によって固有振動数を変えることで、振れ補正装置に入力される振動によって発生する共振を防いで、得られる像への悪影響を少なくし、かつコンパクトな構成で、消費電力を最小限に抑えた振れ補正装置の提供である。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本出願に係る第１の発明は、像振れを補正するための光学系を有する振れ補正手段と、この振れ補正手段を光軸と直交する平面上で変位可能に支持する弾性手段と、前記振れ補正手段を像振れ補正可能な位置に変位させるために、前記弾性手段に抗する駆動力を発生させる駆動手段とを有する振れ補正装置であって、前記駆動手段は、水平方向および垂直方向の２方向に対応する２つの駆動手段を有し、前記振れ補正手段の固有振動数は、水平方向と垂直方向とで異なる構成としている。
【００２２】
上記目的を達成するために、本出願に係る第２の発明は、像振れを補正するための光学系を有する振れ補正手段と、この振れ補正手段を光軸と直交する平面上で変位可能に支持する弾性手段と、この弾性手段の弾性力に抗する駆動力を与える駆動手段と、前記振れ補正手段を像振れ補正可能な位置に変位させるために、前記弾性手段の弾性力に釣り合う駆動目標値を前記駆動手段に入力させる制御手段とを設けた振れ補正装置であって、前記駆動手段は、水平方向および垂直方向の２方向に対応する２つの駆動手段を有し、前記振れ補正手段の固有振動数は、水平方向と垂直方向とで異なる構成としている。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１は本発明の実施形態である振れ補正装置の分解斜視図。図２は振れ補正装置の裏面図。図３は断面図と制御系を表した図であり、同一の機能を持つ部分は同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３１】
まず図１を基にしながら本実施形態を説明していく。１は支持枠であり不図示の貼り合わせレンズＬ１が内周に嵌合し、加締めによって支持枠１と一体的に固定され、振れ補正手段として機能する。支持枠１は地板２に対して光軸に直交な面を２次元方向に移動することにより振れ補正を行なっている。地板２には３方向に光軸直交の同一面上に摺動カム２ａが設けられている。５は金属の摺動ピンであり、摺動カム２ａを介して支持枠１に設けられている３箇所の穴１ａに圧入されることで支持枠１と一体化し、支持枠１は地板２に対し摺動ピン５と摺動カム２ａで結合し、光軸方向に位置規制されているが、光軸直交面上のすべての方向に移動できる。なお、摺動ピン５と摺動カム２ａのガタについては、摺動ピン５の太さを調節することで可能である。
【００３２】
また、この摺動カム２ａは、振れ補正装置の外形が一段小さい径となっている３箇所の凹部２ｂの内側に形成され、この凹部に他の部材等を配置し振れ補正装置の前後を繋いだりすることができる。また摺動カム２ａの摺動面には凹部が設けられ内部に粘性油１２が満たされ摺動にダンピングを与えている。（図３参照）
２ｃは本振れ補正装置を支持するための穴であり、外周上に３箇所設けられている。この穴に他の部材、例えばコロ１０等を挿入しビス１１で締め付け固定することでよって、振れ補正装置を光学機器内に支持することができる。また、前述したが摺動ピンの太さを換えることでガタ補正した場合、振れ補正手段である支持枠１自体が光軸に対し倒れてしまう場合があるが上記３つの固定用のコロ１０の内、１つ乃至２つを偏心コロにしておけば、偏心コロを回転するだけで振れ補正装置全体を傾けることができ、支持枠１の倒れを補正し実害を少なくできる。
【００３３】
４ｐ、４ｙは第１マグネットであり３の第１ヨークにそれぞれ磁気結合により固定されている。７ｐ、７ｙは第２マグネットであり８の第２ヨークにそれぞれ磁気結合されている。４ｐ、４ｙは共に第１ヨークに設けられている突起３ａに、７ｐ、７ｙも第２ヨークに設けられている同様の突起８ａ（不図示）によって位置規制されている。また、マグネットはそれぞれ光軸に近い側と遠い側で着磁方向が異なっておりマグネットの中心付近は非着磁領域になっている。（図３参照）これは、対向する位置に配置されるコイル６ｐ、６ｙの巻線の位置と合わせ駆動力を効率よく発生させるためである。
【００３４】
また本実施形態においては、４ｐ、７ｐのマグネットの磁力は４ｙ、７ｙよりも大きい。
【００３５】
地板２への固定は、第１ヨーク３に設けられている２箇所の穴３ｂに地板に設けられている２箇所の突起２ｄが入り込むことによって位置が決まり、３箇所の穴と凹部３ｃと地板に設けられている３箇所の穴２ｅを不図示の３本のビスにて締め付けることで固定される。なお、第１ヨークの固定は支持枠に摺動ピンを圧入前に行なう。 同様に第２ヨーク８でも穴８ｂと凹部８ｃに地板２の２箇所の突起部２ｆが入り込むことで位置が決められ、３本の不図示のビスによって穴８ｄと２ｇを締め付け固定される。
【００３６】
６ｐ、６ｙはコイルであり、導電部材の巻線（コイル）部６ａと支持枠に固定するための樹脂で形成された支持部６ｂによって構成されている。支持枠への固定方法は支持枠１に設けられている腕部１ｂの上に前記支持部６ｂを当接させ、６ｂに設けられている穴（不図示）に支持枠１の突起部１ｃを入り込ませることで位置を決定し接着することで行なう。
【００３７】
従って第１ヨーク３、第１マグネット４、第２マグネット７、第２ヨーク８からなるループ上の閉磁路内にコイル６の導電部が位置しているため、コイル６に通電することでコイル６つまり支持枠１、補正レンズＬ１、より成る振れ補正手段がピッチ方向（Ｐ）およびヨー方向（Ｙ）に駆動され、像振れが補正される。なお着磁方向については図３を参照されたい。
【００３８】
なお、ピッチ方向、ヨー方向はそれぞれ垂直方向、水平方向であるが、これは振れ検知部が光学機器に係る振れをピッチ成分とヨー成分に分けて検知していることと後述する弾性部材による固有振動数の関係とに由来している。
【００３９】
また、コイルへの通電方法は不図示の可撓性回路基板から行なわれ、この可撓性回路基板上には制御用の素子が実装されており、第２ヨーク８の前側或いは地板２の後ろ側に固定され他の回路基板との接続のための接続部が伸びている。この接続部の受け部が地板２に形成されている延出部２ｈであり、両面テープ等によって固定される。
【００４０】
９は弾性部材である圧縮コイルバネであり、ピッチ方向に９ｐａ、９ｐｂ、ヨー方向に９ｙａ、９ｙｂが設けられ、それぞれの端面は光軸側が支持枠に設けられている平面部１ｄに当接し、突起部１ｅがコイルバネの内側に入り込む外れ防止になっている。もう一方の端も同様に地板２の平面部２ｉに当接し、突起部２ｊがバネの内側に入り込む外れ防止になっている。
【００４１】
また、バネ定数は９ｐａ，９ｐｂ＞９ｙａ，９ｙｂであり、本実施形態においては、それぞれの方向のバネ定数の合計で、ピッチ方向とヨー方向の差が２倍異なる設定となっている。この理由に関しては後述する。
【００４２】
この様に支持枠１は地板２に対し振れ補正方向に弾性的に支持されている。また、振れ補正手段の駆動用コイル６ｐ，６ｙに入力される電圧（電力）は、振れ補正のための目標値入力であり、不図示の振動検出回路からの出力である。ここで、コイルバネ９ｐａ，９ｐｂ，９ｙａ，９ｙｂは線形であり、入力目標値（電圧）に対するコイル６ｐ，６ｙの推力の関係も線形であるため、上記コイルバネの弾性定数（変位に対する弾性力）とコイルの推力定数（入力電圧に対する推力）が予め分かっていれば、入力電圧を調節することで補正手段に希望の変位値を与えられ、従来の振れ補正装置のように特別な位置検出手段を必要としない。
【００４３】
また、図１を基に説明してきたが従来の振れ補正装置と比較して、ロック機構、ローリング対策機構、位置検知関連の部品が廃止されたシンプルな構成となっている。
【００４４】
なお、バネで支持した補正手段の周波数特性の概要は、図５（ａ）のボード線図に示す様に、その固有振動数ｆ０（バネ定数と補正手段の重さで決まる）以上の周波数で利得が減衰する。つまり、目標値に対して補正手段の駆動量が小さくなってゆく。この固有振動数ｆ０ は通常の手振れ帯域Ａより高くしておき、上記減衰領域（振れが補正できない領域）が振れ補正帯域と重ならない様にしておく必要がある。しかしながら、実際の撮影においてはクイックリターンミラーの振動（以下ミラー振れと称する）やシャッタ駆動時の振動（以下、シャッタ振れと称する）等の通常の振れ補正帯域より高周波の振れも存在している。従って、これらミラー振れやシャッタ振れよりもｆ０を高くすれば影響は無くなるが、その場合にはそれだけ駆動に要する電力や磁力が必要になり装置自体の大型化、電力消費が高くなってしまう要因になる。
【００４５】
そこで本発明は、これらミラー振れやシャッタ振れの周波数の帯域が分かっていることの他にそれらに起因する振動の方向も規則性があることに注目し、振れ補正手段（支持枠１を含むＬ１の弾性支持されている部分）の振れ補正方向によって固有振動数を異ならせることで、大型化と消費電力の省エネ化を達成することができた。
【００４６】
具体的には、図４で説明する。図４は振れ補正装置を有する光学機器の一種であるカメラシステムを表している。４１の交換レンズ部と４５のカメラ部に分割できそれぞれは５２で電気的、機械的に接続されシステムを構成している。交換レンズ部４１内には前玉レンズ４２があり、ここを通過した光が振れ補正装置Ａ（構成番号が他の図と同じ物は同一の要素である）が備え付けられている。また、ピッチ方向、ヨー方向の振動検出回路４３ｐ、４３ｙが制御回路４４ｐ、４４ｙを介して接続され振れ補正を行なう。カメラ部４５はクイックリターンミラー４６が光軸Ｘ上に配置されファインダー系が像を得られるように配置してある。またクイックリターンミラー４６の一部はハーフミラーになっていて小ミラー４７によってＡＦ装置４８にて信号を発生できるよう像を曲げている。４９はシャッタ装置であり、不図示のレリーズボタンが押されたときはクイックリターンミラー４６、小ミラー４７を光路外に待避させた後、シャッタが上から下に向かって走ることで像面５０に配置されるフィルムに光が到達し像が得られ、その後４６、４７が元の位置に戻る。５１はファインダー系のピント板であり５０で得られる像の反転像が結像する。
【００４７】
以上のように本システムにおいてのクイックリターンミラー駆動およびシャッタ駆動は全てこの図で言う上下方向（ピッチ方向）であり、実際にレリーズ時の振動検出回路の信号を見ても４３ｐ（ピッチ方向）の出力信号が特に変動している。また、ミラー振れの原因であるクイックリターンミラー駆動、シャッタ振れの原因であるシャッタ駆動はそれぞれ振動方向が同一のピッチ方向であり、周波数は概ね４０〜５０Ｈｚ、１２０〜２００Ｈｚであることが測定結果により分かった。
【００４８】
そこで本発明の振れ補正装置では、図中９ｐａ、９ｐｂの合成バネ定数による固有振動数を上記周波数帯域からずらすことで制御不能にはならない様に構成できた。本実施形態においてはピッチ方向の固有振動数を８０Ｈｚ付近になるように設定してある。また、全ての方向の振れ補正方向の固有振動数を同様に異ならせるよりも消費電力を抑えることができ、コンパクトなままで構成できた。
【００４９】
一方、振動自体の振れ補正装置への入力はなくても振動検出回路が検出した場合は、駆動目標値として補正手段に入力され、次の様な問題が生ずる。
【００５０】
図５（ａ）で示した様に、固有振動数ｆ０以上では利得が減少するばかりではなく、その位相も遅れ、目標値入力に対して補正手段駆動の応答遅れも生ずる。そして、その遅れの量が大きい場合には補正手段の動きは振れを補正するのではなく、振れを増加させる方向に動いてしまう。つまり、振れを相殺する様に補正手段を動かそうとしている（振れの山を補正手段動作の谷で潰す）にも拘わらず、振れを大きくする様に補正手段が動いてしまう（振れの山に補正手段動作の山が加わる）。そのため、振れ補正を行なわないときよりも振れ補正を行ったときの方がクリックリターンミラーやシャッタの衝撃による振れが大きくなり、像劣化を生じさせることもある。
【００５１】
そこで、図５（ｂ）に示すボード線図のフィルタ（固有振動数ｆ０以上の目標値利得を減少させる）を目標値出力に接続して、クリックリターンミラーやシャッタの衝撃による振れは減衰させ、更に振れ補正手段自身も図５（ａ）で示した様にこの振れを小さくするため、補正手段はクリックリターンミラーやシャッタの衝撃による振れに対しては応答しなくなり、上記像劣化を防ぐことができる。つまりヨー方向についてはこの制御により固有振動数以上の周波数に関しての対策を行なっている。
【００５２】
以上のことを実現するために、図３に示す様に、振動検出回路からの目標値１５ｐ，１５ｙを演算回路１６ｐ，１６ｙに入力し、補正に適した目標値に変更させる。この演算回路１６ｐ，１６ｙは前述した様に補正手段の変位量（バネ力）に適したコイル電圧を与える量に目標値を変更するもので、また、カメラのズームやフォーカスに伴う振れ補正量の変更も行なう（一般に焦点距離が変わると補正手段の変位量に対する像面での振れ補正量が変化するため、この補正を行なう）。そして、その後フィルタ１７ｐ，１７ｙにて、図５（ａ）で示した特性により目標値に含まれるクイックリターンミラーやシャッタに起因する振れを減衰させる。フィルタ１７ｐ，１７ｙを通過した信号は駆動回路１８ｐ，１８ｙに入力され、ここでコイルへの印加電圧を発生させる（コイルに入力する電圧に対して十分な電流を与える）。
【００５３】
ここで、駆動回路１８ｐ，１８ｙ図５（ａ）では補正手段の周波数特性の概要を示したが、実際には図５（ｃ）の様に固有振動数ｆ０ 付近では利得が大きくなっており（共振している）、このため補正手段の駆動速度が速く、この様な共振現象はこの周波数の振れが入力された場合、過応答を示し好ましくないため、図５（ｃ）に示す一点鎖線の様に修正する必要がある。本実施形態においては、図５（ｃ）の固有振動数付近の持ち上がりを小さくするために、摺動ピン５と摺動カム２ａ間に図３に示す様に粘性油１２が満たされており、摺動ピン５との摺動にダンピング（制動）を与えている。
【００５４】
図６はピッチ方向とヨー方向の周波数特性の違いを示した図である。この図からも、ピッチ方向とヨー方向で前記図５（ｃ）でいう山の周波数が異なっている。
【００５５】
また、図５（ｃ）で示している一点鎖線の線図のように持っていくには更なるダンピングを与える要素を追加する必要があるが、ダンピングを大きくすると消費電力上のメリットが少なくなり、また位相遅れも発生するため、適当な量に設定する必要がある。
【００５６】
また、振れ補正手段の固有振動数は、振れ補正手段の質量によって異なるため、固有振動の周波数の調整は、振れ補正装置が変われば、その弾性支持するバネ定数も選択し直す必要がある。
（第２実施形態）
次に図７で第２実施形態について説明する。
【００５７】
本実施形態においては支持枠７８を支持している弾性部材のバネ７１、７２、７３、７４、７５、７６は全て同一であるが図のような配置としたことで第１実施形態と同様の効果を得ることができた。なお、バネ７１、７２、７３、７４、７５、７６の支持方法は第１実施形態と同様である。
【００５８】
以上が本発明の実施形態であるが、本発明は、これら実施形態の構成に限定されるものではなく、請求項で示した機能、または実施形態がもつ機能が達成できる構成であればどのようなものであってもよいことは言うまでもない。例えば実施形態においてはミラー振れ、シャッタ振れはピッチ方向としたが、横走りシャッタや他の振動要素が別の方向であればその方向の固有振動数を異ならせてもいいことは言うまでもない。また、光学機器はカメラを含むシステムで説明したが、その他の光学機器や他の装置、更には構成ユニットとしても適用することができるものである。更に、本発明は、以上の各実施形態、またはそれらの技術を適当に組み合わせた構成にしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本願各発明によれば、弾性支持された振れ補正手段の固有振動数を振れ補正方向によって異なる構成としたことでミラー振れやシャッタ振れ等の外乱による振動が振れ補正装置に入力される振動による共振を防ぐことができ、的確な像振れ補正を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である振れ補正装置の分解斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態である振れ補正装置の正面図。
【図３】本発明の第１実施形態である振れ補正装置の断面図と制御系を表した図。
【図４】本発明の第１実施形態である振れ補正装置を内蔵した光学機器を含むカメラシステムの概念図。
【図５】本発明の第１実施形態である振れ補正装置の周波数特性を示した概念図。
【図６】本発明の第１実施形態である振れ補正装置の周波数特性（ゲイン）を示した図。
【図７】本発明の第２実施形態である振れ補正装置の正面図。
【図８】振れ補正光学装置のシステム図。
【符号の説明】
１ 振れ補正レンズ
２ 地板
３ 第１ヨーク
４ 第１マグネット
５ 摺動ピン
６ コイル
７ 第２マグネット
８ 第２ヨーク
９ 圧縮コイルバネ

Claims (4)

1. 像振れを補正するための光学系を有する振れ補正手段と、前記振れ補正手段を光軸と直交する平面上で変位可能に支持する弾性手段と、前記振れ補正手段を像振れ補正可能な位置に変位させるために、前記弾性手段に抗する駆動力を発生させる駆動手段とを有する振れ補正装置であって、
   前記駆動手段は、水平方向および垂直方向の２方向に対応する２つの駆動手段を有し、
   前記振れ補正手段の固有振動数は、水平方向と垂直方向とで異なることを特徴とする振れ補正装置。
2. 像振れを補正するための光学系を有する振れ補正手段と、前記振れ補正手段を光軸と直交する平面上で変位可能に支持する弾性手段と、前記弾性手段の弾性力に抗する駆動力を与える駆動手段と、前記振れ補正手段を像振れ補正可能な位置に変位させるために、前記弾性手段の弾性力に釣り合う駆動目標値を前記駆動手段に入力させる制御手段とを設けた振れ補正装置であって、
   前記駆動手段は、水平方向および垂直方向の２方向に対応する２つの駆動手段を有し、
   前記振れ補正手段の固有振動数は、水平方向と垂直方向とで異なることを特徴とする振れ補正装置。
3. 前記弾性手段は、複数のバネで構成され、前記複数のバネの前記振れ補正手段における合成バネ定数が水平方向と垂直方向で異なることを特徴とする請求項２に記載の振れ補正装置。
4. 前記合成バネ定数は水平方向よりも垂直方向の方が２倍以上大きいことを特徴とする請求項３に記載の振れ補正装置。

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