JP4659465B2 - 振れ補正装置および光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、手振れ等の振れを補正する振れ補正装置および該振れ補正装置を具備するカメラ等の光学機器に関するものである。

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全て自動化され、カメラ操作に未熟な人でも撮影失敗を起こす可能性は非常に少なくなっている。また最近では、カメラに加わる手振れを防ぐ防振システムも研究されており、撮影者の撮影ミスを誘発する要因は殆ど無くなってきている。

ここで、防振システムについて簡単に説明する。撮影時のカメラの手振れは、周波数として通常１Ｈｚないし１０Ｈｚ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の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、カメラ振れが生じても像振れが生じない写真を撮影するためには、第１にカメラの振動を正確に検出し、第２に手振れによる光軸変化を補正することが必要となる。

この振動（カメラ振れ）の検出は、原理的にいえば、加速度、角加速度、角速度、角変位等を検出し、カメラ振れ補正の為にその出力を適宜演算処理する手段をカメラに搭載することによって行うことができる。そして、この検出情報に基づいて撮影光軸を偏心させる振れ補正装置を駆動させて像振れ抑制が行われる。

図１２はデジタルコンパクトカメラの一例の外観図であり、カメラ本体４３には、レリーズボタン４３ａ、モードダイアル（メインスイッチを含む）４３ｂ、リトラクタブルストロボ４３ｃ、および、上記のような手振れを防ぐシステムを備えている。また、図１２では見えないが、該カメラ本体４３の背面には液晶モニターが設けられており、該液晶モニターにより後述する撮像素子で撮像される像を確認して、撮影を行えるようになっている。そして、この撮影の際等に上記防振システムを機能させることにより、光軸４１に対してカメラ縦方向（ピッチ方向）４２ｐの振れ及び横方向（ヨー方向）４２ｙの振れに対して振れ補正を行うことが可能である。

図１３は、図１２のカメラ本体４３内に具備される防振システムの主要部分の構成を示す斜視図であり、同図において、５２は補正光学系であるところの補正レンズ、５３は補正レンズ５２を保持する保持枠である。５０は補正レンズ５２や保持枠５３等より成り、矢印５８ｐ，５８ｙ方向に自在に駆動されて図１２に示したピッチ方向４２ｐ、ヨー方向４２ｙの振れ補正を行う振れ補正装置であり、詳細については後述する。４５ｐ，４５ｙは各々矢印４６ｐ，４６ｙ回りの振れを検出する角速度計や角加速度計等の振動検出部である。また、４４は撮像素子である。上記振動検出部４５ｐ，４５ｙの出力は後述する演算回路４７ｐ，４７ｙを介して振れ補正装置５０の駆動目標値に変換され、該振れ補正装置５３のコイルに入力されることで振れ補正が行われる。

図１４は、図１３に示した振動検出部４５ｐおよび演算回路４７ｐを示すブロック図であり、演算回路４７ｙは演算回路４７ｐと同様な構成の為にここでは演算回路４７ｐのみを用いてその詳細を説明する。

演算回路４７ｐは、一点鎖線にて囲まれる、ＤＣカットフィルタ兼増幅部４８ｐ、ローパスフィルタ兼増幅部４９ｐ、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部４１０ｐ、カメラマイコン４１１、および、ＰＷＭドライバ等の公知の駆動回路部４２０ｐにより構成される。前記カメラマイコン４１１は、記憶部４１２ｐ、差動部４１３ｐ、ＤＣカットフィルタ４１４ｐ、積分部４１５ｐ、敏感度調整部４１６ｐ、記憶部４１７ｐ、差動部４１８ｐ、および、ＰＷＭデューティ変換部４１９ｐにより構成される。

ここで、上記振動検出部４５ｐとして、カメラの振れ角速度を検出する振動ジャイロを用いており、振動ジャイロはカメラのメインスイッチのオンと同期して駆動され、該カメラに加わる振れ角速度の検出を開始する。振動検出部４５ｐの出力信号は、演算回路４７ｐ内のアナログ回路で構成されるＤＣカットフィルタ兼増幅部４８ｐにより信号に重畳しているＤＣバイアス成分がカットされると共に適宜信号の増幅が行われる。このＤＣカットフィルタ兼増幅部４８ｐは０．１Ｈｚ以下の周波数の信号をカットする周波数特性を有しており、カメラに加わる１ないし１０Ｈｚの手振れ周波数帯域には影響が及ばないように構成されている。しかしながら、このように０．１Ｈｚ以下をカットする特性にすると、振動検出部４５ｐから振れ信号が入力してから完全にＤＣがカットされるまでには１０秒近くかかってしまう。そこで、カメラのメインスイッチがオンされてから例えば０．１秒まではＤＣカットフィルタ兼増幅部４８ｐの時定数を小さく（例えば、１０Ｈｚ以下の周波数の信号をカットする特性にする）しておく事で、０．１秒位の短い時間でＤＣをカットし、その後に時定数を大きくして（０．１Ｈｚ以下の周波数のみカットする特性にして）ＤＣカットフィルタ兼増幅部４８ｐにより振れ角速度信号が劣化しないようにしている。

ＤＣカットフィルタ兼増幅部４８ｐの出力は、アナログ回路で構成されるローパスフィルタ兼増幅部４９ｐによりＡ／Ｄ分解能にあわせて適宜増幅されると共に振れ角速度信号に重畳する高周波のノイズがカットされる。これは、振れ角速度信号をカメラマイコン４１１に入力する時のＡ／Ｄ変換部４１０ｐのサンプリングにおいて振れ角速度信号のノイズにより読み誤りが起きるのを避ける為である。ローパスフィルタ兼増幅部４９ｐの信号は、次段のＡ／Ｄ変換部４１０ｐによりサンプリングされてカメラマイコン４１１に取り込まれる。

以下、カメラマイコン４１１での信号処理について説明する。上記ＤＣカットフィルタ兼増幅部４８ｐによりＤＣバイアス成分はカットされている訳であるが、その後のローパスフィルタ兼増幅部４９ｐの増幅により再びＤＣバイアス成分が振れ角速度信号に重畳している為に、カメラマイコン４１１内において再度ＤＣカットを行う必要がある。そこで、例えばカメラメインスイッチのオンから０．２秒後にサンプリングされた振れ角速度信号を記憶部４１２ｐで記憶し、差動部４１３ｐにより記憶値と振れ角速度信号の差を求めることでＤＣカットを行う。尚、この動作では大雑把なＤＣカットしか出来ない為に（カメラメインスイッチのオンから０．２秒後に記憶された振れ角速度信号の中にはＤＣ成分ばかりでなく、実際の手振れも含まれている為）、後段のディジタルフィルタで構成されたＤＣカットフィルタ４１４ｐにより十分なＤＣカットを行っている。このＤＣカットフィルタ４１４ｐの時定数も、アナログのＤＣカットフィルタ兼増幅部４８ｐと同様に変更可能になっており、カメラのメインスイッチのオンから０．２秒後から更に０．２秒費やしてその時定数を徐々に大きくしている。具体的には、このＤＣカットフィルタ４１４ｐはメインスイッチのオンから０．２秒経過した時には１０Ｈｚ以下の周波数をカットするフィルタ特性となっており、その後５０ｍｓｅｃ毎にフィルタでカットする周波数を５Ｈｚ→１Ｈｚ→０．５Ｈｚ→０．２Ｈｚと下げてゆく。但し、上記動作の間に撮影者がシャッタレリーズボタンを半押し（ｓｗ１をオン）して測光、測距の動作を開始させた場合には直ちに撮影を行う可能性があり、時間を費やして時定数変更を行う事が好ましくない場合もある。

そこで、その様な時には撮影条件に応じて時定数変更を途中で中止する。例えば測光結果により撮影シャッタスピードが１／６０となることが判明し、撮影焦点距離が１５０ｍｍの時には、防振の精度はさほど要求されない為に、ＤＣカットフィルタ４１４ｐは０．５Ｈｚ以下の周波数をカットする特性まで時定数変更した時点で完了とする（シャッタスピードと撮影焦点距離の積により時定数変更量を制御する）。これにより時定数変更の時間を短縮でき、シャッタチャンスを優先する事が出来る。勿論より速いシャッタスピード、或いは、より短い焦点距離の時には、ＤＣカットフィルタ４１４ｐの特性は１Ｈｚ以下の周波数をカットする特性まで時定数変更した時点で完了とし、より遅いシャッタスピード、長い焦点距離の時には、時定数が最後まで変更完了となるまで撮影を禁止する。

積分部４１５ｐはＤＣカットフィルタ４１４ｐからの信号の積分を始め、角速度信号を角度信号に変換する。次段の敏感度調整部４１６ｐは、積分された角度信号をその時のカメラの焦点距離、被写体距離情報に基づいて適宜増幅し、振れ角度に応じて適切な量、振れ補正装置を駆動可能なように変換する（ズーム、フォーカスにより撮影光学系が変化し、補正レンズ５２の駆動量に対し光軸偏心量が変わる為、この補正を行う必要がある）。

シャッタレリーズボタンの半押し（ｓｗ１のオン）操作が行われることにより、振れ補正装置５０が駆動し始める。尚、この時点で、振れ補正装置５０の振れ補正動作が急激に始まらないように注意する必要がある。記憶部４１７ｐ及び差動部４１８ｐはこの対策の為に設けられている。記憶部４１７ｐは上記シャッタレリーズボタンの半押し時点で積分部４１５ｐの振れ角度信号を記憶する。差動部４１８ｐは積分部４１５ｐからの信号と記憶部４１７ｐからの信号の差を求める。その為、シャッタレリーズボタンの半押し時点における差動部４１８ｐの２つの信号入力は等しく、差動部４１８ｐの振れ補正装置５０の駆動目標値信号はゼロであるが、その後ゼロより連続的に出力されるようになる（記憶部４１７ｐはシャッタレリーズボタンの半押し時点の積分信号を原点にする役割となる）。これにより、振れ補正装置５０は急激に駆動される事が無くなる。

差動部４１８ｐからの目標値信号はＰＷＭデューティ変更部４１９ｐに入力される。振れ補正装置５０に具備されるコイルには振れ角度に対応した電圧或いは電流を印加すれば該振れ補正装置５０（補正レンズ５２および保持枠５３）はその振れ角度に対応して駆動される訳であるが、補正レンズ５２の駆動消費電力及びコイルの駆動トランジスタの省電力化の為にはＰＷＭ駆動が望ましい。そこで、ＰＷＭデューティ変更部４１９ｐが目標値に応じてコイル駆動デューティを変更している。例えば周波数が２０ＫＨｚのＰＷＭにおいて、差動部４１８ｐの目標値が「２０４８」の時にはデューティ「０」、「４０９６」の時にはデューティ「１００」とし、その間を等分にしてデューティを目標値に応じて決定していく。尚、デューティの決定は目標値ばかりではなく、その時のカメラの撮影条件（温度やカメラの姿勢、バッテリーの状態）によって細かく制御して精度良い振れ補正が行われるようにする。

ＰＷＭデューティ変更部４１９ｐの出力は、ＰＷＭドライバ等の公知の駆動回路部４２０ｐに入力され、該駆動回路部４２０ｐの出力が振れ補正装置５０に具備されるコイルに印加され、振れ補正が行われる。駆動回路部４２０ｐはシャッタレリーズボタンの半押しより０．２秒経過した時点に同期して駆動を開始する。

図１４のブロック図では示していないが、撮影者がカメラのシャッタレリーズボタンの押し切り（ｓｗ２のオン）操作を行い、露光が開始されたときも、このまま振れ補正は継続して行われているので、撮影像の振れによる画質劣化を防ぐことが出来る。また、振れ補正装置５０による振れ補正はシャッタレリーズボタンの半押し（ｓｗ１のオン）が継続されている限り継続して行われ、半押しが解除されると、記憶部４１７ｐが敏感度調整部４１６ｐの信号の記憶を止める（サンプリング状態になる）ので、差動部４１８ｐに入力される敏感度調整部４１６ｐ及び記憶部４１７ｐの信号が等しくなり、差動部４１８ｐの出力はゼロになる。そのために、振れ補正装置５０にはゼロの駆動目標値が入力され、振れ補正が停止される。

カメラのメインスイッチをオフにしない限り、積分部４１５ｐでは積分が継続されており、次のシャッタレリーズボタンの半押し（ｓｗ１のオン）で再び記憶部４１７ｐが新たな積分出力を記憶（信号ホールド）する。メインスイッチのオフで振動検出部４５ｐがオフされ、防振シーケンスは終了する。

尚、積分部４１５ｐの信号が所定値より大きくなった時には、カメラのパンニングが行われたと判定してＤＣカットフィルタ４１４ｐの時定数を変更する。例えば０．２Ｈｚ以下の周波数をカットする特性であったものを、１Ｈｚ以下をカットする特性に変更して、再び所定時間で時定数をもとに戻していく。この時定数変更量も積分部４１５ｐの出力の大きさにより制御される。即ち、出力が第１の閾値を超えた時にはＤＣカットフィルタ４１４ｐの特性を０．５Ｈｚ以下をカットする特性にし、第２の閾値を超えた時は１Ｈｚ以下をカットする特性、第３の閾値を超えた時は５Ｈｚ以下をカットする特性にする。また、積分部４１５ｐの出力が非常に大きくなった時（例えばカメラのパンニングなどの極めて大きな角速度が生じた場合）には、該積分部４１５ｐを一旦リセットして、演算上の飽和（オーバーフロー）を防止している。

図１４では、演算回路４７ｐ内に、ＤＣカットフィルタ兼増幅部４８ｐ及びローパスフィルタ兼増幅部４９ｐを具備しているが、これらは振動検出部４５ｐ内に具備するようにしても良いのは言うまでもない。

図１５は特許文献１等に開示されている振れ補正装置５０の構成図であり、図１５（ａ）は振れ補正装置５０の正面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）を矢印５１方向より見た図、図１５（ｃ）は図１５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図１５において、補正レンズ５２は保持枠５３に固定される２枚のレンズ５２ａ，５２ｂと地板５４に固定されるレンズ５２ｃにより構成され、撮影光学系の群の一部を成す。

保持枠５３には強磁性材料のヨーク５５が取り付けられ、該ヨーク５５の紙面裏面にはネオジウム等の永久磁石５６ｐ，５６ｙが吸着固定されている（図１５（ｃ）参照）。また、保持枠５３から３箇所等分に放射状に延出する三つ支持軸５３ａは地板５４の側壁５４ｂに設けられた長孔５４ａに嵌合している。

図１５（ｂ）に示すように、支持軸５３ａと長孔５４ａの関係は、補正レンズ５２の光軸５７の方向には嵌合してガタは生じないが、光軸５７と直交する方向には長孔５４ａが延びている。よって、保持枠５３は地板５４に対し光軸５７方向には移動規制されるが、光軸５７と直交する平面内には自由に移動できる（矢印５８ｐ，５８ｙ，５８ｒ）。但し、保持枠５３上のピン５３ｂと地板５４上のピン５４ｃ間に引っ張りコイルバネ５９が掛けられている為に各々の方向（５８ｐ，５８ｙ，５８ｒ）に弾性的に規制されている。

地板５４には永久磁石５６ｐ，５６ｙに対向してコイル５１０ｐ，５１０ｙが取り付けられている（一部かくれ線）。ヨーク５５、永久磁石５６ｐ、コイル５１０ｐの配置は図１５（ｃ）のようになっており（永久磁石５６ｙ、コイル５１０ｙも同配置）、コイル５１０ｐに電流を流すと保持枠５３は矢印５８ｐ方向に駆動され、コイル５１０ｙに電流を流すと保持枠５３は矢印５８ｙ方向に駆動される。そして、その駆動量は各々の方向における引っ張りコイルバネ５９のバネ定数とコイル５１０ｐ，５１０ｙと永久磁石５６ｐ，５６ｙの関連で生ずる推力との釣り合いで求まる。即ち、コイル５１０ｐ，５１０ｙに流す電流量に基づいて補正レンズ５２の変位（偏心）量を制御できる。

上述のような振れ補正装置５０は、カメラに搭載する為に消費電力をなるべく抑えて効率よい駆動を行うことが望まれる。また、最近のデジタルカメラにおいては撮像素子４４は非常に小型になってきている。このようにイメージサイズが小さくなってくると、その中における振れ補正装置５０は高い駆動精度が要求されるようになってくる。

その他の従来例として、各方向の駆動力を最適に定めて、駆動効率を高めるように構成された振れ補正装置も提案（特許文献２）されている。また、２方向の駆動を１２０度等分に配置した駆動手段により行うものにおいて、その合力を方向によって異ならせ、例えば振れの大きな方向に上記合力を揃えることで効率の良い駆動を可能にした振れ補正装置（特許文献３）も提案されている。
特開平１０−１８１３４３号公報 特開平１０−１７４４７０号公報 特開平５−２５７０８８号公報

しかしながら、上記特許文献２に開示の振れ補正装置では、該振れ補正装置の重量に起因する駆動負荷をバランスよく駆動手段に振り分けているが、対の駆動手段の駆動力や駆動手段の種類が異なるので、２軸方向に自由に駆動させる為に両駆動手段を駆動した際に精度の高い駆動を行うことができないといった課題を有していた。

また、特許文献３に開示の振れ補正装置では、モータと駆動レバーで補正レンズを付勢して移動（揺動）させる構成の為に、該補正レンズと駆動レバー間の飛び跳ねによる応答性劣化や、摩擦による駆動精度劣化が生じるといった課題を有していた。

また、上記特許文献２及び３の何れの振れ補正装置も、各駆動手段は補正レンズを保持する部材上に設けられて一体として駆動する構成でないため、高精度、高応答性に欠けるものであった。

（発明の目的）
本発明の第１の目的は、振れ補正を高精度に行うと共に、駆動効率を向上させることのできる振れ補正装置および光学機器を提供しようとするものである。

本発明の第２の目的は、小型化かつ振れ補正を高精度に行うことのできる振れ補正装置および光学機器を提供しようとするものである。

本発明の第３の目的は、駆動精度を向上させることのできる振れ補正装置および光学機器を提供しようとするものである。

上記の目的を達成するために、本発明は、振れを補正するためのレンズを保持する保持部材と、前記保持部材を駆動する第１、第２、第３の駆動手段を有し、前記第１、第２、第３の駆動手段による駆動力の合力によって前記保持部材を光軸と直交する方向に駆動して前記振れを補正する振れ補正装置であって、互いに同じ極性の駆動信号によって前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段が同じ大きさの駆動力を前記保持部材に作用させた場合の合力と、互いに逆の極性の駆動信号によって前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段が同じ大きさの駆動力を前記保持部材に作用させた場合の合力の大きさが異なり、かつ方向が直交するように、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段を配置し、前記互いに同じ極性の駆動信号によって前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段が同じ大きさの駆動力を前記保持部材に作用させた場合の合力と、前記第３の駆動手段に駆動信号を与えることにより発生する駆動力が揃うように、前記第３の駆動手段を配置したことを特徴とする振れ補正装置とするものである。

本発明によれば、小型化を達成するとともに、高精度、高応答性の振れ補正を可能とし、しかも駆動効率を向上させることができる振れ補正装置または光学機器を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下に記載の実施例１及び実施例２に示す通りである。

図１は本発明の実施例１に係わる振れ補正装置を示す正面図である。同図において、１１（後述の図２に示すように、レンズ１１ａ，１１ｂより成る）は振れを補正する為の補正レンズ、１２は補正レンズ１１を保持する保持枠、１３は振れ補正装置の地板である。

保持枠１２には１２０度放射方向に腕１２ａ，１２ｂ，１２ｃが設けられており、この腕１２ａ，１２ｂ，１２ｃには、表面が平滑なステンレスなどの支持軸１４ａ，１４ｂ，１４ｃが圧入されている。地板１３には３点の側壁１３ａ，１３ｂ，１３ｃが設けられており、保持枠１２の腕１２ａ，１２ｂ，１２ｃから放射状に延出する３本の支持軸１４ａ〜１４ｃがこの側壁１３ａ，１３ｂ，１３ｃに設けられた長孔１３ｄ，１３ｅ，１３ｆに嵌合している（図１５（ｂ）の長穴５４ａと同様の構成）。

図１５（ｂ）にも示したように、３本の支持軸１４ａ，１４ｂ，１４ｃと長孔１３ｄ，１３ｅ，１３ｆの関係は、補正レンズ１１の光軸方向（図１の紙面垂直方向）には嵌合してガタは生じないが、光軸と直交する方向（図１の地板１３における周方向１３ｇ）には長孔１３ｄ〜１３ｆが延びているので、保持枠１２は地板１３に対し光軸方向には移動規制されるが、光軸と直交する平面内には自由に移動できる（ピッチ方向１９ｐ、ヨー方向１９ｙ、ロール方向１９ｒ）。但し、保持枠１２の腕先端部１２ｄ，１２ｅ，１２ｆが圧縮コイルバネ１５ａ，１５ｂ，１５ｃの内径と嵌合しており、該圧縮コイルバネ１５ａ，１５ｂ，１５ｃの外径が側壁１３ａ，１３ｂ，１３ｃと嵌合している為に、各々の方向（ピッチ方向１９ｐ、ヨー方向１９ｙ、ロール方向１９ｒ）に弾性的に規制されている。

保持枠１２の耳部１２ｇ，１２ｈには強磁性材料のヨーク１７ａ，１７ｂが取り付けられ、このヨーク１７ａ，１７ｂの図１の紙面裏面側にはネオジウム等の永久磁石１１０ａ，１１０ｂ（図２にて後述）が吸着固定されている（図１ではヨーク１７ａ，１７ｂに隠れて見えない）。地板１３には、図２にて後述する永久磁石１１０ａ，１１０ｂに対向してコイル１６ａ，１６ｂが取り付けられている。

図２に、図１の点線で示す軸１８ａ方向の断面図であり、ヨーク１７ａ，１７ｂ、永久磁石１１０ａ，１１０ｂ、コイル１６ａ，１６ｂの配置を図示している。

図２に示すように、永久磁石１１０ａの磁束１１０ｃがコイル１６ａに向かっている為に、コイル１６ａに電流を流すと保持枠１２は矢印１８ｃ方向に駆動され、同様に図１に示すように、コイル１６ｂに電流を流すと保持枠１２は矢印１８ｄ方向（図１参照）に駆動される。そして、その駆動量は、各々の方向における圧縮コイルバネ１５ａ，１５ｂ，１５ｃのバネ定数と、コイル１６ａ，１６ｂと、永久磁石１１０ａ，１１０ｂの関連で生ずる推力との釣り合いで求まる。即ち、コイル１６ａ，１６ｂに流す電流量に基づいて補正レンズ１１の変位（偏心）量を制御できる。

コイル１６ａおよび１６ｂの駆動力は各々支持軸１４ｃ，１４ｂの延出方向および圧縮コイルバネ１５ｃ，１５ｂの方向と同じ向きであり、駆動推力中心も各々支持軸１４ｃ，１４ｂの延出方向および圧縮コイルバネ１５ｃ，１５ｂと同軸になるように配置されている。そのために各々の駆動推力は、支持軸１４ｃ，１４ｂと長穴１３ｆ，１３ｅの間で生じる摩擦の抗力中心１４ｄ，１４ｅや圧縮コイルバネ１５ｃ，１５ｂのバネ力１５ｄ，１５ｅと向き合っており、摩擦に対して精度良い駆動を実現できる。

図１に示すように、３方向放射状の支持軸１４ａ，１４ｂ，１４ｃは各々１２０度（矢印１８ｅ参照）等分間隔に配置されており、コイル１６ａが支持軸１４ａ，１４ｂの中央に配置され、同様にコイル１６ｂが支持軸１４ｃ，１４ａの中央に配置されているので、振れ補正装置を無駄の無いコンパクトな大きさにまとめることができる。

ここで、対のコイル１６ａ，１６ｂに電流を供給して、保持枠１２をピッチ方向１９ｐ、ヨー方向１９ｙに駆動する仕方について説明する。

図３はピッチ方向１９ｐおよびヨー方向１９ｙに駆動する際に用いられる回路構成を示すブロック図を示しており、ピッチ目標値３１ｐおよびヨー目標値３１ｙは各々ピッチ方向１９ｐ、ヨー方向１９ｙ方向に振れ補正装置を駆動する目標値であり、図１４における差動部４１８ｐの出力に相当する。この各々の目標値３１ｐ，３１ｙは各駆動方向の振れ補正装置の駆動力に応じて、ピッチ駆動力調整部３２ｐ、ヨー駆動力調整部３２ｙによりゲイン調整される。

ゲイン調整されたピッチ駆動力調整部３２ｐの出力は、コイル１６ａを駆動する第１駆動回路部３４ａ（図１４におけるＰＷＭデューティ変換部４１９ｐ、駆動回路部４２０ｐに相当する）に入力され、コイル１６ａへの電流として供給される。また、上記ピッチ駆動力調整部３２ｐの出力は、加算回路３３ｂを介してコイル１６ｂを駆動する第２駆動回路３４ｂ（図１４におけるＰＷＭデューティ変換部４１９ｐ、駆動手段４２０ｐに相当する回路部に相当する）に入力され、コイル１６ｂへの電流として供給される。即ち、ピッチ駆動目標値３１ｐからの信号は、同相（コイル１６ａとコイル１６ｂのいずれにも、正の電流もしくは負の電流、つまり同極性の電流を供給することを意味する）で同じ量の電流としてコイル１６ａ，１６ｂに供給される。

ゲイン調整されたヨー駆動力調整部３２ｙの出力は、コイル１６ｂを駆動する第２駆動回路部３４ｂに入力され、コイル１６ｂへの電流として供給される。また、上記ヨー駆動力調整部３２ｙの出力は、反転回路３３ａを介してコイル１６ａ用の第１の駆動回路部３４ａに入力され、コイル１６ａに電流として供給される。即ち、ヨー駆動目標値３１ｙからの信号は、互いに逆相（例えばコイル１６ａに正の電流を供給し、コイル１６ｂに負の電流を供給する、つまり逆極性の電流を供給することを意味する）で同じ量の電流としてコイル１６ａ，１６ｂに供給される。

コイル１６ａ，１６ｂに同相で同じ量の電流が供給された場合、図４で示すように、コイル１６ａは矢印１８ｃ方向に駆動推力を発生し、コイル１６ｂは１８ｄ方向に駆動推力を発生するので、その合力は矢印１８ｐのようにピッチ方向１９ｐに沿った駆動力として作用する。また、このときの駆動力は二つのコイル１６ａ，１６ｂが１２０度配置になっていることから、互いのコイル１６ａ，１６ｂの駆動力の半分同士を合成して、コイル１６ａ或いはコイル１６ｂの何れかのコイル一つ分と同じ駆動力を発生する。

次に、コイル１６ａ，１６ｂに逆位相で同じ量の電流を供給した場合、図５で示すように、コイル１６ａは矢印１８ｃ方向に駆動推力を発生し、コイル１６ｂは１８ｄ’方向に駆動推力を発生するので、その合力は矢印１８ｙのようにヨー方向１９ｙに沿った駆動力として作用する。また、このときの駆動力は二つのコイル１６ａ，１６ｂが１２０度配置になっていることから、互いのコイル１６ａ，１６ｂの駆動力の√（３）／２同士を合成してコイル１６ａ或いはコイル１６ｂの何れかのコイルの√（３）倍の駆動力を発生する。

このようにピッチ方向１９ｐおよびヨー方向１９ｙで駆動力（合力）が異なってくるので、それらを揃えるために前述したピッチ駆動力調整部３２ｐ、ヨー駆動力調整部３２ｙを設けている。尚、これら各駆動力調整部３２ｐ，３２ｙは、図３のように各目標値３１ｐ，３１ｙの後段に設けるのではなく、図１４で示した敏感度調整部４１６ｐ（図１４ではヨー方向は敏感度調整部は不図示）で調整を行っても良い。このような構成にすると、ヨー方向１９ｙへの駆動の場合にはコイル１６ａ，１６ｂの√（３）倍の駆動力が発生し、この方向の駆動力が少なくて済む代わりにピッチ方向１ｐへの駆動の場合には駆動力の増加が無い。

図６は、コイル１６ａ，１６ｂに単位電流を与えた場合の駆動量を示しており、四角枠６１が駆動量を示している。コイル１６ａ，１６ｂの発生する駆動推力と、コイルバネ１５ａ，１５ｂ，１５ｃのバネ力の釣り合いにより保持枠１２の駆動量は決まる訳であるが、上述のようにコイル１６ａ，１６ｂは１２０度配置になっているので、ピッチ方向１９ｐの駆動力が最も弱く、四角枠６１の対角方向（支持軸１４ｃ，１４ｂの軸１８ａ，１８ｂ方向）の駆動力が最も大きくなり、四角枠６１は長方形状になる。そのため、単位電流当たりのヨー方向１９ｙの振れ補正量はピッチ方向１９ｐの振れ補正量より多くなる。

ここで、カメラに加わる手振れの方向別の量を、図７に示す。図７でわかる様に、ヨー方向の手振れ量はピッチ方向に比べて２倍近く大きい。上記のようにピッチ方向に対してヨー方向の振れが大きくなる現象はデジタルカメラにおいて片手でカメラを構え、該カメラの背面の液晶モニターを観察して撮影する場合に特に顕著になる。

図７の傾向とカメラの保持方法から判断すると、実際にカメラに加わる振れによる像面での劣化量は図６の四角枠６１と同じような形状になると考えられ、その形状に合わせた駆動量に調節した、本実施例１の振れ補正装置は効率よく振れ補正を行えることが分かる。

以上のように、上記実施例１においては、ヨーク１７ａ，１７ｂ、永久磁石１１０ａ，１１０ｂ、コイル１６ａ，１６ｂで構成される駆動手段と保持枠１２を最適に配置することで、装置の小型化、駆動精度の向上、駆動効率アップの３つを同時に実現している。

詳しくは、同一部材により構成される、つまり同種同形状の第１の駆動手段（ヨーク１７ａ、永久磁石１１０ａ、コイル１６ａ）と第２の駆動手段（ヨーク１７ｂ、永久磁石１１０ｂ、コイル１６ｂ）とを備え、前記第１および第２の駆動手段へ同相かつ同量の駆動信号を与えた際に補正レンズ１１を保持する保持枠１２に作用する合力と、前記第１および第２の駆動手段へ逆相かつ同量の駆動信号を与えた際に保持枠１２に作用する合力の大きさが異なり、かつ方向が直交するように、これら駆動手段を保持枠１２及び地板１３上に配置している。

これにより、前記異なる合力のうちの大きな合力の方向を、図６および図７を用いて説明したように、大きな振れ補正力を必要とする方向（カメラの水平方向の移動時の振れを補正可能とする方向）と揃うように、前記第１および第２の駆動手段を保持枠１２及び地板１３上に配置することが可能である。よって、振れの大きな方向に対応した駆動を行え、振れ補正の駆動効率を向上させることができる。また、第１および第２の駆動手段を保持枠１２及び地板１３上に直接配置しているので、特許文献２や３の振れ補正装置に比べ、振れ補正の精度を高めることができる。

また、保持枠１２から３箇所等分に放射方向に延出し、該保持枠１２を前記放射方向へ移動可能に支持すると共に光軸方向の移動を規制する支持軸１４ａ〜１４ｃを備え、同一部材により構成される第１および第２の駆動手段を、前記保持枠１２上の、隣り合う支持軸１４ａと支持軸１４ｂの間の中央、および、支持軸１４ａと支持軸１４ｃの間の中央に配置するようにしている（中央とは、略中央を含む）。これにより、デッドスペースとなる支持軸と支持軸の間の中央に各駆動手段を配置でき、振れ補正装置を小型化することができる。

また、第１および第２の駆動手段を、保持枠１２及び地板１３上に配置すると共にそれぞれの駆動推力の方向（矢印１８ｃ，１８ｄ，１８ｄ’の方向）が支持軸１４ｂ，１４ｃが延出した放射方向と揃うように配置しているので、駆動手段の駆動推力の方向と支持軸の保持部材を支持する方向が揃い（一致し）、摩擦に対して精度良い駆動を実現できる。

また、振れ補正の方向に駆動された保持枠１２を初期位置の方向へ付勢するコイルバネ１５ａ〜１５ｃの弾性方向が、支持軸１４ａ〜１４ｃが保持枠１２を支持する方向と揃うように、該コイルバネ１５ａ〜１５ｃを配置しているので、振れ補正のための駆動の応答性を向上させることができる。

図８は本発明の実施例２に係わる振れ補正装置を示す正面図であり、図１に加えて、腕１２ｂ，１２ｃ、支持軸１４ｂ，１４ｃの間にも耳部１２ｉが設けられ、強磁性材料のヨーク１７ｃ、該ヨーク１７ｃの図８の紙面裏面側にはネオジウム等の永久磁石１１０ｃ（不図示）が吸着固定されている。更に、地板１３には永久磁石１１０ｃに対向してコイル１６ｃが取り付けられている。さらに、振れ補正装置全体がピッチ方向１９ｐ、ヨー方向１９ｙ方向に対して９０度傾いており、第３の駆動手段を構成するヨーク１７ｃ、永久磁石１１０ｃおよびコイル１６ｃを、ヨー方向１９ｙに揃えている。その他は上記実施例１と同様の構成であるので、その説明は省略する。

図９は上記構成の振れ補正装置のピッチおよびヨー方向の駆動に必要な回路構成を示すブロック図である。

ピッチ目標値３１ｐおよびヨー目標値３１ｙは各々ピッチ方向１９ｐ、ヨー方向１９ｙ方向に振れ補正装置を駆動する駆動目標値であり、図１４における差動部４１８ｐに相当する。この各々の目標値は各駆動方向の振れ補正装置の駆動力に応じてピッチ駆動力調整手段３２ｐ、ヨー駆動力調整手段３２ｙでゲイン調整される。

ゲイン調整されたピッチ駆動力調整部３２ｐの出力は、コイル１６ａ用の第１の駆動回路部３４ａ（図１４におけるＰＷＭデューティ変換部４１９ｐ、駆動回路部４２０ｐに相当する）に入力され、コイル１６ａへの電流として供給される。また、上記ピッチ駆動力調整部３２ｐの出力は、反転回路３３ａを介してコイル１６ｂ用の第２の駆動回路部３４ｂ（図１４におけるＰＷＭデューティ変換部４１９ｐ、駆動回路部４２０ｐに相当する）に入力され、コイル１６ｂへの電流として供給される。即ち、ピッチ駆動目標値３１ｐからの信号は、逆相で同じ量の電流としてコイル１６ａ，１６ｂに供給される。

ヨー駆動力調整部段３２ｙの出力は、コイル１６ｂ用の第２の駆動回路部３４ｂに入力され、コイル１６ｂへの電流として供給される。また、上記ヨー駆動力調整部３２ｙの出力は、加算回路３３ｂを介してコイル１６ａ用の第１の駆動回路部３４ａに入力され、コイル１６ａへの電流として供給される。即ち、ヨー駆動目標値３１ｙからの信号は、互いに同相で同じ量の電流としてコイル１６ａ，１６ｂに供給される。さらに、上記ヨー駆動力調整手段３２ｙの出力は、直接コイル１６ｃ用の第３の駆動回路部３４ｃにも入力され、コイル１６ｃへの電流として供給される。

上記コイル１６ａ，１６ｂに逆位相で同じ量の電流が供給された場合、図１０で示したように、コイル１６ａは矢印１８ｃ方向に駆動力を発生し、コイル１６ｂは１８ｄ’方向に駆動力を発生するので、その合力は矢印１８ｐのようにピッチ方向１９ｐに沿った駆動力として作用する。また、このときの駆動力は二つのコイル１６ａ，１６ｂが１２０度配置になっていることから、互いのコイル１６ａ，１６ｂの駆動力の√（３）／２同士を合成して、コイル１６ａ或いはコイル１６ｂの何れかのコイルの√（３）倍の駆動力を発生する。

コイル１６ａ，１６ｂに同相で同じ量の電流が供給された場合、図１１で示すように、コイル１６ａは矢印１８ｃ方向に駆動力を発生し、コイル１６ｂは１８ｄ方向に駆動力を発生するので、その合力は矢印１８ｙのようにヨー方向１９ｙに沿った駆動力として作用する。また、このときの駆動力は二つのコイル１６ａ，１６ｂが１２０度配置になっていることから、互いのコイル１６ａ，１６ｂの駆動力の半分同士を合成して、コイル１６ａ或いはコイル１６ｂの何れかのコイル一つ分と同じ駆動力を発生する。但し、ヨー方向１９ｙの駆動にはコイル１６ｃの駆動力も同じ方向に同じ量だけ加わるので、ヨー方向１９ｙの駆動力は２倍になる。

このような構成にすると、ピッチ方向１９ｐへの駆動の場合にはコイル１６ａ，１６ｂの√（３）倍の駆動力が発生し、ヨー方向１９ｙへの駆動の場合にはコイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃにより２倍の駆動力が発生する。

上述したように、手振れの特性ではヨー方向の駆動力はピッチ方向より多く必要であり、上記実施例１でもヨー方向の駆動力を強くしていたが、本発明の実施例２においても同様に、ヨー方向の駆動力を強くするコイル配置にすると共に、第３の駆動手段（ヨーク１７ｃ、永久磁石１１０ｃおよびコイル１６ｃ）を追加したことで、ピッチ方向、ヨー方向とも駆動力の増強を図ることが可能となった。詳しくは、ピッチ方向１９ｐに関しては、実施例１では、コイル１６ａ，１６ｂの何れか一つと同じ駆動力であったものが、実施例２では、コイル１６ａ，１６ｂの何れか一つの駆動力の√（３）倍となる。また、ヨー方向１９ｙに関しては、コイル１６ａ，１６ｂの何れか一つの駆動力の√（３）倍であったものが、コイル１６ａ，１６ｂの何れか一つと同じ駆動力＋コイル１６ｃの駆動力（推力）、つまり２倍となる。

以上のように、ヨーク１７ａ、永久磁石１１０ａ、コイル１６ａで構成される第１の駆動手段、ヨーク１７ｂ、永久磁石１１０ｂ、コイル１６ｂで構成される第２の駆動手段、および、ヨーク１７ｃ、永久磁石１１０ｃ、コイル１６ｃで構成される第３の駆動手段と保持枠１２を最適に配置することで、装置の小型化、駆動精度の向上、駆動効率アップの３つを同時に実現している。さらに、空いているスペース（支持軸１４ｂ，１４ｃの間）に第３の駆動手段を設け、各々のコイルに対して図９で示した様に最適な駆動バランスを与えることで、振れ補正装置全体の大きさを増やさずに駆動力を増強できた。

詳しくは、同一部材により構成される、つまり同種同形状の第１〜第３の駆動手段を備え、前記第１および第２の駆動手段へ同相かつ同量の駆動信号を与えた際に補正レンズ１１を保持する保持枠１２に作用する合力と、前記第１および第２の駆動手段へ逆相かつ同量の駆動信号を与えた際に保持部材１２に作用する合力の大きさが異なり、かつ方向が直交するようにすると共に、第３の駆動手段に駆動信号を与えた際に発生する推力の方向が、前記大きさの異なる合力のうちの一方の合力の向と揃うように、前記第１〜第３の駆動手段を保持枠１２及び地板１３上に配置している。

これにより、前記第３の駆動手段の推力と前記大きさの異なる合力のうちの一方の合力の方向とが揃う方向を、図６および図７を用いて説明したように、大きな振れ補正力を必要とする方向（カメラの水平方向の移動時の振れを補正可能とする方向）に一致させ、前記第１〜第３の駆動手段を保持部材１２上に配置することが可能である。よって、振れ補正の駆動効率を向上させることができる。また、第１〜第３の駆動手段を保持枠１２及び地板１３上に直接配置しているので、特許文献２や３の振れ補正装置に比べ、振れ補正の精度を高めることができる。

また、保持枠１２から３箇所等分に放射方向に延出し、該保持枠１２を前記放射方向へ移動可能を支持すると共に光軸方向の移動を規制する支持軸１４ａ〜１４ｃを備え、同一部材により構成される第１〜第３の駆動手段を、前記保持枠１２上の、隣り合う支持軸１４ａと支持軸１４ｂの間の略中央、支持軸１４ｂと支持軸１４ｃの間の中央、および、支持軸１４ｃと支持軸１４ａの間の中央に、それぞれ配置するようにしている（中央とは、略中央を含む）。これにより、デッドスペースとなる支持軸と支持軸の間の中央に各駆動手段を配置でき、振れ補正装置を小型化することができる。

また、第１〜第３の駆動手段を、保持枠１２及び地板１３上に配置すると共にそれぞれの駆動推力の方向（矢印１８ｃ，１８ｄ，１８ｄ’の方向）が支持軸１４ａ，１４ｂ，１４ｃが延出した放射方向と揃うように配置しているので、各駆動手段の駆動推力の方向と支持軸の保持部材を支持する方向が揃い（一致し）、摩擦に対して精度良い駆動を実現できる。

また、振れ補正の方向に駆動された保持枠１２を初期位置の方向へ付勢するコイルバネ１５ａ〜１５ｃの弾性方向が、支持軸１４ａ〜１４ｃが保持枠１２を支持する方向と揃うように、該コイルバネ１５ａ〜１５ｃを配置しているので、振れ補正のための駆動の応答性を向上させることができる。

以上の各実施例では、デジタルカメラの防振システムを例にして説明を続けてきたが、本発明の振れ補正装置は電力の消耗を抑えて小型にまとめることが出来るのでデジタルカメラに限らず、デジタルビデオカメラや、監視カメラ、Ｗｅｂカメラ、携帯電話などにも展開できる。

本発明の実施例１に係わる振れ補正装置を示す正面図である。 図１の軸１８ａ方向の断面図である。 本発明の実施例１に係わる振れ補正装置のピッチおよびヨー方向の駆動に必要な回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係わる振れ補正装置においてピッチ方向の駆動バランスを示す図である。 本発明の実施例１に係わる振れ補正装置においてヨー方向の駆動バランスを示す図である。 本発明の実施例１に係わる振れ補正装置において単位入力時駆動力の範囲の説明図である。 本発明の実施例１に係わる振れ補正装置において手振れの特性の説明図である。 本発明の実施例２に係わる振れ補正装置を示す正面図である。 本発明の実施例２に係わる振れ補正装置のピッチおよびヨー方向の駆動に必要な回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係わる振れ補正装置においてピッチ方向の駆動バランスを示す図である。 本発明の実施例２に係わる振れ補正装置においてヨー方向の駆動バランスを示す図である。 従来の防振システムを備えたカメラの斜視図である。 図１２のカメラの主要部分の構成図である。 図１２のカメラの防振システムに係わる回路構成を示すブロック図である。 図１２のカメラの防振システムの一部である振れ補正装置を示す構成図である。

符号の説明

１１ 補正レンズ
１２ 保持枠
１３ 地板
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 支持軸
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 圧縮コイルバネ
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ コイル
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ ヨーク
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ 永久磁石
３１ｐ ピッチ目標値
３１ｙ ヨー目標値
３２ｐ ピッチ駆動力調整部
３２ｙ ヨー駆動力調整部
３３ａ 反転器
３３ｂ 加算器
３４ａ 第１駆動回路部
３４ｂ 第２駆動回路部
３４ｃ 第３駆動回路部

Claims (8)

1. 振れを補正するためのレンズを保持する保持部材と、
   前記保持部材を駆動する第１、第２、第３の駆動手段を有し、
   前記第１、第２、第３の駆動手段による駆動力の合力によって前記保持部材を光軸と直交する方向に駆動して前記振れを補正する振れ補正装置であって、
   互いに同じ極性の駆動信号によって前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段が同じ大きさの駆動力を前記保持部材に作用させた場合の合力と、互いに逆の極性の駆動信号によって前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段が同じ大きさの駆動力を前記保持部材に作用させた場合の合力の大きさが異なり、かつ方向が直交するように、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段を配置し、
   前記互いに同じ極性の駆動信号によって前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段が同じ大きさの駆動力を前記保持部材に作用させた場合の合力と、前記第３の駆動手段に駆動信号を与えることにより発生する駆動力が揃うように、前記第３の駆動手段を配置したことを特徴とする振れ補正装置。
2. 前記第３の駆動手段に駆動信号を与えることにより発生する駆動力が、大きな振れ補正力を必要とする方向に揃うように、前記第１、第２、第３の駆動手段を配置したことを特徴とする請求項１に記載の振れ補正装置。
3. 前記大きな振れ補正力を必要とする方向は、当該振れ補正装置が搭載される光学機器使用時に振れが大きく振れる方向と一致することを特徴とする請求項２に記載の振れ補正装置。
4. 前記大きな振れ補正力を必要とする方向は、当該振れ補正装置が搭載される光学機器のヨー方向と一致することを特徴とする請求項２に記載の振れ補正装置。
5. 互いに直交する方向の振れを検出する第１および第２の振動検出手段と、
   前記第１の振動検出手段から出力される信号に第１のゲインを与えて、振れ補正のための駆動目標である第１の駆動信号に変換する第１の変換部と、
   前記第２の振動検出手段から出力される信号に、前記第１のゲインとは異なる第２のゲインを与えて、振れ補正のための駆動目標である第２の駆動信号に変換する第２の変換部と、
   前記第１の駆動信号を互いに同じ極性で前記第１および第２の駆動手段に与える第１の駆動部と、前記第２の駆動信号を互いに逆の極性で前記第１および第２の駆動手段に与える第２の駆動部と、前記第１および第２の振動検出手段のうちの、大きな振れ補正力を必要とする方向の振れを検出する振動検出手段の出力を変換する前記第１もしくは前記第２の変換部からの前記駆動信号を、前記第３の駆動手段に与える第３の駆動部と、
   を更に有することを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の振れ補正装置。
6. 前記保持部材から放射方向に延出し、前記保持部材を前記放射方向へ移動可能に支持すると共に光軸方向の移動を規制する複数の支持軸を更に有し、
   前記第１、第２、第３の駆動手段は、前記保持部材上の、隣り合う前記支持軸と前記支持軸の間の中央に配置されることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項に記載の振れ補正装置。
7. 前記保持部材から放射方向に延出し、前記保持部材を前記放射方向へ移動可能を支持すると共に光軸方向の移動を規制する複数の支持軸を更に有し、
   前記第１、第２、第３の駆動手段に駆動信号を与えることにより発生する合力を利用して、前記保持部材を光軸と直交する方向に駆動して前記振れを補正する振れ補正装置であって、
   前記第１、第２、第３の駆動手段のうちの少なくとも一つの駆動手段は、その駆動力の方向が、前記支持軸が延出した放射方向と揃うように配置されていることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項に記載の振れ補正装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振れ補正装置を具備したことを特徴とする光学機器。

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