(57)【要約】【課題】制御性能に優れる撮像素子移動型ブレ補正装置およびそのブレ補正装置を備える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、光学系による光束を受光して画像信号を出力する画素が二次元状に配置された画素領域（３−１）を有する撮像素子（３）と、前記光学系の光軸（Ｌ）に交差する平面上において、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、前記平面上において、前記第１軸（Ｘ’）と前記第２軸（Ｙ’）との交点が、前記画素領域（３−１）の中心（Ｏ）よりも前記移動部材（１３０）の重心（Ｇ）に近い位置にあるブレ補正装置。【選択図】図５
2014228621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、光学系による光束を受光して画像信号を出力する画素が二次元状に配置された画素領域を有する撮像素子と、
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、前記画素領域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。
【請求項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。
【請求項３】
前記第１駆動部および前記第２駆動部は、前記画素領域と平行な平面上において前記移動部材を移動させ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。
【請求項４】
前記平面上において、前記光軸を通る第３軸に沿って前記撮像素子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軸に沿って前記撮像素子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１〜３のいずれかに記載のブレ補正装置。
【請求項５】
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、前記移動部材の重心と前記画素領域の中心との間にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のブレ補正装置。
【請求項６】
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１〜５のいずれかに記載のブレ補正装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記撮像素子の位置座標と前記ブレ信号とを用いて、前記撮像素子の前記第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６に記載のブレ補正装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のブレ補正装置を含む撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレ補正装置および撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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撮像素子を移動させるブレ補正装置が知られている。
【０００３】
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してしまう場合があった。この回転トルクは、撮像素子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。さらに、このような撮像素子を移動させるタイプのブレ補正装置では、回転トルクによって撮像素子が回転してしまうことにより、取得される撮像画像に悪影響を及ぼす可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２２６２０５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、制御性能に優れる撮像素子移動型のブレ補正装置およびそのブレ補正装置を備える撮影装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、光学系による光束を受光して画像信号を出力する画素が二次元状に配置された画素領域（３−１）を有する撮像素子（３）と、
前記光学系の光軸（Ｌ）に交差する平面上において、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、
前記平面上において、前記第１軸（Ｘ’）と前記第２軸（Ｙ’）との交点が、前記画素領域（３−１）の中心（Ｏ）よりも前記移動部材（１３０）の重心（Ｇ）に近い位置にあることを特徴とする。
【０００７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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】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】図３は、図２に示すブレ補正装置の組立図である。
【図４】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】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】図６は、Ｘ軸に沿って可動部を移動させる例を示す。
【図７】図７は、Ｙ軸に沿って可動部を移動させる例を示す。
【図８】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】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。
【０００９】
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、携帯電話、顕微鏡などの撮像素子を備える光学機器に適用できる。
【００１０】
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Ｌ３を配列して構成される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。
【００１１】
第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３は、光軸Ｌに沿った方向に移動可能に備えられており、これらを光軸沿って移動させることにより、カメラ１の焦点距離やフォーカス等が調整される。絞り機構４は、カメラ１の露光を制御する。
【００１２】
撮像素子３は、図２に示すように、画素が二次元状に配置された画素領域３−１を有する。図１に示すように、撮像素子３は、撮像光学系が画素領域３−１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。また、撮像素子３は、ブレ補正装置１００の一部を構成しており、ＣＰＵ１４からの信号を受けたブレ補正装置１００により、撮像素子３の画素領域３−１に平行な面内（光軸Ｌと交差する面内）で移動され、この動作により、撮像光学系により画素領域３−１に結像される像の、カメラの動きに起因するブレを低減する。撮像素子３が生成した画像出力信号は、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、位置検出部１２０を含み、固定部１４０と位置検出部１２０とは、ビス１５０で固定されている。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
図３に示すように、可動部１３０は、撮像素子３、第１磁石１３２および第２磁石１３４を備える。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。
【００２０】
引張コイルばね１４５は、固定部側ばね取付部１４６と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、撮像素子３の画素領域３−１の撮像領域中心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。
【００２１】
可動部１３０は、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。すなわち、可動部１３０は、撮像素子３の画素領域３−１に平行な平面上において固定部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。
【００２２】
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、撮像素子３の画素領域３−１に平行な平面上を移動する。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。
【００２３】
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。
【００２４】
図１および図４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ωｐ、ωｙ（ｒａｄ／ｓ）を検出し、目標位置生成部１６２に出力する。
【００２５】
目標位置生成部１６２は、ブレ角速度信号ωｐ、ωｙを積分してブレ角度θｐ、θｙ（ｒａｄ）に変換し、ブレ角度θｐ、θｙを光軸に交差する平面に投影して、可動部目標位置ｘｔ、ｙｔ（ｍｍ）に関する信号を生成する。可動部目標位置ｘｔ、ｙｔに関する信号は、ブレ角速度信号ωｐ、ωｙ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。
【００２６】
この可動部目標位置ｘｔ、ｙｔ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Ｉｘ’、Ｉｙ’（Ａ）が生成される。
【００２７】
具体的には、可動部目標位置ｘｔ、ｙｔ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ｘｔ、ｙｔ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Ｉｘ’、Ｉｙ’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。
【００２８】
第１ＶＣＭ１５２および第２ＶＣＭ１５４にコイル駆動電流Ｉｘ’、Ｉｙ’が入力されると、図５に示すように、可動部１３０に電磁駆動力Ｆｘ’、Ｆｙ’が作用する。可動部１３０は、電磁駆動力Ｆｘ’、Ｆｙ’により、撮像素子３の画素領域３−１に平行な平面上で目標位置に向けて移動される。
【００２９】
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。
【００３０】
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、撮像素子３の画素領域３−１に平行な平面上において固定部１３０に対して相対移動可能である。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
図５（Ｂ）に示すように、可動部１３０は、撮像素子３、第１磁石１３２および第２磁石１３４を備える。可動部１３０は略正方形であり、本実施形態では、その中心とは異なる位置に撮像素子３を配置してある。なお、可動部１３０は長方形または円形であっても良く、撮像素子３は可動部１３０の中心に配置されても良い。
【００３４】
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。可動部１３０の可動部重心Ｇは、可動部１３０および可動部１３０に配置される撮像部３、第１磁石１３２および第２磁石１３４等によって決まり、本実施形態では、可動部重心Ｇは、撮像領域中心Ｏではなく、Ａ２軸に沿った撮像領域中心Ｏの上側に存在する。
【００３５】
可動部１３０は、撮像素子３の画素領域３−１と平行な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Ｆｘ’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Ｆｙ’を作用させることができる。可動部１３０は、電磁駆動力Ｆｘ’、Ｆｙ’により、撮像素子３の画素領域３−１と平行な平面上で目標位置に向けて移動される。
【００３６】
図５（Ｂ）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。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、撮像素子３の撮像領域中心Ｏが光軸Ｌを通る。
【００３７】
固定部１４０は、図５（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、撮像領域中心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。
【００３８】
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、撮像領域中心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’軸が撮像領域中心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。
【００３９】
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軸に沿って撮像領域中心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θ０で交差し、本実施形態ではθ０は鈍角（例えば、９１度〜１２０度）である。
【００４０】
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Ｆｘ’および第２ＶＣＭ１５４の駆動力Ｆｙ’を可動部１３０に作用させる。なぜなら、第１ＶＣＭ１５２による駆動力Ｆｘ’は、Ｘ軸に沿った駆動力成分Ｆｘ’ｘとＹ軸に沿った駆動力成分Ｆｘ’ｙとを含む。そこで、駆動力Ｆｘ’のＹ軸に沿った駆動力成分Ｆｘ’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Ｆｙ’のＹ軸に沿った駆動力成分Ｆｙ’ｙにより、第１ＶＣＭ１５２のＹ軸に沿った駆動力Ｆｘ’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Ｆｙ’の作用に伴って駆動力Ｆｙ’ｘも作用するので、可動部１３０には、Ｆｘ’ｘおよびＦｙ’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Ｆｘ’および第２ＶＣＭ１５４の駆動力Ｆｙ’を可動部１３０に作用させる。
【００４１】
第１ＶＣＭ１５２による駆動力Ｆｘ’は以下の数式１により表され、第２ＶＣＭ１５４の駆動力Ｆｙ’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。
【数１】
2014228621.tif 000003
【数２】
2014228621.tif 000004
【００４２】
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。
【００４３】
Ｘ軸方向の可動部１３０の加速度ａｘを入力とし、ホール素子が検出するＸ軸方向の変位ＸＳｅｎｓｏｒを出力とする伝達関数を数式３に示す。
【数３】
2014228621.tif 000005
ここで、ｍは可動部１３０の質量（ｋｇ）を表し、ＪＧＺ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、ωｍおよびωｊ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、ζｍおよびζＪ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Ｆｘ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。
【００４４】
数式３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。
【００４５】
数式３において、「ｍδＢ／ＪＧＺ」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４に表す。
【００４６】
【数４】
2014228621.tif 000006
【００４７】
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５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１に示す伝達関数から数式６に示す伝達関数を導く。
【数５】
2014228621.tif 000007
【数６】
2014228621.tif 000008
【００４８】
数式６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。
【００４９】
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６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３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。
【００５０】
ＫＫファクタの値が０以上の場合は、数式６に示す伝達関数が正になり、しかも数式３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。
【００５１】
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。
【００５２】
数式４に示すように、ＫＫファクタの極性は、駆動力Ｆｘ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。
【００５３】
本実施形態では、上記のように、図５に示す駆動軸原点Ｍが、撮像領域中心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、撮像領域中心Ｏと可動部重心Ｇとの間に存在する。
【００５４】
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。
【００５５】
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が撮像領域中心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。
【００５６】
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。
【００５７】
距離δは、駆動軸傾斜角度θがθ１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θ１を含む範囲Ｒ１（θ３≦θ≦θ２）にて、駆動軸原点Ｍが、撮像領域中心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。
【００５８】
また、ＫＫファクタは、駆動軸傾斜角度θがθ１以下の時に０以上になり、駆動軸傾斜角度θがθ４以上の時にＫＫ１以下になる。つまり、ＫＫファクタは、範囲Ｒ２（θ４≦θ≦θ１）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。
【００５９】
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（θ３≦θ≦θ１）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。
【００６０】
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θ１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。
【００６１】
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の撮像領域中心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。さらに、本実施形態では、撮像素子が回転することによる撮像画像への影響も改善されている。
【００６２】
また、本実施形態では、図５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。また、可動部の撮像領域中心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。
【００６３】
本実施形態では、図５に示すように、可動部重心Ｇと撮像領域中心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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されない。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【符号の説明】
【００６９】
３          撮像素子
３−１      画素領域
１００      ブレ補正装置
１２０      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１３４
１４０      固定部
１４２      第１駆動コイル
１４４      第１駆動コイル
１５２      第１ＶＣＭ
１５４      第２ＶＣＭ
Ｇ          可動部重心
Ｍ          駆動原点
Ｏ          撮像領域中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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