(57)【要約】【課題】  携帯電話等の機器にも組み込むことができる像振れ防止機能を有する小型の撮像装置を提供する。【解決手段】  本発明は、像振れ防止機能を有する撮像装置であって、カメラ筐体と、撮像用レンズ（２２ａ）及び撮像素子（２４ａ）を備えたカメラモジュール（２２、２４）と、カメラモジュールをカメラ筐体に対して弾性支持する弾性支持部材（２６、２８）と、カメラモジュールを移動させる推力を、カメラモジュールに作用させるアクチュエータ（３４、３６）と、カメラ筐体の静止空間に対する振れを検出するセンサ（３８、４０）と、このセンサの検出結果に基づいてアクチュエータを作動させ、撮像用レンズの光軸の静止空間に対する振れを抑制する制御手段（４２）と、を有することを特徴としている。【選択図】      図３
2006300997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像振れ防止機能を有する撮像装置であって、
カメラ筐体と、
撮像用レンズ及び撮像素子を備えたカメラモジュールと、
上記カメラモジュールを上記カメラ筐体に対して弾性支持する弾性支持部材と、
上記カメラモジュールを移動させる推力を、上記カメラモジュールに作用させるアクチュエータと、
上記カメラ筐体の静止空間に対する振れを検出するセンサと、
このセンサの検出結果に基づいて上記アクチュエータを作動させ、撮像用レンズの光軸の上記静止空間に対する振れを抑制する制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記制御手段が、上記センサによる検出値に基づいて得られた振れ角に、所定の定数を乗じることによって、上記アクチュエータに出力させるべき推力を計算する請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
さらに、温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段によって測定された温度に基づいて、上記弾性支持部材の弾性係数の変化を推定し、上記アクチュエータが上記カメラモジュールに作用させる推力を補正する温度補正手段と、を有する請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】
上記弾性支持部材が、上記カメラモジュールの変位が大きくなるに従って、上記アクチュエータによって加えられた推力に対する変位量が減少するように構成されている請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
上記弾性支持部材が、上記カメラモジュールの前部の、上記撮像用レンズの光軸を中心とした放射方向の変位を弾性的に支持する前側弾性部材と、上記カメラモジュールの背面側に配置され、上記カメラモジュールを上記前側弾性部材の方に付勢する後側弾性部材と、を有する請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
さらに、上記カメラモジュールから上記筐体に取付けられた部品に信号を伝達する扁平形状のフレキシブルケーブルを有し、このフレキシブルケーブルは、上記カメラモジュールの所定の変位を妨げることのないように、湾曲して延びている請求項１乃至５の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
少なくとも撮像用レンズ及び撮像素子を備えたカメラモジュールと、
前記カメラモジュールの略上面側が、該カメラモジュールの光軸Ｃの方向に押圧される様に前側弾性部材により弾性支持する第１支持手段と、
前記カメラモジュールの略下面側が、該カメラモジュールを前記前側弾性部材の方向に押圧する様に後側弾性部材により弾性支持する第２支持手段と、
前記カメラモジュールが、前記撮像用レンズの光軸Ｃに対し略直交する第１軸線Ａ１を中心に、該第１軸線Ａ１に対し略直交する第２軸線Ａ２を中心に、夫々回動可能に、前記第１支持手段と前記第２支持手段とで挟持され、
前記カメラモジュール又は前記第１、第２支持手段の少なくともいずれかの略近傍位置に設けられ、該カメラモジュールの静止光軸に対する振れの傾きによる揺動方向を検出し、所定の検出結果を得る検出手段と、
前記第１軸線Ａ１、前記第２軸線Ａ２を中心として揺動可能に、所定の制御手段からの制御出力により、前記カメラモジュールに駆動トルクを与え、前記カメラモジュールの振れの傾きを打ち消す方向に駆動させる駆動手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記撮像用レンズの光軸Ｃの前記静止光軸に対する振れの傾きを前記第１、第２支持手段の弾性力に抗して制御する様に、前記駆動手段により、前記カメラモジュールの姿勢を制御し振れの傾きを打ち消す方向に駆動させるための制御出力を得る制御手段と、
を有することを特徴とする像振れ防止機能を有する撮像装置。
【請求項８】
前記カメラモジュール又は前記第１、第２支持手段の少なくともいずれか略近傍位置に設けられ、該略近傍位置の温度を検出し、所定の温度検出結果を得る温度検出手段を有することを特徴とする請求項７記載の像振れ防止機能を有する撮像装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記検出手段の検出結果である角速度（ω１、ω２）に基づいて、少なくとも角速度変換手段６４により静止光軸に対する角度成分（θＡ１、θＡ２）を演算算出し、この角度成分（θＡ１、θＡ２）と、所定の温度検出手段からの前記弾性部材の温度検出値に基づいて温度補正手段により予め定められた対応する所定ねじりバネ定数（γＡ１、γＡ２）と、からトルク計算手段６６によってトルク値（ｆＡ１、ｆＡ２）を算出すると共に、前記角速度（ω１、ω２）に基づいて、演算手段４４により、演算算出された角加速度（αＡ１、αＡ２）から角力積（ＦＡ１・ｔ、ＦＡ２・ｔ）を求め、この角力積に基づいて、補正トルク成分（Ｆ１、Ｆ２）を求め、前記トルク値（ｆＡ１、ｆＡ２）と前記補正トルク成分（Ｆ１、Ｆ２）とを重畳（Ｆ１＋ｆＡ１、Ｆ２＋ｆＡ２）して制御出力することを特徴とする請求項８、９記載の像振れ防止機能を有する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に、手ぶれ補正等の像振れ防止機能を有する小型化された撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラ、デジタルコンパクトカメラ、一眼レフカメラ用交換レンズ等において、手振れ補正、像振れ防止機能を備えた民生用機器が多々出現し、広く利用される様になっている。この種の手振れ防止機能は、例えば手持ち撮影する場合にブレを抑え安定した撮影が可能となり、特に、望遠撮影、暗い室内や夕夜屋外の撮影等に効力を発揮することが知られており、例えばコロナ社、産業制御シリーズ５「情報システムにおける制御」大前  力、平井洋武、涌井伸二  編著（非特許文献１）の文献等にその基本方式、構成、制御系等が記載されている。
【０００３】
例えば、特開昭６３−４９７２９（特許文献１）には、光学系の一部のレンズ群を光軸に直交する方向に移動して像振れを補正する記載があり、一般的な比較的大きな３５ｍｍタイプのカメラ装置に組み込まれていた。また、実開昭６１−１７３８４２（特許文献２）では、カメラ部分全体を回転させる例が示されており、この方式では、構造的にも強度確保が難しく装置の小型化が困難であった。
この他の先行技術としては、特開昭５６−８０８４５（特許文献３）、特開平６−２６５９６２（特許文献４）には振動検出における出力の周波数特性の温度変化による悪化を防止するための温度補償技術が存在する。
【０００４】
また、静止光軸（静止空間）を推定する方法としては、特開平７−２０９６９０（特許文献５）には、フレーミング中に検出される振れ検出出力を基準値の算出に用いず、振れ検出出力の移動平均値を基準値とした技術、特開平８−２７８５２４（特許文献６）には、カメラの露出動作開始時に不規則な振れがあっても最適な演算時期を設定し検出部の振れ基準値を高精度に算出することが可能な技術が開示されている。
更にこの他、特開平４−２４４２３０（特許文献７）には、振れ検出センサのドリフト等による出力不安定化を防止するためにセンサ出力の平均値を求め、これに基づいてその出力を校正する技術が開示されている。
【０００５】
また更に、特開平１１−９５２７６号公報（特許文献８）には、カメラのレンズに内蔵される振れ補正光学装置が記載されている。この振れ補正光学装置では、補正用のレンズを、撮影光軸に直交する平面内で移動させ、像振れを補正している。また、この装置では、補正用レンズのレンズホルダーをムービングマグネット方式で駆動し、レンズホルダーの位置をホール素子によって検出して制御している。このように、現在、一般に使用されている大部分の像振れ防止装置は、撮像用のレンズ群の中の一部のレンズを、フィードバック制御により撮像光軸に直交する平面内で移動させ、像振れを補正している。
【０００６】
一方、図１０（ａ）（ｂ）に示す様に、現在広く普及しているカメラ付携帯電話に内蔵されているデジタルカメラも高画質化が進み、合焦精度等にも高度な要求が課せられるに至っている。
図１０（ａ）は携帯電話の使用状態における正面斜視図、図１０（ｂ）は背面斜視図である。
【０００７】
また、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、受話部２は、カメラ画像情報を表示するためのディスプレイ８を有し、送話部４は、内蔵されたカメラで撮影を行うための撮像ボタン１４と、さらに、静止画撮影用のカメラ２０を有する。
【０００８】
携帯電話１をカメラとして使用する場合には、カメラ２０を被写体に向け、撮像ボタン１４を押すことによって写真を撮ることができる。
【０００９】
携帯電話１によって写真を撮影する場合には、使用者は、まず、携帯電話１を写真撮影モードにする。次いで、使用者は、撮像用レンズを被写体に向け、ディスプレイ８に表示される被写体の像を確認しながら撮影するアングルを決め、撮像ボタン１４を押す。撮像ボタン１４が押されると、所定のタイムラグの後、露光が開始され、ＣＣＤ上に像が形成される。
【００１０】
この様なカメラ付携帯電話に内蔵されたデジタルカメラにも、像振れ防止機能を付加することが要求されている。特に、これらのカメラが内蔵された携帯電話や薄型デジタルカメラ等は軽量であることから、撮影時に手ブレを生じる可能性が高く、像振れ防止機能を付加することは非常に有効であると考えられる。
【００１１】
【特許文献１】特開昭６３−４９７２９号公報
【特許文献２】実開昭６１−１７３８４２号公報
【特許文献３】特開昭５６−８０８４５号公報
【特許文献４】特開平６−２６５９６２号公報
【特許文献５】特開平７−２０９６９０号公報
【特許文献６】特開平８−２７８５２４号公報
【特許文献７】特開平４−２４４２３０号公報
【特許文献８】特開平１１−９５２７６号公報
【非特許文献１】コロナ社、産業制御シリーズ５「情報システムにおける制御」大前  力、平井洋武、涌井伸二  編著
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、像振れ防止機能の追加が、このように強く要求されているカメラ付携帯電話等のデジタルカメラは非常に小さく、複雑な手ブレ防止機能を組み込むことが非常に困難であるという問題がある。一例として、現在携帯電話等に組み込まれている小型のカメラモジュールには、１８．９×９．２×１９．２ｍｍ、或いは１０×１０×８．５ｍｍの大きさのものがある。このように小さなカメラモジュールに内蔵された極小のレンズ群の中の一部を、像振れ補正用レンズとして駆動することは非常に困難である。これは、極小のレンズを極僅かな距離移動させるとしても、それを駆動するためのアクチュエータを、駆動力や移動距離に比例して小型化することは困難であり、また、極小のレンズの僅かな移動量を検出するとしても、検出用のセンサを移動量に比例して小型化することが困難であるためである。
【００１３】
従って、本発明は、薄型デジタルカメラや携帯電話等の機器にも組み込むことができる像振れ防止機能を有する小型の撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明は、像振れ防止機能を有する撮像装置であって、カメラ筐体と、撮像用レンズ及び撮像素子を備えたカメラモジュールと、カメラモジュールをカメラ筐体に対して弾性支持する弾性支持部材と、カメラモジュールを移動させる推力を、カメラモジュールに作用させるアクチュエータと、カメラ筐体の静止空間に対する移動を検出するセンサと、このセンサの検出結果に基づいてアクチュエータを作動させ、撮像用レンズの光軸の静止空間に対する振れを抑制する制御手段と、を有することを特徴としている。
【００１５】
このように構成された本発明においては、センサが静止空間に対するカメラ筐体の移動を検出する。制御手段は、センサの検出結果に基づいてアクチュエータを作動させ、カメラモジュールに推力を作用させる。この推力により、カメラモジュールの撮像用レンズの光軸の静止空間に対する振れが抑制される。
このように構成された本発明によれば、カメラモジュールの移動が、アクチュエータが発生する推力によって概ね決定されるので、カメラ筐体に対するカメラモジュールの変位を測定することなく、撮像用レンズの光軸の方向を制御することができる。これにより、部品点数を削減することもできる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、制御手段は、センサによる検出値に基づいて得られた振れ角に、所定の定数を乗じることによって、アクチュエータに出力させるべき推力を計算する。
このように構成された本発明によれば、カメラモジュールのカメラ筐体及び静止空間に対する姿勢を測定し、フィードバックする必要がないので、カメラモジュールの姿勢を測定するためのセンサを省略することができ、また、制御手段を簡略化することができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、さらに、温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段によって測定された温度に基づいて、弾性支持部材の弾性係数の変化を推定し、アクチュエータがカメラモジュールに作用させる推力を補正する温度補正手段と、を有する。
このように構成された本発明によれば、弾性支持部材の弾性係数の変化が、温度補正手段によって補正されるので、環境温度が変化した場合にも、カメラモジュールの姿勢を正確に制御することができる。また、弾性係数の温度依存性が大きい材料を、弾性支持部材として使用することが可能になる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、弾性支持部材が、カメラモジュールの変位が大きくなるに従って、アクチュエータによって加えられた推力に対する変位量が減少するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、カメラモジュールの姿勢を制御するためにカメラモジュールに小さな変位を与える場合には、大きな推力を必要とせず、誤って撮像装置を落下させた時等、カメラモジュールに大きな衝撃力が作用した場合には、カメラモジュールを衝撃から保護することができる。
【００１９】
本発明において、好ましくは、弾性支持部材が、カメラモジュールの前部の、撮像用レンズの光軸を中心とした放射方向の変位を弾性的に支持する前側弾性部材と、カメラモジュールの背面側に配置され、カメラモジュールを前側弾性部材の方に付勢する後側弾性部材と、を有する。
【００２０】
このように構成された本発明においては、カメラモジュールは、前側弾性部材及び後側弾性部材によって前後から弾性支持され、前側弾性部材が弾性変形することによって、カメラモジュール前部の放射方向の変位が許容される。
このように構成された本発明によれば、カメラモジュールは種々の方向に姿勢を変化させることが可能になる。また、前側弾性部材の材質、形状等の選択により、カメラモジュールに作用する推力と変位の関係を自由に設定することが可能になる。
【００２１】
本発明において、好ましくは、さらに、カメラモジュールから筐体に取り付けられた部品に信号を伝達する扁平形状のフレキシブルケーブルを有し、このフレキシブルケーブルは、カメラモジュールの所定の変位を妨げることのないように、湾曲して延びている。
このように構成された本発明によれば、フレキシブルケーブルの剛性により、カメラモジュールの変位が妨げられることがない。
【００２２】
本発明において、好ましくは、カメラモジュールは、フレキシブルケーブルが接続されている平面に平行な平面内において、フレキシブルケーブルによって位置決めされる。
このように構成された本発明によれば、カメラモジュールのフレキシブルケーブルが接続されている平面に平行な平面内における位置が、フレキシブルケーブルによって位置決めされるので、フレキシブルケーブルに過大な応力が作用することがなく、また、これによりカメラモジュールの変位が妨げられることがない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の撮像装置によれば、像振れ防止機能を、例えば携帯電話等の機器にも組み込むことができるほど小型の撮像装置にも付加することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、図を用いて、本発明の実施形態による撮像装置を説明する。
次に、図１乃至図９を参照して、従来技術に示された図１０も用いて本実施例に係る携帯電話１に内蔵された像振れ防止機能を有するカメラ２０を説明する。図１は、本実施形態の撮像装置であるカメラ２０の分解斜視図である。図２（ａ）はカメラ２０の鏡筒部分の正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ断面図である。また、図３はカメラ２０の弾性支持部材２６を示す図である。
【００２５】
図１及び図２に示すように、カメラ２０は、撮像用レンズ２２ａを備えたレンズ鏡筒２２と、このレンズ鏡筒２２の後端部に取り付けられ、撮像素子であるＣＣＤ２４ａを備えた基板２４と、を有する。なお、本実施形態においては、少なくともこのレンズ鏡筒２２及び基板２４が、カメラモジュールとして機能する。また、カメラ２０は、レンズ鏡筒２２を携帯電話１の受話部２の筐体に対して弾性支持する第１支持手段としての前側弾性部材２６と、基板２４を受話部２の筐体に対して弾性支持する第２支持手段としての後側弾性部材２８と、を有する。なお、本実施形態においては、この前側弾性部材２６及び後側弾性部材２８が弾性支持部材として機能する。また、図６に示すように、カメラ２０は、基板２４を受話部２の筐体に固定された回路基板（図示せず）に接続するフレキシブルケーブル３０を有する。
【００２６】
さらに、カメラ２０は、レンズ鏡筒２２を駆動するために、互いに直交するようにレンズ鏡筒２２の中間部分に位置するように夫々取り付けられた駆動用コイル３４、３６を有する。また、カメラ２０は、受話部２の筐体の静止空間（カメラ２０が置かれた空間）に対する回転変位を測定するための筐体に取り付けられたセンサ３８、４０と、各センサ３８、４０の出力信号に基づいて制御信号を発生する制御手段であるコントローラ４２と、コントローラ４２に内蔵された補正手段である演算回路４４と、を有する。さらに、カメラ２０は、温度測定手段である温度センサ４６と、この温度センサ４６による検出温度に基づいて駆動用コイル３４、３６に供給する電流を補正する、コントローラ４２に内蔵された温度補正手段４７と、を有する。
【００２７】
さらに、図２に示すように、カメラ２０は、受話部２の筐体に、駆動用コイル３４に隣接するように取り付けられたマグネット４８と、駆動用コイル３６に隣接するように取り付けられたマグネット５０と、各マグネット４８、５０の背面側に夫々配置されたヨーク５２、５４と、を有する。
【００２８】
レンズ鏡筒２２は、概ね円筒状の形状を有し、内部に複数の撮像用レンズ２２ａを保持しており、入射光を、基板２４上に配置されたＣＣＤ２４ａに合焦するように構成されている。基板２４上には、ＣＣＤ２４ａの他、ＣＣＤ２４ａを作動させるための回路等が配置されている。また、レンズ鏡筒２２には、その側面から突出するように、駆動用コイル３４、３６を取り付けるための棚部２２ｂが形成されている。この棚部２２ｂには、駆動用コイル３４、３６が互いに直交する方向に向けられて取り付けられている。
【００２９】
次に、レンズ鏡筒２２及び基板２４の弾性支持機構を説明する。まず、図３を参照して、前側弾性部材２６を説明する。図３（ａ）は前側弾性部材２６の裏側を示す斜視図であり、（ｂ）は背面図である。図３に示すように、前側弾性部材２６は、概ね円板状の弾性体によって形成されている。なお、本実施形態においては、前側弾性部材２６はウレタンで構成されているが、前側弾性部材２６を合成ゴムなど任意の弾性部材で形成することができる。また、前側弾性部材２６の中央には、レンズ鏡筒２２の撮像用レンズ２２ａを露出させるための円形の開口部２６ａが形成されている。さらに、前側弾性部材２６の背面側には、レンズ鏡筒２２の前端部を受け入れる星型の凹部２６ｂが形成されている。レンズ鏡筒２２の前端部が凹部２６ｂの中に受け入れられると、凹部２６ｂ側壁の６箇所の接触部２６ｃがレンズ鏡筒２２の前部側面に押し付けられ、レンズ鏡筒２２の前部が弾性支持される。換言すれば、レンズ鏡筒２２の前部側面は、接触部２６ｃを頂点とする６つの三角形状の弾性部材によって、レンズ鏡筒２２の中心に向かって押圧されている。
【００３０】
一方、図１に示すように、後側弾性部材２８は、概ね正方形板状のベース部２８ａと、ベース部２８ａの中央に形成された半球状の凸部２８ｂと、を有する。この凸部２８ｂは、弾性部材によって形成されており、その頂上が基板２４の裏側面に接触して、基板２４及びレンズ鏡筒２２を前側弾性部材２６に向かって押圧している。なお、本実施形態においては、後側弾性部材２８はウレタンで構成されているが、後側弾性部材２８を合成ゴムなど任意の弾性部材で形成することができる。この構成により、レンズ鏡筒２２及び基板２４は、前側弾性部材２６と後側弾性部材２８の間に挟まれるように弾性支持される。レンズ鏡筒２２及び基板２４を、このように弾性支持することにより、比較的弱い推力でレンズ鏡筒２２の姿勢を変化させることができ、かつ、レンズ鏡筒２２の前後方向の移動は、比較的強く拘束される。
【００３１】
図４は、弾性支持機構の特性を示すグラフである。図４の実線は、レンズ鏡筒２２及び基板２４を、図１に示す第１軸線Ａ１を中心に回転させるトルクと、前側弾性部材２６の接触部２６ｃを頂点とする山の高さとの関係を示すグラフである。図４の実線に示すように、接触部２６ｃの高さは、初めはトルクが増大すると共に直線的に減少し、トルクが大きくなると次第に傾きが減少する傾向を示している。これは、トルクが小さく、接触部２６ｃを押圧する圧力が小さい間は、前側弾性部材２６の接触部２６ｃ付近のみが弾性変形し、押圧する圧力が大きくなると、接触部２６ｃから離れた、断面積の大きい部分も弾性変形し始めるためである。なお、前側弾性部材２６が、レンズ鏡筒２２の姿勢を制御するために弾性変形される領域では、トルクと高さは、ほぼ比例関係にある。
【００３２】
また、図４の破線は、トルクとレンズ鏡筒２２及び基板２４の第１軸線Ａ１を中心とした回転角との関係を示すグラフである。図４の破線のグラフは、ほぼ実線のグラフの上下を逆にした傾向を示す。また、破線のグラフの傾きの逆数は、トルクと回転角の間の捩りバネ定数γに対応する。このグラフから分かるように、トルクと回転角の間の捩りバネ定数γは、レンズ鏡筒２２の姿勢制御をする領域ではほぼ一定値であり、トルクが増大するにつれて捩りバネ定数γも増大する傾向にある。
【００３３】
図５は、図４に示すグラフの温度依存性を示すグラフであり、実線はトルクと高さの関係を示し、破線はトルクと回転角の関係を示している。図５から分かるように、前側弾性部材２６は温度が上昇するほど変形しやすくなり、捩りバネ定数γも減少する。コントローラ４２のメモリ（図示せず）には、各温度における捩りバネ定数γが予め記憶されている。
【００３４】
次に、図２を参照して、レンズ鏡筒２２の駆動機構を説明する。図２（ｂ）は、図２（ａ）のｂ−ｂ断面図であり、駆動用コイル３４、マグネット４８、及びヨーク５２の位置関係を示している。なお、マグネット４８及びヨーク５２は、受話部２の筐体に固定されており、駆動用コイル３４は、レンズ鏡筒２２の棚部２２ｂに固定されている。駆動用コイル、マグネット、及びヨークをこのように配置することによって、図２（ｂ）に細い矢印で示すような磁束が形成される磁気回路を構成している。さらに、駆動用コイル３４に電流を流すことにより、駆動用コイル３４は、図２（ｂ）に太い矢印で示す方向（図２（ｂ）における左右方向）の推力を受ける。また、駆動用コイル３６、マグネット５０、及びヨーク５４も同様の位置関係に配置されており、駆動用コイル３６も同様の推力を受ける。従って、駆動用コイル３４に電流が供給されると概ね第１軸線Ａ１を中心にレンズ鏡筒２２を回転させるトルクが発生し、駆動用コイル３６に電流が供給されると概ね第２軸線Ａ２を中心に回転させるトルクが発生する。本実施形態において、駆動用コイル３４、３６、マグネット４８、５０、及びヨーク５２、５４は、アクチュエータを構成する。
【００３５】
次に、図６を参照して、レンズ鏡筒２２及び基板２４の位置決め機構を説明する。図１乃至図３では図示を省略していたが、図６に示すように、基板２４にはＣＣＤ２４ａの信号を伝達するための薄型扁平な断面形状のフレキシブルケーブル３０が接続されている。このフレキシブルケーブル３０は、直線状の第１接続部３０ａにおいて基板２４の一辺に接続され、直線状の第２接続部３０ｂにおいて受話部２の筐体に固定された回路基板（図示せず）に接続されている。また、図６に示すように、フレキシブルケーブル３０は、第１接続部３０ａから第２接続部３０ｂまで、約９０゜湾曲して延びている。
【００３６】
基板２４と筐体に固定された回路基板（図示せず）がフレキシブルケーブル３０によって連結され、フレキシブルケーブル３０は、その面内の曲げに対する剛性が高いため、基板２４及びレンズ鏡筒２２のフレキシブルケーブル３０（基板２４）に平行な面内における位置は、フレキシブルケーブル３０によって拘束される。一方、フレキシブルケーブル３０は、その面外の曲げに対する剛性は低いため、レンズ鏡筒２２に第１軸線Ａ１を中心に回転させる回転力が作用した場合には、フレキシブルケーブル３０の軸線Ｂ１付近が容易に湾曲して、その回転が許容される。同様に、レンズ鏡筒２２に第２軸線Ａ２を中心に回転させる回転力が作用した場合には、フレキシブルケーブル３０の軸線Ｂ２付近が容易に湾曲して、その回転が許容される。
【００３７】
従って、基板２４に平行な面内における基板２４及びレンズ鏡筒２２の移動は、フレキシブルケーブル３０のみによって拘束される一方、第１軸線Ａ１及び第２軸線Ａ２を中心とする回転は許容される。また、フレキシブルケーブル３０の弾性による第１軸線Ａ１及び第２軸線Ａ２を中心とする回転に対するバネ定数は、非常に小さく、ほぼ等しい値になる。さらに、基板２４及びレンズ鏡筒２２は、基板２４に平行な面内において、フレキシブルケーブル３０のみによって位置決めされるので、他の部材による拘束力によってフレキシブルケーブル３０に過大な応力が作用したり、レンズ鏡筒２２等の動きが妨げられたりすることがない。
【００３８】
図７は、フレキシブルケーブルの形状の比較例を示す斜視図である。図７に示すフレキシブルケーブル３２は、直線状に延びているため、本実施形態に使用されているフレキシブルケーブル３０のようにレンズ鏡筒２２の各方向の回転を許容することができない。即ち、図７において、レンズ鏡筒２２が第１軸線Ａ１を中心に回転した場合には、フレキシブルケーブル３２は、軸線Ｂ３付近が容易に湾曲する。これに対して、レンズ鏡筒２２を、第２軸線Ａ２を中心に回転させようとする場合には、フレキシブルケーブル３２を捩るように変形させる力が働き、このような変形に対しては、フレキシブルケーブル３２は、比較的大きな剛性を有する。このため、フレキシブルケーブルが図７に示すように接続されている場合には、フレキシブルケーブルの剛性によって、第２軸線Ａ２を中心とするレンズ鏡筒２２の回転が阻害される。
【００３９】
図８は、本実施形態に使用されているフレキシブルケーブルの形状の変形例を示す図である。図８（ａ）は、本実施形態と同様に、第１接続部３０ａを延長した直線と、第２接続部３０ｂを延長した直線が、ほぼ直角に交わるようにフレキシブルケーブル３０が湾曲している。この構成によれば、レンズ鏡筒２２の各方向の回転が許容される。また、図８（ｂ）の変形例は、第１接続部３０ａを延長した直線と、第２接続部３０ｂを延長した直線が、直角よりも小さい角度βをなして交わっている。フレキシブルケーブルのこのような形状によっても、レンズ鏡筒２２の第１軸線Ａ１及び第２軸線Ａ２を中心とする回転は許容される。即ち、第２接続部３０ｂが、第１接続部３０ａの両端を通り、第１接続部３０ａと直角な２本の直線Ｄ１及びＤ２の間の領域Ｄの外側に位置するようにフレキシブルケーブルを構成することにより、レンズ鏡筒２２の各方向の回転が許容される。
【００４０】
次に、図１を参照して、レンズ鏡筒２２の姿勢制御を説明する。センサ３８、４０は、後側弾性部材２８の概ね正方形状のベース部２８ａの各辺上に、互いに直交するように取り付けられている。後側弾性部材２８は、前述したように受話部２の筐体と一体になるように固定されているため、受話部２の筐体の互いに直交する２本の軸線を中心とする回転角速度が、センサ３８、４０によって測定される。本実施形態においては、センサ３８、４０として、圧電振動ジャイロを使用している。
【００４１】
コントローラ４２は、センサ３８、４０によって測定された角速度に基づいて、レンズ鏡筒２２を第１軸線Ａ１及び第２軸線Ａ２を中心に回動させることにより、撮像用レンズ２２ａの光軸Ｃの静止光軸に対する振れを抑制するように構成されている。即ち、コントローラ４２は、センサ３８、４０から入力された信号に基づいて、駆動用コイル３４、３６に電流を流して駆動力を発生させ、光軸Ｃの振れを抑制するように作用する。コントローラ４２は、具体的には、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換器、ＣＰＵ、メモリ（以上図示せず）等によって構成されており、積分手段６０、静止光軸推定手段６２、角度計算手段６４、トルク計算手段６６として機能する。
【００４２】
補正手段である演算回路４４は、撮像ボタン１４が押された時点において、受話部２の筐体の静止空間に対する角速度を補償するように作用する。演算回路４４は、具体的には、ＣＰＵ、メモリ（以上図示せず）等によって構成されており、角加速度計算手段７２、角力積計算手段７４、及び角力積変換手段７６として機能する。
【００４３】
また、温度補正手段４７は、コントローラ４２に内蔵され、レンズ鏡筒２２に作用するトルクと回転角の間の捩りバネ定数を、各温度について予め記憶している。温度補正手段４７は、温度センサ４６によって測定された温度に基づいて捩りバネ定数を決定し、コントローラ４２は、その捩りバネ定数に基づいて、駆動用コイル３４、３６に供給する電流を計算する。温度補正手段４７は、具体的には、ＣＰＵ、メモリ（以上図示せず）等によって構成されている。
【００４４】
次に、図９を参照して、カメラ２０の作用を説明する。図９はカメラモジュールの姿勢制御のブロック図である。
【００４５】
カメラ２０が写真撮影モードに切換えられると、センサ３８、４０は、受話部２の静止空間に対する各方向の角速度ωA1、ωA2を、時々刻々検出する。センサ３８、４０によって検出された各方向の角速度ωA1、ωA2は、コントローラ４２に入力され、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）によりデジタルデータに変換される。デジタルデータに変換された角速度のデジタルデータは、コントローラ４２のＣＰＵ（図示せず）により実現される積分手段６０によって時間で積分され、受話部２の静止空間に対する角度θ1、θ2が時々刻々計算される。なお、本実施形態においては、各方向の角速度ωA1、ωA2を、約１ｍｓｅｃ毎にサンプリングし、角度θ1、θ2を計算している。
【００４６】
一方、写真撮影モードに切換えられると、温度センサ４６は、後側弾性部材２８の温度τを検出し、その検出信号を温度補正手段４７に送る。温度補正手段４７は、温度τにおける、第１軸線Ａ１を中心とするトルクと回転角の間の捩りバネ定数γA1と、第２軸線Ａ２を中心とする捩りバネ定数γA2を決定する。なお、本実施形態においては、後側弾性部材２８の温度と前側弾性部材２６の温度は、ほぼ同一であり、後側弾性部材２８の温度τを検出することによって、その温度における捩りバネ定数を推定することができる。また、本実施形態においては、各方向の捩りバネ定数γA1、γA2の値は同一である。
【００４７】
次に、コントローラ４２に内蔵された静止光軸推定手段６２は、撮像ボタン１４が押される直前の、所定時間の間の角度の平均値を計算し、この角度θSを撮像用レンズ２２ａの光軸Ｃを向けるべき静止光軸の方向として記憶する。静止光軸の方向が決定された後、コントローラ４２は、センサ３８、４０の出力信号に基づいて時々刻々計算される受話部２の角度と、静止光軸の方向との差を計算し、この差がゼロになるように、レンズ鏡筒２２を回転移動させる。
【００４８】
即ち、光軸Ｃと静止光軸との為す角を、第１軸線Ａ１に直交する平面に投影した角度をθA1［ｒａｄ］、温度補正手段４７によって推定された捩りバネ定数をγA1［Ｎｍ／ｒａｄ］とすると、第１軸線Ａ１に直交する平面上で、光軸Ｃが静止光軸と重なるまで回転させるために必要なトルクｆA1［Ｎｍ］は、
ｆA1＝θA1・γA1                      （数式１）
によって計算される。
【００４９】
同様に、光軸Ｃと静止光軸との為す角を、第２軸線Ａ２に直交する平面に投影した角度をθA2［ｒａｄ］、温度補正手段４７によって推定された捩りバネ定数をγA2［Ｎｍ／ｒａｄ］とすると、第２軸線Ａ２に直交する平面上で、光軸Ｃが静止光軸と重なるまで回転させるために必要なトルクｆA2［Ｎｍ］は、
ｆA2＝θA2・γA2                      （数式２）
によって計算される。コントローラ４２に内蔵された角度計算手段６４は、光軸Ｃと静止光軸の為す角θA1、θA2を時々刻々計算し、トルク計算手段６６は数式１、２に基づいてトルクｆA1、ｆA2を計算する。
【００５０】
上記（数式１）で計算されたトルクｆA1及び上記（数式２）で計算されたトルクｆA2を同時に作用させることにより、光軸Ｃは、静止光軸と一致する方向に向けられる。ＣＣＤ２４ａの露光期間中、このように計算されたトルクｆA1を発生させるための電流が駆動用コイル３４に、トルクｆA2を発生させるための電流が駆動用コイル３６に時々刻々供給される。トルクｆA1、ｆA2がレンズ鏡筒２２に作用されると、レンズ鏡筒２２及び基板２４を支持する前側弾性部材２６及び後側弾性部材２８が弾性変形し、光軸Ｃが各方向に角θA1、θA2回転される。これにより、露光期間中手ブレ等によってカメラ２０（受話部２）に振れが生じても、光軸Ｃは静止光軸に追従するように回転移動され、光軸Ｃの静止光軸に対する振れが抑制される。
【００５１】
なお、本実施形態においては、図４及び図５に示したように、制御の実使用領域において捩りバネ定数γA1、γA2が比較的小さくなるように、前側弾性部材２６及び後側弾性部材２８を構成しているので、比較的小さなトルクｆA1、ｆA2によって、光軸Ｃの方向を制御することができる。また、制御の実使用領域を超えた過大なトルクｆA1、ｆA2が作用した場合には、捩りバネ定数γA1、γA2が増大するため、レンズ鏡筒２２の変位が抑制され、損傷を回避することができる。また、本実施形態においては、約２０Ｈｚ以下の周波数の像振れを抑制するようにレンズ鏡筒２２の姿勢を制御している。さらに、光軸Ｃが移動される方向は、上記（数式１）及び（数式２）で計算されたトルクｆA1、ｆA2によってほぼ一意的に決定される。従って、光軸Ｃの方向を計測することなく、オープンループ制御により光軸Ｃの方向を静止光軸に一致させることができる。
【００５２】
次に、補正手段である演算回路４４の作用を説明する。コントローラ４２による上述した制御では、撮像ボタン１４が押された瞬間における携帯電話１の受話部２の角速度がほぼゼロの場合には、レンズ鏡筒２２の光軸Ｃを静止光軸に追従させることができる。しかしながら、撮像ボタン１４が押された際に受話部２が角速度をもっている場合には、コントローラ４２による上記の制御のみでは、露光時において光軸Ｃが静止光軸に対して静止するように制御することはできない。即ち、撮像ボタン１４が押された時に受話部２と共に回転運動しているレンズ鏡筒２２を受話部２の筐体に対して相対的に回転させ、レンズ鏡筒２２を静止光軸に対して静止させる必要がある。演算回路４４は、このような制御開始時における角速度の影響を補正するように作用する。
【００５３】
まず、撮像ボタン１４が押されると、演算回路４４は、撮像ボタン１４が押された瞬間におけるセンサ３８、４０によって検出された第１軸線Ａ１を中心とする初期角速度ωA1［ｒａｄ／ｓｅｃ］、及び第２軸線Ａ２を中心とする初期角速度ωA2［ｒａｄ／ｓｅｃ］を記憶する。ここで、撮像ボタン１４が押された後、露光が開始されるまでの間のタイムラグをｔとすると、各方向に、
αA1＝ωA1／ｔ                      （数式３）
αA2＝ωA2／ｔ                      （数式４）
の角加速度αA1、αA2［ｒａｄ／ｓｅｃ2］を夫々生じさせるトルクを、時間ｔに亘って作用させることにより、静止空間に対する光軸Ｃの角速度を露光開始時点においてゼロにすることができる。演算回路４４の角加速度計算手段７２は、初期角速度ωA1、ωA2に基づいて、角加速度αA1、αA2を計算する。
【００５４】
このような角加速速度αA1、αA2を生じさせるトルクＦA1、ＦA2［Ｎｍ］は、カメラ２０の可動部分の、第１軸線Ａ１回りの慣性モーメントをＩA1［ｋｇｍ2］、第２軸線Ａ２回りの慣性モーメントをＩA2［ｋｇｍ2］とすると、
ＦA1＝ＩA1・αA1＝ＩA1・ωA1／ｔ      （数式５）
ＦA2＝ＩA2・αA2＝ＩA2・ωA2／ｔ      （数式６）
によって計算することができる。
【００５５】
即ち、これらのトルクＦA1、ＦA2を、時間ｔに亘って各軸線回りに作用させることにより、光軸Ｃの角速度（カメラ２０の可動部分の角運動量）は、露光開始時点においてゼロになる。演算回路４４の角力積計算手段７４は、角加速度αA1、αA2に基づいて、カメラ２０の可動部分の角運動量を露光開始時点においてゼロにするために必要な角力積ＦA1・ｔ、及びＦA2・ｔを計算する。演算回路４４に内蔵された角力積変換手段７６は、計算された角力積ＦA1・ｔ、ＦA2・ｔに基づいて、駆動用コイル３４、３６によって発生させるべきトルクＦ1、Ｆ2を計算し、このトルクに対応した電流を駆動用コイル３４、３６に供給する。この電流は、トルク変換手段６８によって供給された電流と重畳され、駆動用コイル３４によってトルクＦ1＋ｆA1が発生され、駆動用コイル３６によってトルクＦ2＋ｆA2が発生される。この結果、撮像ボタン１４が押された瞬間において携帯電話１の受話部２の角速度がゼロでない場合にも、その角速度は露光開始までに演算回路４４によって補正され、像振れはオープンループ制御によって抑制される。なお、必要な角力積を与えるために、一定のトルクを時間ｔに亘って作用させる場合には、Ｆ1＝ＦA1、Ｆ2＝ＦA2となる。
【００５６】
また、上述した制御では、所定の時間ｔに応じてトルクを変化させることにより必要な角力積を発生させていたが、変形例として、トルクを予め定められた所定値とし、このトルクを作用させる時間を変化させることにより必要な角力積を発生させても良い。
【００５７】
本発明の実施形態によれば、携帯電話にも内蔵することができる小型の撮像装置に、像振れ防止機能を組み込むことができる。また、本実施形態においては、光軸Ｃが向けられる方向は、トルク及び捩りバネ定数によってほぼ一意的に決定されるので、オープンループ制御によってカメラモジュールの姿勢を制御することができる。このため、筐体に対するカメラモジュールの姿勢を測定するためのセンサを設ける必要がなく、装置を小型化することができる。さらに、本実施形態の携帯電話においては、像振れ防止制御の開始時点における角速度が、補正手段によって補正されるので、撮像ボタンを押した際にカメラが角速度を有する場合にも、オープンループ制御によってカメラモジュールの姿勢を制御することができる。また、前側弾性部材及び後側弾性部材の弾性係数の変化を、温度補正手段によって補正しているので、環境温度が変化しても、光軸Ｃを正確な方向に回転移動させることができる。
【００５８】
本発明の実施形態によれば、カメラモジュールを支持する前側弾性部材及び後側弾性部材が、制御の実使用領域では捩りバネ定数が小さく、変位の大きい領域では捩りバネ定数が大きくなるように形成されているので、比較的小さなトルクで制御を行うことができ、また、携帯電話を誤って落下させたとき等には、カメラモジュールの過大な変位を防止し、カメラモジュールの損傷を回避することができる。
【００５９】
また、本発明の実施形態によれば、カメラの可動部分が弾性支持されているため、カメラを回転移動させる際に摺動抵抗が作用することがなく、簡単な制御アルゴリズムでカメラの姿勢を制御することができる。さらに、本実施形態によれば、カメラの可動部分が非常に軽量であるため、カメラの回転移動の反作用によって、カメラの筐体（携帯電話）が影響を受けることがない。また、像振れ防止制御が行われている間は、カメラの可動部分は静止空間に対して静止しているので、カメラの可動部分は加速度をもつことがなく、加速度による慣性力が振動の発生原因となることがない。このため、ノイズの発生を抑止し、又は振動の発生を防止するための制御を行う必要がなく、制御アルゴリズムを単純にすることができる。
【００６０】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態では、本発明の撮像装置を携帯電話に組み込んだ場合について説明したが、本発明の撮像装置を単独で構成し、薄型カメラや他の小型カメラ、又は他の機器に組み込むこともできる。
【００６１】
また、上述した実施形態では、アクチュエータとして、駆動用コイル及びマグネットを使用していたが、圧電素子、静電素子等の任意の素子をアクチュエータとして使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態による携帯電話に内蔵されている撮像装置であるカメラの分解斜視図である。
【図２】カメラの鏡筒部分の（ａ）正面図、及び（ｂ）（ａ）におけるｂ−ｂ断面図である。
【図３】前側弾性部材の裏側を示す（ａ）斜視図、及び（ｂ）背面図である。
【図４】弾性支持機構の特性を示すグラフである。
【図５】図４に示すグラフの温度依存性を示すグラフである。
【図６】基板にフレキシブルケーブルを取り付けた状態を示す斜視図である。
【図７】フレキシブルケーブルの形状の比較例を示す斜視図である。
【図８】フレキシブルケーブルの形状の変形例を示す図である。
【図９】カメラモジュールの姿勢制御のブロック図である。
【図１０】従来技術の携帯電話の使用状態における（ａ）正面斜視図、（ｂ）背面斜視図である。
【符号の説明】
【００６３】
２０    カメラ
２２    レンズ鏡筒
２２ａ  撮像用レンズ
２２ｂ  棚部
２４ａ  ＣＣＤ
２６    前側弾性部材
２６ａ  開口部
２６ｂ  凹部
２６ｃ  接触部
２８    後側弾性部材
２８ａ  ベース部
２８ｂ  凸部
３０    フレキシブルケーブル
３０ａ  第１接続部
３０ｂ  第２接続部
３２    フレキシブルケーブル
３４    駆動用コイル
３６    駆動用コイル
３８    センサ
４０    センサ
４２    コントローラ
４４    演算回路
４６    温度センサ
４７    温度補正手段
４８    マグネット
５０    マグネット
５２    ヨーク
５４    ヨーク
６０    積分手段
６２    静止光軸推定手段
６４    角度計算手段
６６    トルク計算手段
７２    角加速度計算手段
７４    角力積計算手段
７６    角力積変換手段
【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】
2006300997.tif 000009
【図８】
2006300997.tif 000010
【図９】
2006300997.tif 000011
【図１０】
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