(57)【要約】【課題】補正レンズ群を板バネで保持させることにより、温度変化に関係なく、最適な像ぶれ補正ができ良好な画像を提供する。【解決手段】像振れ補正レンズ群をピッチング用Ｐ板５２を介してＹ方向移動させてＹ方向に可動可能に保持するピッチングホルダ５０と、そのピッチングホルダ５０の一端を固着して該ピッチングホルダ５０をＹ方向移動さすピッチング板バネ５４と、前記像振れ補正レンズ群をヨーイング用Ｐ板５６を介してＸ方向移動させてＸ方向に可動可能に保持するヨーイングホルダ５５と、ピッチング板バネ５４の他端をヨーイングホルダ５５の上下端部に固着するとともに当該ヨーイングホルダ５５の一端を固着して該ヨーイングホルダ５５をＸ方向移動さすヨーイング板バネ７４とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像振れ補正レンズ群をＸ方向及びＹ方向に移動して像振れ補正を行う像振れ補正装置において、
前記像振れ補正レンズ群をピッチング用Ｐ板を介してＹ方向移動させてＹ方向に可動可能に保持するピッチングホルダと、
前記ピッチングホルダの一端を固着して該ピッチングホルダをＹ方向移動さすピッチング板バネと、
前記像振れ補正レンズ群をヨーイング用Ｐ板を介してＸ方向移動させてＸ方向に可動可能に保持するヨーイングホルダと、
前記ピッチング板バネの他端を前記ヨーイングホルダの上下端部に固着するとともに当該ヨーイングホルダの一端を固着して該ヨーイングホルダをＸ方向移動さすヨーイング板バネと、
前記ヨーイング板バネの他端が固定される固定枠と、
前記ピッチング用板バネをＹ方向移動させるためのピッチングアクチュエータと、
前記ヨーイング用板バネをＸ方向移動させるためのヨーイングアクチュエータと、
を備えることを特徴とする像振れ補正撮像装置。
【請求項２】
前記ピッチング用板バネには、Ｙ軸方向に対してＸ軸方向の長さが２倍程度長く巻かれるピッチングコイルを有することを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正撮像装置。
【請求項３】
前記ピッチング用板バネは、Ｘ方向に長く形成される中空矩形状又は中空楕円状であることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正撮像装置。
【請求項４】
前記ヨーイング用板バネには、Ｘ軸方向に対してＹ軸方向の長さが２倍程度長く巻かれるピッチングコイルを有することを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正撮像装置。
【請求項５】
前記ヨーイング用板バネのＸ方向への一次共振周波数が４０Ｈｚを超えることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正撮像装置。
【請求項６】
前記補正レンズ群のＹ方向ずれ量に対応するピッチングホルダのずれ量を前記ピッチング用Ｐ板上に配置されるホール素子により検出し、当該ずれ量に応じて前記ピッチングコイルに電流を流して前記補正レンズ群のＹ方向の位置補正をすることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正撮像装置。
【請求項７】
前記補正レンズ群のＸ方向ずれ量に対応するヨーイングホルダのずれ量を前記ヨーイング用Ｐ板上に配置されるホール素子により検出し、当該ずれ量に応じて前記ヨーイングコイルに電流を流して前記補正レンズ群のＸ方向の位置補正をすることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラやデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどの撮像装置において、手ぶれ補正を行う手ぶれ補正装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、民生用ビデオムービー等の撮像装置は小型化、軽量化、光学ズームの高倍率化が進み、その使い勝手が格段に向上している。このためビデオカメラ等の撮像装置は、一般使用者にとって普通の映像機器となってきている。ビデオカメラ等の撮像装置の小型化、軽量化、光学ズームの高倍率化は、撮影に習熟していない使用者にとっては、撮影時に手ぶれが生じ、安定した画像が得られなくなることがあった。そこで、撮影するビデオカメラの姿勢に関係なく、最適な像ぶれ補正ができる撮像装置が提案されている。
【０００３】
従来の像ぶれ補正ビデオカメラとしては、特開２００２−２０７２３２号公報に記載されているおり、補正レンズ群を光軸と垂直な２方向に動かすことにより、使用者が撮影時に手ぶれにより像ぶれを起こしても、安定な画像を得られる撮像装置が提案されている。
図１２、１３を用いて提案されている撮像装置について説明する。
【０００４】
図１２において、カメラ１には撮像光学系２が取り付けられており、その撮像光学系２は３つのレンズ群Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３群からなり、中間のレンズ群Ｌ２は補正レンズ群であり、光軸Ｚに垂直な面内で互いに直角な２方向Ｘ，Ｙ方向に移動することで、光軸Ｚを偏心させて、画像の動きを補正するようにしている。レンズ群Ｌ１に入射した光は、レンズ群Ｌ２、Ｌ３を通り固体撮像素子３に結像するようになっている。
【０００５】
ヨーイング駆動制御部４ｘ、ピッチング駆動制御部４ｙは、ヨーイング用アクチュエータ５ｘ、ピッチング用アクチュエータ５ｙを有する像ぶれ補正駆動機構５を介して補正レンズ群Ｌ２を、撮像光学系２の光軸Ｚに直交する面内で互いに直交する２方向Ｘ、Ｙ軸に駆動するものである。ここで、カメラ１におけるＸ軸をヨーイング方向、Ｙ軸をピッチング方向と称する。
【０００６】
位置検出手段６は、図１３に示す発光素子６ａおよび受光素子６ｂによりレンズ群Ｌ２の位置を検出する手段であり、ヨーイング駆動制御部４ｘ、ピッチング駆動制御部４ｙと共に補正レンズ群Ｌ２を駆動制御するための帰還制御ループを形成している。そしてヨーイング駆動制御部４ｘ、ピッチング駆動制御部４ｙは補正駆動制御手段４を構成している。
【０００７】
光軸Ｚの端部に配置された固体撮像素子３は、撮像光学系２を介して入射する映像を電気信号に変換するもので、固体撮像素子３から出力された映像信号は、アナログ信号処理手段７に入力されてガンマ処理などのアナログ信号処理を施され、さらにＡ／Ｄ変換手段８によりディジタル信号に変換された後、ディジタル信号処理手段９によりディジタル信号のノイズ除去や輪郭強調等のディジタル信号処理が施される。
【０００８】
カメラ１の動作検出するための角速度センサ１０ｘ、１０ｙは、撮像光学系２を含むカメラ１自体の動きを検出し、カメラ１が静止している状態での出力を基準に、カメラ１の動きの方向により正負両方の角速度信号を出力するもので、それぞれヨーイング方向及びピッチング方向の２方向の動きを検出するためにヨーイング角速度センサ１０ｘ、ピッチング角速度センサ１０ｙはが設けられている。このようにヨーイング角速度センサ１０ｘ、ピッチング角速度センサ１０ｙは手ぶれその他の振動によるカメラ１の動きを検出している。動作検出手段１０では、ヨーイング角速度センサ１０ｘ、ピッチング角速度センサ１０ｙから出力された出力信号は、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１１ｘ、１１ｙで出力信号に含まれる不要帯域成分中の直流ドリフト成分が除去され、さらに、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１２ｘ、１２ｙにより、出力信号に含まれる不要帯域成分中のセンサの共振周波数成分やノイズ成分が除去さ、アンプ１３ｘ、１３ｙにより出力信号のレベル調整がされた後、Ａ／Ｄ変換部１４ｘ、１４ｙによりディジタル信号に変換され、そのディジタル信号が像ぶれ補正手段（マイクロコンピュータ）１５に入力される。
【０００９】
図１３の分解斜視図を参照して補正レンズ群Ｌ２を駆動制御する像ぶれ補正機構１６を説明する。固定枠１７にはヨーイングシャフト１８ａ、１８ｂを介してヨーイング方向に摺動自在にヨーイング枠１９が保持され、このヨーイング枠１９には２本のピッチングシャフト２０ａ、２０ｂがピッチング方向に摺動自在にピッチング枠２１が保持され、このピッチング枠２１に補正レンズ群Ｌ２が固定されている。また、ピッチング枠２１にコイル２２ｘ、２２ｙがそれぞれ固定されている。一方固定枠１７にはコイル２２ｘに対応するマグネット２３ｘおよびヨーク２４ｘが保持され、ピッチング枠２１を介して補正レンズ群Ｌ２をヨーイング方向に駆動制御するヨーイング用アクチュエータ（コイルとマグネット、ヨークからなるアクチュエータ）５ｘが構成されている。同様に、固定枠１７にコイル２２ｙに対応するマグネット２３ｙおよびヨーク２４ｙが保持され、ピッチング枠２１を介して補正レンズ群Ｌ２をピッチング方向に駆動制御するピッチング用アクチュエータ（コイルとマグネット、ヨークからなるアクチュエータ）５ｙが構成されている。
【００１０】
さらに、位置検出手段６を構成する発光素子６ａは、ピッチング枠２１に固定されており、固定枠１７に固定された受光素子６ｂが発光素子６ａの投射光を受光して、補正レンズ群Ｌ２の２次元の位置座標を検出する。
【００１１】
図１２において、ヨーイング電流値検出部２５ｘは、ヨーイング用アクチュエータ５ｘが動作したときのコイル２２ｘに流れる電流値を検出し、同様に、ピッチング電流値検出部２５ｙは、ピッチング用アクチュエータ５ｙが動作したときのコイル２２ｙに流れる電流値を検出するもので、カメラ１の姿勢を検出する姿勢検出手段２５を構成している。
像ぶれ補正手段１５には、ヨーイング電流値検出部２５ｘとピッチング電流値検出部２５ｙの検出値に基づいてカメラ１の姿勢（正立姿勢や縦向き姿勢）を判断する姿勢制御部２６と、動き補正に必要な補正レンズ群Ｌ２の駆動制御に必要な像ぶれ補正特性の制御信号を格納している不揮発メモリ（ＥＰＲＯＭ等）からなるぶれ補正特性記憶部２７と、動作検出手段１０の出力信号によりカメラ１の撮影動作を判断するとともに、動作方向および加速度を求める動作判定部２８と、姿勢制御部２６とぶれ補正特性に対応した補正動作のゲインを調整するゲイン調整部２９とが具備されている。
【００１２】
動作判別部２８では、Ａ／Ｄ変換部１４ｘ、１４ｙを介して取り込んだ角速度センサ１０ｘ、１０ｙの出力信号に対して、フィルタリング、積分処理、位相補償、ゲイン調整、クリップ処理等を施してカメラ１の撮影動作を判断する。ゲイン調整部２９は、姿勢制御部２６により判断されたカメラ１の姿勢からぶれ補正動作の駆動方向を判断して制御信号の出力側を選択し、動作判定部２８から出力された信号により、ぶれ補正特性記憶部２７のデータに基づいて、ぶれ補正に必要な補正レンズ群Ｌ２の駆動量を求める。ゲイン調整部２９からの制御信号は、補正駆動制御手段４を構成するＤ／Ａ変換部３０ｘ、３０ｙを介してヨーイング駆動制御部４ｘ、ピッチング駆動制御部４ｙにそれぞれ出力され、ヨーイング駆動制御部４ｘ、ピッチング駆動制御部４ｙからヨーイング用アクチュエータ５ｘ、ピッチング用アクチュエータ５ｙに出力され、補正レンズ群Ｌ２が制御駆動されて画像の動きを補正する。
【００１３】
ピッチング枠２１のコイル２２ｘ、２２ｙにそれぞれ外部の回路から電流を供給すると、ヨーイング用アクチュエータ５ｘ、ピッチング用アクチュエータ５ｙにより形成された磁気回路により、補正レンズ群Ｌ２を有するピッチング枠２１は、光軸Ｚと直角な平面内で互いに直交する２方向Ｘ、Ｙ方向にそれぞれ移動される。また、ピッチング枠２１の位置は、位置検出手段６の発光素子６ａの光を受光素子６ｂで検出するため、高精度で位置検出されている。すなわち、像ぶれ補正駆動機構５により補正レンズ群Ｌ２を光軸Ｚと直交する平面内でＸ、Ｙ方向に移動させることにより、撮像光学系２を介して固体撮像素子３に入射する画像の補正をすることができる。
【特許文献１】特開２００２−２０７２３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、前記従来の構成では補正レンズ群を保持しているピッチング枠２１を２つのピッチングシャフト２０ａ、２０ｂで支え、そのピッチングシャフト２０ａ、２０ｂ上をピッチング枠２１が摺動して移動するよう構成されているため、ピッチング枠２１の軸受け部とピッチングシャフト２０ａ、２０ｂは数ミクロンのクリアランスを空けて構成されており、かつ、ピッチング枠２１を保持するための軸受け部の平行度は高精度が必要であったので、金型による寸法の調整に多大な時間と労力を要した。また、このクリアランス部に軸受け部の摺動性を高めるため、グリス等の潤滑材が塗布されている。この潤滑材は温度が低くなると粘性が高くなるため、摺動負荷が高くなり、アクチュエータの性能が劣化する傾向になる。逆に温度が高くなると粘性が低くなるため、摺動負荷が低くなりすぎて、発振などを起こすこし、アクチュエータの性能が劣化する問題があった。また、カメラは戸外にて使用されるため空気中の微細な粉塵が潤滑油に付着し、固まったりすることにより、摺動しにくくなったり、最悪の場合は摺動しなくなったりする問題等を有していた。また、温度変化により金属でできたシャフトと樹脂でできた軸受け部のクリアランスが線膨張係数の相違による影響を受け、低音においてはシャフトより軸受けの材料である樹脂の線膨張係数が大きいので、クリアランスが少なくなり、摺動性が悪くなったりする等の課題を有していた。
【００１５】
本発明は、補正レンズ群Ｌ２を保持したピッチングホルダを２枚の板バネで保持し、その板バネの他端をヨーイングホルダに固定することにより、潤滑材無しでピッチング方向にピッチングホルダを容易に移動せしめ、かつ、ピッチングホルダとヨーイングホルダを２枚の板バネで保持し、他端を固定枠に固定することにより、潤滑材無しでヨーイング方向にヨーイングホルダを容易に移動せしめ、温度変動があっても補正レンズ群Ｌ２の移動を容易にするとともに、微細な粉塵があっても補正レンズ群Ｌ２の移動が妨げられることのない像ぶれ補正撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の像ぶれ補正撮像装置は、像振れ補正レンズ群をＸ方向及びＹ方向に移動して像振れ補正を行う像振れ補正装置において、前記像振れ補正レンズ群をピッチング用Ｐ板を介してＹ方向移動させてＹ方向に可動可能に保持するピッチングホルダと、前記ピッチングホルダの一端を固着して該ピッチングホルダをＹ方向移動さすピッチング板バネと、前記像振れ補正レンズ群をヨーイング用Ｐ板を介してＸ方向移動させてＸ方向に可動可能に保持するヨーイングホルダと、前記ピッチング板バネの他端を前記ヨーイングホルダの上下端部に固着するとともに当該ヨーイングホルダの一端を固着して該ヨーイングホルダをＸ方向移動さすヨーイング板バネと、前記ヨーイング板バネの他端が固定される固定枠と、前記ピッチング用板バネをＹ方向移動させるためのピッチングアクチュエータと、前記ヨーイング用板バネをＸ方向移動させるためのヨーイングアクチュエータと、を備えることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の像ぶれ補正撮像装置によれば、補正レンズ群Ｌ２を保持したピッチングホルダをピッチング板バネで保持し、そのピッチング板バネの他端をヨーイングホルダに固定し、かつ、そのヨーイングホルダをヨーイング板バネで保持し、そのヨーイング板バネの他端を固定枠に固定しているので、板バネのバネ性を利用して光軸に対して直角方向にピッチングホルダおよびヨーイングホルダを移動させることが可能なので、シャフトと軸受けの場合に必要であった潤滑材は不要となり、温度変化に対して潤滑材の粘性が変動することが無くなり、温度変化に対して安定したピッチングホルダおよびヨーイングホルダの移動を実現することができる。また、戸外の微細な粉塵等があっても潤滑材がないので粉塵が付着し潤滑性が変動することが無く、耐環境性に優れたピッチングホルダおよびヨーイングホルダの移動を実現することができる。さらに、板バネでピッチングホルダおよびヨーイングホルダを保持する機構なので板バネの形状を工夫することにより、省スペースにて像ぶれ補正機構を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の像ぶれ補正撮像装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施例における像ぶれ補正撮像装置の主要機構が本体シャーシー部を構成する固定枠１７に取り付けられた状態の斜視図を示すものである。図２は、補正レンズ群（図示せず。）を固定し補正レンズ群をＹ方向に補正駆動するピッチングホルダ部５０の斜視図であり、ピッチングホルダ５０の両端部には、ピッチング板バネ５４の一端部が接着固定され、ピッチング用Ｐ板５２をＹ方向駆動してピッチング板バネ５４を弾性制御して補正レンズ群をＹ方向に補正駆動する。  図３はピッチングホルダ、ヨーイングホルダ部の斜視図であり、図４は主要機構の固定枠を一部削除した斜視図であり、図５は主要機構の断面図であり、図６は主要機構の正面図であり、図７は主要機構の平面図、図８はピッチングマグネットの正面図（破線はピッチングＰ板）と側面図、図９は汎用有限要素法ソフトＡＮＳＹＳによる解析条件の説明図、図１０はヨーイング方向の補正レンズ群の２〜２５０Ｈｚ周波数応答解析、図１１はヨーイング方向の補正レンズ群の２〜１２０Ｈｚ周波数応答解析、図１２は従来の像ぶれ補正撮像装置の構成図、図１３は従来の像ぶれ補正撮像装置の像ぶれ補正駆動機構である。
【００２０】
図２〜図６において、補正レンズ群Ｌ２はピッチングホルダ５０に取り付けられた後、レンズ固定リング５１を介してネジ等によりピッチングホルダ５０に固定される。
ピッチングホルダ５０の下端切り欠き部にピッチング用Ｐ板５２が接着等により固定され、そのピッチング用Ｐ板５２にはＹ軸方向に磁力により推力を発生させるためのピッチングコイル５３が巻かれている。また、ピッチングホルダ５０にはピッチングホルダ５０を固定するためのピッチング板バネ５４がピッチングホルダ５０の上下端の中央凸部に接着等にて取り付けられている。そのピッチング板バネ５４の他端はヨーイングホルダ５５の上端の中央切り欠き部に接着等にて固定されている。すなわち、ピッチングホルダ５０はピッチング板バネ５４によりヨーイングホルダ５５にバネの力にて保持されている。ヨーイングホルダ５５にはヨーイング用Ｐ板５６が接着等により固定され、そのヨーイング用Ｐ板５６にはＸ軸方向に磁力より推力を発生させるためのヨーイングコイル５７が巻かれている。
【００２１】
図３、４において、ヨーイングホルダ５５にはヨーイングホルダ５５を固定するためのヨーイング板バネ７４がヨーイングホルダ５５の左右端の凸部に接着等にて取り付けられている。そのヨーイング板バネ７４の他端は固定枠１７の左右端切り欠き部に接着等にて固定されている。すなわち、ヨーイングホルダ５５はヨーイング板バネ５６により固定枠１７にバネの力にて保持されている。
【００２２】
図５〜７を用いて、ピッチングホルダ５０をピッチング方向（Ｙ軸）に移動させる構成について説明する。ピッチングホルダ５０に接着によりピッチング用Ｐ板５２が取り付けられる。そして、ピッチング用Ｐ板には、Ｘ軸方向が長く形成されるピッチングコイル５３が巻かれ接着等にてピッチング用Ｐ板５２に固定されている。ピッチングコイル５３がＸ軸方向に長く巻かれているのは、コイルに磁界（Ｂ）が掛かっているとき、その磁界と直角方向のコイル長さ（Ｌ）のコイルに電流（ｉ）を流すと、フレミングの左手の法則によりコイルに推力が発生し、そのコイル推力（Ｆ）はＦ＝ＢｉＬとなり、Ｙ軸方向のコイル推力を大きくするためＸ軸方向の長さが長くなるよう巻かれている。
【００２３】
本実施例では、少なくともＹ軸方向に比べ２倍程度、長く巻いて、Ｙ軸方向の磁力による推力を大きく設定している。図７（ａ）は、ピッチングアクチュエータ６０の正面図、図７（ｂ）は、Ａ−Ａ断面を示す。
【００２４】
一方固定枠１７にはピッチングコイル５３に対応するピッチングマグネット５８およびピッチングヨーク５９が保持され、ピッチングホルダ５０を介して補正レンズ群Ｌ２をピッチング方向に駆動制御するピッチングアクチュエータ６０を構成している。ピッチングマグネット５８の上半分はＮ極６１に着磁され、下半分はＳ極６２に着磁されている。もちろん言うまでもないことであるがＮ極６１とＳ極６２が逆であっても差し支えは無い。
【００２５】
図７において、ピッチングマグネット５８のＮ極６１からピッチング用Ｐ板５２に向かって磁束６６が出ているとすると、その磁束６６はピッチング用Ｐ板５２を通り、ピッチングヨーク５９、ピッチング用Ｐ板５２、Ｓ極６２、ピッチングヨーク５９を通り元のピッチングマグネット５８のＮ極６１に戻ることになる。ピッチングコイル５３にピッチングコイル電流６７が矢印のように流れたとすると、フレミングの左手の法則により、ピッチング用Ｐ板５２は矢印６８の方向、即ち、Ｙ軸の正の方向に向かって移動するので、ピッチング用Ｐ板５２が固定されているピッチングホルダ５０は矢印６８の方向に移動する。このとき、ピッチングホルダ５０の上下位置にピッチング板バネ５４が接着等にて取り付けられているので、補正レンズ群Ｌ２およびピッチングホルダ５０の自重分、ピッチング板バネ５４はＹ軸の負の方向に撓んだ状態にてピッチング板バネ５４にて支えられていることになり、補正レンズ群Ｌ２は光軸Ｚからずれているので、常に矢印６８方向にコイル推力が掛かるようピッチングコイル５３に電流を流し、撮像光学系２を正規の状態に保っている。その状態から、像ぶれ補正手段１５より出力された信号に応じてピッチングアクチュエータ６０を制御して手ぶれによるカメラ１の補正をしている。
【００２６】
光軸Ｚからのピッチングホルダ５０のずれ量はピッチング用Ｐ板５２上に配置されているホール素子６９により検出される。ホール素子６９はピッチングマグネット５８の着磁の中心位置（Ｎ極６１とＳ極６２の境目）に置かれており、そのとき補正レンズ群Ｌ２は光軸Ｚ上に設定されている。それ故、図９において、ホール素子に外部から作用している磁束密度はＮ極、Ｓ極とも同じなので、ホール素子の出力は零であるが、その状態から矢印６８の方向にピッチング用Ｐ板５２が移動（補正レンズ群Ｌ２も同時に移動）するとホール素子６９はＮ極６１の磁束密度が高くなり、Ｎ極の磁束密度の高さに比例した電位が発生する。最大移動させたときのホール素子電位を記憶しておくことにより、光軸Ｚからのずれ量を検出することができる。
【００２７】
同様にして図５、６、図８を用いて、ヨーイングホルダ５５がヨーイング方向（Ｘ軸）に移動させる構成について説明する。ヨーイングホルダ５５に取り付けられたヨーイング用Ｐ板５６にはＹ軸方向が長いヨーイングコイル５７が巻かれ接着等にてヨーイング用Ｐ板５６に固定されている。ヨーイングコイル５７がＹ軸方向長くなるように巻かれている。ピッチングコイル５３の場合と同様に、少なくとも  Ｙ軸方向のコイルをＸ軸方向に比べ２倍程度、長く巻いて、ヨーイングコイル５７のＸ軸方向の磁力による推力を大きく設定している。
【００２８】
図８（ａ）は、ヨーイングアクチュエータ６５の正面図、図８（ｂ）は、Ｂ−Ｂ断面を示す。固定枠１７にはヨーイングコイル５７に対応するヨーイングマグネット６３およびヨーイングヨーク６４が保持され、ヨーイングホルダ５５を介して補正レンズ群Ｌ２をヨーイング方向に駆動制御するヨーイングアクチュエータ６５を構成している。ヨーイングマグネット６３の上半分はＮ極７５に着磁され、下半分はＳ極７６に着磁されている。もちろん言うまでもないことであるがＮ極７５とＳ極７６が逆であっても差し支えは無い。
【００２９】
図８において、ヨーイングマグネット６３のＮ極７５からヨーイング用Ｐ板５６に向かって磁束７７が出ているとすると、その磁束７７はヨーイング用Ｐ板５６を通り、ヨーイングヨーク６４、ヨーイング用Ｐ板５６、Ｓ極７６、ヨーイングヨーク６４を通り元のヨーイングマグネット６３のＮ極７５に戻ることになる。ヨーイングコイル５７にヨーイングコイル電流７８が矢印のように流れたとすると、フレミングの左手の法則により、ヨーイング用Ｐ板５６は矢印７９の方向、即ち、Ｘ軸の正の方向に向かって移動するので、ヨーイング用Ｐ板５６が固定されているヨーイングホルダ５５は矢印７９の方向に移動する。ヨーイングホルダ５５の左右端の凸部にヨーイング板バネ７４が接着等にて取り付けられているので、補正レンズ群Ｌ２は撮像光学系２の光軸Ｚ位置に保持されている。その状態から、像ぶれ補正手段１５より出力された信号に応じてヨーイングアクチュエータ６５を制御して手ぶれによるカメラ１の補正をしている。ホール素子６９の出力と補正レンズ群Ｌ２の位置との関係は、Ｘ軸方向とＹ軸方向が異なるだけで他は、ピッチングの場合と同様なので以下説明は省略する。
【００３０】
図１０〜１２を参照して、汎用有限要素法解析ソフトＡＮＳＹＳによりピッチング板バネ５４およびヨーイング板バネ７４のモーダル解析、周波数応答解析した結果を説明する。撮像装置の電源は電池なので、補正レンズ群Ｌ２の駆動は消費電力が少なく、かつ、広範囲な像ぶれ補正が要求される。具体的には、像ぶれ補正に必要な補正レンズ群Ｌ２のＸ、Ｙ方向移動量は０．５ｍｍであり、そのときのコイル推力として８ｇｆの力が出せることを目標としている。
【００３１】
板バネのヤング率Ｅ、幅ｂ、長さＬ、厚さｈとすると板バネのバネこわさｋは、ｋ＝Ｅｂｈ3／４Ｌ3（（１）式）となり、板バネとして適正な材質は、りん青銅、ＳＵＳであり、ヤング率Ｅの値を大きく変えることはできないので、板バネのバネこわさｋを小さくするには、厚みｈを薄くするか、長さＬを大きくすると効果がある。目標としている８ｇｆの力で０．５ｍｍ板バネを撓ますには、バネこわさｋを小さくする必要がある。材料としてりん青銅（Ｅ＝０．９８ｅ10ｋｇｆ／ｍ2）を使用し、８ｇｆで約０．５ｍｍのバネたわみを発生させるには、ＡＮＳＹＳによる計算の結果ヨーイング板バネ７４の場合、一例としてｂ＝０．６ｍｍ、Ｌ＝７．７ｍｍ、ｈ＝０．０２ｍｍで実現できることが分かった。同様に、ピッチング板バネ５４の場合、一例としてｂ＝０．５ｍｍ、Ｌ＝１５ｍｍ、ｈ＝０．０２ｍｍで実現可能なことが分かった。従って、長さＬを大きくするために、板バネを中空矩形状、あるいは、中空楕円状に形成している。即ち、ピッチング板バネ５４は、ピッチングホルダ５０とヨーイングホルダ５５の上端、下端部にてそれぞれ接着されるが、例えば、上端部にて、ピッチングホルダ５０の接続部とヨーイングホルダ５５との接続部間のピッチング板バネ５４を中空矩形状に形成して長さＬを確保する。ヨーイング板バネ７４も同様に、ヨーイングホルダ５５と固定枠１７に接着されるが接着部間のヨーイング板バネ５４を中空矩形状に形成して長さＬを確保している。もちろん、それぞれの板バネの長さＬを確保できるならば、他のいかなる形状でも実現できることは当然である。
【００３２】
今、板厚ｈを０．０２ｍｍすなわち２０μｍから３０μｍにした場合の一次共振周波数、バネの撓みがどのように変化するかについて説明する。ホルダの質量をｍ、ｈ＝２０μｍのときの板バネのバネこわさをｋ１、一次共振周波数をｆ１、ホルダーに掛ける力をＦ、板バネの撓みをｘ１、ｈ＝３０μｍのときのバネこわさをｋ２、一次共振周波数をｆ２、板バネの撓みをｘ２とする。一次共振周波数ｆ＝（１／２π）×（ｋ１／ｍ）1/2（（２）式）なので板厚ｈを３０μｍにしたときのバネこわさｋ２は、（１）式よりｋ２＝（３０／２０）3ｋ１≒３．４ｋ１となり、一次共振周波数ｆ２＝（１／２π）×（ｋ２／ｍ）1/2＝（１／２π）×（３．４ｋ１／ｍ）1/2≒１．８４ｆ１≒７９Ｈｚとなる。すなわち、４３Ｈｚが７９Ｈｚになるのであるから振動に対する余裕は多くなるのであるが、一方コイル推力に対する撓みは、フックの法則によりＦ＝ｋ２・ｘ２＝ｋ１・ｘ１であり、ｘ２＝（ｋ１／ｋ２）・ｘ１＝０．６７ｘ１となりＦ＝８ｇｆの力にて板バネは０．５ｍｍから０．３３ｍｍの変位となる。すなわち、他の形状はそのままとし板バネの厚みを厚くすると、一次共振周波数は高くなり振動に対してよくなるが、バネの変位量が少なくなり、０．５ｍｍと同じ変位量撓ますには大きなコイル推力が必要となる。
【００３３】
以上のように、厚さｈを２０μｍから３０μｍと厚くすると、バネこわさは、ｋ２＝３.４ｋ２と３．４倍になる。又、バネの変移量は、ｘ２＝０．６７ｘ１と０．６７倍と少なくなる。
【００３４】
微小な力で補正レンズ群Ｌ２を移動させることが可能なことが分かったので、その板バネを使用して、補正レンズ群Ｌ２が外部からの不要共振により振動を誘発しないか、ＡＮＳＹＳにより振動解析をし、耐振動性能を検討したしたので以下説明をする。図１０は解析条件を示した図であり、固定枠１７の上端部２箇所、下端部２箇所の計４箇所（図面は断面なので２箇所の記載）を完全拘束（動かないように固定）７０し、ピッチング用Ｐ板５２の先端部に振幅１ｇｆの荷重Ｗを周波数２Ｈｚから２５０Ｈｚの範囲に掃引して印加し、レンズ中央部７１、レンズ上端部７２、レンズ下端部７３の変移を計算する。
【００３５】
図１１、１２は、その周波数―ゲイン特性の解析結果であり、レンズ中央部７１、レンズ上端部７２、レンズ下端部７３の変移は、ほぼ同一であった。１ｇｆの力で０．１ｍｍ変位する場合を０ｄＢとし、変位の基準とする。すなわち１ｇｆの力で１ｍｍ変位すると２０ｄＢとなることを示す。モーダル解析の結果、４３Ｈｚ、８２Ｈｚ、１８７Ｈｚ、・・に共振周波数が発生することが判明した（解析結果略）。その共振のモードは、４３Ｈｚはヨーイング板バネ７４のＸ方向への一次共振モードであり、８２Ｈｚはピッチング板バネ５４のＹ方向への一次共振モードであり、１８７Ｈｚはヨーイング板バネ７４とピッチング板バネ５４の両方のバネの共振であることが分かった。特開平３−１８６８２３の防振装置によると、カメラによる手ぶれにおいて、１〜１２Ｈｚの手ぶれの帯域内の信号を忠実に再現させる必要があるということが記載されており、人間が発生させる周波数の１０倍を補償するとして１２０Ｈｚまで解析し共振の状況を把握すればよいと考えられるが、解析は安全を見て２５０Ｈｚまでの共振を計算させた。１２Ｈｚに近い共振周波数はヨーイング板バネ５６の４３Ｈｚなので、ヨーイング方向の周波数応答解析を実施した。
【００３６】
図１１、１２はヨーイング方向（Ｘ方向）のメカの周波数応答解析をした結果であり、モーダル解析にて共振が確認されていた４３Ｈｚにおいて一次共振が起きていることが分かる。レンズ中央７１、レンズ上端７２、レンズ下端７３の周波数応答解析はほぼ同じゲインであり、補正レンズ群Ｌ２は振動に対して同じ値の変位をするので、レンズが倒れる（傾く）ことなくＹ方向に上下移動することがわかる。
【００３７】
また、図１２において、２〜１２Ｈｚにおいてはゲインが１ｄＢ以内で、ほぼ安定しており、人間が発生する手ぶれに対してヨーイング方向は不安定な共振はなく安定したバネの保持が図られることが分かる。このグラフから分かるように、一次共振周波数を４３Ｈｚから４０Ｈｚに変わってもゲインの変動は１ｄＢ以下であり、一次共振周波数が４０Ｈｚ以上であれば２〜１２Ｈｚにおける一次共振周波数のゲイン変動の影響を受けないことが分かる。温度変化による一次共振周波数の変動は板バネのヤング率が温度変動により変化するのは極微小であり、温度による一次共振の変動は、ほとんど無いと考えて差し支えない。モーダル解析の結果ピッチング方向の共振は８２Ｈｚであり、１〜１２Ｈｚより更に離れた周波数なので安定性はよいことは明らかであるので説明は省略する。
以上のように本発明による像ぶれ撮像装置は、温度変化および戸外の微細な粉塵に対して耐環境性に優れた特性を持つとともに、省スペースにて像ぶれ補正機構を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に掛かる像ぶれ補正撮像装置は、補正レンズ群を保持したピッチングホルダをピッチング板バネで保持し、そのピッチング板バネの他端をヨーイングホルダに固定し、かつ、そのヨーイングホルダをヨーイング板バネで保持し、そのヨーイング板バネの他端を固定枠に固定しているので、板バネのバネ性を利用して光軸に対して直角方向にピッチングホルダおよびヨーイングホルダを移動させることが可能なので、温度変化に対して潤滑材の粘性が変動することが無くなり、温度変化に対して安定したピッチングホルダおよびヨーイングホルダの移動を実現することができるとともに、戸外の微少な粉塵に対する耐環境性に優れたピッチングホルダおよびヨーイングホルダの移動を実現することができ、かつ、省スペースにて像ぶれ補正機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例１における像ぶれ補正撮像装置の主要機構の斜視図
【図２】本発明の実施例１における像ぶれ補正撮像装置のピッチングホルダ部の斜視図
【図３】本発明の実施例１における像ぶれ補正撮像装置のピッチングホルダとヨーイングホルダ部の結合状態の斜視図
【図４】本発明の実施例１における像ぶれ補正撮像装置の主要機構の固定枠の一部をカットした斜視図
【図５】本発明の実施例１における像ぶれ補正撮像装置の全体構成の断面図
【図６】本発明の実施例１における像ぶれ補正撮像装置の全体構成の正面図
【図７】本発明の実施例１における像ぶれ補正撮像装置のピッチングアクチュエータの正面図及び断面図
【図８】本発明の実施例１における像ぶれ補正撮像装置のヨーイングアクチュエータの正面図及び断面図
【図９】本発明の実施例１における像ぶれ補正撮像装置の補正レンズ群のＹ軸方向移動量とホール素子出力との関係を示す図
【図１０】本発明の実施例１における像ぶれ補正撮像装置の汎用有限要素法ソフトＡＮＳＹＳによる解析条件を説明するための図
【図１１】本発明の実施例１における像ぶれ補正撮像装置のヨーイング方向の補正レンズ群の周波数応答解析（２〜２５０Ｈｚ）結果を示す図
【図１２】本発明の実施例１における像ぶれ補正撮像装置のヨーイング方向の補正レンズ群の周波数応答解析（２〜１２０Ｈｚ）結果を示す図
【図１３】従来の像ぶれ補正撮像装置の構成図
【図１４】従来の像ぶれ補正撮像装置の像ぶれ補正駆動機構を示す図
【符号の説明】
【００４０】
Ｌ１  レンズ群
Ｌ２  補正レンズ群
Ｌ３  レンズ群
Ｚ  光軸
Ｗ  荷重
１  カメラ
２  撮像光学系
３  固体撮像素子
４  補正駆動制御手段
４ｘ  ヨーイング駆動制御部
４ｙ  ピッチング駆動制御部
５  像ぶれ補正駆動機構
５ｘ  ヨーイング用アクチュエータ
５ｙ  ピッチング用アクチュエータ
６  位置検出手段
６ａ  発光素子
６ｂ  受光素子
７  アナログ信号処理手段
８  Ａ／Ｄ変換手段
９  ディジタル信号処理手段
１０  動作検出手段
１０ｘ  ヨーイング角速度センサ
１０ｙ  ピッチング角速度センサ
１１ｘ  ＨＰＦ
１１ｙ  ＨＰＦ
１２ｘ  ＬＰＦ
１２ｙ  ＬＰＦ
１３ｘ  アンプ
１３ｙ  アンプ
１４ｘ  Ａ／Ｄ変換部
１４ｙ  Ａ／Ｄ変換部
１５  像ぶれ補正手段（マイクロコンピュータ）
１６  像ぶれ補正機構
１７  固定枠
１８ａ  ヨーイングシャフト
１８ｂ  ヨーイングシャフト
１９  ヨーイング枠
２０ａ  ピッチングシャフト
２０ｂ  ピッチングシャフト
２１  ピッチング枠
２２ｘ  コイル
２２ｙ  コイル
２３ｘ  マグネット
２３ｙ  マグネット
２４ｘ  ヨーク
２４ｙ  ヨーク
２５  姿勢検出手段
２５ｘ  ヨーイング電流値検出部
２５ｙ  ピッチング電流値検出部
２６  姿勢制御部
２７  ぶれ補正特性記憶部
２８  動作判定部
２９  ゲイン調整部
３０ｘ  Ｄ／Ａ変換部
３０ｙ  Ｄ／Ａ変換部
５０  ピッチングホルダ
５１  レンズ固定リング
５２  ピッチング用Ｐ板
５３  ピッチングコイル
５４  ピッチング板バネ
５５  ヨーイングホルダ
５６  ヨーイング用Ｐ板
５７  ヨーイングコイル
５８  ピッチングマグネット
５９  ピッチングヨーク
６０  ピッチングアクチュエータ
６１  Ｎ極
６２  Ｓ極
６３  ヨーイングマグネット
６４  ヨーイングヨーク
６５  ヨーイングアクチュエータ
６６  磁束
６７  ピッチングコイル電流
６８  矢印
６９  ホール素子
７０  完全拘束
７１  レンズ中央部
７２  レンズ上端部
７３  レンズ下端部
７４  ヨーイング板バネ
７５  Ｎ極
７６  Ｓ極
７７  磁束
７８  ヨーイングコイル電流
７９  矢印
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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