(57)【要約】【課題】簡易な構成で、広い帯域で高い像振れ補正性能を得ることができる象振れ補正装置を提供する。【解決手段】像振れ補正用の補正手段を保持する保持部材と、可動部材を固定部材に対して弾性的に支持する弾性手段と、保持部材の固定部材に対する相対的な位置を変化させる駆動手段と、保持部材と固定部材の間に配置される減衰手段６６と、振れを検出する振れ検出手段５１と、振れ検出手段からの信号を処理して駆動手段に出力する演算手段５４とを有し、演算手段に、弾性手段と可動部材で決まる共振周波数よりも高い周波数に位相補償の最大値をもつような位相補償手段６２を具備する。【選択図】図７
2008292902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像振れ補正用の補正手段を保持する保持部材と、
前記保持部材を光軸に直交する平面内で移動可能に支持する固定部材と、
前記可動部材を前記固定部材に対して弾性的に支持する弾性手段と、
前記保持部材の前記固定部材に対する相対的な位置を変化させる駆動手段と、
前記保持部材と前記固定部材の間に配置される減衰手段と、
振れを検出する振れ検出手段と、
前記振れ検出手段からの信号を処理して前記駆動手段に出力する演算手段とを有する像振れ補正装置において、
前記演算手段に、前記弾性手段と前記可動部材で決まる共振周波数よりも高い周波数に位相補償の最大値をもつような位相補償手段を具備することを特徴とする像振れ補正装置。
【請求項２】
前記位相補償手段は、１次の位相進み補償手段であることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
【請求項３】
前記補正手段の制御系はオープン制御系であることを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正装置。
【請求項４】
前記補正手段の制御系はフィードバック制御系であることを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正装置。
【請求項５】
前記補正手段の位置を検出する位置検出手段を有し、
前記位相補償手段は、前記位置検出手段からの信号を位相補償することを特徴とする請求項４に記載の像振れ補正装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の像振れ補正装置を具備することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像振れ補正を行う像振れ補正装置および撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年カメラの高機能化が進んでおり、高機能化の一環としていわゆる手振れ等の振れによる像振れを補正する像振れ補正装置を搭載した撮像装置が多く見られる。像振れ補正装置としては、特許文献１にあるように、ジャイロ信号を基に手振れ等の振れを検出し、光学系の一部を光軸と直交する平面内で移動させることによって像振れ補正を行う構成のものが多く用いられている。
【０００３】
像振れ補正装置を構成する機構の望ましい特性としては、
１）摩擦が小さく、目標への追従が良いこと
２）周波数特性を設計者が操作しやすいこと
などが挙げられる。これらを実現する機構が既に種々提案されている。
【０００４】
例えば特許文献２に開示された機構の特徴は、レンズ駆動装置と、可動部の変位を規制する弾性手段および粘性手段を設けた点にある。前記のような構成とすることで、いわゆるオープン制御が可能で周波数特性を改善した機構を得ることができる。
【０００５】
また、特許文献３に開示された機構の特徴は、粘弾性体を可動鏡筒を支持する構造と同軸に取り付けることにより、構造を簡略化すると共に不要共振を抑えることを可能にしている点である。
【特許文献１】特開昭６０−１４３３３０号公報
【特許文献２】特開平８−１８４８７０号公報
【特許文献３】特開２００２−１３９７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２によると、機械的または電気的な方法で粘性抵抗を得ることができる。しかしながら、機械的方法によると構造が複雑になりやすい、摩擦が増加するなどの問題があり、電気的方法によると、制御対象のばらつきの影響を受けやすい、像振れ補正の能力を上げようとすると制御系が不安定になりやすいという問題がある。
【０００７】
上記特許文献３によると、適切な粘性抵抗を得ることができる。しかしながら、制御系を適切に設定しないと粘弾性体があるために優れた特性を十分に生かすことができないという問題がある。
【０００８】
（発明の目的）
本発明の目的は、簡単な構成で、広い帯域で高い像振れ補正性能を得ることのできる像振れ補正装置および撮像装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、像振れ補正用の補正手段を保持する保持部材と、前記可動部材を前記固定部材に対して弾性的に支持する弾性手段と、前記保持部材の前記固定部材に対する相対的な位置を変化させる駆動手段と、前記保持部材と前記固定部材の間に配置される減衰手段と、振れを検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段からの信号を処理して前記駆動手段に出力する演算手段とを有する像振れ補正装置において、前記演算手段に、前記弾性手段と前記可動部材で決まる共振周波数よりも高い周波数に位相補償の最大値をもつような位相補償手段を具備する像振れ補正装置とするものである。
【００１０】
同じく上記目的を達成するために、本発明は、本発明の上記振れ補正装置を具備する撮像装置とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡単な構成で、広い帯域で高い像振れ補正性能を得ることのできる像振れ補正装置または撮像装置を提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１および実施例２に示す通りである。
【実施例１】
【００１３】
図１ないし図１１を用いて、本発明の実施例１に撮像装置について説明する。図１は撮像装置を示す構成図である。図１において、１は撮像装置、２は撮像レンズ、３は後述の補正レンズ１２を駆動する振れ補正ユニットである。４は撮像レンズ２の光軸、５はレンズ鏡筒、６は撮像素子、７はメモリ、８は手振れ等の振れを検出する振れセンサ、９は撮像レンズ２に含まれる不図示のフォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動回路である。１０は電源、１１はレリーズ釦、１２は補正レンズ、１３はいわゆるクイックリターンミラー、１４はファインダ光学系である。なお、振れ補正ユニット３や振れセンサ８などにより像振れ補正装置が構成される。
【００１４】
撮像装置１は、撮像レンズ２と不図示のピント調節部を用いて、被写体像を撮像素子６近傍に結像させる。さらに、ユーザーによるレリーズ釦１１の操作に同期させて撮像素子６より被写体の情報を得てメモリ７へ記録を行う。
【００１５】
次に、振れ補正ユニット３により駆動される補正レンズ１２を用いた像振れ補正について説明する。振れ補正ユニット３は補正レンズ１２を適切に駆動できる。露光中などに手振れが生じたときは、振れセンサ８からの信号に基づいて生成される像振れ補正のための駆動信号により振れ補正ユニット３が補正レンズ１２を動作させる。この結果、撮像素子６上での像の振れが軽減されて、手振れによる画像の劣化を補正できる。
【００１６】
図２は、撮像装置１の電気的構成を示す図である。撮像装置１は、撮像系、画像処理系、記録再生系、制御系を有する。撮像系は、撮像レンズ２、撮像素子６を含み、画像処理系は、Ａ／Ｄ変換器２０、画像処理部２１を含む。また、記録再生系は、記録処理部２３、メモリ２４を含み、制御系は、カメラシステム制御部２５、ＡＦセンサ２６、ＡＥセンサ２７、操作検出部２９、振れセンサ８、および振れ信号処理部を内蔵するレンズシステム制御部３０を含む。
【００１７】
撮像系は、被写体からの光を撮像レンズ２を介して撮像素子６の撮像面に結像する光学処理系であり、ＡＥセンサ２７の信号をもとに図示しない絞りなどを用いて適切な光量の被写体光を撮像素子６に露光する。画像処理系に含まれる画像処理部２１は、Ａ／Ｄ変換器２０を介して撮像素子６からの画像信号を処理するものであり、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路、補間演算による高解像度化を行う補間演算回路等を有する。記録再生系に含まれる記録処理部２３は、メモリ２４への画像信号の出力を行うとともに、表示部２２に出力する像を生成、保存する。また、記録処理部２３は、予め定められた方法を用いて画像や動画の圧縮を行う。
【００１８】
制御系は、レリーズ釦１１等の操作を検出する操作検出部２９からの検出信号に応動して、撮像系、画像処理系、記録再生系をそれぞれ制御する。この制御系に含まれるカメラシステム制御部２５は撮影の際のタイミング信号などを生成して出力する。ＡＦセンサ２６は撮像装置１のピント状態を検出する。ＡＥセンサ２７は被写体の輝度を検出する。振れセンサ８は手振れ等の振れを検出する。レンズシステム制御部３０は上記カメラシステム制御部２５からの信号に応じてフォーカスレンズ駆動回路９や振れ補正ユニット３などを制御する。
【００１９】
制御系は、外部操作に応動して撮像系、画像処理系、記録再生系をそれぞれ制御する。例えば、レリーズ釦１１の押下を検出して、撮像素子６の駆動、画像処理部２１の動作、記録処理部２３の圧縮処理などを制御する。さらに、表示部２２によって光学ファインダ、液晶モニター等に情報表示を行う情報表示装置の各セグメントの状態を制御する。
【００２０】
カメラシステム制御部２５はＡＦセンサ２６とＡＥセンサ２７に接続されており、これらからの信号を基にレンズシステム制御回路３０を介してレンズ、絞り等を適切に制御する。また、レンズシステム制御回路３０は振れセンサ８に接続されており、画像の振れ補正を行うモードにおいては、振れセンサ８の信号を基に振れ補正ユニット３を駆動する。
【００２１】
ここで、像振れ補正について説明する。撮像レンズ２に含まれる補正レンズ１２を光軸４に直交する平面内で移動させることにより、撮像素子６上の像の位置を変更できる構成となっている。あるいは、補正レンズ１２を光軸４に対して傾けることにより、プリズム効果を得て、撮像素子６上の像の位置を変更できる構成であってもよい。この際、振れセンサ８の出力に応じて適切に補正レンズ１２の駆動制御が行われる。
【００２２】
次に、図３ないし図６を用いて、振れ補正ユニット３について説明する。
【００２３】
図３は、振れ補正ユニット３の分解斜視図である。図３において、３１は固定部材であるところのベース板、３６は補正レンズ１２を保持する可動部材であるところの可動鏡筒、３２ａ，３２ｂ，３２ｃはベース板３１と可動鏡筒３６に狭持された球である。３３ａ，３３ｂはコイル、３４ａ，３４ｂは磁石、３５ａ，３５ｂ，３５ｃは弾性体、３７は磁石吸着板、３８ａ，３８ｂは吸着板固定螺旋、３９は可動鏡筒保持板、４０はＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）、４１ａ，４１ｂはＦＰＣ固定螺旋である。
【００２４】
図３から明らかなように、本実施例１の振れ補正ユニット３は、ベース板３１に対して片側に展開可能であり、組み付けが容易である。したがって、生産性が向上し、コストの低減が見込める。
【００２５】
図４は、振れ補正ユニット３の詳細を示す図である。詳しくは、図４（ａ）は光軸方向からみた正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面での断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ断面での断面図である。
【００２６】
図４（ａ）に示したように、可動鏡筒３６はベース板３１に対して複数の弾性体３５ａ，３５ｂ，３５ｃで弾性支持されている。本実施例１では、弾性体３５ａ，３５ｂ，３５ｃが光軸中心から放射状に１２０度の間隔で３本配置されている。このような対称な配置とすることで、モーメントの発生による不要共振の励起を抑制することが可能となる。また、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、弾性体３５ａ，３５ｂ，３５ｃは光軸方向に適宜傾けて取り付けられており、ベース板３１と可動鏡筒３６の間に設けられた球３２ａ〜３２ｃを把持している。
【００２７】
図３と図４（ｂ）を用いてベース板３１と可動鏡筒３６の相対運動について説明する。ベース板３１と可動鏡筒３６は球３２ａ〜３２ｃを狭持しており、球３２ａ〜３２ｃを介して相対運動を行う。このため、転がり摩擦という非常に小さな摩擦の影響しか受けずに相対運動を行うことができる。摩擦が小さいために非常に小さな入力に対しても適切に応答することができる。また、球３２ａ〜３２ｃによる案内面を適切な精度で製作することにより、ベース板３１と可動鏡筒３６が相対運動を行った場合でも可動鏡筒３６の傾きや光軸方向への不要な移動が発生することが無い。
【００２８】
図４（ｃ）および図５を用いて振れ補正ユニット３に具備されるアクチュエータについて説明する。図４（ｃ）に示したように、ベース板３１にはコイル３３ａ，３３ｂが固定され、可動鏡筒３６には磁石３４ａ，３４ｂが固定されており、いわゆるムービングマグネット型のアクチュエータ、つまり駆動手段を構成している。
【００２９】
図５はアクチュエータの模式図であり、図５（ａ）は磁石３４ａとコイル３３ａのみを光軸方向から見た図、図５（ｂ）は磁石３４ａを中心付近で切断した時の断面図を示している。なお、磁石３４ｂとコイル３４ｂの相対的位置関係も同じである。
【００３０】
図５において、４３は着磁境界である。また、図５（ｂ）に示す４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、磁石３４ａ，３４ｂ、コイル３３ａ，３３ｂ近傍の代表的な磁力線を模式的に表している。図５（ａ）に示したように、着磁境界４３を挟んで磁石３４ａは２つの領域３４ａ１，３４ａ２に分けて着磁されている。着磁境界４３はアクチュエータで発生する力の方向と直交する方向であり、図５（ａ）の上下方向に着磁境界が存在し、磁石３４ａおよび可動鏡筒３６が左右方向に駆動される。コイル３３ａは光軸方向から見たときに小判型をしており、二つの長手部分３３ａ１，３３ａ２が磁石の二つの領域３４ａ１，３４ａ２と対向するように配置されている。
【００３１】
磁石３４ａのコイル３３ａと反対側の面には、図５（ｂ）に示したように、ヨークを兼用する磁石吸着板３７が配置される。磁石吸着板３７は望ましくは軟磁性体であり、多くの磁束を透過させ、磁気回路のパーミアンス（漏れ易さ）を下げている。その結果、磁石３４ａからコイル３３ａに向かって比較的直線的に磁力線が生じている。磁石吸着板３７は本実施例１では可動鏡筒３６に固定されるので、厚みを増すと可動部の重量も増加してしまう。そこで、磁石吸着板３７の外形、飽和磁束密度および磁石の形状、表面磁束密度などを考慮して、磁石吸着板３７が飽和磁束近傍となるように決めるのが好ましい。この状態でコイル３３ａに通電すると、図５（ｂ）の紙面垂直方向で３３ａ１と３３ａ２に反対方向に電流が流れる。フレミング左手の法則によって駆動力が発生する。図４（ａ）で説明したように、可動鏡筒３６は弾性支持されているので、弾性体３５ａ，３５ｂ，３５ｃの合力と前記駆動力がつりあう位置までベース板３１と可動鏡筒３６の間に相対運動が生じる。
【００３２】
次に、図６を用いて、適切な粘性抵抗を得るための減衰手段の取り付けについて説明する。図６（ａ）は振れ補正ユニット３を光軸方向からみた正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ断面での断面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）の丸で囲った減衰手段取付部の詳細図である。
【００３３】
図６において、４４ａ，４４ｂは減衰手段取付部、４５は減衰手段、４６は紫外線照射方向である。図６（ｂ）に示すように、吸着板固定螺旋３８ａ，３８ｂは可動鏡筒３６と螺旋締結された後、ベース板３１に設けられた穴に向けて、少なくともベース板３１と光軸方向にオーバーラップするように延在している。減衰手段取付部４４ａ，４４ｂは光軸対称に複数設けられることが望ましい。本実施例１では、図６（ｂ）に示すように、光軸４に対して対称な位置に二つ設けられている。光軸４に対称に設けることで、ベース板３１と可動鏡筒３６が相対運動を行ったときに、減衰手段４５から受ける力によって可動鏡筒３６にモーメントが発生することが無い。
【００３４】
図６（ｃ）は、減衰手段取付部４４ａの詳細図である。ベース板３１に設けられた円筒形の穴３１ｂに対して、可動鏡筒３６に固定された吸着板固定螺旋３８ａがほぼ同心円状になるように配置され、その隙間にドーナツ状に減衰手段４５が設けられている。減衰手段４５は様々な粘弾性体を用いることが可能であるが、本実施例１では、組付け性や耐環境性に優れた紫外線硬化シリコーンゲルを用いている。ベース板３１に設けられた穴３１ｂは下方に開口しているので、矢印４６方向から硬化前のゲルを塗布した後、紫外線を照射することで硬化させる。
【００３５】
図６に示すように、ベース板３１上に設けられた突起３１ａと可動鏡筒３６上に設けられた突起３６ａによって構成される機械的オーバーランの許容間隔をａとする。また、減衰手段４５の、図６（ｃ）に示す減衰手段４５が設けられた個所の吸着板固定螺旋３８ａと穴３１ｂの内壁の間隔をｂとする。減衰手段４５は大変形を起こさず、永久変形が起きない範囲（＝弾性係数がリニアに変化する範囲）で使用されるのが好ましい。そのため、「ａ＜ｂ」を満たすように設けることが望ましい。永久変形を残さないためにはさらに「ａ＜０．５ｂ」の範囲であればより好適である。
【００３６】
図７に、振れ補正ユニット３の制御系のブロック図を示す。５１は振れセンサ８に相当するジャイロセンサ、５２は低域通過フィルタ（以下、ＬＰＦ）、５３はアナログ／デジタルコンバータ（以下、Ａ／Ｄ変換器）、５４は図１のレンズシステム制御部３０に相当するマイコンである。５５は積分器、５６は高域通過フィルタ（以下、ＨＰＦ）、５７は振れ信号処理部である。５８は判定条件出力部であり、ユーザーの意図的なパンニング操作があった場合や三脚に固定された際に、振れ補正ユニット３がユーザーの意図に反した動きをしないように適切な判定条件を出力する。５９は目標位置処理部、６０は変換係数出力部、６１はズーム情報、距離情報、レリーズ操作情報を出力する情報出力部である。６２はフィルタ、６３は追従制御部、６４はオフセット・駆動感度などの情報出力部、６５はデジタル／アナログコンバータ（以下、Ｄ／Ａ変換器）である。６６は振れ補正ユニット３に具備される上記したムービングマグネット型のアクチュエータ（駆動手段）に相当するドライバ部である。補正レンズ１２の制御系は図７に示されるオープン制御系である。
【００３７】
像振れ補正を行う像振れ補正装置を備えた撮像装置１では、装置の大きさや精度などの制約から多くの場合、振れセンサ８としてジャイロセンサ５１を用いている。図７に示した例では、ジャイロセンサ５１の信号を適切なＬＰＦ５２を介して高周波ノイズを除去した後、Ａ／Ｄ変換器５３を介してマイコン５４に取り込む。
【００３８】
マイコン５４内では、積分器５５により積分を行うことで角速度信号を角度信号に変換する。そして、ジャイロセンサ５１のドリフトなどの影響を低減するために適切な時定数のＨＰＦ５６を用いる。振れ信号処理部５７では、得られた角度信号から、判定条件出力部５８からの振れ補正ユニット３がユーザーの意図に反した動きをしないように適切な判定条件のもと、制御すべき信号を抽出する。
【００３９】
目標位置処理部５９では、情報出力部６１および変換係数出力部６０の出力を基に、つまりズーム情報、フォーカス情報６１などを基に、さらには予め定められた変換係数を基に、角度信号を補正レンズ１２の変位信号などに変換する。フィルタ６２としては、振れ補正ユニット３、ジャイロセンサ５１などの周波数特性を勘案してシステム全体として手振れを適切に抑制できるような周波数特性をもつものが用いられる。このフィルタ６２の詳細は後述する。追従制御部６３では、振れ補正ユニット３の駆動感度やオフセットなどの情報出力部６４からの情報を基に、フィルタ６２の出力を振れ補正ユニット３の制御信号に変換する。
【００４０】
これらマイコン５４内で処理を終えた信号はＤ／Ａ変換器６５を介してドライバ部６６へ出力され、振れ補正ユニット３が駆動される。つまり、補正レンズ１２を保持する可動鏡筒３６が固定部材であるベース板３１に対して相対的に位置変化（光軸と直交する平面内で移動）し、手振れ等による像振れの補正が行われる。
【００４１】
上述した各部の係数を適切に設定することで、手振れが生じた場合でも撮像素子６上における被写体像の振れが軽減される。
【００４２】
図８に、図７を簡略化して主要部のみモデル化したブロック図を示す。図８の入力は、図７の目標位置処理部５９を通って出力された目標レンズ位置であり、出力はフィルタ６２、追従制御部６３を介して出力された実際の補正レンズ１２の位置である。
【００４３】
以下の説明を簡単にするために、フィルタ６２の周波数特性（伝達関数）をＦ（ｓ）、振れ補正ユニット３の周波数特性（伝達関数）をＧ（ｓ），ドライバゲインおよび駆動感度調整のゲインをＫとする。なお、Ｆ（ｓ）およびＧ（ｓ）のｓはラプラス演算子である。
【００４４】
ここで、手振れの性能を示す指標として抑振率を定義する。抑振率は、入力と出力の差を入力で正規化した値のノルムとして定義する。入力をＸ（ｓ）とするとき、図８から明らかに、以下の数１のようになる。
【００４５】
【数１】
2008292902.tif 000003
定義から明らかなように、上記の抑振率は小さいほど、高い像振れ抑制性能を示す。
【００４６】
次に、図９〜図１１を用いて、本実施例１の要部であるフィルタ６２の周波数特性Ｆ（ｓ）および振れ補正ユニット３の周波数特性Ｇ（ｓ）について説明する。
【００４７】
図９（ａ），（ｂ）は、図３ないし図６で説明した振れ補正ユニット３の周波数特性Ｇ（ｓ）である。振れ補正ユニット３、詳しくは補正レンズ１２を２軸方向に駆動可能だが、図９に示した特性は、そのうちの１軸方向について、減衰手段４５が有る場合と無い場合をボード線図で表現している。振れ補正ユニット３の要部は線対称の構造をしているので、図９に示さないもう１軸の特性も類似した特性になる。以下では説明を簡単にするために１軸方向に限って説明を行う。また、図９において、ボード線図のゲインは十分低い周波数でのゲインが１になるように正規化して表現している。
【００４８】
図９の例では、３０Ｈｚ強の位置に主共振があり、４５Ｈｚ付近に副共振がある。副共振は、図３ないし図６に示した可動鏡筒３６が光軸周りに回転するいわゆるローリングが起こることによって発生する。本実施例１では、減衰手段４５を適切に介在させることで、主共振および副共振の影響を低減している。これにより、撮像装置１のシャッタの動作などにより不要な共振が励起されることが無い。
【００４９】
図１０（ａ），（ｂ）に、本実施例１に係わるフィルタ６２および従来のフィルタの周波数特性を示す。図９に示したように、振れ補正ユニット３の周波数特性はいわゆる２次遅れ系になるので、共振周波数に近づくにつれて位相が遅れ、最終的に１８０度位相が反転する。この影響を低減して、上記数１に示した抑振率を低減するために従来から位相進みフィルタが用いられてきた。
【００５０】
図１０に示した従来のフィルタはその一例である。位相進みフィルタでは、低域に比べて高域のゲインが持ち上がる。しかし、従来のフィルタでは、高域にある副共振などの不要な機械的共振の影響を無くすために大きくゲインが持ち上がるフィルタは適当ではなかった。このような制約のもとでフィルタによる抑振率の改善効果を得るためには、位相補償のピークが共振周波数付近または共振周波数よりも若干低い周波数になるような位相進みフィルタが用いられてきた。
【００５１】
これに対し、本実施例１では、減衰手段４５が設けられているために副共振などの不要な機械的共振の影響を無視できる。そのため、従来よりも積極的なフィルタを用いることができる。具体的には、図１０に示すような、共振周波数よりも高い周波数に位相補償のピーク（最大値）を持つような１次の位相進みフィルタが好適な例である。１次の位相進みフィルタを用いたのは、演算が簡易で、より安価なマイコンを用いた場合にも、適切な制御が行えるためである。位相補償量（図１０（ａ）のＰｈａｓｅ）の“すそ野”部分を有効に活用することで、広い範囲で適切な位相補償を行うことが可能となる。
【００５２】
図１１に、本実施例１に係わるフィルタ６２を用いた場合、従来のフィルタを用いた場合、およびフィルタが無い場合、の抑振率を示す。本実施例１に係わるフィルタ６２を用いることで、広い周波数領域で抑振率を改善できていることが分かる。
【００５３】
上記の実施例１によれば、弾性体３５ａ〜３５ｃと可動鏡筒３６で決まる共振周波数よりも高い周波数に位相補償の最大値をもつような、位相補償手段であるフィルタ６２を、演算手段であるマイコン５４に具備する構成にしている。詳しくは、１次の位相進み補償を行うフィルタ６２を具備するようにしている。
【００５４】
以上のようなフィルタ６２をマイコン５４に具備することで、簡単なフィルタ構成で、広い帯域で高い像振れ補正性能を得ることが可能となる。
【実施例２】
【００５５】
図１２ないし図２２を用いて、本発明の実施例２に係わる像振れ補正装置を具備する撮像装置について説明する。なお、撮像装置の構成は、上記実施例１に示した図１及び図２の構成と同様であるので、説明は省略する。
【００５６】
図１２ないし図２２を用いて、本実施例２の要部である、像振れ補正のための振れ補正ユニット３００について説明する。図１２は本実施例２に係わる振れ補正ユニット３００の分解斜視図であり、実施例１の振れ補正ユニット３と同じ機能を持つものに関しては同じ符号を付している。
【００５７】
図１２において、１０１はヨークを兼ねる磁石吸着板で、実施例１の磁石吸着板と異なり、適切な穴が設けられている。図１２から明らかなように、本実施例２の機構はベース板３１に対して片側に展開可能であり、組み付けが容易である。したがって、生産性が向上し、コストの低減が見込める。
【００５８】
図１３は振れ補正ユニット３００の平面図である。詳しくは、図１３（ａ）は光軸方向からみた正面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図１３（ｄ）は図１３（ｃ）の丸で囲った部分の詳細図である。
【００５９】
図１３に示したように、可動部の支持方法は実施例１と同じ方法を取っている。つまり、可動鏡筒３６はベース板３１に対して複数の弾性体３５ａ〜３５ｃで弾性支持されている。本実施例２では、弾性体３５ａ〜３５ｃが光軸４から放射状に１２０度の間隔で３本配置されている。このような対称な配置とすることで、モーメントの発生による不要共振の励起を抑制することが可能となる。また、弾性体３５ａ〜３５ｃは光軸方向に適宜傾けて取り付けられており、ベース板３１と可動鏡筒３６の間に設けられた球３２ａ，３２ｂ，３２ｃ（図１２も参照）を把持している。
【００６０】
振れ補正ユニット３００の可動部の案内面の構成は、実施例１の図４（ｂ）に示したものと同じ構造である。
【００６１】
図１３（ｂ）、図１４及び図１５を用いて、振れ補正ユニット３００のアクチュエータ、つまり駆動手段について説明する。アクチュエータは、実施例１の図４（ｃ）に示した構造とほぼ同一構造であり、アクチュエータの一部を構成しているコイル３３ａ，３３ｂに通電することによってベース板３１と可動鏡筒３６の間に相対運動が生じる。違いは、磁石３４ａ，３４ｂに対してコイル３３ａ，３３ｂの反対側にセンサ１０２が設けられている。本実施例２は、いわゆるムービングマグネット型のアクチュエータのため、センサ１０２としてホール素子を用いている。センサ１０２はベース板３１にＦＰＣ４０を介して固定されており、可動鏡筒３６の位置を磁束密度の変化によって検出する。また、センサ１０２であるホール素子を前述の配置とすることで、駆動用の磁石３４ａ，３４ｂを位置検出用の磁石として兼用している。
【００６２】
図１４はアクチュエータの模式図であり、図１４（ａ）は磁石、コイルおよびセンサを光軸方向から見た図、図１４（ｂ）は磁石を中心付近で切断した時の断面図を示している。
【００６３】
図１４において、１１０はセンサ１０２の感磁部である。図１４に示した磁気回路では、磁束４２ａ，４２ｂ，４２ｃは図示した矢印のような流れをしている。図１４（ｂ）の状態では、感磁部１１０は着磁境界４３の真上に位置しているので、この点の磁界はほぼ０に等しくなる。ベース板３１と可動鏡筒３６の間に相対運動が生じた場合、ベース板３１に固定されたセンサ１０２から見みて、着磁境界４３は可動鏡筒３６と一緒に動くので、感磁部１１０の磁界は０ではない値を示す。
【００６４】
この様子を実験的に取得したものを、図１５に示している。図１５において、移動量０とは、図１４（ｂ）に示した、感磁部１１０が着磁境界４３の真上に位置した状態をいう。図１５から分かるように、一定の範囲では、移動量と磁界の強さは線形関係が保たれており、この範囲では線形関係により位置を検出可能である。
【００６５】
次に、図１３（ｃ），（ｄ）を用いて、減衰手段１０４の取り付けについて説明する。図１３（ｃ），（ｄ）において、１０３ａ，１０３ｂは減衰手段取付部を、１０４は減衰手段を、１０５ａは紫外線透過板を、１０６は紫外線照射方向を、それぞれ示している。図１３（ｃ）に示すように、減衰手段取付部１０３ａ，１０３ｂは、実施例１と同じく光軸４に対称に二つ設けられている。吸着板固定螺旋３８ａ，３８ｂは可動鏡筒３６と螺旋締結された後、ベース板３１に設けられた穴３１ｂに向けて、少なくともベース板３１と光軸方向にオーバーラップし、且つ貫通しないように延在している。紫外線透過板１０５ａをベース板３１に取り付けた後に、減衰手段１０４を注入した後可動鏡筒３６を組み込む。最後に、１０６方向から紫外線を照射することで、減衰手段１０４を硬化させることができる。減衰手段１０４として用いる粘弾性体は、実施例１に示したものとする。
【００６６】
図１６に、振れ補正ユニット３００の制御系のブロック図を示す。実施例１における図７と同じ機能を有する部分は同一符号を付し、その詳細は省略する。図１６において、３００は振れ補正ユニット、６７は補正レンズ１２の位置を検出する位置検出センサ（図１４のセンサ１０２に相当）、６８はＡ／Ｄ変換器である。補正レンズ１２の制御系は、図１６に示されるようにフィードバック制御系である。
【００６７】
図１６に示した実施例２においても、目標位置処理部５９の出力までの信号処理は、上記の実施例１の場合と同様になされる。しかし、本実施例２では、いわゆるフィードバック系を構成しており、振れ補正ユニット３００の変位をホール素子などの適切な位置検出センサ６７でモニターする。そして、この位置検出信号をＡ／Ｄ変換器６８を介してマイコン５４に取り込み、フィルタ６２により適切な処理をして追従制御部６３にフィードバックするようにしている。フィードバック系のサンプリング周波数は制御帯域を考えて適切に設定される。一般的に手振れ補正のための制御系では、制御すべき周波数が１００Ｈｚ程度までのため、数ｋＨｚ程度のサンプリング周波数があればよい。
【００６８】
図１７に、図１６を簡略化して主要部のみモデル化したブロック図を示す。図１７の入力は、図１６の目標位置処理部５９を通って出力された目標レンズ位置であり、出力はフィルタ６２、追従制御部６３、振れ補正ユニット３００を介して出力された実際の補正レンズ１２の位置である。以下の説明を簡単にするために、フィルタの周波数特性（伝達関数）をＦ（ｓ），振れ補正ユニット３００の周波数特性（伝達関数）をＧ（ｓ），ドライバゲインおよび駆動感度調整のゲインをＫ、位置検出センサ６７のゲインをＫ’とする。
【００６９】
ここで、図１７の閉ループ系の伝達関数を考えると、明らかに以下の数２である。
【００７０】
【数２】
2008292902.tif 000004
実施例１で定義した抑振率は、以下の数３となる。
【００７１】
【数３】
2008292902.tif 000005
数３の抑振率を小さくするためには、Ｇ’（Ｓ）を広い帯域で１に近づければよく、これはフィードバック制御では交叉周波数を高く設定できれば実現可能となる。
【００７２】
図１８〜図２２を用いて、本実施例２の要部であるフィルタ６２の周波数特性Ｆ（ｓ）および振れ補正ユニット３００の周波数特性Ｇ（ｓ）について説明する。
【００７３】
図１８（ａ），（ｂ）は、図１２〜図１５で説明した本実施例２に係わる振れ補正ユニット３００の周波数特性Ｇ（ｓ）である。振れ補正ユニット３００は２軸方向に駆動可能だが、図１８に示した特性はそのうちの１軸方向について、減衰手段４５が無い場合をボード線図で表現している。本実施例２に示した機構は、振れ補正ユニット３００の要部は線対称の構造をしているので、図１８に示さないもう１軸の特性も類似した特性になる。以下では説明を簡単にするために１軸方向に限って説明を行う。また、図１８において、ボード線図のゲインは十分低い周波数でのゲインが１になるように正規化して表現している。
【００７４】
図１８の例では、３０Ｈｚ強の位置に主共振があり、３００Ｈｚ付近に副共振がある。副共振は、図１２〜図１５に示した機構の可動鏡筒３８が光軸周りに回転するいわゆるローリング光軸に垂直な平面に対して傾くピッチング等が起こることによって発生する。
【００７５】
図１９（ａ），（ｂ）に、本実施例２に係わるフィルタ６２および従来のフィルタの周波数特性を示す。図１８に示したように、振れ補正ユニット３００の周波数特性はいわゆる２次遅れ系になるので、共振周波数に近づくにつれて位相が遅れ、最終的に１８０度位相が反転する。この影響を低減して、数３に示した抑振率を低減するために従来から位相進みフィルタが用いられてきた。図１９に示した従来のフィルタはその一例である。位相進みフィルタでは、低域に比べて高域のゲインが持ち上がる。
【００７６】
図１８（ａ），（ｂ）を用いて、フィードバック系のサーボ設計について説明する。従来の様に減衰手段を備えていない振れ補正ユニットでは、位相余裕およびゲイン余裕を考えてサーボ設計をする必要がある。例えば、図１８に示す従来のフィルタでは、図１８の状態に対して５ｄＢ程度のゲインアップを行った場合、交叉周波数は６５Ｈｚ付近で、位相余裕が３０ｄｅｇ程度、３００Ｈｚ付近のゲイン余裕が８ｄＢ程度保たれ、サーボ系は安定に保たれる。
【００７７】
一方、本実施例２に係わるフィルタ６２でも、５ｄＢ程度のゲインアップを行った場合、交叉周波数は８０Ｈｚ付近で、位相余裕は４５ｄｅｇ程度と十分であるが、３００Ｈｚ付近のゲイン余裕が２ｄＢ程度となり、サーボ系が安定しない。そのため、十分に閉ループゲインを上げることができず、結果として抑振率を高めることができない。サーボ系が不安定とならない範囲でサーボ設計したときの抑振率の一例を、図２０に示す。本実施例２に係わるフィルタのみでは、従来のフィルタに対しても有意に制御帯域を改善することができない。上述したように、適切な減衰手段４５が介在しない振れ補正ユニットでは、本実施例２に係わるフィルタ６２のみでは必ずしも適切なものではなかった。
【００７８】
これに対し、本実施例２では、減衰手段４５が設けられているために副共振などの不要な機械的共振の影響を低減できるので、従来よりも積極的なフィルタを用いることができる。具体的には、図１９に示すような、共振周波数よりも高い周波数に位相補償のピークを持つような１次の位相進みフィルタが好適な例である。１次の位相進みフィルタを用いたのは、演算が簡易でより安価なマイコンを用いた場合にも適切な制御が行えるためである。位相補償量（図１９（ａ）のＰｈａｓｅ）の“すそ野”部分を有効に活用することで広い範囲で適切な位相補償を行うことが可能となる。
【００７９】
図２１に、減衰手段４５が有る場合の振れ補正ユニットの周波数特性Ｇ（ｓ）を示す。
【００８０】
図１８に示した特性と減衰手段４５を介在させたことを除いては同一の機構であるが、３００Ｈｚ付近の不要共振峰が十分に抑えられている。図２１の周波数特性であれば、従来のフィルタよりも交叉周波数を上げることが可能となる。具体的には、従来のフィルタでは位相余裕から交叉周波数を７０Ｈｚ程度にするのが安定の限界であるが、本実施例２に係わるフィルタ６２は、交叉周波数を１２０Ｈｚ程度にしても位相余裕、ゲイン余裕共に問題ない。その結果、本実施例２に係わるフィルタ６２では、より広い帯域で、高い抑振率が得られる。サーボ系が不安定とならない範囲でサーボ設計したときの抑振率の一例を、図２２に示す。
【００８１】
上記の実施例２によれば、弾性体３５ａ〜３５ｃと可動鏡筒３６で決まる共振周波数よりも高い周波数に位相補償の最大値をもつような、位相補償手段であるフィルタ６２を、演算手段であるマイコン５４に具備する構成にしている。詳しくは、１次の位相進み補償を行うフィルタ６２をフィードバック制御系内に具備するようにしている。
【００８２】
以上に示したようなフィルタ６２を用いることで、簡単なフィルタ構成で、広い帯域で高い手振れ補正性能を得ることが可能となる。
【００８３】
（本発明と実施例の対応）
補正レンズ１２が本発明の像振れ補正用の補正手段に、可動鏡筒３６が本発明の保持部材に、ベース板３１が、保持部材を光軸に直交する平面内で移動可能に支持する固定部材に、それぞれ相当する。また、弾性体３５ａ〜３５ｃが、可動部材を固定部材に対して弾性的に支持する弾性手段に、コイル３３ａ，３３ｂおよび磁石３４ａ，３４ｂが、保持部材の固定部材に対する相対的な位置を変化させる駆動手段に相当する。また、減衰手段４５，１０４が、保持部材と固定部材の間に配置される減衰手段に、振れセンサ８、ジャイロセンサ５１が本発明の振れ検出手段に、ＣＰＵ５４が、振れ検出手段からの信号を処理して駆動手段に出力する演算手段に、それぞれ相当する。また、フィルタ６２が、弾性部材と可動部材で決まる共振周波数よりも高い周波数に位相補償の最大値をもつような位相補償手段に相当する。
【００８４】
本発明は、補正レンズ１２による像振れ補正装置に限らず、撮像素子を光軸に垂直な平面内で移動させることにより像振れ補正を行う装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施例１に係わる撮像装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係わる撮像装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例１に係わる振れ補正ユニットの分解斜視図である。
【図４】本発明の実施例１に係わる振れ補正ユニットの平面図と断面図である。
【図５】本発明の実施例１に係わる振れ補正ユニットの駆動手段の説明図である。
【図６】本発明の実施例１に係わる振れ補正ユニットの減衰手段の取付け説明図である。
【図７】本発明の実施例１に係わる像振れ補正の制御系を示すブロック図である。
【図８】図７の要部を簡略化して示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例１に係わる振れ補正ユニットの周波数特性を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１に係わるフィルタの周波数特性を示す図である。
【図１１】本発明の実施例１に係わる振れ補正ユニットの抑振率を説明する図である。
【図１２】本発明の実施例２に係わる振れ補正ユニットの分解斜視図である。
【図１３】本発明の実施例２に係わる振れ補正ユニットの平面図と断面図である。
【図１４】本発明の実施例２に係わる振れ補正ユニットの駆動手段の説明図である。
【図１５】本発明の実施例２に係わるセンサ感磁部周辺の磁界の分布図である。
【図１６】本発明の実施例２に係わる像振れ補正の制御系を示すブロック図である。
【図１７】図１６の要部を簡略化して示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施例２に係わる減衰手段が無い場合の振れ補正ユニットの周波数特性を示す図である。
【図１９】本発明の実施例２に係わるフィルタの周波数特性を示す図である。
【図２０】本発明の実施例２に係わる減衰手段が無い場合の振れ補正ユニットの抑振率を示す図である。
【図２１】本発明の実施例２に係わる減衰手段が有る場合の振れ補正ユニットの周波数特性を示す図である。
【図２２】本発明の実施例２に係わる減衰手段が有る場合の振れ補正ユニットの抑振率を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１                      撮像装置
２                      撮像レンズ
３                      振れ補正ユニット
６                      撮像素子
８                      振れセンサ
１２                    補正レンズ
２５                    カメラシステム制御部
３０                    レンズシステム制御部
３１                    ベース板
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ  球
３３ａ，３３ｂ          コイル
３４ａ，３４ｂ          磁石
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ  弾性体
３６                    可動鏡筒
４５                    減衰手段
５１                    ジャイロセンサ
５４                    マイコン
５７                    振れ信号処理部
５９                    目標位置処理部
６７                    位置検出センサ
１０２                  センサ
１０４                  減衰手段
１１０                  感磁部
３００                  振れ補正ユニット
【図１】
2008292902.tif 000006
【図２】
2008292902.tif 000007
【図３】
2008292902.tif 000008
【図４】
2008292902.tif 000009
【図５】
2008292902.tif 000010
【図６】
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【図７】
2008292902.tif 000012
【図８】
2008292902.tif 000013
【図９】
2008292902.tif 000014
【図１０】
2008292902.tif 000015
【図１１】
2008292902.tif 000016
【図１２】
2008292902.tif 000017
【図１３】
2008292902.tif 000018
【図１４】
2008292902.tif 000019
【図１５】
2008292902.tif 000020
【図１６】
2008292902.tif 000021
【図１７】
2008292902.tif 000022
【図１８】
2008292902.tif 000023
【図１９】
2008292902.tif 000024
【図２０】
2008292902.tif 000025
【図２１】
2008292902.tif 000026
【図２２】
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