(57)【要約】  本発明は、可撓性レンズ体に取付けたアクチュエータを作動させることによって該可撓性レンズ体を通る光軸の方向を変えて画像を安定化させるものであり、アクチュエータに印加される電圧値はヨーイング運動およびピッチング運動を検出する運動センサーが与える信号に比例する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
手持ちカメラで安定画像を与える装置において、
少なくとも１つのアクチュエータの間に配置された可撓性レンズ体を含み、この少なくとも１つのアクチュエータは電圧を印加されて作動されたときに可撓性レンズ体を圧迫するように配置されており、カメラのヨーイング運動およびピッチング運動を検出する運動センサーによって与えられた信号に比例して作動電圧がレンズ体を通る光の方向を変えるようになっている、手持ちカメラで安定画像を与える装置。
【請求項２】
透明ポリマーが充填されたキャビティを透明支持体の頂部に境界づける側壁を前記装置が含み、前記側壁と前記ポリマーの頂部に湾曲可能な透明カバーが配置されており、前記ポリマーが中央に取付けられた透明プリズムを含み、該透明プリズムは、前記透明カバーの頂部に配置された圧電アクチュエータの間に位置づけられている請求項１に記載された手持ちカメラで安定画像を与える装置。
【請求項３】
前記中央に取付けられたプリズムが円筒形レンズであり、前記円筒形レンズの各側に１つずつ存在する２つの別体圧電アクチュエータが前記装置を通る光に一次元の変位を与えるようになっている請求項２に記載された手持ちカメラで安定画像を与える装置。
【請求項４】
前記中央に取付けられたプリズムが球形レンズであり、４つの別体圧電部材が前記球形レンズの回りに正方形状に配置され、前記装置を通る光に二次元の変位を与えるようになっている請求項２に記載された手持ちカメラで安定画像を与える装置。
【請求項５】
運動検出器がジャイロセンサーである請求項１に記載された手持ちカメラで安定画像を与える装置。
【請求項６】
信号レベルが予め定めた閾値レベルを超えたときにのみ運動検出器が信号を与える請求項１に記載された手持ちカメラで安定画像を与える装置。
【請求項７】
前記運動検出器からの信号はトラッキング装置からの信号と組合され、トラッキング装置を通して視認している素早く動く被写体の動きに追従するようにトラッキング装置を動かすとき、その被写体を画像センサー面の実質的に同一位置に投影する請求項１に記載された手持ちカメラで安定画像を与える装置。
【請求項８】
手持ちカメラで安定画像を与える装置において、
少なくとも１つのアクチュエータの間に配置され、外面に光反射皮膜を有する可撓性体を含み、前記少なくとも１つのアクチュエータは、印加電圧が該少なくとも１つのアクチュエータを作動させたときに、前記可撓性体を圧縮し、
前記作動電圧は、カメラのヨーイング運動およびピッチング運動をそれぞれ検出する運動センサーによって与えられる信号に比例して、前記可撓性体で反射される入射光の向きを変えるようになされている、手持ちカメラで安定画像を与える装置。
【請求項９】
前記装置は、支持体の頂部にポリマーが充填されたキャビティを境界づける側壁を含み、また、前記側壁と前記ポリマーの頂部に湾曲可能な透明カバーが配置されており、前記ポリマーが中央に取付けられた塊状部を含み、該塊状部は、その外面に反射皮膜を有するとともに、前記透明カバーの頂部に配置された圧電アクチュエータの間に位置づけられている請求項８に記載された手持ちカメラで安定画像を与える装置。
【請求項１０】
前記中央に取付けられた塊状部の各側に１つずつ配置された２つの圧電アクチュエータが、前記装置で反射される入射光に一次元の変位を与えるようになっている請求項９に記載された手持ちカメラで安定画像を与える装置。
【請求項１１】
前記中央に取付けられた塊状部の回りに正方形状に配置された４つの別体圧電アクチュエータが、前記装置で反射される入射光の二次元の変位を与えるようになっている請求項１０に記載された手持ちカメラで安定画像を与える装置。
【請求項１２】
前記運動検出器がジャイロセンサーである請求項８に記載された手持ちカメラで安定画像を与える装置。
【請求項１３】
前記信号のレベルが予め定めた閾値レベルを超えたときにのみ運動検出器が信号を与える請求項８に記載された手持ちカメラで安定画像を与える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は手持ちデジタルカメラの画像の安定化に係わり、特に、手持ちカメラの意図せざる動きまたは振動の影響に逆作用する制御信号を可撓性レンズ体に取付けたアクチュエータへ与え、その制御信号に応じてアクチュエータが可撓性レンズ体を圧縮することによってレンズ体を通る光軸方向へ変位させて画像を安定させる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
手の震え、地面や建物床面の振動、または静止画カメラやビデオカメラ等のカメラを構えた人または三脚の、あるいはその人または三脚を経て伝えられる他の同様な小さな急激な動きは、通常は意図せざる動きであり、シャッター速度が有限であるために、また、カメラの意図せざる動きによって画面が画像センサー上を動くために、写真にブレを生じることになる。そのような意図せざる動きを補償するために、非常に速いシャッター速度が使用できる。しかしながら、シャッター速度が速いと僅かな光量しか捉えることができないので、カメラの低光度閾値に影響を及ぼすことになる。また、シャッターをどれほど高速で作動できるかに関して物理的な限界もある。デジタルカメラは背景ノイズレベルに関する問題や、カメラの最大可能なシャッター速度に影響する読出し速度に関する問題も有している。従来技術では、撮影し保存したデジタル画像を後処理するためにハードウェアシステムまたはソフトウェアプログラムを使用するか、またはハードウェアおよびリアルタイムソフトウェアを組合せて使用して、撮影画像において意図せざる動きを取り除くか補償することによって、画像の安定化を図る公知の幾つかの解決方法がある。
【０００３】
デジタルカメラ（静止画およびビデオカメラ）の現在知られている画像安定化のための方法は、外部モーター、例えば圧電アクチュエータ、ボイスコイルまたはステップモーターで駆動される機械的機構によって横方向へ動かされる光学レンズ要素（光路に挿入されている）を典型的に使用しており、光学レンズ要素は多数部品を含む複雑な構造であることを特徴としている。例えば、意図せざる動きと反対の方向へ光学レンズ要素を移動をさせることで意図せざる動きを減殺するための制御信号を与える信号は、ジャイロによって与えることができる。他の従来技術の方法は、ソフトウェアアルゴリズムを使用して画像の撮影後に画像のブレを軽減する方法であるが、このやり方は撮影画像フレームの光学的品質を改善するものではないうえ、それにまして写真品質を悪化させるという画像に関する別の結果をもたらす。
【０００４】
機械的駆動機構を備えた従来技術の解決方法はカメラシステムを大型化し、製作をより複雑化させる。部品点数の多さは信頼性に関するリスクも与える。撮影し保存したデジタル画像に画像分析およびフィルタリングを施すソフトウェアによる解決方法は、画像を切取り、かつ多くは意図せざる動きを隠すために画像の縁部分における失われた部分を外挿する傾向がある。天文学の分野では、画像撮影時に、観測対象の天体の明白な動きをオンライン分析してＣＣＤチップ内でその画像を実際に動かす直交方向移動ＣＣＤチップが多く使用されている。ソニー、ニコン、コニカミノルタ等のカメラ製造会社が提供する解決方法は、小さな意図せざる急激な動きの発生および方向を検出するジャイロセンサーにより与えられた制御信号に応じて、画像センサーを機械的に動かすか遊動レンズ要素を動かすものであり、意図せざる動きは、運動の速度、方向および強さ（加速および減速）について予め定めた閾値レベルを超えたときに検出信号を発することによって特徴づけられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ノルウェー国特許出願第２００７０８０３号明細書
【特許文献２】ノルウェー国特許出願第２００６５２３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最新の可撓性レンズ体の開発は、自動焦点機能を有する小型レンズ組立体を提供している。例えば、特許文献１および特許文献２は、そのような装置の例を提供している。本発明は、それらの可撓性レンズ組立体を改変して使用することで、簡単、小型で製造容易な画像安定化システムの提供を実現している。本発明による光学的な画像安定化装置は、可撓性レンズ体に接触させてアクチュエータを備えて、レンズ体を通る光軸の方向、したがって光軸と画像センサー面との交点位置を変位させ、意図せざる急激な動きを減殺することによって従来技術の解決方法の複雑さを克服する。光軸方向の変位は、運動センサー、例えば従来技術で公知のジャイロ検出システムにより与えられる制御信号に応じてアクチュエータを作動させて可撓性レンズ体を圧縮（スクイーズ）することによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、可撓性レンズ組立体で与えられる画像安定化装置はウェーハレベルでの製造に適しており、新しい種類の全自動統合型カメラの解決方法を可能にする。
【０００８】
本発明による装置の一例によれば、この装置が動きを補償するので、急激な意図せざる小さな動きによるブレを増大させずに、露出時間を長くできる小型カメラ（例えば、携帯電話用カメラ）を可能にする。例えば、ＣＭＯＳデジタルカメラの露出時間を長くすることは、ノイズレベルに対する信号の著しい増大を意味し、暗い状態で写真のバックグラウンドノイズが少なくなり、要求光度に関する閾値を下げることを意味する。また、より高いＦ数でカメラを設計できると共に、小さなＦ数での解決方法に比べて同じ光量を確保できる（長い時間をかけて）ので、現在の従来技術によるレンズに比べてカメラレンズの寸法、複雑さおよび価格を低減できることを意味する。
【０００９】
本発明の一例によれば、手持ちカメラで安定画像を与える装置は少なくとも１つのアクチュエータの間に配置された可撓性レンズ体を含み、この少なくとも１つのアクチュエータは電圧を印加されて作動されたときに可撓性レンズ体を圧縮する。作動電圧は、カメラのヨーイング運動およびピッチング運動を検出する運動センサーにより与えられた信号に比例して、レンズ体を通る光の方向を変える。
【００１０】
本発明の一例によれば、透明ポリマーを充満されるキャビティを透明支持体の頂部に画成する側壁を装置が含んでおり、側壁とポリマーとの頂部に、中央に透明プリズムを取付けられた湾曲可能な透明カバーが配置され、プリズムは透明カバーの頂部に配置された圧電アクチュエータの間に位置される。
【００１１】
本発明の一例によれば、装置は円筒形レンズとして形成され中央に取付けられたプリズムを含み、２個の別々な圧電アクチュエータ（円筒形レンズの各側に１個）が装置を通る光に一次元の変位を与える。
【００１２】
本発明の一例によれば、中央に取付けられたプリズムは球形レンズであり、４個の別々な圧電部材がその球形レンズの回りに四辺パターンで配置され、装置を通る光に二次元の変位を与える。
【００１３】
本発明の一例によれば、装置はジャイロセンサーである運運動検出器を含む。
【００１４】
本発明の一例によれば、信号レベルが予め定められた閾値レベルを超えたときにのみ信号を与える運動センサーを装置は含む。
【００１５】
本発明の一例によれば、運動検出器からの信号はトラッキング装置からの信号と組合され、トラッキング装置を通して視認している素早く動く被写体の動きに追従するようにトラッキング装置を動かすとき、その被写体を画像センサー面の実質的に同一位置に投影する。
【００１６】
本発明の一例によれば、手持ちカメラで安定画像を与える装置は、印加電圧により作動されたときに可撓性体を圧縮する少なくとも１つのアクチュエータ間に配置されて外面に光反射皮膜を備えた該可撓性体を含み、作動電圧はカメラのヨーイング運動およびピッチング運動を検出する運動センサーによって与えられる信号に比例して、塊状部で反射される入射光の向きを変える。
【００１７】
本発明の一例によれば、装置は支持体の頂部にポリマーが充填されたキャビティを境界づける側壁を含み、また、湾曲可能なカバーが側壁とポリマーの頂部に配置され、カバーは中央に取着された塊状部を含み、この塊状部は、その外面に反射皮膜が被覆され、カバーの頂部に配置された圧電アクチュエータの間に位置づけられている。
【００１８】
本発明の一例によれば、中央に取付けられた塊状部の各側に１つずつ配置された２つの圧電アクチュエータが、装置で反射される入射光に一次元的な変化を与える。
【００１９】
本発明の一例によれば、中央に取付けられた塊状部の周りの四方向のパターンにて配置された４つの圧電アクチュエータが、装置で反射される入射光の二次元的な変化を与える。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術によるカメラ画像安定化構造の一例を示す。
【図２】従来技術によるカメラ画像安定化構造の他の例を示す。
【図３】本発明による一実施例を図３ａおよび図３ｂが示す。
【図４】本発明による他の実施例を示す。
【図５】自動焦点機能を含む本発明の他の実施例を示す。
【図６】本発明の他の実施例を示す。
【図７】本発明の他の実施例を示す。
【実施例】
【００２１】
図１は、従来技術として公知のように、運動検出部材からの信号に応じてレンズ部材を動かす画像安定化装置の原理的な構造を示す。図１に示されるように、カメラハウス１０はヨーイングと称されるＹ軸線の周囲の意図せざる水平動および／またはピッチングと称されるＸ軸線の周囲の動きを生じ得る。Ｙ軸線方向に沿って配置された角速度センサー１がヨーイングを検出する一方、Ｘ軸線に沿って配置された別の角速度センサー２がピッチングを検出する。これらのセンサーからのそれぞれの信号の大きさに応じて、それぞれのアクチュエータ１１，１２がＶＲレンズ部材をＸおよびＹ方向に動かして、角速度センサー１，２の検出した意図せざる動きを補償する。
【００２２】
図２は、ジャイロ信号処理にしたがってＣＣＤ画像センサーチップを動かす画像安定化システムの原理を示す。
【００２３】
当業者は、図１、図２に示されるような構造が画像安定化の問題点に対する基本的な解決策を与えるとはいえ、実際には製造が困難な複雑な解決策であることを理解している。画像を安定化させるために重要な問題点は、検出した意図せざる動きを減殺する動きとして光軸上の光と画像センサー面との交点の動きを調整することであって、意図せざる動き自体を検出することではない。例えば、最新の半導体技術およびマイクロエレクトロニックメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）などによれば、例えば当業者に公知のように例えばデジタルカメラに容易に一体化できる小型化したジャイロセンサーを提供する能力が与えられる。
【００２４】
図３ａ、図３ｂは本発明の実施例を示す。本発明によれば、レンズ組立体を通る光軸の動きの補正は、図３ａに示されるような構造によって達成できる。壁２２と、透明な支持体２３と、少なくとも２つの圧電アクチュエータ２４の間の中央に透明プリズム２５を配置された薄く湾曲可能な透明カバー２６（例えば、薄いガラス板）とで境界づけられたキャビティ２１内に透明可撓性ポリマーが配置されている。２つの圧電アクチュエータの一方に例えば負電圧が印加され、他方の圧電アクチュエータに正電圧が印加されたとき、プリズム２５は図３ｂに示すように傾斜される。当業者には容易に理解できるように、圧電アクチュエータの印加電圧を調整することで、傾斜した意図せざる動きに応じた信号を発生する動きセンサーに応答して傾斜の大きさ、したがって組立体を通る光軸の動きを制御することができ、これにより光軸と画像センサー面との交点位置を移動させて意図せざる動きを減殺する手段にすることができる。必要な移動量は、図１に示す装置と画像センサー面（図示せず）との間隔距離に比例する。これらの原理の実際の例では、当業者に知られているように、圧電アクチュエータに対する印加電圧値をプログラム可能電圧供給源、プログラム可能または固定式の減衰器などによって制御することができる。
【００２５】
図４は本発明の他の実施例を示しており、この実施例では図３ａ、図３ｂのプリズム２５は塊状部３０（図３ａ、図３ｂに示したようなプリズムであってよい）と置換されており、塊状部３０の外面は光反射材料で被覆されている。圧電アクチュエータ２４が塊状部３０を傾斜させると、塊状部３０の反射面への入射光の反射方向は変化する。当業者には容易に理解されるように、この構造は塊状部３０からの反射光と画像センサー面との交点位置を調整して、例えば運動センサーが検出した意図せざる動きの影響に対向させるように使用できる。圧電アクチュエータに印加された電圧値は、意図せざる動きを減殺するように交点を動かすために必要な変位量に比例する。
【００２６】
図５は、圧電アクチュエータ２４に電圧を印加させるために電子回路が配列される例を示す。実際の電子回路または回路形状は、意図せざる動きを検出するために使用されたセンサーの形式によって決まる。しかしながら、検出された意図せざる動きの影響を減殺するようにプリズム２５または塊状部３０を傾けるためにアクチュエータに対して電圧を印加させるのであるならば、どのような形式のセンサーやデジタル信号処理装置を含む電子回路、マイクロコントローラおよびマイクロプロセッサ、ならびに個々の構成要素、すなわちアナログならびにデジタル式の構成要素も使用できるということは本発明の範囲に含まれる。
【００２７】
図６は他の実施例を示しており、この実施例は図３に示した画像安定化構造と共に自動焦点機能を与えるレンズ組立体を含む。この電子回路は画像安定化信号を与えると共に焦点の移動を行うように構成されている。自動焦点機能を与えるこのレンズ組立体は、例えば特許文献１に開示されている。
【００２８】
図７は、異なる幾何学形状のアクチュエータ２４の間に配置されてプリズム２５または塊状部３０に一次元または二次元的な傾斜を与える、プリズム２５（または光反射材料で被覆された塊状部３０）の異なる配置例を示す。図７ａは一次元的な傾斜能力を示し、図７ｂ、図７ｃは二次元的な傾斜能力を示す。図７ａに示した構造がヨーイングおよびピッチングを減殺するために使用される場合、図７ａに示すような２部材を積み重ねることができ、例えば一方の部材がヨーイングを制御し、他方の部材がピッチングを制御する。
【００２９】
上述で開示された本発明の別の実施例は、レンズ体を通る光（または反射光の方向）と、カメラまたはビデオレコーダーの画像センサー面との交点位置を制御する。本発明の他の概念によれば、意図する他の動きも、意図せざる動きによって画像に生じるものと同様なブレを生じることになる。そのような意図する急激な動きは、例えば高速移動するＦ１レーシングカーのような写真撮影またはビデオ記録される被写体の速い動きに起因する。本発明の他の実施例によれば、本発明の圧電アクチュエータに印加される電圧を調整するためにトラッキング装置が使用される。素早く動く被写体がビデオカメラにより写真撮影または映像撮影されるとき、カメラを手で持つ人は被写体が動くときにその移動方向にカメラを向けることで被写体に追従しなければならない。素早く動く被写体の速度が速いので、これはカメラの揺れ動きを引起す。この揺れ動き自体が画像のブレとなって画像またはビデオ映像に現れることになる。
【００３０】
本発明の一実施例によれば、トラッキング装置が、例えば図３ａまたは図４ａに示されるように、本発明の実施例で使用され、これが素早く動く被写体の写真撮影または映像撮影に関する問題点を解消する。当業者に知られているように、トラッキング装置はカメラまたはビデオレコーダーを含むシステムの操作者がカメラまたはビデオレコーダーを通して視認する被写体にマーカー（カーソル）をロックできるようにして、マーク付けした被写体が画面を横断して動くときにカメラまたはビデオレコーダーを向けることでそのシステムが「追従」できるようにしている。カメラまたはビデオレコーダーの向きを変える動きは、カメラに取付けられたカメラプラットホームによって与えられるのであり、カメラ後部の画像センサー面を横断して動く検出されたロックマーカーの動き（およびこれによりロックされた被写体の動き）に関する信号によって制御されるモーターを含む。このロックは、マーカーが指し示す被写体の輪郭を検出する、したがって当業者に知られているようにロックした被写体の縁部におけるピクセルの変位値を検出することで、その輪郭のあらゆる方向への動きを検出するソフトウェアによって行い得る。ロックした被写体が画像センサー面の枠外へ動いたときは、その被写体が画像センサー面内に依然として位置しているとしてカメラまたはビデオレコーダーのプラットホームを動かす信号が発生される。
【００３１】
本発明の発明者は、マーカーを被写体にロックさせるこれらの原理が、素早く移動する被写体の写真撮影または映像撮影の問題に対処するために本発明の実施例に使用することを実現した。本発明によると器具装置は従来技術で公知のような被写体の選択およびロック機構を含む。例えば、カーソルはデジタルカメラのファインダーを通してロックする被写体を選択するために使用される。しかしながら、本発明のこの実施例はモーター付勢されるカメラプラットホームを含んでいない。素早く動く被写体がカメラの画像センサー面を横断して移動を始めると、ロックした被写体の速度、方向および強さ（加速度）などの動きの情報を与える信号がトラッキング装置で発生される。この情報を本発明による圧電アクチュエータに印加する電圧に変換することで、素早く動く被写体の動きが打ち消されて、画像化された被写体は常に画像センサー面の同じ面積部分に投影されるようになされる。被写体が動き始めると、またはカメラのファインダーの枠外へ移動すると、カメラを構えている人はカメラを動かして被写体を追従する。しかしながら、この実施例は画像センサー面の同じ面積部分に被写体をロックするので、通常は画像に揺れ動きを生じる手による追従操作は解消される。
【００３２】
本発明の他の概念によれば、本発明の実施例はウェーハレベルでの製造に備えることができる。本発明による製造例によれば、本発明による複数の装置は、透明な支持体２３の頂部に、例えばマトリックスパターンで複数の壁２２を備えることで形成できる。その後にマトリックスパターンに形成された複数のキャビティにポリマーが充満される。その後、ガラス製カバー２６がポリマーおよび側壁マトリックスの頂部に組立てられる。ガラス製のプリズム２５はガラス製のカバー２６と一体の部分とすることができ、また、側壁マトリックスおよびポリマーの頂部にガラス製カバーを配置する前に、ガラス製カバー２６にプリズム２５を組付けることができる。複数のガラス製プリズム２５はガラス製カバー２６上に、マトリックスパターンに備えられた側壁２６により画成されるキャビティと同じ位置に、同様なマトリックスパターンに配置される。圧電アクチュエータ２４は、当業者に知られているように、同様にガラス製カバーを側壁２６の頂部に組付け前または後にガラス製カバー２６上に配置される。組立て工程が終了した後、マトリックスパターンに配置された各装置は、マトリックスパターンによって与えられる各装置を取囲む側壁２２の各部分の中間部分でマトリックス方向に沿って切離すことで個々に分離される。
【符号の説明】
【００３３】
１，２  角速度センサー
１０  カメラハウス
２１  キャビティ
２２  側壁
２３  支持体
２４  圧電アクチュエータ
２５  プリズム
２６  カバー
３０  塊状部
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010518443.tif 000009
【国際調査報告】
2010518443.tif 000010
2010518443.tif 000011
2010518443.tif 000012
2010518443.tif 000013
2010518443.tif 000014