(57)【要約】【課題】  光学系を小型化することが可能なブレ補正装置を提供する。【解決手段】  物理量を与えることにより屈折状態が変化可能な光学素子１２０は、光学系の光路中に配置され、物理量を制御することにより像のブレを補正する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を通過した光が形成する像のブレを補正するブレ補正装置において、
前記光の経路中に配置され、物理量を与えることにより屈折状態が変化可能な光学素子を備え、前記光学素子に与える前記物理量を制御して前記補正を行う補正部を備えることを特徴とするブレ補正装置。
【請求項２】
請求項１記載のブレ補正装置において、
前記光学素子は、二つの屈折率の異なる液体の界面を備え、前記界面の曲率が前記物理信号に応じて変化することを特徴とするブレ補正装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のブレ補正装置において、
前記物理量は電気信号であることを特徴とするブレ補正装置。
【請求項４】
請求項３記載のブレ補正装置において、
前記光学素子を構成する前記二つの屈折率の異なる液体は、導電性液体と誘電性液体であることを特徴とするブレ補正装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４記載のブレ補正装置において、
前記光学素子は、前記二つの屈折率の異なる液体間に、少なくとも一方の液体の周方向に沿って前記電気信号を入力するための少なくとも３対の電極を備えたことを特徴とするブレ補正装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか一つに記載のブレ補正装置において、
前記光学素子は、合焦状態を保つ方向に前記界面の曲率を変化させることを特徴とするブレ補正装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか一つに記載のブレ補正装置において、
ブレ量を検出して該検出されたブレ量に応じたブレ検出信号を出力するブレ検出手段と、
前記ブレ検出信号に基づいて、前記物理信号を求めて前記電気信号として出力する演算手段と
を備えたことを特徴とするブレ補正装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れか一つに記載のブレ補正装置を搭載したことを特徴とするカメラシステム。
【請求項９】
請求項１から請求項７の何れか一つに記載のブレ補正装置を搭載したことを特徴とする交換レンズ。
【請求項１０】
請求項１から請求項７の何れか一つに記載のブレ補正装置を搭載したことを特徴とする携帯電話。
【請求項１１】
物理量を与えることにより屈折状態が変化可能な光学素子を備え、
前記光学素子を含む光学系により形成される像に発生する像ブレを補正するブレ補正方法であって、
前記像ブレを補正するように前記物理量を制御することを特徴とするブレ補正装置の制御方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の制御方法を記憶した記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラスシテム、交換レンズ、携帯電話のレンズ系等に適用されるブレ補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術のブレ補正装置としては、特許文献１に記載のように、光学系の一部に補正光学系を設け、前記補正光学系を光軸と略直交する方向に変位させ、手ぶれ等による像ブレを抑制するものが知られている。このようなブレ補正装置は、補正光学系を駆動するためのアクチュエータ（ボイスコイルモータ等）および位置検出機構が必要になる。
【特許文献１】特開昭６１−２４０７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前記した従来のブレ補正装置は、光学系の小型化（例えばカメラシステム、交換レンズ、携帯電話等に搭載する光学系）に伴い、アクチュエータ（ボイスコイルモータ等）と位置検出機構とが相対的に大きくなってしまい、光学系全体の小型化の妨げになるという課題がある。
本発明は、前記した従来技術の課題に鑑み為されたもので、光学系を小型化することが可能なブレ補正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】
【０００４】
請求項１記載のブレ補正装置は、光学系を通過した光が形成する像のブレを補正するブレ補正装置において、光の経路中に配置され、物理量を与えることにより屈折状態が変化可能な光学素子を備え、光学素子に与える物理量を制御して補正を行う補正部を備えることを特徴とする。
請求項２記載のブレ補正装置は、請求項１記載のブレ補正装置において、光学素子は、二つの屈折率の異なる液体の界面を備え、界面の曲率が物理信号に応じて変化することを特徴とする。
【０００５】
請求項３記載のブレ補正装置は、請求項１または請求項２記載のブレ補正装置において、物理量は電気信号であることを特徴とする。
請求項４記載のブレ補正装置は、請求項３記載のブレ補正装置において、光学素子を構成する二つの屈折率の異なる液体は、導電性液体と誘電性液体であることを特徴とする。
請求項５記載のブレ補正装置は、請求項３又は請求項４記載のブレ補正装置において、光学素子は、二つの屈折率の異なる液体間に、少なくとも一方の液体の周方向に沿って電気信号を入力するための少なくとも３対の電極を備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項６記載のブレ補正装置は、請求項１から請求項５の何れか一つに記載のブレ補正装置において、光学素子は、合焦状態を保つ方向に界面の曲率を変化させることを特徴とする。
請求項７記載のブレ補正装置は、請求項１から請求項６の何れか一つに記載のブレ補正装置において、ブレ量を検出して該検出されたブレ量に応じたブレ検出信号を出力するブレ検出手段と、ブレ検出信号に基づいて、物理信号を求めて電気信号として出力する演算手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項８記載のカメラシステムは、請求項１から請求項７の何れか一つに記載のブレ補正装置を搭載したことを特徴とする。
請求項９記載の交換レンズは、請求項１から請求項７の何れか一つに記載のブレ補正装置を搭載したことを特徴とする。
請求項１０記載の携帯電話は、請求項１から請求項７の何れか一つに記載のブレ補正装置を搭載したことを特徴とする。
【０００８】
請求項１１記載のブレ補正装置の制御方法は、物理量を与えることにより屈折状態が変化可能な光学素子を備え、光学素子を含む光学系により形成される像に発生する像ブレを補正するブレ補正方法であって、像ブレを補正するように物理量を制御することを特徴とする。
請求項１２記載の記憶媒体は、請求項１１に記載の制御方法を記憶していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光学素子に与える物理量を制御してブレを補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付の図面に示す実施形態について説明する。本実施形態は、光学系の少なくとも一部を液体レンズにより構成するものである。
（液体レンズの原理）
図１〜図３は、本発明の実施形態で用いる液体レンズの原理を示す説明図である。図１に示す液体レンズ１２０は、導電性液体（屈折率大）１と、誘電性液体（屈折率小）２と、液体レンズ容器５と、絶縁層６と、上部電極７ａ，８ａと、下部電極７ｂ，８ｂとから構成されている。ここで、上部電極７ａと下部電極７ｂ、および上部電極８ａと下部電極８ｂが各々１対の電極を構成し、後述するように直流電圧が印加される。
【００１１】
導電性液体１は例えば無機塩の水溶液、誘電性液体２は例えばフッ素系オイルであり、ここでは界面が混じり合うことのないように構成されている。導電性液体１と誘電性液体２とが混ざり合うことがなければ、導電性液体１と誘電性液体２の界面に、特別な膜を設ける必要はない。
また、液体レンズ容器５の内側側面には撥水加工が施されおり、このため導電性液体１は凸球面状となっている。
【００１２】
図２は、上部電極８ａと下部電極８ｂ間に直流電圧を印加したときの状態を示す図である。直流電圧の印加により導電性液体１と誘電性液体２との界面の表面張力が変化し、図２に示す様に、導電性液体１が電極８ａ，８ｂの方に変位した状態となる。これは、通常の光学防振レンズ（不図示）がシフトしてブレを補正した状態に相当する。
前記した液体レンズ１２０を光学系の少なくともの一部に設け、不図示の角速度センサから出力される角速度検出信号（ブレ検出信号）により液体レンズ１２０の光軸と垂直方向に前記界面の凸部をシフトさせることによりブレ補正装置が構成可能となる。
【００１３】
なお、図１、図２においては、Ｘ軸（一軸）方向の動作だけを示した。しかし、実際には、光軸に対して垂直な面内（Ｘ軸、Ｙ軸の二軸）での動作が必要となる。
図３は、液体レンズ１２０を光軸方上から見た図である。図示するように、液体レンズ１２０の電極（円周状）を４分割して、４対の電極７（７ａ，７ｂ）、８（８ａ，８ｂ）、９（９ａ，９ｂ）、１０（１０ａ，１０ｂ）とし、光軸に対して垂直な面内の二軸方向に制御可能とした。すなわち、電極７、８により紙面左右方向（Ｘ方向）、電極９、１０により紙面上下方向（Ｙ方向）に液体レンズ１２０を制御する。なお、液体レンズ１２０を有効に駆動する最小限の電極数は、３対の電極である。
【００１４】
また、液体レンズ１２０を高精度に制御してブレを補正する必要がある場合には、電極の分割数を増やせばよい。
以上の構成によれば、電極は大変薄いので、小型化されたブレ補正装置を提供できる。
（実施形態の構成）
次に、本発明の一実施形態について説明する。
【００１５】
図４は、本実施形態のブレ補正装置の基本的な構成を表すブロック図である。図４は、カメラシステムにブレ補正装置を適用したものであり、交換レンズ内にブレ補正装置が搭載されている。
図示するように、カメラシステムは、交換レンズ２００とカメラボディ２１０から構成されている。
【００１６】
交換レンズ２００は、角速度センサ１０と、増幅部２０と、Ａ／Ｄ変換部３０と、基礎値演算部４０と、減算器５０と、目標駆動値演算部６０と、駆動量データテーブル７０と、撮影倍率情報計算部９０と、撮影距離情報計算部１００と、ブレ補正レンズ光学情報計算部１１０と、ドライバ８０と、像ブレ補正用の液体レンズ１２０とから構成されている。
【００１７】
なお、液体レンズ１２０において、電極の数は少なくとも３対必要であるが、説明の便宜上、図１に示す液体レンズ（電極の数は２対）を用いている。また、基礎値演算部４０、減算器５０、目標駆動値演算部６０、駆動量データテーブル７０、撮影倍率情報計算部９０、撮影距離情報計算部１００、ブレ補正レンズ光学情報計算部１１０は、図示するように、マイコン１５０によって構成されている。
【００１８】
カメラボディ２１０は、クイックリターンミラー３００、ＣＣＤ，ＣＭＯＳ等の増幅型固体撮像素子４００、光学式ファインダ５００等を備えている。
（実施形態の動作）
角速度センサ１０は、カメラシステムに加えられた振動を角速度として検出して、検出された角速度に応じた角速度検出信号を出力する。角速度センサ１０としては、通常コリオリ力を検出する圧電振動式角速度センサが用いられる。
【００１９】
増幅部２０は、角速度センサ１０から出力される角速度検出信号を増幅する。角速度センサ１０の出力は小さい。そのため、Ａ／Ｄ変換部３０においてデジタル化してマイコン内で処理しようとしても、角速度検出信号の分解能が低すぎる（すなわち、１ビットあたりの角速度検出信号が大きすぎる）。そのため、このままでは正確な振動検出を行なうことができず、像ブレ補正の精度を上げることができない。そこで、増幅部２０は、角速度検出信号をＡ／Ｄ変換部３０に入力する前に増幅する。これにより、マイコン１５０内での角速度検出信号の分解能を上げる（１ビットあたりの角速度検出信号を小さくする）ことができ、ブレ補正精度を上げることができる。また、増幅部２０は、角速度検出信号を増幅をするだけではなく、角速度センサ１０の出力に含まれる高周波ノイズを低減させるため、ローパスフィルタ等を備えてもよい。増幅した角速度検出信号は、Ａ／Ｄ変換部３０へ送信される。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換部３０は、増幅部２０から送られてきたアナログの角速度信号をデジタル信号に変換する。角速度検出信号をデジタル信号に変換することで、マイコン１５０内での演算処理が可能となる。なお、このＡ／Ｄ変換部３０は、図４に示すようにマイコン１５０と別に設けてもよいし、マイコン１５０にＡ／Ｄ変換部が内蔵されている場合には、そのＡ／Ｄ変換部を利用してもよい。
【００２１】
角速度検出信号は、Ａ／Ｄ変換部３０においてアナログ信号からデジタル信号に変換された後、基準値演算部４０と減算器５０とに入力される。
基準値演算部４０は、角速度検出信号に基づいて、振れが存在しないときの角速度検出信号の基準値を演算する。すなわち、基準値演算部４０は、振れがゼロのときの角速度検出信号を基準値として減算器５０に出力する。
【００２２】
基準値演算部４０における基準値の演算方法の一例として、次の（数１）に示す移動平均がある。
【００２３】
【数１】
2007127996.tif 000003
この他、一般的なローパスフィルタを利用して基準値を算出してもよい。例えば、増幅部２０とＡ／Ｄ変換部３０の間にローパスフィルタを設けてもよい。
減算器５０は、Ａ／Ｄ変換部３０から出力される角速度検出信号から前記基準値を減算して角速度で表される振れ検出信号を求め、求めた振れ検出信号を目標駆動値演算部６０へ出力する。
【００２４】
目標駆動値演算部６０は、角速度で表される振れ検出信号を時間積分することにより振れ角度情報に変換する。その後、目標駆動値演算部６０は、前記振れ角度情報と、撮影倍率情報計算部９０で演算される撮影倍率情報βと、撮影距離情報計算部１００で演算されるレンズの焦点距離情報Ｒと、ブレ補正レンズ光学情報計算部１１０で演算されるブレ補正レンズ光学情報（ブレ補正係数Ｋ）とを利用して、液体レンズ１２０を駆動するための目標駆動値情報を演算する。
【００２５】
すなわち、撮影倍率情報計算部９０は、撮影倍率情報光学系の焦点距離や焦点調節用レンズの位置などから撮影倍率情報βを算出する。算出された撮影倍率情報βは目標駆動値演算部６０に入力される。
撮影距離情報計算部１００は、撮影距離情報光学系の焦点距離や焦点調節用レンズの位置などから撮影距離情報Ｒを算出する。撮影距離情報Ｒは目標駆動値演算部６０に入力される。
【００２６】
ブレ補正レンズ光学情報計算部１１０は、ブレ補正レンズに関する光学情報を目標駆動値演算部６０に入力する。ここでの光学情報は、前記したようにブレ補正係数Ｋである。ブレ補正係数Ｋの定義は、ブレ補正係数＝レンズ移動量に対する像移動量である。
目標駆動値情報の演算式の例を次の（数２）に示す。
【００２７】
【数２】
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（数２）は、レンズ目標駆動値θとＡ／Ｄ変換部３０から出力される角速度検出信号との偏差を求め（減算器５０の働き）、それをもとにして液体レンズ１２０を駆動するための駆動信号を演算するものである。駆動信号の演算は、偏差に比例する項、偏差の積分に比例する項、偏差の微分に比例する項を足しあわせる形で駆動信号を演算するＰＩＤ制御が一般的である。しかし、ＰＩＤ制御に限らず、他の方法を用いてもよい。
【００２８】
目標駆動値演算部６０から出力される駆動信号は、駆動量データテーブル７０に入力される。駆動量データテーブル７０は、液体レンズ１２０の光軸シフト量、および光軸方向のずれ量を勘案して、目標駆動値演算部６０から出力される駆動信号（デジタル信号）を液体レンズ１２０の駆動電圧に換算して、ドライバ８０に出力する。
ドライバ８０は、駆動量データテーブル７０から出力される駆動電圧を受けて、上部電極７ａ、下部電極７ｂ、上部電極８ａ、下部電極８ｂに各々印加する電圧に変換して出力する。
【００２９】
液体レンズ１２０は、図４に示すように、撮影部の結像光学系に内蔵されており、導電性液体１と誘電性液体２の界面が光軸と略直交する方向に動くことができるように構成されている（図１〜図３参照）。
導電性液体１と誘電性液体２の界面は、上部電極７ａ、下部電極７ｂ、上部電極８ａ、下部電極８ｂに印加する電圧により光軸と略直交する方向に適正に駆動され、結像光学系の光軸を偏向させる。写真等の像ブレは、手ぶれ等のカメラに加えられる振動により、露光中に撮像面上の像が動いてしまうことにより発生する。しかし、図４に示すようなブレ補正装置付きカメラにおいては、角速度センサ１０などの振動検出センサが内蔵されている。これらの振動検出センサは、カメラシステムに加えられた振動を検出する。そして、カメラシステムに加えられた振動が検出されれば、撮像面の像の動きを知ることができるので、結像面上の像の動きが止まるように液体レンズ１２０を動作させ、結像面上の像の動き、すなわち像ブレを補正することができる。
【００３０】
以上の実施形態では、角速度センサ１０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、角速度センサ１０の代わりに、例えば加速度センサを用いてもよい。
なお、マイコン１５０は、以上に説明した演算部、変換部、制御プログラム等の各種情報を記憶する不揮発性メモリ等を全て含んでいる。また、カメラシステムはレンズ交換式でもよいし、レンズ交換できないレンズ一体でもよい。さらに、本発明は、形態電話の光学系に適用することができる。
（具体例）
以下、液体レンズの曲率を制御して、像ブレを補正する具体例について説明する。
【００３１】
図５は、本実施形態におけるブレ補正装置であり、図１において説明した部分には同一符号を付してその説明を省略する。この実施形態の光学系は、光軸に対してシフトしない光学系群２１、２２、および光軸に対してシフトする液体レンズ１２０から構成されている。
図５は、各光学系群の光軸がほぼ同軸上にある状態を示し、そのときの無限遠に対する像面は３１である。
【００３２】
図６は、図５に示す状態から手ぶれ補正を行なうため、液体レンズ１２０の界面の凸部を光軸と垂直方向に駆動した例である（電極８ｂ，８ｂだけに電圧印加）。このときには、レンズ系全体の像面３２上の撮影像が図示する位置に移動してしまう。なお、移動方向、移動量はレンズ系全体の設計によって変化する。この像面３２の移動により、手ぶれ時にピントがずれてしまう。
【００３３】
図７は、本実施形態において、液体レンズ１２０の上部電極７ａと下部電極７ｂ間、および上部電極８ａと下部電極８ｂ間に、図４に示すドライバ８０から出力される電圧を印加した状態を示している。レンズ系の構成は図５〜図７と同様である。
この具体例では、液体レンズ１２０での補正量は図６と同様であるが、導電性液体（屈折率大）１と誘電性液体（屈折率小）２の界面の曲率を適正に変える（電極への印加電圧を変える）ことができるので、補正後（図７の様にシフトした状態）の像面３３の位置を図５に示す光軸が同軸上にある状態の像面３１とほぼ同一の位置（ピントが合った状態）にすることが可能となる。なお、上記の様に曲率を変化させると、液体レンズ１２０の界面の移動量と像面３３上での軸の移動量が変化する場合がある。そのような場合には、前記移動量をあらかじめ計算で求めておく必要がある。また、収差等を考慮してピントのずれ（像面３２）を合焦機構で補正してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、ブレ補正装置、ブレ補正装置を搭載したカメラシステム、ブレ補正装置を搭載した交換レンズ、ブレ補正装置を搭載した携帯電話等の分野において、産業上大いに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態で用いる液体レンズの原理を示す説明図である。
【図２】実施形態で用いる液体レンズの原理を示す説明図である。
【図３】実施形態で用いる液体レンズの原理を示す説明図である。
【図４】実施形態のブレ補正装置の基本構成を表すブロック図である。
【図５】実施形態を説明する説明図である。
【図６】実施形態を説明する説明図である。
【図７】実施形態を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…導電性液体、２…誘電性液体、５…液体レンズ容器、６…絶縁層、７ａ，７ｂ…上部電極、８ａ，８ｂ…下部電極、１０…角速度センサ、２０…増幅部、３０…Ａ／Ｄ変換部、４０…基礎値演算部、５０…減算器、６０…目標駆動値演算部、７０…駆動量データテーブル、８０…ドライバ、９０…撮影倍率情報計算部、１００…撮影距離情報計算部、１１０…ブレ補正レンズ光学情報計算部、１２０…液体レンズ、２００…交換レンズ、２１０…カメラボディ。
【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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