レンズユニットスイング方式手ぶれ補正ユニットの開発
DiMAGE X1 手ぶれ補正技術
DiMAGE X1 Camera-Shake Compensation Technology

新 谷大＊

Shintani, Dai

三 谷 芳 史＊

真 島 拓 士＊柴 谷 一 弘＊

糸 原 俊 夫＊＊Mitani, Yoshifumi

Mashima, Hiroshi

Shibatani, Kazuhiro

Itohara, Toshio

要旨
薄型コンパクトデジタルカメラDiMAGE Xシリーズの最１ はじめに新機種として，手ぶれ補正機構を搭載したDiMAGE X1をデジタルカメラに手ぶれ補正機能が搭載された製品が開発した。DiMAGE Xシリーズの特徴である，撮影時にも数機種発売されている。従来，これらの手ぶれ補正にはレンズの出ない屈曲光学系を活かし，撮影CCDを含む光「補正レンズシフト方式」や「CCDシフト方式」が製品学系全体を手ぶれ補正駆動するレンズユニットスイング化されている。コニカミノルタでも，独自の「CCDシフ方式を新たに開発し搭載した。ボールジョイントで支持ト方式」手ぶれ補正機能を搭載したDiMAGE Ａシリー

したレンズユニットを２つのステッピングモータで駆動

ズ・Ｚシリーズ，αシリーズを製品化している。屈曲光し，位置検出はフォトインタラプタを使用するなど，安学系搭載の薄型コンパクトデジタルカメラに手ぶれ補正価な汎用デバイスで構成することにより，非常に高いコ機能を搭載するにあたり，これらの方式ではその薄型とストパフォーマンスを達成した。

いう特徴を維持したまま搭載することは難しいと判断した。そこで，光学系は可能な限りの薄型化・小型化を達Abstract

成した上で，その光学ユニットに撮影CCDを搭載した状The DiMAGE X1 was developed with a camera-shake

態で，レンズユニットごと手ぶれ補正駆動するという，compensation system designed for thin, compact digital

全く新しい発想の「レンズユニットスイング方式」を開

camera bodies. This camera-shake compensation system

発し，DiMAGE X1に搭載した（Fig.１）。

is compact enough to be incorporated in the right-angle

以下に，その技術的側面を紹介する。

optical design of the non-protruding lens featured in Konica
Minolta DiMAGE X series cameras. The system works bymoving the lens and CCD as a unit to compensate for camera motion: while a photo-interrupter monitors camera
motion, two stepping motors compensate by moving thelens/CCD unit. This design renders the system more costeffective than CCD-shift systems.

Fig.1 DiMAGE X1

２ デジタルカメラの手ぶれ補正技術動向
コンパクトデジタルカメラの画素数競争がほぼ終焉を迎え，業界では「手ぶれ補正」機能を新たな競争軸として製品化している。各社とも手ぶれ補正段数などの性能面では，ほぼ横並びといえる状況であるが，補正メカニ
ズムにおいては各社固有の技術を展開している。しかしながら，「補正レンズシフト方式」では補正レンズの光学＊コニカミノルタフォトイメージング㈱＊＊コニカミノルタフォトイメージング㈱カメラ事業部開発部
カメラ事業部生産部

感度を下げる必要があり，「CCDシフト方式」ではイメー

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ジサークルを広げなくてはならず，光学設計の自由度を３．２

ユニット構成奪うことになり，屈曲光学系最大の特徴である薄型化設

DiMAGE X1では、縦方向屈曲光学系を採用したため，計に注力することができなくなる。したがって，形態の縦方向に長いレンズユニット全体をピッチおよびヨーに異なるカメラにすべて同じ補正メカニズムを採用するこ回転駆動することで手ぶれ補正機構を構成している。とは，スペース効率の面で無理がある。つまり，カメラの形態に応じた方式を発想し，技術消化することが課題となっている。

具体的には以下のような拘束と保持から成っている。
レンズユニットをカメラに対してピッチおよびヨー方向自由に回転可能に保持することで，レンズユニットの回転以外の位置を規制する（自由度３）。これはボール３ レンズユニットスイング方式手ぶれ補正

ジョイント（球面対偶）をユニット側面に１つ配置する

３．１

ントと反対側の側面に直進ガイド（点対偶＝自由度５）

補正原理

手ぶれ運動によってカメラには６種類の動きが発生する。平行移動成分のＸシフト・Ｙシフト・Ｚシフト，お。さらに，ボールジョイことで達成している（Fig.３−１）を１つ配置することで自由度２を実現することが可能となる（Fig.３−２）。

よび回転成分のピッチ・ヨー・ロールの計６種類である。
これらのうちピッチおよびヨー回転が，撮影画像に与える影響として支配的なため，手ぶれ補正機構にはこの２つの回転運動を打ち消すような機能が要求される。
従来のカメラにおいて，レンズユニットはカメラ本体に対して一体的に結合（自由度０）されているので，カメラ本体の手ぶれ運動はそのままレンズユニットに伝わってしまい，撮影画像に手ぶれの影響が現れてしまうことになる。
そこでレンズユニットをカメラ本体に対して，ピッチおよびヨー回転方向に回転自在な連結機構（自由度２）で結合したうえで，２個のモータで駆動する機構を考案した。これによりカメラ本体に取り付けられた角速度センサからの情報を基にして，カメラ本体のピッチおよびヨー回転を打ち消すようにレンズユニットの姿勢を制御できるようにした（Fig.２）。
つまり，カメラ本体の回転をレンズユニットの逆回転で打ち消すという，極めて直接的な原理による手ぶれ補正機能を実現している。

Fig.2 Camera-shake axes and the principle of thelens/CCD unit swing system

Fig. 3-1

Fig. 3-2
Fig. 3 Lens unit of DiMAGE X1

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マイクロステップで駆動している。
手ぶれ補正マイコンはメインマイコンからのコマンドを受けて補正制御を行う。
Fig.６に姿勢制御の模式図を示す。ステッピングモータ
STM̲A，STM̲Bは，回転中心から（XA，YA），（XB，YB）の位置に配置されている。レンズユニットに係わる他の機構との配置関係においてスペース効率を上げるた
Fig.4 Cross section of the camera-shake compensation system

め，ステッピングモータは回転中心に対して非対称（（XA，YA）≠（XB，YB））に配置している。

この状態では自由度２で動くことは可能であるが，手レンズユニットは，ステッピングモータを駆動するこぶれ補正するために，駆動力の付与と制御が必要になとで，回転中心周りに微小角度領域でピッチ方向とヨーる。そのために，レンズユニットの上端と下端にそれぞ方向に近似的に独立して回転動作することが可能であ

れ１つずつ，モータのネジ送り機構からなる直動機構をる。

。
配して，制御可能に保持することで実現した（Fig.３−２）
さらに制御信号にモータがレスポンスよく反応するためには，モータのネジ送りのナットはモータスクリューに対しミクロ的には自由度５（点対偶）で結合したうえで，レンズユニットと一体化した状態が必要不可欠であるため，付勢ばねを設けている（Fig.４）。
製品化においては，上記各保持部の自由度をいかに理論にどおりに再現するかが重要となるが，レンズユニットという比較的重量のあるユニットを駆動するために，２つのネジ送りモータの出力を最大限に利用できるような配慮が重要である。特にボールジョイントを回転中心に動くレンズユニットを，直動のネジ送り機構で動かすため，モータスクリューとナット間にある程度のガタを設け，円滑にモータ駆動できるようにしている。また，ナットとレンズユニットとのジョイント部の部品精度は，直接的にモータスクリューとナットの駆動負荷に影

Fig.5 Diagram of the camera-shake compensation system

響を与えるため，その精度向上を重点的課題として取り組んだ。

４ レンズユニットスイング方式手ぶれ補正制御
Fig.５に制御システムの構成を示す。メイン基板には，２つの角速度センサ（ピッチおよびヨー），センサ信号を増幅処理するアナログ信号処理回路，手ぶれ補正マイコン，ステッピングモータドライバ（マイクロステップ駆動），メインマイコンを搭載している。
レンズユニット部には，レンズユニットを姿勢制御するための２つのステッピングモータ（ネジ送りによる直動機構）と，レンズユニット姿勢の原点位置を検出するための原点位置検出センサを２つ配置している。検出センサはフォトインタラプタである。
DiMAGE X1のレンズユニットスイング方式は，ステッピングモータを用いたオープンループ制御であり，現在位置センサを省くことで，「CCDシフト方式」と比べ，システム全体の小型化とコストダウンを実現している。
また，ステッピングモータは１ステップを16分割する

Fig.6 Schematic of the lens/CCD unit swing method

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Fig.7 Block diagram of the camera-shake compensation controller

２つのステッピングモータを逆相駆動し，ナットを逆較して算出している。KA，KBは，クローズドループ制方向に移動させればレンズユニット姿勢はピッチ方向に御のフィードバックゲインに相当する。リミッタはス変化する。

テッピングモータが脱調しないように，１サンプリング２つのステッピングモータを同相駆動し，ナットを同あたりの駆動ステップ数に制限をかけている。レンズユ一方向に移動させればレンズユニット姿勢はヨー方向に

ニット姿勢変化の最高速度は，このリミッタにより規制変化する。

されている。

レンズユニット姿勢をピッチ方向にθp，ヨー方向にθy「CCDシフト方式」では，補正時のCCD移動量はレンとするとき，ステッピングモータSTM̲A，STM̲Bのネズの焦点距離に依存する。レンズの焦点距離が長くなる

ジ送り量LA，LBは次式で算出できる。と補正時のCCD移動量は大きくなり，アクチュエータのLA＝ YA･tan（θp･cosθy）＋XA･tanθy（式１）

必要速度も大きくなる。一方，「レンズユニットスイング

LB ＝−YB･tan（θp･cosθy）＋XB･tanθy （式２）方式」では，手ぶれ角度そのものを補正するため，補正

ここで，補正すべき手ぶれ振幅は微小角度であるた

時のレンズユニット移動量はレンズの焦点距離に依存しめ，上式で cosθ≒1，tanθ≒θの近似を行えば，次式がない。よって，「レンズユニットスイング方式」では，レ得られる。

ンズユニットが高倍率化または長焦点化されたとして

LA＝ YA･θp＋XA･θy（式３）も，アクチュエータの必要速度は変わらない。また，焦LB ＝−YB･θp＋XB･θy（式４）

点距離情報が必要ないので，メインマイコンと手ぶれ補手ぶれマイコンの演算効率を上げるため，制御則としては式３，４を適用している。

正マイコン間の交信を簡略化し，手ぶれ補正マイコンの制御演算負荷も軽減できるメリットがある。

Fig.７に補正制御のブロック図を示す。手ぶれ補正マイコンで制御周期毎にブロック図に示した処理が実行される。角速度センサで検出された角速度（ωp ，ωy ）は５ まとめフィルタ処理（BPF＋積分）によりレンズユニットの目以上のように，DiMAGE X1に手ぶれ補正機能を搭載す標姿勢（θp，θy）に変換する。Gp，Gyは角速度センサることで，小型・軽量化の一途を辿り，手ぶれ発生を助感度の個体差の調整値である。目標姿勢（θp，θy）に長してきた薄型コンパクトデジタルカメラにおいて，劇は，図示されていないが，レンズユニットのダイナミッ的な撮影領域の拡大と手ぶれしないカメラを提供するこクレンジを超えないようにソフトウエアリミッタをかけとができた。今後は，さらに高性能な手ぶれ補正を目指ている。

して開発を進めていきたい。

ブロック図の点線部分は，式３，４を示しており，レ最後に，レンズユニットスイング方式手ぶれ補正機能

ンズユニットの目標姿勢（θp，θy）からステッピングの開発に係わり，協力していただいた方々に深く感謝す

モータの目標ネジ送り量（LA，LB）を算出する。ステッると共に，御礼申し上げます。

ピングモータの配置位置の非対称性はここで補正され
●参考文献

る。
「レンズユニットスイング方式」はオープンループ制御であるため，現在位置はマイクロステップのステップ数を積算して推測している。ステッピングモータへの指１）芹田保明、原滋

２）開発渉、田中義治、中村公彦、高野万滋
KONICA MINOLTA Tech. Rep., Vol. 2（2005）

令値は，目標ネジ送り量とマイクロステップ積算値を比152

吉宏、和田KONICA MINOLTA Tech. Rep., Vol. 1（2004）

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）