DSC 用センサースイング方式手ぶれ補正技術の開発
DiMAGE A1 搭載 Anti-Shake System の開発
DSC Shake Compensation through Image Sensor Swing Technology芹田

保明＊

Serita, Yasuaki

原吉宏＊

和Hara, Yoshihiro

田滋＊Wada, Shigeru

要旨
本「センサースイング方式手ぶれ補正システム」は、デジタルカメラ用の差別化技術として開発し、今回高画質デジタルカメラであるDiMAGE A1に搭載した。本シス
テムは撮像素子をスイングさせて補正駆動を行う新しい方式であり、DiMAGE 7シリーズの高画質７倍ズームレンズをそのまま生かして手ぶれ補正機能搭載を実現した。
又、本システム用に圧電素子を用いて新たな超音波リニアアクチュエータも開発した。高度な機構設計技術とデジタル制御技術、アクチュエータ技術によって、高画質な画像が実現できる小型で高精度のシステムを完成した。

Abstract

Fig.1 Sensor Swing Mechanism Unit for Anti-Shake SystemThe anti-shake system found in the flagship DiMAGE
A1 digital camera is a new camera shake compensationており、小型、高画質対応の手ぶれ補正を実現すること

system that allows the full capabilities of the camera’sが難しかった。

high-quality zoom lens to be enjoyed. The Anti-Shake sys-

本手ぶれ補正システムは、デジタルカメラ用として開tem uses image sensor swing technology developed spe-

発され、撮像素子をスイングさせるという独自の方式を

cifically for digital cameras, as well as an original ultra-採用して、手ぶれ補正専用レンズを必要としない小型、

sonic linear actuator with a piezoelectric device. Based on

高画質対応の手ぶれ補正機能を実現した。本手ぶれ補正advanced technologies of mechanism design, digital con-システムを高画質デジタルカメラであるDiMAGE A1に搭

trol, and actuator design, the anti-shake system provides

載し、そのレンズの持つ高画質性能をそのままに発揮すhigh-quality images in a compact and highly precise sys-

る手ぶれ補正機能を達成した。
本稿では、コンパクト、かつ高性能を達成した独自のtem.

「センサースイング方式手ぶれ補正技術」について報告

１

する。

はじめに

近年、デジタルカメラ市場では高倍率ズームレンズを搭載した製品が登場している。これらの製品はコンパク

２センサースイング方式手ぶれ補正の原理

トでありながら１台で広い撮影範囲をカバーできること

Fig.２にセンサースイング方式手ぶれ補正の原理を示から、ユーザーに受け入れられ、市場でひとつのセグメす。別設の角速度センサーによりピッチ方向とヨー方向ントを形成している。しかし、このような高倍率ズーム（Fig.３）のぶれ角を検出し、このぶれ角による撮像面上レンズを搭載したデジタルカメラでは、望遠側の焦点距でのぶれ量を算出する（Fig.２−ｂ）。これをうち消す方向離が200mm（135換算）を超えているため、手ぶれの影響に撮像素子を移動させて、撮像面上での結像位置が動かを受けやすく、手ぶれ補正機能の搭載が要望されていないようにして手ぶれを補正する（Fig.２−ｃ）。本手ぶれる。これに対し、手ぶれ補正機能を搭載した機種も製品

補正システムでは手ぶれのぶれ角をピッチ、ヨー方向共化されてはいるが、従来は手ぶれ補正用の専用レンズにに最大約±0.4度まで補正可能に対応させている。これはよって補正を行う「光学式手ぶれ補正方式」が使用され実際にモニター実験で、一般的なぶれの大きさ（ぶれ量）を測定した結果に基づき、十分な手ぶれ補正効果が＊コニカミノルタテクノロジーセンター㈱イメージングデバイス開発室

デバイス技術研究所得られる補正角として設定した。撮像面上でのぶれ量は

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.1（2004）

147

撮像レンズの焦点距離に比例して大きくなる。DiMAGE
A1の撮像レンズのテレ端焦点距離は50.8mm（135換算：200mm）であり、最大補正角の±0.4度レベルでは撮像面３手ぶれ補正システム設計

３．１

システム・ハードウエア上で約±0.35mmの移動量となる。この最大補正角±0.4度

本手ぶれ補正システムの仕様をTable １に示す。またシに対して、DiMAGE A1の撮像レンズの周辺光量特性は十ステムの全体構成をFig.４に示す。目標の補正性能として分確保されており、手ぶれ補正のために撮像素子が移動は、撮像画像に現れるぶれ量を手ぶれ補正なしの状態にしても画質面への影響はない。

対して1/8（1/2３）以下までに抑えることとした。これはセンサースイング方式手ぶれ補正の利点としては以下があげられる。
①

シャッター速度で撮影しても、手ぶれ限界シャッター速基本的な画質の劣化を伴わずに手ぶれ補正が可能である。（高画質手ぶれ補正撮像系の実現）②

いわゆる手ぶれ限界シャッター速度より３段分 遅い度で撮影した場合とほぼ同等の手ぶれが少ない画像が得られるレベルである。この目標補正性能を達成するために、本手ぶれ補正システムではぶれ検出部及び駆動機構の位置検出部のそれぞれで検出誤差を最小限とするようズ・鏡胴設計での制約を無くすことができる。に構成した。

③レンズ・鏡胴に手ぶれ補正ユニットを搭載しなくて良いので、撮像レンズが大きくならずに済み、レン既存の撮像レンズに対しても、小変更で搭載できやすい。

ぶれを検出する角速度センサーとその信号処理には、増幅回路のアンプのオフセット対策やノイズを抑制する回路構成を採用した。角速度センサーの取り付けにも十分な精度を確保し、検出軸の傾きによる検出誤差が最小となる構成とした。さらに位置検出部にはPSD（PositionSensitive Device）と赤外LEDをペアで使用する方式を採用した。PSDは暗電流の小さいものを選択し、位置検出のリニアリティ誤差抑制に効果を上げている。位置検出の分解能は駆動範囲内で、使用しているCCDの画素ピッチ以下を確保するようにした。
これらのぶれ検出、位置検出のアナログ信号処理には専用のアナログ信号処理ICを開発して、回路の小型化と低コスト化を実現した。
Table 1 Sensor Swing Anti-Shake System Specifications

Fig.2 A Principle of Camera Shake Compensation using anImage Sensor Swing Method

Fig.3 Direction of Camera Shake

148

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.1（2004）

３．２

システム・制御系

像に悪影響を与える。機構設計においてはこの課題への本手ぶれ補正システムの制御はカメラのメインCPUと対応が必要である。

は独立した専用のマイコンで行ない、手ぶれ補正部が完結したシステム構成としている。本マイコンは手ぶれ補

４．２

正の基本制御をつかさどると共にカメラ内のメインCPU

４．２．１との交信により、動作モードの選択や各種データの授受アクチュエータ

前節に記載の課題への対応手段として、本手ぶれ補正
システム用に新たに圧電素子を用いた当社独自の駆動シを行う。手ぶれ補正の制御は、① ぶれ検出部からの検出信号をＡ/Ｄ変換してデジタステムであるSIDM（Smooth Impact Drive Mechanism）を開発した。SIDMは超音波駆動リニアアクチュエータをルデータとして取り込む。
②機構ユニット構成

上記データに所定のフィルター処理や積分処理を実行し、ぶれの方向とぶれ量を算出する。

ベースとした駆動システムであり、被駆動体とは摩擦結合していることから、基本的に駆動中のガタが発生しな③ 駆動部の位置検出部からの位置信号をＡ/Ｄ変換しい機構を構成できる。本システムで採用したSIDMのアクて取り込み、同様に撮像素子の位置（移動量）を算出

チュエータ部をFig.５に示す。またFig.６１）にはSIDMのする。

動作原理を示す。SIDMの詳細については省略するが、以④

これら２つのデータから撮像素子の駆動量を算出し、アクチュエータへ駆動信号を出力する。

下のような特長がある。
①移動体との摩擦結合によるガタレス駆動の実現。

②

シンプルな構成のため機構自体の小型化、薄型化

この制御ループをデジタルサーボで構成し、手ぶれ補正に十分な短サーボ周期を確保して手ぶれ補正を実現した。に適している。
③

入力に対する応答性が速く、サーボ制御による駆動特性が良好である。

Fig.5 The Actuator Parts of SIDM

Fig.4 The System Block of Anti-Shake System４

手ぶれ補正機構設計

４．１

機構設計の課題

本手ぶれ補正システムの最大の特徴は、撮像素子をスイングさせる機構部にある。撮像素子をスイングさせることに対する課題は、撮像素子移動の際の不必要な挙動を抑制しなければならない点である。手ぶれ補正のためには撮像素子を撮像光学系の光軸と垂直な平面上でのみ移動させることが必要であるが、実際の機構ではガタの発生等により、撮像素子が光軸方向へ傾く。また撮像素子の撮像平面上での回転方向へのガタもある。このようなガタ等による撮像素子の傾きは、直接的に撮像した画

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.1（2004）

Fig.6 Principle of SIDM

149

４．２．２

スライダー機構

次に本手ぶれ補正システムの機構ユニットの構成をFig.７及び Fig.８に示す。機構ユニットはＸ/Ｙステージ構造とし、撮像素子は２次元方向へ自由に移動可能な構成とした。基本的な構成は以下の通りである。
・①ベース台板＋②ヨー駆動用アクチュエータ
・③スライダー・④CCDホルダー＋⑤ピッチ駆動用アクチュエータ＋⑥CCD＋⑦CCD搭載基板（図示なし）
駆動軸の位置精度確保のキーデバイスがスライダーでFig.8 Mechanical Unit for a Sensor Swing Systemある。スライダーにはピッチ、ヨーの両駆動軸の軸受けを設けている。一体型の部材に２つの駆動軸受けを置くことで２軸間の相対精度（直交度や軸傾き）を高精度に維持することができる。軸受け部はＶ溝構造として、円柱形の駆動軸をこのＶ溝部で受けるようにしている。このスライダーをダイキャスト製とすることで寸法精度とともに十分な剛性を確保している。アクチュエータの駆

Fig.9 Construction of the Ditch part of "V" shape

動軸はスライダーのＶ溝部と、同じくＶ形状のキャップ部材とで挟み込まれて、完全にＶ溝部に接する形で駆動

４．２．３

駆動系周波数特性される。キャップ部材とＶ溝部は加圧スプリングで保持

SIDMは超音波駆動によるリニアアクチュエータであし、アクチュエータ駆動軸との間で摩擦結合を構成してり、さらにサーボ制御を行うことから、機構ユニットのいる（Fig.９）。

周波数特性は駆動性能に大きな影響を与える。本手ぶれ補正システムの駆動機構設計には、機構解析シミュレーションを活用し、アクチュエータ及び機構ユニットの共振特性設計を行ない、アクチュエータの駆動周波数と機構ユニットの共振周波数の間に十分な余裕（マージン）を確保した。

５まとめ

以上、本手ぶれ補正システムは、高度な機構設計技術とデジタル制御技術及びアクチュエータ技術の融合によって実現できた。デジタルカメラの手ぶれ補正に対するユーザー要望はフィルムカメラの時代よりも高くなっている。特に手軽で便利なコンパクト系のデジタルカメ
ラでは、手ぶれによる画質への影響はかなり大きい。今Fig.7 Construction of Mechanical Unit

回の「センサースイング方式手ぶれ補正技術」はデジタ
ルカメラに適した新しい補正機構であり、手ぶれ補正のSIDMによる駆動システムでは駆動軸部の摩擦力が駆動ための専用レンズ開発を必要としない本方式はDiMAGE

特性を大きく左右するため、駆動軸と接するスライダーA1だけでなく、他の機種への展開が容易で、将来にはコのＶ溝部とキャップ部材の接触面には高い面精度が要求ンパクト系デジタルカメラへの展開も可能である。今後される。さらに駆動耐久性の確保も必要になる。このたはより多くの機種への搭載に向けて、メカニズムの小型めスライダーＶ溝部の表面の面精度を数 µm 以下レベルと化とシステムの低コスト化に努力したい。

している。また、スライダー表面への化学処理と摩擦面に対する潤滑剤の最適化により駆動耐久性対応を行っている。これにより本手ぶれ補正システムは、カメラ本体●参考文献の寿命耐久に対して十分な駆動耐久性能を実現してい１）吉田龍一・岡本康弘・岡田浩幸

る。

150

精密工学会誌、68、4（2002）

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.1（2004）