JP2007093953A - カメラの手振れ補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造を簡略化してコンパクトかつ補正幅が広く追従性に優れたカメラの手振れ補正装置を提供する。
【解決手段】筐体に固定される外枠１８に、ピッチ方向，ヨー方向の手振れを検出するセンサモジュール６０Ｐ，６０Ｙを固定する。外枠１８に対し、中枠２０を垂直な第二軸Ｙの回りに揺動自在に支持する。中枠２０に対し、内枠２２を水平な第一軸Ｐの回りに揺動自在に支持する。内枠２２の内部に撮影レンズ及びイメージセンサを内蔵したカメラモジュール２４を固定する。センサモジュール６０Ｐからの手振れ信号に応じて内枠２２をピッチ方向に揺動させ、センサモジュール６０Ｙからの手振れ信号に応じて中枠２０をヨー方向に揺動させ、カメラモジュール２４全体で手振れ補正を行う。
【選択図】図５

Description

本発明はカメラの手振れ補正装置に関し、詳しくは静止画像の撮影中に生じた手振れを補正してブレのない画像を撮影できるようにした手振れ補正装置に関するものである。

静止画の撮影中に手振れがあったとしても、結像面上での像ブレを防いで鮮明な撮影ができるようにした手振れ補正装置が実用化されている。特許文献１，２などで知られるように、デジタルカメラの手振れ補正装置には、主として撮影光学系中の一部のレンズを移動させる方式と、撮影光学系の結像面上に配置されたＣＭＯＳセンサあるいはＣＣＤセンサなどのイメージセンサを移動させる方式とがある。
特開２００４−３４８１４７号公報 特開２００４−２７４２４２号公報

これらの手振れ補正装置には、カメラボディの振れを検出する角速度センサなどの振動センサと、振動センサからの手振れ信号に基づいてレンズやイメージセンサの補正移動量を算出する演算部と、演算部からの補正信号を受けてレンズやイメージセンサを移動させるアクチュエータとが用いられている。いずれの方式においても、振動センサにより手振れに伴う撮影光軸の振れ角を手振れ信号として検出し、その手振れ信号に基づいてレンズやイメージセンサを撮影光軸と垂直な面内で移動調節する構造となっている。

ところが、これらの手振れ補正装置ではレンズやイメージセンサを撮影光軸と垂直な平面内で移動調節しなくてはならず、アクチュエータ以降の構造が複雑化，大型化しやすいだけでなく、コスト面での負担も大きい。また、振動センサで検出された撮影光軸の角度変位を、ｘ−ｙ直交座標上での直線移動に変換して補正しなければならないため、演算処理に時間がかかるという難点もある。そして、このような構造面からの制約により、撮影光軸の振れ角が３０分程度を越えると効果的な補正が困難となり、またイメージセンサの信号電荷蓄積時間に相当するシャッタ速度が１／１５秒〜１／８秒よりも遅くなるとその全期間中追従できなくなるのが実情で、夜景などの撮影時には効果的な手振れ補正ができなくなる。

本発明は上記従来技術を考慮してなされたもので、例えば携帯電話機に内蔵されたデジタルカメラにも適用し得る程度に小型化が可能でコスト面の負担も小さく、さらに筐体の振れ角が１°〜２°程度であっても効果的な手振れ補正が可能で、しかもシャッタ速度が１秒を越えても充分に追随できる手振れ補正装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するにあたり、本発明の手振れ補正装置は、撮影レンズ及びイメージセンサを一体化したカメラモジュールを筐体の内部に収容し、筐体内部でこのカメラモジュールを撮影光軸と直交し、かつ互いに直角に交差する第一軸と第二軸とを中心に揺動自在に支持する構成を備え、手振れセンサで検出された筐体の振れに応じてカメラモジュールの姿勢を筐体内部で制御し、静止画撮影時の手振れ補正を行うようにしている。

カメラモジュールを筐体内で第一軸及び第二軸の回りに揺動自在に支持し、かつカメラモジュールの姿勢を調節制御するための構造としては、カメラモジュールが固定された内枠をその外側から前記第一軸を中心に揺動自在に支持する中枠と、前記筐体に固定され、前記中枠をその外側から前記第二軸を中心に揺動自在に支持する外枠と、前記内枠または中枠のいずれかに組み込まれ、前記手振れセンサからの手振れ信号に応じて内枠を第一軸の回りに揺動させる第一駆動手段と、前記中枠または外枠のいずれかに組み込まれ、前記手振れセンサからの手振れ信号に応じて中枠を第二軸の回りに揺動させる第二駆動手段とが効果的に用いられ、また第一軸と第二軸とが撮影光軸上の一点で交差するように前記中枠と外枠とを組み合わせるのが有利である。

上記第一及び第二駆動手段としては、ステッピングモータと、その回転を減速する減速ギヤトレインと、最終段のギヤと一体に回転してそれぞれ内枠及び中枠を揺動させるカムとを効果的に用いることができ、第一駆動手段は中枠に、第二駆動手段は外枠に組み付けることが構造を簡略化する上で有利である。さらに、中枠及び外枠を撮影光軸を取り囲む矩形筒で構成し、減速ギヤトレインを構成する複数のギヤをそれぞれの矩形筒の一側面に撮影光軸と略直交する向きに配列することにより、手振れ補正装置を特に撮影光軸方向でコンパクト化することができ、例えば筐体の厚みが十数ミリ程度の携帯電話機にも容易に組み込むことが可能となる。

前記第一及び第二駆動手段を構成するそれぞれのステッピングモータ、ギヤトレイン、カムを互いに共通部品で構成し、かつ同一形状をもつ保持板によってそれぞれ中枠及び外枠に組み付ける構造を採ることも可能で、製造コスト及び組み立て工数をさらに低減させるとともに誤組み立てを防ぐことができる。また、前記カムの最大径を最終段のギヤの外径以下に抑えることによって、これらを低コストの一体成形品で構成することも可能となる。前記カムを等速度カムにすることにより、手振れ信号に基づく第一及び第二駆動手段の制御を簡略化することができる。

さらに、各々の保持板に手振れ信号に応じてステッピングモータの回転量を制御する回路部品を取り付け、また筐体の垂直方向（ピッチ方向）の振れ，水平方向（ヨー方向）の振れを検出する一対の手振れセンサを外枠に組み付けることによって、カメラモジュールと手振れ補正装置とをユニット化することが可能となり、筐体への組み込み作業も従来装置と比較して格段に簡略化することができる。

本発明の手振れ補正装置によれば、手振れセンサからの手振れ信号に応じ、撮影光学系とイメージセンサとが一体化されたカメラモジュールを筐体内部で揺動させることによって手振れ補正ができ、補正幅を拡張しつつ追従性を改善するとともに、高精度で応答性に優れた手振れ補正効果を得ることが可能となる。また、内枠、この内枠を揺動自在に支持する中枠、この中枠を揺動自在に支持する外枠とから構成されたジンバル機構によりカメラモジュールをピッチ方向，ヨー方向で自在に揺動させる構成とし、内枠から外枠までの間に第一及び第二駆動手段を効率的に組み込むことができるから、構造を簡素にしながらも上記効果を確実なものとすることができる。

加えて、中枠及び外枠を矩形筒で構成すれば、第一及び第二駆動手段で用いられている減速ギヤトレインをそれぞれの矩形筒の一面に配設し、しかも撮影光軸と略直交する向きに個々のギヤを配列することができるから、手振れ補正装置全体の光軸方向厚みを大幅に削減することが可能となり、携帯電話機のように筐体の厚みが薄い機器にも容易に組み込むことができる。また、本発明を実施する上では製造コストを下げるための種々の工夫を施すことができ、これらについては以下の実施の形態の項で説明する。

以下、図面にしたがって折り畳み式の携帯電話機に本発明装置を用いた実施形態について説明する。図１に示すように、携帯電話機２は送話ユニット３と受話ユニット４とがヒンジ５で連結されている。送話ユニット３の内面側にダイヤルボタンやファンクションボタンなど周知の操作ボタンが配列され、側面に形成されたスロットには図示のようにメモリカード６を挿入することができる。受話ユニット４の内面側には周知の表示パネルが組み込まれ、待ち受け画面の表示や通話時のダイヤル表示、あるいはメール送信時のモニタ画面として用いることができる。

受話ユニット４の外面には着信報知用の表示パネル８と、照明窓９と、撮影窓１０とが設けられている。照明窓９の奥には白色光を放射するＬＥＤが組み込まれ、撮影窓１０を通して静止画を撮影するときに明るさが不足する場合、被写体を照明することができる。撮影窓１０の奥にはカメラユニット１２が組み込まれている。カメラユニット１２は、詳しくは後述するように、撮影レンズ、イメージセンサ、手振れ補正装置から構成され、撮影窓１０を通して得られた被写体像を撮影する。

送話ユニット３と受話ユニット４とを一定角度以上開いて操作ボタンを露呈させ、適宜のボタン操作によりカメラモードに切り替えると、受話ユニット４の内面に設けられた表示パネルがファインダとして機能し、カメラユニット１２で撮影されたスルー画像の表示が行われる。スルー画像を観察しながらフレーミングを行い、レリーズボタンに割り当てられたファンクションボタンを押圧すると、その瞬間の静止画の撮影を行うことができ、その画像データを内部メモリやメモリカード６に記録して保存することができる。

受話ユニット４の要部断面を示す図２において、撮影窓１０には透明なカバープレート１５が嵌め込まれ、その奥にカメラユニット１２が設けられている。カメラユニット１２は、その外枠１８の後端側の４箇所に突設したピン１８ａによってリジッドなプリント基板１９に位置決めして固定され、プリント基板１９は受話ユニット４の筐体７にビス止めで固定されている。

カメラユニット１２は、前述のようにプリント基板１９に固定された外枠１８と、その内側に配設された中枠２０と、さらにその内側に配設された内枠２２と、内枠２２内に固定されたカメラモジュール２４とを備えている。中枠２０は、外枠１８の内側に突設した支軸１８ｂ，１８ｂにより揺動自在に支持されている。一対の支軸１８ｂ，１８ｂによって規定された中枠２０の揺動軸は撮影光軸Ｓと直交する垂直線と一致し、これにより中枠２０はヨー方向に揺動自在となる。中枠２２の内側には、紙面と垂直な方向に突設した一対の支軸が一体に形成され、これにより内枠２４が揺動自在に支持されている。内枠２４を支持する一対の支軸によって規定される内枠２４の揺動軸は撮影光軸Ｓと直交する水平線と一致し、これにより内枠２４はピッチ方向に揺動自在となる。このピッチ方向の揺動軸と、前述のヨー方向の揺動軸とは撮影光軸Ｓと一点で交差している。

カメラモジュール２４は、鏡筒２５に複数枚構成の撮影レンズ２６を組み込み、鏡筒２５の後端にイメージセンサ２７が実装された回路基板２８を固定したもので、内枠２２の内部に組み込まれている。撮影レンズ２６にはフォーカス用のレンズ２６ａが含まれ、光軸方向に移動自在な可動筒２９で保持されている。可動筒２９は、内枠２２に組み込まれフォーカシング時に駆動されるステッピングモータ（図示省略）によって移動し、レンズ２６ａを合焦位置に移動させる。なお、撮影レンズ２６としてパンフォーカス型のものを用いることももちろん可能である。また、撮影レンズ２６にズームレンズのような変倍機能をもたせることも可能で、この場合には変倍用のアクチュエータも内枠２２あるいは鏡筒２５に組み付けておく必要がある。さらに、撮影レンズ２６はその全体を鏡筒２５に組み込むことが望ましいが、手振れ補正に影響を与えない範囲であればカバープレート１５にパワーをもたせ、撮影レンズの一部として用いてもよい。外枠１８の下部にはギヤ収容部１８ｃが一体に形成され、減速ギヤトレインを構成する複数のギヤを保持した保持板３０が組み付けられる。

図３に示すように、カメラユニット１２は矩形筒状の外枠１８、矩形筒状の中枠２０、矩形筒状の内枠２２を順次内側に連結するように組み合わせ、さらに内枠２２の内部にカメラモジュール２４を収容して構成され、全体として直方体形状となっている。前述のように、カメラモジュール２４が固定された内枠２２は、撮影光軸Ｓと水平に交わる第一軸Ｐを中心に中枠２０に対して揺動自在であり、中枠２０は撮影光軸Ｓに垂直に交わる第二軸Ｙを中心に外枠１８に対して揺動自在となっている。結果的に、カメラモジュール２４は内枠２２から外枠１８に至るジンバル機構で支持されることになり、撮影光軸Ｓを任意の方向に向けることが可能となる。

なお、外枠１８，中枠２０，内枠２２はそれぞれプラスチックの成形品で構成され、プラスチック材料あるいは成形手法によっては、特にサイズが大きい外枠１８については成形金型から取り出したときに糸巻型に変形することがある。外枠１８が糸巻型に変形すると、外枠１８の内壁と中枠２０の外壁とが接触して中枠２０の揺動の妨げとなるおそれがあるが、図２に示すように、外枠１８の後端に光軸方向に延ばしたピン１８ａを突設しておき、これをリジッドなプリント基板１９に嵌め込むことによって、外枠１８はその変形が矯正された状態で固定されるようになる。

内枠２２及び中枠２０のそれぞれを第一軸Ｐ，第二軸Ｙの回りに揺動させるためにステッピングモータ３５，３６が用いられるが、これらを駆動する手振れ補正制御回路の一例を図４に示す。Ｐ手振れ補正制御回路３８はＰ補正量演算回路３８ａとドライバ３８ｂとからなり、Ｐ補正量演算回路３８ａには筐体７のピッチ方向の振れ量に相当するＰ手振れ信号が入力される。同様に、Ｙ手振れ補正制御回路３９はＹ補正量演算回路３９ａとドライバ３９ｂとからなり、Ｙ補正量演算回路３９ａには筐体７のヨー方向の振れ量に相当するＹ手振れ信号が入力される。手振れによる筐体７の振れ方向は様々であるが、ピッチ方向，ヨー方向だけに感度をもつ一対の角速度センサを振動センサとして用いれば、どのような方向の振れであってもＰ手振れ信号とＹ手振れ信号との２種類の手振れ信号に分解して検出することができる。

各々の補正量演算回路３８ａ，３９ａは、Ｐ手振れ信号，Ｙ手振れ信号で表される筐体７の振れを相殺するように内枠２２，中枠２０を揺動させるための信号を算出し、これによりドライバ３８ｂ，３９ｂを介してステッピングモータ３５，３６を駆動する。この実施形態においては、例えば筐体７がピッチ方向に１°振れたとすると、内枠２２を逆のピッチ方向に１°だけ揺動させればよい。また、第一軸Ｐと第二軸Ｙとが撮影光軸Ｓの一点で交差しているから、ヨー方向の手振れについても全く同様に筐体７の振れ方向と逆方向に中枠２０を揺動させればよい。したがって各々の補正量演算回路３８ａ，３９ａは、ステッピングモータ３５，３６以降の機械的な連動系に対する補正を考慮した演算だけを行えばよく、演算処理時間はほとんど無視することができる。

静止画撮影時の手振れ補正は、イメージセンサ２７が信号電荷の蓄積を行っている期間だけステッピングモータ３５，３６を駆動すればよいので、蓄積開始と蓄積終了とのタイミングに相当するシャッタ信号を補正量演算回路３８ａ，３９ａに入力し、不必要な期間にはステッピングモータ３５，３６をオフさせておくのがよい。また、補正量演算回路３８ａ，３９ａには制御信号も入力されるようになっているが、この制御信号は撮影終了後にステッピングモータ３５，３６を初期位置に戻す信号として、あるいはその他の要因で手振れ補正を遅延させる必要がある場合、例えば手振れ補正を開始する前にオートフォーカス装置によるピント合わせ処理が必要な場合に遅延用の信号として用いられる。

図５に示すように、外枠１８の上下内壁面には支軸１８ｂ，１８ｂが突設され、中枠２０の上下面に形成した軸受穴２０ａ，２０ａに挿通することによって、中枠２０が第二軸Ｙを中心に外枠１８に対して揺動自在となるように組み付けられる。一方の支軸１８ｂにトーションバネ４５がかけられ、その一端が中枠２０に突設したピン２０ｂを押圧し、中枠２０は第二軸Ｙに関し反時計方向に付勢される。同様に、中枠２０の双方の側壁内面には支軸２０ｃ，２０ｃが突設され、内枠２２の双方の側壁に形成した軸受穴２２ａ，２２ａに挿通することによって、内枠２２が第一軸Ｐを中心に中枠２０に対して揺動自在となるように組み付けられる。一方の支軸２０ｃにトーションバネ４６がかけられ、その一端が内枠２２の左方の側壁外面に突設したピンを押圧し、内枠２２は第一軸Ｐに関し反時計方向に付勢される。

外枠１８の底面に一体に形成されたギヤ収容部１８ｃを覆うように、保持板３０がフック爪３０ａにより外枠１８に取り付けられる。保持板３０の上面側には、ヨー方向の手振れ補正時に駆動されるステッピングモータ３６と減速用のギヤトレイン５１が組み付けられ、最終段のギヤにはカム５２が一体に設けられている。カム５２は外枠１８の下面壁に形成された開口５４から上方に突出し、中枠２０の下面壁に形成された開口縁を通り、その開口縁に突設したカムフォロア５５がトーションバネ４５の付勢によりカム面に当接する。ステッピングモータ３６からカム５２に至る構成部品は、中枠２０を第二軸Ｙの回りに揺動させる第二駆動手段を構成する。カム５２は側面がカム面として用いられるが、そのカム面の最大径となる部分が最終段のギヤの外径よりも小さく、しかも開口５４に挿通される軸部の外径よりも小さくしてあるから、カム５２を最終段のギヤと一体成形するための金型を、その成形品を軸方向から抜くことができる単純な構造のものとすることができ、製造コストを抑えるうえで有利となる。

保持板３０の底面側にはフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）５８が接着などで固定される。ＦＰＣ５８には、反射型のフォトセンサを内蔵したＨＰセンサ５９と、１チップ化されたＹ手振れ補正制御回路３９と、筐体７のヨー方向の振れを検出する角速度センサと振れ量検出回路とをユニット化したセンサモジュール６０Ｙが実装され、これらの実装部品が保持板３０の底面に形成された凹部によって位置決めされた後にＦＰＣ５８が固定される。ＨＰセンサ５９は保持板３０に形成された開口を通して最終段のギヤの底面に設けられた信号部を光電検出し、最終段のギヤが初期位置にあるか否かを検知するために用いられる。また、このＦＰＣ５８にはピッチ方向の振れを検出する角速度センサと振れ量検出回路とをユニット化したセンサモジュール６０Ｐも実装され、このセンサモジュール６０Ｐが外枠１８に形成した凹部で位置決めされるようにＦＰＣ５８が外枠１８の側面を覆うように固着される。

全く同様に、中枠２０の一方の側壁にはギヤ収容部２０ｄが形成され、このギヤ収容部２０ｄを覆うように保持板６２がフック爪６２ａにより中枠２０に取り付けられる。保持板６２は保持板３０と同様の形状を備え、保持板３０に組み付けられたステッピングモータ３６、ギヤトレイン５１，カム５２と同一の構成要素からなる第一駆動手段が中枠２０の側壁に組み付けられる。最終段のギヤに一体成形されたカム６３は、開口６４を通って中枠２０の内部に突出して内枠２２の側壁に形成された凹部内に入り込み、凹部の内周壁に突設したカムフォロア６５がトーションバネ４６の付勢によりカム面に当接する。そして、第一駆動手段は、内枠２２を第一軸Ｐの回りに揺動させる作用をもつ。

上記のように外枠１８を矩形筒状にしておけば、その平坦に一面に沿ってステッピングモータ３６のスピンドルギヤから最終段のギヤに至るギヤトレイン５１を簡単な平歯車の組み合わせで構成することができ、しかもこれらのギヤを撮影光軸Ｓとほぼ直交する向きに配列することができるから、外枠１８の光軸方向の長さを１０ｍｍ程度まで短くすることが可能となり、手振れ補正機能を備えたカメラユニット１２を携帯電話機にも充分に組み込むことができる。中枠２０についてももちろん同様で、内枠２２及びカメラモジュール２４が中枠２０の前後から突出しない寸法に収めることより、全ての構成部品を外枠１８の中に収容することができる。また、保持板３０，６２及び、そこに組み付けられた第一及び第二駆動手段を同一構成にしておけば、そのいずれを外枠１８あるいは中枠２０に組み付けてもよく、部品の共通化だけでなく誤組み立ても防ぐことができ、製造コストを抑えることができる。

保持板６２にはＦＰＣ６６が接着などにより固定される。ＦＰＣ６６には、ＨＰセンサ５９と同様、保持板６２で支持された最終段のギヤが初期位置にあるか否かを検出するＨＰセンサ６８が実装され、ＦＰＣ６６を保持板６２に固定することにより保持板６２の凹部に安定して位置決め固定される。図３からも明らかなように、中枠２２の側壁に保持板６２が組み付けられ、保持板６２にＦＰＣ６６が固定されるが、これらは全て外枠１８の内部に余裕をもって収まるようにしてあるから、中枠２０が第二軸Ｙの回りに揺動するときにその一部が外枠１８に接することはない。また図示は省略したが、ピッチ方向の手振れ補正時に駆動されるステッピングモータ３５の制御を行うＰ手振れ補正制御回路３８もこのＦＰＣ６６に実装される。なお、内筒２２にはイメージセンサ２７を駆動し、また画像信号を取り出すためにＦＰＣ６７が接続されているが、手振れ補正のための内筒２２の揺動角は高々１°〜２°程度であるから、ＦＰＣ６７がもつ柔軟性により内筒２２の揺動に支障がでることはない。

カム５２のカム面に対してカムフワロア５５がトーションバネ４５の付勢により当接しているから、カム５２が回転するとそのカム面形状に応じて中枠２０が第二軸Ｙの回りに揺動し、同様にカム６３が回転すると内枠２２が第一軸Ｐの回りに揺動する。カム５２，６３の回転量と、中枠２０，内枠２２の揺動量とを一律にして制御しやすくするために、第二軸Ｙとカムフォロア５５との距離ｄと第一軸Ｐとカムフォロア６５との距離ｄとを等しくするとともに、各々のカム５２，６３には等速度カムが用いられている。

等速度カムは、その回転角とカム面に当接するカムフォロアの変位量とが線形関係を保つようにしたカムで、図６のようなカム面を有する。図６にはカム５２について図示してあるが、カム６３も全く同様である。カム面が始点５２ａから終点５２ｂまで回転する間に、カムフォロア５５は距離２Ｌだけ直線変位する。カムフォロア５５が距離２Ｌの中間に位置するときのカム面の位置を原点にとれば、図７に示すようにカム面が原点から角度「−α」だけ回転すればカムフォロア５５の変位量は「−Ｌ」となり、カム面が逆に角度「α」回転すれば変位量は「Ｌ」となる。しかも、任意の角度位置でカムフォロア５５の変位点を結べば直線となる。カムフォロア５５の変位量は中枠２０の第二軸Ｙまわりの揺動量に対応し、また手振れ補正に必要な中枠２０の揺動角度は秒単位であることが多く、大きい場合であっても高々１°程度であるから、Ｙ手振れ信号の大きさに比例してカム５２の回転角、すなわちステッピングモータ３６の回転角を決めればよい。

カムフォロア５５の変位量を細かく制御するには、ステッピングモータ３６の回転ステップ数を多くしておけばよいが、中枠２０の最大揺動角度を±１．５°とし、このときのカムフォロア５５の変位量を±０．２ｍｍとすると、ステッピングモータ３６の回転ステップ数は±方向にそれぞれ３０ステップあれば実用上問題ない。この場合、１ステップ回転あたりの中枠２０の揺動角は３分程度となり、撮影レンズ２６の結像性能及びイメージセンサ２７の画素ピッチを考慮しても充分な手振れ補正ができる。また、カム面の回転角としては±１２０°程度あれば充分である。

図８にカメラユニット１２とともに用いられる回路構成の概略をブロック図で示す。システムコントローラ７０はバスライン７１を経由して各回路ブロックの作動を全体的に管制し、デジタルカメラの作動を制御する。画像信号処理回路７２はイメージセンサ２７から出力される画像信号をアナログ処理し、ガンマ補正やホワイトバランス調整など周知の画像処理を行う。画像信号処理回路７２で処理された画像信号はＡＤコンバータ７３でデジタル化され、デジタル信号処理回路７４に入力される。デジタル信号処理回路７４は、入力された画像データに基づいてデジタル補間処理や輪郭強調処理などを施してバスライン７１に画像データを送る。

カメラモードが起動された時点でイメージセンサ２７は継続して撮影を行っており、上記処理によって得られた画像データはＤＲＡＭ７５上で順次に更新される。ＤＲＡＭ７５から逐次読み出される画像データにより、受話ユニット４の内面側に設けられた表示パネル７６にスルー画が表示される。スルー画の表示が行われている間に、撮影された被写体の輝度がデジタル信号処理回路７４によって監視され、適正輝度になるようにイメージセンサ２７の電荷蓄積時間を調節するための制御信号を出力する。システムコントローラ７０はこの制御信号を受けてタイミングジェネレータ７７を作動させ、イメージセンサ２７の電荷蓄積時間を調節する。なお、被写体に補助照明を与えるために、必要に応じて照明窓９の奥に設けられたＬＥＤ７８を点灯させることも可能となっている。

ＡＦ処理回路７９はデジタル化された画像データに基づき、被写体画像のコントラスト成分の積算値を算出しながらステッピングモータ７９ａを駆動し、撮影レンズ２６中のフォーカス用のレンズ２６ａを移動させる。レンズ２６ａの移動により被写体画像のコントラスト成分の積算値は変化するが、これがピーク値となるようにステッピングモータ７９ａをフィードバック制御し、ピーク値に達したときにステッピングモータ７９ａを停止させることによりレンズ２６ａは合焦位置で停止する。

ＨＰセンサ５９，６８は、等速度カムで構成されたカム５２，６３を図６に示す原点位置にセットするために用いられる。これらのＨＰセンサ５９，６８は、第一及び第二駆動手段の最終段のギヤが初期位置にあるか否かを検出するが、カム５２，６３は最終段のギヤに一体成形され、その初期位置はカム５２，６３の原点位置と一致しているから、このＨＰセンサ５９，６８からの信号を監視することによって、カム５２，６３が原点位置にセットされているか否かを確認することができる。

筐体７のピッチ方向の手振れはセンサモジュール６０Ｐで、ヨー方向の手振れはセンサモジュール６０Ｙで検出される。これらのセンサモジュール６０Ｐ，６０Ｙは、いずれも高速応答性の角速度センサ８０と、角速度センサ８０からのアナログ出力をデジタル化するＡＤコンバータ８１と、ＡＤコンバータ８１からの信号に応じた手振れ信号を出力する手振れ量検出回路８２とからなり、それぞれ得られるＰ手振れ信号とＹ手振れ信号はバスライン７１を経由してＰ手振れ補正制御回路３８，Ｙ手振れ補正制御回路３９に入力される。前述のように、これらの手振れ補正制御回路３８，３９は各々入力された手振れ信号に応じてステッピングモータ３５，３６を駆動し、カメラユニット１２を第一軸Ｐ，第二軸Ｙの回りに揺動させる。以上の手振れ補正制御は、レリーズボタンの押圧操作でオンするレリーズスイッチ８５からの信号を受けてから行われ、内蔵バッテリに対する負担が大きくなるのでスルー画の表示期間中には行われない。

レリーズスイッチ８５からレリーズ信号が入力されると静止画の撮影が行われ、撮影された静止画の画像データはフラッシュメモリ８６に保存される。フラッシュメモリ８６に保存した画像データは任意に読み出すことができ、必要に応じてメモリカード６に転送して保存することもできる。インターフエェース回路８７は、フラッシュメモリ８６に保存された画像データをパーソナルコンピュータに転送したり、あるいはテレビジョンモニタに表示して観察したりするときに用いられる。

図９に本発明装置による手振れ補正機能を用いて静止画の撮影が行われるときの処理を示す。携帯電話機２をカメラモードに切り替えると、システムコントローラ７０の管制下でイメージセンサ２７が駆動される。イメージセンサ２７から順次に出力される画像信号は画像信号処理回路７２，ＡＤコンバータ７３，デジタル信号処理回路７４を経て画像データに変換されＤＲＡＭ７５に逐次書き込まれる。ＤＲＡＭ７５から一画面ごとに画像データが読み出され、表示パネル７６にスルー画の表示が行われる。

スルー画の表示処理を行っている間に、デジタル信号処理回路７４は順次に得られる画像データに基づいて被写体輝度を測定し、適正輝度が得られるようにイメージセンサ２７による信号電荷の蓄積時間をフィードバック式に制御する。なお、撮影光学系中に絞りが設けられている場合には、蓄積時間の調節だけでなく絞り開口の調節で対応することもできる。これらの調節を行っても被写体輝度が所定レベルに満たない場合には、自動あるいはユーザの選択操作により補助照明用のＬＥＤ７８を用いることも可能である。

表示パネル７６でフレーミングを行った後、携帯電話機２のファンクションボタンに割り当てられたレリーズボタンを押圧してレリーズスイッチ８５からレリーズ信号が入力されると、撮影処理が開始される。レリーズ信号の入力に応答し、ＡＦ処理回路７９が作動してコントラスト方式にしたがってＡＦ処理、すなわち撮影レンズ２６のピント合わせを実行する。ピント合わせ処理が完了すると、センサモジュール６０Ｐ，６０Ｙが作動して筐体７に加わる振れを測定し、それぞれＰ手振れ信号，Ｙ手振れ信号を出力する。Ｐ手振れ補正制御回路３８及びＹ手振れ補正制御回路３９は、入力されたＰ手振れ信号及びＹ手振れ信号に応じてそれぞれ手振れ補正量を算出する。こうして算出された補正量はステッピングモータ３５，３６の回転ステップ数に対応し、これによりステッピングモータ３５，３６が駆動される。ステッピングモータ３５，３６の駆動により手振れ補正動作が開始され、例えば筐体７がピッチ方向に３０秒振れた場合には逆向きのピッチ方向に３０秒だけ内枠２２が揺動し、カメラモジュール２４の撮影光軸Ｓは筐体７が振れる直前の方向に保たれる。

この時点では未だイメージセンサ２７による信号電荷の蓄積は開始されていないので、本来は上記手振れ動作は不要であるが、センサモジュール６０Ｐ，６０ＹあるいはＰ手振れ補正制御回路３８，Ｙ手振れ補正制御回路３９、さらにはステッピングモータ３５，３６を起動した瞬間に応答遅れが懸念される場合には、イメージセンサ２７による信号電荷の蓄積開始に先立って手振れ補正装置を作動させておくことが望ましい。もちろん、これらの応答遅れが無視できるのであれば、内蔵バッテリの消耗を考慮して信号電荷の蓄積開始に同期して手振れ補正装置を起動すればよい。

タイミングジェネレータ７７からの信号を受けてイメージセンサ２７が静止画撮影用の信号電荷の蓄積を開始する。被写体を適正輝度で撮影できる信号電荷の蓄積時間はすでに決まっているので、タイミングジェネレータ７７から蓄積終了信号が入力されるまで信号電荷の蓄積が継続され、センサモジュール６０Ｐ，６０Ｙによる手振れ信号の入力及び、入力された手振れ信号に基づくＰ手振れ補正制御回路３８，Ｙ手振れ補正制御回路３９の動作、そしてステッピングモータ３５，３６の動作も継続される。したがって、信号電荷の蓄積時間が経過するまでの期間中に筐体７が様々に振れたとしても、Ｐ手振れ信号，Ｙ手振れ信号がそれぞれ±１．５°以内であれば、これに追従して内枠２２，中枠２０が揺動し、カメラモジュール２４の撮影光軸Ｓは一定方向に保たれる。

信号電荷の蓄積期間が終了した時点で静止画の撮影が完了する。これに同期してセンサモジュール６０Ｐ，６０Ｙの作動が停止され、またＰ手振れ補正制御回路３８，Ｙ手振れ補正制御回路３９もＯＦＦして手振れ補正動作が終了する。その後、カム５２，６３を原点位置に戻す処理が行われ１コマの静止画像撮影処理が終了する。カム５２，６３の原点位置セット処理は、ＨＰセンサ５９，６８からの信号を監視して最終段のギヤを初期位置に戻すことによって行われる。

以上に説明してきたとおり、本発明によれば、静止画撮影中に筐体７に加わった振れに応じ、撮影レンズ２６とイメージセンサ２７とを一体化したカメラモジュール２４全体を筐体７の内部で揺動させる構造にしてあるので、筐体７の振れ量に応じてカメラモジュール２４をピッチ方向あるいはヨー方向に揺動させるだけで済むので、従来のように手振れに応じてレンズやイメージセンサをｘ−ｙ座標平面上で直線移動する方式と比較して、構造の単純化、補正精度の向上、製造コストの低減を図ることができ、また演算処理の短縮化により高速応答性を得ることができる。これに伴い、イメージセンサ２７の信号電荷蓄積時間が１〜２秒になるような暗いシーンの撮影時であっても、その間の手振れに充分追従することが可能となり、補正可能な揺動範囲も１°〜２°程度までは余裕をもって確保することができる。

本発明を実施するにあたっては、必ずしも外枠１８から内枠２２までの構成部品を矩形筒状にしなくてもよいが、構造をより簡略化してコンパクト化を図る上では、実施形態のようにこれらを矩形筒とし、その平坦な一面を利用して第一，第二駆動手段を配設するのが有利で、特に減速用のギヤトレインを構成する複数のギヤを撮影光軸と直交する向きに配列することによって、撮影光軸方向の寸法を小さくまとめることが可能となり、筐体自体の厚みが薄い携帯電話機に内蔵させる上で極めて効果的である。

カメラモジュール２４をピッチ方向及びヨー方向に揺動自在に支持するにあたっては、必ずしも揺動中心となる第一軸と第二軸とを撮影光軸上の一点で交差させなくてもよく、機能的に支障がでない程度であれば特にそのための補正も要しないが、例えば両軸のズレ量が無視できない程度まで大きくなる場合には、ピッチ方向の補正量とヨー方向の補正量とを算出する演算処理で対処することが可能である。同様に、内枠２２のカムフォロア６５と第一軸Ｐまでの距離と、中枠２０のカムフォロア５５から第二軸Ｙまでの距離とを正確に一致させなくてもよく、その差がある程度大きくなった場合にはやはり演算処理で対処すればよい。また、第一軸と第二軸とは互いに直交していればよく、これらの軸を必ずしも垂直線あるいは水平線と一致させなくてもよい。

手振れ検出用の一対の角速度センサを筐体７自体に組み付けることも可能であるが、これらの角速度センサ８０とともにセンサモジュール６０Ｐ，６０Ｙを外枠１８に組み付けるとともに、ステッピングモータ３５，３６と、Ｐ手振れ補正制御回路３８及びＹ手振れ補正制御回路３９もそれぞれ外枠１８，中枠２０に組み付けることによって、カメラモジュール２４と手振れ補正装置全体を一つのカメラユニット１２としてまとめることができるようになり、筐体７への組み込み作業も単純化することができる。さらに、本発明装置は筐体７の手振れに対応してカメラモジュール２４全体を揺動する方式であるので、撮影レンズ２６の焦点距離に全く影響を受けない。したがって、撮影レンズ２６をズームレンズで構成した場合であっても、ズーム倍率を何ら考慮せずに手振れ補正を行うことができ、ズームレンズを備えた一般のデジタルカメラにも広く適用することが可能である。

本発明を用いた携帯電話機の外観図である。 図１に示す携帯電話機の要部断面図である。 本発明を用いたカメラユニットの外観図である。 手振れ補正制御回路のブロック図である。 カメラユニットの分解斜視図である。 等速度カムの説明図である。 等速度カムの回転角と変位量との関係を示すグラフである。 カメラユニットとともに用いられる回路構成を示すブロック図である。 手振れ補正機能を併用した静止画撮影処理のフローチャートである。

符号の説明

２ 携帯電話機
１２ カメラユニット
１８ 外枠
２０ 中枠
２２ 内枠
２４ カメラモジュール
２６ 撮影レンズ
２７ イメージセンサ
３０，６２ 保持板
４５，４６ トーションバネ
５２，６３ カム
５５，６５ カムフォロア

Claims (8)

1. 撮影レンズ及びイメージセンサを一体化したカメラモジュールを筐体の内部に収容するとともに、前記カメラモジュールを撮影光軸と直交し、かつ互いに直角に交差する第一軸と第二軸とを中心に揺動自在に前記筐体に軸着し、手振れセンサで検出された前記筐体の振れに応じて前記カメラモジュール全体の姿勢を筐体内部で制御して静止画像撮影時の手振れを補正することを特徴とするカメラの手振れ補正装置。
2. 前記カメラモジュールが固定された内枠をその外側から前記第一軸を中心に揺動自在に支持する中枠と、
   前記筐体に固定され、前記中枠をその外側から前記第二軸を中心に揺動自在に支持する外枠と、
   前記内枠または中枠のいずれかに組み込まれ、前記手振れセンサからの手振れ信号に応じて内枠を第一軸の回りに揺動させる第一駆動手段と、
   前記中枠または外枠のいずれかに組み込まれ、前記手振れセンサからの手振れ信号に応じて中枠を第二軸の回りに揺動させる第二駆動手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のカメラの手振れ補正装置。
3. 前記第一駆動手段は中枠に、前記第二駆動手段は外枠に組み付けられ、これらの駆動手段は、ステッピングモータと、その回転を減速する減速ギヤトレインと、最終段のギヤと一体に回転してそれぞれ内枠及び中枠に設けられたカムフォロアを介して内枠及び中枠を揺動させるカムとからなることを特徴とする請求項１または２記載のカメラの手振れ補正装置。
4. 前記中枠及び外枠が撮影光軸を取り囲む矩形筒で構成され、前記減速ギヤトレインを構成する複数のギヤがそれぞれの矩形筒の一側面に撮影光軸と略直交する向きに配列されていることを特徴とする請求項３記載のカメラの手振れ補正装置。
5. 前記第一及び第二駆動手段を構成するそれぞれのステッピングモータ、減速ギヤトレイン、カムは互いに共通部品であり、かつ同一形状をもつ保持板によってそれぞれ中枠及び外枠に組み付けられることを特徴とする請求項４記載のカメラの手振れ補正装置。
6. 前記カムが等速度カムであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか記載のカメラの手振れ補正装置。
7. 前記カムの最大径が前記最終段のギヤと一体成形されるギヤ軸の外径以下であることを特徴とする請求項６記載のカメラの手振れ補正装置。
8. 前記外枠に、それぞれ前記第一軸及び第二軸の回りの手振れを検出する一対の手振れセンサが組み付けられていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか記載のカメラの手振れ補正装置。
   
   

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