JP2009192966A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振れ補正手段における摩擦力の影響を適正に低減して制御誤差を小さくする撮像装置を提供する。
【解決手段】手ぶれを検出するジャイロセンサ1240と、ジャイロセンサ1240の出力を積分して撮像素子面上の像の振れ量を算出する振れ量算出手段と、撮像レンズによる像の振れを補正する振れ補正手段と、振れ補正手段の変位を検出するホール素子1252と、振れ量算出手段による振れ量とホール素子1252の検出による変位の差に基づいて振れ補正手段の駆動信号を生成する制御ユニットICと、ジャイロセンサ1240の出力の大きさが所定値未満のとき、ジャイロセンサ1240の出力に第１の係数ｃ１を乗じてフィードフォワード項を求め、ジャイロセンサ1240の出力の大きさが所定値以上のとき、該ジャイロセンサ1240の出力に第１の係数ｃ１より小さい第２の係数ｃ２を乗じてフィードフォワード項を求め、前記駆動信号に加算する加算手段と、を備える。
【選択図】図１１

Description

本発明は、手振れ補正機能を有するデジタルカメラ等の撮像装置に関するものである。

従来から、撮像装置としてのデジタル撮像装置には手振れ補正機構を備えるものが知られている。特許文献１記載の撮像装置には、撮像素子としてのＣＣＤが、撮影光軸上でレンズ鏡筒を収容し本体ケースに取り付けられた固定筒の一端に設けられたＹ可動枠に搭載されている。Ｙ可動枠は、撮影光軸をＺ軸方向としてこれに垂直なＸ−Ｙ平面に沿って移動可能に案内ステージに保持されている。案内ステージは、本体ケース内で撮影光軸に対して固定され、Ｙ可動枠は、案内ステージ上で永久磁石及びこれに対向するコイルが形成する磁力により稼働される構造とすることで手振れ補正を行う機構が開示されている。この従来の撮像装置では、本体ケースに設けられた演算処理装置が、本体ケースに生じたＸ方向とＹ方向の傾きを検出し、この検出出力に基づいて、コイルへの通電電流を変化させることにより、手振れによる被写体の像の移動にＣＣＤを追従移動させる制御を行っている。

また、特許文献２では、光学機器に加わる振れ情報を検出するための振れ検出手段と、該振れ検出手段の検出結果を信号処理する信号処理手段と、ブレ補正レンズを駆動して前記振れによる像振れを補正する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記ブレ補正レンズの駆動方向に応じて、前記信号処理手段の結果に所定値を加算もしくは減算し、その結果に基づいて前記ブレ補正レンズの駆動制御を行い、ブレ補正レンズを駆動する際に、摩擦力の影響を低減させて振れ補正効果を向上させる技術が記載されている。しかしながら、摩擦は速度ゼロのときに静止摩擦となるため最も摩擦力の影響が大きく、速度が大きい時には動摩擦に移行しているので摩擦力の影響は少ない。そのため、所定値を加算もしくは減算したのでは、速度ゼロ近傍では駆動不足となり、速度大のときには過大となっていた。

特開２００４−２７４２４２号公報 特開２０００−６６２５８号公報

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、振れ補正手段における摩擦力の影響を適正に低減して制御誤差を小さくする撮像装置を提供することを目的とする。

本発明は、速度が小さく静止摩擦の影響が大きいときには、摩擦の影響を補正するために駆動信号に加算する値を大きくして、速度が大きく動摩擦に移行したあとで摩擦力の影響が小さい時には、摩擦の影響を補正するために駆動信号に加算する値を小さくすることにより、摩擦力の影響を適正に低減して制御誤差を小さくすることを目的とするものである。また、静止状態から動き出す（加速する）ときに、摩擦の影響を補正するために駆動信号に加算し、動いている状態から停止する（減速する）ときには駆動信号に加算しないようにすることにより、駆動信号が過大になってしまうのを防ぎ、より適正に摩擦力の影響を低減して制御誤差を小さくすることを目的とするものである。

すなわち、前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。
〔１〕 当該撮像装置の振れを検出する角速度センサ（ジャイロセンサ１２４０）と、角速度センサの出力を積分して撮像レンズによる撮像素子面上の像の振れ量を算出する振れ量算出手段（図１１におけるステップＳ１１）と、変位することにより撮像レンズによる像の振れを補正する振れ補正手段（図１０の手ぶれ補正機構）と、振れ補正手段の変位を検出する変位検出手段（ホール素子１２５２）と、振れ量算出手段により算出された振れ量と変位検出手段により検出された変位の差に基づいて振れ補正手段の駆動信号を生成する制御手段（制御ユニットＩＣ）と、を有する撮像装置において、角速度センサの出力の大きさが第１の所定値（図１３（ａ）におけるａ）未満のとき、該角速度センサの出力に第１の係数（ｃ１）を乗じて前記駆動信号に加算し、角速度センサの出力の大きさが第１の所定値以上のとき、該角速度センサの出力に第１の係数より小さい第２の係数（ｃ２）を乗じて前記駆動信号に加算する加算手段を備えたことを特徴とする撮像装置（図１１，図１３）。
〔２〕 前記加算手段は、角速度センサの出力の大きさが第１の所定値（図１５（ａ）におけるａ）未満で、前記角速度センサ（ジャイロセンサ１２４０）の出力（角速度）の符号と該出力の微分値（角加速度）の符号が同じとき、前記角速度センサの出力に第１の係数（ｃ１）を乗じて前記駆動信号に加算し、角速度センサの出力の大きさが第１の所定値以上で、前記角速度センサの出力の符号と該出力の微分値の符号が同じとき、前記角速度センサの出力に第１の係数より小さい第２の係数（ｃ２）を乗じて前記駆動信号に加算することを特徴とする前記〔１〕に記載の撮像装置（図１４，図１５）。
〔３〕 前記加算手段は、角速度センサの出力の大きさが第１の所定値より大きい第２の所定値（図１３（ａ），図１５（ａ）におけるｂ）以上のときには、該角速度センサの出力の前記駆動信号への加算を行わないことを特徴とする前記〔１〕に記載の撮像装置（図１３，図１５）。

本発明の効果として、請求項１の発明によれば、角速度センサの出力の大きさが第１の所定値未満のとき、角速度センサの出力に第１の係数を乗じて駆動信号に加算し、角速度センサの出力の大きさが第１の所定値以上のとき、角速度センサの出力に第１の係数より小さい第２の係数を乗じて駆動信号に加算する加算手段をさらに備えたので摩擦の影響の大きい速度小のときに摩擦の影響を低減でき、それ以外のときに不要な駆動力を発生させないので振れ補正手段の制御を正確に行うことができる。
請求項２の発明によれば、加算手段が角速度センサの出力の大きさが所定値未満で、角速度センサの出力の符号と出力の微分値の符号が同じとき、角速度センサの出力に第１の係数を乗じて駆動信号に加算し、角速度センサの出力の大きさが所定値以上で、角速度センサの出力の符号と出力の微分値の符号が同じとき、角速度センサの出力に第１の係数より小さい第２の係数を乗じて駆動信号に加算するので、摩擦の影響の大きい速度小かつ加速のときに摩擦の影響を低減でき、それ以外のときに不要な駆動力を発生させないので振れ補正手段の制御を正確に行うことができる。
請求項３の発明によれば、角速度センサの出力の大きさが第１の所定値より大きい第２の所定値以上のときには、駆動信号への加算を行わないので、速度が大きい時に過大な駆動力を発生させることがなく、正しく制御することができる。

以下に、本発明に係る手ぶれ補正機構（振れ補正手段）を備える撮像装置の一例としてデジタルカメラについて説明する。

（デジタルカメラの一般的構成）
図１は本発明に係わる撮像装置としてのデジタルスチルカメラ（以下、カメラともいう）の一例を示す正面図、図２はその背面図、図３はその上面図、図４はそのデジタルカメラの内部のシステム構成の概要を示すブロック回路図である。

図１において、カメラ本体の上面（被写体側を正面としたときの上面）には、レリーズスイッチ（レリーズシャッター）ＳＷ１、モードダイアルＳＷ２、図３に示すサブ液晶ディスプレイ（サブＬＣＤともいう）１が配設されている。

カメラ本体の正面（被写体側）には、撮影レンズを含む鏡胴ユニット７、光学ファインダ４、ストロボ発光部３、測距ユニット５、リモートコントロール受光部６が設けられている。

カメラの背面（撮影者側）には、図２に示すように電源スイッチＳＷ１３、ＬＣＤモニタ１０、ＡＦＬＥＤ８、ストロボＬＥＤ９、光学ファインダ４、広角方向ズームスイッチＳＷ３、望遠方向ズームスイッチＳＷ４、セルフタイマの設定・削除スイッチＳＷ５、メニュースイッチＳＷ６、上移動・ストロボセットスイッチＳＷ７、右移動スイッチＳＷ８、ディスプレイスイッチＳＷ９、下移動・マクロスイッチＳＷ１０、左移動・画像確認スイッチＳＷ１１、ＯＫスイッチＳＷ１２、手ぶれ補正スイッチＳＷ１４が設けられている。カメラ本体の側面にはメモリカード／電池装填室の蓋２が設けられている。

次にカメラの内部のシステム構成を説明する。
図４において、１０４はデジタルスチルカメラプロセッサ（以下、プロセッサともいう）である。

プロセッサ１０４は、Ａ／Ｄ変換器１０４１１、ＣＣＤ１信号処理ブロック１０４１、ＣＣＤ２信号処理ブロック１０４２、ＣＰＵブロック１０４３、ローカルＳＲＡＭ１０４４、ＵＳＢブロック１０４５、シリアルブロック１０４６、ＪＰＥＧ・ＣＯＤＥＣブロック（ＪＰＥＧ圧縮・伸長を行うブロック）１０４７、ＲＥＳＩＺＥブロック（画像データのサイズを補間処理により拡大・縮小するブロック）１０４８、ＴＶ信号表示ブロック（画像データを液晶モニタ・ＴＶ等の表示機器に表示させるためのビデオ信号に変換するブロック）１０４９、メモリカードコントローラブロック（撮影画像データを記録するメモリカードの制御を行うブロック）１０４１０を有している。これらの各ブロックは相互にバスラインで接続されている。

プロセッサ１０４の外部にはＲＡＷ−ＲＧＢ画像データ（ホワイトバランス設定、γ設定が行われた状態の画像データ）、ＹＵＶ画像データ（輝度データ、色差データ変換が行われた状態の画像データ）、ＪＰＥＧ画像データ（ＪＰＥＧ圧縮された状態の画像データ）を保存するＳＤＲＡＭ１０３が配置され、ＳＤＲＡＭ１０３はプロセッサ１０４にメモリコントローラ（図示を略す）、バスラインを介して接続されている。

プロセッサ１０４の外部には、更に、ＲＡＭ１０７、内蔵メモリ（メモリカードスロットルにメモリカードが装着されていない場合でも撮影画像データを記憶するためのメモリ）１２０、制御プログラム、パラメータなどが格納されたＲＯＭ１０８が設けられ、これらもバスラインによってプロセッサ１０４に接続されている。

ＲＯＭ１０８に格納されている制御プログラムは、カメラの電源スイッチＳＷ１３をオンすると、プロセッサ１０４のメインメモリ（図示を略す）にロードされ、プロセッサ１０４は制御プログラムに従って各部の動作制御を行うと共に、制御データ、パラメータ等をＲAＭ１０７等に一時的に保存させる。

鏡胴ユニット７は、レンズ系としてのズームレンズ７１ａを有するズーム光学系７１、レンズ系としてのフォーカスレンズ７２ａを有するフォーカス光学系７２、絞り７３ａを有する絞りユニット７３、メカニカルシャッター７４ａを有するメカニカルシャッターユニット７４からなるレンズ鏡筒を備えている。

ズーム光学系７１、フォーカス光学系７２、絞りユニット７３、メカニカルシャッターユニット７４は、ズームモータ７１ｂ、フォーカスモータ７２ｂ、絞りモータ７３ｂ、メカニカルシャッターモータ７４ｂによってそれぞれ駆動されるようになっている。

これらの各モータはモータドライバ７５によって駆動され、モータドライバ７５はプロセッサ１０４のＣＰＵブロック１０４３によって制御される。

鏡胴ユニット７の各レンズ系によりＣＣＤ１０１に被写体像が結像され、ＣＣＤ１０１は被写体像を画像信号に変換してＦ／Ｅ−ＩＣ１０２に画像信号を出力する。Ｆ／Ｅ−ＩＣ１０２は画像ノイズ除去用のため相関二重サンプリングを行うＣＤＳ１０２１、利得調整用のＡＧＣ１０２２、アナログデジタル変換を行うＡ／Ｄ変換部１０２３から構成されている。すなわち、Ｆ／Ｅ−ＩＣ１０２は画像信号に所定の処理を施し、アナログ画像信号をデジタル信号に変換してプロセッサ１０４のＣＣＤ１信号処理ブロック１０４１に向けてデジタル信号を出力する。

これらの信号制御処理は、プロセッサ１０４のＣＣＤ１信号処理ブロック１０４１から出力される垂直同期信号ＶＤ・水平同期信号ＨＤによりＴＧ１０２４を介して行われる。そのTG１０２４は垂直同期信号ＶＤ・水平同期信号HDに基づき駆動タイミング信号を生成する。

プロセッサ１０４のＣＰＵブロック１０４３は、音声記録回路１１５１による音声記録動作を制御するようになっている。音声記録回路１１５１はマイクロフォンで１１５３で変換された音声記録信号のマイクロフォンアンプリファイア１１５２による増幅信号を指令に応じて記録する。ＣＰＵブロック１０４３は、音声再生回路１１６１の動作も制御する。音声再生回路１１６１は、指令により適宜メモリに記憶されている音声信号を再生してオーディオアンプリファイア１１６２に出力し、スピーカ１１６３から音声を出力させるように構成されている。

ＣＰＵブロック１０４３は、更に、ストロボ回路１１４を制御することによってストロボ発光部３から照明光を発光させる。これに加えて、ＣＰＵブロック１０４３は、測距ユニット５も制御する。

ＣＰＵブロック１０４３は、プロセッサ１０４のサブＣＰＵ１０９に接続され、サブＣＰＵ１０９はＬＣＤドライバ１１１を介してサブＬＣＤ１による表示制御を行う。サブＣＰＵ１０９は、更に、ＡＦＬＥＤ８、ストロボＬＥＤ９、リモートコントロール受光部６、操作スイッチＳＷ１〜ＳＷ１４からなる操作キーユニット、ブザー１１３に接続されている。

ＵＳＢブロック１０４５はＵＳＢコネクタ１２２に接続され、シリアルブロック１０４６はシリアルドライバ回路１２３１を介してＲＳ−２３２Ｃコネクタ１２３２に接続されている。ＴＶ信号表示ブロック１０４９は、ＬＣＤドライバ１１７を介してＬＣＤモニタ１０に接続されると共に、ビデオアンプリファイア（ＴＶ信号表示ブロック１０４９から出力されたビデオ信号を７５Ωインピーダンスに変換するためのアンプリファイア）１１８を介してビデオジャック（カメラをＴＶ等の外部表示機器に接続するためのジャック）１１９に接続されている。メモリカードコントローラブロック１０４１０はメモリカードスロット１２１のカード接点との接点に接続されている。

ＬＣＤドライバ１１７はＬＣＤモニタ１０を駆動すると共に、TV信号表示ブロック１０４９から出力されたビデオ信号をＬＣＤモニタ１０に表示させる信号に変換する役割を果たす。ＬＣＤモニタ１０は撮影前の被写体の状態監視、撮影画像確認及びメモリカード又は内蔵メモリ１２０に記録された画像データ表示のために用いられる。

デジタルカメラの本体には、鏡胴ユニット７の一部を構成する固定筒が設けられている。固定筒にはＣＣＤステージ１２５１がＸ−Ｙ方向に移動可能に設けられている。ＣＣＤ１０１は手ぶれ補正機構の一部を構成するＣＣＤステージ１２５１に搭載される。

ＣＣＤステージ１２５１はアクチュエータ１２５５によって駆動され、アクチュエータ１２５５はドライバー１２５４によって駆動制御される。ドライバー１２５４はコイルドライブＭＤ１とコイルドライブＭＤ２とから構成されている。ドライバー１２５４はアナログデジタル変換器ＩＣ１に接続され、アナログデジタル変換器ＩＣ１はＣＰＵ１０４３に接続され、アナログデジタル変換器ＩＣ１にはＣＰＵ１０４３から制御データが入力される。

固定筒には手ぶれ補正スイッチＳＷ１４がオフ、電源スイッチＳＷ１３がオフのときにＣＣＤステージ１２５１を中央位置に保持する基準位置強制保持機構１２６３が設けられている。基準位置強制保持機構１２６３はアクチュエータとしてのステッピングモータＳＴＭ１により制御され、ステッピングモータＳＴＭ１はドライバー１２６１によって駆動される。ドライバー１２６１にはＲＯＭ１０８から制御データが入力される。

ＣＣＤステージ１２５１には位置検出素子１２５２が取り付けられている。位置検出素子１２５２の検出出力はオペレーショナルアンプリファイア１２５３に入力され、増幅されてＡ／Ｄ変換器１０４１１に入力される。カメラ本体には振れ検出手段として角速度センサであるジャイロセンサ１２４０がピッチ方向とヨー方向との回転を検出可能に設けられ、ジャイロセンサ１２４０の検出出力はハイパスフィルタ１２４１を通過した後、ローパスフィルター兼用のアンプリファイア１２４２を介してＡ／Ｄ変換器１０４１１に入力される。

次に、本発明に係わるカメラの一般的な動作概要を説明する。

モードダイアルＳＷ２を撮影モードに設定して電源スイッチＳＷ１３を押すと、カメラが撮影モードで起動される。また、モードダイアルＳＷ２を再生モードに設定して電源スイッチＳＷ１３を押すと、カメラが再生モードで起動される。プロセッサ１０４はモードダイアルＳＷ２のスイッチの状態が撮影モードであるか、再生モードであるかを判断する（図５のＳ．１）。

また、プロセッサ１０４はモータドライバ７５を制御し、鏡胴ユニット７のレンズ鏡筒を撮影可能な位置に移動させる。更に、プロセッサ１０４はＣＣＤ１０１、Ｆ／Ｅ−ＩＣ１０２、ＬＣＤモニタ１０等の各回路に電源を投入して動作を開始させる。各回路の電源が投入されると、ファインダーモードの動作が開始される。

ファインダーモードでは、各レンズ系を通して撮像素子（ＣＣＤ１０１）に入射した光が光電変換されて、Ｒ、Ｇ、Ｂのアナログ信号としてＣＤＳ回路１０２１、Ａ／Ｄ変換器１０２３に送信される。Ａ／Ｄ変換器１０２３はアナログ信号をデジタル変換し、デジタル信号はデジタル信号処理ＩＣ（ＳＤＲＡＭ１０３）内のＹＵＶ変換部でＹＵＶ画像データに変換され、図示を略すメモリコントローラによってフレームメモリに書き込まれる。

ＹＵＶ信号はメモリコントローラによって読み出され、ＴＶ信号表示ブロック１０４９を介してＴＶ（図示を略す）やＬＣＤモニタ１０へ送信され、これにより撮影画像の表示が行われる。この処理は１／３０秒間隔で行われ、１／３０秒ごとに更新されるファインダーモードの表示となる。すなわち、モニタリング処理が実行される（図５のＳ．２）。
ついで、モードダイアルＳＷ２の設定変更が行われたか否かを判断する（図５のＳ．３）。モードダイアルＳＷ２の設定がそのままの場合には、レリーズスイッチＳＷ１を操作することにより撮影処理が実行される（図５のＳ．４）。

再生モードでは、プロセッサ１０４は撮影済み画像をＬＣＤモニタ１０に表示させる（図５のＳ．５）。ついで、プロセッサ１０４はモードダイアルＳＷ２の設定が変更されたか否かを判断し（図５のＳ．６）、プロセッサ１０４はモードダイアルＳＷ２の設定が変更された場合にはＳ．１へ移行し、そのままの場合にはＳ．５を繰り返す。

（手ぶれ補正の原理）
図６は手ぶれ補正の原理を説明するための説明図であって、（ａ）はデジタルカメラが実線で示す手ぶれのない状態から破線で示すように傾いた状態を示し、（ｂ）はカメラ本体の撮影レンズとＣＣＤ１０１の撮像面との関係を示す部分拡大図である。

手ぶれによるカメラの移動がない状態のとき、ＣＣＤ１０１の撮像面が位置Ｐ１、すなわち、中央位置にあるとき、被写体の像が図６（ｂ）に実線で示す撮像面の位置Ｐ１の基準位置（ここでは、原点位置Ｏ）に投影されていたとする。ここで、手ぶれによりカメラがθ（θx、θy）方向に傾いたとする。すると、撮像面は図６（ｂ）に破線で示す撮像面の位置Ｐ２に移動し、被写体の像はＯ’に移動する。そこで、破線で示す撮像面の位置Ｐ２が実線で示す撮像面の位置Ｐ１と重なるように、Ｘ方向にｄｘ、Ｙ方向にｄｙだけ撮像面を平行移動させることにより、被写体の像は元の基準位置（原点位置Ｏ）に戻ることになる。

（手ぶれ補正機構のメカニカルな構成）
図７は固定筒の正面図、図８は固定筒の縦断面図、図９は固定筒の背面図である。図７〜図９において、１０は固定筒である。固定筒１０は箱形形状を呈し、内側がレンズ鏡筒受入用の収納空間とされている。固定筒１０の背面には全体的に略矩形状を呈する板状のベース部材１１が取り付けられている。固定筒１０の内周壁には、ここではレンズ鏡筒を繰り出し・繰り入れるためのヘリコイド１２が形成されている。固定筒１０は少なくとも２つの角部が切り欠かれ、一方の角部１０ａは後述するステッピングモータＳＴＭの取り付け部とされ、他方の角部１０ｂは後述するフレキシブルプリント基板２０の折り曲げ箇所とされている。

ＣＣＤステージ１２５１はベース部材１１に設けられている。ＣＣＤステージ１２５１は図１０に分解して示すように環枠形状のＸ方向ステージ１３と、矩形状のＹ方向ステージ１４と、載置ステージ１５とから大略構成されている。

Ｘ方向ステージ１３はベース部材１１に固定されている。Ｘ方向ステージ１３にはＸ方向に延びる一対のガイド軸１３ａ、１３ｂがＹ方向に間隔を開けて設けられている。Ｘ方向ステージ１３には直方体形状の４個の永久磁石１６ａ〜１６ｄが配置されている。４個の永久磁石１６ａ〜１６ｄは二個一対とされ、一対の永久磁石１６ａ、１６ｂはＸ−Ｙ平面内でＹ方向に間隔を開けて平行に配置されている。この実施例では、一対のガイド軸１３ａ、１３ｂが一対の永久磁石１６ａ、１６ｂを貫通する構成とされているが、これに限るものではなく一対のガイド軸１３ａ、１３ｂに併設して設けられていても良い。一対の永久磁石１６ｃ、１６ｄはＸ−Ｙ平面内でＸ方向に間隔を開けて配置されている。

Ｙ方向ステージ１４はＹ方向に延びる一対のガイド軸１４ａ、１４ｂがＸ方向に間隔を開けて設けられている。Ｙ方向ステージ１４にはＸ方向に間隔を開けて対向する二個一対の被支承部１７ａ、１７ａ’、１７ｂ、１７ｂ’がＹ方向に間隔を開けて形成されている。各一対の被支承部（１７ａ、１７ａ’）、（１７ｂ、１７ｂ’）はX方向ステージ１３の一対のガイド軸１３ａ、１３ｂにそれぞれ可動可能に支承され、これによりＹ方向ステージ１４がＸ方向に可動可能とされている。

ＣＣＤ１０１は載置ステージ１５に固定されている。載置ステージ１５はＸ方向に張り出した一対のコイル取り付け板部１５ａ、１５ｂとＹ方向に張り出した一対のコイル取付板部１５ｃ、１５ｄとを有する。ＣＣＤ１０１は載置ステージ１５の略中央に固定されている。載置ステージ１５にはＣＣＤ１０１の撮像面と同じ側にＹ方向に間隔を開けて対向する二個一対の被支承部（符号を略す）がＸ方向に間隔を開けて形成され、各一対の被支承部はＹ方向ステージ１４の一対のガイド軸１４ａ、１４ｂに可動可能に支承され、これにより載置ステージ１５は全体としてＸ−Ｙ方向に可動可能とされている。

ＣＣＤ１０１には撮像面と反対側の面に保護板１９が貼り付けられている。保護板１９には中央にテーパ形状の凹所１９ａが形成されている。

一対のコイル取り付け板部１５ａ、１５ｂにはそれぞれ偏平かつ渦巻き状のコイル体ＣＯＬ１、ＣＯＬ１’が貼り付けられている。コイル体ＣＯＬ１、ＣＯＬ１’は直列接続されている。一対の取付板部１５ｃ、１５ｄにはそれぞれ偏平かつ渦巻き状のコイル体ＣＯＬ２、ＣＯＬ２’が貼り付けられている。コイル体ＣＯＬ２、ＣＯＬ２’も同様に直列接続されている。

各コイル体ＣＯＬ１、ＣＯＬ１’はそれぞれ各永久磁石１６ｃ、１６ｄに臨まされている。各コイル体ＣＯＬ２、ＣＯＬ２’はそれぞれ永久磁石１６ａ、１６ｂに臨まされている。一対のコイル体ＣＯＬ１、ＣＯＬ１’は、撮影光軸と直交するＸ方向（例えば、ピッチ方向）にＣＣＤ１０１を可動させるのに用いられ、一対のコイル体ＣＯＬ２、ＣＯＬ２’は撮影光軸とＸ方向との双方に直交するＹ方向（例えば、ヨー方向）にＣＣＤ１０１を可動させるのに用いられる。

コイル体ＣＯＬ１、ＣＯＬ１’には、図９に示すように、各コイル体ＣＯＬ１、ＣＯＬ１’をＸ方向に横断する方向に磁性材料からなる吸着棒３５が設けられている。

ここでは、位置検出素子１２５２にはホール素子が用いられ、一対のコイル取付板部１５ａ、１５ｂの一方のコイル取付板部１５ｂには位置検出素子１２５２としてのホール素子１２５２ａが設けられ、同様に一対のコイル取付板部１５ｃ、１５ｄの一方のコイル取付板部１５ｄにはホール素子１２５２ｂが設けられている。

ＣＣＤ１０１はフレキシブルプリント基板２０を介してＦ／Ｅ−ＩＣ１０２に電気的に接続され、ホール素子１２５２ａ、１２５２ｂはフレキシブルプリント基板２０を介してオペレーショナルアンプリファイア１２５３に電気的に接続され、各コイル体ＣＯＬ１、ＣＯＬ１’、ＣＯＬ２、ＣＯＬ２’はコイルドライバ１２５４に電気的に接続されている。

ここで、本発明の撮像装置（カメラ）では、ジャイロセンサ１２４０によりカメラの振れ（角速度）が検出され、戴置ステージ１５のＸ方向とＹ方向の位置（ＣＣＤ１０１の現在位置）はそれぞれＸ位置センサであるホール素子１２５２ａ、Ｙ位置センサであるホール素子１２５２ｂにより検出されて、制御回路ＩＣ，ＩＣ２（後述）によりカメラの振れ（手ぶれ）によるＣＣＤ１０１上の像振れを打ち消すようにＣＣＤ１０１の目標位置が算出され、さらに手ぶれ補正機構における摩擦力の影響を適正に低減するように補正が加えられた制御信号が出され、ＣＣＤ１０１が適正位置に移動制御されるものである。

（手ぶれ補正制御回路）
図１１は、本発明の撮像装置（カメラ）における手ぶれ補正に関する制御回路の第１の実施形態を示すブロック図である。なお、制御ユニットＩＣは、例えば図４のＣＰＵブロック１０４３の内部に配置される。

まずジャイロセンサ１２４０の出力はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１２４１によって基準電圧Ｖｒｅｆに対するオフセットが除去される。オフセットが除去された角速度信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４２により高周波ノイズが除去され、Ａ／Ｄ変換器１２４１１によりＡ／Ｄ変換されて制御ユニットＩＣに取り込まれる。

ついで制御ユニットＩＣ内で、デジタル化された角速度信号は積分されて角度信号に変換され（Ｓ１１）、さらにジャイロセンサ１２４０の感度と撮像レンズ７１，７２の焦点距離に応じた係数ｋが乗ぜられて位置信号に変換される（Ｓ１２）。この位置信号が振れ補正する際のＣＣＤ１０１の目標位置となる。

一方、ＣＣＤ１０１の位置を検出する位置センサとしてのホール素子１２５２で検出された信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２５３で高周波ノイズが除去され、Ａ／Ｄ変換器１０４１１によりＡ／Ｄ変換されて制御ユニットＩＣに取り込まれる。この信号がＣＣＤ１０１の実際の位置である。

つぎに、前記のＣＣＤ１０１の目標位置とＣＣＤ位置との差（Ｓ１３）に所定のゲイン（Ｇ）を乗じて制御信号とされ（Ｓ１５）、さらにアナログデジタル変換器ＩＣ１によりＤ／Ａ変換されて、駆動回路であるドライバー１２５４を通じてコイル体ＣＯＬ１、ＣＯＬ１’、ＣＯＬ２、ＣＯＬ２’に電力が供給されてアクチュエータ１２５５としてＣＣＤステージ１２５１を駆動する。
このようにしてＣＣＤ１０１が目標位置に追従するようフィードバック制御が行われる。

なお、制御ユニットＩＣでは、前記制御信号を算出する際（ＣＣＤ１０１の目標位置とＣＣＤ位置との差に所定のゲイン（Ｇ）を乗じる前）、制御の安定性のために位相進み補償などが行われている（Ｓ１４）。本発明では、ここでさらに、制御信号（ＣＣＤ１０１の目標位置とＣＣＤ位置との差に所定のゲイン（Ｇ）を乗じた後のもの）に、ジャイロセンサ１２４０で検出されてＡ／Ｄ変換された角速度信号に係数ｃを乗じたフィードフォワード項を求め（Ｓ１６）、該フィードフォワード項を加える処理（Ｓ１７）を行なっている。

これは、以下の理由による。
すなわち、摩擦（例えば、図１０のガイド軸１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂと被支承部１７ａ，１７ａ´，１７，１７ｂ´との間の摩擦）などの影響で手ぶれ補正機構の動きに抵抗が生じとときに、フィードバック制御だけではＣＣＤ１０１の目標位置と現在位置との差が大きくなるまで制御信号が大きくならず制御誤差が増してしまう。図１２にその様子を示す。ここでは、図１１の制御回路において、フィードフォワード項を加算しなかったときのＣＣＤステージ１２５１の変位と制御誤差を示している。ＣＣＤ１０１の目標位置の変位カーブの山や谷の付近（すなわち、変位の速度がゼロ付近となる時）で、ステージ駆動に関する摩擦などの影響によりＣＣＤ１０１の現在位置(検出位置)の変位カーブの山の凸部分の変位量の増加割合は減少し、谷の凹部分の変位量の減少割合が減少しており、それらの時間領域において制御誤差が大きくなっている。

本発明ではこれを改善するため、予め摩擦の方向（速度と逆方向）とは逆方向に、摩擦力に打ち勝つような駆動力を与えられるように、速度を所定の係数倍した信号を制御信号に加算するものである。

このとき乗ずる係数ｃはＣＣＤステージ１２５１の駆動速度が小さく摩擦の影響が大きい時に大きく、該駆動速度が大きく摩擦の影響が小さい時に小さく設定する。こうすることにより、ＣＣＤステージ１２５１の駆動速度が小さい時には効果的に摩擦の影響を低減でき、該駆動速度が大きい時は過大なフィードフォワード項を加算してしまうのを防ぐことができる。

図１３に、本実施形態におけるフィードフォワード項の算出内容（図１３（ａ））と、これに基づくＣＣＤステージ１２５１の変位と制御誤差（図１３（ｂ））を示す。
図１３（ａ）では、ジャイロセンサ１２４０の出力（角速度検出値）に基づいたフィードフォワード項の加算量を算出する内容を示している。ここでは、ジャイロセンサ１２４０による角速度検出値の変位カーブを正弦波曲線として示していて、ジャイロセンサ１２４０の出力の大きさ（絶対値）によって以下の計算を行なっている。
（１）ジャイロセンサ１２４０の出力の大きさ（絶対値）が第１の所定値ａ未満のとき、ジャイロセンサ１２４０の出力に前記係数ｃとして第１の係数ｃ１を乗じて前記駆動信号に加算する。
（２）ジャイロセンサ１２４０の出力の大きさ（絶対値）が第１の所定値ａ以上で、第２の所定値ｂ未満のとき、ジャイロセンサ１２４０の出力に第１の係数ｃ１より小さい第２の係数ｃ２を乗じて前記駆動信号に加算する。
（３）ジャイロセンサ１２４０の出力の大きさ（絶対値）が第２の所定値ｂ以上のとき、ジャイロセンサ１２４０の出力の前記駆動信号への加算を行わない。

なお、前記第１の所定値ａ、第２の所定値ｂは適宜設定すればよいが、例えばジャイロセンサ１２４０による角速度検出値の最大値の１／３を第１の所定値ａ、その最大値の２／３を第２の所定値ｂとすればよい。
また、係数ｃは、手ぶれ補正機構における駆動機構の摩擦力の大きさなどにより決定すればよい。

図１３（ｂ）は、このフィードフォワード項の加算によって手ぶれ補正制御を行なった結果を示しており、ＣＣＤ１０１の目標位置の変位カーブの山や谷の付近（すなわち、変位の速度がゼロ付近となる時）で、ＣＣＤ１０１の現在位置(検出位置)の変位カーブの山や谷へのステージ駆動に関する摩擦などの影響が低減されており、それらの時間領域において制御誤差が小さくなっている。

つぎに、本発明の撮像装置（カメラ）における手ぶれ補正に関する制御回路の第２の実施形態について説明する。
図１４は、本発明の撮像装置（カメラ）における手ぶれ補正に関する制御回路の第２の実施形態を示すブロック図である。なお、制御ユニットＩＣ２も、例えば図４のＣＰＵブロック１０４３の内部に配置される。

まずジャイロセンサ１２４０の出力はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１２４１によって基準電圧Ｖｒｅｆに対するオフセットが除去される。オフセットが除去された角速度信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４２により高周波ノイズが除去され、Ａ／Ｄ変換器１２４１１によりＡ／Ｄ変換されて制御ユニットＩＣ２に取り込まれる。

ついで制御ユニットＩＣ２内で、デジタル化された角速度信号は積分されて角度信号に変換され（Ｓ２１）、さらにジャイロセンサ１２４０の感度と撮像レンズ７１，７２の焦点距離に応じた係数ｋが乗ぜられて位置信号に変換される（Ｓ２２）。この位置信号が振れ補正する際のＣＣＤ１０１の目標位置となる。

一方、ＣＣＤ１０１の位置を検出する位置センサとしてのホール素子１２５２で検出された信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２５３で高周波ノイズが除去され、Ａ／Ｄ変換器１０４１１によりＡ／Ｄ変換されて制御ユニットＩＣに取り込まれる。この信号がＣＣＤ１０１の実際の位置である。

つぎに、前記のＣＣＤ１０１の目標位置とＣＣＤ位置との差（Ｓ２３）に制御の安定性のために位相進み補償を行い（Ｓ２４）、ついで所定のゲイン（Ｇ）を乗じて制御信号とする（Ｓ２５）。

ここで本実施形態においても、ジャイロセンサ１２４０で検出されてＡ／Ｄ変換された角速度信号に係数ｃを乗じたフィードフォワード項を求めて（Ｓ２６）、前記制御信号に加える処理を行なうが、フィードフォワード項を加算する際に極性判定を行い（Ｓ２９）、所定の条件を満たした時（Ｓ２ａ）にフィードフォワード項を制御信号に加算する（Ｓ２ｂ）。

そして、フィードフォワード項が加算された制御信号は、アナログデジタル変換器ＩＣ１によりＤ／Ａ変換されて、駆動回路であるドライバー１２５４を通じてコイル体ＣＯＬ１、ＣＯＬ１’、ＣＯＬ２、ＣＯＬ２’に電力が供給されてアクチュエータ１２５５としてＣＣＤステージ１２５１を駆動する。

前記極性判定の方法を詳しく説明する。
まず、制御ユニットＩＣ２において、Ａ／Ｄ変換器１０４１１によりＡ／Ｄ変換されたジャイロセンサ１２４０の出力（角速度信号）と、該角速度信号を微分して（Ｓ２７）ローパスフィルタ（ＬＰＦ）で高周波ノイズを除去した角加速度信号（Ｓ２８）と、が極性判定部に入力される（Ｓ２９）。

極性判定部では、入力された２つの信号（角速度信号、角加速度信号）の極性符合が同じ場合のみフィードフォワード項の加算を行い、符号が異なる場合はフィードフォワード項の加算はしない判定を行なう。すなわち、カメラの振れの角速度がプラスで角加速度もプラスの場合、プラス方向に向かって加速している状態を表している。この場合はフィードフォワード項を前記制御信号に加算する（Ｓ２ａがオンとなり、Ｓ２ｂで加算）。角速度がプラスで角加速度がマイナスの場合、プラス方向に動いているが減速していることを示す。この場合はフィードフォワード項は加算しない（Ｓ２ａがオフとなり、Ｓ２ｂで加算せず）。

手ぶれ補正機構において、摩擦抵抗はＣＣＤステージ１２５１が静止状態から動き始める時すなわち加速時に大きく働き、動いている状態、例えば速度大のときや減速のときには小さい。加速しているときは加速を妨げる方向に大きな摩擦力が働くため、それを打ち消すフィードフォワード項の加算が有効であるが、減速しているときは摩擦の影響は少ないため、フィードフォワード項を加算するとアクチュエータ１２５５（コイル）の駆動力が大きすぎることとなる。また角速度がマイナスの場合も同様に、角加速度がマイナスの場合マイナス方向に加速しているのでフィードフォワード項を加算し、角加速度がプラスの場合、マイナス方向に動いているが減速しているので、フィードフォワードの加算を行わない。

図１５に、本実施形態におけるフィードフォワード項の算出内容（図１５（ａ））と、これに基づくＣＣＤステージ１２５１の変位と制御誤差（図１５（ｂ））を示す。
図１５（ａ）では、ジャイロセンサ１２４０の出力（角速度検出値）及びその微分値（角加速度）に基づいたフィードフォワード項の加算量を算出する内容を示している。ここでは、ジャイロセンサ１２４０による角速度検出値の変位カーブを正弦波曲線として示していて、ジャイロセンサ１２４０の出力の大きさ（絶対値）とジャイロセンサ１２４０の出力の符号と該出力の微分値（角加速度）の符号とによって以下の計算を行なっている。
（１）ジャイロセンサ１２４０の出力の大きさ（絶対値）が第１の所定値ａ未満のときで、ジャイロセンサ１２４０の出力の符号と該出力の微分値（角加速度）の符号が同じ（プラス）とき（図１５（ａ）の（ｉ））、ジャイロセンサ１２４０の出力に前記係数ｃとして第１の係数ｃ１を乗じて求めたフィードフォワード項を前記駆動信号に加算する。
（２）ジャイロセンサ１２４０の出力の大きさ（絶対値）が第１の所定値ａ以上で、第２の所定値ｂ未満のときであって、ジャイロセンサ１２４０の出力の符号と該出力の微分値（角加速度）の符号が同じ（プラス）とき（図１５（ａ）の（ii））、ジャイロセンサ１２４０の出力に第１の係数ｃ１より小さい第２の係数ｃ２を乗じて求めたフィードフォワード項を前記駆動信号に加算する。
（３）ジャイロセンサ１２４０の出力の大きさ（絶対値）が第２の所定値ｂ以上のとき（図１５（ａ）の（iii））、ジャイロセンサ１２４０の出力の前記駆動信号への加算を行わない。
（４）ジャイロセンサ１２４０の出力の大きさ（絶対値）が第２の所定値ｂ未満のときで、ジャイロセンサ１２４０の出力の符号と該出力の微分値（角加速度）の符号が異なるとき（ジャイロセンサ１２４０の出力がプラス、角加速度がマイナス）（図１５（ａ）の（iv））、ジャイロセンサ１２４０の出力の前記駆動信号への加算を行わない。

図１５（ｂ）と第１の実施形態のグラフ（図１３（ｂ））と比較してみると、第１の実施形態のＣＣＤステージ１２５１の変位と制御誤差のグラフ（図１３（ｂ））では変位カーブの山と谷の手前（減速中）にもフィードフォワード項を加算しているため、ＣＣＤ１０１の検出位置が目標位置を越えてしまい、わずかに制御誤差を生じてしまっている。それに対して本実施形態（図１５（ｂ））では、変位カーブの山と谷の手前（減速時）にはフィードフォワード項を加算していないため、アクチュエータ１２５５（駆動コイル）で過大な駆動力を生じない。そのため、制御誤差がほとんどなく正確にＣＣＤ位置を目標位置に制御することができている。

なお、本実施形態では、撮像素子であるＣＣＤを移動させて手ぶれ補正をする例を用いて説明したが、振れ補正レンズを移動させて撮像素子上の像の振れを防止するようにした場合も同様の効果を奏する。
また、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明に係わるデジタルカメラの正面図である。 本発明に係わるデジタルカメラの背面図である。 本発明に係わるデジタルカメラの上面図である。 本発明に係わるデジタルカメラの内部のシステム構成の概要を示すブロック回路図である。 本発明に係わるデジタルカメラの一般的動作概要を説明するためのフローチャートである。 本発明に係わるデジタルカメラの手ぶれ補正の原理を説明するための図であって、（ａ）はデジタルカメラの傾きを示し、（ｂ）はデジタルカメラの撮影レンズとＣＣＤの撮像面との関係を示す部分拡大図である。 本発明に係わるデジタルカメラのレンズ鏡胴の固定筒を示す正面図である。 図７に示す固定筒の縦断面図である。 図７に示す固定筒の背面図であって、（ａ）はフレキシブルプリント基板を取り付けてない状態を示す図であり、（ｂ）はフレキシブルプリント基板を取り付けた状態を示す図である。 本発明に係わるＣＣＤステージの分解斜視図である。 本発明に係る撮像装置の第１の実施形態における手ぶれ補正に関する制御ユニットの構成を示すブロック図である。 図１１の制御ユニットにおいて、フィードフォワード項を加算しなかったときのＣＣＤステージの変位と制御誤差を示す図である。 図１１の制御ユニットにおいて、（ａ）はフィードフォワード項の算出内容を示す図であり、（ｂ）はこれに基づくＣＣＤステージの変位と制御誤差を示す図である。 本発明に係る撮像装置の第２の実施形態における手ぶれ補正に関する制御ユニットの構成を示すブロック図である。 図１４の制御ユニットにおいて、（ａ）はフィードフォワード項の算出内容を示す図であり、（ｂ）はこれに基づくＣＣＤステージの変位と制御誤差を示す図である。

符号の説明

１３ Ｘ方向ステージ
１３ａ、１３ｂ ガイド軸（Ｘ方向）
１４ Ｙ方向ステージ
１４ａ、１４ｂ ガイド軸（Ｙ方向）
１５ 載置ステージ
１６ａ、１６ｂ、１６ｂ’、１６ｃ、１６ｄ 永久磁石（駆動用）
１７ａ、１７ａ’、１７ｂ、１７ｂ’ ガイド（Ｘ方向）
１９ 保護板
１９ａ 凹所
１０１ （撮像素子としての）ＣＣＤ
１０７ ＲＡＭ
１０８ ＲＯＭ
１２４０ ジャイロセンサ（角速度センサ）
１２４１ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
１２４２，１２５３ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１２５１ ＣＣＤステージ
１２５２ 位置検出素子
１２５２ａ Ｘ位置センサ（ホール素子）
１２５２ｂ Ｙ位置センサ（ホール素子）
１２５４ 駆動回路（ドライバー）
１２５５ アクチュエータ
１２６３ 原点位置強制保持機構
１０４１１ Ａ／Ｄ変換器
ＣＯＬ１、ＣＯＬ１’、ＣＯＬ２、ＣＯＬ２’ コイル体（駆動用）
ＩＣ，ＩＣ２ 制御ユニット
ＩＣ１ Ｄ／Ａ変換器

Claims (3)

1. 当該撮像装置の振れを検出する角速度センサと、角速度センサの出力を積分して撮像レンズによる撮像素子面上の像の振れ量を算出する振れ量算出手段と、変位することにより撮像レンズによる像の振れを補正する振れ補正手段と、振れ補正手段の変位を検出する変位検出手段と、振れ量算出手段により算出された振れ量と変位検出手段により検出された変位の差に基づいて振れ補正手段の駆動信号を生成する制御手段と、を有する撮像装置において、
   角速度センサの出力の大きさが第１の所定値未満のとき、該角速度センサの出力に第１の係数を乗じて前記駆動信号に加算し、角速度センサの出力の大きさが第１の所定値以上のとき、該角速度センサの出力に第１の係数より小さい第２の係数を乗じて前記駆動信号に加算する加算手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記加算手段は、角速度センサの出力の大きさが第１の所定値未満で、前記角速度センサの出力の符号と該出力の微分値の符号が同じとき、前記角速度センサの出力に第１の係数を乗じて前記駆動信号に加算し、角速度センサの出力の大きさが第１の所定値以上で、前記角速度センサの出力の符号と該出力の微分値の符号が同じとき、前記角速度センサの出力に第１の係数より小さい第２の係数を乗じて前記駆動信号に加算することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記加算手段は、角速度センサの出力の大きさが第１の所定値より大きい第２の所定値以上のときには、該角速度センサの出力の前記駆動信号への加算を行わないことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

Images