JP4180454B2 - 画像安定化レンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系の一部のレンズを、光軸垂直方向に偏心移動させて像位置を移動させることにより、像振れを補正する像振れ補正した画像安定化レンズに関し、さらに詳しくは、補正レンズの移動量を静電容量の変化として検出し、この検出値に基づいて像振れ補正する画像安定化レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像安定化レンズにおいて補正レンズを光軸に垂直な方向に平行移動することによって像位置を移動させ、像振れを補正する構成は、すでに開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
自動的に像振れを補正する画像安定化レンズとしては、静電容量センサによってレンズ群位置を検出して像振れを防止するとともに、駆動手段の駆動力を光学的補正手段のレンズ群の光軸に対し直交する面内で移動させる力として作用させる駆動方向規制手段と、前記レンズ群の光軸周り回転方向の規制を磁気的に行い、前記光学的補正手段の駆動方向を、前記レンズ群の光軸に対し直交する面内に直行の直交する２方向とする磁気的規制手段とを備え、磁気力によりレンズ群の光軸周りの回転方向の規制を行うようにしている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
従来技術の他の振れ補正装置としては、振れを補正する振れ補正光学系と、前記振れ補正光学系を駆動する駆動系と、前記振れ補正光学系の位置を検出する位置検出部とを含み、前記位置検出部が、静電容量の変化に基づいて、前記振れ補正光学系の位置を検出する構成が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
一方、位置検出センサーとして使用できる静電容量式リニアスケールの構成例としては、所定電圧を印加されかつ一定幅で延在する電源供給用電極と、該電極の延在方向に向かって漸次面積を小さくする検出用電極とを並設して設け、これら電源供給用電源並びに検出用電極を横切るように移動電極を前記延在方向に移動可能に設け、該移動電極の移動位置により変化する前記検出用電極からの出力により前記移動電極の所在位置又は変位量を測定する構成が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
この構成のように２つの電極から得られる信号の比率により位置を検出すると、環境の変化や特に電極間の距離の変化に対しても安定して位置を検出することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６３−４９７２９号。
【特許文献２】
特開平６−２４２４８５号に開示
【特許文献３】
特開平１１−３４４７３８号
【特許文献４】
特開平６−３４１８０５号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２に開示された発明においては、電極間の距離により位置を検出する。電極間の距離はその電極間の静電容量により検出する。この静電容量は、電極間の距離に反比例する。このため、補正レンズの移動量が大きくなると、静電容量の変化が非常に大きくなり、高精度の距離の算出が困難になる。特に、電極間の距離が最も大きくなるところでは、静電容量が小さくなると共に、移動量に対する静電容量の変化が小さくなり、位置の検出が非常に困難になる。
【０００８】
特許文献３に記載された発明においては、電極を構成する基板の数が多くスペース効率が悪く、また、それぞれの電極間の距離を正しく維持しなければならないから、小型化の要望の強いカメラ等に実際に組み込むことに困難が予測される。
【０００９】
特許文献４に開示された方法においては、簡単な構成で安定した位置検出ができるが、複数の電極を有するため、形状が大きくなる。補正レンズを偏心移動させて振れを補正する装置において補正レンズの位置検出のためにこの構成を用いる場合、補正レンズの２次元（縦横２方向）の位置を検出する必要があるので、少なくとも２つのセンサーを設ける必要があり、小型化の要望の強いカメラ等に実際に組み込むことに困難が予測される。
【００１０】
【発明の目的】
本発明は、従来技術の画像安定化レンズや振れ防止機構の上述した問題に鑑みてなされたものであって、補正レンズの位置を簡単な構成の検出装置で高精度に検出して補正レンズの移動量を制御する検出制御系を有する画像安定化レンズを提供することを目的とする。
【００１１】
本発明はまた、補正レンズの二次元的移動を一素子で検出する小型の画像安定化レンズを提供することを目的とする。
本発明はまた、電極間の距離の差によって位置検出するが、周囲の磁力線の影響を受けることなく高精度な補正を行うことができる画像安定化レンズを提供することを目的とする。
【００１２】
本発明はまた、電極を構成する基板の数が少なく、スペース効率が良く、それぞれの電極間の距離を正しく維持することが容易な画像安定化レンズを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明はさらに、簡単な構成の電極を有し、一個の部品として小型にまとめることができる振れセンサーを有する画像安定化レンズを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
像振れ位置を検出する像振れ位置検出部の検出値によって、レンズ鏡筒内に収容された光学系の補正レンズの少なくとも一部を、駆動部によって光軸垂直方向に移動させることによって像振れを補正する画像安定化レンズにおいて、
前記像振れ位置検出部が、前記鏡筒に固着された固定電極と前記補正レンズの支持部材に前記固定電極に対向して取付けられた移動電極からなり、前記固定電極は４個の固定電極要素からなり、前記移動電極は、前記４個の固定電極要素の総面積より小さい面積を有し、
前記像振れ位置検出部が、前記固定電極の中心を挟んで対向する第１対の固定電極要素に信号を印加し、他の第２対の固定電極要素から第１検出信号を取り出し、また第２対の固定電極要素に信号を印加し、第１対の固定電極要素から第２検出信号を取り出し、交互に取り出された第１検出信号と第２検出信号に基づいて像振れ補正信号を連続的に算出し、
前記駆動部が、連続した前記像振れ補正信号によって像振れ補正を連続的に行うことを特徴とする画像安定化レンズである。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下に、本発明の実施形態の画像安定化レンズを図に基づいて説明する。画像安定化レンズ１０は、図１４に示すように、フロントレンズ群１５、バリエータレンズ群１４、第３固定レンズ群１３、及びリアフォーカスレンズ群１２からなり、物体像を撮像素子１１上に形成する。ズーム調製は、バリエータレンズ群１４の光軸Ｏ上の前後移動によりを行う。合焦調製は、リアフォーカスレンズ群１２の光軸Ｏ上の前後移動によりを行う。画像安定化レンズ１０において、像振れの補正は、第３固定レンズ群１３を光軸Ｏに対して垂直方向に移動することすなわち偏心移動により像位置を光軸Ｏに対して直交する方向に移動させることによって行う。
【００１８】
画像安定化レンズ１０に使用する静電容量式位置センサーは、図１に示すように、光軸Ｏに対し垂直になるように鏡筒２０に固定された第１支持部材２２によって支持された固定電極２４と、固定電極２４に対向して配置されレンズ支持枠２６と一体の電極支持体２７に支持された移動電極２８とにより構成される。固定電極２４は、図２及び図３に示すように、４分割されて固定分割電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄによって構成されており、それらの上に絶縁性の保護層３０を設けている。
【００１９】
レンズ支持枠２６には、さらに一対の永久磁石３２、３４が互いに反対向きに配置されている。鏡筒２０に固定された第２支持部材４０には、光軸Ｏに対し垂直になるように固定ヨーク４２が配置されている。固定ヨーク４２に巻かれた銅線４４に通電すると、固定ヨーク４２の上下方向に磁力線が発生して、レンズ支持枠２９の永久磁石３２、３４を光軸Ｏと直交する方向へ移動させる力が発生する。
【００２０】
静電式位置検出の原理は、次のとおりである。図３ないし図５に示すように、距離ｄ離れた電極間の静電容量は、対向する部分の面積をＡとすると
Ｃ＝ε・Ａ／ｄ ・・・・・（１）
で現される。εは誘電率である。距離ｄが均一であるとすると、静電容量は対向する部分の面積で決まる。ｄが各電極に対して同じことが、理論上の条件であるが、実測においてｄの違いは理論値ほど大きくはない。電極に多少の傾きや平面性の欠如があっても理論値ほどには影響しない。
【００２１】
静電容量の比、すなわち対向部の面積比から位置ずれ量を求める方法を次に述べる。図５に示すように移動電極２８が固定電極２４の中央にあるときを基準とし、図６に示すように移動電極２８が横方向にΔx、縦方向にΔｙ、移動したとする。
対角の静電容量の比率が求められるので、対向する部分の面積をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると
Ａ／Ｃ ＝ ｑ ・・・・（２）
Ｂ／Ｄ ＝ ｒ ・・・・（３）
となる、ｑおよびｒは後述する測定により求めることができる静電容量の比である。
【００２２】
図６に示した寸法から（２）および（３）は
【００２３】
式（４）（５）の各辺を掛け合わせると
【００２４】
y1＋Δyおよびy1−Δyが負の値を取ることはないので
（８）をΔyについて解くと
【００２５】
次に式（５）の両辺を式（４）の両辺で割ると
【００２６】
x1＋Δxおよびx1−Δxが負の値を取ることはないので
（１２）をΔxについて解くと
【００２７】
以上のように移動電極の位置ΔｘおよびΔｙを求めることができる。
なお、実際には静電容量を与える要素は対向している電極だけではないので補正が必要である。すべての要素を含めて理論的に計算式を求めることは難しいが、移動電極の位置とそのとき検出される静電容量をいくつかの位置で求めておき、これらの値から二次近似式を作成し位置を求めてもよい。
【００２８】
なお、測定信号を印加する電極と検出する電極の組み合わせは様々であり、検出部が複数あれば、静電容量の比率を得ることができる。図７に示すような４つの電極を用いる場合、対角に位置する電極同士を信号の印加と信号の検出に使うことができる。図３においては、電極２４ａ、２４ｂに信号を印加し電極２４ｂ、２４ｄで信号を検出し、Ｂ、Ｄの静電容量比を検出することと、電極２４ｂ、２４ｄに信号を印加し電極２４ａ、２４ｃで信号を検出し、Ａ、Ｃの静電容量比を検出することである。
【００２９】
電極の形状は、角形だけでなく図７ないし図９に示すように、固定電極１２４（１２４ａないし１２４ｄ）及び移動電極１２８のように円形であっても差し支えない。移動電極と対向する部分の面積を求める理論式は、角形電極に比較して複雑になるが、前記と同様に、実測値から近似式を作成し、この近似式により求めてもよい。
静電容量の検出は、例えば特許文献４に開示されているように、信号供給電極に正弦波を加えて、電流量を検出するようにすることもできる。特許文献４に開示されている方法を用いる場合、電極２４ａ、２４ｂに正弦波信号を加え電極２４ｂ、２４ｄで信号を検出し、Ｂ、Ｄの静電容量比を検出することと、電極２４ｂ、２４ｄに正弦波信号を加え電極２４ａ、２４ｃで信号を検出し、Ａ、Ｃの静電容量比を検出することを時分割で行うことにより、２方向の位置が検出できる。
【００３０】
図１０に示す検出回路は、正弦波ではなく方形波信号を供給して、静電容量を検出するものである。ＲＥＦ−１及びＲＥＦ−２の信号は基準となる２つの電圧Ｌｏｗ，Ｈｉｇｈの間を変位するパルスを出力する信号である。また、ＳＷ−ａ、ＳＷ−b、ＳＷ−ｃ、ＳＷ−ｄはアナログスイッチである。また、各オペアンプＵａ，Ｕｂ，Ｕｃ，Ｕｄの入力側に設けられた抵抗は、積分を安定的に行うものであり、適切な抵抗値の範囲内にあれば得られる値に影響しない。
積分コンデンサＣ0aないしＣ0dのＮＡ容量は、検出電極の容量により適切な値に定めるとよい。例えば、検出する容量の最大値程度としておく。
【００３１】
図１０に示す検出回路の作動は、次のとおりである。
（１）まず、電極２４ａと２４ｃを供給側とし、電極２４ｂと２４ｄが検出側になるようにする。
（２）ＳＷ−a、ＳＷ−cをｏｎとし、ＳＷ−b、ＳＷ−dをｏｆｆとする。ＳＷ−a、ＳＷ−cがｏｎされることにより、積分コンデンサＣ0a、Ｃ0cを放電する。オペアンプＵａ，Ｕｃの入出力は、それぞれＲＥＦ−１と同電位となる。ＲＥＦ−１はまだＬｏｗレベルにあるので、抵抗Ｒを介して接続されている電極２４ａと２４ｃもＬｏｗとなる。
【００３２】
（３）この状態で、オペアンプＵｂおよびＵｄの出力電圧ＯＵＴ-b、ＯＵＴ-dを測定しておく。
（４）スイッチＳＷ−a、ＳＷ−b、ＳＷ−c、ＳＷ−dの電位の安定を図るため、暫時経過させた後、ＲＥＦ−１はＬｏｗからＨｉｇｈへ切り替わる。これにより、オペアンプＵａおよびＵｂの出力を通して電極２４ａおよび２４ｃの電位もＬｏｗからＨｉｇｈへ切り替わる。この結果、電極２４ａおよび２４ｃと電極２４ｂの静電容量、電極２４ａおよび２４ｃと電極２４ｄの静電容量に比例する電荷が、オペアンプＵｂおよびＵｄの入力端子へ流れる。オペアンプＵｂおよびＵｄは、積分コンデンサＣ0b、Ｃ0dとともに積分器を構成しているので、流入した電荷に比例した電圧をＯＵＴ−bおよびＯＵＴ−dを発生する。
【００３３】
（５）積分が十分完了する時間をおいてからオペアンプＵｂおよびＵｄの出力電圧ＯＵＴ-b、ＯＵＴ-dを測定する。前記（３）における測定電圧との差が検出された静電容量となる。
（６）この間にオペアンプＵａおよびＵｃで構成される積分器の積分電荷はスイッチＳＷ−a、ＳＷ−cがｏｎとなっていることにより、排出されている。
【００３４】
（７）電極２４ａと２４ｃを検出側とし、電極２４ｂと２４ｄが供給側になるようにする。ＳＷ−a、ＳＷ−cをｏｆｆＯとし、ＳＷ−b、ＳＷ−dをｏｎとする。ＳＷ−b、ＳＷ−dがｏｎされることにより、積分コンデンサＣ0b、Ｃ0dを放電し、オペアンプＵｂ、Ｕｄの入出力はそれぞれＲＥＦ−２と同電位となる。ＲＥＦ−２はまだＬｏｗレベルにあるので，電極２４ｂと２４ｄはＬｏｗとなる。
（８）この状態で、オペアンプＵａおよびＵｃの出力電圧ＯＵＴ-a、ＯＵＴ-bを測定しておく。
【００３５】
（９）スイッチＳＷ−a、ＳＷ−b、ＳＷ−c、ＳＷ−dの電位の安定を図るため、暫時経過させた後、ＲＥＦ−２はＬｏｗからＨｉｇｈへ切り替わる。これにより、電極２４ｂおよび２４ｄと電極２４ａの静電容量、電極２４ｂおよび２４ｄと電極２４ｃの静電容量に比例する電荷がオペアンプＵａおよびＵｃの−入力側に流れる。オペアンプＵａおよびＵｃはコンデンサＣ0a、Ｃ0cとともに積分器を構成しているので、流入した電荷に比例した電圧がＯＵＴ-aおよびＯＵＴ-cに発生する。
（１０）積分が完了する時間を置いてから、オペアンプＵａおよびＵｃの出力電圧ＯＵＴ-a、ＯＵＴ-cを測定する。前記（８）における測定電圧との差が検出された静電容量となる。
【００３６】
（１１）この間にオペアンプＵｂおよびＵｄで構成される積分器の積分電荷は，スイッチＳＷ-b、ＳＷ-dがｏｎとなっているから、出力される。
（１２）このようにして求められた電極２４ａと２４ｃの静電容量の比率、及び電極２４ｂと２４ｄの静電容量の比率から、電極２４の位置を求める方法は前述のとおりである。
【００３７】
類似の静電容量の検出方法として、移動電極を安定的に接地しておくことが可能である場合には、４つの電極の静電容量を時分割せずに同時に検出することが可能である。３つの電極であっても位置の検出は可能である。
【００３８】
図１２に示すように、移動電極２８ａを回路グランドと共通に接地するように検出回路を構成すると、次のように検出電極の構成する容量が検出できる。
すなわち、ＲＥＦ信号としてパルス信号を加えると、移動電極２８と固定電極２４ａないし２４ｄの構成する静電容量Ｃａ〜Cｄによって、図１３に示す信号が得られる。ここで得られる信号の振幅は、次の特性を示す。
【００３９】
位置の計算は各静電容量Ｃａ〜Cｄの比率により求められるので、ＥaないしＥd信号の測定はピークでなく信号が安定した時点で測定してもよい。得られたＣａないしCｄの比率から位置を求める方法は、前述の通り近似式を使用する。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の画像安定化レンズにおいては、補正レンズの位置を簡単な構成の検出装置で高精度に検出して補正レンズの移動量を制御することができる効果を有する。
本発明はまた、補正レンズの二次元的移動を小型の一素子で検出できる効果を有する。
【００４１】
本発明はまた、電極間の距離の差によって位置検出するが、周囲の磁力線の影響を受けることなく高精度な補正を行うことができる効果を有する。
本発明はまた、検出電極の回転規制を機械的に行わず、高精度な振れ量の検出をすることができる効果を有する。
本発明はまた、電極を構成する基板の数が少なく、スペース効率が良く、それぞれの電極間の距離を正しく維持することが容易な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の説明図である。
【図２】 本発明の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の拡大説明図である。
【図３】 本発明の実施態様の検出制御系の固定電極の平面図である。
【図４】 本発明の実施態様の検出制御系の移動電極の平面図である。
【図５】 本発明の実施態様の検出制御系の移動電極と固定電極の正対位置関係の説明図である。
【図６】 本発明の実施態様の検出制御系の移動電極と固定電極の偏心位置関係の説明図である。
【図７】 本発明の他の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の丸形固定電極の平面図である。
【図８】 本発明の他の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の丸形移動電極の平面図である。
【図９】 本発明の他の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の丸形固定電極の平面図である。
【図１０】 本発明の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の検出回路図である。
【図１１】 本発明の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の検出回路の駆動信号を示すタイミング図である。
【図１２】 本発明の他の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の検出回路図である。
【図１３】 本発明の他の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の検出回路の駆動信号を示すタイミング図である。
【図１４】 本発明の実施態様の画像安定化レンズの光学図である。
【符号の説明】
１０ 画像安定化レンズ
１１ 物体像を撮像素子
１２ リアフォーカスレンズ群
１３ 第３固定レンズ群
１４ バリエータレンズ群
１５ フロントレンズ群
２０ 鏡筒
２２ 第１支持部材
２４ 固定電極
２６ レンズ支持枠
２８ 移動電極
２４ａ〜２４ｄ 固定分割電極
３０ 保護層
３２，３４ 永久磁石
４０ 第２支持部材
４２ 固定ヨーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系の一部のレンズを、光軸垂直方向に偏心移動させて像位置を移動させることにより、像振れを補正する像振れ補正した画像安定化レンズに関し、さらに詳しくは、補正レンズの移動量を静電容量の変化として検出し、この検出値に基づいて像振れ補正する画像安定化レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像安定化レンズにおいて補正レンズを光軸に垂直な方向に平行移動することによって像位置を移動させ、像振れを補正する構成は、すでに開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
自動的に像振れを補正する画像安定化レンズとしては、静電容量センサによってレンズ群位置を検出して像振れを防止するとともに、駆動手段の駆動力を光学的補正手段のレンズ群の光軸に対し直交する面内で移動させる力として作用させる駆動方向規制手段と、前記レンズ群の光軸周り回転方向の規制を磁気的に行い、前記光学的補正手段の駆動方向を、前記レンズ群の光軸に対し直交する面内に直行の直交する２方向とする磁気的規制手段とを備え、磁気力によりレンズ群の光軸周りの回転方向の規制を行うようにしている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
従来技術の他の振れ補正装置としては、振れを補正する振れ補正光学系と、前記振れ補正光学系を駆動する駆動系と、前記振れ補正光学系の位置を検出する位置検出部とを含み、前記位置検出部が、静電容量の変化に基づいて、前記振れ補正光学系の位置を検出する構成が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
一方、位置検出センサーとして使用できる静電容量式リニアスケールの構成例としては、所定電圧を印加されかつ一定幅で延在する電源供給用電極と、該電極の延在方向に向かって漸次面積を小さくする検出用電極とを並設して設け、これら電源供給用電源並びに検出用電極を横切るように移動電極を前記延在方向に移動可能に設け、該移動電極の移動位置により変化する前記検出用電極からの出力により前記移動電極の所在位置又は変位量を測定する構成が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
この構成のように２つの電極から得られる信号の比率により位置を検出すると、環境の変化や特に電極間の距離の変化に対しても安定して位置を検出することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６３−４９７２９号。
【特許文献２】
特開平６−２４２４８５号に開示
【特許文献３】
特開平１１−３４４７３８号
【特許文献４】
特開平６−３４１８０５号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２に開示された発明においては、電極間の距離により位置を検出する。電極間の距離はその電極間の静電容量により検出する。この静電容量は、電極間の距離に反比例する。このため、補正レンズの移動量が大きくなると、静電容量の変化が非常に大きくなり、高精度の距離の算出が困難になる。特に、電極間の距離が最も大きくなるところでは、静電容量が小さくなると共に、移動量に対する静電容量の変化が小さくなり、位置の検出が非常に困難になる。
【０００８】
特許文献３に記載された発明においては、電極を構成する基板の数が多くスペース効率が悪く、また、それぞれの電極間の距離を正しく維持しなければならないから、小型化の要望の強いカメラ等に実際に組み込むことに困難が予測される。
【０００９】
特許文献４に開示された方法においては、簡単な構成で安定した位置検出ができるが、複数の電極を有するため、形状が大きくなる。補正レンズを偏心移動させて振れを補正する装置において補正レンズの位置検出のためにこの構成を用いる場合、補正レンズの２次元（縦横２方向）の位置を検出する必要があるので、少なくとも２つのセンサーを設ける必要があり、小型化の要望の強いカメラ等に実際に組み込むことに困難が予測される。
【００１０】
【発明の目的】
本発明は、従来技術の画像安定化レンズや振れ防止機構の上述した問題に鑑みてなされたものであって、補正レンズの位置を簡単な構成の検出装置で高精度に検出して補正レンズの移動量を制御する検出制御系を有する画像安定化レンズを提供することを目的とする。
【００１１】
本発明はまた、補正レンズの二次元的移動を一素子で検出する小型の画像安定化レンズを提供することを目的とする。
本発明はまた、電極間の距離の差によって位置検出するが、周囲の磁力線の影響を受けることなく高精度な補正を行うことができる画像安定化レンズを提供することを目的とする。
【００１２】
本発明はまた、電極を構成する基板の数が少なく、スペース効率が良く、それぞれの電極間の距離を正しく維持することが容易な画像安定化レンズを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明はさらに、簡単な構成の電極を有し、一個の部品として小型にまとめることができる振れセンサーを有する画像安定化レンズを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
像振れ位置を検出する像振れ位置検出部の検出値によって、レンズ鏡筒内に収容された光学系の補正レンズの少なくとも一部を、駆動部によって光軸垂直方向に移動させることによって像振れを補正する画像安定化レンズにおいて、
前記像振れ位置検出部が、前記鏡筒に固着された固定電極と前記補正レンズの支持部材に前記固定電極に対向して取付けられた移動電極からなり、前記固定電極は４個の固定電極要素からなり、前記移動電極は、前記４個の固定電極要素の総面積より小さい面積を有し、
前記像振れ位置検出部が、前記固定電極の中心を挟んで対向する第１対の固定電極要素に信号を印加し、他の第２対の固定電極要素から第１検出信号を取り出し、また第２対の固定電極要素に信号を印加し、第１対の固定電極要素から第２検出信号を取り出し、交互に取り出された第１検出信号と第２検出信号に基づいて像振れ補正信号を連続的に算出し、
前記駆動部が、連続した前記像振れ補正信号によって像振れ補正を連続的に行うことを特徴とする画像安定化レンズである。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下に、本発明の実施形態の画像安定化レンズを図に基づいて説明する。画像安定化レンズ１０は、図１４に示すように、フロントレンズ群１５、バリエータレンズ群１４、第３固定レンズ群１３、及びリアフォーカスレンズ群１２からなり、物体像を撮像素子１１上に形成する。ズーム調製は、バリエータレンズ群１４の光軸Ｏ上の前後移動によりを行う。合焦調製は、リアフォーカスレンズ群１２の光軸Ｏ上の前後移動によりを行う。画像安定化レンズ１０において、像振れの補正は、第３固定レンズ群１３を光軸Ｏに対して垂直方向に移動することすなわち偏心移動により像位置を光軸Ｏに対して直交する方向に移動させることによって行う。
【００１８】
画像安定化レンズ１０に使用する静電容量式位置センサーは、図１に示すように、光軸Ｏに対し垂直になるように鏡筒２０に固定された第１支持部材２２によって支持された固定電極２４と、固定電極２４に対向して配置されレンズ支持枠２６と一体の電極支持体２７に支持された移動電極２８とにより構成される。固定電極２４は、図２及び図３に示すように、４分割されて固定分割電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄによって構成されており、それらの上に絶縁性の保護層３０を設けている。
【００１９】
レンズ支持枠２６には、さらに一対の永久磁石３２、３４が互いに反対向きに配置されている。鏡筒２０に固定された第２支持部材４０には、光軸Ｏに対し垂直になるように固定ヨーク４２が配置されている。固定ヨーク４２に巻かれた銅線４４に通電すると、固定ヨーク４２の上下方向に磁力線が発生して、レンズ支持枠２９の永久磁石３２、３４を光軸Ｏと直交する方向へ移動させる力が発生する。
【００２０】
静電式位置検出の原理は、次のとおりである。図３ないし図５に示すように、距離ｄ離れた電極間の静電容量は、対向する部分の面積をＡとすると
Ｃ＝ε・Ａ／ｄ ・・・・・（１）
で現される。εは誘電率である。距離ｄが均一であるとすると、静電容量は対向する部分の面積で決まる。ｄが各電極に対して同じことが、理論上の条件であるが、実測においてｄの違いは理論値ほど大きくはない。電極に多少の傾きや平面性の欠如があっても理論値ほどには影響しない。
【００２１】
静電容量の比、すなわち対向部の面積比から位置ずれ量を求める方法を次に述べる。図５に示すように移動電極２８が固定電極２４の中央にあるときを基準とし、図６に示すように移動電極２８が横方向にΔx、縦方向にΔｙ、移動したとする。
対角の静電容量の比率が求められるので、対向する部分の面積をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると
Ａ／Ｃ ＝ ｑ ・・・・（２）
Ｂ／Ｄ ＝ ｒ ・・・・（３）
となる、ｑおよびｒは後述する測定により求めることができる静電容量の比である。
【００２２】
図６に示した寸法から（２）および（３）は
式（４）（５）の各辺を掛け合わせると
y1＋Δyおよびy1−Δyが負の値を取ることはないので
次に式（５）の両辺を式（４）の両辺で割ると
x1＋Δxおよびx1−Δxが負の値を取ることはないので
以上のように移動電極の位置ΔｘおよびΔｙを求めることができる。
なお、実際には静電容量を与える要素は対向している電極だけではないので補正が必要である。すべての要素を含めて理論的に計算式を求めることは難しいが、移動電極の位置とそのとき検出される静電容量をいくつかの位置で求めておき、これらの値から二次近似式を作成し位置を求めてもよい。
【００２８】
なお、測定信号を印加する電極と検出する電極の組み合わせは様々であり、検出部が複数あれば、静電容量の比率を得ることができる。図７に示すような４つの電極を用いる場合、対角に位置する電極同士を信号の印加と信号の検出に使うことができる。図３においては、電極２４ａ、２４ｂに信号を印加し電極２４ｂ、２４ｄで信号を検出し、Ｂ、Ｄの静電容量比を検出することと、電極２４ｂ、２４ｄに信号を印加し電極２４ａ、２４ｃで信号を検出し、Ａ、Ｃの静電容量比を検出することである。
【００２９】
電極の形状は、角形だけでなく図７ないし図９に示すように、固定電極１２４（１２４ａないし１２４ｄ）及び移動電極１２８のように円形であっても差し支えない。移動電極と対向する部分の面積を求める理論式は、角形電極に比較して複雑になるが、前記と同様に、実測値から近似式を作成し、この近似式により求めてもよい。
静電容量の検出は、例えば特許文献４に開示されているように、信号供給電極に正弦波を加えて、電流量を検出するようにすることもできる。特許文献４に開示されている方法を用いる場合、電極２４ａ、２４ｂに正弦波信号を加え電極２４ｂ、２４ｄで信号を検出し、Ｂ、Ｄの静電容量比を検出することと、電極２４ｂ、２４ｄに正弦波信号を加え電極２４ａ、２４ｃで信号を検出し、Ａ、Ｃの静電容量比を検出することを時分割で行うことにより、２方向の位置が検出できる。
【００３０】
図１０に示す検出回路は、正弦波ではなく方形波信号を供給して、静電容量を検出するものである。ＲＥＦ−１及びＲＥＦ−２の信号は基準となる２つの電圧Ｌｏｗ，Ｈｉｇｈの間を変位するパルスを出力する信号である。また、ＳＷ−ａ、ＳＷ−b、ＳＷ−ｃ、ＳＷ−ｄはアナログスイッチである。また、各オペアンプＵａ，Ｕｂ，Ｕｃ，Ｕｄの入力側に設けられた抵抗は、積分を安定的に行うものであり、適切な抵抗値の範囲内にあれば得られる値に影響しない。
積分コンデンサＣ0aないしＣ0dのＮＡ容量は、検出電極の容量により適切な値に定めるとよい。例えば、検出する容量の最大値程度としておく。
【００３１】
図１０に示す検出回路の作動は、次のとおりである。
（１）まず、電極２４ａと２４ｃを供給側とし、電極２４ｂと２４ｄが検出側になるようにする。
（２）ＳＷ−a、ＳＷ−cをｏｎとし、ＳＷ−b、ＳＷ−dをｏｆｆとする。ＳＷ−a、ＳＷ−cがｏｎされることにより、積分コンデンサＣ0a、Ｃ0cを放電する。オペアンプＵａ，Ｕｃの入出力は、それぞれＲＥＦ−１と同電位となる。ＲＥＦ−１はまだＬｏｗレベルにあるので、抵抗Ｒを介して接続されている電極２４ａと２４ｃもＬｏｗとなる。
【００３２】
（３）この状態で、オペアンプＵｂおよびＵｄの出力電圧ＯＵＴ-b、ＯＵＴ-dを測定しておく。
（４）スイッチＳＷ−a、ＳＷ−b、ＳＷ−c、ＳＷ−dの電位の安定を図るため、暫時経過させた後、ＲＥＦ−１はＬｏｗからＨｉｇｈへ切り替わる。これにより、オペアンプＵａおよびＵｂの出力を通して電極２４ａおよび２４ｃの電位もＬｏｗからＨｉｇｈへ切り替わる。この結果、電極２４ａおよび２４ｃと電極２４ｂの静電容量、電極２４ａおよび２４ｃと電極２４ｄの静電容量に比例する電荷が、オペアンプＵｂおよびＵｄの入力端子へ流れる。オペアンプＵｂおよびＵｄは、積分コンデンサＣ0b、Ｃ0dとともに積分器を構成しているので、流入した電荷に比例した電圧をＯＵＴ−bおよびＯＵＴ−dを発生する。
【００３３】
（５）積分が十分完了する時間をおいてからオペアンプＵｂおよびＵｄの出力電圧ＯＵＴ-b、ＯＵＴ-dを測定する。前記（３）における測定電圧との差が検出された静電容量となる。
（６）この間にオペアンプＵａおよびＵｃで構成される積分器の積分電荷はスイッチＳＷ−a、ＳＷ−cがｏｎとなっていることにより、排出されている。
【００３４】
（７）電極２４ａと２４ｃを検出側とし、電極２４ｂと２４ｄが供給側になるようにする。ＳＷ−a、ＳＷ−cをｏｆｆＯとし、ＳＷ−b、ＳＷ−dをｏｎとする。ＳＷ−b、ＳＷ−dがｏｎされることにより、積分コンデンサＣ0b、Ｃ0dを放電し、オペアンプＵｂ、Ｕｄの入出力はそれぞれＲＥＦ−２と同電位となる。ＲＥＦ−２はまだＬｏｗレベルにあるので，電極２４ｂと２４ｄはＬｏｗとなる。
（８）この状態で、オペアンプＵａおよびＵｃの出力電圧ＯＵＴ-a、ＯＵＴ-bを測定しておく。
【００３５】
（９）スイッチＳＷ−a、ＳＷ−b、ＳＷ−c、ＳＷ−dの電位の安定を図るため、暫時経過させた後、ＲＥＦ−２はＬｏｗからＨｉｇｈへ切り替わる。これにより、電極２４ｂおよび２４ｄと電極２４ａの静電容量、電極２４ｂおよび２４ｄと電極２４ｃの静電容量に比例する電荷がオペアンプＵａおよびＵｃの−入力側に流れる。オペアンプＵａおよびＵｃはコンデンサＣ0a、Ｃ0cとともに積分器を構成しているので、流入した電荷に比例した電圧がＯＵＴ-aおよびＯＵＴ-cに発生する。
（１０）積分が完了する時間を置いてから、オペアンプＵａおよびＵｃの出力電圧ＯＵＴ-a、ＯＵＴ-cを測定する。前記（８）における測定電圧との差が検出された静電容量となる。
【００３６】
（１１）この間にオペアンプＵｂおよびＵｄで構成される積分器の積分電荷は，スイッチＳＷ-b、ＳＷ-dがｏｎとなっているから、出力される。
（１２）このようにして求められた電極２４ａと２４ｃの静電容量の比率、及び電極２４ｂと２４ｄの静電容量の比率から、電極２４の位置を求める方法は前述のとおりである。
【００３７】
類似の静電容量の検出方法として、移動電極を安定的に接地しておくことが可能である場合には、４つの電極の静電容量を時分割せずに同時に検出することが可能である。３つの電極であっても位置の検出は可能である。
【００３８】
図１２に示すように、移動電極２８ａを回路グランドと共通に接地するように検出回路を構成すると、次のように検出電極の構成する容量が検出できる。
すなわち、ＲＥＦ信号としてパルス信号を加えると、移動電極２８と固定電極２４ａないし２４ｄの構成する静電容量Ｃａ〜Cｄによって、図１３に示す信号が得られる。ここで得られる信号の振幅は、次の特性を示す。
位置の計算は各静電容量Ｃａ〜Cｄの比率により求められるので、ＥaないしＥd信号の測定はピークでなく信号が安定した時点で測定してもよい。得られたＣａないしCｄの比率から位置を求める方法は、前述の通り近似式を使用する。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の画像安定化レンズにおいては、補正レンズの位置を簡単な構成の検出装置で高精度に検出して補正レンズの移動量を制御することができる効果を有する。
本発明はまた、補正レンズの二次元的移動を小型の一素子で検出できる効果を有する。
【００４１】
本発明はまた、電極間の距離の差によって位置検出するが、周囲の磁力線の影響を受けることなく高精度な補正を行うことができる効果を有する。
本発明はまた、検出電極の回転規制を機械的に行わず、高精度な振れ量の検出をすることができる効果を有する。
本発明はまた、電極を構成する基板の数が少なく、スペース効率が良く、それぞれの電極間の距離を正しく維持することが容易な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の説明図である。
【図２】 本発明の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の拡大説明図である。
【図３】 本発明の実施態様の検出制御系の固定電極の平面図である。
【図４】 本発明の実施態様の検出制御系の移動電極の平面図である。
【図５】 本発明の実施態様の検出制御系の移動電極と固定電極の正対位置関係の説明図である。
【図６】 本発明の実施態様の検出制御系の移動電極と固定電極の偏心位置関係の説明図である。
【図７】 本発明の他の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の丸形固定電極の平面図である。
【図８】 本発明の他の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の丸形移動電極の平面図である。
【図９】 本発明の他の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の丸形固定電極の平面図である。
【図１０】 本発明の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の検出回路図である。
【図１１】 本発明の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の検出回路の駆動信号を示すタイミング図である。
【図１２】 本発明の他の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の検出回路図である。
【図１３】 本発明の他の実施態様の補正レンズ振れ検出制御系の検出回路の駆動信号を示すタイミング図である。
【図１４】 本発明の実施態様の画像安定化レンズの光学図である。
【符号の説明】
１０ 画像安定化レンズ
１１ 物体像を撮像素子
１２ リアフォーカスレンズ群
１３ 第３固定レンズ群
１４ バリエータレンズ群
１５ フロントレンズ群
２０ 鏡筒
２２ 第１支持部材
２４ 固定電極
２６ レンズ支持枠
２８ 移動電極
２４ａ〜２４ｄ 固定分割電極
３０ 保護層
３２，３４ 永久磁石
４０ 第２支持部材
４２ 固定ヨーク
Claims (1)
- 像振れ位置を検出する像振れ位置検出部の検出値によって、レンズ鏡筒内に収容された光学系の補正レンズの少なくとも一部を、駆動部によって光軸垂直方向に移動させることによって像振れを補正する画像安定化レンズにおいて、
前記像振れ位置検出部が、前記鏡筒に固着された固定電極と前記補正レンズの支持部材に前記固定電極に対向して取付けられた移動電極からなり、前記固定電極は４個の固定電極要素からなり、前記移動電極は、前記４個の固定電極要素の総面積より小さい面積を有し、
前記像振れ位置検出部が、前記固定電極の中心を挟んで対向する第１対の固定電極要素に信号を印加し、他の第２対の固定電極要素から第１検出信号を取り出し、また第２対の固定電極要素に信号を印加し、第１対の固定電極要素から第２検出信号を取り出し、交互に取り出された第１検出信号と第２検出信号に基づいて像振れ補正信号を連続的に算出し、
前記駆動部が、連続した前記像振れ補正信号によって像振れ補正を連続的に行うことを特徴とする画像安定化レンズ。
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