JP5383734B2 - 像ブレ補正装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、手振れなどによる像ブレを光学的に補正する像ブレ補正技術に関するものである。

従来、手持ち撮影での手振れ等による像ブレを補正するため、撮像光学系に含まれる一部のレンズ（補正レンズ）、または撮像素子を移動させる機構を備えた像ブレ補正装置が知られている。補正レンズや撮像素子を、撮像光学系の光軸に対して垂直な平面内で第１の方向および該方向に直交する第２の方向に移動させることにより、像ブレを解消する制御が行われる。
特許文献１には、カメラの光軸を回転軸とする傾きを傾斜センサで検出し、撮像素子を回動させる回動機構を備えた装置が開示されている。この構成では、軸と軸受穴の関係（特許文献１の実施例に示すベアリング２２参照）によって撮像素子を保持して回動させる。この軸と軸受穴との嵌合にて生じるガタにより、撮像素子を支持する回動部材が筐体に対して光軸に直交する方向に移動する。そこで、特許文献２に示す振れ補正装置では、回動部材である回転枠ユニット１２０に対して第１回転駆動部１８０と第２回転駆動部１９０を備える。この構成では、第１回転駆動部１８０による第１回転力ＲＦ１の方向が、第２回転駆動部１９０による第２回転力ＲＦ２の方向とは異なるように制御し、各方向の回転力の合力によって軸受の隙間を無くしている。

特開平０６−０３０３２７号公報 特開２０１０−１２８３８６号公報

従来の構成では、撮像素子を回動させる際に、その回転中心の変位を抑制して像ブレを最小限に抑えることが難しいという課題がある。前記特許文献２に示される構成では、撮像素子を回動させる第２回転力が第１回転力によって妨げられることになる。つまり、第１回転力による回転力の減少に打ち勝つだけの第２回転力をもつ駆動部が必要となるので、装置が大型化し、また大きな電力が必要となる。
そこで、本発明の目的は、単純な構成で装置の大型化を伴わずに、撮像素子を回動させる際、回動中心の変位による像ブレを抑えることである。

上記課題を解決するために本発明に係る装置は、装置に加わる振れを検出し、撮像素子をその撮像面と直交する軸を中心に回動させる機構により像ブレを補正する像ブレ補正装置であって、前記撮像素子を保持する回動部材と、前記回動部材を回動可能に保持するベース部材と、前記回動部材と前記ベース部材とを近づける方向に付勢する付勢部材と、前記回動部材および前記ベース部材に当接した状態で前記回動部材を前記ベース部材に対して回動可能に支持する支持部材と、前記回動部材および前記ベース部材にて前記撮像素子の中心に関して対称に設けられて前記回動部材を光軸回りの方向に駆動する少なくとも２つの駆動部を備える。前記回動部材又は前記ベース部材は、前記撮像面と直交する軸上に頂点を有する円錐側面の一部をなす当接面を有し、前記当接面と前記駆動部は前記撮像素子の中心から周方向に見て重なる位置に配置される。

本発明によれば、単純な構成で装置の大型化を伴わずに、撮像素子が回動する際、回動中心の変位による像ブレを抑えることができる。

本発明の実施形態に係る像ブレ補正装置を用いた撮像装置の要部を模式的に示す図である。 図１の第２補正ユニット２１を示す分解斜視図である。 図１の第２補正ユニット２１を背面側から見た場合の図である。 図２の回動部材３を正面側から見た場合の斜視図である。 図２のベース部材５を背面側から見た場合の斜視図（Ａ）と、Ａ−Ａ線に沿う断面にて回動部材３、ベース部材５、ボール７の関係を示す図（Ｂ）である。 図５のベース部材５の詳細図である。

以下に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る像ブレ補正装置を用いた撮像装置の要部を模式的に示す。像ブレ補正装置は、装置筺体の振れによって生じる画像ブレを補正する装置であり、以下では撮像装置として、レンズ鏡筒１０とカメラ本体２０を有するデジタルスチルカメラを例にして説明する。
レンズ鏡筒１０は第１補正ユニット１１を備える。第１補正ユニット１１は補正レンズＬ１および固定レンズＬ２を有し、光軸（図のО軸参照）に垂直な平面内で補正レンズＬ１を直線的にシフト移動させる。これにより、像ブレのシフト（直線）方向における補正が行われる。なお、レンズ鏡筒１０は、補正レンズＬ１および固定レンズＬ２の他、これらのレンズとともに撮像光学系を形成する不図示のレンズ群を備えるが、図示および説明は省略する。
カメラ本体２０は、第２補正ユニット２１と駆動制御部３０を備える。第２補正ユニット２１は、撮像素子１を固定している回動部材３と、ベース部材５を有し、光軸Оを中心とする回動部材３の駆動制御によって、像ブレに係る回転方向の補正を行う。なお、第２補正ユニット２１の詳細については後述する。駆動制御部３０は、姿勢検出部２２から検出信号を取得し、像ブレを抑制するために補正レンズＬ１のシフト移動に係る駆動制御および回動部材３の回動に係る駆動制御を行う。なお、姿勢検出部２２はカメラ本体２０の姿勢を検出するセンサを有しており、既知の方法で装置の姿勢を検出する。
本実施形態の像ブレ補正装置は、撮像素子１を光軸Оと垂直な平面内において、光軸Оを中心として回動させることにより、手振れ等により光軸Оと平行な軸を中心とした、回転方向の振れによって生じる像ブレを補正する。

図２乃至６を用いて、本実施形態の像ブレ補正装置を詳細に説明する。なお、以下では装置を基準として被写体側を正面側および前方とし、その反対側を背面側および後方とする。
第２補正ユニット２１は、撮像素子１の固定プレート２と、回動部材３およびマグネット４Ａ、４Ｂと、ベース部材５およびコイル６Ａ、６Ｂを備える。
撮像素子１は、レンズ鏡筒１０を用いた撮像光学系を通して被写体を撮像して電気信号に変換する光電変換素子である。撮像素子１にはＣＣＤ（Charge Coupled Device）型やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型のイメージセンサなどが使用される。固定プレート２は、撮像素子１を固定する板金であり、撮像素子１の保持部２ａと、回動部材３への取り付け部２ｂ、２ｃ、２ｄを有する。
回動部材３は後述のベース部材５に対して回動する部材であり、撮像光学系からの光を通過させる開口部３ａ（図４参照）を有する。回動部材３には撮像素子１を保持した固定プレート２を受け入れる配置用スペースが設けられている。固定プレート２の取り付け部２ｂ、２ｃ、２ｄは、回動部材３にてそれぞれ対応する部分３ｂ、３ｃ、３ｄにおいてビスによる締結で固定される。回動部材３には、その中心軸を挟んで互いに反対側にマグネット４Ａと４Ｂがそれぞれ固定されている。回動部材３の外周縁にて中心軸の回りに１２０度の角度間隔で位置する３箇所の部分には、後述の引っ張りばね８を係止するためのフック部３ｅ、３ｆ、３ｇがそれぞれ形成されている。回動部材３の正面には、後方を向いた突出部に当接面３ｈ、３ｉ、３ｊ（図４参照）がそれぞれ形成されている。これらの当接面は、撮像面に直交する軸（本例では光軸）上に頂点をもつ円錐側面の一部をなしており、後述のボール７との接触面となっている。

ベース部材５はレンズ鏡筒１０に取り付けた状態でカメラ本体２０に固定される部材である。中央には被写体像の光を遮らないように開口部５ａが形成されており、その周囲には、ボール７を収納するボール受け溝５１が１２０度の角度間隔で３箇所設けられている。回動部材３のフック部３ｅ、３ｆ、３ｇに対応する位置には、後述の引っ張りばね８を係止するためのばね掛け部として、フック部５ｇ、５ｈ、５ｉ（図５（Ａ）参照）がそれぞれ設けられている。
ボール７は、回動部材３をベース部材５に対して回動可能に支持する支持部材である。ボール７は回動部材３とベース部材５に対して当接した状態で使用する球形状の部品であり、セラミックなどの非磁性体によって形成される。図５（Ｂ）および図６に示すように、ボール受け溝５１はラジアル規制壁５１ａとスラスト規制壁５１ｂを有する。ラジアル規制壁５１ａは、ボール７に対して、光軸Оを中心とする径方向における位置を規制する第１の規制壁である。また、スラスト規制壁５１ｂは、ボール７に対して、光軸Оに平行な方向における位置を規制する第２の規制壁である。さらには、図６に示すようにボール受け溝５１にて、光軸Оを中心とする周方向の幅（Ｗと記す）は、次のような関係になっている。光軸Оを中心とする半径Ｒの位置をボール７の当接位置とし、この位置における撮像素子１および回動部材３の可動幅（回動方向の幅）をＡとし、ボール７の外径（直径）をＤとするとき、Ｗは以下の不等式を満たす。

なお、上式については後で詳述する。

図５（Ａ）に示すベース部材５には、コイル６Ａ、６Ｂを取り付けるための開口部５ｅ、５ｆがそれぞれ形成されている。開口部５ｅ、５ｆは開口部５ａの中心に関して互いに反対側に位置しており、ボビンに銅線を巻きつけたコイル６Ａ、６Ｂがそれぞれ固定され、前述のマグネット４Ａ、４Ｂに対して所定の間隔をもって対向して設置される。
付勢部材としての引っ張りばね８は、回動部材３とベース部材５を近づける方向に付勢する。本実施形態では３つの引っ張りばね８を、フック部３ｅと５ｇとの間、フック部３ｆと５ｈの間、フック部３ｇと５ｉの間にそれぞれ掛け渡して使用している。
本実施形態の回動部材３を駆動させるメカニズムの詳細な説明については割愛するが、駆動制御部３０からコイル６Ａ、６Ｂに電流を流すことによって磁力が発生し、これらと対向するマグネット４Ａ、４Ｂが磁力によって移動することで、回動部材３が駆動される。本例では、コイル６Ａ、６Ｂとマグネット４Ａ、４Ｂを用意し、２つの駆動部、つまりマグネット４Ａおよびコイル６Ａからなる第１の駆動部と、マグネット４Ｂおよびコイル６Ｂからなる第２の駆動部を使用する。第１の駆動部と第２の駆動部は光軸Оを中心にして対称的に設けられている。なお、これに限られるものではなく、駆動部の数や配置等は仕様に応じて変更可能である。
撮像素子１および回動部材３の駆動制御は、第１および第２の駆動部にそれぞれローレンツ力を発生させることで行われる。例えば、図３のように撮像素子１を時計回り方向に回転させる場合、第１の駆動部はＦ１の方向に、また第２の駆動部はＦ２の方向に力が働くように駆動制御部３０が制御する。力の向きは、各駆動部と回動部材３の回動中心を結ぶ線分に対して直交する方向である。撮像素子１および回動部材３を図３の反時計回り方向に回転させたい場合には、駆動制御部３０が上記とは逆方向に駆動力が働くよう各駆動部を制御する。

図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ−Ａ断面を示す模式図であり、回動部材３とベース部材５とボール７の関係を示す。組み立て時には、作業者がベース部材５の各ボール受け溝５１内にそれぞれボール７を挿入し、規制壁５１ａおよび５１ｂと当接面（図には３ｈを例示する）の間でボール７を挟み込むようにして回動部材３を設置する。さらにベース部材５と回動部材３を押しつけるようにして、付勢部材（３本の引っ張りばね８）の取り付け作業が行われる。ボール７は当接面３ｈに当接し、引っ張りばね８の付勢力によって、ｆ１に示す方向の押圧力が生ずる。ｆ２に示す方向の力はボール７をスラスト規制壁５１ｂに押しつける力に対する抗力を表し、またｆ３に示す方向の力はボール７をラジアル規制壁５１ａに押しつける力に対する抗力を表す。ラジアル規制壁５１ａは、回動中心である光軸Оを中心とする円筒面の一部である。図６に示すように回動部材３は、ボール７が半径Ｒを維持した状態で光軸Оを中心に回動可能である。
上記の構成により、ベース部材５に対して回動部材３はボール７の転がりによって回動可能に支持されるとともに、両者の間にガタなく保持される。よって撮像素子１および回動部材３は駆動中、スムーズに回動可能である。また、ラジアル規制壁５１ａおよびスラスト規制壁５１ｂを有するボール受け溝５１をベース部材５に形成したことによって、組立時にはボール７が確実に溝内に待機可能であり、ボール７が挟み込まないままで組み立てが行われないように防止できる。さらには、回動部材３の当接面３ｈ、３ｉ、３ｊを形成する部分は、その一部がボール受け溝５１内に挿入されて規制壁５１ａ、５１ｂとの間でボール７を挟み込んだ状態となる。よって、予期しない衝撃力等により、ベース部材５から回動部材３を引き離す方向への力が多少加わったとしても、ボール７がボール受け溝５１から外れて出ないように防止できる。

ボール受け溝５１の幅Ｗは、前記（式１）を満たすように定義される。図６に示すように、回動部材３の可動幅Ａは、撮像素子１および回動部材３が回動可能な角度θと、回転半径Ｒから求まる（Ａ＝Ｒ×θ）。ボール受け溝５１の幅Ｗは、Ａの２分の１に、ボール７の直径Ｄを加算した値以上となるように設定されている。図５（Ｂ）に示すように、回動部材３はベース部材５とともにボール７を挟んで、転がり摩擦によって相対的に回動可能な状態で保持されている。撮像素子１および回動部材３の回動中にボール７がそれまで接触していなかったボール受け溝５１の壁面に衝突するようなことがあると、ボール７は転がり難くなるため、壁面への衝突の前後での接触抵抗が急変する。これは安定した駆動を妨げ、回動部材３のスムーズな動きに影響を及ぼすおそれがある。そこで、撮像素子１の可動範囲内においては、ボール７が転がっても壁面に衝突することがないよう、ボール受け溝５１の幅Ｗを十分な寸法にする必要がある。そのための条件式が（式１）であり、Ｗ値の下限を規定している。なお、Ｗ値の上限は他の部材との位置関係や設計および仕様等に応じた別の条件によって規定される。
撮像装置にて姿勢検出部２２はカメラ本体２０の姿勢を検出し、姿勢検出信号を駆動制御部３０に出力する。駆動制御部３０は姿勢変化に伴って生じる像ブレを抑制するように、補正レンズＬ１の駆動制御および回動部材３の駆動制御を行う。撮像素子１および回動部材３の駆動制御において姿勢検出部２２はカメラ本体２０についての、光軸Оと平行な軸に対する回転方向の姿勢を検知する。駆動制御部３０は、この回転方向の変化により生じる像ブレを補正するために、前記第１および第２の駆動部を制御する。
本実施形態によれば、円錐側面の一部をなす当接面（３ｈ、３ｉ、３ｊ）とボール７とを付勢部材（引っ張りばね８）の力によって当接させ、ベース部材５に対する回動部材３の光軸方向におけるガタおよび光軸に直交する方向におけるガタを無くすことができる。したがって、ガタつき等によって回動部材３が不用意に変位し、像ブレ補正に影響を及ぼさないように防止できる。

［変形実施形態］
本発明は以上に説明した実施形態に限定されることなく、下記に示す種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）前記実施形態では、撮像素子の移動は回動のみ行うものとし、直線方向の移動は補正レンズＬ１によって行うものとした。これに限らず、ボール受け溝５１を有するベース部材５そのものが直線方向にシフト動作可能な部材であって、かつ撮像素子１の回動およびシフト方向の移動により像ブレ補正が行われる構成でもよい。
（２）前記実施形態とは当接面（３ｈ、３ｉ、３ｊ）と溝部（ボール受け溝５１）の関係を逆にした構成も可能である。つまり、ベース部材５に設けた当接面が、撮像面と直交する軸上に頂点を有する円錐側面の一部をなし、回動部材３には第１および第２の規制壁を有する溝部が設けられた構成である。
（３）前記実施形態では、ベース部材５にコイル６Ａ、６Ｂを設け、回動部材３にマグネット４Ａ、４Ｂを設けた電磁機構を例示したが、これに限らず、マグネットとコイルの関係を逆転した構成でも構わない。つまり、ベース部材５にマグネットを設け、回動部材３にコイルを設けた電磁機構である。
（４）撮像素子および回動部材３の回動中心は光軸Оと一致するものしたが、中心位置はこれに限るものではなく、必要に応じて別の位置に設定してもよい。
（５）前記実施形態では、ベース部材５に対して回動部材３を支持部材としてのボール７（可動部材）で支持している。しかしながら、ベース部材５に対して回動部材３が点接触で支持される構成であれば、ボール７は転動可能である必要はない。例えば、ボール７がベース部材５の一部に固定され、ボール７の球面上を回動部材３が摺動する形態でも構わないし、ボールではなく錘状などの形状であってもよい。要は、円錐側面の一部をなす当接面に対して支持部材をガタ無く接触させることができれば形状等の如何は問わない。
なお本発明は、静止画撮影を主目的とするデジタルスチルカメラに限らず、フィルム式カメラや、動画撮影を主目的とするビデオカメラ、他の種類の撮像装置に幅広く適用できる。

１ 撮像素子
３ 回動部材
４Ａ，４Ｂ マグネット
５ ベース部材
６Ａ，６Ｂ コイル
７ ボール
８ 引っ張りばね
２１ 第２補正ユニット
２２ 姿勢検出部
３０ 駆動制御部
５１ ボール受け溝

Claims (8)

1. 装置に加わる振れを検出し、撮像素子をその撮像面と直交する軸を中心に回動させる機構により像ブレを補正する像ブレ補正装置であって、
   前記撮像素子を保持する回動部材と、
   前記回動部材を回動可能に保持するベース部材と、
   前記回動部材と前記ベース部材とを近づける方向に付勢する付勢部材と、
   前記回動部材および前記ベース部材に当接した状態で前記回動部材を前記ベース部材に対して回動可能に支持する支持部材と、
   前記回動部材および前記ベース部材にて前記撮像素子の中心に関して対称に設けられて前記回動部材を光軸回りの方向に駆動する少なくとも２つの駆動部を備え、
   前記回動部材又は前記ベース部材は、前記撮像面と直交する軸上に頂点を有する円錐側面の一部をなす当接面を有し、前記当接面と前記駆動部は前記撮像素子の中心から周方向に見て重なる位置に配置されることを特徴とする像ブレ補正装置。
2. 前記支持部材は球形状の可動部材であることを特徴とする請求項１記載の像ブレ補正装置。
3. 前記回動部材又は前記ベース部材は、前記撮像面に平行な方向にて前記支持部材の移動を規制する第１の規制壁を有することを特徴とする請求項２記載の像ブレ補正装置。
4. 前記回動部材又は前記ベース部材は、前記撮像面に直交する方向にて前記支持部材の移動を規制する第２の規制壁を有することを特徴とする請求項３記載の像ブレ補正装置。
5. 前記回動部材又は前記ベース部材は、前記第１の規制壁および前記第２の規制壁を有する溝部を有し、
   前記付勢部材の付勢力によって、前記溝部に位置する前記支持部材を前記当接面および前記第１の規制壁または前記第２の規制壁に当接させることを特徴とする請求項４記載の像ブレ補正装置。
6. 前記回動部材の回動方向における前記溝部の幅をＷとし、前記回動部材が前記支持部材と当接する位置での当該回動部材の可動幅をＡとし、前記支持部材の外径をＤとするとき、
   Ｗ≧（１／２）×Ａ＋Ｄ
   の関係を満たすことを特徴とする請求項５記載の像ブレ補正装置。
7. 前記当接面の形成された部分は、その一部が前記溝部に挿入された状態で前記支持部材に当接していることを特徴とする請求項５または請求項６記載の像ブレ補正装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項記載の像ブレ補正装置と、
   装置の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
   前記姿勢検出手段からの検出信号を取得して前記像ブレ補正装置の駆動部を制御する駆動制御手段を備えることを特徴とする撮像装置。
   

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