JP2010011302A - ブレ補正装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度なブレ補正を実現できるブレ補正装置および光学機器を提供する。
【解決手段】固定部材３４に対して移動方向に相対移動可能な移動部材３２と、移動部材３２に駆動力を与える駆動部材４０ａ，４０ｂと、固定部材３４に対する移動部材３２の相対位置を検出する位置センサ４２ａ，４２ｂと、位置センサ４２ａ，４２ｂの較正をするときに、重力方向に対する移動部材３２の移動方向に応じて、駆動部材４０ａ，４０ｂの駆動力を制御する制御部とを有するブレ補正装置。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、ブレ補正装置および光学機器に関する。

手振れなどによる撮像画像のブレを抑制することができるブレ補正装置としては、種々のものが知られている。たとえば、下記の特許文献１に示すように、光軸Ｚに垂直なＸ−Ｙ平面内で、補正レンズを、検出されたカメラのブレに合わせて、Ｘ軸およびＹ軸の双方にシフト移動させる光学式のブレ補正装置が知られている。

このような光学式のブレ補正装置においては、装置の小型化のために、駆動用コイルと位置検出用ホール素子との距離が近くなり、ホール素子から検出される検出信号に、駆動用コイルの電流に基づくクロストーク信号が重畳され、位置検出の精度が低下するおそれがある。駆動用コイルの電流に基づくクロストーク信号は、駆動用コイルへの通電時のデューティ比に比例して大きくなる。
特開２００７−１２１５１８号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、高精度なブレ補正を実現できるブレ補正装置および光学機器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るブレ補正装置は、
固定部材（３４）に対して移動方向に相対移動可能な移動部材（３２）と、
前記移動部材（３２）に駆動力を与える駆動部材（４０ａ，４０ｂ）と、
前記固定部材（３４）に対する前記移動部材（３２）の相対位置を検出する位置センサ（４２ａ，４２ｂ）と、
前記位置センサ（４２ａ，４２ｂ）の較正をするときに、重力方向に対する前記移動部材（３２）の移動方向に応じて、前記駆動部材（４０ａ，４０ｂ）の駆動力を制御する制御部（１４）とを有する。

前記制御部（１４）は、前記移動部材（３２）の前記移動方向に含まれる前記重力方向の成分に応じて、前記駆動部材（４０ａ，４０ｂ）の前記駆動力を制御することが好ましい。たとえば前記制御部（１４）は、前記移動部材（３２）の前記移動方向に含まれる前記重力方向の成分が大きいほど、前記駆動部材（４０ａ，４０ｂ）の前記駆動力が小さくなるように制御しても良い。

本発明に係るブレ補正装置では、位置センサ（４２ａ，４２ｂ）の較正（キャリブレーション）を行う際に、重力方向（Ｇ）に対する移動部材の移動方向に応じて、駆動部材（４０ａ，４０ｂ）の駆動力（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）を制御できる。そのため、例えば小さな駆動力（例えば、必要最小限の駆動デューティ比）で、移動部材（３２）を位置決め部材（３７）に当接させることが可能になり、クロストーク信号の発生を極力抑制することができる。その結果として、位置センサ（４２ａ，４２ｂ）のより正確なキャリブレーションが可能になり、高精度なブレ補正制御を実現することができる。

本発明のブレ補正装置は、前記固定部材（３４）に備えられ前記移動部材（３２）の位置決めをする位置決め部材（３７）をさらに有することが好ましく、
前記制御部（１４）は、前記位置センサ（４２ａ，４２ｂ）の較正をするときに前記移動部材（３２）を前記位置決め部材（３７）に当接させる。移動部材（３２）が位置決め部材（３７）に接触している位置は、基準となる既知の位置なので、その位置における磁気センサ（４２ａ，４２ｂ）の出力信号を較正することで、磁気センサ（４２ａ，４２ｂ）の正確なキャリブレーションが可能になる。

前記制御部（１４）は、前記移動部材（３２）が前記位置決め部材（３７）に当接した後、前記磁気センサ（４２ａ，４２ｂ）の出力が安定するまでの所定時間経過後に、前記駆動部材（４０ａ，４０ｂ）への通電を停止してもよい。通電を停止することで、クロストークを防止することができる。

前記位置センサ（４２ａ，４２ｂ）としては、特に限定されないが、たとえば磁気センサである場合に、本発明の作用効果が大きい。また、前記位置センサ（４２ａ，４２ｂ）の検出軸の方向（Ａ，Ｂ）は、前記位置センサの較正を行う際の前記移動部材（３２）の前記移動方向に略平行であることが好ましい。位置センサ（４２ａ，４２ｂ）の検出軸の方向を、前記移動方向と略平行にすることで、位置センサ（４２ａ，４２ｂ）の検出信号と、移動部材（３２）の移動位置との相関関係が取りやすく、位置センサ（４２ａ，４２ｂ）の正確なキャリブレーションが可能になる。

前記駆動部材は、前記固定部材（３４）及び前記移動部材（３２）の一方に備えられた駆動磁石（３８ａ，３８ｂ）と、前記固定部材（３４）及び前記移動部材（３２）の他方に備えられ前記駆動磁石（３８ａ，３８ｂ）と協同して前記駆動力を発生させる駆動コイル（４０ａ，４０ｂ）とを有することが好ましい。駆動部材として用いる駆動用磁石（３８ａ，３８ｂ）と、磁気センサ（４２ａ，４２ｂ）による位置検出用の磁石とを同じ磁石で兼ねることが可能になり、装置の小型化を図ることができる。

好ましくは、前記移動部材（３２）は、像振れを補正するための光学系を含む。光学系を移動させることで、像ブレの補正が可能になる。あるいは、前記移動部材（３２）は、光学系による像を撮像する撮像素子を含んでもよい。本発明に係る光学機器は、上記のブレ補正装置を含む。

なお、上述の説明では、本発明をわかりやすく説明するために、実施形態を示す図面の符号に対応つけて説明したが、本発明は、これに限定されるものでない。後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。更に、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るカメラの概略図、
図２Ａは図１に示す手振れ補正部の概略分解斜視図、
図２Ｂは図２Ａに示す可動部の平面図、
図２Ｃは図２Ａに示す手振れ補正部の概略断面図、
図２Ｄはメカリミットの説明図、
図３Ａは図１に示すＣＰＵが処理するキャリブレーションの全体フローチャート図、
図３Ｂは図３Ａに示すフローチャートの一部を示す部分フローチャート図、
図３Ｃは図３Ａに示すフローチャートの他の一部を示す部分フローチャート図、
図４Ａはクロストークの影響を示すタイムチャート図、
図４Ｂは可動部のチルトを示すタイムチャート図、
図５Ａおよび図５Ｂはキャリブレーション時にクロストークにより誤差が発生したことを示すグラフ、
図６はメカリミットに対する可動部の移動位置と必要駆動力の関係を示す概略図、
図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は各移動位置での自重方向に対する駆動軸の傾きθと必要駆動力の関係を示すグラフ、
図８はキャリブレーションの成功例を示すグラフ、
図９は本発明の他の実施形態に係るキャリブレーションの全体フローチャート図、
図１０は図９に示すキャリブレーションの効果を示すグラフである。
第１実施形態

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るカメラ１は、いわゆるコンパクトカメラであり、カメラボディ１ａとレンズ鏡筒２とが一体化してある。レンズ鏡筒２は、対物側から順に、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群（ブレ補正レンズ群）Ｌ３を配列して構成された撮像光学系を備えている。また、この実施形態のカメラ１では、第３レンズ群Ｌ３の背後（像面側）に、シャッタ４およびＣＣＤ，ＣＭＯＳなどの撮像素子３を具備してある。

第１レンズ群Ｌ１は、撮像光学系のうち最も対物側に設けられ、駆動機構６により光軸Ｚに沿って移動自在に駆動され、ズーミングが可能になっている。第２レンズ群Ｌ２は、駆動機構８により光軸Ｚに沿って移動自在に駆動され、フォーカシングが可能になっている。

第３レンズ群（ブレ補正レンズ群）Ｌ３は、ブレ補正装置３０の一部を構成するものである。このブレ補正装置３０の構成、機能については後に詳しく説明する。第３レンズ群Ｌ３は、他のレンズ群に対して、光軸Ｚと直交する面内でシフト変位することによって、カメラの動きに起因する像ブレを低減する。

シャッタ４および図示省略してある絞り機構は、カメラの露光を制御するように駆動機構１０により駆動される。撮像素子３は、撮像光学系が撮像面上に結像する被写体像の光に基づいて、電気的な画像出力信号を生成し、その信号は、信号処理回路１６で、Ａ／Ｄ変換やノイズ処理されてＣＰＵ１４へ入力する。

レンズ鏡筒２には、ジャイロセンサ１２が内蔵してあり、カメラ１に生じる手ブレなどの角速度を検出し、ＣＰＵ１４に出力する。ＣＰＵ１４には、ＡＦセンサ１８からの検出信号も出力され、その検出信号に基づき、駆動機構８を制御し、オートフォーカス機構を実現している。

ＣＰＵ１４には、姿勢センサ１５、記録媒体２０、不揮発性メモリ２２および各種操作ボタン２４に接続してある。姿勢センサ１５は、重力方向に対するカメラ１の傾きを検出するセンサであり、たとえば金属ボールが内部で移動可能なボックス式センサやジャイロセンサなどが例示される。姿勢センサ１５による姿勢検出信号は、ＣＰＵ１４に入力される。記録媒体２０は、ＣＰＵ１４からの出力信号を受けて撮影画像を記録したり、読み出されたりするメモリであり、たとえば着脱自在なカード式メモリである。

不揮発メモリ２２は、ジャイロセンサのゲイン値などの調整値情報が記録してあり、ＣＰＵ１４と共にカメラの内部に内蔵してある半導体メモリなどで構成される。各種操作ボタン２４としては、たとえばレリーズスイッチが例示され、レリーズスイッチを半押しまたは全押しすることで、その信号がＣＰＵ１４に入力される。

以下、カメラ１のレンズ鏡筒２に内蔵してあるブレ補正装置３０について、詳細に説明する。ブレ補正装置３０は、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、カメラ１のレンズ鏡筒２に固定される第１固定部３４と、この第１固定部３４に対して、Ａ軸およびＢ軸を含む平面方向に移動自在な可動部３２とを有する。図２Ｂに示すように、可動部３２には、第３レンズ群Ｌ３を保持するレンズ保持枠４８が固定してある。

Ａ軸およびＢ軸を含む平面は、図１に示す光軸Ｚに対して垂直な平面である。Ａ軸およびＢ軸は、相互に垂直であることが、可動部３２の位置座標が単純になり好ましいが、必ずしも垂直である必要はない。

図２Ａおよび図２Ｃに示すように、可動部３２は、光軸Ｚ方向に沿って第１固定部３４と第２固定部３６との間に挟まれている。第２固定部３６は、第１固定部３４と同様に、図１に示すレンズ鏡筒２に固定してある。図２Ｃに示すように、第１固定部３４と可動部３２との間には、ボール軸受４４が配置してあり、可動部３２が第１固定部３４に対して、Ａ軸およびＢ軸を含む平面方向にスムーズに移動するようになっている。

なお、可動部３２の移動に際して、可動部３２を常にボール軸受４４に接触させ、第２固定部３６には擦らないようにするために、図２Ａに示すように、可動部３２と第１固定部３４とは、複数のスプリング３５により連結されている。これらのスプリング３５は、その他の外力が作用しない状態で、図２Ｄに示すように、第３レンズ群Ｌ３の中心を、メカリミット３７の中心付近に位置させる機能もある。

図２Ａに示すように、メカリミット３７は、第１固定部３４の中心に形成された開口部であり、この開口部の内部に、図２Ｂに示す第３レンズ群Ｌ３を保持するレンズ保持枠４８が入り込む。そのため、図２Ｄに示すように、第３レンズ群Ｌ３のＡ軸およびＢ軸を含む平面方向の移動は、レンズ保持枠４８がメカリミット３７に衝突することで制限される。すなわち、第３レンズ群Ｌ３は、メカリミット３７の範囲内で移動が可能である。

第１固定部３４および第２固定部３６に対して可動部３２を、光軸Ｚと直交するＡ軸−Ｂ軸平面内において駆動移動させるために、電磁アクチュエータが、第１固定部３４と可動部３２とに装着してある。

電磁アクチュエータは、第１駆動用磁石３８ａおよび第１駆動用コイル４０ａの対と、第２駆動用磁石３８ｂおよび第２駆動用コイル４０ｂの対とを有する。第１駆動用磁石３８ａおよび第２駆動用磁石３８ｂは、可動部３２に固定してあり、第１駆動用コイル４０ａおよび第２駆動用コイル４０ｂは第１固定部３４に装着してある。駆動用磁石３８ａおよび３８ｂとの間に第１、第２駆動用コイル４０ａ，４０ｂを挟むようにヨークを装着しても良い。

第１駆動用コイル４０ａおよび第２駆動用コイル４０ｂは、図１に示すＣＰＵ１４からの駆動信号に基づき駆動され、所定の電流を流すことで、第１駆動用コイル４０ａに発生する磁界は、第１駆動用磁石３８ａに作用し、可動部３２をＡ軸方向に沿って移動させる駆動力を発生させる。また、同様に、第２駆動用コイル４０ｂに発生する磁界は、第２駆動用磁石３８ａに作用し、可動部３２をＢ軸方向に沿って移動させる駆動力を発生させる。

すなわち、ＣＰＵ１４からの駆動信号に基づき、第１駆動用コイル４０ａおよび第２駆動用コイル４０ｂに流れる電流を調節することで、可動部３２に固定してある第３レンズ群Ｌ３を、図２Ｄに示すメカリミット３７の範囲内で、Ａ軸−Ｂ軸平面内で自由に移動させることができる。可動部３２を移動させるための駆動力は、第１駆動用コイル４０ａおよび第２駆動用コイル４０ｂに流れる電流の調節により行う。これは、たとえばパルス幅変調（ＰＷＭ）制御のデューティ比を変化させることで実現することができる。

図１に示すＣＰＵ１４は、たとえばジャイロセンサ１２などの角速度センサによって検出されたカメラ１のブレ加速度に応じて、第１固定部３４に対して可動部３２を駆動し、第３レンズ群Ｌ３の光軸中心を、その他のレンズ群Ｌ１，Ｌ２の光軸Ｚに対して移動制御することにより、像ブレを低減することができる。

また、Ａ軸−Ｂ軸平面内で第１固定部３４および第２固定部３６に対して可動部３２の移動位置を検出するために、第２固定部３６には、第１磁石３８ａおよび第２磁石３８ｂに対応させて、位置検出センサとしての第１および第２ホール素子４２ａ，４２ｂが配置してある。

第１ホール素子４２ａは、磁石３８ａのＡ軸方向の移動につれてＡ軸方向に変化する磁界を検出して、可動部３２のＡ軸方向の移動位置を検出する。また、第２ホール素子４２ｂは、磁石３８ｂのＢ軸方向の移動につれてＢ軸方向に変化する磁界を検出して、可動部３２のＢ軸方向の移動位置を検出する。本実施形態では、これらのホール素子４２ａおよび４２ｂによる位置検出軸と、電磁アクチュエータによる駆動軸とが、Ａ軸およびＢ軸で、それぞれ共通している。

本実施形態では、電磁アクチュエータとしての磁石３８ａ，３８ｂが、可動部３２の位置検出センサの一部を兼ねている。すなわち、磁石３８ａのＡ軸方向の移動位置に対応する磁界の変化をホール素子４２ａが検出し、磁石３８ｂのＢ軸方向の移動位置に対応する磁界の変化をホール素子４２ｂが検出するようになっている。

このように可動部３２の位置検出は、磁石３８ａ，３８ｂの磁界の変化をホール素子４２ａ，４２ｂが検出し、ホール素子４２ａ，４２ｂの出力電圧を位置情報に変換することで行われる。出力電圧から位置情報への変換は、図１に示すＣＰＵ１４が行う。

ところが、これらのホール素子４２ａ，４２ｂが検出する磁界は、磁石３８ａ（または３８ｂ）とホール素子４２ａ（または４２ｂ）との間隔や、周囲温度などによっても変化する。このため正確な可動部３２の位置検出を行い、正確なブレ補正を行うためには、撮影前に、ホール素子４２ａ，４２ｂのキャリブレーションを行うことが好ましい。

ホール素子４２ａのキャリブレーションでは、図２Ｂに示す可動部３２のレンズ保持枠４８を、図２（Ａ）および図２（Ｄ）に示すメカリミット３７のＡ軸方向の両端に押し当てた位置で、その時のホール素子４２ａからの出力電圧値が、図８に示すＶminまたはＶmaxとなるように調整を行う。すなわち、Ａ軸方向のメカリミット３７の位置でホール素子４２ａからの出力電圧がＶminまたはＶmaxとなるように、ストローク（位置）に対する出力電圧直線の傾き調整（γ調整）とシフト調整を行う。キャリブレーションされたホール素子４２ａの出力電圧におけるＶminおよびＶmaxの中間電圧Ｖtypが、メカリミット３７の中心に第３レンズ群Ｌ３が位置する場合に対応する。

同様にして、ホール素子４２ｂのキャリブレーションでは、図２Ｂに示す可動部３２のレンズ保持枠４８を、図２（Ａ）および図２（Ｄ）に示すメカリミット３７のＢ軸方向の両端に押し当てた位置で、その時のホール素子４２ｂからの出力電圧値が、図８に示すＶminまたはＶmaxとなるように調整を行う。

ところが、ホール素子４２ａ，４２ｂの出力電圧には、図２Ａに示す駆動用コイル４０ａまたは４０ｂに流れるコイル電流の影響で、図４Ａに示すように、ホール素子４２ａ，４２ｂの出力電圧には、コイル電流によるクロストーク分の誤差信号が混入する。すなわち、本来であれば、可動部３２の移動位置に対応するホール素子の出力電圧は、図４Ａに示すＶｈ＋’であるが、コイル電流によるクロストークの影響で、Ｖｈ＋となってしまう。

従来では、ホール素子４２ａ，４２ｂのキャリブレーション時にも、図５Ａに示すように、クロストーク分の誤差ΔＶが重畳したホール素子の出力電圧をγ調整あるいはシフト調整してしまうことがあった。そのため、可動部３２の位置検出精度が低下し、手ぶれ補正の精度が悪化し、図５Ｂに示すように、最大でΔＬmaxの誤差が生じるおそれがあった。

また、従来では、ホール素子４２ａ，４２ｂのキャリブレーション時に、たとえば図２Ｄに示すように、可動部３２におけるレンズ保持枠４８を、メカリミット３７まで早く移動させるために、比較的に大きなデューティ比で駆動用コイル４０ａまたは４０ｂを駆動していた。そのために、レンズ保持枠４８がメカリミット３７に当接した直後では、図４Ｂに示すように、ホール素子の出力電圧は、安定せず、所定時間後に、ホール素子の出力電圧（たとえばＶｈ＋）を読み取ると、誤差が生じやすかった。また、比較的に大きなデューティ比で駆動用コイル４０ａまたは４０ｂを駆動するために、可動部３２がチルトしてしまう可能性もあり、その場合にはキャリブレーションが良好に行えず、ブレ補正性能の劣化につながる。

なお、デューティ比とは、図１０において、パルス変調制御（ＰＷＭ）におけるコイル電圧の駆動周期をｆ１とし、ｆ２を電圧ＯＮの時間、ｆ３を電圧ＯＦＦの時間とした場合に、ｆ２／ｆ１の比である。このデューティ比が１に近ければ、駆動力が最大になり、０に近ければ、駆動力は弱くなる。

本発明の実施形態では、以下に示す構成により、ホール素子４２ａ，４２ｂのキャリブレーション時の精度を向上させ、可動部３２の位置検出精度を向上させ、結果として、手ぶれ補正の精度を向上させている。すなわち、本実施形態では、図１に示すＣＰＵ１４が図３Ａ〜図３Ｃに示すフローチャートで示すホール素子４２ａ，４２ｂのキャリブレーションを行うことで、可動部３２の位置検出精度を向上させ、結果として、手ぶれ補正の精度を向上させている。

図３Ａに示すステップＳ１にて、キャリブレーション信号が図１に示すＣＰＵ１４へ入力されると、まずＡ軸方向の可動部３２の移動を検出するホール素子４２ａのキャリブレーション（メカ中心出し処理）を行う。キャリブレーション信号が図１に示すＣＰＵ１４へ入力する条件としては、特に限定されないが、出荷前の時点、あるいはカメラ１の電源がオンされる毎が考えられる。

次に、ステップＳ２では、図１に示す姿勢センサ１５の出力信号をＣＰＵ１４が読み取り、ステップＳ３にて、カメラ１の姿勢を認識する。カメラ１の姿勢、すなわち、カメラ１における図２Ｂに示すＡ軸の重力方向に対する傾きを認識することの意味は、次に示すとおりである。

図６に示すように、図２Ｄに示すＡ軸が鉛直軸と一致したと仮定した場合に、図２Ｂに示すレンズ保持枠４８が、図２Ｄに示すメカ制限３７ａ＋，３７ａ−，３７ｂ＋，３７ｂ−に押し当てられる位置４８ａ＋，４８ａ−，４８ｂ＋，４８ｂ−にあるとする。各位置４８ａ＋，４８ａ−，４８ｂ＋，４８ｂ−でのレンズ保持枠４８を含む可動部３２の自重を矢印Ｇで示す。また、各位置４８ａ＋，４８ａ−，４８ｂ＋，４８ｂ−での図２ａに示すスプリング３５によるメカ中心Ｏへの向心力を矢印Ｓで示す。さらに、自重Ｇおよび向心力Ｓに逆らって、レンズ保持枠４８をメカ制限３７ａ＋，３７ａ−，３７ｂ＋，３７ｂ−に押し当て続けるための必要駆動力を矢印Ｔ１，Ｔ４，Ｔ２，Ｔ３で示す。

図６に示すように、各メカ制限３７ａ＋，３７ａ−，３７ｂ＋，３７ｂ−にレンズ保持枠４８が押し当てられる位置４８ａ＋，４８ａ−，４８ｂ＋，４８ｂ−に応じて、必要駆動力Ｔ１〜Ｔ４が異なる。これは、自重Ｇのベクトル方向が各位置によらず同じなのに対して、スプリング３５の向心力Ｓのベクトル方向が、各位置で異なることによる。図６の位置４８ａ−においては、レンズ保持枠４８の移動方向が重力方向Ｇと略等しく、移動方向に含まれる重力方向の成分が最大となるので、駆動力Ｔ４が最も小さくなる。

これに対し、図６の位置４８＋においては、レンズ保持枠４８の移動方向が重力方向Ｇと逆向きであり、移動方向に含まれる重力方向の成分が最小になるので駆動力Ｔ１が最も大きくなる。

図６では、図２Ｄに示すＡ軸が鉛直軸と一致したと仮定した場合を示すが、自重の方向に対するＡ軸の角度をθとした場合に、それぞれの位置４８ａ＋，４８ａ−，４８ｂ＋，４８ｂ−において、必要駆動力Ｔ１〜Ｔ４と傾きθとの一般化した関係は、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に示される。これらの図に示すように、必要駆動力Ｔ１〜Ｔ４は、自重の方向に対するＡ軸の角度をθとした場合に、それぞれの位置４８ａ＋，４８ａ−，４８ｂ＋，４８ｂ−でサインカーブ状に変化する。

従来では、これらのことを考慮せず、いずれのメカ制限３７ａ＋，３７ａ−，３７ｂ＋，３７ｂ−にレンズ保持枠４８を移動させる場合にも、同じデューティ比による駆動力で移動させていた。そのため、特に自重Ｇの方向にレンズ保持枠４８を移動させる場合には、たとえば図６の例では、必要以上に過大な力で、メカ制限３７ａ−にレンズ保持枠４８を押し当てる必要があり、前述した図４Ａ，図４Ｂに示す不都合を生じていた。

本実施形態では、図３Ａに示すステップＳ３にて、カメラ１における図７に示すＡ軸の重力方向に対する傾きθを求め、その傾きθに基づき、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に示すグラフから、必要駆動力Ｔ１〜Ｔ４を求める。各必要駆動力Ｔ１〜Ｔ４は、図２Ｄに示すレンズ保持枠４８を、それぞれメカ制限３７ａ＋，３７ａ−，３７ｂ＋，３７ｂ−に移動させるための駆動力に対応し、従来とは異なり、必ずしも同一ではなく、自重やスプリング力を考慮し、必要最小限の駆動力に設定してある。

図３Ａに示すステップＳ４では、図１に示すＣＰＵ１４が、必要駆動力Ｔ１〜Ｔ４を、それぞれの必要デューティ比Duty_A+，Duty_A-，Duty_B+，Duty_B-として演算し、ステップＳ５およびステップＳ６を行い、ステップＳ７にてキャリブレーションが終了する。必要デューティ比Duty_A+，Duty_A-，Duty_B+，Duty_B-は、図２Ｄに示すレンズ保持枠４８を、それぞれメカ制限３７ａ＋，３７ａ−，３７ｂ＋，３７ｂ−に移動させるために、図２Ａに示す駆動用コイル４０ａまたは４０ｂに印加されるパルス状電圧である。

図６に示す例では、必要駆動力Ｔ１〜Ｔ４の大小関係は、Ｔ１＞Ｔ２＝Ｔ３＞Ｔ４であり、図７に示す角度θに応じて、大小関係は変動する。また、図６に示す例では、デューティ比Duty_A+，Duty_A-，Duty_B+，Duty_B-の大小関係は、必要駆動力Ｔ１〜Ｔ４の大小関係に対応し、Duty_A+＞Duty_B+＝Duty_B-＞Duty_A-となる。ただし、これらのデューティ比Duty_A+，Duty_A-，Duty_B+，Duty_B-の大小関係は、図７に示す角度θに応じて変動する。

なお、これらのデューティ比Duty_A+，Duty_A-，Duty_B+，Duty_B-は、図１に示すカメラ１の光軸Ｚが水平である場合を考慮して決定されるが、実際には、光軸Ｚに対する傾きも検出して、これらのデューティ比Duty_A+，Duty_A-，Duty_B+，Duty_B-が決定される。また、必要駆動力Ｔ１〜Ｔ４は、環境温度によっても変化することから、デューティ比Duty_A+，Duty_A-，Duty_B+，Duty_B-は、多少マージンを取って大きめに設定しておくことが好ましい。

図３Ａに示すステップＳ５の詳細は、図３Ｂに示される。図３Ｂに示すステップＳ５０にて、Ａ軸におけるキャリブレーションが選択されると、ステップＳ５１では、図２Ａに示すホール素子４２ａを所定電流で駆動する。次に、ステップＳ５２では、図２Ａに示す駆動用コイル４０ａを、前述したようにして求められたデューティ比Duty_A+で通電し、図２Ｄに示すように、可動部３２におけるレンズ保持枠４８を、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ＋まで移動させる。

図２Ｄに示すレンズ保持枠４８が、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ＋に突き当たっているか否かは、位置センサなどで検出しても良いが、所定時間以上、パルス状のコイル電圧を図２Ａに示す駆動用コイル４０ａに与え続けることでも良い。所定時間以上、パルス状のコイル電圧を図２Ａに示す駆動用コイル４０ａに与え続ければ、必ず、図２Ｄに示すレンズ保持枠４８が、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ＋に突き当たるからである。その場合の所定時間は、予め実験により求められて、図１に示す不揮発性メモリ２２に記憶されている。

次にステップＳ５３では、図１に示すＣＰＵ１４は、所定時間を計測し、図２（Ａ）に示すホール素子４２ａの出力が安定するまで待ち、次にステップＳ５４では、図２Ａに示すホール素子４２ａの出力電圧Ｖｈ_A+を、図１に示すＣＰＵ１４が読み取る。その出力電圧Ｖｈ_A+は、図２Ｄに示すレンズ保持枠４８が、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ＋に突き当たった位置で、図２Ａおよび図２Ｂに示す磁石３８ａから生じる磁界に基づくものであり、可動部３２のＡ軸方向のメカ制限３７ａ＋位置に正確に対応する。その出力電圧Ｖｈ_A+に含まれるクロストーク信号は、従来に比べて少なくなる。

次にステップＳ５５では、図２Ａに示す駆動用コイル４０ａを駆動し、図２Ｄに示すように、可動部３２におけるレンズ保持枠４８を、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ−まで逆方向に移動させる。駆動用コイル４０ａの駆動方法は、ステップＳ２の場合と同様であるが、逆方向のステップ状コイル電圧を、デューティ比Duty_A-で駆動用コイル４０ａに印加すればよい。

次にステップＳ５６では、図１に示すＣＰＵ１４は、ステップＳ５３と同様にして、ホール素子４２ａの出力が安定するまで待つ。次にステップＳ５７では、ステップＳ５４と同様にして、図２Ａに示すホール素子４２ａの出力電圧Ｖｈ_A-を、図１に示すＣＰＵ１４が読み取る。その出力電圧Ｖｈ_A-は、図２Ｄに示すレンズ保持枠４８が、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ−に突き当たった位置で、図２Ａおよび図２Ｂに示す磁石３８ａから生じる磁界に基づくものであり、可動部３２のＡ軸方向のメカ制限３７ａ−位置に正確に対応する。その出力電圧Ｖｈ_A-に含まれるクロストーク信号は、従来に比べて少なくなる。

次にステップＳ５８では、このようにして求められたホール素子４２ａの出力電圧Ｖｈ_A+およびＶｈ_A-に基づき、ホール素子４２ａのキャリブレーションを行い、ステップＳ５９にて、Ａ軸のキャリブレーションが終了する。Ａ軸のキャリブレーションでは、上述したように、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ＋およびメカ制限３７ａ−の位置で、図８に示すように、ホール素子４２ａからの出力電圧がＶminまたはＶmaxとなるように、ストローク（位置）に対する出力電圧直線の傾き調整（γ調整）とシフト調整を行う。キャリブレーションされたホール素子４２ａの出力電圧におけるＶminおよびＶmaxの中間電圧Ｖtypが、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ＋およびメカ制限３７ａ−の中心に第３レンズ群Ｌ３が位置する場合に対応する。

図３Ａに示すステップＳ６の詳細は、図３Ｃに示される。図３Ｃに示すステップＳ５０〜Ｓ６９は、図３Ｂに示すステップＳ５０〜Ｓ５９に対応し、Ａ軸に交差するＢ軸におけるメカ中心出し処理を行う。このＢ軸におけるメカ中心出し処理は、Ｂ軸をＡ軸に置き換え、ホール素子４２ａをホール素子４２ｂに置き換え、コイル４０ａをコイル４０ｂに置き換え、磁石３８ａを磁石３８ｂに置き換えて、メカ制限３７ａ＋をメカ制限３７ｂ＋に置き換え、メカ制限３７ａ−をメカ制限３７ｂ−に置き換えて、Ａ軸におけるステップＳ５０〜Ｓ５９の処理と同様にして行う。

本発明に係るブレ補正装置では、位置センサとしてのホール素子４２ａ，４２ｂの較正（キャリブレーション）を行う際に、姿勢センサ１５の出力を用いて、駆動用コイル４０ａ，４０ｂによる可動部３２の駆動方向に応じて、駆動制御量であるデューティ比Duty_A+，Duty_A-，Duty_B+，Duty_B-を変化させ、可動部３２をメカ制限３７ａ＋，３７ａ−，３７ｂ＋，３７ｂ−に当接させる。そのため、必要最小限のデューティ比Duty_A+，Duty_A-，Duty_B+，Duty_B-で、可動部３２をメカ制限３７ａ＋，３７ａ−，３７ｂ＋，３７ｂ−に当接させることが可能になり、クロストーク信号の発生を極力抑制することができる。その結果として、ホール素子４２ａ，４２ｂの正確なキャリブレーションが可能になり、高精度なブレ補正制御を実現することができる。
第２実施形態

本実施形態では、上述した第１実施形態において、図３Ａ〜図３Ｃに示すフローの制御を行う代わりに、図９に示すフローの制御を行い、下記に詳述する作用効果を奏する以外は、第１実施形態と同様な構成を有し、同様な作用効果を奏する。

図９に示すステップＳ１００に示すように、キャリブレーション信号が図１に示すＣＰＵ１４へ入力されると、まずＡ軸方向の可動部３２の移動を検出するホール素子４２ａのキャリブレーション（メカ中心出し処理）を行う。キャリブレーション信号が図１に示すＣＰＵ１４へ入力する条件としては、特に限定されないが、カメラ１の電源がオンされる毎が考えられる。

次に、ステップＳ１０１では、図２Ａに示す駆動用コイル４０ａを駆動し、図２Ｄに示すように、可動部３２におけるレンズ保持枠４８を、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ＋まで移動させる。駆動用コイル４０ａを駆動するには、図１０に示すように、駆動用コイル４０ａに所定のデューティ比Duty_A+のパルス状のコイル電圧を印加すればよい。

図２Ｄに示すレンズ保持枠４８が、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ＋に突き当たっているか否かは、位置センサなどで検出しても良いが、所定時間以上、パルス状のコイル電圧を図２Ａに示す駆動用コイル４０ａに与え続けることでも良い。所定時間以上、パルス状のコイル電圧を図２Ａに示す駆動用コイル４０ａに与え続ければ、必ず、図２Ｄに示すレンズ保持枠４８が、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ＋に突き当たるからである。その場合の所定時間は、予め実験により求められて、図１に示す不揮発性メモリ２２に記憶されている。

次にステップＳ１０２では、図１に示すＣＰＵ１４は、図２Ａに示す駆動用コイル４０ａへの通電を停止する。その後にステップＳ１０３では、図１に示すＣＰＵ１４は、所定時間を計測し、図１０に示すように、ホール素子４２ａの出力が安定するまで待つ。この場合の所定時間とは、図１０に示すように、駆動用コイル４０ａに流れる電流（コイル電流）の立ち下がり時間ｔ１０以上の時間である。

次にステップＳ１０４では、図２Ａに示すホール素子４２ａの出力電圧Ｖｈ＋を、図１に示すＣＰＵ１４が読み取る。その出力電圧Ｖｈ＋は、図２Ｄに示すレンズ保持枠４８が、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ＋に突き当たった位置で、図２Ａおよび図２Ｂに示す磁石３８ａから生じる磁界に基づくものであり、可動部３２のＡ軸方向のメカ制限３７ａ＋位置に正確に対応する。その出力電圧Ｖｈ＋には、コイル電流によるクロストーク信号は含まれない。

次にステップＳ１０５では、図２Ａに示す駆動用コイル４０ａを駆動し、図２Ｄに示すように、可動部３２におけるレンズ保持枠４８を、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ−まで逆方向に移動させる。駆動用コイル４０ａの駆動方法は、ステップＳ１０１の場合と同様であるが、所定のデューティ比Duty_A-で逆方向のステップ状コイル電圧を、駆動用コイル４０ａに印加すればよい。

次にステップＳ１０６では、図１に示すＣＰＵ１４は、図２Ａに示す駆動用コイル４０ａへの通電を停止する。その後にステップＳ１０７では、ステップＳ１０３と同様にして、ホール素子４２ａの出力が安定するまで待つ。

次にステップＳ１０８では、ステップＳ１０４と同様にして、図２Ａに示すホール素子４２ａの出力電圧Ｖｈ−を、図１に示すＣＰＵ１４が読み取る。その出力電圧Ｖｈ−は、図２Ｄに示すレンズ保持枠４８が、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ−に突き当たった位置で、図２Ａおよび図２Ｂに示す磁石３８ａから生じる磁界に基づくものであり、可動部３２のＡ軸方向のメカ制限３７ａ−位置に正確に対応する。その出力電圧Ｖｈ−には、コイル電流によるクロストーク信号は含まれない。

次にステップＳ１０９では、このようにして求められたホール素子４２ａの出力電圧Ｖｈ＋およびＶｈ−に基づき、ホール素子４２ａのキャリブレーションを行う。上述したように、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ＋およびメカ制限３７ａ−の位置で、図８に示すように、ホール素子４２ａからの出力電圧がＶminまたはＶmaxとなるように、ストローク（位置）に対する出力電圧直線の傾き調整（γ調整）とシフト調整を行う。キャリブレーションされたホール素子４２ａの出力電圧におけるＶminおよびＶmaxの中間電圧Ｖtypが、Ａ軸方向のメカ制限３７ａ＋およびメカ制限３７ａ−の中心に第３レンズ群Ｌ３が位置する場合に対応する。

次にステップＳ１１０では、Ａ軸に交差するＢ軸におけるメカ中心出し処理を行う。このＢ軸におけるメカ中心出し処理は、ホール素子４２ａをホール素子４２ｂに置き換え、コイル４０ａをコイル４０ｂに置き換え、磁石３８ａを磁石３８ｂに置き換えて、メカ制限３７ａ＋をメカ制限３７ｂ＋に置き換え、メカ制限３７ａ−をメカ制限３７ｂ−に置き換えて、Ａ軸におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０９の処理と同様にして行う。その後に、ステップＳ１１１において、全体のキャリブレーション制御を終了する。

本実施形態に係るブレ補正装置では、コイル４０ａ，４０ｂへの駆動電圧の供給を停止させて、ホール素子４２ａ，４２ｂの出力電圧のキャリブレーションを行う。そのため、駆動用コイル４０ａ，４０ｂに流れるコイル電流によるクロストーク信号が重畳することがなくなり、ホール素子４２ａ，４２ｂの正確なキャリブレーションが可能になり、高精度なブレ補正制御を実現することができる。

また本実施形態では、駆動用磁石３８ａ，３８ｂと、ホール素子４２ａ，４２ｂによる位置検出用の磁石３８ａ，３８ｂとを同じ磁石で兼ねることで、ブレ補正装置３０の小型化を図ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々に改変することができる。たとえば、固定部３４，３６と可動部３２とは逆でも良い。すなわち、固定部３４または３６に対して、駆動用磁石３８ａ，３８ｂを装着すると共に、可動部３２に対して、コイル４０ａ，４０ｂおよびホール素子４２ａ，４２ｂを装着しても良い。ただし、配線の容易性などを考えると、上述した図面に示す実施形態が好ましい。

さらに、ブレ補正装置は、レンズ駆動方式のみでなく、ＣＣＤ駆動方式にも適用することができる。すなわち、補正レンズ群Ｌ３を光軸Ｚに垂直な平面で移動させるのではなく、ＣＣＤなどの撮像素子３を、カメラのブレに応じて、光軸Ｚに垂直な平面で移動させるタイプのブレ補正装置にも適用が可能である。

また、本実施形態のブレ補正装置は、レンズ鏡筒２を有するカメラ１のみでなく、レンズ鏡筒自体、スチルカメラ、ビデオカメラ、望遠鏡、顕微鏡などのその他の光学装置にも適用することができる。

キャリブレーションは、カメラ１の出荷時に１回のみ行っても良いが、カメラ１の電源オン時に、毎回行うことが好ましい。経時変化などにより、ホール素子の出力信号と、実際のレンズ位置とがずれるおそれがあるからである。

また、上述した実施形態では、ホール素子４２ａ，４２ｂの検出軸と、駆動用コイル４０ａ，４０ｂの駆動軸とが一致しているが、必ずしも一致する必要はなく、ずれていても良い。ただし、座標変換などの計算を必要としないことから、ホール素子４２ａ，４２ｂの検出軸と、駆動用コイル４０ａ，４０ｂの駆動軸とが一致していることが好ましい。

図１は本発明の一実施形態に係るカメラの概略図である。 図２Ａは図１に示す手振れ補正部の概略分解斜視図である。 図２Ｂは図２Ａに示す可動部の平面図である。 図２Ｃは図２Ａに示す手振れ補正部の概略断面図である。 図２Ｄはメカリミットの説明図である。 図３Ａは図１に示すＣＰＵが処理するキャリブレーションの全体フローチャート図である。 図３Ｂは図３Ａに示すフローチャートの一部を示す部分フローチャート図である。 図３Ｃは図３Ａに示すフローチャートの他の一部を示す部分フローチャート図である。 図４Ａはクロストークの影響を示すタイムチャート図である。 図４Ｂは可動部のチルトを示すタイムチャート図である。 図５Ａはキャリブレーション時にクロストークにより誤差が発生したことを示すグラフである。 図５Ｂはキャリブレーション時にクロストークにより誤差が発生したことを示すグラフである。 図６はメカリミットに対する可動部の移動位置と必要駆動力の関係を示す概略図である。 図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は各移動位置での自重方向に対する駆動軸の傾きθと必要駆動力の関係を示すグラフである。 図８はキャリブレーションの成功例を示すグラフである。 図９は本発明の他の実施形態に係るキャリブレーションの全体フローチャート図である。 図１０は図９に示すキャリブレーションの効果を示すグラフである。

符号の説明

１… カメラ
２… レンズ鏡筒
１４… ＣＰＵ
１５… 姿勢センサ
３０… ブレ補正装置
３２… 可動部
３４，３６… 固定部
３７… メカリミット
３８ａ，３８ｂ… 駆動用磁石
４０ａ，４０ｂ… 駆動用コイル
４２ａ，４２ｂ… ホール素子

Claims (10)

1. 固定部材に対して移動方向に相対移動可能な移動部材と、
   前記移動部材に駆動力を与える駆動部材と、
   前記固定部材に対する前記移動部材の相対位置を検出する位置センサと、
   前記位置センサの較正をするときに、重力方向に対する前記移動部材の前記移動方向に応じて、前記駆動部材の前記駆動力を制御する制御部とを有するブレ補正装置。
2. 請求項１に記載されたブレ補正装置であって、
   前記制御部は、前記移動部材の前記移動方向に含まれる前記重力方向の成分に応じて、前記駆動部材の前記駆動力を制御するブレ補正装置。
3. 請求項２に記載されたブレ補正装置であって、
   前記制御部は、前記移動部材の前記移動方向に含まれる前記重力方向の成分が大きいほど、前記駆動部材の前記駆動力が小さくなるように制御するブレ補正装置。
4. 請求項１から請求項３までの何れか１項に記載されたブレ補正装置であって、
   前記固定部材に備えられ前記移動部材の位置決めをする位置決め部材を有し、
   前記制御部は、前記位置センサの較正をするときに前記移動部材を前記位置決め部材に当接させるブレ補正装置。
5. 請求項４に記載されたブレ補正装置であって、
   前記制御部は、前記移動部材を前記位置決め部材に当接させ、前記位置センサの出力が安定した後、前記駆動部材への通電を停止するブレ補正装置。
6. 請求項１から請求項５までの何れか１項に記載されたブレ補正装置であって、
   前記位置センサは磁気センサであり、前記位置センサの較正をするときの前記移動部材の前記移動方向に略平行な位置検出軸を有するブレ補正装置。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載のブレ補正装置であって、
   前記駆動部材は、前記固定部材及び前記移動部材の一方に備えられた駆動磁石と、前記固定部材及び前記移動部材の他方に備えられ前記駆動磁石と協同して前記駆動力を発生させる駆動コイルとを有するブレ補正装置。
8. 前記移動部材は、像振れを補正するための光学系を含む請求項１〜７のいずれかに記載のブレ補正装置。
9. 前記移動部材は、光学系による像を撮像する撮像素子を含む請求項１〜７のいずれかに記載のブレ補正装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のブレ補正装置を含む光学機器。

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