JP4116185B2

JP4116185B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP4116185B2
Application number: JP11437099A
Authority: JP
Inventors: 貴史北口; 康弘佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2019-04-22
Also published as: JP2000307937A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置、より詳細には、デジタルカメラ等を用いて撮像する時の手振れ防止技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭６４−７８５８１号公報（ビデオカメラの画像ぶれ補正装置）の発明では、電気機械変換素子を用い、撮像素子を手振れに応じて駆動することにより画像ぶれを防止している。しかし、撮像素子を機械的に駆動する機構については記載されていない。
【０００３】
特開平２−１０３０２３号公報（ビデオカメラ）の発明では、光軸に垂直な面に沿って撮像素子を移動可能にすることにより画像ぶれを防止している。しかし、撮像素子を機械的に駆動する機構がモータと駆動台という大掛かりなもののため、小型化、高速応答には向かない。
【０００４】
特開平６−４６３２２号公報（防振機能付撮影装置及び交換レンズ）の発明では、手振れに基づいて光電変換素子を移動させることにより画像ぶれを防止している。しかし、撮像素子を機械的に駆動する機構が複雑なため、小型化、低コスト化には向かない。
【０００５】
特開平１０−１４５６６３号公報（電子カメラ）の発明では、動きを検知し、それに応じて撮像デバイス移動手段を駆動し、手振れを防止している。しかし、撮像素子を機械的に駆動する機構が複雑なため、小型化、低コスト化には向かない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、近年、デジタルカメラがビジネスからパーソナルまで幅広く普及し始めてきた。しかしながら、今後、撮影時の手振れによる画像のぼけが大きな問題になると考えられる。その理由として、以下の要因がある。
（１）ユーザからの要求もあり、デジタルカメラは小型軽量化が益々進んでいる。しかし、これにより小型であるが低感度のＣＣＤが採用されるため、露光時間が増えるために手振れが目立つようになる。
（２）液晶ファインダー等の利用により、銀塩カメラのような光学式ファインダーを搭載しないものが増えてきた。そのため、デジタルカメラを体から離したり、片手で持つなどの撮影スタイルが生じ、撮影時の安定性が減っている。
（３）他社製品との差別化等から高倍率のズームレンズを備えたものが登場すると予想され、高倍率レンズにより手振れが目立つ。
【０００７】
ビデオカメラでは、画像の揺れから手振れを検出し、その移動量に応じてフィールドメモリから切り出す画像領域を制御することにより画像ぶれを抑える方式が、例えば、テレビジョン学会誌、Ｖｏｌ.４９，Ｎｏ.２，ＰＰ.１３１−１３４（１９９５）などに紹介されている。しかしながら、デジタルカメラ（デジタルスチルカメラ）での手振れによる画像ぼけは、１フレームの取り込み時間内のカメラのぶれにより生じているため、この方式は使えない。なぜならば、ビデオカメラで用いられている上記方式は、フレーム間のずれを補正するものであり、１フレーム取り込み中でのカメラのぶれを考慮したものではない。そこで、デジタルカメラにも適用できる方法として、レンズの光軸に対する平行移動や、可変頂角プリズムにより、手振れによるカメラの動きに合わせて光軸を動かすことにより、ぶれの少ない画像が得られるものがある。しかしながら、これら補正機構は、デジタルカメラ自体を大型化・重量化してしまうという問題があり、普及機には適さない。
【０００８】
一方、上記の問題点を解決するため、圧電素子等により撮像素子のみを手振れに応じて移動させるという方法が、前述の特開昭６４−７８５８１号公報、特開平２−１０３０２３号公報、特開平６−４６３２２号公報、特開平１０−１４５６６３号公報などに記載されている。しかしながら、これら公報に記載の発明は、撮像素子の移動手段が記載されていなかったり、小型のデジタルカメラに搭載するには大きく、複雑すぎてコスト高になる。
【０００９】
本発明は、上記の点を鑑み、簡単かつ小型な機構で撮像素子の平行移動を実現することによりデジタルカメラの手振れによる画像ぼけを防止するもので、請求項１の発明は、撮像素子を２枚の板バネを用いた圧電アクチュエータに直結することにより、簡単かつ小型な機構で撮像素子を平行移動させることができ、デジタルカメラへの手振れ防止機構搭載を可能にすること、請求項２の発明は、撮像素子を、同一でない２方向にそれぞれ伸縮可能な２つの電気機械変換手段を用いることにより、簡単かつ小型な機構で直交する２方向に撮像素子を平行移動させることができ、デジタルカメラへの２軸手振れ防止機構搭載を可能にすること、請求項３の発明は、２つの電気機械変換素子をＬ字型の接合部材で連結することにより、簡易な構成でデジタルカメラへの２軸手振れ防止機構を構成すること、請求項４の発明は、板バネの曲率を調整できるようにすることにより、圧電素子に変位を与えない固定位置での撮像素子を任意の位置になるように調整すること、を目的してなされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、撮像光学系と、該撮像光学系を通過した被写体像を受光して画像信号に変換する撮像素子を有する撮像装置において、前記撮像素子の撮像面における１辺と平行となるように伸縮方向が設定された圧電素子の、前記伸縮方向の両端に抑え板を配置し、該抑え板の間に前記圧電素子を挟んで２枚の板ばねを固定することで、印加された電圧に応じた圧電素子の伸縮による変位量を、前記撮像素子の撮像面内で前記圧電素子の伸縮方向と直交する方向に前記板バネの変位量として拡大する変位量拡大機構を備えた電気機械変換手段を有し、該電気機械変換手段と前記撮像素子とが接続され、前記圧電素子の伸縮によって、前記撮像素子が撮像面内で変位することを特徴とし、もって、撮像素子を圧電アクチュエータに直結することにより、簡単かつ小型な機構で撮像素子を平行移動させることができ、デジタルカメラへの手振れ防止機構搭載を可能にしたものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電気機械変換手段を２つ備え、第１の電気機械変換手段により前記撮像素子をその一辺に平行な方向に変位させ、第２の電気機械変換手段により前記撮像素子を前記方向に直交する他の方向に変位させることを特徴とし、もって、撮像素子を、同一でない２方向にそれぞれ伸縮可能な２つの圧電アクチュエータに直結することにより、簡単かつ小型な機構で直交する２方向に撮像素子を平行移動させることができ、デジタルカメラへの２軸手振れ防止機構搭載を可能にしたものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２記載の発明において、第２の電気機械変換手段の一方のバネを撮像装置本体に固定な部分に接続し、第２の電気機械変換手段の他方のバネは、Ｌ字型の接合部材の一方の腕に接続し、該接合部材の他方の腕を第１の電気機械変換手段の一方のバネに接続し、第１の電気機械変換手段の他方のバネを前記撮像素子の撮像面における１辺と接続したことを特徴とし、もって、２つの電気機械変換手段のそれぞれが撮像素子の２方向の変位を個別に担うものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの発明において、前記圧電素子の伸縮方向の一端に、前記板ばねの曲率を調整するための抑えネジを備えたことを特徴とし、もって固定位置における板バネの変位量が調整でき、撮像素子を任意の位置に設定することができるようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用される撮像装置の手振れ補正部の構成を示す図で、撮像装置本体に取り付けられた１乃至複数の手振れ検出センサ１１によって、手振れ量を検出する。この手振れ検出センサは、ジャイロ、加速度センサ、磁気方位センサ、画像センサのいずれか、あるいはそれらを組み合わせて構成する。また、各種フィルター、アンプ回路もこの中に含まれる。この手振れ検出センサ１１からの手振れ信号は、Ａ／Ｄ変換手段１２を介して、カメラ移動量計算部１３に入力する。カメラ移動量計算部１３では、撮像装置の手振れによる姿勢変化量、並進変化量といった移動量の一部あるいは全部が算出される。つぎに、カメラ移動量計算部１３での算出結果を用い、撮像素子（アクチュエータ）移動量計算部１４にて手振れによる像の移動をキャンセルする分の撮像素子の移動量を計算する。つぎに、この撮像素子移動量信号は、Ｄ／Ａ変換手段を伴った昇圧回路１５に送られる。昇圧回路１５は、撮像素子移動量に応じた変位を圧電アクチュエータ１６が発生するよう、該圧電アクチュエータ１６を駆動する電圧を供給する。昇圧回路１５、圧電アクチュエータ１６は、それぞれ１個あるいは２個用いられる。カメラ移動量計算部１３、撮像素子移動量算出手段１４はマイコン，周辺回路、ソフトウエアによって構成されるが、その他の方法でもよい。以上の構成、すなわち、手振れを検出し、それに応じて撮像素子を移動させることにより、手振れによる画像ぶれを抑制する。
【００１６】
図２は、撮像素子の移動方法の例を説明するための要部構成図で、撮像装置内の撮像素子２１は基板２２に固定されている。基板２２の一辺に圧電アクチュエータ２３の一端が接続されている。圧電アクチュエータ２３のもう一端は、図示していないが、撮像装置本体に対して固定な部分に接着されている。圧電アクチュエータ２３は図の矢印Ａ方向に伸縮する。この圧電アクチュエータ２３の変位により、撮像素子２１は撮像装置本体に対して変位する。この変位は、撮像面内にあるよう圧電アクチュエータ２３は配されている。これにより、ある方向の手振れをキャンセルするよう撮像素子を変位させることができる。圧電アクチュエータ２３は圧電素子そのもので示しているが、本発明では圧電素子に変位量を拡大する拡大機構を付加したことを特徴とする。
【００１７】
図３は、上記拡大機構付き圧電素子で構成された圧電アクチュエータの実施例を示す図で、圧電素子３１の一端に抑え板３３を接着する。他端にも抑え板３２を配置し、これらの抑え板３２，３３間に２枚の板ばね３４、３５を固定する。固定時の板ばねの曲率は、抑えネジ３６で調整する。圧電素子３１に電圧を印加すると、Ａ，Ａ′で示した方向に圧電素子３１が伸びる。これにより、板ばね３４，３５にＢ，Ｂ′で示した変位が発生する。図４に示すように、上述のごとく構成した圧電アクチュエータ４１の板ばねの一方に、撮像素子２１あるいは該撮像素子２１が固定されている基板２２を接着し、他方を撮像装置本体に固定な部分に接着する。
【００１８】
図５は、請求項２の発明の一実施例を説明するための要部構成図で、前記実施例で説明した構成において、変位拡大機構を有した圧電アクチュエータ４１の、撮像装置本体に対して固定な部分に接着していた一端を、該撮像装置本体に接着せず、接合部材５１に接着するようにしたものである。接合部材５１は、さらに、別の圧電アクチュエータ４２に接着され保持されている。圧電アクチュエータ４２の一端はこの接合部材５１に接着されており、もう一端は撮像装置本体に対して固定な部分に接着されている。圧電アクチュエータ４１と圧電アクチュエータ４２は、その変位方向が同一でなく、かつ、撮像面内にあるよう配置する。これにより、撮像素子２１は同一平面内を、あらゆる方向に変位できる。これにより、画像面で見て前後左右の手振れぼけを防止するよう、撮像素子を変位させることができる。また、接合部材５１の形状は、図５に示したものに限られるわけではなく、圧電アクチュエータ４１と圧電アクチュエータ４２を接合できるようなものであればよい。
【００１９】
なお、請求項１の発明、請求項２の発明において、撮像素子を撮像面内で変位させると記述したが、組みつけ精度等により、画質が許容される範囲内でその面からずれてもよい。
【００２０】
図６は、本発明の好ましい変形例を説明するための要部構成図で、バネなどの力発生装置６１を、接合部材５１に接続し、撮像素子２１の変位方向とほぼ逆方向の力を加える。これにより、接合部材５１が振動することによって圧電アクチュエータ４１，４２の変位が撮像素子に正確に伝わらないことを抑制できる。ここでは、力発生装置を２つにしたが、１つでも３つ以上でもよい。
【００２１】
図７は、本発明の他の変形例を説明するための要部構成図で、摩擦力発生装置７１を、撮像素子２１あるいは基板２２に接続するようにしたものである。これにより、手振れ補正時に撮像素子のダンピングや、光軸周りの回転を抑止できる。ここでは、摩擦力発生装置を２つにしたが、１つでも３つ以上でもよい。
【００２２】
図８は、本発明の更に他の変形例を説明するための要部構成図で、バネなどによる力発生装置８１を、撮像素子２１あるいは基板２２に接続し、圧電アクチュエータ４１，４２が無通電時（静止時）に、振動等に抗して所定の位置に撮像素子２１を保持できるようにしたものである。これにより、圧電アクチュエータがバネを用いた変位拡大機構を有する場合、手振れ補正時にそのバネが所望の変位になるよう、そのバネの静止時の初期状態を設定できる。ここでは、力発生装置を２つにしたが、１つでも３つ以上でもよい。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１に対する効果
撮像素子を圧電アクチュエータに直結することにより、簡単かつ小型な機構で撮像素子を平行移動させることができる、手振れ防止機構搭載デジタルカメラを提供できる。
【００２４】
請求項２に対する効果
撮像素子を、同一でない２方向にそれぞれ伸縮可能な２つの電気帰化に変換手段を用いることにより、簡単かつ小型な機構で直行する２方向に撮像素子を平行移動させることができる、手振れ防止機構搭載デジタルカメラを提供できる。
【００２５】
請求項３に対する効果
撮像装置本体に固定の部分から、第２の電気機械変換手段、接合部材、第１の電気機械変換手段を介して撮像素子に接続されているので、それぞれの電気機械変換手段により撮像素子を２次元的に変位させることができる。これにより、より高精度な手振れ防止機構搭載デジタルカメラを提供できる。
【００２６】
請求項４に対する効果
板バネの曲率を調整できるようにすることにより、圧電素子に変位を与えない固定位置での撮像素子を任意の位置になるように調整することができる。これにより、より高精度な手振れ防止機構搭載デジタルカメラを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される撮像装置の手振れ補正部の構成を示す図である。
【図２】撮像素子の移動方法の例を説明するための要部構成図である。
【図３】拡大機構付き圧電素子で構成された圧電アクチュエータの実施例を示す図である。
【図４】圧電アクチュエータに撮像装置を取り付けた例を示す図である。
【図５】請求項２の発明の一実施例を説明するための要部構成図である。
【図６】本発明の好ましい変形例を説明するための要部構成図である。
【図７】本発明の他の変形例を説明するための要部構成図である。
【図８】本発明の更に他の変形例を説明するための要部構成図である。
【符号の説明】
１１…手振れ検出センサ、１２…Ａ／Ｄ変換手段、１３…カメラ移動量計算部、１４…撮像素子移動量計算部、１５…昇圧回路、１６…圧電アクチュエータ、２１…撮像素子、２２…基板、２３…電圧アクチュエータ、３１…電圧素子、３２，３３…抑え板、３４，３５…板ばね、３６…抑えネジ、４１，４２…圧電アクチュエータ、５１…接合部材、６１…力発生装置、７１…摩擦力発生装置、８１…力発生装置。

Claims

撮像光学系と、該撮像光学系を通過した被写体像を受光して画像信号に変換する撮像素子を有する撮像装置において、前記撮像素子の撮像面における１辺と平行となるように伸縮方向が設定された圧電素子の、前記伸縮方向の両端に抑え板を配置し、該抑え板の間に前記圧電素子を挟んで２枚の板ばねを固定することで、印加された電圧に応じた圧電素子の伸縮による変位量を、前記撮像素子の撮像面内で前記圧電素子の伸縮方向と直交する方向に前記板バネの変位量として拡大する変位量拡大機構を備えた電気機械変換手段を有し、該電気機械変換手段と前記撮像素子とが接続され、前記圧電素子の伸縮によって、前記撮像素子が撮像面内で変位することを特徴とするぶれ防止機能付きの撮像装置。
前記電気機械変換手段を２つ備え、第１の電気機械変換手段により前記撮像素子をその一辺に平行な方向に変位させ、第２の電気機械変換手段により前記撮像素子を前記方向に直交する他の方向に変位させることを特徴とする請求項１に記載のぶれ防止機能付きの撮像装置。
第２の電気機械変換手段の一方のバネを撮像装置本体に固定な部分に接続し、第２の電気機械変換手段の他方のバネは、Ｌ字型の接合部材の一方の腕に接続し、該接合部材の他方の腕を第１の電気機械変換手段の一方のバネに接続し、第１の電気機械変換手段の他方のバネを前記撮像素子の撮像面における１辺と接続したことを特徴とする請求項２記載のぶれ防止機能付きの撮像装置。
前記圧電素子の伸縮方向の一端に、前記板ばねの曲率を調整するための抑えネジを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のぶれ防止機能付きの撮像装置。