图像模糊校正设备及具有该设备的摄像设备或光学设备.pdf

一种图像模糊校正设备及具有该设备的摄像设备或光学设备。该图像模糊校正设备包括：第一和第二透镜单元；支撑单元，其使所述第一和第二透镜单元沿光轴方向并列支撑，使得第一和第二透镜单元能够沿与光轴垂直的方向独立地移动；驱动单元，其沿与光轴垂直的方向驱动第一和第二透镜单元；相对位置检测单元，其检测第一和第二透镜单元之间的相对位置；晃动检测单元，其检测添加到图像模糊校正设备的晃动量；以及控制单元，其基于晃动检测单元的输出来控制驱动单元。控制单元基于相对位置检测单元的输出来进行闭环控制，使得第二透镜单元沿与第一透镜单元的移动方向相反的方向移动。

1.  一种图像模糊校正设备，其包括：
第一透镜单元，其包括第一校正透镜；
第二透镜单元，其包括第二校正透镜，该第二校正透镜具有与所述第一校正透镜的光焦度相反的光焦度；
支撑单元，其被构造成使所述第一透镜单元和所述第二透镜单元沿光轴的方向并列支撑，使得所述第一透镜单元和所述第二透镜单元能够沿与所述光轴垂直的方向独立地移动；
驱动单元，其被构造成驱动所述第一透镜单元和所述第二透镜单元；
相对位置检测单元，其被构造成检测所述第一透镜单元和所述第二透镜单元之间的相对位置；
晃动检测单元，其被构造成检测添加到所述图像模糊校正设备的晃动量；以及
控制单元，其被构造成基于所述晃动检测单元的输出来控制所述驱动单元，
其中，所述控制单元被构造成基于所述相对位置检测单元的输出来进行闭环控制，使得所述第二透镜单元沿与所述第一透镜单元的移动方向相反的方向移动。

2.  根据权利要求1所述的图像模糊校正设备，其特征在于，所述驱动单元包括被安装到所述第一透镜单元的线圈和被安装到所述第二透镜单元并且与所述线圈相对着设置的磁体，所述驱动单元被构造成利用电流流过所述线圈时产生的相互作用力而沿彼此相反的方向驱动所述第一透镜单元和所述第二透镜单元。

3.  根据权利要求1所述的图像模糊校正设备，其特征在于，所述控制单元被构造成基于所述晃动检测单元的输出进行反馈控制，使得所述第二透镜单元根据所述相对位置检测单元的输出沿与所述第一透镜的移动方向相反的方向移动。

4.  一种摄像设备，其包括权利要求1所述的图像模糊校正设备。

5.  一种光学设备，其包括权利要求1所述的图像模糊校正设备。

6.  一种图像模糊校正设备，其包括：
第一透镜单元，其包括第一校正透镜；
第二透镜单元，其包括第二校正透镜，该第二校正透镜具有与所述第一校正透镜的光焦度相反的光焦度；
支撑单元，其被构造成使所述第一透镜单元和所述第二透镜单元沿光轴的方向并列支撑，使得所述第一透镜单元和所述第二透镜单元能够沿与所述光轴垂直的方向独立地移动；
驱动单元，其被构造成驱动所述第一透镜单元和所述第二透镜单元；
第一位置检测单元，其被构造成检测所述第一透镜单元相对于所述支撑单元的位置；
第二位置检测单元，其被构造成检测所述第二透镜单元相对于所述第一透镜单元的位置；
晃动检测单元，其被构造成检测添加到所述图像模糊校正设备的晃动量；以及
控制单元，其被构造成基于所述晃动检测单元的输出来控制所述驱动单元，
其中，所述控制单元被构造成进行闭环控制，使得所述第一透镜单元基于所述第一位置检测单元的输出移动，并且使得所述第二透镜单元基于所述第二位置检测单元的输出沿与所述第一透镜单元的移动方向相反的方向移动。

7.  根据权利要求6所述的图像模糊校正设备，其特征在于，所述驱动单元包括被安装到所述支撑单元的磁体、被安装到所述第一透镜单元并且与所述磁体相对着设置的第一线圈以及被安装到所述第二透镜单元并且与所述磁体相对着设置的第二线圈，所述驱动单元被构造成利用电流沿相反方向流过所述第一线圈和所述第二线圈时产生的相互作用力而沿彼此相反的方向驱动所述第一透镜单元和所述第二透镜单元。

8.  根据权利要求6所述的图像模糊校正设备，其特征在于，所述控制单元被构造成基于所述晃动检测单元的输出进行反馈控制，使得所述第一透镜单元基于所述第一位置检测单元的输出移动，并且所述控制单元进行反馈控制，使得所述第二透镜单元基于所述第二位置检测单元的输出沿与所述第一透镜单元的移动方向相反的方向移动。

9.  一种摄像设备，其包括权利要求6所述的图像模糊校正设备。

10.  一种光学设备，其包括权利要求6所述的图像模糊校正设备。

11.  一种图像模糊校正设备，其包括：
第一透镜单元，其包括第一校正透镜；
第二透镜单元，其包括第二校正透镜，该第二校正透镜具有与所述第一校正透镜的光焦度相反的光焦度；
支撑单元，其被安装到固定构件并且被构造成支撑所述第一透镜单元和所述第二透镜单元，使得所述第一透镜单元和所述第二透镜单元能沿着与光轴垂直的面相对于所述固定构件移动；
驱动单元，其被构造成驱动所述第一透镜单元和所述第二透镜单元；
第一位置检测单元，其被构造成检测所述第一透镜单元相对于所述固定构件的位置；
第二位置检测单元，其被构造成检测所述第二透镜单元相对于所述第一透镜单元的位置；
晃动检测单元，其被构造成检测添加到所述图像模糊校正设备的晃动量；以及
控制单元，其被构造成基于所述晃动检测单元的输出来控制所述驱动单元，
其中，所述控制单元被构造成进行闭环控制，使得所述第一透镜单元基于所述第一位置检测单元的输出移动，并且所述控制单元进行闭环控制，使得所述第二透镜单元基于所述第二位置检测单元的输出沿与所述第一透镜单元的移动方向相反的方向移动。

12.  根据权利要求11所述的图像模糊校正设备，其特征在于，所述驱动单元包括被安装到所述固定构件的磁体、被安装到所述第一透镜单元并且与所述磁体相对着设置的第一线圈以及被安装到所述第二透镜单元并且与所述磁体相对着设置的第二线圈，所述驱动单元被构造成利用电流沿相反方向流过所述第一线圈和所述第二线圈时产生的相互作用力而沿彼此相反的方向驱动所述第一透镜单元和所述第二透镜单元。

13.  根据权利要求11所述的图像模糊校正设备，其特征在于，所述控制单元被构造成基于所述晃动检测单元的输出进行反馈控制，使得所述第一透镜单元基于所述第一位置检测单元的输出移动，并且使得所述第二透镜单元基于所述第二位置检测单元的输出沿与所述第一透镜单元的移动方向相反的方向移动。

14.  一种摄像设备，其包括权利要求11所述的图像模糊校正设备。

15.  一种光学设备，其包括权利要求11所述的图像模糊校正设备。

图像模糊校正设备及具有该设备的摄像设备或光学设备
技术领域
本发明涉及一种进行图像模糊(image blur)校正(图像稳定)的图像模糊校正设备(图像稳定设备)，此外，本发明涉及一种包括该图像模糊校正设备的摄像设备或光学设备。
背景技术
近年来的照相机(camera)可以自动进行重要的图像拍摄处理(例如，曝光决定和焦点调整)，从而即使使用者对照相机操作不熟悉，也能防止使用者的摄影操作失败。此外，摄像系统被构造成校正可能由添加到照相机的照相机晃动引起的图像模糊。从而，几乎没有任何因素可能导致使用者的摄影操作失误。
下面简单说明能够校正由照相机晃动引起的图像模糊的实例系统。在摄影操作中添加到照相机的照相机晃动是频率范围为1Hz～10Hz的振动。为了即使当在按下快门释放按钮时产生该照相机晃动也能拍摄无图像模糊的图像，必需检测由手晃动引起的照相机晃动并且根据该检测值使用于图像模糊校正的透镜(下文中被称为“校正透镜”)移动。因此，为了即使当发生照相机晃动时也能拍摄无图像模糊的图像，必需精确地检测照相机晃动(振动)并且校正由该照相机晃动引起的光轴的变化。
可以由安装在照相机上的晃动检测单元来实现照相机晃动的检测。原则上，晃动检测单元检测出加速度、角加速度、角速度或角位移并且进行用于算出图像模糊校正用输出的处理。照相机系统基于晃动检测单元的输出进行图像模糊校正。
如日本特开平2-162320号公报或日本特开平11-167074号公报所论述的那样，传统的照相机晃动校正设备使用具有相反的光焦度(power)的一对透镜并且使这些透镜平衡。
然而，根据日本特开平2-162320号公报，连结机构(梁结构)沿光轴方向延伸以将具有相反的光焦度的透镜保持在平衡状态。因此，照相机晃动校正设备的主体尺寸较大。由于由梁构件支撑的校正透镜可相对于梁构件转动，因此，照相机晃动校正可能引起光轴方向的位置偏移以及可能使聚焦方向的精度劣化。
根据日本特开平11-167074号公报，要求图像模糊校正设备校正两个轴的图像模糊，因此，不能使设备主体小型化。
发明内容
本发明的典型实施方式涉及一种紧凑并且省电的图像模糊校正设备，该图像模糊校正设备能够减小形成在像面上的图像的位置偏移，该位置偏移可由第一和第二校正透镜的重量引起，并且本发明的典型实施方式提供包括该图像模糊校正设备的摄像设备或光学设备。
根据本发明的一个方面，一种图像模糊校正设备，其包括：第一透镜单元，其包括第一校正透镜；第二透镜单元，其包括第二校正透镜，该第二校正透镜具有与第一校正透镜的光焦度相反的光焦度；支撑单元，其被构造成使第一透镜单元和第二透镜单元沿光轴的方向并列支撑，使得第一透镜单元和第二透镜单元能够沿与光轴垂直的方向独立地移动；驱动单元，其被构造成沿与光轴垂直的方向驱动第一透镜单元和第二透镜单元；相对位置检测单元，其被构造成检测第一透镜单元和第二透镜单元之间的相对位置；晃动检测单元，其被构造成检测添加到图像模糊校正设备的晃动量；以及控制单元，其被构造成基于晃动检测单元的输出来控制驱动单元，其中，控制单元被构造成基于相对位置检测单元的输出来进行闭环控制，使得第二透镜单元沿与第一透镜单元的移动方向相反的方向移动。
根据本发明的另一方面，一种图像模糊校正设备，其包括：第一透镜单元，其包括第一校正透镜；第二透镜单元，其包括第二校正透镜，该第二校正透镜具有与第一校正透镜的光焦度相反的光焦度；支撑单元，其被构造成使第一透镜单元和第二透镜单元沿光轴的方向并列支撑，使得第一透镜单元和第二透镜单元能够沿与光轴垂直的方向独立地移动；驱动单元，其被构造成驱动第一透镜单元和第二透镜单元；第一位置检测单元，其被构造成检测第一透镜单元相对于固定构件的位置；第二位置检测单元，其被构造成检测第二透镜单元相对于第一透镜单元的位置；晃动检测单元，其被构造成检测添加到图像模糊校正设备的晃动量；以及控制单元，其被构造成基于晃动检测单元的输出来控制驱动单元，其中，控制单元被构造成进行闭环控制，使得第一透镜单元基于第一位置检测单元的输出移动，并且使得第二透镜单元基于第二位置检测单元的输出沿与第一透镜单元的移动方向相反的方向移动。
根据本发明的又一方面，一种图像模糊校正设备，其包括：第一透镜单元，其包括第一校正透镜；第二透镜单元，其包括第二校正透镜，该第二校正透镜具有与第一校正透镜的光焦度相反的光焦度；支撑单元，其被安装到固定构件并且被构造成支撑第一透镜单元和第二透镜单元，使得第一透镜单元和第二透镜单元能沿着与光轴垂直的面相对于固定构件移动；驱动单元，其被构造成驱动第一透镜单元和第二透镜单元；第一位置检测单元，其被构造成检测第一透镜单元相对于固定构件的位置；第二位置检测单元，其被构造成检测第二透镜单元相对于第一透镜单元的位置；晃动检测单元，其被构造成检测添加到图像模糊校正设备的晃动量；以及控制单元，其被构造成基于晃动检测单元的输出来控制驱动单元，其中，控制单元被构造成进行闭环控制，使得第一透镜单元基于第一位置检测单元的输出移动，并且控制单元进行闭环控制，使得第二透镜单元基于第二位置检测单元的输出沿与第一透镜单元的移动方向相反的方向移动。
通过下面参照附图对典型实施方式的详细说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的典型实施方式和特征，用于解释本发明的至少某些原理。
图1是示出根据本发明的第一典型实施方式的装配在摄像设备中的图像模糊校正设备的分解立体图。
图2A示出了根据本发明的第一典型实施方式的图像模糊校正设备的主视图。
图2B示出了沿图2A的线B-B截取的根据本发明的第一典型实施方式的图像模糊校正设备的剖视图。
图3A示出了沿图2A的线C-C截取的根据本发明的第一典型实施方式的图像模糊校正设备的剖视图。
图3B示出了沿图2A的线D-D截取的根据本发明的第一典型实施方式的图像模糊校正设备的剖视图。
图4是示出根据本发明的第一典型实施方式的图像模糊校正设备用的驱动控制系统的方框图。
图5是示出由根据本发明的第一典型实施方式的图像模糊校正设备进行的图像模糊校正操作的剖视图。
图6是示出根据本发明的第一典型实施方式的图像模糊校正设备中的由重力引起的位置偏移的剖视图。
图7是示出用于控制装配在根据本发明的第一典型实施方式的图像模糊校正设备中的两个校正透镜的频率特性的图。
图8示出了根据本发明的第二典型实施方式的图像模糊校正设备的分解立体图。
图9A示出了根据本发明的第二典型实施方式的图像模糊校正设备的主视图。
图9B示出了沿图9A的线B-B截取的根据本发明的第二典型实施方式的图像模糊校正设备的剖视图。
图10是示出根据本发明的第二典型实施方式的图像模糊校正设备用的驱动控制系统的方框图。
图11示出了根据本发明的摄像设备的外观。
图12示意性示出了根据本发明的摄像设备的图像模糊校正设备的立体图。
图13是示出根据本发明的装配在摄像设备中的图像模糊校正系统的电路配置的方框图。
具体实施方式
下面说明的典型实施方式实质上是示例性的，绝不是想要限制本发明、本发明的应用或使用。应该注意，贯穿整个说明书，在下面的图中，相同的附图标记和字母表示相同的部件，从而，当在一副图中说明了一个部件时，在下面的图中可能不再论述该部件。下面将参照附图详细说明典型实施方式。
图11示出了根据本发明的具有图像模糊校正功能的摄像设备(数字式照相机)的外观。当摄像设备(数字式照相机)相对于光轴41受到箭头42p和42y所示的纵向晃动和横向晃动时，摄像设备(数字式照相机)进行图像模糊校正。照相机主体43包括释放按钮43a、模式拨盘43b(包括主开关)和可缩回的闪光单元43c。
图12是示出根据本典型实施方式的装配在数字式照相机中的图像模糊校正设备的实例机构的立体图。图像传感器44将被摄体像转换成电信号。
图像模糊校正设备53沿箭头58p和58y所示的两个方向驱动校正透镜52并且进行分别由图11中的箭头42p和42y所示的两个方向的图像模糊校正。
晃动检测单元(例如，角速度传感器或角加速度传感器)45p检测箭头46p所示的晃动量。另一晃动检测单元45y检测箭头46y所示的晃动量。计算单元47p将晃动检测单元45p的输出转换成将被供给到校正透镜52的驱动目标值。另一计算单元47y将晃动检测单元45y的输出转换成将被供给到校正透镜52的驱动目标值。可以通过将转换后的驱动目标值供给到图像模糊校正设备53中的线圈来实现图像模糊校正。
图13是示出图12所示的计算单元47p和47y的细节的方框图。由于计算单元47p和47t彼此类似，因此，图13仅示出了计算单元47p的实例电路配置。
计算单元47p包括由图13所示的点划线包围的作为构成元件的放大单元48p、放大单元49p、模数转换单元(下文中被称为“A/D转换单元”)410p、照相机微型计算机411和驱动单元420p。
照相机微型计算机411包括存储单元412p、差分单元413p、DC截止滤波器414p、积分单元415p、感光度(sensitivity)调整单元416、存储单元417p、差分单元418p和PWM(脉冲宽度调制)占空比转换单元419p。
在本发明中，晃动检测单元45p是可以检测照相机晃动角速度的振动陀螺仪。振动陀螺仪与照相机的主开关的接通(on)同步地开始其操作并且开始检测施加到照相机上的晃动角速度。
放大单元48p从自晃动检测单元45p接收的晃动信号中去除DC偏置(bias)成分，并且放大该接收到的晃动信号。放大单元48p具有能够截止小于等于0.1Hz的频率范围内的信号成分，同时保留可施加到照相机的1～10Hz的照相机晃动频率范围内的信号成分的频率特性。
然而，当使用能够截止小于等于0.1Hz的信号成分的特性时，在接通照相机的主开关并且开始从晃动检测单元45p输入晃动信号之后完全截止DC成分需花费大约10秒。因此，放大单元48p的时间常数被设定为在接通照相机的主开关之后持续大约0.1秒的较小值。例如，放大单元48p的特性被设定成能够截止小于等于10Hz的频率范围内的信号成分。
这样，放大单元48p具有如下特性：能够在大约0.1秒的短时间段内截止DC成分，然后，增大时间常数以截止小于等于0.1Hz的频率范围内的信号成分。结果，放大单元48p可以防止晃动角速度信号劣化。
放大单元49p根据A/D分辨率适当地放大放大单元48p的输出信号以截止包括在晃动角速度信号中的高频噪音。因此，在晃动角速度信号的取样操作中，A/D转换单元410p可以减少可能由包括在晃动角速度信号中的噪音引起的读取失误。
A/D转换单元410p对放大单元49p的输出信号进行取样。照相机微型计算机411接收A/D转换单元410p的输出信号。放大单元48p截止DC偏置成分。然而，由放大单元49p放大的晃动角速度信号可能包括DC偏置成分。因此，照相机微型计算机411截止包括在A/D转换单元410p的输出信号中的DC偏置成分。
例如，当在接通照相机主开关之后0.2秒时，存储单元412p存储晃动角速度信号的取样值。差分单元413p获得存储在存储单元412p中的值与当前晃动角速度信号之间的差，以截止DC成分。
然而，用于截止DC成分的上述操作是粗略的(因为当在接通照相机主开关之后0.2秒时取样的晃动角速度信号不仅包括DC成分，而且包括实际的照相机晃动成分)。因此，照相机电子微型计算机411中的DC截止滤波器414p利用数字式滤波器完全截止DC成分。
与放大单元48p类似，当在接通照相机主开关之后0.4秒(＝0.2秒+0.2秒)时，DC截止滤波器414p可以改变其时间常数并且逐渐增大时间常数。
更具体地，DC截止滤波器414p具有当在接通主开关之后0.2秒时，能够截止小于等于10Hz的频率范围内的信号成分的滤波特性。DC截止滤波器414p以50毫秒(msec)的时间间隔将滤波器截止频率减小到5Hz→1Hz→0.5Hz→0.2Hz。
然而，在上述操作过程中，如果摄影者将快门释放按钮按下一半深度(即，接通开关SW1)用于测光/测距操作，则摄影者可立即开始摄影操作并且不期望花费长时间来改变时间常数。
因此，在该情况下，DC截止滤波器414p中断用于根据摄影条件改变时间常数的操作。例如，如果测光结果显示快门速度变为1/60并且摄影焦距是150mm，则图像稳定不需要较高的精度，因此，当DC截止滤波器414p获得能够截止小于等于0.5Hz的频率范围内的信号成分的特性时，DC截止滤波器414p就完成了时间常数改变操作。
更具体地，DC截止滤波器414p基于快门速度和摄影焦距的乘积来控制时间常数的变化量。从而，可以缩短用于改变时间常数的时间并且可以使快门定时优先。不必说，如果快门速度较高或者当焦距较短时，当DC截止滤波器414p获得能够截止小于等于1Hz的频率范围内的信号成分的特性时，DC截止滤波器414p就完成了时间常数改变操作。如果快门速度较低且焦距较长，则照相机微型计算机411禁止摄影操作，直到DC截止滤波器414p完成用于将时间常数改变为最终值的操作为止。
积分单元415p开始对DC截止滤波器414p的输出信号进行积分，以将角速度信号转换成角度信号。感光度调整单元416p根据当前的照相机焦距和被摄体距离信息来适当地放大积分后的角度信号。感光度调整单元416p对放大信号进行转换，使得可以根据照相机晃动角度驱动照相机晃动校正设备的被驱动部适当的量。在变焦/聚焦操作过程中，当根据摄影光学系统的变化改变相对于被驱动部的移动量的光轴偏心量时，通常需要上述校正。
当半按下快门释放按钮时，照相机微型计算机411开始驱动图像模糊校正设备的机构部分(下文中被简称为“图像模糊校正设备”)。此时，期望防止图像模糊校正设备急剧地开始其图像模糊校正操作。
存储单元417p和差分单元418p可以防止图像模糊校正操作的这种急剧开始。在半按下快门释放按钮时，存储单元417p存储从积分单元415p经由感光度调整单元416p输出的照相机晃动角度信号。差分单元418p获得从积分单元415p经由感光度调整单元416p输出的输出信号与存储单元417p的输出信号之间的差。
首先，在半按下快门释放按钮时，进入差分单元418p的两个信号彼此相等。从而，由差分单元418p产生的输出信号(驱动目标值)变为零。然后，从零开始连续输出信号。存储单元417p具有将半按下快门释放按钮时的积分信号设定为原点的功能。因此，存储单元417p和差分单元418p可以防止图像模糊校正设备急剧地开始其操作。
PWM占空比转换单元419p接收来自差分单元418p的目标值信号。当施加到图像模糊校正设备的线圈的电压或电流是与照相机晃动角度对应的值时，根据该照相机晃动角度驱动校正透镜52。PWM驱动可优选用于减少图像模糊校正设备所消耗的电力的量，并且用于节省将被供给到驱动线圈的晶体管的电力。
因此，PWM占空比转换单元419p根据目标值改变线圈驱动占空比。例如，当PWM具有20KHz的频率时，如果从差分单元418p接收到的目标值是“2048”，则PWM占空比转换单元419p将占空比设定为零，如果从差分单元418p接收到的目标值是“4096”，则PWM占空比转换单元419p将占空比设定为100。如果目标值大于“2048”且小于“4096”，则PWM占空比转换单元419p将占空比设定为根据目标值适当确定的中间值。为了精细地确定占空比以精确地进行图像模糊校正，期望不仅考虑目标值，而且考虑当前照相机摄影条件(例如，温度、照相机姿势、剩余电池电量)。
驱动单元420p(例如，传统的PWM驱动器)接收PWM占空比转换单元419p的输出并且输出将被施加到图像模糊校正设备的线圈的驱动信号，用于图像模糊校正。当在半按下快门释放按钮之后0.2秒时(即，在接通开关sw1之后0.2秒时)，致动驱动单元420p。
虽然图13的方框图中未示出，但是，如果摄影者完全按下快门释放按钮(当接通开关SW2时)以使照相机开始曝光处理时，连续进行图像模糊校正。因此，本典型实施方式可以防止照相机晃动使拍摄的图像的品质劣化。
只要摄影者将快门释放按钮保持在半按下状态，就可以继续图像模糊校正设备的图像模糊校正。如果摄影者从半按下状态释放按钮，则存储单元417p停止存储感光度调整单元416p的输出信号(即，进入取样状态)。因此，差分单元418p接收来自感光度调整单元416p和存储单元417p的相同的信号。由差分单元418p产生的输出信号变为零。因此，图像模糊校正设备不接收驱动目标值并且不进行任何图像模糊校正。
只要不断开(off)照相机的主开关，积分单元415p就继续其积分操作。如果再次半按下快门释放按钮，则存储单元417p重新存储积分输出(保持信号)。如果摄影者断开主开关，则晃动检测单元45p停止其操作并且结束图像稳定程序。
如果积分单元415p的信号变得比预定值大，则照相机微型计算机411确定为已经进行照相机的摇拍(panning)操作，并且改变DC截止滤波器414p的时间常数。例如，照相机微型计算机411放弃能够截止小于等于0.2Hz的频率范围内的信号成分的特性并且重新设定能够截止小于等于1Hz的频率范围内的信号成分的特性。因此，时间常数值在预定时间内返回到初始值。
在该情况下，根据积分单元415p的输出控制时间常数变化量。更具体地，如果输出超过第一阈值，则为DC截止滤波器414p设定能够截止小于等于0.5Hz的频率范围内的信号成分的特性。如果输出超过第二阈值，则为DC截止滤波器414p设定能够截止小于等于1Hz的频率范围内的信号成分的特性。如果输出超过第三阈值，则为DC截止滤波器414p设定能够截止小于等于5Hz的频率范围内的信号成分的特性。
当积分单元415p的输出是非常大的值时(例如，当照相机摇拍时)，照相机微型计算机411重新设定积分单元415p的操作，以防止计算上的饱和(溢出)。根据图13所示的电路配置，在计算单元47p中设置放大单元48p和放大单元49p。然而，可以在晃动检测单元45p中设置放大单元48p和放大单元49p。
图1至图3示出了根据本发明的第一典型实施方式的装配在摄像设备(数字式照相机)中的实例图像模糊校正设备。更具体地，图1是图像模糊校正设备的分解立体图。图2A示出了图1所示的图像模糊校正设备的主视图。图2B示出了沿图2的线B-B截取的图1所示的图像模糊校正设备的剖视图。图3A示出了沿图2A的线C-C截取的图1所示的图像模糊校正设备的剖视图。图3B示出了沿图2A的线D-D截取的图1所示的图像模糊校正设备的剖视图。
在图1、图2A、图2B、图3A和图3B中，校正透镜11a具有正光焦度，校正透镜11b具有负光焦度。保持架12保持校正透镜11a。保持架17保持校正透镜11b。
保持架12包括以120度的角度间隔布置的销12a、12b和12c(参见图2A)。绕销12a、12b和12c钩住拉伸弹簧15a、15b和15c的一端部。接地板13包括以120度的角度间隔布置的销13a、13b和13c(参见图2A)以及布置在接地板13的面对销13a的相反侧的销13d(参见图3A)。绕销13a、13b、13c和13d钩住拉伸弹簧15a、15b、15c和15d的另一端部。也就是说，如图2A所示，在销12a至12c和销13a至13c之间拉拉伸弹簧15a、15b和15c。类似地，在销13d和17d之间拉拉伸弹簧15d(参见图3A)。
如图1所示，在保持架12的背面的预定部位设置三个球状物14a、14b和14c。如图3A所示地倾斜地悬挂的拉伸弹簧15a至15c(即，弹性部件)对保持架12施加朝向接地板13的弹性力。由于在保持架12和接地板13之间设置球状物14a至14c，因此，保持架12可以相对于接地板13沿箭头19p、19y和19r所示的方向(参见图2A)移动。然而，球状物14a至14c限制了保持架12沿光轴57(参见图1)的方向移位。
三个拉伸弹簧15a至15c沿放射方向拉保持架12。由于弹性力被设定为足够大的值，因此，拉伸弹簧15a至15c可以防止保持架12沿箭头19r所示的方向转动。拉伸弹簧15a至15c的弹性力沿箭头19p和19y所示的方向彼此抵消。因此，当对保持架12施加较弱的力时，保持架12可沿箭头19p和19y所示的方向移动。
线圈16a被接合到保持架12的两个突出部12f和12g。另一线圈16b被接合到保持架12的两个突出部12d和12e。如图2B所示，在接地板13上设置从接地板13的相对两面突出的两个永磁体110a和110b(例如，钕磁体)。沿永磁体110a和110b的厚度方向磁化永磁体110a和110b。永磁体110a和110b的磁通分别沿光轴方向贯穿线圈16a和16b。
虽然图1、图2A和图2B未示出，但是，在磁轭与永磁体110a和110b之间夹着线圈16a和16b。线圈16a被布置在一个磁轭和永磁体110a之间的间隙中。线圈16b被布置在另一磁轭和永磁体110b之间的间隙中。从而，可以对贯穿线圈16a和16b的磁通进行整流，并且可以提高驱动效率。
如图2A和图2B所示，传感器111a被接合到保持架12的耳部12h，传感器111b被接合到保持架12的耳部12i。当传感器111a和111b由霍尔器件制成时，永磁体110a和110b(将被用于驱动)可以用作位置检测装置。更具体地，传感器111a和111b以及永磁体110a和110b构成第一位置检测单元。第一位置检测单元可以测量第一被驱动部(下面说明)相对于接地板13(固定构件)的偏心量。
校正透镜11a、保持架12、线圈16a和16b、传感器111a和111b以及传感器112a和112b(下面说明)共同构成第一被驱动部。线圈16a和16b(即，第一被驱动部的一部分)以及被安装到接地板13的永磁体110a和110b共同构成第一驱动部。
如上所述，永磁体110a的磁通垂直地贯穿线圈16a。因此，当电流流过线圈16a时，保持架12沿箭头18p所示的方向(参见图2A)高效地移动。类似地，当电流流过线圈16b时，保持架12沿箭头18y所示的方向(参见图2A)移动。
基于沿各自方向作用的拉伸弹簧15a至15c的弹簧常数以及由线圈16a和16b与永磁体110a和110b之间的相互作用产生的推力基本上确定保持架12的移动量。换句话说，可以基于流过各自线圈16a和16b的电流的量来控制校正透镜11a的偏心量。
在接地板13的后侧设置具有负光焦度的校正透镜11b(与校正透镜11a的光焦度不同)。保持架17保持校正透镜11b。在该配置中，包括校正透镜11b的部分与包括校正透镜11a的第一被驱动部类似。
更具体地，校正透镜11b、保持架17以及线圈16c和16d构成第二被驱动部。虽然图3A中仅示出了拉伸弹簧15d和球状物14d，但是，三个拉伸弹簧15d至15f经由球状物14d至14f对第二被驱动部施加朝向接地板13的弹性力。
因此，虽然图2B中仅示出了线圈16d，但是，当电流流过线圈16c和16d时，校正透镜11b沿箭头19p和19y所示的方向(参见图2A)移动。线圈16c和16d(即，第二被驱动部的一部分)以及被安装到接地板13的永磁体110a和110b共同构成第二驱动部。用作第一驱动部的一部分的永磁体110a和110b可以用作将被用于驱动的共用永磁体。与第一被驱动部类似，拉伸弹簧15d至15f可以防止第二被驱动部沿箭头19r所示的方向转动。
如可从图2A、图2B、图3A和图3B理解的那样，设置在接地板13上的永磁体110a和110b的磁通不仅贯穿线圈16a和16b，而且贯穿线圈16c和16d。更具体地，永磁体110a是线圈16a和16c的共用磁体，永磁体110b是线圈16b和16d的共用磁体。因此，一对磁体(永磁体110a和110b)可以使第一被驱动部和第二被驱动部移动。
如图3B所示，传感器112b(112a)被接合到保持架12的耳部12k(12j)。用于位置检测的磁体113b(113a)被接合到保持架17的耳部17k(17j)。传感器112a和112b以及用于位置检测的磁体113a和113b共同构成第二位置检测单元。第二位置检测单元可以测量第一被驱动部相对于第二被驱动部的偏心量。
图4是示出根据本发明的第一典型实施方式的控制驱动部的驱动控制系统的方框图。由于俯仰(pitch)控制和横摆(yaw)控制彼此类似，因此，下面说明作为实例的俯仰方向的控制。
在图4中，俯仰传感器31是用于检测照相机的晃动量的传感器(陀螺仪传感器)。运算单元32基于俯仰传感器31的输出信号的积分/滤波的结果产生俯仰方向的目标值。由运算单元32产生的目标值是第一被驱动部和第二被驱动部之间的相对偏心量。
如下所述，在适当的光学系统中，可以通过控制第一被驱动部和第二被驱动部之间的相对偏心量来进行图像模糊校正。在本典型实施方式中，当所产生的目标值是正值时，第一被驱动部沿负方向移动，第二被驱动部沿正方向移动。
两个增益控制器33a和33b分别产生用于线圈16d和16b的目标值。增益控制器33a和33b基于各自传感器112b和111b的输出信号进行用于线圈16d和16b的反馈控制。可以通过适当地设计相位补偿单元34a和34b以及增益35a、35b、38a和38b来适当地控制第一被驱动部相对于固定构件的位置和第二被驱动部相对于第一被驱动部的位置。
下面说明当使用上述驱动控制系统并且俯仰传感器31不产生输出时进行的实例操作。当俯仰传感器31不产生输出时，运算单元32接收不到输入。增益控制器33a和33b接收不到输入。传感器111b测量第一被驱动部相对于接地板13的偏心量并且控制线圈16b的位置。因此，第一被驱动部被控制成将传感器111b的输出减少为零。
结果，第一被驱动部被保持在光轴的中心。传感器112b测量第一被驱动部相对于第二被驱动部的偏心量并且控制线圈16d的位置。由于第一被驱动部被保持在光轴的中心，因此，第二被驱动部也被保持在光轴的中心。
当俯仰传感器31的输出不为0时，增益控制器33b产生与运算单元32的输出的一半相等的用于驱动第一被驱动部的目标量。基于传感器111b的输出进行反馈控制。结果，第一被驱动部从光轴偏移了与用于驱动第一被驱动部的目标量对应的量。
另一方面，增益控制器33a产生用于驱动第二被驱动部的目标量，该目标量的方向与用于驱动第一被驱动部的目标量的方向相反，且该目标量的大小是用于驱动第一被驱动部的目标量的大小的两倍。传感器112b检测第一被驱动部相对于第二被驱动部的偏心量。因此，第一被驱动部和第二被驱动部沿相反方向被驱动了相同的量。
图5示意性示出了由根据本典型实施方式的图像模糊校正设备进行的图像模糊校正的实例状态。图5示出了当图像模糊校正设备的整个主体沿纸面的逆时针方向转动时的图像模糊校正设备的运动。根据上述条件，通过使光轴41向图5的纸面的上方偏转从而抑制像的移动来进行图像模糊校正。
在图5中，沿箭头61p所示的方向驱动校正透镜11a，沿箭头62p所示的方向驱动校正透镜11b。校正透镜11a(凸透镜)的偏心使光轴41向图5中的上方偏转。另一方面，校正透镜11b(凹透镜)的偏心使光轴41向图5中的上方偏转。也就是说，由两个校正透镜11a和11b彼此加强光轴41的偏转。因此，摄影光学系统的光轴41如图5所示极大地偏转。换句话说，小的驱动量可以获得大的偏转。
另外，当光学设计适当时，也可以使由校正透镜11a的偏心引起的光轴41的偏转方向与由校正透镜11b的偏心引起的光轴41的偏转方向相反，并且使由校正透镜11a的偏心引起的光轴41的偏转量与由校正透镜11b的偏心引起的光轴41的偏转量相等。在该情况下，可以通过控制校正透镜11a和校正透镜11b之间的相对位置来控制光轴的偏转量。
然而，校正透镜11a和11b的位置受到重力的影响。可以通过将包括校正透镜11a的第一被驱动部的质量和包括校正透镜11b的第二被驱动部的质量设定为彼此类似而将由拉伸弹簧15a至15c的合成弹簧常数确定的固有频率值以及拉伸弹簧15的位置偏移设定成在校正透镜11a和11b之间是类似的。
图6示意性示出了在不使用图像模糊校正功能的情况下位置受到重力影响的校正透镜11a和11b的实例状态。
在该情况下，两个校正透镜11a和11b具有相反的光焦度。因此，沿箭头62p所示的方向驱动校正透镜11a和11b。因此，校正透镜11a可以改变摄影光学系统的光轴41的方向。然而，由于由校正透镜11b校正光轴41的方向，因此，虽然光轴41可能稍微移位，但是光轴41不会改变其方向。因此，摄像面上的成像位置不会极大地改变。
这样，本典型实施方式可以通过沿彼此相反的方向驱动具有相反的光焦度的校正透镜11a和11b来增大光轴41的偏转。此外，本典型实施方式可以消除由于重力引起成像位置相对于摄像面的位置偏移。
参照图7说明根据第一典型实施方式的图像模糊校正设备的效果。
如参照图5和图6说明的那样，在根据第一典型实施方式的使用具有不同的光焦度的两个校正透镜11a和11b的图像模糊校正设备中，两个校正透镜11a和11b之间的相对位置影响光轴的偏转。
图7是示出第一被驱动部和第二被驱动部相对于接地板13的位置控制中的频率特性(增益)的图。
在图7中，ω1表示第一被驱动部的共振频率，ω2表示第二被驱动部的共振频率。各被驱动部的质量以及各拉伸弹簧的弹簧常数和阻尼比决定共振频率。然而，第一典型实施方式使用光焦度彼此不同的两个透镜(换句话说，存在两个透镜的质量不同的可能性)。因此，不容易使第一被驱动部的共振频率ω1与第二被驱动部的共振频率ω2相等。
如从图7明显看出的那样，难以精确地控制分别具有共振频率ω1和共振频率ω2的第一被驱动部和第二被驱动部之间的相对运动。因此，如果从外部加入的振动位于共振频率ω1和共振频率ω2之间的频率范围中，则可能进行不正确的控制。因此，难以精确地使光轴41偏转。结果，可能形成图像模糊校正不充分的图像。
因此，第一典型实施方式通过控制第一被驱动部相对于接地板13(固定构件)的位置来控制第一被驱动部和第二被驱动部之间的相对位置。利用上述机构和驱动控制系统，第一典型实施方式可以确保第一被驱动部和第二被驱动部的控制精度，并且可以适当地进行图像模糊校正。
利用上述配置，第一典型实施方式可以实现紧凑的图像模糊校正设备，该图像模糊校正设备可以在图像模糊校正时实现大行程，并且可以减小由重力引起的光轴方向的偏心量。结果，第一典型实施方式可以使摄像设备或光学设备(例如，观察设备)小型化。第一典型实施方式还可以抑制可能由摄像设备或光学设备的姿势引起的摄像面的位置偏移。此外，第一典型实施方式可以通过适当地控制具有不同的光焦度的两个校正透镜来获得不包括图像模糊影响的图像。
图8、图9A和图9B示出了根据本发明的第二典型实施方式的装配在数字式照相机中的图像模糊校正设备。图8示出了图像模糊校正设备的分解立体图。图9A示出了图8所示的图像模糊校正设备的主视图。图9B示出了沿图9A的线B-B截取的图像模糊校正设备的剖视图。
用相同的附图标记表示与图1至图3所示的第一典型实施方式的构成部件功能类似的构成部件，并且下面不再对这些构成部件进行说明。根据第二典型实施方式的包括图像模糊校正功能的数字式照相机具有与图11至图13所示的第一典型实施方式的数字式照相机类似的配置。
第二典型实施方式与第一典型实施方式的不同之处在于驱动部的配置和用于控制驱动部的方法。根据第一典型实施方式，在保持架12上设置线圈16a和16b，在保持架17上设置线圈16c和16d。在接地板13上设置永磁体110a和110b。由线圈16a至16d与永磁体110a和110b之间产生的磁力的相互作用来驱动保持架12和17。
另一方面，在本发明的第二典型实施方式中，在保持架12上设置线圈16a和16b(虽然图9B中仅示出了线圈16b)，在保持架17上设置永磁体110a和110b(虽然在图9B中仅示出了永磁体110b)。当电流流过线圈16a和16b时驱动保持架12和17。
由于由磁轭114b吸引永磁体110b并且磁轭114b被固定到保持架17，因此，永磁体110b被牢固地安装到保持架17。此外，永磁体110b实质上增大了磁轭114b的厚度并且可以增强矫顽力。此外，由于由磁轭114a吸引永磁体110a并且磁轭114a被固定到保持架17，因此，可以获得类似的结果。
在图9B中，如上所述，当电流流过线圈16b时，在作用在永磁体110b和线圈16b之间的相互作用力下沿箭头61p所示的方向驱动线圈16b。在该情况下，永磁体110b受到来自线圈16b的反作用力，因此，沿箭头62p所示的方向驱动永磁体110b。
在该情况下，如果线圈、永磁体、电流值和弹簧常数与第一典型实施方式中说明的类似，则保持架12和保持架17之间的相对移动量变为第一典型实施方式中的一半。然而，第二典型实施方式不需要使用线圈(例如，图2B中的线圈16d)来驱动第二被驱动部(保持架17)，因此，可以减小尺寸。
传感器111a和111b分别被接合到被包括在第一被驱动部中的保持架12的耳部12h和12i。传感器111a和111b以及永磁体110a和110b共同构成位置检测单元。由于永磁体110a和110b被固定到保持架17，因此，位置检测单元可以测量第一被驱动部相对于第二被驱动部的偏心量。第二典型实施方式在该方面与第一典型实施方式不同。
第二典型实施方式可以通过基于来自位置检测单元的信号输出控制流过线圈16a和16b的电流来控制两个校正透镜11a和11b之间的相对位置。在该情况下，与第一典型实施方式类似，当质量与弹簧常数之比在第一被驱动部和第二被驱动部之间相类似时，可以抑制由重力引起的光轴偏心(由于校正透镜11a和11b沿相同方向偏移了相同的量)。
虽然未详细说明，但是，第二典型实施方式对第一被驱动部相对于接地板13的位置控制进行开放控制(open control)。
如上所述，第二典型实施方式可以减少图像模糊校正设备的构成部件的数量并且可以将第一被驱动部和第二被驱动部配置成可相对移动。第二典型实施方式可以减小驱动部的厚度并且可以实现紧凑的图像模糊校正设备。
图10是根据本发明的第二典型实施方式的驱动控制系统的方框图。由于俯仰控制方法和横摆控制方法彼此类似，因此，下面详细说明作为实例的俯仰控制方法。
在图10中，俯仰传感器31是能够检测照晃动量的传感器(陀螺仪传感器)。运算单元32通过对俯仰传感器31的输出信号进行积分/滤波来产生俯仰方向的目标值。由运算单元32产生的目标值是第一被驱动部和第二被驱动部之间的相对偏心量。当所产生的目标值是正值时，第一被驱动部沿负方向移动，第二被驱动部沿正方向移动。
两个增益控制器39a和39b分别产生用于线圈16a和16b的目标值。增益控制器39a和39b基于传感器111a和111b的输出来进行用于线圈16a和16b的反馈控制。当适当地设计相位补偿单元34a以及两个增益35a和38a时，可以适当地控制第二被驱动部相对于第一被驱动部的位置。
如果俯仰传感器31不产生输出，则进入运算单元32的信号为零。根据图10所示的方框图，如果俯仰传感器31不产生输出，则传感器111b的输出处于零位置是稳定的的位置。由于传感器111b测量第一被驱动部相对于第二被驱动部的偏心量，因此，进行控制以减小第一被驱动部和第二被驱动部之间的相对偏心。结果，即使当两个校正透镜沿相同方向偏移时，它们的偏心量也彼此类似。这是与第一典型实施方式中说明的由于重力引起的状态类似的状态。因此，不发生光轴的偏心。
如果俯仰传感器31产生输出，则输出由运算单元32适当处理的值作为目标值。由增益38a处理传感器111b的输出，并且将该输出控制为上述目标值。如果从传感器111b输出的并且已被增益38a处理的值与目标值不同，则将通过相位补偿单元34a和增益35a的适当值供给到线圈作为驱动量。
从增益控制器39a和39b供给到线圈16a和16b的值的大小相类似且方向相反。结果，第一被驱动部和第二被驱动部从在俯仰传感器31不产生输出的状态下的第一被驱动部和第二被驱动部的位置沿相反方向偏移了相类似的量。传感器111b检测得到的偏心量。第一被驱动部和第二被驱动部被顺次更新以将它们移动和设定在平衡的位置关系。
当进行上述驱动控制时，第一被驱动部和第二被驱动部可以根据俯仰传感器31的输出沿彼此相反的方向被驱动相同的量。根据第二典型实施方式的驱动部包括设置在第一被驱动部上的线圈16a和16b以及设置在第二被驱动部上的磁体110a和110b。由电流流过线圈16a和16b时产生的相互作用力使第一被驱动部和第二被驱动部沿彼此相反的方向被驱动。因此，可以使图像模糊校正设备小型化。
上述典型实施方式所说明的实例是装配在数字式照相机中的图像模糊校正设备。然而，本发明的另一典型实施方式可具体体现为紧凑且稳定的单元。因此，本发明不限于数字式照相机并且可以适用于如数字式摄影机、监视照相机或Web照相机等任何其它摄像设备。本发明还可适用于如双目镜或便携式电话等便携式终端，并且还可用于包含在半导体元件制造装置中的缩小投影型曝光装置(stepper)或其它光学设备中的偏光设备或光轴转动设备中的像差校正。
虽然已经参照典型实施方式说明了本发明，但是，应该理解，本发明不限于所公开的典型实施方式。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有变型、等同结构和功能。