用於光學儀器的圖像穩定器的製作方法

2023-04-23 08:10:56 1

專利名稱：用於光學儀器的圖像穩定器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於對由手持攝像造成的圖像模糊進行校正的圖像穩定器。
背景技術：
包括數字靜態照相機在內的許多光學儀器具有對由手持攝像產生的振動或照相 機抖動所造成的圖像模糊進行校正的圖像穩定器或抖動校正裝置。圖像穩定器由如下部件 構成抖動探測器，其用於探測照相機的抖動；保持器，其可移動地保持例如攝像透鏡、或 圖像傳感器等光學元件；計算單元；致動器，其使保持器在光學元件與攝影光軸正交的平 面中移動；以及位置探測器，其用於探測光學元件的位置。計算單元根據例如角速度傳感器 等抖動探測器的探測結果，來計算光學元件的移動方向和移動量。致動器利用計算出的移 動量作為目標值並利用位置探測器探測出的目前位置作為測量值，在照相機抖動時對光學 元件的移動進行反饋控制。 在以前的圖像穩定器中，保持器利用引導軸和支撐件以光學元件可以在與攝影 光軸正交的方向上滑動的方式保持光學元件。然而，在引導軸與支撐件之間產生的顫動 和大摩擦力使保持器對致動器的跟隨性變差。相應地，已經披露了如下一種類型的圖 像穩定器光學元件由沿攝影光軸布置的彈性部件來保持，以減小光學元件移動時的摩 擦(例如，日本專利公開No. 02-066536、美國專利No. 7， 161,621和美國專利申請公開 No. 2007/0172220、 No. 2005/0110873和No. 2007/0047935)。然而，這種類型的圖像穩定器 在攝影光軸方向上的尺寸較大。 為了在減小摩擦的情況下減小圖像穩定器在攝影光軸方向上的尺寸，已經披露了 這樣一種圖像穩定器，在該圖像穩定器中，光學元件由可在與攝影光軸正交的平面內彎曲 的單個或多個板簧來保持。根據日本專利公開No. 06-046314的圖像穩定器具有用於保持 圖像傳感器的兩對板簧。各對板簧布置成彼此平行。這兩對板簧可在彼此正交的方向上彈 性彎曲。各個板簧的兩端安裝到固定件或可移動件上。 根據美國專利No. 7， 327， 952的圖像穩定器，兩對板簧由塑料一體地製成，或者利 用注射成型法而成為一體。該美國專利還描述了這樣一種實施例，兩對板簧通過U形金屬 板簧而成為一體。 根據美國專利申請公開No. 2007/0297005的圖像穩定器，帶狀板簧彎曲為矩形板 簧框架。板簧框架的兩個水平側固定到透鏡鏡筒，並且板簧框架的兩個豎直側保持具有圖 像傳感器的電路板。在板簧框架的上側安裝有磁體。磁體和安裝到電路板上的線圈構成音 圈電動機。音圈電動機會使板簧框架變形，並且使電路板在與攝影光軸正交的平面內移動。
在使用板簧的任何上述圖像穩定器中，各對板簧必須以高精度布置成彼此平行。 如果板簧不平行，則一個板簧會妨礙另一個板簧的彈性彎曲並且會干擾光學元件的平滑移 動。然而，根據日本專利公開No. 06-046314的圖像穩定器因固定件和可移動件的尺寸精度 以及板簧的安裝精度造成的不利影響而難以精確地將各對板簧平行布置。
美國專利No. 7， 327， 952披露的塑料板簧由注射成型法來製造。因此，板簧在減小厚度方面受到限制，並且不容易具有合適的彈性。在注射成型過程中，難以在模具中將各對 板簧設置成彼此平行。即使採用U形板簧，也會由於U形板簧的兩個平行側趨向於敞開，而 仍然難以將各對板簧精確地布置成彼此平行。 在根據美國專利申請公開No. 2007/0297005的圖像穩定器中，音圈電動機必須相 對於矩形板簧框架的重心精確地產生驅動力，以使電路板在與攝影光軸正交的平面中移 動。然而，線圈和磁體之間的對準不良、板簧框架的偏轉等會造成在不合適的方向(即，在 使電路板旋轉的方向)上產生驅動力。在該方向上施加給矩形板簧框架的驅動力會造成整 個板簧框架變形。

發明內容
本發明的目的在於提供這樣的圖像穩定器以高精度彼此平行地布置一對板簧，
這對板簧用於以光學元件可以在與攝影光軸正交的平面內移動的方式保持光學元件。
根據本發明的一種圖像穩定器包括基塊，其固定到光學儀器上；光學元件保持 器，其用於保持布置在所述光學儀器的光學軸線上的光學元件；中間部件，其布置在所述光
學元件保持器的外側；矩形框架形的第一金屬片部件，其固定到所述光學元件保持器和所
述中間部件上；矩形框架形的第二金屬片部件，其固定到所述中間部件和所述基塊上；以
及致動器。所述第一金屬片部件具有一對第一板簧，所述一對第一板簧是通過將所述第一
金屬片部件的相對兩側彎曲成彼此平行並且與所述光學軸線平行而形成的。所述一對第一
板簧在與所述光學軸線正交的平面內可沿第一方向彈性變形。所述第二金屬片部件具有一
對第二板簧，所述一對第二板簧是通過將所述第二金屬片部件的相對兩側彎曲成彼此平行
並且與所述光學軸線平行而形成的。所述一對第二板簧在與所述光學軸線正交的平面內可
沿與所述第一方向交叉的第二方向彈性變形。所述致動器經由所述光學元件保持器來移動
所述光學元件，並使所述第一板簧或所述第二板簧彎曲，以抵消所述第一方向或所述第二
方向上的抖動。 優選的是，所述第一金屬片部件的剩餘兩側包括第一安裝部分，並且所述第一安 裝部分之一固定到所述光學元件保持器上，所述第一安裝部分中的另一個固定到所述中間 部件上。還優選的是，所述第二金屬片部件的剩餘兩側包括第二安裝部分，並且所述第二安 裝部分之一固定到所述中間部件上，所述第二安裝部分中的另一個固定到所述基塊上。
優選的是，所述第一金屬片部件布置成在與所述光學軸線正交的方向上在所述一 對第一板簧之間夾持所述光學元件保持器。還優選的是，所述第二金屬片部件布置成在與 所述光學軸線正交的方向上在所述一對第二板簧之間夾持所述光學元件保持器、所述第一 金屬片部件和所述中間部件。 所述圖像穩定器還可以包括抖動探測器，其探測所述光學儀器的抖動；以及位 置探測器，其探測所述光學元件的位置。所述致動器根據來自所述抖動探測器的信號以及 來自所述位置探測器的位置信號來移動所述光學元件。 所述第一金屬片部件、所述第二金屬片部件和所述中間部件可以通過將單個金屬 片進行彎曲而一體地形成為一體式金屬片部件。此外，可以在所述一體式金屬片部件上安 裝增強板。 優選的是，所述第一安裝部分具有臂，所述臂在所述光學元件保持器的背面延伸。所述臂設置有固定器，所述固定器從後方向所述光學元件保持器擠壓所述光學元件。在所 述光學元件與所述固定器之間可以布置從所述光學元件向所述固定器傳遞熱量的傳熱板。
優選的是，所述光學元件是圖像傳感器。優選的是，所述致動器是包括線圈和磁體 的音圈電動機。優選的是，所述位置探測器是這樣的霍爾元件即，用於探測所述磁體的磁 場強度並根據所述光學元件的移動量來輸出信號。 根據本發明的另一種圖像穩定器包括基塊，其固定到光學儀器上；光學元件保 持器，其用於保持布置在所述光學儀器的光學軸線上的光學元件；一體式金屬片部件，其固 定到所述光學元件保持器和所述基塊上；以及致動器。所述一體式金屬片部件具有通過將 單個金屬片進行彎曲而形成的相互平行的一對第一板簧和相互平行的一對第二板簧。所述 一對第一板簧在與所述光學軸線正交的平面內可沿第一方向彈性變形。所述一對第二板簧 在與所述光學軸線正交的平面內可沿第二方向彈性變形。所述致動器經由所述光學元件保 持器來移動所述光學元件，並使所述第一板簧或所述第二板簧彎曲，以減少所述第一方向 或所述第二方向上的抖動。 根據本發明，所述一對板簧可以以高精度布置成彼此平行。這允許板簧平滑地彎 曲，並且改善圖像穩定器的精確度。此外，使用將兩對板簧結合成一體的一體式金屬片部件 可以顯著地減少部件數目。


為了更全面地理解本發明和其優點，結合附圖參考以下描述，其中圖1是數字靜態照相機的前方透視圖；圖2是數字靜態照相機的後方透視圖；圖3是數字靜態照相機的電路框圖；圖4是根據第一實施例的CCD支撐機構的前方透視圖；圖5是CCD支撐機構的後方透視圖；圖6是CCD支撐機構的分解前方透視圖；圖7A是照相機抖動之前的CCD支撐機構的正視圖；圖7B是照相機抖動之後的CCD支撐機構的正視圖；圖8是數字靜態照相機的抖動校正模式的流程圖；圖9是根據第二實施例的一體式金屬片部件的前方透視圖；圖10是具有增強板的一體式金屬片部件的前方透視圖；圖11是根據第三實施例的具有固定器的第一金屬片部件的後方透視圖；以及圖12是具有傳熱板的第一金屬片部件的後方透視圖，傳熱板布置在固定器與CCD之間。
具體實施例方式[第一實施例] 如圖l所示，在照相機主體ll的前表面，數字靜態照相機10具有容納光學系統12 的鏡筒13、以及將閃光照射到對象等上的閃光發光器14。 在照相機主體11的上表面設置有包括操作鈕17和快門按鈕18在內的操作部件。操作鈕17用於打開和關閉電源並用於切換操作模式(在攝影模式、重放模式等模式之間切 換)。快門按鈕18是二段式按壓開關並用於拍攝圖像。 一旦通過按壓快門按鈕18至一半 來打開第一段開關SW1 ，則數字靜態照相機10為圖像拍攝做好準備(曝光設定和對焦)。然 後，當通過完全按壓快門按鈕18而打開第二段開關SW2時，數字靜態照相機10拍攝靜態圖 像並將圖像數據存儲到存儲卡26中。 如圖2所示，在照相機主體1的背面設置有液晶顯示器(LCD)21、縮放按鈕22、一 組光標鍵23、以及確定按鈕24。響應所選擇的操作模式，在LCD 21上顯示實時圖像、重放 圖像、設定菜單屏幕等。縮放按鈕22用於光學地或數字地改變縮放倍率。光標鍵23用於 改變設定、或從LCD 21上的設定菜單屏幕中選擇項目。確定按鈕24輸入由光標鍵23所選 擇的項目。 在照相機主體11的側面設置有存儲卡槽27。存儲卡26可拆卸地插入到存儲卡槽 27中。 在圖3中，CPU 30控制數字靜態照相機10的整體操作。更具體地說，CPU 30響應 操作鈕17的旋轉來打開或關閉數字靜態照相機10，或者改變照相機的操作模式。CPU 30 響應對快門按鈕18、光標鍵23和確定按鈕24的按壓來執行各種類型的操作。
光學系統12具有固定透鏡組12a、縮放透鏡組12b和聚焦透鏡組12c。固定透鏡 組12a布置在透鏡鏡筒13的最前部。縮放透鏡組12b和聚焦透鏡組12c布置為可以沿著 光學系統12的攝影光軸(光學軸線)"L"移動。縮放透鏡組12b受步進電動機33驅動， 聚焦透鏡組12c受步進電動機34驅動。CPU 30通過電動機驅動器35來控制縮放透鏡組 12b和聚焦透鏡組12c的位置(縮放和對焦)。各個透鏡組具有單個或多個透鏡元件。
在光學系統12後方布置有CCD 37，該CCD 37放置到如下基準位置即，在照相機 不抖動時，CCD 37的成像表面的中心與攝影光軸"L"一致。CPU 30通過CCD驅動器39來 控制CCD 37的驅動。CCD 37將由光學系統12形成的對象圖像轉換成電子攝像信號。可以 使用CMOS圖像傳感器等來代替CCD 37。 CCD 37由CCD支撐機構64(將在下文中進行描述)支撐為響應照相機抖動而可以 在與攝影光軸"L"正交的平面內移動。CCD支撐機構64具有第一音圈電動機(VCM)和第二 音圈電動機42。當X軸方向(橫擺方向)表示數字靜態照相機10的水平方向並且Y軸方 向表示數字靜態照相機10的豎直方向(縱傾方向)時，第一VCM 42使CCD 37沿著X軸方 向移動，第二VCM 42使CCD 37沿著Y軸方向移動。CPU 30通過VCM驅動器43來控制第一 VCM和第二 VCM42。 CCD支撐機構64設置有探測CCD 37位置的位置探測器46。從位置探測器46輸 出的CCD 37的位置數據輸入到CPU 30中。抖動探測器47具有兩個角速度傳感器，角速度 傳感器用於探測施加到數字靜態照相機10上的X軸和Y軸方向的照相機抖動。將抖動數 據從抖動探測器47輸入到CPU 30中。可以使用加速度計代替角速度傳感器來用作抖動探 測器47。 CCD支撐機構64、第一 VCM和第二 VCM 42、位置探測器46、以及抖動探測器47構 成圖像穩定器。在抖動校正模式下，CPU 30根據來自抖動探測器47的抖動數據和來自位 置探測器46的位置數據執行對第一 VCM和第二 VCM 42的反饋控制，並且響應照相機抖動 而使CCD 37的位置移動，以抑制在CCD 37的成像表面上產生的對象圖像模糊。VCM驅動器43可以設置有進行反饋控制的差分放大器，來代替利用軟體執行反饋控制的CPU 30。
來自CCD 37的攝像信號輸入到模擬信號處理器50中，並且經過包括增益校正、相 關雙採樣等在內的模擬信號處理。從模擬信號處理器50中輸出的攝像信號輸入到A/D轉 換器51中，並且轉換成數位訊號。經由總線52傳送來自A/D轉換器51的數字攝像信號， 並且由存儲器控制器53將該信號寫入到主存儲器54中作為圖像數據。
存儲器控制器53根據來自與總線52連接的CPU 30的命令從主存儲器54中讀取 圖像數據。除了A/D轉換器51、存儲器控制器53和CPU 30之外，數位訊號處理器57、壓縮 /解壓電路58、外部存儲器控制器61和顯示控制器60也與總線52連接。
數位訊號處理器57對從主存儲器54中讀出的圖像數據進行預定的圖像處理，例 如YC轉換、伽馬校正、輪廓校正和白平衡校正。壓縮/解壓電路58對從數位訊號處理器57 中輸出的圖像數據進行預定的壓縮處理，例如JPEG壓縮處理。外部存儲器控制器61將圖 像數據寫入到裝載在存儲卡槽27中的存儲卡26內，或者從存儲卡26中讀取圖像數據。顯 示控制器60在LCD 21上顯示圖像數據、設定菜單屏幕等。 在靜態圖像攝影模式下，以預定讀取速率從CCD 37中讀取視場圖像(活動圖像)， 並且將視場圖像暫時寫入到主存儲器54中作為圖像數據。主存儲器54中的圖像數據經過 數位訊號處理器57進行圖像處理，並被發送給顯示控制器60。這樣，在LCD 21上顯示由 CCD37拍攝的實時圖像或直通圖像(through image)。 當在LCD 21上看到直通圖像時而框住畫面之後，按壓快門按鈕18至一半。響應 該按壓一半的動作，確定曝光量(快門速度和光圈值)，並自動地實現光學系統12的對焦。 如果完全按壓快門按鈕18，則以上述曝光量拍攝靜態圖像。在該靜態圖像攝影過程中，從 CCD 37讀取幀圖像並將幀圖像寫入到主存儲器54中。存儲在主存儲器54中的圖像數據經 過數位訊號處理器57的圖像處理以及壓縮/解壓電路58的壓縮處理。靜態圖像的圖像數 據在經過壓縮處理之後由外部存儲器控制器61寫入到存儲卡26中。在拍攝了靜態圖像之 後，在LCD 21上顯示另一個直通圖像以便為拍攝下一個靜態圖像做準備。
如果數字靜態照相機10設置在重放模式下，則從存儲卡26中讀取圖像數據，並使 圖像數據經過壓縮/解壓電路58的解壓處理。經解壓的圖像數據發送給顯示控制器60， 從而在LCD 21上顯示重放靜態圖像。對幀前進按鈕的操作使得向前或向後逐幀地改變在 LCD 21上顯示的靜態圖像。藉助縮放操作，以一定倍率顯示靜態圖像的一部分。如果數字 靜態照相機10設置在活動圖像攝影模式下，則響應對快門按鈕18的操作而在預定的時間 內拍攝活動圖像，並且將活動圖像數據存儲到存儲卡26中。 如圖4和圖6所示，CCD支撐機構64由CCD保持器65、中間部件66、基塊67、第一 金屬片部件68、第二金屬片部件69和CCD固定板70構成。第一線圈單元71安裝到CCD保 持器65的側面，第二線圈單元72安裝到CCD保持器65的底面上。 CCD保持器65保持CCD 37，並且可以在與攝影光軸"L"正交的平面內移動。CCD 保持器65由塑料製成板狀形狀，並且在前表面上具有矩形曝光開口 65a。在CCD保持器65 的背面上，形成與曝光開口 65a連通的中空部分65b。 CCD 37配合到中空部分65b中。在 CCD保持器65的前表面上， 一對螺紋孔65c在位於X軸正側的端部豎直地對準。
中間部件66由塑料製成為字母L的形狀。該中間部件66具有水平部分66a，其 沿X軸方向延伸；以及豎立部分66b，其從水平部分66a向下(沿Y軸負向)延伸。在水平
8部分66a的前表面上設置有一對螺紋孔66c，在豎立部分66b的前表面上設置有一對螺紋孔 66d。 矩形框架形的基塊67具有開口 67a，第二金屬片部件69配合在開口 67a中。在基 塊67的下側的上表面上設置有突出到開口67a中的金屬片部件安裝部分67b。金屬片部件 安裝部分67b的寬度與第二金屬片部件69的基塊安裝部分69d的寬度對應，並且金屬片部 件安裝部分67b在前表面上具有一對螺紋孔67c。在基塊67的四個拐角處，形成用於將基 塊67安裝到透鏡鏡筒上的安裝孔67d。 第一金屬片部件68具有開口 68a， CCD保持器65配合到該開口 68a中；一對水 平板簧68b，其沿著X軸布置在開口 68a的上方和下方；以及CCD保持器安裝部分68c和中 間部件安裝部分68d，其沿著Y軸從水平板簧68b的兩端延伸。在CCD保持器安裝部分68c 中，在與螺紋孔65c對應的位置上形成一對安裝孔68e。在中間部件安裝部分68d中，在與 螺紋孔66d對應的位置上形成一對安裝孔68f 。 在形成第一金屬片部件68時，將矩形金屬板簧框架的上側和下側彎曲成直角，因 此一對水平板簧68b彼此平行地形成為一體。不彎曲的左側和右側分別用作CCD保持器安 裝部分68c和中間部件安裝部分68d。 在對第二印刷線圈72b通電以沿Y軸方向移動CCD保持器65時， 一對水平板簧 68b在與攝影光軸"L"正交的平面內沿Y軸方向彈性彎曲。水平板簧68b以高精度加工而 成從而在攝影光軸"L"方向上的偏轉量以微米為量級。 第二金屬片部件69具有開口69a，中間部件66配合在該開口69a中；一對豎直 板簧69b，其沿著Y軸布置在開口 69a的兩側；以及中間部件安裝部分69c和基塊安裝部分 69d，其沿著X軸在開口 69a的上方和下方延伸。在中間部件安裝部分69c中，在與螺紋孔 66c對應的位置上形成一對安裝孔69e。在基塊安裝部分69d中，在與螺紋孔67c對應的位 置上形成一對安裝孔69f。 在形成第二金屬片部件69時，將矩形金屬板簧框架的左側和右側彎曲成直角，因 此一對豎直板簧69b彼此平行地形成為一體。不彎曲的上側和下側分別用作中間部件安裝 部分69c和基塊安裝部分69d。 在對第一印刷線圈71b通電以沿X軸方向移動中間部件66時，一對豎直板簧69b 在與攝影光軸"L"正交的平面內沿X軸方向彈性彎曲。豎直板簧69b以高精度加工而成從 而在攝影光軸"L"方向上的偏轉量以微米為量級。 通過將螺釘73穿過安裝孔68e、68f、69e和69f進行緊固，將CCD保持器65、中間 部件66、基塊67、第一金屬片部件68和第二金屬片部件69組裝成CCD支撐機構64。 一對 水平板簧68b與第一金屬片部件68成一體， 一對豎直板簧69b與第二金屬片部件69成一 體。這樣，可以在保持一對水平板簧68b之間的平行性以及一對豎直板簧69b之間的平行 性的情況下，將第一金屬片部件68和第二金屬片部件69安裝到CCD保持器65、中間部件 66和基塊67上。 第一線圈單元71具有第一安裝板71a，其安裝到CCD保持器65的側面；大致環 形的第一印刷線圈71b，其安裝到第一安裝板71a的前表面；以及第一霍爾元件71c，其布 置在第一印刷線圈71b的中心。類似地，第二線圈單元72具有第二安裝板72a，其安裝到 CCD保持器65的底面；大致環形的第二印刷線圈72b，其安裝到第二安裝板72a的前表面；以及第二霍爾元件72c，其布置在第二印刷線圈72b的中心。如圖7A所示，第一固定磁體75 布置成與第一印刷線圈71b相面對。第二固定磁體76布置成與第二印刷線圈72b相面對。 第一印刷線圈71b和第一固定磁體75構成使CCD 37沿著X軸方向移動的X軸VCM 42。第 二印刷線圈72b和第二固定磁體76構成使CCD 37沿著Y軸方向移動的Y軸VCM 42。
X軸和Y軸VCM 42是已知的扁繞線圈型音圈電動機。第一固定磁體75在第一印刷 線圈71b周圍產生磁場，第二固定磁體76在第二印刷線圈72b周圍產生磁場。當X軸VCM 驅動器43向位於第一固定磁體75的磁場中的第一印刷線圈71b供應電流時，產生X軸方 向上的洛倫茲力。當Y軸VCM驅動器43向位於第二固定磁體76的磁場中的第二印刷線圈 72b供應電流時，類似地，產生Y軸方向上的洛倫茲力。洛倫茲力的方向取決於電流流過第 一印刷線圈71b和第二印刷線圈72b的方向，並且洛倫茲力的大小取決於電流值。
第二印刷線圈72b中所產生的洛倫茲力使CCD保持器65沿著Y軸方向移動，並同 時使水平板簧68b彎曲。類似地，第一印刷線圈71b中所產生的洛倫茲力使中間部件66和 CCD保持器65沿著X軸方向移動，並同時使豎直板簧69b彎曲。 第一霍爾元件71c、第二霍爾元件72c、第一固定磁體75和第二固定磁體76構成 位置探測器46。第一霍爾元件71c探測第一固定磁體75的磁場強度，並輸出探測信號。第 二霍爾元件72c探測第二固定磁體76的磁場強度，並輸出探測信號。如圖7B所示，當CCD 保持器65沿著Y軸方向移動以抵消照相機抖動時，第二固定磁體76的磁場強度改變。第 二霍爾元件72c從磁場強度的變化來探測CCD37在Y軸方向上的位置。類似地，當中間部 件66沿著X軸方向移動時，第一固定磁體75的磁場強度改變。第一霍爾元件71c從磁場 強度的變化來探測CCD 37在X軸方向上的位置。 如圖5所示，CCD 37從成像表面側配合到中空部分65b中。在CCD 37的背面安 裝有用於將CCD 37電連接至主電路板的撓性印刷電路(FPC)79，該主電路板具有CPU 30、 CCD驅動器39、 VCM驅動器43等。FPC 79具有撓曲部79a，該撓曲部79a具有幫助CCD保 持器65平滑移動的多個撓曲部分。 FPC 79包括一體地形成的連接部分79b和79c。連接部分79b與設置在第一線圈 單元71的背面上的端子71d電連接，以允許連接部分79b與第一線圈單元71連接。連接 部分79c與設置在第二線圈單元72的背面上的端子72d電連接，以允許連接部分79c與第 二線圈單元72連接。因此，第一印刷線圈71b、第二印刷線圈72b、第二霍爾元件71c和第 二霍爾元件72c與主電路板上的VCM驅動器43和CPU 30電連接。 通過使螺釘82穿過形成在CCD固定板70的拐角上的三個孔70a以及CCD保持器 65的螺紋孔65e，將CCD固定板70緊固到CCD保持器65上。CCD固定板70從後方通過FPC 79使CCD 37的前表面擠壓中空部分65b的定位表面65f 。 將參考圖8描述上述實施例的操作。為了拍攝靜態圖像，通過對操作鈕17進行操 作將數字靜態照相機10設置在攝影模式下。為了防止由手持攝像產生圖像模糊，還選擇抖 動校正模式。 在未產生照相機抖動時，如圖7A所示，水平板簧68b和豎直板簧69b是筆直的。在 該情況下，由CCD保持器65保持的CCD 37保持在CCD 37的中心與攝影光軸"L"對準的基 準位置。 —旦發生照相機抖動，則安裝到透鏡鏡筒13或照相機主體11上的抖動探測器47CN 101762939 A
說明書
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快速地啟動。抖動探測器47輸出表示照相機在X軸(橫擺)和Y軸(縱傾)方向上抖動 的大小的探測信號(X軸角速度和Y軸角速度)，並將探測信號發送給CPU 30。 CPU 30根據 各個角速度的積分值計算CCD 37在X軸和Y軸各方向上的目標移動量。將這些目標移動 量發送給VCM驅動器43。 X軸VCM驅動器43具有X軸差分放大器，Y軸VCM驅動器43具有Y軸差分放大 器。各個差分放大器利用目標移動量作為目標值並利用目前位置作為測量值來執行對CCD 37位置的反饋控制。X軸方向上的目前位置由第一霍爾元件71c來探測，Y軸方向上的目 前位置由第二霍爾元件72c來探測。 響應所產生的照相機抖動，根據X軸和Y軸角速度來計算目標移動量。由於CCD 37此時處於基準位置，VCM驅動器43在照相機開始抖動時經由印刷線圈71b和72b供應大 電流以在第一印刷線圈71b和第一固定磁體75之間以及在第二印刷線圈72b和第二固定 磁體75之間產生大洛倫茲力。如圖7B所示，洛倫茲力使CCD保持器65沿著與照相機抖動 相反的方向移動，同時使水平板簧68b和豎直板簧69b彈性彎曲。CCD保持器65的移動使 CCD 37的目前位置改變。這樣，目標移動量與目前位置之間的差值減小，並且使流過印刷 線圈71b和72b的電流減小。CCD保持器65的移動抵消因照相機抖動而造成的形成於CCD 37上的圖像的移動，因此可以拍攝到不模糊的清晰靜態圖像。 當水平板簧68b沿著Y軸方向彎曲時，CCD保持器65也在X軸方向上稍微移動， 但是該X軸移動量的量級是微米級的。因此，響應Y軸方向的照相機抖動僅對第二印刷線 圈72b通電不會造成損害。同樣，當豎直板簧69b沿著X軸方向彎曲時，中間部件66也在Y 軸方向上稍微移動，但是該Y軸移動量是可以忽略的。因此，響應X軸方向的照相機抖動， 僅對第一印刷線圈71b通電以校正圖像模糊。 —旦照相機停止抖動，則目標移動量變為"0"，因此VCM驅動器43經由印刷線圈 71b和72b供應相反方向的電流以使CCD 37返回到基準位置。此時，水平板簧68b和豎直 板簧69b的彈性有助於CCD返回。當CCD 37返回到基準位置時，目標移動量和目前位置變 為"0"，因此VCM驅動器43停止向印刷線圈71b和72b通電。然後，CCD 37由水平板簧68b 和豎直板簧69b保持在基準位置。 照相機抖動趨向於在用手保持數字靜態照相機10的狀態下在按壓快門按鈕18時 產生。圖像穩定器在探測到照相機抖動時移動CCD37從而使CCD 37上的圖像不移動，並允 許拍攝無圖像模糊的清晰靜態圖像。 在根據本發明的CCD支撐機構64中，由於CCD 37僅由一對水平板簧68b和一對 豎直板簧69b來保持，因此在CCD 37移動期間不存在摩擦或顫動的問題。這樣，可以提供 圖像穩定器對第一VCM和第二VCM 42的高跟隨性。在與攝影光軸"L"正交的平面內具有 撓性的一對水平板簧68b和一對豎直板簧69b消除了對滑動器和引導軸的需要，因此幫助 減小數字靜態照相機10在攝影光軸"L"的方向上的厚度。此外，一對水平板簧68b與第一 金屬片部件68成一體， 一對豎直板簧69b與第二金屬片部件69成一體。這允許各對板簧 之間具有高平行性，因此增加了圖像穩定的精確度。部件數目的減小使得成本降低。
[第二實施例] 在第二實施例中，通過使用單個金屬片進行彎曲來使第一金屬片部件和第二金屬 片部件形成為一體，以進一步改善水平板簧和豎直板簧之間的正交性並有助於進行組裝。
11與第一實施例中的附圖標記相同的附圖標記表示大致相同的元件或部件，並省略其描述。
如圖9所示，在由金屬板簧材料製成的一體式金屬片部件90中，與中間部件66對 應的連接部分91將根據第一實施例的第一金屬片部件68和第二金屬片部件69連接在一 起。 一體式金屬片部件90具有沿著X軸方向延伸的一對水平板簧68b以及沿著Y軸方向 延伸的一對豎直板簧69b。 使用一體式金屬片部件90來代替根據第一實施例的CCD支撐機構64的中間部件 66、第一金屬片部件68和第二金屬片部件69。在一體式金屬片部件90中，一對水平板簧 68b和一對豎直板簧69b利用單個金屬片以高精度形成為彼此正交。第二實施例允許取消 中間部件66，並且降低了成本。將連接部分91的豎直邊緣91a彎曲成直角以進行增強，因 而CCD保持器65等的重量不會使連接部分91發生變形。 根據金屬片部件的厚度，可能存在將豎直邊緣91a彎曲也不能保證連接部分91具 有足夠強度的情況。在該情況下，如圖10所示，可以將大致L形的增強板94粘合到一體式 金屬片部件90的上側90a和連接部分91的斜陰影區域。
[第三實施例] 在以上實施例中，利用CCD固定板將CCD安裝到CCD保持器上。然而，根據第一實 施例的第一金屬片部件68或者根據第二實施例的一體式金屬片部件90可以具有CCD固定 板的功能，以取消CCD固定板。下述第三實施例描述了第一金屬片部件68具有CCD固定板 的功能的情況。與第一實施例和第二實施例中的附圖標記相同的附圖標記表示大致相同的 元件或部件，並省略其描述。 如圖11所示，第一金屬片部件IOO—體地具有臂101，該臂101從CCD保持器安裝 部分68c的上端沿著向下的方向在後側延伸。臂101在CCD保持器65後方彎曲，並在端部 用螺釘102固定到CCD保持器65上。在臂101的中部，固定器103突出從而與臂101的縱 向交叉。固定器103從後方通過FPC 79按壓CCD 37的背面，並固定CCD 37在CCD保持器 65中的位置。根據本實施例，取消CCD固定板可以降低成本。 為了降低CCD和CCD保持器的重量，以前的CCD移動型圖像穩定器不能具有散熱 器。然而，如圖12所示，在該實施例中，可以將由熱導率高的材料製成的傳熱板106安裝到 固定器103的前表面上。這樣，傳熱板106和第一金屬片部件100將CCD 37所產生的熱量 消散。僅添加傳熱板106不會使CCD 37和CCD保持器65的重量顯著增加。
在第一實施例和第三實施例中，將第二金屬片部件的下側固定到基塊上，並且第 二金屬片部件的上側在X軸方向上移動。然而，作為替代，可以固定第二金屬片部件的上 側，而第二金屬片部件的下側是可移動的。在上述實施例中使用在可移動元件上安裝線圈 的移動線圈型音圈電動機，但是作為替代，可以使用在可移動元件上安裝磁體的移動磁體 型音圈電動機。在該情況下，將磁體固定到CCD保持器65上，將線圈布置在磁體的前方。雖 然使用數字靜態照相機10作為光學儀器的實例，但是本發明的圖像穩定器可應用於包括 滷化銀照相機和望遠鏡在內的其它各種類型的光學儀器。 雖然已經參考附圖利用優選實施例全面地描述了本發明，但是本領域的技術人員 可以容易地進行各種修改和變型。因此，除非這些修改和變型脫離了本發明的範圍，不然應 該認為本發明包含這些修改和變型。
1權利要求
一種用於光學儀器的圖像穩定器，包括基塊，其固定到所述光學儀器上；光學元件保持器，其用於保持布置在所述光學儀器的光學軸線上的光學元件；中間部件，其布置在所述光學元件保持器的外側；矩形框架形的第一金屬片部件，其固定到所述光學元件保持器和所述中間部件上，所述第一金屬片部件具有一對第一板簧，所述一對第一板簧是通過將所述第一金屬片部件的相對兩側彎曲成彼此平行並且與所述光學軸線平行而形成的，所述一對第一板簧在與所述光學軸線正交的平面內可沿第一方向彈性變形；矩形框架形的第二金屬片部件，其固定到所述中間部件和所述基塊上，所述第二金屬片部件具有一對第二板簧，所述一對第二板簧是通過將所述第二金屬片部件的相對兩側彎曲成彼此平行並且與所述光學軸線平行而形成的，所述一對第二板簧在與所述光學軸線正交的平面內可沿與所述第一方向交叉的第二方向彈性變形；以及致動器，其經由所述光學元件保持器來移動所述光學元件，並使所述第一板簧或所述第二板簧彎曲，以抵消所述第一方向或所述第二方向上的抖動。
2. 根據權利要求l所述的圖像穩定器，其中，所述第一金屬片部件的剩餘兩側包括第一安裝部分，並且所述第一安裝部分之一固定 到所述光學元件保持器上，所述第一安裝部分中的另一個固定到所述中間部件上，並且所述第二金屬片部件的剩餘兩側包括第二安裝部分，並且所述第二安裝部分之一固定 到所述中間部件上，所述第二安裝部分中的另一個固定到所述基塊上。
3. 根據權利要求l所述的圖像穩定器，其中，所述第一金屬片部件布置成在與所述光學軸線正交的方向上在所述一對第一板簧之 間夾持所述光學元件保持器，並且所述第二金屬片部件布置成在與所述光學軸線正交的方向上在所述一對第二板簧之 間夾持所述光學元件保持器、所述第一金屬片部件和所述中間部件。
4. 根據權利要求1所述的圖像穩定器，還包括 抖動探測器，其探測所述光學儀器的抖動；以及 位置探測器，其探測所述光學元件的位置；其中，所述致動器根據來自所述抖動探測器的信號以及來自所述位置探測器的位置信號來 移動所述光學元件。
5. 根據權利要求l所述的圖像穩定器，其中，所述第一金屬片部件、所述第二金屬片部件和所述中間部件通過將單個金屬片進行彎 曲而一體地形成為一體式金屬片部件。
6. 根據權利要求5所述的圖像穩定器，其中， 在所述一體式金屬片部件上安裝有增強板。
7. 根據權利要求2所述的圖像穩定器，其中，所述第一安裝部分具有臂，所述臂在所述光學元件保持器的背面延伸，所述臂設置有 固定器，所述固定器從後方向所述光學元件保持器擠壓所述光學元件。
8. 根據權利要求7所述的圖像穩定器，其中，在所述光學元件與所述固定器之間布置有從所述光學元件向所述固定器傳遞熱量的傳熱板。
9. 根據權利要求l所述的圖像穩定器，其中， 所述光學元件是圖像傳感器。
10. 根據權利要求4所述的圖像穩定器，其中， 所述致動器是包括線圈和磁體的音圈電動機。
11. 根據權利要求10所述的圖像穩定器，其中，所述位置探測器是霍爾元件，所述霍爾元件用於探測所述磁體的磁場強度並根據所述 光學元件的移動量來輸出信號。
12. —種用於光學儀器的圖像穩定器，包括 基塊，其固定到所述光學儀器上；光學元件保持器，其用於保持布置在所述光學儀器的光學軸線上的光學元件； 一體式金屬片部件，其固定到所述光學元件保持器和所述基塊上，所述一體式金屬片 部件具有相互平行的一對第一板簧和相互平行的一對第二板簧，所述一對第一板簧和所述 一對第二板簧通過將單個金屬片進行彎曲來形成，所述一對第一板簧在與所述光學軸線正 交的平面內可沿第一方向彈性變形，所述一對第二板簧在與所述光學軸線正交的平面內可 沿第二方向彈性變形；以及致動器，其通過所述光學元件保持器來移動所述光學元件，並使所述第一板簧或所述 第二板簧彎曲，以抵消所述第一方向或所述第二方向上的抖動。
全文摘要
本發明公開一種用於光學儀器的圖像穩定器，該圖像穩定器具有基塊、CCD保持器、中間部件、矩形框架形的第一金屬片部件、矩形框架形的第二金屬片部件和音圈電動機(VCM)。第一金屬片部件具有相互平行的一對水平板簧，這對水平板簧是通過將第一金屬片部件的上側和下側彎曲而形成的。第二金屬片部件具有相互平行的一對豎直板簧，這對豎直板簧是通過將第二金屬片部件的左側和右側彎曲而形成的。水平板簧在與光學軸線正交的平面內沿Y軸具有撓性，豎直板簧在與光學軸線正交的平面內沿X軸具有撓性。VCM通過CCD保持器來移動CCD，並使水平板簧或豎直板簧彎曲，以抵消照相機在X軸方向或Y軸方向上的抖動。
文檔編號G03B5/00GK101762939SQ200910249569
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月25日 優先權日2008年12月25日
發明者常盤健太郎, 林淳司, 牧本明大 申請人:富士膠片株式會社