JP2004048266A

JP2004048266A - 撮像装置

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Publication number: JP2004048266A
Application number: JP2002201428A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Wada; 和田　滋; Tsutomu Honda; 本田　努
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP3956787B2

Abstract

【課題】ゴミが付着する面をできるだけ撮像面から遠ざけてゴミ写りの問題をできるだけ目立たなくする。
【解決手段】撮像装置は、１又は複数枚の撮影レンズと該撮影レンズ４を収納する鏡筒３からなる光学ユニット及び、被写体光を撮像する撮像手段１５と前記被写体光に垂直な平面上で撮像手段を任意の方向に移動させる移動手段１２，１３と撮像手段の位置を検出する位置検出手段６１，６２とを含む手振れ補正機能を有する撮像ユニット１０とで構成され、光学ユニット及び撮影ユニット１０が光軸調整できるように連結されたものである。撮像ユニット１０は、撮像手段１５と移動手段１２，１３と位置検出手段６１，６２とを密閉して収納する収納手段１１，１４，１８，１９を備え、かつ被写体光を撮像手段１５に透過させるための光路用開口２４を光学的に密閉するように光学ユニットに接続される。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラに用いられる撮像装置に関し、さらに詳しくは、撮像手段を駆動させることで手振れ補正を行うことができる撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブレによる光軸のずれを補正するように光学系の全部又は一部を移動させるアクティブ手振れ補正技術は、補正光学系を揺動するタイプと、光学系全体を揺動するタイプと、撮像素子を揺動するタイプの３種類に大別される。しかしながら、光学系全体を揺動するものは、揺動する部材の質量が大きくエネルギーが大量に必要になるばかりでなく、揺動体積が大きくなり、装置全体が大型化するという問題があり、実用的に用いられることが少ない。また、補正光学系を揺動するものは光学感度の関係で設計制限が多く、適用されるレンズタイプが限定されるという問題がある。
【０００３】
一方、例えば、特開平９−１１６９１０号公報や特開平６−４６３１４号公報などに開示されている撮像素子を揺動するものは、光学感度の関係で設計制限が少なく、すべてのレンズに適用できる多様なバリエーションや省コストなどの多くの利点が存在する。
【０００４】
しかしながら、このタイプは、高画素になればなるほど移動誤差感度が厳しく、移動平面の平面度や撮像素子回りの基板の処理などが困難であるという問題がある。すなわち、基板配置及び撮像素子の移動領域を確保し、また高精度の位置検出装置を必要とするなどの理由により防塵構造をとりにくく、撮像素子を完全に密閉することが困難である。よって、撮像素子表面に埃などのゴミが侵入付着し、これらのゴミが撮影時に写真に写りこむという問題があった。
【０００５】
従来開示されている撮像素子を揺動する手振れ防止機構においては、撮像素子の撮像面を透明体で被覆し、ゴミが付着する領域を撮像面から遠ざけることによってゴミ写りの問題を軽減するものが存在する。しかし、この技術では、ゴミが付着する面である透明体表面を、ゴミ写りの問題を解消するに十分なほど、撮像面から遠く離して構成することができないため、この問題の解消策としては不十分なものであった。
【０００６】
すなわち、上記タイプの撮像装置では、撮像素子が撮像面に平行な面上で任意に動くことができるように構成された撮像ユニットを用いるため、鏡筒に直接撮像素子を固定・密閉することは困難であり、鏡筒と撮像面との間には隙間が形成される。また、撮像ユニットを光学ユニットに組み付ける段階において、組み立て誤差や部品の成型誤差を完全になくすることは困難であるため、組み上げた後に光学ユニットに対して撮像ユニットの煽りとレンズバックを調整する光軸調整を行うことが一般である。この光軸調整を行う撮像装置では、撮像ユニットと光学ユニットの間の位置を調整するために、両者の間に所定の隙間を設けておく必要がある。よって、撮像素子を揺動するタイプの撮像装置では、これらの隙間を通ってゴミが侵入し、撮像面にゴミが付着するという問題を生じていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、ゴミが付着する面をできるだけ撮像面から遠ざけてゴミ写りの問題をできるだけ目立たなくする撮像装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の撮像装置を提供する。
【０００９】
撮像装置は、１又は複数枚の撮影レンズと該撮影レンズを収納する鏡筒からなる光学ユニット及び、被写体光を撮像する撮像手段と前記被写体光に垂直な平面上で前記撮像手段を任意の方向に移動させる移動手段と前記撮像手段の位置を検出する位置検出手段とを含む手振れ補正機能を有する撮像ユニットとで構成され、前記光学ユニット及び撮影ユニットが光軸調整できるように連結されたものである。そして、さらに、前記撮像ユニットの前記撮像手段と移動手段と位置検出手段とを密閉して内包する収納手段を備え、前記撮像ユニットは前記被写体光を前記撮像手段に透過させるための光路用開口を光学的に密閉するように前記光学ユニットに連結される。
【００１０】
上記構成において、撮像装置は、撮影レンズと鏡筒とから構成される光学ユニットと光学ユニットに連結して用いられる撮像ユニットとで構成される。光学ユニットは、複数枚の撮影レンズを備える場合は焦点距離の変更ができるように構成されていてもよい。また、後述のように、本撮像装置は、撮像手段を駆動させて手振れ補正を行うものであるため、光学ユニットの光学感度に関係する設計制限が少なく、さまざまな構成の光学ユニットを用いることができる。
【００１１】
撮像ユニットは、撮影時のブレを補正するように撮像手段が移動可能に構成されている。撮像ユニットのうち撮像手段及び撮像手段を適正量移動させるための各手段である移動手段及び位置検出手段は、収納手段中に内包され密閉される。撮像ユニットは、撮像手段に被写体光を到達させるための光路用開口を備えている。
【００１２】
撮像ユニットと光学ユニットは、光学ユニットからの被写体光を適正に撮像手段に到達させるために、光学ユニットの開口と撮像ユニット光路用開口とが対向し、かつ撮像ユニットの取り付け位置及び傾きを調整する光軸調整を行うことができるように配置される。したがって、光学ユニットと撮像ユニットとの間には、わずかに隙間が生じ光路用開口を通って埃などのゴミが侵入する。これを防止するために光路用開口を密閉するように両者を連結する。
【００１３】
ここで、光路用開口を光学的に密閉するとは、光学ユニットと撮像ユニットとの間の隙間を通って光路用開口にまでゴミが到達しないようにすることを意味する。言いかえれば、光学ユニットと撮像ユニットとの間の隙間からゴミが侵入して被写体光に写りこまないようにすることである。具体的には、例えば、（１）光学ユニットと撮像ユニットとの間の隙間をシールする又は、（２）光学ユニットの後端に取りつける大型のカバーを収納手段とし、そのカバーの内腔に撮像ユニットの撮像手段と移動手段と位置検出手段だけでなく、光路用開口を含めた撮像ユニット全体を完全に収納して密閉する等の構成が例示できる。一方、単に光路用開口を覆うように透明体を被せ、光路用開口を密閉するだけの構成は、光学ユニットと撮像ユニットとの間の隙間を通って透明体の表面にゴミが到達するため、本発明における光路用開口を光学的に密閉する構成から除かれる。
【００１４】
上記構成によれば、撮像ユニットは、収納手段内に撮像素子を移動させるための各手段が収納密閉されているため、ゴミなどの侵入の問題がない。また、撮像手段を移動させるための各手段がユニットの内部に存在することにより、光学ユニットとの接続に関係なく、付加の少ない自由な動きを実現することができ、また、移動のための各手段を軽くすることができるため、手振れに対応しやすくなる。
【００１５】
さらに、光軸調整のために問題となる光学用開口へのごみの侵入を適切に防止するために撮像ユニットと光学ユニットとの連結において、光学用開口を光学的に密閉する。したがって、本撮像装置は、光軸補正された撮像装置において、撮像ユニット側からのゴミの侵入を防止するだけでなく、光学ユニット側からのゴミの侵入に対しても、撮像手段に対して光学ユニットの撮影レンズより近い位置にゴミが侵入することがない。したがって、ゴミ写りの問題を大幅に軽減することができる。
【００１６】
本発明の撮像装置は、具体的には以下のように種々の態様で構成することができる。
【００１７】
好ましくは、前記位置検出手段は光検出器を含み、前記収納手段は光非透過性の部材で構成されている。
【００１８】
上記構成において、位置を検出するために非接触の光検出器を用いることで、配線を簡略にすることができ、また、精度の高い位置検出を行うことができる。また、収納手段は光を通さないため、外光による光検出器の外乱を防止して、撮像手段の移動に負荷を与えることなく、高い精度の位置検出を行うことができる。
【００１９】
好ましくは、前記光学ユニットは、前記鏡筒の撮像ユニット側開口を覆うように常時固定された撮影レンズを有する。
【００２０】
一般的に鏡筒は、被写体光を入射する被写体側開口と被写体光を射出する撮像ユニット側開口を備える。上記構成においては、撮像ユニット側開口を覆うように撮影レンズが常時固定されて動かないため、例えば、フォーカシングなどに用いられるアクチュエータからの磨耗粉等のゴミが、撮像ユニット側開口を通って撮像ユニットの光路用開口に侵入することを防止する。すなわち、これらのゴミは、撮像ユニット側開口に設けられた撮影レンズ表面よりも撮像手段に近づいて付着することがなく、ゴミ写りの問題を軽減することができる。
【００２１】
好ましくは、撮像装置は、前記光路用開口及び前記鏡筒の撮像ユニット側開口よりも大きな寸法の内腔を有するリング状の弾性部材を用い、前記弾性部材の内腔に前記光路用開口及び前記鏡筒の撮像ユニット側開口が配置されるように前記光学ユニットと撮像ユニットで前記弾性部材を挟持することによって光路用開口を密閉する。
【００２２】
上記構成において、弾性部材は、光路用開口及び鏡筒の撮像ユニット側開口の周囲を覆う筒状の部材である。弾性部材は、ゴムなどの弾性材料で構成され、光学ユニットと撮像ユニットで挟持されることによって、光路用開口及び鏡筒の撮像ユニット側開口を光学的に密閉する。また、弾性部材は、光学ユニットと撮像ユニットの光軸調整において、傾きを調整した場合であっても変形して両ユニットとの間の密閉性を高く維持することができる。
【００２３】
好ましくは、前記収納手段は、少なくとも一部が前記撮像手段から出力された信号を処理するための基板によって構成されている。
【００２４】
上記構成において、基板を収納部材の一部とすることで、基板を通して撮像手段を接地することができ、また、撮像ユニットを小型化することができる。
【００２５】
また、撮像手段は駆動するため、撮像手段との電気的接続はフレキシブル基板によって行い、撮像手段の駆動を吸収できるようなものであることが好ましい。この場合、フレキシブル基板を通すために基板に設けられた穴は密閉構造とすることが好ましく、当該穴にテープなどの被覆部材を貼付して密閉する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の撮像装置の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
撮像装置は、図１に示すように、カメラ本体２と、撮像装置１０とで構成されるデジタルカメラ１に搭載されて用いられる。撮像装置１０は、複数のレンズ４と鏡胴３とから構成される光学ユニットＡと当該光学ユニットに接続して用いられる撮像素子などを備えた手振れ補正機能を有する撮像ユニットＢとからなる。光学ユニットＡは、後述のように、複数のレンズを移動させて焦点距離を変更することができるように構成されている。撮像ユニットＢは、図１の矢印５で示すように、撮影中にデジタルカメラ１がブレて、光学ユニットＡの光軸が図１にＬで示す位置よりずれた場合に、撮像素子を矢印６に示すように移動させて光軸のずれを補正する。
【００２８】
図２に撮像装置１０の組立分解斜視図を示す。図３に、図２の撮像装置をＩ−Ｉ断面で切断した断面図を示す。図４に図２の撮像装置をＩＩ−ＩＩ断面で切断した断面図を示す。図５に図２の撮像装置をＩＩＩ−ＩＩＩ断面で切断した断面図を示す。
【００２９】
まず、撮像ユニットから説明する。撮像ユニットＢは、土台となるベース部材１１と、該ベース部材１２に対して水平方向（以下、この方向をＸ軸方向とする。）に移動する第１ステージ１３と、該第１ステージ１３の移動方向（Ｘ軸方向）に対して垂直方向（以下、Ｙ軸方向として説明する。）に移動する第２ステージ１２と、該第２ステージに固定される撮像素子１５と、ベース部材に固着され第１及び第２ステージの移動量を検知する位置検出素子（以下、ＰＳＤと表記する。）を搭載したＰＳＤホルダ１４とを備える。
【００３０】
撮像素子１５を揺動可能に支持するベース部材１１、第１ステージ１３、第２ステージ１２、及びＰＳＤホルダ１４は、撮像素子１５（撮像素子からの情報を処理する第１基板を含む。）の周囲に位置し鏡胴３の底面外郭と撮像素子１５外郭の余剰空間を充填するように配置される。
【００３１】
ベース部材１１は、光軸Ｌ方向（以下、Ｚ軸方向とする。）に略垂直に設けられた板体であり、中央に光軸用の大穴２４を有する金属製フレーム２３である。ベース部材１１のフレーム２３には、ＰＳＤホルダ１４を固定するためのＰＳＤホルダ固定穴２５、鏡筒３に該ベース部材１１を固定するための鏡筒固定穴２６、ベース部材と第１ステージとの間に懸架される押圧スプリングを固定するための押圧スプリング掛け２７が設けられている。
【００３２】
図２及び図３に示すように、鏡胴３との位置（煽りとレンズバック）を調整することができるように撮像ユニットＢを光学ユニットＡに連結するため、ベース部材１１は、鏡胴３の外周まわりの３ヶ所に設けられた３つの固定部２０との間でそれぞれ調整ビス３３と調整スプリング２１によって固定される。固定部２０に用いられた調整スプリング２１によって、ベース部材１１と鏡筒３の底面との距離や傾きを調整でき、その結果光学ユニットＡと撮像ユニットＢとの間の光軸調整をすることができる。
【００３３】
鏡筒３とベース部材１１との間には、両者間の距離の変化を吸収しつつ、両者の間の隙間１００からの埃などのゴミの侵入を防止するためのゴム製の封止材２２が配置される。封止材２２はベース部材１１の大穴２４及び鏡筒３の撮像ユニット側開口８６よりも大きな寸法の内腔を有するリング状の部材である。封止材２２は、その内腔に大穴２４及び鏡筒３の撮像ユニット側開口８６が配置されるようにベース部材１１と鏡筒３の底面とで挟持される。
【００３４】
ベース部材１１には、ロッド支持腕２９及び位置決め腕（図示なし）がＺ軸方向に立設されている。ロッド支持腕２９は、振動伝達ロッド２８の端部に圧電素子５７を固定し、さらに圧電素子５７の他端にウェイト３０を固定した構成の第１アクチュエータが設けられている。第１アクチュエータは、位置決め腕にウェイト３０を当接した状態で、振動伝達ロッド２８がＸ軸方向に延在する方向に、振動伝達ロッド２８の両端近傍がロッド支持腕に嵌合されてベース部材１１に固定される。ロッド支持腕２９と振動伝達ロッド２８との間の接着には、硬化後も弾性の残るシリコン接着剤などの接着剤を用いることが好ましい。また、位置決め腕とウェイト３０との間の接着には、柔らかいゴム系又はシリコン含有の接着剤が好適に用いられる。
【００３５】
図４に示すように、ベース部材１１の２つのロッド支持腕２９には、その上面にＺ軸方向に延在する突部８４が設けられている。後述のように突部８４は、組立時に第１ステージ１３の移動制限穴５２ａに嵌合される。
【００３６】
第１ステージ１３は、ベース部材１１に対して光軸方向（Ｚ軸方向）下流側に配置される。第１ステージ１３は、ほぼ同一面内に第２ステージ１２を収めるための開口５１が設けられたアルミニウム製の矩形のフレーム５２により構成される。第１ステージ１３には、ベース部材１１に固定された第１アクチュエータ５９の振動伝達ロッド２８に当接する第１ロッド当接部５３と、後述する第２ステージに固定された第２アクチュエータ４４の振動伝達ロッド４７に当接する第２ロッド当接部５４と、ベース部材１１の押圧スプリング掛け２７との間に押圧スプリング５５を係止するための押圧スプリング掛け５６と、移動制限穴７９とを備える。
【００３７】
第１ロッド当接部は、別部材であるキャップ３２とスプリング３１と共に第１アクチュエータ５９の振動伝達ロッド２８を上下から挟持し、振動伝達ロッド２８に沿って摺動自在に第１アクチュエータに結合する。キャップ３２は、一端を第１ステージに係止され、中央部を該振動伝達ロッド２８と当接し、他端を挟持スプリング３１に引っ張られることによって第１ステージの第１ロッド当接部に固定される。該キャップ３２と振動伝達ロッド２８の接触圧は該挟持スプリング３１の力量の２倍程度となる。該挟持スプリング３１は捩りコイルスプリングである。該挟持スプリング３１は、キャップ３２の２つのフックと第１ステージ１３のスプリングフックとの間にそれぞれ、両腕と中央円弧部を掛け渡している。
【００３８】
移動制限穴は、前述したようにベース部材１１のロッド支持腕２９の先端の突部８４とゆるく勘合する（図４参照）。移動制限穴５２ａは第１ステージ１３の移動量を決めるために移動方向（Ｘ軸方向）に伸びた長穴で、第１ステージがＸ軸方向へのみ移動可能なように短辺方向（Ｙ軸方向）に勘合し、その両端で移動が規制される。また、振動伝達ロッド２８と第１ステージ１３が移動制限穴の短辺方向（Ｙ軸方向）へ移動（脱落）することを防止する。
【００３９】
図５に示すように、組み上げ時にベース部材１１と第１ステージ１３にそれぞれ設けられた押圧スプリング掛け２７，５６に設けられた押圧スプリング５５によって、第１ステージ１３は、ベース部材１２に近づく方向に付勢されており、第１ステージ１３の振動伝達ロッド２８を中心として、第１ステージ１３が回転するのを防止している。
【００４０】
第２ステージ１２は、底に開口４１を備えた導電樹脂製の箱体４０であり、撮像素子１５と放熱板１６とローパスフィルタ６５と第２アクチュエータ４４とを保持する。放熱板１６は、撮像素子１５の撮像面が付されていない背面側に当接して、第２ステージの周壁４０によって区画された開口を覆うように第２ステージに固定される。撮像素子１５と撮像素子の前に間隔枠を介し密着して位置するローパスフィルタ６５は前方より密着スプリングによって該放熱板１６に押圧される。
【００４１】
第２ステージ１２は、第２アクチュエータ４４を保持する。第２アクチュエータ４４は、箱体４０の側部に設けられた支持腕４５に接着保持されている。振動伝達ロッド４７の先端と末端（圧電素子５５側）を第２ステージ１２の２本のロッド支持腕に軸嵌合させ、同じく第２ステージに設けられている位置決め面４５ａ（図３参照）にウェイト４６を当接させた状態で、該ウェイト４６を第２ステージ１２に対して接着している。接着には上述の第１アクチュエータ５９の接着と同様に、振動伝達ロッド６０の接着には、シリコン接着剤などの硬化後も弾性の残る接着剤、ウェイト５８の接触には、柔らかいゴム系若しくはシリコン含有の接着剤が好適に用いられる。
【００４２】
第２ステージ１２の第２アクチュエータ４４は、第１ステージ１３の第２ロッド当接部５４とキャップ４８とで挟持される。その結果、第２ステージ１２が第１ステージ１３の開口５１内に配置された状態で摩擦結合する。第２ロッド当接部５４とキャップ４８の固定には、挟持スプリング４９が用いられる。キャップ４８の一端は、第２ロッド当接部５４に係止され、中央部は振動伝達ロッド４７と当接し、他端が挟持スプリング４９に引っ張られる。キャップ４８と振動伝達ロッド４７との接触圧は、用いられる挟持スプリング４９の２倍程度となる。挟持スプリング４９は、第１アクチュエータ５９に用いられたものと同様に捩りコイルスプリングである。挟持スプリング４９は、キャップ４８の２つフックと第１ステージの第２ロッド当接部５４のスプリングフックの間にそれぞれ端部と直線部中央とを掛け渡すようにして両者を固定する。
【００４３】
第２ステージ１２は、その一部に金属製の方向基準部４２を有する。方向基準部４２は、その表裏に剛球４３をそれぞれ介して、ベース部材１１と第１ステージ１３と接している。第１ステージ１３とベース部材１１との間に押圧スプリング５５が掛けられることで、２つのステージ１２，１３は、それぞれが摩擦結合している振動伝達ロッドを中心とする回転を抑止される。
【００４４】
図３乃至５に示すように、放熱板１６の背面には第１基板１７が設けられている。撮像素子１５は、端子部６９が放熱板１６の通穴を通って第１基板１７に配設される。第１基板１７の背面側には、撮像素子１５の位置を検知するため、２つの赤外ＬＥＤ８２Ｘ，８２Ｙを収納したホルダ７０と、撮像素子ドライバ、撮像素子からの光電信号を処理するためのプリアンプ及び色分離回路、ホワイトバランス調整回路、アナログ処理回路などの撮像素子の画像信号出力回路の一部が搭載される。
【００４５】
２つの赤外ＬＥＤ８２Ｘ，８２Ｙは、検出する移動方向（ロッド）と光源が直交するようにホルダ７０に保持される。ホルダにはスリット７１Ｘ，７１ＹがＬＥＤ８２から離れた位置に併設されており、各ＬＥＤ８２から発光された光は、スリット７１Ｘ，７１Ｙを通ることによって線光源へと変換される。各ＬＥＤ８２は、第１基板１７（移動平面）に平行であり、撮像光軸方向にかさばらないように構成されている。また、スリット７１Ｘ，７１Ｙを放熱板１６（第１基板包絡線）外周に配置して、ＬＥＤ光路長のほとんどは放熱板１６（第１基板包絡線）内を通る。
【００４６】
また、第１基板１７には、撮像素子１５とＬＥＤ８２Ｘ，８２Ｙを第２基板１８とつなぐフレキシブル基板６７が接続される。該フレキシブル基板６７は、図７に示すように、第１基板１７に接続されるのみならず、放熱板１６にも接続し、該放熱板１６を接地させている。具体的には、フレキシブル基板６７は、第１基板１７に接続されている端子８８近傍に分枝部８７が設けられており、この分枝部８７が第１基板１７に設けられた貫通穴を通過してその下に存在する放熱板１６と接続されている。これにより放熱板１６に接している第２ステージ１２、剛球４３、ベース部材１１も接地されることになる。フレキシブル基板６７は、水平方向に第１基板１７を出た直後に、一旦光軸方向前方へ折り曲げられ、該ベース部材１１付近で折り返されて第２基板１８の位置で再び水平方向に折り曲げられ、第２基板１８と接続される。
【００４７】
ＰＳＤホルダ１４は、ベース部材と連結し前記第１ステージ１３、第２ステージ１２、撮像素子１５（放熱板１６、基板１７を含む）とを前周囲むようにベース部材１１に固着されるとともに、第２ステージの移動量を検知する素子（第１及び第２ＰＳＤ６２Ｘ，６２Ｙ）を２つ搭載する。各々のＰＳＤ６２Ｘ，６２Ｙの受光面は、その配置部６１Ｘ，６１Ｙに設けられたＸＹ平面に水平に伸びるスリットによって、第２ステージ１３上の２つのＬＥＤ８２Ｘ，８２Ｙの光束と直交する。また、図４に示すように、ＰＳＤホルダの内壁には、ＰＳＤホルダ１４から第１ステージ１３の一部を覆うように突起８３が設けられており、第１ステージ１３の光軸方向の脱落を防止する。
【００４８】
第２基板１８は、結像面の背面に位置し、ＰＳＤホルダ１４の背面開口部を被覆するようにＰＳＤホルダ１４に固着されると共に、第１基板１４とフレキシブル基板６７で結線されている。すなわち、ベース部材１１、ＰＳＤホルダ１４、第２基板１８は、撮像素子１５とその駆動機構とを光路と移動スペースを除き密閉して内包する構造をとる。
【００４９】
第２基板１８には、撮像素子１５又は第１基板１７からの信号を処理する回路とＰＳＤからの第２ステージの位置信号とジャイロ回路から２つのリニアアクチュエータを制御する回路とが搭載されている。第２基板へは検出方向が直交する２つのジャイロ信号がジャイロ基板（図示なし）より入力される。また、この第２基板からはリニアアクチュエータ制御信号と処理された撮像素子信号が出力される。
【００５０】
次に光学ユニットＡについて説明する。光学ユニットＡは鏡筒３に複数枚の撮影レンズ４を収納して構成される。図６は、第１実施形態にかかる光学ユニットに用いられる撮影レンズの配置構成を示す図である。光学ユニットＡは複数成分のレンズ４ａ〜４ｄのうち、光軸方向に最後部に位置する第４成分４ａ以外の成分の撮影レンズ４ｂ〜４ｄを移動させて焦点距離を変更したり焦点調整をすることができるように構成されている。図６（ａ）は広角側、図６（ｂ）は望遠側のレンズ構成図である。
【００５１】
図６に示すように本実施形態にかかる光学系は最後尾のレンズ４ａは常に固定されている。したがって、図３乃至５に示すように鏡筒３の撮影ユニット側の開口８６を覆うように第４成分の撮影レンズ４ａを固定することができる。したがって、鏡筒３内に存在する埃などのゴミは、撮影レンズ４ａによって鏡筒３の開口８６が覆われているため、撮像ユニット側へ移動できない。したがって、ゴミが付着した場合であっても撮影レンズ４ａの表面までであり、撮像素子１５の撮像面からの距離が離れているため、ゴミ写りが目立たなくなる。
【００５２】
次に本実施形態にかかる撮像装置の動作について説明する。図８は、本実施形態にかかる手振れ補正撮像装置の駆動制御回路の電気的構造を示すブロック図である。
【００５３】
制御回路は、カメラ本体すなわち、鏡胴３に入射される光軸Ｌのブレ５を検知して角速度信号を出力するジャイロ素子９０と第２ステージ１２（撮像素子１５）の位置を検出するＰＳＤ６２Ｘ，６２Ｙの総合的な制御を行い、入力された信号に基づいて移動量や存在位置を演算するマイコン１０２と、マイコンからの駆動信号に基づいて所定周波数の駆動パルスを発生させるドライブ回路１０４とで構成される。ドライブ回路から発生された駆動パルスは第１及び第２アクチュエータ３０，４６に出力され、アクチュエータに沿って第１及び第２ステージ１２、１３が移動する。
【００５４】
ジャイロ素子９０は、図４に示すように鏡胴３に固定されており、カメラ本体が矢印５で示すようにぶれると２軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）の角速度を検出してマイコン１０２に出力する。
【００５５】
マイコン１０２は、ジャイロ素子９０から角速度信号が入力されると、光学系の焦点距離信号から撮像素子上（結像面上）のぶれによる像の移動量、移動速度を算出する。算出した移動速度と第２ステージ１２（撮像素子１５）の位置から２つのリニアアクチュエータへ印加される所定周波数の供給電圧を決定する。すなわち、マイコン１０２は、ＰＳＤ６２Ｘ，６２Ｙから入力された信号に基づいて演算される第２ステージ１２（撮像素子１５）が現在存在している位置及び、ジャイロ素子９０から入力された角速度信号に基づいて、撮像素子１５が本来あるべき位置を計算し、現在位置との差を比較して、あるべき位置に撮像素子１５が戻るようにステージを移動させるようフィードバック制御を行なう。
【００５６】
ドライブ回路１０４は、マイコン１０２からの信号を受けて、アクチュエータ３０，４６の共振周波数の７割程度の周波数の駆動パルスを出力する。駆動パルスは、圧電素子５７，５５に印加され、以下の原理によって、第１及び第２ステージを振動伝達ロッド２８、４７に沿って移動させる。
【００５７】
図９（ａ）に示すような緩やかな立ち上がり１１０と急激な立下り部分１１２を有する鋸歯状波の駆動パルスを圧電素子５７，５５に印加すると、（ｂ２）に示すように、駆動パルスの緩やかな立ち上がり部分１１０では圧電素子５７，５５が緩やかにその厚み方向に伸び変位し、圧電素子に固定されている振動伝達ロッド２８，４７が軸方向に緩やかに変位する。このとき振動伝達ロッド２８，４７に摩擦結合したステージ１２，１３は摩擦力により振動伝達ロッド２８，４７と共に移動する。
【００５８】
一方、駆動パルスの急激な立下り部分１１２では、圧電素子５７，５５は、急速に厚み方向に縮み変位し圧電素子５７，５５に結合する振動伝達ロッド２８，４７も急速に軸方向に変位する。このとき、（ｂ３）に示すように、振動伝達ロッド２８，４７に摩擦結合したステージ１２，１３は慣性力により摩擦結合力に打ち勝って実質的にその位置に留まり移動しない。結果として、（ｂ１）に示す初期状態よりもステージは右側に移動する。圧電素子５７，５５に前記鋸歯状波の駆動パルスを連続的に印加することにより、ステージ１２，１３を連続的に軸方向に移動させることができる。なお、ここで実質的にその位置に留まり移動しないとは、振動伝達ロッド２８，４７の正方向及び負方向の伸縮時のいずれにおいてもステージ１２，１３と振動伝達ロッド２８，４７との間で滑りを生じつつステージがそれぞれ移動するが、移動量が対称ではないため、全体としてどちらか任意の位置方向にステージ１２，１３移動する場合を含む。
【００５９】
なお、ステージ１２，１３を左方向に移動させるには、圧電素子５７，５５に印加する鋸歯状波の波形を変えて急速な立ち上がりと緩やかな立下りからなる駆動パルスを印加すれば上述とは逆の作用によってこれを達成することができる。なお、駆動パルスは、矩形波やその他の波形を適用することもできる。
【００６０】
ベース部材に保持された第１アクチュエータの圧電素子５７に駆動パルスが印加された場合は、上述のように圧電素子５７は伸縮を繰り返す。圧電素子５７の伸縮はウェイト３０と振動伝達ロッド２８に伝達する。ウェイト３０と振動伝達ロッド２８の慣性質量の差からウェイト３０はほとんど移動せず、振動伝達ロッド２８のみに伸縮が伝達される。振動伝達ロッド２８は、上述のように、ロッド支持腕２９に接着されているが、接着剤が弾性的に撓むため伸縮が妨げられることがない。上述のように、ロッドの左右に移動する速度差で摩擦結合する第１ステージ１３が振動伝達ロッド２８に沿ってＸ軸方向に移動する。第１ステージ１３の加減速に伴ない第１アクチュエータ５９に嵌合ガタ内で移動しようとする力が働くが、振動伝達ロッド２８とロッド支持腕２９とが接着されているため、移動は起こらず、補正性能のみならず焦点移動による光学性能劣化も防止することができる。
【００６１】
第１ステージ１３がＸ軸方向へ移動すると、第１ステージに連結されている第２ステージ１２も同時にＸ軸方向に移動する。第２ステージ１２は第１ステージ１３とベース部材１１の間にかかる押圧スプリング５５と、第２ステージ１２とベース部材１１との間の剛球４３により、抵抗が少なくかつ光軸方向にがたつくことなく移動する。このとき第１及び第２の基板１７，１８を接続するフレキシブル基板６７は折り曲げられた開放角度が変動して第１ステージ１３の移動を吸収する。
【００６２】
一方、第２ステージ１２に保持された第２アクチュエータ４４の圧電素子５８に駆動パルスが印加された場合は、上述のように圧電素子５８は伸縮を繰り返す。圧電素子５８の伸縮はウェイト４６と振動伝達ロッド４７に伝達する。ウェイト４６と振動伝達ロッド４７の慣性質量の差からウェイト４６はほとんど移動せず、振動伝達ロッド４７のみに伸縮が伝達される。振動伝達ロッド４７は、上述のように、第２ステージ１２のロッド支持腕４５に接着されているが、接着剤が弾性的に撓むため伸縮が妨げられることがない。上述のように、ロッドの左右に移動する速度差によって第２ステージ１２が第１ステージ１３に対して振動伝達ロッド４７の延在方向（Ｙ軸方向）に移動（自走）する。第２ステージ１２の加減速に伴ない第２アクチュエータ４４に嵌合ガタ内で移動しようとする力が働くが、振動伝達ロッド４７とロッド支持腕４５とが接着されているため、移動できない。よって、補正性能のみならず焦点移動による光学性能劣化も防止することができる。
【００６３】
このように第２アクチュエータ４４に駆動パルスが印加された場合は、第１ステージ１３とは独立して第２ステージ１２だけがＹ軸方向に移動（自走）する。第２ステージ１２は第１ステージ１３とベース部材１１との間にかかる押圧スプリング５５と、第２ステージ１２と第１ステージの間の剛球４３により、抵抗が少なく、かつ光軸方向へのがたつきを起こすことなく移動する。このとき、第１及び第２基板１７、１８を接続するフレキシブル基板６７は、折り曲げられた曲げ部分がよれて、第２ステージの移動を吸収する。
【００６４】
第１及び第２アクチュエータ５９，４４には、振動伝達ロッド２８、４７と第１ステージ１３の２つのロッド当接部５３，５４との接触部分に、粘着特性を有するグリスが塗布されている。グリスを接触部分に塗布することにより、ロッド当接部と振動伝達ロッド２８とが使用時において繰り返し研磨された場合に生じる研磨粉がグリスの粘着特性により飛散せず、ゴミとして撮像素子１５の撮像面に付着することを防止することができる。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態にかかる撮像装置によれば、ＰＳＤを保持するホルダ及び第２基板１８を撮像素子及びその駆動機構の密閉手段として用いることができるため、装置を小型化することができる。また、光学ユニットと撮像ユニットとの間に設けられた封止材によってこの隙間がシールされ、光路用開口を密閉することができる。よって、撮像ユニットの光軸調整をすることができると共に両者の隙間からのゴミの侵入を防止することができる。
【００６６】
次に本発明の撮像装置の第２実施形態について説明する。図１０は本発明の第２実施形態の撮像装置の組立分解斜視図である。本実施形態にかかる撮像装置は概ね第１実施形態にかかる撮像装置と共通した構造を有しており、異なる構成部分を中心に説明する。
【００６７】
撮像装置は、光学ユニットと撮像ユニットの２つのユニットからなる。本実施形態の鏡筒３は、撮影レンズを収納する本体と、本体よりも大径の底面３ａから構成されている。２つのユニットは、互いの位置（煽りとレンズバック）を調整されて固定されている。光学ユニットに設けられた固定部２０は、鏡筒３の周囲ではなく、鏡筒３の底面上に突状に形成されている。３ヶ所に設けられた固定部２０とスプリング２１は光学ユニットと撮像ユニットとの間隔を調整するものである。また、撮像ユニット全体を光学ユニットの底面と共に外部から密閉する防塵キャップ１９を固定するためのキャップ固定穴２５ａが光学ユニットの底面に設けられている。
【００６８】
撮像素子を支持、揺動するベース部材１１、第１ステージ１３、第２ステージ１２及びＰＳＤホルダ１４ａは撮像素子１５（第１基板１７を含む）の周囲に位置し鏡胴３の底面３ａ外郭と撮像素子１５外郭の余剰空間を充填するように配置される。
【００６９】
ベース部材は、中央に光軸用の大穴２４を有する金属フレームである。ベース部材１１のフレーム２３には、ＰＳＤホルダ１４を固定するためのＰＳＤホルダ固定穴２５、鏡筒３に該ベース部材１１を固定するための鏡筒固定穴２６などが設けられている。ベース部材からはＺ軸方向に伸びるロッド支持腕が立設されており、第１アクチュエータ５９の振動伝達ロッドの先端と末端を２本のロッド支持腕に軸嵌合により固定している。
【００７０】
第１ステージ１３及び第２ステージは、第１の実施形態にかかる撮像装置と同様の構造を有している。すなわち、ベース部材１１に対して第１ステージ１３がＸ軸方向に移動すると共に、第１ステージ１３に対して第２ステージ１２がＹ軸方向に移動する。よって、結果的に第２ステージに固定されている撮像素子１５は、ベース部材に対してＸＹ平面上を移動することができる。
【００７１】
ＰＳＤホルダ１４ａは、Ｘ軸及びＹ軸方向にそれぞれ伸びる壁体により構成され、第２ステージ１２の移動量を検知する第１及び第２のＰＳＤ６２Ｘ，６２Ｙを搭載する。ＰＳＤホルダ１１は、保持するＰＳＤ６２Ｘ，６２Ｙが第１基板１７に設けられているＬＥＤからの光を受光できるようにベース部材１１に固着される。
【００７２】
第２基板（図示なし）は、防塵キャップ１９の外側にあり、第１基板とフレキシブル基板６７と結線されている。
【００７３】
防塵キャップ１９は、周壁１９ａと底壁１９ｂとから構成され、片面が閉じた円筒体である。防塵キャップ１９は、その周壁１９ａ下部に設けられたビス止め穴７３ａと鏡筒の底面３ａのキャップ固定穴２５ａとによって、上述の撮像素子１５及びその駆動機構を内包するように鏡筒ユニットの底面に固着される。防塵キャップの上面１９ｂにはフレキシブル基板６７を通すための小開口部７４があり、第１基板と接続されたフレキシブル基板を防塵キャップの外側に存在する第２基板と接続可能にしている。また、小開口部７４の密閉性をより向上させるために、小開口部を密閉する密閉部材（図示なし）が設けられており、具体的には、フレキシブル基板を折り曲げた状態で、テープなどを用いて小開口部７４を閉塞する。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態にかかる撮像装置によれば、撮像素子１５及びその駆動機構全体を覆うように防塵キャップ１９が付されるため、鏡筒底面３ａと防塵キャップ１９とで完全に密閉される。したがって、撮像素子の表面にゴミが付着することがなく、ゴミ写りの問題を軽減することができる。また、鏡筒底面３ａに突状の固定部２０によって、撮像ユニットの光軸調整をすることができると共に防塵キャップによって光路用開口が密閉されゴミ写りの問題を解消することができる。
【００７５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像装置を用いたデジタルカメラの概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる撮像装置の組立分解斜視図である。
【図３】図２の撮像装置をＩ−Ｉ断面で切断した断面図である。
【図４】図２の撮像装置をＩＩ−ＩＩ断面で切断した断面図である。
【図５】図２の撮像装置をＩＩＩ−ＩＩＩ断面で切断した断面図である。
【図６】光学ユニットに用いられる撮影レンズの配置構成を示す図である。
【図７】フレキシブル基板を用いた放熱板の接地構造を示す概略図である。
【図８】図２の手振れ補正撮像装置の駆動制御回路の電気的構造を示すブロック図である。
【図９】アクチュエータの駆動原理を説明するための図である。（ａ）は圧電素子に印加される駆動パルスの波形の例である。（ｂ）はアクチュエータの動きを説明する図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の撮像装置の組立分解斜視図である。
【符号の説明】
Ａ　光学ユニット
Ｂ　撮像ユニット
１　デジタルカメラ
２　カメラ本体
３　光学ユニット
４　レンズ
１０　撮像装置
１１　ベース部材
１２　第２ステージ
１３　第１ステージ
１４　ＰＳＤホルダ
１５　撮像素子
１６　放熱板
１７　第１基板
１８　第２基板
１９　防塵キャップ
２０　固定部
２１　調整スプリング
２２　封止材
２３　フレーム
２４　大穴（光路用開口）
２５　ＰＳＤホルダ固定穴
４４　第２アクチュエータ
５９　第１アクチュエータ
６２Ｘ，６２Ｙ　ＰＳＤ
６７　フレキシブル基板
８６　撮影ユニット側開口

Claims

１又は複数枚の撮影レンズと該撮影レンズを収納する鏡筒からなる光学ユニット及び、被写体光を撮像する撮像手段と前記被写体光に垂直な平面上で前記撮像手段を任意の方向に移動させる移動手段と前記撮像手段の位置を検出する位置検出手段とを含む手振れ補正機能を有する撮像ユニットとで構成され、前記光学ユニット及び撮影ユニットが光軸調整できるように連結された撮像装置であって、
さらに、前記撮像ユニットの前記撮像手段と移動手段と位置検出手段とを密閉して内包する収納手段を備え、前記撮像ユニットは前記被写体光を前記撮像手段に透過させるための光路用開口を光学的に密閉するように前記光学ユニットに連結されることを特徴とする撮像装置。
前記位置検出手段は光検出器を含み、前記収納手段は光非透過性の部材で構成されていることを特徴とする、請求項１記載の撮像装置。
前記光学ユニットは、前記鏡筒の撮像ユニット側開口を覆うように常時固定された撮影レンズを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記光路用開口及び前記鏡筒の撮像ユニット側開口よりも大きな寸法の内腔を有するリング状の弾性部材を用い、前記弾性部材の内腔に前記光路用開口及び前記鏡筒の撮像ユニット側開口が配置されるように前記光学ユニットと撮像ユニットで前記弾性部材を挟持することによって光路用開口を密閉することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の撮像装置。
前記収納手段は、少なくとも一部が前記撮像手段から出力された信号を処理するための基板によって構成されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の撮像装置。