JP2005173372A - 光学装置の手振れ補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像装置全体の小型化・薄型化を可能にする手振れ補正装置を提供する。
【解決手段】 第１アクチュエータ８及び第２アクチュエータ９は、レンズ１、撮像素子７、及びこれらを保持する鏡筒２を含む可動部を、光軸と直交する平面に含まれる互いに直交する第１回動軸及び第２回動軸の回りにそれぞれ回動する。第１回動軸及び第２回動軸を含む平面の光軸方向の位置は可動部の重心の光軸方向の位置とほぼ一致する。第１アクチュエータが可動部に駆動力を印加する第１作用点は、撮像素子のレンズとは反対側であって、第２回動軸と光軸とを含む平面内に位置し、第２アクチュエータが可動部に駆動力を印加する第２作用点は、撮像素子のレンズとは反対側であって、第１回動軸と光軸とを含む平面内に位置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は撮像光学系の手振れを容易に解決する小型の光学装置の手振れ補正装置に関する。

昨今、ムービおよびデジタルスチルカメラの高倍率ズーム時や暗所撮影時には、手振れによる撮影画像の乱れが問題となっている。

従来、カメラ撮影時の手振れを補正する手段として、以下のような技術が知られている。

例えば、特許文献１には、撮影レンズを保持するレンズ鏡筒と、撮影レンズの一部であり光軸に対して垂直面内に移動させることで手振れ補正を行う補正レンズと、レンズ鏡筒の振れ量を検出する第１及び第２の振れ検出手段とを備え、第１及び第２の振れ検出手段が検出したレンズ鏡筒の振れ量に応じて補正レンズを保持する保持枠を光軸と直交する２方向に駆動することにより、撮像素子に入射する光線の角度を変えて手振れ補正行う手振れ補正装置が記載されている。

また、特許文献２には、バリアングルプリズム式手振れ補正装置が記載されている。即ち、この手振れ補正装置は、２枚のガラス板を特殊フィルム製の蛇腹でつなぎ、内部に高屈折率を有する液体を充填させた可変頂角プリズムを撮像レンズ群の内部に配置し、２枚のガラス板を水平方向及び垂直方向にそれぞれ傾けることにより、撮像素子に入射する光線の角度を変えて手振れ補正を行う。
特開２０００−７５３３８号公報 特開平１１−１８３９５１号公報

昨今、ＣＣＤ等撮像素子の画素数は年々増加してきている。高画質化に伴って、撮像素子の画素数が少ない場合には気にならなかった少しの手触れによる撮影画像の乱れが目立つようになってきた。

一方、携帯電話やモバイル機器などの小型携帯機器においてカメラの搭載比率の増加は顕著であり、これらに搭載されるカメラにも手振れ補正機能が要望されている。

ムービやデジタルスチルカメラには上述したような手振れ補正装置が付加されたものが商品化されているが、この手振れ補正装置は構造が複雑で、機構的に大きく、小型化に不向きである。そして、この手振れ補正装置を更に小型化しようとすると、十分な手振れ補正効果が得られない。従って、従来の手振れ補正装置は、デジタルスチルカメラの更なる小型化の障害となり、また、携帯電話やモバイル機器などの小型携帯機器には実質的に搭載することができないという問題を有していた。

本発明は、従来の手振れ補正装置の上記の問題を解決し、撮像装置全体の小型化・薄型化を可能にする手振れ補正装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光学装置の手振れ補正装置は、レンズ、撮像素子、及びこれらを保持する鏡筒を含む可動部と、前記可動部を光軸と直交する平面に含まれる互いに直交する第１回動軸及び第２回動軸の回りにそれぞれ回動させる第１アクチュエータ及び第２アクチュエータとを有し、前記第１回動軸及び前記第２回動軸を含む前記平面の前記光軸方向の位置は前記可動部の重心の前記光軸方向の位置とほぼ一致し、前記第１アクチュエータが前記可動部に駆動力を印加する第１作用点は、前記撮像素子の前記レンズとは反対側であって、前記第２回動軸と前記光軸とを含む平面内に位置し、前記第２アクチュエータが前記可動部に駆動力を印加する第２作用点は、前記撮像素子の前記レンズとは反対側であって、前記第１回動軸と前記光軸とを含む平面内に位置することを特徴とする。

本発明の光学装置の手振れ補正装置によれば、可動部を回動させる手振れ補正機構の構成を簡単にすることができ、撮像装置の小型化・薄型化を実現できる。

本発明の光学装置の手振れ補正装置において、前記第１作用点と前記第２の作用点は前記光軸と直交する同一平面内に位置することが好ましい。これにより、第１，第２アクチュエータによる駆動の制御性及び応答性がよくなり、手振れ補正装置を小型化、薄型化しても十分な手振れ補正効果を得ることができる。

また、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータの前記可動部に対する駆動力の印加方向は、前記光軸と略平行であることが好ましい。これにより、第１，第２アクチュエータのわずかな変形により可動部を容易に回動させることができ、手振れ補正装置の薄型化が容易になる。

また、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータは、圧電セラミックスを用いたバイモルフ型又はユニモルフ型アクチュエータであることが好ましい。これにより、手振れ補正装置を小型化、薄型化が容易になり、また、消費電力を抑えることができる。

また、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータが一体化されていることが好ましい。これにより、手振れ補正装置を更に小型化、薄型化することができる。また、部品点数及び組立工数を削減でき、低コスト化を実現できる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の一実施形態に係る光学装置の手振れ補正装置を被写体側から見た斜視図である。以下の説明の便宜のために、光学装置の光軸をＺ軸、水平軸をＸ軸、垂直軸をＹ軸とするＸＹＺ直交座標系を設定する。Ｘ軸とＹ軸とは、光軸（Ｚ軸）上で交差する。なお、手振れ補正装置が搭載された撮像装置の実際の使用状態での水平方向及び垂直方向は、Ｘ軸及びＹ軸の向きと一致しないことがある。図２は、図１におけるＸ軸に沿ったII−II線における矢視断面図、図３は、図１におけるＹ軸に沿ったIII−III線における矢視断面図である。

レンズ１がレンズ枠（鏡筒）２に固着されて保持されている。レンズ枠２は、その外周側のレンズ枠ホルダー３と一体化されている。レンズ枠ホルダー３のＹ軸が交差する位置に一対の貫通孔３ａが設けられている。

レンズ枠ホルダー３の外側に、レンズ枠ホルダー３と離間して環状の第１回動ホルダー４が設置されている。第１回動ホルダー４のＹ軸が交差する位置に一対の貫通孔４ａが設けられている。レンズ枠ホルダー３の一対の貫通孔３ａと第１回動ホルダー４の一対の貫通孔４ａとに、Ｙ軸方向を中心軸方向とする一対の第１回動ピン４ｂが挿入されている。これにより、レンズ枠ホルダー３は、一対の第１回動ピン４ｂを介して第１回動ホルダー４に、Ｙ軸回り（ヨー方向Ｒ_Y）に回動自在に保持されている。

第１回動ホルダー４のＸ軸が交差する位置に一対の貫通孔４ｃが設けられている。

第１回動ホルダー４の外側に、第１回動ホルダー４と離間して、環状の第２回動ホルダー５が設置されている。第２回動ホルダー５のＸ軸が交差する位置に一対の貫通孔５ａが設けられている。第１回動ホルダー４の一対の貫通孔４ｃと第２回動ホルダー５の一対の貫通孔５ａとに、Ｘ軸方向を中心軸方向とする一対の第２回動ピン５ｂが挿入されている。これにより、レンズ枠ホルダー３及び第１回動ホルダー４は、一対の第２回動ピン５ｂを介して第２回動ホルダー５に、Ｘ軸回り（ピッチ方向Ｒ_X）に回動自在に保持されている。

７はレンズ１に対して被写体側とは反対側に配置された撮像素子である。撮像素子７はレンズ枠２に固着されている。

６は、撮像素子７と干渉しないように中央部に開口が形成された矩形枠状の台座である。上述の第２回動ホルダー５はこの台座６の被写体側の面上に搭載されている。台座６の被写体とは反対側の面上には、第１，第２アクチュエータ８，９が固定されている。なお、図２では第２アクチュエータ９は省略されており、図３では第１アクチュエータ８は省略されている。

本発明では、相互に固着され一体化されたレンズ１、レンズ枠２、レンズ枠ホルダー３、及び撮像素子７を「可動部」と呼ぶ。上記の説明から明らかなように、可動部は、台座６に対してＸ軸回り（ピッチ方向Ｒ_X）及びＹ軸回り（ヨー方向Ｒ_Y）に回動することができる。

第１回動ピン４ｂ及び第２回動ピン５ｂのＺ軸方向における位置、即ち、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面のＺ軸方向における位置は、可動部の重心のＺ軸方向における位置とほぼ一致している。このように、可動部の回動中心位置をその重心位置とほぼ一致させることにより、アクチュエータ８，９の駆動効率を向上させることができる。

次にアクチュエータ８、９と撮像素子７との位置関係および駆動力の作用点について説明する。

図４は本発明の一実施形態に係る光学装置の手振れ補正装置を被写体側とは反対側から見た斜視図である。枠状の台座６のＸ軸と平行な一辺に第１アクチュエータ８が設置され、Ｙ軸と平行な一辺に第２アクチュエータ９が設置されている。第１アクチュエータ８は、アクチュエータ台座８ｂと圧電素子８ｃと押さえ板８ａとがこの順に積層されてなり、これらは一体にビス８ｄで台座６に固定されている。アクチュエータ９も同様に、アクチュエータ台座９ｂと圧電素子９ｃと押さえ板９ａとがこの順に積層されてなり、これらは一体にビス９ｄで台座６に固定されている。台座６の開口内には撮像素子７が配置されている。可動部がＸ軸回り及びＹ軸回りに回動したとき撮像素子７と台座６とが干渉しないように、台座６の開口の内側周縁と撮像素子７との間には隙間が設けられている。圧電素子８ｃ，９ｃとしては、例えば、バイモルフ型又はユニモルフ型の圧電セラミックを用いることができる。第１，第２アクチュエータ８，９の片持ち支持された圧電素子８ｃ，９ｃの先端は撮像素子７に直接又は他の部材（図示せず）を介して固定されている。第１，第２アクチュエータ８，９の電極（図示せず）に電圧を印加して圧電素子８ｃ，９ｃを変形させると、撮像素子７に駆動力が作用して、可動部を、Ｘ軸回り及びＹ軸回りに回動（傾斜）させることができる。これにより、レンズ１及び撮像素子７の受光面を光軸（Ｚ軸）に対して傾斜させることができる。

図５は本発明の一実施形態に係る光学装置の手振れ補正装置を被写体側とは反対側から見た背面図である。Ｚ軸方向と平行な方向から見たとき、第１アクチュエータ８の駆動力が撮像素子７に印加される第１作用点８ｅは、Ｙ軸とＺ軸とを含む平面（ＹＺ面）内で、Ｘ軸よりもアクチュエータ８の取り付け側（押さえ板８ａ及びビス８ｄ側）の位置にある。この第１作用点８ｅを介して第１アクチュエータ８の駆動力を撮像素子７に印加することによって、可動部をＸ軸回りに回動させることができ、ピッチ方向の像振れを補正することができる。

一方、Ｚ軸方向と平行な方向から見たとき、第２アクチュエータ９の駆動力が撮像素子７に印加される第２作用点９ｅは、Ｘ軸とＺ軸とを含む平面（ＸＺ面）内で、Ｙ軸よりもアクチュエータ９の取り付け側（押さえ板９ａ及びビス９ｄ側）の位置にある。この第２作用点９ｅを介して第２アクチュエータ９の駆動力を撮像素子７に印加することによって、可動部をＹ軸回りに回動させることができ、ヨー方向の像振れを補正することができる。

更に、ＹＺ面内に配置された第１作用点８ｅ、及びＸＺ面内に配置された第２作用点９ｅのＺ軸方向における各位置は互いに同一である。即ち、第１，第２作用点８ｅ，９ｅは、Ｚ軸と直交する同一平面内に位置する。これにより、いずれか一方の作用点のみに駆動力を印加して可動部を回動させた場合に、他方の作用点において撮像素子７とこれに連結されたアクチュエータとの間に無理な力がほとんど発生しない。従って、第１，第２アクチュエータ８，９による駆動の制御性及び応答性がよくなり、手振れ補正装置を小型化、薄型化しても十分な手振れ補正効果を得ることができる。

また、圧電素子８ｃ，９ｃの長手方向をＺ軸と略直交する方向とし、圧電素子８ｃ，９ｃが作用点８ｅ，９ｅに印加する駆動力の印加方向をＺ軸と略平行とすることにより、圧電素子８ｃ，９ｃのわずかな変形でレンズ１及び撮像素子７を回動させることができ、手振れ装置の薄型化が可能になる。

上述したように第１作用点８ｅ及び第２作用点９ｅをそれぞれＹＺ面内及びＸＺ面内に配置し、且つ、第１，第２作用点８ｅ，９ｅのＺ軸からの距離を小さくすることにより、圧電素子８ｃ，９ｃの小さな変位量で可動部を大きく回動させることができ、手振れ補正が可能な範囲を拡大することができる。例えば、Ｚ軸からＹ軸方向及びＸ軸方向にそれぞれ１ｍｍ離れた位置に第１，第２作用点８ｅ，９ｅを設け、第１，第２作用点８ｅ，９ｅにて圧電素子８ｃ，９ｃがＺ軸方向に２０μｍ変位するように第１，第２アクチュエータ８，９を駆動すると、可動部は概略１．１度傾斜する。このように、第１，第２作用点８ｅ，９ｅをＺ軸と直交する面内においてＺ軸の近傍に配置すると、可動部の回動量、つまり、手振れ補正量を拡大することができる。

一般的にパラレルタイプのバイモルフ型アクチュエータでは先端の変位量ｘは下記式（１）によって概略求めることができることがわかっている。ここで、パラレルタイプとは２枚の圧電素子材料の間に中間電極を配置したものをいう。

ｘ＝３・ｄ₃₁・（Ｌ／ｔ）²・（１＋ｔｓ／ｔ）・Ｖ・α …（１）
式（１）中の各記号は以下の通りである。

表１の「数値例」の値をとるとき、圧電素子の先端（自由端）は２０μｍ変位する。尚、圧電材料、電極の材質、機械的な寸法によって補正係数αは変化するが、実測値と合致させるため、ここでは１とした。

また、バイモルフ型アクチュエータの幅を変えることによって発生する駆動力を変化させることができる。可動部を回動させるときの摩擦力や可動部の慣性などを考慮して、アクチュエータの幅を十分に確保することで、表１の「数値例」のアクチュエータを用いて可動部を１度程度傾けることができ、デジタルカメラの手振れ量の実測値０．５度以下に対して十分な補正が可能となる。

ここではパラレルタイプのバイモルフ型アクチュエータの実測値及び計算値を示したが、ユニモルフ型アクチュエータを用いた場合にも、必要な手振れ補正量に応じてアクチュエータの機械的な寸法および材料を選択することによって、所望する手振れ補正効果を得ることが可能である。

このように、本実施形態によれば、小型、薄型の手振れ補正装置を実現できるので、手振れ補正装置を搭載した撮像装置の小型化、薄型化が可能になる。また、従来は搭載不可能であったモバイル機器などにも搭載可能な手振れ補正装置を提供できる。

（実施の形態２）
上記の実施形態１では、可動部をピッチ方向及びヨー方向に回動させるために別個の第１，第２アクチュエータ８，９を用いたが、これらが一体化された一体型アクチュエータを用いることもできる。以下に、このような一体型アクチュエータを説明する。

図６は２つの変位部分１１，１２を有する櫛状の一体型バイモルフアクチュエータ１０の斜視図である。一体型アクチュエータ１０は、矩形状のバイモルフ型圧電素子の中央部分にスリット１０ｊを形成することにより略「Ｕ」字形状に形成されており、片持ち支持された２つの平行な変位部分１１，１２を備えている。２つの変位部分１１，１２の一方の面上の電極１０ｄと電極１０ｇ、他方の面上の電極１０ｃと電極１０ｆ、中間の電極１０ｅと電極１０ｈは、いずれも相互に絶縁されている。取り付け時にはスリット１０ｊの一部が隠れるようにが押さえ板１０ａとアクチュエータ台座１０ｂとで圧電素子を挟持する。これにより、２つの変位部分１１，１２は相互に独立して変位することができる。このとき、電極１０ｄと電極１０ｇ、電極１０ｃと電極１０ｆの絶縁を確保するために、押さえ板１０ａ及びアクチュエータ台座１０ｂは絶縁性材料からなることが好ましい。

図７は一体型バイモルフアクチュエータ１０の取り付け状態を示した背面図である。矩形枠状の台座６の４隅のうちの一つに一体型バイモルフアクチュエータ１０がビス１０ｄで固定されている。

第１変位部分１１の駆動力が撮像素子７に印加される第１作用点１１ａは、Ｙ軸とＺ軸とを含む平面と、撮像素子７の表面とが交わる直線上にある。この第１作用点１１ａに第１変位部分１１の駆動力を印加することによって、可動部をＸ軸回りに回動させることができ、ピッチ方向の像振れを補正することができる。

また、第２変位部分１２の駆動力が撮像素子７に印加される第２作用点１２ａは、Ｘ軸とＺ軸とを含む平面と、撮像素子７の表面とが交わる直線上にある。この第２作用点１２ａに第２変位部分１２の駆動力を印加することによって、可動部をＹ軸回りに回動させることができ、ヨー方向の像振れを補正することができる。

このように一体型バイモルフアクチュエータ１０を用いることにより、図１〜図５に示した第１，第２アクチュエータ８，９を用いた場合と同様に手振れを補正することができる。更に、一体型バイモルフアクチュエータ１０によれば、部品点数や組立工数が削減でき、また、手振れ補正装置の小型化や薄型化も一層容易になる。

本実施の形態２は、上記以外は実施の形態１と同様である。

本発明の光学装置の手振れ補正装置の利用分野は特に限定されず、ムービ、デジタルスチルカメラ、小型携帯機器に搭載される撮像装置の手振れ補正装置として広く利用できる。

また、光学装置の補正機構に限らず、微小な角度補正を行うチルト装置としても利用可能である。

本発明の一実施形態に係る光学装置の手振れ補正装置の被写体側から見た斜視図 光学装置の一実施形態に係る光学装置の手振れ補正装置のＸ軸とＺ軸とを含む平面における断面図 光学装置の一実施形態に係る光学装置の手振れ補正装置のＹ軸とＺ軸とを含む平面における断面図 本発明の一実施形態に係る光学装置の手振れ補正装置の被写体側とは反対側から見た斜視図 本発明の一実施形態に係る光学装置の手振れ補正装置の被写体側とは反対側から見た背面図 ２箇所の変位部分を有する櫛状の一体型バイモルフアクチュエータの斜視図 本発明の別の実施形態に係る光学装置の手振れ補正装置の被写体側とは反対側から見た背面図

符号の説明

１ レンズ
２ レンズ枠
３ レンズ枠ホルダー
３ａ 貫通孔
４ 第１回動ホルダー
４ａ，４ｃ 貫通穴
４ｂ 第１回動ピン
５ 第２回動ホルダー
５ａ 貫通穴
５ｂ 第２回動ピン
６ 台座
７ 撮像素子
８ 第１アクチュエータ
９ 第２アクチュエータ
８ａ、９ａ 押さえ板
８ｂ、９ｂ アクチュエータ台座
８ｃ、９ｃ 圧電素子
８ｄ、９ｄ ビス
８ｅ 第１作用点
９ｅ 第２作用点
１０ 一体型バイモルフアクチュエータ
１０ａ 押さえ板
１０ｂ 一体型アクチュエータ台座
１０ｃ、１０ｄ、１０ｆ、１０ｇ 電極
１０ｅ、１０ｈ 中間電極
１０ｄ ビス
１０ｊ スリット
１１，１２ 変位部分
１１ａ 第１作用点
１２ａ 第２作用点

Claims (5)

1. レンズ、撮像素子、及びこれらを保持する鏡筒を含む可動部と、
   前記可動部を光軸と直交する平面に含まれる互いに直交する第１回動軸及び第２回動軸の回りにそれぞれ回動させる第１アクチュエータ及び第２アクチュエータと
   を有し、
   前記第１回動軸及び前記第２回動軸を含む前記平面の前記光軸方向の位置は前記可動部の重心の前記光軸方向の位置とほぼ一致し、
   前記第１アクチュエータが前記可動部に駆動力を印加する第１作用点は、前記撮像素子の前記レンズとは反対側であって、前記第２回動軸と前記光軸とを含む平面内に位置し、
   前記第２アクチュエータが前記可動部に駆動力を印加する第２作用点は、前記撮像素子の前記レンズとは反対側であって、前記第１回動軸と前記光軸とを含む平面内に位置することを特徴とする光学装置の手振れ補正装置。
2. 前記第１作用点と前記第２の作用点は前記光軸と直交する同一平面内に位置する請求項１に記載の光学装置の手振れ補正装置。
3. 前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータの前記可動部に対する駆動力の印加方向は、前記光軸と略平行である請求項１又は２に記載の光学装置の手振れ補正装置。
4. 前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータは、圧電セラミックスを用いたバイモルフ型又はユニモルフ型アクチュエータである請求項１〜３のいずれかに記載の光学装置の手振れ補正装置。
5. 前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータが一体化されている請求項１〜４のいずれかに記載の光学装置の手振れ補正装置。
   

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