JP2010085471A - 光学装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
高速なレンズ駆動を安定して行うことが可能な光学装置を提供する。
【解決手段】
光学装置は、ピント補正用レンズ11aを保持し、光軸方向に移動可能なレンズ枠12と、レンズ枠12と鏡筒の内側の支持部13との一方に配置され、他方までの距離に応じた信号を検出する光軸方向位置検出手段19a〜19cと、レンズ枠12を光軸方向に駆動する駆動部112a〜112c及びコイル17a〜17c(駆動手段)と、レンズ枠の光軸方向移動制限部材と、駆動部と光軸方向移動制限部材との関連により感度が較正された光軸方向位置検出手段19a〜19cにより検出された信号に基づいて、ピント補正用レンズ11aの傾きを抑制するように駆動手段を制御するレンズCPU1204(制御手段)とを有する。
【選択図】図2

Description

本発明は光学装置に係り、特に、高速なレンズ駆動を安定して行うことが可能な光学装置に関する。
レンズを高速かつ低騒音で動作させてピント合わせを行う技術として、特許文献1に開示されているように、レンズ側に永久磁石を配置し、固定部側にコイルを配置して、ダイレクトドライブでレンズを駆動する技術が知られている。この技術では、レンズは光軸に沿った案内軸に案内され、この案内軸上でレンズ枠が摺動することにより、光軸方向におけるレンズ駆動が行われる。
しかしながら、このような構造では、案内軸における摺動摩擦のため、高速なレンズ駆動ができない。また、摺動摩擦による摺動音が発生するなどの問題もある。
このような問題を解決して高速にピント合わせを行うレンズ駆動方法として、特許文献2に開示されているように、電磁的にレンズを浮上させ、電磁的にレンズを光軸方向に駆動する提案がなされている。
特開平5−066336号公報 特開平7−248522号公報
特許文献2に開示されている光学装置は、摺動部を設けることなくレンズ駆動を行う。このため、高速にピント合わせを行うことが可能である。
しかしながら、この光学装置のレンズは、電磁力による浮遊支持のため、光軸方向において最終的にコイルと磁石とが接触する位置以外のレンズ位置では、光軸に対するレンズの傾きが不安定となる。例えば、カメラの姿勢による重力の変化により、レンズの傾きが変化する恐れもある。また、ピント合わせ中のレンズの挙動により、レンズが傾く可能性もある。
TV−AF方式(コントラスト検出方式)の光学装置では、被写体の前ピン及び後ピンを検出する手段として、ウォブリングという手法が用いられる。このウォブリング手法では、レンズを光軸方向に高周波で小刻み振動させ、各位置において取得した画像を評価して、各画像のピントの状態から前ピン、後ピンを判定する。このとき、レンズは高速に振動するため、その振動モードによりレンズが傾き易く、誤った画像評価を行ってしまう可能性もある。
そこで、本発明は、高速なレンズ駆動を安定して実現可能な光学装置を提供する。
本発明の一側面としての光学装置は、レンズ或いは撮像手段を保持し、撮影光軸方向に移動可能な移動枠と、前記移動枠と撮影機器の内側の固定部との一方に配置され、他方までの距離に応じた信号を検出する複数の検出手段と、前記移動枠と前記固定部との間を前記距離の両端で制限する移動制限部を有し、前記移動制限部が前記移動枠を移動規制している状態では前記レンズ或いは撮像手段は前記撮影光軸に対して略直交する構成となる移動制限部材と、前記移動枠を前記光軸方向に駆動する複数の駆動手段と、前記複数の駆動手段により前記移動枠を前記距離の両端で移動規制させる事で前記複数の検出手段の各々の感度を較正する較正部と、前記複数の検出手段により検出された前記信号に基づいて、前記複数の駆動手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
本発明によれば、高速なレンズ或いは撮像手段の駆動を撮影光軸に対して安定した姿勢で実現可能な光学装置を提供することができる。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
まず、本発明の実施例1について説明する。
図1は、本実施例における光学装置の平面図である。また、図2は、本実施例の光学装置において、図1のA−Aで切断した断面図である。
なお、図1においては、後述のコイル17a〜17c及びコイル保持部18a〜18cを省いて示している。図3は、本実施例の光学装置において、コイル17a〜17c及びコイル保持部18a〜18cを含めて示した正面図である。
図1〜図3において、11aは移動枠であるレンズ枠12に設けられたピント補正用レンズである。また、11bは支持部13(固定部)に設けられた固定レンズである。図2に示されるように、ピント補正用レンズ11a及び固定レンズ11bは、撮影光軸である光軸10の方向に配列されている。レンズ枠12は、ピント補正用レンズ11aを保持し、撮影光軸方向に移動可能に構成されている。
レンズ枠12の引掛けピン12a〜12cと支持部13の引掛けピン13a〜13cとの間には、それぞれ、120度放射方向に設けられた3つの引っ張りコイルバネで形成された弾性手段14a〜14cが引掛けられている。レンズ枠12は、弾性手段14a〜14cの弾性力により、支持部13に対して弾性支持されている。また、支持部13は、光学装置の鏡筒(不図示)に固定されている。なお、鏡筒の内側に設けられたピント補正用レンズ11a及び固定レンズ11bは、鏡筒の内側に設けられた他のレンズ群と共に、撮影光学系を構成している。
レンズ枠12には、永久磁石15a〜15cが、それぞれ、ヨーク16a〜16cを介して120度放射方向に設けられている。また、支持部13には、120度放射方向に設けられたコイル保持部18a〜18cが固定されている。コイル保持部18a〜18cは、コイル17a〜17cをそれぞれ支持している。
コイル17a〜17cは、永久磁石15a〜15c及びヨーク16a〜16cと共に、光軸方向駆動手段(複数の駆動手段)を構成する。コイル17a〜17cに電流を印加すると、永久磁石15a〜15bにより生じる磁界により、レンズ枠12に力が働く。このようにして、光軸方向駆動手段は、レンズ枠12を矢印113a〜113c(113cは不図示)方向(光軸方向)に駆動することができる。
支持部13には、レンズ枠12と支持部13との間の相対的位置(変位)を検出する光軸方向位置検出手段19a〜19c(複数の検出手段)が設けられている。本実施例では、光軸方向位置検出手段19a〜19cは支持部13上に配置されているが、これに限定されるものではない。光軸方向位置検出手段19a〜19cはレンズ枠12上に配置してもよい。このように、光軸方向位置検出手段19a〜19cは、レンズ枠12と鏡筒の内側の支持部13との一方に配置され、他方までの距離に応じた信号を検出する。
図2に示されるように、光軸方向位置検出手段19aの出力は比較手段111aに入力される。比較手段111aは、光軸方向位置検出手段19aの出力値とAFセンサ116aからの出力値とを比較する。駆動部112aは、比較手段111aによる比較結果に基づいて、コイル17aに印加する電流を制御する。なお、比較手段111a及び駆動部112aの各動作は、実際にはレンズCPU1204で処理されるが、この点の詳細については後述する。同様に、駆動部112b、112cは、コイル17b、17cに印加する電流をそれぞれ制御する。
本実施例の光学装置は、このような構成により、レンズ枠12を光軸方向に駆動することができ、高精度なピント合わせ及びブレ補正が可能となる。
図4は、本実施例の光学装置において、支持部13及び支持部13に設けられた各構成部材を示した平面図である。また、図5は、本実施例の光学装置において、レンズ枠12の裏面を示す平面図(図1、図3に示されるレンズ枠12を裏面側から見た図)である。
図4に示されるように、光軸方向位置検出手段19a〜19cは、それぞれ、120度同心円状に3箇所設けられている。各々の光軸方向位置検出手段19a〜19cにより、レンズ枠12と支持部13との間の距離(相対的位置、変位)が検出される。光軸方向位置検出手段19a〜19cとしては、ホール素子等の磁気センサ(この場合、レンズ枠には指標磁石が必要)や、渦電流センサ(この場合レンズ枠には指標として導電部材が必要)等が用いられる。また、フォトリフレクタ等の光学センサ(この場合レンズ枠には指標として反射部材が必要)を用いることもできる。
支持部13には、移動制限部材である光軸方向移動制限部材13d〜13fが120度同心円状に3箇所設けられている。光軸方向移動制限部材13d〜13fは、支持部13に対するレンズ枠12の光軸方向(図2中の矢印113a、113bの方向)における位置を制限する。また、光軸方向移動制限部材13dを矢印114方向(図6参照)から見ると、長孔13gが設けられている。同様に、光軸方向移動制限部材13e、13fには、それぞれ、長孔13h、13i(不図示)が設けられている。
図5に示されるように、レンズ枠12には移動制限ピン12d〜12fが3箇所設けられている。移動制限ピン12d〜12fは、長孔13g〜13iのそれぞれの中に入り込んでいる。このため、レンズ枠12は、移動制限ピン12d〜12fが長孔13g〜13iにより制限されない範囲内において、光軸方向及び光軸と直交する方向に移動可能である。
本実施例において、レンズ枠12は少なくとも光軸方向にのみ移動可能にすればよい。このため、光軸10と直交する方向には、移動制限ピン12d〜12fと長孔13g〜13iとを嵌合状態にして、光軸方向以外の移動を制限してもよい。ただしこの場合、移動制限ピン12d〜12fと長孔13g〜13iとの間に摺動摩擦が生じるため、光軸方向の駆動精度が劣化してしまう。従って、レンズ枠12は、光軸10と直交する方向においても移動可能に構成されることが好ましい。
支持部13には、ジェル状のシリコーン樹脂等で形成されたダンパ部材110a〜110cが3箇所に設けられている。また、レンズ枠12には、レンズ枠12から突出するダンパピン12g〜12iが設けられている。レンズ枠12のダンパピン12g〜12iと支持部13のダンパ部材110a〜110cとを粘弾性結合させることにより、レンズ枠12の光軸方向駆動時における不要振動を減衰させることができる。ダンパ部材110a〜110c及びダンパピン12g〜12iは減衰手段を構成する(詳細は図6を用いて後述する)。
図5に示されるように、レンズ枠12の裏面(図1、図3に示される平面の裏側)には、光軸方向位置検出手段19a〜19cそれぞれの指標115a〜115cが設けられている。光軸方向位置検出手段19a〜19cが例えば磁気センサの場合、指標115a〜115cとして磁石が用いられる。なお、光軸方向位置検出手段19a〜19cが渦電流センサの場合には金属板等の導電部材が、また、光学センサの場合には反射部材が、それぞれ用いられる。
図6は、本実施例の光学装置において、図2の一部を拡大して光軸方向駆動手段及び光軸方向位置検出手段を示した拡大断面図である。図6に示されるように、レンズ枠12から突出するダンパピン12gは、支持部13に設けられたダンパ部材110aに入り込んでいる。
ジェル状のシリコーン樹脂等からなるダンパ部材110a〜110cは、液体の状態で支持部13の穴に充填される。ダンパ部材110a〜110cのそれぞれをダンパピン12g〜12iに挿入した後、ダンパ部材110a〜110cを紫外線等で硬化させる。ダンパ部材110a〜110cは硬化後にゲル状となり、減衰効果を生じさせる。このように、本実施例の光学装置は、レンズ枠12と支持部13との間に設けられ、レンズ枠12が光軸方向に移動することにより生じる振動を減衰させる減衰手段を有する。
図7は、本実施例の光学装置において、減衰手段であるダンパ部材及びダンパピンを更に拡大した断面図である。図7に示されるように、ダンパピン12g(ダンパピン12h、12iも同様)及び支持部13の表面には、細かな凹凸が形成されている。ダンパ部材110a(ダンパ部材110b、110cも同様)は、このような凹凸により、ダンパピン12gと確実に噛み合っている。
このため、ダンパピン12g〜12iが支持部13に対して光軸方向(図6中の矢印113の方向)に移動しても、光軸方向の移動に伴う不要振動を減衰させることができる。すなわち、引っぱりコイルバネである弾性手段14a〜14cのバネ定数と、レンズ枠12及びピント補正用レンズ11a等の被駆動部の質量とにより決定される固有振動数付近のQを下げることが可能になる。
図8は、本実施例の光学装置における減衰手段の効果を説明する周波数特性図である。図8において、横軸81は入力周波数(f[Hz])を示し、縦軸82は光軸方向駆動手段の入力電流に対するレンズ枠12の光軸方向の動きの関係(利得G[dB]、比率の対数表示)を示している。波形83は減衰手段を設けない場合の周波数特性であり、一方、波形84は減衰手段を設けた場合の周波数特性である。
ω0は、レンズ枠12、ピント補正用レンズ11a、永久磁石15a〜15c等の被駆動部の質量合計と、弾性手段14a〜14cの合計バネ定数との関係で決定される固有振動数である。固有振動数ω0において、波形83はピークQ1を有し、波形84はピークQ2を有する。
このように、本実施例の光学装置では、減衰手段を設けることにより、ピークQ1をピークQ2に抑制することができる。このため、外乱等により固有振動数ω0の入力があった場合でも、レンズ枠12は光軸方向に大きく振動することはない。従って、本実施例の光学装置によれば、光軸方向において安定した駆動を行うことができる。
図6に示されるように、光軸方向位置検出手段19a及び指標115aは、互いに対向して平行に配置されている。このため、光軸方向位置検出手段19aは、レンズ枠12と支持部13と間の光軸方向における相対的な変位を検出するが、その他の方向(例えば光軸方向と直交する方向)の変位には感度がない。従って、光軸方向とは異なる方向のガタ等が生じても、光軸方向の位置検出の読み誤ることはない。
移動制限ピン12d〜12f、及び、光軸方向移動制限部材13d〜13fは、前述のとおり、それぞれ、支持部13に対するレンズ枠12の光軸方向(図2中の矢印113a、113b)の位置を制限する。光軸方向移動制限部材13dを矢印114方向(図6参照)から見ると、長孔13gが設けられ、図5に示されるレンズ枠12の移動制限ピン12dがこの長孔13g内に入っている。
このため、レンズ枠12が光軸方向(矢印113の方向)において光学系の物体方向(矢印113oの方向)に駆動される場合、所定量駆動されると移動制限ピン12dが長孔13gの第1の辺13go(移動制限部)と当接して、光軸方向の移動が制限される。同様に、レンズ枠12が光軸方向において光学系の像面方向(矢印113iの方向)に駆動される場合、所定量駆動されると移動制限ピン12dが長孔13gの第2の辺13gi(移動制限部)と当接して、光軸方向の移動が制限される。移動制限ピン12eと光軸方向移動制限部材13e、及び、移動制限ピン12fと光軸方向移動制限部材13fに関しても、上述と同様の関係になっており、それぞれ、光軸方向の移動制限が行われる。
このように移動制限部材はレンズ枠をその移動距離の両端で移動制限している。全ての移動制限ピン12d〜12fが光軸方向移動制限部材13d〜13fの各第1の辺(物体側の辺)と当接した場合、レンズ枠12は、これらの第1の辺を基準位置として、支持部13に対する位置出しが行われる。同様に、全ての移動制限ピン12d〜12fが光軸方向移動制限部材13d〜13fの各第2の辺(像面側の辺)と当接した場合、各第2の辺を基準位置として、支持部13に対する位置出しが行われる。 これは、光軸方向位置検出手段19a〜19cの較正のために設けられた機構である。以下、光軸方向位置検出手段19a〜19cの較正方法について説明する。
光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力は、温度や湿度等の環境により変動する。このため、光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力をそのまま利用して光軸方向駆動手段(コイル17a〜17c、永久磁石15a〜15c、駆動部112a〜112c)によりレンズ枠12を光軸方向に移動させても、その移動量は正確でないことがある。また、各光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力もばらつく。このため、全ての移動制限ピン12d〜12fが光軸方向移動制限部材13d〜13fの各辺と当接した状態以外では、レンズ枠12の平面性が保たれない可能性がある。
そこで、全ての移動制限ピン12d〜12fが光軸方向移動制限部材13d〜13fの各第1の辺(物体側の辺)と当接した場合、光軸方向位置検出手段19a〜19cの各出力を測定し、その出力を一定値に揃える。同様に、全ての移動制限ピン12d〜12fが光軸方向移動制限部材13d〜13fの各第2の辺(像面側の辺)と当接した場合、光軸方向位置検出手段19a〜19cの各出力を測定し、その出力を一定値に揃える。
図9、10、11は、実施例1の光学装置における光軸方向位置検出手段の較正方法を説明する図である。図9、10、11は、光軸方向位置検出手段19a〜19cのそれぞれについて示している。
図9に示されるように、移動制限ピン12dが光軸方向移動制限部材13dの各第1の辺(物体側の辺)と当接しているときの光軸方向位置検出手段19aの出力電圧をVs19aoとする。また、移動制限ピン12dが光軸方向移動制限部材13dの各第2の辺(像面側の辺)と当接しているときの光軸方向位置検出手段19aの出力電圧をVs19aiとする。較正部は、これらの出力電圧の差から光軸方向位置検出手段19aの感度S19aを求め、感度S19aが所定感度S0になるように、光軸方向位置検出手段19aの増幅率を変化させるか、又は、光軸方向位置検出手段19aの駆動電流を変化させる。また、較正部は、出力電圧Vs19aiが基準電圧V0となるように、光軸方向位置検出手段19aの出力オフセットを調整する。なお、後述のように、較正部は、感度調整部1204d〜1204f及びオフセット調整部1204g〜1204iで構成される。
図10及び図11に示されるように、他の光軸方向位置検出手段19b、19cに関しても、図9と同様な較正を行う。すなわち、移動制限ピン12e、12fが光軸方向移動制限部材13e、13fの各第1の辺(物体側の辺)と当接しているときの光軸方向位置検出手段19b、19cの出力電圧をそれぞれVs19bo、Vs19coとする。また、移動制限ピン12e、12fが光軸方向移動制限部材13e、13fの各第2の辺(像面側の辺)と当接しているときの光軸方向位置検出手段19b、19cの出力電圧をVs19bi、Vs19ciとする。較正部は、これらの値から感度S19b、S19cを求め、感度S19b、S19cがいずれも所定感度S0になるように較正し、また、オフセット調整を行う。
このように、本実施例の光学装置は、光軸方向位置検出手段19a〜19cの感度を較正する較正部を有する。また、レンズ枠12と支持部13との間の距離を制限する移動制限部材(光軸方向移動制限部材13d〜13f)を有する。そして、較正部は、移動制限部材により制限される距離が最大のとき、光軸方向位置検出手段19a〜19cにより検出された信号に基づいて、それらの感度を較正する。
尚、上記第1の辺及び第2の辺に移動規制ピンが接触している状態においては、レンズ枠が保持するレンズは撮影光軸に対して直交する様に移動制限部材の移動制限部、移動規制ピン、レンズ枠などが配置されている。ここで直交とは、厳密な意味での直交に限定されるものではなく、実質的な直交すなわち略直交をも含む意味である。
そのため、第1の辺、第2の辺の基準位置における各々の光軸方向位置検出手段の出力は第1の辺、第2の辺の位置においてレンズを撮影光軸に対して直交保持させた時の信号となる。即ち、光軸方向位置検出手段の信号を見ることで撮影光軸に対するレンズの傾き正確に検出できる為に、傾きが生じた場合には迅速にその補正を行う事ができる。
その後、光軸方向駆動手段は、較正された出力値を光軸方向位置検出手段19a〜19cのレンズの光軸方向の位置として、レンズ枠12を駆動する。このように、本実施例の光学装置によれば、レンズ枠12を高精度に光軸方向に移動することが可能となる。なお、前述のように、光軸方向位置検出手段19a〜19cは、その出力値が使用環境等で変化する。このため、この較正はレンズをAF駆動やウォブリング駆動させる度、又は、カメラの電源オン等の度に実行することが望ましい。
図12は、実施例1の光学装置を搭載した撮影機器の断面図である。
図12に示されるように、レンズ枠12及び支持部13等を含む光学装置1202は、レンズ鏡筒1201内に設けられている。レンズ鏡筒1201は、マウント1207を介してカメラ本体1208に着脱可能に構成されている。
レンズ鏡筒1201には、レンズCPU1204が設けられている。レンズCPU1204は、カメラ本体1208に設けられたカメラCPU1209との間で、マウント1207に設けられた接点を介して通信を行う。なお、図12において、レンズCPU1204とカメラCPU1209との間の通信を矢印1212で示している。
カメラ本体1208の内部には、光軸1200よりクイックリターンミラー1213、サブミラー1214、フィールドレンズ1215、反射ミラー1216、及び、めがねレンズ1217を介して被写体光束を受けるAFセンサ1218が設けられている。AFセンサ1218は公知の位相差検出方式のAFセンサであり、カメラ本体1208に設けられた操作部材1210の操作をトリガーにして、出力信号をカメラCPU1209に送る。カメラCPU1209は、得られたAF信号に基づき合焦状態を判定する演算を行い、その結果をレンズCPU1204に送る。
レンズCPU1204には、図4等に示される光軸方向位置検出手段19a〜19c(図12ではセンサ1205として一括表示されている)からの出力信号が入力される。レンズCPU1204は、センサ1205からの出力信号とカメラCPU1209からの合焦状態判定信号とに基づいて、図3等に示されるコイル17a〜17c(図12では駆動部1206として一括表示されている)に所定の制御信号を出力する。
このとき、レンズCPU1204は、AFセンサ1218の信号を受けるカメラCPU1209が合焦判定を行うように制御信号を出力する。そして、駆動部1206(駆動手段)は、レンズCPU1204からの制御信号に基づいて、光学装置1202を構成するピント補正用レンズ11a(図2参照)を光軸方向1219に駆動する。このため、ピント補正用レンズ11aの傾きは、レンズCPU1204の制御により抑制される。このように、レンズCPU1204は、光軸方向位置検出手段19a〜19cにより検出された信号に基づいて、ピント補正用レンズ11aの傾きを抑制するように駆動部1206を制御する制御手段として機能する。
カメラCPU1209は、合焦後、操作部材1210の操作に基づいて被写体像を撮像素子1211に所定期間露光させ、その信号を不図示の記録メディアに記録する。
以上、本実施例では、AFセンサ1218の信号に基づいて光学装置1202(ピント補正用レンズ11a)を合焦駆動させる場合を説明したが、これに限定されるものではない。本実施例の光学装置1202は、撮像素子1211の撮像面への合焦駆動だけではなく、合焦状態の判別のために用いることもできる。例えば、AFセンサ1218を用いずに撮像素子1211の画像信号を評価することで合焦判定を行う、公知のTV−AF方式(コントラスト検出方式)の場合である。
TV−AF方式では、例えばレンズ1203を光軸方向に走査し、レンズ1203の光軸方向の各位置における撮像素子1211の画像信号を評価する。そして、最も鮮鋭な画像が得られるレンズ1203の位置を合焦位置と判定し、最終的にレンズ1203をその位置に戻して合焦とする。ただし、TV−AF方式では、レンズ1203を走査させて撮像素子1211の画像信号の変化を評価しないと、合焦か否かを判定できない。このため、ピント合わせごとにレンズ1203を走査しなくてはならない。
そこで、撮影時にレンズを極めて僅か且つ高速に往復走査して、そのときの画像を評価することで合焦状態を判定する。このようにして、ピント合わせ時の上記走査の必要性(既に合焦しているため走査不要の場合は走査しない)や、走査が必要な場合でもその走査方向が分かるため、早い時間で合焦を完了させることができる。
このときのレンズの微小高速走査をウォブリングと言う。ウォブリングでは、レンズ走査量は僅かであるが、高速且つ正確な光軸方向の繰り返し走査が必要となる。このように、AF信号を用いてレンズを合焦駆動するためではなく、レンズを光軸方向に高速に振動させるウォブリングとしても、本実施例の光学装置1202は適用可能である。
図12において、TV−AF時にカメラCPU1209よりレンズCPU1204にウォブリング指示がなされると、レンズCPU1204は、その指示に基づき駆動部1206に所定の制御信号を出力する。駆動部1206は、レンズCPU1204からの制御信号に基づき、光学装置1202のピント補正用レンズ11aを光軸方向1219に高速振動させる。
このとき、レンズCPU1204はセンサ1205の信号をモニタしており、その結果に基づいて駆動部1206に制御信号を出力する。このため、ピント補正用レンズ11aは極めて正確に、且つ、高速に光軸方向に振動可能となる。
図12に示される撮影機器では、光軸方向位置検出手段19a〜19cの精度が重要である。レンズ枠12は、機械的なストッパ(光軸方向移動制限部材13d〜13f)によりその基準位置が定められる。上述のとおり、基準位置における光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力に基づいて、光軸方向位置検出手段19a〜19cの較正が行われる。その詳細を図13のブロック図及び図14のフローチャートを用いて説明する。
図13は、本実施例における光学装置のブロック図である。
図13において、光軸方向位置検出手段19a〜19cは、レンズ枠12の光軸方向における3点の位置を検出する。光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力は、それぞれ、感度変更手段1301a〜1301c及びオフセット調整手段1302a〜1302cを介して、レンズCPU1204の目標値加算部1204a〜1204cに入力される。なお、それぞれの信号がレンズCPU1204に入力されるとき、レンズCPU1204に設けられた公知のA/Dコンバータによりアナログ信号からデジタル信号に変換される(図13では不図示)。
目標値加算部1204a〜1204cには、後述するAF駆動やウォブリング駆動のためのレンズの移動目標値が加算され、その加算出力が光学装置の各々のコイル駆動部1303a〜1303cに入力される。レンズCPU1204からコイル駆動部1303a〜1303cに入力されるのは公知のPWM(パルス幅変調)信号であり、効率のよいコイル駆動が行われる。
コイル駆動部1303a〜1303cからの電力はコイル17a〜17cに供給され、レンズ枠12は、コイル17a〜17cにより発生する推力により光軸方向に駆動される。このように、レンズ枠12の移動を光軸方向位置検出手段19a〜19cで検出し、その結果をコイル駆動部1303a〜1303cにフィードバックする公知のサーボ技術を用いることで、レンズ枠12を高精度に駆動することができる。
レンズCPU1204の目標値切換部1204jは、AF駆動やウォブリング駆動のためのレンズ駆動目標値1204kと較正駆動目標値1204lとを切り換える。目標値切換部1204jは、いずれか一つの目標値を選択し、目標値加算部1204a〜1204cに入力する。
ここで、目標値切換部1204jが較正駆動目標値1204lを目標値加算部1204a〜1204cに入力した場合について述べる。
このとき、前述のとおり、レンズCPU1204は、レンズ枠12が光軸方向移動制限部材13d〜13fにより物体側及び像面側に移動制限する位置まで、レンズ枠12を駆動する。そして、物体側及び像面側にレンズ枠12が移動制限された位置における光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力に基づいて、光軸方向位置検出手段19a〜19cの感度S19a〜S19cを求める。レンズCPU1204は、予め定められた基準感度S0及びレンズ枠12が像面側位置制限状態のときの光軸方向位置検出手段19a〜19cの基準電圧V0と、上記で求めた各出力を比較する。
そして、その結果に基づいて、感度調整部1204d〜1204fは、感度変更手段1301a〜1301cの感度を変更して、全ての光軸方向位置検出手段19a〜19cの感度S19a〜S19cを基準感度S0に揃える。また、オフセット調整部1204g〜1204iは、光軸方向位置検出手段19a〜19cの像面位置側制限位置での出力電圧Vs19ai〜Vs19ciが基準電圧V0になるように調整する。
目標値切換部1204jは、感度及びオフセットの調節が終了すると、AF/ウォブリング駆動目標値1204kを目標値加算部1204a〜1204cに入力するように切り換える。このようにして、レンズCPU1204は、レンズ枠12を光軸方向に駆動し、ピント合わせ又はウォブリングを行う。なお、図13において、感度変更手段1301a〜1301c及びオフセット調整手段1302a〜1302cはレンズCPU1204の外部に設けられているが、これに限定されるものではない。感度変更手段1301a〜1301c及びオフセット調整手段1302a〜1302cをレンズCPU1204内に設けることもできる。
図14は、本実施例における光学装置の動作を説明するフローチャートである。図14に示されるフローは、AFのための駆動開始時又はウォブリング開始時から開始する。なお、このフローにおいては、本実施例に直接関係のない一般的な動作(例えば電源チェックステップなど)は省略されている。
まず、ステップ#1001において、レンズCPU1204は、コイル17a〜17cに通電してレンズ枠12を物体側に移動するように、コイル駆動部1303a〜1303cを制御する。このとき、3箇所の光軸方向駆動手段(コイル17a〜17c)全てを同位相方向に駆動することで、レンズ枠12は、3箇所の光軸方向位置制限部材に同時に当接する。このため、レンズ枠12は平面性を確保することができる。
次に、ステップ#1002において、レンズ枠12の移動が完了し、機械的な過渡応答(振動)が収まるまで待機する。所定時間が経過した後、ステップ#1003において、この位置における光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力を取り込む。
ステップ#1004では、レンズCPU1204は、コイル17a〜17cに通電してレンズ枠12を像面側に移動するように、コイル駆動部1303a〜1303cを制御する。このとき、3箇所の光軸方向駆動手段(コイル17a〜17c)全てを同位相方向に駆動することで、レンズ枠12は、3箇所の光軸方向位置制限部材に同時に当接する。このため、レンズ枠12は平面性を確保することができる。
次に、ステップ#1005において、レンズ枠12の移動が完了し、機械的な過渡応答(振動)が収まるまで待機する。所定時間が経過した後、ステップ#1006において、この位置における光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力を取り込む。なお、この後もレンズ枠12は暫く像面側の制限位置に付勢される。
ステップ#1007では、ステップ#1003及びステップ#1006で得られた光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力に基づいて、各光軸方向位置検出手段19a〜19cの感度S19a〜S19cを算出する。
ステップ#1008において、感度調整部1204d〜1204fは、算出された感度S19a〜S19cと基準感度S0とを比較する。そして、光軸方向位置検出手段19a〜19cの感度が基準感度S0になるように、感度変更手段1301a〜1301cの感度変更を行う。
その後、ステップ#1009において、再度、光軸方向位置検出手段19a〜19cの像面側制限位置における出力を取り込む。ここで、再度信号を取り込むのは、既に得られている出力電圧Vs19ai〜Vs19ciが、感度の変更により変化している可能性があるためである。
ステップ#1010では、ステップ#1009で得られた光軸方向位置検出手段19a〜19bのそれぞれにおける出力電圧Vs19ai〜Vs19ciが基準出力V0になるように、オフセット調整が行われる。以上のステップにより、図14に示されるフローは終了する。
上述のとおり、本実施例では、ピント補正用レンズ11aの光軸方向における位置を少なくとも3箇所に設けられた光軸方向位置検出手段19a〜19cで検出する。そして、レンズCPU1204は、その検出結果に基づいて、各々の光軸方向位置検出手段19a〜19cに対応する光軸方向駆動手段(コイル17a〜17c)を個別に駆動制御する。このようにすることで、本実施例の光学装置は、ピント補正用レンズ11aの傾きが生じない安定したピント合わせが可能となる。
本実施例の光学装置において、レンズ枠12は、ピント補正用レンズ11aを保持し、レンズ鏡筒1201内において光軸方向に移動可能に構成されている。弾性手段14a〜14c(弾性支持手段)は、レンズ枠12をレンズ鏡筒1201内の支持部13に対して弾性支持する。また、複数の光軸方向位置検出手段19a〜19cは、支持部13とレンズ枠12の光軸方向の相対位置を検出する。
さらに、複数の光軸方向駆動手段(コイル17a〜17c、永久磁石15a〜15c)は、レンズ枠12を支持部13に対して光軸方向に駆動する。光軸方向制御手段は、光軸方向位置検出手段19a〜19cの各々の信号に基づき光軸方向位置検出手段に対応する光軸方向駆動手段の各々を駆動制御する。光軸方向制御手段は、感度変更手段1301a〜1301c、オフセット調整手段1302a〜1302c、及び、レンズCPU1204から構成される。
このように、本実施例の光学装置は、光軸方向制御手段の駆動信号に基づき光軸方向駆動手段を駆動してレンズ枠を光軸方向に駆動することにより、安定したピント駆動を行うことができる。
そして、レンズ枠12には光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力信号を較正する較正部(感度調整部1204d〜1204f、オフセット調整部1204g〜1204i)が設けられている。レンズ枠12には、移動制限ピン12d〜12fが設けられ、また、支持部13には光軸方向移動制限部材13d〜13fが設けられている。較正部は、光軸方向移動制限部材13d〜13fにより制限される最大移動量移動時における光軸方向位置検出手段19a〜19cの信号に基づいて、光軸方向位置検出手段19a〜19cの感度及びオフセットを較正する。より具体的には、光軸方向移動制限部材13d〜13fは、光軸方向位置検出手段19a〜19cの各々の近傍に設けられ、少なくとも3箇所の光軸方向駆動手段全てを同位相方向に駆動して、光軸方向位置検出手段の出力信号の較正が行われる。
また、安定駆動のため、レンズ枠12と支持部13との間には、レンズ枠12の光軸方向駆動時の振動を減衰させる減衰手段(ダンパ部材110a〜110c、ダンパピン12g〜12i)が設けられている。このような構成により、ピント補正用レンズの傾きを抑制し、安定的にピント補正用レンズを保持した状態で高速で静かなピント合わせが可能なレンズ駆動を実現することができる。
次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例において、実施例1と同一の箇所についての説明は省略する。
図15は、本実施例における光学装置の平面図である。また、図16は、本実施例の光学装置において、図15のA−Aで切断した断面図である。実施例2では、レンズ枠12が光軸方向(矢印113a、113bの方向)に駆動されるだけではなく、光軸方向と直交する方向(矢印1506a、1506bの方向)にも駆動される点で、実施例1とは異なる。
図15及び図16に示されるように、支持部13(固定部)には紙面上下方向に対して45度の線1501a、1501bに沿って、ブレ補正コイル1502a、1502bが設けられている。また、ブレ補正永久磁石1503a、1503bは、ブレ補正コイル1502a、1502bに対向するように、レンズ鏡筒1201内の固定部1510に設けられている。
支持部13は、転動ボール1508a〜1508c(1508b、1508cは1508aと同様に各々引掛けピン13b、13cの裏面近傍に配置されている)により、レンズ鏡筒1201内の固定部1509に当接している。また、レンズ枠12は、光軸方向の引っ張りコイルバネ1507a〜1507c(1507b、1507cは1507aと同様に各々引掛けピン13b、13cの裏面近傍に配置されている)により、レンズ鏡筒1201内の固定部1509に弾性付勢されている。すなわち、支持部13は、転動ボール1508a〜1508cによりレンズ鏡筒1201内の固定部1509を基準として平面保持され、光軸と直交する方向にのみ移動可能に支持される。
そして、ブレ補正コイル1502a、1502bに電流を印加することで、支持部13は固定部1509に対して矢印1506a、1506bの方向に駆動される。このとき、ブレ補正コイル1502a、1502bの中央部1504a、1504bには、ホール素子等の磁気検出センサで構成されるブレ検出手段1505a、1505bが設けられている。
これに対向するブレ補正永久磁石1503a、1503bとの関連により、固定部1510(固定部1509と固定部1510は共に固定されている)に対する支持部13の矢印1506a、1506bの方向の変位が検出される。レンズCPU1204は、この変位の検出結果に基づいて、ブレ補正コイル1502a、1502bに印加する電流を制御し、矢印1506a、1506b方向の高精度駆動を実現している。
具体的には、図16に示されるように、ブレ検出手段1505aの出力は比較手段1512aに入力される。比較手段1512aは、この出力値とブレ補正目標値1511aと比較する。駆動部1513aは、比較手段1512aによる比較結果に基づいて、ブレ補正コイル1502aに印加する電流を制御する。なお、比較手段1512a及び駆動部1513aの各動作は、実際にはレンズCPU1204で処理されるが、この点の詳細については後述する。同様に、不図示の駆動部1513bは、ブレ補正コイル1502bに印加する電流を制御する。
このような構成により、本実施例の光学装置は、レンズ枠12は光軸方向及びそれと直交する方向(支持部13により駆動される)に駆動可能であり、ピント合わせだけでなくブレ補正も可能としている。
図17は、実施例2の光学装置を搭載した撮影機器の断面図である。
図17に示されるように、レンズ枠12及び支持部13等を含む光学装置1202は、レンズ鏡筒1201内に組み込まれている。レンズ鏡筒1201は、マウント1207を介してカメラ本体1208に着脱可能に構成されている。
本実施例の撮影機器が実施例1の撮影機器と異なるのは、レンズ鏡筒1201にブレセンサ1701が設けられている点である。ブレセンサ1701の出力、及び、ブレ検出手段(センサ1505)の出力は、レンズCPU1204に入力されている。また、レンズCPU1204からは、ブレ補正コイル1502a、1502bを駆動するブレ補正コイル駆動部1702に制御信号が入力される。レンズCPU1204は、ブレセンサ1701の出力信号に基づいて、光学装置1202のレンズ枠12を光軸1200と直交する方向(矢印1506の方向)に駆動することによりブレ補正を行う。
図18は、実施例2における光学装置のブロック図である。実施例1におけるブロック図を異なるのは、ブレ補正コイル駆動部1702a、1702b、ブレ補正コイル1502a、1502b、及び、ブレ検出手段1505a、1505bが設けられている点である。また、レンズCPU1204内に、ブレ補正目標値加算部1204m、1204n、ブレ補正目標値1204o、1204pが設けられている点でも、実施例1の光学装置とは異なる。なお、本実施例において、ブレ補正コイル駆動部1702a、1702bは、ブレ検出手段により検出された信号に基づいて、画像のブレを補正するように、支持部13を光軸方向と直交する方向に駆動する第一光軸直交方向駆動手段である。
ブレセンサ1701(図17参照。一般的には角速度計である。)は、支持部13を矢印1506a、1506bの2方向に駆動するように、それぞれ、その方向に角速度計等のセンサを2つ有している。ブレセンサ1701からの出力信号は、レンズCPU1204に入力される。
レンズCPU1204は、ブレセンサ1701より取り込んだブレ信号を適宜演算(積分演算、DCカット演算、増幅調整、パンニング処理等)し、その信号をブレ補正目標値1204o、1204pとする。
ブレ検出手段1505a、1505bの信号は、レンズCPU1204内のブレ補正目標値1204o、1204pを介して、ブレ補正コイル駆動部1702a、1702bに負帰還されている。このため、外乱やその他の影響で支持部13が変位した場合、それをブレ検出手段1505a、1505bが検出する。レンズCPU1204は、この変位を基準位置との誤差であると判定し、ブレ補正コイル駆動部1702a、1702bにその変位を少なくする方向に電流を印加して、支持部13を元の状態に戻す。
本実施例において、ブレ補正目標値1204o、1204pの目標信号は、それぞれ、ブレ補正目標値加算部1204m、1204nに基準の信号として加算され、高精度なブレ補正が行われる。
実施例1では、光軸方向位置検出手段19a〜19cは、その信号をAF駆動前に較正していた。これは、レンズ枠12の3点を独立して駆動しながら平面を保った状態でAF駆動を行うには、それぞれの光軸方向位置検出手段19a〜19cの感度及び基準値を揃える必要があるためである。
ところが、ブレ補正方向に関しては、支持部13は3点の転動ボール1508a〜1508cにより平面が保たれている。このため、ブレ検出手段1505a、1505bの感度要求はそれほど厳しくない。このため、本実施例では、ブレ補正方向には感度較正を行わない。ただし、これに限定されるものではなく、AFと同様に制限部材を設けて感度の較正を行っても良い。
光軸方向位置検出手段19a〜19cの較正を行う場合、レンズ枠12は光軸中心に位置しているほうが望ましい。較正時にレンズ枠12が周辺に位置している場合、その位置ごとの光軸方向移動制限部材13d〜13fと移動制限ピン12d〜12fとの基準位置のばらつきが、較正精度に影響する。また、較正精度には、その位置ごとの光軸方向位置検出手段19a〜19cと指標115a〜115cとの対向距離のばらつきも影響する。このため較正時には、レンズ枠12は、光軸と直交する平面内で、常に同じ位置に安定して配置させておくことが重要である。
図19は、実施例2における光学装置の動作を説明するフローチャートである。図19のフローチャートは、図14で示した実施例1のフローチャートと基本的には同じである。ただし、図19は、図14のステップ#1001に代わりにステップ#1901が設けられている点で、図14とは異なる。
ステップ#1901では、レンズ枠12をセンタリングした後にレンズ枠12を物体側に移動して、光軸方向移動制限部材13d〜13fと移動制限ピン12d〜12fとを当接させている。このように、本実施例では、光軸と直交する平面内でレンズ枠12を常に同じ位置に位置させてから較正のフローに進む。また、レンズ枠12を物体側に移動するとき、3箇所の光軸方向駆動手段(コイル17a〜17c)全てを同位相方向に駆動することで、3点とも同時に光軸方向移動制限部材13d〜13fに当接する。このため、レンズ枠12は容易に平面性を確保することができる。
次に、ステップ#1002では、移動が完了して機械的な過渡応答(振動)が収まるまで待機する。ステップ#1003では、この位置における光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力を取り込む。ステップ#1004では、コイル17a〜17cに通電してレンズ枠12を像面側に移動する。このとき、3箇所の光軸方向駆動手段(コイル17a〜17c)全てを同位相方向に駆動することで、3点とも同時に光軸方向移動制限部材に当接する。このため、レンズ枠12は容易に平面性を確保することができる。
ステップ#1005では、移動が完了して機械的な過渡応答(振動)が収まるまで待機する。ステップ#1006では、この位置における光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力を取り込む。なお、この後もレンズ枠12は暫く像面側の制限位置に付勢される。
ステップ#1007では、ステップ#1003及びステップ#1006で得られた光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力に基づいて、各光軸方向位置検出手段19a〜19cの感度S19a〜S19cを求める。
ステップ#1008では、求めた感度S19a〜S19cと基準感度S0とを比較する。そして、光軸方向位置検出手段19a〜19cの感度が基準感度S0になるように、感度調整部1204d〜1204fは感度変更手段1301a〜1301cの感度変更を行う。
その後、ステップ#1009では、再度、光軸方向位置検出手段19a〜19cの像面側制限位置における出力を取り込む。ここで、再度信号を取り込むのは、既に得られた出力電圧Vs19ai〜Vs19ciが感度の変更により変化している可能性があるためである。
ステップ#1010では、ステップ#1009で求めた光軸方向位置検出手段19a〜19bの各位置における出力電圧が基準出力V0になるようにオフセット調整を行い、このフローは終了する。
以上、実施例2では、支持部13が光軸に直交する方向に駆動されることでブレ補正を行うことを述べた。ただし、ブレ補正を行う目的ではなく、弾性手段14a〜14cのバラツキ等でレンズ枠12が光軸に直交する方向の平面内において中心よりずれた場合の補正を目的として、支持部13を光軸に直交する方向に駆動してもよい。
上述のとおり、本実施例では、レンズにおける光軸方向の位置を少なくとも3箇所で検出する。そして、その検出結果に基づいて、各々の光軸方向位置検出手段対応する光軸方向駆動手段を個別に駆動制御することで、レンズの傾きが生じない安定したピント合わせが可能となる。
特に本実施例では、実施例1の構成に加え、支持部13を鏡筒に対して光軸と垂直な方向に移動可能に支持する地板部(固定部1509、1510)がレンズ鏡筒1201に設けられている。地板部は、鏡筒に設けられ、支持部13を光軸方向に直交する方向に移動可能に支持する。
また、本実施例の光学装置は、支持部13をレンズ鏡筒1201に対して光軸と垂直な方向に駆動する第一駆動手段(ブレ補正コイル1502a、1502b)を有する。このように、第一駆動手段は、ブレ検出手段により検出された信号に基づいて、画像のブレを補正するように、支持部13を光軸方向と直交する方向に駆動する。従って、本実施例の光学装置では、レンズ枠12は、レンズ鏡筒1201に対して光軸方向及び光軸と直交する方向にも移動可能に構成されている。
また、光軸方向位置検出手段の較正を行う際には、支持部を光軸と直交する方向において、レンズ枠に保持されるレンズの中心を鏡筒の略光軸位置に配置させることにより、高い光学性能を実現している。
このような構成により、本実施例によれば、レンズの傾きを生じずに安定的にレンズを保持した状態で高速かつ静かなピント合わせのためのレンズ駆動が可能であるとともに、ブレ補正が可能な光学装置を実現することができる。
なお、本実施例のレンズ枠12は、画像のブレを補正するように、光軸と直交する方向に移動可能に構成されているが、これに限定されるものではない。レンズ枠12は、画像のブレを補正するように、光軸と異なる方向に移動可能に構成されていればよい。このとき、第一駆動手段は、支持部13を光軸方向とは異なる方向に駆動し、また、地板部は、支持部13を光軸方向とは異なる方向に移動可能に支持する。較正部が感度を較正する際には、第一駆動手段は、支持部13を光軸とは異なる方向に駆動し、ピント補正用レンズ11aの中心を鏡筒の光軸位置に合わせる。
次に、本発明の実施例3について説明する。本実施例において、実施例1及び2と同一の箇所についての説明は省略する。
図20は、本実施例における光学装置の平面図である。また、図21は、本実施例の光学装置において、図20のA−Aで切断した断面図である。本実施例の光学装置では、レンズ枠12が光軸方向(矢印113a、113bの方向)に駆動されるだけでなく、光軸方向に直交する方向(矢印1506a、1506bの方向)にも駆動される点で、実施例1とは異なる。ただし、実施例2では支持部13を光軸と直交する方向に駆動するが、本実施例ではレンズ枠12を光軸と直交する方向に駆動する点で、実施例2とは異なる。
図20及び図21に示されるように、レンズ枠12には、ブレ補正コイル1502a、1502bが設けられている。また、コイル保持部18には、ブレ補正コイル1502a、1502bに対向するように、ブレ補正永久磁石1503a、1503bが設けられている。コイル保持部18は、実施例1ではコイル保持部18a〜18cとして3箇所に分けられ、これらの各々が支持部13に固定されていたが、本実施例ではコイル保持部18は一体化して形成されている。
図22は、本実施例における光学装置において、コイル保持部の裏面(図21の右側から見た面)を示す平面図である。
コイル保持部18には、コイル17a〜17cと共にブレ補正永久磁石1503a、1503b(不図示)が設けられている。レンズ枠12は、実施例1と同様に弾性手段14a〜14cで弾性支持されると共に、減衰手段(ダンパ部材110a〜110c及びダンパピン12d〜12fで構成される)により振動の減衰が行われる。
ここで、ダンパピン12d〜12fは、実施例1のように、光軸方向に動くだけでなく、光軸と直交する方向にも動く。このため、ダンパ部材110a〜110cは、光軸方向の圧縮、引張りだけでなく、光軸と直交する方向にも圧縮、引張り力を受ける。従って、減衰手段は、光軸方向(ピント合わせ方向)及び光軸と直交する方向(ブレ補正方向)の両方向において減衰効果を生じさせる。
レンズ枠12は、ブレ補正コイル1502a、1502bに電流が印加されることにより、支持部13(固定部)に対してそれぞれ矢印1506a、1506bの方向に駆動される。図21及び図22に示されるように、コイル保持部18には、ホール素子等の磁気検出センサで構成されるブレ検出手段1505a、1505bが設けられている。ブレ検出手段1505a、1505bは、対向配置されたブレ補正永久磁石1503a、1503bとの関係により、レンズ枠12の矢印1506a、1506bの方向の変位を検出する。
本実施例では、ブレ検出手段1505a、1505bは、コイル保持部18及び支持部13(コイル保持部18と支持部13とは共に固定されている)に対するレンズ枠12の変位を検出する。レンズCPU1204は、この変位検出結果に基づいて、ブレ補正コイル1502a、1502bに印加する電流を制御する。このようにして、本実施例の光学装置は、レンズ枠12を矢印1506a、1506bの方向に高精度に駆動することができる。
具体的には、図21に示されるように、ブレ検出手段1505aの出力は比較手段1512aに入力される。比較手段1512aは、この出力値とブレ補正目標値1511aと比較する。駆動部1513aは、比較手段1512aによる比較結果に基づいて、ブレ補正コイル1502aに印加する電流を制御する。なお、比較手段1512a及び駆動部1513aの各動作は、実際にはレンズCPU1204で処理されるが、この点の詳細については後述する。同様に、不図示の駆動部1513bは、ブレ補正コイル1502bに印加する電流を制御する。
本実施例の光学装置は、このような構成により、レンズ枠12を光軸方向及び光軸と直交する方向に駆動することができ、高精度なピント合わせ及びブレ補正が可能となる。
図23は、本実施例における光学装置のブロック図である。本実施例が実施例2(図18参照)と異なるのは、まず、感度変更手段2301a、2301bが設けられている点である。また、本実施例では、レンズCPU1204内に、補正感度調整部1204q、1204r、AF推力調整部1204s、及び、ブレ補正推力調整部1204tが設けられている点で、実施例2とは異なる。
ここで、感度変更手段2301a、2301b、補正感度調整部1204q、1204r、AF推力調整部1204s、及び、ブレ補正推力調整部1204tの役割をそれぞれ説明する。
図21に示されるように、レンズ枠12が光軸方向(矢印113a、113bの方向)に移動した場合、ブレ補正コイル1502a(1502bも同様)とブレ補正永久磁石1503a(1503bも同様)との間の距離(対向間隔)が変化する。
一般的に、対向する永久磁石とコイルとの間隔が変化すると、発生する推力が変化する。このため、レンズ枠12が光軸方向に移動することで、ブレ補正方向(矢印1506a、1506bの方向)の推力が変化することになる。この変化分を補正するため、ブレ補正推力調整部1204tは、レンズ枠12の光軸方向の位置に対応してその調整値をブレ補正目標値1204oに与える。例えば、レンズ枠12が光軸方向に移動してブレ補正コイル1502aとブレ補正永久磁石1503aとの対向間隔が広がった場合、ブレ補正目標値1204oに所定係数を掛けて、より大きな電流をブレ補正コイル1502aに与える。
前述のとおり、ブレ補正方向において、ブレ補正コイル1502aは、ブレ検出手段1505aにより負帰還を受けている。このため、その負帰還のループゲインで推力の変動は軽減される。しかし、大きなループゲインが与えられない場合、ループゲイン分だけで推力の変動を吸収することはできない。そこで、本実施例では、予め推力の変動を見込み、ブレ補正のための駆動目標値をその変動分だけ変化させて推力変動を小さくしている。
また、レンズ枠12が光軸方向に移動すると、ブレ補正永久磁石1503a(1503bも同様)とブレ検出手段1505a(1505bも同様)との間の距離(対向間隔)が変化する。その影響により、ブレ検出手段1505aに加わるブレ補正永久磁石1503aの磁束が変化し、その感度が変化する。
補正感度調整部1204a、1204bは、レンズ枠12の光軸方向の位置に基づいて感度変化を予測する。そして、感度変更手段2301a、2301bの増幅感度を変化させることにより、ブレ検出手段1505a、1505bの感度変化を補正する。
レンズ枠12がブレ補正方向に移動した場合も同様である。図20に示されるように、レンズ枠12がブレ補正方向に移動すると、コイル17a〜17cと永久磁石15a〜15cとの間の距離(対向間隔)は変化する。このため、光軸方向の3つの駆動部の駆動推力がアンバランスになる。
これを防ぐため、AF推力調整部1204sは、ブレ補正方向のレンズ枠12の位置に応じて光軸方向の駆動目標値(AF/ウォブリング駆動目標値1204k)に各コイル17a〜17cに対応する補正値を掛ける。具体的には、レンズ枠12の光軸と直交する方向の駆動量が大きく、コイル17a〜17cと永久磁石15a〜15cとの隔が広がった場合、その駆動部の光軸方向の駆動力を大きくするように駆動目標値を変更する。
尚光軸方向位置検出手段19a〜19cに関してはレンズ枠12がブレ補正方向にその位置を変化さえても指標115a〜115cとの対向間隔は変化しないので、その感度変化は無く、感度の補正は行わない。
図24は、本実施例における光学装置の動作を説明するフローチャートである。図24に示されるフローは、レンズ枠12が光軸方向及びブレ補正方向に駆動される時に開始し、その駆動が停止されることにより終了する。
まず、ステップ#2401において、光軸方向(矢印113a、113bの方向)、及び、ブレ補正方向(矢印1506a、1506bの方向)の各方向におけるレンズ枠12の位置を検出する。
次に、ステップ#2402において、基準位置と現在の位置とのズレを算出し、そのズレに応じたAF方向の推力調整値、ブレ補正方向の推力調整値、及びブレ補正方向の位置検出感度補正値を求める。ここで、基準位置とは、例えばレンズ枠12が光軸方向像面側に最も移動し、光軸方向移動制限部材13d〜13fがレンズ枠12の移動制限ピン12d〜12fと当接する位置であり、且つ、ブレ補正方向におけるレンズ枠12の中心位置である。
ステップ#2403では、ステップ#2402で求めた補正値に基づいて、ブレ補正方向の位置検出感度を調整する。そして、ステップ#2404では、ステップ#2402で求めた調整値に基づいて、光軸方向の各駆動手段の駆動推力、ブレ補正方向の各駆動手段の駆動推力の変化を補完するように各目標値を補正する。各目標値を補正した後には、ステップ#2401に戻る。
本実施例の光学装置は、このようなフローにより、レンズ枠12が光軸方向及びブレ補正方向に自在に移動した場合でも、レンズ枠12の安定した駆動が可能となる。なお、本実施例においても、実施例2と同様に、光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力信号を較正する際には、レンズ枠12を中央に位置させることにより、高精度な較正が可能となる。
図25、26は本発明の実施例4における正面図及び正面図をA−Aで切断した断面図である。
実施例4は、レンズ11aの代わりに撮像素子1211が移動枠である保持枠12に設けられている点で、実施例3とは異なる。また、コイル17b、17c(不図示)永久磁石15b、15c、ヨーク16b、16cの配置方向が撮像素子1211の辺に沿っている点が異なる。そのため、各機能部品は実施例3を同じ部番で表記し説明は省く。
ここで支持部13はレンズ鏡筒1201ではなく、カメラ本体1208に設けられ、レンズ鏡筒1201を通した被写体像はカメラ本体1208の撮像素子1211に結像される。
基本的な動作は第3の実施例と同様であり、撮像素子1211を光軸方向113に駆動することでピント合わせ、或いはウォブリングを行い、撮像素子1211を光軸と直交方向1506に駆動することでぶれ補正を行う。
尚、図26において撮像素子1211の背面に設けられているのはペルチェ素子などの電子冷却素子2601、及びその放熱板2602であり、撮像素子1211の発生する熱を吸収し、周囲に放熱している。
このように、レンズではなく撮像素子を駆動することにも本発明は適用でき、高速且つサイレントなピント合わせやウォブリングが可能になった。
以上説明したように、本実施例では、光軸方向における移動枠(レンズ枠、保持枠)の位置を少なくとも3箇所で検出し、その結果に基づいて、各々の光軸方向位置検出手段に対応する各光軸方向駆動手段を個別に駆動制御する。このような構成により、レンズ或いは撮像手段の傾きを生じることなく安定したピント合わせが可能となる。
また、実施例1に加え、レンズ枠12には光軸と直交する方向にレンズ枠を駆動する第二駆動手段(ブレ補正コイル1502a、1502b、ブレ補正永久磁石1503a、1503b)を有する。レンズ枠12は、光軸方向駆動手段(コイル17a〜17c、永久磁石15a〜15c)の駆動力により引っ張りコイルバネ(弾性手段14a〜14c)の弾性力に抗して、鏡筒に対し光軸方向及び光軸と直交する方向に駆動される。
なお、本実施例のレンズ枠12は、画像のブレを補正するように、光軸と直交する方向に移動可能に構成されているが、これに限定されるものではない。レンズ枠12は、画像のブレを補正するように、光軸と異なる方向に移動可能に構成されていればよい。このとき、第二駆動手段は、ブレ検出手段により検出された信号に基づいて、画像のブレを補正するように、レンズ枠12を光軸方向とは異なる方向に駆動する。このように、レンズ枠12は、第二駆動手段の駆動力により、弾性支持手段の弾性力に抗して、鏡筒に対して光軸方向とは異なる方向に移動可能である。
較正部が感度を較正する際には、第二駆動手段は、レンズ枠12を光軸方向とは異なる方向に駆動し、ピント補正用レンズ11aの中心を鏡筒の光軸位置に合わせる。このように、光軸方向位置検出手段19a〜19cの出力信号を較正する際には、レンズ枠を光軸と直交する方向においてレンズ枠に保持されるレンズの中心を鏡筒の略光軸位置に配置させる。従って、本実施例の光学装置によれば、高い光学性能を実現することができる。
また、本実施例の光学装置は、駆動干渉を防ぐため、レンズ枠の光軸と直交方向(光軸とは異なる方向)の駆動量に伴い、光軸方向の駆動目標値を変更する第一駆動目標値変更手段(AF推力調整部1204s)が設けられている。第一駆動目標値変更手段は、レンズ枠の光軸とは異なる方向の駆動量が増大した場合、光軸方向の駆動力を増大するように駆動目標値を変更する。
また、本実施例の光学装置は、レンズ枠の光軸方向の駆動量に伴い、光軸と直交する方向(光軸とは異なる方向)の駆動目標値を変更する第二駆動目標値変更手段(ブレ補正推力調整部1204t)を有する。第二駆動目標値変更手段は、レンズ枠の光軸方向の駆動量が増大した場合、光軸方向とは異なる方向の駆動力を増大するように駆動目標値を変更する。
上記各実施例では、一眼レフタイプのカメラを光学装置の一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記各実施例によれば、高速で静かな光学装置を実現することができるため、本発明は、コンパクトカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、Webカメラ、又は、携帯電話等にも適用可能である。
上記各実施例によれば、レンズ或いは撮像手段の傾きを生じず安定的にレンズを保持した状態で、高速かつ静かなピント合わせが可能な光学装置を提供することができる。また、同時にブレ補正も安定して行うように構成することができる。従って、上記各実施例によれば、高速なレンズ駆動を安定して実現可能な光学装置を提供することができる。
以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。
実施例1における光学装置の平面図である。 実施例1における光学装置の断面図である。 実施例1における光学装置の平面図である。 実施例1における光学装置において、支持部及び支持部に設けられた各構成部材を示した平面図である。 実施例1における光学装置において、レンズ枠の裏面を示す平面図である。 実施例1における光学装置において、光軸方向駆動手段及び光軸方向位置検出手段を拡大した断面図である。 実施例1における光学装置において、減衰手段であるダンパ部材及びダンパピンを更に拡大した断面図である。 実施例1の光学装置における減衰手段の効果を説明する周波数特性図である。 実施例1の光学装置における光軸方向位置検出手段の較正方法を説明する図である。 実施例1の光学装置における光軸方向位置検出手段の較正方法を説明する図である。 実施例1の光学装置における光軸方向位置検出手段の較正方法を説明する図である。 実施例1の光学装置を搭載した撮影機器の断面図である。 実施例1における光学装置のブロック図である。 実施例1における光学装置の動作を説明するフローチャートである。 実施例2における光学装置の平面図である。 実施例2における光学装置の断面図である。 実施例2の光学装置を搭載した撮影機器の断面図である。 実施例2における光学装置のブロック図である。 実施例2における光学装置の動作を説明するフローチャートである。 実施例3における光学装置の平面図である。 実施例3における光学装置の断面図である。 実施例3における光学装置において、コイル保持部の裏面を示す平面図である。 実施例3における光学装置のブロック図である。 実施例3における光学装置の動作を説明するフローチャートである。 実施例4における光学装置の平面図である。 実施例4における光学装置の断面図である。
符号の説明
11a:ピント補正用レンズ
11b:固定レンズ
12:レンズ枠
13:支持部
14a、14b、14c:弾性手段
15a、15b、15c:永久磁石
16a、16b、16c:ヨーク
17a、17b、17c:コイル
18:コイル保持部
19a、19b、19c:光軸方向位置検出手段
110a、110b、110c:ダンパ部材
115a、115b、115c:指標
1201:レンズ鏡筒
1202:光学装置
1203:レンズ
1204:レンズCPU
1205:センサ
1206:駆動部
1207:マウント
1208:カメラ本体
1209:カメラCPU
1210:操作部材
1211:撮像素子
1213:クイックリターンミラー
1214:サブミラー
1215:フィールドレンズ
1216:反射ミラー
1217:めがねレンズ
1218:AFセンサ
1502a、1502b:ブレ補正コイル
1503a、1503b:ブレ補正永久磁石
1505a、1505b:ブレ検出手段
1507a、1507b、1507c:引っ張りコイルバネ
1508a、1508b、1508c:転動ボール
1509:固定部
1510:固定部
1701:ブレセンサ
1702a、1702b:ブレ補正コイル駆動部


Claims (9)

  1. レンズ或いは撮像手段を保持し、撮影光軸方向に移動可能な移動枠と、
    前記移動枠と撮影機器の内側の固定部との一方に配置され、他方までの距離に応じた信号を検出する複数の検出手段と、
    前記移動枠と前記固定部との間を前記距離の両端で制限する移動制限部を有し、前記移動制限部が前記移動枠を移動規制している状態では前記レンズ或いは撮像手段は前記撮影光軸に対して直交する構成となる移動制限部材と、
    前記移動枠を前記光軸方向に駆動する複数の駆動手段と、
    前記複数の駆動手段により前記移動枠を前記距離の両端で移動規制させる事で前記複数の検出手段の各々の感度を較正する較正部と、
    前記複数の検出手段により検出された前記信号に基づいて、前記複数の駆動手段を制御する制御手段と
    を有することを特徴とする光学装置。
  2. さらに、前記較正部は、前記移動制限部材により制限される前記距離が最大のとき、前記検出手段により検出された前記信号に基づいて、前記感度を較正することを特徴とする請求項1記載の光学装置。
  3. さらに、前記移動枠が前記光軸方向に移動することにより生じる振動を減衰させる減衰手段を有し、
    前記減衰手段は、前記移動枠と前記固定部との間に設けられていることを特徴とする請求項1乃至2のいずれか一に記載の光学装置。
  4. さらに、前記撮影機器に設けられ、前記固定部を前記光軸方向と異なる方向に移動可能に支持する地板部と、
    前記撮影機器のブレを検出するブレ検出手段と、
    前記ブレ検出手段により検出された信号に基づいて、画像のブレを補正するように、前記固定部を前記撮影光軸方向とは異なる方向に駆動する第一駆動手段とを有し、
    前記移動枠は、前記撮影光軸方向とは異なる方向に移動可能であることを特徴とする請求項1記載の光学装置。
  5. さらに、前記検出手段の感度を較正する較正部を有し、
    前記第一駆動手段は、前記較正部が前記感度を較正する際、前記固定部を前記撮影光軸方向とは異なる方向に駆動し、前記レンズ或いは撮像手段の中心を前記撮影機器の光軸位置に合わせることを特徴とする請求項4記載の光学装置。
  6. さらに、前記移動枠を前記固定部に弾性支持する弾性支持手段と、
    前記撮影機器のブレを検出するブレ検出手段と、
    前記ブレ検出手段により検出された信号に基づいて、画像のブレを補正するように、前記移動枠を前記撮影光軸方向とは異なる方向に駆動する第二駆動手段とを有し、
    前記移動枠は、前記第二駆動手段の駆動力により、前記弾性支持手段の弾性力に抗して、前記撮影機器に対して前記撮影光軸方向とは異なる方向に移動可能であることを特徴とする請求項1記載の光学装置。
  7. さらに、前記検出手段の感度を較正する較正部を有し、
    前記第二駆動手段は、前記較正部が前記感度を較正する際、前記移動枠を前記撮影光軸方向とは異なる方向に駆動し、前記レンズの中心を前記撮影機器の光軸位置に合わせることを特徴とする請求項6記載の光学装置。
  8. さらに、前記移動枠の前記撮影光軸とは異なる方向の駆動量に応じて、前記撮影光軸方向の駆動目標値を変更する第一駆動目標値変更手段を有し、
    前記第一駆動目標値変更手段は、前記移動枠の前記撮影光軸とは異なる方向の駆動量が増大した場合、前記光軸方向の駆動力を増大させることを特徴とする請求項6記載の光学装置。
  9. さらに、前記移動枠の前記光軸方向の駆動量に応じて、前記撮影光軸方向とは異なる方向の駆動目標値を変更する第二駆動目標値変更手段を有し、
    前記第二駆動目標値変更手段は、前記移動枠の前記撮影光軸方向の駆動量が増大した場合、前記撮影光軸方向とは異なる方向の駆動力を増大させることを特徴とする請求項6記載の光学装置。
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