JP2013064812A - 光学防振装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光学防振装置において、防振用光学素子の倒れ調整を容易に行えるようにする。
【解決手段】光学防振装置３は、ベース部材３０１と、防振用素子Ｌ３を保持し、ベース部材に対して光軸方向に直交するシフト方向に移動可能なシフト部材３１３と、ベース部材とシフト部材との間に配置され、該シフト部材のシフト方向への移動に伴ってベース部材およびシフト部材に対して転動する３つ以上のボール３０４とを有する。ベース部材は、該３つ以上のボールのうち少なくとも２つのボールが転動可能に当接するボール受け部材３０９を光軸方向に移動可能に保持するとともに、該ボール受け部材を光軸方向に移動させる調整部材３１０を備えている。そして、調整部材は、ボール受け部材の光軸方向での位置を決めるカム面を有し、光軸方向に直交する方向に延びる軸回りで回転可能なカム部材である。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラおよび交換レンズ等の光学機器に搭載される光学防振装置に関する。

光学防振装置は、光学機器に加わった手振れ等の振動による像振れを低減するために、撮影光学系の一部を構成するレンズや撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子といった防振用素子を光軸方向に直交するシフト方向に移動させる。

このような光学防振装置において、防振用素子が、撮影光学系の基準となる光軸に対して倒れを有すると、光学機器の光学性能が低下する。

特許文献１には、レンズを保持する可動保持部材とベース部材との間の３箇所に可動保持部材をシフト方向にガイドするボールを配置した、いわゆるボールガイド式光学防振装置が開示されている。この光学防振装置では、３つのボールのうち少なくとも２つのボールの光軸方向での位置を変化させることで、可動保持部材（つまりはレンズ）のベース部材に対する倒れを低減させる。具体的には、光軸方向にてボールに当接するボール受け面を有するネジ部材をベース部材に螺合させている。そして、ネジ部材を光軸方向に延びる軸回りで回転させることで、ボールをボール受け面とともにベース部材に対して光軸方向に移動させ、可動保持部材（レンズ）の倒れを低減するように調整を行う。

特開２０１０−０８５７７１号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された光学防振装置では、ネジ部材の回転操作量を大きくしすぎると、該ネジ部材がベース部材から脱落する可能性がある。

また、ネジ部材の回転操作は光軸方向から行われる。このため、この光学防振装置を、撮影光学系を構成する他のレンズ等の光学素子とともにレンズ鏡筒内に組み込んだ状態でその光軸方向前後に光学素子が存在すると、ネジ部材の回転操作（可動保持部材の倒れ調整）を行うことが困難になる。

本発明は、ボールガイド式光学防振装置において、防振用光学素子の倒れ調整を、部材の脱落を生じることなく、かつ容易に行えるようにした光学防振装置およびこれを備えた光学機器を提供する。

本発明の一側面としての光学防振装置は、ベース部材と、防振用素子を保持し、ベース部材に対して光軸方向に直交するシフト方向に移動可能なシフト部材と、ベース部材とシフト部材との間に配置され、該シフト部材のシフト方向への移動に伴ってベース部材およびシフト部材に対して転動する３つ以上のボールとを有する。ベース部材は、該３つ以上のボールのうち少なくとも２つのボールがそれぞれ転動可能に当接する少なくとも２つのボール受け部材を光軸方向に移動可能に保持するとともに、該ボール受け部材を光軸方向に移動させる調整部材を備えている。そして、調整部材は、ボール受け部材の光軸方向での位置を決めるカム面を有し、光軸方向に直交する方向に延びる軸回りで回転可能なカム部材であることを特徴とする。

なお、上記光学防振装置を備えた光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、調整部材としてのカム部材はベース部材により定位置に保持された軸回りで回転し、またボール受け部材は光軸方向においてカム部材のカム面の位置が変化する範囲でのみ移動するに過ぎない。このため、特別な脱落防止機構を設けることなく、カム部材の回転操作のしすぎによるカム部材自体やボール受け部材のベース部材からの脱落が生じない。しかも、カム部材の回転中心となる軸が光軸に直交する方向に延びているので、光学防振装置を光学機器のレンズ鏡筒に組み込んだ状態にて該レンズ鏡筒の外側からカム部材の回転操作を行うことができる。したがって、防振用光学素子の倒れ調整を、部材の脱落を生じることなく、かつ容易に行える光学防振装置を実現することができる。

本発明の実施例である光学防振装置の分解斜視図。 実施例の光学防振装置を備えた撮像装置の外観図。 実施例の光学防振装置を含むレンズ鏡筒の分解斜視図。 図３に示したレンズ鏡筒の断面図。 実施例の光学防振装置（基準状態）の部分拡大断面図。 実施例の光学防振装置（最大リフト状態）の部分拡大断面図。 実施例の光学防振装置（最小リフト状態）の部分拡大断面図。 実施例におけるボールの中心移動範囲とボール受け部材の厚さとの関係を示す図。 図８に対する比較例を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図２には、本発明の実施例であるビデオカメラやデジタルカメラ等の撮像装置（以下、カメラという）の外観を示している。図２において、Ｌはズーミングが可能なレンズ鏡筒であり、Ｂはカメラ本体を示す。カメラ本体Ｂ内には、レンズ鏡筒Ｌ内の撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子（ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサ）が収納されている。

図３および図４には、図２に示したレンズ鏡筒Ｌの構成を示している。撮影光学系は、物体側（各図の左側）から順に、凸凹凸凸の４つのレンズ群により構成された変倍光学系（ズームレンズ系）である。

これらの図において、Ｌ１は第１レンズ群、Ｌ２は光軸方向に移動することにより変倍を行う第２レンズ群である。Ｌ３は防振用素子としての第３レンズ群である。第３レンズ群Ｌ３は、光軸ＡＸＬ（図４参照）が延びる光軸方向に直交する面（以下、光軸直交面という）内において互いに直交する２方向（以下、シフト方向という）に移動して像振れを低減する防振作用を有する。Ｌ４は光軸方向に移動して焦点調節を行う第４レンズ群である。６０１は上述した撮像素子（光電変換素子）である。

７は撮影光学系を通して撮像素子６０１に入射する光量を変化させる光量調節ユニットであり、２枚の絞り羽根７０２，７０３を開閉方向に移動させて絞り開口径を変化させる。また、光量調節ユニット７には、ＮＤフィルタ７０６が、絞り羽根７０２，７０３とは独立して光路に対して進退可能に設けられている。

４０１，４０２，４０３はそれぞれ、第４レンズ群Ｌ４を光軸方向に移動させるフォーカスモータ（ボイスコイルモータ）を構成するコイル、ドライブマグネットおよび磁束を閉じるためのヨーク部材である。コイル４０１に電流を流すと、マグネット４０２とコイル４０１との間に作用するローレンツ力が推力となって、コイル４０１と第４レンズ群Ｌ４を保持するフォーカス移動枠４が、ガイドバー１０，１１によりガイドされながら光軸方向に移動する。

フォーカス移動枠４は、光軸方向に多極着磁された不図示のセンサマグネットを保持しており、後部鏡筒５におけるセンサマグネットに対向した位置には、センサマグネットの移動に伴う磁力線の変化を読み取るＭＲセンサ４０４がビスにより固定されている。ＭＲセンサ４０４からの信号を用いることで、フォーカス移動枠４、つまりは第４レンズ群Ｌ４の所定の基準位置からの移動量を検出することができる。

２０１は第２レンズユニットＬ２を光軸方向に移動させるステッピングモータである。ステッピングモータ２０１の出力軸には、リードスクリュー２０２が形成されている。ステッピングモータ２０１は、支持部材２１０を介して固定鏡筒５にビスにより固定される。リードスクリュー２０２には、バリエータ移動枠２に取り付けられたラック２０３が噛み合っている。このため、ステッピングモータ２０１に通電されてリードスクリュー２０２が回転すると、第２レンズユニットＬ２が、ガイドバー８，９によりガイドされながら光軸方向に移動する。

ラック２０３、バリエータ移動枠２、ガイドバー８，９およびリードスクリュー２０２は、ねじりコイルバネ２０４の付勢力によって互いのガタつきが阻止されている。

２０５はバリエータ移動枠２の基準位置を検出するためのズームリセットスイッチであり、バリエータ移動枠２に形成された遮光部２０６の光軸方向への移動による遮光状態と透光状態の切り換わりを検出するフォトインタラプタにより構成されている。

３は第３レンズ群Ｌ３をシフト方向に移動させる防振動作を行う光学防振装置としてのシフトユニットである。以下、シフトユニット３を分解して示した図１を併せ用いて、シフトユニット３の構成について説明する。

３０１，３０２はそれぞれ、ベース部材としての第１の地板および第２の地板であり、光軸方向において互いに結合される。３１３は第１の地板３０１および第２の地板３０２の間に配置されたシフト部材としてのシフト枠であり、第３レンズ群Ｌ３を保持する。

シフト枠３１３は、第３レンズ群Ｌ３の光軸回りにおける互いに９０度異なる位相に２つのコイル３０８を保持している。また、第１の地板３０１は、２つのコイル３０８に光軸方向にて対向する位置（互いに９０度異なる位相）に２つのベースマグネット３０３を保持している。

各コイル３０８に電流を流すと、該コイル３０８とこれに対向するベースマグネット３０３との間に作用するローレンツ力が推力となって、該コイル３０８とともにシフト枠３１３がシフト方向に移動する。互いに９０度位相が異なる２組のコイル３０８とベースマグネット３０３が設けられているため、シフト枠３１３を互いに直交する２つのシフト方向に移動させることができる。これらコイル３０８とベースマグネット３０３によりシフトアクチュエータが構成される。

また、シフト枠３１３における周方向３箇所には、ボール受け面が形成されている。図１では、これら３箇所のボール受け面のうち２つのみを、符号３１３ａ，３１３ｂを付して示している。

一方、第１の地板３０１は、上記ボール受け面３１３ａ，３１３ｂに光軸方向にて対向する位置に、ボール受け部材３０９を光軸方向に移動可能に保持している。また、第１の地板３０１における図示していないボール受け面に光軸方向にて対向する位置には、ボール受け面が形成されている。

そして、シフト枠３１３側の３つのボール受け面と、第１の地板３０１側の２つのボール受け部材３０９および１つのボール受け面（以下、基準ボール受け面という）との間には、３つのボール３０４が配置されている。ボール受け部材３０９においてボール３０４が転動可能に当接する面も、以下、ボール受け面という。各ボール３０４は、これに当接するボール受け面に対してシフト方向に転動可能である。このため、シフト枠３１３が第１の地板３０１に対してシフト方向に移動するのに伴い、各ボール３０４は、それが当接するボール受け面に対して転動しながらシフト枠３１３をシフト方向にガイドする。

各ボール３０４は、２つのコイル３０８と２つのベースマグネット３０３との間に作用する光軸方向での吸引力によって、シフト枠３１３側のボール受け面と第１の地板３０１側のボール受け面との間に挟み込まれる。これにより、シフト枠３１３の第１の地板３０１に対する光軸方向での位置が決められる。

さらに、第１の地板３０１側の２つのボール受け部材３０９の光軸方向での位置を変化させることにより、光軸ＡＸＬに対するシフト枠３１３（つまりは第３レンズ群Ｌ３）の倒れを低減するように、倒れ調整を行うことができる。シフト枠３１３の傾きは、上述した基準ボール受け面に当接しているボール３０４とシフト枠３１３のボール受け面との当接位置を支点として変化する。

図５、図６および図７には、第１の地板３０１に備えられた、ボール受け部材３０９の光軸方向での位置を変化させるための構造を示している。３０１ａはボール受け部材３０９を光軸方向に移動可能に保持および案内するための貫通穴部である。３１０は調整部材としての偏心カム（カム部材）である。

偏心カム３１０は、ボール受け部材３０９におけるボール受け面とは反対側の面に当接してボール受け部材３０９の光軸方向での位置を決める円筒形状のカム面（外周面）を有する。そして、偏心カム３１０は、そのカム面の中心に対して偏心した軸回りで回転可能となるように、該偏心軸の位置にてビスにより第１の地板３０１に取り付けられている。

偏心カム３１０を偏心軸回りで回転させると、偏心カム３１０のカム面のうちボール受け部材３０９に当接する部分の光軸方向での位置が変化する。これにより、ボール受け部材３０９の光軸方向の位置を変化させることができ、該ボール受け部材３０９に当接しているボール３０４を介してシフト枠３１３の第１の地板３０１（つまりは光軸ＡＸＬ）に対する倒れ調整を行うことができる。

図５には、ボール受け部材３０９の光軸方向での位置を基準位置に設定した状態（基準状態）を示している。このとき、シフト枠３１３の第１の地板３０１に対する倒れは最小となる。図６は、図５の状態から偏心カム３１０を９０度時計回り方向に回転させて、ボール受け部材３０９を第１の地板３０１に対して最も光軸方向（第２の地板３０２側）に押し出した状態（最大リフト状態）を示している。このとき、シフト枠３１３の第１の地板３０１に対する第２の地板３０２側への倒れが最大となる。

一方、図７は、図５の状態から偏心カム３１０を９０度反時計回り方向に回転させて、ボール受け部材３０９を第１の地板３０１に対して最も光軸方向（第２の地板３０２とは反対側）に引っ込めた状態（最小リフト状態）を示している。このとき、シフト枠３１３の第１の地板３０１側への倒れが最大となる。

このようにして、２つの偏心カム３１０を回転操作して２つのボール受け部材３０９の光軸方向での位置を変化させることで、光軸直交面内において互い直交する２軸回りでのシフト枠３１３（第３レンズ群Ｌ３）の倒れ調整を行うことができる。

偏心カム３１０は、その偏心軸がシフトユニット３の径方向（光軸方向に直交する方向）に延び、該シフトユニット３の径方向外側から回転操作できるように第１の地板３０１に取り付けられている。このため、シフトユニット３をレンズ鏡筒Ｌに組み込んだ状態にて、レンズ鏡筒Ｌの外周壁に形成した穴や開口を通して、その径方向外側から不図示の工具を用いて偏心カム３１０を回転操作することができる。したがって、撮影光学系を含むレンズ鏡筒Ｌの組み立てが完了した状態でシフトユニット３の光軸方向前後にレンズ群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４や光量調節ユニット７が存在していても、容易に偏心カム３１０を回転操作してシフト枠３１３の倒れ調整を行うことができる。

また、偏心カム３１０をいくら回転させても、偏心カム３１０やそのカム面との当接部分の光軸方向での位置が変化する範囲でのみ移動するに過ぎないボール受け部材３０９が、第１の地板３０１から脱落することはない。したがって、偏心カム３１０やボール受け部材３０９の脱落を気にすることなく倒れ調整を行うことができる。

次に図８および図９を用いて、ボール３０４の中心移動範囲とボール受け部材３０９の厚さとの関係について説明する。ここにいうボール３０４の中心移動範囲とは、第１の地板３０１に対するシフト枠３１３のシフト方向への移動に伴ってボール３０４がこれに当接するボール受け面に対して転動するときに該ボール３０４の中心が移動する最大の範囲である。中心移動範囲は、光軸方向視では、ボール受け面の中央を中心とした円形の範囲となる。以下の説明において、このボール３０４の中心移動範囲の幅（径）をＡで表す。一方、ボール受け部材３０９の厚さとは、光軸方向におけるボール受け部材３０９のボール受け面と偏心カム３１０に当接する面との間の厚さである。

ボール受け部材３０９は、前述したコイル３０８とベースマグネット３０３間に作用する吸引力によって偏心カム３１０のカム面に対して押圧されている。

図９には、ボール３０４の中心移動範囲の幅Ａに比べて、ボール受け部材３０９の厚さＢが薄く（Ａ＞＞Ｂ）設定されている比較例を示している。この比較例において、図９の右側に示すように、偏心カム３１０の中心からシフト方向にずれた位置に移動したボール３０４が、ボール受け部材３０９を光軸方向に対してθ１の角度で押圧する場合を考える。

この場合、ＢがＡよりも薄く設定されていると、ボール受け部材３０９は、光軸直交面に対して角度θ１とほぼ同じ角度θ２だけ傾く。このため、ボール３０４の光軸方向での位置が、図９の左側の図に示すようにボール受け部材３０９が傾いていない状態に比べて大きく変化し、該ボール３０４に当接するシフト枠３１３の倒れが大きくなる。つまり、シフト枠３１３のシフト方向への移動量が大きくなると、光学性能が低下するおそれが生ずる。

これに対して、図８には、ボール３０４の中心移動範囲の幅Ａに比べて、ボール受け部材３０９の厚さＢが同じか又はそれ以上厚く（Ａ≦Ｂ）設定されている本実施例を示している。この場合も、図８の右側の図に示すように、偏心カム３１０の中心からシフト方向にずれた位置に移動したボール３０４が、ボール受け部材３０９を光軸方向に対してθ１′の角度で押圧する場合を考える。θ１′はθ１とほぼ同じ角度である。

しかし、ＢがＡ以上に設定されていると、ボール受け部材３０９は、光軸直交面に対して角度θ１′よりもかなり小さいθ２′だけしか傾かない。このため、ボール３０４の光軸方向での位置が、図８の左側の図に示すようにボール受け部材３０９が傾いていない状態に比べてほとんど変化しない。つまり、シフト枠３１３のシフト方向への移動量が大きくなっても、光学性能が低下するおそれはない。

したがって、ボール受け部材３０９の厚さＢは、ボール３０４の中心移動範囲の幅Ａ以上（Ａ≦Ｂ）となるように設定することが望ましい。より望ましくは、ボール３０４の中心移動範囲の幅Ａより厚く（Ａ＜Ｂ）なるように設定するとよい。

本実施例では、シフト枠３１３を第１の地板３０１に対して３つのボールによって支持する場合について説明したが、ボールは４つ以上設けてもよい。また、本実施例では、光軸方向に移動可能なボール受け部材を第１の地板３０１の２箇所に設ける場合について説明したが、ボール受け部材の数は３つ以上であってもよい。すなわち、少なくとも２つのボールに対してボール受け部材を設ければよい。

また、本実施例では、カム部材が、円筒形状のカム面を有する偏心カムである場合について説明したが、他の形状のカム面を有するカム部材を用いてもよい。

さらに、上記実施例では、レンズをシフト方向に移動させることで防振動作を行う光学防振装置について説明した。しかし、本発明は、被写体像を光電変換する撮像素子を防振用素子として用い、これをシフト方向に移動させることで防振動作を行う光学防振装置にも適用することができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

良好な光学性能を得るための調整が容易な光学防振装置を備えたビデオカメラやデジタルカメラ等の光学機器を提供できる。

３０１，３０２ 地板
３０４ ボール
３０９ ボール受け部材
３１０ 偏心カム
３１３ シフト枠
Ｌ３ 第３レンズ群

Claims (3)

1. ベース部材と、
   防振用素子を保持し、前記ベース部材に対して光軸方向に直交するシフト方向に移動可能なシフト部材と、
   前記ベース部材と前記シフト部材との間に配置され、該シフト部材の前記シフト方向への移動に伴って前記ベース部材および前記シフト部材に対して転動する３つ以上のボールとを有し、
   前記ベース部材は、前記３つ以上のボールのうち少なくとも２つのボールがそれぞれ転動可能に当接する少なくとも２つのボール受け部材を前記光軸方向に移動可能に保持するとともに、該ボール受け部材を前記光軸方向に移動させる調整部材を備えており、
   前記調整部材は、前記ボール受け部材の前記光軸方向での位置を決めるカム面を有し、前記光軸方向に直交する方向に延びる軸回りで回転可能なカム部材であることを特徴とする光学防振装置。
2. 前記ボール受け部材に当接する前記ボールが転動することによる該ボールの中心の移動範囲をＡとし、前記ボール受け部材の前記光軸方向での厚さをＢとするとき、
   Ａ≦Ｂ
   であることを特徴とする請求項１に記載の光学防振装置。
3. 請求項１又は２に記載の光学防振装置を備えたことを特徴とする光学機器。