JP2015011277A - 像振れ補正装置、レンズ鏡筒、光学機器、および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な位置制御を行える像振れ補正装置を提供すること。
【解決手段】補正レンズ１０２を保持する可動ユニット１０３は固定部材１０１に対して、光軸と直交する方向に移動可能である。回転規制部材１０４は、固定部材１０１に対して第１の方向へ移動し、可動ユニット１０３を第１の方向とは異なる第２の方向に案内する。固定部材１０１は光軸方向にて可動ユニット１０３と回転規制部材１０４との間に配置される。第１転動ボール１０５は、固定部材１０１に対して可動ユニット１０３を光軸と直交する面内にて転動支持する。第２転動ボール１０６は、固定部材１０１に対して回転規制部材１０４を第１の方向にて転動支持する。付勢ばね１０７は回転規制部材１０４と可動ユニット１０３との間に付勢力を働かせる。第１駆動部１０８は、可動ユニット１０３を第１の方向へ駆動し、第２駆動部１０９は、可動ユニット１０３を第２の方向へ駆動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置やそのレンズ鏡筒、双眼鏡、望遠鏡等の光学機器に搭載される像振れ補正装置に関する。

デジタルカメラ等に搭載される像振れ補正装置は、補正レンズや撮像素子等の補正光学部材を保持する可動部材を、光軸方向に直交する２方向（ヨー方向およびピッチ方向）に移動させて、光軸と直交する面内で駆動制御する。

特許文献１に開示の像振れ補正装置では、Ｖ字状断面の案内溝を有する回転規制部材を用いて可動鏡筒を移動可能に保持することで、摺動摩擦やガタを小さくすることができる。図６に示す像振れ補正装置は、正確に位置を決めたい可動ユニット３０３と、位置の基準となる固定部材３０１との間に、回転規制部材３０４が配置された構成である。

特開平１１−００７０５１号公報

図６の像振れ補正装置は、可動ユニット３０３に保持される補正レンズ３０２の位置が、回転規制部材３０４の加工上の誤差や反り等の影響を受けてしまう場合、高精度な位置決め制御に支障を来す可能性がある。そのため、補正レンズ３０２の光軸方向の変位や光軸との傾きに敏感な光学設計を行う場合、高い光学性能を維持するのが困難である。
本発明の目的は、高精度な位置制御を行える像振れ補正装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る装置は、補正部材を保持する可動部材を、固定部材に対して前記補正部材の光軸に直交する第１および前記第１の方向とは異なる第２の方向へ移動させることにより像振れを補正する像振れ補正装置であって、前記固定部材に対して前記第１の方向へ移動し、前記可動部材を前記第２の方向に案内する回転規制部材と、前記回転規制部材と前記可動部材とを近づける方向に付勢する付勢部材と、前記可動部材を前記第１の方向へ移動させる第１駆動部と、前記可動部材を前記第２の方向へ移動させる第２駆動部と、を備え、前記固定部材は、前記補正部材の光軸方向にて前記可動部材と前記回転規制部材との間に配置される。

本発明によれば、高精度な位置制御を行える像振れ補正装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る像振れ補正装置の分解斜視図である。 図１の像振れ補正装置を反対方向から見た場合の分解斜視図である。 組み立て後の像振れ補正装置の正面図である。 像振れ補正装置を光軸と平行な平面で切断した場合の概念図である。 本発明の第２実施形態に係る像振れ補正装置を光軸と平行な平面で切断した場合の概念図である。 従来の像振れ補正装置の構成を説明する概念図である。

以下に、本発明の各実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。各実施形態では、撮像装置や光学機器に搭載される像振れ補正装置に本発明を適用した例を説明する。例えば、デジタルビデオカメラ、監視カメラ、Ｗｅｂカメラ等の撮像装置や、携帯電話やタブレット端末等の撮像装置を具備する電子機器に本発明を適用できる。また、デジタル一眼レフカメラに装着される交換レンズや、双眼鏡、望遠鏡、フィールドスコープといった観察装置のような光学機器にも本発明を適用できる。

[第１実施形態]
図１ないし図４を参照して、本発明の第１実施形態に係る像振れ補正装置１００について説明する。図１は、像振れ補正装置１００の部品構成を示す分解斜視図である。図２は、像振れ補正装置１００を、光軸方向の反対側から見た場合の分解斜視図である。
像振れ補正装置１００は、固定部材１０１と可動ユニット１０３を備える。可動ユニット１０３は補正レンズ１０２を保持する可動部材である。像振れ補正装置１００はさらに、回転規制部材１０４、第１転動ボール１０５、第２転動ボール１０６、付勢ばね１０７、第１駆動部１０８、第２駆動部１０９を備える。第１駆動部１０８は、第１磁石１０８１と第１コイル１０８２で構成される。第２駆動部１０９は、第２磁石１０９１と第２コイル１０９２で構成される。なお、回転規制部材１０４が固定部材１０１に対して移動可能な第１の方向をヨー方向とし、ヨー方向および光軸方向と直交する第２の方向をピッチ方向と定義する。つまり、第１の方向と第２の方向は異なる方向である。また、固定部材１０１に対して可動ユニット１０３が配置される側を光軸方向前側とし、その反対側を光軸方向後ろ側と定義する。

図３は、組み立て後の像振れ補正装置１００を光軸方向前側から見た場合の正面図であり、ヨー方向が紙面の左右方向である。図４は、像振れ補正装置１００を、光軸と平行な平面で切断した場合の断面図である。なお、図４は説明の便宜のために簡略化しており、各部品の特徴的な形状を同一の断面上に表示した概念図である。
固定部材１０１は略円盤状に構成され、図示しない他のレンズ群（例えば、結像光学系）を支持するレンズ鏡筒に取り付けられる。固定部材１０１の中央に設けた開口部１０１ａには可動ユニット１０３が配置され、可動ユニット１０３の可動範囲が制限される。固定部材１０１は、磁石保持部１０１１、第１貫通穴部１０１２、第２貫通穴部１０１３、固定側ボール受け部１０１４を有する。複数の磁石保持部１０１１は、第１磁石１０８１および第２磁石１０９１をそれぞれ保持する。第１貫通穴部１０１２は、ヨー方向に延びる長穴を有し、固定部材１０１の２箇所に設けられる。第２貫通穴部１０１３は、付勢ばね１０７を配置するための貫通穴を有し、固定部材１０１の底面部の３箇所に設けられる。固定側ボール受け部１０１４は、ヨー方向に延びる溝を有し、固定部材１０１において光軸方向後ろ側の背面の３箇所に設けられる。３箇所の固定側ボール受け部１０１４のうちの２つは、図４に示すようにＶ字状の断面形状をもち、第２転動ボール１０６と２点で接する。これにより、固定側ボール受け部１０１４は、ピッチ方向のガタを伴わずに、第２転動ボール１０６を保持することができる。残りの１つの固定側ボール受け部１０１４は、底面が平面である溝を有し、第２転動ボール１０６と１点で接する。

補正レンズ１０２は、撮像光学系の一部を構成する可動レンズであり、光軸を偏心させる補正光学系の光学部材である。補正レンズ１０２は、図示しない補正レンズ駆動制御部により駆動制御される。これによって、撮像光学系を通過した光像を移動させる像振れ補正動作が行われ、撮像面での像の安定性を確保できる。なお、本実施形態では、補正部材として補正レンズを使用するが、撮像光学系に対してＣＣＤ（電荷結合デバイス）等を用いた撮像素子を駆動して撮像面での像の安定性を確保することもできる。この場合、補正部材として撮像素子が移動する。

可動ユニット１０３は、中央の開口部１０３ａに補正レンズ１０２を保持する可動部材である。可動ユニット１０３は、可動側ボール受け部１０３１、コイル保持部１０３２、ばねかけ部１０３３、回転防止穴部１０３４を有する。可動側ボール受け部１０３１は、光軸方向後ろ側の面に３箇所設けられ、平面状の底面を有する。この底面で第１転動ボール１０５と１点で接触する。複数のコイル保持部１０３２は、補正レンズ１０２の外周側において第１コイル１０８２および第２コイル１０９２を保持する。複数のコイル保持部１０３２によりそれぞれ保持される第１コイル１０８２および第２コイル１０９２は、光軸回り方向において互いに９０°の角度位相差をもつ位置関係で配置される。複数のばねかけ部１０３３は、付勢ばね１０７の一端をそれぞれ保持するために可動ユニット１０３の３箇所に設けられる。回転防止穴部１０３４はピッチ方向に延びる長穴を有し、可動ユニット１０３の２箇所に設けられる。

回転規制部材１０４は、固定部材１０１に対して光軸方向後ろ側に配置されるＬ字形状の部材である。回転規制部材１０４は、２本の回転防止用の係合軸部１０４１、２箇所の第２ボール受け部１０４２、３箇所のばねかけ部１０４３を有する。回転防止用の係合軸部１０４１は光軸方向に延在し、第１貫通穴部１０１２を通して可動ユニット１０３に設けた回転防止穴部１０３４に嵌合する。第２ボール受け部１０４２は、図４に示すようにＶ字状の断面形状をしており、第２転動ボール１０６と２点で接する。これにより、第２転動ボール１０６をピッチ方向にガタなく保持することができる。ばねかけ部１０４３は、付勢ばね１０７の一端をそれぞれ保持するために、回転規制部材１０４に３箇所設けられる。

固定部材１０１に対する可動部材（可動ユニット１０３や回転規制部材１０４）の支持構造については、固定接触部を用いる形態と可動接触部を用いる形態がある。本実施形態では、転動部材を使用する。第１転動ボール１０５（第１の転動部材）は、可動側ボール受け部１０３１に接触することで、固定部材１０１に対して可動部材（可動ユニット１０３）を転動支持する。本実施形態では、第１転動ボール１０５の数は３つである。また、第２転動ボール１０６（第２の転動部材）は、固定部材１０１に対して回転規制部材１０４をヨー方向に転動支持する。本実施形態では３個の第２転動ボール１０６を使用する。第１転動ボール１０５および第２転動ボール１０６は、転がり抵抗を小さくし、かつ高い精度で加工するために、ステンレス鋼やセラミック等の硬度の高い材質で形成される。

付勢ばね１０７は引っ張りばねであり、本実施形態では３本使用する。付勢ばね１０７は、一端が回転規制部材１０４のばねかけ部１０４３に取り付けられ、他端が可動ユニット１０３のばねかけ部１０３３に取り付けられる。付勢ばね１０７によって、可動ユニット１０３と回転規制部材１０４との間に両者を近づける方向への付勢力が発生する。なお、本実施形態では付勢部材として引っ張りばねの弾性力を用いるが、磁力や静電力等を利用した構成形態でもよい。

第１駆動部１０８と第２駆動部１０９はボイスコイル型モータである。第１駆動部１０８は、第１コイル１０８２の通電により、固定部材１０１と可動ユニット１０３との間に、ヨー方向への駆動力を発生させる。第１磁石１０８１は、第１コイル１０８２と対向する第１面が２つに区分され、一方がＮ極に、他方がＳ極に着磁される。第１磁石１０８１にて、第１コイル１０８２と対向しない方の第２面は、第１面と逆の極に着磁されていてもよい。あるいは、十分な厚みを有する場合には、第２面に磁極が形成されていなくてもよい。
第１コイル１０８２は、小判型に巻回され、第１磁石１０８１の着磁面と対向するコイル保持部１０３２に取り付けられる。図示しない駆動制御部が第１コイル１０８２に通電することで、第１コイル１０８２を流れる電流および第１磁石１０８１の作る磁束と直交する方向、すなわちヨー方向へのローレンツ力が発生する。

第２駆動部１０９は、第２コイル１０９２への通電により、固定部材１０１と可動ユニット１０３との間に、ピッチ方向への駆動力を発生させる。第２駆動部１０９は、第１駆動部１０８に対して、光軸を中心として９０°の角度位相で配置されることを除いて、第１駆動部１０８と同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。

次に、像振れ補正装置１００の機構と各部の関係について説明する。
図４に示すように、像振れ補正装置１００は光軸方向前側（図４の左側）から、可動ユニット１０３、第１転動ボール１０５、固定部材１０１、第２転動ボール１０６、回転規制部材１０４という順で配置される。可動ユニット１０３と回転規制部材１０４との間には、付勢ばね１０７によって互いに近づく方向の付勢力が与えられる。これにより、第１転動ボール１０５は、安定して可動ユニット１０３と固定部材１０１に挟持される。また第２転動ボール１０６は、安定して固定部材１０１と回転規制部材１０４に挟持される。これにより、全ての部品は光軸方向の位置が安定して決まる。３個の第１転動ボール１０５は、可動ユニット１０３および固定部材１０１と、それぞれ１点で接触している。よって可動ユニット１０３は、固定部材１０１に対して光軸と直交する面内で移動可能に転動支持される。補正レンズ１０２は、回転規制を行わない状態の場合、固定部材１０１に対してヨー方向、ピッチ方向、光軸回りの回転方向へ移動可能である。

一方、３個の第２転動ボール１０６のうちの２個は、固定部材１０１および回転規制部材１０４と、それぞれ２点で接触し、ピッチ方向への移動が妨げられている。これにより、回転規制部材１０４は、固定部材１０１に対してヨー方向にのみ移動可能に転動支持されている。回転規制部材１０４と可動ユニット１０３は、２本の係合軸部１０４１と、ピッチ方向に延在する回転防止穴部１０３４によって連結されている。したがって、可動ユニット１０３は、回転規制部材１０４に対してピッチ方向の並進移動のみが可能である。この結果、可動ユニット１０３は、固定部材１０１に対してヨー方向およびピッチ方向の並進移動のみが可能となる。

次に像振れ補正装置１００の動作について説明する。
第１コイル１０８２が通電されて、第１駆動部１０８によってヨー方向の駆動力を発生させると、可動ユニット１０３および回転規制部材１０４は、回転防止穴部１０３４と係合軸部１０４１が嵌合することで一体となってヨー方向に移動する。また、第２コイル１０９２が通電されて、第２駆動部１０９によってピッチ方向の駆動力を発生させると、可動ユニット１０３は係合軸部１０４１に案内され、ピッチ方向に移動する。このとき、回転規制部材１０４は移動しない。第１および第２コイルへ適切な通電を行うことで、可動ユニット１０３に保持された補正レンズ１０２の位置を、光軸と直交する面内の目標位置へ制御することができる。可動ユニット１０３の位置を検出するセンサを取り付けることで、可動ユニット１０３の位置情報を駆動制御部に出力し、フィードバック制御を行えば、より正確な位置制御が実現できる。

本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）補正部材の位置決めを高精度に行えること。
本実施形態では、補正レンズ１０２を保持する可動ユニット１０３と、位置の基準となる固定部材１０１との間に、第１転動ボール１０５が配置される。第１転動ボール１０５は球状であるために、安価で高精度な加工法が確立されており、加工誤差を小さくすることが容易である。一方、回転規制部材１０４は、量産性に優れるプレス加工で製造することが望ましいが、一般にプレス加工では、ロットによって板厚や平行度にばらつきが生じ得る。したがって、可動ユニット１０３の側に、回転規制部材１０４を介さずに補正レンズ１０２の位置制御を行える構成にすることができる。補正レンズ１０２の光軸方向の位置や、光軸との傾き方向の誤差を、従来よりも小さくすることができるので、光学性能の低下を抑えた像振れ補正装置を実現できる。

（２）付勢ばねの一方の端に対する他方の端の動きを直線方向に設定できること。
特許文献１で開示されるような像振れ補正装置では、付勢ばね（図６：３０７参照）の一端に対して、他方の端が二次元方向に移動する構成であった。したがって、付勢手段に引っ張りばねを用いる場合、ばねかけ部には様々な方向からの力が働く。そのため、力の方向によってばねの特性が変わることや、ばねかけから外れる可能性等が問題となる。
一方、本実施形態では、付勢ばね１０７の一端に対して、他方の端は一方向にしか移動しない。よって、付勢手段として引っ張りばねを用いる場合、ばねかけ部に対する力の方向が一定となり、ばねの特性が変化しにくく、ばねかけから外れにくくなるという効果が得られる。また、付勢手段として磁力を用いる場合には、付勢力を作用させる２つの部材同士の移動方向が限定されることにより、付勢力を発生するための磁気回路の設計が容易となり、付勢力を安定して発生させることができる。

（３）転動ボールの受け面に発生する圧力を低減できること。
図６に示す像振れ補正装置では、固定部材３０１に対し、第１転動ボール３０５を介して回転規制部材３０４と第２転動ボール３０６、可動ユニット３０３を積み上げて重畳させた構成であった。したがって、像振れ補正装置が衝撃力を受けたときには、固定部材３０１と第１転動ボール３０５の間には、可動ユニット３０３と回転規制部材３０４の合計質量による衝撃力がかかる。ボール支持部に打痕がつき易くなる可能性がある。

一方、本実施形態では、固定支持された固定部材１０１の光軸方向前側で可動ユニット１０３を支持し、光軸方向後ろ側で回転規制部材１０４を支持する。したがって、像振れ補正装置が衝撃力を受けた場合、それぞれのボール受け面には可動ユニット１０３、回転規制部材１０４の単独の質量による衝撃力がかかる。このときの力は、従来の像振れ補正装置の場合に比べて小さいので、ボール支持部に打痕がつきにくくなるという効果がある。
本実施形態によれば、補正部材を保持する可動部材の光軸方向の位置を、高精度に制御することができる。

[第２実施形態]
次に図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る像振れ補正装置について説明する。なお、第１実施形態の場合と同様の構成部品については、既に使用した符号を用いることによって、それらの詳細な説明を省略し、主に相違点を説明する。図５は、組み立て後の像振れ補正装置２００を、光軸と平行な平面で切断した場合の断面構造を模式的に示す。図５では、説明の便宜のために簡略化しており、各部品の特徴的な形状を同一断面上に表示した概念図を示している。

像振れ補正装置２００は、固定部材１０１と、補正レンズ１０２を保持する可動ユニット１０３と、回転規制部材２０４を備える。転動部材は、複数の第１転動ボール１０５、第２転動ボール１０６から構成される。付勢ばね１０７により、固定部材１０１と回転規制部材２０４とを近づける方向の付勢力が与えられる。
電磁駆動部は、第１駆動部２０８と第２駆動部２０９で構成される。第１駆動部２０８は、第１磁石２０８１、第１コイル２０８２で構成される。第２駆動部２０９は、第１磁石２０９１、第２コイル２０９２、ヨーク２０９３で構成される。

第１実施形態では、第１磁石および第２磁石を固定部材１０１に取り付け、第１コイルおよび第２コイルを可動ユニット１０３に取り付けた構成である。これに対し、本実施形態では、第１磁石２０８１を固定部材１０１に取り付け、第１コイル２０８２を回転規制部材２０４に取り付けた構成である。第２磁石２０９１は回転規制部材２０４に取り付け、第２コイル２０９２は可動ユニット１０３に取り付けている。さらには、可動ユニット１０３にて、第２コイル２０９２を配置した面とは反対側の面に、強磁性体からなるヨーク２０９３が取り付けられている。これにより、第２磁石２０９１の発生する磁束を、効果的に第２コイル２０９２に作用させることができ、第２駆動部２０９の効率が向上する。

本構成において、第１および第２コイルへ適切な通電を行うことで、可動ユニット１０３に保持された補正レンズ１０２の位置を、光軸と直交する面内の目標位置へ制御することができる。なお、本実施形態においても、第１駆動部２０８および第２駆動部２０９の駆動原理については限定されないので、ステッピングモータや超音波モータ等を用いることができる。

駆動部にボイスコイルモータを用いることにより得られる効果は以下の通りである。
（１）第２駆動部２０９に発生する磁力によって、付勢手段の一部または全部を兼用できること。
図５に示すヨーク２０９３と第２磁石２０９１との間には、磁気的な吸引力が発生する。この吸引力を、可動ユニット１０３と回転規制部材２０４の間に働かせることにより、付勢手段として利用できる。よって、使用する付勢ばね１０７の本数を減らすことができ、あるいは付勢ばね１０７を使用せずに済む。

（２）回転規制部材２０４を強磁性体により構成することで、回転規制部材２０４を磁気回路の一部として利用できること。
回転規制部材２０４を第２駆動部２０９の一部として利用し、第２駆動部２０９の効率を高めることができる。この場合、第２磁石２０９１を可動ユニット１０３に固定し、第２コイル２０９２を回転規制部材２０４に固定する構成としてもよい。こうすることで、回転規制部材２０４と第２磁石２０９１の間に発生する磁力を利用して付勢力が得られるので、付勢手段として新たな部品を追加することを回避できる。

（３）第１駆動部２０８および第２駆動部２０９の駆動効率の向上に寄与すること。
第１実施形態では、各電磁駆動部において、コイルと磁石との位置関係が二次元的に変化する。電磁駆動部は、コイルと磁石との対向面積が大きいほど出力が大きくなるが、位置関係が二次元的に変化すると、対向面積が小さくなってしまう可能性がある。
一方、第２実施形態では、コイルと磁石との位置関係は、第１駆動部２０８においてはヨー方向のみで変化し、第２駆動部２０９においてはピッチ方向のみで変化する。つまり、いずれも１方向の変化が生じるだけであり、磁石とコイルとの対向面積を大きくすることができ、効率のよい電磁駆動部を実現できる。

なお、第２実施形態では、第２磁石２０９１が、可動部材である回転規制部材２０４に取り付けられている。したがって、ヨー方向に駆動させるときの質量が、第１実施形態に比べて増加してしまう。この質量の増加による負荷の増大を回避したい場合には、第１実施形態のように、第２磁石２０９１を固定部材１０１に固定する構成にすればよい。
以上、本発明の構成は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１０１ 固定部材
１０２ 補正レンズ（補正部材）
１０３ 可動ユニット（可動部材）
１０４ 回転規制部材
１０５ 第１転動ボール
１０６ 第２転動ボール
１０７ 付勢ばね
１０８ 第１駆動部
１０９ 第２駆動部

Claims (7)

1. 補正部材を保持する可動部材を、固定部材に対して前記補正部材の光軸に直交する第１および前記第１の方向とは異なる第２の方向へ移動させることにより像振れを補正する像振れ補正装置であって、
   前記固定部材に対して前記第１の方向へ移動し、前記可動部材を前記第２の方向に案内する回転規制部材と、
   前記回転規制部材と前記可動部材とを近づける方向に付勢する付勢部材と、
   前記可動部材を前記第１の方向へ移動させる第１駆動部と、
   前記可動部材を前記第２の方向へ移動させる第２駆動部と、
   を備え、
   前記固定部材は、前記補正部材の光軸方向にて前記可動部材と前記回転規制部材との間に配置されることを特徴とする像振れ補正装置。
2. 前記固定部材と前記可動部材との間に配置されて前記可動部材を転動支持する第１の転動部材と、
   前記固定部材と前記回転規制部材との間に配置されて前記回転規制部材を前記第１の方向にて転動支持する第２の転動部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
3. 前記第２駆動部は、磁石、コイル、および該磁石から吸引力を受けるヨークを備え、
   前記回転規制部材または前記可動部材に前記磁石が固定され、前記可動部材または前記回転規制部材に前記ヨークおよびコイルが固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正装置。
4. 前記回転規制部材は係合軸部を有し、
   前記固定部材は前記係合軸部が貫通する貫通穴部を有し、
   前記可動部材は前記第２の方向に延在する穴部を有しており、
   前記係合軸部は、前記固定部材に設けた貫通穴部を通して前記可動部材の穴部に嵌合することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の像振れ補正装置を備えることを特徴とするレンズ鏡筒。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の像振れ補正装置を備えることを特徴とする光学機器。
7. 請求項５に記載のレンズ鏡筒を備えることを特徴とする撮像装置。
   
   

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