JP2015018050A

JP2015018050A - 光学機器

Info

Publication number: JP2015018050A
Application number: JP2013144037A
Authority: JP
Inventors: 加藤　雄一郎; Yuichiro Kato; 加藤　　雄一郎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: JP6436619B2

Abstract

【課題】補正光学系と撮影光学系の他の光学要素の偏芯精度を向上し、防振精度を向上すること
【解決手段】光学機器は、第３レンズ群Ｌ３を保持するシフトユニット３と、シフトユニットを撮影光学系の光軸に垂直な方向に駆動して光学像のぶれを補正する磁気回路（８０〜８６）と、補正ユニットの位置を検出するホール素子８４と、第２レンズ群Ｌ２を保持する２群ユニット２と、シフトユニットに設けられたメカ端３３と、２群ユニット２に設けられたメカ端２０２と、を有し、両メカ端の接触によってシフトユニットの可動範囲を機械的に規制する規制手段と、を有し、両メカ端が接触するときのホール素子８４の出力に基づいてシフトユニットのセンタリングが行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に着脱可能なレンズ鏡筒やレンズ一体型の撮影装置などの光学機器に関する。

特許文献１は、レンズシフト式光学防振機構を有する沈胴式レンズ鏡筒を開示している。レンズシフト式光学防振機構は、光軸に垂直な方向に偏芯動作を行うシフトレンズ（補正レンズ）と、シフトレンズを保持するレンズ保持枠（可動枠）と、これらを可動に支持する固定枠と、を有する。そして、固定枠に設けられた可動枠の可動範囲を規制する規制手段によってシフトレンズのセンタリングを行う。そして、補正レンズの位置検出手段としては、例えば、シフトレンズの移動に伴って変化する電磁式アクチュエータの磁束を検出するホール素子があり、制御手段はホール素子からの信号によって可動枠の駆動を制御する。

特開２００７−１２１５５６号公報

近年のレンズユニットの高倍化（特に１０〜１５倍以上）や小型化により、シフトレンズを含めた複数のレンズ群同士の偏芯による光学性能（シェーディングや結像性能など）の低下の影響が増大してきた。このため、補正光学系と撮影光学系の他の光学要素の偏芯精度をより向上する必要が生じてきた。

本発明は、補正光学系と撮影光学系の他の光学要素の偏芯精度を向上し、防振精度を向上することが可能な光学機器を提供することを例示的な目的とする。

本発明の光学機器は、被写体の光学像を形成する撮影光学系と、前記撮影光学系のうち補正光学系を保持する補正ユニットと、前記補正ユニットを前記撮影光学系の光軸に垂直な方向に駆動して前記光学像のぶれを補正する駆動手段と、前記補正ユニットの位置を検出する検出手段と、前記撮影光学系のうち前記補正光学系とは異なる光学要素を保持する保持ユニットと、前記補正ユニットに接続されて前記補正ユニットと共に移動する第１規制部材と、前記保持ユニットに接続された第２規制部材と、を有し、前記第１規制部材と前記第２規制部材の接触によって前記補正ユニットの可動範囲を機械的に規制する規制手段と、を有し、前記第１規制部材と前記第２規制部材が接触するときの前記検出手段の出力に基づいて前記補正ユニットのセンタリングが行われることを特徴とする。

本発明によれば、補正光学系と撮影光学系の他の光学要素の偏芯精度を向上し、防振精度を向上することが可能なレンズ鏡筒およびこれを有する光学機器を提供することができる。

本実施形態のレンズ鏡筒の分解斜視図である。図１に示すレンズ鏡筒の沈胴時の断面図である。図１に示すレンズ鏡筒の広角端の断面図である。図１に示すレンズ鏡筒の望遠端の断面図である。図１に示す４群ユニットの斜視図である。図１に示す各群のカムピン、カム溝、および直進キー溝の係合を示す平面図である。図５に示す４群ユニットの支持構成を示す断面図である。図５に示す４群ユニットの支持構成を示す断面図である。図１に示す駆動カム環に形成された、１群ユニット用のカム溝の展開図である。図１に示す駆動カム環に形成された、２群ユニット、シフトユニット用のカム溝の展開図である。図１に示す直進カム環に形成されたカム溝の展開図である。図１に示す固定カム環に形成された、駆動スリーブ用のカム溝の展開図である。本実施形態の撮影装置のブロック図である。図１に示すシフトユニットの断面図である。図１に示すシフトユニットの分解斜視図である。図１に示すシフトユニットの正面図である。図１６に示すシフトユニットのＡ−Ａ断面図である。本実施形態のシフトユニットのセンタリングを説明するための図である。

図１は、撮像装置本体に着脱可能な本実施形態のレンズ鏡筒（光学機器）の分解斜視図である。図２は、沈胴時のレンズ鏡筒の断面図である。本実施形態のレンズ鏡筒は、４群構成の変倍光学系を有し、非使用状態では各レンズ群間隔を通常使用時に対して縮めてレンズ全長を大幅に短縮する、いわゆる沈胴式である。図３は、レンズ鏡筒の主要部分の広角端（ＷＩＤＥ端）の断面図である。図４は、主要部分の望遠端（ＴＥＬＥ端）の断面図である。

レンズ鏡筒は被写体の光学像を形成する撮影光学系を有する。撮影光学系は、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４を有する。第３レンズ群Ｌ３は光軸と垂直な平面内で移動して前記光学像のぶれを補正する補正光学系であり、第４レンズ群Ｌ４は光軸方向に移動して合焦動作を行なうフォーカスレンズ群である。

１は第１のレンズ群Ｌ１を保持する１群ユニットである。２は第２レンズ群Ｌ２を保持する２群ユニット（保持ユニット）であり、後述するように、（図１には不図示の）メカ端２０２を有する。３は第３レンズ群Ｌ３を撮影光学系の光軸と直交する方向に移動可能に保持するシフトユニット（補正ユニット）であり、後述するように、メカ端３３を有する。「直交する方向」は光軸に直交する成分があれば足り、例えば、光軸に斜めに移動されてもよい。４は第４レンズ群Ｌ４を保持する４群ユニットである。

メカ端３３は、シフトユニット３に接続されてシフトユニット３と共に移動する第１規制部材であり、メカ端２０２は、２群ユニット２に接続された第２規制部材である。メカ端３３と２０２は、接触によってシフトユニット３の可動範囲を機械的に規制する規制手段を構成する。

このように、本実施形態では、規制手段の一部であるメカ端２０２をシフトユニット３の外部に設け、シフトユニット３の２群ユニット２に対する偏芯精度を高めている。この結果、補正光学系と撮影光学系の他の光学要素の偏芯精度を向上し、防振精度を向上することができる。

なお、本実施形態では、第３レンズ群Ｌ３が第２レンズ群Ｌ２に対して偏芯した時に光学性能が低下する量は、第３レンズ群Ｌ３が第２レンズ群Ｌ２とは異なる他の光学要素に対して同じ量だけ偏芯した時に光学性能が低下する量よりも大きい。他の光学要素は、例えば、第２レンズ群Ｌ１、第４レンズ群Ｌ４，絞りシャッターユニット５である。このため、シフトユニット３を２群ユニット２に光軸方向に隣り合うように配置して小型化を図っている。もちろん第３レンズ群Ｌ３が偏芯したときに光学性能が低下する量が最も大きくなる光学要素は第３レンズ群Ｌ３に隣り合う光学要素に限定されない。

図５は、４群ユニット４の斜視図である。図７、図８は、４群ユニット４の支持構成を示す断面図である。

５は光量を調節する絞りシャッターユニット、６はシフトユニット３の後端部に鏡筒モールドと一体成型された円錐状のカムピンである。８ａおよび９は４群ユニット４を光軸方向に移動可能に支持する案内棒としてのガイドバー、８ｂは４群ユニットを付勢するバネをガイドするバネバーである。

１１はガイドバー８ａ、９、バネバー８ｂの後ろ側の端部を位置決め固定し、更にＣＣＤ等の撮像素子、ズームモータなどを取付ける撮像素子ホルダである。撮像素子は被写体の光学像を光電変換する。

１６ａは４群鏡筒を光軸方向に沿って進退移動させる駆動源となるフォーカスモータである。フォーカスモータ１６ａのロータと同軸回転を行うリードスクリュー１６ｃにナット１６ｂが螺合し、リードスクリューの回転運動を４群ユニット４の直進駆動に変換している。フォーカスモータ１６ａは固定カム環１３にビス２本で固定されている。

１８は４群ユニット４をナット１６ｂに付勢するフォーカスバネである。３５は４群ユニット４の初期位置を検出するフォトインタラプタであり、４群鏡筒の形状がフォトインタラプタ３５内を横切ることでフォトインタラプタの遮光・透光を切替え、初期位置を検出する。

固定カム環１３は、撮像素子ホルダ１１にビス４本で固定されている。固定カム環１３の内径には駆動スリーブ７を光軸方向へ進退させるためのカム溝１３ａが設置されている。カム溝１３ａは図１では不図示である。図１２は、固定カム環１３の内径に設置された駆動スリーブ７用のカム溝１３ａの展開図である。

駆動スリーブ７に設置されたカムギヤ７ｃがズームモータユニット２８から駆動力を得たナルトギヤ１４に螺合し、駆動スリーブ７を回転駆動させることでカムピン７ａがカム溝１３ａに沿って移動し、駆動スリーブ７の光軸方向の位置を決定する。この時、駆動スリーブ７の回転は、駆動スリーブ７と不図示のバヨネット構造によって光軸方向へ一体的に直進移動する直進カム環１０を軸として行われる。

図１１は、直進カム環１０のカム溝の展開図である。直進カム環１０に設置された３ヵ所のキー１０ｈと固定カム環１３の内径に設置された３ヵ所の直進溝１３ｂとが係合し、直進カム環１０は光軸に対する偏芯位置が決められ、よって駆動スリーブ７の偏芯位置も決められる。

１２は駆動カム環であり、図１においては不図示であるが、外径面に１群ユニット１、内径面に２群ユニット２、シフトユニット３をそれぞれ光軸に沿って進退させるカム溝１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが設置されている。図９は、駆動カム環１２の外径に設置された１群ユニット１用のカム溝の展開図である。図１０は、駆動カム環１２の内径に設置された２群ユニット２、シフトユニット３用のカム溝の展開図である。

駆動カム環１２は、案内筒１７と不図示のバヨネット構造によって光軸方向の互いの位置が一体的に決められている。案内筒１７の後端部に設置された案内キー１７ａと直進カム環１０の内径に設置された直進溝１０ａによって、駆動カム環１２は直進ガイドされている。駆動スリーブ７の回転を動力として駆動カム環１２も回転し、移動カム環７は案内筒１７の外径を軸とする回転運動をしながら、直進カム環１０の筒面に貫通するように設置されたカム溝１０ｂに沿って、光軸方向へ進退可能である。

ナルトギヤ１４は、駆動スリーブ７に設置されたカムギヤ７ｃと螺合し、駆動スリーブ７の駆動範囲で常に螺合し続けるよう、所定の長さを必要とする。ナルトギヤ１４は固定カム環１３と撮像素子ホルダ１１によって挟み込まれた不図示のナルトギヤシャフトを軸として、定位置回転を行う。

ズームモータユニット２８は撮像素子ホルダ１１にビス３本によって固定され、ズームモータユニット２８に設置された不図示の出力ギヤとナルトギヤ１４が螺合し、ナルトギヤ１４を介して、ズームモータユニット２８の動力を駆動スリーブ７に伝達する。ズームの初期位置は、図３に図示のシフトユニット３に設置された遮光ヒレ３ｂと撮像素子ホルダ１１に設置されたフォトインタラプタ３６によって検出される。フォトインタラプタ３６の信号とズームモータユニット２８からのパルス信号によって、ズーム位置制御を行う。詳細は後述する。

固定カム環１３に設置されたカム溝１３ａには、前述の通り、駆動スリーブ７に設置されたカムピン７ａが係合している。駆動スリーブ７の軸となる直進カム環１０に設置されたカム溝１０ｂには、駆動カム環１２に設置されたカムピン１２ａが係合している。駆動カム環１２に設置されたカム溝１２ａ、１２ｂ、１２ｃには、後述する１群ユニット１に設置されたカムピン１ａが係合している。カム溝７ｂには２群ユニット２に設置されたカムピン２ａが係合している。カム溝７ｃにはシフトユニット３に設置されたカムピン６が係合している。直進カム環７が前述した光軸に沿った進退移動及び光軸を中心とした回転運動を行い、駆動カム環１２が光軸に沿った進退移動および光軸を中心とした回転運動を合わせて行う。これにより、１群ユニット１、２群ユニット２、シフトユニット３が相対的に光軸に沿って進退移動し、変倍動作を行うと共にレンズ鏡筒全体を沈胴させる。

この時、１群ユニット１、２群ユニット２、シフトユニット３に設置されたカムピンはそれぞれ、各鏡筒モールドと一体的に成形されてもよいし、鏡筒に設置された穴に金属などの別部材を圧入もしくは接着等により固定されてもよい。

次に、１群ユニット１、２群ユニット２、シフトユニット３及び駆動カム環１２の支持構成の詳細について説明する。

図６は、レンズ鏡筒を光軸に垂直な方向から見た平面図であり、各群のカムピン、カム溝、および直進キー溝の係合を示している。図６において、１群ユニット１の後端付近に１２０°均等に配置された３ヵ所のカムピン１ａは、駆動カム環１２の外径に設置されたカム溝１２ｂに係合している。１群ユニット１の後端付近に１２０°均等に３ヵ所配置された案内キー１ｃと直進カム環１０の内径に設置された３ヵ所の直進溝１０ａがそれぞれ篏合し、直進カム環１０に対して１群ユニット１の偏芯位置が決められている。

シフトユニット３においては３ヵ所の案内キー３ａが案内筒１７の３ヵ所の直進溝１７ｂとそれぞれ篏合する。案内キー３ａと同位相で配置されたカムピン６が案内筒１７に設置された３ヵ所の直進溝１７ｂを貫通し、駆動カム環１２の内径に設置されたカム溝１２ｄに係合する。２群ユニット２においても、後端近傍に１２０°均等に３ヵ所配置された案内キー２ｃが３ヵ所の直進溝１７ｂにそれぞれ篏合し、案内筒１７に対して２群ユニット２の偏芯位置が決められている。そして、案内キー２ｃと同位相で配置されたカムピン２ａが案内筒１７に設置された３ヵ所の直進溝１７ｂを貫通し、駆動カム環１２の内径に設置されたカム溝１２ｃに係合するが、図６においては、シフトユニット３の後側に配置されているため不図示である。２群ユニット２とシフトユニット３はそれぞれ案内筒１７に設置された同じ直進溝で位置決めされ、それぞれの光軸に対する相対的な偏芯精度を高めている。

ここで、１群ユニット１、２群ユニット２、シフトユニット３にそれぞれ設置された３個のカムピンの内、１ヶ所はコイルスプリングなどによって、対応するカム溝にガタ無く付勢可能な構成であってもよい。

以上のような構成により、１群ユニット１は直進カム環７に、２群ユニット２、シフトユニット３は案内筒１７に回転規制をされ、回転する駆動カム環１２の内外径のカム溝１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに沿って相対的に進退可能な構成となっている。

駆動カム環１２においては、３ヶ所の案内キー１２ａのテーパ部分が直進カム環１０に設置されたカム溝１０ｂに係合する。案内キー１２ａの先端部がカム溝１０ｂを貫通し、駆動スリーブ７の３ヶ所の直進溝７ｄとそれぞれ篏合することで、駆動スリーブ７がカムギヤ７ｃを介して伝達されたナルトギヤ１４の回転駆動力が駆動スリーブ７を回転し、そして駆動カム環１２を回転させる。また、その際、前述したように、駆動スリーブ７は、直進カム環１３、案内筒１７の後端部に設置された不図示の案内キーとそれに対応する直進溝によって光軸に対する偏芯位置が決められている。

本実施形態のように４つの（またはそれ以上の）レンズユニットによって構成される変倍光学系は変倍率が大きく（たとえば６倍、特に１０倍以上）、各レンズユニットに求められる位置精度の要求が特に高い。そのため、各部品には非常に高精度な寸法精度が要求されるが、要求精度によっては第１レンズ群Ｌ１を光軸直交方向に偏芯させるなどによって光学的に調節可能な構成としてもよい。

本実施形態は、図２〜４の１群鏡筒２２を保持するトラッキングリング２１を１群ユニット１に対して定位置回転させ、１群ユニット１に設置された光軸方向の高さが異なる不図示の受け面を選択的に切替えることで行われるトラッキング調整を採用している。また、本実施形態は、トラッキングリング２１上で１群ユニットを光軸に対して倒すことで光学性能を得る倒れ調整が採用している。１群ユニット１の組立においては、光学調整を行い、その後、図２〜４におけるフロントマスク２３と化粧リング２４を１群ユニット１に接着固定される。

次に、図９〜図１２を参照して、各群のカム軌跡ついて説明する。本実施形態のレンズユニットの組立手順に則って説明とする。

図９、１０に示すように、駆動カム環１２には外径面に１２０°均等で３ヵ所に配置されたカム溝１２ｂが設置されており、１群ユニット１のカムピン１ａをカム挿脱口１２ｅから挿入する。また、案内筒１７が組み込まれた状態で、図１０に示すように、駆動カム環１２の内径面に設置されたカム溝１２ｃ、１２ｄのカム挿脱口１２ｆから２群ユニット２のカムピン２ａ、シフトユニット３のカムピン６を挿入する。

このとき、２群ユニット２のカムピン２ａとシフトユニット３のカムピン６は案内筒１７の直進溝１７ｂを貫通した状態で組み込まれる。カムピン２ａ、６を組み込む際は、直進溝１７ｂとカム挿脱口１２ｆの回転方向の位相は一致した状態である。この状態から、駆動カム環１２を回転すると、カムピン１ａはカム溝１２ｂに沿って、カムピン２ａ、６はそれぞれカム溝１２ｃ、１２ｄに沿って移動する。ＴＥＬＥ棚位置１２ｂ３、１２ｃ３、１２ｄ３からＷＩＤＥ棚位置１２ｂ２、１２ｃ２、１２ｄ２から沈胴棚位置１２ｂ１、１２ｃ１、１２ｄ１の順で移動し、一旦、カム端１２ｂ４、１２ｃ４、１２ｄ４まで移動させる。

次に、これらのユニットを駆動スリーブ７、直進カム環１０に組み込む。

駆動カム環１２には、カムピン１２ａが設置されており、これが直進カム環１０の内外径面を貫通するように設置された図１１に図示のカム溝１０ｂにカム挿脱口１０ｃから挿入される。この時、１群ユニット１の外径後端部に設置された案内キー１ｃと案内筒１７の案内キー１７ａは、直進カム環１０の内壁に設置された直進溝１０ａと３ヶ所それぞれの回転方向の位相が一致し、対応した直進溝に挿入される。更に、駆動カム環１２のカムピン１２ａの先端部は、駆動スリーブ７の内径面に設置された直進溝７ｄの回転方向の位相が一致した位置で対応する直進溝に挿入される。

それによって各鏡筒の直進溝に案内キーが挿入される。この状態から駆動スリーブ７を回転し、駆動カム環１２のカムピン１２ａが直進カム環のカム溝１０ｂに沿って、沈胴棚位置１０ｂ１、ＷＩＤＥ棚位置１０ｂ２、ＴＥＬＥ棚位置１０ｂ３の順で通過し、一旦、カム端１０ｂ４へ移動する。もちろん１群ユニット１のカムピン１ａ、２群ユニットのカムピン２ａ、シフトユニットのカムピン６も、それぞれのカム溝のＴＥＬＥ棚位置付近まで、移動することになる。

この時、１群ユニット１、２群ユニット２、シフトユニット３はＴＥＬＥ側のカム挿脱口から組み込まれている。カムピン１２ａが、カム端１０ｂ４の位置にあっても、１群ユニット１、２群ユニット２、シフトユニット３のカムピンが、カム溝からカム挿脱口へ脱落しないように、それぞれのカム溝の長さが設定されている。

次に、これらのユニットを固定カム環１３に組み込む。

駆動スリーブ７の後端部にはカムピン７ａが設置されており、これが固定カム環１３の内径面に設置された図１２に図示のカム溝１３ａのカム挿脱口１３ｃから挿入される。このとき、直進カム環１０の後端部に設置された案内キー１０ｈは、固定カム環１３の内径面に設置された直進溝１３ｂと回転方向の位相が一致し、対応した直進溝に挿入される。それによって、各鏡筒の直進溝に案内キーが挿入される。この状態から駆動カム環１２を回転し、駆動スリーブ７のカムピン７ａが、固定カム環１３のカム溝１３ａに沿って、ＴＥＬＥ棚位置１３ａ３、ＷＩＤＥ棚位置１３ａ２の順で通過し、沈胴棚位置１３ａ１に移動する。

以上のような各鏡筒のカムピンとカム溝、案内キーと直進溝の係合構成によって、ズームモータユニット２８を動力源として、ナルトギヤ１４を介して、駆動スリーブ７を回転させる。また、同時に駆動カム環１２を回転させることで、各鏡筒がカム溝に沿って光軸方向へ駆動可能となる。そして、撮影時は、各カム環のカム溝の合成カムによって、１群ユニット１、２群ユニット２、シフトユニット３を所望の光軸位置へ配置し、ＷＩＤＥ〜ＴＥＬＥの変倍動作を可能とする。非撮影時は沈胴状態へと繰り込む。

各カム環のカム溝は、図９〜１２に示す形状となっているが、鏡筒が組立可能で、かつレンズ性能を満足する事を条件に、形状はどのようなものであっても構わない。

沈胴、広角、望遠へのズームにおける初期位置は、シフトユニット３に設置された遮光ヒレ３ｂが図１のフォトランタラプタ３６内を通過し、遮光・透光による電気出力の変化により検出される。シフトユニット３が繰り込んだ、沈胴位置直前で初期位置出しが行われる。撮影時においては、フォトインタラプタ３６を初期位置として、ズームモータユニット２８に内蔵されたパルス発生機構によりパルスを検出、カウントし、ＷＩＤＥからＴＥＬＥの任意の位置で停止できるような制御機能を持つ。

この時のパルス発生機構としては、フォトインタラプタ３６の遮光、透光をズームモータシャフトに取り付けられて回転駆動する不図示のパルス板によって切替え、フォトインタラプタから発生する電圧差を検出する方式が取られている。但し、ズーム位置検出手段として、ステップモータを用いた入力パルス制御方式でもよい。また２群ユニット２やその他の移動群にスケールを取り付け、磁気的、光学的にその変位量を検出する方式でも構わない。

次に、図５、図７、図８を用いて、フォーカス機構について説明する。

図５に示すように、第４レンズ群Ｌ４を保持する４群ユニット４は、ガイドバー８ａ、９によって、光軸に対する偏芯位置が決められ、光軸に沿って進退可能に支持されている。ガイドバー８ａの後端は撮像素子ホルダ１１に固定され、もう一方の端を固定カム環１３に固定され、ガイドバー９は後端のみを撮像素子ホルダ１１に固定するだけの片持ち固定構造となっている。４群ユニット４の駆動源は、前述の通り、フォーカスモータ１６ａであり、フォーカスモータ１６ａのロータと同軸回転を行うリードスクリュー１６ｃにナット１６ｂが螺合し、リードスクリュー１６ｃの回転運動を、４群ユニット４の直進駆動に変換している。通常のフォーカス作動時は、４群ユニット４は、付勢バネ１８によってナット１６ｂに対してフォーカス作動全域で付勢されている。この時４群ユニット４に設置された当接部４ｄがナット１６ｂに当接する。回転ストッパ４ａは、ナット１６ｂがリードスクリュー１６ｃと共に回転しないように規制する。これにより、ナット１６ｂがリードスクリュー１６ｃのリードに沿って進退移動し、４群ユニット４がナット１６ｂの進退移動に追従して、光軸方向に移動して焦点調節を行う。

フォトインタラプタ３５は４群ユニット４の初期位置を検出し、４群鏡筒の形状がフォトインタラプタ３５内を横切る事で、フォトインタラプタ３５の遮光・透光を切替え、初期位置を検出する。

沈胴時には、まず、４群ユニット４をフォトインタラプタ３５の遮光・透光の切替わり位置（前述の初期位置）まで移動する。次に、沈胴位置まで繰り込むシフトユニット３によって、４群ユニット４に設置されたストッパ４ｃを、付勢バネ１８を圧縮する方向へ押し、フォーカスモータ１６ａによって移動した位置からさらに後方へ押し込まれ、沈胴動作が完了する。この時、４群ユニット４に設置された当接部４ｄとナット１６ｂは、図７に示すように、シフトユニット３によって押し込まれた距離ａだけ離間した状態となる。かかる構成により、４群ユニット４を、４群ユニット４の後側の部品、本実施形態においては、ＣＣＤ５０の前に設置された光学ローパスフィルタ５１に対し、近接した距離に配置可能であり、図２に示すようなレンズユニットの理想的な沈胴長を可能とする。

また、ナット１６ｂの回転規制を行う回転ストッパ４ａには、落下などによる衝撃を４群ユニット４が受けた時に、ナット１６ｂが回転ストッパ４ａから光軸方向物体側へ外れることがないように脱落防止ストッパ４ｂが設置されている。

図８に示すように、通常作動時は、脱落防止ストッパ４ｂは、ナット１６ｂから距離ｂだけ離れた位置に設置されている。沈胴時には、４群ユニット４はナット１６ｂから距離ａだけ離間するが、その際、ナット１６ｂが脱落防止ストッパ４ｂに接することがないように距離ｂが設定されている。つまりは、（距離ｂ）−（距離ａ）＞０という関係となっている。距離ｂは、フォトインタラプタ３５の位置バラツキや、シフトユニット３による４群ユニット４の押し込み量、各部品の公差などを考慮して設定される。また、回転ストッパ４ａの光軸方向の長さを短く押え、レンズユニットの光軸方向の大きさ（厚さ）が小型化した上で、上記構造、作動が実現できるよう設定される。

以上のように、シフトユニット３の遮光ヒレ３ｂとフォトインタラプタ３６によるリセット位置を基準として沈胴が完了する。

図１３は、本実施形態の撮影装置のブロック図である。撮像装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオからなどの適用することができる。一眼レフカメラやミラーレスカメラであってもよい。図１４は、シフトユニット３の断面図である。図１５は、シフトユニット３の分解斜視図である。図１６は、シフトユニット３の正面図である。図１７は、図１６のＡ−Ａ線での断面図である。

第３レンズ群Ｌ３は可動鏡筒８７に保持されており、可動鏡筒８７に同じく保持されたコイル８２、アッパーヨーク８３と、固定のシフトベース８６に保持されたマグネット８１、バックヨーク８０によって磁気回路（駆動手段）が形成されている。シフトＦＰＣ８５を通じてコイルに通電された電流によって駆動力を発生し、可動鏡筒８７および第３レンズ群Ｌ３を図１４の紙面上下方向（光軸と垂直な面上）へ移動させる。この際、可動鏡筒８７はシフトベース８６上に転動可能に配置された不図示の３つの鋼球に対し、マグネット８１とアッパーヨーク８３によって発生する吸着力によって押し付けられているため、光軸に垂直な面上で、偏芯動作可能となっている。もちろん、上記の磁気回路は、もう１組用意されており、図１４の紙面垂直方向への駆動力を発生し、可動鏡筒８７は光軸に垂直な鋼球上の面を可動自在な構造となっている。本実施形態でブレ補正を行う際には、シフトＦＰＣ上に実装され、コイル８２の内部に固定された検出手段であるところのホール素子８４によって偏芯動作による磁気回路の磁束変化を電気変換し、下記に記載の制御によって、所望のブレ補正を行うことができる。

図１５を参照すると、マグネットベース８６には、予めマグネット８１、８９と、本図では不図示となっているバックヨークがインサート成型によって固定されている。そして、マグネットベース８６の所定の枠内に、３個の鋼球８８ａ、８８ｂ、８８ｃを設置する。次に、可動鏡筒８７のうち後部可動鏡筒８７ａを前述の３個の鋼球８８ａ、８８ｂ、８８ｃの上に載せる。この時、後部可動鏡筒８７ａには、また、第３レンズ群Ｌ３の一部のレンズが固定されている。また、コイル８２、９０、アッパーヨーク８３、９１、本図では不図示のシフトＦＰＣ８５とそれに実装されたホール素子が、予め組み込まれている。その際、コイルとアッパーヨークは所定の組込位置で接着固定されている。シフトＦＰＣ８５とホール素子は、図１４にも示した通り、コイルとアッパーヨークで挟まれる位置に固定され、ホール素子はコイルの内径空洞部に配置される。このような組込状態で前述の磁気回路が構成され、可動鏡筒８７は、この磁気回路におけるマグネットとアッパーヨークの吸着力により鋼球８８ａ、８８ｂ、８８ｃに押し付けられ、転動する鋼球上で偏芯動作が可能となる。

次に、絞りシャッターユニット５を組み立てる。絞りシャッターユニット５の受け面５ａ、５ｂ、５ｃ（図１６参照）を、前述のマグネットベース８６に設置された受け面８６ａ、８６ｂ、８６ｃに接地させることで、マグネットベース８６に対する絞りシャッターユニット５の光軸方向位置が決まる。そして受け面５ｃの位置で絞りシャッターユニット５がビス止め固定されている。この時、これらの受け面は、絞りシャッターユニット５の重心を考慮し、絞りシャッターユニット５のシャッターアクチュエータ５ｄ、絞りメータ５ｅの近傍に受け面５ｂ、５ｃが配置される。絞りシャッターユニット５はシフトユニット３の駆動手段を避けるため略扇形の形をしているが、受け面５ｂ、５ｃの配置を考慮し、略扇形の２直線の接点付近となる位置に受け面５ａを設け、受け面５ｂ、５ｃと合わせ３点支持している。その際、後部可動鏡筒８７ａに貫通穴８７ｃを設け、受け面５ａは貫通穴８７ｃを貫通し、受け面８６ｃに接地され、マグネットベース８６と絞りシャッターユニット５で、後部可動鏡筒８７ａを挟んだ支持構造となっている。このような構成によって、絞りシャッターユニット５の重心、形状を考慮した支持構成を達成している。当然であるが、後部可動鏡筒８７ａは偏芯動作を行う為、受け面５ａが後部可動鏡筒８７ａに干渉しないよう、貫通穴８７ｃの大きさが設計されている。また本実施形態では、図１７で示すとおり、受け面５ａの先端に位置決めボスを設け、マグネットベースの位置決め穴に挿入され、また別途用意された回転止め構成によって、絞りシャッターユニット５の偏芯位置が決まる。

次に、前部可動鏡筒８７ｂを、後部可動鏡筒にビス止め固定（３ヵ所）する。この時、後部可動鏡筒８７ａと前部可動鏡筒８７ｂで絞りシャッターユニット５を挟んだ構造となっている。この時、前部可動鏡筒８７ｂには予め第３レンズ群Ｌ３が固定されている。

以上のように、固定のマグネットベース８６、可動の後部可動鏡筒８７ａ、固定の絞りシャッターユニット５、可動の前部可動鏡筒８７ｂが順に組み立てられ、シフトユニット３が構成されている。

本実施形態において、各鏡筒は一般的なＰＣ材によって形成されているので、第３レンズ群Ｌ３やその他のレンズは熱加締めによって固定されているが、光学機器の性能を満足するのであれば、接着・溶着などどのような固定方法でも構わない。

ここで、ブレ補正の制御を行う際のイニシャライズ動作としての可動鏡筒８７のセンターリングについて説明する。

可動鏡筒８７の一部である前部可動鏡筒８７ｂにはメカ端（第１規制部材）３３が設置されている。メカ端３３は第３レンズ群Ｌ３の周りに設けられた円筒部材である。また、図２〜４にあるように２群ユニット２にも規制部であるところのメカ端（第２規制部材）２０２が設置されている。ズーム位置が沈胴時および沈胴付近、ＴＥＬＥ時およびＴＥＬＥ付近でメカ端２０２とメカ端３３の光軸方向の位置が重なる状態となる（ＷＩＤＥでは重ならない。）。

図１８は、メカ端２０２とメカ端３３の光軸と垂直な面上での位置関係を示した模式図である。メカ端３３に対し、メカ端２０２がＰＩＴＣＨ（縦）方向上側、下側のそれぞれ１か所ずつ、さらには、ＹＡＷ（横）方向右側、左側にそれぞれ１か所ずつ、計４か所が光軸を中心とする縦横軸の軸上４方に配置されている。つまり、沈胴時および沈胴付近、ＴＥＬＥ時およびＴＥＬＥ付近において、可動鏡筒８７はメカ端２０２で制限された範囲内で駆動することとなる。メカ端３３は、光軸に垂直な平面において、メカ端２０２と円筒部材の円筒面の四カ所で接触することができる。

なお、規制手段における第１規制部材と第２規制部材はメカ端３３と２０２に限定されるものではない。第１規制部材はシフトユニットに接続されてそれと共に可動であれば別の位置に設けられていてもよい。第２規制部材は、例えば、案内筒１７の一部に形成されてもよい。

まず、可動鏡筒８７を駆動させ、ＰＩＴＣＨ・ＹＡＷ方向共にメカ端３３をメカ端２０２に突き当てる。破線はメカ端３３がメカ端２０２に突きあたって状態を示しており、ＰＩＴＣＨ方向上側メカ端つき当て時の出力値をＭ１、下側はＮ１、ＹＡＷ方向右側をＭ２、左側をＮ２とする。この値をマイコン５３に読み込ませ、ＰＩＴＣＨ側は（Ｍ１＋Ｎ１）／２、ＹＡＷ側は（Ｍ２＋Ｎ２）／２の演算を行うことで、それぞれのホール出力中心値を算出し、ホール素子出力値がこの計算値になる位置を、ストロークにおけるセンター位置として設定する。この計算の前提として、ストローク内でホール出力値の変化が線形であることが必要であり、可動鏡筒８７の可動ストロークにおいては、光学性能を損なうことのないホール素子出力線形性が確保されている。なお、センタリングはレンズ鏡筒のレンズマイコン（制御手段）が行い、シフトレンズの制御をカメラマイコンであるマイコン５３が行ってもよい。

これまでのセンター調整は、シフトユニットの固定枠、本実施形態で言えば、たとえばシフトベース８６に設置されたメカ端に対して可動鏡筒を動作させることで行うシフトユニット単体でのセンター調整であった。２群ユニットなどその他の光学ユニットに対しての相対偏芯は、各ユニットを支持する複数の部品寸法を管理することで光学要求精度に足る精度が確保されていた。

本発明の光学系は、特にＴＥＬＥ−ＷＩＤＥの中間＝ＭＩＤＤＬＥ位置で、２群ユニット２に設置された第２レンズ群Ｌ２と、シフトユニット３に設置された第３レンズ群Ｌ３との偏芯から受ける光学性能の低下の影響が大きい。

例えば、２群ユニットの偏芯が一定量残った状態で、前述の光学調整などによってＴ／Ｗの解像力を満足したとしても、ＷＩＤＥ時に光量が不均一になるいわゆるシェーディングを発生する可能性がある。そのため、２群ユニット２に設置されたメカ端に対して、シフトユニット３の可動鏡筒８７のストロークセンター位置を決定することで、支持部品寸法の影響をほぼ排除し、光学の要求精度を高精度に満足することが可能となる。なお、光学性能はシェーディングに限らず、結像性能であってもよい。

シフトユニット３のセンタリングは、光学機器の電源をＯＮにし、変倍動作が始まる前に、沈胴状態で行われてもよい。あるいは、シフトユニット３のセンタリングは、ＴＥＬＥ位置で撮影準備を指示する撮影ボタン（レリーズボタン）の半押しに応答して行われてもよい。

また、メカ端２０２とメカ端３３が光軸方向で重なっていない、沈胴、ＴＥＬＥ以外のズーム位置では、センター調整を行う可動範囲以上に可動鏡筒８７を作動させ、ＷＩＤＥ時にブレ量の大きい被写体を追従する大振幅制御も可能である。

図１３は撮影装置（光学機器）５００のレンズ鏡筒の駆動および、ぶれ補正のシステム図である。本実施形態のレンズユニットに対して、５１は被写体の空間周波数の高域成分を除去するための光学ローパスフィルタである。５０はピント面に配置された光学像を電気信号に変換するための撮像素子であるＣＣＤである。ＣＣＤ５０から読み出された電気信号ａはカメラ信号処理回路５２により画像信号ｂとなる。５３はレンズ駆動を制御するマイコン（制御手段）である。なお、防振制御はカメラマイコンではなくレンズマイコンが行ってもよい。

電源投入時、マイコン５３はフォーカスリセット回路５４及びズームリセット回路５５の出力を監視しながら、フォーカスモータ駆動回路５６及びズームモータ駆動回路５７によりフォーカスＦＰＣ７２、メインＦＰＣ７１を通じてそれぞれのモータを回転させる。これにより、マイコン５３は各レンズ群を光軸方向に移動させる。フォーカスリセット回路５４およびズームリセット回路５５の出力はそれぞれの可動部材が予め設定された所定位置までくる（可動部材に設けられた遮光部材が固定部に設けられたフォトインタラプタの発光部を遮光する。もしくは透過する境界部に来たとき）と反転し、その位置を基準として以後、フォーカスはステッピングモータの駆動ステップ数をマイコン５３内で計数する。またズームは内蔵のパルス板とフォトインタラプタ（不図示）によるパルス出力をマイコン５３で計数する。これらにより、マイコン５３は各レンズ群の絶対位置を知ることができ、これにより、正確な焦点距離情報が得られる。この一連の動作をズームおよびフォーカスのリセット動作と名づける。

５８は絞りシャッターユニット５を駆動するための絞り駆動回路であり、マイコン５３に取り込まれた映像信号の明るさ情報ｂに基づいて絞りの開口径の面積や、および不図示のＮＤフィルターの係り量などの光量調節機能がシフトＦＰＣ８５を通じて制御される。本実施形態については、撮像素子として、ＣＣＤを用いた例を示しているが、ＣＭＯＳでも構わない。

５９および６０は光学装置のＰＩＴＣＨ（縦方向の傾き角）およびＹＡＷ（横方向の傾き角）角度検出回路であり、角度の検出は、例えば、撮影装置５００に固定された振動ジャイロ等の角速度センサの出力を積分して行われる。両回路５９、６０の出力、すなわち、撮影装置５００の傾き角度の情報はマイコン５３に取り込まれる。

６１および６２はぶれ補正を行なうために第３レンズ群Ｌ３を光軸に対して垂直に移動させるための、ＰＩＴＣＨ（縦方向）およびＹＡＷ（横方向）コイル駆動回路である。図１４のマグネット８１、ヨーク８０、８４を含む磁気回路のギャップにコイル８２を配置し、いわゆるムービングコイルの構成により第３レンズ群Ｌ３を搭載した３群鏡筒１０２をシフトさせる駆動力を発生させる。

６３および６４は第３レンズ群Ｌ３の光軸に対するシフト量を検出するためのＰＩＴＣＨ（縦方向）およびＹＡＷ（横方向）位置検出回路であり、マイコン５３に取り込まれる。

第３レンズ群Ｌ３が光軸に対して垂直に移動すると、通過光束が曲げられて、ＣＣＤ５０上に結像している被写体の像の位置が移動する。このときの像の移動量を実際に撮影装置５００が傾いたことによって像が移動する方向と逆に同じ大きさだけ移動するようにマイコン５３で制御することによって、撮影装置５００が傾いても（ぶれしても）結像している像が動かない、いわゆるぶれ補正を実現できる。

マイコン５３内では、ＰＩＴＣＨ角度検出回路５９およびＹＡＷ角度検出回路６０により得られた撮影装置５００の傾き信号とＰＩＴＣＨ位置検出回路６３およびＹＡＷ位置検出回路６４から得られた第３レンズ群Ｌ３のシフト量信号をそれぞれ差し引く。そしてそれぞれの差信号を増幅および適当な位相補償を行なった信号でＰＩＴＣＨコイル駆動回路６１およびＹＡＷコイル駆動回路６２によりそれぞれ第３レンズ群Ｌ３を駆動する。

この制御により、上記の差信号がより小さくなるように位置決め制御が行なわれ、目標位置に保たれる。更に、本実施形態では第１〜第３レンズ群の相対移動により変倍動作を行っているので、第３レンズ群Ｌ３のシフト量に対する像の移動量が焦点距離によって変化してしまう。そこで、ＰＩＴＣＨ角度検出回路５９およびＹＡＷ角度検出回路６０によって得られる撮影装置５００の傾き信号でそのまま第３レンズ群Ｌ３のシフト量を決定せず、焦点距離情報により補正を行なう。これにより、撮影装置５００の傾きによる像の動きを第３レンズ群Ｌ３のシフトによりキャンセルする構成となっている。

本発明の光学機器は、レンズ装置、およびレンズ装置と一体のカメラ本体に適用することができる。

Ｌ２…第２レンズ群（光学要素）、Ｌ３…第３レンズ群（補正光学系）、２…２群レンズ（保持ユニット）、３…シフトユニット（補正ユニット）、５３…マイコン（制御手段）、８４…ホール素子（検出手段）

Claims

被写体の光学像を形成する撮影光学系と、
前記撮影光学系のうち補正光学系を保持する補正ユニットと、
前記補正ユニットを前記撮影光学系の光軸に垂直な方向に駆動して前記光学像のぶれを補正する駆動手段と、
前記補正ユニットの位置を検出する検出手段と、
前記撮影光学系のうち前記補正光学系とは異なる光学要素を保持する保持ユニットと、
前記補正ユニットに接続されて前記補正ユニットと共に移動する第１規制部材と、前記保持ユニットに接続された第２規制部材と、を有し、前記第１規制部材と前記第２規制部材の接触によって前記補正ユニットの可動範囲を機械的に規制する規制手段と、
を有し、
前記第１規制部材と前記第２規制部材が接触するときの前記検出手段の出力に基づいて前記補正ユニットのセンタリングが行われることを特徴とする光学機器。
前記補正ユニットのセンタリングを行う制御手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
前記制御手段は、前記検出手段の出力に基いて前記駆動手段による前記補正ユニットの駆動を制御することを特徴とする請求項２に記載の光学機器。
前記補正光学系が前記光学要素に対して偏芯した時に光学性能が低下する量は、前記補正光学系が前記撮影光学系の前記光学要素とは異なる他の光学要素に対して同じ量だけ偏芯した時に前記光学性能が低下する量よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光学機器。
前記光学要素は、前記補正光学系に隣り合うことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の光学機器。
前記第１規制部材は円筒部材であり、前記光軸に垂直な平面において前記第１規制部材は前記第２規制部材と前記円筒部材の円筒面の四カ所で接触することができることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の光学機器。
前記撮影光学系は４つ以上のレンズユニットによって構成される変倍光学系であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の光学機器。
前記撮影光学系は変倍光学系であり、
前記補正ユニットのセンタリングは、前記光学機器の電源をＯＮにし、変倍動作が始まる前に沈胴状態で行われることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の光学機器。
前記撮影光学系は変倍光学系であり、
前記補正ユニットのセンタリングは、望遠端において、撮影準備を指示する撮影ボタンの半押しに応答して行われることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の光学機器。
前記撮影光学系は変倍光学系であり、
望遠端において前記第１規制部材と前記第２規制部材は接触することができ、広角端においては前記第１規制部材と前記第２規制部材は接触しないことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の光学機器。
前記光学機器は、撮像装置に着脱可能なレンズ鏡筒であることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の光学機器。
前記光学機器は、前記光学像を光電変換する撮像素子を更に有することを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の光学機器。