JP2016177255A - 多自由度支持機構、レンズ鏡筒及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で５自由度の移動を可能とする多自由度支持機構及び光学装置を提供する。
【解決手段】支持機構は、球面を備えた軸部１５７を有するレンズ保持部と、軸部１５７を挟んで対向する平行な一対の平面１６４，１６５を有する規制部とを備える。また、球面が一対の平面１６４，１６５を摺動することにより、レンズ保持部及び規制部の一方は、他方に対して相対的な移動が可能である。また、一対の平面１６４，１６５は、球面に対して接触している。また、相対的な移動は、一対の平面１６４，１６５内において面方向に２自由度の並進移動と、３自由度の軸周りの回転移動とを含む。
【選択図】図９

Description

本開示は、支持対象を５自由度で移動可能とする多自由度支持機構、及び、それを備えるレンズ鏡筒及び光学装置に関する。

特許文献１は、球状回転体を用いることによって、フレーム部を５自由度で搬送可能な搬送装置を開示している。

特開２００９−２３４５２４号公報

本開示は、簡単な構成で５自由度の移動を可能とする多自由度支持機構及び光学装置を提供する。

本開示における多自由度支持機構は、球面を備えた突部を有する第１部材と、突部を挟んで対向する平行な一対の平面を有する第２部材と、を備える。また、球面が一対の平面を摺動することにより、第１部材及び第２部材の一方は、他方に対して相対的な移動が可能である。また、一対の平面は、球面に対して接触している。また、相対的な移動は、一対の平面内において面方向に２自由度の並進移動と、３自由度の回転移動とを含む。

本開示における多自由度支持機構は、簡単な構成で５自由度の移動が可能である。

実施の形態１に係る光学装置として例示するデジタルカメラの概略構成を模式的に示す説明図 実施の形態１に係る光学系駆動装置の斜視図 実施の形態１に係る光学系駆動装置の正面図 実施の形態１に係る光学系駆動装置の側面図 実施の形態１に係る光学系駆動装置の背面図 実施の形態１に係る光学系駆動装置の磁石ユニット、第１コイル及び第２コイルの概略構成を示す側面図 実施の形態１に係る光学系駆動装置の各片部に取り付けられた光透過部を示す斜視図 実施の形態１に係る光学系駆動装置の第４片部と規制部とを示す斜視図 実施の形態１に係る光学系駆動装置の第４片部と規制部とを示す正面図 実施の形態１に係る光学系駆動装置の各光検出器の配置例を模式的に示す正面図 実施の形態１に係る光学系駆動装置の第１光透過部がＺ軸方向に負側移動することにより、第１光透過部を透過した光のスポットが光検出器の受光面でどのように変化したかを示す説明図 実施の形態１に係る光学系駆動装置の第１光透過部がＺ軸方向の基準位置に移動することにより、第１光透過部を透過した光のスポットが光検出器の受光面でどのように変化したかを示す説明図 実施の形態１に係る光学系駆動装置の第１光透過部がＺ軸方向正側に移動することにより、第１光透過部を透過した光のスポットが光検出器の受光面でどのように変化したかを示す説明図 実施の形態１に係るデジタルカメラの制御部が実行する撮影処理の流れを示すフローチャート 実施の形態１に係る光学系駆動装置のレンズ制御部が実行する姿勢制御処理の流れを示すフローチャート 実施の形態２に係る光学系駆動装置の斜視図 実施の形態２に係る光学系駆動装置の第４片部と規制部とを示す斜視図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施の形態１）
以下、図１〜図１３を用いて、実施の形態１を説明する。

［１−１．構成］
［１−１−１．光学装置］
図１は、実施の形態１に係る光学装置として例示するデジタルカメラの概略構成を模式的に示す説明図である。図１に示すように、デジタルカメラ１は、カメラ本体２と、レンズ鏡筒３とを備えている。

ここで、図１に示すように、本実施の形態では、３次元直交座標系を設定する。Ｚ軸方向は、後述する光学系４の光軸５と一致している。ここで、Ｚ軸方向正側とは、光軸方向における被写体側を意味し、その逆側を負側とする。Ｘ軸方向は、光軸５に直交する平面内のデジタルカメラ１の幅方向に一致している。Ｙ軸方向は、光軸５に直交する平面内のデジタルカメラ１の高さ方向に一致している。

レンズ鏡筒３は、光学系４と、ズーム用駆動部３１と、フォーカス用駆動部３２と、ズームエンコーダ３３と、フォーカスエンコーダ３４と、光学系駆動装置１００と、を備えている。

光学系４は、第１レンズ群４１と、第２レンズ群４２と、第３レンズ群４３とを備えている。

第１レンズ群４１は、光軸５に沿って移動することによってズームの倍率を可変とする。第２レンズ群４２は、光軸５に対する姿勢が制御されることによって光学系４の収差を補正する。第３レンズ群４３は、光軸５に沿って被写体像のフォーカス状態を調整する。

ズーム用駆動部３１は、第１レンズ群４１を光軸５に沿って移動させる、例えばステッピングモータである。

フォーカス用駆動部３２は、第３レンズ群４３を光軸５に沿って移動させる、例えばステッピングモータである。

ズームエンコーダ３３は、第１レンズ群４１のズーム位置（変倍位置）を検出し、カメラ本体２の制御部２２（後述）に出力する。

フォーカスエンコーダ３４は、第３レンズ群４３の合焦位置を検出し、カメラ本体２の制御部２２に出力する。

光学系駆動装置１００は、光軸５に対する第２レンズ群４２の姿勢を制御する。光学系駆動装置１００は、支持機構１１０（図２参照）と、収差補正用駆動部１２０と、発光部１３１と、光検出器１３２と、レンズ制御部３６と、を備える。

収差補正用駆動部１２０は、光軸５に対して第２レンズ群４２を移動させる。

発光部１３１及び光検出器１３２は、第２レンズ群４２の位置を検出する。

レンズ制御部３６は、レンズ鏡筒３の中枢をつかさどる制御装置である。レンズ制御部３６は、レンズ鏡筒３に搭載された各部に接続されており、レンズ鏡筒３の各種のシーケンス制御を行う。レンズ制御部３６は、制御回路を含むＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備えている。レンズ制御部３６は、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵに読み込まれることで、様々な機能を実現することができる。

支持機構１１０は、第２レンズ群４２を移動可能に支持する。

光学系駆動装置１００の詳細については後述する。

カメラ本体２は、撮像素子２１と、制御部２２とを備える。

撮像素子２１は、レンズ鏡筒３の光学系４により形成される光学的な像を電気的な信号に変換する例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）である。撮像素子２１は、タイミング信号により駆動制御される。なお、撮像素子２１は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサでもよい。

制御部２２は、カメラ本体２の中枢をつかさどる制御装置である。制御部２２は、シャッターボタンやズームレバーなどの操作部からの操作信号にもとづいて、デジタルカメラ１の各部を制御する。具体的には、制御部２２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵに読み込まれることで、制御部２２は様々な機能を実現することができる。例えば、ズームエンコーダ３３からズーム位置が入力され、フォーカスエンコーダ３４から合焦位置が入力されると、制御部２２は、このズーム位置と合焦位置とに基づいて第２レンズ群４２の位置補正値を算出し、当該位置補正値をレンズ制御部３６に出力する。レンズ制御部３６は、位置補正値と、光検出器１３２から出力された受光信号とに基づいて、収差補正用駆動部１２０を制御することで、第２レンズ群４２の姿勢を制御する。

［１−１−２．光学系駆動装置］
次に、光学系駆動装置１００について説明する。

図２は、実施の形態１に係る光学系駆動装置１００の斜視図である。図３は、実施の形態１に係る光学系駆動装置１００の正面図である。図４は、実施の形態１に係る光学系駆動装置１００の側面図である。図５は、実施の形態１に係る光学系駆動装置１００の背面図である。

図２〜図５に示すように、光学系駆動装置１００は、支持機構１１０と、収差補正用駆動部１２０と、発光部１３１と、光検出器１３２と、を備える。

支持機構１１０は、レンズ保持部１４０と、光透過部１５０と、規制部１６０とを備える。支持機構１１０は、レンズ保持部１４０を５自由度に移動可能に支持する多自由度支持機構である。

レンズ保持部（第１部材）１４０は、５自由度に移動可能な移動体の一例である。ここで自由度とは、一つの系の変位しうる度合いのことである。３次元直交座標系の場合では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向、Ｚ軸周りの回転方向の６つの移動方向のうち、移動可能な方向の総数を自由度として表す。例えば、１つの移動方向にのみ移動可能な場合は「１自由度」、２方向に移動可能な場合は２自由度と表す。

レンズ保持部１４０は、第２レンズ群４２のうち、２つのレンズ４２ａ，４２ｂを保持している。本実施の形態では、レンズ保持部１４０が２つのレンズ４２ａ，４２ｂを保持した場合を例示しているが、１つのレンズだけを保持しても、３つ以上のレンズを保持してもよい。

レンズ保持部１４０は、同軸上に並んだ２つのレンズ４２ａ，４２ｂの周囲を囲んで保持する。レンズ保持部１４０のＹ軸方向の両端部には、Ｙ軸方向に沿って外側に向かって突出した第１片部１４１及び第２片部１４２がそれぞれ設けられている。また、レンズ保持部１４０のＸ軸方向の両端部には、Ｘ軸方向に沿って外側に向かって突出した第３片部１４３及び第４片部１４４がそれぞれ設けられている。第１片部１４１、第２片部１４２及び第３片部１４３には、光透過部１５０が取り付けられている。

レンズ保持部１４０の周囲における各片部１４１，１４２，１４３，１４４の間には、平面視略矩形状の枠体１４５，１４６，１４７，１４８がそれぞれ設けられている。枠体１４５，１４６，１４７，１４８は、それぞれ磁石ユニット１７０を保持している。また、各磁石ユニット１７０のＺ軸方向の正側には、レンズ保持部１４０をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるための第１コイル１８１が配置されている。各磁石ユニット１７０のＺ軸方向負側には、レンズ保持部１４０をＺ軸方向に移動させるための一対の第２コイル１８２が配置されている。

図６は、実施の形態１に係る光学系駆動装置１００の磁石ユニット１７０、第１コイル１８１及び第２コイル１８２の概略構成を示す側面図である。

図６に示すように、磁石ユニット１７０は、大きさの等しい２つの平面視長方形状の板状磁石１７１，１７２から構成されている。板状磁石１７１，１７２のＺ軸方向で対向する一対の主面は、枠体１４５，１４６，１４７，１４８から露出しており、それぞれレンズ４２ａ，４２ｂの光軸に直交する平面に平行となっている。板状磁石１７１，１７２はそれぞれ厚み方向に異なる磁極が形成されるようにして磁化されている。板状磁石１７１，１７２は互いに異なる磁極を上方向（Ｚ軸方向正側）に向けて隣接して配置されている。本実施の形態では、磁石ユニット１７０は板状磁石１７１，１７２の２枚の磁石を使用した場合を例示しているが、１つの板状磁石に着磁を行ったものを用いてもよい。

第１コイル１８１は、板状磁石１７１，１７２のＺ軸方向正側の主面に対向するように配置されている。第１コイル１８１は、全体として実質的な楕円形状に巻かれており、その長軸方向が板状磁石１７１，１７２の長手方向に沿っている。また、第１コイル１８１は、２つの板状磁石１７１，１７２にまたがるように配置されている。さらに、第１コイル１８１における対向する一対の長手方向部分は、それぞれ板状磁石１７１，１７２の幅方向の実質的な中央部に対向するように配置されている。このため、板状磁石１７１，１７２のＺ軸方向正側（図６の上側）の主面に対して垂直な磁場Ｍ１が第１コイル１８１の長手方向部分のコイルと鎖交する。第１コイル１８１が給電されることで発生する電流は磁場Ｍ１と鎖交するため、Ｘ−Ｙ平面内での推力（Ｘ−Ｙ平面に平行な方向の推力）が発生することになる。すなわち、第１コイル１８１の電流を制御することで、磁石ユニット１７０をＸ−Ｙ平面内で（Ｘ−Ｙ平面に平行な方向へ）移動させることが可能となっている。

他方、一対の第２コイル１８２は、板状磁石１７１，１７２のＺ軸方向負側（図６の下側）の主面に対向するように配置されている。第２コイル１８２は、全体として実質的な楕円形状に巻かれており、その長軸方向が板状磁石１７１，１７２の長手方向に沿っている。一対の第２コイル１８２は、それぞれ２つの板状磁石１７１，１７２に対向するように配置されている。さらに一対の第２コイル１８２の長手方向部分は、板状磁石１７１，１７２の幅方向の両端部に対向するように配置されている。このため、板状磁石１７１，１７２のＺ軸方向負側の主面に対して平行な磁場Ｍ２が第２コイル１８２の長手方向部分のコイルと鎖交する。第２コイル１８２が給電されることで発生する電流は、磁場Ｍ２と鎖交するため、Ｚ軸方向への推力が発生することになる。

すなわち、一対の第２コイル１８２の電流を制御することで、磁石ユニット１７０をＺ軸方向に移動させることができる。

そして、全ての磁石ユニット１７０における第１コイル１８１及び一対の第２コイル１８２の電流を複合的に制御すれば、レンズ保持部１４０のＺ軸に対する姿勢を制御することが可能である。具体的には、レンズ保持部１４０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向、Ｚ軸周りの回転方向の６自由度で移動することができる。

磁石ユニット１７０、第１コイル１８１及び第２コイル１８２は、収差補正用駆動部１２０を構成する。

図７は、実施の形態１に係る光学系駆動装置１００の各片部に取り付けられた光透過部１５０を示す斜視図である。図７においては、光透過部１５０のみを示している。光透過部１５０は、光を集光する集光体である。例えばシリンドリカルレンズである。本実施の形態では凸型のシリンドリカルレンズを例示して説明する。しかし、光を集光するのであれば、凹型のシリンドリカルレンズを用いることも可能である。第１片部１４１に取り付けられた光透過部（第１光透過部１５０ａ）は、その軸心１５１がＹ軸方向に沿っており、凸面１５２がＺ軸方向負側を向いている。また、第１光透過部１５０ａにおける凸面１５２とは反対側の平面１５３は、レンズ４２ａ，４２ｂの光軸に直交する平面に平行となっている。第２片部１４２に取り付けられた光透過部（第２光透過部１５０ｂ）においても同じである。

第３片部１４３に取り付けられた光透過部（第３光透過部１５０ｃ）は、その軸心１５１がＸ軸方向に沿っており、凸面１５２がＺ軸方向負側を向いている。第３光透過部１５０ｃにおける凸面１５２とは反対側の平面１５３は、レンズ４２ａ，４２ｂの光軸に直交する平面に平行となっている。

図２〜図５に示すように、第４片部１４４は、レンズ保持部１４０の周縁部からＸ軸方向に沿って突出している。第４片部１４４は、レンズ鏡筒３に固定された規制部１６０に係合されている。

図８は、実施の形態１に係る光学系駆動装置１００の第４片部１４４と規制部１６０とを示す斜視図である。図９は、実施の形態１に係る光学系駆動装置１００の第４片部１４４と規制部１６０とを示す正面図である。

第４片部１４４は、本体部１５５と、アーム部１５６と、軸部１５７とを備えている。

本体部１５５は、レンズ保持部１４０の端部からＸ軸方向に沿って突出している。アーム部１５６は、本体部１５５の先端部から外方に向けて延び出ている。アーム部１５６は、本体部１５５よりもＹ軸方向の幅が狭く形成されている。軸部１５７は、実質的な球状に形成され、球面を備えた突部であり、アーム部１５６の先端部に設けられている。軸部１５７の直径は、アーム部１５６のＹ軸方向の幅よりも広い。また、アーム部１５６のＹ軸方向の中心は、軸部１５７の中心に重なっている。これにより、軸部１５７のＹ軸方向の両端部は、アーム部１５６から同じ幅だけ突出している。

規制部（第２部材）１６０は、レンズ保持部１４０の移動可能な自由度のうち、一つの自由度の移動を規制する。具体的には、規制部１６０は、Ｚ軸周りの回転方向におけるレンズ保持部１４０の移動を規制する。これにより、レンズ保持部１４０は、５自由度に移動可能となる。

規制部１６０は、レンズ保持部１４０の近傍であって、第４片部１４４に対向する位置に固定されている。規制部１６０は、基部１６１と、支持部１６２とを備える。基部１６１は、レンズ鏡筒３内の支持体（図示省略）からＺ軸方向に沿って立設している。支持部１６２は、基部１６１の先端部からレンズ保持部１４０に向けてＸ軸方向に沿って延在している。支持部１６２は、軸部１５７を収容する収容凹部１６３を有する。収容凹部１６３は、支持部１６２のＸ軸方向正側の先端面からＸ軸方向負側に向けて凹んでおり、Ｚ軸方向に対しても開放されている。収容凹部１６３をなす、Ｙ軸方向に対向する一対の平面１６４，１６５は、互いに平行であり、それぞれＺ−Ｘ平面に平行である。つまり、収容凹部１６３においてはＹ軸方向の幅Ｈがほぼ全体にわたって一様である。一対の平面１６４，１６５は、互いにＹ軸方向で軸部１５７を点接触で挟む。対向する一対の平面１６４，１６５は、当該軸部１５７に当接する幅Ｈで離間している。つまり、軸部１５７は、外表面をなす球面が一対の平面１６４，１６５を摺動することにより、一対の平面１６４，１６５内であれば、Ｘ軸方向とＺ軸方向とに並進することができる。さらに、３次元直交座標系の基準を軸部１５７の中心とした場合、軸部１５７は、外表面をなす球面が一対の平面１６４，１６５を摺動することにより、一対の平面１６４，１６５に挟まれた状態でＸ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向、Ｚ軸周りの回転方向に移動することができる。

つまり、３次元直交座標系の基準を軸部１５７の中心とした場合、軸部１５７は、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向、Ｚ軸周りの回転方向の５自由度で移動可能である。

ここでは軸部１５７の移動可能な自由度を説明した。しかし、レンズ保持部１４０に保持されたレンズ４２ａ，４２ｂから見ると、移動可能な自由度は異なる。軸部１５７のＹ軸方向への移動が規制部１６０によって規制されているために、３次元直交座標系の基準をレンズ保持部１４０又はレンズ４２ａの中心とした場合、レンズ保持部１４０は光軸（Ｚ軸）周りの回転ができない。また、軸部１５７のＹ軸方向の移動が規制されていたとしても、軸部１５７を基準としたＺ軸周りでレンズ保持部１４０を回転させつつ、軸部１５７をＸ軸方向に移動させると、レンズ保持部１４０をＹ軸方向に移動させることができる。

このように、３次元直交座標系の基準をレンズ４２ａの中心とした場合、レンズ保持部１４０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向の５自由度で移動することができる。

なお、図示しないが、収容凹部１６３内から軸部１５７が外れないように、レンズ鏡筒３内には、軸部１５７の収容凹部１６３からの抜けを防止する規制片が設けられている。

発光部１３１は、光透過部１５０に向けて光を照射するものであり、例えばレーザー光を照射するレーザーダイオードである。発光部１３１は、図２〜図４に示すように、３つ備えられている。発光部１３１の各々は、光透過部１５０のＺ軸方向正側で、光透過部１５０に向けて光を照射するように配置されている。なお、発光部１３１としてはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いることも可能である。

光検出器１３２は、発光部１３１から照射され、光透過部１５０を通った光を受光し、受光した光に基づく受光信号を出力する。光検出器１３２は、例えば４分割式のフォトディテクタであり、各分割領域で受光した光の光量を電圧に変換してその電圧を受光信号として外部に出力する。受光信号は、光があたった面積が大きいほど大きな値となる。光検出器１３２は、発光部１３１と組をなすように、３つ設けられている。各光検出器１３２は、光透過部１５０を介して発光部１３１に対向して配置されている。各光検出器１３２の受光面には、発光部１３１から照射されて光透過部１５０を通った光のスポットが形成される。

発光部１３１及び光検出器１３２は、レンズ鏡筒３内の支持体（図示省略）に固定されており、互いの相対的な位置関係は変動しない。

図１０は、実施の形態１に係る光学系駆動装置１００の各光検出器１３２の配置例を模式的に示す正面図である。

各光検出器１３２は、分割境界線Ｌ１，Ｌ２を備える。分割境界線Ｌ１，Ｌ２は、受光面の中央で直交するように設けられて、受光面を均等に４分割している。

図１０に示すように、光検出器１３２は、分割境界線Ｌ１と分割境界線Ｌ２とがそれぞれＸ軸とＹ軸とに対し４５度ずれるように、配置されている。

図１１Ａは、実施の形態１に係る光学系駆動装置１００の第１光透過部１５０ａ（図７）がＺ軸方向に移動することにより、第１光透過部１５０ａを透過した光のスポットが光検出器１３２の受光面でどのように変化したかを示す説明図である。図１１Ｂは、同第１光透過部１５０ａがＺ軸方向の基準位置に移動することにより、第１光透過部１５０ａを透過した光のスポットが光検出器１３２の受光面でどのように変化したかを示す説明図である。図１１Ｃは、同第１光透過部１５０ａがＺ軸方向正側に移動することにより、第１光透過部１５０ａを透過した光のスポットが光検出器１３２の受光面でどのように変化したかを示す説明図である。

図１１Ｂに示すように、第１光透過部１５０ａがＺ軸方向の基準位置にいる場合には、第１光透過部１５０ａを透過した光は、受光面で実質的な円のスポットＰを形成する。第１光透過部１５０ａは、その軸心１５１がＹ軸方向に沿ったシリンドリカルレンズであるために、Ｘ軸方向の焦点位置とＹ軸方向の焦点位置がずれて非点収差が発生する。よって、スポットＰの形状は光軸（Ｚ軸方向）の距離によって変化する。具体的に、第１光透過部１５０ａがＺ軸方向負側に移動した場合、つまり、光検出器１３２に近づいた場合には、スポットＰは図１１Ａのような楕円形状となる。他方、Ｚ軸方向正側に第１光透過部１５０ａが移動した場合、つまり、光検出器１３２から遠ざかった場合には、スポットＰは図１１Ｃのような楕円形状となる。第１光透過部１５０ａが基準位置からＺ軸方向の正側若しくは負側に移動するかによって、スポットＰの楕円形状の長手方向が９０度ずれる。

そして、図７に示す第１光透過部１５０ａがＹ軸方向に移動したり、Ｘ軸周りに回転したとしても、第１光透過部１５０ａの軸心１５１がＹ軸方向に沿っているために、スポットＰの位置及び形状に変動はない。第１光透過部１５０ａがＸ軸方向に移動したり、Ｙ軸周りに回転した場合には、スポットＰの位置がＸ軸方向に移動する。これは、第２光透過部１５０ｂを透過し、第２光検出器１３２ｂの受光面に形成されるスポットにおいても同様である。

また、図７に示す第３光透過部１５０ｃは、その軸心１５１がＸ軸方向に沿っているために、第３光透過部１５０ｃがＸ軸方向に移動したり、Ｙ軸周りに回転したとしても、スポットの位置及び形状に変動はない。第３光透過部１５０ｃがＹ軸方向に移動したり、Ｘ軸周りに回転した場合には、スポットの位置がＹ軸方向に移動する。

これらのことから、以下の式（１）〜式（６）の関係が成り立つ。

具体的には、図１０に示すように、ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１は、第１光透過部１５０ａ（図７）に対向する第１光検出器１３２ａの各分割領域の受光信号（電圧値）である。ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２は、第２光透過部１５０ｂ（図７）に対向する第２光検出器１３２ｂの各分割領域の受光信号である。ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３は、第３光透過部１５０ｃ（図７）に対向する第３光検出器１３２ｃの各分割領域の受光信号である。

また、以下において、ｘはレンズ４２ａ，４２ｂの中心のＸ座標を示す変数である。ｙはレンズ４２ａ，４２ｂの中心のＹ座標を示す変数である。ｚはレンズ４２ａ，４２ｂの中心のＺ座標を示す変数である。θｘはレンズ４２ａ，４２ｂの中心のＸ軸周りの角度を示す変数である。θｙはレンズ４２ａ，４２ｂの中心のＹ軸周りの角度を示す変数である。また、α１，α２，α３，β１１，β１２，β２１，β２２，γ１，γ２は、補正係数である。補正係数は、種々の実験、シミュレーション等によって適切な値が求められている。

ＰＤ１１＝ａ１−ｄ１＝α１×ｘ＋β２１×θｙ・・・（１）
ＰＤ１２＝ａ１＋ｄ１−（ｂ１＋ｃ１）＝α３×ｚ＋β１２×θｘ・・・（２）
ＰＤ２１＝ａ２−ｄ２＝α１×ｘ＋β２１×θｙ・・・（３）
ＰＤ２２＝ａ２＋ｄ２−（ｂ２＋ｃ２）＝α３×ｚ−β１２×θｘ・・・（４）
ＰＤ３１＝ｃ３−ｂ３＝α２×ｙ＋β１１×θｘ・・・（５）
ＰＤ３２＝ａ３＋ｄ３−（ｂ３＋ｃ３）＝α３×ｚ＋β２２×θｙ・・・（６）
これら式（１）〜式（６）を解くと以下の式（７）〜式（１１）の関係が導き出される。

θｘ＝γ１×（ＰＤ１２−ＰＤ２２）・・・（７）
θｙ＝γ２×（ＰＤ３２−（ＰＤ１２＋ＰＤ２２／２））・・・（８）
ｘ＝ＰＤ１１−β２×θｙ＝（ＰＤ１１−β２１×γ２×（ＰＤ３２−（ＰＤ１２＋ＰＤ２２／２）））／α１・・・（９）
ｙ＝ＰＤ３１−β１×θｘ＝（ＰＤ３１−β１１×γ１×（ＰＤ１２−ＰＤ２２））／α２・・・（１０）
ｚ＝（ＰＤ１２＋ＰＤ２２）／（２×α３）・・・（１１）
レンズ制御部３６は、各光検出器１３２から出力された受光信号と、上述の関係式（１）〜（１１）とに基づいて演算し、レンズ保持部１４０の各自由度の位置を検出する。レンズ制御部３６は各自由度の位置を演算する演算部である。また、発光部１３１と、光検出器１３２と、レンズ制御部３６とにより検出部２００が構成される（図１参照）。

［１−２．動作］
以上のように構成されたデジタルカメラ１について、その動作を以下に説明する。

図１２は、実施の形態１に係るデジタルカメラ１の制御部２２が実行する撮影処理の流れを示すフローチャートである。

図１２に示すように、制御部２２は、ズームレバーからズーム操作が行われると、その操作の間、レンズ制御部３６を介してズーム用駆動部３１を制御し、第１レンズ群４１を光軸に沿って移動させる（ステップＳ１）。制御部２２は、ズーム操作が完了した際のズームエンコーダ３３からの出力結果に基づいて、第１レンズ群４１のズーム位置を認識し、記憶する（ステップＳ２）。

次いで、制御部２２は、シャッターボタンからオートフォーカス操作が行われると、その操作の間、レンズ制御部３６を介してフォーカス用駆動部３２を制御し、第３レンズ群４３を光軸に沿って移動させる（ステップＳ３）。制御部２２は、フォーカスエンコーダ３４からの出力結果に基づいて、第３レンズ群４３の合焦位置を認識し、記憶する（ステップＳ４）。

次いで、制御部２２は、第１レンズ群４１のズーム位置と、第３レンズ群４３の合焦位置とから、第２レンズ群４２の位置補正値を算出する（ステップＳ５）。

次いで、制御部２２は、第２レンズ群４２の位置補正値をレンズ制御部３６に出力し、レンズ制御部３６に姿勢制御処理を実行させる（ステップＳ６）。

図１３は、実施の形態１に係る光学系駆動装置１００のレンズ制御部３６が実行する姿勢制御処理の流れを示すフローチャートである。

図１３に示すように、レンズ制御部３６は、取得した位置補正値に基づいて、全ての磁石ユニット１７０における第１コイル１８１及び第２コイル１８２の電流を制御する（ステップＳ６１）。具体的には、レンズ制御部３６は、位置補正値から、５自由度のそれぞれの補正値を求め、その各自由度の補正値から全ての磁石ユニット１７０における第１コイル１８１及び第２コイル１８２の電流値を決定する。

これにより、レンズ保持部１４０が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向の５自由度で移動する（ステップＳ６２）。

次いで、レンズ制御部３６は、レンズ保持部１４０の各自由度の位置を検出する（ステップＳ６３）。具体的には、レンズ制御部３６は、各発光部１３１を発光させて、各発光部１３１から各光透過部１５０を介して各光検出器１３２に光を照射する。これにより、各光検出器１３２から各分割領域の受光信号がレンズ制御部３６に出力される。レンズ制御部３６は、この受光信号と上述の関係式とに基づいて演算し、レンズ保持部１４０の各自由度の位置を検出する。

次いで、レンズ制御部３６は、検出したレンズ保持部１４０の各自由度の位置が、位置補正値に基づく各自由度の位置と一致しているか否かを判定する（ステップＳ６４）。

ステップＳ６４で一致していると判定した場合（ステップＳ６４でＹｅｓ）には、レンズ制御部３６は、姿勢制御処理を終了して、図１２に示すステップＳ７に移行する。

ステップＳ６４で一致していないと判定した場合（ステップＳ６４でＮｏ）には、レンズ制御部３６は、検出したレンズ保持部１４０の各自由度の位置から新たな位置補正値を算出し（ステップＳ６５）、ステップＳ６１に移行する。

図１２に示すように、ステップＳ７では、制御部２２はシャッターボタンが完全に押下されれば撮像を実行する。

［１−３．効果等］
以上のように、本実施の形態によれば、球面を備えた突部である軸部１５７の球面が、平行な一対の平面１６４，１６５に点接触している。球面が一対の平面１６４，１６５を摺動することにより、軸部１５７は一対の平面１６４，１６５内において面方向に２自由度の並進移動が可能である。さらに、球面が一対の平面１６４，１６５を摺動することにより、軸部１５７は一対の平面１６４，１６５内において３自由度の軸周りの回転移動が可能である。このように簡単な構成で５自由度の移動を可能としている。また、機構の簡素化が可能であれば、レンズ鏡筒３の小型化を図ることができる。

また、突部である軸部１５７を有するレンズ保持部１４０が、所定の位置に固定された規制部１６０に対して相対的に移動するので、レンズ保持部１４０を５自由度に移動可能とすることができる。

また、軸部１５７がレンズ保持部１４０の端部に設けられているので、軸部１５７を基準にした自由度と、レンズ保持部１４０を基準にした自由度とを異ならせることができる。具体的には、上述したように軸部１５７を基準にした場合には、軸部１５７は、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向、Ｚ軸周りの回転方向の５自由度で移動可能である。他方、レンズ保持部１４０を基準にした場合には、レンズ保持部１４０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向の５自由度で移動可能である。

以上のように、本実施の形態の支持機構１１０に相当する多自由度支持機構は、球面を備えた軸部１５７に相当する突部を有するレンズ保持部１４０に相当する第１部材と、突部を挟んで対向する平行な一対の平面１６４，１６５を有する規制部１６０に相当する第２部材とを備える。また、球面が一対の平面１６４，１６５を摺動することにより、第１部材及び第２部材の一方は、他方に対して相対的な移動が可能である。また、一対の平面１６４，１６５は、球面に対して接触している。また、相対的な移動は、一対の平面１６４，１６５内において面方向に２自由度の並進移動と、３自由度の軸周りの回転移動とを含む。これにより、多自由度支持機構は、簡単な構成で５自由度の移動が可能となる。

また、レンズ保持部１４０に相当する第１部材は所定の位置に固定されていてもよい。これにより、第１部材を５自由度に移動可能とすることができる。

また、規制部１６０に相当する第２部材の端部に一対の平面１６４，１６５が設けられていてもよい。これにより、軸部１５７は、簡単な構成で５自由度の移動が可能となる。

また、本実施の形態の光学装置は、多自由度支持機構と、第１部材に保持されたレンズ４２ａ，４２ｂとを有してもよい。これにより、光学装置は、簡単な構成で５自由度の移動が可能となる。

（実施の形態２）
［２−１．構成］
以下、図１４，図１５を用いて、実施の形態２を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付し、同様の構成及び動作については説明を省略する場合がある。

図１４は、実施の形態２に係る光学系駆動装置１００Ａの斜視図であり、符号１１０Ａは、本実施の形態に係る支持機構を示す。図１５は、第４片部と規制部とを示す斜視図である。

図１４，図１５に示すように、支持機構１１０Ａにおける規制部１６０Ａは、基部１６１ａと、アーム部１６２ａと、軸部１６６ａとを備える。基部１６１ａは、側面視Ｌ字状に形成されていて、レンズ鏡筒３内の支持体（図示省略）からＺ軸方向に沿って立設している。アーム部１６２ａは、基部１６１のＸ軸方向正側の側面からレンズ保持部１４０に向けてＸ軸方向に沿って延在している。軸部１６６ａは、実質的な球状に形成された突部であり、アーム部１６２ａの先端部に設けられている。軸部１６６ａの直径は、アーム部１６２ａのＹ軸方向の幅よりも広い。また、アーム部１６２ａのＹ軸方向の中心は、軸部１６６ａの中心に重なっている。これにより、軸部１６６ａのＹ軸方向の両端部は、アーム部１６２ａから同じ幅だけ突出している。

レンズ保持部１４０Ａの第４片部１４４Ａは、軸部１６６ａを収容する収容凹部１８３を有する。収容凹部１８３は、第４片部１４４ＡのＸ軸方向負側の先端面からＸ軸方向正側に向けて凹んでおり、Ｚ軸方向に対しても開放されている。収容凹部１８３をなす、Ｙ軸方向に対向する一対の平面１８４，１８５は、互いに平行であり、それぞれＺ−Ｘ平面に平行である。つまり、収容凹部１８３においてはＹ軸方向の幅Ｈ１がほぼ全体にわたって一様である。一対の平面１８４，１８５は、互いにＹ軸方向で軸部１６６ａを点接触で挟んで、当該軸部１６６ａに当接するように幅Ｈ１で対向している。軸部１６６ａは、外表面をなす球面が一対の平面１８４，１８５を摺動することにより、一対の平面１８４，１８５内であれば、Ｘ軸方向とＺ軸方向とに並進することができる。換言すると、第４片部１４４Ａは、軸部１６６ａによってＸ軸方向とＺ軸方向とに並進することができる。

さらに、３次元直交座標系の基準を軸部１６６ａの中心とした場合、軸部１６６ａは、外表面をなす球面が一対の平面１８４，１８５を摺動することにより、一対の平面１８４，１８５に挟まれた状態でＸ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向、Ｚ軸周りの回転方向に移動することができる。換言すると、第４片部１４４Ａは、軸部１６６ａによってＸ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向、Ｚ軸周りの回転方向に移動することができる。

このように、３次元直交座標系の基準を軸部１６６ａの中心とした場合、第４片部１４４Ａは、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向、Ｚ軸周りの回転方向の５自由度で移動可能である。

ここでは第４片部１４４Ａの移動可能な自由度を説明した。しかし、レンズ保持部１４０Ａに保持されたレンズ４２ａ，４２ｂから見ると、移動可能な自由度は異なる。第４片部１４４ＡのＹ軸方向への移動が規制部１６０Ａによって規制されているために、３次元直交座標系の基準をレンズ保持部１４０Ａ又はレンズ４２ａの中心とした場合、レンズ保持部１４０Ａは光軸（Ｚ軸）周りの回転ができない。また、第４片部１４４ＡのＹ軸方向の移動が規制されていたとしても、軸部１６６ａを基準としたＺ軸周りでレンズ保持部１４０Ａを回転させつつ、第４片部１４４ＡをＸ軸方向に移動させると、レンズ保持部１４０ＡをＹ軸方向に移動させることができる。

このように、３次元直交座標系の基準をレンズ４２ａの中心とした場合、レンズ保持部１４０Ａは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向の５自由度で移動することができる。

［２−２．効果等］
以上のように、本実施の形態によれば、実質的な球状の突部である軸部１５７を有する規制部１６０Ａに対して、レンズ保持部１４０が相対的に移動するので、レンズ保持部１４０を５自由度に移動可能とすることができる。

また、一対の平面１８４，１８５がレンズ保持部１４０Ａの端部に設けられているので、軸部１６６ａを基準にした自由度と、レンズ保持部１４０Ａを基準にした自由度とを異ならせることができる。具体的には、上述したように第４片部１４４Ａを基準にした場合には、第４片部１４４Ａは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向、Ｚ軸周りの回転方向の５自由度で移動可能である。他方、レンズ保持部１４０Ａを基準にした場合には、レンズ保持部１４０Ａは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向の５自由度で移動可能である。

以上のように、本実施の形態の光学装置は、支持機構１１０に相当する多自由度支持機構と、レンズ保持部１４０に相当する第２部材に保持されたレンズ４２ａ，４２ｂとを有してもよい。これにより、光学装置は、簡単な構成で５自由度の移動が可能となる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１，２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

実施の形態１，２では、光学系駆動装置１００がレンズを移動させる場合を例示して説明したが、その他の光学素子を移動させることに用いることも可能である。レンズ以外の光学素子としては例えば鏡、導光板などが挙げられる。

また、実施の形態１，２では、光学装置としてデジタルカメラ１などの撮像装置を例示して説明したが、その他の光学装置であってもよい。その他の光学装置としては、プロジェクタなどの投影装置が挙げられる。

また、支持機構１１０は、光学系駆動装置１００以外の駆動装置に設けられていてもよい。支持対象を５自由度で移動させる機構が備わった装置に対しては、本開示の支持機構１１０を適用することが可能とである。

また、軸部１５７は、全体が球状でなくとも実質的な球状であればよい。具体的には、軸部１５７は、少なくとも一対の平面１６４，１６５が当接可能な範囲だけ球面に形成されていればよい。より詳細には、軸部１５７がＸ軸周り、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りの各自由度で回転移動する際に、その回転移動の範囲をなす表面部分が少なくとも球面であればよい。つまり、回転移動の範囲をなす表面部分が球面であれば、その他の表面部分は軸部１５７の摺動を妨げない範囲で非球面であってもよい。「実質的な球状」とはそのような形状も含む。

また、実施の形態１，２では、レンズ保持部１４０を移動させる駆動部として、磁石ユニット１７０、第１コイル１８１及び第２コイル１８２を備えた収差補正用駆動部１２０を例示して説明した。駆動部は、移動可能な自由度に対してレンズ保持部１４０（移動体）を移動させるものであればよい。例えば、モータを用いた多自由度アクチュエータを駆動部として用いてもよい。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、支持対象を５自由度で移動可能とする多自由度支持機構及びそれを備える光学系駆動装置に適用可能である。具体的には、デジタルカメラ、ムービー、プロジェクタなどに、本開示は適用可能である。

１ デジタルカメラ（光学装置）
２ カメラ本体
３ レンズ鏡筒
４ 光学系
５ 光軸
２１ 撮像素子
２２ 制御部
３１ ズーム用駆動部
３２ フォーカス用駆動部
３３ ズームエンコーダ
３４ フォーカスエンコーダ
３６ レンズ制御部
４１ 第１レンズ群
４２ 第２レンズ群
４２ａ レンズ
４２ｂ レンズ
４３ 第３レンズ群
１００ 光学系駆動装置
１１０ 支持機構
１１０Ａ 支持機構
１２０ 収差補正用駆動部
１３１ 発光部
１３２ 光検出器
１３２ａ 第１光検出器
１３２ｂ 第２光検出器
１３２ｃ 第３光検出器
１４０ レンズ保持部（第１部材）
１４０Ａ レンズ保持部
１４１ 第１片部
１４２ 第２片部
１４３ 第３片部
１４４ 第４片部
１４４Ａ 第４片部
１４５ 枠体
１４６ 枠体
１４７ 枠体
１４８ 枠体
１５０ 光透過部
１５０ａ 第１光透過部
１５０ｂ 第２光透過部
１５０ｃ 第３光透過部
１５１ 軸心
１５２ 凸面
１５３ 平面
１５５ 本体部
１５６ アーム部
１５７ 軸部（突部）
１６０ 規制部
１６０Ａ 規制部
１６１ 基部
１６１ａ 基部
１６２ 支持部
１６２ａ アーム部
１６３ 収容凹部
１６４ 平面
１６５ 平面
１６６ａ 軸部
１７０ 磁石ユニット
１７１ 板状磁石
１７２ 板状磁石
１８１ 第１コイル
１８２ 第２コイル
１８３ 収容凹部
１８４ 平面
１８５ 平面
２００ 検出部

Claims (9)

1. 球面を備えた突部を有する第１部材と、
   前記突部を挟んで対向する平行な一対の平面を有する第２部材と、
   を備え、
   前記球面が前記一対の平面を摺動することにより、前記第１部材及び前記第２部材の一方は、他方に対して相対的な移動が可能であり、
   前記一対の平面は、前記球面に対して接触しており、
   前記相対的な移動は、前記一対の平面内において面方向に２自由度の並進移動と、３自由度の回転移動とを含む
   多自由度支持機構。
2. 前記第２部材は所定の位置に固定されており、
   前記第１部材は前記第２部材に対して移動可能である、
   請求項１に記載の多自由度支持機構。
3. 前記第１部材の端部に前記突部が設けられている
   請求項２に記載の多自由度支持機構。
4. 前記第１部材は所定の位置に固定されており、
   前記第２部材は前記第１部材に対して移動可能である、
   請求項１に記載の多自由度支持機構。
5. 前記第２部材の端部に前記一対の平面が設けられている
   請求項４に記載の多自由度支持機構。
6. 前記第１部材又は前記第２部材は、光学素子を保持可能な光学素子保持部を有し、
   前記光学素子保持部は、前記相対的移動により、光軸である第１軸に沿った方向と、前記第１軸に直交する平面内であって前記第１軸に直交する第２軸に沿った方向と、前記平面内において前記第２軸と直交する第３軸に沿った方向とに変位可能である、
   請求項１に記載の多自由度支持機構。
7. 更に、前記光学素子保持部は、前記相対的移動により、前記第２軸周りの回転方向と、前記第３軸周りの回転方向と、に変位可能である、
   請求項６に記載の多自由度支持機構。
8. 請求項１に記載の多自由度支持機構と、
   前記第１部材又は前記第２部材に保持された光学素子とを有する
   レンズ鏡筒。
9. 請求項８に記載のレンズ鏡筒と、
   前記レンズ鏡筒の光学系を介して像を取得又は投影する本体部と、
   を備える光学装置。

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