JP2017181876A - 防振装置およびそれを有するレンズ装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アクチュエータを有する防振装置において、光軸周りにレンズ移動枠が回転し、位置制御が働いた際、光軸がズレる。【解決手段】 防振装置は、防振レンズを光軸に垂直な平面内で移動させるレンズ装置の防振装置であって、固定筒と、前記防振レンズを保持し、前記固定筒に対して前記防振レンズの光軸に垂直な平面内で移動可能なレンズ移動枠と、前記レンズ移動枠を前記固定筒に対して前記平面内で駆動するアクチュエータと、前記固定筒に対する前記レンズ移動枠の前記平面内での位置を検出するための、２つ以上のエンコーダと、を有し、前記エンコーダそれぞれは、前記光軸を中心とする半径方向の変位に対して最大の検出感度を有するように配置される。【選択図】 図７

Description

本発明は、アクチュエータを備えた防振装置に関し、特に防振装置の位置検出部の配置に関するものである。

従来、映像を取得するカメラに搭載される、レンズ系と撮像素子とから構成されるカメラモジュールにおいて、レンズをレンズ系の光軸と垂直な方向に駆動することにより、映像撮影時に発生する手振れの影響を低減する技術が知られている。これら手振れ補正機能を備えた光学系においては、レンズを光軸と垂直な方向に高速かつ高精度に駆動する必要があるため、ボイスコイルモータなどのアクチュエータを用いた防振装置が数多く提案されている。そして近年では、更なる防振性能の高精度化を目的として、圧電素子などの振動子の振動を利用した超音波モータを用いた防振装置が提案されている。これらは、超音波モータを複数配置して駆動を組み合わせ、移動体の２次元方向への移動を可能として２次元駆動装置を実現し、それらを用いて防振装置として使用している。その１つとして、次のような防振装置の構成が提案されている。

特許文献１では、超音波モータを４つ、検出部を３つ設けた防振装置の構成が提案されている。

特開２０１２−１３０２３１号公報

特許文献１の構成において、レンズ移動枠はメカ的に連結されているため、ガタが生じる。それらガタ成分により、レンズ移動枠が所望の位置よりズレた場合には、位置制御が働くことでレンズ移動枠を所望の位置へ戻そうとする。しかし、特許文献１のように、スケールの配置を、レンズ光軸からの放射線方向に対してスケールピッチ方向を垂直となるように配置した場合、次のような課題が生じる。

図１４、１５、１６、１７、１８を参照して、特許文献１の課題について説明する。特許文献１では、図１４、１５に示すように、スケールの配置を、レンズ光軸からの放射線方向２１、２２に対してスケールピッチ方向２４ａ、２４ｂを垂直となるようにスケール５ａ、５ｂを配置している。ここで、スケール５ａ、５ｂに示されている直線上の細線は、スケールピッチを示している。レンズ移動枠１は、メカ的に保持されているためガタを持つ。ここで、レンズ移動枠１が、ガタの範囲内で光軸を中心として回転した場合のエンコーダを構成するスケール５ａ、５ｂと、検出部１６ａ、１６ｂの位置関係を図１６に示す。レンズ移動枠１が回転したことにより、検出部の検出素子１７ａ、１７ｂと、スケール中心１８ａ、１８ｂがズレる。その際、不図示の位置制御装置は、レンズ移動枠１に付設されたスケール５ａ、５ｂのスケール中心１８ａ、１８ｂを、検出素子１７ａ、１７ｂに一致させるように不図示の超音波モータを駆動制御する。この制御により、レンズ移動枠１は、図１７の矢印２７、２８方向へ駆動される。このとき、図１８に示すように、スケール中心１８ａ、１８ｂと検出素子１７ａ、１７ｂが一致し、制御上はレンズ移動枠１が光軸へ復帰していると判別する。しかし、図１７に示すように、レンズ移動枠１は、矢印２７、２８の方向へ駆動されているため、実際の光軸は矢印２６方向へ移動する。従って、検出部１６ａ、１６ｂは、レンズ移動枠１が光軸へ復帰していると判別していても、実際の光軸は初期位置からズレるということが発生する。これらより、ガタ成分によってレンズ移動枠が回転して位置制御が働いた際、光軸がズレる。そしてこの影響により、防振性能低下が生じる。

そこで、本発明の目的は、部品構成を増やすことなく、レンズ移動枠の回転方向の敏感度を低くすることでガタ成分による光軸ズレを抑制し、防振性能を向上することのできる防振装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の防振装置は、防振レンズを光軸に垂直な平面内で移動させるレンズ装置の防振装置であって、固定筒と、前記防振レンズを保持し、前記固定筒に対して前記防振レンズの光軸に垂直な平面内で移動可能なレンズ移動枠と、前記レンズ移動枠を前記固定筒に対して前記平面内で駆動するアクチュエータと、前記固定筒に対する前記レンズ移動枠の前記平面内での位置を検出するための、２つ以上のエンコーダと、を有し、前記エンコーダそれぞれは、前記光軸を中心とする半径方向の変位に対して最大の検出感度を有するように配置される、ことを特徴とする。

本発明によれば、部品構成を増やすことなく、レンズ鏡筒の回転方向の敏感度を低くすることでガタ成分による光軸ズレを抑制し、防振性能を向上することのできる防振装置を提供することである。

防振装置を被写体側から見たときの斜視図 防振装置を撮像素子側から見たときの斜視図 レンズ移動枠を撮像素子側から見たときの正面図 図１からレンズ移動枠を外したときの被写体側から見たときの正面図 図４から中間板３２を光軸１００方向へズラした時の防振装置の斜視図 実施例１の防振装置を被写体側から見たときの正面図 実施例１のスケール配置を示した拡大図 ５においてレンズ移動枠を矢印２５方向へ２°回転させたときのエンコーダのスケールと検出部の拡大図 超音波モータの斜視図 図７から固定板を外したときの超音波モータの斜視図 図８から駆動スライダ、ボールを外したときの超音波モータの斜視図 実施例２の防振装置を被写体側から見たときの正面図 実施例２のスケール配置を示した拡大図 先行技術のスケール配置構成の防振装置 図１４の防振装置のスケール配置を示した拡大図 図１４においてレンズ移動枠を矢印２５方向へ回転させたときのエンコーダのスケールと検出部の拡大図 レンズ移動枠を回転後、位置制御が働いたときの防振装置の正面図 図１７におけるエンコーダのスケールと検出部の拡大図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施例における防振装置５０を被写体側から見た斜視図を示している。なお、図中に記載した一点鎖線は、本実施例の防振装置に装着される防振レンズの光軸１００の方向であり、該防振装置が装着されるレンズ装置の光軸の平行な方向を示す。図２は、本実施例における防振装置５０を撮像素子側から見た斜視図を示している。以後の説明においても、図１、２での説明と同様に、被写体側、撮像素子側という記載を用いるが、これは説明のための便宜上の記載であり、本発明の防振装置が必ずしもその記載の方向でレンズ装置に装着されなければならないことはない。説明の被写体側と撮像素子側が反対方向となるようにレンズ装置に装着されてもかまわない。図３は、レンズ移動枠１を撮像素子側から見た正面図を示している。図４は、図１の防振装置５０からレンズ移動枠１を外したときの被写体側から見た正面図を示している。図５は、図４から中間板３２を光軸１００方向へズラしたときの被写体側から見たときの斜視図を示している。図６は、防振装置５０を被写体側から見たときの正面図を示している。ここで、図６では、エンコーダの検出部１６ａ、１６ｂの対面側のレンズ移動枠１に付設されているスケール５ａ、５ｂを視図している。図７は、本実施例１のスケール５ａ、５ｂの配置を示した拡大図である。図９は、防振装置５０に配置される超音波モータ６０の斜視図を示している。図１０は図９に示される超音波モータ６０に対して、固定板１１を外したときの超音波モータ６０の斜視図、図１１は図１０に対して更に駆動スライダ８とボール１０を外したときの超音波モータ６０の斜視図を示している。

図９、１０、１１を参照して、防振装置５０に配置される超音波モータ６０について説明する。超音波モータ６０のベースとなるモータベース６には、振動子７が固定される。その上部に駆動スライダ８が、振動子７の突起部７ａ、７ｂに接触し配置される。駆動スライダ８には、駆動力をレンズ移動枠１に伝達するための出力軸９が矢印７０で示した駆動方向に対して垂直な方向に付設される。駆動スライダ８には、ボール１０が転動する転動溝１３が複数付設される。転動溝１３にボール１０が配置され、その上部から固定板１１がボール１０を介して、駆動スライダ８を振動子７の突起部７ａ、７ｂに押圧接触し、モータベース６に不図示のネジにより固定される。図示はしていないが、固定板１１の裏側にもボール１０が転動する転動溝が、駆動スライダ８の転動溝１３に対向するように付設されている。この転動溝１３とボール１０の案内作用により、駆動スライダ８の駆動方向が矢印７０方向に規制される。振動子７に、不図示の電圧供給手段により電圧を印加して駆動力を生じさせることにより、駆動スライダ８が前述の案内作用により、矢印７０方向に沿って移動する。

次に図１乃至５を参照して、防振機構について説明する。不図示の防振レンズ群は、レンズ移動枠１に保持される。レンズ移動枠１には、超音波モータ６０の駆動力を伝達する出力軸９が係合する係合溝１５が複数付設されている。今回の実施例において係合溝１５は貫通溝としているが、本実施例に適用される係合溝１５は貫通溝に限られたものではなく、貫通していない溝でもよい。固定筒２には、レンズ移動枠１の位置検出を行うためのエンコーダの検出部１６ａ、１６ｂが固定される。ここで、検出部１６ａ、１６ｂは、検出素子１７ａ、１７ｂの位置が光軸１００から等しい距離であって、光軸を中心とする９０度の位置関係となるようにそれぞれが配置される。レンズ移動枠１には、検出部１６ａ、１６ｂの対向する面にスケール５ａ、５ｂが付設されている。ここで、スケール５ａ、５ｂに示されている直線上の細線は、スケールピッチ（格子）を示している。

ここでは、レンズ移動枠１にスケール５ａ、５ｂが固定され、固定筒２に検出部１６ａ、１６ｂが固定された場合を例示するが、レンズ移動枠と固定筒のいずれか一方に固定されたスケールが固定され、他方に検出部された構成であれば、本発明の効果を享受することができる。

固定筒２には、レンズ移動枠１の光軸１００方向の移動を規制し、レンズ移動枠１を光軸１００に垂直な平面内で自在に移動可能となるよう周溝１４が光軸１００周りに複数付設されている。レンズ移動枠１には、固定筒２に設けられた周溝１４に係合するカムフォロワ４が、光軸１００周りに複数付設されている。固定筒２には、レンズ移動枠１の光軸周りの回転を規制するための回転規制機構３が付設される。この回転規制機構３について説明する。保持板３３は直溝が設けられ、固定筒２に固定される。中間板３２には、図５に示すようにベアリング３１が表側（実線）に縦並びで２つ、裏側（点線）に横並びで２つ付設される。そして、表側のベアリング３１はレンズ移動枠１に設けられた直溝に、裏側のベアリング３１は保持板３３に設けられた直溝にそれぞれ摺動可能に挿入される。この回転規制機構３により、レンズ移動枠１は光軸１００方向に垂直な平面で自在に平行移動し、光軸１００方向周りの回転が規制される。超音波モータ６０は、固定筒２に設けられた挿入孔１８に挿入され、不図示のネジにより固定筒２に固定される。図４に示されるように超音波モータ６０を固定し、この４つの超音波モータ６０の駆動を組み合わせることにより、レンズ移動枠１の２次元の駆動が可能となる。これらに、加速度センサや制御部が設けられることにより、防振装置が成り立つ。

図６、７、８を参照して、本実施例１について説明する。図７は、本実施例１におけるスケール５ａ、５ｂの配置を示す。図７に示すように、本実施例１では、スケール５ａ、５ｂのピッチ方向２３ａ、２３ｂを、光軸からの放射線方向２１、２２に対して、それぞれ平行となるように配置される。つまり、半径方向における移動に対してエンコーダの検出感度を有し、光軸を中心とする周方向における移動に対してエンコーダの検出感度を低くするようにスケールを構成する。言い換えると、半径方向における移動に対するエンコーダの検出感度を最大とし、光軸を中心とする周方向における移動に対するエンコーダの検出感度を最小とするようにスケールを構成する。ここで、レンズ移動枠１は回転規制機構３を介して固定筒２に連結されるため、ガタを持つ。そこで、課題において説明したように、レンズ移動枠１がそのガタの範囲内で光軸を中心として、矢印２５方向へ回転した場合を考える。そのときのスケール５ａ、５ｂと、検出部１６ａ、１６ｂ（検出素子１７ａ、１７ｂ）の位置関係を図８に示す。ここで、特許文献１のスケール配置の場合では、レンズ移動枠１が回転すると、スケール中心１８ａ、１８ｂと検出素子１７ａ、１７ｂが大きくズレ（回転方向の敏感度が高い）、そのズレを位置制御により制御した場合に光軸がズレてしまった。それに対して本実施例では、図８に示すように、レンズ移動枠１が回転しても、検出方向におけるスケール中心１８ａ、１８ｂと検出素子１７ａ、１７ｂのズレが非常に小さくなる（回転方向の敏感度が低くなる）。そのため、ここで位置制御が働いた場合でも、光軸のズレは小さくなる。ここで、レンズ移動枠１の回転角をθ、光軸から検出素子までの距離をＲとすると、そのときの光軸のズレΔＳ₁は以下となる。

また、特許文献１の構成の場合の、光軸ズレΔＳ₂は以下となる。

ここで（１）式と（２）式を比較した場合、例えばθ＝１°、Ｒ＝３０としたとき、ΔＳ₁＝０．００６５、ΔＳ₂＝０．７４となる。従って、本実施例を適用することで光軸のズレを大幅に低減することが可能となる。また、二方向の変位量を測定するエンコーダの検出部（検出素子）を、光軸からの距離が等しくなるように配置することにより、互いに直交する２方向での測定における光軸を中心とする周方向の鈍感度を同じ程度とすることができ、レンズ移動枠のガタ成分による光軸ズレを抑制し、防振性能を向上することができる。

図１２、１３を参照して、本実施例２について説明する。図１２は、本実施例２における防振装置の正面図を示している。ここで、図１２のレンズ移動枠１は透視図となっている。図１３は、本実施例２のスケール５ａ、５ｂの配置を示した拡大図である。本実施例２では、スケール５ａ、５ｂのスケールピッチを、光軸を中心とした円弧形状とする。これにより、レンズ移動枠１が回転した場合でも、検出方向におけるスケール中心１８ａ、１８ｂと検出素子１７ａ、１７ｂのズレを小さくすることができ、それに伴う光軸のズレが小さくなる。

以上のような構成とすることにより、部品構成を増やすことなく、レンズ鏡筒の回転方向の敏感度を低くすることでガタ成分による光軸ズレを抑制し、防振性能を向上することができる。

例示した実施例においては、レンズ移動枠にスケールを配置し、固定筒に検出部を配置するエンコーダとしたが、本発明はこれに限定されることはない。つまり、レンズ移動枠と固定筒のいずれか一方に固定されたスケールが固定され、他方に検出部された構成であれば、本発明の効果を享受することができる。したがって、レンズ移動枠に検出部を配置し、固定筒にスケールを配置するエンコーダであっても本発明の効果を得ることができる。本発明の本質的な効果は、スケールと検出部をレンズ移動枠及び固定筒のいずれに装着するかに関わらず享受することができる。スケールの格子（ピッチ方向）の配列方向が光軸を中心とする半径方向であること、及び、検出部（検出素子）は光軸位置からの距離が等しい位置に配置されること、検出部(検出素子)は光軸を中心とする９０度の位置関係となるように配置されることは、レンズ移動枠が固定筒に対する所定の基準位置（防振していない位置）にある場合を基準として適用すればよい。

上記の実施例に記載した防振装置を含むレンズ装置によって、さらには、該レンズ装置とそれによって形成された光学像を受光する撮像素子とを含む撮像装置によって、本発明の作用効果を享受することができるレンズ装置及び撮像装置を実現することができる。

以上、本発明に好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１： レンズ移動枠
２： 固定筒
５ａ、５ｂ： スケール
１６ａ、１６ｂ： 検出部
１７ａ、１７ｂ： 検出素子
５０： 防振装置
１００： 光軸

Claims (9)

1. 防振レンズを光軸に垂直な平面内で移動させるレンズ装置の防振装置であって、
   固定筒と、
   前記防振レンズを保持し、前記固定筒に対して前記防振レンズの光軸に垂直な平面内で移動可能なレンズ移動枠と、
   前記レンズ移動枠を前記固定筒に対して前記平面内で駆動するアクチュエータと、
   前記固定筒に対する前記レンズ移動枠の前記平面内での位置を検出するための、２つ以上のエンコーダと、
   を有し、
   前記エンコーダそれぞれは、前記光軸を中心とする半径方向の変位に対して最大の検出感度を有するように配置される、
   ことを特徴とする防振装置。
2. 前記エンコーダそれぞれは、前記レンズ移動枠と前記固定筒のいずれか一方に固定されたスケールと、他方に固定された検出部とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の防振装置。
3. 前記スケールは前記レンズ移動枠に固定され、前記検出部は前記固定筒に固定される、ことを特徴とする請求項２に記載の防振装置。
4. 前記検出部は、前記レンズ移動枠が前記固定筒に対し所定の基準位置にあるとき、前記光軸から等しい距離に配置される、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の防振装置。
5. 前記スケールは、前記レンズ移動枠が前記固定筒に対し所定の基準位置にあるとき、格子の配列している方向が前記光軸を中心とする半径方向となるように配列されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の防振装置。
6. 前記スケールを構成する格子の形状が、前記レンズ移動枠が前記固定筒に対し所定の基準位置にあるとき、前記光軸を中心とした円弧形状であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の防振装置。
7. 前記２つ以上のエンコーダの数は２つであり、
   前記２つのエンコーダそれぞれの検出部は、前記レンズ移動枠が前記固定筒に対し所定の基準位置にあるとき、前記光軸を中心に９０度の位置関係となるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の防振装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の防振装置を含むレンズ装置。
9. 請求項８に記載のレンズ装置と、該レンズ装置によって形成された光学像を受光する撮像素子とを含む撮像装置。

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