JP2021103271A - 手振れ補正機能付き撮像装置 - Google Patents

手振れ補正機能付き撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】屈曲光学系を有する撮像装置において、装置を大型化することなく防振機構を備えた撮像装置を提供する。【解決手段】光軸を折り曲げる反射部材を有する光学系であって、物体側より順に反射部材、撮像レンズ群、撮像素子を備え、第１光軸（Ｏ１)と第２光軸（Ｏ２)とで作られる平面に対し垂直な軸まわりの像振れは、前記反射部材の回動によって補正され、前記第１光軸まわりの像振れは、前記反射部材直後の第１レンズ群の移動によって補正される。【選択図】図２

Description

本発明は手振れ補正機能付き撮像装置に関する。
撮影技術の急速な発展に伴い、レンズ駆動装置は、数多くの撮影装置で広く応用されて
いる。レンズ駆動装置を各種の携帯式電子機器、例えば携帯電話、タブレットコンピュー
タ等に応用したものは、特に消費者に受け入れられている。
通常の携帯式電子機器に適応されたレンズ駆動装置の駆動機構は、一般的にコイルと磁石鋼とによって形成され、コイルがレンズキャリアの外周に固定されている。コイルへ電流を印加するとき、電磁力の作用によって、コイルは、レンズキャリアを動かしてレンズの光軸方向に沿って移動さることによって焦点を合わせることができる。また、ユーザが手で電子機器を持ちながら撮影する際に、手振れによるレンズ駆動装置の振れに対しては光軸に対して垂直方向へ駆動する事で振れを補正することが可能となる。しかしながら、例えば携帯式電子機器に搭載する小型の光学機器であって、光学全長の長いズーム光学系では携帯式電子機器にそのまま搭載することは難しく、屈曲などの構造を取る必要があった。
この屈曲の構造を用いた光学系では、光線を屈曲するためのプリズムを２軸に回転させて振れ補正を行うことがあるが、プリズム入射面の光軸と平行な軸で回転する場合、周辺像が回転してしまい、防振効果が得られない場合があった。
そのため、プリズム入射面の光軸および撮像レンズ群の光軸のそれぞれに垂直な軸方向のみプリズムを回動させ、他方の軸方向のブレ補正は撮像レンズをシフトさせる構造にすることにより、補正効果をあげることが可能となる。
しかし、撮像レンズ群全体をシフトさせることは重量および体積が増加し、アクチュエータのサイズアップとなることが考えられる。
したがって、シフトさせるレンズを最小限とすることができれば、撮像装置の小型化にも寄与することができる。
特開2014-66770号公報 特開2015-141401号公報
本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、屈曲光学系を有する撮像装置の手振れ補正において、撮像装置を大型化することのなく省スペースな防振機構を実現することを目的とする。
本発明の目的は以下のように実現された。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。
本発明は、撮像光学系に加わる振れに応じて、撮像光学系を構成する光学要素に像振れ抑制動作を行わせる撮像装置において、以下の構成を有することを特徴とする。撮像光学系の光学要素として、第１の光軸に沿って物体側から入射した光束を第２の光軸に沿う方向に反射する反射部材と、この反射部材よりも光軸方向に対し像面側に位置する撮像レンズ群を有する。前記撮像レンズ群の光軸と前記反射部材で反射される物体側の光軸とにより作られる平面に対し垂直な軸まわりの像振れは、前記反射部材の回動によって補正され、反射される物体側の光軸と平行な軸まわりの像振れは、前記反射部材直後の第１レンズ群で補正されることが可能である。
二つの可動部材には、可動部材を回動または移動させるアクチュエータが配置され、撮像光学系の加わる振れに応じて像振れ抑制動作を行わせる。
アクチュエータが永久磁石とコイルを有するボイスコイルモータである場合、可動部材のアクチュエータ支持部は、永久磁石とコイルのいずれかを支持する。
本発明の利点として、本発明の屈曲式撮像装置の防振機構が、撮像レンズ群の光軸と反射部材で反射される物体側の光軸とにより作られる平面に対し垂直な軸まわりの像振れは反射部材の回動、反射される物体側の光軸と平行な軸まわりの像振れは、反射部材直後の第１レンズ群で行うことで、反射部材のみで前記２軸の手振れ補正を行うよりも像面での性能影響を少なくすることができる。また、手振れ補正角に対して可動範囲を最小限に抑えることが出来るため、小型化が進む携帯式電子機器の中でより効率の良い防振機構をする目的が達成でき、撮像画像の品位が良くなる。
本発明の実施形態の屈曲式撮像装置を下方から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の前側カバー板と後側カバー板およびフレキシブル基板を除き、下方から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の前側カバー板と後側カバー板およびフレキシブル基板を除き、上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置を分解し、下方から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置を分解し、上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置を第１光軸と第２光軸で成す平面で切った断面図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置のプリズム防振ユニットを分解し下方から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置のプリズム防振ユニットを分解し上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の第１レンズ群の防振機構を分解し上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の第１レンズ群の防振機構を分解し下方から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の撮像素子ユニットを分解し上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の撮像素子ユニットを分解し下方から見た斜視図である。 本発明の屈曲式撮像装置を備えた携帯電子機器（携帯情報端末）である。
以下、図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。
図１〜図１２は、本発明の屈曲式撮像装置１００を示す図面である。
図１〜図１３は、本発明の実施形態に係る撮像装置とその構成要素を示している。
屈曲式撮像装置１００の撮像光学系は、対物側より反射部材であるプリズム２１、第１レンズ群３０、第２レンズ群４０、第３レンズ群５０、第４レンズ群６０、撮像素子７１で構成され、プリズム２１で光束を反射させる屈曲光学系となっている。
撮像光学系は、第２レンズ群４０および第３レンズ群５０をそれぞれ光軸方向へ移動させることにより撮影倍率を変化させるズーム光学系となっている。また、第４レンズ群６０は光軸方向へ移動することにより、撮影距離に応じてピント調整を行うオートフォーカスとして機能する。他の実施形態では、本発明は焦点固定の光学系にも適用する。
第１光軸Ｏ１に沿ってプリズム２１の入射面２１−ａに入射した被写体からの光束は、プリズム２１の反射面２１−ｂによって第２光軸Ｏ２に沿う方向に反射されて射出面２１−ｃから射出される。続いて光束は、第２光軸Ｏ２上に位置する第１レンズ群３０、第２レンズ群４０、第３レンズ群５０、第４レンズ群６０を通り、撮像素子７１の撮像面上に結像される。
屈曲式撮像装置１００は第１レンズ群３０、第２レンズ群４０、第３レンズ群５０を保持する撮像レンズ群保持枠であるハウジング１０を有する。図９、図１０に示すように、ハウジング１０は、プリズム２１およびプリズム防振ベースを含むプリズム防振ユニット８０を保持し、第１レンズ群防振機構を構成する上方固定部１１と、ズームレンズである第２レンズ群４０、第３レンズ群５０を組み込む前側開口部１２と、その反対側に開口する後側開口部１３と、第４レンズ群６０及び撮像素子を保持する撮像素子ユニット７０を固定する下方固定部１４とを有する。
上方固定部１１にプリズム２１を含むプリズム防振ユニット８０が固定され、前側開口部１２には第２レンズ群４０、第３レンズ群５０をそれぞれ保持する第２レンズ群枠４１、第３レンズ群枠５１が２本のシャフト１７で支持され、第２光軸Ｏ２に沿って進退可能に保持されている。下方固定部には第４レンズ群６０と撮像素子７１を保持する撮像素子ユニット７０が固定される。また、ハウジング１０の側面には第２レンズ群４０、第３レンズ群５０をそれぞれズーム動作させる２つのステッピングモータＡ、Ｂ（１８、１９）が固定されている。
ハウジング１０の前側開口部１２、後側開口部１３は、前側カバー板１５、後側カバー板１６（図１、図４、図５）によって塞がれる。
またハウジング１０の周囲には、電気部品を電気的に接続するためのフレキシブル基板９３が這いまわされ、外部基板と接続部までパターンが配線されている。
ズームレンズとして作用する第２レンズ群４０と第３レンズ群５０は、それぞれ第２レンズ群枠４１と第３レンズ群枠５１に保持され、ステッピングモータＡ、Ｂ（１８、１９）によって光軸方向へ進退可能となっている。ステッピングモータＡ、Ｂ（１８、１９）はその出力軸がリードスクリュとなっており、第２レンズ群枠４１、第３レンズ群枠５１の回転止め溝形状に係合したメネジを有するナット部材とネジ結合している。したがって、ステッピングモータＡ、Ｂ（１８、１９）に所定のパルスを入力すれば、パルスに応じた回転角度分を回転する。ナット部材は第２レンズ群枠４１および第３レンズ群枠５１により回転が規制されているため、上記所定の回転角を回転したリードスクリュによって、第２レンズ群枠４１および第３レンズ群枠５１は、ネジピッチと回転角によって算出される移動距離を光軸方向へ進退することができる。これにより、ズームステップに応じた群間隔を制御可能となる。
また、実施例におけるステッピングモータＡ、Ｂ（１８、１９）のパルス駆動はオープンループ制御であり、それぞれフォトセンサ９４による原点出しを行っている。
オートフォーカスとして機能する第４レンズ群６０は第４レンズ群枠６１に保持されている。第４レンズ群枠ホルダ６２には、第４レンズ群枠６１と２つの第４レンズ群オートフォーカス用永久磁石６３が固着されており、撮像素子ホルダ７２にはフレキシブル基板９３に接続された２つの第４レンズ群オートフォーカス用コイル６４と第４レンズ群オートフォーカス用ホールセンサ６５が固着され、ボイスコイルモータを構成している。また、第４レンズ群枠ホルダ６２と撮像素子ホルダ７２に互いに対向して設置された３箇所の第４レンズ群枠ホルダＶ溝６８と撮像素子ホルダＶ溝７３の間に、３つの第４レンズ群オートフォーカス用ボール６７が配置されており、第４レンズ群枠ホルダ６２が撮像素子ホルダ７２に対して光軸と平行な方向に沿って低摩擦で移動可能に構成されている。
また、２つの第４レンズ群オートフォーカス用永久磁石６３と対向する２つの第４レンズ群オートフォーカスコイル６４が接続されたフレキシブル基板９３の裏面には、第４レンズ群オートフォーカス用ヨーク６６が設置されており、第４レンズ群オートフォーカス用永久磁石との磁性により所定の位置（実施例では移動範囲の中心）に保持する磁気バネとして作用している。
撮像素子ホルダ７２は、ハウジング１０に固定された２本のシャフト１７に固定されるため、他レンズ群枠に対し、光軸を精度良く組み合わせることが可能である。
プリズムホルダ８１には、プリズム２１、２つのプリズム防振用永久磁石８３が固着されている。またプリズム反射面２１−ｃをカバーする面の外側には、回転軸となる２つのプリズム防振用ボール８７を保持するプリズムホルダ円錐溝部９１が２箇所設置されている。また、ベース部材であるプリズム防振ベース８２のプリズムホルダ円錐溝部９１に対向する面には、同じくプリズム防振ベース円錐溝部９２が構成されており、お互いがプリズム防振用ボール８７を介して当て付くことにより、低摩擦で精度良く回転することが可能となる。当て付け組立後、プリズムホルダ８１の円筒突起部に板バネ８９を位置決め固定をし、折り曲げられた４本の腕がプリズム防振ベース８２の突起部に、プリズムホルダ８１とプリズム防振ベース８２をお互いプリズム防振用ボール８７を当て付ける方向に付勢させることにより、姿勢差や衝撃によるボール落下を防止している。
プリズム防振ベース８２には、フレキシブル基板９３に接続された２つのプリズム防振用コイル８４と１つのプリズム防振用ホールセンサ８５が固定され、プリズムホルダ８１に固着された２つのプリズム防振用永久磁石８３とボイスコイルモータを構成している。
また、２つのプリズム防振用永久磁石８３と対向する２つのプリズム防振用コイル８４が接続されたフレキシブル基板９３の裏面にはプリズム防振ヨーク８６が設置されており、プリズム防振用永久磁石８３との磁性により所定の位置（実施例では移動範囲の中心）に保持する磁気バネとして作用している。
プリズムホルダ８１を組立後、ストッパーピン９０をプリズムホルダ８１に固定し、ストッパーピン９０の径よりも大きく開口したプリズム防振ベース８２の穴により、回転方向の移動量規制が可能となる。移動量は有効な補正量よりも若干大きく移動可能となるように設定されており、プリズム防振用ホールセンサ８５の校正に使用される。
プリズム防振ユニット８０は、ハウジング１０に固定された２本のシャフト１７に固定されるため、他レンズ群枠に対し、光軸を精度良く組み合わせることが可能である。
第１レンズ群３０は、第１レンズ群枠３１に保持され、２つの第１レンズ群防振用永久磁石３２が固着されている。ハウジング１０の上方固定部１１には、２つの第１レンズ群防振用永久磁石３２と対向する位置にフレキシブル基板９３に接続された２つの第１レンズ群防振用コイル３３と１つの第１レンズ群防振用ホールセンサ３４が固着されている。第１レンズ群枠３１はハウジング１０に対し左右方向にのみ移動可能にハウジング１０に設置された4箇所のハウジングＶ溝２０に第１レンズ群防振用ボール36を介して左右方向にのみ移動可能に構成されている。
また、２つの第１レンズ群防振用永久磁石３２と対向する２つの第１レンズ群防振用コイル３３が接続されたフレキシブル基板９３の裏面には２つの第１レンズ群防振用ヨーク３５が設置されており、第１レンズ群防振用永久磁石３２との磁性により、第１レンズ群枠３１をハウジング１０方向へ付勢し、所定の位置（実施例では移動範囲の中心）に保持する磁気バネとして作用している。
第１レンズ群枠３１は左右方向にのみ移動可能に構成されており、また、ボイスコイルモータを構成する第１レンズ群防振用永久磁石３２、第１レンズ群防振用コイル３３および第１レンズ群防振用ボール３６も第１レンズ群枠３１の移動方向に対して第１レンズ群を挟んだ両側に対称に配置されているため、撮像装置１００の厚みを増加させることなく、撮像装置１００の小型化に寄与することが可能となる。
また、図示しないが、第１レンズ群枠３１とハウジング１０の間にはその移動量を規制するストッパーが設けられており、手振れ補正量相当の移動量を確保し、また第１レンズ群防振用ホールセンサ３４の校正を行うことが可能である。
このように第１レンズ群枠３１はハウジング１０に対し外側から組み込むことができるため、組立やすくすることも達成している。
上述した屈曲式撮像装置１００は、たとえば図１３に示すいわゆるスマートフォン、いわゆるフィーチャーフォン、またはタブレット機器などの携帯情報機器２００用の撮像装置１００に用いられてもよい。
以上は、ただ本発明の好ましい実施形態に過ぎなく、本発明の保護範囲は、上記実施形
態に限定されたものではなく、本領域の技術者が本発明に開示された内容に基づき作られ
た同等の修正または変形は、すべて本願の特許請求の範囲に記載された本発明に含まれて
いる。
１０ … ハウジング
１１ … 上方固定部
１２ … 前側開口部
１３ … 後側開口部
１４ … 下方固定部
１５ … 前側カバー板
１６ … 後側カバー板
１７ … シャフト
１８ … ステッピングモータＡ
１９ … ステッピングモータＢ
２０ … ハウジングＶ溝
２１ … プリズム
２１−ａ … プリズム入射面
２１−ｂ … プリズム反射面
２１−ｃ … プリズム射出面
３０ … 第１レンズ群
３１ … 第１レンズ群枠
３２ … 第１レンズ群防振用永久磁石
３３ … 第１レンズ群防振用コイル
３４ … 第１レンズ群防振用ホールセンサ
３５ … 第１レンズ群防振用ヨーク
３６ … 第１レンズ群防振用ボール
３７ … 第１レンズ群枠Ｖ溝
４０ … 第２レンズ群
４１ … 第２レンズ群枠
５０ … 第３レンズ群
５１ … 第３レンズ群枠
６０ … 第４レンズ群
６１ … 第４レンズ群枠
６２ … 第４レンズ群枠ホルダ
６３ … 第４レンズ群オートフォーカス用永久磁石
６４ … 第４レンズ群オートフォーカス用コイル
６５ … 第４レンズ群オートフォーカス用ホールセンサ
６６ … 第４レンズ群オートフォーカス用ヨーク
６７ … 第４レンズ群オートフォーカス用ボール
６８ … 第４レンズ群枠ホルダＶ溝
７０ … 撮像素子ユニット
７１ … 撮像素子基板
７２ … 撮像素子ホルダ
７３ … 撮像素子ホルダＶ溝
８０ … プリズム防振ユニット
８１ … プリズムホルダ
８２ … プリズム防振ベース
８３ … プリズム防振用永久磁石
８４ … プリズム防振用コイル
８５ … プリズム防振用ホールセンサ
８６ … プリズム防振用ヨーク
８７ … プリズム防振用ボール
８８ … プリズム開口部シート
８９ … 板バネ
９０ … ストッパーピン
９１ … プリズムホルダ円錐溝部
９２ … プリズム防振ベース円錐溝部
９３ … フレキシブル基板
９４ … フォトセンサ
１００ … 屈曲式撮像装置
２００ … 携帯情報機器
Ｏ１ … 第１光軸
Ｏ２ … 第２光軸。

Claims (10)

  1. 光軸を屈曲させる反射面を有する反射部材を含む光学系であり、該光学系に加わる振れに応じて手振れ補正を行う撮像装置において、
    反射部材は撮像レンズ群よりも物体側に配置され、撮像面において、第１光軸（Ｏ１)と第２光軸（Ｏ２)とで作られる平面に対し垂直な軸まわりの像振れは、前記反射部材の回動により補正され、前記第１光軸（Ｏ１)まわりの像振れは、前記反射部材直後の第１レンズ群で補正されることを特徴とする屈曲式撮像装置の防振機構。
  2. 撮像面において、前記第１光軸（Ｏ１）と前記第２光軸（Ｏ２）とで作られる平面に対し垂直な軸まわりの像振れを前記反射部材の回動により補正する機構部は、前記反射部材を保持する反射部材保持枠に回動可能に保持され、前記第１光軸（Ｏ１）まわりの像振れを前記反射部材直後の第１レンズ群で補正する機構部は、第１レンズ群を保持する第１レンズ群枠に移動可能に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  3. 前記反射部材保持枠とベース部材の間には、前記反射部材保持枠を回動させる第１電磁アクチュエータを備え、前記第１レンズ群枠と撮像レンズ群保持枠の間には、前記第１レンズ群枠を移動させる第２電磁アクチュエータを備えることを特徴とする請求項２に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  4. 前記第１レンズ群枠は、前記撮像レンズ群保持枠の物体側側面に構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  5. 前記第１電磁アクチュエータと前記第２電磁アクチュエータは、ボイスコイルモータであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  6. 前記第２電磁アクチュエータは、前記第１レンズ群枠の移動方向に対し前記第１レンズ群をはさんだ両端に複数配置される請求項１〜５のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  7. 前記反射部材はプリズムであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  8. 前記反射部材はミラーであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構を備えることを特徴とするカメラ。
  10. 請求項９に記載のカメラを備えることを特徴とする携帯電子機器。
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