JP4299395B2 - 像振れ補正機構 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学機器の像振れ補正機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、カメラ等の光学機器において手振れ等による光学的な像振れを補正する機構を搭載した製品が実用化されている。このような像振れ補正機構は、例えばその一方法として、光学機器の他の光学系の光軸の移動を打ち消すよう、補正レンズをその光軸に直交する面内において互いに直交する2つの軸線に沿って駆動することにより像振れを補正している。
【0003】
補正レンズは、補正レンズを保持する保持部材を二重構造にしたり、あるいは単一の保持部材を案内するガイド部材を別途設けることにより、上述のように駆動される。前者の保持部材は、光学機器を通常に支持した状態において水平方向に駆動可能な枠部材と垂直方向に駆動可能な枠部材を用意し、一方の枠部材を他方の枠部材内に組み入れた構造を有している。また、後者の保持部材は、単一の保持部材を光学機器を通常に支持した状態において垂直方向若しくは水平方向に沿って案内するガイド部材がそれぞれ別途設けられた構成を有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補正レンズの保持部材を二重構造にするのは複雑であり、また組み込まれる枠部材を正確に駆動するためには、各枠部材の寸法や形状を高精度に成型することが要求される。また、ガイド部材を設ける場合は、ガイド部材に水平方向若しくは垂直方向に沿った高精度な直線性が要求される。すなわち、いずれの場合も製造が非常に困難であり、保持部材のスムーズな駆動を実現するために多大な労力が費やされるという問題があった。
【0005】
本発明は、以上の問題を解決するものであり、構成が簡易でかつ正確に補正レンズを駆動できる像振れ補正機構を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる像振れ補正機構は、光学機器の像振れを補正する補正光学系と、補正光学系を保持する補正光学系保持枠と、光学系の光軸に直交する平面における第1の軸線方向への作用力によって補正光学系保持枠を駆動する第1の駆動機構と、その平面において第1の軸線方向と直交する第2の軸線方向への作用力によって補正光学系保持枠を駆動する第2の駆動機構と、その平面における補正光学系の光軸位置を検出する補正光学系位置検出手段とを備え、第1の駆動機構と第2の駆動機構がそれぞれ光軸と同心円周上に配設され、第1の駆動機構を構成する第1及び第2の要素部材が光軸を中心として点対称に位置決めされ、かつ第2の駆動機構を構成する第3及び第4の要素部材が光軸を中心として点対称に位置決めされていることを特徴とする像振れ補正機構。
【0007】
好ましくは、補正光学系位置検出手段は、補正光学系において光軸と交わる表面上に設けられた反射膜と、反射膜に光束を出射する発光素子と、発光素子から出射され反射膜で反射される光束が入射する受光素子とを備える。
【0008】
好ましくは、さらに、光学機器の内壁面に埋設された投光用鏡筒及び埋設された受光用鏡筒を備え、発光素子が投光用鏡筒に配設され、受光素子が受光用鏡筒に配設されている。
【0009】
例えば、投光用鏡筒の中心軸線及び受光用鏡筒の中心軸線がそれぞれ補正光学系の光軸に対して約45度傾斜し、かつ補正光学系の光軸が光学機器の他の光学系の光軸と一致する場合、投光用鏡筒の中心軸線、受光用鏡筒の中心軸線及び補正光学系の光軸が同一平面に含まれる。
【0010】
第1の要素部材、第2の要素部材、第3の要素部材及び第4の要素部材は例えばそれぞれ永久磁石であり、さらに、第1の駆動機構が、導線が光軸の周りに補正光学系の周縁に沿ってドーナツ形状に巻き回されて、補正光学系保持枠に固定された第1の扁平コイルを有し、第2の駆動機構が、導線が光軸の周りに補正光学系の周縁に沿ってドーナツ形状に巻き回されて、補正光学系保持枠に固定された第2の扁平コイルを有し、第1の扁平コイルと第2の扁平コイルは第1、第2、第3及び第4の要素部材が形成する磁束の影響を受ける位置に位置決めされている。
【0011】
好ましくは、補正光学系保持枠が円筒形状を有し、その外壁面において、側面に第1の扁平コイルの内周が固定された第1のフランジと、側面に第2の扁平コイルの内周が固定された第2のフランジと、光学機器の内壁面に平面に沿って摺動可能に支持された第3のフランジが形成されている。
【0012】
好ましくは、光軸に沿った方向において、第2のフランジが第1のフランジと第3のフランジの間に位置決めされている。
【0013】
好ましくは、補正光学系保持枠の内壁面において、補正光学系は、光軸と第1及び第2のフランジの中心軸線とが一致するよう支持されている。
【0014】
好ましくは、第1のフランジと第2のフランジの間、第2のフランジと第3のフランジの間、及び第1のフランジにおいて第2のフランジの反対側に、それぞれドーナツ形状のヨークが配設されており、ヨークはそれぞれ、その外縁部が光学機器の内壁面に固定されている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係る実施形態が適用される像振れ補正機構を、光学機器に設置された状態で示す断面図であり、図2は同像振れ補正機構の要部の正面図である。尚、本明細書で「縦方向」とは光学機器を通常の姿勢で支持した場合に鉛直方向と一致する方向であり、「横方向」とは光学機器を通常の姿勢で支持した場合に水平方向と一致する方向である。
【0016】
補正レンズ10は、補正レンズ枠20の円筒部21の内壁面21aに支持されている。内壁面21aにおいて、補正レンズ10はその光軸OPが円筒部21の中心軸線と一致するよう、位置決めされている。また、光学機器の他の光学系(図示せず)は、光軸OP方向において補正レンズ10の前後に配設されている。尚、本明細書において光軸OPが光学機器の他の光学系の光軸Oと一致する位置を「基準位置」と呼ぶ。
【0017】
円筒部21の一方の端部には第1のフランジ22が形成され、円筒部21の外壁面21bには第1のフランジ22と所定の間隔をおいて第2のフランジ23が形成されている。第1及び第2のフランジ22、23は、それぞれ光軸OPと中心軸線が一致する環状の壁部である。第1のフランジ22の側面には縦方向駆動用コイル30が固定され、第2のフランジ23の側面には横方向駆動用コイル40が固定されている。縦方向駆動用コイル30及び横方向駆動用コイル40は導線が光軸OPを中心軸線として巻き回されているドーナツ形状の扁平コイルである。
【0018】
円筒部21の他方の端部には第3のフランジ24が形成されている。第3のフランジ24は光軸OPに直交する面で切断した断面の外縁部が正八角形の形状を有する壁部である。光学機器のレンズ鏡筒50には、光軸OPを中心軸線とする環状の溝51が刻設されている。補正レンズ枠20は、第3のフランジ24の端部が溝51内に位置決めされるよう、レンズ鏡筒50内に配設されている。
【0019】
第1のフランジ22と第2のフランジ23の間、第2のフランジ23と第3のフランジ24の間、及び第1のフランジ22において第2のフランジ23の反対側に、それぞれ強磁性体の金属から成るヨーク61、62、63が配設されている。ヨーク61、62、63はドーナツ形状を有し、それぞれその中心軸線が光軸OPと一致するようレンズ鏡筒50の内壁面に固定されている。
【0020】
ヨーク63において第1のフランジ22側の平面上には縦方向駆動用永久磁石71、72が磁力により吸着している。縦方向駆動用永久磁石71、72はそれぞれ扇形の平板であり、図2に示すように、縦方向に沿って光軸OPを中心として点対称に位置決めされている。縦方向駆動用永久磁石71はヨーク63に当接している面がS極、縦方向駆動用コイル30側がN極であり、縦方向駆動用永久磁石72はヨーク63に当接している面がN極、縦方向駆動用コイル30側がS極である。
【0021】
ヨーク62において第2のフランジ23側の平面上には横方向駆動用永久磁石73、74が磁力により吸着している。横方向駆動用永久磁石73、74は縦方向駆動用永久磁石71、72と同様、それぞれ扇形の平板であり、図2に示すように横方向に沿って光軸OPを中心として点対称に位置決めされている。横方向駆動用永久磁石72はヨーク62に当接している面がS極、横方向駆動用コイル40側がN極であり、縦方向駆動用永久磁石74はヨーク62に当接している面がN極、横方向駆動用コイル40側がS極である。
【0022】
すなわち、縦方向駆動用コイル30は永久磁石71、72及びヨーク61、62、63により形成される磁束の影響を受ける位置に位置決めされ、横方向駆動用コイル40は永久磁石73、74及びヨーク61、62、63により形成される磁束の影響を受ける位置に位置決めされている。従って、縦方向駆動用コイル30に、図2において時計周りに電流が流されると縦方向駆動用コイル30に電磁力が作用し、補正レンズ枠20はV1方向に駆動され、縦方向駆動用コイル30に図2において反時計周りに電流が流されると縦方向駆動用コイル30に電磁力が作用し、補正レンズ枠20はV2方向に駆動される。同様に、横方向駆動用コイル40に図2において時計周りに電流が流されると電磁力により補正レンズ枠20はH1方向に駆動され、横方向駆動用コイル40に図2において反時計周りに電流が流されると電磁力により補正レンズ枠20はH2方向に駆動される。
【0023】
第3のフランジ24の第2のフランジ23側の面に対向する溝51の内側面51A上において、第3のフランジ24の左端部24Lに対応する位置には、第3のフランジ24側に向かって突出する突起部52が形成されている。第3のフランジ24の第2のフランジ23と反対側の面に対向する溝51の内側面51Bには、突起部52に対応する位置に所定の深さを有する穴53が穿設されている。穴53にはピン54が配設され、ピン54の端部と穴53の底部との間には圧縮ばね55が配設されている。圧縮ばね55の付勢力によりピン54は常時、左端部24Lを押圧している。図2の破線で示すポイントSP1が、左端部24Lにおいて突起部52が当接しピン54に押圧される位置である。
【0024】
同様に、溝51の内側面51A上において、第3のフランジ24の右端部24Rに対応する位置には、第3のフランジ24側に向かって突出する突起部56が形成され、内側面51Bには、突起部56に対応する位置に所定の深さを有する穴57が穿設されている。穴57にはピン58が配設され、ピン58の端部と穴57の底部との間には圧縮ばね59が配設されている。圧縮ばね59の付勢力によりピン58は常時、右端部24Rを押圧している。図2の破線で示すポイントSP2が、右端部24Rにおいて突起部56が当接しピン58に押圧される位置である。
【0025】
また、溝51の内側面51A上において、第3のフランジ24の上端部24Uに対応する位置、及び第3のフランジ24の下端部24Bに対応する位置も、左端部24L、右端部24Rと同様に、突起部52及び56と同一の高さを有する突起部(図示せず)が当接し、ピン54、58と同様のピン(図示せず)が圧縮ばねの付勢力により押圧されている。図2のポイントSP3、SP4がそれぞれ上端部24U、下端部24Bにおいて突起部が当接しピンに押圧される位置である。
【0026】
すなわち、上述の突起部、ピン、圧縮ばねにより、補正レンズ枠20に固定された補正レンズ10の光軸OPが光学機器の他の光学系の光軸に対して常時平行に維持され、かつ補正レンズ枠20の光軸OPに沿った動きが規制されつつ、補正レンズ枠20はレンズ鏡筒50の内部において支持されている。
【0027】
尚、上述の圧縮ばねの付勢力は、上述の補正レンズ枠20の駆動を妨げないよう調整されている。また、ポイントSP1〜SP4の位置は、補正レンズ枠20が最大限に駆動されても上述の突起部及び穴から外れないよう、位置決めされている。
【0028】
補正レンズ10の表面において光軸OPに一致する点には、その点を中心とした同心円状の乱反射膜11が設けられている。乱反射膜11は蒸着により形成してもよく、あるいは表面に光拡散用の微少な凹凸が形成された反射部材の小片を貼付してもよい。円形に形成された乱反射膜11の面積は補正レンズ10の口径面積と比較し、光学機器の撮影性能に影響を与えない程度に十分小さい。
【0029】
図1においてレンズ鏡筒50の左端部には投光用鏡筒80が埋設されている。投光用鏡筒80の底部には赤外光を出射するLED(Light Emitting Diode)81が設けられ、底部と反対側の端部には投光用レンズ82が設けられている。投光用鏡筒80はその中心軸線が光軸OPに対して約45度傾斜している。さらに、補正レンズ10が基準位置にあるとき、LED81から出射した光束が投光レンズ82を介して乱反射膜11に入射するよう、投光用鏡筒80の中心軸線上に乱反射膜11が位置している。
【0030】
図1においてレンズ鏡筒50の右端部には受光用鏡筒90が埋設されている。受光用鏡筒90の底部には二次元PSD(Position Sensitive Device)91が設けられ、他方の端部には結像レンズ92が設けられている。乱反射膜11からの反射光は、結像レンズ92を介して二次元PSD91に導かれ、二次元PSD91の受光面上に乱反射膜11の像が結像する。受光用鏡筒90はその中心軸線が光軸OPに対して45度傾斜するよう位置決めされている。
【0031】
二次元PSD91は、直交する2方向における入射光の位置情報をそれぞれ独立して出力するものである。補正レンズ10が上述の基準位置にある場合の入射光位置を基準とし、この基準入射光位置からのV1及びV2方向(図2参照)における実際の入射光の位置に対応した電流値αを取り出す端子と、基準入射光位置からのH1及びH2方向(図2参照)における実際の入射光の位置に対応した電流値βを取り出す端子とを有し、後述する駆動制御回路の構成する一要素である。
【0032】
以上のように、LED81から出射される光束Lは乱反射膜11で反射され、二次元PSD91に入射し、二次元PSD91には乱反射膜11の像が形成される。二次元PSD91上において乱反射膜11の像の位置は、補正レンズ10の移動に伴い変化する。従って、二次元PSD91の出力電流を演算処理することにより、補正レンズ10の光軸OPの位置が検出される。
【0033】
尚、補正レンズ10が回転する場合でも二次元PSD91による位置検出の精度を維持すべく、乱反射膜11の形状は、補正レンズ10の表面において光軸OPと一致する位置(点)を重心とした正三角形などの正多角形状とすることも考えられるが、本実施形態においては、補正レンズ10がどのような位置にあっても乱反射膜11の像が二次元PSD91の受光範囲から外れず、かつ回転による影響が最小限に抑えられるよう、円形状としている。
【0034】
また、図1は補正レンズ10の光軸OPと他の光学系の光軸Oとが一致している状態、すなわち補正レンズ10が上述の基準位置にある状態を示している。図1に示す状態においてLED81から出射され乱反射膜11で反射される光束は結像レンズ92を介して二次元PSD91の有効受光面の中心に入射するよう、各部材は位置決めされている。
【0035】
図3は、本実施形態における、縦方向(本実施形態においては鉛直方向とする)の光軸の移動を補正する補正レンズ駆動回路のブロック図である。Vジャイロセンサ100により光学機器の撮影光学系の縦方向における光軸ぶれ角速度が検出され、縦方向積分回路101において光軸ぶれ角速度が積分演算され縦方向における光軸角度ぶれ量に変換される。
【0036】
二次元PSD91のV1及びV2方向における入射光の位置を示す電流値αを取り出す端子にはV方向位置演算回路102が接続されている。V方向位置演算回路102では、電流値αに基づいて入射光のV方向における位置、すなわち補正レンズ10の縦方向における位置を演算し出力する。
【0037】
縦方向比較回路103には縦方向積分回路101及びV方向位置演算回路102が接続されている。縦方向比較回路103において、縦方向積分回路101から出力される撮影光学系の光軸の縦方向における光軸角度ぶれ量と、V方向位置演算回路102から出力される補正レンズ枠20の光軸OPの縦方向における位置情報との差分量が算出される。さらに、補正レンズ枠20が駆動されてこの差分量が減少するよう、縦方向駆動用コイル30に流される電流の向きが縦方向比較回路103において演算され出力される。縦方向比較回路103の出力信号は増幅回路104で電力増幅され縦方向駆動用コイル30に出力され、縦方向駆動用コイル30に所定の向きの電流が流される。
【0038】
尚、本実施形態において、撮影光学系の光軸の横方向(本実施形態においては水平方向とする)における移動の補正に関しても図3と同様の構成を有する補正レンズ駆動回路が備えられている。二次元PSD91のH1及びH2方向における入射光の位置を示す電流値βを取り出す端子にはH方向位置演算回路が接続され、H方向位置演算回路では、電流値βに基づいて入射光のH方向における位置、すなわち補正レンズ10の横方向における位置を演算し出力する。
【0039】
一方、撮影光学系の光軸の横方向におけるぶれ角度量は、横方向ジャイロセンサ、横方向積分回路により算出される。上述のH方向位置演算回路の出力と、横方向積分回路との差分が減少するよう、横方向駆動用コイル40に流される電流の向きが横方向比較回路において演算され出力され、その出力信号は横方向増幅回路で増幅され、横方向駆動用コイル40に所定の方向に電流が流される。
【0040】
以上のように、本実施形態によれば、二次元PSD91により補正レンズ10の光軸OPの位置を検出し、それに応じて補正レンズ枠20を駆動している。従って、駆動に伴い補正レンズ枠20の設置姿勢が光軸OP周りに回転しても、常時正確な位置検出が行なえる。
【0041】
さらに、補正レンズ枠20を駆動するための永久磁石、コイル、ヨークが、すべて光軸OPを中心とする円周上に位置決めされているため、上述の駆動に伴う補正レンズ枠20のずれが発生しても、補正レンズ枠20の駆動は常時正確に行われる。従って、縦方向及び横方向における直線性を維持するための部材を設ける必要がなく、簡便な構成で像振れ補正が行なえる。
【0042】
また、本実施形態では、発光素子として赤外光を出射するLED81を用いているため、光学機器の撮影性能に影響を及ぼすことがない。
【0043】
尚、本実施形態では、投光用受鏡筒80及び受光用鏡筒90がそれぞれ中心軸線が光軸OPに対して約45度傾斜するよう位置決めされているがこれに限るものではなく、LED81が出射した光束が乱反射膜11で反射されPSD91に導かれるよう位置決めされていればよい。
【0044】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、簡易な構成で正確に補正レンズを駆動できる像振れ補正機構が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態が適用される補正制御機構の断面図である。
【図2】補正制御機構の要部の正面図である。
【図3】本発明の実施形態のブロック図である。
【符号の説明】
10 補正レンズ
11 乱反射膜
20 補正レンズ枠
30 縦方向駆動用コイル
40 横方向駆動用コイル
50 レンズ鏡筒
52、56 突起部
54、58 ピン
55、59 圧縮ばね
61、62、63 ヨーク
71、72、73、74 永久磁石

Claims (10)

  1. 光学機器の像振れを補正する補正光学系と、
    前記補正光学系を内壁面において保持する補正光学系保持枠と、
    前記補正光学系の光軸に直交する平面における第1の軸線方向への作用力によって前記補正光学系保持枠を駆動する第1の駆動機構と、
    前記平面において前記第1の軸線方向と直交する第2の軸線方向への作用力によって前記補正光学系保持枠を駆動する第2の駆動機構と、
    前記平面における前記補正光学系の光軸位置を検出する補正光学系位置検出手段とを備え、
    前記第1の駆動機構が、導線が前記光軸の周りに前記補正光学系の周縁に沿ってドーナツ形状に巻き回されて、前記補正光学系保持枠に固定された第1の扁平コイルと、第1及び第2の永久磁石と、ドーナツ形状の第1のヨークとを備え、
    前記第2の駆動機構が、導線が前記光軸の周りに前記補正光学系の周縁に沿ってドーナツ形状に巻き回されて、前記補正光学系保持枠に固定された第2の扁平コイルと、第3及び第4の永久磁石と、前記第1のヨークとを備え、
    前記第1及び第2の永久磁石が前記光軸を中心として点対称に、かつ前記第3及び第4の永久磁石が前記光軸を中心として点対称になるように、前記第1の駆動機構と前記第2の駆動機構がそれぞれ前記光軸と同心円周上に配設され、
    前記補正光学系保持枠の外壁面において第1のフランジと第2のフランジとが形成されており、前記第1のフランジの側面に前記第1の扁平コイルの内周が固定され、前記第2のフランジの側面に前記第2の扁平コイルの内周が固定されており、前記第1のヨークが前記第1の扁平コイルと前記第2の扁平コイルとの間に配設されており、
    前記第1の扁平コイルと前記第2の扁平コイルは、前記第1、第2、第3及び第4の永久磁石と前記第1のヨークとが形成する磁束の影響を受ける位置に位置決めされていることを特徴とする像振れ補正機構。
  2. 前記補正光学系位置検出手段が、
    前記補正光学系において前記光軸と交わる表面上に設けられた反射膜と、
    前記反射膜に光束を出射する発光素子と、
    前記発光素子から出射され前記反射膜で反射される前記光束が入射する受光素子と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機構。
  3. さらに、前記光学機器の内壁面に埋設された投光用鏡筒及び埋設された受光用鏡筒を備え、前記発光素子が前記投光用鏡筒に配設され、前記受光素子が前記受光用鏡筒に配設されていることを特徴とする請求項2に記載の像振れ補正機構。
  4. 前記投光用鏡筒の中心軸線及び前記受光用鏡筒の中心軸線がそれぞれ前記補正光学系の前記光軸に対して約45度傾斜し、かつ前記補正光学系の前記光軸が前記光学機器の他の光学系の光軸と一致する場合、前記投光用鏡筒の中心軸線、前記受光用鏡筒の中心軸線及び前記補正光学系の前記光軸が同一平面に含まれることを特徴とする請求項3に記載の像振れ補正機構。
  5. 前記第1及び第2の扁平コイルと前記第1のヨークとが、前記光軸に沿って配設されていることを特徴とする請求項に記載の像振れ補正機構。
  6. 前記補正光学系保持枠が円筒形状を有し、その外壁面において、前記光学機器の内壁面に前記平面に沿って摺動可能に支持された第3のフランジが形成されていることを特徴とする請求項に記載の像振れ補正機構。
  7. 前記光軸に沿った方向において、前記第2のフランジが前記第1のフランジと前記第3のフランジの間に位置決めされていることを特徴とする請求項6に記載の像振れ補正機構。
  8. 前記補正光学系は、前記光軸と前記第1及び第2のフランジの中心軸線とが一致するよう支持されていることを特徴とする請求項に記載の像振れ補正機構。
  9. 前記第2の扁平コイルと前記第3のフランジの間、及び前記第1の扁平コイルを隔てた前記第1のヨークの反対側に、それぞれドーナツ形状の第2および第3のヨークがさらに配設されていることを特徴とする請求項に記載の像振れ補正機構。
  10. 前記第1、第2及び第3のヨークはそれぞれ、その外縁部が前記光学機器の内壁面に固定されていることを特徴とする請求項9に記載の像振れ補正機構。
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