JP4448157B2 - レンズ鏡筒、撮影装置および観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、いわゆる手振れによる像振れを補正するためにレンズを光軸直交面内でシフト移動させる像振れ補正装置に関するものであり、例えば、レンズ鏡筒や、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮影装置や、双眼鏡、天体望遠鏡等の観察装置に組み込むのに好適な振れ補正装置に関するものである。

手持ち撮影時において生じ易い手振れ等による像振れを防止するため、カメラや双眼鏡の振れ情報を検出し、その検出結果に応じて光学的にその振れをキャンセルして振れ補正を実現する装置が種々提案されている。

例えば、特開平１１−３０５２７７号公報には、複数のレンズ群のうち振れ補正レンズ群を光軸直交面内でシフト移動させることにより振れ補正を行なう、いわゆるシフト式振れ補正装置が提案されている。

この提案に係る振れ補正装置では、振れ補正レンズ群を保持するシフト部材に３本のピンが放射方向に圧入し、装置本体である固定部材の周方向３箇所に形成された長穴部にこれら３本のピンをある隙間をもって嵌合させ、振れ補正レンズ群を光軸直交面内でシフト移動できるように案内している。

また、この振れ補正装置では、磁石と強磁性体との間に働く磁気的吸引力を用いて、上記ピンを長穴部に対して光軸方向一方に押圧することにより、この案内部におけるがたつきおよびこれに伴う振れ補正レンズ群の倒れを防止している。これにより、光学性能の維持と駆動時における上記案内部のがたつきに起因する作動音の低減とを図っている。

また、特開平６−２８９４６５号公報にて提案の振れ補正装置では、固定部材に設けられた回路基板とシフト部材に設けられたコイルとをつなぐフレキシブル基板において、伸張部の形状および配置の工夫により、光軸方向およびシフト方向への負荷を低減して、シフト部材の駆動に及ぼす悪影響を防止している。

さらに、特開平１０−３１９４６５号公報にて提案の振れ補正装置では、固定部材とシフト部材との光軸方向のがたつきをなくすとともにシフト部材の固定部に対する駆動抵抗を小さくする目的で、固定部材とシフト部材との間に転動可能なボールを配置し、バネ付勢力によってシフト部材をボールを介して固定部材に押し付けることにより上記目的を達成している。

また、この振れ補正装置では、ボールの回転でシフト部材をシフト方向に案内し、バネによりシフト部材の光軸回りでの回転防止を行なう構成が採用されている。
特開平１１−３０５２７７号公報 特開平６−２８９４６５号公報 特開平１０−３１９４６５号公報

近年、レンズ鏡筒が搭載される撮影装置や観察装置では、携帯性や収納性を向上させるために、より小型化や出っ張りの少ないデザインが求められており、これに伴い、レンズ鏡筒、さらには振れ補正装置にもより小型化が必要とされている。

しかしながら、レンズ鏡筒を小型化していくと、振れ補正装置の本体ないし固定部材とシフト部材とをつなぐフレキシブル基板を引き回すスペースが著しく制限され、この結果フレキシブル基板の剛性を十分に低くすることが難しくなってくる。このため、上記特開平６−２８９４６５号公報にて示すような、フレキシブル基板の形状や配置の工夫だけではフレキシブル基板に生ずる光軸方向への弾性力を問題のないレベルまで低減することが困難になる。

このため、特開平１１−３０５２７７号公報にて提案のように、磁気的吸引力を利用してシフト部材を光軸方向に適切な力で付勢しても、フレキシブル基板の光軸方向弾性力のばらつきによって、シフト部材のピンが過度に強く長穴部に押し付けられて摩擦が非常に大きくなったり、逆に、磁気的吸引力による付勢を相殺してしまったりして、シフト部材の駆動に悪影響を及ぼしてしまう。

一方、撮影光学系によりピント面上に結像された被写体像を電気信号に変換するＣＣＤ等の撮像素子においては、半導体の微細加工技術の進歩により、より小さな画素ピッチの素子が製作可能になってきている。

これにより、従来並みの画素数をより小さな面積内に形成することによる光学系の更なる小型化や、同一面積もしくは面積拡大による多画素化に伴なう光学系の更なる高解像度化のふたつの流れが生じている。

前者においては、同一量の振れを補正するための振れ補正レンズ群のシフト移動量が撮像面積に略比例するために、より微小な動きが要求され、しかもフレキシブル基板の引き回しスペースもより少なくなる。

また、後者においては、より小さな振れも補正可能としないと解像度の劣化を起こすので、上記案内部で生じる摩擦力を低減して、シフト部材をより微小に駆動できるようにする必要がある。

また、いずれの場合も、振れ補正レンズ群の倒れに対する要求精度もより高くなってしまう。

さらに、上記特開平１０−３１９４６５号公報にて提案の振れ補正装置では、ボールは保持部材によって固定部材に対して位置が変化しないように保持されているので、ボールとシフト部材は転がりによって案内されるが、ボールが保持部材によって保持された位置で回転するので、ボールと固定部材との間およびボールとシフト部材との間には滑り摩擦力が発生している。

このため、バネによるガタをなくすための付勢力は、ボールを挟持する必要最小限の力に限られ、この付勢力を上回る慣性力がシフト部材に働く光軸方向へのわずかな加速度によってシフト部材がボールから浮いてしまい、振れ補正レンズ群の倒れによる光学性能の劣化やボールの当たり音等による騒音の発生が問題となる。

例えば、４ｇの重量を有するシフト部材を４ｇｆの力で付勢している場合には、わずか１Ｇ以上の加速度が加わっただけでシフト部材がボールから浮いてしまうことになる。

また、バネによるシフト部材の光軸回りでの回転防止については、バネの引っ張り力に頼っているので、回転を完全に止めることはできず、あくまでも回転を抑制する働きしか発揮できない。

特に、実施例にて提案された、シフト部材の位置を検出する手段の構成では、光軸回りの回転により位置検出手段の出力値が変化してしまうので、シフト駆動力を発生する駆動手段の力の発生位置とシフト部材の重心との位置関係や、シフト部材上のコイルに接続されているフレキシブル基板の接続位置や形状によっては、シフト駆動に伴なってシフト部材が光軸回りで回転し、振れ補正レンズ群を振れ補正のための正確な位置に駆動できなくなるという問題がある。

そこで本発明では、シフト枠をがたなく保持および案内することにより、案内部での当たり音等の騒音を発生せず、しかも振れ補正レンズの倒れが極めて小さく優れた光学性能を有し、さらには振れ補正時の駆動摩擦力をボールの転がり案内によって極めて小さくすることによってシフト枠に作用させる付勢力を大きくすることが可能で、フレキシブル基板の光軸方向弾性力の影響を受けないようにすることができるレンズ鏡筒を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本願発明では、振れ補正レンズと、振れ補正レンズを保持し、光軸直交方向に移動可能なシフト枠と、シフト枠の光軸方向の移動を規制するためのシフトベースと、シフト枠とシフトベースとの間に挟持され、転動可能なボールと、ボールとの当接によってボールの移動を所定範囲内に制限するための制限部と、シフト枠およびシフトベースのうち一方に保持された２極着磁の磁石とシフト枠およびシフトベースのうち他方に保持されたヨークおよびコイルとを備え、コイルへの通電によりシフト枠を光軸直交方向に駆動する駆動手段と、を有するレンズ鏡筒であって、磁石とヨークとの間に作用する磁気的な吸引力により、シフト枠をシフトベース側へ付勢しており、ヨークは、磁石側に突出した突出部を備えており、振れ補正レンズの中心が光軸と一致する状態において、突出部は、磁石の２極着磁の境界に位置していることを特徴とする。

本願発明によれば、シフト枠をシフトベース側に付勢する付勢力（吸引力）が効果的に作用するようにしたり、シフト枠の駆動力が効率良くシフト枠に作用するようにしたりすることが可能である。

また、ボールを磁気的作用が生じにくい材質により形成することで、駆動手段の磁石によってボールが吸引されないようにして、この吸引力によるボールの位置ずれを防止したり、装置の組み立て性が悪くなるのを防止したりするとよい。

さらに、磁石とヨークとの間の磁気的な吸引作用によるシフト枠のシフトベース側への付勢力が、振れ補正レンズを含むシフト枠の重量の５倍以上となるようにすることができる。これにより、実際のレンズ鏡筒の使用において、シフトベースとシフト枠とをつなぐフレキシブル基板からの光軸方向弾性力の影響を受けないようにすることが可能であり、シフト枠とシフトベース間での確実ながた取りを行うことが可能となる。

また、上記発明において、シフト枠およびシフトベースとボールとの当接面に、磁石とヨークとの間の磁気的な吸引作用による付勢力によらずにボールを保持可能な粘度を有する潤滑油を塗布するようにするとよい。

これにより、ボールとシフト枠およびシフトベースとの間の摩擦をより軽減することが可能であるとともに、例えばシフト枠に光軸方向への大きな慣性力等が作用してシフト枠が上記磁気的な吸引作用に抗してボールから浮いたとしても、上記潤滑油の粘性によってボールが保持され、容易に位置ずれしないようにすることが可能である。

本願発明によれば、シフト枠をシフトベース側に付勢する付勢力（吸引力）が効果的に作用するようにしたり、シフト枠の駆動力が効率良くシフト枠に作用するようにしたりすることが可能である。

図１および図２には、本発明の実施形態である振れ補正装置を備えたレンズ鏡筒の構成を示している。図１には、レンズ鏡筒の分解斜視図を図２にはレンズ鏡筒の断面図をそれぞれ示している。なお、このレンズ鏡筒は、ビデオカメラ等の撮影装置に用いられるものである。

このレンズ鏡筒の光学系は、被写体又は観察物体側から順に、凸凹凸凸の４群構成の変倍光学系である。

Ｌ１は固定の第１群レンズ、Ｌ２は光軸方向に移動して変倍動作を行なう第２群レンズ、Ｌ３は光軸直交面内で移動して振れ補正動作を行なう第３群レンズ（振れ補正レンズ：以下シフトレンズという）、Ｌ４は光軸方向に移動して合焦動作を行なう第４群レンズである。

また、１は第１群レンズＬ１を保持する固定鏡筒、２は第２群レンズＬ２を保持する変倍移動枠、３はシフトレンズＬ３を光軸直交面内で移動可能とするシフトユニット、４は第４群レンズＬ４を保持する合焦移動枠、５はＣＣＤ等の撮像素子が固定される後部鏡筒である。

固定鏡筒１と後部鏡筒５との間には２本のガイドバー６，７が位置決め固定されている。変倍移動枠２および合焦移動枠４は、ガイドバー６，７により光軸方向に移動可能に支持されている。

なお、変倍移動枠２および合焦移動枠４はそれぞれ、一方のガイドバーに対して光軸方向に所定の長さを有するスリーブ部で嵌合することにより、光軸方向への倒れが防止され、他方のガイドバーにＵ溝部で係合することにより上記一方のガイドバー回りでの回転が防止される。

シフトユニット３は、固定鏡筒１と後部鏡筒５に位置決めされた上で挟み込まれ、３本のビスにより後方からビス締め固定されている。

８は光学系の開口径を変化させる絞りユニットであり、２枚の絞り羽根を互いに逆方向に移動させて開口径を変化させる。

９は第４群レンズＬ４を光軸方向に駆動し、合焦動作を行なわせるステッピングモータ（以下、フォーカスモータという）であり、回転するロータと同軸のリードスクリュー９ａを有する。リードスクリュー９ａには合焦移動枠４に取り付けられたラック４ａが噛み合っており、ロータおよびリードスクリュー９ａが回転することによって合焦移動枠４（第４群レンズＬ４）が光軸方向に駆動される。フォーカスモータ９は２本のビスによって後部鏡筒５に固定されている。

なお、合焦移動枠４とラック４ａとの間に配置されたねじりコイルバネ４ｂによって、合焦移動枠４がガイドバー６，７に対してガイドバー径方向に、ラック４ａが合焦移動枠４に対して光軸方向に、さらにラック４ａがリードスクリュー９ａへの噛み合い方向にそれぞれ片寄せ付勢され、各部のガタをなくしている。

１０は第２群レンズＬ２を光軸方向に駆動し、変倍動作を行なわせるステッピングモータ（以下、ズームモータという）であり、回転するロータと同軸のリードスクリュー１０ａとを有する。リードスクリュー１０ａには変倍移動枠２に取り付けられたラック２ａが噛み合っており、ロータおよびリードスクリュー１０ａが回転することによって変倍移動枠２（第２群レンズＬ２）が光軸方向に駆動される。ズームモータ１０は２本のビスによって固定鏡筒１に固定されている。

なお、変倍移動枠２とラック２ａとの間に配置されたねじりコイルバネ２ｂによって、変倍移動枠２がガイドバー６，７に対してガイドバー径方向に、ラック２ａが変倍移動枠２に対して光軸方向に、さらにラック２ａがリードスクリュー１０ａへの噛み合い方向にそれぞれ片寄せ付勢され、各部のガタをなくしている。

１１はフォトインタラプタからなるフォーカスリセットスイッチであり、合焦移動枠４に形成された遮光部４ｃの光軸方向への移動による遮光、透光の切り替わりを検出して電気信号を出力する。不図示の制御回路は、このフォーカスリセットスイッチ１１からの電気信号に基づいて、第４群レンズＬ４が基準位置に位置するか否かを判別する。このフォーカスリセットスイッチ１１は１本のビスによって後部鏡筒５に固定されている。

１２はフォトインタラプタからなるズームリセットスイッチであり、変倍移動枠２に形成された遮光部２ｃの光軸方向への移動による遮光、透光の切り替わりを検出して電気信号を出力する。不図示の制御回路は、このズームリセットスイッチ１２からの電気信号に基づいて第２群レンズＬ２が基準位置に位置するか否かを判別する。このズームリセットスイッチ１２は１本のビスによって固定鏡筒１に固定されている。

次に、図２および図３を用いてシフトレンズＬ３を光軸直交面内で移動可能とするシフトユニット（振れ補正装置）３の構成について詳しく説明する。図３には、シフトユニット３を分解した状態を後側から見て示している。

１３はシフトユニット３の前側本体を構成するシフトベースであり、固定鏡筒１と後部鏡筒５との間に挟み込まれて固定される。

１５はシフトレンズＬ３を保持するシフト枠であり、このシフト枠１５は、ピッチ方向の振れ（カメラの縦方向の角度変化）による像振れを補正するためにピッチ方向に、またヨー方向の振れ（カメラの横方向の角度変化）による像振れを補正するためにヨー方向に、光軸直交面内でシフトベース１３に対してシフト移動可能となっている。

１６ａ，１６ｂ，１６ｃはシフトベース１３とシフト枠１５との間に挟まれた３つのボールである。これらボール１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、その近傍に配置される後述する駆動用磁石に吸引されないように、例えばＳＵＳ３０４（オーステナイト系のステンレス鋼）といった材質で形成されている。

また、これらボール１６ａ，１６ｂ，１６ｃはそれぞれ、シフトベース１３上の面１３ａ，１３ｂ，１３ｃに、また、シフト枠１５の面１５ａ，１５ｂ，１５ｃに当接する。これら３個所ずつの当接面は、光学系の光軸に対して垂直な面であり、３つのボール１６ａ，１６ｂ，１６ｃの呼び径が同じ場合は、３個所の当接面の光軸方向位置の相互差を小さく抑えることにより、シフト枠１５を光軸に対して直角な姿勢を保ったままで保持およびシフト案内が可能となる。

１７は後側本体を構成するセンサベースであり、２本の位置決めピンで位置が決められて、２本のビスでシフトベース１３に結合される。

次に、シフト枠１５をシフト駆動するための駆動手段について説明する。なお、ピッチ方向およびヨー方向の駆動手段および後述する位置検出手段は、同一構成を有し、光軸回りに９０度の位相差をもっているのみであるので、ここでは図２に示したピッチ方向の駆動手段および位置検出手段について説明する。また、図中の部品を示す符号について、ピッチ方向の構成要素にはＰを、ヨー方向の構成要素にはＹの添え字を付す。

１８ｐは光軸に対して放射方向に２極着磁された駆動用磁石であり、１９ｐは駆動用磁石１８ｐの光軸方向前側の磁束を閉じるためのバックヨーク、２０ｐはシフト枠１５に接着により固定されたコイル、２１ｐは駆動用磁石１８ｐの光軸方向後側の磁束を閉じるためのヨーク（請求の範囲にいうヨーク）である。ヨーク２１ｐは、駆動用磁石１８ｐとは光軸方向において略同一の投影形状を有している。

１４ｐはヨーク２１ｐを位置決めするための部材であり、ヨーク２１ｐは位置決め部材１４ｐにより位置を決められて、コイル２０ｐの背面に固定されている。

駆動用磁石１８ｐとバックヨーク１９ｐはシフトベース１３に固定され、ヨーク２１ｐはコイル２０ｐと共にシフト枠１５に固定されている。そしてこれら駆動用磁石１８ｐと、バックヨーク１９ｐと、ヨーク２１ｐとにより磁気回路が形成される。この磁気回路内に配置されたコイル２０ｐに電流を流すと、駆動用磁石１８ｐにおける２極着磁の着磁境界に対して略直角方向に、磁石とコイルに発生する磁力線相互の反発によるローレンツ力が発生し、シフト枠１５がシフト移動する。

このような構成の駆動手段が、ピッチ方向およびヨー方向に関して設けられているので、シフト枠１５に対して、光軸直交面内で略直交するピッチ方向およびヨー方向への駆動力を与えることができる。

すなわち、本実施形態は、マグネットを含む磁気回路のギャップにコイルを配置し、コイルへの通電によりコイルとともにシフト枠１５（シフトレンズＬ３）をシフト駆動する、いわゆるムービングコイルタイプのシフトユニットである。

また、駆動用磁石１８ｐとヨーク２１ｐとの間には磁気的吸引作用が生じ、この吸引力によってヨーク２１ｐは駆動用磁石１８ｐ側に引き付けられる。つまり、ピッチ方向およびヨー方向の磁気回路での合力が、３つのボール１６ａ〜１６ｂの内側に働くように、これら磁気回路およびボール１６ａ〜１６ｂを配置することで、シフト枠１５を３つのボール１６ａ〜１６ｃを挟んでシフトベース１３側に付勢することができる。

また、３つのボール１６ａ〜１６ｃとシフトベース１３およびシフト枠１５の当接面との間には、上記吸引力による付勢によらなくても、ボール１６ａ〜１６ｃがシフトベース１３およびシフト枠１５の当接面から容易に脱落しない程度の粘度を有する潤滑油が塗布されている。これにより、上記吸引力を上回る慣性力がシフト枠１５に働いて、シフト枠１５の当接面がボール１６ａ〜１６ｃから浮いた状態となっても、ボール１６ａ〜１６ｃの位置が容易にずれるのを防止できる。また、ピッチ方向およびヨー方向の磁気回路による付勢力を、シフトレンズＬ３を含むシフト枠１５の重量の少なくとも５倍以上とすることで、実際の撮影時において良好な付勢状態が維持されるものと考えられる。

次に、図４（ａ）〜（ｃ）を用いてシフト枠１５の駆動時の状態について説明する。図４（ａ）および（ｂ）は、上述した駆動手段の一部分のみを示している。図４（ａ）の状態では、シフトレンズＬ３の光軸がレンズ鏡筒内の他のレンズの光軸と略一致した、シフト枠１５がピッチ方向およびヨー方向について中立位置にあるときを示している。

ヨーク２１ｐには半抜き加工によって突出部２１ｐａが形成されており、その位置は駆動用磁石１８ｐの２極着磁の境界に位置している。このとき、突出部２１ｐａは駆動用磁石１８ｐの２極着磁の両磁極からほぼ均等な距離にあるので、両者が突出部２１ｐａを引っ張る力もほぼ均等となり、バランスの取れた状態となっている。

また、ヨーク２１ｐは、前述のように、駆動用磁石１８ｐとは光軸方向では略同一の投影形状を有するので、駆動用磁石１８ｐの２極の磁極から出入りする磁束はヨーク２１ｐを通って閉じており、図４（ａ）の状態が磁気的に最も安定した状態である。

図４（ｂ）はコイル２０ｐに通電することによって、コイル２０ｐとヨーク２１ｐ（すなわちシフト枠１５）が下方向に移動した状態である。コイル２０ｐで発生する力に応じて、図４（ａ）の安定状態からピッチ方向（又は、ヨー方向）に変位することになる。

図４（ｂ）の状態は磁気回路的には安定状態から変位しているので、コイル２０ｐへの通電を止めると図４（ａ）の状態に引き戻されるが、ヨーク２１ｐの突出部２１ｐａが下方に変位することにより、駆動用磁石１８ｐのＮ極により近くなり、Ｓ極からは遠くなる。

磁気力の大きさは距離の２乗に反比例するので、突出部２１ｐａに働く磁極からの力は変位を助長する方向に働くことになる。

図４（ｃ）はこのことを説明する図であり、横軸はコイル２０ｐに印加される電圧値を、縦軸はシフト枠１５の変位量を示している。両軸の交点は、コイル２０ｐに印加される電圧が「０」であり、シフト枠１５が中立位置にあることを示す。

仮にヨーク２１ｐに突出部２１ｐａがない場合は、図の破線Ａのような駆動曲線となり、突出部２１ｐａがあると、この突出部２１ｐａの上記効果により磁気回路が閉じる力が相殺されて、駆動曲線は実線Ｂのようになる。つまり、少ない印加電圧でシフト枠１５を大きく変位させることが可能となる。

なお、ヨーク２１ｐの大きさや突出部２１ｐａの大きさを変えることにより、磁気的な力の中心位置を制御することができ、例えば、シフト枠１５の自重を磁気力で支えるために、ヨーク２１ｐを意図的に下にずらしたり、突出部２１ｐａを下方向にずらしたりしてもよい。

次に、図５（ａ）〜（ｄ）において、ボール１６ｂに対するシフトベース１３とシフト枠１５との関係を説明する。なお、他のボール１６ａ，１６ｃについても同一の関係となっている。

図５（ａ）に示す状態では、シフト枠１５が中立位置にあり、ボール１６ｂもシフトベース１３の当接面１３ｂの周囲に設けられているボール１６ｂの移動を制限する制限枠（制限部）内の中心に位置している。なお、当接面１３ｂは、シフトベース１３に形成された、光軸方向視において矩形（正方形）状の開口を有する凹部の底面に相当する面であり、制限枠の端面はこの凹部の内壁面により構成される。

図５（ａ）に示す状態から、ピッチ方向の駆動手段によってシフト枠１５が下向き矢印方向に駆動された状態を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示す状態では、シフト枠１５は、シフトベース１３に設けられた不図示の可動機械端まで駆動されて中立位置からａだけ移動している。

ボール１６ｂはシフトベース１３とシフト枠１５とによって挟持されているので、図５（ａ）の位置から図５（ｂ）の位置に転動する。ここで、転がり摩擦は滑り摩擦に対して十分小さいので、ボール１６ｂはシフトベース１３およびシフト枠１５の当接面１３ｂ，１５ｂに対して滑ることがなく、ボール１６ｂを転がしながらシフト枠１５はシフトベース１３に対して移動する。

このとき、ボール１６ｂの中心に対して、シフト枠１５とシフトベース１３は相対的に反対方向に移動しているので、シフトベース１３に対するボール１６ａの移動量ｂはシフト枠１５の移動量ａの半分（ａ÷２）となる。

図５（ｃ）には、図５（ａ）に示す状態のボール１６ｂおよびシフトベース１３の制限枠を後側から見て示している。ボール１６ｂは、ピッチ方向に延びる一対の制限端面およびヨー方向に延びる一対の制限端面により囲まれる矩形枠内の中心に位置している。

制限枠の内側の大きさは、ボール１６ｂの半径をｒとしたとき、中心から（ｒ＋ｂ＋ｃ）で表わされる。ｃは機械的な余裕量である。つまり、制限枠の内側の大きさは、ボール１６ｂの直径と、シフト枠１５のシフト移動に伴う中心からピッチ方向両側およびヨー方向両側へのボール１６ｂの最大移動量（ｂ×２）と、機械的余裕量（ｃ×２）とを加えた寸法となる。

ここで、ボール１６ｂが図５（ｃ）に示す制限枠内の中心に位置する状態から余裕量ｃ以上、下方にずれた位置にある場合に、図５（ｂ）のようにシフト枠１５が下方にａの量駆動されると、ボール１６ｂはシフト枠１５がａの量動いて機械端に当たる前に制限端面に当たってしまい、それ以後のシフト枠１５の駆動中では、ボール１６ｂは制限端面に押し付けられたままシフト枠１５に対して滑る。

そして、シフト枠１５のａ量駆動が終了した状態から、さらにシフト枠１５を中心位置に向かってａ量戻すと、ボール１６ｂは制限枠の中心からｃの距離の位置まで転がって戻る。

このように、シフト枠１５をピッチ方向およびヨー方向の両側の機械端まで駆動して中心位置まで戻すと、最初にボール１６ｂがどの位置にあっても、図５（ｄ）に示すように、ボール１６ｂの中心は制限枠の中心からｃの距離の４辺により構成される矩形範囲（初期位置範囲）内に位置づけされることになる。この一連の動作をボールのリセット動作と称する。

通常、レンズの光学性能は、各レンズの光軸が一致している時に最も性能が出るように設計されるので、シフトレンズＬ３が他のレンズに対して偏芯するに従って、性能的には不利な状態となる。但し、本実施形態のレンズ鏡筒では、実際に必要なシフトレンズＬ３のシフト範囲内では実用上問題のない光学性能を達成できるようになっている。

ところで、シフト枠１５をピッチ方向およびヨー方向に同時に同じ量だけ駆動すると、ピッチ方向およびヨー方向の中間の方向に、ピッチ方向又はヨー方向の移動量の√２倍の位置まで移動する。そして、実際の使用状態では、シフト枠１５がピッチ方向又はヨー方向に完全に独立して駆動されることはほとんどなく、他方の方向での位置を考慮して光軸を中心とした円形もしくは円形に近い多角形の範囲内でシフト移動する。

このとき、３つのボール１６ａ〜１６ｃは上記実際の移動範囲の形状に相似な半分の範囲内で転がり運動をすることになる。

一方、ボール１６ａ〜１６ｃを収容した上記制限枠は、ピッチ方向およびヨー方向にそれぞれ略平行な二対の辺を持つ矩形形状であるが、これが上述した実際の使用状態でのボールの動く範囲に沿った、円形もしくは多角形の形状をしていると、ボールのリセット動作によって、実使用状態でボールが制限端面と当たらない位置まで正しく移動させることができない場合が生じてしまう。

そこで、上述したように、制限枠の大きさを、ボール１６ｂの直径と、シフト枠１５のシフト移動に伴う中心からピッチ方向両側およびヨー方向両側へのボール１６ｂの最大移動量（ｂ×２）と、機械的余裕量（ｃ×２）とを加えた寸法とする。これにより、例えばボールを１つの角部で互いに隣り合う（角部を構成する）２つの制限端面に片寄せした時に、ボールと他の２つの制限端面とのピッチ方向およびヨー方向の隙間が、シフト枠１５の各方向への機械的な最大可動量（または実使用時の最大可動量）の半分の量ｂより大きくする（２ｂ＋２ｃ）。

つまり、ボールの可動範囲が矩形ではなく丸もしくは８角形などの多角形の場合では、ボールがずれて任意の位置にあると、リセット動作をしたときに端に当たってから反対方向に転がって戻るときに隙間が足りないと、また端に当たってしまって結局、中央付近に初期位置出しをできなくなることがあるので、本実施形態は、これを回避するものである。

このため、上述した大きさに制限枠を設定することにより、シフトベース１３およびシフト枠１５のボールと当接する面１３ａ〜１３ｃ，１５ａ〜１５ｃの面積を必要最小限とすることができ、ボール１６ａ〜１６ｃのリセット動作を行なえば、実使用時にはボールが制限端面に当たらず、ボールの転がりのみでシフト枠１５が支持および案内される。このため、振れ補正動作時におけるシフト枠１５の駆動抵抗を小さな転がり抵抗のみとすることができ、精度の高い振れ補正動作を行うことができるとともに、シフト駆動に必要な駆動力の低減による駆動手段の小型化ひいてはシフトユニット３の小型化を図ることができる。

さらに、前述したように、ボール１６ａ〜１６ｃと各当接面１３ａ〜１３ｃ，１５ａ〜１５ｃとの間に潤滑油を塗布することで、ボールと各当接面との滑り摩擦力をより小さくして、さらなる振れ補正制御の高精度化およびシフトユニット３の小型化を図ることができる。

次に、位置検出手段について説明する。図２および図３を用いて説明する。これらの図において、２２ｐは光軸に対して放射方向に２極に着磁された検出用磁石であり、ヨーク２１ｐにより光軸方向前側の磁束が閉じられている。検出用磁石２２ｐは、ヨーク２１ｐの後側（ヨーク２１ｐを挟んでコイル２０ｐの反対側）にてシフト枠１５に固定されている。

２４ｐは磁束密度を電気信号に変換するホール素子であり、センサベース１７に位置決め固定されている。これら、検出用磁石２２ｐ、ヨーク２１ｐおよびホール素子２４ｐによって位置検出手段が構成されている。なお、ヨーク２１ｐを駆動手段と位置検出手段とで共用することにより、位置検出手段の専用のヨークを設ける場合に比べて、部品点数の減少とシフトユニット３の小型化、さらにはシフト枠１５の軽量化による振れ補正制御性の向上等を図ることができる。

ここで、図６を用いて、検出用磁石２２ｐの光軸方向後側の磁束の状態を説明する。図６において、横軸は光軸に対して放射方向の位置を、縦軸は磁束密度を示している。横軸の中央は、検出用磁石２２ｐの２極着磁の境界部分であり、ここでは磁束密度は零となる。また、この位置は、シフトレンズＬ３の光軸が他のレンズに対して略一致する中立位置に対応する。

図６において、二点鎖線で示す変位量の範囲内では、磁束密度が実用上問題とならない程度に直線的に変化している。この磁束密度変化を適当な信号処理によりホール素子２４ｐから電気信号として検出することにより、シフトレンズＬ３の位置を検出することが可能となる。

図７には、ホール素子２４ｐの信号処理回路の例を示している。この図において、２４はホール素子、４０はオペアンプである。このオペアンプ４０は、抵抗４０ａ，４０ｂ，４０ｃと組み合わされ、ホール素子２４に定電流を供給する。ホール素子２４の磁束密度に対する出力は、オペアンプ４１と抵抗４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄによって差動増幅される。

抵抗４１ｅは可変抵抗であり、その抵抗値を変化させることにより磁束密度に対する電気出力信号のレベルをシフトさせることができる。本実施形態の場合、シフトレンズＬ３が中立位置にあるときに出力が基準電位Ｖｃに等しくなるように調整される。

オペアンプ４２は抵抗４２ａ，４２ｂと組み合わされて、オペアンプ４１の出力を基準電位Ｖｃに対して反転増幅する。そして、可変抵抗４２ｂの抵抗値を変化させることにより磁束密度の変化に対する出力電圧の変化の割合を所定値に調整することができる。

図３において、２５はコイル２０ｐおよびホール素子２４ｐを電気的に外部回路と接続させるための可撓性を有するフレキシブル基板である。このフレキシブル基板２５は、２５ａの部分でふたつに折り返され、２６ｐの部分の光軸方向の前側にはホール素子２４ｐが実装されている。また、折り返された部分２５ａはさらに３個所の曲げ部を有し、先端部２７ｐは、その一部に形成された穴部２８ｐをシフト枠１５に形成されたピン２９ｐにピン回りで回転自在に嵌合させている。先端部２７ｐに設けられたランド部３０ｐ，３１ｐにはコイル２０ｐの両端子がそれぞれ半田付けされている。

３２はフレキシブル基板２５をセンサベース１７に固定するための押さえ板であり、１本のビスによりセンサベース１７固定されている。

次に、図８（ａ），（ｂ）を用いてフレキシブル基板２５の固定部であるセンサベース１７とシフト枠１５との動きを吸収する接続部分について更に詳しく説明する。

図８（ａ）はフレキシブル基板２５を曲げる前の形状を示している。センサベース１７に固定される部分には穴部３３ｐと長穴部３４ｐとが長手方向に並ぶように形成されている。センサベース１７における穴部３３ｐと長穴部３４ｐに対応する部分にはそれぞれピンが形成されており、穴部３３ｐによりフレキシブル基板２５の位置が、長穴部３４ｐにより固定部分からの延び出し方向が決められる。

なお、穴部３３ｐと長穴部３４ｐとの間の曲げ部分は、押さえ板３２によりセンサベース１７に押さえられる。３５ｐ，３７ｐの帯状部は曲げ部３６ｐで略９０度に曲げられる。シフト枠１５のピッチ方向およびヨー方向の動きは、帯状部３５ｐ，３７ｐの長手方向の撓みにより吸収される。

先端部２７ｐの穴部２８ｐは、先に説明したようにシフト枠１５のピン２９ｐに嵌合されるが、ピン２９ｐは段付きピンとなっており、先端部２７ｐが抜けない構成となっている。

また、先端部２７ｐは、その出張り部３８ｐがシフト枠１５の受け面と、この受け面に対してある間隔をもって形成された押さえ部１５ｇとの間に嵌り込むことによって、ある範囲内でのピン２９ｐ回りでの回転自由度を持ってピン２９ｐから外れないようになっている。

ここで、曲げ部３６ｐは、長手方向に対して正確に９０度の角度に曲げられている場合には、先端部２７ｐの穴部２８ｐはピン２９ｐの位置にくるので、フレキシブル基板２５の帯状部３５ｐ，３７ｐには不自然な変形は起きないが、曲げ部３６ｐが長手方向に対して９０度からずれて曲げられた場合には、先端部２７ｐの穴部２８ｐとピン２９ｐの位置とが光軸方向に曲げが傾いている分だけずれてしまう。

このとき、先端部２７ｐが曲げのずれ分だけ回転可能なので、帯状部３５ｐ，３７ｐの捩じれにより、曲げ部３６ｐの曲げのずれを吸収することができる。

仮に、先端部２７ｐが回転できない構造だと、曲げ部３６ｐの曲げのずれがあると、帯状部３５ｐ，３７ｐに容易に曲がらない長手幅方向の曲げ（図中の矢印ＡおよびＢ方向の曲げ）が働いて、シフト枠１５は光軸方向に強く押さえつけられる。これにより、ボール１６ａ〜１６ｃとシフトベース１３およびシフト枠１５との摺動部分の摩擦の増加により、シフト枠１５の動きが悪くなってしまう。

また、センサベース１７への結合部分における押え板３２の押えがずれて、フレキシブル基板２５の延び出し方向が若干ずれても、ピン２９ｐに対する穴部２８ｐの光軸方向の位置がずれるので、先端部２７ｐの回転によってフレキシブル基板２５による光軸方向の弾性力が緩和される。

次に、図９（ａ），（ｂ）を用いて、位置検出手段の構成と配置およびピッチ，ヨー方向の２つの磁気回路によるシフト枠１５の回転抑制の機能とその時の動きについて説明する。

図９（ａ）には、シフト枠１５を光軸方向後側から見て示している。ピッチ方向およびヨー方向の２つの磁気回路は、シフト枠１５を光軸方向に付勢する。また、前述したように、ヨーク２１ｐ，２１ｙは駆動用磁石１８ｐ，１８ｙとは光軸方向において略同一の投影形状をしている。このため、シフト枠１５のシフトベース１３（センサベース１７）に対する光軸回りでの回転は、シフトベース１３に固定されているピッチ，ヨー方向の２つの駆動用磁石１８ｐ，１８ｙの吸引作用によって抑制される。

検出用磁石２２ｐ，２２ｙはそれぞれの２極着磁の境界が自らの検出方向軸（ピッチ方向軸およびヨー方向軸）に対して直角方向に配置されており、他方の検出用磁石の検出方向軸の動きに対して、その動きが検出用磁石の大きさに比べて小さい場合は、ホール素子に対する磁束分布が実用上変化しない。このため、２軸独立にシフト枠１５の位置を検出することができる。

また、ピッチ，ヨー方向の２つの位置検出手段は、その検出方向軸の交点が他のレンズの光軸に一致しているので、光軸回りでのシフト枠１５の回転があっても、それが比較的小さな角度内であれば、実用上問題となるような出力値の変化を起こさない。

シフト枠１５に駆動手段によって駆動力が働いたときのシフト枠１５の動きは、駆動手段の力の発生位置とシフト枠１５の重心との位置関係や、接続されているフレキシブル基板２５の接続位置および形状によって異なる。２つの磁気回路はシフト枠１５の回転を抑制しているだけなので、シフト枠１５のシフト駆動に伴なってシフト枠１５が光軸回りで回転することがある。

その時の位置検出手段からの出力値の変化について、図９（ｂ）を用いて説明する。ピッチ方向の位置検出点をＡとし、ヨー方向の位置検出点をＢとし、他のレンズ光軸をＣとし、点Ｄを中心としてシフト枠１５が回転した場合について、各点の動きを見る。

回転角度があまり大きくない場合には、Ａ，Ｂ，Ｃの各点は点Ｄを結んだ線と直角方向に移動する。

ここで、点Ａ〜Ｃの動きベクトルをそれぞれＶａ，Ｖｂ，Ｖｃとし、これらを２軸（ヨー方向の検出方向軸ｘおよびピッチ方向の検出方向軸ｙ）の延びる方向にそれぞれ分解したときの各成分を、Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖｂｘ，Ｖｂｙ，Ｖｃｘ，Ｖｃｙとする。

位置検出手段は、前述したように、検出方向軸と直角方向にはほとんど感度を有していないので、ＶａｘおよびＶｂｙのベクトルは位置検出手段によって検出されない。

ところで、２つの検出方向軸ｘ，ｙの交点は光軸Ｃと一致しているので、光軸Ｃの動きベクトルＶｃｘ，Ｖｃｙに対して、Ｖｃｘ＝Ｖｂｘ，Ｖｃｙ＝Ｖａｙの関係が成り立つ。

このことは、光軸Ｃから離れた点を中心とした回転に伴なうシフトレンズＬ３の光軸位置の変化、すなわちシフト量を回転に影響されずに位置検出手段によって正しく検出できることを示しており、駆動手段および位置検出手段を含む位置決め制御（これについては後述する）により、シフト枠１５を正しい位置に移動させることができる。

図１０には、振れ補正機能を有するレンズ鏡筒を搭載した撮影装置における電気回路構成を示している。図２に示したレンズ鏡筒には、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５０と、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ＣＣＤ等の撮像素子５１とが設けられている。

また、カメラ本体には、撮像素子５１から読み出された電気信号ａを映像信号に処理するカメラ信号処理回路５２と、レンズ駆動を制御する制御回路としてのマイコン５３とが設けられている。

カメラ電源が投入されると、マイコン５３は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の出力を監視しながら、フォーカスモータ駆動回路５６およびズームモータ駆動回路５７にフォーカスモータ９およびズームモータ１０を回転駆動させ、合焦移動枠４および変倍移動枠２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、合焦移動枠４および変倍移動枠２が予め設定された位置（各移動枠に設けられた遮光部がリセットスイッチ１１，１２の発光部を遮光する境界位置）で反転する。この一連の動作を合焦移動枠４および変倍移動枠２のリセット動作という。

マイコン５３は、その位置を基準として、以後のフォーカスモータ９およびズームモータ１０の駆動ステップ数を計数することにより、合焦移動枠（第４群レンズＬ４）および変倍移動枠２（第２群レンズＬ２）の絶対位置を知ることができる。ズームモータ１０の駆動ステップ数を計数することにより、正確な焦点距離情報が得られる。

５８は絞りユニット８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、絞り開口径が制御される。

５９，６０はそれぞれ、撮影装置のピッチ方向およびヨー方向の振れ角度を検出するためのピッチおよびヨー角度検出回路である。振れ角度の検出は、例えば撮影装置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う。

両角度検出回路５９、６０の出力、すなわち撮影装置の振れ角度の情報は、マイコン５３に取り込まれる。

６１，６２はそれぞれ、角度検出回路５９，６０からの出力に応じて、前述したピッチ方向およびヨー方向の駆動手段を構成するコイル２０ｐ，２０ｙへの通電制御を行い、シフト枠１５（シフトレンズＬ３）を光軸直交面内でシフト移動させるピッチおよびヨーコイル駆動回路である。

６３，６４はそれぞれ、前述した位置検出手段を含む、シフト枠１５の光軸に対するシフト量を検出するためのピッチおよびヨー位置検出回路であり、これら位置検出回路６３，６４からの出力はマイコン５３に取り込まれる。

シフトレンズＬ３がシフト移動すると、撮影レンズ内の通過光束が曲げられる。このため、撮影装置に振れが生じることによって本来生ずる撮像素子５１上での被写体像の変位を相殺する方向に、相殺する曲げ量だけ通過光束を曲げるようシフトレンズＬ３をシフト移動させることにより、撮影装置が振れても結像している被写体像が撮像素子５１上で動かない、いわゆる振れ補正を行うことができる。

マイコン５３は、ピッチ角度検出回路５９およびヨー角度検出回路６０により得られた撮影装置の振れ信号と、ピッチ位置検出回路６３およびヨー位置検出回路６４から得られたシフト量信号との差分に相当する信号に対して増幅および適当な位相補償を行なった信号に基づいて、ピッチコイル駆動回路６１およびヨーコイル駆動回路６２にシフト枠１５をシフト駆動させる。

この制御によって、上記の差分信号がより小さくなるようにシフトレンズＬ３が位置決め制御され、目標位置に保たれる。

さらに、本実施形態では、シフトレンズＬ３が変倍のための第２群レンズＬ２よりも撮像面側にあるので、シフトレンズＬ３のシフト量に対する像の移動量が第２群レンズＬ２の位置、すなわち焦点距離によって変化してしまう。

このため、ピッチ角度検出回路５９およびヨー角度検出回路６０によって得られる撮影装置の振れ信号でそのままシフトレンズＬ３のシフト量を決定することはせず、振れ信号を第２群レンズＬ２の位置情報（焦点距離情報）によって補正する。これにより、焦点距離にかかわらず適正な振れ補正制御を行うことができる。

これまで振れ補正時の動作について説明したが、前述したボール１６ａ〜１６ｂのリセット動作を、電源投入時でのズームおよびフォーカスのリセット動作に引き続いて又は時分割で同時に行なうことにより（すなわち、振れ補正動作の開始前に行うことにより）、撮影装置の未使用時での衝撃等でボール１６ａ〜１６ｂが正しい位置からずれていたとしても、ボールのリセット動作の直後から、ボールの転がり摩擦下での振れ補正動作を行うことができる。このため、常に優れた振れ補正性能を発揮することができる。

また、撮影装置の使用中（撮影映像をモニターで観察している時や映像を記録装置に記録している時等）以外の状態をマイコン５３で判別して（例えば、撮影装置の振れ角度の観察により、使用者が撮影装置を持ち歩いている状態を判別する）、この状態にてボールのリセット動作を適宜行なうことで、使用時に常に優れた振れ補正を保証することができる。

また、一般に振れ補正の補正角度範囲は０．５度から１度程度であり、実際の撮影では、撮影装置の各機能を操作する動作やファインダー上で被写体を探したりする動作で、上記の補正角度以上の動きを撮影装置に与えることになる。このため、その動きによりボールのリセット動作と同じ動作を行わせるようにしてもよい。ボールが転がり摩擦状態から滑り摩擦状態に移行する時に摩擦力の不連続な増加で一瞬振れ補正性能が劣化するが、補正角度範囲以上の動きが機器に与えられれば、それ以降は、ボールの転がりだけで案内が行われるので、良好な振れ補正が可能となる。

なお、本実施形態では、駆動用磁石をシフトベースに、コイルをシフト枠に保持させたムービングコイルタイプの振れ補正装置について説明したが、駆動用磁石をシフト枠に、コイルをシフトベースに保持させるようにしてもよい。

また、本実施形態では、撮影装置に用いられるシフトユニットについて説明したが、本発明の振れ補正装置は双眼鏡、望遠鏡等の観察装置にも用いることができる。

本発明の実施形態であるレンズ鏡筒の分解斜視図。 上記のレンズ鏡筒の断面図。 上記レンズ鏡筒に用いられるシフトユニットの分解斜視図。 上記シフトユニットの駆動手段を説明する図。 上記シフトユニットにおけるボールの移動制限枠を説明する図。 上記シフトユニットに設けられた位置検出手段の原理を説明する図。 上記位置検出手段を構成するホール素子の信号処理回路の図。 上記シフトユニットに用いられるフレキシブル基板の説明図。 上記位置検出手段のシフト枠の回転に対する特性を説明する図。 上記レンズ鏡筒を備えた撮影装置の電気回路構成を示すブロック図。

符号の説明

１ 固定鏡筒
２ 変倍移動枠
３ シフトユニット
４ 合焦移動枠
５ 後部鏡筒
６，７ ガイドバー
８ 絞りユニット
９ フォーカスモータ
１０ ズームモータ
１１，１２ リセットスイッチ
１３ シフトベース
１４ 位置決め部材
１５ シフト枠
１６ａ〜１６ｃ ボール
１７ センサベース
１８ｐ，１８ｙ 駆動用磁石
１９ｐ，１９ｙ バックヨーク
２０ｐ，２０ｙ コイル
２１ｐ，２１ｙ ヨーク
２２ｐ，２２ｙ 検出用磁石
２４ｐ，２４ｙ ホール素子
２５ フレキシブル基板
３２ 押さえ板

Claims (5)

1. 振れ補正レンズと、
   前記振れ補正レンズを保持し、光軸直交方向に移動可能なシフト枠と、
   前記シフト枠の光軸方向の移動を規制するためのシフトベースと、
   前記シフト枠と前記シフトベースとの間に挟持され、転動可能なボールと、
   前記ボールとの当接によって前記ボールの移動を所定範囲内に制限するための制限部と、
   前記シフト枠および前記シフトベースのうち一方に保持された２極着磁の磁石と前記シフト枠および前記シフトベースのうち他方に保持されたヨークおよびコイルとを備え、前記コイルへの通電により前記シフト枠を光軸直交方向に駆動する駆動手段と、を有するレンズ鏡筒であって、
   前記磁石と前記ヨークとの間に作用する磁気的な吸引力により、前記シフト枠を前記シフトベース側へ付勢しており、
   前記ヨークは、前記磁石側に突出した突出部を備えており、
   前記振れ補正レンズの中心が光軸と一致する状態において、前記突出部は、前記磁石の２極着磁の境界に位置していることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記コイルは、前記磁石および前記ヨークの間であって、前記突出部の外周上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記シフト枠を前記シフトベース側へ付勢する付勢力は、前記振れ補正レンズを含む前記シフト枠の重量の５倍以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ鏡筒。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のレンズ鏡筒を備えたことを特徴とする撮影装置。
5. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のレンズ鏡筒を備えたことを特徴とする観察装置。