JP4858068B2 - ブレ補正機構及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、光学系のブレを補正する機構を有したブレ補正機構及び光学機器に関するものである。

レンズ枠体を、ガイド軸上をスライドさせることで所定の方向に移動自在にし、そのガイド軸を中心として回転して、所定の方向とは垂直な方向に移動自在にレンズ鏡筒を支持するブレ補正機構を備えた光学機器が知られている（例えば、特許文献１）。
しかし、このようなブレ補正機構は、構成部品が多いので、各構成部品間の誤差やガタにより、レンズ枠体の回転規制が不十分となり、駆動制御の精度に悪影響を与えることがあるなどの問題があった。
特開平１０−３１０２号公報

本発明の課題は、簡単な構造で、精度よく案内することができるガイド機構を有したブレ補正機構及び光学機器を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を括弧内に付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、ブレ補正光学系を光軸と交差する面内に移動させることにより、撮像面上に結像する被写体像の像ブレを補正するブレ補正機構であって、ブレ補正時に光軸と交差する面内において直交するＸ及びＹ方向に相対移動する第１の部材（３１）及び第２の部材（３２）と、長板状に形成され、短辺側が前記第１の部材（３１）及び前記第２の部材（３２）に対してそれぞれ略直交するように前記第１の部材（３１）と前記第２の部材（３２）との間に配置され、前記第１の部材（３１）及び前記第２の部材（３２）の前記Ｘ及びＹ方向への相対移動を案内するガイド部材（３３）と、前記第１の部材（３１）において前記第２の部材（３２）と対向する面に設けられた第１の溝形状部（３３−１ａ）及び前記ガイド部材（３３）の短辺側の一端に設けられた第１の円形状部（３３−１ｂ）を備え、前記第１の溝形状部（３３−１ａ）と前記第１の円形状部（３３−１ｂ）とが係合可能に構成されると共に、前記第１の部材（３１）と前記ガイド部材（３３）との間において前記Ｙ方向に沿って一列に設けられた複数の第１の係合部（３３−１）と、前記第２の部材（３２）において前記第１の部材（３１）と対向する面に設けられた第２の溝形状部（３３−２ａ）及び前記ガイド部材（３３）の短辺側の他端に設けられた第２の円形状部（３３−２ｂ）を備え、前記第２の溝形状部（３３−２ａ）と前記第２の円形状部（３３−２ｂ）とが係合可能に構成されると共に、前記第２の部材（３２）と前記ガイド部材（３３）との間において前記Ｙ方向に沿って一列に設けられた複数の第２の係合部（３３−２）と、を備え、前記第１の部材（３１）は、前記ブレ補正光学系を保持可能に構成され、前記第１の係合部（３３−１）及び前記第２の係合部（３３−２）の少なくとも一方の溝形状部（３３−１ａ、３３−２ａ）は、前記Ｙ方向に沿って長穴状に形成され、前記ガイド部材（３３）が前記第１の係合部（３３−１）及び前記第２の係合部（３３−２）において前記Ｘ方向に傾斜することにより前記第１の部材（３１）及び前記第２の部材（３２）が前記Ｘ方向へ相対移動し、前記ガイド部材（３３）に対し前記第１の係合部（３３−１）及び／又は前記第２の係合部（３３−２）が前記第１の溝形状部（３３−１ａ）及び／又は前記第２の溝形状部（３３−２ａ）に沿って移動することにより前記第１の部材（３１）及び前記第２の部材（３２）が前記Ｙ方向へ相対移動することを特徴とするブレ補正装置（３０）である。

請求項２の発明は、請求項１に記載のブレ補正機構（３０）において、前記第１の係合部（３３−１）の前記第１の円形状部（３３−１ｂ）及び第２の係合部（３３−２）の前記第２の円形状部（３３−２ｂ）は、前記ガイド部材（３３）に一体で形成されることを特徴とするブレ補正機構（３０）である。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のブレ補正機構において、前記第１又は第２の部材（３１、３２）と、前記ガイド部材（３３）との間には、前記ガイド部材（３３）が前記第１又は第２の部材（３１、３２）に対して前記Ｙ方向へ移動するのを規制する規制部（３３−３）を備えることを特徴とするブレ補正機構（３０）である。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のブレ補正機構（３０）を含むことを特徴とする光学機器（１０）。

本発明によれば、ブレ補正機構は、球面又は円筒面と、長穴状の溝形状とが係合した第１の係合部及び第２の係合部が、ガイド部材及び第１の部材の間と、ガイド部材及び第２の部材の間とに設けられているので、簡単な構造で、第１及び第２の部材を、相対的に回転することなく一定の姿勢を維持して、精度よく２軸方向に相対移動させることができる。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態をあげて、さらに詳しく説明する。
図１は、本発明によるカメラの実施形態の全体構成を示すブロック図である。図２は、カメラのレンズ鏡筒部を示す図であり、図３は、レンズ鏡筒部に設けられたブレ補正機構部を示す平面図である。また、図４は、図３のＡ−Ａ断面を示す図であり、図５は、図３のＢ−Ｂ断面を示す図である。さらに、図６は、ブレ補正機構部のガイド部材の斜視図である。なお、説明を明確にするために、図２〜５までの各図は、共通して、図２に示す対物（被写体）からの光Ａ１をＸ方向とし、それと直交した光Ａ２をＺ方向とする。また、Ｙ方向は、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向である。

カメラ１０は、図１に示すように、制御部１１、表示部１２、記憶部１３、操作部１４、ジャイロセンサ１５、レンズ鏡筒部２０及びブレ補正機構部３０で構成されたデジタルカメラである。
制御部１１は、カメラ１０の各部を統括して制御するＣＰＵであり、また、ジャイロセンサ１５や、後述のブレ補正機構部３０の位置検出器３６の出力信号に応じて、ブレ補正機構部３０を制御する機能も有している。
表示部１２は、カメラ１０で撮影した画像や、操作内容を表示する液晶ディスプレイである。

記憶部１３は、カメラ１０で撮影された画像データや、操作設定などを記憶するメモリである。
操作部１４は、カメラ１０の撮影の操作や、撮影条件などの設定を行うための操作用の複数のボタンである。例えば、後述のシャッター絞り機構部２９（図２参照）の操作や、第３のレンズ群２４及び第５のレンズ群２６（図２参照）を駆動させるズーム操作などを行うことができる。
ジャイロセンサ１５は、カメラ１０の角速度を検出するセンサである。撮影時のカメラ１０の動き（手振れ）を検出し、ブレ補正機構部３０で手振れによる像ブレを補正する。なお、ジャイロセンサ１５は、２つの角速度センサから構成されており、各角速度センサは、カメラ１０のピッチング（Ｙ軸周りの回転）及びヨーイング（Ｘ軸周りの回転）の角速度を検出する。

レンズ鏡筒部２０は、図１及び図２に示すように、第１のレンズ群２１、プリズム２２、第２のレンズ群２３、第３のレンズ群２４、第４のレンズ群２５、第５のレンズ群２６、ローパスフィルタ２７、ＣＣＤ２８、シャッター絞り機構部２９及びブレ補正機構部３０を有している。
第１のレンズ群２１は、被写体からの光が入射する対物レンズであり、レンズ鏡筒部２０のレンズ群の中でも最も被写体に近いレンズである。
プリズム２２は、入射した光の方向を９０度曲げる直角プリズムであり、第１のレンズ群２１が射出した＋Ｘ方向の光Ａ１を全反射させ、９０度曲げて、−Ｚ方向の光Ａ２を第２のレンズ群２３へと射出する。

第２のレンズ群２３は、プリズム２２から射出された光Ａ２が入射する位置に配置される。
第３のレンズ群２４は、第２のレンズ群２３から射出された光Ａ２が入射する位置に配置され、駆動機構（不図示）により、Ｚ方向の任意の位置に移動することができる。
第４のレンズ群２５は、第３のレンズ群２４から射出された光Ａ２が入射する位置に設けられたブレ補正機構部３０の可動枠３１に配置される。
第５のレンズ群２６は、第４のレンズ群２５から射出された光Ａ２が入射する位置に配置され、第３のレンズ群２４と同様に、駆動機構（不図示）により、Ｚ方向の任意の位置に移動させることができる。

ローパスフィルタ２７は、特定の周波数以下の信号だけを通過させる特性をもつ分波器であり、第５のレンズ群２６とＣＣＤ２８との間に設けられ、ＣＣＤ２８が出力する画像信号の干渉縞（モアレ）の発生を防止する。
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅ Ｄｅｖｉｃｅ）２８は、第５のレンズ群２６の射出側に設けられた固体撮像素子であり、撮像面上に結像する被写体像の光に基づいて、電気的な画像信号を出力することができる。
シャッター絞り機構部２９は、ブレ補正機構部３０の第４のレンズ群２５の入射側に設けられ、レンズ鏡筒部２０を通過する像光の光量を規制する絞り部と、像光がＣＣＤ２８に露光する露光時間を調整するシャッター部とを備えている。

ブレ補正機構部３０は、図３に示すように、可動枠（第１の部材）３１、固定枠（第２の部材）３２、ガイド部材３３、第１の係合部３３−１、第２の係合部３３−２、規制部３３−３、支持部３４、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）３５及び位置検出器３６を有している。第４のレンズ群２５を固定した可動枠３１を、ボイスコイルモータ３５を駆動源として、光Ａ２と直交する面（ＸＹ平面）内を移動させることにより、カメラ１０の動き（手振れ）に起因する像ブレを低減する。

可動枠３１は、中央に第４のレンズ群２５を固定し、レンズ鏡筒部２０のＸＹ平面内に移動可能な部材であり、固定枠３２に対して相対的に移動する。また、可動枠３１は、固定枠３２と対向する面に、後述の第１の係合部３３−１の一部を形成する長穴状の溝形状部（第１の溝形状部）３３−１ａが２つ、十分な距離を離して設けられている。
固定枠３２は、中央部に、第４のレンズ群２５から射出された光Ａ２が通過する孔が設けられ、レンズ鏡筒部２０に固定された部材である。固定枠３２は、可動枠３１と対向する面に、後述の第２の係合部３３−２の一部を形成する長穴状の溝形状部（第２の溝形状部）３３−２ａが２つ十分な距離を離して設けられ、また、同じ面に後述の規制部３３−３の一部を形成する凹部３３−３ａが２つ設けられている。

ガイド部材３３は、図４〜図６に示すように、可動枠３１及び固定枠３２の間に配置されるＹ方向に長い部材であり、可動枠３１側の端部（上端部）のＹ方向の両端２箇所に、後述の第１の係合部３３−１の一部を形成する球形状部（第１の円形状部）３３−１ｂを備える。また、ガイド部材３３の固定枠３２側の端部（下端部）のＹ方向の両端２箇所には、後述の第２の係合部３３−２の一部を形成する球形状部（第２の円形状部）３３−２ｂを備えている。さらに、ガイド部材３３の固定枠３２側の端部には、後述の規制部３３−３の一部を形成する凸部３３−３ｂがガイド部材３３の長手方向（Ｙ方向）の中心から等間隔に２箇所設けられている。

第１の係合部３３−１は、溝形状部３３−１ａ及び球形状部３３−１ｂを有し、溝形状部３３−１ａに球形状部３３−１ｂを係合させて、可動枠３１及びガイド部材３３を案内する機構であり、溝形状部３３−１ａ及び球形状部３３−１ｂは、両者が係合するように可動枠３１及びガイド部材３３の対向した位置に設けられる。なお、溝形状部３３−１ａは、可動枠３１に、Ｙ方向に長い長穴状で形成される。
第２の係合部３３−２は、第１の係合部３３−１と同様に、溝形状部３３−２ａ及び球形状部３３−２ｂを有し、溝形状部３３−２ａに球形状部３３−２ｂを係合させて、可動枠３１及びガイド部材３３を案内する機構であり、溝形状部３３−２ａ及び球形状部３３−２ｂは、両者が係合するように固定枠３２及びガイド部材３３の対向した位置に設けられる。なお、溝形状部３３−２ａは、固定枠３２に、Ｙ方向に長い長穴状で形成される。

規制部３３−３は、図４に示すように、ガイド部材３３が、固定枠３２に対して、Ｙ方向に移動しないように規制する機構であり、固定枠３２に設けられた凹部３３−３ａと、ガイド部材３３の下端に設けられた凸部３３−３ｂとで構成される。なお、凹部３３−３ａ及び凸部３３−３ｂは、両者が係合するように固定枠３２及びガイド部材３３の対向した位置に設けられている。
なお、ガイド部材３３は、球形状部３３−１ｂ、球形状部３３−２ｂ、凸部３３−３ｂが一体で形成された一体成型品である。また、第１の係合部３３−１及び第２の係合部３３−２は、ガイド部材３３を可動枠３１及び固定枠３２に対して効率よく動かせるように、力の作用点であるボイスコイルモータ３５の周辺に設けられている。

以上の構成により、可動枠３１は、図５（ｂ）に示すように、ガイド部材３３が第１の係合部３３−１及び第２の係合部３３−２でＸ方向に傾斜することにより、固定枠３２に対して相対的に、Ｘ方向に移動する（矢印Ｂ）。また、図４に示すように、第１の係合部３３−１の長穴状の溝形状部３３−１ａにより、Ｙ方向に移動することができる（矢印Ｃ）。さらに、図３に示すように、２組の溝形状部３３−１ａ及び球形状部３３−１ｂが十分な距離を設けて配置され、同様に、２組の溝形状部３３−２ａ及び球形状部３３−２ｂが十分な距離を設けて配置されているため、可動枠３１は、固定枠３２に対して回転することなく、一定の姿勢を維持して移動する。さらに、規制部３３−３により、ガイド部材３３が、可動枠３１と固定枠３２との間で個別に移動するのを防止する。

支持部３４は、図５（ａ）に示すように、鋼球３４−１、カップ状に窪んだ球受け部３４−２及び平坦部３４−３で構成された転動機構であり、固定枠３２に設けられた球受け部３４−２と、可動枠３１の球受け部３４−２に対向する位置に設けられた平坦部３４−３とにより、鋼球３４−１が転動可能に挟持される。この機構により、固定枠３２に対して、可動枠３１が、Ｚ方向の位置を一定に維持しながら、ＸＹ平面内に移動自在となる。
ボイスコイルモータ３５は、図３及び図５に示すように、磁石部３５−１及びコイル部３５−２により構成され、駆動指令に対して線形に駆動でき、また、高速に応答することができる非接触式の電磁アクチュエータである。ボイスコイルモータ３５は、可動枠３１の第４のレンズ群２５の中心ＯＲを通るＸ軸に対して、線対称に２箇所設けられ、その駆動方向（矢印Ｃ１、矢印Ｃ２）がＸ方向に対し４５度傾斜して、ハの字を形成するように配置され、また、駆動方向（矢印Ｃ１、矢印Ｃ２）の交点が、第４のレンズ群２５の中心ＯＲを通るＸ軸上に存在するように配置されている。

磁石部３５−１は、永久磁石３５−１ａ及びヨーク３５−１ｂを有した磁気回路である。
コイル部３５−２は、電気子巻線であるコイル３５−２ａ及びヨーク３５−２ｂを有した磁気回路である。
位置検出器３６は、磁石部３６−１及び検出部３６−２により構成され、磁石部３６−１と検出部３６−２との間の磁界の変化を検出することにより、可動枠３１の移動変位を検出する。位置検出器３６は、可動枠３１の第４のレンズ群２５の中心ＯＲを通るＸ軸に対して、線対称に２箇所設けられ、その検出方向（矢印Ｄ１、矢印Ｄ２）がＸ方向に対し４５度傾斜して、ハの字を形成するように配置されている。また、各検出方向（矢印Ｄ１、矢印Ｄ２）の交点が、第４のレンズ群２５の中心ＯＲと一致するように配置されている。
磁石部３６−１は、永久磁石３６−１ａ及びヨーク３６−１ｂを有した磁気回路である。
検出部３６−２は、ホール素子３６−２ａ及びヨーク３６−２ｂを有した磁気回路である。

次に、カメラ１０及びブレ補正機構部３０の動作について説明する。
カメラ１０は、図１に示すように、レンズ鏡筒部２０を介して被写体の映像を表示部１２に映し出し、操作部１４により被写体を撮影する。レンズ鏡筒部２０は、被写体からの光を、第１のレンズ群２１で入射し、プリズム２２で９０度偏光し、第２〜第６のレンズ群２３〜２６を介してＣＣＤ２８により結像する。撮影者により操作部１４の撮影ボタンが押されると、制御部１１は、撮影者の手振れなどによる被写体の像ブレを補正するブレ補正機構部３０を作動させる。

ブレ補正機構部３０は、ジャイロセンサ１５により検出されるカメラ１０の姿勢変化の角速度データと、位置検出器３６により検出される固定枠３２に対する可動枠３１の位置データとに基づいて、カメラ１０の手振れによる像ブレを補正する制御と、第４のレンズ群２５の中心部と光Ａ２との相対位置を適正に管理する位置制御とを行う。この機構により、カメラ１０に加わる手振れなどの外乱に影響されることなく、被写体を鮮明に撮影することができる。

以上より、本実施形態のカメラには以下のような効果がある。
（１）ブレ補正機構部３０は、球形状部と、長穴状の溝形状部とが係合した第１の係合部及び第２の係合部が、ガイド部材３３及び可動枠３１の間と、ガイド部材３３及び固定枠３２の間とに設けられているので、簡単な構造で、可動枠３１及び固定枠３２を、相対的に回転することなく一定の姿勢を維持して、精度よく２軸（ＸＹ）方向に相対移動させることができる。

（２）第１の係合部３３−１及び第２の係合部３３−２の球形状部３３−１ｂ、３３−２ｂは、ガイド部材３３に一体で形成されているので、球形状部３３−１ｂ、３３−２ｂとガイド部材３３とが別部品となることによる誤差を解消し、ブレ補正機構部３０の駆動制御の精度を向上させることができる。なお、ガイド部材３３を、球形状部３３−１ｂ、球形状部３３−２ｂ及び凸部３３−３ｂが一体で形成された一体成型品にすることで、安価に製造することができる。
（３）固定枠３２とガイド部材３３との間には、固定枠３２及びガイド部材３３のＹ方向への相対移動を規制する規制部３３−３が設けられているので、ガイド部材３３が、可動枠３１と固定枠３２との間で、個別に移動するのを防止することができ、ブレ補正機構部３０の制御特性及び駆動精度を向上させることができる。

（変形例）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）本実施形態では、固定枠３２とガイド部材３３との間に規制部３３−３を設けたが、可動枠３１とガイド部材３３との間に設けてもよい。
（２）本実施形態では、第１の係合部３３−１及び第２の係合部３３−２は、球形状部３３−１ｂ及び球形状部３３−２ｂを用いたが、円筒形状を用いてもよい。なお、円筒形状を用いる場合は、円筒の中心線の方向がＹ方向に向くように配置する必要がある。
（３）本実施形態では、ガイド部材３３に球形状部３３−１ｂ及び球形状部３３−２ｂを形成し、可動枠３１及び固定枠３２に溝形状部３３−１ａ及び溝形状部３３−２ａを形成したが、ガイド部材３３に溝形状部３３−１ａ及び溝形状部３３−２ａを形成し、可動枠３１及び固定枠３２に球形状部３３−１ｂ及び球形状部３３−２ｂを形成してもよい。

本発明によるカメラの実施形態の全体構成を示すブロック図である。 本発明によるカメラのレンズ鏡筒部を示す図である。 本発明によるカメラのブレ補正機構部を示す図である。 本発明によるカメラのブレ補正機構部のＡ−Ａ断面を示す図である。 本発明によるカメラのブレ補正機構部のＢ−Ｂ断面を示す図である。 本発明によるブレ補正機構部のガイド部材の斜視図である。

符号の説明

１０：カメラ、３１：可動枠、３２：固定枠、３３：ガイド部材、３３−１：第１の係合部、３３−１ａ：溝形状部、３３−１ｂ：球形状部、３３−２：第２の係合部、３３−２ａ：溝形状部、３３−２ｂ：球形状部

Claims (4)

1. ブレ補正光学系を光軸と交差する面内に移動させることにより、撮像面上に結像する被写体像の像ブレを補正するブレ補正機構であって、
   ブレ補正時に光軸と交差する面内において直交するＸ及びＹ方向に相対移動する第１の部材及び第２の部材と、
   長板状に形成され、短辺側が前記第１の部材及び前記第２の部材に対してそれぞれ略直交するように前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置され、前記第１の部材及び前記第２の部材の前記Ｘ及びＹ方向への相対移動を案内するガイド部材と、
   前記第１の部材において前記第２の部材と対向する面に設けられた第１の溝形状部及び前記ガイド部材の短辺側の一端に設けられた第１の円形状部を備え、前記第１の溝形状部と前記第１の円形状部とが係合可能に構成されると共に、前記第１の部材と前記ガイド部材との間において前記Ｙ方向に沿って一列に設けられた複数の第１の係合部と、
   前記第２の部材において前記第１の部材と対向する面に設けられた第２の溝形状部及び前記ガイド部材の短辺側の他端に設けられた第２の円形状部を備え、前記第２の溝形状部と前記第２の円形状部とが係合可能に構成されると共に、前記第２の部材と前記ガイド部材との間において前記Ｙ方向に沿って一列に設けられた複数の第２の係合部と、を備え、
   前記第１の部材は、前記ブレ補正光学系を保持可能に構成され、
   前記第１の係合部及び前記第２の係合部の少なくとも一方の溝形状部は、前記Ｙ方向に沿って長穴状に形成され、
   前記ガイド部材が前記第１の係合部及び前記第２の係合部において前記Ｘ方向に傾斜することにより前記第１の部材及び前記第２の部材が前記Ｘ方向へ相対移動し、前記ガイド部材に対し前記第１の係合部及び／又は前記第２の係合部が前記第１の溝形状部及び／又は前記第２の溝形状部に沿って移動することにより前記第１の部材及び前記第２の部材が前記Ｙ方向へ相対移動すること、
   を特徴とするブレ補正機構。
2. 請求項１に記載のブレ補正機構において、
   前記第１の係合部の前記第１の円形状部及び第２の係合部の前記第２の円形状部は、前記ガイド部材に一体で形成されること、
   を特徴とするブレ補正機構。
3. 請求項１又は請求項２に記載のブレ補正機構において、
   前記第１又は第２の部材と、前記ガイド部材との間には、前記ガイド部材が前記第１又は第２の部材に対して前記Ｙ方向へ移動するのを規制する規制部を備えること、
   を特徴とするブレ補正機構。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のブレ補正機構を含むこと、
   を特徴とする光学機器。

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