JP5012085B2 - ブレ補正装置及び光学装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ブレ補正装置と、そのブレ補正装置を有する光学装置に関する。
手振れなどによる撮像画像のブレを抑制することができるブレ補正装置としては、種々のものが知られている。たとえば、下記の特許文献1〜3に示すように、光軸Zに垂直なX−Y平面内で、補正レンズを、検出されたカメラのブレに合わせて、X軸およびY軸の双方にシフト移動させる光学式のブレ補正装置が知られている。
このような光学式のブレ補正装置においては、各軸方向のブレを検出するためのセンサにより規定される制御中心位置と、アクチュエータなどによりシフト移動させられる可動部の重心位置とが異なる場合がある。特に、カメラの小型化に伴い、ブレ補正装置において、制御中心位置と可動部の重心位置とを合わせにくい場合がある。
ところが、このように制御中心位置と可動部の重心位置とが異なる場合には、可動部をシフト移動させるためのVCMなどのアクチュエータの力により可動部に回転が生じる場合がある。そのような場合には、X軸の駆動によりY軸の出力が変化してしまうために、制御が不安定になることがあった。
特開2001−228498号公報 特開2002−196382号公報 特開平3−37615号公報
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、可動部の重心回りに可動部が回転したとしても、安定してブレ補正制御を行うことができるブレ補正装置と、そのブレ補正装置を具備する光学装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の第1の観点に係るブレ補正装置は、
固定部材(110)に対向する平面上を前記固定部材に対して相対移動可能な移動部材(120)と、
前記移動部材(120)に備えられ、前記移動部材の重心、又は、前記重心に近接した位置を通り前記平面と平行な第1方向に沿った磁界を形成する第1の磁石(151)と、
前記移動部材に備えられ、前記移動部材の重心、又は、前記重心に近接した位置を通り前記平面と平行な第2方向に沿った磁界を形成する第2の磁石(161)と、
前記固定部材に備えられ、前記第1の磁石の磁界を検出する第1の磁気検出素子(152)と、
前記固定部材に備えられ、前記第2の磁石の磁界を検出する第2の磁気検出素子(162)とを含むことを特徴とする。
本発明の第2の観点に係るブレ補正装置は、
固定部材(110)に対向する平面上を前記固定部材に対して相対移動可能な移動部材(120)と、
前記移動部材(120)の重心、又は、前記重心に近接した位置を通り前記平面と平行な第1方向に沿った前記固定部材と前記移動部材との相対移動を検出する第1の検出部(150)と、
前記第1方向(β1)と交差し、前記移動部材の重心、又は、前記重心に近接した位置を通り前記平面と平行な第2方向(β2)に沿った前記固定部材と前記移動部材との相対移動を検出する第2の検出部(160)とを含むことを特徴とする。
上記のブレ補正装置は、好ましくは、
前記平面と平行な第3方向(α1)に沿って前記固定部材と前記移動部材とを相対移動させる第1の駆動部(130)と、
前記第3方向と交差し、前記平面と平行な第4方向(α2)に沿って前記固定部材と前記移動部材とを相対移動させる第2の駆動部(140)とを含み、
前記第1方向と前記第2方向との交差角(θ1)は、前記第3方向と前記第4方向との交差角(θ2)とは異なる。
好ましくは、前記第3方向と前記第4方向との交差角(θ2)は、90度である。
好ましくは、前記固定部材又は前記移動部材は、前記第1方向と前記第2方向との交点を制御中心(C1)として相対移動する。
好ましくは、前記移動部材は、像ブレを補正するための光学系を含む。あるいは、前記移動部材は、光学系による像を撮像する撮像素子を含んでもよい。
好ましくは、前記第1の検出部は、前記第1方向に沿って形成された磁場を用いて前記固定部材と前記移動部材との相対移動を検出し、
前記第2の検出部は、前記第2方向に沿って形成された磁場を用いて前記固定部材と前記移動部材との相対移動を検出する。
本発明に係る光学装置は、上記されたブレ補正装置を備えたことを特徴とする光学装置である。
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図1は本発明の一実施形態に係るブレ補正装置を具備するカメラの概略断面図、
図2は図1に示すカメラ内におけるブレ補正装置のII−II線に沿う平面図、
図3は図2に示すIII−III線に沿う概略断面図、
図4は図3に示すIV−IV線に沿う概略断面図、
図5(A)および図5(B)は制御中心位置と重心位置とが一致している場合における回転により生じる変位を示す概略図、図5(C)および図5(D)は制御中心位置と重心位置とが一致していない場合における回転により生じる変位を示す概略図である。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係るカメラ1は、いわゆるコンパクトカメラであり、カメラボディ1a内にレンズ鏡筒2を有する。レンズ鏡筒2は、対物側から順に、第1レンズ群L1、プリズムP、第2レンズ群L2、第3レンズ群L3、ブレ補正レンズ群(第4レンズ群)L4、第5レンズ群L5を配列して構成された撮像光学系を備えている。また、この実施形態のカメラ1では、第5レンズ群L5の背後(像面側)に、ローパスフィルタ4およびCCDなどの撮像素子3を具備してある。また、第3レンズ群L3と第4レンズ群L4との間には、シャッタ絞りユニット5を備えている。
第1レンズ群L1は、撮像光学系のうち最も対物側に設けられた対物レンズである。プリズムPは、第1レンズ群L1が射出した被写体の光を全反射させてその進行方向を90度曲げる直角プリズムである。以下、この撮像光学系におけるプリズムPの入射側の光軸、射出側の光軸に、それぞれ符号 A1、A2を付して説明する。
光軸A2は、通常撮影時において、プリズムPに対して鉛直方向に配置され、第2レンズ群L2よりも像側の各レンズ群は、プリズムPに対して下側に順次配列されている。ここで、本明細書において「通常撮影時」とは、対物側の光軸A1を略水平とし、表示部12の長辺方向を略水平としたカメラの姿勢を指すものとする。
第2レンズ群L2は、プリズムPの射出側に設けられている。第2レンズ群L2は、プリズムPに対する位置が固定されている。第3レンズ群L3は、第2レンズ群L2の射出側に設けられ、光軸A2上での位置が固定されている。また、第3レンズ群L3は、図示しないレンズ駆動モータによって、光軸A2上を移動する。
ブレ補正レンズ群(第4レンズ群)L4は、第3レンズ群L3の射出側に設けられ、ブレ補正装置100の一部を構成するものである。このブレ補正装置100の構成、機能については後に詳しく説明する。ブレ補正レンズ群L4は、他のレンズ群に対して、光軸A2と直交する面内でシフト変位することによって、カメラの動きに起因する像ブレを低減する。
第5レンズ群L5は、ブレ補正レンズ群L4の射出側に設けられ、光軸A2上の位置が固定されている。また、第5レンズ群L5は、図示しないレンズ駆動モータによって、光軸A2上を移動する。
撮像素子3は、第5レンズ群L5の射出側に設けられたCCDなどの固体撮像素子である。撮像素子3は、撮像光学系が撮像面上に結像する被写体像の光に基づいて、電気的な画像出力信号を生成する。ローパスフィルタ(LPF)4は、第5レンズ群L5と撮像素子3との間に設けられ、撮像素子3が出力する画像出力信号におけるモアレの発生を防止するものである。
シャッタ絞りユニット5は、ブレ補正レンズ群L4の入射側に設けられ、撮像光学系を通過する像光の光量を規制する絞り部と、像光が撮像素子3に露光する露光時間を調整するシャッタ部とを備えている。
以下、カメラ1のレンズ鏡筒2に内蔵してあるブレ補正装置100について、詳細に説明する。ブレ補正装置100は、図2〜図4に示すように、固定部110と可動部120とを有する。固定部110は、光軸A2に対するその位置が固定された部分である。可動部120は、固定部110に対して、光軸A2に直交するX軸−Y軸平面内で移動可能に支持されている。可動部120には、上述したブレ補正レンズ群L4が、X軸方向の略中央部に固定されている。
図2に示すように、固定部110および可動部120は、光軸A2方向から見ると、光軸A1と平行な方向(図2におけるY方向)の寸法よりも、光軸A1および光軸A2に直交する方向(図2におけるX方向)の寸法のほうが大きい略矩形状に形成されている。
固定部110に対して可動部120をX軸−Y軸平面内で滑らかに移動させるために、これらの間には、図3および図4に示すように、鋼球などで構成された転がり軸受170が配置してある。また、図2に示すように、固定部110に対して可動部120を、光軸A2と直交するX軸−Y軸平面内において駆動移動させるために、電磁アクチュエータとしてのボイスコイルモータ(VCM)130,140が、固定部110と可動部120との間に装着してある。
VCM130は、図3に示すように、コイル131、マグネット132、ヨーク133を備えている。コイル131は、可動部120に対向した状態で固定部110に固定された電気子巻線である。また、コイル131は、第1駆動方向α1と直交する方向を長軸とする長円状に形成されている。マグネット132は、コイル131に対向した状態で可動部120に固定される。ヨーク133は、たとえば鉄系金属等によってプレート状に形成された磁性体であり、コイル131のマグネット132とは反対側の可動部120の表面に配置されている。
VCM140は、VCM130と同様な構成であり、図4に示すように、コイル141、マグネット142、ヨーク143を備えている。コイル141は、可動部120に対向した状態で固定部110に固定された電気子巻線である。また、コイル141は、第2駆動方向α2と直交する方向を長軸とする長円状に形成されている。マグネット142は、コイル141に対向した状態で可動部120に固定される。ヨーク143は、たとえば鉄系金属等によってプレート状に形成された磁性体であり、コイル141のマグネット142とは反対側の可動部120の表面に配置されている。
これらVCM130および140は、たとえば角速度センサなどによって検出されたカメラ1の傾き角に応じて、固定部110に対して可動部120を駆動し、補正レンズ群L4の光軸A20を、その他のレンズ群L2,L3,L5の光軸A2に対して移動制御することにより、像ブレを低減する。
また、X軸−Y軸平面内で固定部110に対して可動部120の移動量を検出して、VCM130および140による駆動移動量を制御するために、固定部110と可動部120との間には、第1位置センサ150および第2位置センサ160が装着してある。
第1位置センサ150は、図4に示すように、マグネット151、ホール素子152を備えている。マグネット151は、固定部110に対向した状態で可動部120に固定された永久磁石である。ホール素子152は、マグネット151に対向した状態で固定部110に固定された磁気センサである。このホール素子152は、可動部120の固定部110に対する変位に応じたマグネット151の磁界の変化を検出するものである。この第1位置センサ150は、図2において、第1センサ方向β1に沿った固定部110に対する可動部120の相対移動量を検出することが可能になっている。
また、第2位置センサ160は、第1位置センサ150と同様な構成であり、図3に示すように、マグネット161、ホール素子162を備えている。マグネット161は、固定部110に対向した状態で可動部120に固定された永久磁石である。ホール素子162は、マグネット161に対向した状態で固定部110に固定された磁気センサである。このホール素子162は、可動部120の固定部110に対する変位に応じたマグネット161の磁界の変化を検出するものである。この第2位置センサ160は、図2において、第2センサ方向β2に沿った固定部110に対する可動部120の相対移動量を検出することが可能になっている。
本実施形態では、図2に示すように、補正レンズ群L4の光軸A20に対して、X軸およびY軸平面上での可動部120の全体の重心G1が一致するように、可動部120の形状、永久磁石132,142,151,161およびヨーク133,143の重量や位置などが調整してある。しかも本実施形態では、第1センサ方向β1と第2センサ方向β2との交点である制御中心C1が、重心G1に一致するように、第1センサ方向β1と第2センサ方向β2とのセンサ交差角度θ1が調整してある。なお、本明細書では、「一致する」とは、「所定範囲内で近接する」意味も含んで用いられる。その場合における所定範囲内とは、例えば組立誤差や製造誤差の範囲内である。
一眼レフカメラなどでは、センサ交差角度θ1を90度に設定することが一般的である。可動部120におけるX軸−Y軸平面形状が限定されるコンパクトカメラなどにおいても、従来では、センサ交差角度θ1を90度に設定することが一般的である。しかしながら、従来では、センサ交差角度θ1を90度に設定すると、図5(C)に示すように、制御中心C1が、可動部120の重心G1に一致しないことがあった。
そのため、従来では、図5(D)に示すようにVCM駆動力等により、可動部120が重心G1の回りに所定角度θで回転すると、第1位置センサ150および第2位置センサ160には第1センサ方向β1及び第2センサ方向β2方向の並進移動が無くても、回転による移動量誤差δKaおよびδKbが生じ、センサ出力誤差となる。
従来では、回転による所定角度θを0.7度とし、制御中心C1からホール素子152,162までの距離を7mmとし、重心G1と制御中心C1とのズレ量を1.0mmとした場合には、この回転による移動量誤差δKaおよびδKbは、約9.2μmほどになり、ブレ補正制御の精度が不安定になる一因になっていた。そのため、ブレ補正制御の精度が低下するおそれがあった。
これに対して本実施形態では、図5(A)および図5(B)に示すように、たとえば可動部120が重心G1の回りに所定角度θで回転した場合でも、この回転による移動量誤差δKaは小さい。すなわち、本実施形態では、回転による所定角度θを0.7度とし、制御中心C1からホール素子152,162までの距離を7mmとした場合には、この回転による移動量誤差δKaおよびδKbは、約0.5μmほどに小さい。そのため、ブレ補正制御が不安定になるおそれは少ない。
すなわち、本実施形態では、重心G1と制御中心C1とを一致させることで、可動部120の回転による移動量誤差δKaおよびδKbを極力小さくすることができ、センサ150および160からのセンサ出力に基づく制御が不安定になることを防止することができる。
なお、本実施形態においては、図2に示すように、制御中心C1が、重心G1に一致するように、第1センサ方向β1と第2センサ方向β2とのセンサ交差角度θ1が調整してあるので、センサ交差角度θ1は、必ずしも90度である必要はない。ただし、センサ交差角度θ1は、90度±(2〜3)度程度の範囲で変化することが好ましい。
また、本実施形態では、図2において、第1VCM130による第1駆動方向α1と、第2VCM140による第2駆動方向α2との駆動交差角度θ2は、90度であり、センサ交差角度θ1とは必ずしも一致しない。駆動交差角度θ2を90度とするのは、可動部120を固定部110に対してX軸−Y軸平面内で自由な方向に効率的に移動させるためである。
VCM130,140は、図2に示すように、X軸およびY軸平面において、補正レンズ群L4の光軸A20を通るY軸に対して、線対称な位置であって、これらの駆動方向α1およびα2とのそれぞれの交差角度θ3が、それぞれ駆動交差角度θ2の1/2となる位置に配置してある。このような配置関係にすることで、可動部120を固定部110に対してX軸−Y軸平面内で自由な方向に効率的に素早く移動させることができる。
ただし、この実施形態では、駆動交差角度θ2をセンサ交差角度θ1と略同じにしても良い。すなわち、第1VCM130による第1駆動方向α1への可動部120の相対移動量をダイレクトに検出するためには、第1駆動方向α1と第1センサ方向β1とが略平行であることが好ましい。また、第2VCM140による第2駆動方向α2への可動部120の相対移動量をダイレクトに検出するためには、第2駆動方向α2と第2センサ方向β2とが略平行であることが好ましい。そのため、駆動交差角度θ2は、センサ交差角度θ1と略同じにしても良い。
また、本実施形態では、図2に示すように、光軸A20と重心G1とが一致しているが、カメラ1の設計によっては困難な場合がある。そのような場合にも、本実施形態では、制御中心C1が、重心G1に一致するように、第1センサ方向β1と第2センサ方向β2とのセンサ交差角度θ1が調整してある。
なお、本発明では、光軸A20と重心G1とが一致していない場合において、制御中心C1が、光軸A20に一致するように、第1センサ方向β1と第2センサ方向β2とのセンサ交差角度θ1を調整してもよい。さらに本発明では、固定部110に対して可動部120が回転することを防止する機構を具備させても良い。
また、上述した実施形態では、ホール素子152および162を具備するセンサ150および160で検出部を構成したが、それに限定されず、その他の位置センサであっても良い。さらに、上述した実施形態において、固定部110と可動部120とは逆でも良い。すなわち、固定部110に対して、マグネット132,142,151,161およびヨーク133,143を装着すると共に、可動部120に対して、コイル131,141およびホール素子152,162を装着しても良い。
さらに、本発明に係るブレ補正装置は、レンズ駆動方式のみでなく、CCD駆動方式にも適用することができる。すなわち、補正レンズ群L4を固定部110に対して移動させるのではなく、CCDなどの撮像素子を、カメラのブレに応じて、固定部に対して移動させることによりタイプのブレ補正装置にも適用が可能である。そのようなCCD駆動方式のブレ補正装置でも、固定部と可動部とが設けられ、位置検出センサも具備されるからである。
また、本発明のブレ補正装置は、レンズ鏡筒1aを有するカメラ1のみでなく、レンズ鏡筒自体、スチルカメラ、ビデオカメラ、望遠鏡、顕微鏡などのその他の光学装置にも適用することができる。
図1は本発明の一実施形態に係るブレ補正装置を具備するカメラの概略断面図である。 図2は図1に示すカメラ内におけるブレ補正装置のII−II線に沿う平面図である。 図3は図2に示すIII−III線に沿う概略断面図である。 図4は図3に示すIV−IV線に沿う概略断面図である。 図5(A)および図5(B)は制御中心位置と重心位置とが一致している場合における回転により生じる変位を示す概略図、図5(C)および図5(D)は制御中心位置と重心位置とが一致していない場合における回転により生じる変位を示す概略図である。
符号の説明
1… カメラ
2… レンズ鏡筒
110… 固定部
120… 可動部
130,140… ボイスコイルモータ
150,160… 位置センサ
G1… 重心
C1… 制御中心

Claims (10)

  1. 固定部材に対向する平面上を前記固定部材に対して相対移動可能な移動部材と、
    前記移動部材に備えられ、前記移動部材の重心、又は、前記重心に近接した位置を通り前記平面と平行な第1方向に沿った磁界を形成する第1の磁石と、
    前記移動部材に備えられ、前記移動部材の重心、又は、前記重心に近接した位置を通り前記平面と平行な第2方向に沿った磁界を形成する第2の磁石と、
    前記固定部材に備えられ、前記第1の磁石の磁界を検出する第1の磁気検出素子と、
    前記固定部材に備えられ、前記第2の磁石の磁界を検出する第2の磁気検出素子と
    前記平面と平行な第3方向に沿って前記固定部材と前記移動部材とを相対移動させる第1の駆動部と、
    前記第3方向と交差し、前記平面と平行な第4方向に沿って前記固定部材と前記移動部材とを相対移動させる第2の駆動部とを含み、
    前記第1方向と前記第2方向との交点は、前記第3方向と前記第4方向との交点よりも前記移動部材の重心に近いことを特徴とするブレ補正装置。
  2. 固定部材に対向する平面上を前記固定部材に対して相対移動可能な移動部材と、
    前記移動部材の重心、又は、前記重心に近接した位置を通り前記平面と平行な第1方向に沿った前記固定部材と前記移動部材との相対移動を検出する第1の検出部と、
    前記第1方向と交差し、前記移動部材の重心、又は、前記重心に近接した位置を通り前記平面と平行な第2方向に沿った前記固定部材と前記移動部材との相対移動を検出する第2の検出部と
    前記平面と平行な第3方向に沿って前記固定部材と前記移動部材とを相対移動させる第1の駆動部と、
    前記第3方向と交差し、前記平面と平行な第4方向に沿って前記固定部材と前記移動部材とを相対移動させる第2の駆動部とを含み、
    前記第1方向と前記第2方向との交点は、前記第3方向と前記第4方向との交点よりも前記移動部材の重心に近いことを特徴とするブレ補正装置。
  3. 請求項1又は2に記載されたブレ補正装置であって、
    前記第1方向と前記第2方向との交差角は、前記第3方向と前記第4方向との交差角よりも、90度からの偏差が大きいことを特徴とするブレ補正装置。
  4. 請求項3に記載されたブレ補正装置であって、
    前記第3方向と前記第4方向との交差角は、90度であることを特徴とするブレ補正装置。
  5. 請求項1から請求項4までの何れか1項に記載されたブレ補正装置であって、
    前記固定部材又は前記移動部材は、前記第1方向と前記第2方向との交点を制御中心として相対移動することを特徴とするブレ補正装置。
  6. 請求項1から請求項5までの何れか1項に記載されたブレ補正装置であって、
    前記移動部材は、像振れを補正するための光学系を含むことを特徴とするブレ補正装置。
  7. 請求項1から請求項5までの何れか1項に記載されたブレ補正装置であって、
    前記移動部材は、光学系による像を撮像する撮像素子を含むことを特徴とするブレ補正装置。
  8. 請求項1から請求項7までの何れか1項に記載されたブレ補正装置であって、
    前記第1の検出部は、前記第1方向に沿って形成された磁場を用いて前記固定部材と前記移動部材との相対移動を検出し、
    前記第2の検出部は、前記第2方向に沿って形成された磁場を用いて前記固定部材と前記移動部材との相対移動を検出することを特徴とするブレ補正装置。
  9. 固定部材に対向する平面上を前記固定部材に対して、X軸および前記X軸に直交するY軸に沿って相対移動可能であり、前記X軸に平行な長辺および前記Y軸に平行な短辺を有する移動部材と、
    前記X軸に沿って前記移動部材の略中央位置で直交する前記Y軸上で前記移動部材に備えられ、像振れを補正するための光学系と、
    前記移動部材に備えられ、第1センサ方向に沿った磁界を形成する第1の磁石と、
    前記Y軸に対して前記第1の磁石と線対称な位置で前記移動部材に備えられ、前記第1センサ方向に交差する第2センサ方向に沿った磁界を形成する第2の磁石と、
    前記固定部材に備えられ、前記第1の磁石の磁界を検出する第1の磁気検出素子と、
    前記固定部材に備えられ、前記第2の磁石の磁界を検出する第2の磁気検出素子と
    第1駆動方向に沿って前記固定部材と前記移動部材とを相対移動させる第1の駆動部と、
    前記Y軸に対して前記第1の駆動部と線対称な位置に配置され、前記第1駆動方向に交差する第2駆動方向に沿って前記固定部材と前記移動部材とを相対移動させる第2の駆動部とを含むブレ補正装置であって、
    前記第1センサ方向と前記第2センサ方向と前記第1駆動方向と前記第2駆動方向とを、前記X軸および前記Y軸に対して所定角度傾けるように、前記第1の磁石と前記第2の磁石と前記第1の駆動部と前記第2の駆動部とが配置してあり、
    前記移動部材は、前記光学系の中心とは異なる位置に重心を有し、
    前記第1センサ方向および前記第2センサ方向が、前記重心、又は、前記重心に近接した位置を通るように前記第1の磁石および前記第2の磁石を配置してあることを特徴とするブレ補正装置。
  10. 請求項1から請求項9までの何れか1項に記載されたブレ補正装置を備えたことを特徴とする光学装置。
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