JP5109450B2 - ブレ補正装置及び光学機器 - Google Patents

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Description

本発明は、光学系の像ブレを補正する機構を有したブレ補正装置及び光学機器に関するものである。
ブレ補正装置は、撮像光学系の一部を光軸と直交する面内でシフト駆動することによって、振動等によって起因する像ブレを低減させるものである。
このようなブレ補正装置は、ブレ補正レンズ群の光軸回りに90度離間させて一対の電磁アクチュエータを配置し、それぞれの方向にレンズ駆動を行うものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載のブレ補正装置は、像ぶれ補正用レンズ群を固定した可動部を重心回りに回転させないために機械的に回り止めが設けられている。しかし、このような回り止めは、そのほとんどが機械加工品であるので微小な加工誤差を有し、その加工誤差によって像ぶれ補正用レンズ群の回転を完全に抑えることができなかった。そのために、抑えきれなかった微小な回転が、ブレ補正装置の像ぶれ補正用レンズ群の駆動制御を不安定にさせることがあった。
特開2003−57707号公報
本発明の課題は、ブレ補正光学系の駆動を安定して制御することができるブレ補正装置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、固定部(31)と、ブレ補正光学系(25)を有し、前記固定部(31)に対して相対的に、前記ブレ補正光学系(25)の光軸と垂直な面内を移動する移動部(25、32、34−1、35−1)と、前記固定部(31)及び前記移動部(25、32、34−1、35−1)の第1の方向(D1)の相対移動を検出する第1の検出部(35)と、前記固定部(31)及び前記移動部(25、32、34−1、35−1)の第2の方向(D2)の相対移動を検出する第2の検出部(35)と、前記移動部(25、32、34−1、35−1)の重心(G1)位置を、前記第1の検出部(35)及び前記第2の検出部(35)の各検出方向の交点(C)に近づけることができるように前記移動部(25、32、34−1、35−1)に配置される重心調節部材(36)と、前記固定部(31)及び前記移動部(25、32、34−1、35−1)を前記第1の方向(C2)に相対的に移動させる第1の駆動部(34)と、前記固定部(31)及び前記移動部(25、32、34−1、35−1)を前記第2の方向(C1)に相対的に移動させる第2の駆動部(34)とを備え、前記第1の駆動部(34)及び前記第2の駆動部(34)は、前記各駆動部(34)の各駆動方向(C1、C2)の交点(D)が前記移動部(25、32、34−1、35−1)の重心(G1)位置に対して所定の距離離れ、前記ブレ補正光学系(25)を挟むようにして配置され、前記第1の駆動部(34)及び前記第2の駆動部(34)は、前記第1の検出部(35)及び前記第2の検出部(35)と前記重心調節部材(36)との間に配置されること、を特徴とするブレ補正装置(30)である。
請求項の発明は、請求項に記載のブレ補正装置(30)において、前記重心調節部材(36)は、前記移動部(25、32、34−1、35−1)の重心(G1)位置を前記第1の検出部(35)及び前記第2の検出部(35)の各検出方向の交点(C)に略一致させるように配置されること、を特徴とするブレ補正装置(30)である。
請求項の発明は、請求項に記載のブレ補正装置(30)において、前記ブレ補正光学系(25)は、その光軸中心(OR)が、前記第1の検出部(35)及び前記第2の検出部(35)の各検出方向の交点(C)と、前記移動部(25、32、34−1、35−1)の重心(G1)位置とに一致するように配置されること、を特徴とするブレ補正装置(30)である。
請求項の発明は、請求項から請求項までのいずれか1項に記載のブレ補正装置(30)において、前記重心調節部材(36)は、前記第1の検出部(35)及び前記第2の検出部(35)、及び/又は、前記第1の駆動部(34)及び第2の駆動部(34)に使用される磁石よりも大きい比重を有した材料で形成されること、を特徴とするブレ補正装置(30)である。
請求項の発明は、請求項1から請求項までのいずれか1項に記載のブレ補正装置(30)において、前記重心調節部材(36)は、複数の部材によって構成されること、を特徴とするブレ補正装置(30)である。
請求項の発明は、請求項1から請求項までのいずれか1項に記載のブレ補正装置(30)を含むこと、を特徴とする光学機器(10)である。
本発明によれば、ブレ補正装置は、移動部の重心位置を第1の検出部及び第2の検出部の各検出方向の交点に近づけることができるように、移動部に配置される重心調節部材を備えているので、移動部の重心回りの回転運動によって検出される第1の検出部及び第2の検出部の検出誤差を低減させることができ、移動部の駆動を安定して制御することができる。
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、本発明による光学機器の実施形態であるカメラ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の断面を示す図である。ここで、説明を明確にするために、図2及び後述の図3〜5までの各図は、共通して、図2に示す被写体からの光A1の方向をX方向とし、それと直交した光A2の方向を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及びレンズ鏡筒部20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、後述のレンズ鏡筒部20に設けられたブレ補正機構部30の位置検出器35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レリーズスイッチを含む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、後述の第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実行することができる。
ジャイロセンサ15は、カメラ10の動き(手振れ振動)を角速度として検出するセンサである。ジャイロセンサ15は、撮影時に、カメラ10に加わる手振れ振動を検出し、その検出値に基づいて、後述のレンズ鏡筒部20に設けられたブレ補正機構部30を駆動し、手振れ振動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(Z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A1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A1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が出射した+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へと出射する。
第2のレンズ群23は、プリズム22から出射された光A2が入射する位置に配置されている。
第3のレンズ群24は、第2のレンズ群23から出射された光A2が入射する位置に配置され、不図示の駆動機構によりZ方向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から出射された光A2が入射する位置に設けられた後述のブレ補正機構部30の可動枠32に配置される。
第5のレンズ群26は、第4のレンズ群25から出射された光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、不図示の駆動機構によりZ方向に移動させることができる。
ローパスフィルタ27は、第5のレンズ群26とCCD28との間に設けられ、第5のレンズ群から出射された光A2の高周波成分を取り除いてCCD28に出射する水晶複屈折板であり、被写体像の干渉縞(モアレ)の発生を防止する。
CCD(Charge−Couple Device)28は、ローパスフィルタ27から出射された光A2を入射する固体撮像素子であり、入射した光A2に基づいて、被写体像を電気的な画像信号に変換することができる。
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を通過する被写体光の光量を規制する絞り部と、被写体光が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、第3のレンズ群24と第5のレンズ群26との間に設けられ、第4のレンズ群25を光A2の光軸と直交する面内に駆動させて、カメラ10の動き(手振れ振動)に起因する像ブレを低減させる機構である。
次に、カメラ10のブレ補正機構部30の詳細について説明する。図3は、レンズ鏡筒部20に設けられたブレ補正機構部30を示す平面図である。また、図4は、図3のB−B断面を示す図である。
ブレ補正機構部30は、図3及び図4に示すように、固定枠31、可動枠32、支持部33、VCM(ボイスコイルモータ)34、位置検出器35及びバランサ36を有している。ブレ補正機構部30は、ジャイロセンサ15及び位置検出器35の検出値に基づいてVCM34を駆動し、可動枠32に固定された第4のレンズ群25を、光A2の光軸と直交する面(XY平面)内で固定枠31に対して相対移動させることにより、カメラ10の動き(手振れ振動)に起因する像ブレを低減することができる。具体的には、ブレ補正機構部30は、ジャイロセンサ15の検出値に基づいてカメラ10の動き(手振れ振動)に起因する像ブレを低減させる制御を行ない、位置検出器35によって、可動枠32に固定された第4のレンズ群25と固定枠31との相対位置を制御している。
固定枠31は、中央部に、第4のレンズ群25から出射された光A2が通過する孔が設けられ、レンズ鏡筒部20に固定された固定部材である。また、固定枠31は、+Z方向側の面(表面)の孔の周囲に、後述のVCM34のコイル部34−2及び位置検出器35の検出部35−2が配置されている。
可動枠32は、中央に第4のレンズ群25を固定したXY平面内に移動可能な部材であり、固定枠31に対して相対的に移動する。また、可動枠32は、−Z方向側の面(以後、裏面)の第4のレンズ群25の周囲に、後述のVCM34の磁石部34−1及び位置検出器35の磁石部35−1が配置されている。
支持部33は、図4に示すように、鋼球33−1、カップ状に窪んだ球受け部33−2及び平坦部33−3で構成された転動機構であり、固定枠31及び可動枠32の間に第4のレンズ群25を囲むようにして3箇所に配置されている。支持部33は、固定枠31の表面に設けられた球受け部33−2と、可動枠32の裏面の球受け部33−2と対向する位置に設けられた平坦部33−3とにより、鋼球33−1が転動可能に挟持される。この機構によって、可動枠32は、固定枠31に対してZ方向の位置を一定に維持しながら、XY平面内を自在に移動することができる。
VCM34は、図3に示すように、磁石部34−1及びコイル部34−2を有し、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。VCM34は、位置検出器35及びバランサ36の間に配置されており、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ている。また、VCM34は、各駆動方向(矢印C1、矢印C2)の交点D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。以上の配置によって、VCM34は、可動枠32をXY平面内で固定枠31に対し相対的に移動させることができる。
磁石部34−1は、永久磁石34−1a及びヨーク34−1bを有した磁気回路であり、可動枠32の裏面に配置されている。
コイル部34−2は、電気子巻線であるコイル34−2a及びヨーク34−2bを有した磁気回路であり、固定枠31の表面の、可動枠32の磁石部34−1と対向する位置に配置されている。コイル部34−2は、対向する位置に配置された磁石部34−1との間の磁界中に位置するコイル34−2aに所定の電流を流すことによって、VCM34としての駆動推力を発生する。
位置検出器35は、磁石部35−1及び検出部35−2により構成され、磁石部35−1と検出部35−2との間の磁界の変化を検出することによって、可動枠32の移動変位を検出する検出器である。位置検出器35は、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135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(制御中心C)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。以上の配置によって、位置検出器35は、可動枠32に固定された第4のレンズ群25の中心ORのXY平面内における位置を検出することができる。
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り、可動枠32の裏面に配置されている。
検出部35−2は、ホール素子35−2a及びヨーク35−2bを有しており、固定枠31の表面の、可動枠32の磁石部35−1に対向する位置に配置されている。検出部35−2は、対向する位置に配置された磁石部35−1との間の磁界中に位置するホール素子35−2aによって、可動枠32の移動量に応じた磁界の変化を検出している。
バランサ36は、2分割された錘部材であり、可動枠32の裏面に設けられた2つのVCM34の磁石部34−1と、第4のレンズ群25との間にそれぞれ配置され、VCM34の磁石部34−1、位置検出器35の磁石部35−1及び第4のレンズ群25を固定した可動枠32の重心G1の位置を、第4のレンズ群25の中心OR及び位置検出器35の制御中心Cに合せている。バランサ36は、上記の重心G1、位置検出器35の制御中心C及び第4のレンズ群25の中心ORの位置を一致させることで、ブレ補正機構部30を安定して制御させている。
ここで、バランサ36は、VCM34の永久磁石34−1aや位置検出器35の永久磁石35−1aよりも比重の大きい材料、例えば、タングステンによって形成されており、可動枠32の限られたスペースに効率よくバランサ36を配置させている。
次に、バランサ36を可動枠32に配置することによる重心位置の変化について説明する。図5は、可動枠32にバランサ36を配置することによる重心位置の変化を示す図である。ここで、説明を明確にするために、VCM34の磁石部34−1、位置検出器35の磁石部35−1及び第4のレンズ群25を固定した状態の可動枠32を移動部と呼ぶ。
移動部は、可動枠32上のVCM34の磁石部34−1及び位置検出器35の磁石部35−1が、第4のレンズ群25の中心ORよりも−X方向側に配置されているので、バランサ36を備えていないと、図5(a)に示すように、移動部の重心G2の位置は、第4のレンズ群25の中心ORよりも−X方向側に位置する。
−X方向側に位置する移動部の重心G2を、位置検出器35の制御中心C及び第4のレンズ群25の中心ORに一致させるためには、バランサ36を、第4のレンズ群25の中心ORよりも+X方向に配置する必要があり、本実施形態では、図5(b)に示すように、2つのVCM34の磁石部34−1と、第4のレンズ群25との間に配置されている。バランサ36を配置することによって、移動部の重心位置は、G2からG1に変えることができる。
次に、移動部の重心位置及び位置検出器35の制御中心Cの位置関係と、ブレ補正機構部30の制御特性の影響について説明する。図6は、移動部の重心及び位置検出器の制御中心の位置と、位置検出器の検出誤差との関係を説明する図である。
可動枠32上に設けられたVCM34の磁石部34−1及び位置検出器35の磁石部35−1は、上述したように、第4のレンズ群25の中心ORよりも−X方向寄りに配置されているので、バランサ36を移動部に設けない場合(図5(a)参照)、図6(a)に示すように、移動部の重心G2の位置が、位置検出器35の制御中心Cよりも−X方向寄りになる。そのため、図6(b)に示すように、移動部が重心G2を中心として回転量θで回転(矢印B)したとき、位置検出器35は、固定枠31に固定された検出部35−2のホール素子35−2aの検出点Mにおいて検出誤差ΔK1及びΔK2を検出してしまう。この検出誤差ΔK1及びΔK2は、検出方向(D1、D2)に対する並進移動がなくても検出されるため、ブレ補正機構部30のブレ補正制御の精度を低下させる要因になっていた。例えば、回転量θが0.7度であり、制御中心Cから検出点Mまでの距離が7mm、重心G2と制御中心Cとの距離が1mmであるとき、検出誤差ΔK1及びΔK2は、約9.2μmとなり、ブレ補正制御系の不安定要素の一因となっていた。
そこで、上述したように、本実施形態では、移動部にバランサ36を配置することによって(図5(b)参照)、図6(c)に示すように、移動部の重心G1と位置検出器35の制御中心Cとを一致させ、上記の検出誤差を低減させている。この場合、移動部が、図6(d)に示すように、重心G1を中心として回転量θで回転(矢印C)したとき、位置検出器35は、検出点Mにおいて検出誤差ΔK3及びΔK4を検出するが、非常に微小であるためブレ補正機構部30の制御系への影響がほとんどなくなる。例えば、回転量θが0.7度であり、制御中心Cから検出点Mまでの距離が7mmであるとき、検出誤差ΔK3及びΔK4は、約0.5μmとなり、上述の検出誤差ΔK1及びΔK2に対して非常に微小な量となり、ブレ補正制御が不安定になることを防止している。
また、本実施形態では、移動部の重心G1と制御中心Cとを一致させるだけでなく、第4のレンズ群25の中心ORをもそれらに一致させているので、移動部が重心G1で回転したとしても、第4のレンズ群25を透過した光A2の特性が変化するのを防止している。
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)ブレ補正装置は、移動部の重心G1の位置を位置検出器35の制御中心Cに一致させるように、移動部に配置されるバランサ36を備えているので、移動部の重心G1回りの回転運動によって検出される位置検出器35の検出誤差を低減させることができ、移動部の駆動を安定して、精度よく制御することができる。
(2)第4のレンズ群25は、その中心ORが、位置検出器35の制御中心C及び移動部の重心G1の位置に一致するように配置されているので、移動部がXY平面内を回転したとしても、第4のレンズ群25を透過した被写体光の特性が変化するのを防止することができる。
(3)VCM34は、位置検出器35とバランサ36との間に配置されているので、移動部の重心G1の位置を、位置検出器35の制御中心Cの位置に合わせることができる。
(4)バランサ36は、VCM34の磁石部34−1及び位置検出器35の磁石部35−1で使用される磁石より大きい比重を有したタングステンで形成されているので、磁石で形成するよりも小さい形状でバランサ36を形成することができ、ブレ補正機構部30の設計の自由度を向上させたり、既存の可動枠32に対するバランサ36の後付けを容易にしたりすることができる。
(5)バランサ36は、2分割されているので、可動枠32の空きスペースに対して効率よくバランサ36を配置することができる。
(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、バランサ36にタングステンを使用したが、それ以外の材料、例えば、真鍮を使用してもよい。また、制御中心Cの位置と移動部の重心G1の位置のズレ量に応じて、磁石よりも低い比重の材料でバランサ36を形成することも可能である。
(2)本実施形態では、VCM34及び位置検出器35は、それぞれ、X、Y軸に対して45度及び135度傾けられて可動枠32上に配置されたが、それ以外の配置でもよく、例えば、X、Y各軸上に配置させることも可能である。
(3)本実施形態では、移動部の重心G1の位置が位置検出器35の制御中心Cに一致するように、可動枠32にバランサ36を設けたが、移動部の重心G1の位置が位置検出器35の制御中心Cに近づくように、可動枠32にバランサ36を設けてもよい。その場合、位置検出器35で検出される検出誤差は、本実施形態の検出誤差ΔK3及びΔK4よりも大きくなるが、バランサ36を設けない状態で検出される検出誤差ΔK1及びΔK2よりは小さくなるので、ブレ補正機構部30の制御系の安定性を、バランサ36を設けない状態よりも向上させることができる。
(4)本実施形態では、ブレ補正機構部30は、屈曲式の光学系であるレンズ鏡筒部20に設けたが、それ以外の形式の光学系、例えば、沈胴式のカメラの光学系に設けてもよい。
本発明による光学機器の実施形態であるカメラ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の断面図である。 本発明によるカメラの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。 図3のB−B断面を示す図である。 ブレ補正機構部の可動枠にバランサを配置することによる重心位置の変化を示す図である。 ブレ補正機構部の移動部の重心及び位置検出器の制御中心の位置と、位置検出器の検出誤差との関係を説明する図である。
符号の説明
10:カメラ、11:制御部、12:表示部、13:記憶部、14:操作部、15:ジャイロセンサ、20:レンズ鏡筒部、30:ブレ補正機構部、31:固定枠、32:可動枠、33:支持部、34:VCM、35:位置検出器、36:バランサ

Claims (6)

  1. 固定部と、
    ブレ補正光学系を有し、前記固定部に対して相対的に、前記ブレ補正光学系の光軸と垂直な面内を移動する移動部と、
    前記固定部及び前記移動部の第1の方向の相対移動を検出する第1の検出部と、
    前記固定部及び前記移動部の第2の方向の相対移動を検出する第2の検出部と、
    前記移動部の重心位置を、前記第1の検出部及び前記第2の検出部の各検出方向の交点に近づけることができるように前記移動部に配置される重心調節部材と、
    前記固定部及び前記移動部を前記第1の方向に相対的に移動させる第1の駆動部と、
    前記固定部及び前記移動部を前記第2の方向に相対的に移動させる第2の駆動部とを備え、
    前記第1の駆動部及び前記第2の駆動部は、前記各駆動部の各駆動方向の交点が前記移動部の重心位置に対して所定の距離離れ、前記ブレ補正光学系を挟むようにして配置され、
    前記第1の駆動部及び前記第2の駆動部は、前記第1の検出部及び前記第2の検出部と前記重心調節部材との間に配置されること、
    を特徴とするブレ補正装置。
  2. 請求項に記載のブレ補正装置において、
    前記重心調節部材は、前記移動部の重心位置を前記第1の検出部及び前記第2の検出部の各検出方向の交点に略一致させるように配置されること、
    を特徴とするブレ補正装置。
  3. 請求項2に記載のブレ補正装置において、
    前記ブレ補正光学系は、その光軸中心が、前記第1の検出部及び前記第2の検出部の各検出方向の交点と、前記移動部の重心位置とに一致するように配置されること、
    を特徴とするブレ補正装置。
  4. 請求項から請求項までのいずれか1項に記載のブレ補正装置において、
    前記重心調節部材は、前記第1の検出部及び前記第2の検出部、及び/又は、前記第1の駆動部及び第2の駆動部に使用される磁石よりも大きい比重を有した材料で形成されること、
    を特徴とするブレ補正装置。
  5. 請求項1から請求項までのいずれか1項に記載のブレ補正装置において、
    前記重心調節部材は、複数の部材によって構成されること、
    を特徴とするブレ補正装置。
  6. 請求項1から請求項までのいずれか1項に記載のブレ補正装置を含むこと、
    を特徴とする光学機器。
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