JP5159090B2

JP5159090B2 - 光学機器

Info

Publication number: JP5159090B2
Application number: JP2006307139A
Authority: JP
Inventors: 弘義稲葉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2026-11-13
Also published as: US20080111890A1; CN101183204A; US8184167B2; JP2008125263A; CN101183204B

Description

本発明は、手振れ等に起因する像振れを抑制するために、コイルとマグネット間に作用する電磁力を利用して、レンズ等の光学素子や撮像素子等の光電変換素子を移動させる光学機器に関する。光学機器には、いわゆる防振装置や、該防振装置が搭載された交換レンズや、ビデオカメラ及びデジタルスチルカメラ等の撮像装置を含む。また、本発明は、コイルとマグネット間に作用する電磁力を利用して、駆動対象物を移動させる電磁駆動装置に関する。

カメラや交換レンズに搭載される防振装置には、手振れ等の振れを検出し、その検出結果に応じてレンズを光軸方向とは異なる方向（例えば、光軸に直交する方向）に移動させるものがある（例えば、特許文献１参照）。

そして、このような防振装置では、コイルとマグネットとにより電磁アクチュエータを構成し、コイルへの通電によりコイルとマグネット間に生じた電磁力を利用して、レンズを直交２軸方向（ピッチ及びヨー方向）に移動させる。
特開平１１−３０５２７７号公報（段落００４３〜００４４、図３，４等）

特許文献１にて開示されているように、従来の防振装置では、レンズを２軸方向に移動させるために、２つの電磁アクチュエータを光軸方向視において互いに９０度位相が異なる２つの領域に設けている。このため、光軸方向視における防振装置の面積が大きく、これを搭載する交換レンズやカメラのコンパクト化の障害となっている。

本発明は、レンズ等の駆動対象物を２軸方向に駆動するための電磁アクチュエータを１つの領域にコンパクトにまとめて配置できるようにした光学機器を提供する。

本発明の一側面としての光学機器は、光軸と垂直な第１の面と、光軸と垂直で該第１の面の裏面である第２の面とを有する１つのマグネットと、前記第１の面に対向するように配置された第１のコイルと、前記第２の面に対向するように配置された第２のコイルと、前記マグネットを保持する第１の部材と、前記第１のコイル及び第２のコイルを保持する第２の部材と、前記第１の部材に保持された光学素子又は光電変換素子と、を有する光学機器であって、前記マグネットの前記第１の面には、第１の磁極及び第２の磁極が前記第１の面内の第１の方向に沿って形成されており、前記第２の面には、前記第１の磁極及び第２の磁極が前記第２の面内であって前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って形成されており、像振れを抑制するために、前記第１のコイルへの通電により前記第１の部材及び第２の部材が前記第１の方向に相対移動し、前記第２のコイルへの通電により前記第１の部材及び第２の部材が前記第２の方向に相対移動することを特徴とする。

本発明によれば、マグネット部材を挟んだ両側に第１及び第２のコイルを配置することで、光学素子や光電変換素子等の駆動対象物を、コンパクトな電磁アクチュエータ構成によって第１及び第２の方向に駆動することができる。したがって、電磁駆動装置やこれを搭載した光学機器の小型化を図ることができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

まず、図２を用いて、本発明の実施例１である防振ユニット（電磁駆動装置）を備えた光学機器としてのビデオカメラの構成について説明する。なお、本発明の防振ユニット（防振装置）は、ビデオカメラに限らず、デジタルスチルカメラ等の撮像装置や交換レンズといった各種光学機器にも搭載することができる。また、防振ユニット自体も、本発明の光学機器に含まれる。

Ｌ１〜Ｌ４は、物体側から像側に順に配置された第１〜第４レンズユニットである。

１は第１レンズユニットＬ１を保持する固定鏡筒であり、２は第２レンズユニットＬ２を保持し、光軸方向に移動して変倍を行うＶ移動環である。３は撮像素子２０に対して適正な光量の光が入射するように光量を調節する光量調節ユニットである。第１〜第４レンズユニットＬ１〜Ｌ４及び光量調節ユニット３により撮影光学系が構成される。また、Ｖ移動環２及び光量調節ユニット３のうちアクチュエータ以外の部分は、固定鏡筒１内に配置されている。

５は固定鏡筒１と後述するマウント鏡筒との間に固定されたシフトベース鏡筒である。以下、図１、図３Ａ及び図３Ｂも併せて参照しながら説明する。

４はシフトベース鏡筒５によって固定保持された第１の駆動ヨークである。６は第１の駆動ヨーク４を介してシフトベース鏡筒５（第２の部材）に固定された第１の駆動コイル（第１のコイル）である。７は後述する駆動マグネットのピッチ方向Ｐの移動（位置）を検出するための位置センサとしての第１のホール素子であり、第１の駆動コイル６の内周に配置されてシフトベース鏡筒５に固定されている。

８は駆動マグネット（マグネット部材）である。該駆動マグネット８の第１の面である前面（物体側の面）と第２の面である背面（像側の面）のそれぞれは、第１及び第２の磁極であるＳ極（磁極）とＮ極（磁極）とが形成されるように着磁されている。ただし、前面側と背面側とではＳ極とＮ極の配置方向が互いに９０度異なっている。具体的には、図１及び図３Ａに示すように、前面側ではＳ極とＮ極が上下方向（ピッチ方向；第１の方向）Ｐに配置されている。これに対し、図１及び図３Ｂに示すように、背面側ではＳ極とＮ極が水平方向（ヨー方向；第２の方向）Ｙに配置されている。

９はシフトベース鏡筒５よりも像側に配置されたシフト鏡筒（第１の部材）であり、駆動マグネット８と第３レンズユニット（光学素子）Ｌ３を保持して、撮影光学系の光軸ＡＸＬに直交する方向に移動して、手振れに起因する像振れを抑制（補正）する。なお、本発明における防振装置においては、駆動対象物である光学素子の移動方向は光軸直交方向に限らず、光軸方向とは異なる方向であればよい。

１３はシフト鏡筒９よりも像側に配置されたシフトカバーであり、シフトベース鏡筒５に一体的に取り付けられている。

１２はシフトカバー１３によって固定保持された第２の駆動ヨークである。１０は第２の駆動ヨーク１２を介してシフトカバー１３に固定された第２の駆動コイル（第２のコイル）である。１１は駆動マグネット８のヨー方向の移動（位置）を検出するための位置センサとしての第２のホール素子であり、第２の駆動コイル１０の内周に配置され、シフトカバー１３（第２の部材）に固定されている。

１６はシフト鏡筒９とシフトベース鏡筒５との間に挟まれたシフトボールであり、シフト鏡筒９の光軸直交方向への移動に伴って転動し、シフト鏡筒９の移動をガイドするとともに該移動を滑らかにする役割を有する。シフトボール１６は、第３レンズユニットＬ３の周囲３箇所に配置されている。

シフトベース鏡筒５、駆動ヨーク４，１２、駆動コイル６，１０、駆動マグネット８、シフト鏡筒９、第３レンズユニットＬ３、シフトカバー１３、ホール素子７，１１及びシフトボール１６によって防振ユニットＩＳが構成される。

１４は撮像素子２０を保持するマウント鏡筒であり、防振ユニットＩＳのうちシフトベース鏡筒５以外の部分及び後述するフォーカス鏡筒を覆っている。撮像素子２０は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子である。

１５は第４レンズユニットＬ４を保持し、光軸方向に移動してフォーカシングを行うフォーカス鏡筒である。２１はマウント鏡筒１４における第４レンズユニットＬ４と撮像素子２０との間に保持された赤外カット及びローパスフィルタ等の光学フィルタである。

防振ユニットＩＳにおいて、第１の駆動ヨーク４と駆動マグネット８の間に、駆動マグネット８の前面に対向するように第１の駆動コイル６が配置されている。第１の駆動コイル６に電圧を印加すると、第１の駆動コイル６と駆動マグネット８との間でピッチ方向Ｐへの駆動力が発生する。この駆動力は、第１の駆動コイル６に印加する電圧の大きさと方向（極性）により制御される。

第１の駆動コイル６は固定されているため、ピッチ方向Ｐへの駆動力を受けた駆動マグネット８とともにシフト鏡筒９及び第３レンズユニットＬ３がピッチ方向Ｐに移動する。

一方、第２の駆動ヨーク１２と駆動マグネット８との間に、駆動マグネット８の背面に対向するように第２の駆動コイル１０が配置されている。第２の駆動コイル１０に電圧を印加すると、第２の駆動コイル１０と駆動マグネット８との間でヨー方向Ｙへの駆動力が発生する。この駆動力は、第２の駆動コイル１０に印加する電圧の大きさと方向（極性）により制御される。

第２の駆動コイル１０は固定されているため、ヨー方向Ｙへの駆動力を受けた駆動マグネット８とともにシフト鏡筒９及び第３レンズユニットＬ３がヨー方向Ｙに移動する。

前面及び背面がそれぞれ２極に着磁された駆動マグネット８が移動すると、該駆動マグネット８の前面及び背面に対向する第１及び第２のホール素子７，１１はそれぞれ、ピッチ方向Ｐ及びヨー方向Ｙでの磁束の変化に応じた電気信号を出力する。第１のホール素子７からの電気信号に基づいて駆動マグネット８、つまりはシフト鏡筒９のピッチ方向Ｐの位置変化を検出することができる。

また、第２のホール素子１１からの電気信号に基づいて駆動マグネット８、つまりはシフト鏡筒９のヨー方向Ｙの位置変化を検出することができる。これにより、シフト鏡筒９の移動を二次元的に検出することができる。

図４には、本実施例のビデオカメラの電気的構成を示している。撮像素子２０からの出力信号は、カメラ信号処理回路２０１で各種の信号処理を受けて映像信号に変換される。映像信号は、マイクロコンピュータ２０２を通じて、不図示のディスプレイに表示されたり、不図示の記録媒体（半導体メモリ、光ディスク、ハードディスク、磁気テープ等）に記録されたりする。

マイクロコンピュータ２０２は、第２レンズユニットＬ２の基準位置検出を行うズームリセット回路２０６や第４レンズユニットＬ４の位置を検出するフォーカス位置検出回路２０５からの信号を受け取る。そして、これらの信号を参照しながらズームモータ駆動回路２０４やフォーカス駆動回路２０３を制御して、ズーム駆動やフォーカス駆動を行わせる。また、マイクロコンピュータ２０２は、映像信号のうち輝度信号成分に基づいて絞りユニット駆動回路２０７を制御して、光量調節ユニット３の開口径を適正光量に対応するサイズに変化させる。

さらに、マイクロコンピュータ２０２は、ビデオカメラに搭載された振動ジャイロ等のピッチ及びヨー振れセンサ２１５，２１６からの振れ信号を受け取り、該振れ信号に基づいてシフト鏡筒９のピッチ及びヨー方向への目標駆動位置を算出する。また、マイクロコンピュータ２０２は、第１及び第２のホール素子７，１１をそれぞれ含むピッチ位置及びヨー位置検出回路２１３，２１４からシフト鏡筒９の位置（検出位置）の情報を受け取る。そして、該検出位置が目標駆動位置に到達するように、ピッチ及びヨーコイル駆動回路２１１，２１２を通じて第１及び第２の駆動コイル６，１０への通電を制御する。これにより、像振れ補正（防振）が行われる。

図１等から分かるように、本実施例の防振ユニットＩＳでは、シフト鏡筒９をピッチ及びヨー方向に駆動する電磁アクチュエータが、２つの駆動ヨーク４，１２と、２つの駆動コイル６，１０と、駆動マグネット８とにより構成されている。すなわち、駆動マグネット８がピッチ方向駆動とヨー方向駆動とで共用されている。これにより、従来のようにそれぞれコイルとマグネットを有する２つの電磁アクチュエータを用いる場合に比べて、部品点数が少なくなり、組み立て性の向上やコスト低減が図れる。

さらに、マグネットは一般に大きさに対する重量が重く、本実施例のようないわゆるムービングマグネット型の防振ユニットにおいてはシフト鏡筒の駆動に対して不利である。しかし、本実施例では、２軸方向駆動に対して１つの駆動マグネット８をシフト鏡筒９に搭載するだけで済むため、シフト鏡筒が支える重量を軽減することができる。したがって、高速かつ高精度での防振駆動が可能となる。

また、防振ユニットＩＳを光軸方向（光が通過する方向）から見たときに、２つの駆動ヨーク４，１２と、２つの駆動コイル６，１０と、駆動マグネット８とが防振ユニットＩＳの上部の領域にまとまって配置されている。これにより、従来のように２つの電磁アクチュエータを互いに９０度位相が異なる２つの領域に配置する場合に比べて、光軸方向視における防振ユニットＩＳの面積を小さくすることができる。したがって、防振ユニットＩＳ及びこれを搭載するビデオカメラの小型化を図ることができる。

実施例１では、駆動マグネット８がシフト鏡筒９とともに移動する、いわゆるムービングマグネット型の防振ユニットＩＳについて説明したが、本発明は、駆動コイルがシフト鏡筒とともに移動する、いわゆるムービングコイル型の防振ユニットにも適用できる。

図５には、本発明の実施例２であるムービングコイル型の防振ユニットＩＳ′を備えたビデオカメラの一部を示している。なお、実施例１と共通する構成要素には、実施例１と同じ符号を付して説明に代える。また、本実施例のビデオカメラの電気的構成は、図５に示したものと同じである。

１０５は固定鏡筒１とマウント鏡筒１４との間に固定されたシフトベース鏡筒である。１０４はシフトベース鏡筒１０５によって固定保持された第１の駆動ヨークである。

１０８は第１の駆動ヨーク１０４に対して像側に間隔をあけてシフトベース鏡筒１０５に固定保持された駆動マグネットである。実施例１と同様に、駆動マグネット１０８の前面と背面のそれぞれは、Ｓ極とＮ極とが形成されるように着磁されている。また、前面側と背面側とではＳ極とＮ極の配置方向が互いに９０度異なっている。具体的には、図３Ａに示すように、前面側ではＳ極とＮ極がピッチ方向に配置され、図３Ｂに示すように、背面側ではＳ極とＮ極がヨー方向に配置されている。

１０６はシフト鏡筒１０９に固定された第１の駆動コイルであり、第１の駆動ヨーク１０４と駆動マグネット１０８との間に配置されている。

１１３はシフト鏡筒１０９よりも像側に配置されたシフトカバーであり、シフトベース鏡筒１０５に一体的に取り付けられている。

１１２は駆動マグネット１０８に対して像側に間隔をあけてシフトカバー１１３に固定保持された第２の駆動ヨークである。１１０はシフト鏡筒１０９に固定された第２の駆動コイルであり、駆動マグネット１０８と第２の駆動ヨーク１１２との間に配置されている。

１０７は駆動マグネット１０８のピッチ方向Ｐの移動（位置）を検出するための位置センサとしての第１のホール素子であり、第１の駆動コイル１０６の内周に配置されてシフト鏡筒１０９に固定されている。１１１は駆動マグネット１０８のヨー方向Ｙの移動（位置）を検出するための位置センサとしての第２のホール素子であり、第２の駆動コイル１１０の内周に配置されてシフト鏡筒１０９に固定されている。

防振ユニットＩＳ′において、第１の駆動コイル１０６に電圧を印加すると、第１の駆動コイル１０６と駆動マグネット１０８との間でピッチ方向Ｐへの駆動力が発生する。この駆動力は、第１の駆動コイル１０６に印加する電圧の大きさと方向（極性）により制御される。駆動マグネット１０８は固定されているため、ピッチ方向Ｐへの駆動力を受けた第１の駆動コイル１０６とともにシフト鏡筒１０９及び第３レンズユニットＬ３がピッチ方向Ｐに移動する。

一方、第２の駆動コイル１１０に電圧を印加すると、第２の駆動コイル１１０と駆動マグネット１０８との間でヨー方向Ｙへの駆動力が発生する。この駆動力は、第２の駆動コイル１１０に印加する電圧の大きさと方向（極性）により制御される。駆動マグネット１０８は固定されているため、ヨー方向Ｙへの駆動力を受けた第２の駆動コイル１１０とともにシフト鏡筒１０９及び第３レンズユニットＬ３がヨー方向Ｙに移動する。

前面及び背面がそれぞれ２極に着磁された駆動マグネット１０８が移動すると、該駆動マグネット１０８の前面及び背面に対向配置された第１及び第２のホール素子１０７，１１１はそれぞれ、ピッチ方向Ｐ及びヨー方向Ｙでの磁束の変化に応じた電気信号を出力する。第１のホール素子１０７からの電気信号に基づいて第１の駆動コイル１０６、つまりはシフト鏡筒１０９のピッチ方向Ｐの位置変化を検出することができる。

また、第２のホール素子１１１からの電気信号に基づいて第２の駆動コイル１１０、つまりはシフト鏡筒１０９のヨー方向Ｙの位置変化を検出することができる。これにより、シフト鏡筒１０９の移動を二次元的に検出することができる。

本実施例の防振ユニットＩＳ′でも、シフト鏡筒１０９をピッチ及びヨー方向に駆動する電磁アクチュエータが、２つの駆動ヨーク１０４，１１２と、２つの駆動コイル１０６，１１０と、駆動マグネット１０８とにより構成されている。すなわち、駆動マグネット１０８がピッチ方向駆動とヨー方向駆動とで共用されている。これにより、従来のようにそれぞれコイルとマグネットを有する２つの電磁アクチュエータを用いる場合に比べて、部品点数が少なくなり、組み立て性の向上やコスト低減が図れる。

また、防振ユニットＩＳ′を光軸方向から見たときに、２つの駆動ヨーク１０４，１１２と、２つの駆動コイル１０６，１１０と、駆動マグネット１０８とが防振ユニットＩＳ′の上部の領域にまとまって配置されている。これにより、従来のように２つの電磁アクチュエータを互いに９０度位相が異なる２つの領域に配置する場合に比べて、光軸方向視における防振ユニットＩＳ′の面積を小さくすることができる。したがって、防振ユニットＩＳ及びこれを搭載するビデオカメラの小型化を図ることができる。

図６及び図７には、本発明の実施例３である防振ユニットに用いられる駆動マグネットを示している。

駆動マグネット３０８は、第１のマグネット板３０１と、第２のマグネット板３０２と、これらの間に配置された中間部材としての磁性板３０３とにより構成されている。

第１のマグネット板３０１は、その前面においてＳ極とＮ極とがピッチ方向Ｐに配置されるように着磁されている。また、第２のマグネット板３０２は、その背面においてＳ極とＮ極とがヨー方向Ｙに配置されるように着磁されている。

磁性板３０３は、鉄等の磁性材料により形成されており、その前面及び背面に第１及び第２のマグネット板３０１，３０２が吸着する。

以上の第１及び第２のマグネット板３０１，３０２と磁性板３０３とを相互に吸着させて一体化することにより、実施例１，２で説明した駆動マグネット８，１０８と同等の機能を有する駆動マグネット３０８が構成される。

また、本実施例によれば、駆動マグネット３０８における前面側の部分（第１のマグネット板３０１）と背面側の部分（第２のマグネット板３０２）とを別々に製作することができる。これにより、Ｓ極とＮ極とが同一方向に配置されるように着磁された２つのマグネット板を製作し、駆動マグネット３０８として組み合わせる際に該２つのマグネット板の向きを９０度異ならせるだけで、所望の駆動マグネット３０８を製作することができる。

なお、上記各実施例では、シフト鏡筒によって保持した駆動対象物であるレンズユニットを光軸直交方向に移動させて防振を行う場合について説明したが、本発明は、駆動対象物である撮像素子を保持する部材を光軸直交方向に移動させて防振を行う場合にも適用できる。

また、防振に限らず、レンズユニットや撮像素子に付着したゴミや塵を振るい落とすために、これらを振動させる手段として本発明を用いてもよい。この場合、振動方向は光軸方向でも光軸方向と異なる方向でもよい。

さらに、本発明の電磁駆動装置は、光学機器に限らず、様々な装置において、駆動対象物を２軸方向に移動させるために使用することができる。

本発明の実施例１であるビデオカメラに搭載された防振ユニットの分解斜視図。実施例１のビデオカメラの断面図。実施例１の防振ユニットに用いられた駆動マグネットを前面側から見た斜視図。実施例１の防振ユニットに用いられた駆動マグネットを背面側から見た斜視図。実施例１のビデオカメラの電気的構成を示すブロック図。本発明の実施例２であるビデオカメラに搭載された防振ユニットの断面図。本発明の実施例３である防振ユニットに用いられた駆動マグネットを前面側から見た斜視図。実施例３の駆動マグネットの分解斜視図。

符号の説明

１固定鏡筒
２Ｖ移動環
３光量調節ユニット
４，１２，１０４，１１２駆動ヨーク
５，１０５シフトベース鏡筒
６，１０，１０６，１１０駆動コイル
８，１０８，３０８駆動マグネット
９，１０９シフト鏡筒
１３，１１３シフトカバー
１４マウント鏡筒
３０１，３０２マグネット板
３０３磁性板

Claims

光軸と垂直な第１の面と、光軸と垂直で該第１の面の裏面である第２の面とを有する１つのマグネットと、
前記第１の面に対向するように配置された第１のコイルと、
前記第２の面に対向するように配置された第２のコイルと、
前記マグネットを保持する第１の部材と、
前記第１のコイル及び第２のコイルを保持する第２の部材と、
前記第１の部材に保持された光学素子又は光電変換素子と、を有する光学機器であって、
前記マグネットの前記第１の面には、第１の磁極及び第２の磁極が前記第１の面内の第１の方向に沿って形成されており、前記第２の面には、前記第１の磁極及び第２の磁極が前記第２の面内であって前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って形成されており、
像振れを抑制するために、前記第１のコイルへの通電により前記第１の部材及び第２の部材が前記第１の方向に相対移動し、前記第２のコイルへの通電により前記第１の部材及び第２の部材が前記第２の方向に相対移動することを特徴とする光学機器。
前記第１のコイルの内側に配置された第１のホール素子を備え、
前記第２のコイルの内側に配置された第２のホール素子を備え、
前記第１のホール素子、第２のホール素子からの信号に基づいて、前記第１の方向における前記第１のコイルに対する前記マグネットの位置、前記第２の方向における前記第２のコイルに対する前記マグネットの位置を計測することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。