JP6137879B2 - 像振れ補正装置、レンズ鏡筒、光学機器、および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置や、デジタル一眼レフ用の交換レンズ、双眼鏡および望遠鏡等の光学機器に搭載される像振れ補正装置に関する。

デジタルカメラ等に搭載されるレンズ鏡筒には、像振れ補正装置を備えるものがある。像振れ補正装置は、光学部材又は撮像素子を保持する像振れ補正ユニットを、光軸と直交する平面内の２方向（ヨー方向およびピッチ方向）に駆動することで、撮影時に発生する手振れの影響を緩和する。

特許文献１に開示の像振れ補正装置は、補正レンズを保持する像振れ補正ユニットを、所定の点を球心とする球面上の２方向にて駆動することで、補正レンズが移動した場合の光学性能の低下を防止する。

特開２００８−１３４３２９号公報

光学機器を構成する複数のレンズ群は、ズーミング操作やフォーカス調節によって移動する。よって、補正レンズを回動させた際の光学性能を最良化するためには、補正レンズの回動中心からの曲率半径を、レンズ群の位置に応じて変更する必要がある。しかし、特許文献１で開示されている像振れ補正装置は、補正レンズが回動する球心の位置が固定されており、補正レンズが移動する球面の曲率半径が一定である。そのため、特許文献１に開示の像振れ補正装置を用いたレンズ鏡筒では、光学系の光軸方向の移動や構成する部品数の変化に応じて、補正レンズを回動させた際の光学性能を最良化できない。

本発明の目的は、光学素子を移動させた際の光学性能を向上させることである。

前記課題を解決するために、本発明に係る装置は、光学素子を保持する可動部を、光軸と直交する方向に移動させることにより像振れを補正する像振れ補正装置であって、前記可動部を移動させる駆動手段と、前記駆動手段により前記可動部が移動する面の曲率半径を変更する曲率半径設定手段を備える。

本発明によれば、光学素子を移動させた際の光学性能を向上させることができる。

本発明の第１実施形態におけるレンズ鏡筒の分解斜視図である。 図１のレンズ鏡筒の断面図である。 本発明の第１実施形態における像振れ補正装置の分解斜視図である。 図３の像振れ補正装置を光軸上反対方向から見た分解斜視図である。 リテーナが第１の位置にあるときの像振れ補正装置の断面図である。 図５の状態での正面図であり、一部の部品のみを示している。 リテーナが第２の位置にあるときの像振れ補正装置の断面図である。 図７の状態での正面図であり、一部の部品のみを示している。 本発明の第２実施形態におけるレンズ鏡筒の分解斜視図である。 本発明の第２実施形態で用いる像振れ補正装置の正面図であり、一部の部品のみを示している。 リテーナとカム筒の位置関係を説明するための図である。 本発明の第３実施形態の像振れ補正装置の光軸と平行な面での断面図である。 本発明の第４実施形態の像振れ補正装置の光軸と平行な面での断面図である。

以下に、本発明の各実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。各実施形態に係る像振れ補正装置は、ビデオカメラ、デジタルおよび銀塩スチルカメラといった撮影装置や、双眼鏡、望遠鏡、フィールドスコープといった観察装置を含む光学機器に搭載可能である。例えば、各実施形態は撮像装置にて撮像光学系を構成する像振れ補正光学系に適用できる。像振れ補正レンズを用いて、手振れ等の振動による画像振れを補正するユニットは駆動制御部によって制御される。

［第１実施形態］
図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態に係るレンズ鏡筒について説明する。
図１は、レンズ鏡筒１００の構成部品を示す分解斜視図である。レンズ鏡筒１００は、直進筒１０１、カム筒１０２、固定レンズ群１０３、可動レンズ群１０４、像振れ補正装置１１０を備える。図２は、組み立て後のレンズ鏡筒１００を、その光軸と平行な面で切断した場合の断面図である。図２（Ａ）はカム筒１０２が第１の角度位置にある状態を示す。図２（Ｂ）はカム筒１０２が第２の角度位置にある状態を示す。以下では、光軸方向被写体側を前側とし、光軸方向撮像素子側を後側とし、光軸に直交する方向であって光軸に近づく側（レンズ鏡筒の径方向内側）を内側と定義して各部の位置関係を説明する。
直進筒１０１は略円筒形状の部材であり、直進筒１０１の内周部に固定レンズ群１０３および像振れ補正装置１１０を保持する。また直進筒１０１は、直進筒１０１の外周部でカム筒１０２を回転可能に軸支する。直進筒１０１は、軸方向に延在する複数の直進溝１０１１を有する。３本の直進溝１０１１は、可動レンズ群１０４が有する３本のカムフォロワ１０４３とそれぞれ嵌合する。この嵌合により、直進筒１０１は可動レンズ群１０４を光軸方向にて移動可能に支持する。

カム筒１０２は円筒状部材であり、直進筒１０１に対してその外側にて回転可能に軸支される。カム筒１０２は鏡筒カム溝１０２１、曲率操作溝１０２２を有する。鏡筒カム溝１０２１は、螺旋状に形成された３本の溝であり、可動レンズ群１０４のカムフォロワ１０４３とそれぞれ嵌合する。曲率操作溝１０２２はカム筒１０２の後端寄りの位置に形成されており、その詳細については後述する。

固定レンズ群１０３は、第１レンズ群１０３１、第１レンズ枠１０３２を備える。第１レンズ枠１０３２は第１レンズ群１０３１を保持し、直進筒１０１に固定される。
可動レンズ群１０４は、第２レンズ群１０４１、第２レンズ枠１０４２、複数のカムフォロワ１０４３を備える。第２レンズ枠１０４２は第１レンズ群１０４１を保持する。カムフォロワ１０４３は、第２レンズ枠１０４２の外周部に３個所取り付けられており、直進溝１０１１および鏡筒カム溝１０２１とそれぞれ嵌合する。複数のカムフォロワ１０４３は直進溝１０１１と鏡筒カム溝１０２１の交点に案内される。このため、カム筒１０２の回転とともに、可動レンズ群１０４は直進溝１０１１の方向に沿って光軸方向に進退可能である。
このように本実施形態では、直進筒１０１、カム筒１０２、可動レンズ群１０４によってレンズ移動機構が構成される。

像振れ補正装置１１０は、補正レンズ１１１、リテーナ１１５（図２参照）を有する。像振れ補正装置１１０は、補正レンズ１１１を、光軸上の回転中心点（以下、点Ｏと記す）を中心とする球面上の任意の位置へ回動可能に支持する。なお、本明細書では平面上でのレンズ駆動を、球面上の駆動の一種とみなし、その場合の回転中心点Ｏを補正レンズ１１１から無限遠の位置とする。つまり、光軸に直交する平面を、回転中心点Ｏを基準とする曲率半径が無限大の球面とみなすこととする。

像振れ補正装置１１０は、不図示の駆動制御部からの制御指令に従って補正レンズ１１１を駆動する。これによって、撮像光学系を通過した光像を移動させる像振れ補正動作が行われ、撮像面での像の安定性を確保できる。補正レンズ１１１は、撮像光学系により結像される像を偏心させることができ、像振れ補正光学系を構成する。本実施形態では、像振れ補正光学系を構成する光学素子として第３レンズ群（補正レンズ）１１１を用いる。これに限らず、撮像光学系に対してＣＣＤ（電荷結合素子）センサなどの撮像手段を駆動する構成でも撮像面での像の安定性を確保できる。この場合、撮像手段が像振れ補正光学系を構成する。

リテーナ１１５は、光軸上の点を中心として回動可能に支持される案内部材である。リテーナ１１５の回動により、補正レンズ１１１と回転中心点Ｏまでの距離を変更できる。換言すると、補正レンズ１１１が球面上を移動する場合の当該球面の曲率半径を設定または変更することができる。リテーナ１１５は、その移動により曲率半径設定手段を構成する。リテーナ１１５は突起部１１５２を有する（図１参照）。この突起部１１５２は、カム筒１０２に設けた曲率操作溝１０２２と嵌合する。リテーナ１１５の詳細については後述する。

補正レンズ１１１が撮像光学系の中心から移動すると、一般に光学性能は低下してしまうが、適切な光学設計を施すことにより、その性能低下は無視し得る程度に抑えることができる。また、補正レンズ１１１が球面に沿って移動する場合、当該球面の曲率半径を適切な大きさに設定することで、光学性能の低下がさらに抑えられる。本実施形態で用いる撮像光学系は、図２（Ａ）の状態と図２（Ｂ）の状態とで、光学性能上最も有利な曲率半径が異なる。

次に、レンズ鏡筒１００の機構部について説明する。
第１レンズ群１０３１、第２レンズ群１０４１、第３レンズ群１０５１は、レンズ鏡筒１００の撮像光学系を構成する。レンズ鏡筒１００を通過した被写体からの光は、撮像素子の受光面や写真フィルムの感光面などに結像する。レンズ鏡筒１００は、被写体像の倍率変化や焦点調節、撮像光学系の収差調節などのために、カム筒１０２を操作してレンズ群同士の光軸方向の間隔を調節する。カム筒１０２が図２（Ａ）に示すように第１の角度位置にある場合には、例えば撮像光学系を望遠側に設定した状態である。また、カム筒１０２が図２（Ｂ）に示すように第２の角度位置にある場合には、例えば撮像光学系を広角側に設定した状態である。

カム筒１０２は、曲率操作溝１０２２によりリテーナ１１５の突起部１１５２に連結されている。このため、カム筒１０２の回転によりレンズ群の光軸方向の移動に伴って、補正レンズ１１１が移動できる面の曲率半径も変更される。像振れ補正装置１１０は、それぞれの位置において、最も光学性能低下が少なくなる曲率半径に設定される。これはリテーナ１１５の移動による曲率半径設定機能に基づく。すなわち、撮像光学系のレンズ群が光軸方向に移動し、その位置変化に応じて像振れ補正光学系の移動を決定する面の曲率半径が変更される。これにより、撮影倍率の変更や焦点調節によって像振れ補正光学系の位置関係が変化した場合、それぞれの位置において、像振れ補正光学系が移動できる面の曲率半径を、光学性能上最も有利な値に設定することができる。

次に、像振れ補正装置１１０について、図３ないし図８を参照して詳細に説明する。
まず、像振れ補正装置１１０の構成部品を説明する。図３は、像振れ補正装置１１０を前側から見た場合の分解斜視図である。図４は、像振れ補正装置１１０を後ろ側から見た場合の分解斜視図である。像振れ補正装置１１０は、補正レンズ１１１を保持する可動部１１２を備える。可動部１１２と固定地板１１３との間に、複数の転動ボール１１４、リテーナ１１５が配置される。像振れ補正装置１１０はさらに、複数の付勢ばね１１６、第１の駆動部１１７、第２の駆動部１１８、蓋１１９を備える。第１の駆動部１１７は、第１の磁石１１７１と第１のコイル１１７２によって構成される。第２の駆動部１１８は、第２の磁石１１８１と第２のコイル１１８２によって構成される。第１の駆動部１１７と第２の駆動部１１８は、不図示の駆動制御部からの駆動信号によって第１のコイル１１７２、第２のコイル１１８２がそれぞれ通電されることでローレンツ力を発生させる。

図５は、組み立て後の像振れ補正装置１１０を、光軸と平行な平面で切断した場合の断面図である。この状態でリテーナ１１５は第１の位置にある。図６は、図５の状態での正面図である。図７は、組み立て後の像振れ補正装置１１０を、光軸と平行な平面で切断した場合を示す断面図である。この状態でリテーナ１１５は第２の位置にある。図８は、図７の状態での正面図である。なお、図６および図８では説明の便宜のため、固定地板１１３、転動ボール１１４、リテーナ１１５のみを示す。

可動部１１２は、中央の開口部に補正レンズ１１１を保持する可動部材である。可動部１１２は、可動側ボール支持平面部１１２１と可動側ボール支持球面部１１２２（図４参照）、可動側ばねかけ部１１２３を有する。可動側ボール支持平面部（以下、可動側平面部という）１１２１および可動側ボール支持球面部（以下、可動側球面部という）１１２２は、転動ボール１１４と接触する可動側接触領域を構成する。可動側接触領域は、平面形状の第１領域と、球面の一部をなす形状をした第２領域を有する。

可動側平面部１１２１は光軸と直交する平面を有し、補正レンズ１１１の周囲にて３個所に等分配置される。可動側球面部１１２２は、３個所の可動側平面部１１２１の外周側にそれぞれ配置される。転動ボール１１４との接触面は光軸上に位置する回転中心点Ｏを球心とする球面の一部をなす。可動側ばねかけ１１２３は、付勢ばね１１６の一端を保持する。可動側ばねかけ１１２３は、補正レンズ１１１の周囲にて光軸回り方向の３個所に等分配置される。
固定地板１１３は略円盤状に形成され、他のレンズ群（例えば、結像光学系を構成するレンズ群）を固定するレンズ鏡筒に固定される。固定地板１１３は中央に開口部を備え、該開口部に可動部１１２が配置されることで、可動部１１２の移動範囲を制限する。固定地板１１３は光軸回り方向の３箇所に、固定側ボール支持平面部１１３１、固定側ボール支持球面部１１３２を有する。固定側ボール支持平面部（以下、固定側平面部という）１１３１および固定側ボール支持球面部（以下、固定側球面部という）１１３２は、転動ボール１１４が接触する固定側接触領域を構成する。固定側接触領域は、平面形状の第１領域と、球面の一部をなす形状をした第２領域を有する。

固定側平面部１１３１は、可動側平面部１１２１に対向するように、３個所等分配置される。固定側球面部１１３２は、可動側球面部１１２２に対向するように、３個所の固定側平面部１１３１の外周側にそれぞれ配置される。固定側球面部１１３２は、転動ボール１１４との接触面が、光軸上に位置する回転中心点Ｏを球心とする球面の一部をなす。したがって、固定側球面部１１３２は可動側球面部１１２２と同心の球面上にある。また、固定側球面部１１３２の半径は、可動側球面部１１２２の半径よりも、転動ボール１１４の直径だけ小さい。固定側平面部１１３１および固定側球面部１１３２の、光軸回り方向の幅は、転動ボール１１４の直径に可動部１１２の移動可能量の半分を加えた長さよりも大きい。よって、固定側平面部１１３１および固定側球面部１１３２の溝部内に転動ボール１１４を収納することができる。
固定地板１１３は中央の開口部の周囲にリテーナ支持部１１３３を有し、リテーナ１１５を回転可能に軸支する。固定地板１１３は底面部に固定側ばねかけ部１１３４（図４参照）を有する。付勢ばね１１６の一端を取り付けるための固定側ばねかけ部１１３４は、光軸回り方向の３個所に等分配置される。固定地板１１３は側面部に回転規制部１１３５を有する。回転規制部１１３５は、固定地板１１３の外周部に設けられた切欠部であり、リテーナ１１５の可動範囲を規制する。

転動ボール１１４は、固定地板１１３に対して可動部１１２を転動支持する可動支持部材である。その詳しい機能については後述する。本実施形態では３個の転動ボール１１４を使用するが、その数は限定されない。また、可動支持部材は転動ボール１１４のような球形に限定されず、摺動性の良いサイコロ状の部材であってもよい。
リテーナ１１５は略円盤状に形成され、リテーナ支持部１１３３により支持されることで、固定地板１１３に対し、後述の第１の位置と第２の位置の間で回転可能に軸支される。リテーナ１１５は、光軸回り方向にて３個所にカム溝部１１５１を有する。カム溝部１１５１の中心軸は、いわゆるアルキメデスの螺旋状に形成され、リテーナ１１５の回転に対して一定の割合で回転中心からの距離が変化する。カム溝部１１５１の幅は転動ボール１１４の直径に可動部１１２の移動可能量の半分を加えた長さよりも大きい。つまり、カム溝部１１５１の内部に転動ボール１１４を収納することができる。

リテーナ１１５はその外周縁部から外側に突出した突起部１１５２を有する。突起部１１５２は、固定地板１１３の回転規制部１１３５の切欠部内に配置される。以下では、突起部１１５２が回転規制部１１３５の一方の端部（切欠部の内側縁部）と接触する位置を、リテーナ１１５の第１の位置と定義する。また、突起部１１５２が回転規制部１１３５の他方の端部と接触する位置を、リテーナ１１５の第２の位置と定義する。光軸方向から見た場合、第１の位置において、カム溝部１１５１は可動側平面部１１２１および固定側平面部１１３１と交わる。このとき、カム筒１０２は、図２（Ａ）に示す第１の角度位置にある。また、第２の位置において、カム溝部１１５１は可動側球面部１１２２および固定側球面部１１３２と交わる。このとき、カム筒１０２は、図２（Ｂ）に示す第２の角度位置にある。

３本の付勢ばね１１６は、変形量に比例する付勢力を発生する引っ張りばねである。付勢ばね１１６は、その一端が可動側ばねかけ部１１２３に取り付けられ、他端が固定側ばねかけ部１１３４に取り付けられる。これにより、固定地板１１３と可動部１１２との間に付勢力が発生する。この付勢力により、転動ボール１１４は固定地板１１３と可動部１１２との間に挟持され、転動ボール１１４は固定地板１１３と可動部１１２との接触状態を保つ。なお、本実施形態では付勢力として弾性力を利用しているが、ばねに限らず、可動部材と固定部材との間に付勢力を与えるために静電力や磁力などを利用した付勢手段であってもよい。

第１の駆動部１１７は、補正レンズ１１１の光軸と直交する第１の方向へ可動部１１２を移動させる駆動力を発生する。本実施形態では、第１の磁石１１７１と第１のコイル１１７２によるボイスコイル型モータを用いる。第１の磁石１１７１は、可動部１１２と一体に構成され、第１のコイル１１７２と対向する面が二分割され、それぞれＮ極およびＳ極に着磁される。第１のコイル１１７２は、第１の磁石１１７１の着磁面と対向して配置され、固定部材である蓋１１９に固定されている。第１のコイル１１７２への通電によって、第１の磁石１１７１で発生する磁束との作用でローレンツ力が生じ、可動部１１２が駆動される。なお、第１の駆動部１１７の原理や種類の如何は問わないので、ステッピングモータや超音波モータなどの公知の駆動部を利用してもよい。

第２の駆動部１１８は、補正レンズ１１１の光軸方向および第１の駆動部１１７の駆動方向と直交する第２の方向へ可動部１１２を移動させる駆動力を発生する。第１の駆動部１１７と同様のボイスコイルモータの構成をもつ。第２の駆動部１１８は、第１の駆動部１１７とは９０°の回転位相差もって配置されており、その詳細な説明は省略する。
蓋１１９は中心穴をもつ円盤状に構成され、固定地板１１３に固定される固定部材である。固定地板１１３とともに形成される空間内に可動部１１２やリテーナ１１５等が収納される。これにより、像振れ補正装置１１０に衝撃力が加わった場合や、姿勢差が変化した場合でも、内部の部品の脱落を防止できる。蓋１１９は、第１のコイル１１７２および第２のコイル１１８２を保持する（図５、図７参照）。

次に像振れ補正装置１１０の動作を説明する。
リテーナ１１５が第１の位置にある場合、図６に示すように、転動ボール１１４は、カム溝部１１５１および固定側平面部１１３１に囲まれた空間内に配置される。このとき、カム溝部１１５１に案内されることによって、転動ボール１１４は固定側球面部１１３２への転動を阻止されている。また、転動ボール１１４は可動部１１２に対して可動側平面部１１２１と接している。可動部１１２は、付勢ばね１１６による付勢力によって固定地板１１３との間に転動ボール１１４を挟持しているので、可動部１１２の、固定地板１１３に対する光軸方向の位置が安定して決まる。この状態で、可動部１１２は光軸に直交する平面内を移動可能に支持されている。第１の駆動部１１７および第２の駆動部１１８の各コイルに所定の電流を流すことにより、可動部１１２を平面内の目標位置に移動させることができる。この平面とは、可動側平面部１１２１および固定側平面部１１３１に対して平行な面である。可動部１１２の移動により、手振れなどの振動に対して撮像光学系の結ぶ像が補正されて安定化される。なお、可動部１１２の回転方向の位置は、３本の付勢ばね１１６の付勢力によって決まる安定点の位置となる。以下では、可動部１１２が転動ボール１１４によって移動可能に支持される面を、「移動可能面」と呼ぶ。リテーナ１１５が第１の位置にある状態で、移動可能面は平面となっている。

次に、リテーナ１１５を第２の位置に切り替えた場合を説明する。図８は、リテーナ１１５が図６の状態から時計回り方向に回転した状態を示す。転動ボール１１４は、カム溝部１１５１および固定側球面部１１３２に囲まれた空間内に移動する。このとき転動ボール１１４は、カム溝部１１５１に案内されることによって、固定側平面部１１３１に戻らないように阻止される。転動ボール１１４は、可動部１１２に対して可動側球面部１１２２で接している。可動部１１２は、付勢ばね１１６による付勢力によって固定地板１１３との間に転動ボール１１４を挟持している。

前述のように可動側球面部１１２２の曲率半径は、固定側球面部１１３２の曲率半径に転動ボール１１４の直径を加えた長さに等しい。したがって、転動ボール１１４の位置によらずに、固定地板１１３に対して光軸方向における可動部１１２の位置は安定して決まる。この状態で、可動部１１２は、光軸上に位置する回転中心点Ｏを中心として、球面上を移動可能に支持されている。すなわち、この場合の移動可能面は球面である。可動部１１２を径方向に移動させていくに従い、補正レンズ１１１の光軸は、移動前の元の光軸に対して次第に傾いていく。第１の駆動部１１７および第２の駆動部１１８の各コイルに所定の電流を流すことにより、可動部１１２を球面上の目標位置に移動させることができる。この移動により、手振れなどの振動に対して撮像光学系の結ぶ像を補正して安定化させることができる。なお、可動部１１２の回転方向の位置は、３本の付勢ばね１１６の付勢力により決まる安定点の位置となる。

第１実施形態では、カム筒１０２の回転によってリテーナ１１５の回転位置を切り替えることで、可動部１１２の移動可能面を平面から球面へ、または球面から平面へと切り替えることができる。よって、撮像光学系の光軸方向の位置変化に応じて、リテーナ１１５を回転させることで、カム筒１０２が図２（Ａ）の状態と図２（Ｂ）の状態にあるときの双方において光学性能が最良となる。

[変形例]
次に、第１実施形態の変形例を説明する。
（１）転動ボールの支持面を、曲率半径の異なる複数の曲面の組み合わせで構成する変形形態。
第１実施形態では可動側平面部１１２１および固定側平面部１１３１をそれぞれ平面形状に構成した。これらの平面部を球面部とし、その曲率半径を、可動側球面部１１２２および固定側球面部１１３２と曲率半径とは異なる構成にしてもよい。これにより、可動部１１２の移動可能面を、曲率半径の異なる複数の球面から選択することができる。なお、平面は曲率半径が無限大の球面と捉えることできる。よって可動側接触領域である可動側球面部１１２２と可動側平面部１１２１は、曲率半径の異なる球面で形成されていると言える。同様に、固定側接触領域である固定側球面部１１３２と固定側平面部１１３１は、曲率半径の異なる球面で形成されていると言える。

（２）転動ボールの支持面のうち、対向する面同士を、異なる中心点（球心）を持つ球面で構成する変形形態。
第１実施形態において、可動側平面部１１２１、可動側球面部１１２２は、それぞれ固定側平面部１１３１、固定側球面部１１３２を、転動ボール１１４の直径の大きさだけオフセットさせた面であった。すなわち、可動側平面部１１２１は、固定側平面部１１３１と同心の球面である（この場合、平面は球心が無限遠にあるとみなす）。また、可動側球面部１１２２は、固定側球面部１１３２と同心の球面である。これにより、リテーナ１１５が第１の位置、第２の位置のそれぞれにあるときに、転動ボール１１４の位置に依存せずに、それぞれの回転中心点から補正レンズ１１１までの距離を変えずに可動部１１２を移動することができる。
これに対して、可動側の転動ボール支持面と固定側ボール支持面のどちらか一方のみが、曲率半径の異なる面で形成される構成が挙げられる。例えば、可動部にはボール支持平面とボール支持球面が形成され、それぞれに対向する固定地板側のボール支持面が両面とも平面の場合である。この構成では、転動ボール１１４の位置などによって、補正レンズ１１１の光軸方向の位置が変化し得る。この変動量を見込んだ設計が可能であれば、対向し合う面の一方の面のみが曲率半径の異なる面で形成される場合でも、リテーナ１１５の回動により、可動部１１２の移動可能面を切り替えることができる。これにより、他方の面の形状が簡易化するので製造が容易となり、像振れ補正装置の生産性の向上に寄与する。

（３）光学系を構成する部品数に応じてリテーナの駆動制御を行う変形形態。
第１実施形態では、撮像光学系の光軸方向の位置変化に応じてカム筒１０２がリテーナ１１５を回転させることで、補正レンズを回動させた際の光学性能の最良化が実現される。しかし、光学性能の最良化を実現するための、補正レンズから回転中心点Ｏまでの距離は、光学系の光軸方向の位置関係のみによって変化するとは限らない。例えば、撮影光学系にエクステンダやコンバーションレンズといった別の光学系を取り付けた場合に、前記の距離は変わり得る。このような別の光学系を取り付ける位置は、レンズ鏡筒の先端でもあっても、後端であっても、中間であってもよい。この場合、別の光学系の取り付け位置を検出する検出部を設け、位置検出情報に応じてリテーナ１１５を駆動する駆動制御部を備えた構成となる。すなわち、光学系を構成する部品数の変化に応じて、回転中心点Ｏから補正光学系までの距離を設定し、または変更する制御が行われる。像振れ補正用の補正レンズが移動する球面の曲率半径を可変設定することにより、光学系の光軸方向の移動や構成する部品数の変化に応じて、補正レンズを回動させた際の光学性能を最良化することができる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係るレンズ鏡筒２００について、図９ないし図１１を参照して説明する。なお、第２実施形態にて前記第１実施形態の場合と同様の機能を有する部材には既に使用した符号を付すことで、それらの詳細な説明を省略する。このような省略の仕方は後述の実施形態でも同様である。
まず、本実施形態のレンズ鏡筒を構成する部材について説明する。図９は、レンズ鏡筒２００の構成例を示す分解斜視図である。レンズ鏡筒２００は、直進筒１０１、カム筒２０２、固定レンズ群１０３、可動レンズ群１０４、像振れ補正装置２１０を備える。
カム筒２０２は、複数のカム溝部２０２１、曲率操作溝部２０２２、弾性変形部２０２３を有する。曲率操作溝部２０２２と弾性変形部２０２３はカム筒２０２の後端寄りに形成されている。曲率操作溝部２０２２は、像振れ補正装置２１０に設けられたリテーナ２１５の突起部２１５２と嵌合する。曲率操作溝部２０２２とカム筒２０２の円筒部は弾性変形部２０２３で連結されている。

次に像振れ補正装置２１０について、図１０を参照して説明する。図１０はリテーナ２１５が第１の位置にあるときの正面図である。像振れ補正装置２１０は、補正レンズ１１１、可動部１１２、固定地板２１３、転動ボール１１４（カム溝部２１５１内）、リテーナ２１５、付勢ばね１１６、第１の駆動部１１７、第２の駆動部１１８、蓋１１９を備える。説明の便宜のため、固定地板２１３、転動ボール１１４、リテーナ２１５のみを示す。
固定地板２１３は、回転規制部２１３５の両端がＮ極およびＳ極にそれぞれ着磁されており、その他について第１実施形態で説明した固定地板１１３と同様である。またリテーナ２１５は、突起部２１５２が鉄などの強磁性体で形成されている点で突起部１１５２と相違する。

突起部２１５２と回転規制部２１３５の間には、磁気的な吸引力を働かせることができる。リテーナ２１５が第１の位置または第２の位置にあるときは、リテーナ２１５の持つ磁気的なポテンシャルエネルギーを相対的に小さくすることができる。すなわち、転動ボール１１４が複数のボール支持面部同士の境界を移動できない状態では、これらの境界を移動できる状態に比べて、リテーナ２１５の持つポテンシャルエネルギーが小さくなる。その結果、リテーナが第１の位置および第２の位置にある場合に安定位置が得られる。なお、複数のボール支持面部同士の境界とは、可動側平面部１１２１と可動側球面部１１２２との境界、および固定側平面部１１３１と固定側球面部１１３２との境界である。

リテーナ２１５が第１の位置と第２の位置の間に位置した状態で可動部１１２が駆動された場合、転動ボール１１４がボール支持平面部とボール支持球面部との境界を乗り越えることで、可動部１１２の動作が不安定になる可能性がある。すなわち、可動部１１２の移動可能面が球面になるか、または平面になるかの選択が、転動ボール１１４の位置に依存してしまう。転動ボール１１４の位置は衝撃などによって容易に変化し得るので、再現性のある駆動ができなくなる。本実施形態の構成を採ることにより、このような現象の発生頻度を低減できる。なお、リテーナ２１５を第１の位置および第２の位置で安定状態に維持するための手段としては、磁気的なエネルギーを利用する方法に限らず、弾性力や静電力を利用した手段でも同様の効果を実現できる。また、各ボール支持面を曲率半径の異なる３つ以上の領域に分割した形態でも、転動ボール１１４がそれぞれの領域の境界を移動できるときのポテンシャルエネルギーを、各領域の境界を移動できないときのポテンシャルエネルギーよりも高くすればよい。これにより、同様の効果が得られる。

像振れ補正装置２１０は、カム筒２０２の回転角とリテーナ２１５の回転角との関係が、いわゆるヒステリシス特性を有する。この特性について、図１１を参照して説明する。
図１１（Ａ）は、カム筒２０２とリテーナ２１５の機構を説明する模式図である。カム筒２０２の回転角度をＸで表わし、リテーナ２１５の回転角度をＹで表す。曲線２１５３は、リテーナ２１５の持つポテンシャルエネルギーを表している。図１１（Ａ）の下に行くほどポテンシャルエネルギーが低くなって、リテーナ２１５は安定する。また、領域Ｚは、転動ボール１１４が可動側平面部１１２１と可動側球面部１１２２との境界や、固定側平面部１１３１と固定側球面部１１３２との境界を移動できる領域を示す。
図１１（Ａ）の状態にて、カム筒２０２を正方向（右方向）に微小量だけ移動させたとしても、突起部２１５２と回転規制部２１３５の間に働く磁気吸引力により、リテーナ２１５は移動しない。カム筒２０２をさらに移動し、弾性変形部２０２３に蓄えられる弾性エネルギーが、リテーナ２１５が第１の位置にあるときのポテンシャルエネルギーを超えると、リテーナ２１５は第２の位置まで急激に移動する。このとき、リテーナ２１５は第１の位置と第２の位置との間にある領域Ｚを越える。これは、リテーナ２１５のポテンシャルエネルギーの分布と、弾性変形部２０２３の特性を適切な関係に設計しておくことで実現できる。

リテーナ２１５を第２の位置から第１の位置に移動させる場合には、前記と逆の動作となり、リテーナ２１５が領域Ｚで安定することはない。図１１（Ｂ）には、ＸとＹの関係をグラフに示す。横軸にカム筒２０２の回転角度Ｘを示し、縦軸にリテーナ２１５の回転角度Ｙを示す。第１の位置から第２の位置への移動経路と、第２の位置から第１の位置への移動経路が異なっており、ヒステリシス特性を示すことが分かる。
第２実施形態では、カム筒２０２がどの回転位置にあっても、転動ボール１１４が平面部と球面部の境界を乗り越える状態となって不安定化することを回避できる。その結果、可動部１１２の動作が安定する。

なお、第２実施形態では、カム筒２０２の回転角度と撮像光学系の光軸方向のレンズ位置は等価である。カム筒２０２の回転角度とリテーナ２１５の回転角度との関係がヒステリシス性をもつことは、撮像光学系の光軸方向のレンズ位置とリテーナ２１５の回転角度との関係がヒステリシス性をもつことに等しい。カム筒２０２の回転角とリテーナ２１５の回転角との関係にヒステリシス性を付与するためには、例えばカム筒２０２の回転角を位置センサで検出し、リテーナ２１５の角度をアクチュエータで制御する制御手段を講じてもよい。制御手段にヒステリシス回路を用いることにより、電気的な回路を用いて前記と同様の効果が得られる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係るレンズ鏡筒について、図１２を参照して説明する。第３実施形態に係るレンズ鏡筒が第１実施形態の場合と相違する点は、像振れ補正装置３１０の構成である。像振れ補正装置３１０は、補正レンズ１１１、可動部３１２、固定地板３１３、転動ボール１１４、リテーナ１１５、付勢ばね１１６、第１の駆動部１１７、第２の駆動部１１８、蓋１１９を備える。

図１２は、組み立て後の像振れ補正装置３１０を、光軸と平行な平面で切断した場合の断面図である。このとき、リテーナ１１５は第１の位置にある。本実施形態では、可動側と固定側のそれぞれのボール支持面部を、曲率半径の異なる複数の領域に分割するのではなく、曲率半径が連続的に変化していく無段階のボール支持面部を用いる。
可動部３１２は、可動側ボール支持面部３１２１を有する。可動側ボール支持面部３１２１の径方向の断面形状（固定地板３１３との対向面側）は、例えば双曲線や放物線などの曲率半径が連続的に変化する曲線によって形成される。本実施形態では、径方向の距離が大きくなるほど、曲率半径が小さくなる曲線を用いており、この曲線を光軸回りに回転させた回転面により可動側ボール支持面部３１２１が形成される。

固定地板３１３は、固定側ボール支持面部３１３１を有する。固定側ボール支持面部３１３１の径方向の断面形状（可動部３１２との対向面側）は、曲率半径が連続的に変化する曲線によって形成される。本実施形態では、可動側ボール支持面部３１２１を形成する曲面を、転動ボール１１４の直径の大きさだけオフセットさせた曲面により固定側ボール支持面部３１３１が形成される。
リテーナ１１５の角度位置を変更することにより、転動ボール１１４と可動側ボール支持面部３１２１および固定側ボール支持面部３１３１との接触点を選択することができる。接触点を外周側に移動した場合、可動部３１２の移動可能面の曲率半径を小さくすることができる。逆に接触点を内周側に移動した場合には、可動部３１２の移動可能面の曲率半径を大きくすることができる。一方、可動部３１２の移動可能領域を大きくすると、移動可能範囲の中心付近と境界付近とでは、可動部３１２が移動する際の曲率半径が変化する。その曲率半径の変化量を無視できる場合や、該変化量を見越した設計ができる場合には、リテーナ１１５の位置を連続的に変えることで、移動可能面の曲率半径を連続的に変化させることができる。

第３実施形態では、像振れ補正装置３１０を用いることにより、カム筒の位置、すなわち撮像光学系のレンズ位置に応じて、像振れ補正光学系の移動可能面の曲率半径を連続的に変化させることができる。これにより、光学系の光軸方向の連続的な位置変化に対して、それぞれの位置に応じて光学性能を最良化できる。
なお、第３実施形態では、可動支持部材である転動ボール１１４によって可動部３１２を転動支持する構成を例示した。これにより、可動部３１２に発生する摺動摩擦を小さくすることができるので、高精度な位置決めを実現できる。変形例として、転動ボール１１４をカム溝部１１５１および固定側の支持面部に嵌合させる構成を採用してもよい。その場合、可動部３１２は転動支持ではなく摺動支持される。摺動摩擦が発生するものの、リテーナ１１５の位置を決めると、転動ボール１１４の位置が一意に決まる。これにより、転動ボール１１４の位置に起因する、移動可能面の曲率半径のばらつきを小さくすることができる。

［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態に係るレンズ鏡筒を説明する。図１３は像振れ補正装置４１０の要部を示す図である。以下、前記実施形態と相違する像振れ補正装置４１０の構成例を詳述する。
本実施形態においては、位置センサ４０５によって、直進筒１０１に対するカム筒１０２の回転位置を検出して電気信号に変換する。検出信号は駆動制御部４０６に送られる。なお、エクステンダやコンバージョンレンズの装着の有無に応じて、移動可能面の曲率半径を変更する場合には、位置センサ４０５がカム筒１０２の回転位置ではなく、光学系を構成する光学部品の変更や部品数の変化を検出する。

像振れ補正装置４１０は、補正レンズ１１１、可動部４１２、固定地板４１３、付勢ばね１１６、第１のコイル１１７２、第２のコイル１１８２、蓋１１９を備える。図１３（Ａ）は、補正レンズ１１１の移動可能面の曲率半径をＲ１に設定した場合の、光軸と平行な平面で切断した断面図である。図１３（Ｂ）は、補正レンズ１１１の移動可能面の曲率半径をＲ２に設定した場合の、光軸と平行な平面で切断した断面図である。
可動部４１２は、補正レンズ１１１を保持し、接触部４１２１を介して固定地板４１３に対して移動可能に支持される。固定地板４１３は、変形接触面部４１３１と、接触面アクチュエータ４１３２を備える。変形接触面部４１３１は、接触部４１２１と接触するため、適度な表面硬度と強度を有する。接触面アクチュエータ４１３２は、駆動制御部４０６からの指令値に基づいて、変形接触面部４１３１を変形させる。変形接触面部４１３１は適切な厚さと物性値を有しており、接触面アクチュエータ４１３２によって、所定の曲率半径を持つ球面に弾性変形する。接触面アクチュエータ４１３２としては、例えば圧電素子やリードスクリューを用いたステッピングモータなどを使用できる。また、圧電素子を用いたバイモルフ型アクチュエータや、人工筋肉型アクチュエータを利用することで変形接触面部と接触面アクチュエータを一体化させた構成を用いてもよい。

次に像振れ補正装置４１０の動作を説明する。
カム筒１０２の回転により撮像光学系の光軸方向の位置を変化させると、位置センサ４０５は、直進筒１０１に対するカム筒１０２の回転位置を検出する。駆動制御部４０６は、検出位置に応じて、所定の量だけ接触面アクチュエータ４１３２を駆動する。その結果、変形接触面部４１３１は適切な曲率半径となるように変形する。可動部４１２は、変形接触面部４１３１の形状にしたがって移動可能に支持される。その結果、補正レンズ１１１の移動可能面の曲率半径を所定の値に設定することができる。
図１３（Ａ）は、例えば撮像光学系を広角側に設定したときの状態を示し、移動可能面の曲率半径がＲ１に設定される。また図１３（Ｂ）は、例えば撮像光学系を望遠側に設定したときの状態を示し、移動可能面の曲率半径がＲ２に設定される。Ｒ１およびＲ２の値を適切な値と設定することで、補正レンズ１１１を移動させた際の光学性能を最良化できる。

なお、前記構成に限らず、変形接触面部および接触面アクチュエータについては、可動部に配置してもよい。また、前記実施形態と同様に、可動部材と固定部材の間に転動部材（ボールや円柱部材等）を配置してもよい。像振れ補正光学系の移動可能面の曲率を変更できる構成であれば、その実現手段の如何は問わない。
第４実施形態においては、位置センサ４０５、駆動制御部４０６、および接触面アクチュエータ４１３２によって、曲率半径設定手段が構成される。接触面アクチュエータ４１３２を用いて変形接触面部４１３１を、任意の曲率半径の形状に設定できる。この他、光学系の光軸方向の位置関係に応じて、変形接触面部４１３１を所定の曲率半径に変形させる機構部（カムやギヤ等を利用した伝達機構）を用いてもよい。この場合、伝達機構が曲率半径設定手段を構成する。
本発明は、前記の各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１０２ カム筒
１０４ 可動レンズ群
１１０ 像振れ補正装置
１１１ 補正レンズ
１１２ 可動部
１１２１，１１２２ 可動側接触領域
１１３ 固定地板
１１３１，１１３２ 固定側接触領域
１１４ 転動ボール（可動支持部材）
１１５ リテーナ（案内部材）

Claims (15)

1. 光学素子を保持する可動部を、光軸と直交する方向に移動させることにより像振れを補正する像振れ補正装置であって、
   前記可動部を移動させる駆動手段と、
   前記駆動手段により前記可動部が移動する面の曲率半径を変更する曲率半径設定手段を備えることを特徴とする像振れ補正装置。
2. 光軸上の点を回転中心点として回動可能であって、前記曲率半径設定手段を構成する案内部材と、
   前記可動部が有する可動側接触領域と対向する固定側接触領域を有し、前記案内部材を支持する固定部材と、
   前記可動部の可動側接触領域および前記固定部材の固定側接触領域に接触して前記可動部を移動し得る状態で支持する可動支持部材と、
   前記可動部と前記固定部材との間に前記可動支持部材を保持する付勢力を発生させる付勢手段を備え、
   前記案内部材は軸を中心に回動し、前記可動支持部材が前記可動側接触領域および前記固定側接触領域と接触する位置を変更して前記曲率半径を設定することを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
3. 前記可動側接触領域および前記固定側接触領域は、曲率半径の異なる球面の一部をなす形状をした複数の領域をそれぞれ有しており、
   前記案内部材は光軸回りに回動し、前記可動支持部材が接触する領域を前記複数の領域から選択することを特徴とする請求項２に記載の像振れ補正装置。
4. 前記可動側接触領域および前記固定側接触領域は、平面形状の第１領域および球面の一部をなす形状をした第２領域をそれぞれ有しており、
   前記案内部材は光軸回りに回動し、前記可動支持部材が接触する前記第１領域または第２領域を選択することを特徴とする請求項２に記載の像振れ補正装置。
5. 前記可動側接触領域または前記固定側接触領域は、曲率半径が連続的に変化する曲面の領域を有することを特徴とする請求項２に記載の像振れ補正装置。
6. 前記曲率半径設定手段は、前記可動部に接触する変形接触面部と、該変形接触面部の曲率半径を設定するアクチュエータまたは機構部を備えることを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
7. 前記駆動手段はコイルおよび磁石を備え、
   前記可動部に前記コイルまたは磁石が固定されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の像振れ補正装置と、
   レンズを光軸方向に移動可能に支持するレンズ移動機構を備えたレンズ鏡筒であって、
   前記レンズが光軸方向に移動する際に、前記像振れ補正装置の曲率半径設定手段が前記曲率半径を設定することを特徴とするレンズ鏡筒。
9. 請求項２から５のいずれか１項に記載の像振れ補正装置と、
   レンズを光軸方向に移動可能に支持するレンズ移動機構を備えたレンズ鏡筒であって、
   前記レンズ移動機構は、前記レンズを光軸方向に移動させるとともに、前記案内部材を回動させるカム筒を備えることを特徴とするレンズ鏡筒。
10. 光学系を構成する光学部品の変更を検出する検出手段を備え、
    前記曲率半径設定手段は前記検出手段が検出した前記光学部品に従って前記曲率半径を設定することを特徴とする請求項８または９に記載のレンズ鏡筒。
11. 前記レンズの光軸方向の位置と前記案内部材の位置との関係にヒステリシス性をもたせる制御手段を備えることを特徴とする請求項９に記載のレンズ鏡筒。
12. 前記可動支持部材が接触する前記可動側接触領域および前記固定側接触領域は、曲率半径の異なる複数の領域をそれぞれ有しており、
    前記制御手段は、前記可動支持部材が前記複数の領域の境界を通過できる場合の前記案内部材のポテンシャルエネルギーを、前記可動支持部材が前記複数の領域の境界を通過できない場合のポテンシャルエネルギーよりも高く設定することを特徴とする請求項１１に記載のレンズ鏡筒。
13. 請求項６に記載の像振れ補正装置と、
    レンズを光軸方向に移動可能に支持するレンズ移動機構を備えたレンズ鏡筒であって、
    前記レンズが光軸方向に移動する際に、前記像振れ補正装置の曲率半径設定手段は、前記レンズの位置または光学系を構成する部品数を検出して前記アクチュエータまたは機構部を駆動することにより前記曲率半径を設定することを特徴とするレンズ鏡筒。
14. 請求項８から１３のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒を有することを特徴とする光学機器。
15. 請求項８から１３のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒を有することを特徴とする撮像装置。
    

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