JP6331319B2

JP6331319B2 - 光学機器

Info

Publication number: JP6331319B2
Application number: JP2013212200A
Authority: JP
Inventors: 哲平奥山; 裕行石上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: JP2015075658A

Description

本発明は、光学機器に関する。

補正レンズにコイルを取り付けて駆動する手振れ補正装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１特開２００８−２２４７２３号公報

変位するレンズにコイルを取り付けた場合、コイルに駆動電力を供給するフレキシブル基板の弾性が、レンズの動きに影響を与える場合がある。

本発明の第一態様によると、光学系における像振れを補正する補正レンズと、補正レンズを保持する補正レンズ保持枠と、補正レンズ保持枠を、光学系の光軸と交差する移動平面上で移動可能に支持する固定支持部と、補正レンズ保持枠に固定され、電力を供給されて補正レンズを駆動するための駆動力を発生する駆動用素子と、補正レンズ保持枠に固定され、電力を供給されて補正レンズ保持枠の位置検出に用いる検出用素子と、固定支持部に固定された第１固定部と、補正レンズ保持枠に固定された第２固定部との間で弾性変形しつつ、駆動用素子に対して電力を供給する第１フレキシブル基板と、固定支持部に固定された第３固定部と、補正レンズ保持枠に固定された第４固定部との間で弾性変形して、第１フレキシブル基板の弾性変形により生じた付勢力の少なくとも一部を打ち消しつつ、検出用素子に電力を供給する第２フレキシブル基板とを備える光学機器が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

撮像装置１００の模式図である。補正レンズユニット２２０の斜視図である。補正レンズユニット２２０の内部を示す斜視図である。補正レンズユニット２２０の内部を示す正面図である。補正レンズユニット２２０の断面図である。補正レンズユニット２２０の断面図である。補正レンズユニット２２０の正面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、下記の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、撮像装置１００の模式図である。撮像装置１００は、像振れを補正する機能を備えた光学機器の一例である。撮像装置１００は、レンズ鏡筒１１０およびカメラボディ１２０を備える。レンズ鏡筒１１０は、光軸Ｘ上に配列された複数のレンズを含む光学系１１２を有する。カメラボディ１２０は、撮像素子１２２を有する。

撮像装置１００は、レンズ鏡筒１１０の光学系１１２が撮像素子１２２の受光面に形成した被写体像を、電気信号として記録することにより撮像する。なお、以降の説明においては、レンズ鏡筒１１０に対して物体側を撮像装置１００の前側と記載する。また、レンズ鏡筒１１０に対してカメラボディ１２０側を後側と記載する。

レンズ鏡筒１１０は、光学系１１２における像振れを補正する像振れ補正部２００を更に備える。像振れ補正部２００は、検出部２１０および補正レンズユニット２２０を有する。

検出部２１０は、光軸Ｘに対して交差し、且つ、互いに交差する２方向について加速度を検出する加速度センサ２１２、２１４を含む。検出部２１０は、加速度センサ２１２、２１４が検出した加速度に基づいて、レンズ鏡筒１１０の変位を算出する。

補正レンズユニット２２０は、補正レンズ２３０およびアクチュエータ２４０を有する。補正レンズ２３０は、光学系１１２の一部をなし、光軸Ｘと交差する方向に変位することにより、光学系１１２が形成する像の結像位置を光軸Ｘと交差する方向に変位させる。

アクチュエータ２４０は、検出部２１０が算出したレンズ鏡筒１１０の変位により生じる像振れを打ち消すべく、補正レンズ２３０を駆動して、光軸Ｘと交差する移動面に沿って移動させる。これにより、光学系１１２における像振れが補償され、撮像素子１２２に鮮明な像が形成される。

図２は、補正レンズユニット２２０の斜視図である。補正レンズユニット２２０は、補正レンズ２３０およびレンズ保持枠２３２と、それらを収容したケース２５０およびカバー２６０と、フレキシブル基板２７０、２８０とを有する。

補正レンズユニット２２０において、補正レンズ２３０は、レンズ保持枠２３２に保持される。補正レンズ２３０およびレンズ保持枠２３２の組立体は、ケース２５０およびカバー２６０を合わせることにより形成された円盤状の容器に収容されて支持される。

ケース２５０は、図中背面側に位置し、周縁部に複数の固定ピン２５２を有する。これにより、ケース２５０を、レンズ鏡筒１１０に対して固定して固定支持部を形成できる。カバー２６０は、複数の固定ねじ２６２によりケース２５０に対してねじ止めされる。これにより、ケース２５０およびカバー２６０は一体化され、ケース２５０がレンズ鏡筒１１０に固定された場合は、カバー２６０もレンズ鏡筒１１０に対して固定される。

また、カバー２６０は、中央に設けられた中央開口部２６４と、中央開口部の側部に配された一対の通過穴２６３、２６５とを有する。中央開口部２６４は、ケース２５０およびカバー２６０に収容した補正レンズ２３０の直径よりも僅かに大きな内径を有し、補正レンズ２３０をカバー２６０から外部に向かって露出させる。通過穴２６３、２６５のそれぞれは、ケース２５０およびカバー２６０の内外で、フレキシブル基板２７０、２８０を連通させる。

フレキシブル基板２７０、２８０は、ケース２５０およびカバー２６０の内部と外部とを電気的に結合する。第１のフレキシブル基板２８０に着目すると、図中に現れている範囲でフレキシブル基板２８０の一端に位置するケース側固定部２８２において、ケース２５０の外面に貼り付けて固定された第１固定部を形成する。また、フレキシブル基板２８０の他端に位置する保持枠側固定部２８４は、ケース２５０およびカバー２６０の内部に収容されたレンズ保持枠２３２に対して貼り付けて固定されることにより第２固定部を形成する。

更に、フレキシブル基板２８０は、ケース側固定部２８２と保持枠側固定部２８４との間で時計回りの渦巻き状に折り曲げられた渦巻部２８６を有する。渦巻部２８６を設けて弾性をもたせることにより、レンズ保持枠２３２がケース２５０に対して変位した場合にフレキシブル基板２８０に対してかかる負荷が緩和される。

同様に、第２のフレキシブル基板２７０は、図中に現れている範囲でフレキシブル基板２７０のケース側固定部２７２は、ケース２５０の外面に貼り付けて固定された第３固定部を形成する。また、フレキシブル基板２７０の保持枠側固定部２７４は、ケース２５０およびカバー２６０の内部に収容されたレンズ保持枠２３２に対して貼り付けて固定されて、第４固定部を形成する。

更に、フレキシブル基板２７０は、ケース側固定部２７２と保持枠側固定部２７４との間で反時計回りの渦巻き状に折り曲げられた渦巻部２７６を有する。渦巻部２７６を設けて弾性をもたせることにより、レンズ保持枠２３２がケース２５０に対して変位した場合にフレキシブル基板２７０に対してかかる負荷が緩和される。

なお、カバー２６０には、一対のヨーク２４２が固定されている。ヨーク２４２は磁性体板により形成され、補正レンズユニット２２０に内蔵されるアクチュエータ２４０の磁気回路の一部をなす。アクチュエータ２４０の構造は、他の図を参照して説明する。

図３は、補正レンズユニット２２０からカバー２６０を取り除いた状態を示す斜視図である。図３において斜線を付した領域は、アクチュエータ２４０が動作した場合に、レンズ保持枠２３２と共にケース２５０に対して変位する部分を示す。また、図３における固定ねじ２６２およびフレキシブル基板２７０、２８０は、カバー２６０が存在している場合と同じ状態で描かれている。

補正レンズユニット２２０において、ケース２５０とレンズ保持枠２３２の間には、複数の転動ボール２９０が挟まれる。また、レンズ保持枠２３２は、複数の懸架ばね２９２によりケース２５０に繋がれる。懸架ばね２９２は、転動ボール２９０を間に挟んだ状態で、レンズ保持枠２３２をケース２５０に向かって引きつける。これにより、レンズ保持枠２３２は、転動ボール２９０を脱落させることなく、ケース２５０に対して平行に円滑に変位できる状態で、ケース２５０に保持される。

レンズ保持枠２３２には、一対のコイル２４６、２４７が、補正レンズ２３０の周囲に搭載される。一対のコイル２４６、２４７は、それぞれ長円形をなす。また、一対のコイル２４６、２４７は、各々の長手方向が光軸Ｘと直交し、且つ、コイル２４６、２４７同志も長手方向が直交する方向に配置される。

また、レンズ保持枠２３２には、一対のフレキシブル基板２７０、２８０が貼り付けられる。一対のフレキシブル基板２７０、２８０の一端は、レンズ保持枠２３２から、補正レンズ２３０の径方向外側に伸びて、レンズ保持枠２３２の外側に取り出される。

図４は、補正レンズユニット２２０からカバー２６０を取り除いた状態の正面図である。図４において斜線を付した領域は、フレキシブル基板２７０、２８０において、レンズ保持枠２３２の表面に貼り付けられた部分を示す。また、図３と同様に、図４においても、固定ねじ２６２およびフレキシブル基板２７０、２８０は、カバー２６０が存在していた場合と同じ状態で描かれている。

図中で上側に位置する一方のフレキシブル基板２７０は、ケース側固定部２７２から渦巻部２７６を経てレンズ保持枠２３２に至る。また、レンズ保持枠２３２におけるフレキシブル基板２７０は、光軸Ｘと平行にレンズ保持枠２３２から立ち上がるポスト２３８に沿ってレンズ保持枠２３２の表面に至り、補正レンズ２３０の周囲を時計回りと反時計回りとにそれぞれ略４５度周回する周回部２７５、２７９を経て、補正レンズ２３０の径方向に伸びる一対の給電部２７７、２７８を形成する。

フレキシブル基板２７０の給電部２７７、２７８の裏面には、発光ダイオード等の発光素子２３５、２３６がそれぞれ実装される。これら発光素子には、フレキシブル基板２７０を通じて、レンズ保持枠２３２の外部から発光電力を供給できる。

図中で下側に位置する他方のフレキシブル基板２８０は、ケース側固定部２８２から渦巻部２８６を経てレンズ保持枠２３２に至る。また、レンズ保持枠２３２におけるフレキシブル基板２８０は、光軸Ｘと平行にレンズ保持枠２３２から立ち上がるポスト２３９を伝ってレンズ保持枠２３２の表面に至る。更に、フレキシブル基板２８０は、補正レンズ２３０の周囲を時計回りに約１３５度周回する周回部２８８を経て、コイル２４６、２４７に接続される。これにより、レンズ保持枠２３２の外部から、フレキシブル基板２８０を通じて、コイル２４６、２４７に駆動電力を供給できる。

補正レンズユニット２２０のレンズ保持枠２３２においては、一対のコイル２４６、２４７と、一対の発光素子２３５、２３６とが、略９０°間隔で配置される。これにより、一対のコイル２４６、２４７は、互いに直交する駆動力を発生して、レンズ保持枠２３２を二次元的に変位させる。また、一対の発光素子２３５、２３６は、互いに直交する方向の変位を高感度に検出して、移動平面におけるレンズ保持枠２３２の二次元的位置の高精度な検出に寄与する。

更に、フレキシブル基板２７０、２８０のそれぞれの渦巻部２７６、２８６は、一対のコイル２４６、２４７および一対の発光素子２３５、２３６の間の空いたスペースに配される。これにより、渦巻部２７６、２８６は、レンズ保持枠２３２の移動平面上において、光軸Ｘに対して略９０°をなす位置に配される。従って、渦巻部２７６、２８６を、図中で光軸Ｘを通過する水平線に対して対称な位置に配することができる。

図５は、補正レンズユニット２２０の断面図であり、ケース２５０、カバー２６０およびレンズ保持枠２３２を分離した状態を示す。なお、図示の断面は、補正レンズユニット２２０を、光軸Ｘを通る垂直面により切った断面であり、図２において矢印Ａにより示される位置の断面に相当する。

レンズ保持枠２３２は、補正レンズ２３０に対して図中上側に、発光素子２３６を保持する。また、レンズ保持枠２３２は、発光素子２３６が放射した光を絞って細いビームにするスリット２３４を有する。これにより、発光素子２３６が発光した場合は、ケース２５０に向かって細いビームが照射される。

また、レンズ保持枠２３２は、補正レンズ２３０に対して図中下側に、一方のコイル２４６を保持する。コイル２４６は、光軸Ｘと直交する面内で巻かれており、駆動電力を供給された場合に、光軸方向の磁束を発生する。

ケース２５０は、補正レンズ２３０に対応した開口を有する環状のケース基板２５４を有する。これにより、補正レンズユニット２２０の後側においても補正レンズ２３０が外部に向かって露出する。ケース基板２５４には、レンズ保持枠２３２側の発光素子２３６に対向する位置に、ＰＳＤ２５６（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ）が実装される。

また、ケース２５０は、コイル２４６に対向する位置に、マグネット２４４を備える。更に、マグネット２４４におけるコイル２４６に対して裏面側には、ヨーク２４２が配される。ヨーク２４２は磁性体板により形成され、マグネット２４４の背面に沿った状態で固定される。

カバー２６０も、コイル２４６に対向する位置に、マグネット２４４を備える。更に、マグネット２４４におけるコイル２４６に対して裏面側には、ヨーク２４２が配される。ヨーク２４２も、磁性体板により形成され、マグネット２４４に隣接してカバー２６０に固定される。または、ケース２５０側に固定されたヨーク２４２と、カバー２６０側のヨーク２４２とをカシメ等で固定してもよい。

なお、カバー２６０に設けられたヨーク２４２は、図２において、カバー２６０の表面に現れていた部材である。即ち、カバー２６０において、ヨーク２４２はカバー２６０を厚さ方向に貫通する。

図６は、補正レンズユニット２２０の断面図である。図６は、図５と同じ視点から描かれており、ケース２５０、レンズ保持枠２３２およびカバー２６０が組み立てられた状態を示す。

補正レンズユニット２２０において、レンズ保持枠２３２は、ケース２５０およびカバー２６０に挟まれる。補正レンズユニット２２０の図中下部には、コイル２４６と、コイル２４６を挟むマグネット２４４とにより、アクチュエータ２４０が形成される。

フレキシブル基板２８０を通じてコイル２４６に駆動電力を供給された場合、アクチュエータ２４０は、光軸Ｘと直交する方向にレンズ保持枠２３２を駆動する。これにより、ケース２５０およびカバー２６０に対して補正レンズ２３０が光軸Ｘと交差する方向に移動して、光学系１１２が形成する像が撮像素子１２２においても変位する。

なお、アクチュエータ２４０において、ヨーク２４２は、コイル２４６に対してマグネット２４４の外側に配される。これにより、マグネット２４４が形成する磁界が外部に漏れることが抑制され、アクチュエータ２４０の駆動効率が向上する。

補正レンズユニット２２０の上部には、スリット２３４、発光素子２３６およびＰＳＤ２５６（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ）により変位検出部が形成される。レンズ保持枠２３２に固定された発光素子２３６は、スリット２３４を通じて、図中左側に位置するＰＳＤ２５６に向かって絞られたビーム光を照射する。

レンズ保持枠２３２がケース２５０に対して変位した場合は、ＰＳＤ２５６における照射位置が変化するので、ＰＳＤ２５６の出力の変化に基づいてレンズ保持枠２３２の変位を検出できる。これにより、検出した補正レンズ２３０の変位に基づいて、アクチュエータ２４０の動作を高精度に帰還制御できる。

図７は、補正レンズユニット２２０の正面図である。補正レンズユニット２２０には、カバー２６０が再び取り付けられている。

補正レンズユニット２２０において、フレキシブル基板２７０、２８０の渦巻部２７６、２８６は互いに反対巻きになっている。即ち、図示の例では、発光電力を供給するフレキシブル基板２７０の渦巻部２７６は、内側から外側に向かって、図中反時計回りに巻いた形状を有する。これに対して、駆動電力を供給するフレキシブル基板２８０の渦巻部２８６は、内側から外側に向かって、図中時計回りに巻いた形状を有する。

これにより、レンズ保持枠２３２がケース２５０に対して変位した場合に、フレキシブル基板２７０、２８０の一方が変形により付勢力を増すと、他方の付勢力が減じることになり、互いに打ち消し合う。よって、レンズ保持枠２３２の変位量が変わっても、フレキシブル基板２７０、２８０からレンズ保持枠２３２に加わる付勢力の変化が抑制される。これにより、レンズ保持枠２３２は、アクチュエータ２４０に投入した駆動電力に比例して変位し、像振れ補正部２００における像振れを精度よく補正できる。

なお、フレキシブル基板２７０、２８０の一方は発光素子２３５、２３６の発光電力を供給し、他方はアクチュエータ２４０の駆動電力を供給する。このため、フレキシブル基板２７０、２８０相互の電気的な仕様は異なる。しかしながら、上記のように、フレキシブル基板２７０、２８０による付勢力の影響を抑制するという目的に照らして、フレキシブル基板２７０、２８０の機械的な特性、即ち、基板の弾性率が揃っているか、少なくとも近いことが好ましい。

また、上記の例では、一方のフレキシブル基板２７０が発光素子２３５、２３６に発光電力を供給し、他方のフレキシブル基板２８０がコイル２４６、２４７に駆動電力を供給する組み合わせを示した。しかしながら、例えば、一方のフレキシブル基板２７０が、一方の発光素子２３６と一方のコイル２４７とに電力を供給し、他方のフレキシブル基板２８０が、他方の発光素子２３５と他方のコイル２４６とに電力を供給する組み合わせにしてもよい。この場合は、フレキシブル基板２７０、２８０の各々に設けられる導体線路の仕様が等しくなるので、フレキシブル基板２７０、２８０の弾性を打ち消し合う効果がより高くなる。
また、上記の例では、アクチュエータ２４０の一例としてボイスコイルモータを記載したが、駆動用素子は補正レンズ２３０を駆動することができればよく、ボイスコイルモータに限定されない。さらに、検出用素子も、補正レンズ２３０の位置検出ができればよく、発光素子２３６とＰＳＤ２５６等に限定されない。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１００撮像装置、１１０レンズ鏡筒、１１２光学系、１２０カメラボディ、１２２撮像素子、２００像振れ補正部、２１０検出部、２１２、２１４加速度センサ、２２０補正レンズユニット、２３０補正レンズ、２３２レンズ保持枠、２３４スリット、２３５、２３６発光素子、２３８、２３９ポスト、２４０アクチュエータ、２４２ヨーク、２４４マグネット、２４６、２４７コイル、２５０ケース、２５２固定ピン、２５４ケース基板、２５６ＰＳＤ、２６０カバー、２６２固定ねじ、２６３、２６５通過穴、２６４中央開口部、２７０、２８０フレキシブル基板、２７２、２８２ケース側固定部、２７４、２８４保持枠側固定部、２７５、２７９、２８８周回部、２７６、２８６渦巻部、２７７、２７８給電部、２９０転動ボール、２９２懸架ばね

Claims

光学系における像振れを補正する補正レンズと、
前記補正レンズを保持する補正レンズ保持枠と、
前記補正レンズ保持枠を、前記光学系の光軸と交差する移動平面上で移動可能に支持する固定支持部と、
前記補正レンズ保持枠に固定され、電力を供給されて前記補正レンズを駆動するための駆動力を発生する駆動用素子と、
前記補正レンズ保持枠に固定され、電力を供給されて前記補正レンズ保持枠の位置検出に用いる検出用素子と、
前記固定支持部に固定された第１固定部と、前記補正レンズ保持枠に固定された第２固定部との間で弾性変形しつつ、前記駆動用素子に対して電力を供給する第１フレキシブル基板と、
前記固定支持部に固定された第３固定部と、前記補正レンズ保持枠に固定された第４固定部との間で弾性変形して、前記第１フレキシブル基板の付勢力が増した場合に付勢力が減じ、前記第１フレキシブル基板の付勢力が減じた場合に付勢力が増すことにより、前記補正レンズ保持枠に加わる付勢力の変化を抑制しつつ、前記検出用素子に電力を供給する第２フレキシブル基板と
を備え、
前記駆動用素子は、前記移動平面上の第１方向に前記補正レンズ保持枠を移動させる第１コイルと、前記移動平面上で前記第１方向と交差する第２方向に前記補正レンズ保持枠を移動させる第２コイルとを含み、
前記移動平面上において、前記第１フレキシブル基板の付勢力の方向と前記第２フレキシブル基板の付勢力の方向とは、前記第２方向に対して線対称である光学機器。
前記固定支持部は、前記駆動用素子および前記検出用素子を覆い隠すカバー部を備え、前記第１フレキシブル基板は、前記カバー部の外側に前記第１固定部を固定され、前記カバー部に設けられた通過穴を通じて前記駆動用素子に結合され、前記第２フレキシブル基板は、前記カバー部の外側に前記第３固定部を固定され、前記カバー部に設けられた他の通過穴を通じて前記検出用素子に結合される請求項１に記載の光学機器。
前記駆動用素子は、前記移動平面上の第１方向に前記補正レンズ保持枠を移動させる第１コイルと、前記移動平面上で前記第１方向と交差する第２方向に前記補正レンズ保持枠を移動させる第２コイルとを含み、
前記検出用素子は、前記第１方向に前記補正レンズ保持枠が移動した場合に変位する第１素子と、前記第２方向に前記補正レンズ保持枠が移動した場合に変位する第２素子と含み、
前記第１フレキシブル基板は、前記第１コイルおよび前記第２素子の間において前記補正レンズ保持枠に前記第２固定部を固定されて、前記第１コイルおよび前記第２コイルに前記電力を供給し、
前記第２フレキシブル基板は、前記第１素子および前記第２素子の間において前記補正レンズ保持枠に前記第４固定部を固定されて、前記第１素子および前記第２素子に前記電力を供給する
請求項１または２に記載の光学機器。
前記駆動用素子は、前記移動平面上の第１方向に前記補正レンズ保持枠を移動させる第１コイルと、前記移動平面上で前記第１方向と交差する第２方向に前記補正レンズ保持枠を移動させる第２コイルとを含み、
前記検出用素子は、前記第１方向に前記補正レンズ保持枠が移動した場合に変位する第１素子と、前記第２方向に前記補正レンズ保持枠が移動した場合に変位する第２素子と含み、
前記第１フレキシブル基板は、前記第１コイルおよび前記第２コイルの一方と、前記第１素子および前記第２素子の一方とに前記電力を供給し、
前記第２フレキシブル基板は、前記第１コイルおよび前記第２コイルの他方と、前記第１素子および前記第２素子の他方とに前記電力を供給する
請求項１または２に記載の光学機器。
前記第１フレキシブル基板は、前記補正レンズの径方向に前記付勢力が生じるように、時計回りおよび反時計回りの一方に巻いた渦巻きをなす形状の部分を前記第１固定部と前記第２固定部との間に有し、
前記第２フレキシブル基板は、前記補正レンズの径方向に付勢力が生じるように、時計回りおよび反時計回りの他方に巻いた渦巻きをなす形状の部分を前記第３固定部と前記第４固定部との間に有する
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光学機器。
前記移動平面上において、前記第１フレキシブル基板の弾性変形により生じる付勢力の方向と、前記第２フレキシブル基板の弾性変形により生じる付勢力の方向とは、略９０度の角度をなす請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光学機器。