JP6440768B2 - 像振れ補正装置、それを用いた光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、像振れ補正装置、およびそれを用いた光学機器に関する。

従来、デジタルカメラなどの光学機器において、撮影時の手振れなどにより生じやすい像振れを防止するための像振れ補正装置が存在する。この像振れ補正装置は、例えば、光学機器に備わるレンズ鏡筒において、像振れ状況を検出手段により検出し、その検出結果に基づいて像振れ補正用レンズ（または撮像素子）を光軸に対して直交する面内でシフト移動させる構成を有する。この場合、光軸直交面において主振れを吸収する方向に補正レンズを移動させて像振れによる結像位置のずれを補正することで、像振れが解消される。このような像振れ補正装置では、補正レンズは、例えばコイルとマグネットとの間に作用する電磁力を利用して移動される。特許文献１は、この補正レンズを３つのボールで光軸方向に位置決めし、これらのボールを付勢するための３つのバネが径方向の斜めに配置されている像振れ補正装置を開示している。さらに、この像振れ補正装置は、共振の影響を受けづらくするための減衰部材を含む。

特開２００９−１４５７７１号公報

しかしながら、特許文献１に示す像振れ補正装置では、バネが斜め方向に引っ張られた形で配置されているため、コイルとマグネットとで発生される推力は、光軸と垂直な方向へバネが引っ張る力に打ち勝つように設計しなければならない。これは、コイルやマグネットを含むアクチュエーター自体の大型化につながる。そこで、このアクチュエーターの大型化を避けるために、例えば、バネの引っ張り方向を光軸と垂直な方向ではなく光軸方向にすることが考えられる。しかしながら、このような像振れ補正装置において、光軸と垂直な平面内に、例えば、３つのボール、３つのバネ、さらには２つの減衰部材のすべてを互いが干渉しないように配置すると、径方向への大型化が避けられない。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、例えば、径方向での小型化に有利な撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、第１固定部材と、第２固定部材と、光学素子を保持し、第１固定部材に対して、光学素子の光軸方向と異なる方向に相対的に移動するように構成され、第１固定部材と第２固定部材との間に設けられている可動部材と、第１固定部材と可動部材との間で挟まれつつ可動の球状部材と、第２固定部材に設置され、可動部材に一部が連なることで可動部材の移動に伴う振動を抑える減衰部材と、を有する像振れ補正装置であって、第１固定部材または可動部材のいずれか一方は、球状部材に接触する接触面を有し、接触面の最大可動範囲は、光軸方向にて減衰部材の設置領域の少なくとも一部と重なり、光軸方向において第１固定部材の側から像振れ補正装置を見た際に、減衰部材の少なくとも一部が露出していることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、径方向での小型化に有利な像振れ補正装置を提供することができる。

一実施形態に係る像振れ補正装置を含む光学機器の外観を示す図である。 光学系と、該光学系の各構成要素を制御する制御系とを示す図である。 一実施形態に係る像振れ補正装置の外観を示す斜視図である。 一実施形態に係る像振れ補正装置の構成を示す平面および断面図である。 一実施形態に係る像振れ補正装置の構成を示す分解斜視図である。 一実施形態に係る像振れ補正装置の組立手順を説明する図である。 シフト鏡筒と減衰部材取付部との光軸方向の位置関係を示す図である。 シフトベース鏡筒とボールとの光軸方向の位置関係を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

まず、本発明の一実施形態に係る像振れ補正装置を適用し得る光学機器について説明する。本実施形態に係る像振れ補正装置は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置または交換レンズ単体などの光学機器に搭載し得る。以下、本実施形態では、像振れ補正装置がレンズ鏡筒の内部に含まれ、このレンズ鏡筒を一体として構成するビデオカメラを例に説明する。なお、以下の各図では、レンズ鏡筒の光軸方向において被写体に対する方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に対し垂直な平面において、鉛直方向（ピッチ方向）にＹ軸を取り、水平方向（ヨー方向）にＸ軸を取って説明する。図１は、本実施形態に係る像振れ補正装置を適用し得るビデオカメラ１の外観を示す斜視図である。ビデオカメラ１は、カメラ本体２と、このカメラ本体２に一体として接続されるレンズ鏡筒３とを含む。

図２は、レンズ鏡筒３に含まれる複数の光学素子（光学素子群）からなる光学系と、カメラ本体２に含まれる、レンズ鏡筒３内の各構成要素の動作などを制御する制御系とを示す概略図である。まず、レンズ鏡筒３に含まれる光学系は、被写体側（光入射側）から順に、第１群レンズＬ１と、第２群レンズＬ２と、光量調節ユニット（絞りユニット）４と、シフトレンズ（第３群レンズ）Ｌ３と、第４群レンズＬ４とで構成される。なお、ここでの光学系は、例えば、ズーム（変倍）やフォーカス（合焦）などを調整可能とする。そして、カメラ本体２の内部において、レンズ鏡筒３（光学系）の像面側（光出射側）には、撮像素子５が設置される。撮像素子５は、第１〜４群の各レンズＬ１〜Ｌ４によって結像される被写体像を光電変換する。この撮像素子５としては、例えばＣＣＤイメージセンサーが採用可能である。なお、撮像素子５として、例えばＣＭＯＳイメージセンサーなどの他の種類の撮像素子を用いる場合もある。以下、シフトレンズＬ３を含む本実施形態に係る像振れ補正装置について説明し、その後、この像振れ補正装置に関する制御系について説明する。

図３は、本実施形態に係る像振れ補正装置１０の外観を示す斜視図である。特に、図３（ａ）は、被写体側から見た図であり、図３（ｂ）は、像面側から見た図である。まず、像振れ補正装置１０は、シフトレンズＬ３を保持するシフト鏡筒（可動部材）１１と、このシフト鏡筒１１を光軸と直交する面内（ＸＹ平面内）にて移動させるに際してのベースとなるシフトベース鏡筒（第１固定部材）１２とを有する。さらに、像振れ補正装置１０は、シフト鏡筒１１を間に配置し、シフトベース鏡筒１２に対して光軸方向の反対側から組み合わされる減衰部材取付部（第２固定部材）１３を有する。この減衰部材取付部１３は、後述する透明シート１４および減衰部材１５が設置される２箇所の円筒部１３ａを有する。

図４は、像振れ補正装置１０の構成を示す平面および断面図である。特に、図４（ａ）は、被写体側から見た平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ´断面を示す図である。減衰部材１５は、外乱などの影響での振動（例えば共振）の影響を受けづらくするために、言い換えれば、例えば制御性を良くするためのダンパー効果を得るために設置されるものである。この減衰部材１５としては、本実施形態では粘弾性体を採用し、特に組み込みの容易性や耐環境性に優れた紫外線硬化シリコーンゲルを採用している。この場合、減衰部材１５は、円筒部１３ａに対して、例えばＰＥＴシートである透明シート１４を組み込んだ後、シフト鏡筒１１に形成されている２箇所の円柱状の軸部１１ａを挿し込み、矢印１６の方向から紫外線を照射して硬化させることで設置し得る。なお、採用し得る粘弾性体は、この紫外線硬化シリコーンゲルに限るものではない。さらに、減衰部材１５は、粘弾性体に限らず、例えば、加圧式や磁気式などの種々の方式を利用した機械的機構とすることもあり得る。

また、像振れ補正装置１０は、特に本実施形態では、シフト鏡筒１１にピッチおよびヨーのそれぞれの駆動コイルが接着固定された、いわゆるムービングコイルタイプの構成を取る。この場合、まず、ピッチ方向用の駆動部（アクチュエーター）として、ピッチ用駆動コイル１７ａは、不図示の接着剤によりシフト鏡筒１１に接着固定されている。また、ピッチ用駆動マグネット１８ａは、ピッチ用駆動コイル１７ａと対向する位置で、光軸方向に１極着磁されたマグネットを光軸に対して垂直方向に２個並べて配置され、シフトベース鏡筒１２に固定されている。さらに、ピッチ用ヨーク材１９ａは、ピッチ用駆動マグネット１８ａから発生する磁束を閉じるものであり、シフトベース鏡筒１２に固定されている。このとき、ピッチ用駆動コイル１７ａに電圧が印加されると、ピッチ用駆動コイル１７ａとピッチ用駆動マグネット１８ａとの間で、光軸に垂直な方向Ｌ３ａへの駆動力が発生する。この駆動力は、ピッチ用駆動コイル１７ａに印加される電圧の大きさと方向（極性）とにより制御され得る。一方、ヨー方向についても同様、像振れ補正装置１０は、ヨー方向用の駆動部として、ヨー用駆動コイル１７ｂ、ヨー用駆動マグネット１８ｂ、およびヨー用ヨーク材１９ｂを有する（図５参照）。このときも、ヨー用駆動コイル１７ｂに電圧が印加されると、ヨー用駆動コイル１７ｂとヨー用駆動マグネット１８ｂとの間で、光軸に垂直な方向Ｌ３ｂへの駆動力が発生する。そして、この駆動力は、ヨー用駆動コイル１７ｂに印加される電圧の大きさと方向とにより制御され得る。さらに、像振れ補正装置１０は、ピッチ位置検出用のセンサー２０ａと、ヨー位置検出用のセンサー２０ｂとを有する。センサー２０ａは、ピッチ用駆動コイル１７ａの内側に固定配置され、センサー２０ｂは、ヨー用駆動コイル１７ｂの内側に固定配置される。これらのセンサー２０ａおよびセンサー２０ｂとしては、共に、例えばホール素子を採用し得る。

図５は、像振れ補正装置１０の構成を示す分解斜視図である。特に、図５（ａ）は、被写体側から見た分解図であり、図５（ｂ）は、像面側から見た分解図である。像振れ補正装置１０は、ＸＹ平面内で、シフトレンズＬ３の周囲に３つのコイルスプリング（付勢部材）２１と、３つのボール（球状部材）２２とを有する。コイルスプリング２１は、本実施形態では引っ張りバネであり、光軸方向と同軸となるように設置される。このとき、コイルスプリング２１は、その両端のうち、一方がシフト鏡筒１１に、他方がシフトベース鏡筒１２に引っ掛かるように支持される。この構成により、それぞれのボール２２は、コイルスプリング２１により付勢力が与えられて、シフト鏡筒１１とシフトベース鏡筒１２とに挟まれ、シフト鏡筒１１は、ボール２２の転がり摩擦のみによりＸＹ平面内で移動することになる。さらに、像振れ補正装置１０は、ヨーク押え板金２３と、フレキシブルプリント基板２４とを有する。ヨーク押え板金２３は、ピッチ用ヨーク材１９ａやヨー用ヨーク材１９ｂが衝撃により外れることを防止するための部材であり、ビス２５によりシフトベース鏡筒１２に対してビス止め固定される。フレキシブルプリント基板２４は、ピッチ位置検出用のセンサ−２０ａおよびヨー位置検出用のセンサー２０ｂを半田付けにより実装する。また、フレキシブルプリント基板２４は、ピッチ用駆動コイル１７ａおよびヨー用駆動コイル１７ｂのコイル端子と半田付けされることで導通する。特に、像振れ補正装置１０は、ムービングコイルタイプの構成としているため、フレキシブルプリント基板２４は、シフト鏡筒１１からシフトベース鏡筒１２まで円弧状に引き回された上で、シフトベース鏡筒１２に固定される。なお、図５中の３つのビス２６は、シフトベース鏡筒１２に対して減衰部材取付部１３を取り付ける（ビス止め固定する）ためのものである。

カメラ本体２の内部に構成される制御系は、図２に示すように、まず、カメラ信号処理回路４０と、マイクロコンピューター（以下「マイコン」と表記する）４１とを含む。カメラ信号処理回路４０は、撮像素子５からの出力信号を受信して各種の信号処理を施し、映像信号に変換する。マイコン４１は、以下のような各種処理を実行する。なお、カメラ信号処理回路４０からの映像信号は、このマイコン４１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、または磁気テープなど）に記録されたりする。まず、マイコン４１は、第２群レンズＬ２の基準位置検出を行うズームリセット回路４２や、第４群レンズＬ４の位置を検出するフォーカス位置検出回路４３からの信号を受信する。そして、マイコン４１は、これらの信号を参照し、ズームモーター駆動回路４４やフォーカス駆動回路４５を制御し、レンズ鏡筒３内の光学系のズーム駆動やフォーカス駆動を実施させる。また、マイコン４１は、カメラ信号処理回路４０からの映像信号のうちの輝度信号成分に基づいて絞りユニット駆動回路４６を制御し、光量調節ユニット４の開口径を適正な光量に対応するサイズに変化させる。また、マイコン４１は、像振れ補正装置１０の動作制御として、カメラ本体２に搭載された振動ジャイロなどのピッチ振れセンサー４７およびヨー振れセンサー４８からの振れ信号を受信する。そして、マイコン４１は、この振れ信号に基づいてシフトレンズＬ３のピッチおよびヨー方向への目標駆動位置を算出する。さらに、マイコン４１は、ピッチ位置検出回路４９（ピッチ位置検出用のセンサー２０ａに接続）およびヨー位置検出回路５０（ヨー位置検出用のセンサー２０ｂに接続）からシフトレンズＬ３の位置（検出位置）の情報を受信する。そして、マイコン４１は、この検出位置が目標駆動位置に到達するように、ピッチコイル駆動回路５１およびヨーコイル駆動回路５２を通じて、ピッチ用駆動コイル１７ａおよびヨー用駆動コイル１７ｂへの通電を制御する。これにより、像振れ補正装置１０は、ビデオカメラ１が振れても結像している被写体像が撮像素子５上で動かない、いわゆる像振れ補正を行うことができる。

次に、上記のような構成を有する像振れ補正装置１０の組立手順について説明する。図６は、像振れ補正装置１０の組立手順の途中段階にある要部の構成を示す断面図である。まず、像振れ補正装置１０を構成する図６中に示す可動部ユニット６０の組立が実施される。各駆動コイル１７ａ、１７ｂが、シフト鏡筒１１に接着固定される。このシフト鏡筒１１には、予め、各位置検出用のセンサー２０ａ、２０ｂが半田付けにより実装されたフレキシブルプリント基板２４が接着固定されている。次に、予め、各駆動マグネット１８ａ、１８ｂと各ヨーク材１９ａ、１９ｂとを固定したシフトベース鏡筒１２の上に３つのボール２２を載置させた状態で、シフト鏡筒１１をシフトベース鏡筒１２に組み付け、同時に３つのコイルスプリング２１を組み付ける。そして、ヨーク押え板金２３が、シフトベース鏡筒１２にビス２５により固定されて、可動部ユニット６０が完成する。次に、減衰部材取付部１３にある円筒部１３ａに減衰部材１５を設置する。まず、減衰部材取付部１３は、図６に示すように、シフトベース鏡筒１２に取り付けられる側を上向きとして、水平な台６１の上に載置される。次に、２つの円筒部１３ａに透明シート１４が敷かれ、その透明シート１４上に、紫外線硬化シリコーンゲルである減衰部材１５が注入される。この紫外線硬化シリコーンゲルは、注入時（硬化前）は粘度の低い液体の状態にある。減衰部材取付部１３は、このように円筒部１３ａの開口部が上向きとなるように台６１上に載置されているので、減衰部材１５が円筒部１３ａから溢れ出ることを抑えられる。その後、減衰部材１５に対してシフト鏡筒１１に形成されている２つの円柱状の軸部１１ａを挿入する（挿し込む）形で、可動部ユニット６０と減衰部材取付部１３とが取り付けられる。ここで、減衰部材取付部１３には、シフトベース鏡筒１２をネジ止めするためのボス部１３ｂが３つ形成されている。したがって、可動部ユニット６０とシフトベース鏡筒１２とは、組み合わされた後、３つのビス２６がボス部１３ｂに対してネジ止めされることで固定される。そして、上述のとおり矢印１６の方向から紫外線が照射されることで、減衰部材１５が硬化し、像振れ補正装置１０の組立が完了する。

次に、像振れ補正装置１０を構成する各構成要素の位置関係と、この位置関係に基づく動作とについて説明する。図７は、像面側から見たシフト鏡筒１１と減衰部材取付部１３との光軸方向の位置関係を示す平面図である。特に、図７（ａ）は、シフトレンズＬ３に対する２つの減衰部材１５とその近傍のボール２２との位置関係を示す図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す１つの減衰部材１５とボール２２との設置部分に特化した拡大図である。シフト鏡筒１１は、ボール２２が接触し、その表面上で移動可能とする２つの接触面（ボール受け面）１１ｂを有する。なお、接触面１１ｂは、本実施形態ではシフト鏡筒１１の一部としているが、例えば、金属板金などを別部材としてシフト鏡筒１１に設置する構成でもよい。さらに、図中の接触面１１ｂは、シフト鏡筒１１が移動していないときの位置、すなわち、シフトレンズＬ３の光軸中心がレンズ鏡筒３の光学系全体としての光軸中心と合っている位置にある。この接触面１１ｂは、固定部であるシフトベース鏡筒１２および減衰部材取付部１３に対するシフト鏡筒１１の移動に伴って、ＸＹ平面内で移動し得る。具体的には、シフト鏡筒１１がＹ軸方向プラス側（図中上方向）に最大量移動したときの接触面１１ｂは、位置１１ｃにある。同様に、シフト鏡筒１１が、Ｘ軸方向マイナス側（図中左方向）、Ｙ軸方向マイナス側（図中下方向）およびＸ軸方向プラス側（図中右方向）に最大量移動したときの接触面１１ｂは、それぞれ、位置１１ｄ、１１ｅ、１１ｆにある。したがって、接触面１１ｂの最大可動範囲６２は、図７（ｂ）に示すように、位置１１ｃ〜１１ｆを含む円で表わされる範囲となる。本実施形態では、シフト鏡筒１１の像面側にボール２２を、一方、シフト鏡筒１１の被写体側に減衰部材１５を配置した上で、接触面１１ｂの最大可動範囲６２と、円筒部１３ａ内の減衰部材１５の設置領域の少なくとも一部とが、光軸方向で重なる。

図８は、被写体側から見た、シフトベース鏡筒１２に形成されているボール２２の可動範囲を規制するボール規制部１２ａと、減衰部材１５との光軸方向の位置関係を示す平面図である。特に、図８（ａ）は、減衰部材取付部１３を組み合わせていない状態のシフトベース鏡筒１２におけるボール規制部１２ａの配置を示す図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）に対して、シフトベース鏡筒１２に減衰部材取付部１３を取り付けた状態の図である。なお、図８（ａ）中の３箇所のボール規制部１２ａにおいて、ハッチングが記されている範囲は、ボール２２を乗せる面を示している。本実施形態では、上記のように、シフト鏡筒１１の像面側にボール２２を、一方、シフト鏡筒１１の被写体側に減衰部材１５を配置した上で、ボール規制部１２ａと、円筒部１３ａ内の減衰部材１５の設置領域の少なくとも一部とが、光軸方向で重なる。ここで、シフトベース鏡筒１２におけるボール規制部１２ａの配置、すなわちボール２２の配置は、図８（ａ）に示すように、シフトレンズＬ３（不図示）の位置に対して必ずしも均等な距離としなくともよい。本実施形態におけるボール２２の配置は、シフトベース鏡筒１２にて各駆動マグネット１８ａ、１８ｂに示されるように駆動部を配置しているのに合わせたものとしている。

このように、像振れ補正装置１０は、減衰部材１５を設置するという前提の上で、この減衰部材１５とボール２２との配置（設置位置）を上記のように設定している。従来の像振れ補正装置では、駆動部の大型化を避けるためにコイルスプリング２１を光軸方向と同軸に設置しようとすると、他の構成要素（構成部分）との干渉が避けられず、径方向のスペースが大型となる。これに対して、本実施形態の像振れ補正装置１０では、この減衰部材１５とボール２２との配置により、３つのコイルスプリング２１を光軸方向と同方向に設置しても、他の構成要素との干渉を避けられる。したがって、像振れ補正装置１０は、補正精度を維持しつつ、径方向のスペースを最小限に抑えることができる。

以上のように、本実施形態によれば、径方向での小型化に有利な像振れ補正装置を提供することができる。さらに、この像振れ補正装置をレンズ鏡筒に搭載し、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置や交換レンズ単体などに適用することで、この場合も径方向での小型化に有利な光学機器を提供することができる。

なお、本実施形態では、シフトベース鏡筒１２にボール規制部１２ａを設け、シフト鏡筒１１に接触面１１ｂを設けているが、この構成を逆転させ、シフトベース鏡筒１２に接触面を設け、シフト鏡筒１１にボール規制部１２ａを設けてもよい。また、本実施形態では、コイルスプリング２１を３箇所に配置しているが、この設置個数も限定するものではなく、例えば、３つのボール２２を結んで形成される三角形の内側の範囲内であれば、１箇所のみにコイルスプリング２１を設置してもよい。さらに、本実施形態では、シフトベース鏡筒１２とシフト鏡筒１１との間にコイルスプリング２１を設置し、シフトベース鏡筒１２とシフト鏡筒１１とが近づく方向に付勢されている。これに対して、ヨークを、駆動コイル１７ａ、１７ｂに隣接した位置、例えば、駆動コイル１７ａ、１７ｂを挟んだ、駆動用マグネット１８ａ、１８ｂの光軸方向反対側の位置に配置する構成もあり得る。この場合のように、ヨークと駆動用マグネット１８ａ、１８ｂとの間に働く磁気吸着力により、シフトベース鏡筒１２とシフト鏡筒１１とが近づく方向に付勢されてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１０ 像振れ補正装置
１１ シフト鏡筒
１２ シフトベース鏡筒
１３ 減衰部材取付部
１５ 減衰部材
２１ コイルスプリング
２２ ボール
Ｌ３ シフトレンズ

Claims (5)

1. 第１固定部材と、
   第２固定部材と、
   光学素子を保持し、前記第１固定部材に対して、前記光学素子の光軸方向と異なる方向に相対的に移動するように構成され、前記第１固定部材と前記第２固定部材との間に設けられている可動部材と、
   前記第１固定部材と前記可動部材との間で挟まれつつ可動の球状部材と、
   前記第２固定部材に設置され、前記可動部材に一部が連なることで前記可動部材の移動に伴う振動を抑える減衰部材と、を有する像振れ補正装置であって、
   前記第１固定部材または前記可動部材のいずれか一方は、前記球状部材に接触する接触面を有し、
   前記接触面の最大可動範囲は、前記光軸方向にて前記減衰部材の設置領域の少なくとも一部と重なり、
   前記光軸方向において前記第１固定部材の側から前記像振れ補正装置を見た際に、前記減衰部材の少なくとも一部が露出していることを特徴とする像振れ補正装置。
2. 前記第１固定部材または前記可動部材の他方は、前記球状部材の可動範囲を規制する規制部を有し、
   前記規制部により規制される前記球状部材の可動範囲は、前記光軸方向にて前記減衰部材の設置領域の少なくとも一部と重なる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
3. 前記球状部材は、前記光学素子の光軸に直交する面内にて前記光学素子の周囲に３つあり、
   前記３つの球状部材のうちの２つに関して、前記接触面の最大可動範囲、または前記球状部材の可動範囲は、前記光軸方向にて前記減衰部材の設置領域の少なくとも一部と重なる、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正装置。
4. 前記減衰部材は、粘弾性体であり、
   前記可動部材の一部は、前記粘弾性体に接触している、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
5. 複数の光学素子からなる光学系を有する光学機器であって、
   前記光学系は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の像振れ補正装置を含むことを特徴とする光学機器。

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