JP6864761B2 - 手振れ補正機能付き撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は手振れ補正機能付き撮像装置に関する。

撮影技術の急速な発展に伴い、レンズ駆動装置は、数多くの撮影装置で広く応用されて
いる。レンズ駆動装置を各種の携帯式電子機器、例えば携帯電話、タブレットコンピュー
タ等に応用したものは、特に消費者に受け入れられている。

通常の携帯式電子機器に適応されたレンズ駆動装置の駆動機構は、一般的にコイルと永久磁石とによって形成され、コイルが撮像レンズ枠の外周に固定されている。コイルへ電流を印加するとき、電磁力の作用によって、コイルは、撮像レンズ枠を動かしてレンズの光軸方向に沿って移動さることによって焦点を合わせることができる。また、ユーザが手で電子機器を持ちながら撮影する際に、手振れによるレンズ駆動装置の振れに対しては光軸に対して垂直方向へ駆動する事で振れを補正することが可能となる。しかしながら、例えば携帯式電子機器に搭載する小型の光学機器であって、光学全長の長いズーム光学系では携帯式電子機器にそのまま搭載することは難しく、屈曲などの構造を取る必要があった。
この屈曲の構造を用いた光学系では、光線を屈曲するためのプリズムやミラーの前後に配置された撮像レンズを振れ補正に使う事が挙げられるが、小型化が進む携帯式電子機器ではこれら前後に配置された撮像レンズの振れ補正構造を用いることで、屈曲光学系の全長が長くなる可能性や、一部形状が突出しなければならない構造となる可能性があった。

従って、以上の課題を解決できる新しいレンズ駆動装置を提供することが必要となる。

特開2004-219930号公報 特開2012-118336号公報

本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、屈曲光学系を有する撮像装置の手振れ補正において、撮像装置を大型化することのなく省スペースな防振機構を実現することを目的とする。

本発明の目的は以下のように実現された。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明は、撮像光学系に加わる振れに応じて、撮像光学系を構成する光学要素に像振れ抑制動作を行わせる撮像装置において、以下の構成を有することを特徴とする。撮像光学系の光学要素として、第１の光軸に沿って物体側から入射した光束を第２の光軸に沿う方向に反射する第１の反射部材と、この反射部材よりも光軸方向に対し像面側に位置する撮像レンズ群と、撮像レンズ群を通った光束を第３の光軸に沿う方向に反射する第２の反射部材を有する。第１の反射部材は支持部材に支持され、撮像レンズ群は可動部材に支持される。第２の反射部材は二つの可動部材に支持され、それぞれの可動部材によって、撮像レンズ群の光軸と前記第２の反射部材に反射した光軸とにより作られる平面に対し垂直な軸と、撮像レンズ群の光軸と平行な軸、もしくは反射した光軸と平行な軸と、を回転軸として前記反射部材を回動させることが可能である。
二つの可動部材には、可動部材を回動させる駆動力を与える電磁アクチュエータが配置され、撮像光学系の加わる振れに応じて像振れ抑制動作を行わせる。
電磁アクチュエータが永久磁石とコイルを有するボイスコイルモータである場合、可動部材の電磁アクチュエータ支持部は、永久磁石とコイルのいずれかを支持する。

本発明の利点として、本発明の屈曲式撮像装置の防振機構が、有効範囲が狭まる第２反射部材の反射面を、撮像レンズ群の光軸と前記反射部材に反射した光軸とにより作られる平面に対し垂直な軸と、反射した光軸と平行な軸、もしくは撮像レンズ群の光軸と平行な軸と、を回転軸として前記反射部材を回動させる回動させることによって手振れ補正を行うことで、光学系の補正可動範囲を最小限に抑えることが出来るため、小型化が進む携帯式電子機器の中でより効率の良い防振機構をする目的が達成でき、撮像画像の品位が良くなる。

本発明の第１の実施形態の屈曲式撮像装置の斜視図である。 本発明の第１の実施形態の屈曲式撮像装置の前側カバー板と後側カバー板を除いた斜視図である。 本発明の第１の実施形態の屈曲式撮像装置の回転軸Ａ Ｓ１を通り、第２光軸に平行な平面で切った断面図である。 本発明の第１の実施形態の屈曲式撮像装置の回転軸Ｂ Ｓ２を通り、第３光軸に平行な平面で切った断面図である。 本発明の第１の実施形態の屈曲式撮像装置の第１ホルダー斜視図である。 本発明の第１の実施形態の屈曲式撮像装置の第２ホルダー斜視図である。 本発明の第１の実施形態の屈曲式撮像装置の防振ユニット斜視図である。 本発明の第１の実施形態の屈曲式撮像装置の防振ユニット分解図である。 本発明の第２の実施形態の屈曲式撮像装置の斜視図である。 本発明の第２の実施形態の屈曲式撮像装置の回転軸Ｃ Ｓ３を通り、第３光軸に平行な平面で切った断面図である。 本発明の第２の実施形態の屈曲式撮像装置の回転軸Ａ Ｓ１を通り、第２光軸に平行な平面で切った断面図である。 本発明の屈曲式撮像装置を備えた携帯電子機器（携帯情報端末）である。

以下、図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。

図１〜図４は、本発明の屈曲式撮像装置１００を示す図面である。

図１〜図８は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置とその構成要素を示している。
屈曲式撮像装置１００の撮像光学系は、対物側より第１プリズム２１、撮像レンズ群３１、第２プリズム４１、撮像素子５１で構成され、第１および第２プリズムで光束を反射させる屈曲光学系となっている。

第１光軸Ｏ１に沿って第１プリズム２１の入射面２１−ａに入射した被写体からの光束は、第１プリズム２１の反射面２１−ｂによって第２光軸Ｏ２に沿う方向（左方から右方）に反射されて射出面２１−ｃから射出される。続いて光束は、第２光軸Ｏ２上に位置する撮像レンズ群３１を通り、入射面４１−ａを通して第２プリズム４１に入り、第２プリズム４１の反射面４１−ｂによって第３光軸Ｏ３に沿う方向（後方から前方に向かう方向）に反射されて射出面４１−ｃから射出され、撮像素子５１の撮像面上に結像される。

屈曲式撮像装置１００はベース部材であるハウジング１０を有する。図8に示すように、ハウジング１０は、上方に向けて開かれた箱状の上方開口部１１と、前後方向に開かれた箱状の前側開口部１２、後側開口部１３とを有する。箱状の上方開口部１１に第１プリズム２１が保持され、前側開口部１２は撮像レンズ群を保持するレンズ枠３１が２本のシャフト１７で支持され、第２光軸Ｏ２に沿って進退可能に保持されている。後側開口部１３部は第２プリズム４１を保持する防振ユニット６０が第３光軸Ｏ３と略平行な軸支部材によって回動可能に軸支される。第２プリズム４１を射出した光束は第３光軸Ｏ３と垂直な方向に撮像素子ユニット５０が固定される。
ハウジング１０の上方開口部１１および前側開口部１２，後側開口部１３は、第１プリズムカバー１４および前側カバー板１５、後側カバー板１６（図１、図３）によって塞がれる。

撮像レンズ群３１を保持する撮像レンズ枠３２は、箱状の前側開口部１２内で第２光軸Ｏ２に沿って直進移動可能に２本のシャフト１７で支持されており、撮像レンズ枠３２の側面凹部３３部に固着されたフォーカス用永久磁石３４と、それに対向するハウジング１０の穴部１８に固着されたフォーカス用コイル７１およびフォーカス用ホールセンサ７２を実装するフレキシブル基板７０で構成される電磁アクチュエータ（ボイスコイルモータ）の駆動力によって撮像レンズ枠３１が第２光軸Ｏ２に沿って進退移動することによってフォーカシング動作が行われる。

フォーカス用ヨーク７３は、フォーカス用コイル７１の、フォーカス用永久磁石３４と対向しない面側に設けられ、フォーカス用コイル７１と同じくハウジング１０に固定されている。

前記フォーカス用ヨーク７３は、焦点位置の変更により撮像レンズ群３１が移動した際、フォーカス用永久磁石３４を所定位置に戻すための磁気バネの役割があり、撮像レンズ群３１と撮像レンズ枠３２を支持するシャフト１７との径方向のガタツキに対して一方向に付勢する役割及び、フォーカス用コイル７１の漏れ磁束を収束させ、フォーカス用永久磁石３４とフォーカス用コイル７１の電磁作用効率を上げることも兼ね備えている。

前記フォーカス用ホールセンサ７２を設けることにより、フォーカス用永久磁石３４の位置を検出することが出来る為、より精度良い焦点位置の調整や、焦点調整速度が重要な場面での正確な制御を実現している。

前記フォーカス用コイル７１は、ハウジング１０上に取り付けられて固定されているコイル巻き線であっても良く、直接にフレキシブル基板７０上に形成されている導電性パターンであっても良い。

屈曲式撮像装置１００は、手振れなどの振動を原因とする像面上での像振れを軽減させる防振（像振れ補正）ユニット６０を備えている。この防振ユニット６０は、第２プリズム４１を、第２光軸Ｏ２と第３光軸Ｏ３を含む平面に垂直な回転軸Ａ Ｓ１と第３光軸Ｏ３と平行な回転軸Ｂ Ｓ２を回転軸として回動可能に構成されている。

第１ホルダー８１には第２プリズム４１が接着等により固着されており、その他にはボイスコイルモータを構成する永久磁石Ａ８２と第２ホルダーに軸支される回転軸Ａ Ｓ１軸穴部に金属製のブッシュ８３が圧入されている。このブロックを第１ホルダーブロック８０と呼ぶこととする。

第１ホルダーブロック８０は、第２ホルダー９１の回転軸Ａ Ｓ１軸にシャフト８４を差し込むことにより軸支される。シャフト８４は第２ホルダー穴部に固着され、ブッシュ８３に対しては滑らかに回動可能な寸法に設定されている。また、この状態でピン８５を第１ホルダーの穴部Ａ８６に差し込むことにより、第２ホルダー９１に対する第１ホルダーブロック８０の回転方向の移動可能範囲を規制する。
この場合の回転軸Ｂ Ｓ2は第２プリズムの反射面４１−ｂのできるだけ近傍が望ましい。

第２ホルダー９１にはさらに防振コイルＡ７４および位置検出用の防振ホールセンサＡ７５を実装したフレキシブル基板７０が取り付けられ、防振コイルＡ７４と防振ホールセンサＡ７５が図示の位置で固着されることにより、第１ホルダーブロック８０の永久磁石Ａ８２とともにボイスコイルモータを構成する。また、フレキシブル基板７０の防振コイルＡ７４の裏面には磁性体金属で作成された防振ヨークＡ７６が貼り付けられており、第１ホルダーブロック８０の永久磁石Ａ８２との磁性のより所定の位置（実施例では移動範囲の中心）に保持する磁気バネとして作用している。

第２ホルダー９１にはまた、ボイスコイルモータを構成する永久磁石Ｂ９２が固着され、ハウジング１０に軸支される回転軸Ｂ Ｓ２軸穴部には金属製のブッシュ９３が圧入されている。このブロックを第２ホルダーブロック９０と呼ぶこととする。

第２ホルダーブロック９０は、ハウジング１０の後部開口部１３から挿入され、回転軸Ｂ Ｓ２軸にシャフト９４を差し込むことにより軸支される。シャフト９４はハウジング穴部に固着され、ブッシュ９３に対しては滑らかに回動可能な寸法に設定されている。また、この状態でピン９５を第２ホルダー９１の穴部Ｂ９６に差し込むことにより、ハウジング１０に対する第２ホルダーブロック９０の回転方向の移動可能範囲を規制する。

ハウジング１０にはさらに防振コイルＢ７７および位置検出用の防振ホールセンサＢ７８を実装したフレキシブル基板７０が取り付けられ、防振コイルＢ７７と防振ホールセンサＢ７８が図示の位置で固着されることにより、第２ホルダーブロック９０の永久磁石Ｂ９２とともにボイスコイルモータを構成する。また、フレキシブル基板７０の防振コイルＢ７７裏面には磁性体金属で作成された、電磁アクチュエータの永久磁石Ｂ９２と引き合うヨークである防振ヨークＢ７９が貼り付けられており、第2ホルダーブロック９０の永久磁石Ｂ９２との磁性のより所定の位置（実施例では移動範囲の中心）に保持する磁気バネとして作用している。

ハウジング１０には第２ホルダーブロック９０の摺動用にボール６１を保持できる溝部１９を有している。また第２ホルダー９１の対向する部分にも摺動面が形成されており、ハウジングの摺動面と同様、滑らかに回転できるよう面精度が設定されている。ハウジング１０と第２ホルダーブロック９０は引張りバネ６２によってお互いをボール６１に当てつける方向へ付勢されており、ボールの高さによって回転軸と水平方向の位置を決めることができ、また各部品の製造誤差によるガタをなくすことを目的としている。
また、バネ６２の付勢する方向は、第２ホルダーブロック９０を保持する磁気バネを構成する永久磁石Ｂ９２と防振ヨークＢ７９の吸引方向と一致させることにより、より安定した磁気バネ作用を可能としている。

第２プリズム４１が第２光軸Ｏ２、または第３光軸Ｏ３と平行な方向のガタ成分を持っていた場合、第３光軸Ｏ３が平行移動してしまい手振れ補正制御不能な像振れが発生したり、また光路長が変化してしまうことによるピントずれを発生させることが考えられる。したがって、本実施例において第２ホルダーブロック９０の回転軸と水平方向のガタ成分はなくすことが必須となっている。
本発明においては、第２ホルダーを回転軸と平行な方向へバネ付勢し、また摺動部にはボールを用いることにより、低負荷で確実なガタ取りを可能としている。

図９〜図１１は、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置とその構成要素を示している。
第１の実施形態と異なる点は、防振ユニットの回転軸方向である。
第１の実施形態では、第２光軸Ｏ２と第３光軸Ｏ３を含む平面に垂直な回転軸Ａ Ｓ１と第３光軸Ｏ３に略平行な回転軸Ｂ Ｓ２であったが、第２の実施形態では、第２光軸Ｏ２と第３光軸Ｏ３を含む平面に垂直な回転軸Ａ Ｓ１と第２光軸Ｏ２に略平行な回転軸Ｃ Ｓ３である。
構成要素の基本は実施形態１と同様であり、この場合でも同様に撮像装置を大型化することのなく省スペースな防振機構を実現することができ、問題解決が可能となる。

本実施形態において、前記第２プリズムはミラー（図示しない）であってもよい。

上述した屈曲式撮像装置１００は、たとえば図１２に示すいわゆるスマートフォン、いわゆるフィーチャーフォン、またはタブレット機器などの携帯情報機器２００用の撮像装置１００に用いられてもよい。

以上は、ただ本発明の好ましい実施形態に過ぎなく、本発明の保護範囲は、上記実施形
態に限定されたものではなく、本領域の技術者が本発明に開示された内容に基づき作られ
た同等の修正または変形は、すべて本願の特許請求の範囲に記載された本発明に含まれて
いる。

１０ … ハウジング
１１ … 上方開口部
１２ … 前側開口部
１３ … 後側開口部
１４ … 第１プリズムカバー
１５ … 前側カバー板
１６ … 後側カバー板
１７ … シャフト
１８ … 穴部
１９ … 溝部
２１ … 第１プリズム
２１−ａ … 第１プリズム入射面
２１−ｂ … 第１プリズム反射面
２１−ｃ … 第１プリズム射出面
３１ … 撮像レンズ群
３２ … 撮像レンズ枠
３３ … 凹部
３４ … フォーカス用永久磁石
４１ … 第２プリズム
４１−ａ … 第２プリズム入射面
４１−ｂ … 第２プリズム反射面
４１−ｃ … 第２プリズム射出面
５０ … 撮像素子ユニット
５１ … 撮像素子
６０ … 防振ユニット
６１ … ボール
６２ … バネ
７０ … フレキシブル基板
７１ … フォーカス用コイル
７２ … フォーカス用ホールセンサ
７３ … フォーカス用ヨーク
７４ … 防振コイルＡ
７５ … 防振ホールセンサＡ
７６ … 防振ヨークＡ
７７ … 防振コイルＢ
７８ … 防振ホールセンサＢ
７９ … 防振ヨークＢ
８０ … 第１ホルダーブロック
８１ … 第１ホルダー
８２ … 永久磁石Ａ
８３ … ブッシュ
８４ … シャフト
８５ … ピン
８６ … 穴部Ａ
９０ … 第２ホルダーブロック
９１ … 第２ホルダー
９２ … 永久磁石Ｂ
９３ … ブッシュ
９４ … シャフト
９５ … ピン
９６ … 穴部Ｂ
１００ … 屈曲式撮像装置
２００ … 携帯情報機器
Ｏ１ … 第１光軸
Ｏ２ … 第２光軸
Ｏ３ … 第３光軸
Ｓ１ … 回転軸Ａ
Ｓ２ … 回転軸Ｂ
Ｓ３ … 回転軸Ｃ

Claims (9)

1. 光軸を屈曲させる反射面を有する反射部材を含む光学系であり、該反射部材を回動させることにより手振れ補正を行う撮像装置において、
   前記反射部材は撮像レンズ群と撮像素子の間に配置され、前記撮像レンズ群の光軸と前記反射部材に反射した光軸とにより作られる平面に対し垂直な軸であるＸ軸と、反射した光軸に平行な軸であるＹ軸と、前記撮像レンズ群の光軸に平行な軸であるＺ軸と、を回転軸として前記反射部材を回動させることを特徴とする屈曲式撮像装置の防振機構。
2. 前記反射部材は第１の保持枠に保持され、前記第１の保持枠は前記Ｘ軸と前記Ｙ軸と前記Ｚ軸のうち１つの軸まわりに回動可能にする第２の保持枠に保持され、前記第２の保持枠は、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸と前記Ｚ軸のうち残りの２つの軸まわりに回動可能にベース部材に保持され、前記第１の保持枠と前記第２の保持枠の間には、前記第１の保持枠を回動させる第１の電磁アクチュエータを備え、前記第２の保持枠と前記ベース部材の間には、前記第２の保持枠を回動させる第２の電磁アクチュエータを備えることを特徴とする請求項１に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
3. 前記第１の保持枠もしくは前記第２の保持枠は、その回転軸の軸方向のガタ取りを目的とした付勢手段を有することを特徴とする請求項２に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
4. 摩擦低減のため、前記第２の保持枠と前記ベース部材との摺動面にはボールを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
5. 前記第１の電磁アクチュエータと前記第２の電磁アクチュエータは、ボイスコイルモータであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
6. 前記第１の保持枠が前記付勢手段を有する場合、前記付勢手段の付勢する方向は、前記第１の電磁アクチュエータの永久磁石とヨークが引き合う方向と同一であり、
   前記第２の保持枠が前記付勢手段を有する場合、前記付勢手段の付勢する方向は、前記第２の電磁アクチュエータの永久磁石とヨークが引き合う方向と同一であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
7. 前記反射部材は、プリズムまたはミラーであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構を備えることを特徴とするカメラ。
9. 請求項８に記載のカメラを備えることを特徴とする携帯電子機器。

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