JP7140607B2 - 光学防振装置および光学機器 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置や交換レンズ等の光学機器に搭載される光学防振装置に関する。
上記のような光学機器では、手振れ等の機器振れに応じて光学防振装置によりレンズ等の防振素子を光軸に対して移動させる防振動作を行うことにより光学的に像振れを低減(補正)する。
一方、光学機器において撮像素子から読み出した電荷から画像信号を生成する際に画質を劣化させるノイズが発生することがある。例えば、防振素子を移動させるためにアクチュエータを駆動すると、該アクチュエータに含まれるコイルから磁界の影響によりノイズが画像信号に重畳されることがある。特許文献1には、撮像素子から電荷を読み出すタイミングでアクチュエータへの通電をカットすることで、画像信号に対するノイズを低減する方法が開示されている。
特開2015-169883号公報
しかしながら、特許文献1にて開示された方法のように撮像素子から電荷を読み出す際にアクチュエータへの通電をカットすると、防振素子に対する保持力がなくなり、防振素子の位置が変化する。このため、防振動作を再開する際に防振素子を元の位置に戻す必要が生じる。特に、連写時にこのような通電カットと防振素子の位置復帰動作を行うと、連写速度が低下する。
本発明は、コイルへの通電よるノイズの影響を画像信号に与えにくくした光学防振装置を提供する。
本発明の一側面としての光学機器は、防振素子と、該防振素子を保持する可動部材と、該可動部材を移動可能に支持する支持部材と、可動部材と支持部材のうち一方の部材により保持されたコイルと、可動部材と支持部材のうち他方の部材により保持され、コイルに対向するマグネットとを有し、コイルへの通電より可動部材を駆動して像振れを低減する。そして、コイルにおけるマグネットに対向するマグネット対向面とは異なる面を覆う非磁性導電体を有し、非磁性導電体は、コイルにおけるマグネット対向面とは反対側の面を覆う底面部と、該底面部からコイルの外周側面に沿って延びて該外周側面を覆う側面部とを有し、非磁性導電体のうち側面部の少なくとも一部の底面部からの高さがマグネット対向面よりも低くなっており、非磁性導電体の側面部のうち少なくとも一部に曲げ部が形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、光学防振装置において、コイルへの通電によるノイズの影響を画像信号に与えにくくすることができる。
本発明の実施例である交換レンズ(無限遠フォーカス状態)およびカメラ本体の構成を示す断面図。 実施例における交換レンズ(至近フォーカス状態)およびカメラ本体の構成を示す断面図。 実施例における光学防振ユニットを前側斜めから見た構成を示す分解斜視図。 実施例における光学防振ユニットを後側斜めから見た構成を示す分解斜視図。 実施例における光学防振ユニットの断面図。 図4の一部を拡大した図。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図1および図2は、本発明の実施例である光学機器としての交換レンズ200および該交換レンズ200が着脱可能に装着された撮像装置としてのカメラ本体100の構成を示している。図1は交換レンズ200の撮像距離が無限縁であるときの構成を、図2は交換レンズ200の撮像距離が至近であるときの構成を示している。
図1および図2では、交換レンズ200の光軸OAが延びる方向をZ方向とし、光軸OAに対して直交する2方向のうち撮像素子104の撮像面の長辺に平行な方向をX方向とし、撮像面の短辺に平行な方向をY方向としている。
カメラ本体100において、メインミラー101は交換レンズ200内の撮像光学系からの光束の一部を反射してペンタプリズム105および不図示の接眼レンズに導く。これにより、ユーザは接眼レンズを通して被写体像を観察することができる。
メインミラー101を透過した光束は、メインミラー101の背後に配置されたサブミラー102で反射されて不図示の焦点検出系に導かれる。焦点検出系は、入射した光束を用いて位相差検出方式により焦点検出を行う。
シャッターユニット103は、メインミラー101およびサブミラー102が光路から退避した状態でシャッター羽根を開閉駆動する。これにより、撮像素子104に光束が到達する時間、すなわち露光時間が制御される。
撮像素子104は、撮像光学系により形成された被写体像を撮像(光電変換)する。カメラ本体100内の不図示の信号処理部は、撮像素子104に蓄積された電荷から生成される撮像信号に対して各種画像処理を行うことで画像信号を生成する。
なお、本実施例におけるカメラ本体100はメインミラー101およびサブミラー102を有して交換レンズ200が装着されるレンズ交換式一眼レフカメラである。ただし、メインミラー101およびサブミラー102を有さないミラーレスカメラ本体や、撮像光学系を一体に有るレンズ一体型カメラであってもよい。
交換レンズ200において、撮像光学系は、被写体側(図の左側)から順に、第1レンズユニットL1と、第2レンズユニットL2とにより構成されている。第1レンズユニットL1は3つのレンズL1A,L1B,L1Cを含み、第2レンズユニットL2は2つのレンズL2A,L2Bを含む。
レンズL1Aは、1A鏡筒203により保持されている。レンズL1Bは、防振素子であり、1B可動鏡筒204Aにより保持されている。1B可動鏡筒204Aは、1B固定鏡筒204Bによって光軸方向に直交するXY面内にて移動可能に保持されている。1B可動鏡筒204Aと1B固定鏡筒204Bはそれぞれ、光学防振ユニット(光学防振装置)300の可動部材と支持部材(固定部材)を構成する。1B固定鏡筒204Bは、光量を調節する絞りユニット205も保持している。
レンズL1Cは、1C鏡筒206により保持されている。1B固定鏡筒204Bおよび1C鏡筒206は、1A鏡筒203に対して固定されている。第1レンズユニットL1(レンズL1A,L1B,L1C)は可動レンズユニットであり、1A鏡筒203と一体に光軸方向に移動する。
レンズL2Aは、2A鏡筒207により保持されている。レンズL2Bは、2B鏡筒208により保持されている。2A鏡筒207は、2B鏡筒208に固定されている。2B鏡筒208は、案内筒201にビス等で固定されている。
レンズL2AとレンズL2Bは、その外径を第1レンズユニットL1(レンズL1A,L1B,L1C)より大きくすることで、撮像素子104への光線入射角特性を向上させている。
また、第2レンズユニット(レンズL2A,L2B)は、光軸方向およびこれに直交する方向に移動しない固定レンズユニットである。
交換レンズ200は、固定筒212と、外装筒213とを有する。また、固定筒212は、案内筒201を保持している。固定筒212には、外装筒213を介してマウント209が固定されている。交換200は、マウント209を介してカメラ本体100に機械的および電気的(通信可能)に接続されている。
次に、1A鏡筒203が光軸方向に移動することで行われるフォーカシングについて説明する。カム筒202は、案内筒201に光軸OA回りで回転可能に嵌合している。1A鏡筒203に固定されたカムフォロワ211は、案内筒201に光軸方向に延びるように形成された直進案内溝部に係合し、さらにカム筒202に形成されたカム溝部に係合している。このため、カム筒202が回転すると、1A鏡筒203(カムフォロワ211)は直進案内溝部により光軸方向に案内されながらカム溝部のリフトによって光軸方向に駆動される。
またカム筒202は、ギアカム210を有する。フォーカスアクチュエータとしてのモータ220の出力軸にはピニオンが設けられている。モータ220は不図示のギアボックスに固定されている。ギアボックス内には、不図示の減速ギアトレインが設けられている。モータ220が回転すると、ピニオンからの駆動力(回転力)が減速ギアトレインを介してギアカム210に伝達される。ギアカム210が回転力を受けることでカム筒202が回転し、上述したように1A鏡筒203(カムフォロワ211)が光軸方向に駆動される。カメラ本体100内では、前述した焦点検出系による焦点検出結果を受けた不図示のマイクロコンピュータ(カメラマイコン)が撮像光学系を合焦状態とするための1A鏡筒203の駆動量を算出する。カメラマイコンは、この駆動量を含むフォーカス駆動命令を交換レンズ200内の不図示のマイクロコンピュータ(レンズマイコン)に送信する。レンズマイコンは、フォーカス駆動命令に応じてモータ220を駆動する。これにより、オートフォーカシングが行われる。
なお、モータ220は、その種類は問わず、ステッピングモータでもよいし、DCモータでもよい。
次に、図3Aおよび図3Aを用いて、光学防振ユニット300について説明する。図3Aおよび図3Bは光学防振ユニット300を分解して示している。
光学防振ユニット300は、防振素子としてのレンズL1BをXY面内で移動させることで像振れを低減(補正)する。前述したようにレンズL1Bは1B可動鏡筒204Aにより保持されている。1B可動鏡筒204Aは、1B固定鏡筒204BによってXY面内で移動可能に保持されている。
1B可動鏡筒204Aの前側(被写体側)および後側(像側)にはそれぞれヨーク22と駆動マグネット23が配置され、互いの磁気吸着力により1B可動鏡筒204Aを挟み込むようにして1B可動鏡筒204Aに固定されている。ヨーク22と駆動マグネット23は、光軸OA回りにおいて互いに90°位相が異なる2か所に設けられている。
また、1B固定鏡筒204Bの前面の上記2か所から2本ずつ突出した突起部204Baの前端面には、2つのコイル21が接着により固定されている。これにより、コイル21は1B固定鏡筒204Bに位置決めされる。一方のコイル21は一方の駆動マグネット23に光軸方向にて対向し、他方のコイル21は他方の駆動マグネット23に光軸方向にて対向する。
さらに1B固定鏡筒204Bと2つのコイル21との間にはそれぞれ、磁気シールド部材27が配置され、1B固定鏡筒204Bに接着されて固定されている。磁気シールド部材27は、非磁性材料であって電気抵抗が小さい導電体(すなわち非磁性導電体)、例えば、銅やアルミにより形成され、コイル21のうち後面と外周側面を覆う。磁気シールド部材27については後により詳しく説明する。
コイル21は、フレキシブル基板28に電気的に接続されている。1B可動鏡筒204Aと1B固定鏡筒204Bの間における光軸OA回りの3か所には、ボール26が配置されている。1B可動鏡筒204Aと1B固定鏡筒204Bは、3つの引張りばね24のばね力によって常に光軸方向に引き寄せ合っている。1B可動鏡筒204Aは、ボール26を介して1B固定鏡筒204BによってXY面内で移動可能に支持されている。
コイル21に通電されると、ローレンツ力が発生する。コイル21は1B固定鏡筒204Bに固定されているため、駆動マグネット23を保持する1B可動鏡筒204Aがローレンツ力(推力)によってXY面内で駆動される。上記一方のコイル21に通電されると1B可動鏡筒204AにはこれをX方向に駆動する推力が発生し、上記他方のコイル21に通電されると1B可動鏡筒204AにはこれをY方向に駆動する推力が発生する。1B可動鏡筒204Aは、これらの2方向の推力の合成によってXY面内のいずれの方向にも駆動される。
また、1B可動鏡筒204Aの後面における光軸OA回りで互いに90°位相が異なる2か所には、位置検出用マグネット25が接着されて固定されている。フレキシブル基板28における位置検出用マグネット25と光軸方向にて対向する2か所には、ホール素子が実装されている。フレキシブル基板28は、1B固定鏡筒204Bの後面に接着されて固定されている。ホール素子は、位置検出用マグネット25の磁束密度を電気信号に変換する。1B群鏡筒204AがXY面内で駆動されると、ホール素子は位置検出マグネット25の磁束密度の変化を検出して電気信号を出力する。この電気信号を用いることで、1B群鏡筒204AのXY面内での位置を検出することができる。
次に、コイル21と磁気ノイズの関係について説明する。図4は光学防振ユニット300のYZ断面を示しており、図5は図4におけるコイル21周辺を拡大して示している。
前述したように、コイル21と駆動マグネット23は互いに対向する位置に配置されている。このため、コイル21に通電されると、駆動マグネット23にローレンツ力が発生し、1B群鏡筒204AがXY面内で駆動される。このとき、コイル21から磁界が発生する。この磁界が撮像素子104に到達すると、磁界(磁束密度)の変動によって画像信号に磁気ノイズの影響が出る。より詳細には、撮像素子104から電荷を読み出すための信号線を、高周波で変化する磁界が貫通する。これにより、信号線内で電磁誘導による磁気が発生し、それがノイズとなって現れる。その結果、画像信号(撮像画像)の画質が劣化する。
このため、コイル21から撮像素子104に到達する磁界を減少させる必要がある。そこで本実施例では、コイル21のうち駆動マグネット23に対向する面(以下、マグネット対向面という)21aよりも撮像素子104側(撮像面側)の2面である後面21bと外周側面21cを磁気シールド部材27により覆っている。すなわち、コイル21のうちマグネット対向面21aとは異なる面を磁気シールド部材27により覆っている。
磁気シールド部材27のうち、コイル21におけるマグネット対向面21aとは反対側の後面21bを覆う部分、すなわち1B固定鏡筒204Bの前面に接着される部分を、以下の説明では底面部27bという。また、磁気シールド部材27のうち、底面部27bからコイル21の外周側面21cに沿って延びて該外周側面21cを覆う部分を、以下の説明では側面部27cという。
前述したように磁気シールド部材27は非磁性導電体で構成されている。このため、コイル21から発生した磁界が磁気シールド27を通過しようとすると、磁気シールド部材27に磁束密度の変化が生じて電磁誘導による渦電流が発生する。その結果、磁気シールド部材27を通過する磁束が減少する。つまり、撮像素子104に到達する磁界が減少し、画像信号に現れる磁気ノイズを低減することが可能となる。
コイル21は、コアに銅線が巻き付けられて構成されており、コイル21のどの位置からも磁界が発生する。このため、コイル21の全体を磁気シールド部材27で覆う構成が撮像素子104に到達する磁界を最も効果的に減少させることができる。しかし、コイル21と駆動用マグネット23の間に磁気シールド部材27が配置されると、その分、コイル21と駆動用マグネット23との光軸方向での間隔が大きくなり、光学防振ユニット300が光軸方向において大型化する。しかも、コイル21と駆動マグネット23間の間隔が広がることによって、推力が低下する。このため本実施例では、コイル21のうちマグネット対向面21aは磁気シールド部材27で覆わないようにしている。
また、コイル21からは様々な方向に向かって磁界が発生する。このため、コイル21から距離が離れた場所にて磁気シールドを行う場合には、大きな磁気シールド部材が必要になる。このため、本実施例では、コイル21に隣接する位置(コイル21と1B固定鏡筒204Bとの間)に磁気シールド部材27を配置している。
さらに図3A,3Bに示すように、磁気シールド部材27の底面部27bには開口部27aが2つ形成されている。これらの開口部27aは、1B固定鏡筒204Bに形成された前述した突起部204Baを貫通させるために形成されている。
一方、交換レンズ200は様々な部品で構成されており、コイル21の周囲や近傍に導電体が配置される場合がある。この場合、その導電体の存在によってコイル21からの磁界の向きが変わるおそれがある。そのようなときには、コイル21から見たときの磁気シールド部材27により覆う方向を適宜選択すればよい。
また図4および図5に示すように、コイル21における銅線の巻始め位置と巻終り位置からは、フレキシブル基板28との電気的接続のためのリード線29が引き出される。前述したように磁気シールド部材27によって駆動マグネット23に対向する面を含めてコイル21の全体を覆っていると、コイル21と駆動マグネット23の間にリード線29を通す必要がある。しかし、リード線29と駆動マグネット23の接触を回避するためにこれらの間には光軸方向において所定のクリアランスを確保しなければならないため、光学防振ユニット300が同方向にて大型化する。さらにコイル21と駆動マグネット23の間のクリアランスが大きくなると、推力が低下する。
このため本実施例では、図5に示すように、磁気シールド部材27の側面部27cの底面部27bからの光軸方向での高さ(以下、Z高さという)を不均一としている。より詳細には、図5に示すように、磁気シールド部材27のうち光軸OAに近い側(内側)の側面部27cのZ高さはコイル21のマグネット対向面21aと同一に設定されている。これに対して、磁気シールド部材27のうち光軸OAから遠い側(外側)の側面部27c′のZ高さZ1は内側の側面部27cおよびコイル21のマグネット対向面21aよりも低く設定されている。
このため、Y方向から見たときに、磁気シールド部材27の外側の側面部27c′からコイル21の一部が露出する。これにより、コイル21のリード線29をコイル21のマグネット対向面21aより駆動マグネット23側に出ないようにしながら磁気シールド部材27外に引き出することができる。すなわち、コイル21と駆動マグネット23間のクリアランスを広げずにリード線29をフレキシブル基板28に接続することができる。
なお、本実施例では磁気シールド部材27の外側の側面部27c′のZ高さを内側の側面部27cおよびコイル21のマグネット対向面21aより低くする場合について説明した。しかし、コイルにおける銅線の巻始めと巻終りからリード線をそれぞれ異なる方向に引き出す場合には、内側と外側の側面部のZ高さをともにコイルのマグネット対向面より低く設定してもよい。また、磁気シールド部材の外側と内側の側面部のZ高さをともにコイルのマグネット対向面と同じとして、磁気シールド部材の1又は複数箇所にリード線を引き出すための切欠き部を形成してもよい。すなわち、側面部の少なくとも一部のZ高さをコイルのマグネット対向面より低くすればよい。
磁気シールド部材27が非磁性導電体の板材から絞り加工により製作される場合には、磁気シールド部材27の側面部の駆動マグネット23側の縁にはバリが発生する。曲げ加工により製作される場合も、非磁性導電体の板材からの打ち抜きによるバリが残る。これにより、リード線29が引き出される箇所にバリが存在することになり、リード線29がバリに接触することで断線や被膜の剥がれが生じるおそれがある。
このため本実施例では、磁気シールド部材27においてリード線29を引き出すためにZ方向高さを低くした外側の側面部27c′に曲げ部27Fを形成している。曲げ部27Fのうちリード線29に接触または近接対向する根元部分27FSは滑らかな曲面部分として形成されている。曲げ部27Fのうち根元部分27FSから外側に延び、バリが残っている可能性のあるエッジ部分27FEは、根元部分27FSよりも、さらには1B固定鏡筒204Bの側壁部204Bbの前端面30よりも後退した位置(リード線29から離れた位置)にある。1B固定鏡筒204Bの側壁部204Bbの前端面30も、リード線29に接触または近接対向する。これにより、リード線29がバリに接触することによる断線や被膜の剥がれのおそれを解消することができる。
図4および図5に示したように、コイル21は1B固定鏡筒204Bの前側に配置され、フレキシブル基板28は1B固定鏡筒204Bの後側に配置されている。このため、コイル21のリード線29を1B固定鏡筒204Bの側壁部204Bbの外側を通るようにフレキシブル基板28まで引き回す必要がある。本実施例では、磁気シールド部材27の曲げ部27Fのうちバリが存在し得るエッジ部分27FEのZ高さZ2よりも、1B固定鏡筒204Bの側壁部204Bbの前端面30のZ高さZ3を高く設定している。また、前端面30のZ高さZ3を、磁気シールド部材27の曲げ部27Fの根元部分27FSのZ高さZ1よりも低く設定している。
このようなZ高さ設定により、磁気シールド部材27のエッジ部分27FEに対するリード線29の接触を回避しつつ、曲げ部27Fの根元部分27FSと1B固定鏡筒204Bの前端面30に対するリード線29の接触を許容して該リード線29をフレキシブル基板28まで引き回すことができる。1B固定鏡筒204Bの側壁部204Bbは樹脂により形成されているため、ここにリード線29が接触しても断線や被膜の剥がれは発生しにくい。
本実施例では、上述したZ高さZ1,Z3,Z2が、この順で低くなっていくように設定されている。しかし、磁気シールド部材27の曲げ部27Fのエッジ部分27に対するリード線29の接触を避ければよいので、Z高さZ3,Z1,Z2がこの順で低くなるように設定されていてもよい。
本実施例によれば、コイル21を覆う磁気シールド部材27を用いることで、光学防振ユニット300のコイル21に対する通電による磁気ノイズの影響を画像信号に与えにくい交換レンズ200を実現することができる。また、本実施例によれば、磁気シールド部材27を設けたことによる光学防振ユニット300の大型化を抑え、かつコイル21から引き出されたリード線29の断線や被膜の剥がれを防止できる交換レンズ200を実現することができる。
なお、上記実施例では、コイルを支持部材により保持し、マグネットを可動部材により保持したムービングマグネットタイプの光学防振装置について説明した。しかし、マグネットを支持部材により保持し、コイルを可動部材により保持したムービングコイルタイプの光学防振装置も、本発明の実施例に含まれる。この場合、コイルと可動部材との間(コイルに隣接した位置)に磁気シールド部材(非磁性導電体)を配置すればよい。
また、上記実施例では、光学防振ユニットを搭載した交換レンズについて説明したが、光学防振ユニットを搭載したレンズ一体型撮像装置も、光学機器として本発明の実施例に含まれる。また、上記実施例では、レンズを防振素子として用いてXY面内で移動させる光学防振ユニットについて説明したが、撮像素子を防振素子として用いてXY面内で移動させる光学防振ユニットも、本発明の実施例に含まれる。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
200 交換レンズ
21 コイル
23 駆動マグネット
27 磁気シールド部材
204A 1B可動鏡筒
204B 1B固定鏡筒
L1B レンズ
300 光学防振ユニット

Claims (6)

  1. 防振素子と、
    前記防振素子を保持する可動部材と、
    該可動部材を移動可能に支持する支持部材と、
    前記可動部材と前記支持部材のうち一方の部材により保持されたコイルと、
    前記可動部材と前記支持部材のうち他方の部材により保持され、前記コイルに対向するマグネットとを有し、
    前記コイルへの通電より前記可動部材を駆動して像振れを補正する光学防振装置であって、
    前記コイルにおける前記マグネットに対向するマグネット対向面とは異なる面を覆う非磁性導電体を有し、
    前記非磁性導電体は、前記コイルにおける前記マグネット対向面とは反対側の面を覆う底面部と、該底面部から前記コイルの外周側面に沿って延びて該外周側面を覆う側面部とを有し、
    前記非磁性導電体のうち前記側面部の少なくとも一部の前記底面部からの高さが前記マグネット対向面よりも低くなっており、
    前記非磁性導電体の前記側面部のうち前記少なくとも一部に曲げ部が形成されていることを特徴とする光学防振装置。
  2. 防振素子と、
    前記防振素子を保持する可動部材と、
    該可動部材を移動可能に支持する支持部材と、
    前記可動部材と前記支持部材のうち一方の部材により保持されたコイルと、
    前記可動部材と前記支持部材のうち他方の部材により保持され、前記コイルに対向するマグネットとを有し、
    前記コイルへの通電より前記可動部材を駆動して像振れを補正する光学防振装置であって、
    前記コイルにおける前記マグネットに対向するマグネット対向面とは異なる面を覆う非磁性導電体を有し、
    前記非磁性導電体は、前記コイルにおける前記マグネット対向面とは反対側の面を覆う底面部と、該底面部から前記コイルの外周側面に沿って延びて該外周側面を覆う側面部とを有し、
    前記非磁性導電体のうち前記側面部の少なくとも一部の前記底面部からの高さが前記マグネット対向面よりも低くなっており、
    前記コイルのうち前記側面部の前記少なくとも一部から露出した部分からリード線が引き出されていることを特徴とする光学防振装置。
  3. 前記非磁性導電体の前記側面部のうち前記少なくとも一部に曲げ部が形成されており、
    前記曲げ部の曲面部分に前記リード線が接触または対向していることを特徴とする請求項2に記載の光学防振装置。
  4. 前記曲げ部のうち前記曲面部分から延びたエッジ部分が、前記曲面部分よりも前記リード線から離れて位置することを特徴とする請求項に記載の光学防振装置。
  5. 前記支持部材のうち前記リード線が接触または対向する部分の前記底面部からの高さが、前記曲面部分よりも低いことを特徴とする請求項3または4に記載の光学防振装置。
  6. 前記防振素子は、レンズであることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の光学防振装置。
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