JP7327997B2 - 光学装置および光学機器 - Google Patents

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Description

本発明は、光学素子をシフト(移動)させる光学装置に関する。
レンズや撮像素子等の光学素子をシフトさせることで像振れを低減(補正)する光学シフト装置(光学防振装置)では、特許文献1に開示されているように、光軸方向に直交する2方向への光学素子の移動を許容するとともにその回転を制限する回転制限構造が採用される。特許文献1では、レンズをシフト駆動するアクチュエータが、可動側に設けられたコイルと固定側に設けられたマグネットとにより構成されている。
特開2011-028046号公報
しかしながら、可動側にコイルが配置されていると、コイルに電流を流すためのフレキシブル基板等の導線をコイルの動きを妨げないように余裕を持たせて配置する必要があり、このことが光学シフト装置の大型化の原因となっている。
本発明は、光学素子の回転制限構造を有する小型の光学装置およびこれを備えた光学機器を提供する。
本発明の一側面としての光学シフト装置は、光学素子を光軸方向に直交し、かつ互いに直交する第1の方向および第2の方向にシフトさせる光学シフト装置であって、ベース部材と、該ベース部材により保持された駆動コイルと、学素子を保持し、1および第2の方向にシフト可能な保持部材と、保持部材により保持され、駆動コイルととも に保持部材を第1および2の方向に駆動するシフトアクチュエータを構成する駆動マグネットと、保持部材に固定された第1のガイド部材と、第1のガイド部材を第1の方向にガイドする第2のガイド部材と、ベース部材に固定され、光軸方向における第2のガイド部材を挟んで第1のガイド部材とは反対側において第2のガイド部材を第2の方向にガイドする第3のガイド部材とを有する。第1および第2のガイド部材は第1の方向を長手方向として互いに対向する溝部を有するとともに、第2および第3のガイド部材は第2の方向を長手方向として互いに対向する溝部を有し、互いに対向する溝部により転動部材を挟持することで第1および第2のガイド部材の第1および第2の方向へのガイドが行われる。駆動コイルとして保持部材をそれぞれ第1の方向および第2の方向に駆動するための第1の駆動コイルおよび第2の駆動コイルを有し、第1および第2の駆動コイルはベース部材における光軸回りで互いに位相が異なる位置にて保持されている。光軸方向から見て光軸を中心とした周方向について、第1、第2および第3のガイド部材は、第1および第2の駆動コイルに対して光軸方向において重ならない位置に配置されている。第3のガイド部材は、光軸方向に直交する面内において2体で構成されている。光軸方向において、第3のガイド部材の少なくとも一部の厚みが第1および第2の駆動コイルの厚み内に含まれていることを特徴とする。
なお、光軸方向における駆動コイルを挟んで駆動マグネットとは反対側に配置された磁気シールド部材を有し、光軸方向から見て光軸を中心とした周方向について、第1、第2および第3のガイド部材は、第1および第2の駆動コイルと磁気シールド部材に対して光軸方向において重ならない位置に配置されており、光軸方向において、第3のガイド部材の少なくとも一部の厚みが 、磁気シールド部材の厚み内に含まれるようにした光学シフト装置も、本発明の他の一側面を構成する。
また、上記光学装置を備えた光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。
本発明によれば、光学素子の回転制限構造(第1から第3のガイド部材)を有する小型の光学装置および光学機器を実現することができる。
本発明の実施例である防振ユニットの斜視図。 実施例の防振ユニットの分解斜視図。 実施例の防振ユニットの別の分解斜視図。 実施例の防振ユニットの主要部材を示す側面図。 実施例の防振ユニットの主要部材を示す背面図。 実施例の防振ユニットの正面図。 実施例の防振ユニットを備えた交換レンズユニットのWIDE状態の断面図。 実施例の防振ユニットを備えた交換レンズユニットのTELE状態の断面図。
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、図2および図3は、本発明の実施例である光学シフト装置(光学防振装置、光学装置)としての防振ユニットの構成を示している。防振ユニットは、後述する撮像光学系内に配置され、該撮像光学系の光軸が延びる方向(以下、光軸方向という)に直交し、かつ互いに直交する2方向である第1の方向であるX方向と第2の方向であるY方向(以下、まとめてシフト方向ともいう)での像振れを低減(補正)する。
防振ユニットは、そのベースとなる固定部材(ベース部材)101と、レンズ保持部材102とを有する。レンズ保持部材102は、光学素子(防振素子)としての補正レンズ103を保持し、固定部材101に対してシフト方向に移動可能(シフト可能)に支持されている。3つの付勢部材104は、引き込みばねにより構成され、レンズ保持部材102を光軸方向において固定部材101に向けて付勢している。固定部材101には、撮像光学系の光軸が延びる方向(以下、光軸方向という)においてレンズ保持部材102を間に挟むようにカバー105がビスにより固定されている。なお、カバー105をビス以外の方法(例えば、接着)により固定してもよく、このことは後述する他のビス固定箇所においても同様である。
レンズ保持部材102は、X駆動マグネット106とY駆動マグネット106yを互いに90°位相が異なる位置にて保持している。X駆動マグネット106とY駆動マグネット106yはそれぞれ、2つのマグネットにより構成されている。またレンズ保持部材102は、X駆動マグネット106とY駆動マグネット106yのそれぞれに対応するXヨーク107とYヨーク107y保持している
一方、固定部材101は、X駆動マグネット106とY駆動マグネット106yのそれぞれに対向する位置に、X駆動コイル108とY駆動コイル108yを保持している 。駆動コイル(108,108y)は駆動マグネット(106,106y)とヨーク (107,107y)が作る磁場内に配置されているため、駆動コイルに通電することで駆動マグネットにシフト方向への駆動力が発生する。これにより、駆動マグネットとヨ ークを保持するレンズ保持部材102がシフト方向に駆動される。
X駆動マグネット106、Xヨーク107およびX駆動コイル108によりXシフトアクチュエータか構成され、Y駆動マグネット106y、Yヨーク107yおよびY駆動コイル108yによりYシフトアクチュエータ構成される。
レンズ保持部材102は、該レンズ保持部材102のX方向とY方向でのシフト位置を検出するためのX位置検出マグネット109とY位置検出マグネット109yとを互い に90°位相が異なる位置にて保持している。カバー105は、X位置検出マグネット109とY位置検出マグネット109yのそれぞれに対向する位置にてX位置センサ110とY位置センサ110yを保持している。X位置センサ110とY位置センサ110yにより検出されるレンズ保持部材102のシフト位置を用いて、レンズ保持部材102の位置を制御することができる。
次に、レンズ保持部材102の支持構造について説明する。レンズ保持部材102における固定部材101とは反対側(カバー105側)の面には、2か所にV溝部111aを有する第1のガイド部材111がビスで固定されている。V溝部111aは、レンズ保持部材102に形成された開口部を通して固定部材101側に露出している。
またレンズ保持部材102に光軸方向にて対向する位置には、第2のガイド部材112が配置されている。第2のガイド部材112には、第1のガイド部材111のV溝部111aに対向する2か所にV溝部112aが設けられている。V溝部111aとV溝部112aは互いに同じX方向を長手方向とし、それらの間に転動部材(ボール)114aを光軸方向にて挟持している。また固定部材101とレンズ保持部材102は互いに対向する平面部を有し、該平面部により転動部材114bを光軸方向において挟持している。
レンズ保持部材102は、第1のガイド部材111とともに、3つの転動部材114a,114bによって光軸方向に直交するXY面内にて安定して支持される。そしてレンズ保持部材102は、第1および第2のガイド部材111,112のV溝部111a,112aと転動部材114aによって、第2のガイド部材112に対する回転が制限されつつ第2のガイド部材112に対してX方向にガイドされる。
固定部材101には、光軸方向において第2のガイド部材112を挟んで第1のガイド部材111とは反対側に配置された第3のガイド部材113A,113Bがビスにより固定されている。第3のガイド部材113A,113Bは、光軸方向に直交するXY面内において2つに分かれた2体構成を有する。
各第3のガイド部材(113A,113B)は、V溝部111aの長手方向であるX方向に直交するY方向を長手方向とする1つのV溝部113bを有する。第2のガイド部材112のうちX方向を長手方向とするV溝部112aが設けられた面と反対側の面における上記V溝部113bと対向する位置には、V溝部113bと同じY方向を長手方向とするV溝部112bが設けられている。V溝部112bとV溝部113bは、転動部材114cを光軸方向において挟持する。さらに固定部材101と第2のガイド部材112のそれぞれにおける互いに対向する位置には平面部が形成されており、これら平面部は転動部材114dを光軸方向において挟持する。
第2のガイド部材112は、3つの転動部材114c,114dによって光軸方向に直交するXY面内にて安定して支持される。そして第2のガイド部材112は、第2および第3のガイド部材112,113のV溝部112b,113bと転動部材114cによって、固定部材101に対する回転が制限されつつ固定部材111に対してY方向にガイドされる。
第1、第2および第3のガイド部材111,112,113は、駆動マグネット106x,106y、ヨーク107x,107yおよび駆動コイル108x,108y(さらに後述する磁気シールド部材)に対して光軸方向において重ならない位置に配置されている。
以上の構成において、X駆動コイル108に通電すると、レンズ保持部材102は第1のガイド部材111とともに、第2のガイド部材112、第3のガイド部材113A,113Bおよび固定部材101に対してX方向に駆動される。またY駆動コイル108yに通電すると、レンズ保持部材102は第1のガイド部材111および第2のガイド部材112とともに、第3のガイド部材113A,113Bおよび固定部材101に対してY方向に駆動される。そしてこれらのシフト方向への駆動に際して、レンズ保持部材102の固定部材101に対する回転が制限される。すなわち、第1、第2および第3のガイド部材111,112,113と転動部材114a,114cによってレンズ保持部材102の回転制限構造が構成される。
図4は、上述した防振ユニットのうち駆動マグネット106、ヨーク107、駆動コイル108、第1のガイド部材111、第2のガイド部材102、第3のガイド部材113および転動部材114c,114dを光軸方向に直交する方向から見て示している。この図では、図1~図3に示したx,y,A,Bの符号を省略している。
前述したように、第3のガイド部材113は2体(113A,113B)で構成されている。第3のガイド部材113を2体で構成することにより、防振ユニットの小型化が可能となる。この理由については後述する。
図4に示すように、光軸方向において、レンズ保持部材102により保持された第1のガイド部材111は、同じくレンズ保持部材102により保持されたヨーク107よりも第2のガイド部材112の近くに配置されている。これにより、転動部材114aとして、転動部材114cと同じ直径を有する同一部材を用いることができる。また光軸方向において、第2のガイド部材112の厚みが、駆動マグネット108の厚み内に含まれている。これにより、防振ユニットの光軸方向での厚みを小さくすることができる。
さらに図4に示すように、光軸方向において、第3のガイド部材113の少なくとも一部の厚みТG1が駆動コイル108の厚みТC内に含まれる。このように構成することで、防振ユニットの光軸方向での厚みをより小さくすることが可能となる。なお、第3のガイド部材113の厚み全部が駆動コイル108の厚み内に含まれてもよい。
またヨーク107から駆動コイル108までの光軸方向の厚み内に、第1のガイド部材111、第2のガイド部材112および第3のガイド部材113の少なくとも一部が収まっている構成とすることで、防振ユニットの厚みをより小さくすることができる。
また、図1~図3には図示していないが、図4では、駆動コイル108を挟んで駆動マグネット106とは反対側に磁気シールド部材117が配置されている。磁気シールド部材117は、コイル108への通電により発生する磁気を遮断または低減し、磁気が他の部品、例えばカメラの撮像素子に与える影響を低減させる。この場合も、光軸方向においても第3のガイド部材113の少なくとも一部の厚みТG2が磁気シールド部材117の厚みТS内に含まれる。これにより、防振ユニットの厚みを小さくすることが可能となる。
ヨーク107から磁気シールド部材117までの光軸方向の厚み内に、第1のガイド部材111、第2のガイド部材112および第3のガイド部材113のすべてが収まっている構成とすることで、防振ユニットの厚みをより小さくすることができる。
以下、2体構成の第3のガイド部材113A,113Bを用いることにより防振ユニットの小型化が可能である理由について説明する。図5は、防振ユニットのうちレンズ保持部材102、駆動コイル108x,108y,第2の保持部材112、第3の保持部材113A,113Bおよび転動部材114b,114c,114dを光軸方向から見て示している。
図中の破線で示すように、第3のガイド部材113を1体構成とした場合には、該第3のガイド部材113を第2のガイド部材112(と固定部材111)の平面部に当接している転動部材114dの外側を通すように形成する必要がある。この場合、防振ユニットが光軸方向に直交する方向(径方向)に大型化する。
また図4に破線で示すように、固定部材111の平面部の代わりに第3のガイド部材113に平面部を設け、該平面部と第2のガイド部材112の平面部とで転動部材114dを挟持する構成とすることも可能である。しかし、この場合、第3のガイド部材113に転動部材114dの直径分だけ第2のガイド部材112の平面部から離れるように段差を設けて平面部を形成する必要がある。
本実施例では、転動部材114cが第2のガイド部材112と第3のガイド部材113のそれぞれのV溝部112b,113bにより挟持されているため、第2のガイド部材112と第3のガイド部材113の光軸方向の間隔は転動部材114cの直径よりも小さい。さらに転動部材114dは、防振ユニットの組立てやコスト観点から転動部材114cと同一の部材であることが望ましい。このため、転動部材114cと同じ直径を有する転動部材114dを第2のガイド部材112の平面部と第3のガイド部材113の平面部で挟持する場合には、図4に破線で示すように第3のガイド部材113に段差を設ける必要がある。この段差によって防振ユニットの光軸方向の厚みが増加する。
なお、第3のガイド部材は、強度の関係から金属により製造されるため、図4に示したような段差があることで加工難度が上がるが、これを2体構成とすることでそのような問題も解消することができる。
さらに図示はしないが、一体構成の第3のガイド部材を駆動コイルと光軸方向に重ねて配置することも可能であるが、これでは明らかに防振ユニットの厚みが増大する。
以上のことから、2体構成の第3のガイド部材113A,113Bを用いることにより、防振ユニットの光軸方向および径方向の両方における小型化が可能である。そして、このように小型化された防振ユニットをレンズユニット内に配置することで、レンズユニットの設計自由度が増加してレンズユニットを小型化することも可能である。
図6、図7および図8は、本実施例の防振ユニットを搭載した光学機器としての交換レンズユニット200を示している。図6は、交換レンズユニット200の光軸方向に直交する断面を示し、図7および図8はそれぞれ交換レンズユニットのWIDE状態およびTELE状態での光軸に沿った断面を示す。
図6に示すように、交換レンズユニット200内における防振ユニットの上方、すなわち前述したX,Yシフトアクチュエータと光軸を挟んで反対側には空間Aが形成される。この空間Aは、交換レンズユニット200のうち内筒115の内壁と防振ユニットの上部との間の空間であり、2体構成の第3のガイド部材113A,113Bを用いることで形成されたものである。
図7および図8に示すように、交換レンズユニット200における防振ユニットよりも像側には、光軸方向に移動してフォーカシングを行うための可動レンズとしてのフォーカスレンズ118が配置されており、交換レンズユニット200内にはフォーカスレンズ118を光軸方向に移動させるフォーカスレンズアクチュエータ116が設けられている。フォーカスレンズアクチュエータ116は、リニアアクチュエータ、ステッピングモータおよびボイスコイルモータ等である。
フォーカスレンズアクチュエータ116は、図8に示すようにTELE状態において空間Aに入り込むことが可能である。すなわち、フォーカスレンズアクチュエータ116は、2体構成の第3のガイド部材113A,113Bを有する防振ユニットと光軸方向に直交する方向において重なる領域に位置することが可能となっている。なお図8では、フォーカスレンズアクチュエータ116は、第3のガイド部材113A,113Bだけでなく、レンズ保持部材102とも光軸方向に直交する方向にて重なるように配置されている。
このように、空間Aは交換レンズユニット200内において有効利用される。TELE状態だけでなく、WIDE状態からTELE状態までの全ズーム状態でフォーカスレンズアクチュエータ116が空間A内に配置されるようにしてもよいし、TELE状態以外のズーム状態においてのみフォーカスレンズアクチュエータ116が空間A内に配置されるようにしてもよい。
例えば、TELE状態(第1のズーム状態)ではフォーカスレンズアクチュエータ116が空間A内に入り込まず、WIDE状態(第2のズーム状態)においてフォーカスレンズアクチュエータ116が空間A内に入り込むようにしてもよい。これにより、TELE状態において大きなシフト量が必要となる補正レンズ103のシフト量をWIDE状態よりも増やす制御が可能となる。これにより、全ズーム状態において良好な防振効果を得つつ、交換レンズユニットを小型化することが可能である。
なお、本実施例では光学機器として交換レンズユニットについて説明したが、レンズユニットが一体に設けられた撮像装置も本発明の実施例に含まれる。
また本実施例では光学素子として補正レンズをシフトさせる場合について説明したが、他の光学素子として撮像素子をシフトさせる場合も本発明の実施例に含まれる。
さらに本実施例では、像振れを補正する光学防振装置について説明したが、防振に限らず、他の用途で光学素子をシフトさせる場合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。
101 固定部材
102 レンズ保持部材
103 補正レンズ
106x,106y 駆動マグネット
107x,107y ヨーク
108x,108y 駆動コイル
111 第1のガイド部材
112 第2のガイド部材
113 第3のガイド部材
114a,114b,114c,114d 転動部材

Claims (12)

  1. 光学素子を光軸方向に直交し、かつ互いに直交する第1の方向および第2の方向に移動させる光学装置であって、
    ベース部材と、
    該ベース部材により保持された駆動コイルと、
    前記光学素子を保持し、前記第1および第2の方向に移動可能な保持部材と、
    前記保持部材により保持され、前記駆動コイルとともに前記保持部材を前記第1および2の方向に駆動する駆動アクチュエータを構成する駆動マグネットと、
    前記保持部材に固定された第1のガイド部材と、
    前記第1のガイド部材を前記第1の方向にガイドする第2のガイド部材と、
    前記ベース部材に固定され、前記光軸方向における前記第2のガイド部材を挟んで前記第1のガイド部材とは反対側において前記第2のガイド部材を前記第2の方向にガイドする第3のガイド部材とを有し、
    前記第1および第2のガイド部材は前記第1の方向を長手方向として互いに対向する溝部を有するとともに、前記第2および第3のガイド部材は前記第2の方向を長手方向として互いに対向する溝部を有し、前記互いに対向する溝部により転動部材を挟持することで前記第1および第2のガイド部材の前記第1および第2の方向へのガイドが行われ、
    前記駆動コイルとして前記保持部材をそれぞれ前記第1の方向および前記第2の方向に駆動するための第1の駆動コイルおよび第2の駆動コイルを有し、前記第1および第2の駆動コイルは前記ベース部材における光軸回りで互いに位相が異なる位置にて保持されており、
    前記光軸方向から見て前記光軸を中心とした周方向について、前記第1、第2および第3のガイド部材は、前記第1および第2の駆動コイルに対して前記光軸方向において重ならない位置に配置されており、
    前記第3のガイド部材は、前記光軸方向に直交する面内において2体で構成され、
    前記光軸方向において、前記第3のガイド部材の少なくとも一部の厚みが前記第1および第2の駆動コイルの厚み内に含まれていることを特徴とする光学装置。
  2. 前記光軸方向における前記駆動マグネットを挟んで前記駆動コイルとは反対側にヨークが配置されおり、
    前記光軸方向において、前記第1および第2のガイド部材と前記第3のガイド部材の少なくとも一部とが、前記ヨークから前記第1および第2の駆動コイルの厚み内に収まっていることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
  3. 前記光軸方向において、前記第1のガイド部材は、前記ヨークよりも前記第2のガイド部材の近くに配置されていることを特徴とする請求項2に記載の光学装置。
  4. 前記光軸方向における前記駆動コイルを挟んで前記駆動マグネットとは反対側に配置された磁気シールド部材を有し、
    前記光軸方向において、前記第3のガイド部材の少なくとも一部の厚みが、前記磁気シールド部材の厚み内に含まれていることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
  5. 前記光軸方向における前記駆動マグネットを挟んで前記駆動コイルとは反対側にヨークが配置されおり、
    前記光軸方向において、前記第1、第2および第3のガイド部材が、前記ヨークから前記磁気シールド部材の厚み内に収まっていることを特徴とする請求項4に記載の光学装置。
  6. 前記光軸方向において、前記第1のガイド部材の厚みが前記駆動マグネットの厚み内に含まれてい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装置。
  7. 光学素子を光軸方向に直交し、かつ互いに直交する第1の方向および第2の方向に移動させて像振れを低減する光学装置であって、
    ベース部材と、
    該ベース部材により保持された駆動コイルと、
    前記光学素子を保持し、前記第1および第2の方向に移動可能な保持部材と、
    前記保持部材により保持され、前記駆動コイルとともに前記保持部材を前記第1および2の方向に駆動する駆動アクチュエータを構成する駆動マグネットと、
    前記保持部材に固定された第1のガイド部材と、
    前記第1のガイド部材を前記第1の方向にガイドする第2のガイド部材と、
    前記ベース部材に固定され、前記光軸方向における前記第1のガイド部材とは反対側において前記第2のガイド部材を前記第2の方向にガイドする第3のガイド部材と、
    前記光軸方向における前記駆動コイルを挟んで前記駆動マグネットとは反対側に配置された磁気シールド部材とを有し、
    前記第1および第2のガイド部材は前記第1の方向を長手方向として互いに対向する溝部を有するとともに、前記第2および第3のガイド部材は前記第2の方向を長手方向として互いに対向する溝部を有し、前記互いに対向する溝部により転動部材を挟持することで前記第1および第2のガイド部材の前記第1および第2の方向へのガイドが行われ、
    前記駆動コイルとして前記保持部材をそれぞれ前記第1の方向および前記第2の方向に駆動するための第1の駆動コイルおよび第2の駆動コイルを有し、前記第1および第2の駆動コイルは前記ベース部材における光軸回りで互いに位相が異なる位置にて保持されており、
    前記光軸方向から見て前記光軸を中心とした周方向について、前記第1、第2および第3のガイド部材は、前記第1および第2の駆動コイルと前記磁気シールド部材に対して前記光軸方向において重ならない位置に配置されており、
    前記第3のガイド部材は、前記光軸方向に直交する面内において2体で構成され、
    前記光軸方向において、前記第3のガイド部材の少なくとも一部の厚みが前記磁気シールド部材の厚み内に含まれていることを特徴とする光学装置。
  8. 請求項1から7のいずれか一項に記載の光学装置を備えたことを特徴する光学機器。
  9. 前記光軸方向に移動可能な可動レンズと、
    該可動レンズを駆動するレンズアクチュエータとを有し、
    前記レンズアクチュエータが、前記光学装置と前記光軸方向に直交する方向において重なるように配置されていることを特徴とする請求項8に記載の光学機器。
  10. 前記レンズアクチュエータは、前記光学機器の光軸を挟んで前記動アクチュエータとは反対側に配置されていることを特徴とする請求項9に記載の光学機器。
  11. 前記光学機器はズームが可能であり、
    前記レンズアクチュエータが前記光学装置と前記光軸方向に直交する方向において重ならない第1のズーム状態を有することを特徴とする請求項9または10に記載の光学機器。
  12. 前記第1のズーム状態では、前記レンズアクチュエータが前記光学装置と前記光軸方向に直交する方向において重なる第2のズーム状態に比べて、前記保持部材の移動量が大きいことを特徴とする請求項11に記載の光学機器。
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