JP2009237227A - 像振れ補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像振れ補正装置を搭載した光学機器の小型化に寄与するレンズ鏡筒の構成を実現する。
【解決手段】一本の光軸上に少なくとも２つ以上のレンズ群が配置され、そのレンズ群のうち少なくとも１つは前記光軸とは略垂直方向に移動可能な像振れ補正用レンズ鏡筒であり、前記像振れ補正用レンズ鏡筒は、面対向型のコイルとマグネットとにより構成される駆動手段を有し、前記コイルと前記マグネットが互いに向かい合う対向面が前記光軸と平行に配置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置に設けられる像振れ補正装置に関するものである。

光軸と垂直をなす平面上で、レンズ群の一部を任意の位置に動かす事で、撮影時の手振れによる像振れを補正する方式の像振れ補正装置に於いて、面対向型のコイル、マグネットを用いた駆動手段を用いる場合、レンズ駆動用コイル、マグネットが互いに向かいあう対向面は、補正レンズの移動平面と平行に配置されるのが一般的である。
特開２００５−２９２２１２号公報

光学機器であるため、当然ながら、駆動用コイル、マグネットは光路を遮ることのないよう、その外側に配設される。しかしながら、レンズ駆動用コイル、マグネットが互いに向かいあう対向面を補正レンズの移動平面と平行に配設した場合、レンズ鏡筒の光軸方向投影面積の増加を招き、光学機器の小型化の障害となってくる。

本発明は、像振れ補正レンズの駆動手段を最適なる位置に配設することで、小型のレンズ鏡筒を提供し、光学機器の小型化に寄与することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の像振れ補正装置は、一本の光軸上に少なくとも２つ以上のレンズ群が配置され、そのレンズ群のうち少なくとも１つは前記光軸とは略垂直方向に移動可能な像振れ補正用レンズ鏡筒であり、
前記像振れ補正用レンズ鏡筒は、面対向型のコイルとマグネットとにより構成される駆動手段を有し、前記コイルと前記マグネットが互いに向かい合う対向面が前記光軸と平行に配置されたことを特徴とするものである。

さらに本発明の像振れ補正装置において、前記像振れ補正用レンズ鏡筒には、所定の方向に駆動する第一の駆動手段と、前記第一の駆動手段と略直交となる方向に駆動するための第２の駆動手段を配設したことを特徴としたものである。

さらに本発明の像振れ補正装置において、前記第１もしくは第２の駆動手段のうちいずれか１つの前記コイルと前記マグネットが互いに向かいあう対向面が、重力の方向と略一致するよう配設されたことを特徴としたものである。

本発明の像振れ補正装置によれば、像振れ補正レンズの駆動手段を最適なる位置に配設することで、小型のレンズ鏡筒を提供し、光学機器の小型化に寄与することができる。

以下に、本発明の像振れ補正装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は本発明にかかる像振れ補正装置の構成の１例を示す分解斜視図である。レンズ鏡筒は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ の計４つのレンズ群で構成される。

１群レンズＬ１は固定枠１に固設されている。

２群レンズＬ２は移動枠２に固設され、鏡筒内を光軸方向に移動することで画像の変倍を行なうものである。移動枠２の案内部２ａに配設された案内穴２ａ１、２ａ２に光軸方向に配設された案内軸１２を、移動枠２の他方に配設された回り止め部２ｂに光軸方向に配設された案内軸１１を係合させることで、２群レンズＬ２を光軸０と略直交させた状態で安定的に鏡筒内を光軸方向に移動させることが可能となる。案内軸１１、１２は固定枠１、固定枠６に設けられた穴（図示せず）に圧入することよって鏡筒内で保持される。

９は移動枠２を光軸方向に駆動するステッピングモータユニットである。ステッピングモータユニット９のモータ９ａ出力軸にはリードスクリュー９ｂが形成され、このリードスクリュー９ｂに移動枠２のラック２ｃを噛み合わせることでリードスクリュー９ｂの回転により移動枠２の光軸方向の移動が可能となる。

Ｌ３は補正レンズ群Ｌ３であって、光学機器の振動によって発生する像振れを、この補正レンズ群Ｌ３を光軸０と略直角をなす平面上で移動させることで光軸を曲げ、像振れを修正するものである。補正レンズ群Ｌ３は縦移動枠３０３に固設され、縦案内軸、係合リブ（いずれも図示せず）によって縦方向移動自在な状態で横移動枠３０２に組み込まれる。さらに縦移動枠３０３、補正レンズユニット３が組み込まれた横移動枠３０２を、横案内軸３０１を保持枠５に光軸０と直交する方向に設けられた穴５ａ、５ｂ（図示せず）に圧入、係合リブ３０２ａを補正レンズ保持枠５の係合部（図示せず）に係合することで、補正レンズ群Ｌ３が光軸０に略直交する平面上を横方向移動自在な状態で配設する。前述したように補正レンズ群Ｌ３は縦方向移動自在な状態で横移動枠３０２に既に組み込まれているため、結果、補正レンズ群Ｌ３は光軸０に略直交する平面上を縦横自在に移動が可能となる。

４群レンズＬ４は移動枠４に固設され、鏡筒内を光軸方向に移動することで画像のピント合わせを行なうものである。移動枠４の案内部４ａに配設された案内穴４ａ１、４ａ２に光軸方向に配設された案内軸１２を、移動枠４の他方に配設された回り止め部４ｂに光軸方向に配設された案内軸１１を係合させることで、４群レンズＬ４を光軸０と略直交させた状態で安定的に鏡筒内を光軸方向に移動させることが可能となる。

１０は移動枠４を光軸方向に駆動するステッピングモータユニットである。ステッピングモータユニット１０のモータ１０ａ出力軸にはリードスクリュー１０ｂが形成され、このリードスクリュー１０ｂに移動枠４のラック４ｃを噛み合わせることでリードスクリュー１０ｂの回転により移動枠４の光軸方向の移動が可能となる。

７は撮像素子ユニットであって、レンズ群Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４によって結像された画像を電気信号に変換する。撮像素子７０１は取付け板７０２の所定の位置に接着等で固設され、ビス７０３にて固定枠６後端の結像位置で撮像素子７０１の撮像面が光軸０と直交するよう配設される。

８は撮影光学系に入射した光量を変化させる光量調節ユニットであって、開口部８ａで絞り板（図示せず）を移動させ、開口面積を変化させることで光量調整を行なうものである。本実施の形態では光量調節ユニット８を２群レンズＬ２と補正レンズ群Ｌ３との間に配設している。

図２は本発明の主要部である補正レンズユニット３が保持枠５に組み込まれた状態を鏡筒後上方から見た斜視図である。補正レンズユニット３は横案内軸３０１と保持枠５に設けられた係合リブ５ｃによって補正レンズ群Ｌ３が光軸０と略直角をなす状態で保持されている。１３、１４は、ヨーク板３０４、３０５、マグネット３１１、３１２、コイル（図示せず）、ホール素子（図示せず）で構成される駆動ユニットであり、駆動ユニット１３は横方向、駆動ユニット１４は縦方向の駆動力を発生させている。３０６は駆動電力の供給、ホール素子の信号を伝えるための接続ケーブルであり、駆動ユニットのコイルに接続されている。接続ケーブル３０６は補正レンズ群Ｌ３を保持、移動する横移動枠３０２、縦移動枠３０３のスムースな動きを妨げないようフレキシブルプリント基板のような柔らかい材質のもので構成されることが望ましい。

図３は本発明の主要部である補正レンズユニット３の分解斜視図である。縦移動枠３０３には補正レンズユニット３が接着、カシメ等の手段によって固設されている。縦移動枠３０３には、ホール素子３１０を実装し、回路パターンでコイルを形成した縦駆動コイル３０９が接着等によって固設されている。本実施の形態では省スペースのために回路パターンコイルを用いたが、通常の巻き線コイルを用いても良い。またこの縦移動枠３０３の移動方向は、本レンズ鏡筒の光軸０に直角で、なおかつ通常の使用姿勢時に重力が働く方向と一致するよう配設している。

次に、縦移動枠３０３の横移動枠３０２への組み込みについて説明する。縦移動枠３０３には縦案内軸３１３に対し摺動自在なる直径の案内穴３０３ｂ、３０３ｃ、さらに係合部３０３ａが設けられている。係合部３０３ａを横移動枠３０２の相対する係合部３０２ｃに係合させて縦移動枠３０３を横移動枠３０２の所定の位置においた後、縦案内軸３１３を横移動枠３０２に縦案内軸３１３に対し圧入寸法で設けた軸保持穴３０２ｂより挿入し、縦移動枠３０３の案内穴３０３ｂ、３０３ｃ、さらに横移動枠３０２に設けられたもう一つの軸保持穴（図示せず）まで貫通させる。

このとき、動作時、縦移動枠３０３と横移動枠３０２の相対位置、動作範囲を規制するために縦移動枠３０３に配設されたストッパー（図示せず）が横移動枠３０２に設けられたストローク規制穴３０２ｄの規制壁３０２ｄ１、３０２ｄ２で構成される隙間に係合される。一対の軸保持穴によって縦案内軸３１３は安定的に保持され、縦移動枠３０３は縦案内軸３１３の方向に、ストッパーと規制壁３０２ｄ１、３０２ｄ２で設定された範囲を摺動自在に保持される。

駆動部の構成について詳細に説明する。コの字に形成されたヨーク板３０５の内側にマグネット３１２を固設する。このときマグネット３１２を設置しないヨーク板面とマグネット面とで作られる隙間３０５ｂに磁路が形成される。この隙間３０５ｂの幅は、前述のコイル３０９の厚さより若干（数百マイクロメートル）広く設定され、動作時コイル３０９とマグネット３１２やヨーク板３０５がこすれず、しかも磁路には高い磁束密度が得られるよう設定されている。本例のように、マグネットを保持するバックプレートと磁路を形成するヨーク版を一体化することで、組み立て時にヨーク板が不用意にマグネットに吸着されることがなく、部品点数も削減され、作業性の良い構成を提供できるものである。

隙間３０５ｂにコイル３０９が入る状態で、前述のマグネット３１２が固設されたヨーク板３０５を横移動枠３０２の所定の位置に固定する。これでヨーク板３０５、マグネット３１２、コイル３０９により縦移動用の磁気回路が形成されることになる。コイル３０９に電流を流すと、マグネット３１２とコイル３０９に発生する磁力線相互の吸引反発によるローレンツ力が発生し、縦移動枠３０３を光軸に対し略直角方向に移動させる。

横移動枠３０２にも、ホール素子３０８を実装し、回路パターンでコイルを形成した横駆動コイル３０７が接着等によって固設されている。この場合も省スペースのために回路パターンコイルを用いたが、通常の巻き線コイルを用いても良い。

次に、横移動枠３０２の保持枠５への組み込みについて説明する。横移動枠３０２には横案内軸３０１に対し摺動自在なる直径の案内穴３０２ｆ、さらに係合部３０２ａが設けられている。係合部３０２ａを保持枠５の相対する係合部５ｃに係合させて横移動枠３０２を保持枠５の所定の位置においた後、横案内軸３０１を保持枠５に横案内軸３０１に対し圧入寸法で設けた軸保持穴５ａより挿入し、横移動枠３０２の案内穴３００２ｆ、さらに保持枠５に設けられたもう一つの軸保持穴５ｂまで貫通させる。

このとき同時に、動作時、横移動枠３０２の相対位置、動作範囲を規制するため、横移動枠３０２に配設された規制リブ３０２ｅ１、３０２ｅ２の間に保持枠５に設けられたストッパー５ｄが係合される。一対の軸保持穴５ａ，５ｂによって横案内軸３０１は安定的に保持され、横移動枠３０２は横案内軸３０１の方向に、ストッパー５ｃと規制リブ３０２ｅ１、３０２ｅ２で設定された範囲を摺動自在に保持される。なお、この横移動枠３０２の移動方向は、本レンズ鏡筒の光軸０に直角で、なおかつ通常の使用姿勢時に重力が働く方向と略直角をなすよう配設している。

横方向の駆動部の構成について説明する。コの字に形成されたヨーク板３０４の内側にマグネット３１１を固設する。このときマグネット３１１を設置しないヨーク板面とマグネット面とで作られる隙間３０４ｂに磁路が形成される。この場合も、隙間３０４ｂの幅は、前述のコイル３０７の厚さより若干（数百マイクロメートル）広く設定され、動作時コイル３０７とマグネット３１１やヨーク板３０４がこすれず、しかも磁路には高い磁束密度が得られるよう設定されている。

隙間３０４ｂにコイル３０７が入る状態で、前述のマグネット３１１が固設されたヨーク板３０４を保持枠５の所定の位置に固定する。これでヨーク板３０４、マグネット３１１、コイル３０７により横移動用の磁気回路が形成されることになる。コイル３０７に電流を流すと、マグネット３１１とコイル３０７に発生する磁力線相互の吸引反発によるローレンツ力が発生し、横移動枠３０２を光軸に対し略直角方向に移動させる。

なお、本実施の形態の構成によれば、重力に抗して移動する部品が補正レンズ群Ｌ３を保持した縦移動枠３０３とコイル３０９という必要最小限のものとなる為、基準位置（補正レンズ群Ｌ３のレンズ中心と本レンズ鏡筒の光軸が一致した状態）に保持する際、供給電力の節約となり、バッテリ駆動を基本とするビデオカメラ、電子スチルカメラ等に好適な構成である。また、移動部品も軽量となるため、バッテリ、コイルの小型化も容易であるため、機器の小型化、コスト低減にも寄与するものである。

本実施の形態の補正レンズ群Ｌ３の制御について図４、図５、図６を用いて説明する。

図４は補正レンズ群Ｌ３と各部品間相対位置、動作範囲の関係を模式的に示した図である。本図において補正レンズ群Ｌ３のレンズ中心は本レンズ鏡筒の光軸と一致した状態（基準位置）で示している。したがって、像振れの無い場合、補正レンズ群Ｌ３はこの位置に保持されることになる。

補正レンズ群Ｌ３の動作範囲は、縦方向の場合、縦移動枠３０３に設けられた縦方向ストッパーと横移動枠３０２に設けられた規制壁３０２ｄ１、３０２ｄ２で決定される。総移動量は（補正量Ａ）＋（補正量Ｂ）となり、補正レンズ群Ｌ３のレンズ中心が縦案内軸３１３の方向で本レンズ鏡筒の光軸と一致した状態のとき（補正量Ａ）＝（補正量Ｂ）となるよう設定されている。実際の補正量は数百マイクロメートルが一般的である。

横方向の場合も同様に、保持枠５に設けられたストッパー５ｃと横移動枠３０２に設けられた規制リブ３０２ｅ１、３０２ｅ２で決定される。総移動量は（補正量Ｃ）＋（補正量Ｄ）となり、補正レンズ群Ｌ３のレンズ中心が横案内軸３０１の方向で本レンズ鏡筒の光軸と一致した状態のとき（補正量Ｃ）＝（補正量Ｄ）となるよう設定されている。

このように構成された補正レンズユニット３の補正レンズ群Ｌ３の基準位置検出の方法について説明する。

前述のように移動枠に固設されたコイルにはホール素子が配設されており、移動枠の移動と共にマグネットに対して相対的に移動する。また、図５に示すようマグネットは移動枠の移動方向にＳ／Ｎ極の着磁切り替えがあり、その切り替え位置は補正レンズ群Ｌ３が基準位置にあるとき、ホール素子の中心と略一致するようマグネットとホール素子の相対位置を設定している。

図５では補正レンズ群Ｌ３を保持した移動枠が、端点１（一方の移動方向に最大限移動した位置）、基準位置、端点２（前記と反対方向に最大限移動した位置）にあるときの規制リブとストッパー、マグネットとホール素子の相対位置とホール素子出力の一例を示している。例では、端点１側に移動枠がある場合、ホール素子はマグネットのＮ極側に位置し、プラス電位 Ｖ１ の出力を発生している。基準位置に移動枠がある場合、ホール素子は略マグネットのＳ／Ｎ着磁切り替え部に位置し、出力は略ゼロとなる。また、端点２側に移動枠がある場合、ホール素子はマグネットのＳ極側に位置し、マイナス電位 Ｖ２ の出力を発生している。図５のグラフは移動枠の位置とホール素子出力の関係を表している。図では分かりやすくする為ホール素子の移動量を誇張して描いているが、実際には、ホール素子はマグネットのＳ／Ｎ着磁切り替え部を中心に数百マイクロメートルの範囲で移動するので、移動枠の位置とホール素子出力の関係は図５のグラフのように一次関数の関係を示す。

図５のグラフに示すようなホール素子出力のデータが得られると、端点１から端点２に至るまでの総電位差 Ｖ に対し Ｖ／２ となる電位 （Ｖ１＋Ｖ２）／２ が算出される。Ｖ１、Ｖ２間で電位は一次関数的に変化するので、ホール素子出力が（Ｖ１＋Ｖ２）／２ の電位を示す位置が本レンズ鏡筒の光軸と補正レンズ群Ｌ３の中心が一致する基準位置となる。

次に補正レンズユニット３の動作制御について説明する。

図６は本実施の形態の制御ブロック図である。レンズ鏡筒の振動に起因する像振れがない場合には、ホール素子出力が（Ｖ１＋Ｖ２）／２ を示すよう制御することで補正レンズ群Ｌ３の中心を本レンズ鏡筒の光軸位置に保持することができる。撮影中、レンズ鏡筒が振動した場合、振れ検出部（加速度センサ）で振動量を検知し、マイコン処理にてそれを補正するに足りる移動量を得るための電力を駆動機構に供給することで、撮像面の像触れを補正するものである。レンズ鏡筒の振動が収束すると、ホール素子出力が（Ｖ１＋Ｖ２）／２ を示すよう制御し、補正レンズ群Ｌ３の中心を本レンズ鏡筒の光軸位置に再び保持する。

なお、本実施の形態ではムービングコイル型のアクチュエータを用いて補正レンズ群Ｌ３を駆動する場合について説明したが、本発明はマグネットを縦移動枠３０３、横移動枠３０２に固設したムービングマグネット型のアクチュエータを用いる場合にも適用できる。

本発明にかかる像振れ補正装置は、レンズ鏡筒の小型化を可能とし、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等、さらには、カメラ本体に対して着脱可能な交換レンズ装置や、棒新機能を有する双眼鏡等の光学機器の小型化に寄与する物である。

本発明にかかる実施の形態のレンズ鏡筒の構成を示す分解斜視図 本発明にかかる実施の形態の主要部である補正レンズユニットが保持枠に組み込まれた状態を鏡筒後上方から見た斜視図 本発明にかかる実施の形態の主要部である補正レンズユニットの分解斜視図 本発明にかかる実施の形態の補正レンズ群と各部品間相対位置、動作範囲の関係を模式的に示した図 本発明にかかる実施の形態の補正レンズ群、マグネット、ホール素子の相対位置とホール素子出力の関係を示す図 本発明にかかる実施の形態の制御ブロック図

符号の説明

Ｌ１ １群レンズ
Ｌ２ ２群レンズ
Ｌ３ 補正レンズ群
Ｌ４ ４群レンズ
１ 固定枠
２ 移動枠
３ 補正レンズユニット
４ 移動枠
５ 保持枠
６ 固定枠
７ 撮像素子ユニット
８ 光量調節ユニット
９、１０ ステッピングモータユニット
１１、１２ 案内軸

Claims (3)

1. 一本の光軸上に少なくとも２つ以上のレンズ群が配置され、そのレンズ群のうち少なくとも１つは前記光軸とは略垂直方向に移動可能な像振れ補正用レンズ鏡筒であり、
   前記像振れ補正用レンズ鏡筒は、面対向型のコイルとマグネットとにより構成される駆動手段を有し、前記コイルと前記マグネットが互いに向かい合う対向面が前記光軸と平行に配置されたことを特徴とする像振れ補正装置。
2. 前記像振れ補正用レンズ鏡筒には、所定の方向に駆動する第一の駆動手段と、前記第一の駆動手段と略直交となる方向に駆動するための第２の駆動手段を配設したことを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
3. 前記第１もしくは第２の駆動手段のうちいずれか１つの前記コイルと前記マグネットが互いに向かいあう対向面が、重力の方向と略一致するよう配設されたことを特徴とする請求項２に記載の像振れ補正装置。

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