JP2015012438A

JP2015012438A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2015012438A
Application number: JP2013136164A
Authority: JP
Inventors: 耕平上村; Kohei Kamimura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2015-01-19

Abstract

【課題】単純な構成で、高精度に撮像素子を回動させ、回動中心の変位による像振れを抑えること。
【解決手段】ベース部材５と、撮像素子１を保持する部材を回動可能に保持する回動部材３と、ベース部材５に備えられ、駆動軸４ｔを回転するモータ４と、駆動軸４ｔに螺合するナット部材６と、回動部材３の一部とナット部材６を当接させる方向へ付勢するばね８０とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、手振れなどによる画像の像振れを光学的に補正する像振れ補正機構を備えた撮像装置に関するものである。

従来、カメラやカムコーダを用いて撮影者が手持ちで撮影する場合、撮影者の手振れ等によって撮像画像に像振れが発生することがあった。この像振れを軽減するために、撮像光学系に含まれる一部のレンズ（補正レンズ）、または撮像素子を撮像光学系の光軸に対して垂直な方向へ移動させる機構を備えた像振れ補正装置が知られている。これらの像振れ補正装置によってカメラやカムコーダの光軸が傾く方向（ピッチ方向およびヨー方向）の振れによる像振れは補正可能である。

一方、カメラやカムコーダの光軸周り（ロール方向）の振れも像振れに影響を及ぼす。特許文献１に開示された像振れ補正装置は、カメラのロール方向の傾きを傾斜センサで検出し、撮像素子を回動させる回動機構を備えている。

特開平０６−０３０３２７号公報

しかしながら、特許文献１に示されるような回転軸の構成では、軸と軸受穴との嵌合によってガタが生じる。また歯車により回動させる為、バックラッシにより駆動ガタも生じ、外周の歯車により大型化してしまう。

そこで、本発明の目的は、単純な構成で大型化することなく、撮像素子の高精度な回転駆動が可能な像ぶれ補正装置機構を備え撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、ベース部材と、撮像素子を保持する部材を回動可能に保持する回動部材と、前記ベース部材に備えられ、駆動軸を回転する駆動手段と、前記駆動軸に螺合する螺合部材と、前記回動部材の一部と前記螺合部材を当接させる方向へ付勢する付勢手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、単純な構成で装置の大型化を伴わずに、撮像素子の高精度な回転駆動が可能な像ぶれ補正装置機構を備え撮像装置を提供することができる。

本発明を用いた像振れ補正機構を備えたカメラの実施形態を模式的に示す図である。第２補正ユニット２１の分解斜視図である。（ａ）第２補正ユニット２１を光軸方向撮像素子側から見た図である。（ｂ）第２補正ユニット２１を光軸方向被写体側から見た図である。回動部材３の斜視図である。回動部材３の斜視図である。モータ４とナット部材６の詳細図である。ナット部材６を駆動したときのナット部材６と回動部材３が向き合う角度を示す図である。図６に示されるＤ−Ｄ断面からナット部材６を見た図である。図３（ａ）に示される第２補正ユニット２１のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）に示される第２補正ユニット２１のＢ−Ｂ断面図である。図３（ａ）に示される第２補正ユニット２１のＣ−Ｃ断面図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜１１に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態にかかる像振れ補正機構を搭載した、レンズ鏡筒１０とカメラ本体２０を有する撮像装置としてのデジタルカメラの模式図である。なお、本発明は本実施形態に限られるものではなく、レンズ鏡筒１０がカメラ本体２０に対して着脱可能なデジタル一眼レフカメラであってもよい。その場合、像振れ補正機構は、撮像素子を有するユニット（カメラ本体２０）側に配置される。

像振れ補正機構としての第２補正ユニット２１は、撮像装置に加わる振れによって生じる撮像面上の像の揺れのうち、レンズ鏡筒１０の光軸Ｏ周りの方向（ロール方向）の像振れを軽減する。また、本発明の実施形態においては、第２補正ユニット２１とは別に、ピッチ方向およびヨー方向の振れによる像振れを補正するための第１補正ユニット１１をレンズ鏡筒１０に備える。

レンズ鏡筒１０は、補正レンズＬ１および固定レンズＬ２の他に撮像光学系を形成するレンズ群を備える。第１補正ユニット１１は像振れ補正用ベース部材１２および保持枠１３からなる。像振れ補正用ベース部材１２はレンズ鏡筒１０に固定される。また、像振れ補正用ベース部材１２は固定レンズＬ２を保持している。

保持枠１３は補正レンズＬ１を保持している。像振れ補正用ベース部材１２および保持枠１３は像振れ補正のためのアクチュエータである駆動コイル１２ａおよびマグネット１３ａを保持する。本実施例においては像振れ補正用ベース部材１２が駆動コイル１２ａを保持し、保持枠１３がマグネット１３ａを保持する。しかしながら、像振れ補正用ベース部材１２がマグネットを保持し、保持枠１３が駆動コイルを保持する構成であってもよい。

振れ検出部１４は例えばジャイロセンサなどの振れ検出センサである。振れ検出部１４はレンズ鏡筒１０に配置されている。振れ検出部１４はレンズ鏡筒１０の光軸Ｏが傾く方向（ピッチおよびヨー方向）の振れを検出し、振れ信号を出力する。レンズ鏡筒１０に配置されているレンズ駆動制御部３１は振れ検出部１４からの振れ信号に基づいて駆動コイル１２ａへの通電を制御し、光軸（図のО軸参照）に垂直な方向に補正レンズＬ１を移動させる。

次に、カメラ本体２０に設けられた第２補正ユニット２１と駆動制御部３０について説明する。なお、レンズ鏡筒と撮像素子が一体となっているタイプであれば第２補正ユニット２１はレンズ鏡筒１０に配置されていてもよい。その場合、駆動制御部３０はレンズ側にあってもよいし、レンズ駆動制御部３１と一体であってもよい。

カメラ本体２０に配置されている第２補正ユニット２１は、撮像素子１の固定プレート２、撮像素子１を固定している回動部材３、モータ４、ベース部材５、ナット部材６（図２）、複数（３つ）のボール７、板ばね８およびばね８０（図２）を有する。そして回動部材３は、ベース部材５とともにボール７を挟持し、ボール７の転がり摩擦によって光軸Оを中心に回動可能である。なお、詳細な構成は後述する。

カメラ本体２０に配置されている姿勢検出部２２はカメラの姿勢を検出するセンサである。姿勢検出部２２は、たとえばカメラの光軸Ｏ周り方向（ロール方向）の傾きを検出する加速度センサなどである。また、姿勢検出部２２は振れ検出センサ、３軸周り方向（ピッチ、ヨー、ロール方向）のうち少なくともロール方向の振れを検出するジャイロセンサを備える。

カメラ本体２０に配置されている駆動制御部３０は、姿勢検出部２２から振れ信号や姿勢信号といった検出信号を取得する。そして駆動制御部３０は、振れまたは姿勢変化に伴って生じるロール方向の像振れまたは傾きを抑制するように、姿勢検出部２２からの出力に基づいてモータ４に電流を流す制御を行う。モータ４が駆動することによって回動部材３が図３の力ｆ方向または逆方向（−ｆ方向）に移動する。

次に、図２〜１１を用いて、本実施形態の像振れ補正装置としての第２補正ユニット２１を詳細に説明する。図２は第２補正ユニット２１の分解斜視図である。図３（ａ）は第２補正ユニット２１を光軸方向撮像素子側から見た図である。図３（ｂ）は第２補正ユニット２１を光軸方向被写体側から見た図である。図４は回動部材３の斜視図である。図５は回動部材３の斜視図であり、図４とは異なる方向からの見た図である。

図６はモータ４とナット部材６の詳細図である。図７はナット部材６を駆動したときのナット部材６と回動部材３が向き合う角度を示す図である。図８は図６に示されるＤ−Ｄ断面からナット部材６を見た図である。図９は図３に示される第２補正ユニット２１のＡ−Ａ断面図である。図１０は図３に示される第２補正ユニット２１のＢ−Ｂ断面図である。図１１は図３に示される第２補正ユニット２１のＣ−Ｃ断面図である。なお、以下では装置を基準として光軸方向被写体側を正面側および前方とし、その光軸方向撮像素子側を背面側および後方とする。

撮像素子１は、レンズ鏡筒１０に設けられた撮像光学系を通して被写体を撮像して電気信号に変換する。撮像素子１は例えばＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）型やＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型のイメージセンサである。

光軸Ｏは、撮像面と直交する軸のうち撮像面の中心を通る軸であることが光学特性上望ましい。固定プレート２は撮像素子１を固定する板金である。固定プレート２は撮像素子１の保持部２ａおよび回動部材３への取り付け部２ｂ、２ｃ、２ｄを有する。

回動部材３はレンズ鏡筒１０に設けられた撮像光学系からの光を通過させる開口部３ａ（図４参照）を有する。そして回動部材３は撮像素子１および撮像素子１を保持した固定プレート２を受け入れる配置用スペースを有する。固定プレート２の取り付け部２ｂ、２ｃ、２ｄは回動部材３の取り付け部３ｂ、３ｃ、３ｄにビスによって締結されて固定される。

また、回動部材３は外周部に、溝部３ｈ、３ｉ、３ｊ（図４、図５参照）が形成される。これらの溝部３ｈ、３ｉ、３ｊは、図９に示すように、深くなるほど幅が狭くなるＶ溝または台形溝である。溝部３ｈ、３ｉ、３ｊはそれぞれの側面に傾斜面が形成される。可動支持部材としてのボール７（ボール７ｈ、７ｉ、７ｊ）を溝部３ｈ、３ｉ、３ｊにそれぞれ配置すると、溝部３ｈ、３ｉ、３ｊの傾斜面がボール７にそれぞれ当接する。これによって溝部３ｈ、３ｉ、３ｊはボール７ｈ、７ｉ、７ｊの撮像面方向（ラジアル方向）と光軸方向への移動を規制する。

また、これらの溝部３ｈ、３ｉ、３ｊは、光軸周り方向に溝が延びるよう形成される。溝部３ｈ、３ｉ、３ｊの溝が光軸周り方向に延在することで、回動部材３はボール７を介してベース部材５に対して光軸回り方向に回転可能である。

回動部材３は、図４に示すように当接部３ｋ、ばね取り付け部３ｍ、回転規制軸３ｒ、および位置検出用突起部３ｓを有する。これらについては詳細に説明する。

先ず、図４〜８を用いて当接部３ｋについて説明する。当接部３ｋはモータ４の駆動軸４ｔ（図７）を挟み込むように光軸方向に間隔を有して形成される。また、図４に示すように、当接部３ｋは駆動軸４ｔを挟み込めるように半長円形状に形成されている。そして、図８に示すように当接部３ｋは半長円形状の対辺でナット部材６と２箇所で線接触している。なお、当接部３ｋは半円形状、半楕円形状、または半卵型形状でもよい。また当接部３ｋはナット部材６と点接触でもよく、接触箇所も２箇所でなくてもよい。

ベース部材５はカメラ本体２０に固定される。ベース部材５は、駆動手段としてのモータ４を取り付けるためのモータ取り付け部５ｅを有する。図３（ｂ）、図６に示したように、モータ取り付け部５ｅに駆動軸４ｔにナット部材６が螺合されたモータ４を固定、保持する。

図４〜６に示すように、ばね取り付け部３ｍは第１の付勢手段としてのばね８０の第１の端部８０ｍが取り付けられる。一方で、ベース部材５はばね８０の第２の端部８０ｎが取り付けられるばね取り付け部５ｎを有する。そして図６にあるように、ばね８０の付勢力によって回動部材３はベース部材５およびナット部材６に対して付勢される。

駆動制御部３０からモータ４に電流を流すことによって、モータ４の駆動軸４ｔが回転する。モータ４の駆動軸４ｔの回転によって、モータ４の駆動軸４ｔに螺合されたナット部材６は駆動軸４ｔに沿って直進移動する。また、ナット部材６に設けられた回転規制部６ｒ（図８）が回転規制軸３ｒと係合している。これによってナット部材６はモータ４の駆動に対して回転すること無く回転規制軸３ｒに対して相対移動する。

このナット部材６が直進運動をすることによって、当接部３ｋとナット部材６との線接触している箇所もしくは点接触している箇所の位置を変化させながら、回動部材３が光軸を中心とした回転運動を行う。当接部３ｋとナット部材６との接触箇所の具体的な変化について、図７を用いて説明する。

図７（ａ）はモータ４がナット部材６をＰ１方向に駆動する時の図である。ナット部材６をＰ１方向に駆動する場合、ナット部材６と当接部３ｋが成す角度は角度Ｖとなる。

図７（ｂ）はモータ４がナット部材６をＰ２方向に駆動する時の図である。ナット部材６をＰ２方向に駆動する場合、ナット部材６と当接部３ｋが成す角度は角度Ｗとなる。たとえばナット部材６をＰ１方向に駆動してからＰ２方向に駆動した場合、ナット部材６と当接部３ｋが成す角度が角度Ｖから角度Ｗへと変化する。

本実施形態においては、当接部３ｋとナット部材６は線接触もしくは点接触している。そして当接部３ｋとナット部材６との接触位置を移動させながら回動部材３を光軸を中心に回動しているため、当接部３ｋとナット部材６が成す角度変化の影響を受けない。また当接部３ｋとナット部材６との接触位置が移動しても、当接部３ｋは駆動軸４ｔの軸上にてナット部材６と当接する。よって、駆動軸４ｔに対してナット部材６が大きく傾くことがない。

また、図８に示すように、回転規制軸３ｒはナット部材６に設けられた回転規制部６ｒと係合する。そして回転規制部６ｒはモータ４を駆動する時に回転規制軸３ｒに対して相対移動する。以上より、モータ４を駆動する時に、ナット部材６が移動して回動部材３をスムーズに回動させることができる。

なお、図４，５の位置検出用突起部３ｓはフォトセンサ（不図示）によって回動部材３の基準位置を検出するための突起部である。ベース部材５は不図示のセンサー保持部５ｓを有している。センサー保持部５ｓはフォトインタラプラを保持している。そしてこの不図示のフォトインタラプラ等が位置検出用突起部３ｓを検出することでベース部材５に対する回動部材３の基準位置を検出する。

図９は図３（ａ）に示される第２補正ユニット２１のＡ−Ａ断面図である。図１０は図３（ａ）に示される第２補正ユニット２１のＢ−Ｂ断面図である。図９、１０を用いて回動部材３、ベース部材５、ボール７ｈ、および板ばね８の関係を示す。

図９、１０は、回動部材３の溝部３ｈ、ベース部材５の受け溝５ｈ、ボール７ｈ、そして板ばね８の関係を示している。本実施形態において、受け溝５ｈは他の受け溝５ｉ，５ｊとは異なる形状になっている。すなわち、板ばね８によって回動部材３をベース部材５に対して付勢することで、回動部材３と受け溝５とのガタを無くしている。

ボール７ｈは回動部材３をベース部材５に対して回動可能に支持する。図９に示すように、板ばね８（付勢部材）はボール７ｈを光軸（撮像面と直交する軸）方向に対して角度θでベース部材５に対して付勢する。ここで、光軸方向に対する付勢力方向の角度θは、０°＜θ＜９０°である。

図９に示すように、ボール７ｈには板ばね８の付勢力Ｆ１が働く。ボール７ｈが溝部３ｈの傾斜面に当接することで、板ばね８の付勢力Ｆ１は光軸方向の分力Ｆ２と撮像面方向（ラジアル方向）の分力Ｆ３とに分けられる。ここで、ボール７ｈは溝部３ｈによって撮像面方向（ラジアル方向）と光軸方向への移動を規制されているため、付勢力Ｆ１をＦ２とＦ３にロスなく分けることができる。

分力Ｆ２およびＦ３によって板ばね８はボール７ｈを介して回動部材３をベース部材５に近づける方向に付勢する。すなわち、板ばね８はボール７ｈを光軸方向および光軸に直交する方向（撮像面方向）にそれぞれ分力が働くように付勢する。

具体的には、付勢力Ｆ１の光軸方向の分力Ｆ２はボール７ｈを受け溝５ｈに押しつける。また、分力Ｆ２は回動部材３をベース部材５に対して光軸方向に押し付ける。付勢力Ｆ１の撮像面方向の分力Ｆ３はボール７ｈを溝部３ｈに押しつける。すなわち、分力Ｆ３は回動部材３をベース部材５に対して光軸に直交する方向（撮像面方向）に押し付ける。

なお、本実施形態においては、受け溝５ｉ、５ｊおよび溝部３ｈ、３ｉ、３ｊが傾斜面を有するＶ溝または台形溝に形状されている。受け溝５ｉ、５ｊおよび溝部３ｈ、３ｉ、３ｊは、この傾斜面によって光軸方向への移動と撮像面方向への移動を規制している。しかしながら、回動部材３またはベース部材５のいずれか一方にのみ傾斜面を有する溝（受け溝または溝部）が設けられてもよい。

図１１は、図３（ａ）のＣ−Ｃ断面を示し、回動部材３の溝部３ｊ、ベース部材５の受け溝５ｊ、そしてボール７ｊの関係を示している。

ボール７ｊは回動部材３の溝部３ｊとベース部材５のボール受け溝５ｊとで挟み込まれるように配置される。回動部材３はボール７ｈにかかる力Ｆ３によって光軸に対して垂直方向に付勢されている。そのため、図９の分力Ｆ３の分力である分力Ｆ５（図３に示す）がボール７ｊを介して溝部３ｊを受け溝５ｊへ付勢する。同様に、図示してはいないが、分力Ｆ３の分力である分力Ｆ４（図３（ａ）に示す）は、ボール７ｉを介して溝部３ｉを受け溝５ｉへ付勢する。これにより回転部材３は光軸方向と光軸に対して垂直方向（撮像面方向）のガタを吸収することができる。

図２に示す姿勢検出部２２はカメラ本体２０の振れまたは姿勢ならびにその両方を検出し、検出信号を駆動制御部３０に出力する。駆動制御部３０は、振れまたは姿勢変化に伴って生じるロール方向の像振れまたは傾きを抑制するように、回動部材３の駆動制御を行う。

以上、本実施形態によれば、ばね８０（付勢手段）の付勢力によって回動部材３をナット部材６に当接させ光軸を中心に回転する方向へのガタを吸収するようにしている。また、溝部（３ｈ、３ｉ、３ｊ）とボール７とを付勢部材（板ばね８）の付勢力によって当接させているので、板ばね８の付勢力Ｆ１の分力Ｆ２によって、ベース部材５に対する回動部材３の光軸方向におけるガタを吸収することができる。

また、板ばね８によって発生する付勢力Ｆ１の分力Ｆ３によって、ベース部材５に対する回動部材３の撮像面方向（光軸に直交する方向）におけるガタを無くすことができる。したがって、回転軸が不要なため、撮像素子側を大型化することがない。また、板ばね８によって発生する付勢力Ｆ１の分力Ｆ２および分力Ｆ３が働くことで、回動部材３がガタついて像振れ補正に影響を及ぼすのを防止できる。

（変形例）
本発明は以上に説明した実施形態に限定されることなく、下記に示す種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）本発明の実施形態では、撮像素子１の移動はロール方向の回動のみ行うものとし、ピッチおよびヨー方向の移動は補正レンズＬ１によって行うものとした。これに限らず、ボール受け溝５ｈ、５ｉ、５ｊを有するベース部材５そのものがピッチ方向およびヨー方向へ像振れ補正可能な構成でもよい。
（２）本発明の実施形態では、撮像素子１および回動部材３の回動中心は光軸Оと一致するものとしたが、中心位置はこれに限るものではなく、必要に応じて別の位置に設定してもよい。その際に、撮像素子および回動部材３の回動中心と光軸Ｏのずれによって生じる像振れを駆動制御部３０が演算し、第１補正ユニット１１で補正してもよい。
（３）本発明の実施形態ではナット部材６が係合部材の例として用いられている。しかしナット部材６の代わりにラックを用いても良い。
（４）本発明の実施形態では板ばね８は１つである。しかしながら複数あっても良い。また、溝部（３ｈ、３ｉ、３ｊ）、受け溝（５ｈ、５ｉ、５ｊ）、ボール（７ｈ、７ｉ、７ｊ）はそれぞれ３つずつであるが、４つ以上ずつあっても良い。

なお本発明は、静止画撮影を主目的とするデジタルスチルカメラに限らず、動画撮影を主目的とするビデオカメラやデジタル一眼レフカメラのような他の形態の撮像装置や光学機器にも利用できる。また、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話やゲーム機器など、本実施形態の像振れ補正装置を搭載した電子機器にも幅広く適用できる。

４モータ
６ナット部材
８０ばね

Claims

ベース部材と、
撮像素子を保持する部材を回動可能に保持する回動部材と、
前記ベース部材に備えられ、駆動軸を回転する駆動手段と、
前記駆動軸に螺合する螺合部材と、
前記回動部材の一部と前記螺合部材を当接させる方向へ付勢する付勢手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
前記螺合部材は前記駆動手段の駆動軸と点接触もしくは線接触することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記回動部材と前記ベース部材との間に配置され、前記回動部材を前記ベース部材に対して回動可能に支持する複数のボール部材をさらに有し、
前記ボール部材は、前記回動部材および前記ベース部材の少なくとも一方に設けられた溝部に挟持され、
前記溝部は深くなるにつれて幅が狭くなる断面形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
少なくとも１つの前記ボール部材を前記回動部材に対して前記ベース部材方向に付勢する第２の付勢手段をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。