JP4143318B2

JP4143318B2 - レンズ鏡筒およびこれを用いた光学機器

Info

Publication number: JP4143318B2
Application number: JP2002093996A
Authority: JP
Inventors: 雅彦都築
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: US6819500B2; US20030184878A1; JP2003295249A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ鏡筒およびこれを用いたビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、手持ち撮影時等において生じ易い手ぶれ等による像ぶれを防止するため、カメラのぶれ状況をぶれ検出手段によって検出し、その検出結果に応じて補正レンズを光軸に直交する方向にシフト移動させる構成を持つ像ぶれ補正装置（ユニット）が知られている。
【０００３】
このような像ぶれ補正ユニットを備えたカメラでは、撮影レンズ系の少なくとも一部を構成する補正レンズを移動可能に支持し、この補正レンズを主光学系の光軸に対して直交する面内において、ぶれを吸収する方向に移動させることにより、ぶれによる結像位置のずれを補正し、像ぶれを解消するようにしている。
【０００４】
このような像ぶれ補正ユニットでは、コイルとマグネットにより電磁アクチュエータを構成し、コイル、マグネットのいずれか一方を固定部（固定鏡筒）に、他方を補正レンズを保持するレンズ保持枠に取り付けて、直接レンズ保持枠を移動させる構成になっている。なお、ユニットの小型化、省電力化を考慮すると、重量の重いマグネットを固定部に取り付け、重量の軽いコイルをレンズ保持枠に取り付けた方が有利である。このため、固定部からフレキシブルプリント基板でレンズ保持枠に取り付けられたコイルに配線するように構成されている。
【０００５】
また、ズームやフォーカスを行う為の移動レンズ群は、ステッピングモータの出力軸に設けられたネジ部を回転させる事で、それに連動するラック部材を連結したレンズ移動枠を光軸方向に移動させ、移動位置制御を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】
上記従来例の様に、ズームやフォーカスを行う為の移動レンズ群を駆動する為のステッピングモータは、所定のパルス数に応じた角度だけ送りねじを回転させることにより、所定の位置に移動レンズ群を移動、停止する制御を行っている。
【０００７】
ここで、移動レンズ群の停止位置の分解能を上げる為には、ステッピングモータの送りねじのピッチを細かくする必要が生じる。また、移動レンズ群の移動速度を早くするにはステッピングモータを高速で回転させるが、さらに高速化を行う為には、上記送りねじのピッチを粗くする必要が有り、高速化と高精度化の両立には、限界が有る。
【０００８】
特に、フォーカスレンズの移動において、近年の撮像素子の高画素化によって高精度の停止精度と、ズーム倍率の高倍化によるフォーカスレンズ移動の高速化の両立が必須となって来ており、従来のステッピングモータの代わりに、コイルとマグネットによるリニアアクチュエータを使用してフォーカスレンズを移動させる、高精度な停止位置精度と高速化を両立するシステムが提案されている。
【０００９】
しかしながら、このリニアアクチュエータは、前記ステッピングモータを使用した駆動機構に比べ発生トルクが低く、移動レンズ群の重心から極端に離れた位置に、アクチュエータを配置する事が出来ない。その為、移動レンズ群の移動量に対応させて、レンズ周辺にリニアアクチュエータが配置される事となる。したがって、上記の電磁アクチュエータにより補正レンズを光軸直交に駆動する像ぶれ補正ユニットと、光軸方向に移動する移動レンズを駆動するリニアアクチュエータとを、レンズ鏡筒内に配置する構成の場合、いかに効率良く各アクチュエータを配置するかが重要な課題となる。
【００１０】
そこで、本発明は、補正レンズを光軸直交方向に駆動する２つのアクチュエータと、移動レンズを光軸方向に駆動するアクチュエータをスペース効率よく配置することができ、レンズ鏡筒の小型化、レンズ鏡筒の光軸方向の長さの短縮化を達成することができ、さらには、光軸方向に移動する移動レンズの移動範囲を大きく有効に確保することができ、また、光軸方向に移動する移動レンズの位置検出を精度よく検出することのできるレンズ鏡筒およびこれを用いた光学機器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、光軸方向に移動する移動レンズ、および、光軸直交方向に移動して像ぶれを補正する補正レンズとを有する光学系と、前記補正レンズを保持した補正レンズ保持枠を前記光軸直交方向に駆動する２つの補正用アクチュエータと、前記移動レンズを保持した移動レンズ保持枠を前記光軸方向に駆動する移動用アクチュエータと、前記光学系を介して光学像を撮像する撮像素子と、前記光学系を通過する光量を調節する光量調節部材と、を備え、前記移動用アクチュエータは、マグネットと、ヨークと、前記移動レンズ保持枠に前記マグネットと所定の間隔を有して設けられ前記マグネットからの磁束と直交するように電流を流すことで前記光軸方向に移動するコイルと、を有し、前記移動用アクチュエータは前記光軸方向から見て該光軸上の垂直方向の上部に配置され、前記一方の補正用アクチュエータは前記移動用アクチュエータに対して前記光軸上の垂直方向で前記光軸を中心にして対称となる位置に設けられ、前記他方の補正用アクチュエータは前記光軸上の水平方向に配置され、前記２つの補正用アクチュエータおよび前記移動用アクチュエータは、前記光軸方向において前記光量調節部材と前記撮像素子との間に設けられたことを特徴とする。このような構成により、補正レンズを光軸直交方向に駆動する２つのアクチュエータと、移動レンズを光軸方向に駆動するアクチュエータをスペース効率よく配置することができ、レンズ鏡筒の小型化、レンズ鏡筒の光軸方向の長さの短縮化を達成することができ、さらには、光軸方向に移動する移動レンズの移動範囲を大きく有効に確保することができる。
【００１３】
ここで、本発明では、上記の光学系は、正、負、正、正の４群のレンズ群で構成されるリアフォーカスズームレンズを用いることができ、第１レンズ群が固定の正レンズ、第２レンズ群が光軸方向に移動して変倍を行う負の変倍レンズ、第３レンズ群の一部あるいは全部が光軸直交方向に移動して像ぶれを補正する正の補正レンズ、第４レンズ群が変倍レンズ（第２レンズ群）の移動に伴う像面の変動を補正するとともにフォーカス調整を行うよう光軸方向に移動するフォーカスレンズとを備えた構成とされている。また、上記の移動用アクチュエータとは、変倍レンズ、フォーカスレンズである移動レンズを光軸方向に移動させるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施形態）
以下、本発明の実施の形態をビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどの撮像素子を備えた光学機器に適用したレンズ鏡筒について、図１から図５を用いて説明する。図１は本発明の実施の一形態であるズームレンズ鏡筒（光学機器）の全体構成を示す側面断面図、図２は図１の第１群を省略した物体側から見た図、図３は図１のホルダー鏡筒を省略した像面側から見た図である。
【００１５】
上記ズームレンズ鏡筒におけるズーム光学系は、物体側から順に凸凹凸凸（正、負、正、正）の４群レンズを備えたリアフォーカスズーム光学系である。
【００１６】
図１から図３において、１は第１群である固定レンズ群Ｌ１を保持する１群鏡筒であり、１群鏡筒１は、固定鏡筒２に固定されている。３は固定鏡筒２内に収容され第２群である変倍レンズ群Ｌ２を保持する２群保持枠であり、２群保持枠３には、スリーブ部３ａとＵ溝部３ｂが形成されている。スリーブ部３ａとＵ溝部３ｂはそれぞれ、固定鏡筒２に光軸方向に沿って設けられたガイドバー８、９に移動可能に係合しており、これにより２群保持枠３はガイドバー８、９によってガイドされて略光軸方向に移動可能に構成されている。
【００１７】
４は絞りユニットであり、駆動部４ａによって不図示の絞り羽根を駆動して光量を制御する。また、駆動部４ｄによって不図示のＮＤフィルターを張り付け固定した不図示の羽根を駆動して光量を制御している。
【００１８】
５は第３群であるアフォーカルレンズ群の一部を、固定保持されるレンズ群Ｌ３ａと像ぶれ補正レンズ群Ｌ３ｂとに分けて構成される像ぶれ補正ユニットである。
【００１９】
６は第４群であるコンペンセータおよびフォーカスを兼ねたフォーカスレンズ群Ｌ４を保持する４群保持枠（可動部材）であり、スリーブ部６ａとＵ溝部６ｂが形成されている。スリーブ部６ａとＵ溝部６ｂはそれぞれ、ホルダー鏡筒（後側固定鏡筒）７に光軸方向に沿って設けられたガイドバー１０、１１に移動可能に係合しており、これにより４群保持枠６はガイドバー１０、１１によってガイドされて略光軸方向に移動可能に構成されている。
【００２０】
２群保持枠３にはラック１２が取り付けられており、このラック１２はズームモータ１３の出力ねじ部と噛合している（図２ではラック１２とズームモータ１３の出力ねじ部とが離れた状態を示している）。ここで、ズームモータ１３はステッピングモータが用いられる。ズームモータ１３が回転すると、出力ねじ部とラック１２との作用により、２群保持枠３が光軸方向に駆動される。２群保持枠３の移動における位置制御は、２群保持枠３の遮光壁部３ｃがフォトインタラプタ１４を遮光した位置を初期位置と決め、以降ズームモータ１３を構成するステッピングモータのパルスカウントにより２群保持枠３のレンズ位置の制御を行う構成となっている。
【００２１】
７はホルダー鏡筒であり、撮像素子であるＣＣＤ２１と赤外カットおよびローパスフィルター２２を固定保持している。ホルダー鏡筒７は、不図示のボスを有し、像ぶれ補正ユニット５と固定鏡筒２の位置を決めており、この固定鏡筒２とホルダー鏡筒７によって、像ぶれ補正ユニット５の枠部５ａが挟持され、固定鏡筒２とホルダー鏡筒７とが不図示のビスにより固定されて固定鏡筒２、ホルダー鏡筒７、像ぶれ補正ユニット５の枠部５ａが一体とされている。
【００２２】
４群保持枠６には略角筒状の空芯のコイル１５が固定されている。コイル１５は４群保持枠６のガイドバー１０を挿通するスリーブ部６ａ側に設けられている。コイル１５の空芯部分（穴）は光軸に沿う方向に設けられた構成となっている。また、像ぶれ補正ユニット５の枠部５ａとホルダー鏡筒７との間には、像ぶれ補正ユニット５の枠部５ａおよびホルダー鏡筒７により固定保持されたヨーク１６、１７、およびマグネット１８が設けられている。ヨーク１６はコ字状の形状とされ光軸に沿う方向に延びた構成とされ、その内側にマグネット１８が保持されている。ヨーク１６には上述のコイル１５の空芯部分が挿通されて、コイル１５と、ヨーク１６、マグネット１８とは所定の間隔で離間している。マグネット１８は光軸に直交する方向に磁化されており、光軸に沿う方向に延びた構成とされている。ヨーク１６のコ字状の形状部分の開放側の先端にはヨーク１７が保持されている。上記のコイル１５、ヨーク１６、１７およびマグネット１８からボイスコイルモータであるアクチュエータ（移動用アクチュエータ）が構成される。そして、コイル１５に通電すると、像ぶれ補正ユニット５とホルダー鏡筒７により固定保持されたヨーク１６，１７および、マグネット１８にて構成される磁気回路の作用によって、４群保持枠６が光軸方向に駆動される。また、４群保持枠６には、ガイドバー１０を挿通するスリーブ部６ａの側面部分に、光軸方向に沿って異なる磁極が交互に所定のピッチで形成されたエンコーダマグネット１９が保持されている。エンコーダマグネット１９に対向する位置には、ホルダー鏡筒７に保持されたＭＲセンサ２０が設けられており、エンコーダマグネット１９とＭＲセンサ２０とは磁極変化を検出するのに必要な所定の間隔を持って配置されている。
【００２３】
ここで、４群保持枠６の初期位置は、４群保持枠６がホルダー鏡筒７の像面側（ＣＣＤ２１側）に突き当たった状態で決定され、以降の４群保持枠６の位置検出および駆動制御は、４群保持枠６に位置決め保持されたエンコーダマグネット１９がＭＲセンサ２０に対して移動することに伴ってＭＲセンサ２０に作用する磁気の変化（又は磁気の強度変化）に応じたＭＲセンサ２０からの出力信号に基づいて行われる。ＭＲセンサ２０は、９０度の位相差を有する２相の正弦波を出力し、これら２相の出力によってエンコーダマグネット１９（つまりは４群保持枠６）の移動量と移動方向を判定する事が出来る。なお、ＭＲセンサの出力は３相以上でもかまわない。また、位相角も９０度以外の角度であってもよい。
【００２４】
次に、像ぶれ補正ユニット５の構成について、図４、図５を用いて説明する。図４は像ぶれ補正ユニット５を示す側面断面図、図５は図４の像面側（像ぶれ補正レンズＬ３ｂ側）から見た図である。
【００２５】
これらの図において、５０１は、固定枠であり３群アフォーカルレンズ群の固定群Ｌ３ａを固定保持している。５０５は、３群アフォーカルレンズ群の像ぶれ補正レンズ群Ｌ３ｂを保持する可動枠である。固定枠５０１には、上ヨーク部材５０７が、センサ保持部材５０８ａおよび５０８ｂと共にビス（不図示）により固定されている。
【００２６】
可動枠５０５は、センサ保持部材５０８ａおよび５０８ｂにビス固定されたバネ押え環５１２により保持されたコイルバネ５１１により固定枠５０１側へ付勢されており、可動枠５０５に設けられた３箇所の平面部５０５ａと、固定枠５０１に設けられた３箇所の平面部５０１ｃの間に、それぞれ鋼球５０４を挟むことで、可動方向（光軸直交方向）に自由に移動可能となっている。可動枠５０５には、コイル５０６ａ、５０６ｂが固定されており、それぞれ、水平方向（以下、Ｘ方向とする）および、垂直方向（以下、Ｙ方向とする）の駆動用として用いられる。５０３ａ、５０３ｂはマグネットであり、それぞれＸ、Ｙ方向に２極に着磁されている。マグネット５０３ａ、５０３ｂは、鉄等の材料で作られた下ヨーク５０２ａ、５０２ｂに吸着しており、下ヨーク５０２ａ、５０２ｂは固定枠５０１の段部（不図示）に上ヨーク５０７とマグネット５０３ａ、５０３ｂの吸着力により固定保持されている。これによりＸ、Ｙ方向駆動用の磁気回路が構成されている。すなわち、Ｘ方向の駆動としてマグネット５０３ａ、下ヨーク５０２ａおよび上ヨーク５０７によって磁気回路が構成され、この間隙にコイル５０６ａが挿入されている。また、Ｙ方向の駆動用として、マグネット５０３ｂ、下ヨーク５０２ｂおよび上ヨーク５０７によって、磁気回路が構成され、この間隙にコイル５０６ｂが挿入されている。こうしてＸ、Ｙ方向駆動用の２つのムービングコイル方式の電磁アクチュエータ（像ぶれ補正のための補正用アクチュエータ）が構成されている。
【００２７】
５０９ａ、５０９ｂはＩＲＥＤ等の投光素子、５１０ａ、５１０ｂはＰＳＤ等の受光素子であり、補正レンズの位置センサを構成する。これら投光素子および受光素子は、それぞれセンサーホルダー５０８ａ、５０８ｂに接着固定される。これらの投光素子と受光素子との間に可動枠５０５に一体的に設けられた細長い穴状のスリット５０５ａ、５０５ｂが挿入されると、投光素子５０９ａ、５０９ｂから投光された赤外光の内、スリット５０５ａ、５０５ｂを通過した光だけが受光素子５１０ａ、５１０ｂによって受光される。これにより、可動枠５０５のＸ方向およびＹ方向の位置を検出する事が出来る。これらの投光素子５０９ａ、５０９ｂおよび受光素子５１０ａ、５１０ｂおよびコイル５０６ａ、５０６ｂは、フレキシブルプリント基板５１３に接続され、不図示のカメラ本体側のマイコンに接続されている。
【００２８】
そしてこの実施の形態では、図１、図３にも示したように、上述したフォーカスレンズ群Ｌ４を保持した４群移動枠６を駆動する磁気回路（移動用アクチュエータ）を構成するコイル１５、ヨーク１６、ヨーク１７およびマグネット１８は、像ぶれ補正ユニット５の垂直方向であるＹ方向を駆動する磁気回路（補正用アクチュエータ）を構成するコイル５０６ａ、下ヨーク５０２ａ、駆動マグネット５０３ａと、水平方向であるＸ方向を駆動する磁気回路（補正用アクチュエータ）を構成するコイル５０６ｂ、下ヨーク５０２ｂ、駆動マグネット５０３ｂとを、光軸方向から見て、光軸からの距離が略同じで、２つの像ぶれ補正用磁気アクチュエータ（補正用アクチュエータ）のどちらか一方と光軸を中心にして対象となる位置に配置されている（つまり、図３および図５から明らかなように、移動用アクチュエータとしての磁気回路を構成するコイル１５、ヨーク１６、ヨーク１７およびマグネット１８は、光軸方向から見て光軸上の垂直方向の上部に配置されている。また、一方の補正用アクチュエータとしての垂直方向であるＹ方向に駆動する磁気回路を構成するコイル５０６ａ、下ヨーク５０２ａ、駆動マグネット５０３ａは、移動用アクチュエータに対して光軸上の垂直方向で光軸を中心にして対称となる位置に設けられている。さらに、他方の補正用アクチュエータとしての水平方向であるＸ方向に駆動する磁気回路を構成するコイル５０６ｂ、下ヨーク５０２ｂ、駆動マグネット５０３ｂは光軸上の水平方向に配置されている）。これにより、図１に示すように、フォーカスレンズ群Ｌ４を移動するためのコイル１５、ヨーク１６、ヨーク１７およびマグネット１８を配置する個所は、像ぶれ補正ユニット５の２つのアクチュエータが配置されていない空間部分であり、ヨーク１６、ヨーク１７およびマグネット１８の光軸方向の長さを大きく確保した構成となり、コイル１５（フォーカスレンズ群Ｌ４）の移動範囲を大きく確保した構成となっている。
【００２９】
また、これらの各磁気回路（移動用アクチュエータ、２つの補正用アクチュエータ）は、絞りユニット４と撮像素子であるＣＣＤ２２との間に配置されている。
【００３０】
したがって、上述した実施の形態では、補正レンズを光軸直交方向に駆動する２つのアクチュエータと、移動レンズ（フォーカスレンズ）を光軸方向に駆動するアクチュエータをレンズ鏡筒内にスペース効率よく配置することができ、レンズ鏡筒の小型化、レンズ鏡筒の光軸方向の長さの短縮化を達成することができる。さらには、光軸方向に移動する移動レンズの移動範囲を大きく有効に確保することができる。
【００３１】
また、フォーカスレンズ群Ｌ４を保持した４群移動枠６を駆動する磁気回路（移動用アクチュエータ）を構成するコイル１５、ヨーク１６、ヨーク１７およびマグネット１８を、４群移動枠６のスリーブ部１０側（近傍）に設けることにより、つまり、移動レンズ群の重心の近傍に磁気アクチュエータを設けることにより、アクチュエータの発生トルク（駆動力）を有効に利用して高効率の駆動を行うことができる。さらに、４群移動枠６のスリーブ部１０の側面にフォーカスレンズ群Ｌ４の位置を検出するエンコーダマグネット１９を設け、マグネット１９に対向してＭＲセンサ２０を配置したことにより、エンコーダマグネット１９は駆動の作用点の近傍に配置されるため、光軸方向に移動する移動レンズ（フォーカスレンズ）の位置検出を精度よく検出することができる。
【００３２】
なお、上述した実施の形態では、フォーカスレンズの位置を検出するセンサとしてマグネットとＭＲセンサを用いた磁気式センサを用いた構成について説明したが、光学式センサを用いてもよい。この場合は、フォーカスレンズを保持した移動枠側に、所定の周期の格子が形成された反射部材を設け、この反射部材に対向して固定鏡筒側に、反射部材に投光し、その反射光を受光して上記のＭＲセンサと同様な９０度の位相を持つ２相の正弦波を出力する構成の光学式センサが用いられる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、補正レンズを光軸直交方向に駆動する２つのアクチュエータと、移動レンズを光軸方向に駆動するアクチュエータをスペース効率よく配置することができ、レンズ鏡筒の小型化、レンズ鏡筒の光軸方向の長さの短縮化を達成することができ、さらには、光軸方向に移動する移動レンズの移動範囲を大きく有効に確保することができ、また、光軸方向に移動する移動レンズの位置検出を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるズームレンズ鏡筒（光学機器）の全体構成を示す側面断面図である。
【図２】図１の第１群を省略した物体側から見た図である。
【図３】図１のホルダー鏡筒を省略した像面側から見た図である。
【図４】図１の像ぶれ補正ユニット５を示す側面断面図である。
【図５】図４の像面側（像ぶれ補正レンズＬ３ｂ側）から見た図である。
【符号の説明】
４絞りユニット
５像ぶれ補正ユニット
６４群保持枠
１５コイル
１６、１７ヨーク
１８マグネット
１９エンコーダマグネット
２０ＭＲセンサ
２２ＣＣＤ

Claims

光軸方向に移動する移動レンズ、および、光軸直交方向に移動して像ぶれを補正する補正レンズとを有する光学系と、
前記補正レンズを保持した補正レンズ保持枠を前記光軸直交方向に駆動する２つの補正用アクチュエータと、
前記移動レンズを保持した移動レンズ保持枠を前記光軸方向に駆動する移動用アクチュエータと、
前記光学系を介して光学像を撮像する撮像素子と、
前記光学系を通過する光量を調節する光量調節部材と、を備え、
前記移動用アクチュエータは、マグネットと、ヨークと、前記移動レンズ保持枠に前記マグネットと所定の間隔を有して設けられ前記マグネットからの磁束と直交するように電流を流すことで前記光軸方向に移動するコイルと、を有し、
前記移動用アクチュエータは前記光軸方向から見て該光軸上の垂直方向の上部に配置され、
前記一方の補正用アクチュエータは前記移動用アクチュエータに対して前記光軸上の垂直方向で前記光軸を中心にして対称となる位置に設けられ、
前記他方の補正用アクチュエータは前記光軸上の水平方向に配置され、
前記２つの補正用アクチュエータおよび前記移動用アクチュエータは、前記光軸方向において前記光量調節部材と前記撮像素子との間に設けられたことを特徴とする光学機器。