JP4973219B2

JP4973219B2 - 光学機器

Info

Publication number: JP4973219B2
Application number: JP2007031848A
Authority: JP
Inventors: 斉弘安田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-02-13
Filing date: 2007-02-13
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-02-13
Also published as: JP2008197323A

Description

本発明は、光学機器に関するものである。

像ブレ補正機能を備えたカメラは、例えば、撮像素子を光軸に垂直な平面内でシフトさせるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１７４２２６号公報

従来、この種のブレ補正装置を一眼レフタイプのカメラに適用した場合、光学ファインダにおいて結像される像には、像ブレ補正効果が及ばなかった。
本発明の課題は、接眼光学系において結像される像の像ブレを補正できる光学機器を提供することである。

請求項１に記載の光学機器は、レンズ鏡筒を通過した像光を接眼光学系に向けて反射する第１位置と、前記像光を撮像部に向けて反射する第２位置との間で回動する反射部と、前記反射部が前記第１位置にあるとき、ブレ検出部の出力に基づいて前記反射部の反射面を基準面に対して傾けることで前記接眼光学系において結像される像の像ブレ補正を行うよう制御する制御部とを備え、前記反射部が前記第１位置から前記第２位置に移動したとき、前記制御部は、前記第２位置での前記基準面に対する前記反射面の傾斜角度を前記ブレ検出部の出力に基づく前記第１位置での前記基準面に対する前記反射面の傾斜角度と同じ角度にした前記反射部により前記像光を前記撮像部に向けて反射させることで、前記撮像部において結像される像の像ブレ補正を行うよう制御することを特徴とする。

本発明によれば、接眼光学系において結像される像の像ブレを補正できる光学機器を提供することができる。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態をあげて、さらに詳しく説明する。なお、以下の実施形態は、光学機器としてカメラシステムを例にとって説明する。
図１は、実施形態のカメラシステムの構成を示す概略図である

カメラシステム１は、レンズ鏡筒２がカメラ本体３に着脱可能に装着されるレンズ交換式の一眼レフデジタルカメラシステムである。
レンズ鏡筒２は、図示しないレンズ群によって構成される撮像光学系を含んでいる。以下、レンズ鏡筒２に含まれる撮像光学系の光軸に記号Ｚを付して説明する。

カメラ本体３は、例えば、金属材料や合成樹脂材料等によって箱型に形成され、内部に空間部を備えている。カメラ本体３は、正面部にレンズ鏡筒２が装着され、正面部の反対側の面部である背面部が通常撮影位置において撮影者に対向する。ここで、本明細書において、通常撮影位置とは、光軸Ｚを略水平にして横長の画像を撮影する際のカメラ本体３の姿勢を指すものとする。
以下、カメラ本体３及びカメラ本体３に含まれる各要素の配置は、この通常撮影位置を基準にして説明する。また、図に示すように、光軸Ｚに対して直交する２軸に記号Ｘ、Ｙを付して説明する。ここで、Ｘ軸は、水平方向に延在し、Ｙ軸は、鉛直方向に延在している。これらのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の交点（座標系の原点）は、後述するミラー３３の反射面３３ａ上に設定されている。

カメラ本体３は、ファインダ光学系１０、撮像素子２０、ミラーユニット３０、角速度センサ４０及び制御部５０を備えている。
ファインダ光学系１０は、カメラ本体３の上面部に設けられており、ペンタプリズム１１、接眼部１２及び焦点板１３を含んでいる。
ペンタプリズム１１は、このペンタプリズム１１と後述するミラーユニット３０との間に設けられた焦点板１３に結像された被写体像を成立像にして接眼部１２に導く光学素子である。
接眼部１２は、図示しない接眼レンズを備えており、撮影者は、焦点板１３に結像された被写体像を拡大観察できるようになっている。
焦点板１３は、ミラーユニット３０によって反射された像光が結像される部分である。

撮像素子２０は、ミラーユニット３０によって反射された像光を電気信号に変換する光−電気変換素子である。撮像素子２０は、カメラ本体３の内部であってミラーユニット３０を挟んでファインダ光学系１０の反対側（カメラ本体３の底面の近傍）にその撮像面が略水平とされた状態で配置されている。撮像素子２０には、ＣＣＤやＣＭＯＳ等を使用できる。また、撮像素子２０に替えて銀塩フィルムを用いてもよい。

ミラーユニット３０は、ファインダ光学系１０と撮像素子２０との間であって、光軸Ｚ上に配置されている。ミラーユニット３０は、レンズ鏡筒２を通過した像光の光路を反射して、この像光をファインダ光学系１０又は撮像素子２０に導くものである。
図２は、図１に示すカメラシステムのカメラ本体に備えられたミラーユニットを示す図であり、（ａ）は、斜視図を、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ矢視図をそれぞれ示している。
ミラーユニット３０は、支持部３１、回転軸３２、ミラー３３、ミラー切替用アクチュエータ３４（図１参照）、像ブレ補正用アクチュエータ３５（３５ｘ、３５ｙ）、接続ゴム３６を備えている。
支持部３１は、平面形が略長方形とされた板状の部材であり、ミラーユニット３０のベースとして機能するものである。支持部３１は、その長手方向がＸ軸に略平行（略水平方向）とされた状態で配置されている。支持部３１は、ミラー３３に対向する面部におけるＸ軸方向の中間部分を凹ませて形成した凹部を備えており、断面形状が略コの字（Ｕ字）状になっている（図２（ｂ）参照）。

回転軸３２は、支持部３１のＸ軸方向（長手方向）の両端部から突き出して一対設けられている。回転軸３２は、ぞれぞれ図示しない軸受けに支持されており、支持部３１は、回転軸３２の中心軸線Ｃ回りに回転可能になっている。この中心軸線Ｃは、Ｘ軸と同軸上に配置されており、後述するミラー３３の反射面３３ａを含む平面上に配置されている（図２（ｂ）参照）。
ミラー３３は、前述のようにレンズ鏡筒２が取得した像光を反射するものであり、その平面形が略長方形となっている。ミラー３３は、支持部３１に対し略平行に重ねて配置され、支持部３１の凹部に装着されている。

ミラーユニット３０は、ミラー３３の反射面３３ａが光軸Ｚに対して、例えば、４５°傾斜して斜め上方を向き、レンズ鏡筒２を通過した像光をファインダ光学系１０に反射する観察位置（図３（ａ）、（ｂ）参照）と、この観察位置から回転軸３２回りに、例えば、９０°回転して、ミラー３３の反射面が斜め下方を向いてレンズ鏡筒２を通過した像光を撮像素子２０に反射する撮影位置（図３（ｃ）、（ｄ）参照）との間で移動可能になっている。
ミラー切替用アクチュエータ３４は、ミラーユニットを上述した観察位置と撮影位置との間で駆動する電磁アクチュエータである。

像ブレ補正用アクチュエータ３５は、支持部３１に対してミラー３３を駆動してミラー３３の反射面を傾けるものである。像ブレ補正用アクチュエータ３５は、支持部３１とミラー３３との間に配置されている。
ここで、カメラシステム１は、Ｘ軸回り及びＹ軸回りのカメラ本体３の姿勢の変化に起因する像ブレを補正するようになっている。Ｘ軸まわりの姿勢の変化は、ピッチング（Ｐｉｔｃｈｉｎｇ）と、Ｙ軸回りの姿勢の変化は、ヨーイング（Ｙａｗｉｎｇ）とそれぞれ称されている。
像ブレ補正用アクチュエータ３５は、例えば、公知の積層型圧電素子を含み、電圧が印加されることによってその厚み方向、すなわち、支持部３１とミラー３３とを接近又は離間させる方向に変位（伸縮）するものである。

像ブレ補正用アクチュエータ３５は、Ｘ側アクチュエータ３５ｘとＹ側アクチュエータ３５ｙとを備えている。
Ｘ側アクチュエータ３５ｘは、ミラー３３を、その反射面３３ａの中心（光軸Ｚ及び中心軸線Ｃが交差する点）を支点として中心軸線Ｃに対して傾け、これによって、ヨーイング方向の像ブレ補正を行うものである。Ｘ側アクチュエータ３５ｘは、中心軸線Ｃに平行な軸線上に配置されている。
Ｙ側アクチュエータ３５ｙは、ミラー３３を、その反射面３３ａの中心を支点として中心軸線Ｃに直交する軸線に対して傾け、これによって、ピッチング方向の像ブレ補正を行うものである。Ｙ側アクチュエータ３５ｙは、ミラー３３の反射面３３ａの中心を通りかつ中心軸線Ｃに直交する軸線に平行な軸線上に配置されている。このＹ側アクチュエータ３５ｙは、中心軸線よりも撮像素子２０側の領域に配置されている。

接続ゴム３６は、ミラー３３と支持部３１とを接続するものであり、支持部３１とミラー３３との間に配置されている。接続ゴム３６は、弾性変形が可能なゴム系の材料によって形成されている。
接続ゴム３６は、ミラー３３の裏面（反射面３３ａとは反対側の面）における中心及び支持部３１にそれぞれ、例えば、接着剤により接着されている。これによって、ミラー３３は、像ブレ補正用アクチュエータ３５によって駆動される際、その反射面３３ａの中心が実質的に動かないようになっている。

角速度センサ４０（図１参照）は、カメラ本体３の姿勢の変化を検出するものであり、例えば、公知のジャイロセンサを含んでいる。角速度センサ４０は、Ｙ軸回り（ヨーイング方向）の角速度を検出するセンサ、及び、Ｘ軸回り（ピッチング方向）の角速度を検出するセンサの２つのセンサを備えている。
制御部５０は、角速度センサ４０の出力に応じてミラー３３の駆動方向及び駆動量を演算し、この演算結果に従って像ブレ補正用アクチュエータ３５を制御することによって、焦点板１３又は撮像素子２０に結像される像の像ブレの補正を行う部分である。

次に画像を撮影する際のカメラシステム１の動作を説明する。
図３は、観察位置及び撮影位置におけるカメラシステム１を示す図である。
この図３において、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれミラーユニット３０が観察位置にある状態を示している。また、（ｃ）は、ミラーユニット３０が（ａ）に示す観察位置から撮影位置に移動した状態を示し、（ｄ）は、ミラーユニット３０が（ｂ）に示す観察位置から撮影位置に移動した状態を示している。
フレーミング時において、ミラーユニット３０は、図３（ａ）、（ｂ）に示す観察位置とされ、レンズ鏡筒２を通過した像光は、鉛直方向上方に屈折されてファインダ光学系１０に導びかれる。これによって、撮影者は、接眼部１２を介して焦点板１３に結像された被写体像を観察することができる。
ここで、フレーミング中に、例えば、撮影者の手ブレ等に起因してカメラ本体３の姿勢が変化すると、制御部５０は、焦点板１３に結像される被写体像の像ブレを打ち消す方向にミラー３３を駆動する。
以下、この像ブレ補正動作について詳しく説明する。

カメラ本体３は、手ブレ等に起因して姿勢が変化すると、角速度センサ４０がこれを検出して制御部５０に出力する。
制御部５０は、角速度センサ４０の出力に応じて像ブレ補正用アクチュエータ３５を駆動し、ミラー３３によって反射される像光（反射光）の光路を変え、これによって、被写体像の像ブレを補正するようになっている。図３において、ミラー３３によって反射された像光の光軸のうち、一点鎖線は、像ブレ補正前の像光の光軸を示し、実線は、像ブレ補正後の像光の光軸を示している。

例えば、カメラ本体３がＸ軸回りに回転するような手ブレ（ピッチング方向の手ブレ）が発生した場合、制御部５０は、Ｙ側アクチュエータ３５ｙを駆動して、ミラー３３の反射面３３ａの光軸Ｚに対する角度を変更する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。
図３（ａ）は、レンズ鏡筒２の光軸方向被写体側の端部が下方を向くようにカメラ本体３の姿勢が変化した場合を示し、図３（ｂ）は、レンズ鏡筒２の光軸方向被写体側の端部が上方を向くようにカメラ本体３の姿勢が変化した場合を示している。図３（ａ）の場合、Ｙ側アクチュエータ３５ｙは、伸びる方向に変位し、図３（ｂ）の場合は、Ｙ側アクチュエータ３５ｙは、縮む方向に変位する。
また、例えば、カメラ本体３がＹ軸回りに回転するように手ブレ（ヨーイング方向の手ブレ）が発生した場合、制御部５０は、Ｘ側アクチュエータ３５ｘを駆動する（図示省略）。制御部５０は、Ｘ軸回り及びＹ軸回りの角速度が検出された場合には、Ｙ側アクチュエータ３５ｙ及びＸ側アクチュエータ３５ｘをそれぞれ駆動し、これによって、像ブレを補正する。
以上説明した像ブレ補正制御は、フレーミング中に常時行ってもよく、また、カメラ本体３に設けられた不図示のレリーズスイッチが、いわゆる、半押し操作されたときのみ、これに応じて行ってもよい。

カメラシステム１は、レリーズスイッチが全押し操作されると、ミラーユニット３０がミラー切替用アクチュエータ３４によって観察位置から撮影位置に駆動され、これによって、撮像素子２０に被写体像光が露光される。
ここで、制御部５０は、上記ミラーユニット３０が観察位置から撮影位置に移動（回転）する際、ミラー３３の支持部３１に対する観察位置における傾斜角度を維持する。すなわち、ミラー３３及び支持部３１は、図３（ａ）に示すフレーミング中の像ブレ補正状態と同じ位置関係のまま回転軸３２回りに回転する（図３（ｃ）、（ｄ）参照）。
図３を用いて説明すると、図３（ａ）に示す観察位置からレリーズスイッチが全押し操作されると、図３（ｃ）に示す撮影位置に移動する。また、図３（ｂ）に示す観察位置からレリーズスイッチが全押し操作されると、図３（ｄ）に示す撮影位置に移動する。これによって、撮像素子２０の露光される被写体像の像ブレが補正される。
なお、撮像素子２０に結像される被写体像は、左右反転するので、撮像素子２０の出力に基づいて生成される画像データは、電気的に左右反転して出力することが望ましい。

次に本実施形態のカメラシステム１の効果を他の像ブレ補正装置を備えるカメラと対比して説明する。
カメラにおける公知の像ブレ補正装置としては、レンズ駆動式、撮像部駆動式、画像合成式のものが知られている（何れも図示を省略する）。
レンズ駆動式のブレ補正装置は、例えば、レンズ鏡筒に備えられたレンズ群の一部を光軸に垂直な面内で駆動し、これによって撮像素子に結像される像の像ブレを補正するものである。しかし、このレンズ駆動式のブレ補正装置は、ブレ補正装置を備えたレンズ鏡筒をカメラ本体に装着しなければ像ブレ補正効果が得られない。

撮像部駆動式のブレ補正装置は、例えば、撮像素子を含む撮像部を光軸に垂直な面内で駆動して像ブレを補正するものである。この場合、レンズ鏡筒の種類によらず像ブレ補正効果が得られるが、像光をファインダ光学系に導くミラーは、撮像部よりも被写体側に設けられているので、ファインダ光学系において結像される像の像ブレを補正できない。
画像合成式のブレ補正装置は、例えば、複数の画像を連続して撮影し、これらの画像を合成して像ブレを補正するものであるが、カメラの連写性能が低下したり、画像合成によって画質が低下する可能性がある。

これらに対し、本実施形態のカメラシステムによる像ブレ補正制御は、カメラ本体３に備えられたミラー３３を駆動するので、レンズ鏡筒２の種類によらず像ブレ補正効果を得ることができる。
また、ファインダ光学系１０の焦点板１３に結像される像は、ミラー３３によって反射されるものなので、フレーミング中に焦点板１３に結像される像の像ブレも補正できる。さらに、連写性能が低下したり画質が劣化することもない。

［変形形態］
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）本発明が適用される光学機器の構成は、実施形態に記載したものに限らず適宜変更が可能である。例えば、実施形態は、ミラーによって像光を屈折させたが、これに限らず、例えば、プリズムによって像光を屈折させてもよい。
（２）実施形態において、ミラーを駆動する像ブレ補正用アクチュエータは、圧電素子であったが、ミラーを駆動する第１の駆動部は、これに限らず、例えば、ボイスコイルモータやステッピングモータ等でもよい。
（３）実施形態は、ミラーを傾けて反射光の光路を変更したが、これに限らず、例えば、ミラーを光軸方向（Ｚ軸方向）又は鉛直方向（Ｙ軸方向）に移動（スライド）させてもよい。この場合、Ｘ軸回り（ピッチング方向）の像ブレのみを補正することができ、いわゆる流し撮りをする際等に、水平方向のブレ補正制御を意図的に制限したい場合に有用である。なお、この場合に通常の像ブレ補正を行うには、Ｙ軸回り（ヨーイング方向）の像ブレを、例えば、撮像素子をシフトさせて補正するとよい。
（４）実施形態は、光学機器として静止画を撮影するデジタルカメラを例にとって説明したが、光学機器は、これに限らず、例えば、動画を撮影するムービーカメラであってもよい。また、撮像部を備えない、望遠鏡や顕微鏡のようなものであってもよい。

実施形態のカメラシステムの構成を示す概略図である。図１のカメラシステムに備えられたミラーユニットを示す図である。図１のカメラシステムの撮影時の動作を示す図である。

符号の説明

１カメラシステム：２レンズ鏡筒：３カメラ本体：１０ファインダ光学系：２０撮像素子：３０ミラーユニット：３１支持部：３２回転軸：３３ミラー：３４ミラー切替用アクチュエータ：３５像ブレ補正用アクチュエータ：４０角速度センサ：５０制御部

Claims

レンズ鏡筒を通過した像光を接眼光学系に向けて反射する第１位置と、前記像光を撮像部に向けて反射する第２位置との間で回動する反射部と、
前記反射部が前記第１位置にあるとき、ブレ検出部の出力に基づいて前記反射部の反射面を基準面に対して傾けることで前記接眼光学系において結像される像の像ブレ補正を行うよう制御する制御部とを備え、
前記反射部が前記第１位置から前記第２位置に移動したとき、前記制御部は、前記第２位置での前記基準面に対する前記反射面の傾斜角度を前記ブレ検出部の出力に基づく前記第１位置での前記基準面に対する前記反射面の傾斜角度と同じ角度にした前記反射部により前記像光を前記撮像部に向けて反射させることで、前記撮像部において結像される像の像ブレ補正を行うよう制御すること
を特徴とする光学機器。
請求項１に記載の光学機器において、
前記反射部は、前記接眼光学系と前記撮像部の間に配置されていること
を特徴とする光学機器。
請求項１又は請求項２に記載の光学機器において、
前記反射部は、支持部を有し、
前記制御部は、前記支持部を前記基準面として前記反射面を傾けること
を特徴とする光学機器。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学機器において、
前記反射部は、前記反射部に入射する前記像光の光軸に直交する軸線周りに回動可能であること
を特徴とする光学機器。
請求項４に記載の光学機器において、
前記像光の光軸に直交する直線は、前記反射部の前記反射面を含む平面上にあること
を特徴とする光学機器。