JP5460637B2

JP5460637B2 - 像ぶれ補正装置、光学機器および撮像装置

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Publication number: JP5460637B2
Application number: JP2011079556A
Authority: JP
Inventors: 公介木矢村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2031-03-31
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Description

本発明は、例えばデジタルカメラ、双眼鏡及び望遠鏡等の光学機器に搭載される像ぶれ補正装置、およびそれを備えた光学機器、撮像装置に関する。

デジタルカメラ等に搭載される像ぶれ補正装置は、レンズ又は撮像素子を保持する可動部材を、光軸方向から見て左右方向（ヨー方向）と上下方向（ピッチ方向）とにそれぞれ独立して移動させる必要がある。

これを実現するために、可動部材及び固定部材のいずれか一方の部材に設けた軸部を他方の部材に設けた長孔に係合させる技術が提案されている（特許文献１及び２）。この提案では、可動部材が固定部材に対して長孔に沿った第１の方向に移動可能に支持されるとともに、軸部を中心に第１の方向と直交する第２の方向に回動可能に支持されることで、可動部材を異なる２方向に独立して移動可能としている。

特開平１０−１０５９７号公報特開２０１０−１５２０２０号公報

しかし、上記特許文献１及び２では、可動部材が移動する際に軸部と長孔との間に摺動摩擦が発生するため、可動部材を駆動するアクチュエータの負荷が増大するとともに、可動部材の位置決め精度が低下する。

そこで、本発明は、像ぶれ補正装置の可動部材が移動する際の摺動摩擦を低減して、可動部材を駆動する駆動手段の負荷を軽減するとともに、可動部材の位置決め精度を向上させることができる仕組みを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の像ぶれ補正装置は、固定部材と、前記固定部材に対して、前記固定部材に沿って第１の方向へ移動可能に支持されるとともに、前記第１の方向と異なる第２の方向に前記固定部材に沿って回動可能に支持される可動部材と、前記可動部材を前記第１の方向及び前記第２の方向に独立して移動させる駆動手段と、前記固定部材と前記可動部材との間に挟持される第１のボールおよび第２のボールと、互いに前記第１のボールおよび第２のボールを挟持する方向に、前記固定部材及び前記可動部材を付勢する付勢手段と、前記固定部材及び前記可動部材の一方の部材に形成された前記第１の方向に延びる第１の案内溝と、を備え、前記第１のボールは前記第１の案内溝内に配置され、前記可動部材が前記第１の方向に移動する際に、前記第１の案内溝に沿って転動し、前記可動部材が前記第２の方向に回動する際に、前記可動部材の回動支点となり、前記第２のボールは前記可動部材が前記第１および第２の方向に移動する際に、それぞれ前記第１および第２の方向に転動することを特徴とする。

本発明によれば、可動部材が移動する際の摺動摩擦を低減して、可動部材を駆動する駆動手段の負荷を軽減するとともに、可動部材の位置決め精度を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態である像ぶれ補正装置が搭載されたレンズ鏡筒の概略を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態である像ぶれ補正装置の分解斜視図である。図２に示す像ぶれ補正装置の組立体を光軸方向から見た図である。図３のＡ−Ａ線断面図である。（ａ）は図３のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ部拡大図である。第１のアクチュエータの第１のコイルに正通電したときの状態を示す図である。第２のアクチュエータの第２のコイルに正通電したときの状態を示す図である。（ａ）は本発明の第２の実施形態である像ぶれ補正装置の要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ部拡大図である。（ａ）は本発明の第３の実施形態である像ぶれ補正装置の要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＥ部拡大図である。

以下、本発明の実施形態について、図１〜９を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である像ぶれ補正装置が搭載された光学機器としてのレンズ鏡筒の概略を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態の像ぶれ補正装置１００は、光学機器としてのレンズ鏡筒４６２内に内蔵されて、カメラのヨー方向（以下、Ｙ方向という。）の振れ及びピッチ方向（以下、Ｐ方向という。）の振れに起因する像振れを補正する。なお、本実施形態では、Ｙ方向とＰ方向とが直交するが、これに限定されない。

角変位検出装置４６３ｙは、カメラのＹ方向の振れ角変位４６４ｙを検出し、角変位検出装置４６３ｐは、カメラのＰ方向の振れ角変位４６４ｐを検出する。演算回路４６５ｐ，４６５ｙは、角変位検出装置４６３ｐ，４６３ｙからの信号を演算して像ぶれ補正装置１００の駆動目標信号に変換する。

そして、演算回路４６５ｐ，４６５ｙは、駆動目標信号を基に像ぶれ補正装置１００の駆動部を制御して、補正レンズ１０１を保持する可動鏡筒１０２を光軸と直交する面内で移動させ、像面４６９に結像する像振れを補正する。

なお、本実施形態では、可動鏡筒１０２の位置を検出する位置センサを設けて、位置センサの出力信号が駆動目標信号に一致するように閉ループ制御をしてもよいし、位置センサを設けずに開ループ制御をしてもよい。

次に、図２〜図５を参照して、像ぶれ補正装置１００について説明する。図２は像ぶれ補正装置１００の分解斜視図、図３は図２に示す像ぶれ補正装置１００の組立体を光軸方向から見た図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５（ａ）は図３のＢ−Ｂ線断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ部拡大図である。

本実施形態の像ぶれ補正装置１００は、図２〜図５に示すように、補正レンズ１０１を保持する可動鏡筒１０２、固定地板１０３、ボール１０４〜１０６、第１のアクチュエータ１０７、及び第２のアクチュエータ１０８を備える。

可動鏡筒１０２は、本発明の可動部材及び他方の部材の一例に相当し、中央の円形の穴部１０２ａに補正レンズ１０１を保持して、固定地板１０３に対して光軸と直交する平面内で移動可能に支持される。可動鏡筒１０２の固定地板１０３側を向く面は、光軸と直交する平面とされており、その中央部には、固定地板１０３側に突出する円筒部１０２１（図４参照）が中央の穴部１０２ａと同軸に設けられている。

また、可動鏡筒１０２の中央の穴部１０２ａのＹ方向の両側には、それぞれ矩形状の穴部１０２ｂ及び穴部１０２ｃが形成されている。穴部１０２ｂには、第１のアクチュエータ１０７を構成する第１の磁石１０７２が嵌合固定され、穴部１０２ｃには、第２のアクチュエータ１０８を構成する第２の磁石１０８２が嵌合固定される。なお、本実施形態では、像ぶれ補正光学系として補正レンズを用いているが、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子が光軸と直交する方向に可動な構成でもも良い。

固定地板１０３は、本発明の固定部材及び一方の部材の一例に相当し、Ｙ方向に長い矩形板状に形成されて可動鏡筒１０２に対して平行に配置され、中央の円形の穴部１０３１の径が可動鏡筒１０２の円筒部１０２１より大径とされている。穴部１０３１には、円筒部１０２１が軸方向に挿入され、これにより、固定地板１０３に対する可動鏡筒１０２の可動範囲が規制される。固定地板１０３の外周部には、撮影レンズ群を支持するレンズ鏡筒が固定される取付部（不図示）が設けられる。

ここで、図４は、可動鏡筒１０２の基準位置（初期位置）であり、本実施形態では、この基準位置において、可動鏡筒１０２が保持する補正レンズ１０１の中心と固定地板１０３の穴部１０３１の中心とが略同心配置される。

固定地板１０３の中央の穴部１０３１のＹ方向の両側には、Ｐ方向に長い溝形状の溝部１０３ａ及びＹ方向に長い溝形状の溝部１０３ｂがそれぞれ形成されている。そして、溝部１０３ａには、第１のアクチュエータ１０７を構成する第１のコイル１０７１が嵌合固定され、溝部１０３ｂには、第２のアクチュエータ１０８を構成する第２のコイル１０８１が嵌合固定される。

ここで、図４に示す可動鏡筒１０２の基準位置においては、第１のコイル１０７１の中心と第２のコイル１０８１の中心とを結ぶ線は、補正レンズ１０１の中心を通るように配置される。また、可動鏡筒１０２側の第１の磁石１０７２の中心は、第１のコイル１０７１の中心に一致し、可動鏡筒１０２側の第２の磁石１０８２の中心は、第２のコイル１０８１の中心に一致するように配置される。

また、固定地板１０３は、ボール１０５，１０６が転動可能に収納される円筒状のボール収納部１０３３，１０３４が設けられている。ボール収納部１０３３，１０３４は、穴部１０３１と第２のコイル１０８１との間で、固定地板１０３の幅方向の中心線に対して、Ｐ方向に互いに対称になるように配置される。ボール収納部１０３３，１０３４の内径は、上述した、可動鏡筒１０２の可動範囲に対応して、ボール１０５，１０６の径より大径に形成されている。

固定地板１０３の溝部１０３ａを穴部１０３１と挟む位置には、Ｙ方向に延びる断面Ｖ字状の案内溝１０３２が形成されている。案内溝１０３２の中心は、第１のコイル１０７１の中心と第２のコイル１０８１の中心とを結ぶ線の延長線上に配置される。したがって、図４に示す可動鏡筒１０２の基準位置においては、案内溝１０３２の幅方向の中心線の延長線上に補正レンズ１０１の中心が配置されることになる。ここで、案内溝１０３２は、本発明の第１の案内溝の一例に相当する。

また、案内溝１０３２の幅方向の両側の斜面１０３２ａ，１０３２ｂは、互いに対称配置されている。斜面１０３２ａ，１０３２ｂには、それぞれボール１０４が１点接触し、これにより、案内溝１０３２に対してボール１０４が２点で接触する。また、本実施形態では、ボール１０４は、可動鏡筒１０２に対しては１点で接触しており、したがって、ボール１０４は、可動鏡筒１０２と固定地板１０３との間で挟まれた状態で、３点接触でＹ方向に転動可能に支持される。

一方、ボール１０５，１０６は、可動鏡筒１０２及び固定地板１０３に対してそれぞれ１点で接触し、したがって、可動鏡筒１０２と固定地板１０３との間で挟まれた状態で、２点接触で可動鏡筒１０２の可動範囲内で転動可能に支持される。

第１のアクチュエータ１０７及び第２のアクチュエータ１０８は、本実施形態では、ボイスコイルモータで構成される。

第１のアクチュエータ１０７は、第１のコイル１０７１、及び第１の磁石１０７２を備え、第１のコイル１０７１に通電することで、第１のコイル１０７１の長手方向と直交する方向（本実施形態では、Ｙ方向）に力が働く。

図６は、第１のアクチュエータ１０７の第１のコイル１０７１に正通電したときの状態を示す図である。なお、説明の便宜上、図６においては、可動鏡筒１０２の図示は省略している。

図６の状態では、ローレンツ力により第１の磁石１０７２にＸ方向（第１の方向）への力ｆ１が発生し、可動鏡筒１０２は、ボール１０４〜１０６の転動を介してＸ方向へ移動して、補正レンズ１０１の中心がＰ１へ移動する。

また、第２のアクチュエータ１０８は、第２のコイル１０８１、及び第２の磁石１０８２を備え、第２のコイル１０８１に通電することで、第２のコイル１０８１の長手方向と直交する方向（本実施形態では、Ｐ方向）に力が働く。

図７は、第２のアクチュエータ１０８の第２のコイル１０８１に正通電したときの状態を示す図である。なお、説明の便宜上、図７においては、可動鏡筒１０２の図示は省略している。

図７の状態では、ローレンツ力により第２の磁石１０８２にＰ方向への力ｆ２が発生し、可動鏡筒１０２は、ボール１０４との接触点を回動支点として、ボール１０５，１０６の転動を介して角度θ回動し、補正レンズ１０１の中心がＰ２へ移動する。このときの補正レンズ１０１の円弧状の移動方向を第２の方向とし、可動鏡筒１０２の第１の方向及び第２の方向の移動を組み合わせることで、補正レンズ１０１の中心を光軸と直交する平面の任意の位置に移動させることができる。

ここで、固定地板１０３と可動鏡筒１０２とは、不図示の付勢手段により、互いにボール１０４〜１０６を挟持する方向に付勢されて、ボール１０４〜１０６に対して予圧が付与されている。また、ボール１０４に対して予圧が付与されることで、可動鏡筒１０２が可動範囲内で可動する際の、案内溝１０３２からのボール１０４の脱落や可動鏡筒１０２に対するボール１０４の接触位置の位置ずれが防止される。付勢手段としては、ばね部材による付勢力を用いたものや、磁石による磁気吸引力を用いたものが例示できるが、特に限定されない。

以上説明したように、本実施形態では、ボール１０４〜１０６を介した転動支持により可動鏡筒１０２を異なる２方向に独立して移動させることができる。即ち、可動鏡筒１０２は、ボール１０４〜１０６の転動を介して第１の方向へ移動し、また、ボール１０４との接触点を回動支点として、ボール１０５，１０６の転動を介して第２の方向に回動する。これにより、可動鏡筒１０２が移動する際の摺動摩擦を低減することができ、この結果、可動鏡筒１０２を駆動するアクチュエータ１０７，１０８の負荷が軽減されるとともに、可動鏡筒１０２の位置決め精度の向上が図れる。

なお、本実施形態では、アクチュエータとして、ボイスコイルモータを例示したが、ステッピングモータや圧電素子を使った超音波モータ、超磁歪アクチュエータなどを用いてもよい。

また、本実施形態では、第１のアクチュエータ１０７の駆動力の作用方向を案内溝１０３２によるボール１０４の案内方向と一致させているが、必ずしも一致させる必要はない。一致させない場合は、各アクチュエータ１０７，１０８への通電を同時に制御することで、駆動力の合力を任意の方向に発生させて、補正レンズ１０１を光軸と直交する平面内で移動させることができる。

（第２の実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第２の実施形態である像ぶれ補正装置について説明する。なお、上記第１の実施形態に対して重複又は相当する部分については、各図に同一符号を付してその説明を省略する。

図８（ａ）は本発明の第２の実施形態である像ぶれ補正装置の要部断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＤ部拡大図である。

本実施形態では、可動鏡筒１０２にも固定地板１０３の案内溝１０３２と同様な断面Ｖ字形状の案内溝１０２２を形成している。案内溝１０２２は、図４に示す可動鏡筒１０２の基準位置においては、固定地板１０３の案内溝１０３２に対して光軸方向に対向して案内溝１０３２と同一方向に延びており、幅方向の両側の斜面１０２２ａ，１０２２ｂは、互いに対称配置されている。また、斜面１０２２ａ，１０２２ｂの傾斜角度βは固定地板１０３の案内溝１０３２の斜面１０３２ａ，１０３２ｂの傾斜角度αより大きく設定されている。ここで、案内溝１０２２は、本発明の第２の案内溝の一例に相当する。

案内溝１０２２の斜面１０２２ａ，１０２２ｂには、それぞれボール１０４が１点接触し、これにより、案内溝１０２２に対してボール１０４が２点で接触する。したがって、ボール１０４は、可動鏡筒１０２と固定地板１０３との間で挟まれた状態で、４点接触でＹ方向に転動可能に支持される。

本実施形態では、可動鏡筒１０２にも固定地板１０３の案内溝１０３２と同様な断面Ｖ字形状の案内溝１０２２を形成して案内溝１０２２にボール１０４を２点で接触させている。また、案内溝１０２２の斜面１０２２ａ，１０２２ｂの傾斜角度βを固定地板１０３の案内溝１０３２の斜面１０３２ａ，１０３２ｂの傾斜角度αより大きく設定している。

このため、可動鏡筒１０２を回動動作させる際の負荷を軽減することができるとともに、外部からの衝撃などが加わっても可動鏡筒１０２の回動中心がずれることがなく、高精度で信頼性の高い像ぶれ補正装置を提供することができる。その他の構成及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

（第３の実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の第３の実施形態である像ぶれ補正装置について説明する。なお、上記第１の実施形態に対して重複又は相当する部分については、各図に同一符号を付してその説明を省略する。

図９（ａ）は本発明の第３の実施形態である像ぶれ補正装置の要部断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＥ部拡大図である。

本実施形態では、可動鏡筒１０２に対して、回転部材１０９がボール１０４の中心を通り、かつ光軸と平行な軸回りに相対回転可能に支持されている。そして、この回転部材１０９に固定地板１０３の案内溝１０３２と同様な断面Ｖ字形状の案内溝１０９２を形成している。案内溝１０９２は、固定地板１０３の案内溝１０３２に対して光軸方向に対向して案内溝１０３２と同一方向に延びており、幅方向の両側の斜面１０９２ａ，１０９２ｂは、互いに対称配置されている。

なお、本実施形態では、斜面１０９２ａ，１０９２ｂの傾斜角度βと固定地板１０３の案内溝１０３２の斜面１０３２ａ，１０３２ｂの傾斜角度αとを同等としているが、上記第２の実施形態の同様に、傾斜角度β＞傾斜角度αとしてもよい。

案内溝１０９２の斜面１０９２ａ，１０９２ｂには、それぞれボール１０４が１点接触し、これにより、案内溝１０９２に対してボール１０４が２点で接触する。したがって、ボール１０４は、可動鏡筒１０２と固定地板１０３との間で挟まれた状態で、４点接触でＹ方向に転動可能に支持される。また、可動鏡筒１０２は、回転部材１０９に対して光軸と平行な軸回りに回動可能に支持される。

本実施形態では、可動鏡筒１０２に相対回転可能に支持された回転部材１０９に固定地板１０３の案内溝１０３２と同様な断面Ｖ字形状の案内溝１０９２を形成して案内溝１０９２にボール１０４を２点で接触させている。また、可動鏡筒１０２は、回転部材１０９に対して光軸と平行な軸回りに回動可能に支持される。

このため、可動鏡筒１０２を回動動作させる際の負荷を大幅に軽減することができるとともに、外部からの衝撃などが加わっても可動鏡筒１０２の回動支点がずれることがなく、高精度で信頼性の高い像ぶれ補正装置およびそれを備えた光学機器を提供することができる。

また、本実施形態では、可動鏡筒１０２が回転部材１０９に対して回動可能に支持されるため、可動鏡筒１０２の回動角度θを大きくしてもボール１０４と案内溝１０９２との接触位置の位置ずれを回避することができる。このため、補正レンズ１０１をより広い範囲で位置決めすることが可能となる。その他の構成及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

なお、本発明の構成は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

例えば、上記各実施形態では、像ぶれ補正装置を備えた光学機器としてのレンズ鏡筒を例示したが、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタル一眼レフカメラに用いる交換レンズ、双眼鏡などの光学機器に利用可能である。また、携帯電話やゲーム機のような電子機器に備え付けられた撮像ユニットにも本実施形態の像ぶれ補正装置を適用することが可能である。

１０１補正レンズ
１０２可動鏡筒
１０３固定地板
１０４，１０５，１０６ボール
１０７第１のアクチュエータ
１０８第２のアクチュエータ
１０３２案内溝

Claims

固定部材と、
前記固定部材に対して、前記固定部材に沿って第１の方向へ移動可能に支持されるとともに、前記第１の方向と異なる第２の方向に前記固定部材に沿って回動可能に支持される可動部材と、
前記可動部材を前記第１の方向及び前記第２の方向に独立して移動させる駆動手段と、
前記固定部材と前記可動部材との間に挟持される第１のボールおよび第２のボールと、
互いに前記第１のボールおよび第２のボールを挟持する方向に、前記固定部材及び前記可動部材を付勢する付勢手段と、
前記固定部材及び前記可動部材の一方の部材に形成された前記第１の方向に延びる第１の案内溝と、を備え、
前記第１のボールは、前記第１の案内溝内に配置され、前記可動部材が前記第１の方向に移動する際に前記第１の案内溝に沿って転動し、前記可動部材が前記第２の方向に回動する際に前記可動部材の回動支点となり、
前記第２のボールは、前記可動部材が前記第１および第２の方向に移動する際にそれぞれ前記第１および第２の方向に転動することを特徴とする像ぶれ補正装置。
前記ボールは、前記第１の案内溝に対して２点で接触することを特徴とする請求項１に記載の像ぶれ補正装置。
前記固定部材及び前記可動部材の他方の部材に、前記第１の方向に延びる第２の案内溝が形成され、前記ボールは、前記第１の案内溝と前記第２の案内溝との間に挟持されることを特徴とする請求項１又は２に記載の像ぶれ補正装置。
前記可動部材は、前記回動支点を中心に相対回転可能に支持される回転部材を備え、前記回転部材に前記第２の案内溝が形成されることを特徴とする請求項３に記載の像ぶれ補正装置。
前記可動部材は、像ぶれ補正光学系を保持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の像ぶれ補正装置。
前記第１の方向は、前記可動部材の基準位置での前記像ぶれ補正光学系の中心と前記可動部材の回動支点とを結ぶ線の方向であることを特徴とする請求項５に記載の像ぶれ補正装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の像ぶれ補正装置を備えることを特徴とする光学機器。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の像ぶれ補正装置を備えることを特徴とする撮像装置。