JP6815476B1 - 手振れ補正機能付き撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】屈曲光学系を有する撮像装置において、装置を大型化することなく防振機構を備えた撮像装置を提供する。【解決手段】光軸を折り曲げる反射部材を有する光学系であって、物体側より順に反射部材、撮像レンズ群、撮像素子を備え、撮像レンズ群の光軸と前記反射部材で反射される物体側の光軸とにより作られる平面に対し垂直な軸と、反射される物体側の光軸と平行な軸と、を回転軸として前記反射部材を回動させることによって手振れ補正を行う。【選択図】図２

Description

本発明は手振れ補正機能付き撮像装置に関する。
撮影技術の急速な発展に伴い、レンズ駆動装置は、数多くの撮影装置で広く応用されている。レンズ駆動装置を各種の携帯式電子機器、例えば携帯電話、タブレットコンピュータ等に応用したものは、特に消費者に受け入れられている。
通常の携帯式電子機器に適応されたレンズ駆動装置の駆動機構は、一般的にコイルと磁石鋼とによって形成され、コイルがレンズキャリアの外周に固定されている。コイルへ電流を印加するとき、電磁力の作用によって、コイルは、レンズキャリアを動かしてレンズの光軸方向に沿って移動さることによって焦点を合わせることができる。また、ユーザが手で電子機器を持ちながら撮影する際に、手振れによるレンズ駆動装置の振れに対しては光軸に対して垂直方向へ駆動する事で振れを補正することが可能となる。しかしながら、例えば携帯式電子機器に搭載する小型の光学機器であって、光学全長の長いズーム光学系では携帯式電子機器にそのまま搭載することは難しく、屈曲などの構造を取る必要があった。また光学系を光軸方向に可動することで撮像面での光学的な倍率を変動する装置を備える、光学ズームと称される装置を搭載する光学装置では、より光学全長が長くなる傾向である。
この屈曲の構造を用いた光学系では、光線を屈曲するためのプリズムやミラーの前後に配置されたレンズを振れ補正に使う事や、光学ズームによってレンズ群を移動する一部のレンズを、振れ補正によって可動する構造となる事が挙げられるが、小型化が進む携帯式電子機器ではこれら前後に配置されたレンズの振れ補正構造や、レンズ群の一部のレンズを可動する振れ補正構造を用いることで、屈曲光学系の全長が長くなる可能性や、一部形状が突出しなければならない構造となる可能性があった。
従って、以上の課題を解決できる新しいレンズ駆動装置を提供することが必要となる。
特開２００４−２１９９３０号公報 特開２０１２−１１８３３６号公報
本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、屈曲光学系を有する撮像装置の手振れ補正において、撮像装置を大型化することのなく省スペースな防振機構を実現することを目的とする。
本発明の目的は以下のように実現された。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。
光軸を屈曲させる反射面を有する反射部材を含む光学系を備える屈曲式撮像装置において、該反射部材を回動させることにより手振れ補正を行う屈曲式撮像装置の防振機構であって、
前記反射部材は撮像レンズ群よりも物体側に配置され、前記撮像レンズ群の光軸と前記反射部材で反射される物体側の光軸とにより作られる平面に対し垂直な軸である第１回転軸と、反射される物体側の光軸と平行な軸である第２回転軸と、を回転軸として前記反射部材を回動させ、
前記反射部材を滑らかに回動可能な摺動部にはボール部材を用いており、回動のための駆動部材には電磁アクチュエータを用いて駆動させ、前記電磁アクチュエータは前記摺動部を保持するための機構とガタ取り機構を有することを特徴とする屈曲式撮像装置の防振機構。
前記反射部材は、前記反射面が前記第１回転軸及び第２回転軸に対して対称に配置され、
前記前記防振機構は、最外部に前記電磁アクチュエータを搭載することが好ましい。
前記電磁アクチュエータはボイスコイルモータであることが好ましい。
付勢手段である前記電磁アクチュエータの付勢方向は、前記電磁アクチュエータの永久磁石とヨークが、引き合う方向と同一であることが好ましい。
前記ヨークは、防振ベース上に配置され、
前記摺動部を保持するための機構は、前記永久磁石が配置された第１ホルダーと、第２ホルダーとを含み、前記第１ホルダーがボール部材によって前記第２ホルダーに前記第１回転軸に回動可能に保持され、前記第２ホルダーが前記ボール部材とは別のボール部材によって前記防振ベースに前記第２回転軸に回動自在に保持され、
前記防振ベース上の前記ヨークに対して、前記第２ホルダーを介した前記第１ホルダーの前記永久磁石がすべての前記ボール部材を抑え込むことが好ましい。
前記撮像レンズ群は、２つ以上に分かれたレンズ群を光軸方向に可動することで撮像面での光学的な倍率を変動する装置を備えることが好ましい。
前記反射部材はプリズムまたはミラーであることが好ましい。
また本発明は、上記屈曲式撮像装置の防振機構を備えるカメラなどの撮像装置を含む。
また本発明は、上記屈曲式撮像装置を備えるスマートフォンなどの携帯電子機器を含む。
本発明の利点として、本発明の屈曲式撮像装置の防振機構が、撮像レンズ群よりも物体側に配置された反射部材を回動させることによって手振れ補正を行うことで、撮像光学系内のレンズ、もしくは撮像光学系内の反射部材で手振れ補正を行うことよりも像面での性能影響を少なくすることができる。また付勢手段である電磁アクチュエータの永久磁石とヨークによりガタ取り及び付勢を行うことができるため、付勢の為の他部材が必要なく、部品の大幅な削減による小型化、組付け容易化に貢献している。
さらに、手振れ補正角に対して可動範囲を最小限に抑えることが出来るため、小型化が進む携帯式電子機器の中でより効率の良い防振機構をする目的が達成でき、撮像画像の品位が良くなる。
本発明の実施形態の屈曲式撮像装置を下方前側から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の前側カバー板とフレキシブル基盤を除き、下方前側から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の前側カバー板とフレキシブル基盤を除き、上方前側から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置を下方前側から見た分解図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置を上方後側から見た分解図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置を第１光軸と第２光軸で成す平面で切った断面図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置を、回転軸（Ａ）Ｓ１を通り、第２光軸に平行な平面で切った断面図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の防振ユニットを下方前側から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の防振ユニットを上方後側から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の防振ユニットを下方前側から見た分解図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の防振ユニットを上方後側から見た分解図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の防振ユニットを第１光軸と第２光軸で成す平面から駆動部材を通る平面にオフセットした断面図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の防振ユニットを、回転軸（Ａ）Ｓ１を通り、第２光軸に平行な平面で切った断面図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の第１ホルダーブロックを下方前側から見た斜視図である。 本発明の実施形態の屈曲式撮像装置の第１ホルダーブロックを上方後側から見た斜視図である。 本発明の屈曲式撮像装置を備えた携帯電子機器（携帯情報端末）である。
以下、図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。
図１〜図７は、本発明の屈曲式撮像装置１００を示す図面である。
図１〜図１６は、本発明の実施形態に係る撮像装置とその構成要素を示している。
屈曲式撮像装置１００の撮像光学系は、対物側より反射部材であるプリズム２１、撮像レンズ群３１、撮像素子４１で構成され、プリズム２１で光束を反射させる屈曲光学系となっている。
第１光軸Ｏ１に沿ってプリズム２１の入射面２１−ａに入射した被写体からの光束は、プリズム２１の反射面２１−ｂによって第２光軸Ｏ２に沿う方向に反射されて射出面２１−ｃから射出される。続いて光束は、第２光軸Ｏ２上に位置する撮像レンズ群３１を通り、撮像素子４１の撮像面上に結像される。
屈曲式撮像装置１００はハウジング１０を有する。図４、図５に示すように、ハウジング１０は、プリズム２１およびベース部材である防振ベース６１を含む防振ユニット６０を保持する上方固定部１１と、前後方向に開かれた箱状の前側開口部１２と、撮像素子へ光束を通す下方開口部１３と、フォーカス用ハウジング５３を保持する下方固定部１４を有する。上方固定部１１にプリズム２１を含む防振ユニット６０が固定され、前側開口部１２は撮像レンズ群３１を複数保持する撮像レンズ枠３２が２本のシャフト１７で支持され、第２光軸Ｏ２に沿って進退可能に保持されている。下方開口部１３には撮像レンズ群３１を射出した光束の第２光軸Ｏ２と垂直な方向に、フォーカス用ハウジング及び撮像素子ユニット４０が固定される。
ハウジング１０の前側開口部１２は、前側カバー板１５、後側カバー板１６（図１、図４、図５）によって塞がれる。
撮像レンズ群３１を保持する撮像レンズ枠３２は、箱状の前側開口部１２内で第２光軸Ｏ２に沿って直進移動可能に２本のシャフト１７で支持されており、フォーカス、ステッピングモーター、防振機構用フレキシブル基板５０の通電によって引き起こされる、撮像レンズ枠３２に固定されたステッピングモーター５４の駆動力によって複数の撮像レンズ枠３２が第２光軸Ｏ２に沿って進退移動することによってズーミング動作が行われる。
フォーカス用ハウジング５３に収容されている撮像レンズ枠３２及び、フォーカス用永久磁石３４、フォーカス用ボール６２は、フォーカス、ステッピングモーター、防振機構用フレキシブル基板５０の通電によって引き起こされる、フォーカス用コイル５１によって駆動され、フォーカシング動作が行われる。
フォーカス用ヨーク３３は、フォーカス用コイル５１の、フォーカス用永久磁石３４と対向しない面側に設けられ、フォーカス用ハウジング５３に固定されている。
前記フォーカス用ヨーク３３は、焦点位置の変更により撮像レンズ群３１が移動した際、撮像レンズ群３１を所定位置に戻すための磁気バネの役割があり、フォーカス用ハウジング５３に対して一方向に付勢する役割及び、フォーカス用コイル５１の漏れ磁束を収束させ、フォーカス用永久磁石３４とフォーカス用コイル５１の電磁作用効率を上げることも兼ね備えている。
フォーカス用ホールセンサ５２を設けることにより、フォーカス用永久磁石３４の位置を検出することが出来る為、より精度良い焦点位置の調整や、焦点調整速度が重要な場面での正確な制御を実現している。
前記フォーカス用コイル５１は、撮像レンズ枠３２上に取り付けられて固定されているコイル巻き線であっても良く、直接にフレキシブル基板５０上に形成されている導電性パターンであっても良い。
屈曲式撮像装置１００は、手振れなどの振動を原因とする像面上での像振れを軽減させる防振（像振れ補正）ユニット６０を備えている。この防振ユニット６０は、プリズム２１を、撮像レンズ群の光軸Ｏ２と反射部材で反射される物体側の光軸Ｏ１とにより作られる平面に対し垂直な回転軸（Ａ）Ｓ１と、反射される物体側の光軸Ｏ１と平行な軸（Ｂ）Ｓ２を回転軸として回動可能に構成されている。
第１ホルダー８１にはプリズム２１が接着等により固着されており、その他には永久磁石８２が接着等により固着され、防振ベース６１への組み込み後にピン９４が圧入される。このブロックを第１ホルダーブロック８０と呼ぶこととする。
第１ホルダーブロック８０は、第２ホルダー９１の回転軸（Ａ）Ｓ１軸に第１ボール６２１によって軸支される。第１ボール６２１は第２ホルダー９１のＳ１軸穴部に回動可能な状態で保持され、第２ホルダー９１に対して滑らかに回動可能な寸法に設定されている。プリズム２１は、反射面２１−ｂが第２ホルダー９１の回転軸（Ａ）Ｓ１軸に対して対称に配置されている。
フォーカス、ステッピングモーター、防振機構用フレキシブル基板５０の防振コイルＡ７１、防振コイルＢ７４の裏面にはそれぞれ磁性体金属で作成された、防振ヨークＡ７３、防振ヨークＢ７６が貼り付けられている。
第２ホルダー９１には２つの永久磁石Ｂ９２が取り付けられ、防振ベース６１に取り付けられる防振コイルＢ７４とともにボイスコイルモータを構成する。また、フォーカス、ステッピングモーター、防振機構用フレキシブル基板５０上の防振コイルＢ７４の裏面には磁性体金属で作成された、永久磁石Ｂ９２と引き合うヨークである防振ヨークＢ７６が貼り付けられており、第２ホルダー９１の永久磁石Ｂ９２との磁性のより所定の位置（実施例では移動範囲の中心）に保持する磁気バネとして作用している。
防振ベース６１にはさらに防振コイルＡ７１及び位置検出用の防振ホールセンサＡ７２が実装したフォーカス、ステッピングモーター、防振機構用フレキシブル基板５０が取り付けられ、防振コイルＡ７１と防振ホールセンサＡ７２が図示の位置で固着されることにより、第１ホルダーブロック８０の永久磁石Ａ８２と防振コイルＡ７１とともにボイスコイルモータを構成し、第１ホルダーブロック８０の永久磁石Ａ８２は防振ホールセンサＡ７２とともに位置検出として機能する。
第１ホルダー８１には第２ホルダー９１との摺動用の第１ボール６２１を保持できる第１ホルダーの円筒凹部８４を有している。また第２ホルダー９１の対向する部分にも第２ホルダーの円筒凹部９３を有している。さらに防振ベース６１と第２ホルダー９１の対向する部分にも第２ホルダーの円筒凹部９３及び防振ベースの円筒凹部６５が形成されており、第１ホルダー８１の円筒凹部８６の摺動面と同様、滑らかに回転できるよう面精度が設定されている。
第２ホルダー９１及び第１ホルダーブロック８０は、防振ベース６１に挿入され、回転軸（Ｂ）Ｓ２軸に第２ボール６２２により軸支される。第２ボール６２２は防振ベースＳ２軸穴部に回動可能な状態で保持され、防振ベース６１に対しては滑らかに回動可能な寸法に設定されている。また、この状態でピン９４を第１ホルダー８１に差し込むことにより、防振ベース６１に対する第１ホルダーブロック８０の回転方向の移動可能範囲を規制する。プリズム２１は、反射面２１−ｂが回転軸（Ｂ）Ｓ２軸に対して対称に配置されている
また、第１ホルダー８１に設けられた第１ホルダー８１の外枠部８３と防振ベース６１の内枠部６３の間には回転方向に一定のクリアランスが設けてあり、第２ホルダー９１に対する第１ホルダーブロック８０の回転方向の移動可能範囲を規制する。
このユニットされたブロックを防振ユニット６０と呼ぶこととする。
またこの場合、回転軸（Ａ）Ｓ１はプリズムの反射面２１−ｂのできるだけ近傍が望ましい。
プリズム２１が第１光軸Ｏ１と平行な方向のガタ成分を持っていた場合、第２光軸Ｏ２が平行移動してしまい、手振れ補正制御不能な像振れを発生させることが考えられる。したがって、本実施例において第１ホルダーブロック８０の回転軸と平行方向のガタ成分はなくすことが必須となっている。
本発明においては、第２ホルダー９１に対し、第１ホルダーブロック８０を回転軸と平行な方向へ磁気バネ付勢し、また摺動部にはボールを用いることにより、低負荷で確実なガタ取りを可能としている。
前述したガタ取りする方向は、防振ヨークＡ７３のガタ取り方向７７の通り永久磁石Ａ８２と防振用ホールセンサＡ７２の距離が決定される方向と一致しており、安定した位置検出を可能とすることができる。第１ホルダーブロック８０の永久磁石Ａ８２に対向する側の防振ヨークＡ７３は永久磁石Ａ８２よりも細くなっており、第１ホルダーブロック８０を中心保持する吸引力を発生させる設定となっている。つまり、第１ホルダーブロック８０が回動した場合、磁性により所定の位置（実施例では移動範囲の中心）に保持する磁気バネとして作用している。
前述した通り、第２ホルダー９１は第２ボール６２２によって防振ベース６１に回転軸（Ｂ）Ｓ２に回動自在に保持され、第２ホルダー９１上には第１ホルダーブロック８０が第１ボール６２１によって回転軸（Ａ）Ｓ１に回動可能に保持されている。
また、第１ホルダー８１上に配置された永久磁石Ａ８２が、防振ベース６１上に配置された防振ヨークＡ７３の方向に付勢されており、防振ヨークＡ７３は回転軸Ｓ２の中心保持をすると共に第２ホルダー９１を介した脱落防止及びブロック間のガタ取りの役割を持ち、さらに防振コイルＡ７１の漏れ磁束を有効に駆動力に活用する役割も持ち合わせ、大幅な部品削減を行うことを可能としている。
また第１ボール６２１と第２ボール６２２を介して防振ユニット６０の最外面に電磁アクチュエータを配置することで、回転軸（Ａ）Ｓ１及び回転軸（Ｂ）Ｓ２から離れた位置に力点が来るため、電磁アクチュエータが発生する力の感度を低くしていくことが出来、すなわちより解像度の高い防振制御が可能となる。
本実施形態において、前記反射部材はミラー（図示しない）であってもよい。
上述した屈曲式撮像装置１００は、たとえば図１６に示すいわゆるスマートフォン、いわゆるフィーチャーフォン、またはタブレット機器などの携帯情報機器２００用の撮像装置１００に用いられてもよい。
以上は、ただ本発明の好ましい実施形態に過ぎなく、本発明の保護範囲は、上記実施形態に限定されたものではなく、本領域の技術者が本発明に開示された内容に基づき作られた同等の修正または変形は、すべて本願の特許請求の範囲に記載された本発明に含まれている。
１０ … ハウジング
１１ … 上方固定部
１２ … 前側開口部
１３ … 下方開口部
１４ … 下方固定部
１５ … 前側カバー板
１６ … 後側カバー板
１７ … シャフト
２１ … プリズム
２１−ａ … プリズム入射面
２１−ｂ … プリズム反射面
２１−ｃ … プリズム射出面
３１ … 撮像レンズ群
３２ … 撮像レンズ枠
３３ … フォーカス用ヨーク
３４ … フォーカス用永久磁石
４０ … 撮像素子ユニット
４１ … 撮像素子
５０ … フォーカス、ステッピングモーター、防振機構用フレキシブル基板
５１ … フォーカス用コイル
５２ … フォーカス用ホールセンサ
５３ … フォーカス用ハウジング
５４ … ステッピングモーター
６０ … 防振ユニット
６１ … 防振ベース
６２ … フォーカス用ボール
６２１ … 第１ボール
６２２ … 第２ボール
６３ … 防振ベースの内枠部
６４ … 防振ユニットカバー
６５ … 防振ベースの円筒凹部
７１ … 防振コイルＡ
７２ … 防振ホールセンサＡ
７３ … 防振ヨークＡ
７４ … 防振コイルＢ
７５ … 防振ホールセンサＢ
７６ … 防振ヨークＢ
７７ … 防振ヨークＡのガタ取り方向
８０ … 第１ホルダーブロック
８１ … 第１ホルダー
８２ … 永久磁石Ａ
８３ … 第１ホルダーの外枠部
８４ … 第１ホルダーの円筒凹部
９１ … 第２ホルダー
９２ … 永久磁石Ｂ
９３ … 第２ホルダーの円筒凹部
９４ … ピン
１００ … 屈曲式撮像装置
２００ … 携帯情報機器
Ｏ１ … 第１光軸
Ｏ２ … 第２光軸
Ｓ１ … 回転軸（Ａ）
Ｓ２ … 回転軸（Ｂ）

Claims (7)

  1. 光軸を屈曲させる反射面を有する反射部材を含む光学系を備える屈曲式撮像装置において、該反射部材を回動させることにより手振れ補正を行う屈曲式撮像装置の防振機構であって、
    前記反射部材は撮像レンズ群よりも物体側に配置され、前記撮像レンズ群の光軸と前記反射部材で反射される物体側の光軸とにより作られる平面に対し垂直な軸である第１回転軸と、反射される物体側の光軸と平行な軸である第２回転軸と、を回転軸として前記反射部材を回動させ、
    前記反射部材を滑らかに回動可能な摺動部にはボール部材を用いており、
    回動のための駆動部材には電磁アクチュエータを用いて駆動させ、
    前記電磁アクチュエータは前記摺動部を保持するための機構とガタ取り機構を有し、
    前記電磁アクチュエータはボイスコイルモータであり、
    付勢手段である前記電磁アクチュエータの付勢方向は、前記電磁アクチュエータの永久磁石とヨークが、引き合う方向と同一であり、
    前記ヨークは、防振ベース上に配置され、
    前記摺動部を保持するための機構は、前記永久磁石が配置された第１ホルダーと、第２ホルダーとを含み、前記第１ホルダーが第１ボール部材によって前記第２ホルダーに前記第１回転軸に回動可能に保持され、前記第２ホルダーが前記第１ボール部材とは別の第２ボール部材によって前記防振ベースに前記第２回転軸に回動自在に保持され、
    前記防振ベース上の前記ヨークに対して、前記第２ホルダーを介した前記第１ホルダーの前記永久磁石がすべての前記ボール部材を抑え込むことを特徴とする屈曲式撮像装置の防振機構。
  2. 前記反射部材は、前記反射面が前記第１回転軸及び第２回転軸に対して対称に配置され、
    前記防振機構は、最外部に前記電磁アクチュエータを搭載することを特徴とする請求項１に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  3. 前記撮像レンズ群は、２つ以上に分かれたレンズ群を光軸方向に可動することで撮像面での光学的な倍率を変動する装置を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  4. 前記反射部材はプリズムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  5. 前記反射部材はミラーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の屈曲式撮像装置の防振機構を備えることを特徴とするカメラ。
  7. 請求項６に記載のカメラを備えることを特徴とする携帯電子機器。
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