(57)【要約】【課題】レンズや撮像素子をシフト移動して防振をする光学機器でおいて、シフト量が大きくなっても、光学系の収差が大きくならないようにする。【解決手段】  シフトベース８とシフト枠９との間の３個所には、３つの球体１４ａが挟み込まれている。球体１４ａはそれぞれ、シフトベース８の接触面８ａに、またシフト枠９の接触面９ａに接触し、これら３個所ずつの接触面は光学系の光軸上の点Ｏに対して同心となる球面とされている。  点Ｏを中心とする接触面８ａの半径をＲ１、接触面９ａの半径をＲ２とすると、球体１４ａの直径はＲ２−Ｒ１である。また、撮影レンズの球面収差を近似した半径Ｒ３の中心は、半径Ｒ１とＲ２の中心とほぼ一致している。撮像素子１１は半径Ｒ１の中心を中心にした球面上を移動するので、球面収差を近似した半径Ｒ３の近くを移動し、移動したときに球面収差近傍を移動し、球面収差の影響を少なくでき、撮影像の劣化を少なくできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズと、光軸とは異なる方向に移動する撮像素子を保持するシフト枠と、該シフト枠に対向し複数個の球体を介して位置決めするシフトベースとを備え、前記シフト枠及び前記シフトベースは前記球体と接触する接触面を有し、前記シフト枠の接触面と前記シフトベースの接触面はそれぞれ、光軸上に同一の中心を持ち半径が異なる球面の一部であることを特徴とする振れ補正装置を有する光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ鏡筒や、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮影装置や、双眼鏡、天体望遠鏡等の観察装置に組み込むために好適な振れ補正装置を有する光学機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
手持ち撮影時において生じ易い手振れ等による像振れを防止するため、カメラや双眼鏡の振れ情報を検出し、その検出結果に応じて、光学的にその振れを相殺して振れ補正を実現する種々の装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、撮像素子を光軸に垂直方向に移動することにより、振れ補正をするものが開示されている。特許文献２には、撮影レンズの一部を光軸に垂直方向に移動することにより、振れ補正するものが開示されている。特許文献３には、撮影レンズの一部をジンバルにより保持し、光軸を中心に回転移動し、振れ補正するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５１９１７号公報
【特許文献２】特開２００２−１９６３８２号公報
【特許文献３】特開平２−２３８４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
像振れ補正のために、レンズや撮像素子を光軸に垂直方向に移動すると、レンズの各種の収差により撮影像が劣化する場合がある。また、ジンバルにより光軸を中心に回転する構成は、レンズの重さについては有利であるが、保持部材が光軸方向に必要であり、防振装置が大きくなることが避けられない。また、カウンタウエイトを使用する場合も防振装置が大きくなる。
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、レンズの収差を良好に補正し得る振れ補正装置を有する光学機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る振れ補正装置を有する光学機器は、撮影レンズと、光軸とは異なる方向に移動する撮像素子を保持するシフト枠と、該シフト枠に対向し複数個の球体を介して位置決めするシフトベースとを備え、前記シフト枠及び前記シフトベースは前記球体と接触する接触面を有し、前記シフト枠の接触面と前記シフトベースの接触面はそれぞれ、光軸上に同一の中心を持ち半径が異なる球面の一部であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る振れ補正装置を有する光学機器によれば、光軸を中心に防振のために撮影レンズの一部レンズ又は撮像素子を、光軸を中心にした球体により保持するので、レンズの収差を良好に補正することで、撮影像や観察像の劣化を少なくすることができる。また、光軸方向に延在する保持部材等がなく小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１のレンズ鏡筒の断面図である。
【図２】実施例１の撮像素子側から見た正面図である。
【図３】像面弯曲と深度の説明図である。
【図４】実施例１のブロック回路構成図である。
【図５】実施例２の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は実施例１の振れ補正装置を備えたビデオカメラ等の光学機器に用いられるレンズ鏡筒の断面図、図２はレンズ鏡筒の撮像素子側から見た正面図を示している。
【００１２】
レンズ鏡筒の光学系は、被写体又は観察物体側から順に、凸凹凸凸の４群構成の変倍光学系とされている。光軸上に、固定の第１群レンズＬ１、光軸方向に移動して変倍動作を行う第２群レンズＬ２、固定の第３群レンズＬ３、光軸方向に移動して合焦動作を行う第４群レンズＬ４が順次に配列されている。また、第１群レンズＬ１は固定鏡筒１に保持され、第２群レンズＬ２は変倍移動枠２に保持され、第３群レンズＬ３は第３保持枠３に保持され、第４群レンズＬ４は合焦移動枠４により保持されている。合焦移動枠４の周囲に後部鏡筒５が配置されている。
【００１３】
固定鏡筒１と後部鏡筒５との間には、図示しない２本のガイドバーが設けられ、変倍移動枠２及び合焦移動枠４はこれらのガイドバーにより光軸方向に移動可能に支持されている。変倍移動枠２及び合焦移動枠４は、一方のガイドバーに対して光軸方向に所定の長さを有するスリーブ部で嵌合することにより、光軸方向への倒れが防止され、他方のガイドバーにＵ溝部を係合することにより、一方のガイドバー回りでの回転が防止されている。
【００１４】
第３保持枠３は絞りユニット６と共に、固定鏡筒１と後部鏡筒５の間に位置決めされた上で挟み込まれ、ビス締めにより固定されている。絞りユニット６は光学系の開口径を変化させ、２枚の絞り羽根を互いに逆方向に移動させて開口径を変化させる。
【００１５】
後部鏡筒５に固定されたフォーカスリセットスイッチ７はフォトインタラプタから成り、合焦移動枠４に形成された遮光部４ｃの光軸方向への移動による遮光、透光の切換わりを検出して電気信号を出力する。制御回路はこのフォーカスリセットスイッチ７からの電気信号に基づいて、第４群レンズＬ４が基準位置に位置するか否かを判別する。
【００１６】
後部鏡筒５にシフトベース８が固定され、シフトベース８の後方にシフト枠９が対向して配置されている。シフト枠９はピッチ方向（縦方向の角度変化）の像振れを補正するためにピッチ方向に、またヨー方向（横方向の角度変化）の像振れを補正するためにヨー方向に、更に光軸を軸中心にした回転触れに対して、光軸を中心にした回転が可能とされている。シフト枠９には撮像素子板１０が固定され、撮像素子板１０は撮像素子１１を保持し、シフト枠９に固定されたフィルタ１２と撮像素子１１の間にリング状のゴム板１３が挟み込まれて、フィルタ１２と撮像素子１１はがたなく保持されている。
【００１７】
シフトベース８とシフト枠９との間の３個所には、３つの球体１４ａ、１４ｂ、１４ｃが挟み込まれている。これらの複数個の球体１４ａ〜１４ｃはその近傍に配置される後述する駆動用磁石に吸引されないように、例えばＳＵＳ３０４（オーステナイト系のステンレス鋼）のような非磁性体材料で形成されている。球体１４ａ〜１４ｃはそれぞれシフトベース８に設けられた接触面８ａ、８ｂ、８ｃに、またシフト枠９に設けられた接触面９ａ、９ｂ、９ｃに接触している。これらの接触面は、光学系の光軸上の点Ｏに対して同心となる球面の一部とされている。３つの球体１４ａ〜１４ｃの呼び径が同じ場合は、３個所の接触面の光軸方向位置の相互差を小さく抑えることにより、シフト枠９を光軸上の点Ｏに対して同心面上な姿勢を保ったままで、保持及びシフト案内が可能となる。また、接触面８ａと接触面９ａの差、接触面８ｂと接触面９ｂの差、接触面８ｃと接触面９ｃの差が、それぞれの球体１４ａ〜１４ｃの球径と同じになっていれば、球径は異なっていてもよい。
【００１８】
点Ｏを中心とする接触面８ａ、８ｂ、８ｃの半径をＲ１、接触面９ａ、９ｂ、９ｃの半径をＲ２とすると、球体１４ａの直径はＲ２−Ｒ１である。また、図３に示すように、平面内にある物体が弯曲して結像される現象を像面弯曲収差という。撮影レンズの像面弯曲した像面を近似した半径Ｒ３の中心は、半径Ｒ１とＲ２の中心とほぼ一致している。撮像素子１１は半径Ｒ１の中心を中心にした球面上を移動するので、球面収差を近似した半径Ｒ３の近くを移動し、移動したときに球面収差近傍を移動し、球面収差の影響を少なくでき、撮影像の劣化を少なくできる。また、焦点位置の近傍でぼけが分からない大きさの光軸方向の長さを焦点深度という。
【００１９】
シフトベース８の側方の３個所には、センサベース１５が位置決めピンにより結合され、センサベース１５内には、駆動用磁石１６、バックヨーク１７、コイル１８、ヨーク１９、検出用磁石２０、ホール素子２１が内蔵されている。
【００２０】
駆動用磁石１６は光軸に対して周方向に２極着磁され、バックヨーク１７は駆動用磁石１６の光軸方向前側の磁束を閉じ、ヨーク１９は駆動用磁石１６の光軸方向の後側の磁束を閉じている。また、ヨーク１９と駆動用磁石１６は、光軸方向において略同一の投影形状を有している。
【００２１】
駆動用磁石１６とバックヨーク１７はシフトベース８に固定され、ヨーク１９はコイル１８と共にシフト枠９に固定されている。そして、これらの駆動用磁石１６、バックヨーク１７、コイル１８、ヨーク１９により磁気回路が形成されている。
【００２２】
検出用磁石２０は光軸に対して周方向に２極に着磁され、ヨーク１９により光軸方向の前側の磁束が閉じられている。検出用磁石２０はヨーク１９の後側、つまりヨーク１９を挟んでコイル１８の反対側でシフト枠９に固定されている。
【００２３】
センサベース１５にホール素子２１が位置決め固定され、磁束密度を電気信号に変換している。これらの検出用磁石２０、ヨーク１９及びホール素子２１によってシフト枠９に対する位置検出手段が構成されている。なお、ヨーク１９を駆動手段と位置検出手段とで共用することにより、位置検出手段に専用のヨークを設ける場合に比べて、部品点数の減少とシフト枠９の小型化、更にはシフト枠９の軽量化による振れ補正の制御性の向上等を図ることができる。
【００２４】
コイル１８に電流を流すと、駆動用磁石１６における２極着磁の着磁境界に対して略直角方向に、駆動用磁石１６とコイル１８に発生する磁力線相互の反発によるローレンツ力が発生し、シフト枠９が３つの球体１４ａ〜１４ｃを結ぶ球面上を移動する。このような構成の駆動手段が、上述のように３個所に設けられているので、シフト枠９に対して、光軸上の前方の点Ｏを中心にした球面上を上下方向と左右方向と回転方向に駆動力を与えることができる。
【００２５】
即ち、本実施例では磁石を含む磁気回路のギャップにコイル１８を配置し、コイル１８への通電により、コイル１８と共にシフト枠９を球面上を駆動する所謂ムービングコイルタイプの防振ユニットが採用されている。
【００２６】
また、駆動用磁石１６とヨーク１９との間には磁気的吸引作用が生じ、この吸引力によってヨーク１９は駆動用磁石１６側に引き付けられる。つまり、３つの磁気回路での合力が、３つの球体１４ａ〜１４ｃの内側に働くように、これら磁気回路及び球体１４ａ〜１４ｃを配置することで、シフト枠９を３つの球体１４ａ〜１４ｃを介してシフトベース８側に付勢することができる。
【００２７】
３つの球体１４ａ〜１４ｃとシフトベース８及びシフト枠９の接触面８ａ〜８ｃ、９ａ〜９ｃとの間には、吸引力による付勢によらなくても、球体１４がシフトベース８及びシフト枠９の接触面から容易に脱落しない程度の粘度を有する潤滑油が塗布されている。これにより、吸引力を上回る慣性力がシフト枠９に作用し、シフト枠９の接触面９ａ〜９ｃが球体１４ａ〜１４ｃから浮いた状態となっても、球体１４ａ〜１４ｃの位置がずれることが防止される。
【００２８】
また、磁気回路による付勢力を、光学部材を含むシフト枠９の重量の少なくとも５倍以上とすることで、実際の撮影時において良好な付勢状態が維持されると考えられる。
【００２９】
図４は振れ補正機能を有するレンズ鏡筒を搭載した撮影装置のブロック回路構成図を示している。撮像素子１１の出力は映像信号に処理するカメラ信号処理回路３１を介して、レンズ駆動を制御する制御回路としてのマイコン３２に接続されている。
【００３０】
マイコン３２には、フォーカスリセット回路３３、ズームリセット回路３４、ピッチ角度検出回路３５、ヨー角度検出回路３６、回転角度検出回路３７、ピッチ位置検出回路３８、ヨー位置検出回路３９、回転位置検出回路４０の出力が接続されている。また、マイコン３２の出力はフォーカスモータ駆動回路４１、ズームモータ駆動回路４２、絞り駆動回路４３、ピッチコイル駆動回路４４、ヨーコイル駆動回路４５、回転コイル駆動回路４６に接続されている。
【００３１】
カメラの電源が投入されると、マイコン３２はフォーカスリセット回路３３及びズームリセット回路３４の出力を監視しながら、フォーカスモータ駆動回路４１、ズームモータ駆動回路４２により図示しないフォーカスモータ、ズームモータを回転駆動させる。これにより、それぞれ変倍移動枠２及び合焦移動枠４が光軸方向に移動する。
【００３２】
フォーカスリセット回路３３及びズームリセット回路３４の出力は、それぞれ変倍移動枠２及び合焦移動枠４が予め設定された位置、つまり各移動枠２、４に設けられた遮光部がリセットスイッチの発光部を遮光する境界位置で反転する。この一連の動作を変倍移動枠２及び合焦移動枠４のリセット動作という。
【００３３】
マイコン３２はその位置を基準として、以後のフォーカスモータ及びズームモータの駆動ステップ数を計数することにより、変倍移動枠２及び合焦移動枠４の絶対位置を知ることができる。また、ズームモータの駆動ステップ数を計数することにより、正確な焦点距離情報が得られる。
【００３４】
絞り駆動回路４３は絞りユニット６を駆動し、マイコン３２に取り込まれた映像信号の明るさ情報ｂに基づいて、絞り開口径が制御される。
【００３５】
ピッチ、ヨー、回転角度検出回路３５、３６、３７はそれぞれ撮影装置のピッチ方向及びヨー方向及び回転方向の振れ角度を検出する。また、振れ角度の検出は例えば撮影装置に固定された振動ジャイロ等の角速度センサの出力を積分して行う。
【００３６】
角度検出回路３５、３６、３７の出力、即ち撮影装置の振れ角度の情報はマイコン３２に取り込まれる。コイル駆動回路４４、４５、４６はそれぞれ角度検出回路３５、３６、３７からの出力に応じて、前述した３つの駆動手段を構成する各コイル１８にそれぞれの通電制御を行い、シフト枠９を球体１４ａ、１４ｂ、１４ｃに沿って移動させる。
【００３７】
位置検出回路３８、３９、４０はそれぞれ前述した位置検出手段を含むシフト枠９の光軸に対するシフト量と回転量を検出し、これらの位置検出回路３８、３９、４０からの出力はマイコン３２に取り込まれる。
【００３８】
シフト枠９の移動に伴って撮像素子１１が移動し、撮影装置の振れに対して本来生ずる撮像素子１１上での被写体像の変位を相殺する方向に通過光束を曲げるようにする。これにより撮影装置が振れても、結像している被写体像が撮像素子１１上で動かない所謂振れ補正を行うことができる。
【００３９】
マイコン３２は角度検出回路３５、３６、３７により得られた撮影装置の振れ信号と、位置検出回路３８、３９、４０から得られたシフト量信号との差分に相当する信号が得られる。この差分信号により、増幅及び適当な位相補償を行った信号に基づいて、コイル駆動回路４４、４５、４６によってシフト枠９をシフト駆動させる。この制御によって、上記の差分信号がより小さくなるように、撮像素子１１が位置決め制御され、目標位置に保持される。
【００４０】
更に本実施例では、撮像素子１１が変倍のための第２群レンズＬ２よりも撮像面側にあるので、撮像素子１１のシフト量に対する像の移動量が第２群レンズＬ２の位置、即ち焦点距離によって変化する。このため、ピッチ角度検出回路３５及びヨー角度検出回路３６によって得られる撮影装置の振れ信号により、そのまま撮像素子１１のシフト量を決定することはせずに、振れ信号を第２群レンズＬ２の位置情報（焦点距離情報）によって補正する。これにより、焦点距離に拘らず適正な振れ補正制御を行うことができる。
【実施例２】
【００４１】
図５は実施例２の断面図であり、図１と同じ符号は同じ部材を示している。
【００４２】
撮像素子１１の前にレンズＬ５が設けられており、レンズＬ５はシフト枠９により撮像素子１１と一体的に移動し、レンズＬ５、フィルタ１２、撮像素子１１、撮像素子板１０はシフト枠９は保持されている。
【００４３】
シフトベース８の接触面８ａの半径をＲ４、シフト枠９の接触面９ａの半径をＲ５、像面弯曲した像面を近似した半径をＲ６の中心は、半径Ｒ４、Ｒ５の中心とほぼ一致している。本実施例では、球面は像面弯曲から深度以下のずれとなる。半径Ｒ４、Ｒ５と中心が近いので、撮像素子１１を移動したときに像面弯曲による画像の劣化を少なくできる。レンズＬ５は、収差を補正するためのレンズであり、撮像素子の直前にあるレンズは、後部鏡筒５に固定することもできるが、撮像素子と共に移動するような構成も可能であり、小型化になる。
【符号の説明】
【００４４】
１  固定鏡筒
２  変倍移動枠
３  第３保持枠
４  合焦移動枠
５  後部鏡筒
８、５２  シフトベース
８ａ、９ａ、５１ａ、５２ａ  接触面
９、５１  シフト枠
１１  撮像素子
１４  球体
１５、５３  センサベース
２１、５９  ホール素子
Ｌ１  第１群レンズ
Ｌ２  第２群レンズ
Ｌ３  第３群レンズ
Ｌ４  第４群レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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