(57)【要約】【課題】  摺動部を設けることなく、小型で且つレンズの偏心や倒れの少ない撮像装置を実現する。【解決手段】  保持手段２の移動方向と略直交する方向へ反発力または吸着力が働くように第１及び第２の磁性体９，１１を配置することにより、保持手段２とガイド部材の嵌合部３のガタを、板ばねのような弾性部材を使った場合に必須となる摺動部を設けることなく片寄せする。【選択図】  図２
2006201593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部材と、
前記光学部材を移動可能に保持する保持手段と、
前記保持手段を前記光学部材と共に移動せしめる駆動手段と、
前記保持手段に保持された第１の磁性体と、
前記保持手段とは別体に、当該保持手段に保持されることなく設けられた第２の磁性体と
を含み、
前記第１の磁性体及び前記第２の磁性体は、その少なくとも一方が磁界を発生する磁性体であるとともに、互いに前記保持手段の移動方向と略直交する方向へ吸着力又は反発力を及ぼし合うように構成されてなることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、
前記第２の磁性体である磁界発生手段と、
前記磁界発生手段の発生する同一磁界内に配置されるコイルと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、前記保持手段を支持する軸を有しており、
前記第１の磁性体及び前記第２の磁性体は、前記保持手段の移動方向と略直交し、且つ当該撮像装置の主たる使用姿勢における重力による前記軸周りの回転力の方向と同一の方向へ、吸着力又は反発力によって回転力を発生するように配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記保持手段を支持する軸を有しており、
前記第１の磁性体及び前記第２の磁性体は、前記保持手段の移動方向と略直交し、且つ当該撮像装置の主たる使用姿勢における重力による前記軸周りの回転力の方向と逆の方向へ、吸着力又は反発力によって前記重力による前記軸回りの回転力より強い回転力を発生するように配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項５】
光学部材と、
前記光学部材を移動可能に保持する保持手段と、
前記保持手段を前記光学部材と共に移動せしめる駆動手段と
を含み構成される撮像装置の制御方法であって、
少なくとも一方が磁界を発生する磁性体である第１の磁性体及び第２の磁性体について、前記保持手段に保持されるように前記第１の磁性体を配置するとともに、前記保持手段とは別体に当該保持手段に保持されることなく前記第２の磁性体を配置し、
前記第１の磁性体及び前記第２の磁性体を互いに前記保持手段の移動方向と略直交する方向へ吸着力又は反発力を及ぼし合うようにして、前記保持手段を片寄せすることを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部材の移動時の安定性を向上するように改良された撮像装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より撮像装置では、ズーミングまたはフォーカシングのために、光軸方向へ移動可能なレンズを有する鏡筒において、レンズが移動中に偏心したり倒れたりすると、被写体像がぶれると言う問題があった。特に、ビデオカメラやデジタルカメラでは、ズーミング中またはフォーカシング中の映像を記録することやモニタで観察することができるので、被写体像はぶれないことが望まれている。
【０００３】
レンズを保持する保持枠と保持枠に嵌合するガイドバーによりレンズを移動可能に支持する機構では、保持枠とガイドバーの嵌合にいわゆる「ガタ」が必要である。このガタの大きさは温度、湿度による変化を考慮するほか、製造誤差によってガタがなくならないように若干大きく設計される。即ち、ガタはある程度必要であり、ガタを小さくすることで、レンズが偏心したり倒れないようにすることはできない。そのため従来では、保持枠とガイドバーの嵌合長を長くすることにより、レンズの倒れを少なくしていた。更に、嵌合長を長くしてもレンズのガタつきが抑えられない場合には、板ばねの如き弾性部材を保持枠に固定し、鏡筒内面に摺動させることにより片寄せを行い、ガタつきを無くす方法もあった。
【０００４】
また、レンズを駆動する手段としてボイスコイルモータを使った方法がある。これは、永久磁石のような磁界発生部からの磁束に直交する方向へ電線を通し、電線に流れる電流に応じてフレミング左手の法則で示される方向へ発生する力を利用してレンズを駆動するものである。ボイスコイルモータを使ったレンズ駆動系では、レンズ位置を常に監視しフィードバックする必要があるが、一般にDCモータやステップモータを使った場合と比較し、低消費電力で、応答性が良く、回転部分がないので低騒音であるといった特徴があり、近年ビデオカメラのレンズにおいて採用される例が増えている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９５２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、嵌合長を長くしてレンズの倒れを少なくすることは、光軸方向へガイドバーが伸びることを意味し、鏡筒の小型化に不利であった。また、レンズの偏心は、嵌合長によらず、嵌合ガタ分残るので、被写体像のぶれを完全に無くすことは困難であった。また、弾性部材を用いた片寄せを行った場合は、摺動抵抗が発生するだけでなく、鏡筒内面のばりや傷に弾性部材が引っ掛かり、かえって保持枠のガタつきを発生させる原因になることもあった。
【０００７】
本発明の目的は、上述の問題を解消し、小型で、且つレンズの偏心や倒れの少ない撮像装置及びその制御方法を提供することである。特に、近年レンズ駆動系への採用が増えているボイスコイルモータの構成部品を活用することで、最小限の部品の追加で安定的に移動する撮像装置及びその制御方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の撮像装置は、光学部材と、前記光学部材を移動可能に保持する保持手段と、前記保持手段を前記光学部材と共に移動せしめる駆動手段と、前記保持手段に保持された第１の磁性体と、前記保持手段とは別体に、当該保持手段に保持されることなく設けられた第２の磁性体とを含み、前記第１の磁性体及び前記第２の磁性体は、その少なくとも一方が磁界を発生する磁性体であるとともに、互いに前記保持手段の移動方向と略直交する方向へ吸着力又は反発力を及ぼし合うように構成されてなる。
【０００９】
本発明の撮像装置の制御方法は、光学部材と、前記光学部材を移動可能に保持する保持手段と、前記保持手段を前記光学部材と共に移動せしめる駆動手段とを含み構成される撮像装置の制御方法であって、少なくとも一方が磁界を発生する磁性体である第１の磁性体及び第２の磁性体について、前記保持手段に保持されるように前記第１の磁性体を配置するとともに、前記保持手段とは別体に当該保持手段に保持されることなく前記第２の磁性体を配置し、前記第１の磁性体及び前記第２の磁性体を互いに前記保持手段の移動方向と略直交する方向へ吸着力又は反発力を及ぼし合うようにして、前記保持手段を片寄せする。
【発明の効果】
【００１０】
本願の請求項１，５に記載した発明によれば、保持手段の移動方向と略直交する方向へ反発力または吸着力が働くように第１及び第２の磁性体を配置することにより、保持手段と保持手段のガイド部材の嵌合部のガタを、板ばねのような弾性部材を使った場合に必須となる摺動部を設けることなく片寄せすることができ、保持手段を安定して移動させることが可能となる。更にこれにより、光学部材とガイド部材の嵌合長を短くすることができるので、鏡筒の更なる小型化が実現可能である。
【００１１】
また、本願の請求項２に記載した発明によれば、保持手段の駆動手段をボイスコイルモータとすることにより、ボイスコイルモータを構成する永久磁石を保持手段を片寄せる磁界を発生する磁性体として兼用できるので、最小の部品の追加により保持手段が摺動部なしで安定して移動することを可能にする。
【００１２】
また、本願の請求項３に記載した発明によれば、保持手段の重力によるガイド部材回りの回転力と、磁性体による回転力との発生方向を同一とすることで、重力による回転力と磁性体による回転力が相殺することなく、保持手段を片寄せることができる。
【００１３】
また、本願の請求項４に記載した発明によれば、保持手段の重力によるガイド部材回りの回転力と、磁性体による回転力との発生方向を逆とし、且つ磁性体による回転力を光学部材を含む保持手段の重力による回転力よりも十分大きく設定することにより、撮像装置の使用姿勢によらずに保持手段を片寄せることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を適用した具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明による撮像装置の一例を示すブロック図である。
ここで、１０１は画像を集光するレンズ、１０２は画像を画像データであるアナログ信号に光電変換する固体撮像素子、１０３はアナログ信号を処理するアナログ信号処理回路、１０４はアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１０５はディジタル信号を処理するディジタル信号処理回路、１０６はディジタル信号を記憶するバッファメモリ、１０７は装置全体の動作を制御する制御回路、１０８はバッファメモリ１０６から読み出されたディジタル信号を外部へ転送するインターフェイス、１０９はインターフェイス１０８に着脱自在のメモリカード、１１０はメモリバス、１１１はレンズ１０１の保持枠である。ここで、制御回路により、保持枠１１１が駆動制御される。
【００１５】
図２は、本実施形態の撮像装置を構成する鏡筒内部におけるレンズの支持構造を示す概略斜視図である。
ここで、１は支持されるレンズである。本実施形態では、レンズ１の用途について限定するものではなく、図１のレンズ１０１は勿論のこと、ズーミング用であってもフォーカシング用であってもよい。更には、レンズではなく例えば、赤外光線カットフィルターや光学ローパスフィルターのような平板の光学部材に対して本発明を適用してもよい。
【００１６】
２はレンズ１を保持する保持枠である。３は保持枠２に設けられ、後述するガイド軸４に嵌合する嵌合部である。４は嵌合部３に嵌合し、保持枠２を直線的かつ回転可能に支持するガイド軸であり、ガイド軸４は不図示の鏡筒本体に固定されている。５は保持枠２に設けられ、後述する回り止め軸６と嵌合する回り止め部である。６は不図示の鏡筒本体に対しガイド軸４に平行に固定され、回り止め部５に嵌合する回り止め軸であり、ガイド軸４を中心とした保持枠２の回転を止める働きをする。つまり、ガイド軸４と回り止め軸６により、保持枠２は直線運動可能に支持される。
【００１７】
７は鉄のような強磁性材料からなる大ヨークで４辺のうちの１辺のない長方形形状をしており、鏡筒本体に固定されている。８は同じく小ヨークであり、大ヨーク７の欠損した長方形の１辺を補う形状をしている。９は磁界発生部となる永久磁石であり、大ヨーク７の長方形形状の内側に固定されている。１０は保持枠２に固定され、電線が環状に巻かれたコイルであり、不図示であるが鏡筒本体外部にある鏡筒を制御するコントローラに電気的に接続されている。コイル１０は大ヨーク７の１辺に貫通し、大ヨーク７と永久磁石９に挟まれた空間を、保持枠２とともに直線移動するよう構成されている。
【００１８】
図３は、図２の斜視図に対する正面図である。また、図３は本撮像装置の主たる使用姿勢における保持枠２の姿勢を表しており、下向きに重力が働く。図３以降の図において、同じ部品または部位は同じ番号で表すものとし、必要のある場合以外は特に説明しない。図４は図３のＩ−Ｉ断面図である。図４に示すように永久磁石９は２極に着磁されており、磁力線が矢印ｐの方向へ向かって存在する。大ヨーク７と小ヨーク８はこの磁力線の外部への漏れを抑える効果があり、永久磁石９の磁力線を効率よく使うことができる。
【００１９】
コイル１０には磁力線に直交する方向へ電流を流すことができるので、フレミング左手の法則が示す方向へ電磁力が生ずる。具体的には、図４において、コイル１０の磁力線と交差する部分に、紙面表側から裏側方向へ電流が流れると、コイル１０には左方向へ、コイルの巻き数と、電流の大きさと、交差する磁束密度と、電線１本が磁力線と交差する長さの積で計算される力がコイルに発生する。電流の向きを反対にすると力の発生方向も反対になり、かつ、電流の大きさに応じて発生する力の大きさも変わるので、コイル１０に流す電流の大きさ、向きを制御することで保持枠２をガイド軸４に沿って移動させることが可能となっている。
【００２０】
次に、嵌合ガタについて説明する。嵌合ガタは部品間での摺動のためには必ず必要であり、撮像装置の場合には様々な環境での使用を想定し、温度や湿度の変化による部品の膨張収縮、膨潤を考慮してガタ量を決定する。更には、部品の製造誤差といった要因も考慮せねばならない。本実施例においても、嵌合部３とガイド軸４、および回り止め部５と回り止め軸６はそれぞれ嵌合ガタを持っている。保持枠２はガタ分自由に動けるので、保持枠２に力が働かない場合、保持枠２の位置、姿勢は嵌合ガタの範囲内で不定となる。
【００２１】
図４において、１１は、保持枠２に固定され、２極に着磁された永久磁石からなる片寄せ磁石である。片寄せ磁石１１は、永久磁石９と互いに反発するように着磁されており、保持枠２の移動によらず、図４において常に下向きへの反発力をうけている。更に、この反発力は磁石によるものなので、板ばねといった弾性部材を用いた場合に必須となる摺動部がなく、摺動摩擦や、摺動面のばりや傷による引っ掛かりも原理的に発生しない。
【００２２】
図３に戻って、保持枠２に働く力について説明する。本撮像装置の主たる使用姿勢において、重力が図３の下向きに生ずるので、保持枠２はガイド軸４を中心に反時計回りに回転力が生ずる。更に、片寄せ磁石１１による下向きの力が加わることで、より強く反時計回りに回転力が生じさせることができる。片寄せ磁石１１がない場合、撮像装置外部からの振動や、保持枠２駆動時の振動により保持枠２がガタつくことがある。しかし、本実施例のように片寄せ磁石１１を設けることで、保持枠２の回転力を強め、ガタつきを抑えることができる。また、ガタつきが抑えられているので、嵌合長を長くすることでガタつきの最大量を抑える必要がなく、従来に比べ短い嵌合長であっても、ガタつきのない安定したレンズ移動を行うことができる。
【００２３】
なお、片寄せ磁石１１の着磁方向を逆にし、吸着力によって保持枠２を片寄せすることもできる。この場合、重力による回転力の発生方向とは逆方向へ回転力が発生するので、保持枠２のガタつきを抑えるためには、片寄せ磁石１１による吸着力を、レンズ１と保持枠２とコイル１０に働く重力の合計よりも十分強くする必要がある。しかしながら、このように構成することにより、撮像装置の使用姿勢によらず、安定して保持枠２を移動させることができる。
【００２４】
本実施形態において、保持枠２の駆動にはボイスコイルモータを使用したが、本発明は駆動方法を限定するものではない。但し、ボイスコイルモータを使用することで最小の部品の追加で、本発明が提案する摺動部なしの片寄せを実現できる。
【００２５】
（第２の実施形態）
図５は、本実施形態による撮像装置を構成する鏡筒の内部における、あるレンズの支持構造を示す概略正面図である。なお、本実施形態による撮像装置の概略構成は図１と同様である。
【００２６】
図５において、２１は支持されるレンズである。２２はレンズ２１を保持するレンズ保持枠である。２３はレンズ保持枠に設けられ、後述するガイド軸２４に嵌合する嵌合部である。２４は嵌合部２３に嵌合し、保持枠２を直線的かつ回転可能に支持するガイド軸であり、ガイド軸２４は不図示の鏡筒本体に固定されている。２５は保持枠２２に設けられ、後述する回り止め軸２６と嵌合する回り止め部である。２６は不図示の鏡筒本体に対しガイド軸２４に平行に固定され、回り止め部２５に嵌合する回り止め軸であり、ガイド軸２４を中心とした保持枠２２の回転を止める働きをする。つまり、ガイド軸２４と回り止め軸２６により、保持枠２２は直線運動可能に支持される。図４は本撮像装置の主たる使用姿勢における保持枠２の姿勢を表しており、下向きに重力が働く。
【００２７】
図６は、図５のJ−J断面図である。
２７は鉄のような強磁性材料からなるヨークであり、鏡筒本体に固定されている。２９は磁界発生部となる永久磁石であり、ヨーク２７の内側に固定されている。３０は保持枠２２に固定され、電線が環状に巻かれたコイルであり、不図示であるが鏡筒本体外部にある鏡筒を制御するコントローラに電気的に接続されている。コイル３０はヨーク２７の１辺に貫通し、ヨーク２７と永久磁石２９に挟まれた空間を、保持枠２２とともに直線移動するよう構成されている。永久磁石２９は２極に着磁されており、磁力線が矢印ｑの方向へ向かって存在する。ヨーク２７はこの磁力線の外部への漏れを抑える効果があり、永久磁石２９の磁力線を効率よく使うことができる。
【００２８】
コイル３０には、磁力線に直交する方向へ電流を流すことができるので、フレミング左手の法則が示す方向へ電磁力が生ずる。電流の向きを反対にすると力の発生方向も反対になり、且つ電流の大きさに応じて発生する力の大きさも変わるので、コイル３０に流す電流の大きさ、向きを制御することで保持枠２２をガイド軸２４に沿って移動させることが可能である。
【００２９】
図６において、３１は、保持枠２２に固定された強磁性体の鉄片である。鉄片３１は、永久磁石２９により吸着力を受けるので、保持枠２２の位置によらず、図６において常に下向きへの吸着力を受けている。更に、この吸着力は磁石によるものなので、板ばねといった弾性部材を用いた場合に必須となる摺動部がなく、摺動摩擦や、摺動面のばりや傷による引っ掛かりも原理的に発生しない。
【００３０】
図５に戻って、保持枠２２に働く力について説明する。本撮像装置の主たる使用姿勢において、重力が図５の下向きに生ずるので、保持枠２２はガイド軸２４を中心に時計回りに回転力が生ずる。更に、鉄片３１による下向きの力が加わることで、より強く時計回りに回転力が生じさせることができる。鉄片１１がない場合、撮像装置外部からの振動や、保持枠２２駆動時の振動により保持枠２２がガタつくことがある。しかしながら、本実施形態のように鉄片１１を設けることにより、保持枠２２の回転力を強め、ガタつきを抑えることができる。また、ガタつきが抑えられているので、嵌合長を長くすることでガタつきの最大量を抑える必要がなく、従来に比べ短い嵌合長であっても、ガタつきのない安定したレンズ移動を行うことができる。
【００３１】
なお、鉄片１１の代わりに、永久磁石を永久磁石２９に吸着するように配置しても良い。更に、本撮像装置の位置を逆転させて、図４の重力方向が上向きとなった場合でも、重力によって保持枠２２に反時計回りの回転力が生ずるが、永久磁石の吸着力を、レンズ２１と保持枠２２とコイル３０に働く重力の合計よりも十分強くすることで、撮像装置の使用姿勢によらず、安定して保持枠２２を移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による撮像装置の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるレンズの支持構造を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるレンズの支持構造を示す概略正面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるレンズの支持構造を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態におけるレンズの支持構造を示す概略正面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態におけるレンズの支持構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１、２１  レンズ
２、２２  保持枠
３、２３  嵌合部
４、２４  ガイド軸
５、２５  回り止め部
６、２６  回り止め軸
７  大ヨーク
８  小ヨーク
９、２９  永久磁石
１０，３０  コイル
１１  片寄せ磁石
２７  ヨーク
３１  鉄片
【図１】
2006201593.tif 000003
【図２】
2006201593.tif 000004
【図３】
2006201593.tif 000005
【図４】
2006201593.tif 000006
【図５】
2006201593.tif 000007
【図６】
2006201593.tif 000008