(57)【要約】【課題】光学性能を向上させた像振れ補正装置を提供する。【解決手段】像振れ補正装置は、光学系を保持する可動部材と、可動部材を所定の面内で移動させる移動手段と、可動部材を所定の面に対して傾斜させる傾斜手段と、振れを検出する検出手段と、検出手段からの振れ情報に基づいて移動手段および傾斜手段を制御する制御手段とを有し、制御手段は、移動手段の移動目標値に応じて傾斜手段の傾斜目標値を設定する。【選択図】図１
2015106104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を保持する可動部材と、
前記可動部材を所定の面内で移動させる移動手段と、
前記可動部材を前記所定の面に対して傾斜させる傾斜手段と、
振れを検出する検出手段と、
前記検出手段からの振れ情報に基づいて前記移動手段および前記傾斜手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記移動手段の移動目標値に応じて前記傾斜手段の傾斜目標値を設定する、ことを特徴とする像振れ補正装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記移動目標値が大きいほど前記傾斜目標値を大きくするように該傾斜目標値を設定することを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記移動目標値と前記傾斜目標値とを関連付ける関数を有することを特徴とする請求項１または２に記載の像振れ補正装置。
【請求項４】
前記関数は、前記検出手段が前記振れを検出しないときの前記光学系の位置を原点として、前記移動目標値と前記傾斜目標値との関係が原点対称の関数であることを特徴とする請求項３に記載の像振れ補正装置。
【請求項５】
前記関数は、前記移動目標値と前記傾斜目標値との関係が連続的に変化する連続関数であることを特徴とする請求項３または４に記載の像振れ補正装置。
【請求項６】
前記関数は、前記移動目標値に対して前記傾斜目標値が単調増加または単調減少する関数であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
【請求項７】
前記制御手段は、
前記振れ情報に基づいて補正角を算出する算出手段と、
前記補正角に基づいて前記移動目標値を設定する第１の設定手段と、
前記移動目標値に基づいて前記傾斜目標値を設定する第２の設定手段と、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
【請求項８】
前記制御手段は、第２の光学系の位置情報に基づいて、前記傾斜目標値を設定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
【請求項９】
前記所定の面は光軸直交面であり、
前記移動手段は、光軸直交面内における第１の方向および第２の方向に前記可動部材を移動させ、
前記傾斜手段は、前記第１の方向に沿った第１の軸および前記第２の方向に沿った第２の軸のそれぞれを中心として前記可動部材を回転させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の像振れ補正装置。
【請求項１０】
固定部材と、
光学系を保持する可動部材と、
前記固定部材に対して、前記可動部材を光軸直交面内で移動させる移動手段と、
前記固定部材に対して、前記可動部材を光軸直交面に対して傾斜させる傾斜手段と、
振れを検出する検出手段と、
前記検出手段からの振れ情報に基づいて前記移動手段および前記傾斜手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記移動手段の移動目標値に応じて前記傾斜手段の傾斜目標値を設定する、ことを特徴とするレンズ鏡筒。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記移動目標値が大きいほど前記傾斜目標値を大きくするように該傾斜目標値を設定することを特徴とする請求項１０に記載のレンズ鏡筒。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記移動目標値と前記傾斜目標値とを関連付ける関数を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載のレンズ鏡筒。
【請求項１３】
第２の光学系を光軸方向に移動可能に支持する第２の移動手段と、
前記光軸方向における前記第２の光学系の位置を検出する位置検出手段と、を更に有し、
前記制御手段は、前記位置検出手段から得られた前記第２の光学系の位置情報に基づいて、前記関数を変更することを特徴とする請求項１２に記載のレンズ鏡筒。
【請求項１４】
請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラなどの撮像装置に搭載される像振れ補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
像振れ補正装置は、補正レンズ（像振れ補正光学系）または撮像素子を保持する可動部材を、光軸と直交する面内の２方向（ヨー方向およびピッチ方向）に移動させることにより、撮影時に発生する手振れによる像振れを低減する。
【０００３】
特許文献１には、光学系の焦点位置に応じて像振れ補正光学系の移動可能な傾斜量を調整する光学装置が開示されている。これにより、各焦点距離位置に応じて光学性能を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５２１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光学性能を向上させるには、像振れ補正光学系の光軸方向における移動量に応じて、光軸に対する傾斜量を変化させる必要がある。しかしながら、特許文献１の構成では、像振れ補正光学系の光軸方向における移動量に応じて傾斜量を変化させていない。このため、像振れ補正光学系を光軸方向に移動させたときの光学性能をより効果的に向上させることができない。
【０００６】
そこで本発明は、光学性能を向上させた像振れ補正装置、レンズ鏡筒、および、撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての像振れ補正装置は、光学系を保持する可動部材と、前記可動部材を所定の面内で移動させる移動手段と、前記可動部材を前記所定の面に対して傾斜させる傾斜手段と、振れを検出する検出手段と、前記検出手段からの振れ情報に基づいて前記移動手段および前記傾斜手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記移動手段の移動目標値に応じて前記傾斜手段の傾斜目標値を設定する。
【０００８】
本発明の他の側面としてのレンズ鏡筒は、固定部材と、光学系を保持する可動部材と、前記固定部材に対して、前記可動部材を光軸直交面内で移動させる移動手段と、前記固定部材に対して、前記可動部材を光軸直交面に対して傾斜させる傾斜手段と、振れを検出する検出手段と、前記検出手段からの振れ情報に基づいて前記移動手段および前記傾斜手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記移動手段の移動目標値に応じて前記傾斜手段の傾斜目標値を設定する。
【０００９】
本発明の他の側面としての撮像装置は、前記レンズ鏡筒を有する。
【００１０】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光学性能を向上させた像振れ補正装置、レンズ鏡筒、および、撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施例におけるレンズ鏡筒のシステム構成図である。
【図２】本実施例におけるレンズ鏡筒の分解斜視図である。
【図３】本実施例における像振れ補正装置の分解斜視図である。
【図４】本実施例における像振れ補正装置の分解斜視図である。
【図５】本実施例における組立後の像振れ補正装置の正面図である。
【図６】本実施例において、図５中のＡ−Ａ面で切断した像振れ補正装置の断面図である。
【図７】本実施例において、図５中のＢ−Ｂ面で切断した像振れ補正装置の断面図である。
【図８】本実施例において、図５中のＣ−Ｃ面で切断した像振れ補正装置の断面図である。
【図９】本実施例において、シフト機構およびティルト機構の駆動後の、図５中のＢ−Ｂ面で切断した像振れ補正装置の断面図である。
【図１０】本実施例において、シフト移動量に対するティルト移動量を決定する関数の説明図である。
【図１１】本実施例における像振れ動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
まず、図１を参照して、本実施例におけるレンズ鏡筒のシステム構成について説明する。図１は、レンズ鏡筒１００のシステム構成図である。レンズ鏡筒１００は、撮影光学系１０１、像振れ補正装置２００、振れ検出部１１０（検出手段）、目標設定手段１２０、シフト駆動回路１３０、ティルト駆動回路１４０、レンズ移動機構１５０、および、レンズ位置検出手段１６０を備えて構成される。レンズ鏡筒１００は、光学像（被写体像）を光電変換するＣＭＯＳやＣＣＤなどの撮像素子１７０を備えた撮像装置１８０（カメラ本体）に対して着脱可能に取り付けられる。これにより、撮像面上（撮像素子面上）に結像された像の記録および表示が可能となる。なお、レンズ鏡筒１００は、撮像素子１７０を備えた撮像装置１８０（カメラ本体）と一体的に構成されていてもよい。
【００１５】
撮影光学系１０１は、複数のレンズ１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃを備えて構成された結像光学系である。１０１Ａは、レンズ鏡筒１００に固定されたレンズ、１０２Ｂは後述の補正レンズ、１０１Ｃはレンズ移動機構１５０によりレンズ鏡筒１００に対して光軸ＯＡの方向（光軸方向）に移動可能に支持されたレンズである。
【００１６】
像振れ補正装置２００は、ティルト機構２１０（傾斜手段または回転移動手段）およびシフト機構２２０（移動手段またはシフト移動手段）を備えて構成される。ティルト機構２１０は、撮影光学系１０１の一部を構成する補正レンズ１０１Ｂを、所定の面（光軸ＯＡに直交する面）に対して傾斜させる。すなわちティルト機構２１０は、撮影光学系１０１の光軸ＯＡに対して傾斜（補正レンズ１０１Ｂの所定の位置を中心として回転）させる。シフト機構２２０は、補正レンズ１０１Ｂを、所定の面内（光軸ＯＡに直交する面内、すなわち光軸直交面内）で移動させる。本実施例において、シフト機構２２０は、光軸直交面内における第１の方向（ピッチ方向）および第２の方向（ヨー方向）にレンズ枠２０２を移動させる。そしてティルト機構２１０は、第１の方向に沿った第１の軸（ピッチ軸）および第２の方向に沿った第２の軸（ヨー軸）のそれぞれを中心としてレンズ枠２０２を回転させる。像振れ補正装置２００の構成の詳細については後述する。以降の説明において、単に光軸という場合、補正レンズ１０１Ｂ以外の撮影光学系１０１（レンズ１０１Ａ、１０１Ｃ）の光軸のことを指し、補正レンズ光軸という場合、補正レンズ１０１Ｂの光軸を指す。
【００１７】
振れ検出部１１０（検出手段）は、レンズ鏡筒１００に加わる振れ（振動の加速度）を検出する。本実施例において、振れ検出部１１０は、レンズ鏡筒１００に固定されたジャイロセンサ１１１および信号処理部１１２を備えて構成される。ジャイロセンサ１１１は、レンズ鏡筒１００の角速度を検出する。信号処理部１１２は、ジャイロセンサ１１１の出力値（検出値）を処理する。具体的には、信号処理部１１２は、ジャイロセンサ１１１の出力値のゲインアップや高周波カットなどを行う。これにより、レンズ鏡筒１００（撮像装置）に加わる振動の角速度を得ることができる。ただし、振れ検出部１１０による検出方法は、これに限定されるものではない。振れ検出部１１０による検出方法として、撮像面に結像される像の動きベクトルを画像認識により検出する方法などを用いて、振れ量の大きさを得ることもできる。
【００１８】
目標設定手段１２０（制御手段）は、振れ検出部１１０からの振れ情報（振動の角速度）に基づいて、像振れ補正装置２００のティルト機構２１０およびシフト機構２２０を制御する。また目標設定手段１２０は、シフト機構２２０の移動目標値（シフト目標ｓ）に応じてティルト機構２１０の傾斜目標値（ティルト目標ｔ）を決定（設定）する。本実施例の目標設定手段１２０は、補正角算出部１２１、シフト目標設定部１２２、および、ティルト目標設定部１２３を備えて構成される。なお、目標設定手段１２０の詳細については後述する。
【００１９】
シフト駆動回路１３０は、目標設定手段１２０により決定されたシフト移動目標値（シフト目標ｓ）に応じて、後述のシフト機構２２０中の第３の駆動部および第４の駆動部に給電を行うモータドライバを有する。シフト駆動回路１３０は、シフト駆動部の種類や要求される位置精度などに応じて、シフト駆動部の位置をフィードバックする閉ループ制御を行うように構成してもよい。また、シフト駆動部の駆動源としてステッピングモータを選択した場合など、開ループ制御で十分な精度を得ることができる場合、シフト駆動回路１３０は、開ループ制御によりシフト駆動部の位置検出を省略してもよい。
【００２０】
ティルト駆動回路１４０は、目標設定手段１２０により決定されたティルト移動目標値（ティルト目標ｔ）に応じて、後述のティルト機構中の第１の駆動部および第２の駆動部（ティルト駆動部）に給電を行うモータドライバを有する。シフト駆動回路１３０と同様に、ティルト駆動回路１４０は、ティルト駆動部の種類や要求される位置精度などに応じて、ティルト駆動部の位置をフィードバックする閉ループ制御を行うように構成してもよい。またティルト駆動回路１４０は、開ループ制御を行うように構成してもよい。
【００２１】
レンズ移動機構１５０は、撮影光学系１０１を構成するレンズ１０１Ｃを光軸方向に駆動する。これにより、レンズ鏡筒１００の変倍調節や焦点調節を行うことができる。なお、レンズ鏡筒１００に固定された（光軸方向に移動しないように構成された）固定焦点タイプの光学系に対しても、本実施例の効果の少なくとも一部を実現することが可能である。
【００２２】
ここで、図２を参照して、レンズ鏡筒１００（レンズ移動機構１５０）の構成について説明する。図２は、レンズ鏡筒１００（レンズ移動機構１５０）の分解斜視図である。レンズ移動機構１５０（第２の移動手段）は、直進溝１５１１を備えた固定筒１５１、レンズ１０１Ｃを保持する直進レンズ枠１５２、および、カム溝１５３１を備えたカム筒１５３により構成される。
【００２３】
直進レンズ枠１５２の外周部には、３本のダボ１５２１が設けられている。３本のダボ１５２１は、固定筒１５１に形成された３本の直進溝１５１１のそれぞれと嵌合し、固定筒１５１に対して光軸方向に移動可能に支持される。カム筒１５３に形成されたカム溝１５３１は、直進レンズ枠１５２の３本のダボ１５２１と嵌合する。これにより、カム筒１５３を光軸ＯＡの周囲（光軸周り）に回動させ、直進レンズ枠１５２を光軸方向に移動させることができる。カム筒１５３は、ユーザが操作環を直接回転させることで駆動される手動タイプ、または、設定された目標値までモータで駆動されるタイプのいずれであってもよい。
【００２４】
レンズ位置検出手段１６０は、レンズ移動機構１５０の移動量を検出する検出器であり、位置センサ１６１および被検出部１６２を備えて構成される。本実施例において、位置センサ１６１は固定筒１５１（固定部）に取り付けられており、被検出部１６２は直進レンズ枠１５２（可動部）に取り付けられている。位置センサ１６１の出力電圧は、被検出部１６２の位置に応じて変化する。これにより、レンズ位置検出手段１６０（位置センサ１６１）は、直進レンズ枠１５２の位置を検出することにより、レンズ移動機構１５０の移動量を求めることができる。
【００２５】
本実施例において、被検出部１６２として、所定のパターンに着磁された磁石が用いられる。また、位置センサ１６１として、磁力を検出するホール素子が用いられる。ただし本実施例は、この構成に限定されるものではない。例えば、位置センサ１６１として光学素子であるフォトインタラプタを用い、被検出部１６２として遮光部と非遮光部とが繰り返し形成されたパルス板を用いてもよい。
【００２６】
次に、図３乃至図９を参照して、像振れ補正装置２００の構成について詳述する。図３は、像振れ補正装置２００の分解斜視図である。図４は、像振れ補正装置２００の分解斜視図であり、光軸方向において図３とは反対側から見た場合を示している。図５は、組立後の像振れ補正装置の正面図であり、光軸方向から見た場合を示している。図６は、図５中のＡ−Ａ面で切断した像振れ補正装置２００の断面図である。図７は、図５中のＢ−Ｂ面で切断した像振れ補正装置２００の断面図である。図８は、図５中のＣ−Ｃ面で切断した像振れ補正装置２００の断面図である。図９は、シフト機構２２０およびティルト機構２１０の駆動後の、図５中のＢ−Ｂ面で切断した像振れ補正装置の断面図（図７と同一断面）である。
【００２７】
本実施例の像振れ補正装置２００は、補正レンズ１０１Ｂ、レンズ枠２０２（可動部材）、固定部材２０３、ティルト機構２１０、および、シフト機構２２０を備えて構成される。補正レンズ１０１Ｂ（像振れ補正光学系）は、撮影光学系の一部を構成し、光軸ＯＡと直交する方向（光軸直交方向）に移動可能に構成されている。これにより、撮影光学系の作る像を光軸ＯＡと直交する面内（光軸直交面内）において移動させることができる。このため、手振れなどを検出した場合、像面での安定性を確保することができる。なお本実施例では、像振れ補正光学系として補正レンズ１０１Ｂを用いているが、これに限定されるものではない。像振れ補正光学系として、例えば撮像素子やプリズムを駆動する構成を採用してもよい。
【００２８】
ここで、補正レンズ光軸上の一点（回転中心点Ｏ）で、補正レンズ光軸と直交する一つの仮想線を、ピッチ軸（第１の軸）と定義する。また、回転中心点Ｏを通り、かつ、補正レンズ１０１Ｂの光軸およびピッチ軸の双方と直交する仮想線を、ヨー軸（第２の軸）と定義する。図５乃至図７において、ピッチ軸はＰ軸、ヨー軸はＹ軸とそれぞれ示されている。
【００２９】
ティルト機構２１０は、補正レンズ１０１Ｂの回転中心点Ｏを球心とする球面に沿って、レンズ枠２０２を揺動させる。本実施例のティルト機構２１０は、ジンバルリング２１１、第１の駆動部２１２、第２の駆動部２１３、および、シフト部材２２１を備えて構成される。また、レンズ枠２０２をティルト機構２１０の構成要素の一部としてもよい。第１の駆動部２１２は、第１の磁石２１２１および第１のコイル２１２２を備えて構成される。第２の駆動部２１３は、第２の磁石２１３１および第２のコイル２１３２を備えて構成される。
【００３０】
レンズ枠２０２（可動部材）は、円筒形状（または略円筒形状）であり、その中央部において補正レンズ１０１Ｂ（光学系または補正光学系）を保持する。またレンズ枠２０２は、その外周部において、ヨー回転軸２０２１および磁石保持部２０２２を有する。ヨー回転軸２０２１は、ヨー軸（Ｙ軸）を中心軸とする円柱形状の回転軸である。磁石保持部２０２２は、第１の磁石２１２１を保持する。
【００３１】
ジンバルリング２１１（中間部材）は、矩形環状（略矩形環状）であるように構成され、レンズ枠２０２の外周に配置される。ジンバルリング２１１は、ヨー軸受け２１１１、ピッチ回転軸２１１２、コイル保持部２１１３、および、磁石保持部２１１４を有する。ヨー軸受け２１１１は、ジンバルリング２１１の内周側に設けられ、ヨー回転軸２０２１を軸支する。ピッチ回転軸２１１２は、ジンバルリング２１１の外周側に設けられ、ピッチ軸（Ｐ軸）を中心軸とする円柱形状である。コイル保持部２１１３は、第１のコイル２１２２を、第１の磁石２１２１と対向する位置に保持する。磁石保持部２１１４は、第２の磁石２１３１を保持する。
【００３２】
シフト部材２２１は、ジンバルリング２１１の外周部に配置され、四角筒状（略四角筒状）の筒部２２１Ａ、および、円盤状（略円盤状）の円盤部２２１Ｂを備えて構成される。筒部２２１Ａは、ティルト機構２１０の一部として機能する。円盤部２２１Ｂは、シフト機構２２０の一部として機能する。シフト部材２２１は、ピッチ軸受け２２１１、第２コイル保持部２２１２、ボール受け面２２１３、ばねかけ部２２１４、第３磁石保持部２２１５、および、第４磁石保持部２２１６を有する。
【００３３】
ピッチ軸受け２２１１は、筒部２２１Ａの内周側に設けられ、ピッチ回転軸２１１２を軸支する。コイル保持部２２１２は、筒部２２１Ａの内周側に設けられ、第２のコイル２１３２を、第２の磁石２１３１と対向する位置に保持する。ボール受け面２２１３は、円盤部２２１Ｂの、固定部材２０３と対向する面に３個所設けられた、転動ボール２２２と接触する平面である。ばねかけ部２２１４は、付勢ばね２２３の一端を固定し、円盤部２２１Ｂの外周部に２個所設けられる。第３磁石保持部２２１５および第４磁石保持部２２１６は、円盤部２２１Ｂに設けられ、第３の磁石２２４１および第４の磁石２２５１をそれぞれ保持する。
【００３４】
第１の駆動部２１２は、ボイスコイルモータである。図３乃至図７に示されるように、２つのボイスコイルモータ（第１の駆動部２１２）は、補正レンズ１０１Ｂを挟むように配置される。これにより、レンズ鏡筒１００の小径化を図ることができる。第１の磁石２１２１は、直方体状に構成された磁石であり、ヨー軸方向において第１のコイル２１２２と対向するように配置されている。第１のコイル２１２２と対向する面は、中央で二分割され、それぞれＮ極とＳ極として、対向面の法線方向が磁極の方向となるように着磁されている。
【００３５】
第１のコイル２１２２は、小判型に形成された巻き線コイルであり、ピッチ軸方向に延びる直線部分を有する。第１のコイル２１２２の一方の面は、第１の磁石２１２１の着磁面と対向している。第１のコイル２１２２がシフト駆動回路１３０により通電されると、第１の磁石２１２１の着磁方向および通電方向と直交する方向である光軸方向にローレンツ力が発生する。また、補正レンズ１０１Ｂを挟む２つの第１の駆動部２１２は、反対向きに駆動力が発生するように配置される。この偶力により、ピッチ軸周りのモーメントを発生させることができる。
【００３６】
第２の駆動部２１３は、発生するモーメントの方向がヨー軸周りであることを除いて、第１の駆動部２１２と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。なお本実施例において、駆動部の種類は限定されるものではなく、ピッチ軸周りおよびヨー軸周りに所定の駆動力を働かせることができるように構成されていればよい。本実施例で用いたボイスコイルモータの他にも、ステッピングモータや超音波モータ、静電力を用いたモータやバイモルフなどの様々な方式の駆動部が適用可能である。
【００３７】
続いて、ティルト機構２１０の動作について説明する。ヨー回転軸２０２１がヨー軸受け２１１１に軸支されることにより、レンズ枠２０２は、ジンバルリング２１１に対して、ヨー軸を中心軸として揺動可能に支持される。また、ピッチ回転軸２１１２がピッチ軸受け２２１１に軸支されることにより、ジンバルリング２１１は、シフト部材２２１に対して、ピッチ軸を中心軸として揺動可能に軸支される。この結果、レンズ枠２０２は、シフト部材２２１に対して回転中心点Ｏを球心とする球面状を移動可能に支持される。すなわち、レンズ枠２０２、ジンバルリング２１１、および、シフト部材２２１により、いわゆるジンバル機構が構成され、ティルト機構として機能する。
【００３８】
本実施例において、第１の駆動部２１２を駆動すると、ジンバルリング２１１を、シフト部材２２１に対してピッチ軸周りの回転方向に揺動させることができる。また、第２の駆動部２１３を駆動すると、レンズ枠２０２を、ジンバルリング２１１に対してヨー軸周りの回転方向に揺動させることができる。第１のコイル２１２２および第２のコイル２１３２への通電量を所定の量に設定することにより、レンズ枠２０２を、回転中心点Ｏを球心とする球面状の所定の位置へ位置決めすることができる。これにより、光軸ＯＡに対する補正レンズ光軸の、ピッチ軸方向周りおよびヨー軸周りの傾斜量を任意の量に設定することが可能となる。
【００３９】
次に、シフト機構２２０について説明する。シフト機構２２０は、固定部材２０３に対して、ティルト機構２１０を光軸ＯＡと直交する面内（光軸直交面内）で平行に移動可能である。本実施例のシフト機構２２０は、シフト部材２２１、転動ボール２２２、付勢ばね２２３、第３の駆動部２２４、および、第４の駆動部２２５を備えて構成される。また、固定部材２０３をシフト機構２２０の構成要素の一部としてもよい。
【００４０】
第３の駆動部２２４は、第３の磁石２２４１および第３のコイル２２４２を有する。第４の駆動部２２５は、第４の磁石２２５１および第４のコイル２２５２を有する。固定部材２０３は、円筒状（略円筒状）に構成され、他のレンズ群を保持する固定筒１５１に保持される。固定部材２０３の中央の開口部は、補正レンズ１０１Ｂの光路として利用される。固定部材２０３は、ボール受け２０３１、ばねかけ２０３２、第３コイル保持部２０３３、および、第４コイル保持部２０３５を有する。ボール受け２０３１は、転動ボール２２２を接触保持し、周方向に並んで３箇所に設けられる。ばねかけ２０３２は、２箇所に設けられ、付勢ばね２２３の一端を固定する。第３コイル保持部２０３３は、第３のコイル２２４２を保持する。第４コイル保持部２０３５は、第４のコイル２２５２を保持する。本実施例の転動ボール２２２は球状に形成され、本実施例では３個の転動ボール２２２が用いられる。転がり抵抗を小さくし、かつ高い精度で加工するため、転動ボール２２は、ステンレス鋼やセラミックなどの硬度の高い材質で形成されることが好ましい。
【００４１】
付勢ばね２２３は、引っ張りばねであり、本実施例では２本の付勢ばね２２３が用いられる。付勢ばね２２３は、その一端がシフト部材２２１のばねかけ部２２１４に取り付けられ、その他端が固定部材２０３のばねかけ部２０３２に取り付けられる。付勢ばね２２３により、シフト部材２２１と固定部材２０３との間に両者を近づける方向への付勢力が発生する。なお本実施例において、付勢部材２２３として引っ張りばねの弾性力を用いているが、これに限定されるものではなく、磁力や静電力などを利用してもよい。
【００４２】
第３の駆動部２２４は、ボイスコイルモータである。第３の磁石２２４１は、直方体状に構成された磁石であり、第３のコイル２２４２と光軸方向に対向配置される。第３のコイル２２４２との対向面は、中央で二分割され、それぞれＮ極とＳ極として、その対向面の法線方向が磁極の方向となるように着磁されている。第３のコイル２２４２は、小判型に形成された巻き線コイルであり、ヨー軸方向に延びる直線部分を有する。その一方の面は、第３の磁石２２４１の着磁面と対向している。第３のコイル２２４２がティルト駆動回路１４０により通電されると、通電方向および第３の磁石２２４１の着磁方向と直交するピッチ軸方向のローレンツ力が発生する。第４の電磁駆動部２２５は、ボイスコイルモータである。発生する力の方向がヨー軸方向であることを除いて、第３の電磁駆動部２２４と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
【００４３】
続いて、シフト機構２２０の動作について説明する。シフト部材２２１のばねかけ部２２１４と、固定部材２０３のばねかけ部２０３２に、付勢ばね２２３の両端が保持されることにより、シフト部材２２１と固定部材２０３との間に吸引方向の付勢力が働く。そして、３個の転動ボール２２２は、シフト部材２２１のボール受け面２２１３と、固定部材２０３のボール受け２０３１との間に挟持される。これにより、固定部材２０３に対する、転動ボール２２２およびシフト部材２２１の光軸方向の位置が安定して決定される。このとき、シフト部材２２１は、固定部材２０３に対して光軸ＯＡと直交する面内（光軸直交面内）で転動支持される。
【００４４】
第３のコイル２２４２に通電すると、発生したローレンツ力により、シフト部材２２１はピッチ軸方向に駆動される。また、第４のコイル２２５２に通電すると、発生したローレンツ力により、シフト部材２２１はヨー軸方向に駆動される。第３のコイル２２４２および第４のコイル２２５２への通電量を所定の量に設定することにより、シフト部材２２１の位置、すなわち、シフト部材２２１の固定部材２０３に対する光軸直交面内での位置を決定することができる。
【００４５】
本実施例では、前述のシフト機構２２０およびティルト機構２１０を独立に制御することにより、撮影光学系１０１の光軸ＯＡに対する、補正レンズ１０１Ｂの平行移動量および傾斜量を、それぞれ独立に決定することができる。図９は、図７の状態からシフト機構２２０およびティルト機構２１０の双方を駆動させた場合の断面図である。補正レンズ１０１Ｂが、ヨー方向（図９の上方向）に移動し、かつ、ピッチ軸周り（図９の時計回り方向）に傾斜していることがわかる。
【００４６】
次に、目標設定手段１２０の機能について説明する。なお、レンズ鏡筒１００または撮像装置（カメラ）に加わる手振れなどの振動により、撮影光学系１０１により形成される像は、ピッチ軸方向およびヨー軸方向に移動する。ただし以下の説明は、ヨー軸方向に対する像振れ補正について行う。ピッチ軸方向に対する像振れ補正は、ヨー軸方向に対する像振れ補正を９０度回転させたものと同様であるため、その説明は省略する。
【００４７】
目標設定手段１２０は、補正角算出部１２１、シフト目標設定部１２２、および、ティルト目標設定部１２３を備えて構成される。補正角算出部１２１は、振れ検出部１１０により検出されたレンズ鏡筒１００（または撮像装置）に加わる角速度を時間積分することにより、像振れ補正装置２００が補正すべき補正角θ（レンズ鏡筒１００の補正角度）を算出する。このとき補正角算出部１２１は、必要に応じて、積分時間の調整、高周波成分や低周波成分の除去、および、角速度信号の位相補償などを行う。これにより、パン操作やティルト操作などのユーザの意図するカメラ角度変化と、手振れなどのユーザの意図しないカメラ角度変化とを切り分けるなど、より違和感のない像振れ補正を実現することができる。
【００４８】
シフト目標設定部１２２は、補正角算出部１２１により算出された補正すべきレンズ鏡筒１００（またはカメラ）の補正角θに応じて、シフト機構２２０のヨー軸方向の移動量（シフト目標ｓ）を決定する関数ｆ１を有する。関数ｆ１は、レンズ１０１Ｃの光軸方向の位置（レンズ位置ｚｐ）に応じて変化し得る。すなわち、シフト目標ｓは、ｓ＝ｆ１（θ、ｚｐ）として表すことができる。関数ｆ１は、補正角θに対する単調増加関数であり、本実施例では比例関数である。また本実施例では、このときの比例定数をレンズ１０１Ｃの光軸方向のレンズ位置ｚｐに応じて変化させる。前述のように、レンズ１０１Ｃの光軸方向のレンズ位置ｚｐは、レンズ位置検出手段１６０を用いて検出することができる。
【００４９】
ティルト目標設定部１２３は、シフト目標設定部１２２により設定されたシフト機構２２０の移動量（シフト目標ｓ）に応じて、ティルト機構２１０のピッチ軸周りの移動量（ティルト目標ｔ）を決定する関数ｆ２を有する。像振れ補正を行うためにシフト機構２２０を用いて補正レンズ１０１Ｂを光軸直交方向に移動させると、撮影光学系１０１の光学性能が低下する場合がある。光学性能が低下する場合の例として、像面の左右でピント状態が変わる、いわゆる方ボケと呼ばれる現象がある。このような光学性能の低下は、シフト移動量（シフト目標ｓ）に応じて、補正レンズ１０１Ｂの光軸を傾けていくことにより改善することができる。本実施例の撮影光学系１０１は、そのような機能を有するティルト機構２１０を備えた光学系である。
【００５０】
ティルト目標設定部１２３が有する関数ｆ２は、ティルト補正を実現するための関数であり、シフト移動量（シフト目標ｓ）に応じて決定される。また、関数ｆ２は、レンズ１０１Ｃの光軸方向のレンズ位置ｚｐに応じて変化し得る。すなわち、ティルト目標ｔは、ｔ＝ｆ２（ｓ，ｚｐ）として表すことができる。また、関数ｆ１は、補正角θに対する単調増加関数であるから、ティルト目標ｔは、補正角θ、および、レンズ位置ｚｐにより一意に決定される。このため、ティルト目標ｔは、ｔ＝ｆ３（θ，ｚｐ）と表すこともできる。
【００５１】
図９に示されるように、シフト機構２２０を用いてヨー軸方向の駆動を行い、ティルト機構２１０を用いてヨー軸周りの駆動を行う。これにより、光軸ＯＡとヨー軸（Ｙ軸）とを含む断面上において、補正レンズ光軸の移動、すなわちヨー軸方向の平行移動および光軸に対する傾斜移動の両方の移動を実行させる。
【００５２】
図１０は、本実施例における関数ｆ２、すなわちシフト移動量（シフト目標ｓ）に対するティルト移動量（ティルト目標ｔ）を決定する関数の説明図である。図１０において、縦軸はティルト目標ｔ［ｄｅｇ］を示し、横軸はシフト目標ｓ［ｍｍ］を示している。また図１０において、テレ、ミドル、ワイドのグラフでは、それぞれ、レンズ１０１Ｃの光軸方向のレンズ位置ｚｐが互いに異なっている。図１０に示されるように、本実施例の関数ｆ２は、原点対称、連続関数、および、単調関数であるという特徴がある。また図１０に示されるように、いずれのレンズ位置ｚｐにおいても、シフト目標ｓが大きいほどティルト目標ｔを大きくするようにティルト目標ｔが設定される。
【００５３】
本実施例において、関数ｆ２を原点を通る関数とすることにより、シフト移動量（シフト目標ｓ）がゼロの場合、ティルト移動量（ティルト目標ｔ）もゼロとなる。これにより、レンズ鏡筒１００（またはカメラ）の振れが無い状態において、補正レンズ１０１Ｂの光軸を、その他の撮影光学系１０１の光軸と一致させて光学性能を向上させることができる。また、関数ｆ２を原点対称の関数とすることにより、シフト目標ｓとティルト目標ｔとの関係が、補正レンズ１０１Ｂの移動方向に依存せずに決定される。なお、本実施例における原点とは、補正角度信号（補正角θ）がゼロの場合における補正レンズ１０１Ｂの位置である。通常、この状態おいては、光軸ＯＡに対する補正レンズ１０１Ｂの光軸と直交方向の移動量および傾斜量がゼロとなり、撮影光学系１０１の光軸と補正レンズ１０１Ｂの光軸とが一致する。これにより、手振れ（像振れ）がないときの光学性能を向上させることができる。ただし本実施例はこれに限定されるものではない。例えば撮影光学系１０１の組立誤差などを補正するため、補正レンズ１０１Ｂの光軸と撮影光学系１０１の光軸とを一致させない状態（位置）を原点としてもよい。
【００５４】
また本実施例において、関数ｆ２を連続関数とすることにより、シフト目標ｓに対するティルト目標ｔの値が滑らかに決定され、ティルト機構２１０を安定して駆動することができる。また本実施例において、関数ｆ２を単調関数とすることにより、シフト目標ｓの絶対値が大きいほどティルト目標ｔの絶対値も大きくなる。撮影光学系１０１の構成や、シフト目標ｓおよびティルト目標ｔの符合の設定方法に応じて、関数ｆ２は単調増加または単調減少のいずれにもなり得る。
【００５５】
続いて図１０を参照して、シフト移動量（シフト目標ｓ）に応じてティルト移動量（ティルト目標ｔ）が決定される場合の一例について説明する。レンズ位置ｚｐがテレ状態であり、関数ｆ１よりシフト目標ｓ［ｍｍ］が０．７５ｍｍと求められる場合、図１０に示される関数ｆ２より、ティルト目標ｔ［ｄｅｇ］は２．０度となる。また、シフト目標ｓ［ｍｍ］が１．５ｍｍの場合、ティルト移動量ｔ［ｄｅｇ］は３．５度となる。一方、レンズ位置ｚｐがワイド状態であり、関数ｆ１よりシフト目標ｓ［ｍｍ］が０．７５ｍｍと求められる場合、図１０に示される関数ｆ２より、ティルト目標ｔ［ｄｅｇ］は０．５度となる。また、シフト目標ｓ［ｍｍ］が１．５ｍｍの場合、ティルト目標ｔ［ｄｅｇ］は０．９度となる。
【００５６】
それぞれの状態において、シフト機構２２０およびティルト機構２１０は、補正レンズ１０１Ｂを、それぞれの移動量（シフト目標ｓ、ティルト目標ｔ）だけ駆動させることにより、像振れ補正を行う。このように、レンズ１０１Ｃの光軸方向のレンズ位置ｚｐに応じて、シフト目標ｓに対するティルト目標ｔの関係が変化する。
【００５７】
図１１は、本実施例における像振れ動作の説明図であり、所定の補正角度信号（補正角θ）に対する、シフト目標ｓおよびティルト目標ｔを示している。図１１において、縦軸は補正角θ、シフト目標ｓ、および、ティルト目標ｔを示し、横軸は時間を示している。このように本実施例では、補正角θに対して、シフト目標ｓおよびティルト目標ｔを同期させながら像振れ補正を行うことができる。
【００５８】
本実施例によれば、以下の効果が得られる。第一に、補正レンズ１０１Ｂが移動したときの光学性能を向上させることができる。本実施例では、シフト機構２２０の移動量（シフト目標ｓ）に応じて、ティルト機構２１０の移動量（ティルト目標ｔ）が決定される。すなわち、像振れ補正装置２００は、シフト機構２２０とティルト機構２１０とを同期させながら駆動を行う。これにより、像振れ補正を行うために補正レンズ１０１Ｂを光軸直交方向に移動させても、所定量だけティルト機構２１０を移動させることにより、光学性能を向上させることができる。
【００５９】
第二に、撮影光学系１０１の光軸方向の位置に応じて、補正レンズ１０１Ｂが移動したときの光学性能を向上させることができる。本実施例では、レンズ位置検出手段１６０の出力に応じて、シフト移動量（シフト目標ｓ）に対するティルト移動量（ティルト目標ｔ）を決定する関数ｆ２を変更する。これにより、撮影光学系１０１の光軸方向の位置関係が変化しても、シフト機構２２０を駆動させたときの光学性能を向上させることができる。
【００６０】
第三に、補正レンズ１０１Ｂの光軸直交方向の移動量および傾斜量のそれぞれを独立して容易に制御することができる。また本実施例では、補正レンズ１０１Ｂの光軸を傾斜させるため、ジンバル機構を採用している。これにより、補正レンズ１０１Ｂの光軸を傾斜させても、補正レンズ１０１Ｂに対する回転中心点Ｏの位置が不変である。このため、光軸直交方向における補正レンズ１０１Ｂの移動量と、傾斜量とを、それぞれ独立して容易に制御することができる。
【００６１】
第四に、応答性がよく高精度な位置制御を実現することができる。本実施例では、シフト機構２２０の駆動部およびティルト機構２１０の駆動部の双方に、ボイスコイルモータが用いられる。双方に同種のアクチュエータを用いることにより、シフト機構２２０とティルト機構２１０とを同期させながら駆動することが容易となる。また、ボイスコイルモータを用いることにより、応答性がよく高精度な位置制御を実現することができる。
【００６２】
次に、本実施例の変形例について説明する。本実施例の像振れ補正装置２００は、シフト機構２２０がティルト機構２１０を支えるように構成されているが、これに限定されるものではない。シフト機構２２０とティルト機構２１０との関係は逆であっても構わない。ティルト機構２１０がシフト機構２２０を支持するように構成しても、撮影光学系１０１の光軸に対する、補正レンズ１０１Ｂの平行移動量および傾斜量を、それぞれ独立に決定することができ、同様の効果を実現することが可能である。
【００６３】
このように本実施例の像振れ補正装置２００（レンズ鏡筒１００）において、目標設定手段１２０（制御手段）は、シフト機構２２０（移動手段）の移動目標値（シフト目標ｓ）に応じてティルト機構２１０（傾斜手段）の傾斜目標値（ティルト目標ｔ）を設定する。好ましくは、制御手段は、移動目標値が大きいほど傾斜目標値を大きくするように傾斜目標値を設定する。
【００６４】
好ましくは、制御手段は、移動目標値と傾斜目標値とを関連付ける関数（関数ｆ２）を有する。好ましくは、関数ｆ２は、振れ検出部１１０（検出手段）が振れを検出しないときの補正レンズ１０１Ｂ（光学系）の位置を原点として、移動目標値と傾斜目標値との関係が原点対称の関数である。より好ましくは、関数ｆ２は、移動目標値と傾斜目標値との関係が連続的に変化する連続関数である。また好ましくは、関数ｆ２は、移動目標値に対して傾斜目標値が単調増加または単調減少する関数である。
【００６５】
好ましくは、目標設定手段１２０（制御手段）は、補正角算出部１２１（算出手段）、シフト目標設定部１２２（第１の設定手段）、および、ティルト目標設定部１２３（第２の設定手段）を有する。算出手段は、振れ情報に基づいて補正角θを算出する。第１の設定手段は、補正角θに基づいて移動目標値（シフト目標ｓ）を設定する。第２の設定手段は、移動目標値に基づいて傾斜目標値（ティルト目標ｔ）を設定する。より好ましくは、制御手段は、レンズ１０１Ｃ（第２の光学系）の位置情報（光軸方向における位置）に基づいて、傾斜目標値を設定する。
【００６６】
好ましくは、レンズ鏡筒１００は、レンズ１０１Ｃ（第２の光学系）を光軸方向に移動可能に支持するレンズ移動機構１５０（第２の移動手段）、および、光軸方向における第２の光学系の位置を検出するレンズ位置検出手段１６０（位置検出手段）を有する。そして制御手段は、位置検出手段から得られた第２の光学系の位置情報に基づいて、関数ｆ２を変更する。
【００６７】
本実施例によれば、光学性能を向上させた像振れ補正装置、レンズ鏡筒、および、撮像装置を提供することができる。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１０１Ｂ  補正レンズ（光学系）
１１０  振れ検出部（検出手段）
１２０  目標設定手段（制御手段）
２００  像振れ補正装置
２０２  レンズ枠（可動部材）
２１０  ティルト機構（傾斜手段）
２２０  シフト機構（移動手段）
【図１１】
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【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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