JP3969927B2 - レンズ鏡筒、撮影装置及び観察装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振れ補正機能を有するレンズ鏡筒、撮影装置及び観察装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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為、カメラの振れ情報を振れ検出手段によって検出し、その検出結果に応じて光学的もしくは電子的にその振れをキャンセルする事により、手振れ補正を実現する装置が種々提案されている。その中で特願平１０−１０９４９９号では、複数のレンズ群のうち、あるレンズ群を光軸と垂直な平面内で移動する事により手振れ補正を行う、いわゆるシフト式の振れ補正手段を有したズームレンズが開示されている。
【０００３】
この提案では、シフトするレンズ群を保持する鏡筒に３本のピンが放射方向に圧入されており、固定部材に周方向に形成された３個の長穴部に、３本のピンがそれぞれある隙間を持って嵌合しており、シフトするレンズ群を光軸に垂直な平面内に規制している。更に、磁石と強磁性体の間に働く磁気的吸引力を使って案内部の光軸方向のガタつきを一方向に付勢することにより、ガタ内での倒れ防止による光学性能の向上と駆動時の案内部のガタつきに起因する作動音の低減を図っている。
【０００４】
また、特開平６−２８９４６５号では、固定部とシフト可動部とをつなぐフレキシブル基板において、伸張部の形状および配置の工夫により、光軸方向およびシフト２方向への負荷を低減して、シフト部の駆動に及ぼす悪影響を防止することのできる振れ補正装置が開示されている。
【０００５】
更に、特開平１０−３１９４６５号では、簡単な構成で、案内部の光軸方向のガタを無くし、駆動抵抗を小さくする目的で少なくとも三つのボールを固定部材と可動部材の間にバネにより挟持し、ボールの回転で可動枠を案内し、更に、バネにより可動部材の光軸まわりの回転防止を行うレンズシフト装置が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、レンズ鏡筒が搭載される撮影機器では、携帯性や収納性を向上させる為に更なる小型化や出っ張りの少ないデザインが求められており、当然、レンズ鏡筒もより小型のものが必要とされている。しかしながら、レンズ鏡筒を更に小型化していくと、固定部とシフト可動部とをつなぐフレキシブル基板を引き回すスペースが著しく制限され、該フレキシブル基板の剛性が高くなり、特開平６−２８９４６５号で示すような、形状や配置の工夫だけではフレキシブル基板による光軸方向の発生力を問題のないレベルまで低減することが困難になってきている。
【０００７】
そこで、特願平１０−１０９４９９号のように、磁石等を使用してシフト可動部を光軸方向に適切な力で付勢することが提案されているが、フレキシブル基板の光軸方向の発生力のばらつきによって、シフト可動部がより強く案内部に押さえつけられて摩擦が非常に大きくなってしまったり、逆に磁石等による付勢を無効にしてしまったりして、シフト部の駆動に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００８】
一方で、撮影光学系によりピント面上に結像された被写体像を電気信号に変換するＣＣＤにおいては、半導体の微細加工技術の進歩により、より小さな画素ピッチのＣＣＤが製作可能になってきている。これにより、従来並みの画素数をより小さな面積内に作製する事による光学系の更なる小型化や、同一面積もしくは面積拡大による多画素化に伴なう光学系の更なる高解像度化の二つの流れが発生している。前者においては、同一量の手振れを補正するためのシフトレンズ群の移動量が撮像面積に略比例する為に、より微小な動きを要求され、尚且つフレキシブル基板の引き回しスペースもより少なくなる。後者においては、より小さな振れも補正可能としないと解像度の劣化を起こすので、シフト可動部の案内部で生じる摩擦力を低減して、より微小に駆動できるようにする必要がある。また、何れの場合もシフトレンズ群の倒れの要求精度もより高くなってしまう。
【０００９】
特開平１０−３１９４６５号では、案内部の光軸方向のガタを無くし、摩擦を低減する目的で、少なくとも三つのボールを固定部材と可動部材の間にバネの引っ張り力により挟持し、ボールの回転で可動部材を案内する構成が開示されているが、ボールは保持部材により固定部材に対して位置が変化しないように保持されているので、ボールと可動部材は転がりにより案内されるが、ボールと固定部材および保持部材はボールがその場で回転しているので、両者間には滑り摩擦力が発生している。それ故に、バネによるガタの付勢はボールを挟持するほぼ必要最小限の力に限られ、付勢力を上回る慣性力が可動部に働く光軸方向のわずかな加速度に対して可動部が浮いてしまい、レンズ群の倒れによる光学性能の劣化やボールの当たり音等の騒音が発生してしまうという問題がある。例えば、４ｇの可動部を４ｇｆの力で付勢している場合には、わずか１Ｇ以上の加速度が加わっただけで可動部が浮いてしまうことになる。
【００１０】
また、バネによる可動部材の光軸まわりの回転防止については、バネの引っ張り力に頼っているので、回転を完全に止める事は出来ず、あくまでも回転を抑制する働きしか発揮できない。上記提案の実施の形態の位置検出手段の構成では、光軸まわりの回転により該位置検出手段の出力値が変化してしまうので、駆動手段の力の発生位置と可動部の重心との位置関係や、接続しているフレキシブル基板の接続位置や形状によっては駆動に伴なって可動部が光軸まわりに回転し、シフトレンズを振れを補正する為の正確な位置に駆動出来なくなるという問題がある。
【００１１】
（発明の目的）
本発明の目的は、可動部材と固定部材との相対移動をボールの転がりのみによって案内支持するようにし、振れ補正時の摩擦力を極めて小さくして、良好な振れ補正性能を得ることのできるレンズ鏡筒、撮影装置及び観察装置を提供しようとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、振れ補正用のレンズと、前記振れ補正用のレンズを保持する可動部材と、前記可動部材の光軸方向の移動を規制するための固定部材と、前記可動部材と前記固定部材との間に挟持されて前記可動部材および前記固定部材のそれぞれに対して相対移動可能な少なくとも三つのボールと、前記少なくとも三つのボールのそれぞれに対応して設けられた少なくとも三つの規制部と、前記可動部材を駆動する駆動手段とを有するレンズ鏡筒であって、前記少なくとも三つの規制部のそれぞれが、前記ボールの相対移動を制限範囲内に制限するために前記可動部材もしくは前記固定部材に設けられており、前記可動部材が駆動される方向において、前記少なくとも三つの規制部のそれぞれの制限範囲の大きさが、前記ボールが前記制限範囲の中心から前記可動部材の機械的な最大可動量の半分または振れ補正時の前記可動部材の最大移動量の半分だけ移動しても前記ボールが前記規制部に当たらない大きさであるレンズ鏡筒とするものである。
【００２１】
また、上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、振れ補正用のレンズと、前記振れ補正用のレンズを保持する可動部材と、前記可動部材の光軸方向の移動を規制するための固定部材と、前記可動部材と前記固定部材との間に挟持されて前記可動部材および前記固定部材のそれぞれに対して相対移動可能な少なくとも三つのボールと、前記少なくとも三つのボールのそれぞれに対応して設けられた少なくとも三つの規制部と、前記可動部材を駆動する駆動手段とを有するレンズ鏡筒であって、前記少なくとも三つの規制部のそれぞれは、前記ボールの相対移動を制限範囲内に制限するために前記可動部材もしくは前記固定部材に設けられており、振れ補正の前に前記可動部材をあらかじめ駆動した後に前記可動部材を振れ補正中の駆動範囲の中心位置に戻すことによって前記少なくとも三つのボールのそれぞれを前記制限範囲の中心位置まで移動させることで、前記少なくとも三つのボールのそれぞれを振れ補正中に前記規制部に当たらない位置に設定する制御手段を有するレンズ鏡筒とするものである。
【００２２】
また、上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、振れ補正用のレンズと、前記振れ補正用のレンズを保持する可動部材と、前記可動部材の光軸方向の移動を規制するための固定部材と、前記可動部材と前記固定部材との間に挟持されて前記可動部材および前記固定部材のそれぞれに対して相対移動可能な少なくとも三つのボールと、前記少なくとも三つのボールのそれぞれに対応して設けられた少なくとも三つの規制部と、前記可動部材を駆動する駆動手段とを有するレンズ鏡筒であって、前記少なくとも三つの規制部のそれぞれが、前記ボールの相対移動を制限範囲内に制限するために前記可動部材もしくは前記固定部材に設けられており、振れ補正の前に前記可動部材を前記少なくとも三つのボールのそれぞれが前記規制部に当たるまで駆動した後に前記可動部材を振れ補正中の駆動範囲の中心位置に戻すように駆動する制御手段を有するレンズ鏡筒とするものである。
【００２３】
また、上記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、本発明の上記レンズ鏡筒を有する撮影装置とするものである。
【００２４】
また、上記目的を達成するために、請求項１０に記載の発明は、本発明の上記レンズ鏡筒を有する観察装置とするものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１および図２は、本発明を凸凹凸凸の４群構成の変倍光学系を有するレンズ鏡筒に適用した場合の説明図であり、図１はその分解斜視図、図２は主要部分の断面図である。
【００３１】
これらの図において、Ｌ１は固定の第１レンズ群、Ｌ２は光軸方向に移動することにより変倍動作を行う第２レンズ群、Ｌ３は光軸と垂直な平面内で移動して振れ補正動作を行う第３レンズ群、Ｌ４は光軸方向に移動する事により合焦動作を行う第４レンズ群である。１は第１レンズ群Ｌ１を保持する固定鏡筒、２は第２レンズ群Ｌ２を保持する移動枠、３は第３レンズ群Ｌ３を光軸と垂直な平面内で移動可能とするシフトユニット、４は第４レンズ群Ｌ４を保持する移動枠、５はＣＣＤ等の撮像素子を取付ける後部鏡筒である。前記固定鏡筒１と後部鏡筒５により２本のガイドバー６，７は位置決め固定されている。移動枠２および移動枠４はガイドバー６，７により光軸方向に移動可能に支持されている。前記シフトユニット３は固定鏡筒１と後部鏡筒５に位置決めの上挟み込まれ、ビス３本により後方よりビス締め固定されている。
【００３２】
８は、光学系の開口径を変化させる絞り装置であり、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、いわゆるギロチン式の絞り装置である。９は、第４レンズ群Ｌ４を光軸方向に移動し、合焦動作を行わせる為の駆動手段であるところのフォーカスモータであり、回転するロータと同軸のリードスクリュー９ａが移動枠４に取付けられたラック４ａと噛み合っており、ロータの回転により第４レンズ群Ｌ４を移動せしめる。また、ねじりコイルバネ４ｂで移動枠４、ガイドバー６，７、ラック４ａ、リードスクリュー９ａのそれぞれのガタを片寄せしている。１０は第２レンズ群Ｌ２を光軸方向に移動し変倍動作を行わせる為の駆動手段であるところのズームモータであり、回転するロータと同軸のリードスクリュー１０ａが移動枠２に取付けられたラック２ａと噛み合っており、ロータの回転により第２レンズ群Ｌ２を移動せしめる。また、ねじりコイルバネ２ｂで移動枠２、ガイドバー６，７、ラック２ａ、リードスクリュー１０ａのそれぞれのガタを片寄せしている。フォーカスモータ９は後部鏡筒５に、ズームモータ１０は固定鏡筒１にそれぞれ２本のビスで固定されている。
【００３３】
１１はフォトインタラプタであり、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，透光の切り替わりを電気的に検出し、第４レンズ群Ｌ４の基準位置を検出するためのフォーカスリセットスイッチの働きをする。１２はフォトインタラプタであり、移動枠２に形成された遮光部２ｃの光軸方向への移動による遮光、透光の切り替わりを電気的に検出し第２レンズ群Ｌ２の基準位置を検出するためのズームリセットスイッチの働きをする。
【００３４】
次に、図２、図３および図４を用いて、上記第３レンズ群Ｌ３を光軸と垂直な平面内で移動可能とするシフトユニット３の構成を説明する。なお、図３は、図１と同方向から見たシフトユニット３の分解斜視図、図４はシフトユニット３を後ろから見た分解斜視図である。
【００３５】
第３レンズ群Ｌ３はピッチ方向（カメラの縦方向の角度変化）の像振れを補正する為の縦方向とヨー方向（カメラの横方向の角度変化）の像振れを補正する為の横方向へ、光軸と垂直の平面内で案内機構に規制されながら、縦方向および横方向それぞれに後述する専用の駆動手段および位置検出手段によりそれぞれ独立に駆動制御され、光軸まわりの任意の位置へ位置決めされる。縦方向および横方向それぞれの駆動手段および位置検出手段は９０度の角度を成して同一の構成なので、縦方向（図２の断面図に表現されている）のみを説明する。また、図中の部品を示す番号には縦方向の構成要素にはｐ、横方向の構成要素にはｙの添え字を付けて表現する。
【００３６】
１３はシフトユニットの固定部分のベースとなる、可動部材を光軸方向に規制する固定部材であるところのシフトベース（支持基板）、１４は付勢手段であるところの圧縮コイルバネであり、近傍に配置される後述する検出用および駆動用磁石に吸引されないようにその材質として、例えばリン青銅線は好適である。線材の一端１４ａは放射方向に折り曲げられている。１５はシフトするレンズ群である第３レンズ群Ｌ３を保持する可動部材であるところのシフト鏡筒（保持部材）であり、該シフト鏡筒１５には、圧縮コイルバネ１４の前側の端が第３レンズ群Ｌ３の光軸と略同軸に嵌合し、コイルの一端１４ａがシフト鏡筒１５に設けられたＶ字溝部１５ｄにはまり込んで位置決め固定されている。
【００３７】
１６ａ，１６ｂ，１６ｃはシフトベース１３およびシフト鏡筒１５に挟持された三つのボールであり、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その材質として、例えばＳＵＳ３０４（オーステナイト系のステンレス鋼）は好適である。該ボール１６ａ，１６ｂ，１６ｃが当接している面は、シフトベース１３側がそれぞれ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、シフト鏡筒１５側がそれぞれ１５ａ，１５ｂ，１５ｃであり、それぞれの３個所の当接面は、光学系の光軸に対して垂直な面であり、三つのボールの外径が同じ場合は３個所の面の光軸方向の位置の相互差を小さく押える事により、シフトレンズ群Ｌ３を光軸に対して直角を保ったままで、保持および移動案内が可能となる。
【００３８】
１７は後側の固定部材であるセンサベースであり、２本の位置決めピンで位置を決められ、ビス２本でシフトベース１３に結合される。前記圧縮コイルバネ１４の後側の端は該センサベース１７にレンズ鏡筒の光軸に略同軸に嵌合し、他端に位置決めされているシフト鏡筒１５の角度方向の姿勢が正規位置となるように該センサベース１７に接着等で固定される。また、圧縮コイルバネ１４はシフト鏡筒１５とセンサベース１７の間で圧縮されて、シフト鏡筒１５を三つのボール１６ａ，１６ｂ，１６ｃを挟持してシフトベース１３に付勢する。また、三つのボールとそれぞれの当接面間にボール１６がシフトベース１３とシフト鏡筒１５により挟持されていない状態でもボールが当接面から容易に脱落しない程度の粘度を有する潤滑油を塗布することで、付勢力を上回る慣性力がシフト鏡筒１５に働いて、ボールが非挟持状態になっても、ボールの位置が容易にずれるのを防止できる。
【００３９】
次に、駆動手段について説明する。
【００４０】
１８ｐは光軸に対して放射方向に２極に着磁された駆動用磁石、１９ｐは駆動用磁石１８ｐの光軸方向前側の磁束を閉じる為のヨーク、２０ｐはシフト鏡筒１５に接着により固定されたコイルである。２１は駆動用磁石１８ｐの光軸方向後側の磁束を閉じる為のヨークであり、駆動用磁石１８ｐとはコイル２０ｐが移動する空間を形成するようにシフトベース１３に磁石の磁力により固定され、磁気回路を構成している。前記コイル２０ｐに電流を流すと、駆動用磁石１８ｐの２極着磁の着磁境界に対して略直角方向に、磁石１８ｐとコイル２０ｐ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、シフト鏡筒１５を移動させる、いわゆるムービングコイル型の駆動手段となっている。上記構成が縦および横方向に配置してあるので、可動部材を略直交する二つの方向に駆動する事が出来る。
【００４１】
次に、図５（ａ）〜（ｄ）により、ボール１６ｂに対する、シフトベース１３とシフト鏡筒１５との関係を説明する（他のボールについても同一の関係となっている）。
【００４２】
図５（ａ）は、シフト鏡筒１５が中心位置（レンズ群Ｌ３が他のレンズ群の光軸と一致している状態）にあり、ボール１６ｂもシフトベース１３の当接面１３ｂの周囲に設けられているボールの移動を規制し、制限する規制部１３ｄの制限範囲内の中心に位置している状態である。
【００４３】
この状態からシフト鏡筒１５が下向きの矢印方向に駆動手段によって駆動された状態を、図５（ｂ）に示している。シフト鏡筒１５は別の個所に設けられた可動機械端まで駆動され中心位置よりａだけ移動している。ボール１６ｂはシフトベース１３およびシフト鏡筒１５に挟持されているので、図５（ａ）の矢印方向に転がり、図５（ｂ）の位置に移動する。転がり摩擦は滑り摩擦に対して十分小さく、ボールと当接面は滑ることなく、ボールの転がりでシフト鏡筒１５はシフトベース１３に対して相対移動する。このとき、ボールの中心に対してはシフト鏡筒１５とシフトベース１３は相対的に反対方向に移動しているので、シフトベース１３に対するボールの移動量は、シフト鏡筒１５の移動量の半分となり、図５（ｂ）に示すように移動量ｂはａの半分（ａ÷２）となる。
【００４４】
図５（ｃ）は、図５（ａ）を後側から見た、シフトベース１３とボール１６ｂの図である。ボール１６ｂは縦および横方向の制限範囲の中心に位置している図である。ボール１６ｂのまわりに四角形の制限範囲（規制部１３ｄ内）がシフトベース１３に設けられている。制限端の大きさは、ボールの半径をｒとした時、中心から（ｒ＋ｂ＋ｃ）で表わされる。なお、ｃは機械的な余裕量である。
【００４５】
図５（ｃ）は、シフト鏡筒１５が中心位置にある時に、ボール１６ｂも制限範囲の中心にある場合の図であるが、もしも、ボール１６ｂが制限範囲の中心からｃ以上ずれた位置にある場合には、図５（ｂ）のようにシフト鏡筒１５が駆動されると、ボール１６ｂはシフト鏡筒１５がａだけ動いて機械端に当たる前にシフトベース１３の制限範囲に当たってしまい、それ以上では、シフト鏡筒１５はボール１６ｂと滑って、ボール１６ｂを制限端に押し付けたまま機械端まで駆動される。この状態から、更に、シフト鏡筒１５を中心位置まで戻すと、ボール１６ｂは制御範囲の中心からｃの距離まで転がって戻る事になる。
【００４６】
このように、シフト鏡筒１５を縦および横方向に両側の機械端まで駆動して中心位置まで戻すと、最初にボール１６ｂがどの位置にあっても、図５（ｄ）に示すように、その中心位置は制限範囲の中心からｃの距離の四角形内に位置づけされることになる。この一連の動作をボールのリセット動作と名づける。通常、レンズの光学性能は構成されるレンズ群の各光軸が一致している時に最も性能が出るように設計されているので、シフトレンズ群である第３レンズＬ３が他のレンズ群に対して偏芯するに従って、性能的に不利な状態となる。もちろん、実際に必要なシフト範囲内では実用上問題のない光学性能になっている。
【００４７】
シフト鏡筒１５を直交する２方向に同時に同じ量だけ駆動すると、対角方向には√（２）倍の位置まで移動してしまうので、実際の使用状態ではシフト鏡筒１５は直交する２軸に完全に独立に駆動される事はなく、他方の位置を考慮して、光軸を中心とした丸もしくは丸に近い多角形の範囲内で振れ補正動作が行われ、三つのボールはその形状に相似な半分の範囲内で転がり運動をすることになる。ボールの移動制限範囲は駆動手段が力を発生する略直交する二つの方向に略平行４辺を持つ四辺形をしているが、これが、上述の実際の使用状態のボールの動く範囲に沿った、丸もしくは多角形の形状をしていると、ボールのリセット動作によって、実使用状態でボールが制限端と当たらない位置まで正しく位置をリセットできない場合が生じてしまう。
【００４８】
ボールの移動制限範囲を、駆動手段が力を発生する略直交する二つの方向に略平行４辺を持つ四角形を成し、ボールを２辺に片寄せした時、ボールと他方の辺との隙間を、可動部材の同方向の機械的な最大可動量または実使用時の最大移動量の半分より大きくして、シフトベース１３およびシフト鏡筒１５のボールと当接する面１３ａ，１３ｂ，１３ｃおよび１５ａ，１５ｂ，１５ｃの面積を必要最小限にして、ボールのリセット動作を行えば、実使用時にはボールが制限範囲に当たらず、ボールの転がりのみでシフト鏡筒１５が支持および案内が可能な構成としている。
【００４９】
また、前述したように、ボールとそれぞれの当接面との間に潤滑油を塗布することで、ボールと当接面との滑り摩擦力を小さくして、位置制御への影響を小さくする事が出来る。
【００５０】
尚、この実施の形態においては、ボールの移動を規制する規制部１３ｄをシフトベース１３に設けたが、シフト鏡筒側に設けても良い。又、三つのボールを使用した例を示したが、それ以上のボールの使用も可能である。
【００５１】
次に、位置検出手段について説明する。
【００５２】
図３において、２２ｐと２２ｙは光軸に対して放射方向に２極に着磁された検出用磁石、２３ｐと２２ｙは検出用磁石２２ｐ，２２ｙの光軸方向前側の磁束を閉じる為のヨークであり、両者はシフト鏡筒１５に固定されている。２４ｐと２４ｙは磁束密度を電気信号に変換するホール素子であり、センサベース１７に位置決め固定されている。以上の構成によりシフト鏡筒１５のピッチ方向とヨー方向の各々位置検出手段を成している。
【００５３】
ここで、図６に検出用磁石２２ｐの光軸方向後側の磁束の状態を説明する。
【００５４】
図６において、横軸は光軸に対して放射方向の位置、縦軸は磁束密度である。横軸の中央は検出用磁石２２ｐの２極着磁の境界部分であり、このとき磁束密度は零（０）となる。第３レンズ群Ｌ３の光軸が他のレンズ群に対して略一致する位置にも対応する。二点鎖線で示す範囲内では磁束密度が実用上問題とならない程度に直線的に変化している。この磁束密度変化を適当な信号処理によりホール素子から電気信号として検出する事により、第３レンズ群Ｌ３の位置を検出する事が可能となる。
【００５５】
図７はホール素子２４ｐの信号処理回路の一例である。２４ｐはホール素子、４０のオペアンプは抵抗４０ａ，４０ｂ，４０ｃと組み合わされ、ホール素子２４ｐに定電流を供給し、ホール素子２４ｐの磁束密度に対する出力はオペアンプ４１と抵抗４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄによって差動増幅される。抵抗４１ｅは可変抵抗であり、抵抗値を変化させる事により磁束密度に対する電気出力信号をシフトさせる事が可能であり、第３レンズ群Ｌ３の光軸が他のレンズ群の光軸に対して一致する位置で出力が基準電位Ｖｃに等しくなるように調整される。オペアンプ４２は抵抗４２ａ，４２ｂと組み合わせて、オペアンプ４１の出力を基準電位Ｖｃに対して反転増幅し、可変抵抗４２ｂの抵抗値を変化させる事により磁束密度の変化に対する出力電圧の変化の割合を所定値に調整することができる。
【００５６】
再び図２〜図４に戻って説明を続ける。
【００５７】
２５はコイル２０ｐおよびホール素子２４ｐの電気的に外部回路と接続させる為の可撓性を有するフレキシブル基板であり、２５ａで二つに折り返され、２６ｐ部の光軸方向の前側にはホール素子２４ｐが実装されている。また、折り返された部分はさらに３個所の曲げを介して先端部である２７ｐ部はその一部に形成された穴部２８ｐを、シフト鏡筒１５に形成されたピン２９ｐにピン周りに回転自在に嵌合固定され、２７ｐ部に設けられたランド部３０ｐおよび３１ｐにコイル２０ｐの両端子がそれぞれ半田付けされる。３２はフレキシブル基板２５をセンサベース１７に固定する為の押さえ板であり、ビス１本によりセンサベース１７に固定されている。
【００５８】
次に、図８（ａ），（ｂ）を用いて、フレキシブル基板２５の固定部であるセンサベース１７と可動部であるシフト鏡筒１５との動きを吸収する接続部分を更に詳しく説明する。
【００５９】
図８（ａ）は、曲げる前の形である。センサベース１７に固定される部分には穴３３ｐと長穴３４ｐが長手方向に並んでいる。センサベース１７には穴３３ｐと長穴３４ｐに対応する部分にそれぞれピンが形成されており、穴３３ｐによりフレキシブル基板２５の位置が長穴３４ｐにより固定部分からの出だしの方向が決められる。尚、３３ｐおよび３４ｐ間の曲げ部分は押さえ板３２によりセンサベース１７に押さえられる。３５ｐおよび３７ｐは曲げ部３６ｐで曲げられ略９０度の角度を成している。シフト鏡筒１５の縦方向および横方向の動きは、３５ｐおよび３７ｐの面長手方向の撓みにより吸収される。フレキシブル基板２５の先端部分の２７ｐ部は先に説明したようにシフト鏡筒２５のピン２９ｐに穴２８ｐが嵌合されるが、ピン２９ｐは段付きピンとなっており、２７ｐ部は抜けない形状となっている。また、２７ｐ部は更に、出っ張り部３８ｐが、シフト鏡筒１５の受け面とある間隔をもって形成された庇の下にはまり込む事によって、ある範囲内でのピン２９ｐ周りの回転の自由度を持って外れないようになっている。
【００６０】
ここで、曲げ部３６ｐは長手方向に対して正確に９０度の角度に曲げられている場合には２７ｐ部の穴部２８ｐはピン２９ｐの位置に来るので、フレキシブル基板の３５部および３７部には不自然な変形は起きないが、曲げ部３６ｐが長手方向に対して９０度からずれて曲げられた場合には、２７ｐの穴部２８ｐとピン２９ｐの位置は光軸方向に曲げが傾いている分だけずれてしまう事になる。このとき、２７ｐが曲げのずれ分だけ回転可能なので、３５ｐ部および３７ｐ部の捩じれにより、曲げ部３６ｐの曲げのずれを吸収する事ができる。もしも、２７ｐ部が回転できない構造だと、３６ｐ部の曲げのずれがあると３５ｐおよび３７ｐ部に容易に曲がらない長手幅方向の曲げ（図中矢印ＡおよびＢ）が働いてシフト鏡筒１５は光軸方向に強く押さえつけられて、不要な付勢力のバラツキが生じてしまう。
【００６１】
また、センサベース１７との固定部分の結合部分の押え板３２の押えがずれてフレキシブル基板の出だし方向が若干ずれても、ピン２９ｐに対する穴部２８ｐの光軸方向の位置がずれるので、２７ｐの回転によってフレキシブル基板による光軸方向の発生力が緩和される。
【００６２】
次に、図９（ａ）および（ｂ）を用いて、位置検出手段の構成と配置および圧縮コイルバネ１４の可動部材の回転の抑制の機能とその時の動きについて説明する。
【００６３】
図９（ａ）は、可動部分を光軸後側から見た図である。付勢部材であるところの圧縮コイルバネ１４は前述のように光軸に同軸にシフト鏡筒１５に嵌合しており、バネの一端１４ａにより回転方向が規制されている。他端はセンサーベース１７に固定されているので、圧縮コイルバネ１４の中心軸まわりの捩じり戻し力によりシフト鏡筒１５の回転方向はシフトベース１３（センサベース１７）に対して、あるバネ定数でシフト鏡筒１５に働く力に対して回転が抑制される。
【００６４】
２２ｐおよび２２ｙは前述のように位置検出用磁石であり、２極着磁の境界が検出方向（図上の縦および横方向）に対して直角方向に配置され、他軸の動きに対しては、移動量に対してある程度大きい磁石であれば、位置検出手段の一部を成すホール素子に対して、磁束分布が実用上変化しないように出来るので、２軸独立に位置が検出できるのは明らかである。また、２軸の位置検出手段の検出方向の交点は光軸に一致しているので、光軸まわりの回転についても比較的小さな角度範囲内では実用上問題と成るような出力値の変化を起こさない。シフト鏡筒１５に駆動手段によって駆動力が働いた時にシフト鏡筒１５の動きは、駆動手段の力の発生位置と可動部の重心との位置関係や、接続しているフレキシブル基板の接続位置や形状によっては、圧縮コイルバネは回転を抑制しているだけなので、駆動に伴なって可動部が光軸まわりに回転することがある。
【００６５】
その時の位置検出手段の検出出力値の変化について、図９（ｂ）で説明する。
【００６６】
今、縦方向の位置検出点をＡ、横方向の位置検出点をＢ、レンズ群の光軸をＣとし、Ｄ点を中心にしてシフト鏡筒１５が回転した時について各点の動きをみる。回転角度があまり大きくない範囲内ではＡ，Ｂ，Ｃ各点はＤ点を結んだ線と直角方向に移動する。各点の動きベクトルをそれぞれ、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃとし、2 軸の位置検出軸方向に分解し、その成分をそれぞれ、Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖｂｘ，Ｖｂｙ，Ｖｃｘ，Ｖｃｙとする。位置検出手段は前述のように、検出軸と直角方向に感度を有していないので、ＶａｘおよびＶｂｙのベクトルは位置検出手段によって検出されない。
【００６７】
ところで、２軸の検出軸の交点は光軸と一致しているので光軸Ｃの動きベクトルＶｃｘ，Ｖｃｙに対して、「Ｖｃｘ＝Ｖｂｘ」、「Ｖｃｙ＝Ｖａｙ」の関係が成り立つ。このことは、光軸から離れた点を中心とした回転に伴なうシフトレンズ群Ｌ３の光軸位置変化、すなわちシフト量を回転に影響されずに位置検出手段により正しく検出できることを示しており、後述する駆動手段および検出手段を含む位置決め制御により、シフト鏡筒を正しい位置に移動する事が可能となる。
【００６８】
図１０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レンズ鏡筒の駆動および、振れ補正のシステム図である。
【００６９】
図２のレンズ鏡筒に対して、５０は被写体の空間周波数の高域成分を除去する為の光学ローパスフィルタ、５１はピント面に配置された光学像を電気信号に変換するための撮像素子であるＣＣＤ、ＣＣＤ５１から読み出された電気信号ａはカメラ信号処理回路５２により映像信号となる。５３はレンズ駆動を制御するマイコンである。電源投入時、マイコン５３はフォーカスリセット回路５４およびズームリセット回路５５の出力を監視しながら、フォーカスモータ駆動回路５６およびズームモータ駆動回路５７によりそれぞれのステッピングモータを回転させて、移動枠２および移動枠４を光軸方向に移動させる。フォーカスリセット回路５４およびズームリセット回路５５の出力はそれぞれの移動枠が予め設定された位置まで来る（移動枠に設けられた遮光部材が固定部に設けられたフォトインタラプタの発光部を遮光する、もしくは透過する境界部に来たとき）と反転し、その位置を基準として以後のステッピングモータの駆動ステップ数をマイコン内で計数することによりマイコンは各レンズ群の絶対位置を知ることが出来る。これにより正確な焦点距離情報が得られる。この一連の動作をズームおよびフォーカスのリセット動作と名づける。
【００７０】
５８は絞り装置８を駆動する為の絞り駆動回路であり、マイコン５３に取り込まれた映像信号の明るさ情報ｂに基づいて絞りの開口径が制御される。５９および６０は光学装置のｐｉｔｃｈ（縦方向の傾き角）およびｙａｗ（横方向の傾き角）角度検出回路であり、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われる。両回路５９，６０の出力、すなわち、撮影装置の傾き角度の情報はマイコン５３に取り込まれる。６１および６２は振れ補正を行うために第３レンズ群Ｌ３を光軸に対して垂直に移動させる為の、ピッチ（縦方向）およびヨー（横方向）コイル駆動回路であり、マグネットを含む磁気回路のギャップにコイルを配置し、いわゆるムービングコイルの構成により第３レンズ群Ｌ３をシフトさせる駆動力を発生させる。６３および６４は第３レンズ群Ｌ３の光軸に対するシフト量を検出するためのｐｉｔｃｈ（縦方向）およびｙａｗ（横方向）位置検出回路であり、マイコン５３に取り込まれる。第３レンズ群Ｌ３が光軸に対して垂直に移動すると、通過光束が曲げられて、ＣＣＤ５１上に結像している被写体の像の位置が移動する。このときの像の移動量を実際に撮影装置が傾いたことによって像が移動する方向と逆に同じ大きさだけ移動するようにマイコン５３で制御することによって、撮影装置が傾いても（手振れしても）結像している像が動かない、いわゆる振れ補正を実現できる。
【００７１】
マイコン５３内では、ｐｉｔｃｈ角度検出回路５９およびｙａｗ角度検出回路６０により得られた撮影装置の傾き信号とｐｉｔｃｈ位置検出回路６３およびｙａｗ位置検出回路６４から得られた第３レンズ群Ｌ３のシフト量信号をそれぞれ差し引いて、それぞれの差信号を増幅および適当な位相補償を行った信号でｐｉｔｃｈコイル駆動回路６１およびｙａｗコイル駆動回路６２によりそれぞれシフト鏡筒１５を駆動する。この制御により上記の差信号がより小さくなるように第３レンズ群Ｌ３が位置決め制御され、目標位置に保たれる。
【００７２】
更に、本実施の形態では、光軸に対して垂直にシフトさせる第３レンズ群Ｌ３は変倍用の第２レンズ群Ｌ２より撮像面側にあるので、第３レンズ群Ｌ３のシフト量に対する像の移動量が変倍用の第２レンズ群Ｌ２の位置、すなわち焦点距離によって変化してしまうので、ｐｉｔｃｈ角度検出回路５９およびｙａｗ角度検出回路６０によって得られる撮影装置の傾き信号でそのまま第３レンズ群Ｌ３のシフト量を決定せず、第２レンズ群Ｌ２の位置情報により補正を行って撮影装置の傾きによる像の動きを第３レンズ群Ｌ３のシフトによりキャンセルする構成となっている。
【００７３】
上記の説明は振れ補正時の動作であるが、前述のボールのリセット動作を電源投入時のズームおよびフォーカスのリセット動作に引き続いて、または、時分割で同時に行う事により、撮影装置の未使用時の衝撃等でボールが正しい位置からずれていたとしても、リセット動作の直後から、ボールの転がり案内による、優れた振れ補正性能を発揮する事が出来る。また、ボールのリセット動作を、撮影装置の使用中（映像をモニターで観察している時、映像を記録装置に記録している時等）以外の時間帯をマイコンで判断して（例えば、撮影装置の傾き角度の値を観察して、持ち歩いている状態を判断する）適宜行う事で、使用時に常に優れた振れ補正を保証するようにしても良い。
【００７４】
但し、一般に振れ補正の補正角度範囲は、０．５度から１度程度であるので、実際の撮影では、撮影装置の各機能を操作する動作や、ファインダ上で撮影する被写体を探したりする動作で、上記の補正角度以上の動きを撮影機器に与えるので、その動きにより、ボールのリセット動作を行わせても良い。ボールが転がり摩擦から滑り摩擦に移行する時に摩擦力の不連続な増加で一瞬振れ補正性能が劣化するが、補正角度範囲以上の動きが機器に与えられればそれ以降は、ボールの転がりだけで案内が行われるので、良好な振れ補正が可能となる。
【００７５】
以上が本発明の実施の一形態の説明であるが、本発明は実施の形態の構成に限定されるものではなく、請求項で示された構成であればどの様なものであっても良い事は言うまでもない。
【００７６】
（変形例）
本発明は、動画や静止画の取り込みを光学系のピント面上に配置されたＣＣＤ等の固体撮像素子を用いて行うビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮影装置や、光学系により得られた被写体の像を肉眼で観察する双眼鏡または天体望遠鏡等の観察装置に組み込まれる、振れ補正機能を有したレンズ鏡筒にも適用できるものである。
【００７７】
また、上記実施の形態では、固定部材は鏡筒と一体化され、光軸方向へは移動していないが、本発明は、振れ補正用レンズ群が変倍もしくは合焦動作等により光軸方向へ移動するようなレンズ群構成のレンズ鏡筒へも適用できるものである。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可動部材と固定部材との相対移動をボールの転がりのみによって案内支持するようにし、振れ補正時の摩擦力を極めて小さくして、良好な振れ補正性能を得ることができるレンズ鏡筒、撮影装置又は観察装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るレンズ鏡筒の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係るレンズ鏡筒の断面図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係るシフトユニットの分解斜視図である。
【図４】同じく本発明の実施の一形態に係るシフトユニットの分解斜視図である。
【図５】本発明の実施の一形態に係る案内機構を説明する図である。
【図６】本発明の実施の一形態に係る検出用磁石を説明する図である。
【図７】本発明の実施の一形態に係るホール素子の信号処理回路の一例を示す回路図である。
【図８】本発明の実施の一形態に係るフレキシブル基板の接続部分について説明する為の図である。
【図９】本発明の実施の一形態において回転の抑制機能を説明する為の図である。
【図１０】本発明の実施の一形態に係る手振れ補正用レンズとしてのシステム図である。
【符号の説明】
１ 固定鏡筒
２ 移動枠
３ シフトユニット
４ 移動枠
５ 後部鏡筒
１３ シフトベース
１４ 圧縮コイルバネ
１５ シフト鏡筒
１６ ボール
１７ センサベース
１８ 駆動用磁石
１９ ヨーク
２０ コイル
２１ ヨーク
２２ 検出用磁石
２３ ヨーク
２４ ホール素子
２５ フレキシブル基板

Claims (10)

1. 振れ補正用のレンズと、
   前記振れ補正用のレンズを保持する可動部材と、
   前記可動部材の光軸方向の移動を規制するための固定部材と、
   前記可動部材と前記固定部材との間に挟持されて前記可動部材および前記固定部材のそれぞれに対して相対移動可能な少なくとも三つのボールと、
   前記少なくとも三つのボールのそれぞれに対応して設けられた少なくとも三つの規制部と、
   前記可動部材を駆動する駆動手段とを有するレンズ鏡筒であって、
   前記少なくとも三つの規制部のそれぞれは、前記ボールの相対移動を制限範囲内に制限するために前記可動部材もしくは前記固定部材に設けられており、
   前記可動部材が駆動される方向において、前記少なくとも三つの規制部のそれぞれの制限範囲の大きさは、前記ボールが前記制限範囲の中心から前記可動部材の機械的な最大可動量の半分または振れ補正時の前記可動部材の最大移動量の半分だけ移動しても前記ボールが前記規制部に当たらない大きさであることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 振れ補正用のレンズと、
   前記振れ補正用のレンズを保持する可動部材と、
   前記可動部材の光軸方向の移動を規制するための固定部材と、
   前記可動部材と前記固定部材との間に挟持されて前記可動部材および前記固定部材のそれぞれに対して相対移動可能な少なくとも三つのボールと、
   前記少なくとも三つのボールのそれぞれに対応して設けられた少なくとも三つの規制部と、
   前記可動部材を駆動する駆動手段とを有するレンズ鏡筒であって、
   前記少なくとも三つの規制部のそれぞれは、前記ボールの相対移動を制限範囲内に制限するために前記可動部材もしくは前記固定部材に設けられており、
   振れ補正の前に前記可動部材をあらかじめ駆動した後に前記可動部材を振れ補正中の駆動範囲の中心位置に戻すことによって前記少なくとも三つのボールのそれぞれを前記制限範囲の中心位置まで移動させることで、前記少なくとも三つのボールのそれぞれを振れ補正中に前記規制部に当たらない位置に設定する制御手段を有することを特徴とするレンズ鏡筒。
3. 振れ補正用のレンズと、
   前記振れ補正用のレンズを保持する可動部材と、
   前記可動部材の光軸方向の移動を規制するための固定部材と、
   前記可動部材と前記固定部材との間に挟持されて前記可動部材および前記固定部材のそれぞれに対して相対移動可能な少なくとも三つのボールと、
   前記少なくとも三つのボールのそれぞれに対応して設けられた少なくとも三つの規制部と、
   前記可動部材を駆動する駆動手段とを有するレンズ鏡筒であって、
   前記少なくとも三つの規制部のそれぞれは、前記ボールの相対移動を制限範囲内に制限するために前記可動部材もしくは前記固定部材に設けられており、
   振れ補正の前に前記可動部材を前記少なくとも三つのボールのそれぞれが前記規制部に当たるまで駆動した後に前記可動部材を振れ補正中の駆動範囲の中心位置に戻すように駆動する制御手段を有することを特徴とするレンズ鏡筒。
4. 前記制御手段は、振れ補正の前に前記可動部材を機械的な最大可動量または振れ補正時の最大移動量だけあらかじめ駆動した後に前記可動部材を振れ補正中の駆動範囲の中心位置に戻すように制御する手段であることを特徴とする請求項２に記載のレンズ鏡筒。
5. 前記可動部材が駆動される方向において、前記少なくとも三つの規制部のそれぞれの制限範囲の大きさは、中心位置から制限端までの長さが（ｒ＋ｂ）より大きいことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のレンズ鏡筒。
   但し、ｒは前記ボールの半径、ｂは前記可動部材の機械的な最大可動量の半分または振れ補正時の前記可動部材の最大移動量の半分である。
6. 前記駆動手段は磁石を有しており、前記ボールは前記磁石との磁気的相互作用を行わない材質であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のレンズ鏡筒。
7. 前記規制部は、光軸方向から見て多角形状であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のレンズ鏡筒。
8. 前記規制部は、光軸方向から見て四角形状であることを特徴とする請求項７に記載のレンズ鏡筒。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載のレンズ鏡筒を有する撮影装置。
10. 請求項１乃至８の何れか一項に記載のレンズ鏡筒を有する観察装置。

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