JP4956161B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮影時の温度変化や時間経過による防振の駆動特性の劣化を低減する交換レンズやカメラである光学装置に関する。

現在のカメラにおいて、露出決定やピント合わせ等の撮影にとって重要な作業は全て自動化されているため、カメラ操作に未熟な撮影者でも撮影の失敗を起こす可能性は極めて少ない。また最近では、カメラに加わる手振れによって生ずる像振れを補正するシステムも研究されており、撮影者の撮影失敗を誘発する要因は殆どなくなっている。

撮影時のカメラの手振れは、周波数として通常１〜１２Ｈｚの振動であり、シャッタのレリーズを押す時点において、このような手振れを起こしていても像振れのない写真を撮影可能とすることもある。このために、手振れによるカメラの加速度や速度等による振動を正確に検出する必要があり、この検出結果に応じて、カメラの振動による光軸変化を光学的又は電子的にその振れを相殺することにより補正を行う。

特許文献１には、ボールの回転で可動枠を案内し、更にばねにより可動部材の光軸廻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。駆動抵抗を小さくする目的で、少なくとも３つのボールを固定部材と可動部材の間にばねにより挟持し、簡単な構成で案内部の光軸方向のがたをなくしている。

特開平１０−３１９４６５号公報

特許文献１のように、シフト可動部を固定部材に対してばねのような弾性支持部材により支持すると、手振れやカメラに加わる振動とばねの固有振動数により共振、発振する現象が生ずる。この現象によりシフト可動部が大きく発振すると、機械的なシフト可動範囲規制部に衝突し、防振駆動特性の劣化が発生する虞れがある。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、温度変化による防振駆動特性の劣化を抑え、良好な防振駆動特性を得る光学装置を提供することにある。

上述の目的を達成するための本発明は、振れを検出する振動検出部と、防振光学系を保持する保持部材と、前記保持部材を光軸直交平面内で移動させる駆動部と、前記保持部材を前記平面内で変位可能に弾性的に支持する弾性部材と、前記振動検出部の出力に基づいて前記駆動部に制御信号を送り前記駆動部の制御を行う制御部と、温度を測定する温度測定部と、前記保持部材の移動方向の制動を行う粘性部材と、を有し、前記制御部は、前記温度測定部により得られた温度に基づいて前記駆動部に送る制御信号の位相進み量を変更することにある。

本発明によれば、不要振動による防振駆動特性の劣化を粘性部材によって低減させることができ、また温度情報を基に制御信号の位相進み補償量を可変とすることにより、駆動特性劣化を低減させることができる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１はダンパ部材を有したばね吊り式防振アクチュエータの分解斜視図を示している。防振用の光学系はピッチ方向（カメラの縦方向の角度変化）の像振れ及びヨー方向（横方向の角度変化）の像振れを補正するために、ピッチ方向、ヨー方向に、光軸と垂直の平面内で案内機構に規制される。同時に、ピッチ方向及びヨー方向のそれぞれに専用の駆動アクチュエータ及び位置検出部材によりそれぞれ独立に駆動制御され、光軸廻りの任意の位置に位置決めされる。ピッチ方向及びヨー方向のそれぞれの駆動アクチュエータ及び位置検出部材は９０度の角度を成して同一の構成とされているので、ピッチ方向のみを説明する。また、図中の部品を示す番号にはピッチ方向の構成要素にはｐ、ヨー方向の構成要素にはｙの添字を付している。

図において、１は固定部材であるシフトベースを示している。２はシフト鏡筒であり、このシフト鏡筒２には、防振光学系３、駆動用マグネット４ｐ・４ｙ、マグネット吸着板５、及び２本の位置規制ピン６が保持されている。マグネット吸着板５はストッパ７により抜け止めされている。シフトベース１とシフト鏡筒２の間には、３つのボール８が介在され、シフト鏡筒２に３つの引っ張りコイルばね９の一端を掛け、他端をシフトベース１に掛けている。これらの引っ張りコイルばね９はシフトベース１とシフト鏡筒２の間で引っ張られ、シフト鏡筒２を３つのボール８を介在してシフトベース１に引き込んでいる。シフトベース１には駆動用コイル１０ｐ、１０ｙが固定されている。フレキシブルプリント基板１１には位置検出部材１２が実装され、駆動用コイル１０ｐ、１０ｙと位置検出部材１２は電気的に外部回路と接続している。

位置規制ピン６は図２に示すように、マグネット吸着板５の貫通孔を通り、中間のねじ部はシフト鏡筒２に設けられたねじ受け部２ａに螺合され、先端のストレート部はシフトベース１に設けられ、段部を有する貫通孔である保持部１ａを挿通している。保持部１ａ内にはゲル状のダンパ部材１３が保持されており、位置規制ピン６の先端はダンパ部材１３を突き抜けている。

なお図３に示すように、保持部１ａを凹部として、位置規制ピン６の先端部分をダンパ部材１３に埋設するようにしてもよい。

このダンパ部材１３の材質としては、例えばシリコンゲル等の粘性部材が使用される。図４はシリコンゲルの硬さの温度依存性を示し、広い温度領域と周波数帯域でゲルの柔らかさが保たれている。しかし、実施例の防振アクチュエータのような極めて敏感な微小駆動をする場合において、ダンパ部材１３として用いる際に、その特性変化は無視できない。例えば、温度が低くなるとシリコンゲルの損失弾性率が高くなりエネルギ損失が大きく、それに伴い位相遅れが小さくなる。逆に、常温に対して温度が高くなると、シリコンゲルの損失弾性率が低くなり、エネルギ損失は常温に対して低くなり、常温に対して位相遅れが大きくなる。

図５はダンパ部材１３を用いない場合のばね吊り式防振アクチュエータにおいて、（ａ）はヨー方向、（ｂ）はピッチ方向の周波数特性を示している。（ａ）、（ｂ）の上段の縦軸はゲイン、下段の縦軸は入力電圧の位相である。上下段の図の横軸は周波数を示す。前述したように、共振周波数帯域において発振を生じ、ゲインのピークが上がり過ぎており、同時に位相遅れが生じている。

それに対して、図６はシリコンゲルから成るダンパ部材１３を有するばね吊り式防振アクチュエータにおいて、（ａ）はヨー方向、（ｂ）はピッチ方向の周波数特性を示している。図５の場合に比べて、ダンパ部材１３は共振周波数帯域での発振を緩和し、ゲインの急激な上昇を抑えているが、一方で位相が遅れ、追従性が劣化していることも分かる。

そこで、この追従遅れを防振駆動回路内で位相進み補償の演算を電気的に行うことにより、追従性の劣化を防止することが可能である。図７はダンパ部材１３を有し、位相進み補償をしていないばね吊り式防振アクチュエータにおいて、（ａ）はヨー方向、（ｂ）はピッチ方向の周波数特性を示している。

図８はダンパ部材１３を有し、位相進み補償を施したばね吊り式防振アクチュエータの（ａ）はヨー方向、（ｂ）はピッチ方向の周波数特性である。前述したように図７に対して、図８に示すように位相進み補償を施すことによって、位相遅れが改善され追従性が向上している。

そのため、前述した図８で示したように、ダンパ部材１３を使用しない場合に対して、使用した場合は駆動制御信号の位相を進ませることで、追従遅れを補正できる。しかし、ダンパ部材１３の特性に温度依存性があると、ダンパ部材１３の粘性抵抗力が温度により変化し、駆動特性が変化し劣化することになる。

図９は上述の防振アクチュエータを具備したカメラシステムである光学装置の構成図を示している。交換レンズ２０とカメラ本体４０は、マウント６０により機械的に結合され、マウント６０の接点６１は、交換レンズ２０とカメラ本体４０の間の電気的な通信を可能としている。

交換レンズ２０は複数の光学レンズにより構成される撮影光学系２１を有している。撮影光学系２１の光軸Ｏ上には、光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズ２１ａ、光軸直交方向に移動して光学防振を行うためのシフトレンズ２１ｂ、光軸方向に移動して変倍を行う変倍レンズ２１ｃ、絞り２１ｄが配列されている。

更に、撮影光学系２１の振動を検出する振れ検出器２２が設けられ、振れ検出器２２の出力、及び防振操作スイッチ２３の出力がＣＰＵ等を含む交換レンズ制御回路２４に接続されている。交換レンズ制御回路２４の出力は、フォーカスレンズ駆動回路２５、防振駆動回路２６、絞り駆動回路２７に接続されている。各駆動回路２５、２６、２７の出力は、それぞれフォーカスレンズ２１ａを駆動するＡＦアクチュエータ２８、図１に示した防振アクチュエータ２９、絞り２１ｄを駆動する絞りアクチュエータ３０に接続されている。防振アクチュエータ２９はシフトレンズ２１ｂを光軸Ｏと直交する方向に駆動する。

撮影光学系２１の後方に位置するカメラ本体４０には、クイックリターンミラー４１、サブミラー４２、シャッタ４３、撮像素子４４が、撮影光学系２１の光軸Ｏの延長上に配列されている。また、クイックリターンミラー４１の反射方向には、プリズム４５、ファインダ光学系４６が配列されている。

撮像素子４４の出力は駆動回路４７を介してカメラ制御回路４８に接続されている。サブミラー４２の反射方向には焦点検出器４９が配置され、その出力はカメラ制御回路４８に接続され、レリーズスイッチ５０、絞り操作部材５１、温度計測部材５２の出力もカメラ制御回路４８に接続されている。更に、カメラ制御回路４８の出力は、シャッタ駆動回路５３を介してシャッタ４３に接続されている。

自動焦点調節（ＡＦ）を行う際には、ＡＦアクチュエータ２８の駆動力によってフォーカスレンズ２１ａを光軸Ｏの方向における合焦位置に移動させる。具体的には、カメラ本体４０のカメラ制御回路４８からの制御信号が接点６１を介して、交換レンズ制御回路２４に伝達されると、交換レンズ制御回路２４から制御信号に応じた駆動信号がフォーカスレンズ駆動回路２５に送られる。フォーカスレンズ駆動回路２５は駆動信号に基づいてＡＦアクチュエータ２８を駆動する。

光学防振を行うには、先ず光学防振機能を有効にするための防振操作スイッチ２３からの操作信号が、交換レンズ制御回路２４に入力される。振れ検出器２２は撮影光学系２１の振れに応じた検出信号を交換レンズ制御回路２４に送る。交換レンズ制御回路２４は防振駆動回路２６に駆動制御信号を送り、防振アクチュエータ２９が、シフトレンズ２１ｂを光軸直交方向に駆動し光学防振動作を行う。

光量制限動作を行うには、複数の絞り羽根を有する絞り２１ｄを駆動する。カメラ本体４０からの制御信号が接点６１を介して交換レンズ制御回路２４に伝達されると、交換レンズ制御回路２４が絞り駆動回路２７に駆動信号を送る。絞り駆動回路２７は絞りアクチュエータ３０を作動させて絞り羽根を駆動し、光通過口となる開口面積つまり絞り口径を変化させる。

カメラ本体４０のシャッタ４３は複数のシャッタ羽根を有し、カメラ制御回路４８はシャッタ駆動回路５３に制御信号を送る。シャッタ駆動回路５３は制御信号に応じた駆動信号をシャッタ４３に送り、これによりシャッタ羽根は光通過口となる開口部を開閉し、撮像素子４４に入射する光量つまり露光量が制御される。

レリーズスイッチ５０が半押し操作（ＳＷ１オン）されたことが、カメラ制御回路４８に伝達されると、カメラ制御回路４８の制御信号によりＡＦ動作や測光動作等の撮影準備動作が開始される。また、レリーズスイッチ５０が全押し操作（ＳＷ２オン）されたことがカメラ制御回路４８に伝達されると、カメラ制御回路４８からの制御信号により撮像動作が開始される。

絞り操作部材５１が操作されたことが、カメラ制御回路４８に伝達されると、カメラ制御回路４８は交換レンズ制御回路２４に制御信号を送り、交換レンズ制御回路２４は絞り２１ｄを駆動し、これにより光量制限動作が行われる。

クイックリターンミラー４１は光軸Ｏを含む撮影光路内に配置され、撮影光学系２１からの光束をプリズム４５を介してファインダ光学系４６に導く観察位置と、撮影光路外に退避する撮影位置とに移動可能とされている。クイックリターンミラー４１の一部はハーフミラーとなっており、このハーフミラー部分を透過した光束は、サブミラー４２によって焦点検出器４９に導かれる。焦点検出器４９は位相差検出方式によって、撮影光学系２１の焦点状態に応じた信号を生成し出力する。

カメラ制御回路４８は焦点検出器４９からの信号に基づいて、合焦を得るために必要なフォーカスレンズ２１ａの駆動量と駆動方向を算出し、算出情報を含む制御信号を交換レンズ制御回路２４に送る。この制御信号を受けた交換レンズ制御回路２４は、フォーカスレンズ駆動回路２５に制御信号を送り、フォーカスレンズ２１ａが駆動されＡＦ動作が行われる。

撮像素子４４はＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどの固体撮像素子から成り、駆動回路４７はカメラ制御回路４８から電荷蓄積時間等を示す制御信号を受け、撮像素子４４を駆動する。

この撮像システムでは、温度変化に応じて駆動制御信号の位相を可変とし、防振アクチュエータ２９のダンパ部材１３による駆動特性の劣化を補償している。そのために、交換レンズ制御回路２４は温度計測部材５２で得られた温度に応じた変更位相進み量のデータテーブルを持っている。

このデータテーブルは表１に示すように、温度ｔ（℃）に応じた位相進み量を表すフラグを有する。また、フラグに限らず演算係数等であってもよいことは勿論である。

表１
温度ｔ（℃） フラグ
−３０〜−２１ １
−２０〜−１１ ２
−１０〜 −１ ３
０〜 ＋９ ４
＋１０〜＋１９ ５
＋２０〜＋２９ ６
＋３０〜＋３９ ７
＋４０〜＋４９ ８
＋５０〜＋５９ ９
＋６０〜＋６９ １０
＋７０〜＋７９ １１

そして、カメラ制御回路４８から通信された温度情報を基に、交換レンズ制御回路２４がデータテーブルから位相進み量を選択する。その後に、防振駆動回路２６に位相進み量を基にした駆動信号を送り、防振駆動回路２６から防振アクチュエータ２９に信号が送られ、振れ補正動作が行われる。

常温の場合の例えばフラグの６に対して、温度が低くなる場合には、位相遅れが小さくなるので、フラグの６から５〜１の何れかに変更し、位相進み補償量を小さくしてゆくことになる。また、常温に対して温度が高くなる場合は位相遅れが大きくなるので、フラグを６から７〜１１の何れかに変更し、位相進み補償量を大きくする。

図１０は主として交換レンズ制御回路２４で行われる処理の内容を示したフローチャート図である。この処理は、このフローチャート図により示されるコンピュータプログラムにより、コンピュータとして機能する交換レンズ制御回路２４により実行される。

ステップＳ１０１では防振操作スイッチ２３がオンかオフかを交換レンズ制御回路２４が判別し、オンである場合はステップＳ１０２に進み、オフの場合はステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１０２では、レリーズスイッチ５０の半押し（ＳＷ１）がなされたかどうかを交換レンズ制御回路２４が判別し、オンである場合はステップＳ１０３に進み、オフの場合はステップＳ１０２を繰り返す。ステップＳ１０３では、交換レンズ制御回路２４がカメラ制御回路４８を介して温度計測部材５２からの温度情報を取得する。ステップＳ１０４では、交換レンズ制御回路２４は温度に応じて変更位相進み量テーブルを参照する。ステップＳ１０５では、交換レンズ制御回路２４が取得した温度情報を基にして、変更位相進み量のデータテーブルから適当な位相進み量又はそれに相当するフラグ等を選択する。

ステップＳ１０６では振れ検出信号が交換レンズ制御回路２４に送られ、ステップＳ１０７では振れ検出信号及び変更位相進み量情報を基にして、交換レンズ制御回路２４が振れ補正演算を実行する。ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７で演算された情報を基にして振れ補正が開始される。ステップＳ１０９では、レリーズスイッチ５０の全押し（ＳＷ２）がなされたかどうかを交換レンズ制御回路２４が判別し、オンである場合はステップＳ１１０に進み、オフの場合はステップＳ１０９を繰り返す。

ステップＳ１１１では、レリーズスイッチ５０の半押し（ＳＷ１）がなされたかどうかを交換レンズ制御回路２４が判別し、半押し（ＳＷ１）の場合はステップＳ１１２に進んで通常撮影動作を行い、オフの場合はステップＳ１１１の判断を繰り返す。

なお、上述した実施例では、温度計測部材５２をカメラ本体４０に設けた例について説明したが、温度計測部材５２を交換レンズ２０内に設ける構成としてもよい。

本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは云うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。また、本発明の光学装置は、交換レンズであるレンズ装置、また交換レンズを着脱自在に装着したカメラを含むカメラシステム、更に撮影光学系が一体に構成されたカメラを含んでいる。

防振アクチュエータの分解斜視図である。 ダンパ部材の断面図である。 ダンパ部材の変形例の断面図である。 シリコンゲルの硬さの温度依存性のグラフ図である。 ばね吊り式防振アクチュエータの周波数特性図である。 ダンパ部材の付加時の防振アクチュエータの周波数特性図である。 ダンパ部材の付加時の防振アクチュエータの周波数特性図である。 ダンパ部材の付加時の位相進み補償した場合の防振アクチュエータの周波数特性図である。 撮像システムの構成図である。 動作フローチャート図である。

符号の説明

１ シフトベース
１ａ 保持部
２ シフト鏡筒
３ 防振光学系
６ 位置規制ピン
１２ 位置検出部材
１３ ダンパ部材
２０ 交換レンズ
２１ 撮影光学系
２２ 振れ検出器
２３ 防振操作スイッチ
２４ 交換レンズ制御回路
２６ 防振駆動回路
２７ 絞り駆動回路
２８ ＡＦアクチュエータ
２９ 防振アクチュエータ
３０ 絞りアクチュエータ
４０ カメラ本体
４４ 撮像素子
４８ カメラ制御回路
４９ 焦点検出器
５０ レリーズスイッチ
５１ 絞り操作部材
５２ 温度計測部材
６０ マウント

Claims (7)

1. 振れを検出する振動検出部と、
   防振光学系を保持する保持部材と、
   前記保持部材を光軸直交平面内で移動させる駆動部と、
   前記保持部材を前記平面内で変位可能に弾性的に支持する弾性部材と、
   前記振動検出部の出力に基づいて前記駆動部に制御信号を送り前記駆動部の制御を行う制御部と、
   温度を測定する温度測定部と、
   前記保持部材の移動方向の制動を行う粘性部材と、を有し、
   前記制御部は、前記温度測定部により得られた温度に基づいて前記駆動部に送る制御信号の位相進み量を変更することを特徴とする光学装置。
2. 前記制御部は、前記温度測定部により得られた温度に基づいて、前記保持部材を移動させる際に前記粘性部材によって発生する駆動特性の劣化を低減するように前記駆動部に送る制御信号の位相進み量を変更することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記制御部は、温度に応じた前記制御信号の位相進み量のデータテーブルから、前記温度測定部により得られた温度に対応する位相進み量のデータを取得し、前記取得した位相進み量のデータを用いて前記制御信号の位相進み量を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
4. 前記制御部は、前記温度測定部により得られた温度が第１の温度よりも高い第２の温度の場合、前記位相進み量を前記第１の温度における位相進み量よりも大きくすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学装置。
5. 前記制御部は、前記温度測定部により得られた温度が前記第１の温度よりも低い第３の温度の場合、前記位相進み量を前記第１の温度における位相進み量よりも小さくすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学装置。
6. 前記保持部材の位置を検出する位置検出部を有し、
   前記制御部は、前記位置検出部の出力に基づいて前記保持部材の位置を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学装置。
7. カメラ本体に装着可能な光学装置であって、
   振れを検出する振動検出部と、
   防振光学系を保持する保持部材と、
   前記保持部材を光軸直交平面内で移動させる駆動部と、
   前記保持部材を前記平面内で変位可能に弾性的に支持する弾性部材と、
   前記振動検出部の出力に基づいて前記駆動部に制御信号を送り前記駆動部の制御を行う制御部と、
   前記保持部材の移動方向の制動を行う粘性部材と、を有し、
   前記制御部は、前記カメラ本体に設けられた温度測定部により得られた温度に基づいて前記駆動部に送る制御信号の位相進み量を変更することを特徴とする光学装置。

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