CN103890629B - 摄像装置 - Google Patents

Abstract

本申请所公开的摄像装置，具备如下：可动透镜单元，其含有使来自被摄物体的光会聚的至少一个透镜、和支承至少一个透镜的透镜架；主体底座，其按照在与至少一个透镜的光轴垂直的平面中相互正交的第一方向和第二方向、和在与至少一个透镜的光轴平行的第三方向上可移动的方式支承可动透镜单元；摄像元件，其由主体底座支承，且将透过可动透镜单元的光转换成电信号；驱动机构，其设置在可动单元和／或主体底座，且将可动透镜单元沿第一、第二和第三方向驱动；多个应变检测元件，其设置在可动单元和主体底座之间。

Description

摄像装置

技术领域

本申请涉及在光学系统通过一个致动器使透镜群在3个轴以上的方向上驱动、从而可以进行光学特性的调整或光学性能的提高的摄像装置。

背景技术

近年来，数码静态相机急速普及。对于数码静态相机要求更小型、低价格，另外，也要求有高性能。因此，在近来的数码静态相机中，设置有变焦机构、自动聚焦机构、或光学手抖校正机构等的使性能提高的机构。但是，若装备这些，则照相机大型化，也要花费制造成本，因此要求有解决这一矛盾的方法。

图14表示专利文献1所公开的一般的数码静态相机的透镜光学系统100。如图14所示，透镜光学系统100是变焦光学系统，具备变焦机构、调焦机构、和光学手抖校正机构以及设有用于进行曝光调整的光圈等的可变光阑。

透镜光学系统100含有镜筒主体101。首先，对于安装在镜筒主体101上的固定透镜进行说明。在镜筒主体101上，设置有中央部固定透镜单元110和摄像侧固定透镜单元130。中央部固定透镜单元110包含中央部固定透镜113，其通过被中央部固定透镜架111保持而固定在镜筒主体101上。摄像侧固定透镜单元130包含摄像侧固定透镜133，其以被摄像侧固定透镜架131保持的状态被嵌合在镜筒主体101上、且由摄像侧固定透镜压具135固定。

接着对于变焦机构进行说明。变焦机构设于镜筒主体101、且含有在透镜单元移动时作为导向装置的变焦主轴105M和变焦副轴105S。并且，含有第一变焦透镜单元150和第二变焦透镜单元170。第一变焦透镜单元150含有：第一变焦透镜153、和保持第一变焦透镜153的第一变焦透镜架151。同样，第二变焦透镜单元170含有：第二变焦透镜173、和保持第二变焦透镜173的第二变焦透镜架171。第一变焦透镜架151的第一变焦主轴承152M和第一变焦副轴承152S以可以移动的方式被支承在变焦主轴105M和变焦副轴105S上，由此，第一变焦透镜153沿光轴(由单点划线表示)方向移动。同样，第二变焦透镜架171的第二变焦主轴承172M和第二变焦副轴承172S以可以移动的方式被支承在变焦主轴105M和变焦副轴105S上，由此，第二变焦透镜173沿光轴方向移动。

接下来，对于调焦机构进行说明。调焦机构含有调焦单元140和聚焦透镜单元180。调焦单元140含有如下：调焦单元主框架142M和调焦单元副框架142S；设于其上的调焦单元主轴承143M和调焦单元副轴承143S；对焦马达141；调焦透镜驱动螺杆145G。调焦单元主轴承143M和调焦单元副轴承143S，被分别支承在变焦主轴105M和变焦副轴105S上。通过对焦马达141使调焦透镜驱动螺杆145G顺着箭头DC的方向旋转，从而使调焦单元主框架142M和调焦单元副框架142S向光轴方向移动。

聚焦透镜单元180含有：调焦透镜架181和被调焦透镜架181支承的调焦透镜183。在调焦透镜架181上，设置有调焦透镜螺母182N和调焦透镜副轴承182S。调焦透镜螺母182N按照在与设于调焦透镜驱动螺杆145G的螺旋状的凹槽卡合的状态下可以向轴向移动的方式被支承，调焦透镜副轴承182S由设于调焦单元副框架142S的调焦透镜导轨145S支承。

就调焦机构而言，在对焦马达141使用步进电动机，压在某一边的移动端，检测例如在此位置上升的电流值，且统计在首先检测的终端位置下至从此移动到的位置为止的步进数，从而可以检测调焦透镜183在光轴方向的位置。另外，利用MR元件或霍尔元件等也可以进行检测。

接着，对于光学手抖校正机构进行说明。光学手抖校正机构含有光学手抖校正透镜单元190。光学手抖校正透镜单元190含有：光学手抖校正透镜架191和由光学手抖校正透镜架191保持的光学手抖校正透镜193。光学手抖校正透镜架191以相对于镜筒主体101而可以向箭头DS1方向和箭头DS2方向(与箭头DS1方向和光轴正交的方向，即与纸面正交的方向)移动的状态被支承，由校正第一致动器195a和校正第二致动器195b沿各个方向驱动。另外校正第一致动器195a和校正第二致动器195b，经由光学手抖校正主轴承192M和光学手抖校正副轴承192S被分别支承在变焦主轴105M和变焦副轴105S上、且可以向透镜的光轴方向移动。

光学手抖校正机构的光学手抖校正透镜单元190的移动量小。因此在双轴的位置检测中能够使用霍尔元件。

在校正第一致动器195a和校正第二致动器195b中，采用的是来自音圈式的直线运动致动器的驱动力、和将步进电动机的旋转力通过螺旋进给而转换成直线运动的驱动力等已经广泛普及的技术。

变焦机构含有将未图示的各透镜单元向光轴方向驱动的驱动机构和位置检测机构。作为驱动方法，可以通过如下等构成实现：电机驱动具有支承、引导各个透镜架的凸轮凹槽的一体的凸轮构件，由此进行规定的控制而使之运作的构成；和用电机使分别所设的螺旋进给机构进行规定的控制而使之运作的构成。

作为检测这些透镜单元的光轴方向的位置的手段，能够使用检测凸轮构件的运作的编码器、MR元件或霍尔元件等。

根据这一构成的透镜光学系统100，因为具备使透镜沿光轴方向移动的变焦机构和调焦机构，并具备使透镜在与光轴正交、且彼此相互正交的双轴方向上移动的光学手抖校正机构，所以最大需要在三个轴向上有4种驱动机构。因此，由于其构成导致装置整体的小型化和低成本化困难。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：特开2010-92030号公报

根据专利文献1所公开的构成的透镜光学系统100，因为具备使透镜沿光轴方向移动的变焦机构和调焦机构，并具备使透镜在与光轴正交、且彼此相互正交的双轴方向上移动的光学手抖校正机构，所以最大需要在三个轴向上有4种驱动机构。因此，由于其构成导致装置全体的小型化和低成本化困难。

本申请非限定性例示的实施方式，提供一种具备小型的驱动机构的摄像装置。

发明内容

本发明的一个形态的摄像装置，具备如下：可动透镜单元，其含有使来自被摄物体的光会聚的至少一个透镜、和支承所述至少一个透镜的透镜架；主体底座，其按照在与所述至少一个透镜的光轴垂直的平面中相互正交的第一方向和第二方向、和在与所述至少一个透镜的光轴平行的第三方向上能够移动的方式支承所述可动透镜单元；摄像元件，其由所述主体底座支承，且将透过所述可动透镜单元的光转换成电信号；驱动机构，其设置在所述可动单元和／或所述主体底座，且将所述可动透镜单元沿所述第一、第二和第三方向驱动；多个应变检测元件，其设置在所述可动单元和所述主体底座之间。

根据本申请所公开的摄像装置，由于具备使可动透镜单元向三个轴向移动的驱动机构，从而可以使调焦和光学手抖校正经由一个驱动机构实现、且实现摄像装置的小型。另外，通过将应变检测元件用于可动透镜单元的位置检测，能够使用简单的构成，廉价地检测可动透镜单元的位置，实现调焦和光学手抖校正。

附图说明

图1是表示本发明的摄像装置的实施方式的分解立体图。

图2(a)和(b)是表示图1所示的摄像装置的概略结构的顶视图和剖面图。

图3是表示设于图1所示的摄像装置的可动透镜单元的线圈的分解立体图。

图4是表示设于图1所示的摄像装置的主体底座的磁体单元的分解立体图。

图5是表示图1所示的摄像装置的可动透镜单元和应变检测元件的立体图。

图6(a)和(b)是表示图1所示的摄像装置的应变检测元件另一例的立体图。

图7是表示图1所示的摄像装置的可动透镜单元和向上部和下部主体底座安装的分解立体图。

图8是表示图1所示的摄像装置的可动透镜单元和支承单元的关系的立体图。

图9是表示图1所示的摄像装置的可动透镜单元、支承单元和主体底座的关系的立体图。

图10(a)和(b)是表示本发明的实施方式的驱动可动透镜单元的致动器的原理的俯视图和剖面图。

图11是表示图1所示的摄像装置的应变检测元件另一例的立体图。

图12是放大显示图11所示的应变检测元件的应变检测部的一部分的立体图。

图13是说明图11所示的应变检测元件的应变检测部的变形的图。

图14是表示现有的摄像装置的透镜镜筒的构成的剖面图。

具体实施方式

本发明的一个形态的概要如下。

本发明的一个形态的摄像装置，具备如下：可动透镜单元，其含有使来自被摄物体的光会聚的至少一个透镜、和支承所述至少一个透镜的透镜架；主体底座，其按照在与所述至少一个透镜的光轴垂直的平面中相互正交的第一方向和第二方向、和在与所述至少一个透镜的光轴平行的第三方向上能够移动的方式支承所述可动透镜单元；摄像元件，其由所述主体底座支承，且将透过所述可动透镜单元的光转换成电信号；驱动机构，其设置在所述可动单元和／或所述主体底座，且将所述可动透镜单元沿所述第一、第二和第三方向驱动；多个应变检测元件，其设置在所述可动单元和所述主体底座之间。

根据本申请所公开的摄像装置，能够利用驱动机构在正交的三个轴向独立地使可动透镜单元移动。另外，能够利用应变检测元件，检测可动透镜单元相对于主体底座的位置。因此，能够使用于调焦的驱动机构和用于光学手抖校正的驱动机构兼用，能够减小驱动机构所需要的空间。另外，可以对可动透镜单元的位置进行反馈控制。

所述多个应变检测元件各自具有：由弹性体构成的支承体、和在所述支承体上所配置的由导电体构成的应变检测部。

所述应变检测部在所述支承体的表面上具有蛇行图案。

所述摄像装置还具备：在所述多个应变检测元件各自的一端所设置的弹性构件，各应变检测元件和对应的弹性构件被串联连接、且被设置在所述可动单元和所述主体底座之间。

所述多个应变检测元件各自具有：由导电体构成、且成形为线圈形状的应变检测部。由此，即使增大可动透镜单元的位移量也能够在没有障碍下由应变检测元件进行位置检测。另外，可以只针对螺旋弹簧的伸缩方向正确地检验位移。

所述摄像装置还具备：在所述多个应变检测元件的各自的一端所设置的弹性构件，各应变检测元件含有由导电体构成的应变检测部，各应变检测元件和对应的弹性构件被串联连接、且被设置在所述可动单元和所述主体底座之间。

所述摄像装置至少具备4个所述应变检测元件。

所述摄像装置具备8个所述应变检测元件。

所述多个应变检测元件具有彼此相同的电气特性。由此，可以使应变量的计算简单化，使运算时间短缩。另外，使得量产等之时的零件供应容易，设计平衡也提高，容易确保成本削减和品质稳定性。

所述导电体含有从铂、铁、镍、铬、钨、铝、金、铜、银所构成的群中选择的至少一个。因为这些是容易获取的材料，所以能够确保例如品质稳定性或供应稳定性，可以实现成本削减。

所述摄像装置还具备：由所述主体底座支承的至少一个透镜。由此，可以使各种光学像差的抑制等、用于进行光学性能的增高的自由度得以提高。

所述摄像装置还具备：按照相对于所述主体底座在与所述至少一个透镜的光轴垂直的平面中相互正交的第一方向和第二方向、和在与所述至少一个透镜的光轴平行的第三方向上能够移动的方式被设置在所述主体底座和所述可动透镜单元之间的支承单元。

所述支承单元含有支承架、4条金属线和2片板簧，所述透镜架经由所述4条金属线被支承在所述支承架上，所述支承架经由所述2片板簧被支承在所述主体底座上。由此，可以沿各方向确实地进行直线运动。另外，可以通过简单的构成确实地进行向三个轴向的直线运动。

另外，还能够抑制朝向三个轴向以外的移动，提高可动透镜单元相对于主体底座的位置检测的精度。由此，可以进行可动部的确实的位置反馈控制。

所述驱动机构含有如下：由所述透镜架支承，且以与所述第一方向平行的方向为中心进行缠卷的第一线圈；由所述透镜架支承，且以与所述第二方向平行的方向为中心进行缠卷的第二线圈；由所述透镜架支承，且以与所述第三方向平行的方向为中心进行缠卷的第三线圈；由所述主体底座支承，且按照在所述第一线圈和所述第三线圈中分别不同的磁极对置的方式配置的第一磁体；由所述主体底座支承，且按照在所述第二线圈和所述第三线圈分别不同的磁极对置的方式配置的第二磁体。由此，可以高速而稳定地驱动可动透镜单元。另外，可以使可动透镜单元相对于光轴以良好的重心平衡得以驱动。其结果是，可以实现频率特性优异、光学性能劣化少的驱动。

所述驱动机构中，所述第一线圈和所述第二线圈的至少一方含有两个，所述两个在所述透镜架中以夹隔所述至少一个透镜的光轴的方式定位。

所述第一线圈和所述第二线圈具有相同的电磁特性。由此，能够在第一线圈和第二线圈中使用同一规格的相同零件，可以确保品质稳定性和供应稳定性，实现成本削减。

以下，一边参照附图，一边说明本发明的摄像装置的实施方式。

图1是表示摄像装置整体的装配状态的分解立体图。图2(a)是从被摄物体侧观看摄像装置的图，图2(b)是关于图2(a)的图的中心线2A-2A的剖面图，附图上左侧是被摄物体侧。

图1所示的摄像装置，具备如下：含有可动透镜单元1和固定透镜单元8的摄像光学系统；摄像元件9；支承单元6；主体底座7；驱动机构。

如图2(b)所示，可动透镜单元1含有：可动透镜架1B、和被可动透镜架1B支承的至少一个透镜。在本实施方式中，可动透镜单元1含有可动第一透镜1L1和可动第二透镜1L2，且它们被可动透镜架1B支承。

如图2(a)和(b)所示，固定透镜单元8含有固定透镜架8B和至少一个透镜。在本实施方式中，固定透镜单元8含有固定第一透镜8L1和固定第二透镜8L2，且它们被固定透镜架8B支承。

摄像元件9被固定在下部主体底座33上、且将透过固定透镜单元8、可动透镜单元1的光检测出并转换成电信号。由摄像元件9生成的电信号，通过一般的数码静态相机所采用的图像处理方法的使用而被转换成图像数据。在摄像元件9中，能够使用CCD图像传感器和CMOS图像传感器。

固定透镜架8B被固定在主体底座7上。另一方面，可动透镜单元1，如以下说明的，在与可动第一透镜1L1和可动第二透镜1L2的光轴垂直的平面(图1所示的坐标系的xy平面)中相互正交的第一方向(x方向)及第二方向(y方向)上、和与光轴平行的第三方向(z方向)上可以移动，如此由支承单元6支承在主体底座。因此，透过固定透镜单元8的光，通过可动透镜单元1沿第一、第二和第三方向移动，相对于摄像元件9的摄像面上沿各个方向移动。由此，通过仅使可动透镜单元1向第三方向移动，能够进行由摄像元件9拍摄的被摄物体的像的调焦。另外，通过使可动透镜单元1向第一和第二方向移动，能够进行由摄像元件9拍摄的被摄物体的像的光学手抖校正。

为了使可动透镜单元1相对于主体底座7向第一、第二和第三方向移动，摄像装置具备驱动机构。如图3所示，驱动机构含有光轴方向驱动线圈(第三线圈)12和4个正交方向驱动线圈(第一、第二线圈)13C。

光轴方向驱动线圈12，以与第三方向(z轴)平行的方向为中心进行缠卷，在可动透镜架1B的线圈底座部1BG以缠卷状态被固定。正交方向驱动线圈13C，被缠卷在线圈线轴13B上，构成正交方向驱动线圈单元13。正交方向驱动线圈单元13被固定在可动透镜架1B的线圈线轴承受部1BD上。如图3所示，4个正交方向驱动线圈单元13的正交方向驱动线圈13C之中，一对正交方向驱动线圈(第一线圈)13C，以与第一方向(x轴)平行的方向为中心进行缠卷；另一对正交方向驱动线圈(第二线圈)13C，以与第二方向(y轴)平行的方向为中心进行缠卷。可动透镜架1B所对应的光轴方向驱动线圈12、和正交方向驱动线圈单元13的固定保持通过粘接等进行。一对正交方向驱动线圈(第一线圈)优选电磁特性相互等同。另外，另一对正交方向驱动线圈(第二线圈)13C也优选电磁特性相互等同。如果这4个正交方向驱动线圈的电磁特性相互等同，则容易进行所发生的磁力的控制，因此优选。

驱动机构还含有4个磁体31。如图4所示，在下部主体底座33上设置有4个磁体支撑部33D，磁体支撑部33D上固定有磁体31。若下部主体底座33使用S45C等的强磁性体的钢材，则能够高效率地抑制向外部的磁通的泄漏，另外，磁体31对下部主体底座33的粘合得到强化。此外若将磁体31对于下部主体底座33进行粘接，则可以使性能更稳定化。如图4所示，4个磁体31分别沿着第三方向(z方向)配置有不同的磁极。

如图5所示，本实施方式的摄像装置，为了检测可动透镜单元1相对于主体底座7的位移量而具备多个应变检测元件15。在本实施方式中，具备8个应变检测元件。应变检测元件15设于可动透镜单元1和主体底座7之间。

图6(a)模式化地表示应变检测元件15的一例的构造。应变检测元件15，例如，具备支承体15a和在支承体15a上所配置的应变检测部15b。

支承体15a具备纵长方向A、且在纵长方向的两端具备挂钩15c。支承体15a由弹性体构成，使之可以沿纵长方向A发生弹性变形。构成支承体15a的弹性体的材料，依存于可动透镜单元1以何种程度相对于主体底座7发生位移。可动透镜单元1的位移量大时，优选以不妨碍可动透镜单元1的位移的方式，由弹性模量小的弹性体构成支承体15a。但是，可动透镜单元1的位移量大时，或由弹性模量小的弹性体构成支承体15a而导致支承体15a超出检测部15b的弹性变形范围而发生弹性变形时，则存在检测部15b断裂、或应变检测部15b从支承体15a剥离，不能正确检测应变的可能性。

这种情况下，也可以采用图6(b)所示的构造。具体来说，在应变检测元件15的一端，连接具有弹簧形状的弹性构件16，在串联连接的应变检测元件15和弹性构件16的两端分别设置挂钩15c。将这一构造配置在可动透镜单元1和主体底座7之间也可。根据这一构造，弹性构件16能够大幅地发生弹性变形，同时由弹性变形而产生的应力施加到支承体15a上，因此应变检测部15b能够正确地检测两个挂钩15c间的应变。

应变检测部15b，如图6(a)所示，具有配置在支承体15a的表面的由导电体构成的线状的图案。导电体例如含有从铂、铁、镍、铬、钨、铝、金、铜、银所构成的群中选择的至少一个。即，导体可以是这些金属单体，也可以是从这些金属选择的2种以上的合金。线状的图案至少具有沿着纵长方向A的部分。在本实施方式中，具备多个沿着纵长方向A的部分，应变检测部15b整体具有蛇行图案。由于支承体15a沿纵长方向A而发生弹性变形，应变检测部15b的线状的图案也沿纵长方向A伸缩。其结果是，与线状的图案的纵长方向A垂直的截面积增大或减少，在线状的图案的两端所检测到的电阻变化。如此，通过检测应变检测元件15的应变检测部15b的两端间的电阻变化，能够检测应变检测元件15、即施加到支承体15a上的应力。

优选多个应变检测元件15具有彼此相同的电特性，以便在应力的检测后，通过信号处理，使可动透镜单元1的位置容易计算。例如，如果使用同一零件，则可以增添多个应变检测元件15的电特性。在这样的应变检测元件15中，能够使用例如作为应变仪所销售的检验应变的元件。

如图5所示，可动透镜架1B大体具有8面体形状，在8面体的各角部设置有透镜架挂钩1BF。位于8个应变检测元件15的一端的挂钩15c，分别挂在透镜架挂钩1BF上。8个应变检测元件15的他的挂钩15c，如图7所示，挂在上部主体底座5的挂钩5F和下部主体底座33的挂钩33F上。由此，各应变检测元件15，以在纵长方向A上的移动受到拘束、在其他方向上相对于可动透镜单元1和主体底座7具有可以旋转的自由度的状态，被配置在可动透镜单元1和主体底座7之间。各应变检测元件15与可动透镜单元1和主体底座7的连接，只要具有上述的自由度即可，不限于挂钩，通过其他的形状或其他的形态，使应变检测元件15与可动透镜单元1和主体底座7连接也可。

在设于上部主体底座5的上部主体底座定位孔5H中，嵌合有设于下部主体底座33的定位突起33P而彼此定位，上部主体底座5相对于下部主体底座33被接合。为了容易理解，虽在图7中未示出，但如图1所示，上部主体底座5和下部主体底座33夹隔主体底座7而被接合，上部主体底座5和下部主体底座33也与主体底座7分别接合。

可动透镜单元1经由支承单元6而被支承在主体底座7上。如图8和图9所示，支承单元6在本实施方式中，含有4条金属线6W和2片板簧6P和支承架6B。

可动透镜单元1的可动透镜架1B经由4条金属线6W被支承在支承架6B上。4条金属线6W相互平行配置。另外，支承架6B经由2片板簧6P被支承在主体底座7上。2片板簧6P也相互平行配置。

因为金属线6W与第二方向(y轴)平行配置，所以通过金属线6W挠曲，可动透镜单元1可以在xz平面内只沿着第一和第二方向(x轴，y轴)、即只沿着箭头DX方向和箭头DZ方向移动。金属线6W几乎不会伸缩，因此相对于支承架6B，可动透镜单元1向箭头DY方向(第二方向(y轴))的移动受到抑制。

另一方面，板簧6P以与xz平面平行的方式配置。因此，通过板簧6P挠曲，可动透镜单元1可以只沿第二方向(y方向)、即只沿着箭头DY方向移动。因为板簧6P也几乎不会伸缩，所以，支承架6B向作为与板簧6P平行的方向的DX方向和DY方向(第一和第三方向(x，z轴))的移动受到抑制。

由此，可动透镜单元1以分别与第一、第二和第三方向(y轴)平行的轴为中心而旋转的位移受到抑制。

接着，说明由驱动机构进行的可动透镜单元1的驱动。图10(a)是从被摄物体侧观看可动透镜单元1的图，图10(b)是关于图10(a)的中心线9A-9A的剖面图，附图上左侧是被摄物体侧。

如图10(a)和(b)所示，在设于可动透镜单元1的光轴方向驱动线圈12上，顺着箭头DV12a方向和箭头DV12b方向所示的方向(在光轴方向驱动线圈12的全周为图10(a)的顺时针方向)流通电流。另外，在4个正交方向驱动线圈单元13(正交方向驱动线圈13C)中，顺着箭头DH13a方向、箭头DH13b方向、箭头DH13c方向、箭头DH13d方向流通电流。附图上，在圆的中心有黑圆圈标记的记号，表示从纸面深处向纸面跟前的方向，在圆的中心有十字交叉标记的记号，表示从纸面跟前向纸面深处的方向。另外，磁体31全部沿着第三方向(z轴)配置不同的磁极。在本实施方式中，在被摄物体侧配置N极，在摄像元件侧配置S极。因此，在正交方向驱动线圈单元13(正交方向驱动线圈13C)，N极对置；在光轴方向驱动线圈12，S极对置。磁体31在箭头DM31a、箭头DM31b、箭头DM31c、箭头DM31d的方向上发生磁场。如图10(b)所示，光轴方向驱动线圈12的邻域，磁场从可动透镜单元1的内部朝向外侧；在正交方向驱动线圈单元13的邻域，磁场从可动透镜单元1的外部朝向内部侧。

按这样的朝向电流流动、磁场发生时，根据电磁力发生的原理，可动透镜单元1，在DX方向上沿-侧(箭头DAHX方向)受力，在DY方向上沿+侧(箭头DAHY方向)受力，然后在DZ方向上沿-侧(箭头DAV方向)受力。

若在依据于此的相对关系下决定在各线圈流动的电流的朝方和大小，则能够与之相应而适当地控制可动透镜单元1，能够向第一、第二和第三方向以任意的位移量进行移动。该驱动力也依存于从磁体31至这些线圈的位置发生的磁通密度的大小和方向。

运用该原理，能够控制可动透镜单元1的DX方向、DY方向和DZ方向的移动量、移动速度。另外，因为DX方向、DY方向和DZ方向相互正交，所以可动透镜单元1能够向这3个方向独立移动。

如此，可动透镜单元1可以在DX方向、DY方向和DZ方向上，相对于摄像元件9而进行相对移动。因此，通过适当地设计可动第一透镜1L1、可动第二透镜1L2、固定第一透镜8L1和固定第二透镜8L2的光学特性，能够使可动透镜单元1拥有作为照相机用摄像光学系统的调焦和光学手抖校正的机能。

接下来，说明利用应变检测元件15，求得可动透镜架1的位移的方法。

如图5所示，以箭头P、箭头Q、箭头R、箭头S、箭头T、箭头U、箭头V、箭头W的矢量，表示与各应变检测元件15的中心轴平行的方向的伸缩的大小和方向。各矢量的大小，根据由应变检测元件15分别检验到的应变的量求得。这些矢量由以下所示的矢量表示法表示。

[算式1]

另外，主体底座7和上部主体底座5所对应的可动透镜架1的任意的点的位移矢量由以下的矢量表示法表示。

[算式2]

这时，可动透镜架1的任意的点的位移矢量能够由以下的(式1)表不。

[算式3]

$\stackrel{\→}{C}=\stackrel{\→}{P}+\stackrel{\→}{Q}+\stackrel{\→}{R}+\stackrel{\→}{S}+\stackrel{\→}{T}+\stackrel{\→}{U}+\stackrel{\→}{V}+\stackrel{\→}{W}$ …(式1)

特别是如果可动透镜架1的位移的方向只是箭头DX方向、箭头DY方向或箭头DZ方向的直线方向，则自由度限于3个方向，因此如果可动透镜架1的任意的4点的位置能够确定，则毫无疑义地求得位移。因此，上述8个矢量之中，只使用任意的4个，就能够求得可动透镜架1的任意的点的位移矢量。这意味着，只要应变检测元件15有至少4个，就能够求得可动透镜架1的任意的点的位移矢量。

例如，板簧6P不是发生单纯的一个轴向的变形而是也并发扭转方向的变形时、以及金属线6W不只发生双轴方向的变形而是也并发扭转方向的变形时，在可动透镜架1中增加旋转运动。在这种情况下，将5个以上的矢量都用于计算即可。

可知本实施方式的摄像装置，通过检验应变检测元件15的电阻值r的变化，能够检测与可应变检测元件15的纵长方向平行的位移量、即位移矢量的大小。

如图5所示，将8个应变检测元件15的电阻设为r_p、r_Q、r_R、r_s、r_T、r_U、r_V、r_W。本实施方式的摄像装置，还具备检验其电阻值的检验系统。例如，在各应变检测元件15的两端适宜配线，构成含有被插入到桥接电路等中的电路的检验系统。通过在各应变检测元件15上通电，检验系统能够检测电阻值r_p、r_Q、r_R、r_S、r_T、r_U、r_V、r_W，并根据可动透镜架1的位移，检测这些电阻值的变化。据此，计算出检验系统电阻值的变化所对应的各应变检测元件15的伸缩长度。

根据求得的应变检测元件15的伸缩长度，求得以下所示的矢量的大小、或距基准位置的各矢量的位移量。

[算式1]

如上述，用其能够求得可动透镜架1的任意的1点的下述位移矢量，能够特定可动透镜单元1相对于主体底座7的位置。

[算式2]

因此，例如，如果求得所特定的可动透镜单元1的位置和可动透镜单元1的目标的位置的差分，基于所求得的差分，对于在光轴方向驱动线圈12和正交方向驱动线圈13C上流通的电流进行反馈控制，则能够控制可动透镜单元1的位置。因此，使用单一的可动透镜单元1，可以实现调焦和光学手抖校正。

为了抑制由于温度偏差、固体偏差、其他的要因而发生的误差的影响，预先调查可动透镜单元1的实际的位移和应变检测元件15的电阻值的相互关联(相関)，并运用该值，这是有效的。

如此根据本实施方式的摄像装置，通过具备使可动透镜单元向三个轴向移动的驱动机构，而使调焦和光学手抖校正可以由一个驱动机构实现，可以实现摄像装置的小型。另外，通过将应变检测元件用于可动透镜单元的位置检测，能够使用简单的构成，廉价地检测可动透镜单元的位置，能够实现调焦和光学手抖校正。

还有，在上述实施方式中，应变检测元件15具有使应变检测部被支承体支承的构造，应变检测部检测因支承体的弹性变形行造成的应变。但是，应变检测元件15可以不由支承体支承。图11表示，利用应变检测元件自身能够大幅发生弹性变形的应变检测元件15’，来检测可动透镜单元1’的位移的摄像装置的主要部分。与上述实施方式同样，在可动透镜单元1’的可动透镜架的8个顶点的位置分别连接有应变检测元件15’。

如图11所示，各应变检测元件15’具有应变检测部15b’。应变检测部15b’是通过将导电体所形成的金属线成形为线圈形状而被构成的。若可动透镜单元1由驱动机构驱动、且从中立位置发生位移，则应变检测元件15’受到应力，沿纵长方向A伸缩。这时，应变检测部15b’中其线圈被拉长、同时形成线圈的金属线自身也伸长。由于金属线被形成为线圈状，检测部15b受到的单位长度的应变量’，比形成为蛇行图案的上述实施方式的应变检测元件15的应变检测部15b小。因此，应变检测元件15’不会断裂，能够大幅地变形。

在具有线圈形状的应变检测部15b’中，能够检测的应变量以如下方式求得。

图12是应变检测元件15’的应变检测部15b’的端部附近的放大立体图。应变检测部15b’的金属线具有直径d、且具有半径R的线圈形状。在与应变检测部15b’的线圈中心轴平行的方向上施加力P，由此施加到线圈状部分的金属线的扭转力矩T发生。T使用P而如(式2)所示这样表示。

T=PR……(式2)

另外，若在应变检测部15b'认为是螺旋弹簧时的弹簧常数设为k，伸缩长度为ΔL，则ΔL由(式3)表示。

ΔL=kP……(式3)

根据(式2)和(式3)，T利用ΔL由(式4)表示。

T=RΔL/k……(式4)

若应变检测部15’的线圈状部分的剪切应力设为τ0，则τ0能够由(式5)表示。

τ0=16T/πd³……(式5)

另一方面，若横向弹性模量设为G，剪切应变设为γ，则剪切应力能够由(式6)表示。

τ=Gγ即γ=τ／G……(式6)

τ=τ0时，若将(式5)代入(式6)，则能够由(式7)表示。

γ=16T/πd3G……(式7)

图13表示应变检测部15b’的线圈状部分的微小区域的变形，表示通过施加图12中的力P，金属线以微小角度γ变形时的状态。这时，若金属线发生应变、且直径d变成应变后的径d’，则d与d’的关系由(式8)表不。

d’=d×cosγ……(式8)

另一方面，从d变成d’时的应变，即金属线的纵长方向的应变作为纵向应变时的横向应变ε’，由(式9)表示。

ε’=(d—d’)／d……(式9)

若将(式8)代入(式9)，则成为(式10)。

ε’=d(1-cosγ)／d=1-cosγ……(式10)

在此，若应变检测部15b’的泊松比设为v，则纵向应变ε由(式11)表示。

ε=ε'／v……(式11)

若将(式10)代入(式11)，则成为(式12)。

ε=(1-cosγ)／v……(式12)

若将(式7)代入(式12)，则成为(式13)。

ε=(1／v){1-cos(16T/πd³G)}……(式13)

那么，若应变检测部15b’的在变形前的电阻设为r，变形后的电阻的减少量设为Δr，则两者的关系由(式14)表示。

Δr／r=Kε……(式14)

(式14)中的K，是应变构件的材料中作为固有的值的应变灵敏度。例如以镍和铬等为主成分的材料之一，就具有约2.0的值。

若将(式13)代入(式14)，则成为(式15)。

Δr/r=(K／v){1-cos(16T/πd³G)}……(式15)

若将(式4)代入(式15)，则由(式16)表示。

Δr／r=(K／v){1-cos(16RΔL／πd³Gk)}……(式16)

根据以上可知，就应变检测部15b’的电阻r而言，通过在与线圈中心轴平行的方向上施加的力P而发生ΔL的变形，电阻值r以(式16)所表示的变化率而进行变化。若变形(式16)，则成为(式17)。

ΔL=(πd³Gk／16R)cos^-1{1-(Δr／r)(v／K)}……(式17)

即，检验电阻值r的变化，能够检测与应变检测部15b’的线圈中心轴平行的方向的位移。根据各应变检测元件15’所检测到的电阻求得可动透镜单元1的位置的方法如上述。

通过使用具有上述形态的应变检测元件，不需要将应变检测部设于支承体上，因此能够以更简单的构成，检测正确的应变。

以上，一边参照附图一边说明了摄像装置的实施方式，但本发明不限于上述实施方式，可以进行各种变化。

首先，虽然为了避免附图复杂化而未图示，但在上述实施方式中，在光轴方向驱动线圈12、正交方向驱动线圈13C、和应变检测元件15上分别连接有通电用的配线。另外，对用于驱动可动透镜单元1而向这些线圈流通的电流进行控制的控制装置，与摄像装置连接。另外，同样，虽然为了避免附图复杂化而未图示，但应变检测元件上也连接有配线。这种情况下，可动透镜架1B由金属等构成，或至少8个透镜架挂钩1BF由金属构成，如果将其电连接，则能够通用连接于各应变检测元件的一条配线。

另外，在上述实施方式中，为了向各方向驱动可动透镜单元，使用音圈致动器。但是，特别是如果能够使图10(a)和(b)所示这样的磁场发生，则磁体设于上述实施方式中所说明的位置以外的地方也可。同样，设于可动透镜单元的线圈的形状和位置也不限于上述实施方式。此外，也可以使用音圈致动器以外的、可进行同样的驱动的其他构成的致动器。这种情况下，可以将致动器设于可动透镜单元和主体底座的任意一方、也可以设于两方。另外，使用音圈致动器时，也可以将磁体设于可动透镜单元、将线圈设于主体底座。

另外，应变检测元件也可以具备与上述实施方式所示的构成不同的构成。例如，不设支承体而是使应变检测部成为线圈形状时，也可以设置连接于线圈形状部分的直线部分。这种情况下，在线圈状部分，应变的发生很小，因此也可以检测直线部分的应变造成的电阻变化。

另外，如果应变检测元件没有支承体，由直线状的金属线构成应变检测部，如图6(b)所示，也可以连接线圈状的弹性构件。

另外，在上述实施方式中，支承单元含有两个板簧和4条金属线。但是，如果能够确保同样的自由度，支承单元也可以由其他的构造支承可动透镜单元。例如，也可以使用具备如下部分的支承单元：按照相对于主体底座7可以沿第一方向移动的方式被主体底座7支承的第一可动部；按照相对于第一可动部可以沿着与第一方向正交的第二方向移动的方式被第一可动部支承的第二可动部；和按照相对于第二可动部可以沿着与第一和第二方向正交的第三方向移动的方式被第二可动部支承的第三可动部。这种情况下，能够一体地构成第三可动部和可动透镜单元1。

另外，摄像装置也可以不具备由板簧和金属线形成的支承单元。这种情况下，如上述，在应变检测元件的一部分形成线圈状部分、或在应变检测元件上串联连接线圈状的弹性构件。线圈状部分或弹性构件具有良好的弹簧性，从而能够适当地支承可动透镜单元。这种情况下，在箭头DX方向、箭头DY方向和箭头DZ方向以外，可动透镜单元1能够以与箭头DX方向、箭头DY方向和箭头DZ方向分别平行的轴为中心而旋转，也获得旋转方向的自由度。

这种情况下，因为可动透镜单元1相对于主体底座7的自由度增加，所以作为对其驱动的致动器也增加驱动方向，从而可以进行更高精度的定位、姿势控制。例如，通过完全独立控制在正交方向驱动线圈13C上通电时的电流方向等，能够将可动透镜单元1除了箭头DX方向、箭头DY方向和箭头DZ方向的直线方向以外还沿其他的方向驱动。

另外，上述实施方式中说明的可动透镜单元1和固定透镜单元8所组装的光学系统是一个示例，根据用途使用各种其他的光学系统，也可以实现能够获得上述实施方式所说明的效果的摄像装置。

另外，在上述实施方式中，由8个应变检测元件检测可动透镜单元的位移。但是，如上述，可动透镜单元只进行在箭头DX方向、箭头DY方向、和箭头DZ方向这三个自由度的直线位移时，如果有4个应变检测元件，就能够决定可动透镜单元的位移量。因此，如果4个应变检测元件在考虑载荷的平衡等下配置，则能够实现能够适当地控制可动透镜单元的驱动的摄像装置。例如，也可以按照在正四面体的顶点的位置与可动透镜单元连接的方式将4个应变检测元件设于可动透镜单元和主体底座之间。

产业上的可利用性

本申请所公开的摄像装置，适用于数码静态相机、数码摄像机，监控摄像机等各种摄像装置和内置有摄像装置的设备，特别是适用于小型或薄型的摄像装置和内置有摄像装置的设备。

符号的说明

1可动透镜单元

1L1可动第一透镜

1L2可动第二透镜

1B可动透镜架

1BF透镜架挂钩

1BD线圈线轴承受部

1BG线圈底座部

12光轴方向驱动线圈

13正交方向驱动线圈单元

13B线圈线轴

13C正交方向驱动线圈

15应变构件

3磁体单元

31磁体

33下部主体底座

33D磁体支撑部

33F轭状底座挂钩(yokebasehook)

33P定位突起

5上部主体底座

5F上部主体底座挂钩

5H上部主体底座定位孔

6支承单元

6B支承架

6P板簧

6W金属线

7主体底座

8固定透镜单元

8B固定透镜架

8L1固定第一透镜

8L2固定第二透镜

9摄像元件

d拉伸螺旋弹簧型应变仪的线径

R拉伸螺旋弹簧型应变仪的线圈外径(半径)

P拉伸螺旋弹簧型应变仪所对应的张力

T由拉伸螺旋弹簧型应变仪所对应的张力施加到线材上的扭转力矩

100透镜镜筒

101镜筒主体

105M变焦主轴

105S变焦副轴

110中央部固定透镜单元

111中央部固定透镜

113中央部固定透镜架

130摄像侧固定透镜单元

131摄像侧固定透镜架

133摄像侧固定透镜

135摄像侧固定透镜单元压具

140调焦单元

141对焦马达

142M调焦单元主框架

142S调焦单元副框架

143M调焦单元主轴承

143S调焦单元副轴承

145G调焦透镜驱动螺杆

145S调焦透镜导轨

150第一变焦透镜单元

151第一变焦透镜架

152M第一变焦主轴承

152S第一变焦副轴承

153第一变焦透镜

170第二变焦透镜单元

171第二变焦透镜架

172M第二变焦主轴承

172S第二变焦副轴承

173第二变焦透镜

180调焦透镜单元

181调焦透镜架

182N调焦透镜螺母

182S调焦透镜副轴承

183调焦透镜

190光学手抖校正透镜单元

191光学手抖校正透镜架

192M光学手抖校正主轴承

192S光学手抖校正副轴承

193光学手抖校正透镜

195a校正第一致动器

195b校正第二致动器

197可变光阑单元

200光学元件调整装置

201光学元件

202中间部件

203保持手段

204驱动手段

205弹性铰链

206固定部件

Claims (16)

1.一种摄像装置，其中，具备：

可动透镜单元，其含有使来自被摄物体的光会聚的至少一个透镜、和支承所述至少一个透镜的透镜架；

主体底座，其按照在与所述至少一个透镜的光轴垂直的平面中相互正交的第一方向和第二方向、和在与所述至少一个透镜的光轴平行的第三方向上能够移动的方式支承所述可动透镜单元；

摄像元件，其由所述主体底座支承，且将透过所述可动透镜单元的光转换成电信号；

驱动机构，其设置在所述可动透镜单元和/或所述主体底座，且将所述可动透镜单元沿所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向驱动；

多个应变检测元件，其设置在所述可动透镜单元和所述主体底座之间；

弹性构件，其设置在所述多个应变检测元件的各自的一端，

并且，各应变检测元件和对应的弹性构件被串联连接，且被设置在所述可动透镜单元和所述主体底座之间。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

所述多个应变检测元件各自具有：由弹性体构成的支承体、和在所述支承体上所配置的由导电体构成的应变检测部。

3.根据权利要求2所述的摄像装置，其中，

所述应变检测部在所述支承体的表面上具有蛇行图案。

4.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

所述多个应变检测元件各自具有：由导电体构成、且成形为线圈的形状的应变检测部。

5.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

各应变检测元件含有由导电体构成的应变检测部。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，其中，

至少具备4个所述应变检测元件。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，其中，

具备8个所述应变检测元件。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，其中，

所述多个应变检测元件具有彼此相同的电特性。

9.根据权利要求2或5所述的摄像装置，其中，

所述导电体含有从铂、铁、镍、铬、钨、铝、金、铜、银所构成的群中选择的至少1个。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，其中，

还具备：由所述主体底座支承的至少一个透镜。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，其中，

还具备：按照相对于所述主体底座在与所述至少一个透镜的光轴垂直的平面中相互正交的第一方向和第二方向、和在与所述至少一个透镜的光轴平行的第三方向上能够移动的方式被设置在所述主体底座和所述可动透镜单元之间的支承单元。

12.根据权利要求11所述的摄像装置，其中，

所述支承单元含有支承架、4条金属线和2片板簧，

所述透镜架经由所述4条金属线被支承在所述支承架上，

所述支承架经由所述2片板簧被支承在所述主体底座上。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，其中，

所述驱动机构含有：

第一线圈，其由所述透镜架支承，且以与所述第一方向平行的方向为中心进行缠卷；

第二线圈，其由所述透镜架支承，且以与所述第二方向平行的方向为中心进行缠卷；

第三线圈，其由所述透镜架支承，且以与所述第三方向平行的方向为中心进行缠卷；

第一磁体，其由所述主体底座支承，且按照在所述第一线圈和所述第三线圈分别不同的磁极对置的方式配置；

第二磁体，其由所述主体底座支承，且按照在所述第二线圈和所述第三线圈分别不同的磁极对置的方式配置。

14.根据权利要求13所述的摄像装置，其中，

所述驱动机构中，所述第一线圈和所述第二线圈的至少一方含有两个，所述两个在所述透镜架中以夹隔所述至少一个透镜的光轴的方式定位。

15.根据权利要求13所述的摄像装置，其中，

所述第一线圈和所述第二线圈具有相同的电磁特性。

16.根据权利要求4所述的摄像装置，其中，

在所述应变检测部中，

将形成所述线圈的金属线的直径设为d，

所述线圈的半径设为R，

弹簧常数设为k，

伸缩长度设为ΔL，

泊松比设为v，

所述导电体作为固有的值的应变灵敏度设为K，

所述应变检测部在变形前的电阻设为r，

所述变形后的电阻的减少量设为Δr时，根据下式

ΔL＝(πd³Gk/16R)cos^-1{1-(Δr/r)(v/K)}

检测与所述应变检测部的所述线圈的中心轴平行的方向的位移。