具体实施方式
下面,参照附图来说明用于实施本发明的方式。
另外,在以下的说明所使用的各图中,为了使各结构要素的大小为能够在图上识别的程度的大小,有时使各结构要素各自的比例尺不同,本发明并不仅限于这些图中记载的结构要素的数量、结构要素的形状、结构要素的大小的比率和各结构要素的相对的位置关系。
此外,在以下的说明中,将从相机主体200朝向被摄体(未图示)的方向称作前方,将其相反方向称作后方。并且,将与构成镜头单元100的光学系统的光轴O一致的轴设为Z轴,将在与Z轴垂直的平面上彼此垂直的2个轴设为X轴和Y轴。在各图中,适当地图示X轴、Y轴、Z轴。
图1是示出本发明的拍摄装置的一个实施方式的数字相机10的外观的概略立体图。此外,图2是示出组装在图1的数字相机10的相机主体200内的镜头单元100的外观的概略立体图。进而,图3是沿着图2的镜头单元100的光轴O将该镜头单元100切断得到的概略剖视图。这样,数字相机10具有相机主体200、以及以能够相对于相机主体200突出没入的方式设置的收缩式的镜头单元100。
以能够使镜头单元100的第2镜框102和第3镜框103向相机主体200的前方突出的方式,将镜头单元100组装到相机主体200中。即,镜头单元100的第1镜框101埋入设置在相机主体200内。另外,在使镜头单元100收缩的状态下,第2镜框102和第3镜框103被大致收纳到埋入设置在相机主体200内的第1镜框101的内侧,向相机主体的前方突出的结构消失。图2和图3图示使镜头单元100延伸的状态。
相机主体200具有大致矩形箱形的外壳201,在该外壳201上设有控制面板202、变焦杆203、闪光灯204、自拍定时信号205、遥控接收窗206、释放开关207、电源开关208、取景器209。此外,在相机主体200的未图示的后方的面上,设置有对拍摄被摄体得到的图像进行显示的显示面板。
当用户操作了变焦杆203时,驱动镜头单元100的变焦电机104(图2),经由未图示的变焦齿轮使第2镜框102旋转。第2镜框102作为凸轮框发挥功能。当该凸轮框102旋转时,使第2镜框102沿着形成于第1镜框101的内侧的未图示的凸轮槽而突出没入,同时,使第3镜框103沿着形成于第2镜框102的内侧的未图示的凸轮槽而突出没入,镜头单元100被延伸和收缩。
如图3所示,镜头单元100具有沿着光轴O彼此分离且同轴的第1至第5透镜组111、112、113、114、115。第1至第3透镜组111、112、113被设置成,能够根据利用上述变焦电机104而旋转的第2镜框102的动作,沿着光轴O进行移动。第4和第5透镜组114、115被设置成,能够通过未图示的另外的电机而在光轴方向上移动。
在拍摄时,来自未图示的被摄体的光透射过上述的第1至第5透镜组111~115而在摄像元件120上成像。此时,将各透镜组111~115配置在基于上述变焦杆203的操作量的沿光轴方向的规定位置处,被摄体的像以期望的倍率在摄像元件120上成像。摄像元件120被固定设置在第1镜框的后端。
图4是示出组装在图2的镜头单元100内的抖动校正单元1的外观的概略立体图。此外,图5是对图4的抖动校正单元1进行了分解的分解立体图。该抖动校正单元1包含上述的第3透镜组113,通过使该第3透镜组113沿着与其光轴O垂直的XY平面移动来校正图像的抖动。
如图5所示,抖动校正单元1具有固定筒2、以能够使第3透镜组113(光学部件)移动的方式对第3透镜组113进行保持的可动体4、快门单元6。快门单元6作为第1固定部件发挥功能,固定筒2作为第2固定部件发挥功能,可动体4作为可动部件发挥功能。即,固定筒2相对于镜头单元100的第1镜框101被固定,快门单元6被固定在该固定筒2的前方。
这里,在固定筒2的内部固定设置有未图示的2个线圈13、14。在快门单元6中,以在光轴方向上与这2个线圈13、14相对的位置关系固定设置有2个线圈15、16。固定筒2侧的2个线圈13、14作为第2线圈发挥功能,快门单元6侧的2个线圈15、16作为第1线圈发挥功能。2个线圈13、15在光轴方向上被排列地配置成,使得线圈13的空芯部与线圈15的空芯部各自的光轴方向中心轴一致。2个线圈14、16在光轴方向上被排列地配置成,使得线圈14的空芯部与线圈16的空芯部各自的光轴方向中心轴一致。
而且,在这些在光轴方向上彼此相对的2组线圈之间,以非接触的状态分别配置2个磁铁11、12。这2个磁铁11、12与第3透镜组113一起被固定设置在可动体4的框41上。换言之,将这2个磁铁11、12相对于框41进行定位并固定,使得线圈13、磁铁11、线圈15在光轴方向上重叠,线圈14、磁铁12、线圈16在光轴方向上重叠。
将2个磁铁11、12、2个第2线圈13、14以及2个第1线圈15、16分别按照当在各线圈中流过规定方向的电流时,能够使可动体4沿着XY平面向期望的方向移动的朝向来进行安装。具体而言,当对X方向驱动用的线圈13和/或线圈15通电而产生磁通时,能够根据电流的方向而产生使磁铁向X轴方向两侧移动的力,当对Y方向驱动用的线圈14和/或线圈16通电而产生磁通时,能够根据电流的方向而产生使磁铁向Y轴方向两侧移动的力。即,通过改变在这4个(至少位于磁铁的单侧的2个)线圈中流过的电流的大小和方向,能够使沿着XY平面的磁力作用于磁铁11、12,能够使可动体4沿着XY平面向期望的方向移动。
以下,参照图6至图13,更详细地说明上述的抖动校正单元1的结构。
图6是从被摄体侧观察固定筒2的概略图,图7是从被摄体侧观察可动体4的概略图,图8是从摄像元件120侧观察可动体4的概略图,图9的(a)是从被摄体侧观察将可动体4安装到固定筒2上得到的组装体20的概略图,图9的(b)是对图9的(a)的组装体20的要部进行局部放大而示出的局部放大图。此外,图10是在F10-F10处对图9的(a)的组装体20进行切断得到的剖视图。进而,图11是从摄像元件120侧观察快门单元6的概略图,图12是在图4的F12-F12处对抖动校正单元1进行切断得到的剖视图,图13是在图4的F13-F13处对抖动校正单元1进行切断得到的剖视图。
如图6所示,在固定筒2的内部一体地设置有沿着XY平面而设置的大致圆环板状的框21。而且,在该框21上固定设有用于在X轴方向上驱动可动体4的线圈13,以及用于在Y轴方向上驱动可动体4的线圈14。一方的线圈13具有沿着Y轴方向的长度轴,被安装在比固定筒2的中心更靠图示的下方的位置。另一方的线圈14具有沿着X轴方向的长度轴,被安装在比固定筒2的中心更靠图示的左方的位置。
在固定筒2的框21上,除此以外还设置有:2个霍尔元件22、24;用于分别挂住后述的3根弹簧31a、31b、31c的一端的3个钩23a、23b、23c;以及用于分别收纳后述的3个球32a、32b、32c的3个大致矩形的凹部25a、25b、25c。在本实施方式中,2个霍尔元件22、24分别配置在2个线圈13、14的内侧。
另外,虽然在图6中省略了图示,但在框21的被摄体侧的面上突出设置有图9的(a)中所示的8个挡部26a、26b、26c、26d、26e、26f、26g、26h。这8个挡部26a~26h起到规定可动体4沿着XY平面的移动范围的作用。
如图7和图8所示,可动体4具有分别与安装在固定筒2的框21上的2个线圈13、14相对的2个磁铁11、12,以及安装有这2个磁铁11、12的板状的框41。2个磁铁11、12分别被设置在它们周围的3边的粘接剂42固定到设于框41上的矩形的孔41a上。此外,如上所述,在框41的中央处固定设有第3透镜组113。基本上,可动体4被配置在使第3透镜组113的中心通过镜头单元100的光轴O的位置。
在框41上,除此以外还设置有:用于挂住上述的弹簧31a、31b、31c的另一端的3个钩43a、43b、43c;以及用于使收纳在上述的3个凹部25a、25b、25c中的3个球32a、32b、32c的表面抵接的3个垫44a、44b、44c。如图8所示,3个垫44a、44b、44c被设置在框41的摄像元件120侧。
即,这3个钩43a、43b、43c被分别设置于在光轴方向上与固定筒2侧的3个钩23a、23b、23c相对的位置上,3个垫44a、44b、44c被分别设置于在光轴方向上与固定筒2侧的3个凹部25a、25b、25c相对的位置上。
如图9的(a)所示,在将可动体4安装于固定筒2的内侧的状态下,可动体4的框41的周缘部以与从固定筒2的框21突出设置的8个挡部26a、26b、26c、26d、26e、26f、26g、26h分离的状态被配置在内侧。8个挡部包括对可动体4向X轴方向两侧(图示左右方向)的移动进行限制的4个挡部26a、26b、26e、26f,以及对可动体4向Y轴方向两侧(图示上下方向)的移动进行限制的4个挡部26c、26d、26g、26h,规定可动体4沿着XY平面的移动范围。
更详细地讲,如图9的(b)中以2个挡部26g、26h的周边结构为代表所示的那样,在可动体4的框41的周边部分别设置有朝向相对的挡部突出的小的突起41b。而且,在框41的突起41b与相对的挡部26g(26h)之间设置有微小的间隙。这样,通过在框41的周缘部与各挡部26a~26h之间设置间隙,能够实现可动体4沿着XY平面的移动。
如图10中代表性地所示的那样,弹簧31b以稍微拉伸的状态被安装在设于可动体4的框41上的钩43b与设于固定筒2的框21上的钩23b之间。此外,在设于固定筒2的框21上的凹部25b内配置球32b,该球32b的表面与设于可动体4的框41上的垫44b抵接。即,通过弹簧31b的复原力,球32b被夹持在凹部25b与垫44b之间,成为从前后两侧按压球32b的状态。
同样,在设于固定筒2的框上的凹部25a内配置球32a,弹簧31a被安装在可动体4的框41的钩43a与固定筒2的框21的钩23a之间。此外,在设于固定筒2的框上的凹部25c内配置球32c,弹簧31c被安装在可动体4的框41的钩43c与固定筒2的框21的钩23c之间。
在该状态下,固定筒2侧的结构和可动体4侧的结构成为除了3个弹簧31a、31b、31c和3个球32a、32b、32c以外彼此非接触的状态,可动体4成为被固定筒2的框21悬浮支撑的状态。即,在该状态下,可动体4能够相对于固定筒2沿着XY平面移动。另外,在该状态下,安装于固定筒2的框21上的2个霍尔元件22、24与安装于可动体4的框41上的2个磁铁11、12相对。
如图11所示,镜头单元6具有沿着XY平面延伸设置的框61。而且,在框61的摄像元件120侧安装有2个线圈15、16。在如图4所示将组装体20和镜头单元6组合并组装了抖动校正单元1的状态下,这2个线圈15、16以分别以非接触状态接近可动体4的2个磁铁11、12并与其相对的位置关系被配置。
图12是在从在X轴方向上驱动可动体4的磁铁11的中心偏离的位置,沿着XZ平面对抖动校正单元1进行切断得到的剖视图。此外,图13是沿着磁铁11的长度方向以与YZ平面平行的面对抖动校正单元1进行切断得到的剖视图。
在固定筒2的框21上突出设置有用于对线圈13、14进行定位的多个突起部21a。此外,在快门单元6的框61上也突出设置有用于对线圈15、16进行定位的2个突起部6a。通过设置这些突起部6a、21a,能够使线圈13、14,15、16的安装作业变得容易。
霍尔元件22、24被安装在安装于框21的摄像元件120侧的面上的基板28的表面上。在突起部21a之间设有贯穿框21的孔21b,以使霍尔元件22、24朝向磁铁11、12露出。即,霍尔元件22、24被分别配置在与磁铁11、12相对的位置上。这样,在本实施方式中,对可动体4进行驱动的磁铁和位置检测用的磁铁被兼用。
在固定筒2侧的线圈13、14与磁铁11、12之间以及在快门单元6侧的线圈15、16与磁铁11、12之间,设有微小的间隙,能够在彼此不接触的情况下使可动体4移动。即,通过在4个线圈13、14、15、16中流过电流,从各线圈产生与电流的方向对应的磁场,可动体4沿着XY平面进行移动。
另外,将流过固定筒2侧的线圈13的电流的方向和流过快门单元6侧的线圈15的电流的方向设定为使得通过磁铁11的磁通的方向成为相同方向的方向。此外,将另一组的线圈14、16中流过的电流的方向也设定为使得通过磁铁12的磁通的方向成为相同方向的方向。由此,通过前后地夹住磁铁的2个线圈的协同作用,能够对可动体4施加更大的加速度,能够校正更急剧且强烈的抖动。
图14是控制上述的抖动校正单元1的动作的控制系统的框图。
对抖动校正单元1进行动作控制的控制器300(控制部)上连接有用于检测可动体4沿着XY平面的位置的上述的2个霍尔元件22、24。与在X轴方向上驱动可动体4的磁铁11相对的霍尔元件22检测可动体4沿着X轴方向的位置,与在Y轴方向上驱动可动体4的磁铁12相对的霍尔元件24检测可动体4沿着Y轴方向的位置。
此外,在控制器300上连接有用于检测数字相机10的抖动的2个陀螺仪传感器302、304(检测部)。一方的陀螺仪传感器302在数字相机10的光轴O沿着XZ平面产生横向振动的偏航(Yaw)方向的抖动时,对其加速度进行检测。另一方的陀螺仪传感器304在数字相机10的光轴O沿着YZ平面产生纵向振动的俯仰(Pitch)方向的抖动时,对其加速度进行检测。
此外,控制器300上连接有用于驱动可动体4的上述的4个线圈13、14、15、16。而且,控制器300根据2个霍尔元件22、24和2个陀螺仪传感器302、304的输出,控制在各线圈中流过的电流值和电流的方向,由此校正数字相机10的抖动。
另外,包含这些控制系统的结构的抖动校正单元1是本发明的抖动校正装置的一个实施方式。
接着,参照图15的流程图,说明上述控制器300的控制动作。
控制器300与控制开始同时地,对4个线圈13、14、15、16(2个第2线圈13、14和2个第1线圈15、16)通电(步骤S1、S2)。此时,控制器300设定在各线圈13、14、15、16中流过的电流值和方向,使得第3透镜组113被配置成与镜头单元100的光轴O同轴,即可动体4被保持在中立的位置。
在该状态下,例如在开始拍摄后,控制器300通过2个陀螺仪传感器302、304检测抖动量(步骤S3),并且,通过2个霍尔元件22、24检测可动体4的位置信息(步骤S4),根据这些检测结果来运算校正量(步骤S5)。然后,控制器300根据步骤S5中运算出的校正量来控制在各线圈13、14、15、16中流过的电流值和方向,对抖动进行校正。
另外,在步骤S5中运算出的校正量小于预先设定的阈值的情况下(步骤S6;是),以及要使可动体4停止的情况下,控制器300停止对第1线圈15、16的通电(步骤S7),切换为仅通过第2线圈13、14进行的驱动。由此,能够将消耗电力抑制得较低。
另一方面,在步骤S5中运算出的校正量为预先设定的阈值以上的情况下(步骤S6;否),控制器300维持第1和第2线圈13、14、15、16的驱动控制。由此,还能够校正在仅使用第2线圈13、14的驱动控制中无法校正的急剧且强烈的抖动,能够对伴随较大的加速度的抖动进行校正。
以上,在驱动结束之前(步骤S8;是)持续进行步骤S1~S7的处理。
如以上那样,根据本实施方式,以在中间夹着磁铁11、12的方式分别设置2个线圈13、14,15、16,并且,根据能够需要在第2线圈13、14和第1线圈15、16双方中流过适当的电流,因此,还能够校正仅通过单侧的线圈(例如,第2线圈13、14)无法校正的伴随级别较大的加速度的急剧且强烈的抖动。
此外,根据本实施方式,能够选择仅对第2线圈13、14和第1线圈15、16中的任意一方通电的模式、以及对第1和第2线圈13、14、15、16全部通电的模式,能够根据情况,输出最大功率来校正急剧的抖动,或者选择省电模式。特别地,在本实施方式中,由于将第1线圈15、16设置于快门单元6中,因此,将远离易于受到热的影响的快门机构的第2线圈13、14作为主线圈,将第1线圈15、16作为副线圈。
此外,根据本实施方式,不需要为了得到期望的加速度而预先增大磁铁尺寸或增加线圈的匝数,仅在微小空间中追加第1线圈15、16即可,因此,不会使装置结构大型化,能够将相机的重量抑制得较小。
此外,根据本实施方式,还能够在不同的时刻对第2线圈13、14和第1线圈15、16进行驱动控制,也可以在第2线圈13、14和第1线圈15、16中流过与通常相反的方向的电流,能够提高控制的自由度。当然,由于能够独立地对4个线圈13、14、15、16进行通电控制,因此能够在各线圈中流过期望的任意的电流,能够扩大控制的幅度。
图16中示出第2线圈13、14与第1线圈15、16是相同尺寸时的磁铁尺寸与产生的加速度之间的关系的曲线图。根据该曲线图可知,在仅设置第2线圈13、14(单线圈)的以往的装置中,与设置有第1和第2线圈13、14、15、16(W线圈)的本实施方式的装置相比,可产生的加速度较小,在哪种情况下,当增大磁铁尺寸(磁铁变重)时,在中途加速度的上升率都下降。
与此相对,例如,在磁铁尺寸较小的S1的情况下,能够在W线圈的装置中产生的加速度是在单线圈的装置中产生的加速度的大约2倍。这表示,在可动体4足够轻的情况下,理论上,能够使能够在W线圈的装置中产生的加速度成为在单线圈的装置中产生的加速度的2倍。在实际的装置中,在可动体4的惯性增大到超过某一水平后,不能得到2倍的加速度,因此,与单线圈的装置相比,W线圈的装置显然能够得到较大的加速度。
此外,换个角度,为了在W线圈的装置中得到与单线圈的装置相同的加速度,还可以减小磁铁尺寸,还能够减轻装置整体的重量。该情况下,能够提高用户的便利性,还能够期待可抑制拍摄时的手抖的效果。
接着,参照图17和图18,来说明第1实施方式的变形例。另外,这里,对与上述的第1实施方式同样地发挥功能的结构要素赋予相同的标号,并省略其详细说明。图17是从被摄体侧观察固定筒2’的概略图,图18是在图17的F18-F18处对抖动校正单元1’进行切断得到的剖视图。
安装在固定筒2’的框21上的第2线圈13’、14’的长轴方向的长度被缩短,以确保霍尔元件22、24的配置空间。更具体而言,使线圈13’沿着Y轴向图示上方偏移,并使线圈14’沿着X轴向图示右方偏移,以使得各线圈13’、14’产生的驱动力的矢量通过可动体4的重心G的附近。偏移方向有时根据重心G的位置而相反。
如图18中代表性地示出一方的那样,霍尔元件22被安装在基板28上并被安装在框21的被摄体侧的面上。此时,将霍尔元件22配置在通过使线圈13’偏移而得到的空间中。换言之,在该变形例中,将线圈13’缩短并使其向靠近重心的方向偏移,以使霍尔元件22与磁铁11相对。
如上述的第1实施方式那样,当在将霍尔元件和线圈配置在Z方向上重叠的位置并且将磁铁和霍尔元件配置在分离的位置上时,线圈中产生的磁通(=噪声成分)对霍尔元件产生的影响增大(SN比变小)。在变形例中,霍尔元件靠近磁铁,被配置在不易受到来自线圈13和14的磁通的影响的位置,因此SN比变大,能够实现更高精度的控制。
接着,参照图19和图20来说明第2实施方式。另外,这里,对与上述的第1实施方式同样地发挥功能的结构要素赋予相同的标号,并省略其详细说明。图19是从被摄体侧观察本实施方式的固定筒2”的概略图,图20是从摄像元件120侧观察组装于图19的固定筒2”中的可动体4’的概略图。
在本实施方式中,如图19所示,沿着XY平面在与线圈13、14远离的位置上配置2个霍尔元件22、24,如图20所示,在可动体4’的框41上,除了磁铁11、12以外,以在光轴方向上与该2个霍尔元件22、24相对的位置关系配置了位置检测专用的2个磁铁52、54。
如上述的第1实施方式和变形例那样,如果将用于驱动可动体4的磁铁11、12兼用作位置检测用的磁铁,则从各线圈13、14,15、16产生的磁通穿过霍尔元件22、24,可能成为噪声成分。
与此相对,根据本实施方式,由于从驱动用的线圈13、14、15、16产生的磁通不穿过霍尔元件22、24,因此,能够从可动体4的驱动系统中消除对霍尔元件22、24产生影响的噪声成分,能够维持可动体4的位置检测精度,能够更可靠地实施抖动校正。
另外,本发明不限于上述的实施方式,能够在不超越发明的范围的情况下进行任意变更。
例如,在上述的实施方式中,说明了将固定筒2(2’、2”)侧的线圈13、14(13’、14’)作为始终进行驱动的第2线圈,将快门单元6侧的线圈15、16作为第1线圈的情况,但是,不限于此,也可以将线圈15、16作为始终进行驱动的第2线圈,将线圈13、14(13’,14’)作为第1线圈。该情况下,接近霍尔元件22、24的线圈13、14(13’,14’)的使用频度减小,能够期待减小噪声成分的效果。
此外,在上述的实施方式中,将第3透镜组作为在抖动校正时成为驱动对象的光学部件的一例进行了说明,但是不限于此,还能够将摄像元件120作为光学部件,也可以沿着XY平面驱动摄像元件120,以进行抖动校正。