JP2005333181A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁石を使用することによる課題を解決して、固定部材と移動部材の双方に配線を行う必要のない低コストな位置検出装置を提供すること。
【解決手段】 ベース板１２、第１スライダ１４および第２スライダ１３は互いにはめ込まれるように組み上げられ、第１アクチュエータ１２３によって第１スライダ１４はベース板１２に対してＸ軸方向に移動する。このとき第２スライダ１３も第１スライダ１４と一体的に移動する。また第２アクチュエータ１３３によって第２スライダ１３は単独でＹ軸方向に移動する。第２スライダ１３の中央部には撮像素子１６がはめ込まれており、撮像素子１６は第２スライダ１３に保持されてＸＹ平面内で移動する。磁石と磁気センサユニット２２からなる位置検出機構は、第２アクチュエータ１３３を介して撮像素子１６とは反対側に配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置の手振れ補正装置などに適用可能な位置検出装置に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置には、撮影時に手振れが生じた場合、手振れに追従させて撮像素子を移動させることにより、受光面での像ぶれを解消するものが知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に開示される手振れ補正装置では、撮像素子の移動制御を行うために、撮像素子を保持して移動する移動部材側に赤外ＬＥＤなどの発光素子が配置され、固定部材側の発光部に対向する位置に、ＰＳＤ（Position Sensitive Device）などの受光位置を特定することのできる受光素子が配置されて、撮像素子の位置検出が行われる。

そしてインパクトアクチュエータとして構成される駆動手段が、固定部材に対して摩擦結合された移動部材を移動させる際に、上記の位置検出機構によって検出される位置情報が用いられている。

特開２００３−１１０９２９号公報

ところが、発光素子および受光素子はそれぞれに電気的接続を行う必要があるため、手振れ補正装置の組み立て時に、固定部材と移動部材の双方に対して位置検出用の配線を行わなければならないという問題があった。また、赤外ＬＥＤやＰＳＤ等の部品は比較的高価であり、それらを使用すると部品コストが高くなるという問題もあった。

故に近年は、部品コストを低廉化し、固定部材と移動部材の少なくとも一方については電気的配線を行う必要のない位置検出機構を構築することが望まれており、そのための有力な手法として、ホール素子などの磁気センサと磁石とを使用することが考えられる。

しかし、手振れ補正装置の位置検出機構に磁石を使用する場合、以下のような課題を解決することが必要になる。

第１の課題は、磁石の相対的移動に伴って生じる磁界の変化が、撮像素子からの出力信号（画像信号）に影響を与え、撮影画像に画質劣化を生じさせる可能性があることである。

第２の課題は、上記第１の課題とは逆に、撮像素子のリードフレーム等が磁石の作り出す磁場に影響を与え、磁気センサによる正確な位置検出ができなくなる可能性があることである。

第３の課題は、磁石は赤外ＬＥＤやＰＳＤなどの部品に比べて比較的重量の重い部品であるため、例えば磁石を移動部材に取り付ける場合、駆動手段にかかる負荷が増大することである。また、磁石が取り付けられることによって移動部材の重量が増すと、移動部材の駆動時に発生するモーメント力が大きくなって、固定部材と移動部材との摩擦結合における接触安定性を損なわせ、サーボ制御系が良好に機能しなくなる可能性がある。

本発明は、上記第１〜第３の課題を解決するためになされたものであり、磁石を使用することによる課題を解決して、固定部材と移動部材の双方に配線を行う必要のない低コストな位置検出装置を提供することを目的とするものである。

本発明にかかる位置検出装置は、固定部材と、撮像素子を保持し、光軸に垂直な所定平面内で、前記固定部材に対して移動可能な移動部材と、前記所定平面内での前記移動部材の移動をガイドするガイド手段と、前記固定部材および前記移動部材の一方に配置される磁石と、他方に配置される磁気センサとによって前記移動部材の位置を検出するように構成される位置検出手段と、を備え、前記撮像素子、前記ガイド手段および前記位置検出手段が前記光軸に垂直な略同一平面内にあり、前記位置検出手段は前記ガイド手段を介して前記撮像素子と反対側に配置されることを特徴とするものである。

また、上記の位置検出装置においては、前記ガイド手段が、前記所定平面内で前記移動部材を直進移動させる駆動手段の駆動軸として形成されることが好ましい。

本発明によれば、位置検出手段が、固定部材および移動部材の一方に配置される磁石と、他方に配置される磁気センサとによって構成され、撮像素子、ガイド手段および位置検出手段が光軸に垂直な略同一平面内にあり、位置検出手段がガイド手段を介して撮像素子と反対側に配置されるので、必然的に撮像素子と位置検出手段との間にガイド手段が配置され、撮像素子と位置検出手段とが互いに離れて配置されることになる。そのため、磁石による磁場が、撮像素子からの出力信号に影響を与えることが抑制され、また逆に、撮像素子のリードフレーム等が磁石の作り出す磁場に影響を与え、磁気センサによる位置検出精度の低下が抑制される。また、光軸方向の厚みを増加させることのない部材配置となっており、特に撮像装置などの小型化に好適なものとなっている。

また、ガイド手段が、所定平面内で移動部材を直進移動させる駆動手段の駆動軸として形成されることにより、ガイド手段を中心として撮像素子と磁石との重量バランスが保たれることになり、ガイド手段が安定して移動部材を移動させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図面には適宜各図に共通のＸＹＺ３次元直交座標系を示している。

図１は、手振れ補正機能を備えたデジタルカメラ等の撮像装置１を示す図である。撮像装置１は、カメラ本体２と、複数のレンズ４が組み込まれた鏡胴３と、鏡胴３の端面に取り付けられる手振れ補正装置１０と、鏡胴３の側面部に固定されたジャイロセンサ５とを備えて構成される。

手振れ補正装置１０は、その内部にＣＣＤなどの撮像素子１６が設けられており、ジャイロセンサ５によって検出される撮像装置１のブレに応じて、撮像素子１６を光軸Ｌに垂直なＸＹ平面内で移動させることにより、手振れ補正を行うものである。例えば、撮像装置１による撮影中に、図１の矢印Ｄ１で示すように、撮像装置１がぶれて、鏡胴３に入射する光軸Ｌがずれた場合、手振れ補正装置１０は撮像素子１６を矢印Ｄ２に示すように移動させて光軸Ｌのずれを補正する。この手振れ補正装置１０は、本発明にかかる位置検出装置としての機能を内蔵しており、手振れ補正時にはその位置検出機能によってＸＹ平面内での撮像素子１６の現在位置を検出し、その位置情報を、撮像素子１６の位置を高精度に制御するためのフィードバック情報として用いるように構成されている。

図２は、位置検出装置としても機能する手振れ補正装置１０の組立分解斜視図である。図２に示すように、手振れ補正装置１０は主として、鏡胴３の端面に固設されるベース板１２、ベース板１２に対してＸ軸方向に移動する第１スライダ１４、および、第１スライダ１４に対してＹ軸方向に移動する第２スライダ１３の３つの部材が組み合わされて構成される。

ベース板１２は、中央に開口１２１が形成された環状の金属フレーム１２２を基材として形成されるものであり、その金属フレーム１２２が鏡胴３に固定される。ベース板１２は、金属フレーム１２２に、Ｘ軸方向に延設される第１アクチュエータ１２３と、複数のホール素子（磁気センサ）を内蔵して構成される磁気センサユニット２２とが配設された構成となっている。また、金属フレーム１２２周縁部の所定位置には第１スプリング掛け１２４が形成されるとともに、周縁部の複数箇所にＬ字状の基板保持具１２５が形成されている。

第２スライダ１３は、その中央に撮像素子１６を収容して固定可能な開口１３１が形成された樹脂製の枠体１３２を備え、その枠体１３２に、Ｙ軸方向に延設される第２アクチュエータ１３３と、剛球１９をＺ軸方向両面に遊嵌する剛球受け１３４と、磁石を支持するための磁石支持部２１とが設けられた構成となっている。磁石支持部２１は、開口１３１を基準にみると、第２アクチュエータ１３３よりもさらに外側であって、ベース板１２に設けられる磁気センサユニット２２に対向する位置に形成されている。

図３は、磁石支持部２１を正面からみた場合の要部拡大図である。図３に示すように、磁石支持部２１は、第２アクチュエータ１３３の外側に形成された壁面２１１からさらに外側に向けて延設された平板状の磁石支持アーム２１２によって形成され、磁石支持アーム２１２の先端部下面側に磁石受け部２１３が設けられている。磁石受け部２１３は、磁石２３を嵌入して固定できるようになっている。そして図３に示すように、磁石支持アーム２１２の下面側に固定される磁石２３は、ベース板１２の磁気センサユニット２２と対向する位置に配置される。そして磁石２３の下面と磁気センサユニット２２の表面（上面）とは互いに略平行となるように設けられる。

図２に戻り、第１スライダ１４は、その中央部に第２スライダ１３を収めるための開口１４１が形成されたアルミニウム製の環状フレーム１４２を基材として形成されるものであり、そのフレーム１４２に、第１摩擦結合部１４３、第２摩擦結合部１４４および第２スプリング掛け１４５が設けられた構成を有している。第１摩擦結合部１４３はベース板１２の第１アクチュエータ１２３と対向する位置に設けられ、第２摩擦結合部１４４は第２スライダ１３の第２アクチュエータ１３３と対向する位置に設けられる。また、第２スプリング掛け１４５はベース板１２の第１スプリング掛け１２４に対向する位置に設けられる。

第１アクチュエータ１２３および第２アクチュエータ１３３はそれぞれ、図４に示すように、静止部材３１と圧電素子３２と駆動ロッド３３とを備えており、静止部材３１がベース板１２若しくは第２スライダ１３に固定され、圧電素子３２の一端側が静止部材３１に固定されるとともに他端側が駆動ロッド３３に接続された構成を有している。そして圧電素子３２に印加される駆動パルスに応じた量および方向に駆動ロッド３３が移動するようになっている。このとき駆動ロッド３３の移動方向は、各アクチュエータが延設された方向、すなわち図４の例では矢印３４で示される方向となる。

以上のような手振れ補正装置１０が組み上げられるときには、撮像素子１６が第２スライダ１３の開口１３１に嵌合して固設されるとともに、第１アクチュエータ１２３の駆動ロッド３３と第１摩擦結合部１４３とが摩擦結合され、第２アクチュエータ１３３の駆動ロッド３３と第２摩擦結合部１４４とが摩擦結合される。また、第１スプリング掛け１２４と第２スプリング掛け１４５との間にはスプリング１８が架設され、ベース板１２および第１スライダ１４がスプリング１８によって相互に接近する向きに付勢される。このとき、第２スライダ１３は、ベース板１２と第１スライダ１４とに剛球１９を介して挟み込まれた状態とされる。これにより、Ｚ軸負方向側から正方向側に向かって、ベース板１２、第２スライダ１３、第１スライダ１４の順に重なって、これら部材１２，１３，１４が配置されることとなる。

このような手振れ補正装置１０が組み上げられた状態で、第１アクチュエータ１２３の駆動ロッド３３が移動すると、これに摩擦結合する第１摩擦結合部１４３の移動により第１スライダ１４がベース板１２に対してＸ軸方向に移動する。このとき、第１スライダ１４の移動にあわせて第２スライダ１３もベース板１２に対してＸ軸方向に移動する。また、第２アクチュエータ１３３の駆動ロッド３３が移動すると、これに摩擦結合する第２摩擦結合部１４４の移動により第２スライダ１３が第１スライダ１４に対してＹ軸方向に移動する。このとき、第１スライダ１４のベース板１２に対する移動はなされないため、第２スライダ１３は単独でベース板１２に対してＹ軸方向に移動することとなる。

このことから、手振れ補正装置１０においては、第１スライダ１４および第２スライダ１３のそれぞれが撮像素子１６を保持して、固定部材たるベース板１２に対して移動可能な移動部材として構成されている。そして第１スライダ１４はベース板１２に対し、Ｘ軸方向に沿って直線的に移動するのみであるが、第２スライダ１３は第１スライダのＸ軸方向への移動に加えて、Ｙ軸方向に単独移動できるので、第２スライダ１３は撮像素子１６を保持した状態で、光軸に垂直なＸＹ平面内を移動可能なように構成されている。

なお、第１アクチュエータ１２３および第２アクチュエータ１３３のそれぞれの駆動ロッド３３は、第２スライダ１３のＸ軸方向およびＹ軸方向それぞれへの直線的移動をガイドするガイド手段としての機能も有している。

図５は、図２のＩ−Ｉ断面で切断した断面図であり、手振れ補正装置１０が組み上げられ、鏡胴３に取り付けられた状態を示す図である。手振れ補正装置１０は、ベース板１２に設けられた磁気センサユニット２２と、第２スライダ１３に取り付けられた磁石２３とを互いに対向する位置で近接状態に支持しており、磁気センサユニット２２が磁石２３によって生じる磁界の変化を良好に検知できるように配置されている。上述のように第２スライダ１３はＸＹ平面内を移動することができ、第２スライダ１３の移動に伴って磁気センサユニット２２に対する磁石２３の位置が変動するようになっている。ＸＹ平面において磁気センサユニット２２に対する磁石２３の位置が変動することにより、磁気センサユニット２２が検知する磁界は第２スライダ１３の移動に伴って変化することになる。したがって、磁気センサユニット２２が磁石２３によって生じる磁界の変化を検知することにより、第２スライダ１３の移動状況（すなわち現在位置）を検知することができるようになっており、磁気センサユニット２２および磁石２３はベース板１２に対する第２スライダ１３の位置を検出するための位置検出機構２０を構成している。そして磁石２３には電気的配線を行う必要がないので、位置検出機構２０は配線作業を著しく省力化するという点で有益なものとなっている。

図５に示すように、手振れ補正装置１０が組み上げられたとき、位置検出機構２０は、撮像素子１６および第２アクチュエータ１３３と略同一のＸＹ平面内に位置し、かつ、第２アクチュエータ１３３を介して撮像素子１６とは反対側に位置するように設けられる。位置検出機構２０が、第２アクチュエータ１３３を介して撮像素子１６と反対側に配置されることにより、必然的に撮像素子１６と磁石２３との間には第２アクチュエータ１３３が介在し、撮像素子１６と磁石２３との距離を離すことができる。これにより、磁石２３が作り出す磁場が、撮像素子１６の出力信号に影響を与えることを低減できる。そして、第２スライダ１３に伴った磁石２３の移動によって局所的に磁界の変化が生じたとしても、その磁界の変化が、撮像素子１６からの出力信号（画像信号）に影響を与えることがなく、画質劣化を防止できるようになっている。

また、撮像素子１６の一部（例えば、リードフレーム等）に磁性材料が用いられている場合であっても、撮像素子１６と磁石２３とが互いに離れて配置されることにより、その磁性材料が磁石２３の作り出す磁場に影響を与えることを防止でき、位置検出機構２０による位置検出の精度低下を招くことがないような位置関係になっている。

また、位置検出機構２０、撮像素子１６および第２アクチュエータ１３３は、光軸に垂直な、略同一のＸＹ平面内に位置するように配置されているので、位置検出機構２０は、手振れ補正装置１０の光軸方向（Ｚ軸方向）の厚みを増すことがないように配置されている。これにより、撮像装置１の光軸方向の厚みが増加することを抑制することができ、撮像装置１を小型化できる配置構造になっている。

さらに、撮像素子１６と位置検出機構２０との間に、第２アクチュエータ１３３が配置されることにより、第２アクチュエータ１３３を駆動する際、磁石２３の重量によって第２アクチュエータ１３３にかかるモーメント力と、撮像素子１６の重量によって第２アクチュエータ１３３にかかるモーメント力とが互いに打ち消し合うこととなって、第２アクチュエータ１３３の駆動ロッド３３にかかる捻れの力が低減され、駆動ロッド３３と第２摩擦結合部１４４との接触安定性が向上する。また、このようなモーメント力のバランスにより、第２アクチュエータ１３３を駆動したときの第２スライダ１３の不要な振動が抑制されることになり、第２スライダ１３および磁石２３の双方が安定した移動を行うようになる。その結果、手振れ補正装置１０において安定したフィードバック制御系を実現できるようになっている。

また図５に示すように、手振れ補正装置１０は、手振れ補正時にも、撮像素子１６による撮像機能を有効に保つ必要があることから、第２スライダ１３がベース板１２に対して常に略平行な状態を保ったままでＸＹ平面内を移動できることが保証された構造となっている。そのため、第２スライダ１３がベース板１２に対して移動した場合でも、位置検出機構２０における磁石２３と磁気センサユニット２２との垂直方向（Ｚ軸方向）の距離ｄは略一定のままである。一般に、磁石と磁気センサユニットとの距離ｄ（垂直方向の距離）が変動すると、ＸＹ平面での位置検出精度に悪影響を及ぼすことになるが、上述のように本実施形態の位置検出機構２０は距離ｄが略一定に保たれることから位置検出精度が低下することはなく、手振れ補正装置１０に好適な位置検出装置として実現されている。

図６は磁気センサユニット２２の回路構成を示すブロック図である。磁気センサユニット２２は、磁石２３と対向して配置されるセンサパッケージ２２ａの内部に４個のホール素子２２１，２２２，２２３，２２４を備えている。そのうち２個のホール素子２２１，２２２はＸ軸方向の磁界を検知するように配置され、これらのホール素子２２１，２２２はＸ軸方向に沿ったセンサ配列を形成している。また、他の２個のホール素子２２３，２２４はＹ軸方向の磁界を検知するように配置され、これらのホール素子２２３，２２４はＹ軸方向に沿ったセンサ配列を形成している。そしてホール素子２２１，２２２によるＸ軸方向のセンサ配列と、ホール素子２２３，２２４によるＹ軸方向のセンサ配列とが、その中心で互いに直交する十字配列として形成されている。

４個のホール素子を図６のように配置することにより、磁気センサユニット２２は１つのセンサパッケージ２２ａを配置するだけで、Ｘ方向およびＹ方向の２方向についての磁界の変化を検知することができるようになり、しかもそのセンサパッケージ２２ａに対向して１個の磁石２３を設置するだけで、Ｘ方向およびＹ方向の２方向について位置検出が可能な位置検出機構２０が実現されることになる。したがって、図６に示すホール素子２２１〜２２４の配置は、位置検出機構２０の小型化に適したものとなっている。

そしてホール素子２２１，２２２の出力信号（アナログ信号）は差動増幅器２２５に与えられて差分信号を増幅した信号が生成された後、その信号が検出回路２２７に与えられる。同様に、ホール素子２２３，２２４の出力信号も差動増幅器２２６に与えられて差分信号を増幅した信号が生成された後、その信号が検出回路２２７に与えられる。検出回路２２７は、差動増幅回路２２５，２２６から入力する信号に基づいて、ＸＹ平面における磁石２３の現在位置を示す値、すなわちＸ座標値およびＹ座標値に変換する回路である。この座標値を参酌すれば、第２スライダ１３および撮像素子１６の現在位置を一義に求めることができる。そして出力回路２２８は検出回路２２７から出力される座標値を後述するマイクロコンピュータ（マイコン）に出力する。なお、差動増幅器２２５，２２６、検出回路２２７および出力回路２２８は、センサパッケージ２２ａに内蔵されるようにしてもよいし、磁石２３に対向して配置されるセンサパッケージ２２ａとは別に、後述する第２基板４２に設けてもよい。

図６においては、ホール素子２２１，２２２のセンサ配列方向が第１アクチュエータ１２３の移動方向（Ｘ軸方向）に略一致するように配置されるとともに、ホール素子２２３，２２４のセンサ配列方向が第２アクチュエータ１３３の移動方向（Ｙ軸方向）に略一致するように配置される。そのため、磁気センサユニット２２で検出される座標値の座標系が、第１および第２アクチュエータ１２３，１３３を制御するために用いられる座標系と略一致することになり、信号処理を行う際に座標変換の演算を行う必要がなく、効率的な信号処理が可能な構成となっている。

また、２つのホール素子を使うのは、環境温度の変化等が生じた場合であっても位置検出精度が低下することを抑制するためである。すなわち、２つのホール素子の出力信号の加算値が常に一定になるようにフィードバック制御し、２つのホール素子の減算値を出力信号とすれば、環境温度の変化等による影響を取り除くことができる。

なお、部品や組立の誤差によって生じるＸ軸方向やＹ軸方向への若干のずれは、手振れ補正装置１０を組み立てた後、実際に第２スライダ１３をＸＹ平面内で移動させながら、そのときの磁気センサユニット２２からの出力信号をモニタすることで把握することができる。そのずれ量を予めメモリ等に記憶させておき、磁気センサユニット２２からの出力信号を、ずれ量に基づいて補正することで比較的簡単に組立誤差等を解消することができる。

図５に戻り、第２スライダ１３に設けられる撮像素子１６の背面側（Ｚ軸正方向側）には、放熱板１７を介して第１基板４１が設けられており、撮像素子１６は第１基板４１に接続されている。そのため、第１基板４１は第２スライダ１３と一体的にＸ方向およびＹ方向に移動する。また、ベース板１２の基板保持具１２５には第２基板４２が固定されている。第１基板４１と第２基板４２は、光軸方向（Ｚ軸方向）に重なって配置され、第２スライダ１３の移動によって、第１基板４１は、第２基板４２に対して平行に移動する。第１基板４１および第２基板４２は、可撓性を有するフレキシブル基板４３によって互いに結線され、信号の送受信が可能なように構成されている。

磁気センサユニット２２は、図示しない信号線によって第２基板４２に接続される。また、撮像装置１のブレを検知して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のブレに関する角速度信号を出力するジャイロセンサ５も、図示しない信号線によって第２基板４２に接続される。

第１基板４１には、撮像素子１６を制御する素子や回路が配置され、撮像素子１６からの出力信号（画像信号）はフレキシブル基板４３を介して第２基板４２に与えられる。第２基板４２には、撮像素子１６からの出力信号を処理する回路や、第２スライダ１３の位置を検知する磁気センサユニット２２からの信号を処理する回路等が配置されるとともに、出力回路２２８からの位置信号（Ｘ座標値およびＹ座標値）と、ジャイロセンサ５から入力する角速度信号とに基づいて、第１及び第２アクチュエータ１２３，１３３を駆動制御するための制御回路（マイクロコンピュータ等を含む回路）が配置される。そして第２基板４２からは、撮像装置１の内部に設けられる制御回路であって手振れ補正装置１０とは異なる回路に、撮像素子１６で取得された画像信号が出力されるとともに、図示しない信号線で接続された第１及び第２アクチュエータ１２３，１３３のそれぞれに対して駆動信号（駆動パルス）が送出される。

そして上記のような回路配置において、第２スライダ１３に設けられる磁石２３には電気的配線を必要としないことから、第１基板４１と第２基板４２との配線パターンを比較的簡単にすることができ、設計上の部品の配置や配線の引き回し等に自由度が増すとともに、組立時の作業効率を向上させている。特に、移動部材に対する配線は、その移動部材の移動にとって抵抗となることがあるので、可能な限り移動部材への配線は避けることが望まれる。本実施形態においては、磁石２３が移動部材である第２スライダ１３に設けられるので、位置検出機構２０の配線が第２スライダ１３の移動を妨げることがなく、好適な配置となっている。

以上のように、手振れ補正装置１０は、ベース板１２、第１スライダ１４および第２スライダ１３が互いにはめ込まれるように組み上げられる。そして手振れ補正装置１０が鏡胴３に取りつけられたとき、撮像素子１６を支持して揺動させるための機構および位置検出を行う機構は、鏡胴３および撮像素子１６からなる光学系に必要な部材の輪郭に対して余剰空間を充填するように配置されるので、各機構を含む光学ユニットを小さくまとめることができる。

次に、上述した手振れ補正装置１０の動作について説明する。図７は、本実施形態にかかる手振れ補正装置１０の駆動制御回路の電気的構造を示すブロック図である。この制御回路は、鏡胴３に入射される光軸Ｌのブレ５を検知して角速度信号を出力するジャイロセンサ５と、第２スライダ１３（撮像素子１６）の位置を検出する磁気センサユニット２２と、手振れ補正の総合的な制御を行い、入力される各種信号に基づいて駆動量を演算するマイクロコンピュータ（マイコン）１０１と、マイクロコンピュータ１０１からの駆動信号に基づいて所定周波数の駆動パルスを発生させる駆動回路１０２とを備えて構成されている。駆動回路１０２によって発生される駆動パルスは、第１および第２アクチュエータ１２３，１３３に出力され、各アクチュエータの延設方向に沿って第１および第２スライダ１４、１３が移動する。

ジャイロセンサ５は、カメラ本体２が矢印Ｄ１で示すようにぶれると、２軸方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の角速度を検出してマイクロコンピュータ１０１に出力する。

マイクロコンピュータ１０１は、ジャイロセンサ５から角速度信号を入力すると、光学系の焦点距離信号から撮像素子１６上（結像面上）のぶれによる像の移動量、移動速度を算出する。そして算出した移動速度と第２スライダ１３（撮像素子１６）の現在位置から、第１および第２アクチュエータ１２３，１３３に印加すべき所定周波数の供給電圧を決定する。すなわち、マイクロコンピュータ１０１は、磁気センサユニット２２から入力する信号に基づいて求められる第２スライダ１３（撮像素子１６）が現在存在している位置と、ジャイロセンサ５から入力する角速度信号に基づいて決定される撮像素子１６が本来あるべき位置とを比較し、本来あるべき位置に撮像素子１６が移動するように、各スライダ１３，１４を駆動させるフィードバック制御を行なう。

駆動回路１０２は、マイクロコンピュータ１０１からの信号を受けて、各アクチュエータ１２３，１３３の共振周波数の７割程度の周波数の駆動パルスを出力する。駆動パルスは、圧電素子３２に印加され、以下の動作原理によって、第１および第２スライダ１３，１４を駆動ロッド３３に沿って移動させる。

図８は駆動パルス波形を示す図であり、図９（ａ）〜（ｃ）はアクチュエータ１２３，１３３の各動作状態を示す図である。アクチュエータは、はじめに図９（ａ）に示すような状態にある。そのとき、図８に示すような緩やかな立ち上がり１１０と急激な立下り部分１１２を有する鋸歯状波の駆動パルスを圧電素子３２に印加すると、図９（ｂ）に示すように、駆動パルスの緩やかな立ち上がり部分１１０では圧電素子３２が緩やかにその厚み方向に伸び変位し、圧電素子３２に固定されている駆動ロッド３３が軸方向に緩やかに変位する。このとき駆動ロッド３３に摩擦結合したスライダ１３，１４は、その摩擦力によって駆動ロッド３３と結合したままの状態を保ち、駆動ロッド３３と共に移動する。

一方、駆動パルスの急激な立下り部分１１２では、圧電素子３２は、急速に厚み方向に縮み変位し、圧電素子３２に結合する駆動ロッド３３もそれに伴って急速に軸方向に変位する。このとき、図９（ｃ）に示すように、駆動ロッド３３に摩擦結合したスライダ１３，１４は慣性力により摩擦結合力に打ち勝って実質的にその位置に留まり移動しない。結果として、図９（ａ）に示す初期状態よりもスライダ１３，１４は駆動ロッド３３に沿って右側にΔｖだけ移動する。圧電素子３２に前記鋸歯状波の駆動パルスを連続的に印加することにより、スライダ１３，１４を連続的に軸方向に移動させることができる。

スライダ１３，１４を左方向に移動させるには、圧電素子３２に印加する鋸歯状波の波形を変えて急速な立ち上がりと緩やかな立下りからなる駆動パルスを印加すれば上述とは逆の作用によってこれを達成することができる。なお、駆動パルスは、矩形波やその他の波形を適用することもできる。

このように第１および第２アクチュエータ１２３，１３３はそれぞれインパクトアクチュエータとして構成されており、駆動ロッド３３に摩擦結合された各スライダ１３，１４が、圧電素子３２の伸縮動作に伴って駆動ロッド３３上を摺動する。第１アクチュエータ１２３に駆動パルスが与えられることによって第１スライダ１４がＸ軸方向へ移動すると、第１スライダに連結されている第２スライダ１３も同時にＸ軸方向に移動する。また、第２アクチュエータ１３３に駆動パルスが印加された場合は、第１スライダ１４とは独立して第２スライダ１３だけがＹ軸方向に移動（自走）する。そして、第２スライダ１３は、第１スライダ１４とベース板１２の間にかかるスプリング１８と、各部材の間の剛球１９により、抵抗が少なくかつ光軸方向に変動することなく移動する。このとき第１基板４１および第２基板４２を接続するフレキシブル基板４３は、折り曲げられた曲げ部分がよれて、第２スライダ１３の移動を吸収するように機能する。

以上のように、本実施形態における手振れ補正装置１０は位置検出装置としての機能を内蔵しており、その特徴的構成として、位置検出機構２０が磁気センサユニット２２と磁石２３とを備えたものとなっている。本実施形態においては、移動部材と固定部材との少なくとも一方については位置検出用の配線を行う必要のない位置検出機構２０が実現されている。また本実施形態においては撮像素子１２、第２アクチュエータ１３３および位置検出機構２０が光軸に垂直な略同一のＸＹ平面内に配置され、位置検出機構２０が第２アクチュエータ１３３を介して撮像素子１６と反対側に配置された構造となっている。このような特徴的構造により、既述した、磁石を使用することによる第１〜第３の課題が良好に解決されるようになっている。すなわち、上記構造により、磁石２３を有する位置検出機構２０と撮像素子１６との距離が離れることになるので、磁石２３の相対的移動に伴って生じる磁界の変化が、撮像素子１６からの出力信号に影響を与えることが抑制され、また逆に、撮像素子１６のリードフレーム等が磁石２３の作り出す磁場に影響を与え、磁気センサユニット２２において正確な位置検出ができなくなることが抑制される。またさらに、第２アクチュエータ１３３が撮像素子１６と磁石２３の間に配置されることになるので、第２アクチュエータ１３３が安定して撮像素子１６を移動させることができるようになる。

したがって、本実施形態のようにして位置検出装置を構築することにより、画像信号に影響を与えることがなく、正確な位置検出が可能であり、固定部材と移動部材の双方に配線を行う必要のない低コストな位置検出装置が実現できる。

また本実施形態においては撮像素子１２、第２アクチュエータ１３３および位置検出機構２０が光軸に垂直な略同一のＸＹ平面内に配置されるので、これらの部材の配置が光軸方向の厚みを増加させることはなく、撮像装置１の小型化にも貢献できる構造となっている。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の変形した態様で実現されるものであっても構わない。

例えば、上記実施の形態においては、固定部材であるベース板１２に磁気センサユニット２２が設けられ、移動部材である第２スライダ１３に磁石２３が配設される構成を例示した。そのような構成は、移動部材である第２スライダ１３に位置検出のための配線を必要としないという副次的効果を奏するものであるが、そのような副次的効果を得る必要がない場合には、ベース板１２に磁石を設け、第２スライダ１３に磁気センサユニット２２を設けるようにしてもよい。すなわち、固定部材および移動部材のいずれか一方に磁石が配置され、他方に磁気センサユニットが配置されるものであっても構わない。

また、上記実施の形態では、磁気センサユニット２２が４個のホール素子を内蔵し、１個の磁気センサユニットでＸ軸方向およびＹ軸方向の２方向について磁界の変化を検知できるように構成した例を示した。しかし、１方向についての磁界変化を検知するために２個のホール素子を内蔵した１個の磁気センサユニットを設けるようにしてもよい。例えば、第１アクチュエータ１２３の外側の位置にＸ軸方向についての位置検出を行う磁気センサユニットを１個設け、第２アクチュエータ１３３の外側の位置（上記実施の形態で示した位置検出機構２０の設置位置）にＹ軸方向についての位置検出を行う磁気センサユニットを１個設けるようにしても構わない。

また、上記実施の形態では、移動部材である第１および第２スライダ１３，１４を移動させるために、駆動手段として圧電素子３２を利用したインパクトアクチュエータが適用される場合を例示したが、これに限定されるものではなく、他の駆動手段や駆動方式が採用されても構わない。

手振れ補正機能を備えた撮像装置の概略構成を示す図である。 位置検出装置としても機能する手振れ補正装置の組立分解斜視図である。 磁石支持部を正面からみた場合の要部拡大図である。 第１および第２アクチュエータの構成を示す図である。 図２のＩ−Ｉ断面で切断した断面図である。 磁気センサユニットの回路構成を示すブロック図である。 手振れ補正装置の駆動制御回路の電気的構造を示すブロック図である。 アクチュエータを駆動するときの駆動パルス波形を示す図である。 アクチュエータの各動作状態を示す図である。

符号の説明

１ 撮像装置
３ 鏡胴
１０ 手振れ補正装置（位置検出装置）
１２ ベース板（固定部材）
１３ 第２スライダ（移動部材）
１４ 第１スライダ（移動部材）
１６ 撮像素子
２０ 位置検出機構
２１ 磁石支持部
２２ 磁気センサユニット
２３ 磁石
３２ 圧電素子
３３ 駆動ロッド（駆動軸、ガイド手段）
１２３ 第１アクチュエータ
１３３ 第２アクチュエータ
２２１〜２２４ ホール素子（磁気センサ）

Claims (2)

1. 固定部材と、
   撮像素子を保持し、光軸に垂直な所定平面内で、前記固定部材に対して移動可能な移動部材と、
   前記所定平面内での前記移動部材の移動をガイドするガイド手段と、
   前記固定部材および前記移動部材の一方に配置される磁石と、他方に配置される磁気センサとによって前記移動部材の位置を検出するように構成される位置検出手段と、
   を備え、
   前記撮像素子、前記ガイド手段および前記位置検出手段が前記光軸に垂直な略同一平面内にあり、前記位置検出手段は前記ガイド手段を介して前記撮像素子と反対側に配置されることを特徴とする位置検出装置。
2. 請求項１に記載の位置検出装置において、
   前記ガイド手段は、前記所定平面内で前記移動部材を直進移動させる駆動手段の駆動軸として形成されることを特徴とする位置検出装置。

Images