JP2006106177A - アクチュエータ及びそれを備えたレンズユニット及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な機構で、高速に応答することができるアクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット及びカメラを提供する。
【解決手段】 本発明のアクチュエータ（１０）は、固定側部材（１２）と、可動側部材（１４）と、この可動側部材を、固定側部材に対して平行な平面上に支持する可動側部材支持手段（１８）と、固定側部材に取り付けられた少なくとも３つの駆動用コイル（２０）と、可動側部材の各駆動用コイルに対応する位置に夫々取り付けられた駆動用磁石（２２）と、固定側部材に対する可動側部材の位置を検出する位置検出手段（２４）と、可動側部材の移動すべき位置を指令する信号に基づいて各駆動用コイルに対するコイル位置指令信号を生成し、このコイル位置指令信号及び位置検出手段によって検出された位置情報に基づいて、各駆動用コイルに流す駆動電流を制御する制御手段（３６）と、を有することを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アクチュエータ及びそれを備えたレンズユニット及びカメラに係わり、特に、所定の平面内で任意の方向に並進運動することができるアクチュエータ及びそれを備えたレンズユニット及びカメラに関する。

特開平３−１８６８２３号公報（特許文献１）には、像ブレを防止する防振装置が記載されている。この防振装置では、レンズ鏡筒の振動を検出し、検出された振動に基づいて、像ブレを起こさないようにフィルムに平行な面内で補正用レンズを駆動している。補正用レンズを任意の方向に並進運動させるために、この防振装置では、補正レンズを固定した固定枠と、この固定枠を光軸に直交する第１の方向に移動可能に支持する第１の保持枠と、この第１の保持枠を、光軸及び第１の方向と直交する第２の方向に移動可能に保持し、レンズ鏡筒に固定された第２の保持枠と、を利用している。これら直交する第１及び第２の方向の運動を合成することにより、補正用レンズは、レンズ鏡筒に対してフィルムに平行な面内で任意の方向に並進運動可能に支持される。さらに、この防振装置は、上記の第１の方向、第２の方向に補正用レンズを駆動するための専用のリニアモータを夫々備え、これらのモータによる駆動量を合成することによって、補正用レンズを任意の方向に移動させている。

このように、従来の像ブレ防止機能を有するカメラにおいては、何れも、補正用レンズを移動させるアクチュエータは、補正用レンズを一定の方向に移動可能にガイドする部材と、その方向に補正用レンズを駆動する駆動手段の組み合わせを、直交する２方向に設けることによって補正用レンズを任意の方向に移動させている。

特開平３−１８６８２３号公報

しかしながら、上記のように、互いに直交する２つの方向に配置されたガイド手段と、その方向の駆動手段を組み合わせたアクチュエータでは、支持機構、駆動機構が複雑になるという問題がある。また、支持機構、駆動機構が複雑になると、アクチュエータの可動部分の質量が大きくなるので、アクチュエータの高速応答性が悪くなるという問題がある。さらに、直交する２つの方向に配置されたガイド手段を使用したアクチュエータでは、可動部分を、所定の平面内で任意の方向に並進運動させることは可能であるが、可動部分を回転運動させることができないという問題がある。

従って、本発明は、簡単な機構で、高速に応答することができるアクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット及びカメラを提供することを目的としている。
また、本発明は、可動部分を、所定の平面内で任意の方向に並進運動及び回転運動させることができるアクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット及びカメラを提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明のアクチュエータは、固定側部材と、可動側部材と、この可動側部材を、固定側部材に対して平行な平面上の任意の位置に移動できるように支持する可動側部材支持手段と、固定側部材又は可動側部材のうちの何れか一方に取り付けられた少なくとも３つの駆動用コイルと、固定側部材又は可動側部材のうちの他方の、各駆動用コイルに対応する位置に夫々取り付けられ、対応する駆動用コイルに電流が流れるとその駆動用コイルとの間で力を及ぼし合う駆動用磁石と、固定側部材に対する可動側部材の位置を検出する位置検出手段と、可動側部材の移動すべき位置を指令する信号に基づいて各駆動用コイルに対するコイル位置指令信号を生成し、このコイル位置指令信号及び位置検出手段によって検出された位置情報に基づいて、各駆動用コイルに流す駆動電流を制御する制御手段と、を有することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、可動側部材の移動すべき位置を指令する信号が制御手段に入力され、制御手段は、この位置指令信号に基づいて各駆動用コイルに対するコイル位置指令信号を生成する。さらに、制御手段は、コイル位置指令信号及び位置検出手段によって検出された位置情報に基づいて、各駆動用コイルに流す駆動電流を制御する。各駆動用コイルに電流が流れて各駆動用コイルが磁界を発生すると、各駆動用コイルとそれに対応した駆動用磁石との間で力を及ぼしあう。この力によって可動側部材は、固定側部材に対して平行な平面内で移動される。可動側部材が移動した位置は、位置検出手段によって検出され、制御手段に入力される。

このように構成された本発明のアクチュエータによれば、可動側部材の移動を特定の方向にガイドする部材と、可動側部材をその方向に駆動する駆動手段を組み合わせた構成を必要としないので、可動側部材を軽量に構成することができ、簡単な機構で、高速な応答を実現することができる。

本発明において、好ましくは、位置検出手段は、磁気の変化を検出する磁気センサであり、この磁気センサは各駆動用磁石の位置変化を検出するように、各駆動用磁石に対応した位置に取り付けられている。
このように構成された本発明においては、各駆動用磁石に対応した磁気センサが、位置検出手段として用いられており、各磁気センサは、対応した各駆動用磁石の位置を検出する。
このように構成された本発明によれば、駆動用磁石を、駆動用と位置検出用に兼用することができる。

本発明において、好ましくは、磁気センサは、駆動用コイルの内側にそれぞれ配置されている。
このように構成された本発明においては、駆動用コイルから駆動用磁石に及ぼされる力の作用点と、駆動用磁石上の、磁気センサによって位置を計測される点がほぼ等しくなる。
このように構成された本発明によれば、力の作用点と位置計測点のずれによって起こる、機構上のガタ等に起因する位置測定誤差を非常に少なくすることができる。

本発明において、好ましくは、可動側部材支持手段は、固定側部材と可動側部材の対向する面の間に挟持された少なくとも３つの球状体である。
このように構成された本発明においては、固定側部材と可動側部材の間の間隔は、球状体によって一定に維持され、固定側部材と可動側部材の間で球状体が転がることによって、固定側部材に対する可動側部材の移動が許容される。
このように構成された本発明によれば、可動側部材が、摺動抵抗が作用することなく固定側部材に対して移動される。

本発明において、好ましくは、各駆動用磁石は所定の円周上に夫々配置され、駆動用磁石のうちの少なくとも１つは、駆動用磁石の磁気的中立軸線が円周のほぼ半径方向を向くように配置されている。
このように構成された本発明においては、駆動用磁石の磁気的中立軸線が円周のほぼ半径方向を向くように配置されているので、駆動用コイルが発生する磁界による駆動力は、円周の接線方向に作用する。
このように構成された本発明によれば、駆動用コイルが発生する磁界による駆動力で、可動側部材を効率良く駆動することができる。

本発明において、好ましくは、駆動用コイルが３つであり、これら３つの駆動用コイルは所定の円周上に配置され、各駆動用コイルが夫々９０度以上１８０度以下の中心角を隔てて配置されている。
このように構成された本発明によれば、駆動用コイルが発生する磁界による駆動力で、可動側部材を任意の方向に効率良く駆動することができる。

本発明において、好ましくは、駆動用コイルが、第１駆動用コイル、第２駆動用コイル、第３駆動用コイルの３つからなり、これらの第１、第２、第３駆動用コイルは所定の中心点を中心とする円周上に配置され、第１駆動用コイルと第２駆動用コイルの間の中心角がほぼ９０度、第２駆動用コイルと第３駆動用コイルの間の中心角が（９０＋α）度、第３駆動用コイルと第１駆動用コイルの間の中心角が（１８０−α）度、但し０≦α≦９０となるように配置されている。
このように構成された本発明によれば、可動側部材の移動すべき位置を指令する信号の互いに直交する方向の成分を、第１駆動用コイル及び第２駆動用コイルに対するコイル位置指令信号に対応させることができるので、コイル位置指令信号を容易に生成することができる。

本発明において、好ましくは、各駆動用磁石は、各駆動用コイルに夫々対応して、所定の円周上に、駆動用磁石の磁気的中立軸線が該円周のほぼ半径方向を向くように夫々配置されており、制御手段は、可動側部材を回転させる指令信号が入力されると、駆動用コイルに対して夫々同一のコイル位置指令信号を生成し、可動側部材に各駆動用磁石が配置された円周の中心点を中心とする回転運動を発生させる。
このように構成された本発明によれば、可動側部材を回転させるためのコイル位置指令信号を容易に生成することができる。

本発明において、好ましくは、各駆動用磁石は、第１、第２、第３駆動用コイルに夫々対応して、所定の円周上に、駆動用磁石の磁気的中立軸線が円周のほぼ半径方向を向くように配置されており、制御手段は、可動側部材を並進運動させる指令信号が入力されると、第１駆動用コイルに対するコイル位置指令信号ｒ_X、第２駆動用コイルに対するコイル位置指令信号ｒ_Y、第３駆動用コイルに対する位置指令信号

を生成し、可動側部材に並進運動のみを発生させる。
このように構成された本発明によれば、可動側部材を回転させるためのコイル位置指令信号を容易に生成することができる。

また、本発明のアクチュエータは、固定側部材と、可動側部材と、この可動側部材を、固定側部材に対して平行な平面上の任意の位置に移動できるように支持する可動側部材支持手段と、可動側部材を、固定側部材に対して並進運動させ、且つ回転運動させることができる駆動手段と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、可動側部材は固定側部材に対して、固定側部材に対して平行な平面上の任意の位置に移動できるように支持されており、駆動手段は、可動側部材を固定側部材に対して並進運動させ、且つ回転運動させることができるように構成されている。
このように構成された本発明によれば、可動側部材を固定側部材に対して並進運動させ、且つ回転運動させることができる。

さらに、本発明のレンズユニットは、レンズ鏡筒と、このレンズ鏡筒の中に配置された撮像用レンズと、レンズ鏡筒に取り付けられた固定側部材と、画像安定化用レンズが取り付けられた可動側部材と、この可動側部材を、固定側部材に対して平行な平面上の任意の位置に移動できるように支持する可動側部材支持手段と、固定側部材又は可動側部材のうちの何れか一方に取り付けられた少なくとも３つの駆動用コイルと、固定側部材又は可動側部材のうちの他方の、各駆動用コイルに対応する位置に夫々取り付けられ、対応する駆動用コイルに電流が流れるとその駆動用コイルとの間で力を及ぼし合う駆動用磁石と、固定側部材に対する可動側部材の位置を検出する位置検出手段と、レンズ鏡筒の振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段によって検出された信号に基づいて、画像安定化用レンズを移動させる位置を指令するレンズ位置指令信号を生成するレンズ位置指令信号生成手段と、このレンズ位置指令信号生成手段によって生成されたレンズ位置指令信号に基づいて各駆動用コイルに対するコイル位置指令信号を生成し、このコイル位置指令信号及び位置検出手段によって検出された位置情報に基づいて、各駆動用コイルに流す駆動電流を制御する制御手段と、を有することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、振動検出手段がレンズ鏡筒の振動を検出し、これに基づいてレンズ位置指令信号生成手段が、レンズ位置指令信号を生成する。制御手段は、このレンズ位置指令信号に基づいて、各駆動用コイルに対するコイル位置指令信号を生成し、このコイル位置指令信号及び位置検出手段によって検出された位置情報に基づいて、各駆動用コイルに流す駆動電流を制御する。各駆動用コイルに電流が流れて各駆動用コイルが磁界を発生すると、各駆動用コイルとそれに対応した駆動用磁石との間で力を及ぼしあう。この力によって可動側部材及びこれに取り付けられた画像安定化用レンズは、固定側部材に対して平行な平面内で移動される。可動側部材が移動した位置は、位置検出手段によって検出され、制御手段に入力される。

このように構成された本発明のレンズユニットによれば、可動側部材の移動を特定の方向にガイドする部材と、可動側部材をその方向に駆動する駆動手段を組み合わせた構成を必要としないので、可動側部材を軽量に構成することができ、簡単な機構で、高速に応答することができる画像安定化機能を実現することができる。

また、本発明のレンズユニットは、レンズ鏡筒と、このレンズ鏡筒の中に配置された撮像用レンズと、レンズ鏡筒に取り付けられた固定側部材と、画像安定化用レンズが取り付けられた可動側部材と、この可動側部材を、固定側部材に対して平行な平面上の任意の位置に移動できるように支持する可動側部材支持手段と、可動側部材を、固定側部材に対して平行な平面上で、固定側部材に対して並進運動させ、且つ回転運動させることができる駆動手段と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明によれば、可動側部材及び画像安定化用レンズを固定側部材に対して並進運動させ、且つ回転運動させることができる。

さらに、本発明のカメラは、本発明のレンズユニットを有することを特徴としている。

本発明によれば、簡単な機構で、高速に応答することができるアクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット及びカメラを提供することができる。
また、本発明によれば、可動部分を、所定の平面内で任意の方向に並進運動及び回転運動させることができるアクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット及びカメラを提供することができる。

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、図１乃至図１１を参照して、本発明の実施形態によるカメラを説明する。図１は本発明の実施形態によるカメラの断面図である。
図１に示すように、本発明の実施形態のカメラ１は、レンズユニット２と、カメラ本体４と、を有する。レンズユニット２は、レンズ鏡筒６と、このレンズ鏡筒の中に配置された複数の撮像用レンズ８と、画像安定化用レンズ１６を所定の平面内で移動させるアクチュエータ１０と、レンズ鏡筒６の振動を検出する振動検出手段であるジャイロ３４ａ、３４ｂ（図１には３４ａのみ図示）と、を有する。本発明の実施形態のカメラ１は、ジャイロ３４ａ、３４ｂによって振動を検出し、検出された振動に基づいてアクチュエータ１０を作動させて画像安定化用レンズ１６を移動させ、カメラ本体４内のフィルム面Ｆに合焦される画像を安定化させている。本実施形態においては、ジャイロ３４ａ、３４ｂとして、圧電振動ジャイロを使用している。なお、本実施形態においては、画像安定化用レンズ１６は、１枚のレンズによって構成されているが、画像を安定させるためのレンズは、複数枚のレンズ群であっても良い。本明細書において、画像安定化用レンズとは、画像を安定させるための１枚のレンズ及びレンズ群を含むものとする。

次に、図２乃至図４を参照して、アクチュエータ１０を説明する。図２はアクチュエータ１０の正面部分断面図、図３は図２のＡ−Ａ線側面断面図、図４は上面部分断面図である。なお、図２は、図１におけるフィルム面Ｆ側からアクチュエータ１０を見た図であり、固定板１２を部分的に破断して示した図であるが、ここでは、便宜的にこれを正面図と呼ぶものとする。図２乃至図４に示すように、アクチュエータ１０は、レンズ鏡筒６内に固定された固定側部材である固定板１２と、この固定板１２に対して移動可能に支持された可動側部材である移動枠１４と、この移動枠１４を支持する可動側部材支持手段である３つのスチールボール１８と、を有する。さらに、アクチュエータ１０は、固定板１２に取り付けられた３つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、移動枠１４の、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに夫々対応する位置に取り付けられた３つの駆動用磁石２２と、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃの内側に配置された位置検出手段である磁気センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃと、を有する。また、アクチュエータ１０は、駆動用磁石２２の磁力によって移動枠１４を固定板１２に吸着させるために、固定板１２に取り付けられた吸着用ヨーク２６と、駆動用磁石２２の磁力を固定板１２の方に効果的に差し向けるように、駆動用磁石２２の裏側に取り付けられたバックヨーク２８と、を有する。さらに、アクチュエータ１０は、スチールボール１８を移動枠１４に吸着させる吸着用磁石３０と、スチールボール１８が固定板１２と移動枠１４の間で滑らかに転がるように固定板１２及び移動枠１４の夫々に取り付けられたスチールボール受け３２と、を有する。なお、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、及びこれらに対応する位置に取り付けられた３つの駆動用磁石２２は、移動枠１４を、固定板１２に対して並進運動させ、且つ回転運動させることができる駆動手段を構成する。

さらに、図１に示すように、アクチュエータ１０は、ジャイロ３４ａ、３４ｂによって検出された振動と、磁気センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって検出された移動枠１４の位置情報に基づいて、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに流す電流を制御する制御手段であるコントローラ３６を有する。
レンズユニット２は、カメラ本体４に取り付けられ、入射した光をフィルム面Ｆに結像させるように構成されている。
概ね円筒形のレンズ鏡筒６は、内部に複数の撮像用レンズ８を保持しており、一部の撮像用レンズ８を移動させることによりピント調整を可能としている。

アクチュエータ１０は、移動枠１４を、レンズ鏡筒６に固定された固定板１２に対してフィルム面Ｆに平行な平面内で移動させ、これにより移動枠１４に取り付けられた画像安定化用レンズ１６を移動させ、レンズ鏡筒６が振動してもフィルム面Ｆに結像される像が乱れることがないように駆動される。
固定板１２は概ねドーナツ板状の形状を有し、その上に３つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃが配置されている。図２に示すように、これら３つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、その中心が、レンズユニット２の光軸を中心とする円周上にそれぞれ配置されている。本実施形態においては、駆動用コイル２０ａは光軸の鉛直上方に配置され、駆動用コイル２０ｂは光軸に対して水平方向に配置され、駆動用コイル２０ｃは、駆動用コイル２０ａ及び２０ｂから夫々中心角１３５゜隔てた位置に配置されている。従って、駆動用コイル２０ａと２０ｂの間は中心角９０゜、駆動用コイル２０ｂと２０ｃの間は中心角１３５゜、駆動用コイル２０ｃと２０ａの間は中心角１３５゜隔てられていることになる。また、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、夫々、その巻線が角の丸い矩形状に巻かれ、この矩形の中心線が円周の半径方向と一致するように配置されている。

移動枠１４は、概ねドーナツ板状の形状を有し、固定板１２と平行に、固定板１２と重なるように配置されている。移動枠１４の中央の開口には、画像安定化用レンズ１６が取り付けられている。移動枠１４上の円周の、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに対応する位置には、長方形の駆動用磁石２２が夫々埋め込まれている。なお、本明細書において、駆動用コイルに対応する位置とは、駆動用コイルによって形成される磁界の影響が実質的に及ぶ位置を意味している。また、駆動用磁石２２の裏側、即ち、各駆動用コイルの反対側には、各駆動用磁石２２の磁束が、固定板１２の方に効率良く差し向けられるように、長方形のバックヨーク２８が夫々取り付けられている。

また、固定板１２の各駆動用コイルの裏側、即ち、移動枠１４の反対側には、長方形の吸着用ヨーク２６が夫々取り付けられている。移動枠１４は、各駆動用磁石２２が、それに対応して取り付けられた吸着用ヨーク２６に及ぼす磁力によって、固定板１２に吸着される。本実施形態においては、駆動用磁石２２の磁力線が、吸着用ヨーク２６に効率良く到達するように、固定板１２を非磁性材料で構成している。

図５（ａ）は、駆動用コイル２０ａ、駆動用磁石２２、バックヨーク２８及び吸着用ヨーク２６の位置関係を示す部分拡大上面図であり、（ｂ）は部分拡大正面図である。図２及び図５（ａ）、（ｂ）に示すように、夫々長方形の形状を有する駆動用磁石２２、バックヨーク２８及び吸着用ヨーク２６は、各長辺、短辺が夫々重なり合うように配置されている。また、駆動用コイル２０ａは、その各辺が、長方形のバックヨーク２８の各長辺、短辺と夫々平行になるように配置されている。さらに、駆動用磁石２２は、その磁気的な中立軸線Ｃが、各駆動用磁石２２が配置されている円周の半径方向に一致するように向けられている。これにより、駆動用磁石２２は、対応する駆動用コイルに電流が流れると、円周の接線方向の駆動力を受ける。他の駆動用コイル２０ｂ、２０ｃについても、同様の位置関係で対応する駆動用磁石２２、バックヨーク２８及び吸着用ヨーク２６が配置されている。なお、本明細書において、磁気的中立軸線Ｃとは、駆動用磁石２２の両端を夫々Ｓ極、Ｎ極としたとき、その中間のＳ極からＮ極に極性が変化する点を連ねた線を言うものとする。従って、本実施形態においては、磁気的中立軸線Ｃは、長方形の駆動用磁石２２の各長辺の中点を通るように位置する。また、図５（ａ）に示すように、駆動用磁石２２は、その厚さ方向にも極性が変化しており、図５（ａ）において左下の角がＳ極、右下がＮ極、左上がＮ極、右上がＳ極になっている。

図２乃至図５に示すように、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃの内側には、夫々磁気センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃが配置されている。各磁気センサは、移動枠１４が中立位置にあるとき、その感度中心点Ｓが、各駆動用磁石２２の磁気的中立軸線Ｃ上に位置するように配置されている。本実施形態においては、磁気センサとしてホール素子を使用している。

図６及び図７は、駆動用磁石２２の移動と磁気センサ２４ａから出力される信号との関係を説明する図である。図６に示すように、磁気センサ２４ａの感度中心点Ｓが、駆動用磁石２２の磁気的な中立軸線Ｃ上に位置する場合には、磁気センサ２４ａからの出力信号は０である。移動枠１４と共に駆動用磁石２２が移動し、磁気センサ２４ａの感度中心点が駆動用磁石２２の磁気的中立軸線上から外れると、磁気センサ２４ａの出力信号が変化する。図６に示すように、駆動用磁石２２が磁気的中立軸線Ｃに直交する方向、即ち、Ｘ軸方向に移動すると、磁気センサ２４ａは、正弦波状の信号を発生する。従って、この移動量が微小である場合には、磁気センサ２４ａは、駆動用磁石２２の移動距離にほぼ比例した信号を出力する。本実施形態において、駆動用磁石２２の移動距離が、駆動用磁石２２の長辺の長さの３％程度以内の場合には、磁気センサ２４ａから出力される信号は、磁気センサ２４ａの感度中心点Ｓと駆動用磁石２２の磁気的中立軸線Ｃの間の距離にほぼ比例する。また、本実施形態において、アクチュエータ１０は、各磁気センサの出力が距離にほぼ比例する範囲内で作動する。

図７（ａ）乃至（ｃ）に示すように、磁気センサ２４ａの感度中心点Ｓ上に駆動用磁石２２の磁気的中立軸線Ｃが位置する場合には、図７（ｂ）のように駆動用磁石２２が回転移動した場合、図７（ｃ）のように駆動用磁石２２が磁気的中立軸線Ｃの方向に移動した場合とも、磁気センサ２４ａからの出力信号は０である。また、図７（ｄ）乃至（ｆ）に示すように、駆動用磁石２２の磁気的中立軸線Ｃが磁気センサ２４ａの感度中心点Ｓから外れた場合には、感度中心点Ｓを中心とする磁気的中立軸線Ｃに接する円の半径ｒの大きさに比例した信号が磁気センサ２４ａから出力される。従って、感度中心点Ｓを中心とする磁気的中立軸線Ｃに接する円の半径ｒが同じであれば、図７（ｄ）のように駆動用磁石２２が磁気的中立軸線Ｃに直交する方向に移動した場合、図７（ｅ）のように駆動用磁石２２が並進及び回転移動した場合、図７（ｆ）のように任意の方向に並進移動した場合とも、何れも同じ大きさの信号が磁気センサ２４ａから出力される。

ここでは、磁気センサ２４ａについて説明したが、他の磁気センサ２４ｂ、２４ｃも、それらに対応する駆動用磁石２２との位置関係に基づいて同様の信号を出力する。このため、各磁気センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって検出された信号に基づいて、移動枠１４が固定枠１２に対して並進移動及び回転移動した位置を特定することができる。

図２に示すように、３つのスチールボール１８は、固定枠１２の各駆動用コイルを配置した円周よりも外側の円周上に夫々配置されている。３つのスチールボール１８は、夫々、中心角１２０゜の間隔を隔てて配置され、スチールボール１８のうちの１つが、駆動用コイル２０ａと２０ｂの間に位置するように配置されている。図３に示すように、各スチールボール１８は、移動枠１４の、各スチールボール１８に対応する位置に埋め込まれた吸着用磁石３０によって、移動枠１４に吸着されている。各スチールボール１８は吸着用磁石３０によって移動枠１４に吸着され、移動枠１４は駆動用磁石２２によって固定板１２に吸着されるので、各スチールボール１８は固定板１２と移動枠１４の間に挟持されることになる。これにより、移動枠１４は固定板１２に平行な平面上に支持され、各スチールボール１８が挟持されながら転がることによって、移動枠１４の固定板１２に対する任意の方向の並進運動及び回転運動を許容する。

また、固定板１２及び移動枠１４の外周部には、スチールボール１８と当接するように、環状のスチールボール受け３２が夫々取り付けられている。スチールボール１８が固定板１２と移動枠１４の間に挟持された状態で、移動枠１４が移動すると、各スチールボール１８は、スチールボール受け３２の上で転がる。このため、移動枠１４が固定板１２に対して移動する場合にも、それらの間に摺動摩擦が生じることはない。好ましくは、スチールボール１８とスチールボール受け３２の間の転がり抵抗が小さくなるように、スチールボール受け３２の表面を平滑に形成し、表面硬度の高い材料でスチールボール受け３２を構成するのが良い。

なお、本実施形態においては、吸着用磁石３０の磁力線がスチールボール１８に効率良く到達するように、スチールボール受け３２を非磁性材料で構成している。また、本実施形態においては、スチールボール１８として鋼製の球体を使用しているが、スチールボール１８は必ずしも球体でなくても良い。即ち、アクチュエータ１０の作動中においてスチールボール受け３２と接触する部分が概ね球面の形状を有する形態であればスチールボール１８として使用することができる。なお、本明細書において、このような形態を球状体という。

次に、図８を参照して、アクチュエータ１０の制御を説明する。図８は、コントローラ３６における信号処理を示すブロック図である。図８に示すように、レンズユニット２の振動は、２つのジャイロ３４ａ、３４ｂによって時々刻々検出され、コントローラ３６に内蔵されたレンズ位置指令信号生成手段である演算回路３８ａ、３８ｂに入力される。本実施形態においては、ジャイロ３４ａはレンズユニット２のヨーイング運動の角加速度を、ジャイロ３４ｂはピッチング運動の角加速度を夫々検出するように構成され、配置されている。

演算回路３８ａ、３８ｂは、ジャイロ３４ａ、３４ｂから時々刻々入力される角加速度に基づいて、画像安定化用レンズ１６を移動させるべき位置を時系列で指令するレンズ位置指令信号を生成する。すなわち、演算回路３８ａは、ジャイロ３４ａによって検出されるヨーイング運動の角加速度を２回時間積分し、所定の修正信号を加算することによってレンズ位置指令信号の水平方向成分を生成し、同様に、演算回路３８ｂは、ジャイロ３４ｂによって検出されるピッチング運動の角加速度に基づいてレンズ位置指令信号の鉛直方向成分を生成するように構成されている。このようにして得られたレンズ位置指令信号に従って、画像安定化用レンズ１６を時々刻々移動させることにより、写真撮影の露光中にレンズユニット２が振動した場合にも、カメラ本体４内のフィルム面Ｆに合焦される像は乱れることなく安定化される。

コントローラ３６に内蔵されたコイル位置指令信号生成手段は、演算回路３８ａ、３８ｂによって生成されたレンズ位置指令信号に基づいて、各駆動用コイルに対するコイル位置指令信号を生成するように構成されている。コイル位置指令信号は、画像安定化用レンズ１６をレンズ位置指令信号で指定された位置へ移動させたときの、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃとそれに対応した駆動用磁石２２の位置関係を表す信号である。すなわち、各駆動用コイルに対応した駆動用磁石２２が、各駆動用コイルに対するコイル位置指令信号によって指令された位置に移動すると、その結果、画像安定化用レンズ１６は、レンズ位置指令信号によって指令された位置へ移動する。本実施形態においては、駆動用コイル２０ａが光軸の鉛直上方に設けられているので、駆動用コイル２０ａに対するコイル位置指令信号は、演算回路３８ａから出力されるレンズ位置指令信号の水平方向成分と等しくなる。また、駆動用コイル２０ｂは光軸の横方向に設けられているので、駆動用コイル２０ｂに対するコイル位置指令信号は、演算回路３８ｂから出力されるレンズ位置指令信号の鉛直方向成分と等しくなる。さらに、駆動用コイル２０ｃに対するコイル位置指令信号は、レンズ位置指令信号の水平方向成分及び鉛直方向成分に基づいて、コイル位置指令信号生成手段である演算回路４０によって生成される。

一方、磁気センサ２４ａによって測定された、駆動用コイル２０ａに対する駆動用磁石２２の移動量は、磁気センサアンプ４２ａによって所定の倍率に増幅される。差動回路４４ａは、演算回路３８ａから出力されたコイル位置指令信号の水平成分と、磁気センサアンプ４２ａから出力された駆動用コイル２０ａに対する駆動用磁石２２の移動量との差に比例した電流を駆動用コイル２０ａに流す。従って、コイル位置指令信号と磁気センサアンプ４２ａからの出力に差がなくなると、駆動用コイル２０ａには電流が流れなくなり、駆動用磁石２２に作用する駆動力が０になる。

同様に、磁気センサ２４ｂによって測定された、駆動用コイル２０ｂに対する駆動用磁石２２の移動量は、磁気センサアンプ４２ｂによって所定の倍率に増幅される。差動回路４４ｂは、演算回路３８ｂから出力されたコイル位置指令信号の鉛直成分と、磁気センサアンプ４２ｂから出力された駆動用コイル２０ｂに対する駆動用磁石２２の移動量との差に比例した電流を駆動用コイル２０ｂに流す。従って、コイル位置指令信号と磁気センサアンプ４２ｂからの出力に差がなくなると、駆動用コイル２０ｂには電流が流れなくなり、駆動用磁石２２に作用する駆動力が０になる。

また、磁気センサ２４ｃによって測定された、駆動用コイル２０ｃに対する駆動用磁石２２の移動量は、磁気センサアンプ４２ｃによって所定の倍率に増幅される。差動回路４４ｃは、演算回路４０から出力されたコイル位置指令信号と、磁気センサアンプ４２ｃから出力された駆動用コイル２０ｃに対する駆動用磁石２２の移動量との差に比例した電流を駆動用コイル２０ｃに流す。従って、コイル位置指令信号と磁気センサアンプ４２ｃからの出力に差がなくなると、駆動用コイル２０ｃには電流が流れなくなり、駆動用磁石２２に作用する駆動力が０になる。

次に、図９を参照して、移動枠１４を並進運動させる場合のレンズ位置指令信号と、コイル位置指令信号との関係を説明する。図９は、固定板１２上に配置された駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、移動枠１４上に配置された３つの駆動用磁石２２の位置関係を示す図である。まず、３つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、その中心点が、点Ｑを原点とする半径Ｒの円周上の点Ｌ、Ｍ、Ｎ上に夫々配置されている。また、各磁気センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃも、その感度中心点Ｓが点Ｌ、Ｍ、Ｎ上に位置するように夫々配置されている。さらに、移動枠１４が中立位置にあるとき、すなわち、画像安定化用レンズ１６の中心が光軸上にある場合には、各駆動用コイルに対応した各駆動用磁石２２の磁気的中立軸線Ｃの中点も、夫々点Ｌ、Ｍ、Ｎ上に位置する。また、点Ｑを原点とする水平軸線をＸ軸、鉛直軸線をＹ軸、Ｘ軸及びＹ軸に対して夫々１３５゜の角をなす軸をＶ軸とすれば、各駆動用磁石２２の磁気的中立軸線Ｃは、夫々Ｘ軸、Ｙ軸、Ｖ軸と重なる位置にある。

ここで、移動枠１４が移動して、画像安定化用レンズ１６の中心点が点Ｑ₁に移り、さらに、移動枠１４が点Ｑ₁を中心に反時計回りに角θ回転すると、各駆動用磁石２２の磁気的中立軸線Ｃの中点は、点Ｌ₁、Ｍ₁、Ｎ₁に夫々移動する。移動枠１４がこのような位置に移動するためには、駆動用コイル２０ａに対するコイル位置指令信号の大きさは、点Ｌを中心として直線Ｑ₁Ｌ₁に接する円の半径に、駆動用コイル２０ｂのコイル位置指令信号は、点Ｍを中心として直線Ｑ₁Ｍ₁に接する円の半径に、駆動用コイル２０ｃのコイル位置指令信号は、点Ｎを中心として直線Ｑ₁Ｎ₁に接する円の半径に夫々比例する値である必要がある。これらの円の半径を夫々ｒ_X、ｒ_Y、ｒ_Vとする。

なお、各コイル位置指令信号ｒ_X、ｒ_Y、ｒ_Vの符号を図９に示すように定める。即ち、点Ｌ₁を第１象限に移動させるコイル位置指令信号ｒ_Xを正、第２象限に移動させるコイル位置指令信号ｒ_Xを負と定め、同様に、点Ｍ₁を第１象限に移動させるコイル位置指令信号ｒ_Yを正、第４象限に移動させるコイル位置指令信号ｒ_Yを負と定める。また、点Ｎ₁をＶ軸の下側に移動させるコイル位置指令信号ｒ_Vを正、Ｖ軸の上側に移動させるコイル位置指令信号ｒ_Vを負と定める。さらに、角度の符号は時計回りを正とする。従って、移動枠１４を中立位置から時計回りに回転させる場合、コイル位置指令信号ｒ_Xは正、コイル位置指令信号ｒ_Yは負、コイル位置指令信号ｒ_Vは負となる。

また、点Ｑ₁の座標を（ｊ，ｇ）、点Ｌ₁の座標を（ｉ，ｅ）、点Ｎ₁の座標を（ｋ，ｈ）とし、Ｖ軸とＹ軸の為す角をαとする。さらに、点Ｍを通り直線Ｑ₁Ｌ₁に平行な補助線Ａ、及び点Ｌを通り直線Ｑ₁Ｍ₁に平行な補助線Ｂを引き、補助線Ａと補助線Ｂの交点を点Ｐとする。

ここで、直角三角形ＬＭＰについて正弦定理を適用すると、

となる。従って、

の関係が成り立つ。また、座標ｅ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋを、Ｒ、ｒ_X、ｒ_Y、ｒ_V、θ、αで表すと、幾何学的関係及び数式３より、

が得られる。さらに、座標（ｋ，ｇ）、（ｊ，ｇ）、（ｋ，ｈ）を頂点とする直角三角形について、下記の関係が成り立つ。

数式５の関係を展開して整理すると、

の関係が得られる。さらに、移動枠１４が並進運動する場合には、θ＝０であるから数式６は、

となる。また、本実施形態においては、α＝４５゜であるから、数式７の関係は、

と簡略化される。従って、本実施形態においては、レンズ位置指令信号によって画像安定化用レンズ１６の中心を座標（ｊ，ｇ）に並進運動させる場合、駆動用コイル２０ａに対しては座標ｊの大きさに比例したコイル位置指令信号ｒ_Xを与え、駆動用コイル２０ｂに対しては座標ｇの大きさに比例したコイル位置指令信号ｒ_Yを与え、駆動用コイル２０ｃに対しては数式８によってコイル位置指令信号ｒ_Vを計算して与える。

なお、コイル位置指令信号ｒ_Xは図８の演算回路３８ａの出力信号に、コイル位置指令信号ｒ_Yは演算回路３８ｂの出力信号に対応している。また、コイル位置指令信号ｒ_Vは、数式８と等価な計算を行う演算回路４０の出力信号に対応している。
次に、図１０を参照して、移動枠１４を回転運動させる場合のレンズ位置指令信号と、コイル位置指令信号との関係を説明する。図１０は、移動枠１４が並進運動及び回転運動した場合のコイル位置指令信号を説明する図である。図１０に示すように、まず、移動枠１４が並進移動されることにより、これに取り付けられた画像安定化用レンズ１６の中心が、点Ｑから点Ｑ₂に移動されると、移動枠１４に取り付けられた駆動用磁石２２は、点Ｌ、Ｍ、Ｎから、点Ｌ₂、Ｍ₂、Ｎ₂に夫々移動される。この並進運動に対するコイル位置指令信号をｒ_X、ｒ_Y、ｒ_Vとする。これらのコイル位置指令信号の大きさは、上述した数式８等によって求めることができる。ここでは、移動枠１４が、点Ｑ₂を中心に角度η反時計回りに回転された場合のコイル位置指令信号ｒ_Xη、ｒ_Yη、ｒ_Vηを計算する。

まず、図９の場合と同様に、点Ｑ₂の座標を（ｊ，ｇ）、直線Ｑ₂Ｎ₂とＮを中心とする半径ｒ_Vの円の接点の座標を（ｋ，ｈ）とし、数式４のθに０を代入すると、

の関係が得られる。

次に、移動枠１４が、点Ｑ₂を中心に角度η反時計回りに回転されると、点Ｌ₂、Ｍ₂、Ｎ₂は点Ｌ₃、Ｍ₃、Ｎ₃に夫々移動される。また、線分Ｑ₂Ｌ₂とＱ₂Ｌの為す角をβ、線分Ｑ₂Ｍ₂とＱ₂Ｍの為す角をδ、線分Ｑ₂Ｎ₂とＱ₂Ｎの為す角をγとする。さらに、線分Ｑ₂Ｌの長さをＵ、線分Ｑ₂Ｍの長さをＷ、線分Ｑ₂Ｎの長さをＶとする。ここで、コイル位置指令信号ｒ_Xη、ｒ_Yη、ｒ_Vηの大きさは、点Ｌ、Ｍ、Ｎを中心として、直線Ｑ₂Ｌ₃、Ｑ₂Ｍ₃、Ｑ₂Ｎ₃と接する円の半径に夫々等しいので、

の関係が成り立つ。

また、ｓｉｎβ、ｃｏｓβ等は、幾何学的関係から、次のように表すことができる。

さらに、数式１１の関係を数式１０に代入して、β、γ、δ等を消去すると、

の関係が得られる。従って、画像安定化用レンズ１６の中心を座標（ｊ，ｇ）に並進運動させ、さらに、その点を中心に反時計回りに角度η回転運動させた位置に移動枠１４を移動させるためには、まず、数式８及び９によってｒ_X、ｒ_Y、ｒ_Vを計算し、次に、その値を数式１２に代入することによってコイル位置指令信号ｒ_Xη、ｒ_Yη、ｒ_Vηを計算し、これらを各駆動用コイルに与えればよい。

また、移動枠１４を並進運動させずに、点Ｑを中心に反時計回りに角度η回転運動させる場合には、数式１２のｒ_X、ｒ_Y、ｒ_Vに０を代入した

によってコイル位置指令信号ｒ_Xη、ｒ_Yη、ｒ_Vηを計算すればよい。

次に、図１１を参照して、コントローラ３６の具体的な回路の一例を説明する。図１１は、駆動用コイル２０ａに流す電流を制御する回路の一例を示す。なお、図１１の回路では、各オペアンプを作動させるための電源供給ライン等の付属的な回路は省略されている。まず、図１１に示すように、電源電圧＋Ｖｃｃとアース電位ＧＮＤの間に電気抵抗Ｒ７及びＲ８が直列に接続される。さらに、オペアンプＯＰ４のプラス入力端子が、電気抵抗Ｒ７とＲ８の間に接続される。また、オペアンプＯＰ４のマイナス入力端子は、オペアンプＯＰ４の出力端子に接続されている。これにより、オペアンプＯＰ４の出力端子の電圧は、電気抵抗Ｒ７及びＲ８によって、電源電圧＋Ｖｃｃとアース電位ＧＮＤの間の基準電圧Ｖ_REFに設定され、維持される。

一方、磁気センサ２４ａの１番端子と２番端子の間には、電源電圧＋Ｖｃｃが印加される。また、磁気センサ２４ａの３番端子は、基準電圧Ｖ_REFに接続されている。これにより磁気センサ２４ａに作用する磁気が変化すると、磁気センサ２４ａの４番端子の電圧が＋ＶｃｃとＧＮＤの間で変化する。
磁気センサ２４ａの４番端子は、可変抵抗ＶＲ２を介してオペアンプＯＰ１のマイナス入力端子に接続されており、可変抵抗ＶＲ２を調整することによって磁気センサ２４ａの出力のゲインが調整される。また、可変抵抗ＶＲ１の両固定端子が、＋Ｖｃｃ及びＧＮＤに夫々接続されている。可変抵抗ＶＲ１の可動端子は電気抵抗Ｒ１を介して、オペアンプＯＰ１のマイナス入力端子に接続されている。可変抵抗ＶＲ１を調整することによって、オペアンプＯＰ１の出力のオフセット電圧が調整される。また、オペアンプＯＰ１のプラス入力端子は、基準電圧Ｖ_REFに接続されている。オペアンプＯＰ１の出力端子は、電気抵抗Ｒ２を介して、オペアンプＯＰ１のマイナス入力端子に接続されている。

駆動用コイル２０ａに対するコイル位置指令信号を出力する演算回路３８ａはオペアンプＯＰ３のプラス入力端子に接続されている。オペアンプＯＰ３の出力端子は、オペアンプＯＰ３のマイナス入力端子に接続されている。従って、オペアンプＯＰ３は、コイル位置指令信号のバッファアンプとして作用する。

オペアンプＯＰ１の出力端子は、電気抵抗Ｒ３を介して、オペアンプＯＰ２のマイナス入力端子に接続されている。また、オペアンプＯＰ３の出力端子は、電気抵抗Ｒ４を介して、オペアンプＯＰ２のプラス入力端子に接続されている。このため、磁気センサ２４ａの出力とコイル位置指令信号の差がオペアンプＯＰ２の出力端子から出力される。また、オペアンプＯＰ２のプラス入力端子は、電気抵抗Ｒ５を介して基準電圧Ｖ_REFに接続され、オペアンプＯＰ２の出力端子は電気抵抗Ｒ６を介してオペアンプＯＰ２のマイナス入力端子に接続されている。これらの電気抵抗Ｒ５、Ｒ６によってマイナス側及びプラス側のゲインが設定される。

オペアンプＯＰ２の出力端子は、駆動用コイル２０ａの一端に接続され、駆動用コイル２０ａの他端は基準電圧Ｖ_REFに接続される。従って、駆動用コイル２０ａには、オペアンプＯＰ２の出力と基準電圧Ｖ_REFの電位差に応じた電流が流れる。駆動用コイル２０ａに電流が流れると磁界が発生し、駆動用磁石２２に磁力を作用させ、駆動用磁石２２を移動させる。この磁力は、駆動用磁石２２がコイル位置指令信号で指令された位置に近づく方向に作用する。駆動用磁石２２が移動されると、磁気センサ２４ａの４番端子から出力される電圧が変化する。駆動用磁石２２がコイル位置指令信号で指令された位置まで移動すると、オペアンプＯＰ２のプラス入力端子及びマイナス入力端子に入力される電圧が等しくなり、駆動用コイル２０ａには電流が流れなくなる。

上述した、図１１のオペアンプＯＰ１は、図８の磁気センサアンプ４２ａに対応し、オペアンプＯＰ２は、差動回路４４ａに対応している。また、図１１では、駆動用コイル２０ａに流す電流を制御する回路について説明したが、駆動用コイル２０ｂに流す電流も全く同様の回路で制御することができる。また、駆動用コイル２０ｃに流す電流も同様の回路で制御することができるが、この場合には、演算回路４０の出力が、オペアンプＯＰ３のプラス入力端子に接続される。なお、演算回路４０は、オペアンプＯＰ２と同様の差動回路、及びその出力を（１／２）^1/2に分圧する電気抵抗等で構成することができる。

次に、図１及び８を参照して、本発明の実施形態によるカメラ１の作用を説明する。まず、カメラ１の手ブレ防止機能の起動スイッチ（図示せず）をＯＮにすることにより、レンズユニット２に備えられたアクチュエータ１０が作動される。レンズユニット２に取り付けられたジャイロ３４ａ、３４ｂは、所定周波数帯域の振動を時々刻々検出し、コントローラ３６に内蔵された演算回路３８ａ、３８ｂに出力する。ジャイロ３４ａはレンズユニット２のヨーイング方向の角加速度の信号を演算回路３８ａに出力し、ジャイロ３４ｂはピッチング方向の角加速度の信号を演算回路３８ｂに出力する。演算回路３８ａは、入力された角加速度信号を時間で２回積分して、ヨーイング角度を算出し、これに所定の修正信号を加えて水平方向のレンズ位置指令信号を生成する。同様に、演算回路３８ｂは、入力された角加速度信号を時間で２回積分して、ピッチング角度を算出し、これに所定の修正信号を加えて鉛直方向のレンズ位置指令信号を生成する。演算回路３８ａ、３８ｂによって時系列で出力されるレンズ位置指令信号によって指令される位置に、画像安定化用レンズ１６を時々刻々移動させることによって、カメラ本体４のフィルム面Ｆに合焦される像が安定化される。

演算回路３８ａによって出力された水平方向のレンズ位置指令信号は、駆動用コイル２０ａに対するコイル位置指令信号ｒ_Xとして作動回路４４ａに入力される。同様に、演算回路３８ｂによって出力された鉛直方向のレンズ位置指令信号は、駆動用コイル２０ｂに対するコイル位置指令信号ｒ_Yとして作動回路４４ｂに入力される。また、演算回路３８ａ、３８ｂの出力は、演算回路４０に入力され、数式８で表される演算により、駆動用コイル２０ｃに対するコイル位置指令信号ｒ_Vが生成される。

一方、駆動用コイル２０ａの内側に配置された磁気センサ２４ａは磁気センサアンプ４２ａに、駆動用コイル２０ｂの内側の磁気センサ２４ｂは磁気センサアンプ４２ｂに、駆動用コイル２０ｃの内側の磁気センサ２４ｃは磁気センサアンプ４２ｃに検出信号を出力する。磁気センサアンプ４２ａ、４２ｂ、４２ｃで夫々増幅された磁気センサの検出信号は、作動回路４４ａ、４４ｂ、４４ｃに夫々入力される。

作動回路４４ａ、４４ｂ、４４ｃは、入力された各磁気センサの検出信号と、コイル位置指令信号ｒ_X、ｒ_Y、ｒ_Vの差に応じた電圧を夫々発生し、この電圧に比例した電流を駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに流す。各駆動用コイルに電流が流れると電流に比例した磁界が発生する。この磁界により各駆動用コイルに対応して配置された各駆動用磁石２２は夫々、コイル位置指令信号ｒ_X、ｒ_Y、ｒ_Vによって指定された位置に近づく方向の駆動力を受け、移動枠１４が移動される。駆動用磁石２２が、この駆動力によってコイル位置指令信号により指定された位置に到達すると、コイル位置指令信号と磁気センサの検出信号が一致するので作動回路の出力は０となり、駆動力も０になる。また、外乱、又は、コイル位置指令信号の変化等により、各駆動用磁石２２がコイル位置指令信号により指定された位置から外れると、再び各駆動用コイルに電流が流され、各駆動用磁石２２はコイル位置指令信号によって指定された位置に戻される。

以上の作用が時々刻々繰り返されることにより、各駆動用磁石２２を有する移動枠１４に取り付けられた画像安定化用レンズ１６が、レンズ位置指令信号に追従するように移動される。これにより、カメラ本体４のフィルム面Ｆに合焦される像が安定化される。

本発明の実施形態によるカメラでは、直交する２方向のガイドを使用することなく、画像安定化用のアクチュエータの移動枠を任意の方向に並進運動させることができるので、アクチュエータを簡単な機構で構成することができる。また、機構を簡略化することにより、アクチュエータの移動枠を軽量化することができるので、高速な応答が可能なアクチュエータを構成することができる。

本発明の実施形態によるカメラにおいては、画像安定化用のアクチュエータの移動枠を所定の平面内で任意の方向に並進運動及び回転運動させることができる。
本発明の実施形態によるカメラにおいては、駆動用磁石の磁気を磁気センサによって検出し、移動枠の位置を測定しているので、磁気センサ用の磁石を別に設けることなく、駆動用磁石を兼用とすることができる。また、磁気センサが駆動用コイルの内側に配置されているので、駆動用コイルから駆動用磁石に及ぼされる力の作用点と、駆動用磁石上の磁気センサによって位置を計測される点がほぼ等しくなり、機械的なガタ等に影響されることなく、正確に移動枠の位置を検出することができる。

本発明の実施形態によるカメラにおいては、固定板と移動枠の間の間隔が、スチールボールによって一定に維持され、固定板と移動枠の間でスチールボールが転がることによって、固定板に対して移動枠が移動されるので、摺動抵抗が作用することなく、移動枠が固定板に対して移動される。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態では、本発明をフィルムカメラに適用していたが、本発明は、デジタルカメラ、ビデオカメラ等、静止画又は動画撮像用の任意のカメラに適用することができる。また、本発明を、これらのカメラのカメラ本体と共に使用されるレンズユニットに適用することもできる。さらに、本発明は、カメラの画像安定化用レンズの駆動用の他、ＸＹステージの駆動用等の任意のアクチュエータに適用することができる。

また、上述した実施形態においては、固定側部材に駆動用コイルが取り付けられ、可動側部材に駆動用磁石が取り付けられていたが、固定側部材に駆動用磁石を、可動側部材に駆動用コイルを取り付けることもできる。さらに、上述した実施形態においては、駆動用コイルと駆動用磁石が３組使用されていたが、４組以上の駆動用コイルと駆動用磁石を使用することもできる。また、上述した実施形態においては、駆動用磁石として永久磁石を使用しているが、駆動用磁石として電磁石を使用することもできる。

さらに、上述した実施形態においては、位置検出手段として、駆動用磁石の磁気を検出してその位置を測定する磁気センサを使用しているが、各駆動用コイルに対する各駆動用磁石の位置を検出する磁気センサ以外の任意の位置検出用センサを位置検出手段として使用することができる。

また、上述した実施形態においては、可動側部材支持手段として、３つのスチールボール１８が使用されているが、可動側部材支持手段を４つ以上の球状体で構成することもできる。あるいは、球状体を使用せずに、可動側部材及び固定側部材の接触面を平滑に仕上げておき、可動側部材と固定側部材を直接接触させて滑動させることによって、可動側部材支持手段を構成しても良い。

さらに、上述した実施形態においては、駆動用コイル２４ａと２４ｂの間の中心角が９０度、駆動用コイル２４ｃと駆動用コイル２４ａ及び２４ｂの間の中心角が１３５度となるように駆動用コイルを配置しているが、駆動用コイル２４ｂと２４ｃの間の中心角が（９０＋α）度、０≦α≦９０となるように、駆動用コイル２４ｃを配置しても良い。この場合には、駆動用コイル２４ｃに対するコイル位置指令信号は、数式７によって計算することができる。或いは、駆動用コイル２４ａと２４ｂの間の中心角は９０度でなくても良く、３つの駆動用コイルの間の中心角を夫々１２０゜にする等、各駆動用コイルの間の中心角を、９０度以上１８０度以下の任意の角度にすることもできる。

また、上述した実施形態においては、駆動用磁石の磁気的中立軸線は、全て半径方向に向けられていたが、各駆動用磁石の磁気的中立軸線は、任意の方向に向けることができる。好ましくは、少なくとも１つの駆動用磁石の磁気的中立軸線を、ほぼ半径方向に向けて配置するのが良い。

図１２は、上述した本発明の実施形態において、駆動用コイル２４ａ及び２４ｂに対応する駆動用磁石２２の磁気的中立軸線を、点Ｑを中心とする円の接線方向に向け、駆動用コイル２４ｃに対応する駆動用磁石２２の磁気的中立軸線を半径方向に向けた変形例を示す。なお、図示を省略しているが、駆動用コイル２４ａは点Ｌに、駆動用コイル２４ｂは点Ｍに、駆動用コイル２４ｃは点Ｎに夫々配置されている。この例では、点Ｌに配置された駆動用コイル２４ａに対するコイル位置指令信号ｒ_X、点Ｍに配置された駆動用コイル２４ｂに対するコイル位置指令信号ｒ_y、点Ｎに配置された駆動用コイル２４ｃに対するコイル位置指令信号ｒ_Vが与えられている。この指令信号によって、移動枠１４の中立位置において、点Ｌ、Ｍ、Ｎ上に位置していた各駆動用磁石２２の磁気的中立軸線の中点は、点Ｌ₄、Ｍ₄、Ｎ₄に夫々移動され、画像安定化用レンズ１６の中心点は、点Ｑから点Ｑ₃に移動される。

なお、この変形例では、レンズ位置指令信号の水平方向成分に対応するコイル位置指令信号ｒ_Xが点Ｍに配置された駆動用コイル２４ｂに与えられ、鉛直方向成分に対応するコイル位置指令信号ｒ_Yが点Ｌに配置された駆動用コイル２４ａに与えられる。また、図１２の例において、コイル位置指令信号ｒ_X、ｒ_Yを数式８に代入し、求められたコイル位置指令信号ｒ_Vを駆動用コイル２４ｃに与えると、点ＱはＸ軸方向に−ｒ_X、Ｙ軸方向にｒ_Y並進移動される。

次に、図１３を参照して、本発明の実施形態の更なる変形例を説明する。この変形例のアクチュエータ４５は、移動枠１４の制御を行わないとき、移動枠１４を固定板１２に対して係止するための係止機構を有する点が、上述した実施形態とは異なる。
図１３に示すように、本変形例のアクチュエータ４５では、移動枠１４の外周に３つの係合突起１４ａが形成されている。また、固定板１２には、移動枠１４を取り囲むように配置された環状部材４６が取り付けられており、この環状部材４６の内周部には、係合突起１４ａと夫々係合するように形成された３つの係合部４６ａが設けられている。さらに、移動枠１４の外周には、３つの可動側保持用磁石４８が取り付けられている。また、環状部材４６の内周部の可動側保持用磁石４８に夫々対応する位置には、可動側保持用磁石４８と磁力を及ぼしあうように位置決めされた３つの固定側保持用磁石５０が夫々取り付けられている。さらに、手動係止用部材５２が、環状部材４６の外側から半径方向内方に向けて延びるように、環状部材４６の円周方向に移動可能に設けられている。この手動係止用部材５２の先端には、Ｕ字型の凹部５２ａが形成されている。移動枠１４の外周には、Ｕ字型の凹部５２ａの中に受け入れられ、手動係止用部材５２と係合するように、係合ピン５４が取り付けられている。

次に、アクチュエータ４５の作用を説明する。まず、アクチュエータ４５の移動枠１４を、図１３において反時計回りに回転駆動することにより、移動枠１４外周の係合突起１４ａが環状部材４６の係合部４６ａに夫々係合し、移動枠１４が固定板１２に対して係止される。また、移動枠１４に設けられた可動側保持用磁石４８と、環状部材４６の固定側保持用磁石５０は、図１３に示す状態では、殆ど磁力を及ぼしあうことはない。移動枠１４が反時計回りに回転駆動され、可動側保持用磁石４８が固定側保持用磁石５０に近づくと、固定側保持用磁石５０は、移動枠１４を時計回りに回転させる方向の磁力を、移動枠１４に及ぼす。この磁力に抗して、移動枠１４が反時計回りにさらに回転駆動され、可動側保持用磁石４８が固定側保持用磁石５０を通り過ぎると、固定側保持用磁石５０は、移動枠１４を反時計回りに回転させる方向の磁力を、移動枠１４に及ぼす。この磁力により、係合突起１４ａは係合部４６ａに押し付けられ、係合突起１４ａと係合部４６ａの係合状態が保持される。これにより、アクチュエータ４５の電源が切られた状態でも、係合突起１４ａと係合部４６ａの係合状態が保持され、移動枠１４が固定板１２に対して係止される。

また、手動係止用部材５２を、図１３において反時計回りに手動で回転移動させると、移動枠１４の係合ピン５４がＵ字型の凹部５２ａと係合して、移動枠１４も反時計回りに回転移動される。これにより、係合突起１４ａと係合部４６ａが、手動で係合される。逆に、手動係止用部材５２を、図１３において時計回りに手動で回転移動させると、移動枠１４が時計回りに回転移動され、係合突起１４ａと係合部４６ａの係合状態が解除される。
本実施形態のアクチュエータは、移動枠を回転移動させることもできるので、本変形例のような係止機構を容易に実現することができる。

本発明の実施形態によるカメラの断面図である。 本発明の実施形態によるカメラに使用されているアクチュエータの一部を破断して示した正面部分断面図である。 本発明の実施形態によるカメラに使用されているアクチュエータの、図２のＡ−Ａ線側面断面図である。 本発明の実施形態によるカメラに使用されているアクチュエータの上面部分断面図である。 （ａ）駆動用コイル、駆動用磁石、バックヨーク及び吸着用ヨークの位置関係を示す部分拡大上面図、及び（ｂ）部分拡大正面図である。 駆動用磁石の移動と磁気センサから出力される信号との関係を示す図である。 駆動用磁石の移動と磁気センサから出力される信号との関係を示す図である。 コントローラにおける信号処理を示すブロック図である。 固定板上に配置された駆動用コイル、移動枠上に配置された３つの駆動用磁石の位置関係を示す図である。 移動枠が並進運動及び回転運動した場合のコイル位置指令信号を説明する図である。 駆動用コイルに流す電流を制御する回路の一例を示す回路図である。 本発明の実施形態におけるアクチュエータの変形例を示す図である。 本発明の実施形態におけるアクチュエータの更なる変形例を示す図である。

符号の説明

１ カメラ
２ レンズユニット
４ カメラ本体
６ レンズ鏡筒
８ 撮像用レンズ
１０ アクチュエータ
１２ 固定板
１４ 移動枠
１６ 画像安定化用レンズ
１８ スチールボール
２０ａ 駆動用コイル
２０ｂ 駆動用コイル
２０ｃ 駆動用コイル
２２ 駆動用磁石
２４ａ 磁気センサ
２４ｂ 磁気センサ
２４ｃ 磁気センサ
２６ 吸着用ヨーク
２８ バックヨーク
３０ 吸着用磁石
３２ スチールボール受け
３４ａ ジャイロ
３４ｂ ジャイロ
３６ コントローラ
３８ａ 演算回路
３８ｂ 演算回路
４０ 演算回路
４２ａ 磁気センサアンプ
４２ｂ 磁気センサアンプ
４２ｃ 磁気センサアンプ
４４ａ 差動回路
４４ｂ 差動回路
４４ｃ 差動回路
４５ 本発明の実施形態の変形例のアクチュエータ
４６ 環状部材
４６ａ 係合部
４８ 可動側保持用磁石
５０ 固定側保持用磁石
５２ 手動係止用部材
５２ａ Ｕ字型の凹部
５４ 係合ピン

Claims (13)

1. 固定側部材と、
   可動側部材と、
   この可動側部材を、上記固定側部材に対して平行な平面上の任意の位置に移動できるように支持する可動側部材支持手段と、
   上記固定側部材又は上記可動側部材のうちの何れか一方に取り付けられた少なくとも３つの駆動用コイルと、
   上記固定側部材又は上記可動側部材のうちの他方の、上記各駆動用コイルに対応する位置に夫々取り付けられ、対応する駆動用コイルに電流が流れるとその駆動用コイルとの間で力を及ぼし合う駆動用磁石と、
   上記固定側部材に対する上記可動側部材の位置を検出する位置検出手段と、
   可動側部材の移動すべき位置を指令する信号に基づいて各駆動用コイルに対するコイル位置指令信号を生成し、このコイル位置指令信号及び上記位置検出手段によって検出された位置情報に基づいて、上記各駆動用コイルに流す駆動電流を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とするアクチュエータ。
2. 上記位置検出手段が、磁気の変化を検出する磁気センサであり、この磁気センサは上記各駆動用磁石の位置変化を検出するように、上記各駆動用磁石に対応した位置に取り付けられている請求項１記載のアクチュエータ。
3. 上記磁気センサが、上記駆動用コイルの内側にそれぞれ配置されている請求項２記載のアクチュエータ。
4. 上記可動側部材支持手段が、上記固定側部材と上記可動側部材の対向する面の間に挟持された少なくとも３つの球状体である請求項１乃至３の何れか１項に記載のアクチュエータ。
5. 上記各駆動用磁石は所定の円周上に夫々配置され、上記駆動用磁石のうちの少なくとも１つは、駆動用磁石の磁気的中立軸線が上記円周のほぼ半径方向を向くように配置されている請求項１乃至４の何れか１項に記載のアクチュエータ。
6. 上記駆動用コイルが３つであり、これら３つの駆動用コイルは所定の円周上に配置され、上記各駆動用コイルが夫々９０度以上１８０度以下の中心角を隔てて配置されている請求項１乃至５の何れか１項に記載のアクチュエータ。
7. 上記駆動用コイルが、第１駆動用コイル、第２駆動用コイル、第３駆動用コイルの３つからなり、これらの第１、第２、第３駆動用コイルは所定の中心点を中心とする円周上に配置され、上記第１駆動用コイルと上記第２駆動用コイルの間の中心角がほぼ９０度、上記第２駆動用コイルと上記第３駆動用コイルの間の中心角が（９０＋α）度、上記第３駆動用コイルと上記第１駆動用コイルの間の中心角が（１８０−α）度、但し０≦α≦９０となるように配置されている請求項１乃至５の何れか１項に記載のアクチュエータ。
8. 上記各駆動用磁石は、上記各駆動用コイルに夫々対応して、所定の円周上に、駆動用磁石の磁気的中立軸線が該円周のほぼ半径方向を向くように夫々配置されており、上記制御手段は、上記可動側部材を回転させる指令信号が入力されると、上記駆動用コイルに対して夫々同じ大きさのコイル位置指令信号を生成し、上記可動側部材に上記各駆動用磁石が配置された円周の中心点を中心とする回転運動を発生させる請求項６又は７記載のアクチュエータ。
9. 上記各駆動用磁石は、上記第１、第２、第３駆動用コイルに夫々対応して、所定の円周上に、駆動用磁石の磁気的中立軸線が上記円周のほぼ半径方向を向くように配置されており、上記制御手段は、上記可動側部材を並進運動させる指令信号が入力されると、上記第１駆動用コイルに対するコイル位置指令信号ｒ_X、上記第２駆動用コイルに対するコイル位置指令信号ｒ_Y、上記第３駆動用コイルに対する位置指令信号
   

   

   を生成し、上記可動側部材に並進運動のみを発生させる請求項７記載のアクチュエータ。
10. 固定側部材と、
    可動側部材と、
    この可動側部材を、上記固定側部材に対して平行な平面上の任意の位置に移動できるように支持する可動側部材支持手段と、
    上記可動側部材を、上記固定側部材に対して並進運動させ、且つ回転運動させることができる駆動手段と、
    を有することを特徴とするアクチュエータ。
11. レンズ鏡筒と、
    このレンズ鏡筒の中に配置された撮像用レンズと、
    上記レンズ鏡筒に取り付けられた固定側部材と、
    画像安定化用レンズが取り付けられた可動側部材と、
    この可動側部材を、上記固定側部材に対して平行な平面上の任意の位置に移動できるように支持する可動側部材支持手段と、
    上記固定側部材又は上記可動側部材のうちの何れか一方に取り付けられた少なくとも３つの駆動用コイルと、
    上記固定側部材又は上記可動側部材のうちの他方の、上記各駆動用コイルに対応する位置に夫々取り付けられ、対応する駆動用コイルに電流が流れるとその駆動用コイルとの間で力を及ぼし合う駆動用磁石と、
    上記固定側部材に対する上記可動側部材の位置を検出する位置検出手段と、
    上記レンズ鏡筒の振動を検出する振動検出手段と、
    この振動検出手段によって検出された信号に基づいて、上記画像安定化用レンズを移動させる位置を指令するレンズ位置指令信号を生成するレンズ位置指令信号生成手段と、
    このレンズ位置指令信号生成手段によって生成されたレンズ位置指令信号に基づいて各駆動用コイルに対するコイル位置指令信号を生成し、このコイル位置指令信号及び上記位置検出手段によって検出された位置情報に基づいて、上記各駆動用コイルに流す駆動電流を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とするレンズユニット。
12. レンズ鏡筒と、
    このレンズ鏡筒の中に配置された撮像用レンズと、
    上記レンズ鏡筒に取り付けられた固定側部材と、
    画像安定化用レンズが取り付けられた可動側部材と、
    この可動側部材を、上記固定側部材に対して平行な平面上の任意の位置に移動できるように支持する可動側部材支持手段と、
    上記可動側部材を、上記固定側部材に対して平行な平面上で、上記固定側部材に対して並進運動させ、且つ回転運動させることができる駆動手段と、
    を有することを特徴とするレンズユニット。
13. 請求項１１又は１２に記載のレンズユニットを有するカメラ。

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