JP2007232980A - Ｘｙ可動ステージ，駆動制御方法，手振れ補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的な，回転防止構造や固定部への吸着構造を有さず，磁力のみで可動ステージを制御することが可能となる。
【解決手段】本発明のＸＹ可動ステージは，磁力により可動部１００を固定部１１０に吸着する吸着部と，２点の同一方向への移動量をそれぞれ検出する複数のセンサ１４０と，２点をそれぞれ直線制御する複数の電磁アクチュエータと，を備え，回転操作量と，複数のセンサで検出された移動量の差から算出される回転量とに基づき，複数の電磁アクチュエータを用いて可動部をＸＹ平面上で回転制御し，直線操作量と，複数のセンサの少なくとも一方で検出された移動量とに基づき，複数の電磁アクチュエータの少なくとも一方を用いて可動部を一方向に直線制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は，撮像素子が設けられた可動部を固定部に対してＸＹ方向に移動自在なＸＹ可動ステージ，駆動制御方法，手振れ補正装置に関する。

ビデオカメラ，デジタルスチルカメラ等の撮像装置では，ユーザの手振れによる画像のぶれを，その画像における物理的な光軸の補正または論理的な画像処理によって取り除くことが検討されている。

このような手振れ補正のうち，物理的な光軸の補正としては，光軸に垂直なＸＹ平面上を移動自在な可動ステージの可動部に撮像素子を設置し，可動部を手振れにより発生する像面移動を補正する量だけ移動して，撮像素子の絶対的位置を安定化させる技術がある。ここで，可動部を完全に移動自在にした場合，光軸回りの回転も生じてしまうため，かかる回転を抑制するコイルばねを設けて手振れ補正を行う技術が知られている（例えば，特許文献１）。

また，回転を抑制する他の技術として，ＸＹそれぞれの方向にシャフトを設け，それに沿って可動部を移動する技術も知られている（例えば，特許文献２）。しかし，かかる技術では，可動部の回転は抑制されるものの，Ｘ方向に移動するステージと，さらにそのステージ上をＹ方向に移動するステージの２段階の構成をとるため，構造が複雑になり，高コスト化および信頼性の低減を招く。

また，ボイスコイルモータを用いて光軸回りの回転を制御する技術も知られているが（例えば，特許文献３），固定部に対して可動部が引張りばねで機械的に固定されているため，メンテナンスが必要となり，また，そのばねの弾性により可動部の直線および回転駆動が妨げられ，消費電力の低減を図れないといった問題がある。

特開平１０−２５４０１９号公報 特開２００３−１１１４４９号公報 特開２００５−１８４１２２号公報

本発明は，従来の可動ステージが有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，機械的な，回転防止構造や固定部への吸着構造を有さず，磁力のみで可動ステージを制御することが可能な，新規かつ改良されたＸＹ可動ステージ，駆動制御方法，手振れ補正装置を提供することである。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，撮像素子が設けられた可動部を固定部に対してＸＹ方向に移動自在なＸＹ可動ステージであって：磁力により上記可動部を上記固定部に吸着する吸着部と；ＸＹの少なくとも一方向において，上記可動部の重心から該一方向に延びる直線上にはない，可動部上の相違する２点の同一方向への移動量をそれぞれ検出する複数のセンサと；上記一方向において，上記可動部の重心から該一方向に延びる直線上にはない，可動部上の相違する２点をそれぞれ直線制御する複数の電磁アクチュエータと；を備え，回転操作量と，上記複数のセンサで検出された移動量の差から算出される回転量とに基づき，上記複数の電磁アクチュエータを用いて可動部をＸＹ平面上で回転制御し，直線操作量と，上記複数のセンサの少なくとも一方で検出された移動量とに基づき，上記複数の電磁アクチュエータの少なくとも一方を用いて可動部を上記一方向に直線制御することを特徴とする，ＸＹ可動ステージが提供される。

本発明では，吸着部により，可動部と固定部との吸引力が生成され，可動部の固定部からの離脱を防ぐことができる。また，２つのセンサと２つの電磁アクチュエータのみの構成により，可動部の直線駆動と回転駆動とを同時に制御することが可能となる。このような構成の下では，回転防止や固定部への吸着を行う機械的な構造が不要となる。

上記電磁アクチュエータは，上記固定部に設けられる磁石および固定側継鉄と，上記可動部に設けられるコイルおよび（該固定側継鉄とは別体の）可動側継鉄とからなり，上記吸着部は，上記磁石と上記可動側継鉄とから構成されるとしてもよい。

上記のように継鉄（ヨーク：ｙｏｋｅ）の一部を可動部に設けることにより，電磁アクチュエータの機能を維持したままで，可動部を固定部に押しつけることが可能となる。また，可動部にコイルおよび可動側継鉄を一体形成することができるので，構造も簡単になり，製造コストの削減やＸＹ可動ステージの小型化を図れる。

上記可動部は，磁石への吸引力を生じる吸着プレートをさらに備え，上記吸着部は，上記電磁アクチュエータと上記吸着プレートから構成されるとしてもよい。

上記吸着プレートは，電磁アクチュエータからの漏れ磁束により，固定部への吸引力を生成する。かかる構成により，機械的な吸着方法による制限を受けることなく，低消費電力で可動部を動作することができる。

上記電磁アクチュエータは，上記固定部に設けられる磁石および継鉄と，上記可動部に設けられ上記磁石と継鉄の間を移動するコイルとからなり，上記吸着プレートは，上記継鉄の幅より小さく形成されるとしてもよい。

吸着プレートが継鉄の領域から外れると，Ｘ方向またはＹ方向の吸引力成分が生じる。可動部の移動範囲内で継鉄の領域から外れないように吸着プレートを形成することによって，Ｘ方向やＹ方向の吸引力を無視することができる。

上記複数の電磁アクチュエータ及び／又はセンサは，互いに可動部の重心を挟んで対向配置されるとしてもよい。かかる対向配置の構成により，重心を挟んで，重量的，空間的なバランスをとることができる。

上記複数の電磁アクチュエータ及び／又はセンサは，上記可動部の対角に配置されるとしてもよい。可動部の対角においては，光軸回りの回転量に対する直線上の移動量が大きいため，より高精度に回転量を検出でき，正確な回転制御が可能となる。

上記撮像素子は，ＣＣＤまたはＣＭＯＳであってもよい。ＣＣＤまたはＣＭＯＳが撮像時に回転すると併せて画像も回転する。従って，ＣＣＤやＣＭＯＳの場合，その光軸回りの回転を制御することが必要となる。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，撮像素子が設けられた可動部を固定部に対してＸＹ方向に駆動制御する駆動制御方法であって：ＸＹの少なくとも一方向において，上記可動部の重心から該一方向に延びる直線上にはない，可動部上の相違する２点に設けられた２つのセンサと，該２つのセンサとそれぞれ該一方向に対向配置され，可動部の一部を該一方向に直線制御する複数の電磁アクチュエータとを用いて，直線操作量と，フィードバックされたそれぞれのセンサの移動量とから，対応するそれぞれの電磁アクチュエータを該一方向に駆動し，上記可動部を該一方向に直線制御することを特徴とする，駆動制御方法が提供される。

本発明では，２つのセンサと２つの電磁アクチュエータの対を用い，それぞれの対が同方向における平行な直線上をそれぞれ同直線操作量分だけ駆動することによって，可動部の回転を抑制しつつ，可動部自体を直線的に移動することが可能となる。

さらに，上記直線制御するセンサと電磁アクチュエータのそれぞれの対に，回転操作量を，符号を異にして入力し，上記可動部を回転させるとしてもよい。

上記直線制御のアルゴリズムに，簡単なアルゴリズムを加えることのみによって，可動部の回転制御も可能となる。かかる回転操作量をゼロ（０）とすることで，直線制御のみを実施することもできる。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，手振れ量を検出する手振れ検出部と；撮像素子が設けられた可動部と，該可動部を支持する固定部と，磁力により該可動部を該固定部に吸着する吸着部と，ＸＹの少なくとも一方向において，該可動部の重心から該一方向に延びる直線上にはない，可動部上の相違する２点の同一方向への移動量をそれぞれ検出する複数のセンサと，該一方向において，該可動部の重心から該一方向に延びる直線上にはない，可動部上の相違する２点をそれぞれ直線制御する複数の電磁アクチュエータと，を備えるＸＹ可動ステージと；上記手振れ検出部の手振れ量から回転操作量と直線操作量を求め，該回転操作量と，上記複数のセンサで検出された移動量の差から算出される回転量とに基づき，上記複数の電磁アクチュエータを用いて可動部をＸＹ平面上で回転制御し，該直線操作量と，上記複数のセンサの少なくとも一方で検出された移動量とに基づき，上記複数の電磁アクチュエータの少なくとも一方を用いて可動部を上記一方向に直線制御する制御信号生成部と；を備えることを特徴とする，手振れ補正装置も提供される。

本発明では，上記ＸＹ可動ステージ同様，吸着部により，可動部と固定部との吸引力が生成され，可動部の固定部からの離脱を防ぐことができる。また，２つのセンサと２つの電磁アクチュエータのみの構成により，可動部の直線駆動と回転駆動とを同時に制御することが可能となる。

上述したＸＹ可動ステージにおける従属項に対応する構成要素やその作用は，駆動制御方法や手振れ補正装置にも適用可能である。

以上説明したように本発明によれば，磁力のみで可動ステージを制御することができ，機械的な，回転防止構造や固定部への吸着構造が不要なため，簡易な構造で形成でき，また，機械的な吸着構造の吸引力による無駄な消費電力を削減することが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

ビデオカメラ，デジタルスチルカメラ等の撮像装置における物理的な光軸の補正としては，光軸に垂直なＸＹ平面上を移動自在な可動ステージの可動部に撮像素子を設置し，可動部を手振れにより発生する像面移動を補正する量だけ移動して，撮像素子の絶対的位置を安定化させる技術がある。

可動部を固定部上でＸＹ方向に移動する場合には，（１）可動部が完全に移動自在となると，可動部が光軸回りに回転し，併せて，撮像素子による画像も回転してしまう，（２）可動部と固定部とを固定しないと可動部が固定部から離脱してしまう，という課題がある。

上記（１）光軸回りの回転に対しては，回転を抑制するコイルばねを設けたり，ＸＹそれぞれの方向にシャフトを設け，それに沿って可動ステージを移動したりする解決手段がとられる。

図１３は，可動ステージにシャフトを設けた場合の可動部の可動方向を示した説明図である。かかる可動ステージでは，固定部１０に対し，Ｘ方向のシャフト１２によってＸステージ１４がＸ方向にのみ移動し，Ｘステージ１４に設けられたＹ方向のシャフト１６によってＹステージ１８がＹ方向にのみ移動する。しかし，かかる技術では，可動ステージの回転は抑制されるものの，構造が複雑になり，特に，シャフトに沿う方法では，２段のステージ間のがたや撓みにより不要な振動が発生し，その可動部の制御に支障をきたす。

また，上記（２）固定部の離脱に対しては，可動ステージが固定部に引張りばねで機械的に固定される技術が知られている。

図１４は，可動ステージに引張りばねを設けた場合の可動方向を示した説明図である。かかる可動ステージでは，固定部５０の上に１段の可動部５２のみが設けられ，図１３を用いて説明したようなシャフトによる動作方向の制限を受けていないので，ＸＹ方向に自在に移動可能である。また，引張りばね５４による吸引力によって可動部５２が固定部５０に繋止される。しかし，かかる構成では，引張りばね５４周辺のメンテナンスが必要となり，また，そのばねの弾性により可動ステージのＸ方向もしくはＹ方向への直線駆動が妨げられ，無駄な電力を消費することとなる。

例えば，上記機械的なばねにより吸引力ｆがＺ方向に働いている場合，ＸＹ平面方向に可動部５２が駆動すると，駆動方向と逆方向にｆ×ｓｉｎ（θ）の力が加わり（ばねのＺ軸からの傾きをθとする），可動部の駆動を妨げる。

本発明の実施形態では，（１）少なくとも２つのセンサと２つの電磁アクチュエータを設けることにより光軸回りの回転を抑えもしくは制御し，また，（２）単純な構成に基づく吸着部の磁力により，可動部の離脱を回避する。その上で，２つのセンサと２つの電磁アクチュエータを用いて可動部のＸＹ平面上の直線制御も行う。このような構成の下では，回転防止や固定部への吸着を行う機械的な構造が不要となるので，メンテナンスフリー，低消費電力，低コスト，小型化が図れる。

以下，本発明の実施形態によるＸＹ可動ステージを詳細に説明する。

（第１の実施形態：ＸＹ可動ステージ）
図１は，第１の実施形態におけるＸＹ可動ステージの外観を示した斜視図である。かかるＸＹ可動ステージは，可動部１００と，固定部１１０と，撮像素子１２０とを含んで構成される。

上記可動部１００は，撮像素子１２０を設置して，光軸（図面Ｚ軸方向）に垂直なＸＹ平面を，機械的に制限された範囲内で自在に移動する。本実施形態では，機械的な固定手段を有していないので，磁力による吸引力がない場合，ＸＹの直線方向のみでなく，Ｚ軸回りの回転も可能である。

上記固定部１１０は，当該ＸＹ可動ステージが搭載される撮像装置側に固定され，可動部１００を支持する。従って，固定部１１０は，ユーザによる手振れの影響を直接受けることとなる。

上記撮像素子１２０は，ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）から形成され，フェースプレート，ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）等を含むとしてもよい。かかる撮像素子１２０により撮像された画像が撮像装置に取り込まれる。

図２は，上記ＸＹ可動ステージの詳細な部分を示した組み立て図である。固定部１１０には，センサ１４０と，磁石１５０と，固定側継鉄（固定側バックヨーク）１５２と，ボールベアリング１５４と，が設けられ，可動部１００には，コイル１６０と，可動側継鉄１６２と，が設けられている。

上記センサ１４０は，２以上の移動量検出センサ，例えば，光の反射を利用したフォトインタラプト等から構成され，可動部１００上の相違する２点の同一方向への移動量をそれぞれ検出する。かかる２点は，ＸＹ平面上のＸＹの少なくとも一方向において，可動部１００のＸＹ平面上の重心から該一方向に延びる直線上以外の，例えば，可動部１００の対角周辺に設けることができる。

図３は，センサ１４０の位置を示したＸＹ可動ステージを抽象的に表した平面図である。ここでＸＹ方向にそれぞれ２つずつ設けられたセンサ１４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｃ，１４０Ｄは，可動部１００のＸＹ平面上の重心１８０からそれぞれＸＹ方向に延びる直線１８２，１８４にはない点１９０Ａ，１９０Ｂ，１９０Ｃ，１９０Ｄのそれぞれ対応した方向における，センサ１４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｃ，１４０Ｄから点１９０Ａ，１９０Ｂ，１９０Ｃ，１９０Ｄまでの距離を測定することによって，移動量を検出する。

図２に戻って，上記磁石１５０は，永久磁石や電磁石等からなり，後述する固定側継鉄１５２および可動側継鉄１６２を伴って，可動部１００と固定部１１０との間のＺ方向の磁力を生成する。かかる磁石１５０はＺ方向に沿って磁力の方向が逆の２体からなるとしても良い。

上記固定側継鉄１５２は，磁石１５０の下部に設けられ，磁石１５０と一緒に用いることで磁気回路の一部となることができる。

上記ボールベアリング１５４は，球状に形成され，固定部１１０上に少なくとも３個設けられる。このボールベアリング１５４のボール頂点の高さは同じになるように調整されているので，可動部１００は，ボールベアリング１５４上でＸＹ方向に自由に動作することができる。また，ボールベアリング１５４は，可動部１００の固定部１１０への吸着を制限し，可動部１００と固定部１１０との距離を一定に保つことができる。本実施形態においては，ＸＹ可動ステージ内に４つのボールベアリング１５４が設けられる。

図４は，上記ボールベアリング１５４による可動部１００の支持機構を説明する断面図である。ここでは，吸着部としての機能も有する可動側継鉄１６２と磁石１５０とが吸引し合い，ボールベアリング１５４が可動部１００と固定部１１０との間で，その距離を保つ役を担っている。このようなボールベアリング１５４は，ＸＹ平面のあらゆる方向に転がり，ほとんど摩擦を生じない。

また，ボールベアリング１５４は，当該ＸＹ可動テーブル駆動開始時に可動部１００をＸ方向の上下リミットおよびＹ方向の上下リミットに当てて，可動範囲の中心に配置されるように初期化されてもよい。

上記コイル１６０は，磁石１５０による磁束に垂直な平面に形成される。かかるコイル１６０に電流を流すことによってＸもしくはＹ方向の電磁力が生じ，電流の量に応じた直線駆動力を得ることができる。かかる駆動方式は，ＨＤＤのヘッドの位置決めに利用されるＶＣＭ（Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ｍｏｔｏｒ）の原理を利用するとしても良い。

上記可動側継鉄１６２は，コイル１６０の上部に設けられ，固定側継鉄１５２および磁石１５０と一緒に用いることで磁気回路の一部となることができる。

また，本実施形態では，磁石１５０と，固定側継鉄１５２と，コイル１６０と，可動側継鉄１６２と，によって電磁アクチュエータが形成され，磁石１５０と，可動側継鉄１６２とによって吸着部が形成される。

このように形成された電磁アクチュエータは，コイル１６０と，磁石１５０，固定側継鉄１５２，可動側継鉄１６２による磁気回路とにより，可動部１００をＸ方向（正および負）もしくはＹ方向（正および負）へ駆動することができる。また，吸着部は，その吸引力により，可動部１００を固定部１１０に吸引し，可動部１００の固定部１１０との距離を維持することが可能となる。

図５は，電磁アクチュエータ２００の外観を説明するための説明図である。ここで，（ａ）は正面図，（ｂ）は平面図，（ｃ）は側面図を示している。図５において，コイル１６０の長手方向の２本に分かれた直線部分の長さは，磁石１５０や固定側継鉄１５２の幅より，可動部１００の可動範囲分，例えば１ｍｍだけ大きく形成され，短手方向の幅は，磁石１５０の幅より可動部１００の可動範囲分だけ小さく形成される。これは，可動範囲内において，磁石１５０による磁束の関係とコイル１６０に流れる電流との関係を可能な範囲で等しくし，均一な電磁力を生成するためである。

また，可動側継鉄１６２は，磁石１５０や固定側継鉄１５２の幅よりＸＹ両方向において可動範囲分だけ小さく形成される。これは，可動範囲から可動側継鉄１６２が外れると，Ｚ方向（光軸方向）ではない，Ｘ方向またはＹ方向の吸引力成分が生じ，駆動力の妨げになるからである。かかる可動側継鉄１６２が可動範囲内にあることによって，可動側継鉄１６２のＸ方向やＹ方向の吸引力を無視することができる。

また，上記電磁アクチュエータ２００は，ＸＹ方向毎に２以上で構成され，可動部１００上の相違する２点をそれぞれ同一方向に直線制御する。かかる２点は，センサ１４０同様，ＸＹ平面上のＸＹの少なくとも一方向において，可動部１００のＸＹ平面上の重心から該一方向に延びる直線上以外の，例えば，可動部１００の対角周辺に設けることができる。

再び図３を用いて説明すると，電磁アクチュエータ２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄは，可動部１００のＸＹ平面上の重心１８０からそれぞれＸＹ方向に延びる直線１８２，１８４にはなく，かつ，センサ１４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｃ，１４０Ｄに対してそれぞれ駆動する方向に対応した点２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ，２１０Ｄを駆動する。即ち，かかる電磁アクチュエータによる力の進行ベクトルは，重心１８０を通過しない。

従って，センサ１４０と電磁アクチュエータ２００の１つの対を例に挙げると，可動部１００の任意の点１９０ＡのＹ方向の移動量をセンサ１４０Ａで検出し，所望する回転操作量や直線操作量とその検出した移動量に基づき，電磁アクチュエータ２００Ａのコイル１６０に流れる電流を制御して，点１９０Ａに対応した点２１０ＡをＹ方向に移動する。

上記ではセンサ１４０Ａと電磁アクチュエータ２００Ａとの対を挙げたが，Ｙ方向には，センサ１４０Ｂと電磁アクチュエータ２００Ｂとの対も設けられ，Ｘ方向には，センサ１４０Ｃと電磁アクチュエータ２００Ｃおよびセンサ１４０Ｄと電磁アクチュエータ２００Ｄとの対が設けられている。但し，ＸＹのいずれか一方向で回転制御を行った場合，他の方向において回転を制御する必要がなくなるので，例えば，センサ１４０Ｄと電磁アクチュエータ２００Ｄの構成を省略することもできる。このとき，Ｘ方向に残される電磁アクチュエータ２００Ｃの力の進行ベクトルは重心を通過するように配置されてもよい。

このような電磁アクチュエータ２００のＸＹのいずれか一方向の対，例えば，電磁アクチュエータ２００Ａ，２００Ｂを，重心１８０を挟んだ対称構造とすることにより，可動部の直線駆動と回転駆動とを同時に制御することができる。また，このような電磁アクチュエータ２００の磁力を利用した吸着部により，可動部と固定部との吸引力が生成され，可動部１００の固定部１１０からの離脱を防ぐことができる。このような構成の下では，回転防止や固定部への吸着を行う機械的な構造が不要となり，消費電力を抑え，かつ，小型に形成することが可能となる。

（駆動制御方法）
次に，上記ＸＹ可動ステージを用いて，撮像素子が設けられた可動部１００を固定部１１０に対してＸＹ方向に駆動制御する駆動制御方法を説明する。ここで用いられるＸＹ可動ステージは，上述したように，ＸＹの少なくとも一方向において，可動部１００の重心から該一方向に延びる直線上にはない，可動部１００上の相違する２点に設けられた２つのセンサ１４０と，該２つのセンサ１４０とそれぞれ該一方向に対向配置され，可動部１００の一部を該一方向に直線制御する複数の電磁アクチュエータ２００とが設けられている。

図６は，第１の実施形態における駆動制御方法の概略的なアルゴリズムを説明したブロック図である。ここでは，図３に示したセンサ１４０Ａ，１４０Ｂと，電磁アクチュエータ２００Ａ，２００Ｂとの２つの対を挙げて説明する。

先ず，後述する制御信号生成部において，直線方向（図３におけるＹ方向）への操作量となる直線操作量ｙが生成され，各センサ１４０Ａ，１４０Ｂと，電磁アクチュエータ２００Ａ，２００Ｂとの対による閉ループ制御系に入力される。上記各制御系では，入力された直線操作量ｙから，フィードバックされたそれぞれのセンサ１４０Ａ，１４０Ｂの移動量ｙ_ａ，ｙ_ｂを減算し，アクチュエータ固有のパラメータを乗じて対応するそれぞれの電磁アクチュエータ２００Ａ，２００Ｂを該一方向に駆動する。

ここで，Ｃａ，Ｃｂは，電磁アクチュエータ２００Ａ，２００Ｂの位相補償であり，Ｋａ，Ｋｂは，電磁アクチュエータ２００Ａ，２００Ｂのゲインアンプの係数である。また，当該アルゴリズム上の値は，全て一方向（例えばＹの正の方向）を正として定義している。

図７は，第１の実施形態における他の駆動制御方法の概略的なアルゴリズムを説明したブロック図である。かかる駆動制御方法では，図６で説明したＸＹ平面での直線制御に加え，Ｚ軸方向を回転中心とした回転制御が実施される。ここでも，図３に示したセンサ１４０Ａ，１４０Ｂと，電磁アクチュエータ２００Ａ，２００Ｂとの２つの対を制御している。

上記直線操作量ｙと共に，制御信号生成部において回転操作量ｙ_ｄが生成され，その回転操作量ｙ_ｄが，各センサ１４０Ａ，１４０Ｂと，電磁アクチュエータ２００Ａ，２００Ｂとの対による閉ループ制御系にそれぞれ符号を異にして入力される。上記各制御系では，入力された回転操作量ｙ_ｄから，フィードバックされたそれぞれのセンサ１４０Ａ，１４０Ｂの移動量ｙ_ａ，ｙ_ｂを減算し，アクチュエータ固有のパラメータを乗じて対応するそれぞれの電磁アクチュエータ２００Ａ，２００Ｂと該一方向に駆動する。

各対においては，入力された回転操作量分だけ互いに逆の方向に直線制御するため，結果的に可動部１００が回転することとなる。従って，上記回転操作量は，回転すべき角度を直線移動量に換算した値であり，角度と駆動量は非線形の関係となる。かかる角度と直線移動量との変換は，制御信号生成部で実施されるとしてもよい。

ここで，図７に示したアルゴリズムを利用し，可動部１００を直線においてのみ駆動する場合，回転操作量をゼロ（０）に設定する。また，回転においてのみ駆動する場合，直線操作量をゼロ（０）に設定すればよい。

図８は，図７に示した駆動制御方法の変形例を示したブロック図である。かかる駆動制御方法では，電磁アクチュエータ２００Ａの制御信号ｆを，電磁アクチュエータ２００Ｂの制御信号に対してフィードフォワードし，電磁アクチュエータ２００Ａ，２００Ｂを同方向に駆動することで，可動部１００を直線制御する。さらに，回転操作量ｙ_ｄからそれぞれの点の移動量の差ｙ_ｂ−ｙ_ａを減じて電磁アクチュエータ２００Ｂに回転補償することにより，可動部１００を回転制御する。

このような制御系では，上記回転操作量がゼロであり，可動部１００を直線に移動させるときであっても，各電磁アクチュエータの個々の特徴によって移動量が等しくならない場合がある。従って，図８の制御系においては，センサ１４０Ｂとセンサ１４０Ａとの差をフィードバックして回転を補償し，可動部１００の不要な回転を制限している。

上述したアルゴリズムにより，可動部１００の直線制御はもとより，回転制御も可能となる。尚，駆動制御方法は，上述したアルゴリズムに限られず，制御入力の位置をゲインの前後にシフトするなど等価変換されたアルゴリズムも本実施形態の技術的範囲に含まれる。

（第２の実施形態：ＸＹ可動テーブル）
第１の実施形態においては，磁石１５０と可動側継鉄１６２とで吸着部を構成したが，本実施形態においては，吸着プレートを利用した他の構成による吸着部を説明する。

図９は，第２の実施形態におけるＸＹ可動ステージの詳細な部分を示した組み立て図である。ここで，固定部１１０には，センサ１４０と，磁石１５０と，継鉄３００と，ボールベアリング１５４と，が設けられ，可動部１００には，コイル１６０と，吸着プレート３１０と，が設けられている。

第１の実施形態における構成要素として既に述べたセンサ１４０と，磁石１５０と，ボールベアリング１５４と，コイル１６０とは，実質的に機能が同一なので重複説明を省略し，ここでは，構成が相違する継鉄３００と，吸着プレート３１０とを主に説明する。

上記継鉄３００は，コの字上に形成され，内設された磁石１５０と一緒に用いることで，磁気回路の一部となることができる。こうして，磁石１５０と継鉄３００の可動部側との空間にＺ方向の磁力が生成され，その間を可動部１００のコイル１６０が移動する。かかるコイル１６０に電流を流すことによってＸもしくはＹ方向の電磁力が生じ，電流の量に応じた直線駆動力を得ることができる。

上記吸着プレート３１０は，鉄等，磁石への吸引力を生じる材料から形成され，電磁アクチュエータの漏れ磁束を受けて可動部１００を固定部１１０に吸着させる。従って，本実施形態における吸着部は，吸着プレート３１０と電磁アクチュエータとからなる。ここでは，非機械的な，非常に簡単な構成で可動部１００の吸着を実施することができる。

図１０は，第２の実施形態における電磁アクチュエータ４００の外観を説明するための説明図である。ここで，（ａ）は正面図，（ｂ）は平面図，（ｃ）は側面図を示している。かかる電磁アクチュエータ４００の場合も，図５の電磁アクチュエータ２００同様に，コイル１６０の長手方向の直線部分の長さは，磁石１５０や継鉄３００の幅より，Ｘ方向の可動範囲分だけ大きく形成され，短手方向の幅は，磁石１５０の幅よりＹ方向の可動範囲分だけ小さく形成される。これは，上述したように，可動範囲内において，磁石１５０による磁束の関係とコイル１６０に流れる電流との関係を可能な限り等しくし，均一な電磁力を得るためである。

また，吸着プレート３１０は，磁石１５０や継鉄３００の幅よりＸＹ両方向において可動範囲分だけ小さく形成される。これは，可動範囲から吸着プレート３１０が外れると，Ｚ方向ではない，Ｘ方向またはＹ方向の吸引力成分が生じ，駆動力の妨げになるからである。かかる吸着プレート３１０が可動範囲内にあることによって，吸着プレート３１０のＸ方向やＹ方向の吸引力を無視することができる。

図１１は，上記のようなＸＹ可動ステージの可動部１００をＹ方向にシフトした場合の磁気力の変化を示した説明図である。ここでは，可動部１００をＹ方向に−１．０ｍｍ〜＋１．０ｍｍまで動かし，そのときの吸着プレート３１０の各方向への磁気力を示している。図から理解されるように，吸着プレート３１０にはＺ方向下向き約―６．００ｇｆの磁気力Ｆｚが働き，可動部１００と固定部１１０とを吸着する。

また，吸着プレート３１０には，Ｙ方向への磁気力Ｆｙも働くが，吸着プレート３１０の大きさを継鉄３００の幅より小さく形成する構成により，その値は無視することができる。

かかる構成によると，撮像素子を含む可動部１００の重量は２４．００ｇｆ（６．００×４箇所）まで増やすことができる。また，本実施形態において，１．００ｇｆ（Ｆｙ）程度の反発力は電磁アクチュエータ４００の駆動にあまり影響しない。かかる吸着プレート３１０は，可動部１００の重量と電磁アクチュエータ４００の電磁力とを踏まえて適切な大きさに形成することができる。

また，吸着プレート３１０の大きさが制限される場合，可動部１００と固定部１１０との距離を変化させることによって，その磁気力を調整することもできる。

このような吸着プレート３１０と電磁アクチュエータとによる吸着部によって，可動部１００と固定部１１０とが吸着し，可動部１００の固定部１１０からの離脱を防ぐことができる。

（第３の実施形態：手振れ補正装置）
続いて，上記ＸＹ可動ステージを手振れ補正の駆動対象として用いた手振れ補正装置について説明する。

図１２は，第３の実施形態における手振れ補正装置５００の概略的な機能を示したブロック図である。当該手振れ補正装置５００は，手振れ検出部５１０と，ＸＹ可動ステージ５２０と，制御信号生成部５３０とを含んで構成される。ここでは理解を容易にするためＸＹのいずれか一方向のみの系統を挙げて説明しているが，当然にして他の方向の制御も可能である。

上記手振れ検出部５１０は，手振れ補正装置５００がユーザの手振れ等によってぶれてしまった直線移動量もしくは角度を検出する。かかる手振れ検出部５１０は，位置センサ，速度センサ，加速度センサ，角度センサ，角速度センサ，角加速度センサ等で形成され得る。

上記ＸＹ可動ステージ５２０は，撮像素子１２０が設けられた可動部１００と，該可動部１００を支持する固定部１１０と，磁力により該可動部１００を該固定部１１０に吸着する吸着部と，ＸＹの少なくとも一方向において，該可動部１００の重心から該一方向に延びる直線上にはない，可動部上の相違する２点の同一方向への移動量をそれぞれ検出する複数のセンサ１４０と，該一方向において，該可動部の重心から該一方向に延びる直線上にはない，可動部上の相違する２点をそれぞれ直線制御する複数の電磁アクチュエータ２００と，を備え，センサ１４０で検出した移動量を制御信号生成部５３０に送信し，制御信号生成部５３０からの制御入力を受信して可動部１００を駆動する。

上記制御信号生成部５３０は，マイコン（ＣＰＵ，ＤＳＰ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の半導体集積回路から構成され，手振れ検出部５１０の手振れ量（直線移動量もしくは角度）から回転操作量と直線操作量を求め，該回転操作量と，上記複数のセンサ１４０で検出された移動量の差から算出される回転量とに基づき，上記複数の電磁アクチュエータ２００を用いて可動部１００をＸＹ平面上で回転制御し，該直線操作量と，上記複数のセンサの少なくとも一方で検出された移動量とに基づき，上記複数の電磁アクチュエータの少なくとも一方を用いて可動部を上記一方向に直線制御する。

図１２を用いて，本実施形態における制御信号生成部５３０のさらに詳細な動作を述べると，手振れ検出部５１０の角速度センサで検出された手振れ角速度θ’を受信し，その角速度θ’を積分して手振れによる傾き角度θを求める。さらに像面移動量ｙをｄ×ｔａｎ（θ）によって算出する（ｄは撮像装置の焦点距離）。こうして算出されたｙからセンサ１４０の値を減算して電磁アクチュエータ２００に出力する。上記角度θの演算時にｐａｎｎｉｎｇ処理を行うこともできる。

ここでは，フィードバックを用いた位置制御を行っているが，かかる場合に限られず，位置制御，速度制御，加速度制御，角速度制御，角加速度制御いずれも適用することが可能である。

上記の構成では，上述したＸＹ可動ステージ同様，吸着部により，可動部１００と固定部１１０との吸引力が生成され，可動部１００の固定部１１０からの離脱を防ぐことができる。また，２つのセンサと２つの電磁アクチュエータのみの構成により，可動部１００の直線駆動と回転駆動とを同時に制御することが可能となる。かかる手振れ補正装置５００は，回転防止や固定部への吸着を行う機械的な構造が無いため，容易な構造で形成することができ，無駄な消費電力を費やすこともない。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，上記の実施形態で，センサ１４０としてフォトインタラプトを挙げているが，かかる場合に限られず，渦電流方式や超音波方式等，当業者であれば容易に考えられる変位センサを本実施形態に適用することができる。

また，可動部１００の支持機構としてボールベアリング１５４を挙げているが，摩擦を無視できる他の様々な支持機構を適用することができる。

また，制御信号生成部としてマイコンやＦＰＧＡを挙げているが，非線形補正等が少ないもしくは無視してよい程度であれば，制御信号生成部をアナログ回路によって形成することもできる。

なお，本明細書の駆動制御方法における各ブロックは，必ずしもブロック図として記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく，並列的あるいは個別に実行される処理も含むとしても良い。

第１の実施形態におけるＸＹ可動ステージの外観を示した斜視図である。 上記ＸＹ可動ステージの詳細な部分を示した組み立て図である。 センサの位置を示したＸＹ可動ステージを抽象的に表した平面図である。 ボールベアリングによる可動部の支持機構を説明する断面図である。 電磁アクチュエータの外観を説明するための説明図である。 第１の実施形態における駆動制御方法の概略的なアルゴリズムを説明したブロック図である。 第１の実施形態における他の駆動制御方法の概略的なアルゴリズムを説明したブロック図である。 図７に示した駆動制御方法の変形例を示したブロック図である。 第２の実施形態におけるＸＹ可動ステージの詳細な部分を示した組み立て図である。 第２の実施形態における電磁アクチュエータの外観を説明するための説明図である。 上記のようなＸＹ可動ステージの可動部をＹ方向にシフトした場合の磁気力の変化を示した説明図である。 第３の実施形態における手振れ補正装置の概略的な機能を示したブロック図である。 可動ステージにシャフトを設けた場合の可動部の可動方向を示した説明図である。 可動ステージに引張りばねを設けた場合の可動方向を示した説明図である。

符号の説明

１００ 可動部
１１０ 固定部
１２０ 撮像素子
１４０ センサ
１５０ 磁石
１５２ 固定側継鉄
１６０ コイル
１６２ 可動側継鉄
２００，４００ 電磁アクチュエータ
３００ 継鉄
３１０ 吸着プレート

Claims (11)

1. 撮像素子が設けられた可動部を固定部に対してＸＹ方向に移動自在なＸＹ可動ステージであって：
   磁力により前記可動部を前記固定部に吸着する吸着部と；
   ＸＹの少なくとも一方向において，前記可動部の重心から該一方向に延びる直線上にはない，可動部上の相違する２点の同一方向への移動量をそれぞれ検出する複数のセンサと；
   前記一方向において，前記可動部の重心から該一方向に延びる直線上にはない，可動部上の相違する２点をそれぞれ直線制御する複数の電磁アクチュエータと；
   を備え，
   回転操作量と，前記複数のセンサで検出された移動量の差から算出される回転量とに基づき，前記複数の電磁アクチュエータを用いて可動部をＸＹ平面上で回転制御し，
   直線操作量と，前記複数のセンサの少なくとも一方で検出された移動量とに基づき，前記複数の電磁アクチュエータの少なくとも一方を用いて可動部を前記一方向に直線制御することを特徴とする，ＸＹ可動ステージ。
2. 前記電磁アクチュエータは，前記固定部に設けられる磁石および固定側継鉄と，前記可動部に設けられるコイルおよび該固定側継鉄とは別体の可動側継鉄とからなり，
   前記吸着部は，前記磁石と前記可動側継鉄とから構成されることを特徴とする，請求項１に記載のＸＹ可動ステージ。
3. 前記可動部は，磁石への吸引力を生じる吸着プレートをさらに備え，
   前記吸着部は，前記電磁アクチュエータと前記吸着プレートから構成されることを特徴とする，請求項１に記載のＸＹ可動ステージ。
4. 前記電磁アクチュエータは，前記固定部に設けられる磁石および継鉄と，前記可動部に設けられ前記磁石と継鉄の間を移動するコイルとからなり，
   前記吸着プレートは，前記継鉄の幅より小さく形成されることを特徴とする，請求項３に記載のＸＹ可動ステージ。
5. 前記複数の電磁アクチュエータは，互いに可動部の重心を挟んで対向配置されることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載のＸＹ可動ステージ。
6. 前記複数の電磁アクチュエータは，前記可動部の対角に配置されることを特徴とする，請求項５に記載のＸＹ可動ステージ。
7. 前記複数のセンサは，互いに可動部の重心を挟んで対向配置されることを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載のＸＹ可動ステージ。
8. 前記複数のセンサは，前記可動部の対角に配置されることを特徴とする，請求項７に記載のＸＹ可動ステージ。
9. 撮像素子が設けられた可動部を固定部に対してＸＹ方向に駆動制御する駆動制御方法であって：
   ＸＹの少なくとも一方向において，前記可動部の重心から該一方向に延びる直線上にはない，可動部上の相違する２点に設けられた２つのセンサと，該２つのセンサとそれぞれ該一方向に対向配置され，可動部の一部を該一方向に直線制御する複数の電磁アクチュエータとを用いて，
   直線操作量と，フィードバックされたそれぞれのセンサの移動量とから，対応するそれぞれの電磁アクチュエータを該一方向に駆動し，前記可動部を該一方向に直線制御することを特徴とする，駆動制御方法。
10. さらに，前記直線制御するセンサと電磁アクチュエータのそれぞれの対に，回転操作量を，符号を異にして入力し，前記可動部を回転させることを特徴とする，請求項９に記載の駆動制御方法。
11. 手振れ量を検出する手振れ検出部と；
    撮像素子が設けられた可動部と，該可動部を支持する固定部と，磁力により該可動部を該固定部に吸着する吸着部と，ＸＹの少なくとも一方向において，該可動部の重心から該一方向に延びる直線上にはない，可動部上の相違する２点の同一方向への移動量をそれぞれ検出する複数のセンサと，該一方向において，該可動部の重心から該一方向に延びる直線上にはない，可動部上の相違する２点をそれぞれ直線制御する複数の電磁アクチュエータと，を備えるＸＹ可動ステージと；
    前記手振れ検出部の手振れ量から回転操作量と直線操作量を求め，該回転操作量と，前記複数のセンサで検出された移動量の差から算出される回転量とに基づき，前記複数の電磁アクチュエータを用いて可動部をＸＹ平面上で回転制御し，該直線操作量と，前記複数のセンサの少なくとも一方で検出された移動量とに基づき，前記複数の電磁アクチュエータの少なくとも一方を用いて可動部を前記一方向に直線制御する制御信号生成部と；
    を備えることを特徴とする，手振れ補正装置。
    

Images