JP2008152034A - アクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】可動部を安定して支持することができるアクチュエータを提供する。
【解決手段】本発明は、像振れを防止するアクチュエータ（１０）であって、固定部（１２）と、像振れ補正用レンズが取り付けられた可動部（１４）と、可動部支持手段（１８）と、固定部の第１駆動用コイル（２０ａ）及び可動部の第１駆動用磁石（２２ａ）を備えた第１駆動手段と、固定部の第２駆動用コイル（２０ｂ）及び移動部の第２駆動用磁石（２２ｂ）を備え、第１駆動手段と直交する方向の駆動力を発生する第２駆動手段と、第１駆動用磁石との間の吸着力により、可動部を固定部に吸着させる第１吸着用ヨーク（２６）と、第２駆動用磁石との間の吸着力により、可動部を吸着させる第２吸着用ヨークと、可動部と固定部の間に吸着力を作用させ、像振れ補正用レンズの光軸の周囲に作用する吸着力を均一化する吸着力均一化手段（３０、３２）と、を有することを特徴としている。
【選択図】図２

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、カメラに関し、特に、像振れ補正用レンズをその光軸に直交する平面内で移動させ、像振れを防止するアクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラに関する。

特開２００２−１９６３８２号公報（特許文献１）には、振れ補正装置が記載されている。この振れ補正装置では、シフトレンズを保持したシフト枠を３つのボールにより平行移動可能に支持し、支持されたシフト枠を２つのリニアモーターによってＸ方向及びＹ方向に駆動している。また、３つのボールに支持されたシフト枠は、各リニアモーターの駆動用磁石と、これらに対応して設けられたヨークとの間に作用する磁力によってシフトベースに吸着される。シフト枠を支持する３つのボールは、シフトベースに吸着されたシフト枠とシフトベースの間に挟持される。この振れ補正装置においては、シフト枠がボールにより支持されているので、シフト枠を非常に小さい摺動抵抗で移動させることができる。

特開２００２−１９６３８２号公報

しかしながら、特開２００２−１９６３８２号公報に記載された振れ補正装置においては、シフト枠を支持する３つのボールがシフトレンズの周囲に概ね等間隔に配置され、一方、シフト枠をシフトベースに吸着させる駆動用磁石は９０度の間隔で２つ配置されている。このため、各ボールを挟持する力が夫々異なり、シフト枠を安定して支持することが難しいという問題がある。即ち、挟持力が大きいボールについては、ボールとシフト枠及びシフトベースが接触する面圧が大きくなり、転がり摩擦抵抗が不必要に大きくなるという問題がある。また、挟持力が小さいボールについては挟持力が不足し、接触面が鉛直に向けられた際にボールが滑落する虞があるという問題がある。さらに、各ボールに作用する挟持力が夫々異なると、リニアモーターによりシフト枠に駆動力を加えた際、各ボールとシフト枠等との間の転がり抵抗の不釣り合いにより、光軸に直交する面内でシフト枠が回転されてしまうという問題がある。

従って、本発明は、可動部を固定部に対して安定して支持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、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、本発明は、像振れ補正用レンズをその光軸に直交する平面内で移動させ、像振れを防止するためのアクチュエータであって、固定部と、像振れ補正用レンズが取り付けられた可動部と、この可動部を、固定部に対して平行な平面上で移動できるように支持する可動部支持手段と、固定部又は可動部の一方に取り付けられた第１駆動用コイル及び他方に取り付けられた第１駆動用磁石を備え、これらの第１駆動用コイルと第１駆動用磁石との間に作用する磁力によって、像振れ補正用レンズの光軸に直交する平面内の第１の方向の駆動力を発生する第１駆動手段と、固定部又は可動部の一方に取り付けられた第２駆動用コイル及び他方に取り付けられた第２駆動用磁石を備え、これらの第２駆動用コイルと第２駆動用磁石との間に作用する磁力によって、像振れ補正用レンズの光軸に直交する平面内で第１の方向に直交する第２の方向の駆動力を発生する第２駆動手段と、固定部又は可動部の一方に取り付けられ、第１駆動用磁石との間に作用する吸着力により、可動部を固定部に吸着させる第１吸着用ヨークと、固定部又は可動部の一方に取り付けられ、第２駆動用磁石との間に作用する吸着力により、可動部を固定部に吸着させる第２吸着用ヨークと、可動部と固定部の間に吸着力を作用させ、像振れ補正用レンズの光軸の周囲に作用する吸着力を均一化する吸着力均一化手段と、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、像振れ補正用レンズが取り付けられた可動部が、可動部支持手段によって、固定部に対して支持される。第１駆動手段は、第１駆動用コイルと第１駆動用磁石との間に作用する磁力により、像振れ補正用レンズの光軸に直交する平面内の第１の方向の駆動力を発生する。同様に、第２駆動手段は、第１の方向に直交する第２の方向の駆動力を発生する。また、第１駆動用磁石と第１吸着用ヨークの間の吸着力、及び第２駆動用磁石と第２吸着用ヨークの間の吸着力により、可動部が固定部に吸着される。さらに、吸着力均一化手段は、可動部と固定部の間に吸着力を作用させ、像振れ補正用レンズの光軸の周囲に作用する吸着力を均一化する。

このように構成された本発明によれば、２組の駆動用磁石と吸着用ヨークの間の吸着力の他に、吸着力均一化手段が可動部と固定部の間に吸着力を作用させるので、光軸の周囲に作用する吸着力が均一化され、可動部を固定部に対して安定して支持することができる。

本発明において、好ましくは、吸着力均一化手段は、磁力により可動部を固定部に吸着させる。
このように構成された本発明によれば、吸着力均一化手段が可動部と固定部を磁力により吸着させるので、吸着力均一化手段により固定部と可動部の間に光軸方向以外の吸着力が作用するのを防止することができ、像振れ補正用レンズの駆動に悪影響が及ぶのを回避することができる。

本発明において、好ましくは、可動部支持手段は、固定部と可動部との間に挟持された、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よれば、可動部の移動が、固定部と可動部の間に挟持された球状体の転がりにより許容されるので、固定部と可動部の間に作用する摺動抵抗を低減することができる。

本発明において、好ましくは、球状体は３つであり、各球状体は、第１駆動手段と第２駆動手段の間、第２駆動手段と吸着力均一化手段の間、及び吸着力均一化手段と第１駆動手段の間に夫々配置されている。

このように構成された本発明によれば、可動部が３つの球状体により支持されるので、可動部と各球状体が確実に接触されると共に、各球状体の間に吸着力が作用するので、各球状体を安定して挟持することができる。

本発明において、好ましくは、第１及び第２駆動用磁石、第１及び第２吸着用ヨーク、及び吸着力均一化手段が、各球状体を挟持する力がほぼ等しく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、各球状体がほぼ等しい力で挟持されるので、挟持力不足による球状体の滑落や、過大な挟持力により球状体の転がり抵抗が増大するのを防止することができる。

本発明において、好ましくは、第１駆動手段及び第２駆動手段が発生する駆動力の各作用線を像振れ補正用レンズの光軸に直交する直交平面に投影した投影線の交点が、可動部の重心点を直交平面に投影した点とほぼ一致する。

このように構成された本発明によれば、第１駆動手段及び第２駆動手段の駆動力の各作用線を直交平面に投影した投影線が、直交平面に投影された可動部のほぼ重心点上を通るので、駆動力が可動部に作用された際、慣性力の不釣り合いによる回転移動の発生を防止することができる。

本発明において、好ましくは、第１及び第２駆動用磁石は、可動部が像振れを補正するために移動される移動領域内にある場合には、第１及び第２駆動用磁石を像振れ補正用レンズの光軸方向に投影した各投影面が、常に第１及び第２吸着用ヨークの内部に夫々位置するように形成され、配置されている。

このように構成された本発明によれば、可動部が移動領域内にある場合に、各駆動用磁石の投影面が、常に各吸着用ヨークの内部に位置するので、それらの間に作用する吸着力を一定に維持することができ、可動部を安定して吸着することができる。

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、レンズ鏡筒の中に取り付けられた本発明のアクチュエータと、を有することを特徴としている。
また、本発明のカメラは、カメラ本体と、本発明のレンズユニットと、を有することを特徴としている。

本発明のアクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラによれば、可動部を固定部に対して安定して支持することができる。

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、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。また、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、像振れ補正用レンズ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。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。

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を作動させて像振れ補正用レンズ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、像振れ補正用レンズ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、像振れ補正用レンズとは、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III−III線に沿う断面図、図４は図２のIV−IV線に沿う断面図である。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、固定枠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。

アクチュエータ１０は、移動枠１４を、レンズ鏡筒６に固定された固定枠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に取り付けられた像振れ補正用レンズ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。

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部である固定枠１２、この固定枠１２に対して移動可能に支持された可動部である移動枠１４、及び、この移動枠１４を支持する球状体である３つのスチールボール１８を有する。さらに、アクチュエータ１０は、スチールボール１８が固定枠１２と移動枠１４の間で転がる範囲を規制するスチールボール受け３１を有する。なお、本実施形態において、３つのスチールボール１８は可動部支持手段を構成する。

さらに、アクチュエータ１０は、固定枠１２に取り付けられた２つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂと、移動枠１４の、駆動用コイル２０ａ、２０ｂに夫々対応する位置に取り付けられた２つの駆動用磁石２２ａ、２２ｂと、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ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と、を有する。また、アクチュエータ１０は、駆動用磁石２２ａ、２２ｂの磁力によって移動枠１４を固定枠１２に吸着させるために、固定枠１２に取り付けられた吸着用ヨーク２６と、駆動用磁石２２ａ、２２ｂの磁力を固定枠１２の方に効果的に差し向けるように、各駆動用磁石の裏側に取り付けられたバックヨーク２８と、を有する。なお、第１駆動用コイルである駆動用コイル２０ａ及びこれに対応する位置に取り付けられた第１駆動用磁石である駆動用磁石２２ａは第１駆動手段を構成し、第２駆動用コイルである駆動用コイル２０ｂ及びこれに対応する位置に取り付けられた第２駆動用磁石である駆動用磁石２２ｂは第２駆動手段を構成する。

また、アクチュエータ１０は、固定枠１２に取り付けられた吸着用磁性材３０と、移動枠１４の、吸着用磁性材３０に対応する位置に取り付けられた吸着用磁石３２と、を有する。吸着用磁性材３０及び吸着用磁石３２は、像振れ補正用レンズの光軸の周囲に作用する吸着力を均一化する吸着力均一化手段を構成する。

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。

固定枠１２は概ねドーナツ板状の形状を有し、その上に２つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂが配置されている。図２に示すように、これら２つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂは、レンズユニット２の光軸を中心とする円周上に、中心角９０゜の間隔で配置されている。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ている。また、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ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、固定枠１２と平行に、固定枠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、像振れ補正用レンズ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に対応する位置には、長方形の駆動用磁石２２ａ、２２ｂが夫々埋め込まれている。即ち、各駆動用磁石２２ａ、２２ｂは、レンズユニット２の光軸を中心とする円周上に中心角９０゜の間隔で配置されている。また、図２に示すように、各駆動用磁石２２ａ、２２ｂは、その長手方向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。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、固定枠１２の各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ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、駆動用磁石２２ａ、２２ｂが、それに対応して取り付けられた各吸着用ヨーク２６に及ぼす磁力によって、固定枠１２に吸着される。本実施形態においては、駆動用磁石２２ａ、２２ｂの磁力線が、吸着用ヨーク２６に効率良く到達するように、固定枠１２を非磁性材料で構成している。また、第１駆動用磁石である駆動用磁石２２ａに対応する吸着用ヨークが第１吸着用ヨークに該当し、第２駆動用磁石である駆動用磁石２２ｂに対応する吸着用ヨークが第２吸着用ヨークに該当する。
また、駆動用磁石２２ａ、２２ｂの裏側、即ち、各駆動用コイルの反対側には、各駆動用磁石２２ａ、２２ｂの磁束が固定枠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。

図５（ａ）は、駆動用コイル２０ｂ、駆動用磁石２２ｂ、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２２ｂ及びバックヨーク２８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２０ｂは、その各辺が、長方形の駆動用磁石２２ｂの各長辺、短辺と夫々平行になるように配置されている。同様に、吸着用ヨーク２６も、その各辺が駆動用磁石２２ｂの各長辺、短辺と夫々平行になるように配置されている。また、吸着用ヨーク２６は、駆動用磁石２２ｂよりも大きく形成されている。このため、移動枠１４が像振れを防止するために移動される移動領域内にある場合には、駆動用磁石２２ｂを像振れ補正用レンズ１６の光軸の方向に投影した投影面は、常に吸着用ヨーク２６の内部に位置する。これにより、駆動用磁石２２ｂと吸着用ヨーク２６の間に作用する吸着力は、移動枠１４が移動されてもほぼ一定に維持される。

さらに、駆動用磁石２２ｂは、その着磁境界線Ｃが、駆動用磁石が配置されている円周の接線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２２ｂは、対応する駆動用コイル２０ｂに電流が流れると、円周の半径方向の駆動力を受ける。

なお、本明細書において、着磁境界線Ｃとは、各駆動用磁石の両側を夫々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、着磁境界線Ｃは、長方形の駆動用磁石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。

また、もう一方の駆動用コイル２０ａについても、対応する駆動用磁石２２ａ、バックヨーク２８及び吸着用ヨーク２６が同様の位置関係で配置されている。これにより、駆動用磁石２２ａは、対応する駆動用コイル２０ａに電流が流れると、駆動用磁石が配置されている円周の半径方向の駆動力を受ける。また、駆動用磁石２２ａと対応する吸着用ヨーク２６の間に作用する吸着力は、移動枠１４の移動によらずほぼ一定に維持される。

このように、駆動用コイル２０ａに電流が流れると駆動用磁石２２ａは鉛直方向の駆動力を受け、駆動用コイル２０ｂに電流が流れると駆動用磁石２２ｂは水平方向の駆動力を受ける。本実施形態においては、これらの駆動力の作用線は、像振れ補正用レンズ１６の概ね光軸上でほぼ直角に交わる。即ち、駆動力の各作用線を、像振れ補正用レンズ１６の光軸に直交する直交平面に投影した投影線の交点は、移動枠１４の重心点を直交平面に投影した点とほぼ一致する。

一方、移動枠１４には長方形の吸着用磁石３２が取り付けられている。吸着用磁石３２は、駆動用磁石２２ａ、２２ｂが配置されている円周上に、駆動用磁石２２ａ、２２ｂに対して中心角１３５゜ずつ間隔をあけて配置されている。さらに、吸着用磁石３２は、長手方向の中心線が円周の接線方向に向くように配置されている。

これに対して、固定枠１２の、吸着用磁石３２に対応する位置には、吸着用磁性材３０が取り付けられている。移動枠１４は、吸着用磁石３２と吸着用磁性材３０の間に作用する吸着力により、固定枠１２に吸着されるように構成されている。また、吸着用磁性材３０は、吸着用磁石３２よりも大きく形成されている。このため、移動枠１４が像振れを防止するために移動される移動領域内にある場合には、吸着用磁石３２を像振れ補正用レンズ１６の光軸の方向に投影した投影面は、常に吸着用磁性材３０の内部に位置する。これにより、吸着用磁石３２と吸着用磁性材３０の間に作用する吸着力は、移動枠１４が移動されてもほぼ一定に維持される。

さらに吸着用磁石３２の裏側、即ち、吸着用磁性材３０の反対側にも、駆動用磁石と同様に長方形のバックヨーク２８が取り付けられており、吸着用磁石３２の磁束が固定枠１２の方に効率良く差し向けられるように構成されている。

なお、像振れ補正用レンズ１６、駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、バックヨーク２８、吸着用磁石３２等が取り付けられた移動枠１４の重心点は、ほぼ像振れ補正用レンズ１６の光軸上に位置するように構成されている。

次に、図２に示すように、３つのスチールボール１８は、像振れ補正用レンズ１６の光軸を中心とする円周上に夫々配置されている。また、図３に示すように、固定枠１２の各スチールボール１８に対応する位置には、スチールボール受け３１が夫々取り付けられている。各スチールボール受け３１には、円形の凹部が設けられており、この凹部の中にスチールボール１８が夫々配置されている。これにより、各スチールボール１８が転がる範囲は、スチールボール受け３１の凹部の内部に規制される。

また、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の中間に位置するように配置されている。これにより、３つのスチールボール１８は、駆動用コイル２０ａと２０ｂの間、駆動用コイル２０ｂと吸着用磁性材３０の間、及び吸着用磁性材３０と駆動用コイル２０ａの間に夫々配置される。

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３１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。

一方、移動枠１４は駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、及び吸着用磁石３２によって固定枠１２に吸着されるので、各スチールボール１８は固定枠１２と移動枠１４の間に挟持されることになる。ここで、像振れ補正用レンズ１６の光軸の周囲に作用する吸着力は、吸着用磁石３２と吸着用磁性材３０の間に作用する吸着力により均一化される。このため、固定枠１２と移動枠１４の間に挟持される３つのスチールボール１８には、ほぼ等しい挟持力が夫々作用する。これにより、移動枠１４は固定枠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の固定枠１２に対する任意の方向の運動が許容される。

また、各スチールボール１８に作用する挟持力はほぼ等しいので、移動枠１４が固定枠１２に対して平行移動される際の転がり抵抗は、各スチールボール１８ともほぼ等しくなる。このため、移動枠１４を平行移動させる際の抵抗力は、像振れ補正用レンズ１６の光軸を中心としてほぼ均一になる。一方、駆動用コイル２０ａ及び駆動用磁石２２ａから構成される第１駆動手段は移動枠１４に鉛直方向の駆動力を作用させ、この鉛直方向の駆動力の作用線は、上記のように像振れ補正用レンズ１６の光軸上を通る。従って、第１駆動手段による駆動力が移動枠１４に作用されたとき、移動枠１４に作用する抵抗力の不釣り合いによる固定枠１２に平行な平面内における移動枠１４の回転移動は、殆ど誘起されない。

さらに、上記のように、第１駆動手段による駆動力の作用線は、ほぼ移動枠１４の重心点上を通る。このため、第１駆動手段による駆動力が移動枠１４に作用されたとき、移動枠１４に働く慣性力の不釣り合いによる移動枠１４の回転移動は殆ど誘起されない。従って、移動枠１４は、第１駆動手段による鉛直方向の駆動力により、鉛直方向に並進移動される。

同様に、駆動用コイル２０ｂ及び駆動用磁石２２ｂから構成される第２駆動手段は移動枠１４に水平方向の駆動力を作用させ、この駆動力により移動枠１４は水平方向に並進移動される。

図２乃至図５に示すように、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂの内側には、夫々磁気センサ２４ａ、２４ｂが配置されている。各磁気センサは、移動枠１４が像振れ補正用レンズ１６の光軸と他の撮像用レンズ８の光軸が一致する中立位置にあるとき、各磁気センサの感度中心点Ｓが、各駆動用磁石の着磁境界線Ｃ上に夫々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は、駆動用磁石２２ｂの移動と磁気センサ２４ｂ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２４ｂの感度中心点Ｓが、駆動用磁石２２ｂの着磁境界線Ｃ上に位置する場合には、磁気センサ２４ｂからの出力信号は０である。移動枠１４と共に駆動用磁石２２ｂが移動し、磁気センサ２４ｂの感度中心点が駆動用磁石２２ｂの着磁境界線上から外れると、磁気センサ２４ｂの出力信号が変化する。図６に示すように、駆動用磁石２２ｂが着磁境界線Ｃに直交する方向、即ち、Ｙ軸方向に移動すると、磁気センサ２４ｂ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２４ｂは、駆動用磁石２２ｂ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２２ｂの移動距離が、駆動用磁石２２ｂの長辺の長さの３％程度以内の場合には、磁気センサ２４ｂから出力される信号は、磁気センサ２４ｂの感度中心点Ｓと駆動用磁石２２ｂの着磁境界線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２４ｂの感度中心点Ｓ上に駆動用磁石２２ｂの着磁境界線Ｃが位置する場合には、図７（ｂ）のように駆動用磁石２２ｂが回転移動した場合、図７（ｃ）のように駆動用磁石２２ｂが着磁境界線Ｃの方向に移動した場合とも、磁気センサ２４ｂ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２２ｂの着磁境界線Ｃが磁気センサ２４ｂの感度中心点Ｓから外れた場合には、感度中心点Ｓと着磁境界線Ｃの間の距離ｒに比例した信号が磁気センサ２４ｂから出力される。従って、感度中心点Ｓと着磁境界線Ｃの間の距離ｒが同じであれば、図７（ｄ）のように駆動用磁石２２ｂが着磁境界線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２２ｂ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２４ｂから出力される。

ここでは、磁気センサ２４ｂについて説明したが、もう一方の磁気センサ２４ａも、これに対応する駆動用磁石２２ａ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に対して並進移動した位置を特定することができる。

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のピッチング運動の角速度を、ジャイロ３４ｂはヨーイング運動の角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速度に基づいて、像振れ補正用レンズ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ピッチング運動の角速度を時間積分し、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鉛直方向成分を生成し、同様に、演算回路３８ｂは、ジャイロ３４ｂによって検出されるヨーイング運動の角速度に基づいてレンズ位置指令信号の水平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、像振れ補正用レンズ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。

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２２ａ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から出力されたレンズ位置指令信号の鉛直成分と、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２２ａ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、レンズ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２２ａ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２２ｂ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から出力されたレンズ位置指令信号の水平成分と、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２２ｂ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、レンズ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２２ｂに作用する駆動力が０になる。

次に、図９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９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９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９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に対するレンズ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、レンズ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の出力とレンズ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２２ａに磁力を作用させ、駆動用磁石２２ａを移動させる。この磁力は、駆動用磁石２２ａ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２２ａ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２２ａがレンズ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９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９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。

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のピッチング方向の角速度の信号を演算回路３８ａに出力し、ジャイロ３４ｂはヨーイング方向の角速度の信号を演算回路３８ｂに出力する。演算回路３８ａは、入力された角速度信号を時間で積分して、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。同様に、演算回路３８ｂは、入力された角速度信号を時間で積分して、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。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、像振れ補正用レンズ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鉛直方向のレンズ位置指令信号ｒ_Yは、差動回路４４ａに入力される。同様に、演算回路３８ｂによって出力された水平方向のレンズ位置指令信号ｒ_Xは差動回路４４ｂに入力される。

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に検出信号を出力する。磁気センサアンプ４２ａ、４２ｂで夫々増幅された磁気センサの検出信号は、差動回路４４ａ、４４ｂに夫々入力される。

差動回路４４ａ、４４ｂは、入力された各磁気センサの検出信号と、レンズ位置指令信号ｒ_X、ｒ_Y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は夫々、レンズ位置指令信号ｒ_X、ｒ_Yによって指定された位置に近づく方向の駆動力を受ける。上述したように、各駆動用コイルと各駆動用磁石の間で発生する駆動力は、夫々鉛直方向及び水平方向の並進運動のみを移動枠１４に誘起するので、移動枠１４は殆ど回転されることなく、レンズ位置指令信号ｒ_X、ｒ_Yによって指定された位置に並進移動される。

各駆動用磁石が駆動力を受けると、移動枠１４と固定枠１２の間に挟持されているスチールボール１８が転動し、駆動用磁石が取り付けられた移動枠１４を同一平面内で滑らかに並進移動させる。このとき、スチールボール１８は、スチールボール受け３１及び移動枠１４の上を転がるので、移動枠１４の移動に対する抵抗力は転がり抵抗のみであり、摺動抵抗が作用しないので、移動枠１４は小さな駆動力で滑らかに移動される。また、スチールボール１８、スチールボール受け３１及び移動枠１４は、表面硬度が高い材料で構成されているので、スチールボール１８とスチールボール受け３１及び移動枠１４の間の転がり抵抗は特に小さくなる。

さらに、像振れを防止するために移動枠１４が移動される領域内においては、駆動用磁石２２ａ、２２ｂを光軸の方向に投影した投影面は常に吸着用ヨーク２６の内部に位置し、吸着用磁石３２の投影面は常に吸着用磁性材３０の内部に位置する。これにより、移動枠１４を固定枠１２に吸着させる吸着力は、移動枠１４の位置に関わらずほぼ一定となり、吸着力は常に像振れ補正用レンズ１６の周囲にほぼ均等に作用し、移動枠１４は固定枠１２に対して安定して支持される。

また、移動枠１４を吸着させる吸着力が移動枠１４の位置に関わらず常にほぼ一定であるため、３つのスチールボール１８を夫々挟持する挟持力もほぼ均一に、ほぼ一定に維持される。これにより、挟持力の不足によるスチールボール１８の滑落や、過大な挟持力によるスチールボール１８の転がり抵抗の増大が防止される。

各駆動用コイルと駆動用磁石の間に作用する駆動力により、駆動用磁石がレンズ位置指令信号により指定された位置に到達すると、レンズ位置指令信号と磁気センサの検出信号が一致するので差動回路の出力は０となり、駆動力も０になる。また、外乱、又は、レンズ位置指令信号の変化等により、各駆動用磁石がレンズ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、各駆動用磁石はレンズ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、各駆動用磁石を有する移動枠１４に取り付けられた像振れ補正用レンズ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、像振れ補正用レンズの光軸の周囲で、２組の駆動用磁石と吸着用ヨークに加え、吸着用磁石と吸着用磁性材が吸着力を発生させるので、光軸の周囲に作用する吸着力が均一化され、移動枠を固定枠に対して安定して支持することができる。

また、本発明の実施形態によるカメラでは、吸着用磁石と吸着用磁性材によって吸着力を発生させているので、光軸方向の吸着力のみを移動枠に作用させることができる。これにより、像振れ補正用レンズの駆動に悪影響が及ぶのを回避することができる。即ち、移動枠をコイルバネ等により固定枠に吸着させた場合には、移動枠に光軸に直交する方向の成分の力が作用することが避けられず、この力が像振れ補正用レンズを駆動する制御の外乱となって制御に悪影響を及ぼす。また、移動枠をコイルバネ等により吸着させた場合には、コイルバネの取り付け部等に働く摩擦力のために、吸着力が安定しないという欠点もある。

さらに、本実施形態によるカメラでは、移動枠が、スチールボールによって支持されているので、移動枠と固定枠の間に作用する摺動抵抗を低減することができると共に、移動枠を小さな駆動力で滑らかに移動させることができる。さらに、移動枠を小さな駆動力で移動させることができるので、高速応答が可能なアクチュエータを構成することができる。

また、本実施形態によるカメラでは、３つのスチールボールによって移動枠が支持され、それらの間に吸着力が作用するので、移動枠とスチールボールが確実に接触すると共に、各スチールボールを安定して挟持することができる。

さらに、本実施形態によるカメラでは、各駆動用磁石と各吸着用ヨークの間に働く吸着力、及び吸着用磁石と吸着用磁性材の間に働く吸着力がほぼ等しいので、挟持力不足によってスチールボールが滑落したり、過大な挟持力によってスチールボールの転がり抵抗が増大したりするのを防止することができる。

また、本実施形態によるカメラでは、駆動用磁石と駆動用コイルの間に働く駆動力の作用線を、像振れ補正用レンズの光軸に直交する直交平面に投影した投影線が、移動枠の重心点を直交平面に投影した点の上をほぼ通るので、駆動力によって、移動枠の直交平面内での回転が誘起されることがない。このため、移動枠の並進運動をガイドする部材を使用することなく、移動枠を並進運動させることができる。

さらに、本実施形態によるカメラでは、各吸着用ヨークが各駆動用磁石よりも大きく構成されており、像振れ補正制御により移動枠が移動される範囲内においては、常に、各駆動用磁石の光軸方向の投影面は各吸着用ヨークの内部に位置する。このため、吸着用ヨークと駆動用磁石の間に働く吸着力は、像振れ補正制御中ほぼ一定に維持され、移動枠を安定して吸着することができ、移動枠をスチールボール上に安定して支持することができる。

以上、本発明の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。
また、上述した実施形態においては、移動枠は固定枠に対して、３つの球状体であるスチールボールによって支持されていたが、４つ以上の球状体によって移動枠を支持しても良い。

また、上述した実施形態においては、固定枠に駆動用コイルが取り付けられ、移動枠に駆動用磁石が取り付けられていたが、固定枠に駆動用磁石を、移動枠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。

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正面部分断面図である。 図２のIII−III線に沿う断面図である。 図２のIV−IV線に沿う断面図である。 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（ａ）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説明する図である。 磁気センサと駆動用磁石の位置の関係を説明する図である。 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。 駆動用コイルに流す電流を制御する回路の一例を示す図である。

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 固定枠
１４ 移動枠
１６ 像振れ補正用レンズ
１８ スチールボール
２０ａ 駆動用コイル
２０ｂ 駆動用コイル
２２ａ 駆動用磁石
２２ｂ 駆動用磁石
２４ａ 磁気センサ
２４ｂ 磁気センサ
２６ 吸着用ヨーク
２８ バックヨーク
３０ 吸着用磁性材
３１ スチールボール受け
３２ 吸着用磁石
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
４２ａ 磁気センサアンプ
４２ｂ 磁気センサアンプ
４４ａ 差動回路
４４ｂ 差動回路

Claims (9)

1. 像振れ補正用レンズをその光軸に直交する平面内で移動させ、像振れを防止するためのアクチュエータであって、
   固定部と、
   上記像振れ補正用レンズが取り付けられた可動部と、
   この可動部を、上記固定部に対して平行な平面上で移動できるように支持する可動部支持手段と、
   上記固定部又は上記可動部の一方に取り付けられた第１駆動用コイル及び他方に取り付けられた第１駆動用磁石を備え、これらの第１駆動用コイルと第１駆動用磁石との間に作用する磁力によって、上記像振れ補正用レンズの光軸に直交する平面内の第１の方向の駆動力を発生する第１駆動手段と、
   上記固定部又は上記可動部の一方に取り付けられた第２駆動用コイル及び他方に取り付けられた第２駆動用磁石を備え、これらの第２駆動用コイルと第２駆動用磁石との間に作用する磁力によって、上記像振れ補正用レンズの光軸に直交する平面内で上記第１の方向に直交する第２の方向の駆動力を発生する第２駆動手段と、
   上記固定部又は上記可動部の一方に取り付けられ、上記第１駆動用磁石との間に作用する吸着力により、上記可動部を上記固定部に吸着させる第１吸着用ヨークと、
   上記固定部又は上記可動部の一方に取り付けられ、上記第２駆動用磁石との間に作用する吸着力により、上記可動部を上記固定部に吸着させる第２吸着用ヨークと、
   上記可動部と上記固定部の間に吸着力を作用させ、上記像振れ補正用レンズの光軸の周囲に作用する吸着力を均一化する吸着力均一化手段と、
   を有することを特徴とするアクチュエータ。
2. 上記吸着力均一化手段は、磁力により上記可動部を上記固定部に吸着させる請求項１記載のアクチュエータ。
3. 上記可動部支持手段が、上記固定部と上記可動部との間に挟持された、少なくとも３つの球状体である請求項１又は２記載のアクチュエータ。
4. 上記球状体は３つであり、上記各球状体は、上記第１駆動手段と上記第２駆動手段の間、上記第２駆動手段と上記吸着力均一化手段の間、及び上記吸着力均一化手段と上記第１駆動手段の間に夫々配置されている請求項３記載のアクチュエータ。
5. 上記第１及び第２駆動用磁石、上記第１及び第２吸着用ヨーク、及び上記吸着力均一化手段が、上記各球状体を挟持する力がほぼ等しくなるように配置されている請求項３又は４記載のアクチュエータ。
6. 上記第１駆動手段及び上記第２駆動手段が発生する駆動力の各作用線を上記像振れ補正用レンズの光軸に直交する直交平面に投影した投影線の交点が、上記可動部の重心点を上記直交平面に投影した点とほぼ一致する請求項１乃至５の何れか１項に記載のアクチュエータ。
7. 上記第１及び第２駆動用磁石は、上記可動部が像振れを補正するために移動される移動領域内にある場合には、上記第１及び第２駆動用磁石を上記像振れ補正用レンズの光軸方向に投影した各投影面が、常に上記第１及び第２吸着用ヨークの内部に夫々位置するように形成され、配置されている請求項１乃至６の何れか１項に記載のアクチュエータ。
8. 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、
   上記レンズ鏡筒の中に取り付けられた請求項１乃至７の何れか１項に記載のアクチュエータと、
   を有することを特徴とするレンズユニット。
9. カメラ本体と、
   請求項８記載のレンズユニットと、
   を有することを特徴とするカメラ。

Images