JP2011095435A - 光学部材駆動装置、光学部材鏡筒、および撮像装置 - Google Patents

光学部材駆動装置、光学部材鏡筒、および撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】位置検出精度に優れた光学部材駆動装置を提供する。
【解決手段】第1マグネット33aおよび第2マグネット33bと、第1磁性体31aおよび第2磁性体31bと、第1マグネット33a(第2マグネット33b)を振動させることによって、第1磁性体31a(第2磁性体31b)を摺動駆動して、レンズホルダ22を移動させる第1圧電素子32a(第2圧電素子32b)と、レンズホルダ22の移動位置を検出するための第1磁気センサ34aおよび第2磁気センサ34bとを備え、第1マグネット33aは、第1磁性体31aの頂点と第1マグネット33aの断面中心を結ぶ直線である着磁直線と直交する方向に着磁され、第2磁気センサ34bは、第1磁性体31aの断面視において、着磁直線上以外の方向に配置されており、第2圧電素子32bによる第1マグネット33aの移動を第2磁気センサ34bで検出する。
【選択図】図3

Description

本発明は、圧電素子でマグネットを振動させることによって、磁性体を摺動駆動して、光学部材ホルダを移動させる光学部材駆動装置、光学部材鏡筒、および撮像装置に関する。
デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置は、従来から、撮像用の光学レンズ(光学部材)を用いて被写体像を結像させている。そして、光学レンズの後部に配置されたCCD(Charge Coupled Device Image Sensor)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor )イメージセンサ等の撮像素子によって画像を形成している。
ここで、撮像装置の振れによる撮影画像の品質低下を防止するため、光学式振れ補正機構を備えたデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラが知られている。具体的には、光学レンズを光軸方向と直交する2方向に移動させることによって振れを補正するようにしている。そして、光学レンズを移動させるための光学部材駆動装置として、例えば、コイルおよびマグネットからなる電磁駆動方式のアクチュエータを用いた技術が比較的多く採用されている。
また、光学レンズを移動させるためのアクチュエータとして、圧電素子を使用する技術も開示されている。例えば、バイモルフタイプの圧電素子によって振れ補正用のレンズを移動させる技術である。そして、圧電素子の変位量を大きくするため、圧電セラミック板を積層するようにした技術もある。
さらにまた、圧電素子に取り付けられたマグネットと、光学レンズを保持する光学部材ホルダの可動部に取り付けられた磁性体との間に働く磁気吸引力を利用することで、圧電素子が発生する駆動力をより安定的に光学部材ホルダに伝達することを可能にした技術もある。
特開2000−194026号公報 特許第2796831号公報
しかし、上記の特許文献1および特許文献2の技術のように、圧電素子を利用した従来のレンズ駆動技術では、圧電素子によって移動する光学レンズの位置検出手段を持っていないため、位置検出精度が悪いという問題がある。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、位置検出精度に優れた光学部材駆動装置を提供することである。また、駆動特性に優れた、小型で低電力な光学部材駆動装置を提供することである。
本発明は、以下の解決手段により、上述の課題を解決する。
本発明の請求項1に記載の発明は、光学部材を保持する光学部材ホルダと、前記光学部材ホルダを移動させるための第1マグネットと、前記第1マグネットによる前記光学部材ホルダの移動方向と直交する方向に前記光学部材ホルダを移動させるための第2マグネットと、断面が頂点と、それぞれ頂点から伸び、互いに略同一形状である第1および第2の片部からなり、前記第1および第2の片部間に開口が形成された第1磁性体および第2磁性体と、前記第1マグネットを振動させることによって、前記第1磁性体を摺動駆動して、前記光学部材ホルダを移動させる第1圧電素子と、前記第2マグネットを振動させることによって、前記第2磁性体を摺動駆動して、前記光学部材ホルダを移動させる第2圧電素子と、前記第1圧電素子の駆動によって移動する前記光学部材ホルダの移動位置を検出するための第1磁気センサと、前記第2圧電素子の駆動によって移動する前記光学部材ホルダの移動位置を検出するための第2磁気センサとを備え、前記第1磁性体の前記第1および第2の片部に前記開口側から前記第1マグネットを結合させた状態で前記第1圧電素子を駆動し、前記第2磁性体の前記第1および第2の片部に前記開口側から前記第2マグネットを結合させた状態で前記第2圧電素子を駆動するとともに、前記第1マグネットは、前記第1磁性体の前記頂点と前記第1マグネットの断面中心を結ぶ直線である着磁直線と直交する方向に着磁され、前記第2マグネットは、前記第2磁性体の前記頂点と前記第2マグネットの断面中心を結ぶ直線である着磁直線と直交する方向に着磁されており、前記第2磁気センサは、前記第1磁性体の断面視において、前記着磁直線上以外の方向に配置されることを特徴とする光学部材駆動装置である。
また、本発明の請求項4に記載の発明は、上記の光学部材駆動装置を備える光学部材鏡筒である。
さらにまた、本発明の請求項5に記載の発明は、上記の光学部材駆動装置を備える撮像装置である。
(作用)
上記の請求項1、請求項4、および請求項5に記載の発明は、第1圧電素子(第2圧電素子)で第1マグネット(第2マグネット)を振動させることによって、第1磁性体(第2磁性体)を摺動駆動して、光学部材ホルダを移動させることができる。
また、第2圧電素子の駆動によって移動する光学部材ホルダの移動位置の検出は、光学部材ホルダの移動に伴う第1マグネットの移動を第2磁気センサで検出することによって行う。
本発明は、光学部材ホルダの移動に伴う第1マグネットの移動を第2磁気センサで検出することにより、第2圧電素子によって移動する光学部材ホルダの移動位置を正確に検出できる。
本発明の撮像装置の一実施形態としての、デジタルスチルカメラの前面側を示す斜視図である。 本発明の撮像装置の一実施形態としての、デジタルスチルカメラの後面側を示す斜視図である。 本発明の光学部材鏡筒の一実施形態(第1の実施の形態)としての、レンズ鏡筒における光学部材駆動ユニットを示す正面図である。 図3に示す光学部材駆動ユニットの一部を拡大して示す部分拡大図である。 本発明の光学部材駆動装置の一実施形態としての、レンズ駆動装置の主要部を示す斜視図である。 本発明の光学部材駆動装置の第1マグネットに対する第1磁気センサの配置関係を示す説明図である。 図6に示す第1磁気センサ(θ=40°)の第1マグネットとの相対位置による出力波形を示すグラフである。 図6に示す第1磁気センサ(θ=20°)の第1マグネットとの相対位置による出力波形を示すグラフである。 図6に示す第1磁気センサ(θ=0°)の第1マグネットとの相対位置による出力波形を示すグラフである。 図6に示す第1磁気センサ(θ=−20°)の第1マグネットとの相対位置による出力波形を示すグラフである。 図7から図9の横軸の位置においてある位置を切り出した時に得られる出力振幅(切り出し両端間の出力差)を示すグラフである。 図6に示す第1マグネットの着磁方向および第1磁性体の形状を変えた場合の第1磁気センサの出力波形を示すグラフである。 本発明の光学部材駆動装置の他の実施形態としての、レンズ駆動装置の主要部を示す正面図および側面図である。 本発明の光学部材駆動装置のさらに他の実施形態としての、レンズ駆動装置の主要部を示す正面図および側面図である。 本発明の光学部材駆動装置の第1マグネットに対する第2磁気センサの配置関係を示す説明図である。 図15に示す第2磁気センサの第1マグネットとの相対位置による出力波形を示すグラフである。 本発明の光学部材鏡筒の一実施形態(第2の実施の形態)としての、レンズ鏡筒における光学部材駆動ユニットを示す正面図である。 図17に示す光学部材駆動ユニットの一部を拡大して示す部分拡大図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。
ここで、本発明における撮像装置は、以下の実施の形態では、デジタルスチルカメラ10であるとする。また、本発明における光学部材鏡筒は、以下の実施の形態では、デジタルスチルカメラ10に組み込まれたレンズ鏡筒20等であるとする。さらにまた、本発明における光学部材駆動装置は、レンズ鏡筒20等に組み込まれている。
なお、説明は、以下の順序で行う

1.第1の実施の形態(光学部材駆動装置の構成例)
2.第2の実施の形態(光学部材駆動装置の他の構成例)
[撮像装置の外観例]

図1は、本発明の撮像装置の一実施形態としての、デジタルスチルカメラ10の前面側を示す斜視図である。
また、図2は、本発明の撮像装置の一実施形態としての、デジタルスチルカメラ10の後面側を示す斜視図である。
図1に示すように、デジタルスチルカメラ10は、外装を構成する直方体状のボディ11を備えている。また、ボディ11内の右上部には、図1中、二点鎖線で示すレンズ鏡筒20(本発明における光学部材鏡筒に相当)が組み込まれている。そして、レンズ鏡筒20の鏡筒本体内に設けられたレンズ20aがボディ11の前面側の上部に位置するようになっている。
なお、図1および図2に示すデジタルスチルカメラ10において、左右とは、図1に示す前面側から見た左右を言うものとする。
また、レンズ20aの左隣には、撮影補助光を出射するフラッシュ12やAF(Auto Focus)補助光発光部13が設けられている。さらにまた、ボディ11の上面の左側には、シャッターボタン14が設けられている。さらに、ボディ11の前面側には、カバー11aが設けられている。そして、カバー11aは、ボディ11の前面側下方に位置してレンズ20a、フラッシュ12、およびAF補助光発光部13を露出させる撮影位置と、前面側上方に位置してこれらを覆う保護位置との間を矢印のようにスライドできるようになっている。そのため、カバー11aを撮影位置(図1に示す位置)にしてシャッターボタン14を押せば、撮影を行うことができる。
一方、図2に示すように、ボディ11の後面側には、メニューボタン15、ディスプレイ16、十字キー17、ズームレバー18、および露出補正ボタン19が設けられている。そして、メニューボタン15を操作することにより、ディスプレイ16(例えば、液晶表示器)に各種の設定メニュー(静止画撮影モード、動画撮影モード、再生モード、振れ補正モードのON/OFF等)を表示できる。また、表示されたメニューは、十字キー17で選択でき、選択した設定は、決定ボタン17aで決定できる。さらにまた、ディスプレイ16は、設定メニューの他、撮影する画像を表示したり、撮影された画像を再生等することができる。さらに、ズームレバー18の操作により、ズーミング(変倍操作)を行うことができ、露出補正ボタン19の操作により、ワンタッチで逆光補正等の露出補正を行うことができる。
<1.第1の実施の形態>
[光学部材鏡筒における光学部材駆動ユニットの構成例]

図3は、本発明の光学部材鏡筒の一実施形態(第1の実施の形態)としての、レンズ鏡筒における光学部材駆動ユニット120を示す正面図である。
また、図4は、図3に示す光学部材駆動ユニット120の一部を拡大して示す部分拡大図である。
図3に示す光学部材駆動ユニット120は、図1および図2に示すデジタルスチルカメラ10において、レンズシフト方式の手振れ補正機構となる光学部材駆動装置である。具体的には、光学部材である振れ補正用のレンズ21を光軸方向と直交する2方向に移動させることにより、振れによる撮影画像の品質低下を防止できるようになっている。
なお、この光学部材駆動ユニット120は、レンズシフト方式の手振れ補正機構だけでなく、撮像素子を移動させることによるイメージャシフト方式の手振れ補正機構にも適用できる(本明細書では、撮像素子も光学部材に含めている)。
ここで、レンズ21は、長方形状に形成されたレンズホルダ22(本発明における光学部材ホルダに相当)に保持されている。このレンズホルダ22は、一角側(図3では、右下角側)が、X方向のガイド軸23aを介して、鏡筒本体内に設けられた固定部11bから突出する固定部11cに、X方向に移動自在に取り付けられている。
なお、図4(図3のA矢視)に示すように、ガイド軸23aは、固定部11cの長穴に挿入されている。そのため、レンズホルダ22は、長穴の範囲内で、Y方向にも移動自在となっている。
また、光学部材駆動ユニット120は、本発明の光学部材駆動装置の一実施形態として、ガイド軸23aおよび固定部11bと平行に設けられた第1磁性体31aを備えている。この第1磁性体31aは、図4(図3のA矢視)に示すように、L字状の断面を有する棒状体から形成されており、L字状の開口側を外向きにして、レンズホルダ22に、X方向に取り付けられている。
さらにまた、光学部材駆動ユニット120は、レンズホルダ22をX方向に移動させる第1圧電素子32aを備えている。そして、第1圧電素子32aの変位発生方向(X方向)の一端面に、円柱状の第1マグネット33aが取り付けられており、第1マグネット33aは、第1磁性体31aの内面に、磁力によって当接している。
さらに、第1圧電素子32aの駆動により発生する第1磁性体31aから見た場合の第1マグネット33aの磁力を検知できるように、磁力の変化を電気信号に変換する素子によって構成された第1磁気センサ34aが配置されている。また、第1磁気センサ34aは、レンズホルダ22と一体に動くように、レンズホルダ22と同一部材に固定されている。そして、第1圧電素子32aを振動させると第1マグネット33aに対して第1磁性体31aが相対的に移動するので、この駆動により発生する第1磁性体31aと第1マグネット33aとの相対距離の変化が第1磁気センサ34aにて検出される。
一方、第1圧電素子32aの変位発生方向(X方向)の他端面は、移動枠24に取り付けられている。そして、移動枠24には、L字状の断面を有する棒状体から形成された第2磁性体31bがL字状の開口側を外向きにしてY方向に設けられている。
また、第2磁性体31bの下方の固定部11bには、移動枠24や第1マグネット33a等を介してレンズホルダ22をY方向に移動させる第2圧電素子32bが設けられている。そして、第2圧電素子32bの変位発生方向(Y方向)の先端面に、円柱状の第2マグネット33bが取り付けられており、第2マグネット33bは、第2磁性体31bの内面に、磁力によって当接している。さらに、第2磁気センサ34bは、固定部11bと同一部材に固定されている。
したがって、第1圧電素子32aを駆動して第1マグネット33aを振動させ、第1磁性体31aを摺動駆動することにより、レンズホルダ22は、移動枠24に対してX方向(レンズ21の光軸方向と直交する方向)に移動する。さらに、第2圧電素子32bを駆動して第2マグネット33bを振動させ、第2磁性体31bを摺動駆動することにより、レンズホルダ22は、移動枠24を介して、固定部11bに対してY方向(レンズ21の光軸方向と直交する方向であって、かつ第1磁性体31aによるレンズホルダ22の移動方向(X方向)と直交する方向)に移動する。
また、ガイド軸23aを中心とするレンズホルダ22の回転は、第1磁性体31aと第1マグネット33aとの磁力による当接によって防止される。さらにまた、第1マグネット33aおよび第2マグネット33bを中心とするレンズホルダ22の回転は、固定部11cによって防止される。そのため、レンズ21は、光軸方向と直交する2方向(XY方向)にだけ移動可能となっている。
[光学部材駆動装置の構成例]

図5は、本発明の光学部材駆動装置の一実施形態としての、レンズ駆動装置の主要部を示す斜視図である。
図5では、レンズ駆動装置を構成する第1磁性体31a、第1圧電素子32a、第1マグネット33a、および第1磁気センサ34aを図示しているが、第2磁性体31b、第2圧電素子32b、および第2マグネット33bも同一形状となっている。
ここで、第1圧電素子32aは、複数の圧電セラミック板を積層して構成されている。そして、第1圧電素子32aの変位発生方向(長手方向)の一端面に、円柱状の第1マグネット33a(例えば、ネオジウム系やサマリウムコバルト系等のマグネット)がエポキシ樹脂接着剤、アクリル接着剤等の接着剤によって接着されている。そのため、第1圧電素子32aの駆動によって圧電セラミック板を矢印のように伸縮させると、それに応じて第1マグネット33aが矢印のように振動することとなる。
また、レンズホルダ22(図3参照)を移動させるための断面L字状の第1磁性体31aは、マグネットに対して吸着可能な材料(例えば、SUS430等)から形成されている。そのため、円柱状の第1マグネット33a(例えば、ネオジウム系やサマリウムコバルト系等のマグネット)は、第1磁性体31aのL字状の内面に、磁力によって当接(2点で線接触)している。
このような本発明の光学部材駆動装置において、第1圧電素子32aに例えば三角波形の駆動電圧を入力する。この際、第1圧電素子32aが長い時間Tでゆっくりと伸び、磁力によって発生している第1マグネット33aと第1磁性体31aとの間の最大静止摩擦力以上の加速度が得られるような短い時間tで第1圧電素子32aが急速に縮むようにする。これにより、長い時間Tでは、第1マグネット33aと第1磁性体31aとが一緒に移動するが、短い時間tでは、第1マグネット33aと第1磁性体31aとの間に滑りが生じ、第1マグネット33aが移動しても第1磁性体31aが移動しないようになる。
また、第1磁性体31aは、内面側が円柱状の第1マグネット33aの周面に当接し、第1マグネット33aの長手方向に摺動方向が規制される断面L字状に形成されている。そのため、長い時間Tでゆっくりと伸び、短い時間tで急速に縮むような第1圧電素子32aの駆動を連続的に繰り返すと、第1磁性体31aは、第1マグネット33aの長手方向の一方向に移動する。さらにまた、第1磁性体31aの移動方向は、第1圧電素子32aがゆっくりと縮み、急速に伸びるようにすることにより、逆方向となる。
したがって、第1圧電素子32aで第1マグネット33aを振動させることによって、第1磁性体31aを摺動駆動して、第1磁性体31aが取り付けられたレンズホルダ22(図3参照)を第1マグネット33aの長手方向(図3のX方向)に移動させることができる。そして、第1圧電素子32aの駆動によって手振れがあった方向と逆方向にレンズホルダ22を移動させることにより、光学的手振れ補正(レンズ21が光軸方向と直交するX方向に移動することによるX方向の振れ補正)を実現できる。
なお、圧電セラミック板の1つ1つは、印加電圧に対する変位量が少ないため、第1圧電素子32aの振幅は、圧電セラミック板の長さや積層数によって調整することとなるが、振幅を大きくする場合であっても、光軸方向の厚さが増えることがないので、光軸方向に対して薄いレンズ駆動装置を提供できる。
同様に、第2圧電素子32bにより、第2磁性体31bが取り付けられた移動枠24等を介して、レンズホルダ22を第2磁性体31bの長手方向(図3のY方向)に移動させることができる。そして、レンズホルダ22を移動させることにより、光学的手振れ補正(レンズ21が光軸方向と直交するY方向に移動することによるY方向の振れ補正)を実現できる。
また、図5に示すように、第1磁性体31aは、断面が頂点と、それぞれ頂点から伸び、互いに略同一形状である第1および第2の片部からなり、第1および第2の片部間に開口が形成されたL字状となっている。さらにまた、第1磁性体31aの第1および第2の片部に開口側から第1マグネット33aが結合されている。さらに、第1磁性体31aの開口側に第1磁気センサ34aが配置されている。この第1磁気センサ34aは、レンズ鏡筒20(図3参照)の鏡筒本体内に取り付けられている。そして、第1圧電素子32aによって移動するレンズホルダ22(図3参照)のX方向の移動位置を検出するため、第1磁気センサ34aは、第1マグネット33aの移動によって発生する磁力の変化を検知できるように配置されている。
なお、図3に示す第2磁気センサ34bの配置については、後述する。
図6は、本発明の光学部材駆動装置の第1マグネット33aに対する第1磁気センサ34aの配置関係を示す説明図である。
図6に示すように、円柱状の第1マグネット33aは、磁性体31aの頂点とマグネット33aの断面中心を結ぶ直線である着磁直線と直交する方向(図6では、斜め45°方向)に着磁されている。そして、第1磁気センサ34aは、このような第1マグネット33aの法線方向の磁力(磁束密度)を検知できるように、第1磁性体31aの断面視において、着磁直線上以外の方向に配置する。
ここで、第1磁気センサ34aは、例えば、第1マグネット33aのS極からの法線方向である角度1、X方向の角度2、角度1と直角方向の角度3、Y方向の角度4、およびN極からの法線方向である角度5等に配置することが考えられる。
しかし、第1マグネット33aの着磁方向や第1磁性体31aの断面形状を考慮すると、角度3に第1磁気センサ34aを配置しても、第1磁気センサ34aからの出力が得られない(磁束密度が変化しない)。また、範囲1および範囲2に配置すれば、第1磁気センサ34aによる良好なセンサ出力が得られるが、範囲3では、センサ出力が利用できず、範囲4は、センサ出力として適さない。
したがって、第1磁気センサ34aは、範囲1又は範囲2内に配置することが好ましい。そして例えば、第1磁気センサ34aを範囲2内の角度4に配置した場合には、第1マグネット33aの移動により、図6の下図の矢印の範囲が第1磁気センサ34aと第1マグネット33aとの相対的移動範囲となる。その結果、第1磁気センサ34aと第1マグネット33aとの相対位置に応じた出力波形が得られる。
このように、本発明の光学部材駆動装置は、第1マグネット33aの移動によって発生する磁力(磁束密度)の変化を第1磁気センサ34aで検知する(センサ固定部に対する第1マグネット33aとの相対移動量を検出する)。そのため、レンズホルダ22(図3参照)の移動位置を正確に検出できるようになる。
次に、第1磁気センサ34aの最適な配置(反時計回りの方向を正とした場合の角度4からのズレ角度θ)について説明する。
図7は、図6に示す第1磁気センサ34a(θ=40°)の第1マグネット33aとの相対位置による出力波形を示すグラフである。
また、図8は、図6に示す第1磁気センサ34a(θ=20°)の第1マグネット33aとの相対位置による出力波形を示すグラフである。
さらにまた、図9は、図6に示す第1磁気センサ34a(θ=0°)の第1マグネット33aとの相対位置による出力波形を示すグラフである。
さらに、図10は、図6に示す第1磁気センサ34a(θ=−20°)の第1マグネット33aとの相対位置による出力波形を示すグラフである。
なお、第1磁気センサ34aの第1マグネット33aの表面からの距離は、ギャップ1(0.1mm)、ギャップ2(0.2mm)、およびギャップ3(0.3mm)の3種類を示す。
図7に示す第1磁気センサ34aは、θ=40°で配置されている。この場合、第1磁気センサ34aの出力波形(磁束密度の変化)は、図7に示すような曲線となる。また、第1マグネット33aとの距離が一番近いギャップ1において、磁束密度の変化量が一番大きくなっており、ギャップ2、ギャップ3と離れるにつれて小さくなっている。
ここで、レンズホルダ22(図3参照)の移動位置を正確に検出するためには、第1磁気センサ34aによって検知される磁束密度が一様に増加又は減少する範囲(直線的に増減する範囲)でなければならない。言い換えれば、第1磁気センサ34aの出力波形が略直線となる領域のみを位置情報として用いることにより、第1マグネット33aの移動位置の正確な検出が可能となる。そして、出力波形が略直線の領域を見ると、ギャップ3が一番長く、ギャップ2、ギャップ1と近づくにつれて短くなっている。
また、図8に示す第1磁気センサ34aは、θ=20°で配置され、図9に示す第1磁気センサ34aは、θ=0°で配置され、図10に示す第1磁気センサ34aは、θ=−20°で配置されている。そして、第1磁気センサ34aの出力波形(磁束密度の変化)は、図7の場合と同様の傾向であるが、磁束密度の変化量は、徐々に小さくなっている。
図11は、図7から図9の横軸の位置においてある位置を切り出した時に得られる出力振幅(切り出し両端間の出力差)を示すグラフである。
図11に示すグラフは、第1マグネット33aと第1磁気センサ34aとの相対位置を−0.2mmから+0.2mmとしている。
図11に示すように、第1磁気センサ34aの配置角度θが負から正に大きくなるにつれ、磁束密度の変化量が大きくなる。そして、この傾向は、第1磁気センサ34aの距離がギャップ1、ギャップ2、およびギャップ3のどの場合であっても変わらない。
図12は、図6に示す第1マグネットの着磁方向および第1磁性体の形状を変えた場合の第1磁気センサの出力波形を示すグラフである。
第1磁性体がL字状であれば、第1マグネットを45°の着磁方向とすることが駆動的に最適であるが、平板の第1磁性体31の場合には、図12に示す着磁方向が最適である。そして、この場合の第1磁気センサ34の出力は、図12に示すように、着磁方向を変えた第1マグネット33、L字状から平板に変更した第1磁性体31であっても、図6の場合と同様の傾向となっている(一様に増加又は減少する出力波形が得られる)。そして、第1マグネット33との距離が一番近いギャップ1において、磁束密度の変化量が一番大きくなっており、ギャップ2、ギャップ3と離れるにつれて小さくなる。また、出力波形が略直線の領域は、ギャップ3が一番長く、ギャップ2、ギャップ1と近づくにつれて短くなっている。
このように、図7から図12のグラフにより、第1磁気センサと第1マグネットとの相対位置による出力波形が、配置角度θやギャップ1,2,3との関係で明らかにされている。そして、第1マグネットの着磁方向に対する第1磁気センサの配置(配置角度θやギャップ1,2,3)は、磁束密度の変化量が大きく、出力波形が略直線の領域が長い場所とすることが好ましい。
したがって、第1磁気センサの実際の配置は、ボディ11(図1および図2参照)の形状、レンズ鏡筒20(図3参照)の構成等の制約と、図7から図12のグラフを用いた磁束密度の変化量、出力波形の略直線の領域とを総合的に勘案し、適宜決定される。
図13は、本発明の光学部材駆動装置の他の実施形態としての、レンズ駆動装置の主要部を示す正面図および側面図である。
また、図14は、本発明の光学部材駆動装置のさらに他の実施形態としての、レンズ駆動装置の主要部を示す正面図および側面図である。
図13および図14に示すように、第1マグネットは、図5に示すような円柱状の第1マグネット33aに限らず、図13および図14に示す角柱状の第1マグネット33c,33dであっても良い。
ここで、図13に示すレンズ駆動装置は、角柱状の第1マグネット33cと円柱状の第1磁性体31cとを組み合わせた構成となっている。そして、第1マグネット33cが第1磁性体31cの上面に磁力によって当接(1点で線接触)し、レンズ駆動装置として適度な摩擦力を持って、摺動可能な状態で吸着されている。
また、第1磁気センサ34cは、第1マグネット33c上の位置1、位置2、又は位置3等に配置される。そして、第1磁気センサ34cと第1マグネット33cとの相対的移動範囲は、下図の矢印のようになっている。そのため、第1磁気センサ34cは、第1マグネット33cの移動によって発生する磁力の変化を検知できる。
一方、図14に示すレンズ駆動装置は、角柱状の第1マグネット33dと角柱状の第1磁性体31dとを組み合わせた構成となっている。具体的には、第1磁性体31dの上面に2本のレール35が設けられ、第1マグネット33dは、レール35を介して、第1磁性体31dの上面に磁力によって当接(2点で線接触)している。そのため、第1マグネット33dと第1磁性体31dとの間は、レンズ駆動装置として適度な摩擦力を持って、摺動可能な状態で吸着されている。
また、第1磁気センサ34dは、第1マグネット33d上の位置1、位置2、又は位置3等に配置される。そして、第1磁気センサ34dと第1マグネット33dとの相対的移動範囲は、下図の矢印のようになっている。そのため、第1磁気センサ34dは、第1マグネット33dの移動によって発生する磁力の変化を検知できる。
このように、本発明における第1マグネットの形状は、図5に示すような円柱状に限らず、図13および図14に示すような角柱状等の他の形状であっても良い。また、本発明における第1磁性体の形状も、図5に示すようなL字状に限らず、図13に示す円柱状や図14に示す角柱状等であっても良い。そして、第1磁気センサを適当な位置に配置することにより、第1マグネットとの相対的な位置を検出できる。
さらに、第1磁性体は、図5に示すようなL字状に限らず、V字状やU字状であっても良い。そして、第1マグネットと第2磁性体とを線接触にすることにより、製造時の誤差が移動特性に与える影響を少なくできる。また、第2マグネットおよび第2磁性体の形状も、第1マグネットおよび第1磁性体と同様に、各種の形状とすることができる。
さらにまた、第2磁気センサ34bは、第1マグネット33aの移動によって発生する磁力の変化を検知できるように配置される。具体的には、図3に示す第2圧電素子32bによって第2マグネット33bを振動させ、第2磁性体31bを摺動駆動すると、第2磁性体31bが取り付けられた移動枠24や第1マグネット33a等を介して、レンズホルダ22がY方向に移動する。そこで、第2圧電素子32bによるレンズホルダ22の移動位置は、第1マグネット33aの移動によって発生する磁力の変化を第2磁気センサ34bで検知することによって検出するようにしている。
図15は、本発明の光学部材駆動装置の第1マグネット33aに対する第2磁気センサ34bの配置関係を示す説明図である。
図15の上図に示すように、円柱状の第1マグネット33aは、左右方向に着磁されている。そして、第1マグネット33aの周面が第1磁性体31aのL字状の内面に当接している。そのため、第1マグネット33aの移動方向は、下図に示すように、第1磁性体31aの長手方向に規制される。
また、第2磁気センサ34bは、第1マグネット33aとの間に、例えば、ギャップ1(0.1mm)、ギャップ2(0.2mm)、又はギャップ3(0.3mm)を持って配置される。そして、第2圧電素子32b(図3参照)の変位発生方向との関係で、第2磁気センサ34bと第1マグネット33aとの相対的移動範囲は、上図の矢印のようになっている。そのため、第2磁気センサ34bからは、第2磁気センサ34bと第1マグネット33aとの相対位置に応じた出力波形が得られる。
図16は、図15に示す第2磁気センサ34bの第1マグネット33aとの相対位置による出力波形を示すグラフである。
図15に示すように第2磁気センサ34bを配置すると、第2磁気センサ34bの出力波形(磁束密度の変化)は、図16に示すような曲線となる。そして、第1マグネット33aとの距離が一番近いギャップ1において、磁束密度の変化量が一番大きくなり、ギャップ2、ギャップ3と離れるにつれて小さくなる。
ここで、第1マグネット33aの移動位置を正確に検出するためには、第2磁気センサ34bによって検知される磁束密度が一様に増加又は減少する範囲(直線的に増減する範囲)でなければならない。言い換えれば、第2磁気センサ34bの出力波形が略直線となる領域のみを位置情報として用いることにより、第1マグネット33aの移動位置の正確な検出が可能となる。
このように、図16のグラフにより、第2磁気センサ34bと第1マグネット33aとの相対位置による出力波形が、ギャップ1,2,3との関係で明らかにされている。そして、第1マグネット33aに対する第2磁気センサ34bの配置(ギャップ1,2,3)は、磁束密度の変化量が大きく、出力波形が略直線の領域とすることが好ましい。そのため、第2磁気センサ34bの実際の配置は、ボディ11(図1および図2参照)の形状、レンズ鏡筒20(図3参照)の構成等の制約と、図16のグラフを用いた磁束密度の変化量、出力波形が略直線の領域とを総合的に勘案して決定される。
また、図3に示す第1の実施の形態のレンズ鏡筒20は、第1圧電素子32aの変位による第1マグネット33aの移動によって発生した磁力の変化を検知できるように第1磁気センサ34aを配置している。さらに、第2圧電素子32bの変位による第1マグネット33aの移動によって発生した磁力の変化を検知できるように第2磁気センサ34bを配置している。そのため、第1マグネット33aの近くに第1磁気センサ34aおよび第2磁気センサ34bを配置でき、磁力の変化を変換した電気信号の送信回路が省スペース化される。
また、第2磁気センサ34bは、レンズホルダ22とともにY方向に移動する第1マグネット33aの磁力の変化を検知するように、固定部11bに取り付けることができる。一方、第1磁気センサ34aは、レンズホルダ22と一緒に動かなければならない。そのため、第1磁気センサ34aでは、第1磁気センサ34aへ供給する電源等の信号線をレンズホルダ22に引き回さなければならないので複雑になるが、第2磁気センサ34bでは、そのようなことがない。
なお、第1マグネット33aがY方向に移動した場合、第2磁気センサ34bが検知する磁力は変化するが、第1磁気センサ34aが検知する磁力は変化しない。そのため、第1磁気センサ34aと第2磁気センサ34bとは、第1マグネット33aのX方向の振動とY方向の移動とをそれぞれ独立に検知できる。
<2.第2の実施の形態>
[光学部材鏡筒における光学部材駆動ユニットの構成例]

図17は、本発明の光学部材鏡筒の一実施形態(第2の実施の形態)としての、レンズ鏡筒における光学部材駆動ユニット220を示す正面図である。
また、図18は、図17に示す光学部材駆動ユニット220の一部を拡大して示す部分拡大図である。
図17に示す光学部材駆動ユニット220は、図1および図2に示すデジタルスチルカメラ10において、レンズシフト方式の手振れ補正機構となる光学部材駆動装置である。具体的には、振れ補正用のレンズ21を光軸方向と直交する2方向(XY方向)に移動させることにより、振れによる撮影画像の品質低下を防止できるようになっている。
なお、図17および図18中、第1の実施の形態と同一の部材については、同一の符号を付している。また、光学部材駆動ユニット220は、レンズシフト方式の手振れ補正機構だけでなく、撮像素子を移動させることによるイメージャシフト方式の手振れ補正機構にも適用できる。
ここで、レンズ21は、長方形状に形成されたレンズホルダ122(本発明における光学部材ホルダに相当)に保持されている。このレンズホルダ122は、鏡筒本体の固定部11dと固定部11eとの間に設けられたガイド軸23bに沿って、X方向に移動可能となっている。具体的には、図18(図17のA矢視)に示すように、レンズホルダ122の上部には、凹部122aが形成されており、凹部122a内に、ガイド軸23bが挿入されている。
さらに、光学部材駆動ユニット220は、本発明の光学部材駆動装置の一実施形態として、ガイド軸23bと平行にレンズホルダ122に取り付けられた第1磁性体131aを備えている。この第1磁性体131aは、図18(図17のB矢視)に示すように、L字状の断面を有する棒状体から形成されており、L字状の開口側が光軸方向となっている。また、固定部11e(図17参照)には、ガイド軸23dおよび支持部25aを介して、第1圧電素子132aが取り付けられている。さらにまた、第1圧電素子132aには、第1圧電素子132aによってX方向に振動する円柱状の第1マグネット133aが取り付けられている。そして、第1マグネット133aが第1磁性体131aのL字状の内面に磁力によって当接するとともに、第1マグネット133aの摺動方向が第1磁性体131aの長手方向(X方向)に規制されている。
したがって、レンズホルダ122は、第1マグネット133aの表面に沿ってX方向に移動できる。そして、第1マグネット133aを中心とするレンズホルダ122の回転は、ガイド軸23bによって防止される。また、ガイド軸23bを中心とするレンズホルダ122の回転は、第1磁性体131aと第1マグネット133aとの磁力による当接によって防止される。そのため、第1磁性体131aと第1マグネット133aとが常にガタなく当接するので、不要な方向にレンズ21が移動することがなく、良好な光学性能が得られる。
同様に、図17に示す光学部材駆動ユニット220は、レンズホルダ122が、固定部11dと固定部11fとの間に設けられたガイド軸23cに沿って、Y方向に移動可能となっている。そして、レンズホルダ122は、ガイド軸23cと平行に設けられた断面L字状の第2磁性体131bを備えており、第2磁性体131bのL字状の開口側が光軸方向に向いている。また、固定部11fには、ガイド軸23eおよび支持部25bを介して、第2圧電素子132bが取り付けられている。さらにまた、第2圧電素子132bには、第2圧電素子132bによってY方向に振動する円柱状の第2マグネット133bが取り付けられている。そして、第2マグネット133bが第2磁性体131bのL字状の内面に磁力によって当接するとともに、第2マグネット133bの摺動方向が第2磁性体131bの長手方向(Y方向)に規制されている。
したがって、レンズホルダ122は、第2マグネット133bの表面に沿ってY方向に移動できる。そして、第2マグネット133bを中心とするレンズホルダ122の回転は、ガイド軸23cによって防止される。また、ガイド軸23cを中心とするレンズホルダ122の回転は、第2磁性体131bと第2マグネット133bとの磁力による当接によって防止される。
本発明の光学部材駆動装置は、以上の構成により、第1圧電素子132aを駆動することによってレンズ21をX方向に移動させることが可能である。具体的には、第1圧電素子132aによって第1マグネット133aを振動させ、第1磁性体131aを摺動駆動することにより、レンズホルダ122をX方向に移動させることができる。そして、レンズホルダ122のX方向の移動に伴って、第2マグネット133bもガイド軸23eに沿ってX方向に移動する。
なお、レンズホルダ122とガイド軸23cとの関係は、図18(図17のA矢視)に示すガイド軸23bの場合と同様に、凹部122a内にガイド軸23cが挿入された状態となっている。そのため、ガイド軸23cは、レンズホルダ122のX方向の移動の妨げとならない。
また、第2圧電素子132bを駆動することによってレンズ21をY方向に移動させることが可能である。具体的には、第2圧電素子132bによって第2マグネット133bを振動させ、第2磁性体131bを摺動駆動することにより、レンズホルダ122をY方向に移動させることができる。そして、レンズホルダ122のY方向の移動に伴って、第1マグネット133aもガイド軸23dに沿ってY方向に移動する。
このように、レンズホルダ122は、第1圧電素子132aおよび第2圧電素子132bにより、X方向およびY方向に移動する。そのため、レンズ21を光軸方向と直交する平面内で自在に移動させることができ、デジタルスチルカメラ10(図1および図2参照)の振れを光学的に補正できる。そして、レンズ21の位置に応じて第1圧電素子132aおよび第2圧電素子132bを駆動する閉ループ制御を構成することで、良好な駆動性能を得ることが可能となっている。
また、レンズ21およびレンズホルダ122の自重は、第1磁性体131aと第1マグネット133aとの間の磁力によって発生する摩擦力、第2磁性体131bと第2マグネット133bとの間の磁力によって発生する摩擦力で保持される。そのため、第1圧電素子132a(第2圧電素子132b)、第1磁性体131a(第2磁性体131b)、および第1マグネット133a(第2マグネット133b)を用いた本発明の光学部材駆動装置は、従来の電磁駆動方式のアクチュエータを用いた光学部材駆動装置のように、レンズ等を自重に反して所定の位置に保持し続けるための電力の供給が不要となり、低消費電力化を図ることができる。
さらに、第1圧電素子132aによって移動するレンズホルダ122のX方向の移動位置を検出するために、第1磁気センサ134aが設けられている。この第1磁気センサ134aは、レンズホルダ122の移動に伴う第2マグネット133bの移動によって発生する磁力の変化を検知できるように、第2磁性体131bのL字状の開口側に配置されている。具体的には、第1磁気センサ134aと第2マグネット133bとは、図15の上図の矢印のように相対的に移動する。そのため、第1磁気センサ134aは、第2マグネット133bとの相対位置に応じて、図16のグラフに示す波形の略直線の領域を出力する。そして、第1磁気センサ134aの出力から第2マグネット133bの位置を検出することにより、レンズホルダ122のX方向の正確な移動位置を検出する。
さらにまた、第2圧電素子132bによって移動するレンズホルダ122のY方向の移動位置を検出するために、第2磁気センサ134bが設けられている。この第2磁気センサ134bは、レンズホルダ122の移動に伴う第1マグネット133aの移動によって発生する磁力の変化を検知できるように、第1磁性体131aのL字状の開口側に配置されている。そのため、第2磁気センサ134bの出力から第1マグネット133aの位置を検出することにより、レンズホルダ122のY方向の正確な移動位置を検出できる。
したがって、位置検出用のマグネットを別途設ける必要がなく、小型化、低価格化を実現できる。
また、本発明の光学部材駆動装置(光学部材駆動ユニット120、光学部材駆動ユニット220)は、上記のような第1圧電素子、第2圧電素子、第1磁性体、第2磁性体、第1マグネット、および第2マグネットを用い、レンズではなく、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の撮像素子を光軸方向と直交する平面内で自在に移動させることにより、イメージャシフト方式の手振れ補正機構とすることもできる。具体的には、撮像素子を保持する光学部材ホルダと、光学部材ホルダに取り付けられた第1マグネットおよび第2マグネットと、第1磁性体および第2磁性体と、第1磁性体(第2磁性体)を振動させることによって、第1マグネット(第2マグネット)を摺動駆動して、光学部材ホルダを移動させる第1圧電素子および第2圧電素子と、第1圧電素子(第2圧電素子)の駆動によって移動する第1マグネット(第2マグネット)の移動位置を検出するための第1磁気センサおよび第2磁気センサとを備えるようにする。そして、第1磁性体(第2磁性体)に第1マグネット(第2マグネット)を結合させた状態で第1圧電素子(第2圧電素子)を駆動する。これにより、撮像素子の移動位置を第1磁気センサおよび第2磁気センサで正確に検出しながら撮像素子の移動による振れ補正機構を実現できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、実施形態では、撮像装置として、デジタルスチルカメラ10を例に挙げている。しかし、これに限らず、銀塩カメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話等の撮像装置にも広く適用可能である。
10 デジタルスチルカメラ(撮像装置)
20 レンズ鏡筒(光学部材鏡筒)
21 レンズ(光学部材)
22,122 レンズホルダ(光学部材ホルダ)
31,31a,131a 第1磁性体
31b,131b 第2磁性体
32a,132a 第1圧電素子
32b,132b 第2圧電素子
33,33a,133a 第1マグネット
33b,133b 第2マグネット
34,34a,134a 第1磁気センサ
34b,134b 第2磁気センサ
120,220 光学部材駆動ユニット(光学部材駆動装置)

Claims (5)

  1. 光学部材を保持する光学部材ホルダと、
    前記光学部材ホルダを移動させるための第1マグネットと、
    前記第1マグネットによる前記光学部材ホルダの移動方向と直交する方向に前記光学部材ホルダを移動させるための第2マグネットと、
    断面が頂点と、それぞれ頂点から伸び、互いに略同一形状である第1および第2の片部からなり、前記第1および第2の片部間に開口が形成された第1磁性体および第2磁性体と、
    前記第1マグネットを振動させることによって、前記第1磁性体を摺動駆動して、前記光学部材ホルダを移動させる第1圧電素子と、
    前記第2マグネットを振動させることによって、前記第2磁性体を摺動駆動して、前記光学部材ホルダを移動させる第2圧電素子と、
    前記第1圧電素子の駆動によって移動する前記光学部材ホルダの移動位置を検出するための第1磁気センサと、
    前記第2圧電素子の駆動によって移動する前記光学部材ホルダの移動位置を検出するための第2磁気センサと
    を備え、
    前記第1磁性体の前記第1および第2の片部に前記開口側から前記第1マグネットを結合させた状態で前記第1圧電素子を駆動し、前記第2磁性体の前記第1および第2の片部に前記開口側から前記第2マグネットを結合させた状態で前記第2圧電素子を駆動するとともに、
    前記第1マグネットは、前記第1磁性体の前記頂点と前記第1マグネットの断面中心を結ぶ直線である着磁直線と直交する方向に着磁され、前記第2マグネットは、前記第2磁性体の前記頂点と前記第2マグネットの断面中心を結ぶ直線である着磁直線と直交する方向に着磁されており、
    前記第2磁気センサは、前記第1磁性体の断面視において、前記着磁直線上以外の方向に配置されることを特徴とする
    光学部材駆動装置。
  2. 前記第2磁気センサは、前記第1磁性体の断面視において、前記着磁直線上以外であって、且つ、前記第1マグネットを中心とした仮想直線が、前記第1磁性体と交わる方向以外に配置されることを特徴とする
    請求項1記載の光学部材駆動装置。
  3. 前記第2磁気センサは、前記光学部材ホルダの移動に伴う前記第1マグネットの移動によって発生する磁力の変化を検知できるように配置されており、
    前記第2磁気センサが検知する磁力は、前記第1マグネットと前記第1磁性体とを結合させるのと同じ磁場であって、且つ、磁場を発生する前記第1マグネットは、摺動部材を兼用している
    請求項1記載の光学部材駆動装置。
  4. 光学部材を保持する光学部材ホルダと、
    前記光学部材ホルダを移動させるための第1マグネットと、
    前記第1マグネットによる前記光学部材ホルダの移動方向と直交する方向に前記光学部材ホルダを移動させるための第2マグネットと、
    断面が頂点と、それぞれ頂点から伸び、互いに略同一形状である第1および第2の片部からなり、前記第1および第2の片部間に開口が形成された第1磁性体および第2磁性体と、
    前記第1マグネットを振動させることによって、前記第1磁性体を摺動駆動して、前記光学部材ホルダを移動させる第1圧電素子と、
    前記第2マグネットを振動させることによって、前記第2磁性体を摺動駆動して、前記光学部材ホルダを移動させる第2圧電素子と、
    前記第1圧電素子の駆動によって移動する前記光学部材ホルダの移動位置を検出するための第1磁気センサと、
    前記第2圧電素子の駆動によって移動する前記光学部材ホルダの移動位置を検出するための第2磁気センサと
    を備え、
    前記第1磁性体の前記第1および第2の片部に前記開口側から前記第1マグネットを結合させた状態で前記第1圧電素子を駆動し、前記第2磁性体の前記第1および第2の片部に前記開口側から前記第2マグネットを結合させた状態で前記第2圧電素子を駆動するとともに、
    前記第1マグネットは、前記第1磁性体の前記頂点と前記第1マグネットの断面中心を結ぶ直線である着磁直線と直交する方向に着磁され、前記第2マグネットは、前記第2磁性体の前記頂点と前記第2マグネットの断面中心を結ぶ直線である着磁直線と直交する方向に着磁されており、
    前記第2磁気センサは、前記第1磁性体の断面視において、前記着磁直線上以外の方向に配置されることを特徴とする
    光学部材鏡筒。
  5. 光学部材を保持する光学部材ホルダと、
    前記光学部材ホルダを移動させるための第1マグネットと、
    前記第1マグネットによる前記光学部材ホルダの移動方向と直交する方向に前記光学部材ホルダを移動させるための第2マグネットと、
    断面が頂点と、それぞれ頂点から伸び、互いに略同一形状である第1および第2の片部からなり、前記第1および第2の片部間に開口が形成された第1磁性体および第2磁性体と、
    前記第1マグネットを振動させることによって、前記第1磁性体を摺動駆動して、前記光学部材ホルダを移動させる第1圧電素子と、
    前記第2マグネットを振動させることによって、前記第2磁性体を摺動駆動して、前記光学部材ホルダを移動させる第2圧電素子と、
    前記第1圧電素子の駆動によって移動する前記光学部材ホルダの移動位置を検出するための第1磁気センサと、
    前記第2圧電素子の駆動によって移動する前記光学部材ホルダの移動位置を検出するための第2磁気センサと
    を備え、
    前記第1磁性体の前記第1および第2の片部に前記開口側から前記第1マグネットを結合させた状態で前記第1圧電素子を駆動し、前記第2磁性体の前記第1および第2の片部に前記開口側から前記第2マグネットを結合させた状態で前記第2圧電素子を駆動するとともに、
    前記第1マグネットは、前記第1磁性体の前記頂点と前記第1マグネットの断面中心を結ぶ直線である着磁直線と直交する方向に着磁され、前記第2マグネットは、前記第2磁性体の前記頂点と前記第2マグネットの断面中心を結ぶ直線である着磁直線と直交する方向に着磁されており、
    前記第2磁気センサは、前記第1磁性体の断面視において、前記着磁直線上以外の方向に配置されることを特徴とする
    撮像装置。
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