JP2013228504A - アクチュエータ、レンズユニット、及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】像振れ補正用レンズを駆動させるアクチュエータにおいて、移動枠の移動を高精度に制御できるようにする。
【解決手段】アクチュエータ１は、固定枠１２と、移動枠１４と、移動枠１４を固定枠１２に対して平行移動できるように支持する支持手段と、移動枠１４に取り付けられた駆動用コイル及び固定枠１２に取付けられた駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより構成された駆動手段と、駆動用コイルに位置指令信号を送信するコントローラと、コントローラと通信可能なコネクタ２８ａ、２８ｂ、２８ｃと、駆動用コイルとコネクタ２８ａ、２８ｂ、２８ｃの間を接続するフレキシブル基板２６ａ、２６ｂ、２６ｃと、を備え、フレキシブル基板２６ａ、２６ｂ、２６ｃは同形状であり、少なくとも一部が補正用レンズの光軸を中心として回転対称となり、かつ、補正用レンズを円弧状に取り囲むように設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像用レンズの像振れ補正用レンズをその光軸に直交する平面内で並進移動させ、像振れを防止するためのアクチュエータ、このアクチュエータを用いたレンズユニット及びカメラに関する。

像振れを防止するために、像振れ補正アクチュエータ（以下、アクチュエータという）により像振れ補正用レンズをその光軸に直交する平面内で並進移動させるいわゆる手振れ補正機構を備えたレンズユニットが用いられている。

このような像振れ補正用レンズを移動させるためのアクチュエータとして、例えば、特許文献１には、レンズ鏡筒内に固定された固定枠と、この固定枠に対して移動可能に支持された移動枠と、移動枠に取り付けられた像振れ補正用レンズと、移動枠又は固定枠の何れか一方に埋め込まれた複数の駆動用磁石、及び移動枠又は固定枠の他方の複数の駆動用磁石に対応する位置に設けられた駆動用コイルからなる駆動手段と、像振れを補正するために必要な移動枠の移動量を決定し、この移動量に応じた制御信号を駆動用コイルに対して送信するコントローラとを備えたアクチュエータが開示されている。

特開２００８−２３３５２４号公報

ここで、特許文献１に記載されたアクチュエータでは、駆動用コイルは駆動用磁石に比べて軽量であるため、軽量な駆動用コイルを移動枠に取り付けることが望ましい。駆動用コイルを移動枠に取り付ける場合には、駆動用コイルへ制御信号を送信するために、フレキシブル基板により駆動用コイルの取付けられた移動枠とコントローラとを接続する必要がある。このような場合、例えば、図１４に示すように、移動枠の形状に合わせて成形され、移動枠に取り付けられる円環状の円環部５０ａと、円環部と５０ａコントローラとを連結する連結部５０ｂとを有するフレキシブル基板５０が用いられていた。

しかしながら、このように成形されたフレキシブル基板を用いてしまうと、移動枠を移動させる際にフレキシブル基板から移動枠に作用する光軸を中心とする半径方向の反発力が、周方向に対して均一ではないため、移動枠の移動の制御が困難になる。

本発明は上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、移動枠に、この移動枠を移動させるための駆動用コイルが取り付けられた、像振れ補正用レンズを駆動させるためのアクチュエータにおいて、像振れ補正用レンズが取り付けられた移動枠に対するフレキシブル基板による反発力の方向による不均一性を小さくし、移動枠の移動を容易に高精度に制御できるようにすることである。

上記の問題を解決するべく、本発明は、撮像用レンズの一部である像振れ補正用レンズをその光軸に直交する平面内で並進移動させ、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、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、可動部の補正用レンズの周囲に取り付けられた３つ以上の駆動用コイル、及び３つ以上の駆動用コイルのそれぞれに対応するように固定部に取付けられた３つ以上の駆動用磁石からなり、可動部を固定部に対して並進移動させる駆動手段と、３つ以上の駆動用コイルに、可動部の移動量に応じた位置指令信号を送信する制御手段と、固定部上に３つ以上の駆動用コイルのそれぞれに対応して設けられ、制御手段と通信可能な３つ以上の接続部と、駆動用コイルと、対応する接続部との間をそれぞれ通信可能に接続する３つ以上のフレキシブル基板と、を備え、３つ以上のフレキシブル基板は同形状であり、このフレキシブル基板の少なくとも一部が補正用レンズの光軸を中心として回転対称となり、かつ、補正用レンズを円弧状に取り囲むように設けられている、ことを特徴とする。

このような構成の本発明によれば、駆動用コイルと、制御手段と通信可能な接続部との間を接続するフレキシブル基板が、撮像用レンズを取り囲むように円弧状に設けられているため、移動部が移動する際にフレキシブル基板から移動部へ作用する反発力を抑えることができ、移動部のスムーズな移動を実現できる。

また、複数のフレキシブル基板により移動枠と接続部とを接続しているため、フレキ幅を狭めることができ、フレキシブル基板の配置スペースを省スペース化できる。また、フレキシブル基板を小さくすることができるため、フレキシブル基板を、シートを切断して製造する際に、基板シートの無駄を減らすことができる。

フレキシブル基板を撮像用レンズの光軸を中心として回転対象となるように配置したため、移動枠を並進運動及び回転運動させる際に、フレキシブル基板からの反発力が運動方向によらず略一定となり、移動枠のよりスムーズな移動を実現できる。

本発明において、好ましくは、複数の駆動用コイルは、それぞれ、光軸を中心として周方向に隣接する駆動用コイルの近傍に設けられた接続部にフレキシブル基板を介して接続されている。

このような構成の本発明によれば、複数のフレキシブル基板が互いに干渉することなく、各フレキシブル基板の長さを長くすることができる。これにより、フレキシブル基板の反発力をより小さくすることができる。

本発明において、好ましくは、フレキシブル基板は、該フレキシブル基板の少なくとも一部の表面が光軸に対して平行になるように、設けられている。

このような構成の本発明によれば、移動枠を並進運動及び回転運動させる際のフレキシブル基板の反発力を、フレキシブル基板を移動方向に水平に設けた場合に比べて抑えることができる。

また、本発明のレンズユニットは、レンズ鏡筒と、このレンズ鏡筒の内部に収容された複数の撮像用レンズと、これら撮像用レンズの一部を可動部に取り付け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。

さらに、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によれば、像振れ補正用レンズが取り付けられた移動枠に対するフレキシブル基板による反発力の方向による不均一性が小さくなり、移動枠の移動を容易に高精度に制御できる。

本発明の一実施形態によるアクチュエータを備えたカメラの構成を示す断面概略図である。 図１に示すカメラのアクチュエータの接眼側斜視図である。 図１に示すカメラのアクチュエータの接眼側正面図である。 図１に示すカメラのアクチュエータの対物側背面図である。 図３におけるＶ−Ｖ線に沿う側断面図である。 （ａ）は、図２に示すアクチュエータを構成する移動枠及びフレキシブル基板を示す接眼側斜視図、（ｂ）は対物側斜視図である。 図２に示すアクチュエータを構成するフレキシブル基板の展開図である。 （ａ）は、駆動用磁石が及ぼす磁場を示す断面図、（ｂ）は駆動用磁石を示す斜視図である。 駆動用コイルと駆動用磁石の相対位置と、駆動用磁石が受ける駆動力との関係を示すグラフ（ａ）、及びグラフ中のｂ〜ｅ点における駆動用コイルと駆動用磁石の相対位置（ｂ）〜（ｅ）を示す図である。 駆動用磁石の移動とホール素子から出力される信号との関係を説明する図である。 駆動用磁石の移動とホール素子から出力される信号と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。 固定枠上に配置された駆動用コイル、及び移動枠上に配置された駆動用磁石の位置関係を示す図である。 従来技術のアクチュエータに用いられるフレキシブル基板を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態によるアクチュエータを備えたカメラについて説明する。
図１は、本実施形態のアクチュエータを備えたカメラの構成を示す断面概略図である。同図に示すように、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、撮像用レンズのうちの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。なお、以下の説明において、「接眼側」とは、カメラ本体４側（すなわち、図１における右側）を示し、「対物側」とは接眼側の逆側（すなわち、図１における左側）を示す。

レンズユニット２は、カメラ本体４に取り付けられ、入射した光を撮像素子Ｆに結像させるように構成されている。
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を光軸に直交する平面内で移動させ、カメラ本体４内の撮像素子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、複数枚のレンズからなるレンズ群であっても良い。

次に、図２乃至図７を参照して、アクチュエータ１０の構成を説明する。図２は、アクチュエータ１０の接眼側斜視図、図３は、アクチュエータ１０の接眼側正面図、図４はアクチュエータ１０の対物側背面図である。また、図５は、図３におけるＶ−Ｖ線に沿う側断面図である。また、図６（ａ）は、移動枠及びフレキシブル基板を示す接眼側斜視図、（ｂ）は対物側斜視図である。また、図７はフレキシブル基板の展開図である。

図２乃至図５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と、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と、この移動枠１４を支持する可動部支持手段である３つの支持ボール１８と、固定枠１２に設けられた接続部としてのコネクタ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、及び移動枠１４に設けられた駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃを接続する、同一形状に成形されたフレキシブル基板２６ａ、２６ｂ、２６ｃを有する。

さらに、アクチュエータ１０は、固定枠１２に取り付けられた３つの駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、移動枠１４の、各駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃに対応する位置に取り付けられた３つの駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、を有する。各駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、対応する駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃと対向している。

これら駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、及びこれらに対応する位置に取り付けられた３つの駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃはリニアモーターを構成し、移動枠１４を固定枠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として機能する。

さらに、図４乃至図６に示すように、各駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃの巻線の内側には、磁気センサであるホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃが配置されている。各ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、これらと夫々向き合うように配置されている各駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃの磁気を検出して、固定枠１２に対する移動枠１４の位置を検出するように構成されている。これらのホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、位置検出手段を構成する。

また、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、ホール素子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２２ａ、２２ｂ、２２ｃに流す制御信号（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のカメラ本体４側の面には、コネクタ２８ａ、２８ｂ、２８ｃが設けられ、ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、対応するフレキシブル基板２６ａ、２６ｂ、２６ｃを介して、夫々コネクタ２８ａ、２８ｂ、２８ｃに接続されている。さらに、各コネクタ２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、コントローラ側コネクタ２９に回路基板１２ｃを介して接続され、このコントローラ側コネクタ２９は、コントローラ接続用フレキシブル基板３０を通じてコントローラ３６に接続されている。

アクチュエータ１０は、移動枠１４を、レンズ鏡筒６に固定された固定枠１２に対して、撮像素子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が振動しても撮像素子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。

固定枠１２は、移動枠１４側に位置する略円環状の枠材１２ａと、枠材１２ａの接眼側に取り付けられた固定ヨーク１２ｂと、固定ヨーク１２ｂの接眼側にねじ固定された回路基板１２ｃとを備える。枠材１２ａ、固定ヨーク１２ｂ及び回路基板１２ｃの中心には、像振れ補正用レンズ１６の光軸を中心に略同じ半径の円形開口が形成されている。枠材１２ａには、後述するようにフレキシブル基板２６ａ、２６ｂ、２６ｃを挿通させるための開口１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成されている。また、枠材１２ａには、像振れ補正用レンズ１６の光軸を中心として円周状に１２０°の角度ごとに対となる矩形開口（図示せず）が形成されており、駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃはこれら矩形開口にはまり込んだ状態で保持されている。固定ヨーク１２ｂは、開口部中心から等間隔に３つの枝部が延びており、各枝部は駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃの接眼側に位置している。

図４及び図６に示すように、移動枠１４は、略円環状の形状を有し、固定枠１２の中に、固定枠１２の縁に取り囲まれ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。また、移動枠１４の外縁部には、直径が支持ボール１８よりも大きく、深さが支持ボールの直径よりも小さな円柱状の凹部からなり、固定枠１２側に開口する収容部１４ａが形成されている。収容部１４ａは、中心角１２０゜の間隔を隔てて、各駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃの間に位置するように配置されている。支持ボール１８は、その一部が固定枠１２側に露出するような状態で収容部１４ａに収容されている。固定枠１２の駆動用磁石２０により移動枠１４が吸着されるため、各支持ボール１８は、固定枠１２と移動枠１４との間に挟持されている。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、各支持ボール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並進運動及び回転運動が許容される。なお、本実施形態では、可動部支持手段として支持ボール１８を用いているが、移動枠１４が固定枠１２に対して平行移動可能であればよく、ローラ等の支持手段を用いることも可能である。

３つの駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃ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２２ａは光軸の鉛直上方に配置され、駆動用コイル２２ｂ、２２ｃは、駆動用コイル２２ａに対して光軸を中心とする円周上に中心角１２０゜ずつ間隔を隔てて配置されている。即ち、駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、光軸を中心として回転対称に配置されている。また、駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃ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。
なお、回転対象とは中心軸周りに所定の角度回転させた後の位置又は形状が、回転前の位置又は形状と一致することをいう。

駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、夫々長方形の形状を有し、固定枠１２を構成する枠材１２ａに形成された矩形開口に嵌め込まれた状態で固定されている。また、駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、移動枠１４の円周上の各駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対応する位置に位置決めされている。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。

固定枠１２を構成する回路基板１２ｃには、各フレキシブル基板２６ａ、２６ｂ、２６ｃを接続するための接続部としての３つのコネクタ２８ａ、２８ｂ、２８ｃが設けられている。コネクタ２８ａは、フレキシブル基板２６ａを介して、対応する駆動用コイル２２ａ及びホール素子２４ａと接続されている。これと同様に、コネクタ２８ｂ、ｃは、フレキシブル基板２６ｂ、２６ｃを介して、対応する駆動用コイル２２ｂ、２２ｃ及びホール素子２４ｂ、２４ｃと接続されている。

コネクタ２８ａは、接続される駆動用コイル２２ａに対して、像振れ補正用レンズ１６の光軸を中心として、概ね１２０度回転した位置に取り付けられている。すなわち、駆動用コイル２２ａは、この駆動用コイル２２ａに対して周方向に隣接する駆動用コイル２２ｂの近傍（本実施形態では、固定枠１２の接眼側表面の駆動用コイル２２ｂの裏側にあたる位置）に設けられたコネクタ２８ａに、フレキシブル基板２６ａを介して接続されている。これと同様に、各駆動用コイル２２ｂ、２２ｃは、これら駆動用コイル２２ｂ、２２ｃに対して周方向に隣接する駆動用コイル２２ｃ、２２ａの近傍に設けられたコネクタ２８ｂ、２８ｃにフレキシブル基板２６ｂ、２６ｃを介して接続されている。

また、回路基板１２ｃ上にはコントローラ３６と接続するためのコントローラ側コネクタ２９が設けられており、各コネクタ２８ａ、２８ｂ、２８ｃとコントローラ側コネクタ２９とは回路基板１２ｃを介して送受信可能に接続されている。また、図１に示すように、コントローラ側コネクタ２９はコントローラ側フレキシブル基板３０を介してコントローラ３６と接続されている。

これにより、コントローラ３６からコントローラ接続用フレキシブル基板３０を介してコントローラ側コネクタ２９に入力された信号は、各コネクタ２８ａ、２８ｂ、２８ｃに送られ、さらに、各フレキシブル基板２６ａ、２６ｂ、２６ｃを介して、駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃへ送られる。また、ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃから出力された信号は、各フレキシブル基板２６ａ、２６ｂ、２６ｃを介して、各コネクタ２８ａ、２８ｂ、２８ｃに送られ、コントローラ側コネクタ２９から、まとめてコントローラ接続用フレキシブル基板３０を介してコントローラ３６へ送信される。

図７は、本実施形態で用いられるフレキシブル基板２６ａを示す図である。同図に示すように、フレキシブル基板２６ａは、略Ｓ状に形成され、一端に駆動用コイルに接続されるコイル接続部２６ａ１が形成されており、コイル接続部２６ａ１より延びる第１の水平部２６ａ２と、第１の部分２６ａ２より直交左方向に伸びる垂直部２６ａ３と、垂直部２６ａ３に対して直交右方向に延びる第２の水平部２６ａ４と、第２の水平部２６ａ４に対して直交右方向に延びるコネクタ接続部２６ａ５とを備える。

図２乃至図６に示すように、フレキシブル基板２６ａは、コイル接続部２６ａ１が移動枠１４の駆動用コイル２２ａが取り付けられた位置の対物側の面に取り付けられており、このコイル接続部２６ａ１に駆動用コイル２２ａ及びホール素子２４ａが取付けられている。また、コイル接続部２６ａ１の対物側には吸着ヨーク２５ａが取り付けられている。コイル接続部２６ａ１に連続する第１の水平部２６ａ２は、固定枠１２を構成する枠材１２ａに形成された開口１３ａ近傍まで移動枠１４に平行に延びている。そして、第１の水平部２６ａ２に連続する垂直部２６ａ３は、第１の水平部２６ａ２に対して、接眼側に垂直に屈曲されており、枠材１２ａの開口１３ａを挿通し、固定枠１２を構成する回路基板１２ｃよりも接眼側まで延びている。垂直部２６ａ３に連続する第２の水平部２６ｂ４は、回路基板１２ｃと平行になるように垂直部２６ａ３に対して屈曲されており、回路基板１２ｃに沿ってコネクタ２８ａの近傍まで延びている。第２の水平部２６ａ４に連続するコネクタ接続部２６ａ５は、第２の水平部２６ａ４に対して垂直に屈曲されており、先端部がコネクタ２８ａに接続されている。

図２及び図６に示されているように、フレキシブル基板２６ａの第２の水平部２６ａ４は、固定枠１２に形成された開口の外側に沿って外側に凸となるような湾曲形状を呈しており、さらに、その面が補正用レンズ１６の光軸に対して平行になっている。

ここでは、フレキシブル基板２６ａについて説明したが、他のフレキシブル基板２６ｂ、２６ｃも、同様に駆動用コイル２２ｂ、２２ｃ及びホール素子２４ｂ、２４ｃと、コネクタ２８ｂ、２８ｃを接続している。すなわち、フレキシブル基板２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、補正用レンズ１６の光軸に対して、１２０°の回転対称となるように設けられている。

次に、図８を参照して、駆動用磁石が及ぼす磁力について説明する。駆動用磁石２０ａの接眼側には固定ヨーク１２ｂが位置しており、駆動用コイル２２ａの対物側には吸着ヨーク２５ａが位置している。また、駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、その磁極の境界線である着磁境界線Ｃが、各駆動用磁石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２０ａ、固定ヨーク１２ｂ及び吸着ヨーク２５ａは、磁気回路を構成し、図８（ａ）に矢印で示す磁力線を形成する（図８（ａ）では駆動用磁石２０ａについて示す）。これにより、駆動用コイル２２ａに電流が流れると、駆動用コイル２２ａには、各駆動用磁石２０ａが配置された円周の接線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、駆動用磁石の両端が夫々Ｓ極、Ｎ極となるように着磁されているとき、その着磁されている磁極の境界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長辺の中点を通るように位置する。また、図８（ｂ）に示すように、駆動用磁石２０ａは、その厚さ方向にも極性が変化しており、図８（ｂ）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。

次に、図８及び図９を参照して、各駆動用磁石が受ける駆動力を説明する。図９（ａ）は、駆動用コイルと駆動用磁石の相対位置と、駆動用磁石が受ける駆動力との関係を示すグラフであり、図９（ｂ）乃至（ｅ）は、グラフ中のｂ乃至ｅ点における駆動用コイルと駆動用磁石の相対位置を示している。

まず、図８（ａ）に示すように、駆動用磁石２０ａの第１磁石部２０ａ１である左半部は、駆動用コイル２２ａの第１巻線部２２ａ１である左端部に、図８（ａ）において下方から上方に向かう磁力線を及ぼす。同様に、駆動用磁石２０ａの第２磁石部２０ａ２である右半部は、駆動用コイル２２ａの第２巻線部２２ａ２である右端部に、図８（ａ）において上方から下方に向かう磁力線を及ぼす。

一方、図９（ｂ）に矢印で示す方向の電流が駆動用コイル２２ａに流れると、駆動用コイル２２ａの第１巻線部２２ａ１には図８（ａ）の手前側から奥に向かって電流が流れ、第２巻線部２２ａ２には図８（ａ）の奥から手前側に向かって電流が流れる。駆動用磁石２０ａによって形成された磁界中において、このような電流が流れると、駆動用コイル２２ａを図８（ａ）における右方向に移動させる駆動力が発生する。

図９（ａ）に示すように、この駆動力は、駆動用磁石２０ａ及び駆動用コイル２２ａが図９（ｂ）に示す位置関係にある時、即ち、駆動用磁石２０ａの着磁境界線Ｃが駆動用コイル２２ａの中心に位置するとき最大になる。また、駆動力は、最大の位置から駆動用コイル２２ａが右又は左にずれるに従って減少する。さらに、駆動用コイル２２ａが図９（ｃ）に示す位置（図９（ａ）におけるｃ点）まで右方向に移動されると、駆動力はゼロになる。駆動用コイル２２ａをさらに移動させ、図９（ｄ）に示す位置（図９（ａ）におけるｄ点）に達すると、駆動力の方向が逆転し、駆動用コイル２２ａは、左方向の駆動力を受けるようになる。このように、駆動力が逆転した状態では、駆動用コイル２２ａは、その第２磁石部２０ａ２と駆動用コイル２２ａの第１巻線部２２ａ１の間で発生する駆動力のみを受ける。従って、駆動力が逆転した領域における駆動力の最大値は、図９（ｂ）の状態における駆動力よりも小さくなる。

一方、駆動用コイル２２ａが左方向に移動された場合も、駆動力は減少し、図９（ｅ）に示す位置（図９（ａ）におけるｅ点）においてゼロとなる。また、駆動用コイル２２ａがさらに左方向に移動された場合には、駆動力の方向が逆転し、駆動用コイル２２ａは、左方向の駆動力を受けるようになる。

以上説明した駆動力は、駆動用コイル２２ａに図９（ｂ）における時計回りの電流が流れた場合のものであり、駆動用コイル２２ａに反時計回りの電流が流れた場合には、駆動力の方向が全て反転する。即ち、駆動用コイル２２ａに反時計回りの電流が流れている場合には、図９（ａ）の点ｅ〜点ｃの領域で左方向の駆動力が発生し、点ｅの左側の領域及び点ｃの右側の領域では右方向の駆動力が発生する。また、上記では、駆動用コイル２２ａと駆動用磁石２０ａの間に発生する駆動力について説明したが、他の２組の駆動用コイル及び駆動用磁石の間に発生する駆動力についても全く同様である。

なお、本実施形態によるカメラ１のアクチュエータ１０では、駆動用コイルの第１巻線部と駆動用磁石の第１磁石部、及び第２巻線部と第２磁石部が対向し、十分な駆動力が発生する通常作動領域内において像振れ防止制御が実行される。

次に、図１０及び図１１を参照して、移動枠１４の位置検出を説明する。
図１０及び図１１は、駆動用磁石２０ａの移動とホール素子２４ａから出力される信号との関係を説明する図である。図１０に示すように、ホール素子２４ａの感度中心点Ｓが、駆動用磁石２０ａの着磁境界線Ｃ上に位置する場合には、ホール素子２４ａからの出力信号はゼロである。移動枠１４と共にホール素子２４ａが移動され、ホール素子２４ａの感度中心点が駆動用磁石２０ａの着磁境界線上から外れると、ホール素子２４ａの出力信号が変化する。

図１０に示すように、ホール素子２４ａが駆動用磁石２０ａに対して着磁境界線Ｃに直交する方向、即ち、Ｘ軸方向に移動すると、ホール素子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、ホール素子２４ａは、駆動用磁石２０ａに対するホール素子２４ａ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、ホール素子２４ａの移動距離が、駆動用磁石２０ａの長辺の長さの３％程度以内の場合には、ホール素子２４ａから出力される信号は、ホール素子２４ａの感度中心点Ｓと駆動用磁石２０ａの着磁境界線Ｃの間の距離にほぼ比例する。また、本実施形態では、アクチュエータ１０は、通常作動領域においては各ホール素子の出力が距離にほぼ比例する範囲内で作動する。

図１１（ａ）乃至（ｃ）に示すように、ホール素子２４ａの感度中心点Ｓ上に駆動用磁石２０ａの着磁境界線Ｃが位置する場合には、図１１（ｂ）のようにホール素子２４ａが駆動用磁石２０ａに対して回転移動した場合、図１１（ｃ）のようにホール素子２４ａが駆動用磁石２０ａの着磁境界線Ｃの方向に移動した場合ともに、ホール素子２４ａからの出力信号はゼロである。また、図１１（ｄ）乃至（ｆ）に示すように、駆動用磁石２０ａの着磁境界線Ｃがホール素子２４ａ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の距離ｒに比例した信号がホール素子２４ａから出力される。従って、感度中心点Ｓから着磁境界線Ｃまでの距離ｒが同じであれば、図１１（ｄ）のようにホール素子２４ａが着磁境界線Ｃに直交する方向に移動した場合、図１１（ｅ）のようにホール素子２４ａが並進及び回転移動した場合、図１１（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ホール素子２４ａから出力される。

ここでは、ホール素子２４ａについて説明したが、他のホール素子２４ｂ、２４ｃも、それらに対応する駆動用磁石２０ｂ、２０ｃ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、各ホール素子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。

次に、図１２を参照して、アクチュエータ１０による像振れ防止制御を説明する。図１２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１２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速度を、ジャイロ３４ｂはピッチ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ヨーイング運動の角速度を時間積分し、所定の光学特性補正を行うことによってレンズ位置指令信号の水平方向成分Ｄｘ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速度に基づいてレンズ位置指令信号の鉛直方向成分Ｄｙ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内の撮像素子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、像振れ補正用レンズ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２２ａ、２２ｂ、２２ｃとそれに対応した駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置関係を表す信号である。すなわち、各駆動用コイルがコイル位置指令信号によって指令された位置に移動されると、その結果、像振れ補正用レンズ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される。本実施形態においては、駆動用コイル２２ａが光軸の鉛直上方に設けられているので、駆動用コイル２２ａに対するコイル位置指令信号ｒａ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Ｄｘと等しくなる。従って、駆動用コイル２２ａに対するコイル位置指令信号を生成するコイル位置指令信号生成手段である演算回路４０ａは、演算回路３８ａから出力をそのまま出力する。一方、駆動用コイル２２ｂ、２２ｃに対するコイル位置指令信号ｒｂ、ｒｃは、レンズ位置指令信号の水平方向成分Ｄｘ及び鉛直方向成分Ｄｙ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４０ｂ、４０ｃによって生成される。

一方、ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって測定された、各駆動用コイルに対する駆動用磁石の移動量は、磁気センサアンプ４２ａ、４２ｂ、４２ｃによって所定の倍率に増幅される。駆動回路４４ａ、４４ｂ、４４ｃは、演算回路４０ａ、４０ｂ、４０ｃから出力された各コイル位置指令信号ｒａ、ｒｂ、ｒｃと、各磁気センサアンプ４２ａ、４２ｂ、４２ｃから出力された信号との差に比例した電流を各駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃに流す。従って、コイル位置指令信号と各磁気センサアンプからの出力に差がなくなると、即ち、各駆動用磁石がコイル位置指令信号によって指令された位置に到達すると、各駆動用コイルには電流が流れなくなり、駆動用磁石に作用する駆動力がゼロになる。

次に、図１３を参照して、移動枠１４を並進運動させる場合における、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１３は、固定枠１２上に配置された駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、及び移動枠１４上に配置された駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃの位置関係を示す図である。まず、３つの駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、点Ｑを中心とする円の円周上に、各着磁境界線Ｃが半径方向に向くように夫々配置されている。また、移動枠１４が動作中心位置にある場合には、駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び各ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、その中心点（ホール素子においては感度中心点）Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃが、各駆動用磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃと点Ｑを原点とする半径Ｒの円周と、各着磁境界線Ｃとの交点上に夫々位置している。移動枠１４は、この動作中心位置を中心に並進移動され、像振れ防止制御が実行される。

次に、点Ｑを原点とする水平軸線をＸ軸、鉛直軸線をＹ軸とし、図１３に実線で示すように、画像安定化用レンズ１６の中心点Ｑ１が、Ｙ軸方向にＤｙ、Ｘ軸方向に−Ｄｘ並進移動された場合を考える。移動枠１４をこのように移動させると、駆動用コイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃの中心点Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、Ｓａ´、Ｓｂ´、Ｓｃ´へと移動する。駆動用磁石２０ａの着磁境界線Ｃと点Ｓａ´との間の距離をｒａ、駆動用磁石２０ｂの着磁境界線Ｃと点Ｓｂ´との間の距離をｒｂ、駆動用磁石２０ｃの着磁境界線Ｃと点Ｓｃ´との間の距離をｒｃとする。この距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃは、画像安定化用レンズ１６をＹ軸方向にＤｙ、Ｘ軸方向に−Ｄｘ移動させたとき、各ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって検出される移動距離に該当する。これらの距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の移動距離Ｄｘ、Ｄｙに対して一意的に決定されるものである。従って、画像安定化用レンズ１６をＸ軸方向、Ｙ軸方向に夫々Ｄｘ、Ｄｙ移動させるためには、これに対応した距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃをコイル位置指令信号として与えればよい。

ここで、各距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃの正の方向を図１３に矢印ａ、ｂ、ｃで示すように定義すると、ｒａ、ｒｂ、ｒｃと、Ｄｘ、Ｄｙの関係は次の（数式１）で与えられる。

図１２を参照して説明した各演算回路４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、夫々上記数式１に対応する演算を実行して、各コイル位置指令信号を生成している。

次に、移動枠１４を回転運動させる場合におけるコイル位置指令信号を説明する。移動枠１４を回転運動させるには、各コイル位置指令信号として同一の値を与えればよい。即ち、移動枠１４を角度θ［ｒａｄ］だけ時計回りに回転させるための各コイル位置指令信号は、

によって与えられる。このように、各駆動用磁石が各駆動用コイルに対して同一距離接線方向に移動されることにより、移動枠１４は、像振れ補正用レンズ１６の光軸と撮像用レンズ８の光軸が一致した状態を保持しながら、光軸を中心に回転される。

次に、図１及び図１２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）をオンにすることにより、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積分して、ヨーイング角度を算出し、これに所定の光学特性補正を加えて水平方向のレンズ位置指令信号Ｄｘ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積分して、ピッチング角度を算出し、これに所定の光学特性補正を加えて鉛直方向のレンズ位置指令信号Ｄｙ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の撮像素子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Ｄｘは、演算回路４０ａを介して、駆動用コイル２２ａに対するコイル位置指令信号ｒａとして出力される。また、演算回路４０ｂには、水平方向のレンズ位置指令信号Ｄｘ及び鉛直方向のレンズ位置指令信号Ｄｙが入力され、数式１の中段の式に基づいて駆動用コイル２２ｂに対するコイル位置指令信号ｒｂが生成される。同様に、演算回路４０ｃには、レンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙが入力され、数式１の下段の式に基づいて駆動用コイル２２ｃに対するコイル位置指令信号ｒｃが生成される。

一方、駆動用コイル２２ａに対応するホール素子２４ａは磁気センサアンプ４２ａに検出信号を出力する。磁気センサアンプ４２ａによって増幅された検出信号は、駆動用コイル２２ａに対するコイル位置指令信号ｒａから差し引かれ、これらの差に比例した電流が、駆動回路４４ａを介して駆動用コイル２２ａに出力される。同様に、ホール素子２４ｂの検出信号とコイル位置指令信号ｒｂの差に比例した電流が駆動回路４４ｂを介して駆動用コイル２２ｂに出力され、ホール素子２４ｃの検出信号とコイル位置指令信号ｒｃの差に比例した電流が駆動回路４４ｃを介して駆動用コイル２２ｃに出力される。

各駆動用コイルに電流が流れることにより、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、コイル位置指令信号ｒａ、ｒｂ、ｒｃ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ホール素子の検出信号が一致するので駆動回路の出力はゼロとなり、駆動力もゼロになる。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の撮像素子Ｆに合焦される像が安定化される。

以上説明したように、本実施形態のカメラによれば、駆動用コイルと、コントローラと通信可能な接続部との間を接続するフレキシブル基板が、補正用レンズを取り囲むように円弧状に設けられているため、移動枠が移動する際にフレキシブル基板から移動枠へ作用する反発力を抑えることができ、移動枠のスムーズな移動を実現できる。

また、本実施形態によれば、複数のフレキシブル基板により移動枠と接続部とを接続しているため、フレキ幅を狭めることができ、フレキシブル基板の配置スペースを省スペース化できる。
また、図１４に示す従来用いられていたフレキシブル基板では、移動枠の開口部に対応した開口部を設ける必要があり、基板シートを切断してフレキシブル基板を製造する際に、無駄となる基板シートの量（面積）が大きかった。これに対して、本実施形態によれば、フレキシブル基板を小さくすることができ、さらに開口を設ける必要がなくなるため、フレキシブル基板を、シートを切断して製造する際に、基板シートの無駄を減らすことができる。

また、本実施形態によれば、各駆動コイルに対してそれぞれフレキシブル基板を設け、各フレキシブル基板を補正用レンズの光軸を中心として回転対象となるように配置したため、移動枠を並進運動及び回転運動させる際に、フレキシブル基板からの反発力が運動方向によらず略一定となり、移動枠のよりスムーズな移動を実現できる。

また、本実施形態によれば、各駆動用コイルが、それぞれ光軸に対して周方向に隣接する駆動用コイルの近傍に設けられたコネクタにフレキシブル基板を介して接続されているため、複数のフレキシブル基板が互いに干渉することなく、各フレキシブル基板の長さを長くすることができる。これにより、フレキシブル基板の反発力をより小さくすることができる。

また、本実施形態によれば、フレキシブル基板の第２の水平部が、その表面が補正用レンズの光軸に平行になるように設けられているため、移動枠を並進運動及び回転運動させる際のフレキシブル基板の反発力を、フレキシブル基板を運動方向に水平に設けた場合に比べて抑えることができる。

なお、本実施形態では、本発明を撮像素子で光電変形するカメラ、すなわち、デジタルカメラに適用していたが、本発明は、フィルムカメラや、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、本実施形態では、移動枠を並進運動及び回転運動させることが可能なように構成された場合について説明したが、これに限らず、移動枠を並進運動のみさせる場合にも、本発明を適用できる。
また、本実施形態では、駆動用コイル、駆動用磁石、フレキシブル基板及びコネクタを３つ用いる場合について説明したが、これに限らず、それぞれ４つ以上用いる場合であっても、本発明を適用できる。

また、本実施形態では、コネクタを固定枠の接眼側表面に設け、フレキシブル基板を固定枠の枠材に設けられた開口を挿通させてコネクタに接続しているが、これに限らず、移動枠が移動する際に干渉しなければ、固定枠の対物側の面に配置してもよい。

１ カメラ
２ レンズユニット
４ カメラ本体
６ 鏡筒
８ 撮像用レンズ
１０ アクチュエータ
１２ 固定枠（固定部）
１４ 移動枠（可動部）
１６ 補正用レンズ
１８ 支持ボール
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 駆動用磁石
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 駆動用コイル
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ ホール素子
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ フレキシブル基板
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ コネクタ（接続部）
３４ａ、３４ｂ ジャイロ
３６ コントローラ（制御手段）

Claims (5)

1. 撮像用レンズの一部である像振れ補正用レンズをその光軸に直交する平面内で並進移動させ、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、
   前記補正用レンズが取り付けられた可動部と、
   この可動部を、前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、
   前記可動部の前記補正用レンズの周囲に取り付けられた３つ以上の駆動用コイル、及び前記３つ以上の駆動用コイルのそれぞれに対応するように前記固定部に取付けられた３つ以上の駆動用磁石からなり、前記可動部を前記固定部に対して並進移動させる駆動手段と、
   前記３つ以上の駆動用コイルに、前記可動部の移動量に応じた位置指令信号を送信する制御手段と、
   前記固定部上に前記３つ以上の駆動用コイルのそれぞれに対応して設けられ、前記制御手段と通信可能な３つ以上の接続部と、
   前記駆動用コイルと、対応する前記接続部との間をそれぞれ通信可能に接続する３つ以上のフレキシブル基板と、を備え、
   前記３つ以上のフレキシブル基板は同形状であり、このフレキシブル基板の少なくとも一部が前記補正用レンズの光軸を中心として回転対称となり、かつ、前記補正用レンズを円弧状に取り囲むように設けられている、ことを特徴とするアクチュエータ。
2. 各駆動用コイルは、この駆動用コイルに対して前記光軸を中心として周方向に隣接する駆動用コイルの近傍に設けられた接続部にフレキシブル基板を介して接続されている、請求項１に記載されたアクチュエータ。
3. 前記フレキシブル基板は、該フレキシブル基板の前記少なくとも一部の表面が前記光軸に対して平行になるように、設けられている、請求項１又は２に記載されたアクチュエータ。
4. レンズ鏡筒と、
   このレンズ鏡筒の内部に収容された複数の撮像用レンズと、
   これら撮像用レンズの一部を上記可動部に取り付けた請求項１乃至３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。
5. カメラ本体と、
   請求項４に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