JP2014191092A - センサレスリニアモータ及び手振れ補正ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 制御性の良い多相の手振れ補正用センサレスリニアモータを提供する。
【解決手段】手振れ補正用センサレスリニアモータは、手振れ補正レンズに結合された可動子５１と、可動子５１を駆動する固定子５２を有し、固定子５２は、磁性体からなるコア５２０とそこに巻回された駆動用コイル５２４を有し、可動子５１は、厚さ方向に磁化され、駆動用コイル５２４に対向する複数の磁極を有する永久磁石５１１と、電機子に巻回されて駆動用コイル５２４の電流変化を検出する検出用コイル６０、６１を有するとともに、パルス幅変調信号に従って駆動用コイル５２４に駆動電流を供給する駆動回路８と、検出用コイル６０、６１の出力電圧が入力されると、可動子５１の変位位置に対応した位置信号を出力する位置制御回路９を有する。
【選択図】 図９

Description

本発明は、ホール素子のような位置センサを使用しないセンサレスリニアモータ及び、光学機器に加わる振れに起因する像振れを防止するために、手振れ補正レンズを移動させるセンサレスリニアモータを備えた手振れ補正ユニットに関する。

光学機器を含む種々の用途に使用される同期モータは、原理上、固定子が発生する移動磁界と可動子の磁極とが同期しないと連続的にトルクを発生しないため、可動子の状態に合わせて移動磁界を制御する必要がある。このような同期モータの制御として、可動子の磁極位置を検知する磁極位置センサ（例えばホール素子）を設けないセンサレス制御がある。例えば特許文献１には、励磁コイルに発生する逆起電圧に重畳する誘導ノイズを抑制して位置検出精度を高めるようにした構成が開示されている。また特許文献２には、振動型のリニアアクチュエータの駆動回路を安価に構成するための駆動方法が記載されている。

また、デジタルカメラなどの撮像用光学機器では、撮影レンズの長焦点化や高倍率ズーム化に伴い、高画質の写真を撮影するために、カメラボディーや交換レンズに手振れ防止機構を搭載することが一般的になっている。すなわち従来の手振れ補正機能を備えたカメラにおいては、角速度センサ等を用いた手ぶれ検出手段によりカメラに生じた手振れを検出し、その検出量に基づき、撮影レンズの一部である補正レンズあるいは撮像素子をシフトさせて、撮像素子と撮影光学系の光軸とを相対変位させることで撮像面の振れを補正することが行われている。

光学式手振れ補正装置としては、従来から光軸と垂直な平面上で補正レンズ（又は撮像素子）を並進運動させ、さらに回転運動させることが提案されている。例えば特許文献３には、補正レンズなどの可動部を並進運動させるための駆動手段を回転させるための駆動手段として共用させるとともに、駆動磁石を磁気的中立線が補正レンズの光軸を中心とする円周のほぼ半径方向に向くように配置することにより、回転方向の駆動ができ、回転制御が可能になることが開示されている。

特許文献３のように空芯コイルと可動磁石を有する駆動装置（ボイスコイルモータ）をレンズ鏡筒内に設ける場合、コンパクトな構造にするために、磁気特性の大なる希土類−鉄―ボロン系焼結磁石が使用される。この希土類−鉄―ボロン系焼結磁石は、高温環境下での磁気特性低下を防止する（減磁率向上）ために、希土類元素として、重希土類元素（例えばＤｙ）を約数％添加することにより保磁力の向上を図っている。Ｄｙは地殻埋蔵量が少ないことに加えて、採掘できる地域が限られているため、輸入価格が高騰している。しかも国内で生産される希土類−鉄―ボロン系焼結磁石に含まれるＤｙは全て輸入されるため、価格高騰による影響（供給が不安定になる等）が少なくない。そこで近年、Ｄｙの添加量を低減するために特殊な製造方法（例えば粒界拡散法）を採用する動きもあるが、専用の設備が必要でまたＤｙをゼロにはできないので、実用的見地から十分な対策とは言えない。

また、手振れ補正装置では、ボイスコイルモータに替えて電磁石の吸引力と反発力により可動部を駆動することが提案されている。例えば特許文献４には、固定支持基板に固定したＸ用第１磁石及びＹ用第１磁石とステージ部材に固定したＸ用第２磁石及びＹ用第２磁石の間に生じる磁力を利用してステージ部材を固定支持基板に対してＸ方向とＹ方向に移動させることにより、電磁石と鉄芯を利用した従来技術に比べてより少ない電力でステージ部材を駆動できるようにしたステージ装置が記載されている。

特許第４２０７５３８号公報 特開２００９−２４００７７号公報 特許第４１３３９９０号公報 特許第５０８４３０８号公報

しかし、一般的な同期モータには、制御性が良い３相モータが用いられており、２相の同期モータに対し高効率でしかも実用性のある（簡素化された）制御技術は提案されていなかった。したがってセンサレスタイプのリニアモータは、特定の用途（例えば特許文献２参照）には採用されているに止まり、撮像用光学機器には未採用であった。

特許文献３のように空芯コイルと可動磁石を有する駆動装置（ボイスコイルモータ）では、コンパクトな構造で、レンズシフトに必要な推力を発生させるために、駆動用磁石として、重希土類元素（例えばＤｙ）を含む希土類−鉄−ボロン系焼結磁石を使用することが必要不可欠であるが、特に重希土類元素については採掘できる地域が限られていることで、原材料価格の影響を受け、価格高騰による影響（供給が不安定になる等）が少なくない。また、特許文献４に記載されたステージ装置は、Ｘ方向及びＹに、各々２つの電磁石を必要とするので、装置の大型化及びコストの上昇を招来する。この構造では、吸引力による第１磁石と第２磁石のヨーク間のギャップ変化が生じ、しかも吸引力はヨークと磁石のギャップの２乗に反比例して、直線的に変化しないため、正確な位置制御が困難となる。しかもホール素子をアクチュエータの中心に配置できないので、吸引力の発生位置とホール素子の位置が異なり、回転などの傾きが発生した場合は、実際の移動量と異なる出力信号が発生し、また位置ずれ現象が拡大する。

したがって本発明の目的は、制御性の良い多相の手振れ補正用センサレスリニアモータを提供することである。

本発明の他の目的は、重希土類元素を含まない永久磁石を有する駆動手段を備えたコンパクトな手振れ補正ユニットを提供することである。

本発明の手振れ補正用センサレスリニアモータは、手振れ補正レンズに結合された可動子と、前記可動子を駆動する固定子を有する手振れ補正用センサレスリニアモータであって、前記固定子は、磁性体からなるコアとそこに巻回された駆動用コイルを有し、前記可動子は、厚さ方向に磁化され、前記駆動用コイルに対向する複数の磁極を有する永久磁石と、前記固定子に巻回されて前記駆動用コイルの電流変化を検出する検出用コイルを有するとともに、パルス幅変調信号に従って前記駆動用コイルに駆動電流を供給するドライブ回路と、前記検出用コイルの出力電圧が入力されると、前記可動子の変位位置に対応した位置信号を出力する位置検出回路を有し、前記位置検出回路は、前記パルス幅変調信号に同期してサンプリング信号を生成するサンプリング信号発生部と、前記サンプリング信号に同期して、前記検出用コイルの出力電圧をサンプリングすることにより、前記位置信号を出力する同期サンプリング部を有することを特徴とするものである。

本発明のセンサレスリニアモータにおいて、前記検出用コイルは、前記可動子の移動方向の少なくとも一方の端部に設けることができる。

本発明の手振れ補正ユニットは、
レンズ鏡筒内に固定される固定枠と、
補正レンズを保持し、光軸方向から見て前記固定枠に対向しかつ光軸と直交する面内で移動可能に支持されるシフト枠と、
前記シフト枠に保持された、永久磁石（重希土類元素を含まない）を有する磁石部材と、前記固定枠に保持された磁性体からなるコアとそこに巻回された駆動用コイルを含み、前記シフト枠を光軸と直交する平面内で移動させるアキシャルギャップ型リニアモータと、
前記コアに巻回された検出コイルを含む位置検出手段を備えた構造とすることができる。

本発明の手振れ補正ユニットにおいて、前記永久磁石は、等方性希土類ボンド磁石又は焼結フェライト磁石で形成することができる。

本発明のセンサレスリニアモータによれば、多相（例えば２相）の同期モータに適切な駆動信号を供給できるので、小型の制御機器のコスト低減と小型軽量化を図ることが可能となる。しかも特定の固定子（多スロット）を採用して、吸引と反発の両方を効率よく使う構造により、大きな推力を引き出すことができる。

本発明の手振れ補正ユニットによれば、重希土類元素を含まない永久磁石を使用するので、コスト低減と安定した生産が可能となる。しかも重希土類元素を含まない永久磁石の使用に加えて、特定の固定子（多スロット）を採用して、吸引と反発の両方を効率よく使う構造により、大きな推力を引き出すことができる。

本発明によれば、アキシャルギャップ型のリニアモータを使用するので、電磁石方式と異なり、レンズシフト時に磁石とコア（コイル間）のギャップが変化しないため、安定した推力発生とレンズをガタなくスムーズに移動させることが可能となる。

本発明によれば、アキシャル方向（光軸方向）での磁気吸引力により、吸引用のヨーク等を設けるまでもなく、常にアキシャル方向（光軸方向）への吸引力でレンズ枠を保持でき、且つ無通電時でも磁気的中立点（中心）に保持できる。

手振れ補正ユニットを搭載したデジタルカメラの構成を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係わる手振れ補正ユニットを示す分解斜視図である。 図２をＡ方向から見た場合のリニアモータとシフト枠との位置関係を示す矢視図である。 図２をＡ方向から見た場合の矢視図である。 図２をＢ方向から見た矢視図である。 図２のシフト枠をＢ方向から見た矢視図である。 図３のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明のセンサレスリニモータの制御回路の一例を示す基本ブロック図である。 本発明のセンサレスリニモータの制御回路の一例を示すブロック図である。 図７に示すリニアモータの動作を示す模式図である。 図７に示すリニアモータの検出電圧の変化を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係わるセンサレスリニアモータの動作を示す断面図である。 図１０に示すセンサレスリニアモータの検出電圧の変化を示す図である。 本発明のセンサレスリニアモータに供給される制御信号の波形を示す図である。 図１２に示す制御信号が印加された場合の検出電圧の変化を示す図である。 図１３に示す検出電圧に基づいて抽出されたサンプリング出力を示す図である。 図１３に示す検出電圧に基づいて抽出されたサンプリング出力を示す図である。 本発明のセンサレスリニアモータをＰＷＭ制御する場合の検出信号を示す図である。 本発明のセンサレスリニアモータをＰＷＭ制御する場合のサンプリング出力の一例を示す図である。 本発明のセンサレスリニアモータをＰＷＭ制御する場合のサンプリング出力の他の例を示す図である。

本発明の詳細を添付図面により説明する。

｛デジタルカメラ｝
図１に示すデジタル一眼レフカメラ（以下単にカメラという。）１０は、光学フィルタ（不図示）を介して被写体の光学像を結像する固体撮像素子（例えばＣＣＤ）１２を含むボディー１１と、複数のレンズ群Ｌ１〜Ｌ４からなる撮像光学系１４を有するレンズ鏡筒１３とを備えている。本実施の形態においては、ファインダー上で被写体を観察中にも手振れ防止機能を視認できるようにするために、手振れ補正手段としてレンズシフト方式を採用している。このレンズシフト方式では、手振れ補正レンズ群が光軸と直交方向に変位した時にシフト状態での収差を良好に補正し、また撮影者の手振れの最大補正角度振れに対応した最大レンズシフト量を適切な値にすることが重要である。これらの条件を満足するようなレンズ群を補正レンズ群として選定すればよく、例えば第４レンズ群Ｌ４を構成するレンズの少なくとも一部を手振れ補正レンズとしてシフトさせればよい。

カメラボディー１１の内部には、縦方向の手振れ量と横方向の手振れ量を検出するために、例えば２つのジャイロセンサ１５ａ、１５ｂで検出された手振れ量（角加速度）は制御部１６に入力されて、手振れ量に応じた駆動電流を、手振れ補正ユニット１に内蔵された、後述の補正レンズ駆動手段（アキシャルギャップ型リニアモータ１）の駆動部１７に供給して補正レンズの位置を制御することにより、入射光軸を偏移させて手振れの少ない画像を得ることができる。また補正レンズの位置信号を制御部１６に入力して、フィードバック制御される。

［手振れ補正ユニット］
手振れ補正ユニット１の構成を図２〜７により説明する。手振れ補正ユニット１は、１枚又は複数枚のレンズからなる補正レンズ（不図示）を有するシフト枠２と、シフト枠２をレンズ鏡筒１３（図１参照）内に保持するための固定枠３と、シフト枠２を光軸に対して垂直な面内で駆動するアキシャルギャップ型リニアモータ（以下単に「リニアモータ」という。）５ａ、５ｂ、５ｃを備えている。この手振れ補正ユニット１は、非撮像時に補正レンズを光軸と一致する位置に静止しておくことができる。すなわち、補正レンズを動作させるスイッチが動作しない手振れ補正オフ状態では、無通電で補正レンズを中立状態（光軸と同軸状態）に保持し、手振れ補正が可能な手振れ補正オン状態では、リニアモータ５ａ、５ｂ、５ｃの少なくとも１つを駆動して所望のシフト量を確保できるようにする。この手振れ補正ユニット１の各部の詳細は次の通りである。

［シフト枠及び固定枠］
シフト枠２は、補正レンズ（不図示）の外周縁を保持しかつ半円弧状の突出部２０ａ、２０ｂ、２０ｃを有する、非磁性体からなるリング状の部材である。固定枠３は、光軸方向から見てシフト枠２に重なるように形成された、非磁性体からなるリング状の部材である。光軸方向から見てシフト枠２と固定枠３の間には、複数の球体４ａ、４ｂ、４ｃ［例えば鋼球又は非磁性体（例えばオーステナイト系ステンレス鋼やセラミックス等）からなる球体］を介装することにより、光軸方向（Ｚ方向）に対して垂直な平面（Ｘ方向及びそれと直交するＹ方向を含む面）において任意の方向に移動可能な状態で支持されるので、摺動（摩擦）抵抗が低減され、微小な角度振れを補正することが可能となる。

シフト枠２は、図３，４及び６に示すように、円周方向に沿って等角度間隔（１２０°）に形成された平面からみて矩形状の磁気回路保持部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ有し、各保持部にリニアモータ５ａ、５ｂ、５ｃを構成する可動子５１ａ、５１ｂ、５１ｃが装着される。これらの保持部は、可動子の装着を容易に行えるようにするために、エッジ部に逃げ溝が設けられている。各保持部２１ａ、２１ｂ、２１ｃの中間には、球体４ａ、４ｂ、４ｃの一部が挿入可能な円孔を有する収容部２０ａ、２０ｂ、２０ｃが形成されている。

固定枠３は、図２、図３及び図５に示すように、円周方向に沿って等角度間隔（１２０°）に形成された平面からみて矩形状の保持部３１ａ、３１ｂ、３１ｃを有し、各保持部にリニアモータ５ａ、５ｂ、５ｃを構成する電機子５２ａ、５２ｂ、５２ｃが装着される。電機子５２ａは、固定枠３の背面に延出する一対のアーム３２ａ、３３ａにネジ５２５で固定されている。他の電機子５２ｂ、５２ｃも同様に、固定枠３の背面に延出する一対のアーム３２ｂ、３３ｂ、３２ｃ、３３ｃにネジ５２５で固定されている。また固定枠３のシフト枠２と対向する側の面に球体の一部を受取る収容部３０ａ、３０ｂ、３０を有する。

［リニアモータ］
補正レンズを移動させるためのリニアモータ５ａ、５ｂ、５ｃは、図２〜図４に示すように、シフト枠２に固設された磁石部、固定枠３に固設された電機子を有する構成としているため、リニアモータの運動により配線を引き回すことが無いため、コイルの断線を防止することができる。

補正レンズを保持するシフト枠２に固定された可動子（磁石部）５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、強磁性体（例えばＳＳ材等の鉄鋼材料）からなる平板状のバックヨーク５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃと、厚さ方向に磁化されかつ長手方向に沿って異極性の磁極が隣接する、直方体状の駆動用磁石５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃを有する。光軸方向から見て駆動用磁石５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃの投影面積は、後述の固定子を構成するコアの面積よりも小なるように形成されているので、コギングトルクが低減され、円滑な直線移動が可能となる。

駆動用磁石５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃは、例えば等方性希土類ボンド磁石で形成することができる。等方性希土類ボンド磁石としては、等方性希土類磁石粉末（例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末又はＳｍ−Fe−Ｎ系磁石粉末）を樹脂（熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂）で結着した永久磁石を使用することができる。各駆動用磁石は、シフト枠２の外周縁側の複数個所（３個所）に形成された磁気回路保持部２１ａ、２１ｂ、２１ｃに固設される。複数（３個）の駆動用コイル３１ａ〜３１ｃと対向する位置に設けられた複数の永久磁石５１１ａ〜５１１ｃを含む。これらの永久磁石５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃはいずれも厚さ方向（光軸方向）に磁化され、しかも駆動用コイルと対向する側の面に極性の異なる一対の磁極が存在するように磁化されている。また各磁石の駆動用コイルと反対側の面に平板状のバックヨーク５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃが設けられている。各永久磁石５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃは、実質的に重希土類元素を含まないので、価格変動が少なく、モータの安定した生産が可能となる。

本発明において使用される希土類ボンド磁石は、希土類磁石粉末（表面を樹脂で被覆してもよい）と、この希土類磁石粉末を結着するバインダー樹脂を必須成分として含有し、例えば６３．６６〜７９．５８ｋＪ／ｍ^３［８〜１０ＭＧＯｅ］の最大エネルギー積を有する。希土類磁石粉末は、Ｙを含む希土類元素（Ｒ）と、遷移金属（ＴＭ）とを含む合金からなり、希土類元素（Ｒ）とホウ素（Ｂ）と遷移元素（ＴＭ）との正方晶化合物であるＲ_２ＴＭ_１４Ｂ_１型結晶の集合体が好ましく、製造上除去困難な不可避の不純物も含み得る。例えば、ＳｍＣｏ₅、Ｓｍ₂ＴＭ₁₇などのＳｍ−Ｃｏ系合金、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｎｄ−Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｃｅ−Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｃｅ−Ｐｒ−Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金などのＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃などのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系合金などが挙げられ、複数種の磁石粉末を混合した混合磁石粉末（例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系等方性磁石粉末とＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性磁石粉末）であってもよい。

前記Ｒ−ＴＭ−Ｂ系合金において、遷移金属（ＴＭ）としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどが挙げられ、これらを１種または２種以上含むことができる。通常は、遷移金属として、Ｆｅが使用されるが、Ｆｅの一部をＣｏ、Ｎｉなどの他の遷移金属で置換したものでもよい。また、磁気特性を向上させるために、磁石粉末中には、必要に応じて、Ｂ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｇ、Ｚｎなどを含有することもできる。

上記の希土類元素（Ｒ）としては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ等の１種または２種以上を用い得るが、Ｎｄが好ましい。また磁石原料中のＮｄの一部がＰｒに置換されても、磁気特性への影響は少なく、ＮｄとＰｒの混在した希土類原料（ジジム）は比較的安価に入手可能なため、Ｎｄの他に、Ｐｒを含んでもよい。但し本発明においては、Ｄｙ、ＴｂまたはＨｏなどの重希土類元素は、産出地域が限られかつ高価なため、磁石粉末の製造に使用する磁石原料は、Ｄｙ、ＴｂおよびＨｏを可能な限り含まないことが必要である。

上記の希土類磁石粉末をバインダー樹脂と加熱混練後冷却固化することによりボンド磁石の原料となるコンパウンドが得られる。希土類磁石粉末は、一般にコンパウンド中に、85〜98質量％を含むことができる。このコンパウンドを例えば圧縮成形あるいは射出成形等の手法により成形することによりボンド磁石が得られる。圧縮成形の場合、バインダー樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂（必要に応じて硬化剤が添加される)が使用され、射出成形の場合、バインダー樹脂は、ＰＰＳ、ＰＡ等の熱可塑性樹脂が使用される。

上記永久磁石は、最大エネルギー積が、６３．６６〜７９．５８ｋＪ／ｍ^３（８〜１０ＭＧＯｅ）のものであれば、コンパクトなリニアモータを構成しかつ補正レンズの駆動に必要な推力を得ることができるが、希土類ボンド磁石以外の永久磁石（例えば異方性焼結フェライト磁石）を使用することも可能である。

上記リニアモータの固定子（電機子）５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、固定枠３の外周縁側に円周方向に沿って等角度間隔（１２０°ピッチ）で形成された磁気回路保持部３１ａ、３１ｂ、３１ｃに装着され、固定枠３の背面側から延出するアーム３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃにネジ５２５により固定されている。固定子５２ａは、３つの突極を有する（複数のスロットを有する）磁性体からなるコア５２０ａと、中央コア部５２１ａに巻回された駆動用コイル５２４ａを有する。この駆動用コイルは、駆動電流を供給するために、電源に接続されたフレキシブルプリント基板７に実装されている。固定子５２ｂ、５２ｃは、固定子５２ａと同様に３つの突極を有するコア５２０ｂ、５２０ｃと、そこに巻回された駆動用コイル５２４ｂ、５２４ｃを有する。各コア５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃは、例えばケイ素鋼板を積層して形成することができる。また積層コアの代わりに、圧粉磁心で形成したコアを用いることができる。

本発明においては、図３に示すようにリニアモータを光軸方向から見た場合に、磁石面積をコアの面積よりもシフト枠の必要移動量分以上に小さくすることが好ましい。例えばシフト枠が、Ｘ方向及びＹ方向に±０．５ｍｍ（半径０．５ｍｍの円内）で移動する場合、磁石の面積をコアの面積よりも｛（Ｘ＋（０．５×２））ｍｍ以上｝×｛（Ｙ＋（０．５×２））ｍｍ｝だけ小さくすることにより、磁石が移動可能範囲の端部まで移動してもコアの面積内に収まるようになり、原点に復帰するための磁気吸引力を低減でき、もってコギングトルクが低減され、円滑な移動を行うことができる。

［位置検出手段］
上記のリニアモータ５（５ａ、５ｂ、５ｃ）で補正レンズを駆動する場合、補正レンズを支持するシフト枠２の移動量に基づいてフィードバック制御するために、シフト枠２の移動量を検出する位置検出手段が設けられる。本発明においては、位置検出手段を形成するために、駆動用コイル５２４（５２４ａ、５２４ｂ、５２４ｃ）が巻回された中央コア部５２１（５２１a、５２１ｂ、５２１ｃ）と異なるコア部に、駆動用コイルの電流変化を検出する検出コイルが巻回される。この検出用コイルは、駆動用コイルの電流変化を検出するもので、可動子の変位により発生する誘導起電力を相殺するように構成される。すなわち、本発明においては、少なくとも一方の端部コア部５２２（５２２ａ、５２２ｂ、５２２ｃ）又は端部コア部５２３（５２３ａ、５２３ｂ、５２３ｃ）に検出用コイル６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）又は６１（６１ａ、６１ｂ、６１ｃ）が巻回されることにより、磁束の通り易さが変わるため、可動子の移動量に比例した電圧が誘導される。この誘導起電力は、可動子の移動量（磁力変化）に直線的に比例するので、移動量に対応した電圧を位置制御回路に出力することができる。

本発明においては、端部コア部の一方に検出コイルを設けることにより、誘導起電力を取り出すことができるが（図１２参照）、図７及び９に示すように、複数（両方）の端部コア部に位置検出コイルを設けて、出力の差分又は平均値を算出する構成とすることも可能であり、この構成により、位置検出精度を向上することができる。

本発明のセンサレスリニアモータは、図８の基本ブロック図に示すように、直流電源８０に接続され、トランジスタとそれに逆並列に接続されたフライホイールダイオードを有するスイッチ回路８１と、スイッチ回路をＰＷＭ制御するためにＰＷＭ信号を生成する制御信号生成回路８２を含むドライブ回路８と、検出コイルから取り出された誘動起電力に基づいて駆動信号を出力する位置制御回路９を備えている。

位置制御回路９は、図９に示すように構成することができる。すなわち位置制御回路９は、検出コイル６０、６１の差電圧を増幅する差動増幅回路９１と、パルス発生回路９２から出力された位置検出用基準信号と、差動増幅回路から出力された位置信号に基づいてサンプリング信号を生成するサンプリング信号生成回路９３と、サンプリング信号生成回路から出力された信号から位置信号を生成する差分演算回路９４と、この位置信号から駆動信号を生成する位置制御回路９５と、制御信号とパルス波から駆動信号を合成するセンサレス駆動演算回路９６を有する。

［位置検出動作］
検出原理−１
本発明の手振れ補正ユニットにおける位置検出動作は、次の通りである。可動部が移動することにより、電機子を構成するコアを流れる磁束の通り易さが変化し、もって検出コイルから出力される電圧が変化する。
例えば駆動コイルにパルス状の交番電圧［図１１（ａ）］を供給して、図１０に示すように可動子を一端から他端に移動させると、検出コイル６０の出力電圧と検出コイル６１の出力電圧を差動増幅して得られた電圧は、図１１（ｂ）〜（ｄ）に示すように変化する。すなわち可動子が図１０（ａ）に示す端部位置にある時は、図１１（ｂ）に示す検出電圧（Ｖｐ１１）が出力され、可動子が図１０（ｂ）に示す略中央位置に移動した時は、図１１（ｃ）に示すように低い検出電圧（Ｖｐ１２）が出力され、可動子が図１０（ｃ）に示す端部位置まで移動した時は、図１１（ｄ）に示すように極性が反転した検出電圧（Ｖｐ１３）が出力される。

検出原理−２
本発明においては、１つの検出コイルを設ける場合でも、可動部が移動することにより、電機子を構成するコアを流れる磁束の通り易さが変化し、もって検出コイルから出力される電圧が変化する。例えば駆動コイルにパルス状の交番電圧［図１１（ａ）］を供給して、図１２に示すように可動子を一端から他端に移動させると、検出コイルの出力電圧は、図１３に示すように変化する。すなわち可動子が図１２（ａ）に示す端部位置にある時は、図１３（ａ）に示す検出電圧Ｖｐ２１が出力され、可動子が図１２（ｂ）に示す略中央位置に移動した時は、図１３（ｂ）に示すように低い検出電圧Ｖｐ２２が出力され、可動子が図１２（ｃ）に示す端部位置まで移動した時は、図１３（ｃ）に示すようにさらに低い検出電圧Ｖｐ２３が出力される。

（アナログ制御）
上記の原理で検出した出力電圧に基づいてアナログ制御を行う場合は、図１４に示すように、アナログ信号（図１４（ａ）参照）に、パルス幅変調信号（図１４（ｂ）参照）を重畳させて形成した制御信号（図１４（ｃ）参照）を駆動コイルに印加する。その結果、変位量の大小により、図１５に示すように検出電圧が変化する。すなわち、可動子が図１０（ａ）に示す端部位置にある時は、図１５（ａ）に示す検出電圧が出力され、可動子が図１０（ｂ）に示す略中央位置に移動した時は、図１５（ｂ）に示すように低い検出電圧が出力され、可動子が図１０（ｃ）に示す端部位置まで移動した時は、図１５（ｃ）に示すように極性が１８０°反転した検出電圧が出力される。

（位置データ変換）
図１６及び図１７に示すように、パルス幅変調された出力信号から、位置データが抽出される。すなわち、図１６（ａ）に示す重畳信号（パルス状の交番電圧）に同期して、２つの相（Ａ相、Ｂ相）でサンプリングを行うことにより、変位量を検出することができる。例えば可動子が、図１０（ａ）に示す端部位置にある場合は、図１６（ａ）に示す２つの検出コイルの出力電圧を差動増幅することにより、図１６（ｂ）に示すサンプリング出力Ｖｏｕｔ１が得られる。また可動子が、図１０（ｃ）に示す端部位置に移動した場合は、図１７（ａ）に示す検出コイルの出力電圧を差動増幅することにより、図１７（ｂ）に示すサンプリング出力Ｖｏｕｔ２が得られる。

（デジタル制御）
本発明においては、実用上の理由で（例えば消費電力低減のため）、駆動コイルをＰＷＭ方式で駆動するデジタル制御を採用することが好ましい。すなわち、駆動コイルに図１８（ａ）に示すＰＷＭ信号（Ｖｄｐ）を印加すると、検出コイルには、図１８（ｂ）に示す検出電圧（Ｖｐｃ）が得られる。図１８（ｂ）において、矢印Ｐ１、矢印Ｐ２及び矢印Ｐ３は各々、可動子が図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）の位置にあることを示す。

ＰＷＭ制御１
このデジタル制御においては、特定のタイミングで特定の駆動信号を印加することにより、変位量を検出することができる。例えば検出コイルの検出電圧に２相（Ａ相、Ｂ相）の駆動信号を印加することにより（図１９（ａ）参照）、図１９（ｂ）に示すサンプリング出力（ΔＳ１、ΔＳ２：変位量）を得ることができる。なお、図１９（ｂ）において、Ｂ相は一定ではなく、Ａ相の変位に対向して変位する。

ＰＷＭ制御２
また、デジタル制御においては、コイル印加信号のレベル毎にサンプリングして、変位量を検出することができる。例えば図１９（ａ）に示すように、検出コイルに印加するＰＷＭ信号（図１９（ａ）参照）を３相（Ｆ相、Ｏ相、Ｒ相）でサンプリングすることにより（図２０（ａ）参照）、図２０（ｂ）に示す電圧が検出され、図２０（ｃ）に示すサンプリング出力（ΔＳ３：変位量）を得ることができる。但し、図２０（ｃ）において、Ｒ相は印加電圧が反転するので、変位量は反転する。

［リニアモータの動作］
例えば上記のリニアモータ５ｂの駆動用コイル５２４ｂに通電して、コア５２０ｂの端面に、図７に示すような極性の磁極を発生させると、可動子５１ｂの永久磁石５１１ｂは端部コア部５２２ｂのＳ極に吸引され、かつ中央コア部５２１ｂのＮ極と永久磁石５１１ｂのコア側のＮ極と吸引及び永久磁石５１１ｂのコア側面Ｓ極と反発力を発生し、さらに端部コア部５２３ｂのＳ極からの反発力も受けるので、可動子５１ｂは矢印Ｓ１方向に移動する。一方駆動コイル５２４ｂに供給する電流の向きを反転させると、コア５２０ｂの端面には、図７に（ ）内に示す極性の磁極が発生して、可動子５１ｂは矢印Ｓ２方向に移動する。すなわちリニアモータ５ｂの可動子５１ｂは、光軸方向と垂直な平面において、光軸（Ｚ軸）に対して並進又は回転移動する。他のリニアモータ５ａ、５ｃもリニアモータ５ｂと同様に駆動することができる。従って、各駆動用コイルに供給する電流の極性及び／又は大きさを変えることにより、推力の大きさと向きを調整することができるので、各リニアモータに発生する推力を合成することにより、シフト枠２を光軸と垂直な面内で任意の方向に駆動することができる。他のリニアモータ５ａ、５ｃも上記と同様に駆動される。この駆動量を制御回路にフィードバックして、目標位置に補正レンズを移動させることができる。

［手振れ補正動作］
本発明においては、例えば次の手順で手振れ補正動作を実行することができる。手振れ量検出部（ジャイロセンサ）５で手振れ量（カメラ本体の揺れ、例えば角速度）を検出し、制御回路に入力される。制御回路では、振れ量演算部でこの振れ量から角度を演算し（積分などの演算処理を行い）、撮影モード判別部でレンズ位置情報とシャッター及びモードスイッチ情報から撮影モードを判別し、次いで補正量演算部で手振れ補正量（手振れ角度×焦点距離×α）を算出し、この補正量だけリニアモータを駆動する動作が実行される。この補正動作（補正レンズの移動量を制御回路にフィードバックして、目標位置に補正レンズを移動させる）により、手振れにより変動した入射光軸を光軸方向に偏移させることで、手振れが補正された光学像を得ることができる。

本実施の形態の手振れ補正ユニットによれば、次のような効果が得られる。
（１）補正レンズの駆動手段として、重希土類元素を含まない永久磁石（例えば等方性希土類ボンド磁石又は焼結フェライト磁石）を有するアキシャルギャップ型リニアモータを使用するので、手振れ補正ユニットの低コスト化を図ることができ、また安定した推力発生が可能で、補正レンズの円滑な移動を行うことができる。

（２）２極３スロット化した電機子を有するので、コギングトルクが低減され、シフト枠の円滑な移動が可能となるとともに、吸引と反発を効率よく利用でき、希土類焼結磁石を用いずに大きな推力を取り出すことができる。

（３）磁石面積をコアの面積よりもシフト枠の必要移動量分以上に小さくするので、シフト枠が移動可能な範囲内で、均一な磁気吸引力が発生し、もって円滑な移動が可能となる。

（４）ホール素子を使用しないので、ホール素子がモータ基板（例えばＦＰＣ）からなくなることで、駆動部の設計の自由度が高くなり、手振れ補正ユニットの小型化及び軽量化設計を行う上での制約が少なくなるとともに、次のような利点がある。
（４．１）駆動部に直接、検出用コイルを巻回し、そこで位置検出を行う構造とするので、磁石との位置関係のズレを大幅に低減できる。
（４．２）ホール素子の代わりに巻線を使用するので、低コスト化が図れ、しかもメーカ依存が解消される。ホール素子を使用すると、ホール素子ランド位置が重要なので、ＦＰＣも高価となる。またホール素子を使用すると、ホール素子が実装されたＦＰＣを他の部材（固定枠など）に実装することになり、磁石との絶対位置精度（一般的に±０．１ｍｍ以下）を確保するために、組立て後の位置検査や調整工程を必要とする。
（４．４）ＦＰＣの配線設計が簡素化され、片面フレキ化などのコスト低減が可能となる。例えばホール素子を使用した場合、１つのホール素子について１２本（４本×３個）の配線が必要なのに対し、１つのコイルでは６本（２本×３個）の配線で済ませることができる。

（５）光軸方向から見た平面において、３つのリニモータを同心円状にかつ等角度間隔で配置するので、アキシャル方向の磁気吸引力を均一に保つことができるとともに、３つの球体で可動部を支持するので、ガイドレール等の案内手段が不要となるので、構造が簡素化かされしかも補正レンズの安定した移動を行うことができる。

１：手振れ補正ユニット、
２：シフト枠、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：収容部、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ：磁気回路保持部、
３：固定枠、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ：円孔、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ：電機子保持部、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ：アーム、
４：球体、
５、５ａ、５ｂ、５ｃ：リニアモータ、
５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ：可動子、５１０、５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ：バックヨーク、５１１、５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ：永久磁石、
５２、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ：固定子、５２０、５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ：コア、５２１、５２１ａ、５２１ｂ、５２１ｃ：中央コア部、５２２、５２２ａ、５２２ｂ、５２２ｃ、５２３、５２３ａ、５２３ｂ、５２３ｃ：端部コア部、５２４、５２４ａ、５２４ｂ、５２４ｃ：駆動用コイル、
６、６ａ、６ｂ、６ｃ：位置検出部材、６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ：検出用コイル、
７：ＦＰＣ、
８：駆動回路、８０：直流電源、８１：スイッチ回路、８２：センサレス駆動演算回路、
９：位置制御回路、９１：差動増幅回路、９２：位置検出信号発生回路、９３：サンプル回路、９４：差分演算回路、９５：位置制御回路、９６：信号合成回路、
１０：カメラ、１１：ボディー、１２：撮像部、１３：レンズ鏡筒、１４：撮像光学系、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４：レンズ群、１５ａ、１５ｂ：振れ量検出部、１６：制御部、１７：駆動部

Claims (4)

1. 手振れ補正レンズに結合された可動子と、前記可動子を駆動する固定子を有する手振れ補正用センサレスリニアモータであって、
   前記固定子は、磁性体からなるコアと、駆動用コイルと、前記駆動用コイルの電流変化を検出する検出用コイルを有し、
   前記可動子は、厚さ方向に磁化され、前記駆動用コイルに対向する複数の磁極を有する永久磁石を有するとともに、
   パルス幅変調信号に従って前記駆動用コイルに駆動電流を供給するドライブ回路と、
   前記検出用コイルの出力電圧が入力されると、前記可動子の変位位置に対応した位置信号を出力する位置検出回路を有し、
   前記位置検出回路は、前記パルス幅変調信号に同期してサンプリング信号を生成するサンプリング信号発生部と、前記サンプリング信号に同期して、前記検出用コイルの出力電圧をサンプリングすることにより、前記位置信号を出力する同期サンプリング部を有することを特徴とする手振れ補正用センサレスリニアモータ。
2. 前記検出用コイルは、前記可動子の移動方向の少なくとも一方の端部に設けられることを特徴とする手振れ補正用センサレスリニアモータ。
3. レンズ鏡筒内に固定される固定枠と、
   補正レンズを保持し、光軸方向から見て前記固定枠に対向しかつ光軸と直交する面内で移動可能に支持されるシフト枠と、
   前記シフト枠に保持された、永久磁石（重希土類元素を含まない）を有する可動子と、前記固定枠に保持された磁性体からなるコアとそこに巻回された駆動用コイルを含み、前記シフト枠を光軸と直交する平面内で移動させるリニアモータと、
   前記コアに巻回された検出コイルを含む位置検出手段を備えたことを特徴とする手振れ補正ユニット。
4. 前記永久磁石は、等方性希土類ボンド磁石又は焼結フェライト磁石からなることを特徴とする請求項３に記載の手振れ補正ユニット。

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