JP3946757B2 - 撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、スチルカメラやビデオカメラや携帯電話用カメラ等の撮像装置の分野に属しており、より具体的には、使用者の手ブレ等によって生じる像のブレを補正する3軸レンズ移動機構(ブレ補正装置)の構成と、当該3軸レンズ移動機構を搭載した撮像装置とに関している。
従来の対物レンズ駆動装置においては、支軸に挿通されたレンズホルダ(対物レンズ)が、フォーカシングコイルに通電される電流と、磁界との相互作用により得られる電磁力によって、光軸方向に支軸に沿って摺動することで、フォーカス方向の対物レンズ位置が調整されると共に、トラッキングコイルに通電される電流と、磁界との相互作用により得られる電磁力によって、レンズホルダが支軸中心に回動することで、トラッキング方向の
対物レンズ位置が調整されている。
特開平8−203102号公報(第7頁、図3、図5) 米国特許第33548号明細書
上記従来の対物レンズ駆動装置においては、光軸方向の電磁力を得るための磁気回路と、支軸中心の回転方向の電磁力を得るための磁気回路とが、各々別々に設けられているため、小型化に不向きであった。
また、上記対物レンズ駆動装置を応用して、撮像装置の像ブレ補正機能やオートフォーカス機能を実現するための3軸レンズ移動機構を構成した場合には、更にもう1組の磁気回路が必要になるため、更に小型化に不向きであった。
また、上記従来の対物レンズ駆動装置においては、レンズホルダが支軸に対して摺動又は回動するため、摩擦による影響を無視できない。そこで、支軸に対して対物レンズと略対称な位置にバランスウエイトを配して、レンズホルダの重心位置を支軸位置に一致させ、摩擦の影響を最小限とする構成が提案されている。しかしながら、この様な構成では、バランスウエイト分だけ可動部の重量が増加するため、より多くの駆動力を必要とし、低消費電力化に不向きであった。
本発明は、上述の諸課題を解消するためになされたものであり、簡単な構成で小型化、低コスト化、及び低消費電流化を実現できる3軸レンズ移動機構、及び、その様な3軸レンズ移動機構を搭載した撮像装置を得ることを目的とする。
本発明の主題に係る撮像装置は、受光面を有し、前記受光面上に結像した光学像を電気
信号に変換する撮像素子と、被写体の像を前記受光面に導く結像レンズと、前記結像レン
ズを保持する第1可動ベースと、前記撮像素子を保持すると共に、前記第1可動ベースを
前記結像レンズの光軸に垂直な面内の第1方向に並進移動可能に、しかも、前記光軸に平
行な軸線を回動中心として且つ前記垂直面内に含まれる前記第1方向に対して略垂直な第
2方向に前記第1可動ベースを回動可能に支持する固定部と、前記被写体像が前記受光面
に導かれるのを阻害しない位置において前記固定部に設けられた一対のマグネットと、前
記結像レンズの光軸方向と前記第1方向とで規定される面に関して対称に前記第1可動ベ
ースに設けられており、前記光軸方向に略平行な有効辺を有する一対のコイルと、前記一
対のコイルの各々に電流を給電する給電部とを備えており、前記一対のコイルの各々の前
記有効辺が、前記一対のマグネットの内で当該コイルに対向するマグネットに正対している撮像装置であって、前記一対のマグネットが及ぼす磁界との相互作用により、前記一対のコイルに同方向の電流を通電することにより、前記回動中心に回転対称な駆動力により前記第2方向への駆動力を得、前記一対のコイルに逆方向の電流を通電することにより、前記第1方向に並進する駆動力を得ることを特徴とする。

本発明の主題によれば、一対のコイルへの給電方向の組み合わせにより、第1可動ベースを第1方向に並進させる並進力と、第2可動ベースを軸線回りに回動させるモーメント力とに変えることが出来るため、一つの磁気回路で以って2方向の駆動を実現することが出来る。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
この発明に係る撮像装置の、レリーズボタンが半押しされてから焦点調整処理及びブレ補正処理が行われるまでの流れを示すブロック図である。 この発明の実施の形態1に係る撮像装置における主要部の構成を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態1に係る撮像装置の上面図である。 この発明の実施の形態1に係る撮像装置の側面図である。 図3のA−A断面図である。 図4のB−B断面図である。 この発明の実施の形態2に係る撮像装置における主要部の構成を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態3に係る撮像装置における主要部の構成を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態3に係る撮像装置における主要部の構成を示す上面図である。 この発明の実施の形態3に係る撮像装置における主要部の構成を示す上面図である。 この発明の実施の形態3に係る撮像装置における、磁性片とマグネットとの位置関係を示す側面図である。 この発明の実施の形態3に係る撮像装置における、磁性片とマグネットとの位置関係を示す側面図である。 この発明の実施の形態4に係る撮像装置における主要部の構成を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態5に係る撮像装置における主要部の構成を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態5に係る撮像装置における主要部の構成を示す上面図である。 図15のA−A線に関する縦断面図である。 この発明の実施の形態6に係る撮像装置における主要部の構成を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態6に係る撮像装置における主要部の構成を示す上面図である。 図18のA−A線に関する縦断面図である。
図1は、本発明に係る撮像装置における、レリーズボタンが半押しされてから焦点調整処理及び/又はブレ補正処理が行われるまでの流れを示すブロック図である。本撮像装置は、レリーズボタン1、メインCPU2、3軸レンズ移動機構3、焦点ズレ検出部4、ブレ検出部5、ズレ補正演算部6、及びレンズ制御部7より成る。
上記構成の撮像装置においては、レリーズボタン1が半押しされると、メインCPU2からの指令により、焦点ズレ検出部4が被写体の焦点ズレを検出して、ズレ量に応じた出力信号をズレ補正演算部6に出力する。ズレ補正演算部6は、焦点ズレ検出部4の出力信号を基に、結像レンズ(単にレンズ乃至はレンズ群とも称す:図1には図示せず)のZ方向(第3方向:結像レンズの光軸に平行な方向に該当)への駆動信号(駆動電流)を演算した上で、3軸レンズ駆動機構3のフォーカスコイル(図1には図示せず;図2のフォーカスコイル14に相当)に給電して、当該レンズをZ方向に移動させる。
他方、使用者の手ブレ等によって生じる像のブレに対しては、ブレ検出部(振れ検出部)5はX軸回り又はY軸回りのそれぞれの角速度を検出し、ブレ量に応じた出力信号をズレ補正演算部6に出力する。ズレ補正演算部6は、振れ検出部5の出力信号を基に、上記レンズのX方向(第1方向Xとも称す)又はY方向(第2方向Yとも称す)への駆動信号(駆動電流)を演算した上で、3軸レンズ駆動機構3のコイル(図1には図示せず;図2のフォーカスコイル10a,10bに相当)に給電して、上記レンズをX方向又はY方向に移動させる。
以下、本発明の中核部たる3軸レンズ駆動機構3の構成・動作を中心に、本発明の各実施の形態について記載する。
(実施の形態1)
図2は、本実施の形態に係る撮像装置における主要部の構成を、即ち、3軸レンズ移動機構3を中心として成る機構部分の構成を示す、分解斜視図である。
図2において、対物レンズ(結像レンズ)を成すレンズ群8は1個もしくは複数個のレンズ(図示せず)から構成されており、上記1個もしくは複数個のレンズは、ネジ加工された円筒形の外周を有するレンズホルダによって、所定の間隔を保ちつつ、保持されている。第1可動ベース9は、図2に示す通り、対物レンズを保持する略円筒形部と、後述する一対のコイルを保持すると共に上記円筒形部から第1方向Xに突出した突出部9pとから成り、レンズ群8はネジ穴9aに螺合保持されている。又、ネジ穴9aの近傍における上記突出部9pには、横断面形状が矩形の干渉回避穴9bが、ネジ穴9aの横断面の中心位置と干渉回避穴9bの横断面の中心位置とがX軸方向に整列する様に、貫通・形成されている。又、干渉回避穴9bの中心に対してX軸対称に、2つのU字溝が上記突出部9pに形成されており、これらのU字溝の各々には、対応するU字溝に嵌合する様に、一対のコイル(第1コイル)10a,10bが接着・固定されている。ここで、これらの部材から成る部分を、即ち、レンズ群8、第1可動ベース9及び一対のコイル10a,10bを図2に示す様に組立てた後の状態から成る構成部を、「第1可動部11」と称す。
又、図2に示す様に、第2可動ベース12は、被写体の光学像を通過せしめるための第1開口部12a(その横断面形状は略円形)と、第1開口部12aと一体化して第1方向Xに突出した、横断面形状が矩形の凸部12pとを有している。そして、第2可動ベース12の凸部12pの略中央には、後述する支軸19をそこに挿通するための貫通孔(図示せず)が形成されており、この貫通孔の横断面中心位置と第1開口部12aの横断面中心位置とはX軸方向に整列している。しかも、第2可動ベース12の凸部上面の略中央には、フォーカスコイル(第2コイル)14が配設・固定されており、フォーカスコイル14の円筒穴12bの中心軸と、上記貫通孔の中心軸とは、同軸関係に位置する。従って、支軸19は、フォーカスコイル14の円筒穴12bをも挿通し得る。そして、上記凸部上面略中央の上方には、2枚の磁性片13が、フォーカスコイル14をZ方向に挟む様に、配置されている。ここで、これらの部材から成る部分を、即ち、第2可動ベース12、2枚の磁性片13、フォーカスコイル14、後述する2枚の板バネ15及び1個のバランスウエイト16の組立後の状態を以って、「第2可動部17」と称す。尚、フォーカスコイル14は、2枚の板バネ15を介した両可動部11,17の組み立て後においては、第1可動部11の干渉回避穴9b内の空間に位置する。
板バネ15の一端部(下方部)は、第2可動ベース12のX軸方向両端部に設けられた各2本ずつのボス12c、12d、12e、12fを基準に、第2可動ベース12に接着固定されており、板バネ15の他端部(上方部)は、第1可動ベース9のX軸方向両端部に設けられた、各2本ずつのボス9c、9d、9e、9fを基準に、第1可動ベース9に接着固定されている。この様な板バネ15による連結構造を採用することで、第1可動部11は、第2可動部17に対して、略X軸方向に並進移動可能に支持されることとなる。
又、バランスウエイト16は、可動部(第1可動部11+第2可動部17)の重心(図3及び図4に示す第2重心G2に相当)が駆動中心となる円筒穴12bの中心軸の中央に位置する様に、重量バランスを調整する部材であり、第2可動ベース12のX軸方向の一端部に対して接着・固定されている。換言すれば、第2可動ベース12のX軸方向一端部には、支軸19に対して結像レンズ8の配置位置とは略対称な位置に於いて、バランスウエイト16が配設されている。
ヨーク18は、磁性材にて構成されると共に、図2に示す様に、X軸とZ軸とから成るXZ面に関して対称にU字型に曲げられている。又、ヨーク18の中心部に設けられた貫通孔(図2)は、摩擦係数が比較的小さなフッ素樹脂がコーティングされた支軸19の下端部を保持している。又、ヨーク18のU字型に曲げられた内側面の各々には、Y軸方向に2極着磁されたマグネット20が、着磁方向がX軸対称になる様に配置された上で、接着固定されている。この様に、ヨーク18、支軸19、及びマグネット20は、単一の磁気回路を形成している。そして、後述する図4及び図6においても示される様に、支軸19が可動部(第1可動部11+第2可動部17)の円筒穴12bに挿通されて3軸レンズ移動機構が組立てられたときには、一対のコイル10a,10bの各々の有効辺10ae,10beが、一対のマグネット20の内で当該コイルに対向するマグネットに正対することとなる。このとき、ヨーク18、支軸19、及びマグネット20は、一対のコイル10a,10bの各々の有効辺10ae,10beに対して磁束を及ぼすべき磁路を形成する「磁気回路部」を成す。
固定ベース21は、被写体の光学像を通過せしめる第2開口部21aと、第2開口部21aを成す略円柱部分からX軸方向に突出した突出板部21pとを有しており、ヨーク18の底部(対向し合うU字型部で挟まれた部分)は、2箇所の取り付け穴(図示せず)を基準に、固定ベース21の突出板部21pの上面に取り付けられている。又、突出板部21pの上面略中央には、支軸19の一端部が取り付けられている。又、固定ベース21の第2開口部21aの裏面側には、撮像素子(例えばCCD)22の位置決め及び固定のための凸部が配設されており、この凸部を介して、固定ベース21の撮像素子22への正確な位置決め・固定が可能となっている。ここで、撮像素子22は、受光面を有し、当該受光面上に結像した光学像を電気信号に変換するデバイスであって、撮像素子22を駆動するための駆動回路がその面上に形成された撮像素子駆動基板22Dの一方の面上に搭載されている。ここで、これらの部材から成る部分を、即ち、ヨーク18、支軸19、一対のマグネット20、固定ベース21、撮像素子22及び駆動基板22Dの組立状態を以って、「固定部23」と称す。
次に、各可動部の可動構成について、各可動部の組立後の状態を示す図3及び図4を用いて、記載する。ここで、図3は本実施の形態における撮像装置の上面図であり、図4は本撮像装置の側面図である。
図4に示す様に、第1可動部11は、第2可動部17に対して、板バネ15によって支持されているため、X軸方向へ並進移動可能に支持されている。加えて、第1可動部11の重心(第1重心)G1における固定ベース21の上面からの高さが、一対のコイル10a,10bの高さ方向Zにおける中心位置の固定ベース上面からの高さと略一致する様に(同一高さ;重心G1と第1コイルの高さ方向中心とは共に図4のB−B線上に位置している)、本撮像装置は設計されている。
又、板バネ15によって互いに結合された可動部(第1可動部11+第2可動部17)は、固定部23に対して、固定部23の支軸19を第2可動部17の円筒穴12bに挿通することで、支軸19に案内されてZ軸方向に摺動可能に支持されると共に、Z軸回り(Y軸方向)にも回動可能に支持されることになる。そして、可動部(第1可動部11+第2可動部17)の重心(第2重心)G2は、図4においてB−B線上にあって且つ支軸19の中心軸と交差する位置として例示されている様に、一対のコイル10a,10bの高さ方向の中心と略一致(フォーカスコイル14の高さ方向中心とも略一致)すると共に(固定ベース21の上面から見て両者は同一高さにある)、支軸19の中心軸の中心部とも高さ的に略一致する様に、本撮像装置は設計されている。
次に、本実施の形態に係る撮像装置の焦点ズレ補正動作について、図5を用いて説明する。ここで、図5は図3のA−A断面図である。
図5に示す様に、フォーカスコイル14の有効辺(クロスハッチ部)は、マグネット20と対向する位置に配置されている。そして、磁気回路は、支軸19に対称に、U字矢印方向の磁力線を有している。このため、給電部(図示せず)から、フォーカスコイル14に電流を加えると、磁気回路の左側では、紙面に対して奥側から手前側に向けて電流が流れる。このために、フレミングの左手の法則により、フォーカスコイル14の有効辺には、Z+方向の電磁力が発生する。
他方、磁気回路の右側では、紙面に対して手前側から奥側に向けて電流が流れる。このために、フレミングの左手の法則により、フォーカスコイル14の有効辺には、Z+方向の電磁力が発生するため、可動部(第1可動部11+第2可動部17)は、この電磁力によって固定部23の支軸19に案内されて、Z+方向に移動する。しかも、ここでは、可動部(第1可動部11+第2可動部17)の重心G2は、支軸19の中心軸上の中心及びフォーカスコイル14の高さ方向中心と略一致するため、重心G2に対して電磁力が働くので、摩擦の影響が軽減されて、スムーズな動作を期待することが出来る。
これに対して、上記給電部からフォーカスコイル14への電流の流入方向を逆に設定すると、磁気回路の左側では紙面に対して手前側から奥側に向けて電流が流れ、フレミングの左手の法則により、フォーカスコイル14の有効辺にはZ−方向の電磁力が発生する一方、磁気回路の右側では紙面に対して奥側から手前側に向けて電流が流れ、フレミングの左手の法則により、フォーカスコイル14の有効辺にはZ−方向の電磁力が発生するため、可動部(第1可動部11+第2可動部17)は、この電磁力によって固定部23の支軸19に案内されて、Z−方向に移動する。しかも、上記の通り、ここでは、可動部(第1可動部11+第2可動部17)の重心G2は、支軸19の上記中心及びフォーカスコイル14の上記高さ方向中心と略一致するため、重心G2に対して電磁力が働くので、摩擦の影響が軽減され、スムーズな動作を同様に期待することが出来る。
従って、焦点ズレの信号に基づいて、給電部からフォーカスコイル14への通電方向の切り替えを上記の通り行なうことによって、可動部(第1可動部11+第2可動部17)の位置(乃至はレンズ群8の位置)を制御して焦点ずれを補正することが可能である。
次に、本実施の形態における撮像装置の、像のブレ補正のY方向動作について、図6を用いて説明する。ここで、図6は図4のB−B断面図である。
図6に示す通り、一対のコイル10a,10bの各々は、その有効辺(光軸方向Zに略平行なクロスハッチ部)が一対のマグネット20の内で当該第1コイルに対応するマグネットと対向乃至は正対する様に、配置されていると共に、磁気回路は支軸19対称にU字矢印方向の磁力線を有している。ここで、給電部よりコイル10aにY軸時計回り方向に電流を加えると、磁気回路の左側では紙面に対して手前側から奥側に向けて電流が流れる。このため、フレミングの左手の法則により、コイル10aの有効辺には、X+方向の電磁力が発生する。
他方、コイル10bにもY軸時計回り方向に給電部から電流を加えると、磁気回路の右側では紙面に対して手前側から奥側に向けて電流が流れる。このために、フレミングの左手の法則によりコイル10bの有効辺にはX−方向の電磁力が発生する。このため、可動部(第1可動部11+第2可動部17)は、この電磁力によって支軸19を中心に反時計回りに回動する。しかも、この補正を行う上での回動量は微小(プラスマイナス0.5mm程度)なため、当該回動をY−方向の移動と略等価とみなすことができる。更に、本例では、既述した通り、可動部(第1可動部11+第2可動部17)の重心G2は、固定ベース21の上面からの高さにおいては、各コイル10a,10bの高さ方向中心と略一致するため、重心G2と同一面内に電磁力が働くので、摩擦の影響が軽減され、スムーズな動作を期待することが出来る。
これに対して、コイル10aにY軸反時計回り方向に給電部から電流を加えると、磁気回路の左側では紙面に対して奥側から手前側に向けて電流が流れる。このために、フレミングの左手の法則によりコイル10aの有効辺には、X−方向の電磁力が発生する。
他方、コイル10bにもY軸反時計回り方向に給電部から電流を加えると、磁気回路の右側では紙面に対して奥側から手前側に向けて電流が流れる。このために、フレミングの左手の法則によりコイル10bの有効辺にはX+方向の電磁力が発生する。このため、可動部(第1可動部11+第2可動部17)は、この電磁力によって、支軸19を中心に時計回りに回動する。しかも、上記と同様に、この回動量は微小(プラスマイナス0.5mm程度)なため、当該回動をY+方向の移動と略等価とみなすことができる。更に、既述した通り、可動部(第1可動部11+第2可動部17)の重心G2は、各コイルの高さ方向中心と略一致するため、重心G2と同一面内に電磁力が働くので、摩擦の影響が軽減され、スムーズな動作を同様に期待することが出来る。
従って、上述の様に一対のコイル10a,10bの通電方向を同相(例えば、コイル10aにY軸時計回りに通電したときには、コイル10bにもY軸時計回りに通電する。)の関係に設定することで、可動部(第1可動部11+第2可動部17)の位置を支軸19の回りに回動(Y方向に移動)させることが出来る。
よって、X軸回りのブレ検出の信号に基づいて、一対のコイル10a,10bへの通電方向の切り替えを行うことによって、可動部(第1可動部11+第2可動部17)の位置(レンズ群8の位置)を制御して、Y方向のブレを補正することが可能となる。
次に、本実施の形態における撮像装置の、像のブレ補正のX方向動作について、図6を用いて説明する。
図6に示す通り、各第1コイル10a,10bは、その有効辺(図6のクロスハッチ部)10ae,10be(図2)がマグネット20と対向乃至は正対する様に、配置されていること、及び、磁気回路は図6に示す矢印方向の磁力線を有していることにより、コイル10aにY軸時計回り方向に給電部から電流を加えると、磁気回路の左側では紙面に対して手前側から奥側に向けて電流が流れる。このために、フレミングの左手の法則によりコイル10aの有効辺には、X+方向の電磁力が発生する。
他方、コイル10bにY軸反時計回り方向に給電部から電流を加えると、磁気回路の右側では紙面に対して奥側から手前側に向けて電流が流れる。このために、フレミングの左手の法則により、コイルの有効辺には、X+方向の電磁力が発生する。
これに対して、コイル10aにY軸反時計回り方向に給電部から電流を加えると、磁気回路の左側では紙面に対して奥側から手前側に向けて電流が流れる。このために、フレミングの左手の法則により、コイル10aの有効辺には、X−方向の電磁力が発生する。
他方、コイル10bにY軸時計回り方向に給電部から電流を加えると、磁気回路の右側では紙面に対して手前側から奥側に向けて電流が流れる。このために、フレミングの左手の法則により、コイル10bの有効辺には、X−方向の電磁力が発生する。
従って、上述の様に一対のコイル10a,10bの通電方向を逆相(例えば、コイル10aにY軸時計回りに通電したときには、コイル10bにはY軸反時計回りに通電。)の関係に制御することで、X軸方向の電磁力が発生する。
一方、図4に示す様に、第1可動部11は、第2可動部17と、板バネ15によって連結されている。この板バネ15は、第1可動部11の長手方向へのたわみのみを許容し得る形状を有しているため、第1可動部11が第2可動部17に対して略X軸方向へ移動することが、可能である。従って、上記第1コイル10a,10bの有効辺に働くX軸方向の電磁力によって、第1可動部11はX軸方向に移動することが出来る。
しかも、既述した通り、第1可動部11の重心G1の高さは、各第1コイル10a,10bの高さ方向中心と略一致すること、及び、重心G1に対して各電磁力の力点がX軸対称であることにより、第1可動部11は重心G1回りのモーメントの影響を受けずにX方向にスムーズに並進することが出来る。
よって、Y軸回りのブレ検出の信号に基づいて、一対のコイル10a,10bへの通電方向の切り替え制御を行なうことによって、第1可動部11の位置(レンズ群8の位置)を制御してX方向のブレを補正することが可能となる。
又、第1可動部11が支軸19回りに回動した状態でX軸方向の移動を行う際、板バネ15のたわみ方向の影響により、第1可動部11は、上記回動量に応じた傾きを生じさせるため、X軸方向との間に角度が生じる。しかしながら、この場合の回動角度が非常に微小なため、その影響は微小である。
以上の通り、本実施の形態においては、第1可動ベース9は、固定部23に対して、第2可動ベース12を介して固定され、第1可動ベース9は、第2可動ベース12に対して第1方向Xに移動可能であり、第2可動ベース12は、固定部23に対して、光軸に平行に配設された支軸19を基準に、結像レンズ8の光軸方向に移動可能、及び、第2方向Yに回動可能であると共に、特に、第2可動ベース12には、支軸19に対して対物レンズ8と略対称な位置にバランスウエイト16が配されている。
この様に、固定部23に対して、軸支された第2可動ベース12上にバランスウエイト16を配し、第2可動ベース12に対して並進する第1可動ベース9を配することで、第1可動ベース9の軽量化が可能となり、低い駆動力で第1可動ベース9を駆動させることが可能であり、低消費電力化を実現することが出来る。
(実施の形態2)
図7は、本実施の形態に係る撮像装置の主要部の構成を示す分解斜視図であって、図2に対応する図である。図7においては、図2と同一または相当する部分には、同一の符号を付している。
次に、本実施の形態に係る撮像装置の構成の、実施の形態1との差異について記載する。
実施の形態1では、ヨーク18、支軸19及び一対のマグネット20は固定部23に配置されていたが(図2参照)、本実施の形態においては、これらの構成要素18,19,20は何れも第2可動部17に配置されている。又、板バネ15は、実施の形態1においては、第1可動部11と第2可動部17とを連結、固定するために用いられていたが、本実施の形態においては、板バネ15は、固定部23と第2可動部17とを互いに連結、固定するための部材として用いられている。しかも、実施の形態1においては、磁性片13及びフォーカスコイル14は第2可動部17に配置されていたが、本実施の形態では、磁性片13及びフォーカスコイル14は、一対のコイル10a,10bと共に、第1可動部11に配置されている。
上記のように構成された本撮像装置においては、第2可動部17の支軸19が第1可動部11の円筒穴12b内に挿通されることで、第1可動部11は、第2可動部17に対して、支軸19に案内されてZ軸方向に摺動可能に支持されると共に、Z軸回りにも回動可能に支持されることになる。このため、フォーカスコイル14の有効辺に働くZ軸方向の電磁力によって、第1可動部11は、第2可動部17に対して、Z軸方向に移動することが出来ると共に、既述した一対のコイル10a,10bへの同相通電による電磁力の発生によって、支軸19の回りに回動(Y軸方向に移動)することが出来る。
又、板バネ15は、第2可動部17の長手方向へのたわみのみを許容し得る形状を備えているため、第2可動部17は、固定部23に対して、X軸方向への移動が可能である。従って、既述した一対のコイル10a,10bへの逆相通電による電磁力の発生によって、可動部(第1可動部11+第2可動部17)はX軸方向に移動することが出来る。
又、第1可動部11の支軸19回りの回動は、第2可動部17を基準に行われ、X軸方向の移動は、第2可動部17が固定部23を基準に行うものである。このため、実施の形態1における様な、板バネ15のたわみ方向による第1可動部11の移動方向の変化が、本実施の形態では生じず、より安定した3軸レンズ移動機構を供給することが出来る。
以上に記載した通り、本実施の形態によれば、固定部23に対して並進する第2可動ベース12を配し、第2可動ベース12が第1可動ベース9を軸支することで、上記3方向の移動を独立して行えるため、より安定した機構動作を有する3軸レンズ移動機構と当該機構を有する撮像装置とを実現することが出来る。
(実施の形態3)
図8は、本実施の形態に係る撮像装置の主要部の構成を示す分解斜視図であり、実施の形態2で示した図7の構成の改良に関している。図8に於いて、フォーカスコイル14とその上に配設された磁性片13とは、実際には、第1可動ベース9の突出部9p内に収納配置されて、第1可動部11の構成部材の一部を成している。又、図9は、無負荷(手ぶれ補正用の一対のコイル10a,10bに電流が流れていない状態)での磁性片13とマグネット20(ないしはヨーク18及びマグネット20が作る磁気回路)との位置関係を示した上面図であり、図9中に示した2つの表の一方は、一対のコイル10a,10bの内で上側に位置するコイル10bの有効辺10be(図2参照)に紙面の手前側から奥側に向けて電流を流した場合に生じる電磁力の方向を示すものであり、他方の表は、下側に位置するコイル10aの有効辺10aeに紙面の上方から奥に向けて電流を流した場合に生じる電磁力の方向を示すものである。更に、図10は、一対のコイル10a,10bに図9の両表の通りに給電されたときの、磁性片13とマグネット20との位置関係を示した上面図である。又、図11は、無負荷(フォーカスコイル14に電流が流れていない状態)での磁性片13とマグネット20との位置関係を示した側面図であり、更に図12は、図11中の各表に示す様にフォーカスコイル14に給電されたときの、磁性片13とマグネット20との位置関係を示した側面図である。尚、図9、図10、図11及び図12の各図面に於いては、磁性片13とマグネット20との位置関係を分かりやすくするため、磁気回路(18+20)、手ぶれ防止用の一対のコイル10a,10b、フォーカスコイル14、支軸19及び磁性片13のみを記載している。
次に、本実施の形態に係る撮像装置の、実施の形態2との構成の差異について、図8を用いて記載する。
図7と図8とを比較すると、実施の形態2では、磁性片13は、フォーカスコイル14の上面及び下面(組立状態であるため、図7ではフォーカスコイル下面側に配置された磁性片のみが図示されている。)の各々に配設されている、厚みの薄い略四角形状のものから成る。これに対して、本実施の形態では、磁性片13は、フォーカスコイル14の上面にのみ配設されると共に、図9にも示す様にマグネット20と正対する辺の中間付近に略三角形状の突起13aを有している。
次に、本実施の形態に係る撮像装置のY方向(Z軸回り)の中立位置保持動作について、図9及び図10を用いて記載する。
図8において、第2可動部17の支軸19が第1可動部11の円筒穴12b内に挿通されると、磁性片13にはマグネット20の吸引力により常に矢印A1の方向に力が生じること、及び、支軸19によってXY平面内の移動がZ軸回りの回動にのみ規定されているため、図9に示す様な位置に於いて力のバランスが平衡になる。このとき、突起13aを有する磁性片13の各辺は、当該辺に対応するマグネット20に正対している。
図9に示す状態から、図9の両表に示す組み合わせの電流を一対のコイル10a、10bに印加すると、フレミングの左手の法則により支軸19に対する逆相の推力が生じ、第1可動部11はZ軸回りの回動方向に移動する。第1可動部11に搭載された磁性片13は、この推力によって生じる支軸19回りのトルクを打ち消すだけの吸引力が生じる位置に於いて、両力が吊りあう結果、止まり、図10に示す状態となる。
図10の状態から一対のコイル10a、10bに対する図9の両表に示す組み合わせの電流印加をやめると、推力の影響がなくなるため、磁性片13は、力のバランスが平衡となる図9の状態に戻る。よって、一対のコイル10a、10bへの電流の印加の有無によって、第1可動部11がZ軸周りに回動したり、あるいは中立位置に戻ったりすることとなり、この様な制御により回動位置(Y方向)保持機構を実現することができる。
又、上記中立位置保持機構は、図9の構成においては、磁性片13とマグネット20との距離によって規定されるため、磁性片13等の形状の工夫(この場合、回動による磁性片13とマグネット20との距離の変化率)により容易にその保持力を変化させることができる。
次に、本実施の形態に係る撮像装置のZ方向の初期付勢力発生機構について、図11及び図12を用いて記載する。
図8において、第2可動部17の支軸19が第1可動部11の円筒穴12b内に挿通されると、XY方向に於ける磁性片13とマグネット20との吸引力の関係は前に述べた様になるが、磁性片13とマグネット20間のZ方向にかかる吸引力により、常にマグネット20の高さ方向の中心に引かれる力が生じる。一方、磁性片13は第1可動部11内に配設されているため、組立時には、磁性片13がマグネット20の高さ方向の中心19Cに位置する前に、第1可動部11が第2可動部17に当接することで第1可動部11の位置が規制され、図11に示す様な位置関係となる。このような位置関係においては、磁性片13にはマグネット20の高さ方向の中心19Cからの距離に応じた吸引力が発生するため、第1可動部11には、磁性片13によって、常に−Z方向に押し付けられる力が働いている。
図11の状態から、フォーカスコイル14に図11の表に示す方向の電流を印加すると、フレミングの左手の法則により+Z方向の推力が発生し、当該推力が初期付勢力以上になると、第1可動部11は+Z方向に移動する。第1可動部11に搭載された磁性片13は、この推力とマグネット20からの吸引力との吊りあう位置にて止まり、図12の状態となる。
図12の状態から、フォーカスコイル14への図11の表に示す方向の電流印加をやめると、推力の影響がなくなるため、磁性片13は、初期付勢力を発生する位置に、即ち、図11の状態に戻る。よって、フォーカスコイル14への電流の印加の有無によって、第1可動部11がZ軸方向に移動したり、あるいは初期位置に戻ったりする。
又、上記初期付勢力発生機構は、図11に示す構成においては、磁性片13とマグネット20の高さ方向の中心19Cとの距離によって規定されるため、相対配置により容易にその付勢力を変化させることが出来る。
以上の様に、磁性片13のマグネット20の中心に対する高さ方向の位置によってZ方向の付勢力を調整できると共に、磁性片の突起13aの形状によってY方向の中立位置保持力を調整できるので、1枚の磁性片13にてZ方向の付勢機能とY方向の中立位置保持機能とを併せ持つと共に、各々独立してこれらの力を調整できるので、簡単な構成にて2方向の付勢力を実現することができる。
(実施の形態4)
図13は、本実施の形態に係る撮像装置の主要部の構成を示す分解斜視図である。以下に、本実施の形態に係る撮像装置の構成と、実施の形態1に係る撮像装置の構成との差異について記載する。
図13と図2とを比較すると、実施の形態1では、第1可動部11に一対のコイル10a、10bが配設され、固定部23にマグネット20が配設されている。これに対して、本実施の形態では、第1可動部11にマグネット20が配設され、固定部23に一対のコイル10a、10bが配置されている。
具体的には、図13に於いて、縦断面形状がL字型の2個の支持ホルダーBLの各々の底面が、支軸19を挟んで支持ホルダーBL同士が互いに対向する様に、固定ベース21に固着されており、各支持ホルダーBLのL字状の上端部(頂部)BLTにはフォーカスコイル14が固着されており、更に、各支持ホルダーBLの、その底面に対向する上面BLS上には、それぞれ2枚から成る手ぶれ補正用のコイル10a,10bが固着されている。組み立て完成後は、一対のコイル10a,10bの各々の有効辺10ae,10beが、一対のマグネット20の内で当該コイルに対向するマグネット20に正対する。又、図13では、便宜上、磁性片13が第2可動部17側に配置されているかの様に描かれているが、この描写は正確ではなく、実際には、各磁性片13は、対応する支持ホルダーBLの上面BLS上に固着されている。又、貫通孔12bは、支軸19に対する筒状の位置決め部材12Aに設けられている。
本撮像装置の推力は、マグネット20が発生する磁界中のコイル10a,10bに働く力を利用しているため、コイル10a,10bとマグネット20の配置が入れ替わっても発生する力関係は変わらないため、同様の効果が得られると共に(この場合、コイル10a,10bは固定部23に固定されているので、第1可動部11に設けられたマグネット20の方がX方向への移動とZ軸周りの回動とを行って手ブレ補正を行う。焦点ズレ補正も、マグネット20の上下移動により同様に得られる。)、実施の形態1の図2の様に第1可動部11に配置されたコイル10a,10bへの給電も必要なくなるため、組立性の良い撮像装置が得られる。即ち、図13の撮像装置では、マグネット20が第1可動部11に配置されているにすぎないので、第1可動部11にコイル10a,10b用の配線を設ける必要性がなく、当該配線に起因した余計な力の発生を考慮する必要性はないし、しかも、第1可動部11から容易にマグネット20を取り外せるので、第1可動部11を分解し易くなる(逆に言えば、第1可動部11の組み立てが容易となる)。
実施の形態3においては、第1可動部11に配設された磁性片13と第2可動部17に配置されたマグネット20との吸引力によってY方向の中立保持力とZ方向の付勢力とを実現しているが、本実施の形態では、固定部23に配設された磁性片13と、第1可動部11に配置されたマグネット20との吸引力によってY方向の中立保持力とZ方向の付勢力とを実現している。この場合、磁性片13とマグネット20との配置が入れ替わっても、発生する力関係は変わらないため、本実施の形態でも既述した実施の形態3と同様の効果(Y方向の中立位置保持機能及びZ方向の付勢力発生機能)が得られる。
(実施の形態5)
図14は、本実施の形態に係る撮像装置の主要部の構成を示す分解斜視図であって、図2に対応する図である。図14に於いては、図2と同一または相当する部分には、同一の符号を付している。
図14において、レンズ群8は第1可動ベース9の略円筒形部に保持されており、又、第1可動ベース9は、レンズ群8の光軸と略平行なシャフト支持部19Aを有している。そして、このシャフト支持部19Aにはシャフト19が挿入されており、シャフト19の軸線と光軸とで規定されるXZ面に関して略対称なU字形状のヨーク18が、第1可動ベース9の突出部9pの裏面に固着されており、更にヨーク18のU字型内側面に各々固着される一対のマグネット20が設けられて、ヨーク18と一対のマグネット20とから成る磁気回路(一対のコイル10a,10bの各々の有効辺10ae,10beに及ぼす磁路を形成する磁気回路)が、第1可動部11に形成されている。尚、レンズ群8は約0.1mmの突出量の突出部8pを有しており、この突出部8pの横断面形状は略円形状であるため、突出部8pの径を、ここでは第1可動ベース9の側面9SSの径と比較して、「小径」と定めて折、従って、突出部8pを小径部とも呼ぶ。
第2可動ベース12は、第1可動ベース9がY方向に移動可能な空間を以って、第1可動ベース9の小径部8pに挿通されることで、第1可動ベース9と組み合わされる。又、第2可動ベース12は、第1開口部12aと一体化して第1方向Xに突出した、横断面形状が略矩形の凸部12pを有している。そして、第2可動ベース12の凸部12pの略中央には、後述する支軸19を挿通するための貫通穴12hが形成されており、この貫通穴12hの横断面中央位置と第1開口部12aの横断面中心位置とは、X軸方向に整列している。加えて、第2可動ベース12のX軸方向の両端部に設けられた各2本ずつのボス12c、12d、12e、12fを基準に板バネ15が第2可動ベース12に接着固定されており、板バネ15の他端は、図示しない2本ずつのボスを基準に、固定ベース21に接着固定されている。
固定部23側に目を向けると、フォーカスコイル14の側面14SSには、一対のコイル10a、10bが互いに正対する様に接着固定されている。加えて、フォーカスコイル14の側面14SSの上端部には、実施の形態3と同様に、その辺中央部に突出部13aを有する1枚の磁性片13が固着されている。しかも、フォーカスコイル14と一対のコイル10a、10bとは、フォーカスコイル14の他の側面に固着されたコイルホルダ24によって保持されており、且つ、コイルホルダ24の図示しない凸部が固定ベース21に設けられているU字状のスリット部21aに嵌合されることで、固定ベース21に対して、位置決め固定されている。
上記のように固定部23に固定されたコイルホルダ24乃至は一対のコイル10a、10bと磁路回路(18+20)との位置関係は、図15の上面図及び図15のA−A線に関する縦断面図である図16に示されている通りである。この位置関係では、支軸19の中心軸とフォーカスコイル14の中心軸とが一致すると共に、一対のコイル10a、10bの有効辺10ae、10beが一対のマグネット20の内で当該コイルに対向するマグネットと正対する様に配置されている。
特に、実施の形態5では、フォーカスコイル14とその側面に接着固定された一対のコイル10a、10bに対して、第1可動部11の必要可動量が確保できるだけの空隙を以って、第1可動部11は固定部23に対して配置されている。本実施の形態では、支軸19とマグネット20との間に設けられる1つの磁気空隙中に、フォーカスコイル14と一対のコイル10a、10bの各々の有効辺が配置され、しかも、第1可動部11の必要可動量を確保できる隙間を磁気空隙として考慮すると、磁気空隙の幅寸法は図16に示す距離d1となる。
この様に、第1可動部11にマグネット20を配置し、固定部23に一対のコイル10a、10bを配置する本実施の形態の駆動構造に於いては、可動側にマグネット20が配置されるため、磁路回路も可動側に配置されることとなるので、より効率の良い磁気回路を形成することが出来るため、より強い推力を得ることが出来る。
この様な構成の撮像装置においては、第2可動ベース12の第1開口部12aが、第1可動ベース9の小径部8pに対して可動可能な空間を以って挿通する様に組み立てられているので、第1可動部11がY方向に移動の際のY方向の突出量が第1可動ベース9の大径部9SSにて規定されるため、コンパクトな構成でY方向移動構成を実現することが出来る。
又、第1可動部11の側にマグネット20が配設されており、突出部13aを有する磁性片13を固定部23の側のフォーカスコイル14の上面に配設されているので、実施の形態3で既述したY方向の中立位置保持力とZ方向の付勢力とを実現することが出来る。
(実施の形態6)
図17は、本実施の形態に係る撮像装置の主要部の構成を示す分解斜視図である。図17において図14と同一または相当する部分には、同一の符号を付している。ここでは、本実施の形態に係る撮像装置の、実施の形態5との構成の差異について、図17に加えて、磁気回路と一対のコイル10a、10bとの位置関係を示す平面図である図18及び図18のA−A線の縦断面図である図19を用いて、記載する。
本実施の形態では、フォーカスコイル14及び一対のコイル10a、10bは、組み立てたときに、第1可動部11の一対のマグネット20が各々に対応するコイル10a、10bに対向すると共に、第1可動部11の必要可動量が確保可能な空隙を以って、配置されている。図18に例示する通り、各コイル10a、10bは、対応するマグネット20とヨーク18との間に設けられた間隙に配置され、フォーカスコイル14は、対向する支軸19とマグネット20の間に配設される。
本実施の形態では、フォーカスコイル14及び一対のコイル10a、10bが別々の磁気空隙中に配置されること、及び、第1可動部11の必要可動量が確保できる隙間を設けることを考慮すると、複数に分割された各磁気空隙の幅寸法は、図19に示す距離d2、d3となる。
本実施の形態の様に、磁気空隙を複数に分割し、各々の磁気空隙を必要最小限の寸法に設定することで、マグネット20からの磁束を効率良くヨーク18及び支軸19に飛ばすことが出来るため、推力を上げることが可能となる。
(付記)
以上、本発明の実施の形態を詳細に開示し記述したが、以上の記述は本発明の適用可能な局面を例示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、記述した局面に対する様々な修正や変形例を、この発明の範囲から逸脱することの無い範囲内で考えることが可能である。

Claims (12)

  1. 受光面を有し、前記受光面上に結像した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
    被写体の像を前記受光面に導く結像レンズと、
    前記結像レンズを保持する第1可動ベースと、
    前記撮像素子を保持すると共に、前記第1可動ベースを前記結像レンズの光軸に垂直な面内の第1方向に並進移動可能に、しかも、前記光軸に平行な軸線を回動中心として且つ前記垂直面内に含まれる前記第1方向に対して略垂直な第2方向に前記第1可動ベースを回動可能に支持する固定部と、
    前記被写体像が前記受光面に導かれるのを阻害しない位置において前記固定部に設けられた一対のマグネットと、
    前記結像レンズの光軸方向と前記第1方向とで規定される面に関して対称に前記第1可動ベースに設けられており、前記光軸方向に略平行な有効辺を有する一対のコイルと、
    前記一対のコイルの各々に電流を給電する給電部とを備えており、
    前記一対のコイルの各々の前記有効辺が、前記一対のマグネットの内で当該コイルに対向するマグネットに正対している撮像装置であって、
    前記一対のマグネットが及ぼす磁界との相互作用により、前記一対のコイルに同方向の電流を通電することにより、前記回動中心に回転対称な駆動力により前記第2方向への駆動力を得、前記一対のコイルに逆方向の電流を通電することにより、前記第1方向に並進する駆動力を得ることを特徴とする、
    撮像装置。
  2. 請求項1記載の撮像装置であって、
    前記固定部に対して、前記光軸に平行に前記固定部に配設された支軸を基準に、前記光軸方向に移動可能および前記第2方向に回動可能な第2可動ベースを備え、
    前記第1可動ベースは、前記第2可動ベースに対して前記第1方向に移動可能であることを特徴とする、
    撮像装置。
  3. 請求項2記載の撮像装置であって、
    前記第2可動ベースには、前記支軸に対して前記結像レンズの配置位置とは略対称な位置に於いて、バランスウエイトが配設されていることを特徴とする、
    撮像装置。
  4. 受光面を有し、前記受光面上に結像した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
    被写体の像を前記受光面に導く結像レンズと、
    前記結像レンズを保持する第1可動ベースと、
    前記撮像素子を保持すると共に、前記第1可動ベースを前記結像レンズの光軸に垂直な面内の第1方向に並進移動可能に、しかも、前記光軸に平行な軸線を回動中心として且つ前記垂直面内に含まれる前記第1方向に対して略垂直な第2方向に前記第1可動ベースを回動可能に支持する固定部と、
    前記被写体像が前記受光面に導かれるのを阻害しない位置に於いて前記固定部に設けられ且つ前記光軸方向に略平行な有効辺を備える一対のコイルと、
    前記結像レンズの光軸方向と前記第1方向とで規定される面に関して対称に前記第1可動ベースに設けられている一対のマグネットと、
    前記一対のコイルの各々に電流を給電する給電部とを備えており、
    前記一対のコイルの各々の前記有効辺が、前記一対のマグネットの内で当該コイルに対向するマグネットに正対している撮像装置であって、
    前記一対のマグネットが及ぼす磁界との相互作用により、前記一対のコイルに同方向の電流を通電することにより、前記回動中心に回転対称な駆動力により前記第2方向への駆動力を得、前記一対のコイルに逆方向の電流を通電することにより、前記第1方向に並進する駆動力を得ることを特徴とする、
    撮像装置。
  5. 請求項記載の撮像装置であって、
    前記固定部に対して、前記光軸に平行に前記固定部に配設された支軸を基準に、前記光軸方向に移動可能および前記第2方向に回動可能な第2可動ベースを備え、
    前記第1可動ベースは、前記第2可動ベースに対して前記第1方向に移動可能であることを特徴とする、
    撮像装置。
  6. 請求項記載の撮像装置であって、
    前記第2可動ベースには、前記支軸に対して前記結像レンズの配置位置とは略対称な位置に於いて、バランスウエイトが配設されていることを特徴とする、
    撮像装置。
  7. 請求項記載の撮像装置であって、
    前記固定部には、それぞれが前記一対のマグネットの各々に正対する1辺の略中央部に突出部を備える一対の磁性片が、前記一対のマグネットの高さ方向の所定位置に於いて配設されており、
    前記一対の磁性片は、前記第2方向に於ける中立位置保持力及び前記光軸に平行な第3方向に於ける付勢力を発生させることを特徴とする、
    撮像装置。
  8. 請求項記載の撮像装置であって、
    前記固定部に対して、前記第1方向に移動可能に支持された第2可動ベースを備え、
    前記第1可動ベースは、前記第2可動ベースに対して、前記結像レンズの光軸方向に移動可能及び前記第2方向に回動可能であることを特徴とする、
    撮像装置。
  9. 請求項記載の撮像装置であって、
    前記固定部には、前記一対のマグネットに正対する2辺の各々の略中央部に突出部を備える1枚の磁性片が、前記一対のマグネットの高さ方向の所定位置に於いて配設されており、
    前記磁性片は、前記第2方向に於ける中立位置保持機能及び前記光軸に平行な第3方向に於ける付勢力発生機能を併せ持つことを特徴とする、
    撮像装置。
  10. 請求項記載の撮像装置であって、
    前記第1可動部には、前記結像レンズの保持を阻害しない位置に於いて、U字型のヨークが設けられており、
    前記一対のマグネットの各々は、前記ヨークの内で当該マグネットに正対する部分に対向する位置に於いて取り付けられて、前記一対のマグネットは、前記ヨークと共に、前記一対のコイルの各々の前記有効辺に及ぼす磁路を形成する磁気回路を成していることを特徴とする、
    撮像装置。
  11. 請求項10記載の撮像装置であって、
    前記一対のマグネットの各々と当該マグネットに正対する前記ヨークの前記正対部分との間には磁気空隙が設けられており、
    各磁気空隙には、前記一対のコイルの内で対応するコイルの有効辺が配設されていることを特徴とする、
    撮像装置。
  12. 請求項記載の撮像装置であって、
    前記第2可動ベースは前記第1可動ベースに配設されている前記結像レンズの小径部に配置されていることを特徴とする、
    撮像装置。
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