次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、図1乃至図15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、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。
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。
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。
次に、図2乃至図5を参照して、アクチュエータ10の構成を説明する。図2は、移動枠が像振れ防止制御の位置にあるアクチュエータ10の正面図であり、センサ基板を取り外した状態を示している。また、図3は、移動枠が係止位置にあるアクチュエータ10の正面図である。さらに、図4は図3のIV−IV線側面断面図であり、図5(a)は図2のV−V線側面断面図である。また、図5(b)は、駆動用磁石の着磁の状態を示す斜視図である。
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つのスチールボール18(図4)と、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つの駆動用コイル20a、20b、20cと、移動枠14の、駆動用コイル20a、20b、20cに夫々対応する位置に取り付けられた3つの駆動用磁石22a、22b、22cと、を有する。
また、図5(a)に示すように、アクチュエータ10は、各駆動用磁石22a、22b、22c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に取り付けられたコイルヨーク26と、駆動用磁石の磁力を固定枠12の方に効果的に差し向けるように、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。さらに、図4に示すように、アクチュエータ10は、スチールボール18を移動枠14に吸着させる吸着用磁石30を有する。なお、駆動用コイル20a、20b、20c、及びこれらに対応する位置に取り付けられた3つの駆動用磁石22a、22b、22cは、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を構成する。
さらに、図5(a)に示すように、各駆動用コイル20a、20b、20c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(図5には24aのみ図示)。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22a、22b、22c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。即ち、各ホール素子は、各駆動用磁石の、撮像用レンズの光軸を中心とする円のほぼ円周方向の変位を検出するセンサとして機能する。これらのホール素子24a、24b、24c及び駆動用磁石22a、22b、22c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20a、20b、20cに流す電流を制御するコントローラ36を有する。コントローラ36の詳細については後述する。
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。
固定枠12は、外周に縁を設けた概ねドーナツ板状の形状を有し、その上に3つの駆動用コイル20a、20b、20cが配置されている。図2に示すように、これら3つの駆動用コイル20a、20b、20c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20aは光軸の鉛直上方に配置され、駆動用コイル20b、20cは、駆動用コイル20aに対して中心角120゜ずつ間隔を隔てて配置されている。即ち、駆動用コイル20a、20b、20cは、光軸を中心とする円周上に等間隔に配置されている。また、駆動用コイル20a、20b、20c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上の円周の、各駆動用コイル20a、20b、20cに対応する位置には、長方形の駆動用磁石22a、22b、22cが夫々埋め込まれている。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、駆動用磁石の裏側、即ち、各駆動用コイルの反対側には、各駆動用磁石の磁束が、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。
また、固定枠12の各駆動用コイルの裏側、即ち、移動枠14の反対側には、長方形のコイルヨーク26が夫々取り付けられている。移動枠14は、各駆動用磁石22a、22b、22cが、それに対応して取り付けられたコイルヨーク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、駆動用磁石の磁力線が、コイルヨーク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。
次に、図5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22a、22b、22c、バックヨーク28及びコイルヨーク26は、夫々長方形の形状を有しており、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20a、20b、20cは、その各辺が、長方形のバックヨーク28の各長辺、短辺と夫々平行になるように配置されている。さらに、各駆動用磁石は、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22a、バックヨーク28及びコイルヨーク26は、磁気回路を構成し、図5(a)に矢印で示す磁力線が形成される。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、円周の接線方向の駆動力を受ける。他の駆動用コイル20b、20cについても、同様の位置関係で対応する駆動用磁石22b、22c、バックヨーク28及びコイルヨーク26が配置されている。
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各長辺の中点を通るように位置する。また、図5(b)に示すように、駆動用磁石22aは、その厚さ方向にも極性が変化しており、図5(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5及び図6を参照して、各駆動用磁石が受ける駆動力を説明する。図6(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上段に、相対位置とホール素子24aの出力との関係を下段に示すグラフであり、図6(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5(a)に示すように、駆動用磁石22aの第1磁石部22a1である右半部は、駆動用コイル20aの第1巻線部20a1である右端部に、図5(a)において上方から下方に向かう磁力線を及ぼす。同様に、駆動用磁石22aの第2磁石部22a2である左半部は、駆動用コイル20aの第2巻線部20a2である左端部に、図5(a)において下方から上方に向かう磁力線を及ぼす。
一方、図6(b)に矢印で示す方向の電流が駆動用コイル20aに流れると、駆動用コイル20aの第1巻線部20a1には図5(a)の奥から手前側に向かって電流が流れ、第2巻線部20a2には図5(a)の手前側から奥に向かって電流が流れる。駆動用磁石22a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、駆動用磁石22aを図5(a)における右方向に移動させる駆動力が発生する。
図6(a)に示すように、この駆動力は、駆動用磁石22a及び駆動用コイル20aが図6(b)に示す位置関係にある時、即ち、駆動用磁石22aの着磁境界線Cが駆動用コイル20a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磁石22aが右又は左にずれるに従って減少する。さらに、駆動用磁石22aが図6(c)に示す位置(図6(a)におけるc点)では駆動力はゼロになり、図6(d)に示す位置(図6(a)におけるd点)では駆動力の方向が逆転する。一方、駆動用磁石22aが左方向に移動された場合も、駆動力は減少し、図6(e)に示す位置(図6(a)におけるe点)においてゼロとなり、さらに左方向に移動された位置では、駆動力の方向が逆転する。
しかしながら、本実施形態のアクチュエータ10においては、図6(a)に示すように、像振れ防止制御は図6(b)に示す位置を中心とした狭い領域で実行され、移動枠14の係止位置は図6(c)に示す位置に到達する直前の位置に設定されている。このため、本実施形態においては、移動枠14が図6(c)乃至(e)に示す位置まで移動されることはない。
以上説明した駆動力は、駆動用コイル20aに図6(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20a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20aに反時計回りの電流が流れている場合には、図6(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20aと駆動用磁石22a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。
次に、駆動用コイル20aの内側に配置されたホール素子24aの出力は、図6(a)の下段に示すように、駆動用磁石22a及び駆動用コイル20aが図6(b)に示す位置関係にある時、即ち、駆動用磁石22aの着磁境界線Cが駆動用コイル20aの中心に位置するときほぼゼロになる。さらに、ホール素子24aの出力は、図6(b)の位置から駆動用磁石22aが右方向に移動されるに従って増大し、駆動用磁石22aが図6(c)に示す位置で最大となる。逆に、ホール素子24aの出力は、図6(b)の位置から駆動用磁石22aが左方向に移動されるに従って減少し、駆動用磁石22aが図6(e)に示す位置で最小となる。
また、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像振れ防止制御領域内において像振れ防止制御が実行される。さらに、移動枠14が係止される係止位置は、像振れ防止制御領域から大きく外れた位置に設定されており、この係止位置においては、ホール素子24aの出力は、像振れ防止制御領域内における出力よりも非常に大きくなる。
次に、図7及び図8を参照して、移動枠14の位置検出を説明する。
図7及び図8は、駆動用磁石22a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7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22a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と共に駆動用磁石22aが移動され、ホール素子24aの感度中心点が駆動用磁石22a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7に示すように、駆動用磁石22aが着磁境界線Cに直交するX軸方向、即ち円周方向に変位すると、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22a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22aの移動距離が、駆動用磁石22a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22a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、像振れ補正制御時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8(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22aの着磁境界線Cが位置する場合には、図8(b)のように駆動用磁石22aが回転移動した場合、図8(c)のように駆動用磁石22が着磁境界線Cの方向に移動した場合とも、ホール素子24aからの出力信号はゼロである。また、図8(d)乃至(f)に示すように、駆動用磁石22a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8(d)のように駆動用磁石22aが着磁境界線Cに直交する方向に移動した場合、図8(e)のように駆動用磁石22aが並進及び回転移動した場合、図8(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22b、22c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2乃至図4を参照して、移動枠14の係止機構を説明する。
図2及び図3に示すように、固定枠12には、その外周から半径方向内方に延びる3つの位置決め用の係合受け部15が設けられている。各係合受け部15は、固定枠12の円周方向に120゜ずつ間隔を開けて配置されている。また、移動枠14には、各係合受け部15と当接するように、3つの位置決め用の係合部17が、移動枠14の円周方向に120゜ずつ間隔を開けて形成されている。各係合部17は、その当接面17aで各係合受け部15の当接受け面15aと当接するように構成されている。
また、図3に示すように、これら3組の当接面17a及び当接受け面15aは、移動枠14が、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で回転されたとき同時に当接するように形成されている。即ち、3組の位置決め当接面17a及び当接受け面15aが夫々同時に当接するように移動枠14を移動させることにより、移動枠14は機械的に図3に示す所定の係止位置に位置決めされる。
ここで、各当接面17a及び当接受け面15aは、光軸を中心とする円の半径方向に向けられた平面として形成されているが、当接する平面には不可避な形状誤差が存在するため、微視的には各当接面17aと当接受け面15aは点接触に近い状態で接触することになる。従って、移動枠14の位置は、2組の当接面17a及び当接受け面15aにより完全に規定されることはなく、もう1組の当接面17a及び当接受け面15aが当接することによって係止位置は一意的に規定されるようになる。また、係止位置においては、像振れ補正用レンズ16の光軸と撮像用レンズ8の光軸が一致する。
さらに、図2及び図3に示すように、固定枠12には、磁力吸着手段である3つの係止用磁性材23a、23b、23cが、固定枠12の円周方向に120゜ずつ間隔を開けて配置されている。各係止用磁性材は、図3に示す係止位置においては、各駆動用磁石との間に働く吸着力により、移動枠14を図3における時計回りに回転させる回転力を作用させる。この回転力により、各当接面17aは各当接受け面15aに押し付けられ、移動枠14は係止位置に係止される。従って、本実施形態においては、駆動用磁石22a、22b、22cは磁力吸着手段の一部としても機能する。また、移動枠14の通常作動領域においては、各駆動用磁石と各係止用磁性材は十分に離れているため、それらの間に作用する吸着力は、ほぼゼロとなる。
次に、図2乃至図4を参照して、スチールボール18による移動枠14の支持機構を説明する。
図2及び図3に示すように、3つのスチールボール18は、固定枠12と移動枠14の間に夫々配置されている。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、各スチールボール18が、各駆動用コイルの間に位置するように配置されている。図4に示すように、各スチールボール18は、移動枠14の、各スチールボール18に対応する位置に埋め込まれた吸着用磁石30によって、移動枠14に吸着されている。各スチールボール18は吸着用磁石30によって移動枠14に吸着され、移動枠14は駆動用磁石22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並進運動及び回転運動が許容される。
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の作動中において固定枠12及び移動枠14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。
次に、図9を参照して、制御手段であるコントローラ36の構成、及びアクチュエータ10による像振れ防止制御を説明する。図9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9に示すように、コントローラ36には、2つのジャイロ34a、34bによって夫々検出された角速度信号を、デジタル信号に変換する角速度用A/D変換器38a、38bと、この角速度用A/D変換器38a、38bによって生成されたデジタル信号に基づいてレンズ位置指令信号を生成し、このレンズ位置指令信号をコイル位置指令信号に変換する演算手段40が内蔵されている。
さらに、コントローラ36には、移動枠14を係止位置に移動させる経路を記憶したメモリ42と、演算手段40から出力されたレンズ位置指令信号をアナログ信号に変換し、各駆動用コイル20a、20b、20cに電流を流すD/A変換器44a、44b、44cが内蔵されている。一方、各ホール素子24a、24b、24cの出力は、この出力信号を所定の倍率に変換する信号処理手段である位置信号アンプ46a、46b、46c、及びこれらの位置信号アンプの出力をデジタル信号に変換する位置用A/D変換器48a、48b、48cを介してコントローラ36に入力される。
図9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に内蔵された角速度用A/D変換器38a、38bによってデジタル信号に変換される。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。
演算手段40は、角速度用A/D変換器38a、38bから入力されたデジタル信号に基づいて、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、演算手段40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数値演算で時間積分し、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、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。
さらに、演算手段40は、生成し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20a、20b、20cとそれに対応した駆動用磁石22a、22b、22cの位置関係を表す信号である。すなわち、各駆動用磁石が、各駆動用コイルに対する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20aが光軸の鉛直上方に設けられているので、駆動用コイル20aに対するコイル位置指令信号raは、レンズ位置指令信号の水平方向成分Dxと等しくなる。一方、駆動用コイル20b、20c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、演算手段40内で生成される。
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、位置信号アンプ46a、46b、46cによって所定の倍率に変換される。各位置信号アンプによって所定の倍率にされた位置信号は、位置用A/D変換器48a、48b、48cによってデジタル信号に変換され、コントローラ36に入力される。なお、位置信号アンプ46a、46b、46cの詳細は後述する。
位置用A/D変換器48a、48b、48cから入力された位置信号は、コントローラ36内で、演算手段40によって生成されたコイル位置指令信号ra、rb、rcから夫々数値的に差し引かれる。D/A変換器44a、44b、44cは、これらの差し引かれたデジタル信号をアナログ信号に変換し、各駆動用コイル20a、20b、20cに電流を流す。
従って、コイル位置指令信号と各位置用A/D変換器から入力された信号に差がなくなると、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10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10は、固定枠12上に配置された駆動用コイル20a、20b、20c、及び移動枠14上に配置された駆動用磁石22a、22b、22cの位置関係を示す図である。まず、3つの駆動用コイル20a、20b、20cは、その中心点が、点Qを原点とする半径Rの円周上の点Sa、Sb、Sc上に夫々配置されている。また、各ホール素子24a、24b、24cも、それらの感度中心点Sが点Sa、Sb、Sc上に位置するように夫々配置されている。さらに、移動枠14が動作中心位置にある場合には、像振れ補正用レンズ16の中心と撮像用レンズ8の光軸が一致し、各駆動用コイルに対応した各駆動用磁石の着磁境界線Cの中点も夫々点Sa、Sb、Sc上に位置し、各着磁境界線Cは、点Qを中心とする円の半径方向に向けられる。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10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、各駆動用磁石22a、22b、22cの着磁境界線Cは、図10に一点鎖線で示された位置に移動される。ここで、駆動用磁石22aの着磁境界線Cと点Saとの間の距離をra、駆動用磁石22bの着磁境界線Cと点Sbとの間の距離をrb、駆動用磁石22c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10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9において説明した演算手段40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11及び図12を参照して、位置信号アンプ46a、46b、46cの構成を説明する。図11は位置信号アンプの回路の一例を示す図であり、図12は、移動枠14の位置と位置信号アンプの出力との関係を示すグラフである。
図11に示すように、位置信号アンプ46aは、2つのオペアンプOP1、OP2、6本の電気抵抗器R1〜R6、及びスイッチS1を有する。なお、図11においては、位置信号アンプの付属的な回路は省略されている。まず、ホール素子24aの一方の出力端子は、電気抵抗器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。一方、ホール素子24aの他方の出力端子は、電気抵抗器R2を介してオペアンプOP1のプラス入力端子に接続されている。さらに、オペアンプOP1の出力端子は、電気抵抗器R3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。さらに、オペアンプOP1のプラス入力端子は、電気抵抗器R4を介して1.5Vの基準電圧に接続されている。なお、オペアンプOP1には、3Vの電源電圧が印加されている。これらのオペアンプOP1及び電気抵抗器R1〜R4は、初段の作動アンプを構成している。
次に、オペアンプOP1の出力端子は、オペアンプOP2のプラス入力端子に接続されている。また、オペアンプOP2のマイナス入力端子は、電気抵抗器R5を介して1.5Vの基準電圧に接続されている。さらに、オペアンプOP2の出力端子は、電気抵抗器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。なお、オペアンプOP2には、3Vの電源電圧が印加されている。これらのオペアンプOP2及び電気抵抗器R5、R6は2段目の非反転アンプを構成し、初段の作動アンプの出力を更に増幅するように構成されている。
また、スイッチS1は、位置信号アンプ46aの出力を切り替えるように構成されている。即ち、スイッチS1は、像振れ防止制御時においては、2段目の非反転アンプの出力に接続され、移動枠14の係止位置への移動時においては、初段の作動アンプの出力に接続されるように切り替えられる。
なお、ここでは、位置信号アンプ46aの構成を説明したが、他の位置信号アンプ46b、46cも同様に構成されている。
次に、図12を参照して、位置信号アンプの出力電圧を説明する。図12の実線は、2段目の非反転アンプの出力電圧を示し、破線は、初段の作動アンプの出力電圧を示している。駆動用磁石22aが中心位置、即ち、駆動用磁石22aの着磁境界線Cがホール素子24aの感度中心点S上にある場合には、ホール素子24aの2つの出力端子は同電圧となる。この場合には、位置信号アンプ46aの出力電圧は基準電圧である1.5Vとなる。さらに、着磁境界線Cが感度中心点Sから離れると、ホール素子の出力端子間には電位差が生じ、この電位差が位置信号アンプによって増幅される。
ここで、図12に破線で示す初段の作動アンプの出力電圧は、着磁境界線Cの移動距離に対して緩やかに変化するのに対して、実線で示す2段目の非反転アンプの出力電圧は、初段の作動アンプの出力がさらに増幅されたものであるため、急激に変化する。また、駆動用磁石(着磁境界線C)が像振れ防止制御の実行領域を越えて移動された場合には、2段目の非反転アンプの出力は、電源電圧である3V近傍で飽和して一定値となる。さらに、駆動用磁石が逆方向に移動された場合には、2段目の非反転アンプの出力は、0V近傍で飽和して一定値となる。一方、初段の作動アンプの出力は緩やかに変化するため、像振れ防止制御領域を越えても増加を続け、係止位置を越えた位置で約3Vに達する。
次に、図1及び図9を参照して、本発明の第1実施形態によるカメラ1の像振れ防止制御時における作用を説明する。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。また、位置信号アンプ46a、46b、46cに内蔵されたスイッチS1は、像振れ防止制御時においては、2段目の非反転アンプに接続されるように切り替えられており、非反転アンプの出力が、各位置用A/D変換器48a、48b、48cに入力される。
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に内蔵された角速度用A/D変換器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角速度用A/D変換器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角速度用A/D変換器38bに出力する。
各角速度用A/D変換器は、角速度のアナログ信号をデジタル信号に変換する。演算手段40は、入力された角速度のデジタル信号を数値的に時間積分して、ヨーイング角度、ピッチング角度を算出し、これら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、鉛直方向のレンズ位置指令信号Dyを生成する。演算手段40によって計算された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。
演算手段40によって計算された水平方向のレンズ位置指令信号Dxは、駆動用コイル20aに対するコイル位置指令信号raとして出力される。また、演算手段40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に基づいて、数式1の中段の式及び下段の式を使用して、駆動用コイル20bに対するコイル位置指令信号rb、駆動用コイル20cに対するコイル位置指令信号rcを計算する。
一方、駆動用コイル20aに対応するホール素子24aの検出信号は位置信号アンプ46aで所定の倍率に変換され、位置用A/D変換器48aに入力される。ここで、像振れ防止制御時においては、位置信号アンプ46aは、ホール素子24aの検出信号を高い倍率で増幅するように切り替えられているため、微小な検出信号が大振幅のアナログ信号に増幅されて位置用A/D変換器48aに入力される。
位置用A/D変換器48aにおいてデジタル信号に変換された位置信号は、コントローラ36内で駆動用コイル20a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、D/A変換器44aを介して駆動用コイル20aに出力される。同様に、ホール素子24bの検出信号は、位置信号アンプ46b、位置用A/D変換器48bを介してコントローラ36に入力され、コイル位置指令信号rbとの差に比例した電流がD/A変換器44bを介して駆動用コイル20bに出力される。さらに、ホール素子24cの検出信号は、位置信号アンプ46c、位置用A/D変換器48cを介してコントローラ36に入力され、コイル位置指令信号rcとの差に比例した電流がD/A変換器44cを介して駆動用コイル20c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のフィルム面Fに合焦される像が安定化される。
次に、図13及び図14を更に参照して、アクチュエータ10の移動枠14を係止位置に移動させる作用を説明する。図13は、係止位置における駆動用コイル20a、駆動用磁石22a、及び係止用磁性材23aの位置関係を示す側面断面図であり、図14は正面図である。
まず、レンズユニット2に設けられた係止スイッチ(図示せず)がオンにされると、演算手段40はメモリ42から、移動枠14の係止位置への移動経路を指示するデータが読み込まれる。以後、演算手段40は、この読み込まれたデータをコイル位置指令信号ra、rb、rcとして出力し、角速度用A/D変換器38a、38bから入力されるデジタル信号は無視される。一方、位置信号アンプ46a、46b、46cに内蔵されたスイッチS1は、係止スイッチ(図示せず)がオンにされると、初段の作動アンプに接続されるように切り替えられ、作動アンプの出力が、各位置用A/D変換器48a、48b、48cに入力されるようになる。
次に、演算手段40は、メモリ42から読み込んだデータに基づいて、移動枠14を係止位置に向けて移動させる信号を出力する。移動枠14は、この信号に追従するように駆動され、光軸を中心に図2における時計回りに回転される。即ち、コントローラ36は、演算手段40から出力されたコイル位置指令信号ra、rb、rcと、位置信号アンプ46a、46b、46c及び位置用A/D変換器48a、48b、48cを介して入力された位置信号との差を計算する。さらに、このコイル位置指令信号と位置信号の差は、D/A変換器44a、44b、44cに入力され、差の値に比例した電流が、各駆動用コイルに流される。
ここで、移動枠14が係止位置に移動される際には、各ホール素子24a、24b、24cから出力される信号は大きく変化するが、位置信号アンプ46a、46b、46cが信号を増幅する倍率が、像振れ防止制御時とは異なる低い倍率に切り替えられているため、位置用A/D変換器48a、48b、48cに入力可能な電圧の範囲を越えることはない。
移動枠14は、時計回りに図3に示す係止位置まで回転されると、各係合部17の当接面17aと、各係合受け部15の当接受け面15aが夫々当接され、移動枠14が固定枠12に対して係止される。
また、この係止位置においては、図13及び図14に示すように、駆動用磁石22aの第1磁石部22a1と係止用磁性材23aが接近するため、駆動用磁石22aが図13における右方向に引きつけられる。同様に、駆動用磁石22b、22cの第1磁石部22b1、22c1も、係止用磁性材23b、23cに引きつけられ、これらの吸着力により、移動枠14は図3における時計回りの回転力を受ける。この回転力により、各係合部17の当接面17aは、各係合受け部15の当接受け面15aに押し付けられ、移動枠14は係止位置に保持される。
一方、移動枠14を係止位置から像振れ防止制御領域に復帰させる場合には、コントローラ36は、各駆動用コイルに電流を流すことにより反時計回りの駆動力を発生させ、各駆動用磁石を各係止用磁性材引き離す。
本発明の実施形態のカメラによれば、位置信号アンプが、係止位置への回転制御時において、像振れ防止制御時よりも低い倍率で位置信号を変換するので、像振れ防止制御時と回転制御時で同程度のレベルの信号を位置用A/D変換器に入力することができる。これにより、像振れ防止制御の精度を低下させることなく、非像振れ防止制御時において広い範囲に移動枠が移動されるように制御することができる。
また、本実施形態のカメラによれば、ホール素子が撮像用レンズの光軸を中心とする円のほぼ円周方向の変位を検出するので、各ホール素子の出力により移動枠の回転移動を検出することができると共に、各ホール素子の出力を組み合わせて演算することにより移動枠の並進移動を検出することができる。
さらに、本実施形態のカメラによれば、ホール素子が駆動用磁石の磁気を検出して、位置検出するので、駆動用磁石を位置検出にも利用することができる。これにより、アクチュエータの構成を簡単にすることができると共に、アクチュエータを小型化することができる。
また、本実施形態のカメラによれば、像振れ防止用レンズの光軸と撮像用レンズの光軸が一致する位置に係止位置が設定されているので、移動枠を係止位置に移動させる際、各レンズの光軸がほぼ一致した状態を維持することができる。これにより、係止位置への移動時に、撮像面に形成される像が大きく振れることはなく、使用者に違和感を与えることがない。
さらに、本実施形態のカメラによれば、移動枠自体が回転移動され、係止されるので、ロックリング等の特別な部材及びこれを駆動するためのアクチュエータを設けることなく、移動枠を係止することができる。
また、本実施形態のカメラによれば、移動枠の像振れ補正制御領域から十分に離れた位置に係止位置が設定されているので、像振れ補正制御時において、係合部と係合受け部が干渉することがない。
以上、本発明の好ましい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、上述した実施形態では、係止位置において、駆動用磁石と係止用磁性材との間の吸着力により移動枠を係止していたが、移動枠の係止を行わず、移動枠を係止位置に単に位置決めするだけでも良い。これにより、移動枠は、所定の位置決め位置に機械的に位置決めされ、この既知の位置に基づいて、位置検出手段の較正を行うことができる。
さらに、上述した実施形態では、移動枠は駆動用磁石とコイルヨークとの間に作用する吸着力により固定枠に吸着されていたが、コイルヨークを省略することもできる。この場合には、移動枠を固定枠に吸着させるために、コイルバネ等の弾性体を吸着手段として設けることができる。或いは、スチールボールに替えて、移動枠の移動を案内するガイド部材を可動部支持手段として設けることにより、吸着力を発生させる手段を省略することもできる。