JP5639161B2

JP5639161B2 - 手振れ補正ユニット

Info

Publication number: JP5639161B2
Application number: JP2012514728A
Authority: JP
Inventors: 隆志本池; 原田　貴志; 貴志原田; 春山　哲也; 哲也春山; 祐介北田
Original assignee: KENKO TOKINA CO., LTD.; P.S. TOKKI CO., LTD.
Current assignee: KENKO TOKINA CO., LTD.; P.S. TOKKI CO., LTD.
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: WO2011142153A1; JPWO2011142153A1

Description

本発明は、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可動磁石式駆動手段を備えた手振れ補正ユニットに関する。

デジタルカメラ等の撮像用光学機器では、撮影レンズの長焦点化及び高倍率ズーム化に伴い、高画質の写真を撮影するために、カメラボディー又は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。

写真撮影時の手振れを解析すると、腕の震え(10 Hz付近の周波数)、体の揺れ(数Hz付近の周波数)、並びにレリーズ時のシャッター衝撃及び手の揺れに起因する、光軸と直交する方向(縦横)の平行ぶれと、ピッチ、ヨー及びロールの回転ぶれに分類される。特に結像する画像に対して大きく影響するピッチ及びヨーの回転ぶれを補償することが重要である。

この手振れを防止する方式として、撮像センサ(CCD、CMOS等)を駆動するセンサシフト方式や、撮影光学系を駆動するレンズシフト方式が一般的に用いられている。撮像センサを駆動して結像位置を移動させ手ぶれを補正するセンサシフト方式は、既存レンズを使用でき、高い精度で手振れを補正することができる。撮像レンズの一部を光軸に対して垂直な方向に駆動して結像位置を移動させるレンズシフト方式はレンズごとに最適化を図ることができ、被写体を観察中にもファインダー上で手振れ防止機能を視認できるという利点がある。

光軸と垂直な平面上で補正レンズを並進運動及び回転運動させる方法として、例えば、特開2007-86808号は、レンズ鏡筒内に固定された固定板、この固定板に対して移動可能に支持された移動枠、及びこの移動枠を支持する3つのスチールボールを備えた平行移動装置を有するアクチュエータを開示している。このアクチュエータは、移動枠に取り付けられた3つの駆動用磁石と、駆動用磁石に対応する固定板の位置に取り付けられた駆動用コイルと、駆動用磁石の磁力により移動枠を吸着させるための吸着用ヨークとを有しており、前記平行移動装置は、スチールボール等の球状体を移動枠に吸着させる球状体用磁石と、スチールボールが固定板と移動枠との間で滑らかに転がるように固定板及び移動枠に取り付けられたスチールボール受け(支持平面部)とを有している。

しかしながら、特開2007-86808号に記載された平行移動装置は、スチールボールが平板状部材で挟付けられているので、スチールボールの保持が不十分になるといった問題を有している。また特開2007-86808号に記載のアクチエータは、駆動用磁石と対応する位置に吸着用ヨークを設けて、駆動用磁石を駆動用だけでなく移動枠の吸着用としても使用しているので、アクチュエータに発生する推力と、駆動用磁石とヨーク間の磁気吸引力とを独立に制御することができない。つまり駆動用磁石とヨークとの間隔を変えると、アクチュエータの推力、及び駆動用磁石とヨークとの間の磁気吸引力がともに変化する。

例えば、推力を高めるために、駆動用磁石とヨークとの間隔を狭めると、パーミアンス係数が大きくなり、磁束密度が増加する方向に動作点が移動するので、駆動用磁石とヨーク間の磁気吸引力が増大する。その結果、スチールボールに加わる負荷が増大し、耐久性が低下する。一方、スチールボールに過大な負荷が作用しないように駆動用磁石と吸着用ヨークとの間隔を広く設定すると、アクチュエータの発生推力が低下する。すなわち特開2007-86808号に記載のアクチエータのように、駆動用磁石と対応する位置に吸着用ヨークを設けて、駆動用磁石の磁力により移動枠を吸着させる構造を採用すると、アクチュエータの磁気回路部を適切な推力又は磁気吸引力が得られるように構成することが困難である。

特開2008-15349号は、固定枠と移動枠との間に3つのスチールボールが中心角120゜の間隔を隔てて配置され、各スチールボールは、移動枠の各スチールボールに対応する位置に埋め込まれた吸着用磁石によって移動枠に吸着され、移動枠は駆動用磁石によって固定枠に吸着されたアクチュエータを開示している。移動枠は、固定枠に平行な平面上に、各スチールボールを挟持した状態で支持されており、各スチールボールが転がることによって任意の方向に並進運動及び回転運動することができる。しかしながら、特開2008-15349号に記載のアクチュエータは、特開2007-86808号に記載されたアクチュエータと同様に、スチールボールが平板状部材で挟付けられているので、スチールボールの保持が不十分になるという問題を有する。

特開2006-215122号は、レンズ鏡筒内に設置され、光軸を偏心させる補正レンズと、前記補正レンズの駆動手段と、レンズ鏡筒の固定部に対する前記補正レンズの保持手段とを有する画像振れ防止装置を開示している。特開2006-215122号は、前記保持手段として、固定部の保持枠に埋設させた3つの円盤マグネットと、可動部の支持枠に埋設させた3つの円盤マグネットとの間に3つの鋼球を介在させた保持機構を開示しており、この保持機構は対極で構成する円盤磁極間の鋼球が転動することにより全方向移動を可能にすると記載している。しかしながら特開2006-215122号に記載された保持機構は、円板状部材間で鋼球を挟み付ける構造なので、鋼球を磁気的に保持してはいるものの、鋼球の移動範囲が広がり不必要な移動を規制できないという問題がある。

従って、本発明の目的は、可動磁石型の補正レンズ駆動手段を備え、前記駆動手段に影響を与えず、可動部材の移動範囲を適切な範囲に収めることができる支持手段を有する手振れ補正ユニットを提供することである。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、可動部材及び固定部材に、転動体を磁気的に吸引するための永久磁石を有する転動体の収容部を、光軸を中心とする円周方向に沿って複数設け、強磁性体からなる複数の転動体を挟持するとともに、転動体を介して可動部材と固定部材との間に磁気吸引力が作用するように構成した支持手段により、可動部材の移動範囲を適切な範囲に収めることができることを見出し本発明に想到した。

すなわち、本発明の手振れ補正ユニットは、
レンズ鏡筒内に固設される非磁性体からなる固定部材と、
光軸方向から見て前記固定部材に対向するように配置され、補正レンズを支持する非磁性体からなるリング状の可動部材と、
前記可動部材を、前記補正レンズの光軸と直交する平面内で移動可能に支持する支持手段と、
前記固定部材に設けられた複数個の長円形状の偏平な空芯コイル、及び前記可動部材の、前記空芯コイルに対応する位置に設けられた複数個の磁気回路部によって構成された、前記可動部材を前記補正レンズの光軸と直交する平面内で移動させる可動磁石形ボイスコイルモータと、
前記ボイスコイルモータの移動方向及び移動量を制御する制御手段と
を備えた手振れ補正ユニットであって、
前記空芯コイルは、前記固定部材の前記光軸方向と直交する面内で、前記光軸を中心とする円周上に、長手方向が接線方向と一致するように配置され、
前記磁気回路部は、前記可動部材に固定された強磁性体からなる平板状ヨークと、このヨークに固着されかつ前記各空芯コイルと異極性の一対の磁極が対向するように固設された複数個の平板状の永久磁石とを含み、
前記支持手段は、前記可動部材と前記固定部材との間に磁気吸引力が作用するように前記可動部材及び前記固定部材にそれぞれ複数設けられた永久磁石と、前記可動部材に設けられた複数の永久磁石と前記固定部材に設けられた複数の永久磁石との間に挟持される強磁性体からなる複数の転動体と、前記可動部材及び前記固定部材の前記永久磁石に対応する位置に設けられた前記転動体の一部を収容する収容部とからなるとともに、前記収容部において前記転動体は前記可動部材及び前記固定部材の底面に当接することを特徴とする。

前記可動部材に設けられた複数の永久磁石の、前記固定部材と対向する側と反対側に吸引用バックヨークが設けられているのが好ましい。

前記固定部材に設けられた複数の永久磁石の、前記可動部材と対向する側と反対側に吸引用バックヨークが設けられているのが好ましい。

前記吸引用バックヨークの外径は、前記可動部材に設けられた複数の永久磁石の外径よりも大きいのが好ましい。

前記磁気回路部を形成する前記平板状の永久磁石は、前記光軸を中心とする円周上に、磁気的中立線が接線方向と一致するように配置されているのが好ましい。

本発明によれば、補正レンズを円滑に移動させることができ、さらにその移動範囲を適切に調整することができるとともに、補正レンズの動作中心への復帰を速やかに行うことができる。さらに補正レンズを駆動するためのモータを構成する永久磁石を磁化中立線が接線方向に一致するように設置することにより、推力に寄与する有効導体部を増やすことができ、消費電力の増大を伴わずに推力を増大させることができ、大口径の補正レンズを駆動することも可能となる。

本発明の手振れ補正ユニットを搭載したデジタルカメラの一例を示す概略図である。本発明の手振れ補正ユニットの一例を示す分解斜視図である。図2をA方向から見た分解斜視図である。図2のB-B断面図である。図2の手振れ補正ユニットの可動枠を示すC方向から見た斜視図である。図5(a)の可動枠を示す背面側から見た斜視図である。図2の手振れ補正ユニットの固定枠Aを示すC方向から見た斜視図である。図6(a)の固定枠Aを示す背面側から見た斜視図である。図2の手振れ補正ユニットの固定枠Bを示すC方向から見た斜視図である。図7(a)の固定枠Bを示す背面側から見た斜視図である。図2の手振れ補正ユニットの係止可動枠を示すC方向から見た斜視図である。図8(a)の係止可動枠を示す背面側から見た斜視図である。ボイスコイルモータの推力発生機構を説明するための模式図である。コイル部とホール素子との構成を示す図9のD-D断面図である。コイル部とホール素子との他の構成を示す断面図である。コイル部とホール素子とのさらに他の構成を示す断面図である。支持手段を模式的に示す、図9のE-E断面図である。他の支持手段を模式的に示す断面図である。さらに他の支持手段を模式的に示す断面図である。さらに他の支持手段を模式的に示す断面図である。磁気回路部を半径方向に移動させた時のホール素子で検出する光軸方向の磁束密度を示すグラフである。本発明の手振れ補正ユニットの制御回路を示すブロック図である。吸引バックヨークによる磁気的漏洩の防止効果を模式的に示すグラフである。補正レンズの位置検出回路を示すブロック図である。

[1]デジタルカメラ
本発明の手振れ補正ユニットを備えたデジタル一眼レフカメラ(以下単に「カメラ」という)の一例を図1に示す。カメラ100は、ボディー110と、レンズ鏡筒114とを備えており、前記ボディー110は、レンズ鏡筒114によって結像した被写体の光学像を、光学フィルタ112を介して検出するCCD等の固体撮像素子111を含み、前記レンズ鏡筒114は、収差補正効果を得るために負のレンズ群と正のレンズ群を交互に組合せた複数のレンズ群(第1レンズ群115a、第2レンズ群115b、第3レンズ群115c及び第4レンズ群115d)、及び絞り部(図示せず)を有する。本発明の手振れ補正ユニット10は、前記レンズ鏡筒114の第3レンズ群115cに設けられている。

本発明の手振れ補正ユニット10は、手振れ補正手段としてレンズシフト方式を採用したものなので、被写体を観察中にも手振れ防止機能をファインダー上で視認することができる。このレンズシフト方式では、手振れ補正レンズ群を光軸と直交方向に変位させることによって光軸を補正するので、できるだけ小さなレンズシフト量で撮影者の手振れを補正できるようにすることが重要である。従って、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、本実施の形態では第3レンズ群115cを手ぶれ補正レンズ群(以下「補正レンズ11」と言う。)として示している。

手振れ補正は、ボディー110の内部に設けられた振れ量検出部5によって検出された手振れ量(角加速度)を、制御回路6に入力し、手振れ量に応じた駆動電流を駆動回路7に供給し、入射光軸を偏移させて手振れの少ない画像が得られるように補正レンズ11の位置を制御することにより行う。前記振れ量検出部5は、縦方向の手振れ量と横方向の手振れ量を検出することができる検出器、例えば2つのジャイロセンサからなる。手振れ補正ユニット10では、補正光学系の光軸に対する倒れ(傾き)を防止するために、手振れ補正ユニットの駆動部(ボイスコイルモータ)を補正光学系の重心を通り光軸に垂直な面に置くのが好ましい。

[2]手振れ補正ユニット
(1)全体構成
図2〜図4は手振れ補正ユニットの一例を示す。手振れ補正ユニット10は、補正レンズ11を有する可動部材1と、可動部材1をレンズ鏡筒120(図1参照)内に保持するための固定部材2と、可動部材1を光軸に対して垂直な面内で駆動する可動磁石型ボイスコイルモータ(以下単に「ボイスコイルモータ」という。)3と、非撮像時に補正レンズ11を光軸と一致する位置に静止しておく係止機構部4とを備えている。

(2)可動部材及び固定部材
可動部材1は、補正レンズ11と、その補正レンズ11の外周縁を保持しかつフランジ部121を有する非磁性体からなるリング状の可動枠12(図5を参照)とを含む。固定部材2は、図6に示すように、可動枠12の一部を受容しかつフランジ部211を有する非磁性体からなるリング状の固定枠A21と、配線基板22を含む。前記配線基板22はフレキシブル配線基板(FPC)であるのが好ましい。可動部材1は、光軸方向(Z軸方向)に対して垂直な平面(XY平面)において任意の方向に移動可能な状態で、非磁性体からなるリング状の固定部材2に支持されている。可動部材1と固定部材2とは、例えばそれらの間に介装する複数の転動体13a,13b,13cを含む支持手段により支持されるのが好ましい。このような方法によって支持することにより、可動部材1と固定部材2との間の摺動(摩擦)抵抗が低減され、微小な手振れを精度良く補正することが可能となる。

(a)可動枠
可動枠12は、図5(b)に示すように、補正レンズ11を支持するリング部120及びフランジ部121を有する。フランジ部121には、円周方向に沿って等角度間隔(120°)に磁気回路保持部123a,123b,123cが形成されているとともに、各磁気回路保持部123a,123b,123cの中間には、鋼球の一部を挿入可能な第2収容部122a,122b,122cが形成されている。フランジ部121の、固定枠A21と対向する面とは反対側の面には、図5(a)に示すように、前記第2収容部122a,122b,122cに対応する位置に、円板状の吸引用バックヨーク126a,126b,126c及び第2吸引磁石125a,125b,125c(図4を参照)を保持するための保持溝124a,124b,124cが形成されている。また磁気回路保持部123a,123b,123cには、後述の係止ピンを受取るための係止溝128a,128b,128cを有する係止部127a,127b,127cが形成されている。

(b)固定枠A
固定枠A21は、図6(a)に示すように、可動枠12のリング部120が差し込まれるリング部210と、可動枠12と対向する面に鋼球の一部を受取る第1収容部212a,212b,212cが形成されたフランジ部211を有する。固定枠A21のフランジ部211の可動枠12と対向する面と反対側の面には、図6(b)に示すように、円柱状の第1吸引磁石214a,214b,214c(図4を参照)を保持する保持孔213a,213b,213cが形成されている。

(c)固定枠B
固定枠B41は、図7(a)に示すように、第4レンズ群(図示せず)を案内するためのリング部410と、固定部412a,412b,412cが形成されたフランジ部411とを有する。フランジ部411の可動枠12と対向する側には、図7(b)に示すように、磁気シールド板414(図3を参照)を保持する保持溝413が形成されている。

(d)係止可動枠
係止可動枠42は、図8(a)に示すように、円周方向に沿って等角度間隔で円弧溝420a,420b,420cを有するとともに、係止用バックヨーク423及び係止用磁石424(図4を参照)を保持する保持孔422を有する保持部421を有する。係止可動枠42の可動枠12と対向する側には、図8(b)に示すように、前述した係止孔128a,128b,128c(図5(a)を参照)に嵌合される係止ピン425a,425b,425cが形成されている。

(e)支持手段
本実施の形態は、転動体13a,13b,13c(図2を参照)を可動枠12及び固定枠A21に設けた収容部に挟み付けた状態で保持した機構の支持手段を有する。前記収容部には永久磁石を設け、転動体13a,13b,13cとして鋼球等の強磁性体からなる球体を使用することにより、これらの鋼球に磁気吸引力を作用させて保持する。また可動枠12及び固定枠A21の少なくとも転動体と接する部分を、自己潤滑性を有する材料(例えばPOMのようなエンジニアリングプラスチック)で形成することにより、転動体をより円滑に摺動させることができる。

すなわち固定枠A21のフランジ部211(可動枠12と対向する側)に円周方向に沿って所定角度間隔(例えば120°)で転動体13a,13b,13c(鋼球)の一部を受容するリング状の第1収容部212a,212b,212cを形成するとともに、この収容部の背面側にZ軸方向に磁化した円柱状の第1吸引磁石214a,214b,214cが埋設されている。一方、可動枠12のフランジ部121(固定枠A21と対向する側)に転動体13a,13b,13cの一部を受容するリング状の第2収容部122a,122b,122cを形成するとともに、この収容部の背面側にZ軸方向に磁化した円柱状の第2吸引磁石125a,125b,125c及び吸引用バックヨーク126a,126b,126cが埋設されている。従って、3個の転動体13a,13b,13cが固定枠A21と可動枠12とで挟持されるので、可動枠12が固定枠A21に対してZ軸に対して垂直な平面内で任意方向に移動することができる。しかも転動体13a,13b,13cはZ軸方向に磁気的に吸引及び保持されているので、転動体13a,13b,13cの不必要な動きを抑制する(移動範囲を制限する)ことができる。

図11は、固定枠A21に設けた第1収容部212aと、可動枠に設けた第2収容部122aと、転動体13aとを含む断面を模式的に示す。なお、第1収容部212b/第2収容部122b/転動体13bを含む断面、及び第1収容部212c/第2収容部122c/転動体13cを含む断面についても図11と同様なので、これらの説明は省略する。吸引用バックヨーク126aの外径は、転動体13aに磁束線を集中させるために、第2吸引磁石125aの外径よりも大きくなるように設定されている。吸引用バックヨーク126aを設けることにより、磁気吸引力を増大させ転動体13aの保持力を強めることができるとともに、磁気的漏洩を減少させ他の部分への磁気的な悪影響を防止することができる。例えば、図17に模式的に(磁束密度及び距離の単位を省略)示すように、吸引用バックヨークを設けない場合に発生する磁石中心をピークにした磁気的漏洩が、吸引用バックヨークを設けることにより著しく防止できることが分かる。本実施の形態では、吸引用バックヨーク126aを可動枠12側にのみ設けた例を示したが、他の部分への磁気的影響を考慮して、例えば図12に示すように、固定枠A21にも吸引用バックヨーク215aを設けてもよく、本実施の形態とは逆に、吸引用バックヨークを固定枠A21側にのみ設けてもよい(図示せず)。また、特に磁気的漏洩を防止する必要がない場合は、例えば図13に示すように、吸引用バックヨークを設けなくても良い。

固定枠A21に設けた第1吸引磁石214a(及び214b,214c)及び可動枠12に設けた第2吸引磁石125a(及び125b,125c)は、同じ大きさであっても良いし、異なる大きさであっても良い。また、吸引磁石は固定枠A21又は可動枠12のどちらか一方にのみ設けて、他方には吸引ヨークのみを設けた構成でもよい。例えば図14に示すように、固定枠A21に第1吸引磁石214a及び吸引用バックヨーク215aを設け、可動枠12には吸引用ヨーク129aのみを設けた構成としても良く、又は可動枠12に第2吸引磁石125a及び吸引用バックヨーク126aを設け、固定枠A21には吸引用ヨークのみを設けた構成(図示せず)としても良い。このとき、吸引用バックヨーク215a又は吸引用バックヨーク126aは、特に必要がなければ設けなくても良い。

第1収容部212aの深さh1及び第2収容部122aの深さh2は、転動体13aの直径dの1/2より浅く、第1収容部212a及び第2収容部122aとの間に間隙g1が形成されるように設定される。また、第1収容部212aの直径d1及び第2収容部122aの直径d2は、同一でもあるいは異なっていてもよいが(例えばd1＞d2)、転動体13aの直径dと補正レンズの最大移動距離との合計よりも大きくなるように設定される。このような条件を満足することにより、転動体13aが転動した際(手振れ補正中)に、転動体13aが固定枠A21の第1収容部212a及び可動枠12の第2収容部122aの内壁に当接することが防止される。従って、補正レンズを所定位置まで移動する時の位置制御を阻害するといった不具合は発生しない。他の転動体13b,13cも上記と同様に支持されているので、その説明を省略する。

本発明において、第1吸引磁石214a,214b,214c、第2吸引磁石125a,125b,125c及び吸引用バックヨーク126a,126b,126cの材質や寸法、並びに第1収容部212a,212b,212cの底面側の厚さt1、第2収容部122a,122b,122cの底面側の厚さt2(図11参照)は、転動体13a,13b,13cの円滑な摺動を許容し得るとともに、光軸方向に多少の衝撃(数G程度の加速度)が加わっても転動体13a,13b,13cが可動枠12及び固定枠A21から離脱しないような磁気吸引力が得られるように選定するのが好ましい。

(3)可動磁石型ボイスコイルモータ
補正レンズ11を駆動するボイスコイルモータ3は可動磁石型なので、モータの運動により配線を引き回すことがなく、コイルの断線を防止することができる。この可動磁石型ボイスコイルモータ3は、図2〜図4に示すように、固定部材2側に固設された偏平コイル310a,310b,310cを含むコイル部31と、可動部材1側に固設された永久磁石321a,321b,321c及びヨーク320a,320b,320cを含む磁気回路部32とを有する。各永久磁石321a,321b,321cは、円周方向の長さが半径方向の幅よりも大であってかつ偏平コイルの円周方向の有効長さと一致し、さらに光軸方向に磁化された一対の異極性の磁極が半径方向に沿って並ぶように設置されている。各永久磁石321a,321b,321cをこのように設置することで、光軸と垂直な平面で各ボイスコイルモータ3に半径方向の推力が発生し、各推力を合成することにより光軸と垂直な平面で任意の方向に補正レンズ11を駆動させることが可能となる。本実施の形態においては、3つの偏平コイルを等角度間隔(120°)で基準円に外接するように配置してボイスコイルモータを構成しているが、本発明においては、角度間隔が少なくとも90°となるように配置するのが好ましい。例えば3つの偏平コイルの2つを90°の角度間隔で配置し、残りの1つを前記2つの偏平コイルから135°の角度間隔で配置してボイスコイルモータを構成しても良い。また、偏平コイルを4つ以上設けても良い。

(a)コイル部
コイル部31を構成する偏平コイル310a,310b,310cは、光軸方向から見て長円形状(レーストラック状)に巻回された偏平な空芯コイルであり、配線基板22を介して固定部材2の一方の面、すなわち可動枠12と対向する側の面に、円周方向に沿って等角度間隔(120°間隔)で設置されている。各偏平コイル310a,310b,310c又は各永久磁石321a,321b,321cの近傍には位置検出手段として、例えば後述の磁界検出素子(ホール素子等)が設けられている。本実施の形態では、図3に示すように、配線基板22の偏平コイル310a,310b,310cが設置されている面とは反対側の面の、コイルの空芯部に対応する位置にホール素子610a,610b,610cが設置されている。

(b)磁気回路部
磁気回路部32は、可動枠12のフランジ部121の複数箇所(本実施の形態では3箇所)に形成された磁気回路保持部123a,123b,123cに固設され、複数(本実施の形態では3個)の偏平コイル310a,310b,310cと対向する位置に設けられた複数の(偏平コイルと同数の)永久磁石321a,321b,321cと、前記永久磁石321a,321b,321cの偏平コイル310a,310b,310cと反対側の面に設けられた平板状のヨーク320a,320b,320cとを含む。磁気回路部32によって発生した、偏平コイル310a,310b,310cと鎖交する磁界により補正レンズ11を駆動することができる。これらの永久磁石321a,321b,321cはいずれも厚さ方向(光軸方向)に磁化され、偏平コイル310a,310b,310cと対向する側の面に極性の異なる一対の磁極が存在し、かつ磁極の境界(磁化中立線)が可動部材1の中心軸(光軸と一致)を中心とする円の接線方向を向くように配置されている。従って永久磁石321a,321b,321cから発生する磁束と鎖交して推力の発生に寄与するコイルの有効導体部は、コイルの直線部(図9にハッチングで示した部分)となるように構成されている。これらの永久磁石321a,321b,321cは、低い駆動電流で大きな推力を得るために、光軸を中心とする円の接線方向の長さLmを、偏平コイル310a,310b,310cの半径方向の幅W1よりも大きく設定するのが好ましく、特にLm/W1が1.5〜2.0の範囲にあるのが好ましい。

永久磁石321a,321b,321cとしては、単一の永久磁石(ブロック状永久磁石)に1回の着磁作業で、図10(a)に示すような一対の磁極(N極及びS極)を形成したものを使用しても良いし、厚さ方向に磁化した一対のブロック状永久磁石(単極磁石)を準備し、これらの磁石を磁化方向が異なるように固定したものを使用しても良い。1回の着磁作業で一対の磁極を形成する場合、保磁力が20 KOe以下の着磁性のよい永久磁石を用いて着磁するのが好ましい。これらの永久磁石は、N極からS極に反転する部分における磁界変化が直線的であるため、正確な位置検出を行うことができる。

(4)係止機構部
係止機構部4は、固定枠B41及び可動枠12を所定位置に保持(係止)しておく係止可動枠42からなり、前記係止可動枠42を回動させるための係止用ボイスコイルモータ(以下単に「係止用ボイスコイルモータ」という。)40を備えている。係止用ボイスコイルモータ40は、配線基板43を介して固定枠B41に固定された係止コイル415(偏平な空芯コイル)、係止用吸引ヨーク416及び固定枠B41の係止コイル415と反対側の面に固定された磁気シールド板414と、係止可動枠42に設けられ、厚さ方向に磁化された係止用磁石424及び係止用バックヨーク423を備えている。係止コイル415に駆動電流を供給することにより、係止用バックヨーク423付係止用磁石424を駆動し、係止可動枠42を所定方向に回転させて可動枠12に嵌合させ、補正レンズ11をその中心が鏡筒の光軸と一致する位置で固定することができる。係止機構部4は、無通電で補正レンズ11を固定(光軸と同軸状態)した状態に保持することができる。なお、係止可動枠42の回転範囲は、固定枠B41に磁性ピン等の規制部材(図示せず)を設けることにより設定することができる。前記配線基板43はフレキシブル配線基板(FPC)であるのが好ましい。

(5)位置検出手段
本発明においては、図10(a)に示すように、ボイスコイルモータ3の磁気回路部32の磁力により、補正レンズ11を含む可動枠12(図示せず)の位置情報を検出してその検出信号を電圧として出力する位置検出手段(レンズ位置検出部61)が固定部材2の配線基板22に設置されている。本実施の形態では、配線基板22の偏平コイル310aが設置されている第1の面221とは反対側の第2の面222の、各偏平コイル310aの空芯部に対応する位置にホール素子610aが設置されている。磁気回路部32を半径方向に移動させた時のホール素子610aで検出する光軸方向の磁束密度は、例えば図15に示すような正弦波状となるので、補正レンズ11の最大移動量(1 mm程度)よりも狭い範囲においては磁束密度が線形的に変化する。

ここで例えば図10(b)に示すように、ホール素子610aを永久磁石321aの表面に近接させて配線基板22の第1の面221側に設置すると、可動枠の移動量に対するホール素子610aの出力の直線性が低下する。これに対して、図10(a)に示すように、ホール素子610aを配線基板22の第2の面222側に設置することにより、ホール素子610aと永久磁石321aとの間隔が広がり、磁束密度分布の非線形性が緩和されて、前述のように出力電圧はほぼ直線的に変化する。そのため高精度で可動部(永久磁石)の位置情報を検出することができる。

なお、図10(c)に示すように、スペーサ23を介して偏平コイル310aを配線基板22に設置することにより、配線基板22の第1の面221側にホール素子610aを設けた場合であっても、偏平コイル310aの内側ではなく、永久磁石321aから偏平コイル310aよりも遠い位置にホール素子610aを配置することができ、出力電圧の直線性を確保し易くなり、またコイルから発生する磁界の影響を受け難くなるため位置検出精度が向上する。

ただし、図10(a)に示すように、ホール素子610aを配線基板22の第2の面222側に配置した場合、及び図10(c)に示すように、ホール素子610aを配線基板22の第1の面221側に設け、スペーサ23を介して偏平コイル310aを配線基板22に設置した場合、ホール素子610aと永久磁石321aとの間隔が大きくなるため、ホール素子610aの出力電圧が減少しノイズが増加する。このため、良好な直線性を有する出力電圧を得るためには、電源電圧を高くする、出力電圧の増幅度を高める、ノイズフィルタを付加してノイズを除去する等の対策を講じた回路構成とするのが好ましい。良好な直線性を有する出力電圧を得るためには、前記ホール素子610aと永久磁石321aとの間隔は、例えばホール素子としてGaAsからなる素子、及び永久磁石としてNdFeB系焼結磁石((BH)max＝45〜50 MGOe)を用いた場合、1.3〜2.0 mmであるのが好ましい。

ホール素子610aを配線基板22の第1の面221側に設けた場合、図10(b)及び図10(c)に示すように、ホール素子610aの端子及びコイル端末311aを配線基板22に半田付けするためのスペースを確保するために偏平コイル310aの内径を大きくする必要があるが、図10(a)に示すように、配線基板22の第2の面222側に設置することにより、ホール素子610aの端子とコイル端末を半田付けするためのスペースを十分に確保できるとともに、偏平コイル310aサイズの大型化を防止できる。

磁界検出素子としては、上記の通り、ホール素子のような磁束密度に比例したアナログ信号電圧を出力する(リニア出力)形式の磁気センサを使用することができる。ホール素子は、通常はGaAs、InSb、InAs等のIII-V族化合物からなるN型半導体の薄膜(厚さ数μm)で形成され、その出力電圧は材料の電子移動度やホール係数に依存する。高精度の位置制御を可能とするために、ホール係数の温度係数が小さい(約-0.06％/℃)GaAsで形成されたホール素子を使用するのが好ましい。化合物系以外でも、Siからなるホール素子とオペアンプ等の信号処理回路とを一体化したホールICを使用することもできるが、Siからなるホール素子は感度が低いので、ホール素子及びオペアンプのオフセット電圧を低減し、かつ温度補償機能をもつ回路構成とすることが必要である。なお磁界検出素子としては、ホール素子以外にも、磁気抵抗効果を利用したMR素子、磁気インピーダンス効果を利用したMI素子等も使用できるが、分解能に加えてコスト等の実用性も考慮すると、ホール素子のように10μT程度の分解能を有する磁界検出素子が好適である。

永久磁石321aの磁極境界322(図10(a)に破線で示す)がホール素子610aの中央に位置する場合は、永久磁石321aの光軸方向の磁界はゼロなので、ホール素子610aの出力電圧はほぼゼロとなる。永久磁石321aが図10(a)の矢印E方向又はF方向に移動すると、ホール素子610aから移動距離に比例した電圧が出力される。この出力電圧に基づいてホール素子610aの移動距離が算出されて補正レンズ11の移動量が求められる。

(6)磁気回路形成用材料
上記の各ボイスコイルモータを構成する永久磁石321a,321b,321cとしては、公知の永久磁石(例えば希土類磁石)を使用することができるが、偏平コイル310a,310b.310cに供給する駆動電流(直流電流)を低減しかつ高推力を得るために、RFeB系永久磁石(RはYを含む希土類元素から選ばれた少なくとも一種で、Ndを必ず含む)を使用するのが好ましく、特に45 MGOe以上の最大エネルギー積を有するNd-Fe-B系異方性焼結磁石を使用するのが好ましい。

上記のヨーク320a,320b,320cは磁路となる部材であり、強磁性体、例えばSS材等の鉄鋼材料で形成することができる。

[3]手振れ補正動作
手振れ補正動作は、例えば図16に示す制御アルゴリズムで実行する。ジャイロセンサを含む振れ量検出部5で検出した手振れ量(例えば、カメラ本体の揺れの角速度)は振れ量演算部62で手振れ角度に変換され、レンズ位置情報(レンズ位置情報検出部61)とシャッター及びモードスイッチ情報(シャッタースイッチ/モードスイッチ64)とから撮影モード判別部63で判別した撮影モードの情報とともに補正量演算部65へ送られ、これらの情報を元に補正量演算部65で算出された手振れ補正量(補正レンズ11の移動量)が電圧信号としてボイスコイルモータ駆動回路7へ出力される。この補正量に応じて補正レンズ11(図2参照)を駆動することにより、手振れにより変動した入射光軸(図1のZ'軸方向)をZ軸方向に偏移し、画像のずれが補正されて、手振れが抑制された光学像を得ることができる。

(1)ボイスコイルモータの動作
図9は、配線基板22に設けられた偏平コイル310a,310b,310cと、可動枠(図示せず)に設けられたヨーク320a,320b,320c及び永久磁石321a,321b,321cからなる磁気回路部32との関係を模式的に示す。可動磁石型ボイスコイルモータ3の偏平コイル310a,310b,310cに給電すると、フレミングの左手則により、各磁気回路部32には、光軸方向と垂直な平面(XY平面)において、各電流量に応じて半径方向の推力Fa1、Fb1、Fc1が発生する。各偏平コイルのうち永久磁石の磁束と鎖交する部分(図9にハッチングで示した部分)の巻線が推力に寄与する有効導体部である。各コイルに供給する電流を調整することにより、光軸に対して垂直な平面において、任意の方向に推力を発生させることができる。

例えば3つの偏平コイルに極性及び大きさが同じ電流を印加すると、各磁気回路部に発生する推力(Fa1、Fb1、Fc1)の大きさは同一となり、それらの向きはそれぞれ半径方向となるので、X方向の推力(Fx)とY方向の推力(Fy)はゼロとなり、可動枠は停止した状態となる。

3つのコイルのうち1つのコイルの通電パターンを他のコイルの通電パターンと異なるよう(例えば、扁平コイル310a及び310bに印加する電流Ia及びIbを、Ia＝Ib＝-I₁、扁平コイル310cに印加する電流IcをIc＝I₁)にすると、扁平コイル310cによって構成されるボイスコイルモータのみ推力の方向が他のボイスコイルモータとは反対方向になり、その結果X方向の推力Fxは、
Fx＝Fa1・cosθ₁＋Fb1＋Fc1・cosθ₂、
Y方向の推力Fyは、
Fy＝Fa1・sinθ₁＋Fc1・sinθ₂、
となる。従って、可動枠をX方向及びY方向にそれぞれFx及びFyの推力で移動させることができる。

上記の通り、図9に示すような磁極配置を有することにより、各コイルに供給する電流の極性及び/又は大きさを変えて推力を調整することができ、補正レンズを光軸と垂直な面内で任意の方向に移動できる。その結果、手振れ補正動作を有効に行うことができる。

これに対して、例えば特開2007-86808号に記載の従来のボイスコイルモータは、永久磁石の磁化中立線が半径方向であるため、偏平コイルを矩形状に形成しなければならず(特開2007-86808号の図2を参照)、本発明で構成する偏平コイルよりも有効導体部の面積が極めて小さい(本発明で構成するボイスコイルモータの約1/4以下)。すなわち本発明においては、永久磁石の磁化中立線を接線方向に配置したボイスコイルモータを用いることにより、永久磁石から発生する磁束のうち推力に寄与する磁束量を、前記従来技術の場合よりも増大させることができ、コイルに供給する電流が同じでも大きな推力を得ることができる。これにより、補正レンズの口径が増大(可動部材の重量が増加)した場合でも、補正レンズを速やかに移動することができ、手振れ補正ユニットの適用範囲を拡大することができる。すなわち、バッテリーの消費量が少なくなるとともに、大口径のレンズを備えた開放F値が大きな交換レンズにも適用できるので、ファインダーが見易く、また暗い場面でも絞りを絞って遅いシャッター速度での撮影が可能となるといった利点を有する。

(2)位置検出動作
図18に示すように、レンズ鏡筒114の内部には、補正レンズ11を駆動する補正用ボイスコイルモータ3とともに、補正レンズ11の位置を検出するホール素子610a,610b,610cが配設されている。各ホール素子610a,610b,610cは、補正レンズ11の位置を電圧信号として出力する位置信号処理回路611a,611b,611cを介してAD変換器(ADC)612a,612b,612cに接続されている。ここで、ホール素子610a,610b,610cの感度中心が磁極境界(極性が反転する位置)に位置する場合、ホール素子610a,610b,610cからの出力電圧はゼロとなるが、補正レンズ11を有する可動部材1が駆動され、可動部材1に設けた磁気回路部32に対してホール素子610a,610b,610cの相対位置がX方向及び/又はY方向に移動すると、移動量に応じてホール素子610a,610b,610cにおける磁束密度が変化し、その磁束密度に比例して出力電圧を位置信号として出力する。

ホール素子610a,610b,610cよって検出された位置信号(永久磁石を含む可動部材の移動量)は、オペアンプを含む信号処理回路によって所定の倍率に増幅され、この信号処理回路からの位置信号(ホール素子よって検出された可動部材の位置を示す信号)と、コイル位置指令信号(手ぶれ補正量に応じて補正レンズ11を移動させるべき位置を示す信号)との差に比例した電流を駆動用コイルに流し、信号処理回路からの出力とコイル位置指令信号とに差がなくなると、コイルへの駆動電流が止まり補正用ボイスコイルモータの推力はゼロになる。

Claims

レンズ鏡筒内に固設される非磁性体からなる固定部材と、
光軸方向から見て前記固定部材に対向するように配置され、補正レンズを支持する非磁性体からなるリング状の可動部材と、
前記可動部材を、前記補正レンズの光軸と直交する平面内で移動可能に支持する支持手段と、
前記固定部材に設けられた複数個の長円形状の偏平な空芯コイル、及び前記可動部材の、前記空芯コイルに対応する位置に設けられた複数個の磁気回路部によって構成された、前記可動部材を前記補正レンズの光軸と直交する平面内で移動させる可動磁石形ボイスコイルモータと、
前記ボイスコイルモータの移動方向及び移動量を制御する制御手段と
を備えた手振れ補正ユニットであって、
前記空芯コイルは、前記固定部材の前記光軸方向と直交する面内で、前記光軸を中心とする円周上に、長手方向が接線方向と一致するように配置され、
前記磁気回路部は、前記可動部材に固定された強磁性体からなる平板状ヨークと、このヨークに固着されかつ前記各空芯コイルと異極性の一対の磁極が対向するように固設された複数個の平板状の永久磁石とを含み、
前記支持手段は、前記可動部材と前記固定部材との間に磁気吸引力が作用するように前記可動部材及び前記固定部材にそれぞれ複数設けられた永久磁石と、前記可動部材に設けられた複数の永久磁石と前記固定部材に設けられた複数の永久磁石との間に挟持される強磁性体からなる複数の転動体と、前記可動部材及び前記固定部材の前記永久磁石に対応する位置に設けられた前記転動体の一部を収容する収容部とからなるとともに、前記収容部において前記転動体は前記可動部材及び前記固定部材の底面に当接することを特徴とする手振れ補正ユニット。
請求項1に記載の手振れ補正ユニットにおいて、前記可動部材に設けられた複数の永久磁石の、前記固定部材と対向する側と反対側に吸引用バックヨークが設けられていることを特徴とする手振れ補正ユニット。
請求項1又は2に記載の手振れ補正ユニットにおいて、前記固定部材に設けられた複数の永久磁石の、前記可動部材と対向する側と反対側に吸引用バックヨークが設けられていることを特徴とする手振れ補正ユニット。
請求項2又は3に記載の手振れ補正ユニットにおいて、前記吸引用バックヨークの外径が、前記対応する複数の永久磁石の外径よりも大きいことを特徴とする手振れ補正ユニット。
請求項1〜4のいずれかに記載の手振れ補正ユニットにおいて、前記磁気回路部を形成する前記平板状の永久磁石は、前記光軸を中心とする円周上に、磁気的中立線が接線方向と一致するように配置されていることを特徴とする手振れ補正ユニット。
レンズ鏡筒内に固設される非磁性体からなる固定部材と、
光軸方向から見て前記固定部材に対向するように配置され、補正レンズを支持する非磁性体からなるリング状の可動部材と、
前記可動部材を、前記補正レンズの光軸と直交する平面内で移動可能に支持する支持手段と、
前記固定部材に設けられた複数個の長円形状の偏平な空芯コイル、及び前記可動部材の、前記空芯コイルに対応する位置に設けられた複数個の磁気回路部によって構成された、前記可動部材を前記補正レンズの光軸と直交する平面内で移動させる可動磁石形ボイスコイルモータと、
前記ボイスコイルモータの移動方向及び移動量を制御する制御手段と
を備えた手振れ補正ユニットであって、
前記空芯コイルは、前記固定部材の前記光軸方向と直交する面内で、前記光軸を中心とする円周上に、長手方向が接線方向と一致するように配置され、
前記磁気回路部は、前記可動部材に固定された強磁性体からなる平板状ヨークと、このヨークに固着されかつ前記各空芯コイルと異極性の一対の磁極が対向するように固設された複数個の平板状の永久磁石とを含み、
前記磁気回路部は、前記可動部材に固定された強磁性体からなる平板状ヨークと、このヨークに固着されかつ前記各空芯コイルと異極性の一対の磁極が対向するように固設された複数個の平板状の永久磁石とを含み、
前記支持手段は、前記可動部材と前記固定部材との間に磁気吸引力が作用するように前記可動部材及び前記固定部材の一方に複数設けられた永久磁石と、前記可動部材及び前記固定部材の他方に複数設けられた強磁性体からなるヨークと、前記可動部材又は前記固定部材に設けられた複数の永久磁石と前記固定部材又は前記可動部材に設けられた複数のヨークとの間に挟持される強磁性体からなる複数の転動体と、前記可動部材及び前記固定部材の前記永久磁石又は前記ヨークに対応する位置に設けられた前記転動体の一部を収容する収容部とからなるとともに、前記収容部において前記転動体は前記可動部材及び前記固定部材の底面に当接することを特徴とする手振れ補正ユニット。