JP6888281B2 - Stage device, image projection device and image pickup device equipped with the stage device - Google Patents
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Description
本発明は、移動可能な可動部材の位置を正確に検出できるステージ装置、そのステージ装置を備えた画像投影装置及び撮像装置に関する。 The present invention relates to a stage device capable of accurately detecting the position of a movable movable member, an image projection device provided with the stage device, and an image pickup device.
従来、一眼レフカメラにおいて、手ぶれ補正を行うために、カメラボディ内の撮像素子を駆動するボディ内手ぶれ補正装置として、俵形状の平面形駆動用コイルと永久磁石を用いた駆動手段を用いて撮像素子を光軸と直交するX方向(X軸方向)とY方向(Y軸方向)に駆動し、さらに撮像素子を圧電アクチュエータにより光軸方向であるZ方向(Z軸方向)に駆動する手ぶれ補正装置が知られている(特許文献1)。
従来の手ぶれ補正装置において、撮像素子の光軸と直交する平面(光軸直交平面)内におけるX方向とY方向の位置、及び同平面内における回転角を検出するために、駆動用コイルの空芯領域にホールセンサを1個設けた位置検出手段が知られている。
Conventionally, in a single-lens reflex camera, in order to perform camera shake correction, an image is taken using a drive means using a bale-shaped planar drive coil and a permanent magnet as an in-body camera shake correction device that drives an image sensor in the camera body. Image stabilization that drives the element in the X direction (X-axis direction) and Y direction (Y-axis direction) orthogonal to the optical axis, and further drives the image sensor in the Z direction (Z-axis direction), which is the optical axis direction, by a piezoelectric actuator. The device is known (Patent Document 1).
In a conventional camera shake correction device, in order to detect the positions in the X and Y directions in a plane orthogonal to the optical axis of the image sensor (optical axis orthogonal plane) and the rotation angle in the same plane, the drive coil is empty. A position detecting means in which one hall sensor is provided in the core region is known.
しかし、撮像素子がZ方向に移動する場合、Z方向の位置が変化するとホールセンサと磁石の距離が変わり磁束密度が変化してホールセンサの出力が変化するので、X方向とY方向の位置を正確に高精度で検出することが困難であった。また、X、Y方向に位置が変化するとZ方向の位置を正確に高精度に検出することが困難である。 However, when the image sensor moves in the Z direction, when the position in the Z direction changes, the distance between the Hall sensor and the magnet changes, the magnetic flux density changes, and the output of the Hall sensor changes. It was difficult to detect accurately and with high accuracy. Further, when the position changes in the X and Y directions, it is difficult to accurately detect the position in the Z direction with high accuracy.
本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、可動部材が並進、傾動しても可動部材の位置を正確に検出できるステージ装置、このステージ装置を備えた画像投影装置及び撮像装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made based on the above awareness of the problem, and is a stage device capable of accurately detecting the position of the movable member even if the movable member is translated or tilted, an image projection device and an imaging device provided with this stage device. The purpose is to get.
本発明は、ベース部材と、上記ベース部材に対して相対的に移動可能な可動部材と、上記可動部材に対して互いに異なる第1、第2及び第3の方向の推力を作用させる複数の推力発生手段と、上記可動部材の上記ベース部材に対する並進方向位置及び傾動位置を検出する位置検出手段と、を有するステージ装置であって、上記推力発生手段は、上記第1、第2及び第3の方向の推力の相互作用により上記可動部材を上記ベース部材に対して相対的に浮上させ、浮上状態で上記第1、第2及び第3の方向に並進、上記各方向回りに傾動、傾動中に並進、傾動後に並進及び並進後に傾動させることが可能な第1、第2及び第3の推力発生手段を備えていて、上記第1、第2及び第3の推力発生手段が、上記可動部材とベース部材の一方に固定されたコイルと他方に固定された永久磁石を備えていること、上記位置検出手段は、上記可動部材とベース部材の一方に固定された永久磁石と他方に固定された上記コイルの空芯領域に配置された磁気センサを備えていて、上記磁気センサが、上記第2の推力発生手段のコイルの空芯領域に第2の方向に所定間隔で固定された一対の第2の方向用磁気センサと、上記第3の推力発生手段を構成するコイルの空芯領域に第3の方向に所定間隔で固定された一対の第3の方向用磁気センサを備えていること、及び上記位置検出手段は、上記一対の第2方向用磁気センサと上記一対の第3の方向用磁気センサが検出した信号により、上記可動部材の上記ベース部材に対する第2と第3の方向の並進方向位置と第1の方向回りの傾動位置を検出すること、を特徴とする。 In the present invention, a base member, a movable member that is relatively movable with respect to the base member, and a plurality of thrusts that exert different thrusts in the first, second, and third directions on the movable member. A stage device including a generating means and a position detecting means for detecting a translational direction position and a tilting position of the movable member with respect to the base member, wherein the thrust generating means is the first, second, and third generation means. The movable member is levitated relative to the base member by the interaction of thrusts in the directions, translated in the first, second and third directions in the levitated state, tilted in each of the directions, and during tilting. The first, second and third thrust generating means capable of translating and tilting after translation and tilting after translation are provided, and the first, second and third thrust generating means are the movable member. It is provided with a coil fixed to one of the base members and a permanent magnet fixed to the other, and the position detecting means is a permanent magnet fixed to one of the movable member and the base member and fixed to the other. A pair of second units are provided with magnetic sensors arranged in the air core region of the coil, and the magnetic sensors are fixed in the air core region of the coil of the second thrust generating means in a second direction at predetermined intervals. And a pair of third-direction magnetic sensors fixed in the third direction at predetermined intervals in the air-core region of the coil constituting the third thrust generating means. The position detecting means translates the movable member in the second and third directions with respect to the base member by the signals detected by the pair of second-direction magnetic sensors and the pair of third-direction magnetic sensors. It is characterized by detecting a position and a tilting position in the first direction.
上記第1の推力発生手段は、第1の方向の推力を発生する複数の第1の推力発生手段からなり、上記可動部材は、上記複数の第1の方向の推力の相互作用により、上記可動部材を上記ベース部材に対して相対的に、浮上、上記第1の方向並進、第1の方向とは異なる方向回りの傾動、傾動中の並進、上記傾動後の並進及び上記並進後の傾動が可能であって、上記位置検出手段は、上記可動部材とベース部材の一方に固定された永久磁石と他方に設けられた上記第1の推力発生手段を構成するコイルの空芯領域に上記第1の方向に所定間隔で固定された、上記永久磁石の磁力を検出する少なくとも一対の第1の方向用磁気センサを備え、上記一対の第1の方向用磁気センサが検出した一対の検出信号により上記第1の方向の並進方向位置を検出し、複数の一対の検出信号により上記第2と第3の方向回りの傾動位置を検出することが実際的である。 It said first thrust generating means comprises a plurality of first thrust generating means for generating a thrust in a first direction, the movable member, the interaction of the thrust of the plurality of first direction, the movable relatively member relative to the base member, levitation, the first direction translating different directions around the tilt to the first direction, the translation in the tilt, translational and tilting after the translation after the tilting It is possible, and the position detecting means is the first in the air core region of the coil forming the permanent magnet fixed to one of the movable member and the base member and the first thrust generating means provided on the other. A pair of magnetic sensors for the first direction for detecting the magnetic force of the permanent magnet, which are fixed at predetermined intervals in the direction of the above, and a pair of detection signals detected by the pair of magnetic sensors for the first direction are used. It is practical to detect the translational position in the first direction and detect the tilting position in the second and third directions by a plurality of pairs of detection signals.
上記第2の推力発生手段と第3の推力発生手段は、上記第1の方向とは互いに異なる第2の方向と第3の方向の推力を発生し、上記第1と第2と第3の推力発生手段は、上記第1の方向の推力と上記第2の方向の推力と第3の方向の推力の相互作用により、上記第1、第2及び第3の方向の並進、第1、第2及び第3の方向回りの傾動、傾動中の並進、傾動後の並進及び並進後の傾動させることが好ましい。 Said second thrust producing means third thrust generating means is above a first direction to generate a second direction different from the thrust of the third directions, the first and the second and third thrust generating means, the interaction of thrust of the first direction of thrust and the second direction of the thrust and the third direction, the first, second and third direction translation, first, 2 and the third direction about the tilting, the translation of being tilted, is Rukoto is tilted after translation and the translation after tilting preferred.
上記第2の方向の推力発生手段と第3の方向の推力発生手段の少なくとも一方が複数からなり、上記可動部材は、上記複数の第2または第3の方向の推力の相互作用により、上記第1の方向回りの傾動ができる。
上記一対の第2の方向用磁気センサ及び永久磁石と上記一対の第3の方向用磁気センサ及び永久磁石の少なくとも一方が複数からなり、該複数の一対の第2または第3の方向用磁気センサの検出信号により、上記第1の方向回りの傾動位置を検出することができる。
At least one of the thrust generating means in the second direction and the thrust generating means in the third direction is composed of a plurality, and the movable member is formed by the interaction of the thrusts in the plurality of second or third directions. It can tilt in one direction.
At least one of the pair of second-direction magnetic sensors and permanent magnets and the pair of third-direction magnetic sensors and permanent magnets is composed of a plurality of the plurality of pairs of second- or third-direction magnetic sensors. The tilt position in the first direction can be detected by the detection signal of.
上記可動部材は、上記浮上状態では上記ベース部材に対して非接触になる。
上記可動部材には前面が平面状の薄型の被駆動部材が固定されていて、該前面と直交する方向を第1の方向とし、上記第2と第3の方向は、上記第1の方向と互いに直交する上記前面と平行な方向とする。
The movable member is in non-contact with the base member in the floating state.
A thin driven member having a flat front surface is fixed to the movable member, and the direction orthogonal to the front surface is the first direction, and the second and third directions are the first direction. The direction is parallel to the front surface orthogonal to each other.
上記ベース部材は、上記可動部材の前後から対向する前後の固定ヨークを備え、上記第1、第2及び第3の推力発生手段は、上記可動部材と上記前後の固定ヨークの一方に固定された複数の駆動用コイルと他方に固定された複数の永久磁石を有し、上記一対の磁気センサは、上記各駆動用コイルの空芯領域に配置されていて、上記他方に固定された永久磁石の磁力を検出する構成とすることができる。 The base member includes front and rear fixed yokes facing each other from the front and back of the movable member, and the first, second and third thrust generating means are fixed to one of the movable member and the front and rear fixed yokes. It has a plurality of drive coils and a plurality of permanent magnets fixed to the other, and the pair of magnetic sensors are arranged in the air core region of each drive coil, and the permanent magnets fixed to the other are arranged. It can be configured to detect magnetic force.
第1の推力発生手段は、駆動用コイルと永久磁石が、上記被駆動部材より外方であって、上記被駆動部材の平面の中心を通る第1の方向から略所定間隔で周方向に略等間隔となる少なくとも3箇所に配置することが好ましい。 In the first thrust generating means , the driving coil and the permanent magnet are outside the driven member, and are substantially circumferentially spaced from the first direction passing through the center of the plane of the driven member. It is preferable to arrange them at at least three places at equal intervals.
上記第1の推力発生手段の駆動用コイルは、上記可動部材に固定された円形の平面状の駆動用コイルであって、上記各一対の第1の方向用磁気センサは、上記駆動用コイルの空芯領域に上記第1の方向に所定間隔で配置することができる。 The drive coil of the first thrust generating means is a circular planar drive coil fixed to the movable member, and each pair of first directional magnetic sensors is of the drive coil. It can be arranged in the air core region in the first direction at predetermined intervals.
上記第1の推力発生手段の駆動用コイルは、上記前後の固定ヨークに固定された円形の平面状の駆動用コイルであって、上記各一対の第1の方向用磁気センサは、上記前後の固定ヨークに固定された駆動用コイルの空芯領域に配置することができる。 The driving coil of the first thrust generating means is a circular planar driving coil fixed to the front and rear fixed yokes, and the pair of first directional magnetic sensors are the front and rear magnetic sensors. It can be arranged in the air core region of the drive coil fixed to the fixed yoke.
上記第1の推力発生手段の永久磁石は、上記前後の固定ヨークに同一極が対向するように配置することが好ましい。 It is preferable that the permanent magnets of the first thrust generating means are arranged so that the same poles face the front and rear fixed yokes.
上記位置検出手段は、第1の推力発生手段の駆動用コイルの空芯領域に配置された上記複数の一対の第1の方向用磁気センサの二つの検出信号の和信号と該二つの検出信号の差信号の商により、上記可動部材の第1の方向位置、上記第2または第3の方向回りの傾動位置を検出することが好ましい。 The position detecting means is a sum signal of two detection signals of the plurality of pairs of magnetic sensors for the first direction arranged in the air core region of the driving coil of the first thrust generating means and the two detection signals. It is preferable to detect the position of the movable member in the first direction and the tilting position in the second or third direction by the quotient of the difference signal.
上記第2と第3の推力発生手段の各駆動用コイルと永久磁石は、上記被駆動部材より外方に配置されていて、上記第2の推力発生手段は、上記第2の方向と直交する方向に長い平面状の駆動用コイルを有し、上記各駆動用コイルと対向する永久磁石は、上記駆動用コイルの長手方向と平行に延びた、短手方向に離間した2枚の板状の永久磁石からなり、上記第3の推力発生手段は、上記第3の方向と直交する方向に長い平面状の駆動用コイルを有し、上記各駆動用コイルと対向する永久磁石は、上記駆動用コイルの長手方向と平行に延びた、短手方向に離間した2枚の板状の永久磁石からなり、上記各一対の第2と第3の方向用磁気センサは、上記第2と第3の推力発生手段の駆動用コイルの空芯領域に短手方向に所定間隔で配置することができる。 The driving coils and permanent magnets of the second and third thrust generating means are arranged outside the driven member, and the second thrust generating means is orthogonal to the second direction. It has a flat drive coil that is long in the direction, and the permanent magnets that face each of the drive coils are two plate-like plates that extend parallel to the longitudinal direction of the drive coil and are separated in the lateral direction. The third thrust generating means composed of a permanent magnet has a planar driving coil long in a direction orthogonal to the third direction, and the permanent magnet facing each driving coil is for driving. The pair of second and third directional magnetic sensors, each of which consists of two plate-shaped permanent magnets extending parallel to the longitudinal direction of the coil and separated in the lateral direction, are the second and third directional magnets. It can be arranged at predetermined intervals in the lateral direction in the air core region of the driving coil of the thrust generating means.
上記位置検出手段は、上記一対の第2の方向用磁気センサの検出信号の和信号により第2の方向位置を検出し、上記一対の第3の方向用磁気センサの検出信号の和信号により第3の方向位置を検出することが好ましい。 The position detecting means detects the second directional position by the sum signal of the detection signals of the pair of second directional magnetic sensors, and the second directional position is detected by the sum signal of the detection signals of the pair of third directional magnetic sensors. It is preferable to detect the directional position of 3.
上記第2と第3の推力発生手段の少なくとも一方は、上記第2または第3の方向と直交する方向に離間した一対からなり、一対の第2または第3の推力発生手段の駆動用コイルの空芯領域には一対の第2または第3の方向用磁気センサが配置されていて、上記位置検出手段は、一方の一対の第2または第3の方向用磁気センサの検出信号の和信号と、他方の一対の第2または第3の方向用磁気センサの検出信号の和信号により、上記第1の方向回りの傾動位置を検出することが好ましい。 At least one of the second and third thrust generating means is composed of a pair separated in a direction orthogonal to the second or third direction, and is a driving coil of the pair of second or third thrust generating means. A pair of second or third directional magnetic sensors are arranged in the air core region, and the position detecting means is a sum signal of the detection signals of one pair of second or third directional magnetic sensors. It is preferable to detect the tilt position in the first direction by the sum signal of the detection signals of the other pair of second or third magnetic sensors for the direction.
上記駆動用コイル及び磁気センサが上記可動部材に設けられ、上記永久磁石が上記前後の固定ヨークに設けられてもよい。 The driving coil and the magnetic sensor may be provided on the movable member, and the permanent magnets may be provided on the front and rear fixed yokes.
上記駆動用コイルが上記前後の固定ヨークに対向させて設けられ、上記磁気センサが上記前後の固定ヨークの一方の駆動用コイルの空芯領域に設けられ、上記永久磁石が上記可動部材に設けられてもよい。 The drive coil is provided so as to face the front and rear fixed yokes, the magnetic sensor is provided in the air core region of one of the front and rear fixed yokes, and the permanent magnet is provided on the movable member. You may.
本発明のステージ装置は、被駆動部材を撮影光学系により被写体像が投影される撮像素子とすることができる。 In the stage device of the present invention, the driven member can be an image pickup element on which a subject image is projected by a photographing optical system.
上記第1の方向は上記撮影光学系の光軸と平行であり、上記第2、第3の方向は互いに直交し、かつ上記第1の方向と直交する方向に設定できる。 The first direction is parallel to the optical axis of the photographing optical system, and the second and third directions can be set to be orthogonal to each other and orthogonal to the first direction.
上記被駆動部材として、光源からの光を受けて投影光学系を介して画像を投影する画像形成素子を搭載できる。 As the driven member, through a projection optical system receives light from the light source can be mounted an image forming device for projecting an image.
上記画像形成素子は、上記投影光学系とは反対側から射出された光束を投影光学系に向けて透過する液晶パネルであって、上記第1の方向は上記投影光学系の光軸と平行にすることができる。 The image forming element is a liquid crystal panel that transmits a light beam emitted from a side opposite to the projection optical system toward the projection optical system, and the first direction is parallel to the optical axis of the projection optical system. can do.
上記画像形成素子は、上記第1の方向とは異なる方向から射出された光束を上記投影光学系に向けて反射するDMDパネルであって、上記第1の方向は上記投影光学系の光軸と平行にすることができる。 The image forming element is a DMD panel that reflects light emitted from a direction different from the first direction toward the projection optical system, and the first direction is the optical axis of the projection optical system. Can be parallel.
本発明は、画像投影装置の態様では、上記ステージ装置と、画像を投影する投影光学系と、上記投影光学系が、上記ステージ装置の可動部材に固定されていること、を特徴とする。 The present invention is characterized in that, in the aspect of the image projection device, the stage device, the projection optical system for projecting an image, and the projection optical system are fixed to the movable member of the stage device .
本発明は、撮像装置の態様では、上記ステージ装置と、撮影光学系により投影された被写体像を撮像する撮像素子と、を備え、上記撮像素子が上記可動部材に固定されていること、を特徴とする。 The present invention is characterized in that, in the aspect of the image pickup device, the stage device and an image pickup element for capturing a subject image projected by a photographing optical system are provided, and the image pickup device is fixed to the movable member. And.
本発明のステージ装置は、可動部材が並進、傾動、並進中に傾動、傾動後に並進しても、可動部材のベース部材に対する並進方向位置または傾動位置の少なくとも一方を正確に検出できる。
本発明のステージ装置を備えた画像投影装置は、画像の投影方向を正確に高精度に調整できる。
本発明のステージ装置を備えた撮像装置は、撮像素子の光軸直交方向位置、傾動角を正確に高精度に調整できる。
The stage device of the present invention can accurately detect at least one of the translation direction position and the tilt position of the movable member with respect to the base member even if the movable member is translated, tilted, tilted during translation, and translated after tilting.
The image projection device provided with the stage device of the present invention can accurately adjust the projection direction of the image with high accuracy.
The image pickup device provided with the stage device of the present invention can accurately and highly accurately adjust the position and tilt angle of the image pickup device in the direction orthogonal to the optical axis.
以下、本発明の実施形態を図1−図8を参照しながら説明する。図1は、本発明のステージ装置を備えた撮像装置を搭載したデジタルカメラの主要構成部材及び主要回路要素をブロックで示す概念図である。なお図において、本実施形態は、撮影光学系の光軸Oと平行な一つの方向を第1の方向(Z方向、Z軸方向)、第1の方向と直交する一つの方向を第2の方向(X方向、X軸方向)、第1の方向及び第2の方向の双方と直交する一つの方向を第3の方向(Y方向、Y軸方向)とする。例えば、X軸、Y軸及びZ軸を3次元の直交座標系の座標軸と仮定すると、光軸OをZ軸としたとき、Z軸と直交し、かつ互いに直交する二方向の軸がX軸及びY軸になる。カメラが正位置(横位置)にあるとき、第1の方向(Z方向、Z軸、光軸O)及び第2の方向(X方向、X軸)は水平になり、第3の方向(Y方向、Y軸)は鉛直になるものとし、被写体方向を前、前方とする。また、本明細書において、第1の方向回りの傾動または回動は、第1の方向と平行な仮想軸を中心とした傾動または回動を意味する。同様に、第2の方向回りの傾動または回動は、第2の方向と平行な仮想軸を中心とした傾動または回動を意味し、第3の方向回りの傾動または回動は、第3の方向と平行な仮想軸を中心とした傾動または回動を意味する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the main components and main circuit elements of a digital camera equipped with an image pickup device equipped with the stage device of the present invention in blocks. In the figure, in the present embodiment, one direction parallel to the optical axis O of the photographing optical system is the first direction (Z direction, Z axis direction), and one direction orthogonal to the first direction is the second direction. One direction orthogonal to both the direction (X direction, X-axis direction), the first direction, and the second direction is defined as the third direction (Y direction, Y-axis direction). For example, assuming that the X-axis, Y-axis, and Z-axis are the coordinate axes of a three-dimensional Cartesian coordinate system, when the optical axis O is the Z-axis, the axes in two directions orthogonal to the Z-axis and orthogonal to each other are the X-axis. And Y-axis. When the camera is in the normal position (horizontal position), the first direction (Z direction, Z axis, optical axis O) and the second direction (X direction, X axis) are horizontal and the third direction (Y). The direction (Y-axis) shall be vertical, and the subject direction shall be front and front. Further, in the present specification, tilting or rotating in the first direction means tilting or rotating around a virtual axis parallel to the first direction. Similarly, tilting or rotating in the second direction means tilting or rotating around a virtual axis parallel to the second direction, and tilting or rotating in the third direction means tilting or rotating in the third direction. It means tilting or rotating around a virtual axis parallel to the direction of.
このデジタルカメラ10は、カメラボディ11と、撮影光学系としての撮影レンズ101を備えている。カメラボディ11内には、カメラ全体の機能を制御し、演算し、駆動制御するボディCPU20と、撮影レンズ101により投影された被写体像を撮像する撮像素子31を有する撮像ブロック30を備えている。ボディCPU20は、撮像素子31を駆動制御し、撮像した画像信号を画像処理部32で処理して撮像した被写体像を画像表示部(モニタ)33に表示し、撮像した被写体像の画像データをメモリカード34に書き込む。
The
このデジタルカメラ10は、画像処理部32が処理した画像信号から被写体のコントラストを検出するコントラスト検出部35、撮影者がカメラの機能全般を操作するスイッチ等を有するカメラ操作部21、撮影レンズ101の焦点調節光学系(図示せず)を光軸方向に駆動して焦点調節するAF部22、絞り、シャッタ等を開閉駆動して撮像素子31への入射光量を調整するとともに、撮像素子31を駆動して撮像制御する露出制御部23、及び撮影レンズ101とレンズ通信して、撮影レンズ101の焦点距離等を入力するレンズ通信部24を備えている。
The
デジタルカメラ10は、カメラボディ11の手ぶれ(振動)を検出する検出手段として、ロール(Z方向回りの傾動(回転))検出部GSα、ピッチ(X方向回りの傾動(回転))検出部GSβ、ヨー(Y方向回りの傾動(回転))検出部GSγ、X方向加速度検出部GSX、Y方向加速度検出部GSY、及びZ方向加速度検出部GSZを備え、これらは手ぶれ検出回路44に接続されている。これらの各検出手段は、例えば6軸センサ、または3軸ジャイロセンサと3軸加速度センサによって形成されている。
The
撮像ブロック30は、撮像素子31と、撮像素子31を支持したステージ装置60を備えている。ステージ装置60は、撮像素子31が搭載された可動ステージ61と、可動ステージ61の前後に位置する前固定ヨーク62と後固定ヨーク63とを備え、通電時には、可動ステージ61を前後の固定ヨーク62、63に対して、浮上(重力に抗して浮上させ、静止状態(浮上静止状態)に)保持することができる。撮像素子31は、前面が平面状の薄型の被駆動部材を構成している。ステージ装置60は、浮上状態の可動ステージ61を、Z方向(第1の方向)並進、Z方向と直交するX方向(第2の方向)並進、Z方向及びX方向の双方と直交するY方向(第3の方向)並進、X方向(第2の方向)回りの傾動(回転)、Y方向(第3の方向)回りの傾動(回転)、及びZ方向(第1の方向)回りの傾動(回転)(6自由度の移動、6軸移動)が可能である。さらにステージ装置60の可動ステージ61は、これら6自由度の並進、傾動を複数組み合わせた移動や、傾動中の並進、傾動後の並進、並進後の傾動が可能である(図2乃至図5参照)。「並進」は、カメラボディに対して像面(撮像素子31の撮像面)の向き及び傾きを変えずに直進移動することであり、「傾動」は、カメラボディに対して像面の向きまたは傾きを変える移動のことであり、像面をZ方向(光軸Oまたは光軸Oと平行な仮想軸)回りに回転させることも含む。「浮上」は、可動ステージ61を前固定ヨーク62と後固定ヨーク63の間に非接触保持することであり、可動ステージ61を撮像素子31の撮像面中心が光軸Oと交わる中央位置(撮像初期位置)に前固定ヨーク62と後固定ヨーク63に対して非接触保持する場合を含む概念である。
The image pickup block 30 includes an
ボディCPU20は、例えばレンズ通信部24を介して、撮影レンズ101から焦点距離f情報を入力し、ピッチ(X方向回りの傾動(回転))検出部GSβ、ヨー(Y方向回りの傾動(回転))検出部GSγ、ロール(Z方向回りの傾動(回転))検出部GSα、X方向加速度検出部GSX、Y方向加速度検出部GSY、及びZ方向加速度検出部GSZの検出信号に基づいてデジタルカメラ10のぶれ方向、ぶれ速度等を演算し、撮像素子31に投影された被写体像が撮像素子31に対して相対移動しないように撮像素子31を駆動する方向、駆動速度、駆動量などを演算し、演算結果に基づいてステージ装置60を並進、傾動、傾動中の並進、傾動後に並進及び並進後に傾動駆動する。これらの動作の順序は問わない。
The
ステージ装置60は、撮像素子31が固定された可動ステージ61を前固定ヨーク62と後固定ヨーク63に対して、並進、傾動、傾動中の並進、及び傾動後に並進自在に保持する支持部材として機能する。可動ステージ61は、正面視で、撮像素子31より大きい長方形の板(枠)状部材である。前固定ヨーク62と後固定ヨーク63は、平面視、外形が可動ステージ61よりやや大きい同一形状の長方形の板(枠)状部材からなり、中央部にそれぞれ、正面視で(Z方向から見て)、撮像素子31の外形より大きい長方形の開口62aと63aが形成されている。前固定ヨーク62と後固定ヨーク63は、可動ステージ61が所定の範囲で移動(並進、傾動、回転)しても干渉しない位置において図示しない複数本の連結支柱で結合され、平行かつ所定間隔に保持されている。
The
前固定ヨーク62の後面(被写体側と反対側の面)にはY軸を中心線としZ軸を挟んで開口62aの少なくとも左右(X方向)の一方、図示実施形態では左右両側部に位置する態様で、同一仕様の左右一対の永久磁石からなるX方向用磁石(第2の方向用磁石)MX1が固定されている。後固定ヨーク63の前面(被写体側の面)には、一対のX方向用磁石MX1と同一仕様の一対のX方向用磁石MX2が、一対のX方向用磁石MX1に対向させて固定されている。これら左右のX方向用磁石MX1、MX2はそれぞれ、Y方向に長く、Z方向に薄い板状であって、Y軸と平行に、X方向に離間して一対配置されている。左右の一対のX方向用磁石MX1は共に図2Bの一方(左側)の磁石は前面(前固定ヨーク62側の面)がS極、後面がN極であり、他方(右側)の磁石は前面がN極、後面がS極である。左右の一対のX方向用磁石MX2は、対向するX方向用磁石MX1とは異なる磁極がX方向用磁石MX1に対向している。そして、前固定ヨーク62及び後固定ヨーク63がX方向用磁石MX1、MX2の磁束を通すことにより、X方向用磁石MX1、MX2と後固定ヨーク63の対向部の間にX方向(第2の方向)の推力を発生する磁気回路の一部を構成している(図3参照)。X方向用磁石MXは、カメラボディ11の姿勢に関わらず、例えばカメラボディ11のグリップを上または下に構える縦位置撮影においても、可動ステージ61を中央位置(初期位置)に保持する浮上手段として作用(機能)する。
The rear surface of the front fixed yoke 62 (the surface opposite to the subject side) is located at least on the left and right (X direction) of the
前固定ヨーク62の後面には開口62aの下方にY軸を中心線としてZ軸から離間して位置する態様で、同一仕様の一対の永久磁石からなるY方向用磁石MYA1と同一仕様の一対のY方向用磁石MYB1が固定されている。後固定ヨーク63の前面には、一対のY方向用磁石MYA1、MYB1と同一仕様の一対のY方向用磁石MYA2、MYB2が、一対のY方向用磁石MYA1、MYB1に対向させて固定されている。これらのY方向用磁石MYA1とMYB1、MYA2とMYB2はそれぞれ、X方向に長く、Z方向に薄い板状の一対の磁石からなり、各対の磁石がX軸と平行に、Y方向に離間して配置されている。一対のY方向用磁石MYA1と一対のY方向用磁石MYB1は共に、図2Aの上側の磁石は前後の一方の面(前面)がS極、他方の面(後面)がN極であり、下側の磁石は前後の一方の面がN極、他方の面(後面)がS極である。一対のY方向用磁石MYA2、MYB2は、一対のY方向用磁石MYA1、MYB1とは異なる磁極が一対のY方向用磁石MYA1、MYB1に対向している。そして、前固定ヨーク62及び後固定ヨーク63がY方向用磁石MYA1とMYA2、Y方向用磁石MYB1とMYB2の磁束を通すことにより、Y方向用磁石MYA1とMYA2の間、及びY方向用磁石MYB1とMYB2の間にそれぞれ、Y方向(第3の方向)の推力を発生する磁気回路の一部を構成している。Y方向用磁石MYA1とMYA2、Y方向用磁石MYB1とMYB2は、カメラボディ11の姿勢に関わらず、特に横位置(正位置)撮影において、可動ステージ61を中央位置(初期位置)に保持する浮上手段として作用(機能)する。
A pair of magnets with the same specifications as the Y-direction magnet MYA1 consisting of a pair of permanent magnets with the same specifications are located on the rear surface of the front fixing
さらに、前固定ヨーク62の後面には、X方向用磁石MX1、Y方向用磁石MYA1とMYB1とは異なる3カ所に、永久磁石からなるZ方向用磁石MZA1、MZB1、MZC1が固定されている(図2A参照)。後固定ヨーク63の前面には、Z方向用磁石MZA2、MZB2、MZC2が固定されている。
Further, on the rear surface of the front fixing
Z方向用磁石MZA1、MZB1、MZC1、MZA2、MZB2、MZC2は正面視矩形の板状であって、Z方向用磁石MZA1、MZB1、MZC1は前面(固定ヨーク62接触面)がS極、後面がN極となるように固定され、Z方向用磁石MZA2、MZB2、MZC2はZ方向用磁石MZA1、MZB1、MZC1と同一磁極が対向するように固定されている。6個のZ方向用磁石MZA1、MZB1、MZC1とZ方向用磁石MZA2、MZB2、MZC2は同一態様(仕様)であって、Z軸を中心として、所定長離間したZ軸直交平面内に、略等間隔に配置されている。前固定ヨーク62及び後固定ヨーク63がZ方向用磁石MZA1とMZA2、MZB1とMZB2、MZC1とMZC2の磁束を通すことにより、Z方向用磁石MZA1、MZB1、MZC1とZ方向用磁石MZA2、MZB2、MZC2との間に、Z方向(第1の方向)の推力を発生する複数の磁気回路(推力発生手段、推力制御手段)の一部を構成している。
The Z-direction magnets MZA1, MZB1, MZC1, MZA2, MZB2, and MZC2 have a rectangular plate shape in the front view, and the Z-direction magnets MZA1, MZB1, and MZC1 have S poles on the front surface (fixed
前固定ヨーク62と後固定ヨーク63の間に位置する可動ステージ61は、非磁性材料からプレス成形により一体成形された非磁性部材である。可動ステージ61の中央部には正面視長方形の撮像素子取付孔61aが穿設され、撮像素子取付孔61aに撮像素子31が嵌合固定されている。撮像素子31は、撮像素子取付孔61aから可動ステージ61の光軸O方向前方に突出している。
The
撮像素子31は、可動ステージ61が初期位置(磁気浮上した初期位置)に位置するときに、長辺がX方向と平行をなし、短辺がY方向と平行をなすように配置されているものとする。可動ステージ61が初期位置にあるとき、撮像素子31の撮像面の中心は撮影レンズ101の光軸O上に位置し、光軸OとZ軸が一致する。Z方向(第1の方向)、X方向(第2の方向)及びY方向(第3の方向)は、Z方向が光軸Oと一致するまたは平行な、カメラボディ11及び撮影レンズ101に対して一定の方向として以下説明するが、撮像素子31に対して一定の方向としてもよい。
The
可動ステージ61には、撮像素子31の左右の両辺(短辺)の外方部に位置させて、一対のX駆動用コイル(X駆動部)CXが固定され、撮像素子31の下方の一辺(長辺)の下方部に位置させて、左右に離して一対のY駆動用コイル(YA駆動部)CYAとY駆動用コイル(YB駆動部)CYBが固定されている。一対のX駆動用コイルCXは、Y方向に長い縦長であって、長手方向がY方向と平行になるようにY軸を挟んで対称位置(等距離)に、かつX軸と重複させて配置され、一対のY駆動用コイルCYAとCYBはX方向に長い横長であって、長手方向がX方向と平行になるように、Y軸を挟んで対称位置(Y軸から等距離)に配置されている。この配置は、製造、調整及び制御が容易になる。
A pair of X drive coils (X drive units) CX are fixed to the
可動ステージ61にはさらに、一対のY駆動用コイルCYAとCYBの間(中間位置)に位置させて円形のZ駆動用コイル(ZA駆動部)CZAが固定され、一対のX駆動用コイルCXより上方に位置させて円形の一対のZ駆動用コイル(ZB駆動部)CZBとZ駆動用コイル(ZC駆動部)CZCが固定されている。Z駆動用コイルCZAはY軸上に配置され、Z駆動用コイルCZBとCZCはY軸に対して対称位置(Y軸から等距離)に配置されている。Z駆動用コイルCZAとCZBとCZCの重心(全体の重心)は、可動ステージ61の重心と略一致している。Z駆動用コイルCZAとCZBとCZCは、いずれか2個、図示実施形態ではZ駆動用コイルCZBとCZCを結ぶ線と、他の1個から上記線に下ろした垂線が、Y軸と平行になる(またはY軸と一致する)ように配置されている。なお、Z駆動用コイルCZAとCZBとCZCの配置は任意であるが、いずれか2個を結ぶ線がX軸またはY軸と平行になり、他の1個からこの2個を結ぶ線に下ろした垂線がY軸またはX軸と平行になるように配置するのが好ましい。この配置は、製造、調整及び制御が容易になる。
A circular Z drive coil (ZA drive unit) CZA is further fixed to the
一対のX駆動用コイルCX及び一対のY駆動用コイルCYA、CYBならびに3個のZ駆動用コイルCZA、CZB、CZCは、コイル線がXY平面において複数回渦巻き状に巻かれ、可動ステージ61の板厚方向(Z方向)に複数回積層された、光軸直交平面(XY平面)と平行な平面状(薄型)コイルである。
In the pair of X drive coils CX and the pair of Y drive coils CYA, CYB and the three Z drive coils CZA, CZB, CZC, the coil wires are spirally wound a plurality of times in the XY plane, and the
一対のX駆動用コイルCXは、長手部分がY軸と平行かつ対応するX方向用磁石MX1とMX2の間に前後面が対向する態様で配置され、一対のY駆動用コイルCYA、CYBは長手部分がX軸と平行かつ対応するそれぞれが一対のY方向用磁石MYA1とMYA2、MYB1とMYB2に前後面が対向する態様で配置されている。 The pair of X drive coils CX are arranged in such a manner that the longitudinal portions are parallel to the Y axis and the front and rear surfaces face each other between the corresponding X direction magnets MX1 and MX2, and the pair of Y drive coils CYA and CYB are longitudinal. The portions are arranged in a manner in which the front and rear surfaces face each other of a pair of Y-direction magnets MYA1 and MYA2, and MYB1 and MYB2, which are parallel to the X-axis and correspond to each other.
以上のX駆動用コイル(X駆動部)CX、Y駆動用コイル(YA駆動部)CYAとY駆動用コイル(YB駆動部)CYB、Z駆動用コイル(ZA駆動部)CZA、Z駆動用コイル(ZB駆動部)CZBとZ駆動用コイル(ZC駆動部)CZCは、アクチュエータ駆動回路42に接続され、アクチュエータ駆動回路42を介して通電制御される。
The above X drive coil (X drive unit) CX, Y drive coil (YA drive unit) CYA and Y drive coil (YB drive unit) CYB, Z drive coil (ZA drive unit) CZA, Z drive coil The (ZB drive unit) CZB and the Z drive coil (ZC drive unit) CZC are connected to the
X駆動用コイルCXと一対のX方向用磁石MX1と一対のX方向用磁石MX2は、X方向(第2の方向)の推力を発生する第2の推力発生手段(推力制御手段)を構成している。X駆動用コイルCXに流す電流制御により発生するX方向の推力により、可動ステージ61をX方向に並進させることができる。
The X-driving coil CX, the pair of X-direction magnets MX1 and the pair of X-direction magnets MX2 constitute a second thrust generating means (thrust controlling means) for generating thrust in the X direction (second direction). ing. The
一方のY駆動用コイルCYAと各対のY方向用磁石MYA1とMYA2、及び他方のY駆動用コイルCYBと各対のY方向用磁石MYB1とMYB2は、Y方向(第3の方向)の推力を発生する一対の第3の推力発生手段(推力制御手段)を構成している。Y駆動用コイルCYAとCYBに流す電流制御により発生するX方向に離れた一対のY方向の推力の相互作用により、可動ステージ61をY方向に並進させ、Z方向回りに傾動(回動)させることができる。
One Y drive coil CYA and each pair of Y direction magnets MYA1 and MYA2, and the other Y drive coil CYB and each pair of Y direction magnets MYB1 and MYB2 have thrusts in the Y direction (third direction). A pair of third thrust generating means (thrust controlling means) for generating the above-mentioned is configured. The
3個のZ駆動用コイルCZA、CZB、CZCは、各対のZ方向用磁石MZA1とMZA2、MZB1とMZB2、MZC1とMZC2の間に前後面が対向する態様で配置され、Z方向(第1の方向)の推力を発生する3個の第1の推力発生手段を構成している。Z方向に見てZ軸の周りに互いに離間した3組のZ方向用磁石MZA1、MZA2とZ駆動用コイルCZA、Z方向用磁石MZB1、MZB2とZ駆動用コイルCZB、及びZ方向用磁石MZC1、MZC2とZ駆動用コイルCZCは、3個のZ駆動用コイルCZA、CZB、CZCに流す電流制御により発生する3個のZ方向の推力の相互作用により、可動ステージ61を前後の固定ヨーク62、63(3対のZ方向用磁石MZA1とMZA2、MZB1とMZB2、MZC1とMZC2)に対して浮上させ、浮上状態で、Z方向に並進させ、X方向回りに傾動させ、Y方向回りに傾動させることができる。
The three Z drive coils CZA, CZB, and CZC are arranged between each pair of Z direction magnets MZA1 and MZA2, MZB1 and MZB2, and MZC1 and MZC2 so that the front and rear surfaces face each other, and are arranged in the Z direction (first). It constitutes three first thrust generating means for generating thrust in (direction). Three sets of Z-direction magnets MZA1, MZA2 and Z-drive coil CZA, Z-direction magnet MZB1, MZB2 and Z-drive coil CZB, and Z-direction magnet MZC1 separated from each other around the Z-axis when viewed in the Z direction. , MZC2 and Z drive coil CZC move the
また、X駆動用コイルCXとY駆動用コイルCYAとCYBへの電流制御により発生するX方向とY方向の推力の相互作用により、可動ステージ61を初期位置(中央位置)に浮上(中立)保持することができる。
Further, the
可動ステージ61には、X駆動用コイルCXの空芯領域に位置する一対のX方向用ホール素子HX1とHX2(X位置検出部HX)と、Y駆動用コイルCYAとCYBの空芯領域にそれぞれ位置する一対のY方向用ホール素子HYA1とHYA2(YA位置検出部HXA)、HYB1とHYB2(YB位置検出部HYB)と、Z駆動用コイルCZA、CZB、CZCの空芯領域に位置する一対のZ方向用ホール素子HZA1とHZA2(ZA位置検出部HZA)、HZB1とHZB2(ZB位置検出部HZB)、HZC1とHZC2(ZC位置検出部HZC)が固定されている。一対のX方向用ホール素子HX1とHX2は、X駆動用コイルCXのY方向(短手方向)の略中央位置において、X方向(長手方向)に所定間隔で配置されている。一対のY方向用ホール素子HYA1とHYA2、HYB1とHYB2は、Y駆動用コイルCYAとCYBのX方向(長手方向)の略中央位置において、Y方向(短手方向)に所定間隔で配置されている。一対のZ方向用ホール素子HZA1とHZA2、HZB1とHZB2、HZC1とHZC2は、Z駆動用コイルCZA、CZB、CZCの中心線上にZ方向に所定間隔で配置されている。
The
X方向用ホール素子HX1とHX2(X位置検出部HX)、Y方向用ホール素子HYA1とHYA2(YA位置検出部HXA)、HYB1とHYB2(YB位置検出部HYB)、Z方向用ホール素子HZA1とHZA2(ZA位置検出部HZA)、HZB1とHZB2(ZB位置検出部HZB)、HZC1とHZC2(ZC位置検出部HZC)は、位置検出回路43に接続されている。
Hall elements for the X direction HX1 and HX2 (X position detection unit HX), Hall elements for the Y direction HYA1 and HYA2 (YA position detection unit HXA), HYB1 and HYB2 (YB position detection unit HYB), Hall elements for the Z direction HZA1 HZA2 (ZA position detection unit HZA), HZB1 and HZB2 (ZB position detection unit HZB), and HZC1 and HZC2 (ZC position detection unit HZC) are connected to the
X方向用ホール素子HX1とHX2は対応するX方向用磁石MX1とMX2の磁力(X方向磁気回路の磁束)を検出し、検出信号により可動ステージ61のX方向位置(X方向の並進方向位置)を検出するX方向位置検出手段(並進方向位置検出手段)を構成している。 The X-direction Hall elements HX1 and HX2 detect the magnetic force (magnetic flux of the X-direction magnetic circuit) of the corresponding X-direction magnets MX1 and MX2, and the X-direction position of the movable stage 61 (translational position in the X-direction) by the detection signal. The X-direction position detecting means (translational direction position detecting means) for detecting the above is configured.
Y方向用ホール素子HYA1とHYA2は対応するY方向用磁石MYA1とMYA2の磁力(Y方向磁気回路の磁束)を検出し、Y方向用ホール素子HYB1とHYB2は対応するY方向用磁石MYB1とMYB2の磁力(Y方向磁気回路の磁束)を検出する。そして、Y方向用ホール素子HYA1とHYA2及HYB1とHYB2の両方の検出信号により、可動ステージ61のY方向位置とZ方向回りの傾動位置が検出される。すなわち、各一対のY方向用ホール素子HYA1とHYA2、HYB1とHYB2は、可動ステージ61のY方向位置(Y方向の並進方向位置)を検出するY方向位置検出手段(並進方向位置検出手段)と、可動ステージ61のZ方向回りの傾動位置を検出するZ方向回りの傾動位置検出手段(傾動位置検出手段)を構成している。
The Y-direction Hall elements YA1 and HYA2 detect the magnetic force (magnetic flux of the Y-direction magnetic circuit) of the corresponding Y-direction magnets MYA1 and MYA2, and the Y-direction Hall elements HYB1 and HYB2 are the corresponding Y-direction magnets MYB1 and MYB2. (Magnetic flux of Y-direction magnetic circuit) is detected. Then, the Y-direction position and the Z-direction tilt position of the
3対のZ方向用ホール素子HZA1とHZA2、HZB1とHZB2、HZC1とHZC2は対応する3対のZ方向用磁石MZA1とMZA2、MZB1とMZB2、MZC1とMZC2の磁力(Z方向磁気回路の磁束)を検出する。そして、各対をなすZ方向用ホール素子HZA1とHZA2、HZB1とHZB2、HZC1とHZC2の検出信号により、可動ステージ61のZ方向位置と、X方向回りの傾動位置と、Y方向回りの傾動位置が検出される。すなわち、各対をなすZ方向用ホール素子HZA1とHZA2、HZB1とHZB2、HZC1とHZC2は、可動ステージ61のZ方向位置(Z方向の並進方向位置)を検出するZ方向位置検出手段(並進方向位置検出手段)と、可動ステージ61のX方向回りの傾動位置を検出するX方向回りの傾動位置検出手段(傾動位置検出手段)と、可動ステージ61のY方向回りの傾動位置を検出するY方向回りの傾動位置検出手段(傾動位置検出手段)を構成している。
Three pairs of Z-direction Hall elements HZA1 and HZA2, HZB1 and HZB2, HZC1 and HZC2 are the corresponding three pairs of Z-direction magnets MZA1 and MZA2, MZB1 and MZB2, MZC1 and MZC2 magnetic flux (magnetic flux of Z-direction magnetic circuit). Is detected. Then, based on the detection signals of the Z-direction Hall elements HZA1 and HZA2, HZB1 and HZB2, and HZC1 and HZC2 that form each pair, the Z-direction position, the X-direction tilt position, and the Y-direction tilt position of the
以上のX駆動用コイルCX、Y駆動用コイルCYAとCYB、及びZ駆動用コイルCZA、CZB、CZCと、X方向用ホール素子HX(HX1、HX2)、Y方向用ホール素子HYA(HYA1とHYA2)、HYB(HYB1とHYB2)、及びZ方向用ホール素子HZA(HZA1とHZA2)、HZB(HZB1とHZB2)、HZC(HZC1とHZC2)は、フレキシブルプリント基板FPC(図示せず)上に実装され、可動ステージ61から延びるフレキシブルプリント基板FPCを介してカメラボディ11に内蔵されたアクチュエータ駆動回路42、位置検出回路43等の各回路に電気的に接続されている(図1参照)。
The above X drive coils CX, Y drive coils CYA and CYB, Z drive coils CZA, CZB, CZC, X direction hall elements HX (HX1, HX2), Y direction hall elements HYA (HYA1 and HYA2). ), HYB (HYB1 and HYB2), and Z-direction hole elements HZA (HZA1 and HZA2), HZB (HZB1 and HZB2), and HZC (HZC1 and HZC2) are mounted on a flexible printed circuit board FPC (not shown). , The flexible printed circuit board FPC extending from the
一対のX駆動用コイルCX及び一対のY駆動用コイルCYA、CYBならびに3個のZ駆動用コイルCZA、CZB、CZCは、アクチュエータ駆動回路42によって通電制御される。アクチュエータ駆動回路42は、ボディCPU20により、防振制御回路41を介して制御される。
The pair of X drive coils CX, the pair of Y drive coils CYA and CYB, and the three Z drive coils CZA, CZB and CZC are energized and controlled by the
位置検出回路43は、X方向用ホール素子HX1とHX2、Y方向用ホール素子HYA1とHYA2、HYB1とHYB2、及びZ方向用ホール素子HZA1とHZA2、HZB1とHZB2、HZC1とHZC2が出力した検出信号により可動ステージ61のX方向位置、Y方向位置、Z方向位置、X方向回りの傾動位置(X方向回りの傾動(回転)角、ピッチ角)、Y方向回りの傾動位置(Y方向回りの傾動(回転)角、ヨー角)、及びZ方向回りの傾動位置(Z方向回りの傾動(回転)角、ロール角)を検出する。
The
このデジタルカメラ10は、可動ステージ61、すなわち撮像素子31のX方向位置、Y方向位置、Z方向位置、X方向回り傾動位置、Y方向回り傾動位置及びZ方向回り傾動位置を、以下の態様で検出する。
位置検出回路43は、可動ステージ61のX方向位置(移動量)を、一対のX方向用ホール素子HX1とHX2が検出した検出信号の和信号により演算して検出する。
The
The
位置検出回路43は、一方の対をなすY方向用ホール素子HYA1とHYA2が検出した検出信号の和信号によりY方向位置を演算し、他方の対をなすY方向用ホール素子HYB1とHYB2が検出した信号を使用して、例えば和信号によりY方向位置を演算し、これらX方向に離間した2箇所のY方向位置に基づいて、可動ステージ61のY方向位置(移動量)とZ方向回りの傾動位置(回転量)を演算により検出する。
The
さらに位置検出回路43は、可動ステージ61のZ方向の位置とX方向回りの傾動位置及びY方向回りの傾動位置を、3対のZ方向用ホール素子HZA1とHZA2、HZB1とHZB2、HZC1とHZC2のそれぞれが検出した信号を使用して、例えば一対の検出信号の和信号と該一対の検出信号の差信号の商によりZ方向位置を演算により検出する。そして位置検出回路43は、検出した可動ステージ61の異なる3箇所のZ方向位置に基づいて、可動ステージ61のZ方向位置(移動量)、X方向回りの傾動位置(回転量)、Y方向回りの傾動位置(回転量)を演算により検出する。
Further, the
以上の実施形態では、可動ステージ61のX方向位置を検出する一対のX方向用ホール素子HX1とHX2をX方向に所定間隔で設け、Y方向位置を検出する一対のY方向用ホール素子HYA1とHYA2をY方向に所定間隔で設け、一対のY方向用ホール素子HYB1とHYB2をY方向に所定間隔で設けたので、可動ステージ61がZ方向に移動しても、X方向及びY方向の位置検出精度が変化しない。
In the above embodiment, the pair of X-direction Hall elements HX1 and HX2 for detecting the X-direction position of the
可動ステージ61のZ方向位置を検出する3対のZ方向用ホール素子HZA1とHZA2、HZB1とHZB2、HZC1とHZC2をZ方向に所定間隔で設けたので、可動ステージ61がX方向、Y方向に移動、傾動しても、Z方向位置検出精度が悪化しない。
Since three pairs of Z-direction Hall elements HZA1 and HZA2, HZB1 and HZB2, and HZC1 and HZC2 for detecting the Z-direction position of the
以上のデジタルカメラ10は、撮影動作するとき、以下の動作をすることができる。まずボディCPU20の制御下で、一対のX駆動用コイルCX、一対のY駆動用コイルCYA、CYB及び3個のZ駆動用コイルCZA、CZB、CZCを通電制御することにより、可動ステージ61を前固定ヨーク62と後固定ヨーク63など他の部材に対して非接触の初期位置に保持する(浮上させる)。
The above
その後デジタルカメラ10は、可動ステージ61を浮上させた状態で、ボディCPU20(位置検出回路43)が演算した各位置に基づいて、以下の駆動制御をすることができる。
After that, the
Z駆動用コイルCZA、CZB、CZCを同等に通電制御することで発生する3つのZ方向の同等の推力の相互作用により可動ステージ61を光軸方向の所定位置に保持し、Z方向並進させ、Z駆動用コイルCZA、CZB、CZCを個別に通電制御することにより発生する3つのZ方向の異なる推力の相互作用により可動ステージ61をX方向回りに傾動(回動)及びY方向回りに傾動(回動)させ、傾動状態に保持することができる。
The
各X駆動用コイルCXを通電制御することで発生するX方向推力により、可動ステージ61をX方向の所定位置に保持し、X方向に並進させることができる。
The
Y駆動用コイルCYA、CYBを同等に通電制御することで発生する2つの同等のY方向の推力の相互作用により可動ステージ61をY方向の一定位置に保持し、Y方向に並進させ、Y駆動用コイルCYA、CYBを個別に通電制御することにより発生する異なる2つのY方向の推力の相互作用により可動ステージ61をZ方向回りに傾動(回動)させ、所定の傾動(回動)状態に保持することができる。
The
さらに、以上のZ駆動用コイルCZA、CZB、CZC、X駆動用コイルCX、Y駆動用コイルCYA、CYBへの通電制御により発生する複数のZ方向の推力、(複数の)X方向の推力、複数のY方向の推力の相互作用により、可動ステージ61を浮上させ、浮上状態で、6自由度(6軸)の全ての方向に並進、傾動させ、並進中に傾動、傾動後に並進及び並進後に傾動させることができる。
Further, a plurality of thrusts in the Z direction generated by energization control of the above Z drive coils CZA, CZB, CZC, X drive coils CX, Y drive coils CYA, and CYB, and (plural) thrusts in the X direction. The
デジタルカメラ10(ボディCPU20)は、以上の可動ステージ61の駆動制御を、手ぶれ検出回路44が検出したカメラボディ11の手ぶれ(振動)と同期させて行うことで、手ぶれ補正(振れ軽減)動作することができる。
The digital camera 10 (body CPU 20) operates the camera shake correction (shake reduction) by synchronizing the drive control of the
本実施形態によると、前固定ヨーク62のX方向用磁石MX1と後固定ヨーク63のX方向用磁石MX2、前固定ヨーク62のY方向用磁石MYA1、MYB1と後固定ヨーク63のY方向用磁石MYA2、MYB2は、可動ステージ61のX駆動用コイルCX、Y駆動用コイルCYA、CYBの長手方向部分を挟んで異なる磁極が対向しているので、磁力線を光軸O(Z軸、第1の)方向にほぼ垂直に生成することが可能になり、可動ステージ61がZ方向に移動しても推力の変動が小さい。
According to this embodiment, the X-direction magnet MX1 of the front fixing
前固定ヨーク62のZ方向用磁石MZA1、MZB1、MZC1と後固定ヨーク63のZ方向用磁石MZA2、MZB2、MZC2は、可動ステージ61の円環状のZ駆動用コイルCZA、CZB、CZCを挟んで同一の磁極が対向しているので、Z駆動用コイルCZA、CZB、CZC(可動ステージ61)がZ方向に移動しても推力の変動が小さい。
The Z-direction magnets MZA1, MZB1, and MZC1 of the front fixed
以上の実施形態において、可動ステージ61には、2個のY方向(第3の)推力発生手段を構成する一対のY駆動用コイルCYAとCYBの中間位置に、3個のZ方向(第1の)推力発生手段の1個であるZ駆動用コイル(ZA駆動部)CZAが配置されているので、推力発生手段を狭い面積内にコンパクトに構成することができる。
In the above embodiment, the
本実施形態において、複数(3個)のZ方向の推力発生手段を構成するZ駆動用コイル(ZA、ZB、ZC駆動部)CZA、CZB、CZCの重心は、可動ステージ61の重心と略一致しているので、各Z方向の推力発生手段の推力(駆動力)を同等とすることが可能であり、推力を小さく設定することができる。
In the present embodiment, the centers of gravity of the Z drive coils (ZA, ZB, ZC drive units) CZA, CZB, and CZC constituting a plurality (three) thrust generating means in the Z direction are substantially one with the center of gravity of the
複数のZ方向の推力発生手段を構成するZ駆動用コイル(ZA、ZB、ZC駆動部)CZA、CZB、CZCは、いずれか2個、この実施形態ではZ駆動用コイルCZBとCZCを結ぶ線がX軸またはY軸と平行であって、上記2個を結ぶ線と他の1個からこの2個を結ぶ線に下ろした垂線がY軸と平行になるように配置されているので、ジャイロセンサによる検出軸と制御軸を一致させることができ、制御系の構成を簡略化できる。例えば、Y方向回りの傾動はZC駆動部とZB駆動部の差分により制御し、X方向回りの傾動はZA駆動部により制御できる。 There are two Z drive coils (ZA, ZB, ZC drive units) CZA, CZB, and CZC that form a plurality of thrust generating means in the Z direction. In this embodiment, a line connecting the Z drive coils CZB and CZC. Is parallel to the X-axis or Y-axis, and the vertical line drawn from the other one to the line connecting these two is arranged so as to be parallel to the Y-axis. The detection axis by the sensor and the control axis can be matched, and the configuration of the control system can be simplified. For example, the tilt in the Y direction can be controlled by the difference between the ZC drive unit and the ZB drive unit, and the tilt in the X direction can be controlled by the ZA drive unit.
以上の実施形態では、可動ステージ61の撮像素子31の左右両側に位置させて同一仕様の一対のX駆動用コイルCXを設け、同一仕様の一対のX方向用磁石MXを前、後固定ヨーク62、63の開口62a、63aの左右両側に設けたが、X駆動用コイルCXとX方向用磁石MX1、MX2は、左右の一方のみに設けてもよい。その一実施形態を図6に示した。図6は、可動ステージ61の背面図であって、Z駆動用コイルCZA、CZB、CZC及びZ方向用ホール素子HZA1とHZA2、HZB1とHZB2、HZC1とHZC2は省略してある。図2乃至図5の実施形態と同一の部材、同一機能の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
In the above embodiment, a pair of X drive coils CX having the same specifications are provided on the left and right sides of the
同一仕様の一対のX駆動用コイルCXAとCXBは、撮像素子31の右側に、長手方向を光軸Oと直交するY軸と平行に向けて、X軸の上下位置にY方向に離間させて配置されている。上方のX駆動用コイルCXAの空芯領域には、X方向用ホール素子HXが配置されている。図示しないが、前固定ヨークと後固定ヨークには、各X駆動用コイルCXAとCXBとの対向部に、同一仕様の一対のX方向用磁石が配置され、X方向用の磁気回路(推力発生手段)を構成している。この実施形態は、X駆動用コイルCXAとCXBに同一の通電制御することにより、X方向の2つの推力が発生し、これらの推力の相互作用によりX方向の推力(駆動力)が発生するので、可動ステージ61をX方向に並進させることができる。また、X駆動用コイルCXは1個のみでもよい。その場合、X駆動用コイルCXは、Z方向に見てX軸と重複する位置に配置することが好ましい。
A pair of X drive coils CXA and CXB having the same specifications are separated from each other in the Y direction at the vertical position of the X axis so that the longitudinal direction is parallel to the Y axis orthogonal to the optical axis O on the right side of the
以上の実施形態は、駆動用コイルを可動ステージ(可動部材)に設け、永久磁石を固定ヨーク(固定のベース部材)に設けた。本発明のステージ装置は、駆動用コイルを固定ヨーク(固定のベース部材)に設け、永久磁石を可動ステージ(可動部材)に設けることもできる。 In the above embodiment, the driving coil is provided on the movable stage (movable member), and the permanent magnet is provided on the fixed yoke (fixed base member). In the stage device of the present invention, a driving coil may be provided on a fixed yoke (fixed base member), and a permanent magnet may be provided on a movable stage (movable member).
図7及び図8は、駆動用コイルを固定ヨーク(固定のベース部材)に設け、永久磁石を可動ステージ(可動部材)に設けた別の実施形態であって、図3及び図4に示した実施形態と同様の位置で切断した断面図を示している。図2乃至図5に示した実施形態と同一の部材、同一機能の部材には同一の符号を付して説明を省略する。 7 and 8 are another embodiments in which the driving coil is provided on the fixed yoke (fixed base member) and the permanent magnet is provided on the movable stage (movable member), and are shown in FIGS. 3 and 4. The cross-sectional view cut at the same position as the embodiment is shown. The same members and members having the same functions as those of the embodiments shown in FIGS. 2 to 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
前固定ヨーク62には、X駆動用コイルCXA’、Z駆動用コイルCZA’が固定され、後固定ヨーク63には、X駆動用コイルCXA’、Z駆動用コイルCZA’と対向する位置にX駆動用コイルCXA1’、Z駆動用コイルCZA1’が固定されている。可動ステージ61には、対向するX駆動用コイルCXA’とCXA1’の間に一対のX方向用磁石MX1’、MX2’が固定され、対向するZ駆動用コイルCZA’とCZA1’の間にZ方向用磁石MZA’が固定されている。
X駆動用コイルCXA’とCXA1’の少なくとも一方、図示実施形態ではX駆動用コイルCXA1’の空芯領域に一対のX方向用ホール素子HX1’、HX2’が固定されている(図7)。Z駆動用コイルCZA’の空芯領域にZ方向用ホール素子HZA1’が、Z駆動用コイルCZA1’の空芯領域にZ方向用ホール素子HZA2’が固定されている(図8)。なお、図示しないが、前、後固定ヨーク62、63には、一対のY駆動用コイルが対向させて固定され、一対のY駆動用コイルの空芯領域に一対のY方向用ホール素子が固定され、可動ステージ61には、一対の対向するY駆動用コイルの間にY方向用磁石が固定されている。
The X drive coil CXA'and the Z drive coil CZA' are fixed to the front fixed
At least one of the X drive coils CXA'and CXA1', in the illustrated embodiment, a pair of X direction Hall elements HX1'and HX2' are fixed in the air core region of the X drive coil CXA1'(FIG. 7). The Z-direction Hall element HZA1'is fixed in the air-core region of the Z-drive coil CZA', and the Z-direction Hall element HZA2'is fixed in the air-core region of the Z-drive coil CZA1'(FIG. 8). Although not shown, a pair of Y drive coils are fixed to the front and rear fixed
以上のX駆動用コイルCXA’、CXA1’、Z駆動用コイルCZA’、CZA1’及び図示しないY駆動用コイルへの通電制御により、可動ステージ61は、浮上し、浮上状態で、並進し、傾動し、傾動中に並進し、さらに傾動した後、その傾動状態で並進する。
By controlling the energization of the X drive coil CXA', CXA1', the Z drive coil CZA', CZA1' and the Y drive coil (not shown), the
この実施形態において、X方向用ホール素子HX1’、HX2’の検出信号によりX方向位置を検出し、Z方向用ホール素子HZA1’、HZA2’の検出信号によりZ方向位置及びX方向回りの傾動位置、Y方向回りの傾動位置を正確に検出できることは、図2乃至図6に示した実施形態同様である。 In this embodiment, the X-direction position is detected by the detection signals of the X-direction Hall elements HX1'and HX2', and the Z-direction position and the tilt position around the X-direction are detected by the Z-direction Hall elements HZA1'and HZA2'. , The fact that the tilt position in the Y direction can be accurately detected is the same as in the embodiments shown in FIGS. 2 to 6.
この実施形態は、固定のベース部材である前、後固定ヨーク62、63に全ての駆動用コイル及びホール素子を固定し、可動部材である可動ステージ61に駆動用磁石を固定したので、可動ステージ61から引き出されるFPCの数が減り、FPCによる可動ステージ61の負荷が減るので、可動ステージ61の応答性が向上し、高精度に駆動することができる。前、後固定ヨーク62、63に駆動用コイル及びホール素子を固定し、可動ステージ61に駆動用磁石を固定する態様は、全ての実施形態に適用することが可能である。
In this embodiment, all the driving coils and Hall elements are fixed to the front and rear fixing yokes 62 and 63, which are fixed base members, and the driving magnets are fixed to the
以上の実施形態では、第1の方向を光軸Oと平行なZ方向(Z軸)とし、第2、第3の方向をZ方向(Z軸)と互いに直交するX方向(X軸)、Y方向(Y軸)としたが、本発明において、第1の方向は光軸Oと平行でなくてもよく、第1、第2、第3の方向は互いに直交していなくてもよく、任意の方向でよい。推力発生手段(推力制御手段)は、一つの方向のみに推力を発生するものであってもよい。 In the above embodiments, the first direction is the Z direction (Z axis) parallel to the optical axis O, and the second and third directions are the X direction (X axis) orthogonal to the Z direction (Z axis). Although the Y direction (Y axis) is used, in the present invention, the first direction does not have to be parallel to the optical axis O, and the first, second, and third directions do not have to be orthogonal to each other. It can be in any direction. The thrust generating means (thrust controlling means) may generate thrust in only one direction.
本実施形態では、X方向位置検出手段として一対のX方向用ホール素子HX1、HX2を左右のX駆動用コイルCXの空芯領域にそれぞれ設けたが、本発明は、一方のX駆動用コイルCXの空芯領域にのみ設けてもよい。また、本実施形態では対のホール素子(HX1とHX2、HYA1とHYA2、HYB1とHYB2、HZA1とHZA2、HZB1とHZB2、HZC1とHZC2)を駆動用コイルの空芯領域に設けたが、駆動用コイルの外側に設けてもよく、またホール素子は駆動用磁石の磁力を検出したが、駆動用磁石とは別個に磁力検出用の永久磁石を設けて磁力検出用磁石の磁力を検出してもよい。ホール素子に代えて、他の磁気センサを使用してもよい。 In the present embodiment, a pair of Hall elements HX1 and HX2 for the X direction are provided in the air core region of the left and right X drive coils CX as the X direction position detecting means, respectively. It may be provided only in the air core region of. Further, in the present embodiment, paired Hall elements (HX1 and HX2, HYA1 and HYA2, HYB1 and HYB2, HZA1 and HZA2, HZB1 and HZB2, HZC1 and HZC2) are provided in the air core region of the drive coil. It may be provided on the outside of the coil, and the Hall element detects the magnetic force of the driving magnet. However, a permanent magnet for magnetic force detection may be provided separately from the driving magnet to detect the magnetic force of the magnetic force detecting magnet. Good. Other magnetic sensors may be used instead of the Hall element.
本実施形態のステージ装置60を搭載したデジタルカメラ10は、自動焦点調節機能として、AF部22により撮影レンズ101の焦点調節光学系を光軸方向に駆動しながら被写体コントラスト検出部35により被写体のコントラストを検出して、コントラストがピークとなる合焦状態を検出して焦点調節するコントラスト検出方式の自動焦点調節機能を有している。本発明のデジタルカメラ10は、ステージ装置60により、手ぶれ補正の他に、自動焦点調節動作において、撮像素子31を光軸方向に微進退動(並進)させて焦点微調整することも、ウォブリングさせてコントラストのピーク検出をすることも可能である。さらに本発明は、ステージ装置60により撮像素子31をチルトさせる撮影などの特殊撮影や、チルト、パーン、ロールさせる構図調整が容易にできる。
In the
本発明のステージ装置は、いわゆるミラーレスデジタルカメラ、一眼デジタルカメラ、コンパクトデジタルカメラや、デジタルビデオカメラの他、交換式レンズ鏡筒、カメラ一体型レンズなど、様々な光学機器などに適用できる。
また本発明は、撮像装置の他、映像、データなどを投影するプロジェクターやレーザスキャナなどに適用することもできる。プロジェクターの場合は、ステージ装置の可動ステージ61の略中央に、可動ステージ61の厚さ方向(第1の方向、Z方向)の一方の側(後方)から投影光を入射し、他方の側(前方)の投影光学系に向けて射出する画像形成素子(液晶パネル)、あるいは、可動ステージ61の略中央に、第1の方向(Z方向)とは異なる方向から入射した投影光束を、第1の方向(投影光学系方向)に反射するDMD(デジタルミラーデバイス、デジタルマイクロミラーデバイス)パネルを搭載できる。可動ステージ61には、画像形成素子に代えて、投影光学系を搭載してもよい。
The stage device of the present invention can be applied to various optical devices such as so-called mirrorless digital cameras, single-lens digital cameras, compact digital cameras, digital video cameras, interchangeable lens barrels, and camera-integrated lenses.
The present invention can also be applied to a projector, a laser scanner, or the like that projects images, data, or the like, in addition to an imaging device. In the case of a projector, projected light is incident on the substantially center of the
図9は、可動ステージ61を有するステージ装置60を備えた画像投影装置(プロジェクター)の実施形態の概要を示している。この実施形態は、光源81と、光源81から発せられた光を均一化する照明光学系82と、照明光学系82から射出した照明光を受けて画像を形成する画像形成素子83と、この画像形成素子83が開口61c内に固定された可動ステージ61と、画像形成素子83で形成された画像を投影する投影光学系84とを備えている。画像形成素子83は、具体的には液晶パネルまたはDMDパネルである。画像形成素子83は、可動ステージ61を介してプロジェクターの筐体もしくは投影光学系84に設けられ、可動ステージ61が駆動していない状態(初期位置に保持された状態)で、画像形成素子83の画像が形成される平面が、投影光学系84の光軸Oに対して、もしくは、投影光学系84内のいずれかのレンズの光軸に対して、垂直になるようにプロジェクター内に配置される。可動ステージ61を、光軸O方向(第1の方向)、第2または第3の方向に並進させ、あるいは第1、第2または第3の方向回りに傾動等させることで、画像形成素子83(液晶パネル)を透過して投影光学系84に向かう投影光束の方向、またはDMDパネルで反射して投影光学系84に向かう投影光の方向を変えて投影方向や投影位置を調整したり、投影画像の傾きを調整したり、液晶パネルまたはDMDパネルと投影光学系の間隔を調整して焦点調節したりすることができる。
FIG. 9 shows an outline of an embodiment of an image projection device (projector) including a
本発明は、ステージ装置を、撮影光学系の光学要素の1つを補正光学要素として駆動する補正光学系を備えたレンズ鏡筒(特開2015-4769号公報等)に適用することもできる。例えば、撮影レンズ101において、撮影光学系を構成する光学素子の1個または複数個を補正光学要素(被駆動部材)とすることができる。この実施形形態では、第1レンズ群91と第2レンズ群93の間のレンズを被駆動部材(補正光学要素)92としてある(図10)。この実施形態の場合、可動ステージ61の略中央に形成した開口61cに補正光学要素92を搭載してある。この実施形態によれば、可動ステージ(補正光学要素92)61を光軸O方向(第1の方向)、第2または第3の方向に並進させ、あるいは第1、第2または第3の方向回りに傾動させることで、手ぶれ補正動作やあおり撮影などの特殊撮影が可能である。さらにこの実施形態は、可動ステージ(補正光学要素92)61を光軸O方向(第1の方向)に微並進動作させることでフォーカシング微調整が可能である。
The present invention can also be applied to a lens barrel (Japanese Patent Laid-Open No. 2015-4769, etc.) provided with a correction optical system that drives one of the optical elements of the photographing optical system as a correction optical element. For example, in the photographing
また、本発明のデジタルカメラ10は、撮影レンズに搭載された手ぶれ補正装置とカメラボディ11側の手ぶれ補正装置を共働させて手ぶれ補正動作や特殊撮影動作をさせることもできる。
Further, the
10 デジタルカメラ
11 カメラボディ
20 ボディCPU(位置検出手段)
21 カメラ操作部
22 AF部
23 露出制御部
24 レンズ通信部
30 撮像ユニット
31 撮像素子
32 画像処理部
33 画像表示部(モニタ)
34 メモリカード
35 コントラスト検出部
41 防振制御回路
42 アクチュエータ駆動回路
43 位置検出回路(位置検出手段)
44 手ぶれ検出回路
60 ステージ装置
61 可動ステージ(可動部材)
61a 撮像素子取付孔
62 前固定ヨーク(ベース部材)
62a 開口
63 後固定ヨーク(ベース部材)
63a 開口
101 撮影レンズ
CX CXA1’ X駆動用コイル(駆動用コイル、推力発生手段、第2の推力発生手段)
CYA CYB Y駆動用コイル(駆動用コイル、推力発生手段、第3の推力発生手段)
CZA CZB CZC CZA' CZA1' Z駆動用コイル(駆動用コイル、推力発生手段、第1の推力発生手段)
HX1 HX2 HX1’ HX2’ X方向用ホール素子(位置検出手段、磁気センサ、第2の方向用磁気センサ)
HYA1 HYA2 HYB1 HYB2 Y方向用ホール素子(位置検出手段、磁気センサ、第3の方向用磁気センサ)
HZA1 HZA2 HZB1 HZB2 HZC1 HZC2 HZA1' HZA2' Z方向用ホール素子(位置検出手段、磁気センサ、第1の方向用磁気センサ)
MX1 MX2 MX1’ MX2’ X方向用磁石(永久磁石、推力発生手段、第2の推力発生手段)
MYA1 MYB1 MYA2 MYB2 Y方向用磁石(永久磁石、推力発生手段、第3の推力発生手段)
MZA1 MZA2 MZB1 MZB2 MZC1 MZC2 MZA’ Z方向用磁石(永久磁石、推力発生手段、第1の推力発生手段)
10
21
34
44 Camera
61a Image
CYA CYBY drive coil (drive coil, thrust generating means, third thrust generating means)
CZA CZB CZC CZA'CZA1' Z drive coil (drive coil, thrust generating means, first thrust generating means)
HX1 HX2 HX1'HX2' Hall element for X direction (position detecting means, magnetic sensor, magnetic sensor for second direction)
HYA1 HYA2 HYB1 HYB2 Hall element for Y direction (position detecting means, magnetic sensor, magnetic sensor for third direction)
HZA1 HZA2 HZB1 HZB2 HZC1 HZC2 HZA1'HZA2' Z direction Hall element (position detecting means, magnetic sensor, first direction magnetic sensor)
MX1 MX2 MX1'MX2' X direction magnet (permanent magnet, thrust generating means, second thrust generating means)
MYA1 MYB1 MYA2 MYB2 Y direction magnet (permanent magnet, thrust generating means, third thrust generating means)
MZA1 MZA2 MZB1 MZB2 MZC1 MZC2 MZA'Z direction magnet (permanent magnet, thrust generating means, first thrust generating means)
Claims (25)
上記ベース部材に対して相対的に移動可能な可動部材と、
上記可動部材に対して互いに異なる第1、第2及び第3の方向の推力を作用させる複数の推力発生手段と、
上記可動部材の上記ベース部材に対する並進方向位置及び傾動位置を検出する位置検出手段と、を有するステージ装置であって、
上記推力発生手段は、上記第1、第2及び第3の方向の推力の相互作用により上記可動部材を上記ベース部材に対して相対的に浮上させ、浮上状態で上記第1、第2及び第3の方向に並進、上記各方向回りに傾動、傾動中に並進、傾動後に並進及び並進後に傾動させることが可能な第1、第2及び第3の推力発生手段を備えていて、上記第1、第2及び第3の推力発生手段が、上記可動部材とベース部材の一方に固定されたコイルと他方に固定された永久磁石を備えていること、
上記位置検出手段は、上記可動部材とベース部材の一方に固定された永久磁石と他方に固定された上記コイルの空芯領域に配置された磁気センサを備えていて、上記磁気センサが、上記第2の推力発生手段のコイルの空芯領域に第2の方向に所定間隔で固定された一対の第2の方向用磁気センサと、上記第3の推力発生手段を構成するコイルの空芯領域に第3の方向に所定間隔で固定された一対の第3の方向用磁気センサを備えていること、及び
上記位置検出手段は、上記一対の第2方向用磁気センサと上記一対の第3の方向用磁気センサが検出した信号により、上記可動部材の上記ベース部材に対する第2と第3の方向の並進方向位置と第1の方向回りの傾動位置を検出すること、
を特徴とするステージ装置。 With the base member
A movable member that can move relative to the base member,
A plurality of thrust generating means that exert different thrusts in the first, second, and third directions on the movable member, and
A stage device including a position detecting means for detecting a translational direction position and a tilting position of the movable member with respect to the base member.
The thrust generating means causes the movable member to levitate relative to the base member by the interaction of thrusts in the first, second and third directions, and in the levitated state, the first, second and first It is provided with first, second and third thrust generating means capable of translating in three directions, tilting in each of the above directions, translating during tilting, translating after tilting, and tilting after translation. The second and third thrust generating means include a coil fixed to one of the movable member and the base member and a permanent magnet fixed to the other.
The position detecting means includes a permanent magnet fixed to one of the movable member and the base member, and a magnetic sensor arranged in the air core region of the coil fixed to the other, and the magnetic sensor is the first. In the air core region of the coil of the second thrust generating means , a pair of magnetic sensors for the second direction fixed in the second direction at predetermined intervals and the air core region of the coil constituting the third thrust generating means. A pair of magnetic sensors for the third direction fixed at predetermined intervals in the third direction are provided, and the position detecting means includes the pair of magnetic sensors for the second direction and the pair of third directions. Using the signal detected by the magnetic sensor, the translational position in the second and third directions and the tilting position in the first direction with respect to the base member of the movable member are detected.
A stage device characterized by.
上記第1の推力発生手段は、第1の方向の推力を発生する複数の第1の推力発生手段からなり、
上記可動部材は、上記複数の第1の方向の推力の相互作用により、上記可動部材を上記ベース部材に対して相対的に、浮上、上記第1の方向並進、第1の方向とは異なる方向回りの傾動、傾動中の並進、上記傾動後の並進及び上記並進後の傾動が可能であって、
上記位置検出手段は、上記可動部材とベース部材の一方に固定された永久磁石と他方に設けられた上記第1の推力発生手段を構成するコイルの空芯領域に上記第1の方向に所定間隔で固定された、上記永久磁石の磁力を検出する少なくとも一対の第1の方向用磁気センサを備え、
上記一対の第1の方向用磁気センサが検出した一対の検出信号により上記第1の方向の並進方向位置を検出し、複数の一対の検出信号により上記第2と第3の方向回りの傾動位置を検出するステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 1,
The first thrust generating means includes a plurality of first thrust generating means for generating thrust in the first direction.
The movable member floats the movable member relative to the base member due to the interaction of thrusts in the plurality of first directions, translates in the first direction, and has a direction different from the first direction. It is possible to tilt around, translate during tilt, translate after the tilt, and tilt after the translation.
The position detecting means is provided at a predetermined interval in the first direction in the air core region of the permanent magnet fixed to one of the movable member and the base member and the coil constituting the first thrust generating means provided on the other. It is provided with at least a pair of first-direction magnetic sensors that detect the magnetic force of the permanent magnet fixed by
The translational position in the first direction is detected by the pair of detection signals detected by the pair of magnetic sensors for the first direction, and the tilt position in the second and third directions is detected by the pair of detection signals. Stage device to detect.
上記第2の推力発生手段と第3の推力発生手段は、上記第1の方向とは互いに異なる第2の方向と第3の方向の推力を発生し、
上記第1と第2と第3の推力発生手段は、上記第1の方向の推力と上記第2の方向の推力と第3の方向の推力の相互作用により、上記第1、第2及び第3の方向の並進、第1、第2及び第3の方向回りの傾動、傾動中の並進、傾動後の並進及び並進後の傾動させるステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 2,
The second thrust generating means and the third thrust generating means generate thrusts in the second direction and the third direction which are different from the first direction.
The first, second, and third thrust generating means are the first, second, and third thrust generating means by the interaction of the thrust in the first direction, the thrust in the second direction, and the thrust in the third direction. A stage device that translates in three directions, tilts in the first, second, and third directions, translates during tilt, translates after tilt, and tilts after translation.
上記第2の方向の推力発生手段と第3の方向の推力発生手段の少なくとも一方が複数からなり、上記可動部材は、上記第2または第3の方向の推力の相互作用により、上記第1の方向回りの傾動が可能なステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 3,
At least one of the thrust generating means in the second direction and the thrust generating means in the third direction is composed of a plurality of the thrust generating means, and the movable member is formed by the interaction of the thrusts in the second or third direction. A stage device that can tilt in a direction.
上記一対の第2の方向用磁気センサ及び永久磁石と上記一対の第3の方向用磁気センサ及び永久磁石の少なくとも一方が複数からなり、該複数の一対の第2または第3の方向用磁気センサの検出信号により、上記第1の方向回りの傾動位置を検出するステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 4,
At least one of the pair of second-direction magnetic sensors and permanent magnets and the pair of third-direction magnetic sensors and permanent magnets is composed of a plurality of the plurality of pairs of second- or third-direction magnetic sensors. A stage device that detects the tilting position in the first direction by the detection signal of.
上記可動部材は、上記浮上状態では上記ベース部材に対して非接触になるステージ装置。 In the stage apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The movable member is a stage device that is in non-contact with the base member in the floating state.
上記可動部材には前面が平面状の薄型の被駆動部材が固定されていて、該前面と直交する方向が第1の方向であり、上記第2と第3の方向は、上記第1の方向と互いに直交する上記前面と平行な方向であるステージ装置。 In the stage apparatus according to any one of claims 2 to 6.
A thin driven member having a flat front surface is fixed to the movable member, and the direction orthogonal to the front surface is the first direction, and the second and third directions are the first direction. A stage device whose direction is parallel to the front surface orthogonal to each other.
上記ベース部材は、上記可動部材の前後から対向する前後の固定ヨークを備え、
上記第1、第2及び第3の推力発生手段は、上記可動部材と上記前後の固定ヨークの一方に固定された複数の駆動用コイルと他方に固定された複数の永久磁石を有し、
上記一対の磁気センサは、上記各駆動用コイルの空芯領域に配置されていて、上記他方に固定された永久磁石の磁力を検出するステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 7,
The base member includes front and rear fixed yokes facing each other from the front and back of the movable member.
The first, second, and third thrust generating means include a plurality of driving coils fixed to one of the movable member, the front and rear fixed yokes, and a plurality of permanent magnets fixed to the other.
The pair of magnetic sensors are stage devices that are arranged in the air core region of each of the driving coils and detect the magnetic force of a permanent magnet fixed to the other.
上記第1の推力発生手段は、駆動用コイルと永久磁石が、上記被駆動部材より外方であって、上記被駆動部材の平面の中心を通る第1の方向から略所定間隔で周方向に略等間隔となる少なくとも3箇所に配置されているステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 8,
In the first thrust generating means, the driving coil and the permanent magnet are outside the driven member and pass through the center of the plane of the driven member in the circumferential direction at substantially predetermined intervals from the first direction. Stage devices arranged at at least three locations at approximately equal intervals.
上記第1の推力発生手段の駆動用コイルは上記可動部材に固定された円形の平面状の駆動用コイルであって、上記各一対の第1の方向用磁気センサは、上記駆動用コイルの空芯領域に上記第1の方向に所定間隔で配置されているステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 9,
The driving coil of the first thrust generating means is a circular planar driving coil fixed to the movable member, and each pair of the first directional magnetic sensors is empty of the driving coil. A stage device arranged in the core region at predetermined intervals in the first direction.
上記第1の推力発生手段の駆動用コイルは上記前後の固定ヨークに固定された円形の平面状の駆動用コイルであって、
上記各一対の第1の方向用磁気センサは、上記前後の固定ヨークに固定された駆動用コイルの空芯領域に配置されているステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 9,
The drive coil of the first thrust generating means is a circular planar drive coil fixed to the front and rear fixed yokes.
Each of the pair of first-direction magnetic sensors is a stage device arranged in an air-core region of a drive coil fixed to the front and rear fixed yokes.
上記位置検出手段は、上記第1の推力発生手段の駆動用コイルの空芯領域に配置された複数の一対の第1の方向用磁気センサの二つの検出信号の和信号と該二つの検出信号の差信号の商により、上記可動部材の第1の方向位置、上記第2または第3の方向回りの傾動位置を検出するステージ装置。 In the stage apparatus according to any one of claims 9 to 12,
The position detecting means is a sum signal of two detection signals of a plurality of pairs of first directional magnetic sensors arranged in the air core region of the driving coil of the first thrust generating means, and the two detection signals. A stage device that detects the position of the movable member in the first direction and the tilting position in the second or third direction by the quotient of the difference signal.
上記第2と第3の推力発生手段の各駆動用コイルと永久磁石は、上記被駆動部材より外方に配置されていて、
上記第2の推力発生手段は、上記第2の方向と直交する方向に長い平面状の駆動用コイルを有し、上記各駆動用コイルと対向する永久磁石は、上記駆動用コイルの長手方向と平行に延びた、短手方向に離間した2枚の板状の永久磁石からなり、
上記第3の推力発生手段は、上記第3の方向と直交する方向に長い平面状の駆動用コイルを有し、上記各駆動用コイルと対向する永久磁石は、上記駆動用コイルの長手方向と平行に延びた、短手方向に離間した2枚の板状の永久磁石からなり、
上記各一対の第2と第3の方向用磁気センサは、上記第2と第3の推力発生手段の駆動用コイルの空芯領域に短手方向に所定間隔で配置されているステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 8,
The driving coils and permanent magnets of the second and third thrust generating means are arranged outside the driven member.
The second thrust generating means has a long planar drive coil in a direction orthogonal to the second direction, and the permanent magnet facing each drive coil is in the longitudinal direction of the drive coil. It consists of two plate-shaped permanent magnets extending in parallel and separated in the lateral direction.
The third thrust generating means has a long planar drive coil in a direction orthogonal to the third direction, and the permanent magnet facing each drive coil is in the longitudinal direction of the drive coil. It consists of two plate-shaped permanent magnets extending in parallel and separated in the lateral direction.
The pair of second and third direction magnetic sensors are stage devices arranged at predetermined intervals in the short direction in the air core region of the driving coil of the second and third thrust generating means.
上記位置検出手段は、上記一対の第2の方向用磁気センサの検出信号の和信号により第2の方向位置を検出し、上記一対の第3の方向用磁気センサの検出信号の和信号により第3の方向位置を検出するステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 14,
The position detecting means detects the second directional position by the sum signal of the detection signals of the pair of second directional magnetic sensors, and the first by the sum signal of the detection signals of the pair of third directional magnetic sensors. A stage device that detects the directional position of 3.
上記第2と第3の推力発生手段の少なくとも一方は、上記第2または第3の方向と直交する方向に離間した一対からなり、一対の第2または第3の推力発生手段の駆動用コイルの空芯領域には一対の第2または第3の方向用磁気センサが配置されていて、
上記位置検出手段は、一方の一対の第2または第3の方向用磁気センサの検出信号の和信号と、他方の一対の第2または第3の方向用磁気センサの検出信号の和信号により、上記第1の方向回りの傾動位置を検出するステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 14,
At least one of the second and third thrust generating means is composed of a pair separated in a direction orthogonal to the second or third direction, and is a driving coil of the pair of second or third thrust generating means. A pair of second or third directional magnetic sensors are arranged in the air core region.
The position detecting means is based on the sum signal of the detection signals of one pair of second or third directional magnetic sensors and the sum signal of the detection signals of the other pair of second or third directional magnetic sensors. A stage device that detects the tilt position in the first direction.
上記駆動用コイル及び磁気センサが上記可動部材に設けられ、上記永久磁石が上記前後の固定ヨークに設けられているステージ装置。 In the stage apparatus according to any one of claims 8 to 16.
A stage device in which the driving coil and the magnetic sensor are provided on the movable member, and the permanent magnets are provided on the front and rear fixed yokes.
上記駆動用コイルが上記前後の固定ヨークに対向させて設けられ、上記磁気センサが上記前後の固定ヨークの一方の駆動用コイルの空芯領域に設けられ、上記永久磁石が上記可動部材に設けられているステージ装置。 In the stage apparatus according to any one of claims 8 to 16.
The drive coil is provided so as to face the front and rear fixed yokes, the magnetic sensor is provided in the air core region of one of the front and rear fixed yokes, and the permanent magnet is provided on the movable member. Stage equipment.
上記被駆動部材は、撮影光学系により被写体像が投影される撮像素子であるステージ装置。 In the stage apparatus according to any one of claims 8 to 18.
The driven member is a stage device that is an image pickup element on which a subject image is projected by a photographing optical system.
上記第1の方向は上記撮影光学系の光軸と平行であり、上記第2、第3の方向は互いに直交し、かつ上記第1の方向と直交する方向であるステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 19.
A stage device in which the first direction is parallel to the optical axis of the photographing optical system, and the second and third directions are orthogonal to each other and orthogonal to the first direction.
上記被駆動部材は、光源からの光を受けて投影光学系を介して画像を投影する画像形成素子であるステージ装置。 In the stage apparatus according to any one of claims 8 to 18.
The driven member is a stage device that is an image forming element that receives light from a light source and projects an image through a projection optical system.
上記画像形成素子は、上記投影光学系とは反対側から射出された光束を投影光学系に向けて透過する液晶パネルであって、上記第1の方向は上記投影光学系の光軸と平行であるステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 21,
The image forming element is a liquid crystal panel that transmits a light beam emitted from a side opposite to the projection optical system toward the projection optical system, and the first direction is parallel to the optical axis of the projection optical system. A stage device.
上記画像形成素子は、上記第1の方向とは異なる方向から射出された光束を上記投影光学系に向けて反射するDMDパネルであって、上記第1の方向は上記投影光学系の光軸と平行であるステージ装置。 In the stage apparatus according to claim 21,
The image forming element is a DMD panel that reflects light emitted from a direction different from the first direction toward the projection optical system, and the first direction is the optical axis of the projection optical system. Stage equipment that is parallel.
画像を投影する投影光学系と、を備え、
上記投影光学系が、上記ステージ装置の可動部材に固定されていること、を特徴とする画像投影装置。 The stage apparatus according to any one of claims 1 to 18.
Equipped with a projection optical system that projects an image,
An image projection device, characterized in that the projection optical system is fixed to a movable member of the stage device.
撮影光学系により投影された被写体像を撮像する撮像素子と、を備え、
上記撮像素子が上記可動部材に固定されていること、を特徴とする撮像装置。 The stage apparatus according to any one of claims 1 to 18.
It is equipped with an image sensor that captures the subject image projected by the photographing optical system.
An image pickup device characterized in that the image pickup element is fixed to the movable member.
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