JP7225912B2 - ステージ駆動装置、及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステージ駆動装置、及び撮像装置に関する。

駆動対象を支持する可動部（ステージ）を特定の動作平面に沿って移動させるステージ駆動装置で、可動部を駆動させる手段としてボイスコイルモータを用いるものが知られている。固定部と可動部の一方に磁石を設け、固定部と可動部の他方にコイルを設けて、磁界内に位置するコイルに電流を流すことで、可動部を駆動する推力が生じる。この種のステージ駆動装置の適用例として、撮像素子や光学素子を光軸直交方向に動作させる撮像装置用の手振れ補正機構がある。

手振れ補正用のステージ駆動装置では、撮像素子や光学素子の位置及び動作を精密に管理する必要があるため、可動部を安定して円滑に動作させる支持構造が必要とされる。例えば、固定部と可動部の間に球状の転動体を複数箇所に配置し、転動体を介して可動部を移動可能に支持させた構造が用いられる。球状の転動体以外に、ガイドシャフトやガイドレールを用いた支持構造なども知られている。

ステージ駆動装置を構成する各部品の個体差を見込んで、転動体などを介した可動部の支持構造には、所定のクリアランスが設定されている。しかし、クリアランスの分、可動部が本来の動作方向とは異なる方向に位置ずれしたり振動したりする可能性がある。撮像装置の手振れ補正機構に適用した場合には、撮像素子や光学素子の傾きによる像面位置のずれや光学性能の悪化、手振れ補正動作時の異音発生の原因になるおそれがある。撮像装置で動画撮影を行っているときには、撮像装置内で生じた異音も音声として記録されてしまうので、動画撮影可能な撮像装置では特に、手振れ補正用のステージ駆動装置からの異音を抑制すること求められる。

ステージ駆動装置では、支持構造のクリアランスによる可動部の位置ずれや振動を防ぐ対策として、付勢手段によって可動部を固定部側に引き付けることが行われる。付勢手段として、磁気バネを用いる技術が特許文献１に記載されている。磁気バネは、固定部と可動部の一方に、ボイスコイルモータの磁石を設け、固定部と可動部の他方に、磁石からの磁気吸引力を受ける磁性体を設けて構成される。引張バネや圧縮バネなどの機械的なバネ手段に比して、磁気バネは簡易且つ省スペースに構成できるという利点がある。

特開２０１５－５５７９４号公報

ステージ駆動装置に磁気バネを用いる場合、磁気バネ用の磁性体が及ぼす影響を考慮する必要がある。例えば、駆動手段としてボイスコイルモータを用いるステージ駆動装置では、可動部の位置検出用にホール素子などの磁気センサを用いる場合が多い。磁気センサは、可動部と固定部のうち磁石が設けられていない側に設置されて、磁石により形成される磁界の状態変化を検出する。ステージ駆動装置における駆動制御は、磁気センサの検出結果に基づいて行われる。しかし、磁気バネ用の磁性体の位置によっては、磁気センサの検出精度に影響を及ぼしてしまうおそれがあり、この課題の解決が求められている。

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、小型で簡単な構造によって可動部の安定性が得られ、可動部を高精度に駆動制御できるステージ駆動装置を提供することを目的とする。本発明はまた、小型で簡単な構造によって、ステージ駆動装置で駆動される対象物の安定性と駆動精度に優れる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明は、固定部と、固定部に対して動作平面に沿って移動可能に支持された可動部とを有し、固定部と可動部の一方に設けた磁石と他方に設けたコイルを含む駆動手段によって可動部を動作平面に沿って移動させるステージ駆動装置に関するものである。固定部と可動部のうちコイルが設けられる側に、固定部に対する可動部の位置を検出する磁気センサと、磁石との間に働く磁力によって、動作平面と垂直な方向での固定部に対する可動部の位置を安定させる磁性体と、を備え、磁性体と磁気センサは動作平面に沿う方向で互いの位置を異ならせており、コイルは空芯コイルであり、空芯部を挟む幅方向の両側に、導線が直線状に延びる一対の略平行な直線状部を有し、コイルの一対の直線状部に沿って延びる一対の磁性体及び一対の磁石を有し、コイルの幅方向で、一対の磁性体のそれぞれの幅は、一対の磁石のそれぞれの幅よりも小さいことを特徴とする。

本発明のステージ駆動装置によれば、磁石と磁性体の間に働く磁力を用いた簡単且つ小型な構造で可動部を安定させることができる。また、磁気センサの検出精度への影響を抑えた位置に磁性体を配したことで、可動部の高精度な駆動制御を実現できる。また、可動部が撮像素子又は光学素子を支持することで、小型で簡単な構造によって、ステージ駆動装置で駆動される対象物の安定性と駆動精度に優れる撮像装置を得ることができる。

ステージ駆動装置の前方斜視図である。 ステージ駆動装置の後方斜視図である。 ステージ駆動装置を構成する中板の正面図である。 中板の背面図である。 前ヨークの背面図である。 前ヨークと後ヨークによる中板の支持構造を示す断面図である。 永久磁石とコイルの配置を示す背面図である。 コイルの短手方向に沿って断面視した、ステージ駆動装置の断面図である。 磁気バネ用の磁性体を備えた状態の中板の背面図である。 図９の磁性体付近を拡大した背面図である。 磁性体と他の構成部材の配置を示す背面図である。

以下、図面を参照して、本発明を適用した実施形態を説明する。図１及び図２に示す本実施形態のステージ駆動装置１０は、撮像装置（不図示）に搭載されるものであり、光学系の光軸ＯＸ（図１）に対して垂直な平面（動作平面）に沿って撮像素子１１（図３に破線で示す）を移動させて手振れ補正を行う。撮像素子１１の前方は、カバーガラス１１ａで覆われている。

以下の説明では、光軸ＯＸに沿う方向を光軸方向と定義する。また、撮像装置にステージ駆動装置１０を搭載した状態での、撮像装置の前後、上下、左右の各方向を図中に矢印で示した。本実施形態において光軸方向は撮像装置の前後方向と一致しており、光軸方向における被写体側が撮像装置の前方、像側が撮像装置の後方となる。なお、本実施形態では、光軸ＯＸに沿って各光学要素を直線的に配置した光学系を想定しているが、撮像素子１１の受光面上に被写体像を形成する光学系はどのようなものでもよい。例えば、プリズムなどの反射光学素子を含む屈曲光学系であってもよく、屈曲光学系を用いた場合、撮像装置の前後、上下、左右の各方向と、各図中に示すステージ駆動装置１０の向きとの対応関係が異なる場合もある。

ステージ駆動装置１０は、撮像装置の内部に固定される固定部と、固定部に対して可動に支持される可動部とを有している。固定部として、前ヨーク２０と後ヨーク３０を有する。可動部として中板４０を有する。前ヨーク２０と後ヨーク３０と中板４０はそれぞれ光軸ＯＸに対して垂直な方向（動作平面に沿う方向）に広がりを持つ板状体であり、光軸方向で前方に前ヨーク２０、後方に後ヨーク３０が位置し、前ヨーク２０と後ヨーク３０の間に中板４０が配置される。

前ヨーク２０と後ヨーク３０はそれぞれ、軟鉄などの磁性体からなる。図５に示すように、前ヨーク２０は、左右方向に延びる上板部２１及び下板部２２と、上下方向に延びる左板部２３とを有し、上板部２１と下板部２２の左端部を左板部２３で接続したコ字状の概略形状である。後ヨーク３０は、前ヨーク２０と概ね対応する構成であり、左右方向に延びる上板部３１及び下板部３２の左端部を、左板部３３で接続したコ字状の概略形状を有する。前ヨーク２０における上板部２１は、下板部２２よりも左右方向に長い。後ヨーク３０における上板部３１は、下板部３２よりも左右方向に長い。

前ヨーク２０には、３つの支持案内部２４が設けられている。上板部２１の先端（右端）近くに配置したものを支持案内部２４Ａ、上板部２１と左板部２３の境界付近に配置したものを支持案内部２４Ｂ、下板部２２の途中に配置したものを支持案内部２４Ｃとする。図６に示す支持案内部２４の断面構造は、３箇所の支持案内部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに共通するものである。

図６に示すように、各支持案内部２４は、球状の転動体２５と、リテーナ２６と、調整ネジ２７と、調整バネ２８と、を有している。リテーナ２６は、前ヨーク２０に形成した前後方向への貫通孔に挿入されており、フランジ２６ａが前ヨーク２０の後面に接触して、前ヨーク２０に対するリテーナ２６の前方への移動を規制する。リテーナ２６の後方を向く端部には、内部に転動体２５を収めた収容孔２６ｂが形成されている。調整ネジ２７は、雄ネジが形成された軸部２７ａをリテーナ２６内のネジ孔に螺合させており、軸部２７ａよりも大径の頭部２７ｂが前ヨーク２０の前面側に位置している。頭部２７ｂとリテーナ２６の間に、調整バネ２８が挿入されている。軸部２７ａの先端が転動体２５に当接し、調整ネジ２７の締め込み量に応じて転動体２５の前後方向位置（収容孔２６ｂからの突出量）が変化する。調整バネ２８は、リテーナ２６と調整ネジ２７の間のガタつきを除去する。

後ヨーク３０には、３つの支持案内部３４が設けられている。上板部３１の先端（右端）近くに配置したものを支持案内部３４Ａ、上板部３１と左板部３３の境界付近に配置したものを支持案内部３４Ｂ、下板部３２の途中に配置したものを支持案内部３４Ｃとする。図６に示す支持案内部３４の断面構造は、支持案内部３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃに共通するものである。

図６に示すように、各支持案内部３４は、球状の転動体３５と、転動体３５を内部に収めた収容孔３６と、押さえ板３７と、を有している。収容孔３６は、後ヨーク３０を前後方向に貫通する貫通孔である。押さえ板３７は、後ヨーク３０の後面側にリベット留めで固定されて、収容孔３６の後部を塞ぐ。転動体３５は、押さえ板３７によって後方への移動が規制され、後ヨーク３０の前面よりも前方に突出する。

図３及び図４に示すように、中板４０は、左右方向に延びる上板部４１及び下板部４２を有し、上板部４１と下板部４２の左端部を左板部４３で接続し、上板部４１と下板部４２の右端部を右板部４４で接続している。上板部４１と下板部４２と左板部４３と右板部４４に囲まれる領域に、撮像素子基板４５が取り付けられている（図２、図４参照）。撮像素子基板４５の前面側に撮像素子１１が取り付けられており、撮像素子基板４５の後面側にはコネクタ４６が設けられている。撮像素子１１の受光面は、長辺が左右方向に向き、短辺が上下方向に向く、横長形状である。

中板４０の前後から前ヨーク２０と後ヨーク３０を組み合わせると、支持案内部２４Ａと支持案内部３４Ａが前後方向に並び、支持案内部２４Ｂと支持案内部３４Ｂが前後方向に並び、支持案内部２４Ｃと支持案内部３４Ｃが前後方向に並ぶ。中板４０には、これら３箇所の支持案内部２４及び支持案内部３４に挟まれる位置に、３つの被挟持部４７が形成されている。支持案内部２４Ａと支持案内部３４Ａに挟まれる箇所を被挟持部４７Ａ、支持案内部２４Ｂと支持案内部３４Ｂに挟まれる箇所を被挟持部４７Ｂ、支持案内部２４Ｃと支持案内部３４Ｃに挟まれる箇所を被挟持部４７Ｃとする。

各被挟持部４７の前後の面はいずれも、光軸ＯＸに対して垂直な平面である。各被挟持部４７の前面に支持案内部２４側の転動体２５が当て付き、各被挟持部４７の後面に支持案内部３４側の転動体３５が当て付く。各支持案内部２４における調整ネジ２７の締め込み量に応じて、被挟持部４７に対する転動体２５の接触圧を調整できる。

このようにして前ヨーク２０と後ヨーク３０の間に中板４０を組み付けると、上板部４１が上板部２１と上板部３１の間に位置し、下板部４２が下板部２２と下板部３２の間に位置し、左板部４３が左板部２３と左板部３３の間に位置する。

３つの支持案内部２４（転動体２５）と３つの支持案内部３４（転動体３５）によって前後から挟まれた中板４０は、光軸ＯＸに対して垂直な動作平面に沿って移動可能である。転動体２５と転動体３５による支持は、動作平面内での中板４０の移動方向を制限しない。そのため、中板４０は、上下方向や左右方向への直線的な移動だけでなく、上下方向と左右方向の両方の成分を含む斜め方向への移動や、光軸ＯＸと平行な仮想軸を中心とした傾動も行うことができる。前ヨーク２０と後ヨーク３０には、動作平面に沿う中板４０の機械的な最大移動端を定めるストッパが設けられている。

球状の転動体２５や転動体３５に対して平滑な平面である被挟持部４７を接触させた構成であるため、中板４０の移動の際には、抵抗の少ない円滑な動作を実現できる。また、左右方向に離れた２箇所の支持位置（支持案内部２４Ａ及び支持案内部３４Ａ、支持案内部２４Ｂ及び支持案内部３４Ｂ）と、これら２箇所に対して上下方向に位置を異ならせた１箇所の支持位置（支持案内部２４Ｃ及び支持案内部３４Ｃ）の、計３箇所で中板４０を支持するので、上記動作平面に対する中板４０の傾きを防ぐことができる。

ステージ駆動装置１０は、上記動作平面に沿って中板４０を移動させる駆動手段として、磁気回路内に配したコイルに通電して推力を発生させるボイスコイルモータを備えている。ボイスコイルモータは、前ヨーク２０と後ヨーク３０の間に永久磁石５０とコイル６０を配して構成されている。

図５に示すように、複数の永久磁石５０が前ヨーク２０の後面側に取り付けられている。より詳しくは、上板部２１に２セット、左板部２３に２セットの、計４セットの永久磁石５０が配される。上板部２１に配した２セットを、右側から順に永久磁石５０Ａ、５０Ｂとし、左板部２３に配した２セットを、下側から順に永久磁石５０Ｃ、５０Ｄとする。

各セットの永久磁石５０は、一対の分割磁石５１、５２で構成されている。分割磁石５１、５２は、前ヨーク２０に対して接着などで固定される。分割磁石５１と分割磁石５２はそれぞれ、細長い矩形状であり、互いの長手方向を平行にして配置される。分割磁石５１と分割磁石５２の間には隙間５３が存在する。前ヨーク２０には、隙間５３を形成するためのスペーサ５４が設けられている。分割磁石５１がスペーサの５４の一方の側部に沿って配置され、分割磁石５２がスペーサの５４の他方の側部に沿って配置される。

上板部２１に配した永久磁石５０Ａと永久磁石５０Ｂでは、それぞれの分割磁石５１と分割磁石５２が長手方向を左右方向に向けており、分割磁石５１と分割磁石５２の間に上下方向の隙間５３がある。左板部２３に配した永久磁石５０Ｃと永久磁石５０Ｄでは、分割磁石５１と分割磁石５２が長手方向を上下方向に向けており、分割磁石５１と分割磁石５２の間に左右方向の隙間５３がある。

図３に示すように、複数のコイル６０が中板４０に取り付けられている。より詳しくは、上板部４１に２つ、左板部４３に２つの、計４つのコイル６０が配される。上板部４１上の２つを右側から順にコイル６０Ａ、６０Ｂとし、左板部４３上の２つを下側から順にコイル６０Ｃ、６０Ｄとする。各コイル６０は、上板部４１と左板部４３に形成した前後方向への貫通孔４８に挿入されており、各コイル６０の前面が中板４０の前面側に露出する。

各コイル６０は、空芯部６５を囲んで導線を巻回した空芯コイルである。空芯部６５を挟む位置関係にある一対の平行な長辺部（直線状部）６１、６２では、導線が直線状に延びており、長辺部６１と長辺部６２の両端を一対の接続部６３、６４が接続している。長辺部６１、６２を長くすることによって、コイル６０に通電したときに生じる推力を大きくさせることができる。

上板部４１に配したコイル６０Ａとコイル６０Ｂでは、長辺部６１と長辺部６２の長手方向が左右方向に向いており、長辺部６１と長辺部６２は空芯部６５を介して上下方向に間隔を開けている。左板部４３に配したコイル６０Ｃとコイル６０Ｄでは、長辺部６１と長辺部６２の長手方向が上下方向に向いており、長辺部６１と長辺部６２は空芯部６５を介して左右方向に間隔を開けている。

光軸方向に沿って見たときの各永久磁石５０と各コイル６０の関係（投影位置）を、図７に示した。また、前ヨーク２０と後ヨーク３０の間に中板４０を支持した状態の各永久磁石５０と各コイル６０付近の断面構造を図８に示した。図７及び図８に示す構造は、４箇所の永久磁石５０及びコイル６０に共通するものである。

なお、図７及び図８は、中板４０が初期位置にある場合の永久磁石５０とコイル６０の位置関係を示している。初期位置とは、永久磁石５０に対してコイル６０が、上下方向と左右方向のいずれにも偏りなく位置している設計上の基準位置である。撮像装置との関係では、光学系の光軸ＯＸが撮像素子１１の所定位置（例えば、受光面の外形中心）を通る状態が、中板４０の初期位置として設定される。

永久磁石５０においては、図７のように光軸方向に沿って見たときの、各分割磁石５１、５２の長手方向への大きさを「長さ」とし、各分割磁石５１、５２の短手方向への大きさを「幅」とする。コイル６０においては、図７のように光軸方向に沿って見たときの、各長辺部６１、６２の長手方向への大きさを「長さ」、各長辺部６１、６２の短手方向への大きさを「幅」とする。また、図８に示すステージ駆動装置１０の各部の前後方向への大きさを「厚さ（厚み）」とする。

図７を参照して、永久磁石５０とコイル６０の大きさ及び位置関係について説明する。永久磁石５０を構成する分割磁石５１と分割磁石５２は、長さが同じであり、互いに長手方向の位置を揃えて配置されている。従って、個々の分割磁石５１、５２の長さＬ１と、永久磁石５０全体の長さ（外形長）Ｌ１は一致している。分割磁石５１と分割磁石５２は、互いに同じ幅Ｗ１ａを有している。分割磁石５１の幅Ｗ１ａと分割磁石５２の幅Ｗ１ａと隙間５３の幅Ｗ１ｂを合わせたものが、永久磁石５０全体としての幅（外形幅）Ｗ１になる。

コイル６０における各長辺部６１、６２の長さは、空芯部６５の長さＬ２ａに対応している。空芯部６５の長さＬ２ａに、接続部６３、６４での導線の巻高を加えたものが、コイル６０全体としての長さ（外形長）Ｌ２になる。長辺部６１と長辺部６２は、互いに同じ幅（導線の巻高）Ｗ２ａを有している。長辺部６１の幅Ｗ２ａと長辺部６２の幅Ｗ２ａと空芯部６５の幅Ｗ２ｂを合わせたものが、コイル６０全体としての幅（外形幅）Ｗ２になる。

永久磁石５０全体の幅Ｗ１は、コイル６０全体の幅Ｗ２よりも大きい。分割磁石５１、５２のそれぞれの幅Ｗ１ａは、コイル６０の長辺部６１、６２のそれぞれの幅Ｗ２ａよりも大きい。永久磁石５０の隙間５３の幅Ｗ１ｂは、コイル６０の空芯部６５の幅Ｗ２ｂよりも小さい。

図７に示す初期位置では、コイル６０の各長辺部６１、６２の幅Ｗ２ａが、対応する各分割磁石５１、５２の幅Ｗ１ａの範囲内に位置しており（光軸方向に沿って見て、幅Ｗ２ａの全域が幅Ｗ１ａと重なっており）、各分割磁石５１、５２には、各長辺部６１、６２とは重ならない幅方向の駆動代Ｇ１、Ｇ２が存在する。初期位置からコイル６０を幅方向の一方（図７における上方）に移動させたとき、駆動代Ｇ１の範囲までは、長辺部６１の幅Ｗ２ａ全体が分割磁石５１の幅Ｗ１ａの範囲に収まる状態が維持される。初期位置からコイル６０を幅方向の他方（図７における下方）に移動させたとき、駆動代Ｇ２の範囲までは、長辺部６２の幅Ｗ２ａ全体が分割磁石５２の幅Ｗ１ａの範囲に収まる状態が維持される。従って、永久磁石５０とコイル６０を幅方向に相対移動させるときに、各長辺部６１、６２が各分割磁石５１、５２と前後方向に正対する（各長辺部６１、６２の投影位置が各分割磁石５１、５２と重なる）関係が、駆動代Ｇ１、Ｇ２の範囲で確保され、この範囲内で永久磁石５０からコイル６０を逸脱させずに中板４０を移動させることができる。永久磁石５０の幅Ｗ１内にコイル６０の幅Ｗ２が収まっている範囲が、ボイスコイルモータによって中板４０の駆動が制御される実用上の駆動範囲となる。この実用上の駆動範囲は、ストッパにより制限される機械的な中板４０の可動範囲よりも小さい。

コイル６０全体の長さ（外形長）Ｌ２は、空芯部６５の長さＬ２ａよりも大きく、この空芯部６５の長さＬ２ａが、各長辺部６１、６２の実質的な長さに相当する。永久磁石５０の各分割磁石５１、５２の長さＬ１は、コイル６０全体の長さＬ２よりも大きい。

図７に示す初期位置では、空芯部６５の長さＬ２ａが、各分割磁石５１、５２の長さＬ１の範囲内に位置しており、各分割磁石５１、５２には、各長辺部６１、６２とは重ならない長手方向の駆動代Ｈ１、Ｈ２が存在する。初期位置からコイル６０を長手方向の一方と他方に移動させたとき、駆動代Ｈ１、Ｈ２の範囲までは、長辺部６１、６２の長さの全体が、対応する分割磁石５１、５２の長さの全体に収まる状態が維持される。従って、永久磁石５０とコイル６０を長手方向に相対移動させるときに、各長辺部６１、６２が各分割磁石５１、５２と前後方向に正対する（各長辺部６１、６２の投影位置が各分割磁石５１、５２と重なる）関係が、駆動代Ｈ１、Ｈ２の範囲で確保され、この範囲内で永久磁石５０からコイル６０を逸脱させずに中板４０を移動させることができる。永久磁石５０の長さＬ１内に空芯部６５（長辺部６１、６２）の長さＬ２ａが収まっている範囲が、ボイスコイルモータによって中板４０の駆動が制御される実用上の駆動範囲となる。この実用上の駆動範囲は、ストッパにより制限される機械的な中板４０の可動範囲よりも小さい。

続いて、図８を参照して、前後方向におけるステージ駆動装置１０の各部の厚さについて説明する。前ヨーク２０の前面から後ヨーク３０の後面までが、ステージ駆動装置１０全体の厚さＴ１である。厚さＴ１から、前ヨーク２０の厚さＴ２と後ヨーク３０の厚さＴ３と永久磁石５０の厚さＴ４を引くと、空隙厚さＴ５となる。空隙厚さＴ５は、永久磁石５０の後面から後ヨーク３０の前面までの前後方向寸法を表しており、この空隙厚さＴ５内には、コイル６０（貫通孔４８内にコイル６０を保持した中板４０を含む）が位置する。前後方向へのコイル６０の厚さ（導線の巻厚）Ｔ６は、空隙厚さＴ５よりも小さい。永久磁石５０の後面とコイル６０の前面の間には空間Ｕ１があり、コイル６０の後面と後ヨーク３０の前面の間には空間Ｕ２がある。空間Ｕ２には、後述するフレキシブル基板６７と磁性体８０が配置されている。

永久磁石５０の分割磁石５１と分割磁石５２は、図８に示すように着磁されており、前ヨーク２０と後ヨーク３０の間で、前後方向への磁界の向きが形成される。この磁界内にコイル６０が位置しており、分割磁石５１と長辺部６１が前後方向に対向し、分割磁石５２と長辺部６２が前後方向に対向している。コイル６０に通電すると、フレミングの左手の法則によって、磁界の向き（前後方向）及び長辺部６１、６２に沿う電流の向き（図８の紙面直交方向）に対して垂直な推力Ｆが発生する。コイル６０Ａとコイル６０Ｂでは、長辺部６１及び長辺部６２に沿って左右方向に電流が流れるため、上下方向への推力Ｆが生じる。コイル６０Ｃとコイル６０Ｄでは、長辺部６１及び長辺部６２に沿って上下方向に電流が流れるため、左右方向への推力Ｆが生じる。

４つのコイル６０への通電を適宜制御することによって、光軸ＯＸに対して垂直な動作平面内で、中板４０を任意の位置に移動させることができる。そして、撮像素子１１の受光面の長辺部分に沿う２箇所（永久磁石５０Ａ及びコイル６０Ａ、永久磁石５０Ｂ及びコイル６０Ｂ）と、撮像素子１１の受光面の短辺部分に沿う２箇所（永久磁石５０Ｃ及びコイル６０Ｃ、永久磁石５０Ｄ及びコイル６０Ｄ）に永久磁石５０とコイル６０を配したので、中板４０に対してバランス良く高い駆動力を与えることができる。

コイル６０の空芯部６５の内側には磁気センサ６６が設けられている。磁気センサ６６は、コイル６０と同様に、中板４０と共に移動する。磁気センサ６６はホール素子からなり、中板４０の移動で永久磁石５０との相対位置が変化することに伴う磁界の状態変化を、磁気センサ６６で検出する。本実施形態で磁気センサ６６が配されるのは、３つのコイル６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃの３つの空芯部６５の内側であり、残る１つのコイル６０Ｄの空芯部６５には磁気センサ６６が配されていない。コイル６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃのそれぞれの空芯部６５内に配置されている磁気センサ６６を、磁気センサ６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃとして区別する。上側の磁気センサ６６Ａ、６６Ｂによって、主に上下方向での中板４０の位置を検出し、左側の磁気センサ６６Ｃによって、主に左右方向での中板４０の位置を検出する。そして、各磁気センサ６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃの検出信号に基づいて、光軸ＯＸに対して垂直な動作平面内での中板４０の位置や姿勢の変化を検出することができる。

４つのコイル６０と３つの磁気センサ６６は、フレキシブル基板６７上に設けられている。フレキシブル基板６７は中板４０の後面側に取り付けられ、中板４０の上板部４１の後面側に沿う上片部６７ａと、中板４０の左板部４３の後面側に沿う左片部６７ｂを有している。上片部６７ａの前面側に、コイル６０Ａ、６０Ｂと磁気センサ６６Ａ、６６Ｂが配設されており、左片部６７ｂの前面側に、コイル６０Ｃ、６０Ｄと磁気センサ６６Ｃが配設されている。

フレキシブル基板６７はさらに、上片部６７ａから右方に向けて延設される側方部６７ｃを有する。本実施形態のステージ駆動装置１０は、固定部である前ヨーク２０側に永久磁石５０が取り付けられ、可動部である中板４０側にコイル６０が取り付けられた、いわゆるムービング・コイル型の構造である。そのため、中板４０を移動させる際には、中板４０に取り付けられたフレキシブル基板６７も追随して移動する。側方部６７ｃは可撓性を有しており、フレキシブル基板６７が中板４０に追随して移動するときの抵抗を抑制する。

図４に概念的に示すように、ステージ駆動装置１０は、撮像装置を統括的に制御する制御部７０と電気的に接続される。撮像素子１１での光電変換を経て得られた被写体の画像信号が、コネクタ４６に接続するフレキシブル基板（不図示）を通して制御部７０に送られ、画像処理回路によって処理されて所定の画像データに変換される。

各コイル６０と各磁気センサ６６は、フレキシブル基板６７を介して制御部７０に接続されている。制御部７０は、各コイル６０への通電を制御して、中板４０を駆動させる。各磁気センサ６６で検出した信号が制御部７０に送信され、当該信号に基づいて、制御部７０が中板４０（撮像素子１１）の位置情報などを取得する。

撮像装置の姿勢や挙動が姿勢検出センサ７１によって検出され、姿勢検出センサ７１の検出信号が制御部７０に入力される。姿勢検出センサ７１はジャイロセンサなどからなる。姿勢検出センサ７１からの検出信号に基づいて、制御部７０は撮像装置に加わった手振れ（又はその他の原因による撮像装置の挙動）の大きさや方向などの情報を得る。そして、撮像素子１１の受光面上での像振れを解消させるように、コイル６０への通電制御を行う。

ところで、手振れ補正などで撮像素子１１の位置制御を行う際には、中板４０を非常に高速且つ微細に移動させるので、中板４０を支持する構造は、動作抵抗が小さく高レスポンスの動作を実現できることが求められる。その一方、ステージ駆動装置１０を構成する各部品には、製品として成立する範囲内で精度の個体差が存在する。また、複数の部品を組み付ける際の精度のばらつきもある。例えば、球状の転動体２５、３５によって中板４０を支持する構造は、中板４０の円滑な動作を実現できるが、被挟持部４７の前面や後面の面精度や位置精度に応じて、適正な支持状態はステージ駆動装置１０の個体ごとに異なる。そのため、支持案内部２４及び支持案内部３４による被挟持部４７の支持部分に、ごく僅かなクリアランスを設定して、上記のような精度の個体差や組み付け精度のばらつきを吸収できるようにする。本実施形態のステージ駆動装置１０では、このようなクリアランスを設けても、中板４０の安定した動作を実現できる手段を備えている。以下、その詳細を説明する。

図９に示すように、フレキシブル基板６７の背面側に、複数の磁性体８０が取り付けられている。より詳しくは、上片部６７ａに２セット、左片部６７ｂに１セットの、計３セットの磁性体８０が配される。上片部６７ａに配した２セットを右側から順に磁性体８０Ａ、８０Ｂとし、左片部６７ｂに配した１セットを磁性体８０Ｃとする。各磁性体８０は、薄板状の金属などからなる。

これらの磁性体８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃが、前ヨーク２０に設けた永久磁石５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに対して前後方向に並ぶ位置関係にあり、各永久磁石５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃからの磁気的な吸引力が、各磁性体８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃに対して作用する。この吸引力が、中板４０を前ヨーク２０側に引き付ける磁気バネとして機能し、中板４０の３箇所の被挟持部４７の前面が３つの転動体２５に接触する状態が維持される。従って、固定部である前ヨーク２０及び後ヨーク３０と、可動部である中板４０との間に、部品の個体差や組み付け誤差を吸収するための前後方向のクリアランスを設けても、中板４０の前後方向位置を安定させることができる。その結果、前後方向への中板４０のガタつきや光軸ＯＸに対する中板４０の傾きを防いで、中板４０の高精度な支持及び動作を実現できる。つまり、撮像素子１１の受光面の位置と向きを高精度に管理できる。

左右方向に離間して配された２箇所（永久磁石５０Ａと磁性体８０Ａ、永久磁石５０Ｂと磁性体８０Ｂ）と、これら２箇所に対して上下方向に離れて設定された１箇所（永久磁石５０Ｃと磁性体８０Ｃ）の３箇所に、磁気バネとして機能する永久磁石５０と磁性体８０を配置している。そのため、中板４０をバランス良く付勢して、高度な安定性を持たせることができる。

各セットの磁性体８０は、一対の分割磁性体８１、８２で構成されている。分割磁性体８１と分割磁性体８２はそれぞれ、光軸方向に沿って見て細長い矩形状であり、互いの長手方向を平行にして配置される。図１１のように光軸方向に沿って見たときの、各分割磁性体８１、８２の長手方向の大きさを「長さ」とし、各分割磁性体８１、８２の短手方向の大きさを「幅」とする。分割磁性体８１と分割磁性体８２は、互いの長さが同じであり、且つ互いの幅が同じである。各セットの磁性体８０において分割磁性体８１と分割磁性体８２の間に隙間８３が存在する。

磁性体８０Ａと磁性体８０Ｂでは、分割磁性体８１と分割磁性体８２が長手方向を左右方向に向けており、分割磁性体８１と分割磁性体８２が上下方向への隙間８３を有する。磁性体８０Ｃでは、分割磁性体８１と分割磁性体８２が長手方向を上下方向に向けており、分割磁性体８１と分割磁性体８２が左右方向への隙間８３を有する。

磁性体８０Ａは、フレキシブル基板６７の上片部６７ａのうち、コイル６０Ａが取り付けられている部分の後面（裏面）側に固定されている（図１０参照）。磁性体８０Ｂは、フレキシブル基板６７の上片部６７ａのうち、コイル６０Ｂが取り付けられている部分の後面（裏面）側に固定されている。磁性体８０Ｃは、フレキシブル基板６７の左片部６７ｂのうち、コイル６０Ｃが取り付けられている部分の後面（裏面）側に固定されている。フレキシブル基板６７に対する各磁性体８０の固定は、接着や両面テープによる貼り付けなど、任意の手段によって行われる。

図１０及び図１１に、磁性体８０の具体的な配置を示した。図１０は磁性体８０Ａを示しており、図１１は、磁性体８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの全てに対応したものである。なお、図１０及び図１１は、先に述べた中板４０の初期位置での位置関係を示したものであり、中板４０の移動に応じて、中板４０に支持された各部位（コイル６０、磁気センサ６６、磁性体８０）の位置が変化する。

磁性体８０を構成する一方の分割磁性体８１は、永久磁石５０の分割磁石５１及びコイル６０の長辺部６１に対して、前後方向に並ぶ（光軸方向に沿って見た投影位置が重なる）関係にある。磁性体８０における他方の分割磁性体８２は、永久磁石５０の分割磁石５２及びコイル６０の長辺部６２に対して、前後方向に並ぶ（光軸方向に沿って見た投影位置が重なる）関係にある。中板４０の初期位置では、分割磁性体８１、８２の長手方向は、分割磁石５１、５２の長手方向と平行である。

図１１に示すように、一対の分割磁性体８１、８２と隙間８３を含む磁性体８０全体の幅（外形幅）Ｗ３は、永久磁石５０全体の幅（外形幅）Ｗ１よりも小さい。分割磁性体８１、８２の個々の幅Ｗ３ａは、対応する各分割磁石５１、５２の個々の幅Ｗ１ａよりも小さい。また、分割磁性体８１、８２の隙間８３の幅Ｗ３ｂは、分割磁石５１、５２の隙間５３の幅Ｗ１ｂと、空芯部６５の幅Ｗ２ｂ（図７参照）のいずれよりも大きい。

図１１に示す初期位置では、各分割磁性体８１、８２の幅Ｗ３ａが、対応する各分割磁石５１、５２の幅Ｗ１ａの範囲内に位置しており（光軸方向に沿って見て、幅Ｗ３ａの全域が幅Ｗ１ａと重なっており）、各分割磁石５１、５２には、各分割磁性体８１、８２とは重ならない幅方向の駆動代Ｊ１、Ｊ２が存在する。初期位置からコイル６０及び磁性体８０を幅方向の一方（図１１における下方）に移動させたとき、駆動代Ｊ１の範囲までは、分割磁性体８１の幅Ｗ３ａ全体が分割磁石５１の幅Ｗ１ａの範囲に収まる状態が維持される。初期位置からコイル６０及び磁性体８０を幅方向の他方（図１１における上方）に移動させたとき、駆動代Ｊ２の範囲までは、分割磁性体８２の幅Ｗ３ａ全体が分割磁石５２の幅Ｗ１ａの範囲に収まる状態が維持される。従って、永久磁石５０と磁性体８０が幅方向に相対移動するときに、各分割磁性体８１、８２が各分割磁石５１、５２と前後方向に並ぶ（各分割磁性体８１、８２の投影位置が各分割磁石５１、５２と重なる）関係が、駆動代Ｊ１、Ｊ２の範囲で確保され、この範囲内で永久磁石５０から磁性体８０を逸脱させずに中板４０を移動させることができる。

分割磁性体８１と分割磁性体８２は、長さが同じであり、互いに長手方向の位置を揃えて配置されている。従って、個々の分割磁性体８１、８２の長さＬ３と、磁性体８０全体の長さ（外形長）Ｌ３は一致している。各分割磁性体８１、８２の長さＬ３は、対応する各分割磁石５１、５２のそれぞれの長さＬ１よりも小さい。

図１１に示す初期位置では、各分割磁性体８１、８２の長さＬ３が、各分割磁石５１、５２の長さＬ１の範囲内に位置しており、各分割磁石５１、５２には、各分割磁性体８１、８２とは重ならない長手方向の駆動代Ｋ１、Ｋ２が存在する。初期位置からコイル６０を長手方向の一方と他方に移動させたとき、駆動代Ｋ１、Ｋ２の範囲までは、各分割磁性体８１、８２の長さＬ３の全体が、対応する分割磁石５１、５２の長さＬ１の全体に収まる状態が維持される。従って、永久磁石５０と磁性体８０が長手方向に相対移動するときに、各分割磁性体８１、８２が各分割磁石５１、５２と前後方向に並ぶ（各分割磁性体８１、８２の投影位置が各分割磁石５１、５２と重なる）関係が、駆動代Ｋ１、Ｋ２の範囲で確保され、この範囲内で永久磁石５０から磁性体８０を逸脱させずに中板４０を移動させることができる。

上述したように、永久磁石５０の長さＬ１内に空芯部６５（長辺部６１、６２）の長さＬ２ａが収まっている範囲と、永久磁石５０の幅Ｗ１内にコイル６０の幅Ｗ２が収まっている範囲が、ボイスコイルモータによって中板４０の駆動が制御される実用上の駆動範囲である。駆動代Ｊ１、Ｊ２と駆動代Ｋ１、Ｋ２を設定したことで、ボイスコイルモータによる中板４０の駆動範囲の大部分で、分割磁性体８１、８２の少なくとも一方の全体が、分割磁石５１、５２に対して前後方向に並ぶ関係が維持される。

例えば、中板４０の駆動に伴って磁性体８０が図１１中の上方に移動したとする。すると、一方の分割磁性体８１の一部は、分割磁石５１と前後方向に対向する位置を外れるが、他方の分割磁性体８２は、移動量が駆動代Ｊ２を超えるまで、幅方向の全体（幅Ｗ３ａ）が分割磁石５２と前後方向に対向する状態を維持できる。逆に、中板４０の駆動に伴って磁性体８０が図１１中の下方に移動した場合は、移動量が駆動代Ｊ１を超えるまで、分割磁性体８１の幅方向の全体（幅Ｗ３ａ）が、分割磁石５１と前後方向に対向する状態を維持できる。従って、分割磁性体８１と分割磁性体８２のいずれかに対して、常に永久磁石５０の吸引力を作用させて磁気バネとして機能させることができる。

永久磁石５０と磁性体８０による磁気バネの効果で中板４０を安定させる構造は、引張バネや圧縮バネなどの機械的な付勢手段を用いる構造に比べて、小型に構成でき、生産性や製造コストの面でも優れている。具体的には、磁性体８０は、シンプルな薄板形状の金属などで構成されるので、安価に得られる。また、磁性体８０を設けたフレキシブル基板６７を中板４０に取り付けることで、磁気バネ用の構造が完成する。そのため、付勢手段を取り付けるための独自構造を前後のヨーク２０、３０や中板４０に設ける必要がない。磁性体８０は、フレキシブル基板６７のうち、コイル６０の取り付け領域の裏側を利用して取り付けているので（図８参照）、フレキシブル基板６７の面積を増大させない。図８に示すように、コイル６０の後面と後ヨーク３０の前面の間の空間Ｕ２に、薄型の磁性体８０が収まる部分を確保するだけでよいので、ステージ駆動装置１０の上下方向や左右方向のサイズ増大を招くおそれがない。

個々の磁性体８０は、コイル６０の幅方向に分けられた一対の分割磁性体８１、８２で構成され、各分割磁性体８１、８２は、コイル６０の空芯部６５の両側に配置されている（図１１参照）。従って、空芯部６５内に位置する磁気センサ６６とは前後方向で重ならない位置に（光軸ＯＸと垂直な動作平面に沿う方向で、磁気センサ６６とは位置を異ならせて）、各分割磁性体８１、８２が設置されている。このように分割磁性体８１、８２を位置させると、永久磁石５０から分割磁性体８１、８２に働く磁力が、磁気センサ６６の検出精度に影響することを抑制できる。

上述したように、分割磁石５１、５２と分割磁性体８１、８２の寸法差として、幅方向に駆動代Ｊ１、Ｊ２があり、長さ方向に駆動代Ｋ１、Ｋ２を設定している。これにより、ボイスコイルモータによる中板４０の駆動範囲では、常に分割磁性体８１、８２の少なくとも一方を、分割磁石５１、５２と前後方向に並んで磁気バネとして機能させることができる。

ここで、図１１に示すように、幅方向の駆動代Ｊ１、Ｊ２は、永久磁石５０の幅方向の中央寄りに設定されている。言い換えれば、分割磁性体８１、８２はそれぞれ、永久磁石５０の幅方向の外形寄りに配置されている。この構成により、分割磁性体８１、８２の隙間８３における幅Ｗ３ｂを、大きくさせることができる。幅Ｗ３ｂが大きければ、隙間８３の範囲内に位置する磁気センサ６６から分割磁性体８１、８２までの距離が大きくなり、磁気センサ６６の検出精度への影響をより一層少なくできる。

本実施形態の構成とは逆に、分割磁性体８１、８２を永久磁石５０の幅方向の中央寄りに配置して、駆動代Ｊ１、Ｊ２を永久磁石５０の幅方向の外形寄りに設定することも可能である。しかし、分割磁性体８１、８２を永久磁石５０の幅方向の中央寄りに配置すると、分割磁性体８１、８２の幅方向の間隔が狭くなり、磁気センサ６６からの距離が近くなる。

このように、分割磁性体８１、８２を磁気センサ６６とは重ならない位置に設けたことに加えて、各分割磁性体８１、８２をできるだけ磁気センサ６６から離れて位置するように、各分割磁石５１、５２との位置関係を設定している。これにより、磁気バネの効果を得ながら、磁気センサ６６の検出精度への影響を最小限にすることができる。

図８に示すように、前ヨーク２０と後ヨーク３０の間には、前方から順に、永久磁石５０、コイル６０、フレキシブル基板６７、磁性体８０の順で配置されている。可動部の最も後方側に磁性体８０が位置するので、磁性体８０を永久磁石５０に引き付ける磁気バネの力は、磁性体８０をフレキシブル基板６７の後面側に押し付け、可動部全体を後方から前方に押し込むように働く。これにより、中板４０に対して確実に磁気バネの力を付与することができると共に、フレキシブル基板６７に対する磁性体８０の保持性を高めることができる。

本実施形態とは異なり、コイル６０の前面側（図８の空間Ｕ１）に磁性体８０を配置して、磁性体８０がコイル６０やフレキシブル基板６７を間に置かずに永久磁石５０と直接に対向する構成でも、磁気バネの効果を得ることができる。但し、この構成では、永久磁石５０側に向けて磁性体８０を引く力が、コイル６０から磁性体８０を剥離させる方向に作用する。本実施形態では、このような剥離荷重が磁性体８０に働かないので、磁性体８０の保持性に優れる。

以上に説明したように、本実施形態のステージ駆動装置１０では、永久磁石５０の磁力を磁性体８０に作用させて、磁気バネによって中板４０の安定した支持を実現している。その上で、中板４０が移動する動作平面に沿う方向で磁気センサ６６とは位置を異ならせて磁性体８０を設けることにより、磁気センサ６６の検出精度への影響を防ぎ、中板４０の高精度な駆動制御を実現している。

磁気センサ６６とは重ならない磁性体８０の構成として、一対の分割磁性体８１、８２を、コイル６０の空芯部６５の両側に振り分けて配置している。そのため、中板４０がコイル６０の幅方向のうちいずれに移動した場合でも、概ね均等な磁気バネの効果を得ることができる。

また、永久磁石５０を構成する各分割磁石５１、５２の長手方向に沿って各分割磁性体８１、８２を配設しているため、コンパクトな構造で優れた磁気バネの効果を得ることができる。

以上、図示実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨内における変更や改良が可能である。

上記実施形態のステージ駆動装置１０では、球状の転動体２５、３５を介して中板４０を支持しているが、異なる支持構造によって中板４０を移動可能に支持したものにも適用可能である。一例として、直線的に移動可能なステージ機構を２段階備えた、いわゆるＸＹステージによって可動部を支持した場合でも、本発明を適用可能である。

本発明は、コイル６０の空芯部６５内に磁気センサ６６を配した上記実施形態の構成で特に有効であるが、コイルの空芯部の外側に磁気センサを配した場合にも適用が可能である。すなわち、磁気バネ用の磁性体を磁気センサとは重ならないように配置して、磁気センサの検出精度に影響が及ばないという要件を満たしていれば、本発明は成立する。

上記実施形態のステージ駆動装置１０では、コイル６０の幅方向に分割された分割磁石５１、５２によって永久磁石５０を構成しているが、各コイルに対して分割されない１つの永久磁石を配した構成を選択することもできる。

上記実施形態のステージ駆動装置１０は、前ヨーク２０と後ヨーク３０で固定部を構成しているが、固定部の基本となる部材を非磁性体にして、ヨークを別途取り付けるという構成を選択してもよい。

上記実施形態のステージ駆動装置１０とは逆に、可動部に永久磁石を設けた、いわゆるムービング・マグネット型の構造に本発明を適用することも可能である。この場合、固定部側に、コイル、磁気センサ、磁性体（磁気バネ用）を設ける。その上で、可動部側の永久磁石との間で磁気バネの作用を発揮し（可動部が移動する動作平面に対して垂直な方向で永久磁石と並び）、且つ磁気センサの検出精度に影響しない（可動部が移動する動作平面に沿う方向で、磁気センサとは位置を異ならせる）ように、磁性体を配置すればよい。

上記実施形態のステージ駆動装置１０は撮像素子１１を駆動するものであるが、撮像装置において撮像素子以外の光学素子（レンズなど）を駆動するものにも適用が可能である。

ステージ駆動装置で撮像素子を駆動させる場合の用途は、手振れ補正以外でもよい。例えば、上記実施形態のステージ駆動装置１０は、光軸ＯＸと垂直な平面内で撮像素子１１を傾けることが可能であり、この撮像素子１１の動きによって、撮影構図の傾き調整を実行してもよい。

本発明は撮像装置に好適であるが、撮像装置以外にも適用が可能であり、ステージ駆動装置による駆動対象は、撮像素子や光学素子以外のものでもよい。

１０ ：ステージ駆動装置
１１ ：撮像素子
２０ ：前ヨーク（固定部）
２４ ：支持案内部
２５ ：転動体
３０ ：後ヨーク（固定部）
３４ ：支持案内部
３５ ：転動体
４０ ：中板（可動部）
４５ ：撮像素子基板
４７ ：被挟持部
５０ ：永久磁石（駆動手段）
５１ ：分割磁石
５２ ：分割磁石
６０ ：コイル（駆動手段、空芯コイル）
６１ ：長辺部（直線状部）
６２ ：長辺部（直線状部）
６５ ：空芯部
６６ ：磁気センサ
６７ ：フレキシブル基板
８０ ：磁性体
８１ ：分割磁性体
８２ ：分割磁性体
ＯＸ ：光軸

Claims (5)

1. 固定部と、前記固定部に対して動作平面に沿って移動可能に支持された可動部とを有し、前記固定部と前記可動部の一方に設けた磁石と他方に設けたコイルを含む駆動手段によって前記可動部を前記動作平面に沿って移動させるステージ駆動装置であって、
   前記固定部と前記可動部のうち前記コイルが設けられる側に、
   前記固定部に対する前記可動部の位置を検出する磁気センサと、
   前記磁石との間に働く磁力によって、前記動作平面と垂直な方向での前記固定部に対する前記可動部の位置を安定させる磁性体と、を備え、
   前記磁性体と前記磁気センサは、前記動作平面に沿う方向で互いの位置を異ならせており、
   前記コイルは空芯コイルであり、空芯部を挟む幅方向の両側に、導線が直線状に延びる一対の略平行な直線状部を有し、
   前記コイルの一対の直線状部に沿って延びる一対の前記磁性体及び一対の前記磁石を有し、
   前記コイルの幅方向で、前記一対の磁性体のそれぞれの幅は、前記一対の磁石のそれぞれの幅よりも小さいことを特徴とするステージ駆動装置。
2. 前記磁気センサは前記コイルの前記空芯部内に配置され、
   前記一対の磁性体は、前記コイルの幅方向で前記磁気センサの両側に分かれて位置している、請求項１に記載のステージ駆動装置。
3. 前記動作平面に対して垂直な方向で、前記磁石、前記コイル、前記磁性体の順で配列される、請求項１又は請求項２に記載のステージ駆動装置。
4. 前記コイル及び前記磁気センサは、前記可動部と前記固定部の一方に取り付けられるフレキシブル基板上に配置され、
   前記磁性体は、前記フレキシブル基板のうち前記コイルの裏面側に配置される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステージ駆動装置。
5. 前記可動部は撮像素子又は光学素子を支持している、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のステージ駆動装置を備えた撮像装置。

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