JPH10257743A - 防振装置用アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 防振装置に使用される有限角駆動のアクチュ
エータにおいて、部材及び形状を変更し、大型の光学系
を有する撮像装置の防振装置に適用を可能とすることを
目的とする。 【解決手段】 高負荷を駆動し、高精度な位置決めを行
うために、コイル可動子２のアームの材質を非磁性体金
属とし、中空部８０及びスリット８１を有する形状に変
更することにより、強度を向上させ、かつ磁気摩擦の生
じることのない防振装置用のアクチュエータを構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば大型の光
学系を有する撮像装置において、航空機や車両等に搭載
した場合に、撮像装置に加わる振動を抑止するための防
振装置に使用され、画像の振れを防止するために、高い
位置決め精度を有し、なおかつ高負荷を駆動することが
可能な高いトルク特性を有することを特徴とする有限角
可動のアクチュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】航空機や車両等からの画像撮影において
は、航空機や車両の発生する振動により、カメラに動揺
が加わり撮像画像にブレが生じ画像が認識できない場合
がある。焦点距が長いほどこの影響は顕著である。この
ような振動による画像のぶれを抑止するために、光学系
に液体プリズムを適用し、プリズム角を制御し画像振れ
を補正する方式、撮像素子の画像をトリミングし画像の
振れを補正する方式や、防振装置を用いて光受光素子を
含めたカメラ系を駆動して画像振れを補正する方式が用
いられている。

【０００３】しかしながら、プリズム角度を変化させる
方式では、構造上画像振れを補正できる角度範囲が小さ
く、更に補正角度が大きくなると画像や色にひずみが生
じるといった問題があった。撮像素子の画像をトリミン
グする方式では、補正角度が大きくなると未使用の画素
数が多くなり、画素数に対して画質が悪くなるといった
欠点があった。また、複数のカメラ系を同時に画像補正
を行う場合には、プリズム方式やトリミング方式では複
数のプリズム、メモリー回路が必要となり、装置全体が
複雑化する。

【０００４】防振装置を用いた方式ではモータによりカ
メラ系を搭載したジンバルを駆動するため、複数個のカ
メラ系の画像補正を同時に行うことが可能である。通常
のモータ駆動では、駆動系がギアを用いた構造となるた
め、ギアボックスが必要となり装置全体が大型化する、
またバックラッシが生じるため低精度であるといった欠
点があった。負荷の回転軸とモータ回転軸を直結して負
荷を直接駆動するダイレクトドライブ方式は高精度にし
易く、駆動系全体が小型化できる等の利点を有するがモ
ータサイズは大きくなり、組み立て精度が必要、モータ
価格が高価であるなどの欠点を有していた。

【０００５】防振装置を用いて画像補正を行う場合、光
学系の可動角は有限であり、家庭用のビデオムービー等
においては有限角駆動のアクチュエータが用いられてい
る。図９（ａ）は有限角駆動のアクチュエータの構成例
である。アクチュエータはマグネットヨーク６９とコイ
ル可動子７０から構成される。図９（ｂ）はアクチュエ
ータのマグネットヨークの構成例である。７１はヨー
ク、７４はヨークに取り付けられたマグネット、７２は
バックヨーク、７３はプラスチック製のスペーサで、ヨ
ークとバックヨークを保持しており、磁気回路が形成さ
れ、マグネットヨークとバックヨークの厚みと、マグネ
ットとバックヨークの空隙の間隔を調節することによ
り、磁気回路の磁束密度の調節を行う。図９（ｃ）はア
クチュエータのコイル可動子の構成例である。７６はガ
ラスエポキシのプレート、７５はプレートに接着された
コイル、７７はプレートを補強するアルミ製のアームで
ある。

【０００６】図１０は前記アクチュエータを用いた家庭
用ビデオムービーに使用されている防振装置の構成例で
ある。図１０（ａ）において６４は第一のブラケット、
６５は第二のブラケットで筐体６８に固定されている。
５８は光学レンズ、５９は撮像素子で第一のフレーム６
０に固定されている。第一のフレーム６０は回転軸６２
を中心として第二のフレーム６１に対して回動自在に保
持されている。第二のフレーム６１は回転軸６３を中心
として、ブラケット６４、６５に回動自在に保持されて
いる。第一のフレーム６０は第一のアクチュエータ７８
により、第二のフレーム６１に対して相対的に駆動さ
れ、第二のフレーム６１は第二のアクチュエータ７９に
より筐体６８に対して相対的に駆動される。図１０
（ｂ）はアクチュエータとフレームとの構成例である。
第一のアクチュエータ７８のマグネットヨーク６９はシ
ム５を介して第二のフレーム６１に固定され、コイル可
動子７０は第一のフレーム６０に固定される。マグネッ
トヨークとコイル可動子は非接触で、回転軸中心を中心
として相対的に駆動を行う。

【０００７】有限角アクチュエータは、構造が簡易で、
比較的小型化が可能であるため、ビデオムービーの画像
補正用やコンピュータのハードディスクのヘッド送り用
のアクチュエータとして使用されている。一般のブラシ
モータのようにブラシが存在せず、非接触な構造で消耗
部品が存在しないため、長寿命で、コイルが鉄心を有し
ないため、コギングトルクがなく、高精度な位置決めが
可能である等の利点を有する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
アクチュエータにおいては家庭用ビデオムービー等の小
型・軽量機器の防振装置に用いられる例が多く、撮像装
置全体が比較的小さく、望遠レンズ等の大型の光学系を
有する撮像装置用の防振装置には使用実績がなかった。

【０００９】従来は駆動能力が小さな場合に利用されて
いたため、部材にプラスチック等の樹脂を使用している
場合が多く、駆動能力が向上した場合に強度が不足する
といった問題があった。

【００１０】また、強度を向上させるために非磁性体金
属であるアルミニウムがコイル可動子のアームの補強に
使用されているが、非磁性体であっても誘電体であるた
めに、マグネットヨーク内のような磁束密度が大きく変
化する磁界中をコイル可動子が運動する際には渦電流が
発生し、速度に比例した磁気摩擦が生じるので、大型の
アクチュエータにおいては所要速度が得られない、高精
度な位置決めが行えない等の問題があった。

【００１１】この発明は、防振装置に使用されるアクチ
ュエータにおいて、以上のような問題を解決するために
なされたものであり、部材及び形状を変更し、大型の光
学系を有する撮像装置に適用可能なアクチュエータを得
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第一の、アクチュエータは、アクチュエータのコイ
ルを支持するためのアームの材質を非磁性体金属とし、
アーム中央に中空部を設け、かつアーム外周と中空部の
間にスリットを設けたものである。

【００１３】第二の発明のアクチュエータは、コイルを
保持する非磁性体金属を材質とするアームにおいてスリ
ット間にスイッチを設け、スイッチの開閉によりスリッ
ト間で隔てられたアームのコイル保持部分を電気的に接
続し、渦電流を発生させることによってダンパ機能を持
たせたものである。

【００１４】第三の発明のアクチュエータは、コイルを
３個取り付けたコイル層の相対位置を変化させて固定
し、各層に配置されたコイルを逐次選択して電流を供給
することにより推力を発生させるものである。

【００１５】第四の発明のアクチュエータは、十字型断
面をしたボビンにＬ字型形状をしたコイルを４個配置し
たものである。断面が十字形状をした中空のヨークに８
個のマグネットを配置し磁気回路を形成する。ボビンの
中心に対して点対称の位置にある二個のコイルを組とし
て、二組のコイルに供給する電流の強さと向きをそれぞ
れ変えることにより、二軸方向の駆動を行うものであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示すア
クチュエータの構成図である。図１（ａ）はアクチュエ
ータの平面図で、アクチュエータはマグネットヨーク
１、コイル可動子２より構成される。図１（ｂ）はアク
チュエータの固定した状態の構成図であり、マグネット
ヨーク１は、シム５を介して駆動側フレーム３に固定さ
れ、コイル可動子２は負荷側フレーム４に固定される。
マグネットヨーク１とコイル可動子２は非接触で、シム
５により高さ方向の調整を行う。コイルに電流が供給さ
れることにより、負荷側フレーム４は、駆動側フレーム
３に対して相対的に駆動される。

【００１７】図２はコイル可動子の構成図である。コイ
ル７は材質がアルミニウムのアーム６に接着固定されて
いる。アーム６の中央は中空部８０となっており、中空
部８０とアームの外周間にスリット８１を有している。
コイル端部はターミナル８に接続されている。

【００１８】図３はマグネットヨークの構成図である。
マグネット１３、１４はヨーク９に接着固定され、マグ
ネット１５、１６はバックヨーク１０に接着固定され
る。サイドヨーク１１、１２によりヨーク９とバックヨ
ーク１０は保持される。マグネット１３〜１６は図中の
向きに着磁されている。

【００１９】アーム材質がアルミニウムのような非磁性
体であるが誘電体である金属の場合でも、アーム６に中
空部８０があることにより、アーム６内に発生する渦電
流が低減され、さらに中空部８０とアーム６外周の間に
スリット８１を有することにより、アクチュエータの可
動角度範囲内で、アーム６は電気的に閉回路とならず、
アーム６には渦電流が発生しなり、磁気摩擦を生じるこ
となく円滑な稼働を可能とし、高精度な位置決めを可能
とする作用がある。

【００２０】コイル７を金属製のアーム６により支持す
ることにより、ガラスエポキシ等の樹脂に固定するのに
比較し、強度が高まり、アクチュエータが高い推力を発
生する場合に効果があり、大型の機器に適用が可能であ
る。また、樹脂に比較してアーム６の肉厚を薄くするこ
とができ、マグネットヨークの空隙を小さくすることが
可能となり、マグネット１３〜１６の厚みを低減するこ
とが可能で質量低減の効果がある。また、一般的に金属
は樹脂と比較して熱伝導性がよいため、コイル７が発生
するジュール熱を熱伝導により外部フレームへ逃がす作
用があり、コイルの焼き付き防止、ランニングトルクの
向上の効果がある。

【００２１】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２を示すアクチュエータのコイル可動子の構成図であ
る。１７はコイルを固定するアームで、フランジ８２を
有する。１８はスイッチでスリット８１で隔てられたア
ームのフランジ８２の両端に接地している。

【００２２】防振装置にアクチュエータ負荷能力以上の
過度の衝撃が加わった場合にストッパやダンパ等の衝撃
を吸収する機構が必要となる。図１において駆動側フレ
ーム３に衝撃が加わった際には、負荷側のフレーム４に
は慣性力が作用し、コイル可動子２はマグネットヨーク
１に対して衝撃方向と反対方向に運動する。駆動する負
荷が大きな場合にはストッパ、ダンパ等の機構を設けな
ければアクチュエータを破損するが、アーム１７にスイ
ッチ１８を付加し、スイッチ１８を開閉し固定用のアー
ム１８に渦電流による磁気摩擦を発生させることによ
り、アクチュエータ自体がダンパとして機能し、破損を
防止する。スイッチ１７を開放するとダンパ作用はなく
なり、通常の円滑な駆動を行う。

【００２３】スイッチ１８を設けることにより、アーム
１７を強度向上、熱特性向上だけではなく、アクチュエ
ータに電力を供給することなく、また機械要素を付加す
ることなくダンパとしての機能を付加する作用がある。

【００２４】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３を示すアクチュエータの構成図である。図５（ａ）
はアクチュエータの平面図である。図において、アクチ
ュエータはマグネットヨーク１９、およびコイル可動子
２０から構成される。図５（ｂ）はアクチュエータの断
面図である。第一のコイル層２１、第二のコイル層２
２、第三のコイル層２３はそれぞれブラケット２６に取
り付けられた第一のプレート２４と第二のプレート２５
に接着固定され、コイル可動子を構成する。マグネット
３０、３１は第一のヨーク２７に接着固定され、マグネ
ット３１、マグネット３２は第二のヨーク２８に接着固
定されている。第一のヨーク、第二のヨークは第三のヨ
ーク２９に固定され、マグネットヨークを構成する。

【００２５】図６（ａ）はアクチュエータの駆動方向の
断面図である。コイル３４〜４２はプレート２４とプレ
ート２５に固定され３層のコイル層を構成する。コイル
層は相対位置を変え配置されている。マグネット３０〜
３３は図の極性で着磁されている。

【００２６】コイルを駆動する際には、各層のコイルを
選択し電流を供給する。図７（ｂ）においてコイル３８
に図において左方向に駆動するように電流を供給し、コ
イル３８の内周が磁束変化する境界面に達した際に、コ
イル３８の電流の供給を停止し、コイル４１に同様に電
流を供給することにより滑らかな駆動が行われる。同様
に電流を供給するコイルを切り替えることにより、アク
チュエータは、コイル層の駆動方向の長さ分の駆動を行
う。

【００２７】単一コイルを使用した場合には、アクチュ
エータの駆動範囲は、コイル形状に依存し、可動角を大
きくとった場合、マグネットヨーク内の磁束に関して無
効な割合が多く、アクチュエータの質量が増加する。

【００２８】コイルを複層とすることにより、コイル単
層の場合と比較して、マグネットの可動方向の長さは、
コイル形状により決定されるため、可動角が大きい場合
でも、コイルの配置によりマグネットヨークが軽量化が
可能で、装置を小型化できる効果がある。また、同じヨ
ーク体積においては、可動角を大きく取れる効果があ
る。

【００２９】航空機や車両に搭載する場合、振動ととも
に動揺が大きく、可動角が小さな場合には、焦点距離が
長くなると撮像画像の振れ補正ができない場合がある。
このような場合にコイルを複層としたアクチュエータを
用いることにより大きな動揺に追従できる効果がある。

【００３０】実施の形態４．図７（ａ）はこの発明の実
施の形態４を示すアクチュエータの構成図である。マグ
ネットヨーク４３にマグネット４４〜５１が固定されて
おり、ボビン５２にコイル５３〜５６が固定されてい
る。ボビン５１はシャフト５７に固定されている。

【００３１】図７（ｂ）はアクチュエータの磁気回路を
示す図である。図においてマグネット４４〜５１を図中
の向きに着磁することにより、空隙中の磁束の流れは、
図中矢印となる。コイルに電流を供給することにより二
軸方向の任意の方向に推力を得ることができる。

【００３２】図８はこの発明の実施の形態４によるアク
チュエータを使用した防振装置を示す図である。６６は
前記の二軸アクチュエータで、ブラケット６７を介して
マグネットヨーク４３は筐体６８に固定され、シャフト
５７は第一のフレーム６０に固定されている。光学レン
ズ５８及び撮像素子５９は二軸駆動アクチュエータ６６
により、筐体６８に対して有限角で二軸方向に駆動さ
れ、撮像画像の補正が行われる。

【００３３】２軸方向の駆動を行うにはアクチュエータ
が二つ必要であり、体積質量ともに大きくなるが、二軸
駆動アクチュエータ６８を用いることにより体積質量と
もに軽減することが可能となり、防振装置全体に体積、
質量の余裕がない場合にアクチュエータ構成要素を減ら
し、高精度の画像補正を行える作用がある。

【００３４】

【発明の効果】この発明は以上のように説明したように
構成されているので、以下に記載されるような効果を有
する。

【００３５】第一の発明によれば、コイルを固定するア
ームの材質を非磁性体金属とし、アーム中央に中空部を
有し、かつアーム外周と中空部の間にスリットを有する
形状とすることにより、アームの強度を向上させ、樹脂
を使用した場合に比較して、より大きな負荷を駆動する
ことができ、かつ磁気摩擦を生じることなく円滑な駆動
がおこなえるアクチュエータを製作することができる効
果がある。

【００３６】またコイルから発生する熱量を固定する筐
体に効率よく伝導できるため、熱特性が樹脂を用いた場
合に比較して向上するため、コイルの焼き付きを防止で
き、ランニングトルクを大きくとることが可能である。

【００３７】第二の発明によればスリットを有する非磁
性体金属を材質とするアームにスイッチを付加すること
により、コイル保持アームに衝撃が加わった際にアーム
内に磁気摩擦を発生させることにより、ダンパ機構を有
することなく、衝撃を吸収でき、防振装置を軽量化する
場合に効果的である。

【００３８】第三の発明によれば、コイルを複数層と
し、電流を供給するコイルを逐次選択することにより単
層コイルを使用した場合と比較して、マグネット及びマ
グネットヨーク体積を軽減でき、可動角度を大きく取れ
るため、アクチュエータの小型化に効果的である。

【００３９】第四の発明によれば、アクチュエータを複
数個使用することなく２軸方向の可動を可能とし、構成
要素を削減し、防振装置全体を小型化できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による実施の形態１におけるアクチ
ュエータを示す図である。

【図２】 この発明による実施の形態１におけるアクチ
ュエータのコイル可動子を示す図である。

【図３】 この発明による実施の形態１におけるアクチ
ュエータのマグネットヨークを示す図である。

【図４】 この発明による実施の形態２におけるアクチ
ュエータのコイル可動子を示す図である。

【図５】 この発明による実施の形態３におけるアクチ
ュエータを示す図である。

【図６】 この発明による実施の形態３におけるアクチ
ュエータの断面を示す図である。

【図７】 この発明による実施の形態４におけるアクチ
ュエータを示す図である。

【図８】 この発明による実施の形態４における防振装
置を示す図である。

【図９】 有限角駆動のアクチュエータの構成図であ
る。

【図１０】 有限角アクチュエータを用いた防振装置の
構成図である。

【符号の説明】

１ マグネットヨーク、２ コイル可動子、３ 駆動側
フレーム、４ 負荷側フレーム、５ シム、６ アー
ム、７ コイル、８ ターミナル、９ ヨーク、１０
バックヨーク、１１ 第一のサイドヨーク、１２ 第二
のサイドヨーク、１３ 第一のマグネット、１３ 第二
のマグネット、１５ 第三のマグネット、１６ 第四の
マグネット、１７ アーム、１８ スイッチ、１９ マ
グネットヨーク、２０ コイル可動子、２１ 第一のコ
イル層、２２ 第二のコイル層、２３ 第三のコイル
層、２４ 第一のプレート、２５ 第二のプレート、２
６ ブラケット、２７ 第一のヨーク、２８ 第二のヨ
ーク、２９ 第三のヨーク、３０ 第一のマグネット、
３１ 第二のマグネット、３２ 第三のマグネット、３
３ 第四のマグネット、３４ 第一のコイル、３５ 第
二のコイル、３６ 第三のコイル、３７ 第四のコイ
ル、３８ 第五のコイル、３９ 第六のコイル、４０
第七のコイル、４１ 第八のコイル、４２ 第九のコイ
ル、４３ ヨーク、４４ 第一のマグネット、４５ 第
二のマグネット、４６ 第三のマグネット、４７ 第四
のマグネット、４８ 第五のマグネット、４９ 第六の
マグネット、５０ 第七のマグネット、５１ 第八のマ
グネット、５２ ボビン、５３ 第一のコイル、５４
第二のコイル、５５ 第三のコイル、５６ 第四のコイ
ル、５７ シャフト、５８ 光学レンズ、５９ 撮像素
子、６０ 第一のフレーム、６１ 第二のフレーム、６
２ 第一の回転軸、６３ 第二の回転軸、６４ 第一の
ブラケット、６５ 第二のブラケット、６６ 二軸駆動
アクチュエータ、６７第三のブラケット、６８ 筐体、
６９ マグネットヨーク、７０ コイル可動子、７１
ヨーク、７２ バックヨーク、７３ スペーサ、７４
マグネット、７５ コイル、７６ プレート、７７ ア
ーム、７８ 第一のアクチュエータ、７９ 第二のアク
チュエータ、８０ 中空部、８１ スリット、８２ フ
ランジ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヨーク、前記ヨークに取りつけられたマ
   グネット、前記ヨークに取りつけられたサイドヨーク及
   び、前記サイドヨークに取りつけられたバックヨークと
   から構成されるマグネットヨークと、非磁性体金属を材
   質とするアーム、前記アームに固定されるコイルとから
   構成され、前記アームの中央に中空部を有し、かつ前記
   アーム外周と中空部との間にスリットを有するコイル可
   動子とを具備したことを特徴とする防振装置用アクチュ
   エータ。
2. 【請求項２】 ヨーク、前記ヨークに取りつけられたマ
   グネット、前記ヨークに取りつけられたサイドヨーク及
   び、前記サイドヨークに取りつけられたバックヨークと
   から構成されるマグネットヨークと、中央に中空部を有
   し、外周と中空部の間にスリットを有する非磁性体金属
   を材質とするアーム、前記アームに固定されるコイル及
   び前記アームのスリットにより隔てられた部分に取り付
   けられたスイッチとから構成されるコイル可動子とを具
   備したことを特徴とする防振装置用アクチュエータ。
3. 【請求項３】 ヨーク、前記ヨークに取りつけられたマ
   グネット、前記ヨークに取りつけられたサイドヨーク、
   前記サイドヨークに取り付けられたヨーク、前記ヨーク
   に取りつけられたマグネットとから構成されるマグネッ
   トヨークと、固定用ブラケット、前記固定用ブラケット
   に取り付けられたプレート、前記プレートに相対位置を
   変えて取り付けられた３層のコイル層、前記コイル層に
   取り付けられた９個のコイルとから構成されるコイル可
   動子とを具備し、電流を供給するコイルを選択すること
   により推力を発生することを特徴とする防振装置用アク
   チュエータ。
4. 【請求項４】 十字型の中空断面を有するヨーク、前記
   ヨークの中空部に固定された８個のマグネットとから構
   成されるマグネットヨークと、直交する２軸に回動可能
   な筐体に固定されるシャフト、前記シャフトに取り付け
   られた十字型の断面を有するボビン、前記ボビンの中心
   に対して点対称の位置に取り付けられたＬ字型の形状を
   した４個のコイルから構成されるコイル可動子とを具備
   し、さらに二軸方向の推力を発生するように前記ボビン
   の中心に対して点対称の位置にある二つのコイルを一組
   として、二組のコイルに供給する電流の強さ及び向きを
   変える手段を設けたことを特徴とする防振装置用のアク
   チュエータ。