JP2010112978A - レンズ駆動装置、レンズ位置検出装置、及びそれらを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像装置を小型に形成することができ、機能素子を高速で繰り返し位置精度の高い撮像装置を提供しようとするものである。
【解決手段】 光軸方向から入射する光学像を撮像する撮像装置（５００）において、機能素子（４０１，４０２）を保持し光軸方向（Ｙ軸）と交差する交差方向（Ｘ，Ｚ軸）に移動可能な第１被駆動体（４００）と、Ｎ極とＳ極とに交互に着磁され交差方向に並べて配設された移動可能な第１駆動マグネット（２１０ｘ、２１０ｚ）と、第１駆動マグネットに対向して交差方向に並べて配設された複数の第１扁平コイル（２２０ｘ、２２０ｚ）と、第１扁平コイルと駆動マグネットとの相対的な位置を検出する第１位置センサと、第１位置センサで検出された結果に基づいて第１扁平コイルへの通電を切り換える第１通電制御部（９０）と、を備える。
【選択図】 図１３

Description

本発明はレンズなどの機能素子をレンズの光軸方向と交差する方向に移動させるカメラ、ビデオカメラなどの撮像装置に関する。

一般にオートフォーカス機能やズーム機能はフォーカス用可動レンズ、またはズーム用可動レンズなどの光学素子の位置を光軸方向に移動させている。これら光学素子の位置調整は特許文献１によれば、長手方向に沿ってＮ極とＳ極とに交互に着磁された細長い固定界磁マグネットと、固定界磁マグネットに対向するように配設される可動電機子コイルとを備えたリニアアクチュエータが使用されている。また、手振れを補正することのできる防振機能付きの撮像装置、及びレンズにおいては、レンズまたは撮像素子を光軸方向と垂直に交差する方向に位置検出して、所定方向に移動させている。特許文献２によれば、光軸方向と垂直に交差する方向に移動させるリニアモータ機構が開示されている。
特開平７−１２０６５３号公報 特開２０００−０３９６４１号公報

しかしながら、カメラ、ビデオカメラなどの撮像装置は小型化及び軽量化の需要に応えるため、さらなる小型化及び軽量化が求められている。特許文献１に開示される電磁駆動装置においては比較的重量の重いマグネット、ヨークがレンズを収納した可動部材の上下、及び左右に配置され、位置検出装置もその外周に配置されることで撮像装置の小型化及び軽量化が難しい。また、特許文献２に開示されるリニアモータにおいては、鏡筒にリニアモータの駆動装置が内蔵され、平行移動機構及び駆動を伝達するロッドなど部品点数も多い。このため、特許文献２における磁気駆動装置においても鏡筒のサイズが大きくなり撮像装置の小型化及び軽量化が難しい。

本発明は、かかる実情に鑑み、撮像装置を小型に形成することができ、機能素子を高速で繰り返し位置精度の高い撮像装置を提供しようとするものである。

前記課題を解決する手段として、以下の構成を備える。
第１の観点の撮像装置は光軸方向から入射する光学像を撮像する撮像装置において、外的要因（手振れ）による光学像のブレを除去するために、撮像素子及びレンズなどの機能素子を光軸方向と交差する交差方向に移動可能な第１被駆動体を設置する。第１被駆動体にはＮ極とＳ極とに交互に着磁された第１駆動マグネットを交差方向に並べて配設されている。第１駆動マグネットに対向する面には複数の第１扁平コイルが基板に設置され、その基板上に第１扁平コイルと駆動マグネットとの相対的な位置を検出する第１位置センサを設置している。第１の観点の撮像装置は第１位置センサで検出された結果に基づいて第１扁平コイルへの通電を切り換える第１通電制御部を備える。

第２の観点の撮像装置は光軸方向に移動する光学素子を有し、光学素子を保持し光軸方向に移動させることでズーム機能及びフォーカス機能を持つ第２被駆動体を設置する。第２被駆動体は光軸方向又は円周方向に移動可能であり、第２駆動マグネットがＮ極とＳ極とに交互に着磁され光軸方向又は円周方向に並べて配設されている。第２駆動マグネットに対向する面には複数の第２扁平コイルが基板に設置され、その基板上に第２扁平コイルと前記第２駆動マグネットとの相対的な位置を検出する第２位置センサを設置している。第２の観点の撮像装置は、第２位置センサで検出された結果に基づいて第２扁平コイルへの通電を切り換える第２通電制御部を備える。

本発明の磁気駆動装置によれば、扁平コイルと位置センサと通電制御部とを同一基板に設置することができ、さらに、位置センサは小型で、且つ位置を精度良く検出できるため、撮像装置の小型化、及び軽量化、部品点数の減少によるコスト低減という効果がある。

以下は、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
《第１実施形態》
＜全体構造＞
図１は本実施形態の磁気駆動装置１００の構成を分解して示した斜視図であり、図２は図１で示した磁気駆動装置１００の光軸中心ＬＣにおけるＹ−Ｚ断面図である。なお、図１及び図２は磁気駆動装置１００を保持する固定鏡筒７０も図示してある。

磁気駆動装置１００の主な構成は駆動マグネット１０と、円環基板２０と、駆動環５０と、制御部９０とで構成されている。

駆動マグネット１０はＹ軸方向から観て扇形形状をしており、ヨーク１１とマグネット１２とで構成されている。駆動マグネット１０は固定鏡筒７０の内部の駆動環５０を中心として、回転自在で動作することができる。駆動マグネット１０は第１駆動マグネット１０ａと第２駆動マグネット１０ｂとで構成され、ヨーク１１は第１ヨーク１１ａと第２ヨーク１１ｂとで構成されている。そして第１駆動マグネット１０ａから第２駆動マグネット１０ｂへと磁束が形成されている。駆動マグネット１０は円環状の円環基板２０を挟み込むために、製造工程において円環基板２０を固定鏡筒７０に設置した後、第１ヨーク１１ａと第２ヨーク１１ｂとが接合され製造されている。第１駆動マグネット１０ａと第２駆動マグネット１０ｂとは互いに向き合うように、扁平コイル２１を挟んでヨーク１１の内面側に配置されている。

第１駆動マグネット１０ａと第２駆動マグネット１０ｂとの間には円環状の円環基板２０が設置されている。円環基板２０には、扁平コイル２１と磁気方式位置センサ部４０の一部であるホールサンサＨ（図２の破線範囲参照）とが設置される。円環基板２０の外縁部は固定鏡筒７０に固定され、光軸中心ＬＣと垂直に配置されている。扁平コイル２１と磁気方式位置センサ部４０とから接続する配線（不図示）は、扁平コイル２１への給電及び磁気方式位置センサ部４０からの位置情報の受信をするために配線され、制御部９０及び電源（不図示）と接続される。扁平コイル２１、ホールサンサＨ、制御部９０及びそれらと接続する配線は円環基板２０または固定鏡筒７０に固定される。したがって、扁平コイル２１、ホールサンサＨ、及びそれらと接続する配線が移動することが無いためそれらの接触不良及び断線が発生しにくい。

駆動環５０は筒形状で形成され、その内周には溝が形成されている。ヨーク１１は駆動環５０の一部に固定されている。駆動環５０の外周には回転案内する軸受５２が設置されており、駆動環５０は回転可能に固定鏡筒７０に接続している。つまり、駆動環５０は固定鏡筒７０内部の光軸中心ＬＣを中心として自在に３６０度以上回転することができる。

駆動環５０の内側にはホルダ５１が設置されており、ホルダ５１の外周には駆動環５０の内周に形成した溝と噛み合う溝が形成されている。また、ホルダ５１にはホルダ５１がＹ軸方向への移動を行い、ホルダ５１が回転しないように案内する回転止５３が設置されている。回転止５３のもう一方は固定鏡筒７０に接続されている。ホルダ５１の内部には光学系のレンズ５４が設置され、フォーカス用可動レンズ、またはズーム用可動レンズなどの光学系が設置される。

以上の構成により、駆動マグネット１０が回転することで、駆動マグネット１０に接続したヨーク１１が駆動環５０と共に回転する。駆動環５０の回転により、ホルダ５１が光軸中心ＬＣ（Ｙ軸）方向へ＋Ｙ方向、及び−Ｙ方向へ移動可能な構造となっている。

＜駆動マグネット１０の構造＞
図３（ａ）は第１駆動マグネット１０ａのＹ軸面での断面図を示し、図３（ｂ）は第１駆動マグネット１０ａを第２駆動マグネット１０ｂ側から見た構成図である。なお第１駆動マグネット１０ａと第２駆動マグネット１０ｂとは基本的に同じ構造であり、マグネット１２の極性が異なるだけであるので、第１駆動マグネット１０ａを代表して説明する。

図３（ａ）に示されるようにヨーク１１の断面はクランク形状をし、ヨーク１１としての機能を持たせるために磁性体、例えば鉄が用いられる。図２で示されたとおり第１ヨーク１１ａと第２ヨーク１１ｂとが互いに向き合い、扇形形状の内縁部（図面下部）で接合されている。また、第１マグネット１２ａは、扇形形状の外縁部（図面上部）に沿う形状で配置する。図３（ｂ）に示されるように、マグネット１２はヨーク１１の平面に対し平行な方向にＳ極及びＮ極に着磁し、隣接する磁極が互いに同極となっている６組の小さなマグネットを並べた５極の多極マグネットを使用している。なお、両端２極は含めていない。なお、磁石の磁極構成はヨーク１１の平面に対し垂直な方向に構成しても構わない。なお、マグネット１２は磁石として性能の高い、ネオジウム磁石などを使用することで磁力の強度を大きくすることができる。また、マグネット１２は一体成形した磁石に限らず、分割したものを組み合わせた磁石でも良い。

このように、駆動マグネット１０はヨーク１１とマグネット１２とで構成され電気配線を必要としない可動子であるため、駆動環５０を中心として連続して３６０度以上の回転運動を続けることが可能である。

＜円環基板２０の構造＞
図４は扁平コイル２１の設置された円環基板２０を第１駆動マグネット１０ａ側（以下は円環基板２０の「表面」と称する）から見た図である。扁平コイル２１は銅線などの通電材料で台形形状に巻き回され、円環基板２０の外縁部を円環状に並ぶように複数配置されている。扁平コイル２１は円環基板２０の表面上に設置され、また扁平コイル２１はＵ相、Ｖ相、及びＷ相が３相結線で形成され、基板上に６組配置されている。なお、本実施形態では３相結線で説明するが、３相結線以上でもよく、また２相結線でもよい。

図５は円環基板２０に扁平コイル２１及びホールセンサＨを設置した図である。
本実施形態では図５（ａ）に示されるように、円環基板２０の基板内に扁平コイル２１を設置し、円環基板２０の第２駆動マグネット１０ｂ側（以下は円環基板２０の「裏面」と称する）にホールセンサＨを設置している。円環基板２０に扁平コイル２１が収納することができる溝、または貫通孔を形成して埋め込むことにより、円環基板２０から突出しない構造とすることができる。貫通孔に扁平コイル２１を設置する際は、製造しやすくするために扁平コイル２１の両側にツバ２２を設置してもよい。ツバ２２は弾性を持つ材料で形成すれば良く、樹脂などを用いて形成し、扁平コイル２１を貫通孔に挿入するだけで扁平コイル２１の固定を確実にすることができる。

円環基板２０から突出しない構造は、単に円環基板２０の表面又は裏面に扁平コイル２１を配置した場合と比べて、第１マグネット１２ａと第２マグネット１２ｂとの距離を短く形成することができ、扁平コイル２１に対して強い磁界をかけることができるため、強い駆動力を発生させることができる。これによりマグネット１２の小型化及び扁平コイル２１の巻き線数の減少をすることができ、磁気駆動装置１００の小型化と軽量化とを図れる。

磁気方式位置センサ部４０はホールセンサＨとセンサマグネット４２とで構成され、互いが接触しないで位置検出することが可能である。このため、ホールセンサＨは所定角度ごと円環基板２０に設置され、センサマグネット４２が第２マグネット１２ｂに設置されている。なお、センサマグネット４２が第１マグネット１２ａに設置する方法でもよい。

図５（ａ）に示されるように、ホールセンサＨが円環基板２０の裏面に設置されている。ホールセンサＨとセンサマグネット４２との間隔は狭い方がホールセンサＨからの出力が高いため、両者を近接させたほうがよいからである。一方、図５（ｂ）に示されるように、第２マグネット１２ｂの厚みが薄い場合にはホールセンサＨとセンサマグネット４２とが衝突してしまう場合がある。したがって、扁平コイル２１と同様に、円環基板２０に溝または貫通孔を形成して、ホールセンサＨも円環基板２０に収納することができる。

図６（ａ）は円環基板２０の裏面から見た図である。図６（ｂ）は（ａ）に示した円環状に配置した磁気方式位置センサ部４０を直線に伸ばした図及びホールセンサＨにおける磁束密度Ｂの変化のグラフである。

図６（ａ）に示されるように、ホールセンサＨは回転方向にＨ１からＨ１８まで並べて設置されている。ホールセンサＨの取り付け角度は、扁平コイル２１の設置角度のピッチ以下が望ましい。本実施例では扁平コイル２１の設置角度ピッチで扁平コイル２１と同じ数が設置されている。また、センサマグネット４２はホールセンサＨを３個カバーするような大きさに形成されている。また、ホールセンサＨは円環基板２０の内縁部に設置され、マグネット１２の磁場の影響が少ない位置に配置されている。

図６（ｂ）に示されるように、センサマグネット４２はその回転（進行）方向に沿って傾斜が形成されており、一列に配置されたホールセンサＨからの距離が順次変わる磁場を形成している。図６（ｂ）では、センサマグネット４２の厚みを変えることで傾斜磁場を回転方向で変化させているが、形状的な傾斜が無くても磁石のもつ磁力が順次変化すればよい。

センサマグネット４２がホールセンサＨ４からホールセンサＨ６までを覆っているとすると、ホールセンサＨの磁束密度Ｂはグラフの実線で表示するような曲線を描く。駆動マグネット１０が回転方向に移動し、センサマグネット４２がホールセンサＨ５からホールセンサＨ７までを覆った場合には、磁束密度Ｂがグラフの破線で表示するような曲線を描く。制御部９０の位置検出演算部９１（図８を参照）は、各ホールセンサＨにおける磁束密度Ｂの値の閾値Ｂｔｈを設けておくことで、閾値Ｂｔｈを越えた３個のホールセンサＨ（図６（ｂ）ではホールセンサＨ４からホールセンサＨ６）を特定することで、真ん中のホールセンサＨが駆動マグネット１０の中央付近であることを素早く特定することができる。

さらにセンサマグネット４２に傾斜磁場が施されている。記憶部９４（図８）には回転角に対応したホールセンサＨが出力する傾斜磁場のスロープと全てのホールセンサＨの基板上の位置情報が記憶されている。これらの位置情報はあらかじめ基板単独でセンサ位置を基準の工具等で計測しておいて構わない。ホール素子の基板上での位置は傾斜磁場の中央に設定するようにしておく。したがって、ホールセンサＨ４の出力が傾斜磁場のスロープの中央値からどれだけ変化しているかを検出することで、精度良い駆動マグネット１０の位置も特定できる。例えばホールセンサＨ５が駆動マグネット１０の中央位置（傾斜磁場の中央）にある状態から駆動マグネット１０が角度Δφだけ回転する前の位置において、ホールセンサＨ５からの出力がＢφとなる。したがって、傾斜磁場中央値からの変化量Ｂφ−Ｂｐが得られ、これに回転角に対応した傾斜磁場のスロープを乗ずることで角度Δφだけ回転した位置に駆動マグネット１０があることがわかる。

なお、本実施形態では傾斜磁場の強度を時計回り（＋方向）に増加させるように配置しているが、減少させるように配置しても良い。なお、４個のホールセンサＨの値が閾値Ｂｔｈを越える場合においても、４個のホールセンサＨの真ん中の位置が駆動マグネット１０の中央であることを特定することができる。

本実施形態ではホールセンサＨが円環基板２０の内縁側に設置されているが、外縁部に形成しても良い。外縁部に設置するホールセンサＨもマグネット１２の磁場の影響が少ない位置である。外縁部に設置したホールセンサＨは駆動マグネット１０の位置を計測する精度が向上するが、イナーシャ（慣性）が大きくなることで制御が難しくなる。

図７は光学方式位置センサ部４５を示した図である。図６において、磁気方式位置センサ部４０はホールセンサＨとセンサマグネット４２との磁気による位置検出を行っているが、光による位置検出を行っても良い。図７は光学方式位置センサ部４５を図６（ｂ）と同様に直線に伸ばした図と、光学距離測定器Ｉにおける計測距離Ｌの変化のグラフである。この場合の光学方式位置センサ部４５はホールセンサＨを光学距離測定器Ｉに置換し、センサマグネット４２を傾斜角度の付いた反射板４６とし、光学距離測定器Ｉから発した光を反射板４６に反射させ、反射光を光学距離測定器Ｉで受光することで距離を計測する。位置検出は磁気による位置検出と同様に、測定した距離が閾値Ｌｔｈ以下になる光学距離測定器Ｉを特定することで、駆動マグネット１０の位置を計測することができる。

以上の構成により磁気駆動装置１００は所定の角度に駆動マグネット１０を移動させることができる。また、駆動マグネット１０には結線する必要がなく、円環基板２０の移動がなくなることで、円環基板２０に設置した扁平コイル２１及びホールセンサＨなどの電気回路の結線部分を固定することができるために、接触不良及び断線などの可能性を少なくすることができ、安定して磁気駆動装置１００を稼動させることができる。

図８は制御部９０の駆動制御系を示した図である。制御部９０は円環基板２０に設置される。制御部９０は磁気方式位置センサ部４０又は光学方式位置センサ部４５の位置情報から扁平コイル２１への給電タイミングを制御して、所定角度を回転させ駆動環５０を回転させることで、ホルダ５１の内部に設置したレンズ５４を光軸中心ＬＣ方向の所定の位置へ移動させる。

磁気駆動装置１００の制御部９０の駆動制御系は位置検出演算部９１と、スイッチ制御部９２と、３相指令変換制御部９３と、メモリなどの記憶部９４で構成されている。位置検出演算部９１はホールセンサＨの検出器結果から駆動マグネット１０の角度を算出し、スイッチ制御部９２は算出された駆動マグネット１０の角度情報を用いて制御対象の扁平コイル２１の選択論理を制御している。３相指令変換制御部９３は駆動指令電圧が与えられた場合に駆動マグネット１０の角度情報に基づいてＵ相、Ｖ相、及びＷ相それぞれの電流アンプ部ＡＰに３相指令値を与える。記憶部９４は回転角に対応したホールセンサＨが出力する傾斜磁場のスロープや全てのホールセンサＨの基板上の位置情報などを記憶する。

３電流を増幅する電流アンプ部ＡＰは過電流保護のため電流をセンスする直列抵抗Ｒが配置され、その電流アンプ部ＡＰはスイッチ制御部９２と接続される。制御部９０は扁平コイル２１との間に結線された複数の開閉スイッチ部ＳＷをオンオフ制御して扁平コイル２１に電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを通電することで磁界が発生する。これにより、駆動マグネット１０と引き合い又は反発し合うことで駆動マグネット１０が回転することができる。

図９はスイッチ制御部９２によるオンオフ制御を図示している。図９の列方向には各扁平コイル２１に対応するスイッチＳＷ番号を表記し、行方向には駆動マグネット１０の角度を表記している。スイッチ制御部９２は各扁平コイル２１の３相コイルに対して、所定角度ごとにスイッチングしている、なお、表の○はコイルへ通電している状態を示し、×は通電していない状態を示している。図９に示されているように駆動マグネット１０に寄与する扁平コイル２１に通電しているため、消費電力を低減することができる。

また、スイッチ制御部９２は電源状態が監視でき、電源停止時には各スイッチが電流アンプと遮断され全てのスイッチ同士が導通状態になる。これによりコイルショートモードとなり、駆動マグネット１０と扁平コイル２１間の相対的な動きで発生する逆起電流により可動子に電磁気的なダンパーを発生させ回転を停止することができる。なお、所定位置で駆動マグネット１０を静止させるには、制御部９０が駆動制御系でフィードバック制御することにより所定の位置で静止させることができる。

《第２実施形態》
第１実施形態では回転方向の移動を直線方向の移動に変えていたが、本実施形態の磁気駆動装置２００は直線方向に移動し、レンズなどの光学系を直接に直線移動することができる。なお、本実施形態で使用する同一な部品及び機構については同一符号を用い、それらの説明は省略する。

図１０（ａ）は本実施形態の磁気駆動装置２００の構成を示した斜視図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の光軸中心ＬＣの方向から見た構成図である。

磁気駆動装置２００の主な構成は駆動マグネット２１０と、矩形基板２２０と、ホルダ２５０と、制御部９０とで構成されている。駆動マグネット２１０はヨーク２１１とマグネット２１２とで構成され、電気的な配線を必要としない構造である。ヨーク２１１は光軸中心ＬＣの方向から見てＵ字形状であり、右に９０度回転して設置してある。また、ヨーク２１１の一端がホルダ２５０と接続されている。マグネット２１２は矩形で形成され、５極の多極マグネットを使用している。またマグネット２１２は第１マグネット２１２ａと第２マグネット２１２ｂとで構成され、互いに対向するようにヨーク２１１のＵ字形状の先端で、またＵ字形状の内側に設置されている。

矩形基板２２０は一辺が光軸方向（Ｙ軸方向）に長い矩形形状で形成され、扁平コイル２２１及び磁気方式位置センサ部４０が矩形基板２２０の貫通孔又は溝に設置されている。矩形基板２２０は対向する第１マグネット２１２ａと第２マグネット２１２ｂとが扁平コイル２２１を挟む位置に配置される。また、矩形基板２２０は固定鏡筒（不図示）などに固定されているため、第１実施形態と同様に電気回路の配線ケーブルＤＣなどを固定することで、接触不良及び断線などの可能性を少なくさせ、安定して磁気駆動装置２００を稼動させることができる。矩形基板２２０のＹ軸方向の長さは、光学系の移動距離だけ最低必要である。なお、矩形基板２２０、または固定鏡筒に磁気駆動装置２００が暴走した場合の緩衝部（不図示）を設置させる。

扁平コイル２２１は銅線などの通電材料が矩形形状に巻き回され、矩形基板２２０のＹ軸方向に一定間隔で並べて配置されている。扁平コイル２２１は矩形基板２２０の貫通孔に設置され、また扁平コイル２２１はＵ相、Ｖ相、及びＷ相が３相結線で形成され、基板上に移動距離に応じて所定数が配置されている。扁平コイル２２１の制御は第１実施形態が所定角度ごとで扁平コイル２１への通電を切り換えたのに対して、Ｙ軸方向の所定距離ごとに扁平コイル２２１への通電を切り換えることで、駆動マグネット２１０を移動させる。なお、扁平コイル２２１の結線方法は３相結線以上でもよくまた２相結線でもよい。

磁気方式位置センサ部４０は第１実施形態と同様であり、ホールセンサＨが矩形基板２２０の溝内に設置されており、センサマグネット４２がヨーク２１１側に設置されている。また、磁気方式位置センサ部４０は同様に磁気方式、または光学方式のどちらかを選択することができる。

ホルダ２５０は案内軸２５１と光学系のレンズ２５３で構成されている。ホルダ２５０はレンズ２５３を保持する役目と、光軸方向の移動を案内軸２５１に沿って移動させる役目をしている。本実施形態では第１案内軸２５１ａと第２案内軸２５１ｂとの２本の案内軸２５１を配置している。案内軸２５１は滑り軸受、または転がり軸受を使用して、ホルダ２５０に設置したレンズ２５３の中心が光軸中心ＬＣからずれないように、光軸方向に移動させることができる。また、所定位置に保持するため制御部９０はフィードバック処理して、磁気駆動装置２００を静止させる。以下は磁気駆動装置２００の変形例を示す。なお、以下は磁気駆動装置２００との違いを説明し、同一な構成については同一な符号を使用し説明を省く。

＜変形例１＞
図１１（ａ）は、案内軸２５１を固定する固定環２５２を案内軸２５１の両端部に設置した磁気駆動装置３００を示した斜視図であり、図１１（ｂ）は（ａ）の上面図である。

磁気駆動装置３００は磁気駆動装置２００に固定環２５２を追加して設置している。固定環２５２には圧電アクチュエータ２５４を設置し、ホルダ２５０の移動を制限することができる。例えば、一方の案内軸２５１の第２案内軸２５１ｂに圧電アクチュエータ２５４を両端に設置し、圧電アクチュエータ２５４を動作させることで、第１案内軸２５１ａと第２案内軸２５１ｂとの幅を変化させる。変化させる方向は固定環２５２の中心方向または外側方向に移動させ、案内軸２５１とホルダ２５０との摩擦が増大することで固定される。圧電アクチュエータ２５４の動作は、給電中止時または磁気駆動装置３００の暴走時に作動させ、磁気駆動装置３００及び撮像装置の保護を行う事ができる。また、通常使用時の圧電アクチュエータ２５４の動作は、ホルダ２５０が自由に光軸方向に移動できる位置へ移動させる。また、ホルダ２５０が所定位置に移動した際に、圧電アクチュエータ２５４を動作させてホルダ２５０の固定を行うことで、磁気駆動装置３００が所定位置からずれないようにするフィードバック処理をする必要が無くなり省電力化が図れる。圧電アクチュエータ２５４はソレノイドアクチュエータ、形状記憶合金を用いたアクチュエータなど小型で省電力なアクチュエータを用いる。

また、磁気駆動装置３００の保護装置として、矩形基板２２０に導電体２２２を設置することでも、磁気駆動装置３００が暴走した際の保護装置として有効である。具体的には磁気駆動装置３００が暴走し、駆動マグネット２１０が移動範囲外である矩形基板２２０の導電体２２２に来ると、導電体２２２に渦電流が発生し、駆動マグネット２１０と引き合い、または反発し合うことでブレーキがかかる。なお、磁気駆動装置３００の保護装置は導電体２２２でなくとも、駆動マグネット２１０に反発する極性の磁性体を設置することでも、保護装置として用いることができる。

＜変形例２＞
図１２は案内軸２５１に２つのホルダ２５０を設置した場合の磁気駆動装置３５０である。磁気駆動装置３５０は前方ホルダ２５０ａと、後方ホルダ２５０ｂとが同一の案内軸２５１に嵌め込まれ、前方ヨーク２１１ａと、後方ヨーク２１１ｂとがそれぞれのホルダ２５０に接続されている。矩形基板２２０は前方ホルダ２５０ａ及び後方ホルダ２５０ｂが移動する範囲をカバーすることのできる光軸方向に長い単一な矩形形状で形成され、その矩形基板２２０の溝部又は貫通孔に前方ホルダ２５０ａを動作させるための前方扁平コイル２２１ａ及び後方ホルダ２５０ｂを動作させるための後方扁平コイル２２１ｂが設置されている。また、前方ヨーク２１１ａには前方マグネット２１５が設置され、後方ヨーク２１１ｂには後方マグネット２１６が設置されている。位置センサ部（不図示）も同様に、前方位置センサ部と後方位置センサ部とが同一な矩形基板２２０に設置されている。

磁気駆動装置３５０は前方ホルダ２５０ａと、後方ホルダ２５０ｂとを個別に制御すること画できる。例えば、前方ホルダ２５０ａはズームレンズとして使用し、後方ホルダ２５０ｂはフォーカスレンズと使用することができる。磁気駆動装置３５０は同一な案内軸２５１に２つのホルダ２５０を設置することで、部品点数を減らすことができ、さらには光学系の移動による光軸中心ＬＣのずれを防ぐことができる。

制御部９０は、磁気駆動装置２００、磁気駆動装置３００、及び磁気駆動装置３５０の駆動制御系、及び磁気方式位置センサ部４０を第１実施形態と同様に制御することができるため、説明を省略する。また、磁気駆動装置２００、磁気駆動装置３００、及び磁気駆動装置３５０は、ホルダ２５０の中央の上部に設置しているが、案内軸がある両側に設置してもよい。

《第３実施形態》
第１実施形態及び第２実施形態の磁気駆動装置ではフォーカス用可動レンズ、またはズーム用可動レンズなどの光学系を光軸方向（Ｙ軸方向）に移動させていた。本実施形態の磁気駆動装置４００は光軸方向（Ｙ軸方向）と交差する方向（Ｘ軸方向及びＺ軸方向）に移動させ、例えば手振れ防止機構として使用している。図１３は磁気駆動装置４００の構成を示した斜視図である。図１３（ａ）は被駆動体であるホルダ２５０に設置する機能素子がレンズである場合のレンズシフト方式の手振れ防止機構４００ａを示し、図１３（ｂ）はホルダ２５０に設置する機能素子がセンサである場合のセンサシフト方式の手振れ防止機構４００ｂを示している。

レンズシフト方式の手振れ防止機構４００ａは、磁気駆動装置４００のホルダ２５０の中心に円形の貫通孔が空けられ、手振れ補正レンズ４０１が設置されている。手振れ補正用レンズ４０１は光学系を通過する光路のずれを補正する方向にホルダ２５０移動させることで、ブレのない像を撮像素子４０２に結像させる。一方センサシフト方式の手振れ防止機構４００ｂは磁気駆動装置４００のホルダ２５０の表面（光入射面）に撮像素子４０２を配置し、結像した像のブレを除去する方向にホルダ２５０を動かすことで、ブレのない像を取得している。レンズシフト方式の手振れ防止機構４００ａと、センサシフト方式の手振れ防止機構４００ｂとは、ホルダ２５０に設置する機能素子が異なるだけである。このため、以下は特に指定しない限り磁気駆動装置４００で説明する。

磁気駆動装置４００の主な構成は、第２実施形態で示した磁気駆動装置２００をＸ軸方向とＹ軸方向とに１台ずつ設置した構成である。なお、第２実施形態の変形例１で示された圧電アクチュエータ２５４、及び導電体２２２も設置することができる。このため、本実施形態で使用する同一な部品及び機構については同一符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。

磁気駆動装置４００はＸ軸方向のＸ軸磁気駆動装置４５０と、Ｚ軸方向のＺ軸磁気駆動装置４６０と、ホルダ２５０とで構成される。それぞれの駆動装置は、フレーム４１０と、駆動マグネット２１０と、制御部９０を備えた矩形基板２２０とで構成されている。すなわち、Ｘ軸磁気駆動装置４５０には、Ｘ軸フレーム４１０ｘと、Ｘ軸駆動マグネット２１０ｘと、Ｘ軸矩形基板２２０ｘとで構成され、Ｚ軸磁気駆動装置４６０には、Ｚ軸フレーム４１０ｚと、Ｚ軸駆動マグネット２１０ｚと、Ｚ軸矩形基板２２０ｚとで構成されている。また、制御部９０は、左右方向及び上下方向の振動を検知する角速度センサ（不図示）からの情報に基づいて、Ｘ軸磁気駆動装置４５０とＺ軸磁気駆動装置４６０とを制御し、ホルダ２５０を光軸方向に対して上下左右の振動方向を除去する方向へ、所定量を移動させることにより、光学系のブレを除去している。駆動マグネット２１０の位置検出には、図１０（ｂ）で示されたように、例えば磁気方式位置センサ部４０を用い、ホールセンサＨが矩形基板２２０の溝内に設置されており、センサマグネット４２がヨーク２１１側に設置されている。また、磁気方式位置センサ部４０は磁気方式、または光学方式のどちらかを選択することができる。

フレーム４１０はＺ軸方向に２本のＺ軸フレーム４１０ｚと、Ｘ軸方向に２本のＸ軸フレーム４１０ｘとで構成されている。Ｚ軸フレーム４１０ｚは同一なＺ−Ｘ平面でＺ軸方向と平行に並んで設置され、Ｘ軸フレーム４１０ｘも同様に、同一なＺ−Ｘ平面でＸ軸方向と平行に並んで設置されている。

Ｚ軸フレーム４１０ｚはＺ−Ｘ平面でＸ軸方向と平行に並んだＸ案内軸２５１ｘとで固定され、Ｘ軸矩形基板２２０ｘも同様にＺ軸フレーム４１０ｚと固定されている。Ｘ案内軸２５１ｘにはＸ軸フレーム４１０ｘがはめ込まれ、Ｘ軸方向に移動自在に動くことができる。Ｘ軸フレーム４１０ｘにはＸ軸駆動マグネット２１０ｘが接続され、Ｘ軸駆動マグネット２１０ｘが駆動することでＸ軸方向に移動することができる。

Ｘ軸フレーム４１０ｘはＺ−Ｘ平面でＺ軸方向と平行に並んだＺ案内軸２５１ｚとで固定され、Ｚ軸矩形基板２２０ｚも同様にＸ軸フレーム４１０ｘと固定されている。Ｚ案内軸２５１ｚにはホルダ２５０がはめ込まれ、Ｚ軸方向に移動自在に動くことができる。ホルダ２５０にはＺ軸駆動マグネット２１０ｚが接続され、Ｚ軸駆動マグネット２１０ｚが駆動することでＺ軸方向に移動することができる。つまり、ホルダ２５０はＺ軸磁気駆動装置４６０によりＺ軸方向の移動が可能になり、ホルダ２５０とＺ軸磁気駆動装置４６０とをＸ軸磁気駆動装置４５０でＸ軸方向へ移動させることで、Ｘ−Ｚ面での所定位置へ自由に移動することができる。

図１４は撮像装置５００の主な構成を示した図である。撮像装置５００はボディ５１０と鏡筒５２０で構成されている。鏡筒５２０には撮像装置５００にフォーカス用可動レンズ機構５３０、及びズーム用可動レンズ機構５４０が配置され、本実施形態で示すレンズシフト方式の手振れ防止機構４００ａも設置される。なお、フォーカス用可動レンズ機構５３０、及びズーム用可動レンズ機構５４０は第１実施形態及び第２実施形態で示した磁気駆動装置を用いる。

ボディ５１０にはセンサシフト方式の手振れ防止機構４００ｂが配置される。また、ボディ５１０は、センサシフト方式の手振れ防止機構４００ｂの他、ばね上げミラー４２１、フォーカスセンサ４２２、ピントグラス４２３、ペンタプリズム４２４、及びファインダ４２５で構成されている。また、ボディ５１０は鏡筒５２０と接合するためのマウント４２６を装備している。マウント４２６には接点を設け、鏡筒５２０内に設置した各種センサの情報伝達、磁気駆動装置への給電、及び制御結果の伝達などが行われる。また、本実施形態の撮像装置５００は、センサシフト方式の手振れ防止機構４００ｂの制御と、鏡筒５２０に設置したレンズシフト方式の手振れ防止機構４００ａの制御を行っている。加えて、撮像装置５００はフォーカス用可動レンズ機構５３０及びズーム用可動レンズ機構５４０の制御も行ってよい。

鏡筒５２０を通過してボディ５１０に入射する光線は、ばね上げミラー４２１に２方向に分かれ、一方はファインダ４２５側に進み、もう一方はフォーカスセンサ４２２側に進む。ファインダ４２５側に進む光線はピントグラス４２３で結像し、ペンタプリズム４２４で方向を変え、ファインダ４２５から目視することができる。一方、フォーカスセンサ４２２側に進む光線はフォーカスセンサ４２２で焦点が合致しているかを検出して、その検出結果が鏡筒５２０内のフォーカス用可動レンズ機構５３０に伝達される。また、撮像装置５００は操作者がレリーズスイッチ（不図示）を半押することでフォーカス用可動レンズ機構５３０により焦点を合致させ、全押された場合に、ばね上げミラー４２１を退避させて入射光を撮像素子４０２へ結像させる。

鏡筒５２０はボディ５１０とで固定された固定鏡筒７０が設置され図１３（ａ）に示された磁気駆動装置４００のＺ軸フレーム４１０ｚと固定される。また、図１３（ｂ）に示された磁気駆動装置４００のＺ軸フレーム４１０ｚはボディ５１０に固定されている。

以上に示したように、本発明の磁気駆動装置は位置センサと、扁平コイルとが同一基板に設置されているため、小型化が可能であり、撮像装置の小型化が可能である。

磁気駆動装置１００の構成を分解して示した斜視図である。 図１で示した磁気駆動装置１００の光軸中心ＬＣにおけるＹ−Ｚ断面図である。 （ａ）は、第１駆動マグネット１０ａのＹ軸面での断面図である。 （ｂ）は、第１駆動マグネット１０ａを第２駆動マグネット１０ｂ側から見た構成図である。 扁平コイル２１の設置された円環基板２０を第１駆動マグネット１０ａ側から見た図である。 （ａ）は、円環基板２０の表面に扁平コイル２１を設置し、円環基板２０の裏面にホールセンサＨを設置した図である。 （ｂ）は、円環基板２０に形成した溝、または貫通孔に扁平コイル２１及びホールセンサＨを埋め込んだ図である。 （ａ）は、円環基板２０を第２駆動マグネット１０ｂ側から見た図である。 （ｂ）は、（ａ）に示した円環状に配置した磁気方式位置センサ部４０を直線に伸ばした図とホールセンサＨにおける磁束密度Ｂの変化のグラフである。 光学方式位置センサ部４５を直線に伸ばした図と光学距離測定器Ｉにおける計測距離Ｌの変化のグラフである。 制御部９０の駆動制御系の図である。 スイッチ制御部９２によるオンオフ制御の表である。 （ａ）は、本実施形態の磁気駆動装置２００の構成を示した斜視図である。 （ｂ）は、（ａ）の光軸中心ＬＣの方向から見た構成図である。 （ａ）は、案内軸２５１を固定する固定環２５２を案内軸２５１の両端部に設置した磁気駆動装置３００を示した斜視図である。 （ｂ）は、（ａ）の上面図である。 案内軸２５１に２つのホルダ２５０を設置した場合の磁気駆動装置３５０である。 （ａ）は、レンズシフト方式の手振れ防止機構４００ａを示した図である。 （ｂ）は、センサシフト方式の手振れ防止機構４００ｂを示した図である。 撮像装置５００の主な構成を示した図である

符号の説明

１０ … 駆動マグネット（１０ａ … 第１駆動マグネット、１０ｂ … 第２駆動マグネット）
１１ … ヨーク（１１ａ … 第１ヨーク、１１ｂ … 第２ヨーク）
１２ … マグネット（１２ａ … 第１マグネット、１２ｂ … 第２マグネット）
２０ … 円環基板
２１ … 扁平コイル
２２ … ツバ
４０ … 位置センサ部、４２ … センサマグネット
４６ … 反射板
５０ … 駆動環
５１ … ホルダ、５２ … 軸受
５３ … 回転止、５４ … レンズ
７０ … 固定鏡筒
９０ … 制御部
９１ … 位置検出演算部
９２ … スイッチ制御部
９３ … 相指令変換制御部
１００、２００、３００、３５０、４００ … 磁気駆動装置
２１０ … 駆動マグネット
２１１ … ヨーク（２１１ａ … 前方ヨーク、２１１ｂ … 後方ヨーク）
２１２ … マグネット（２１２ａ … 第１マグネット、２１２ｂ … 第２マグネット）
２１５ … 前方マグネット、２１６ … 後方マグネット
２２０ … 基板
２２１ … 扁平コイル（２２１ａ … 前方扁平コイル、２２１ｂ … 後方扁平コイル）
２２２ … 導電体
２５０ … ホルダ（２５０ａ … 前方ホルダ、２５０ｂ … 後方ホルダ）
２５１ … 案内軸（２５１ａ … 第１案内軸、２５１ｂ … 第２案内軸）
２５２ … 固定環
２５３ … レンズ
２５４ … 圧電アクチュエータ
４００ａ … レンズシフト方式手振れ防止機構
４００ｂ … センサシフト方式手振れ防止機構
４０１ … 補正レンズ、４０２ … 撮像素子
４１０ … フレーム（410ｘ … Ｘ軸フレーム、４１０ｚ … Ｚ軸フレーム）
４２１ … ばね上げミラー
４２２ … フォーカスセンサ、４２３ … ピントグラス
４２４ … ペンタプリズム、４２５ … ファインダ
４２６ … マウント
４５０ … Ｘ軸磁気駆動装置、４６０ … Ｚ軸磁気駆動装置
５００ … 撮像装置、５１０ … ボディ
５２０ … 鏡筒、５３０ … フォーカス用可動レンズ機構
５４０ … ズーム用可動レンズ機構
Ｂ … 磁束密度
ＤＣ … 配線ケーブル
Ｈ … ホールセンサ
Ｉ … 光学距離測定器
ＬＣ … 光軸中心
ＳＷ … スイッチ

Claims (8)

1. 光軸方向から入射する光学像を撮像する撮像装置において、
   機能素子を保持し前記光軸方向と交差する交差方向に移動可能な第１被駆動体と、
   Ｎ極とＳ極とに交互に着磁され前記交差方向に並べて配設された移動可能な第１駆動マグネットと、
   前記第１駆動マグネットに対向して前記交差方向に並べて配設された複数の第１扁平コイルと、
   前記第１扁平コイルと前記駆動マグネットとの相対的な位置を検出する第１位置センサと、
   前記第１位置センサで検出された結果に基づいて前記第１扁平コイルへの通電を切り換える第１通電制御部と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記機能素子は前記光学像の手振れを補正する手振れ補正光学素子であり、前記交差方向は前記光軸方向と直交する２軸方向であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記機能素子は前記光学像を電気信号に変える撮像素子であり、前記交差方向は前記光軸方向と直交する２軸方向であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記撮像装置は、前記光軸方向に移動する光学素子を有し、
   光学素子を保持し前記光軸方向に移動可能な第２被駆動体と、
   Ｎ極とＳ極とに交互に着磁され前記光軸方向に並べて配設された移動可能な第２駆動マグネットと、
   前記第２駆動マグネットに対向して前記光軸方向に並べて配設された複数の第２扁平コイルと、
   前記第２扁平コイルと前記第２駆動マグネットとの相対的な位置を検出する第２位置センサと、
   前記第２位置センサで検出された結果に基づいて前記第２扁平コイルへの通電を切り換える第２通電制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置。
5. 前記第１扁平コイルが直線状に配置され、前記第２扁平コイルが直線方向に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記撮像装置は、前記光軸方向に移動する光学素子を有し、
   光学素子を保持し前記光軸方向に移動可能な第２被駆動体と、
   Ｎ極とＳ極とに交互に着磁され前記光軸方向を中心とした円周方向に並べて配設された移動可能な第２駆動マグネットと、
   前記第２駆動マグネットに対向して前記円周方向に並べて配設された複数の第２扁平コイルと、
   前記第２扁平コイルと前記第２駆動マグネットとの相対的な位置を検出する第２位置センサと、
   前記第２位置センサで検出された結果に基づいて前記第２扁平コイルへの通電を切り換える第２通電制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置。
7. 前記第１位置センサ及び第２位置センサは磁気検出器であり、
   前記磁気検出器に対向して配置され、磁束が一様に変化する検出用マグネットを備えることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置。
8. 前記第１位置センサ及び第２位置センサは送受光検出器であり、
   前記送受光検出器に対向して配置され、距離が一様に変化する検出用反射素子を備えることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置。