JP4598465B2 - 撮像素子支持機構 - Google Patents

Description

本発明は、簡易的な構成であって、像ブレ補正のために２次元方向に並進移動及び回転可能とする、撮像素子を支持するための撮像素子支持機構に関する。

従来、撮影者の手ブレによる像ブレを補正するために、手ブレ量に応じて補正レンズを光軸と垂直な平面上で移動させることにより、カメラの像ブレの補正を行う像ブレ補正手段は知られていた。

このような像ブレ補正手段として、補正レンズを設ける可動枠、或いは可動枠を挟持するための固定部材のいずれかに挟持手段を予め設けて製造時の作業性を向上させる補正光学系支持機構が開示されている（特許文献１）。

しかし、特許文献１による支持機構は、その可動枠の挟持手段は複雑な構成となっており、更なる簡略化が求められるものである。
特許第３４２３４９３号公報

したがって、本発明では、カメラの像ブレ補正のために撮像素子を光軸に垂直な平面上で移動可能にする、簡易な構成の撮像素子支持機構の提供を目的とする。

本発明の撮像素子支持機構は、第１固定部と、第１固定部に対して相対的な位置が固定された第２固定部と、第１固定部と第２固定部との間に配置され第１固定部と対向する面に撮像素子が設けられる可動部と、第１固定部と可動部の間に挟まれ第１固定部及び可動部のいずれか一方或いは両方に当接し第１固定部及び可動部において二次元状に配置される３以上の第１支持部材と、第２固定部と可動部の間に挟まれ撮像素子の撮像面に垂直な方向から見て二次元状に配置されたそれぞれの第１支持部材を囲んで形成される第１支持図形の内側に配置され第２固定部及び可動部のいずれか一方或いは両方に当接する単一の第２支持部材とを備えることを特徴としている。

また、第１支持部材が球状に形成されることが好ましい。また、第１支持部材が第１固定部及び前記可動部のいずれか一方に固定され、特に第１支持部材が第１固定部及び可動部のいずれか一方に一体的に形成されることにより固定されることが好ましく、さらに第１支持部材における第１固定部或いは可動部と当接する部位が凸球面状に形成されることが好ましい。

また、第１固定部及び可動部のいずれか一方又は両方が撮像面と平行でそれぞれの第１支持部材に対向する第１当接平面部材を有しそれぞれの第１当接平面部材において第１支持部材が当接することが好ましく、さらにそれぞれの第１当接平面部材は第１内壁面を有し、第１支持部材が第１当接平面部材に当接している状態において第１支持部材は第１内壁面に囲まれることが好ましい。

また、第２支持部材が球状に形成されることが好ましい。第２支持部材が第２固定部及び可動部のいずれか一方に固定され、特に第２支持部材が第２固定部及び可動部のいずれか一方に一体的に形成されることにより固定されることが好ましく、さらに第２支持部材における第２固定部或いは可動部と当接する部位が凸球面状に形成されることが好ましい。

また、第２固定部及び可動部のいずれか一方或いは両方が撮像面と平行な第２当接平面部材を有し、第２当接平面部材において前記第２支持部材が当接することが好ましく、さらに第２当接平面部材は第２内壁面を有し、第２支持部材が第２当接平面部材に当接している状態において第２支持部材は第２内壁面に囲まれることが好ましい。

また、第２固定部が弾性を有し第２支持部材を可動部に押圧させる方向に付勢することが好ましい。または、第２固定部或いは前記可動部に設けられ、第２支持部材を可動部に押圧させる方向に付勢する弾性体を備えることが好ましい。

撮像面における撮像素子の中心近傍、第１支持図形の重心、および第２支持部材の可動部と対向する側における重心が撮像面に垂直な方向から見て重なることが好ましい。

本発明によれば、撮像素子を光軸と垂直な平面上で移動可能とする像ブレ補正のための撮像素子支持機構を小型で簡単な構成にして、組み立て性の向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明の第１の実施形態を適用した撮像素子保持機構に撮像素子を設けて像ブレ補正機能を備えたカメラについて、図１〜７を用いて説明する。なお、方向を説明するために、カメラ６０における光軸ＬＸと直交する水平方向を第１方向ｘ、光軸ＬＸと直行する鉛直方向を第２方向ｙ、光軸ＬＸと平行な方向を第３方向ｚとして説明する。また、図４は図３のIV−IV線の断面における構成図を示し、図５は図４のＶ−Ｖ線の断面における構成図を示す。

カメラ６０は、主電源のオン／オフの切替えを行う電源ボタン６１、レリーズボタン６２、ＬＣＤモニタ６３、ＣＰＵ４０、撮像ブロック４４、ＡＥ部４５、ＡＦ部４６、撮像部６４、及び撮影レンズ６８によって構成される。

電源ボタン６１を押すことにより電源スイッチ４７のオン／オフが切替えられる。被写体像が、撮影レンズ６８を介して撮像部６４に設けられる撮像素子４８により受光される。撮像素子４８は例えばＣＣＤである。また、撮像された被写体像はＬＣＤモニタ６３に表示される。

レリーズボタン６２を、半押しすることにより測光スイッチ４１がオンにされて測光、測距、及び合焦動作が行われ、全押しすることによりレリーズスイッチ４２がオンにされてレリーズ動作が実行される。

ＣＰＵ４０において、後述する像ブレ補正に関する各部の制御、及びカメラ６０全体の動作の制御が行われる。

撮像部６４は撮像ブロック４４により駆動される。ＡＥ部４５により被写体の測光動作が実行されて露光値が算出される。次に算出された露光値に基づき撮影に必要となる絞り値及び露光時間が算出される。ＡＦ部４６により測距が行われる。この測距に基づき撮影レンズ６８が光軸方向に変位されることにより焦点調整が行われる。

カメラ６０の像ブレ補正装置（図示せず）は、像ブレ補正ボタン６９、ＣＰＵ４０、角速度検出部４９、駆動用ドライバ回路５２、撮像素子支持機構１０、ホール素子信号処理部５３、及び撮影レンズ６８によって構成される。

像ブレ補正ボタン６９を押すことにより像ブレ補正スイッチ４３がオンにされる。像ブレ補正スイッチ４３がオンにされると、測光等の他の動作と独立して一定時間毎に角速度検出部４９及び撮像素子支持機構１０が駆動されて像ブレ補正が行われる。

スイッチ４１〜４３の入力信号に対応する各種の出力はＣＰＵ４０によって制御される。測光スイッチ４１、レリーズスイッチ４２、及び像ブレ補正スイッチ４３のオン／オフ情報はそれぞれ１ビットのデジタル信号としてＣＰＵ４０のポートＰ４１、Ｐ４２、Ｐ４３に入力される。

次に角速度検出部４９、駆動用ドライバ回路５２、撮像素子支持機構１０、及びホール素子信号処理部５３についての詳細とＣＰＵ４０への入出力関係について説明する。

角速度検出部４９は第１〜第３角速度センサ５０_a、５０_b、５０_c、及びアンプ・ハイパスフィルタ回路５１によって構成される。第１角速度センサ５０_aにより一定時間（１ｍｓ）毎にカメラ６０の第１方向ｘの角速度が検出され、同様に第２角速度センサ５０_bにより一定時間毎にカメラ６０の第２方向ｙの角速度が検出される。第３角速度センサ５０_cにより一定時間毎にカメラ６０の第３方向ｚに垂直な平面上（以下ｘｙ平面上とする）における回転角速度が検出される。

アンプ・ハイパスフィルタ回路５１により、第１方向ｘと第２方向ｙとの角速度、及びｘｙ平面上における回転角速度に応じた信号が増幅された後、第１〜第３角速度センサ５０_a、５０_b、５０_cのヌル電圧やパンニングが増幅された信号から除去される。アンプ・ハイパスフィルタ回路５１によりヌル電圧等が除去された信号は第１、第２、第３角速度ｖｘ、ｖｙ、ｖθとして、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄ０、Ａ／Ｄ１、及びＡ／Ｄ２に入力される。

Ａ／Ｄ０、Ａ／Ｄ１、及びＡ／Ｄ２から入力された第１、第２、及び第３角速度ｖｘ、ｖｙ、ｖθはＣＰＵ４０によりＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換された第１、第２、及び第３角速度ｖｘ、ｖｙ、ｖθ、及び焦点距離等を考慮した変換係数に基づいて一定時間に生じた像ブレ量がＣＰＵ４０により算出される。この像ブレ量は第１方向ｘ、第２方向ｙ、及びｘｙ平面上における回転角度の変位量として算出される。

ＣＰＵ４０により、算出された像ブレ量に応じて撮像部６４の移動すべき位置Ｓが演算される。この演算においては、第１方向、第２方向、及びｘｙ平面上における回転角度も考慮される。位置Ｓの第１方向ｘ成分をｓｘ、第２方向ｙ成分をｓｙ、ｘｙ平面上の回転角度成分をｓθとする。

撮像部６４が設けられる可動部２０の移動は後述する電磁力によって行われる。可動部２０を位置Ｓまで回転を含めて移動させるための駆動力Ｄについて２つの第１方向ｘ成分を第１、第２水平方向ＰＷＭデューティーｄｘ１、ｄｘ２、１つの第２方向ｙ成分を鉛直方向ＰＷＭデューティーｄｙとする。

撮像素子支持機構１０は、撮像部６４が設けられる可動部２０、第１固定部３０、および第２固定部である第２ベース板３６によって構成される。撮像部６４をＣＰＵ４０が算出した移動すべき位置Ｓに回転を含めて移動させることにより、回転を含めたｘｙ平面上のブレによって生じた被写体像の結像面における光軸ＬＸのズレが除去される。従って、被写体像と結像面位置が一定に保たれて像ブレ補正が実行される。

可動部２０の駆動は、駆動用ドライバ回路５２によって制御される第１駆動部、第２駆動部、及び第３駆動部（図示せず）により駆動される。第１〜第３駆動部は、ＣＰＵ４０におけるＰＷＭ０、ＰＷＭ１から出力される第１、第２水平方向ＰＷＭデューティーｄｘ１、ｄｘ２とＰＷＭ２から出力される鉛直方向ＰＷＭデューティーｄｙとに基づいて駆動用ドライバ回路５２によって制御される。

第１〜第３駆動部による可動部２０の位置Ｐは第１〜３ホール素子２３_a、２３_b、２３_c及びホール素子信号処理部５３によって検出される。検出された位置Ｐは第１、第２水平方向位置検出信号ｐｘ１、ｐｘ２が第１方向ｘ成分として、鉛直方向位置検出信号ｐｙが第２方向ｙ成分として、それぞれＣＰＵ４０のＡ／Ｄ３、Ａ／Ｄ４、Ａ／Ｄ５に入力される。第１、第２水平方向位置検出信号ｐｘ１、ｐｘ２、及び鉛直方向位置検出信号ｐｙはＡ／Ｄ３〜Ａ／Ｄ５によってＡ／Ｄ変換される。

第１、第２水平方向位置検出信号ｐｘ１、ｐｘ２、及び鉛直方向位置検出信号ｐｙに対してＡ／Ｄ変換後の位置Ｐの２つの第１方向ｘ成分、及び１つの第２方向ｙ成分のデータをそれぞれｐｄｘ１、ｐｄｘ２、ｐｄｙとする。これらのデータから、可動部２０の位置Ｐの第１方向ｘ成分ｐｘｘ、第２方向ｙ成分ｐｙｙ、及び回転角度ｐθが算出される。算出された位置Ｐ（ｐｘｘ、ｐｙｙ、ｐθ）のデータと移動すべき位置Ｓ（ｓｘ、ｓｙ、ｓθ）のデータとに基づいて第１〜第３駆動部は制御される。

第１駆動部は鉛直方向駆動用の第１コイル２１_a及び第１駆動磁石３１_aにより構成される。第２駆動部は水平方向駆動用の第２コイル２１_b及び第２駆動磁石３１_bにより構成される。第３駆動部は水平方向駆動用の第３コイル２１_c及び第３駆動磁石３１_cにより構成される。

可動部２０は可動基板２２、支持受け板２４、及びプレート２５によって構成される。可動基板２２には、第１〜第３コイル２１_a、２１_b、２１_c、及び第１〜第３ホール素子２３_a、２３_b、２３_cが設けられ、プレート２５には撮像部６４が設けられる。第１固定部３０は第１〜第３ヨーク３２_a、３２_b、３２_c、及び第１ベース板３３によって構成される。第１〜第３ヨーク３２_a、３２_b、３２_cには第１〜第３駆動磁石３１_a、３１_b、３１_cが設けられる。

可動部２０と第１固定部３０とにより、球状に形成された３つの第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cが挟まれる。第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cは、第３方向ｚに垂直な平面上にあり、それぞれ可動部２０を構成する支持受け板２４と第１固定部３０を構成する第１ベース板３３との間で転動自在に当接される。

第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cは支持受け板２４或いは第１ベース板３３に対して２次元状に配置される。即ち、第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cは支持受け板２４或いは第１ベース板３３において非直線上に配置される。また、可動部２０が第１方向ｘ、第２方向ｙへの直線的な移動、及び回動する前の初期状態においてにおいて第３方向ｚから見て、第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cを囲う図形の重心が光軸ＬＸと重なるように第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cの初期の位置が調整される。

可動部２０と第１固定部３０とは第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cを介して接触が維持される。このような構成により、可動部２０は第１方向ｘ、或いは第２方向ｙへの平行移動、及び第３方向ｚに平行な直線を軸に回動可能な状態で、第１固定部３０に支持される。なお、４以上の第１支持部材が挟まれる構成であってもよい。

第２ベース板３６は、例えば板バネのような弾性部材であり、後述するように可動部２０を第１固定部３０と第２ベース板３６との間に挟むように、第１固定部３０に固定される。第２ベース板３６において可動部２０と対向する面に単一の第２支持部材１２が固定される。なお、第２支持部材１２は第２ベース板３６に一体的に形成され、固定される構成であってもよい。一体的に形成する構成によれば、組立て性はさらに向上する。

第２支持部材１２は第３方向ｚから見て光軸ＬＸと重なる位置に設けられる（図６参照）。第２支持部材１２の先端は凸球面状に形成され、第２ベース板３６と可動部２０との間に挟まれながら可動部２０に当接させられる（図４参照）。第２ベース板３６を第１固定部３０に固定することにより、第２支持部材１２は第２支持部材１２が可動部２０を押圧する方向に付勢される。

なお、第２支持部材１２は第３方向ｚから見て第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cにより囲まれた第１支持図形（図６符合Ｆ参照）の内側に配置される。第２支持部材１２が第１支持図形Ｆの内側に位置することにより、可動部２０は、バランスを崩すことなく、第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cと第２支持部材１２の間に支持可能である。

撮像素子４８の撮像範囲を最大活用するために、撮影レンズ６８の光軸ＬＸが撮像素子４８の中心近傍を通る位置関係にある時に、可動部２０は第１方向ｘ、第２方向ｙともに可動範囲の中心に位置するように、可動部２０と第１固定部３０の位置関係が調整される。また、可動部２０が第１方向ｘ、第２方向ｙへの直線的な移動、及び回動する前の初期状態において、可動部２０が移動範囲の中心に位置するように、可動部２０と第１固定部３０の位置関係が設定される。

更に初期状態において、撮像素子４８の撮像面を構成する短形の４辺のそれぞれは、第１方向ｘ或いは第２方向ｙのいずれかに平行な状態にあるように、可動部２０と第１固定部３０の位置関係が設定される。なお、撮像素子４８の中心とは撮像素子４８の撮像面を形成する短形が有する２つの対角線の交点とする。

可動部２０において、撮影レンズ６８の方向から見て光軸方向に撮像部６４、プレート２５が可動基板２２に取付けられる。撮像部６４には、撮像素子４８、ステージ６５、押さえ部６６、及び光学ローパスフィルタ６７が設けられる。ステージ６５とプレート２５により、撮像素子４８、押さえ部６６、及び光学ローパスフィルタ６７が挟まれる。

撮像素子４８がプレート２５を介して可動基板２２に取付けられた状態において、撮像素子４８の撮像面が光軸ＬＸに対して垂直になるように取付けが調整される。プレート２５は板状材であり、撮像面とプレート２５の平面とが平行になるように取付けが調整される。プレート２５は金属製であり、撮像素子４８と接触することにより撮像素子４８の放熱をすることが可能である。

可動部２０が移動及び回動する前の初期状態において、可動基板２２には光軸ＬＸに重なる位置に孔２７が形成される。孔２７は第１固定部３０側においてプレート２５に覆われる。このような構成により、可動部２０には第２ベース板３６側から見て、第２内壁面（孔２７を形成する壁面）及び撮像面に平行な平面である第２底面２８を有する窪が形成されることになる。

可動部２０が移動及び回動する前の初期状態において、第２支持部材１２は第２底面２８に当接される。第２支持部材１２は第２底面２８に対して摺動自在であって可動部２０は、第１方向ｘ及び第２方向ｙに移動自在である。第２支持部材１２が第２底面２８に当接している状態において、第２支持部材１２は第２内壁面に囲まれる。第２支持部材１２を第２内壁面で囲むことにより、可動部２０の移動を規制することが可能になる。

孔２７の大きさは可動部２０の移動を規制する範囲に応じて定められる。即ち、可動部２０の移動可能範囲を大きくする場合は移動可能範囲の大きさに応じて孔２７の大きさが決められる。

支持受け板２４には、第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cと当接するための第１当接平面部２４_a、２４_b、２４_cが設けられる。第１当接平面部２４_a、２４_b、２４_cが撮像素子４８の撮像面と平行でそれぞれの第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cに対向する位置に配置されるように、支持受け板２４はステージ６５に取付けられる。

可動基板２２は変形したＴ字形に形成される。可動基板２２は、撮像部６４が取付けられる基板中央部２２_e、基板中央部２２_eから第２方向ｙに延びる第１端部２２_a、基板中央部２２_eから第１方向ｘに延びる第２端部２２_b、及び第３端部２２_cを有する。第２端部２２_bと第３端部２２_cは、第１方向ｘから見てずれる様に形成される。なお、可動基板２２はＴ字形に形成されてもよい。

可動基板２２上において、第１コイル２１_aは第１端部２２_aに、第２コイル２１_bは第２端部２２_bに、第３コイル２１_cは第３端部２２_cに設けられる。第１〜第３コイル２１_a、２１_b、２１_cはシート状で且つ渦巻き状のコイルパターンとして形成される。

第１コイル２１_aのコイルパターンは、第１コイル２１_aの電流の方向と第１駆動磁石３１_aの磁界の向きとから生じる第１電磁力Ｐｗ１により第１コイル２１_aを含む可動部２０を第２方向ｙに移動させるために、第１方向ｘと平行な線分を有する。

第２コイル２１_bのコイルパターンは、第２コイル２１_bの電流の方向と第２駆動磁石３１_bの磁界の向きとから生じる第２電磁力Ｐｗ２により第２コイル２１_bを含む可動部２０を第１方向ｘに移動させるために、第２方向ｙと平行な線分を有する。

第３コイル２１_cのコイルパターンは、第３コイル２１_cの電流の方向と第３駆動磁石３１_cの磁界の向きとから生じる第３電磁力Ｐｗ３により第３コイル２１_cを含む可動部２０を第１方向ｘに移動させるために、第２方向ｙと平行な線分を有する。

第１電磁力Ｐｗ１は第１コイル２１_aの第１方向ｘと平行な線分の各々にかかる電磁力の合力である。第１電磁力Ｐｗ１が１点に集中してかかるとみなせる点である第１駆動点２６_aが第１コイル２１_aの中心となるように、第１コイル２１_aのコイルパターンは形成される。同様に、第２電磁力Ｐｗ２が１点に集中してかかるとみなせる点である第２駆動点２６_bが第２コイル２１_bの中心となるように、第２コイル２１_bのコイルパターンは形成され、第３電磁力Ｐｗ３が１点に集中してかかるとみなせる点である第３駆動点２６_cが第３コイル２１_cの中心となるように、第３コイル２１_cのコイルパターンは形成される。

可動部２０が回動されない初期の状態において、第１駆動点２６_aと撮像素子４８の中心を結ぶ線分は、第２方向ｙと平行となるように可動基板２２上において第１コイル２１_aが配置される。第２駆動点２６_bと第３駆動点２６_cを結ぶ線分の中心と撮像素子４８の中心が重なるように、且つ第２駆動点２６_bと第３駆動点２６_cを結ぶ直線が第１方向ｘに平行な直線と交わる関係即ち第１方向ｘと非平行な関係となるように、可動基板２２上において第２、第３コイル２１_b、２１_cが配置される。

このような構成をとることにより、第１〜第３電磁力Ｐｗ１〜Ｐｗ３の向き、大きさを制御することにより可動部２０を第１方向ｘと第２方向ｙとに平行な平面上を第１方向ｘ、或いは第２方向ｙへ移動自在であり、また第１方向ｘと第２方向ｙとに平行な平面に垂直で撮像素子４８の中心を通る直線を軸として回動自在である。

また、第１〜第３コイル２１_a、２１_b、２１_cをシートコイルとする構成なので、各コイル２１_a、２１_b、２１_cの第３方向ｚの厚さを薄くする事が可能である。また、電磁力を高めるために第３方向ｚにシートコイルが複数枚重ねられても第３方向ｚの厚さを殆ど増加させないことも可能である。従って、可動部２０と第１固定部３０の間隔を狭めてステージ駆動機構１０の小型化を図る事が可能である。

第１〜第３コイル２１_a、２１_b、２１_cはフレキシブル基板（図示せず）を介してこれらを駆動する駆動用ドライバ回路５２と接続される。駆動用ドライバ回路５２には、ＣＰＵ４０のＰＷＭ０、ＰＷＭ１、ＰＷＭ２から第１、第２水平方向ＰＷＭデューティーｄｘ１、ｄｘ２、鉛直方向ＰＷＭデューティーｄｙがそれぞれ入力される。

駆動用ドライバ回路５２は入力された鉛直方向ＰＭＷデューティーｄｙの値に応じて第１コイル２１_aに電力を供給し、可動部２０を第２方向ｙに移動させる。また、駆動用ドライバ回路５２は入力された第１、第２水平方向ＰＭＷデューティーｄｘ１、ｄｘ２の値に応じて第２、第３コイル２１_b、２１_cそれぞれに電力を供給し、可動部２０を第１方向ｘに移動させ、可動部２０をｘｙ平面上に回転させる。

可動部２０を第１方向ｘに平行移動させる場合、第２、第３電磁力Ｐｗ２、Ｐｗ３とが同じ向きで、同じ大きさとなるように、ＣＰＵ４０により第１、第２水平方向ＰＷＭデューティーｄｘ１、ｄｘ２の値が制御される。

可動部２０を第１方向ｘに平行移動させること無くｘｙ平面上で回動させる場合、第２、第３電磁力Ｐｗ２、Ｐｗ３とが逆向きで、同じ大きさとなるように、ＣＰＵ４０により第１、２水平方向ＰＷＭデューティーｄｘ１、ｄｘ２の値が制御される。

可動部２０を第１方向ｘに移動してｘｙ平面上で回動させる場合、第２、第３電磁力Ｐｗ２、Ｐｗ３とが異なる大きさとなるように、ＣＰＵ４０により第１、２水平方向ＰＷＭデューティーｄｘ１、ｄｘ２の値が制御される。

第１ホール素子２３_aは第３方向ｚにおいて第１駆動点２６_aに重なる位置に設けられる。第２ホール素子２３_bは、撮像素子４８の中心を通り第１方向ｘに平行な直線と第２駆動点２６_bを通り第２方向ｙに平行な直線との交点に重なる位置に設けられる。第３ホール素子２３_cは、撮像素子４８の中心を通り第１方向ｘに平行な直線と第３駆動点２６_cを通り第２方向ｙに平行な直線との交点に重なる位置に設けられる。

第１固定部３０において、板状部材である第１ベース板３３には第１〜第３ヨーク３２_a、３２_b、３２_c、及び第１〜第３駆動磁石３１_a、３１_b、３１_cが設けられる。第１ベース板３３は撮像素子４８の撮像面と平行で、可動基板２２と撮影レンズ６８の間に配置される。第１ベース板３３には、第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cと対向する位置に窪が形成される。窪には撮像面と平行な平面である第１底面３４及び第３方向ｚに平行な第１内壁面３５が形成される。

第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cは第１ベース板３３における第１底面３４に当接される（図４参照）。第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cが第１底面３４に当接している状態において、第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cは第１内壁面３５に囲まれる。

第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cを第１内壁面３５によって囲むことにより、支持受け板２４と第１ベース板３３の間からの第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cの離脱が防がれる。さらに、撮像素子支持機構１０の製造時に、第１支持部材１１_a、１１_b、１１_cの第１ベース板３３からの脱落を防ぐことも可能である。

第１駆動磁石３１_aは第１コイル２１_a及び第１ホール素子２３_aと第３方向ｚにおいて対向するように、第１ベース板３３における可動部２０側の面に第１ヨーク３２_aを介して設けられる。同様に、第２駆動磁石３１_bは第２コイル２１_b及び第２ホール素子２３_bと第３方向ｚに対向するように、第１ベース板３３における可動部２０側の面に第２ヨーク３２_bを介して設けられる。同様に、第３駆動磁石３１_cは第３コイル２１_c及び第３ホール素子２３_cと第３方向ｚにおいて対向するように、第１ベース板３３における可動部２０側の面に第３ヨーク３２_cを介して設けられる。

第１駆動磁石３１_aは第２方向ｙにＮ極とＳ極が並べられる。第１駆動磁石３１_aの第１方向ｘの長さは可動部２０が第１方向ｘに移動する時に第１コイル２１_aと第１ホール素子２３_aに及ぼす磁界が変化しないように第１コイル２１_aの第１方向ｘの第１有効長Ｌ１に比べて長めに形成される。

第２駆動磁石３１_bは第１方向ｘにＮ極とＳ極が並べられる。第２駆動磁石３１_bの第２方向ｙの長さは可動部２０が第２方向ｙに移動する時に第２コイル２１_bと第２ホール素子２３_bに及ぼす磁界が変化しないように第２コイル２１_bの第２方向ｙの第２有効長Ｌ２に比べて長めに形成される。

第３駆動磁石３１_cは第１方向ｘにＮ極とＳ極が並べられる。第３駆動磁石３１_cの第２方向ｙの長さは可動部２０が第２方向ｙに移動する時に第３コイル２１_cと第３ホール素子２３_cに及ぼす磁界が変化しないように第３コイル２１_cの第２方向ｙの第３有効長Ｌ３に比べて長めに形成される。

第１ヨーク３２_aは第１方向ｘから見てコの字型形状を有する多角柱の軟磁性体部材により形成される。第１ヨーク３２_aのコの字型形状の間に第１駆動磁石３１_a、第１コイル２１_a、及び第１ホール素子２３_aを第３方向ｚで挟みながら、第１ヨーク３２_aは第１ベース板３３上の可動部２０側の面に固定される。

第１ヨーク３２_aにおける第１駆動磁石３１_aと接する側の部分により、第１駆動磁石３１_aの磁界の周囲への漏洩が防がれる。また、第１ヨーク３２_aにおける第１駆動磁石３１_aと接する側の部分と対向する側の部分により、第１駆動磁石３１_aと第１コイル２１_aとの間、及び第１駆動磁石３１_aと第１ホール素子２３_aとの間の磁束密度が高められる。

第２ヨーク３２_bは第２方向ｙから見てコの字型形状を有する多角柱の軟磁性体部材により形成される。第２ヨーク３２_bのコの字型形状の間に第２駆動磁石３１_b、第２コイル２１_b、及び第２ホール素子２３_bを第３方向ｚで挟みながら、第２ヨーク３２_bは第１ベース板３３上の可動部２０側の面に固定される。

第２ヨーク３２_bにおける第２駆動磁石３１_bと接する側の部分により、第２駆動磁石３１_bの磁界の周囲への漏洩が防がれる。また、第２ヨーク３２_bにおける第２駆動磁石３１_bと接する側の部分と対向する側の部分により、第２駆動磁石３１_bと第２コイル２１_bとの間、及び第２駆動磁石３１_bと第２ホール素子２３_bとの間の磁束密度が高められる。

第３ヨーク３２_cは第２方向ｙから見てコの字型形状を有する多角柱の軟磁性体部材により形成される。第３ヨーク３２_cのコの字型形状の間に第３駆動磁石３１_c、第３コイル２１_c、及び第３ホール素子２３_cを第３方向ｚで挟みながら、第３ヨーク３２_cは第１ベース板３３上の可動部２０側に固定される。

第３ヨーク３２_cにおける第３駆動磁石３１_cと接する側の部分により、第３駆動磁石３１_cの磁界の周囲への漏洩が防がれる。また、第３ヨーク３２_cにおける第３駆動磁石３１_cと接する側の部分と対向する側の部分により、第３駆動磁石３１_cと第３コイル２１_cとの間、及び第３駆動磁石３１_cと第３ホール素子２３_cとの間の磁束密度が高められる。

第２ベース板３６は第１ベース板３３の反対側から、第１固定部３０を構成する第１〜３ヨーク３２_a、３２_b、３２_cに固定される（図３，４参照）。

第１〜第３ホール素子２３_a、２３_b、２３_cはホール効果を利用した磁電変換素子であって、可動部２０の第１方向ｘ、第２方向ｙ（第１、第２水平方向検出位置信号ｐｘ１、ｐｘ２、鉛直方向検出位置信号ｐｙ）を検出する１軸ホール素子である。第１ホール素子２３_aにより第２方向ｙの位置が検出され、第２、第３ホール素子２３_b、２３_cにより第１方向ｘの位置が検出される。

第１〜第３駆動磁石３１_a、３１_b、３１_cから発する磁界は位置検出のためにも使用される。第１駆動磁石３１_aと第１ホール素子２３_aとにより第１位置検出手段（図示せず）が形成される。同様に、第２駆動磁石３１_bと第２ホール素子２３_bとにより第２位置検出手段（図示せず）が形成され、第３駆動磁石３１_cと第３ホール素子２３_cとにより第３位置検出手段（図示せず）が形成される。

第１ホール素子２３_aは第１コイル２１_aと第３方向ｚに積層される。第１ホール素子２３_aを第１駆動点２６_aである第１コイル２１_aの中央点に配置して積層することにより、位置検出のための磁界発生領域と可動部２０の駆動のための磁界発生領域が共用されるので、第１駆動磁石３１_a及び第１ヨーク３２_aの第２方向ｙの長さを短縮可能である。

直線的な変化量を使って精度の高い位置検出が行える範囲を最大限活用して位置検出を行うため、撮像素子４８の中心近傍が光軸ＬＸを通る位置関係にある時に、第１駆動磁石３１_aのＮ極、Ｓ極と等距離近傍に配置するように、第１ホール素子２３_aの位置が調整される。

同様に、第２ホール素子２３_bの第１方向ｘの位置は、撮像素子４８の中心近傍が光軸ＬＸを通る位置関係にある時に、第２駆動磁石３１_bのＮ極、Ｓ極と等距離近傍に配置するように調整され、第３ホール素子２３_cの第１方向ｘの位置は、撮像素子４８の中心近傍が光軸ＬＸを通る位置関係にある時に、第３駆動磁石３１_cのＮ極、Ｓ極と等距離近傍に配置するように調整される。

ホール素子信号処理部５３は第１〜第３ホール素子信号処理回路５４_a、５４_b、５４_cを有する。第１〜第３ホール素子信号処理回路５４_a、５４_b、５４_cはフレキシブル基板（図示せず）を介して第１〜第３ホール素子２３_a、２３_b、２３_cにそれぞれ接続される。

第１ホール素子信号処理回路５４_aにより、第１ホール素子２３_aの出力信号から第１ホール素子２３_aにおける出力端子間の電位差が検出される。検出された電位差に基づいて第１ホール素子２３_aがある部分（点Ａ、図７参照）の第２方向ｙの位置を特定する鉛直方向検出位置信号ｐｙがＣＰＵ４０のＡ／Ｄ５に入力される。

第２ホール素子信号処理回路５４_bにより、第２ホール素子２３_bの出力信号から第２ホール素子２３_bにおける出力端子間の電位差が検出される。検出された電位差に基づいて第２ホール素子２３_bがある部分（点Ｂ、図７参照）の第１方向ｘの位置を特定する第１水平方向検出位置信号ｐｘ１がＣＰＵ４０のＡ／Ｄ３に入力される。

第３ホール素子信号処理回路５４_cにより、第３ホール素子２３_cの出力信号から第３ホール素子２３_cにおける出力端子間の電位差が検出される。検出された電位差に基づいて第３ホール素子２３_cがある部分（点Ｃ、図７参照）の第１方向ｘの位置を特定する第２水平方向検出位置信号ｐｘ２がＣＰＵ４０のＡ／Ｄ４に入力される。

３つのホール素子２３_a、２３_b、２３_cにより、回転角度を含めた可動部２０の位置が特定される。第１ホール素子２３_aにより、可動部２０上の１つの点についての第２方向ｙの位置が特定される。第２、第３ホール素子２３_b、２３_cにより、可動部２０上の２つの点についての第１方向ｘの位置が特定される。２つの点についての第１方向ｘの位置情報と、１つの点についての第２方向ｙの位置情報とに基づいて、可動部２０の回転角度を含めた位置を特定する事が可能である。

図７を用いて、可動部２０の位置を特定する方法について説明する。点Ａ、点Ｂ、点Ｃの位置情報から、点Ｐの位置データ（ｐｘｘ、ｐｙｙ、ｐθ）が求められる。点Ａは第１ホール素子２３_aの位置、点Ｂは第２ホール素子２３_bの位置、点Ｃは第３ホール素子２３_cの位置を示す。点Ｐは線分ＢＣと直交し、点Ａを通る線と線分ＢＣとの交点である。

点Ｐを線分ＢＣの中点に合わせ、線分ＡＰの長さと線分ＢＰ、線分ＣＰの長さとが同じ長さになるように、可動部２０における第１〜第３ホール素子２３_a、２３_b、２３_cの位置が調整される。更に、点Ｐと撮像素子４８の中心が第３方向ｚにおいて重なるように、第１〜第３ホール素子２３_a、２３_b、２３_c及び撮像素子４８が可動部２０に配置される。

点Ａについては、第１ホール素子２３_aにより第２方向ｙの位置が検出される（鉛直方向検出信号ｐｙ）。点Ｂについては、第２ホール素子２３_bにより第１方向ｘの位置が検出される（第１水平方向検出信号ｐｘ１）。点Ｃについては、第３ホール素子２３_cにより第１方向ｘの位置が検出される（第２水平方向検出信号ｐｘ２）。

鉛直信号ｐｙ、第１、第２水平方向検出位置信号ｐｘ１、ｐｘ２がＡ／Ｄ変換されたデータｐｄｙ、ｐｄｘ１、ｐｄｘ２と、線分ＡＰ、ＢＰ、ＣＰの長さｄによって、位置Ｐ（ｐｘｘ、ｐｙｙ、ｐθ）の値が次の（１）〜（３）式により求められる。
ｐｘｘ＝（ｐｄｘ１＋ｐｄｘ２）／２ （１）
ｐｙｙ＝ｐｄｙ−ｄ×ｃｏｓ（ｐθ） （２）
ｐθ＝ｃｏｓ^-1｛（ｐｄｘ１−ｐｄｘ２）／（２×ｄ）｝ （３）
ここで回転角度ｐθは、図６に示すように、線分ＢＰと第１方向ｘのなす角度であり、線分ＡＰと第２方向ｙのなす角度とする。

次に第２の実施形態を適用した撮像素子支持機構について説明する。第２の実施形態では、支持受け板及び第１支持部材の構成が第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に第２の実施形態について図８を用いて説明する。第１の実施形態と同じ機能を有する部位は同じ符号をつけている。なお、図８は、撮像中心を通り第２方向ｙと第３方向ｚに平行な平面における第２の実施形態を適用した撮像素子支持機構の断面における構成図を示す。

可動部２０と第１固定部３０とに挟まれる３つの第１支持部材１１０_a、１１０_b、１１０_c（第1支持部材１１０_bは図示せず）は、可動部２０を構成する支持受け板２４０に固定される。第１支持部材１１０_a、１１０_b、１１０_cの第１固定部３０側の先端は凸球面状に形成される。第１支持部材１１０_a、１１０_b、１１０_cは凸球面状先端において第１固定部３０を構成する第１ベース板３３に第１方向ｘ及び第２方向ｙに摺動自在に当接される。

以上のような構成によっても、可動部２０は第１方向ｘ、第２方向ｙへの平行移動、及び第３方向ｚに平行な直線を軸に回動可能な状態で、第１固定部３０に支持されることが可能である。

なお、本実施形態において第１支持部材１１０_a、１１０_b、１１０_cを可動部２０に固定する構成であるが、第１支持部材１１０_a、１１０_b、１１０_cを第１固定部３０に固定させ、可動部２０側の先端を凸球面状に形成し、可動部２０を構成する支持受け板２４に凸球面状の先端を当接させる構成であってもよい。また、本実施形態では、第１支持部材１１０_a、１１０_b、１１０_cを可動部２０に固定する構成であるが、第１支持部材１１０_a、１１０_b、１１０_cが可動部２０に一体的に形成されて固定される構成であってもよい。一体的な形成とする構成によれば、組立て性はさらに向上する。

次に第３の実施形態を適用した撮像素子支持機構について説明する。第３の実施形態では、第２支持部材及び第２固定部の構成が第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に第３の実施形態について図９を用いて説明する。第１の実施形態と同じ機能を有する部位は同じ符号をつけている。なお、図９は、撮像中心を通り第２方向ｙと第３方向ｚに平行な平面における第３の実施形態を適用した撮像素子支持機構の断面における構成図を示す。

可動部２０と第２ベース板３６とに挟まれる第２支持部材１２０は、球状に形成される。第２ベース板３６の第２支持部材１２０に対応する面は撮像素子４８の撮像面と平行になるように取付けられる。第２支持部材１２０は、第２ベース板３６、及び第２底面２８に当接され、転動自在である。

以上のような構成によれば、可動部２０は、第１方向ｘ、第２方向ｙへの平行移動、及び第３方向ｚに平行な直線を軸に回動可能な状態で、第１固定部３０に支持されることが可能である。さらに、可動部２０が平面移動する際に第２支持部材１２０が第２ベース板３６及び第２底面２８において転動するため、第１の実施形態のように第２支持部材１２を第２底面２８において摺動させる場合と比べて可動部２０を移動させるための負荷が小さくなる点でも利点を有する。

次に第４の実施形態を適用した撮像素子支持機構について説明する。第４の実施形態では、第２支持部材及び第２固定部の構成が第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に第４の実施形態について図１０を用いて説明する。第１の実施形態と同じ機能を有する部位は同じ符号をつけている。なお、図１０は、撮像中心を通り第２方向ｙと第３方向ｚに平行な平面における第４の実施形態を適用した撮像素子支持機構の断面における構成図を示す。

第２ベース板３６の可動部２０側には、付勢部材１３が設けられる。付勢部材１３は例えばバネである。第２支持部材１２はバネ１３に固定される。バネ１３は第２支持部材１２を可動部２０に押圧させる方向である第３方向ｚに付勢する。なお、付勢部材１３としてはバネ以外の他の弾性部材、例えばゴムであっても本実施形態と同様の効果を有する。

以上のような構成によっても、第２支持部材１２を可動部２０に押圧することにより、可動部２０を第１支持部材１１_a、１１_b、１１_c、及び第２支持部材１２の間で第３方向ｚに移動を防ぎながら支持することが可能である。従って、撮像素子４８の第３方向ｚへのズレが防がれ、正確な焦点調整が行われる。

第１〜第４の実施形態では、可動部を第１方向ｘと第２方向ｙとへの平行移動自在に支持するために、撮像素子を備える側において３つ、撮像素子を備える面の反対側において１つの支持部材を用いるだけでよく、撮像素子支持機構の構成部品を従来の支持機構より少なくすることが可能である。また簡単な構成なので、全体を小型化することが容易である。

また、第１〜第４の実施形態では、第３方向ｚから見て第２支持部材が、第３方向ｚから見て３つの第１支持部材により囲まれる３角形の重心と略重なるため、負荷がそれぞれの第１支持部材に均等に配分される。従って、第１支持部材の転動、或いは摺動がし易く、第１支持部材の高寿命化が可能である。

なお、第１〜第４実施形態において、第２固定部が第１固定部に固定される構成であるが、第２固定部が第１固定部に直接固定される必要は無い。例えば、カメラ本体に第１固定部及び第２固定部が固定されるように、第１固定部に対する第２固定部の相対的位置が固定されていればよい。

なお、第１、第２、第４実施形態において、第２支持部材が第２ベース板に固定される構成であるが、可動部に固定され、第２支持部材が第２ベース板に当接される構成であってもよい。可動部２０に固定される構成である場合は、第２ベース板に底面が撮像面に平行な平面である窪が形成されることが好ましい。さらに、第２支持部材の第２ベース板側の先端が凸球面状に形成され、窪の底面において当接されることが好ましい。

なお、第１〜第４実施形態において、第１ベース板、或いは支持受け板上の第１支持部材が当接、或いは固定される範囲は撮像面に平行な平面であるが、非平行である場合であっても、上述した本発明の効果が得られる。同様に第２ベース板、或いはプレート上の第２支持部材が当接、或いは固定される範囲は撮像面に平行な平面であるが、非平行であっても、上述した本発明の効果が得られる。

また、第１〜第４実施形態において、第１ベース板、或いは支持受け板上の第１支持部材が当接、或いは固定される範囲は撮像面に平行な平面であるが、固定される場合は平面状に形成する必要はなく、上述した本発明の効果が得られる。

本発明の第１〜第４実施形態を適用したステージ機構を利用した像ブレ補正機能を有するカメラの外観図である。 第１〜第４の実施形態を適用したステージ機構を利用した像ブレ補正機能を有するカメラの電気的構成を示す回路図である。 第１〜第４の実施形態を適用した撮像素子支持機構の構成図である。 図３のIV−IV線に沿った断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 第３方向ｚから見た第１支持部材に対する第２支持部材の配置を説明するための図である。 ２つの第１方向の位置と１つの第２方向の位置から、点Ｐの位置を求める方法を説明するためのｘｙ平面図である。 第２の実施形態を適用した撮像素子支持機構の構成図である。 第３の実施形態を適用した撮像素子支持機構の構成図である。 第４の実施形態を適用した撮像素子支持機構の構成図である。

符号の説明

１０ 撮像素子支持機構
１１_a〜１１_c、１１０_a〜１１０_c 第１支持部材
１２ 第２支持部材
２０ 可動部
２２ 可動基板
２４ 支持受け板
２４_a〜２４_c 第１当接平面部
２７ 孔
２８ 第２底面
３０ 第１固定部
３３ 第１ベース板
３４ 第１底面
３５ 第１内壁面
３６ 第２ベース板
４８ 撮像素子
６０ カメラ
６４ 撮像部

Claims (16)

1. 第１固定部と、
   前記第１固定部に対して相対的な位置が固定された第２固定部と、
   前記第１固定部と前記第２固定部との間に配置され、前記第１固定部と対向する面に撮像素子が設けられる可動部と、
   前記第１固定部と前記可動部の間に挟まれ、前記第１固定部及び前記可動部のいずれか一方或いは両方に当接し、前記第１固定部及び前記可動部において二次元状に配置される３以上の第１支持部材と、
   前記第２固定部と前記可動部の間に挟まれ、前記撮像素子の撮像面に垂直な方向から見て二次元状に配置されたそれぞれの前記第１支持部材により形成される第１支持図形の内側に配置され、前記第２固定部及び前記可動部のいずれか一方或いは両方に当接する単一の第２支持部材とを備える
   ことを特徴とする撮像素子支持機構。
2. 前記第１支持部材が球状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子支持機構。
3. 前記第１支持部材が前記第１固定部及び前記可動部のいずれか一方に固定されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子支持機構。
4. 前記第１支持部材が前記第１固定部及び前記可動部のいずれか一方に一体的に形成されることにより固定されることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子支持機構。
5. 前記第１支持部材における、前記第１固定部或いは前記可動部と当接する部位が凸球面状に形成されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の撮像素子支持機構。
6. 前記第１固定部及び前記可動部のいずれか一方又は両方が、前記撮像面と平行でそれぞれの前記第１支持部材に対向する第１当接平面部材を有し、それぞれの前記第１当接平面部材において前記第１支持部材が当接することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子支持機構。
7. それぞれの前記第１当接平面部材は第１内壁面を有し、前記第１支持部材が前記第１当接平面部材に当接している状態において、前記第１支持部材は前記第１内壁面に囲まれることを特徴とする請求項６に記載の撮像素子支持機構。
8. 前記第２支持部材が球状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子支持機構。
9. 前記第２支持部材が前記第２固定部及び前記可動部のいずれか一方に固定されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子支持機構。
10. 前記第２支持部材が前記第２固定部及び前記可動部のいずれか一方に一体的に形成されることにより固定されることを特徴とする請求項９に記載の撮像素子支持機構。
11. 前記第２支持部材における、前記第２固定部或いは前記可動部と当接する部位が凸球面状に形成されることを特徴とする請求項９或いは請求項１０に記載の撮像素子支持機構。
12. 前記第２固定部及び前記可動部のいずれか一方或いは両方が、前記撮像面と平行な第２当接平面部材を有し、前記第２当接平面部材において前記第２支持部材が当接することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子支持機構。
13. 前記第２当接平面部材は第２内壁面を有し、前記第２支持部材が前記第２当接平面部材に当接している状態において、前記第２支持部材は前記第２内壁面に囲まれることを特徴とする請求項１２に記載の撮像素子支持機構。
14. 前記第２固定部が弾性を有し、前記第２支持部材を前記可動部に押圧させる方向に付勢することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子支持機構。
15. 前記第２固定部或いは前記可動部に設けられ、前記第２支持部材を前記可動部に押圧させる方向に付勢する弾性体を備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子支持機構。
16. 前記撮像面における前記撮像素子の中心近傍、前記第１支持図形の重心、及び前記第２支持部材の前記可動部と対向する側における重心が、前記撮像面に垂直な方向から見て重なることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子支持機構。
    

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