防振アクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラ
【課題】長期間に亘って初期の防振性能を維持することができる防振アクチュエータを提供する。
【解決手段】本発明は、像振れ防止用レンズ(16)を、所定の制御中心位置を中心に並進移動させることにより像振れを防止する防振アクチュエータ(10)であって、固定部平面部(12b)を備えた固定部(12)と、可動部平面部(14b)を備え、像振れ防止用レンズが取り付けられた可動部(14)と、固定部平面部と可動部平面部の間に挟持された３つの球状体(18)と、可動部を駆動する駆動手段(20,22)と、この駆動手段を制御して、像振れ防止用レンズを移動させ、画像を安定化させる制御手段(36)と、を有し、制御手段は、球状体と、固定部平面部又は可動部平面部との接触位置が変更されるように、制御中心位置をオフセットさせるオフセット設定手段(37)を有することを特徴としている。
【解決手段】本発明は、像振れ防止用レンズ(16)を、所定の制御中心位置を中心に並進移動させることにより像振れを防止する防振アクチュエータ(10)であって、固定部平面部(12b)を備えた固定部(12)と、可動部平面部(14b)を備え、像振れ防止用レンズが取り付けられた可動部(14)と、固定部平面部と可動部平面部の間に挟持された３つの球状体(18)と、可動部を駆動する駆動手段(20,22)と、この駆動手段を制御して、像振れ防止用レンズを移動させ、画像を安定化させる制御手段(36)と、を有し、制御手段は、球状体と、固定部平面部又は可動部平面部との接触位置が変更されるように、制御中心位置をオフセットさせるオフセット設定手段(37)を有することを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防振アクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラに関し、特に、像振れ防止用レンズを、その光軸に直交する平面内で所定の制御中心位置を中心に並進移動させることにより像振れを防止する防振アクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許第３２０６０７５号（特許文献１）には、振れ防止装置が記載されている。この振れ防止装置においては、振れ防止レンズが取り付けられたレンズ枠が複数のボールによって平行移動可能に支持されている。レンズ枠は、ギヤ等を介してＸ軸用、Ｙ軸用のＤＣモータによってＸ軸方向、Ｙ軸方向に夫々駆動される。振れ検出手段によって検出された振れに応じてレンズ枠を移動させることにより、フィルムに結像される画像が安定化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３２０６０７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許第３２０６０７５号に記載された振れ防止装置においては、レンズ枠がボールによって支持されているので、レンズ枠に作用する摺動抵抗が小さく、レンズ枠を滑らかに移動させることができるという利点がある。
【０００５】
しかしながら、レンズ枠を支持するボールと、ボールが当接する平面は理論的には「点」で接触することとなり、実際にもボールと当接面は非常に小さい面積で接触している。従って、当接面に作用する単位面積当たりの荷重は非常に大きいものとなる。また、ボールが当接する平面は、潤滑剤を保持する能力が無く、ボールと当接面の間の良好な潤滑状態を維持することは困難である。このため、特許第３２０６０７５号に記載されているような、ボールによって可動部を支持するタイプの防振アクチュエータにおいては、ボールが当接する当接面に摩耗が生じやすいという問題がある。
【０００６】
特に、モータ駆動により所定の撮像範囲を往復して移動される監視用のビデオカメラ等においては、同一パターンの振れが繰り返しビデオカメラに加えられることになる。このため、監視用のビデオカメラ等に組み込まれた防振アクチュエータにおいては、同一パターンの振れを補正するために可動部がほぼ同一の軌跡を描いて繰り返し移動され、これに応じてボールも当接面上の同じ軌跡を繰り返し転がることになる。これにより、作動時間の長い監視用のビデオカメラ等においては、当接面上には線状に窪んだ傷が付きやすいという問題がある。また、当接面に生じたこのような線状の傷を横断するようにボールが転がった場合には、傷によりボールの転がりが阻害され、可動部の振れに対する追従性が悪くなるという問題がある。
【０００７】
従って、本発明は、長期間に亘って摩耗しにくく、初期の防振性能を維持することができる防振アクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明は、像振れ防止用レンズを、その光軸に直交する平面内で所定の制御中心位置を中心に並進移動させることにより像振れを防止する防振アクチュエータであって、固定部平面部を備えた固定部と、可動部平面部を備え、像振れ防止用レンズが取り付けられた可動部と、固定部平面部と可動部平面部の間に挟持され、可動部を固定部に対して平行な平面内で移動可能に支持する少なくとも３つの球状体と、可動部を固定部に対して駆動する駆動手段と、この駆動手段を制御して、像振れ防止用レンズを移動させ、画像を安定化させる制御手段と、を有し、制御手段は、球状体と、固定部平面部又は可動部平面部との接触位置が変更されるように、制御中心位置をオフセットさせるオフセット設定手段を有することを特徴としている。
【０００９】
このように構成された本発明においては、固定部の固定部平面部と可動部の可動部平面部の間に少なくとも３つの球状体が挟持され、可動部を固定部に対して平行な平面内で移動可能に支持する。制御手段は、駆動手段を制御して、可動部を固定部に対して駆動し、画像を安定化させる。オフセット設定手段は、球状体と、固定部平面部又は可動部平面部との接触位置が変更されるように、制御中心位置をオフセットさせる。
【００１０】
このように構成された本発明によれば、球状体と固定部平面部又は可動部平面部との接触位置が、オフセット設定手段により変更されるので、可動部が制御中心位置にある場合において、球状体と固定部平面部又は可動部平面部が、常に同じ位置で接触されるのが防止され、固定部平面部又は可動部平面部の摩耗を抑制することができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、オフセット設定手段は、可動部が光軸を中心に回動されるように、制御中心位置をオフセットさせる。
このように構成された本発明によれば、可動部が光軸を中心に回動されるように、制御中心位置がオフセットされるので、画像に悪影響を与えることなく制御中心位置をオフセットさせることができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、駆動手段は、可動部が光軸を中心に回動された制御中心位置に、可動部を固定部に対して回動させることができるように構成されている。
このように構成された本発明によれば、可動部を並進移動させ、画像を安定化させる駆動手段を、制御中心位置をオフセットさせる手段として兼用にすることができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、オフセット設定手段は、制御中心位置を、時間の経過と共に連続的に移動させる。
このように構成された本発明によれば、制御中心位置が連続的に移動されるので、制御中心位置が同一の位置に留まる時間が非常に短く、固定部平面部又は可動部平面部の摩耗を効果的に抑制することができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、オフセット設定手段は、制御中心位置を、段階的に移動させる。
このように構成された本発明によれば、オフセット設定手段は、所定の数の制御中心位置を切り換えるので、オフセット設定手段を簡便に構成することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、駆動手段は、概ね同一円周上に少なくとも３つ配置され、各駆動手段は、概ね円周方向の駆動力を発生するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、各駆動手段の駆動力を調整することにより、可動部を並進移動及び回転移動させることができると共に、各駆動手段が同一の駆動力を発生させるだけで、可動部を回転移動させることができる。
【００１６】
また、本発明はレンズユニットであって、レンズ鏡筒と、このレンズ鏡筒の中に配置された撮像用レンズと、レンズ鏡筒に取り付けられた本発明の防振アクチュエータと、を有することを特徴としている。
また、本発明はカメラであって、本発明のレンズユニットと、このレンズユニットが取り付けられたカメラボディと、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の防振アクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラによれば、長期間に亘って摩耗しにくく、初期の防振性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態によるビデオカメラの断面図である。
【図２】移動枠が制御中心位置にある防振アクチュエータの正面図である。
【図３】移動枠がオフセットされた第２の制御中心位置にある防振アクチュエータの正面図である。
【図４】図２のIV−IV線側面断面図である。
【図５】図２のV−V線側面断面図（ａ）、及び駆動用磁石の着磁の状態を示す斜視図（ｂ）である。
【図６】駆動用磁石の移動とホール素子から出力される信号との関係を説明する図である。
【図７】駆動用磁石の移動とホール素子から出力される信号との関係を説明する図である。
【図８】コントローラにおける信号処理を示すブロック図である。
【図９】固定枠上に配置された駆動用、及び移動枠上に配置された駆動用磁石の位置関係を示す図である。
【図１０】本発明の変形例におけるオフセット信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、図１乃至図９を参照して、本発明の実施形態によるビデオカメラを説明する。図１は本発明の実施形態によるビデオカメラの断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施形態のビデオカメラ１は、レンズユニット２と、ビデオカメラ本体４と、を有する。レンズユニット２は、レンズ鏡筒６と、このレンズ鏡筒の中に配置された複数の撮像用レンズ８と、撮像用レンズのうちの像振れ補正用レンズ１６を所定の平面内で移動させる防振アクチュエータ１０と、レンズ鏡筒６の振動を検出する振動検出手段であるジャイロ３４ａ、３４ｂ（図１には３４ａのみ図示）と、を有する。
【００２１】
レンズユニット２は、ビデオカメラ本体４に取り付けられ、入射した光を撮像素子Ｅに結像させるように構成されている。
概ね円筒形のレンズ鏡筒６は、内部に複数の撮像用レンズ８を保持しており、一部の撮像用レンズ８を移動させることによりピント調整を可能としている。
【００２２】
本発明の実施形態のビデオカメラ１は、ジャイロ３４ａ、３４ｂによって振動を検出し、検出された振動に基づいて防振アクチュエータ１０を作動させて像振れ補正用レンズ１６を移動させ、ビデオカメラ本体４内の撮像素子Ｅに合焦される画像を安定化させている。本実施形態においては、ジャイロ３４ａ、３４ｂとして、圧電振動ジャイロを使用している。なお、本実施形態においては、像振れ補正用レンズ１６は、１枚のレンズによって構成されているが、画像を安定させるためのレンズは、複数枚のレンズ群であっても良い。
【００２３】
次に、図２乃至図５を参照して、防振アクチュエータ１０の構成を説明する。図２は、移動枠が像振れ防止制御の中心である制御中心位置にある防振アクチュエータ１０の正面図である。また、図３は、移動枠がオフセットされた第２の制御中心位置にある防振アクチュエータ１０の正面図である。さらに、図４は図２のIV−IV線側面断面図であり、図５（ａ）は図２のV−V線側面断面図である。また、図５（ｂ）は、駆動用磁石の着磁の状態を示す斜視図である。
【００２４】
図２乃至図５に示すように、防振アクチュエータ１０は、レンズ鏡筒６内に固定された固定部である固定枠１２と、この固定枠１２に対して移動可能に支持された可動部である移動枠１４と、この移動枠１４を支持する可動部支持手段である３つのスチールボール１８（図４）と、を有する。さらに、防振アクチュエータ１０は、固定枠１２に取り付けられた３つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、移動枠１４の、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに夫々対応する位置に取り付けられた３つの駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、を有する。
【００２５】
また、図５（ａ）に示すように、防振アクチュエータ１０は、各駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃの磁力によって移動枠１４を固定枠１２に吸着させるために、固定枠１２に取り付けられた吸着用ヨーク２６と、駆動用磁石の磁力を固定枠１２の方に効果的に差し向けるように、駆動用磁石の裏側に取り付けられたバックヨーク２８と、を有する。なお、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、及びこれらに対応する位置に取り付けられた３つの駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、移動枠１４を、固定枠１２に対して並進運動させ、且つ回転運動させることができる駆動手段を構成する。
【００２６】
さらに、図５（ａ）に示すように、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃの巻線の内側には、磁気センサであるホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃが配置されている（図５には２４ａのみ図示）。各ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、これらと夫々向き合うように配置されている各駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃの磁気を検出して、固定枠１２に対する移動枠１４の位置を検出するように構成されている。これらのホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、位置検出手段を構成する。
【００２７】
また、図１に示すように、防振アクチュエータ１０は、ジャイロ３４ａ、３４ｂによって検出された振動と、ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって検出された移動枠１４の位置情報に基づいて、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに流す電流を制御する制御手段であるコントローラ３６を有する。さらに、コントローラ３６には、移動枠１４を制御する制御中心位置をオフセットさせるオフセット設定手段３７が内蔵されている。
【００２８】
防振アクチュエータ１０は、移動枠１４を、レンズ鏡筒６に固定された固定枠１２に対して、撮像素子Ｅに平行な平面内で移動させ、これにより移動枠１４に取り付けられた像振れ補正用レンズ１６を移動させ、レンズ鏡筒６が振動しても撮像素子Ｅに結像される像が乱れることがないように駆動される。
【００２９】
固定枠１２は、概ねドーナツ板状の形状を有し、その上に３つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃが配置されている。図２に示すように、これら３つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、その中心が、レンズユニット２の光軸を中心とする同一円周上にそれぞれ配置されている。本実施形態においては、駆動用コイル２０ａは光軸の鉛直上方に配置され、駆動用コイル２０ｂ、２０ｃは、駆動用コイル２０ａに対して中心角１２０゜ずつ間隔を隔てて配置されている。即ち、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、光軸を中心とする円周上に等間隔に配置されている。また、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、夫々、その巻線が角の丸い矩形状に巻かれ、この矩形の中心線が円周の半径方向と一致するように配置されている。
【００３０】
移動枠１４は、概ねドーナツ板状の形状を有し、固定枠１２に対して平行に配置されている。移動枠１４の中央の開口には、像振れ補正用レンズ１６が取り付けられている。また、移動枠１４上の円周の、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに対応する位置には、長方形の駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃが夫々埋め込まれている。なお、本明細書において、駆動用コイルに対応する位置とは、駆動用コイルによって形成される磁界の影響が実質的に及ぶ位置を意味している。また、駆動用磁石の裏側、即ち、各駆動用コイルの反対側には、各駆動用磁石の磁束が、固定枠１２の方に効率良く差し向けられるように、長方形のバックヨーク２８が夫々取り付けられている。
【００３１】
また、固定枠１２の各駆動用コイルの裏側、即ち、移動枠１４の反対側には、長方形の吸着用ヨーク２６が夫々取り付けられている。移動枠１４は、各駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃが、それに対応して取り付けられた吸着用ヨーク２６に及ぼす磁力によって、固定枠１２に吸着される。本実施形態においては、駆動用磁石の磁力線が、吸着用ヨーク２６に効率良く到達するように、固定枠１２を非磁性材料で構成している。
【００３２】
次に、図５を参照して、駆動用磁石が及ぼす磁力について説明する。駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、バックヨーク２８及び吸着用ヨーク２６は、夫々長方形の形状を有しており、各長辺、短辺が夫々重なり合うように配置されている。また、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、その各辺が、長方形のバックヨーク２８の各長辺、短辺と夫々平行になるように配置されている。さらに、各駆動用磁石は、その磁極の境界線である着磁境界線Ｃが、各駆動用磁石が配置されている円周の半径方向に一致するように向けられている。
【００３３】
これにより、駆動用磁石２２ａ、バックヨーク２８及び吸着用ヨーク２６は、磁気回路を構成し、図５（ａ）に矢印で示す磁力線が形成される。駆動用磁石２２ａは、対応する駆動用コイル２０ａに電流が流れると、円周の接線方向の駆動力を受ける。他の駆動用コイル２０ｂ、２０ｃについても、同様の位置関係で対応する駆動用磁石２２ｂ、２２ｃ、バックヨーク２８及び吸着用ヨーク２６が配置されている。
【００３４】
なお、本明細書において、着磁境界線Ｃとは、駆動用磁石の両端が夫々Ｓ極、Ｎ極となるように着磁されているとき、その着磁されている磁極の境界線を言うものとする。従って、本実施形態においては、着磁境界線Ｃは、長方形の駆動用磁石の各長辺の中点を通るように位置する。また、図５（ｂ）に示すように、駆動用磁石２２ａは、その厚さ方向にも極性が変化しており、図５（ｂ）において左下の角がＳ極、右下がＮ極、左上がＮ極、右上がＳ極になっている。
【００３５】
次に、図６及び図７を参照して、移動枠１４の位置検出を説明する。
図６及び図７は、駆動用磁石２２ａの移動とホール素子２４ａから出力される信号との関係を説明する図である。図６に示すように、ホール素子２４ａの感度中心点Ｓが、駆動用磁石２２ａの着磁境界線Ｃ上に位置する場合には、ホール素子２４ａからの出力信号はゼロである。移動枠１４と共に駆動用磁石２２ａが移動され、ホール素子２４ａの感度中心点が駆動用磁石２２ａの着磁境界線上から外れると、ホール素子２４ａの出力信号が変化する。図６に示すように、駆動用磁石２２ａが着磁境界線Ｃに直交する方向、即ち、Ｘ軸方向に移動すると、ホール素子２４ａは、正弦波状の信号を発生する。従って、この移動量が微小である場合には、ホール素子２４ａは、駆動用磁石２２ａの移動距離にほぼ比例した信号を出力する。本実施形態において、駆動用磁石２２ａの移動距離が、駆動用磁石２２ａの長辺の長さの３％程度以内の場合には、ホール素子２４ａから出力される信号は、ホール素子２４ａの感度中心点Ｓと駆動用磁石２２ａの着磁境界線Ｃの間の距離にほぼ比例する。また、本実施形態では、防振アクチュエータ１０は、通常作動領域においては各ホール素子の出力が距離にほぼ比例する範囲内で作動する。
【００３６】
図７（ａ）乃至（ｃ）に示すように、ホール素子２４ａの感度中心点Ｓ上に駆動用磁石２２ａの着磁境界線Ｃが位置する場合には、図７（ｂ）のように駆動用磁石２２ａが回転移動した場合、図７（ｃ）のように駆動用磁石２２が着磁境界線Ｃの方向に移動した場合とも、ホール素子２４ａからの出力信号はゼロである。また、図７（ｄ）乃至（ｆ）に示すように、駆動用磁石２２ａの着磁境界線Ｃがホール素子２４ａの感度中心点Ｓから外れた場合には、感度中心点Ｓと着磁境界線Ｃの距離ｒに比例した信号がホール素子２４ａから出力される。従って、感度中心点Ｓから着磁境界線Ｃまでの距離ｒが同じであれば、図７（ｄ）のように駆動用磁石２２ａが着磁境界線Ｃに直交する方向に移動した場合、図７（ｅ）のように駆動用磁石２２ａが並進及び回転移動した場合、図７（ｆ）のように任意の方向に並進移動した場合とも、何れも同じ大きさの信号がホール素子２４ａから出力される。
【００３７】
ここでは、ホール素子２４ａについて説明したが、他のホール素子２４ｂ、２４ｃも、それらに対応する駆動用磁石２２ｂ、２２ｃとの位置関係に基づいて同様の信号を出力する。このため、各ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって検出された信号に基づいて、移動枠１４が固定枠１２に対して並進移動及び回転移動した位置を特定することができる。
【００３８】
次に、図２乃至図４を参照して、スチールボール１８による移動枠１４の支持機構を説明する。
図２乃至図４に示すように、３つのスチールボール１８は、固定枠１２と移動枠１４の間に夫々配置されている。３つのスチールボール１８は、夫々、中心角１２０゜の間隔を隔てて配置され、各スチールボール１８が、各駆動用コイルの間に位置するように配置されている。図４に示すように、移動枠１４は駆動用磁石２２によって固定枠１２に吸着されるので、各スチールボール１８は固定枠１２と移動枠１４の間に挟持されることになる。これにより、移動枠１４は固定枠１２に平行な平面上に支持され、各スチールボール１８が挟持されながら転がることによって、移動枠１４の固定枠１２に対する任意の方向の並進運動及び回転運動が許容される。
【００３９】
また、本実施形態においては、スチールボール１８として鋼製の球体を使用しているが、スチールボール１８は必ずしも球体でなくても良い。即ち、防振アクチュエータ１０の作動中において固定枠１２及び移動枠１４と接触する部分が概ね球面の形状を有する形態であればスチールボール１８として使用することができる。なお、本明細書において、このような形態を球状体という。また、球状体は、鋼製でなくても良く、樹脂等で形成することもできる。
【００４０】
また、図４に示すように、固定枠１２には、各スチールボール１８を取り囲むように、円環状のボール落下防止壁１２ａが設けられている。このため、各スチールボール１８は、各ボール落下防止壁１２ａで囲まれた内側の平面部分で固定枠１２と接触する。各スチールボール１８と接触する固定枠１２の平面部分は、固定部平面部１２ｂを構成する。
【００４１】
同様に、移動枠１４には、各スチールボール１８を取り囲むように、円環状のボール落下防止壁１４ａが設けられている。このため、各スチールボール１８は、各ボール落下防止壁１４ａで囲まれた内側の平面部分で移動枠１４と接触する。各スチールボール１８と接触する移動枠１４の平面部分は、可動部平面部１４ｂを構成する。
【００４２】
次に、図８を参照して、防振アクチュエータ１０による像振れ防止制御を説明する。図８は、コントローラ３６における信号処理を示すブロック図である。コントローラ３６は、以下に説明する機能を果たすアナログ及び／又はデジタル回路により構成することができる。図８に示すように、レンズユニット２の振動は、２つのジャイロ３４ａ、３４ｂによって時々刻々検出され、コントローラ３６に内蔵されたバッファーアンプ３８ａ、３８ｂに夫々入力される。本実施形態においては、ジャイロ３４ａはレンズユニット２のヨーイング運動の角速度を、ジャイロ３４ｂはピッチング運動の角速度を夫々検出するように構成され、配置されている。各バッファーアンプ３８ａ、３８ｂから出力された信号は積分回路４０ａ、４０ｂに夫々入力され、ここで、振れ角速度の信号が、振れ角度の信号に変換される。振れ角度信号は光学特性補正回路４２に入力され、ここで、レンズユニット２の振れ角度に対して必要な像振れ補正用レンズ１６のＸ方向、Ｙ方向の移動量を示すレンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙに変換される。レンズ位置指令信号に従って像振れ補正用レンズ１６を時々刻々移動させることにより、レンズユニット２が振動した場合にも、ビデオカメラ本体４内の撮像素子Ｅに合焦される像は乱れることなく安定化される。
【００４３】
レンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙは、演算回路４４ｂ、４４ｃに夫々入力される。演算回路４４ｂ、４４ｃは、レンズ位置指令信号に基づいて、各駆動用コイル２０ｂ、２０ｃに対するコイル位置指令信号を生成するように構成されている。コイル位置指令信号は、像振れ補正用レンズ１６をレンズ位置指令信号で指定された位置へ移動させたときの、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃとそれに対応した駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃの位置関係を表す信号である。すなわち、各駆動用磁石が、各駆動用コイルに対するコイル位置指令信号によって指令された位置に移動されると、その結果、像振れ補正用レンズ１６は、レンズ位置指令信号によって指令された位置へ移動される。本実施形態においては、駆動用コイル２０ａが光軸の鉛直上方に設けられているので、駆動用コイル２０ａに対するコイル位置指令信号ｒａは、レンズ位置指令信号のＸ方向成分Ｄｘと等しくなる。一方、駆動用コイル２０ｂ、２０ｃに対するコイル位置指令信号ｒｂ、ｒｃは、レンズ位置指令信号のＸ方向成分Ｄｘ及びＹ方向成分Ｄｙに基づいて、演算回路４４ｂ、４４ｃによって生成される。演算回路４４ｂ、４４ｃにおける信号処理については後述する。
【００４４】
コイル位置指令信号ｒａ、ｒｂ、ｒｃは、コイル駆動回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃに夫々入力される。コイル駆動回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃの出力は、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに夫々接続され、これにより各駆動用コイルに駆動電流が流される。
【００４５】
一方、各駆動用磁石の各駆動用コイルに対する移動量は、ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって測定される。ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって測定された移動量は、位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃに入力される。位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃの出力は、各コイル位置指令信号ｒａ、ｒｂ、ｒｃから差し引かれる。即ち、各コイル駆動回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、各コイル位置指令信号ｒａ、ｒｂ、ｒｃと、各位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃから出力された位置信号との差に比例した電流を各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに流す。従って、コイル位置指令信号と各位置検出回路からの出力に差がなくなると、即ち、各駆動用磁石がコイル位置指令信号によって指令された位置に到達すると、各駆動用コイルには電流が流れなくなり、駆動用磁石に作用する駆動力がゼロになる。
【００４６】
また、各位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃには、コントローラ３６に内蔵されたオフセット設定手段３７から出力されるオフセット信号が入力されるように構成されている。これにより、各位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃの出力信号は、ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって実際に検出された位置に対して、オフセット信号分シフトした値になる。なお、オフセット設定手段３７は、例えば、オフセット信号を記憶したメモリと、メモリに記憶されたオフセット信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器により構成することができる。
【００４７】
次に、図９を参照して、移動枠１４を並進運動させる場合における、レンズ位置指令信号とコイル位置指令信号との関係を説明する。図９は、固定枠１２上に配置された駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、及び移動枠１４上に配置された駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃの位置関係を示す図である。まず、３つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、その中心点が、点Ｑを原点とする半径Ｒの円周上の点Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ上に夫々配置されている。また、各ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃも、それらの感度中心点Ｓが点Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ上に位置するように夫々配置されている。さらに、移動枠１４が、図２に示すオフセットされていない制御中心位置にある場合には、像振れ補正用レンズ１６の中心と撮像用レンズ８の光軸が一致し、各駆動用コイルに対応した各駆動用磁石の着磁境界線Ｃの中点も夫々点Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ上に位置し、各着磁境界線Ｃは、点Ｑを中心とする円の半径方向に向けられる。移動枠１４は、この動作中心位置を中心に並進移動され、像振れ防止制御が実行される。
【００４８】
次に、点Ｑを原点とする水平軸線をＸ軸、鉛直軸線をＹ軸とし、図９に実線で示すように、画像安定化用レンズ１６の中心点Ｑ１が、Ｙ軸方向にＤｙ、Ｘ軸方向に−Ｄｘ並進移動された場合を考える。移動枠１４をこのように移動させると、各駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃの着磁境界線Ｃは、図９に一点鎖線で示された位置に移動される。ここで、駆動用磁石２２ａの着磁境界線Ｃと点Ｓａとの間の距離をｒａ、駆動用磁石２２ｂの着磁境界線Ｃと点Ｓｂとの間の距離をｒｂ、駆動用磁石２２ｃの着磁境界線Ｃと点Ｓｃとの間の距離をｒｃとする。この距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃは、画像安定化用レンズ１６をＹ軸方向にＤｙ、Ｘ軸方向に−Ｄｘ移動させたとき、各ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって検出される移動距離に該当する。これらの距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の移動距離Ｄｘ、Ｄｙに対して一意的に決定されるものである。従って、画像安定化用レンズ１６をＸ軸方向、Ｙ軸方向に夫々Ｄｘ、Ｄｙ移動させるためには、これに対応した距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃをコイル位置指令信号として与えればよい。
【００４９】
ここで、各距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃの正の方向を図９に矢印ａ、ｂ、ｃで示すように定義すると、ｒａ、ｒｂ、ｒｃと、Ｄｘ、Ｄｙの関係は次の（数式１）で与えられる。
図８において説明した各演算回路４４ｂ、４４ｃは、夫々上記数式１の第２、第３式に対応する演算を実行して、コイル位置指令信号ｒｂ、ｒｃを生成している。
【００５０】
次に、移動枠１４を回転運動させる場合におけるコイル位置指令信号を説明する。移動枠１４を回転運動させるには、各コイル位置指令信号として同一の値を与えればよい。即ち、移動枠１４を角度θ［ｒａｄ］だけ時計回りに回転させるための各コイル位置指令信号は、
このように、各駆動用磁石が各駆動用コイルに対して同一距離接線方向に移動されることにより、移動枠１４は、像振れ補正用レンズ１６の光軸と撮像用レンズ８の光軸が一致した状態を保持しながら、光軸を中心に回転される。
【００５１】
次に、図１及び図８を参照して、本発明の実施形態によるビデオカメラ１の作用を説明する。まず、ビデオカメラ１の手ブレ防止機能の起動スイッチ（図示せず）をオンにすることにより、レンズユニット２に備えられた防振アクチュエータ１０が作動される。レンズユニット２に取り付けられたジャイロ３４ａ、３４ｂは、所定周波数帯域の振動を時々刻々検出し、コントローラ３６に出力する。ジャイロ３４ａはレンズユニット２のヨーイング方向の角速度の信号を出力し、ジャイロ３４ｂはピッチング方向の角速度の信号を出力する。入力された各角速度信号は、バッファーアンプ３８ａ、３８ｂ、積分回路４０ａ、４０ｂ、光学特性補正回路４２を経てレンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙに変換される。光学特性補正回路４２から時系列で出力されるレンズ位置指令信号によって指令される位置に、像振れ補正用レンズ１６を時々刻々移動させることによって、ビデオカメラ本体４の撮像素子Ｅに合焦される像が安定化される。
【００５２】
光学特性補正回路４２から出力された水平方向のレンズ位置指令信号Ｄｘは、コイル駆動回路４６ａを介して、駆動用コイル２０ａに対するコイル位置指令信号ｒａとして出力される。また、演算回路４４ｂには、水平方向のレンズ位置指令信号Ｄｘ及び鉛直方向のレンズ位置指令信号Ｄｙが入力され、数式１の第２式に基づいて駆動用コイル２０ｂに対するコイル位置指令信号ｒｂが生成される。同様に、演算回路４４ｃには、レンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙが入力され、数式１の第３式に基づいて駆動用コイル２０ｃに対するコイル位置指令信号ｒｃが生成される。
【００５３】
一方、駆動用コイル２０ａに対応するホール素子２４ａは位置検出回路４８ａに検出信号を出力する。位置検出回路４８ａの出力信号は、駆動用コイル２０ａに対するコイル位置指令信号ｒａから差し引かれ、これらの差に比例した電流が、コイル駆動回路４６ａを介して駆動用コイル２０ａに出力される。同様に、ホール素子２４ｂの検出信号とコイル位置指令信号ｒｂの差に比例した電流がコイル駆動回路４６ｂを介して駆動用コイル２０ｂに出力され、ホール素子２４ｃの検出信号とコイル位置指令信号ｒｃの差に比例した電流がコイル駆動回路４６ｃを介して駆動用コイル２０ｃに出力される。
【００５４】
各駆動用コイルに電流が流れることにより、電流に比例した磁界が発生する。この磁界により各駆動用コイルに対応して配置された各駆動用磁石は夫々、コイル位置指令信号ｒａ、ｒｂ、ｒｃによって指定された位置に近づく方向の駆動力を受け、移動枠１４が移動される。駆動用磁石が、この駆動力によってコイル位置指令信号により指定された位置に到達すると、コイル位置指令信号とホール素子の検出信号が一致するので駆動回路の出力はゼロとなり、駆動力もゼロになる。また、外乱、又は、コイル位置指令信号の変化等により、各駆動用磁石がコイル位置指令信号により指定された位置から外れると、再び各駆動用コイルに電流が流され、各駆動用磁石はコイル位置指令信号によって指定された位置に戻される。
【００５５】
以上の作用が時々刻々繰り返されることにより、各駆動用磁石を有する移動枠１４に取り付けられた像振れ補正用レンズ１６が、レンズ位置指令信号に追従するように移動される。これにより、ビデオカメラ本体４の撮像素子Ｅに合焦される像が安定化される。
【００５６】
次に、図２、図３及び図８を参照して、コントローラ３６に内蔵されたオフセット設定手段３７の作用を説明する。
本実施形態においては、オフセット設定手段３７は、所定の正の値、０、所定の負の値のオフセット信号を、所定時間ごとに切り換えて発生するように構成されている。図８に示すように、オフセット設定手段３７のオフセット信号は位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃに夫々入力される。位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃはオフセット信号が入力されると、オフセット信号分、その出力が夫々シフトされる。
【００５７】
移動枠１４が、図２に示すオフセットされていない制御中心位置にあり、レンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙが共に０である場合においては、上述したように、各コイル位置指令信号、及び位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃの出力信号は、何れも０となる。この状態において、オフセット設定手段３７の出力するオフセット信号が０から所定の値に変化すると、位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃの各出力信号は、０から所定の値に変化する。これにより、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃには、コイル駆動回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃを介して駆動電流が流れる。ここで、各位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃの出力信号のシフト量は夫々等しいので、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃには、夫々同一の電流が流れる。
【００５８】
数式２に示したように、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに同一の電流が流れた場合には、移動枠１４は並進移動されず、所定角度の回転移動のみが発生する。即ち、移動枠１４は像振れ補正用レンズ１６の光軸の位置を維持したまま、光軸を中心に回動される。これにより移動枠１４は、図３に示すオフセットされた制御中心位置に回動される。移動枠１４が図３に示す位置に移動されると、ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃの出力信号が、オフセット設定手段３７によるオフセット信号を打ち消すように変化するので、各位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃの出力は０となり、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに流れる電流も０になる。
【００５９】
移動枠１４が図３に示すオフセットされた制御中心位置に移動された状態で、レンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙが入力されると、移動枠１４はオフセットされた制御中心位置を中心に並進移動され、撮像素子Ｅ上の画像が安定化される。一方、オフセット設定手段３７の出力するオフセット信号が、逆の極性に変化された場合には、移動枠１４は、図２に示すオフセットされていない制御中心位置から光軸を中心に反時計回りに回動されたオフセットされた制御中心位置（図示せず）に移動される。
【００６０】
オフセット設定手段３７により、所定時間ごとに制御中心位置をオフセットさせることによって、制御中心位置におけるスチールボール１８と、固定部平面部１２ｂ及び可動部平面部１４ｂとの接触点が変化される。これにより、固定部平面部１２ｂ及び可動部平面部１４ｂの摩耗が低減される。
【００６１】
なお上記の説明においては、簡単のために、各レンズ位置指令信号が０の状態において、オフセット信号を切り換えているが、各レンズ位置指令信号が０でない状態、即ち、防振アクチュエータ１０による防振制御中にオフセット信号を切り換えることもできる。
【００６２】
次に、制御中心位置をオフセットさせることによる防振制御への影響を説明する。
本実施形態においては、オフセット設定手段３７により、制御中心位置は約±１ｄｅｇ（π／１８０ｒａｄ）オフセットされる。また、本実施形態においては、各スチールボール１８は光軸から半径方向に約１２ｍｍ離れた位置に配置されているので、このオフセットにより、各スチールボール１８と固定部平面部１２ｂ、可動部平面部１４ｂの接触位置は約０．２ｍｍ円周方向に移動される。各スチールボール１８と固定部平面部１２ｂ、可動部平面部１４ｂの接触面積は十分に小さいので、約０．２ｍｍの接触位置の移動により、固定部平面部１２ｂ、及び可動部平面部１４ｂの摩耗は、効果的に抑制される。
さらに、各コイル位置指令信号ｒａ、ｒｂ、ｒｃは、上述したように、数式１により計算される。数式１においては、レンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙの係数として、cos(0)、cos(-π/2)、cos(2π/3)、cos(π/6)、cos(4π/3)、cos(5π/6)が使用されている。ここで、制御中心位置が１ｄｅｇ（π／１８０ｒａｄ）オフセットされた場合における数式１の各係数の値の変化量を表１に示す。
表１
【００６３】
表１に示すように、数式１中の係数の値の変化量は、何れも０．０２以下であり、約±１ｄｅｇのオフセットがコイル位置指令信号に与える影響は小さく、約２％になることが予想される。従って、制御中心位置がオフセットされた場合においても、オフセットされていない場合と同様の制御により、十分な精度で移動枠１４を移動させることができる。
【００６４】
或いは、制御中心位置がオフセットされた場合における正確なコイル位置指令信号の計算式を導き、制御中心位置がオフセットされた場合にはその計算式に基づいて防振制御が実行されるようにコントローラ３６を構成しても良い。このようにコントローラを構成することにより、オフセット量を大きく設定した場合にも精度良く防振制御を実行することができる。
【００６５】
本発明の実施形態のビデオカメラによれば、スチールボールと固定部平面部又は可動部平面部との接触位置が、オフセット設定手段により変更されるので、移動枠が制御中心位置にある場合において、スチールボールと固定部平面部又は可動部平面部が、常に同じ位置で接触されるのが防止され、固定部平面部又は可動部平面部の摩耗を抑制することができる。
また、本実施形態のビデオカメラによれば、移動枠が像振れ防止用レンズの光軸を中心に回動されるように制御中心位置がオフセットされるので、撮像中に制御中心位置をオフセットさせた場合においても画像に殆ど悪影響を与えることがない。
【００６６】
さらに、本実施形態のビデオカメラによれば、３つの駆動用コイルと駆動用磁石により、画像を安定化させるための像振れ防止用レンズの並進移動、及び制御中心位置をオフセットさせるための回転移動の両方を実行することができる。
また、本実施形態のビデオカメラによれば、オフセット設定手段は、３種類の一定の電圧を段階的に切り換えるだけで制御中心位置をオフセットさせることができるので、オフセット設定手段を簡便に構成することができる。
【００６７】
また、上述した実施形態においては、オフセット設定手段は、正、負、０のオフセット信号を切り換えて出力し、段階的に３種類の制御中心位置が切り換えられていたが、変形例として、制御中心位置を時間の経過と共に連続的に移動させても良い。この変形例は、監視用のビデオカメラ等、長時間連続して撮像を行うカメラに好適である。
【００６８】
例えば、図１０に示すように、オフセット信号が時間と共に三角波状に変化するようにオフセット設定手段を構成することができる。この場合には、制御中心位置は、オフセットのない状態（図１０におけるｔ１）から少しずつ時計回りに移動され、オフセット量が約１ｄｅｇに到達（ｔ２）すると、反時計回りの移動が開始され、オフセットのない状態（ｔ３）に復帰される。更に、制御中心位置は反時計回りに移動され、オフセット量が約−１ｄｅｇに到達（ｔ４）すると、時計回りの移動が開始され、オフセットのない状態（ｔ５）に復帰される。この変形例においては、制御中心位置の１周期の移動が約１０分間で行われ、この移動が繰り返される。このように、制御中心位置がオフセットされる速度はきわめて遅く設定されているため、制御中心位置の移動が防振制御に悪影響を与えることはない。
【００６９】
このように構成された変形例によれば、制御中心位置が連続的に移動されるので、制御中心位置が同一の位置に留まる時間が非常に短く、固定部平面部又は可動部平面部の摩耗をより効果的に抑制することができる。
【００７０】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態では、本発明の防振アクチュエータをビデオカメラに適用していたが、本発明は、デジタルカメラ、フィルムカメラ等、静止画又は動画撮像用の任意のカメラに適用することができる。また、本発明を、これらのカメラのカメラ本体と共に使用されるレンズユニットに適用することもできる。
【００７１】
また、上述した実施形態においては、３つの制御中心位置が所定時間ごとに切り換えられていたが、例えば、本発明を静止画撮影用に適用する場合には、制御中心位置の切換を、手振れ防止機能がオンにされたとき、又はカメラの電源がオンにされたとき行うように構成しても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１ 本発明の実施形態のビデオカメラ
２ レンズユニット
４ ビデオカメラ本体
６ レンズ鏡筒
８ 撮像用レンズ
１０ 防振アクチュエータ
１２ 固定枠（固定部）
１２ａ ボール落下防止壁
１２ｂ 固定部平面部
１４ 移動枠（可動部）
１４ａ ボール落下防止壁
１４ｂ 可動部平面部
１６ 像振れ補正用レンズ
１８ スチールボール（球状体）
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 駆動用コイル
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 駆動用磁石
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ ホール素子
２６ 吸着用ヨーク
２８ バックヨーク
３４ａ、３４ｂ ジャイロ
３６ コントローラ（制御手段）
３７ オフセット設定手段
３８ａ、３８ｂ バッファーアンプ
４０ａ、４０ｂ 積分回路
４２ 光学特性補正回路
４４ｂ、４４ｃ 演算回路
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ コイル駆動回路
４８ａ、４８ｂ、４８ｃ 位置検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防振アクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラに関し、特に、像振れ防止用レンズを、その光軸に直交する平面内で所定の制御中心位置を中心に並進移動させることにより像振れを防止する防振アクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許第３２０６０７５号（特許文献１）には、振れ防止装置が記載されている。この振れ防止装置においては、振れ防止レンズが取り付けられたレンズ枠が複数のボールによって平行移動可能に支持されている。レンズ枠は、ギヤ等を介してＸ軸用、Ｙ軸用のＤＣモータによってＸ軸方向、Ｙ軸方向に夫々駆動される。振れ検出手段によって検出された振れに応じてレンズ枠を移動させることにより、フィルムに結像される画像が安定化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３２０６０７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許第３２０６０７５号に記載された振れ防止装置においては、レンズ枠がボールによって支持されているので、レンズ枠に作用する摺動抵抗が小さく、レンズ枠を滑らかに移動させることができるという利点がある。
【０００５】
しかしながら、レンズ枠を支持するボールと、ボールが当接する平面は理論的には「点」で接触することとなり、実際にもボールと当接面は非常に小さい面積で接触している。従って、当接面に作用する単位面積当たりの荷重は非常に大きいものとなる。また、ボールが当接する平面は、潤滑剤を保持する能力が無く、ボールと当接面の間の良好な潤滑状態を維持することは困難である。このため、特許第３２０６０７５号に記載されているような、ボールによって可動部を支持するタイプの防振アクチュエータにおいては、ボールが当接する当接面に摩耗が生じやすいという問題がある。
【０００６】
特に、モータ駆動により所定の撮像範囲を往復して移動される監視用のビデオカメラ等においては、同一パターンの振れが繰り返しビデオカメラに加えられることになる。このため、監視用のビデオカメラ等に組み込まれた防振アクチュエータにおいては、同一パターンの振れを補正するために可動部がほぼ同一の軌跡を描いて繰り返し移動され、これに応じてボールも当接面上の同じ軌跡を繰り返し転がることになる。これにより、作動時間の長い監視用のビデオカメラ等においては、当接面上には線状に窪んだ傷が付きやすいという問題がある。また、当接面に生じたこのような線状の傷を横断するようにボールが転がった場合には、傷によりボールの転がりが阻害され、可動部の振れに対する追従性が悪くなるという問題がある。
【０００７】
従って、本発明は、長期間に亘って摩耗しにくく、初期の防振性能を維持することができる防振アクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明は、像振れ防止用レンズを、その光軸に直交する平面内で所定の制御中心位置を中心に並進移動させることにより像振れを防止する防振アクチュエータであって、固定部平面部を備えた固定部と、可動部平面部を備え、像振れ防止用レンズが取り付けられた可動部と、固定部平面部と可動部平面部の間に挟持され、可動部を固定部に対して平行な平面内で移動可能に支持する少なくとも３つの球状体と、可動部を固定部に対して駆動する駆動手段と、この駆動手段を制御して、像振れ防止用レンズを移動させ、画像を安定化させる制御手段と、を有し、制御手段は、球状体と、固定部平面部又は可動部平面部との接触位置が変更されるように、制御中心位置をオフセットさせるオフセット設定手段を有することを特徴としている。
【０００９】
このように構成された本発明においては、固定部の固定部平面部と可動部の可動部平面部の間に少なくとも３つの球状体が挟持され、可動部を固定部に対して平行な平面内で移動可能に支持する。制御手段は、駆動手段を制御して、可動部を固定部に対して駆動し、画像を安定化させる。オフセット設定手段は、球状体と、固定部平面部又は可動部平面部との接触位置が変更されるように、制御中心位置をオフセットさせる。
【００１０】
このように構成された本発明によれば、球状体と固定部平面部又は可動部平面部との接触位置が、オフセット設定手段により変更されるので、可動部が制御中心位置にある場合において、球状体と固定部平面部又は可動部平面部が、常に同じ位置で接触されるのが防止され、固定部平面部又は可動部平面部の摩耗を抑制することができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、オフセット設定手段は、可動部が光軸を中心に回動されるように、制御中心位置をオフセットさせる。
このように構成された本発明によれば、可動部が光軸を中心に回動されるように、制御中心位置がオフセットされるので、画像に悪影響を与えることなく制御中心位置をオフセットさせることができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、駆動手段は、可動部が光軸を中心に回動された制御中心位置に、可動部を固定部に対して回動させることができるように構成されている。
このように構成された本発明によれば、可動部を並進移動させ、画像を安定化させる駆動手段を、制御中心位置をオフセットさせる手段として兼用にすることができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、オフセット設定手段は、制御中心位置を、時間の経過と共に連続的に移動させる。
このように構成された本発明によれば、制御中心位置が連続的に移動されるので、制御中心位置が同一の位置に留まる時間が非常に短く、固定部平面部又は可動部平面部の摩耗を効果的に抑制することができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、オフセット設定手段は、制御中心位置を、段階的に移動させる。
このように構成された本発明によれば、オフセット設定手段は、所定の数の制御中心位置を切り換えるので、オフセット設定手段を簡便に構成することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、駆動手段は、概ね同一円周上に少なくとも３つ配置され、各駆動手段は、概ね円周方向の駆動力を発生するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、各駆動手段の駆動力を調整することにより、可動部を並進移動及び回転移動させることができると共に、各駆動手段が同一の駆動力を発生させるだけで、可動部を回転移動させることができる。
【００１６】
また、本発明はレンズユニットであって、レンズ鏡筒と、このレンズ鏡筒の中に配置された撮像用レンズと、レンズ鏡筒に取り付けられた本発明の防振アクチュエータと、を有することを特徴としている。
また、本発明はカメラであって、本発明のレンズユニットと、このレンズユニットが取り付けられたカメラボディと、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の防振アクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラによれば、長期間に亘って摩耗しにくく、初期の防振性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態によるビデオカメラの断面図である。
【図２】移動枠が制御中心位置にある防振アクチュエータの正面図である。
【図３】移動枠がオフセットされた第２の制御中心位置にある防振アクチュエータの正面図である。
【図４】図２のIV−IV線側面断面図である。
【図５】図２のV−V線側面断面図（ａ）、及び駆動用磁石の着磁の状態を示す斜視図（ｂ）である。
【図６】駆動用磁石の移動とホール素子から出力される信号との関係を説明する図である。
【図７】駆動用磁石の移動とホール素子から出力される信号との関係を説明する図である。
【図８】コントローラにおける信号処理を示すブロック図である。
【図９】固定枠上に配置された駆動用、及び移動枠上に配置された駆動用磁石の位置関係を示す図である。
【図１０】本発明の変形例におけるオフセット信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、図１乃至図９を参照して、本発明の実施形態によるビデオカメラを説明する。図１は本発明の実施形態によるビデオカメラの断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施形態のビデオカメラ１は、レンズユニット２と、ビデオカメラ本体４と、を有する。レンズユニット２は、レンズ鏡筒６と、このレンズ鏡筒の中に配置された複数の撮像用レンズ８と、撮像用レンズのうちの像振れ補正用レンズ１６を所定の平面内で移動させる防振アクチュエータ１０と、レンズ鏡筒６の振動を検出する振動検出手段であるジャイロ３４ａ、３４ｂ（図１には３４ａのみ図示）と、を有する。
【００２１】
レンズユニット２は、ビデオカメラ本体４に取り付けられ、入射した光を撮像素子Ｅに結像させるように構成されている。
概ね円筒形のレンズ鏡筒６は、内部に複数の撮像用レンズ８を保持しており、一部の撮像用レンズ８を移動させることによりピント調整を可能としている。
【００２２】
本発明の実施形態のビデオカメラ１は、ジャイロ３４ａ、３４ｂによって振動を検出し、検出された振動に基づいて防振アクチュエータ１０を作動させて像振れ補正用レンズ１６を移動させ、ビデオカメラ本体４内の撮像素子Ｅに合焦される画像を安定化させている。本実施形態においては、ジャイロ３４ａ、３４ｂとして、圧電振動ジャイロを使用している。なお、本実施形態においては、像振れ補正用レンズ１６は、１枚のレンズによって構成されているが、画像を安定させるためのレンズは、複数枚のレンズ群であっても良い。
【００２３】
次に、図２乃至図５を参照して、防振アクチュエータ１０の構成を説明する。図２は、移動枠が像振れ防止制御の中心である制御中心位置にある防振アクチュエータ１０の正面図である。また、図３は、移動枠がオフセットされた第２の制御中心位置にある防振アクチュエータ１０の正面図である。さらに、図４は図２のIV−IV線側面断面図であり、図５（ａ）は図２のV−V線側面断面図である。また、図５（ｂ）は、駆動用磁石の着磁の状態を示す斜視図である。
【００２４】
図２乃至図５に示すように、防振アクチュエータ１０は、レンズ鏡筒６内に固定された固定部である固定枠１２と、この固定枠１２に対して移動可能に支持された可動部である移動枠１４と、この移動枠１４を支持する可動部支持手段である３つのスチールボール１８（図４）と、を有する。さらに、防振アクチュエータ１０は、固定枠１２に取り付けられた３つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、移動枠１４の、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに夫々対応する位置に取り付けられた３つの駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、を有する。
【００２５】
また、図５（ａ）に示すように、防振アクチュエータ１０は、各駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃの磁力によって移動枠１４を固定枠１２に吸着させるために、固定枠１２に取り付けられた吸着用ヨーク２６と、駆動用磁石の磁力を固定枠１２の方に効果的に差し向けるように、駆動用磁石の裏側に取り付けられたバックヨーク２８と、を有する。なお、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、及びこれらに対応する位置に取り付けられた３つの駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、移動枠１４を、固定枠１２に対して並進運動させ、且つ回転運動させることができる駆動手段を構成する。
【００２６】
さらに、図５（ａ）に示すように、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃの巻線の内側には、磁気センサであるホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃが配置されている（図５には２４ａのみ図示）。各ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、これらと夫々向き合うように配置されている各駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃの磁気を検出して、固定枠１２に対する移動枠１４の位置を検出するように構成されている。これらのホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、位置検出手段を構成する。
【００２７】
また、図１に示すように、防振アクチュエータ１０は、ジャイロ３４ａ、３４ｂによって検出された振動と、ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって検出された移動枠１４の位置情報に基づいて、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに流す電流を制御する制御手段であるコントローラ３６を有する。さらに、コントローラ３６には、移動枠１４を制御する制御中心位置をオフセットさせるオフセット設定手段３７が内蔵されている。
【００２８】
防振アクチュエータ１０は、移動枠１４を、レンズ鏡筒６に固定された固定枠１２に対して、撮像素子Ｅに平行な平面内で移動させ、これにより移動枠１４に取り付けられた像振れ補正用レンズ１６を移動させ、レンズ鏡筒６が振動しても撮像素子Ｅに結像される像が乱れることがないように駆動される。
【００２９】
固定枠１２は、概ねドーナツ板状の形状を有し、その上に３つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃが配置されている。図２に示すように、これら３つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、その中心が、レンズユニット２の光軸を中心とする同一円周上にそれぞれ配置されている。本実施形態においては、駆動用コイル２０ａは光軸の鉛直上方に配置され、駆動用コイル２０ｂ、２０ｃは、駆動用コイル２０ａに対して中心角１２０゜ずつ間隔を隔てて配置されている。即ち、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、光軸を中心とする円周上に等間隔に配置されている。また、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、夫々、その巻線が角の丸い矩形状に巻かれ、この矩形の中心線が円周の半径方向と一致するように配置されている。
【００３０】
移動枠１４は、概ねドーナツ板状の形状を有し、固定枠１２に対して平行に配置されている。移動枠１４の中央の開口には、像振れ補正用レンズ１６が取り付けられている。また、移動枠１４上の円周の、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに対応する位置には、長方形の駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃが夫々埋め込まれている。なお、本明細書において、駆動用コイルに対応する位置とは、駆動用コイルによって形成される磁界の影響が実質的に及ぶ位置を意味している。また、駆動用磁石の裏側、即ち、各駆動用コイルの反対側には、各駆動用磁石の磁束が、固定枠１２の方に効率良く差し向けられるように、長方形のバックヨーク２８が夫々取り付けられている。
【００３１】
また、固定枠１２の各駆動用コイルの裏側、即ち、移動枠１４の反対側には、長方形の吸着用ヨーク２６が夫々取り付けられている。移動枠１４は、各駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃが、それに対応して取り付けられた吸着用ヨーク２６に及ぼす磁力によって、固定枠１２に吸着される。本実施形態においては、駆動用磁石の磁力線が、吸着用ヨーク２６に効率良く到達するように、固定枠１２を非磁性材料で構成している。
【００３２】
次に、図５を参照して、駆動用磁石が及ぼす磁力について説明する。駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、バックヨーク２８及び吸着用ヨーク２６は、夫々長方形の形状を有しており、各長辺、短辺が夫々重なり合うように配置されている。また、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、その各辺が、長方形のバックヨーク２８の各長辺、短辺と夫々平行になるように配置されている。さらに、各駆動用磁石は、その磁極の境界線である着磁境界線Ｃが、各駆動用磁石が配置されている円周の半径方向に一致するように向けられている。
【００３３】
これにより、駆動用磁石２２ａ、バックヨーク２８及び吸着用ヨーク２６は、磁気回路を構成し、図５（ａ）に矢印で示す磁力線が形成される。駆動用磁石２２ａは、対応する駆動用コイル２０ａに電流が流れると、円周の接線方向の駆動力を受ける。他の駆動用コイル２０ｂ、２０ｃについても、同様の位置関係で対応する駆動用磁石２２ｂ、２２ｃ、バックヨーク２８及び吸着用ヨーク２６が配置されている。
【００３４】
なお、本明細書において、着磁境界線Ｃとは、駆動用磁石の両端が夫々Ｓ極、Ｎ極となるように着磁されているとき、その着磁されている磁極の境界線を言うものとする。従って、本実施形態においては、着磁境界線Ｃは、長方形の駆動用磁石の各長辺の中点を通るように位置する。また、図５（ｂ）に示すように、駆動用磁石２２ａは、その厚さ方向にも極性が変化しており、図５（ｂ）において左下の角がＳ極、右下がＮ極、左上がＮ極、右上がＳ極になっている。
【００３５】
次に、図６及び図７を参照して、移動枠１４の位置検出を説明する。
図６及び図７は、駆動用磁石２２ａの移動とホール素子２４ａから出力される信号との関係を説明する図である。図６に示すように、ホール素子２４ａの感度中心点Ｓが、駆動用磁石２２ａの着磁境界線Ｃ上に位置する場合には、ホール素子２４ａからの出力信号はゼロである。移動枠１４と共に駆動用磁石２２ａが移動され、ホール素子２４ａの感度中心点が駆動用磁石２２ａの着磁境界線上から外れると、ホール素子２４ａの出力信号が変化する。図６に示すように、駆動用磁石２２ａが着磁境界線Ｃに直交する方向、即ち、Ｘ軸方向に移動すると、ホール素子２４ａは、正弦波状の信号を発生する。従って、この移動量が微小である場合には、ホール素子２４ａは、駆動用磁石２２ａの移動距離にほぼ比例した信号を出力する。本実施形態において、駆動用磁石２２ａの移動距離が、駆動用磁石２２ａの長辺の長さの３％程度以内の場合には、ホール素子２４ａから出力される信号は、ホール素子２４ａの感度中心点Ｓと駆動用磁石２２ａの着磁境界線Ｃの間の距離にほぼ比例する。また、本実施形態では、防振アクチュエータ１０は、通常作動領域においては各ホール素子の出力が距離にほぼ比例する範囲内で作動する。
【００３６】
図７（ａ）乃至（ｃ）に示すように、ホール素子２４ａの感度中心点Ｓ上に駆動用磁石２２ａの着磁境界線Ｃが位置する場合には、図７（ｂ）のように駆動用磁石２２ａが回転移動した場合、図７（ｃ）のように駆動用磁石２２が着磁境界線Ｃの方向に移動した場合とも、ホール素子２４ａからの出力信号はゼロである。また、図７（ｄ）乃至（ｆ）に示すように、駆動用磁石２２ａの着磁境界線Ｃがホール素子２４ａの感度中心点Ｓから外れた場合には、感度中心点Ｓと着磁境界線Ｃの距離ｒに比例した信号がホール素子２４ａから出力される。従って、感度中心点Ｓから着磁境界線Ｃまでの距離ｒが同じであれば、図７（ｄ）のように駆動用磁石２２ａが着磁境界線Ｃに直交する方向に移動した場合、図７（ｅ）のように駆動用磁石２２ａが並進及び回転移動した場合、図７（ｆ）のように任意の方向に並進移動した場合とも、何れも同じ大きさの信号がホール素子２４ａから出力される。
【００３７】
ここでは、ホール素子２４ａについて説明したが、他のホール素子２４ｂ、２４ｃも、それらに対応する駆動用磁石２２ｂ、２２ｃとの位置関係に基づいて同様の信号を出力する。このため、各ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって検出された信号に基づいて、移動枠１４が固定枠１２に対して並進移動及び回転移動した位置を特定することができる。
【００３８】
次に、図２乃至図４を参照して、スチールボール１８による移動枠１４の支持機構を説明する。
図２乃至図４に示すように、３つのスチールボール１８は、固定枠１２と移動枠１４の間に夫々配置されている。３つのスチールボール１８は、夫々、中心角１２０゜の間隔を隔てて配置され、各スチールボール１８が、各駆動用コイルの間に位置するように配置されている。図４に示すように、移動枠１４は駆動用磁石２２によって固定枠１２に吸着されるので、各スチールボール１８は固定枠１２と移動枠１４の間に挟持されることになる。これにより、移動枠１４は固定枠１２に平行な平面上に支持され、各スチールボール１８が挟持されながら転がることによって、移動枠１４の固定枠１２に対する任意の方向の並進運動及び回転運動が許容される。
【００３９】
また、本実施形態においては、スチールボール１８として鋼製の球体を使用しているが、スチールボール１８は必ずしも球体でなくても良い。即ち、防振アクチュエータ１０の作動中において固定枠１２及び移動枠１４と接触する部分が概ね球面の形状を有する形態であればスチールボール１８として使用することができる。なお、本明細書において、このような形態を球状体という。また、球状体は、鋼製でなくても良く、樹脂等で形成することもできる。
【００４０】
また、図４に示すように、固定枠１２には、各スチールボール１８を取り囲むように、円環状のボール落下防止壁１２ａが設けられている。このため、各スチールボール１８は、各ボール落下防止壁１２ａで囲まれた内側の平面部分で固定枠１２と接触する。各スチールボール１８と接触する固定枠１２の平面部分は、固定部平面部１２ｂを構成する。
【００４１】
同様に、移動枠１４には、各スチールボール１８を取り囲むように、円環状のボール落下防止壁１４ａが設けられている。このため、各スチールボール１８は、各ボール落下防止壁１４ａで囲まれた内側の平面部分で移動枠１４と接触する。各スチールボール１８と接触する移動枠１４の平面部分は、可動部平面部１４ｂを構成する。
【００４２】
次に、図８を参照して、防振アクチュエータ１０による像振れ防止制御を説明する。図８は、コントローラ３６における信号処理を示すブロック図である。コントローラ３６は、以下に説明する機能を果たすアナログ及び／又はデジタル回路により構成することができる。図８に示すように、レンズユニット２の振動は、２つのジャイロ３４ａ、３４ｂによって時々刻々検出され、コントローラ３６に内蔵されたバッファーアンプ３８ａ、３８ｂに夫々入力される。本実施形態においては、ジャイロ３４ａはレンズユニット２のヨーイング運動の角速度を、ジャイロ３４ｂはピッチング運動の角速度を夫々検出するように構成され、配置されている。各バッファーアンプ３８ａ、３８ｂから出力された信号は積分回路４０ａ、４０ｂに夫々入力され、ここで、振れ角速度の信号が、振れ角度の信号に変換される。振れ角度信号は光学特性補正回路４２に入力され、ここで、レンズユニット２の振れ角度に対して必要な像振れ補正用レンズ１６のＸ方向、Ｙ方向の移動量を示すレンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙに変換される。レンズ位置指令信号に従って像振れ補正用レンズ１６を時々刻々移動させることにより、レンズユニット２が振動した場合にも、ビデオカメラ本体４内の撮像素子Ｅに合焦される像は乱れることなく安定化される。
【００４３】
レンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙは、演算回路４４ｂ、４４ｃに夫々入力される。演算回路４４ｂ、４４ｃは、レンズ位置指令信号に基づいて、各駆動用コイル２０ｂ、２０ｃに対するコイル位置指令信号を生成するように構成されている。コイル位置指令信号は、像振れ補正用レンズ１６をレンズ位置指令信号で指定された位置へ移動させたときの、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃとそれに対応した駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃの位置関係を表す信号である。すなわち、各駆動用磁石が、各駆動用コイルに対するコイル位置指令信号によって指令された位置に移動されると、その結果、像振れ補正用レンズ１６は、レンズ位置指令信号によって指令された位置へ移動される。本実施形態においては、駆動用コイル２０ａが光軸の鉛直上方に設けられているので、駆動用コイル２０ａに対するコイル位置指令信号ｒａは、レンズ位置指令信号のＸ方向成分Ｄｘと等しくなる。一方、駆動用コイル２０ｂ、２０ｃに対するコイル位置指令信号ｒｂ、ｒｃは、レンズ位置指令信号のＸ方向成分Ｄｘ及びＹ方向成分Ｄｙに基づいて、演算回路４４ｂ、４４ｃによって生成される。演算回路４４ｂ、４４ｃにおける信号処理については後述する。
【００４４】
コイル位置指令信号ｒａ、ｒｂ、ｒｃは、コイル駆動回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃに夫々入力される。コイル駆動回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃの出力は、駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに夫々接続され、これにより各駆動用コイルに駆動電流が流される。
【００４５】
一方、各駆動用磁石の各駆動用コイルに対する移動量は、ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって測定される。ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって測定された移動量は、位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃに入力される。位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃの出力は、各コイル位置指令信号ｒａ、ｒｂ、ｒｃから差し引かれる。即ち、各コイル駆動回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、各コイル位置指令信号ｒａ、ｒｂ、ｒｃと、各位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃから出力された位置信号との差に比例した電流を各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに流す。従って、コイル位置指令信号と各位置検出回路からの出力に差がなくなると、即ち、各駆動用磁石がコイル位置指令信号によって指令された位置に到達すると、各駆動用コイルには電流が流れなくなり、駆動用磁石に作用する駆動力がゼロになる。
【００４６】
また、各位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃには、コントローラ３６に内蔵されたオフセット設定手段３７から出力されるオフセット信号が入力されるように構成されている。これにより、各位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃの出力信号は、ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって実際に検出された位置に対して、オフセット信号分シフトした値になる。なお、オフセット設定手段３７は、例えば、オフセット信号を記憶したメモリと、メモリに記憶されたオフセット信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器により構成することができる。
【００４７】
次に、図９を参照して、移動枠１４を並進運動させる場合における、レンズ位置指令信号とコイル位置指令信号との関係を説明する。図９は、固定枠１２上に配置された駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、及び移動枠１４上に配置された駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃの位置関係を示す図である。まず、３つの駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、その中心点が、点Ｑを原点とする半径Ｒの円周上の点Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ上に夫々配置されている。また、各ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃも、それらの感度中心点Ｓが点Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ上に位置するように夫々配置されている。さらに、移動枠１４が、図２に示すオフセットされていない制御中心位置にある場合には、像振れ補正用レンズ１６の中心と撮像用レンズ８の光軸が一致し、各駆動用コイルに対応した各駆動用磁石の着磁境界線Ｃの中点も夫々点Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ上に位置し、各着磁境界線Ｃは、点Ｑを中心とする円の半径方向に向けられる。移動枠１４は、この動作中心位置を中心に並進移動され、像振れ防止制御が実行される。
【００４８】
次に、点Ｑを原点とする水平軸線をＸ軸、鉛直軸線をＹ軸とし、図９に実線で示すように、画像安定化用レンズ１６の中心点Ｑ１が、Ｙ軸方向にＤｙ、Ｘ軸方向に−Ｄｘ並進移動された場合を考える。移動枠１４をこのように移動させると、各駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃの着磁境界線Ｃは、図９に一点鎖線で示された位置に移動される。ここで、駆動用磁石２２ａの着磁境界線Ｃと点Ｓａとの間の距離をｒａ、駆動用磁石２２ｂの着磁境界線Ｃと点Ｓｂとの間の距離をｒｂ、駆動用磁石２２ｃの着磁境界線Ｃと点Ｓｃとの間の距離をｒｃとする。この距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃは、画像安定化用レンズ１６をＹ軸方向にＤｙ、Ｘ軸方向に−Ｄｘ移動させたとき、各ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって検出される移動距離に該当する。これらの距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の移動距離Ｄｘ、Ｄｙに対して一意的に決定されるものである。従って、画像安定化用レンズ１６をＸ軸方向、Ｙ軸方向に夫々Ｄｘ、Ｄｙ移動させるためには、これに対応した距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃをコイル位置指令信号として与えればよい。
【００４９】
ここで、各距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃの正の方向を図９に矢印ａ、ｂ、ｃで示すように定義すると、ｒａ、ｒｂ、ｒｃと、Ｄｘ、Ｄｙの関係は次の（数式１）で与えられる。
図８において説明した各演算回路４４ｂ、４４ｃは、夫々上記数式１の第２、第３式に対応する演算を実行して、コイル位置指令信号ｒｂ、ｒｃを生成している。
【００５０】
次に、移動枠１４を回転運動させる場合におけるコイル位置指令信号を説明する。移動枠１４を回転運動させるには、各コイル位置指令信号として同一の値を与えればよい。即ち、移動枠１４を角度θ［ｒａｄ］だけ時計回りに回転させるための各コイル位置指令信号は、
このように、各駆動用磁石が各駆動用コイルに対して同一距離接線方向に移動されることにより、移動枠１４は、像振れ補正用レンズ１６の光軸と撮像用レンズ８の光軸が一致した状態を保持しながら、光軸を中心に回転される。
【００５１】
次に、図１及び図８を参照して、本発明の実施形態によるビデオカメラ１の作用を説明する。まず、ビデオカメラ１の手ブレ防止機能の起動スイッチ（図示せず）をオンにすることにより、レンズユニット２に備えられた防振アクチュエータ１０が作動される。レンズユニット２に取り付けられたジャイロ３４ａ、３４ｂは、所定周波数帯域の振動を時々刻々検出し、コントローラ３６に出力する。ジャイロ３４ａはレンズユニット２のヨーイング方向の角速度の信号を出力し、ジャイロ３４ｂはピッチング方向の角速度の信号を出力する。入力された各角速度信号は、バッファーアンプ３８ａ、３８ｂ、積分回路４０ａ、４０ｂ、光学特性補正回路４２を経てレンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙに変換される。光学特性補正回路４２から時系列で出力されるレンズ位置指令信号によって指令される位置に、像振れ補正用レンズ１６を時々刻々移動させることによって、ビデオカメラ本体４の撮像素子Ｅに合焦される像が安定化される。
【００５２】
光学特性補正回路４２から出力された水平方向のレンズ位置指令信号Ｄｘは、コイル駆動回路４６ａを介して、駆動用コイル２０ａに対するコイル位置指令信号ｒａとして出力される。また、演算回路４４ｂには、水平方向のレンズ位置指令信号Ｄｘ及び鉛直方向のレンズ位置指令信号Ｄｙが入力され、数式１の第２式に基づいて駆動用コイル２０ｂに対するコイル位置指令信号ｒｂが生成される。同様に、演算回路４４ｃには、レンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙが入力され、数式１の第３式に基づいて駆動用コイル２０ｃに対するコイル位置指令信号ｒｃが生成される。
【００５３】
一方、駆動用コイル２０ａに対応するホール素子２４ａは位置検出回路４８ａに検出信号を出力する。位置検出回路４８ａの出力信号は、駆動用コイル２０ａに対するコイル位置指令信号ｒａから差し引かれ、これらの差に比例した電流が、コイル駆動回路４６ａを介して駆動用コイル２０ａに出力される。同様に、ホール素子２４ｂの検出信号とコイル位置指令信号ｒｂの差に比例した電流がコイル駆動回路４６ｂを介して駆動用コイル２０ｂに出力され、ホール素子２４ｃの検出信号とコイル位置指令信号ｒｃの差に比例した電流がコイル駆動回路４６ｃを介して駆動用コイル２０ｃに出力される。
【００５４】
各駆動用コイルに電流が流れることにより、電流に比例した磁界が発生する。この磁界により各駆動用コイルに対応して配置された各駆動用磁石は夫々、コイル位置指令信号ｒａ、ｒｂ、ｒｃによって指定された位置に近づく方向の駆動力を受け、移動枠１４が移動される。駆動用磁石が、この駆動力によってコイル位置指令信号により指定された位置に到達すると、コイル位置指令信号とホール素子の検出信号が一致するので駆動回路の出力はゼロとなり、駆動力もゼロになる。また、外乱、又は、コイル位置指令信号の変化等により、各駆動用磁石がコイル位置指令信号により指定された位置から外れると、再び各駆動用コイルに電流が流され、各駆動用磁石はコイル位置指令信号によって指定された位置に戻される。
【００５５】
以上の作用が時々刻々繰り返されることにより、各駆動用磁石を有する移動枠１４に取り付けられた像振れ補正用レンズ１６が、レンズ位置指令信号に追従するように移動される。これにより、ビデオカメラ本体４の撮像素子Ｅに合焦される像が安定化される。
【００５６】
次に、図２、図３及び図８を参照して、コントローラ３６に内蔵されたオフセット設定手段３７の作用を説明する。
本実施形態においては、オフセット設定手段３７は、所定の正の値、０、所定の負の値のオフセット信号を、所定時間ごとに切り換えて発生するように構成されている。図８に示すように、オフセット設定手段３７のオフセット信号は位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃに夫々入力される。位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃはオフセット信号が入力されると、オフセット信号分、その出力が夫々シフトされる。
【００５７】
移動枠１４が、図２に示すオフセットされていない制御中心位置にあり、レンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙが共に０である場合においては、上述したように、各コイル位置指令信号、及び位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃの出力信号は、何れも０となる。この状態において、オフセット設定手段３７の出力するオフセット信号が０から所定の値に変化すると、位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃの各出力信号は、０から所定の値に変化する。これにより、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃには、コイル駆動回路４６ａ、４６ｂ、４６ｃを介して駆動電流が流れる。ここで、各位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃの出力信号のシフト量は夫々等しいので、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃには、夫々同一の電流が流れる。
【００５８】
数式２に示したように、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに同一の電流が流れた場合には、移動枠１４は並進移動されず、所定角度の回転移動のみが発生する。即ち、移動枠１４は像振れ補正用レンズ１６の光軸の位置を維持したまま、光軸を中心に回動される。これにより移動枠１４は、図３に示すオフセットされた制御中心位置に回動される。移動枠１４が図３に示す位置に移動されると、ホール素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃの出力信号が、オフセット設定手段３７によるオフセット信号を打ち消すように変化するので、各位置検出回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃの出力は０となり、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに流れる電流も０になる。
【００５９】
移動枠１４が図３に示すオフセットされた制御中心位置に移動された状態で、レンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙが入力されると、移動枠１４はオフセットされた制御中心位置を中心に並進移動され、撮像素子Ｅ上の画像が安定化される。一方、オフセット設定手段３７の出力するオフセット信号が、逆の極性に変化された場合には、移動枠１４は、図２に示すオフセットされていない制御中心位置から光軸を中心に反時計回りに回動されたオフセットされた制御中心位置（図示せず）に移動される。
【００６０】
オフセット設定手段３７により、所定時間ごとに制御中心位置をオフセットさせることによって、制御中心位置におけるスチールボール１８と、固定部平面部１２ｂ及び可動部平面部１４ｂとの接触点が変化される。これにより、固定部平面部１２ｂ及び可動部平面部１４ｂの摩耗が低減される。
【００６１】
なお上記の説明においては、簡単のために、各レンズ位置指令信号が０の状態において、オフセット信号を切り換えているが、各レンズ位置指令信号が０でない状態、即ち、防振アクチュエータ１０による防振制御中にオフセット信号を切り換えることもできる。
【００６２】
次に、制御中心位置をオフセットさせることによる防振制御への影響を説明する。
本実施形態においては、オフセット設定手段３７により、制御中心位置は約±１ｄｅｇ（π／１８０ｒａｄ）オフセットされる。また、本実施形態においては、各スチールボール１８は光軸から半径方向に約１２ｍｍ離れた位置に配置されているので、このオフセットにより、各スチールボール１８と固定部平面部１２ｂ、可動部平面部１４ｂの接触位置は約０．２ｍｍ円周方向に移動される。各スチールボール１８と固定部平面部１２ｂ、可動部平面部１４ｂの接触面積は十分に小さいので、約０．２ｍｍの接触位置の移動により、固定部平面部１２ｂ、及び可動部平面部１４ｂの摩耗は、効果的に抑制される。
さらに、各コイル位置指令信号ｒａ、ｒｂ、ｒｃは、上述したように、数式１により計算される。数式１においては、レンズ位置指令信号Ｄｘ、Ｄｙの係数として、cos(0)、cos(-π/2)、cos(2π/3)、cos(π/6)、cos(4π/3)、cos(5π/6)が使用されている。ここで、制御中心位置が１ｄｅｇ（π／１８０ｒａｄ）オフセットされた場合における数式１の各係数の値の変化量を表１に示す。
表１
【００６３】
表１に示すように、数式１中の係数の値の変化量は、何れも０．０２以下であり、約±１ｄｅｇのオフセットがコイル位置指令信号に与える影響は小さく、約２％になることが予想される。従って、制御中心位置がオフセットされた場合においても、オフセットされていない場合と同様の制御により、十分な精度で移動枠１４を移動させることができる。
【００６４】
或いは、制御中心位置がオフセットされた場合における正確なコイル位置指令信号の計算式を導き、制御中心位置がオフセットされた場合にはその計算式に基づいて防振制御が実行されるようにコントローラ３６を構成しても良い。このようにコントローラを構成することにより、オフセット量を大きく設定した場合にも精度良く防振制御を実行することができる。
【００６５】
本発明の実施形態のビデオカメラによれば、スチールボールと固定部平面部又は可動部平面部との接触位置が、オフセット設定手段により変更されるので、移動枠が制御中心位置にある場合において、スチールボールと固定部平面部又は可動部平面部が、常に同じ位置で接触されるのが防止され、固定部平面部又は可動部平面部の摩耗を抑制することができる。
また、本実施形態のビデオカメラによれば、移動枠が像振れ防止用レンズの光軸を中心に回動されるように制御中心位置がオフセットされるので、撮像中に制御中心位置をオフセットさせた場合においても画像に殆ど悪影響を与えることがない。
【００６６】
さらに、本実施形態のビデオカメラによれば、３つの駆動用コイルと駆動用磁石により、画像を安定化させるための像振れ防止用レンズの並進移動、及び制御中心位置をオフセットさせるための回転移動の両方を実行することができる。
また、本実施形態のビデオカメラによれば、オフセット設定手段は、３種類の一定の電圧を段階的に切り換えるだけで制御中心位置をオフセットさせることができるので、オフセット設定手段を簡便に構成することができる。
【００６７】
また、上述した実施形態においては、オフセット設定手段は、正、負、０のオフセット信号を切り換えて出力し、段階的に３種類の制御中心位置が切り換えられていたが、変形例として、制御中心位置を時間の経過と共に連続的に移動させても良い。この変形例は、監視用のビデオカメラ等、長時間連続して撮像を行うカメラに好適である。
【００６８】
例えば、図１０に示すように、オフセット信号が時間と共に三角波状に変化するようにオフセット設定手段を構成することができる。この場合には、制御中心位置は、オフセットのない状態（図１０におけるｔ１）から少しずつ時計回りに移動され、オフセット量が約１ｄｅｇに到達（ｔ２）すると、反時計回りの移動が開始され、オフセットのない状態（ｔ３）に復帰される。更に、制御中心位置は反時計回りに移動され、オフセット量が約−１ｄｅｇに到達（ｔ４）すると、時計回りの移動が開始され、オフセットのない状態（ｔ５）に復帰される。この変形例においては、制御中心位置の１周期の移動が約１０分間で行われ、この移動が繰り返される。このように、制御中心位置がオフセットされる速度はきわめて遅く設定されているため、制御中心位置の移動が防振制御に悪影響を与えることはない。
【００６９】
このように構成された変形例によれば、制御中心位置が連続的に移動されるので、制御中心位置が同一の位置に留まる時間が非常に短く、固定部平面部又は可動部平面部の摩耗をより効果的に抑制することができる。
【００７０】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態では、本発明の防振アクチュエータをビデオカメラに適用していたが、本発明は、デジタルカメラ、フィルムカメラ等、静止画又は動画撮像用の任意のカメラに適用することができる。また、本発明を、これらのカメラのカメラ本体と共に使用されるレンズユニットに適用することもできる。
【００７１】
また、上述した実施形態においては、３つの制御中心位置が所定時間ごとに切り換えられていたが、例えば、本発明を静止画撮影用に適用する場合には、制御中心位置の切換を、手振れ防止機能がオンにされたとき、又はカメラの電源がオンにされたとき行うように構成しても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１ 本発明の実施形態のビデオカメラ
２ レンズユニット
４ ビデオカメラ本体
６ レンズ鏡筒
８ 撮像用レンズ
１０ 防振アクチュエータ
１２ 固定枠（固定部）
１２ａ ボール落下防止壁
１２ｂ 固定部平面部
１４ 移動枠（可動部）
１４ａ ボール落下防止壁
１４ｂ 可動部平面部
１６ 像振れ補正用レンズ
１８ スチールボール（球状体）
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 駆動用コイル
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 駆動用磁石
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ ホール素子
２６ 吸着用ヨーク
２８ バックヨーク
３４ａ、３４ｂ ジャイロ
３６ コントローラ（制御手段）
３７ オフセット設定手段
３８ａ、３８ｂ バッファーアンプ
４０ａ、４０ｂ 積分回路
４２ 光学特性補正回路
４４ｂ、４４ｃ 演算回路
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ コイル駆動回路
４８ａ、４８ｂ、４８ｃ 位置検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像振れ防止用レンズを、その光軸に直交する平面内で所定の制御中心位置を中心に並進移動させることにより像振れを防止する防振アクチュエータであって、
固定部平面部を備えた固定部と、
可動部平面部を備え、上記像振れ防止用レンズが取り付けられた可動部と、
上記固定部平面部と上記可動部平面部の間に挟持され、上記可動部を上記固定部に対して平行な平面内で移動可能に支持する少なくとも３つの球状体と、
上記可動部を上記固定部に対して駆動する駆動手段と、
この駆動手段を制御して、上記像振れ防止用レンズを移動させ、画像を安定化させる制御手段と、を有し、
上記制御手段は、上記球状体と、上記固定部平面部又は上記可動部平面部との接触位置が変更されるように、上記制御中心位置をオフセットさせるオフセット設定手段を有することを特徴とする防振アクチュエータ。
【請求項２】
上記オフセット設定手段は、上記可動部が光軸を中心に回動されるように、上記制御中心位置をオフセットさせる請求項１記載の防振アクチュエータ。
【請求項３】
上記駆動手段は、上記可動部が光軸を中心に回動された上記制御中心位置に、上記可動部を上記固定部に対して回動させることができるように構成されている請求項２記載の防振アクチュエータ。
【請求項４】
上記オフセット設定手段は、上記制御中心位置を、時間の経過と共に連続的に移動させる請求項１乃至３の何れか１項に記載の防振アクチュエータ。
【請求項５】
上記オフセット設定手段は、上記制御中心位置を、段階的に移動させる請求項１乃至３の何れか１項に記載の防振アクチュエータ。
【請求項６】
上記駆動手段は、概ね同一円周上に少なくとも３つ配置され、上記各駆動手段は、概ね上記円周方向の駆動力を発生するように構成されている請求項１乃至５の何れか１項に記載の防振アクチュエータ。
【請求項７】
レンズ鏡筒と、
このレンズ鏡筒の中に配置された撮像用レンズと、
上記レンズ鏡筒に取り付けられた請求項１乃至６の何れか１項に記載の防振アクチュエータと、
を有することを特徴とするレンズユニット。
【請求項８】
請求項７記載のレンズユニットと、
このレンズユニットが取り付けられたカメラボディと、
を有することを特徴とするカメラ。
【請求項１】
像振れ防止用レンズを、その光軸に直交する平面内で所定の制御中心位置を中心に並進移動させることにより像振れを防止する防振アクチュエータであって、
固定部平面部を備えた固定部と、
可動部平面部を備え、上記像振れ防止用レンズが取り付けられた可動部と、
上記固定部平面部と上記可動部平面部の間に挟持され、上記可動部を上記固定部に対して平行な平面内で移動可能に支持する少なくとも３つの球状体と、
上記可動部を上記固定部に対して駆動する駆動手段と、
この駆動手段を制御して、上記像振れ防止用レンズを移動させ、画像を安定化させる制御手段と、を有し、
上記制御手段は、上記球状体と、上記固定部平面部又は上記可動部平面部との接触位置が変更されるように、上記制御中心位置をオフセットさせるオフセット設定手段を有することを特徴とする防振アクチュエータ。
【請求項２】
上記オフセット設定手段は、上記可動部が光軸を中心に回動されるように、上記制御中心位置をオフセットさせる請求項１記載の防振アクチュエータ。
【請求項３】
上記駆動手段は、上記可動部が光軸を中心に回動された上記制御中心位置に、上記可動部を上記固定部に対して回動させることができるように構成されている請求項２記載の防振アクチュエータ。
【請求項４】
上記オフセット設定手段は、上記制御中心位置を、時間の経過と共に連続的に移動させる請求項１乃至３の何れか１項に記載の防振アクチュエータ。
【請求項５】
上記オフセット設定手段は、上記制御中心位置を、段階的に移動させる請求項１乃至３の何れか１項に記載の防振アクチュエータ。
【請求項６】
上記駆動手段は、概ね同一円周上に少なくとも３つ配置され、上記各駆動手段は、概ね上記円周方向の駆動力を発生するように構成されている請求項１乃至５の何れか１項に記載の防振アクチュエータ。
【請求項７】
レンズ鏡筒と、
このレンズ鏡筒の中に配置された撮像用レンズと、
上記レンズ鏡筒に取り付けられた請求項１乃至６の何れか１項に記載の防振アクチュエータと、
を有することを特徴とするレンズユニット。
【請求項８】
請求項７記載のレンズユニットと、
このレンズユニットが取り付けられたカメラボディと、
を有することを特徴とするカメラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−８１０６０（Ｐ２０１１−８１０６０Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３１２９３（Ｐ２００９−２３１２９３）
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（０００１３３２２７）株式会社タムロン (355)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（０００１３３２２７）株式会社タムロン (355)
【Ｆターム（参考）】
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