JP4963814B2 - ステージ装置、及びステージ装置を利用したカメラの手振補正装置 - Google Patents
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Description
また、上記Y方向駆動手段が、上記第1固定支持基板または第2固定支持基板と上記ステージ部材の一方に固定されたY用磁力発生装置と、他方に固定された、Y用磁力発生装置から磁力を受けた状態で電流が流れることにより、Y方向の駆動力を発生するY方向駆動用コイルと、を備えるのが実際的である。
図1に示すように、デジタルカメラ20内には、複数のレンズL1、L2、L3からなる光学系が配設されており、レンズL3の後方には手振補正装置30が配設されている。
図2から図6に示すように手振補正装置30は、正面視横長方形で金属等の軟磁性体からなる前側固定支持基板(第2固定支持基板)31と、正面形状が前側固定支持基板31と同一で金属等の軟磁性体からなる後側固定支持基板(第1固定支持基板)(X用磁力発生装置)(Y用磁力発生装置)32を備えている。前側固定支持基板31の中央部には方形の取付孔33が穿設されており、この取付孔33には取付孔33と同形状の透光性材料からなる赤外線カットフィルタ34が嵌合固定されている。
図2に示すように、前側固定支持基板31の3カ所には貫通孔が穿設されており、各貫通孔には取付ねじ35が挿入されている。後述するようにこれら各取付ねじ35は、デジタルカメラ20のカメラボディ内面に形成された3つの雌ねじ孔(図示略)に螺合される。
前側固定支持基板31と後側固定支持基板32の対向面の四隅近傍同士は、前後方向を向く4本の円柱形状の支柱36によって連結されており、前側固定支持基板31と後側固定支持基板32は互いに平行をなしている。
後側固定支持基板32の各支持用突部38と対向する位置には4つの雌ねじ孔(第1調整用雌ねじ孔)47が穿設されている。各雌ねじ孔47には調整部材(位置調整手段)(第1雄ねじ部材)48の雄ねじ溝49が螺合されている。調整部材48の前後長は後側固定支持基板32の板厚(前後長)より長い。調整部材48の前面には凹部51が凹設されており、この凹部51には金属製のボール(第1支持部材)52の後部が回転可能に収納されている。調整部材48の後端面にはドライバー(図示略)の先端部を挿入可能なドライバー挿入溝53が形成されている。
一方、前側固定支持基板31の後面の下端部には、S極とN極がY方向に並ぶ一対のY用磁石(Y用磁力発生装置)MYが固定されている。これら左右のY用磁石MYは互いにX方向に並んでおり、両者のY方向位置は一致している(左右のY用磁石MYの中心がX方向直線LXと平行な直線(図示略)上に位置している)。そして、図4から図6に示すように、左右のY用磁石MYと後側固定支持基板32の対向部の間にY用磁気回路が形成されている。即ち、前側固定支持基板31及び後側固定支持基板32はヨークとして機能している。
従って電気基板60及び補強板61は、図2に示す初期位置から、前側固定支持基板31及び後側固定支持基板32に対してX方向とY方向に直線的に相対移動できるだけでなく、X方向及びY方向と平行な(光軸Oに直交する)XY平面上を回転可能である。さらに、電気基板60と前側固定支持基板31の間には、図示を省略した移動範囲規制手段が設けられている。この移動範囲規制手段の働きによって、電気基板60及び補強板61の前側固定支持基板31に対する相対移動可能な範囲は一定の範囲に制限されている。
具体的には、先ず、調整部材48のドライバー挿入溝53にドライバーを挿入して調整部材48を回転させ、前側固定支持基板31及び後側固定支持基板32に対する電気基板60及び補強板61の傾斜角度及び光軸方向位置を調整する。次に調整部材41のドライバー挿入溝43にドライバーを挿入して調整部材41を回転させ、電気基板60の前面の4カ所と各ボール44との接触圧力が等しくなるように付勢力を調整する。これにより電気基板60及び補強板61が円滑に移動可能となる。このドライバーによる傾斜角度及び光軸方向位置の調整作業は、ディスプレイ(図示略)に表示された、撮像面66によって撮像された画像を見ながら行い、ディスプレイに表示された画像が所望の状態となるように行う。
調整作業が終わった手振補正装置30は、前側固定支持基板31をカメラボディ内面に形成された基準取付面(図示略)に当接させ、この状態で各取付ねじ35をカメラボディ内面の上述の3つの雌ねじ孔に螺合することによりカメラボディ内面に固定される。このようにすると、CCD65の撮像面66が光軸Oに対して直交する。
図2に示すように、舌片71と舌片72は左右の上記X用磁気回路とそれぞれ対応して位置している(左右のX用磁石MXとそれぞれ前後方向に対向している)。舌片71と舌片72の前面には同一仕様のX方向駆動用コイルCXがプリントにより形成されている。X方向駆動用コイルCXはXY平面と平行な平面コイルであり、左右のX方向駆動用コイルCX同士はX方向側辺65Xと平行な方向に並んでいる(図2においてX方向に並んでいる)。別言すると、左右のX方向駆動用コイルCX同士のY方向側辺65Yと平行な方向の位置(図2においてはY方向の位置)は一致している。図2及び図8に示すように、X方向駆動用コイルCXは、各辺が直線状をなす渦巻き状をなしており、右辺CX1と、左辺CX2と、上辺CX3と、下辺CX4とからなっている。右辺CX1及び左辺CX2はY方向側辺65Yと平行であり、上辺CX3及び下辺CX4はX方向側辺65Xと平行である。図2及び図8では便宜上、X方向駆動用コイルCXを電気線を数回巻いたものとして図示しているが、実際は数十回巻かれている。そして、このX方向駆動用コイルCXと、上記X用磁気回路(前側固定支持基板31、後側固定支持基板32、X用磁石MX)によってX方向駆動手段が構成されている。
舌片71の前面には、右側のX方向駆動用コイルCXの近傍に位置し、このX方向駆動用コイルCXのX方向の位置変化を検出するホール素子SXが固定されている(左側のX方向駆動用コイルCXのX方向の位置変化は右側のものと同じなのでホール素子SXによって同時に検出される)。ホール素子SXは、X用磁気回路に生じた磁束を利用して、X方向駆動用コイルCXのX方向の位置変化を検出する。
一方、X方向駆動用コイルCXに図8の矢線と逆向きの電流を流すと、右辺CX1と左辺CX2には矢印FX2方向の直線的な力が生じ、電気基板60及び補強板61が前側固定支持基板31に対してFX2方向に直線的に移動する。
このようにX方向駆動用コイルCXへ流す電流の向きを調整することにより、右辺CX1がN極とZ方向に重合し左辺CX2がS極とZ方向に重合する範囲内で、電気基板60及び補強板61が前側固定支持基板31に対してFX1方向またはFX2方向に直線移動する。
さらに、X方向駆動用コイルCXへの給電を停止すると、その瞬間にFX1方向またはFX2方向の動力が失われ、電気基板60及び補強板61は移動を停止する。また、X方向駆動用コイルCXに流れる電流の大きさと生じる力は比例するので、X方向駆動用コイルCXへ給電する電流を大きくすれば、FX1方向とFX2方向の力は大きくなり、電流を小さくすればFX1方向とFX2方向の力は小さくなる。
さらに、上記移動範囲規制手段の働きによって、Y方向駆動用コイルCYA及びY方向駆動用コイルCYBの上辺CY3とY用磁石MYのN極は常にZ方向に重合し、かつ、下辺CY4とY用磁石MYのS極は常にZ方向に重合する。
一方、Y方向駆動用コイルCYAとY方向駆動用コイルCYBに図9の矢線と逆向きの同じ大きさの電流を流すと、Y方向駆動用コイルCYAとY方向駆動用コイルCYBの上辺CY3と下辺CY4には矢印FY2方向の同じ大きさの直線的な力が生じ、この力により、電気基板60及び補強板61が前側固定支持基板31に対してFY2方向に直線的に移動する。
このようにY方向駆動用コイルCYA及びY方向駆動用コイルCYBへ流す電流の向きを調整することにより、電気基板60及び補強板61が前側固定支持基板31に対してFY1方向またはFY2方向に直線移動する。
撮影者がデジタルカメラ20を手に持った状態で手振れを起こすと、光軸Oの角度振れ及び回転振れ(XY平面内での回転振れ)が生じ、画像に揺れが生じる。手振れ補正(回転補正)は、この画像の揺れを打ち消すように行われる。
光軸Oの角度振れは、デジタルカメラ20に内蔵されたX方向角速度センサ(光軸Oを中心とするX方向の角速度を検出するセンサ)GSXとY方向角速度センサ(光軸Oを中心とするY方向の角速度を検出するセンサ)GSYとで2方向(X方向とY方向)に分けて検出される。さらに、光軸O回りの回転振れは、デジタルカメラ20に内蔵された回転方向角速度センサ(光軸O回りの角速度を検出するセンサ)RGSによって検出される。
デジタルカメラ20によって撮影を行うと、各レンズL1〜L3を透過した光が、赤外線カットフィルタ34と光学ローパスフィルタ69を通ってCCD65の撮像面66に結像する。この際、デジタルカメラ20の手振れ補正スイッチSW(図1参照)をONにして撮影を行ない、デジタルカメラ20にX方向とY方向の手振れが生じると、X方向角速度センサGSXの出力値とY方向角速度センサGSYの出力値が積分回路(制御手段)80と積分回路(制御手段)81でそれぞれ積分され、X方向とY方向の角度振れ量に変換される。そして、積分回路80の出力値(デジタルカメラ20のX方向の振動量)とホール素子SXの出力値(CCD65(X方向駆動用コイルCX)のデジタルカメラ20に対するX方向の相対移動量)が誤差増幅器(制御手段)83で比較される。さらに誤差増幅器83の出力値についてPID演算が行われ、PWMドライバによって、積分回路80とホール素子SXの出力差に応じた電圧がX方向駆動用コイルCXに印加される。すると、この出力差が小さくなるようにCCD65(電気基板60及び補強板61)がFX1方向またはFX2方向に駆動する。
このように、手振れによる光軸Oの角度振れ量に追従して、CCD65(電気基板60及び補強板61)がFX1方向(またはFX2方向)とFY1方向(またはFY2方向)に直線駆動すると、手振れによるCCD65上の像振れが補正される。なお、CCD65のFX1方向(またはFX2方向)及びFY1方向(またはFY2方向)への直線移動中、CCD65の撮像面66は常に光軸Oと直交する。
補正スイッチSWをONにした状態で撮影を行ない、デジタルカメラ20に光軸O回りの回転振れ(像振れ)が生じると、回転方向角速度センサRGSの出力を積分回路(制御手段)82が積分しXY平面上の回転振れ量に変換する。そして、積分回路82の出力値(CCD65の回転振れ量)に応じて、誤差増幅器84にはプラス信号が送られ、誤差増幅器85にはマイナス信号が送られる。さらに、積分回路82から誤差増幅器84への出力値とホール素子SYAの出力値とが誤差増幅器84によって比較され、かつ、積分回路82から誤差増幅器85への出力値とホール素子SYBの出力値とが誤差増幅器85によって比較される。さらに、誤差増幅器84の出力値についてPID演算が行われ、PWMドライバが積分回路82から誤差増幅器84への出力とホール素子SYAの出力との出力差が小さくなるようにY方向駆動用コイルCYAに電圧を印加する。一方、誤差増幅器85の出力値についてもPID演算が行われ、PWMドライバが積分回路82から誤差増幅器85への出力とホール素子SYBの出力との出力差が小さくなるようにY方向駆動用コイルCYBに電圧を印加する。この際、Y方向駆動用コイルCYAとY方向駆動用コイルCYBの一方にはFY1方向の駆動力が発生し、他方にはFY2方向の駆動力が発生するので、CCD65(電気基板60及び補強板61)がデジタルカメラ20に対して相対回転し、デジタルカメラ20の回転振れが補正される。
図12では、前側固定支持基板31の後面の4カ所に支持用突部38の代わりに、支持用突部38より大径の支持用突部87を突設している。支持用突部87及び前側固定支持基板31を前後方向に貫通する雌ねじ孔(付勢調整手段)(第2調整用雌ねじ孔)88には、調整部材(付勢調整手段)(第2雄ねじ部材)89の雄ねじ溝90が螺合しており、支持用突部87に対する調整部材89の前後方向位置を調整可能である。調整部材89にはばね収納部91とドライバー挿入溝92が設けてあり、圧縮コイルばね(付勢調整手段)S1の前端がばね収納部91の底部に固定されている。その一部がばね収納部91に回転可能かつ摺動可能に収納されたボール44は圧縮コイルばねS1の後端によって常に電気基板60側に付勢されている。図12の調整部材48の前端には、凹部51の代わりに、球体の一部を切り取った形状の摺接突部(第1支持部材)94が一体的に設けられ、その前端が補強板61の後面に摺動可能に接触している。
このような構成の変形例では、ドライバーを使用して調整部材48の雌ねじ孔47への螺合量と、調整部材89の雌ねじ孔88への螺合量を調整することにより、電気基板60及び補強板61の前側固定支持基板31及び後側固定支持基板32に対する傾斜角度及び光軸方向位置を調整できる。
このような構成の傾き調整手段では、ドライバーを使用して調整部材48の雌ねじ孔47への螺合量と、調整部材97の雌ねじ孔96への螺合量を調整することにより、電気基板60及び補強板61の前側固定支持基板31及び後側固定支持基板32に対する傾きおよび光軸方向位置を調整できる。
例えば、球状の接触部材(ボール44、ボール52、摺接突部94、摺接突部107)を当接平面(電気基板60、補強板61、当接面100、当接面105)に接触させているが、球状以外の形状の接触部材をこれら当接平面に摺動可能に接触させてもよい。また、付勢手段として圧縮コイルばねS1以外のばね手段や、ゴム等を用いても良い。
また、上記実施形態は後側固定支持基板32を第1固定支持基板とし、かつ前側固定支持基板31を第2固定支持基板とした実施形態であるが、後側固定支持基板32を第2固定支持基板とし、かつ前側固定支持基板31を第1固定支持基板として実施してもよい。
さらに、ボール52や摺接突部94等の第1支持部材の数、及び第2支持部材(ボール44)の数は4つに限定されず、3つ以上であれば良い。
また、雌ねじ孔47、調整部材48を電気基板60及び補強板61に設けて、ボール52や摺接突部94等の第1支持部材を後側固定支持基板32の前面に接触させてもよい。さらに、雌ねじ孔40、調整部材41、雌ねじ孔88、調整部材89、及び圧縮コイルばねS1を電気基板60及び補強板61側に設けて、圧縮コイルばねS1に支持されたボール44を前側固定支持基板31の後面に接触させてもよい。さらに、電気基板60及び補強板61側に雌ねじ孔96を穿設し、この雌ねじ孔96に調整部材97の雄ねじ溝98を螺合し、圧縮コイルばねS1を前側固定支持基板31で支持して、この圧縮コイルばねS1の付勢力によってボール44を電気基板60の前面に接触させてもよい。
さらに、各実施形態ではX方向及びY方向の位置変化検出センサとしてホール素子を利用したが、ホール素子以外のセンサを利用することも可能である。
30 手振補正装置
31 前側固定支持基板(第1固定支持基板)(第2固定支持基板)
32 後側固定支持基板(第1固定支持基板)(第2固定支持基板)(X方向駆動手段)(Y方向駆動手段)
33 取付孔
34 赤外線カットフィルタ
35 取付ねじ
36 支柱
38 支持用突部
39 貫通孔(付勢調整手段)
40 雌ねじ孔(第2調整用雌ねじ孔)
41 調整部材
42 雄ねじ溝
43 ドライバー挿入溝
44 ボール(第2支持部材)
47 雌ねじ孔(第1調整用雌ねじ孔)
48 調整部材(位置調整手段)(第1雄ねじ部材)
49 雄ねじ溝
51 凹部
52 ボール(第1支持部材)
53 ドライバー挿入溝
60 電気基板(ステージ部材)
61 補強板(ステージ部材)
65 CCD
66 撮像面
65X X方向側辺
65Y Y方向側辺
67 CCDホルダ
68 窓孔
69 光学ローパスフィルタ
71 72 73 舌片
80 81 82 積分回路(制御手段)
83 84 85 誤差増幅器(制御手段)
87 支持用突部
88 雌ねじ孔(付勢調整手段)(第2調整用雌ねじ孔)
89 調整部材(第2雄ねじ部材)
90 雄ねじ溝
91 ばね収納部
92 ドライバー挿入溝
94 摺接突部(第2支持部材)
96 雌ねじ孔(第2調整用雌ねじ孔)
97 調整部材(第2雄ねじ部材)
98 雄ねじ溝
99 大径部
100 当接面
101 ドライバー挿入溝
103 支持用突部
104 ばね収納部(付勢調整手段)
105 当接面
107 摺接突部
CL 補正レンズ
CX X方向駆動用コイル(X方向駆動手段)
CX1 右辺
CX2 左辺
CX3 上辺
CX4 下辺
CYA CYB Y方向駆動用コイル(Y方向駆動手段)
CY1 右辺
CY2 左辺
CY3 上辺
CY4 下辺
GSX X方向角速度センサ(X方向振動検出センサ)
GSY Y方向角速度センサ(Y方向振動検出センサ)
LX X方向直線
LY Y方向直線
MX X用磁石(X方向駆動手段)
MY Y用磁石(Y方向駆動手段)
O 光軸
RGS 回転方向角速度センサ(回転振れ検出センサ)
S1 圧縮コイルばね(付勢手段)(付勢調整手段)
SX ホール素子
SYA SYB ホール素子(Y方向位置変化検出センサ)
Claims (13)
- 第1固定支持基板と、
該第1固定支持基板と相対移動可能に対向するステージ部材と、
上記ステージ部材の上記第1固定支持基板との対向面である当接平面に摺動可能に接触する少なくとも3つの第1支持部材と、
上記第1固定支持基板に設けられた、上記第1支持部材の上記第1固定支持基板とステージ部材を結ぶ方向の位置を調整するとともに所望の位置に位置決めした状態で保持する位置調整手段と、
上記ステージ部材を上記第1支持部材に接触する方向に移動付勢する付勢手段と、を備えることを特徴とするステージ装置。 - 第1固定支持基板及び第2固定支持基板と、
上記第1固定支持基板と第2固定支持基板の間に位置するステージ部材と、
上記第1固定支持基板とステージ部材の対向面の一方である当接平面に摺動可能に接触する少なくとも3つの第1支持部材と、
上記第2固定支持基板とステージ部材の対向面の一方である当接平面に摺動可能に接触する少なくとも3つの第2支持部材と、
上記第1固定支持基板とステージ部材の対向面の他方側に設けられた、上記第1支持部材を上記一方側及び他方側に向けて移動させるとともに所望の位置に位置決めした状態で保持する位置調整手段と、
上記第2固定支持基板とステージ部材の他方側に設けられた、上記第2支持部材を上記第2固定支持基板とステージ部材の上記一方側に向けて移動付勢する付勢調整手段と、を備えることを特徴とするステージ装置。 - 請求項1または2記載のステージ装置において、
上記第1支持部材がボールであるステージ装置。 - 請求項1から3のいずれか1項記載のステージ装置において、上記位置調整手段が、
上記第1固定支持基板とステージ部材の一方に形成された第1調整用雌ねじ孔と、
上記第1調整用雌ねじ孔に螺合しかつ上記第1支持部材を支持する第1雄ねじ部材と、
を備えるステージ装置。 - 請求項2から4のいずれか1項記載のステージ装置において、
上記第2支持部材がボールであるステージ装置。 - 請求項2から5のいずれか1項記載のステージ装置において、上記付勢調整手段が、
上記第2固定支持基板とステージ部材の一方に形成された第2調整用雌ねじ孔と、
該第2調整用雌ねじ孔に螺合する第2雄ねじ部材と、
該第2雄ねじ部材に支持され、上記第2支持部材を上記第2固定支持基板とステージ部材の他方に向けて移動付勢する付勢手段と、を備えるステージ装置。 - 請求項1から5のいずれか1項記載のステージ装置において、上記付勢調整手段が、
上記第2固定支持基板とステージ部材の一方に形成された第2調整用雌ねじ孔と、
該第2調整用雌ねじ孔に螺合された第2雄ねじ部材と、
上記第2固定支持基板とステージ部材の他方に支持され、上記第2支持部材を上記第2雄ねじ部材に向けて移動付勢し、第2支持部材を上記第2雄ねじ部材に接触させる付勢手段と、を備えるステージ装置。 - 請求項1から7のいずれか1項記載のステージ装置において、
上記ステージ部材を上記第1固定支持基板に対して、該第1固定支持基板と平行な特定のX方向に駆動するX方向駆動手段と、
上記ステージ部材を上記第1固定支持基板に対して、該第1固定支持基板と平行でX方向に対して直交するY方向に駆動するY方向駆動手段と、を備えるステージ装置。 - 請求項8記載のステージ装置において、
上記X方向駆動手段が、上記第1固定支持基板または第2固定支持基板と上記ステージ部材の一方に固定されたX用磁力発生装置と、
他方に固定された、X用磁力発生装置から磁力を受けた状態で電流が流れることにより、X方向の駆動力を発生するX方向駆動用コイルと、を備えるステージ装置。 - 請求項8または9記載のステージ装置において、
上記Y方向駆動手段が、上記第1固定支持基板または第2固定支持基板と上記ステージ部材の一方に固定されたY用磁力発生装置と、
他方に固定された、Y用磁力発生装置から磁力を受けた状態で電流が流れることにより、Y方向の駆動力を発生するY方向駆動用コイルと、を備えるステージ装置。 - 請求項9または10記載のステージ装置において、
上記X用磁力発生装置とY用磁力発生装置の少なくとも一方が、磁石と、該磁石との間に磁気回路を構成するヨークと、を備えるステージ装置。 - 請求項8から11のいずれか1項記載のステージ装置を利用したカメラの手振補正装置であって、
上記ステージ装置を内蔵したカメラと、
上記ステージ部材の前面に固定された撮像素子または補正レンズと、
上記カメラのX方向の振動とY方向の振動をそれぞれ検出するX方向振動検出センサ及びY方向振動検出センサと、
該X方向振動検出センサとY方向振動検出センサが検出した振動情報に基づいて、上記撮像素子または補正レンズが手振れを補正するように、上記X方向駆動手段とY方向駆動手段を制御する制御手段と、を備えるカメラの手振補正装置。 - 請求項12記載のステージ装置を利用したカメラの手振補正装置であって、
上記ステージ部材と平行な平面内における該ステージ部材の回転振れを検出する回転振れ検出センサを備え、
上記制御手段が、該回転振れ検出センサが検出した回転振れ情報に基づいて、上記撮像素子または補正レンズが回転振れを補正するように上記X方向駆動手段とY方向駆動手段を制御するカメラの手振補正装置。
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