JP2008058445A - レンズ駆動装置、像振れ補正装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、適切な粘性減衰をもって固定部材に対する保持部材の相対位置を変化させるレンズ駆動装置を提供できる。
【解決手段】像振れ補正用の補正レンズを保持する保持部材３６と、保持部材を光軸に直交する平面内で移動可能に支持する固定部材３１と、保持部材の前記固定部材に対する相対的な位置を変化させる駆動手段と、保持部材と固定部材の間に配設され、０．３Ｈｚから１００Ｈｚの帯域に転移領域を有する減衰剤４５とを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、像振れ補正用のレンズを駆動するレンズ駆動装置、該レンズ駆動装置を具備した像振れ補正装置および該像振れ補正装置を具備した撮像装置に関するものである。

近年カメラの高機能化が進んでおり、高機能化の一環としていわゆる手振れ等の振れによる像振れを補正する像振れ補正装置を搭載したカメラが多く見られる。像振れ補正装置としては、特許文献１にあるように、ジャイロ信号を基に手振れ等の振れ検出を行い、光学系の一部を光軸と直交する方向に移動させることによって像振れ補正を行うものが多く用いられている。

像振れ補正装置の機構の望ましい特性としては、
１）摩擦が小さく目標への追従が良いこと
２）周波数特性を設計者が設計しやすいこと
などが挙げられる。これらを実現する機構が既に種々提案されている。

例えば特許文献２に開示された機構の特徴は、レンズ駆動装置と、可動部の変位を規制する弾性手段および粘性手段を設けたことにある。このような機構とすることで、いわゆるオープン制御可能で周波数特性を改善した機構を得ることができる。

また、特許文献３に開示された機構の特徴は、補正レンズを保持する保持部材と固定部材の間に複数の球を挟持し、弾性体で押圧していることである。このような機構とすることで、保持部材を転がり摩擦によって駆動でき、摩擦力を軽減できる。また、補正レンズおよび保持部材の重量と弾性体の弾性係数の比によって共振周波数が決まるので、目標とする共振周波数を容易に得ることができる。結果として、良好な制御性を得て、小さな振動に対しても適切に応答できるものとなる。

また、特許文献４には、光ディスクピックアップに用いられるアクチュエータに減衰手段を介在させる技術が開示されている。この特許文献４に開示された機構の特徴は、減衰手段としてゲル状ダンピング材を適切な箇所に充填することにある。結果として、作業性を向上させながら装置の周波数特性を改善できる。
特開昭６０−１４３３３０号公報 特開平８−１８４８７０号公報 特開２００１−２９０１８４号公報 特開平２−２３２８２４号公報

上記特許文献２によると、機械的または電気的な方法で粘性抵抗を得ることができる。しかしながら、機械的方法によると構造が複雑になりやすい、摩擦が増加する、などの問題がある。また、電気的方法によると、制御対象のばらつきの影響を受けやすい、制御系が複雑になる、などの問題がある。

上記特許文献３によると、非常に小さい摩擦で駆動でき、小さな手振れに対して追従可能である。しかしながら、適度な粘性抵抗が無いために主共振および副共振の影響が大きい、外乱の影響を受けやすい、という問題がある。

上記特許文献４によると、適切に粘性抵抗を持った構造を容易に得ることができる。しかしながら、像振れ補正装置に用いる場合に必ずしも適切な構造をとることができないと言う問題があった。

（発明の目的）
本発明の目的は、簡易な構造で、適切な粘性減衰をもって固定部材に対する保持部材の相対位置を変化させることのできるレンズ駆動装置、像振れ補正装置および撮像装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、 像振れ補正用の補正レンズを保持する保持部材と、前記保持部材を光軸に直交する平面内で移動可能に支持する固定部材と、前記保持部材の前記固定部材に対する相対的な位置を変化させる駆動手段と、前記保持部材と前記固定部材の間に配設され、０．３Ｈｚから１００Ｈｚの帯域に転移領域を有する減衰剤とを有するレンズ駆動装置とするものである。

本発明によれば、簡易な構造で、適切な粘性減衰をもって固定部材に対する保持部材の相対位置を変化させることができるレンズ駆動装置、像振れ補正装置または撮像装置を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１ないし４に記載した通りである。

図１ないし図１６を用いて、本発明の実施例１に係わる撮像装置について説明する。図１は撮像装置を示す構成図である。図１において、１は撮像装置、２は撮像レンズ、３は後述の補正レンズ１２を駆動するレンズ駆動装置である。４は撮像レンズ２の光軸、５はレンズ鏡筒、６は撮像素子、７はメモリ、８は手振れ等の振れを検出する振れセンサ、９は撮像レンズ２に含まれる不図示のフォーカスレンズ等を駆動するフォーカスレンズ駆動回路である。また、１０は電源、１１はレリーズ釦、１２は補正レンズ、１３はいわゆるクイックリターンミラー、１４はファインダ光学系である。なお、レンズ駆動装置３や振れセンサ８などにより像振れ補正装置が構成される。

撮像装置１は、撮像レンズ２と不図示のピント調整手段を用いて、像を撮像素子６の近傍に結像させる。さらにユーザーによるレリーズ釦１１の操作と同期させて撮像素子６より被写体の情報を得て、メモリ７へ記録を行う。

レンズ駆動装置３により駆動される補正レンズ１２を用いた像振れの補正について説明する。レンズ駆動装置３は補正レンズ１２を適切に駆動できる。露光中などに手振れが生じたときは、振れセンサ８からの信号に基づいて生成される像振れ補正のための駆動信号によりレンズ駆動装置３が補正レンズ１２を動作させる。この結果、撮像素子６上での像の振れが軽減されて、手振れによる画像の劣化を補正できる。

図２は、撮像装置１の電気的構成を示すブロック図である。撮像装置１は、撮像系、画像処理系、記録再生系、制御系を有する。撮像系は、撮像レンズ２、撮像素子６を含み、画像処理系は、Ａ／Ｄ変換器２０、画像処理回路２１を含む。記録再生系は、記録処理回路２３、メモリ２４を含む。制御系は、カメラシステム制御回路２５、ＡＦセンサ２６、ＡＥセンサ２７、振れセンサ８、操作検出回路２９、および、レンズシステム制御回路３０を含む。

撮像系は、物体からの光を、撮像レンズ２を介して撮像素子６の撮像面に結像する光学処理系であり、ＡＥセンサ２７からの信号をもとに図示しない絞りなどを用いて適切な光量の物体光を撮像素子６に露光する。画像処理系に含まれる画像処理回路２１は、Ａ／Ｄ変換器２０を介して撮像素子６から受けた画素数の画像信号を処理する信号処理回路であり、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路、補間演算による高解像度化を行う補間演算回路等を有する。記録再生系に含まれる記録処理回路２３は、メモリ２４への画像信号の出力を行うとともに、表示部２２に出力する像を生成、保存する。また、記録処理回路２３は、予め定められた方法により画像や動画の圧縮を行う。

制御系は、レリーズ釦１１等の操作を検出する操作検出回路２９からの検出信号に応動して各部を制御する。制御系に含まれるカメラシステム制御回路２５は撮像の際のタイミング信号などを生成して出力する。ＡＦセンサ２６は撮像装置１のピント状態を検出する。ＡＥセンサ２７は被写体の輝度を検出する。振れセンサ８は手振れ等の振れを検出する。レンズシステム制御回路３０はカメラシステム制御回路２５からの信号に応じてフォーカスレンズ駆動回路９やレンズ駆動装置３などを制御する。

制御系は、外部操作に応動して撮像系、画像処理系、記録再生系をそれぞれ制御する。例えば、レリーズ釦１１の押下を検出して、撮像素子６の駆動、画像処理回路２１の動作、記録処理回路２３の圧縮処理などを制御する。さらに、表示部２２によって光学ファインダ、液晶モニター等に情報表示を行う情報表示装置の各セグメントの状態を制御する。

カメラシステム制御回路２５にはＡＦセンサ２６とＡＥセンサ２７が接続されており、これらの信号を基にレンズシステム制御回路３０を介してフォーカスレンズ、絞り等を適切に制御する。また、カメラシステム制御回路２５には振れセンサ８が接続されており、像振れ補正を行うモードにおいては、振れセンサ８の信号をもとにレンズ駆動装置３を駆動する。

画像走査範囲の変更による像振れ補正について説明する。カメラシステム制御回路２５からの信号に伴って、Ａ／Ｄ変換器２０の走査範囲を変更可能な構成となっている。露光中などに手振れが生じたときは、振れセンサ８からの信号に基づいて適切に走査範囲を変更する。このことで、撮像素子６上で被写体像が変位していても見かけ上静止したように像を得ることができる。この結果、画像処理回路２１に提供される像の振れが軽減されて、手振れ等による画像の劣化を補正できる。

上記の画像走査範囲の変更による像振れ補正と補正レンズ１２の駆動による像振れ補正の両方の振れ補正機能を有する場合、それぞれの振れ補正機能を同時に駆動した場合、補正動作が過剰になり、入力された振れとは反対方向の振れが発生した像になってしまう。特許文献４によると、入力信号の特性によって駆動する振れ補正手段を切り換えて適切に動作をさせている。本実施例１では、補正レンズ１２による振れ補正機能を十分に発揮しながら、簡単な構成で画像走査範囲の変更に伴う像振れ補正も適切に行う。

次に、図３ないし図１６を用いて、本実施例１の要部であるレンズ駆動装置３について説明する。

図３はレンズ駆動装置３の分解斜視図である。図３において、３１はベース板、３６は可動鏡筒、３２ａ，３２ｂ，３２ｃはベース板３１と可動鏡筒３６に狭持される球である。３３ａ，３３ｂはコイル、３４ａ，３４ｂは磁石、３５ａ，３５ｂ，３５ｃは弾性体、３７は磁石吸着板、３８ａ，３８ｂは吸着板固定螺旋、３９は可動鏡筒保持板、４０はＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）、４１ａ，４１ｂはＦＰＣ固定螺旋である。

図３から明らかなように、本実施例１のレンズ駆動装置３は、ベース板３１に対して片側に展開可能であり、組み付けが容易である。したがって、生産性が向上し、コストの低減を見込める。

図４はレンズ駆動装置３の詳細を示す図である。詳しくは、図４（ａ）は光軸方向から見た正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

図４（ａ）に示したように、可動鏡筒３６はベース板３１に対して複数の弾性体３５ａ，３５ｂ，３５ｃで弾性支持されている。本実施例１では、弾性体３５ａ，３５ｂ，３５ｃが光軸中心から放射状に１２０度の間隔で３本配置されている。このように対称な配置とすることで、モーメントの発生による不要共振の励起を抑制することが可能となる。また、弾性体３５ａ，３５ｂ，３５ｃは光軸方向に適宜傾けて取り付けられており（図４（ｃ）参照）、ベース板３１と可動鏡筒３６の間に設けられた球３２ａ，３２ｂ，３２ｃを把持している。弾性体３５ａ，３５ｂ，３５ｃの弾性係数の決定方法については後述する。

図３と図４（ｂ）を用いてベース板３１と可動鏡筒３６の相対運動について説明する。ベース板３１と可動鏡筒３６は球３２ａ，３２ｂ，３２ｃを狭持しており、球３２ａ〜３２ｃを介して相対運動を行う。このため、転がり摩擦という非常に小さな摩擦の影響しか受けずに相対運動を行える。摩擦が小さいために非常に小さな入力に対しても適切に応答することができる。また、球３２ａ〜３２ｃによる案内面を適切な精度で製作することにより、ベース板３１と可動鏡筒３６が相対運動を行った場合でも、可動鏡筒３６の傾きや光軸方向への不要な移動が発生することが無い。

図４（ｃ）および図５を用いてレンズ駆動装置３に具備されるアクチュエータについて説明する。図４（ｃ）に示したように、ベース板３１にはコイル３３ａ，３３ｂが固定され、可動鏡筒３６には磁石３４ａ，３４ｂが固定されており、これらによりいわゆるムービングマグネット型のアクチュエータを構成している。図５はアクチュエータの模式図であり、図５（ａ）は磁石３４ａとコイル３３ａのみを光軸方向から見た図、図５（ｂ）は磁石３４ａを中心付近で切断した時の断面図を示している。なお、磁石３４ｂとコイル３４ｂの相対的位置関係も同じである。

図５において、４３は着磁境界を示している。また、図５（ｂ）に示す４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、磁石３４ａ、コイル３３ａ近傍の代表的な磁力線を模式的に表している。図５に示したように、着磁境界４３を挟んで磁石３４ａは二つの領域３４ａ１，３４ａ２に分けて着磁されている。着磁境界４３はアクチュエータで発生する力の方向と直交する方向であり、図５（ａ）の上下方向に着磁境界が存在し、磁石３４ａおよび可動鏡筒３６が左右方向に駆動される。コイル３３ａは光軸方向から見たときに小判型をしており、二つの長手部分３３ａ１，３３ａ２が磁石３４ａの二つの領域３４ａ１，３４ａ２と対向するように配置されている。

磁石３４ａのコイル３３ａとは反対側の面には、図５（ｂ）に示したように、磁石吸着板３７が配置される。磁石吸着板３７は望ましくは軟磁性体であり、多くの磁束を透過させ、磁気回路のパーミアンス（漏れ易さ）を下げている。その結果、磁石３４ａからコイル３３ａに向かって直線的に磁力線４２ａ，４２ｂが生じている。磁石吸着板３７は本実施例１では可動鏡筒３６に固定されるので、厚みを増すと可動部の重量も増加してしまう。そこで、磁石吸着板３７の外形、飽和磁束密度および磁石の形状、表面磁束密度などを考慮して、磁石吸着板３７が飽和磁束近傍となるように決めるのが好ましい。この状態でコイル３３ａに通電すると、図５（ｂ）の紙面垂直方向へ長手部分３３ａ１と３３ａ２にそれぞれ反対方向に電流が流れ、フレミング左手の法則によって駆動力が発生する。図４（ａ）で説明したように可動鏡筒３６は弾性支持されているので、弾性体３５ａ，３５ｂ，３５ｃの合力と前記駆動力がつりあう位置までベース板３１と可動鏡筒３６の間に相対運動が生じる。

次に、図６を用いて、像振れ補正に適した周波数特性を得ることができるように摩擦が小さく、適切な粘性抵抗を得ることを可能にする減衰手段の取り付けについて説明する。図６（ａ）はレンズ駆動装置３を光軸方向から見た正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ断面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）丸で囲った減衰手段取り付け部の詳細図である。

図６において、４４ａ，４４ｂは減衰手段取り付け部、４５は減衰手段、４６は紫外線照射方向を示す矢印である。図６（ｂ）に示すように、吸着板固定螺旋３８ａ，３８ｂは可動鏡筒３６と螺旋締結された後、ベース板３１に設けられた穴に向けて、少なくともベース板３１と光軸方向にオーバーラップするように延在している。減衰手段取り付け部４４ａ，４４ｂは光軸対象に複数設けられることが望ましい。本実施例１では、図６（ｂ）に示すように、光軸４に対して対称な位置に二つ設けられている。光軸４に対称に設けることで、ベース板３１と可動鏡筒３６が相対運動を行ったときに、減衰手段４５から受ける力によって可動鏡筒３６にモーメントが発生することが無い。

図６（ｃ）は減衰手段取り付け部４４ａの詳細図である。ベース板３１に設けられた円筒形の穴に対して、可動鏡筒３６に固定された円柱状の軸３８ａがほぼ同心円状になるように配置され、その隙間にドーナツ状に減衰手段４５が設けられている。減衰手段４５は様々な粘弾性体を用いることが可能であるが、本実施例１では、組付け性や耐環境性に優れた紫外線硬化シリコーンゲルを用いている。ユニットの片側に開放部分があるので、硬化前のゲルを塗布した後、矢印４６の方向から紫外線を照射することで硬化させる。減衰手段４５として用いる粘弾性体の望ましい特性については後述する。

図６に示すように、ベース板３１上に設けられた突起と可動鏡筒３６上に設けられた突起によって構成される機械的オーバーラン防止手段の間隔をａとし、減衰手段４５の図６（ｃ）に示す該減衰手段４５が設けられた個所の可動鏡筒３６と固定鏡筒となるベース板３１の間隔をｂとする。減衰手段４５は大変形を起こさず、永久変形が起きない範囲（＝弾性係数がリニアに変化する範囲）で使用されるのが好ましい。そのため、
ａ＜ｂ …（１）
を満たすように設けることが望ましい。永久変形を残さないためにはさらに
ａ＜０．５ｂ …（２）
の範囲であればより好適である。

次に、図７を用いて本実施例１に好適な、減衰手段４５としての粘弾性体の特性について説明する。粘弾性体は一般的に図７に示したように、入力周波数によってその特性が変化する。よく知られているように、粘弾性体においては、周波数の増加は温度の低下と同様の物性を示す。つまり、図７に示したように、転移領域５１ｂを挟んで、低い周波数の領域５１ａでゴム物性を示し（以下、ゴム領域）、高い周波数の領域５１ｃでガラス物性を示す（以下、ガラス領域）。ゴム領域では柔らかく、ガラス領域ではゴム領域に比べて１００〜１０００倍程度のヤング率になる。

ここで、転移領域５１ｂについて説明する。図７においてｆ_１、ｆ_２は手ぶれ補正の制御周波数よりも十分に低い周波数と十分に高い周波数を示している。撮像装置を手で構えて撮影する際の実用的なシャッタ速度を１ｓ〜１／４０００ｓ程度、実用的な焦点距離を１０ｍｍ〜４００ｍｍ（３５ｍｍ換算）と考えると、対象とする制御周波数帯域は０．３Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度に設定されることが多い。ここでは制御周波数に対して十分に低い周波数としてｆ_１=０．００１Ｈｚ、制御周波数に対して十分に高い周波数としてｆ_２＝１０００００Ｈｚとする。Ｇ_１はｆ_１における複素弾性率を、Ｇ_２はｆ_２における複素弾性率をそれぞれ示している。Ｇ_３、Ｇ_４はＧ_１、Ｇ_２を用いて以下の式の様に定義する。

Ｇ_３=Ｇ_１＋０．１（Ｇ_２−Ｇ_１） …（３）
Ｇ_４=Ｇ_１＋０．９（Ｇ_２−Ｇ_１） …（４）
つまり、Ｇ_３およびＧ_４は、複素弾性率が実質的に変化する変化の幅の端から、それぞれ１０％変化した点を表す。このＧ_３およびＧ_４の間にある領域を、本実施例においては転移領域（５１ｂ）とする。

一般的に、ゴム領域とガラス領域の中間にある転移領域５１ｂで複素弾性係数における実数部と虚数部の比であるｔａｎδが大きくなる。ｔａｎδは粘弾性体の応力歪み線図のヒステリシスを示しており、大きな値の方が効率よく、運動エネルギーを熱エネルギーに変換できる。従って、上述のように制御周波数帯域である０．３Ｈｚ〜１００Ｈｚが転移領域に含まれ、ｔａｎδが大きい材料が好ましい。近年、上述のような材料も多く開発されており、一般的なブチルゴムに加え、様々な商品が提供されている。一例としては、内外ゴム製ハネナイト、宮坂ゴム製ミヤフリーク、スリーボンド製ＴＢ３１６８等が好適な粘弾性材料と言える。

次に、駆動系の設計について、図８を用いて説明する。図８は本実施例１における駆動系の１軸方向の運動をモデル化したモデル図である。図８（ａ）は減衰手段が無い場合のモデルを示しており、図８（ｂ）は減衰手段を介在させた場合のモデルを示している。

本実施例１のレンズ駆動装置３は、三つの弾性体３５ａ，３５ｂ，３５ｃを有しているが、特定の移動方向を考えた場合、複数の弾性体の合力を仮想的な一つのバネ、ダッシュポッドとして考えることができる。図８（ａ）に示したように、１自由度のバネ質点系として表現できる。このときの力Ｆに対する変位ｘは、以下の式で表される。

Ｆ＝ｍ（ｄ^２ｘ／ｄｔ^２）＋ｃ（ｄｘ／ｄｔ）＋ｋｘ …（５）
このとき、図４で説明した様に、小さい摩擦しか受けない構成となっているため、一般的に粘性抵抗は小さく、ｃの値は小さな値になる。その結果、共振が強く見られる機構になる。つまり、小さな振幅の入力に対して適切に応答できるものの、外乱などの影響を受けやすい機構といえる。ここで、減衰比ζを次の式で定義する。

ζ＝ｃ／（２√（ｍｋ）） …（６）
減衰比ζを用いてバネ質点系の共振峰の状態や過渡応答を把握することができる。共振周波数付近で減衰比ζが０．３程度となると制御性が良いが、一般的に用いられるコイルバネのみによる、減衰手段を介在させない機構では減衰比ζは０．１程度しか得られない。そのため、減衰手段を介在させない機構では共振の影響を受けやすく、制御性が必ずしも良くない。

図８（ｂ）は、減衰手段を介在させた系であり、上記の弾性体３５ａ，３５ｂ，３５ｃと同様に減衰手段４５の合力を仮想的な一つのバネ、ダッシュポッドとみなしたモデル図である。ｋ１，ｃ１は弾性体によるバネ、ダッシュポッドを、ｋ２，ｃ２は減衰手段によるバネ、ダッシュポッドを示している。図８（ｂ）の力Ｆに対する変位ｘは
Ｆ＝ｍ（ｄ^２ｘ／ｄｔ^２）＋（ｃ１＋ｃ２）（ｄｘ／ｄｔ）＋（ｋ１＋ｋ２）ｘ
…（７）
の式で表される。

図７で説明したような好適な粘弾性体を減衰手段４５として用いている場合、ｔａｎδは制御帯域で比較的大きな値を示している。好適の材料の中では１．０程度得られるものもある。このように大きなｔａｎδが得られるので、ｋ２が小さな値であっても十分な減衰を得ることができる。つまり、アクチュエータの感度を低下させずに減衰を適切に付与できる。このときの減衰比ζは次の式で表される。

ζ＝（ｃ１＋ｃ２）／（２√（ｍ（ｋ１＋ｋ２））） …（８）
図９に示される条件で、減衰手段４５を介在させたときと、介在させないときの計算結果による周波数応答線図を図１０に示した。

図９は、制御周波数の上限が３０Ｈｚ程度に適した機構を例にしている。このモデルでは可動部質量を３ｇとしている。また、制御周波数を考慮して制御周波数よりも高い周波数に共振周波数を設定すると良いが、ここでは６０Ｈｚに設定している。なお、いわゆるオープン制御で制御周波数をあげるには、共振周波数をさらに高くすることが望ましい。弾性体の弾性係数は、図９に示すように、可動部の質量と制御周波数およびシステム全体の減衰比を考慮して、弾性体による弾性係数ｋ１と減衰手段による弾性係数ｋ２が決定される。図９ではシステムの減衰比として０．３が得られるように設計している。一般的に減衰手段による弾性係数ｋ２を増せば、システムの減衰比は大きくなるが、弾性体による弾性係数が小さくなると、自重や外乱による変動が大きくなるので、これらを考慮して適切に設定される。

図１０から分かるように、減衰手段が無い状態では共振峰が顕著に現れ、外乱の影響を受けやすい。一方、減衰手段を設けた状態では、共振が十分に抑制されており、外乱の影響を受けにくい。また、減衰手段を設けた状態の減衰比は０．７程度であり、適切な値を得ている。図９の値の様に減衰比が０．７程度の時、共振によるゲインの持ち上がりが小さく、位相の遅れも比較的小さい。制御性も考慮して減衰比が０．７程度となるように、減衰手段と弾性体の弾性係数の比を適切に決定することが望ましい。減衰手段の複素弾性係数や形状を変更することで、減衰手段の弾性係数を所望の値にすることが可能である。

次に、図１１ないし図１３を用いて、実験データと本実施例１の効果について説明する。図１１は、実験装置の概要を示した図である。ＦＦＴアナライザ４０４の信号をモータドライバ４０３を介してコイルに印加し、レンズ駆動装置３を駆動する。レンズ駆動装置３の応答をレーザ変位計４０１で測定し、レーザ変位計アンプ４０２を介して、ＦＦＴアナライザ４０４に入力して周波数応答を求めた。

図１２は、減衰手段を介在させた場合とさせない場合の周波数応答の実験データである。図１２の実験では、可動部の質量が５ｇ程度、共振周波数４０Ｈｚ程度となるような可動部と弾性体を用意した。減衰手段として、スリーボンド製ＴＢ３１６８を紫外線で適宜硬化させて用いた。磁石はネオジウム磁石を二つの領域に分けて着磁し、磁石吸着板は軟磁性体を用いた。コイルは融着性ポリウレタン銅線を用いた。コイルに通電することで、電流に比例した駆動力が発生し、弾性体の合力とつりあう位置まで移動する。このとき、弾性体の合力と駆動力がモーメントを発生しない位置関係が望ましいが、組立誤差などの影響で、モーメントが発生し、光軸周りの回転運動（以下、ローリング）が励起される。図１２の減衰手段が無い場合の４０Ｈｚ付近の共振峰５２は駆動力方向の共振であり、８０Ｈｚ付近の共振峰５３はローリングによって発生する不要共振である。図１２から分かるように、摩擦が小さく、粘性抵抗が小さい機構のため、共振峰５２，５３が高いことが分かる。一方、減衰手段がある場合には、位相が９０度遅れる６０Ｈｚ付近でも共振峰が見られない。このため、安定して制御することが可能である。周波数が１０Ｈｚを超える付近からゲイン、位相の変動が見られるが、この影響は後述する位相補償器によって緩和することが可能である。

図１３は、１軸方向に駆動したときの他の軸方向への運動の漏れ（以下、クロストーク）を実験的に取得したものである。クロストークはフィードバック制御の場合、センサ出力を基に補正されるのである程度許容可能であるが、いわゆるオープン制御では小さく抑える必要がある。クロストークの原因は、弾性体や駆動手段の組付け誤差などに起因しており、完全に無くすことは容易ではない。また、ローリングが励起された場合にはクロストークが大きく観察される。図１３に示すように、減衰手段を適切な位置に設けることで、ローリングを抑制して、クロストークも小さく抑えることができる。例えばローリングしたときに大きな速度の発生する箇所に減衰手段を設けることが好ましい。本実施例１では、光軸から比較的離れた位置に減衰手段を配置している。クロストークを低減できることから、オープン制御を行う装置では、本実施例１は特に有用である。

次に、図１４ないし図１７を用いて、本実施例１に示すレンズ駆動装置３の好適な制御について説明する。

図１４は、レンズ駆動装置３の制御信号を生成する信号処理系のブロック図である。図１４において、６１は角速度センサ、６２は低域通過フィルタ（以下、ＬＰＦ）、６３はＣＰＵである。６４はＡ／Ｄ変換器、６５は積分器、６６は高域通過フィルタ（以下、ＨＰＦ）、６７は撮像装置の情報を記録したメモリである。６８はレンズの位置を計算するレンズ位置変換器、６９はレンズ位置制御器である。７０はモータドライバ、３はレンズ駆動装置を示している。

図１４に示すように、手振れ等の像振れを検出する振れセンサ８としては、角速度センサが多くの場合用いられている。本実施例１も角速度センサ６１を用いた場合を例として以下の説明を行う。角速度センサ６１は例えば手振れによる角速度を検出し、角速度に比例した信号を出力する。ＬＰＦ６２はノイズカットのために設けられており、角速度センサ６１の高域ノイズをカットする。ＣＰＵ６３は像振れ補正に必要な制御のための演算を行うものであり、内部に、Ａ／Ｄ変換器６４、積分器６５、ＨＰＦ６６、メモリ６７、レンズ位置変換器６８、レンズ位置制御器６９を備えている。各部の働きについて以下に述べる。

Ａ／Ｄ変換器６４はＬＰＦ６２を通過した信号を適切なサンプリング周期でデジタル変換する。サンプリング周期は制御帯域の１００倍程度あることが望ましい。例えば５０Ｈｚまでの制御を行うレンズ駆動装置３においては、５０００Ｈｚ程度のサンプリング周期であればサンプリングの影響を無視できて好適である。積分器６５は角速度信号を積分し、手振れによる角度を求める。ＨＰＦ６６は角速度センサ６１の低周波ゆらぎを除去するフィルタである。フィルタ時定数は前記低周波ゆらぎと制御帯域を考慮して適切に設定される。また、ＨＰＦ６６はメモリ６７からズーム情報などの撮影条件の情報を取得し、適切にフィルタの時定数を変更することもできる。レンズ位置変換器６８は、メモリ６７から得たズーム、フォーカスなどの情報から、入力された振れに対するレンズ駆動装置３（詳しくは、補正レンズ１２）の移動量を計算する。レンズ位置制御器６９はレンズ駆動装置３の周波数特性などを考慮して適切な位相補償などを行う。また、レンズ位置制御器６９はその結果をモータドライバ７０に出力し、レンズ駆動装置３が駆動される。

図１５は、レンズ位置制御器６９が備える位相補償器の一例を示している。図１５は１次の位相進みフィルタであり、ＣＰＵ６３の計算負荷が小さい。そのため、比較的低コストである計算能力の低いＣＰＵであっても適用可能である。ＣＰＵ能力に余裕が無い場合は、レンズ位置制御器６９をＣＰＵ外で抵抗とコンデンサによって簡単に構成することも可能である。ＣＰＵ能力に余裕が有る場合は、さらに高次の位相フィルタを構成することで、本実施例１に示した以上の制御性を得ることも可能となる。

図１６は、図１５に示した位相補償器を適用する前と、適用した後のレンズ駆動装置３の周波数応答線図である。位相補償器を適用することで、ゲイン、位相がフラットな部分が高い周波数帯まで続いていることが分かる。これは、いわゆるオープン制御を行った場合であっても、高周波の手振れに対しても機構が追従可能であることを示している。

図１７は、代表的な手振れ振幅を周波数領域で示した。縦軸はパワースペクトルであり、手振れ振幅に対応しており、対数で記載されている。縦軸１目盛りで１０倍を意味している。図１７から明らかなように、手振れ振幅は高い周波数に行くにつれて減少していることがわかる。高い周波数の影響は低い周波数の手振れに対して相対的に小さいことが分かる。一方、静止画を撮影する場合はシャッタ速度で、動画を撮影するときはフレームレートで区切られた時間の間で手振れを抑制できればよいことを考えると、低周波の振動の影響も相対的に小さくなる。例として、１／３０秒で打ち切った場合の手振れ振幅を図１７に同様に示した。このときに振幅が大きくなる範囲を制御帯域として設定すればよい。シャッタ速度やフレームレートは撮像装置の仕様にしたがって適した値とすればよい。図１７では、０．３Ｈｚ〜２０Ｈｚ程度を制御帯域として定義した場合を示した。

図１７のように、本実施例１の機構は１００Ｈｚ以下の周波数に制御帯域を設定している。光ディスクの対物レンズアクチュエータなどでは制御帯域が数ｋＨｚに達する。このように非常に高周波での応答が求められるアクチュエータでは、図７に示した粘弾性体のガラス領域５１ｃに近い領域を使用せざるを得ないために、粘弾性体が負荷となってしまう。このため、可動部と固定部の間に直接介在させる方法は取りにくい。一方、本実施例１では、制御帯域が１００Ｈｚ以下という低い低い周波数帯で且つ帯域も狭いために、図７で示した粘弾性体の転移領域を活用できる。

次に、制御状態における可動鏡筒の移動量と減衰手段の関係について述べる。上述してきたオープン制御では、電流制限などの関係から駆動範囲を電気的に制限している場合がある。制御状態における可動鏡筒の移動量をｃとする。減衰手段４５は大変形を起こさず永久変形が起きない範囲（＝弾性係数がリニアに変化する範囲）で使用されるのが好ましい。そのため
ｂ＞ｃ …（９）
を満たすように設けることが望ましい。なお、ｂは図６に示される間隔である。永久変形を残さないためにはさらに
０．５ｂ＞ｃ …（１０）
の範囲であればより好適である。

以上に説明したように、本発明の実施例１によれば、
１）小さな摩擦の機構に適切な減衰を付加できる
２）組み付けが容易であり、低コストである
３）オープン駆動でも適切な制御性能を得ることができる
という効果を持たせたレンズ駆動装置３を得ることができる。

図１８ないし図２８を用いて、本発明に係る実施例２について説明する。図１および図２に示した撮像装置の各部の機能などについては、上記実施例１で詳述したので、ここでは割愛する。

図１８ないし図２８を用いて、本発明の実施例２に係る要部であるレンズ駆動装置３について説明する。図１８はレンズ駆動装置３の分解斜視図である。図１８において、実施例１のレンズ駆動装置３と同じ機能を持つものに関しては同じ番号を付した。１０１は磁石吸着板であり、実施例１の磁石吸着板３７と異なり、適切な穴が設けられている。図１８から明らかなように、本実施例２の機構はベース板３１に対して片側に展開可能であり、組み付けが容易である。したがって、生産性が向上し、コストの低減が見込める。

図１９は、レンズ駆動装置３の構成図である。詳しくは、図１９（ａ）は光軸方向からみた正面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図１９（ｃ）は図１９（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図１９（ｄ）は図１９（ｃ）の部分詳細図である。

図１９に示したように、可動部の支持方法は実施例１と同じ方法を取っている。つまり、可動鏡筒３６はベース板３１に対して複数の弾性体３５ａ，３５ｂ，３５ｃで弾性支持されている。本実施例２では、弾性体３５ａ〜３５ｃが光軸から放射状に１２０度の間隔で３本配置されている。このような対称な配置とすることで、モーメントの発生による不要共振の励起を抑制することが可能となる。また、弾性体３５ａ〜３５ｃは光軸方向に適宜傾けて取り付けられており、ベース板３１と可動鏡筒３６の間に設けられた球３２ａ，３２ｂ，３２ｃを把持している。弾性体３５ａ〜３５ｃの弾性係数の決定方法については後述する。

レンズ駆動装置３における可動鏡筒３６の案内面構成は、実施例１の図４（ｂ）に示したものと同じ構造である。

図１９（ｂ）および図２０、図２１を用いて、レンズ駆動装置３の駆動部であるアクチュエータについて説明する。アクチュエータは、実施例１の図４（ｃ）に示した構造とほぼ同一構造である。つまり、アクチュエータの構成要素の一つであるコイル３３ａ，３３ｂに通電することによってベース板３１と可動鏡筒３６の間に相対運動が生じる。違いは、コイル３３ａ，３３ｂに対する磁石３４ａ，３４ｂの非対向面側にセンサ１０２が設けられている。本実施例２は、いわゆるムービングマグネット型のアクチュエータのため、センサ１０２としてホール素子を用いている。センサ１０２はベース板３１にＦＰＣ４０を介して固定されており、可動鏡筒３６の位置を磁束密度の変化によって検出する。また、センサ１０２を前述の配置とすることで、駆動用の磁石３４ａを位置検出用の磁石として兼用している。

図２０はアクチュエータの模式図であり、図２０（ａ）は磁石３４ａ、コイル３３ａおよびセンサ１０２を光軸方向から見た図、図２０（ｂ）は磁石３４ａを中心付近で切断した時の断面図を示している。

図２０において、１１０はセンサの感磁部である。図２０に示した磁気回路では、磁力線４２ａ，４２ｂ，４２ｃは図２０に示した矢印のような流れをしている。図２０（ｂ）の状態では、感磁部１１０は着磁境界４３の真上に位置しているので、この点の磁界はほぼ０に等しくなる。ベース板３１と可動鏡筒３６の間に相対運動が生じた場合、ベース板３１に固定されたセンサ１０２から見みて、着磁境界４３は可動鏡筒３６と一緒に動くので、感磁部１１０の磁界は０ではない値を示す。

この様子を実験的に取得したものを図２１に示す。図２１において、移動量０とは、図２０（ｂ）に示した、感磁部１１０は着磁境界４３の真上に位置した状態をいう。図２１から分かるように、一定の範囲では、移動量と磁界の強さは線形関係が保たれており、この範囲では線形に位置を検出可能である。

図１９（ｃ），（ｄ）を用いて、減衰手段の取り付けについて説明する。図１９（ｃ），（ｄ）において、１０３ａ，１０３ｂは減衰手段取り付け部、１０４は減衰手段、１０５ａは紫外線透過板、１０６は紫外線照射方向を示す矢印である。図１９（ｃ）に示すように、減衰手段取り付け部１０３ａ，１０３ｂは、実施例１と同じく光軸４に対称に二つ設けられている。吸着板固定螺旋３８ａ，３８ｂは可動鏡筒３６と螺旋締結された後、ベース板３１に設けられた穴に向けて、少なくともベース板３１と光軸方向にオーバーラップし、且つ貫通しないように延在している。紫外線透過板１０５ａをベース板３１に取り付けた後に、減衰手段１０４を注入した後、可動鏡筒３６を組み込む。最後に、矢印１０６の方向から紫外線を照射することで、減衰手段１０４を硬化させる。減衰手段１０４として用いる粘弾性体は、実施例１に示したものとする。

図２２ないし図２５を用いて、本実施例２に示すレンズ駆動装置３の好適な制御について説明する。

図２２は、レンズ駆動装置３の制御信号を生成する信号処理系のブロック図である。図２２において、実施例１の図１４と同じ働きをするものに関しては、同じ番号を付した。１１１はレンズ位置検出センサ、１１２はＡ／Ｄ変換器である。

図２２に示したように、実施例１と同じく角速度センサ６１の信号を適切にＣＰＵ６３で処理することによって、レンズ位置制御器６９の入力を得る。本実施例２では、レンズ位置制御器６９はいわゆるフィードバック制御を行っており、レンズ位置変換器６８からの信号に加え、レンズ位置センサ１１１とＡ／Ｄ変換器１１２を介して得たレンズ位置情報を用いて補正レンズの制御を行う。

フィードバック制御のブロック図を、図２３に示した。図２３において、目標レンズ位置とは、レンズ位置変換器６８から与えられる目標位置を示している。また、Ａ／Ｄ変換器１１２のサンプリングレートは制御帯域よりも十分に高い周波数でサンプリングをしていることを想定している。つまり、サンプリングによる位相の遅れなどは無く、図２３では、連続量として扱っても問題ないとしている。実際に、像振れ補正に用いられるレンズ駆動装置は高い周波数での応答を求められるわけではないので、上記のように仮定できる。

図２３のように、レンズ位置制御器６９の伝達関数をＧ２（ｓ）、モータドライバ７０のドライバゲインをＧｄ、レンズ駆動装置３のアクチュエータ１１３の伝達関数をＧ１（ｓ）、レンズ位置センサ１１１のゲインをＧｓとする。すると、開ループ特性Ｇ_open（ｓ）は、
Ｇ_open（ｓ）＝Ｇ_ｄＧ_１（ｓ）Ｇ_２（ｓ） …（１１）
で表される。

さらに、閉ループ特性Ｇ_close（ｓ）は、
Ｇ_close（ｓ）=（Ｇ_ｄＧ_ｓＧ_１（ｓ）Ｇ_２（ｓ））
／（１＋Ｇ_ｄＧ_ｓＧ_１（ｓ）Ｇ_２（ｓ）） …（１２）
と表される。このときの周波数応答線図を、図２４から図２７に示した。

図２４は、減衰手段を介在させない状態での開ループ特性（Ｏｐｅｎと図示）と閉ループ特性（Ｃｌｏｓｅと図示）を示した。本実施例２では、制御系を簡単にするために、レンズ位置制御器６９は１次の位相進み補償器で構成されている。

図２５は、図２４に適用した位相進み補償器の周波数応答線図である。図２５に示したような位相進み補償器を適用した場合でも、位相余有を考えると交叉周波数を十分に高くすることが困難である。図２４の例では、交叉周波数は６０Ｈｚ付近に有り、位相余有は３０ｄｅｇ程度である。位相進み補償器が位相を進めてくれる帯域をもう少し低くしたいが、不要共振が８０Ｈｚ付近にあるので困難である。そのため、低域感度をあげられず、交叉周波数も高くすることが困難である。交叉周波数高くしていくと位相余有が十分でなくなり、制御系が発振現象を起こしてしまう。交叉周波数を十分にあげることができないので、閉ループ特性においても位相の周りが低周波から大きく生じてしまう。その結果、撮像装置の像振れ補正装置として、レンズ駆動装置を設けた場合に十分な性能が得られない可能性がある。

図２６は、減衰手段を介在させた状態での開ループ特性（Ｏｐｅｎと図示）と閉ループ特性（Ｃｌｏｓｅと図示）を示した。図２７は、図２６に適用した位相進み補償器の周波数応答線図である。図２７に示したような位相進み補償器を適用した場合、１００Ｈｚ付近に交叉周波数を設定することができる。また、位相余有も４５ｄｅｇ程度取れており、非常に安定した制御系を構成できている。また、交叉周波数を高く設定できたことで、比較的高い周波数まで位相の遅れを抑制できている。本実施例２においては、この閉ループ特性を考慮しながら適当な開ループ特性の設計を行う。つまり、可動鏡筒３６を支持する弾性体の弾性係数は、所望の開ループ特性の共振周波数が得られるように適切に設定すればよい。

図２４と図２６の比較から明らかなように、減衰手段１０４を適切に設けることでフィードバック制御を行う装置においても、上述したような望ましい特性が得られる。

さらに外乱が作用した場合の効果について、図２３と図２８を用いて説明する。図２３のブロック図の外乱から実際のレンズ位置までの伝達関数Ｇ_noise（ｓ）を求めると以下のように表すことができる。

Ｇ_noise（ｓ）=（Ｇ_ｄＧ_１（ｓ））／（１＋Ｇ_ｄＧ_ｓＧ_１（ｓ）Ｇ_２（ｓ））
…（１３）
この周波数応答線図を図２８に示した。図２８から明らかなように、減衰手段１０４がある方が外乱に対する実際のレンズ位置のゲインが小さく、影響を受けにくいことが分かる。

以上に説明したように、本発明の実施例２によれば、
１）小さな摩擦の機構に適切な減衰を付加できる
２）組みつけが容易であり低コストである
３）フィードバック駆動でも安定した制御性および位相遅れを抑制することができる
という効果を持たせたレンズ駆動装置３を得ることができる。

図２９ないし図３２を用いて、本発明に係る実施例３について説明する。図１および図２に示した撮像装置の各部の機能などについては、実施例１で詳述したのでここでは割愛する。

図２９ないし図３２を用いて、本発明の実施例３に係る要部であるレンズ駆動装置３について説明する。図２９はレンズ駆動装置３の分解斜視図である。

図２９において、実施例１のレンズ駆動装置３と同じ機能を持つものに関しては同じ番号を付した。２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃは摺動軸、２０２はロックリング、２０３はロックリング駆動モータ、２０４は回転防止バー、２０５は固定ヨーク、２０６は位置決めピンである。２０７ａ，２０７ｂ，２０８，２１２ａ，２１２ｂ，２１４はビス、２０９ａ，２０９ｂはＬＥＤ、２１０は対向ヨーク、２１１は遮光板、２１３は中継ＦＰＣ、２１５はフォトインタラプタである。

コイル３３ａ，３３ｂおよびＬＥＤ２０９ａ，２０９ｂは可動鏡筒３６に固定されており、可動鏡筒３６と一体に移動する。中継ＦＰＣ２１３はビス２１４によってベース板３１に固定されており、中継ＦＰＣ２１３上の弾性部分を介してＬＥＤ２０９ａ，２０９ｂ、フォトインタラプタ２１５およびコイル３３ａ，３３ｂに給電している。

図３０はレンズ駆動装置３の平面図である。図３０（ａ）は光軸方向からみた正面図、図３０（ｂ）は図３０（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図３０（ｃ）は図３０（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

図２９および図３０（ｂ）に示したように、摺動軸２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃはベース板３１上に設けられた嵌合穴および可動鏡筒３６上に設けられた長穴に嵌合しており、ベース板３１に固定される。三つの摺動軸と長穴を用いることで、光軸に垂直な平面内を案内する。ロックリング２０２はロックリング駆動モータ２０３に取り付けられたギア２１６を介して駆動される。ロックリング２０２が回転することで、ロックリング２０２と可動鏡筒３６の接触、非接触を変化させることができる。可動鏡筒３６を駆動するときはロックリング２０２と可動鏡筒３６を非接触状態にして後述するアクチュエータで可動鏡筒３６を駆動可能な状態にする。一方、電源が切られるときなどは、ロックリング２０２と可動鏡筒３６を接触状態にしてベース板３１に対して可動鏡筒３６の運動を拘束する。ロックリング２０２の動きはフォトインタラプタ２１５で検出可能な構成となっている。さらに、回転防止バー２０４はＬ字型をしており、適切な接触点を設けることで、光軸に垂直な平面内での並進運動は自由な状態で、回転運動を拘束するように配置されている。

図３０（ｃ）および図３１を用いて、レンズ駆動装置３のアクチュエータについて説明する。図２９（ｃ）に示したように、ベース板３１にはコイル固定ヨーク２０５，対向ヨーク２１０および磁石３４ａ１，３４ａ２が固定されており、可動鏡筒３６にはコイル３３ａが固定されている。そして、いわゆるムービングコイル型のアクチュエータを構成している。

図３１はアクチュエータの模式図であり、図３１（ａ）は磁石３４ａ１，３４ａ２とコイル３３ａのみを光軸方向から見た図、図３１（ｂ）は磁石３４ａ１，３４ａ２を中心付近で切断した時の断面図を示している。図３１（ａ）に示すように、二つの磁石３４ａ１，３４ａ２は反対方向に着磁されている。図３１（ｂ）において、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、磁石３４ａ１，３４ａ１、コイル３３ａ近傍の代表的な磁力線を模式的に表している。コイル３３ａは光軸方向から見たときに小判型をしており、二つの長手部分３３ａ１，３３ａ２が二つの磁石３４ａ１，３４ａ２と対向するように配置されている。

磁石３４ａ１，３４ａ２のコイル３３ａと反対側の面には、図３１（ｂ）に示したように、固定ヨーク２０５がある。固定ヨーク２０５は望ましくは軟磁性体であり、図３１（ｂ）のように、多くの磁束を透過させ磁気回路のパーミアンスを下げている。さらに、磁石３４ａ１，３４ａに対するコイル３３ａの非対向面側には対向ヨーク２１０が存在しており、いわゆる閉磁路を形成している。その結果、磁石３４ａからコイル３３ａに向かって直線的に磁力線４２ａ，４２ｂが生じている。固定ヨーク２０５および対向ヨーク２１０はベース板３１に固定されるので、重量を気にすることなく磁束が飽和しないように適切な厚みとすることができる。この状態でコイル３３ａに通電すると、図３１（ｂ）の紙面垂直方向で長手部分３３ａ１と３３ａ２に反対方向に電流が流れる。フレミング左手の法則によって駆動力が発生する。図３０（ｂ）で説明したように可動鏡筒３６は光軸に垂直な平面を案内されているので、この平面内を移動する。後述のレンズ位置センサによって位置検出を行い、いわゆるフィードバック制御を行うことで任意の位置に移動可能となる。

図３２はレンズ駆動装置３の平面図である。図３２（ａ）は光軸方向から見た正面図、図３２（ｂ）は図３２（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図３２（ｃ）は図３２（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図３２（ｄ）は図３２（ｃ）の部分詳細図である。

図３２（ｂ）を用いて、レンズ位置センサについて説明する。レンズ位置センサは、図３２（ｂ）に示すように、可動鏡筒３６に固定されたＬＥＤ（赤外発光ダイオード）２０９ａとＦＰＣ４０を介してベース板３１に固定された１次元ＰＳＤ（半導体位置検出器）２１７ａによって構成されている。ここでは説明を簡単にするために、１軸方向の検出を説明するが、もう１組ＬＥＤと１次元ＰＳＤを用いるか、２次元ＰＳＤを用いることで２軸方向の位置検出が可能となる。ＬＥＤ２０９ａは中継ＦＰＣ２１３を介して給電されており、像振れ補正を行うときに発光が開始される。１次元ＰＳＤ２１７ａはＦＰＣ４０に実装されており、ＬＥＤ２０９ａと同じく像振れ補正を行うときに給電される。ベース板３１に対して可動鏡筒３６が相対運動を行うと、１次元ＰＳＤ２１７ａ上の光量分布が変化するので、可動鏡筒３６の位置を検出することが可能である。この信号を基に実施例２と同様のフィードバック制御を行うことで、レンズの位置を目標の位置に制御し、像振れ補正を行うことができる。

図３２（ｃ）および図３２（ｄ）を用いて、減衰手段の取り付けについて説明する。図３２（ｃ），図３２（ｄ）において、２１８は減衰手段取り付け部、２１９は減衰手段である。図３２（ｄ）は図３２（ｃ）の減衰手段取り付け部を拡大した部分詳細図である。

図３０（ｂ）を用いて説明したように、摺動軸２０１ａは可動鏡筒３６上の長穴に嵌合している。本実施例３では、長穴の空隙部分に減衰手段２１９を充填する。図３２（ｃ）および図３２（ｄ）では、摺動軸２０１ａの箇所のみを図示したが、図示しない摺動軸２０１ｂ，２０１ｃについても同様に長穴の空隙部分に減衰手段２１９を充填する。実施例１，２と同様に適切な減衰を得ることができる。また、本実施例３では、減衰手段と駆動手段が略同一平面に存在している。つまり、減衰手段２１９の中心である摺動軸２０１ａの中心と、駆動部の推力中心であるコイル３３ａ，３３ｂの中心が光軸に対して垂直な略同一平面上に存在している。このような配置とすることで、減衰手段２１９から受ける力によって、可動鏡筒３６が不要なヨーイングやピッチング動作を行うことが無い。

以上に説明したように、本発明の実施例３によれば、
１）適切な減衰を付加できる
２）不要なヨーイングやピッチング動作を抑制できる
３）フィードバック駆動でも安定した制御性および位相遅れを抑制することができる
という効果を持たせたレンズ駆動装置３を得ることができる。

図３３ないし図３７を用いて、本発明に係る実施例４について説明する。図１および図２に示した撮像装置の各部の機能などについては、実施例１で詳述したのでここでは割愛する。

図３３ないし図３７を用いて、本発明の実施例４に係る要部であるレンズ駆動装置３について説明する。

図３３はレンズ駆動装置３の分解斜視図である。図３３において、実施例１の像振れ補正装置と同じ機能を持つものに関しては同じ番号を付した。３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄは弾性ワイヤ、３０２ａ，３０２ｂは固定ヨーク、３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃ，３０３ｄ，３０７ａ，３０７ｂ，３０８ａ，３０８ｂはビスである。３０４は固定ＰＣＢ、３０５は可動ＰＣＢ、３０６ａ，３０６ｂは固定ピンである。

固定ヨーク３０２ａ，３０２ｂはビス３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃ，３０３ｄによってベース板３１に固定されている。固定ＰＣＢ３０４はビス３０７ａ，３０７ｂによってベース板３１に、可動ＰＣＢ３０５はビス３０８ａ，３０８によって可動鏡筒３６にそれぞれ固定されている。磁石３３４ａ，３３４ｂは固定ヨーク３０２ａに吸着し、磁石３３４ｃ，３３４ｄは固定ヨーク３０２ｂに吸着することでベース板３１に対して固定されている。

図３４は、レンズ駆動装置３の平面図である。図３４（ａ）は光軸方向から見た正面図、図３４（ｂ）は図３４（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図３４（ｃ）は図３４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

図３３、図３４（ｂ）および図３５を用いて、本実施例４に係るレンズ駆動装置３の主要な構成部分について説明する。可動鏡筒３６は４本の弾性ワイヤ３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄを介してベース板３１に弾性支持されている。弾性ワイヤ３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄは、固定ＰＣＢ３０４と可動ＰＣＢ３０５に半田付けによって固定されている。そして、弾性体として可動鏡筒３６を支持すると共に、コイル３３ａ，３３ｂへの給電線も兼ねている。このような用途に適した材料として、リン青銅製のワイヤやベリリウム銅製のワイヤ等が知られている。４本のワイヤを光軸と略平行に同じ長さで設けることで、近似的に可動鏡筒３６は平行リンク機構と同じ動きをする。

図３５に、平行リンク機構の動きを模式的に示した。図３５において、３０９ａ，３０９ｂは弾性ワイヤ３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄをモデル化したリンクである。弾性ワイヤ３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄは曲げによって変位を発生させるが、図３５においては、曲げ変形による変位をリンクの回転で表現し、その他の変形は無いとしてリンク３０９は剛体として考えている。図３５に示したように、平行リンク機構を形成することで、可動鏡筒３６に傾きを発生させること無く光軸に垂直に案内できる。また、平行リンク機構においては光軸方向の移動が発生するが、例えば、可動範囲をｘとしてワイヤの長さをｌとすると、光軸方向の変動は以下の式となる。

ｌ（１−ｃｏｓ（ｔａｎ^−１(ｘ／ｌ)）） …（１４）
例えば、可動範囲を±０．３ｍｍとして、ワイヤの長さを１０ｍｍ程度に設定すると、光軸方向の変動は５μｍ以下となり、許容できる範囲である。つまり、ほぼ光軸に垂直な平面内を傾き無く案内できる。

図３４（ｃ）および図３６を用いて、レンズ駆動装置３のアクチュエータについて説明する。図３４（ｃ）に示したように、ベース板３１にはコイル固定ヨーク３０２および磁石３３４ｃ，３３４ｄが固定されており、可動鏡筒３６にはコイル３３ｂが固定されている。そして、いわゆるムービングコイル型のアクチュエータを構成している。

図３６はアクチュエータの模式図であり、図３６（ａ）は磁石３３４ｃ，３３４ｄとコイル３３ａのみを光軸方向から見た図、図３６（ｂ）は磁石３３４ｃ，３３４ｄを中心付近で切断した時の断面図を示している。図３６（ａ）において、４３は着磁境界を示している。図３６（ｂ）において、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、磁石３３４ｃ，３３４ｄ、コイル３３ａ近傍の代表的な磁力線を模式的に表している。図３６（ａ）に示したように、着磁境界４３を挟んで磁石３３４ｄは二つの領域３３４ｄ１，３３４ｄ２に分けて着磁されている。磁石３３４ｃも同様である。コイル３３ａは光軸方向から見たときに小判型をしており、二つの長手部分３３ａ１，３３ａ２が例えば磁石３３４ｄの二つの領域３３４ｄ１，３３４ｄ２と対向するように配置されている。

磁石３３４ｃのコイル３３ａとの反対側の面には、図３６（ｂ）に示したように、固定ヨーク３０２ｂがある。固定ヨーク３０２ｂは望ましくは軟磁性体であり、多くの磁束を透過させ磁気回路のパーミアンスを下げている。さらに、磁石３３４ｄのコイル３３ａとの反対側の面にも、固定ヨーク３０２ｂがある。磁石３３４ｃと磁石３３４ｄは互いに吸着するように配置されている。その結果、磁石３３４ａからコイル３３ａに向かって直線的に磁力線４２ａ，４２ｂが生じている。固定ヨーク３０２ｂは本実施例４では、ベース板３１に固定されるので、厚みを増しても可動部の重量は変化しない。そこで、固定ヨーク３０２ｂの厚みは、飽和磁束密度および磁石の形状、表面磁束密度などを考慮して、固定ヨーク３０２ｂが飽和しないように適切に定めることができる。この状態でコイル３３ａに通電すると、図３６（ｂ）の紙面垂直方向で長手部分３３ａ１と３３ａ２に反対方向に電流が流れ、フレミング左手の法則によって駆動力が発生する。図３４で説明したように可動鏡筒３６は弾性支持されているので、弾性ワイヤ３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄの合力と前記駆動力がつりあう位置までベース板３１と可動鏡筒３６の間に相対運動が生じる。上記の弾性ワイヤ３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄの合力と駆動力を発生させるための電流の関係は比例関係となるので、本実施例４に示した機構はいわゆるオープン制御で制御可能である。

図３７を用いて、減衰手段の取り付けについて説明する。図３７（ａ）は光軸方向から見た正面図、図３７（ｂ）は図３７（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図３７（ｃ）は図３７（ｂ）の詳細図である。図３７において、３１０ａ，３１０ｂは減衰手段取り付け部、３１１は減衰手段である。

図３７（ｂ）に示すように、固定ピン３０６ａ，３０６ｂはベース板３１と螺旋締結された後、可動鏡筒３６に設けられた穴に向けて、少なくとも可動鏡筒３６と光軸方向にオーバーラップするように延在している。

図３７（ｃ）は、減衰手段取り付け部３１０ａの詳細図である。可動鏡筒３６に設けられた円筒形の穴に対して、ベース板３１に固定されたと円柱状の固定ピン３０６ａがほぼ同心円状になるように配置され、その隙間にドーナツ状に減衰手段３１１が設けられている。減衰手段３１１としては、実施例１に例示した粘弾性体などが好適である。このように減衰手段３１１を介在させることで、実施例１と同様の効果を得ることができる。なお本実施例４では、組み付けを容易にするために、固定ピン３０６ａ，３０６ｂを用いたが、形状を変更することで、固定ピン３０６ａ，３０６ｂをベース板３１上の構造物として製作することも可能である。

また、本実施例４では、減衰手段３１１と駆動部が略同一平面に存在している。つまり、減衰手段３１１の中心と、駆動部の推力中心であるコイル３３ａ，３３ｂの中心が光軸に対して垂直な略同一平面上に存在している。このような配置とすることで、減衰手段３１１から受ける力によって、可動鏡筒３６が不要なヨーイングやピッチング動作を行うことが無い。

図３８は、代表的な手振れ速度を周波数領域で示した。縦軸は手振れ補正のために機構に求められる速度であり、手振れの角速度に対応している。縦軸は対数で記載されている。縦軸１目盛りで１０倍を意味している。図１７で示したように、手振れ振幅は高い周波数に行くにつれて減少していることがわかる。そのため、手振れによる速度は、図３８のように、周波数が変化しても同程度の速度が入力されている。撮像装置をユーザーが操作して構図を決めているときには、手振れの速度としては余り大きな速度が入力されることは無い。

そこで、図３８のように、本実施例４の機構は、制御速度を０．０２ｍ／ｓに規制している。本実施例４のようなムービングコイル型のアクチュエータでは制御速度を制限できることによるメリットは小さいが、例えば駆動源としてステッピングモータを用いる場合などは、脱調の可能性が低くなるというメリットが有る。

以上に説明したように、本発明の実施例４によれば、
１）適切な減衰を付加できる
２）不要なヨーイングやピッチング動作を抑制できる
３）オープン駆動でも適切な制御性能を得ることができる
という効果を持たせたレンズ駆動装置３を得ることができる。

以下に、上記の各実施例における効果についてまとめて列挙する。

１）レンズ駆動装置３を、被写体像を形成する撮像レンズ２を保持する地板３１等の固定鏡筒と、撮像レンズ２に含まれる補正レンズ１２を光軸に略垂直な平面内で移動可能に保持する可動鏡筒３６と、可動鏡筒３６の固定鏡筒に対する相対的な位置を周波数領域で見たときに１００Ｈｚ以下の帯域で変化させるアクチュエータ（実施例１〜３）、もしくは、可動鏡筒３６の固定鏡筒に対する相対的な位置を０．０２ｍ／ｓ以下の速度で変化させるアクチュエータ（実施例４）と、可動鏡筒３６と固定鏡筒の間に減衰手段４５，１０４，２１９，３１１を介在させた構成にしている。

上記の構成によれば、簡易な構造で、摩擦が小さく、適切な粘性抵抗を持った、手振れ等による像振れ補正に適した周波数特性を持ったレンズ駆動装置３とすることができる。

２）上記レンズ駆動装置３は、さらに、可動鏡筒３６と固定鏡筒によって狭持された複数の球３２ａ〜３２ｃと、可動鏡筒３６を固定鏡筒の方向に付勢する弾性体３５ａ〜３５ｃを備えている。あるいは／さらに、撮像レンズ２の光軸に対して略平行に延在し、可動鏡筒３６と固定鏡筒に固定された複数の弾性ワイヤ３０１を備えている。

上記の構成によれば、さらに、摩擦が小さく、小さな振れにも対応可能なレンズ駆動装置３とすることができる。

３）上記レンズ駆動装置３は、上記減衰手段とアクチュエータを光軸に略垂直な略同一平面に配置している。そして、減衰手段を光軸に対して線対称または点対称に複数設けている。また、減衰手段を光軸に垂直な平面に投影したとき、略円形にしている。また、減衰手段を、可動鏡筒３６上に設けられた円筒状の穴と固定鏡筒上に設けられた円筒状の穴または円筒状の軸との間に具備している。なお、可動鏡筒３６上に設けられた円筒状の穴を貫通しない穴としている。

上記の構成によれば、不要共振の影響を低減したレンズ駆動装置３とすることができる。

４）図６に示すように、可動鏡筒３６のオーバーランを防止するための該可動鏡筒３６と固定鏡筒の当接部の間隔をａとし、減衰手段が設けられた個所の可動鏡筒３６と固定鏡筒の間隔をｂとするとき、ａ＜ｂを満たすようにしている。詳しくは、可動鏡筒３６のオーバーランを防止するための該可動鏡筒３６と固定鏡筒の当接部の間隔をａとし、上記減衰手段が設けられた個所の可動鏡筒と固定鏡筒の間隔をｂとするとき、ａ＜０．５ｂを満たすようにしている。あるいは、上記減衰手段が設けられた個所の可動鏡筒３６と固定鏡筒の間隔をｂとし、制御状態における可動鏡筒３６の移動量をｃとするとき、ｂ＞ｃを満たすようにしている。詳しくは、上記減衰手段が設けられた個所の可動鏡筒３６と固定鏡筒の間隔をｂとし、制御状態における可動鏡筒の移動量をｃとするとき、０．５ｂ＞ｃを満たすようにしている。

上記の構成によれば、粘性抵抗を得る減衰手段の塑性変形を防ぐことが可能なレンズ駆動装置３とすることができる。

５）上記減衰手段の一部または全部が紫外線透過可能な部材を介して可動鏡筒３６または固定鏡筒と当接するようにしている。

上記の構成によれば、作業性の向上を図ることが可能なレンズ駆動装置３とすることができる。

６）上記減衰手段は、シリコーンを主成分とするゲル、あるいは、エラストマー、あるいは、ブチルゴムから構成している。

上記の構成によれば、適切な材質より成る減衰手段を具備するレンズ駆動装置３とすることができる。

７）レンズ駆動装置３が具備するアクチュエータをオープン制御の構成にしている。

上記の構成によれば、簡易な構成で像振れ補正に適した周波数特性を持ったレンズ駆動装置３とすることができる。

以上から明らかなように、上記何れかの構成のレンズ駆動装置３とした場合、良好な像振れ補正性能、および、良好な耐外乱性能を具備した像振れ補正装置および撮像装置１とすることが可能となる。

本発明の各実施例に係る撮像装置の主要部分を示す構成図である。 図1の撮像装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係るレンズ駆動装置の分解斜視図である。 本発明の実施例１に係るレンズ駆動装置の構造を示す正面図および断面図である。 本発明の実施例１に係るレンズ駆動装置に具備されるアクチュエータを示す平面図および側面図である。 本発明の実施例１に係るレンズ駆動装置に具備される減衰手段の取り付けについて説明する為の正面図および断面図である。 本発明の実施例１に係る粘弾性体の周波数特性を示す図である。 本発明の実施例１に係るレンズ駆動装置の解析モデルである。 本発明の実施例１における各種の特性の一例を示す図である。 本発明の実施例１に係るレンズ駆動装置の解析モデルの周波数応答線図である。 本発明の実施例１に係るレンズ駆動装置の実験装置の構成図である。 本発明の実施例１に係るレンズ駆動装置の周波数応答線図である。 本発明の実施例１に係るレンズ駆動装置のクロストークの周波数応答線図である。 本発明の実施例１に係るレンズ駆動装置の制御用信号処理系を示すブロック図である。 図1３の信号処理系に具備されるレンズ位置制御器の周波数応答線図である。 本発明の実施例１に係る像振れ補正装置に位相補償器を適用した時の周波数応答線図である。 本発明の実施例１に係る手振れの振幅の例を示す図である。 本発明の実施例２に係るレンズ駆動装置の分解斜視図である。 本発明の実施例２に係るレンズ駆動装置の正面図および断面図である。 本発明の実施例２に係るレンズ駆動装置に具備されるアクチュエータを示す正面図および側面図である。 本発明の実施例２に係る磁界の分布図である。 本発明の実施例２に係る像振れ補正装置の制御用信号処理系を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係るレンズ駆動装置においてフィードバック制御を示すブロック図である。 本発明の実施例２におけるフィードバック制御での周波数応答線図である。 本発明の実施例２に係る像振れ補正装置に具備される位相進み補償器の周波数応答線図である。 本発明の実施例２におけるフィードバック制御での周波数応答線図である。 本発明の実施例２に係る像振れ補正装置に具備される位相進み補償器の周波数応答線図である。 本発明の実施例２におけるフィードバック制御での外乱の周波数応答線図である。 本発明の実施例３に係るレンズ駆動装置を示す分解斜視図である。 本発明の実施例３に係るレンズ駆動装置を示す正面図および断面図である。 本発明の実施例３に係るレンズ駆動装置に具備されるアクチュエータを示す正面図および側面図である。 本発明の実施例３に係るレンズ駆動装置を示す正面図および断面図である。 本発明の実施例４に係るレンズ駆動装置を示す分解斜視図である。 本発明の実施例４に係るレンズ駆動装置を示す正面図および断面図である。 本発明の実施例３に係るレンズ駆動装置において平行リンク機構の動きを示す図である。 本発明の実施例４に係るレンズ駆動装置のアクチュエータを示す正面図および側面図である。 本発明の実施例４に係るレンズ駆動装置を示す正面図および断面図である。 本発明の実施例４における手振れの速度の例を示す図である。

符号の説明

１ 撮像装置
２ 撮像レンズ
３ レンズ駆動装置
６ 撮像素子
８ 振れセンサ
１２ 補正レンズ
２１ 画像処理回路
２５ カメラシステム制御回路
３０ レンズシステム制御回路
３１ ベース板
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 球
３３ａ，３３ｂ コイル
３４ａ，３４ｂ 磁石
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ 弾性体
３６ 可動鏡筒
３７ 磁石吸着板
４４ａ，４４ｂ 減衰手段取り付け部
４５ 減衰手段
６１ 角速度センサ
６８ レンズ位置変換器
６９ レンズ位置制御器
７０ モータドライバ
１０１ 磁石吸着板
１０２ センサ
１０３ 減衰手段取り付け部
１０４ 減衰手段
１１１ レンズ位置センサ
２０９ ＬＥＤ
２１０ 対向ヨーク
２１５ フォトインタラプタ
２１７ ＰＳＤ
２１８ 減衰手段取り付け部
２１９ 減衰手段
３０１ 弾性ワイヤ
３０２ 固定ヨーク
３１０ 減衰手段取り付け部
３１１ 減衰手段

Claims (6)

1. 像振れ補正用の補正レンズを保持する保持部材と、
   前記保持部材を光軸に直交する平面内で移動可能に支持する固定部材と、
   前記保持部材の前記固定部材に対する相対的な位置を変化させる駆動手段と、
   前記保持部材と前記固定部材の間に配設され、０．３Ｈｚから１００Ｈｚの帯域に転移領域を有する減衰剤とを有することを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 前記減衰剤は、ゲル剤であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
3. 前記ゲル剤は紫外線硬化シリコーンゲルであり、硬化状態において前記帯域に転移領域を有することを特徴とする請求項２に記載のレンズ駆動装置。
4. 前記減衰剤は、前記保持部材又は前記固定部材の一方に設けられた前記光軸に並行な軸部材と、他方に設けられた穴部との間隙に配設されることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のレンズ駆動装置を具備することを特徴とする像振れ補正装置。
6. 請求項５に記載の像振れ補正装置を具備することを特徴とする撮像装置。
   

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