(57)【要約】【課題】使用素材に制限なく簡易な部材形状で構成し、組立後の調整が簡易なステージ機構を構成する。【解決手段】ステージ機構１０は、Ｘステージ板４０、Ｙステージ板５０、１組の支持板２０、３０を備え、Ｘステージ板４０、Ｙステージ板５０は、球体を介して支持板２０、３０に支持されている。イメージセンサ９０Ａが固定されるＹステージ板５０は、Ｘ、Ｙ方向にそれぞれ移動可能である。リテーナ２２Ａ（および他のリテーナ２２Ｂ、２２Ｃ）の箇所において、球体８０Ａ〜８０Ｃがステージ移動方向に垂直な方向に沿って並ぶ。また、バネを備えた与圧調整機構２１Ａ〜２１Ｃが設けられる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な１組の支持板と、
球体を介して前記１組の支持板に支持され、前記１組の支持板に沿って所定方向に移動可能な少なくとも１つのステージ板と、
一方の支持板と接する球体に対して与圧を与える与圧調整機構とを備え、
前記ステージ板を挟んだ前記1組の支持板の間で、複数の球体が、ステージ板移動方向に垂直な方向に沿って並び、
前記与圧調整機構が、ねじ込み量に応じた与圧を与えることが可能であることを特徴とするステージ機構。
【請求項２】
前記ステージ板の球体保持用孔が設けられていない表面に、前記ステージ板より硬度が大きく、球体と接触する摺動板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステージ機構。
【請求項３】
前記ステージ板の表面に設けられていて球体と接触する摺動板に、前記ステージ板が移動するときに移動方向を案内するガイド溝が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のステージ機構。
【請求項４】
前記与圧調整機構が、バネと、前記バネの撓みを変化させるネジと、前記バネの弾性力を球体に伝える付勢部材とを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のステージ機構。
【請求項５】
互いに直交するＸ、Ｙ方向のうちＸ方向に沿って移動可能なＸステージ板と、Ｙ方向に沿って移動可能なＹステージ板とを備え、
前記一方の支持板と前記Ｘステージ板との距離間隔を一定に保つ球体と、前記Ｘステージ板と前記Ｙステージとの距離間隔を一定に保つ球体と、前記Ｙステージと他方の支持板との距離間隔を一体に保つ球体とが、ステージ板移動方向に垂直な方向に沿って並んでいることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のステージ機構。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のステージ機構を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
互いに平行な１組の支持板によって、少なくとも１つのステージ板を、前記１組の支持板に沿って所定方向に移動可能なように、球体を介して支持し、
一方の支持板と接する球体に対し、ねじ込み量に応じた与圧を与えることが可能な与圧調整機構によって、与圧を与えるステージ機構の支持方法であって、
ステージ板を挟んだ前記1組の支持板の間で、複数の球体を、ステージ板移動方向に垂直な方向に沿って並べ、
前記与圧調整機構において設定されたねじ込み量相応の与圧を与えることを特徴とするステージ機構の支持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を所定方向へ移動させるステージ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステージ機構では、対象物を、例えば互いに直交する２方向へ自在に移動させることが可能であり、例えば、デジタルカメラなどの撮像装置では、手振れ補正のため、撮像素子を光軸垂直平面に沿って移動させるステージ機構が設けられている。
【０００３】
ステージ機構においては、対象物を正確に移動させるため、移動方向およびその鉛直方向に沿ってガタが生じず、移動体の滑らかな平面運動を実現させるガイド手段が必要となる。ガイド手段としては、球体（転動体）によって移動体を矜持する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、ステージ機構の小型軽量化を目的として、剛性の高い薄肉鋼板の支持体をコの字型に加工するとともに、ステージにコの字状折り曲げ部分を形成し、それらの間に設けられた軌道溝に球体を挟むことで、ステージを摺動させる構成が知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１０２８９号公報
【特許文献２】特開平５−１８４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のステージ機構では、材料の高い剛性、加工技術を必要とし、また、複雑な部品形状や組み立て後の調整工程の複雑化などが場合によって生じる。
【０００７】
したがって、使用素材に制限なく簡易な部材形状で構成し、組立後の調整が簡易なステージ機構が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のステージ機構は、互いに平行な１組の支持板と、球体を介して１組の支持板に支持され、一組の支持板に沿って所定方向に移動可能な少なくとも１つのステージ板と一方の支持板と接する球体に対して与圧を与える与圧調整機構とを備える。そして、ステージ板を挟んだ1組の支持板の間で、複数の球体が、ステージ板移動方向に垂直な方向に沿って並び、与圧調整機構が、ねじ込み量に応じた与圧を与えることが可能である。本発明のステージ機構は、撮像装置に組み込むことが可能である。
【０００９】
本発明の一態様であるステージ機構の支持方法は、互いに平行な１組の支持板によって、少なくとも１つのステージ板を、一組の支持板に沿って所定方向に移動可能なように、球体を介して支持し、一方の支持板と接する球体に対し、ねじ込み量に応じた与圧を与えることが可能な与圧調整機構によって、与圧を与えるステージ機構の支持方法であって、ステージ板を挟んだ1組の支持板の間で、複数の球体を、ステージ板移動方向に垂直な方向に沿って並べ、与圧調整機構において設定されたねじ込み量相応の与圧を与えることを特徴とするステージ機構の支持方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、使用素材に制限なく簡易な部材形状で構成し、組立後の調整が簡易なステージ機構を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態である撮像装置の概略的斜視図である。
【図２Ａ】センサシフト機構を構成するステージ機構の分解斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａとは異なる角度から見たステージ機構の分解斜視図である。
【図３】ステージ機構の正面図である。
【図４】ステージ機構の背面図である。
【図５】ステージ機構の側面図である。
【図６】Ｘステージ板、Ｙステージ板の移動に関連する要素を示した図である。
【図７】図３のＳ１−Ｓ１に沿ったステージ機構の断面図である。
【図８】図７の一部を拡大した断面図である。
【図９】図９は、本実施形態の一変形例を示した断面図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の一変形例を示した断面図および斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、図面を参照して本実施形態である撮像装置について説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態である撮像装置の概略的斜視図である。
【００１４】
デジタルカメラなどの撮像装置１００は、レンズ鏡筒１１０と、センサシフト機構１２０とを備える。センサシフト機構１２０は、撮影時、手振れを相殺するように、後述するイメージセンサをＸ、Ｙ方向へシフトさせる。なお、色モアレを除去する目的でイメージセンサをシフトさせてもよい。以下では、レンズ鏡筒１１０に収容されている撮影レンズの光軸と直交する平面の水平方向をＸ方向、鉛直方向をＹ方向、光軸と平行な方向をＺ方向とする。
【００１５】
図２Ａは、センサシフト機構１２０を構成するステージ機構の分解斜視図である。図２Ｂは、図２Ａとは異なる角度から見たステージ機構の分解斜視図である。そして図３、４、５は、ステージ機構の正面図、背面図、側面図をそれぞれ示している。ただし、イメージセンサ側から見た図を正面図としている。
【００１６】
ステージ機構１０は、１組の支持板２０、３０と、その間に挟まれる２枚のステージ板４０、５０（以下、Ｘステージ板、Ｙステージ板という）とを備え、いずれも平板であり、それらを積層するように組み立てられ、一体化されている（図２Ａ、２Ｂ、図５参照）。Ｙステージ板５０には、支柱５８Ａ〜５８Ｄによって駆動対象を固定可能である。ここでは、イメージセンサ９０Ａを中央に保持したセンサ支持板９０が、支持板３０を間にしてＹステージ板５０に固定されている（図２Ｂ、図５など参照）。
【００１７】
支持板２０と支持板３０は、支持板２０の四隅付近にある支持柱２４Ａ〜２４Ｄ（図２Ｂ参照）と、支持板３０の四隅付近にあるネジ３０Ａ〜３０Ｄ（図２Ａ参照）によって固定されている。支持板２０と支持板３０は、互いにＸ方向に平行で、一定間隔を保つ。支持板２０は、Ｘステージアクチュエータ２６と、一対のガイドローラ２８とを備え（図２Ｂなど参照）、向かい合うＸステージ板４０をＸ方向（水平方向）に沿って移動させる。
【００１８】
Ｘステージ板４０では、下方２隅付近に段差部分４０Ｔが形成され、支持板２０に設けられた一対のガイドローラ２８が、段差部分４０Ｔと接している。Ｘステージ板４０の下方２隅付近に設けられた一対の移動ガイドバネ４５は、支持板２０の支持柱２４Ｃ、２４Ｄに取り付けられ、Ｘステージ板４０を一対のガイドローラ２８へ押し付ける。これによって、Ｘステージ板４０はＸ方向にのみ移動可能となる。
【００１９】
支持板２０に設けられたＸステージアクチュエータ２６は、例えばピエゾアクチュエータなどによって構成され、印加電圧に応じて伸縮する。Ｘステージ板４０に設けられた一対のステージ復元バネ４８は、Ｘステージアクチュエータ２６と当接する方向へＸステージ板４０を付勢し、Ｘステージ板４０は、Ｘステージアクチュエータ２６の伸縮に応じてＸ方向に移動する。
【００２０】
Ｘステージ板４０には、一対のガイドローラ４７がＹ方向に沿って設けられている（図２Ｂ、図３参照）。一対のガイドローラ４７は、Ｙステージ板５０に設けられた一対の開口部５０Ｔの縁と当接する。また、Ｙステージ板５０に設けられた一対の移動ガイドバネ５４は、Ｘステージ板４０の支柱４９に取り付けられ（図２Ａ、図３参照）、Ｙステージ板５０は一対のガイドローラ４７に押し付けられる。これによって、Ｙステージ板５０がＹ方向に沿ってのみ移動可能となる。
【００２１】
Ｘステージ板４０には、Ｙステージアクチュエータ４６が設けられ、Ｙステージ板５０には一対のステージ復元バネ５６が設けられている（図２Ａ、２Ｂ等参照）。Ｙステージアクチュエータ４６もピエゾアクチュエータなどで構成可能であり、Ｙステージ板５０は、Ｙステージアクチュエータ４６の伸縮に応じてＹ方向に移動する。
【００２２】
このようにＹステージ板５０は、Ｘステージ板４０に対してＹ方向にのみ相対移動可能であるが、上述したようにＸステージ板４０は支持板２０に対してＸ方向に移動可能である。したがって、イメージセンサ９０Ａが固定されたＹステージ板５０は、Ｘ、Ｙ方向へそれぞれ移動可能であり、一対のガイドローラ２８、４７によってその移動方向に案内される。図６は、Ｘステージ板４０、Ｙステージ板５０の移動に関連する要素を示した図である。
【００２３】
一方、Ｘステージ板４０、Ｙステージ板５０のステージ移動方向に垂直な方向に対するガイドについては、後述するように球体が用いられ、支持板２０、３０との間およびＸステージ板４０、Ｙステージ板５０の間に配置される。球体は、ステージ移動面に垂直な方向（光軸方向）に沿ってガタが生じない、すなわちＸステージ板４０、Ｙステージ板５０と支持板２０、３０との平行関係を維持するようにＸステージ板４０、Ｙステージ板５０をガイドする。以下では、これについて詳述する。
【００２４】
図７は、図３のＳ１−Ｓ１に沿ったステージ機構の断面図である。図８は、図７の符号Ｋの範囲を拡大した断面図である。
【００２５】
図２Ａに示すように、支持板２０には、上方２隅付近と下端中央部に、後述する与圧調整用の３つのリテーナ２２Ａ〜２２Ｃが設けられている。このリテーナ２２Ａ〜２２Ｃの箇所からＺ方向、すなわちステージ移動方向に垂直な方向に沿って、３つの球体が支持板２０と支持板３０との間に並んでいる。
【００２６】
図８では、リテーナ２２Ａの箇所においてＺ方向に並ぶ球体８０Ａ〜８０Ｃを示している。ただし、ステージ駆動ＯＦＦ状態にあるときの並びを示している。球体８０Ａは、支持板２０とＸステージ板４０との距離間隔を一体に保つガイドとして構成され、支持板２０に取り付けられたリテーナ２２Ａに収容されている。
【００２７】
球体８０Ｂは、Ｙステージ板５０に設けられた球体８０Ｂの直径相当の貫通穴に入り込み、Ｙステージ板５０とＸステージ板４０との距離間隔を一定に保つ。球体８０Ｃは、支持板３０に設けられた球体８０Ｃの直径相当の貫通穴に入り込み、Ｙステージ板４０と支持板３０との距離間隔を一定に保つ。球体８０Ａ〜８０Ｃは、それぞれ保持された箇所において、Ｘステージ板４０、Ｙステージ板５０が移動するとき回転自在に保持された穴で摺動する。また、Ｙステージ板５０に保持された球体８０Ｂは、Ｘステージ板４０に対して相対移動する。
【００２８】
Ｙステージ板５０と支持板３０には、球体受けおよび球体摺動面を兼ねた板（以下、摺動板という）５２Ａ、３２Ａがそれぞれ設けられ、ねじ止めされている（図２Ａ、２Ｂ、８参照）。一方、貫通穴など球体保持用穴が設けられていないＸステージ板４０に対しても、支持板２０Ａ側表面およびその裏側表面に、球体８０Ａと接触する摺動板４２Ａ、球体８０Ｂと接触する摺動板４４Ａがそれぞれ取り付けられている。摺動板４２Ａ、４４Ａは、Ｘステージ板４０、Ｙステージ板５０より硬度の大きい硬質素材から成る。他の摺動板３２Ａ、５２Ａも同様の硬質素材にしてよい。
【００２９】
リテーナ２２Ｂ、２２Ｃの箇所においても、同様に３つの球体がステージ移動方向に垂直な方向に沿って並ぶ構成になっている。これによって、支持板２０とＸステージ板４０の間隔、Ｘステージ板４０とＹステージ板５０との間隔、Ｙステージ板５０と支持板３０との間隔が板全体に渡って一定に維持され、Ｘステージ板４０、Ｙステージ板５０は、ガタつきなくＸ，Ｙ方向へ移動することができる。
【００３０】
リテーナ２２Ａ，２２Ｂ、２２Ｃの位置に従う球体の配置箇所は、Ｘステージ板４０、Ｙステージ板５０の滑らかな平面運動を実現するように、互いに均等に離れた箇所に定められている。ここでは３つの箇所で球体が並んでいるが、４つ以上の箇所で球体を並べて配置する構成してもよい。
【００３１】
本実施形態では、ステージ板がＸステージ板４０、Ｙステージ板５０によって構成されるとともに、Ｙステージ板５０の移動に伴って相対移動する球体８０Ｂも含め、すべての球体が同一方向に向かい合うように並んでいる。これによって、与圧によるＸステージ板４０、Ｙステージ板５０の反り変形が抑制され、ステージ材料の剛性が必要以上に求められず、簡易な形状でありながらステージ薄型化を実現することができる。
【００３２】
例えば、ステージ寸法が１００ｍ×１００ｍｍ程度の場合、アルミを素材として厚さ１ｍｍ以下でＸステージ板４０、Ｙステージ板５０を構成することができる。ステンレスなどの素材であれば、さらに薄くすることが可能となる。例えば、互いに直行するＸ、Ｙ方向の方向へ移動するようにより多くの数のステージ板で構成することも可能となり、その場合においても、複数の球体を同じ方向に並べて配置すればよい。
【００３３】
さらに、球体保持用穴が設けられていないＸステージ板４０の表面に対しても、摺動板４２Ａ、４４Ａを設けることによって、Ｘステージ板４０が球体からの点荷重を受けずに済み、ステージ板の素材を自由に選択することができる。例えばＸステージ板４０は、樹脂のような軟質の材料で成形することができる。
【００３４】
ところで、ステージ機構１０の取り付け姿勢によっては、駆動対象となるセンサ支持板９０の加重負荷の影響で、支持板２０、３０とＸステージ板４０、Ｙステージ板５０との平行距離間隔を乱す恐れがあり、球体に対して適切な与圧を与える必要がある。
【００３５】
本実施形態では、リテーナ２２Ａ〜２２Ｃの取り付けられた箇所において、与圧調整機構２１Ａ〜２１Ｃが設けられている。図８に示すように、与圧調整機構２１Ａは、リテーナ２２Ａ、支持板２０と接していて与圧を与える球体８０Ａとともに、与圧コマ２３Ａ、バネ２５Ａ、ネジ（ここでは与圧調整ネジという）２７Ａを備える。他の与圧調整機構２１Ｂ、２１Ｃも同様に構成されている。
【００３６】
与圧調整ネジ２７Ａは、リテーナ２１Ａにねじ込み可能な中空ネジとして構成され、与圧コマ２３Ａは、バネ２５Ａの力を球体８０Ａに伝える付勢部材として構成されている。与圧加重は、バネ２５Ａのたわみ荷重から得られ、このたわみ荷重は、バネ２５Ａの線径、自由高さなどを含む諸元と、バネ２５Ａのたわみ量から推定することができる。
【００３７】
そして、バネ２５Ａのたわみ量が、与圧調整ネジ２７Ａのピッチとねじ込み回転数によって決定されることから、ねじ込み回転数を定めることで与圧加重を設定することができる。すなわち、ねじ込み回転数（ねじ込み量）を、所望する与圧に応じた回転数に調整することで、組み立て後においても、専用計測器などを用いずに簡易に与圧調整を行うことができる。
【００３８】
Ｘステージ板４０の両面に摺動板を取り付けた構成を説明したが、Ｘステージ板４０、Ｙステージ板５０が硬質素材で成形されていれば、そのような摺動板を設けなくてもよい。図９は、そのような構成の一例を示している。そこでは、摺動板５２のみ設けている。
【００３９】
また、Ｘステージ板４０に他大して球体保持用穴を設けて球体を入り込ませ、Ｙステージ板５０に球体保持用穴を設けない構成にすることもできる。図１０は、そのような構成の一例を示している。そこでは、Ｙステージ板５０の両面に摺動板５２Ａ、５２Ａ’が載せられている。さらに、摺動板４２Ａには、ガイド溝ＧＧがＸ方向に沿って形成されている。ガイド溝ＧＧは、例えばＶ溝などによって形成することが可能である。
【００４０】
このようなガイド溝ＧＧを移動方向に沿って形成することで、摺動板をステージ移動方向に対するガタ取り用のガイドとして兼ねることができる。Ｙ方向に対してもこのようなガイド溝を摺動板５２Ａ’に設けてもよい。
【００４１】
本実施形態では、与圧調整機構、球体のステージ移動面垂直方向に沿った一列配置の両方を備えたステージ機構として構成されているが、一方を設けないステージ機構として構成することができる。この場合、簡易な部材形状で自由な素材選択を可能となるように、Ｘステージ板、Ｙステージ板を備えて複数の球体が一列に並ぶステージ機構であって、従来の与圧調整機構を用いたステージ機構を構成することができる。また、組み立て後の与圧調整を容易にできるように、上述した与圧調整機構を備えたステージ機構であって、１つのステージ板を支持板で矜持するステージ機構を構成することができる。
【００４２】
ここまでは、撮像装置に組み込まれたステージ機構を説明してきたが、それ以外の装置に上述したステージ機構を組み込むことも可能であり、いずれにおいても容易な形状で薄型ステージ機構を実現することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ステージ機構
２０  支持板
２１Ａ〜２１Ｃ  与圧調整機構
２２Ａ〜２２Ｃ  リテーナ
２３Ａ  与圧コマ
２５Ａ  バネ
２７Ａ  与圧調整ネジ
３０  支持板
３２Ａ  摺動板
４０  Ｘステージ板
４２Ａ、４４Ａ  摺動板
５０  Ｙステージ板
５２Ａ  摺動板
８０Ａ〜８０Ｃ  球体
９０  センサ支持板
９０Ａ  イメージセンサ
１００  撮像装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020134563.tif 000009
【図７】
2020134563.tif 000010
【図８】
2020134563.tif 000011
【図９】
2020134563.tif 000012
【図１０】
2020134563.tif 000013