(57)【要約】【課題】長期間に亘り高い精度で像振れを防止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、その光軸に直交する平面内で移動させる防振アクチュエータ（１０）であって、樹脂製の固定部平面部（３０ａ）を備えた固定部（１２）と、樹脂製の可動部平面部（３２ａ）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配置され、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（１８）と、可動部を固定部に向けて付勢し、固定部平面部と可動部平面部の間に少なくとも３つの球状体を挟持する付勢手段と、可動部を固定部に対して駆動する駆動手段と、を有し、球状体の弾性係数が、固定部平面部及び可動部平面部の弾性係数の２倍以下、０．３倍以上であることを特徴としている。【選択図】図１
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【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移動させる防振アクチュエータであって、
樹脂製の固定部平面部を備えた固定部と、
樹脂製の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配置され、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向けて付勢し、上記固定部平面部と上記可動部平面部の間に上記少なくとも３つの球状体を挟持する付勢手段と、
上記可動部を上記固定部に対して駆動する駆動手段と、を有し、
上記球状体の弾性係数が、上記固定部平面部及び上記可動部平面部の弾性係数の２倍以下、０．３倍以上であることを特徴とする防振アクチュエータ。
【請求項２】
上記球状体の弾性係数は、上記固定部平面部及び上記可動部平面部の弾性係数よりも小さい請求項１記載の防振アクチュエータ。
【請求項３】
上記付勢手段により上記固定部平面部と上記可動部平面部の間に挟持された上記球状体の弾性変形量が、上記固定部平面部又は上記可動部平面部の弾性変形量の５０％以上、４００％以下である請求項１又は２記載の防振アクチュエータ。
【請求項４】
上記付勢手段により上記固定部平面部と上記可動部平面部の間に挟持された上記球状体と、上記固定部平面部又は上記可動部平面部との間の接触面の半径が、５０μｍ以上、１５０μｍ以下である請求項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】
上記球状体の弾性係数が、５０００ＭＰａ以下、２０００ＭＰａ以上である請求項１乃至４の何れか１項に記載の防振アクチュエータ。
【請求項６】
上記球状体が樹脂製である請求項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】
上記球状体が、ポリアセタール樹脂製である請求項６記載の防振アクチュエータ。
【請求項８】
上記固定部平面部、又は上記可動部平面部がポリカーボネート樹脂製である請求項６又は７記載の防振アクチュエータ。
【請求項９】
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８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１０】
請求項９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。
【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移動させ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】
特開２００６−１０６１７７号公報（特許文献１）には、像振れ補正用のアクチュエータが記載されている。このアクチュエータにおいては、像振れ補正用のレンズが取り付けられた可動部と、レンズ鏡筒に取り付けられた固定部の間に３つのスチールボールが挟持され、これらの球状体により可動部を平行移動可能に支持している。
【０００３】
このアクチュエータは、摺動するガイド部材等を使用することなく、球体であるスチールボールが転がることによって可動部が移動可能に支持されるので、可動部の移動に対する摺動抵抗が極めて小さく、可動部を小さな力で駆動することができる。また、このアクチュエータは、可動部を支持するための摺動部が存在しないため、摺動部の摩耗を回避できると共に、潤滑剤を用いることなく滑らかに可動部を移動させることができるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０６１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特開２００６−１０６１７７号公報に記載されているような、可動部を球体によって支持するタイプのアクチュエータは、球体と、可動部及び固定部との接触面が非常に小さいため、接触面に作用する圧力が高くなり、球体、可動部、及び固定部の接触面に摩耗や損傷を生じやすいという問題がある。
【０００６】
このような摩耗や損傷は、アクチュエータが写真撮影用のカメラの手振れ防止機構として使用された場合には、特に潤滑をしない場合でも殆ど問題となることがない。しかしながら、像振れ防止用のアクチュエータが、製造設備のモニター用のカメラや、監視カメラに使用された場合には、稼働時間が極めて長く、また、可動部の一定の微小な往復運動が長期間繰り返されることがあり、接触面に摩耗や損傷を生じる虞がある。
【０００７】
本件発明者の実験によれば、球体、可動部又は固定部の接触面に永久変形が生じ始める圧力の１／１０の小さな圧力であっても、可動部の往復運動を１０００万回程度繰り返すと、球体又は球体を受ける可動部又は固定部の接触面が損傷されてしまうことが見出された。このように、球体、可動部又は固定部に損傷が生じると、損傷の深さが１０μｍ程度の浅いものであっても、球体が円滑に転がることができなくなるので、可動部の移動を正確に制御することが困難になり、撮像画像にブレが発生することになる。
【０００８】
従って、本発明は、長期間に亘り高い精度で像振れを防止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】
【０００９】
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移動させる防振アクチュエータであって、樹脂製の固定部平面部を備えた固定部と、樹脂製の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配置され、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、可動部を固定部に向けて付勢し、固定部平面部と可動部平面部の間に少なくとも３つの球状体を挟持する付勢手段と、可動部を固定部に対して駆動する駆動手段と、を有し、球状体の弾性係数が、固定部平面部及び可動部平面部の弾性係数の２倍以下、０．３倍以上であることを特徴としている。
【００１０】
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３つの球状体が付勢手段によって挟持され、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。駆動手段は、可動部を固定部に対して駆動する。球状体の弾性係数は、固定部平面部及び可動部平面部の弾性係数の２倍以下、０．３倍以上である。
【００１１】
このように構成された本発明によれば、球状体の弾性係数が固定部平面部及び可動部平面部の弾性係数の２倍以下、０．３倍以上であるので、球状体と、固定部平面部及び可動部平面部がバランス良く変形され、球状体、固定部平面部及び可動部平面部の摩耗を効果的に抑制することができる。これにより、長期間に亘り高い精度で像振れを防止することができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、球状体の弾性係数は、固定部平面部及び可動部平面部の弾性係数よりも小さい。
このように構成された本発明によれば、球状体と、固定部平面部及び可動部平面部の接触面積を増大させることができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、付勢手段により固定部平面部と可動部平面部の間に挟持された球状体の弾性変形量が、固定部平面部又は可動部平面部の弾性変形量の５０％以上、４００％以下である。
【００１４】
このように構成された本発明によれば、球状体と、固定部平面部及び可動部平面部の双方がバランス良く変形されるので、球状体、固定部平面部及び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。
【００１５】
本発明において、好ましくは、付勢手段により固定部平面部と可動部平面部の間に挟持された球状体と、固定部平面部又は可動部平面部との間の接触面の半径が、５０μｍ以上、１５０μｍ以下である。
【００１６】
このように構成された本発明によれば、球状体と、固定部平面部及び可動部平面部の接触面積が十分に確保されるので、球状体、固定部平面部及び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。
【００１７】
本発明において、好ましくは、球状体の弾性係数が、５０００ＭＰａ以下、２０００ＭＰａ以上である。
このように構成された本発明によれば、球状体、固定部平面部及び可動部平面部の摩耗を効果的に抑制しながら、球状体によって支持される可動部を高い位置精度で支持することができる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、球状体は樹脂製である。
本発明において、好ましくは、球状体は、ポリアセタール樹脂製である。
【００１９】
本発明において、好ましくは、固定部平面部、又は可動部平面部はポリカーボネート樹脂製である。
このように構成された本発明によれば、球状体、固定部平面部及び可動部平面部の摩耗を効果的に抑制しながら、可動部及び固定部を軽量化することができる。
【００２０】
また、本発明のレンズユニットは、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。
さらに、本発明のカメラは、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】
【００２１】
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、長期間に亘り高い精度で像振れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態によるカメラの断面図である。
【図２】本発明の実施形態によるカメラに使用されている防振アクチュエータの側面断面図である。
【図３】防振アクチュエータの可動部を取り外した状態を示す正面図である。
【図４】防振アクチュエータの可動部の正面図である。
【図５】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６】球体と平面の接触モデルを説明する図である。
【図７】（ａ）球面と平面の接触部を拡大して示す図、及び（ｂ）平面内の応力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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５を参照して、本発明の実施形態によるカメラを説明する。図１は本発明の実施形態によるカメラの断面図である。
図１に示すように、本発明の実施形態のカメラ１は、レンズユニット２と、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、像振れ防止用レンズ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。
【００２４】
本発明の実施形態のカメラ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防止用レンズ１６を移動させ、カメラ本体４内のフィルム面Ｆ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、像振れ防止用レンズ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。本明細書において、像振れ防止用レンズとは、画像を安定させるための１枚のレンズ及びレンズ群を含むものとする。
【００２５】
レンズユニット２は、カメラ本体４に取り付けられ、入射した光をフィルム面Ｆ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。
【００２６】
次に、図２乃至図４を参照して、防振アクチュエータ１０を説明する。図２は防振アクチュエータ１０の側面断面図である。図３は防振アクチュエータ１０の可動部を取り外した状態を示す正面図であり、図４は防振アクチュエータ１０の可動部の正面図である。なお、図２は、防振アクチュエータ１０を図３のII−II線に沿って破断した状態を示す断面図である。
【００２７】
図２乃至図４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板１２と、この固定板１２に対して並進移動及び回転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つの球状体１８と、を有する。さらに、防振アクチュエータ１０は、固定板１２に取り付けられた第１駆動用コイル２０ａ、第２駆動用コイル２０ｂ、及び第３駆動用コイル２０ｃと、移動枠１４の、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに夫々対応する位置に取り付けられた第１駆動用磁石２２ａ、第２駆動用磁石２２ｂ、及び第３駆動用磁石２２ｃと、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃの内側に夫々配置された第１、第２、第３位置検出素子である第１磁気センサ２４ａ、第２磁気センサ２４ｂ、第３磁気センサ２４ｃと、を有する。
【００２８】
また、防振アクチュエータ１０は、各駆動用磁石の磁力によって移動枠１４を固定板１２に吸着させるために、固定板１２の裏側に取り付けられた３つの吸着用ヨーク２６と、各駆動用磁石の磁力を固定板１２の方に効果的に差し向けるように、各駆動用磁石の反対側の面に取り付けられたバックヨーク２８と、を有する。なお、第１駆動用コイル２０ａ、第２駆動用コイル２０ｂ、第３駆動用コイル２０ｃ、及びこれらに対応する位置に夫々取り付けられた第１駆動用磁石２２ａ、第２駆動用磁石２２ｂ、第３駆動用磁石２２ｃは、移動枠１４を固定板１２に対して駆動する第１、第２、第３駆動手段を夫々構成する。また、第１、第２、第３駆動用磁石と、３つの吸着用ヨーク２６は、移動枠１４を固定板１２に向けて付勢し、移動枠１４と固定板１２の間に３つの球状体１８を挟持する付勢手段を構成する。
【００２９】
さらに、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、第１、第２、第３磁気センサ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、第１、第２、第３駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに流す電流を制御する制御部であるコントローラ３６を有する。
【００３０】
防振アクチュエータ１０は、移動枠１４を、レンズ鏡筒６に固定された固定板１２に対してフィルム面Ｆに平行な平面内で並進移動させ、これにより移動枠１４に取り付けられた像振れ防止用レンズ１６を移動させてレンズ鏡筒６が振動してもフィルム面Ｆに結像される像が乱れることがないように駆動される。
【００３１】
固定板１２は概ねドーナツ板状の形状を有し、その上に第１、第２、第３駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃが配置されている。図３に示すように、これら３つの駆動用コイルは、その中心が、レンズユニット２の光軸を中心とする円周上にそれぞれ配置されている。
第１、第２、第３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ている。
【００３２】
移動枠１４は、概ねドーナツ板状の形状を有し、固定板１２と平行に、固定板１２と重なるように配置されている。移動枠１４の中央の開口には、像振れ防止用レンズ１６が取り付けられている。移動枠１４上の円周の、第１、第２、第３駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに対応する位置には、第１、第２、第３駆動用磁石２２ａ、２２ｂ、２２ｃが夫々配置されている。
【００３３】
図２及び図３に示すように、３つの球状体１８は、固定枠１２と移動枠１４の間に挟持され、光軸Ａを中心とする円の円周上に夫々、中心角１２０゜の間隔を隔てて配置されている。固定枠１２の各球状体１８を配置する位置には円形の凹部３０が夫々形成されており、これらの凹部３０の平坦な底面が、各球状体１８と接触する固定部平面部３０ａを構成する。一方、移動枠１４の各球状体１８を配置する位置には円環状の壁部３２が夫々形成されており、これらの壁部３２によって囲まれた平坦な面が、各球状体１８と接触する可動部平面部３２ａを構成する。
【００３４】
また、移動枠１４は駆動用磁石により固定板１２に吸着されるので、各球状体１８は固定板１２の固定部平面部３０ａと移動枠１４の可動部平面部３２ａの間に挟持され、移動枠１４は各球状体１８のみにより、固定板１２に対して支持される。これにより、移動枠１４は、摺動するガイド部材等を用いることなく、固定板１２に平行な平面上に支持され、各球状体１８が挟持されながら転がることによって、移動枠１４の固定板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。
【００３５】
また、本実施形態においては、球状体１８としてコ・ポリアセタール製の球体を使用しているが、球状体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板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球状体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。
【００３６】
バックヨーク２８は概ね長方形状であり、移動枠１４の駆動用磁石が取り付けられていない側の面の、各駆動用磁石に対応する位置に夫々取り付けられている。これらのバックヨーク２８により、各駆動用磁石の磁束が、固定板１２の方に効率良く差し向けられる。
【００３７】
吸着用ヨーク２６は概ね長方形状であり、固定板１２の駆動用コイルが取り付けられていない側の面の、各駆動用コイルに対応する位置に夫々取り付けられている。各駆動用磁石がこれらの吸着用ヨーク２６に及ぼす磁力により、移動枠１４は固定板１２に吸着される。
【００３８】
図２に示すように、第１駆動用磁石２２ａの着磁境界線Ｃは、長方形の第１駆動用磁石２２ａの各長辺の中点を通るように位置すると共に、第１駆動用磁石２２ａの厚さ方向にも極性が変化している。本実施形態においては、図２における左下の角がＳ極、右下がＮ極、左上がＮ極、右上がＳ極になっている。また、第２駆動用磁石２２ｂも同様に着磁されており、移動枠１４への取り付け方向が９０゜回転されている（図４）。なお、本明細書において、着磁境界線Ｃとは、駆動用磁石の両端を夫々Ｓ極、Ｎ極としたとき、その中間のＳ極からＮ極に極性が変化する点を連ねた線を言うものとする。
【００３９】
このように着磁されていることにより、第１、第２駆動用磁石２２ａ、２２ｂは、長方形の第１、第２駆動用コイル２０ａ、２０ｂの長辺の部分に磁気を及ぼす。これにより、第１駆動用コイル２０ａに電流が流れると、第１駆動用磁石２２ａとの間にＹ軸に沿った鉛直方向の駆動力が発生し、第２駆動用コイル２０ｂに電流が流れると、第２駆動用磁石２２ｂとの間にＸ軸に沿った水平方向の駆動力が発生する。
【００４０】
一方、図４に示すように、第３駆動用磁石２２ｃは、着磁境界線Ｃが光軸Ａを中心とする円の半径方向に向くように配置されている。これにより、第３駆動用コイル２０ｃに電流が流れると、第３駆動用磁石２２ｃとの間に光軸Ａを中心とする円の円周方向の駆動力が発生する。
【００４１】
図２及び図３に示すように、各駆動用コイルの内側には、夫々第１磁気センサ２４ａ、第２磁気センサ２４ｂ、第３磁気センサ２４ｃが夫々配置されている。各磁気センサは、移動枠１４が中立位置にあるとき、その感度中心点Ｓが、各駆動用磁石２２の磁気的中立軸線Ｃ上に位置するように配置されている。本実施形態においては、磁気センサとしてホール素子を使用している。
【００４２】
磁気センサからの出力信号は、磁気センサの感度中心点Ｓが駆動用磁石の着磁境界線Ｃ上に位置する場合には０であり、駆動用磁石が移動し、磁気センサ感度中心点Ｓが駆動用磁石の着磁境界線Ｃ上から外れると、磁気センサの出力信号が変化する。駆動用磁石の移動量が微小である、防振アクチュエータ１０の通常の作動中においては、駆動用磁石の着磁境界線Ｃに直交する方向の移動距離にほぼ比例した信号が出力される。
【００４３】
このため、第１磁気センサ２４ａは移動枠１４のＹ軸方向の並進移動量にほぼ比例した信号を出力し、第２磁気センサ２４ｂは移動枠１４のＸ軸方向の並進移動量にほぼ比例した信号を出力する。また、第３磁気センサ２４ｃは移動枠１４の移動の、回転移動成分を多く含む信号を出力する。これら第１、第２、第３磁気センサ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。
【００４４】
次に、図５を参照して、防振アクチュエータ１０の制御を説明する。図５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。図５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に内蔵された演算回路３８ａ、３８ｂに入力される。本実施形態においては、ジャイロ３４ａはレンズユニット２のピッチング運動の角加速度を、ジャイロ３４ｂはヨーイング運動の角加速度を夫々検出するように構成され、配置されている。
【００４５】
演算回路３８ａ、３８ｂは、ジャイロ３４ａ、３４ｂから時々刻々入力される角速度に基づいて、像振れ防止用レンズ１６を移動させるべき位置を時系列で指令するレンズ位置指令信号を生成する。すなわち、演算回路３８ａは、ジャイロ３４ａによって検出されるピッチング運動の角速度を時間積分し、所定の修正信号を加算することによってレンズ位置指令信号の鉛直方向成分を生成し、同様に、演算回路３８ｂは、ジャイロ３４ｂによって検出されるヨーイング運動の角速度に基づいてレンズ位置指令信号の水平方向成分を生成するように構成されている。このようにして得られたレンズ位置指令信号に従って、像振れ防止用レンズ１６を時々刻々移動させることにより、写真撮影の露光中にレンズユニット２が振動した場合にも、カメラ本体４内のフィルム面Ｆに合焦される像は乱れることなく安定化される。
【００４６】
コントローラ３６は、演算回路３８ａ、３８ｂによって生成されたレンズ位置指令信号によって指示された位置に、像振れ防止用レンズ１６が移動されるように、第１、第２、第３駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに流す電流を制御する。
【００４７】
一方、第１磁気センサ２４ａによって測定された、第１駆動用コイル２０ａに対する第１駆動用磁石２２ａの鉛直方向の移動量は、磁気センサアンプ４２ａによって所定の倍率に増幅される。差動回路４４ａは、演算回路３８ａから出力されたレンズ位置指令信号の鉛直成分と、磁気センサアンプ４２ａから出力された第１駆動用コイル２０ａに対する第１駆動用磁石２２ａの鉛直方向の移動量との差に比例した電流を第１駆動用コイル２０ａに流す。従って、レンズ位置指令信号によって指令されたレンズ位置の鉛直方向成分と磁気センサアンプ４２ａからの出力に差がなくなると、第１駆動用コイル２０ａには電流が流れなくなり、第１駆動用磁石２２ａに作用する駆動力が０になる。
【００４８】
同様に、第２磁気センサ２４ｂによって測定された、第２駆動用コイル２０ｂに対する第２駆動用磁石２２の水平方向の移動量は、磁気センサアンプ４２ｂによって所定の倍率に増幅される。差動回路４４ｂは、演算回路３８ｂから出力されたレンズ位置指令信号の水平成分と、磁気センサアンプ４２ｂから出力された第２駆動用コイル２０ｂに対する第２駆動用磁石２２ｂの水平方向の移動量との差に比例した電流を第２駆動用コイル２０ｂに流す。従って、レンズ位置指令信号によって指令されたレンズ位置の水平方向成分と磁気センサアンプ４２ｂからの出力に差がなくなると、第２駆動用コイル２０ｂには電流が流れなくなり、駆動用磁石２２ｂに作用する駆動力が０になる。
【００４９】
また、第３磁気センサ２４ｃによって測定された、第３駆動用コイル２０ｃに対する第３駆動用磁石２２ｃの移動量は、磁気センサアンプ４２ｃによって所定の倍率に増幅される。一方、演算回路４０は、演算回路３８ａから出力されたレンズ位置指令信号の鉛直成分と、演算回路３８ｂから出力されたレンズ位置指令信号の水平成分に基づいて所定の信号を発生する。この信号は、移動枠１４がレンズ位置指令信号によって指定された位置に並進移動された場合において、第３駆動用磁石２２ｃが第３駆動用コイル２０ｃに対して移動すべき位置を指示するものであり、各磁気センサの配置に基づいて幾何学的に求めることができる。
【００５０】
第２駆動用磁石２２ｂがレンズ位置指令信号によって指令された水平位置に移動され、第１駆動用磁石２２ａがレンズ位置指令信号によって指令された鉛直位置に移動され、移動枠１４が正確に並進移動されている場合には、磁気センサアンプ４２ｃの出力信号と演算回路４０の出力信号は一致するので、第３駆動用コイル２０ｃには電流が流れなくなり、第３駆動用磁石２２ｃに作用する駆動力は０になる。
【００５１】
また、第１、第２駆動用磁石２２ａ、２２ｂが夫々レンズ位置指令信号によって指令された位置に移動されていても、移動枠１４が並進移動と共に回転移動されている場合には、磁気センサアンプ４２ｃの出力信号と演算回路４０の出力信号は一致せず、第３駆動用コイル２０ｃに電流が流れる。この第３駆動用コイル２０ｃに流れる電流により、第３駆動用磁石２２ｃには移動枠１４を回転させる駆動力が作用する。これにより、移動枠１４の回転移動は打ち消され、移動枠１４は正確に並進移動される。本実施形態による防振アクチュエータ１０においては、移動枠１４が、３つの球状体１８によって固定板１２に対して並進移動及び回転移動可能に支持されているにも関わらず、第１、第２、第３駆動手段が協働して駆動力を発生させることにより、移動枠１４の回転移動が抑制され、移動枠１４は正確に並進移動される。
【００５２】
次に、図６及び図７を参照して、各球状体１８と移動枠１４及び固定板１２との接触について説明する。図６は球体と平面の接触モデルを説明する図である。図７は、（ａ）球面と平面の接触部を拡大して示す図、及び（ｂ）平面内の応力分布を示す図である。なお、図７（ｂ）中の数値は、平均接触圧力を１とした場合における剪断応力の値を示している。
【００５３】
図６に示すように、半径Ｒ、縦弾性係数（ヤング率）Ｅ1、ポアソン比ν1の球体を、縦弾性係数Ｅ2、ポアソン比ν2の平面に、加重Ｗで押し付けた場合、球体と平面が接触する領域は円形となる。この円の半径ａはHertzの理論により下記の式により計算することができる。
2010186053.tif 000003
【００５４】
さらに、図７に示す接触円の窪み量ΔＲは、幾何学的関係より、
2010186053.tif 000004
と、計算することができる。さらに、球体及び平面の変形のしやすさを表す係数Ｄ１、Ｄ２を、夫々
2010186053.tif 000005
とすると、球体の窪み量ΔＲ1、平面の窪み量ΔＲ2は、夫々、次の式から計算することができる。
2010186053.tif 000006
【００５５】
本件発明者は、上記数式を使用した理論解析、及び実験を繰り返すことにより、特定の球状体１８と移動枠１４の組合せ、及び特定の球状体１８と固定板１２の組合せの場合において、接触面に生じる摩耗や損傷が飛躍的に少なくなることを見出した。球状体１８、移動枠１４、固定板１２に生じる摩耗や損傷を飛躍的に少なくすることができる条件を、表１の実施例１乃至４に示す。
【表１】
2010186053.tif 000007
【００５６】
表１の実施例１は、直径１．５ｍｍのコ・ポリアセタール製の球状体を、０．４Ｎ（４１ｇｆ）の荷重で、ポリカーボネート製の平面（移動枠又は固定板）に押し付けながら、繰り返し転動させたものである。同様に、実施例２は、直径１．５ｍｍのコ・ポリアセタール製の球状体を、３０％のガラス強化材フィラーを加えたポリカーボネート製の平面上で転動させたものであり、実施例３は、直径２．０ｍｍのコ・ポリアセタール製の球状体を、ポリカーボネート製の平面上で転動させたものであり、実施例４は、直径２．０ｍｍのコ・ポリアセタール製の球状体を、３０％のガラス強化材フィラーを加えたポリカーボネート製の平面上で転動させたものである。
これらの各実施例においては、球状体を１億３０００万往復転動させた後にも、球状体及び平面に摩耗や損傷は認められなかった。
【００５７】
次に、比較例１乃至６を表２に示す。これらの比較例は、直径１．５ｍｍのスチール製の球状体を、０．４Ｎの荷重で、種々の材質の平面に押し付けながら、繰り返し転動させたものである。比較例１はポリカーボネート製の平面を使用し、比較例２は３０％のガラス強化材フィラーを加えたポリカーボネート製、比較例３はＰＥＥＫ樹脂製、比較例４は３０％のガラス強化材フィラーを加えたＰＥＥＫ樹脂製、比較例５はリン青銅製、比較例６はスチール製の平面を夫々使用している。
【表２】
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【００５８】
これらの比較例においては、球状体を１００万往復転動させる間に、何れも何らかの問題が発生した。ポリカーボネートを使用した比較例１及び２においては、上記実施例の１／１００以下である１００万往の間に平面上に明らかな損傷が発生した。なお、球状体を平面に押し付けている荷重０．４Ｎは、直径１．５ｍｍの球状体をポリカーボネート製の平面に静的に押し付けたとき、平面に永久変形が残る最小の荷重の約１／１０である。これらの比較例においては、このように非常に小さな荷重であっても、１００万往復の転動の間に明らかな損傷が生じた。このような平面の損傷は、比較例２のように、ポリカーボネートにガラス強化材フィラーを加えた場合にも大きく改善されることはなった。
【００５９】
さらに、強度が高い素材として知られているＰＥＥＫ樹脂を平面部に使用した比較例３、４の場合においても、１００万往復の転動により損傷が発生した。さらに、平面部に金属であるリン青銅を使用した比較例５においても、１００万往復の転動により、接触面に変色が発生し、長期使用には耐えないことが分かった。また、平面部にスチールを使用した場合には、明らかな損傷は認められなかったが、球状体と平面部に同種の金属を使用して無潤滑で転動させることは、所謂「ともがね」と呼ばれる使用法であり、球状体により長期間安定した支持を行うことが難しい。また、光学機器である像振れ防止用レンズの駆動用アクチュエータにおいて、球状体と平面部の間をグリス等で潤滑することは好ましくない。
【００６０】
上記各実施例と比較例とを比較すると、各実施例においては、球状体を形成する材料と、平面を形成する材料の弾性係数が比較的近似しており、球状体を平面に押し付けたとき、球状体と平面の双方がバランス良く変形し、接触円の半径ａが比較的大きくなっていることがわかる。このように、球状体と平面をバランス良く変形させることにより、表１に示すように、球状体と平面の接触部に生じる最大圧力Ｐｍａｘを平面部の圧縮強さよりも低く抑えることができる。これにより、本発明において、飛躍的に耐久性を向上させることが可能になった。
【００６１】
本件発明者は、球状体と平面の双方をバランス良く変形させるには、球状体の弾性係数が、平面部の弾性係数の２倍以下、０．３倍以上であるとき、耐久性が飛躍的に延びることを見出した。さらに好ましくは、球状体の弾性係数が、平面部の弾性係数よりも小さいとき著しく耐久性が向上する。このような弾性係数の配分は、球状体としてスチール、移動枠及び固定板に樹脂を使用していた従来の技術常識を覆すものである。
【００６２】
一方、表２に示す比較例１乃至４においては、球状体の窪み量ΔＲ1が、平面部の窪み量ΔＲ2よりも非常に小さく、球状体と平面部がバランス良く変形されていないことが分かる。この結果、球状体と平面の接触部に生じる最大圧力Ｐｍａｘが平面部の圧縮強さを上回ってしまい、十分な耐久性が得られなかったものと考えられる。
【００６３】
このような結果から、本件発明者は、球状体の弾性変形量ΔＲ1が、平面の弾性変形量ΔＲ2の５０％以上４００％以下のとき、耐久性が飛躍的に向上することを見出した。
【００６４】
また、比較例５に示すように、平面を金属製とし、球状体と平面部が同程度に変形される場合であっても、平面部の圧縮強さが、必ずしも接触部に生じる最大圧力Ｐｍａｘを上回るわけではない。また、比較例６では、平面をスチール製にすることにより、平面部の圧縮強さが最大圧力Ｐｍａｘを上回っているが、この組合せには上述した問題があり、実用性がない。また、平面部を金属製とすると、移動枠の質量が増加するという問題も発生する。
【００６５】
さらに、本件発明者は、このような結果から、球状体と平面の双方をバランス良く変形させるためには、球状体を、弾性係数５０００Ｍｐａ以下、２０００ＭＰａ以上の樹脂製とすることが好ましいことを見出した。球状体の弾性係数が５０００Ｍｐａよりも大きくなると、球状体と平面の双方をバランス良く変形させることが事実上困難となり、また、球状体の弾性係数が２０００Ｍｐａよりも小さくなると、球状体の変形量が大きくなりすぎ、移動枠を支持する位置精度が低下する。
【００６６】
次に、比較例７乃至１０を表３に示す。表３は、種々の直径を有するスチール製の球状体をポリカーボネート製の平面上で転動させたものである。これらの比較例７乃至１０においても、１００万往復の転動により平面に損傷が発生した。球状体及び平面の損傷を防止する方法として、球状体の直径を大きくし、球状体と平面の接触円の半径ａを大きくし、接触圧力を減じることが考えられる。そこで、比較例７乃至１０に示すように、スチール製の球状体の直径を変化させ、平面の耐摩耗性を検証したが、ここでも球状体と平面の双方がバランス良く変形されていないと、十分な耐久性が得られないという結果が得られた。
【表３】
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【００６７】
まず、比較例７と９、比較例８と１０を夫々比較すると、球状体の直径が１．１３ｍｍから２．０ｍｍに増大しても、球状体と平面の接触円の半径ａは、あまり大きくなっていないことが分かる。即ち、球状体の直径の約７０％の増大に対し、接触円の半径ａは、約２０％程度の増大に留まっている。これは、球状体と平面の双方がバランス良く変形されていないことに起因する。これに対して、球状体と平面がバランス良く変形されている表１の実施例１では、球状体の直径が１．５ｍｍであるにも関わらず５３．２μｍの半径ａが得られており、球状体の半径が２．０ｍｍである比較例９における半径ａ＝４７．７μｍを上回っている。
【００６８】
この結果から、本件発明者は、球状体と平面の接触円の半径ａが５０μｍ以上、１５０μｍ以下であることが好ましいことを見出した。なお、変形のバランスが悪いスチール製の球状体を使用した場合でも、球状体の半径を著しく大きくすることにより、接触円の半径ａを大きくすることもできるが、比重の大きいスチール製の球状体を大きくすると、球状体の質量が大きくなりすぎて、移動枠を支持する球状体として実用性のないものになる。
【００６９】
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、上述した実施形態においては、本発明をフィルムカメラに適用していたが、本発明をデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に適用することもできる。また、上述した実施形態においては、駆動用コイルが固定部に、駆動用磁石が可動部に取り付けられていたが、駆動用コイルを可動部に、駆動用磁石を固定部に取り付けることもできる。
【符号の説明】
【００７０】
１        本発明の実施形態のカメラ
２        レンズユニット
４        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      固定板（固定部）
１４      移動枠（可動部）
１６      像振れ防止用レンズ
１８      球状体
２０ａ    第１駆動用コイル
２０ｂ    第２駆動用コイル
２０ｃ    第３駆動用コイル
２２ａ    第１駆動用磁石
２２ｂ    第２駆動用磁石
２２ｃ    第３駆動用磁石
２４ａ    第１磁気センサ（第１位置検出素子）
２４ｂ    第２磁気センサ（第２位置検出素子）
２４ｃ    第３磁気センサ（第３位置検出素子）
２６      吸着用ヨーク
２８      バックヨーク
３０      凹部
３０ａ    固定部平面部
３２      壁部
３２ａ    可動部平面部
３４ａ、３４ｂ  ジャイロ
３６      コントローラ（制御部）
３８ａ、３８ｂ  演算回路
４０      演算回路
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ  磁気センサアンプ
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ  作動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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