光學圖像穩定器和光學裝置的製作方法

2023-05-31 19:51:51

專利名稱：光學圖像穩定器和光學裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種提供於包括圖像拾取裝置的光學裝置(例如攝像 機、數字靜物照相機和膠片相機)以及觀察裝置(例如雙筒望遠鏡、 望遠鏡和視野觀測器)中的光學圖像穩定器。
技術背景上述類型的光學裝置常常安裝有用來減少由於手輕搖而產生的圖 像抖動的光學圖像穩定器。光學圖像穩定器用振動傳感器(例如加速 度傳感器和角速度傳感器)來檢測光學裝置的移動，並且基於檢測結 果在正交於光軸的平面中移動校正透鏡，從而減少圖像在圖像平面上 的位移。校正透鏡通常通過使用由磁體和線圖所構成的電磁致動器來 驅動。在光學圖像穩定器中，校正透鏡應當被保持可與正交於光軸的平 面平行地自由移動並且應當防止其繞著光軸旋轉以便用致動器準確地 執行驅動和位置控制是必要的。在日本專利公開No.ll(1999)-258651中公開的光學圖像穩定器包 括用來防止校正透鏡繞著光軸旋轉的導向機構.另外，導向機構的任何後衝通過由彈簧偏壓而減少以最小化圖像抖動校正操作中的振動並 且降低驅動中的噪音。日本專利公開No.lO ( 1998) -197911已公開了一種通過使用L 形導軸來防止校正透鏡繞著光軸旋轉的光學圖像穩定器。導軸通過致 動器在相對於驅動方向成45度角的方向上引導校正透鏡。在日本專利公開No.11(1999) - 258651和No.10(1998) - 197911所 公開的光學圖像穩定器的每一個中，用來防止校正透鏡繞著光軸旋轉 的導向機構導致校正透鏡通過滑動平行地移動。這就帶來了一個問題， 導向機構中產生的滑動摩擦降低了驅動響應度，特別是在校正透鏡被輕微地驅動時。為了解決這個問題，日本專利公開No.2004-101721已公開了一 種光學圖像穩定器，其通過使用能滾動的球來防止校正透鏡繞著光軸 旋轉。該穩定器包括具有V形槽部分的導向部件，所述V形槽部分形 成於其兩個表面中並且在互相正交的方向上延伸。穩定器還具有放置 於導向部件的其中 一個表面中的V形槽中並且被夾持在槽部分和穩定 器的基座部件之間的球(鋼球)以及放置於另一表面中的V形槽中並 且被夾持在槽部分和用來保持校正透鏡的透鏡保持部件之間的球。在日本專利公開No.2004 - 101721公開的光學圖像穩定器中，導 向部件的表面具有形成於其中的V形槽部分，而基座部件和透鏡保持 部件與球接觸的表面形成為平面。由於球的滾動摩擦小於滑動摩擦，在小的抖動或低頻抖動施加於穩定器時球在與之相接觸的平面上滾動 而非滑動。這能有利地防止校正透鏡繞著光軸旋轉以及由於滑動摩擦 所導致的驅動響應度降低。然而，在大振幅抖動或高頻率抖動施加於穩定器或大的外力(轉 矩)在旋轉方向上施加於穩定器時，球在與之接觸的表面上滑動，並 且校正透鏡繞著光軸的旋轉不能被防止。 發明內容本發明提供了一種即使在施加大的振動、高頻率振動或大的外力 時，也能夠有利地防止校正透鏡繞著光軸的旋轉並且能夠在降低的摩 擦阻力之下導向校正透鏡的光學圖像穩定器，以及包括這種光學圖4象穩定器的光學裝置。根據一個方面，本發明提供一種光學圖像穩定器，其包括基座部 件、保持透鏡並且可相對於基座部件在正交於透鏡光軸的平面上移動 的透鏡保持部件、在笫一方向上給透鏡保持部件提供驅動力的第一致 動器、在第二方向上給透鏡保持部件提供驅動力的第二致動器，第一 和第二方向正交於光軸、在正交於光軸的方向上固定至基座部件的第 一導向部件、放置於第一導向部件和透鏡保持部件之間並且可相對基 座部件在正交於光軸的方向上移動的第二導向部件、放置於基座部件和透鏡保持部件之間並且與透鏡保持部件的移動相關聯地相對於基座 部件在正交於光軸的平面上滾動的第一球、放置於第一導向部件和第二導向部件之間的第二球以及放置於笫二導向部件和透鏡保持部件之 間的第三球。第一導向部件和第二導向部件中的每一個包括第一限制部分，該第一限制部分接觸第二球以允許伴隨著第二球的滾動，第一 和第二導向部件在正交於光軸的第三方向上進行相對移動，並且第一 和第二導向部件在與第三方向不同的方向上的相對移動由第二球限 制。第二導向部件和透鏡保持部件中的每一個包括第二限制部分，該 第二限制部分接觸第三球以允許伴隨著第三球的滾動，第二導向部件和透鏡保持部件在正交於光軸的第四方向上進行相對移動，並且笫二 導向部件和透鏡保持部件在與第四方向不同的方向上的相對移動由第 三球限制。根據另一個方面，本發明提供了一種包括上述光學圖^象穩定器的 光學裝置。本發明的其它方面將會從下面參照附圖描述的實施例中變得明顯。


圖1是示出作為本發明第一實施例(實施例1)的圖傳4I定單元 的分解透視圖。圖2是示出實施例1的圖像穩定單元安裝在其上的透鏡裝置的分解透視圖。圖3是示出圖2所示透鏡裝置的剖視圖。圖4是示出實施例1的圖像穩定單元的分解透視圖。圖5A是示出實施例1的圖像穩定單元中的導槽部分的剖視圖。圖5B是示出實施例1的圖像穩定單元中的凹形部分的剖視圖。圖6A是示出實施例1的圖像穩定單元中的導槽部分在縱向上的剖視圖。圖6B是示出實施例1的圖像穩定單元中的導槽部分在縱向上的 剖視圖。圖7是示出包括根據實施例1的透鏡裝置的攝像機的系統構造的 框圖。圖8是示出作為本發明第二實施例(實施例2)的圖像穩定單元的分解透視圖。圖9是示出實施例2的圖像穩定單元的分解透視圖。圖IO是示出實施例2的圖像穩定單元的分解透視圖。圖11是示出安裝在實施例1的圖像穩定單元上的位置檢測器的檢測原理的示意圖，圖12是示出作為本發明第三實施例(實施例3)的圖像穩定單元的分解透視圖。圖13是示出實施例3的圖像穩定單元的分解透視圖。圖14A是示出包括在實施例3的圖像穩定單元中的返回機構的構造的剖視圖。圖14B是示出包括在實施例3的圖像穩定單元中的返回機構的構 造的剖視圖。圖15是示出包括根據實施例3的透鏡裝置的攝像機的系統構造的 框圖。圖16是示出作為本發明第四實施例(實施例4)的圖像穩定單元的分解透視圖。圖17是示出實施例4的圖像穩定單元的分解透視圖。 圖18是示出實施例4的圖像穩定單元的後視圖。 圖19是示出實施例4的圖像穩定單元的剖視圖。
具體實施方式
下面將參照附圖描述本發明的示例性實施例。 (實施例1)圖2和3示出了一種用作光學裝置的透鏡裝置，其設置有本發明 的實施例1的光學圖像穩定器。圖2是該透鏡裝置的分解透視圖。圖 3是該透鏡裝置的剖視圖。實施例1中的透鏡裝置包括由四個透鏡單元構成的可變倍率光學系統，所述透鏡單元由從物側按照順序的凸透鏡、凹透鏡、凸透鏡以及凸透鏡組成。在圖3中，虛線示出了可變倍率光學系統的光軸。Ll示出了固定的第一透鏡單元，並且L2示出了在光軸方向上可 移動以提供可變倍率的第二透鏡單元。第三透鏡單元L3由固定的前 透鏡子單元L3a和用於圖像穩定的可移動的後透鏡子單元(下文中稱 為校正透鏡)L3b所構成。校正透鏡L3b在與透鏡L3b的光軸或者可 變倍率光學系統的光軸正交的平面(下文中，該平面稱為光軸正交平 面)上移動或者位移以執行用於圖像穩定的操作，也就是，圖像抖動 校正操作。L4示出了笫四透鏡單元，其可在光軸方向上移動以校正圖像平面 與倍率變化相關聯的變化以及調節焦距。附圖標記1示出了保持笫一透鏡單元Ll的第一鏡筒。附圖標記2 示出了前固定鏡筒。第 一鏡筒1利用螺釘一體地結合至前固定鏡筒2。附圖標記3示出了保持第二透鏡單元L2的第二鏡筒。附圖標記4 示出了光量調節單元(孔徑光闌)，其通過移動多個光闌片以改變孔徑 的直徑來調節穿過可變倍率光學系統的光量。光量調節單元4在拾取 靜止圖像時還用作快門。附圖標記5示出了用作上述光學圖4象穩定器的圖傳4l定單元，後 面詳細描述，附圖標記6示出了後固定鏡筒，光量調節單元4和圖像 穩定單元5用螺釘固定到其上。前固定鏡筒2和後固定鏡筒6用螺釘 一體地結合。附圖標記7示出了保持第四透鏡單元L4的第四鏡筒。附圖標記8 示出了用螺釘固定至後固定鏡筒6的後架。這些用螺釘緊固的部件通 過銷和孔的組合來定位以使得透鏡單元的光軸彼此對準。第二鏡筒3通過使用兩端都支撐在前固定鏡筒2和後固定鏡筒6 上的兩個杆9和10，以所謂的杆-套筒方法在光軸方向上可移動地被 支撐。附圖標記ll示出了步進馬達單元，其在光軸方向上移動第二鏡 筒3並且由馬達部分lla、附接至前固定鏡筒2的附接金屬片llb、以 及形成為馬達部分lla的輸出軸的絲槓部分Uc所構成。第二鏡筒3具有齒條部件(未示出)，其與絲槓部分llc相嚙合。 因而，在馬達單元11 (絲槓部分llc)旋轉時，第二鏡筒3在光軸方 向上糹皮驅動。附圖標記12示出了用來檢測第二鏡筒3的參考位置的光遮斷器。 參考位置相應於形成於第二鏡筒3中的遮光部分(未示出)遮擋從光 遮斷器12的發光部件中發出的光通量的位置。在透鏡裝置(攝像機， 稍後描述)通電時，執行用於將第二鏡筒3移動至參考位置的變焦復 位操作。用於步進馬達單元11的驅動脈衝的數目能夠從參考位置計數 以檢測第二透鏡單元L2的位置。第四鏡筒7通過使用兩端支撐在後固定鏡筒6和後架8上的兩個 杆13和14以杆 一 套筒的方法在光軸方向上可移動地被支撐。附圖標 記15示出了在光軸方向上移動第四鏡筒7的線性馬達。如圖2所示， 線性馬達15由在正交於光軸的方向上具有S極和N極的驅動磁體 15a、整體地接合至第四鏡筒7的驅動線團15b、以及用於形成來自驅 動磁體15a的磁性路徑的磁軛15c和15d所構成。在電流經過驅動線圏15b時，磁通量由此產生並且磁性地千擾由 驅動磁體15a產生的磁通量，從而在光軸方向上引起驅動第四鏡筒7 的所謂洛倫茲力。在實施例1中，如圖2所示，兩個線性馬達15設置 在杆13和光軸的兩側上以實現第四鏡筒7的平衡驅動。在圖2中，附圖標記16示出了固定至後固定鏡筒6且由發光/光 接收元件所構成的位置檢測頭。附圖標記17示出了整體地結合至第四 鏡筒7的光學標尺。光通量由位置檢測頭16的發光元件發出，被^L置 於光學標尺17上的重複圖案所反射，並且在位置檢測頭16的光接收 元件上形成重複圖案的圖像。當第四鏡筒7在光軸方向上移動時，形 成於位置檢測頭16的光接收元件上的重複圖案的圖像也移動，所以關 於第四鏡筒7的移動的信息(移動信息)能作為電信號被獲得。由於獲得的移動信息表示相對的移動量，就必須設置和檢測參考 位置。例如，參考位置能通過使用光遮斷器和遮光部分(遮光部件) 或者通過使形成在第四鏡筒7上的參考平面與提供於後固定鏡筒6或後架8上的突起相接觸來設置。在透鏡裝置(攝像機，稍後描述)通 電時，執行用於將第四鏡筒7移動到參考位置的焦點復位操作。檢測 從參考位置的相對移動量來確定第四透鏡單元L4的位置。下面，將參照圖1、 3和4詳細描述圖像穩定單元5的構造。圖1 是圖像穩定單元5從前面(物側)看時的分解透視圖。圖4是圖像穩 定單元5從背面(圖像平面側)看時的分解透視圖。附圖標記101示出了用作保持校正透鏡(後透鏡子單元)L3b的 透鏡保持部件的移位鏡筒。附圖標記102示出了基座鏡筒，其構成圖 像穩定單元的基座部件的一部分並且保持前透鏡子單元L3a。附圖標記103p示出了磁體，其被極化以使得其在正交於光軸的垂 直方向上被分開的兩個半部具有布置在光軸方向上的相對位置處的S 極和N極。附圖標記104p示出了放置於磁體103p的後面且形成磁路 一部分的下磁軛。附圖標記105p示出了驅動線圏，其放置為面對形成 於磁體103p的上部和下部中的兩個磁極。附圖標記106示出了構成磁路一部分的上磁軛。下磁軛104p、磁 體103p以及上磁軛106固定至基座鏡筒102以形成磁路。驅動線圍 105p通過粘合(bonding)而固定至移位鏡筒101。在電流經過驅動線團105p時，磁路中的間隙磁通量磁性地幹涉由 驅動線團105p產生的磁通量，從而引起所謂的洛倫茲力，給移位鏡筒 101提供驅動力以便在上下偏移方向上將其驅動.換句話說，下磁軛 104p、磁體103p、驅動線圍105p以及上磁軛106構成在正交於光軸 方向的上下偏移方向(垂直方向)上移動移位鏡筒101 (並且從而也 移動校正透鏡L3b)的第一致動器。上下偏移方向相應於第一方向。附圖標記中的下標p表示用於對由於上下偏移方向上的旋轉抖動 而引起的圖像抖動進行校正的組件。另一方面，下標y標識在用於對 由於左右偏移方向(正交於光軸方向的水平方向)上的旋轉抖動而引 起的圖像抖動進行校正的組件中。這適用於稍後描述的位置檢測的構 造以及稍後描述的實施例2至4。相應於移位鏡筒101和其它部件移動方向的與光軸正交的方向(或正交於光軸的平面)不僅包括精確地正交於光軸的方向而且還包 括在容差範圍內不精確地正交(這視為正交)的方向。這還適用於稍後描述的實施例2至4。下磁軛104y、磁體103y、驅動線團105y以及上磁軛106構成在 左右偏移方向上移動移位鏡筒101的第二致動器。左右偏移方向相應 於第二方向。附圖標記109a、 109b以及109c在實施例1中示出了三個第一球 (球形部件)。第一球109a、 109b以及109c可由SUS440或堅硬且成 型精度和表面光潔度極好的陶瓷材料所製成。陶瓷，特別地是非磁性 材料並且因而是優選地，因為其不被磁體所吸引，也不受到周圍磁場 的影響。這適用於稍後描述的實施例2至4。三個球109a至109c放置在形成於基座鏡筒102中並且分別具有 平坦底面的矩形的凹形部分102a、 102b和102c中。凹形部分102a、 102b和102c的內表面限制笫一球109a、 109b和109c的移動範圍。 第一球109a、 109b和109c分別接觸形成於移位鏡筒101上的平坦部 分101a、 101b和101c。移位鏡筒101由第一偏壓部件的偏壓力朝著 基座鏡筒102偏壓，稍後描述。偏壓力導致第一球109a、 109b和109c 在光軸方向上分別被夾持在凹形部分102a至102c的底面和平坦部分 101a至101c之間。每一個凹形部分的尺寸使得在第一球放置於凹形部分的中心之後，移位鏡筒IOI從其可移動範圍的中心位置向可移動範圍的機械限 制位置移動期間允許第 一球進行滾動。這允許移位鏡筒101在光軸正交平面中相對於基座鏡筒102移動， 同時第一球109a至109c被滾動。移位鏡筒IOI在機械上最大的可移 動量被確定為使得在移位鏡筒101的圓筒形部分101d與在上下偏移 方向和左右偏移方向上形成於基座鏡筒102的內圓周上的平坦部分 102d之間留下一定的間隙。下面，將描述移位鏡筒101繞著光軸的旋轉的減少(限制)。 附圖標記110示出了用作第一導向部件的導向部件。附圖標記111示出了用作放置於導向部件110和移位鏡筒101之間的第二導向部件的防旋轉部件。附圖標記112a和112b示出了兩個笫二球。第二球112a和112b 放置在形成於導向部件110和防旋轉部件111的每一個中的第一限制 部分中。附圖標記110a和110b示出了第一導槽部分，其形成在導向部件 110中的兩個位置處並且用作上述第一限制部分。附圖標記111a和 lllb示出了第一導槽部分，其形成於防旋轉部件lll中的兩個位置處 且用作上述第一限制部分。第二球112a放置於由在光軸方向上彼此相 對的笫一導槽部分110a和111a所形成的空間中。第二球112b放置於 由在光軸方向上彼此相對的第一導槽部分110b和111b所形成的空間 中a導向部件110由來自第二偏壓部件(稍後描述)的偏壓力朝著防 旋轉部件111 (以及移位鏡筒101)偏壓，並且偏壓力導致第二球被夾 持在第一導槽部分之間。換句話說，每個第一導槽部分與第二球相接 合。每個第一導槽部分形成為在圖1和4中箭頭A的方向上延伸，並 且具有的長度使得在滾動第二球的同時導向部件110和防旋轉部件 111在箭頭A的方向上相對移動。第一導槽部分在箭頭A方向上的端 面與第二球接觸以限制導向部件110和防旋轉部件111的相對移動範 圍，箭頭A的方向相應於正交於光軸的第三方向。另外，每個第一導槽部分與第二球接觸或相接合以限制導向部件 110和防旋轉部件lll在不同於箭頭A的方向上的相對移動。換句話說，導向部件110和防旋轉部件111的每一個具有接觸在 第二球上的第一限制部分，以允許導向部件110和防旋轉部件111伴 隨著第二球的滾動而在第三方向上相對移動，以及利用第二球限制它 們在不同於第三方向的方向上的相對移動。第一導槽部分的形狀稍後將詳細描述。附圖標記113a和113b示出了兩個第三球。第三球113a和113b放置在形成於防旋轉部件111和移位鏡筒101的每一個中的第二限制部分中。附圖標記lllA和111B示出了形成在防旋轉部件111的兩個位置 處並且用作上述第二限制部分的第二導槽部分。附圖標記101A和 101B示出了形成在移位鏡筒101的兩個位置處並且用作上述第二限制 部分的第二導槽部分.第三球113a放置於由在光軸方向上彼此相對的 笫二導槽部分111A和IOIA所形成的空間中。第三球113b放置於由 在光軸方向上彼此相對的第二導槽部分111B和101B所形成的空間 中。防旋轉部件111由來自通過導向部件110作用的第二偏壓部件(稍 後描述)的偏壓力朝著移位鏡筒101偏壓，並且偏壓力導致第三球被 夾持在第二導槽部分之間。換句話說，每個第二導槽部分與第三球相 接合。每個第二導槽部分形成為在圖1和4中的箭頭B的方向上延伸並 且具有如此的長度以使得在滾動第三球的同時所述防旋轉部件111和 移位鏡筒101在箭頭B方向上相對移動。第二導槽部分在箭頭B方向 上的端面與第三球接觸以跟制所述防旋轉部件111和移位鏡筒101在 箭頭B方向上的相對移動的範圍。箭頭B的方向相應於正交於光軸的 第四方向。另外，每個第二導槽部分與第三球接觸或相接合以限制所述防旋 轉部件111和移位鏡筒101在不同於箭頭B方向的方向上的相對移動。換句話說，防旋轉部件111和移位鏡筒101中的每個具有與第三 球接觸的第二限制部分，以允許防旋轉部件111和移位鏡筒101伴隨 著第三球的滾動而在第四方向上相對移動，並且利用第三球限制它們在不同於第四方向的方向上的相對移動。 第二導槽部分的形狀稍後將詳細描述。在實施例1中，箭頭A的方向和箭頭B的方向相對於上下偏移方 向和左右偏移方向形成45度角並且互相正交。附圖標記114a和114b示出了用作在光軸方向上將導向部件110朝著防旋轉部件111和移位鏡筒101偏壓的第二偏壓部件的導向彈簧。 附圖標記115示出了相對於基座鏡筒102定位並且用螺釘緊固的 傳感器基座。基座鏡筒102和傳感器基座115構成用作固定部件的基 座部件。導向部件110通過將提供給導向部件110的定位銷110d和110e 分別插入形成於傳感器基座115中的定位孔115d和防旋轉細長孔115e 中，而定位在光軸正交平面中。導向彈簧114a和114b由壓縮螺旋彈簧形成，並且其一端與定位 銷110d和110e的基座部分接觸，且另一端與傳感器115接觸以便將 導向部件110朝著移位鏡筒101偏壓。附圖標記112c示出了與球112a和112b —起布置於導向部件110 和防旋轉部件111之間的球。球112c放置在形成於防旋轉部件111中 且具有平坦底面的凹形部分Ulc中。凹形部分lllc具有允許球112c 在箭頭A的方向上滾動的尺寸，類似於第一導槽部分llla。球112c 與形成在導向部件110上的平坦部分110c接觸。凹形部分lllc在與箭頭A方向正交的方向(箭頭B的方向)上 具有比球112c的尺寸稍大的寬度。這個寬度允許導向部件110和防旋 轉部件111在箭頭B的方向上由於第一導槽部分的製造誤差而引起的 輕微位移，以實現導向部件110和防旋轉部件111在箭頭A的方向上 平穩的相對移動。導向彈簧114a和114b的偏壓力的合力作用在導向部件110上， 以穿過頂點在三個球112a至112c處的三角形。這使得導向部件110 能被朝著移位鏡筒IOI穩定地偏壓。附圖標記113c示出了與第三球113a和113b —起被夾持在防旋轉 部件lll和移位鏡筒101之間的球。球113c放置在形成於移位鏡筒101 中且具有平坦底面的凹形部分101C中。凹形部分IOIC具有允許在箭 頭B方向上滾動球113c的尺寸，類似於導槽部分101b。球113c還放 置在形成於防旋轉部件111中的凹形部分111C中並且與其底面接觸。凹形部分101C和111C的每個具有在與箭頭B方向正交的方向(箭頭A的方向)上比球113c的尺寸稍大的寬度。這允許防旋轉部 件111和移位鏡筒101在箭頭A的方向上由於第二導槽部分的製造誤 差所引起的輕微位移，以實現防旋轉部件111和移位鏡筒101在箭頭 B的方向上平穩的相對移動。導向彈簧114a和114b的偏壓力的合力作用在防旋轉部件111上， 以穿過頂點在三個球113a至113c處的三角形。這使得防旋轉部件111 能被朝著移位鏡筒101穩定地偏壓。在實施例l中，描迷為第二偏壓部件的導向彈簧114a和114b的 偏壓力還將移位鏡筒101朝著基座鏡筒102偏壓。換句話說，導向彈 簧114a和114b兼作第一偏壓部件。以下，將參照圖5A、 6A和6B描述用於保持球的導槽部分的形 狀。用於保持第三球113a的笫二導槽部分111A和101A的形狀將作 為示例來詳細解釋。圖5A是沿著正交於箭頭B方向的平面所截取的第二導槽部分 lllA和101A的剖^L圖。圖6A和6B是沿著正交於箭頭A方向的平 面所截取的第二導槽部分111A和101A的剖視圖。在剖視圖5A中，每個第二導槽部分111A和IOIA具有兩個傾斜 表面，它們是漸縮的以使得它們的距離從開口向底部變窄。第三球 113a在兩個位置處接觸第二導槽部分1HA的兩個傾斜表面並且在兩 個位置處接觸笫二導槽部分IOIA的兩個傾斜表面，兩個傾斜表面夾 持第三球113a。第三球可以在三個或更多的位置處接觸每個笫二導槽 部分，如圖6A和6B所示，當移位鏡筒IOI在光軸正交平面中相對於防 旋轉部件in移動時，第三球113a在每個傾斜表面延伸的箭頭B的方 向上滾動。另一方面，在布置所述兩個傾斜表面的槽寬度方向(正交 於箭頭B方向的箭頭A方向)上的移動通過第三球113a與兩個傾斜 表面接觸來防止。第二導槽部分111B和101B以相同的方式形成。對於第一導槽部 分(110a、 111a )、 (llOb、 111b )，其形狀與笫二導槽部分相同，除了每個傾斜表面在箭頭A的方向上延伸之外。允許第二球112a和112b 在每個傾斜表面延伸的箭頭A的方向上滾動並且防止其在槽寬度方向 上移動，利用上述構造，防旋轉部件111能僅在箭頭A的方向上相對於導 向部件110 (也就是，基座鏡筒102)移動，並且移位鏡筒101能僅在 箭頭B的方向上相對於防旋轉部件111移動。因此，移位鏡筒101能 與光軸正交平面平行地移動(也就是，能在光軸正交平面中平行地移 動)，同時其繞著光軸的旋轉受到限制(被防止)。圖6A示出了在第二導槽部分111A和101A中處於最初位置(箭 頭B的方向上的中心位置)處的第三球113a。在移位鏡筒101從最初 狀態相對於防旋轉部件111移動時，第三球113a在第二導槽部分111A 和101A中滾動，直到移位鏡筒101移動了最大的可移動量。換句話 說，第二導槽部分lllA和101A在箭頭B的方向上具有在移位鏡筒 101從最初位置移動時僅允許第三球113a滾動的長度。另一方面，當移位鏡筒101從球113a自圖6A中的最初位置向左 很大移動的狀態向左移動時，第三球113a在移位鏡筒IOI移動最大的 可移動量之前與第二導槽部分111A的左端面接觸。因而，球113a不 是在第二導槽101A上滾動而是滑動，直到移位鏡筒101移動最大的 可移動量。於是，第二導槽部分U1A和IOIA之間產生滑動摩擦，從 而降低圖像穩定單元5的驅動響應度。為了解決這個問題，在實施例1中，移位鏡筒101在透鏡裝置啟 動時就立刻移動最大的可移動量，接著使移位鏡筒IOI返回至可移動 範圍的中心位置。通過這種操作，首先從第二導槽部分111A和101A 中的最初位置很大地移動的第三球113a返回到最初位置或其附近。總之，所有導槽部分(以及凹形部分)的縱向尺寸設置為具有適 當的長度，並且移位鏡筒IOI被驅動機械上最大的可移動量或有效使 用中的最大可移動量，並且然後返回至可移動範圍的中心位置，從而 將球移動到最初位置。這種操作在下面的描述中將稱為球復位操作。利用球復位的操作，移位鏡筒101能夠在有效使用中在所有驅動方向僅通過球滾動來導向而沒有反衝，並且沒有任何滑動摩擦產生， 以使得驅動響應度得到改善。對於第一和第二導槽部分在箭頭A和箭頭B的方向上的長度以及 球復位操作的描述適用於稍後描述的實施例2至4。以下，將參照圖5B給出了用於保持與第三球113a和113b —起 提供的球113c且分別形成於防旋轉部件111和移位鏡筒101中的凹形 部分111C和101C的描述。圖5B是示出沿著正交於箭頭B方向的平 面所截取的凹形部分111C和101C的剖視圖。凹形部分111C和101C的每個具有平坦底面，其在光軸方向上接 觸球113c的每一端以夾持球113c。另一方面，如上所述，凹形部分lllc和101c的每個具有在正交 於箭頭B方向的箭頭A方向上比球113c的尺寸稍大的寬度。如前所 述，這允許了防旋轉部件111和移位鏡筒101在箭頭A的方向上由於 導槽部分的製造誤差而引起的輕微位移，以實現防旋轉部件111和移 位鏡筒101在箭頭B的方向上平穩的相對移動。這適合於用於保持與第二球112a和112b —起提供的球112c且分 別形成於導向部件IIO和防旋轉部件111中的凹形部分110c和lllc。以下，將參照圖1、 3和4描述用於檢測移位鏡筒101的位置的構造。附圖標記116p示出了用作發光部件且在光軸方向上發出紅外光 通量的iRED (紅外發光二極體)。iRED 116p經由附接金屬片118p 固定至移位鏡筒101。附圖標記117p示出了用作光接收部件並且用螺 釘經由固定金屬片119p固定至傳感器基座115的PSD。附圖標記lOlp 示出了形成於移位鏡筒101中用於iRED 116p的光投射窗口。附圖標記115p示出了形成於傳感器基座101中的縫。從iRED 116p發出的紅外光通量由縫115p所限制，以使得光通量的一部分穿 過縫115p並且由PSD 117p接收到。縫115p是在水平方向(左右偏移方向)上伸展的開口。 PSD117p 在上下偏移方向上具有檢測靈敏度。iRED 116p和光投射窗口 lOlp提供給可動的移位鏡筒101，而縫115p和PSD 117p被提供給固定的傳 感器基座115。例如，當移位鏡筒101在上下偏移方向上向上移動時，通過縫115p 的光通量在PSD 117p上向下移動，以使得移位鏡筒101在上下偏移 方向上的移動量被檢測到。另一方面，當移位鏡筒101在水平方向(左 右偏移方向)上移動時，由於縫115p是在水平方向上伸展的開口，所 以來自iRED 116p的紅外光通量穿過縫115p並且到達PSD 117p。然 而，PSD 117p在水平方向上不具有檢測靈敏度並且因此檢測不到移 動。如此，由iRED116p、光投射窗口 101p、縫115p以及PSD 117p 所構成的位置檢測器在上下偏移方向上執行移位鏡筒101的位置檢 測。另 一方面，由iRED 116y、光投射窗口 101y、縫115y以及PSD 117y 所構成的位置檢測器基於與上下偏移方向上相同的檢測原理，在左右 偏移方向上執行移位鏡筒101的位置檢測。附圖標記120p示出了一柔性基片，該柔性基片用於電連接在與移 位鏡筒101在上下偏移方向上的驅動及位置檢測相關的電氣部件和外 部電路之間。附圖標記120y示出了一柔性基片，該柔性基片用於電連 接在與移位鏡筒101在左右偏移方向上的驅動及位置檢測相關的電氣 部件和外部電路之間。以下，將參照圖7描述用作包括透鏡裝置的光學裝置的攝像機的 構造，該透鏡裝置具有實施例1的圖像穩定單元5以作為透鏡鏡筒部 分。在實施例1中，將描述包括整個透鏡裝置的攝像機，但是具有上 述構造的圖像穩定單元能安裝在可互換的透鏡裝置上，用作可移動地 安裝在攝像機或單透鏡反射相機上的光學裝置。這適用於稍後描述的 實施例2至4。透鏡裝置150通過圖2和3中所描述的透鏡裝置來實現，並且包 括實施例1的圖像穩定單元。光通量經過透鏡裝置150中的可變倍率光學系統，穿過具有紅外線切割功能和光學低通功能的濾光器148，並且在圖像平面上形成光 學圖像。由CCD傳感器或CMOS傳感器所形成的圖像拾取元件149 放置於圖像平面上，並且將光學圖像轉換為電信號。電信號a從圖像 拾取元件149讀出並且由相機信號處理電路151轉換為圖像信號b。附圖標記152示出了用於控制透鏡驅動的微型計算機。微型計算 機152通過變焦馬達驅動電路156移動第二透鏡單元L2，同時監視來 自變焦復位電路154的輸出，所述變焦復位電路包括上述光遮斷器12。 微型計算機152通過聚焦驅動電路155移動第四透鏡單元L4，同時監 視來自由上述位置檢測頭16和光學標尺17所構成的聚焦位置檢測電 路153的輸出。這樣，微型計算機152可執行變焦控制和聚焦控制， 同時獲得準確的焦距長度信息和聚焦位置信息。附圖標記157示出了曝光控制驅動電路，其基於由微型計算機152 從相機信號處理電路151獲得的圖像信號b的亮度信息，來驅動光量 調節單元4和控制光量調節單元4的孔徑直徑以及ND過濾器(未示 出)的插入或縮回。附圖標記158和159示出了角度檢測電路，其分別檢測攝像機在 上下偏移方向和左右偏移方向上的抖動角度。抖動角度通過結合來自 角速度傳感器(例如振動迴轉儀)的輸出進行檢測。來自角度檢測電 路158和159的輸出，即傾斜角度信息，由微型計算機152獲得。雖 然位置檢測電路158和159檢測位置的方向與和第一和第二致動器在 實施例1中產生驅動力的方向相應的上下偏移方向和左右偏移方向相 一致，但是這些方向可以彼此不同。附圖標記160和161示出了線閨驅動電路，其將電流施加於上述 驅動線圏105p和105y，以l更在上下偏移方向和左右偏移方向上移動 圖像穩定單元5的移位鏡筒101。附圖標記162和163示出了位置檢測電路，其驅動iRED 116p和 116y以及PSD 117p和117y，以便檢測移位鏡筒101在上下偏移方向 和左右偏移方向上的位置(移位位置)。來自PSD 117p和117y的輸 出由微型計算機152獲得。位置檢測電路(位置檢測器)可以是使用磁體和霍爾部件的磁性類型，以代替使用iRED和PSD的光學類型。當移位鏡筒101 (校正透鏡L3b)在光軸正交平面中移動時，通 過校正透鏡L3b的光通量被彎曲以移動形成於圖像拾取元件149上的 光學圖像。施加於驅動線圏105p和105y的電流受到控制，以使得光 學圖像由於移位鏡筒101移動而發生移動的方向與光學圖像由於攝像 機傾斜而發生移動的原始方向相反，並且使得光學圖像由於移位鏡筒 101的移動而發生的移動量與光學圖像的原始移動量相同。通過這種 控制，形成於圖像拾取元件149上的光學圖像即使在攝像機傾斜(引 起相機抖動)時，也幾乎不會移動。換句話說，執行了光學圖像穩定。微型計算機152從由角度檢測電路158和159獲得的傾斜角度信 息中減去由位置檢測電路162和163獲得的移位位置信息，並且在微 分信號上執行放大和相位補償。根據所得到的驅動信息，微型計算機 152經由線團驅動電路160和161以反饋的方式控制施加於驅動線圏 105p和105y的電流，以減小上述微分信號的值。在攝像機通電時，上述球復位操作在變焦復位和聚焦復位操作之 後執行，或者以時間分配的方式並行地執行。因此，即使每個球在攝 像機電源打開之前從最初位置移動時，在開始圖像拾取之後，球也被 滾動以引導移位鏡筒101和防止移位鏡筒101的旋轉，從而實現極好 的圖像穩定性能。在微型計算機152確定攝像機不拾取圖像時，球復位操作可以在 適當的時候執行，以使得在圖像拾取時可提供極好的圖像穩定性能。 例如，監視攝像機的傾斜角度，並且在確定使用者僅僅是攜帶攝像機 時執行球復位操作。通常，相機抖動角度常常在從大約0.5至1度的 範圍內，並且在使用者設置攝像機的功能或者在圖像拾取之前在取景 器中尋找目標時，產生的傾斜角度大於相機抖動角度。因此，如果檢 測到這樣大的傾斜角度，那麼就可執行球復位操作。如上所述，在實施例1中，能滾動的球用於允許移位鏡筒101在 光軸正交平面中的移動，同時防止其在光軸方向上的位移，並且能滾 動的球用於引導移位鏡筒101的平行移動同時防止其旋轉。即使在移位鏡筒101被輕微地驅動時，這也能降低移位鏡筒101的驅動阻力以 準確地控制移位鏡筒101的位置。換句話說，可以實現具有良好圖像穩定性能的圖像穩定單元。由於移位鏡筒101能在降低的反衝之下移動，就能在降低的噪音水平下執行圖像穩定操作，並且能準確地獲得位置反饋控制。在實施例1中，移位鏡筒101由被夾持於移位鏡筒101和在透鏡 裝置中用作固定部件的基座鏡筒102之間的第一球109a至109c在光 軸正交平面上引導，這能避免移位鏡筒101的位置精確度受到由於將 球和導向部件或者防止移位鏡筒101旋轉的防旋轉部件放置在基座鏡 筒102和移位鏡筒101之間所產生的累積製造誤差的影響。因此，移 位鏡筒101的位置控制能以較高的精確度來執行。在實施例1中，兼作第一偏壓部件和第二偏壓部件的導向彈簧 114a和114b用來減少組成部件的數目，以提供圖像穩定單元的尺寸 減小。由於導向彈簧114a和114b沒有在光軸正交方向上與移位鏡筒 101在光軸正交平面中的移動相聯繫地發生變形，就能避免移位鏡筒 101中由於這種變形所導致的驅動負載增加。在實施例1中，第一和第二致動器產生驅動力的上下偏移方向(第 一方向)和左右偏移方向(第二方向)不同於第二導槽部分101A和 IOIB延伸的第三方向，以防止移位鏡筒101旋轉。這使得笫二導槽部 分101B能放置於在移位鏡筒101中的第一和第二致動器內部形成的 角部空間中。不然將為死角區的角部空間能得到有效的利用，以減小 移位鏡筒101的尺寸，並且因而也減小了圖像穩定單元5的尺寸。這 適用於稍後描述的實施例3和4。然而，第一和第二方向可以與第三 和第四方向相同。(實施例2 )圖8、9和10示出了作為本發明實施例2的圖像穩定單元的構造。 圖8是示出圖像穩定單元在從前面看時的分解透視圖，並且圖9是示 出圖像穩定單元在從後面看時的分解透視圖。圖10是示出圖像穩定單 元的剖視圖。實施例2的圖像穩定單元安裝在圖2和3中所示的透鏡裝置上，並且透鏡裝置構成圖7中所示攝像機的透鏡鏡筒部分。附圖標記201示出了用作保持校正透鏡L3b的透鏡保持部件的移 位鏡筒。附圖標記202示出了用作基座部件且保持前透鏡子單元L3a 的基座鏡筒。附圖標記203p示出了磁體，其是被極化以使得磁體在正交於光軸 的豎直方向上被分開的兩個半部具有布置在光軸方向上相對位置處的 S極和N極。附圖標記204p示出了放置在磁體203p後面並且形成磁 路一部分的下磁軛。附圖標記205p示出了驅動線團，其放置為面向形 成於磁體203p的上部和下部中的兩個磁極。附圖標記206示出了形成 磁路一部分的上磁輒。下磁軛204p、磁體203p以及上磁扼206固定 至基座鏡筒202以形成磁路。驅動線圏205p通過粘合固定至移位鏡筒 201。在電流經過驅動線圈205p時，磁性迴路中的間隙磁通量磁性地千 涉由驅動線圏205p產生的磁通量，從而引起給移位鏡筒201提供驅動 力以便在上下偏移方向上驅動移位鏡筒201的洛倫茲力。換句話說， 下磁扼204p、》茲體203p、驅動線圏205p以及上磁扼206構成在上下 偏移方向上移動移位鏡筒201 (並且從而移動校正透鏡L3b)的第一 致動器。上下偏移方向相應於第一方向。下磁輒204y、磁體203y、驅動線團205y以及上磁軛206形成在 左右偏移方向上移動移位鏡筒201的第二致動器.左右偏移方向相應 於笫二方向。附圖標記207示出了移位彈簧，其用作將移位鏡筒201朝著基座 鏡筒202偏壓的第一偏壓部件。移位彈簧207是壓縮螺旋彈簧，其具 有內徑的一端安裝至圍繞移位鏡筒201中的校正透鏡L3b形成的圓柱 形部分的外圓周。附圖標記208示出了保持移位彈簧207的另 一個端 並且用螺釘固定至基座鏡筒202的彈簧支架。以下，將給出用於將移位鏡筒201支撐於基座鏡筒202上的構造 以及限制移位鏡筒201繞著光軸旋轉的描述。附圖標記209a、 209b和209c示出了三個笫一球。這三個第一球平坦底面且形成在基座鏡筒202的三個位置 處的矩形凹形部分202a、202b和202c中。另 一方面，三個第一球209a、 209b和209c與之接觸的平坦部分201a、 201b和201c形成在移位鏡 筒201的三個位置處。第一球209a至209c由來自移位彈簧207的偏 壓力分別夾持在凹形部分202a、202b和202c的底面與平坦部分201a、 201b和201c之間。每個凹形部分的尺寸使得在第一球放置在凹形部分的中心之後， 第一球在移位鏡筒201從可移動範圍的中心位置至可移動範圍的機械 限制位置的移動期間可以滾動。這允許了在第一球209a至209c滾動時，移位鏡筒201相對基座 鏡筒202在光軸正交平面中移動。移位鏡筒201機械上的最大可移動 量^L確定為使得在移位鏡筒201的圓筒形部分201d和在基座鏡筒202 的內圓周上形成於上下偏移方向和左右偏移方向上的平坦部分202d 之間留下間隙。附圖標記210示出了用作第一導向部件的導向部件。附圖標記211 示出了用作放置於導向部件210和移位鏡筒201之間的第二導向部件 的防旋轉部件。附圖標記212a和212b示出了兩個第二球。笫二球212a和212b 放置在形成於導向部件210和防旋轉部件211的每個中的第一限制部 分中。附圖標記210a和210b示出了第一導槽部分，其形成於導向部件 210中的兩個位置處，且用作第一限制部分。附圖標記211a和211b 示出了第一導槽部分，其形成於防旋轉部件211中的兩個位置處，且 用作第一限制部分。每個第一導槽部分提供為延伸通過導向部件210 和防旋轉部件211，並且具有在箭頭A的方向上延伸的細長槽的形狀。第一導槽部分210a和211a在光軸方向上彼此相對，並且第二球 212a放置在其間。笫一導槽部分210b和211b在光軸方向上彼此相對， 並且第二球212b放置在其間。導向部件210由來自稍後描述的第二偏壓部件的偏壓力朝著防旋轉部件211 (以及移位鏡筒201)偏壓，並且偏壓力使得笫二球被夾持 在第一導槽部分之間。每個第一導槽部分形成為在圖8和9中的箭頭A的方向上延伸， 並且具有的長度使得在滾動第二球時導向部件210和防旋轉部件211 在箭頭A的方向上相對移動。第一導槽部分在箭頭A方向上的端面接 觸第二球，以限制導向部件210和防旋轉部件211的相對移動範圍。 箭頭A的方向相應於正交於光軸的第三方向。每個第一導槽部分與第二球接觸或接合以限制導向部件210和防 旋轉部件211在不同於箭頭A方向的方向上的相對移動。換句話說，導向部件210和防旋轉部件211的每一個具有接觸第 二球的第一限制部分，以允許伴隨著第二球的滾動，導向部件210和 防旋轉部件211在第三方向上相對移動，以及限制它們在不同於第三 方向的方向上的相對移動。附圖標記213a和213b示出了兩個第三球。第三球213a和213b 放置在形成於防旋轉部件211和移位鏡筒201中的第二限制部分中。附圖標記211A和211B示出了兩個導槽部分，它們形成於防旋轉 部件211的兩個位置處且用作為上述第二限制部分。附圖標記201A 和201B示出了第二導槽部分，它們形成於移位鏡筒201的兩個位置 處且用作為上述第二限制部分。形成在防旋轉部件211中的第二導槽部分211A和211B的每一個 延伸通過防旋轉部件211，並且具有在箭頭B的方向上延伸的細長槽 的形狀。另一方面，形成於移位鏡筒210中的第二導槽部分201A和 201B的每一個在箭頭B的方向上延伸，並且具有與實施例1中所述 的第二導槽部分相同的形狀。第二導槽部分211A和201A在光軸方向 上彼此相對，並且第三球213a放置於其間。第二導槽部分211B和201B 在光軸方向上彼此相對，並且第三球213b放置於其間。防旋轉部件211由來自稍後描述的第二偏壓部件的偏壓力朝著移 位鏡筒201偏壓，並且偏壓力允許第三球被夾持在第二導槽部分之間。每個第二導槽部分具有的長度使得在滾動第三球的同時，防旋轉部件211和移位鏡筒201在箭頭B的方向上相對移動。第二導槽在箭 頭B的方向上的端面接觸第三球以限制防旋轉部件211和移位鏡筒 201在箭頭B的方向上的相對移動範圍，箭頭B的方向相應於正交於 光軸的第四方向。每個第二導槽部分與第三球接觸或接合以限制防旋轉部件211和 移位鏡筒201在不同於箭頭B方向的方向上的相對移動。換句話說，防旋轉部件211和移位鏡筒201的每一個具有接觸第 三球的第二限制部分，以允許伴隨著第三球的滾動，防旋轉部件211和移位鏡筒201在第四方向上相對移動，並且用第三球限制它們在不 同於第四方向的方向上的相對移動。在實施例2中，第三方向和第一方向(上下偏移方向)相同，而 第四方向和第二方向(左右偏移方向)相同。附圖標記214a、 214b、 214c和214d示出了用作為第二偏壓部件 的導向彈簧，其在光軸方向上將導向部件210朝著移位鏡筒201偏壓。通過將設置於基座鏡筒202中的定位銷202D和202E插入設置於 導向部件210中的定位孔210d和防旋轉細長孔210e中，在光軸正交 平面中將導向部件210相對基座鏡筒201定位。導向彈簧214a至214d由壓縮螺旋彈簧所形成，並且其一端接觸 形成於基座鏡筒202中的孔的底面，且另 一端接觸導向部件210以在 光軸方向上將導向部件210朝著移位鏡筒201偏壓。導向彈簧214a 至214d相對於第二球212a和212b以及第三球213a和213b的平衡 布置能將導向部件210和防旋轉部件211朝著移位鏡筒201穩定地偏 壓。利用上述構造，防旋轉部件211僅能在箭頭A的方向上相對於導 向部件210移動，即，基座鏡筒202以及移位鏡筒201僅能在箭頭B 的方向上相對於防旋轉部件211移動。因此，移位鏡筒201能與光軸 正交平面平行地移動(即，能在光軸正交平面中平行移動)，同時其繞 著光軸的旋轉受到限制(被防止)。如實施例1所述的球復位操作能執行以在有效使用中僅通過球滾動來在所有驅動方向上引導移位鏡筒201而沒有反沖，並且不會產生 任何滑動摩擦，所以驅動響應度得到改善。在實施例2中，由於移位鏡筒201在光軸方向上由移位彈簧207 和導向彈簧214a至214d從相對側偏壓，所以移位彈簧207的偏壓力 設置為大於導向彈簧214a至214d的偏壓力的合力。以下，將描述實施例2中用於檢測移位鏡筒201的位置的構造。附圖標記215示出了傳感器支架，其用螺釘固定至基座鏡筒202。 附圖標記216示出了 iRED，其用作發光元件，並且在光軸方向上發 出紅外光通量。iRED216通過粘合固定至移位鏡筒201。附圖標記217示出了二維PSD,其用作光接收元件，並且通過粘 合固定至傳感器支架215。附圖標記201s示出了形成於移位鏡筒201 中用於iRED216的光投射窗口。附圖標記215s示出了形成於傳感器支架215中的孔徑光闌窗口 。 從iRED216發出的紅外光通量由孔徑光闌窗口 215s所限制，以使得 光通量的一部分通過孔徑光闌窗口 215s並且由二維PSD 217所接收。iRED216p和光投射窗口 201s設置給可移動的移位鏡筒210，而 孔徑光闌窗口 215s和二維PSD 217設置於固定的傳感器支架215上。 當移位鏡筒210在光軸正交平面中的任意方向上從可移動範圍的中心 部分移動時，從iRED 216發出的紅外光通量通過孔徑光闌窗口 215s 並且在二維PSD 217上在與移位鏡筒201的移動方向相反的方向上移 動。因而，根據移位鏡筒201移動量的電倌號由二維PSD217所提供。這將參照圖11更詳細地描述。圖11示出了 iRED 216的發光部分 216s、孔徑光闌窗口 215s和二維PSD 217的光接收部分217s之間的 關係。箭頭D相應於上下偏移方向，而箭頭C相應於左右偏移方向。圖11示出了光接收部分216s從與二維PSD 217的兩個正交檢測 軸線D'和C'的交叉點相對的位置與移位鏡筒201 —起移動至位置 216s',在此情況下，從發光部分216s發出、通過孔徑光闌窗口 215s 並且投射到光接收部分217s上的紅外光通量從檢測軸線D'和C'的交 叉點移動至距離與移位鏡筒201的移動量成正比的位置。D'和C'方向上的光接收位置可被檢測到，以便提供關於移位鏡筒210在上下偏移方向和左右偏移方向上v^可移動範圍的中心位置處的移動量的信息。如此，iRED 216、光投射窗口 201s、孔徑光闌窗口 215s以及二 維PSD 217構成位置檢測器。由於移位鏡筒201繞著光軸的旋轉在很小的反衝下被限制(防 止)，所以二維PSD能在實施例2中使用。如果存在任何反沖，移位 鏡筒210和與之固定的iRED 216就會旋轉。在此情況中，例如，雖 然iRED 216在箭頭D的方向上移動，但是二維PSD 217在檢測軸線 D'的方向上的輸出幾乎沒有出現改變，並且輸出在檢測軸線C'的方向 上改變，因此可以準確地檢測到移位鏡筒201的位置。如上所述，在實施例2中，能滾動的球用於允許移位鏡筒201在 光軸正交平面上的移動，同時防止移位鏡筒201在光軸方向上的移動， 並且能滾動的球用於引導移位鏡筒201的平行移動，同時防止移位鏡 筒201的旋轉。即使在移位鏡筒201被稍微地驅動時，這也能降低移 位鏡筒201的驅動阻力以準確地控制移位鏡筒201的位置。換句話說， 能實現具有良好圖像穩定性能的圖像穩定單元。由於移位鏡筒201能在降低的反衝下移動，就能在降低的噪音水 平下執行圖像穩定操作。即使使用了實施例2所述的二維PSD 217或 者在任意位置處使用了實施例1所述的兩個位置檢測器時，也能準確 地實現位置反饋控制。在實施例2中，移位鏡筒201在光軸正交平面中由夾持在移位鏡 筒201和在透鏡裝置中用作固定部件的基座鏡筒202之間的第一球 209a至209c來導向。即使在球和導向部件210或用來防止移位鏡筒 201旋轉的防旋轉部件211放置於基座鏡筒202和移位鏡筒201之間 時，這也能避免對移位鏡筒201的位置控制的精確度降低。(實施例3)圖12和13示出了作為本發明實施例3的圖像穩定單元的構造。 圖12是示出圖像穩定單元從前面看時的分解透視圖，並且圖13是示出圖像穩定單元從後面看時的分解透視圖。實施例3的圖像穩定單元是實施例1所述圖像穩定單元的變型， 並且對於在基座鏡筒302上支撐移位鏡筒301、限制移位鏡筒301繞 著光軸的旋轉以及致動器，具有與實施例l相同的構造。因而，與實 施例l相同的元件和構成部分用後兩位數字與實施例l相同且第一位 數字用"3"代替"1"的附圖標記來標識，並且省略其描述。實施例3和實施例1的不同在於，實施例3具有返回機構，其通 過使用球來產生向著防旋轉部件311和移位鏡筒301的每一個的可移 動範圍的中心位置的返回力(下面稱為中心返回力)。實施例3和實施 例1的顯著不同還在於，實施例3沒有用於檢測移位鏡筒301的位置 的構造。在實施例3中使用上基座315來替換實施例1中的傳感器基 座115。首先，將描述返回機構。在實施例3中，用於所述防旋轉部件311 的中心返回力通過適當地成形凹形部分311c的底面和表面310c的形 狀而產生，所述凹形部分311c的底面和表面310c分別為防旋轉部件 311和導向部件310提供且其間夾持球312c。用於移位鏡筒301的中 心返回力通過適當地成形為防旋轉部件311和移位鏡筒301提供並且 其間夾持第三球313a和313b的第二導槽部分(311A、 301A )和(311B、 301B)的形狀而產生。這將參照圖14A和14B詳細描述，圖14A和14B是示出其間夾 持球312c的凹形部分311c和表面310c沿著箭頭A方向的剖視圖。圖14A示出了沒有相對移動的防旋轉部件311和導向部件310。 球312c定位在凹形部分311c和表面310c的中心。凹形部分311c的 底面形成為朝著表面310c凹下的彎曲表面。另一方面，表面310c形 成為朝著凹形表面311c凹下的彎曲表面。在圖14A中，表面310c(導向部件310)承受來自導向彈簧314a 和314b的偏壓力，並且經由球312c將凹形部分311c(防旋轉部件311) 的底面向下推。圖14B示出了從圖14A所示狀態在箭頭A的方向上移位的防旋轉部件311。在從圖14A中的狀態向圖14B中的狀態轉換期間，由於 表面由彎曲表面形成，球312c在凹形部分311c的底面和表面310c上 滾動，在圖14B的狀態中，球312c根據底面311c的曲率將向右的力 (即中心返回力)施加於防旋轉部件311。表面311c的曲率越大，中 心返回力就越大。如此，凹形部分311c的底面和表面310c形成為彎曲表面，即， 根據防旋轉部件311的位移量以連續變化的角度傾斜的表面。這能給 防旋轉部件311提供與防旋轉部件311的位移量成正比的中心返回力。分別設置給防旋轉部件311和移位鏡筒301的第二導槽部分311B 和301B,在正交於箭頭B方向的截面中具有與參照圖5A如實施例1 所述相同的形狀。然而，它們在沿著箭頭B方向的截面上具有如圖14A 和14B所示的形狀。當移位鏡筒301在箭頭B的方向上相對於防旋轉 部件311移動時，第三球313b根據第二導槽部分311B和301B的曲 率將中心返回力施加於移位鏡筒301。曲率越大，中心返回力越大。如此，笫二導槽部分311B和301B的形狀形成為彎曲表面，即， 根據移位鏡筒301的位移量以連續變化的角度傾斜的表面。這能給移 位鏡筒301提供與移位鏡筒301的位移量成正比的中心返回力。由於提供了上述返回機構，移位鏡筒301的位置由通過第一和第 二致動器產生的驅動力所確定。這允許了所謂的開放控制，其中移位 鏡筒301的位置僅通過輸入第一和第二致動器的電流值來控制，而無 需用位置檢測電路來檢測位置。在實施例3中，考慮到致動器的驅動力根據移位鏡筒301的移動 量而改變，與球接觸的表面的傾斜角也變化。因此，在致動器的驅動 力(輸入電流值)和中心返回力之間獲得有利的平衡，以提高移位鏡 筒301的位置控制中的精確度。以下，圖15示出了其上安裝透鏡裝置(透鏡鏡筒部分)的攝像機 的構造，所述透鏡裝置包括實施例3的圖像穩定單元。由於圖像穩定單元具有上述返回機構，攝像機不需要實施例1中 所述的位置檢測電路。微型計算機352執行用於圖像穩定單元的開放控制。剩餘構造與實施例1中所描述的攝像機的構造相同。因此，與實 施例1相同的組件用相同的附圖標記，或者用後兩位數字與實施例1相同且第一位數字用"3"代替"1"的附圖標記來標識，並且省略其 描述，在對圖像穩定單元執行開放控制時，根據作用在攝像機上的慣性 力(包括重力)的大小或方向，可能會引起移位鏡筒301的位置誤差。 為了更準確地對移位鏡筒301執行位置控制，優選地為攝像機提供加 速度傳感器以消去由慣性力導致的控制誤差。移位鏡筒301的返回機構可以通過具有與實施例3所述構造不同 的機構來實現。(實施例4)圖16和17示出了作為本發明實施例4的圖像穩定單元的構造。 圖16是示出圖像穩定單元從前面看時的分解透視圖，並且圖17是圖 像穩定單元從後面看時的分解透視圖。實施例4的圖像穩定單元安裝 在圖2和3所示的透鏡裝置上，並且透鏡裝置構成圖7中示出的攝像 機的透鏡鏡筒部分。附圖標記401示出了用作保持校正透鏡L3b的透鏡保持部件的移 位鏡筒。附圖標記402示出了形成基座部件一部分並且保持前透鏡組 件L3a的基座鏡筒。在實施例4中，基座鏡筒402兼作第一導向部件。附圖標記403p示出了磁體，該磁體是被極化的以使得其在正交於 光軸的豎直方向上被分開的兩個半部類似於實施例1那樣具有在光軸 方向上布置在相對位置處的S極和N極。附圖標記404p示出了放置 於磁體403p後面並且形成磁路的一部分的下磁軛。附圖標記405p示 出了驅動線圏，其放置為面對形成於磁體403p的上部和下部中的兩個 磁極。附圖標記406示出了形成磁路一部分的上磁輒。下磁輒404p、磁 體403p以及上磁軛406都固定至基座鏡筒402以形成磁路。驅動線圏405p通過粘合固定至移位鏡筒401。在電流經過驅動線圏405p時，/F茲性迴路中的間隙磁通量磁性地幹 涉由驅動線圏405p產生的磁通量，從而引起給移位鏡筒401提供驅動 力以便在上下偏移方向上驅動移位鏡筒401的所謂洛倫茲力。換句話 說，下磁軛404p、磁體403p、驅動線圏405p以及上磁扼406構成在 上下偏移方向上移動移位鏡筒401 (並且從而移動校正透鏡L3b)的 第一致動器。上下偏移方向相應於第一方向。下磁軛404y、磁體403y、驅動線圏405y以及上磁扼406形成在 左右偏移方向上移動移位鏡筒401的第二致動器。左右偏移方向相應 於第二方向。附圖標記407示出了用作第一偏壓部件的移位彈簧，其將移位鏡 筒401朝著基座鏡筒402偏壓。移位彈簧407是壓縮螺旋彈簧，其具 有外徑的一端安裝在圍繞移位鏡筒401中的校正透鏡L3b形成的多個 彈簧保持部分401d內。附圖標記408示出了保持移位彈簧407的另一 個端並且用螺釘固定至基座鏡筒402的彈簧支架。以下，將參照圖16至19描述用於在基座鏡筒402上支撐移位鏡 筒401以及限制移位鏡筒401繞著光軸旋轉的構造。圖18示出了在從 後面看時的圖像穩定單元。圖19是示出沿著圖18中所示的C-C線 所截取的圖像穩定單元的剖視圖。附圖標記402a、 402b和402c示出了第一導槽部分，其形成於兼 作第一導向部件的基座鏡筒402中的三個位置處，並且用作為第一限 制部分。附圖標記412a和412b示出了放置於第一導槽部分402a和 402b中的第二球。附圖標記411示出了用作第二導向部件的防旋轉部件。附圖標記 411a和411b示出了第一導槽部分，其形成於防旋轉部件411中的兩 個位置處，並且用作第一限制部分。附圖標記411c示出了具有平坦底 面且形成於防旋轉部件411中的凹形部分。第一導槽部分402a、 402b、 402c、 411a以及411b具有與在實施 例1中所述的第一導槽部分相同的形狀。凹形部分411c具有與在實施例1中所述的凹形部分lllc相同的形狀。第二球412a放置於由在光軸方向上彼此相對的第一導槽部分 402a和411a所形成的空間中。第二球412b放置於由在光軸方向上彼 此相對的第一導槽部分402b和411b所形成的空間中。球412c放置於 由在光軸方向上彼此相對的移位鏡筒401的第 一導槽部分402c和防旋 轉部件411的凹形部分411c所形成的空間中。防旋轉部件411經由移位鏡筒401在來自兼作第二偏壓部件的移 位彈簧407的偏壓力之下朝著基座鏡筒402被偏壓。偏壓力導致第二 球412a、 412b和412c被夾持在第一導槽部分402a、 402b、 411a、 411b 和凹形部分411c之間。每個第一導槽部分形成為在圖16和17所示箭頭A的方向上延伸， 並且具有的長度使得在滾動第二球的同時，兼作第一導向部件的基座 鏡筒402和防旋轉部件411在箭頭A的方向上相對移動。第一導槽部 分在箭頭A方向上的端面接觸第二球，以限制移位鏡筒402和防旋轉 部件411的相對移動範圍。箭頭A的方向相應於正交於光軸的第三方 向。另外，每個第一導槽部分與第二球接觸或接合，以限制基座鏡筒 402和防旋轉部件411在與箭頭A的方向不同的方向上的相對移動。換句話說，基座鏡筒402和防旋轉部件411的每一個具有接觸第 二球的第一限制部分，以允許伴隨著第二球的滾動，基座鏡筒402和 防旋轉部件411在第三方向上相對移動，並且用第二球限制它們在不 同於第三方向的方向上的相對移動。附圖標記401a、 401b和401c示出了第二導槽部分，它們形成於 移位鏡筒401的三個位置處，並且用作第二限制部分。附圖標記413a 和413b示出了放置於第二導槽部分401a和401b中的第三球。附圖 標記413c示出了放置於第二導槽部分401c中的球。附圖標記411A和411B示出了第二導槽部分，它們形成於防旋轉 部件411的兩個位置處，並且用作第二限制部分。附圖標記411C示 出了具有平坦底面且形成於防旋轉部件411中的凹形部分。第二導槽部分401a、 401b、 401c、 411A和411B具有與實施例1 所述第二導槽部分相同的形狀。凹形部分411C具有與實施例1所述 凹形部分111C相同的形狀。第三球413a放置於由彼此相對的第二導槽部分411A和401a所 形成的空間中。第三球413b放置於由在光軸方向上彼此相對的第二導 槽部分411B和401b所形成的空間中。球413c放置於由在光軸方向 上彼此相對的移位鏡筒401的第二導槽部分401c和防旋轉部件411的 凹形部分411C所形成的空間中。移位鏡筒401承受來自用作第一偏壓部件的移位彈簧407的偏壓 力。該偏壓力導致第三球413a和413b以及球413c -皮夾持在第二導槽 部分401a、 401b、 401c、 411A、 411B和凹形部分411C之間。每個第二導槽部分形成為在圖16和17所示箭頭B的方向上延伸， 並且具有的長度使得在滾動第三球的同時，防旋轉部件411和移位鏡 筒401在箭頭B方向上的相對移動。第二導槽部分在箭頭B的方向的 端面接觸第三球以限制防旋轉部件411和移位鏡筒401在箭頭B方向 上的相對移動範圍。箭頭B的方向相應於正交於光軸的第四方向。另外，每個第二導槽部分與第三球接觸或接合，以限制防旋轉部 件411和移位鏡筒401在與箭頭B的方向不同的方向上的相對移動。換句話說，防旋轉部件和移位鏡筒401的每一個具有第二限制部 分，該第二限制部分接觸第三球以允許伴隨著第三球的滾動，防旋轉 部件411和移位鏡筒401在第四方向上相對移動，並且用第三球限制 它們在與第四方向不同的方向上的相對移動。移位彈簧407的偏壓力作用在移位鏡筒401和防旋轉部件411上， 以通過頂點在三個球412a至412c處的三角形以及頂點在球413a至 413c處的三角形。這使得防旋轉部件411和移位鏡筒401能朝著基座 鏡筒402被穩定地偏壓。在實施例4中，防旋轉部件411能僅在箭頭A的方向上相對基座 鏡筒402移動，並且移位鏡筒401能僅在箭頭B的方向上相對防旋轉 部件411移動。因此，移位鏡筒401能與光軸正交平面平行地移動(即，能夠在 光軸正交平面中平行移動)，同時其繞著光軸的旋轉受到限制(防止)。移位鏡筒401機械上最大的可移動量被確定為使得在移位鏡筒 401形成於上下偏移方向和左右偏移方向上的平坦部分401d與彈簧支 架408的圓柱形部分408d之間留下一定的間隙。在實施例4中，第二球412a、 412b，第三球413a、 413b以及球 412c、 413c具有在光軸正交平面中在上下偏移和左右偏移方向上引導 移位鏡筒401同時限制移位鏡筒401在光軸方向上相對於基座部件 402移動的功能。換句話說，第二球412a、 412b,第三球413a、 413b 以及球412c、 413c兼作第一球。以下，將描述用於檢測移位鏡筒401的位置的構造。附圖標記415 示出了用螺釘固定至基座鏡筒402的傳感器支架。附圖標記416p示出了用作發光部件和在光軸方向上發出紅外光 通量的iRED 。 iRED 416p通過粘合固定至移位鏡筒401。附圖標記 417p示出了用作光接收部件並且通過粘合固定至傳感器基座415的 PSD。附圖標記401p示出了形成於移位鏡筒401中用於iRED 416p的 光投射窗口。附圖標記415p示出了形成於傳感器基座415中的縫。從 iRED 416p發出的紅外光通量由縫415p所限制，以使得光通量的一部 分通過縫415p並且由PSD 417p接收到。由iRED 416p、光投射窗口 401p、縫415p以及PSD 417p所構成 的位置檢測器基於與實施例1相同的檢測原理在上下偏移方向上執行 移位鏡筒401的位置檢測。由iRED416y、光投射窗口 401y、縫415y以及PSD 417y所構成 的位置檢測器基於與上下偏移方向上相同的檢測原理在左右偏移方向 上執行移位鏡筒401的位置檢測。根據實施例4，能實現與實施例1類似的效果。另外，由於基座 部件用作第一導向部件並且第一和第二偏壓部件由相同的部件構成， 就能減少組件的數目，從而實現與實施例1至3相比尺寸更小的圖像穩定單元。如上所述，根據實施例1至4，透鏡保持部件能在光軸正交平面 中在任意的方向上以降低的摩擦阻力移動，同時防止了透鏡保持部件 繞著光軸的旋轉。因此，驅動響應度和圖像穩定性能可得到改進，以 便實現振動和噪音減少的光學圖像穩定器以及包括這種光學圖像穩定 器的光學裝置。雖然已經描述了本發明的數個示例性實施例，但是本發明並不限 於這些實施例並且在不脫離本發明範圍的情況下能做出各種變化和變 型。例如，第一至第三球的數目可設置為除了實施例l至4所述之外 的數目。此外，本發明並不限於這些優選實施例並且在不脫離本發明範圍 的情況下能做出各種變化和變型。本申請要求於2007年1月26日申請的日本專利申請 No.2007-017032的國外優先權，該日本申請的全部內容通過參考結合 於此，如同在這裡完全闡述一樣。
權利要求
1.一種光學圖像穩定器，包括基座部件；保持透鏡並且可在正交於透鏡光軸的平面中相對於基座部件移動的透鏡保持部件；在第一方向上給透鏡保持部件提供驅動力的第一致動器；在第二方向上給透鏡保持部件提供驅動力的第二致動器，所述第一和第二方向正交於光軸；在正交於光軸的一方向上固定至基座部件的第一導向部件；放置在第一導向部件和透鏡保持部件之間並且可在正交於光軸的一方向上相對於基座部件移動的第二導向部件；放置在基座部件和透鏡保持部件之間並且與透鏡保持部件在正交於光軸的平面中相對於基座部件的移動相聯繫地滾動的第一球；放置在第一導向部件和第二導向部件之間的第二球；以及放置在第二導向部件和透鏡保持部件之間的第三球，其中第一導向部件和第二導向部件中的每一個包括第一限制部分，該第一限制部分接觸第二球以允許伴隨著第二球的滾動，第一和第二導向部件在正交於光軸的第三方向上進行相對移動，並且第一和第二導向部件在與第三方向不同的方向上的相對移動由第二球限制，並且其中第二導向部件和透鏡保持部件中的每一個包括第二限制部分，該第二限制部分接觸第三球以允許伴隨著第三球的滾動，第二導向部件和透鏡保持部件在正交於光軸的第四方向上進行相對移動，並且第二導向部件和透鏡保持部件在與第四方向不同的方向上的相對移動由第三球限制。
2. 根據權利要求l所述的光學圖像穩定器，其中第一限制部分和 第二限制部分在相對移動受到限制的方向上在至少兩個位置處分別接 觸第二球和第三球。
3. 根據權利要求l所述的光學圖像穩定器，其中第一球接觸基座 部件和透鏡保持部件。
4. 根據權利要求l所述的光學圖像穩定器，其中第三和第四方向 不同於第一和第二方向。
5. 根據權利要求l所述的光學圖像穩定器，還包括 將透鏡保持部件朝著基座部件偏壓的第一偏壓部件；以及 將第一導向部件朝著透鏡保持部件偏壓的第二偏壓部件。
6. 根據權利要求5所述的光學圖像穩定器，其中第一偏壓部件兼 作第二偏壓部件，並且其中偏壓部件將第一導向部件、第二導向部件以及透鏡保持部件 朝著基座部件偏壓。
7. 根據權利要求1所述的光學圖像穩定器，還包括返回機構，該 返回機構包括一球以及接觸該球以產生使透鏡保持部件朝著其可移動 範圍的中心返回的力的表面。
8. —種光學裝置，包括根據權利要求l所述的光學圖像穩定器以 及圖像拾取元件。
全文摘要
一種光學圖像穩定器包括透鏡保持部件、在第一和第二方向上驅動透鏡保持部件的第一和第二致動器、固定至基座部件的第一導向部件、放置於第一導向部件和透鏡保持部件之間的第二導向部件、以及放置於基座部件和透鏡保持部件之間並且與透鏡保持部件的移動相關聯地滾動的第一球。允許伴隨著第二球的滾動，第一和第二導向部件在第三方向上進行相對移動，並且第一和第二導向部件在不同於第三方向的方向上的相對移動受到第二球的限制。允許伴隨著第三球的滾動，第二導向部件和透鏡保持部件在第四方向上進行相對移動，並且第二導向部件和透鏡保持部件在不同於第四方向的方向上的相對移動受到第三球的限制。
文檔編號G03B5/00GK101231444SQ200810004589
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月25日 優先權日2007年1月26日
發明者野口和宏 申請人:佳能株式會社