CN109196759A - 音圈电动机、透镜移动装置及摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无需增加线圈的重量便可获得所需推力的音圈电动机、透镜移动装置及摄像装置。音圈电动机(10)的磁轭(11)具有作为磁铁保持部的外侧磁轭(15A)及作为线圈插通部的内侧磁轭(15B)。磁铁(12)固定于外侧磁轭(15A)的内侧磁轭(15B)侧的面。线圈(13)插通于内侧磁轭(15B)。线圈(13)形成为作为外侧长边(13B)的线长度的外侧线长度(LOt)比作为内侧长边(13A)的线长度的内侧线长度(LIt)短的梯形。由于外侧长边(13B)设为比内侧长边(13A)短，因此能够减小在外侧长边(13B)流动的电流引起的反推力，并与其量相应地抑制线圈(13)的推力的下降。

Description

音圈电动机、透镜移动装置及摄像装置

技术领域

本发明涉及一种音圈电动机、透镜移动装置及摄像装置。

背景技术

在数码相机等摄像装置或透镜镜筒等光学装置中，从携带的观点考虑，对小型轻质化的需求高，而且还要求提高自动聚焦的速度。因此，作为移动聚焦透镜组的可动透镜的驱动器，使用音圈电动机(Voice Coil Motor)等线性驱动器来代替旋转类型的马达(例如，参考专利文献1、2)。例如，专利文献1的[0032]～[0035]段落中，利用具有磁轭、磁铁及空心线圈的音圈电动机获得所需推力，从而向光轴方向移动聚焦透镜。并且，在专利文献2中，以包围聚焦透镜的方式配置线圈，通过4个磁轭获得推力。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-072062号公报

专利文献2：日本特开平8-094904号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

然而，在专利文献1的音圈电动机中，需要根据所需推力构成线圈等，导致重量增加与其相应的量。

并且，专利文献2的音圈电动机的情况下，也使用4个磁轭及磁铁或以包围透镜的方式形成线圈，因此导致重量增加。

本发明的目的在于提供一种无需增加线圈的重量便能够获得所需推力的音圈电动机、透镜移动装置及摄像装置。

用于解决技术课题的手段

本发明的音圈电动机具有磁轭、磁铁及线圈。磁轭具有磁铁保持部及相对于磁铁保持部设置间隙而平行地形成的线圈插通部。磁铁固定于磁铁保持部的线圈插通部侧的面。线圈插通于线圈插通部并通过通电沿着线圈插通部移动。线圈形成为作为与磁铁的相反的一侧的线长度的外侧线长度比作为磁铁侧的线长度的内侧线长度短的梯形。

另外，优选相对于磁铁保持部的与线圈的移动方向正交的方向的长度即宽度，线圈插通部的宽度形成为较窄。此时，易实现线圈的梯形化。并且，优选线圈插通部的外侧面的宽度方向的两端具有倒角部。此时，梯形线圈变得易移动。

优选磁轭具有：U形的磁轭主体，具有连结磁铁保持部及线圈插通部的连结部；及连结板，安装于磁轭主体的与连结部的相反的一侧的端部。此时，通过磁铁保持部、线圈插通部、连结部及连结板构成闭环的磁路，能够增加横穿线圈的磁通量。

本发明的透镜移动装置具备上述音圈电动机、连结于磁轭的第1部件及连结于线圈的第2部件，通过对线圈的通电，使第1部件及第2部件向线圈的移动方向相对移动来移动透镜。此时，能够在抑制重量增加的同时获得所需推力，能够高效地移动透镜。

本发明的摄像装置具备摄像部及具有使被摄体像成像于摄像部的上述透镜移动装置的光学装置。此时也能够高效地移动透镜。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够在减少线圈的重量的同时提高推力的音圈电动机、透镜移动装置及摄像装置。

附图说明

图1A是表示本发明的音圈电动机的立体图。

图1B是表示以往的音圈电动机的立体图。

图2是分解表示本发明的音圈电动机的立体图。

图3A是表示本发明的线圈周长的剖视图。

图3B是表示以往的线圈周长的剖视图。

图4是本发明的音圈电动机的侧视图。

图5是表示磁轭中的线圈位置与线圈位置上的推力的曲线图，基于圆形标志的折线表示本实施方式，基于三角标志的折线表示以往的实施方式。

图6是分解表示第2实施方式的音圈电动机的立体图。

图7是表示第3实施方式的音圈电动机的剖视图。

图8是表示本发明的摄像装置的示意性结构的剖视图。

图9是沿光轴方向分解聚焦机构的透镜移动部来示出的立体图。

图10是表示沿光轴方向分解聚焦机构并从后侧观察的状态的立体图。

图11是表示沿光轴方向分解聚焦机构并从前侧观察的状态的立体图。

具体实施方式

如图1A及图2所示，本发明的音圈电动机(以下，简称为VCM)10具备磁轭11、磁铁12及线圈13。磁轭11由磁性体构成，具有磁轭主体15及连结板16。磁轭主体15构成为设置间隙而使外侧磁轭15A与内侧磁轭15B以平行状态对置，并用连结部15C连结这些，从侧面观察时形成为U形。在与连结部15C的相反的一侧的内侧磁轭15B的端部形成有嵌合凸片15D。另一方面，在连结板16的上边部及下边部的中央形成有嵌合槽16A。在该嵌合槽16A嵌合有磁轭主体15的嵌合凸片15D，由此连结磁轭主体15与连结板16。外侧磁轭15A及内侧磁轭15B通过连结部15C及连结板16连结，由此构成闭环的磁路。通过该闭环的磁路，能够增加横穿线圈13的磁通量。

如图3A所示，外侧磁轭15A作为磁铁保持部发挥功能，内侧磁轭15B作为线圈插通部发挥功能。在外侧磁轭15A的内侧面固定有磁铁12。并且，在内侧磁轭15B移动自如地插通有线圈13。

相对于与外侧磁轭15A的宽度(与线圈13的移动方向(参考图4)正交的方向的长度)WO，内侧磁轭15B的宽度WI较窄。并且，内侧磁轭15B的外侧面的宽度方向的两端角部施以倒角，成为倾斜面(倒角部)18。另外，外侧磁轭15A及内侧磁轭15B中的内侧面是外侧磁轭15A及内侧磁轭15B相互对置的面。并且，外侧面是位于与内侧面的相反的一侧的外侧的面。

线圈13是卷绕铜线等裸线而形成的空心线圈。线圈13以包围内侧磁轭15B的方式形成为梯形。更具体而言，沿着内侧磁轭15B的外侧面的长边(外侧长边)13B的长度(外侧线长度)LOt比沿着内侧磁轭15B的内侧面的长边(内侧长边)13A的长度(外侧线长度)LIt短(LIt＞LOt)，形成为梯形。

如图4所示，线圈13在磁铁12所产生的磁场内，通过通电而沿着内侧磁轭15B移动。

在此，图1B及图3B所示的专利文献1中示出的以往的VCM100中，也在U形的磁轭101的外侧磁轭101A的内侧面配设磁铁102，在内侧磁轭101B插通有线圈103。如此，磁轭101、磁铁102及线圈103的配置与本实施方式相同，但不同点在于，如图3B所示，线圈103并非如线圈13的梯形，而是形成为包围内侧磁轭101B的矩形。因此，如前所述，在梯形线圈13中，内侧线长度LIt与外侧线长度LOt成为LIt＞LOt，而在以往的线圈103中，作为内侧长边103A的长度的内侧线长度LIr与作为外侧长边103B的长度的外侧线长度LOr成为相同长度。

但是，如箭头AI所示，在线圈103流动有电流时，线圈103主要通过作用于线圈103的内侧长边103A的推力而移动。然而，在外侧长边103B也沿内侧长边103A的相反方向流动有电流，因此对外侧长边103B作用有内侧长边103A的反方向的推力，这成为使推力下降的原因。本实施方式中，将线圈13形成为梯形，将外侧长边13B形成为比内侧长边13A短，因此作用于外侧长边13B的反方向的推力减小与该变短的量相应的量。因此，能够将推力提高与该反推力的减少量相应的量。

图5是表示使用梯形线圈13的本实施方式的VCM10与使用矩形的线圈103的以往例的VCM100的推力分布的曲线图。在横轴设置内侧磁轭15B、101B中的线圈13、103的位置(线圈位置，Coil posision)[mm]，在纵轴设置推力(Thrust)[N]。如图4中以实线所示，线圈13、103的位置表示距线圈13位于连结板16侧的始端位置的距离。线圈13在始端位置与图4中以双点划线表示的线圈位于连结部15C侧的终端位置之间移动，其移动距离ML例如为16.5mm。将线圈位置设为2mm间隔，求出各线圈位置上的对线圈施加的推力F[N]。另外，各VCM10、100中的驱动电压、线圈13、103的裸线直径、卷绕数、磁铁12、102及外侧磁轭15A、101A的尺寸设为相同。

能够通过F＝I·B·L求出施加于线圈的推力F[N]。其中，I是电流值[A]，B是磁通量密度[T]，L是接受磁通量的线圈的线长度[m]。并且，若将外侧长边13B上的磁通量密度设为BO，将内侧长边13A上的磁通量密度设为BI，将外侧长边13B的线长度设为LO，将内侧长边13A的线长度设为LI，则施加于内侧长边13A的推力方向成为施加于外侧长边13B的推力方向的相反方向。因此，能够通过Ft＝I·BI·LI-I·BO·LO求出施加于梯形的线圈13的推力Ft。

图5中，连结以圆形标志21表示的推力值的折线G1表示本实施方式的图1A等所示的VCM10中的推力分布。连结以三角标志22表示的推力值的折线G2表示图1B等所示的以往的VCM100中的推力分布。可知使用梯形线圈13的本实施方式中，与使用矩形线圈103的以往的线圈相比，各线圈位置中推力约上升0.015[N]。而且，如图3A所示，本实施方式中，使外侧长边13B比内侧长边13A短(LIt＞LOt)，因此能够使梯形线圈13中的中心线的周长Lct比以往的矩形线圈103中的中心线的周长Lcr(参考图3B)短(Lcr＞Lct)。通过该周长变短，构成线圈13的裸线长度也变短，线圈13变轻与其相应的量。

图6表示第2实施方式的VCM23。该VCM23中，将内侧磁轭24B的宽度形成为比外侧磁轭24A窄，且消除了基于第1实施方式的倒角的倾斜面18。另外，以下各实施方式中，对与第1实施方式相同的构成部件标注相同符号，并省略重复说明。第2实施方式中，也能够将线圈13形成为梯形，能够与第1实施方式相同地减轻线圈13的重量的同时提高推力。并且，第2实施方式中，在外侧磁轭24A及内侧磁轭24B形成矩形开口25，进一步减轻重量。开口25设为沿线圈13的移动方向较长的矩形狭缝，由此即使形成开口25，也能够抑制外侧磁轭24A及内侧磁轭24B的磁力下降，不使推力下降便能够减轻重量。

图7表示第3实施方式的VCM27。该VCM27中，与第2实施方式的VCM23相反，将外侧磁轭28A及内侧磁轭28B的宽度设为相同，并在内侧磁轭28B形成有倾斜面18。由此，能够将线圈13形成为梯形，并能够提高推力的同时减轻重量。

本发明的VCM10、23、27除了用于以下说明的透镜移动装置或摄像装置30以外，还用于各种驱动装置。另外，形成于第2实施方式的VCM23的开口25也可以形成于其他第1实施方式或第3实施方式的外侧磁轭15A、28A及内侧磁轭15B、28B。

接着，参考图8～图11，作为一例对具有使用第2实施方式的VCM23的透镜移动装置的摄像装置进行说明。实施了本发明的摄像装置30具有作为光学装置的透镜单元31及作为摄像部的相机主体32。透镜单元31作为更换透镜单元来构成，使被摄体像成像于相机主体32内的成像元件36。该透镜单元31具有对相机主体32装卸自如的连接器33。另外，透镜单元31也可以与相机主体32一体构成。

透镜单元31在镜筒部件35内具备光学系统34。光学系统34具有沿着光轴Ax从被摄体侧依次配设的第1透镜41～第5透镜45。另外，第1透镜41～第5透镜45分别作为1个透镜而示意性地示出，但这些也可以是多个透镜的透镜组。

相机主体32具备拍摄通过光学系统34获得的被摄体的光学像的成像元件36。控制部37对成像元件36输入拍摄时机等各种摄像条件的信息，读入从成像元件36输出的所拍摄的图像信号。并且，对所读入的图像信号实施模拟处理及数字处理，生成输出用的摄像图像数据。

在镜筒部件35内从被摄体侧依次配设有第1聚焦机构46、光圈机构48、防振机构49及第2聚焦机构47。第1聚焦机构46及第2聚焦机构47作为本发明的透镜移动装置发挥功能。

在镜筒部件35的外周旋转自如地安装有聚焦环38。进行手动聚焦时，若旋转聚焦环38，则与该旋转相应地，例如，作为第2透镜的第1聚焦透镜42及作为第4透镜的第2聚焦透镜44分别沿光轴Ax的方向(以下，简称为光轴方向)个别地移动。通过该移动，在与摄影距离相应的规定的光轴位置配设第1聚焦透镜42、第2聚焦透镜44，实现对焦。

第1透镜41及第5透镜45为固定透镜，分别固定于镜筒部件35的前端侧(被摄体侧)及后端侧(成像元件侧)。作为第2透镜的第1聚焦透镜42、作为第3透镜的抖动校正透镜43及作为第4透镜的第2聚焦透镜44为可动透镜。

第1聚焦透镜42通过第1聚焦机构46驱动，并沿光轴方向移动。第2聚焦透镜44通过第2聚焦机构47驱动并沿光轴方向移动。

如图9～图11所示，作为透镜移动装置的第1聚焦机构46具有：1对VCM23；供外侧磁轭24A连结的作为第1部件的圆筒状聚焦镜筒50；连结于线圈13的作为第2部件的聚焦透镜框51；1对引导棒52A、52B；及底座板53。第1聚焦机构46通过对线圈13的通电，使聚焦镜筒50及聚焦透镜框51沿线圈13的移动方向相对移动，由此移动第1聚焦透镜42。另外，虽省略图示，但另外设置有聚焦用位置传感器。

如图10所示，聚焦透镜框51形成为圆盘状，在光轴Ax所插通的中央保持有第1聚焦透镜42。在聚焦透镜框51的上部及下部形成有安装VCM23的内侧磁轭24B的开口51A、51B。

在聚焦透镜框51的左侧形成有滑动筒51C，在聚焦透镜框51的右侧形成有滑动槽51D。在滑动筒51C插通有引导棒52A，在滑动槽51D插通有引导棒52B。

引导棒52A、52B在聚焦镜筒50的端面与底座板53之间配设成与光轴Ax平行。这些1对引导棒52A、52B将光轴Ax为中心沿与光轴Ax正交的直径方向分离配设。如图9所示，引导棒52A、52B的两端部插通于设置在聚焦镜筒50的端面与底座板53的保持孔50A、50B、53A、53B而被固定。通过这些1对引导棒52A、52B，聚焦透镜框51保持为沿光轴方向移动自如。

如图9及图11所示，外侧磁轭24A通过安装螺钉56固定于聚焦镜筒50的内周面。外侧磁轭24A与内侧磁轭24B在包含光轴Ax的纵剖面(光轴方向的剖面)上，配设成与光轴Ax平行。内侧磁轭24B位于比外侧磁轭24A更靠光轴Ax的位置。

如图10，在聚焦透镜框51的开口51A、51B的周围形成有线圈容纳部51E。内侧磁轭24B被放入到开口51A、51B中。线圈容纳部51E中容纳线圈13。内侧磁轭24B被放入到开口51A、51B之后，在连结板16的嵌合槽16A嵌合外侧磁轭24A及内侧磁轭24B的嵌合凸片15D，从而外侧磁轭24A、内侧磁轭24B及连结板16一体化。

若线圈13通电，则线圈13沿着内侧磁轭24B移动。通过线圈13的移动，保持线圈13的聚焦透镜框51移动。通过该移动，第1聚焦透镜42设置于光轴方向的规定位置而对焦。

省略图示的聚焦用位置传感器检测聚焦透镜框51在光轴方向上的位置。聚焦用位置传感器具有棒状的位置检测用磁铁与磁传感器。位置检测用磁铁埋入到聚焦透镜框51的滑动筒51C的外侧面，表面暴露在外部。

磁传感器例如使用利用巨磁阻效应(GMR：Giant Magneto Resistive effect)的GMR元件。磁传感器安装于聚焦镜筒50。磁传感器检测位置检测用磁铁的磁力，输出与磁力的强度相应的检测信号。

磁传感器的输出信号发送至相机主体32的控制部37。控制部37中，根据磁传感器的输出信号检测聚焦透镜框51在光轴方向上的位置，通过第1聚焦机构46向所希望的位置移动第1聚焦透镜42来进行对焦。

本实施方式中，如图9所示，基于引导棒52A、52B的聚焦透镜框51的引导位置与基于对线圈13的通电的聚焦透镜框51的磁力作用位置位于将光轴Ax作为中心的同心圆上。因此，成为引导棒52A、52B、磁铁12、外侧磁轭24A及内侧磁轭24B将光轴Ax作为中心取得平衡的配置，能够使聚焦透镜框51向光轴方向的移动顺畅。

如图8所示，第2聚焦机构47中，在聚焦透镜框51安装有第2聚焦透镜44来代替第1聚焦透镜42，除此以外，构成为与第1聚焦机构46相同。因此，对相同构成部件标注相同符号，并省略重复说明。另外，第2聚焦机构47中，将安装方向设为在前后上与第1聚焦机构46相反的方向，但这也可以设为相同方向。

在第1聚焦机构46与第2聚焦机构47之间安装有光圈机构48及防振机构49。光圈机构48具有配设于光轴Ax的光圈叶片48A。通过增减由该光圈叶片48A形成的光圈开口的直径，调整入射于相机主体32的摄影光的光量。

如周知，防振机构49利用省略图示的X方向VCM及Y方向VCM，沿消除图像抖动的方向，使抖动校正透镜43在XY面(与光轴Ax正交的成像元件36的摄像面)上变位，由此校正图像抖动。

接着，对本实施方式的摄像装置30的作用进行说明。若通过释放操作开始摄影，则第1聚焦机构46及第2聚焦机构47动作，第1聚焦透镜42及第2聚焦透镜44沿光轴方向移动而进行对焦控制。通过如此利用第1聚焦机构46及第2聚焦机构47对多个聚焦透镜42、44进行对焦控制，透镜移动量被分散，因此能够迅速地进行对焦。尤其，移动多个聚焦透镜42、44，因此在微距摄影中能够实现迅速且精度良好的对焦。并且，若检测摄像装置30的抖动，则防振机构49动作，使抖动校正透镜43在XY面移动，从而图像抖动得到校正。

通过线圈13形成为梯形，推力的下降减少与反推力减少的量相应的量，能够以简单的结构提高推力。并且，能够提高推力的同时缩短线圈13的周长Lct，能够减轻重量。因此，通过使用轻质且推力得到提高的VCM10、23、27，除了能够提高摄像装置30的对焦性能以外，还能够有助于减轻摄像装置30的重量。

另外，利用2个聚焦机构46、47进行对焦控制，但也可以利用1个聚焦机构进行对焦控制。

符号说明

10、23、27、100-音圈电动机(VCM)，11-磁轭，12-磁铁，13-线圈，13A-内侧长边，13B-外侧长边，15-磁轭主体，15A-外侧磁轭(磁铁保持部)，15B-内侧磁轭(线圈插通部)，15C-连结部，15D-嵌合凸片，16-连结板，16A-嵌合槽，18-倾斜面(倒角部)，21-圆形标志，22-三角标志，24A-外侧磁轭，24B-内侧磁轭，25-开口，28A-外侧磁轭，28B-内侧磁轭，30-摄像装置，31-透镜单元(光学装置)，32-相机主体(摄像部)，33-连接器，34-光学系统，35-镜筒部件，36-成像元件，37-控制部，38-聚焦环，41-第1透镜，42-第1聚焦透镜(第2透镜)，43-抖动校正透镜(第3透镜)，44-第2聚焦透镜(第4透镜)，45-第5透镜，46-第1聚焦机构(透镜移动装置)，47-第2聚焦机构(透镜移动装置)，48-光圈机构，48A-光圈叶片，49-防振机构，50-聚焦镜筒(第1部件)，50A、50B-保持孔，51-聚焦透镜框(第2部件)，51A、51B-开口，51C-滑动筒，51D-滑动槽，51E-线圈容纳部，52A、52B-引导棒，53-底座板，53A、53B-保持孔，56-安装螺钉，101-磁轭，101A-外侧磁轭，101B-内侧磁轭，102-磁铁，103-线圈，103A-内侧长边，103B-外侧长边，AI-表示电流的流向的箭头，Ax-光轴，G1-表示使用具有梯形线圈的VCM时的各线圈位置中的推力的折线，G2-表示使用具有矩形线圈的VCM时的各线圈位置中的推力的折线，LIr-矩形线圈的内侧线长度，LIt-梯形线圈的内侧线长度，LOr-矩形线圈的外侧线长度，LOt-梯形线圈的外侧线长度，Lcr-矩形线圈的周长，Lct-梯形线圈的周长，ML-线圈的移动距离，WO-外侧磁轭的宽度，WI-内侧磁轭的宽度。

Claims (6)

1.一种音圈电动机，其具备：

磁轭，具有磁铁保持部及相对于所述磁铁保持部设置间隙而平行地形成的线圈插通部；

磁铁，固定于所述磁铁保持部的所述线圈插通部侧的面；及

梯形线圈，其为插通于所述线圈插通部并通过通电而沿着所述线圈插通部移动的线圈，作为与所述磁铁的相反的一侧的线长度的外侧线长度比作为所述磁铁侧的线长度的内侧线长度短。

2.根据权利要求1所述的音圈电动机，其中，

相较于所述磁铁保持部的与所述线圈的移动方向正交的方向的长度即宽度，所述线圈插通部的宽度较窄地形成。

3.根据权利要求1或2所述的音圈电动机，其中，

所述线圈插通部的外侧面的宽度方向的两端具有倒角部。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的音圈电动机，其中，

所述磁轭具有：U形的磁轭主体，具有连结所述磁铁保持部及所述线圈插通部的连结部；及连结板，安装于所述磁轭主体的与所述连结部的相反的一侧的端部。

5.一种透镜移动装置，其具备：

权利要求1至4中任一项所述的音圈电动机；

连结于所述磁轭的第1部件；及

连结于所述线圈的第2部件，

通过对所述线圈的通电，使所述第1部件及所述第2部件向所述线圈的移动方向相对移动来移动透镜。

6.一种摄像装置，其具备：

摄像部；及

光学装置，具有使被摄体像成像于所述摄像部的权利要求5所述的透镜移动装置。