JP2006267567A - レンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小径化かつ短軸化を達成したレンズ駆動装置を提供する。
【解決手段】ロータとステータより成る中空円筒形状のモータ７と、レンズ保持部材５と、レンズ保持部材を光軸方向に移動可能に保持するガイド部材３，４と、ロータの外周部に周方向に設けられる第１のネジ部２３ａと、所定の幅を持って光軸方向に延び、レンズ保持部材に一体に形成され、第１のネジ部と前記モータの径方向において噛合する第２のネジ部５１ａとを有し、前記モータが回転することに伴って、第１のネジ部と第２のネジ部の作用によりレンズ保持部材を光軸方向に移動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、カメラやビデオカメラ用の撮影レンズ等を保持したレンズ保持部材を、フォーカシングやズーミング等のために光軸方向に移動させるレンズ駆動装置に関するものである。

従来、スチルカメラやビデオカメラのレンズ駆動装置としては、例えば特許文献１に開示されているような小型のステッピングモータをレンズに並列して配置し、リードスクリューなどによりレンズ駆動を行うようにしたものがある。

図９にその構成を示す。図９において、２０１はレンズ、２０２はレンズ２０１を固定するレンズ保持枠、２０３はレンズ保持枠２０２と一体に構成されたスリーブ部、２０４，２０５はレンズ２０１の光軸に沿って伸びるガイド軸、２０６はリードスクリューを備えたステッピングモータである。

上記構成において、スリーブ部２０３がガイド軸２０４と嵌合することで、レンズ保持枠２０２が光軸方向に移動可能となっており、ステッピングモータ２０６の回転によりリードスクリューが回転すると、レンズ保持枠２０２が光軸方向に移動することができる。

しかしながら、上記特許文献１で開示されているレンズ駆動装置に用いられているステッピングモータ２０６に備えられたリードスクリューは、レンズ２０１の移動距離よりも長い必要がある。このため、ステッピングモータ２０６をレンズ２０１の後方、又は前方に配置することになる。通常レンズの前後にはシャッタや絞り装置、ＣＣＤなどの部品が配置されるが、上記構成ではステッピングモータ２０６とこれらの部品が干渉しやすく、設計の自由度が減ってしまうという問題点があった。

また、上記のレンズ駆動装置等で用いられているステッピングモータは、開口部を有しない中実円柱形状（中央に貫通された開口部がなく、中央部にも構成部材があるものを意味する）であったため、光路との干渉を避けるためにカメラの鏡筒内で、該ステッピングモータを光軸と平行にレンズの外側に配置する必要があった。その様子を図１０に示す。ステッピングモータＭの直径をＤ１、レンズ３０１の直径をＤ２、地板３００の直径をＤ３とすると、地板３００の直径Ｄ３は、最小でも「２×Ｄ１＋Ｄ２」となり、小径にすることはできなかった。

この点に鑑み、特許文献２において、図１１に示すような構成のレンズ駆動装置が開示されている。このレンズ駆動装置は、中空円筒形状に形成されるとともに、少なくとも外周面が周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネット４０１、コイルが巻回された第１のボビン４０２、コイルが巻回された第２のボビン４０３、第１のボビン４０２に巻回されたコイルにより励磁され、マグネット４０１の一端側の外周面に対向する第１の外側磁極部４０４、マグネット４０１の内周面に対向し概略中空円筒形状の第１の内側磁極部４０５、第２のボビン４０３に巻回されたコイルにより励磁され、マグネット４０１のもう一端側の外周面に対向する第２の外側磁極部４０６、および、マグネット４０１の内周面に対向し概略中空円筒形状の第２の内側磁極部４０７を備えたステッピングモータと、第１の内側磁極部４０５の中空部或いは第２の内側磁極部４０７の内径側の開口部に光軸を持つレンズ４０８と、マグネット４０１と連結して回転し、該回転によりレンズ４０８を光軸方向に移動させるレンズ移動部材４０９とにより構成されており、該レンズ駆動装置の直径は、「レンズ４０８の直径＋２×ステッピングモータの径方向の厚さ」であり、上記のような問題を改善できる小径で、コンパクトな装置となる。
実開平２−７１１５５号公報 特開２００２−０５１５２４号公報

しかしながら、特許文献２で開示されているレンズ駆動装置は、以下のような問題を有していた。つまり、ロータを構成するマグネット４０１が各磁極部４０５〜４０７に覆われた構成であるため、ロータの出力を外部に取り出すにはマグネット４０１からピンを突出させてレンズ４０８を移動させる必要があった。このため、装置の構成が複雑化し、小径化が難しかった。

これを避けるためにマグネット４０１等より構成されるステッピングモータとレンズ移動部材４０９を光軸方向に並べると、レンズ駆動装置の小径化は達成できるものの、光軸方向の長さは、最低でも「レンズ移動量＋ステッピングモータの長さ＋ねじの噛みしろ」だけ必要となり、レンズ駆動装置を短軸化することが難しかった。

（発明の目的）
本発明の目的は、小径化かつ短軸化を達成することのできるレンズ駆動装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、コイルおよびマグネットを備えたステータと、前記コイルにより励磁される磁極部を備え、前記ステータに回転可能に支持されるロータとを具備し、前記光軸と略同軸の中空円筒形状のモータと、レンズを保持するレンズ保持部材と、前記レンズ保持部材を光軸方向に移動可能に保持するガイド部材とを有するレンズ駆動装置において、前記ロータの外周部に周方向に設けられる第１のネジ部と、所定の幅を持って光軸方向に延び、前記レンズ保持部材に一体に形成され、前記第１のネジ部と前記モータの径方向において噛合する第２のネジ部とを有し、前記モータが回転することに伴って、噛合した前記第１のネジ部と前記第２のネジ部の作用により前記レンズ保持部材を光軸方向に移動させるレンズ駆動装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、コイルおよびマグネットを備えたステータと、前記コイルにより励磁される磁極部を備え、前記ステータに回転可能に支持されるロータとを具備し、前記光軸と略同軸の中空円筒形状のモータと、レンズを保持し、前記ステータを支持するレンズ保持部材と、前記レンズ保持部材を光軸方向に移動可能に保持するガイド部材とを有するレンズ駆動装置において、前記ロータの外周部に周方向に設けられる第１のネジ部と、所定の幅を持って光軸方向に延び、地板に一体的に形成され、前記第１のネジ部と前記モータの径方向において噛合する第２のネジ部とを有し、前記モータが回転することに伴って、噛合した前記第１のネジ部と前記第２のネジ部の作用により前記レンズ保持部材を光軸方向に移動させるレンズ駆動装置とするものである。

本発明によれば、小径化かつ短軸化を達成することができるレンズ駆動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、以下に記載の実施例１および実施例２に示す通りである。

図１は本発明の実施例１に係わるレンズ駆動装置の全体構成を示す断面図である。同図において、１は地板であり、２はレンズである。３，４は地板１に固定され、レンズ光軸と平行に配置されているガイド軸である。５はレンズ２を保持するレンズ保持枠であり、詳細な形状は後述する。６はモータ支持板であり、地板１に固定されている。７は円筒形状のステッピングモータであり、詳細な構成については後述する。なお、図１においては、地板１の一部とレンズ保持枠５を断面で示している。

図２は、図1のレンズ駆動装置の構成部品を示す分解斜視図であり、簡略化のために地板１とレンズ２は図示していない。また、図３は組立後のレンズ駆動装置の構造を示す断面図である。

図２および図３に示すように、レンズ保持枠５は概略円盤形状であり、中心部にレンズ２が固定されている。また、光軸方向に伸びるスリーブ部５１を一体に備え、該スリーブ部５１とレンズ２の中心点を基準とした対称位置にＵ字型ガイド部５ａを備えている。レンズ保持枠５はスリーブ部５１に設けられた穴５１ｂにガイド軸４と嵌合するとともに、Ｕ字型ガイド部５ａがガイド軸３に嵌合している。これにより、レンズ保持枠５は回転規制された状態でガイド軸３，４に沿って光軸方向に移動可能となる。

スリーブ部５１は光軸側の面にネジ部５１ａを有する。このネジ部５１ａは、ステッピングモータ７の仮想回転軸を中心とするらせん形状であり、光軸方向にレンズ２の移動量以上の長さを持ち、ステッピングモータ７の構成要素である後述のロータの一部をなす回転部材２３のネジ部２３ａと噛合可能に形成されている。スリーブ部５１の光軸方向の長さは長い方がレンズ２が光軸に対して傾きにくく、光学性能上有利となる。従って、ネジ部５１ａをスリーブ部５１に設けることにより、光軸方向に長い部材が該スリーブ部５１のみとなり、コンパクトなレンズ駆動装置を構成する上で有利である。また、この構成では、ネジ部５１ａは周方向には円周の一部で後述のネジ部２３ａと噛合するため、ねじの間に発生する摩擦力を小さくすることができ、効率の良いレンズ駆動装置を構成することができる。

モータ支持板６は円盤状であり、中央部に光束を通すための開口を持ち、地板１に固定されている。また、左右にスリーブ部５１との干渉を避けるための切り欠き部６ａ，６ｂを有する。なお、本実施例１のレンズ駆動装置を、シャッタを備えたカメラに用いる際、モータ支持板６はシャッタ地板と兼ねることが可能である。

ステッピングモータ７は、以下の中空円筒形状のステータおよび中空円筒形状のロータにより構成される。

中空円筒形状のステータは、固定ヨーク１１、第１のコイル１２、第２のコイル１３およびマグネット１４により構成される。固定ヨーク１１は軟磁性材料からなり、磁極部を構成し、レンズ光軸を中心軸とする中空円筒形状であり、一端に円盤状の軸受け部１１ａが設けられている。同じくマグネット１４も中空円筒形状をしており、該マグネット１４は、外周表面を周方向にｎ分割（本実施例１では、１０分割）してＳ極、Ｎ極が交互に着磁された着磁部を持ち、第１のコイル１２、第２のコイル１３に軸方向から挟まれて、固定ヨーク１１の外周部に該固定ヨーク１１と同心状に配置される。

また、中空円筒形状のロータは、第１の回転ヨーク２１、第２の回転ヨーク２２、回転部材２３により構成される。

第１の回転ヨーク２１は、軟磁性材料からなり、概略中空円筒形状の外筒２１ａ、円盤状の軸受け部２１ｂから構成されている。外筒２１ａは、図４に示すように、その先端部に第１の磁極部２１−１，２１−２，……，２１−５（２１−ｎ／２）を有する。これら第１の磁極部２１−１，２１−２，……，２１−５は、円筒形状の一部を切り欠き、マグネット１４の着磁面に対して平行にその中心軸方向に延設された、いわゆる櫛歯状に形成されている。櫛歯の数は、１本ないしｎ／２本であり、本実施例では５本である。したがって、第１の磁極部２１−１，２１−２，……，２１−５は、円周方向に７２０／ｎ°の間隔をおき、所定の歯幅で形成されている。

第２の回転ヨーク２２は、軟磁性材料からなり、概略中空円筒形状の外筒から構成される。第２の回転ヨーク２２の外筒は、その先端部に第２の磁極部２２−１，２２−２，……，２２−５（２２−ｎ／２）を有する。これら第２の磁極部２２−１，２２−２，……，２２−５は、円筒形状の一部を切り欠き、マグネット１４の着磁面に対して平行にその中心軸方向に延設された、いわゆる櫛歯状に形成されている。櫛歯の数は、１本ないしｎ／２本であり、本実施例では５本である。したがって、第２の磁極部２２−１，２２−２，……，２２−５は、円周方向に７２０／ｎ°の間隔をおき、所定の歯幅で形成されている。

回転部材２３は非磁性材料からなり、光軸を中心軸とする中空円筒形状をしている。内周部に第１の回転ヨーク位置決め部２３ｂおよび第２の回転ヨーク位置決め部２３ｃを有する。第１の回転ヨーク位置決め部２３ｂは、第１の回転ヨーク２１の第１の磁極部２１−１等とほぼ同じ幅の溝部からなり、第１の回転ヨーク２１を嵌合可能にしている。第２の回転ヨーク位置決め部２３ｃは、第２の回転ヨーク２２の第２の磁極部２２−１等とほぼ同じ幅の溝部からなり、第２の回転ヨーク２２を第１の回転ヨーク２１に対して所定の位置関係を保ちながら嵌合可能にしている。また、回転部材２３は、外周部にスリーブ部５１のネジ部５１ａと噛合するネジ部２３ａを有する。このネジ部２３ａの巻き数は、１回転以上、３回転以下のときが摩擦も少なく好適である。ネジ部２３ａがネジ部５１ａと噛合し、ステッピングモータ７の回転に伴い、レンズ保持枠５を光軸方向に移動させることができる。この際、ロータはステータに対し、光軸を中心軸にしながら、回転可能に支持されている。

次に、上記構成のレンズ駆動装置の動作について説明する。図４、図５、図６および図７は、ステッピングモータ７の回転時における第１の回転ヨーク２１および第２の回転ヨーク２２の磁極部の極性、および、回転位置を示す図である。それぞれ（ａ）は図３のＡ−Ａ線方向から見た図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ方向から見た図である。また、簡略化のためモータ部分のみを図示している。

図４の状態は、第１のコイル１２に正通電を行って第１の回転ヨーク２１をＮ極に励磁するとともに、第２のコイル１３に逆通電を行って第２の回転ヨーク２２をＳ極に励磁したときの図である。このような通電を行ったとき、励磁された第１の回転ヨーク２１、第２の回転ヨーク２２とマグネット１４との間の磁気的な吸引力により、図４の状態がロータの安定した回転位置となる。

同様に、図５は第１のコイル１２に逆通電をし、第２のコイル１３に逆通電をしたときの安定位置である。同様に、図６は第１のコイル１２に逆通電をし、第２のコイル１３に正通電をしたときの安定位置である。同様に、図７は第１のコイル１２に正通電をし、第２のコイル１３に正通電をしたときの安定位置である。

このように、第１のコイル１２と第２のコイル１３への通電の方向を正逆切り換えていくことで、ロータの安定位置を１８０／ｎ度ずつ（本実施例では１８°ずつ）順次切り換えていくことができる。それに伴い、ロータを回転させることができる。

ロータを１回転させると、回転部材２３に設けられたネジ部２３ａとレンズ保持枠５のスリーブ部５１に設けられたネジ部５１ａとの作用により、レンズ保持枠５を光軸方向にネジ部の１ピッチ分だけ動かすことができ、レンズ２の光軸方向の位置を自由に決めることができる。

上記実施例１の構成のレンズ駆動装置とすることにより、以下のような効果を有するものになる。

ステッピングモータ７とネジ部２３ａ，５１ａを組み合わせた厚さを薄くすることができる。上述したようにロータが外部に露出しているため、回転部材２３に直接ネジ部２３ａを設けることができる。これは特許文献２に開示の従来の中空円筒形状のステッピングモータを用いてネジ部を回転させる場合に比べ、出力ピンが不要になるため、より簡単な構成にすることができる。従って、小径化、低コスト化が可能である。

また、レンズ駆動装置の直径は、最低で「レンズ２の直径＋ステッピングモータ７の径方向の厚さ×２＋スリーブ部５１の厚さ×２」となる。ここで、本実施例１に用いられているステッピングモータ７の厚さとは、「第１、第２の回転ヨーク２１，２２の外周部の半径−固定ヨーク１１の内周部の半径」のことである。その大きさは特許文献１などで用いられている、中実円柱形状のモータの直径（図１０におけるＤ１）に比べ、約半分となる。というのも中実円柱形状のステッピングモータの直径は、そこで用いられているマグネットの厚さ×２以上となるのに対し、本実施例１で用いられているステッピングモータ７の厚さは、「マグネット１４の厚さ×１」以上で構成することが可能だからである。従って、特許文献１などに開示の従来のレンズ駆動装置に比べ、ステッピングモータの厚さの分だけレンズ駆動装置を小径化することができる。

また、ロータの厚さは、「回転部材２３の厚さ＋第１、第２の回転ヨーク２１，２２の厚さ」以下となり、上記の従来例よりも薄い厚さとすることができる。

また、マグネット１４を直接固定ヨーク１１に貼り付けているため、上記従来例に比べて、マグネット１４と固定ヨーク１１との間の空隙分だけステッピングモータの径を小さく構成することができる。

上記の特許文献１に開示のリードスクリューを使った従来例や、特許文献２に開示のステッピングモータとネジ部を軸方向に並べて配置した従来例では、レンズ駆動装置の光軸方向の長さは、最低でも「レンズ移動量＋モータの長さ＋ねじの噛みしろ」だけ必要である。これに対し、本実施例１のレンズ駆動装置では、ステッピングモータ７とネジ部２３ａ，５１ａの噛みしろが径方向に並んでいる。従って、レンズ駆動装置の光軸方向の長さを「レンズ移動量＋ステッピングモータ７の長さ」とすることができ、ネジ部２３ａ，５１ａの噛みしろ分だけ短くすることができる。つまり、レンズ駆動装置を短軸化することができる。

さらに、中空円筒形状のステッピングモータ７がレンズ２の外周部に配置される構成となり、モータ支持板６の後方にはガイド軸３，４、レンズ保持枠５のスリーブ部５１のみが配置される。これは特許文献１に開示されるようなリードスクリューを用いた場合のように、モータがモータ支持板の後方に配置されないため、モータ支持板６の後に来るシャッタ機構や絞り機構、ＣＣＤなどの部品と干渉を起こすことがない。このため、他の部品を配置する際の自由度を増すことが可能となっている。なお、上記ガイド軸をガイドレールとすることも容易である。

さらに、ネジ部５１ａをスリーブ部５１に設けることにより、ネジ部２３ａとネジ部５１ａは円周の一部で噛合することになる。その結果、ネジ部の間に発生する摩擦力を小さくでき、レンズ駆動装置の効率を高くすることができる。

図８は本発明の実施例２に係わるレンズ駆動装置の要部構成を示す断面図であり、上記実施例１と共通している部品構成については同一の符号を付してある。

図８において、１０１は地板、１０２はレンズである。１０３，１０４は地板１０１に固定され、レンズ光軸と平行に配置されているガイド軸である。１０５はレンズ１０２を保持するレンズ保持枠である。１０６は磁極部を構成する固定ヨークであり、実施例１に用いた固定ヨーク１１との同形状だが、地板１０１ではなく、レンズ保持枠１０５に固定されている。１０７は回転板である。

地板１０１にはネジ部１０１ａ設けられており、回転板１０７の外周部に設けられたネジ部１０７ａと噛合可能である。上記実施例１と同様、ネジ部１０１ａを地板１０１の円筒側面の一部に設けることによってネジ部１０７ａとの噛合部を小さくし、ねじの間に発生する摩擦力を小さくしている。

本実施例２におけるステッピングモータは、固定ヨーク１０６、第１のコイル１０８、第２のコイル１０９およびマグネット１１０により構成される中空円筒形状のステータと、第１の回転ヨーク１１１、第２の回転ヨーク１１２および回転部材１０７により構成されるロータとより成る。

上記の構成とすることにより、実施例１と同様、レンズ１０２を光軸方向に駆動することができる。すなわち、ロータを回転させることで、ステータと一体であるレンズ保持部材１０５と地板１０１（ネジ部１０１ａ）との相対位置を変化させることができる。この実施例２は、いわゆるモータ自走型の駆動方式である。

上記実施例２の構成のレンズ駆動装置とすることにより、上記実施例１の効果に加え、以下のような効果を有するものになる。

レンズ１０２の移動距離が長くなった場合、上記実施例１ではそれに伴ってレンズ保持枠５のスリーブ部５１に設けられたネジ部５１ａを長くしていかなければならず、レンズ移動距離に応じてレンズ保持枠５を大型化しなければならなかった。これに対し、本実施例２では、レンズ保持枠１０５の大きさはレンズ移動距離にかかわらず一定にすることができる。このため、移動距離を大きくしなければならない場合にはこの構成が有利である。

また、実施例２では、ステータはレンズ保持枠１０５に固定されるため、モータ支持板が不要になり、部品点数を減らすことができる。

本発明の実施例１に係わるレンズ駆動装置を示す構成図である。 図１のレンズ駆動装置の構成部品（一部の部品を省く）を示す分解斜視図である。 図１のレンズ駆動装置の断面図である。 本発明の実施例１においてステッピングモータの回転時における第１の回転ヨーク２１および第２の回転ヨーク２２の極性および回転位置を示す図である。 本発明の実施例１においてステッピングモータの回転時における第１の回転ヨーク２１および第２の回転ヨーク２２の極性および回転位置を示す図である。 本発明の実施例１においてステッピングモータの回転時における第１の回転ヨーク２１および第２の回転ヨーク２２の極性および回転位置を示す図である。 本発明の実施例１においてステッピングモータの回転時における第１の回転ヨーク２１および第２の回転ヨーク２２の極性および回転位置を示す図である。 本発明の実施例２に係わるレンズ駆動装置の断面図である。 従来のレンズ駆動装置の構成部品を示す分解斜視図である。 従来において径方向におけるレンズ駆動装置の直径、レンズ直径、モータの直系の関係を示す図である。 従来の中空円筒形状のステッピングモータを利用したレンズ駆動装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 地板
２ レンズ
３，４ ガイド軸
５ レンズ保持枠
７ ステッピングモータ
２３ 回転板
２３ａ ネジ部
５１ スリーブ部
５１ａ ネジ部
１０１ 地板
１０１ａ ネジ部
１０２ レンズ
１０３，１０４ ガイド軸
１０５ レンズ保持枠
１０７ 回転板
１０７ａ ネジ部

Claims (2)

1. コイルおよびマグネットを備えたステータと、前記コイルにより励磁される磁極部を備え、前記ステータに回転可能に支持されるロータとを具備し、前記光軸と略同軸の中空円筒形状のモータと、
   レンズを保持するレンズ保持部材と、
   前記レンズ保持部材を光軸方向に移動可能に保持するガイド部材と、
   を有するレンズ駆動装置において、
   前記ロータの外周部に周方向に設けられる第１のネジ部と、
   所定の幅を持って光軸方向に延び、前記レンズ保持部材に一体に形成され、前記第１のネジ部と前記モータの径方向において噛合する第２のネジ部と、
   を有し、前記モータが回転することに伴って、噛合した前記第１のネジ部と前記第２のネジ部の作用により前記レンズ保持部材を光軸方向に移動させることを特徴とするレンズ駆動装置。
2. コイルおよびマグネットを備えたステータと、前記コイルにより励磁される磁極部を備え、前記ステータに回転可能に支持されるロータとを具備し、前記光軸と略同軸の中空円筒形状のモータと、
   レンズを保持し、前記ステータを支持するレンズ保持部材と、
   前記レンズ保持部材を光軸方向に移動可能に保持するガイド部材と、
   を有するレンズ駆動装置において、
   前記ロータの外周部に周方向に設けられる第１のネジ部と、
   所定の幅を持って光軸方向に延び、地板に一体的に形成され、前記第１のネジ部と前記モータの径方向において噛合する第２のネジ部と、
   を有し、前記モータが回転することに伴って、噛合した前記第１のネジ部と前記第２のネジ部の作用により前記レンズ保持部材を光軸方向に移動させることを特徴とするレンズ駆動装置。
   

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