JP2007010719A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力および製造コストを削減し、直線性および耐久性を向上させることができ、振動を抑制して光学素子を光軸方向に適切に移動させることができ、騒音の発生を防止することができる小型化に適した光学装置を提供する。
【解決手段】 第１歯車２０が第２歯車２１に噛合しつつ、自転を伴わない歳差運動が可能とされ、第２歯車２１が第１歯車２０の自転を伴わない歳差運動により、自転運動を行うことが可能とされた歯車機構と、第２歯車２１の自転運動を光学素子１０、１１、１２の光軸１４方向への移動運動に変換する変換機構と、第１歯車２０に自転を伴わない歳差運動を行わせる第１歯車駆動機構と、第１歯車２０と第２歯車２１の噛合状態を保持する噛合保持機構２２とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光学装置に係り、特に、携帯電話等のカメラにおけるオートフォーカス機構等に用いられ、光学素子を光軸方向へ移動させるのに好適な光学装置に関する。

従来から、携帯電話のカメラ等の小型の光学装置においては、光学素子としてのレンズを光軸方向に移動させて焦点を最適な位置に調整するオートフォーカス機構が用いられている。

近年、この種の光学装置は、小型化および低コスト化の要請が高まっており、これにともなって、このような光学装置に用いられるオートフォーカス機構についても、今後、さらに小型でかつ安価に生産することが期待されている。

現状において、光学装置に用いられるオートフォーカス機構としては、ボイスコイルモータ方式や、ステッピングモータ方式あるいはピエゾモータ方式等のオートフォーカス機構が知られている。

また、最近においては、いわゆるワブルモータと称される公転および自転を行うロータを備えたモータによってレンズを光軸方向に駆動する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開平１０−３０４６４６号公報 特開２００２−３３３５６５号公報 特開２００２−３３５６６４号公報

しかしながら、ボイスコイルモータ方式のオートフォーカス機構は、レンズを所定のフォーカス位置に移動させた後も、フォーカス位置を保持するために電力を供給し続ける必要があり、消費電力が大きいといった問題点を有していた。

また、ボイスコイルモータ方式のオートフォーカス機構は、駆動パルスごとのレンズの移動量が安定せず、直線性にも問題があった。

また、ステッピングモータ方式のオートフォーカス機構は、ステッピングモータおよびこれに係合するウォームギアやギアあるいはカム等を用いてオートフォーカス機構を安価に構成することは可能である。しかし、この場合には、機構部分が大きくなり過ぎるため、従前からの小型化の要請に反する上に、携帯電話等の小型の光学装置内への配置の際における自由度が低下し、デザインを制約する結果となってしまう。

さらに、ピエゾモータは、耐久性に問題があったり、直線性が悪いといった欠点を有している。

さらにまた、特許文献１〜３に示すワブルモータは、ロータの公転および自転の際に生じる振動によって、光学素子を光軸方向に適切に移動させることができない虞があった。

また、ワブルモータ方式のオートフォーカス機構を搭載したカメラを用いて音声付き動画を収録する場合には、ワブルモータの振動にともなって発生した騒音までもが収録されてしまい、高品位な音声付き動画を得ることができない虞があった。

そこで、本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、消費電力および製造コストを削減することができ、かつ、直線性および耐久性を向上させることができ、さらに、振動を抑制して光学素子を光軸方向に適切に移動させることができるとともに騒音の発生を防止することができる小型化に適した光学装置を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る光学装置の特徴は、光軸方向に移動可能とされた光学素子を有する光学装置において、互いに対向するように配設され、かつ、それぞれのピッチ面が互いに向かい合うように形成された第１歯車及び第２歯車を有し、前記第１歯車が、前記第２歯車に噛合しつつ自転を伴わない歳差運動を行うことが可能とされ、前記第２歯車が、前記第１歯車の自転を伴わない歳差運動により、自転運動を行うことが可能とされた歯車機構と、前記第２歯車の自転運動を、前記光学素子の前記光軸方向への移動運動に変換する変換機構と、前記第１歯車に前記自転を伴わない歳差運動を行わせる第１歯車駆動機構と、少なくとも前記第１歯車の非駆動時に、前記第１歯車と前記第２歯車との噛合状態を保持する噛合保持機構とを備えた点にある。

そして、この請求項１に係る発明によれば、第１歯車駆動機構によって第１歯車に第２歯車と噛合しつつ自転を伴わない歳差運動を行わせることにより、第２歯車に自転運動を行わせることができ、さらに、この第２歯車の自転運動を、変換機構によって光学素子の光軸方向への移動運動に変換することが可能となる。

また、第１歯車の非駆動時においても、噛合保持機構によって第１歯車と第２歯車との噛合状態を保持することによって、電力供給を要することなく、光学素子を移動後の位置に安定的に保持することが可能となる。

この結果、消費電力および製造コストを削減することができ、かつ、直線性および耐久性を向上させることができ、さらに、振動を抑制して光学素子を光軸方向に適切に移動させることができるとともに騒音の発生を防止することができ、そのうえ、小型化に適した構成とすることができる。さらに、部品点数を少なくすることができ、製造効率および歩留まりを向上させることができる。

ここで、第１歯車の自転を伴わない歳差運動とは、第１歯車の自転をともなわずに、第１歯車の仮想的な中心軸が首を振る運動をいう。

また、請求項２に係る光学装置の特徴は、請求項１において、前記第１歯車駆動機構が、前記第１歯車に配設された磁気作用部と、この磁気作用部に、前記第１歯車を前記自転を伴わない歳差運動の方向に変位させる磁気力を作用させる磁気力手段とを備えた点にある。

そして、この請求項２に係る発明によれば、更に、磁気力手段によって磁気作用部に磁気力を作用させることによって、簡易な構成により、第１歯車に適切に自転を伴わない歳差運動を行わせることができる結果、請求項１に係る光学装置に比べて、光学素子の光軸方向への適切な移動を確保しつつ、より小型で安価な光学装置を実現することができる。

さらに、請求項３に係る光学装置の特徴は、請求項２において、前記磁気作用部が、前記第１歯車のピッチ面に沿って周設された磁性を有する環状部とされ、前記磁気力手段が、前記環状部における周方向において互いに異なる複数の部位に、前記光軸方向における前記第２歯車の方向への磁気力を、周方向に順次選択的に作用させることによって、前記第１歯車に前記自転を伴わない歳差運動を行わせることが可能とされている点にある。

そして、この請求項３に係る発明によれば、更に、磁気力手段によって環状部に磁気力を作用させることにより、簡易な構成によって第１歯車にさらに適切に自転を伴わない歳差運動を行わせることができる結果、請求項２に係る光学装置に比べて、さらに適切に光学素子を光軸方向に移動させることができ、さらなる小型化および製造コストの削減を図ることができる。

さらにまた、請求項４に係る光学装置の特徴は、請求項３において、前記磁気力手段が、前記環状部に対して前記光軸方向における前記第２歯車と同じ側から対向する位置に、前記環状部に沿って周方向に所定の間隔を設けて配設された複数のヨークと、これら複数のヨークを周方向に順次選択的に励磁することによって、各ヨークに前記環状部を吸引する吸引力を周方向に順次選択的に発生させる励磁手段とを備えた点にある。

そして、この請求項４に係る発明によれば、更に、磁気力手段を、複数のヨークと励磁手段とによって簡易に構成することができ、さらに、励磁手段によって複数のヨークを周方向に順次選択的に励磁することによって、各ヨークに、第１歯車に高精度な自転を伴わない歳差運動を行わせることができる吸引力を発生させることができる結果、請求項３に係る光学装置に比べて、光学装置をさらに小型にかつ安価に製造することができ、さらに、光学素子の光軸方向への移動をさらに高精度に制御することができる。

また、請求項５に係る光学装置の特徴は、請求項１〜４のいずれか1項において、前記第１歯車が、ベベルギアとされ、前記第２歯車が、クラウンギアとされている点にある。

そして、この請求項５に係る発明によれば、更に、ベベルギアとされた第１歯車の自転を伴わない歳差運動を、クラウンギアとされた第２歯車の自転運動に効率的に変換することができる結果、請求項１〜４のいずれか１項に係る光学装置に比べて、光学素子をさらに効率的に光軸方向に移動させることができる。

さらに、請求項６に係る光学装置の特徴は、請求項５において、前記第１歯車の歯数が、前記第２歯車の歯数よりも１つ少ない点にある。

そして、この請求項６に係る発明によれば、更に、自転を伴わない歳差運動の際の第１歯車の変位量を小さくすることができる結果、請求項５に係る光学装置に比べて、振動をさらに有効に抑制することができ、静音性をさらに向上させることができる。

さらにまた、請求項７に係る光学装置の特徴は、請求項１〜６のいずれか1項において、前記第１歯車の自転運動を抑制する自転抑制機構を備えた点にある。

そして、この請求項７に係る発明によれば、更に、自転抑制機構によって第１歯車の自転運動を抑制することができる結果、請求項１〜６のいずれか1項に係る光学装置に比べて、さらに高精度に光学素子を光軸方向に移動させることができる。

また、請求項８に係る光学装置の特徴は、請求項１〜７のいずれか1項において、前記噛合保持機構が、前記第１歯車を前記第２歯車の方向に付勢する付勢手段を備えた点にある。

そして、この請求項８に係る発明によれば、更に、付勢手段によって、第１歯車を第２歯車の方向に付勢することによって、第１歯車の非駆動時においても、第１歯車と第２歯車との噛合状態を保持することができる結果、第１歯車の非駆動時に第２歯車が勝手に自転してしまうことを防止することができ、光学素子を移動後の位置に電力供給を要することなく簡便かつ適切に保持することができる。

さらに、請求項９に係る光学装置の特徴は、請求項８において、前記自転抑制機構および前記付勢手段が、前記第１歯車と装置本体における前記第１歯車に臨む部位との間に、周方向に沿って所定の間隔を設けて配設された複数のコイルばねを備えた同一の構造体によって形成されている点にある。

そして、この請求項９に係る発明によれば、更に、複数のコイルばねによって自転抑制機構と付勢手段との双方を構成することができる結果、請求項８に係る光学装置に比べて、部品点数をさらに削減することができ、より小型で安価な光学装置を実現することができる。

本発明に係る光学装置によれば、消費電力および製造コストを削減することができ、かつ、直線性および耐久性を向上させることができ、さらに、振動を抑制して光学素子を光軸方向に適切に移動させることができるとともに騒音の発生を防止することができる小型化に適した光学装置を提供することができる。

以下、本発明に係る光学装置の実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。

図１は、本実施形態における光学装置１の平面図を、図２は、図１の２−２断面図を示したものである。

図２に示すように、本実施形態における光学装置１は、台座２と、この台座２の上部に配設された中央に円形の開孔３を有する蓋状の上カバー５と、この上カバー５の上部に配設された環状の板ばね６とによって構成された装置本体としてのケース７を有している。

さらに、光学装置１は、ケース７内に、光学素子として、物体側から固体撮像素子８のセンサ面側に向かって順に、第１レンズ１０、第２レンズ１１および第３レンズ１２の３枚のレンズ１０、１１、１２を有している。

各レンズ１０、１１、１２は、光軸１４を互いに一致させるようにして、筒状のバレル１５内に保持されている。

また、第１レンズ１０と第２レンズ１１との間には絞り１６が、第２レンズ１１と第３レンズ１２との間にはスペーサ１７が、第３レンズ１２の像面側にはストッパ１９がそれぞれ配設されている。

さらに、本実施形態において、ケース７内には、レンズ１０、１１、１２をバレル１５とともに光軸１４方向に移動させてフォーカシングを行うための移動機構が配設されており、この移動機構は、歯車機構を有している。

歯車機構は、バレル１５の外周面を包囲するように配設された平面円環状の第１歯車２０と、この第１歯車２０の図２における下部に、第１歯車２０と光軸１４方向において互いに対向するようにしてバレル１５の外周面を包囲するように配設された平面円環状の第２歯車２１とによって構成されている。

図２に示すように、第１歯車２０は、後述する３つのコイルばね２２を介して上カバー５の図２における上壁部５ａの下面に保持されている。また、第２歯車２１は、台座２の図２における上面に載置されて保持されている。台座２の上面は、第２歯車２１を摺動よく保持するように構成される。

さらに、図２〜図７に示すように、第１歯車２０と第２歯車２１とは、それぞれのピッチ面が、光軸１４方向において互いに向かい合う形状に形成されている。

具体的には図２および図４に示すように、第１歯車２０は、そのピッチ面（以下、第１ピッチ面２４と称する）が、第１歯車２０本体の図２、４における下面に形成されたベベルギアとされており、この第１歯車２０の第１ピッチ面２４は、光軸１４に直交する水平面に対して光軸１４方向における第２歯車２１側（下方）へ向かってわずかに傾斜された傾斜面とされている。換言すれば、第１歯車２０は、第１ピッチ面２４のなす頂角が、ほぼ１８０°に近いベベルギアとされている。

一方、図２および図７に示すように、第２歯車２１は、そのピッチ面（以下、第２ピッチ面２５と称する）が、第２歯車２１本体の図２、７における上面に形成されたクラウンギアとされており、この第２歯車２１の第２ピッチ面２５は、光軸１４に直交する水平面とされている。

本実施形態において、第１歯車２０は、第２歯車２１の一部に噛合しつつ、自転を伴わない歳差運動を行うことが可能とされている。

そして、第２歯車２１は、第１歯車２０の自転を伴わない歳差運動により、光軸１４を中心とした自転運動を行うことが可能とされている。

さらに、移動機構は、第２歯車２１の自転運動を、レンズ１０、１１、１２の光軸１４方向への移動運動に変換する変換機構を有している。

図２に示すように、変換機構は、第２歯車２１の半径方向における内側（光軸１４側）の端部から、バレル１５の上端縁部１５ａの下面側（図２における上方）に向かって延出された筒状の端面カム２７を有している。

この端面カム２７は、図２における上端面がカム面２７ａとなっており、このカム面２７ａは、光軸１４方向における高さが周方向に沿って順次変化するように形成されている。カム面２７ａは、光軸１４方向における高さが周方向に沿って山状または谷状あるいは波面上に変化するものであってもよい。

また、変換機構は、バレル１５の上端縁部１５ａの下面に垂設されたカム接触子２９を有しており、このカム接触子２９の図２における下端部は、カム面２７ａに接触している。

さらに、変換機構は、バレル１５の回転を係止する回り止め構造を有している。

図２に示すように、回り止め構造は、バレル１５の上端縁部１５ａの外周面に、半径方向における外側に向かう凸部１５ｂを突設し、この凸部１５ｂの上端面に、この上端面に臨む板ばね６の下面を、接着等の方法で固定することによって形成されている。

そして、このような構成を有する変換機構によれば、第２歯車２１とともに一体的に回転するカム面２７ａに、カム接触子２９を摺接させることによって、第２歯車２１の自転運動を、バレル１５およびバレル１５に保持されたレンズ１０、１１、１２の光軸１４方向への直進運動に変換することができる。

さらに、本実施形態において、移動機構は、第１歯車２０に前記自転を伴わない歳差運動を行わせる第１歯車駆動機構を備えている。

第１歯車駆動機構は、第１歯車２０における第１ピッチ面２４の半径方向における外側に、第１ピッチ面２４に沿って環状に周設された磁気作用部としての環状部３０を有している。

この環状部３０は、第１歯車２０全体が磁性体によって形成されていることによって磁性を有している。

さらに、第１歯車駆動機構は、環状部３０における周方向において互いに異なる複数の部位に、周方向に順次選択的に光軸１４方向における第２歯車２１の方向への磁気力を作用させる磁気力手段を有している。

図２および図８に示すように、磁気力手段は、環状部３０に対して光軸１４方向における第２歯車２１と同じ側（図２の下側）から対向する位置に、周方向に等間隔（１２０°間隔）を設けるようにして配設された第１ヨーク３２、第２ヨーク３３および第３ヨーク３４の３つのヨーク３２、３３、３４を有している。図２には、第１ヨーク３２のみが示されている。

尚、第１〜第３ヨーク３２、３３、３４は、１２０°間隔以外にも、例えば７２°間隔等、所定の間隔を設けて配設されてもよい。

図８に示すように、第１〜第３ヨーク３２、３３、３４は、それぞれ、平面円弧形状に形成された円弧部３６と、この円弧部３６の上に、周方向に等間隔に立設された３つの突極部３７とを有している。

また、各ヨーク３２、３３、３４は、光軸１４と同心環状とされた環状基部３９の上に一体的に形成されていることによって、１つのヨークユニット４０を構成している。

さらに、図２および図９に示すように、磁気力手段は、第１ヨーク３２に巻回された第１コイル４１と、第２ヨーク３３に巻回された第２コイル４２と、第３ヨーク３４に巻回された第３コイル４３との３つのコイル４１、４２、４３を有している。なお、図９には、便宜上、第１コイル４１のみが示されているが、第２コイル４２および第３コイル４３についても、第１コイル４１と全く同一の構成である。

第１〜第３コイル４１、４２、４３は、第１〜第３ヨーク３２、３３、３４の各３つの突極部３７のうち、周方向における中央の突極部に巻回されている。

さらに、図９に示すように、第１〜３コイル４１、４２、４３には、各コイル４１、４２、４３とともに励磁手段を構成する通電制御部４５がそれぞれ接続されており、この通電制御部４５は、各コイル４１、４２、４３に対して電流を供給することによって、コイル４１、４２、４３を貫く磁界を発生させるようになっている。

そして、このコイル４１、４２、４３を貫く磁界によって、コイル４１、４２、４３が巻回された中央の突極部３７が励磁され、同時に、この中央の突極部３７を挟む同一円弧部３６上の他の２つの突極部３７も励磁されることになる。

このようにして励磁されたヨーク３２、３３、３４に対して、光軸１４方向における図２の上方から臨んでいる環状部３０の部位には、光軸１４方向における第２歯車２１の方向（下方向）へ向かう吸引力が作用することになる。

そして、この吸引力によって、励磁されたヨーク３２、３３、３４の上方に位置する環状部３０の部位は、励磁されたヨーク３２、３３、３４の方向へ吸引されることになる。

このことを、第１歯車２０全体としてみれば、第１歯車２０全体が、励磁されたヨーク３２、３３、３４に近接する方向に傾くことになる。

これにより、励磁されたヨーク３２、３３、３４の方向へ吸引された環状部３０の部位の内側（光軸１４側）に位置する第１歯車２０の歯２０ａが、これに対向する第２歯車２１の歯２１ａに噛合されることになる（図２参照）。

さらに、通電制御部４５は、電流が供給されるコイル４１、４２、４３を、周方向に順次選択的に切換えることによって、第１〜第３ヨーク３２、３３、３４を周方向に順次選択的に励磁するようになっている。

これにより、各ヨーク３２、３３、３４に、環状部３０を吸引する吸引力を周方向に順次選択的に発生させることができ、この結果、第１歯車２０に、第２歯車２１と噛合しつつ自転を伴わない歳差運動を行わせることができる。

なお、図４および図７における仮想線Ｌ、Ｌ’は、自転を伴わない歳差運動による第１歯車２０の変位の範囲を示している。

したがって、本実施形態においては、通電制御部４５、第１〜第３コイル４１、４２、４３および第１〜第３ヨーク３２、３３、３４からなる簡易な構成によって発生される磁気力（吸引力）によって、第１歯車２０に、第２歯車２１と噛合（部分的な噛合）しつつ自転を伴わない歳差運動を適切に行わせることにより、振動を抑制しつつ、第２歯車２１に自転運動を適切に行わせることが可能となる。

さらに、本実施形態においては、第２歯車２１の自転運動を、カム面２７ａ、カム接触子２９および回り止め構造により、レンズ１０、１１、１２の光軸１４方向への移動運動（直進運動）に変換することによって、レンズ１０、１１、１２を光軸１４方向に適正に移動させることが可能となる。

ところで、通電制御部４５によって電流が供給されるコイル４１、４２、４３は、第１歯車２０に自転を伴わない歳差運動を行わせる必要上、周方向に順次切換わる必要がある。

しかし、必ずしも、任意の１つのコイル４１、４２、４３に対する電流の供給の終了と、当該１つのコイル４１、４２、４３に周方向において隣位する他のコイル４１、４２、４３に対する電流の供給の開始とが同時になされる必要はない。

すなわち、電流が供給されるコイル４１、４２、４３を、例えば、第１コイル４１から、この第１コイル４１に周方向において隣位する第２コイル４２に切換える際に、第１コイル４１に対する電流の供給時間と第２コイル４２に対する電流の供給時間とが重なることによって、双方のコイル４１、４２に同時に電流が供給されている時間が存在していてもよい。

このような場合においても、第２コイル４２に対する電流の供給時間内に、第１コイル４１に対する電流の供給が終了すれば、電流が供給されるコイル４１、４２が周方向に順次切換わることに他ならない。

また、これをヨーク３２、３３、３４の励磁状態としてみれば、まず、第１ヨーク３２のみが励磁された状態から、第１ヨーク３２と第２ヨーク３３との双方が励磁された状態に移行し、続いて、第２ヨーク３３のみが励磁された状態に移行することになる。このような場合であっても、各ヨーク３２、３３が、周方向に順次選択的に励磁されていることに他ならない。

このことは、電流が供給されるコイルを、第２コイル４２から第３コイル４３に切換える場合、また、第３コイル４３から第１コイル４１に切換える場合においても同様である。

このように、電流の供給を、１つのコイル４１、４２、４３から次のコイル４１、４２、４３に切換える際に、双方のコイル４１、４２、４３に対する電流の供給時間の重なり部分が存在する場合には、第１歯車２０の自転を伴わない歳差運動をさらに円滑に行わせることができ、騒音をさらに有効に抑制することができる。

上記構成に加えて、さらに、本実施形態における光学装置は、第１歯車２０の自転運動を抑制する自転抑制機構と、噛合保持機構としての第１歯車２０を第２歯車２１の方向に付勢する付勢手段とを備えている。

本実施形態において、自転抑制機構と付勢手段とは、ともに、環状部３０の図２における上面と、上カバー５の上壁部５ａの図２における下面との間に、周方向に等間隔（１２０°間隔）で配設された３つのコイルばね２２とされている。

また、本実施形態においては、付勢手段であるコイルばね２２は３つとされたが、例えば５つ等、複数のコイルばね２２を等間隔で配設してもよい。

より具体的には、３つのコイルばね２２は、図２における下方の端部が、環状部３０の上面に形成された平面円形の３つの環状部側凹部４６（図３参照）にそれぞれ挿入されて固定されており、上方の端部が、上カバー５の上壁部５ａの下面における環状部側凹部４６に対向する位置に形成された３つの上カバー側凹部４７にそれぞれ挿入されて固定されている。

３つのコイルばね２２は、第１歯車２０が自転を伴わない歳差運動を行う際に、自転抑制機構として作用することによって、第１歯車２０の自転運動を抑制するようになっている。

これにより、第１歯車２０の自転を伴わない歳差運動をさらに適切に行わせることができ、この結果、レンズ１０、１１、１２をより高精度に光軸１４方向に移動させることができる。

また、３つのコイルばね２２は、付勢手段として作用することによって、第１歯車２０を第２歯車２１の方向に弾性力によって付勢するようになっている。

これにより、第１歯車２０の非駆動時（換言すれば第１〜第３コイル４１、４２、４３への非通電時）においても、第１歯車２０と第２歯車２１との噛合状態を保持することができる。

この結果、第１歯車２０の非駆動時に第２歯車２１が勝手に自転してしまうことを防止することができ、また、電力（電流）供給を要することなく、レンズ１０、１１、１２を移動後の位置に簡便かつ適切に保持することができる。

さらに、同一の構造体としての３つのコイルばね２２によって、自転抑制機構と付勢手段との双方を構成することができる結果、部品点数を削減することができ、より小型で安価な構成にすることができる。

本実施形態としては、ベベルギアである第１歯車２０の歯数を、クラウンギアである第２歯車２１の歯数よりも少なくすることが好ましい。より好ましくは、第１歯車２０の歯数を、第２歯車２１の歯数より１つだけ少なくする。

そのようにすれば、自転を伴わない歳差運動の際の第１歯車２０の変位量を小さくすることができる結果、振動をさらに有効に抑制することができ、静音性をさらに向上させることができる。

また、第２歯車２１を保持する台座２の上面は、第２歯車２１の自転運動を円滑に行わせる観点から、樹脂の摺動グレード（ＰＴＦＥ等）等の摩擦係数が低い材質からなることが好ましい。

次に、本実施形態の作用について説明する。

まず、初期状態において、第１〜第３コイル４１、４２、４３には電流は供給されておらず、第１歯車２０は非駆動状態となっている。

このとき、第１歯車２０は、３つのコイルばね２２によって第２歯車２１の方向に付勢されていることによって、第２歯車２１にほぼ全体的に噛合された状態になっている。これによって、レンズ１０、１１、１２の静止状態が安定的に保持されている。

そして、初期状態から、フォーカシングを行うには、通電制御部４５によって、第１〜第３コイル４１、４２、４３に対して周方向に順次電流を供給する。

電流が供給されたコイル４１、４２、４３には、コイル４１、４２、４３を貫く磁界が発生し、この磁界によって、ヨーク３２、３３、３４が励磁される。

そして、励磁されたヨーク３２、３３、３４には、このヨーク３２、３３、３４の上方に位置する第１歯車２０の環状部３０の部位を吸引する吸引力が発生する。

次いで、この吸引力によって、励磁されたヨーク３２、３３、３４の上方に位置する環状部３０の部位が、この励磁されたヨーク３２、３３、３４の方向に吸引される。

これにより、図２に示すように、励磁されたヨーク３２、３３、３４の方向に吸引された環状部３０の部位の内側に位置する第１歯車２０の歯２０ａが、これに対向する第２歯車２１の歯２１ａに噛合する。

このときの吸引力による第１歯車２０の第２歯車２１への噛合は、初期状態におけるコイルばね２２の付勢力による噛合とは異なり、部分的ないしは局所的な噛合となり、初期状態よりも強い噛合となる。

そして、電流が供給されるコイル４１、４２、４３、すなわち励磁されるヨーク３２、３３、３４が、周方向に順次切換わることによって、環状部３０における吸引力が作用する部位も、周方向に順次変化することになる。

これにより、第１歯車２０が駆動状態となり、励磁されたヨーク３２、３３、３４による吸引力を駆動力とした自転を伴わない歳差運動を行う。

このとき、３つのコイルばね２２によって第１歯車２０の自転が抑制されるため、第１歯車２０が、自転を伴わない歳差運動を適切に行うことができる。

この第１歯車２０の自転を伴わない歳差運動により、第１歯車２０と第２歯車２１との噛合位置が周方向に変化して、第２歯車２１が、第１歯車２０から自転方向への駆動力を伝達されて、光軸１４を中心とした自転運動を行う。

この第２歯車２１の自転運動にともなって、第２歯車２１のカム面２７ａにカム接触子２９が摺接することによって、第２歯車２１の自転運動が、カム接触子２９が設けられているバレル１５による光軸１４方向への直進運動に変換される。

これにより、バレル１５に保持されたレンズ１０、１１、１２を、バレル１５とともに光軸１４方向に移動させることができ、フォーカシングを行うことができる。

そして、フォーカシングが完了したときには、第１〜第３コイル４１、４２、４３に対する電流の供給を停止して第１歯車２０を再び非駆動状態にする。

このとき、第１歯車２０には、第１〜第３ヨーク３２、３３、３４による吸引力は既に作用しないが、３つのコイルばね２２の付勢力によって、第１歯車２０と第２歯車２１とを噛合させることができる。

これにより、レンズ１０、１１、１２をフォーカシング後の位置に安定的に保持することができる。

以上述べたように、本実施形態における光学装置１によれば、通電制御部４５、第１〜第３コイル４１、４２、４３および第１〜第３ヨーク３２、３３、３４によって、第１歯車２０に、第２歯車２１と噛合しつつ自転を伴わない歳差運動を行わせることにより、第２歯車２１に効率的に自転運動を行わせることができ、さらに、この第２歯車２１の自転運動を、カム面２７ａ、カム接触子２９および回り止め構造によってレンズ１０、１１、１２の光軸１４方向への移動運動に変換することができる。

また、第１歯車２０の非駆動時においても、コイルばね２２によって第１歯車２０と第２歯車２１との噛合状態を保持することによって、電力供給を要することなく、レンズ１０、１１、１２をフォーカシング後（移動後）の位置に安定的に保持することができる。

この結果、消費電力および製造コストを削減することができ、かつ、直線性および耐久性を向上させることができ、さらに、振動を抑制して光学素子を光軸方向に適切に移動させることができるとともに騒音の発生を防止することができ、そのうえ、小型化に適した構成とすることができる。

さらに、部品点数を少なくすることができ、製造効率および歩留まりを向上させることができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

例えば、第１歯車がクラウンギアであってもよいし、また、第２歯車がベベルギアであってもよく、第１歯車２０と第２歯車２１の両方をベベルギアで構成してもよい。

また、第２歯車２１が第１歯車２０との噛み合わせにおいて光軸１４に対して交差する方向（例えば直交方向）にずれることを防止する機構として、第２歯車２１の外側であり、かつ、第１歯車２０の方向に向かって突出する突出部を第２歯車２１に設け、第１歯車２０と第２歯車２１との噛み合わせと合わせてずれの問題を解消してもよい。

さらに、端面カム２７およびカム接触子２９に代り、第２歯車２１の内周面と、バレル１５の外周面とに、互いに螺合するねじ構造を設けることによって変換機構を構成してもよい。

この場合においても、第２歯車２１の自転運動にともなって、バレル１５を光軸方向に適正に移動させることができる。

本発明に係る光学装置の実施形態を示す平面図 図１の２−２断面図 本発明に係る光学装置の実施形態において、第１歯車を示す平面図 図３の４−４断面図 図３の下面図 本発明に係る光学装置の実施形態において、第２歯車を示す平面図 図６の７−７断面図 本発明に係る光学装置の実施形態において、ヨークユニットを示す斜視図 本発明に係る光学装置の実施形態において、磁気力手段の主要部を示す平面図

符号の説明

１ 光学装置
１０ 第１レンズ
１１ 第２レンズ
１２ 第３レンズ
１４ 光軸
２０ 第１歯車
２１ 第２歯車
２２ コイルばね
２４ 第１ピッチ面
２５ 第２ピッチ面
２７ カム面
２９ カム接触子
３０ 環状部
３２ 第１ヨーク
３３ 第２ヨーク
３４ 第３ヨーク
４１ 第１コイル
４２ 第２コイル
４３ 第３コイル
４５ 通電制御部

Claims (9)

1. 光軸方向に移動可能とされた光学素子
   を有する光学装置において、
   互いに対向するように配設され、かつ、それぞれのピッチ面が互いに向かい合うように形成された第１歯車及び第２歯車を有し、前記第１歯車が、前記第２歯車に噛合しつつ自転を伴わない歳差運動を行うことが可能とされ、前記第２歯車が、前記第１歯車の自転を伴わない歳差運動により、自転運動を行うことが可能とされた歯車機構と、
   前記第２歯車の自転運動を、前記光学素子の前記光軸方向への移動運動に変換する変換機構と、
   前記第１歯車に前記自転を伴わない歳差運動を行わせる第１歯車駆動機構と、
   少なくとも前記第１歯車の非駆動時に、前記第１歯車と前記第２歯車との噛合状態を保持する噛合保持機構と
   を備えたことを特徴とする光学装置。
2. 前記第１歯車駆動機構が、
   前記第１歯車に配設された磁気作用部と、
   この磁気作用部に、前記第１歯車を前記自転を伴わない歳差運動の方向に変位させる磁気力を作用させる磁気力手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
3. 前記磁気作用部が、前記第１歯車のピッチ面に沿って周設された磁性を有する環状部とされ、
   前記磁気力手段が、前記環状部における周方向において互いに異なる複数の部位に、前記光軸方向における前記第２歯車の方向への磁気力を、周方向に順次選択的に作用させることによって、前記第１歯車に前記自転を伴わない歳差運動を行わせることが可能とされていること
   を特徴とする請求項２記載の光学装置。
4. 前記磁気力手段が、
   前記環状部に対して前記光軸方向における前記第２歯車と同じ側から対向する位置に、前記環状部に沿って周方向に所定の間隔を設けて配設された複数のヨークと、
   これら複数のヨークを周方向に順次選択的に励磁することによって、各ヨークに前記環状部を吸引する吸引力を周方向に順次選択的に発生させる励磁手段と
   を備えたことを特徴とする請求項３記載の光学装置。
5. 前記第１歯車が、ベベルギアとされ、
   前記第２歯車が、クラウンギアとされていること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか1項記載の光学装置。
6. 前記第１歯車の歯数が、前記第２歯車の歯数よりも１つ少ないこと
   を特徴とする請求項５記載の光学装置。
7. 前記第１歯車の自転運動を抑制する自転抑制機構を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか1項記載の光学装置。
8. 前記噛合保持機構が、
   前記第１歯車を前記第２歯車の方向に付勢する付勢手段を備えたこと
   を特徴とする請求項１〜７のいずれか1項記載の光学装置。
9. 前記自転抑制機構および前記付勢手段が、前記第１歯車と装置本体における前記第１歯車に臨む部位との間に、周方向に沿って所定の間隔を設けて配設された複数のコイルばねを備えた同一の構造体によって形成されていること
   を特徴とする請求項８記載の光学装置。

Images