JP2007053840A - リニアモータ、レンズ駆動装置及びデジタルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成でコイル体の駆動制御が容易にでき且つ騒音を低減できるリニアモータ、レンズ駆動装置及びデジタルカメラを提供する。
【解決手段】 本発明のリニアモータ７は、ヨーク１７と、マグネット１９と、コイル体２３と、駆動制御部３１とを備え、コイル体２３を構成するコイルに通電して生じる電磁力によりヨーク１７に対してコイル体２３が相対的に直線駆動するリニアモータであって、駆動制御部３１はコイル体２３にパルス電流を供給し且つ供給するパルス電流の周波数を可聴帯域外の周波数としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コイル体がヨークに対して直線上を相対移動するリニアモータ、そのリニアモータを用いて光軸方向にレンズを駆動するレンズ駆動装置及びデジタルカメラに関する。

特許文献１には、パルス電流を回転モータに供給することによりモータの回転軸を駆動することが開示されている。この特許公報に記載の技術では、積分回路を用いてパルスの立ち上がりと立ち下げの波形を穏やかにすることにより、駆動時のモータの騒音を低減している。また、周波数は１５Ｈｚとすることが開示されている。

特開平１１−５２２２６号公報

一般に、リニアモータでは、コイル体に直流の定常電流を流すと同時にコイル体がダイレクトに駆動する為、デジタルカメラなどのレンズの駆動に用いる場合には、レンズを僅かに移動する必要があるので被駆動体の駆動を制御し難いという問題がある。

これに対して、コイル体に直流のパルス電流を流すことにより、移動量を細かく制御することが考えられる。

しかし、所定の周波数でパルス電流を流す場合には、パルス電流によりコイルが振動して騒音になるという問題がある。

そこで、本発明は、簡易な構成でコイル体の駆動制御が容易にでき且つ騒音を低減できるリニアモータ、レンズ駆動装置及びデジタルカメラの提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、ヨークと、マグネットと、コイル体と、駆動制御部とを備え、コイル体を構成するコイルに通電して生じる電磁力によりヨークに対してコイル体が相対的に直線駆動するリニアモータであって、駆動制御部はコイル体にパルス電流を供給し且つ供給するパルス電流の周波数を可聴帯域外の周波数としていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、パルス電流の周波数は１６ＫＨｚ〜３０ＫＨｚであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、パルス電流は矩形波であり且つデューティ比を９０％以上にしていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載のリニアモータを２つ備え、各コイル体に通電するパルス電流は矩形波であり且つデューティ比を５０％にして、且つ互いに位相を１８０度ずらしていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の２つのリニアモータは、光軸方向に光学ズームレンズを駆動するリニアモータと、光軸方向にフォーカスレンズを駆動するリニアモータとであることを特徴とするレンズ駆動装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項１又は２に記載のリニアモータは、光軸方向に光学ズームレンズを駆動するリニアモータであり、駆動制御部はコイル体に流す電流を一定時間間欠的に流すモードと連続的に流すモードとに切替可能としていることを特徴とするレンズ駆動装置である。

請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のレンズ駆動装置と、受光素子と、受光素子が受けた光の画像を表示するモニターとを備え、ズームレンズを所定量移動した後フォーカスレンズを焦点位置に移動し、次にズームレンズ及びフォーカスレンズを所定時間停止するという移動と停止を繰り返してズームレンズとフォーカスレンズとが駆動し、停止時間中に受光素子が画像を取り込んで画像をモニターに表示することを特徴とするデジタルカメラである。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、受光素子が取り込んだ画像は、次にズームレンズとフォーカスレンズとが移動した後に停止するまで、モニターに表示し続けることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、コイル体に所定周波数のパルス電流を供給することにより、少しずつコイル体を駆動できるのでコイル体の移動制御がし易い。更に、パルス電流の周波数は可聴帯域外の周波数としているので、駆動時におけるパルス音が騒音になるのを防止できる。

可聴周波数帯域は一般に２０Ｈｚ〜２００００Ｈｚであるから、本発明では２０Ｈｚよりも低い周波数か、２００００Ｈｚよりも高い周波数としている。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を得ることができると共に、パルス電流の周波数を１６ＫＨｚ〜３０ＫＨｚとすることにより、可聴帯域が人によって多少の誤差があるとしても、充分に騒音を低減できると共に十分な推力を得ることができる。

可聴帯域よりも低い周波数では、１パルス当りに電流を流す時間が長くなってコイル体の微細動きの制御がし難くなるが、本発明では可聴帯域よりも高い周波数とすることにより、細かい駆動ができ移動距離の制御がし易い。

また、パルス電流の周波数が１６ＫＨｚよりも低いと、騒音までいかないまでも人によっては音を感じることがあり、３０ＫＨｚよりも高い周波数とすると推力が低下する。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の作用効果を得ることができると共に、直流の定常電流を流す場合と略同様の推力を得ることができ、応答性が良く且つ効率良い駆動ができる。

請求項４に記載の発明によれば、ピーク電流を小さくでき（約半分にでき）、少ない電力で２つのコイル体を略同時に駆動することができる。

請求項５に記載の発明によれば、光学ズームレンズとフォーカスレンズとの駆動を請求項１又は２に記載のリニアモータで行うことにより、光学ズームによる倍率の変更と焦点合わせによる駆動時の騒音を低減できる。

請求項６に記載の発明によれば、目標までの移動距離が長いところでは連続的にパルス電流を流して早く移動し、目標に近いところや緩やかな移動を行う場合には間欠的にパルス電流を流すことにより、応答性が良く且つ制御性の良い倍率変更ができる。

請求項７に記載の発明によれば、光学ズームレンズとフォーカスレンズとは焦点が合致した位置における停止時の画像を取り込んで表示するので、焦点距離の合致した鮮明な画像を常時表示できる。

請求項８に記載の発明によれば、光学ズームレンズやフォーカスレンズが移動しているときにも、停止時に取り込んだ鮮明な画像を次々にモニターに表示することにより、倍率変更毎の鮮明な画像を連続的にモニターに表示することができる。

以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１（ａ）は本実施の形態にかかるリニアモータの構成を示す図であり、（ｂ）はパルス発生器におけるパルス電流の波形を示す図であり、図２は本実施の形態にかかるリニアモータを用いたデジタルカメラの縦断面図であり、図３は図２に示すデジタルカメラのＡ―Ａ断面図であり、図４はズームレンズをワイド側から望遠側にゆっくり移動したときの光学ズームレンズ及びフォーカスレンズの駆動を説明するグラフであり、図５は光学ズームレンズをワイド側から望遠側に早く移動したときの光学ズームレンズ及びフォーカスレンズの駆動を説明するグラフであり、図６は光学ズームレンズを望遠側からワイド側にゆっくり移動したときの光学ズームレンズ及びフォーカスレンズの駆動を説明するグラフである。

本実施の形態にかかるレンズ駆動装置１は、携帯電話に組み込まれるデジタルカメラ２に用いられるものであり、光学ズーム付きオートフォーカスデジタルカメラのレンズ駆動装置である。

レンズ駆動装置１は、図２及び図３に示すように、電磁力により駆動する第１レンズホルダ３及び第２レンズホルダ５と、第１レンズホルダ３を駆動する第１駆動機構（リニアモータ）７と、第２レンズホルダ５を駆動する第２駆動機構（リニアモータ）９とを備えている。

第１レンズホルダ３は、本実施の形態では光学ズームレンズ１５を保持しており、案内軸１３により光軸方向にスライド自在に設けてある。

第２レンズホルダ５は、フォーカスレンズ１６を保持しており、第１レンズホルダ３と同様に案内軸１３により光軸方向にスライド自在に設けてある。尚、光学ズームレンズ１５とフォーカスレンズ１６とは光軸を同一にしてある。

第１駆動機構７と第２駆動機構９とは略同じ構成であるから、第１駆動機構７を説明して第２駆動機構９には同一作用効果を奏する部分には同一の符号を付することによりその部分の説明を省略する。

第１駆動機構７は、リニアモータであり、ヨーク１７と、マグネット１９と、コイル体２３とから構成されている。本実施の形態では、ヨーク１７は筐体１１に固定してあり、コイル体２３にレンズホルダ３を取付けてコイル体２３がヨーク１７に対して光軸方向に移動するようになっている。

ヨーク１７は断面略矩形を成して磁界を閉じており、コイル体２３の移動方向に長い一対の壁部２５ａ、２５ｂを有し、一対の壁部２５ａ、２５ｂは略平行に配置してある。一方の壁部２５ａにおいて他方の壁部２５ｂに対向する面にはマグネット１９が貼付してあり、ヨーク１７の一方の壁部２５ａと他方の壁部２５ｂとの間に磁界を形成している。

コイル体２３は、コイルを巻回して略角筒状に形成されており、筒の内周側に他方の壁部２５ｂが挿通されて、ヨーク１７ｂに対して移動自在になっている。

尚、デジタルカメラ２には、図２に示すように、レンズ駆動装置１の光軸上に受光素子２４が設けてあり、受光素子２４が受けた画像は、画像制御部２６を介して記憶装置に記録される他、モニター２８に表示されるようになっている。

また、図１に示すように、第１レンズホルダ３及び第２レンズホルダ５には各々位置スケール２９が設けてあり、筐体に固定した位置センサ２７が位置スケールの移動量を計測し、計測した位置情報はマイコン（マイクロコンピュータ）３０に送られている。

コイル体２３のコイルには、駆動制御部３１から電流が供給されている。ここで、図１を参照して駆動制御部３１について説明する。駆動制御部３１ではパルス発生器３３からパルス波が発生され、マイコン３０から制御を受けたＮＯＲ回路３５、３６を経てＨ型ブリッジドライブ回路３７からコイル体２３のコイルに所定のパルス電流が供給されている。ＮＯＲ回路３５、３６は一方が順方向のパルス電流を出力し、他方が反転方向に電流を出力して各レンズホルダ３、５を往復駆動するようになっている。

パルス発生器３３では、図１（ｂ）に示すように、パワーモードのパルス波とエコノミーモードのパルス波との２種類のパルス波を供給可能になっている。パワーモードのパルス波は、本実施の形態では、２０ＫＨｚ（５０μｓｅｃ）でデューティ比９５％の矩形波であり、各回路Ａ、Ｂに各々供給される。

エコノミーモードは、回路Ａでは２０ＫＨｚ（５０μｓｅｃ）でデューティ比５０％の矩形波であり、回路Ｂでは回路Ａの波形と移相が１８０度ずれた波形としている。即ち、エコノミーモードでは回路Ａと回路Ｂとは反転した波形になっている。

パワーモードとエコノミーモードとの選択は、例えば、デジタルカメラに設けてあるスイッチによる切替や、ズームボタンを所定時間押し続けたときにはパワーモードになるようにしてもよい。

次に、本発明にかかる実施の形態の作用及び効果について説明する。

デジタルカメラ２（カメラ付き携帯電話）で撮影する場合において、光学ズームを用いる場合には、コイル体２３に電流を流して、第１駆動機構７及び第２駆動機構９を駆動する。図４に示すように、光学ズームレンズ１５をワイド側（視野の拡大側）から望遠側にゆっくり送る場合には、パワーモード（図１（ｂ）参照）、即ち、２０ＫＨｚでデューティ比９５％の矩形波形のパルス電流を第１駆動機構７と第２駆動機構９との各コイルに各々所定時間ずつ間欠的に供給することにより、ズームレンズ１５及びフォーカスレンズ１６を各々駆動する。例えば、０．０３秒通電して１．５ｍｍ移動したところで、第１レンズホルダ（光ズームレンズホルダ）３を駆動する第１駆動機構７を停止する。尚、第１レンズホルダ３は案内軸１３との摩擦により停止する。続いて、第２レンズホルダ（フォーカスレンズホルダ）を駆動する第２駆動機構９に、同じ矩形波のパルス電流を流してフォーカスレンズ１６を焦点位置に移動する。焦点位置は受光素子２４が高域成分のピークを検出することにより判断する。そして、焦点が合致したところで、受光素子２４が受けた画像をモニター２８に表示する。

その後、再び、第１駆動機構７に上述したパルス電流を所定時間供給して第１駆動機構７を少し移動した後、第２駆動機構９を駆動してフォーカスレンズ１６の焦点が合致したところで画像を取り込み、次の画像をモニター２８に表示する。

即ち、図４に符号Ｍ及びＮで示すように、光学ズームレンズ１５とフォーカスレンズ１６との移動を停止したところで受光素子２４で画像を取り込んでモニター２８に表示した後、次の駆動停止までのＭ＋Ｎの間、ずっと画像をモニター２８に表示し続ける。

本実施の形態によれば、光学ズームレンズ１５を少し動かす毎にフォーカスレンズ１６の焦点を合わせてその都度画像を表示しているので、操作者には光学ズームレンズ１５を動かしながら、常にピントの合った鮮明な画像をモニター２８に表示することができる。

少しずつ光学ズームレンズ１５を動かしつつフォーカスレンズ１６で焦点を合わせているので、目標位置まで光学ズームレンズを移動させたときにフォーカスレンズ１６による合焦点が迅速にできる。

また、光学ズームレンズの設定位置が最大倍率の位置等のように、目標位置までの移動距離が長い場合には、図５に示すように、早く送るモードにして連続的にズームレンズ及びフォーカスレンズを移動する。この場合、２０ＫＨｚでデューティ比９５％の矩形波形のパルス電流を所定時間連続的にコイルに供給することにより、例えば、０．１６ｓｅｃ（秒）で８ｍｍ移動する。ズームレンズの移動後、フォーカスレンズを移動して焦点を合わせる。このように、パルス電流を連続的に供給することにより、短い時間で倍率設定と焦点合わせができる。

また、図６に光学ズームレンズを望遠側からワイド側へゆっくり送る場合を示し、図７に光学ズームレンズを望遠側からワイド側へ早く送る場合を示すが、これらの場合には、初めフォーカスレンズ１６を移動して光学ズームレンズ１５との干渉を避けた後、光学ズームレンズ１５を移動し、次にフォーカスレンズ１６を移動して焦点を合わす。この場合にも上述したからワイド側から望遠側へ移動する場合と同様な作用効果を得ることができる。

尚、本実施の形態では、通常はズームレンズ１５をゆっくり動かすモードに設定されており、デジタルカメラに設けられたズームボタンを押し続けると速く動かすモードに設定される。

本実施の形態では、第１駆動機構７を駆動後に第２駆動機構９を駆動しているが、図１（ｂ）のエコノミーモードに示すように、１８０度移送をずらした波形のパルス電流（２０ＫＨｚでデューティ比９５％の矩形波形の）を第１駆動機構７と第２駆動機構９に同時に供給して、第１駆動機構７と第２駆動機構９とを同時に駆動するものであってもよい。このように、１８０度位相をずらしたパルス電流で第１駆動機構７と第２駆動機構９とを同時に駆動することにより、ピーク電流を半分にでき、２つの駆動機構を同時に駆動しつつ省力化を図ることができる。

次に、図８〜図１０を参照して、パルス電流の周波数とデューティ比との関係について実験を行ったので、その結果を説明する。実験は図８に示すように、上述した第１駆動機構７と同様に構成してあり、ヨーク１７と、マグネット１９と、コイル体２３において、コイル体２３に、図９で示すデューティ比３０、５０、９０％のパルス波形の他に、１０％、２０％、４０％、６０％、７０％、８０％のパルス波形についても各々周波数を変えたパルス電流を流し、各推力を測定した。その結果を、図１０のグラフに示す。尚、図１０において、ＤＣは直流の定常電流である。図１０のグラフから明らかなように、周波数が低いほど推力が高く、またデューティ比が高いほど推力が高いことが明らかであるが、可聴帯領域（２０Ｈｚ〜２００００Ｈｚ）外では、１６〜３０ＫＨｚ程度であれば、ＤＣ電流にさほど劣らない程度の推力（ＤＣ電流の約７５％以上）を得ることができる。

即ち、周波数１６ＫＨｚ〜３０ＫＨｚでデューティ比９０％以上であれば、騒音がなくしかも十分な推力でリニアモータを駆動することができる。

次に、本発明の他の実施の形態について説明する。図１１は可聴帯域外の他の周波数におけるパルス電流の例を示すものである。この実施の形態では、図１１（ａ）に示すように、２０ＫＨｚでデューティ比５０％と、６Ｈｚでデューティ比７０％と、０．６Ｈｚ矩形発信器とを組み合わせたものである。

この実施の形態では、図１１（ｂ）に各箇所における出力波形を示すように、コイルへ供給する出力箇所Ｅ、Ｆでは各々６Ｈｚ（１６０ｍｓｅｃ）でデューティ比３０％であった。この実施の形態では、ゆっくりとしたステップ動作で駆動するが、可聴帯領域外の周波数なので、騒音（ノイズ）は殆どなかった。

図１２の実施の形態は、図１１と同様に、可聴帯域外の他の周波数におけるパルス電流の例を示すものである。この実施の形態では、図１２（ａ）に示すように、２０ＫＨｚでデューティ比１０％と、２００Ｈｚでデューティ比９０％と、１Ｈｚ矩形発信器とを組み合わせたものである。

この実施の形態では、図１２（ｂ）に各出力箇所における出力波形を示すように、コイルへ供給する出力Ｅ、Ｆでは各々２００Ｈｚ（５ｍｓｅｃ）でデューティ比１０％であった。この実施の形態では、充分な推力で早く動き且つなめらかな動きが観察できた。Ｂにおける２００Ｈｚの周波数は、一般的には可聴範囲であるが、フォーカスレンズの駆動に用いる場合には移動量が少ない為ノイズとしての影響は殆どなかった。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

例えば、リニアモータは小型カメラに用いることに限らず、移動体を駆動するリニアモータとして用いるものであれば、どのようなものにも利用することができる。

コイル体２３はヨーク１７に相対的に移動すれば良く、例えば、コイル体２３を筐体１１に固定し、ヨーク１７を駆動するものであってもよい。

（ａ）本実施の形態にかかるリニアモータの構成を示す図であり、（ｂ）はパルス発生器におけるパルス電流の波形を示す図である。 本実施の形態にかかるリニアモータを用いたデジタルカメラの縦断面図である。 図２に示すデジタルカメラのＡ―Ａ断面図である。 ズームレンズをワイド側から望遠側にゆっくり移動したときのズームレンズ及びフォーカスレンズの駆動を説明するグラフである。 ズームレンズをワイド側から望遠側に早く移動したときのズームレンズ及びフォーカスレンズの駆動を説明するグラフである。 ズームレンズを望遠側からワイド側にゆっくり移動したときのズームレンズ及びフォーカスレンズの駆動を説明するグラフである。 ズームレンズを望遠側からワイド側に早く移動したときのズームレンズ及びフォーカスレンズの駆動を説明するグラフである。 実験で用いたレンズ駆動装置の構成を示す断面図である。 パルス電流の波形とデューティ比を説明する図である。 パルス電流のデューティ比と周波数と推力との関係を示すグラフである。 他の実施の形態にかかるパルス電流の周波数とデューティ比とを示す図である。 他の実施の形態にかかるパルス電流の周波数とデューティ比とを示す図である。

１ レンズ駆動装置
７ 第１駆動機構（リニアモータ）
９ 第２駆動機構（リニアモータ）
１７ ヨーク
１９ マグネット
２３ コイル体
３１ 駆動制御部
３３ パルス発生器

Claims (8)

1. ヨークと、マグネットと、コイル体と、駆動制御部とを備え、コイル体を構成するコイルに通電して生じる電磁力によりヨークに対してコイル体が相対的に直線駆動するリニアモータであって、駆動制御部はコイル体にパルス電流を供給し且つ供給するパルス電流の周波数を可聴帯域外の周波数としていることを特徴とするリニアモータ。
2. パルス電流の周波数は１６ＫＨｚ〜３０ＫＨｚであることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. パルス電流は矩形波であり且つデューティ比を９０％以上にしていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアモータ。
4. 請求項１又は２に記載のリニアモータを２つ備え、各コイル体に通電するパルス電流は矩形波であり且つデューティ比を５０％にして、且つ互いに位相を１８０度ずらしていることを特徴とするリニアモータ。
5. 請求項１又は２に記載の２つのリニアモータは、光軸方向に光学ズームレンズを駆動するリニアモータと、光軸方向にフォーカスレンズを駆動するリニアモータとであることを特徴とするレンズ駆動装置。
6. 請求項１又は２に記載のリニアモータは、光軸方向に光学ズームレンズを駆動するリニアモータであり、駆動制御部はコイル体に流す電流を一定時間間欠的に流すモードと連続的に流すモードとに切替可能としていることを特徴とするレンズ駆動装置。
7. 請求項５に記載のレンズ駆動装置と、受光素子と、受光素子が受けた光の画像を表示するモニターとを備え、ズームレンズを所定量移動した後フォーカスレンズを焦点位置に移動し、次にズームレンズ及びフォーカスレンズを所定時間停止するという移動と停止を繰り返してズームレンズとフォーカスレンズとが駆動し、停止時間中に受光素子が画像を取り込んで画像をモニターに表示することを特徴とするデジタルカメラ。
8. 受光素子が取り込んだ画像は、次にズームレンズとフォーカスレンズとが移動した後に停止するまで、モニターに表示し続けることを特徴とする請求項７に記載のデジタルカメラ。
   
   
   
   

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