JP2007151270A - モータ及びレンズアクチュエータ - Google Patents

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Katsuyuki Ishiguro
克之 石黒
Yasuaki Kameyama
泰明 亀山
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Abstract

【課題】ステータをコンパクトに構成して全体の小型化を図ることができるモータ及びレンズアクチュエータを提供すること。
【解決手段】本発明のレンズアクチュエータ1は、ステータ17a,17bがロータ18の左右両側に配置され(ステータ17a,17bが上下に積み重ねられていない)、また、クロー11a,12a,13a,14aがロータ18の外周の一部に沿ってのみ配置されている。そのため、ステータ全体の厚さ(高さ)及び長さを小さく抑えて、ステータ全体の小型化、ひいては、モータ4の小型化を図ることができる。
【選択図】図4

Description

本発明は、モータ、及び、このモータによってレンズを光軸方向に沿って移動させるためのレンズアクチュエータに関する。
クローポール式のモータを用いてレンズを光軸方向に沿って移動させるレンズアクチュエータは従来から様々な形態のものが知られている。例えば、特許文献1には、円筒状のロータと、このロータの外周に配されるステータとを有するモータであって、複数の歯状のクローを所定のピッチで形成するクロー部材と通電用のコイルとによって前記ステータが構成されたクローポール式のモータを備えたレンズアクチュエータが開示されている。
特開平9−23635号公報
しかしながら、特許文献1に開示されたレンズアクチュエータにおいては、前記ステータ(クロー部材)の全周にわたってクローが設けられているとともに、前記ステータが上下2段に積み重ねられている。そのため、ステータ全体の長さ及び厚さ(高さ)が大きくなり、ステータの小型化、ひいては、レンズアクチュエータの小型化を図ることが難しいという問題がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ステータをコンパクトに構成して全体の小型化を図ることができるモータ及びレンズアクチュエータを提供することを目的とする。
本発明のモータは、周方向に連続して交互に異なる磁極を所定のピッチで有する円筒状のロータと、前記ロータの左右両側に配置された右側ステータ及び左側ステータとを備えたモータであって、前記右側ステータは、前記ロータの外周に対向して配設されるクローと、前記クローと対向して前記ロータの右側に配置される通電用の右側コイルとを有し、前記左側ステータは、前記ロータの外周に対向して配設されるクローと、前記クローと対向して前記ロータの左側に配置される通電用の左側コイルとを有し、前記右側ステータ及び前記左側ステータの前記クローは、前記ロータの外周の一部に沿って所定のピッチで同心的に配置されるとともに、前記ロータの磁極に対する前記右側ステータのクローの位置が、ロータの磁極に対する前記左側ステータのクローの位置に対して、前記ロータの磁極の1/2ピッチ分だけずれた状態に設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、ステータがロータの左右両側に配置され(ステータが上下に積み重ねられていない)、また、クローがロータの外周の一部に沿ってのみ配置されているため、ステータ全体の厚さ(高さ)及び長さを小さく抑えて、ステータの小型化、ひいては、モータの小型化を図ることができる。
本発明のモータにおいては、前記右側及び左側ステータは、導電ワイヤで構成されたコイルと、前記コイルを上下から挟んで互いに対向する上側及び下側クロー部材とを有し、上側及び下側クロー部材の一方は、互いに離間する一対のクローを有するとともに、上側及び下側クロー部材の他方は、前記一対のクロー間に位置してこれらと噛み合う1つのクローを有していることが好ましい。
この構成によれば、互いに上下に対向する2つのクローと1つのクローとを噛み合わせているだけであるため、一対のクロー同士を上下に対向させて噛み合わせる構成すなわち上下に同数のクローを有する構成に比べてクロー部材(ステータ)の小型化を図ることができる。
本発明のモータにおいては、前記右側ステータの上側クロー部材が1つのクローを有し、前記右側ステータの下側クロー部材が一対のクローを有するとともに、前記左側ステータの上側クロー部材が一対のクローを有し、前記左側ステータの下側クロー部材が1つのクローを有していることが好ましい。
この構成によれば、右側ステータと左側ステータとで上下のクロー部材のクロー数が逆になっているため、右側ステータと左側ステータとで上側及び下側クロー部材を兼用することができる。
本発明のモータにおいては、前記右側ステータの前記上側及び下側クロー部材と前記左側ステータの前記上側及び下側クロー部材とが磁気的に切断されていることが好ましい。この構成によれば、ロータを効率良く回転させることができる。
本発明のモータにおいては、前記右側ステータと前記左側ステータとが前記ロータに対して互いに非対称的に配置されていることが好ましい。この構成によれば、右側及び左側ステータがロータに対して対称に配置されている場合に比べて、モータの左右方向の長さを短くすることができる。
本発明のレンズアクチュエータは、上記構成のモータと、レンズを保持するレンズホルダと、前記モータの動力を前記レンズホルダに伝えるためのレンズ移動機構とがケース内に収容されて成り、前記モータが回転することにより前記レンズホルダが光軸方向に沿って移動することを特徴とする。
この構成によれば、ステータがロータの左右両側に配置され(ステータが上下に積み重ねられていない)、クローがロータの外周の一部に沿ってのみ配置されているモータを備えているため、レンズアクチュエータの小型化を図ることができる。
本発明のレンズアクチュエータにおいては、前記レンズ移動機構は、前記モータの回転を前記レンズホルダ側に伝えるためのギア機構と、前記ギア機構の回転に伴って前記レンズホルダを所定のカム面に沿って移動させることにより前記レンズホルダを光軸方向に沿って移動させるカム機構とで構成されたことが好ましい。この構成によれば、ロータの回転力を所定の減速比で効率的に且つ安定してレンズホルダに伝えることができる。
本発明によれば、ステータがロータの左右両側に配置され(ステータが上下に積み重ねられていない)、また、クローがロータの外周の一部に沿ってのみ配置されているため、ステータ全体の厚さ(高さ)及び長さを小さく抑えて、モータの小型化、ひいては、レンズアクチュエータの小型化を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1〜図3には、本発明の実施の形態に係るレンズアクチュエータ1の全体構成が示されている。なお、図1はレンズアクチュエータ1の斜視図であり、図2はレンズアクチュエータのトップカバー6Aを除去した状態の平面図であり、図3はレンズアクチュエータ1の分解斜視図である。
これらの図に示されるように、レンズアクチュエータ1は、全体が略直方体状に形成されており、レンズアセンブリ2と、レンズアセンブリ2を光軸O方向に沿って移動可能に保持するモータ4と、モータ4の駆動力をレンズアセンブリ2に伝達してレンズアセンブリ2を光軸O方向に沿って移動させるためのレンズ移動機構50と、レンズアセンブリ2とレンズ移動機構50とモータ4とを保持して収容する矩形枠状の例えば樹脂材(磁性金属で構成されていても良い)で構成されたケース6とを備えて成る。なお、本実施の形態において、モータ4は、後述するように、いわゆるPM型2相クローポール式のステッピングモータを構成している。
レンズアセンブリ2は、所要のレンズ10…を光軸O方向に沿って配列してなるレンズホルダを有しており、後述するレンズ移動機構50のアウターカム40に固定的に保持されている。また、ケース6は、図3に明確に示されるように、矩形蓋状のトップカバー6Aと矩形箱状のアウターケース6Bとを有し、アウターケース6Bの一方側の2つの角部に設けられた突起81,82がトップカバー6Aの対応する部位に形成された係合孔83,84に係合されることにより、トップカバー6Aとアウターケース6Bとが一体的に固定されるようになっている。なお、トップカバー6Aには、光軸O方向に沿って移動するレンズアセンブリ2がケース6に対して突没するための開口6aが形成されている。
レンズアセンブリ2とレンズ移動機構50とモータ4とがケース6から取り出された状態が図4に示されている。図示のように、モータ4は、レンズ移動機構50を介してレンズアセンブリ2に対して動力学的に結合されており、その駆動力をレンズ移動機構50のギア列を介してレンズアセンブリ2に伝えることができるようになっている。
図4及び図5に示されるように、レンズ移動機構50は、レンズアセンブリ2を内部に固定的に保持する円筒状のアウターカム40と、アウターカム40と係合し、アウターカム40を下側から昇降自在に保持する回転可能なカムギア52と、後述するロータ18の回転軸68(図6〜図8参照)とカムギア52とを連結するためのギア列55とを有する。ギア列55は、ロータ18の回転軸68に結合されて回転軸68と一体に回転するとともに回転軸68を受ける軸受部材53を保持するピニオンギア54と、ピニオンギア54と噛み合うとともに後述する下側モータケース72に突設された第1のギアシャフト57に回転可能に支持された大径の第1のミッドギア56と、第1のミッドギア56に対して同心的に固定され、第1のミッドギア56と一体で回転する小径の第2のミッドギア58と、第2のミッドギア58及びカムギア52と噛み合うとともに後述する下側モータケース72に突設された第2のギアシャフト59に回転可能に支持されたピニオンギア60とを有し、カムギア52とともにギア機構を構成している。
カムギア52には、そのギア部分から上方に立ち上がる3つの周壁63が全周にわたって形成されている。これらの周壁63はそれぞれ、ほぼ同じ角度範囲(本実施の形態ではそれぞれ約120度の角度範囲)にわたって周方向に延びており、その上端面が周方向に沿って徐々に斜めに立ち上がるカム面63aとして形成されている。また、レンズアセンブリ2を保持するアウターカム40は、カムギア52の3つの周壁63に対応して、その外周壁の3箇所に、カムギア52のカム面63aと係合するカム部材62が突設されており、カムギア52と共にカム機構を構成している。なお、本実施の形態において、カム部材62は、周方向に所定の角度間隔(例えば120度)をもって配置されている。
したがって、このような構成では、カムギア52が回転すると、カムギア52のカム面63aと係合するカム部材62がカム面63aに沿って移動し、それに伴って、アウターカム40が昇降する(光軸O方向に移動する)。すなわち、本実施の形態において、カムギア52は、ロータ18の回転軸68から伝えられる回転を昇降動作すなわち光軸O方向に沿う移動に変換する。
図6及び図7に示されるように、モータ4は、回転可能な円筒状のロータ(回転子)18と、ロータ18の左右両側に配置された第1及び第2のステータ(固定子)17a,17bとが平板状の上側及び下側モータケース71,72に取り付けられてなる。なお、下側モータケース72は、アウターケース6Bの内側底部の両側に形成された対応するボス部84,83(図2参照)と係合する凹状の切り欠き76及び孔80を両側に有するとともに、レンズ移動機構50のギア列55の第1及び第2のギアシャフト57,59を受ける一対の孔78,79を有している。
ロータ18は円筒状の永久磁石で構成され、この永久磁石の外周には、N極とS極とが交互に所定数の対だけ等ピッチで着磁されている。また、ロータ18はこれと一体で回転する回転軸68を有しており、回転軸68は、上下のベアリング91,92を介して上側及び下側モータケース71,72に回転可能に支持されるとともに、その下端が前述したピニオンギア54の軸受部材53に結合されている。なお、回転軸68を支持するベアリング91,92は、上側及び下側モータケース71,72の対応する孔74,88に支持されている。
レンズアセンブリ2側から見てロータ18の左側に位置される第1のステータ(左側ステータ)17aは、円筒状のボビン94の周囲に巻回され、導電ワイヤを円環状に束ねて形成される円筒状のマグネットコイル(左側コイル)20と、マグネットコイル20を上下から挟んで互いに対向する上側及び下側クロー部材11,12とを有する。この場合、ボビン94は、上側及び下側モータケース71,72に固定されたヨーク90に支持されており、このヨーク90は、上側及び下側クロー部材11,12に形成された貫通孔11b,12b及び上側及び下側モータケース71,72に形成された貫通孔73,77に挿通されている。
一方、レンズアセンブリ2側から見てロータ18の右側に位置される第2のステータ(右側ステータ)17bも、同様に、円筒状のボビン95の周囲に巻回され、導電ワイヤを円環状に束ねて形成される円筒状のマグネットコイル(右側コイル)22と、マグネットコイル22を上下から挟んで互いに対向する上側及び下側クロー部材13,14とを有する。この場合、ボビン95は、上側及び下側モータケース71,72に固定されたヨーク93に支持されており、このヨーク93は、上側及び下側クロー部材13,14に形成された貫通孔13b,14b及び上側及び下側モータケース71,72に形成された貫通孔75,89に挿通されている。
また、第1のステータ17aの上側・下側クロー部材11,12及び第2のステータ17bの上側・下側クロー部材13,14は、磁性金属で構成され、ロータ18と対向するその側縁部にクロー(歯部)11a,12a,13a,14aを有している。これらのクロー11a,12a,13a,14aは、対応するクロー部材11,12,13,14の主面(上側及び下側モータケース71,72と平行に延びる面)に対して略垂直に延びており、例えば前記主面から90°曲げ起こすことによって形成されるとともに、N極とS極とが交互に着磁されたロータ18の永久磁石の外周面及び対応するマグネットコイル20,22と所定の空隙を介して対向している。特に本実施の形態において、第1のステータ17aの上側クロー部材11は、下側に延びて互いに離間する一対のクロー11a,11aを有するとともに、第1のステータ17aの下側クロー部材12は、上側に延びるとともに上側クロー部材11の一対のクロー11a,11a間に位置してこれらと噛み合う1つのクロー12aを有しており、各クロー11a,12a,11aがロータ18の周方向に沿って等ピッチで配置された状態となっている。また、第2のステータ17bの下側クロー部材14は、上側に延びて互いに離間する一対のクロー14a,14aを有するとともに、第2のステータ17bの上側クロー部材13は、下側に延びるとともに下側クロー部材14の一対のクロー14a,14a間に位置してこれらと噛み合う1つのクロー13aを有しており、各クロー14a,13a,14aがロータ18の周方向に沿って等ピッチで配置された状態となっている。そして、このようにして互いに噛み合って配置される4つのクロー部材11,12,13,14の各クロー11a,12a,13a,14aは、結果的に、図8及び図9に明確に示されるように、ロータ18の外周の一部に沿って同心的に配置されるとともに、ロータ18の磁極(N極、S極)102に対する第1のステータ17aのクロー11a,12aの位置が、ロータ18の磁極に対する第2のステータ17bのクロー13a,14aの位置に対して半極(ロータ18の磁極のピッチ(磁極間の距離)pの1/2…図9参照)ずれた状態に設定されている。なお、第1のステータ17aのクロー部材11,12と第2のステータ17bのクロー部材13,14とが磁気的に切断されていることは言うまでもない。
また、本実施の形態においては、図9に明確に示されるように、モータ4の長さLを短くしてモータ4の小型化を実現できるように、第1のステータ17aと第2のステータ17bとがロータ18に対して互いに非対称的に配置されている。すなわち、第1のステータ17aにおけるヨーク90の軸心O1とロータ18の回転軸68の軸心O2と第2のステータ17bにおけるヨーク93の軸心O3とが一直線上に位置されていない。なお、モータ4の小型化を有効に図るためには、ヨーク90の軸心O1とロータ18の回転軸68の軸心O2とを結ぶ線mとヨーク93の軸心O3とロータ18の回転軸68の軸心O2とを結ぶ線nとのなす角度θを90°〜162°に設定することが好ましい。
また、図10に示されるように、本実施の形態においては、マグネットコイル20,22の導線ワイヤに対する電気的な接続などを図るため、上側モータケース71に対してフレキシブルプリント配線板(以下、FPCという)98が取り付けられるようになっている。また、このFPC98上には、カムギア52の回転を検出するための光センサチップ99が設置されている。この光センサチップ99は、その発光部及び受光部がカムギア52と対向するようになっており(図2及び図4参照)、ロータ18の回転に伴うカムギア52の回転量を検知して検知信号を生成することができる。したがって、カムギア52の回転位置(回転量)を光センサチップ99により検知してロータ18の回転制御を行なうことができる。
次に、上記構成のレンズアクチュエータ1の動作を簡単に説明する。
まず、図1の状態から、FPC98の接続端子部を介してマグネットコイル20,22の導電ワイヤに対し所定の態様(ステッピングモータにおいて周知の態様)で交互に電流を供給して励磁すると、クロー部材11,12,13,14のクロー11a,12a,13a,14aが交互に磁化され、密閉されたケース6A,6B内で磁束の漏れを生じることなく磁気回路が形成される(クロー11a,12a又は13a,14aにヘテロポーラ磁界が現われる)。そのため、永久磁石を成すロータ18が所定の方向に回転する。
このようにしてロータ18が回転すると、その回転力は、ロータ18の回転軸68と噛み合うギア列55を介してカムギア52に伝えられる。そのため、カムギア52が回転して、カムギア52のカム面63aと係合するアウターカム40のカム部材62がカム面63aに沿って移動する。したがって、アウターカム40が上昇し、アウターカム40に固定保持されたレンズアセンブリ2が光軸O方向に沿って移動してケース6Aの開口6aから突出する。なお、電流の供給方向を逆にしてロータ18を逆方向に回転させる(したがって、レンズアセンブリ2が先と逆の方向(ケース6A,6B内に引き込まれる方向)に移動される)場合も原理は同じである。
以上説明したように、本実施の形態のレンズアクチュエータ1によれば、ステータ17a,17bがロータ18の左右両側に配置され(ステータ17a,17bが上下に積み重ねられていない)、また、クロー11a,12a,13a,14aがロータ18の外周の一部に沿ってのみ配置されているため、ステータ全体の厚さ(高さ)及び長さを小さく抑えて、ステータ全体の小型化、ひいては、モータ4の小型化を図ることができる。
また、本実施の形態のレンズアクチュエータ1において、右側及び左側ステータ17a;17bは、導電ワイヤで構成されたコイル18と、コイル18を上下から挟んで互いに対向する上側及び下側クロー部材11,12;13,14とを有し、上側及び下側クロー部材の一方11,14は、互いに離間する一対のクロー11a,14aを有するとともに、上側及び下側クロー部材の他方12,13は、前記一対のクロー間に位置してこれらと噛み合う1つのクロー12a,13aを有している。すなわち、互いに上下に対向する2つのクローと1つのクローとを噛み合わせているだけであるため、一対のクロー同士を上下に対向させて噛み合わせる構成すなわち上下に同数のクローを有する構成に比べてクロー部材(ステータ)の小型化を図ることができる。
また、本実施の形態のレンズアクチュエータ1においては、右側ステータ17bの上側クロー部材13が1つのクロー13aを有し、右側ステータ17bの下側クロー部材14が一対のクロー14aを有するとともに、左側ステータ17aの上側クロー部材11が一対のクロー11aを有し、左側ステータ17aの下側クロー部材12が1つのクロー12aを有している。すなわち、右側ステータ17bと左側ステータ17aとで上下のクロー部材のクロー数が逆になっているため、右側ステータ17bと左側ステータ17aとで上側及び下側クロー部材を兼用することができる。
また、本実施の形態のレンズアクチュエータ1においては、右側ステータ17bの上側及び下側クロー部材13,14と左側ステータ17aの上側及び下側クロー部材11,12とが磁気的に切断されているため、ロータ18を効率良く回転させることができる。
また、本実施の形態のレンズアクチュエータ1においては、右側ステータ17bと左側ステータ17aとがロータ18に対して互いに非対称的に配置されているため、右側及び左側ステータ17a,17bがロータ18に対して対称に配置されている構成に比べて、モータ18の左右方向の長さを短くすることができる。
また、本実施の形態のレンズアクチュエータ1において、レンズ移動機構50は、モータ18の回転をレンズアセンブリ(レンズホルダ)2側に伝えるためのギア機構と、このギア機構の回転に伴ってレンズアセンブリ2をカム面63aに沿って移動させることによりレンズアセンブリ2を光軸O方向に沿って移動させるカム機構とから成る。そのため、ロータ18の回転力を所定の減速比で効率的に、しかも安定してレンズアセンブリ2に伝えることができる。
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、本実施の形態における各部材の形状や数などは例示であり、それに限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
本発明の実施の形態に係るレンズアクチュエータの斜視図である。 図1のレンズアクチュエータのトップカバーを除去した状態の平面図である。 図1のレンズアクチュエータの分解斜視図である。 図1のレンズアクチュエータのケースを除去した状態における斜視図である。 図1のレンズアクチュエータのレンズ移動機構及びレンズアセンブリの斜視図である。 図1のレンズアクチュエータのモータの斜視図である。 図6のモータの分解斜視図である。 図6のモータのモータケースを取り除いた状態における斜視図である。 図8のモータの平面図である。 図6のモータにFPCを取り付けた状態における斜視図である。
符号の説明
1 レンズアクチュエータ
2 レンズアセンブリ(レンズホルダ)
4 モータ
6 ケース
10 レンズ
11,13 上側クロー部材
12,14 下側クロー部材
11a,12a,13a,14a クロー
17a 第1のステータ(左側ステータ)
17b 第2のステータ(右側ステータ)
18 ロータ
20 マグネットコイル(左側コイル)
22 マグネットコイル(左側コイル)
40 アウターカム(カム機構)
50 レンズ移動機構
52 カムギア(カム機構、ギア機構)
55 ギア列(ギア機構)
102 磁極
O 光軸

Claims (7)

  1. 周方向に連続して交互に異なる磁極を所定のピッチで有する円筒状のロータと、前記ロータの左右両側に配置された右側ステータ及び左側ステータとを備えたモータであって、
    前記右側ステータは、前記ロータの外周に対向して配設されるクローと、前記クローと対向して前記ロータの右側に配置される通電用の右側コイルとを有し、
    前記左側ステータは、前記ロータの外周に対向して配設されるクローと、前記クローと対向して前記ロータの左側に配置される通電用の左側コイルとを有し、
    前記右側ステータ及び前記左側ステータの前記クローは、前記ロータの外周の一部に沿って所定のピッチで同心的に配置されるとともに、前記ロータの磁極に対する前記右側ステータのクローの位置が、ロータの磁極に対する前記左側ステータのクローの位置に対して、前記ロータの磁極の1/2ピッチ分だけずれた状態に設定されていることを特徴とするモータ。
  2. 前記右側及び左側ステータは、導電ワイヤで構成されたコイルと、前記コイルを上下から挟んで互いに対向する上側及び下側クロー部材とを有し、上側及び下側クロー部材の一方は、互いに離間する一対のクローを有するとともに、上側及び下側クロー部材の他方は、前記一対のクロー間に位置してこれらと噛み合う1つのクローを有していることを特徴とする請求項1記載のモータ。
  3. 前記右側ステータの上側クロー部材が1つのクローを有し、前記右側ステータの下側クロー部材が一対のクローを有するとともに、前記左側ステータの上側クロー部材が一対のクローを有し、前記左側ステータの下側クロー部材が1つのクローを有していることを特徴とする請求項2記載のモータ。
  4. 前記右側ステータの前記上側及び下側クロー部材と前記左側ステータの前記上側及び下側クロー部材とが磁気的に切断されていることを特徴とする請求項2又は請求項3記載のモータ。
  5. 前記右側ステータと前記左側ステータとが前記ロータに対して互いに非対称的に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のモータ。
  6. 請求項1から請求項5のいずれかに記載のモータと、レンズを保持するレンズホルダと、前記モータの動力を前記レンズホルダに伝えるためのレンズ移動機構とがケース内に収容されてなり、前記モータが回転することにより前記レンズホルダが光軸方向に沿って移動することを特徴とするレンズアクチュエータ。
  7. 前記レンズ移動機構は、前記モータの回転を前記レンズホルダ側に伝えるためのギア機構と、前記ギア機構の回転に伴って前記レンズホルダを所定のカム面に沿って移動させることにより前記レンズホルダを光軸方向に沿って移動させるカム機構とで構成されたことを特徴とする請求項6に記載のレンズアクチュエータ。
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JP2011039182A (ja) * 2009-08-07 2011-02-24 Canon Inc レンズ鏡筒

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