JP2019086656A

JP2019086656A - 駆動装置、並びにそれを備える光学機器及びレンズ鏡筒

Info

Publication number: JP2019086656A
Application number: JP2017214755A
Authority: JP
Inventors: 香織三好; Kaori Miyoshi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2037-11-07
Also published as: JP7009167B2

Abstract

【課題】光学機器の大型化を招くことなく、簡単な構造で駆動対象の位置の誤検出を防止することができ、更に、駆動対象の比較的大きな駆動ストロークを確保することができる駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置は、可動部６を移動可能に保持するベース部材１と、ベース部材１に固定されたコイル３と、可動部６に固定され、可動部６の移動方向に延びるマグネット７およびヨーク８と、マグネット７の磁束を検出する磁気センサ４と、を備える。ヨーク８は、可動部６の移動方向に延びる一対の腕部８ａ、８ｂを有し、８ａの内面にマグネット７を配置され、腕部８ｂがコイル３の中空部に挿入されており、コイル３への通電によって、可動部６がベース部材１に対し相対的に移動する。マグネット７は、可動部６の移動方向と直交する方向にＮ極とＳ極が着磁され、磁気センサ４は、可動部６の移動に伴い、マグネット７からの磁束の大きさが変化する位置に設けられ、マグネット７からの磁束を検出して、可動部６の移動方向の位置を検出する。【選択図】図６

Description

本発明は、マグネットを用いてレンズ等の駆動対象の位置検出が可能な駆動装置、並びにそれを備える光学機器及びレンズ鏡筒

レンズ鏡筒等の光学機器では、複数のレンズ群を光軸方向に駆動する駆動装置として、高速／静音化駆動を可能とすべく、いわゆるボイスコイルモータを用いてズーム動作やフォーカス動作を行うものがある（特許文献１）。

ボイルコイルモータは、マグネットやヨークからなる磁気回路中にコイルを配設し、マグネットに対してコイルが相対的に移動するもので、コイルへの電流を変化させることでマグネットに対するコイルの相対位置を制御している。また、所定位置にレンズを移動させるときのコイルへの電流値は常に一定ではなく、そのときのレンズ鏡筒の姿勢によって変わってしまう。このため、上記特許文献１では、駆動装置とは別にエンコーダ磁石と位置センサを設け、レンズの位置を検出しながらコイルへの通電量を変化させている。

しかしながら、上記特許文献１では、マグネットやコイルへの通電による磁気が位置センサに影響して検出誤差が生じる。そこで、特許文献２では、磁気を抑制するガードヨークを設けたり、特許文献３では、永久磁石をヨークに取り付け、ヨークの延びる方向と直交する位置に位置センサを設けた技術が提案されている。また、特許文献４では、駆動装置を構成するマグネットを位置センサとして利用する技術が提案されている。

特開２０１１−７５６７４号公報特開２０１１−２３７５０７号公報特開２０１３−３７０４２号公報特開２０１１−１３６１９号公報

しかしながら、上記特許文献２では、位置検出用のエンコーダ磁石が駆動装置を構成する磁石とは別に必要な上、磁気をシールドするガイドヨークが必要となる。このため、部品点数が増えて配置スペースが必要となり、小型化を妨げる原因になる。また、上記特許文献３では、駆動装置を構成するボイスコイルと位置センサが近いため、コイルへ通電する際に生じる磁気により位置センサが誤検出するおそれがある。更に、上記特許文献４では、駆動可能なストロークが限られており、移動量の比較的大きいレンズ、例えばフォーカスレンズなどの駆動には不向きである。

そこで、本発明は、光学機器の大型化を招くことなく、簡単な構造で駆動対象の位置の誤検出を防止することができ、更に、駆動対象の比較的大きな駆動ストロークを確保することができる駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、可動部と、前記可動部を移動可能に保持するベース部材と、前記ベース部材および前記可動部の一方に固定されたコイルと、前記ベース部材および前記可動部の他方に固定され、前記可動部の移動方向に延びるマグネットおよびヨークと、前記マグネットの磁束を検出する磁気センサと、を備え、前記ヨークは、前記可動部の移動方向に延びる一対の腕部を有し、前記一対の腕部の一方の腕部の内面に前記マグネットが配置され、他方の腕部が前記コイルの中空部に挿入されており、前記コイルへの通電によって、前記可動部が前記ベース部材に対し相対的に移動可能な駆動装置であって、前記マグネットは、前記可動部の移動方向と直交する方向にＮ極とＳ極が着磁され、前記磁気センサは、前記可動部の移動に伴い、前記マグネットからの磁束の大きさが変化する位置に設けられ、前記マグネットからの磁束を検出して、前記可動部の移動方向の位置を検出可能としたことを特徴とする。

本発明によれば、光学機器の大型化を招くことなく、簡単な構造で駆動対象の位置の誤検出を防止することができ、更に、駆動対象の比較的大きな駆動ストロークを確保することができる駆動装置を提供することができる。

本発明の駆動装置を備える光学機器の第１の実施形態に係るレンズ鏡筒のフォーカス部の概略を示す斜視図である。図１に示すフォーカス部の分解斜視図である。図１に示すフォーカス部を左側から見た場合の概略断面図である。磁気センサとマグネットとの間の距離が変化したときに磁気センサで検出される磁場の大きさの変化を示すグラフ図である。本発明の駆動装置を備える光学機器の第２の実施形態に係るレンズ鏡筒のフォーカス部の分解斜視図である。レンズ保持枠が可動範囲の光軸方向の上端（一端）に移動したときのフォーカス部の概略断面図である。レンズ保持枠が可動範囲の光軸方向の下端（他端）に移動したときのフォーカス部の概略断面図である。磁気センサで検出される磁場変化の様子を示すグラフ図である。本発明の駆動装置を備える光学機器の第３の実施形態に係るレンズ鏡筒のフォーカス部の分解斜視図である。フォーカス部の概略断面図である。磁気センサで検出される磁場変化の様子を示すグラフ図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の駆動装置を備える光学機器の第１の実施形態に係るレンズ鏡筒のフォーカス部の概略を示す斜視図である。図２は、図１に示すフォーカス部の分解斜視図である。図３は、図１に示すフォーカス部を左側から見た場合の概略断面図である。

図１乃至図３に示すように、フォーカス部には、ヨーク８、マグネット７及びコイル３を備えるボイスコイルモータが搭載される。フォーカス部は、レンズ群の一つとしてフォーカスレンズ５（以下、レンズ５という。）を備え、レンズ５は、レンズ保持枠６に保持されている。レンズ５は、本発明の光学部材の一例に相当する。

レンズ保持枠６は、ガイドスリーブ６ａと振れ止め部６ｂ、及びヨーク８が固定されるヨーク受け部６ｃを有し、ガイドスリーブ６ａと振れ止め部６ｂは、ベース部材１から延設された一対のガイドバー２に沿って光軸方向に移動可能に保持される。これにより、フォーカス動作を行うことができる。また、ベース部材１には、環状のコイル３とホール素子等の磁気センサ４が保持されている。

マグネット７は、ガイドバー２と平行に配置され、レンズ５の光軸方向の駆動ストローク以上の長さを有する。マグネット７のレンズ５の移動方向と直交する厚み方向には、Ｎ極とＳ極が着磁されている。なお、Ｎ極とＳ極は逆であってもよい。

ヨーク８は、レンズ５の移動方向に延びる略同一長さの一対の腕部８ａ，８ｂを有し、腕部８ａと腕部８ｂの端部どうしをつなぐことで、コ字状に形成されている。一方の腕部８ａの他方の腕部８ｂ側を向く内面には、マグネット７が固定されている。ヨーク８を固定したレンズ保持枠６及びマグネット７は、ヨーク８の腕部８ｂがベース部材１に固定されたコイル３の中空部に挿入されるようにしてベース部材１に組み付けられる。

この状態でコイル３に通電を開始すると、マグネット７からの磁束がコイル３を横切っているので、駆動力が発生し、マグネット７に対してコイル３が相対的に移動する。換言すれば、コイル３は、ベース部材１に固定されているので、マグネット７が駆動対象であるレンズ５を保持するレンズ保持枠６と一緒に光軸方向に移動する。

また、磁気センサ４は、レンズ５の光軸方向から見てマグネット７と重なる位置に配置され、マグネット７の漏れ磁束を検出する。そして、コイル３への通電に伴ってマグネット７が光軸方向に移動すると、マグネット７と磁気センサ４との距離が変化し、磁気センサ４が検出する磁気の大きさが変わる。

図４は、磁気センサ４とマグネット７との間の距離が変化したときに磁気センサ４で検出される磁場の大きさの変化を示すグラフ図である。図４に示すように、マグネット７から磁気センサ４までの距離に従って、磁場が変化することがわかるので、磁気センサ４で磁場を検出することで、マグネット７の位置、即ちレンズ５の位置を検出することが可能となる。

本実施形態では、マグネット７は、ヨーク８の腕部８ａの長さより長くなっており、腕部８ａの端からマグネット７が長さｘだけ磁気センサ４側に突出するようにしている。このようにしたことで、マグネット７からの漏れ磁束を効果的に磁気センサ４にて検出可能としている。なお、マグネット７がヨーク８の長さと同じか、それよりも短くした場合にも磁気センサ４にて検出可能であるが、ボイスコイルモータの出力が十分でなかったり、検出可能な距離が短くなったりする。

このように、レンズ５の十分な駆動ストロークを可能にするコの字状のヨーク８を有するボイスコイルモータにおいて、マグネット７をヨーク８から磁気センサ４側に突出させている。そして、マグネット７のヨーク８からの突出面に対向するように磁気センサ４を配置することにより、レンズ５の光軸方向の位置検出を可能にしている。

以上説明したように、本実施形態では、カメラの大型化を招くことなく、簡単な構造で駆動対象であるレンズ５の位置の誤検出を防止することができ、更に、レンズ５の比較的大きな駆動ストロークを確保することができる。

また、本実施形態では、可動部であるレンズ保持枠６にマグネット７とヨーク８を保持し、固定側のベース部材１にコイル３を保持する、いわゆるムービングマグネット方式を採用している。このため、コイル３への通電用のフレキシブル基板などをレンズ保持枠６が持つ必要がなく、より簡単な構造でフォーカス部を構成することができる。

（第２の実施形態）
次に、図５乃至図８を参照して、本発明の駆動装置を備える光学機器の第２の実施形態に係るレンズ鏡筒のフォーカス部について説明する。図５は、フォーカス部の分解斜視図である。図６は、レンズ保持枠６が可動範囲の光軸方向の上端（一端）に移動したときのフォーカス部の概略断面図である。図７は、レンズ保持枠６が可動範囲の光軸方向の下端（他端）に移動したときのフォーカス部の概略断面図である。なお、本実施形態では、上記第１実施形態に対して重複又は相当する部分については、各図に同一符号を付して主に相違点についてのみ説明する。

図６及び図７に示すように、本実施形態では、磁気センサ４は、マグネット７との間にヨーク８の腕部８ａを挟むようにして設けられ、マグネット７の着磁面（本実施形態では、Ｎ極）に対向配置されている。また、磁気センサ４は、図６では、マグネット７のヨーク８からの突出部のみに対向し、図７では、マグネット７及びヨーク８に対向する関係になっている。即ち、磁気センサ４は、レンズ保持枠６の光軸方向の位置に応じて、ヨーク８と対向したりしなかったりする。

図８（ａ）は磁気センサ４で検出される磁場変化の様子を示すグラフ図であり、横軸は磁気センサ４に対するレンズ保持枠６の光軸方向の相対位置、縦軸は磁気センサ４で検出される磁場の大きさである。図８（ｂ）は、レンズ保持枠６のマグネット７とヨーク８を示す図である。

図８から明らかなように、磁気センサ４とマグネット７が対向する位置から磁束密度が変化をし始め、右肩下がりに変化し続けている。その後、マグネット７の長さの略中央部付近まで磁束が変化したあと、磁束は収束し始める。したがって、磁束が右肩下がりに変化する領域において検出された磁気センサ４の検出値に基づき、レンズ５の光軸方向の位置を検出することができる。

また、磁気センサ４は、マグネット７のコイル３と反対側を向く面に対向配置されているため、コイル３へ通電した際に発生する磁束を磁気センサ４にて検出しにくい位置関係となる。即ち、磁気センサ４がコイル３から見てヨーク８の腕部８ａの裏面側に配される関係になっているので、腕部８ａがコイル３からの磁気をシールドするシールド部材として機能する。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

（第３の実施形態）
図９乃至図１１を参照して、本発明の駆動装置を備える光学機器の第３の実施形態に係るレンズ鏡筒のフォーカス部について説明する。図９は、フォーカス部の分解斜視図である。図１０は、フォーカス部の概略断面図である。本実施形態では、上記第１及び第２の実施形態に対して重複又は相当する部分については、各図に同一符号を付して主に相違点についてのみ説明する。

本実施形態では、上記第２の実施形態に対して、マグネット７の下端がヨーク８の開放側の端部である腕部８ａ，８ｂの下端と略同一となっており、腕部８ａ，８ｂの下端どうしが平板状の第２ヨーク９により連結されている点が異なる。

図１１（ａ）は、磁気センサ４で検出される磁場変化の様子を示すグラフ図であり、横軸は磁気センサ４に対するレンズ保持枠６の光軸方向の相対位置、縦軸は磁気センサ４で検出される磁場の大きさである。図１１（ｂ）は、レンズ保持枠６のマグネット７とヨーク８を示す図である。本実施形態では、磁気センサ４は、レンズ保持枠６の光軸方向の位置に関わらず、常にマグネット７及びヨーク８に対向する関係になっている。

図１１から明らかなように、磁気センサ４は、第２ヨーク９と対向する位置ですぐには磁束が変化せず、また、マグネット７の下端が通りすぎたあたりから磁束が右肩下がりに変化する。したがって、磁束が右肩下がりに変化する領域において検出された磁気センサ４の検出値に基づき、レンズ５の光軸方向の位置を検出することができる。

また、本実施形態では、上記第２の実施形態（図８（ａ））における磁束の変化（図１１（ａ）において破線で示す。）と比べると、磁束そのものの絶対値が小さく、磁束の変化している範囲が狭いものとなっている。このため、本実施形態では、上記第２の実施形態に比べてレンズ５の位置を検出できる範囲は小さくなるが、ヨーク８と第２ヨーク９とによってマグネット７を取り囲むようにしたため、磁気回路が効果的に形成され、モータとしての出力は高いものになる。その他の構成、及び作用効果は、上記第１及び第２の実施形態と同様である。

なお、本発明の構成は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

例えば、上記各実施形態では、可動部側にマグネット７とヨーク８を保持し、固定部側にコイル３を保持する、いわゆるムービングマグネット方式を採用しているが、可動部側にコイル３を保持し、固定部側にマグネット７とヨーク８を保持したものでもよい。この場合、磁気センサ４は、可動部側に設けられる。

１ベース部材
２ガイドバー
３コイル
４磁気センサ
５レンズ
６レンズ保持枠
７マグネット
８ヨーク
８ａ，８ｂ腕部

Claims

可動部と、
前記可動部を移動可能に保持するベース部材と、
前記ベース部材および前記可動部の一方に固定されたコイルと、
前記ベース部材および前記可動部の他方に固定され、前記可動部の移動方向に延びるマグネットおよびヨークと、
前記マグネットの磁束を検出する磁気センサと、を備え、
前記ヨークは、前記可動部の移動方向に延びる一対の腕部を有し、前記一対の腕部の一方の腕部の内面に前記マグネットが配置され、他方の腕部が前記コイルの中空部に挿入されており、
前記コイルへの通電によって、前記可動部が前記ベース部材に対し相対的に移動可能な駆動装置であって、
前記マグネットは、前記可動部の移動方向と直交する方向にＮ極とＳ極が着磁され、
前記磁気センサは、前記可動部の移動に伴い、前記マグネットからの磁束の大きさが変化する位置に設けられ、前記マグネットからの磁束を検出して、前記可動部の移動方向の位置を検出可能としたことを特徴とする駆動装置。
前記可動部は、光学部材を保持することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
前記マグネットは、前記ヨークから前記可動部の移動方向に突出しており、前記磁気センサは、前記突出した面に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
前記磁気センサは、前記マグネットとの間に前記一方の腕部を前記可動部の移動方向と直交する方向に挟むようにして設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
前記ヨークの前記一方の腕部と前記他方の腕部の開放側の端部どうしを連結する第２ヨークを有し、前記マグネットは、前記一方の腕部と前記他方の腕部より短く形成されて、前記一方の腕部と前記他方の腕部と前記第２ヨークによって囲まれるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の駆動装置を備えることを特徴とする光学機器。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の駆動装置を備えることを特徴とするレンズ鏡筒。