JP3977178B2 - レンズ駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等に好適なレンズ駆動装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレンズの駆動装置としては、例えば特開平１１−１９０８１５号公報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。
【０００３】
また、中央に貫通された開口部を有する円筒形状（以下、単に円筒形状という）のモータの前記開口部にレンズを配置し、該モータにより前記レンズを駆動するものは実開昭５６−１７２８２７号公報等で提案されている。
【０００４】
しかしながら、上記特開平１１−１９０８１５号公報等で開示されているタイプのモータは開口部を有しない円柱形状（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、カメラの鏡筒内で光軸と平行になるように配置し、絞り羽根やシャッタ、レンズ等を駆動する為に用いようとした場合、鏡筒半径寸法はモータの直径を加えた値になり、カメラの鏡筒の直径は十分小さいものにはならなかった。
【０００５】
また、上記実開昭５６−１７２８２７号公報等で提案されている従来の円筒形状のモータの中央部にある開口部にレンズを配置し、該モータにより前記レンズを駆動するものは、円筒状のマグネット外側にコイルを巻く形状になっている為、コイルの厚みとマグネットの厚みとステータの厚みがすべて半径方向の厚みに加算されてしまい、半径方向の厚さ寸法の薄いモータが要望される今日においては十分ではなく、又コイルの中心軸が鏡筒の光軸中心に向かう方向に配置されている為、コイル形状が複雑になったり、組み立てが複雑になったりして部品点数が増えて装置自体がコンパクトにならなかったり、コイルの個数が増してしまい、コストも高くなってしまう問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この点に鑑み、本願出願人により特開２００２−０５１５２４号公報において、以下の構成のレンズ駆動装置が開示されている。
【０００７】
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と、コイルが巻回された第１のボビンと、コイルが巻回された第２のボビンと、前記第１のボビンに巻回されたコイルにより励磁され前記マグネットの一端側の外周面に対向する第１の外側磁極部と、前記マグネットの内周面に対向し中空概略円筒形状の第１の内側磁極部と、前記第２のボビンに巻回されたコイルにより励磁され前記マグネットのもう一端側の外周面に対向する第２の外側磁極部と、マグネットの内周面に対向し中空概略円筒形状の第２の内側磁極部を備えたモータと、前記第１の内側磁極部の中空部或いは第２の内側磁極部の内径側の開口部に光軸を持つ光学手段と、前記マグネットと連結して回転し該回転により前記光学手段を光軸方向に移動する移動手段とを備える構成のものである。
【０００８】
このような構成のレンズ駆動装置とする事により、コイルとマグネットが軸方向に配置されるので、上記のような問題を改善できるコンパクトな装置となる。そして、上記構成においては光軸方向においていくつもの位置に任意に位置出しすることが可能である。
【０００９】
しかし、製品の使用によっては２種類の位置の間でレンズ駆動を行えば良いものもある。例えば収納位置と使用位置との間で移動させる場合や、通常撮影距離位置とマクロ撮影位置との間で移動させる場合である。このような簡易のレンズ駆動で足りるものに、上記特開２００２−０５１５２４号公報に開示の構成のものをそのまま適用するには、光軸と平行方向の長さが長くなったり、駆動回路が複雑になるなど、必ずしも適したものではない。さらに、本願出願人がこの種の装置の開発を進めていくと、前記コイルへの非通電時に生じる、前記マグネットが外側磁極部に吸引される力により該マグネットの安定する位置がレンズの位置出し行程の途中にある場合、レンズを所定の位置に保持するには前記コイルへの通電を続けなければならず、消費電力の面に難点を有することも判明した。
【００１０】
そこで本願出願では、簡易的に２種類の位置の間でレンズを移動させる構成の装置を新たに考えている。
【００１１】
（発明の目的）本発明の第１の目的は、一旦コイルへ通電を行ってレンズ位置出しした後は、前記コイルへの通電を断っても、その位置に保持することができる構成を可能にするレンズ駆動装置を提供しようとするものである。
【００１２】
本発明の第２の目的は、省電化を達成しつつ、所定の第１の位置もしくは第２の位置にレンズを安定的に保持させることのできる簡易的なレンズ駆動装置を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、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回転可能な中空円筒形状のマグネットと、該マグネットの回転軸方向に配置されたコイルと、歯形状の外側磁極部と内側磁極部が前記マグネットの外周面と内周面に対向し、前記コイルにより励磁されるステータと、前記内側磁極部の内径側の開口部を光路とするレンズを前記マグネットの回転に連動して光軸方向に移動させて該レンズの光軸方向の位置を変化させるレンズ位置出し機構と、前記コイルへの無通電時に前記マグネットと前記外側磁極部との吸引力により前記マグネットの回転位置が保持される第１の位置と、前記マグネットが前記第１の位置から所定の角度回転した位置であって前記コイルへの無通電時に前記マグネットと前記外側磁極部との吸引力により前記マグネットの回転位置が保持される第２の位置を規制する規制部材とを有し、前記コイルの通電方向により前記第１の位置と前記第２の位置を切り換えるレンズ駆動装置であって、前記外側磁極部は前記マグネットの外周面に対して所定の角度をもって対向するものであって、前記外側磁極部の前記マグネットに対向する前記所定の角度と前記マグネットの１極あたりの角度の比率をＹ、前記マグネットの半径方向の厚みに対する前記マグネットの１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると、
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たすレンズ駆動装置とするものである。
【００１５】
また、上記第２の目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、前記規制部材が、前記マグネットの回動範囲を、前記第１の位置と前記第２の位置の間で一方から他方へ回転できるように規制すると共に、前記マグネットが前記第１の位置もしくは前記第２の位置に達した状態では、前記各外側磁極部の中心に対して前記マグネットの１極の中心が一定の角度をなし、この状態時に前記コイルの通電が断たれると、前記各外側磁極部の中心に前記マグネットの１極の中心を対向させる磁力が前記第１の位置もしくは前記第２の位置の状態を保持する力として作用するように、前記外側磁極部に対する前記マグネットの関係を規制し、前記レンズ位置出し機構が、前記マグネットが前記第１の位置と前記第２の位置の間で一方から他方へ回転するのに連動して、前記レンズを第１のレンズ位置もしくは第２のレンズ位置のうちの何れか一方に変化させる請求項１に記載のレンズ駆動装置とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
（実施の第１の形態）
図１〜図５は本発明の実施の第１の形態に係るレンズ駆動装置を示す斜視図であり、詳しくは、図１はレンズ駆動装置の分解斜視図であり、図２はレンズ駆動装置の組み立て完成状態における軸方向の断面図、図３はレンズ繰り込み時の軸と直交する方向の主要部分の図２のＢ−Ｂ断面図、図４はレンズ繰り込み時の軸と直交する方向の主要部分の図２のＢ−Ｂ断面図、図５はレンズ駆動装置のマグネットの回転動作説明図である。
【００１９】
これらの図において、１はロータを構成するリング形状のマグネットであり、図３に示すように該マグネット１はその外周表面を円周方向にｎ分割（本実施の形態では１６分割）して、Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁された着磁部１ａを有する。該マグネット１は射出成形により形成されるプラスチックマグネット材料により成る。これにより、リング形状の半径方向に関しての厚さ（特に図２にｔで示す着磁部の厚さ）を非常に薄く構成することができる。また、該マグネット１には回動範囲を規制する為の構成要素の一つである突起部１ｂ、後述のレンズホルダー５１の溝５１ｂと係合するピン１ｓ（図２参照）が設けられている。そして、円形溝１ｗが後述のカバー５の突起５ａと回転可能に嵌合している。また、軸方向の位置は１ｔ面が後述のステータ４の内側磁極部の先端部に規制され、１ｕ面がカバー５に規制されることで位置規制されている。
【００２０】
上記のようにマグネット１は射出成形により形成されるプラスチックマグネットから成るため、突起部１ｂ、ピン１ｓ、円形溝１ｗを有するという複雑な形状でも製造が容易となる。また、前記円形溝１ｗは該マグネット１で一体成形されることにより、回転中心に対してマグネット部の同軸精度が向上し、振れを少なくするとともに外周表面の着磁部と後述のステータ４との空隙距離を少なくすることが可能となり、充分な出力トルクを得ることができる。さらに、射出成形マグネットは表面に薄い樹脂皮膜が形成されるため、錆の発生がコンプレッションマグネットに比較して大幅に少なく、塗装などの防錆処理を廃止できる。更に、コンプレッションマグネットで問題になる磁性粉の付着もなく、防錆塗装時に発生しやすい表面のふくらみもなく、品質の向上が達成できる。
【００２１】
前記マグネット１の材料には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁性粉とポリアミドなどの熱可塑性樹脂バインダー材との混合物を射出成形することにより形成されたプラスチックマグネットを用いている。これにより、コンプレッション成形されたマグネットの場合の曲げ強度が５００Ｋｇｆ／ｃｍ２程度なのに対して、例えばポリアミド樹脂をバインダー材として使用した場合、８００Ｋｇｆ／ｃｍ２以上の曲げ強度が得られ、コンプレッション成形では出来ない薄肉円筒形状に形成することが可能となる。薄肉円筒状に形成することで、後述のステータ４の外側磁極部と内側磁極部との間隔を短く設定することができ、その間の磁気抵抗の小さい磁気回路とすることができる。これにより、後述のコイル２へ通電を行った場合、小さな起磁力でも多くの磁束を発生することができ、アクチュエータの性能が高まる。
【００２２】
２は絶縁材料からなるボビン３に巻き付けられた円筒形状のコイルであり、マグネット１と同心でかつ、該マグネット１の軸方向に並んで配置され、その外径は該マグネット１の外径とほぼ同じ寸法となっている。
【００２３】
４は軟磁性材料からなるステータであり、外筒４ａ及び内筒４ｂとそれらを結ぶ連結部４ｃとで構成される。該ステータ４の外筒４ａはその先端部が軸方向に延出する複数の歯、すなわち櫛歯形状によって構成される。この軸方向に延出する歯の数は１からマグネット１の着磁分割数ｎの１／２までの整数の個数にて形成され（この実施の形態では８つ）、これらが外側磁極部を形成している。従って、以下この外側磁極部を便宜上、「外側磁極部４ａ」とする。この外側磁極部４ａは円周方向に７２０／ｎ度の整数倍数の角度離れて形成され、個数は着磁極部数の半分以下ならばいくつでも構わない。この例では４５度ずつ等分配置され、個数は８個形成されている。外側磁極部４ａは前記マグネット１の外周面に所定の隙間を持って所定の角度（Ａ度）のみに対向するように構成（図３参照）されている。この実施の第１の形態における前記所定の角度に関しては後述する。
【００２４】
また、ステータ４の内筒は内径側に開口部を有する筒形状により構成され、内側磁極部を形成している。従って、以下この内側磁極部を便宜上、「内側磁極部４ｂ」とする。この構成によりアクチュエータの直径を最小限にしつつ磁極部の形成が可能となる。すなわち、外側磁極部を半径方向に延びる凹凸で形成すると、その分アクチュエータの直径は大きくなってしまうが、この例では軸方向に延出する櫛歯形状により外側磁極部を形成しているので、アクチュエータの直径を最小限に抑えることができる。
【００２５】
前記ステータ４の内側磁極部４ｂは本実施の形態の場合は単なる中空の円柱形状で構成しているが、外側磁極部４ａと同様に櫛歯形状で構成してもよい。ただし、外側磁極部が上に述べた櫛歯形状で構成されるならば、外側磁極部と内側磁極部の間を通過する磁束は櫛歯状の外側磁極部と外側磁極部の形状を円柱形状の内側磁極部に投影した内側磁極部上の位置との間を通過するため、内側磁極部の形状は単なる中空の円柱形状のままでもよいのである。
【００２６】
前記ステータ４の外側磁極部４ａ及び内側磁極部４ｂの間にコイル２及びボビン３が接着等により固定され、コイル２に通電されることにより該ステータ４が励磁される。該ステータ４の外側磁極部４ａ及び内側磁極部４ｂはマグネット１の着磁部１ａの外周面及び内周面に対向してマグネット１の着磁部１ａを所定の隙間を持って挟み込むように設けられる。よって、コイル２により発生する磁束は外側磁極部４ａ及び内側磁極部４ｂとの間にあるマグネット１を横切るので、ロータであるマグネット１に効果的に作用し、アクチュエータの出力を高める。
【００２７】
また、前記マグネット１は前記したように射出成形により形成されるプラスチックマグネット材料により構成されており、これにより円筒形状の半径方向に関しての厚さは非常に薄く構成することができる。そのため、ステータ４の外側磁極部４ａと内側磁極部４ｂとの間隔を非常に短くでき、コイル２とステータ４により形成される磁気回路の磁気抵抗を小さく構成できる。よって、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、アクチュエータの出力アップ、低消費電力化、コイルの小型化が達成されることになる。
【００２８】
以上、マグネット１、コイル２、ボビン３、ステータ４により、本実施の第１の形態のレンズ駆動装置のアクチュエータが構成される。
【００２９】
５０はステータ４に固定されたヘリコイド地板であり、ステータ４と同心でかつ軸方向に並んで該ステータ４に固定されている。５１はオスヘリコイド部５１ａを備えたレンズホルダーであり、このオスヘリコイド部５１ａがヘリコイド地板５０のメスヘリコイド部５０ａと摺動可能に嵌合し、該レンズホルダー５１は回転することで軸方向に移動する。ヘリコイド地板５０のメスヘリコイド部５０ａと前記レンズホルダー５１のオスヘリコイド部５１ａとで相対的な回転に伴って軸方向に沿って相対位置を変化させる、レンズ位置出し機構を構成する。
【００３０】
５２はレンズであり、レンズホルダー５１に固定され、該レンズホルダー５１が回転することで光軸方向に関しての位置が変化する。レンズホルダー５１は溝５１ｂを備え、この溝５１ｂがマグネット１のピン１ｓと嵌合して回転方向に関してはマグネット１と一体的に回転し、軸方向に関しての相対的な移動は可能になっている。つまり、マグネット１が回転することでレンズ５２の光軸方向の位置が変化する。レンズ５２の光軸および光路を、円筒形状のアクチュエータの内径側、更に詳しく述べればステータ４の内側磁極部４ｂの内径側の開口部に配置してあるため、コンパクトな鏡筒装置とすることができる。
【００３１】
５はカバーであり、ステータ４の外側磁極部４ａにその内径部５ｂ（図３参照）が嵌合し、固定されている。前述したように突起５ａがマグネット１の円形溝１ｗと回転可能に嵌合し、マグネット１を保持している。また、マグネット１の軸方向の位置は該マグネット１の１ｕ面がカバー５によって規制される事で位置規制されている。
【００３２】
マグネット１には前述したように回動範囲を規定する構成要素の一つである突起部１ｂが形成されているが、該マグネット１は回転方向に関しては前記突起部１ｂがカバー５の溝５ｃ（これもマグネット１の回動範囲を規定する構成要素の一つであり、これらで回動範囲が規定される）の端面に当接する事で位置規制される。すなわち、マグネット１は、図３及び図４に示すように、その突起部１ｂがカバー５の溝５ｃの一方の端面であるストッパー部５ｆに当接する位置から他方の端面であるストッパー部５ｇに当接する位置まで回転可能となる。この回転角度をθ度とする。マグネット１の突起部１ｂがカバー５の溝５ｃの一方の端面であるストッパー部５ｆに当接する図３の位置ではレンズ５２は繰り込んだ位置にあり、突起部１ｂがカバー５の溝５ｃの他方の端面であるストッパー部５ｇに当接する図４の位置ではレンズ５２は繰り出した位置にある。
【００３３】
次に、ステータ４の外側磁極部４ａの形状について詳細に説明する。
【００３４】
前記マグネット１は前記コイル２への無通電時に、突起部１ｂがカバー５の溝５ｃの一方の端面であるストッパー部５ｆに当接する位置もしくは他方の端面であるストッパー部５ｇに当接する位置にある状態でその回転位置が保持される。この様子を、図５および図６を用いて説明する。
【００３５】
図５において、縦軸は、マグネット１に作用する外側磁極部４ａと内側磁極部４ｂとの間で発生する磁力を示し、横軸は、マグネット１の回転位相を示す。
【００３６】
Ｅ１点，Ｅ２点で示されるところは、正回転しようとするとマイナスの力が働いて元の位置に戻ろうとし、逆回転しようとするとプラスの力が働いて元の位置に戻される。すなわち、マグネット１と外側磁極部４ａの間の磁力によって該マグネット１がＥ１点或いはＥ２点に安定的に位置決めされようとするコギングの位置である。Ｆ１点，Ｆ２点，Ｆ３点はマグネット１の位相が少しでもずれると前後のＥ１点、或いは、Ｅ２点の位置に回転する力が働く不安定な均衡状態にある停止位置である。前記コイル２への通電がなされない状態では、振動や姿勢の変化によってＦ１点，Ｆ２点，Ｆ３点に停止していることはなく、Ｅ１点或いはＥ２点の位置で停止する。
【００３７】
Ｅ１点，Ｅ２点のようなコギング安定点はマグネットの着磁極部数をｎとすると、「３６０／ｎ」度の周期で存在し、その中間位置がＦ１点，Ｆ２点，Ｆ３点のような不安定点になる。
【００３８】
有限要素法による数値シミュレーションの結果、着磁される極の角度と外側磁極部のマグネットに対向する角度（外側磁極部４ａのマグネットに対向する角度は図３において、Ａで示すものである）との関係により、コイルへの通電がなされていない状態での外側磁極部とマグネットとの吸引状態の様子が変化することが明らかになった。それによると、外側磁極部のマグネットに対向する角度（図３のＡ度に相当）により該マグネットのコギング位置が変化する。すなわち、外側磁極部のマグネットに対向する角度が所定値以下の場合には、該マグネットの極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持される。つまり、図５で述べたＥ１点及びＥ２点がこの状態である。逆に、外側磁極部のマグネットに対向する角度が所定値を超える場合には、該マグネットの極と極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持され、この位置が図５で述べたＥ１点及びＥ２点となる。その様子を図６を用いて説明する。
【００３９】
図６は、外側磁極部の幅寸法とコギングトルク、マグネット寸法の関係を示す図である。
【００４０】
図６において、横軸は「マグネットの厚み（径方向の厚み）／マグネット１極あたりの外周長さ」、縦軸は「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／マグネット１極あたりの角度」である。
【００４１】
例えば、マグネットの外径寸法が１０ｍｍ、内径寸法が９ｍｍで極数が１６極の場合、マグネットの厚みは「（１０−９）／２」、マグネットの着磁部の１極あたりの外周長さは「１０×π／１６」であるから、横軸の「マグネットの厚み／マグネット１極あたりの外周長さ」の値は０．２５５となる。また、外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度を１３度とすると、マグネット１極あたりの角度は２２．５度であるから、縦軸の「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／マグネット１極あたりの角度」は０．５７８となる。
【００４２】
図６中の各ポイントはコギングトルクがほぼ０、或いは最小となるようなモデルの「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／マグネット１極あたりの角度」をプロットしたものであり、図７に示す９種類のモータについて、コギングトルクがほぼ０、或いは最小となるような場合をグラフ化したものである。
【００４３】
図６の縦軸を「Ｙ＝外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／マグネット１極あたりの角度」、横軸を「Ｘ＝マグネットの厚み／マグネット１極あたりの外周長さ」とすると、これらのポイントは「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．６３」の式で近似した直線１と、「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．７２」の式で近似した直線２とに囲まれた領域に存在する。
【００４４】
直線１より図中下の範囲、即ち、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」の範囲はマグネットの極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持され、「Ｙ＞−０．３Ｘ＋０．７２」ならば、マグネットの極と極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持される。
【００４５】
直線１と直線２とに囲まれた領域、即ち、「−０．３Ｘ＋０．６３≦Ｙ≦−０．３Ｘ＋０．７２」の条件を満たしている場合は、コギングトルクがほぼ０、或いは極めて小さく構成される。
【００４６】
ここで、外側磁極部４ａの軸方向のマグネット１に対する各対向角Ａ度（図３、図４参照）は、該マグネット１の軸方向の位置によって徐々に変化するような場合であれば平均的な対向角が上記の条件式を満たしていれば良い。即ち、マグネットの端面部付近の各対向角Ａ度が例えば１５度であっても外側磁極部の先端部、つまりマグネットの軸方向中央付近での外側磁極部４ａのマグネットに対する各対向角Ａ度が１３度程度ならそれらの平均値を上記条件式に当てはめればよい。
【００４７】
図８，図９，図１０に、実験結果を示す。
【００４８】
図８，図９，図１０ともに、図５と同様、縦軸はマグネット１に作用する外側磁極部と内側磁極部とで発生する磁力によるトルクを示し、横軸はマグネット１の回転位相を示す。コイルに無通電時のトルク、即ちコキングトルクとコイル端子間に３Ｖの電圧を印加した時の発生トルクを示している。
【００４９】
このモデルは
・マグネットは、外径φ１０．６mm、内径φ９．８mm、着磁極数１６極
・コイルは、巻き数が１１２ターン、抵抗１０Ω
・ステータの外側磁極部は、外径φ１１．６mm、内径φ１１．１mm
・ステータの内側磁極部は、外径φ９．３mm、内径φ８．８mm
のリング形状の構成である。
【００５０】
図８は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角Ａ度は１０．３５度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２，Ｙ＝０．４６となる。
【００５１】
図９は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角Ａ度は１３．４５度のものである。この場合が無通電時の発生するトルク、即ちコキングトルクが一番小さくなっているのである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２，Ｙ＝０．６０となる。
【００５２】
図１０は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角Ａ度は１５．５２度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２，Ｙ＝０．６９となる。
【００５３】
図６で求めた直線１，２上に、上記図８，図９，図１０の構成により求まる値をそれぞれａ，ｂ，ｃで示したのが、図１である。
【００５４】
図６で求めた直線１，２上に、上記図８，図９，図１０の構成により求まる値をそれぞれａ，ｂ，ｃで示したのが、図１１である。
【００５５】
図９に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角Ａ度が１３．４５度のものは、Ｘ＝０．１９２，Ｙ＝０．６０で、「−０．３Ｘ＋０．６３≦Ｙ≦−０．３Ｘ＋０．７２」の条件に当てはまり、コキングトルクが極めて小さくなっている。
【００５６】
図１０に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角Ａ度が１５．５２度のものは、Ｘ＝０．１９２，Ｙ＝０．６９で、「Ｙ＞−０．３Ｘ＋０．７２」の条件に当てはまり、マグネットの安定位置は着磁部の極と極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置であった。
【００５７】
本実施の形態では、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」となるように寸法が設定されており、コイル２への通電がなされていない状態では、図５に示した上記Ｅ１点及びＥ２点が、マグネット１の極の中心がステータ４の外側磁極部４ａの中心に対向する位置となり、該マグネット１の極の中心が前記外側磁極部４ａの中心に対向する位置で安定的に停止するようになっている。しかし、この状態でコイル２へ通電を行って外側磁極部４ａを励磁しても、マグネット１に回転力が生じない。
【００５８】
そこで、本実施の形態では、カバー５の溝５ｃとマグネット１の突起部１ｂの関係を以下のように構成している。
【００５９】
レンズが繰り込んだ位置、即ちマグネット１の突起部１ｂがカバー５の溝５ｃの一方の端面であるストッパー部５ｆに当接する位置では、図３に示すように、該マグネット１の着磁部１ａの１極の中心Ｑ１とステータ４の外側磁極部４ａの中心Ｒ１とのなす角度がα度になるように設定してある。これにより、図３の状態からコイル２へ通電して外側磁極部４ａをＳ極に励磁すると、マグネット１に時計回り（レンズ繰り出し方向の回転）の回転力が生じて安定して起動が行われ、図４に示すレンズを繰り出した状態になる。
【００６０】
また、図３の状態を図５に当てはめると、Ｇ点の位置となる。この位置でのコギングトルク（マグネット１に作用するステータ４との間で発生する吸引力）はＴ２であり、これは、Ｅ１点に戻ろうとする回転方向にマイナスの力（図３において反時計方向の力）が働くことになる。すなわち、マグネット１の突起部１ｂがカバー５の溝５ｃの一方の端面であるストッパー部５ｆに当接する位置の保持力がＴ２となる。よって、図３の状態においてコイル２への通電を切ってもマグネット１のマグネット部は安定的にこの位置（図３の位置）に停止する。
【００６１】
マグネット１の時計方向の回転に関しては、本実施の形態では、図４に示す位置になるようにカバー５の溝５ｃの他方の端面であるストッパー部５ｇがマグネット１の突起部１ｂと当接するように設定してある。この場合のマグネット１の位置は、マグネット１の極の中心Ｑ２と外側磁極部４ａの中心Ｒ１とのなす角度がβ度になるように設定してある。
【００６２】
図４の状態を図５に当てはめると、Ｈ点の位置となる。この位置でのコギングトルク（マグネット１に作用するステータ４との間で発生する吸引力）はＴ１であり、これは、Ｅ２点に進もうとする回転方向にプラスの力（図４において時計方向の力）が働くことになる。すなわち、マグネット１の突起部１ｂがカバー５の溝５ｃの他方の端面であるストッパー部５ｇと当接する位置の保持力がＴ１となる。よって、コイル２への無通電時には、マグネット１は安定的にこの位置（図４の位置）に停止する。図３の状態と図４の状態とではマグネット１はθ度回転したことになるように設定してある。
【００６３】
図４の状態からコイル２へ逆方向に通電してステータ４の外側磁極部４ａをＮ極に励磁すると、マグネット１に反時計方向（レンズ繰り込み方向の回転）の回転力が生じて安定して起動が行われ、図３に示すレンズ５２を繰り込んだ状態になる。この図３に示す状態になるとコイル２への通電を断ってもそのままの状態が保持されるのは前述した通りである。
【００６４】
以上のように、コイル２への通電方向を切り換えることにより、マグネット１は図３の状態から図４の状態、或いは、図４の状態から図３の状態に切り換わる。この際、レンズ５２はマグネット１に連動して回転し、ヘリコイド地板５０のメスヘリコイド部５０ａとレンズホルダ５１のオスヘリコイド部５１ａとの結合により光軸に沿って繰出した位置と繰り込んだ位置との間で移動可能となる。
【００６５】
つまり、レンズ５２はマグネット１が図４の状態にある時、光軸に沿って繰り出した位置にあり、マグネット１が図３の状態にある時、光軸に沿って繰り込んだ位置にあり、コイル２への通電方向を切り換えることにより、レンズ５２の位置を光軸に沿って制御可能となる。そして、繰り出し位置もしくは繰り込み位置に達した後に、前記コイル２への通電を断っても、マグネット１と外側磁極部４ａとの吸引力（コギング力）によりそれぞれの位置が保持される。よって、通電していなくても振動等によりレンズの位置が変化することはなく、レンズの位置出しの信頼性が向上するとともに、省エネルギーになる。
【００６６】
以上のように本実施の形態においては、繰り込み位置、繰り出し位置の何れの位置でも、無通電で安定して保持できるレンズ駆動装置とすることができる。
【００６７】
その他の実施の形態の効果としては、ヘリコイド地板５０のメスヘリコイド部５０ａとレンズホルダー５１のオスヘリコイド部５１ａとからなるレンズ位置出し機構は、ステータ４に同心上で軸方向に重ねて配置されているので、レンズ駆動装置の直径を非常に小さくする事ができる。
【００６８】
本アクチュエータについては、以下の特徴もある。
【００６９】
コイル２への通電により発生する磁束は、外側磁極部４ａと内側磁極部４ｂとの間にあるマグネットを横切るので効果的に作用する。
【００７０】
また、外側磁極部４ａはリング形状のマグネットの軸方向と平行な半径方向に延出する櫛歯形状により構成されるため、軸の中心に向かうような半径方向への凹凸により構成されるものに比べて直径方向軸方向に関する寸法は小さく構成できる。これにより、外径と内径との差が小さい薄型の円筒状のアクチエータとすることができる。
【００７１】
さらに、前記コイル２は一つで構成されるので通電の制御回路も単純になり、コストも安く構成できる。
【００７２】
以上により、出力が高く、かつ安価で小型のレンズ駆動装置を提供することができる。
【００７３】
（実施の第２の形態）
図１２は本発明の実施の第２の形態に係るレンズ駆動装置を示す図であり、上記実施の第１の形態では、レンズ位置出し機能の一部をなすメスヘリコイド部を有するヘリコイドヘリコイド地板５０をステータ４に同心上で軸方向に重ねて配置した構成にしていたのに対し、この実施の第２の形態では、ステータ４の内側磁極部の内壁面に、メスヘリコイド部が形成されたヘリコイド地板を具備する構成にした例を示すものである。図１と同等の機能を有する部分は同一符号を付してある。
【００７４】
５５はヘリコイド地板であり、ステータ４の内側磁極部４ｂの内壁面に配置されている。このヘリコイド地板５５のメスヘリコイド部５５ａはレンズホルダー５１のオスヘリコイド５１ａと摺動可能に嵌合し、相対的な回転に伴って軸方向に沿って相対位置を変化させる。つまり、これらヘリコイド地板５５のメスヘリコイド部５５ａとレンズホルダー５１のオスヘリコイド５１ａでレンズ位置出し機構を成す。
【００７５】
この実施の第２の形態におけるレンズ位置出し機構は、ステータ４と同心でその内側磁極部の内壁側に配置されているので、光軸と平行方向の長さ、即ち軸方向長さをより短く構成できる。
【００７６】
なお、以上の実施の第１及び２の形態では、マグネット部の極数を１６極としたが、極数は限定されない。
【００７７】
また、外側磁極部を８箇所にしたが、マグネットの着磁極数の半分或いは半分以下としても良い。即ち、マグネットは１６極に着磁されているのでその半分の８箇所に外側磁極部を設けてもよい。その場合、外側磁極部はマグネット１の回転中心を中心として、お互いに７２０／ｎ度の整数倍（ｎは着磁極数、上記の実施の各形態ではｎ＝４）ずれて配置されることになる。着磁極数が１６極の場合は７２０／１６度の整数倍、例えば、９０度或いは１３５度、１８０度離れて４個所、３箇所、２箇所にあっても良い。さらには、外側磁極部４ａの個数については、少なくとも一つの歯形状の外側磁極部としても良い。
【００７８】
以上の実施の第１乃至第２の形態における効果を、本発明の各請求項の構成との対応関係を明示しつつ、以下にまとめて列挙する。
【００７９】
１）円筒形状のマグネット１と、該マグネット１の回転軸方向に配置されたコイル２と、少なくとも一つの歯形状の外側磁極部４ａと内側磁極部４ｂ（これは円筒形状でも歯形状でも良い）が前記マグネット１の外周面と内周面に対向し、前記コイル２により励磁される円筒形状のステータ４と、該ステータ４の内側磁極部４ｂの内径側の開口部を光路とするレンズ５２を前記マグネット１の回転に連動して光軸方向に移動させて該レンズの光軸方向の位置を変化させるレンズ位置出し機構５１ａ，５０ａ（図１２では５１ａ，５５ａ）とを有し、前記外側磁極部４ａはマグネット１の外周面の着磁部１ａに対して所定の角度Ａ（図３等参照）をもって対向するものであって、前記外側磁極部４ａのマグネット１の着磁部１ａに対向する前記所定の角度Ａと前記マグネット１の着磁部１ａの１極（Ｎ，Ｓ極）あたりの角度の比率をＹ、前記マグネット１の半径方向の厚みに対する該マグネットの着磁部の１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると「−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ」の条件を満たすように設定している。
【００８０】
よって、コイル２への無通電時において、マグネット１の着磁部１ａの１極の中心が歯形状の外側磁極部４ａの中心に対向する位置で安定的に保持されることになり、一旦コイル２へ通電を行ってレンズを位置出しした後、つまり図３の繰り込み位置もしくは図４の繰り出し位置に設定した後、前記コイル２への通電を断っても、その位置に保持することができる構成をとることができ、この構成をとることで省電力化を達成し得るレンズ駆動装置とすることができる。
【００８１】
２）前記コイル２への正逆通電が切り換えられることで正逆回転する前記マグネット１の回動範囲を、所定の第１の位置（例えば図３の位置）と第２の位置（例えば図４の位置）の間で一方から他方へ回転できるように規定すると共に、前記マグネットが前記第１の位置もしくは前記第２の位置に達した状態では、外側磁極部４ａの中心に対して前記マグネット１の着磁部の１極の中心とが一定の角度（α，β）をなし、この状態時に前記コイルへ２の通電が断たれると、前記外側磁極部４ａの中心に前記マグネット１の着磁部の１極の中心を対向させるコギング力が発生し、該コギング力が前記第１の位置もしくは前記第２の位置の状態を保持する力として作用するように、前記外側磁極部４ａに対する前記マグネット１の関係を規定する規定部材（突起部１ｂと溝５ｃ（５ｇ，５ｆ）を具備し、レンズ位置出し機構５１ａ，５０ａ（図１２では５１ａ，５５ａ）は、前記マグネット１が前記第１の位置と前記第２の位置の間で一方から他方へ回転するのに連動して、前記レンズを第１のレンズ位置（繰り込み位置）もしくは第２のレンズ位置（繰り出し位置）のうちの何れか一方に変化させるようにしている。
【００８２】
詳しくは、前記マグネット１が例えば図４の位置時に、前記コイル２への通電により該図４の位置から図３の位置まで該マグネット１を時計方向に回転させ、この状態で前記コイル２への通電を断ったとすると、上記の構成にすることにより、この際発生するコギング力が前記マグネット１を更に前記時計方向へ回転させようとする力として作用する。しかし、マグネット１は該図３の位置より時計方向への回転はできないようにその回動範囲が突起部１ｂと溝５ｃ（端面５ｇ，５ｆ）により規定されているので、この規制された図３の位置に無通電状態でも保持され、上記のようにレンズ５２も位置出しされた状態に安定的に保持されることになる。
【００８３】
よって、省電化を達成しつつ、第１のレンズ位置（繰り込み位置）と第２のレンズ位置の間でレンズを移動させることができる簡易的なレンズ駆動装置とすることができる。
【００８４】
その他の効果としては、ステータ４の外側磁極部４ａをマグネット１の軸方向と平行方向に延出する歯により構成しているので、該ステータ４の直径はマグネットの直径に磁気ギャップと自らの肉厚を加えた最小限の寸法に抑えられ、非常に半径方向に関して薄型の円筒形状のアクチエータとする事ができる、よって、このアクチュエータの内径側の開口部を光路として光軸方向に移動可能なレンズ５２及びその位置だし機構を具備しているので、光軸方向に長くなったり、レンズ駆動の為の回路が複雑になるといったことがないレンズ駆動装置とすることができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一旦コイルへ通電を行ってレンズ位置出しした後は、前記コイルへの通電を断っても、その位置に保持することができる構成を可能にするレンズ駆動装置を提供できるものである。
【００８６】
また、本発明によれば、省電化を達成しつつ、所定の第１の位置もしくは第２の位置にレンズを安定的に保持させることのできる簡易的なレンズ駆動装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１の形態におけるレンズ駆動装置の分解斜視図である。
【図２】図１のレンズ駆動装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の第１の形態においてレンズ繰り込み時の図２の軸と直交する方向の主要部分の断面図である。
【図４】本発明の実施の第１の形態においてレンズ繰出し時の図２の軸と直交する方向の主要部分の断面図である。
【図５】本発明の実施の第１の形態におけるコギングトルクの様子を表す図である。
【図６】本発明の実施の第１の形態における外側磁極の幅寸法とコギングトルク、マグネット寸法の関係を表す図である。
【図７】図６の各関係を求める為に使用したモータの種類を示す図である。
【図８】本発明の実施の第１の形態における実験結果であるトルクとロータの回転位相との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の第１の形態における実験結果であるトルクとロータの回転位相との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施の第１の形態における実験結果であるトルクとロータの回転位相との関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の第１の形態における実験モデルの外側磁極の幅寸法とコギングトルク、マグネット寸法の関係を表す図である。
【図１２】本発明の実施の第２の形態におけるレンズ駆動装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
１ マグネット
１ａ 着磁部
１ｂ 突起部
２ コイル
３ ボビン
４ ステータ
４ａ 外側磁極部
４ｂ 内側磁極部
５ カバー
５ｃ 溝
５０ ヘリコイド地板
５０ａ メスヘリコイド部
５１ レンズホルダー
５１ａ オスヘリコイド部
５２ レンズ
５５ ヘリコイド地板
５５ａ メスヘリコイド部

Claims (4)

1. 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回転可能な中空円筒形状のマグネットと、該マグネットの回転軸方向に配置されたコイルと、歯形状の外側磁極部と内側磁極部が前記マグネットの外周面と内周面に対向し、前記コイルにより励磁されるステータと、前記内側磁極部の内径側の開口部を光路とするレンズを前記マグネットの回転に連動して光軸方向に移動させて該レンズの光軸方向の位置を変化させるレンズ位置出し機構と、前記コイルへの無通電時に前記マグネットと前記外側磁極部との吸引力により前記マグネットの回転位置が保持される第１の位置と、前記マグネットが前記第１の位置から所定の角度回転した位置であって前記コイルへの無通電時に前記マグネットと前記外側磁極部との吸引力により前記マグネットの回転位置が保持される第２の位置を規制する規制部材とを有し、前記コイルの通電方向により前記第１の位置と前記第２の位置を切り換えるレンズ駆動装置であって、
   前記外側磁極部は前記マグネットの外周面に対して所定の角度をもって対向するものであって、前記外側磁極部の前記マグネットに対向する前記所定の角度と前記マグネットの１極あたりの角度の比率をＹ、前記マグネットの半径方向の厚みに対する前記マグネットの１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると、
   −０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
   の条件を満たすことを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 前記規制部材は、前記マグネットの回動範囲を、前記第１の位置と前記第２の位置の間で一方から他方へ回転できるように規制すると共に、前記マグネットが前記第１の位置もしくは前記第２の位置に達した状態では、前記各外側磁極部の中心に対して前記マグネットの１極の中心が一定の角度をなし、この状態時に前記コイルの通電が断たれると、前記各外側磁極部の中心に前記マグネットの１極の中心を対向させる磁力が前記第１の位置もしくは前記第２の位置の状態を保持する力として作用するように、前記外側磁極部に対する前記マグネットの関係を規制し、
   前記レンズ位置出し機構は、前記マグネットが前記第１の位置と前記第２の位置の間で一方から他方へ回転するのに連動して、前記レンズを第１のレンズ位置もしくは第２のレンズ位置のうちの何れか一方に変化させることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
3. 前記レンズ位置出し機構は、オスヘリコイド部と該オスヘリコイド部に結合されるメスヘリコイド部とより成り、
   前記オスヘリコイド部と前記メスヘリコイド部のうちの一方は、前記レンズを保持する円筒状の保持部材に形成され、他方は、前記内側磁極部の内壁面に固定される部材に形成され、
   前記マグネットの回転に連動して前記保持部材が回転することで、前記オスヘリコイド部と前記メスヘリコイド部の作用により前記レンズが光軸方向に移動することを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
4. 前記レンズ位置出し機構は、オスヘリコイド部と該オスヘリコイド部に結合されるメスヘリコイド部とより成り、
   前記オスヘリコイド部と前記メスヘリコイド部のうちの一方は、前記レンズを保持する円筒状の保持部材に形成され、他方は、前記ステータと同心で軸方向に重ねて配置された固定部材の内壁面に形成され、
   前記マグネットの回転に伴って前記保持部材が回転することで、前記オスヘリコイド部と前記メスヘリコイド部の作用により前記レンズが光軸方向に移動することを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。

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