JP4429208B2 - 駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁力により駆動対象を軸方向に移動させる直進タイプの駆動装置に関する。
従来、カメラのレンズを駆動する駆動装置としては、小型円筒形状のステップモータをレンズに対して並列に配置し、ステップモータの駆動力をリードスクリュ等により伝達することでレンズを駆動するようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、ボイスコイル型のアクチュエータを用い、マグネット或いはコイルの一方をレンズ群を保持する保持枠に固定し、他方をレンズ鏡筒に固定する構造により、レンズを駆動するようにしたものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開平11−190815号公報 特開平4−093807号公報
しかしながら、上記特許文献1等で開示されているタイプの駆動装置は、リードスクリュに噛み合いメネジ機能を有する部材とリードスクリュ面とが摺動するため、音が発生する。そのため、該駆動装置をビデオカメラ等に搭載した場合には、上記摺動に伴い発生した音が騒音として録音されてしまうという問題がある。
また、リードスクリュが変形していると、その変形が上記メネジ機能を有する部材に伝わるため、レンズを光軸に垂直な方向へ変位させてしまう場合がある。そのため、該駆動装置をビデオカメラのズームレンズの駆動用に使用した場合は、所望の焦点距離になるようズームレンズを駆動するのに時間がかかり、速写性にかけるという問題がある。
これらの問題点に対処するため、即ち、静粛性の確保、或いはレンズの精度良い位置出し、或いはズーム時間の短縮のため、ボイスコイル型のアクチュエータを用いた上記特許文献2で開示されたタイプのものがある。このタイプのものは、コイルは1相で制御し、位置センサでレンズの位置を検出しつつコイルへの通電を正方向と逆方向とに行い、所望の位置にレンズを位置出しするものである。
この方式は、カメラの使用環境の変化や使用耐久等により、レンズを駆動する機構のガイド部分の摩擦係数が変わってしまうため、レンズの正確な位置制御に影響を及ぼすという問題がある。また、カメラを使用する際の姿勢が変わった位置でカメラを使用すると、レンズを正確な位置に制御しきれなくなるばかりか、最悪の場合は振動を起こしてしまい、適正な位置にレンズを停止できなくなることも起きるという問題がある。
本発明の目的は、駆動時間の短縮、駆動時の静粛性、駆動対象の安定した精度の高い位置出しを可能とした駆動装置を提供することにある。
上述の目的を達成するために、本発明の駆動装置は、所定の方向に延出された角柱形状を有し、外周面には前記所定の方向に対して傾いた方向に異なる磁極が交互に着磁された着磁部が形成されるマグネットと、第1の磁極歯を有する第1のヨーク、第2の磁極歯を有する第2のヨーク、前記第1のヨークおよび前記第2のヨークを励磁する第1のコイル、前記第1のコイルが巻回される第1のボビンからなり、前記第1のヨークおよび前記第2のヨークが前記所定の方向に前記第1のボビンを挟み込み、かつ前記第1の磁極歯および前記第2の磁極歯が前記第1のコイルの外側に露出するように配置される第1のステータユニットと、第3の磁極歯を有する第3のヨーク、第4の磁極歯を有する第4のヨーク、前記第3のヨークおよび前記第4のヨークを励磁する第2のコイル、前記第2のコイルが巻回される第2のボビンからなり、前記第3のヨークおよび前記第4のヨークが前記所定の方向に前記第2のボビンを挟み込み、かつ前記第3の磁極歯および前記第4の磁極歯が前記第2のコイルの外側に露出するように配置される第2のステータユニットと、前記第1のステータユニットと前記第2のステータユニットが前記所定の方向と直交する方向で前記マグネットを挟み、かつ前記第1の磁極歯、前記第2の磁極歯、前記第3の磁極歯および前記第4の磁極歯がそれぞれ前記マグネットの着磁部に沿って対向するように、前記第1のステータユニットおよび前記第2のステータユニットとを固定するベース部材と、駆動対象を保持するとともに、前記マグネットが固定され、前記ベース部材に対して、前記所定の方向に移動可能なホルダ部材を有し、前記第1のコイルおよび前記第2のコイルに通電することで、前記ホルダ部材を前記所定の方向に移動させることを特徴とする。
本発明によれば、駆動時間の短縮、駆動時の静粛性、駆動対象の安定した精度の高い位置出しを可能とした駆動装置を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る駆動装置としてのレンズ駆動装置の構成を示す分解斜視図であり、図2は、レンズ駆動装置を組み立てた状態を示す側面図である。図3は、第1のステータユニットを構成する部品を示す分解斜視図であり、図4は、第1のステータユニットを組み立てた状態を示す斜視図である。図5は、第2のステータユニットを構成する部品を示す分解斜視図であり、図6は、第2のステータユニットを組み立てた状態を示す斜視図である。図7は、第1のステータユニットの第1ヨーク及び第2のステータユニットの第2ヨークとマグネットの関係を示す展開平面図である。
図1乃至図7において、レンズ駆動装置は、マグネット1、第1ヨーク2・第2ヨーク3・第1ボビン4・第1コイル5からなる第1のステータユニット、第3ヨーク6・第4ヨーク7・第2ボビン8・第2のコイル9からなる第2のステータユニット、レンズホルダ10、地板14を備えている。
マグネット1は、直方体形状に形成されており、外周面がスパイラル(螺旋)形状に着磁された複数の着磁部1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i、1j、1k、1l、1m、1n等を備えている。以後、着磁部は1a〜1nとして説明するが、着磁部の数は14(1〜n)に限定されるものではない。着磁部1a〜1nは、スパイラル形状で且つ隣接した状態に配置されている(図7参照)。例えば、着磁部1a、1c、1e、1g、1i、1k、1mはS極に着磁され、着磁部1b、1d、1f、1h、1j、1l、1nはN極に着磁されている。即ち、着磁部1a〜1nは、交互に異なる極に着磁されている。
第1ヨーク2は、軟磁性材料から形成されており、マグネット1の外周面のスパイラル形状に着磁された着磁部1a〜1nに沿って対向するスパイラル形状の磁極歯2aを備えている(図7参照)。第1ヨーク2は、後述の第1のボビン4の空間部に挿入され固定される。磁極歯2aは、マグネット1の着磁部1a〜1nのスパイラル形状の形成方向と同じ方向に沿った平板形状を有する。
第2ヨーク3は、軟磁性材料から形成されており、マグネット1の外周面のスパイラル形状に着磁された着磁部1a〜1nに沿って対向するスパイラル形状の磁極歯3aを備えている(図7参照)。第2ヨーク3は、後述の第1のボビン4の空間部に挿入され固定される。磁極歯3aは、マグネット1の着磁部1a〜1nのスパイラル形状の形成方向と同じ方向に沿った平板形状を有する。
第1ボビン4は、非導電性材料(例えばプラスチック)から形成されており、内側に第1ヨーク2及び第2ヨーク3の平板部が挿入可能な空間部を有すると共に、外側に第1コイル5が巻回される巻回部を有する。第1ボビン4の空間部には、第1ヨーク2及び第2ヨーク3がそれぞれ逆方向から挿入され固定される(図3、図4参照)。
第1コイル5は、第1ボビン4に巻回される導線として構成されており、電流が流されることにより、第1ヨーク2の磁極歯2aと第2ヨーク3の磁極歯3aを所定の極性に励磁するものである。ここで、第1ヨーク2の磁極歯2aと第2ヨーク3の磁極歯3aとは、図7に示すようにマグネット1の着磁ピッチPと同じ位相ずれた状態で配置されている。
上述した第1ヨーク2、第2ヨーク3、第1ボビン4、第1コイル5から第1のステータユニットが構成される。
第3ヨーク6は、軟磁性材料から形成されており、マグネット1の外周面のスパイラル形状に着磁された着磁部1a〜1nに沿って対向するスパイラル形状の磁極歯6aを備えている(図7参照)。第3ヨーク6は、後述の第2のボビン8の空間部に挿入され固定される。磁極歯6aは、マグネット1の着磁部1a〜1nのスパイラル形状の形成方向と同じ方向に沿った平板形状を有する。
第4ヨーク7は、軟磁性材料から形成されており、マグネット1の外周面のスパイラル形状に着磁された着磁部1a〜1nに沿って対向するスパイラル形状の磁極歯7aを備えている(図7参照)。第4ヨーク7は、後述の第2のボビン8の空間部に挿入され固定される。磁極歯7aは、マグネット1の着磁部1a〜1nのスパイラル形状の形成方向と同じ方向に沿った平板形状を有する。
第2ボビン8は、非導電性材料(例えばプラスチック)から形成されており、内側に第3ヨーク6及び第4ヨーク7の平板部が挿入可能な空間部を有すると共に、外側に第2コイル9が巻回される巻回部を有する。第2ボビン8の空間部には、第3ヨーク6及び第4ヨーク7がそれぞれ逆方向から挿入され固定される(図5、図6参照)。
第2コイル9は、第2ボビン8に巻回される導線として構成されており、電流が流されることにより、第3ヨーク6の磁極歯6aと第4ヨーク7の磁極歯7aを所定の極性に励磁するものである。ここで、第3ヨーク6の磁極歯6aと第4ヨーク7の磁極歯7aとは、図7に示すようにマグネット1の着磁ピッチPと同じ位相ずれた状態で配置されている。
上述した第3ヨーク6、第4ヨーク7、第2ボビン8、第2コイル9から第2のステータユニットが構成される。
第1のステータユニットと第2のステータユニットは、図2に示すように、両ステータユニットでマグネット1を挟む位置において、両ステータユニットの磁極歯2a、3a、6a、7aがマグネット1に対向するように地板14に固定される。即ち、第1のステータユニットと第2のステータユニットの間にマグネット1が配置される。
また、第1のステータユニットと第2のステータユニットは、図7に示すように、マグネット1の着磁部1a〜1nの着磁位相に対し、電気的な角度で90度位相がずれて配置され、機械的な位置ではP×(2n+1)/2だけ位置がずれて配置されている。ここで、Pは着磁ピッチ、nは任意の整数である。尚、図7では2点鎖線でマグネット1及び着磁部1a〜1nを示している。
レンズホルダ10は、本体部がレンズ11を嵌合可能な内径部を有する形状に形成されており、腕部10a、ガイド部10b、溝部10cを備えている。腕部10aは、レンズホルダ本体部に対して径方向外側に突出した状態に配設されており、マグネット1に固着されることでマグネット1と一体的に構成される。ガイド部10bは、レンズホルダ10の本体部に対して径方向外側に突出し且つ軸方向に突出した状態に配設されており、ガイドバー12が摺動可能に嵌合される貫通孔10dを備えている。
レンズ11は、レンズホルダ10の本体部の内径部に嵌合され固定されるものであり、本実施の形態のレンズ駆動装置が搭載される撮像装置(不図示)において撮影に使用される。
ガイドバー12は、図2に示すように、レンズホルダ10のガイド部10bの貫通孔10dに対して軸方向へ移動可能に嵌合されると共に、軸方向端部が後述の地板14の腕部14cに設けられた穴部14dに固定される。ガイドバー12は、レンズホルダ10を光軸と平行な方向へスライド可能に案内するための部材である。
振れ止めガイドバー13は、レンズホルダ10の溝部10cに対して摺動可能に嵌合されると共に、軸方向端部が後述の地板14の本体部に設けられた穴部14bに固定される。振れ止めガイドバー13は、ガイドバー12を中心としたレンズホルダ10の回転を防止するための部材である。
地板14は、本体部が略円環形状に形成されており、開口部14a、穴部14b、腕部14c、穴部14dを備えている。地板14は、図2に示すように第1のステータユニットと第2のステータユニットを固定している。開口部14aは、レンズ11を透過した光を通過させる。開口部14aを通過した光は所定の位置に導かれる。地板14の本体部に設けられた穴部14bには、振れ止めガイドバー13が挿入され固定される。腕部14cは、地板14の本体部に対して軸方向に突出した状態に配設されており、レンズホルダ10のガイド部10bを若干の隙間をもって配置可能な断面半円形状を有する。腕部14cに設けられた穴部14dには、ガイドバー12が挿入され固定される。
上述したように、ガイドバー12は、レンズホルダ10のガイド部10bの貫通孔10dに軸方向へ移動可能に嵌合されると共に、軸方向端部が地板14の穴14dに固着されている。これにより、レンズホルダ10は、図2に示すようにガイドバー12を介して地板14に対して光軸と平行な方向にスライド可能となっている。また、振れ止めガイドバー13は、レンズホルダ10の溝部10cに摺動可能に嵌合されると共に、軸方向端部が地板14の穴部14bに固着されている。これにより、レンズホルダ10及びレンズ11は、ガイドバー12を中心に回転することなく光軸に沿ってのみ移動が可能となる。
次に、上記構成を有する本実施の形態のレンズ駆動装置の動作について図1乃至図9を参照しながら詳細に説明する。
上述したように、マグネット1の着磁部1a〜1nのうち、着磁部1a、1c、1e、1g、1i、1k、1mはS極に着磁され、着磁部1b、1d、1f、1h、1j、1l、1nはN極に着磁されている。先ず、第3ヨーク6の磁極歯6aがS極に励磁され、第4ヨーク7の磁極歯7aがN極に励磁されるように、第2コイル9に通電している状態であるとする。
この状態から、第2コイル9に対する通電を切断すると同時に、第1ヨーク2の磁極歯2aがN極に励磁され、第2ヨーク3の磁極歯3aがS極に励磁されるように、第1コイル5に通電する。これに伴い、マグネット1には、図7に示すように矢印A方向の電磁力が発生する。矢印A方向に発生する電磁力は、マグネット1を回転する方向の力と、マグネット1の軸に沿った力とに分けて考えることができる。
上述したように、マグネット1に固着されているレンズホルダ10が、振れ止めガイドバー13によってガイドバー12を中心とした回転を防止されている状態にある。そのため、マグネット1は、矢印A方向に発生する電磁力のうちのマグネット1を回転する方向の力によっては回転しない。マグネット1とレンズホルダ10及びレンズ11は、矢印B方向の力によってガイドバー12に沿って駆動される。マグネット1は、着磁部1iが第1ヨーク2の磁極歯2aに対向する位置となるように、図7における上方即ち矢印B方向に移動して停止する。
更に、この状態から、第1コイル5の通電を切断すると同時に、第3ヨーク6の磁極歯6aがN極に励磁され、第4ヨーク7の磁極歯7aがS極に励磁されるように、第2コイル9に通電する。これに伴い、再度、マグネット1には、矢印A方向の電磁力が発生する。上記同様に、マグネット1は、矢印A方向に発生する電磁力のうちのマグネット1を回転する方向の力によっては回転しない。マグネット1とレンズホルダ10及びレンズ11は、矢印B方向の力によってガイドバー12に沿って駆動される。マグネット1は、着磁部1aが第3ヨーク6の磁極歯6aに対向する位置となるように、図7における上方即ち矢印B方向に移動して停止する。
更に、この状態から、第2コイル9の通電を切断すると同時に、第1ヨーク2の磁極歯2aがS極に励磁され、第2ヨーク3の磁極歯3aがN極に励磁されるように、第1コイル5に通電する。これに伴い、再度、マグネット1には、矢印A方向の電磁力が発生する。上記同様に、マグネット1は、矢印A方向に発生する電磁力のうちのマグネット1を回転する方向の力によっては回転しない。マグネット1とレンズホルダ10及びレンズ11は、矢印B方向の力によってガイドバー12に沿って駆動される。マグネット1は、着磁部1hが第1ヨーク2の磁極歯2aに対向する位置となるように、図7における上方即ち矢印B方向に移動して停止する。
更に、この状態から、第1コイル5の通電を切断すると同時に、第3ヨーク6の磁極歯6aがS極に励磁され、第4ヨーク7の磁極歯7aがN極に励磁されるように、第2コイル9に通電する。これに伴い、再度、マグネット1には、矢印A方向の電磁力が発生する。上記同様に、マグネット1は、矢印A方向に発生する電磁力のうちのマグネット1を回転する方向の力によっては回転しない。マグネット1とレンズホルダ10及びレンズ11は、矢印B方向の力によってガイドバー12に沿って駆動する。マグネット1は、着磁部1nが第3ヨーク6の磁極歯6aに対向する位置となるように、図7における上方即ち矢印B方向に移動して停止する。
マグネット1とレンズホルダ10及びレンズ11を矢印B方向とは逆側に駆動するときは、第1コイル5及び第2コイル9に対する上述した通電切り替えを順次元の状態に戻すように切り替えていけばよい。
このように、本実施の形態では、第1コイル5と第2コイル9の通電状態を順次切り替え、第1ヨーク2の磁極歯2a、第2ヨーク3の磁極歯3a、第3ヨーク6の磁極歯6a、第4ヨーク7の磁極歯7aの励磁状態を切り替えていく。これにより、マグネット1とレンズホルダ10及びレンズ11を矢印B方向或いはその逆方向のみに駆動することが可能である。
また、本実施の形態では、第1コイル5と第2コイル9に通電する電流を加減し、第1コイル5と第2コイル9が発生する磁力の大きさに応じた位置にマグネット1を停止させるマイクロステップ制御も可能である。このマイクロステップ制御によれば、マグネット1は2相のコイルで引き合う位置に安定的に位置するようになり、従来の1相コイルのボイスコイル型のアクチュエータを用いた方式と比較し、レンズ11の安定した位置出し及び精度の高い位置出しが可能となる。
ここで、従来の、ステッピングモータによりリードスクリュを回転させ、該リードスクリュに噛み合うメネジ機能を有する部材を前後させることによりレンズを光軸に沿って駆動するタイプのものは、上述したように次のような欠点がある。リードスクリュとメネジ機能を有する部材との間に摺動音が発生し、また、リードスクリュのピッチが細かいことにより、所望の位置にレンズを移動させる時間がかかってしまう。
これに対し、本実施の形態では、第1コイル5と第2コイル9の通電状態を順次切り替え、第1ヨーク2〜第4ヨーク7の各磁極歯2a〜7aの励磁状態を切り替えることで、レンズホルダ10及びレンズ11を光軸に沿って移動させるため、静粛性に優れると共にレンズ11の高速駆動が可能である。
また、本実施の形態では、第1ヨーク2の磁極歯2a、第2ヨーク3の磁極歯3a、第3ヨーク6の磁極歯6a、第4ヨーク7の磁極歯7aを、マグネット1の外周面のスパイラル形状の着磁部1a〜1nに沿った平板形状に構成するという特徴を有する。
ここで、マグネットの着磁をスパイラル形状ではなく、仮に図8に示すように光軸と平行な方向に異なる極が隣り合う形状にした場合を考える。第1ヨークを102、第2ヨークを103、それらを励磁するコイルを105、第1ヨーク102の磁極部を102a、第2ヨーク103の磁極部を103aとすると、磁極部102a、103a同士が離れてしまい磁気回路の磁気抵抗が大きくなり出力が小さくなってしまう。
或いは、仮に図9に示すように磁極部を凹凸形状で形成し磁極部同士を近づけるようにしたステータ形状とした場合を考える。第1ヨークを202、第2ヨークを203、それらを励磁するコイルを205、第1ヨーク202の磁極部を202a、第2ヨーク203の磁極部を203aとすると、この場合にはD寸法(幅方向寸法)が大きくなってしまう。
従って、本実施の形態のように、マグネット1の外周面の着磁部1a〜1nの着磁形状をスパイラル形状とし、第1ヨーク2、第2ヨーク3、第3ヨーク6、第4ヨーク7の磁極歯2a、3a、6a、7aを、マグネット1の外周面のスパイラル形状の着磁部1a〜1nに沿った平板形状で構成する。これにより、D寸法(幅方向寸法)の小さい出力の高いレンズ駆動装置を実現することができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、マグネット1を第1及び第2のステータユニットの間に配置し、第1乃至第4のヨーク2〜7の各磁極歯2a〜7aをマグネット1の着磁部1a〜1nに沿って対向するスパイラル形状に形成する。また、ガイドバー12を、レンズホルダ10のガイド部10bに軸方向へ移動可能に嵌合し、地板14の穴14dに固着する。振れ止めガイドバー13を、レンズホルダ10の溝部10cに摺動可能に嵌合し、地板14の穴部14bに固着する。
これにより、レンズ11のズーム動作時のズーム時間の短縮、レンズ11駆動時の静粛性、レンズ11の安定した精度の高い位置出し(停止位置の安定性)を兼ね備えたレンズ駆動装置を提供することが可能となる。
[他の実施の形態]
上記実施の形態では、駆動対象をレンズとした場合を例に挙げたが、本発明は、これに限定されるものではなく、安定した精度の高い位置出しが必要な部品を駆動する場合にも適用可能である。
上記実施の形態では、レンズホルダの回転防止用として振れ止めガイドバーをレンズホルダの溝部に摺動可能に嵌合させた場合を例に挙げたが、本発明は、これに限定されるものではなく、レンズホルダの回転を防止する機構は任意の構造とすることが可能である。
本発明の実施の形態に係る駆動装置としてのレンズ駆動装置の構成を示す分解斜視図である。 図1のレンズ駆動装置を組み立てた状態を示す側面図である。 レンズ駆動装置の第1のステータユニットを構成する部品を示す分解斜視図である。 図3の第1のステータユニットを組み立てた状態を示す斜視図である。 レンズ駆動装置の第2のステータユニットを構成する部品を示す分解斜視図である。 図5の第2のステータユニットを組み立てた状態を示す斜視図である。 第1のステータユニットの第1ヨーク及び第2のステータユニットの第2ヨークとマグネットの関係を示す展開平面図である。 比較対象例のレンズ駆動装置の構成を示す断面図である。 比較対象例のレンズ駆動装置の構成を示す断面図である。
符号の説明
1 マグネット
2 第1ヨーク(第1のヨーク、一対のヨーク)
3 第2ヨーク(第1のヨーク、一対のヨーク)
4 第1ボビン
5 第1コイル
6 第3ヨーク(第2のヨーク、一対のヨーク)
7 第4ヨーク(第2のヨーク、一対のヨーク)
8 第2ボビン
9 第2コイル
10 レンズホルダ(レンズ保持部材)
11 レンズ
12 ガイドバー(ガイド部材)
13 振れ止めガイドバー(回転防止部材)
14 地板(固定部材)

Claims (1)

  1. 所定の方向に延出された角柱形状を有し、外周面には前記所定の方向に対して傾いた方向に異なる磁極が交互に着磁された着磁部が形成されるマグネットと、
    第1の磁極歯を有する第1のヨーク、第2の磁極歯を有する第2のヨーク、前記第1のヨークおよび前記第2のヨークを励磁する第1のコイル、前記第1のコイルが巻回される第1のボビンからなり、前記第1のヨークおよび前記第2のヨークが前記所定の方向に前記第1のボビンを挟み込み、かつ前記第1の磁極歯および前記第2の磁極歯が前記第1のコイルの外側に露出するように配置される第1のステータユニットと、
    第3の磁極歯を有する第3のヨーク、第4の磁極歯を有する第4のヨーク、前記第3のヨークおよび前記第4のヨークを励磁する第2のコイル、前記第2のコイルが巻回される第2のボビンからなり、前記第3のヨークおよび前記第4のヨークが前記所定の方向に前記第2のボビンを挟み込み、かつ前記第3の磁極歯および前記第4の磁極歯が前記第2のコイルの外側に露出するように配置される第2のステータユニットと、
    前記第1のステータユニットと前記第2のステータユニットが前記所定の方向と直交する方向で前記マグネットを挟み、かつ前記第1の磁極歯、前記第2の磁極歯、前記第3の磁極歯および前記第4の磁極歯がそれぞれ前記マグネットの着磁部に沿って対向するように、前記第1のステータユニットおよび前記第2のステータユニットとを固定するベース部材と、
    駆動対象を保持するとともに、前記マグネットが固定され、前記ベース部材に対して、前記所定の方向に移動可能なホルダ部材と、を有し、
    前記第1のコイルおよび前記第2のコイルに通電することで、前記ホルダ部材を前記所定の方向に移動させることを特徴とする駆動装置。
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