JP4774873B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

この発明はアクチュエータに関し、より特定的には、デジタルカメラを搭載した携帯電話等に用いられるレンズ駆動用アクチュエータに関する。

近年、デジタルカメラなどにおいて、通常のズームやフォーカシングを行うレンズの他に、手振れによる結像ぶれを補正するためのレンズが搭載され、当該レンズをぶれの方向に応じてＸＹ平面上で駆動させることが求められている。

また、デジタルカメラが携帯電話などに搭載されるなど、カメラの小型化が著しく、レンズ駆動用アクチュエータ自体を小さくすることが求められている。
特開平６−３０３２６号公報 特開平８−９４９０５号公報

従来のレンズ駆動用アクチュエータの一例が特許文献１および２において開示されているが、特許文献１の技術では、一方向に駆動させるためには一組のコイルと永久磁石とを用意しなければならない。したがって、２軸方向に駆動させる場合には２組のコイルと永久磁石とが必要となり、３軸（ＸＹＺ軸）方向に駆動させる場合には３組のコイルと永久磁石とが必要となり、レンズ駆動用アクチュエータ自体を小さくできないという問題があった。

また、特許文献２では、ヨークを共通部品とすることで、部品点数を削減し、レンズ駆動用アクチュエータ自体を小さくすることに成功しているものの、アクチュエータの駆動方向は一方向のみであり、２軸方向や３軸（ＸＹＺ軸）方向に駆動させるアクチュエータについては何ら開示されていない。

それゆえに、この発明の主たる目的は、少なくとも２軸方向に駆動できる小型のアクチュエータを提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１に記載のアクチュエータは、中空筒状の内側ヨーク、軸方向に移動可能に内側ヨークの外側に嵌められる第１可動コイル、第１可動コイルの外側に配置される永久磁石、および、永久磁石の外側において第１可動コイルの軸方向と平行に延びるコイル部を有し、軸方向と略直交する方向に移動可能に設けられる少なくとも１つの第２可動コイルを備え、永久磁石が第１可動コイルの軸方向と略直交する方向に磁界を発生させ、該磁界によって第１可動コイルと第２可動コイルに電磁力を発生させ、第１可動コイルは、永久磁石の内側の磁界によって発生する電磁力に基づいて軸方向に移動し、第２可動コイルは、永久磁石の外側の磁界によって発生する電磁力に基づいて軸方向と略直交する方向に移動することを特徴とする。

請求項２に記載のアクチュエータは、請求項１に記載のアクチュエータにおいて、２つの第２可動コイルを有し、該第２可動コイルはそれぞれに働く電磁力の方向が互いに略９０度異なるように設けられることを特徴とする。

請求項３に記載のアクチュエータは、請求項２に記載のアクチュエータにおいて、第１可動コイルと連動可能に設けられる第１対象物、および２つの第２可動コイルと連動可能に設けられる第２対象物をさらに含むことを特徴とする。

請求項４に記載のアクチュエータは、請求項３に記載のアクチュエータにおいて、第１対象物および第２対象物はそれぞれレンズであることを特徴とする。

請求項５に記載のアクチュエータは、請求項１から４のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、永久磁石と第２可動コイルのコイル部との間に配置される外側ヨークをさらに含むことを特徴とする。

請求項１に記載のアクチュエータでは、第１可動コイルに通電すると、第１可動コイルを流れる電流と永久磁石の内側に発生する磁界とに基づいて第１可動コイルは軸方向に移動する。また、第２可動コイルに通電すると、第２可動コイルのコイル部を流れる電流と永久磁石の外側に発生する磁界とに基づいて第２可動コイルが上記軸方向と略直交する方向に移動する。したがって、第１可動コイルおよび第２可動コイルに流す電流の大きさおよびその方向を制御することによって、第１可動コイルを軸方向に移動できるとともに第２可動コイルを第１可動コイルの移動方向と略直交する方向に移動でき、アクチュエータは少なくとも２軸方向に駆動可能となる。また、第１可動コイルの移動と第２可動コイルの移動とに同一の永久磁石を兼用できるので、アクチュエータの部品数を少なくできアクチュエータを小さくできる。

請求項２に記載のアクチュエータでは、２つの第２可動コイルに通電すると、各々のコイル部を流れる電流と永久磁石の外側に発生する磁界とに基づいて、各第２可動コイルが上記軸方向と略直交しかつ互いに略９０度異なる方向に電磁力を受ける。したがって、第１可動コイル、および２つの第２可動コイルそれぞれに流す電流の大きさおよびその方向を制御することによって、第１可動コイルを軸方向に移動できるとともに各第２可動コイルを第１可動コイルの移動方向と略直交しかつ互いに略直交する方向に移動でき、その結果アクチュエータは３軸方向に駆動可能となる。

請求項３に記載のアクチュエータでは、第１可動コイルとともに第１対象物が軸方向に移動し、２つの第２可動コイルそれぞれが受ける電磁力の合力の方向に第２対象物が移動する。

請求項４に記載のアクチュエータはレンズ駆動用アクチュエータとして構成され、第１対象物となるレンズを軸方向に移動させることによって合焦でき、第２対象物となるレンズを軸方向と略直交する方向に移動させることによって光軸補正できる。

請求項５に記載のアクチュエータでは、外側ヨークをさらに設けることによって、内側ヨークとの間で磁路が形成されるため永久磁石の内側に発生する磁界をさらに強くでき、第１可動コイルの軸方向の駆動力を大きくできる。

この発明によれば、アクチュエータを大型化することなく、レンズ等を軸方向およびそれと略直交する方向に移動できる。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４を参照して、この発明の一実施形態のアクチュエータ１０はレンズ駆動用アクチュエータとして構成され、ヨーク１２を含む。ヨーク１２は、中空円筒状の内側ヨーク１４と、所定の間隔をおいて内側ヨーク１４を包囲するように内側ヨーク１４の外側四方に立設される４つの角板状の外側ヨーク１６とを含み、内側ヨーク１４と各外側ヨーク１６とは軸方向一端側において連接されている。

内側ヨーク１４の外側には中空円筒状の第１可動コイル１８が軸方向（Ｚ方向）に移動可能に嵌められている。各外側ヨーク１６の内面かつ第１可動コイル１８の外側には角板状の永久磁石２０が設けられており、永久磁石２０は外側ヨーク１６および内側ヨーク１４にて磁路を形成するよう外側ヨーク１６および内側ヨーク１４に磁気的に結合されている。この実施形態では、永久磁石２０の極性は、内側がＮ極、外側がＳ極に設定されている。したがって、永久磁石２０の内側には矢印Ａ１で示すような第１可動コイル１８の軸方向と略直角方向に磁界が発生する。永久磁石２０の外側には外側ヨーク１６を介して矢印Ａ２（図５参照）で示すような第１可動コイル１８の軸方向と略直角方向に磁界が発生する。

なお、永久磁石２０と内側ヨーク１４との間に主たる磁界が形成されるため、矢印Ａ２で示す磁界は矢印Ａ１で示す磁界に比べてその磁界強度は小さい。しかし、合焦のために主レンズ２８を軸方向に移動させるために必要な駆動力と比べて、光軸補正用レンズ３０を軸方向と略直交する方向に移動させるために求められる駆動力は非常に小さいために問題ない。

また、隣り合う永久磁石２０によって形成される４つの角部にはそれぞれ第２可動コイル（Ｘ−Ｙコイル）２２ａ〜２２ｄが嵌るように設けられている。第２可動コイル２２ａは一方向に拡開するように形成され、相互に対向するコイル部２３ａを有する。第２可動コイル２２ａは、各コイル部２３ａが第１可動コイル１８の軸方向に延びかつ各外側ヨーク１６の外側に位置するように配置される。第２可動コイル２２ｂ，２２ｃおよび２２ｄも第２可動コイル２２ａと同様に構成され、それぞれ、相互に対向するコイル部２３ｂ，２３ｃおよび２３ｄを有する。第２可動コイル２２ｂ，２２ｃおよび２２ｄは、それぞれ、コイル部２３ｂ，２３ｃおよび２３ｄが第１可動コイル１８の軸方向に延びかつ外側ヨーク１６の外側に位置するように配置される。

さらに、内側ヨーク１４内には中空円筒状のレンズフード２４が配置され、レンズフード２４は連結部材２６によって第１可動コイル１８に連結されている。レンズフード２４内には主レンズ２８が取り付けられる。したがって、第１可動コイル１８の軸方向への移動に伴って、レンズフード２４および主レンズ２８が軸方向へ移動することができる。

また、主レンズ２８の前方（図２では上方）には光軸補正用レンズ３０が設けられ、光軸補正用レンズ３０は連結部材３２によって４つの第２可動コイル２２ａ〜２２ｄに連結されている。したがって、第１可動コイル１８の軸方向に対して略直交する方向（Ｘ−Ｙ方向）への第２可動コイル２２ａ〜２２ｄの移動に伴って、光軸補正用レンズ３０を、第１可動コイル１８の軸方向に略直交する一方向へ移動できる。

このようなアクチュエータ１０では、永久磁石２０の内側には矢印Ａ１で示すような第１可動コイル１８の軸方向と略直交しかつ内向きの磁界が発生しており、その状態で第１可動コイル１８に通電すると、第１可動コイル１８を流れる電流と永久磁石２０の内側に発生する上記磁界とに基づいて第１可動コイル１８は軸方向（図２において矢印Ｂで示す）に移動する。それに伴って主レンズ２８も軸方向に移動し、合焦できる。

たとえば、図１を参照して、第１可動コイル１８に反時計回りに電流を流すと、第１可動コイル１８には紙面から飛び出す方向（図２では上向き）に電磁力が働き、第１可動コイル１８はその方向に移動する。一方、第１可動コイル１８に時計回りに電流を流すと、第１可動コイル１８には紙面に押し込む方向（図２では下向き）に電磁力が働き、第１可動コイル１８はその方向に移動する。第１可動コイル１８とともに主レンズ２８も移動する。

また、永久磁石２０の外側には矢印Ａ２（図５参照）で示すような第１可動コイル１８の軸方向と略直交しかつ外向きの磁界が発生しており、その状態で第２可動コイル２２ａ〜２２ｄのうちの少なくとも１つに通電すると、通電された第２可動コイルのコイル部を流れる電流と永久磁石２０の外側に発生する上記磁界とに基づいて、通電された第２可動コイルが第１可動コイル１８の軸方向と略直交する方向に移動する。それに伴って光軸補正用レンズ３０も上記軸方向と略直交する方向に移動し、光軸補正できる。なお、永久磁石２０の外側に発生する磁束を大きくするには外側ヨーク１６の厚みを薄くするのが好ましい。

たとえば、４つの第２可動コイル２２ａ〜２２ｄに図５に示す方向に電流を流す場合について説明する。第２可動コイル２２ａの２つのコイル部２３ａにはそれぞれ矢印Ｃ１およびＣ２で示す方向に電磁力が発生し、第２可動コイル２２ｂの２つのコイル部２３ｂにはそれぞれ矢印Ｃ３およびＣ４で示す方向に電磁力が発生し、第２可動コイル２２ｃの２つのコイル部２３ｃにはそれぞれ矢印Ｃ５およびＣ６で示す方向に電磁力が発生し、第２可動コイル２２ｄの２つのコイル部２３ｄにはそれぞれ矢印Ｃ７およびＣ８で示す方向に電磁力が発生する。したがって、第２可動コイル２２ａ，２２ｂ，２２ｃおよび２２ｄには、それぞれ、合力である電磁力Ｃａ，Ｃｂ，ＣｃおよびＣｄが発生する。図５からわかるように、電磁力ＣａとＣｂとは方向が略９０度異なる。電磁力ＣｂとＣｃ、電磁力ＣｃとＣｄ、電磁力ＣｄとＣａについても、同様である。

この例では、第２可動コイル２２ａ〜２２ｄに発生する電磁力Ｃａ〜Ｃｄの合力として、左向き（図５では）の電磁力が発生し、光軸補正用レンズ３０が左方向に移動する。

したがって、第１可動コイル１８に流す電流の大きさおよびその方向を制御することによって主レンズ２８を第１可動コイル１８の軸方向に移動できる。また、第２可動コイル２２ａ〜２２ｄに流す電流の大きさおよびその方向を制御することによって、光軸補正用レンズ３０を上記軸方向と略直交する任意の方向に移動できる。その結果、アクチュエータ１０は３軸方向に駆動できる。

また、主レンズ２８を軸方向に移動させるためと光軸補正用レンズ３０を当該軸方向と略直交する方向へ移動させるためとに同一の永久磁石２０を兼用できるので、アクチュエータ１０の部品数を少なくできアクチュエータ１０を小さくでき、コストの低減をも図れる。

さらに、外側ヨーク１６を設けることによって、永久磁石２０の内側に発生する磁界強度をさらに向上させ、主レンズ２８の軸方向の駆動力を大きくできる。

その反面、外側ヨーク１６の外側に発生する磁界強度は低下する。ただし、各第２可動コイル２２ａ〜２２ｄに発生する電磁力は第２可動コイル２２ａ〜２２ｄに流す電流量によって調整できることから、本発明の本来的な目的を損ねるものではない。

なお、図６に示すアクチュエータ１０ａのように、第２可動コイルとして隣り合う２つの第２可動コイル２２ａおよび２２ｂが用いられてもよい。その他の構成については図１に示すアクチュエータ１０と同様である。

アクチュエータ１０ａにおいて、第２可動コイル２２ａおよび２２ｂのそれぞれのコイル部２３ａおよび２３ｂに図６に示すような電流を流すと、第２可動コイル２２ａの２つのコイル部２３ａにはそれぞれ矢印Ｃ１およびＣ２で示す方向に電磁力が発生し、第２可動コイル２２ｂの２つのコイル部２３ｂにはそれぞれ矢印Ｃ３およびＣ４で示す方向に電磁力が発生する。この例では、各第２可動コイル２２ａおよび２２ｂに発生する電磁力の合力として、左向き（図６では）の電磁力が発生し、光軸補正用レンズ３０が左方向に移動する。

アクチュエータ１０ａにおいても、第１可動コイル１８に流す電流の大きさおよびその方向を制御することによって主レンズ２８を第１可動コイル１８の軸方向に移動できる。また、第２可動コイル２２ａおよび２２ｂに流す電流の大きさおよびその方向を制御することによって、光軸補正用レンズ３０を上記軸方向と略直交する任意の方向に移動できる。

また、アクチュエータ１０ａにおいて、第２可動コイルとして１つの第２可動コイル２２ａだけが用いられてもよい。この場合、第２可動コイル２２ａに連動する光軸補正用レンズ３０を、第１可動コイル１８の軸方向に対して略直交する一軸方向に移動できる。したがって、このアクチュエータは２軸方向に駆動できる。

さらに、図７を参照して、この発明の他の実施形態のアクチュエータ１０ｂについて説明する。
アクチュエータ１０ｂはヨーク３３を含む。

ヨーク３３は、中空角筒状の内側ヨーク３４と、所定の間隔をおいて内側ヨーク３４を包囲するように内側ヨーク３４の外側四方に立設される４つの角板状の外側ヨーク１６とを含み、内側ヨーク３４と各外側ヨーク１６とは軸方向一端側において連接されている。

内側ヨーク３４の外側には中空角筒状の第１可動コイル３６が軸方向（Ｚ方向）に移動可能に嵌められており、主レンズ２８を保持するレンズフード２４と第１可動コイル３６とが連結部材によって連結されている。その他の構成については図１に示すアクチュエータ１０と同様である。

このようなアクチュエータ１０ｂはアクチュエータ１０よりも第１可動コイルのコイル長を稼ぐことができ、かつ第１可動コイルと永久磁石２０との距離が近くなるため好ましい。

また、図８を参照して、この発明のその他の実施形態のアクチュエータ１０ｃについて説明する。
アクチュエータ１０ｃはヨーク３８を含む。

ヨーク３８は、中空円筒状の内側ヨーク１４と、所定の間隔をおいて内側ヨーク１４の外側かつ内側ヨーク１４と同軸状に設けられる円筒状の外側ヨーク４０とを含み、内側ヨーク１４と外側ヨーク４０とは軸方向一端側において連接されている。

外側ヨーク４０の内面かつ第１可動コイル１８の外側には４つの断面円弧状の永久磁石４２が設けられており、それによって環状の永久磁石が形成されている。永久磁石４２は外側ヨーク４０および内側ヨーク１４に磁気的に結合されている。

また、外側ヨーク４０の外側には、４つの第２可動コイル４４ａ〜４４ｄが等間隔で配置されている。第２可動コイル４４ａは平面視円弧状に形成され、相互に対向するコイル部４６ａを有する。コイル部４６ａは第１可動コイル１８の軸方向に延びかつ外側ヨーク４０の外側に位置する。第２可動コイル４４ｂ，４４ｃおよび４４ｄも第２可動コイル４４ａと同様に構成され、それぞれ、相互に対向するコイル部４６ｂ，４６ｃおよび４６ｄを有する。コイル部４６ｂ，４６ｃおよび４６ｄはそれぞれ、第１可動コイル１８の軸方向に延びかつ外側ヨーク４０の外側に位置する。また、４つの第２可動コイル４４ａ〜４４ｄには連結部材によって光軸補正用レンズが連結されている。その他の構成については図１に示すアクチュエータ１０と同様である。

このようなアクチュエータ１０ｃは外形を円筒形状とすることで、角形状であるアクチュエータ１０よりも省スペース化が可能となり、また、第１可動コイルと永久磁石２０の距離が近くなるため好ましい。

また、図９を参照して、この発明のさらにその他の実施形態のアクチュエータ１０ｄについて説明する。
アクチュエータ１０ｄは、図８に示すアクチュエータ１０ｃの第２可動コイル４４ａ〜４４ｄに代えて、第２可動コイル４８ａ〜４８ｄを用いたものである。
第２可動コイル４８ａ〜４８ｄはそれぞれ、平面視略直線状に形成され、永久磁石４２に嵌めるように設けられている。

第２可動コイル４８ａは、相互に対向するコイル部５０ａを有する。第２可動コイル４８ａは、コイル部５０ａが第１可動コイル１８の軸方向に延びかつ外側ヨーク４０の外側に位置するように配置される。第２可動コイル４８ｂ，４８ｃおよび４８ｄも第２可動コイル４８ａと同様に構成され、それぞれ、相互に対向するコイル部５０ｂ，５０ｃおよび５０ｄを有する。第２可動コイル４８ｂ，４８ｃおよび４８ｄは、それぞれ、コイル部５０ｂ，５０ｃおよび５０ｄが第１可動コイル１８の軸方向に延びかつ外側ヨーク４０の外側に位置するように配置される。また、４つの第２可動コイル４８ａ〜４８ｄには連結部材によって光軸補正用レンズが連結されている。その他の構成については図８に示すアクチュエータ１０ｃと同様である。

このようなアクチュエータ１０ｄはアクチュエータ１０ｃよりも第２可動コイルの製造が容易となる。

なお、図７〜図９に示すアクチュエータ１０ｂ〜１０ｄについても、第２可動コイルの個数は１つまたは２つであってもよい。

また、上述の各アクチュエータにおいて、そのアクチュエータに含まれるすべての可動コイルを１つのレンズに接続し、そのレンズを３軸方向に移動できるようにしてもよい。

さらに、この発明によって駆動される対象物はレンズに限定されない。

この発明の一実施形態を示すＤ−Ｄ（図４参照）断面図である。 図１の実施形態を示す縦断面図解図である。 図１の実施形態を示す平面図である。 図１の実施形態を示す正面図である。 図１の実施形態の作用を説明するための図解図である。 この発明の他の実施形態を示す図解図である。 この発明の他の実施形態を示す断面図である。 この発明のその他の実施形態を示す断面図である。 この発明のさらにその他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ アクチュエータ
１２，３３，３８ ヨーク
１４，３４ 内側ヨーク
１６，４０ 外側ヨーク
１８，３６ 第１可動コイル
２０，４２ 永久磁石
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ 第２可動コイル
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ コイル部
２４ レンズフード
２６，３２ 連結部材
２８ 主レンズ
３０ 光軸補正用レンズ

Claims (5)

1. 中空筒状の内側ヨーク、
   軸方向に移動可能に前記内側ヨークの外側に嵌められる第１可動コイル、
   前記第１可動コイルの外側に配置される永久磁石、および、
   前記永久磁石の外側において前記第１可動コイルの軸方向と平行に延びるコイル部を有し、前記軸方向と略直交する方向に移動可能に設けられる少なくとも１つの第２可動コイルを備え、
   前記永久磁石が前記第１可動コイルの軸方向と略直交する方向に磁界を発生させ、該磁界によって前記第１可動コイルと前記第２可動コイルに電磁力を発生させ、
   前記第１可動コイルは、前記永久磁石の内側の前記磁界によって発生する電磁力に基づいて前記軸方向に移動し、前記第２可動コイルは、前記永久磁石の外側の前記磁界によって発生する電磁力に基づいて前記軸方向と略直交する方向に移動する、アクチュエータ。
2. ２つの前記第２可動コイルを有し、該第２可動コイルはそれぞれに働く電磁力の方向が互いに略９０度異なるように設けられる、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記第１可動コイルと連動可能に設けられる第１対象物、および前記２つの第２可動コイルと連動可能に設けられる第２対象物をさらに含む、請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記第１対象物および前記第２対象物はそれぞれレンズである、請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記永久磁石と前記第２可動コイルの前記コイル部との間に配置される外側ヨークをさらに含む、請求項１から４のいずれかに記載のアクチュエータ。

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