JP6364337B2 - レンズ駆動用リニアアクチュエーター - Google Patents

Description

本発明は、レンズ鏡筒の光軸方向にレンズを駆動するレンズ駆動用リニアアクチュエーターに関する。

従来、レンズ鏡筒の光軸方向にレンズを駆動するアクチュエーターとして、レンズを保持したレンズ枠、レンズ枠に固設した駆動用コイル、および駆動用コイルに対向して固定枠に設けた駆動用マグネットを有するリニアアクチュエーターが知られている（例えば、特許文献１）。駆動用マグネットは、逆に着磁された２つの領域がレンズ枠の移動方向に沿って交互に並んだ構造を有する。

レンズ枠の光軸方向の位置は、レンズ枠に固設したＭＲマグネットと固定枠に設けたＭＲ（磁気抵抗効果）センサーにより検出する。そして、コントローラーは、ＭＲセンサーの出力からレンズ枠の位置を検出し、この検出結果に基づいて駆動用コイルに流す電流を制御する。

しかし、たとえば、駆動用マグネットの取り付け誤差等により駆動用コイルとの間の相対位置に僅かなズレを生じた場合、ＭＲセンサーによる検出結果と実際のレンズ枠の位置が合わなくなり、ＭＲセンサーによる位置検出精度が低下して、レンズ枠の精密な駆動制御ができなくなる。

これに対し、レンズ枠にホール素子を固設してホール素子を駆動用マグネットに対向させ、駆動用マグネットとレンズ枠との間の相対位置を直接検出するようにしたリニアアクチュエーターが知られている（例えば、特許文献２）。

特開２００４−１９１４５３号公報 特開２０１３−２２２１１６号公報

しかし、引用文献２のリニアアクチュエーターは、レンズ枠に設けた駆動用コイルの中にホール素子を配置しているため、検出信号に含まれるノイズが多くなり、精度の高い位置検出ができなくなる。この結果、レンズ枠の精密な駆動制御もできなくなる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、レンズ枠の光軸方向の位置を高精度に検出できレンズ枠を精密に駆動制御できるレンズ駆動用リニアアクチュエーターを提供することを目的とする。

本発明のレンズ駆動用リニアアクチュエーターの一態様は、固定部に配置され、複数の磁石の磁極が切り替わるように一列に並んでいる磁石部と；上記磁石部に対向して配置された少なくとも２つのコイル部と、レンズと、磁束検出部とを有し、当該少なくとも２つのコイル部と当該磁石部の作用により光軸方向に移動する移動部と；上記磁石部を挟んで上記コイル部の反対側の上記固定部に配置され、上記移動部が移動する際に上記磁束検出部に入る磁束が通過するための切り欠き部を有するヨークと；を具備し、上記切り欠き部は、上記移動部の移動方向に沿って少なくとも上記磁石部の長さよりも長く形成され、上記磁束検出部は、上記移動部の静止時にＳ極またはＮ極の一方に対向して位置する第１の磁束検出部と、Ｓ極とＮ極の境界に位置する第２の磁束検出部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、レンズ枠の光軸方向の位置を高精度に検出できレンズ枠を精密に駆動制御できるレンズ駆動用リニアアクチュエーターを提供することができる。

図１は、実施形態に係るレンズ駆動用リニアアクチュエーターを備えたレンズ鏡筒を示す断面図である。 図２は、図１のレンズ鏡筒に組み込まれたレンズ駆動用リニアアクチュエーターを示す斜視図である。 図３は、図２のアクチュエーターを分解した分解斜視図である。 図４は、図２のアクチュエーターを矢印ＩＶ方向から見た正面図である。 図５は、図２のアクチュエーターを矢印Ｖ方向から見た上面図である。 図６は、図２のアクチュエーターをＶＩ−ＶＩで切断した断面図である。 図７は、図６の領域Ｒを部分的に拡大した部分拡大断面図である。 図８は、図２のアクチュエーターをＶＩＩＩ−ＶＩＩＩで切断した断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るレンズ駆動用リニアアクチュエーター１０（以下、単に、アクチュエーター１０と称する）について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態のアクチュエーター１０を組み込んだレンズ鏡筒１００の断面図である。レンズ鏡筒１００は、光軸に沿って複数組のレンズ群を同軸に有する。レンズ鏡筒１００は、例えば、図示しないカメラ本体に対して着脱可能な交換レンズである。アクチュエーター１０は、光軸に沿って同軸に配置した複数のレンズのうちの１つのレンズ１を光軸方向に移動する。

図２は、レンズ鏡筒１００に組み込まれたアクチュエーター１０の斜視図であり、図３は、アクチュエーター１０の分解斜視図である。また、図４は、図２のアクチュエーター１０を矢印ＩＶ方向から見た正面図であり、図５は、図２のアクチュエーター１０を矢印Ｖ方向から見た上面図である。さらに、図６は、図２のアクチュエーター１０をＶＩ−ＶＩに沿って切断した断面図であり、図８は、図２のアクチュエーター１０をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿って切断した断面図である。なお、図７は、図６の領域Ｒを部分的に拡大した部分拡大断面図である。

アクチュエーター１０は、固定部として機能するブロック状のベース１１を有する。ベース１１は、レンズ鏡筒１００の中に組み込まれて固定される。ベース１１には、レンズ枠１２を光軸方向に移動可能に支持する２本の軸（すなわち主軸１３および副軸１４）の両端がそれぞれ固設されている。主軸１３および副軸１４は、それぞれ光軸方向に延設され、互いに平行に延びている。レンズ枠１２は、上述したレンズ１を保持し、このレンズ１の中心を光軸が通過する位置に取り付けられる。この状態で、レンズ枠１２は、ベース１１に対して光軸方向に移動可能となる。

図２および図３において、レンズ枠１２の上方および下方には、レンズ枠１２を軸１３、１４に沿って移動させるための２組の駆動部２０、２０が設けられている。これら２組の駆動部２０、２０は、光軸を中心に対称な構造を有するため、ここでは、同様に機能する構成要素に同一符号を付して、図示上方の駆動部２０について代表して説明し、図示下方の駆動部２０についての説明を省略する。

駆動部２０は、ベース１１に固定される２枚のヨーク２１、２２、一方のヨーク２１に貼設される磁石部２４、およびヨーク２１、２２の間に配置される２つのスペーサー２５、２６を有する。ヨーク２１、２２、磁石部２４、およびスペーサー２５、２６は、ベース１１とともにレンズ鏡筒１００の固定系に配置される。２つのスペーサー２５、２６は、２枚のヨーク２１、２２の間に隙間を形成し、後述するコイル部２７の移動空間を確保する。

また、駆動部２０は、レンズ枠１２に固設されたコイル部２７を有する。レンズ枠１２およびコイル部２７は、レンズ鏡筒１００の移動系に配置される。コイル部２７は、レンズ枠１２に固設したコイルホルダー２８、およびコイルホルダー２８に取り付けた２つのコイル２９を有する。コイル部２７は、ヨーク２１を間に挟んでレンズ枠１２とは反対側に配置される。

なお、図３において、レンズ枠１２の上部には、２つのホール素子３１、３２（磁束検出部、第１の磁束検出部、第２の磁束検出部）が光軸方向に並んで取り付けられている。コイル部２７、レンズ１、および２つのホール素子３１、３２は、レンズ枠１２とともに光軸方向に移動する移動部として機能する。

また、レンズ枠１２の主軸１３の近くには、ＧＭＲスケール３３が固設されている。ＧＭＲスケール３３は、着磁の方向を交互に反転させた複数の磁石部分（図示せず）を光軸方向に並べて有する。ＧＭＲスケール３３に対向するレンズ鏡筒１００の固定枠（図示せず）には、ＧＭＲセンサー３４が取り付けられている。このＧＭＲセンサー３４は、レンズ枠１２の移動により移動するＧＭＲスケール３３の磁束の変化を検出し、レンズ枠１２の光軸方向の位置を検出する。

上述したアクチュエーター１０を組み立てる場合、レンズ１を保持したレンズ枠１２を主軸１３および副軸１４にスライド可能に取り付け、主軸１３および副軸１４の両端をベース１１に固定する。この状態で、レンズ枠１２は、主軸１３および副軸１４に沿って、光軸方向に移動可能な状態となる。また、レンズ枠１２の所定位置に２つのホール素子３１、３２、およびＧＭＲスケール３３を取り付ける。

この後、切欠き孔２１ａ（切り欠き部、貫通孔）を有する一方のヨーク２１をベース１１に取り付ける。ヨーク２１をベース１１に取り付けた状態で、ヨーク２１は、レンズ枠１２に対して非接触状態となる。ヨーク２１は、レンズ枠１２の移動経路の全長を超える長さを有する矩形板状に形成されている。ヨーク２１は、その中央に、長手方向に沿って細長い切欠き孔２１ａを有する。切欠き孔２１ａは、ヨーク２１を貫通しており、移動するレンズ枠１２に取り付けた２つのホール素子３１、３２に対向する。切欠き孔２１ａの光軸方向の長さは、ホール素子３１、３２の移動経路の全長を超える長さである。

そして、ヨーク２１のレンズ枠１２と反対の面に磁石部２４およびスペーサー２５、２６を取り付ける。各スペーサー２５、２６は、ボス２５ａ、２６ａをヨーク２１の孔２１ｂ、２１ｃに嵌合することで、ヨーク２１に対して位置決めされて取り付けられる。スペーサー２５、２６は、ヨーク２１の光軸方向の両端近くに取り付けられる。スペーサー２５、２６の積層方向の厚みは、磁石部２４の厚みより厚い。

磁石部２４は、レンズ枠１２の移動方向、すなわち光軸方向に対して、Ｓ極とＮ極が交互に切り替わるように一列に並んだ構造を有し、ヨーク２１の切欠き孔２１ａを部分的に塞ぐように、２つのスペーサー２５、２６の間でヨーク２１に貼設される。言い換えると、ヨーク２１の切欠き孔２１ａは、磁石部２４の光軸方向に沿った長さを超える長さを有する。これにより、２つのホール素子３１、３２がその移動経路の全長にわたって磁石部２４の磁束を検出できる。つまり、切欠き部２１ａは、ホール素子３１、３２で検出する磁束を通過させるための開口部として機能する。

さらに、ヨーク２１との間に磁石部２４を挟むようにコイル部２７を取り付ける。このとき、まず、コイルホルダー２８に２つのコイル２９を固設して、このコイル部２７をレンズ枠１２に固定する。この状態で、コイルホルダー２８は、ヨーク２１および磁石部２４と非接触状態となり、レンズ枠１２とともに光軸方向に移動可能となる。つまり、コイルホルダー２８は、磁石部２４の光軸方向と直交する方向の幅を超える長さを有し、その長手方向の両端にレンズ枠１２に向かう２つの脚部２８ａを有する。脚部２８ａの延出方向の先端には、レンズ枠１２のボス１２ａを嵌合させる嵌合穴２８ｂが設けられている。

最後に、もう一方のヨーク２２をスペーサー２５、２６に固定する。このとき、スペーサー２５、２６のボス２５ｂ、２６ｂをヨーク２２の長手方向両端にある孔２２ａ、２２ｂに嵌合することで、ヨーク２２が位置決めされて取り付けられる。この状態で、コイル部２７は、磁石部２４とヨーク２２との間の隙間に配置され、ヨーク２２に対しても非接触状態となる。言い換えると、２つのスペーサー２５、２６の積層方向の厚みは、コイル部２７が移動の途中で磁石部２４やヨーク２２に接触しない厚みに設計されている。

レンズ鏡筒１００の図示しない制御部は、ＧＭＲセンサー３４の出力に基づいてレンズ枠１２の光軸方向の位置を検出し、この検出結果に基づいてコイル部２７のコイル２９に流す電流を制御する。しかし、ＧＭＲセンサー３４は、駆動部２０とは別体でレンズ枠１２に設けたＧＭＲスケール２２の磁束を検出するため、磁石部２４やコイル部２７に取り付け誤差などがあると、磁石部２４とコイル部２７との間の実際の相対位置を正確に検出できない場合がある。このような場合、ＧＭＲセンサー３４の出力に基づいてコイル２９に流す電流を制御しても、レンズ枠１２を精密に駆動制御できなくなり、駆動特性が劣化してしまう。

このため、本実施形態では、駆動部２０の磁石部２４の磁束を直接検出するためのホール素子３１、３２をレンズ枠１２に設けた。そして、このホール素子３１、３２による検出結果を制御部にフィードバックして、制御部で演算した補正値に基づいて、コイル２９に流す電流を補正するようにした。

図７に示すように、２つのホール素子３１、３２は、レンズ枠１２の移動方向（すなわち光軸方向）に沿って互いに離間してレンズ枠１２に固定されている。より具体的には、２つのホール素子３１、３２は、２つのコイル２９の巻線にそれぞれ対向する位置に配置されている。つまり、２つのコイル２９のピッチと２つのホール素子３１、３２のピッチは同じである。なお、各コイル２９の巻線の幅Ｗｃは、磁石部２４の各磁極の光軸方向に沿った幅Ｗｍより小さい。

また、一方のホール素子３１が図示のように１つの磁極に対向する位置に配置されたとき、もう一方のホール素子３２が磁極の境界に対向する位置に配置されるように、２つのホール素子３１、３２間の距離と磁石部２４の磁極間の距離とが設定されている。これにより、磁石部２４の磁極のピッチに応じた周波数の電流を２つのコイルに位相を９０°ずらして流すことで、レンズ枠１２を光軸方向にスムーズに移動させることができる。

一方、駆動部２０によるレンズ枠１２の駆動力を上げるため、磁石部２４とコイル部２７を挟む両側にそれぞれヨーク２１、２２を設けることが望ましい。しかし、本実施形態のように、磁石部２４の磁束を直接検出するためのホール素子３１、３２をレンズ枠１２に取り付けた場合、レンズ枠１２と磁石部２４との間に従来の一般的な形状のヨーク（切欠き孔を持たないヨーク）を設けると、磁石部２４の磁束が閉じてホール素子３１、３２による磁束の検出ができなくなる。

このため、本実施形態では、磁石部２４の磁束がホール素子３１、３２を通るように、磁石部２４に対してコイル部２７の反対側に設けたヨーク２１に上述した形状の切欠き孔２１ａを設けた。なお、本実施形態では、ホール素子３１、３２を切欠き孔２１ａ内まで突出することのない位置に取り付けた例を説明したが、ホール素子３１、３２を磁石部２４により近付けるため、ホール素子３１、３２を切欠き孔２１ａ内に配置することもできる。ホール素子３１、３２を磁石部２４に近付けて配置すると、磁束の検出精度をより高めることができる。

以上のように、本実施形態によると、磁石部２４を間に挟んでコイル部２７と反対側にホール素子３１、３２を設けたため、コイル２９を流れるによる信号ノイズをホール素子３１、３２が検出してしまう不具合を抑制でき、レンズ枠１２の磁石部２４に対する光軸方向の位置を高精度に検出でき、レンズ枠１２を光軸方向に沿って精密に駆動制御できる。

以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

１…レンズ、 １０…アクチュエーター、 １１…ベース、 １２…レンズ枠、 １３…主軸、 １４…副軸、 ２０…駆動部、 ２１、２２…ヨーク、 ２１ａ…切欠き孔、 ２４…磁石部、 ２５、２６…スペーサー、 ２７…コイル部、 ２８…コイルホルダー、 ２９…コイル、 ３１、３２…ホール素子、 ３３…ＧＭＲスケール、 ３４…ＧＭＲセンサー、 １００…レンズ鏡筒。

Claims (3)

1. 固定部に配置され、複数の磁石の磁極が切り替わるように一列に並んでいる磁石部と、
   上記磁石部に対向して配置された少なくとも２つのコイル部と、レンズと、磁束検出部とを有し、当該少なくとも２つのコイル部と当該磁石部の作用により光軸方向に移動する移動部と、
   上記磁石部を挟んで上記コイル部の反対側の上記固定部に配置され、上記移動部が移動する際に上記磁束検出部に入る磁束が通過するための切り欠き部を有するヨークと、を具備し、
   上記切り欠き部は、上記移動部の移動方向に沿って少なくとも上記磁石部の長さよりも長く形成され、
   上記磁束検出部は、上記移動部の静止時にＳ極またはＮ極の一方に対向して位置する第１の磁束検出部と、Ｓ極とＮ極の境界に位置する第２の磁束検出部と、を有することを特徴とするレンズ駆動用リニアアクチュエーター。
2. 上記コイル部は、上記移動部の移動方向において上記磁石の磁極の幅よりも小さい幅を有し、上記移動部の移動方向と垂直な方向において上記磁石の幅以上の長さ寸法を有し、上記移動部の移動方向において２つ並んで配置されていることを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動用リニアアクチュエーター。
3. 固定部に配置され、複数の磁石の磁極が切り替わるように一列に並んでいる磁石部と、
   上記磁石部に対向して配置されたコイル部と、レンズと、磁束検出部とを有し、当該コイル部と当該磁石部の作用により光軸方向に移動する移動部と、
   上記磁石部を挟んで上記コイル部の反対側の上記固定部に配置され、上記移動部が移動する際に上記磁束検出部に入る磁束が通過するための貫通孔を有するヨークと、
   を具備したことを特徴とするレンズ駆動用リニアアクチュエーター。