JP6457702B2 - ボイスコイルモータ、レンズ移動装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボイスコイルモータ、レンズ移動装置及び撮像装置に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置やレンズ鏡筒等の光学装置では、持ち運びの観点から小型軽量化の要望が高く、しかもオートフォーカスの速度向上も求められている。このため、フォーカスレンズ群の可動レンズを移動させるアクチュエータとしては、回転タイプのモータに替えて、ボイスコイルモータ（Voice Coil Motor）といったリニアアクチュエータが使用される（例えば、特許文献１参照）。

また、ボイスコイルモータでは重い材質の強磁性体を用いているため、永久磁石を配したヨークに切欠き部を設け、軽量化することも行われている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、コイルの移動位置の中央位置におけるマグネットを保持する側のヨーク（以下、マグネット保持ヨークという）の断面積を、両端部におけるマグネット保持ヨークの断面積よりも小さくすることで、切り欠き部を形成している。

特開２０１０−７２０６２号公報 特開平６−３３５２２０号公報

ボイスコイルモータにおいて、必要な推力を得るには、供給電力を増やす以外に、ヨーク及びマグネットの体積を大きくして推力を増やす必要がある。しかしながら、特にヨークは、鉄等の磁性体を用いるため、他の構成部品である樹脂製品やアルミ製品と比較して比重が大きくなる。従って、体積を大きくすると必要推力が得られる反面、その分だけ重量が増加してしまう。

このため、特許文献２では、ヨークに切欠き部を形成し、この切欠き部によりボイスコイルモータを軽くしている。しかしながら、特許文献２では、コイルの移動位置の中央位置におけるマグネット保持ヨークの断面積を、両端部におけるマグネット保持ヨークの断面積よりも小さくすることで、切り欠き部を形成しているため、マグネット保持ヨークの形成が困難になる。しかも、コイルが移動する側のヨークは、断面積が変化してコイルの移動の妨げとなってしまうため、マグネット保持ヨークのように切欠き部を形成することができない。従って、ヨークの重量を大して軽くすることができない。

本発明は、より重量を軽くしつつ、必要な推力を得ることができるボイスコイルモータ、レンズ移動装置及び撮像装置を提供する。

本発明のボイスコイルモータは、ヨークとマグネットとコイルと開口とを有する。ヨークは、マグネット保持部、及びマグネット保持部に対して隙間を設けて平行に形成されるコイル挿通部を有する。マグネットは、マグネット保持部のコイル挿通部側の面に固定される。コイルは、コイル挿通部に挿通され通電によりコイル挿通部に沿って移動する。開口は、マグネット保持部のコイルの移動位置の中央位置から両端位置にかけて配され、マグネット保持部を貫通して形成される。

開口は、コイルの移動方向に長く形成される矩形状のスリットであることが好ましい。この場合には、開口を効率良く軽くすることができる。また、開口は、コイルの移動方向に並べて設けられる複数の貫通孔であることが好ましい。開口は、コイルの移動方向に直交する方向に複数並べて設けられることが好ましい。開口は、コイル挿通部にも形成されることが好ましい。また、コイル挿通部の開口は、マグネット保持部の開口に対面する位置に形成されていることが好ましい。

開口がある部分におけるコイルの移動方向に直交する方向での磁束密度分布の積分値と、開口が形成されていないコイルの移動位置の始端位置における移動方向に直交する方向での磁束密度分布の積分値とを同じにするべく、開口の移動方向に直交する方向の長さである開口幅を決定することが好ましい。また、これに代えて、中央位置におけるコイルの移動方向に直交する方向での磁束密度分布の積分値から、コイルの移動位置の始端位置における移動方向に直交する方向での磁束密度分布の積分値を引いた差分積分値と、開口による移動方向に直交する方向での磁束密度分布の低下分の積分値とを同じにするべく、開口の移動方向に直交する方向での長さである開口幅を決定することが好ましい。

複数の開口のコイルの移動方向と直交する方向の長さの和である総幅をＨとし、ヨークの幅をＷＯとし、ヨークの幅ＷＯから総幅Ｈを除いた残り幅をＮＨとし、ヨークの厚みをｔ１としたときに、総幅Ｈ及び残り幅ＮＨが
Ｈ≧ｔ１且つＮＨ≧ｔ１、且つ（ＷＯ／２）≧Ｈの範囲内であることが好ましい。

コイルは、コイルの移動方向から見た状態で、マグネット側のコイル線長よりも、マグネットとは反対側のコイル線長が短い台形に形成されていることが好ましい。台形にすることにより、逆方向の推力が作用する側のコイル長さを短くすることができ、その分だけ正方向の推力を上げることができる。また、マグネット保持部のコイルの移動方向に直交する方向の長さである幅に対し、コイル挿通部の幅が狭く形成されていることが好ましい。この場合には、コイルの台形化がし易くなる。更に、コイル挿通部のマグネットと対向する面とは反対側の面であって、コイルの移動方向に直交する方向の両端は、面取り部を有することが好ましい。この場合には、台形状のコイルが移動し易くなる。

本発明のボイスコイルモータは、ヨークと、マグネットと、コイルと、複数の開口とを備える。ヨークは、マグネット保持部、及びマグネット保持部に対して隙間を設けて平行に保持されるコイル受け部を有する。マグネットは、マグネット保持部のコイル受け部側の面に固定され、境界線の一方にＮ極面、他方にＳ極面を有する。コイルは、マグネットとコイル受け部との間に配され、境界線に直交する方向にコイル受け部に沿って移動する。開口は、マグネット保持部に貫通して形成され、境界線を挟み且つ境界線に平行に並べて設けられる。この場合にも、重量の増加を抑えつつ必要な推力を得ることができる。

本発明のレンズ移動装置は、上記のボイスコイルモータと、ヨークに連結される第１部材と、コイルに連結される第２部材とを備え、コイルへの通電により第１部材及び第２部材をコイルの移動方向に相対移動させてレンズを移動させる。この場合には、重量の増加を抑えつつ必要な推力を得ることができ、効率よくレンズを移動させることができる。

本発明の撮像装置は、撮像部と、撮像部に被写体像を結像させる上記のレンズ移動装置を有する光学装置とを備える。この場合にも効率の良いレンズの移動が可能になる。

本発明によれば、より重量を軽くしつつ、必要な推力を得ることができるボイスコイルモータ、レンズ移動装置及び撮像装置を提供することができる。

ボイスコイルモータを示す斜視図である。 ボイスコイルモータを分解して裏面から見た状態を示す斜視図である。 コイルの周回長さを示す図１の III−III 線に沿う断面図である。 ボイスコイルモータの側面図である。 コイルの始端位置及び中央位置において、コイル移動方向に直交する方向での磁束密度分布を示すグラフである。 コイルの始端位置における、コイル移動方向に直交する方向での磁束密度分布の積分値をハッチングで示すグラフである。 開口が形成されていない場合の、コイルの中央位置における、コイル移動方向に直交する方向での磁束密度分布の積分値をハッチングで示すグラフである。 コイルの中央位置における余分の磁束密度分布の積分値をハッチングで示すグラフである。 開口による磁束密度分布の低下を示すコイルの中央位置における磁束密度分布の積分値をハッチングで示すグラフである。 コイルに加わる推力のコイル移動方向における分布を示すグラフである。 開口の形状条件を求めるための開口各部の寸法を示す平面図である。 台形状のコイルと矩形状のコイルとを比較して示す正面図である。 台形状のコイルを用いたボイスコイルモータと、矩形状のコイルを用いたボイスコイルモータの推力分布を示すグラフである。 複数の円孔からなる開口を有する第１変形例のボイスコイルモータを示す斜視図である。 第２変形例のボイスコイルモータを示す図１の III−III 線に相当する断面図である。 第３変形例のボイスコイルモータを示す図１の III−III 線に相当する断面図である。 第４変形例のボイスコイルモータを示す図１の III−III 線に相当する断面図である。 第２実施形態の平面型ボイスコイルモータを分解して前側から見た状態を示す斜視図である。 第２実施形態の平面型ボイスコイルモータを分解して後ろ側から見た状態を示す斜視図である。 第２実施形態のコイルの動きをマグネットとの関係で示す平面図である。 本発明の撮像装置の模式的な構成を示す断面図である。 フォーカス機構のレンズ移動部を光軸方向に分解して示す斜視図である。 フォーカス機構を光軸方向に分解して後側から見た状態を示す斜視図である。 フォーカス機構を光軸方向に分解して前側から見た状態を示す斜視図である。

図１及び図２に示すように、本発明のボイスコイルモータ(以下、単にＶＣＭという)１０は、ヨーク１１、マグネット１２、及びコイル１３を備える。ヨーク１１は鉄等の磁性体からなり、ヨーク本体１５及び連結板１６を有する。ヨーク本体１５は、外側ヨーク１５Ａと内側ヨーク１５Ｂとを隙間を設けて平行状態で対向させ、これらを連結部１５Ｃで連結した構成であり、側面から見てＵ形に形成されている。連結部１５Ｃと反対側の外側ヨーク１５Ａおよび内側ヨーク１５Ｂの端部には、嵌合突片１５Ｄが形成されている。一方、連結板１６の上辺部及び下辺部の中央には、嵌合溝１６Ａが形成されている。この嵌合溝１６Ａに、ヨーク本体１５の嵌合突片１５Ｄが嵌合することにより、ヨーク本体１５と連結板１６とが連結される。外側ヨーク１５Ａ及び内側ヨーク１５Ｂが、連結部１５Ｃ及び連結板１６により連結されることによって、閉ループの磁気回路が構成される。この閉ループの磁気回路により、コイル１３を横切る磁束を増やすことができる。

図３に示すように、外側ヨーク１５Ａはマグネット保持部として機能し、内側ヨーク１５Ｂはコイル挿通部として機能する。外側ヨーク１５Ａの内側面には、マグネット１２が固定される。また、内側ヨーク１５Ｂにはコイル１３が移動自在に挿通される。

外側ヨーク１５Ａ及び内側ヨーク１５Ｂは、重量軽減用の開口１７を有する。開口１７はコイル１３の移動方向（以下、コイル移動方向という）ＤＣに長い矩形状のスリットから構成されている。開口１７は、コイル移動方向ＤＣに直交する方向に複数、例えば２個並べて設けられる。内側ヨーク１５Ｂの開口１７は、外側ヨーク１５Ａの開口１７に対面する位置に形成されている。

外側ヨーク１５Ａの幅（コイル移動方向ＤＣに直交する方向の長さ）ＷＯに対して、内側ヨーク１５Ｂの幅ＷＩは狭くなっている。なお、外側ヨーク１５Ａ及び内側ヨーク１５Ｂにおける内側面とは、外側ヨーク１５Ａ及び内側ヨーク１５Ｂが互いに対向する面である。また、外側面とは、内側面とは反対側の外側に位置する面である。

コイル１３は、銅線等の素線を巻いて形成される空芯コイルである。コイル１３は、内側ヨーク１５Ｂを囲むように台形に形成されている。より具体的には、内側ヨーク１５Ｂの外側面に沿う長辺（外側長辺）１３Ｂの長さ（外側線長）ＬＯｔは、内側ヨーク１５Ｂの内側面に沿う長辺（内側長辺）１３Ａの長さ（外側線長）ＬＩｔよりも短くなっており（ＬＩｔ＞ＬＯｔ）、台形に形成されている。

図４に示すように、コイル１３は、マグネット１２が発生する磁界内で、通電によって内側ヨーク１５Ｂに沿って移動する。実線で示される連結板１６側のコイル１３の位置が、コイル１３の移動位置の始端位置であり、二点鎖線で示される連結部１５Ｃ側のコイル１３の位置が、コイル１３の移動位置の終端位置である。そして、これら始端位置および終端位置の中点に該当する位置が、コイル１３の移動位置の中央位置であり、これら始端位置および終端位置が、コイル１３の移動位置の両端位置である。開口１７は、このコイル１３の中央位置から両端位置にかけて形成されている。

コイル１３に加わる推力Ｆ［Ｎ］は、コイル１３の電流値をＩ［Ａ］、磁束密度をＢ［Ｔ］、マグネット１２の幅をＷＯとしたときに、Ｆ＝Ｉ・Ｂ・ＷＯにより求められる。この場合に、マグネット１２及びコイル１３を同じ構成とし、コイル１３に流す電流値Ｉも同じにすると、推力Ｆはコイル移動方向ＤＣと直交する方向（マグネット１２の幅方向）における磁束密度分布の積分値で決まる。磁束密度分布の積分値は、図５のグラフにおける磁束密度分布の面積から求まる。

図５は、コイル移動方向ＤＣに直交する方向における磁束密度分布を示すグラフである。横軸には、マグネット１２の幅方向の位置（Distance）［ｍｍ］を、縦軸には磁束密度（Magnetic flux density）［Ｔ］をとっている。曲線ＧＥは始端位置における磁束密度分布を、曲線ＧＣ１は中央位置における磁束密度分布を、曲線ＧＣ２は中央位置における磁束密度分布であって、開口１７を形成していない場合の磁束密度分布を示している。曲線ＧＣ１は、開口１７によって、開口１７に対応する部分の磁束密度分布が他の部分に比べて低くなっていることが判る。

図６に示す、曲線ＧＥで示される始端位置における磁束密度分布の積分値（ハッチング領域ＡＨＥ）は、図７に示す、曲線ＧＣ２で表される、開口１７を形成していない場合の中央位置における磁束密度分布の積分値（ハッチング領域ＡＨＣ１）よりも小さい。従って、始端位置におけるコイル１３の推力Ｆｅは、中央位置におけるコイル１３の推力Ｆｃよりも小さくなる。必要な推力Ｆｂ（図１０参照）は、コイル１３の推力Ｆが最も小さい始端位置又は終端位置を基準に求める必要があるので、図７に示すハッチング領域ＡＨＣ１から図６に示すハッチング領域ＡＨＥを引いた差分領域ＡＨＤ（差分積分値に相当、図８参照）で示される磁束密度分布は余分となる。

ヨーク本体１５に開口１７を形成することにより、図９の曲線ＧＣ１に示すように、余分の磁束密度分布の範囲内で磁束密度分布の積分値（ハッチング領域ＡＨＣ２の面積）を減少させれば、必要な推力が得られ、且つ開口１７による重量の軽減が図れる。これにより、必要な推力が得られる範囲内で開口１７を形成することができる。即ち、開口１７により磁束密度が低下した状態における中央位置の磁束密度分布の積分値（ハッチング領域ＡＨＣ２の面積）と、開口１７が形成されていない始端位置における磁束密度分の積分値（ハッチング領域ＡＨＥの面積）とを同じにするべく、開口１７のコイル移動方向ＤＣに直交する方向の長さである開口幅Ｈｘ（図１１参照）を決定することにより、始端位置における推力Ｆｅと中央位置における推力Ｆｃとが同じになる。従って、開口１７によりヨーク１１を軽くしつつ、必要な推力を確保することができる。なお、これに替えて、中央位置における磁束密度分布の積分値（ハッチング領域ＡＨＣ２の面積）から、始端位置における磁束密度分布の積分値（ハッチング領域ＡＨＥの面積）を引いた差分積分値（ハッチング領域ＡＨＤの面積）と、開口１７による磁束密度分布の低下分の積分値（ハッチング領域ＡＨＦ、図９参照）とを同じにするべく、開口幅Ｈｘを決定してもよい。

図１０に示すＧＦ１は、このようにして得られたコイル移動方向ＤＣにおけるコイル１３に加わる推力の分布を示している。ＧＦ２は、開口１７を形成していないヨーク（図示省略）を用いたときのコイル１３に加わる推力の分布を示している。開口１７を形成していないヨークを用いたＧＦ２に比べて、本実施形態のＧＦ１では、中央位置付近における開口１７による磁束密度の低下分だけ推力が低下しているものの、必要な推力Ｆｂを確保することができ、実用上問題はない。しかも、開口１７の形成分だけ、ヨーク本体１５の重量を軽くすることができる。なお、図１０のグラフの横軸は、コイル移動方向ＤＣに沿ったコイル１３の移動位置（Distance）［ｍｍ］を示し、０が始端位置、３０が終端位置を示す。

次に、実用的な推力Ｆｂを確保しつつ重量を軽減するための開口１７の形状条件の、より簡便な設定方法について説明する。図１１に示すように、開口１７の形状条件をヨーク本体１５（内側ヨーク１５Ｂ）の厚みｔ１（図４参照）及びヨーク本体１５（外側ヨーク１５Ａ）の幅ＷＯを基準にして求めると、次のようになる。開口１７のコイル移動方法ＤＣと直交する方向の長さの和である総幅をＨ（＝Ｈｘ１＋Ｈｘ２）とし、幅ＷＯから開口１７の総幅Ｈを除いた残り幅をＮＨ（＝ＷＯ−Ｈ＝Ｌｘ１＋Ｌｘ２＋Ｌｘ３）とし、ヨーク本体１５の厚みをｔ１、ヨーク本体１５の幅をＷＯとした場合に、下記条件式（１）および（２）を満たす必要がある。
Ｈ≧ｔ１且つＮＨ≧ｔ１・・・（１）
（ＷＯ／２）≧Ｈ・・・（２）
条件式（１）を満たさない場合には、強度不足や加工困難になる。また、条件式（２）を満たさない場合には、概算ではあるが、推力の低下が大きく必要な推力Ｆｂが得られなくなる可能性がある。

以上のように、ヨーク本体１５のコイル１３の移動位置の中央位置から両端位置にかけて開口１７を形成することにより、図１０に示すように、コイル移動方向ＤＣにおける推力分布を中央位置と両端位置（始端位置及び終端位置）とで略同じにして、コイル移動方向ＤＣで略一定にすることができる。このように必要以上の推力を抑えるように、外側ヨーク１５Ａ及び内側ヨーク１５Ｂに開口１７を形成しているため、比重の高い鉄等の材質で構成されるヨーク１１の容積を減少させることができ、ＶＣＭ１０を軽くすることができる。しかも、必要な推力Ｆｂを確保することができる。

図１２は、本実施形態の台形状のコイル１３と、比較例として矩形状のコイル３６とを並べて示す正面図である。矩形状のコイル３６に比べて、台形状のコイル１３では、内側長辺１３Ａに比べて外側長辺１３Ｂが短いため、コイル１３の周回長さＬｃｔが、内側長辺３６Ａおよび外側長辺３６Ｂが内側長辺１３Ａと同じ長さの矩形状のコイル３６の周回長さＬｃｒに比べて短くなる。

矢印ＡＩで示すように、コイル１３，３６に電流が流れる場合に、主にコイル１３，３６の内側長辺１３Ａ，３６Ａに作用する推力でコイル１３，３６が移動する。しかしながら、外側長辺１３Ｂ，３６Ｂにも内側長辺１３Ａ，３６Ａとは逆方向に電流が流れるため、外側長辺１３Ｂ，３６Ｂには内側長辺１３Ａ，３６Ａとは逆方向の推力が作用し、これが推力を低下させる原因となっている。本実施形態では、コイル１３を台形に形成して、外側長辺１３Ｂを内側長辺１３Ａに比べて短く形成しているので、この短くなった分だけ外側長辺１３Ｂに作用する逆方向の推力を小さくすることができる。しかも、周回長さＬｃｔが周回長さＬｃｒよりも短くなることにより、コイル３６に比べてコイル１３を軽くすることができる。従って、コイル１３を軽くしつつ推力を上げることができる。

以上を計算式で説明すると、以下のようになる。外側長辺１３Ｂでの磁束密度をＢＯ、内側長辺１３Ａでの磁束密度をＢＩ、外側長辺１３Ｂの線長をＬＯ、内側長辺１３Ａの線長をＬＩとすると、内側長辺１３Ａに加わる推力方向は外側長辺１３Ｂに加わる推力方向とは逆方向となる。従って、台形状のコイル１３に加わる推力Ｆｔを式で表すと、以下のようになる。
Ｆｔ＝Ｉ・ＢＩ・ＬＩ−Ｉ・ＢＯ・ＬＯ
よって、本実施形態のＶＣＭ１０では矩形状のコイル３６を有するＶＣＭ３７（第４変形例：図１７参照）に比べて、逆推力（−Ｉ・ＢＯ・ＬＯ）の減少分だけ推力を上げることができる。

ＶＣＭ１０，３７における駆動電圧、コイル１３，３６の素線径、巻き数、マグネット１２及び外側ヨーク１５Ａ，３５Ａ（図１７参照）のサイズは同じにし、コイル形状以外の条件を揃える。この条件にて、ＶＣＭ１０，３７に加わる推力を求めると、図１３に示すようになる。

図１３は、台形状のコイル１３を用いたＶＣＭ１０と、矩形状のコイル３６を用いたＶＣＭ３７との推力分布を示している。横軸には、内側ヨーク１５Ｂ，３５Ｂ（図１７参照）におけるコイル１３，３６の位置（Coil posision）［ｍｍ］を、縦軸には推力（Thrust）［Ｎ］をとっている。図４に実線で示すように、コイル１３，３６の位置は、連結板１６側にコイル１３が位置する始端位置からの距離で示している。円形マーク２１で示される推力値を繋いだ折れ線Ｇ１は、本実施形態の図１等に示すＶＣＭ１０における推力分布を示している。三角マーク２２で示される推力値を繋いだ折れ線Ｇ２は、矩形状のコイル３６を用いた図１７に示す第４変形例のＶＣＭ３７における推力分布を示している。台形状のコイル１３を用いた本実施形態では、矩形状のコイル３６を用いた第４変形例に比べて、各コイル位置において推力が約０．０１５［Ｎ］上がっていることが判る。しかも、図１２に示すように、本実施形態では、外側長辺１３Ｂを内側長辺１３Ａに比べて短く（ＬＩｔ＞ＬＯｔ）している。従って、台形状のコイル１３における中心線の周回長さＬｃｔを、矩形状のコイル３６における中心線の周回長さＬｃｒよりも短くすることができる（Ｌｃｒ＞Ｌｃｔ）。この周回長さが短くなることにより、コイル１３を構成する素線長さも短くなり、その分だけコイル１３が軽くなる。

図１４は、コイル移動方向ＤＣに並べて設けられる複数の貫通孔で開口を構成する例である。すなわち、図１４に示すＶＣＭ１８は、スリット状の開口１７に代えて、コイル移動方向ＤＣに並べた複数の円孔による開口２３を有する第１変形例のヨーク本体２４を有している。なお、以下の他の変形例や実施形態において、第１実施形態と同一構成部材には同一符号を付して重複した説明を省略している。なお、開口２３は、ヨーク本体２４を貫通するものであればよく、矩形や円形以外の形状であってもよい。

図１５は、内側ヨーク２６Ｂの断面形状を変えた第２変形例のＶＣＭ２５を示している。第２変形例では、内側ヨーク２６Ｂを外側ヨーク２６Ａよりも幅狭に形成し、更に内側ヨーク２６Ｂの外側面側の両端部を面取りして傾斜面（面取り部）２７を形成している。このように傾斜面２７を形成することにより、台形状のコイル２８における外側長辺２８Ｂを内側長辺２８Ａに対して更に短く形成することができる。このため、更にその分だけ逆推力が小さくなり、且つコイル２８を軽くすることができる。第２変形例においても、コイル２８を台形状に形成することができ、第１実施形態と同様に、コイル２８の重量を軽くしつつ推力を向上させることができる。また、開口１７により、外側ヨーク２６Ａ、内側ヨーク２６Ｂを軽くすることができる。

図１６は、第３変形例のＶＣＭ３０を示している。このＶＣＭ３０では、第１実施形態のＶＣＭ１０とは逆に、外側ヨーク３１Ａ及び内側ヨーク３１Ｂの幅を同一とし、代わりに内側ヨーク３１Ｂに傾斜面３２を形成している。これにより、コイル３３を台形状に形成することができ、推力を上げつつ重量を軽くすることができる。また、開口１７により外側ヨーク３１Ａ及び内側ヨーク３１Ｂを軽くすることができる。

図１７は、外側ヨーク３５Ａと内側ヨーク３５Ｂとを同じ幅として、且つ図１２の下段に示す矩形状のコイル３６を用いた第４変形例のＶＣＭ３７を示している。この場合、外側ヨーク３５Ａと内側ヨーク３５Ｂとに開口１７を形成することにより、必要な推力を確保しつつ外側ヨーク３５Ａ及び内側ヨーク３５Ｂを軽くすることができる。

次に、図１８〜図２０を参照して、本発明を平面型ＶＣＭに実施した第２実施形態について説明する。ＶＣＭ４０は、例えばデジタルカメラ等の撮像装置の像ブレを補正するブレ補正に用いられる。ＶＣＭ４０は、1対のヨーク４１Ａ，４１Ｂの間に、２つのマグネット４２と、２つの略矩形の平面コイル４３とが設けられている。１つのマグネット４２と１つの平面コイル４３とが１つの平面型ＶＣＭを構成している。すなわち、ＶＣＭ４０は、２つの平面型ＶＣＭをＬ形のヨーク４１Ａ，４１Ｂで１つにまとめた構成である。ヨーク４１Ａにはマグネット４２が取り付けられており、マグネット保持部として機能する。また、ヨーク４１Ｂはコイル受け部として機能する。ヨーク４１Ｂとマグネット４２との間には平面コイル４３が移動自在に配されている。平面コイル４３は、駆動対象部材である例えばブレ補正枠４４に固定されている。

図２０は、マグネット４２と平面コイル４３の配置関係を示している。図１９に示すように、マグネット４２は、ヨーク４１ＡにＳ極面４２ＡとＮ極面４２Ｂとが並べて配される。平面コイル４３は１対の長辺４３Ａ及び１対の短辺４３Ｂからなる矩形に構成されており、各長辺４３ＡがＳ極面４２ＡとＮ極面４２Ｂの境界線４２Ｃに平行に配される。従って、平面コイル４３にＡＩで示す方向に電流が流れることにより、境界線４２Ｃに直交するＳ極面４２ＡとＮ極面４２Ｂの配列方向にローレンツ力（推力）ＦＬが作用し、平面コイル４３が移動する。平面コイル４３の移動によって、ブレ補正枠４４が移動する。ブレ補正枠４４には、例えば後述するように、ブレ補正レンズ７３（図２１参照）が保持されている。

ヨーク４１Ａ，４１Ｂには、複数の矩形状の開口４５が形成されている。開口４５は、境界線４２Ｃに平行に並べられる開口列４６を境界線４２Ｃに線対称で配置した例えば２×５個のマトリクスに配される。なお、長い１個の矩形状の開口を境界線４２Ｃに沿って配したり、境界線４２Ｃ上や境界線４２Ｃ近くに矩形状の開口を配したりすると、磁束密度が低下してしまう。このため、境界線４２Ｃの近くには開口は形成していない。なお、複数の矩形状の開口４５に代えて、図１４で示した開口２３のような円孔を用いてもよい。境界線４２Ｃに直交する方向の矩形状の開口４５の数は２個に限られず、境界線４２Ｃを挟んで同数、すなわち偶数であれば良い。

第２実施形態のＶＣＭ４０は、後述する図２１に示す防振機構７９の駆動装置として用いられる。このため、２つの平面型ＶＣＭをＬ形に配し、一方をＸ方向ＶＣＭとし、他方をＹ方向ＶＣＭとしている。なお、平面型ＶＣＭは、ＸＹ平面（光軸Ａｘ（図２１参照）と直交する撮像素子６６（図２１参照）の撮像面）での二次元方向での移動の他に、Ｘ方向又はＹ方向の一次元方向での移動に用いてもよい。この場合には、Ｘ方向ＶＣＭとＹ方向ＶＣＭは別体とされる。

第２実施形態のＶＣＭ４０も、第１実施形態と同様に、開口４５を形成することによって、平面コイル４３の推力を低下させることなく、１対のヨーク４１Ａ，４１Ｂを軽くすることができる。

なお、上記第１実施形態や第２実施形態では、一方のヨーク１５Ａ，４１Ａにのみマグネット１２，４２を配したが、他方のヨーク１５Ｂ，４１Ｂのコイル対向面にも、マグネット１２，４２を配したダブルマグネットタイプとして、本発明を実施してもよい。

本発明のＶＣＭ１０，１８，２５，３０，３７，４０は、以下に説明するレンズ移動装置や撮像装置６０に用いられる他に、各種の駆動装置に用いられる。

図２１〜図２４を参照して、一例としてＶＣＭ１０，４０を用いた撮像装置について説明する。撮像装置６０は、光学装置としてのレンズユニット６１と、撮像部としてのカメラ本体６２とを有する。レンズユニット６１は交換レンズユニットとして構成されており、カメラ本体６２内の撮像素子６６に、被写体像を結像させる。このレンズユニット６１は、カメラ本体６２に対して着脱自在なコネクタ６３を有する。なお、レンズユニット６１は、カメラ本体６２と一体に構成してもよい。

レンズユニット６１は、光学系６４を鏡筒部材６５内に備える。光学系６４は、光軸Ａｘに沿って被写体側から順に配される第１レンズ７１〜第５レンズ７５を有する。なお、第１レンズ７１〜第５レンズ７５はそれぞれ１枚のレンズとして模式的に示しているが、これらは複数枚のレンズ群であってもよい。

カメラ本体６２は、光学系６４を通して得られる被写体の光学像を撮像する撮像素子６６を備える。制御部６７は、撮像素子６６に撮像タイミング等の各種撮像条件の情報を入力し、撮像素子６６から出力される撮像された画像信号を取り込む。そして、取り込んだ画像信号に対してアナログ処理及びデジタル処理を施し、出力用の撮像画像データを生成する。

鏡筒部材６５内には、被写体側から順に第１フォーカス機構７６と、絞り機構７８と、防振機構７９と、第２フォーカス機構７７とが配される。第１フォーカス機構７６、第２フォーカス機構７７、及び防振機構７９は、本発明のレンズ移動装置として機能する。

鏡筒部材６５の外周にはフォーカスリング６８が回転自在に取り付けられている。マニュアルフォーカスを行う場合には、フォーカスリング６８を回転させると、この回転に応じて、例えば第２レンズとしての第１フォーカスレンズ７２及び第４レンズとしての第２フォーカスレンズ７４が光軸Ａｘの方向（以下、単に光軸方向という）にそれぞれ個別に移動する。この移動により、撮影距離に応じた所定の光軸位置に、第１フォーカスレンズ７２、第２フォーカスレンズ７４が配されて、合焦が可能となる。

第１レンズ７１及び第５レンズ７５は固定レンズであり、鏡筒部材６５の前端側（被写体側）及び後端側（撮像素子側）にそれぞれ固定されている。第２レンズとしての第１フォーカスレンズ７２、第３レンズとしてのブレ補正レンズ７３、及び第４レンズとしての第２フォーカスレンズ７４は可動レンズである。

第１フォーカスレンズ７２は第１フォーカス機構７６により駆動され、光軸方向に移動する。第２フォーカスレンズ７４は第２フォーカス機構７７により駆動され光軸方向に移動する。

図２２〜図２４に示すように、レンズ移動装置としての第１フォーカス機構７６は、１対のＶＣＭ１０と、円筒状のフォーカス筒８０と、フォーカスレンズ枠８１と、１対のガイド棒８２Ａ，８２Ｂと、ベース板８３とを有している。フォーカス筒８０は、外側ヨーク１５Ａが連結される第１部材として機能する。フォーカスレンズ枠８１は、コイル１３に連結され、第２部材として機能する。第１フォーカス機構７６は、コイル１３への通電により、フォーカス筒８０及びフォーカスレンズ枠８１をコイル移動方向ＤＣに相対移動させることにより、第１フォーカスレンズ７２を移動させる。なお、図示は省略しているが、この他にフォーカス用位置センサが設けられている。

図２３に示すように、フォーカスレンズ枠８１は円盤状に形成されており、光軸Ａｘが挿通する中央に、第１フォーカスレンズ７２を保持している。フォーカスレンズ枠８１の上部及び下部には、ＶＣＭ１０の内側ヨーク１５Ｂを取り付ける開口８１Ａ，８１Ｂが形成されている。

フォーカスレンズ枠８１の左側には摺動筒８１Ｃが、フォーカスレンズ枠８１の右側には摺動溝８１Ｄが形成されている。摺動筒８１Ｃにはガイド棒８２Ａが、摺動溝８１Ｄにはガイド棒８２Ｂが挿通される。

ガイド棒８２Ａ，８２Ｂは、フォーカス筒８０の端面とベース板８３との間で光軸Ａｘに平行に配されている。これら１対のガイド棒８２Ａ，８２Ｂは、光軸Ａｘを中心として光軸Ａｘに直交する直径方向に離間して配されている。図２２に示すように、ガイド棒８２Ａ，８２Ｂは、フォーカス筒８０の端面とベース板８３とに設けられる保持孔８０Ａ，８０Ｂ，８３Ａ，８３Ｂに両端部が挿通して固定される。これら１対のガイド棒８２Ａ，８２Ｂによって、フォーカスレンズ枠８１は光軸方向に移動自在に保持される。

図２２及び図２４に示すように、外側ヨーク１５Ａは、フォーカス筒８０の内周面に、取付ネジ８６によって固定される。このため、外側ヨーク１５Ａにはネジ孔８８が形成されている。外側ヨーク１５Ａと内側ヨーク１５Ｂは、光軸Ａｘを含む縦断面（光軸方向の断面）において、光軸Ａｘと平行に配されている。内側ヨーク１５Ｂは外側ヨーク１５Ａよりも光軸Ａｘ寄りに位置している。

図２３に示すように、フォーカスレンズ枠８１は開口８１Ａ，８１Ｂの周囲にコイル収納部８１Ｅが形成されている。開口８１Ａ，８１Ｂには内側ヨーク１５Ｂが入れられる。コイル収納部８１Ｅにはコイル１３が収納される。開口８１Ａ，８１Ｂに内側ヨーク１５Ｂが入れられた後に、連結板１６の嵌合溝１６Ａに、外側ヨーク１５Ａ及び内側ヨーク１５Ｂの嵌合突片１５Ｄが嵌合されて、外側ヨーク１５Ａ，内側ヨーク１５Ｂ及び連結板１６が一体化される。

コイル１３が通電されると、コイル１３が内側ヨーク１５Ｂに沿って移動する。コイル１３の移動により、コイル１３を保持するフォーカスレンズ枠８１が移動する。この移動により、第１フォーカスレンズ７２が光軸方向の所定位置にセットされて合焦される。

図示を省略したフォーカス用位置センサは、フォーカスレンズ枠８１の光軸方向における位置を検出する。フォーカス用位置センサは、棒状の位置検出用マグネットと磁気センサとを有している。位置検出用マグネットは、フォーカスレンズ枠８１の摺動筒８１Ｃに取り付けられている。磁気センサは、例えば巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistive effect）を利用したＧＭＲ素子が用いられる。磁気センサは、フォーカス筒８０に取り付けられている。磁気センサは、位置検出用マグネットの磁気を検出して、磁気の強さに応じた検出信号を出力する。

磁気センサの出力信号は、カメラ本体６２の制御部６７に送られる。制御部６７では、磁気センサの出力信号に基づきフォーカスレンズ枠８１の光軸方向における位置を検出し、第１フォーカスレンズ７２を第１フォーカス機構７６により所望の位置に移動して合焦を行う。

本実施形態では、図２２に示すように、ガイド棒８２Ａ，８２Ｂによるフォーカスレンズ枠８１のガイド位置と、コイル１３への通電によるフォーカスレンズ枠８１の磁力作用位置とが、光軸Ａｘを中心とする同心円上に位置している。このため、光軸Ａｘを中心としてガイド棒８２Ａ，８２Ｂ、マグネット１２、及び外側ヨーク１５Ａ，及び内側ヨーク１５Ｂがバランスの取れた配置となり、フォーカスレンズ枠８１の光軸方向への移動を円滑に行うことができる。

図２１に示すように、第２フォーカス機構７７は、フォーカスレンズ枠８１に第１フォーカスレンズ７２に代えて第２フォーカスレンズ７４が取り付けられている以外は、第１フォーカス機構７６と同一に構成されている。このため、同一構成部材には同一符号を付して重複した説明を省略している。なお、第２フォーカス機構７７は、取り付け方向を第１フォーカス機構７６とは前後で逆向きにしているが、これは同じ向きにしてもよい。

第１フォーカス機構７６と第２フォーカス機構７７との間には、絞り機構７８及び防振機構７９が取り付けられている。絞り機構７８は、光軸Ａｘに配された絞り羽根７８Ａを有している。この絞り羽根７８Ａにより形成される絞り開口の径を増減することにより、カメラ本体６２に入射する撮影光の光量が調整される。

防振機構７９は、前述したように、Ｘ方向ＶＣＭ及びＹ方向ＶＣＭが一体化された上記第２実施形態の平面型ＶＣＭ４０を用いて、画像のブレを打ち消す方向にブレ補正レンズ７３をＸＹ面上で変位させることにより、画像ブレを補正する。ブレ補正レンズ７３は図１８等に示したブレ補正枠４４に取り付けられている。ブレ補正枠４４は、防振枠内でＸＹ方向に移動自在に保持されている。

次に、本実施形態の撮像装置６０の作用を説明する。レリーズ操作により撮影が開始されると、第１フォーカス機構７６及び第２フォーカス機構７７が作動して、第１フォーカスレンズ７２及び第２フォーカスレンズ７４が光軸方向に移動して、合焦制御が行われる。このように複数のフォーカスレンズ７２，７４を第１フォーカス機構７６及び第２フォーカス機構７７を用いて合焦制御を行うことにより、レンズ移動量が分散されるため、迅速な合焦が可能になる。特に、複数のフォーカスレンズ７２，７４を移動させるため、マクロ撮影において迅速且つ精度の良い合焦が可能になる。また、撮像装置６０のブレを検出すると、防振機構７９が作動して、ブレ補正レンズ７３をＸＹ面で移動させ、画像ブレが補正される。

台形状のコイルは、逆推力が減少される分だけ推力の低下が無くなり、簡単な構成で推力を上げることができる。また、推力を上げつつ、コイル１３の周回長さＬｃｔ（図３参照）を短くすることができ、重量を軽くすることができる。しかも、開口１７によって推力の低下を抑えつつ重量を軽くすることができる。従って、軽量で推力の低下が抑えられたＶＣＭ１０，１８，２５，３０を用いることにより、撮像装置６０の合焦性能を上げることができる他に、撮像装置６０の重量軽減に寄与することができる。

なお、２個のフォーカス機構７６，７７を用いて合焦制御しているが、１個のフォーカス機構を用いて合焦制御してもよい。

１０，１８，２５，３０，３７，４０ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
１１ ヨーク
１２ マグネット
１３ コイル
１３Ａ 内側長辺
１３Ｂ 外側長辺
１５ ヨーク本体
１５Ａ 外側ヨーク（マグネット保持部）
１５Ｂ 内側ヨーク（コイル挿通部）
１５Ｃ 連結部
１５Ｄ 嵌合突片
１６ 連結板
１６Ａ 嵌合溝
１７ 開口
２１ 円形マーク
２２ 三角マーク
２３ 開口
２４ ヨーク本体
２６Ａ 外側ヨーク
２６Ｂ 内側ヨーク
２７ 傾斜面（面取り部）
２８ コイル
２８Ａ 内側長辺
２８Ｂ 外側長辺
３１Ａ 外側ヨーク
３１Ｂ 内側ヨーク
３２ 傾斜面
３３ コイル
３５Ａ 外側ヨーク
３５Ｂ 内側ヨーク
３６ コイル
３６Ａ 内側長辺
３６Ｂ 外側長辺
４１Ａ ヨーク（マグネット保持部）
４１Ｂ ヨーク（コイル受け部）
４２ マグネット
４２Ａ Ｓ極面
４２Ｂ Ｎ極面
４２Ｃ 境界線
４３ 平面コイル
４３Ａ 長辺
４３Ｂ 短辺
４４ ブレ補正枠
４５ 開口
４６ 開口列
６０ 撮像装置
６１ レンズユニット（光学装置）
６２ カメラ本体（撮像部）
６３ コネクタ
６４ 光学系
６５ 鏡筒部材
６６ 撮像素子
６７ 制御部
６８ フォーカスリング
７１ 第１レンズ
７２ 第１フォーカスレンズ（第２レンズ）
７３ ブレ補正レンズ（第３レンズ）
７４ 第２フォーカスレンズ（第４レンズ）
７５ 第５レンズ
７６ 第１フォーカス機構（レンズ移動装置）
７７ 第２フォーカス機構（レンズ移動装置）
７８ 絞り機構
７８Ａ 絞り羽根
７９ 防振機構（レンズ移動装置）
８０ フォーカス筒（第１部材）
８０Ａ 保持孔
８０Ｂ 保持孔
８１ フォーカスレンズ枠（第２部材）
８１Ａ 開口
８１Ｂ 開口
８１Ｃ 摺動筒
８１Ｄ 摺動溝
８１Ｅ コイル収納部
８２Ａ ガイド棒
８２Ｂ ガイド棒
８３ ベース板
８３Ａ 保持孔
８３Ｂ 保持孔
８６ 取付ネジ
８８ ネジ孔
ＡＨＣ１ ハッチング領域
ＡＨＣ２ ハッチング領域
ＡＨＤ 差分領域
ＡＨＥ ハッチング領域
ＡＨＦ ハッチング領域
ＡＩ 電流の流れを示す矢印
Ａｘ 光軸
ＤＣ コイルの移動方向（コイル移動方向）
Ｆ 推力
ＦＬ ローレンツ力
Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｅ，Ｆｔ 推力
Ｇ１ 台形状のコイルを有するＶＣＭを用いた場合の各コイル位置における推力を示す折れ線
Ｇ２ 矩形状のコイルを有するＶＣＭを用いた場合の各コイル位置における推力を示す折れ線
ＧＣ１ 中央位置における磁束密度分布を示す曲線
ＧＣ２ 開口を形成していない場合の中央位置における磁束密度分布を示す曲線
ＧＥ 始端位置における磁束密度分布を示す曲線
ＧＦ１ コイル移動方向における推力の分布を示す折れ線
ＧＦ２ 開口を形成していない場合のコイル移動方向における推力の分布を示す折れ線
Ｈ 開口の総幅
ＬＩｔ 台形状のコイルの内側線長
ＬＯｔ 台形状のコイルの外側線長
Ｌｃｒ 矩形状のコイルの周回長さ
Ｌｃｔ 台形状のコイルの周回長さ
ＷＯ 外側ヨークの幅
ＷＩ 内側ヨークの幅
ｔ１ ヨークの厚み

Claims (15)

1. マグネット保持部、及び前記マグネット保持部に対して隙間を設けて平行に保持されるコイル挿通部を有するヨークと、
   前記マグネット保持部の前記コイル挿通部側の面に固定されるマグネットと、
   前記コイル挿通部が挿通され、通電により前記コイル挿通部に沿って移動するコイルと、
   前記マグネット保持部の前記コイルの移動位置の中央位置から両端位置にかけて配され、前記マグネット保持部を貫通して形成される開口と
   を備えるボイスコイルモータ。
2. 前記開口は、前記コイルの移動方向に長く形成される矩形状のスリットである請求項１記載のボイスコイルモータ。
3. 前記開口は、前記コイルの移動方向に並べて設けられる複数の貫通孔である請求項１記載のボイスコイルモータ。
4. 前記開口は、前記コイルの移動方向に直交する方向に複数並べて設けられる請求項２又は３記載のボイスコイルモータ。
5. 前記開口は、前記コイル挿通部にも形成される請求項１ないし４いずれか１項記載のボイスコイルモータ。
6. 前記コイル挿通部の前記開口は、前記マグネット保持部の前記開口に対面する位置に形成されている請求項５記載のボイスコイルモータ。
7. 前記開口がある部分における前記コイルの移動方向に直交する方向での磁束密度分布の積分値と、前記開口が形成されていない前記コイルの移動位置の始端位置における前記移動方向に直交する方向での磁束密度分布の積分値とを同じにするべく、前記開口の前記移動方向に直交する方向の長さである開口幅を決定する請求項１ないし６いずれか１項記載のボイスコイルモータ。
8. 前記中央位置における前記コイルの移動方向に直交する方向での磁束密度分布の積分値から、前記コイルの移動位置の始端位置における前記移動方向に直交する方向での磁束密度分布の積分値を引いた差分積分値と、前記開口による前記移動方向に直交する方向での磁束密度分布の低下分の積分値とを同じにするべく、前記開口の前記移動方向に直交する方向での長さである開口幅を決定する請求項１ないし６いずれか１項記載のボイスコイルモータ。
9. 複数の前記開口の前記コイルの移動方向と直交する方向の長さの和である総幅をＨとし、前記ヨークの幅をＷＯとし、前記ヨークの幅ＷＯから前記総幅Ｈを除いた残り幅をＮＨとし、前記ヨークの厚みをｔ１としたときに、前記総幅Ｈ及び前記残り幅ＮＨが
   Ｈ≧ｔ１且つＮＨ≧ｔ１、且つ（ＷＯ／２）≧Ｈの範囲内である請求項１ないし６いずれか１項記載のボイスコイルモータ。
10. 前記コイルは、前記コイルの移動方向から見た状態で、前記マグネット側のコイル線長よりも、前記マグネットとは反対側のコイル線長が短い台形に形成されている請求項１ないし９いずれか１項記載のボイスコイルモータ。
11. 前記マグネット保持部の前記コイルの移動方向に直交する方向の長さである幅に対し、前記コイル挿通部の幅が狭く形成されている請求項１０記載のボイスコイルモータ。
12. 前記コイル挿通部の前記マグネットと対向する面とは反対側の面であって、前記コイルの移動方向に直交する方向の両端は、面取り部を有する請求項１０又は１１記載のボイスコイルモータ。
13. マグネット保持部、前記マグネット保持部に対して隙間を設けて平行に保持されるコイル受け部を有するヨークと、
    前記マグネット保持部の前記コイル受け部側の面に固定され、境界線の一方にＮ極面、他方にＳ極面を有するマグネットと、
    前記マグネットと前記コイル受け部との間に配され、前記境界線に直交する方向に前記コイル受け部に沿って移動するコイルと、
    前記マグネット保持部に貫通して形成され、前記境界線を挟み且つ前記境界線に平行に並べて設けられる複数の開口と
    を備えるボイスコイルモータ。
14. 請求項１から１３いずれか１項記載のボイスコイルモータと、
    前記ヨークに連結される第１部材と、
    前記コイルに連結される第２部材とを備え、
    前記コイルへの通電により前記第１部材及び前記第２部材を前記コイルの移動方向に相対移動させてレンズを移動させるレンズ移動装置。
15. 撮像部と、
    前記撮像部に被写体像を結像させる請求項１４記載のレンズ移動装置を有する光学装置と
    を備える撮像装置。

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