JPH10225083A - リニアアクチュエータとこれを用いた光学機器 - Google Patents

リニアアクチュエータとこれを用いた光学機器

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JPH10225083A
JPH10225083A JP9026476A JP2647697A JPH10225083A JP H10225083 A JPH10225083 A JP H10225083A JP 9026476 A JP9026476 A JP 9026476A JP 2647697 A JP2647697 A JP 2647697A JP H10225083 A JPH10225083 A JP H10225083A
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magnet
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克 中尾
Tomokazu Tokunaga
知一 徳永
Yosuke Yamane
洋介 山根
Norihiko Saka
▲徳▼彦 坂
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気センサーを位置検出手段として用い、こ
の磁気センサーが駆動用磁気回路からの磁気漏れの影響
を受け難いS/N比の優れたリニアアクチュエータを、
簡素な構成で安価に提供する。 【解決手段】 可動部側のレンズホルダー1にコイルを
設け、固定側のレンズ鏡筒3に駆動方向(X方向)に略
左右対称に構成された1対の駆動用磁気回路を、レンズ
光軸を中心として略相対する位置に対称に設けたリニア
型レンズ駆動装置において、位置検出手段としてレンス
ホルダー1側に磁気スケール11を、レンズ鏡筒3にM
R素子を搭載した磁気センサー10を設け、この磁気セ
ンサー10を1対の磁気回路の略中央位置で、かつ駆動
方向の略対称中心に設ける。ここでMR素子の電流を流
す方向が1対の駆動用磁気回路のマグネットの磁化方向
(Z方向)と略平行に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はリニアアクチュエー
タに関するもので、例えばスチルカメラやビデオカメラ
等の光学機器の移動レンズ群を駆動する際に適用して好
適なものである。
【0002】
【従来の技術】今日では、コイルをマグネットとヨーク
とから構成した磁気回路で直線的に駆動するといういわ
ゆるリニアアクチュエータは、ロボットなどの産業機器
やプロッターやプリンタなどの印刷機器、ハードディス
クや光磁気ディスクなどの記録再生機器そしてスチルカ
メラやビデオカメラ等の光学機器等の幅広い産業分野に
渡って一般的に用いられている。
【0003】このリニアアクチュエータにおいて、例え
ばカメラの焦点調整用の移動レンズ群を所定の位置まで
可動させ、撮像素子等の結像面上に物体像を形成する場
合、またハードディスクの記録再生ヘッドをディスクの
所定のトラックにアクセスさせる場合などにおいて、そ
の移動レンズ群や記録再生ヘッド等の可動部を高精度に
位置決めするために、可動子位置を検出する位置検出手
段が設けられている。
【0004】この位置検出手段は光学式と磁気式の2つ
に大別されるが、光学式のものについては、LED等の
発光素子とフォトトランジスタ等の受光素子からなる光
センサーと、透光部分と遮光部分を細かいピッチで交互
に形成した光スケールを組み合わせたものが、また磁気
式のものについては、MR素子やホール素子等の磁気セ
ンサーと、磁性体に細かいピッチで着磁した磁気スケー
ルを組み合わせたものが一般的である。
【0005】ここで、光センサーと光スケールについて
は、温度により光センサーの出力光量が変化するため、
温度変化に対応するための調整回路や、温度差を許容で
きる制御システムが必要になる、あるいは発光素子から
放射された光が光スケールの細かいパターン状の透光部
分を通り受光素子に到達するように、発光素子と光スケ
ールと受光素子の3つの幾何学的な位置関係を精度良く
調整するための調整機構が必要になり、その結果センサ
ーの大型化とコストアップを招くという問題ががある。
【0006】一方、磁気センサーと磁気スケールによる
磁気式のものは、MR素子等の磁気センサーの温度特性
が光センサーよりも良いため、温度変化に対応するため
の調整回路が不必要である、あるいは磁気スケールに着
磁された正弦波状の磁界強度パターンを磁気センサーで
検出できるよう磁気センサーと磁気スケール間のギャッ
プ量を調整するだけで良く調整機構が簡単であるという
ことから、センサーを小型かつ安価に構成できるという
長所がある。よってカメラ等の光学機器の焦点調整用の
移動レンズ群を位置制御するリニアアクチュエータにお
いて、磁気式の位置検出手段が現在のところ多く用いら
れている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁気セ
ンサーを位置検出手段とした従来のリニアアクチュエー
タにおいては、磁気センサーが駆動用の磁気回路近傍に
位置する一般的な構成の場合、駆動用磁気回路からの漏
洩磁束により、磁気センサーのS/Nが悪くなるという
悪影響が発生する。これを防止するために、駆動用の磁
気回路及び磁気センサーを磁気シールドすることが考え
られるが、完全に漏洩磁束をシルードすることは困難で
あると共に、その構造は複雑となる。
【0008】そこでこの漏洩磁束の磁気センサーに対す
る悪影響を解決するため、特願平5−62383号公報
に開示されたように、ヘッド基台移動手段として、マグ
ネットとコイルを左右対称に配置し、この左右のマグネ
ットの極性だけを反転させた一対のリニアモータとし、
また位置検出手段として、可動側のヘッド基台に磁気セ
ンサを、固定側の磁気センサの移動軌跡上にマグネスケ
ールをそれぞれ設け、さらに磁気センサを左右一対のリ
ニアモータの中心位置に配置したディスクドライブ装
置、あるいは可動側のヘッド基台にマグネスケールを、
固定側のマグネスケールの移動軌跡上に磁気センサを設
けた上記構成のディスクドライブ装置が提案されてい
る。
【0009】これによれば、左右対称に配置されたリニ
アモータから漏洩磁束が発生するが、左右のリニアモー
タ内のマグネットの極性が反転されているため、左右の
リニアモータの中心位置では、少なくとも3次元上の一
方向で互いの漏洩磁束がキャンセルするように働き、磁
気センサーへの悪影響が緩和されるというものであり、
この実施例では磁気センサー位置での駆動方向のX方向
と垂直方向のZ方向への漏洩磁束は互いにキャンセルさ
れるように働く。
【0010】しかし特願平5−62383号公報に開示
された上記ディスクドライブ装置では、左右のマグネッ
トの極性を反転している構成上、コイルに流す電流の向
きを左右1対のリニアモータで逆にする必要があるた
め、コイルは必ず2個必要になってくる。従ってリニア
アクチュエータの大型化やコストアップ、消費電力の増
大等を招くと共に、2個のコイルに流す電流により発生
する磁束が磁気センサー位置ではキャンセルされず逆に
倍増するため、磁気センサーに悪影響を及ぼすという欠
点があった。
【0011】また上記ディスクドライブ装置の実施例で
は水平方向のY方向については漏洩磁束がキャンセルさ
れず残るため、これによりMR素子の磁気抵抗変化率が
変化し感度劣化を招くという問題も発生する。よって上
記の問題に鑑み本発明の目的は、磁気センサーを位置検
出手段として用いたリニアアクチュエータにおいて、こ
の磁気センサーが駆動用磁気回路からの漏洩磁束の影響
を受け難いS/N比の優れたリニアアクチュエータを、
簡素な構成で安価に提供しようとするものである。
【0012】
【課題を解決する手段】この課題を解決するために本発
明のリニアアクチェエータは、駆動方向と垂直に磁化さ
れたマグネットとヨークとを備え、駆動方向に略左右対
称に構成された少なくとも1つ以上の磁気回路を固定子
とし、前記マグネットと所定の空隙を有し、前記マグネ
ットの発生する磁束と直交する様に電流を通電すること
により、駆動方向に可動自在なコイルを可動子としたリ
ニアアクチュエータにおいて、前記可動子側に磁気スケ
ールを設け、前記固定子側には前記磁気回路の駆動方向
における略対称中心位置に磁気センサーを配置した位置
検出手段を有するものである。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、駆動方向と垂直に磁化されたマグネットとヨークと
を備え、駆動方向に略左右対称に構成された少なくとも
1つ以上の磁気回路を固定子とし、前記マグネットと所
定の空隙を有し、前記マグネットの発生する磁束と直交
する様に電流を通電することにより、駆動方向に可動自
在なコイルを可動子としたリニアアクチュエータにおい
て、前記可動子側に磁気スケールを設け、前記固定子側
には前記磁気回路の駆動方向における略対称中心位置に
磁気センサーを配置した位置検出手段を有することを特
徴とするリニアアクチュエータ、としたものであり、こ
のことによって磁気センサーに飛び込む駆動方向の漏洩
磁束を低減することができる。
【0014】以下、本発明のリニアアクチュエータの実
施の形態を図面に基づいてについて説明する。 図1は
本発明の第1の実施の形態におけるリニアアクチュエー
タを用いたレンズ駆動装置の内部斜視図、図2は本発明
の第1の実施の形態におけるリニアアクチュエータを用
いたレンズ駆動装置の横断面図、図3は本発明の第3の
実施の形態におけるリニアアクチュエータを用いたレン
ズ駆動装置の縦断面図、図4はMR素子の磁気抵抗変化
率特性を示す図、図5は位置検出手段の概略斜視図、図
6は本発明の第1の実施の形態におけるリニアアクチュ
エータの横断面の磁束の流れを示す図、図7は本発明の
第1の実施の形態におけるリニアアクチュエータの縦断
面の磁束の流れを示す図、図8は本発明の第2の実施の
形態におけるリニアアクチュエータを用いたレンズ駆動
装置の横断面図、図9は本発明の第2の実施の形態にお
けるリニアアクチュエータの横断面の磁束の流れを示す
図である。
【0015】まず本発明の第1の実施の形態におけるリ
ニアアクチュエータについて図1〜図3を用いて説明す
る。図1〜図3において、レンズホルダー1はレンズ2
を保持すると共に、光軸に平行に配され、両端をレンズ
鏡筒3に固定されたガイドシャフト4a、4bに沿って
光軸方向(X方向)に摺動自在に構成されている。この
レンズホルダー1を光軸方向に駆動させるリニアアクチ
ュエータの固定子として、駆動方向(X方向)と垂直に
磁化されたマグネット5aと、コの字型のメインヨーク
6a及び板状のサイドヨーク7aとを、駆動方向(X方
向)に略左右対称に成るよう構成した磁気回路8aと、
この磁気回路8aと対向する様、相対する位置に略対称
に配置したマグネット5bとメインヨーク6b及びサイ
ドヨーク7bとから成る磁気回路8bの固定子がレンズ
鏡筒3に設けられており、一方また可動子としてコイル
9がマグネット5a、5bと所定の空隙を有するように
レンズホルダー1に固定されており、マグネット5a、
5bの発生する磁束と直交する様コイル9に電流を流す
ことで、レンズホルダー1が光軸方向に駆動するしくみ
になっている。
【0016】またこのレンズホルダー1を位置制御をす
るため、位置検出手段として固定側のレンズ鏡筒3に
は、磁気センサー10が磁気回路8a、8bの駆動方向
(X方向)の対称中心かつ、この一対の磁気回路8a、
8b間の対称中心位置に設けられており、一方、可動側
のレンズホルダー1には、フェライト等の強磁性材を磁
気ヘッドに対して一定速度で移動させることにより駆動
方向に沿って所定のピッチでS極とN極を交互に着磁し
た磁気スケール11が、磁気センサー10の検出面に対
して所定の距離をもって対向するように取り付けられて
いる。
【0017】磁気センサー10は磁界により抵抗値が変
化する特性を持つNiFeやNiCo等の強磁性薄膜を
材料としたMR素子12a、12bから構成された2相
式の磁気抵抗型センサーで、このMR素子12a、12
bは磁気スケール11のS極とN極までの着磁ピッチの
1/4間隔で、駆動方向に設けられており、このMR素
子12a、12bに流す電流の向きがマグネット5a、
5bの磁化方向と平行になる方向に磁気センサー10と
磁気スケール11はそれぞれ配置されている。
【0018】図4は磁界が加わることで抵抗値が減少す
るというMR素子12a、12bの磁気抵抗変化率特性
を示したものであり、その方向性はMR素子12a、1
2bの電流方向に対して垂直かつ検出面に垂直な方向
(Y方向)の磁界に対しては抵抗値はほとんど変化しな
いが、MR素子12a、12bの電流方向に対して垂直
かつ検出面に平行な方向(X方向)の磁界に対しては抵
抗値が大きく変化し、さらにMR素子12a、12bの
電流方向に対して平行な方向(Z方向)の磁界に対して
は抵抗値が若干変化するという特性をもつ。
【0019】この特性から、図5に示す着磁パターンを
もつ磁気スケールが磁気センサー10に対して位置変化
することにより、X方向に発生する正弦波状の磁界強度
変化パターンに対応してMR素子12a、12bの抵抗
値が変化する。ここでY方向にもX方向と位相が180
°異なる正弦波状の磁界強度変化パターンが発生する
が、上記特性によりMR素子12a、12bの抵抗値は
ほとんど変化しない。よってこのMR素子12a、12
bに印加した電圧を出力信号とすると、出力信号は位相
が90°異なる2つの正弦波状の波形となり、この2つ
の信号波形を信号処理回路(図示せず)で変調内挿処理
することで、レンズホルダー1の位置や駆動方向が検出
され、このデータに基づき制御回路(図示せず)により
レンズ2の位置を高精度に制御することができる。
【0020】次に駆動用の磁気回路8a、8bからの漏
洩磁束が磁気センサー10に与える影響について説明す
る。まず磁気外乱によるMR素子12a、12bの影響
であるが、上記したようにMR素子12a、12bはX
方向及びZ方向に磁気抵抗が変化するという特性を持
つ。特にX方向は磁気抵抗変化の感度が大であり、磁気
スケールから発生する正弦波状の磁界強度変化パターン
の信号に磁気外乱が重畳することで信号波形がオフセッ
トすることから、MR素子の出力信号の波形歪み等を引
き起こし、位置検出の誤差を増加させるという問題が発
生する。また一方Y方向は磁気抵抗変化の感度が少ない
ものの、Z方向の磁気外乱により磁気抵抗変化率が減少
しMR素子の感度が落ちるという問題が発生する。
【0021】このようにMR素子12a、12bに対し
てX方向とZ方向の磁気外乱が問題となるが、第1の本
実施の形態のように一対の磁気回路8a、8bが駆動方
向(X方向)におおよそ対称に構成されていることから
図6に示すようにその対称中心に位置する磁気センサー
10のX方向の漏洩磁束は微少な値になる。ここで磁気
回路8a、8bが駆動方向(X方向)対称かつ、その対
称中心位置に磁気センサー10がある理想状態ではX方
向の漏洩磁束の値は0になるが、本実施の形態のように
磁気回路8a、8bが略対称であっても、あるいは磁気
センサー10が略対称中心位置にある場合でも、X方向
の漏洩磁束は微少な量となりその効果を失うものではな
い。なお本実施の形態では、磁気回路は2つとしたが、
これに限定するものではない。
【0022】さらに一対の磁気回路8a、8bがマグネ
ット5a、5bの磁化方向が対向する様、対称に配置さ
れたすなわちY方向に対称であることから、図7に示す
ようにその対称中心に位置する磁気センサー10でのY
方向の漏洩磁束が互いに打ち消し合い、Z方向の漏洩磁
束の値は0になる。ここで一対の磁気回路8a、8bが
Y方向に略対称位置にあっても、あるいは磁気センサー
10がその略対称中心位置にある場合でも、Z方向の漏
洩磁束は微少な量となりその効果を失うものではない。
【0023】本実施の形態ではMR素子12a、12b
に流す電流の向きがマグネット5a、5bの磁化方向
(Z方向)と平行になるように磁気センサー10を配置
していることから、MR素子12a、12bの感度低下
を防ぐことができるが、MR素子12a、12bに流す
電流の向きがマグネット5a、5bの磁化方向(Z方
向)と略平行であってもその効果を失うものではない。
【0024】また本実施の形態では、MR素子を用いた
磁気抵抗型の磁気センサー用いているが、磁力の強さに
対応した出力信号を出すものであればその種類を問わ
ず、センサーが磁気外乱を受け易い方向をX方向あるい
はZ方向に一致させるようセンサーを取り付けることで
本発明はあらゆる種類の磁気センサーに適用できる。
尚、この第1の実施の形態では固定側のレンズ鏡筒3に
磁気センサー10を、可動側のレンズホルダー1に磁気
スケール11を設けたが、反対に固定側のレンズ鏡筒3
に磁気スケール11を、可動側のレンズホルダー1に磁
気センサー10を設けても、上記と同様にZ方向の漏洩
磁束を低減することができる。
【0025】次に、本発明の第2の実施の形態における
リニアアクチュエータについて図8を用いて説明する。
図8では相対する位置に対称に設けられた一対の磁気回
路13a、13bの駆動方向から見て左側の略対称中心
位置に磁気センサー10及び磁気スケールを配置し、ま
たメインヨーク14a、14bの磁気センサー10側の
一部を折り曲げることでマグネット5a、5bの磁気セ
ンサー10側の側面にぞれぞれ磁性体15a、15bを
構成している。
【0026】上記の構成により図9に示すマグネット5
a、5b及びメインヨーク14a、14bからの漏洩磁
束が磁性体15a、15bに向かうような磁束の流れが
発生し、磁気センサー10の位置でのY方向及びZ方向
の漏洩磁束が減少する。従って、例えば磁気回路13
a、13bが対称位置から若干ずれていた場合あるい
は、磁気センサー10が一対の磁気回路13a、13b
の対称位置から若干ずれていた場合に、磁気センサー1
0に及ぼされる磁気外乱をさらに低減できるという効果
がある。また本実施の形態では磁性体14a、14bを
メインヨーク14a、14bの一部で構成したが、別部
材で構成しても問題は無い。
【0027】なお本発明は第1の実施の形態や第2の実
施の形態を用いて説明したカメラ等の光学機器の移動レ
ンズ群を駆動するリニアアクチュエータに限るものでは
なく、ハードディスクや光磁気ディスクなどの記録再生
機器、プロッターやプリンタなどの印刷機器、ロボット
など産業機器の分野で用いられるリニアアクチュエータ
にも適用でき、これと同様の効果を上げることが可能で
ある。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明のリニアアクチュ
エータは、磁気回路を駆動方向に略左右対称に構成し、
その対称中心付近に磁気センサーを設けることにより、
磁気センサーに飛び込む駆動方向の漏洩磁束を低減する
ことができる。また、マグネットの磁化方向が対向する
向きに一対の磁気回路を略対称に設け、その対称中心付
近に磁気センサーを配設することにより、対称中心位置
でのマグネットの磁化方向の漏洩磁束が互いに打ち消さ
れ、磁気センサーに飛び込む駆動方向に垂直な方向の漏
洩磁束を低減することができる。
【0029】また、マグネットの磁化方向が対向する向
きに一対の磁気回路を略対称に設けると共に、磁気セン
サーをMR素子を用いた磁気抵抗型センサーとし、この
MR素子に流れる電流の方向がマグネットの磁化方向と
略平行になるように磁気センサーを略対称中心位置に配
設することによって、磁気外乱によるMR素子の感度の
劣化を防ぐという効果が得られる。
【0030】また、マグネットの磁化方向が対向する向
きに一対の磁気回路を略対称に設け、かつマグネットの
磁化方向を基準として磁気回路の左右いずれかの位置に
磁気センサーを略対称中心位置に配設すると共に、マグ
ネットの磁気センサー側の側面にぞれぞれ磁性体を設け
たことによって、漏洩磁束が磁性体に引き寄せられ、磁
気センサー位置での駆動方向に垂直な2方向の漏洩磁束
をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態におけるリニアアク
チュエータを用いたレンズ駆動装置の内部斜視図
【図2】同横断面図
【図3】同縦断面図
【図4】MR素子の磁気抵抗変化率特性を示す図
【図5】位置検出手段の概略斜視図
【図6】本発明の第1の実施の形態におけるリニアアク
チュエータの横断面の磁束の流れを示す図
【図7】同縦断面の磁束の流れを示す図
【図8】本発明の第2の実施の形態におけるリニアアク
チュエータを用いたレンズ駆動装置の横断面図
【図9】本発明の第2の実施の形態におけるリニアアク
チュエータの横断面の磁束の流れを示す図
【符号の説明】
1 レンズホルダー 2 レンズ 3 レンズ鏡筒 4a、4b ガイドシャフト 5a、5b マグネット 6a、6b メインヨーク 7a、7b サイドヨーク 8a、8b 磁気回路 9 コイル 10 磁気センサー 11 磁気スケール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂 ▲徳▼彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】駆動方向と垂直に磁化されたマグネットと
    ヨークとを備え、駆動方向に略左右対称に構成された少
    なくとも1つ以上の磁気回路を固定子とし、 前記マグネットと所定の空隙を有し、前記マグネットの
    発生する磁束と直交する様に電流を通電することによ
    り、駆動方向に可動自在なコイルを可動子としたリニア
    アクチュエータにおいて、 前記可動子側に磁気スケールを設け、前記固定子側には
    前記磁気回路の駆動方向における略対称中心位置に磁気
    センサーを配置した位置検出手段を有することを特徴と
    するリニアアクチュエータ。
  2. 【請求項2】駆動方向と垂直に磁化された第1のマグネ
    ットと第1のヨークとから成る第1の磁気回路と、前記
    第1のマグネットの磁化方向と対向する様、相対する位
    置に略対称に配置された第2のマグネットと第2のヨー
    クとから成る第2の磁気回路とから構成された固定子
    と、 前記第1及び第2のマグネットと所定の空隙を有し、前
    記第1及び第2のマグネットの発生する磁束と直交する
    様に電流を通電することにより、駆動方向に可動自在な
    コイルを可動子としたリニアアクチュエータにおいて、 前記可動子側に磁気スケールを設け、前記固定子側には
    前記1対の磁気回路の略対称中心位置に磁気センサーを
    配置した位置検出手段を有することを特徴とするリニア
    アクチュエータ。
  3. 【請求項3】駆動方向と垂直に磁化された第1のマグネ
    ットと第1のヨークとから成る第1の磁気回路と、前記
    第1のマグネットの磁化方向と対向する様、相対する位
    置に略対称に配置された第2のマグネットと第2のヨー
    クとから成る第2の磁気回路とから構成された固定子
    と、 前記第1及び第2のマグネットと所定の空隙を有し、前
    記第1及び第2のマグネットの発生する磁束と直交する
    様に電流を通電することにより、駆動方向に可動自在の
    コイルを備えた可動子とから構成されるリニアアクチュ
    エータにおいて、 前記固定子側に磁気スケールを設け、前記可動子側には
    前記1対の磁気回路の略対称中心位置に磁気センサーを
    配置した位置検出手段を有することを特徴とするリニア
    アクチュエータ。
  4. 【請求項4】前記磁気センサーをMR素子を用いた磁気
    抵抗型センサーとし、このMR素子に流れる電流の方向
    が前記第1及び第2のマグネットの磁化方向と略平行に
    なるように前記磁気センサーを配置したことを特徴とす
    る請求項2又は請求項3記載のリニアアクチュエータ。
  5. 【請求項5】前記第1及び第2のマグネットの磁化方向
    を基準として、駆動方向から見て前記第1及び第2の磁
    気回路の左右いずれかの位置に、前記位置検出手段を配
    置した請求項2又は請求項3又は請求項4記載のリニア
    アクチュエータにおいて、前記第1及び第2のマグネッ
    トの前記位置検出手段側の側面にぞれぞれ磁性体を設け
    たことを特徴とするリニアアクチュエータ。
  6. 【請求項6】前記磁性体を前記第1及び第2のヨークと
    一体に構成したことを特徴とする請求項5記載のリニア
    アクチュエータ。
  7. 【請求項7】移動レンズ群を含む光学系により結像面上
    に物体像を形成する光学機器において、この移動レンズ
    群を駆動する手段として請求項1及び、請求項2及び、
    請求項3及び、請求項4及び、請求項5及び、請求項6
    記載のリニアアクチュエータの内、少なくとも1つ以上
    を用いたことを特徴とする光学機器。
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