WO2017208876A1 - ボイスコイルモータ、レンズ移動装置及び撮像装置 - Google Patents

ボイスコイルモータ、レンズ移動装置及び撮像装置 Download PDF

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川鍋　裕一
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富士フイルム株式会社
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    • G03B2205/0069—Driving means for the movement of one or more optical element using electromagnetic actuators, e.g. voice coils

Definitions

  • the present invention relates to a voice coil motor, a lens moving device, and an imaging device.
  • a linear actuator such as a voice coil motor (Voice Coil Motor) is used instead of the rotation type motor (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • a voice coil motor having a yoke, a magnet, and an air-core coil to obtain a necessary thrust.
  • a coil is arranged so as to surround the focus lens, and thrust is obtained by four yokes.
  • the weight increases because four yokes and magnets are used or a coil is formed so as to surround the lens.
  • An object of the present invention is to provide a voice coil motor, a lens moving device, and an imaging device that can obtain a necessary thrust without increasing the weight of the coil.
  • the voice coil motor of the present invention has a yoke, a magnet, and a coil.
  • the yoke has a magnet holding part and a coil insertion part formed in parallel with a gap with respect to the magnet holding part.
  • the magnet is fixed to the surface of the magnet holding part on the coil insertion part side.
  • the coil is inserted through the coil insertion part and moves along the coil insertion part when energized.
  • the coil is formed in a trapezoidal shape in which the outer line length on the opposite side of the magnet is shorter than the inner line length on the magnet side.
  • the width of the coil insertion portion is narrower than the width that is the length of the magnet holding portion in the direction orthogonal to the moving direction of the coil. In this case, it becomes easy to make the coil trapezoid. Moreover, it is preferable that the both ends of the width direction of the outer surface of a coil insertion part have a chamfer. In this case, the trapezoidal coil is easily moved.
  • the yoke preferably has a U-shaped yoke main body having a connecting portion for connecting the magnet holding portion and the coil insertion portion, and a connecting plate attached to the end opposite to the connecting portion of the yoke main body.
  • a closed loop magnetic circuit is constituted by the magnet holding portion, the coil insertion portion, the connecting portion, and the connecting plate, and the magnetic flux crossing the coil can be increased.
  • the lens moving device of the present invention includes the above-described voice coil motor, a first member coupled to the yoke, and a second member coupled to the coil, and the first member and the second member are energized by energizing the coil.
  • the lens is moved by relative movement in the moving direction of the coil. In this case, a necessary thrust can be obtained while suppressing an increase in weight, and the lens can be moved efficiently.
  • An image pickup apparatus of the present invention includes an image pickup unit and an optical device having the above-described lens moving device that forms a subject image on the image pickup unit. Even in this case, the lens can be moved efficiently.
  • a voice coil motor a lens moving device, and an imaging device that can increase thrust while reducing the weight of the coil.
  • a voice coil motor (hereinafter simply referred to as VCM) 10 of the present invention includes a yoke 11, a magnet 12, and a coil 13.
  • the yoke 11 is made of a magnetic material, and has a yoke body 15 and a connecting plate 16.
  • the yoke body 15 has a configuration in which the outer yoke 15A and the inner yoke 15B are opposed to each other in a parallel state with a gap, and are connected by a connecting portion 15C, and is formed in a U shape when viewed from the side.
  • a fitting protrusion 15D is formed at the end of the inner yoke 15B opposite to the connecting portion 15C.
  • a fitting groove 16 ⁇ / b> A is formed at the center of the upper side portion and the lower side portion of the connecting plate 16.
  • the outer yoke 15A functions as a magnet holding portion
  • the inner yoke 15B functions as a coil insertion portion.
  • the magnet 12 is fixed to the inner surface of the outer yoke 15A.
  • the coil 13 is movably inserted into the inner yoke 15B.
  • the width WI of the inner yoke 15B is narrower than the width of the outer yoke 15A (the length in the direction orthogonal to the moving direction of the coil 13 (see FIG. 4)) WO. Further, both end corners in the width direction of the outer surface of the inner yoke 15 ⁇ / b> B are chamfered to form inclined surfaces (chamfered portions) 18.
  • the inner side surfaces of the outer yoke 15A and the inner yoke 15B are surfaces on which the outer yoke 15A and the inner yoke 15B face each other.
  • the outer surface is a surface located on the outer side opposite to the inner surface.
  • the coil 13 is an air-core coil formed by winding a wire such as a copper wire.
  • the coil 13 is formed in a trapezoidal shape so as to surround the inner yoke 15B. More specifically, the length (outer line length) LOt of the long side (outer long side) 13B along the outer surface of the inner yoke 15B is equal to the long side (inner long side) 13A along the inner surface of the inner yoke 15B. It is shorter than the length (outer line length) LIt (LIt> LOt), and is formed in a trapezoidal shape.
  • the coil 13 moves along the inner yoke 15 ⁇ / b> B by energization in the magnetic field generated by the magnet 12.
  • the magnet 102 is arranged on the inner surface of the outer yoke 101A of the U-shaped yoke 101, and the coil 103 is inserted into the inner yoke 101B. ing.
  • the arrangement of the yoke 101, the magnet 102, and the coil 103 is the same as that of the present embodiment.
  • the coil 103 is not a trapezoid like the coil 13, but a rectangle that surrounds the inner yoke 101B. Are different in that they are formed.
  • the inner line length LIt and the outer line length LOt satisfy LIt> LOt, whereas in the conventional coil 103, the inner line length LIr which is the length of the inner long side 103A. And the outer line length LOr which is the length of the outer long side 103B are the same length.
  • the coil 103 moves mainly by a thrust acting on the inner long side 103A of the coil 103.
  • a thrust in the direction opposite to that of the inner long side 103A acts on the outer long side 103B, which causes the thrust to decrease.
  • the coil 13 is formed in a trapezoidal shape, and the outer long side 13B is formed shorter than the inner long side 13A. Therefore, the thrust in the reverse direction acting on the outer long side 13B by this shortened amount. Can be reduced. Accordingly, it is possible to increase the thrust by the amount of decrease in the reverse thrust.
  • FIG. 5 is a graph showing a thrust distribution between the VCM 10 of the present embodiment using the trapezoidal coil 13 and the VCM 100 of the conventional example using the rectangular coil 103.
  • the horizontal axis represents the position (Coil posision) [mm] of the coils 13 and 103 in the inner yokes 15B and 101B, and the vertical axis represents the thrust (Thrust) [N].
  • the positions of the coils 13 and 103 are indicated by the distance from the starting end position where the coil 13 is located on the connecting plate 16 side.
  • the coil 13 moves between the start end position and the end position where the coil is located on the side of the connecting portion 15C indicated by a two-dot chain line in FIG.
  • the movement distance ML is, for example, 16.5 mm.
  • the coil position was set at an interval of 2 mm, and thrust F [N] applied to the coil at each coil position was determined. Note that the drive voltage in each VCM 10, 100, the wire diameter of the coils 13, 103, the number of turns, the magnets 12, 102, and the outer yokes 15A, 101A are the same size.
  • I is the current value [A]
  • B is the magnetic flux density [T]
  • L is the wire length [m] of the coil that receives the magnetic flux.
  • the magnetic flux density at the outer long side 13B is BO
  • the magnetic flux density at the inner long side 13A is BI
  • the line length of the outer long side 13B is LO
  • the line length of the inner long side 13A LI
  • a broken line G1 connecting the thrust values indicated by the circular marks 21 indicates the thrust distribution in the VCM 10 shown in FIG. 1A and the like of the present embodiment.
  • a polygonal line G2 connecting the thrust values indicated by the triangular marks 22 indicates the thrust distribution in the conventional VCM 100 shown in FIG. 1B and the like.
  • the thrust is increased by about 0.015 [N] at each coil position as compared with the conventional one using the rectangular coil 103.
  • the outer long side 13B is shorter (LIt> LOt) than the inner long side 13A, so the circumference Lct of the center line in the trapezoidal coil 13 Can be made shorter than the circumference Lcr (see FIG. 3B) of the center line in the conventional rectangular coil 103 (Lcr> Lct).
  • Lcr circumference Lcr
  • the length of the wire constituting the coil 13 is also shortened, and the coil 13 is lightened accordingly.
  • FIG. 6 shows the VCM 23 of the second embodiment.
  • the inner yoke 24B is formed narrower than the outer yoke 24A, and the inclined surface 18 by chamfering of the first embodiment is eliminated.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the coil 13 can be formed in a trapezoidal shape, and the thrust can be improved while reducing the weight of the coil 13 as in the first embodiment.
  • rectangular openings 25 are formed in the outer yoke 24A and the inner yoke 24B to further reduce the weight.
  • the opening 25 is a rectangular slit that is long in the moving direction of the coil 13, even if the opening 25 is formed, a decrease in the magnetic force of the outer yoke 24A and the inner yoke 24B can be suppressed. No weight can be reduced.
  • FIG. 7 shows the VCM 27 of the third embodiment.
  • the outer yoke 28A and the inner yoke 28B have the same width, and instead, the inclined surface 18 is formed on the inner yoke 28B.
  • the coil 13 can be formed in a trapezoidal shape, and the weight can be reduced while increasing the thrust.
  • the VCMs 10, 23, and 27 of the present invention are used for various driving devices in addition to the lens moving device and the imaging device 30 described below.
  • the openings 25 formed in the VCM 23 of the second embodiment may be formed in the outer yokes 15A and 28A and the inner yokes 15B and 28B of the other first and third embodiments.
  • An imaging device 30 embodying the present invention has a lens unit 31 as an optical device and a camera body 32 as an imaging unit.
  • the lens unit 31 is configured as an interchangeable lens unit, and forms a subject image on the image sensor 36 in the camera body 32.
  • the lens unit 31 has a connector 33 that is detachable from the camera body 32.
  • the lens unit 31 may be configured integrally with the camera body 32.
  • the lens unit 31 includes an optical system 34 in the lens barrel member 35.
  • the optical system 34 includes a first lens 41 to a fifth lens 45 arranged in order from the subject side along the optical axis Ax.
  • the first lens 41 to the fifth lens 45 are each schematically shown as a single lens, but may be a plurality of lens groups.
  • the camera body 32 includes an image sensor 36 that captures an optical image of a subject obtained through the optical system 34.
  • the control unit 37 inputs information on various imaging conditions such as imaging timing to the image sensor 36 and captures a captured image signal output from the image sensor 36. Then, analog processing and digital processing are performed on the captured image signal to generate captured image data for output.
  • a first focus mechanism 46 In the lens barrel member 35, a first focus mechanism 46, a diaphragm mechanism 48, a vibration isolation mechanism 49, and a second focus mechanism 47 are arranged in this order from the subject side.
  • the first focus mechanism 46 and the second focus mechanism 47 function as the lens moving device of the present invention.
  • a focus ring 38 is rotatably attached to the outer periphery of the lens barrel member 35.
  • the first focus lens 42 as the second lens and the second focus lens 44 as the fourth lens are in the direction of the optical axis Ax according to the rotation. (Hereinafter simply referred to as the optical axis direction) individually.
  • the first focus lens 42 and the second focus lens 44 are arranged at a predetermined optical axis position corresponding to the shooting distance, and focusing becomes possible.
  • the first lens 41 and the fifth lens 45 are fixed lenses, and are fixed to the front end side (subject side) and the rear end side (image sensor side) of the lens barrel member 35, respectively.
  • the first focus lens 42 as the second lens, the blur correction lens 43 as the third lens, and the second focus lens 44 as the fourth lens are movable lenses.
  • the first focus lens 42 is driven by the first focus mechanism 46 and moves in the optical axis direction.
  • the second focus lens 44 is driven by the second focus mechanism 47 and moves in the optical axis direction.
  • the first focus mechanism 46 as a lens moving device includes a pair of VCMs 23, a cylindrical focus cylinder 50 as a first member to which the outer yoke 24A is connected, and the coil 13.
  • the first focus mechanism 46 moves the first focus lens 42 by energizing the coil 13 and relatively moving the focus cylinder 50 and the focus lens frame 51 in the moving direction of the coil 13.
  • a focus position sensor is provided in addition to this.
  • the focus lens frame 51 is formed in a disc shape, and holds the first focus lens 42 at the center through which the optical axis Ax is inserted. Openings 51A and 51B for attaching the inner yoke 24B of the VCM 23 are formed in the upper and lower portions of the focus lens frame 51.
  • a sliding cylinder 51C is formed on the left side of the focus lens frame 51, and a sliding groove 51D is formed on the right side of the focus lens frame 51.
  • a guide bar 52A is inserted into the sliding cylinder 51C, and a guide bar 52B is inserted into the sliding groove 51D.
  • the guide rods 52A and 52B are arranged in parallel with the optical axis Ax between the end surface of the focus cylinder 50 and the base plate 53.
  • the pair of guide rods 52A and 52B are disposed so as to be separated from each other in the diameter direction perpendicular to the optical axis Ax with the optical axis Ax as the center.
  • the guide rods 52A and 52B are fixed by inserting both end portions into holding holes 50A, 50B, 53A and 53B provided in the end surface of the focus cylinder 50 and the base plate 53.
  • the focus lens frame 51 is held movably in the optical axis direction by the pair of guide rods 52A and 52B.
  • the outer yoke 24A is fixed to the inner peripheral surface of the focus cylinder 50 by means of mounting screws 56.
  • the outer yoke 24A and the inner yoke 24B are arranged in parallel to the optical axis Ax in a longitudinal section (cross section in the optical axis direction) including the optical axis Ax.
  • the inner yoke 24B is located closer to the optical axis Ax than the outer yoke 24A.
  • the focus lens frame 51 has a coil housing portion 51E formed around the openings 51A and 51B.
  • the inner yoke 24B is inserted into the openings 51A and 51B.
  • the coil 13 is stored in the coil storage portion 51E.
  • the fitting protrusions 15D of the outer yoke 24A and the inner yoke 24B are fitted into the fitting grooves 16A of the connecting plate 16, and the outer yoke 24A and the inner yoke 24B.
  • the connecting plate 16 is integrated.
  • the coil 13 When the coil 13 is energized, the coil 13 moves along the inner yoke 24B. As the coil 13 moves, the focus lens frame 51 that holds the coil 13 moves. By this movement, the first focus lens 42 is set at a predetermined position in the optical axis direction and focused.
  • a focus position sensor (not shown) detects the position of the focus lens frame 51 in the optical axis direction.
  • the focus position sensor has a bar-shaped position detection magnet and a magnetic sensor.
  • the position detection magnet is embedded in the outer surface of the sliding cylinder 51C of the focus lens frame 51, and the surface is exposed to the outside.
  • the magnetic sensor for example, a GMR element using a giant magnetoresistive effect (GMR) is used.
  • the magnetic sensor is attached to the focus cylinder 50.
  • the magnetic sensor detects the magnetism of the position detection magnet and outputs a detection signal corresponding to the strength of the magnetism.
  • GMR giant magnetoresistive effect
  • the output signal of the magnetic sensor is sent to the control unit 37 of the camera body 32.
  • the control unit 37 detects the position of the focus lens frame 51 in the optical axis direction based on the output signal of the magnetic sensor, and moves the first focus lens 42 to a desired position by the first focus mechanism 46 to perform focusing.
  • the guide position of the focus lens frame 51 by the guide rods 52A and 52B and the magnetic force action position of the focus lens frame 51 by energizing the coil 13 are centered on the optical axis Ax. It is located on a concentric circle. Therefore, the guide rods 52A, 52B, the magnet 12, the outer yoke 24A, and the inner yoke 24B are arranged in a balanced manner with the optical axis Ax as the center, and the focus lens frame 51 can be smoothly moved in the optical axis direction. Can do.
  • the second focus mechanism 47 is configured in the same manner as the first focus mechanism 46 except that the second focus lens 44 is attached to the focus lens frame 51 in place of the first focus lens 42. ing. For this reason, the same code
  • the second focus mechanism 47 is attached in the opposite direction to the first focus mechanism 46 in the mounting direction, but it may be in the same direction.
  • the aperture mechanism 48 has aperture blades 48A arranged on the optical axis Ax. By increasing / decreasing the diameter of the aperture opening formed by the aperture blade 48A, the amount of photographing light incident on the camera body 32 is adjusted.
  • the image stabilization mechanism 49 uses an X-direction VCM and a Y-direction VCM (not shown) to place the blur correction lens 43 in the direction to cancel the blur of the image on the XY plane (the image sensor 36 orthogonal to the optical axis Ax).
  • the image blur is corrected by displacing the image on the imaging surface.
  • the operation of the imaging device 30 of this embodiment will be described.
  • the first focus mechanism 46 and the second focus mechanism 47 are operated, the first focus lens 42 and the second focus lens 44 are moved in the optical axis direction, and focus control is performed. Done.
  • the lens movement amount is dispersed, so that quick focusing becomes possible.
  • the image stabilization mechanism 49 is operated to move the shake correction lens 43 on the XY plane, and the image shake is corrected.
  • the coil 13 is formed in a trapezoidal shape, the thrust is not reduced by the amount of the reduced reverse thrust, and the thrust can be increased with a simple configuration.
  • the circumferential length Lct of the coil 13 can be shortened, and the weight can be reduced. Therefore, by using the VCMs 10, 23, and 27 that are light and have improved thrust, the focusing performance of the imaging device 30 can be improved and the weight of the imaging device 30 can be reduced.
  • focus control is performed using the two focus mechanisms 46 and 47, but the focus control may be performed using one focus mechanism.
  • Imaging device 31 lens unit (optical device) 32 Camera body (imaging unit) 33 Connector 34 Optical system 35 Lens barrel member 36 Image sensor 37 Control unit 38 Focus ring 41 First lens 42 First focus lens (second lens) 43 Vibration reduction lens (third lens) 44 Second focus lens (fourth lens) 45 5th lens 46 1st focus mechanism (lens moving device) 47 Second focus mechanism (lens moving device) 48 Aperture mechanism 48A Aperture blade 49 Anti-vibration mechanism 50 Focus cylinder (first member) 50A, 50B

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Abstract

コイルの重量を増加させることなく、必要な推力が得られ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。　ボイスコイルモータ（１０）のヨーク（１１）は、マグネット保持部としての外側ヨーク（１５Ａ）と、コイル挿通部としての内側ヨーク（１５Ｂ）とを有する。マグネット（１２）は、外側ヨーク（１５Ａ）の内側ヨーク（１５Ｂ）側の面に固定される。コイル（１３）は内側ヨーク（１５Ｂ）に挿通される。コイル（１３）は、内側長辺（１３Ａ）の線長である内側線長（ＬＩｔ）よりも、外側長辺（１３Ｂ）の線長である外側線長（ＬＯｔ）が短い台形状に形成されている。外側長辺（１３Ｂ）が内側長辺（１３Ａ）よりも短くされるため、外側長辺（１３Ｂ）を流れる電流による逆推力を小さくすることができ、その分だけコイル（１３）の推力の低下が抑えられる。

Description

ボイスコイルモータ、レンズ移動装置及び撮像装置
　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１，２参照）。例えば、特許文献１の段落［００３２］～［００３５］では、ヨーク、マグネット、及び空芯コイルを有するボイスコイルモータを用いて必要な推力を得て、フォーカスレンズを光軸方向に移動させている。また、特許文献２では、フォーカスレンズを取り囲むようにコイルを配置して、４個のヨークによって推力を得ている。
特開２０１０－７２０６２号公報 特開平８－９４９０４号公報
　しかしながら、特許文献１のボイスコイルモータでは、必要な推力に応じてコイル等を構成する必要があり、その分だけ重量が増加してしまう。
　また、特許文献２のボイスコイルモータの場合も、４個のヨーク及びマグネットを用いたり、レンズを取り囲むようにコイルを形成したりするため、重量が増加してしまう。
　本発明は、コイルの重量を増加させることなく、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を目的とする。
　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。コイルは、マグネット側の線長である内側線長よりも、マグネットとは反対側の線長である外側線長が短い台形状に形成されている。
　なお、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。また、コイル挿通部の外側面の幅方向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。
　ヨークは、マグネット保持部及びコイル挿通部を連結する連結部を有するＵ形のヨーク本体と、ヨーク本体の連結部とは反対側の端部に取り付けられる連結板とを有することが好ましい。この場合には、マグネット保持部、コイル挿通部、連結部、及び連結板により、閉ループの磁気回路が構成され、コイルを横切る磁束を増やすことができる。
　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、コイルの重量を減少させつつ、推力を上げ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。
本発明のボイスコイルモータを示す斜視図である。 従来のボイスコイルモータを示す斜視図である。 本発明のボイスコイルモータを分解して示す斜視図である。 本発明のコイルの周回長さを示す断面図である。 従来のコイルの周回長さを示す断面図である。 本発明のボイスコイルモータの側面図である。 ヨークにおけるコイル位置と、コイル位置における推力とを示すグラフであり、円形マークによる折れ線が本実施形態のものを、三角マークによる折れ線が従来のものを示している。 第２実施形態のボイスコイルモータを分解して示す斜視図である。 第３実施形態のボイスコイルモータを示す断面図である。 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１Ａ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３Ａ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の幅（コイル１３の移動方向（図４参照）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。また、内側ヨーク１５Ｂの外側面の幅方向両端角部は面取りされており、傾斜面（面取り部）１８になっている。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。
　ここで、図１Ｂ及び図３Ｂに示す、特許文献１で示される従来のＶＣＭ１００も、Ｕ形のヨーク１０１の外側ヨーク１０１Ａの内側面にマグネット１０２を配し、内側ヨーク１０１Ｂにコイル１０３を挿通している。このようにヨーク１０１、マグネット１０２、及びコイル１０３の配置は本実施形態と同じであるが、図３Ｂに示すように、コイル１０３が、コイル１３のような台形ではなく、内側ヨーク１０１Ｂを囲む矩形に形成されている点で異なっている。従って、前述のとおり台形状のコイル１３では内側線長ＬＩｔと外側線長ＬＯｔとはＬＩｔ＞ＬＯｔとなるのに対し、従来のコイル１０３では、内側長辺１０３Ａの長さである内側線長ＬＩｒと外側長辺１０３Ｂの長さである外側線長ＬＯｒとが同一長さになる。
　ところで、矢印ＡＩで示すように、コイル１０３に電流が流れる場合に、主にコイル１０３の内側長辺１０３Ａに作用する推力でコイル１０３が移動する。しかしながら、外側長辺１０３Ｂにも内側長辺１０３Ａとは逆方向に電流が流れるため、外側長辺１０３Ｂには内側長辺１０３Ａ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。従って、この逆推力の減少分だけ推力を上げることができる。
　図５は、台形状のコイル１３を用いた本実施形態のＶＣＭ１０と、矩形状のコイル１０３を用いた従来例のＶＣＭ１００との推力分布を示すグラフである。横軸には、内側ヨーク１５Ｂ，１０１Ｂにおけるコイル１３，１０３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１３，１０３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。コイル１３は、始端位置と、図４に２点鎖線で示す連結部１５Ｃ側にコイルが位置する終端位置との間で移動し、その移動距離ＭＬは例えば１６．５ｍｍである。コイル位置を２ｍｍ間隔とし、各コイル位置におけるコイルに加わる推力Ｆ［Ｎ］を求めた。なお、各ＶＣＭ１０，１００における駆動電圧、コイル１３，１０３の素線径、巻き数、マグネット１２，１０２及び外側ヨーク１５Ａ，１０１Ａのサイズは同じにしている。
　コイルに加わる推力Ｆ［Ｎ］は、
　Ｆ＝Ｉ・Ｂ・Ｌにより求めることができる。但し、Ｉは電流値［Ａ］、Ｂは磁束密度［Ｔ］、Ｌは磁束を受けるコイルの線長［ｍ］である。また、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、台形のコイル１３に加わる推力Ｆｔは、
Ｆｔ＝Ｉ・ＢＩ・ＬＩ－Ｉ・ＢＯ・ＬＯ
により求めることができる。
　図５において、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１Ａ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、図１Ｂ等に示す従来のＶＣＭ１００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１０３を用いた従来のものに比べて、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３Ａ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）しているので、台形状のコイル１３における中心線の周回長さＬｃｔを、従来の矩形状のコイル１０３における中心線の周回長さＬｃｒ（図３Ｂ参照）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６は、第２実施形態のＶＣＭ２３を示している。このＶＣＭ２３では、内側ヨーク２４Ｂを外側ヨーク２４Ａよりも幅狭に形成し、且つ第１実施形態の面取りによる傾斜面１８を無くしている。なお、以下の各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。第２実施形態でも、コイル１３を台形に形成することができ、第１実施形態と同様に、コイル１３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、第２実施形態では、外側ヨーク２４Ａ及び内側ヨーク２４Ｂに矩形の開口２５を形成し、更に重量を軽くしている。開口２５はコイル１３の移動方向に長い矩形状のスリットとすることにより、開口２５を形成しても、外側ヨーク２４Ａ及び内側ヨーク２４Ｂの磁力の低下を抑えることができるため、推力を低下させることなく、重量を軽くすることができる。
　図７は、第３実施形態のＶＣＭ２７を示している。このＶＣＭ２７では、第２実施形態のＶＣＭ２３とは逆に、外側ヨーク２８Ａ及び内側ヨーク２８Ｂは幅を同一とし、代わりに内側ヨーク２８Ｂに傾斜面１８を形成している。これにより、コイル１３を台形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。
　本発明のＶＣＭ１０，２３，２７は、以下に説明するレンズ移動装置や撮像装置３０に用いられる他に、各種の駆動装置に用いられる。なお、第２実施形態のＶＣＭ２３に形成した開口２５は他の第１実施形態や第３実施形態の外側ヨーク１５Ａ，２８Ａ及び内側ヨーク１５Ｂ，２８Ｂに形成してもよい。
　次に、図８～図１１を参照して、一例として第２実施形態のＶＣＭ２３を用いたレンズ移動装置を有する撮像装置について説明する。本発明を実施した撮像装置３０は、光学装置としてのレンズユニット３１と、撮像部としてのカメラ本体３２とを有する。レンズユニット３１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３２内の撮像素子３６に、被写体像を結像させる。このレンズユニット３１は、カメラ本体３２に対して着脱自在なコネクタ３３を有する。なお、レンズユニット３１は、カメラ本体３２と一体に構成してもよい。
　レンズユニット３１は、光学系３４を鏡筒部材３５内に備える。光学系３４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４１～第５レンズ４５を有する。なお、第１レンズ４１～第５レンズ４５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３２は、光学系３４を通して得られる被写体の光学像を撮像する撮像素子３６を備える。制御部３７は、撮像素子３６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３６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３５内には、被写体側から順に第１フォーカス機構４６と、絞り機構４８と、防振機構４９と、第２フォーカス機構４７とが配される。第１フォーカス機構４６及び第２フォーカス機構４７は、本発明のレンズ移動装置として機能する。
　鏡筒部材３５の外周にはフォーカスリング３８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３８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４２及び第４レンズとしての第２フォーカスレンズ４４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４２、第２フォーカスレンズ４４が配されて、合焦が可能となる。
　第１レンズ４１及び第５レンズ４５は固定レンズであり、鏡筒部材３５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４２、第３レンズとしてのブレ補正レンズ４３、及び第４レンズとしての第２フォーカスレンズ４４は可動レンズである。
　第１フォーカスレンズ４２は第１フォーカス機構４６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４４は第２フォーカス機構４７により駆動され光軸方向に移動する。
　図９～図１１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４６は、１対のＶＣＭ２３と、外側ヨーク２４Ａが連結される第１部材としての円筒状のフォーカス筒５０と、コイル１３に連結される第２部材としてのフォーカスレンズ枠５１と、１対のガイド棒５２Ａ，５２Ｂと、ベース板５３とを有している。第１フォーカス機構４６は、コイル１３への通電により、フォーカス筒５０及びフォーカスレンズ枠５１をコイル１３の移動方向に相対移動させることにより、第１フォーカスレンズ４２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１０に示すように、フォーカスレンズ枠５１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４２を保持している。フォーカスレンズ枠５１の上部及び下部には、ＶＣＭ２３の内側ヨーク２４Ｂを取り付ける開口５１Ａ，５１Ｂが形成されている。
　フォーカスレンズ枠５１の左側には摺動筒５１Ｃが、フォーカスレンズ枠５１の右側には摺動溝５１Ｄが形成されている。摺動筒５１Ｃにはガイド棒５２Ａが、摺動溝５１Ｄにはガイド棒５２Ｂが挿通される。
　ガイド棒５２Ａ，５２Ｂは、フォーカス筒５０の端面とベース板５３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５２Ａ，５２Ｂ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９に示すように、ガイド棒５２Ａ，５２Ｂは、フォーカス筒５０の端面とベース板５３とに設けられる保持孔５０Ａ，５０Ｂ，５３Ａ，５３Ｂに両端部が挿通して固定される。これら１対のガイド棒５２Ａ，５２Ｂによって、フォーカスレンズ枠５１は光軸方向に移動自在に保持される。
　図９及び図１１に示すように、外側ヨーク２４Ａは、フォーカス筒５０の内周面に、取付ネジ５６によって固定される。外側ヨーク２４Ａと内側ヨーク２４Ｂ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２４Ｂは外側ヨーク２４Ａよりも光軸Ａｘ寄りに位置している。
　図１０に示すように、フォーカスレンズ枠５１は開口５１Ａ，５１Ｂの周囲にコイル収納部５１Ｅが形成されている。開口５１Ａ，５１Ｂには内側ヨーク２４Ｂが入れられる。コイル収納部５１Ｅにはコイル１３が収納される。開口５１Ａ，５１Ｂに内側ヨーク２４Ｂが入れられた後に、連結板１６の嵌合溝１６Ａに、外側ヨーク２４Ａ及び内側ヨーク２４Ｂの嵌合突片１５Ｄが嵌合されて、外側ヨーク２４Ａ，内側ヨーク２４Ｂ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２４Ｂ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５１が移動する。この移動により、第１フォーカスレンズ４２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５１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５１の摺動筒５１Ｃの外側面に埋め込まれて、表面が外部に露出している。
　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５０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３２の制御部３７に送られる。制御部３７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５１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４２を第１フォーカス機構４６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９に示すように、ガイド棒５２Ａ，５２Ｂによるフォーカスレンズ枠５１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５１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５２Ａ，５２Ｂ、マグネット１２、外側ヨーク２４Ａ、及び内側ヨーク２４Ｂがバランスの取れた配置となり、フォーカスレンズ枠５１の光軸方向への移動を円滑に行うことができる。
　図８に示すように、第２フォーカス機構４７は、フォーカスレンズ枠５１に第１フォーカスレンズ４２に代えて第２フォーカスレンズ４４が取り付けられている以外は、第１フォーカス機構４６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４７は、取り付け方向を第１フォーカス機構４６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４６と第２フォーカス機構４７との間には、絞り機構４８及び防振機構４９が取り付けられている。絞り機構４８は、光軸Ａｘに配された絞り羽根４８Ａを有している。この絞り羽根４８Ａ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３２に入射する撮影光の光量が調整される。
　防振機構４９は、周知のように、図示を省略したＸ方向ＶＣＭ及びＹ方向ＶＣＭを用いて、画像のブレを打ち消す方向にブレ補正レンズ４３をＸＹ面（光軸Ａｘと直交する撮像素子３６の撮像面）上で変位させることにより、画像ブレを補正する。
　次に、本実施形態の撮像装置３０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４６及び第２フォーカス機構４７が作動して、第１フォーカスレンズ４２及び第２フォーカスレンズ４４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４２，４４を第１フォーカス機構４６及び第２フォーカス機構４７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４２，４４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３０のブレを検出すると、防振機構４９が作動して、ブレ補正レンズ４３をＸＹ面で移動させ、画像ブレが補正される。
　コイル１３は台形に形成されることにより、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を短くすることができ、重量を軽くすることができる。従って、軽量で推力が向上したＶＣＭ１０，２３，２７を用いることにより、撮像装置３０の合焦性能を上げることができる他に、撮像装置３０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４６，４７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。
１０，２３，２７，１００　　　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
１８　　　傾斜面（面取り部）
２１　　　円形マーク
２２　　　三角マーク
２４Ａ　　外側ヨーク
２４Ｂ　　内側ヨーク
２５　　　開口
２８Ａ　　外側ヨーク
２８Ｂ　　内側ヨーク
３０　　　撮像装置
３１　　　レンズユニット（光学装置）
３２　　　カメラ本体（撮像部）
３３　　　コネクタ
３４　　　光学系
３５　　　鏡筒部材
３６　　　撮像素子
３７　　　制御部
３８　　　フォーカスリング
４１　　　第１レンズ
４２　　　第１フォーカスレンズ（第２レンズ）
４３　　　ブレ補正レンズ（第３レンズ）
４４　　　第２フォーカスレンズ（第４レンズ）
４５　　　第５レンズ
４６　　　第１フォーカス機構（レンズ移動装置）
４７　　　第２フォーカス機構（レンズ移動装置）
４８　　　絞り機構
４８Ａ　　絞り羽根
４９　　　防振機構
５０　　　フォーカス筒（第１部材）
５０Ａ，５０Ｂ　　保持孔
５１　　　フォーカスレンズ枠（第２部材）
５１Ａ，５１Ｂ　　開口
５１Ｃ　　摺動筒
５１Ｄ　　摺動溝
５１Ｅ　　コイル収納部
５２Ａ，５２Ｂ　　ガイド棒
５３　　　ベース板
５３Ａ，５３Ｂ　　保持孔
５６　　　取付ネジ
１０１　　ヨーク
１０１Ａ　外側ヨーク
１０１Ｂ　内側ヨーク
１０２　　マグネット
１０３　　コイル
１０３Ａ　内側長辺
１０３Ｂ　外側長辺
ＡＩ　　　電流の流れを示す矢印
Ａｘ　　　光軸
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
ＬＩｒ　　矩形状のコイルの内側線長
ＬＩｔ　　台形状のコイルの内側線長
ＬＯｒ　　矩形状のコイルの外側線長
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
ＭＬ　　　コイルの移動距離
ＷＯ　　　外側ヨークの幅
ＷＩ　　　内側ヨークの幅

Claims (6)

  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形成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、
    　前記コイル挿通部に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であって、前記マグネット側の線長である内側線長よりも前記マグネットとは反対側の線長である外側線長が短い台形状のコイルと
    　を備えるボイスコイルモータ。
  2. 　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１記載のボイスコイルモータ。
  3. 　前記コイル挿通部の外側面の幅方向両端は面取り部を有する請求項１または２記載のボイスコイルモータ。
  4. 　前記マグネット保持部及び前記コイル挿通部を連結する連結部を有するＵ形のヨーク本体と、前記ヨーク本体の前記連結部とは反対側の端部に取り付けられる連結板とを、前記ヨークは有する請求項１から３いずれか１項記載のボイスコイルモータ。
  5. 　請求項１から４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。
  6. 　撮像部と、
    　前記撮像部に被写体像を結像させる請求項５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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