JP2006133311A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 騒音を抑制し、消費電力を低減させつつ、更なる小型化および低コスト化を図ることができる光学装置を提供すること。
【解決手段】 自転運動を行う自転ロータ１５と、自転ロータの外側に所定のギャップを設けて配設されたヨーク１８およびヨーク１８に固着された磁石２３、２４を有し、磁石２３、２４に磁気力を作用させることによって公転運動を可能とされた公転ロータ１７と、公転ロータ１７の磁石２３、２４に磁気力を作用させる励磁手段２５、２６とを備え、自転ロータ１５の少なくとも一部が磁性体からなり、自転ロータ１５が、公転ロータ１７の公転運動の際に磁石２３、２４によって作用される磁気力によって自転運動を可能とされていること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学装置に係り、特に、携帯電話等のカメラにおけるオートフォーカス機構等に用いられ、光学素子を光軸方向へ移動させるのに好適な光学装置に関する。

従来から、携帯電話のカメラ等の小型の光学装置においては、光学素子としてのレンズを光軸方向に移動させて焦点を最適な位置に調整するオートフォーカス機構が用いられている。

近年、この種の光学装置は、小型化および低コスト化の要請が高まっており、これにともなって、そのような光学装置に用いられるオートフォーカス機構についても、今後、さらに小型でかつ安価に生産することが重要となる。

現状においては、小型化および低コスト化に適したオートフォーカス機構として、いわゆるボイスコイルモータ方式のオートフォーカス機構が主流とされている。

また、最近においては、いわゆるワブルモータと称される公転および自転を行うロータを備えたモータによってレンズを光軸方向に駆動する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開平１０−３０４６４６号公報 特開平１１−３１１２０６号公報 特開２００２−３３３５６５号公報

しかしながら、ボイスコイルモータ方式のオートフォーカス機構は、レンズを所定のフォーカス位置に移動させた後も、フォーカス位置を保持するために電力を供給し続ける必要があり、消費電力が大きいといった問題点を有していた。

さらに、ステッピングモータおよびこれに係合するウォームギアやギアあるいはカム等を用いてオートフォーカス機構を安価に構成することは可能であるが、この場合には、機構部分が大きくなり過ぎるため、従前からの小型化の要請に反する上に、携帯電話等の小型の光学装置内への配置の際における自由度が低下し、デザインを制約する結果となってしまう。

また、特許文献１〜３に示すワブルモータは、歯車同士の噛み合いやロータと他の構成部との接触をともないながらロータが自転および公転を行う構成であるため、騒音を生じる虞があった。

そこで、本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、騒音および消費電力を抑えつつ、更なる小型化および低コスト化を図ることができる光学装置を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る光学装置の特徴は、光軸方向に移動可能とされた光学素子と、この光学素子を前記光軸方向に移動させるための回転運動機構とを備えた光学装置において、前記回転運動機構が、自転運動を行う自転ロータと、この自転ロータに対して所定のギャップを設けて配設されたヨークおよびこのヨークに固着された磁石を有し、前記磁石に磁気力を作用させることによって前記自転ロータの自転軸を中心とした公転運動を可能とされた公転ロータと、前記公転ロータの磁石に磁気力を作用させる励磁手段とを備え、前記自転ロータの少なくとも一部が磁性体からなるとともに、前記自転ロータが、前記公転ロータの公転運動の際に前記公転ロータの磁石から磁気力を作用させられることによって前記自転運動を可能とされ、かつ、前記回転運動機構における前記自転ロータの自転運動を前記光学素子の前記光軸方向への移動運動に変換する変換機構を備えた点にある。

そして、このような構成によれば、まず、励磁手段によって公転ロータの磁石に磁気力を作用させることにより、公転ロータを公転させることができ、次いで、公転ロータの公転運動の際に、公転ロータの磁石によって自転ロータに磁気力を作用させることにより、自転ロータを自転運動させることができ、最後に、自転ロータの自転運動を変換機構によって光学素子の移動運動に変換させることにより、光学素子を光軸方向に移動させることが可能となる。

請求項２に係る光学装置の特徴は、請求項１において、前記公転ロータの公転半径を規制する公転半径規制機構を備えた点にある。

そして、このような構成によれば、更に、必要以上に公転半径を大きくすることがないため、装置のさらなる小型化が可能となり、さらに、コイルと公転ロータとの間のギャップを適正に確保しつつ円滑な公転を行わせることができ、静音性をさらに向上することが可能となる。

請求項３に係る光学装置の特徴は、請求項２において、前記公転半径規制機構が、前記ヨークに形成された円形状のヨーク側凹部と、装置本体における前記ヨーク側凹部に臨む位置に、その中心が前記ヨーク側凹部の中心からずれるように前記ヨーク側凹部と同径の円形状に形成された本体側凹部と、前記ヨーク側凹部と前記本体側凹部との間に配設されたガイドローラとを備えている点にある。

そして、このような構成によれば、更に、ヨーク側凹部、本体側凹部およびガイドローラからなる簡易な構成によって公転半径規制機構を形成することが可能となる。

請求項４に係る光学装置の特徴は、請求項２において、前記公転半径規制機構が、前記ヨークに形成された円柱形状のヨーク側凸部と、装置本体における前記ヨーク側凸部に臨む位置に、その中心が前記ヨーク側凸部の中心からずれるように前記ヨーク側凸部と同径の円柱形状に形成された本体側凸部と、前記ヨーク側凸部と前記本体側凸部との外周に周設されたガイドスリーブとを備えている点にある。

そして、このような構成によれば、更に、ヨーク側凸部、本体側凸部およびガイドスリーブからなる簡易な構成によって公転半径規制機構を形成することが可能となる。

請求項５に係る光学装置の特徴は、請求項２において、前記公転半径規制機構が、前記ヨークに形成された円形状のヨーク側凹部と、装置本体における前記ヨーク側凹部に臨む位置に、その中心が前記ヨーク側凹部の中心からずれるように前記ヨーク側凹部と同径の円形状に形成された本体側凹部と、前記ヨーク側凹部と前記本体側凹部との間に配設されたガイドボールとを備えている点にある。

そして、このような構成によれば、更に、ヨーク側凹部、本体側凹部およびガイドボールからなる簡易な構成によって公転半径規制機構を形成することが可能となる。

請求項６に係る光学装置の特徴は、請求項１〜５のいずれか１項において、前記公転ロータにおける前記ヨークの内周面に、周方向に所定の間隔を設けて複数の公転ロータ側突極部が形成され、前記自転ロータの外周面における前記公転ロータ側突極部に臨む位置に、周方向に所定の間隔を設けて前記公転ロータ側突極部よりも個数が少ない複数の自転ロータ側突極部が形成されている点にある。

そして、このような構成によれば、更に、公転ロータ側突極部および自転ロータ側突極部によって公転ロータから自転ロータに対して局所的に大きな磁気力を作用させることができるため、自転ロータをさらに効率よく回転させることが可能となる。

請求項７に係る光学装置の特徴は、請求項１〜６のいずれか１項において、前記公転ロータの磁石が、前記ヨークに沿った円環状の磁石とされるとともに、２つの円弧状に等分する方向および軸方向に等分する方向に４極着磁されてなり、かつ、このように４極着磁された前記公転ロータの磁石が軸方向に２個並設され、さらに、前記２個の磁石は、前記２つの円弧状に等分する仮想等分線が互いに直交するような位置関係にある点にある。

そして、このような構成によれば、更に、簡易な構成によって、公転ロータによる公転運動を効率的に行わせることが可能となる。

請求項８に係る光学装置の特徴は、請求項１〜６のいずれか１項において、前記公転ロータの磁石が、前記ヨークに沿った円環状の磁石とされるとともに、２つの円弧状に等分する方向および半径方向に等分する方向に４極着磁されてなり、かつ、このように４極着磁された前記公転ロータの磁石が軸方向に２個並設され、さらに、前記２個の磁石は、前記２つの円弧状に等分する仮想等分線が互いに直交するような位置関係にある点にある。

そして、このような構成によれば、更に、簡易な構成によって、公転ロータによる公転運動を効率的に行わせることが可能となる。

請求項９に係る光学装置の特徴は、請求項７または８において、前記励磁手段は、前記２つの公転ロータの磁石に作用する磁気力の合力が、前記自転ロータの半径方向を向き、かつ、この合力が前記自転ロータの自転軸を中心に周方向に回転変位するように前記２つの公転ロータの磁石の各々に順次磁気力を作用させる２個の励磁コイルを有する点にある。

そして、このような構成によれば、更に、２個の励磁コイルからなる簡易な構成によって公転ロータをさらに効率的に公転させることが可能となる。

請求項１０に係る光学装置の特徴は、請求項１〜９のいずれか１項において、前記公転ロータの自転を抑制する自転抑制機構を備えた点にある。

そして、このような構成によれば、更に、自転抑制機構によって公転ロータの自転を抑制して公転運動のみを行わせることができるため、さらに効率よく公転ロータを回転させることが可能となる。

請求項１１に係る光学装置の特徴は、請求項１０において、前記自転抑制機構が、前記ヨークの半径方向の外側位置に前記ヨークを包囲するように所定の間隔を設けて配設され、前記ヨークをその直径に沿った一の方向のみの揺動を許容した状態に保持する自転抑制リングを有し、かつ、この自転抑制リングが、前記一の方向に直交する他の方向のみの揺動を許容された状態に保持されてなる点にある。

そして、このような構成によれば、更に、自転抑制リングによって、公転ロータの自転を確実に抑制することが可能となる。

本発明の請求項１に係る光学装置によれば、まず、励磁手段によって公転ロータの磁石に磁気力を作用させることにより、公転ロータを公転させることができ、次いで、公転ロータの公転運動の際に、公転ロータの磁石によって自転ロータに磁気力を作用させることにより、自転ロータを自転運動させることができ、最後に、自転ロータの自転運動を変換機構によって光学素子の移動運動に変換させることにより、光学素子を所定の方向に移動させることができる結果、騒音および消費電力を抑えつつ、更なる小型化および低コスト化を図ることができる光学装置を実現することができる。

請求項２に係る光学装置によれば、更に、公転半径規制機構によって公転ロータの公転半径を自転ロータとの衝突を回避し得る限度内に規制することができる結果、請求項１に係る光学装置の効果に加えて、さらに、騒音を抑制することができるとともに、光学素子を適切に移動させることができる更に小型の光学装置を実現することができる。

請求項３に係る光学装置によれば、更に、ヨーク側凹部、本体側凹部およびガイドローラからなる簡易な構成によって公転半径規制機構を形成することができる結果、請求項２に係る光学装置の効果に加えて、さらに、部品点数を削減して更なる小型化および低コスト化を図ることができる光学装置を実現することができる。

請求項４に係る光学装置によれば、更に、ヨーク側凸部、本体側凸部およびガイドスリーブからなる簡易な構成によって公転半径規制機構を形成することができる結果、請求項２に係る光学装置の効果に加えて、さらに、部品点数を削減して更なる小型化および低コスト化を図ることができる光学装置を実現することができる。

請求項５に係る光学装置によれば、更に、ヨーク側凹部、本体側凹部およびガイドボールからなる簡易な構成によって公転半径規制機構を形成することができる結果、請求項２に係る光学装置の効果に加えて、さらに、部品点数を削減して更なる小型化および低コスト化を図ることができる光学装置を実現することができる。

請求項６に係る光学装置によれば、更に、公転ロータ側突極部および自転ロータ側突極部によって公転ロータから自転ロータに対して局所的に主たる磁気力を作用させることができる結果、請求項１〜５に係る光学装置の効果に加えて、さらに自転ロータを効率的に自転運動させることができ、光学素子を効率的に移動させることができる光学装置を実現することができる。

請求項７に係る光学装置によれば、更に、簡易な構成によって、公転ロータによる公転運動を効率的に行わせることができる結果、請求項１〜６に係る光学装置の効果に加えて、さらに、小型で安価な光学装置を実現することができる。

請求項８に係る光学装置によれば、更に、簡易な構成によって、公転ロータによる公転運動を効率的に行わせることができる結果、請求項１〜６に係る光学装置の効果に加えて、さらに、小型で安価な光学装置を実現することができる。

請求項９に係る光学装置によれば、更に、２個の励磁コイルからなる簡易な構成によって公転ロータをさらに効率的に公転させることができる結果、請求項７または８に係る光学装置の効果に加えて、さらに、より小型で安価な光学装置を実現することができる。

請求項１０に係る光学装置によれば、更に、自転抑制機構によって公転ロータの自転を抑制して公転運動のみを行わせることができる結果、請求項１〜９に係る光学装置の効果に加えて、さらに高精度に光学素子を移動させることができる光学装置を実現することができる。

請求項１１に係る光学装置によれば、更に、簡易な構成によって、公転ロータの自転を確実に抑制することができる結果、請求項１０に係る光学装置の効果に加えて、さらに、小型で安価な光学装置を実現することができる。

以下、本発明に係る光学装置の第１実施形態について、図１乃至図１５を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態における光学装置１は、光学素子として物体側から固体撮像素子２のセンサ面側（像面側）に向かって順に、第１レンズ３、第２レンズ４および第３レンズ５の３枚のレンズ３、４、５を有しており、各レンズ３、４、５は、光軸７を互いに一致させるようにして筒状のバレル８内に保持されている。

また、第１レンズ３と第２レンズ４との間には絞り９が、第２レンズ４と第３レンズ５との間にはスペーサ１０が、第３レンズ５の像面側にはストッパ１１がそれぞれ配設されている。

さらに、バレル８の外側には、装置本体としてのケース１２が、バレル８を包囲するように配設されており、このケース１２には、レンズ３、４、５をバレル８とともに光軸７方向に移動させるための回転運動を行う回転運動機構としての電磁駆動機構１４が配設されている。

すなわち、図１乃至図３に示すように、ケース１２におけるバレル８の外周面に臨む位置には、電磁駆動機構１４の一部を構成する自転ロータ１５が配設されており、この自転ロータ１５は、前記回転運動として、レンズ３、４、５の光軸７を自転軸とした自転運動を行うようになっている。

そして、自転ロータ１５とバレル８との間には、自転ロータ１５の自転運動をバレル８の光軸７方向への直進運動に変換するための変換機構が配設されている。

本実施形態において、前記変換機構は、自転ロータ１５の内周面とバレル８の外周面とに形成された互いに螺合するねじ構造１６を有している。

さらに、前記変換機構は、バレル８上端部の互いに対向する２箇所に径方向外方に向けて形成された突設部８ａ、８ａがケース１２の内周上端部に形成された２箇所の凹部１２ａ、１２ａに、光軸７方向に移動可能に、かつ、光軸７を中心にした回転方向には回転しないように嵌合された回り止め構造１３を有している。

そして、これらねじ構造１６および回り止め構造１３を有する変換機構によって、自転ロータ１５の自転運動にともなって、レンズ３、４、５を保持しているバレル８をレンズ３、４、５とともに光軸７方向に移動させることが可能となる。

さらに、本実施形態において、電磁駆動機構１４は、図１、図４および図５に示すように、自転ロータ１５の半径方向の外側位置に、公転ロータ１７を有している。

この公転ロータ１７は、自転ロータ１５の半径方向の外側位置に、自転ロータ１５を包囲するように所定のギャップを設けて配設された円環状のヨーク１８を有している。

ヨーク１８は、軸方向（図５における上下方向）に所定の間隔を設けて配設された第１ヨーク板１９、第２ヨーク板２０および第３ヨーク板２１の３枚のヨーク板１９、２０、２１を有している。

そして、第１ヨーク板１９と第２ヨーク板２０との間および第２ヨーク板２０と第３ヨーク板２１との間には、それぞれ第１磁石２３および第２磁石２４が接着等の手法によって固着されている。

図６に示すように、第１磁石２３は、一対のセグメント磁石からなる円弧状の半部２３ａ、２３ｂを、ヨーク１８の中心点を挟んで互いに対向させることによって円環状を呈している。

また、図７に示すように、第２磁石２４は、一対のセグメント磁石からなる円弧状の半部２４ａ、２４ｂを、ヨーク１８の中心点を挟んで互いに対向させることによって円環状を呈している。

なお、このような第１磁石２３および第２磁石２４の形状は、厳密には、間欠した円環状であるが、本願発明においては、このような完全な円環状ではないものも、広義の円環状として扱うものとする。

そして、このような円環状の第１磁石２３および第２磁石２４は、２個の円弧状に等分する方向および半径方向に等分する方向に４極着磁されている。

具体的には、第１磁石２３は、図６における円弧状の右半部２３ｂのうちの半径方向内側部位がＮ極に、半径方向外側部位がＳ極に、円弧状の左半部２３ａのうちの半径方向内側部位がＳ極に、半径方向外側部位がＮ極にそれぞれ着磁されている。

また、第２磁石２４は、図７における円弧状の上半部２４ａのうちの半径方向内側部位がＮ極に、半径方向外側部位がＳ極に、円弧状の下半部２４ｂのうちの半径方向内側部位がＳ極に、半径方向外側部位がＮ極にそれぞれ着磁されている。

さらに、図６および図７に示すように、第１磁石２３と第２磁石２４とは、前記２個の円弧状に等分する仮想等分線Ｌ、Ｌ’が互いに直交するような位置関係にある。

さらに、図１に示すように、電磁駆動機構１４は、第１磁石２３に臨む図１における上方位置および第２磁石２４に臨む図１における下方位置に、それぞれ励磁手段としての円環状の励磁コイルである第１コイル２５および第２コイル２６を有している。

第１コイル２５および第２コイル２６は、外部電源（図示せず）から電力を供給されることによって、磁界を発生させるようになっている。

そして、これら第１コイル２５および第２コイル２６から発生した磁界は、それぞれ、第１磁石２３、第２磁石２４に磁気力を作用させるようになっている。

これにより、第１磁石２３および第２磁石２４が固着された公転ロータ１７は、第１コイル２５および第２コイル２６の磁界に基づく磁気力によって、自転ロータ１５の自転軸を中心とした公転運動を可能とされている。

また、本実施形態において、第１コイル２５および第２コイル２６は、第１磁石２３および第２磁石２４に作用する磁気力の合力が、自転ロータ１５の半径方向を向き、かつ、それらの合力が自転ロータ１５の自転軸を中心に周方向に回転変位するように各磁石２３、２４に磁気力を作用させるようになっている。

これにより、公転ロータ１７を、自転ロータ１５の自転軸を中心としてさらに適切に公転させることが可能となる。

さらに、本実施形態において、自転ロータ１５は、少なくとも、公転ロータ１７に臨む外周面が磁性体（より好ましくは強磁性体）によって形成されている。

そして、自転ロータ１５には、公転ロータ１７の公転運動の際に、第１磁石２３および第２磁石２４から磁気力が作用するようになっており、この磁気力によって、自転ロータ１５が前記自転運動を可能とされている。

上記の構成によれば、まず、第１コイル２５および第２コイル２６によって公転ロータ１７の第１磁石２３および第２磁石２４に磁気力を作用させることにより、公転ロータ１７を公転させることができる。次いで、公転ロータ１７の公転運動の際に、第１磁石２３および第２磁石２４によって自転ロータ１５に磁気力を作用させることにより、自転ロータ１５を自転運動させることができる。最後に、自転ロータ１５の自転運動をねじ構造１６及び回り止め構造１３によって直進運動に変換させて、レンズ３、４、５を光軸７方向に移動させることができる。

図８および図９に示すように、本実施形態において、電磁駆動機構１４は、公転ロータ１７の公転半径を規制する公転半径規制機構２７を有している。

この公転半径規制機構２７は、第２ヨーク板２０に形成された平面円形状のヨーク側凹部２９を有している。

また、公転半径規制機構２７は、ケース１２におけるヨーク側凹部２９に臨む位置に、その中心がヨーク側凹部２９の中心からずれるようにヨーク側凹部２９と同径の平面円形状に形成された本体側凹部としてのケース側凹部３０を有している。

さらに、公転半径規制機構２７は、ヨーク側凹部２９とケース側凹部３０との間に配設され、互いの凹部に係合する円柱形状のガイドローラ３１を有している。

これにより、更に、公転ロータ１７の公転半径を必要以上に大きくすることがないため、装置のさらなる小型化が可能となる。また、第１コイル２５と公転ロータ１７との間のギャップおよび第２コイル２６と公転ロータ１７との間のギャップをそれぞれ適正に確保させつつ公転ロータ１７に円滑な公転を行わせることができる結果、静音性をさらに向上することが可能となる。さらに、ヨーク側凹部２９、ケース側凹部３０およびガイドローラ３１からなる簡易な構成によって公転半径規制機構２７を小型にかつ安価に形成することが可能となる。

なお、公転半径規制機構は、上記の構成に限らず、例えば、図１０に示すように形成してもよい。すなわち、図１０における公転半径規制機構３２は、第２ヨーク板２０に形成された円柱形状のヨーク側凸部３３を有している。また、公転半径規制機構３２は、ケース１２におけるヨーク側凸部３３に臨む位置に、その中心がヨーク側凸部３３の中心からずれるようにヨーク側凸部３３と同径の円柱形状に形成されたケース側凸部３４を有している。さらに、公転半径規制機構３２は、ヨーク側凸部３３とケース側凸部３４との外周に周設された円筒形状のガイドスリーブ３５を有している。

この他にも、例えば、図１１に示すように、図９におけるガイドローラ３１に代わり、球形のガイドボール３７をヨーク側凹部２９とケース側凹部３０との間に配設することによって、公転半径規制機構３８を形成するようにしてもよい。

図１０、図１１の場合においても、公転半径規制機構３２、３８を簡易に形成することができ、公転ロータ１７の公転半径を確実に好適な範囲内に規制することが可能となる。

図２および図５に戻って、本実施形態において、公転ロータ１７における第１〜第３ヨーク板１９、２０、２１の内周面には、周方向に所定の間隔を設けて複数の公転ロータ側突極部３９が切り欠き形成されている。

なお、公転ロータ側突極部３９の周方向における形成位置および形成間隔は、３つのヨーク板１９、２０、２１の間で完全に揃っている。

さらに、自転ロータ１５の外周面における公転ロータ側突極部３９に臨む位置には、周方向に所定の間隔を設けて複数の自転ロータ側突極部４０が形成されている（図２参照）。この自転ロータ側突極部４０は、公転ロータ側突極部３９よりも個数が少なくなっている。

これにより、更に、公転ロータ側突極部３９および自転ロータ側突極部４０によって、公転ロータ１７から自転ロータ１５に対して局所的に自転ロータ１５の自転運動に寄与する大きな磁気力を作用させることが可能となる。

すなわち、公転ロータ１７の公転の際に、自転ロータ１５には、第１磁石２３および第２磁石２４からの磁気力が、ヨーク１８およびヨーク１８−自転ロータ１５間のギャップを介して伝達される。

このとき、ヨーク１８の透磁率は空気の透磁率よりも大きいため、ヨーク１８における公転ロータ側突極部３９が形成された部位に磁束を集中させることにより、効率よく自転ロータ１５に磁気力を伝達させることができる。

また、自転ロータ１５に伝達される磁気力は、ヨーク１８−自転ロータ１５間のギャップが小さいほど大きくなる。

つまり、公転ロータ１９の公転の際には、ヨーク１８−自転ロータ１５間のギャップが最小となる位置が存在するが、この位置において、最も接近し合った公転ロータ側突極部３９と自転ロータ側突極部４０との間に、大きな磁気力が局所的に作用することになる。

そして、この大きな磁気力が作用する部位は、公転ロータ１７の公転にともなって周方向に変位するため、自転ロータ１５には、周方向に変位するように大きな磁気力が連続的に作用することになる。

この結果、自転ロータ１５に対して自転運動のために必要な磁気力を効率的に作用させることができる。

なお、自転ロータ１５に作用する磁気力は、吸引力であってもよいし、反発力であってもよい。

さらに、図１２および図１３に示すように、本実施形態における光学装置１は、公転ロータ１７の自転を抑制する自転抑制機構４２を備えている。

すなわち、第２ヨーク板２０の半径方向の外側位置には、円環状の自転抑制リング４３が、第２ヨーク板２０を包囲するようにして半径方向に所定の間隔を設けて配設されている。

また、自転抑制リング４３の内周面における自転抑制リング４３の中心点Ｏを通る同一の仮想線分（図示せず）上の２箇所の位置であって、中心点Ｏを挟んで互いに対向する位置には、それぞれ中心側に向かって２つの内側突起部４５が突出形成されている。

さらに、第２ヨーク板２０の外周面における内側突起部４５に臨む２箇所の位置には、中心側に向かって２つのヨーク側溝部４６がそれぞれ凹入形成されている。

そして、各ヨーク側溝部４６には、それぞれに対応する内側突起部４５が、半径方向に遊びをもった状態で遊挿されており、これにより、ヨーク１８が、前記２つの内側突起部４５を結ぶ仮想線分の方向のみの揺動を許容されるようになっている。

また、自転抑制リング４３の外周面における前述した２つの内側突起部４５を結ぶ仮想線分に直交する仮想線分（図示せず）上の２箇所の位置であって、中心点Ｏを挟んで互いに対向する位置には、それぞれ半径方向における外側方向に向かって２つの外側突起部４７が突出形成されている。

さらに、ケース１２における外側突起部４７に臨む位置には、２つのケース側溝部４８が、中心点Ｏから離間する側に向かって貫通するように形成されており、このケース側溝部４８には、それぞれに対応する外側突起部４７が、半径方向に遊びをもった状態で遊挿されている。

これにより、自転抑制リング４３が、前記２つの外側突起部４７を結ぶ仮想線分の方向のみの揺動を許容されるようになっている。

このように構成された自転抑制機構４２によれば、自転抑制リング４３によって公転ロータ１７の自転を確実に抑制することができ、公転ロータ１７を簡易な構成によって適切に公転させることが可能となる。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態においては、まず、図６（ｂ）に示すように、外部電源によって第１コイル２５に駆動電圧を印加して電力を供給することにより、第１コイル２５における第１磁石２３に近傍する側の部位がＳ極に、これに相対する側の部位がＮ極に相当するような磁界を発生させる。

これにより、第１磁石２３における図６（ａ）の右半部２３ｂには、第１コイル２５から磁気力として同図左方向への吸引力が作用し、左半部２３ａには、第１コイル２５から磁気力として同図左方向への反発力が作用する。

これにより、第１磁石２３には、全体として図６における左方向への磁気力が作用する。

また、このとき、外部電源によって第２コイル２６に駆動電圧を印加して電力を供給することにより、図７（ｂ）に示すように、第２コイル２６における第２磁石２４に近傍する側の部位がＳ極に、これに相対する側の部位がＮ極に相当するような磁界を発生させる。

これにより、第２磁石２４における図８の上半部２４ａには、第２コイル２６から磁気力として同図下方向への吸引力が作用し、下半部２４ｂには、第２コイル２６によって磁気力として同図下方向への反発力が作用する。

これにより、第２磁石２４には、全体として図８における下方向への磁気力が作用する。

この結果、第１磁石２３と第２磁石２４とが固着された公転ロータ１７には、各磁石２３、２４に作用する磁気力の合力として、自転ロータ１５の半径方向を向いた合力が作用する。

そして、図１４に示すように、第１コイル２５と第２コイル２６とに印加する駆動電圧を、（ａ）〜（ｈ）等の各段階において、両駆動電圧の波形の位相が互いにずれるように調整する。

これによって、第１磁石２３に作用する磁気力と第２磁石２４に作用する磁気力との合力が、図１４における時計回りに回転する。

そして、公転ロータ１７は、磁気力の合力の回転に追従して自転ロータ１５の自転軸を中心として図１４中時計回りへの公転運動を行う。

このとき、公転半径規制機構２７によって、真円軌道を有する公転運動の実現により、騒音を確実に抑制することができる。

次いで、公転ロータ１７の公転運動にともなって、公転ロータ１７のヨーク１８と自転ロータ１５との間には、ギャップが最小となる位置が生じるが、この最小のギャップ間において、公転ロータ１７における第１磁石２３および第２磁石２４から、自転ロータ１５に対して大きな磁気力が作用する。

そして、この自転ロータ１５における大きな磁気力が作用する部位は、公転ロータ１７の公転運動にともなって自転ロータ１５の自転軸を中心に図１５における時計回りに回転するため、自転ロータ１５は、この磁気力を受けて図１５における反時計回りに自転運動を行うことができる。

そして、自転ロータ１５の自転運動は、ねじ構造１６及び回り止め構造１３によってバレル８による光軸７方向への直進運動に変換される。

これによって、バレル８に保持されたレンズ３、４、５を光軸７方向へ移動させることができ、この結果、レンズ３、４、５のフォーカス位置を第１のフォーカス位置から第２のフォーカス位置へ調整することができる。

また、このとき、レンズ３、４、５のフォーカス位置が定まった後は、駆動電圧の印加を停止すれば、バレル８の移動を停止させてレンズ３、４、５を第２のフォーカス位置に保持させることができる。

これにより、バレル８を第２のフォーカス位置に保持するために第１コイル２５および第２コイル２６に駆動電圧を印加し続けることを要しないため、電力を無駄に消費しなくて済む。

次に、本発明に係る光学装置の第２実施形態について、図１６乃至図２０を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の構造には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１６に示すように、第２実施形態の光学装置５０は、主として、第１コイル５３ならびに第２コイル５４の配置および第１磁石５１ならびに第２磁石５２の着時方向が、第１実施形態とは異なっている。

すなわち、本実施形態においては、円環状の第１磁石５１および第２磁石５２の外周面に臨む外側位置に、円環状の第１コイル５３および第２コイル５４が、それぞれ各磁石５１、５２を包囲するように配設されている。

また、図１７および図１８に示すように、第１磁石５１および第２磁石５２は、２つの円弧状に等分する方向および軸方向に等分する方向に４極着磁されている。

第１磁石５１は、図１７（ａ）における円弧状の右半部５１ｂのうちの軸方向上側（紙面手前側）の部位がＳ極に、軸方向下側（紙面奥側）の部位がＮ極に、円弧状の左半部５１ａのうちの軸方向上側の部位がＮ極に、軸方向下側の部位がＳ極にそれぞれ着磁されている。

また、第２磁石５２は、図１８（ａ）における円弧状の上半部５２ａのうちの軸方向上側（紙面手前側）の部位がＳ極に、軸方向下側（紙面奥側）の部位がＮ極に、円弧状の下半部５２ｂのうちの軸方向上側の部位がＮ極に、軸方向下側の部位がＳ極にそれぞれ着磁されている。

そして、このような第１磁石５１、第２磁石５２が、図１９および図２０に示すように、第１ヨーク板１９と第２ヨーク板２０との間、第２ヨーク板２０と第３ヨーク板２１との間にそれぞれ固着されている。なお、図１９においては、第１ヨーク板１９が省略され、図２０においては第２ヨーク板２０が省略されている。

さらに、本実施形態の光学装置５０は、レンズの枚数が第１レンズ３および第２レンズ４の２枚とされ、また、公転半径規制機構におけるヨーク側凹部２９が第１ヨーク板１９の上面に形成されている点で第１実施形態とは異なっている。

このように構成された第２実施形態の光学装置５０を駆動するには、まず、図１７（ｂ）に示すように、第１コイル５３の軸方向下側の部位がＮ極に、軸方向上側の部位がＳ極に相当するような磁界を発生させるように第１コイル５３に駆動電圧を印加する。

これにより、第１磁石５１の右半部５１ｂに図１７（ｂ）における左方向への反発力が、左半部５１ａに左方向への吸引力が作用し、全体として、第１磁石５１には図１７（ｂ）における左方向への磁気力が作用する。

また、このとき、図１８（ｂ）に示すように、第２コイル５４の軸方向下側（図１８（ｂ）において右側）の部位がＮ極に、軸方向上側（左側）の部位がＳ極に相当するような磁界を発生させるように第２コイル５４に駆動電圧を印加する。

これにより、第２磁石５２の上半部５２ａに図１８（ａ）における下方向への反発力が、下半部５２ｂに下方向への吸引力が作用し、全体として、第２磁石５２には図１８（ａ）における下方向への磁気力が作用する。

そして、第１磁石５１に作用する磁気力と第２磁石５２に作用する磁気力との合力によって、公転ロータ１７が自転ロータ１５の自転軸を中心に公転運動を行う。

そして、公転ロータ１７の公転運動の際に、自転ロータ１５には第１磁石５１および第２磁石５２から磁気力が作用し、この磁気力によって、自転ロータ１５がレンズ３、４を光軸７方向に移動させるための自転運動を行うことができる。

したがって、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、騒音を抑制し、消費電力を低減させつつ、更なる小型化および低コスト化を図ることができるといった優れた効果を奏することができる。

更に、付加的な効果としては、第１コイル５３および第２コイル５４を第１磁石５１および第２磁石５２の外周に配設したことによって、光学装置５０の光軸７方向の厚みを薄くすることができる。

次に、本発明に係る光学装置の第３実施形態について、図２１を参照して説明する。なお、第１実施形態および第２実施形態と同一の構造には同一の符号を付し、説明を省略する。

図２１に示すように、第３実施形態の光学装置５８は、コイルの配置や磁石の着磁方向については第２実施形態と同様であるが、変換機構の構成が大きく異なっている。

すなわち、本実施形態における変換機構は、自転ロータ１５の下端部から光軸７側に向かって延出された螺旋状カム５９を有しており、この螺旋状カム５９の上面には、バレル８の下端部が接触している。

また、バレル８上端部における互いに対向する２箇所の位置は、径方向外方に向けてそれぞれ２個の突設部８ｂ、８ｂが形成されており、各突設部８ｂ、８ｂと、ケース１２上面における各突設部８ｂ、８ｂに径方向の外方においてそれぞれ対応する２箇所の対応部位との間には、２個の板ばね６０、６０がそれぞれ配設されている。

各板ばね６０、６０は、その先端側の部位が、それぞれが対応する突設部８ｂ、８ｂに固着され、その基端側の部位が、それぞれが対応するケース１２上面の対応部位に固着されており、これらの板ばね６０、６０によって、バレル８が下方向に付勢されている。

さらに、各突設部８ｂ、８ｂにおける板ばね６０、６０の固着位置には、図２１における紙面垂直方向の寸法が板ばね６０よりもわずかに大きく形成された２個の凹部６１がそれぞれ形成されている。

そして、各凹部６１に、それぞれが対応する板ばね６０の先端側の部位が挿入された状態で固着されていることによって、バレル８の光軸７を中心とした回転方向への移動を防止し、光軸７方向への移動のみを許容する回り止め構造６２が形成されている。

なお、板ばね６０は、必ずしも凹部６１に固着されている必要はなく、バレル８を図２１における下方へ付勢するものであれば、凹部６１に嵌合されているだけであってもよい。この場合にも、バレル８の回転方向への移動を有効に防止することができる。

このような螺旋状カム５９および回り止め構造６２を有する変換機構を備えた第３実施形態の光学装置５８においては、第１コイル５３および第２コイル５４に駆動電圧を印加することによって自転ロータ１５を自転運動させると、この自転運動にともなって、自転ロータ１５に形成された螺旋状カム５９が、自転ロータ１５と一体的に自転運動を行う。

そして、螺旋状カム５９の上面に下端部を接触させているバレル８は、螺旋状カム５９の上面に摺接することによって、板ばね６０の付勢力に抗するように光軸７方向における上方向へ移動する。

このとき、回り止め構造６２によって、バレル８の回転を防止することができるため、自転ロータ１５の自転運動を、バレル８の光軸７方向への移動運動に適正に変換することができる。

これにより、バレル８に保持されたレンズ３、４、５を所望のフォーカス位置まで移動させることができる。

そして、レンズ３、４、５をフォーカス位置に移動した後は、第１コイル５３および第２コイル５４への駆動電圧の印加を停止することによって、バレル８をフォーカス位置に保持することができる。

したがって、第３実施形態においても、第１および第２実施形態と同様に、騒音を抑制し、消費電力を低減させつつ、更なる小型化および低コスト化を図ることができるといった優れた効果を奏することができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

例えば、前記各実施形態においては、第１磁石２３、５１、第２磁石２４、５２が、それぞれ、一対の円弧状のセグメント磁石（半部）を対向させることによって円環状を呈するようになっていたが、これに限る必要はなく、完全な円環状のリングマグネットを、円弧状に等分する方向および半径方向に等分する方向に４極着磁してもよいし、あるいは、リングマグネットを、円弧状に等分する方向および軸方向に等分する方向に４極着磁してもよい。

また、前記各実施形態においては、回り止め構造１３、６２を構成する突極部８ａ、８ｂと、これに係合する凹部１２ａまたは板ばね６０とが、光軸７を挟んで互いに対向する位置に２対ずつ配設されているが、これに限る必要はなく、バレル８の回転を適正に防止し得るものであれば、突極部８ａ、８ｂと、凹部１２ａまたは板ばね６０とを、一対だけ配設するようにしてもよい。そのようにすれば、更にコストを削減することが可能となる。

一方、これとは逆に、３個以上の突極部８ａ、８ｂを、周方向に等間隔で配設するとともに、ケース１２における各突極部８ａ、８ｂに対応する位置に、３個以上の凹部１２ａまたは板ばね６０を配設するようにしてもよい。そのようにすれば、さらに高精度にバレル８の回転を防止することが可能となる。

本発明に係る光学装置の第１実施形態を示す縦断面図（図１２の１−１断面図） 本発明に係る光学装置の第１実施形態において、自転ロータおよび公転ロータを示す平面図 図２の３−３断面図 本発明に係る光学装置の実施形態において、公転ロータを示す平面図 図４の５−５断面図 本発明に係る光学装置の第１実施形態において、（ａ）第１磁石を示す平面図および（ｂ）当該第１磁石に作用する磁気力の状態を示す説明図 本発明に係る光学装置の第１実施形態において、（ａ）第２磁石を示す平面図および（ｂ）当該第２磁石に作用する磁気力の状態を示す説明図 本発明に係る光学装置の第１実施形態において、公転半径規制機構を示す拡大縦断面図 本発明に係る光学装置の第１実施形態において、公転半径規制機構を示す縦断面図 本発明に係る光学装置の第１実施形態において、公転半径規制機構の図８および図９と異なる他の一例を示す縦断面図 本発明に係る光学装置の第１実施形態において、公転半径規制機構の図８、図９および図１０と異なる他の一例を示す縦断面図 本発明に係る光学装置の第１実施形態において、公転ロータの自転抑制機構を示す平面図 図１２の１３−１３断面図 本発明に係る光学装置の第１実施形態において、第１コイルおよび第２コイルに印加される駆動電圧の波形および駆動電圧の印加にともなう公転ロータの公転運動の状態を示す説明図 本発明に係る光学装置の第１実施形態において、公転ロータの公転運動にともなう自転ロータの自転運動の状態を示す図 本発明に係る光学装置の第２実施形態を示す縦断面図 本発明に係る光学装置の第２実施形態において、（ａ）第１磁石を示す平面図および（ｂ）当該第１磁石に作用する磁気力の状態を示す説明図 本発明に係る光学装置の第２実施形態において、（ａ）第２磁石を示す平面図および（ｂ）当該第２磁石に作用する磁気力の状態を示す説明図 本発明に係る光学装置の第２実施形態において、第２ヨーク板に固着された第１磁石を示す平面図 本発明に係る光学装置の第２実施形態において、第３ヨーク板に固着された第２磁石を示す平面図 本発明に係る光学装置の第３実施形態を示す縦断面図

符号の説明

１、５０、５８ 光学装置
３ 第１レンズ
４ 第２レンズ
５ 第３レンズ
７ 光軸
１２ ケース
１３、６２ 回り止め構造
１４ 電磁駆動機構（回転運動機構）
１５ 自転ロータ
１６ ねじ構造
１７ 公転ロータ
１８ ヨーク
２３、５１ 第１磁石
２４、５２ 第２磁石
２５ 第１コイル
２６ 第２コイル
２７、３２、３８ 公転半径規制機構
２９ ヨーク側凹部
３０ ケース側凹部
３１ ガイドローラ
３３ ヨーク側凸部
３４ ケース側凸部
３５ ガイドスリーブ
３７ ガイドボール
３９ 公転ロータ側突極部
４０ 自転ロータ側突極部
４２ 自転抑制機構
４３ 自転抑制リング
５９ 螺旋状カム
６０ 板ばね

Claims (11)

1. 光軸方向に移動可能とされた光学素子と、
   この光学素子を前記光軸方向に移動させるための回転運動機構とを備えた光学装置において、
   前記回転運動機構が、
   自転運動を行う自転ロータと、
   この自転ロータに対して所定のギャップを設けて配設されたヨークおよびこのヨークに固着された磁石を有し、前記磁石に磁気力を作用させることによって前記自転ロータの自転軸を中心とした公転運動を可能とされた公転ロータと、
   前記公転ロータの磁石に磁気力を作用させる励磁手段とを備え、
   前記自転ロータの少なくとも一部が磁性体からなるとともに、前記自転ロータが、前記公転ロータの公転運動の際に前記公転ロータの磁石から磁気力を作用させられることによって前記自転運動を可能とされ、
   かつ、
   前記回転運動機構における前記自転ロータの自転運動を前記光学素子の前記光軸方向への移動運動に変換する変換機構を備えたこと
   を特徴とする光学装置。
2. 前記公転ロータの公転半径を規制する公転半径規制機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記公転半径規制機構は、
   前記ヨークに形成された円形状のヨーク側凹部と、
   装置本体における前記ヨーク側凹部に臨む位置に、その中心が前記ヨーク側凹部の中心からずれるように前記ヨーク側凹部と同径の円形状に形成された本体側凹部と、
   前記ヨーク側凹部と前記本体側凹部との間に配設されたガイドローラと
   を備えていることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. 前記公転半径規制機構は、
   前記ヨークに形成された円柱形状のヨーク側凸部と、
   装置本体における前記ヨーク側凸部に臨む位置に、その中心が前記ヨーク側凸部の中心からずれるように前記ヨーク側凸部と同径の円柱形状に形成された本体側凸部と、
   前記ヨーク側凸部と前記本体側凸部との外周に周設されたガイドスリーブと
   を備えていることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
5. 前記公転半径規制機構は、
   前記ヨークに形成された円形状のヨーク側凹部と、
   装置本体における前記ヨーク側凹部に臨む位置に、その中心が前記ヨーク側凹部の中心からずれるように前記ヨーク側凹部と同径の円形状に形成された本体側凹部と、
   前記ヨーク側凹部と前記本体側凹部との間に配設されたガイドボールと
   を備えていることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
6. 前記公転ロータにおける前記ヨークの内周面に、周方向に所定の間隔を設けて複数の公転ロータ側突極部が形成され、前記自転ロータの外周面における前記公転ロータ側突極部に臨む位置に、周方向に所定の間隔を設けて前記公転ロータ側突極部よりも個数が少ない複数の自転ロータ側突極部が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学装置。
7. 前記公転ロータの磁石が、前記ヨークに沿った円環状の磁石とされるとともに、２つの円弧状に等分する方向および軸方向に等分する方向に４極着磁されてなり、
   かつ、このように４極着磁された前記公転ロータの磁石が軸方向に２個並設され、
   さらに、前記２個の磁石は、前記２つの円弧状に等分する仮想等分線が互いに直交するような位置関係にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学装置。
8. 前記公転ロータの磁石が、前記ヨークに沿った円環状の磁石とされるとともに、２つの円弧状に等分する方向および半径方向に等分する方向に４極着磁されてなり、
   かつ、このように４極着磁された前記公転ロータの磁石が軸方向に２個並設され、
   さらに、前記２個の磁石は、前記２つの円弧状に等分する仮想等分線が互いに直交するような位置関係にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学装置。
9. 前記励磁手段は、前記２つの公転ロータの磁石に作用する磁気力の合力が、前記自転ロータの半径方向を向き、かつ、この合力が前記自転ロータの自転軸を中心に周方向に回転変位するように前記２つの公転ロータの磁石の各々に順次磁気力を作用させる２個の励磁コイルを有することを特徴とする請求項７または８に記載の光学装置。
10. 前記公転ロータの自転運動を抑制する自転抑制機構を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学装置。
11. 前記自転抑制機構は、
    前記ヨークの半径方向の外側位置に前記ヨークを包囲するように所定の間隔を設けて配設され、前記ヨークをその直径に沿った一の方向のみの揺動を許容した状態に保持する自転抑制リングを有し、
    かつ、
    この自転抑制リングが、前記一の方向に直交する他の方向のみの揺動を許容された状態に保持されてなること
    を特徴とする請求項１０に記載の光学装置。

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