JP2006204006A

JP2006204006A - 電磁アクチュエータおよび電子機器

Info

Publication number: JP2006204006A
Application number: JP2005012268A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kayama; 俊香山; Yukiko Shimizu; 有希子清水; Takayoshi Noji; 孝義野地
Original assignee: Sony Corp; Tamron Co Ltd
Current assignee: Sony Corp; Tamron Co Ltd
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-20
Also published as: JP4615318B2

Abstract

【課題】スイベルテーブルを駆動する電磁アクチュエータにおいて、微小な角度調整を精度良く行えるようにすること。
【解決手段】本発明は、ベース１０に形成された曲面１１に沿って移動可能に設けられるスイベルテーブル２０と、スイベルテーブル２０の駆動源として多極のマグネット３１と複数のコイル３２とが対向配置されて成る電磁駆動手段３０とを備える電磁アクチュエータ１において、この電磁駆動手段３０のコイル３２として円筒形状に巻回したものを用いている。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物を曲面に沿って移動可能にする電磁アクチュエータおよび電子機器に関する。

従来、カメラやマイク、スピーカー等の対象物を載置した状態でその方向を調整する駆動機構としてジンバル機構が知られている。ジンバル機構は、回転軸の方向が互いに異なる２つの回転フレームを組み合わせることで対象物を任意の方向に向けられるようにしたものである。特許文献１では、レンズ鏡筒をパンニング方向およびチルティング方向に回動自在に支持する支持機構にジンバル機構を用い、マグネットおよびコイルによる電磁アクチュエータを駆動源として用いているものが開示されている。

この支持機構では、多極のマグネットに対向配置される複数のコイルに対して所定方向の電流を与えることで電磁力を発生させ、ジンバル機構の回転フレームを回転させている。

特開平８−２９２３５７号公報

しかしながら、従来の電磁アクチュエータにおいては、駆動機構のマグネットに対向するコイルが四角柱形状で巻回されていることから、このコイルに電流を与えた際に発生する磁力線分布に偏りが発生し、複数のコイルへの通電制御による可動体の移動方向や移動量の制御が難しいという問題が生じている。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、ベースに形成された曲面に沿って移動可能に設けられるスイベルテーブルと、スイベルテーブルの駆動源として多極のマグネットと複数のコイルとが対向配置されて成る電磁駆動手段とを備える電磁アクチュエータにおいて、この電磁駆動手段のコイルとして円筒形状に巻回したものを用いている。

このような本発明では、スイベルテーブルの駆動源である多極マグネットと複数のコイルとが対向配置された電磁駆動手段において、コイルを円筒形状に巻回したものを用いているため、コイルへの通電で発生する磁力線分布が特定方向に集中せずに一様となり、複数のコイルへの通電制御でスイベルテーブルの移動方向や移動量を滑らかに調整できるようになる。

したがって、本発明によれば、スイベルテーブルに搭載する対象物の方向をベースの曲面に沿って滑らかかつ精度良く調整することが可能となる。これにより、微小な角度調整も精度良く行うことができ、カメラやマイク、スピーカーといった対象物の方向を的確に制御できる電子機器を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る電磁アクチュエータを説明する模式図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はスイベルテーブルを除いた状態の平面図である。すなわち、この電磁アクチュエータ１は、ベース１０に形成された曲面１１の上にベアリングＢを介して載置されるスイベルテーブル２０と、スイベルテーブル２０を曲面１１に沿って移動させるための駆動源として設けられる電磁駆動手段３０とを備えている。

スイベルテーブル２０は、ベアリングＢとの接触が失われない範囲（可動範囲）でベース１０の曲面１１に沿って回転やスライド移動できるようになっている。

電磁駆動手段３０は、多極のマグネット３１と複数のコイル３２とが対向配置されたもので、多極のマグネット３１は例えばリング状にスイベルテーブル２０の下面中央に取り付けられ、Ｎ極、Ｓ極が９０度ずつ分割で交互に配置されている。

また、複数のコイル３２は、スイベルテーブル２０の位置がニュートラルな状態ではマグネット３１のＮ極、Ｓ極の間となる位置に対向して配置されている。また、ベース１０は例えば強磁性体によって形成され、バックヨークとして機能している。特に、本実施形態では、このコイル３２が円筒形状に巻回されている点に特徴がある。

図２は、電磁駆動手段の主要部を説明する模式平面図である。リング状に構成されたマグネット３１は９０度ずつ分割され、Ｎ極、Ｓ極が交互に配置された状態となっている。したがって、Ｎ極とＳ極との境目は９０度ずつ４つ設けられ、この境目を中心として４つのコイル３２ａ〜３２ｄが所定のギャップを介して対向配置されている。コイル３２ａ〜３２ｄは、図中破線で示す円の周に沿って導線が巻回され、ベース１０（図１参照）側に配置されている。

このコイル３２ａ〜３２ｄの各々に所定方向の電流を与えることによって各コイル３２ａ〜３２ｄとマグネット３１の各極との間で電磁力を発生させ、これらの電磁力のベクトル和によってマグネット３１が取り付けられたスイベルテーブル２０（図１参照）をベース１０の曲面１１（図１参照）に沿って移動できるようになる。

この際、各コイル３２ａ〜３２ｄが円筒形状に巻回されていることから、コイル３２ａ〜３２ｄへの通電で発生する磁力線分布がコイル３２ａ〜３２ｄの外周に沿って一様となり、マグネット３１との間で生じる電磁力を特定方向に集中させずにすむようになる。このため、各コイル３２ａ〜３２ｄへ与える電流の方向や大きさの制御でスイベルテーブル２０の移動方向および移動量を精度良く、かつ容易に制御できるようになる。なお、コイル３２ａ〜３２ｄの磁力線分布を一様にするためには、コイル３２ａ〜３２ｄの円筒形状は真円に近いほどよい。

図３は、コイルへの通電を制御する制御回路を説明する回路図である。制御回路はドライバアンプ１００を中心としてコイル３２へ与える電流の方向および量を調整する。ドライバアンプ１００には可変抵抗Ｒが接続されており、この可変抵抗Ｒの抵抗値を抵抗値を例えばジョイスティックによって変化させることでドライバアンプ１００へ与える電圧を制御する。この電圧によってドライバアンプ１００からコイル３２へ与える電流の方向および量が調整されることになる。このような制御回路をコイル３２の個数分用意し、各コイル３２へ与える電流の方向および量によって各コイル３２とマグネットとの間で生じる電磁力のバランスによってスイベルテーブルの位置をコントロールする。

図４〜図６はコイルへの通電によるマグネットの移動状態を説明する模式図である。なお、各図ではマグネットの移動状態を説明するが、本実施形態ではマグネットが移動することでこのマグネットを取り付けているスイベルテーブルが移動できることになる。

図４はＸ軸方向への移動を説明する模式図である。図４（ａ）では、Ｙ軸方向に沿って配置される２つのコイル３２ａ、３２ｂに互いに反対方向かつ同じ量の電流を与える。これにより、コイル３２ａはマグネット３１のＳ極側、３２ｂはマグネット３１のＮ極側を引き寄せる状態となり、マグネット３１を図中右方向へ移動できるようになる。

また、図４（ｂ）では、Ｙ軸方向に沿って配置される２つのコイル３２ａ、３２ｂに各々先とは反対の方向で同じ量の電流を与える。これにより、コイル３２ａはマグネット３１のＮ極側、３２ｂはマグネット３１のＳ極側を引き寄せる状態となり、マグネット３１を図中左方向へ移動できるようになる。

図５はＹ軸方向への移動を説明する模式図である。図５（ａ）では、Ｘ軸方向に沿って配置される２つのコイル３２ｃ、３２ｄに互いに反対方向かつ同じ量の電流を与える。これにより、コイル３２ｃはマグネット３１のＳ極側、３２ｄはマグネット３１のＮ極側を引き寄せる状態となり、マグネット３１を図中上方向へ移動できるようになる。

また、図５（ｂ）では、Ｘ軸方向に沿って配置される２つのコイル３２ａ、３２ｂに各々先とは反対の方向で同じ量の電流を与える。これにより、コイル３２ａはマグネット３１のＳ極側、３２ｂはマグネット３１のＮ極側を引き寄せる状態となり、マグネット３１を図中下方向へ移動できるようになる。

図６は回転方向への移動を説明する模式図である。図６（ａ）では、４つのコイル３２ａ〜３２ｄのうち、Ｙ軸方向に沿って配置される２つのコイル３２ａ、３２ｂに同じ方向かつ同じ量の電流を与え、Ｘ軸方向に沿って配置される２つのコイル３２ｃ、３２ｄにコイル３２ａ、３２ｂとは反対の方向かつ同じ量の電流を与える。これにより、コイル３２ａはマグネット３１のＳ極側、コイル３２ｂはＮ極側、コイル３２ｃはＳ極側、コイル３２ｄはＮ極側を各々引き寄せる状態となり、マグネット３１を図中右方向へ回転移動できるようになる。

また、図６（ｂ）では、４つのコイル３２ａ〜３２ｄに各々先とは反対方向で同じ量の電流を与える。これにより、コイル３２ａはマグネット３１のＮ極側、コイル３２ｂはＳ極側、コイル３２ｃはＮ極側、コイル３２ｄはＳ極側を各々引き寄せる状態となり、マグネット３１を図中左方向へ回転移動できるようになる。

なお、各コイル３２ａ〜３２ｄへ与える電流の方向や量を各々調整することで、図４〜図６に示す各動作のうち少なくとも２つを複合した動きを実現できるようになる。この際、コイル３２ａ〜３２ｄが各々円筒形状に巻回されたものを用いているため、４つのコイル３２ａ〜３２ｄへの電流制御と発生する電磁力とのバランス（ベクトル合成による動作方向および動作量の制御）が行いやすくなり、微小な角度調整であっても精度良く行うことができるようになる。

図７は、他の例を説明する模式図である。この例では、センサ４０を用いてマグネット３１（スイベルテーブル）の位置を検出し、サーボ制御によって正確な位置をコントロールできるものである。センサ４０としては、例えばホール素子を用いるが、マグネット３１の位置を検出できるものであれば他のセンサであってもよい。

ホール素子から成るセンサ４０は、ニュートラルな状態でマグネット３１のＮ極とＳ極との間に対応するよう配置しておく。これにより、マグネット３１が所定の方向へ移動した際の磁気の変化を検出し、マグネット３１の位置を求めることができる。

図８は、他の例の制御回路を説明する回路図である。制御回路はドライバアンプ１００を中心としてコイル３２へ与える電流の方向および量を調整する。ドライバアンプ１００には可変抵抗Ｒが接続されており、この可変抵抗Ｒの抵抗値を抵抗値を例えばジョイスティックによって変化させることでドライバアンプ１００へ与える電圧を制御する。この電圧によってドライバアンプ１００からコイル３２へ与える電流の方向および量が調整されることになる。

また、他の例ではセンサ４０の出力信号をドライバアンプ１００の入力側にフィードバックする。これにより、センサ４０での検出に基づきドライバアンプ１００への入力が調整され、コイル３２に与える電流を制御してマグネットの位置を正確に制御できるようになる。このような制御回路をコイル３２の個数分用意し、各コイル３２へ与える電流の方向および量によって各コイル３２とマグネットとの間で生じる電磁力のバランスによってスイベルテーブルの位置をコントロールできるようになる。

上記説明した形態では、いずれも４つのコイル３２ａ〜３２ｄを用いる例を示したが、コイルは４つ以外であっても適用可能である。すなわち、図９に示すように３つのコイルを用いても制御可能である。この場合、３つのコイル３２ａ〜３２ｃをリング状のマグネット３１の１２０度ずつに対応して配置すればよい。

本実施形態の電磁アクチュエータ１は、スイベルテーブル２０の例えば上面にカメラやマイク、スピーカーを載置することでこれらの対象物の向きをスイベルテーブル２０の移動によって制御できるが、図１０に示すようにレンズ鏡筒Ｋ内部に設けることでレンズ鏡筒内の所定のレンズの角度制御に用いることも可能である。

図１０に示す例では、５群レンズのうち３群に配置されるレンズＬを本実施形態のスイベルテーブル２０に取り付けている。先に説明したように、スイベルテーブル２０はマグネット３１およびコイル３２で構成される電磁駆動手段３０によってベース１０の曲面１１に沿った移動が可能となっている。電磁駆動手段３０のコイル３２への電流を先に説明した制御回路によって制御することで、スイベルテーブル２０に取り付けたレンズＬの角度を電磁駆動手段３０によって調整できるようになる。

本実施形態では、電磁アクチュエータ１における電磁駆動手段３０のコイル３２が円筒形状に巻回されたものを用いているため、スイベルテーブル２０をどのような方向にもスムーズに移動できる。したがって、これをレンズＬの角度調整に用いることで微妙な光軸調整や撮像面Ｆへの結像位置調整を実現することができる。

本実施形態に係る電磁アクチュエータを説明する模式図である。電磁駆動手段の主要部を説明する模式平面図である。コイルへの通電を制御する制御回路を説明する回路図である。図４はＸ軸方向への移動を説明する模式図である。図５はＹ軸方向への移動を説明する模式図である。図６は回転方向への移動を説明する模式図である。他の例を説明する模式図である。他の例の制御回路を説明する回路図である。３つのコイルの場合を説明する模式平面図である。レンズ鏡筒への適用を説明する模式断面図である。

符号の説明

１…電磁アクチュエータ、１０…ベース、１１…曲面、２０…スイベルテーブル、３０…電磁駆動手段、３１…マグネット、３２…コイル

Claims

ベースに形成された曲面に沿って移動可能に設けられるスイベルテーブルと、
前記スイベルテーブルの駆動源として多極のマグネットと複数のコイルとが対向配置されて成る電磁駆動手段とを備える電磁アクチュエータにおいて、
前記電磁駆動手段のコイルは円筒形状に巻回されている
ことを特徴とする電磁アクチュエータ。
前記複数のコイルへの通電を制御することで前記スイベルテーブルを前記ベースの曲面に沿って縦方向、横方向、回転方向およびこれらのうち少なくとも２つを複合した方向に移動させる制御部を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
前記スイベルテーブルの位置を検出するセンサを備えており、
前記制御部は、前記センサの出力を用いて前記複数のコイルへの通電をフィードバック制御する
ことを特徴とする請求項２記載の電磁アクチュエータ。
前記ベースは強磁性体から成る
ことを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
対象物を曲面に沿った方向に移動させる電磁アクチュエータを備えた電子機器において、
前記電磁アクチュエータは、
前記対象物の搭載部を備えているスイベルテーブルと、
前記スイベルテーブルを曲面に沿って移動可能に支持するベースと、
前記スイベルテーブルの駆動源として多極のマグネットと複数のコイルとが対向配置されて成る電磁駆動手段とを備えており、
前記電磁駆動手段のコイルが円筒形状に巻回されている
ことを特徴とする電子機器。