JP2019109373A - 支持機構、光学部材駆動装置、カメラ装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】２軸に自由度があって、該２軸に直交する方向の寸法を小さくすることができる支持機構、光学部材駆動装置、カメラ装置及び電子機器を提供する。【解決手段】支持機構１８は、一方が固定体に装着され、他方が可動体に装着されて、異なる磁極を有する磁極面３２，３４が対向する支持用磁石対２０，２２を有し、前記可動体に装着された可動体側支持用磁石２２の第２磁極面３４に形成された第２摺動面５０が前記固定体に装着された固定体側支持用磁石２０の第１磁極面３２に形成された第１摺動面４８に対して滑るように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、支持機構、光学部材駆動装置、カメラ装置及び電子機器に関する。

例えばレンズ等の光学部材を駆動する駆動装置には、光軸方向と直交する方向に光学部材を移動自在に支持する支持機構が用いられている。支持機構には、特許文献１に示すように、溝とボールを用いるものがある。

韓国公開特許第１０−２０１５−０１１８０１２号公報

上記従来例においては、光軸方向と直交するＸ方向へ光学部材を移動自在に支持するボールと溝からなるＸ方向直進機構と、Ｘ方向と直交するＹ方向へ光学部材を移動自在に支持するボールと溝からなるＹ方向直進機構とを有し、該Ｘ方向直進機構とＹ方向直進機構とが光軸方向に積み上げた構造となっている。したがって、光軸方向には、２つの直進機構が積み上げられているので、光軸方向の寸法が大きくなるという問題点があった。

本発明は、上記従来の問題点を解消し、２軸に自由度があって、該２軸に直交する方向の寸法を小さくすることができる支持機構、光学部材駆動装置、カメラ装置及び電子機器を提供することを目的とする。

本発明の一つの態様は支持機構であり、この支持機構は、一方が固定体に装着され、他方が可動体に装着されて、異なる磁極を有する磁極面が対向する支持用磁石対を有し、前記支持用磁石対のうちの前記可動体に装着された方である可動体側支持用磁石の第２磁極面に形成された第２摺動面が、前記支持用磁石対のうちの前記固定体に装着された方である固定体側支持用磁石の第１磁極面に形成された第１摺動面に対して滑るように構成されている。

好適には、前記第１摺動面と前記第２摺動面との間に磁性流体が配置されている。ただし、磁性流体は無くてもよいし、また磁性流体の代わりにグリス等の潤滑剤を配置してもよいし、固体の潤滑部を設けるようにしてもよい。

また、好適には、前記第１摺動面及び前記第２摺動面の少なくとも一方には前記磁性流体が溜まる溜まり溝が形成されている。さらに好適には、前記第１摺動面及び前記第２摺動面の双方には前記磁性流体が溜まる溜まり溝が設けられ、前記第１摺動面に形成された溜まり溝と、前記第２摺動面に形成された溜まり溝とは交わる方向に形成されている。また、前記溜まり溝は、底面から立ち上がる壁面部を有し、この壁面部が前記第１摺動面又は第２摺動面に対して９０度よりも小さい勾配で形成されていることが好ましい。

また、好適には、前記第１摺動面と前記第２摺動面とは所定方向の寸法が略等しいようにする。所定方向ばかりではなく、全ての方向で寸法が略等しい、即ち、略同一形状、同一寸法とすることもできる。

また、前記第１磁極面と前記第２磁極面の少なくとも一方に摺動部がさらに設けられ、該摺動部に前記摺動面が形成されているようにしてもよい。

本発明の他の態様は光学部材駆動装置であり、この光学部材駆動装置は、固定体と、光学部材を保持するための光学部材ホルダーと、前記光学部材ホルダーを前記固定体に対して移動自在に支持する支持機構と、を有し、前記支持機構は、一方が前記固定体に装着され、他方が前記光学部材ホルダーに装着されて、異なる磁極を有する磁極面が対向する支持用磁石対を有し、前記支持用磁石対のうちの前記光学部材ホルダーに装着された方である光学部材側支持用磁石の第２磁極面に形成された第２摺動面が、前記支持用磁石対のうちの前記固定体に装着された方である固定体側支持用磁石の第１磁極面に形成された第１摺動面に対して滑るように構成されている。

好適には、前記支持機構は前記光学部材の光軸を中心にした前記光学部材ホルダーの四方の隅に配置されている。さらに好適には、前記光学部材ホルダーは、この四方の隅に三角形状に切り取られた支持機構配置部を有し、前記支持機構の前記光学部材側支持用磁石は、光軸方向から見て前記支持機構配置部の前記三角形状に対応する三角形状に形成され、前記支持機構配置部に配置されている。

前記光学部材は四角形状に形成された画像センサであってもよく、前記支持機構は、画像センサの中心の回りに循環配置されるように４分割されている固定体側支持用磁石と光学部材側支持用磁石とを有する。この場合、好適には、前記４分割されている固定体側支持用磁石及び光学部材側支持用磁石の隣り合う分割片の磁極面は異なる磁極を有する。なお、光学部材は光学部材ホルダーを兼ねていてもよい。

また、本発明の他の態様は、上記光学部材駆動装置を有するカメラ装置である。

さらに、本発明の他の態様は、上記カメラ装置を有する電子機器である。

本発明によれば、可動体に装着された可動体側支持用磁石の第２磁極面に形成された第２摺動面が前記固定体に装着された固定体側支持用磁石の第１磁極面に形成された第１摺動面に対して滑るように構成したので、第１摺動面と第２摺動面とが滑る２軸方向に移動自在に支持することができ、該２軸に直交する方向の寸法を小さくすることができる。

本発明の第１実施形態に係るカメラ装置を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るカメラ装置に用いた支持機構を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る支持機構において溜まり溝を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る支持機構を示す分解斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る光学部材駆動装置を示す分解斜視図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るカメラ装置１０を示す。カメラ装置１０は、断面三角形状のプリズム１２及び直方体状のレンズ体１４から構成された屈曲光学系を有する。レンズ体１４は、光学部材であるレンズとレンズを保持するためのレンズホルダー（光学部材ホルダー）とを有している。カメラ装置１０に搭載される光学部材駆動装置は、固定体である基台（図示せず）と、光学部材と光学部材ホルダーとを具備するレンズ体１４と、光学部材を固定体に対して移動自在に支持する支持機構１８と、を備えて構成されている。
なお、プリズム１２に光が入射する方向をＺ、レンズ体１４から光が出射する方向をＸ、Ｚ及びＸと直交する方向をＹとする。

Ｚ方向から入射した被写体からの光はプリズム１２の斜面にてＸ方向へ反射され、レンズ体１４に入射する。レンズ体１４を通過して出射した光は不図示の画像センサ上で結像し、撮影画像として取り込まれる。

レンズ体１４は、出射側で光軸を中心としたＸ軸回りの四方の隅に支持機構配置部１６が設けられている。支持機構配置部１６は、光軸方向から見て例えば三角形状に内側に向けて切り取られるように形成されている。

支持機構１８は、固定体側支持用磁石２０と可動体側支持用磁石２２とを有する支持用磁石対を有しており、その可動体側支持用磁石２２がレンズ体１４の４つの支持機構配置部１６それぞれに配置されている。可動体側支持用磁石２２は光学部材側支持用磁石でもある。この支持機構１８は、光軸方向から見て三角形状（三角柱状）に形成されている。この支持機構１８は、支持機構配置部１６の三角形状に合わせて形成され、三角形状の固定体側支持用磁石２０と同じく三角形状の可動体側支持用磁石２２とを有し、固定体側支持用磁石２０と可動体側支持用磁石２２とが重なるように構成されている。

なお、固定体側支持用磁石２０と可動体側支持用磁石２２とはいずれの磁石材料を用いることができるが、例えばフェライト磁石材料を用いることにより後述する摺動面を研磨しやすくすることができる。

固定体側支持用磁石２０は、固定体である基台（図示せず）に該固定体側支持用磁石２０の出射側端面が固定されている。一方、可動体側支持用磁石２２は、可動体であるレンズ体１４の支持機構配置部１６の底面に、該可動体側支持用磁石２２の入射側端面が固定されている。

可動体側支持用磁石２２は、後述するように、ＹＺ軸に対して自由度があるように固定体側磁石２０に対して移動自在となっている。

レンズ体１４のＹ側の一方の側面には＋Ｙ方向に着磁された直方体形状のＹ側駆動磁石２４が取付けられ、空隙を隔てて対向する位置にＹ側駆動コイル２６が配置され、このＹ側駆動コイル２６が基台側に取り付けられる。

ここで、Ｙ側駆動コイル２６が通電されると、Ｙ側駆動磁石２４をＹ方向に移動させるローレンツ力がＹ側駆動コイル２６に生じる。Ｙ側駆動コイル２６に生じたローレンツ力はＹ側駆動磁石２４に反力として働き、レンズ体１４をＹ方向へ駆動する力として作用する。

なお、レンズ体１４の他方の側面には、Ｙ側と同様に、Ｚ方向にレンズ体１４を駆動するためのＺ側駆動磁石及びＺ側駆動コイル２８が設けられている。

図２は、支持機構１８の詳細を示す。
支持機構１８は、固定体側支持用磁石２０と可動体側支持用磁石２２との間に磁性流体３０が介挿されている。また、固定体側支持用磁石２０と可動体側支持用磁石２２とは、同じＸ方向に着磁されており、互いに異なる磁極面３２，３４が対向している。この実施形態においては、固定体側支持用磁石２０のＮ極である第１磁極面３２と、可動体側支持用磁石２２のＳ極である第２磁極面３４とが対向している。第１磁極面３２と第２磁極面３４はそれぞれＹＺ平面に平行に形成される。本実施形態において、第２摺動面５０である第２磁極面３４が、第１摺動面４８である第１磁極面３２に対して滑るように構成されている。また、この実施形態においては、第１磁極面３２と第２磁極面３４とは同じ形状で同じ面積をもっている。そして、固定体側支持用磁石２０の外縁と可動体側支持用磁石２２の外縁が一致する位置に置かれる。この同じ形状で同じ面積をもつ第１磁極面３２と第２磁極面３４との間に磁性流体３０が満たされるように吸着されている。磁性流体３０は第１磁極面３２と第２磁極面３４との間に吸着されているので、支持機構１８の外部に散逸しにくい。

第１磁極面３２と第２磁極面３４とは、それぞれ溜まり溝３６，３８が形成されている。溜まり溝３６，３８は、細長い溝として形成され、該溜まり溝３６，３８内に磁性流体３０を保持するようになっている。図２において、磁性流体３０は溜まり溝３６、３８の表面の形状が転写された形状に描かれている。後述する図４、図５においても同様である。

また、第１磁極面３２の溜まり溝３６と第２磁極面３４の溜まり溝３８とは非平行、即ち交わる方向に形成されている。この実施形態においては、第１磁極面３２の溜まり溝３６と第２磁極面３４の溜まり溝３８とは９０度ずれて形成されている。溜まり溝３６，３８が平行であると、第１磁極面３２に第２磁極面３４が溜まり溝３６，３８に落ち込むおそれがあるが、非平行とすることでこの落ち込みを防止することができる。

また、溜まり溝３６，３８は、図３に示すように、底面部４０と、この底面部４０から立ち上がる壁面部４２，４２から構成されている。壁面部４２，４２は、第１磁極面３２又は第２磁極面３４に対して９０度よりも小さい角度をなすように形成されている。このように、壁面部４２，４２を９０度よりも浅く形成することにより、可動体側支持用磁石２２が固定体側支持用磁石２０に対して摺動した場合、第２磁極面３４の溜まり溝３８に保持された磁性流体３０が流動するが、対向する第１磁極面３２の溜まり溝３６に浸み込みやすくすることができる。

なお、上記実施形態においては、第１磁極面３２と第２磁極面３４の双方に溜まり溝３６，３８を形成しているが、一方の磁極面のみに形成してもよい。また、溜まり溝３６，３８はエッチングのような工法で形成してもよいし、表面を荒らすような工法で形成してもよい。また、一方向に設けることに限らず、例えば二方向に設けてもよいし、ランダムに設けてもよい。また、いわゆる溝形状でなく、単なる凸凹形状でもよい。

上記構成において、前述したように、レンズ体１４がＹＺ方向に駆動されると、レンズ体１４と共に可動体側支持用磁石２２が移動する。即ち、可動体側支持用磁石２２は、固定体側支持用磁石２０との間の磁力に抗して、磁性流体３０を潤滑剤として固定体側支持用磁石２０に対して移動する。

移動した状態でレンズ体１４に対する駆動力を解除すると、固定体側支持用磁石２０と可動体側支持用磁石２２との間に生じている磁力により可動体側支持用磁石２２の外縁が固定体側支持用磁石２０の外縁と一致するように移動し、レンズ体１４は元の位置に戻る。即ち、ここでは、固定体側支持用磁石２０と可動体側支持用磁石２２との間には磁気ばねが介在されている状態となって、第２磁極面３４を最も安定する位置であるそれぞれの外縁が一致する位置まで引き戻す力が加わることになる。
このように元の位置に引き戻そうとする力が、光学部材の光軸を中心にした四方の隅に配置されているそれぞれの支持機構１８に働くので、この支持機構１８は全体としてＸ軸回りに回転しにくい。

図４は、本発明の第２実施形態に係る支持機構１８を示す。
この第２実施形態は、固定体側支持用磁石２０と可動体側支持用磁石２２との間に固定体側摺動部４４と可動体側摺動部４６とを挿入し、この固定体側摺動部４４と可動体側摺動部４６との間に磁性流体３０を配置した点が第１実施形態と異なる。

固定体側摺動部４４と可動体側摺動部４６とは、固定体側支持用磁石２０及び可動体側支持用磁石２２と面積が等しいように同じ三角形状に形成されている。この固定体側摺動部４４と可動体側摺動部４６は、摩擦を低減することができる材料、例えばテフロン（デュポン社の登録商標）、ＰＴＦＥ、シリコン、アラミド樹脂等から構成されている。

固定体側摺動部４４は、一面が固定体側支持用磁石２０に固定され、他面が第１摺動面４８として磁性流体３０に接している。また、可動体側摺動部４６は、同様に、一面が可動体側支持用磁石２２に固定され、他面が第２摺動面５０として磁性流体３０に接している。

第１摺動面４８と第２摺動面５０とには、第１実施形態と同様に、溜まり溝３６，３８が形成されている。溜まり溝３６，３８は、細長い溝として形成され、該溜まり溝３６，３８内に磁性流体３０を保持するようになっている。また、第１実施形態で説明したような形状であっても構わない。

また、第１摺動面４８の溜まり溝３６と第２摺動面５０の溜まり溝３８とは非平行に形成され、固定体側摺動部４４と可動体側摺動部４６の落ち込みを防止するようになっている。

なお、この第２実施形態においては、固定体側摺動部４４と可動体側摺動部４６との２つの摺動部を設けたが、いずれか一方のみに設けるようにしてもよい。また、固定体側摺動部４４と可動体側摺動部４６とは、固定体側支持用磁石２０と可動体側支持用磁石２２と別の部材として構成したが、例えば固定体側支持用磁石２０又は可動体側支持用磁石２２の表面にコーティングして設けることもできる。また、固定体側摺動部４４と可動体側摺動部４６とは、固定体側支持用磁石２０と可動体側支持用磁石２２と同形状としたが、これに限定されるものではなく、固定体側摺動部４４又は可動体側摺動部４６の面積を第１磁極面３２又は第２磁極面３４よりも小さくし、摩擦をより少なくするようにしてもよい。

また、第１実施形態、第２実施形態において、固定体側支持用磁石２０及び可動体側支持用磁石２２は同じ三角形状で同じ大きさとしたが、それに限るものではない。例えば、どちらか一方を円柱状としてもよいし両方とも円柱状としてもよい。また、例えば可動体側支持用磁石２２を小さな直方体形状とし、固定体側支持用磁石２０を細長い直方体形状としてもよい。その場合、固定体側支持用磁石２０の長辺方向をレンズ体１４の四辺の方向とし、短辺方向の寸法を可動体側支持用磁石２２の同方向の寸法とほぼ一致させることが望ましい。可動体側支持用磁石２２に対して固定体側支持用磁石２０の短辺方向の中心に戻す力を働かせつつ、固定体側支持用磁石２０の長辺方向へ案内することができる。

また、第１摺動面４８又は第２摺動面５０のいずれか一方を、例えば、球面のような平面ではない面としても構わない。第１摺動面４８と第２摺動面５０の接触面積が小さくできるので、摩擦係数をより小さくでき、より小さな駆動力でレンズ体１４を移動させることができる。
また、第１摺動面４８と第２摺動面５０の摩擦係数が小さければ、磁性流体３０を用いる必要はない。また、磁性流体３０ではなく、グリスや液体潤滑剤等の他の潤滑手法を用いてもよい。

図５は、本発明の第３実施形態に係る光学部材駆動装置５２を示す。
光学部材駆動装置５２は、光学部材として画像センサ５４を有する。

画像センサ５４は、例えばＣＣＤ等から構成され、光学部材ホルダー（画像センサホルダー）も兼ねていて、この画像センサ５４の反入射側に支持機構１８が配置されている。支持機構１８は、固定体側支持用磁石２０と可動体側支持用磁石２２とを有する。固定体側支持用磁石２０は図示しない基台に固定されている。可動体側支持用磁石２２は、画像センサ５４の背面に固定されており、光学部材側支持用磁石でもある。固定体側支持用磁石２０と可動体側支持用磁石２２との間には、前述した第１実施形態と同様に、磁性流体３０が配置され、支持機構１８は、画像センサ５４のＹＺ軸方向に移動可能であるように支持している。

固定体側支持用磁石２０と可動体側支持用磁石２２とは、四角形状に形成され、例えば４つの分割片５６から構成されている。分割片５６は、＋Ｘ方向に着磁されたものと−Ｘ方向に着磁されたものとがＸ軸回りに交互に循環配置されている。この形態においてもＸ軸回りに回転する力が働いても、反発力が働いて元の角度に戻そうとする力が働くので、画像センサ５４が回転しにくい。また、隣り合う分割片５６の磁極面にはＺ方向とＹ方向に交互に延長された溜まり溝３８が形成されている。

また、それぞれの分割片５６は、境界部分で接着等により固定され、この境界部分には面取り５８が形成されている。面取り５８が形成されていない場合には、境界部分に生じる可能性のある段差により固定体側支持用磁石２０に対する可動体側支持用磁石２２の摺動が妨げられるおそれがあるが、面取り５８を形成することにより摺動変位への阻害を軽減することができる。

なお、上記２つの実施形態においては、屈曲光学系の駆動装置について説明したが、光線が直進する通常の光学部材駆動装置（レンズ駆動装置）に本支持機構１８を用いてもよい。

また、本支持機構１８の取付けはレンズ体や画像センサに限らず、図１に示したプリズム１２に設けることもできる。また、これらの光学部材駆動装置やカメラ装置は携帯電話やスマートフォン等の電子機器に搭載されることができる。

１０ カメラ装置
１２ プリズム
１４ レンズ体
１８ 支持機構
２０ 固定体側支持用磁石
２２ 可動体側支持用磁石
２４ Ｙ側駆動磁石
２６ Ｙ側駆動コイル
２８ Ｚ側駆動コイル
３０ 磁性流体
３２ 第１磁極面
３４ 第２磁極面
３６，３８ 溜まり溝
４０ 底面部
４２ 壁面部
４４ 固定体側摺動部
４６ 可動体側摺動部
４８ 第１摺動面
５０ 第２摺動面
５２ 光学部材駆動装置
５４ 画像センサ
５６ 分割片
５８ 面取り

Claims (14)

1. 一方が固定体に装着され、他方が可動体に装着されて、異なる磁極を有する磁極面が対向する支持用磁石対を有し、前記支持用磁石対のうちの前記可動体に装着された方である可動体側支持用磁石の第２磁極面に形成された第２摺動面が、前記支持用磁石対のうちの前記固定体に装着された方である固定体側支持用磁石の第１磁極面に形成された第１摺動面に対して滑るように構成されている支持機構。
2. 前記第１摺動面と前記第２摺動面との間に磁性流体が配置されている請求項１記載の支持機構。
3. 前記第１摺動面及び前記第２摺動面の少なくとも一方には前記磁性流体が溜まる溜まり溝が形成されている請求項２記載の支持機構。
4. 前記第１摺動面及び前記第２摺動面の双方には前記磁性流体が溜まる溜まり溝が設けられ、前記第１摺動面に形成された溜まり溝と、前記第２摺動面に形成された溜まり溝とは交わる方向に形成されている請求項３記載の支持機構。
5. 前記溜まり溝は、底面から立ち上がる壁面部を有し、この壁面部が前記第１摺動面又は第２摺動面に対して９０度よりも小さい勾配で形成されている請求項３又は４記載の支持機構。
6. 前記第１摺動面と前記第２摺動面とは所定方向の寸法が略等しい請求項１から５いずれか記載の支持機構。
7. 前記第１磁極面と前記第２磁極面の少なくとも一方に摺動部がさらに設けられ、該摺動部に前記摺動面が形成されている請求項１から６いずれか記載の支持機構。
8. 固定体と、
   光学部材を保持するための光学部材ホルダーと、
   前記光学部材ホルダーを前記固定体に対して移動自在に支持する支持機構と、を有し、
   前記支持機構は、
   一方が前記固定体に装着され、他方が前記光学部材ホルダーに装着されて、異なる磁極を有する磁極面が対向する支持用磁石対を有し、前記支持用磁石対のうちの前記光学部材ホルダーに装着された方である光学部材側支持用磁石の第２磁極面に形成された第２摺動面が、前記支持用磁石対のうちの前記固定体に装着された方である固定体側支持用磁石の第１磁極面に形成された第１摺動面に対して滑るように構成されている光学部材駆動装置。
9. 前記支持機構は前記光学部材の光軸を中心にした前記光学部材ホルダーの四方の隅に配置されている請求項８記載の光学部材駆動装置。
10. 前記光学部材ホルダーは、前記四方の隅に三角形状に切り取られた支持機構配置部を有し、前記支持機構の前記光学部材側支持用磁石は、光軸方向から見て前記支持機構配置部の前記三角形状に対応する三角形状に形成され、前記支持機構配置部に配置されている請求項９記載の光学部材駆動装置。
11. 前記光学部材は四角形状に形成された画像センサであり、前記支持機構は、前記画像センサの中心の回りに循環配置されるように４分割されている固定体側支持用磁石と光学部材側支持用磁石とを有する請求項８記載の光学部材駆動装置。
12. 前記４分割されている固定体側支持用磁石及び光学部材側支持用磁石の隣り合う分割片の磁極面は異なる磁極を有する請求項１１記載の光学部材駆動装置。
13. 請求項８から１２いずれか記載の光学部材駆動装置を有するカメラ装置。
14. 請求項１３記載のカメラ装置を有する電子機器。

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