JP3893701B2 - リニアアクチュエータとこれを用いたレンズ鏡筒 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はリニアアクチュエータ、特にカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置における撮影レンズを駆動するリニアアクチュエータ、光学機器及びレンズ鏡筒に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラの技術の進歩は目覚ましく、デジタル記録、小型軽量化、長時間撮影化、高速、高倍率ズーム等多方面に渡って多くの性能向上が図られている。
【0003】
撮像部であるレンズ鏡筒においては、ズームレンズ群より後方のフォーカスレンズ群を光軸方向に位置可変することで焦点調整を行う、いわゆる「インナーフォーカス方式」が、小型化で有利なため、現在では多く用いられており、一般的にはマイコンに記憶された被写体距離毎の移動軌跡データを基に、フォーカスレンズ群が、ズームレンズ群の位置変化に従って光軸方向に移動して、レンズ鏡筒後部の撮像素子の結像面上に物体像を形成する構成になっている。
【0004】
ここで望遠側でのピント面の移動量が大きいという移動軌跡データの特性上から、フォーカスレンズ群をズームレンズ群に追随させて動かすには、ズームレンズ群よりもフォーカスレンズ群を速く移動させる必要があり、前記の性能向上の項目の中の高速ズーム及び長時間撮影を実現するために、このフォーカスレンズ群の駆動部分に、従来のステッピングモータに代わって、ズームレンズ群の位置変化に追随できる高速応答性と、低消費電力化に優れたボイスコイル型のリニアアクチュエータが採用されている。
【0005】
このフォーカスレンズを駆動する従来のレンズ駆動装置の構成を図8〜図10に基づいて説明する。図8は従来のレンズ鏡筒におけるレンズの駆動装置の内部斜視図、図9はそのレンズ駆動装置の横断面図、図10はそのレンズ駆動装置の縦断面図である。
【0006】
レンズホルダー51はフォーカスレンズ52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53に固定されたガイドシャフト54a、54bに沿って光軸方向(X方向)に摺動自在に構成されている。
【0007】
このレンズホルダー51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55aと、コの字型のメインヨーク56a及び板状のサイドヨーク57a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58aと、この磁気回路58a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55bとメインヨーク56b及びサイドヨーク57bとから成る磁気回路58bの固定子がレンズ鏡筒53に設けられており、一方、可動子としてコイル59がマグネット55a、55bと所定の空隙を有するようにレンズホルダー51に固定されており、マグネット55a、55bの発生する磁束と直交する様コイル59に電流を流すことで、レンズホルダー51が光軸方向に駆動するしくみになっている。
【0008】
またこのレンズホルダー51を位置制御をするために、位置検出手段として固定側のレンズ鏡筒53には、磁気センサー60が磁気回路58a、58bの駆動方向(X方向)の対称中心かつ、この一対の磁気回路58a、58b間の対称中心位置に設けられている。一方、可動側のレンズホルダー51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61が、磁気センサー60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。磁気センサー60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62a、62b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62a、62bは磁気スケール61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62a、62bに流す電流の向きがマグネット65a、65bの磁化方向と平行になる方向に磁気センサー60と磁気スケール61はそれぞれ配置されている。
【0009】
ここで図6はMR素子52a、52bの磁気抵抗変化率特性を示す図、図7は位置検出手段の概略斜視図である。
【0010】
図6に示す磁気抵抗変化の方向性として、MR素子52a、52b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52a、52b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52a、52b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。
【0011】
この特性から、図7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50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52a、52b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52a、52bの抵抗値はほとんど変化しない。
よってこのMR素子52a、52b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51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52の位置を高精度に制御することができる。
【0012】
ここでX方向、Z方向に外乱磁場が有ると、X方向では、正弦波状の磁界強度変化パターンの信号に外乱磁場が重畳することで、信号波形がオフセットするため、出力信号の波形が歪み、位置検出の誤差が増加する。またZ方向は、磁気抵抗変化の感度が少ないものの、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。
【0013】
この従来のレンズ駆動装置において、磁気回路58a、58bからの漏洩磁束が、磁気センサー60のMR素子62a、62bに与える影響について図11及び図12を用いて説明する。図11はこの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、図12は同縦断面の磁束の流れを示す図である。
【0014】
MR素子62a、62b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が、磁気センサー60を一対の磁気回路58a、58bの駆動方向(X方向)の対称中心かつ、この一対の磁気回路58a、58b間の対称中心位置に設けたことによって、図11に示すようにMR素子位置でのX方向の漏洩磁束は微少な値になり、一方、図12に示すようにZ方向の漏洩磁束も互いに打ち消し合うことにより微少な値になる。
【0015】
よって上記構成により、駆動用の磁気回路58a、58bからの漏洩磁束の影響を磁気センサー60に与えない、S/N比の優れたレンズ駆動装置を実現している。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のリニアアクチュエータを用いたレンズ鏡筒においては位置検出手段として、磁気スケールとMRセンサとからなる磁気式エンコーダを、1対の磁気回路の漏れ磁束の影響を受けないよう、相対する一対の磁気回路の側面中央かつ、駆動用コイルの外側に設ける必要があるため、磁気式エンコーダの厚み分だけ、幅方向のレンズ鏡筒のサイズが大きくなり、レンズ鏡筒の小型化が図れないという欠点を有していた。
【0017】
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たリニアアクチュエータを用いたレンズ駆動装置において、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く、かつレンズ鏡筒の幅方向のサイズが大きくならない小型のレンズ鏡筒を、簡素な構成で安価に提供しようとするものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、固定子と、所定の駆動方向に可動自在な可動子とを備えたリニアアクチュエータであって、
前記固定子は、前記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1つの磁気回路と、磁気センサーとを有し、
前記可動子は、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が通電されることにより前記駆動方向に可動自在なコイルと、前記駆動方向に沿ってS極とN極が交互に着磁され、前記磁気センサーと所定の距離をもって対向する磁気スケールとを有し、
前記1つの磁気回路は、前記駆動方向から見て略左右対称に構成され、
前記磁気センサーは、前記駆動方向から見た前記1つの磁気回路の略対称中心位置に配置されているものである。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリニアアクチュエータを用いたレンズ鏡筒の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図1は本発明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は本発明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5は本発明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である。
【0024】
まず本発明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。
【0025】
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5と、コの字型のメインヨーク6及び板状のサイドヨーク7とを、駆動方向から見て左右対称で、駆動方向(X方向)にも略左右対称に成るよう構成した磁気回路8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5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5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。
【0026】
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8の駆動方向(X方向)の対称中心かつ、駆動方向から見た磁気回路8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、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。
【0027】
また磁気回路8とコイル9の駆動部と、磁気センサー10と磁気スケール11の位置検出部は、それぞれ光軸(駆動)方向から見て、レンズ2を中心としたレンズ鏡筒3の4隅に設けられている。
【0028】
磁気センサー10は従来の技術の形態と同様に、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、12b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5の磁化方向と垂直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。
【0029】
この本発明の実施の形態のレンズ駆動装置において、磁気回路8からの漏洩磁束が、磁気センサー10のMR素子12a、12bに与える影響について図4及び図5を用いて説明する。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ことから、本実施の形態のように磁気回路8を駆動方向から見て左右対称に構成したことによって、図4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Z方向の漏洩磁束の値は0になる。ここで磁気回路8が略対称形状であっても、また磁気センサー10がその対称中心位置付近にある場合でも、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。
【0030】
また磁気回路8は駆動方向(X方向)におおよそ対称に構成されていることから、図5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。
【0031】
本発明の実施の形態ではMR素子12a、12bに流す電流の向きをマグネット5の磁化方向(Y方向)と垂直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5の磁化方向(Y方向)と略垂直であってもその効果を失うものではない。
【0032】
また本発明の実施の形態では、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。
【0034】
さらに本発明の実施の形態では、駆動部である磁気回路8及びコイル9と、位置検出部である磁気センサー10及び磁気スケール11をそれぞれレンズ鏡筒3の4隅に配置したことで、従来のレンズ駆動装置のように、位置検出部を、レンズ外側に配置した駆動用コイルの外側に設ける必要が無いため、レンズ鏡筒の幅方向のサイズが小さくなり、レンズ鏡筒3を小型化することができる。
【0035】
なお本発明は上記実施の形態を用いて説明したビデオカメラ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。
【0036】
【発明の効果】
以上のような構成とすることにより、本発明のリニアアクチュエータは、駆動方向から見て略左右対称に構成された磁気回路において、対称中心位置付近に磁気センサーを配置した位置検出手段を設けることにより、磁気センサーに飛び込むZ方向の漏洩磁束を低減することができる。
【0037】
さらに、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垂直になるように磁気センサーを対称中心位置付近に設けることによって、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。
【0038】
さらに、このリニアアクチュエータを用いたレンズ鏡筒は、駆動手段及び位置検出手段を、それぞれ光軸方向から見て、移動レンズ群を中心としたレンズ鏡筒の4隅に設けたことにより、磁気に対する磁気回路からの漏れ磁束による悪影響を最小限にしつつ、レンズ鏡筒の4隅の空きスペースを有効に使うことで、レンズ鏡筒の幅方向のサイズを小さくでき、レンズ鏡筒の小型化を実現することができる。また駆動手段である磁気回路を1つにした、1極のリニアアクチュエータによって構成することにより、マグネットとヨークの部品点数を削減でき、その結果、簡素な構成のレンズ駆動装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明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】本発明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5】同縦断面の磁束の流れを示す図
【図6】MR素子の磁気抵抗変化率特性を示す図
【図7】位置検出手段の概略斜視図
【図8】従来のレンズ鏡筒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9】同横断面図
【図10】同縦断面図
【図11】従来のレンズ鏡筒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12】同縦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
5 −−−マグネット
6 −−−メインヨーク
7 −−−サイドヨーク
8 −−−磁気回路
9 −−−コイル
10−−−磁気センサー
11−−−磁気スケール
Claims (5)
- 固定子と、所定の駆動方向に可動自在な可動子とを備え、
前記固定子は、前記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た1つの磁気回路と、磁気センサーとを有し、
前記可動子は、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が通電されることにより前記駆動方向に可動自在なコイルと、前記駆動方向に沿ってS極とN極が交互に着磁され、前記磁気センサーと所定の距離をもって対向する磁気スケールとを有し、
前記1つの磁気回路は、前記駆動方向から見て略左右対称に構成され、
前記磁気センサーは、前記駆動方向から見た前記1つの磁気回路の略対称中心位置に配置されているリニアアクチュエータ。 - 前記磁気回路は、前記駆動方向に略左右対称に構成され、
前記磁気センサーは、前記磁気回路の駆動方向における略対称中心位置に配置されている請求項1記載のリニアアクチュエータ。 - 前記磁気センサーはMR素子を用いた磁気抵抗型センサーであり、
前記MR素子に流れる電流の方向が、前記マグネットの磁化方向および前記駆動方向と略垂直になるように前記磁気センサーが配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のリニアアクチュエータ。 - 前記磁気回路は、前記MR素子に流れる電流の方向に略左右対称に構成されていることを特徴とする請求項3記載のリニアアクチュエータ。
- 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又は、請求項2又は、請求項3記載のリニアアクチュエータを用いたことを特徴とするレンズ駆動装置。
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