JP2013104920A - 光学素子駆動装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイスコイルモータからの漏れ磁束の磁気センサへの影響を抑える。
【解決手段】光学素子駆動装置は、第１の方向Ｐに移動可能な光学素子と、磁石１０３およびヨーク１０１に対してコイル１０４が第１の方向に移動することで光学素子を移動させるボイスコイルモータと、光学素子の第１の方向での位置を検出するための磁気センサ７とを有する。ヨークは、磁石吸着面を有する第１のヨーク部１０１ｂと、磁石吸着面に吸着した磁石との間にコイルが移動するためのスペースを形成するように第１のヨーク部に対して第２の方向に離れて配置された第２のヨーク部１０１ａとを有する。第１の方向に直交する面内において、第２のヨーク部は、第１のヨーク部よりも磁気センサに近い側に配置されている。第３の方向における第２のヨーク部の磁路幅をＡとし、磁石の幅をＣとするとき、Ａ＞Ｃなる関係を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、レンズ等の光学素子を移動させる光学素子駆動装置に関し、特に駆動源としてボイスコイルモータを使用するとともに、光学素子の位置を検出するために磁気センサを用いた光学素子駆動装置に関する。

上記のような光学素子駆動装置は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の光学機器のレンズ鏡筒部に用いられ、ズーミングやフォーカシングのためにレンズを光軸方向に移動させたり、手振れ補正のためにレンズを光軸に直交する方向に移動させたりする。

ただし、駆動源としてボイスコイルモータを用い、位置検出器として磁気センサを用いる場合に、磁気センサの近くにボイスコイルモータを配置すると、ボイスコイルモータから漏れた磁気（磁束）が磁気センサの出力に影響し、光学素子の位置検出精度が低下する。

特許文献１にて開示された光学素子駆動装置のボイスコイルモータは、光軸方向に延びる第１のヨークと、光軸方向に直交するように配置された第２のヨークとを有する。そして、ボイスコイルモータからの磁束漏れを抑えるために、第２のヨークの厚さを第１のヨークの厚さよりも小さくする一方、第２のヨークの幅を第１のヨークの幅よりも大きくし、第１および第２のヨークの断面積（厚さ×幅）を互いに等しく設定している。

また、特許文献２にて開示された光学素子駆動装置のボイスコイルモータは、ヨークにおける磁石の中心位置からずれた位置に突起や貫通穴を形成することで、磁気中心を移動させ、漏れ磁束による磁気センサへの影響を低減させている。

特開２０１１−７５６７４号公報 特開２０００−２４１６９４号公報

しかしながら、特許文献１にて開示されたボイスコイルモータでは、第１のヨークの光軸方向端である第２のヨークとの合わせ部からの磁束漏れは抑えられるが、第１のヨークの側面開口からの磁束漏れは十分に抑えられない。

また、特許文献２にて開示されたボイスコイルモータのように、ヨークに突起や貫通穴を形成するだけでは磁束漏れの抑制効果は小さく、漏れ磁束の磁気センサへの影響を十分に低減することが難しい。

そこで、本発明は、ボイスコイルモータからの漏れ磁束を十分に低減して、漏れ磁束の磁気センサへの影響を抑えることができるようにした光学素子駆動装置を提供する。

本発明の一側面としての光学素子駆動装置は、第１の方向に移動可能な光学素子と、磁石およびヨークに対してコイルが第１の方向に移動することで光学素子を移動させるボイスコイルモータと、光学素子の第１の方向での位置を検出するための磁気センサとを有する。ヨークは、第１の方向に延び、磁石が吸着する磁石吸着面を有する第１のヨーク部と、第１の方向に延び、磁石吸着面に吸着した磁石との間にコイルが移動するためのスペースを形成するように第１のヨーク部に対して第１の方向に直交する第２の方向に離れて配置された第２のヨーク部とを有する。そして、第１の方向に直交する面内において、第２のヨーク部は、第１のヨーク部よりも磁気センサに近い側に配置されており、さらに第１および第２の方向に対して直交する第３の方向における第２のヨーク部の磁路幅をＡとし、磁石の幅をＣとするとき、
Ａ＞Ｃ
なる関係を有することを特徴とする。

なお、上記光学素子駆動装置を有する光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、ボイスコイルモータにおける第１および第２のヨーク部の間の開口から磁気センサに向かって漏れる磁束を低減することができ、磁気センサに対する漏れ磁束の影響を抑えることができる。

本発明の実施例１であるレンズ駆動装置の構成を示す斜視図。 実施例１のレンズ駆動装置の構成を示す分解斜視図。 実施例１のレンズ駆動装置におけるボイスコイルモータの断面図。 本発明の実施例２であるレンズ駆動装置におけるボイスコイルモータの断面図。 本発明の実施例３であるレンズ駆動装置におけるボイスコイルモータの断面図。 従来のレンズ駆動装置におけるボイスコイルモータの断面図。 実施例のレンズ駆動装置が搭載された本発明の実施例４である光学機器の構成を示すブロック図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１および図２には、本発明の実施例１であるレンズ駆動装置（光学素子駆動装置）の構成を示す。また、図３（ａ），（ｂ）には、該レンズ駆動装置の磁気回路の断面を示す。

本実施例のレンズ駆動装置は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置（光学機器）のレンズ鏡筒部に設けられる。また、レンズ駆動装置は、レンズ交換式の撮像装置に着脱可能な交換レンズ（光学機器）に搭載されてもよい。

レンズ駆動装置は、光学素子としてのレンズを保持して、光軸方向（第１の方向）Ｐに移動可能なレンズ保持枠２と、該レンズ保持枠２を光軸方向Ｐに移動させるボイスコイルモータ１００とを有する。なお、レンズとレンズ保持枠２をまとめて光学素子ということもできる。

レンズ保持枠２は、スリーブ部２ａと回転止め部２ｂとを有し、それぞれ不図示の固定筒と撮像素子保持板とにより両端が支持されたガイドバー３，４に光軸方向に移動可能に係合している。撮像素子地板は、不図示の撮像素子（ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ）と、赤外カットフィルタやローパスフィルタ等の光学フィルタを保持する部材であり、固定筒と結合されてレンズ鏡筒部の筐体を構成する。

ボイスコイルモータ１００は、光軸方向Ｐに直交する幅方向（第３の方向）Ｑから見てＵ字形状を有するように光軸方向Ｐに延びるメインヨーク１０１を有する。メインヨーク１０１は、上述した固定筒または撮像素子保持板に固定されている。

メインヨーク１０１は、光軸方向Ｐに延び、磁石吸着面を有する第１のヨーク部１０１ｂと、光軸方向Ｐに延び、第１のヨーク部１０１ｂに対して光軸方向Ｐおよび幅方向Ｑに直交する厚み方向（第２の方向）Ｒに離れて配置された第２のヨーク部１０１ａとを有する。図１〜図３では、第１のヨーク部１０１ｂが上側に、第２のヨーク部１０１ａが下側に配置されている。以下の説明でも、図１〜図３における上側および下側をそれぞれ、メインヨーク１０１その他の部材の上側および下側という。

第１のヨーク部１０１ｂの内面（上面）である磁石吸着面には、光軸方向Ｐに延びるように形成された平板形状の永久磁石１０３が吸着している。磁石１０３は、そのＮ極とＳ極が厚み方向Ｒに形成されている。第２のヨーク部１０１ａは、磁石吸着面に吸着した磁石１０３との間に後述する空芯コイル１０４の下側の部分が移動するためのスペースを形成するように第１のヨーク部１０１ｂから厚み方向Ｒに離れて配置されている。

また、メインヨーク１０１の光軸方向後端には、第１および第２のヨーク部１０１ｂ，１０１ａ間の後端開口を閉じるように光軸方向Ｐに対して垂直に配置されたサブヨーク１０２が取り付けられている。サブヨーク１０２は、光軸方向Ｐから見てＨ字形状を有する。

空芯コイル１０４は、光軸方向Ｐから見て矩形リング状に形成されており、その下側の一辺に相当する部分がメインヨーク１０１の第２のヨーク部１０１ａと磁石１０３（第１のヨーク部１０１ｂ）との間に、光軸方向Ｐに移動可能に配置されている。空芯コイル（以下、単にコイルという）１０４の中心軸は、光軸方向Ｐに延びている。コイル１０４は、レンズ保持枠２に固定されている。また、コイル１０４には、フレキシブル基板５が接続されている。

フレキシブル基板５を介してコイルに通電すると、磁石１０３とコイル１０４との間の電磁作用（ローレンツ力）によりコイル１０４に光軸方向Ｐに推力が発生し、該推力によってレンズ保持枠２が光軸方向Ｐに移動される。

また、レンズ保持枠２には、光軸方向Ｐに延びるエンコーダ磁石（磁気スケール）６が取り付けられている。固定筒または撮像素子保持板のうちエンコーダ磁石６に対向する位置には、磁気センサとしてのＭＲセンサ７が保持されている。レンズ保持枠２とともにエンコーダ磁石６がＭＲセンサ７に対して光軸方向Ｐに移動すると、ＭＲセンサ７が磁気の変化に応じて変化する信号を出力する。このＭＲセンサ７からの信号を用いることで、レンズ保持枠２（つまりはレンズ）の位置を検出することができる。

そして、エンコーダ磁石６とＭＲセンサ７とを用いて検出したレンズ保持枠２の位置が制御上の目標位置に近づくように、コイル１０４への通電が制御される。

ここで、磁石１０３、メインヨーク１０１、サブヨーク１０２およびコイル１０４は磁気回路を構成する。この磁気回路では、メインヨーク１０１における第１のヨーク部１０１ｂと第２のヨーク部１０１ａとの間の幅方向両側が開口（以下、磁気回路の側面開口という）となっているため、該磁気回路の側面開口からの磁束漏れが発生する。そして、ＭＲセンサ７が磁気回路の側面開口の近くに配置されていると、その漏れた磁束の影響を受けたＭＲセンサ７の出力が、該影響を受けていない場合に比べて低下したり、歪んだりするという問題が生じる。ＭＲセンサ７の出力が低下すると、ノイズの影響を受けやすくなり、良好なレンズ保持枠２の位置検出、つまりはその位置制御ができなくなるおそれがある。

そこで、本実施例では、メインヨーク１０１と磁石１０３とＭＲセンサ７とに、図３（ａ），（ｂ）に示すような関係を持たせている。図３（ａ），（ｂ）には、本実施例におけるボイスコイルモータ１００を光軸方向Ｐに直交する面（ＱＲ面）で切断したときの該ボイスコイルモータ１００の断面を示すとともに、ボイスコイルモータ１００とＭＲセンサ７との位置関係も併せて示している。

まず、本実施例では、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ＱＲ面内において、メインヨーク１０１における第２のヨーク部１０１ａを、第１のヨーク部１０１ｂよりもＭＲセンサ７に近い側に配置している。言い換えれば、磁石１０３を、第２のヨーク部１０１ａよりもＭＲセンサ７から遠い側に位置する第１のヨーク部１０１ｂの磁石吸着面に吸着させている。

さらに、本実施例では、幅方向Ｑにおける第２のヨーク部１０１ａの磁路幅をＡとし、第１のヨーク部１０１ｂの磁路幅をＢとし、磁石１０３の幅をＣとするとき、Ａ，Ｂ，Ｃは、
Ａ＞Ｃ
Ａ＝Ｂ（したがって、Ｂ＞Ｃ）
なる関係を有する。

本実施例にいう磁路幅とは、第１および第２のヨーク部１０１ｂのうち磁石１０３から発生した磁束が通る磁路として有効な部分（言い換えれば、磁気回路として有効な部分）の幅方向Ｑでの寸法である。磁路として有効な部分には、第１および第２のヨーク部１０１ｂにこれらを他の部材に保持させたりこれらの位置決めを行ったりするためのみで磁路としては機能しない突起等の非磁路部分が設けられている場合に、該非磁路部分を含まない。

しかも、本実施例では、図３（ｂ）に示すように、幅方向において、磁石１０３の中心Ｙを、第２のヨーク部１０１ａの中心Ｘに対してＭＲセンサ７から離れる側にオフセット（シフト）させている。

このような構成により、磁気回路の側面開口からＭＲセンサ７に向かう磁束漏れを低減することができる。このため、ＭＲセンサ７を磁気回路（つまりはボイスコイルモータ１００）により近づけることが可能となり、ボイスコイルモータ１００とＭＲセンサ７を含むレンズ駆動装置（つまりはレンズ鏡筒部や光学機器）の小型化に有効である。

図６（ａ），（ｂ）には、比較例として、従来のレンズ駆動装置におけるメインヨーク１０１と磁石１０３とＭＲセンサ７との関係を示している。図６（ａ），（ｂ）にも、ボイスコイルモータ１００を光軸方向Ｐに直交する面（ＱＲ面）で切断したときの該ボイスコイルモータ１００の断面を示すとともに、ボイスコイルモータ１００とＭＲセンサ７との位置関係も併せて示している。

本比較例でも、図６（ａ），（ｂ）に示すように、ＱＲ面において、メインヨーク１０１における第２のヨーク部１０１ａを、第１のヨーク部１０１ｂよりもＭＲセンサ７に近い側に配置している。

ただし、本比較例では、幅方向Ｑにおける第２のヨーク部１０１ａの磁路幅Ａと、第１のヨーク部１０１ｂの磁路幅をＢと、磁石１０３の幅Ｃとの間には、
Ａ＝Ｂ＝Ｃ
なる関係がある。つまり、
Ａ＞Ｃ
の関係を有していない。

しかも、本比較例では、図６（ｂ）に示すように、幅方向において、磁石１０３の中心Ｙと第２のヨーク部１０１ａの中心Ｘとが一致している。

このような従来の構成では、磁気回路の側面開口から漏れる磁束がＭＲセンサ７の出力に大きな影響を与え、前述したような問題が生じる。

なお、本実施例では、Ｂ＞Ｃなる関係を有する場合について説明したが、後述する実施例２，３で説明するように、Ｂ＝Ｃであってもよい。つまり、ＢとＣは、Ｂ≧Ｃなる関係を有すればよい。

図４（ａ），（ｂ）には、本発明の実施例２であるレンズ駆動装置におけるボイスコイルモータ１００を光軸方向Ｐに直交する面（ＱＲ面）で切断したときの該ボイスコイルモータ１００の断面を示している。また、ボイスコイルモータ１００とＭＲセンサ７との位置関係も併せて示している。

まず、本実施例でも、実施例１と同様に、ＱＲ面において、メインヨーク１０１における第２のヨーク部１０１ａを、第１のヨーク部１０１ｂよりもＭＲセンサ７に近い側に配置している。このことは、後述する実施例３でも同じである。

また、本実施例では、幅方向Ｑにおける第２のヨーク部１０１ａの磁路幅Ａと、第１のヨーク部１０１ｂの磁路幅Ｂと、磁石１０３の幅Ｃは、
Ａ＞Ｃ
Ｂ＝Ｃ
なる関係を有する。

さらに、本実施例でも、図４（ｂ）に示すように、幅方向において、磁石１０３の中心Ｙを、第２のヨーク部１０１ａの中心Ｘに対してＭＲセンサ７から離れる側にオフセット（シフト）させている。

このような構成により、磁気回路の側面開口からＭＲセンサ７に向かう磁束漏れを低減することができる。このため、ＭＲセンサ７を磁気回路（つまりはボイスコイルモータ１００）により近づけることが可能となり、ボイスコイルモータ１００とＭＲセンサ７を含むレンズ駆動装置（つまりはレンズ鏡筒部や光学機器）の小型化に有効である。

図５（ａ），（ｂ）には、本発明の実施例３であるレンズ駆動装置におけるボイスコイルモータ１００を光軸方向Ｐに直交する面（ＱＲ面）で切断したときの該ボイスコイルモータ１００の断面を示している。また、ボイスコイルモータ１００とＭＲセンサ７との位置関係も併せて示している。

まず、本実施例でも、実施例１と同様に、ＱＲ面において、メインヨーク１０１における第２のヨーク部１０１ａを、第１のヨーク部１０１ｂよりもＭＲセンサ７に近い側に配置している。

また、本実施例では、実施例２と同様に、幅方向Ｑにおける第２のヨーク部１０１ａの磁路幅Ａと、第１のヨーク部１０１ｂの磁路幅Ｂと、磁石１０３の幅Ｃは、
Ａ＞Ｃ
Ｂ＝Ｃ
なる関係を有する。

ただし、本実施例では、図５（ｂ）に示すように、幅方向において、磁石１０３の中心Ｙを、第２のヨーク部１０１ａの中心Ｘに一致させている。

このような構成でも、磁気回路の側面開口からＭＲセンサ７に向かう磁束漏れを低減することができる。このため、ＭＲセンサ７を磁気回路（つまりはボイスコイルモータ１００）により近づけることが可能となり、ボイスコイルモータ１００とＭＲセンサ７を含むレンズ駆動装置（つまりはレンズ鏡筒部や光学機器）の小型化に有効である。

図７には、上述した実施例１〜３のレンズ駆動装置を搭載したレンズ鏡筒部を有する撮像装置の構成を示している。

２０１ａはレンズ鏡筒部における最も被写体側（前側）に固定された第１レンズユニットであり、以下、像面側に向かって順に、２０１ｂは第２レンズユニット、１２は絞り、２０１ｃは固定された第３レンズユニットである。さらに、２０１ｄは第４レンズユニットである。これら第１〜第４レンズユニット２０１ａ〜２０１ｄおよび絞り１２によって、撮影光学系が構成される。第２レンズユニット２０１ｂは光軸方向に移動して変倍を行い、第４レンズユニット２０１ｄは光軸方向に移動して焦点調節を行う。

２２１はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサにより構成される撮像素子であり、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する。

２２２は第２レンズユニット２０１ｂを光軸方向に移動させるズームアクチュエータであり、２２３は第４レンズユニット２０１ｄを光軸方向に移動させるフォーカスアクチュエータである。本実施例では、これらズームアクチュエータ２２２およびフォーカスアクチュエータ２２３を含むレンズ駆動装置として、実施例１〜３のレンズ駆動装置を用いている。なお、図示はしないが、第２レンズユニット２０１ｂおよび第４レンズユニット２０１ｄはそれぞれ、図１および図２に示したレンズ保持枠２に相当する部材によって保持されている。

２２５は磁気センサ（ＭＲセンサ）としてのズームエンコーダであり、第２レンズユニット２０１ｂの光軸方向での位置を検出するために設けられている。２２７は磁気センサ（ＭＲセンサ）としてのフォーカスエンコーダであり、第４レンズユニット２０１ｄの光軸方向での位置を検出するために設けられている。

１２ａは絞り１２を開閉動作させる絞りアクチュエータである。２２６は絞り１２の開閉位置を検出するための絞りエンコーダである。絞りエンコーダ２２６としては、例えば絞りアクチュエータ１２ａがロータとステータを有するステッピングモータである場合に、それらの回転位置関係を検出するホール素子が用いられる。

２２８はカメラ信号処理回路であり、撮像素子２２１から出力された撮像信号に対して各種信号処理を行って、映像信号を生成する。映像信号のうち輝度信号ＹはＡＥゲート２２９およびＡＦゲート２３０を通過してＡＥ信号処理回路２３６およびＡＦ信号処理回路２３１に入力される。

ＡＦ信号処理回路２３１は、映像信号から高周波成分を抽出して、撮像素子２２１上に形成された被写体像（つまりは撮影光学系）のピント状態に対応するコントラスト評価値信号を生成し、メインコントローラとしてのＣＰＵ２３２に入力する。ＣＰＵ２３２は、コントラスト評価値信号が最大となるように第４レンズユニット２０１ｄを光軸方向に移動させてＡＦ（オートフォーカス）を行う。

２３３はユーザにより操作されるズームスイッチであり、２３４はズームトラッキングメモリである。ズームトラッキングメモリ２３４は、変倍に際しての第２レンズユニット２０１ｂの位置の変化と被写体距離とに応じて合焦状態を維持する（つまり像面変動を抑える）ために第４レンズユニット２０１ｄが移動すべき位置情報を記憶する。

このように構成された撮像装置において、ズームスイッチ２３３のユーザ操作に応じて第２レンズユニット２０１ｂが移動して変倍が行われると、ＣＰＵ２３２はズームトラッキングメモリ２３４に記憶された位置情報を用いて第４レンズユニット２０１ｄを移動させる。このとき、ＣＰＵ２３２は、ズームエンコーダ２２５を用いて検出した第２レンズユニット２０１ｂの位置とフォーカスエンコーダ２２７を用いて検出した第４レンズユニット２０１ｄの位置を参照する。また、ＣＰＵ２３２は、前述したＡＦにおいて、フォーカスエンコーダ２２７を用いて検出した第４レンズユニット２０１ｄの位置を参照する。

本実施例では、ズームアクチュエータ２２２およびズームエンコーダ２２５を含むレンズ駆動装置と、フォーカスアクチュエータ２２３およびフォーカスエンコーダ２２７を含むレンズ駆動装置を実施例１〜３のいずれかにて説明したレンズ駆動装置としている。これにより、ボイスコイルモータであるズームアクチュエータ２２２およびフォーカスアクチュエータ２２３からの漏れ磁束が、ＭＲセンサであるズームエンコーダ２２５およびフォーカスエンコーダ２２７に影響を与えることを抑制できる。したがって、ボイスコイルモータであるズームおよびフォーカスアクチュエータ２２２，２２３を用いながらも、ＭＲセンサであるズームおよびフォーカスエンコーダ２２５，２２７による精度の高い位置検出を可能とし、さらに撮像装置の小型化を達成できる。

上述した実施例１〜３では、ボイスコイルモータによってレンズを光軸方向（第１の方向）に移動させるレンズ駆動機構について説明した。このレンズ駆動機構により、実施例４にて説明したように、撮像装置等の光学機器において、ズーミングやフォーカシングを行うことができる。

しかし、本発明の他の実施例として、ボイスコイルモータによってレンズや撮像素子等の光学素子を、光軸方向に直交する方向（第１の方向）に移動させる光学素子駆動機構を構成してもよい。この光学素子駆動機構により、撮像装置等の光学機器において、手振れ等の振動に伴う像振れを低減することができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

ボイスコイルモータにより光学素子を移動させるビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の小型の光学機器を提供できる。

２ レンズ保持枠
７ 磁気センサ
１０１ メインヨーク
１０１ａ 第２のヨーク部
１０１ｂ 第１のヨーク部
１０３ 永久磁石
１０４ コイル

Claims (4)

1. 第１の方向に移動可能な光学素子と、
   磁石およびヨークに対してコイルが前記第１の方向に移動することで前記光学素子を移動させるボイスコイルモータと、
   前記光学素子の前記第１の方向での位置を検出するための磁気センサとを有し、
   前記ヨークは、
   前記第１の方向に延び、前記磁石が吸着する磁石吸着面を有する第１のヨーク部と、
   前記第１の方向に延び、前記磁石吸着面に吸着した前記磁石との間に前記コイルが移動するためのスペースを形成するように前記第１のヨーク部に対して前記第１の方向に直交する第２の方向に離れて配置された第２のヨーク部とを有し、
   前記第１の方向に直交する面内において、前記第２のヨーク部は、前記第１のヨーク部よりも前記磁気センサに近い側に配置されており、
   前記第１および第２の方向に対して直交する第３の方向における前記第２のヨーク部の磁路幅をＡとし、前記磁石の幅をＣとするとき、
   Ａ＞Ｃ
   なる関係を有することを特徴とする光学素子駆動装置。
2. 前記第３の方向における前記第１のヨーク部の磁路幅をＢとするとき、
   Ｂ≧Ｃ
   なる関係をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子駆動装置。
3. 前記第３の方向における前記第１のヨーク部の磁路幅をＢとするとき、
   Ｂ＞Ｃ
   なる関係をさらに有するとともに、
   前記第３の方向において、前記磁石の中心が、前記第２のヨーク部の中心に対して前記磁気センサから離れる側にオフセットしていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子駆動装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光学素子駆動装置を有することを特徴とする光学機器。