(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像用レンズを、その光軸方向に駆動するリニアアクチュエータであって、
上記撮像用レンズが取り付けられたレンズホルダーと、
このレンズホルダーが上記光軸方向に移動されるように案内するガイド機構と、
上記光軸に対して平行に延びるように配置され、上記光軸方向に磁極が周期的に反転するように構成された駆動用磁石と、
この駆動用磁石に対向するように上記レンズホルダーに取り付けられ、上記駆動用磁石との間で磁気をおよぼし合う２つの駆動用コイルと、
上記駆動用磁石に対向するように上記レンズホルダーに取り付けられ、上記駆動用磁石の磁気を検出することにより、上記レンズホルダーの位置を検出する２つの磁気センサと、
上記２つの磁気センサの検出信号に基づいて、上記２つの駆動用コイルに流す電流を制御するコントローラと、を有し、
上記２つの駆動用コイルは上記駆動用磁石の磁極の周期の１／４周期分上記光軸方向に互いにずれて配置され、上記２つの磁気センサは上記駆動用磁石の磁極の周期の１／４周期分上記光軸方向に互いにずれて配置されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
上記コントローラは、上記２つの磁気センサのうち、上記駆動用磁石の磁極の境界線近傍に位置する方の磁気センサの検出信号を使用して、上記磁極の境界線と検出信号を使用している方の磁気センサとの相対位置を検出する請求項１記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
上記コントローラは、上記磁気センサが通過した磁極の周期数と、検出された磁極の境界線と磁気センサとの相対位置に基づいて、上記レンズホルダーの移動距離を計算する請求項２記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
さらに、上記駆動用磁石の各磁極の境界線の位置を予め測定したデータを記憶したメモリを有し、上記コントローラは、上記２つの磁気センサの検出信号及び上記メモリに記憶されたデータに基づいて、上記レンズホルダーの移動距離を計算する請求項３記載のリニアアクチュエータ。
【請求項５】
上記２つの磁気センサは夫々、上記各駆動用コイルの巻線の内側に配置されている請求項１乃至４の何れか１項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
上記コントローラは、上記２つの駆動用コイルのうち、上記駆動用磁石の磁極の境界線近傍に位置する方の駆動用コイルに、他方の駆動用コイルよりも大きな電流を流すことにより、上記レンズホルダーを駆動する請求項１乃至５の何れか１項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項７】
さらに、上記レンズホルダーの移動に対する重力の影響を軽減するカウンタウエイト機構を有する請求項１乃至６の何れか１項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項８】
レンズユニットであって、
レンズ鏡筒と、
このレンズ鏡筒の中に配置された撮像用レンズと、
この撮像用レンズのうちの少なくとも一部を駆動するための、請求項１乃至７の何れか１項に記載のリニアアクチュエータと、
を有することを特徴とするレンズユニット。
【請求項９】
カメラであって、
請求項８記載のレンズユニットと、
このレンズユニットが取り付けられたカメラ本体と、
を有することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアアクチュエータに関し、特に、撮像用レンズを、その光軸方向に駆動するリニアアクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００８−１５１５６号公報（特許文献１）には、撮影装置が記載されている。この撮影装置には、ズームレンズ又はフォーカスレンズが取り付けられたレンズ保持枠を、レンズの光軸方向に移動させるように構成されたレンズ駆動装置が備えられている。このレンズ駆動装置においては、レンズ保持枠は、２本のガイドシャフトによって、光軸方向に摺動可能に支持されている。さらに、レンズ駆動装置は、光軸と平行に延びる磁気シャフトと、この磁気シャフトの周囲を取り囲むように巻かれ、レンズ保持枠に取り付けられた駆動用コイルと、を有する。これらの磁気シャフトと駆動用コイルはリニアモータを形成し、駆動用コイルに電流を流すことにより、レンズ保持枠が光軸に沿って駆動される。
【０００３】
また、このようなレンズ駆動装置（リニアアクチュエータ）では、レンズ保持枠（レンズホルダー）の可動距離が比較的長いため、一般に、レンズホルダーの位置は各種エンコーダ等によって検出され、この検出位置に基づいてリニアアクチュエータが制御される。このような位置検出に使用されるエンコーダとしては、ロータリーエンコーダ、フォトセンサを使用したリニアエンコーダ、磁気抵抗素子を使用したリニアエンコーダ等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように別途位置検出用のエンコーダを設けた場合には、リニアアクチュエータが大型化し、これを内蔵したレンズ鏡筒が大型化してしまうという問題がある。さらに、撮像用レンズの位置制御には高い精度が要求され、特に、比較的長い距離に亘って高い精度で位置を検出することができるエンコーダは、コストが高くなると言う問題がある。
【０００６】
本発明は、以上のような問題に鑑みて為されたものであり、リニアアクチュエータを大型化することなく、長い距離に亘って高い精度で位置を検出することができるリニアアクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明は、撮像用レンズを、その光軸に平行な方向に駆動するリニアアクチュエータであって、撮像用レンズが取り付けられたレンズホルダーと、このレンズホルダーが光軸に平行な方向に移動されるように案内するガイド機構と、光軸に対してほぼ平行に延びるように配置され、光軸方向に磁極が周期的に反転するように構成された駆動用磁石と、この駆動用磁石に対向するようにレンズホルダーに取り付けられ、駆動用磁石との間で磁気をおよぼし合う２つの駆動用コイルと、駆動用磁石に対向するようにレンズホルダーに取り付けられ、駆動用磁石の磁気を検出することにより、レンズホルダーの位置を検出する２つの磁気センサと、２つの磁気センサの検出信号に基づいて、２つの駆動用コイルに流す電流を制御するコントローラと、を有し、２つの駆動用コイルは駆動用磁石の磁極の周期のほぼ１／４周期分光軸方向に互いにずれて配置され、２つの磁気センサは駆動用磁石の磁極の周期のほぼ１／４周期分光軸方向に互いにずれて配置されていることを特徴としている。
【０００８】
このように構成された本発明においては、撮像用レンズが取り付けられたレンズホルダーが、光軸に平行な方向に移動されるように、ガイド機構によって案内される。また、光軸方向に磁極が周期的に反転するように構成された駆動用磁石が、光軸に対してほぼ平行に延びるように配置される。この駆動用磁石との間で磁気をおよぼし合う２つの駆動用コイルが、駆動用磁石に対向するようにレンズホルダーに取り付けられる。また、駆動用磁石の磁気を検出することにより、レンズホルダーの位置を検出する２つの磁気センサが、駆動用磁石に対向するようにレンズホルダーに取り付けられている。ここで、２つの駆動用コイルは駆動用磁石の磁極の周期のほぼ１／４周期分光軸方向に互いにずれて配置され、２つの磁気センサは駆動用磁石の磁極の周期のほぼ１／４周期分光軸方向に互いにずれて配置されている。コントローラは、２つの磁気センサの検出信号に基づいて、２つの駆動用コイルに流す電流を制御する。
【０００９】
このように構成された本発明によれば、磁気センサが駆動用磁石の磁気を検出することによりレンズホルダーの位置を検出するので、位置検出用のエンコーダ等を別に設ける必要がなく、リニアアクチュエータを小型化することができる。また、磁極が周期的に反転するように構成された駆動用磁石に対向するようにレンズホルダーに取り付けられ、磁極の周期のほぼ１／４周期分光軸方向に互いにずれて配置された２つの駆動用コイルに電流を流すことにより駆動力が生成されるので、レンズホルダーを長い距離に亘って移動させることができる。さらに、磁極が周期的に反転するように構成された駆動用磁石の磁気を検出する、ほぼ１／４周期分光軸方向に互いにずれて配置された２つの磁気センサによってレンズホルダーの位置が検出されるので、長い距離に亘って高い精度で位置を検出することができる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、コントローラは、２つの磁気センサのうち、駆動用磁石の磁極の境界線近傍に位置する方の磁気センサの検出信号を使用して、磁極の境界線と検出信号を使用している方の磁気センサとの相対位置を検出する。
【００１１】
このように構成された本発明によれば、磁極の境界線近傍に位置する磁気センサの検出信号を使用して位置が検出されるので、磁気センサの検出信号は、ほぼレンズホルダーの移動距離に比例し、高い精度で位置を検出することができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、コントローラは、磁気センサが通過した磁極の周期数と、検出された磁極の境界線と磁気センサとの相対位置に基づいて、レンズホルダーの移動距離を計算する。
【００１３】
このように構成された本発明によれば、磁気センサが通過した磁極の周期数を使用してレンズホルダーの移動距離が計算されるので、磁極の複数周期に亘る長い移動距離を、精度良く計算することができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、さらに、駆動用磁石の各磁極の境界線の位置を予め測定したデータを記憶したメモリを有し、コントローラは、２つの磁気センサの検出信号及びメモリに記憶されたデータに基づいて、レンズホルダーの移動距離を計算する。
【００１５】
このように構成された本発明によれば、各磁極の境界線の位置を予め測定したデータを使用してレンズホルダーの移動距離が計算されるので、磁極の境界線の位置に製作誤差が含まれている場合でも、精度良く移動距離を測定することができる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、２つの磁気センサは夫々、各駆動用コイルの巻線の内側に配置されている。
このように構成された本発明によれば、２つの磁気センサが夫々、各駆動用コイルの巻線の内側に配置されているので、各磁気センサが固有のスペースを占有することがなく、リニアアクチュエータを小型化することができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、コントローラは、２つの駆動用コイルのうち、駆動用磁石の磁極の境界線近傍に位置する方の駆動用コイルに、他方の駆動用コイルよりも大きな電流を流すことにより、レンズホルダーを駆動する。
【００１８】
このように構成された本発明によれば、磁極の境界線近傍に位置する方の駆動用コイルに大きな電流が流されるので、効率良く駆動力を生成することができる方の駆動用コイルに大きな電流が流れ、無駄な消費電流を抑制することができる。
【００１９】
本発明において、好ましくは、さらに、レンズホルダーの移動に対する重力の影響を軽減するカウンタウエイト機構を有する。
このように構成された本発明によれば、レンズホルダーに作用する重力の影響がカウンタウエイト機構により軽減されるので、レンズホルダーを移動させるために必要な駆動力が、リニアアクチュエータの姿勢によって影響されにくくなり、レンズホルダーを円滑に駆動することができる。
【００２０】
また、本発明は、レンズユニットであって、レンズ鏡筒と、このレンズ鏡筒の中に配置された撮像用レンズと、この撮像用レンズのうちの少なくとも一部を駆動するための、本発明のリニアアクチュエータと、を有することを特徴としている。
さらに、本発明は、カメラであって、本発明のレンズユニットと、このレンズユニットが取り付けられたカメラ本体と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のリニアアクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラによれば、リニアアクチュエータを大型化することなく、長い距離に亘って高い精度で位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態によるカメラの断面図である。
【図２】本発明の実施形態のカメラに内蔵されているリニアアクチュエータの斜視図である。
【図３】本発明の実施形態のカメラにおいて、リニアモータを構成する駆動用磁石と駆動用コイル、及びホール素子の位置関係を示す図である。
【図４】レンズホルダーが一定速度で移動された場合における各ホール素子の検出信号及び駆動用コイルに流れる電流を表すグラフである。
【図５】本発明の変形例によるリニアアクチュエータの斜視図である。
【図６】本発明の第２の変形例によるリニアアクチュエータの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、図１乃至図４を参照して、本発明の実施形態によるカメラを説明する。図１は本発明の実施形態によるカメラの断面図である。
図１に示すように、本発明の実施形態のカメラ１は、レンズユニット２と、カメラ本体４と、を有する。レンズユニット２は、レンズ鏡筒６と、このレンズ鏡筒の中に配置された複数の撮像用レンズ８と、フォーカス調整用レンズ１６を光軸方向に移動させるリニアアクチュエータ１０と、を有する。
【００２４】
本発明の第１実施形態のカメラ１は、リニアアクチュエータ１０によりフォーカス調整用レンズ１６を光軸方向に移動させながら、フィルム面Ｆ上に形成される画像が合焦される位置を探索し、合焦位置にフォーカス調整用レンズ１６を移動させるように構成されている。なお、本実施形態においては、フォーカス調整用レンズ１６は、１枚のレンズによって構成されているが、フォーカス調整用レンズは、複数枚のレンズ群であっても良い。本明細書において、フォーカス調整用レンズとは、フォーカスを調整するための１枚のレンズ及びレンズ群を含むものとする。
【００２５】
また、本実施形態においては、リニアアクチュエータにより合焦位置にフォーカス調整用レンズを移動させ、フォーカス調整を行っているが、本発明のリニアアクチュエータを、レンズユニットの画角を調整するズーム調整用のレンズ又はレンズ群を移動させるために使用することもできる。
【００２６】
レンズユニット２は、カメラ本体４に取り付けられ、入射した光をフィルム面Ｆに結像させるように構成されている。
概ね円筒形のレンズ鏡筒６は、内部に複数の撮像用レンズ８を保持しており、撮像用レンズのうちのフォーカス調整用レンズ１６を、その光軸に平行な方向に移動させることによりピント調整を可能としている。
【００２７】
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の実施形態のカメラ１に内蔵されているリニアアクチュエータ１０を説明する。図２はリニアアクチュエータ１０の斜視図である。
【００２８】
図２に示すように、リニアアクチュエータ１０は、フォーカス調整用レンズ１６が取り付けられたレンズホルダー１４と、このレンズホルダー１４を光軸Ａ方向に摺動可能に案内するガイド機構であるメインガイドシャフト１８と、サブガイドシャフト２０と、レンズホルダー１４を光軸Ａ方向に駆動するリニアモータ２２と、このリニアモータ２２を制御するコントローラ２６（図１）と、を有する。
【００２９】
さらに、リニアモータ２２は、レンズ鏡筒６に取り付けられた駆動用マグネット３０と、この駆動用マグネット３０に対向するように、レンズホルダー１４に取り付けられた２つの駆動用コイル３２ａ、３２ｂと、各駆動用コイルの背面側に設けられたヨーク３４と、を有する。
【００３０】
レンズホルダー１４は、概ねドーナツ形の平板状の部材であり、ほぼ中央部にフォーカス調整用レンズ１６が取り付けられている。また、その図２における右上部には、メインガイドシャフト１８を受け入れる軸受部１４ａが形成されている。この軸受部１４ａがメインガイドシャフト１８上を摺動することにより、レンズホルダー１４は光軸Ａに平行に摺動される。これにより、フォーカス調整用レンズ１６は、光軸Ａに対して直交した状態を維持しながら光軸Ａ方向に摺動される。
【００３１】
また、レンズホルダー１４の図２における左下部には、サブガイドシャフト２０と係合するＵ字溝１４ｂが形成されている。サブガイドシャフト２０は、メインガイドシャフト１８と平行に、光軸Ａ方向に延びるように配置されており、サブガイドシャフト２０はＵ字溝１４ｂの中に受け入れられている。Ｕ字溝１４ｂの幅は、サブガイドシャフト２０の太さとほぼ同一であり、サブガイドシャフト２０がＵ字溝１４ｂの中に受け入れられることにより、メインガイドシャフト１８を中心とするレンズホルダー１４の振れ（回転）が阻止される。一方、フォーカス調整用レンズ１６の半径方向については、Ｕ字溝１４ｂとサブガイドシャフト２０との間には遊びがあるため、メインガイドシャフト１８とサブガイドシャフト２０の間の平行度に誤差がある場合でも、レンズホルダー１４の摺動抵抗の大幅な増加が防止される。
【００３２】
また、レンズ鏡筒６には、図１に示すように、光軸Ａに対して平行に延びるように、細長い駆動用磁石３０が取り付けられている。この駆動用磁石３０は、光軸Ａに沿う長手方向に多数のＳ極、Ｎ極の磁極が周期的に反転するように構成されており、この磁気を駆動用コイル３２ａ、３２ｂに作用させることにより、レンズホルダー１４を光軸方向に移動させる駆動力が生成される。駆動用磁石３０は、片面がＳ極、反対側の面がＮ極となるように着磁された長方形状の複数の磁石片を、Ｓ極、Ｎ極が交互に並ぶように、光軸方向に１列に配列することにより構成されている。これにより、駆動用磁石３０の各駆動用コイルに対向する側の面は、磁極が一定の周期で交互に反転する。なお、本明細書においては、各駆動用コイルに対向する１対のＳ極及びＮ極を、磁極の「１周期」としている。
【００３３】
一方、レンズホルダー１４の上部にはリニアモータ２２の一部を構成する駆動用コイル３２ａ、３２ｂが、駆動用磁石３０に対向するように取り付けられている。また、各駆動用コイル３２ａ、３２ｂの、駆動用磁石３０と対向していない側にはヨーク３４が配置されており、これにより、駆動用磁石３０の磁気が効率的に各駆動用コイルに向けられる。駆動用コイル３２ａは、その巻線が角の丸い長方形状に巻かれており、この長方形の面が駆動用磁石３０に対向するように向けられている。即ち、巻線は長方形に直交する軸線の周囲に巻かれており、この軸線が駆動用磁石３０に向けられている。また、駆動用コイル３２ａの光軸方向の長さは、駆動用磁石３０の磁極の約１／２周期分に相当する長さになっている。即ち、駆動用コイル３２ａの光軸方向の長さは、駆動用磁石３０を構成する１つの磁石片の光軸方向の長さとほぼ等しくなっている。
【００３４】
また、駆動用コイル３２ｂも、駆動用コイル３２ａと同様に構成されており、駆動用コイル３２ｂと駆動用コイル３２ａは、光軸に直交する方向に並んで隣接して配置されている。また、駆動用コイル３２ａと駆動用コイル３２ｂは、光軸方向には、磁極の周期のほぼ１／４周期分ずれて配置されている。即ち、駆動用コイル３２ａと駆動用コイル３２ｂは、駆動用磁石３０を構成する１つの磁石片の光軸方向の長さの半分に相当する長さだけ、光軸方向にずらして配置されている。
【００３５】
駆動用コイル３２ａ、３２ｂの巻線の内側には、磁気センサであるホール素子２４ａ、２４ｂが夫々配置されている。ホール素子２４ａ、２４ｂは、対向して配置された駆動用磁石３０の磁気を検出するように構成されている。また、ホール素子２４ａ、２４ｂは、磁極の周期のほぼ１／４周期分ずれて配置された各駆動用コイルの夫々中央に配置されているため、ホール素子２４ａとホール素子２４ｂも、光軸方向に磁極の周期のほぼ１／４周期分ずれて配置される。
【００３６】
メインガイドシャフト１８は、レンズホルダー１４を案内するために、光軸Ａと平行に延びるように配置された丸棒状のシャフトである。メインガイドシャフト１８は、レンズ鏡筒６の内部に固定されており、レンズホルダー１４の軸受部１４ａの中に受け入れられている。これにより、レンズホルダー１４はレンズ鏡筒６の中で光軸方向に円滑に移動される。
【００３７】
サブガイドシャフト２０は、レンズホルダー１４を案内するために、光軸Ａと平行に延びるように配置された丸棒状のシャフトである。サブガイドシャフト２０は、レンズホルダー１４のＵ字溝１４ｂの中に受け入れられている。これにより、レンズホルダー１４のレンズ鏡筒６内における、光軸に直交する面内での振れが防止される。
【００３８】
図１に示すように、コントローラ２６は、ホール素子２４ａ、２４ｂの検出信号に基づいて、リニアモータ２２を制御するように構成されている。即ち、ホール素子の検出信号に基づいて、駆動用コイル３２ａ、３２ｂに流す電流を制御する。具体的には、コントローラ２６は、マイクロプロセッサ、これを作動させるプログラム、駆動用コイルに流す電流を制御するアンプ、ホール素子の検出信号を増幅するアンプ等（以上、図示せず）により構成されている。駆動用コイル３２ａ、３２ｂに電流が流れることにより、駆動用コイル３２ａ、３２ｂと、これに対向する駆動用磁石３０との間に電磁力が発生し、レンズホルダー１４が光軸方向に駆動される。また、ホール素子２４ａ、２４ｂは、対向する駆動用磁石３０の磁気を検出し、この検出信号に基づいてコントローラ２６はレンズホルダー１４の位置、及び移動距離等を演算する。
【００３９】
次に、図３及び図４を参照して、コントローラ２６によるリニアモータ２２の制御を説明する。図３は、リニアモータ２２を構成する駆動用磁石３０と駆動用コイル３２ａ、３２ｂ、及びホール素子２４ａ、２４ｂの位置関係を示す図である。図４は、レンズホルダー１４を一定速度で移動させる場合における各ホール素子の検出信号及び各駆動用コイルに流す電流を表すグラフであり、上段から順に、ホール素子２４ａの検出信号、駆動用コイル３２ａに流す電流、ホール素子２４ｂの検出信号、駆動用コイル３２ｂに流す電流を示している。また、横軸に示した点（ａ）乃至点（ｅ）の符号は、図３（ａ）乃至（ｅ）に夫々対応している。
【００４０】
図３に示すように、駆動用磁石３０は、複数の磁石片を光軸Ａ方向に一列に並べて配置することにより構成され、各磁石片は、Ｓ極、Ｎ極が交互に駆動用コイル３２ａ、３２ｂに対向するように配置されている。また、Ｓ極、Ｎ極の一対の磁石片により、駆動用磁石３０の磁極の１周期Ｐが構成される。即ち、各磁石片の幅（図３における磁石片の横方向の長さ）の２倍の長さが、磁極の１周期Ｐに相当する。
【００４１】
また、各磁石片の幅は、各駆動用コイル３２ａ、３２ｂの幅（図３における駆動用コイルの横方向の長さ）とほぼ等しくなるように構成されている。駆動用コイル３２ａと駆動用コイル３２ｂは、周期Ｐの１／４、即ち、磁石片の幅の約半分、光軸Ａ方向にずれて配置されている。さらに、ホール素子２４ａ、２４ｂは、各駆動用コイル３２ａ、３２ｂの巻線の内側の中心に夫々配置されているので、ホール素子２４ａとホール素子２４ｂも、周期Ｐの１／４、即ち、磁石片の幅の約半分、光軸Ａ方向にずれて配置されている。
【００４２】
コントローラ２６は、リニアモータ２２を作動させる際、駆動用コイル３２ａ、３２ｂのうち、磁極の境界線の近傍に位置する方の駆動用コイルに多くの電流を流す。即ち、図３（ａ）に示す状態では、駆動用コイル３２ｂの中心線が、磁極の境界線Ｂ１の上に位置するので、コントローラ２６は、図４に示すように、駆動用コイル３２ｂに大きな電流を流し、駆動用コイル３２ａに流す電流は０にされている。図３（ａ）に示す状態において、駆動用コイル３２ｂに反時計回りの電流（図４における負方向の電流）が流れると、図３（ａ）における駆動用コイル３２ｂの斜線部のうち、Ｎ極に対向している側には図３の下から上に向かう方向に電流が流れ、これにより、駆動用コイル３２ｂには右方向の電磁力が作用する。一方、駆動用コイル３２ｂの斜線部のうち、Ｓ極に対向している側には図３の上から下に向かう方向に電流が流れ、この電流によっても、駆動用コイル３２ｂには右方向の電磁力が作用する。これらの電磁力による推力が駆動用コイル３２ｂに作用することにより、レンズホルダー１４は、図３における右方向に移動される。
【００４３】
次いで、レンズホルダー１４が、図３（ａ）の位置から右方向に移動されると、駆動用コイル３２ｂに流す電流が減少される一方、駆動用コイル３２ａに流す反時計回りの電流が増加（図４において負の方向に増大）される。さらに、図３（ｂ）に示す位置まで移動されると、磁極の境界線Ｂ１が、駆動用コイル３２ｂの中心線と、駆動用コイル３２ａの中心線の中間に位置するようになる。この状態においては、コントローラ２６によって供給される駆動用コイル３２ｂの反時計回りの電流と、駆動用コイル３２ａの反時計回りの電流が同じ大きさになる。
【００４４】
レンズホルダー１４が、図３（ｂ）に示す位置からさらに右方向に移動されると、駆動用コイル３２ｂに流す電流は減少される一方、駆動用コイル３２ａに流す電流は増加される。レンズホルダー１４が、図３（ｃ）に示す位置に到達すると、駆動用コイル３２ａの中心線が磁極の境界線Ｂ１上に位置するようになる。図４に示すように、この位置においては、駆動用コイル３２ａには反時計回りの最大の電流（図４において負の方向に最大）が流れると共に、駆動用コイル３２ｂに流す電流はゼロになる。図３（ｃ）に示す位置では、駆動用コイル３２ａが発生させる図３における右方向の駆動力が最大になる。
【００４５】
レンズホルダー１４が、図３（ｃ）に示す位置からさらに右方向に移動された図３（ｄ）では、駆動用コイル３２ａに流れる反時計回りの電流は減少される一方、駆動用コイル３２ｂには、時計回りの電流（図４における正方向の電流）が流される。図３（ｄ）に示す位置においては、駆動用コイル３２ｂの右側の斜線部は駆動用磁石３０のＳ極と対向し、左側の斜線部はＮ極と対向するため、時計回りの電流により、右方向の駆動力が生成される。また、駆動用コイル３２ａには反時計回りの電流を流すことにより右方向の駆動力が生成される。
【００４６】
さらに、レンズホルダー１４が、図３（ｅ）に示す位置に到達すると、駆動用コイル３２ｂの中心線が磁極の境界線Ｂ２上に位置するようになる。図４に示すように、この位置においては、駆動用コイル３２ｂには時計回りの最大の電流（図４において正の方向に最大）が流れると共に、駆動用コイル３２ａに流す電流はゼロになる。このように、中心線が磁極の境界線の近傍に位置する方の駆動用コイルに、より絶対値の大きな電流が流されることにより、所定の方向の駆動力が効率良く生成される。
【００４７】
駆動用コイル３２ａ及び３２ｂに、以上のように電流を流すことにより、レンズホルダー１４を、図３における右方向に移動させることができる。また、各駆動用コイルに流す電流の方向を逆転させることにより、図３における左方向の駆動力を発生させることができる。例えば、図３（ｄ）に示す位置において、駆動用コイル３２ａには時計回りの電流を流し、駆動用コイル３２ｂに反時計回りの電流を流すことにより、左方向の駆動力を発生させることができる。
【００４８】
次に、図４を参照して、ホール素子の検出信号による位置検出を説明する。
図４に示すように、ホール素子２４ａ、２４ｂの検出信号は、レンズホルダー１４の移動に伴い正弦波状に変化する。ここで、正弦波は、振幅ゼロ付近ではほぼ直線的に変化し、極大値又は極小値に近づくにつれて直線性が低下する。即ち、磁極の境界線近傍に位置するホール素子の検出信号は、レンズホルダー１４の移動量に対してほぼ直線的に変化し、ホール素子が磁極の境界線から離れると直線性が低下する。従って、図４において、点（ａ）付近では、ホール素子２４ｂの検出信号は、レンズホルダー１４の移動距離にほぼ比例して変化する。
【００４９】
次いで、点（ｂ）を越えると、ホール素子２４ｂは磁極の境界線から離れるので、その検出信号の直線性が低下する一方、ホール素子２４ａが磁極の境界線の近傍に移動するので、その検出信号の直線性が向上する。このため、コントローラ２６は、点（ａ）−点（ｂ）間はホール素子２４ｂの検出信号に基づいてレンズホルダー１４の移動距離を計算し、点（ｂ）を越えるとホール素子２４ａの検出信号に基づいてレンズホルダー１４の移動距離を計算する。さらに、コントローラ２６は、点（ｄ）において、距離の計算に使用する検出信号を、ホール素子２４ａからホール素子２４ｂに切り換える。このように、コントローラ２６は、ホール素子２４ａ、２４ｂのうち、磁極の境界線の近傍に位置する方のホール素子の検出信号を使用して、磁極の境界線とホール素子との相対位置を計算する。
【００５０】
さらに、レンズホルダー１４が磁極の周期Ｐよりも長い距離移動された場合には、コントローラ２６は、何れか一方のホール素子が通過した磁極の周期数と、検出された磁極の境界線とホール素子との相対位置に基づいてレンズホルダー１４の移動距離を計算する。
【００５１】
例えば、レンズホルダー１４のホール素子２４ｂが、図４における点Ｃ１から点Ｃ２まで移動された場合には、ホール素子２４ｂの検出信号によって測定される点Ｃ１から磁極の境界線Ｂ２までの距離と、境界線Ｂ２からＢ３までの、磁極の周期の半分に相当する距離Ｐ／２と、ホール素子２４ｂの検出信号によって測定される磁極の境界線Ｂ３から点Ｃ２までの距離を加算することにより移動距離を計算する。また、この例において、点Ｃ１と点Ｃ２の間に複数の周期Ｐが含まれている場合には、コントローラ２６はホール素子が通過した周期の数をカウントし、１周期の距離Ｐに周期の数を乗じた距離を使用して移動距離を計算する。
【００５２】
また、レンズホルダー１４のホール素子２４ｂが、図４における点Ｃ１から点Ｃ３まで移動された場合には、点Ｃ１から磁極の境界線Ｂ２までの距離と、境界線Ｂ２からＢ３までの距離については上記と同様にして求めることができる。ここで、ホール素子２４ｂが点Ｃ３に位置するとき、ホール素子２４ｂは磁極の境界線から離れた位置にあるので、ホール素子２４ｂの検出信号に基づいて精度良く位置検出することは困難である。そこで、このような場合には、境界線Ｂ３の近傍に位置しているホール素子２４ａの検出信号を使用して、ホール素子２４ａと境界線Ｂ３の間の距離を計算する。さらに、ホール素子２４ａとホール素子２４ｂは、光軸方向に距離Ｐ／４離れて配置されているので、この距離も加算する必要がある。
【００５３】
即ち、ホール素子２４ｂの点Ｃ１から点Ｃ３までの移動距離は、ホール素子２４ｂによって検出された点Ｃ１から磁極の境界線Ｂ２までの距離と、境界線Ｂ２からＢ３までの距離と、ホール素子２４ｂが点Ｃ３に位置するときの、ホール素子２４ａと境界線Ｂ３の間の距離（ホール素子２４ａにより検出）と、距離Ｐ／４を加算することにより求めることができる。このように、リニアアクチュエータ１０は、２つのホール素子２４ａ、２４ｂのうち、駆動用磁石３０の磁極の境界線近傍に位置する方の検出信号を使用して、磁極の境界線と検出信号を使用している方のホール素子との相対位置を検出する。さらに、このようにして検出される磁極の境界線とホール素子との相対位置、及びホール素子が通過した磁極の周期数に基づいてレンズホルダー１４の移動距離を計算する。
【００５４】
なお、磁極の１周期の距離Ｐは、駆動用磁石３０の設計値として予め設定された距離であり、この距離を使用してレンズホルダー１４の移動距離を計算することができる。或いは、実際に製造された個々の駆動用磁石３０に対して磁極の周期（磁極の各境界線の位置）を実測し、この測定データを、メモリ２８（図１）に予め記憶させておくこともできる。この場合には、コントローラ２６は、メモリ２８に記憶されている周期の実測値に基づいてレンズホルダー１４の移動距離を計算する。これにより、駆動用磁石３０の製造誤差等により磁極の周期にバラツキがある場合でも、製造誤差の影響を受けることなく移動距離を計算することができる。
【００５５】
次に、本発明の実施形態によるカメラ１の作用を説明する。
まず、本実施形態のカメラ１が起動されると、コントローラ２６は、図４に一例を示すように、駆動用コイル３２ａ、３２ｂに互いに位相のずれた電流を流し、レンズホルダー１４を、その機械的な可動端まで移動させる。次いで、コントローラ２６は、レンズホルダー１４を、可動端から予め設定された所定距離移動させ、所定の初期位置に移動させる。ここで、レンズホルダー１４の可動端の絶対位置は既知であるため、可動端から所定距離移動された初期位置の絶対位置も求めることができる。さらに、コントローラ２６は、カメラ１の使用者の操作に応じて、指定された位置へレンズホルダー１４を移動させる。
【００５６】
本発明の実施形態のカメラ１によれば、ホール素子２４ａ、２４ｂが駆動用磁石３０の磁気を検出することによりレンズホルダー１４の位置を検出するので、位置検出用のエンコーダ等を別に設ける必要がなく、リニアアクチュエータ１０を小型化することができる。また、磁極が周期的に反転するように構成された駆動用磁石３０に対向するようにレンズホルダー１４に取り付けられ、磁極の周期Ｐのほぼ１／４周期分光軸Ａ方向に互いにずれて配置された２つの駆動用コイル３２ａ、３２ｂに電流を流すことにより駆動力が生成されるので、レンズホルダー１４を長い距離に亘って移動させることができる。さらに、磁極が周期的に反転するように構成された駆動用磁石３０の磁気を検出する、ほぼ１／４周期分光軸Ａ方向に互いにずれて配置された２つのホール素子２４ａ、２４ｂによってレンズホルダー１４の位置が検出されるので、長い距離に亘って高い精度で位置を検出することができる。
【００５７】
また、本実施形態のカメラ１によれば、磁極の境界線（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３．．．）近傍に位置するホール素子の検出信号を使用して位置が検出されるので、ホール素子の検出信号は、ほぼレンズホルダー１４の移動距離に比例し（図４）、高い精度で位置を検出することができる。
【００５８】
さらに、本実施形態のカメラ１によれば、ホール素子が通過した磁極の周期Ｐの数を使用してレンズホルダー１４の移動距離が計算されるので、磁極の複数周期に亘る長い移動距離を、精度良く計算することができる。
【００５９】
また、本実施形態のカメラ１において、各磁極の境界線（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３．．．）の位置を予め測定したデータを記憶しておき、記憶されたデータを使用してレンズホルダー１４の移動距離を計算した場合には、磁極の境界線の位置に製作誤差が含まれていても、精度良く移動距離を測定することができる。
【００６０】
さらに、本実施形態のカメラ１によれば、２つのホール素子２４ａ、２４ｂが夫々、各駆動用コイル３２ａ、３２ｂの巻線の内側に配置されているので、各ホール素子が固有のスペースを占有することがなく、リニアアクチュエータ１０を小型化することができる。
【００６１】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、リニアアクチュエータは、フィルムカメラに備えられたレンズユニットに適用されていたが、本発明のリニアアクチュエータをデジタルカメラ、ビデオカメラ等の種々のカメラ、及び交換用のレンズユニットに適用することができる。
【００６２】
また、上述した実施形態においては、リニアアクチュエータ１０はフォーカス調整用の撮像用レンズを駆動するために使用されていたが、ズーム調整用のレンズ等、任意の撮像用レンズを移動させるためのリニアアクチュエータに本発明を適用することができる。
また、上述した実施形態においては、磁気センサとしてホール素子を使用しているが、磁気抵抗素子等、任意の磁気センサを使用することができる。
【００６３】
さらに、上述した実施形態においては、２つの駆動用コイル３２ａ、３２ｂのうち、磁極の境界線近傍に位置する方の駆動用コイルに絶対値の大きな電流が流れるように、正弦波状に電流が変化されていたが、変形例として、一定の区間で少なくとも一方の駆動用コイルの電流が停止されるように、本発明を構成することもできる。この場合には、好ましくは、２つの駆動用コイルのうち、磁極の境界線までの距離が遠い方の駆動用コイルの電流が停止されるように本発明を構成する。これにより、大きな駆動力を発生できない位置にある駆動用コイルに電流が流れないので、無駄に消費される電流を抑制することができる。
【００６４】
また、上述した実施形態においては、レンズホルダー１４に作用する重力に対しては、レンズホルダー１４の位置を保持するための抗力を、リニアモータ２２により発生させていたが、変形例として、リニアアクチュエータにカウンタウエイト機構を設けることができる。
【００６５】
図５は、本発明の変形例によるリニアアクチュエータの斜視図である。
図５に示すように、本発明の変形例によるリニアアクチュエータ１１０においては、レンズホルダー１１４は、これに設けられた軸受部１１４ａを介して、メインガイドシャフト１８により光軸Ａ方向に案内される。また、リニアアクチュエータ１１０は、駆動用磁石３０、駆動用コイル３２ａ、３２ｂ、ホール素子２４ａ、２４ｂ等による駆動機構については、上述した実施形態と同様である。
【００６６】
本変形例においては、カウンタウエイト機構として、レンズホルダー１１４に平面ギア部１１６が設けられており、この平面ギア部１１６と噛み合うように、レンズ鏡筒内に伝動ギア１１８が設けられている。さらに、レンズ鏡筒には、この伝動ギア１１８と噛み合うように、カウンタウエイトギア１２０が光軸Ａ方向に移動可能に配置されている。
【００６７】
平面ギア部１１６は、レンズホルダー１１４の外周に、光軸Ａ方向に延びるように設けられた細長いギアであり、光軸Ａから半径方向外方に向けて歯面が形成されている。伝動ギア１１８は、平面ギア部１１６と噛み合うように配置された円筒状のギアである。伝動ギア１１８は、レンズ鏡筒に取り付けられた支持軸１１８ａを中心に回転可能に支持されており、支持軸１１８ａは、光軸Ａを中心とする円の接線方向に向けて配置されている。カウンタウエイトギア１２０は、平面ギアが形成された細長いギアであり、この平面ギアは伝動ギア１１８と噛み合うように、光軸Ａに対して半径方向内方に向けて配置されている。また、カウンタウエイトギア１２０は、レンズ鏡筒に対して光軸Ａ方向に滑らかに摺動可能に配置されている。このため、伝動ギア１１８が支持軸１１８ａを中心に回転されると、カウンタウエイトギア１２０は光軸Ａ方向に移動される。好ましくは、カウンタウエイトギア１２０は、その質量が、レンズホルダー１１４と共に移動される可動部全体の質量と同程度になるように構成する。
【００６８】
このように構成されたカウンタウエイト機構により、レンズホルダー１１４が光軸Ａに沿って第１の方向に移動されると、カウンタウエイトギア１２０は、光軸Ａに沿って第１の方向とは反対の第２の方向に移動される。このため、レンズホルダー１１４を重力により引き下げる力は、カウンタウエイトギア１２０を重力に抗して引き上げる力によって相殺され、レンズホルダー１１４を重力に抗して所定の位置に保持するために要する力は非常に小さくなる。このように、レンズホルダー１１４に作用する重力の影響は、カウンタウエイト機構により大幅に軽減される。本変形例によれば、レンズホルダー１１４を移動させるために必要な駆動力が、リニアアクチュエータ１１０の姿勢によって影響されにくくなり、レンズホルダー１１４を円滑に駆動することが可能になる。また、レンズホルダー１１４を小さな駆動力で、重力に抗して保持することができるので、リニアアクチュエータ１１０の消費電力を抑制することができる。
【００６９】
さらに、上述した実施形態においては、メインガイドシャフト１８には単一のレンズホルダー１４のみが取り付けられていたが、変形例として、メインガイドシャフト１８に複数のレンズホルダーを取り付けることができ、それらのレンズホルダーを単一の駆動用磁石３０を使用して駆動することができる。
【００７０】
図６は、このように構成された本発明の第２の変形例によるリニアアクチュエータの上面図である。図６に示すように、本変形例のリニアアクチュエータ２１０には、４つのレンズホルダー２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄが備えられている。これら４つのレンズホルダーには、駆動用コイル２３２ａ、２３２ｂ、駆動用コイル２３４ａ、２３４ｂ、駆動用コイル２３６ａ、２３６ｂ、駆動用コイル２３８ａ、２３８ｂが夫々取り付けられている。４つのレンズホルダー各々は、上述した実施形態と同様に構成されている。
【００７１】
また、４つのレンズホルダー２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄは、夫々、１本のメインガイドシャフト２１８に、摺動可能に取り付けられている。さらに、４つのレンズホルダー各々に２つずつ取り付けられた８つの駆動用コイルは、光軸Ａ方向に延びるように配置された１本の駆動用磁石２３０に対向するように配置されている。この構成により、各レンズホルダーに取り付けられた駆動用コイルに電流を流すことにより、各レンズホルダーを独立して移動させることができる。
【００７２】
一般に、ズームレンズの画角調整を行う場合には、複数枚又は複数群のレンズを、別々に（各レンズ間の相対的な距離が変化するように）移動させる必要がある。このレンズの移動機構をズームリングと連動するカム溝により構成すると、カムを確実に動作させるために各レンズの動きは制約を受ける。これに対して、本変形例のように構成されたリニアアクチュエータにより各レンズを移動させる場合には、このような制約を受けることなく、各レンズの移動を自由に設計することが可能になる。また、複数のレンズホルダーを、１本のメインガイドシャフト、及び１本の駆動用磁石を使用して、独立して移動させることができるので、リニアアクチュエータを小型化することが可能になる。さらに、複数のレンズホルダーの位置検出用の磁石も１本の駆動用磁石で兼用できるので、リニアアクチュエータを更に小型化することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１    本発明の実施形態のカメラ
２    レンズユニット
４    カメラ本体
６    レンズ鏡筒
８    撮像用レンズ
１０    リニアアクチュエータ
１４    レンズホルダー
１４ａ  軸受部
１４ｂ  Ｕ字溝
１６    フォーカス調整用レンズ
１８    メインガイドシャフト（ガイド機構）
２０    サブガイドシャフト
２２    リニアモータ
２４ａ、２４ｂ  ホール素子（磁気センサ）
２６    コントローラ
２８    メモリ
３０    駆動用磁石
３２ａ、３２ｂ  駆動用コイル
３４    ヨーク
１１０    本発明の変形例によるリニアアクチュエータ
１１４    レンズホルダー
１１４ａ  軸受部
１１６    平面ギア部
１１８    伝動ギア
１１８ａ  支持軸
１２０    カウンタウエイトギア
２１０    本発明の第２の変形例によるリニアアクチュエータ
２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄ  レンズホルダー
２１８    メインガイドシャフト
２３０    駆動用磁石
２３２ａ、２３２ｂ  駆動用コイル
２３４ａ、２３４ｂ  駆動用コイル
２３６ａ、２３６ｂ  駆動用コイル
２３８ａ、２３８ｂ  駆動用コイル
【図１】
0005884240.tif 000002
【図２】
0005884240.tif 000003
【図３】
0005884240.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005884240.tif 000006
【図６】
0005884240.tif 000007