(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
0003893701.tif 000002
【図２】
0003893701.tif 000003
【図３】
0003893701.tif 000004
【図４】
0003893701.tif 000005
【図５】
0003893701.tif 000006
【図６】
0003893701.tif 000007
【図７】
0003893701.tif 000008
【図８】
0003893701.tif 000009
【図９】
0003893701.tif 000010
【図１０】
0003893701.tif 000011
【図１１】
0003893701.tif 000012
【図１２】
0003893701.tif 000013