(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する面を有するガイドフレームと、このガイドフレームの対向面間に渡して取り付けたガイドシャフトと、このガイドシャフトに遊嵌したテーブルと、このテーブルに取り付けたリニアモータと、前記ガイドフレームの対向面間に渡して押さえつけた前記リニアモータの駆動シャフトと、レンズを内蔵しかつ前記テーブルに嵌め込んだレンズユニットと、このレンズユニットを固定する固定手段と、前記ガイドフレームの一方の面に取り付けた撮像素子とを備え、
前記固定手段は、前記レンズユニットを前記テーブルに取り付ける爪部と、前記レンズユニットの移動方向のがたを抑えるばね部と、レンズユニット内のレンズのがたを矯正するガイド面とを有し、
前記リニアモータの駆動力で、リニアモータ自体と前記テーブルと前記レンズとが前記ガイドシャフトに沿って直線駆動するようにし、
前記レンズで被写体を撮像素子に結像して撮影するようにしたことを特徴とするレンズ駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、
リニアモータは駆動シャフトの回転力を直線駆動力として取り出す構造とし、ガイドフレームの一方の面に駆動シャフトの一端をコーン状の先端で回転支持する回転部材を備え、他方の面に他端を押す弾性体を備えたことを特徴とするレンズ駆動装置。
【請求項３】
請求項１において、
リニアモータは駆動シャフトの回転力を直線駆動力として取り出す構造とし、ガイドフレームの一方の面に駆動シャフトの一端をすり鉢状のテーパー面で回転支持する回転部材を備え、他方の面に他端を押す弾性体を備えたことを特徴とするレンズ駆動装置。
【請求項４】
請求項１において、
リニアモータは駆動シャフトの回転力を直線駆動力として取り出す構造とし、ガイドフレームの一方の面に駆動シャフトの一端をＶ字形の凹状面で回転支持する回転部材を備え、他方の面に他端を押す弾性体を備えたことを特徴とするレンズ駆動装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記固定手段のばね部と爪部とをＬ字型形状で形成し、爪部やばね部の変形がガイド面に影響しないようにし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、直線駆動装置およびレンズ駆動装置に関し、特に、直線駆動の速度制御を容易に行うのに有用な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
図７に、従来の直線駆動装置の概略構成図を示す。この直線駆動装置１００は、テーブル１０１を矢印Ａ−Ｂ方向に直線駆動する機構を備えている。テーブル１０１は、ガイドフレーム１０２に取り付けた２本のガイドシャフト１０３によって矢印Ａ−Ｂ方向に駆動方向を規制されている。また、矢印Ａ方向には、ガイドフレーム１０２にビス１０４で取り付けたリニアモータ１０５の駆動シャフト１０６がシャフト受１０１ａを押すことで、テーブル１０１とガイドフレーム１０２との間に取り付けたコイルばね１０７の引っ張り力に逆らいつつ直線駆動する。矢印Ｂ方向には、コイルばね１０６の復元力が作用して引っ張られ、リニアモータ１０５の駆動シャフト１０６の戻り動作に合わせて直線駆動する。
【０００３】
図８に、リニアモータの概略構成図を示す。このリニアモータ１０５は、回転力を直線推進力に変換するアクチュエータである。ステータコイル１０８、ステータ鉄心１０９、ロータ１１０およびロータマグネット１１１とで駆動シャフト１０６を回転させる。駆動シャフト１０６と前部軸受１１２とはネジ構造となっており、駆動シャフト１０６は回転することで一定ピッチで直線方向に移動する。また、駆動シャフト１０６は、後部軸受１１３に遊嵌している。また、駆動シャフト１０６の先端には鋼球１１４が埋め込まれており、この鋼球１１４の先で目標物を押す仕組みになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の直線駆動装置では、リニアモータの駆動シャフトがコイルばねの弾性力に抗してテーブルを押して直線駆動するための推進力の大きさは、コイルばねの最大伸長時の弾性力よりも大きいことが必要である（図７参照、矢印Ａ方向への移動）。しかも、コイルばねの引っ張り力がテーブルの移動量に比例して大きくなることを考慮すると、一定速度でテーブルを移動するためには、コイルばねの引っ張り力による負荷変動を考慮したリニアモータの速度制御が必要であり、動作が複雑になるため設計上の問題点がある。
【０００５】
また、テーブルがコイルばねの復元力によって引っ張られることで、リニアモータの駆動シャフトの戻り動作に合わせて直線駆動する場合に（図７参照、矢印Ｂ方向への移動）、テーブルがガイドシャフト等でこじれてしまうことがある。このような状態では、テーブルが駆動シャフトの先端の動きに追従せず、テーブルの直線駆動が制御できなくなってしまう問題点がある。
【０００６】
さらに、急激な方向転換をする場合、例えば、図７の矢印Ａ方向から矢印Ｂ方向へ転換する場合には、テーブルがもつ慣性力とコイルばねとの力関係により駆動モータの動きにテーブルが追従できないことがあり、この場合にもテーブルの直線駆動が制御できなくなってしまう問題点がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のレンズ駆動装置は、相対向する面を有するガイドフレームと、このガイドフレームの対向面間に渡して取り付けたガイドシャフトと、このガイドシャフトに遊嵌したテーブルと、このテーブルに取り付けたリニアモータと、前記ガイドフレームの対向面間に渡して押さえつけた前記リニアモータの駆動シャフトと、レンズを内蔵しかつ前記テーブルに嵌め込んだレンズユニットと、このレンズユニットを固定する固定手段と、前記ガイドフレームの一方の面に取り付けた撮像素子とを備え、前記固定手段は、前記レンズユニットを前記テーブルに取り付ける爪部と、前記レンズユニットの移動方向のがたを抑えるばね部と、レンズユニット内のレンズのがたを矯正するガイド面とを有し、前記リニアモータの駆動力で、リニアモータ自体と前記テーブルと前記レンズとが前記ガイドシャフトに沿って直線駆動するようにし、前記レンズで被写体を撮像素子に結像して撮影するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
前記リニアモータは駆動シャフトの回転力を直線駆動力として取り出す構造とし、ガイドフレームの一方の面に駆動シャフトの一端をコーン状の先端で回転支持する回転部材を備え、他方の面に他端を押す弾性体を備えたことを特徴とする。
また、回転部材の形状は、すり鉢状のテーパー面やＶ字型の凹状面を有するものとし、この鉢状のテーパー面やＶ字形の凹状面で駆動シャフトの一端を回転支持することを特徴とする。
また、その固定手段のばね部と爪部とをＬ字型形状で形成し、爪部やばね部の変形がガイド面に影響しないようにしたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、これによりこの発明が限定されるものではない。
第１の実施の形態
図１に、第１の実施の形態の直線駆動装置の概略構成図を示す。この直線駆動装置２００は、テーブル１を矢印Ａ−Ｂ方向に直線駆動する機構を備えている。テーブル１は、ガイドフレーム２に取り付けた２本のガイドシャフト３によって矢印Ａ−Ｂ方向に駆動方向を規制されている。
【００１０】
前記テーブル１を駆動する駆動力は、リニアモータ４によって与えられる。このリニアモータ４は、テーブル１にモータ固定ネジ５によって取り付け、駆動シャフト６の一端をコーン型シャフト支持受け７に押しつけ、他端を押付け板ばね８に押しつけて固定してある。前記リニアモータ４は、従来と同様の構造であって、前記駆動シャフト６がネジ加工されており、この駆動シャフト６が軸方向に回転して矢印Ａ−Ｂ方向の直線推進力を得るアクチュエータである。
【００１１】
また、前記コーン型シャフト支持受け７は、図２の（ｂ）に示すように、軸部７ａとコーン型部７ｂとで構成されている。そして、図２の（ａ）に示すように、コーン型シャフト支持受け７は、軸部７ａを軸受け９に遊嵌して回転可能であり、コーン型部７ｂの先端で駆動シャフト６を押しつけるようになっている。このコーン型シャフト支持受け７は、駆動シャフト６の回転に追従して軸受け９内で回転する。これにより、駆動シャフト６とコーン型シャフト支持受け７との接触点での摩耗を抑制するようになっている。
【００１２】
前記押付け板ばね８は、前記ガイドフレーム２にばね固定ネジ１０で取り付けてあり、自由端側で駆動シャフト６を押しつけるようになっている。この押しつけにより、駆動シャフト６の軸方向のがたを抑制することができる。なお、押付け板ばね８に接触する駆動シャフト６の先端には、従来と同様に、鋼球６ａを埋め込んである。これにより、駆動シャフト６と押付け板ばね８との接触点での摩耗を抑制するようになっている。
【００１３】
なお、上述のように、駆動シャフト６をコーン型シャフト支持受け７の先端で点接触させたのは、リニアモータ４がテーブル１に固定されたときに傾いていても、駆動シャフト６とコーン型シャフト支持受け７との間に接触による負荷の発生を抑制するためである。これにより、リニアモータ４の回転系に作用する負荷の発生を抑制することができる。
【００１４】
次に、テーブル１の矢印Ａ−Ｂ方向の動作を説明する。リニアモータ４は、図示しない電源から所定のパルス電圧を供給されると、その極性に応じて駆動シャフト６を軸方向に回転させて、駆動シャフト６が矢印Ａ−Ｂ方向へ移動するための推進力を発生する。しかし、駆動シャフト６は、コーン型シャフト支持受け７と押付け板ばね８とで押さえつけて固定してあるため、駆動シャフト６自体はガイドフレーム２に対して矢印Ａ−Ｂ方向へ移動することはない。このため、リニアモータ４が駆動すると、リニアモータ４自体が駆動シャフト６の推進力によって矢印Ａ−Ｂ方向に移動することになる。したがって、リニアモータ４を取り付けたテーブル１が、矢印Ａ−Ｂ方向に直線駆動されることになる。
【００１５】
上記第１の実施の形態によると、リニアモータの推進力が直接的にテーブルの直線駆動として現れるため、制御の追従性が良く、テーブルの速度制御が容易になり、また、急激な方向転換の制御も正確に行うことができるようになる。
第２の実施の形態
上記第１の実施の形態ではコーン型シャフト支持受けを使用した場合を説明したが、本第２の実施の形態ではすり鉢型シャフト支持受けを使用する。以下、このすり鉢型シャフト支持受けについて説明する。その他の構成要素及び動作は上記第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００１６】
図３に、すり鉢型シャフト支持受けの説明図を示す。このすり鉢型シャフト支持受け１１は、（ｂ）に示すように、軸部１１ａとすり鉢部１１ｂとで構成されている。そして、（ａ）に示すように、すり鉢型シャフト支持受け１１は、軸部１１ａを軸受け９に遊嵌して回転可能であり、すり鉢部１１ｂのテーパー面で駆動シャフト６を押しつけるようになっている。このすり鉢型シャフト支持受け１１は、駆動シャフト６の回転に追従して軸受け９内で回転する。
【００１７】
したがって、上記第２の実施の形態によると、駆動シャフト６とすり鉢型シャフト支持受け１１との接触点での摩耗を抑制することができる。また、すり鉢部１１ｂのテーパー面は、駆動シャフト６を回転中心方向に位置決めすることができる。このため、駆動シャフト６が高速回転しても、駆動シャフト６がすり鉢部１１ｂから外れるのを防止することができる。
【００１８】
第３の実施の形態
上記第１の実施の形態ではコーン型シャフト支持受けを使用した場合を説明したが、本第３の実施の形態ではスリット凹型シャフト支持受け（Ｖ字形凹型シャフト支持受け）を使用する。以下、このスリット凹型シャフト支持受けについて説明する。その他の構成要素及び動作は上記第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００１９】
図４に、スリット凹型シャフト支持受けの説明図を示す。このスリット凹型シャフト支持受け１２は、（ｂ）に示すように、軸部１２ａとスリット凹部１２ｂで構成されている。そのスリット凹部（Ｖ字形凹部）１２ｂは、傾斜面１２ｂ１と壁面１２ｂ２とで形成されている。そして、（ａ）に示すように、スリット凹型シャフト支持受け１２は、軸部１２ａを軸受け９に遊嵌して回転可能であり、スリット凹部１２ｂの傾斜面１２ｂ１で駆動シャフト６を押しつけるようになっている。前記傾斜面１２ｂ１は、駆動シャフト６を回転中心方向に位置決めする。また、前記壁面１２ｂ２は、駆動シャフト６を挟み込んで回転させる。
【００２０】
したがって、上記第３の実施の形態によると、傾斜面１２ｂ１が駆動シャフト６を回転中心方向に位置決めし、壁面１２ｂ２が駆動シャフト６を挟み込んで回転させるため、上記第１の実施の形態のコーン型シャフト支持受け７や上記第２の実施の形態のすり鉢型シャフト支持受け１１の場合よりも、速い回転の駆動シャフト６への対応も可能になる。また、上記第１の実施の形態や上記第２の実施の形態と同様に、駆動シャフト６とスリット凹型シャフト支持受け１２との接触点での摩耗を抑制することができる。
【００２１】
第４の実施の形態
本第４の実施の形態は、上記第１の実施の形態の直線駆動装置をビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に実装されるフォーカスレンズ機構としてのレンズ駆動装置に応用した場合である。
図５に、第４の実施の形態のレンズ駆動装置の概略構成図を示す。このレンズ駆動装置３００は、レンズ１３を取り付けたレンズスライダ１４を矢印Ａ−Ｂ方向に直線駆動する機構を備えている。レンズスライダ１４は、レンズ駆動フレーム１５に取り付けた２本のレンズガイドシャフト１６によって矢印Ａ−Ｂ方向に駆動方向を規制されている。
【００２２】
前記レンズスライダ１４を駆動する駆動力は、リニアモータ４によって与えられる。このリニアモータ４は、レンズスライダ１４にモータ固定ネジ５によって取り付け、駆動シャフト６の一端をコーン型シャフト支持受け７に押しつけ、他端を押付け板ばね８に押しつけて固定してある。前記リニアモータ４は、従来と同様の構造であって、前記駆動シャフト６がネジ加工されており、この駆動シャフト６が軸方向に回転して矢印Ａ−Ｂ方向の直線推進力を得るアクチュエータである。
【００２３】
なお、前記コーン型シャフト支持受け７は、軸受け９に遊嵌して回転可能であり、上記第１の実施の形態のものであり、その詳細な説明は省略する。また、上記第２の実施の形態のすり鉢型シャフト支持受け１１や上記第３の実施の形態のスリット凹型シャフト支持受け１２であってもよいが、その場合の説明は省略する。さらに、前記押付け板ばね８は、前記レンズ駆動フレーム１５にばね固定ネジ１０で取り付けてあり、自由端側で駆動シャフト６を押しつけるようになっている。この押しつけにより、駆動シャフト６の軸方向のがたを抑制することができる。また、駆動シャフト６と押付け板ばね８の作用は、上記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。駆動シャフト６をコーン型シャフト支持受け７の先端で点接触させたのも、上記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００２４】
前記レンズスライダ１４には、レンズ１３を内蔵したレンズユニット１７をレンズユニット取付部１４ａに嵌め込み、レンズクリップ１８で止めて取り付けるようになっている。このレンズクリップ１８は、爪部１８ａと飛び出し防止部１８ｂを有しており、爪部１８ａが穴１４ｂに嵌まってレンズスライダ１４に取り付き、飛び出し防止部１８ｂによってレンズユニット１７の飛び出しを抑えつつ、レンズユニット１７をレンズスライダ１４に取り付けるようになっている。
【００２５】
図６に、レンズクリップの説明図を示す。（ａ）は斜視図、（ｂ）は一部切欠斜視図、（ｃ）はＡ−Ａ断面図、（ｄ）はＢ−Ｂ断面図である。このレンズクリップ１８は、外形は円筒形状で、特別な突起はないモジュールであり、前記爪部１８ａと前記飛び出し防止部１８ｂの他に、ばね部１８ｃとガイド面１８ｄを有している。前記ばね部１８ｃは、レンズユニット１７に付勢力を与え、レンズユニット１７を押さえつけるため、図５の矢印Ａ−Ｂ方向のがたを防止している。なお、前記飛び出し防止部１８ｂは、前記ばね部１８ｃが破損した場合に、前記レンズユニット１７の飛び出しを防止する機能となっている。前記ガイド面１８ｄは、レンズユニット１７内のレンズ１３のがたを抑える機能を有している。また、爪部１８ａやばね部１８ｃは略Ｌ字型に形成してあり、ガイド面１８ｄが爪部１８ａやばね部１８ｃの変形からの反力で変形しないようになっている。これにより、爪部１８ａとばね部１８ｃとガイド面１８ｄがそれぞれに独立に機能できる。
【００２６】
図５に戻って、前記レンズ駆動フレーム１５の外側には、撮像素子駆動基板１９が基板固定ネジ２０で固定されている。また、内側には、撮像素子２１が取り付けてある。したがって、撮像素子２１に被写体Ｘの画像を結像させるためには、レンズスライダ１４を矢印Ａ−Ｂ方向へ移動させることで実現できる。
なお、レンズユニット１７の焦点距離等の仕様が変更した場合には、レンズの外形と長さ等に応じて、レンズスライダ１４とレンズクリップ１８のレンズ組付け部分の形状変更を行うことになる。例えば、焦点距離に変更があると、被写体Ｘと撮像素子２１との距離関係が変更になるため、レンズユニット１７の焦点調整範囲を確認した上で、レンズガイドシャフト１６の長さを変更する必要がある。しかし、フォーカスレンズ機構の基本的な構成については変更はない。
【００２７】
次に、レンズスライダ１４の矢印Ａ−Ｂ方向の動作を説明する。リニアモータ４は、図示しない電源から所定のパルス電圧を供給されると、その極性に応じて駆動シャフト６を軸方向に回転させて、駆動シャフト６が矢印Ａ−Ｂ方向へ移動するための推進力を発生する。しかし、駆動シャフト６は、コーン型シャフト支持受け７と押付け板ばね８とで押さえつけて固定してあるため、駆動シャフト６自体はレンズ駆動フレーム１５に対して矢印Ａ−Ｂ方向へ移動することはない。このため、リニアモータ４が駆動すると、リニアモータ４自体が駆動シャフト６の推進力によって矢印Ａ−Ｂ方向に移動することになる。したがって、リニアモータ４を取り付けたレンズスライダ１４が、矢印Ａ−Ｂ方向に直線駆動されることになる。これにより、被写体Ｘの画像を撮像素子２１上に結像させることができる。
【００２８】
上記第４の実施の形態によると、リニアモータの推進力が直接的にレンズスライダの直線駆動として現れるため、制御の追従性が良く、レンズスライダの速度制御が容易になり、また、急激な方向転換の制御も正確に行うことができるようになる。したがって、本実施の形態のレンズ駆動装置は高精度で高応答性に優れているため、被写体に対するピント合わせが容易に行えるようになる。
【００２９】
また、画像処理を用いたパターン認識を実施したサービスを展開する市場のように、生産台数が小さく、レンズ開発にあまり投資ができない場合でも、本実施の形態のレンズ駆動装置では、レンズとガイドを一体化していないため、多品種のレンズ仕様に適用できるフォーカスレンズ機構を小型化して低コストで提供することが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の直線駆動装置によると、リニアモータの推進力が直接的にテーブルの直線駆動として現れるため、制御の追従性が良く、テーブルの速度制御が容易になり、また、急激な方向転換の制御も正確に行うことができる効果が得られ、設計上も有利なものとなる。また、例えば、レンズ駆動装置に使用すると、高精度で高応答性に優れているため、被写体に対するピント合わせが容易に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の直線駆動装置の概略構成図
【図２】第１の実施の形態のコーン型シャフト支持受けの説明図
【図３】第２の実施の形態のすり鉢型シャフト支持受けの説明図
【図４】第３の実施の形態のスリット凹型支持受けの説明図
【図５】第４の実施の形態のレンズ駆動装置の概略構成図
【図６】レンズクリップの説明図
【図７】従来の直線駆動装置の概略構成図
【図８】リニアモータの内部構造図
【符号の説明】
２００  直線駆動装置
１  テーブル
２  ガイドフレーム
３  ガイドシャフト
４  リニアモータ
５  モータ固定ネジ
６  駆動シャフト
７  コーン型シャフト支持受け
８  押付け板ばね
９  軸受け
１０  ばね固定ネジ
【図１】
0004258051.tif 000002
【図２】
0004258051.tif 000003
【図３】
0004258051.tif 000004
【図４】
0004258051.tif 000005
【図５】
0004258051.tif 000006
【図６】
0004258051.tif 000007
【図７】
0004258051.tif 000008
【図８】
0004258051.tif 000009