(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少なくとも１つ以上の磁気回路と、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、前記駆動方向と垂直に磁化された第１のマグネットと第１のヨークとから成る第１の磁気回路と、前記駆動方向と垂直に磁化された第２のマグネットと第２のヨークとから成る第２の磁気回路とを有し、
前記第１のマグネットの磁化方向と前記第２のマグネットの磁化方向とは互いに対向しており、
前記第１の磁気回路と前記第２の磁気回路とは、前記磁化方向に略対称に構成され、
前記磁気センサーは、前記第１の磁気回路と前記第２の磁気回路との前記磁化方向の略対称中心位置に配置されていることを特徴とする請求項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ることを特徴とする請求項１または２記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
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と略平行になるように前記磁気センサーを配置した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】
前記第１及び第２のマグネットの磁化方向を上下方向とした場合、前記磁気スケールおよび前記磁気センサーは、前記駆動方向から見て前記第１及び第２の磁気回路の左右いずれかの位置に配置され、
前記第１及び第２のマグネットの前記磁気センサー側の側面にぞれぞれ磁性体を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記磁性体を前記第１及び第２のヨークと一体に構成したことを特徴とする請求項５記載のリニアアクチュエータ。
【請求項７】
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及び、請求項２及び、請求項３及び、請求項４及び、請求項５及び、請求項６記載のリニアアクチュエータの内、少なくとも１つを用いたことを特徴とする光学機器。
【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に関するもので、例えばスチルカメラやビデオカメラ等の光学機器の移動レンズ群を駆動する際に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日では、コイルをマグネットとヨークとから構成した磁気回路で直線的に駆動するといういわゆるリニアアクチュエータは、ロボットなどの産業機器やプロッターやプリンタなどの印刷機器、ハードディスクや光磁気ディスクなどの記録再生機器そしてスチルカメラやビデオカメラ等の光学機器等の幅広い産業分野に渡って一般的に用いられている。
【０００３】
このリニアアクチュエータにおいて、例えばカメラの焦点調整用の移動レンズ群を所定の位置まで可動させ、撮像素子等の結像面上に物体像を形成する場合、またハードディスクの記録再生ヘッドをディスクの所定のトラックにアクセスさせる場合などにおいて、その移動レンズ群や記録再生ヘッド等の可動部を高精度に位置決めするために、可動子位置を検出する位置検出手段が設けられている。
【０００４】
この位置検出手段は光学式と磁気式の２つに大別されるが、光学式のものについては、ＬＥＤ等の発光素子とフォトトランジスタ等の受光素子からなる光センサーと、透光部分と遮光部分を細かいピッチで交互に形成した光スケールを組み合わせたものが、また磁気式のものについては、ＭＲ素子やホール素子等の磁気センサーと、磁性体に細かいピッチで着磁した磁気スケールを組み合わせたものが一般的である。
【０００５】
ここで、光センサーと光スケールについては、温度により光センサーの出力光量が変化するため、温度変化に対応するための調整回路や、温度差を許容できる制御システムが必要になる、あるいは発光素子から放射された光が光スケールの細かいパターン状の透光部分を通り受光素子に到達するように、発光素子と光スケールと受光素子の３つの幾何学的な位置関係を精度良く調整するための調整機構が必要になり、その結果センサーの大型化とコストアップを招くという問題ががある。
【０００６】
一方、磁気センサーと磁気スケールによる磁気式のものは、ＭＲ素子等の磁気センサーの温度特性が光センサーよりも良いため、温度変化に対応するための調整回路が不必要である、あるいは磁気スケールに着磁された正弦波状の磁界強度パターンを磁気センサーで検出できるよう磁気センサーと磁気スケール間のギャップ量を調整するだけで良く調整機構が簡単であるということから、センサーを小型かつ安価に構成できるという長所がある。よってカメラ等の光学機器の焦点調整用の移動レンズ群を位置制御するリニアアクチュエータにおいて、磁気式の位置検出手段が現在のところ多く用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁気センサーを位置検出手段とした従来のリニアアクチュエータにおいては、磁気センサーが駆動用の磁気回路近傍に位置する一般的な構成の場合、駆動用磁気回路からの漏洩磁束により、磁気センサーのＳ／Ｎが悪くなるという悪影響が発生する。これを防止するために、駆動用の磁気回路及び磁気センサーを磁気シールドすることが考えられるが、完全に漏洩磁束をシルードすることは困難であると共に、その構造は複雑となる。
【０００８】
そこでこの漏洩磁束の磁気センサーに対する悪影響を解決するため、特願平５−６２３８３号公報に開示されたように、ヘッド基台移動手段として、マグネットとコイルを左右対称に配置し、この左右のマグネットの極性だけを反転させた一対のリニアモータとし、また位置検出手段として、可動側のヘッド基台に磁気センサを、固定側の磁気センサの移動軌跡上にマグネスケールをそれぞれ設け、さらに磁気センサを左右一対のリニアモータの中心位置に配置したディスクドライブ装置、あるいは可動側のヘッド基台にマグネスケールを、固定側のマグネスケールの移動軌跡上に磁気センサを設けた上記構成のディスクドライブ装置が提案されている。
【０００９】
これによれば、左右対称に配置されたリニアモータから漏洩磁束が発生するが、左右のリニアモータ内のマグネットの極性が反転されているため、左右のリニアモータの中心位置では、少なくとも３次元上の一方向で互いの漏洩磁束がキャンセルするように働き、磁気センサーへの悪影響が緩和されるというものであり、この実施例では磁気センサー位置での駆動方向のＸ方向と垂直方向のＺ方向への漏洩磁束は互いにキャンセルされるように働く。
【００１０】
しかし特願平５−６２３８３号公報に開示された上記ディスクドライブ装置では、左右のマグネットの極性を反転している構成上、コイルに流す電流の向きを左右１対のリニアモータで逆にする必要があるため、コイルは必ず２個必要になってくる。従ってリニアアクチュエータの大型化やコストアップ、消費電力の増大等を招くと共に、２個のコイルに流す電流により発生する磁束が磁気センサー位置ではキャンセルされず逆に倍増するため、磁気センサーに悪影響を及ぼすという欠点があった。
【００１１】
また上記ディスクドライブ装置の実施例では水平方向のＹ方向については漏洩磁束がキャンセルされず残るため、これによりＭＲ素子の磁気抵抗変化率が変化し感度劣化を招くという問題も発生する。
よって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て用いたリニアアクチュエータにおいて、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いＳ／Ｎ比の優れたリニアアクチュエータを、簡素な構成で安価に提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決する手段】
この課題を解決するために本発明のリニアアクチェエータは、固定子と、所定の駆動方向に可動自在な可動子とを備え、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少なくとも１つ以上の磁気回路と、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ものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリニアアクチュエータの実施の形態を図面に基づいてについて説明する。  図１は本発明の第１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は本発明の第１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は本発明の第１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ＭＲ素子の磁気抵抗変化率特性を示す図、図５は位置検出手段の概略斜視図、図６は本発明の第１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７は本発明の第１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、図８は本発明の第２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９は本発明の第２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である。
【００１５】
まず本発明の第１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。
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５ａと、コの字型のメインヨーク６ａ及び板状のサイドヨーク７ａとを、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８ａと、この磁気回路８ａ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５ｂとメインヨーク６ｂ及びサイドヨーク７ｂとから成る磁気回路８ｂ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５ａ、５ｂ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５ａ、５ｂ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。
【００１６】
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８ａ、８ｂの駆動方向（Ｘ方向）の対称中心かつ、この一対の磁気回路８ａ、８ｂ間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、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。
【００１７】
磁気センサー１０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５ａ、５ｂの磁化方向と平行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。
【００１８】
図４は磁界が加わることで抵抗値が減少するというＭＲ素子１２ａ、１２ｂの磁気抵抗変化率特性を示したものであり、その方向性はＭＲ素子１２ａ、１２ｂ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１２ａ、１２ｂ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１２ａ、１２ｂ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。
【００１９】
この特性から、図５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１０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１２ａ、１２ｂ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１２ａ、１２ｂの抵抗値はほとんど変化しない。
よってこのＭＲ素子１２ａ、１２ｂ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１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２の位置を高精度に制御することができる。
【００２０】
次に駆動用の磁気回路８ａ、８ｂからの漏洩磁束が磁気センサー１０に与える影響について説明する。まず磁気外乱によるＭＲ素子１２ａ、１２ｂの影響であるが、上記したように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。特にＸ方向は磁気抵抗変化の感度が大であり、磁気スケールから発生する正弦波状の磁界強度変化パターンの信号に磁気外乱が重畳することで信号波形がオフセットすることから、ＭＲ素子の出力信号の波形歪み等を引き起こし、位置検出の誤差を増加させるという問題が発生する。また一方Ｙ方向は磁気抵抗変化の感度が少ないものの、Ｚ方向の磁気外乱により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。
【００２１】
このようにＭＲ素子１２ａ、１２ｂに対してＸ方向とＺ方向の磁気外乱が問題となるが、第１の本実施の形態のように一対の磁気回路８ａ、８ｂが駆動方向（Ｘ方向）におおよそ対称に構成されていることから図７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。
ここで磁気回路８ａ、８ｂが駆動方向（Ｘ方向）対称かつ、その対称中心位置に磁気センサー１０がある理想状態ではＸ方向の漏洩磁束の値は０になるが、本実施の形態のように磁気回路８ａ、８ｂが略対称であっても、あるいは磁気センサー１０が略対称中心位置にある場合でも、Ｘ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。なお本実施の形態では、磁気回路は２つとしたが、これに限定するものではない。
【００２２】
さらに一対の磁気回路８ａ、８ｂがマグネット５ａ、５ｂの磁化方向が対向する様、対称に配置されたすなわちＺ方向に対称であることから、図７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方向の漏洩磁束が互いに打ち消し合い、Ｚ方向の漏洩磁束の値は０になる。ここで一対の磁気回路８ａ、８ｂがＺ方向に略対称位置にあっても、あるいは磁気センサー１０がその略対称中心位置にある場合でも、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。
【００２３】
本実施の形態ではＭＲ素子１２ａ、１２ｂに流す電流の向きがマグネット５ａ、５ｂの磁化方向（Ｚ方向）と平行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５ａ、５ｂの磁化方向（Ｚ方向）と略平行であってもその効果を失うものではない。
【００２４】
また本実施の形態では、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Ｘ方向あるいは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。
尚、この第１の実施の形態では固定側のレンズ鏡筒３に磁気センサー１０を、可動側のレンズホルダー１に磁気スケール１１を設けたが、反対に固定側のレンズ鏡筒３に磁気スケール１１を、可動側のレンズホルダー１に磁気センサー１０を設けても、上記と同様にＺ方向の漏洩磁束を低減することができる。
【００２５】
次に、本発明の第２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８を用いて説明する。図８では相対する位置に対称に設けられた一対の磁気回路１３ａ、１３ｂの駆動方向から見て左側の略対称中心位置に磁気センサー１０及び磁気スケールを配置し、またメインヨーク１４ａ、１４ｂの磁気センサー１０側の一部を折り曲げることでマグネット５ａ、５ｂの磁気センサー１０側の側面にぞれぞれ磁性体１５ａ、１５ｂを構成している。
【００２６】
上記の構成により図９に示すマグネット５ａ、５ｂ及びメインヨーク１４ａ、１４ｂからの漏洩磁束が磁性体１５ａ、１５ｂに向かうような磁束の流れが発生し、磁気センサー１０の位置でのＹ方向及びＺ方向の漏洩磁束が減少する。従って、例えば磁気回路１３ａ、１３ｂが対称位置から若干ずれていた場合あるいは、磁気センサー１０が一対の磁気回路１３ａ、１３ｂの対称位置から若干ずれていた場合に、磁気センサー１０に及ぼされる磁気外乱をさらに低減できるという効果がある。また本実施の形態では磁性体１４ａ、１４ｂをメインヨーク１４ａ、１４ｂの一部で構成したが、別部材で構成しても問題は無い。
【００２７】
なお本発明は第１の実施の形態や第２の実施の形態を用いて説明したカメラ等の光学機器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。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のリニアアクチュエータは、磁気回路を駆動方向に略左右対称に構成し、その対称中心付近に磁気センサーを設けることにより、磁気センサーに飛び込む駆動方向の漏洩磁束を低減することができる。
また、マグネットの磁化方向が対向する向きに一対の磁気回路を略対称に設け、その対称中心付近に磁気センサーを配設することにより、対称中心位置でのマグネットの磁化方向の漏洩磁束が互いに打ち消され、磁気センサーに飛び込む駆動方向に垂直な方向の漏洩磁束を低減することができる。
【００２９】
また、マグネットの磁化方向が対向する向きに一対の磁気回路を略対称に設けると共に、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平行になるように磁気センサーを略対称中心位置に配設することによって、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。
【００３０】
また、マグネットの磁化方向が対向する向きに一対の磁気回路を略対称に設け、かつマグネットの磁化方向を基準として磁気回路の左右いずれかの位置に磁気センサーを略対称中心位置に配設すると共に、マグネットの磁気センサー側の側面にぞれぞれ磁性体を設けたことによって、漏洩磁束が磁性体に引き寄せられ、磁気センサー位置での駆動方向に垂直な２方向の漏洩磁束をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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】ＭＲ素子の磁気抵抗変化率特性を示す図
【図５】位置検出手段の概略斜視図
【図６】本発明の第１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７】同縦断面の磁束の流れを示す図
【図８】本発明の第２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９】本発明の第２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
【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
５ａ、５ｂ  マグネット
６ａ、６ｂ  メインヨーク
７ａ、７ｂ  サイドヨーク
８ａ、８ｂ  磁気回路
９  コイル
１０  磁気センサー
１１  磁気スケール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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