JP2018004859A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な駆動力を得ながら高い精度で可動部の位置を検出することができるアクチュエータを提供する。【解決手段】本発明は、手振れ補正用のアクチュエータ(10)であって、固定部(12a)と、手振れ補正用レンズ(16)が取り付けられた可動部(14)と、可動部支持機構(30)と、固定部又は可動部の何れか一方に設けられた複数の駆動用コイル(20a, 20b, 20c)と、固定部又は可動部の他方に設けられ、各駆動用コイルの両側に対向するように配置された複数対の駆動用マグネット(21, 22, 23)と、各駆動用コイルの内側に配置され、各駆動用マグネットの磁気を検出する磁気センサ(24a, 24b, 24c)と、を有し、駆動用マグネットは、各々、方向の磁極境界線を備え、この磁極境界線から磁気センサまでの距離と、磁気センサが検出する磁気との関係が、磁極境界線の近傍において比例関係に近くなるように、対を為す各駆動用マグネットは、互いに異なる磁束密度分布を有することを特徴としている。【選択図】図５

Description

本発明は、アクチュエータに関し、特に、手振れ補正用レンズを移動させるための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。

特許第５３０８４５７号公報（特許文献１）には、補正レンズ駆動用ボイスコイルモータが記載されている。このボイスコイルモータでは、２つの永久磁石を対向して配置し、それらの間の磁気空隙に扁平な空芯コイルを配置し、この空芯コイルに電流を流すことにより駆動力を得ている。また、このボイスコイルモータでは、永久磁石、コイル、及び最長移動距離を所定の寸法に構成することにより、消費電力を低減しながら安定した推力を得ている。

また、特許第５３０８４５７号公報記載の発明のように、磁気空隙に空芯コイルを配置したボイスコイルモータでは、空芯コイルの内側に磁気検出素子を配置しておき、この磁気検出素子により、手振れ補正用レンズを取り付けた可動部の位置を測定するように構成したものも知られている。即ち、空芯コイルに電流を流すことにより、空芯コイルと永久磁石の相対位置が変化すると、空芯コイルの内側に配置された磁気検出素子が検出する磁気も変化し、この磁気の変化に基づいて可動部の位置が特定される。このようなタイプのボイスコイルモータでは、可動部を駆動するための永久磁石と、可動部の位置を検出するための永久磁石が兼用にされている。

特許第５３０８４５７号公報

しかしながら、特許文献１記載のボイスコイルモータでは、消費電力を低減しながら安定した推力を得ることができるとしても、磁気センサにより可動部の位置を検出すると、十分な精度が得られないという問題がある。即ち、一般に、可動部の駆動用の永久磁石と、位置検出用の永久磁石を兼用にしたボイスコイルモータ（アクチュエータ）では、可動部の移動距離と、磁気センサが受ける磁気との間の直線性が悪く、磁気センサが受ける磁気が移動距離に十分に比例していないため、検出される位置精度が低下する。この位置検出精度の低下に伴い、手振れ補正の精度も低下するという問題がある。

従って、本発明は、十分な駆動力を得ながら高い精度で可動部の位置を検出することができるアクチュエータ、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。

上述した課題を解決するために、本発明は、手振れ補正用レンズを移動させるためのアクチュエータであって、固定部と、手振れ補正用レンズが取り付けられた可動部であって、固定部に対して当該手振れ補正用レンズの光軸に直交する平面内で移動可能に支持された可動部と、固定部又は可動部の何れか一方に設けられた複数の駆動用コイルと、固定部又は可動部の他方に設けられ、各駆動用コイルに電流が流れると各駆動用コイルとの間で駆動力が発生するように、各駆動用コイルの両側に対向するように配置された複数対の駆動用マグネットと、各駆動用コイルの内側に配置され、各駆動用マグネットの磁気を検出する磁気センサと、を有し、対を為す駆動用マグネットは、各々、発生する駆動力の方向に直交する方向の磁極境界線を備え、当該磁極境界線から磁気センサまでの距離と、磁気センサが検出する磁気との関係が磁極境界線の近傍において比例関係に近くなるように、互いに異なる磁束密度分布を有することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、手振れ補正用レンズが取り付けられた可動部を、可動部支持機構が、手振れ防止用レンズの光軸に直交する平面内で、固定部に対して移動可能に支持する。固定部又は可動部の何れか一方には複数の駆動用コイルが設けられ、他方には、各駆動用コイルに電流が流れると駆動力が発生するように、各駆動用コイルの両側に対向するように複数対の駆動用マグネットが配置されている。各駆動用コイルの内側には磁気センサが配置され、可動部の位置を検出するために各駆動用マグネットの磁気を検出する。駆動用マグネットは、各々、発生する駆動力の方向に直交する方向の磁極境界線を備えている。対を為す各駆動用マグネットは、互いに異なる磁束密度分布を有することにより、磁極境界線から磁気センサまでの距離と、磁気センサが検出する磁気との関係が、磁極境界線の近傍において比例関係に近くされている。

このように構成された本発明によれば、対を為す各駆動用マグネットが、互いに異なる磁束密度分布を有することにより、磁極境界線から磁気センサまでの距離と、磁気センサが検出する磁気との関係が、磁極境界線の近傍において比例関係に近くなるので、固定部に対する可動部の位置を磁気センサで精度良く検出することができる。この結果、可動部の位置を高精度で制御することが可能になり、手振れ補正の精度を向上させることができる。

本発明において、好ましくは、駆動用マグネットは夫々２つの部分磁石から構成され、これら２つの部分磁石の間に磁極境界線が形成される。

本発明において、好ましくは、駆動用マグネットは、２つの部分磁石の間の間隔を異ならせることで、対を為す各駆動用マグネットの磁束密度分布を互いに異ならせている。

本発明において、好ましくは、対を為す各駆動用マグネットは、発生する駆動力の方向にほぼ同一の長さを有する。

また、本発明は、手振れ補正機能を備えたレンズユニットであって、レンズ鏡筒と、このレンズ鏡筒の内部に配置されたレンズと、本発明によるアクチュエータと、を有することを特徴としている。

さらに、本発明は、手振れ防止機能を備えたカメラであって、カメラ本体と、本発明によるレンズユニットと、を有することを特徴としている。

本発明のアクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラによれば、十分な駆動力を得ながら高い精度で可動部の位置を検出することができる。

本発明の実施形態によるカメラの断面図である。 本発明の実施形態による手振れ補正用のアクチュエータの側面断面図である。 本発明の実施形態によるアクチュエータの第１固定板の正面図である。 本発明の実施形態によるアクチュエータの移動枠の正面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態によるアクチュエータに備えられている第１駆動用マグネットを示す斜視図であり、移動枠及び各固定板を省略して図示したものである。 本発明の実施形態によるアクチュエータに備えられている駆動用マグネットの表面近傍の平面内における磁束密度の分布を示すグラフである。 本発明の実施形態によるアクチュエータに備えられている駆動用マグネットの磁気を検出するための磁気センサが配置された平面内における磁束密度分布を示すグラフである。 図８のグラフの原点付近を拡大して示した図である。 比較例として、部分磁石の間の隙間を、磁気センサの両側の駆動用マグネットで同一とした場合における各部の磁束密度を示すグラフである。 本発明の実施形態によるアクチュエータが発生する推力と、比較例によるアクチュエータが発生する推力を比較したグラフである。

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１１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レンズ８と、手振れ補正用レンズ１６を所定の平面内で移動させる手振れ補正用のアクチュエータ１０と、レンズ鏡筒６の振動を検出する振動検出手段であるジャイロ３４と、を有する。

本発明の実施形態のカメラ１は、ジャイロ３４によって振動を検出し、検出された振動に基づいてアクチュエータ１０を作動させて手振れ補正用レンズ１６を移動させ、カメラ本体４内の撮像素子面４ａに合焦される画像を安定化させている。本実施形態においては、ジャイロ３４として、圧電振動ジャイロを使用している。なお、本実施形態においては、手振れ補正用レンズ１６は、１枚のレンズによって構成されているが、画像を安定させるためのレンズは、複数枚のレンズ群であっても良い。本明細書において、手振れ補正用レンズとは、画像を安定させるための１枚のレンズ及びレンズ群を含むものとする。

レンズユニット２は、カメラ本体４に取り付けられ、入射した光を撮像素子面４ａ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、内部に複数のレンズ８を保持しており、一部のレンズ８を移動させることによりピント調整を可能としている。

次に、図２乃至図５を参照して、本発明の実施形態による手振れ補正用のアクチュエータ１０を説明する。図２はアクチュエータ１０の側面断面図である。図３はアクチュエータ１０の第１固定板の正面図であり、図４はアクチュエータ１０の移動枠の正面図である。

図２乃至図４に示すように、アクチュエータ１０は、レンズ鏡筒６内に固定された固定部である第１固定板１２ａ及び第２固定板１２ｂと、これら固定板に対して並進移動及び回転移動可能に支持された可動部である移動枠１４と、この移動枠１４を第１固定板１２ａに対して支持する可動部支持機構である３つのスチールボール１８と、を有する。第１固定板１２ａ、第２固定板１２ｂ及び移動枠１４は互いに平行に配置されており、移動枠１４は、第１固定板１２ａと第２固定板１２ｂの間に配置されている。

さらに、図２及び図３に示すように、アクチュエータ１０は、第１、第２固定板に、対を為すように取り付けられた第１駆動用マグネット２１、第２駆動用マグネット２２及び第３駆動用マグネット２３を有する。また、図４に示すように、アクチュエータ１０は、移動枠１４に取り付けられた第１駆動用コイル２０ａ、第２駆動用コイル２０ｂ、及び第３駆動用コイル２０ｃと、各駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃの内側に夫々配置された第１、第２、第３位置検出素子である第１磁気センサ２４ａ、第２磁気センサ２４ｂ、第３磁気センサ２４ｃと、を有する。

なお、図２に示すように、第１駆動用マグネット２１は、第１固定板１２ａに取り付けられた近位側の駆動用マグネット２１ａと、第２固定板１２ｂに取り付けられた遠位側の駆動用マグネット２１ｂの対からなり、これら駆動用マグネット２１ａ、２１ｂは、第１駆動用コイル２０ａの両側に対向するように配置されている。即ち、駆動用マグネット２１ａと２１ｂは、夫々向かい合うように、第１固定板１２ａ、第２固定板１２ｂに配置され、駆動用マグネット２１ａと２１ｂの間に第１駆動用コイル２０ａが配置されている。同様に、第２駆動用マグネット２２は、近位側の駆動用マグネット２２ａと遠位側の駆動用マグネット（図示せず）の対からなり、これら駆動用マグネットは、第２駆動用コイル２０ｂの両側に対向するように配置されている。第３駆動用マグネット２３は、近位側の駆動用マグネット２３ａと遠位側の駆動用マグネット（図示せず）の対からなり、これら駆動用マグネットは、第３駆動用コイル２０ｃの両側に対向するように配置されている。

さらに、図２に示すように、駆動用マグネット２１ａの裏側（移動枠１４と向かい合っていない側）にはヨーク２６ａが配置され、駆動用マグネット２１ｂの裏側（移動枠１４と向かい合っていない側）にはヨーク２６ｂが配置されている。これら駆動用マグネット２１ａ、２１ｂ、ヨーク２６ａ、２６ｂにより、１つの磁気回路が構成される。同様に、第２、第３駆動用マグネット２２、２３の裏側（移動枠１４と向かい合っていない側）にも夫々ヨーク（図示せず）が配置されている。

さらに、図１に示すように、アクチュエータ１０は、ジャイロ３４によって検出された振動と、第１、第２、第３磁気センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって検出された移動枠１４の位置情報に基づいて、第１、第２、第３駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃに流す電流を制御する制御部であるコントローラ３６を有する。

アクチュエータ１０は、レンズ鏡筒６に固定された第１固定板１２ａに対し、移動枠１４を、撮像素子面４ａに平行な平面内で並進移動させ、これにより移動枠１４に取り付けられた手振れ補正用レンズ１６を移動させてレンズ鏡筒６が振動した場合にも撮像素子面４ａに結像される像が乱れることがないように駆動される。

次に、図３に示すように、第１固定板１２ａは概ねドーナツ板状の形状を有し、その中に駆動用マグネット２１ａ、２２ａ、２３ａが夫々埋め込まれている。これらの駆動用マグネット２１ａ、２２ａ、２３ａは、対を為している第１、第２、第３駆動用マグネット２１、２２、２３の片側である。また、駆動用マグネット２１ａ、２２ａ、２３ａと対を為しているもう片方の駆動用マグネット（駆動用マグネット２１ｂのみ図２に図示）は、夫々対向するように第２固定板１２ｂに埋め込まれている。これら３対の駆動用マグネットは、その中心が、レンズユニット２の光軸Ａを中心とする円の円周上にそれぞれ配置されている。本実施形態においては、第１、第２、第３駆動用マグネット２１、２２、２３は光軸Ａを中心とする円周上に、中心角１２０゜ずつ間隔をあけて、等間隔に配置されている。また、第１駆動用マグネット２１は、光軸Ａの鉛直上方に配置されている。

また、本実施形態においては、第１駆動用マグネット２１の片側である駆動用マグネット２１ａは、長方形の２つの部分磁石２１ａ１及び２１ａ２から構成されている。これらの部分磁石２１ａ１、２１ａ２は、光軸Ａを中心とする円の半径方向に向けられた磁極境界線Ｃの両側に、磁極境界線Ｃに対して対称に配置されている。換言すれば、２つの部分磁石２１ａ１と２１ａ２の中間を通る半径方向の直線が、駆動用マグネット２１ａの磁極境界線Ｃとなる。同様に、第２駆動用マグネット２２の片側である駆動用マグネット２２ａは、長方形の２つの部分磁石２２ａ１及び２２ａ２から構成され、これらの部分磁石の間に磁極境界線Ｃが形成され。第３駆動用マグネット２３の片側である駆動用マグネット２３ａは、長方形の２つの部分磁石２３ａ１及び２３ａ２から構成され、これらの部分磁石の間に磁極境界線Ｃが形成される。

さらに、上述したように、第２固定板１２ｂには、駆動用マグネット２１ａ、２１ｂ、２１ｃ（図３）と対を為す駆動用マグネット（２１ｂのみ図２に図示）が夫々埋め込まれている。これらの第２固定板１２ｂに取り付けられた駆動用マグネットも、同様に、夫々２つの部分磁石から構成されており、それら２つの部分磁石の間に磁極境界線Ｃが形成される。

次に、図２に示すように、移動枠１４は、概ねドーナツ板状の平板部１４ａと、その中央に形成された円筒部１４ｂを有し、第１固定板１２ａ、第２固定板１２ｂと平行に、これらと重なるように配置されている。円筒部１４ｂの内側には、手振れ補正用レンズ１６が取り付けられている。

図４に示すように、平板部１４ａの光軸Ａを中心とする円の円周上には、第１、第２、第３駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃが取り付けられている。これら第１、第２、第３駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、第１固定板１２ａ及び第２固定板１２ｂに対を為して取り付けられた第１、第２、第３駆動用マグネット２１、２２、２３の間に位置するように、各駆動用マグネットに夫々対応する位置に取り付けられている。即ち、本実施形態においては、第１、第２、第３駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、光軸Ａを中心とする円の円周上に等間隔に配置され、第１駆動用コイル２０ａが光軸Ａの鉛直上方に位置するように配置されている。

また、第１、第２、第３駆動用コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、夫々、その巻線が角の丸い長方形状に巻かれた扁平なコイルである。各駆動用コイルは、その短辺を横切る中心線が光軸Ａを中心とする円の半径方向に向けられるように配置されている。即ち、各駆動用コイルは、その短辺が、光軸Ａを中心とする円の接線方向に向くように配置されている。

次に、図２及び図３に示すように、３つのスチールボール１８は、第１固定板１２ａと移動枠１４の間に挟持され、光軸Ａを中心とする円の円周上に、夫々中心角１２０゜の間隔を隔てて配置されている。各スチールボール１８は第１固定板１２ａと移動枠１４の間に挟持される。各スチールボール１８は、第１固定板１２ａの、各スチールボール１８に対応する位置に形成された凹部３０の中に配置され、脱落が防止される。これにより、移動枠１４は第１固定板１２ａに平行な平面上に支持され、各スチールボール１８が挟持されながら転がることによって、移動枠１４の固定板１２に対する任意の方向の並進運動及び回転運動が許容される。

また、本実施形態においては、スチールボール１８として鋼製の球体を使用しているが、例えば、樹脂製の球体で移動枠１４を第１固定板１２ａに対して支持することもできる。また、移動枠は、スチールボールを使用せず、滑らかに摺動可能な摺動面によって支持することもでき、固定板に対して、移動枠を光軸に直交する平面内で移動可能に支持する任意の可動部支持機構を使用することができる。

さらに、アクチュエータ１０は、移動枠１４を第１固定板１２ａに吸着させるために、第１固定板１２ａに取り付けられた３つの吸着用磁石２７（図３）と、移動枠１４に取り付けられた３つの吸着用ヨーク２８（図４）と、を有する。図３に示すように、吸着用磁石２７は、第１固定板１２ａ上に取り付けられた長方形板状の磁石であり、光軸を中心とする円の円周上に等間隔に配置されている。

図４に示すように、吸着用ヨーク２８は、移動枠１４上に取り付けられた長方形板状の磁性体であり、第１固定板１２ａに取り付けられた各吸着用磁石２７（図３）と夫々対向するように配置されている。各吸着用磁石２７がこれらの吸着用ヨーク２８に及ぼす磁力により、移動枠１４は第１固定板１２ａに吸着され、これらの間に各スチールボール１８が挟持される。

次に、図５を新たに参照して、各駆動用マグネット及び駆動用コイルによって生成される駆動力について説明する。図５は、図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
図３に示すように、第１駆動用マグネット２１の片側である駆動用マグネット２１ａは第１固定板１２ａに取り付けられている。この駆動用マグネット２１ａの磁極境界線Ｃは、長方形の駆動用マグネット２１ａの各長辺の中点を通る（２つの部分磁石２１ａ１と２１ａ２の中間を通る）ように位置すると共に、図５に示すように、駆動用マグネット２１ａは、その厚さ方向にも極性が変化している。本実施形態においては、駆動用マグネット２１ａは、図５における左下の部分がＳ極、右下がＮ極、左上がＮ極、右上がＳ極になっている。なお、本明細書において、磁極境界線Ｃとは、Ｓ極に着磁された領域と、Ｎ極に着磁された領域の中間（中心）を通る線を言うものとする。

さらに、図５に示すように、第１駆動用マグネット２１のもう片方の側である駆動用マグネット２１ｂは第２固定板１２ｂに取り付けられている。この駆動用マグネット２１ｂの磁極境界線Ｃも、長方形の駆動用マグネット２１ｂの各長辺の中点を通る（２つの部分磁石２１ｂ１と２１ｂ２の中間を通る）ように位置すると共に、その厚さ方向に極性が変化している。本実施形態においては、図５における左下の部分がＳ極、右下がＮ極、左上がＮ極、右上がＳ極になっている。なお、駆動用マグネット２１ａの磁極境界線Ｃと、駆動用マグネット２１ｂの磁極境界線Ｃは、光軸Ａ方向の投影において一致している。この着磁により、駆動用マグネット２１ａと、これに対向して配置されている駆動用マグネット２１ｂによって、図５に想像線で示す磁力線が形成され、これらの間に配置されている第１駆動用コイル２０ａに磁気を及ぼす。これら駆動用マグネット２１ａ、２１ｂによる磁気は、主に、長方形の第１駆動用コイル２０ａの長辺の部分に作用する。これにより、第１駆動用コイル２０ａに電流が流れると、駆動用マグネット２１ａ、２１ｂとの間に、Ｘ軸に沿った水平方向の駆動力が発生する。

第１固定板１２ａに取り付けられた駆動用マグネット２２ａと、これに対向して第２固定板１２ｂに取り付けられた駆動用マグネット（図示せず）からなる第２駆動用マグネット２２、及び第１固定板１２ａに取り付けられた駆動用マグネット２３ａと、これに対向して第２固定板１２ｂに取り付けられた駆動用マグネット（図示せず）からなる第３駆動用マグネット２３も、第１駆動用マグネット２１と同様に着磁されており、移動枠１４への取り付け方向が夫々１２０゜ずつ回転されている（図３）。これにより、第２、第３駆動用コイル２０ｂ、２０ｃに電流が流れると、第２、第３駆動用マグネット２２、２３との間に、光軸Ａを中心とする円の接線方向の駆動力が夫々発生する。

また、図５に示すように、駆動用マグネット２１ａを構成する２つの部分磁石２１ａ１及び２１ａ２は、第１固定板１２ａに形成された開口に各部分磁石２１ａ１、２１ａ２を埋め込むことにより、第１固定板１２ａに取り付けられている。即ち、第１固定板１２ａには、各部分磁石と同じ大きさの長方形の開口が２つ形成され、この開口の中に部分磁石２１ａ１及び２１ａ２を埋め込み、固定することにより駆動用マグネット２１ａが構成される。このため、２つの部分磁石２１ａ１及び２１ａ２の間の間隔は、第１固定板１２ａに形成された２つの長方形開口の間の間隔によって規定され、これら２つの長方形開口の中央に磁極境界線Ｃが形成される。即ち、部分磁石２１ａ１及び２１ａ２は、第１固定板１２ａに形成された２つの長方形開口の、磁極境界線Ｃに面する辺に夫々突き当てることにより位置決めされるので、各部分磁石の間の間隔は正確に設定される。

同様に、駆動用マグネット２１ｂを構成する２つの部分磁石２１ｂ１及び２１ｂ２は、第２固定板１２ｂに形成された開口に各部分磁石２１ｂ１、２１ｂ２を埋め込むことにより、第２固定板１２ｂに取り付けられている。また、２つの長方形開口の中央に磁極境界線Ｃが形成され、磁極境界線Ｃを挟む２つの部分磁石２１ｂ１、２１ｂ２の間の間隔は、長方形開口の寸法精度により正確に設定される。ここで、駆動用マグネット２１ｂを構成する２つの部分磁石２１ｂ１、２１ｂ２の間隔は、駆動用マグネット２１ａを構成する２つの部分磁石２１ａ１及び２１ａ２の間隔よりも広く設定されている。一方、部分磁石２１ｂ１、２１ｂ２の幅は部分磁石２１ａ１、２１ａ２の幅よりも短く構成されており、駆動用マグネット２１ａと２１ｂの長辺の長さ（図５における駆動用マグネット２１ａ、２１ｂの長さ）は同一になっている。

次に、図２及び図４に示すように、各駆動用コイルの内側には、夫々第１磁気センサ２４ａ、第２磁気センサ２４ｂ、第３磁気センサ２４ｃが夫々配置されている。第１、第２、第３磁気センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃは移動枠１４の位置を測定するように構成されている。各磁気センサは第１固定板１２ａに対する移動枠１４の移動量を、各駆動用コイルに電流が流れることにより発生する駆動力の作用線に平行な方向（磁極境界線Ｃに直交する方向）について検出する。また、各磁気センサは、移動枠１４が制御中心位置にあるとき（手振れ補正用レンズ１６の光軸がレンズユニット２の光軸と一致しているとき）、その感度中心点Ｄ（図４）が、各駆動用マグネットの磁極境界線Ｃ上に位置するように配置されている。本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。

磁気センサからの出力信号は、磁気センサの感度中心点Ｄが駆動用マグネットの磁極境界線Ｃ上に位置する場合には概ね０であり、移動枠１４が移動し、磁気センサの感度中心点Ｄが駆動用マグネットの磁極境界線Ｃ上から外れると、磁気センサの出力信号が変化する。アクチュエータ１０の通常の作動中においては、駆動用マグネットの移動量が微小であるため、駆動用マグネットの磁極境界線Ｃに直交する方向の移動距離にほぼ比例した信号が各磁気センサから出力される。

このため、第１磁気センサ２４ａは移動枠１４のＸ軸方向の並進移動量にほぼ比例した信号を出力する。第２、第３磁気センサ２４ｂ、２４ｃは移動枠１４の、Ｙ軸に対して約１２０゜ずつ傾斜した方向の並進移動量にほぼ比例した信号を出力する。これら第１、第２、第３磁気センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって検出された信号に基づいて、移動枠１４が第１固定板１２ａに対して並進移動及び回転移動した位置を特定することができる。

次に、図６乃至図１０を参照して、駆動用マグネットが生成する磁束を説明する。図６は、第１駆動用マグネット２１を示す斜視図であり、移動枠及び各固定板を省略して図示したものである。図７は、駆動用マグネット２１ａ、２１ｂの表面近傍の平面内における各部の磁束密度を示すグラフである。図８は、第１磁気センサ２４ａが配置された平面内における各部の磁束密度を示すグラフである。

図６に示すように、第１駆動用マグネット２１は駆動用マグネット２１ａ、２１ｂから構成されており、駆動用マグネット２１ａは部分磁石２１ａ１、２１ａ２から構成され、駆動用マグネット２１ｂは部分磁石２１ｂ１、２１ｂ２から構成されている。上述したように、部分磁石２１ａ１と２１ａ２は、所定の間隔を隔てて配置されており、この隙間の中央に磁極境界線Ｃが形成される。同様に、部分磁石２１ｂ１と２１ｂ２の間も、所定の間隔が隔てられており、この隙間の中央に磁極境界線Ｃが形成される。本実施形態においては、部分磁石２１ａ１と２１ａ２の間の間隔が１．５ｍｍ、部分磁石２１ｂ１と２１ｂ２の間隔が２．３ｍｍであり、両者の間隔が異なっている。また、本実施形態においては、駆動用マグネット２１ａ及び２１ｂの長さ（図６における縦方向の長さ）は何れも１５．５ｍｍであり、大きな隙間を有する駆動用マグネット２１ｂ側の部分磁石２１ｂ１と２１ｂ２は、隙間の小さい駆動用マグネット２１ａ側の部分磁石２１ａ１及び２１ａ２よりも小さく構成されている。

図７は、駆動用マグネット２１ａ及び２１ｂの表面近傍の平面（表面から０．０１ｍｍ離れた平面）内における磁束密度の分布を示すグラフであり、横軸は図６における縦方向の位置に対応し、縦軸は磁束密度を表している。図７における原点は磁極境界線Ｃに対応しており、駆動用マグネット２１ａによる磁束密度を実線で、駆動用マグネット２１ｂによる磁束密度を一点鎖線で夫々示している。

部分磁石２１ａ１及び２１ａ２は極性が反転するように配置されているので、図７に示すように、駆動用マグネット２１ａの磁束密度は磁極境界線Ｃを挟んで両側で符号が反転している。また、図７における原点の両側の、各部分磁石の間の隙間に相当する領域では磁束密度がほぼ０となっている。同様に、駆動用マグネット２１ｂの磁束密度も磁極境界線Ｃの両側で符号が反転しており、隙間に相当する領域では磁束密度がほぼ０となっている。また、駆動用マグネット２１ｂの隙間は駆動用マグネット２１ａの隙間よりも大きいため、磁束密度がほぼ０となる領域は駆動用マグネット２１ｂの方が広くなっている。このように、第１駆動用マグネットを構成している対を為す駆動用マグネット２１ａと２１ｂは、互いに異なる磁束密度分布を有している。

図８は、駆動用マグネット２１ａ及び２１ｂの磁気を検出するための第１磁気センサ２４ａが配置された平面内における磁束密度分布を示すグラフであり、横軸は図６における縦方向の位置に対応し、縦軸は磁束密度を表している。図８においては、駆動用マグネット２１ａによる磁束密度を示すグラフを実線で、駆動用マグネット２１ｂによる磁束密度を示すグラフを一点鎖線で、これらの磁束密度を合成（加算）したグラフを破線で示している。なお、第１磁気センサ２４ａ（の感度中心点Ｄ）が配置された平面は、駆動用マグネット２１ａの表面から３．２ｍｍ、駆動用マグネット２１ｂの表面から１．５ｍｍ離れた位置にある。

図８に示すように、駆動用マグネット２１ａ及び２１ｂによる磁束密度は、マグネット表面から所定距離離れた平面内では、概ね正弦波状に変化する。また、駆動用マグネット２１ａによる磁束密度と、駆動用マグネット２１ｂによる磁束密度は、それらの隙間の大きさ、及び各駆動用マグネットの表面から第１磁気センサ２４ａまでの距離が異なるため、互いに異なったものとなっている。ここで、第１磁気センサ２４ａが配置された平面は、駆動用マグネット２１ａの表面よりも、駆動用マグネット２１ｂの表面の近くに位置しているため、全体に、駆動用マグネット２１ｂによる磁束密度の方が駆動用マグネット２１ａによる磁束密度よりも大きくなっている。

また、第１磁気センサ２４ａは、駆動用マグネット２１ａ及び２１ｂによる磁束密度が合成された図８に破線で示す磁束密度を検出することにより、第１磁気センサ２４ａの、磁極境界線Ｃからの距離を検出している。即ち、アクチュエータ１０の通常使用時において、第１固定板１２ａに対する移動枠１４の移動範囲は、±２ｍｍ程度であり、第１磁気センサ２４ａは、図８の破線がほぼ直線的に変化するこの範囲の磁束密度を検出することにより、移動枠１４の移動距離を検出している。

図９は、図８のグラフの原点付近を拡大して示した図である。一方、図１０は、比較例として、部分磁石の間の隙間を、磁気センサの両側の駆動用マグネットで同一とした場合における各部の磁束密度を示すグラフであり、原点付近を拡大して示している。即ち、図１０に示す比較例においては、磁気センサの両側に配置されている各駆動用マグネットが同一の磁束密度分布を有している。

本発明の実施形態を示す図９においては、駆動用マグネット２１ａ及び２１ｂによる磁束密度、及びそれらを合成した磁束密度とも、磁極境界線Ｃ近傍の実使用範囲においては良好な直線性を示している。このため、第１磁気センサ２４ａにより磁束密度を検出することにより、第１磁気センサ２４ａの磁極境界線Ｃからの距離を高い精度で検出することができる。

一方、比較例を示す図１０においては、磁気センサから離れた位置にあるマグネットＡ（本実施形態の駆動用マグネット２１ａに対応）では比較的良好な直線性を示すものの、磁気センサから近い位置にあるマグネットＢ（本実施形態の駆動用マグネット２１ｂに対応）では、Ｓ字型に湾曲した曲線となっている。このため、マグネットＡとＢの磁束密度を合成した破線で示すグラフもＳ字型に湾曲した曲線となり、直線性が低下している。このように、磁気センサの両側に配置されている各駆動用マグネットが同一の磁束密度分布を有している従来のアクチュエータでは、形成される磁束密度の直線性が低く、距離の検出精度が低下する。

なお、磁気センサから離れた位置にあるマグネットＡについては、磁束密度が比較的良好な直線性を示している。従って、マグネットＢについてもマグネットＡと同様に磁気センサから離間させることにより、磁束密度の直線性を改善することが可能であると考えられる。しかしながら、この場合には、マグネットＢによる磁束密度もマグネットＡと同様に低下してしまうため、合成された磁束密度も低下し、十分な駆動力を得ることができなくなる。

次に、図１１を参照して、本実施形態のアクチュエータが発生する推力と、比較例によるアクチュエータが発生する推力を比較する。図１１においては、本実施形態における図９に示す磁束密度を有する磁気回路内に配置した駆動用コイル２０ａに所定の電流を流した場合に発生する推力を○印で、比較例による図１０に示す磁束密度を有する磁気回路により発生する推力を×印で示している。また、図１１の横軸は、移動枠１４の、磁極境界線Ｃに直交する方向の移動距離を示している。図１１に示すように、本実施形態の図９に示す磁束密度分布により発生する推力と、比較例の図１０に示す磁束密度分布により発生する推力は、移動枠１４の実用的な移動範囲内においてほぼ一致している。このように、本実施形態のアクチュエータ１０では、発生する推力を低下させることなく、磁束密度の直線性を改善し、位置の測定精度を向上させることに成功している。

次に、図１を参照して、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、カメラ１の手振れ補正機能の起動スイッチ（図示せず）をＯＮにすることにより、レンズユニット２に備えられたアクチュエータ１０が作動される。レンズユニット２に取り付けられたジャイロ３４は、所定周波数帯域の振動を時々刻々検出し、コントローラ３６に出力する。ジャイロ３４により検出された角速度の信号に基づいてレンズ位置指令信号が生成される。このレンズ位置指令信号によって指令される位置に、手振れ補正用レンズ１６を時々刻々移動させることによって、カメラ本体４の撮像素子面４ａに合焦される像が安定化される。

手振れ補正用レンズ１６が取り付けられた移動枠１４の位置は、各磁気センサが、各駆動用マグネットによって形成された磁束を夫々検出することによって特定される。この際、各駆動用マグネットによって形成される磁束は直線性が良好であるため、各磁気センサの磁極境界線Ｃからの距離を精度良く検出することができる。これにより、移動枠１４の位置を高精度で制御することが可能となり、手振れの補正精度が向上する。検出された移動枠１４の位置がレンズ位置指令信号により指定された位置に到達すると、各駆動用コイルに流れる電流は０にされ、駆動力も０になる。

また、外乱、又は、レンズ位置指令信号の変化等により、移動枠１４がレンズ位置指令信号により指定された位置から外れると、再び各駆動用コイルに電流が流される。各駆動用コイルに電流が流れると、各駆動用コイルの両側に配置された駆動用マグネットとの間で駆動力が発生し、移動枠１４はレンズ位置指令信号により指定された位置に戻される。以上の作用が時々刻々繰り返されることにより、移動枠１４に取り付けられた像振れ防止用レンズ１６が、レンズ位置指令信号に追従するように移動される。これにより、カメラ本体４の撮像素子面４ａに合焦される像が安定化される。

本発明の実施形態のアクチュエータ１０によれば、対を為す各駆動用マグネット２１、２２、２３が、互いに異なる磁束密度分布（図７）を有することにより、磁極境界線Ｃから磁気センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃまでの距離と、磁気センサが検出する磁気との関係が、磁極境界線Ｃの近傍において比例関係に近くなる（図９の破線）ので、第１固定板１２ａに対する移動枠１４の位置を磁気センサで精度良く検出することができる。この結果、移動枠１４の位置を高精度で制御することが可能になり、手振れ補正の精度を向上させることができる。

また、本実施形態のアクチュエータ１０によれば、駆動用マグネット２１ａは２つの部分磁石２１ａ１、２１ａ２から構成され、駆動用マグネット２１ｂは２つの部分磁石２１ｂ１、２１ｂ２から構成され、各々２つの部分磁石の間に磁極境界線Ｃが夫々形成されている。このため、部分磁石の間の磁極境界線Ｃが形成される位置を、各部分磁石の位置決めにより設定することができ、形成される磁極境界線Ｃの位置精度を向上させることができる。即ち、駆動用マグネットを１つの磁石で構成し、この磁石の片側の面にＳ極及びＮ極を着磁することにより磁極境界線Ｃを形成した場合には、磁極境界線Ｃの十分な位置精度を確保することが難しい。本実施形態においては、各部分磁石の両面を、全体的にＳ極、Ｎ極に夫々着磁させ、Ｓ極の面とＮ極の面を並べて配置することにより磁極境界線Ｃを形成するので、各部分磁石の位置決め精度により磁極境界線Ｃを設定することができ、精度良く移動枠１４の位置を検出することができる。

さらに、本実施形態のアクチュエータ１０によれば、駆動用マグネット２１ａと２１ｂは、２つの部分磁石２１ａ１、２１ａ２の間の間隔と、２つの部分磁石２１ｂ１、２１ｂ２の間の間隔を異ならせることで、対を為す各駆動用マグネット２１の磁束密度分布を互いに異ならせている。このため、部分磁石の配置を調整するだけで、簡単に磁気センサが検出する磁気の直線性を向上させることができる。

また、本実施形態のアクチュエータ１０によれば、駆動用マグネット２１ａと２１ｂは、これらを構成する部分磁石の間の間隔が異なっているが、各駆動用マグネットの長さ（発生する駆動力の方向の長さ）は互いに同一にされている。即ち、一方の部分磁石の間隔は広くされているが、駆動用マグネット全体の長さは間隔が狭い方と同一に抑えられている。これにより、駆動用マグネットの大きさを大型化することなく、磁気センサが検出する磁気の直線性を向上させることに成功している。

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、各駆動用マグネットが夫々２つの部分磁石により構成され、これらの部分磁石の間に磁極境界線が形成されていたが、１つの駆動用マグネットを１つの磁石で一体に形成し、一体の磁石に、着磁により磁極境界線を形成することもできる。また、上述した実施形態においては、２つの部分磁石の間の隙間の大きさを異ならせることにより、対を為す各駆動用マグネットに互いに異なる磁束密度分布を与えていたが、他の構成により互いに異なる磁束密度分布を与えることもできる。例えば、各部分磁石に異なる着磁を施したり、一体の磁石に夫々異なる磁束密度分布を与えることにより、対を為す各駆動用マグネットに互いに異なる磁束密度分布を与えることもできる。

また、上述した実施形態においては、可動部側に駆動用コイルが取り付けられ、固定部側に駆動用マグネットが取り付けられていたが、可動部側に駆動用マグネット、固定部側に駆動用コイルを取り付けたタイプのアクチュエータにも本発明を適用することができる。即ち、このタイプのアクチュエータにおいては、上述した実施形態における、各駆動用コイルが取り付けられた移動枠が固定され、その両側に配置された、駆動用マグネットが取り付けられた第１、第２の固定板が一体となって、光軸に直交する平面内で移動される。

１ カメラ
２ レンズユニット
４ カメラ本体
４ａ 撮像素子面
６ レンズ鏡筒
８ レンズ
１０ アクチュエータ
１２ａ 第１固定板（固定部）
１２ｂ 第２固定板（固定部）
１４ 移動枠（可動部）
１６ 手振れ補正用レンズ
１８ スチールボール（可動部支持機構）
２０ａ 第１駆動用コイル
２０ｂ 第２駆動用コイル
２０ｃ 第３駆動用コイル
２１ 第１駆動用マグネット
２１ａ、２１ｂ 駆動用マグネット
２１ａ１、２１ａ２ 部分磁石
２１ｂ１、２１ｂ２ 部分磁石
２２ 第２駆動用マグネット
２２ａ 駆動用マグネット
２３ 第３駆動用マグネット
２３ａ 駆動用マグネット
２４ａ 第１磁気センサ
２４ｂ 第２磁気センサ
２４ｃ 第３磁気センサ
２６ａ ヨーク
２６ｂ ヨーク
２７ 吸着用磁石
２８ 吸着用ヨーク
３０ 凹部
３４ ジャイロ
３６ コントローラ

Claims (6)

1. 手振れ補正用レンズを移動させるためのアクチュエータであって、
   固定部と、
   上記手振れ補正用レンズが取り付けられた可動部であって、上記固定部に対して当該手振れ補正用レンズの光軸に直交する平面内で移動可能に支持された可動部と、
   上記固定部又は上記可動部の何れか一方に設けられた複数の駆動用コイルと、
   上記固定部又は上記可動部の他方に設けられ、上記各駆動用コイルに電流が流れると上記各駆動用コイルとの間で駆動力が発生するように、上記各駆動用コイルの両側に対向するように配置された複数対の駆動用マグネットと、
   上記各駆動用コイルの内側に配置され、上記各駆動用マグネットの磁気を検出する磁気センサと、を有し、
   対を為す上記駆動用マグネットは、各々、発生する駆動力の方向に直交する方向の磁極境界線を備え、当該磁極境界線から上記磁気センサまでの距離と、上記磁気センサが検出する磁気との関係が上記磁極境界線の近傍において比例関係に近くなるように、互いに異なる磁束密度分布を有することを特徴とするアクチュエータ。
2. 上記駆動用マグネットは夫々２つの部分磁石から構成され、これら２つの部分磁石の間に上記磁極境界線が形成される請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 上記駆動用マグネットは、上記２つの部分磁石の間の間隔を異ならせることで、対を為す上記各駆動用マグネットの磁束密度分布を互いに異ならせている請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 対を為す上記各駆動用マグネットは、発生する駆動力の方向にほぼ同一の長さを有する請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 手振れ補正機能を備えたレンズユニットであって、
   レンズ鏡筒と、
   このレンズ鏡筒の内部に配置されたレンズと、
   請求項１から４の何れか１項に記載のアクチュエータと、
   を有することを特徴とするレンズユニット。
6. 手振れ防止機能を備えたカメラであって、
   カメラ本体と、
   請求項５記載のレンズユニットと、
   を有することを特徴とするカメラ。

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