JP4262769B1 - アクチュエータ、撮像機器、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐衝撃性と撮像機器の小型化・薄型化とを実現する。
【解決手段】本発明のアクチュエータは、撮像対象となる物体を結像する光学部材１６と、光学部材１６を保持するホルダ１５と、光学部材１６を光軸方向に移動するための磁気回路と、磁気回路を支持するベース１８とを備えている。磁気回路は、コイル１４及びマグネット１２を備え、コイル１４及びマグネット１２のうち一方がホルダ１５に取り付けられ、他方がベース１８に取り付けられている。ホルダ１５とベース１８との間隙には、球状体１７が配されており、球状体１７は、ホルダ１５の光軸方向の移動により、回転自在になっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネット、コイル、及び磁性体から構成される磁気回路を備えたアクチュエータ、撮像機器、及び電子機器に関するものである。

近年、携帯電子機器に内蔵されるカメラは高画質化が図られており、撮像素子の高画素化が進んでいる。そして、このような携帯電子機器においては、撮像機器（カメラ）に画質向上のために必要なオートフォーカス機能を搭載する傾向が多く見受けられる。オートフォーカスを行うためには、一般的には内部の光学系を移動させる必要がある。ここで、光学系を駆動するためのアクチュエータとしては、マグネットとコイルとを用いた磁気回路が利用されている。そして、光学系を駆動する方式としては、磁気回路による電磁誘導現象により、コイル、若しくはマグネットを駆動するボイスコイル方式が広く用いられている。

また、ボイスコイル方式のアクチュエータにおいて、光学系を保持するホルダを支持する方法としては、ホルダに２枚の板バネを取り付けることで平行板バネを形成する方法が一般的に用いられている。そして、この平行板バネは、コイルに電流を印加した際の電磁誘導現象により発生した推力によって変形し、ホルダを光軸方向に変位させている。

例えば特許文献１には、このような平行板バネを用いた光学系のオートフォーカス機構における部品配置が開示されている。特許文献１では、光軸方向に撮像レンズを移動可能に支持しているオートフォーカスアクチュエータが提案されている。
特開２００６−５０６９３号公報（平成１８年２月１６日公開）

しかしながら、上記特許文献１に開示された、従来の平行板バネを用いたアクチュエータを投影面積縮小化、薄型化（光軸方向の高さを小さくする）した場合、以下の問題を生じる。

すなわち、従来のアクチュエータでは、光学系を保持するホルダが平行板バネにより保持されているので、アクチュエータを小型化していくと、平行板バネの強度が低下してしまうという問題が生じる。以下、平行板バネの強度の低下について、さらに詳述する。

まず、従来の平行板バネを用いたボイスコイル型アクチュエータの構成について、図１２を参照して、説明する。図１２は、従来のアクチュエータの要部構成を示す断面図である。

図１２に示されたアクチュエータは、一般的な携帯電子機器に搭載された撮像機器のオートフォーカスに用いられている。図１２に示されるように、従来のアクチュエータは、一対の板バネ１０と、円筒型のマグネット１２と、円筒型のヨーク１３と、コイル１４と、光学部材１６を保持する円筒型のホルダ１５とを備えている。円筒型のヨーク１３の内部には、マグネット１２及びコイル１４が設けられている。そして、コイル１４の内部に、ホルダ１５が固定されている。ホルダ１５の光軸方向両側には、一対の板バネ１０が設けられている。そして、ホルダ１５は、この板バネ１０により固定支持されており、板バネ１０が変形することで光軸方向に移動可能になる。ここで、コイル１４に電流が印加されると、マグネット１２とコイル１４との間に電磁誘導現象が起きて、図１２に示された矢印方向（光軸方向）にホルダ１５が移動するようになっている。

最近の携帯電子機器用の撮像機器の小型化・薄型化の進展に伴い、オートフォーカスアクチュエータ自体の小型化・薄型化が要求されてきている。この要求を満たすために、アクチュエータにおける磁気回路部分の体積を小さくせざるを得ない。それゆえ、アクチュエータを小型化・薄型化すると、磁気回路の効率が低下するという問題がある。その結果、磁気回路における電流あたりの推力が低下してしまう。そして、この推力の低下に対応するため、図１２に示されたボイスコイル型アクチュエータにおいては、ホルダ１５を支持する一対の板バネ１０のバネ定数を小さくする必要がある。

ここで、一般的に、板バネ１０のバネ定数を小さくする手法としては、(i) バネ部分の長さを長くする、(ii)バネ幅を細くする、または(iii) 板バネ１０の板厚を薄くするという手法が挙げられる。

(i) バネ部分の長さを長くする手法では、アクチュエータの投影面積が大きくなるという問題がある。それゆえ、上記(i) の手法を採用することは、アクチュエータサイズの制約上、困難である。

また、(ii)バネ幅を細くする手法、または(iii) 板バネ１０の板厚を薄くする手法では、板バネ１０の強度低下につながる。その結果、上記(ii)または(iii) の手法を採用した場合、携帯電子機器用撮像機器の落下時に発生する衝撃によりホルダ１５が光軸方向以外の方向に振動したとき、ホルダ１５に取り付けられた板バネ１０が塑性変形するという懸念がある。そして、板バネ１０が塑性変形することにより、アクチュエータの動作異常が起きるおそれがある。また、光学系の撮像素子に対するチルトが増大し、撮像画像が劣化するおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐衝撃性に優れ、かつ撮像機器の小型化・薄型化を実現できるアクチュエータ、撮像機器、及び電子機器を提供することにある。

本発明に係るアクチュエータは、上記の課題を解決するために、撮像対象となる物体を結像する光学部材と、上記光学部材を保持するホルダと、上記光学部材を光軸方向に移動するための磁気回路と、上記磁気回路を支持する支持体とを備えたアクチュエータであって、上記磁気回路は、コイル及びマグネットを備え、コイル及びマグネットのうち一方が上記ホルダに取り付けられ、他方が上記支持体により支持されており、上記ホルダと上記支持体との間隙には、球状体が配されており、上記球状体は、上記ホルダの光軸方向の移動により、回転するようになっているとともに、光軸方向に移動するホルダの物体側の面に接触し、かつ、ホルダに対し、該ホルダの光軸方向の移動量に比例した弾性力を与える１つの弾性部材がホルダに取り付けられており、上記球状体と上記１つの弾性部材との両方により、上記ホルダの光軸方向移動が支持されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記ホルダと上記支持体との間隙には、球状体が配されており、上記球状体は、上記ホルダの光軸方向の移動により、回転するようになっている。本発明に係るアクチュエータは、従来のアクチュエータのような、ホルダが一対の板バネに固定支持され、この一対の板バネによりホルダの光軸方向の移動が支持された構成になっていない。それゆえ、上記の構成では、従来のアクチュエータのような「ホルダを固定保持する一対の板バネの強度低下」という問題は招来しない。

従って、上記の構成によれば、アクチュエータを小型化しても、従来のように板バネのバネ定数を小さくする必要がなく、耐衝撃性に優れたアクチュエータを実現することが可能になる。つまり、耐衝撃性に優れ、かつ撮像機器の小型化・薄型化を実現できるアクチュエータを提供することができる。

また、本発明に係るアクチュエータは、上記支持体には、ホルダが挿通する挿通溝が形成されており、上記ホルダの側面と上記挿通溝の内壁面との両方に接するように、上記球状体が配されている構成であってもよい。

上記の構成によれば、上記ホルダの側面と上記挿通溝の内壁面との両方に接するように、上記球状体が配されているので、ホルダが光軸方向に移動すると、ホルダの側面との摩擦により球状体が回転する。そして、光軸方向の移動に対しては、この球状体の回転による摩擦力でホルダを支持することが可能になる。一方、ホルダの光軸方向に垂直な方向の変位は、該ホルダの側面に接する球状体により規制されることになる。

従来のアクチュエータでは、一対の板バネは、ホルダの光軸方向の移動のみを支持しており、光軸方向以外の方向の変位に対しては、支持する（規制する）部材が設けられていなかった。これに対し、上記の構成によれば、球状体が、ホルダの光軸方向以外の方向の変位を規制している。それゆえ、従来のアクチュエータと比較して、携帯電子機器用撮像機器の落下時に発生する衝撃により、ホルダが光軸方向以外の方向に振動することがなくなる。

また、本発明に係るアクチュエータでは、上記球状体が複数配されており、各球状体同士は、光軸方向から見て、ホルダを挟むように離間した位置関係になっていることが好ましい。

上記の構成によれば、上記球状体が複数配されているので、球状体とホルダ側面との接触面積が大きくなり、ホルダ側面に生じる摩擦力が大きくなる。また、各球状体同士は、光軸方向から見て、ホルダを挟むように離間した位置関係になっているので、球状体とホルダ側面との接触面が、ホルダの光軸（中心軸）に対し対称な位置に配され、光軸方向に垂直な方向において支持が偏ることがなく、より正確な光軸方向の移動支持が可能になる。

特に、各球状体同士は、上記光軸方向に対し垂直な同一面上に配されていることが好ましい。これにより、さらに正確な光軸方向の移動支持が可能になる。

また、本発明に係るアクチュエータでは、上記ホルダの側面には、窪み部が形成されており、上記窪み部の内壁面と上記支持体とにより、上記球状体を収容可能な空間が形成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、上記窪み部の内壁面と上記支持体とにより、上記球状体を収容可能な空間が形成されているので、ホルダが光軸方向に移動する際に、球状体がホルダ側面から離れることなく、ホルダ側面と球状体との接触がより確実になる。また、アクチュエータの小型化が可能になる。

また、本発明に係るアクチュエータでは、光軸方向に移動するホルダの物体側の面に接触し、かつ、ホルダに対し、該ホルダの光軸方向の移動量に比例した弾性力を与える弾性部材が設けられていることが好ましい。

上記の構成によれば、弾性部材が光軸方向に移動するホルダの物体側の面に接触すると、光軸方向移動するホルダに対し、その移動量に比例した弾性力が発生する。上記の構成では、上記磁気回路による電磁誘導でホルダに発生した推力と、弾性部材に発生した弾性力とが釣り合いにより、ホルダの位置が保持されるようになっている。それゆえ、ホルダの位置とコイルに印加される電流値とは比例関係になり、この比例関係は、従来のアクチュエータと同様になる。従って、上記の構成によれば、従来と異なる特別な位置制御（例えば、別途位置センサーを設ける）を行う必要がなく、従来採用されてきた位置制御方法を転用することができる。それゆえ、撮像機器の低コスト化及び小型化を実現することができる。

また、弾性部材は、光軸方向に移動するホルダの物体側の面に接触し、かつ、ホルダに対し、該ホルダの光軸方向の移動量に比例した弾性力を与えるようになっていればよい。ホルダは球状体により支持されているので、従来のアクチュエータのように、ホルダが板バネに固定支持された構成である必要がない。

例えば、上記弾性部材は、光軸方向移動するホルダに対し、滑り可能に接触していることが好ましい。これにより、ホルダが板バネに固定支持された従来の構成と比較して、携帯電子機器用撮像機器の落下時のホルダの振動による、弾性部材の塑性変形が低減される。

また、本発明に係るアクチュエータでは、上記球状体が複数配されており、各球状体同士は、上記光軸方向に対し垂直な同一面上に配されており、上記弾性部材は、上記平面に対し光軸方向に離間して配置されていることが好ましい。

上記の構成によれば、磁気回路による上記ホルダの光軸方向移動を円滑にするために、各球状体同士は、上記光軸方向に対し垂直な同一面上に配されており、ただ１つの上記弾性部材が上記平面に対し光軸方向に離間して配置されている。

従来のアクチュエータでは、ホルダが一対の板バネ、すなわち２つの板バネに固定支持されているので、ホルダの光軸方向移動支持に必要なバネ定数は、２つの板バネにより合成されるバネ定数になる。それゆえ、従来の構成では、ホルダの光軸方向移動支持のために、個々の板バネの強度が弱くなってしまう。一方、上記の構成によれば、弾性部材がただ１つ配置されているので、ホルダの光軸方向移動支持に必要なバネ定数を１つの弾性部材のバネ定数で設計することができる。このため、従来の構成と比較して、上記の構成によれば、弾性部材のバネ定数を大きく設計し、弾性部材の強度を大きくすることができるので、従来のアクチュエータのような「ホルダを固定保持する一対の板バネの強度低下」という問題は招来しない。

また、本発明に係るアクチュエータでは、上記支持体は、上記磁気回路における光軸方向の一端を支持する第１の支持体と、他端を支持する第２の支持体とを備え、上記球状体は、上記ホルダと上記第１の支持体との間隙、及び上記ホルダと上記第２の支持体との間隙の何れかの間隙に配されていることが好ましい。このような構成においても、弾性部材のバネ定数を大きく設計し、弾性部材の強度を大きくすることができるので、従来のアクチュエータのような「ホルダを固定保持する一対の板バネの強度低下」という問題は招来しない。

また、本発明に係るアクチュエータでは、上記磁気回路は、さらに強磁性を有する磁性体を備え、上記磁性体は、上記支持体に取り付けられていることが好ましい。

上記の構成によれば、上記磁気回路は、さらに強磁性を有する磁性体を備え、上記磁性体は、上記支持体に取り付けられているので、アクチュエータ外部に発生するマグネットの漏洩磁束を小さくすることができる。また、アクチュエータの磁気回路の効率を向上することもできるため、電流あたりの推力を向上させることができる。

上記のように、強磁性を有する磁性体を備えた磁気回路の構成としては、例えば、以下の構成が挙げられる。

すなわち、本発明に係るアクチュエータでは、上記磁気回路は、上記ホルダ外周に設けられたコイル、上記コイルの周囲に配された上記マグネット及び上記磁性体とで構成されていてもよい。この構成により、アクチュエータ外部に発生するマグネットの漏洩磁束を小さくすることができる。

また、本発明に係るアクチュエータでは、上記磁気回路は、上記ホルダ外周に設けられたマグネット、上記マグネットの周囲に配された上記コイル及び上記磁性体とで構成されていてもよい。

特に、上記の構成では、マグネットがホルダ外周に設けられ、コイルが上記マグネットの周囲に配されているので、可動部としてのホルダに給電用のワイヤを設ける必要がなく、構造を簡素化することができるという効果を奏する。

また、本発明に係るアクチュエータでは、上記球状体は非磁性材料からなることが好ましい。

このように上記球状体は非磁性材料からなるので、球状体は、アクチュエータ内部の磁気回路による磁束分布に対し影響を与えなくなる。また、上記の構成によれば、アクチュエータ組立に際し、球状体がマグネットに吸着することがなく、組立作業性の向上を図ることができる。

また、本発明に係るアクチュエータでは、マグネット、及びコイルを光軸方向に挟んで、２つの上記支持体が設けられており、２つの支持体と、マグネットとにより、コイルの光軸方向の移動を制限する空間が形成されていることが好ましい。

このように、２つの支持体と、マグネットとにより、コイルの光軸方向の移動を制限する空間が形成され、コイルが移動する空間が確保されているので、アクチュエータをより小型化することが可能になる。

また、本発明に係る撮像機器は、上記の課題を解決するために、上述のアクチュエータと、光学部材により結像された画像を電気信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴としている。これにより、耐衝撃性に優れ、かつ小型化・薄型化した撮像機器を実現することが可能になる。

本発明に係る電子機器は、上記の課題を解決するために、上記撮像機器を備えたことを特徴している。これにより、耐衝撃性に優れ、かつ小型化・薄型化した撮像機器を備えた電子機器を実現することが可能になる。

本発明に係るアクチュエータは、以上のように、上記ホルダと上記支持体との間隙には、非磁性材料からなる球状体が配されており、上記球状体は、上記ホルダの光軸方向の移動により、回転するようになっているとともに、光軸方向に移動するホルダの物体側の面に接触し、かつ、ホルダに対し、該ホルダの光軸方向の移動量に比例した弾性力を与える１つの弾性部材がホルダに取り付けられており、上記球状体と上記１つの弾性部材との両方により、上記ホルダの光軸方向移動が支持されている構成である。

また、本発明に係る撮像機器は、以上のように、上記アクチュエータを備えた構成である。

また、本発明に係る電子機器は、以上のように、上記撮像機器を備えた構成である。

それゆえ、従来のアクチュエータのような「ホルダを固定保持する一対の板バネの強度低下」という問題は招来しない。

従って、アクチュエータを小型化しても、従来のように板バネのバネ定数を小さくする必要がなく、耐衝撃性に優れたアクチュエータを実現することが可能になる。つまり、耐衝撃性に優れ、かつ撮像機器の小型化・薄型化を実現できる。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図３に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。

図１〜図３は、本実施形態のアクチュエータ（以下、本アクチュエータと記す）の要部構成を示し、図１は分解斜視図であり、図２は斜視図であり、図３は断面図である。

図１〜図３に示されるように、本アクチュエータは、上側ガイド（支持体；第１の支持体）９、板バネ（弾性部材）１１、マグネット１２、ヨーク（磁性体）１３、コイル１４、光学部材１６を保持するホルダ１５、球状体１７、及びベース（支持体；第２の支持体）１８を備えている。

本アクチュエータは、例えば携帯電話等の携帯電子機器に搭載された撮像機器のオートフォーカスに用いられている。すなわち、本アクチュエータは、撮像機器の撮像対象となる物体を光学部材１６により結像するようになっている。そして、撮像素子１９にて、光学部材１６にて結像された画像を、電気信号に変換するようになっている。なお、本明細書では、光学部材１６が物体を結像する方向（光学部材１６と物体とを結ぶ直線の方向）を「光軸方向」とする。そして、この「光軸方向」において、撮像対象となる物体側を単に「物体側」とし、物体側と反対側を「像面側」とする。

ヨーク１３は円筒形状になっている。このヨーク１３の円筒形状内に収容されるように、ホルダ１５が配置されている。すなわち、ヨーク１３は、ホルダ１５の周囲に配置されている。そして、円筒形状のヨーク１３の内壁には、円筒形状のマグネット１２が接着剤により固定されている。また、光学部材１６を保持するホルダ１５は、コイル１４内に収容されるように、コイル１４と一体的に固定されている。

本アクチュエータにおいては、マグネット１２、ヨーク１３、及びコイル１４が磁気回路を構成している。すなわち、コイル１４に電流が印加されると、マグネット１２とコイル１４との間に電磁誘導現象が起きる。そして、この電磁誘導現象により、コイル１４に一体的に固定されているホルダ１５に対して光軸方向の推力が発生する。そして、この推力により、ホルダ１５が光軸方向に移動するようになる。また、ホルダ１５に発生する推力は、コイル１４に印加される電流量に比例する。

また、マグネット１２、ヨーク１３、及びコイル１４を光軸方向に挟んで、上側ガイド９及びベース１８が設けられている。上側ガイド９は、物体側に配されており、ベース１８は、像面側に配されている。上側ガイド９及びベース１８にはそれぞれ、コイル１４と一体的に固定されたホルダ１５が光軸方向に移動可能になるように、挿通溝９ａ及び１８ａが形成されている。また、ベース１８は、物体側にヨーク１３を固定し、像面側に撮像素子１９を固定している。上側ガイド９は、ベース１８及びヨーク１３に固定されている。

また、図３に示されるように、本アクチュエータでは、上側ガイド９と、マグネット１２と、ベース１８とにより空間が形成されており、この空間内にコイル１４が収容されるようになっている。それゆえ、ホルダ１５が光軸方向に移動するとき、該ホルダ１５に固定されたコイル１４は、上側ガイド９の像面側の面に当接することで、光軸方向物体側の移動が制限される。また、コイル１４は、ベース１８の物体側の面に当接することで、光軸方向像面側の移動が制限される。すなわち、上側ガイド９及びベース１８は、コイル１４の光軸方向の移動を制限するという機能を備えている。

また、図３に示された構成では、コイル１４が上側ガイド９及びベース１８に当接することでホルダ１５の光軸方向の移動が制限されていたが、ホルダ１５の光軸方向の移動を制限する構成は、図３に示された構成に限定されない。例えば、ホルダ１５の一部が上側ガイド９及びベース１８に当接する構成であってもよい。具体的には、ホルダ１５の側面に上側ガイド９及びベース１８と当接可能なストッパ部が設けられ、このストッパ部によりホルダ１５の光軸方向の移動が制限された構成である。この構成では、コイル１４が上側ガイド９及びベース１８と直接当接することがなく、コイル１４の変形やコイル線の被膜破れを防止することができる。

その一方で、本アクチュエータは、光学部材１６を保持するホルダ１５の光軸方向の移動が、上側ガイド９及びベース１８双方に形成された挿通溝により案内されるような構造になっている。それゆえ、ホルダ１５に対して、上側ガイド９及びベース１８（双方に形成された挿通溝）は、ホルダ１５の光軸方向の移動を案内するガイド部としての機能を備えている。

本アクチュエータは、ホルダ１５の側面（光軸方向に並んだ面を上面・下面とした場合）に接するように球状体１７が配されていることを特徴としている。この球状体１７は、ホルダ１５が光軸方向に移動すると、ホルダ１５の側面との摩擦により回転する。そして、光軸方向の移動に対しては、この球状体１７の回転による摩擦力でホルダ１５を支持することが可能になる。一方、ホルダ１５の光軸方向に垂直な方向の変位は、該ホルダ１５の側面に接する球状体１７により規制されることになる。

本アクチュエータは、このようにホルダ１５の光軸方向における支持のために、ホルダ１５の側面に接する球状体１７が用いられている。それゆえ、従来のアクチュエータのような「ホルダを固定保持する一対の板バネの強度低下」という問題は招来しない。

つまり、従来のアクチュエータでは、ホルダは、一対の板バネに固定支持されており、この一対の板バネによりホルダの光軸方向の移動が支持されていた。それゆえ、アクチュエータを小型化していくと、（磁気回路部分の体積を小さくし）板バネのバネ定数を小さくしなければならなかった。従って、従来のアクチュエータでは、小型化していくと板バネの強度が低下し、携帯電子機器用撮像機器の落下に対する耐衝撃性が小さくなるという問題が生じる。

一方、本アクチュエータでは、ホルダ１５は、その側面で接する球状体１７により、光軸方向の移動が支持されており、従来のように一対の板バネに固定支持されていない（ホルダに固定支持された一対の板バネそのものが設けられていない）。それゆえ、アクチュエータを小型化しても、従来のように板バネのバネ定数を小さくする必要がなく、耐衝撃性に優れたアクチュエータを実現することが可能になる。

また、従来のアクチュエータでは、一対の板バネは、ホルダの光軸方向の移動のみを支持しており、光軸方向以外の方向の変位に対しては、支持する（規制する）部材が設けられていなかった。これに対し、本アクチュエータでは、球状体１７が、ホルダ１５の光軸方向以外の方向の変位を規制している。それゆえ、従来のアクチュエータと比較して、携帯電子機器用撮像機器の落下時に発生する衝撃により、ホルダ１５が光軸方向以外の方向に振動することがなくなる。

本アクチュエータにおいては、この球状体１７がホルダ１５の側面に接するように配されていれば、ホルダ１５が光軸方向に移動したときに、球状体１７とホルダ１５側面との間に摩擦力が生じる。それゆえ、本アクチュエータは、球状体１７がホルダ１５の側面に接するように配されている構成であれば、特に限定されない。

また、本アクチュエータに備えられる球状体は、磁気回路部分の体積、磁気回路に印加される電流量等に応じて適宜設定可能である。例えば、この球状体の数としては、ホルダ側面において、物体側と像面側との両側にそれぞれ、少なくとも３個球状体が配されていればよい。物体側と像面側との両側にそれぞれ、球状体が２個配された構成では、ホルダが光軸方向に移動する際に、ホルダの位置が不安定になるため好ましくない。

また、球状体１７とホルダ１５側面との接触面積が大きくなると、ホルダ１５側面に生じる摩擦力が大きくなる。つまり、本アクチュエータでは、ホルダ１５の光軸方向の移動支持の強さは、球状体１７とホルダ１５側面との間で発生する摩擦力（接触面積）に比例している。それゆえ、球状体１７とホルダ１５側面との接触面積を適宜設定することで、アクチュエータの磁気回路部分の体積、磁気回路に印加される電流量に対応した構成を実現できる。

また、本アクチュエータは、光軸方向から見て、各球状体同士がホルダ１５を挟むように離間した構成であることが好ましい。このような構成とすることで、球状体１７とホルダ１５側面との接触面が、ホルダ１５の光軸（中心軸）に対し対称な位置に配され、光軸方向に垂直な方向において支持が偏ることがなく、より正確な光軸方向の移動支持が可能になる。

また、本アクチュエータにおける球状体１７は、強磁界中でその配置が影響せず、磁気回路による磁束分布に対し影響を与えない材料、すなわち非磁性材料からなることが好ましい。球状体１７の材料としては、例えば、セラミック、真鍮、ガラス、非磁性ステンレス鋼等が挙げられる。

本アクチュエータにおける、球状体１７の数及び配置の一例が図１〜図３に示されている。図３に示されるように、球状体１７は、物体側にヨーク１３が固定されたベース１８とホルダ１５との間隙に配されている。そして、この球状体１７は３個配置されており、図１に示されるように、光軸方向において、これら３個の球状体１７でホルダ１５を挟むように配されている。すなわち、３個の球状体１７はそれぞれ、光軸方向において、ホルダ１５の中心から略１２０°の位置に配されている（３個の球状体１７を結んで形成される図形が正三角形になっている）。

また、球状体１７は、上側ガイド９とホルダ１５との間隙にも配されている。そして、ベース１８とホルダ１５との間隙における球状体１７の配置と同様に、３個の球状体１７がそれぞれ、光軸方向において、ホルダ１５の中心から略１２０°の位置に配されている。

さらに、ホルダ１５側面における、上側ガイド９及びベース１８と対向する位置にはそれぞれ、窪み部１５ａが形成されている。そして、この窪み部１５ａ内壁と、上側ガイド９の挿通溝９ａ内壁とにより形成される空間内に球状体１７が収容されている。同様に、窪み部１５ａ内壁と、ベース１８の挿通溝１８ａ内壁とにより形成される空間内に球状体１７が収容されている。それゆえ、ホルダ１５が光軸方向に移動するときには、球状体１７は、これら空間内で回転することになり、窪み部１５ａ内壁との摩擦力により支持されることになる。このようにホルダ１５側面に窪み部１５ａが形成されていることにより、ホルダ１５が光軸方向に移動する際に、球状体１７がホルダ１５側面から離れることなく、ホルダ１５側面と球状体１７との接触がより確実になる。また、アクチュエータの小型化が可能になる。

本アクチュエータにおいては、球状体１７が配置されることにより、ホルダ１５側面と挿通溝９ａ・１８ａ内壁とが互いに接触しないようになっている。ホルダ１５側面と挿通溝９ａ・１８ａが互いに接触した状態では、両者の間で摩擦力が生じ、ホルダ１５の光軸方向移動が妨げられるおそれがある。この意味では、本アクチュエータにおける球状体１７は、挿通溝９ａ・１８ａ内でのホルダ１５の光軸方向移動を円滑にするガイド部材として機能するといえる。

本アクチュエータでは、ホルダ１５の物体側に、板バネ１１が配されている。この板バネ１１は、上側ガイド９により支持・固定されている。そして、板バネ１１は、光軸方向移動するホルダ１５の物体側の面に接触している。板バネ１１は、ホルダ１５の光軸方向の移動量（変位）に比例した予圧を与えるようになっている。すなわち、板バネ１１は、光軸方向移動するホルダ１５に対し、その移動量に比例した弾性力が発生させる。本アクチュエータでは、電磁誘導によりホルダ１５に発生した推力と、板バネ１１に発生した弾性力とが釣り合いにより、ホルダ１５の位置が保持されるようになっている。それゆえ、ホルダ１５の位置とコイル１４に印加される電流値とは比例関係になり、この比例関係は、従来のアクチュエータと同様になる。従って、本アクチュエータでは、球状体１７を配した構成により、従来と異なる特別な位置制御（例えば、別途位置センサーを設ける）を行う必要がない。すなわち、本アクチュエータでは、従来のアクチュエータで採用されたホルダの位置制御と同様の方法でホルダ１５の位置制御が可能になる。それゆえ、撮像機器の低コスト化及び小型化を実現することができる。

なお、上記のように、本アクチュエータでは、電磁誘導によりホルダ１５に発生した推力と、板バネ１１に発生した弾性力とが釣り合いにより、ホルダ１５の位置が保持されるようになっている。それゆえ、ホルダ１５にて保持されている光学部材１６（具体的にはレンズ）の焦点位置に応じて、板バネ１１の形状は変化する。つまり、本アクチュエータは、撮像機器の撮像対象となる物体の位置に応じて、光学部材１６の位置が設定される。ここでは、一例として、撮像対象となる物体が、比較的アクチュエータに遠い場合、光学部材１６は、光軸方向像面側に移動する（いわゆるＩｎｆ状態；無限遠状態）構成としている。一方、撮像対象となる物体が、比較的アクチュエータに近い場合、光学部材１６は、光軸方向物体側に移動する（いわゆるマクロ状態；近接撮影状態）構成としている。図３に示された構成は、一例として、光学部材１６がＩｎｆ状態とマクロ状態とで変化したときの、板バネ１１の形状変化を示したものである。

図３に示された板バネ１１は、本アクチュエータにおける板バネ１１の変化を確認するために、ホルダ１５に固定されている状態から、板バネ１１のみを変形させた状態としたときの変形である。

なお、光学部材１６のどの位置をＩｎｆ状態あるいはマクロ状態とするかは、アクチュエータの光学設計に応じて適宜決定される。

また、板バネ１１は、ホルダ１５の物体側の面に接触し、ホルダ１５の光軸方向の移動量（変位）に比例した予圧を与えるようになっていればよい。本アクチュエータでは、ホルダ１５は球状体１７により支持されているので、従来のアクチュエータのように、ホルダ１５が板バネ１１に固定支持された構成である必要がない。それゆえ、板バネ１１は、光軸方向移動するホルダ１５に対し、滑り可能に接触していてもよい（ホルダ１５が物体側へ光軸方向移動するに従い、ホルダ１５と板バネ１１との接触部分が変動する）。このような場合、ホルダ１５が板バネ１１に固定支持された構成と比較して、携帯電子機器用撮像機器の落下時のホルダ１５の振動による、板バネ１１の塑性変形がさらに低減される。

本アクチュエータは、ホルダ１５が球状体１７と接触した状態で保持されているので、以下の効果を奏する。すなわち、本アクチュエータは、従来のアクチュエータと比較して、ホルダ１５の振動振幅を小さくさせるとともに、振動収束時間を短くするという効果を奏する。

図４は、従来のアクチュエータにおけるホルダの挙動（電流−変位特性）を示すグラフである。図５は、本アクチュエータにおけるホルダの挙動（電流−変位特性）を示すグラフである。図４及び図５のグラフは、アクチュエータの磁気回路に１０ｍＡ毎の電流ステップ（３０ｍＡ，４０ｍＡ，…，８０ｍＡの電流ステップ）を印加したときのホルダの挙動を示している。そして、グラフの横軸は時間であり、電流ステップの各ステップの電流を印加したタイミング・印加時間がわかる。グラフの縦軸は、電流ステップの各ステップの電流を印加したときの、ホルダの光軸方向の変位を示す。図４及び図５から、アクチュエータに電流ステップの各ステップの電流を印加したとき、ホルダは、光軸方向に振動することがわかる。

従来のアクチュエータでは、電流ステップを印加したとき、ホルダが振動してしまい、その振動が収束するのに時間がかかる。図４に示されたグラフでは、１０ｍＡごとの電流ステップを印加したとき、ホルダの振動振幅が３０μｍであり、その振動振幅が収束する振動収束時間が約９０ｍｓであった。つまり、従来のアクチュエータでは、ホルダの光軸方向の振動を収束させるのに、約９０ｍｓ必要になる。

一方、本アクチュエータは、ホルダ１５が球状体１７と接触した状態で保持されているため、従来のアクチュエータにみられたホルダの振動を抑え、振動収束時間を短縮することができる。図５に示されたグラフでは、ホルダの振動振幅が１６μｍであり、その振動振幅が収束する振動収束時間が約１５ｍｓであった。本アクチュエータでは、従来のアクチュエータと比較して、振動収束時間が約１／６になっており、振動振幅も約１／２になっている。

それゆえ、本アクチュエータは、従来のアクチュエータと比較して、ホルダの位置静定にかかる時間を短縮することができる。そして、このようなホルダの位置静定時間の短縮は、例えば、オートフォーカス動作の高速化に寄与する。

また、本アクチュエータは、ホルダ１５の光軸方向移動に対し球状体１７のみが支持する構成に限定されるものではない。球状体１７と板バネ１１との両方により、ホルダ１５の光軸方向移動が支持された構成であってもよい。すなわち、ホルダ１５が板バネ１１に固定支持された構成であってもよい。従来のアクチュエータでは、ホルダ１５を固定支持するために２つの板バネ１０が必要であった。これに対し、ホルダ１５の光軸方向移動支持に球状体１７が用いられているので、ホルダ１５を固定支持する板バネ１１は、ただ１つだけでよい。それゆえ、板バネ１１に対し同じバネ定数を設定したとしても、従来の２つの板バネを用いているアクチュエータと比較して、１つ当たりの板バネ１１の強度が増し、携帯電子機器用撮像機器の落下時における板バネ１１の耐性を高めることができる。この場合は、板バネ１１とホルダ１５を固定している物体側に近い球状体１７は無くてもよい。

なお、本アクチュエータは、以下の構成を備えたものであると表現することができる。すなわち、撮像素子と、前記撮像素子に映像信号を入力する光学部材と、前記光学部材を保持しているホルダと、前記ホルダの外周に設けられたコイルと、前記コイルの周囲に設けられたマグネット及び磁性体が前記撮像素子を固定しているベースに固定されているアクチュエータにおいて、前記ホルダと前記ベースの間隙に非磁性材料からなる球を介して、前記ホルダが光軸方向に移動可能に接続されている構成であると表現することができる。

さらには、本アクチュエータは、上記ベースに強磁性を有している磁性体が取り付けられ、前記磁性体の片方の面にマグネットが設けられている構成と表現することができる。

（変形例１）
本アクチュエータの構成において、図１〜図３に示す構成の変形例について説明する。図６は、この変形例１としての本アクチュエータの要部構成を示す断面図である。図１〜図３に示す構成は、ヨーク１３の内壁に円筒形状のマグネット１２が接着剤により固定されている構成であった。しかしなから、本アクチュエータは、図６に示される変形例１のように、ヨーク１３を備えていない構成であってもよい。

図６に示されるように、変形例１のアクチュエータにおける磁気回路は、マグネット１２とコイル１４とで構成されている。光学部材を保持するホルダ１５は、コイル１４内に収容されるように、コイル１４と一体的に固定されている。そして、コイル１４の外周を取り囲むように、円筒形状のマグネット１２が配されている。そして、変形例１のアクチュエータの磁気回路では、最外周に配された部材がマグネット１２になっている。

（変形例２）
本アクチュエータの構成において、図１〜図３に示す構成の変形例について説明する。図７は、この変形例２としての本アクチュエータの要部構成を示す断面図である。図１〜図３に示す構成は、ホルダ１５がコイル１４と一体的に固定された構成であった。しかしなから、本アクチュエータは、図７に示される変形例２のように、ホルダ１５がマグネット１２と一体的に固定された、いわゆるムービングマグネット方式の構成であってもよい。

図７に示されるように、変形例２のアクチュエータにおける磁気回路は、マグネット１２、ヨーク１３、及びコイル１４を備えている。そして、マグネット１２は、光学部材を保持するホルダ１５と一体的に保持されている。コイル１４は、マグネット１２の周囲に配されている。すなわち、コイル１４は、マグネット１２及びホルダ１５を収容するように、配されている。そして、コイル１４は、ヨーク１３の内壁に固定されている。

変形例２のアクチュエータにおいては、コイル１４に電流が印加されると、マグネット１２とコイル１４との間に電磁誘導現象が起き、マグネット１２に一体的に固定されているホルダ１５に対し光軸方向の推力が発生する。

変形例２のアクチュエータは、図１〜図３に示された構成と比較して、可動部としてのホルダ１５に給電用のワイヤを設ける必要がないため、構造を簡素化することができるという効果を奏する。

上記変形例１及び２の構成を考慮すると、本アクチュエータは、以下の構成を備えたものであると表現することができる。すなわち、撮像対象となる物体を結像する光学部材と、該光学部材を光軸方向に移動するのに用いられるコイル及びマグネットのうちの一方が取り付けられていると共に、上記光学部材を保持するホルダと、上記コイル及びマグネットのうちの他方を支持する支持体と、上記ホルダと上記支持体との間に配され、回転することにより上記支持体に対して上記ホルダを光軸方向に移動可能とする球状体とを備えた構成であると表現することができる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図８ないし図１０に基づいて説明すると以下の通りである。本実施の形態では、説明の便宜上、実施の形態１で説明した部材と同様の機能を有する部材には同一の番号を付し、その説明を省略する。

図８及び図９は、本実施形態のアクチュエータ（以下、本アクチュエータと記す）の要部構成を示し、図８は分解斜視図であり、図９は断面図である。

実施の形態１のアクチュエータでは、球状体１７が、ベース１８とホルダ１５との間隙、及び上側ガイド９とホルダ１５との間隙に配された構成であった。一方、本アクチュエータは、図８及び図９に示されるように、球状体１７がベース１８とホルダ１５との間隙にのみ配された構成になっている。球状体１７は、ホルダ１５側面に接触して、複数配置されている。そして、個々の球状体１７により、光軸方向に垂直な平面が形成された構成になっている。言い換えると、個々の球状体１７は、光軸方向に垂直な同一平面上に配されている。

板バネ１１は、上側ガイド９に固定・支持されている。上側ガイド９は、板バネ１１を固定・支持する弾性部材固定部として機能する。そして、板バネ１１は、個々の球状体１７により形成される上記平面に対し光軸方向に離間して、ただ１つ配されている。それゆえ、ホルダが一対（複数）の板バネにより固定支持されている従来のアクチュエータと比較して、以下の効果がある。

すなわち、従来の構成では、ホルダの光軸方向移動支持に必要なバネ定数は、２つの板バネにより合成されるバネ定数になる。それゆえ、従来の構成では、ホルダの光軸方向移動支持のために、個々の板バネの強度が弱くなってしまう。

一方、本アクチュエータは、ホルダ１５が、１つの板バネ１１により支持された構成であり、従来の構成のようなホルダが複数の板バネにより固定支持された構成ではない。それゆえ、ホルダ１５の光軸方向移動支持に必要なバネ定数を１つの板バネ１１のバネ定数で設計することができる。このため、従来の構成と比較して、板バネ１１のバネ定数を大きく設計し、強度を大きくすることができる。そして、アクチュエータを小型化しても、従来のように板バネのバネ定数を小さくする必要がなく、耐衝撃性に優れたアクチュエータを実現することが可能になる。

また、本アクチュエータに備えられる球状体１７は、磁気回路部分の体積、磁気回路に印加される電流量等に応じて適宜設定可能である。例えば、この球状体の数としては、ホルダ１５側面において、コイル１４を挟んで物体側と像面側との何れかに少なくとも３個球状体が配されていればよい。球状体が２個配された構成では、ホルダが光軸方向に移動する際に、ホルダの位置が不安定になるため好ましくない。

さらに、ホルダ１５側面における、ベース１８と対向する位置には、窪み部１５ａが形成されている。そして、この窪み部１５ａ内壁と、ベース１８の挿通溝１８ａ内壁とにより形成される空間内に球状体１７が収容されている。それゆえ、ホルダ１５が光軸方向に移動するときには、球状体１７は、これら空間内で回転することになり、窪み部１５ａ内壁との摩擦力により支持されることになる。このようにホルダ１５側面に窪み部１５ａが形成されていることにより、ホルダ１５が光軸方向に移動する際に、球状体１７がホルダ１５側面から離れることなく、ホルダ１５側面と球状体１７との接触がより確実になる。また、アクチュエータの小型化が可能になる。なお、ここでは、窪み部を形成した構成として説明しているが、より生産性を考慮し、上面あるいは下面から簡単に挿入することができる穴部を形成した構成としても構わない。穴部から球状体が脱離することを防止するために、穴部に傾斜等を設けたり、穴部を塞ぐカバーを設けるなどの構成とすればよい。

本アクチュエータにおいては、球状体１７が配置されることにより、ホルダ１５側面と挿通溝１８ａ内壁とが互いに接触しないようになっている。ホルダ１５側面と挿通溝１８ａが互いに接触した状態では、両者の間で摺動による摩擦力が生じ、この摺動摩擦力は球状体の転がりによる摩擦力よりもはるかに大きい。このため、球状体１７が配置された本アクチュエータと比較して、ホルダ１５の光軸方向移動が１０〜数１０倍妨げられるおそれがある。この意味では、本アクチュエータにおける球状体１７は、挿通溝１８ａ内でのホルダ１５の光軸方向移動を円滑にするガイド部材として機能するといえる。

なお、本アクチュエータは、上記実施の形態１の変形例１及び２の構成を適用することができる。その具体的な変形例を以下に説明する。

（変形例３）
本アクチュエータの構成において、図８及び図９に示す構成の変形例について説明する。図１０は、この変形例３としての本アクチュエータの要部構成を示す断面図である。図８及び図９に示す構成は、ヨーク１３の内壁に円筒形状のマグネット１２が接着剤により固定されている構成であった。しかしなから、本アクチュエータは、図１０に示される変形例３のように、ヨーク１３を備えていない構成であってもよい。

（変形例４）
本アクチュエータの構成において、図８及び図９に示す構成の変形例について説明する。図１１は、この変形例４としての本アクチュエータの要部構成を示す断面図である。図８及び図９に示す構成は、ホルダ１５がコイル１４と一体的に固定された構成であった。しかしなから、本アクチュエータは、図１１に示される変形例４のように、ホルダ１５がマグネット１２と一体的に固定された、いわゆるムービングマグネット方式の構成であってもよい。

なお、本アクチュエータについて、球状体１７がベース１８とホルダ１５との間隙にのみ配された構成を説明してきた。しかしながら、本アクチュエータは、この構成に限定されず、上側ガイド９とホルダ１５との間隙に配された構成であってもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明のアクチュエータ及びそれを備えた撮像機器は、携帯電子機器に搭載されるカメラ等の装置全般に適用することが可能であり、アクチュエータの小型化、薄型化、耐衝撃性の向上が可能となる。また、本発明のアクチュエータ及びそれを備えた撮像機器は、携帯電子機器に限らず、例えば、車載用カメラといった衝撃の影響が大きい用途や、その他の電子機器にも適用することが可能である。

本発明の実施の一形態のアクチュエータの要部構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施の一形態のアクチュエータの要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施の一形態のアクチュエータの要部構成を示す断面図である。 従来のアクチュエータにおけるホルダの過渡特性（電流−変位特性）を示すグラフである。 本発明の実施の一形態のアクチュエータにおけるホルダの過渡特性（電流−変位特性）を示すグラフである。 図１〜図３のアクチュエータの他の変形例の要部構成を示す断面図である。 図１〜図３のアクチュエータのさらに他の変形例の要部構成を示す断面図である。 本発明の実施の他の形態のアクチュエータの要部構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施の他の形態のアクチュエータの要部構成を示す断面図である。 図８及び図９のアクチュエータの他の変形例の要部構成を示す断面図である。 図８及び図９のアクチュエータのさらに他の変形例の要部構成を示す断面図である。 従来のアクチュエータの要部構成を示す断面図である。

符号の説明

９ 上側ガイド（支持体）
９ａ 挿通溝
１０ 板バネ
１１ 板バネ（弾性部材）
１２ マグネット
１３ ヨーク（磁性体）
１４ コイル
１５ ホルダ
１５ａ 窪み部
１６ 光学部材
１７ 球
１８ ベース（支持体）
１８ａ 挿通溝
１９ 撮像素子

Claims (16)

1. 撮像対象となる物体を結像する光学部材と、
   上記光学部材を保持するホルダと、
   上記光学部材を光軸方向に移動するための磁気回路と、
   上記磁気回路を支持する支持体とを備えたアクチュエータであって、
   上記磁気回路は、コイル及びマグネットを備え、コイル及びマグネットのうち一方が上記ホルダに取り付けられ、他方が上記支持体により支持されており、
   上記ホルダと上記支持体との間隙には、球状体が配されており、
   上記球状体は、上記ホルダの光軸方向の移動により、回転するようになっているとともに、
   光軸方向に移動するホルダの物体側の面に接触し、かつ、ホルダに対し、該ホルダの光軸方向の移動量に比例した弾性力を与える１つの弾性部材がホルダに取り付けられており、
   上記球状体と上記１つの弾性部材との両方により、上記ホルダの光軸方向移動が支持されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 上記支持体には、ホルダが挿通する挿通溝が形成されており、
   上記ホルダの側面と上記挿通溝の内壁面との両方に接するように、上記球状体が配されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 上記球状体が複数配されており、各球状体同士は、光軸方向から見て、ホルダを挟むように離間した位置関係になっていることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 各球状体同士は、上記光軸方向に対し垂直な同一面上に配されていることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 上記ホルダの側面には、窪み部が形成されており、
   上記窪み部の内壁面と上記支持体とにより、上記球状体を収容可能な空間が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のアクチュエータ。
6. 撮像対象となる物体を結像する光学部材と、
   上記光学部材を保持するホルダと、
   上記光学部材を光軸方向に移動するための磁気回路と、
   上記磁気回路を支持する支持体とを備えたアクチュエータであって、
   上記磁気回路は、コイル及びマグネットを備え、コイル及びマグネットのうち一方が上記ホルダに取り付けられ、他方が上記支持体により支持されており、
   上記ホルダと上記支持体との間隙には、球状体が配されており、
   上記球状体は、上記ホルダの光軸方向の移動により、回転するようになっているとともに、
   光軸方向に移動するホルダの物体側の面に接触し、かつ、ホルダに対し、該ホルダの光軸方向の移動量に比例した弾性力を与える弾性部材が設けられており、
   上記弾性部材は、光軸方向移動するホルダに対し、滑り可能に接触していることを特徴とするアクチュエータ。
7. 上記弾性部材は、光軸方向移動するホルダに対し、滑り可能に接触していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のアクチュエータ。
8. 上記球状体が複数配されており、各球状体同士は、上記光軸方向に対し垂直な同一面上に配されており、
   上記弾性部材は、上記平面に対し光軸方向に離間して配置されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のアクチュエータ。
9. 上記支持体は、上記磁気回路における光軸方向の一端を支持する第１の支持体と、他端を支持する第２の支持体とを備え、
   上記球状体は、上記ホルダと上記第１の支持体との間隙、及び上記ホルダと上記第２の支持体との間隙の何れかの間隙に配されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のアクチュエータ。
10. 上記磁気回路は、さらに強磁性を有する磁性体を備え、上記磁性体は、上記支持体に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のアクチュエータ。
11. 上記磁気回路は、上記ホルダを収容するように設けられたコイル、上記コイルの周囲に配された上記マグネット及び上記磁性体とで構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のアクチュエータ。
12. 上記磁気回路は、上記ホルダ外周に設けられたマグネット、上記マグネットの周囲に配された上記コイル及び上記磁性体とで構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のアクチュエータ。
13. 上記球状体は非磁性材料からなることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載のアクチュエータ。
14. 上記支持体は、上記磁気回路における光軸方向の一端を支持する第１の支持体と、他端を支持する第２の支持体とを備え、
    第１及び第２の支持体と、マグネットとにより、コイルの光軸方向の移動を制限する空間が形成されていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載のアクチュエータ。
15. 請求項１〜１４の何れか１項に記載のアクチュエータと、
    光学部材により結像された画像を電気信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像機器。
16. 請求項１５に記載の撮像機器を備えたことを特徴とする電子機器。

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