CN106680962B - 透镜单元和摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明目的在于提供小型且能够实现透镜的高精度的光轴方向位移的透镜单元和使用该透镜单元的摄像装置。不需要另外设置将保持框(120)向光轴正交方向施力的施力机构，仅使用单个的螺旋弹簧(126)，就能够将保持框(120)沿光轴方向和光轴正交方向施力，因此，能够将透镜(LS)高精度地定位于对焦位置。

Description

透镜单元和摄像装置

技术领域

本发明涉及能够进行透镜的光轴方向位移的透镜单元和摄像装置。

背景技术

近年来，搭载有摄像装置的数码相机或移动终端等摄像设备正在普及，这里所述的摄像装置采用CCD(电荷耦合设备)型图像传感器或CMOS(互补金属氧化物半导体)型图像传感器等固体摄像元件。然而，通常来说，使用者的需要不仅在于要提高这些摄像设备在携带方面的便利性和设计性——这是理所当然的，也在于进一步促进高画质化。作为促进高画质化的例子，有为了抑制被拍摄物体的失焦而在摄像装置中具备使聚焦透镜沿光轴方向位移的聚焦功能的方案等。另一方面，为了提高摄像设备在携带方面的便利性和设计性，需要使摄像装置小型化。

这里，如专利文献1所示，公知如下技术：为了使聚焦透镜沿光轴方向位移，利用旋转的凸轮部件的凸轮面，经由与其抵接的被驱动部，来对保持聚焦透镜的保持框进行驱动。凸轮部件的旋转角与被驱动部所抵接的凸轮面的光轴方向位置高精度地对应，因此能够使聚焦透镜高精度地位移。然而，如果被驱动部从凸轮面离开，则保持框的位置变得不稳定，无法进行高精度的聚焦动作。因此，在专利文献1 中设置有螺旋弹簧，该螺旋弹簧通过将保持框相对于镜框沿光轴方向施力，从而使凸轮面与被驱动部始终相互抵接。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006－113607号公报

专利文献2：日本特开2006－98652号公报

发明要解决的课题

但是，在专利文献1的技术中，通过用一对引导片来保持设置于镜框的长方体状的引导体，从而将保持框相对于镜框沿光轴方向引导。然而，如果引导片的间隔与引导体的宽度相比过窄，则彼此发生竞争，存在无法顺利地进行保持框的位移的可能性。因此，为了顺利地进行保持框的位移，优选使引导片的间隔比引导体的宽度稍大。但是，由于使引导片的间隔比引导体的宽度稍大，所以会在两者间产生松动，存在该情况导致保持框绕光轴转动的可能性。如果保持框不经意地绕光轴发生转动，则被驱动部在凸轮面上抵接的位置发生变动，存在因此聚焦透镜的光轴方向位置不稳定的可能性。

另一方面，在专利文献2中，公开了如下技术：在能够进行变焦动作的光学装置中，通过使用扭簧，从而抑制因轴承部与引导轴的嵌合松动而造成的光轴偏移。因此，可以考虑使用专利文献1的螺旋弹簧来使凸轮面与被驱动部始终抵接，并使用专利文献2的扭簧来排除引导的松动。但是，原本在专利文献2中，已经使用了螺旋弹簧(参照专利文献2的附图标记18)、扭簧(参照专利文献2的附图标记20)、以及将凸轮筒向镜框施力的螺旋弹簧(参照专利文献2的附图标记 145)这三个部件，如果仅仅是将该结构进行沿用，则可能导致摄像装置的大型化并增加成本。

此外，专利文献2中使用的螺旋弹簧18虽然具有将两个透镜组沿光轴方向接近地施力的功能，但该螺旋弹簧是用于将两个保持框的被驱动部向相对的凸轮面分别施力的部件。因此，虽然两个保持框的光轴间距离通过该螺旋弹簧高精度地确定，但是无法以镜框为基准将保持框沿光轴方向施力。此外，由于该螺旋弹簧的施力，两个透镜组绕光轴产生相反方向的作用力，由此，存在发生偏心等而使光学性能变差的可能性。

发明内容

本发明以解决上述课题为目的，并且目的在于提供小型且能够实现透镜的高精度的光轴方向位移的透镜单元和使用该透镜单元的摄像装置。

用于解决课题的手段

本发明的透镜单元具有：

透镜；

保持框，所述保持框具备被驱动部，并保持所述透镜；

镜框，所述镜框设置有将所述保持框沿光轴方向引导的引导部件；

凸轮部，所述凸轮部能够旋转地安装于所述镜框，具备与所述被驱动部抵接的凸轮面，并通过来自驱动源的驱动力进行旋转；以及

施力部件，所述施力部件沿所述凸轮面与所述被驱动部接近的方向施加作用力，

通过所述凸轮部的旋转，驱动力经由与所述凸轮面抵接的所述被驱动部而传递给所述保持框，所述保持框被所述引导部件引导并沿所述光轴方向位移，

所述施力部件的作用力朝着相对于所述透镜的光轴倾斜的方向。

发明的效果

根据本发明，能够提供小型且能够实现透镜的高精度的光轴方向位移的透镜单元和使用该透镜单元的摄像装置。

附图说明

图1是包含本实施方式的透镜单元的摄像装置100的分解图。

图2是沿光轴方向观察将上盖和摄像单元拆下的摄像装置100的图。

图3是将图2的结构在II-II线处剖开并沿箭头方向观察的图。

图4是作为比较例的摄像装置的、与图2同样的剖视图。

图5是将凸轮面106c展开在平面上的状态与臂部123共同表示的示意图。

图6是从侧方观察凸轮部的示意图。

图7是变形例的摄像装置的与图2同样的图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。图1是包含本实施方式的透镜单元的摄像装置100的分解图。图2是沿光轴方向观察将上盖和摄像单元拆下的摄像装置100的图。图3是将图2的结构在II-II 线处切断并沿箭头方向观察的图。摄像装置100搭载于移动电话等便携设备中，作为照相机发挥功能。

在图1中，在没有上壁的盒状的镜框101的下侧安装有摄像单元 110。摄像单元110包含矩形形状的基板111、以及由形成于基板111 的上表面的CCD传感器或CMOS传感器构成的光电转换部112。摄像单元110与未图示的控制电路连接，具有将光学图像转换为电信号并向外部输出的功能。

镜框101具有安装着摄像单元112的底壁101a、以及从底壁101a 的周缘向上方延伸的侧壁101b～101e。在底壁101a，与光电转换部 112相对地形成有开口部101f，另外，作为引导部件，两根引导轴102、 103隔着开口部101f而立设。圆筒状的引导轴102、103与后述的透镜LS的光轴方向(图1的上下方向)平行地延伸。

在底壁101a上的引导轴102的附近，形成有半圆环状的卡挂部 104，另外，在处于引导轴102的附近的侧壁101c的内侧面形成有沿上下方向延伸的狭缝槽101g。虽未图示，但在狭缝槽101g内配置有光传感器。

此外，在底壁101a上的引导轴102的附近，以沿上下方向延伸的方式立设有轴部105，在轴部105的周围可旋转地配置有凸轮单元106。作为凸轮部的凸轮单元106是将凸轮片106b固接在蜗轮106a的上表面而成型或是一体成型的。凸轮片106b的上表面形成有凸轮面106c，该凸轮面106c的高度随着圆周方向而变化。

在底壁101a的设置部101h安装有作为驱动源的马达107。在马达107的旋转轴上安装有涡旋齿107a，该涡旋齿107a如图2所示地与蜗轮106a啮合。

对作为聚焦透镜的透镜LS(也可以是多个)进行保持的保持框 120整体为圆筒状，具有沿与透镜LS的光轴正交的方向突出的两根突出部121、122。突出部121具有与引导轴102卡合的圆形开口121a，突出部122具有与引导轴103卡合的开口122a。这里，通过使开口122a 成为沿光轴正交方向长的长孔，从而能够降低组装容许难易度。在这种情况下，优选通过引导轴102与圆形开口121a的嵌合来进行组装对准。

另外，作为被驱动部的板状的臂部123从突出部121向凸轮单元 106侧延伸，其前端如图3所示地与凸轮面106c抵接。此外，板状的臂部124从突出部121向镜框101的侧壁101c侧延伸，其前端如图2 所示地进入狭缝槽101g内。

钩部125与臂部124相邻地从突出部121突出地设置。作为施力部件的螺旋弹簧126的端部分别安装于钩部125和镜框101的卡挂部 104。利用该螺旋弹簧126的作用力，保持框120向镜框101的底壁 101a侧被施力。另外，凸轮单元106也经由臂部123向底壁101a侧被施力，由此，凸轮单元106的光轴方向位置也被固定。从图3可知，螺旋弹簧126的轴线AX相对于透镜LS的光轴OA倾斜，螺旋弹簧 126的作用力沿该轴线AX发挥作用。由镜框101、透镜LS、保持框 120、凸轮单元106、以及螺旋弹簧126构成透镜单元。

在镜框101的侧壁101b～101e的上端安装有矩形板状的上盖 130。上盖130形成有开口部130a。在将透镜LS和保持框120组装在镜框101与上盖130之间的状态下，底壁101a的开口部101f使透镜 LS的成像侧露出，上盖130的开口部130a使透镜LS的物体侧露出。另外，在该状态下，保持框120能够沿光轴方向位移。

接下来，说明本实施方式的摄像装置的动作。首先，说明组装时等的原点调整。马达107产生与旋转角相应的脉冲信号。当通过从未图示的电源供电来使马达107旋转驱动时，凸轮单元106经由涡旋齿 107a和蜗轮106a而被带动旋转。未图示的光传感器检测到进入狭缝槽101g的臂部124的前端位置，由此，透镜LS的作为基准的光轴方向位置被确定。在到达该基准位置时，则使马达107的旋转停止。将该状态记忆为原点，通过计数马达107从该位置沿相反方向旋转时所产生的脉冲数，并根据涡旋齿107a和蜗轮106a的减速比，从而能够计算从原点起的凸轮单元106的旋转量。

在拍摄时，当将搭载于未图示的摄像设备中的摄像装置100的透镜LS对着被拍摄物体时，经由透镜LS而入射的被拍摄物体的光在摄像单元110的光电转换部112中成像。光电转换部112将被拍摄物体的像转变为电信号，并输出给未图示的液晶显示器。由此，在显示器上显示被拍摄物体的图像。当使用者在适当的时机进行释放操作时，被拍摄物体被摄像，其图像数据从光电转换部112被输出，在经过规定的图像处理之后存储在未图示的存储器中。

本实施方式的摄像装置100能够根据被拍摄物体的距离使透镜单元沿光轴方向位移，来进行聚焦动作。在利用未图示的测距装置测定到被拍摄物体的距离(被拍摄物体距离)之后，马达107进行正转驱动使涡旋齿107a旋转，此时，蜗轮106a沿正方向旋转，凸轮单元106 沿相同方向旋转。这里，由于螺旋弹簧126的作用力，臂部123的前端压接于凸轮片106b的凸轮面106c，因此，凸轮面106c的高度位置与凸轮单元106的旋转相应地变化，与此相应地，保持框120和臂部 123共同地被引导轴102、103引导并沿光轴方向位移，从而能够将透镜LS位移到适合于被拍摄物体距离的光轴方向位置。

但是，在本实施方式中，为了增大透镜LS的光轴方向位移的分辨率，与以往技术相比，使凸轮片106b的凸轮面106c的斜度变缓。因此，会产生因凸轮面106c与臂部123之间产生的力的方向而造成的课题。对于该课题，参照比较例进行说明。

图4是作为比较例的摄像装置的与图2相同的剖视图。在图4的比较例中，螺旋弹簧126的轴线AX与透镜LS的光轴OA平行。另外，比较例的凸轮面106c的倾斜度比本实施方式的凸轮面106c的倾斜度更陡。除此以外的结构与上述的实施方式相同。图5是将平面地展开凸轮面106c的状态与臂部123共同表示的示意图，(a)相当于本实施方式，(b)相当于比较例，但为了容易理解而使角度差变得夸张。在图5中，上下方向是光轴方向，左右方向是与光轴正交的方向。

这里，在图5(b)的比较例的情况下，凸轮面106c的倾斜角θ2 相对较大。因此，在基于螺旋弹簧12的作用力而在凸轮面106c与臂部123的接点P2产生反作用力F2的情况下，其光轴正交方向成分为 F2·sinθ2。

这里，引导轴102与保持框120的圆形开口121a卡合，引导轴 103与保持框120的开口122a卡合，但是它们之间原本存在微小的松动。然而，在比较例中，由于从凸轮面106c施予臂部123的光轴正交方向成分F2·sinθ2相对较大，因此，保持框120被光轴正交方向成分沿光轴正交方向施力而相对于引导轴102、103沿固定方向被推压，从而能够有效地避免松动。

与此相比，在图 5(a) 的本实施方式的情况下，凸轮面106c的倾斜角θ1比比较例的倾斜角θ2小。因此，在基于螺旋弹簧126的作用力而在凸轮面106c与臂部123的接点P1产生反作用力F1的情况下，其光轴正交方向成分为F1·sinθ1，假定F1＝F2，则根据θ1＜θ2 而有F1·sinθ1＜F2·sinθ2。即，随着凸轮面106c的倾斜角变小，反作用力的光轴正交方向成分、即把臂部123沿光轴正交方向施力的力变小。

因此，在本实施方式的情况下，由于将臂部123沿光轴正交方向施力的力比较小，因此，将保持框120相对于引导轴102、103进行推压的力变弱，存在保持框120由于某外力而相对于镜框101沿光轴正交方向位移松动量的可能性。在该情况下，由于臂部123也与保持框 120共同地位移，所以其前端与凸轮面106c抵接的位置发生变化，由此，存在虽然凸轮面106c没有进行旋转但是透镜LS的光轴方向位置发生位移而导致对焦偏移的可能性。

对于该问题，在本实施方式中如下进行解决。在本实施方式中，使螺旋弹簧126的轴线AX相对于透镜LS的光轴OA倾斜。即，螺旋弹簧126的作用力朝着相对于光轴方向倾斜的方向。因此，在安装有螺旋弹簧126的一端的钩部125，如图2、3所示地产生朝向光轴正交方向的分力Fh。因此，即使在凸轮面106c的斜度平缓的情况下，也能够利用分力Fh将保持框120沿光轴正交方向施力，从而将保持框120相对于引导轴102、103沿一个方向推压。由此，例如在圆形开口121a与引导轴102之间产生嵌合松动的情况下，通过使引导轴102 相对于圆形开口121a相对地偏移，从而避免松动，能够进行稳定的引导。

根据本实施方式，不需要另外设置将保持框120沿光轴正交方向施力的施力机构，仅使用单个的螺旋弹簧126，就能够将保持框120 沿光轴方向和光轴正交方向施力，因此，能够稳定地进行凸轮面106c 与臂部123的抵接，进一步地能够排除保持框120与引导轴102、103 的松动，能够高精度地将透镜LS定位于对焦位置。

此外，由于使凸轮面106c的斜度变缓，可能产生其它的课题。如果凸轮面106c的斜度平缓，则在从臂部123施予凸轮面106c的力之中的将凸轮单元106向旋转方向施力的力的成分变小。由此，无法彻底排除因驱动凸轮片106b的蜗轮106a与涡旋齿107a间的齿隙而造成的松动，存在凸轮面106c上的供臂部123抵接的位置不稳定的可能性。在本实施方式中，能够解决该课题。

图6是从侧方观察本实施方式的凸轮单元的示意图。凸轮片106b 与蜗轮106a是一体的，凸轮单元106相对于镜框101的底壁101a进行旋转滑动。

根据作用与反作用的法则，与接点P1处的反作用力F1(参照图 5)相等的推压力F1从臂部123施予凸轮面106c。当将凸轮面106c 相对于底壁101a的倾斜角设为θ1时，推压力F1能够分解为与底壁 101a正交的成分F1·cosθ1、以及与底壁101a平行的成分(在这里，是施加于凸轮面106c上的与臂部123的接点P1的法线方向力之中的、底壁101a与蜗轮106a接触的接触面方向的成分)F1·sinθ1。在该情况下，当将底壁101a与蜗轮106a之间的摩擦系数设为μ时，底壁101a 与蜗轮106a之间作用的摩擦力用μF1·cosθ1表示。此时，如果使μF1·cosθ1＜F1·sinθ1、即μ＜tanθ1，则能够克服与底壁101a之间摩擦力而使凸轮单元106旋转，因此，通过将蜗轮106a的齿轮齿相对于涡旋齿107a的齿轮齿沿一个方向推压，从而能够排除齿轮齿间的松动。

图7是变形例的摄像装置的与图2同样的图。在本变形例中，镜框101的卡挂部104与上述的实施方式相比向保持框120侧偏移。因此，螺旋弹簧126的轴线相对于光轴OA(在图7中沿纸面垂直方向延伸)向图中的上下方向和左右方向倾斜，因此，由于螺旋弹簧126 的作用力而在钩部125产生的朝向光轴正交方向的分力Fh被分成朝向上侧的成分Fhx和朝向左侧的成分Fhy。

这里，从图7的方向看，凸轮面106c形成为在轴部105的周围随着朝向顺时针方向而变低(接近底壁101a)的形状。即，在臂部123 抵接的位置，凸轮面106c以随着从图中的左方往右方去而变低的方式倾斜，因此，凸轮面106c上的臂部123的接点处的法线相对于图7的纸面垂直方向往左右方向倾斜。

在本变形例的情况下，由于螺旋弹簧126的轴线如上述那样倾斜，所以与图2的实施方式相比，产生经由钩部125而朝向左侧的成分 Fhy，因此，在与上述的实施方式同样地使引导轴102相对于圆形开口121a相对地偏移从而避免松动的基础上，从臂部123对凸轮面106c 施加的力相对于从其接点沿光轴平行地延伸的方向而言，向凸轮面 106c的法线方向靠近。即，图6所示的力F1的值增加。由此，即使在螺旋弹簧126的施力相同的情况下，与上述的实施方式相比，凸轮片106b向旋转方向的作用力提高，通过将蜗轮106a的齿轮齿相对于涡旋齿107a的齿轮齿朝一个方向推压，从而容易排除齿轮齿间的松动。

附图标记的说明

100 摄像装置

101 镜框

101a 底壁

101b-101e 侧壁

101f 开口部

101g 狭缝槽

101h 设置部

102 引导轴

103 引导轴

104 卡挂部

105 轴部

106 凸轮单元

106a 蜗轮

106b 凸轮片

106c 凸轮面

107 马达

107a 涡旋齿

110 摄像单元

111 基板

112 光电转换部

120 保持框

121 突出部

121a 圆形开口

122 突出部

122a 开口

123 臂部

124 臂部

125 钩部

126 螺旋弹簧

130 上盖

130a 开口部

LS 透镜

OA 光轴。

Claims (3)

1.一种透镜单元，其特征在于，具有：

透镜；

保持框，所述保持框具备被驱动部，并保持所述透镜；

镜框，所述镜框设置有将所述保持框沿所述透镜的光轴方向引导的引导部件；

凸轮部，所述凸轮部能够旋转地安装于所述镜框，具备与所述被驱动部抵接的凸轮面，并通过来自驱动源的驱动力进行旋转；以及

螺旋弹簧，所述螺旋弹簧沿所述凸轮面与所述被驱动部接近的方向施加作用力，

通过所述凸轮部的旋转，驱动力经由与所述凸轮面抵接的所述被驱动部而传递给所述保持框，所述保持框被所述引导部件引导并沿所述光轴方向位移，

所述螺旋弹簧的作用力朝着相对于所述透镜的光轴倾斜的方向，

所述凸轮部与所述镜框能够相对移动地接触，在所述凸轮部与所述镜框之间作用的摩擦力比在所述凸轮面与所述被驱动部的接点处由所述螺旋弹簧施加的力的、与所述摩擦力平行的方向的成分小。

2.根据权利要求1所述的透镜单元，其特征在于，

通过所述螺旋弹簧从所述被驱动部而施加给所述凸轮面的力向着能够将所述保持框朝向所述引导部件推压的方向倾斜。

3.一种摄像装置，其特征在于，

具有对被拍摄物体像进行光电转换的摄像元件以及权利要求1或2所述的透镜单元。