DE602005006344T2

DE602005006344T2 - Linsenantriebsvorrichtung und Abbildungsvorrichtung

Info

Publication number: DE602005006344T2
Application number: DE602005006344T
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Manabe
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2025-05-03
Also published as: EP1602957B1; ATE393920T1; DE602005006344D1; EP1602957A1; US7221526B2; US20050264899A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft eine Linsenantriebsvorrichtung zum Antreiben von Linsen in einer Richtung entlang ihrer optischen Achsen und eine Abbildungsvorrichtung zum Erfassen von Bilddaten, die Objektlicht darstellen.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Es ist nun weit verbreitet, dass eine Abbildungsvorrichtung zum Erfassen eines digitalen Bildes eines Objekts in Vorrichtungen mit kleiner Größe wie z. B. ein Mobiltelefon und einen PDA (persönlicher digitaler Assistent) eingebaut wird. Da die Vorrichtung mit kleiner Größe, die ein Benutzer immer trägt, mit der Abbildungsvorrichtung ausgestattet ist, kann der Benutzer leicht zu irgendeinem Zeitpunkt ohne die Mühe, eine Digitalkamera oder Videokamera zu tragen, eine Photographie aufnehmen. Diese Vorrichtungen mit kleiner Größe, die gewöhnlich vorher eine Datenkommunikationsfunktion unter Verwendung einer Funkwelle oder von Infrarotstrahlen beinhalten, haben einen Vorteil, dass sie in der Lage sind, ein aufgenommenes Bild sofort an Ort und Stelle zu einem anderen Mobiltelefon oder einem Personalcomputer zu übertragen.
Da jedoch die Abbildungsvorrichtung, die in diese Vorrichtungen mit kleiner Größe wie z. B. das Mobiltelefon eingebaut ist, viel kleiner ist als eine gewöhnliche Digitalkamera, sind die Größe ihrer Komponenten wie z. B. eine Linse und ein CCD (ladungsgekoppeltes Bauelement) und der Raum zum Aufnehmen dieser Komponenten erheblich begrenzt. Damit diese Vorrichtungen mit kleiner Größe anstelle der Digitalkamera verwendet werden, sind sie folglich in der Abbildungsfunktion und Bildqualität des Bildes unzureichend. Ihre Verwendung ist auf die Aufnahme eines Bildes oder einer Abbildung, das/die keine Bildqualität erfordert, z. B. Aufnehmen des Bildes, anstatt eine Notiz zu machen, oder Aufnehmen des Bildes für einen Wartebildschirm des Mobiltelefons, begrenzt.
Angesichts dieser Umstände wurden in den letzten Jahren ein CCD mit kleiner Größe und mit hoher Dichte von Pixeln und eine Linse mit kleiner Größe mit hohem Kontrast entwickelt. Entsprechend ist die Herstellung einer hohen Qualität des unter Verwendung der Vorrichtung mit kleiner Größe wie z. B. des Mobiltelefons oder des PDA aufgenommenen Bildes schnell fortgeschritten. Hinsichtlich der Erfüllung einer Abbildungsfunktion, die ein ungelöstes Problem ist, ist es erwünscht, dass diese Vorrichtungen mit kleiner Größe eine Funktion zur automatischen Fokussierung und eine Zoomfunktion beinhalten, die gewöhnlich in die Digitalkamera integriert sind.
Die Funktion zur automatischen Fokussierung und die Zoomfunktion können durch Bewegen einer Vielzahl von Linsen in einer Richtung entlang ihrer optischen Achse (nachstehend als Hin- und Herrichtung bezeichnet) innerhalb der Abbildungsvorrichtung verwirklicht werden. In der Digitalkamera oder digitalen Videokamera sind vorher bekannte Linsenantriebsverfahren die Verwendung einer Drehung durch einen Gleichstrommotor oder Schrittmotor und die Verwendung einer Kontraktion/Ausdehnung eines piezoelektrischen Elements. Wenn diese Verfahren auf die Vorrichtungen mit kleiner Größe wie z. B. das Mobiltelefon angewendet werden, ist vom Blickpunkt der Verkleinerung der Vorrichtung und der Genauigkeit der Bewegungssteuerung der Linsen ein Verfahren zur Verwendung eines hohlen Schrittmotors bevorzugt, bei dem ein hohler zylindrischer Rotor, der den äußeren Umfang eines Linsenspiegelzylinders mit gehaltenen Linsen umgibt, durch Anlegen eines Impulsstroms an einen Stator, der den äußeren Umfang des hohlen Rotors umgibt, gedreht wird. Bei diesem Linsenantriebsverfahren unter Verwendung des hohlen Schrittmotors werden der Antrieb des Linsenspiegelzylinders entlang der optischen Achse durch einen Bewegungsmechanismus wie z. B. einen Nockenmechanismus, der sich zwischen dem Linsenspiegelzylinder und dem Rotor befindet, (siehe z. B. JP-A-56-147132 , JP-A-59-109006 und JP-A-59-109007 ); die Bewegung des Linsenspiegelzylinders durch den Rotor selbst (siehe z. B. JP-A-60-415 , JP-A-60-416 und JP-A-60-417 ); und das Integrieren des Linsenspiegelzylinders und des Rotors (siehe z. B. JP-A-62-195615 ) vorgeschlagen. Unter diesen Verfahren ist gemäß den Verfahren, die in JP-A-60-415 , JP-A-60-416 und JP-A-60-417 und JP-A-62-195615 beschrieben sind, die Bereitstellung irgendeines speziellen Bewegungsmechanismus nicht erforderlich, wodurch die ganze Vorrichtung verkleinert wird. Da jedoch der Linsenspiegelzylinder in der Hin- und Herrichtung bewegt wird, während er gedreht wird, kann das Bild aufgrund der Exzentrizität der Linsen verschoben werden. Gemäß den Verfahren, die in JP-A-56-147132 , JP-A-59-109006 und JP-A-59-109007 beschrieben sind, können andererseits, da die Drehkraft des Rotors in eine Kraft in der Hin- und Herrichtung durch den Bewegungsmechanismus umgewandelt wird, der zwischen dem Rotor und dem Linsenspiegelzylinder angeordnet ist, durch Vorsehen eines Drehanschlags zum Begrenzen der Bewegung der Linsen in der Drehrichtung die Linsen in der Hin- und Herrichtung bewegt werden, ohne dass sie gedreht werden, wodurch eine Schwierigkeit aufgrund der Exzentrizität der Linsen vermieden wird.
Ferner ist die Abbildungsvorrichtung unter Verwendung des hohlen Schrittmotors aus einer Vielzahl von Komponenten wie z. B. einem Stator und einem Rotor konstruiert, die innerhalb einer starken Umhüllung aufgenommen sind, die in der Lage ist, eine externe Beanspruchung auszuhalten. Unter Verwendung einer solchen Umhüllung können, selbst wenn eine externe Beanspruchung aufgebracht wird, Schwierigkeiten, dass die Komponenten aufeinander treffen und die Drehung des Rotors rattert; vermieden werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Linsen genau antrieben werden.
Die in den obigen Patentreferenzen beschriebenen Verfahren wurden jedoch so bewerkstelligt, dass sie auf eine Digitalkamera mit einer gewöhnlichen Größe oder dergleichen angewendet werden. Wenn diese Verfahren als solche auf die Vorrichtung mit kleiner Größe, die viel kleiner ist als die Digitalkamera, angewendet werden, treten folglich Schwierigkeiten auf, dass die Linsen nicht angetrieben werden oder ein ausreichender Raum für das Aufnehmen der Komponenten nicht sichergestellt werden kann. Bei den in JP-A-56-147132 , JP-A-59-109006 und JP-A-59-109007 beschriebenen Verfahren ist es beispielsweise schwierig, den Raum zur Bereitstellung des Drehanschlags sicherzustellen.
Die Referenz JP 63 163807 offenbart eine Linsenantriebsvorrichtung mit einem Elektromotor, in der Linsen, die in einem Linsenzylinder enthalten sind, entlang der optischen Achse bewegt werden können.
Die Referenzen JP 62 267711 und JP 04 113340 offenbaren Linsenantriebsvorrichtungen, in denen Linsen, die in Linsenzylindern enthalten sind, durch Drehen der Linsenzylinder entlang Gewinden mit Spiralnuten entlang der optischen Achse bewegt werden.
Die Referenz JP 62 275231 offenbart einen Drehverhinderungsmechanismus, in dem eine lineare Nut in den Spiralnuten eines Drehumwandlungsmechanismus ausgebildet ist.
Die Referenz US 4 596 449 offenbart eine Linsenantriebsvorrichtung, in der separat montierte Linsen entlang der optischen Achse bewegt werden können.
Die Referenz US 4 639 084 offenbart eine Linsenantriebsvorrichtung mit zwei elektromagnetischen Motoren, einem büstenlosen Antrieb für eine grobe Einstellung und einem Schrittantrieb für eine Feineinstellung.
Die Referenz US 6 424 472 offenbart eine Linsenantriebsvorrichtung, in der die Linsen entlang der optischen Achse ohne Drehung bewegt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer Linsenantriebsvorrichtung und einer Abbildungsvorrichtung mit kleiner Größe, die in der Lage sind, Linsen entlang ihrer optischen Achse anzutreiben.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Linsenantriebsvorrichtung dieser Erfindung ist eine Linsenantriebsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: einen Stator mit einer zylindrischen Form zum Erzeugen eines Magnetfeldes innerhalb der zylindrischen Form; einen Rotor, der sich innerhalb der zylindrischen Form des Stators befindet und eine andere zylindrische Form aufweist, die zur zylindrischen Form koaxial ist, wobei der Rotor für den Stator durch ein durch den Stator erzeugtes Magnetfeld zur Drehung angetrieben wird; einen Linsenhalter, der sich weiter innerhalb der zylindrischen Form des Rotors befindet, zum Halten einer Vielzahl von Linsen, die so angeordnet sind, dass ihre optischen Achsen entlang einer Achse der zylindrischen Form liegen, wobei eine kleine Linse der Vielzahl von Linsen einen relativ kleineren Durchmesser als jenen von anderen Linsen aufweist, die an einem Anordnungsende der Vielzahl von Linsen angeordnet ist; einen Umwandlungsmechanismus zum Umwandeln der Richtung der Kraft durch Drehantrieb des Rotors in der Richtung entlang der optischen Achsen der Linsen und zum Übertragen der Kraft in der so umgewandelten Richtung auf den Linsenhalter; und einen Drehstoppmechanismus, der neben der kleinen Linse ausgebildet ist, zum Verhindern der Drehung des Linsenhalters für den Stator durch physikalischen Kontakt.
Gemäß der Linsenantriebsvorrichtung dieser Ausführungsform wird, da die Vielzahl von Linsen, die so angeordnet sind, dass die kleine Linse an einem Anordnungsende angeordnet ist, durch den Linsenhalter gehalten wird, neben der kleinen Linse ein Raum erzeugt, der einer Differenz zwischen dem Durchmesser der kleinen Linse und jenem der anderen Linsen entspricht. Aus diesem Grund kann, selbst wenn die Linsenantriebsvorrichtung in eine Vorrichtung mit kleiner Größe wie z. B. das Mobiltelefon eingebaut ist, der Drehstoppmechanismus innerhalb des Raums vorgesehen sein, so dass die Vielzahl von Linsen mit unterdrückter Positionsverschiebung der Vielzahl von Linsen genau angetrieben werden können.
Vorzugsweise besteht in der Linsenantriebsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Umwandlungsmechanismus aus Spiralnuten, die an der Innenwand des Rotors ausgebildet sind, und weiteren Spiralnuten, die an der Außenwand des Linsenhalters ausgebildet sind und mit den Spiralnuten in Eingriff stehen.
Gemäß der Linsenantriebsvorrichtung in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann im Vergleich zum Fall der Verwendung eines Nockenmechanismus als Umwandlungsmechanismus der Abstand zwischen dem Rotor und dem Linsenhalter verringert werden, wodurch die Vorrichtung verkleinert wird.
Vorzugsweise besteht der Drehstoppmechanismus ferner aus einer Führung und einer Schiene, die sich parallel zu den optischen Achsen der Linsen so erstrecken, dass sie zueinander passen, wobei eine der Führung und der Schiene am Linsenhalter befestigt ist, wohingegen die andere davon am Stator befestigt ist.
Nun umfasst der Ausdruck "am Linsenhalter (Stator) befestigt" beide Fälle, in denen die Führung und die Schiene direkt am Linsenhalter und Stator befestigt sind und in denen sie indirekt am Linsenhalter und Stator befestigt sind.
Durch die Führung und die Schiene, die am Linsenhalter und am Stator befestigt sind, kann der Linsenhalter in der Richtung entlang der optischen Achsen geführt werden, so dass die Drehung des Linsenhalters für den Stator sicher gestoppt werden kann.
Eine Abbildungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: einen Stator mit einer zylindrischen Form zum Erzeugen eines Magnetfeldes innerhalb der zylindrischen Form; einen Rotor, der sich innerhalb der zylindrischen Form des Stators befindet und eine andere zylindrische Form aufweist, die zur zylindrischen Form koaxial ist, wobei der Rotor für den Stator durch ein durch den Stator erzeugtes Magnetfeld zur Drehung angetrieben wird; einen Linsenhalter, der sich weiter innerhalb der zylindrischen Form des Rotors befindet, zum Halten einer Vielzahl von Linsen, die so angeordnet sind, dass ihre optischen Achsen entlang einer Achse der zylindrischen Form liegen, wobei eine kleine Linse der Vielzahl von Linsen einen relativ kleineren Durchmesser aufweist als jene von anderen Linsen, die an einem Anordnungsende der Vielzahl von Linsen angeordnet ist; einen Umwandlungsmechanismus zum Umwandeln der Richtung der Kraft durch Drehantrieb des Rotors in der Richtung entlang der optischen Achsen der Linsen und zum Übertragen der Kraft in der so umgewandelten Richtung auf den Linsenhalter; und einen Drehstoppmechanismus, der neben der kleinen Linse ausgebildet ist, zum Verhindern der Drehung des Linsenhalters für den Stator durch physikalischen Kontakt; und einen Abbildungsmechanismus zum Abbilden von Objektlicht, das durch die Linsen hindurchgetreten ist, um Bilddaten zu erfassen, die das Objektlicht darstellen.
Gemäß der Abbildungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels können, selbst wenn sie in die Vorrichtung mit kleiner Größe eingebaut ist, die Vielzahl von Linsen genau angetrieben werden, was folglich der Vorrichtung mit kleiner Größe die Funktion der automatischen Fokussierung und die Zoomfunktion verleiht.
Hinsichtlich der Abbildungsvorrichtung, auf die in dieser Erfindung Bezug genommen wird, wird im Übrigen nur ihre Grundkonfiguration dargestellt. Dies soll nur eine Wiederholung vermeiden. Die Abbildungsvorrichtung, auf die in dieser Erfindung Bezug genommen wird, umfasst nicht nur die Grundkonfiguration, sondern auch verschiedene Konfigurationen, die den verschiedenen Konfigurationen der vorstehend vorgeschlagenen Linsenantriebsvorrichtung entsprechen.
Gemäß dieser Erfindung werden eine Linsenantriebsvorrichtung und eine Abbildungsvorrichtung mit kleiner Größe bereitgestellt, die in der Lage sind, die Linsen entlang ihrer optischen Achsen anzutreiben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht des Erscheinungsbildes der Abbildungsvorrichtung, auf die ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung angewendet wird.
2 ist eine Schnittansicht in der Linie II-II in der in 1 gezeigten Abbildungsvorrichtung.
3 ist eine Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Stators 30 und eines Magneten 50 zeigt.
4 ist eine Ansicht des äußeren Erscheinungsbildes eines Ausführungsbeispiels einer oberen Abdeckung 10.
5 ist eine Ansicht des äußeren Erscheinungsbildes eines Ausführungsbeispiels eines Linsenhalters 20.
6 ist eine perspektivische Ansicht der Abbildungsvorrichtung 1 in auseinandergezogener Anordnung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen wird nun eine Erläuterung von verschiedenen Ausführungsbeispielen dieser Erfindung gegeben.
1 ist eine perspektivische Ansicht des Erscheinungsbildes der Abbildungsvorrichtung, auf die ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung angewendet wird.
Eine Abbildungsvorrichtung 1 ist eine Abbildungsvorrichtung mit kleiner Größe, die z. B. in ein Mobiltelefon eingebaut ist, die eine Funktion zum automatischen Fokussieren zum Fokussieren auf ein Objekt durch Antreiben einer Vielzahl von Linsen in einer Richtung entlang der optischen Achse (nachstehend als Hin- und Herrichtung bezeichnet) aufweist. In der Abbildungsvorrichtung 1 ist in ihrem äußeren Erscheinungsbild ein Stator 30 mit einer zylindrischen Form zwischen eine obere Abdeckung 10 und eine untere Abdeckung 40 sandwichartig eingefügt. Innerhalb des Stators 30 sind ein Magnet und Linsen, die später beschrieben werden, angeordnet. Ein Teil der Vorderseite des Linsenhalters 20, der die Linsen hält, steht mit einem Teil der oberen Abdeckung 10 in Eingriff.
2 ist eine Schnittansicht in der Linie II-II in der in 1 gezeigten Abbildungsvorrichtung.
In 2 sind die obere Abdeckung 10, die untere Abdeckung 40, der Stator 30 und der Linsenhalter 20, die auch in 1 gezeigt sind, dargestellt. Eine erste Linse 21, eine zweite Linse 22, eine dritte Linse 23, ein Magnet 50, ein Drehkörper 51 und ein CCD 60 sind auch dargestellt.
Der Linsenhalter 20, der Magnet 50 und der Drehkörper 51 weisen eine zylindrische Form auf, die jeweils zum Stator 30 koaxial ist. Innerhalb des Stators 30 sind in der Reihenfolge von der Seite nahe dem Stator 30 der Magnet 50, der Rotor 51 und der Linsenhalter 20 angeordnet. Der Stator 30 und der Magnet 50 bilden einen Schrittmotor. Wenn ein Impulsstrom durch den Stator 30 geleitet wird, wird der Magnet 50 um die Anzahl von Umdrehungen entsprechend dem Impulsstrom gedreht. Der Stator 30 ist ein Beispiel des Stators, auf den in dieser Erfindung Bezug genommen wird. Der Magnet 50 ist ein Beispiel des Rotors, auf den in dieser Erfindung Bezug genommen wird. Der Linsenhalter 20 ist ein Beispiel des Linsenhalters, auf den in dieser Erfindung Bezug genommen wird.
Nun wird die Erläuterung von 2 einmal unterbrochen. Mit Bezug auf 3 wird eine ausführliche Erläuterung des Stators 30 und des Magneten 50 gegeben.
3 ist eine Ansicht, die den Stator 30 und den Magneten 50 zeigt.
Der Stator 30 besteht aus zweilagigen Spulenkomponenten einer oberen Spulenkomponente 30a und einer unteren Spulenkomponente 30b. Da die obere Spulenkomponente 30a und die untere Spulenkomponente 30b dieselbe Konfiguration aufweisen, wird nur die Konfiguration der oberen Spulenkomponente 30a nachstehend erläutert, ohne die Konfiguration der unteren Spulenkomponente 30b zu erläutern.
Die obere Spulenkomponente 30a ist in einer zylindrischen Form durch eine obere Spulenabdeckung 32 und eine untere Spulenabdeckung 33 umgeben. Innerhalb des durch diese Abdeckungen gebildeten Raums ist eine Spule 31, die aus einem gewickelten Draht besteht, aufgenommen. Im Inneren der zylindrischen Form sind die obere Spulenabdeckung 32 und die untere Spulenabdeckung 33 mit Zähnen 32a, 33a versehen, die so angeordnet sind, dass sie abwechselnd miteinander in Eingriff kommen. Ein Spalt ist zwischen den Zähnen 32a und 33a gebildet.
Die Spule 31 der oberen Spulenkomponente 30a und die Spule 31 der unteren Spulenkomponente 30b werden abwechselnd mit einem Impulsstrom versorgt. Die Spule 31 erzeugt, wenn sie mit dem Impulsstrom versorgt wird, magnetische Kraftlinien, die durch die obere Spulenabdeckung 32 und die untere Spulenabdeckung 33 zum Inneren der zylindrischen Form geführt werden. Wenn die so geführten magnetischen Kraftlinien die Zähne 32a, 33a erreicht haben, gehen sie einmal in die Luft nach außen, um über die Spalte zu gelangen. Folglich dient einer der Zähne 32a, 33a, die so angeordnet sind, dass sie miteinander in Eingriff kommen, als N-Pol, wohingegen der andere davon als S-Pol dient. Folglich werden Magnetfelder mit dem N-Pol und S-Pol abwechselnd entlang des inneren Umfangs der zylindrischen Form des Stators 30 gebildet.
Der Magnet 50 ist ein Permanentmagnet mit magnetisierten N-Polen und S-Polen, die abwechselnd am äußeren Umfang seiner zylindrischen Form beispielsweise durch Führen des Magneten durch das Innere eines ringförmigen Kopfs, wobei die N-Pole und S-Pole abwechselnd am inneren Umfang gebildet sind, gebildet werden. Der Magnet 50 wird für den Stator 30 durch eine Abstoßkraft und Anziehungskraft für das durch den Stator 30 gebildete Magnetfeld zur Drehung angetrieben.
Der Drehantrieb des Magneten 50 wird nachstehend erläutert.
Der Magnet 50 besitzt 48 magnetisierte Pole. Entsprechend weisen die obere Spulenkomponente 30a und die untere Spulenkomponente 30b jeweils 48 Zähne auf. Der Ort der Zähne der oberen Spulenkomponente 30a ist um die Hälfte eines Zahns von jenem derjenigen der unteren Spulenkomponente 30b verschoben. Wenn der Stator 30 mit dem Impulsstrom versorgt wird, wie später beschrieben, wobei ein Pol einem Schritt entspricht, wird der Magnet 50 gedreht, um eine Runde um 48 Schritte zu machen.
Der Magnet 50 kann durch Wiederholen der Stromversorgung in der Reihenfolge der Vorwärtsrichtung der oberen Spulenkomponente 30a, der Vorwärtsrichtung der unteren Spulenkomponente 30b, einer Rückwärtsrichtung der oberen Spulenkomponente 30a und der Rückwärtsrichtung der unteren Spulenkomponente 30b sicher in einer Vorwärtsrichtung gedreht werden. Ferner kann der Magnet 50 durch Wiederholen der Stromversorgung in der Reihenfolge der Vorwärtsrichtung der oberen Spulenkomponente 30a, der Rückwärtsrichtung der unteren Spulenkomponente 30b, der Rückwärtsrichtung der oberen Spulenkomponente 30a und der Vorwärtsrichtung der unteren Spulenkomponente 30b in der Rückwärtsrichtung gedreht werden.
Die Erläuterung von 3 wurde nun vollendet. Wenn man wieder zu 2 zurückkehrt, fährt die Erläuterung fort.
Der in 2 gezeigte Drehkörper 51 ist an das Innere des Magneten 50 geklebt und wird mit der Drehung des Magneten 50 gedreht. An der inneren Oberfläche des Drehkörpers 51 sind Spiralnuten 51a ausgebildet. Die Spiralnuten 51a stehen mit Spiralnuten 20a (später beschrieben) in Eingriff, die an der äußeren Oberfläche des Linsenhalters 20 ausgebildet sind.
Der Linsenhalter 20 hält die in der Reihenfolge der ersten Linse 21, der zweiten Linse 22 und der dritten Linse 23 von der Seite nahe der oberen Abdeckung 1 angeordneten Linsen. In diesem Ausführungsbeispiel ist von den drei Linsen die erste Linse 21 mit dem kleinsten Durchmesser an dem Ende nahe der oberen Abdeckung 1 angeordnet. Diese erste Linse 21, diese zweite Linse 22 und diese dritte Linse 23 erfüllen die folgende Anforderung.
Erstens besteht in diesem Ausführungsbeispiel die erste Linse 21 aus einem Glasmaterial. Die erste Linse ist in einer Meniskusform mit einer positiven Brechkraft mit einer konvexen vorderen Fläche (nahe der oberen Abdeckung) (nachstehend als vordere Oberfläche bezeichnet) ausgebildet.
In diesem Ausführungsbeispiel besteht die zweite Linse 22 aus einem Kunststoffmaterial. Die zweite Linse 22 ist in der Meniskusform mit negativer Brechkraft mit einer nicht-sphärischen hinteren Oberfläche und einer konkaven vorderen Oberfläche gebildet.
Die dritte Linse 23 besteht aus dem Kunststoffmaterial. Die dritte Linse ist in der Form mit negativer Brechkraft mit sowohl einer nicht sphärischen vorderen als auch hinteren Oberfläche gebildet, wobei die hintere Oberfläche in der Nähe der optischen Achse konvex ist.
Unter der Annahme, dass die Nahachsenbrennweite des ganzen Linsensystems f ist, die Nahachsenbrennweite der dritten Linse 23 f3 ist, der Krümmungsradius der Oberfläche der ersten Linse 21 R1 ist und der halbe Blickwinkel der größten Bildhöhe θ ist, erfüllen diese Linsen die folgenden Gleichungen. 0,6 < R1/f < 0,8 (1) –1,0 < f3/f < 0 (2) 0,60 < tanθ < 0,70 (3)
Durch Übernehmen der ersten Linse 21, der zweiten Linse 22 und der dritten Linse 23, die die obigen Anforderungen erfüllen, kann eine kompakte Gruppe von Linsen mit hoher Genauigkeit gebildet werden.
Ferner besitzt die erste Linse 21 einen Durchmesser, der kleiner ist als jener der zweiten Linse 22 und der dritten Linse 23. Somit ist ein größerer Raum 2 neben der ersten Linse 21 als neben dem zweiten Raum 22 und dem dritten Raum 23 gebildet. Die erste Linse 21 ist ein Beispiel der kleinen Linse, auf die in dieser Erfindung Bezug genommen wird. Der Linsenhalter 20 weist die Spiralnuten 20a auf seiner äußeren Oberfläche auf, wo die zweite Linse 22 und die dritte Linse 23 gehalten werden. Die Außenwand des Teils des Linsenhalters 20, wo die erste Linse 21 gehalten wird, wird mit der oberen Abdeckung 10 in Kontakt gehalten.
Eine Erläuterung eines Mechanismus zum Antreiben des Linsenhalters 20 in der Hin- und Herrichtung wird gegeben.
Wenn der Stator 30 mit einem Impulsstrom versorgt wird, wird mit der Drehung des Magneten 50 der Drehkörper 51 gedreht, um in jeweils 48 Schritten eine Runde zu machen. Die Anzahl der Spiralnuten 51a des Drehkörpers 51 ist um zwei Runden (= 96 Schritte) größer als jene der Spiralnuten 20a des Linsenhalters 20. Daher kann sich der Linsenhalter 20 um einen Abstand bewegen, der 96 Schritten entspricht.
Die Drehkraft des Drehkörpers 51 wird in die Kraft in der Hin- und Herrichtung mittels der Spiralnuten 51a und der Spiralnuten 20a umgewandelt. Die in die Hin- und Herrichtung umgewandelte Kraft wird auf den Linsenhalter 20 übertragen, so dass der Linsenhalter 20 in der Hin- und Herrichtung angetrieben wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird bei einem vollen Hub (= 96 Schritte) der Linsenhalter 20 um etwa 1,25 mm in der Hin- und Herrichtung bewegt. In einem Schritt wird der Linsenhalter 20 um etwa 13 μm in der Hin- und Herrichtung bewegt. Folglich kann in der Abbildungsvorrichtung 1 die Linsenposition in Einheiten von 13 μm gesteuert werden. Die Kombination der Spiralnuten 51a und der Spiralnuten 20a ist ein Beispiel des Umwandlungsmechanismus, auf den in dieser Erfindung Bezug genommen wird.
Die in 2 gezeigte obere Abdeckung 10 ist am Stator 30 befestigt und wird mit der Außenwand des Teils des Linsenhalters 20, wo die erste Linse 21 gehalten wird, in Kontakt gehalten.
Die untere Abdeckung 40 ist auch am Stator 30 befestigt. Die untere Abdeckung 40 hält ein Tiefpassfilter 41 und ein CCD 60.
Das Objektlicht, das durch die erste Linse 21, die zweite Linse 22 und die dritte Linse 23 hindurchgetreten ist, fällt durch das Tiefpassfilter 41 auf das CCD 60 ein. Das Tiefpassfilter 41 entfernt eine übermäßig dichte Raumfrequenzkomponente, die im Objektlicht enthalten ist. Die Bereitstellung des Tiefpassfilters 41 verringert Schwierigkeiten wie z. B. Farb-Moiré und Muster-Moiré.
Das Objektlicht, das durch das Tiefpassfilter 41 hindurchgetreten ist, fällt auf das CCD 60 ein, wo die Bilddaten, die das Objekt darstellen, erzeugt werden. Das CCD 60 ist ein Beispiel des Abbildungsmechanismus, auf den in dieser Erfindung Bezug genommen wird.
In der vorstehend beschriebenen Abbildungsvorrichtung 1 wird die Funktion zum automatischen Fokussieren in der folgenden Prozedur ausgeführt. Es wird nun angenommen, dass, wenn der Stator 30 mit dem Impulsstrom in der Vorwärtsrichtung versorgt wird, der Linsenhalter 20 in der Vorwärtsrichtung bewegt wird.
Zuerst wird das Objektlicht durch das CCD 60 grob gelesen. Folglich werden Daten mit niedriger Auflösung, die das Objektlicht darstellen, erzeugt. Die Daten mit niedriger Auflösung werden zur CPU im Mobiltelefon übertragen das mit der Abbildungsvorrichtung 1 ausgestattet ist.
Als nächstes wird der Stator 30 mit dem Impulsstrom in der Vorwärtsrichtung versorgt, um den Linsenhalter 20 um den Abstand zu bewegen, der einem Schritt entspricht.
Wenn der Stator 30 mit dem Impulsstrom versorgt wird, wird der Magnet 50 um einen Schritt gedreht. Und mit der Drehung des Magneten 50 wird der Drehkörper 51 gedreht. Die Drehkraft des Drehkörpers 51 wird in die Kraft in der Vorwärtsrichtung umgewandelt, die wiederum auf den Linsenhalter 20 übertragen wird. Folglich wird der Linsenhalter 20 um etwa 13 μm in der Vorwärtsrichtung bewegt.
Wenn der Linsenhalter 20 bewegt wurde, wird das Objektlicht wieder vom CCD 60 gelesen, um die Daten mit niedriger Auflösung zu erzeugen. Die so erzeugten Daten mit niedriger Auflösung werden auch zur CPU des Mobiltelefons übertragen, das mit der Abbildungsvorrichtung 1 ausgestattet ist.
Die CPU erfasst die jeweiligen Kontraste der zwei Daten mit niedriger Auflösung, die vom CCD 60 übertragen werden, um festzustellen, welcher der erfassten Kontraste größer ist. Wenn der Kontrast der vorangehenden Daten mit niedriger Auflösung größer ist, wird der Stator 30 mit dem Impulsstrom in der Rückwärtsrichtung versorgt, um den Linsenhalter 20 um den Abstand zurückzuführen, der einem Schritt entspricht. Wenn der Kontrast der nachfolgenden Daten mit niedriger Auflösung größer ist, wird der Stator 30 mit dem Impulsstrom in der Vorwärtsrichtung versorgt, um den Linsenhalter um den Abstand, der einem Schritt entspricht, weiter zu bewegen.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Verarbeitung zum Bewegen des Linsenhalters 20, um den Kontrast zu erfassen, um höchstens 96 Schritte fortgesetzt, bis der Betrag zwischen dem Kontrast der vorangehenden Daten mit niedriger Auflösung und jener der nachfolgenden Daten mit niedriger Auflösung invertiert wird. Wenn der Betrag zwischen diesen Kontrasten invertiert wird, wird der Stator mit dem Strom in der Richtung entgegengesetzt zur unmittelbar vorangehenden Richtung versorgt, wobei somit der Linsenhalter 20 um den Abstand, der einem Schritt entspricht, zurückgeführt wird. Die Position des Linsenhalters 20 zu diesem Zeitpunkt ist eine Position im Brennpunkt, in der der Kontrast am höchsten ist.
Die Abbildungsvorrichtung 1 ist grundsätzlich wie bisher beschrieben strukturiert.
Unterdessen wird die Drehkraft des Magneten 40 durch die Spiralnuten 51 und die Spiralnuten 20 auf den Linsenhalter 20 übertragen. In diesem Fall wird, wenn die Bewegung des Linsenhalters 20 in der Drehrichtung nicht begrenzt ist, der Linsenhalter 20 in der Hin- und Herrichtung bewegt, während er gedreht wird. Infolge dessen kann das Bild aufgrund von Exzentrizität aus der Position gelangen. Um eine solche Drehung des Linsenhalters 20 zu verhindern, sind der Linsenhalter 20 und die obere Abdeckung 10 mit einem Drehstoppmechanismus versehen. Der Drehstoppmechanismus wird nachstehend erläutert.
4 ist eine Ansicht des äußeren Erscheinungsbildes der oberen Abdeckung 10. 5 ist eine Ansicht des äußeren Erscheinungsbildes des Linsenhalters 20.
An der Innenwand der oberen Abdeckung 10, die in 4A gezeigt ist, ist eine Schiene 10a ausgebildet. Ferner ist an der Außenwand des Linsenhalters 20, der in 5 gezeigt ist, eine Führung 20b, die in die Schiene 10a passen soll, ausgebildet. Die Anpassung der Führung 20b des Linsenhalters 20 und der Schiene 10a der oberen Abdeckung 10 aneinander verhindert die Drehung des Linsenhalters 20. Die Kombination der Führung 20b und der Schiene 10a ist ein Beispiel des Drehstoppmechanismus, auf den in dieser Erfindung Bezug genommen wird.
Diese Schiene 10a und diese Führung 20b sind in dem Raum 2 neben der ersten Linse 21, die in 2 gezeigt ist, vorgesehen. Dieser Raum 2 wird erzeugt, da der Durchmesser der ersten Linse 21 kleiner ist als jener der zweiten Linse 22 und der dritten Linse 23. Unter Verwendung dieses Raums kann der Drehstoppmechanismus in der Abbildungsvorrichtung 1 mit kleiner Größe, die z. B. in das Mobiltelefon eingebaut ist, bereitgestellt werden, wodurch sicher verhindert wird, dass der Linsenhalter 20 gedreht wird.
6 ist eine Ansicht der Abbildungsvorrichtung 1 in auseinandergezogener Anordnung.
In der Abbildungsvorrichtung 1 sind eine Vielzahl von Stützen 11, die an der oberen Abdeckung 10 ausgebildet sind, mit der unteren Abdeckung 40 durch Schrauben 80 gekoppelt. Der Stator 30 ist in dem Raum angeordnet, der durch die obere Abdeckung 10, die Stützen 11 und die untere Abdeckung 40 gebildet ist.
Die an der oberen Abdeckung 10 ausgebildeten Stützen 11 sind vorbereitet, um die Position des Stators 30 zu bestimmen. Die Schrauben 80 können entfernt werden, nachdem die Stützen 11 und die untere Abdeckung 40 unter Verwendung z. B. eines Klebstoffs aneinander geklebt wurden. Da jedoch die Größe der Abbildungsvorrichtung unverändert bleibt, selbst wenn die Schrauben 80 entfernt wurden, werden die Schrauben 80 in diesem Ausführungsbeispiel, auch wenn die Abbildungsvorrichtung 1 zusammengefügt wird, so belassen, wie sie montiert sind.
Innerhalb der zylindrischen Form des Stators 30 sind der Magnet 50, der Drehkörper 51 und der Linsenhalter 20 in dieser Reihenfolge von der Seite nahe dem Stator 30 angeordnet. Die Spulengehäuse 31, 32, die den Stator 30 bilden, bestehen aus Metall, um die magnetischen Kraftlinien in die zylindrische Form zu führen. Da der Magnet 50, der Drehkörper 51 und der Linsenhalter 20 von diesen Spulengehäusen 31, 32 umgeben sind, sind sie vor der Beanspruchung, die auf die Abbildungsvorrichtung 1 aufgebracht wird, geschützt.
Die untere Abdeckung 40 dient zum Abdecken der zylindrischen Mündung des Stators 30 und auch zum Halten des CCD 60. Aus diesem Grund kann in der Abbildungsvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Komponente zum Halten des CCD weggelassen werden, wobei somit die Kosten der Komponenten und der Aufnahmeraum verringert werden.
Da die Abbildungsvorrichtung 1 von der oberen Abdeckung 10, der unteren Abdeckung 40 und dem Stator 30 umgeben ist, sind zerbrechliche Komponenten wie z. B. die Linsen in dem so gebildeten Raum geschützt aufgenommen. Ferner wird das CCD 60 durch die untere Abdeckung 40 gehalten. Folglich ist eine einzelne Struktur mit hoher Festigkeit mit einer Abbildungsfunktion durch die Abbildungsvorrichtung 1 allein gebildet. Ohne Vorsehen der Umhüllung zum Aufnehmen der Abbildungsvorrichtung kann die Abbildungsvorrichtung 1 folglich wie sie ist in die Vorrichtung mit kleiner Größe wie z. B. das Mobiltelefon eingebaut werden, wodurch die ganze Vorrichtung erheblich verkleinert wird.
Als Mittel zum Antreiben des Linsenhalters war das obige Ausführungsbeispiel auf die Anwendung des Schrittmotors gerichtet, der die Drehung des Rotors durch Liefern des Impulsstroms zum Stator steuert. Der Motor zum Antreiben des Linsenhalters, auf den in dieser Erfindung Bezug genommen wird, kann jedoch ein Gleichstrommotor und andere sein.
Als Umwandlungsmechanismus war das obige Ausführungsbeispiel auf die Anwendung der Spiralnuten gerichtet. Der Umwandlungsmechanismus, auf den in dieser Erfindung Bezug genommen wird, kann jedoch z. B. Nockennuten und Nockenstifte sein.
Ferner wurde im obigen Ausführungsbeispiel die Verwirklichung der Funktion zum automatischen Fokussieren durch Antreiben des Linsenhalters erläutert. Die Linsenantriebsvorrichtung und die Abbildungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung können jedoch auch verwendet werden, um z. B. die Zoomfunktion zu verwirklichen oder um sowohl die Zoomfunktion als auch die Funktion zum automatischen Fokussieren zu verwirklichen.
Ferner wurde im obigen Ausführungsbeispiel die Führung dem Linsenhalter gegeben, wohingegen die Schiene der oberen Abdeckung gegeben wurde. Der Drehstoppmechanismus, auf den in dieser Erfindung Bezug genommen wird, kann jedoch verwirklicht werden, indem z. B. die Schiene dem Linsenhalter gegeben wird, während die Führung der oberen Abdeckung gegeben wird.

Claims

Linsenantriebsvorrichtung mit: einem Stator (30) mit einer zylindrischen Form, der ein Magnetfeld innerhalb der zylindrischen Form erzeugt; einem Rotor (51), der sich innerhalb der zylindrischen Form des Stators (30) befindet und eine zylindrische Form aufweist, die zur zylindrischen Form des Stators (30) koaxial ist, wobei der Rotor für den Stator (30) durch das durch den Stator (30) erzeugte Magnetfeld zur Drehung angetrieben wird; einem Linsenhalter (20), der sich innerhalb der zylindrischen Form des Rotors (51) befindet und der eine Vielzahl von Linsen mit einer ersten (21) und einer zweiten (22, 23) Linse so hält, dass die optischen Achsen der Linsen entlang einer Achse der zylindrischen Form des Rotors (51) angeordnet sind, wobei die erste Linse (21) der Vielzahl von Linsen an einem Ende der Vielzahl von Linsen angeordnet ist; einem Umwandlungsmechanismus (20a, 51a), der neben der zweiten Linse (22, 23) ausgebildet ist und der eine Richtung der Kraft durch Drehantrieb des Rotors (51) in eine Richtung entlang der optischen Achsen der Linsen umwandelt und die Kraft auf den Linsenhalter (20) überträgt; und einem Drehstoppmechanismus (10a, 20b), der vom Umwandlungsmechanismus (20a, 51a) axial getrennt ist und der eine Drehung des Linsenhalters (20) für den Stator (30) durch physikalischen Kontakt verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (21) einen relativ kleineren Durchmesser als jenen der anderen Linsen mit der zweiten Linse (22, 23) aufweist und der Drehstoppmechanismus (10a, 20b) neben der ersten Linse (21) ausgebildet ist.
Linsenantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Umwandlungsmechanismus (20a, 51a) Spiralnuten (51a), die an einer Innenwand des Rotors (51) ausgebildet sind, und andere Spiralnuten (20a), die an einer Außenwand des Linsenhalters (20) so ausgebildet sind, dass sie mit den Spiralnuten (51a) in Eingriff stehen, umfasst.
Linsenantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Drehstoppmechanismus (10a, 20b) eine Führung (20b) und eine Schiene (10a) umfasst, die sich parallel zu den optischen Achsen der Linsen erstrecken, um sie aneinander anzupassen, wobei eine der Führung (20b) und der Schiene (10a) an dem Linsenhalter (20) befestigt ist, wohingegen die andere davon am Stator (30) befestigt ist.
Abbildungsvorrichtung (1) mit: einer Linsenantriebsvorrichtung nach Anspruch 1; und einem Abbildungsmechanismus (60), der Objektlicht abbildet, das durch die Linsen hindurchgetreten ist, um Bilddaten zu erfassen, die das Objektlicht darstellen.