JP2005070212A

JP2005070212A - レンズ装置および電子機器

Info

Publication number: JP2005070212A
Application number: JP2003297276A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kayama; 俊香山; Yukiko Shimizu; 有希子清水
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】レンズ装置の小型化、薄型化を達成でき、設計の自由度を向上できるようにすること。
【解決手段】本発明は、レンズＬを保持した状態で光軸方向に進退可能に支持される保持枠２と、レンズＬおよび保持枠２を内部に収納するレンズブロック１０と、保持枠２に取り付けられ、保持枠２とともに光軸方向に沿って移動可能なマグネットＭ１と、マグネットＭ１の移動方向に沿って複数の櫛歯型コイル３ａが並ぶようレンズブロック１０の筐体に組み込まれるステータ３１とを備えるレンズ装置１である。また、このレンズ装置１を備える電子機器でもある。
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズやフォーカスレンズに適用されるレンズ装置およびそれを用いた電子機器に関する。

従来、ズームレンズやフォーカスレンズなどの光学レンズ装置においては、回転筒型のステッピングモータの出力軸から動力を得る構造が多く用いられている。このような構造では、鏡筒外部に取り付けたステッピングモータの駆動をカムによってレンズ保持枠へ伝える構成のため、光学レンズ装置としての薄型化、小型化に限界がある。そこで、レンズ鏡胴内に駆動系を組み込み技術として、特許文献１に開示されるレンズ鏡胴が挙げられる。

特開平７−２２５３３３号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術においては、ステータ（固定）側にマグネット、ロータ（可動）側にコイルを配置する構成であるため、コイルの巻線に通電するための経路を確保する必要があり、更なる小型化を妨げる原因となっている。また、巻線の端末を引き出す必要もあり、しかも巻線からの引き出し線が可動する状態となるため、断線等の問題が発生する。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、レンズを保持した状態で光軸方向に進退可能に支持される保持枠と、レンズおよび保持枠を内部に収納するレンズブロックと、保持枠に取り付けられ、保持枠とともに光軸方向に沿って移動可能なマグネットと、マグネットの移動方向に沿って複数の櫛歯型コイルが並ぶようレンズブロックの筐体に組み込まれるステータとを備えるレンズ装置である。また、このレンズ装置を備える電子機器でもある。

このような本発明では、光軸方向に進退可能なレンズの保持枠にマグネットが設けられ、これに対応するステータがレンズブロックの筐体に組み込まれているため、ステータの櫛歯型コイルへの通電を制御することによってレンズブロック内でステッピングモータが構成されることになる。この際、可動側である保持枠にマグネット、固定側であるレンズブロックにステータが設けられているため、可動側から配線を引き出す必要がなく、配線による制限を受けずに小型のステッピングモータをレンズブロック内で構成できるようになる。

したがって、本発明によれば、レンズ装置の小型化、薄型化を達成できるとともに、配線の制約を受けずに済むことから設計の自由度を大幅に向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係るレンズ装置を説明する一部分解斜視図、図２は、本実施形態に係るレンズ装置を説明する模式断面図である。なお、図２では、レンズブロック１０内の１つのレンズＬに対応する駆動部分のみを示している。

すなわち、このレンズ装置１は、レンズＬを保持した状態で光軸方向に進退可能に支持される保持枠２と、レンズＬおよび保持枠２を内部に収納するレンズブロック１０と、保持枠２にヨークＹを介して取り付けられるマグネットＭ１、Ｍ２と、マグネットＭ１、Ｍ２の移動方向に沿って複数の櫛歯型コイル３ａが並ぶようレンズブロック１０の筐体に組み込まれるステータ３１、３２とを備えている。

このマグネットＭ１、Ｍ２とステータ３１、３２とによってリニア型のステッピングモータを構成し、レンズＬの光軸方向に沿った駆動を実現する。図１に示す例では、レンズブロック１０内に収納される複数のレンズのうち、２枚を独立して駆動できるもので、図示するレンズＬをマグネットＭ１とステータ３１との組み合わせによるステッピングモータで駆動し、図示しないレンズをマグネットＭ２とステータ３２との組み合わせによるステッピングモータで駆動する。

本実施形態に係るレンズ装置１は、主として携帯電話やデジタルカメラ等の電子機器に用いられるもので、マグネットＭ１およびステータ３１によってズーム用のレンズＬを駆動し、マグネットＭ２およびステータ３２によってフォーカス用のレンズ（図示せず）を駆動する。

図２に示すように、レンズブロック１０の内部ではレンズＬを保持する保持枠２が例えば２本の軸Ｊによって光軸方向に進退可能に支持されており、この保持枠２の外側にヨークＹを介してマグネットＭ１が取り付けられている。したがって、保持枠２の移動とともにマグネットＭ１も直線移動する状態となる。

また、マグネットＭ１の移動方向に沿って、複数の櫛歯型コイル３ａが並ぶようステータ３１がレンズブロック１０の側壁に組み込まれている。複数の櫛歯型コイル３ａとマグネットＭ１との間には所定の間隔が設定されており、複数の櫛歯型コイル３ａにパルス状の電流を与えることでマグネットＭ１がステップ移動し、これによって保持枠２およびレンズＬを光軸方向に沿って進退移動できるようになる。

本実施形態では、レンズＬの駆動源であるマグネットＭ１およびステータ３１のステッピングモータがレンズブロック１０内に組み込まれているため、駆動源を備えるレンズ装置１の小型化を図ることができるとともに、レンズブロック１０の形状がレンズ装置１の外形となって電子機器への組み込みが容易となる。

また、ステッピングモータを構成するマグネットＭ１が可動側に設けられ、配線を必要とする櫛歯型コイル３ａが固定側に設けられているため、可動側に配線を引き回す必要がなくなり、設計の自由度を高めることが可能となる。

本実施形態のレンズ装置１では、レンズブロック１０に対し、巻線を施したコア（ステータ３１、３２）を圧入または接着によって取り付けることで、フォーカス、ズームのそれぞれのレンズを独立に駆動できる構成となる。各レンズの駆動は、それぞれ３相や２相のブラシレスモータの駆動と同様である。

ここで、レンズ装置１のマグネットＭ１およびステータ３１によってズーム用のレンズを駆動し、マグネットＭ２およびステータ３２によってフォーカス用のレンズを駆動する場合、フォーカス用はズーム用に対して位置精度を高くする必要があるため、その位置精度の高い分だけ櫛歯型コイル３ａのピッチを狭くする。

図３は、レンズブロック内部の駆動機構を説明する模式図（その１）である。レンズブロックの内部に配置される保持枠２に対し、ヨークＹ（鉄板や珪素鋼板など）および２極の着磁を施したマグネットＭ１を接着等により一体化し、それと一定のギャップ（例えば0.2mm）を離した位置にステータ３１の櫛歯型コイル３ａの先端がくるようにしてステッピング動作が可能なリニアアクチュエータ化している。

この際、マグネットＭ１、櫛歯型コイル３ａのピッチおよび１パルスでの送り量は、櫛歯型コイル３ａのピッチPの1/2、すなわち（1/2）×Pだけ送られるようにしている。ちなみに、モータを３相構造とする場合、櫛歯型コイル３ａの数は３の倍数が望ましい。

なお、ステッピングモータの更なる推力が必要な場合には、図４に示すような構成、すなわちマグネットＭ１の極数を増やすようにしてもよい。この際、１パルスでの送り量は、櫛歯型コイル３ａのピッチPの1/2、すなわち（1/2）×P分進むようになっている。

また、マグネットＭ１は各極ごとに分割されていても、一体になっていてもよい。このような構成により、ステップの送り量を小さくすることが可能となり、フォーカスおよびズームを独立でリニアに駆動できるとともに、超小型、ローコストな３相ブラシレスステッピングモータをレンズブロック内に組み込んだレンズ装置を実現できるようになる。

図５は、本実施形態に係るレンズ装置の制御を説明する模式図である。このレンズ装置では、保持枠２の位置を検出する位置センサ１１が設けられており、位置センサ１１で検出した保持枠２の位置を制御部４へ渡している。制御部４は、例えば３相パルス電流（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を櫛歯型コイル３ａに対して与えるもので、この与えるパルス電流のパルス数によって保持枠２の移動量を決定する。

したがって、制御部４に移動指示が入力されると、この移動指示が入力されている間もしくは移動指示に基づく移動量に応じて３相パルス電流をステータ３１の櫛歯型コイル３ａに与える。これによって与えられたパルス数に応じた移動量だけ保持枠２が移動するようになる。

また、この保持枠２の移動した位置を位置センサ１１で検出して制御部４に渡すことで、制御部４に入力された移動指示に基づく移動位置と実際の位置とが異なる場合には、これを修正するよう制御部４から櫛歯型コイル３ａへパルス電流を与える。これによって何らかの原因で保持枠２の位置が指示したものと異なっているときの補正を行うことができ、保持枠２を正確な位置に移動できるようになる。

一方、移動指示がなくなると制御部４から櫛歯型コイル３ａに与えられていたパルス電流は停止することになる。ステッピングモータでは櫛歯型コイル３ａにパルス電流が与えられなくてもマグネットＭ１の磁力によって保持枠２の位置を保持できることになる。

図６は、本実施形態に係るレンズ装置の他の制御を説明する模式図である。このレンズ装置では、２つの保持枠２、２’の位置を独立して制御する構成であり、各保持枠２、２’の位置を検出する位置センサ１１、１２が設けられているとともに、保持枠２を駆動するためにマグネットＭ１とステータ３１とでリニア型ステッピングモータが構成され、保持枠２’を駆動するためにマグネットＭ２とステータ３２とでリニア型ステッピングモータが構成されている。また、各リニア型ステッピングモータを制御するための制御部４も設けられている。

このようなシステムでは、位置センサ１１、１２で検出した保持枠２、２’の位置を各々制御部４へ渡している。制御部４では、例えば３相パルス電流（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を各ステータ３１、３２の櫛歯型コイル３ａに対して各々独立して与えており、この与えるパルス電流のパルス数によって保持枠２、２’の移動量を決定する。

したがって、制御部４に各保持枠２、２’の移動指示が入力されると、この移動指示が入力されている間もしくは移動指示に基づく移動量に応じて３相パルス電流を移動対象となるステータ３１、３２の櫛歯型コイル３ａに与える。これによって与えられたパルス数に応じた移動量だけ保持枠２、２’が移動するようになる。

また、この保持枠２、２’の移動した位置を位置センサ１１、１２で検出して制御部４に渡すことで、制御部４に入力された移動指示に基づく移動位置と実際の位置とが異なる場合には、これを修正するよう制御部４から位置修正対象となる保持枠２、２’の櫛歯型コイル３ａへパルス電流を与える。これによって何らかの原因で保持枠２、２’の位置が指示したものと異なっているときの補正を行うことができ、保持枠２、２’を正確な位置に移動できるようになる。

一方、移動指示がなくなると制御部４から櫛歯型コイル３ａに与えられていたパルス電流が停止することになるが、ステッピングモータでは櫛歯型コイル３ａにパルス電流が与えられなくてもマグネットＭ１、Ｍ２の磁力によって保持枠２、２’の位置を保持できることになる。

なお、ここでは１つもしくは２つの保持枠の移動を行うシステムについて説明したが、３つ以上の保持枠を移動する場合も同様である。また、リニア型ステッピングモータの駆動を行うパルス電流は３相以外であってもよい。

図７は、本実施形態に係るレンズ装置の適用例を示す模式図である。この例では、携帯電話機１００に本実施形態のレンズ装置１を組み込んでいる。携帯電話機１００の本体筐体１０１の外側には撮像装置のレンズＬが露出しており、このレンズＬを介して画像を取り込むことができるようになっている。

このレンズＬに対する光軸方向への進退動作を行うため、先に説明した本実施形態のレンズ装置１が用いられる。近年の携帯電話機１００には撮像装置が標準的に装備されており、撮像性能に対する要求も厳しくなってきている。本実施形態のレンズ装置１は非常に小型化できるため、スペースの制約が厳しい機器であってもレンズＬの駆動を実現でき、小型かつ高性能な撮像装置を持った携帯電話機１００を提供できるようになる。

例えば、上記説明した構成のレンズ装置１を携帯電話機１００のレンズＬのズーム駆動に適用すると、図１に示すステータ２のコイル５１へ３相の電流を順次与えることで保持枠２を複数ポジションでステップ移動でき、このポジションに対応した光学的なズーム倍率を得ることが可能となる。

上記説明した本実施形態に係るレンズ装置は、このレンズ装置を介して画像を取り込み撮像素子によって画像を電気信号に変換するデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話機などの電子機器に適用可能である。特に、携帯電話機に搭載される直径５ｍｍ以下のレンズの駆動においてはレンズ重量の観点から上記構成のステッピングモータであっても十分な駆動力を得ることができ、好適に利用することが可能である。

本実施形態に係るレンズ装置を説明する一部分解斜視図である。本実施形態に係るレンズ装置を説明する模式断面図である。レンズブロック内部の駆動機構を説明する模式図（その１）である。レンズブロック内部の駆動機構を説明する模式図（その２）である。本実施形態に係るレンズ装置の制御を説明する模式図である。本実施形態に係るレンズ装置の他の制御を説明する模式図である。本実施形態に係るレンズ装置の適用例を示す模式図である。

符号の説明

１…レンズ装置、２…保持枠、３ａ…櫛歯型コイル、４…制御部、１０…レンズブロック、３１…ステータ、３２…ステータ、Ｌ…レンズ、Ｍ１…マグネット、Ｍ２…マグネット

Claims

レンズを保持した状態で光軸方向に進退可能に支持される保持枠と、
前記レンズおよび前記保持枠を内部に収納するレンズブロックと、
前記保持枠に取り付けられ、前記保持枠とともに前記光軸方向に沿って移動可能なマグネットと、
前記マグネットの移動方向に沿って複数の櫛歯型コイルが並ぶよう前記レンズブロックの筐体に組み込まれるステータと
を備えることを特徴とするレンズ装置。
前記ステータの櫛歯型コイルにパルス状の電流を与える制御手段を備えている
ことを特徴とする請求項１記載のレンズ装置。
前記保持枠の位置を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出した位置に基づき前記ステータの櫛歯型コイルへ与える電流のパルス数を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする請求項１記載のレンズ装置。
前記レンズブロックに複数の前記レンズが収納され、各レンズに対応して前記保持枠、前記マグネット、前記ステータが設けられており、各ステータに各々独立してパルス状の電流を与えることで前記複数のレンズを独立して移動させる
ことを特徴とする請求項１記載のレンズ装置。
レンズ装置を備える電子機器において、
前記レンズ装置は、
レンズを保持した状態で光軸方向に進退可能に支持される保持枠と、
前記レンズおよび前記保持枠を内部に収納するレンズブロックと、
前記保持枠に取り付けられ、前記保持枠とともに前記光軸方向に沿って移動可能なマグネットと、
前記マグネットの移動方向に沿って複数の櫛歯型コイルが並ぶよう前記レンズブロックの筐体に組み込まれるステータと
を備えることを特徴とする電子機器。
前記ステータの櫛歯型コイルにパルス状の電流を与える制御手段を備えている
ことを特徴とする請求項５記載の電子機器。
前記保持枠の位置を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出した位置に基づき前記ステータの櫛歯型コイルへ与える電流のパルス数を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする請求項５記載の電子機器。
前記レンズブロックに複数の前記レンズが収納され、各レンズに対応して前記保持枠、前記マグネット、前記ステータが設けられており、各ステータに各々独立してパルス状の電流を与えることで前記複数のレンズを独立して移動させる
ことを特徴とする請求項５記載の電子機器。