JP2005128116A - 光学モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 鏡筒と駆動部側との位置関係を設計通りに組立維持できる構成を備えた光学モジュールを提供する。
【解決手段】 撮像素子を含む基板１と、前記基板に固定されると共に前記撮像素子の撮像面に結像するレンズを含むレンズホルダを光軸方向ＬＤに移動自在に収納する鏡筒１１と、前記鏡筒の外側に配置され前記レンズホルダの側面から延在させた突起部材に係合するカム面を備えて前記レンズホルダを移動させる円筒カム１５と、アクチュエータ３０が輪列３６，４３，４４を介して前記円筒カムを駆動する駆動部とを備えた光学モジュールであって、前記鏡筒と前記駆動部との位置関係を設定する位置決め部材４０を備えている。
【選択図】 図９

Description

本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子を用いた小型カメラ等に含まれる光学モジュールに関する。

近年、微小なカメラを搭載した携帯電話やノート型パソコン等の電子機器が広く提供されるようになっている。これらの電子機器は小型化及び軽量化の要請が大きく、これらに内蔵するカメラをより小型軽量化することが求められる。よって、カメラの光学系部品である光学モジュールについてもより一層の小型軽量化を図る必要がある。

光学モジュールについては、レンズを保持するレンズホルダ、このレンズホルダを移動自在に収納する鏡筒、レンズホルダの側面から延在させた係合ピンに係合するカム溝を備えてレンズホルダを光軸方向へ移動させる円筒カム、及びこの円筒カムを駆動するアクチュエータを備えた構造が従来から採用されている。小型化した光学モジュールであっても、上記基本構造は同様でありこれら複数の構成部品を精度よく組付けることが必要となる。特に、携帯電話等に搭載される光学モジュールでは、基板に配置したＣＣＤに対して鏡筒を精度良く位置決めしてから円筒カムを配置すること、また、円筒カムに効率良く駆動力が伝達されるようにアクチュエータを配置すること等が重要となる。小型の光学モジュールの場合には、僅かな位置ずれであっても撮影画像の劣化の原因となるので十分な注意を払って組付けを行う必要がある。

特許文献１は光学モジュールについて開示している。この特許文献１では、光学モジュールに含まれる一般的な鏡筒とアクチュエータ（モータ）との配置関係が示されている。従来においては、鏡筒とモータとを個別に作製し、これらをフレームに組付けるという手法が採用されている。小型の光学モジュールを作製する場合にもこれと同様であり、鏡筒と小型モータを個別に作製し、これらを基板上で合体させて１個の光学モジュールが形成される。このような組付け形態を採用する場合は、基板側に位置決め用の穴やピン、或いは位置決め用のガイドピンを配置してモータを所定位置に設置する。

特開平７−６３９７２号 公報

しかしながら、鏡筒側とモータ側とを個々に組付けする形態では、鏡筒が最初に基板に固定され、鏡筒の位置が基準となる。鏡筒はＣＣＤに対して位置決めしながら基板に固定される。具体的には、基板上のＣＣＤに焦点が合うように鏡筒が配置される。ところが、実際の組付け作業では予定した位置から鏡筒の位置がずれる場合が多々ある。この位置ずれが誤差許容範囲を越えている場合には、ＣＣＤ中心に合うように鏡筒の位置を調整したり、ＣＣＤの外形を基準に鏡筒の位置を調整して誤差を解消することが必要となる。

上記のように鏡筒側とモータ側とを個別に構成して基板に組付ける形態を採用した場合、アクチュエータの配置位置は鏡筒が基板上の所定位置に配置されていることを前提として決定されている。しかしながら、実際の組付け時には鏡筒位置がずれてしまう場合が多い。このように鏡筒の位置がずれると、この鏡筒にセットされる円筒カムの位置もずれることになる。その結果、円筒カムとモータとの相対位置が設計した範囲から外れるという事態が発生する。このように組付け時のずれを含んでいる光学モジュールは、モータの駆動力が円筒カム側へ効率的に伝達できず所定の性能が維持できない。

本発明は、上記課題を解決し、鏡筒と駆動部側との位置関係を設計通りに組立維持できる構成を備えた光学モジュールを提供する。

上記目的は、撮像素子を含む基板と、前記基板に固定されると共に前記撮像素子の撮像面に結像するレンズを含むレンズホルダを光軸方向に移動自在に収納する鏡筒と、前記鏡筒の外側に配置され前記レンズホルダの側面から延在させた突起部材に係合するカム面を備えて前記レンズホルダを移動させる円筒カムと、アクチュエータが輪列を介して前記円筒カムを駆動する駆動部とを備えた光学モジュールであって、前記鏡筒と前記駆動部との位置関係を設定する位置決め部材を備えた光学モジュールにより達成できる。

本発明によると、位置決め部材によって鏡筒と駆動部との位置関係が設定されるので、組付け時に鏡筒の位置がずれた場合には駆動部側の位置もこれに対応してずれる。両者の位置関係に変更が生じないので、鏡筒を基準にセットされる円筒カムと駆動部に含まれる輪列との位置関係も同様に維持される。よって、所期の設計通りに円筒カムを駆動できる構造を実現した光学モジュールとなる。

また、前記位置決め部材には、前記アクチュエータ及び前記輪列が予め組付けられていることが望ましい。このように準備しておけば、位置決め部材を鏡筒の所定位置にセットするだけで、鏡筒とアクチュエータ及び輪列との位置関係を確定できる。そして、前記位置決め部材は、前記鏡筒及びアクチュエータを一体的の覆うカバーでとすることができる。この場合には、鏡筒用及びアクチュエータ用のカバーが兼用となるので、さらに省スペース及びコスト低減を図ることもできる。なお、前記カバーには前記鏡筒を位置決めする貫通穴を形成することで位置決めできる。

そして、撮像素子を含む基板と、前記基板に固定されると共に前記撮像素子の撮像面に結像するレンズを含むレンズホルダを光軸方向に移動自在に収納する鏡筒と、前記鏡筒の外側に配置され前記レンズホルダの側面から延在させた突起部材に係合するカム面を備えて前記レンズホルダを移動させる円筒カムとを備える撮像部を組み立てるステップと、前記鏡筒を貫通する貫通穴を有するカバーと、前記カバー上に設定するアクチュエータと、前記カバー上に配置し前記アクチュエータの駆動力を伝達する輪列とを備える駆動部を組み立てるステップと、前記貫通穴に前記鏡筒を押入し、前記円筒カムと前記輪列を係合し、前記撮像部と前記駆動部とを組合わせるステップとを有する方法により、光学モジュールを組立てることができる。また、前述した光学モジュールを備える携帯用電子機器は駆動力が効率良く伝達されるので、高精度名装置となる。

本発明によると、鏡筒側と駆動部側との位置関係を設計通りに維持した光学モジュールが得られる。

以下、本発明に係る一実施形態を図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る光学モジュールの内部が確認できるように示した分解斜視図である。なお、図１では特徴的な構成が理解し易くなるように途中に介在するフィルタや絞り等を省略して示している。所定の配線パターンが形成された基板１上に撮像素子となるＣＣＤ２が固定されている。基板１としては、例えばフレキシブル配線基板（ＦＰＣ基板）を採用することができる。この基板１に配置されたＣＣＤ２上に撮影画像が結像するように光学系ユニット３が配置される。なお、本明細書でいう光学モジュールとは、上記光学系ユニット３及び後述するアクチュエータを含む構造と理解してもよいし、さらに、基板１をも含んだ構造と理解してもよい。以下、光学系ユニットに含まれる構造、光学系ユニットで採用するのが好ましい円筒カム、また光学モジュールで採用するのが好ましい位置決め構成を順に説明する。

（光学系ユニットの構造）
光学系ユニット３は、基板１側から、鏡筒１１、弾性部材としてのリング状の円錐コイルバネ１２、第３レンズホルダ１３、第３レンズ１４、円筒カム１５、第２レンズホルダ１６、第２レンズ１７、第１レンズ１８及び第１レンズホルダ１９を含んでいる。

鏡筒１１は、底部側に底板１１０を備えている。鏡筒１１は略円筒形状を成し、基板１に固定されたＣＣＤ２を中心にして囲むように配置される。底板１１０にはＣＣＤ２の形状に対応した形状の開口（図示せず）が形成されている。基板１上に鏡筒１１をセットしたときには、底板１１０の開口にＣＣＤ２が嵌合した状態となる。また、底板１１０は鏡筒１１の本体筒状部分より大きな円盤状に形成され、その外周部分が外方へ突出してフランジ部１１５となっている。後述するようにこのフランジ部１１５上にコイルバネ１２が載置される。

鏡筒１１の側壁には複数のガイド溝１１Ａ〜１１Ｈが形成されている。これらガイド溝中で４つのガイド溝１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｅ及び１１Ｆは、鏡筒１１の側壁を一部切欠いて光軸方向ＬＤに延びる長い溝部として形成されている。これら以外のガイド溝は側壁の内面に形成されている。これらガイド溝１１Ａ〜１１Ｆについては後に詳述するが、４つのガイド溝１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｅ、１１Ｇは第３レンズホルダ１３を案内するために形成され、他の４つのガイド溝１１Ｂ、１１Ｄ、１１Ｆ、１１Ｈは第２レンズホルダ１６を案内するために形成されている。

コイルバネ１２は、リング状で下部に向うに従って巻き半径を拡大させた円錐型となるように形成されている。このコイルバネ１２は鏡筒１１の本体円筒部分の外周に嵌められ、前述したようにフランジ部１１５上に載置される。製造工程において基板１上に配置されるＣＣＤ２とレンズとの相対的な位置関係がずれるとレンズの合焦位置（バックフォーカス）がＣＣＤ２の受光面からずれるため鮮明な画像が得られなくなる。そこで、レンズ位置を調整して焦点位置がＣＣＤ２の受光面に合うように、本光学モジュールでは、レンズを案内する円筒カム１５を第１レンズホルダ１９に付勢し、しかも第１レンズホルダの位置を調整できる構造が採用されている。具体的には、円筒カム１５の底部をコイルバネ１２で支持して、上方に位置している第１レンズホルダ１９へ向けて付勢する。このような構造とすることで、円筒カム１５の光軸方向ＬＤでのレンズ位置を安定化させている。

上記のように円筒カム１５の上面を第１レンズホルダ１９の下面に当接させ、レンズ位置を安定化させている構造についてより詳細に説明する。上記円筒カム１５の上面は、図１に示すように平坦に形成されている。円筒カム１５の上面が当接する第１のレンズホルダ１９の下面も平坦に形成されている。なお、後述するように円筒カム１５は回転するので、この円筒カム１５の上面が当接する第１レンズホルダ１９の下面は摺動面となる。一方、第１のレンズホルダ１９は、本光学モジュールが組立てられたときには鏡筒１１の上部に固定される。より具体的には、鏡筒１１の上部外周に形成された雄螺子部１１７に螺合する雌螺子部（図示せず）が第１のレンズホルダ１９の内壁に形成されている。

鏡筒１１は基板１に設置される。この鏡筒１１の頂部に第１レンズホルダ１９が固定される。よって、第１レンズホルダ１９の光軸方向ＬＤの位置は、基板１から一定に保つことができる。この第１のレンズホルダ１９に対して、コイルバネ１２を用いて円筒カム１５を押付けることで、その光軸方向ＬＤでの円筒カム１５の位置を安定化できる。後述するように、この円筒カム１５にはレンズ１４、１７を保持するレンズホルダ１３、１６が係合しており、これらの移動を制御する。よって、円筒カム１５の位置を安定に保つことで、複数のレンズ１４、１７の光軸方向での位置は円筒カム１５を介して所期位置に保持される。

特に、本実施形態では第１レンズホルダ１９を鏡筒１１の上部にネジにより螺合しているので、第１のレンズホルダ１９を回転することにより円筒カム１５の高さ位置を簡単に変更できる。よって、仮にＣＣＤ２の基板への組付け誤差によりバックフォーカスがずれた場合でも、第１のレンズホルダ１９を回転させることにより簡単にバックフォーカスを補正することができる。本光学系ユニット３では、鏡筒１１上部の第１レンズホルダ１９を回転することにより、部品や組付け時の誤差を簡単に解消できる。

上記のように、本光学モジュールは円筒カム１５の下にコイルバネ１２を配置するという簡単な工夫で、基準となる第１レンズホルダ１９に対して精度良く位置決めを行い。これにより従来のようにカム曲線の変更等を行うことなく、基板に配置したＣＣＤ２上に確実に焦点が合う構造を実現している。

また、上記コイルバネ１２は円錐状に形成されていることで、円筒カム１５の底部に広く接して上方へ付勢する。このコイルバネ１２は円錐状であるので、コイル直下にコイルが存在しない配置構成となるため圧縮時の密着高さを低くすることができる。すなわち、コイルバネ１２は狭いスペースでの配置が可能な形状となっている。そして、このコイルバネ１２に負荷が加わったときに盛り上がり部分が下に沈んで平坦化するように変形するので、稼動時には更に低く変形させることができる。よって、このコイルバネ１２は、小さい容積で比較的大きな荷重に耐えられるという特徴をもっている。なお、本実施形態では円錐状のコイルバネ１２を採用しているが、板バネを螺旋状に巻いたいわゆる竹の子バネを同様に採用することができる。

上記円筒カム１５は鏡筒１１の外周を囲むように配置される。円筒カム１５の内壁には複数のカム溝（カム面）１５１が形成されている。第３レンズホルダ１３及び第２レンズホルダ１６には、このカム溝１５１に係合する突起部材として係合ピンが設けられている。具体的には、第３レンズホルダ１３は半径方向に突出する２つの係合ピン１３１−１、１３１−２を備え、同様に第２レンズホルダ１６は半径方向に突出する係合ピン１６１−１、１６１−２を備えている。これら係合ピンをカムフォロアとして、所定軌跡で移動するようにカム溝１５１の形状が規定されている。円筒カム１５のカム溝１５１と、係合ピン１３１−１、１３１−２及び係合ピン１６１−１、１６１−２との関係については後に詳しく説明する。

なお、円筒カム１５の外周には符号１５９で示すラック部１５９が形成されている。このラック部１５９は、図１では図示していない駆動側のギアに噛合する。これにより円筒カム１５が光軸方向ＬＤを中心に回動する。この動作に基づいて、第３レンズホルダ１３及び第２レンズホルダ１６が光軸方向ＬＤに沿って移動されることになる。

次に、光学系ユニット３に含まれるレンズ及びこれらを保持するレンズホルダについて説明する。第３レンズ１４は基板１に最も近い位置に配置された補正系のレンズであり、第３レンズホルダ１３により保持されている。第２レンズ１７は中間に配置された変倍系のレンズであり、第２レンズホルダ１６により保持されている。第１レンズ１８は被写体側に位置する対物レンズであり、第１レンズホルダ１９により保持されている。第３レンズホルダ１３及び第２レンズ１７は、鏡筒１１内に収納された状態で円筒カム１５の内壁に形成したカム溝１５１により光軸方向ＬＤ上の所望位置へ移動される。これにより、第３レンズ１４と基板１との距離や各レンズ１４，１７，１８間の距離が変更されるので、ワイド（ＷＩＤＥ）からテレ（ＴＥＬＥ）まで焦点距離を変化させて撮像することが可能となる。

図２は、図１に示した第３レンズホルダ１３及び第２レンズホルダ１６を拡大して示した図である。この２つのレンズホルダは、図示するように互いに上下から接近して重なる状態で鏡筒１１内にセットされる。第３レンズホルダ１３から半径方向に突出する２つの係合ピン１３１−１、１３１−２は鏡筒１１に形成したガイド溝１１Ａ、１１Ｅから外側に突出して円筒カム１５のカム溝１５１と係合する。同様に、第２レンズホルダ１６から半径方向に突出する２つの係合ピン１６１−１、１６１−２は鏡筒１１に形成したガイド溝１１Ｃ、１１Ｆから外側に突出して円筒カム１５のカム溝１５１と係合する。

図１も参照して図２に基づいて、第３レンズホルダ１３及び第２レンズホルダ１６を順に説明する。第３レンズホルダ１３の周部には、４つのガイド棒１３２−１〜１３２−４がほぼ等間隔で形成されている。これらガイド棒１３２−１〜１３２−４は、鏡筒１１の内部に形成したガイド溝１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｅ、１１Ｇと摺接するように形成されている。この内の２つのガイド棒１３２−１と１３２−３からは、前述した係合ピン１３１−１，１３１−２が半径方向に突出している。さらに、第３レンズホルダ１３の周部には４つの受溝１３３−１〜１３３−４が、上記ガイド棒１３２の間に位置するように形成されている。これら受溝１３３−１〜１３３−４は、同様の構造を有する第２レンズホルダ１６のガイド棒１６２−１〜１６２−４を受入れるように形成されている。

第２レンズホルダ１６は、上記第３レンズホルダ１３と同様の構造を有している。すなわち、第２レンズホルダ１６の周部には、４つのガイド棒１６２−１〜１６２−４が形成されている。これらガイド棒１６２−１〜１６２−４は、鏡筒１１の内部に形成した残りのガイド溝１１Ｂ、１１Ｄ、１１Ｆ、１１Ｈと摺接するように形成されている。この内の２つのガイド棒１６２−１、１６２−３からはピン１６１−１，１６１−２が半径方向に突出している。また、第２レンズホルダ１６の周部には受溝１６３−１〜１６３−４が形成されている。これら受溝１６３−１〜１６３−４は、第３レンズホルダ１３のガイド棒１３２−１〜１３２−４を受入れるように形成されている。

上記第３レンズホルダ１３と第２レンズホルダ１６とは、互いのガイド棒と受溝とを係合させることで、相互にスライド可能な状態を形成する。そして、この状態のレンズホルダ１３、１６の各ガイド棒（１３２と１６２）が、鏡筒１１の内面に形成したガイド溝１１Ａ〜１１Ｈに係合することで、摺動自在に収納される。すなわち、本光学モジュールでは、レンズホルダ１３、１６の各ガイド棒（１３２と１６２）が第１のガイド部材、鏡筒１１の摺動面に形成したガイド溝１１Ａ〜１１Ｈが第２のガイド部となり、これらレンズホルダ１３、１６を鏡筒１１内で摺動自在に保持するガイド構造を実現する。よって、第２レンズホルダ１６と第３レンズホルダ１３とは、お互いに干渉することなく光軸方向への相対移動が可能である。

さらに、図２に示した第２レンズホルダ１６及び第３レンズホルダ１３の特徴的な構造について説明する。第２レンズホルダ１６から突出する係合ピン１６１−１、１６１−２は直線１６Ｌ上で反対向きに配置されている。まず、このように異なる向きとなる係合ピンを複数配置することで、第２レンズホルダ１６の位置が光軸方向ＬＤに対して傾くことが抑制されている。そして、この第２レンズホルダ１６の下に配置した第３レンズホルダ１３も同様の構造を備えている。第３レンズホルダ１３からも係合ピン１３１−１、１３１−２が直線１３Ｌ上で反対向きに配置されている。しかも、直線１６Ｌと直線１３Ｌとは互いに交差するように設定されている。

よって、第２レンズホルダ１６及び第３レンズホルダ１３は、互いにガイド棒と受溝とを係合させることで４点支持の状態を形成する。そのため、両レンズホルダで保持するレンズの光軸が、基板側の光軸方向ＬＤに対し傾くことをより確実に抑制できる。また、上記のようにレンズホルダを複数の係合ピンで支持したので、応力を分散でき落下時の耐衝撃性に優れた構造となる。また、各レンズホルダ１３、１６にはガイド棒と受溝とが形成されているので、これらを互いに接近させることができる。また、一方のレンズホルダから延びるガイド棒に干渉しないので、ガイド棒を長めに設定することが可能である。

例えば、互いのガイド棒１３２、１６２の長さを、第２レンズホルダ１６及び第３レンズホルダ１３が移動する範囲に設定しておくことで、第２レンズホルダ１６及び第３レンズホルダ１３が光軸方向ＬＤに対して傾くことがなくなる。また、ガイド棒１３２、１６２を長めに設定することで、鏡筒１１側に設けたガイド溝（１１Ａ等）から鏡筒内に進入する光を遮光することができる。また、これらにより鏡筒１１内へのチリの進入を防ぐ防塵性をも得ることができる。

図３は、図１で示した各部を組付けた状態の光学モジュールの断面構成を示した図である。この図３では光学系ユニット３の外周部を覆うカバー４０が図示されている。このカバー４０については後述する。この図３により、前述した円筒カム１５を上方へ付勢した構造をより明確に確認できる。すなわち、鏡筒１１の上部に形成した雄螺子部１１７と、これに噛合する第１レンズホルダ１９の内壁に形成した雌螺子部１９７が示されている。このように最上部の第１レンズホルダ１９が鏡筒１１の上部に配置され、この第１レンズホルダ１９に円筒カム１５がコイルバネ１２の付勢力によって当接されるので光軸方向ＬＤのレンズ位置が決定する。よって、第３レンズ１４の位置を第１レンズホルダ１９の位置により設定できる。そして、第１レンズホルダ１９を鏡筒１１に対して回転させることで、バックフォーカス位置をＣＣＤ２の受光面に合わせるように位置決めできる。

また、この図３では、第３レンズホルダ１３から半径方向に突出した係合ピン１３１及び第２レンズホルダ１６から半径方向に突出した係合ピン１６１を確認できるよう示している。前述したように、各レンズホルダ１３，１６はそれぞれ２個ずつの係合ピンを有しているが、図３ではその１つずつを図示している。この図３によると、係合ピン１３１及び係合ピン１６１が鏡筒１１の外側に配置した円筒カム１５の内壁に形成したカム溝１５１に係合する様子が確認できる。この円筒カム１５が下部に配置したコイルバネ１２により上方へ付勢されているので、レンズホルダ１３，１６がこれに伴って移動し第１レンズホルダ１９の位置を基準にして光軸方向ＬＤでの位置が正確に定まる。

（円筒カム）
本実施形態で例示する光学系ユニット３で採用する円筒カム１５は、その内壁に形成するカム溝が特徴的な構成を有している。更にこの点について説明する。上記図３では、円筒カム１５のより詳細な構成が示されている。本光学系ユニット３に組み込まれている円筒カム１５は、上カム１５Ｕと下カム１５Ｌとの２個のカム部品によって形成されている。光学モジュールの小型化を図るためには、円筒カム１５についても小型にする必要がある。しかし、この円筒カム１５の内壁には上記のように、第３レンズホルダ１３及び第２レンズホルダ１６を光軸方向ＬＤに精度良く案内するためのカム溝１５１を形成しなければならない。そのため、本光学系ユニット３では円筒カム１５を分割したカム部品を組合せて作製している。

図４は、図３に示した円筒カム１５を２つの構成部品、上カム１５Ｕと下カム１５Ｌとに分割した状態を示した拡大図である。円筒カム１５は内壁に形成したカム溝１５１の部分で上下に分割されている。このカム溝１５１には、前述したように、第３レンズホルダ１３の係合ピン１３１と第２レンズホルダ１６の係合ピン１６１が係合する。これらの係合ピンを案内するカム曲線（プロファイル）に基づいて、カム溝１５１が形成されている。カム曲線の形状が端部に現れるように、上カム１５Ｕと下カム１５Ｌとの分割ライン１５２が設定されている。

よって、上下のカム１５Ｕ，１５Ｌが接続される部分にカム溝１５１が形成される。接続される一方のカム１５Ｕの端面にカム溝１５１の半分が形成され、他方のカム１５Ｌの端面にカム溝１５１の残りの半分が形成された状態となる。このような構成であれば、２つの金型を用いて上カム１５Ｕ及び下カム１５Ｌをそれぞれ作製し、これを合わせることで精度良く円筒カム１５を作製できる。したがって、カム溝１５１が細い溝であっても円筒カム１５を比較的容易に作製できる。この本円筒カム１５は、金型を用いたプラスチック射出成型等により、薄く、小型のカム部品を組合せて作製できる。また、アンダーカット等の処理が不要となるので、簡単な金型構成とすることができる。しかも、分割ライン１５２はカム曲線に沿って設定されるので、設計したカム曲線が分断されることがない。よって、一体に成形したカム溝と同様に精度よく係合ピン１３１及び係合ピン１６１を案内できる。

また、図３に示すように係合ピン１３１，１６１の頭部は、横断面が略三角形状であり、この部分がカムフォロアとなってカム溝１５１に係合する。カム溝１５１は、この係合ピンの形状に対応するように横断面が「Ｖ字」状に形成されている。このカム溝１５１の形状は図４でも確認できるように示され、中央部の短い垂直部１５３と、この上下に設けた傾斜部１５４とを含んでカム溝１５１が形成されている。

上記のように係合ピン１３１、１６１は頭部が、傾斜した傾斜カムとなっている。この係合ピンをカムフォロアとして案内するようにカム溝１５１が形成されている。このように係合ピンの頭部に傾斜カムを採用した場合には、円筒カム１５の肉厚を確保しながら小径化を図ることができる。また、係合ピンの頭部に断面が矩形となる平面カムを採用してもよい。この場合にはズーム動作中の位置制度を高めることができる。

なお、上カム１５Ｕの上面からカム溝１５１まで凹部１５８が形成されている。図４では上カム１５Ｕの凹部１５８のみが確認できる。この凹部１５８は第２レンズホルダ１６の係合ピン１６１を円筒カム内のカム溝１５１へ誘導するための案内溝である。係合ピン１６１は直線上で逆向きに配置されているので、２個の凹部１５８が上カム１５Ｕに形成されている。ただし、第３レンズホルダ１３及び第２レンズホルダ１６を下カム１５Ｌ上にセットしてから、上カム１５Ｕを被せるようにして組付けを行う場合には、この凹部１５８を形成する必要はない。図４は、第２レンズホルダに対応するカム溝と第３レンズホルダに対応するカム溝は、レンズホルダを誘導する案内溝で連結されている。第３レンズホルダを凹部１５８から第２レンズホルダを案内するカム溝に誘導し、さらに連結されている案内溝を通過して第３レンズホルダを案内するカム溝に到達する。次に、第２レンズホルダを凹部１５８から誘導して対応するカム溝に設定する。

また、上カム１５Ｕには下向きの凸部１５６が形成され、一方の下カム１５Ｌにはこれを受ける受け部１５７が形成されている。これらの凹凸は反対位置にも同様に形成されている。円筒カム１５は、これらの凹凸部１５６，１５７を基準位置にして上下カム１５Ｕ、１５Ｌが接続されて、作製される。よって、円筒カム１５は精度良く組上げることができ、内面には位置精度よくカム溝を配置できる。上カム１５Ｕ及び下カム１５Ｌは、嵌合により一体に駆動可能な構造となっているが、接着剤あるいは、レーザ溶着等により一体に形成することも可能である。

図５は、円筒カム１５の内壁に形成したカム溝１５１の形状を確認できるように示した展開図である。この図５によると、円筒カム１５の内壁に形成したカム溝１５１の状態をより明確に確認できる。カム溝１５１は異なるカム曲線によって規定されるカム溝１５１−１とカム溝１５１−２とを含んでいる。カム溝１５１−１は、第２レンズホルダ１６に対応した変倍系のレンズ動作を規定している。カム溝１５１−２は、第３レンズホルダ１３に対応した補正系のレンズ動作を規定している。すなわち、第２レンズホルダ１６の係合ピン１６１−１、１６１−２がカム溝１５１−１に係合する。第３レンズホルダ１３の係合ピン１３１−１、１３１−２がカム溝１５１−２に係合する。

この図５により、上カム１５Ｕと下カム１５Ｌとの分割ライン１５２が、上記カム溝１５１−１、１５１−２に沿ってを分割するように設定されていることが確認できる。また、この図５によると、カム溝１５１の垂直部１５３と傾斜部１５４との関係も確認できる。また、上記分割ライン１５２はカム曲線の部分は曲線となるが、カム溝を形成しない未加工領域では直線となっている。このように直線とすることで無駄なスペースの発生を抑制している。特に分割ライン１５２に光軸方向ＬＤと平行となる平行分割線部分１５２ＬＤを形成することで円筒カム１５の周方向での無駄なスペースを抑制できる。ただし、周方向に幾分かの余裕がある場合には、この分割線部分１５２ＬＤを斜めにしてもよい。

なお、図５に示したように１つの分割ライン１５２が異なるカム曲線を含むように形成すれば、カム部品の接続部分に異なる形状のカム溝１５１−１、１５１−２が形成される。このようなカム溝の配置では、円筒カムの高さを低く抑えて複数のレンズホルダを光軸方向へ移動できる構成が実現される。よって、光学モジュールの小型化を促進できる。

図６は、複数のカム部品により形成される円筒カム１５の変形例を模式的に示した図である。図４、５で示した円筒カム１５は上下２個のカム１５Ｕ、１５Ｌで構成されていたが、図６は構成部品を３個とした場合の例を示している。この円筒カム１５は上カム１５Ｕ、中間カム１５Ｍ、下カム１５Ｌの３個のカム部品から構成されている。上カム１５Ｕと中間カム１５Ｍとは分割ライン１５２−１により分離され、下カム１５Ｌと中間カム１５Ｍとは分割ライン１５２−２により分離される。

上記分割ライン１５２−１、分割ライン１５２−２は、異なるカム曲線に基づいて設定されている。これらの分割ラインも光軸方向ＬＤと平行となる平行分割線部分１５２ＬＤを含んで周方向での無駄なスペースを抑制している。分割ライン１５２−１では曲線部１５２−１ＣＡが本来のカム曲線である。同様に分割ライン１５２−２では傾斜した直線部１５２−２ＣＡが本来のカム曲線である。この図６では分割ラインのみを図示しているが、図５の場合と同様にカム曲線を中央にしてカム溝が形成される。すなわち、本変形例についてもカム部品がカム曲線に沿って分割され、各カム部品の端面にカム溝が対向するように形成されている。よって、これらをセットすると上カム１５Ｕと中間カム１５Ｍとの間、及び下カム１５Ｌと中間カム１５Ｍとの間にカム溝が形成される。この図６に示す円筒カム１５の場合は、補正系のレンズホルダからの係合ピンが曲線部１５２−１ＣＡに係合するように設定される。同様に変倍系のレンズホルダからの係合ピンが曲線部１５２−２ＣＡに係合するよう設定される。

また、上カム面および下カム面も断面Ｖ字形状として、レンズホルダの突起部を誘導してカム面上にレンズホルダを配置することもできる。この場合には、カム１５の光軸側端部にはレンズホルダを誘導する凹部（溝部）、他方のレンズホルダが配置されるカム面あるいは他方のレンズホルダを誘導するための凹部を経由して当該レンズホルダを誘導することも可能である。

図６で示した円筒カム１５の場合には、高さ方向に重ねて異なるカム溝を形成できる。よって、図５で示した１つの円周上に異なる形状のカム溝を同時に配置していた場合と比較すると１種類のカム溝を余裕をもって周方向に配置することができる。よって、カムの回転角を大きく設定できるので、アクチュエータのトルクを小さくできる。この図６では３個のカム部品から円筒カムを構成する例を示したが、さらに多くの分割部品から構成するようにしてもよい。この図６に示した円筒カム１５では、カム曲線を３組同一面上に配置したものであるので、レンズホルダの自由度が制限されるためレンズホルダの光軸方向に対する角度が安定する利点を有する。このためガイド溝の数を減らすことも可能である。

図７は、上記円筒カム１５の内壁に形成するカム溝を規定するのに好ましいカム曲線（プロファイル）を示した図である。図７（Ａ）は変倍系レンズ用のカム溝１５１−１を規定するカム曲線１５１−１ＣＡを示している。同（Ｂ）は補正系レンズ用のカム溝１５１−２を規定するカム曲線１５１−２ＣＡを示している。すなわち、カム曲線１５１−１ＣＡに基づいて、第２レンズホルダ１６が光軸方向に移動される。他方のカム曲線１５１−２ＣＡに基づいて、第３レンズホルダ１３が光軸方向に移動される。

より具体的に説明すると、第２レンズホルダ１６の半径方向へ突出した係合ピン１６１−１、１６１−２が、カム曲線１５１−１ＣＡによって規定されたカム溝１５１−１により光軸方向へ移動される。第３レンズホルダ１３の半径方向へ突出した係合ピン１３１−１、１３１−２が、カム曲線１５１−２ＣＡによって規定されたカム溝１５１−２により光軸方向へ移動される。なお、この図７ではズーム機能に加えて望遠側にマクロ機能を付加した場合のカム曲線を例示している。

本光学モジュールは携帯電話等にも搭載できるように小型化される。上記のようにズーム機能を備えた場合には、各レンズホルダを精度良く所期位置へ移動させることが重要である。そのために、従来においてレンズホルダが広角位置や望遠位置にあることを確認するための位置検出部材を配置するという手法が一般的に採用される。しかし、このように位置検出部材を別途に設けると、光学モジュールが大型化してしまうので小型化の要請に反することになる。また、携帯電話等に用いる光学モジュールは極めて小さく、円筒カムの円周角に対して周長が短い。よって、回転角度に対するレンズホルダの光軸方向の位置検出には高い精度が必要となる。しかし、位置検出部材を設けることが困難である。図７で示すカム曲線は、変倍系および補正系のカム曲線に平坦部を設けることで、広角端および望遠端において、位置検出なしで所望の特性を達成可能とする。

本光学系ユニット３では、円筒カム１５の外周にはラック部１５９が形成されており、アクチュエータの駆動力はこのラック部１５９に噛合するギアにより伝達される。寸法精度の高いギアを採用してもバックラシュの影響を除くことは困難である。また、他部品や組付け誤差の影響もある。本光学ユニット３では、位置検出部材がないために、高い精度で回転カムの位置検出はできない。ズーム動作で円筒カム１５を広角端と望遠端の間で回転したときに、所定角度分アクチュエータで回転させたにもかかわらず、初期位置のずれやバックラッシュの影響で、所望の広角端あるいは望遠端の位置に円筒カムが回転していない可能性がある。

そこで、本実施形態では図７に示したように、レンズをズーム移動させる曲線部分（ズーム部）の両端、すなわち広角端（ワイド端）及び望遠端（テレ端）に、光軸方向ＬＤに直交する所定長の平坦部を備えたカム曲線を採用する。すなわち、本実施形態では円筒カム１５の変倍系および補正系のカム曲線として、このような平坦部を備えたカム曲線を採用する。これにより、位置検出部材で高精度の位置検出を行わなくても、平坦部にレンズホルダがあれば、広角端或いは望遠端の性能を達成することができる。レンズホルダの位置を考えると、広角端の平坦部にレンズホルダがあるときに、平坦部の距離を考慮してアクチュエータを駆動することで、結像距離がずれても望遠端の平坦部に移動させることで望遠端での性能を維持することができる。よって、バックラシュや組付け誤差等による影響を解消し、広角及び望遠位置で所定の性能を安定して達成することができる。

広角端から望遠端へ移動させる場合を例として説明する。本光学系では、初期位置を検出するために、広角端側に円筒カムを移動させて、円筒カムの回転限界で円筒カムが停止した位置から、所定のパルス数だけアクチュエータに駆動パルスを与えて望遠側に回転カムを戻した平坦部上の位置を初期位置と設定している。従って、初期位置は位置誤差を有していることが予想される。例えば、広角端から望遠端までの回転角度を５００パルス、平坦部の回転角度を５０パルスあるものとする。初期位置が広角端から２５パルスの位置とする場合、望遠端に移動させるため、望遠端から２５パルスの平坦部上の位置を目標として、５５０パルス駆動パルスを加えることとする。さすれば、目標値の前後２５パルス以内に移動すれば、望遠端に円筒カムを回転駆動したこととなり、所望の移動は達成されたこととなる。

さらに、図７で例示するカム曲線は望遠側にマクロ撮影用の曲線と平坦部が付加されている。この場合も、望遠端の平坦部を経てからマクロ状態に入るので精度良く合焦する。さらに、平坦部で所定の機能を達成できるため、安定した動作が可能となる。

上記のようにカム曲線の所定位置に、所定長さの平坦部を付加するという改良で広角位置、望遠位置及びマクロ位置でのレンズ位置のずれを抑制できる。本構成では、広角位置、望遠位置及びマクロ位置にレンズがあることを確認するための位置検出部材を新たに設ける必要がない。よって、小型化及び低コスト化を図った簡単な構成で、広角及び望遠で安定してズーム機能またはマクロ機能を使った撮影が可能な光学モジュールを提供できる。なお、図７に示すように望遠側の平坦部に連続してマクロ用のカム曲線を形成すると、マクロ側についても円筒カムの位置ズレを吸収することにより安定してマクロ機能を利用できる。ただし、マクロ機能は本光学モジュールに必須のものではないので、マクロ用の曲線部分を含まないカム曲線としてもよい。

（位置決め構造）
更に、本光学モジュールは、鏡筒１１側に対して駆動部側を精度良く位置決めする優れた構成を備えている。以下では、この点ついて説明する。本光学モジュールの駆動部はアクチュエータ及びギアによって構成する輪列を含んでいる。アクチュエータの駆動力は輪列を介して前記円筒カムに伝達され、前記円筒カムが駆動される。このように円筒カム１５がアクチュエータにより駆動されると、第３レンズホルダ１３と第２レンズホルダ１６とが光軸方向に移動する。そして、本光学モジュールでは光学系ユニット３を覆うカバーを介して、光学系ユニット３及び駆動部側を位置決めする構成を採用する。このような構成を採用すると、鏡筒１１の位置がずれた場合でも、これに伴って駆動部側の位置が鏡筒１１との相対位置関係を維持して移動するので、駆動系に関して所期の性能を実現するために容易な構成となる。また、この構成を採用すると光学系ユニット３用のカバーとアクチュエータ用のカバーとを一体化できるので省スペース化を図ることもできる。

図８及び図９を参照して、本光学モジュールで採用している位置決め部材としてのカバー４０を利用した位置決めの構造を説明する。図８は、光学系ユニット３を駆動する駆動部及び光学系ユニット３の上にセットされるカバーについて示した図である。この図８は、前述した光学系ユニット３との関係が確認できるように上部に位置する第１レンズ１８及び第１レンズホルダ１９を示している。図９は、光学系ユニット３及びアクチュエータとしてのモータ３０を組付けた完成状態の光学モジュールを断面構成が確認できるように示した図である。

本光学モジュールでは、モータ３０によって円筒カム１５が駆動される。図８ではモータ３０の各要素を分解状態で示している。モータ３０はカバー４０と基板３１を用いて組立てられ、このカバー４０が光学系ユニット３の基板１上にセットされる。このモータ３０は、１対のコイル３２、ステータ３３を備え、中央部にはロータ３５を有している。

カバー４０の所定位置に固定される軸４１とロータ３５用の軸とが同軸に配置され、軸４１を中心としてロータ３５が回転するように設定されている。軸４１はカバー４０に形成した穴５１にセットされている。また、ロータ３５と一体に回転するギア３６が配設されている。また、カバー４０の他の位置に軸４２が固定されており、この軸４２には前記ギア３６と噛合するギア４３及びこのギア４３と一体に回転するギア４４が設けられている。このギア４４に円筒カム１５の外周に形成したラック部１５９が噛合する。軸４２はカバー４０に形成した穴５２にセットされる。

図８に示した各部が組付けられた状態を示したのが図９である。図９で示すように、第１レンズホルダ１９はカバー４０に形成した開口４５に嵌合した状態となる。第１レンズホルダ１９は鏡筒１１の頂部に固定されているので、第１レンズホルダ１９に対してカバー４０の開口４５（貫通穴）をセットすれば、カバー４０に対して鏡筒１１の位置が定まる。すなわち、第１レンズホルダ１９を介して、カバー４０に対する鏡筒１１及び円筒カム１５の位置が定まることになる。

一方、軸４１，４２はカバー４０の所定位置に位置決めされている。図８に示したように、モータ３０は軸４１を基準に位置決めされる。よって、図８及び図９に示す構造ではカバー４０を介して、鏡筒１１及び円筒カム１５側とモータ３０及びこれに接続さたギア列側との相対位置が固定関係になる。よって、仮に鏡筒１１の設定位置がずれた場合でも、カバー４０を介してモータ３０を含んだ駆動部側の位置も光学系ユニット３の位置に対応して移動する。つまり、円筒カム１５とモータ３０及びギア列との相対位置関係は維持されズレが発生しない。

以上のように、本光学モジュールではカバー４０を介して、鏡筒位置を基準とする光学系ユニット３側と駆動部側との位置決めを行うので、円筒カム１５の外周に設けたラック部１５９とモータ３０の駆動力を伝達するギア列（輪列）３６、４３，４４との間に位置ずれが発生することがない。よって、上記構成を採用した本光学モジュールはモータの駆動力を効率的に円筒カム１５に伝達できる。

上記実施形態では、図８に示したように、カバー４０側に予めモータ３０及び輪列３６、４３，４４を組付けている。このように準備しておくと、カバー４０の所定箇所に光学系ユニット３をセットするだけで、モータ３０側と鏡筒１１側との相対位置を設計通りの関係とすることができる。なお、本実施形態は基板を用いた光学モジュールについて例示しているが上記カバーを用いたことによる効果はこの構造に限るものではない。基板を採用しない光学モジュールの場合には、カバーに直接、鏡筒及びアクチュエータを組付ければ上記と同様の効果を得ることができる。

以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

実施形態に係る光学モジュールの内部が確認できるように示した分解斜視図である。 図１に示した第３レンズホルダ及び第２レンズホルダを拡大して示した図である。 図１で示した各部を組付けた状態の光学モジュールの断面構成を示した図である。 図３に示した円筒カムを２つの構成部品に分割した状態を示した拡大図である。 円筒カムの内壁に形成したカム溝をより明確に確認できるように示した展開図である。 複数のカム部品により形成される円筒カムの変形例を模式的に示した図である。 円筒カムの内壁に形成するカム溝を規定するのに好ましいカム曲線（プロファイル）を示した図である。 光学系ユニットを駆動する駆動部及び光学系ユニット上にセットされるカバーについて示した図である。 光学系ユニット及びモータを組付けた完成状態の光学モジュールを断面構成が確認できるように示した図である。

符号の説明

１ 基板
２ ＣＣＤ
３ 光学系ユニット
１１ 鏡筒
１１Ａ〜１１Ｈ ガイド溝
１１Ａ、１１Ｅ 長い溝部（第３レンズホルダ用）
１１Ｂ、１１Ｆ 長い溝部（第２レンズホルダ用）
１２ コイルバネ
１３ 第３レンズホルダ
１３１ 係合ピン
１５ 円筒カム
１５Ｕ 上カム
１５Ｍ 中カム
１５Ｌ 下カム
１５１ カム溝
１５２ 分割ライン
１６ 第２レンズホルダ
１６１ 係合ピン
１９ 第１レンズホルダ
４０ カバー
ＬＤ 光軸方向

Claims (6)

1. 撮像素子を含む基板と、前記基板に固定されると共に前記撮像素子の撮像面に結像するレンズを含むレンズホルダを光軸方向に移動自在に収納する鏡筒と、前記鏡筒の外側に配置され前記レンズホルダの側面から延在させた突起部材に係合するカム面を備えて前記レンズホルダを移動させる円筒カムと、アクチュエータが輪列を介して前記円筒カムを駆動する駆動部とを備えた光学モジュールであって、
   前記鏡筒と前記駆動部との位置関係を設定する位置決め部材を備えたことを特徴とする光学モジュール。
2. 前記位置決め部材には、前記アクチュエータ及び前記輪列が予め組付けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
3. 前記位置決め部材は、前記鏡筒及びアクチュエータを一体的の覆うカバーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学モジュール。
4. 前記カバーには、前記鏡筒を位置決めする貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光学モジュール。
5. 撮像素子を含む基板と、
   前記基板に固定されると共に前記撮像素子の撮像面に結像するレンズを含むレンズホルダを光軸方向に移動自在に収納する鏡筒と、
   前記鏡筒の外側に配置され前記レンズホルダの側面から延在させた突起部材に係合するカム面を備えて前記レンズホルダを移動させる円筒カムとを備える撮像部を組み立てるステップと、
   前記鏡筒を貫通する貫通穴を有するカバーと、
   前記カバー上に設定するアクチュエータと、
   前記カバー上に配置し前記アクチュエータの駆動力を伝達する輪列とを備える駆動部を組み立てるステップと、
   前記貫通穴に前記鏡筒を押入し、前記円筒カムと前記輪列を係合し、前記撮像部と前記駆動部とを組合わせるステップとを有することを特徴とする光学モジュールの組立て方法。
6. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学モジュールを備える携帯用電子機器。
   

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