JP2006047342A - レンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズを光軸方向に駆動する駆動源を備えつつ、携帯情報端末機等の狭小なスペースに搭載することができるレンズ駆動装置を提供する。
【解決手段】レンズを保持するレンズ枠１０に光軸方向のカム作用を及ぼす環状のカムリング３０を回動させるモータを、カムリングに保持された永久磁石６０と、固定枠２０に保持されてカムリング３０を回動させる磁束を通電により発生する複数の励磁コイル７０により構成した。この構成によれば、カムリング３０とモータとの間に回転力を伝達する歯車列等の伝達機構が必要なく、装置を小型化できるとともに、耐衝撃性が向上する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、レンズを光軸方向に駆動する駆動源を備えたレンズ駆動装置に関し、特に、携帯情報端末機等の狭小なスペースに搭載することができるカメラ用のレンズ駆動装置に関する。

携帯電話機、携帯型パーソナルコンピュータ等の携帯情報端末機に搭載されるカメラは、携帯情報端末機のもつ搭載スペースが狭小であることから、可能な限り小型化する必要がある。
一方、カメラに自動合焦機能等をもたせるためには、レンズを光軸方向に駆動する駆動源を備えたレンズ駆動装置が必要である。このようなレンズ駆動装置として、光軸方向に移動自在なレンズ鏡筒、レンズ鏡筒を駆動するモータ、及びモータの駆動力をレンズ鏡筒へ伝達する歯車機構を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１３３６７２号公報

しかしながら、上記のレンズ駆動装置は、歯車機構を用いるので部品点数が多く、構造が複雑で装置が大型化するため、携帯電話機に搭載できるほど小型するのは難しい。また、部品点数が多いので組立工数も増大する。さらに、上記のレンズ駆動装置では、レンズ鏡筒と歯車機構との間にクラッチ機構などの衝撃吸収機構が必要であり、装置の小型化が一層困難である。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、レンズを光軸方向に駆動する駆動源を備えつつ、携帯情報端末機等の狭小なスペースに搭載することができ、組立が容易で、衝撃にも強いレンズ駆動装置を提供することにある。

本発明に係るレンズ駆動装置は、レンズを保持するレンズ枠と、レンズ枠を光軸方向に移動自在に支持する固定枠と、固定枠に回動自在に支持されると共に回動により光軸方向のカム作用をレンズ枠に及ぼす環状のカムリングと、カムリングを回動させるモータと、を備え、モータは、カムリングに保持された永久磁石と、固定枠に保持されかつ永久磁石に作用してカムリングを回動させる磁束を通電により発生する複数の励磁コイルと、を有する、ことを特徴としている。
この構成によれば、励磁コイルに通電すると、カムリングに保持された永久磁石に磁束が作用してカムリングが回動する。カムリングが回動するとそのカム作用によりレンズ枠が光軸方向に駆動される。
このように、モータのロータ部分を構成する永久磁石がカムリングに保持されて磁気吸引力により直接的に回動されるため、カムリングとモータとの間に回転力を伝達する歯車列が必要なく、それ故に装置を小型化できる。

上記構成において、励磁コイルは、固定枠に光軸方向に突出するように形成されると共に光軸を中心にもつ所定半径の円周に沿って配列された突出片に巻回されている、構成を採用できる。
この構成によれば、励磁コイルに鉄心を用いないため、装置の軽量化が可能となると共に、固定枠に励磁コイルを直接巻回できて装置を小型化できる。

上記構成において、励磁コイルは、径方向において扁平に形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、装置の径方向の寸法を縮小することができる。

上記構成において、永久磁石は、カムリングに埋設されている、構成を採用できる。
この構成によれば、永久磁石をカムリングにインサート成形することができて組立工数を削減することができる。

上記構成において、励磁コイルは、周方向において等間隔に配列され、永久磁石は、光軸方向に着磁されて励磁コイルに対向すると共にカムリングの周方向において互いに離隔して配置された複数の永久磁石からなる、構成を採用できる。
この構成によれば、永久磁石を周方向に離隔して配置すればよいので、装置の軽量化が可能となる。

上記構成において、永久磁石は、環状に形成されると共にその周方向において交互に異なる磁極をもつように着磁され、励磁コイルは、永久磁石に対向すると共に周方向において互いに離隔して配置されている、構成を採用できる。
この構成によれば、着磁により磁極の数を増やすことができるので、分解能を高めることができてレンズ枠の位置決め精度が向上する。また、励磁コイルを周方向において離隔した位置に設ければよいので、励磁コイルの数を削減できる。

上記構成において、固定枠は、前面に励磁コイルが設けられた基部と、基部の前面から光軸方向に伸長する円筒状の支持部とを有し、カムリングは、支持部の外周面に回動自在に、かつ、基部の前面から突出して形成された支持突起に摺動可能に支持されている、構成を採用できる。
この構成によれば、永久磁石と励磁コイルを対向させつつ、カムリングを固定枠に支持させることができる。

上記構成において、支持突起は、隣り合う励磁コイル間に形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、永久磁石と励磁コイルを対向させつつ、カムリングを固定枠に支持させることができると共に摺動抵抗を低減できる。また、装置の小型化が可能となる。

上記構成において、レンズ枠は、支持部に光軸方向に伸長して形成されたガイド溝に挿通されると共にカム筒の前端面に形成されたカムに係合する突出片を有し、支持部の内側において光軸方向に移動自在に支持されている、構成を採用できる。
この構成によれば、装置を小径化できると共に、カムリング及びレンズ枠を固定枠の前方から組み付ければよいので、組立が非常に容易となる。

上記構成において、固定枠には、被写体光を通過させる開口を有するカバーが連結され、カバーは、レンズ枠との間に介在しレンズ枠を固定枠側に向けて付勢するスプリングの一端部を受け止める、構成を採用できる。
この構成によれば、装置の組立が容易になると共に、部品点数を削減できる。

本発明のレンズ駆動装置によれば、レンズを光軸方向に駆動する駆動源を備えつつ、携帯情報端末機等の狭小なスペースに搭載することができ、組立が容易となり、衝撃に強い構造となる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図８は、本発明に係るレンズ駆動装置の一実施形態を示すものであり、図１は装置の外観を示す斜視図、図２は装置の断面図、図３は装置の分解斜視図、図４は固定枠の正面図、図５はカムリングの背面図、及び図６ないし図８は各通電タイミングおけるモータの回転状態を示す図である。

この装置は、図１ないし図３に示すように、レンズＧ及びフィルターガラス１５を内側に保持するレンズ枠１０、レンズ枠１０を光軸方向Ｌに移動自在に支持する固定枠２０、固定枠２０に回動自在に支持されると共に回動により光軸方向Ｌのカム作用をレンズ枠１０に及ぼすカムリング３０、被写体光を通過させる開口４１を有すると共に固定枠２０に固定されるカバー４０、カバー４０とレンズ枠１０との間に介在するスプリング５０、カムリング３０に保持されてモータの一部を構成する永久磁石６０、固定枠２０に保持されてモータの一部を構成する複数の励磁コイル７０等を備える。

この装置が携帯電話機等の機器に組み込まれると、被写体光が光軸方向Ｌから開口４１を通過してレンズＧに進入し、レンズＧの後方において機器に設けられる図示しない撮像素子の結像面において結像する。

レンズ枠１０は、樹脂により略円筒状に形成され、図１〜図２に示すように、その内側にレンズＧ及びフィルターガラス１５を保持していると共に、円筒面からなる外周面１０ａ、前端面に形成されたスプリング５０を受け止めるための環状溝１０ｂ、外周面１０ａの前端部において周方向の等間隔位置に突出して形成された３つの突出片１１等を備える。

レンズ枠１０は、その外周面１０ａが固定枠２０の後述する内周面２１ｂに摺動可能に嵌合し、突出片１１が固定枠２０の後述するガイド溝２２に挿入されると共に、突出片１１の後面がカムリング３０の後述するカム３１に係合することにより、固定枠２０に対して光軸回りの回転が規制されるとともに、光軸方向Ｌに移動自在に支持される。
フィルターガラス１５は、レンズ枠１０の後端部に設けられて光学フィルターの機能を果たすと共にレンズＧへ塵埃が付着するのを防止するカバーの役割を果たす。

固定枠２０は、樹脂により形成され、図１〜図４に示すように、矩形状に形成されて励磁コイル７０を保持する基部２０ａ、基部２０ａから前方に突出して形成された円筒状の支持部２１、基部２０ａの前面の四隅において前方に突出して形成されてカバー４０を受け止める受け部２６等を有する。

基部２０ａの前面には、光軸方向Ｌの前方に突出して励磁コイル７０が巻回される複数の突出片２４、光軸方向Ｌの前方に突出してカムリング３０を摺動可能に支持する支持突起２５等が一体的に形成されている。
突出片２４は、光軸を中心にもつ所定半径の円周に沿って等間隔に配列されると共に径方向に扁平に形成されている。
支持突起２５は、隣り合う突出片２４（励磁コイル７０）間に設けられており、先端部においてカムリング３０の後述する後端面３０ｅと当接することにより、カムリング３０を摺動可能に支持する。これにより、カムリング３０（永久磁石６０）と励磁コイル７０とを対向させつつ、カムリング３０を固定枠２０に回動自在に支持させることができると共に、支持突起２５とカムリング３０との間の摺動抵抗を低減できる。また、支持突起２５は隣り合う突出片２４（励磁コイル７０）間のスペースに設けられるので、装置の小型化が可能となる。

支持部２１は、その外周面２１ａにカムリング３０の後述する内周面３０ｂが嵌合することにより、カムリング３０を回動自在に支持する。また、支持部２１は、その内周面２１ｂにレンズ枠１０の外周面１０ａが摺動可能に嵌合することにより、レンズ枠１０をその内側において支持する。さらに、支持部２１には、周方向において等間隔で配列され光軸方向Ｌに伸長する３つのガイド溝２２が形成されている。ガイド溝２２は、レンズ枠１０の突出片１１が挿入され、レンズ枠１０の光軸回りの回転を規制すると共にレンズ枠１０の光軸方向Ｌの移動を許容する。これにより、レンズ枠１０は、固定枠２０により光軸方向Ｌにのみ移動自在に支持される。

受け部２６は、その先端面でカバー４０を支持すると共に、その側面に掛止突起２７が突出して形成されている。掛止突起２７がカバー４０の後述する掛止溝４２に嵌まることにより、カバー４０が固定枠２０に固定（連結）される。

カムリング３０は、樹脂により環状に形成され、図２〜図５に示すように、複数（３つ）の永久磁石６０を保持すると共に、支持部２１の外周面２１ａに嵌合する内周面３０ｂ、固定枠２０の支持突起２５に摺動可能に当接する環状の後端面３０ｅ、環状の前端面に形成されてレンズ枠１０の突出片１１に係合するカム３１等を備えている。
カム３１は、図３及び図４に示すように、カムリング３０の前端面において周方向に等間隔に３つ形成されている。レンズ枠１０は、カム３１が突出片１１に当接した状態でカムリング３０が回動すると、カム３１のカムプロフィルに追随して光軸方向Ｌに進退する。

永久磁石６０は、図２〜図５に示すように、円弧状に湾曲して形成され、カムリング３０に埋設されている。また、永久磁石６０は、光軸方向Ｌにおいて、前側がＳ極、後側がＮ極となるように着磁されて励磁コイル７０に対向すると共にカムリング３０の周方向において互いに離隔しかつ不等間隔に配列されている。
永久磁石６０は、カムリング３０を射出成形する際に金型内に設けられてカムリング３０にインサートされる。励磁コイル７０に対向する永久磁石６０の側面は、カムリング３０を形成する樹脂により被覆されている。これにより、カムリング３０の後端面３０ｅは、永久磁石６０が露出していないので、固定枠１０の支持突起２５に対して円滑に摺動する。

励磁コイル７０は、図２〜図４に示すように、固定枠２０の突出片２４にそれぞれ同じ向きに巻回されると共に、径方向において扁平に形成されている。これにより、装置の径方向の寸法が拡大するのを防ぐことができる。ここで、励磁コイル７０は、予め扁平に巻回した状態に成形され、その後、突出片２４に外嵌されることにより、その組み付けが容易に行われる。励磁コイル７０は、装置が携帯電話機等の機器に組み付けられた状態で、機器の電源供給回路と電気的に接続され、通電されることにより永久磁石６０に作用してカムリング３０を回動させる磁束を発生する。すなわち、磁束を発生する励磁コイル７０とこれに対向する永久磁石６０との間に磁気吸引力が発生し、永久磁石６０は励磁コイル７０に引き付けられる。
尚、永久磁石７０は、図４に示すように、励磁コイル７０との相対的な位置が、周方向において励磁コイル７０の幅の略半分に相当する回転角度だけ互いにずれるように配置されている。このような配置とすることにより、カムリング３０を連続的に回動させることができる。

カバー４０は、金属板で形成されており、図１〜図３に示すように、被写体光を通過させる開口４１、光軸方向の後方に伸長する突出片に形成された掛止溝４２等を備える。
カバー４０は、固定枠２０の受け部２６の先端面により受け止められて掛止溝４２に掛止突起２７が嵌まることにより固定枠２０に固定（連結）される。また、カバー４０は、固定枠２０に連結された状態で、レンズ枠１０との間に介在するスプリング５０の端部を受け止める。

スプリング５０は、その一端部がレンズ枠１０の環状溝１０ｂにおいて受け止められ、その他端部がカバー４０に受け止められ、レンズ枠１０を固定枠２０側に向けて付勢する。これにより、カムリング３０のカム３１とレンズ枠１０の突出片１１とが確実に係合し、円滑なカム作用が得られる。

上記のレンズ駆動装置は、励磁コイル７０を保持する固定枠２０の支持部２１に対してカムリング３０を前方から挿入し、レンズ枠１０を支持部２１に対して前方から挿入し、レンズ枠１０の前面にスプリング５０を配置してカバー４０を固定枠１０の前方から連結することにより組み立てられる。このように、レンズ駆動装置の組み付けを光軸方向Ｌの一方向（前方）からのみ行うことができるので、組立工数を大幅に削減することができる。

次に、上記のレンズ駆動装置の駆動方法について図６ないし図８を参照して説明する。
先ず、一の励磁コイル７０Ａに永久磁石６０Ａと対向する側にＳ極が発生するようにパルス状の駆動電圧を印加すると、図６に示すように、永久磁石６０Ａが励磁コイル７０Ａの発生する磁束により引き付けられ、励磁コイル７０Ａにその中央位置で対向する。

次いで、図７に示すように、励磁コイル７０Ａへ通電するのを停止すると共に一の励磁コイル７０Ｂに上記と同様なパルス状の駆動電圧を印加すると、励磁コイル７０Ｂの発生する磁束により永久磁石６０Ｂが励磁コイル７０Ｂに引き付けられる。これにより、カムリング３０がＲ１方向に励磁コイル７０の幅の略半分に相当する角度だけ回転し、永久磁石６０Ｂは励磁コイル７０Ｂにその中央位置で対向する。

次いで、図８に示すように、励磁コイル７０Ｂへ通電するのを停止すると共に一の励磁コイル７０Ｃに上記と同様なパルス状の駆動電圧を印加すると、励磁コイル７０Ｃの発生する磁束により永久磁石６０Ｃが励磁コイル７０Ｃに引き付けられる。これにより、カムリング３０はさらにＲ１方向に励磁コイル７０の幅の略半分に相当する角度だけ回転し、永久磁石６０Ｃは励磁コイル７０Ｃにその中央位置で対向する。この後、励磁コイル７０Ｃへ通電するのを停止すると共に、励磁コイル７０Ａに隣接する一の励磁コイル７０Ｄへ通電することにより、カムリング３０はＲ１方向に継続して回転する。尚、上記と逆方向の駆動電圧を上記と同様な通電順序で各コイルに印加することにより、カムリング３０をＲ１方向とは逆方向にも回転させることができる。

上記のようにしてカムリング３０を回動させると、レンズ枠１０は、カム３１によるカム作用を受けて光軸方向Ｌに移動する。したがって、カムリング３０を所望の回転量で回動させると、レンズ枠１０をレンズＧの焦点が撮像素子の結像面に合う合焦位置に位置決めすることができる。

以上のように、本実施形態によれば、モータのロータとしての永久磁石６０をカムリング３０へ直接設ける構成としたので、カムリング３０へ回転力を伝達するための歯車列等の伝達機構を用いる必要がなく、装置構成を簡略化でき、装置の小型化、軽量化が可能となると共に、衝撃に強い構造となる。
また、本実施形態によれば、励磁コイル７０を固定枠１０（の突出片２４）に直接巻回する構成としてヨーク（鉄心）を用いないので、装置の小型化、軽量化が可能となる。

図９は、本発明に係るレンズ駆動装置の他の実施形態における励磁コイルと永久磁石との関係を示す図である。尚、図９において、上記した実施形態と同一の構成部分には同一の符号を使用している。また、本実施形態においては、永久磁石の構造および励磁コイルの数が上記実施形態と異なり、他の構成については同一である。
図９に示すように、カムリング３０には、環状に形成された永久磁石１６０が埋設されている。永久磁石１６０は、その周方向において交互に異なりかつ等間隔に配列された複数の磁極（Ｎ極及びＳ極）をもつように着磁されている。一方、図示しない固定枠２０おいては、複数（４つ）の励磁コイル７０が永久磁石１６０に対向するように突出片２４に巻回されると共に、周方向において互いに離隔して配置される。

上記の永久磁石１６０及び励磁コイル７０により構成されるモータは、励磁コイル７０Ａ，７０Ｄと励磁コイル７０Ｂ，７０Ｃとを交互に且つ互いに異なる極（例えば、７０ＡがＮ極の場合は７０ＤはＳ極、７０ＢがＳ極の場合には７０ＣはＮ極）が発生するように励磁することにより、カムリング３０を回動させる。このとき、モータの回転分解能は、環状の永久磁石１６０の磁極間隔に基づいて規定される。すなわち、環状の永久磁石を用いると、着磁により磁極を増やすことができるので、モータの回転分解能を高めて精密なフォーカシングが可能となる。
また、永久磁石１６０を環状とすることにより、カムリング３０を補強することができるため、カムリング３０に肉厚を薄くすることができる。

上記実施形態では、レンズ駆動装置をレンズの焦点調整に用いる場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、焦点調整以外にレンズの駆動が必要なものに適用可能である。
また、上記実施形態では、永久磁石６０，１６０をカムリング３０に埋設する構成としたが、これに限定されるものではなく、永久磁石６０，１６０の一部をカムリング３０から露出させることも可能であるし、永久磁石６０，１６０を接着剤などによりカムリング３０に固定することも可能である。
また、上記実施形態では、励磁コイル７０を固定枠２０の突出片２４に巻回した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、予め筒状に成形された励磁コイル７０を接着剤などにより固定枠２０に固定してもよい。

以上述べたように、本発明のレンズ駆動装置は、携帯電話機、携帯型パーソナルコンピュータなどの小型化、軽量化が要求される携帯情報端末機等に搭載されるディジタルカメラユニットのレンズ駆動装置として適用することができるのはもちろんのこと、レンズの駆動を要するものであれば、その他のレンズ光学系においても有用である。

本発明に係るレンズ駆動装置の一実施形態の外観斜視図である。 装置の断面図である。 装置の分解斜視図である。 固定枠の正面図である。 カムリングの背面図である。 励磁コイル７０Ａを励磁した状態における固定枠の正面図である。 励磁コイル７０Ｂを励磁した状態における固定枠の正面図である。 励磁コイル７０Ｃを励磁した状態における固定枠の正面図である。 本発明に係るレンズ駆動装置の他の実施形態における励磁コイルと永久磁石との関係を示す図である。

符号の説明

Ｌ…光軸方向
Ｇ…レンズ
１０…レンズ枠
１１…突出片
１５…フィルターガラス
２０…固定枠
２１…支持部
２１ａ…外周面
２２…ガイド溝
２４…突出片
２５…支持突起
２６…受け部
２７…掛止突起
３０…カムリング
３１…カム
４０…カバー
４１…開口
４２…掛止溝
５０…スプリング
６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ…永久磁石
７０，７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ…励磁コイル
１６０…永久磁石

Claims (10)

1. レンズを保持するレンズ枠と、前記レンズ枠を光軸方向に移動自在に支持する固定枠と、前記固定枠に回動自在に支持されると共に回動により光軸方向のカム作用を前記レンズ枠に及ぼす環状のカムリングと、前記カムリングを回動させるモータと、を備え、
   前記モータは、前記カムリングに保持された永久磁石と、前記固定枠に保持されかつ前記永久磁石に作用して前記カムリングを回動させる磁束を通電により発生する複数の励磁コイルと、を有する、
   ことを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 前記励磁コイルは、前記固定枠に光軸方向に突出するように形成されると共に光軸を中心にもつ所定半径の円周に沿って配列された突出片に巻回されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
3. 前記励磁コイルは、径方向において扁平に形成されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載のレンズ駆動装置。
4. 前記永久磁石は、前記カムリングに埋設されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレンズ駆動装置。
5. 前記励磁コイルは、周方向において等間隔に配列され、
   前記永久磁石は、光軸方向に着磁されて前記励磁コイルに対向すると共に前記カムリングの周方向において互いに離隔して配置された複数の永久磁石からなる、
   ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のレンズ駆動装置。
6. 前記永久磁石は、環状に形成されると共にその周方向において交互に異なる磁極をもつように着磁され、
   前記励磁コイルは、前記永久磁石に対向すると共に周方向において互いに離隔して配置されている、
   ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のレンズ駆動装置。
7. 前記固定枠は、前面に前記励磁コイルが設けられた基部と、前記基部の前面から光軸方向に伸長する円筒状の支持部とを有し、
   前記カムリングは、前記支持部の外周面に回動自在に、かつ、前記基部の前面から突出して形成された支持突起に摺動可能に支持されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のレンズ駆動装置。
8. 前記支持突起は、隣り合う前記励磁コイル間に形成されている、
   ことを特徴とする請求項７に記載のレンズ駆動装置。
9. 前記レンズ枠は、前記支持部に光軸方向に伸長して形成されたガイド溝に挿通されると共に前記カム筒の前端面に形成されたカムに係合する突出片を有し、前記支持部の内側において光軸方向に移動自在に支持されている、
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載のレンズ駆動装置。
10. 前記固定枠には、被写体光を通過させる開口を有するカバーが連結され、
    前記カバーは、前記レンズ枠との間に介在し前記レンズ枠を前記固定枠側に向けて付勢するスプリングの一端部を受け止める、
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のレンズ駆動装置。
    

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