JP2006113131A - 光学モジュールおよびこれを備えた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小スペース化を図る光学モジュールおよびこれを備えた撮像装置を提供する。
【解決手段】 レンズ鏡筒１１が、初期位置の状態から、光軸方向に被写体側（Ｘ方向）にΔＬだけ移動すると、圧電センサ１２を構成する被写体側の圧電セラミックス板が縮み、圧電センサ１２を構成する撮像素子１４側の圧電セラミックス板が伸びることにより圧電センサ１２には変位ΔＬが生じる。圧電センサ１２には、圧電効果により変位ΔＬに比例した電圧が生じる。この圧電センサ１２の圧電信号を、レンズ鏡筒１１の光軸方向の位置検出信号として検出する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば携帯用電子機器に搭載する撮像装置に用いられる光学モジュールおよびこれを備えた撮像装置に関する。

近年、微小なカメラを搭載した携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等の携帯用電子機器が広く普及している。これらの携帯用電子機器には小型化、省電力化が求められており、これに伴ってこれらの携帯用電子機器に搭載するカメラについても小型化、省電力化が求められる。

ところで、カメラにおいては、オートフォーカス等のフォーカス制御、あるいは、ズーム制御の際に移動させるレンズ鏡筒やレンズの位置を検出することが行われている。このレンズ鏡筒等の基準位置や位置情報を検出するのに、従来では、フォトインタラプタやフォトリフレクタ等のフォトセンサが用いられていた(例えば、特許文献１)。
特開平６−１７４９９５号公報

しかしながら、上述したようにレンズ鏡筒等の位置を検出するのに、フォトインタラプタやフォトリフレクタ等のフォトセンサをカメラ内部に配置すると、比較的大きなセンサであるフォトセンサはある程度大きなスペースを必要としてしまう。

このため、このようなフォトセンサが内部に配置されたカメラの外形寸法は大きくなってしまうので、携帯用電子機器に用いることができなくなってしまう場合が生じてしまうという問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、小スペース化を図ることができる光学モジュールおよびこれを備えた撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の光学モジュールは、
少なくとも１枚のレンズを保持するとともに、前記レンズと撮像面との距離を調整するために光軸方向に移動可能なレンズ鏡筒と、前記レンズ鏡筒を光軸方向に移動させるアクチュエータとを備えた光学モジュールであって、
両端のうちの一端が前記レンズ鏡筒に固定され、他端が支持部材に固定されるとともに、前記レンズ鏡筒の位置を検出する圧電センサ
を備えたことを特徴とする。

また、前記支持部材が前記レンズ鏡筒を収納する筐体としてもよい。

また、前記アクチュエータを、前記レンズ鏡筒の撮像面側の周縁部と対向する切欠環状の圧電アクチュエータとしてもよい。

また、前記アクチュエータは、光軸方向に伸縮可能な圧電素子と、前記圧電素子の一端を固定する支持台と、前記圧電素子の他端に固定されるとともに前記圧電素子の伸縮により光軸方向に移動可能な駆動部材とを有し、
前記光軸方向に移動可能な駆動部材を、前記レンズ鏡筒との間で摩擦力が生じるように前記レンズ鏡筒側に付勢する付勢手段を備えるようにしてもよい。

上記目的を達成するため、本発明の撮像装置は、上述した光学モジュールを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、小スペース化を図る光学モジュールおよびこれを備えた撮像装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る光学モジュールについて、以下図面を参照して説明する。

（実施形態１）
この発明の実施形態１に適用される光学モジュールの構成の一例が図１〜図３に示されている。光学モジュール１は、図１〜図３に示すように、三枚のレンズ１０ａ〜１０ｃを保持するレンズ鏡筒１１と、圧電センサ１２と、基板１３に配置された撮像素子１４と、歯車１５を介してレンズ鏡筒１１を光軸方向に駆動するモータ１６とをケース２０内に備えている。なお、図１及び図３においては、ケース２０を省略している。

三枚のレンズ１０ａ〜１０ｃは、被写体の光学画像を集光するものであり、図３に示すように、被写体側から順に第１のレンズ１０ａ、第２のレンズ１０ｂおよび第３のレンズ１０ｃにより構成されている。第１〜第３のレンズ１０ａ〜１０ｃは、光学特性の向上や光学モジュールの小型化などを考慮して設計されている。

レンズ鏡筒１１は、第１〜第３のレンズ１０ａ〜１０ｃ及び絞り１７を保持するとともに、光軸方向に前後に移動可能になっている。レンズ鏡筒１１は、大径の円筒部１１ａ、小径の円筒部１１ｂおよび角柱部１１ｃがこの順に一体的に形成されて構成されている。なお、角柱部１１ｃには光軸を中心として開口孔１１１ｃが形成されている。第１のレンズ１０ａは、小径の円筒部１１ｂの内壁面に保持され、第２のレンズ１０ｂは、小径の円筒部１１ｂ及び大径の円筒部１１ａの中間付近の内壁面に保持され、第３のレンズ１０ｃは、大径の円筒部の内壁面に保持されている。なお、絞り１７は、撮像素子１４の撮像面に達する被写体光量を調整するものである。絞り１７は、第１のレンズ１０ａおよび第２のレンズ１０ｂとの間に挟持されるとともに、レンズ鏡筒１１の小径の円筒部１１ｂに保持されている。

また、レンズ鏡筒１１の大径の円筒部１１ａの外側面には、圧電センサ１２の一端を支持するための圧電センサ用溝１１１ａが形成されている。また、大径の円筒部１１ａの外側面には、歯車１５に噛合するラック部１１２ａが形成されている。なお、レンズ鏡筒１１は、フィルター等も備えているが、図面では省略している。

レンズ鏡筒１１を光軸方向に前後に移動させることにより、第１〜第３のレンズ１０ａ〜１０ｃと撮像素子１４の撮像面との間の距離を調整して、焦点調整または焦点位置調整が行われる。これにより、光学モジュール１を備えたカメラにおいて、オートフォーカス制御またはズーム制御が行われる。

圧電センサ１２は、レンズ鏡筒１１の光軸方向の位置を検出するセンサである。圧電センサ１２は、図４に示すように、一対の圧電セラミックス板１２ａ，１２ｂと一対の圧電セラミックス板１２ａ，１２ｂの間に挟まれる金属板１２ｃとから構成されたバイモルフ型のセンサである。圧電センサ１２は、全体として矩形の板状に構成されている。一対の圧電セラミックス板１２ａ，１２ｂそれぞれの両面には、電極（図示せず）が形成されている。金属板１２ｃは、弾性部材である。一対の圧電セラミックス板１２ａ，１２ｂと金属板１２ｃとは、接着剤により導電性を保ちつつ貼り合わされている。

圧電センサ１２の長手方向の両端部は、一端がレンズ鏡筒１１の圧電センサ用溝１１１ａに例えば接着剤等により支持され固定されている。また、圧電センサ１２の長手方向の端部の他端は、図２に示すように、ケース２０に形成された圧電センサ用溝２０ａに例えば接着剤等により支持され固定されている。なお、圧電センサ用溝２０ａは、ケース２０の内壁のコーナー部に形成されている。

レンズ鏡筒１１が図３（Ｂ）に示す初期位置の状態から、図３（Ｃ）に示す状態まで光軸方向に被写体側（Ｘ方向）にΔＬだけ移動すると、圧電センサ１２の被写体側の圧電セラミックス板１２ａ（図４）が縮み、撮像素子１４側の圧電セラミックス板１２ｂ（図４）が伸びることにより圧電センサ１２には変位ΔＬが生じる。圧電センサ１２には、圧電効果により変位ΔＬに比例した電圧が発生する。この圧電センサ１２の圧電信号を、レンズ鏡筒１１の光軸方向の位置検出信号として検出することができる。

撮像素子１４は、第１〜第３のレンズ１０により結像された被写体像を撮像して電気信号に変換するものである。撮像素子１４は、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)型イメージセンサ、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等により構成される。なお、撮像素子１４は基板１３に電気的に接続されている。

モータ１６は、回転軸１８を中心にして回転運動を行うことにより、レンズ鏡筒１１を光軸方向前後に動力伝達用の歯車（ネジ歯車）１５を介して駆動する。歯車１５およびモータ１６は、回転軸１８を同心軸として回転する。モータ１６には、例えば永久磁石型(ＰＭ(Permanent Magnet)型)のステッピングモータが用いられる。なお、図面では、モータ１６のロータのみを表して簡略化している。

ここで、光学モジュール１を備えた撮像装置であるカメラにおいて、レンズ鏡筒１１を光軸方向に移動させて、オートフォーカス制御またはズーム制御を行うための制御回路について図５を用いて説明する。カメラは、制御部３０を有し、この制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１とメモリ３２とドライバ３３と位置検出回路３４とを備えている。ＣＰＵ３１は、レンズ鏡筒１１全体の制御や演算処理等を行うものである。メモリ３２には、レンズ鏡筒１１を制御するためのプログラムや制御情報が格納されている。ドライバ３３は、ＣＰＵ３１からの制御信号に応じて、モータ１６を駆動して、レンズ鏡筒１１を光軸方向に移動させる。位置検出回路３４は、圧電センサ１２からの位置検出信号を受けてＣＰＵ３１に位置検出信号を伝える。操作ボタン３５は、ＣＰＵ３１に接続されている。

ここで、この光学モジュール１を備えたカメラで、オートフォーカス制御を行う方法について説明する。操作ボタン３５が押されると、例えばオートフォーカス投受光器（図示せず）等によって被写体までの距離情報が取得される。ＣＰＵ３１は、被写体までの距離情報に対応した位置となるようにレンズ鏡筒１１を光軸方向に移動させるべく、モータ１６を駆動するための出力をドライバ３３に指示する。ドライバ３３は、指示に従って、モータ１６を駆動して、レンズ鏡筒１１を光軸方向に移動させる。

圧電センサ１２からは、レンズ鏡筒１１の光軸方向の位置検出信号が位置検出回路３４に供給され、位置検出回路３４からＣＰＵ３１へと伝えられる。

ＣＰＵ３１では、レンズ鏡筒１１の位置検出信号に基づいて、レンズ鏡筒１１（第１〜第３のレンズ１０ａ〜１０ｃ）の位置が被写体までの距離に応じた位置に移動されたかどうかが判定される。そして、ＣＰＵ３１において、レンズ鏡筒１１の位置が適切な位置に配置されたと判定された場合には、ドライバ３３にモータ１６の駆動を停止させる信号を出力する。このように光学モジュール１を備えたカメラでは、オートフォーカス制御が行われる。

また、光学モジュール１を備えたカメラで、ズーム制御を行う場合には、操作ボタン３５により所望の焦点距離情報がＣＰＵ３１に入力される。ＣＰＵ３１はこの所望の焦点距離情報に対応した位置になるようにレンズ鏡筒１１を光軸方向に移動させるべく、モータ１６を駆動するための出力をドライバ３３に指示する。ドライバ３３は、指示に従って、モータ１６を駆動して、レンズ鏡筒１１を光軸方向に移動させる。

圧電センサ１２からは、レンズ鏡筒１１の光軸方向の位置検出信号が位置検出回路３４に供給され、位置検出回路３４からＣＰＵ３１へと伝えられる。ＣＰＵ３１では、レンズ鏡筒１１の位置検出信号に基づいて、レンズ鏡筒１１の位置が所望の焦点距離情報に応じた位置に移動されたかどうかが判定される。そして、ＣＰＵ３１において、レンズ鏡筒１１の位置が適切な位置に配置されたと判定された場合には、ドライバ３３にモータ１６の駆動を停止させる信号を出力する。このように光学モジュール１を備えたカメラでは、ズーム制御が行われる。

本実施の形態の光学モジュール１では、レンズ鏡筒１１の光軸方向の位置を検出する位置検出用センサとして、非常に薄く小型化することが可能な圧電センサ１２を用いるようにしているので、カメラに光学モジュール１を組み込む際に、小スペース化を図ることができ、簡易な構成にすることができる。このため、光学モジュール１を搭載する携帯用電子機器の小型化を図ることができる。

また、本実施の形態の光学モジュール１では、圧電センサ１２は変位ΔＬに比例して電圧が生じるために、センシング用に電力を無駄に消費することがないので、省エネルギー化を図ることができる。ひいては、光学モジュール１を搭載する携帯用電子機器の省エネルギー化を図ることができる。

（実施形態２）
この発明の実施形態２に適用される光学モジュールの構成の一例が図６に示されている。この光学モジュール４０は、レンズ鏡筒１１の駆動源として、実施形態１におけるモータ１６の代わりに切欠環状(Ｃ型形状)の圧電アクチュエータ４１を用いている。その他の構成については実施形態１と同様であるので、実施形態１と異なる点についてのみ説明し、その他の説明については図面に同一の符号を付して省略する。なお、図６においては、図２におけるケース２０を省略している。

圧電アクチュエータ４１は、図７に示すように、Ｃ型の形状をしたバイモルフ型の圧電アクチュエータである。圧電アクチュエータ４１は、図６に示すように、レンズ鏡筒１１の大径の円筒部１１ａの周縁部１１２ａと対向するように、レンズ鏡筒１１の撮像素子１４側に配置されている。圧電アクチュエータ４１の切欠端４１ａ，４１ｂのうち一端の切欠端４１ａが基板１３上に固定されている。圧電アクチュエータ４１は、一対の圧電セラミックス板と一対の圧電セラミックス板の間に挟まれる金属板とから構成されている。一対の圧電セラミックス板それぞれの両面には、電極が形成されている。

この光学モジュール４０を備えたカメラで、オートフォーカス制御、または、ズーム制御を行う際には、ＣＰＵ３１が、適切な位置となるようにレンズ鏡筒１１を光軸方向に移動させるべく、圧電アクチュエータ４１を駆動するための出力をドライバ３３に指示する。ドライバ３３は、指示に従って、圧電アクチュエータ４１に所定の電圧を印加する。圧電アクチュエータ４１に所定の電圧が印加されると、図６（Ｂ）に示すレンズ鏡筒１１が初期位置にある状態から、図６（Ｃ）に示すように、被写体側の圧電セラミックス板は圧電横効果によって縮み、撮像素子１４側の圧電セラミックス板は圧電横効果によって伸びることにより、圧電アクチュエータ４１はＸ方向にΔＬだけ変位する。この圧電アクチュエータ４１の変位にともなって、レンズ鏡筒１１はＸ方向にΔＬだけ移動する。圧電センサ１２によるレンズ鏡筒１１の位置検出については、実施形態１と同様である。

本実施形態の光学モジュール４０では、レンズ鏡筒１１の駆動源としてモータの代わりに非常に薄い圧電アクチュエータ４１をレンズ鏡筒１１の撮像素子１４側に配置して用いるようにしたので、カメラに光学モジュール４０を組み込む際に、より小スペース化を図ることができる。このため、光学モジュール４０を搭載する携帯用電子機器をより小型化することができる。

（実施形態３）
この発明の実施形態３に適用される光学モジュールの構成の一例が図８に示されている。この光学モジュール５０は、レンズ鏡筒１１の駆動源として、実施形態１におけるモータ１６の代わりに圧電アクチュエータ５１を用いている。その他の構成については実施形態１と同様であるので、実施形態１と異なる点についてのみ説明し、その他の説明については図面に同一の符号を付して省略する。なお、図８においては、図２におけるケース２０を省略している。

圧電アクチュエータ５１は、図８に示すように、棒状の駆動部材５１ａと、圧電素子５１ｂと、駆動部材５１ａ及び圧電素子５１ｂを支持する支持台５１ｃとから構成されている。圧電素子５１ｂの上端が駆動部材５１ａに固定され、下端が支持台５１ｃに固定されている。棒状の駆動部材５１ａは、軸押さえ６０を介して付勢手段である予圧付勢バネ６１によってレンズ鏡筒１１の大径の円筒部１１ａ側に付勢されているとともに、レンズ鏡筒１１の光軸の方向（Ｘ方向）に移動可能になっている。圧電素子５１ｂは、積層型の圧電素子であり、電圧が印加されることによりレンズ鏡筒１１の光軸の方向（Ｘ方向）に伸縮可能である。圧電素子５１ｂは駆動部材５１ａに固定されているので、圧電素子５１ａが伸縮することにより、駆動部材５１ａがレンズ鏡筒１１の光軸方向に移動する。

この圧電アクチュエータ５１では、駆動部材５１ａが高速で移動すると、駆動部材５１ａとレンズ鏡筒１１との間に発生する摩擦力は小さくなり、駆動部材５１ａが低速で移動すると、駆動部材５１ａとレンズ鏡筒１１との間に発生する摩擦力は大きくなる。よって、この光学モジュール５０を備えたカメラで、オートフォーカス制御、または、ズーム制御を行う場合には、駆動部材５１ａがＸ方向に移動するときには低速となるように、駆動部材５１ａがＸ方向と逆方向に移動するときには高速となるように、ドライバ３３から圧電素子５１ｂに所定の電圧を印加することにより、レンズ鏡筒１１をＸ方向の所望の位置に移動させる。

本実施形態の光学モジュール５０では、レンズ鏡筒１１の駆動源としてモータの代わりにレンズ鏡筒１１の径方向に小さい圧電アクチュエータ５１を用いるようにしたので、カメラに光学モジュール５０を組み込む際に、より小スペース化を図ることができる。このため、光学モジュール５０を搭載する携帯用電子機器をより小型化することができる。

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、本各実施形態では、圧電センサ１２を一対の圧電セラミックス板１２ａ，１２ｂと金属板１２ｃとから構成されるものとして説明したが、圧電センサ１２の構成はこのような構成に限定されず、小スペース化を図れるものであれば、積層した圧電素子により構成されるものであってもよい。

また、本各実施形態では、圧電センサ１２の一端をケース２０の圧電センサ用溝２０ａで支持する例について説明したが、必ずしもケース２０で支持する必要はなく、支持部材を別途設けることにより支持するようにしてもよい。

また、本各実施形態では、第１〜第３のレンズ１０ａ〜１０ｃの３枚のレンズを備えたレンズ鏡筒１１について説明したが、レンズの数は３枚より少なくても、多くても本発明を適用することは可能である。

また、本各実施形態では、第１〜第３のレンズ１０ａ〜１０ｃの３枚のレンズを保持するレンズ鏡筒１１について説明したが、複数のレンズを一枚ずつ保持する各レンズホルダも本発明のレンズ鏡筒に含まれるものとする。

また、本各実施形態では、Ｃ型の圧電アクチュエータ４１や棒状の駆動部材５１ａを有する圧電アクチュエータ５１について説明したが、このような圧電アクチュエータに限らず、小スペースを図れる構成の圧電アクチュエータであれば本発明に適用することは可能である。

本発明の実施形態１に係る光学モジュールの構成を表す斜視図である。 本発明の実施形態１に係る光学モジュールの構成を表す平面図である。 （Ａ）は図１に示した光学モジュールの断面図、（Ｂ）はレンズ鏡筒が初期位置にある場合の光学モジュールの断面図、(Ｃ)はレンズ鏡筒が駆動時の場合の光学モジュールの断面図である。 図１に示した光学モジュールが備える圧電センサの概略構成図である。 図１に示した光学モジュールを備えたカメラにおいて、オートフォーカス制御またはズーム制御を行うための制御回路のブロック図である。 (Ａ)は本発明の実施形態２に係る光学モジュールの構成を表す斜視図、（Ｂ）はレンズ鏡筒が初期位置にある場合の光学モジュールの断面図、(Ｃ)はレンズ鏡筒が駆動時の場合の光学モジュールの断面図である。 図６に示した光学モジュールが備える圧電アクチュエータの概略構成図である。 (Ａ)は本発明の実施形態３に係る光学モジュールの構成を表す斜視図、（Ｂ）はレンズ鏡筒が初期位置にある場合の光学モジュールの断面図、(Ｃ)はレンズ鏡筒が駆動時の場合の光学モジュールの断面図である。

符号の説明

１，４０，５０ 光学モジュール
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ レンズ
１１ レンズ鏡筒
１２ 圧電センサ
１４ 撮像素子
１６ モータ
４１，５１ 圧電アクチュエータ

Claims (5)

1. 少なくとも１枚のレンズを保持するとともに、前記レンズと撮像面との距離を調整するために光軸方向に移動可能なレンズ鏡筒と、前記レンズ鏡筒を光軸方向に移動させるアクチュエータとを備えた光学モジュールであって、
   両端のうちの一端が前記レンズ鏡筒に固定され、他端が支持部材に固定されるとともに、前記レンズ鏡筒の位置を検出する圧電センサ
   を備えたことを特徴とする光学モジュール。
2. 前記支持部材が前記レンズ鏡筒を収納する筐体であ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. 前記アクチュエータは、前記レンズ鏡筒の撮像面側の周縁部と対向する切欠環状の圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。
4. 前記アクチュエータは、光軸方向に伸縮可能な圧電素子と、前記圧電素子の一端を固定する支持台と、前記圧電素子の他端に固定されるとともに前記圧電素子の伸縮により光軸方向に移動可能な駆動部材とを有し、
   前記光軸方向に移動可能な駆動部材を、前記レンズ鏡筒との間で摩擦力が生じるように前記レンズ鏡筒側に付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学モジュールを備えたことを特徴とする撮像装置。
   

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