JP2006184661A - レンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ機構を増やさず、かつ、大型のカム機構を搭載しなくても、焦点調整機能およびズーム機能の双方を搭載可能なレンズ駆動装置を提供すること。
【解決手段】 レンズ駆動装置１では、固定体２０側のステータ３０とレンズ保持体７０側のロータマグネット３５とのステッピングモータ３を利用して、レンズ保持体７０を光軸Ｌ方向に移動させ、合焦動作を行う。また、ズーム動作を行う際も、ステッピングモータ３を利用して、レンズ保持体２を光軸Ｌ方向に移動させてカム筒４０と第１のストッパ６１とを当接させ、あるいはカム筒４０と第２のストッパ６２とを当接させて、カム筒４０上で第１のレンズ体１１および第２のレンズ体１２をカム溝４１、４２に沿って広角方向あるいは望遠方向に移動させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、デジタルカメラなどに用いられるレンズ駆動装置に関するものである。

カメラ付き携帯電話機やデジタルカメラなどに搭載される薄型カメラは、撮影時における焦点調整動作を行う際のレンズ移動距離が通常のカメラに比較して短いので、レンズを直接、磁気駆動するレンズ駆動装置が用いられている。

このような磁気駆動タイプのレンズ駆動装置としては、例えば、レンズを保持するレンズホルダと、このレンズホルダの外周に取り付けられたリング状のマグネットと、マグネットに対向する駆動コイルとを有し、駆動コイルへの通電を制御することにより、レンズを光軸方向に直動させるものが案出されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１５０７５９号公報

しかしながら、この種のレンズ駆動装置においては、焦点調整機能に加えて、ズーム機能を有するものが求められているが、ズーム機能を追加するためにモータ機構を追加するとレンズ駆動装置が大型化してしまい、デジルタルカメラ付き携帯電話機やデジタルカメラなどに搭載できなくなってしまうという問題点がある。かといって、共通のモータ機構によって、共通のカム軸を回転させ、その回転を各カム機構を介して伝達してレンズの焦点調整動作およびズーム動作を行うと、モータ機構が１つで済むが、カム機構が複雑で大型化してしまう。その結果、組立に多大な手間がかかり、かつ、デジルタルカメラ付き携帯電話機やデジタルカメラなどに搭載するにはサイズおよび重量面で好ましくないという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、モータ機構を増やさず、かつ、大型のカム機構を搭載しなくても、焦点調整機能およびズーム機能の双方を搭載可能なレンズ駆動装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、固定体に保持された環状のステータと、前記ステータの内側に少なくとも第１のレンズ体および第２のレンズ体を保持するレンズ保持体に搭載され、前記ステータと周面同士が対向するロータマグネットと、光軸周りに回転する前記レンズ保持体を光軸方向に沿って移動させるガイド機構とを備えた焦点調整機構を有するレンズ駆動装置において、さらに、前記レンズ保持体上で前記第１のレンズ体および前記第２のレンズ体を各々広角方向および望遠方向に移動させるズーム機構を有し、当該ズーム機構は、前記レンズ保持体の内側で前記レンズ保持体と一体に光軸方向の移動および光軸回りの回転が可能で、かつ、当該レンズ保持体に対して周方向に相対回転可能なカム筒と、前記レンズ保持体が光軸方向の一方側に回転しながら移動してきたとき、前記レンズ保持体の回転を許容する一方、前記カム筒の回転を阻止する第１のストッパと、前記レンズ保持体が光軸方向の他方側に回転しながら移動してきたとき、前記レンズ保持体の回転を許容する一方、前記カム筒の回転を阻止する第２のストッパとを備え、前記第１のレンズ体および第２のレンズ体は、前記カム部材側において周方向に延びて当該第１のレンズ体および当該第２のレンズ体を各々広角方向および望遠方向に移動させる第１のカム溝および第２のカム溝と、前記レンズ支持体側において光軸方向に延びたガイド溝とに支持された状態で前記レンズ保持体に保持されていることを特徴とする。すなわち、焦点合わせに必要なレンズ保持体の移動範囲の両外側（光軸方向の一方側および他方側）において、焦点調整と同様、レンズ保持体の回転を利用してズーム切り替えを行うことを特徴とする。

本発明では、カム筒を介して第１のレンズ体および第２のレンズ体をレンズ保持体に保持させ、固定体側のステータとレンズ保持体側のロータマグネットとのモータ機構を利用して、レンズ保持体を光軸方向に移動させる。すなわち、合焦動作を行う際、カム筒は、レンズ保持体とともに、回転しながら光軸方向に送り駆動される。ここで、レンズ保持体が光軸方向の一方側に移動してきたとき、第１のストッパは、カム部材の回転を阻止するが、レンズ保持体の回転を許容するため、第１のレンズ体および第２のレンズ体は、ガイド溝によって周方向に押圧されてカム筒の第１のカム溝および第２のカム溝に沿って広角方向および望遠方向の一方側に移動し、ズーム動作が行われる。これに対して、レンズ保持体が光軸方向の他方側に移動してきたとき、第２のストッパは、カム部材の回転を阻止するが、レンズ保持体の回転を許容するため、第１のレンズ体および第２のレンズ体は、ガイド溝によって周方向に押圧されてカム筒の第１のカム溝および第２のカム溝に沿って広角方向および望遠方向の他方側に移動し、ズーム動作が行われる。従って、本発明によれば、共通のモータ機構を駆動源とし、かつ、簡素なカム機構を用いるだけで、合焦動作およびズーム動作を行うことができる。

本発明において、前記ガイド溝は、例えば、前記レンズ保持体の内側に固着されたガイド筒に形成されている構成を採用することができる。

本発明において、前記ガイド機構は、例えば、前記レンズ保持体側と前記固定体側との間に構成されたネジ機構あるいはカム機構によって構成される。

本発明に係るレンズ駆動装置は、固定体側のステータとレンズ保持体側のロータマグネットとのモータ機構を利用して、レンズ保持体を光軸方向に移動させ、合焦動作を行う。また、ズーム動作を行う際も、固定体側のステータとレンズ保持体側のロータマグネットとのモータ機構を利用して、レンズ保持体を光軸方向の一方側あるいは他方側に移動させてカム筒と第１のストッパとを当接させ、あるいはカム筒と第２のストッパとを当接させて、カム筒上で第１のレンズ体および第２のレンズ体を第１のカム溝および第２のカム溝に沿って広角方向あるいは望遠方向に移動させる。すなわち、焦点合わせに必要なレンズ保持体の移動範囲の両外側（光軸方向の一方側および他方側）において、焦点調整と同様、レンズ保持体の回転を利用してズーム切り替えを行う。従って、本発明によれば、共通のモータ機構を駆動源とし、かつ、簡素なカム機構を用いるだけで、合焦動作およびズーム動作を行うことができる。よって、合焦機能およびズーム機能の双方を搭載したレンズ駆動装置の小型、軽量化を図ることができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したレンズ駆動装置を説明する。

（全体構成、および合焦機構の構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用したレンズ駆動装置においてレンズが至近距離位置にある状態を示す断面図、およびレンズが無限遠位置にある状態を示す断面図である。図２は、本形態のレンズ駆動装置の要部の分解斜視図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、カム筒の一部を切り欠いてカム溝の一部を示す説明図、このカム溝によってレンズが望遠位置および広角位置に移動する様子を示す説明図、およびロータマグネットの回転角と動作範囲との関係を示す説明図である。なお、図１（ａ）、（ｂ）のいずれにおいても図面に向かって左半分にはレンズが望遠位置にある状態を示し、右半分には広角位置にある状態を示してある。

図１および図２において、本形態のレンズ駆動装置１は、固定体２０として、撮像素子ホルダ２１とキャップ２２とを有しており、これらの部材のいずれにも、光路を確保するための開口が形成されている。本形態では、レンズ系として、光軸Ｌ方向に沿って被写体の側（物体側）から撮像素子の側（像側）に向かって、レンズ体１０、前側の第１の移動レンズ体１１、および後側の第２の移動レンズ体１２を有しており、これらのレンズ体のうち、レンズ体１０は、円筒形のレンズ保持体７０に直接、保持され、第１のレンズ体および第２のレンズ体は、後述するカム筒４０を介してレンズ保持体７０に保持されている。レンズ保持体７０において、レンズ体１０より被写体側には、カバーガラス１４が固着されている。また、第１の移動レンズ体１１に対して撮像素子側には絞り部材１５が固着されている。なお、撮像素子ホルダ２１、キャップ２２、レンズ体１０、第１の移動レンズ体１１、第２の移動レンズ体１２、およびレンズ保持体７０などは、例えば、ＰＯＭ、ＰＡ、ＡＳ、ＡＢＳ、ＰＥなどの樹脂で構成されている。

本形態において、固定体２０の側、すなわち、キャップ２２と撮像素子ホルダ２１との間には、内ヨーク３２、環状の駆動コイル３１および外ヨーク３３からなる２組のステータ３０が光軸Ｌ方向に重ねて配置され、ステータ３０の内周面には、内ヨーク３２および外ヨーク３３の極歯が周方向に交互に配列されている。これに対して、レンズ保持体７０において下端側で広がるフランジ部７１の外周縁には、その段部を利用して円筒状のロータマグネット３５が固着され、ロータマグネット３５の外周面はステータ３０の内周面と対向する状態にある。ここで、ロータマグネット３５は、周方向にＮ極とＳ極とが交互に形成されており、ロータマグネット３５とステータ３０とによってＰＭ型のステッピングモータ３が構成されている。

レンズ保持体７０の胴部とロータマグネット３５の内周面との間には環状空間が確保されており、この環状空間には、キャップ２２の内周縁から光軸Ｌ方向の撮像素子側に向けて円筒部２２０が突き出している。ここで、レンズ保持体７０の胴部の外周面には雄ネジ７２（図２参照）が形成されている一方、キャップ２２の円筒部２２０の内周面には雌ネジが形成されており、これらのネジ機構からなるガイド機構２によって、レンズ保持体７０は、固定体２０に対して光軸Ｌ周りに回転可能に支持され、かつ、光軸Ｌ周りに回転しながら光軸Ｌ方向に移動可能である。なお、ガイド機構２を構成するにあたっては、カム溝とカムピンとからなるカム機構を採用してもよい。

このようにして本形態では、ステッピングモータ３、レンズ保持体７０、およびガイド機構２（ネジ機構）によって、焦点調整機構が構成されている。すなわち、焦点調整機構においては、ステータ３０の駆動コイル３１に給電すると、ロータマグネット３５の回転力がレンズ保持体７０に伝達される結果、レンズ保持体７０は、レンズ体１０、第１の移動レンズ体１１および第２の移動レンズ体１２を保持したまま、ガイド機構２によってガイドされて光軸Ｌ周りに４５０°回転しながら、図１（ａ）に示す至近距離位置と、図１（ｂ）に示す無限遠位置との間で往復移動する。

（ズーム機構の構成）
このように構成したレンズ駆動装置１において、レンズ体１０は、レンズ保持体７０の上端部に直接、固定されているが、第１の移動レンズ体１１および第２の移動レンズ体１２はいずれも、レンズ保持体７０の内側に配置された円筒状のカム筒４０を介してレンズ保持体７０に保持されている。

カム筒４０は、円筒状の胴部４８と、上端部で広がる上端側フランジ部４６と、下端部で広がる下端側フランジ部４７とを備えている。胴部４８において、光軸Ｌ方向で離間した位置には、第１の移動レンズ体１１から外周側に等角度間隔で突き出た３本の支持軸１１１が各々貫通する３条の第１のカム溝４１と、第２の移動レンズ体１２から外周側に等角度間隔で突き出た３本の支持軸１２１が各々貫通する３条の第２のカム溝４２とが形成され、これらのカム溝４１、４２は、各々周方向における９０°の角度範囲にわたって等角度間隔に形成されている。このため、第１の移動レンズ体１１および第２の移動レンズ体１２は各々、第１のカム溝４１および第２のカム溝４２によってカム筒４０に対して光軸Ｌ方向に支持され、かつ、支持軸１１１、１２１が第１のカム溝４１および第２のカム溝４２内で移動可能な角度範囲において光軸Ｌ回りにカム筒４０に対して相対回転可能である。

図２および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のカム溝４１は、それを展開した状態で斜めに略直線的に延びており、本形態では、第１のカム溝４１の両端部のうち、時計周りＣＷ側に位置する端部４１１が第１の移動レンズ体１１の望遠位置であり、反時計周りＣＣＷ側に位置する端部４１２が第１の移動レンズ体１１の広角位置である。これに対して、第２のカム溝４２は、それを展開した状態で長さ方向の中央部分が撮像素子側に湾曲した形状を有しており、本形態では、第２のカム溝４２の両端部のうち、時計周りＣＷ側に位置する端部４２１が第２の移動レンズ体１２の望遠位置であり、反時計周りＣＣＷ側に位置する端部４２２が第２の移動レンズ体１２の広角位置である。

再び図１および図２において、レンズ保持体７０の胴部の内周面には、円筒状のガイド筒５０が接着固定されており、本形態では、カム筒４０の上端側フランジ部４６は、ガイド筒５０の上端部に被さった状態にある。また、カム筒４０の下端側フランジ部４７は、レンズ保持体７０の下端側を覆い、さらに外周側に張り出している。従って、カム筒４０は、レンズ保持体７０と一体に光軸Ｌ方向に移動可能、かつ、レンズ保持体７０と一体に光軸Ｌ周りに回転可能であるとともに、移動レンズ保持体７０に対して周方向に相対回転可能な状態にある。

ここで、ガイド筒５０の外周面では、光軸Ｌ方向に延びた３本のガイド溝５１が等角度間隔に形成され、ガイド溝５１には、第１の移動レンズ体１１から外周側に突き出た３本の支持軸１１１の先端部、および第２の移動レンズ体１２から外周側に突き出た３本の支持軸１２１の先端部が各々嵌まっている。このようにして、第１の移動レンズ体１１および第２の移動レンズ体１２は、支持軸１１１、１２１がガイド溝５１によって周方向で支持された状態でレンズ保持体７０に保持されている。ここで、ガイド溝５１は、第１の移動レンズ体１１および第２の移動レンズ体１２が望遠位置および広角位置に移動可能な長さ寸法をもって形成されている。

さらに、本形態では、カム筒４０の下端側フランジ部４７では外周側に１つの突起４５が突き出ている一方、撮像素子ホルダ２１の内周面には、光軸Ｌ方向に離間する位置に第１のストッパ６１および第２のストッパ６２が突起として形成されている。これらのストッパのうち、光軸Ｌ方向の一方側（被写体側）に位置する第１のストッパ６１は、自動焦点調整の際、レンズ保持体７０が光軸Ｌ方向の一方側（被写体側）の至近距離位置に到達したとき、カム筒４０の突起４５と当接する位置に形成され、光軸Ｌ方向の他方側（撮像素子側）に位置する第２のストッパ６２は、自動焦点調整の際、レンズ保持体７０が光軸Ｌ方向の他方側（撮像素子側）の無限遠位置に到達したとき、カム筒４０の突起４５と当接する位置に形成されている。

なお、カム筒４０やガイド筒５０は、例えば、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＯＭ、ＰＡ、ＡＳ、ＡＢＳ、ＰＥなどの樹脂で構成されている。

（ズーム動作）
このように構成したレンズ駆動装置１において、ズーム動作は、自動焦点調整が行われる前に実施する。ここで、本形態のレンズ駆動装置１におけるロータマグネットの回転角と動作範囲との関係は図３（ｃ）に示す通りである。

本形態では、まず、図１（ｂ）の左半部に示すように、レンズ保持体７０が無限遠位置にあって、第１の移動レンズ体１１および第２の移動レンズ体１２が望遠位置にあるとする。

この状態から、第１の移動レンズ体１１および第２の移動レンズ体１２を、広角位置に移動させる場合には、ステッピングモータ３においてロータマグネット３５およびレンズ保持体７０を反時計周りＣＣＷに回転させて、レンズ保持体７０を回転させながら至近距離位置に向けて移動させると、カム筒４０の突起４５の反時計周りＣＣＷ側に位置する側面４５１が第１のストッパ６１の時計周りＣＷ側に位置する側面６１１に当接する。従って、第１のストッパ６１は、カム筒４０の回転を阻止するが、レンズ保持体７０の回転を許容するため、ステッピングモータ３がロータマグネット３５およびレンズ保持体７０をさらに９０°反時計周りに回転させると、ガイド溝５１は第１の移動レンズ体１１の支持軸１１１および第２の移動レンズ体１２の支持軸１２１を反時計周りＣＣＷの方向に移動させるので、図１（ａ）の右半部に示すように、レンズ保持体７０が至近距離位置にあって、かつ、第１の移動レンズ体１１および第２の移動レンズ体１２が広角位置となる。

このようにしてズーム動作を行った後、ステッピングモータ３がロータマグネット３５およびレンズ保持体７０を時計周りに所定角度、回転させれば、レンズ保持体７０を回転させながら光軸Ｌ方向に移動させることができるので、焦点調整動作を行うことができる。このような焦点調整動作を行う際、ステッピングモータ３がロータマグネット３５およびレンズ保持体７０を時計周りＣＷに回転させるが、カム筒４０の突起４５が第２のストッパ６２に当接するまで、図１（ｂ）の右半部に示すように、第１の移動レンズ体１１および第２の移動レンズ体１２は広角位置にある。

これに対して、第１の移動レンズ体１１および第２の移動レンズ体１２を望遠位置にする場合には、図１（ｂ）の右半部に示す状態になった以降も、ステッピングモータ３によってロータマグネット３５およびレンズ保持体７０を時計周りＣＷに回転させて、レンズ保持体７０を回転させながら無限遠位置に向かって移動させると、カム筒４０の突起４５の時計周りＣＷ側に位置する側面が第２のストッパ６２の反時計周りＣＣＷ側に位置する側面６２１に当接する。従って、第２のストッパ６２は、カム筒４０の回転を阻止するが、レンズ保持体７０の回転を許容するため、ステッピングモータ３がロータマグネット３５およびレンズ保持体７０をさらに９０°時計周りＣＷに回転させると、ガイド溝５１は第１の移動レンズ体１１の支持軸１１１および第２の移動レンズ体１２の支持軸１２１を時計周りＣＷの方向に移動させるので、図１（ａ）の左半部に示すように、レンズ保持体７０が無限遠位置にあって、第１の移動レンズ体１１および第２の移動レンズ体１２が望遠位置となる。

このようにしてズーム動作を行った後、ステッピングモータ３がロータマグネット３５およびレンズ保持体７０を反時計周りＣＣＷに所定角度、回転させれば、レンズ保持体７０を回転させながら光軸Ｌ方向に移動させることができるので、焦点調整動作を行うことができる。このような焦点調整動作を行う際、ステッピングモータ３がロータマグネット３５およびレンズ保持体７０を反時計周りＣＣＷに回転させるが、カム筒４０の突起４５が第１のストッパ６１に当接するまで、図１（ａ）の左半部に示すように、第１の移動レンズ体１１および第２の移動レンズ体１２は望遠位置にある。

（本形態の効果）
以上説明したように、本形態に係るレンズ駆動装置１は、固定体２０側のステータ３０とレンズ保持体７０側のロータマグネット３５とのモータ機構を利用して、レンズ保持体７０を光軸Ｌ方向に移動させ、合焦動作を行う。また、ズーム動作を行う際も、固定体２０側のステータ３０とレンズ保持体７０側のロータマグネット３５とのモータ機構を利用して、レンズ保持体７０を光軸Ｌ方向の一方側あるいは他方側に移動させてカム筒４０と第１のストッパ６１とを当接させ、あるいはカム筒４０と第２のストッパ６２とを当接させて、カム筒４０上で第１のレンズ体および第２のレンズ体をカム溝に沿って広角方向あるいは望遠方向に移動させる。すなわち、焦点合わせに必要なレンズ保持体７０の移動範囲の両外側（光軸方向の一方側および他方側）において、焦点調整と同様、レンズ保持体７０の回転を利用してズーム切り替えを行う。従って、本発明によれば、共通のモータ機構を駆動源とし、かつ、簡素なカム機構を用いるだけで、合焦動作およびズーム動作を行うことができる。よって、合焦機能およびズーム機能の双方を搭載したレンズ駆動装置１の小型、軽量化を図ることができる。

（その他の実施の形態）
上記形態では、レンズ保持体７０の内側に固着したガイド筒５０にガイド溝５１を形成したが、レンズ保持体７０自身にガイド溝５１を形成してもよい。

（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用したレンズ駆動装置においてレンズが至近距離位置にある状態を示す断面図、およびレンズが無限遠位置にある状態を示す断面図である。 図１に示すレンズ駆動装置の要部の分解斜視図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図１に示すレンズ駆動装置において、カム筒の一部を切り欠いてカム溝の一部を示す説明図、このカム溝によってレンズが望遠位置および広角位置に移動する様子を示す説明図、およびロータマグネットの回転角と動作範囲との関係を示す説明図である。

符号の説明

１ レンズ駆動装置
２ ガイド機構
３ ステッピングモータ
１０ レンズ体
１１ 第１の移動レンズ体
１２ 第２の移動レンズ体
２０ 固定体
２１ 撮像素子ホルダ
２２ キャップ
３０ ステータ
３５ ロータマグネット
４０ カム筒
４１ 第１のカム溝
４２ 第２のカム溝
５０ ガイド筒
５１ ガイド溝
６１ 第１のストッパ
６２ 第２のストッパ
７０ レンズ保持体

Claims (3)

1. 固定体に保持された環状のステータと、前記ステータの内側に少なくとも第１のレンズ体および第２のレンズ体を保持するレンズ保持体に搭載され、前記ステータと周面同士が対向するロータマグネットと、光軸周りに回転する前記レンズ保持体を光軸方向に沿って移動させるガイド機構とを備えた焦点調整機構を有するレンズ駆動装置において、
   さらに、前記レンズ保持体上で前記第１のレンズ体および前記第２のレンズ体を各々広角方向および望遠方向に移動させるズーム機構を有し、
   当該ズーム機構は、前記レンズ保持体の内側で前記レンズ保持体と一体に光軸方向の移動および光軸回りの回転が可能で、かつ、当該レンズ保持体に対して周方向に相対回転可能なカム筒と、前記レンズ保持体が光軸方向の一方側に回転しながら移動してきたとき、前記レンズ保持体の回転を許容する一方、前記カム筒の回転を阻止する第１のストッパと、前記レンズ保持体が光軸方向の他方側に回転しながら移動してきたとき、前記レンズ保持体の回転を許容する一方、前記カム筒の回転を阻止する第２のストッパとを備え、
   前記第１のレンズ体および第２のレンズ体は、前記カム部材側において周方向に延びて当該第１のレンズ体および当該第２のレンズ体を各々広角方向および望遠方向に移動させる第１のカム溝および第２のカム溝と、前記レンズ支持体側において光軸方向に延びたガイド溝とに支持された状態で前記レンズ保持体に保持されていることを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 請求項１において、前記ガイド溝は、前記レンズ保持体の内側に固着されたガイド筒に形成されていることを特徴とするレンズ駆動装置。
3. 請求項１または２において、前記ガイド機構は、前記レンズ保持体側と前記固定体側との間に構成されたネジ機構あるいはカム機構によって構成されていることを特徴とするレンズ駆動装置。

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