JP2007279508A

JP2007279508A - レンズ駆動機構

Info

Publication number: JP2007279508A
Application number: JP2006107674A
Authority: JP
Inventors: Teru Ikeda; 輝池田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】シンプルな構成で省スペース，ローコストなレンズ駆動機構を提供する。
【解決手段】レンズ部１７は、ガイド部材１４，１５に案内され、天板１２と地板１３との間に移動自在に設けられている。ガイド部材１４は、熱伝導性を有する金属から形成され、この中空部にワイヤ状のヒータ１８が挿通されている。天板１２と被ガイド部２３との間にはコイルバネ形状の引っ張りバネ２６が設けられ、被ガイド部２３と地板１３との間にはコイルバネ形状の人工筋肉２８が設けられている。ヒータ１８に通電すると、ガイド部材１４が加熱され、人工筋肉２８が収縮し、引っ張りバネ２６の引っ張り力に抗して、レンズ部１７が初期位置から地板１３側の所定位置に移動する。ヒータ１８への通電を停止すると、人工筋肉２８が元の形状に戻り、レンズ部１７が初期位置に戻る。前記所定位置は、ヒータ１８への通電を制御することにより、任意に決めることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、レンズ駆動機構に関し、更に詳しくは小型電子機器用の撮像装置に用いられる撮影レンズのレンズ駆動機構に関するものである。

近年、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの小型電子機器には、モジュール化された超小型の撮像装置が組み込まれるのが一般的になっている。この撮像装置は、デジタルカメラと同様に、ＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子によって光学画像を電気信号に変換した後、この電気信号をデジタルの画像データに変換してメモリカードなどに記憶する。

前記撮像装置では、小型化のため、これまでピント合わせが不要なパンフォーカスの撮影レンズが用いられてきたが、最近では高画質化への要望が強く、オートフォーカス機能付きのものが発表されている（例えばパナソニックＳＣデバイスソリューションズ株式会社が開発した「ＧＰ−ＫＭ３５０Ｖ」（商標））。

このようなオートフォーカス機構を実現するために形状記憶合金が用いられているものが知られている（例えば特許文献１〜４）。特許文献１記載のレンズ駆動装置は、開口を有する地板と、開口の中心を通る光軸に沿って駆動可能に地板の上に配されたレンズ部と、通電に応じてレンズ部を駆動する動力部材とからなり、動力部材は通電による自己発熱で変形してレンズ部に作用する形状記憶合金の板材からなる。この板材は地板に対して平行に配されており、自己発熱による反り変形に応じて自由端が地板と垂直に変位してレンズ部を駆動する。

なお、Ti-Ni系形状記憶合金を原料にした繊維状のバイオメタル（BioMetal)（トキ・コーポレーション株式会社の登録商標）が知られている。このバイオメタルは、特に電流を流しニクロム線のように自己発熱させて動かすもので、形状記憶効果を利用した人間の筋肉のように柔らかく伸縮する人工筋肉的なアクチュエータである。したがって、このような形状記憶合金を一般的に「人工筋肉」と呼称している。

また、特許文献２記載の制御機構は、対物レンズを移動させるために可動なアクチュエータと、対物レンズを移動させるためにアクチュエータを動かすよう、加熱されると記憶された形状に縮められる形状記憶合金（ＳＭＡと略す）とを有する、対物レンズ用のレンズ移動機構は、ＳＭＡワイヤが適所に固定される両端と、両端の間にあり、ＳＭＡワイヤが縮められるよう加熱されるとアクチュエータを動かすためにアクチュエータと直接的に接触する中間可動部分とを有するものである。

また、特許文献３記載のアクチュエータは、ガイド棒の周りにスパイラル状に巻回された形状記憶合金の管からなるコイルバネと、このコイルバネの管内に内蔵された発熱抵抗体とサーモスタットと、前記ガイド棒の周りにスパイラル状に巻回され、コイルバネを一方向へ付勢するバイアスバネとからなる。前記発熱抵抗体への通電がオフの状態では、コイルバネは伸びた状態になっている。前記発熱抵抗体への通電がオンにされコイルバネの温度が上昇し、コイルバネが収縮する。コイルバネの温度が３０℃に達すると、コイルバネ内のサーモスタットは導通がなくなり電流が切れ、コイルバネが伸長する。これにより、アクチュエータはピストンエンジンのような動きをなす。
特開２０００−０５６２０８号公報特開２００２−２４４０１５号公報特開平０７−３１７６５０号公報

上記特許文献１記載のレンズ駆動装置では、鏡筒横に板状の形状記憶合金を配置しているため、板の幅だけ装置が大きくなるという欠点がある。また、上記特許文献２記載の制御機構では、鏡筒横に形状記憶合金を線状に配置しているため、その長さ分だけ余分なスペースを必要とし、小型化が困難である。また、形状記憶合金の伸縮を鏡筒の移動に変換する上で形状記憶合金の伸縮を拡大する機構を用いているが、形状記憶合金の長さが短いと、鏡筒の移動量の微妙な制御が困難になり、逆に形状記憶合金の長さを長くすると、小型化できないという欠点がある。また、上記特許文献３記載のアクチュエータでは、管状の形状記憶合金を用い、その内部に発熱抵抗体とサーモスタットとを内蔵する関係上、構造が複雑で高価となるという欠点がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、シンプルな構成で省スペース，ローコストなレンズ駆動機構を提供することを目的とする。

本発明のレンズ駆動機構は、天板と地板とを所定の間隔で平行に連結する熱伝導性を有する棒状のガイド部材と、このガイド部材を加熱するヒータと、前記ガイド部材に遊挿される被ガイド部を介してガイド部材に案内され、前記天板側の初期位置とこれと異なる所定位置との間で光軸方向に移動自在に設けられたレンズ部と、このレンズ部を所定位置から初期位置へ付勢する付勢部材と、前記ガイド部材の周りにスパイラル状に巻き回され、一端部が地板、他端部が被ガイド部にそれぞれ固定されるとともに、前記ヒータでガイド部材を加熱することにより収縮して付勢部材の付勢に抗してレンズ部を初期位置から所定位置に移動させ、前記ヒータによるガイド部材の加熱を停止することにより弛緩して元の形状に戻るとともに、前記付勢部材の付勢によるレンズ部の所定位置から初期位置への復帰を許容するコイルバネ形状の人工筋肉と、前記ヒータへの通電を制御することにより人工筋肉の収縮・弛緩を調整し、前記レンズ部を任意の所定位置に停止させる制御部とを備えたことを特徴とする。

また、前記付勢部材は、前記ガイド部材の周りにスパイラル状に巻き回され、一端部が天板、他端部が被ガイド部にそれぞれ固定され、前記レンズ部を天板側に向かって引っ張るコイルバネであることを特徴とする。また、前記ガイド部材は円筒状であるとともに前記ヒータはワイヤ状をしており、前記ヒータは前記ガイド部材の中空部に挿通されていることを特徴とする。

また、天板と地板とを所定の間隔で平行に連結する熱伝導性を有する棒状の第１ガイド部材と、この第１ガイド部材に平行して設けられ、前記第１ガイド部材と協働して天板と地板とを前記間隔と同じ間隔で平行に連結する棒状の第２ガイド部材と、前記第１ガイド部材を加熱するヒータと、前記第１，第２ガイド部材に遊挿される第１，第２被ガイド部を介して第１，第２ガイド部材に案内され、前記天板側の初期位置とこれと異なる所定位置との間で光軸方向に移動自在に設けられたレンズ部と、このレンズ部を所定位置から初期位置へ付勢する付勢部材と、前記第１ガイド部材の周りにスパイラル状に巻き回され、一端部が地板、他端部が第１被ガイド部にそれぞれ固定されるとともに、前記ヒータで第１ガイド部材を加熱することにより収縮して付勢部材の付勢に抗してレンズ部を初期位置から所定位置に移動させ、前記ヒータによる第１ガイド部材の加熱を停止することにより弛緩して元の形状に戻るとともに、前記付勢部材の付勢によるレンズ部の所定位置から初期位置への復帰を許容するコイルバネ形状の人工筋肉と、前記ヒータへの通電を制御することにより人工筋肉の収縮・弛緩を調整し、前記レンズ部を任意の所定位置に停止させる制御部とを備えたことを特徴とする。

また、前記付勢部材は、前記第２ガイド部材の周りにスパイラル状に巻き回され、一端部が地板、他端部が第２被ガイド部にそれぞれ固定され、前記レンズ部を天板側の初期位置に向かって付勢するコイルバネであることを特徴とする。また、前記第１ガイド部材は円筒状であるとともに前記ヒータはワイヤ状をしており、前記ヒータは前記第１ガイド部材の中空部に挿通されていることを特徴とする。

本発明のレンズ駆動機構によれば、熱伝導性を有するガイド部材の周りにコイルバネ形状の人工筋肉をスパイラル状に巻き回し、前記ガイド部材を加熱するヒータへの通電を制御することにより人工筋肉を収縮・弛緩してレンズ部を任意の所定位置に停止させるので、シンプルな構成で省スペース，ローコストを達成できる。また、レンズ部を所定位置から初期位置へ付勢する付勢部材は、前記ガイド部材に設けられ、レンズ部を天板側に向かって引っ張るコイルバネであることが望ましい。また、前記ガイド部材は円筒状であるとともに前記ヒータはワイヤ状をしており、前記ヒータは前記ガイド部材の中空部に挿通されることが望ましい。

また、レンズ部を一対の第１，第２ガイド部材で案内されるようにし、熱伝導性を有する第１ガイド部材の周りにコイルバネ形状の人工筋肉をスパイラル状に巻き回し、第１ガイド部材を加熱するヒータへの通電を制御することにより人工筋肉を収縮・弛緩してレンズ部を任意の所定位置に停止させるので、シンプルな構成で省スペース，ローコストを達成できる。また、レンズ部を所定位置から初期位置へ付勢する付勢部材は、前記第２ガイド部材に設けられ、レンズ部を天板側に向かって付勢するコイルバネであることが望ましい。また、前記第１ガイド部材は円筒状であるとともに前記ヒータはワイヤ状をしており、前記ヒータは前記第１ガイド部材の中空部に挿通されることが望ましい。

本発明のレンズ駆動機構を適用した第１実施形態であるレンズモジュールの構成を示す図１及び図２において、レンズモジュール１０は、天板１２と地板１３とを円筒状のガイド部材１４と円柱状のガイド部材１５とによって所定の間隔で平行に離間した状態に連結し、前記ガイド部材１４，１５にレンズ部１７を移動自在に設けてある。また、ガイド部材１４の両端部は、天板１２と地板１３の各外面から露呈されている。また、前記天板１２，地板１３は、各中央部に露光用の開口１２ａ，１３ａを形成したドーナツ状をしている。

前記ガイド部材１４は、熱伝導性を有する金属から形成されており、この中空部には、発熱抵抗体であるワイヤ状のヒータ１８が挿通されている。このヒータ１８には、ヒータ１８に供給するパルス電流を制御する通電制御部１９が接続されている。この通電制御部１９からパルス電流がヒータ１８に供給されると、ヒータ１８が発熱し、ガイド部材１４が加熱される。なお、前記ヒータ１８としては、例えばニクロム線が用いられる。

前記レンズ部１７は、撮影レンズ２１と、これを保持する円筒状のレンズホルダ２２とからなる。このレンズホルダ２２の外周面には、撮影レンズ２１の光軸Ｌを中心とする点対称の位置に、前記外周面と一体に一対の腕部２２ａ，２２ｂが垂直に立設され、その先端部には、前記ガイド部材１４，１５が遊挿される円筒状の被ガイド部２３，２４が腕部２２ａ，２２ｂと一体に形成されている。

前記天板１２と被ガイド部２３との間には、前記ガイド部材１４の周りにスパイラル状に巻き回され、一端部が天板１２、他端部が被ガイド部２３にそれぞれ固定されたコイルバネ形状の引っ張りバネ２６が設けられている。また、前記被ガイド部２３と地板１３との間には、前記ガイド部材１４の周りにスパイラル状に巻き回され、一端部が被ガイド部２３、他端部が地板１３にそれぞれ固定されたコイルバネ形状の人工筋肉２８が設けられている。

前記人工筋肉２８は、周知のように形状記憶合金の一種類であり、ガイド部材１４により加熱されると収縮し、加熱が停止されると弛緩して元の形状に戻る特質を有する。したがって、コイルバネ形状の人工筋肉２８は、非加熱状態と加熱状態とにより、ガイド部材１４に沿って伸縮される。

このように構成されたレンズモジュール１０の作用を説明する。引っ張りバネ２６の引っ張り力によって被ガイド部２３が常に天板１２側に引っ張られている。通電制御部１９からパルス電流がヒータ１８に供給される以前は、図１に示すように、引っ張りバネ２６の引っ張り力に補助され、コイルバネ状の人工筋肉２８が弛緩して伸びており、予め記憶された所定の形状（元の形状）になっている。この状態で停止したレンズ部１７の位置がレンズ部１７の初期位置である。

通電制御部１９からパルス電流がヒータ１８に供給されると、ヒータ１８が発熱し、ガイド部材１４が加熱される。これにより、図２に示すように、ガイド部材１４の外側にある人工筋肉２８が加熱して収縮し、引っ張りバネ２６の引っ張り力に抗して、レンズ部１７が初期位置から地板１３側の所定位置に移動する。

前記所定位置は、通電制御部１９からヒータ１８に供給されるパルス電流を制御してガイド部材１４の温度を調節することにより、任意に決めることができる。また、ヒータ１８に供給されるパルス電流を停止すると、人工筋肉２８が弛緩して元の形状に戻ろうとするとともに、これを引っ張りバネ２６の引っ張り力が補助するから、レンズ部１７が初期位置に戻る。

例えば、レンズモジュール１０をカメラ付き携帯電話のカメラ部に組み込めば、被写体距離の測距データに応じてヒータ１８に供給されるパルス電流を制御することにより、測距データに応じた高精度のピント合わせを行なうことができる。なお、図示していないが、ガイド部材１４の温度をモニタする温度センサをガイド部材１４の近傍に設けるのが好ましい。

次に本発明の第２実施形態を図３及び図４を参照して説明する。なお、第１実施形態と同じ部材には同じ符号を付し、説明を省略する。第２実施形態のレンズモジュール３０では、前記被ガイド部２３と地板１３との間には、前記ガイド部材１４の周りにスパイラル状に巻き回され、一端部が被ガイド部２３、他端部が地板１３にそれぞれ固定されたコイルバネ形状の人工筋肉２８が設けられている。

また、前記被ガイド部２４と地板１３との間には、前記ガイド部材１５の周りにスパイラル状に巻き回され、一端部が被ガイド部２４、他端部が地板１３にそれぞれ固定されたコイルバネ３２が設けられている。このコイルバネ３２は、レンズ部１７を天板１２側へ押し上げるように付勢しており、その付勢力は、前記人工筋肉２８の弛緩状態（元の形状）による初期位置が保たれるように働く。

このように構成されたレンズモジュール３０の作用を説明する。図３に示すように、ヒータ１８に通電制御部１９からパルス電流を供給する以前は、人工筋肉２８が弛緩しており、コイルバネ３２の付勢力に補助され、レンズ部１７が天板１２に近い初期位置に停止している。

ヒータ１８に通電制御部１９からパルス電流を供給すると、ガイド部材１４が加熱され、人工筋肉２８が収縮する。これにより、図４に示すように、コイルバネ３２の付勢力に抗して、レンズ部１７が初期位置から地板１３側の所定位置に移動する。また、ヒータ１８へのパルス電流の供給（通電）を停止すると、人工筋肉２８が弛緩して元の形状に戻ろうとするとともに、これをコイルバネ３２の付勢力が補助するから、レンズ部１７が初期位置に戻る。

前記レンズ部１７の所定位置は、ヒータ１８への通電を制御してガイド部材１４の温度を調節することにより、任意に決めることができる。したがって、例えば、レンズモジュール３０をカメラ付き携帯電話のカメラ部に組み込めば、被写体距離の測距データに応じてヒータ１８への通電を制御することにより、測距データに応じた高精度のピント合わせを行なうことができる。なお、図示していないが、本実施形態でも、ガイド部材１４の温度をモニタする温度センサをガイド部材１４の近傍に設けるのが好ましい。

このように第１，第２実施形態では、レンズ部を移動させるガイド部材と人工筋肉をレンズ部の近傍に設けることができ、省スペースなレンズ駆動機構を得ることができる。また、人工筋肉をコイルバネ形状としたので、人工筋肉の長さを長くとることができ、省スペースでありながら大きなレンズ部の移動量を得ることができる。

以上説明した実施形態では、円筒状のガイド部材の中空部にヒータを通してガイド部材を加熱するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば前記ガイド部材を円柱形状とし、この一端部または両端部に例えばセラミックヒータなどの加熱装置を接続するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ガイド部材を２本としたが、本発明はこれに限定されることなく、例えばガイド部材を３本や４本としてもよい。このような場合には、１本のガイド部材のみに人工筋肉を設けるのが好ましいが、複数の人工筋肉について弛緩時の形状及び収縮度合を同じに揃えることができれば、複数のガイド部材にそれぞれ人工筋肉を設けてもよい。

また、上記実施形態では、ガイド部材を円筒状や円柱状としたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば四角筒状や四角柱状としてもよい。また、上記第１実施形態において、前記ガイド部材１４を円柱状としたが、これを例えば四角筒状とし、これに合わせて被ガイド部２３の孔形状を四角柱状とすれば、前記レンズ部１７が光軸Ｌと垂直な方向に回動しなくなるため、前記ガイド部材１５を省略してガイド部材を１本とすることもできる。

また、上記実施形態は、カメラ付き携帯電話の他に、カメラ付きＰＤＡのカメラ部，小型のデジタルカメラなどに組み込むことができる。

本発明の第１実施形態であるレンズモジュールの人工筋肉が弛緩してレンズ部が初期位置にある状態を示す斜視図である。第１実施形態の人工筋肉が収縮してレンズ部が所定位置にある状態を示す斜視図である。本発明の第２実施形態であるレンズモジュールの人工筋肉が弛緩してレンズ部が初期位置にある状態を示す斜視図である。第２実施形態の人工筋肉が収縮してレンズ部が所定位置にある状態を示す斜視図である。

符号の説明

１０，３０レンズモジュール
１２天板
１３地板
１４，１５ガイド部材
１７レンズ部
１８ヒータ
１９通電制御部
２１撮影レンズ
２２レンズホルダ
２３，２４被被ガイド部
２６引っ張りバネ
２８人工筋肉
３２コイルバネ

Claims

天板と地板とを所定の間隔で平行に連結する熱伝導性を有する棒状のガイド部材と、
このガイド部材を加熱するヒータと、
前記ガイド部材に遊挿される被ガイド部を介してガイド部材に案内され、前記天板側の初期位置とこれと異なる所定位置との間で光軸方向に移動自在に設けられたレンズ部と、
このレンズ部を所定位置から初期位置へ付勢する付勢部材と、
前記ガイド部材の周りにスパイラル状に巻き回され、一端部が地板、他端部が被ガイド部にそれぞれ固定されるとともに、前記ヒータでガイド部材を加熱することにより収縮して付勢部材の付勢に抗してレンズ部を初期位置から所定位置に移動させ、前記ヒータによるガイド部材の加熱を停止することにより弛緩して元の形状に戻るとともに、前記付勢部材の付勢によるレンズ部の所定位置から初期位置への復帰を許容するコイルバネ形状の人工筋肉と、
前記ヒータへの通電を制御することにより人工筋肉の収縮・弛緩を調整し、前記レンズ部を任意の所定位置に停止させる制御部と
を備えたことを特徴とするレンズ駆動機構。
前記付勢部材は、前記ガイド部材の周りにスパイラル状に巻き回され、一端部が天板、他端部が被ガイド部にそれぞれ固定され、前記レンズ部を天板側に向かって引っ張るコイルバネであることを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動機構。
前記ガイド部材は円筒状であるとともに前記ヒータはワイヤ状をしており、前記ヒータは前記ガイド部材の中空部に挿通されていることを特徴とする請求項１または２記載のレンズ駆動機構。
天板と地板とを所定の間隔で平行に連結する熱伝導性を有する棒状の第１ガイド部材と、
この第１ガイド部材に平行して設けられ、前記第１ガイド部材と協働して天板と地板とを前記間隔と同じ間隔で平行に連結する棒状の第２ガイド部材と、
前記第１ガイド部材を加熱するヒータと、
前記第１，第２ガイド部材に遊挿される第１，第２被ガイド部を介して第１，第２ガイド部材に案内され、前記天板側の初期位置とこれと異なる所定位置との間で光軸方向に移動自在に設けられたレンズ部と、
このレンズ部を所定位置から初期位置へ付勢する付勢部材と、
前記第１ガイド部材の周りにスパイラル状に巻き回され、一端部が地板、他端部が第１被ガイド部にそれぞれ固定されるとともに、前記ヒータで第１ガイド部材を加熱することにより収縮して付勢部材の付勢に抗してレンズ部を初期位置から所定位置に移動させ、前記ヒータによる第１ガイド部材の加熱を停止することにより弛緩して元の形状に戻るとともに、前記付勢部材の付勢によるレンズ部の所定位置から初期位置への復帰を許容するコイルバネ形状の人工筋肉と、
前記ヒータへの通電を制御することにより人工筋肉の収縮・弛緩を調整し、前記レンズ部を任意の所定位置に停止させる制御部と
を備えたことを特徴とするレンズ駆動機構。
前記付勢部材は、前記第２ガイド部材の周りにスパイラル状に巻き回され、一端部が地板、他端部が第２被ガイド部にそれぞれ固定され、前記レンズ部を天板側の初期位置に向かって付勢するコイルバネであることを特徴とする請求項４記載のレンズ駆動機構。
前記第１ガイド部材は円筒状であるとともに前記ヒータはワイヤ状をしており、前記ヒータは前記第１ガイド部材の中空部に挿通されていることを特徴とする請求項４または５記載のレンズ駆動機構。