JP2008116622A - レンズ駆動装置 - Google Patents

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一嘉 萩原
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Abstract

【課題】レンズを保持するホルダを弾性支持する板バネに作用する衝撃時の応力を緩和して上記板バネの塑性変形を防止し、レンズ駆動装置の光軸ズレを抑制する。
【解決手段】レンズホルダを固定部材である上下のケースに弾性支持する板バネの腕部16cを、内周側固定環部16aに接続される内周側突出片16mから略周方向に沿って、外周側固定環部16bに接続される外周側突出片16n方向に向かって延長する第1の円弧部16pと、上記外周側突出片16nから略周方向に沿って上記内周側突出片16m方向に向かって延長する第2の円弧部16qと、上記第1の円弧部16pと第2の円弧部16qとを連結する、ホルダ径方向外側に突出する略U字状の湾曲部16kとから構成するとともに、上記湾曲部16kの位置を上記腕部16cの駆動方向の撓みに対する曲げモーメントがほぼゼロとなる位置に設けるようにした。
【選択図】図2

Description

本発明は、カメラ等に用いられる、対物レンズを保持するレンズホルダを固定部材に弾性支持する板バネを備えたレンズ駆動装置に関するものである。
近年、携帯電話等に搭載されるカメラは画素数が増大されるとともに、ズーム処理やマクロ処理等の高機能化が進んでいることから、搭載されるレンズ系についても、従来の固定焦点のものだけでなく、可動焦点のものも投入されてきている。この可動焦点のレンズ系の駆動方式としては、図12に示すような、ボイスコイルモータを用いたレンズ駆動装置50が多く用いられている。このレンズ駆動装置50は、軟鉄等の磁性体から成るコの字型円筒形状ヨーク51と、上記ヨーク51の外壁に取付けられるリング状のマグネット52と、中央位置にレンズ53を保持するレンズホルダ54と、このレンズホルダ54に装着される駆動用コイル55と、上記ヨーク51が装着されるベース56と、上記ベース56を支えるフレーム57と、上記レンズホルダ54を上下で支持する2個のバネ部材58A,58Bと、このバネ部材58A,58Bの上下を覆う2個のキャップ59A,59Bとを備えている。
上記バネ部材58A,58Bは、詳細には、図13に示すように、円板状の板バネ58の内周側に形成された120°毎の切り欠き溝58kにより、それぞれが円環状である内周側固定環部58aと外周側固定環部58bと、上記内周側固定環部58aと突出片58mにより接続し上記外周側固定環部58bと突出片58nにより連結される3つの円弧状の腕部58cとに分けられ、これら3つの腕部58cが可動部である上記レンズホルダ54を固定部であるフレーム57及びベース56とに可動支持するバネ部材の機能を有している(例えば、特許文献1参照)。
上記駆動用コイル55は、上記ヨーク51と上記マグネット52とにより印加される、コイル周りに放射状に分布する磁界中に設置されているので、上記駆動用コイル55に通電すると、上記駆動用コイル55には、同図の矢印に示すような、被写体の方向(上方)へ向けたローレンツ力が発生して、上記レンズホルダ54を上記バネ部材58A,58Bの復元力と釣り合った位置に移動させることができる。したがって、上記駆動用コイル55に通電する電流値を制御することにより、上記レンズホルダ54の移動量を制御して、上記レンズ53の位置を制御することができる。
ところで、上記レンズ駆動装置50に落下等の衝撃力が加わると、この衝撃力によりレンズホルダ54が偏心して横方向にずれて、固定部材であるフレーム57やベース56に衝突し、この衝突の衝撃によりレンズホルダ54が回転する場合がある。レンズホルダ54が回転すると、上記バネ部材58A,58Bに圧縮応力や捩れを引き起こす応力が加わるため、上記バネ部材58A,58Bの腕部58cに座屈が生じて、塑性変形してしまう場合がある。
上記のような揺れや衝撃によるバネ部材の変形を緩和する方法としては、例えば、図14(a)に示すように、円弧部を有する腕部58cに代えて、径方向に略S字をなすように形成した腕部58Sを設けて、この腕部58Sの変形により、上記衝撃力を緩和する方法(例えば、特許文献2参照)や、図14(b)に示すように、上記腕部58cの円弧部に代えて、互いに半径の異なる径で周方向に沿って延長する3つの周囲部68p,68q,68rを連結した複合湾曲部68wを設けるとともに、この複合湾曲部68wの内周側固定環部68aと外周側固定環部68bとの接続部である突出片68m,68nを円弧状に形成した腕部68cを備えたバネ部材68A,68Bを作製し、上記内周及び外周連結部68m,68nと上記複合湾曲部68wの弾性変形により、上記衝撃力を分散させて上記バネ部材68A,68Bの変形を抑制する方法 (例えば、特許文献3参照) などが提案されている。
特開2004−280031号公報 特開2005−128392号公報 特開2006−201525号公報
しかしながら、腕部をS字型の腕部58Sとしたり、腕部の円弧部を複数の湾曲部が形成された複合湾曲部68wとした場合には、いずれも、バネ部材として機能する腕部の座屈については抑制することはできるものの、撓み変形と捩れ変形とが各所で複雑に混在するため、バネ係数が安定せず、そのため、レンズホルダ54の平行移動が不安定になる恐れがある。このように、レンズホルダ54の初期位置とレンズ移動時の位置とがずれると、レンズ駆動時のレンズ53の傾斜が大きくなって光軸ズレが発生し、画像の中央部分でピントが合わないといった問題点が発生する。
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、レンズを保持するホルダを弾性支持する板バネに作用する衝撃時の応力を緩和して上記板バネの塑性変形を防止し、レンズ駆動装置の光軸ズレを抑制することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、板バネの可動部の略中央部の、バネ部材の駆動方向の撓みに対する曲げモーメントが略ゼロになる近傍に、バネ部材として機能する円弧部の延長方向に対して交差する方向に設けられ、上記円弧部の伸縮方向に伸縮する応力緩和部を設けてやれば、板バネに作用する衝撃時の応力を上記応力緩和部の伸縮のみで吸収することができるとともに、レンズ駆動時においては、上記伸縮部は伸縮部以外の部分(円弧部)の動きを妨げることがないので、レンズ駆動時においてもレンズホルダを安定して被写体方向に移動させることができることを見出し、本発明に到ったものである。
すなわち、本発明の請求項1に記載の発明は、レンズを保持するホルダと、このホルダの外側に配置された固定部材と、上記ホルダと上記固定部材とをその上部側と下部側にてそれぞれ連結するバネ部材とを備えたレンズ駆動装置において、上記バネ部材を一端が上記ホルダ側に固定されたホルダ側円弧部と、一端が上記固定部材側に固定された固定部材側円弧部と、これらの円弧部を連結する、上記円弧部の延長方向に対して交差する交差片もしくは上記円弧部の延長方向に交差するように突出する湾曲片を備えた応力緩和部とから構成するとともに、上記応力緩和部を当該バネ部材の駆動方向の撓みに対する曲げモーメントがほぼゼロとなる位置もしくはその近傍に設けたことを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のレンズ駆動装置において、上記応力緩和部を湾曲片とするとともに、上記湾曲片をホルダ径方向内側または外側に突出させたものである。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のレンズ駆動装置において、上記応力緩和部を湾曲片とするとともに、上記湾曲片をレンズ駆動方向に突出させたものである。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のレンズ駆動装置において、上記バネ部材を上記ホルダと固定部材との間に4本設けるとともに、上記4本のバネ部材を略90度間隔で配置したものである。
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載のレンズ駆動装置において、上記応力緩和部をホルダ径方向外側に突出する湾曲片とするとともに、上記バネ部材の一端と固定部材とを、上記湾曲片に対向する部分に、ホルダ径方向外側にはみ出して上記湾曲片を迂回する迂回部を有する環状の外周側固定部材により連結したものである。
本発明によれば、レンズを保持するホルダと、このホルダの外側に配置された固定部材とをその上部側と下部側にてそれぞれ連結するバネ部材を一端が上記ホルダ側に固定されたホルダ側円弧部と、一端が上記固定部材側に固定された固定部材側円弧部と、これらの円弧部を連結する、上記円弧部の延長方向に対して交差する交差片もしくは上記円弧部の延長方向に交差するように突出する湾曲片を備えた応力緩和部とから構成するとともに、上記応力緩和部を当該バネ部材の駆動方向の撓みに対する曲げモーメントがほぼゼロとなる位置もしくはその近傍に設けて、上記バネ部材に作用する衝撃時の応力を吸収するようにしたので、バネ部材の塑性変形を防止することができ、レンズ駆動装置の耐久性を向上させることができる。また、上記応力緩和部の湾曲片を、ホルダ径方向内側または外側、もしくは、レンズ駆動方向に、上記円弧部の延長方向に対して交差するように設けることにより、レンズ駆動時に円弧部の動きを妨げることがないようにしたので、上記ホルダを安定して被写体方向に移動させることができる。
このとき、上記バネ部材を上記ホルダと固定部材との間に4本設けるとともに、上記4本のバネ部材を略90度間隔で配置すれば、レンズ移動時におけるレンズの傾斜を確実に低減することができる。
また、上記応力緩和部をホルダ径方向外側に突出する湾曲片とするとともに、上記バネ部材の一端と固定部材とを、上記湾曲片に対向する部分に、ホルダ径方向外側にはみ出して上記湾曲片を迂回する迂回部を有する環状の外周側固定部材により連結するようにすれば、最小限の面積で上記湾曲片と環状の外周側固定部材との接触を回避することができるので、装置をより小型化することができる。具体的には、上記環状の外周側固定部材を固定する固定部材のバネ固定部の平面形状が正方形である場合には、上記応力緩和部と上記迂回部とを上記固定部の4隅に配置すれば、無駄なスペースを最小とすることができる。
以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図1は、本発明の最良の形態に係るレンズ駆動装置10の構成を示す模式図で、同図において、11はレンズ、12はこのレンズ11を保持するレンズホルダ、13は上記レンズホルダに装着される環状の駆動用コイル、14は上記駆動用コイル13に放射状に分布する磁界を印加するためのマグネット、15はヨーク、16A,16Bは上記レンズホルダ12を固定部材である上ケース17Aと下ケース17Bとにそれぞれ弾性支持する板バネである。
上記マグネット14とヨーク15とは上記下ケース17Bに支持されたベース18に装着されている。また、レンズ開口部側に位置する上部の板バネ16Aの外周部は上記上ケース17Aとスペーサ19との間に固定され、その内周部は上記レンズホルダ12の上部に固定されている。一方、レンズ開口部側とは反対側に位置する下部の板バネ16Bの外周部は上記ベース18と上記下ケース17Bとの間に固定され、その内周部は上記レンズホルダ12の下部に固定されている。
図2は上記板バネ16(16A,16B)の一構成を示す図で、16aはレンズホルダ12に固定される内周側固定環部、16bは上ケース17Aもしくは下ケース17Bに固定される外周側固定環部、16cは上記内周側固定環部16aと外周側固定環部16bとを連結する腕部で、この腕部16cが可動部であるレンズホルダ12を固定部である上下のケース17A,17Bに可動支持するバネ部材の機能を有する。
本例では、この腕部16cを4本設けるとともに、これら4本の腕部16cを90度間隔で板バネ16の中心に対して4回対称になるように配置している。
本発明によるバネ部材である腕部16cは、詳細には、内周側固定環部16aから径方向外側に突出する内周側突出片16mと、外周側固定環部16bから径方向内側に突出する外周側突出片16nと、上記内周側突出片16mから略周方向に沿って上記外周側突出片16n方向に向かって延長する第1の円弧部16pと、上記外周側突出片16nから略周方向に沿って上記内周側突出片16m方向に向かって延長する第2の円弧部16qと、上記第1の円弧部16pと第2の円弧部16qとを連結する略U字状の湾曲部16kとを備えており、この湾曲部16kが本発明の応力緩和部を構成する。
上記湾曲部16kに位置は、バネ部材である腕部16cの駆動方向の撓みに対する曲げモーメントがほぼゼロとなる位置もしくはその近傍に設けられる。
本例では、図2に示すように、上記湾曲部16kをホルダ径方向外側に突出する湾曲片とするとともに、上記外周側固定環部16bの上記湾曲部16kに対向する部分に、ホルダ径方向外側にはみ出して上記湾曲部16kを迂回する迂回部16tを設けて、上記ホルダ径方向外側に突出する湾曲部16kと上記外周側固定環部16bとが接触しないようにしている。これにより、外周側固定環部16bを円環状にした場合に比較して、外周側突出片16mの長さを長くしないで済むので、上記腕部16cを安定して動作させることができるとともに、外周側固定環部16bの面積を小さくすることができる。
なお、上記第1の円弧部16pと上記第2の円弧部16qとがともに一様な幅でかつ同じ長さに形成されている場合には、図3(a)に示すように、第1の円弧部16pと第2の円弧部16qとを結んだ円弧の中点が駆動方向の撓みに対する曲げモーメントがほぼゼロとなる位置Kとなるので、図3(b)に示すように、上記湾曲部16kを上記K点の近傍に形成すれば良い。
また、図4(a)に示すように、第1の円弧部16pから第2の円弧部16qまでバネ幅が徐々に増大している場合には、駆動方向の撓みに対する曲げモーメントがほぼゼロとなる位置Kは幅の狭い第1の円弧部16pの方向に移動するので、図4(b)に示すように、上記湾曲部16kの中心を上記第1の円弧部16p側に偏らせて形成すれば良い。
次に、本発明による板バネ16の動作について説明する。
レンズ駆動装置10に落下等の衝撃力が加わると、この衝撃力によりレンズホルダ12が偏心して横方向にずれて、上下のケース17A,17Bなどの固定側部材に衝突し、この衝突の衝撃によりレンズホルダ12が回転する。レンズホルダ12が、図5(a)の矢印に示す方向に回転すると、内周側固定環部16aと外周側固定環部16bとはそれぞれ、レンズホルダ12と上下のケース17A,17B(図示せず)に固定されているので、内周側突出片16mが内周側突出片16nの方向に回転し、そのため、板バネ16の腕部16cには圧縮応力や捩れを引き起こす応力が作用する。この応力は、腕部16cの突出片16m,16n近傍ではバネ部材である当該腕部16cの駆動方向の撓みに対する曲げモーメントとして作用する。一方、上記湾曲部16k近傍では、曲げモーメントは殆どなく圧縮力のみが作用するので、図5(b)に示すように、上記湾曲部16kは上記圧縮力により、上記第1の円弧部16pと第2の円弧部16qとを結んだ円弧の延長方向に縮まり、上記応力を緩和する。このように、上記湾曲部16kが変形する(縮む)ことで上記応力を緩和すると、上記湾曲部16kに接続されている第1及び第2の円弧部16p,16qだけでなく、上記突出片16m,16n近傍に作用する曲げモーメントを大幅に低減することができるので、上記腕部16cにおける座屈の発生を抑制することができる。したがって、腕部16cが塑性変形することを防止することができるので、レンズ駆動装置10の耐久性を向上させることができるとともに、レンズ駆動時におけるレンズ11の光軸ズレを確実に防止することができる。
このように、本最良の形態によれば、レンズ11を保持するレンズホルダ12を固定部材である上ケース17Aと下ケース17Bに、レンズホルダ12に固定される内周側固定環部16aと上ケース17Aもしくは下ケース17Bに固定される外周側固定環部16bと上記内周側固定環部16aと外周側固定環部16bとを連結する腕部16cとを備えた板バネ16で弾性支持する構成のレンズ駆動装置10において、上記腕部16cを内周側固定環部16aから径方向外側に突出する内周側突出片16mと、外周側固定環部16bから径方向内側に突出する外周側突出片16nと、上記内周側突出片16mから略周方向に沿って上記外周側突出片16n方向に向かって延長する第1の円弧部16pと、上記外周側突出片16nから略周方向に沿って上記内周側突出片16m方向に向かって延長する第2の円弧部16qと、上記第1の円弧部16pと第2の円弧部16qとを連結する、ホルダ径方向外側に突出する略U字状の湾曲部16kとから構成するとともに、上記湾曲部16kの位置を上記腕部16cの駆動方向の撓みに対する曲げモーメントがほぼゼロとなる位置に設けるようにしたので、板バネ16に作用する衝撃時の応力を十分に吸収することができ、バネ部材の塑性変形を防止することができる。したがって、レンズ駆動装置の耐久性を向上させることができるとともに、レンズ11を安定して被写体方向に移動させることができる。
また、外周側固定環部16bの上記湾曲部16kに対向する部分に、ホルダ径方向外側にはみ出して上記湾曲部16kを迂回する迂回部16tを設けたので、上記ホルダ径方向外側に突出する湾曲部16kと上記外周側固定環部16bとが接触することがないだけでなく、外周側固定環部16bの面積を小さくすることができるので、レンズ駆動装置10を小型化することができる。例えば、図6(a)に示すように、下部の板バネ16Bをベース18と平面形状が正方形の下ケース17Bで挟んで固定すると、図6(b)に示すように、上記迂回部16tが正方形の対角線上にくるように上記下部の板バネ16Bを設置すれば、無駄なスペースを最小とすることができる。なお、上部の板バネ16Aを平面形状が正方形の上ケース17Aとスペーサ19で挟んで固定する場合も同様である。
なお、上記最良の形態では、板バネ16の腕部16cを4本設け、これらを板バネ16の中心に対して4回対称になるように配置した場合について説明したが、腕部16cの本数はこれに限るものではなく、図7に板バネ16Rのように、腕部16cは3本であってもよいし、5本以上としても良い。但し、いずれの場合にも、レンズ11を安定して被写体方向に移動させるためには、上記腕部16cを板バネ16(もしくは、板バネ16R)の中心に対して対称になるように配置することが好ましい。
また、第1の円弧部16pと第2の円弧部16qとを連結する湾曲部についても、上記U字状の湾曲部16kの他に、図8(a),(b)に示すように、V字状の湾曲部16vやホルダ径方向外側と内側側に突出する2つのU字状湾曲部を結合させた形態の湾曲部16oを設けても同様の効果を得ることができる。
また、上記湾曲部16k,16vは、必ずしもホルダ径方向外側に突出する必要はなく、図9(a),(b)に示すように、ホルダ径方向内側に突出させるようにしてもよいし、図10(a),(b)に示すようにレンズ駆動方向に突出させた湾曲部16xを設けるようにしてもよい。
また、板バネを、図11(a)に示すように、第1の円弧部16pの曲率を小さくし、第2の円弧部16qの曲率半径を大きくするとともに、この第1の円弧部16pと第2の円弧部16qとを、上記第1及び第2の円弧部16p,16qの両方の延長方向に対して交差する交差片16zで接続した腕部16cを備えた構成の板バネ16Zとしてもよい。この場合には、図11(b)に示すように、レンズホルダ12が回転したときには、上記交差片16zの角度が変化して縮むような変形をすることで腕部16cに作用する圧縮応力や捩れを引き起こす応力を緩和する。すなわち、上記交差片16zも上記湾曲部16k,16v,16o,16xと同様に、応力緩和部の機能を有する。したがって、上記交差片16zに接続されている第1及び第2の円弧部16p,16qだけでなく、上記突出片16m,16n近傍に作用する曲げモーメントを大幅に低減することができるので、上記腕部16cにおける座屈の発生を抑制することができる。
以上説明したように、本発明によれば、レンズ駆動装置の耐久性を向上させることができるとともに、レンズ駆動装置の耐久性を向上させることができる。
本発明の最良の形態に係るレンズ駆動装置の構成を示す模式図である。 本最良の形態に係る板バネの一構成例を示す図である。 応力緩和部である湾曲部の形成位置を示す図である。 腕部の幅が異なる場合の湾曲部の形成位置を示す図である。 本発明による板バネの腕部の変形状態を示す図である。 板バネの装着状態を示す図である。 本発明による板バネの他の構成例を示す図である。 板バネの湾曲部の他の形態を示す図である。 板バネの湾曲部の他の形態を示す図である。 板バネの湾曲部の他の形態を示す図である。 本発明による応力緩和部の他の構成を示す図である。 従来のレンズ駆動装置の構成を示す図である。 従来の板バネの構成を示す図である。 従来の板バネの他の構成を示す図である。
符号の説明
10 レンズ駆動装置、11 レンズ、12 レンズホルダ、13 駆動用コイル、
14 マグネット、15 ヨーク、16,16A,16B 板バネ、
16a 内周側固定環部、16b 外周側固定環部、16c 腕部、
16m 内周側突出片、16n 外周側突出片、16p 第1の円弧部、
16q 第2の円弧部、16k 湾曲部、16t 迂回部、17A 上ケース、
17B 下ケース、18 ベース、19 スペーサ。

Claims (5)

  1. レンズを保持するホルダと、このホルダの外側に配置された固定部材と、上記ホルダと上記固定部材とをその上部側と下部側にてそれぞれ連結するバネ部材とを備えたレンズ駆動装置において、上記バネ部材を一端が上記ホルダ側に固定されたホルダ側円弧部と、一端が上記固定部材側に固定された固定部材側円弧部と、これらの円弧部を連結する、上記円弧部の延長方向に対して交差する交差片もしくは上記円弧部の延長方向に交差するように突出する湾曲片を備えた応力緩和部とから構成するとともに、上記応力緩和部を当該バネ部材の駆動方向の撓みに対する曲げモーメントがほぼゼロとなる位置もしくはその近傍に設けたことを特徴とするレンズ駆動装置。
  2. 上記応力緩和部を湾曲片とするとともに、上記湾曲片をホルダ径方向内側または外側に突出させたことを特徴とする請求項1に記載のレンズ駆動装置。
  3. 上記応力緩和部を湾曲片とするとともに、上記湾曲片をレンズ駆動方向に突出させたことを特徴とする請求項1に記載のレンズ駆動装置。
  4. 上記バネ部材を上記ホルダと固定部材との間に4本設けるとともに、上記4本のバネ部材を略90度間隔で配置したことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載のレンズ駆動装置。
  5. 上記応力緩和部をホルダ径方向外側に突出する湾曲片とするとともに、上記バネ部材の一端と固定部材とを、上記湾曲片に対向する部分に、ホルダ径方向外側にはみ出して上記湾曲片を迂回する迂回部を有する環状の外周側固定部材により連結したことを特徴とする請求項4に記載のレンズ駆動装置。
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