JP2008129111A - レンズ駆動装置及びレンズ駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で衝撃に強く、姿勢差に影響されることなく高精度な駆動を実現できるレンズ駆動装置を提供する。
【解決手段】レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動装置であって、前記レンズを保持するレンズホルダと、前記レンズホルダを前記光軸方向に移動可能に支持する案内手段と、コイルとマグネットとを含み、前記レンズホルダを前記光軸方向に移動させるリニアモータとを備え、前記コイルにパルス電流を印加することにより前記レンズホルダを移動させる。
【選択図】図８

Description

本発明はレンズ駆動装置に関し、特に、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話機、ビデオカメラなどの撮像装置においてレンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動装置、及びレンズ駆動方法に関する。

オートフォーカス機能やズーム機能を有する撮像装置には、複数のレンズからなる光学系全体、フォーカス用レンズ（またはレンズ群）単体、あるいはズーム用レンズ（またはレンズ群）単体を光軸方向に移動させるためのレンズ駆動装置が設けられている。

レンズ駆動装置としては、ステッピングモータによってリードスクリューネジを回転させてレンズを駆動させるもの（たとえば特許文献１参照）、スパイラル構造にして変位を拡大させた圧電素子によってレンズを駆動させるもの（たとえば特許文献２参照）、ボイスコイルを用いたもの（たとえば特許文献３参照）などがある。
実公平６−３７２２８号公報 特表２００４−５３０１７２号公報 特開２００４−２８００３１号公報

しかし、ステッピングモータを用いたレンズ駆動装置では、ステッピングモータが大きいため、装置が大型化するという問題があった。また、スパイラル構造の圧電素子を用いたレンズ駆動装置では、小型化は可能となるが、衝撃などによって圧電素子が破壊し易いという問題があった。また、ボイスコイルを用いたレンズ駆動装置では、レンズバレルをバネ部材で支持する構造であるため、その姿勢差によりレンズの移動距離が変化してしまい制御できないという問題があった。

それゆえに、本発明の主たる目的は、小型で衝撃に強く、姿勢差に影響されることなく高精度な駆動を実現できるレンズ駆動装置を提供することである。

第１の発明は、レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動装置であって、前記レンズを保持するレンズホルダと、前記レンズホルダを前記光軸方向に移動可能に支持する案内手段と、コイルとマグネットとを含み、前記レンズホルダを前記光軸方向に移動させるリニアモータとを備え、前記コイルにパルス電流を印加することにより前記レンズホルダを移動させることを特徴とする、レンズ駆動装置である。

前記レンズホルダの位置を検出のためのセンサと、１パルス当たりのパルス電流印加時間幅を制御するための制御装置と、１パルス当たりのパルス電流印加時間幅及びレンズホルダ移動距離の規定値を記憶するためのデータ格納手段と、を備えことが好ましい。

コイルに印加するパルス電流に対するレンズホルダの移動量が所定の範囲外のときに、コイルに印加するパルス電流の１パルス当たりのパルス電流印加時間幅を変更することが好ましい。

前記案内手段は駆動部と非駆動部とからなり、前記非駆動部に前記レンズホルダを押圧させる摩擦発生手段を備えることができる。

第２の発明は、パルス電流をコイルに印加することによりレンズを保持したレンズホルダを移動させ、センサによりレンズホルダの位置を検出してレンズホルダの移動量を求め、該移動量が所定の範囲外であればパルス電流の１パルス当たりのパルス電流印加時間幅を変更し、変更後の１パルス当たりのパルス電流印加時間幅をもつパルス電流をコイルに印加してレンズホルダを移動させることを特徴とする、レンズの駆動方法である。

前記移動量が所定の範囲よりも小さい場合に１パルス当たりのパルス電流印加時間幅を大きくし、前記移動量が所定の範囲よりも大きい場合に１パルス当たりのパルス電流印加時間幅を小さくするが好ましい。

本発明に係るレンズ駆動装置では、レンズを保持するレンズホルダと、レンズホルダを光軸方向に移動可能に支持する案内手段と、レンズホルダを光軸方向に移動させるリニアモータとを備え、リニアモータはコイルとマグネットとヨークとを含み、さらに、レンズホルダに設けられ、マグネットに吸引されてレンズホルダの位置を保持する磁性部材を備えることにより、装置の小型化、耐衝撃性の向上、構成の簡単化を図ることができる。また、レンズホルダを摩擦駆動させる構成において、１パルス当たりのパルス電流印加時間幅を制御することによりレンズ駆動装置の姿勢差に影響されず高い駆動精度を有するレンズ駆動装置を実現できる。さらに、パルス電流駆動方式と摩擦駆動方式との併用により低消費電力化を達成することができる。

また、摩擦駆動を採用しているレンズ駆動装置では、姿勢差が発生した場合レンズの移動量が変化するが、それ以外でもレンズ駆動装置が同一姿勢下のときにコイルに電流を印加して同じ電磁力を与えてレンズホルダを一定方向に移動させたとしても、環境変化（温度、湿度等）、経時変化によっては移動量に変動が生じることがある。本発明のレンズ駆動装置によれば、上述したように移動量が変化した場合でも１パルス当たりのパルス電流印加時間幅を制御することにより常に安定した高い駆動精度を有するレンズ駆動装置を実現できる。

以下に図面を参照して発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施の形態によるカメラ付き携帯電話機のレンズ駆動装置の構成を示す斜視図である。図１において、このレンズ駆動装置は、レンズ群を含むレンズユニット１を保持するレンズホルダ２と、カメラ付き携帯電話機の筐体３に立設され、レンズホルダ２を光軸１ａの方向に移動可能に支持する２本のシャフト４，５と、レンズホルダ２を光軸方向に移動させるリニアモータを構成するコイル６、マグネット７およびヨーク８と、マグネット７に吸引されてレンズホルダ２の位置を保持する磁性部材９とを備える。

図２はレンズホルダ２の構成を示す斜視図であり、図３はレンズホルダ２の構成を示す背面図である。図２および図３において、レンズホルダ２は、レンズユニット１を受ける円筒状のレンズ受け部１１と、レンズ受け部１１を支持する直方体状の支持部材１２とを含む。レンズ受け部１１は、支持部材１２の一側面の上部の中央部に結合されている。このように構成することにより、レンズホルダ２の軽量化を図っている。

支持部材１２の一方端部にはシャフト４を挿通させるための貫通孔１３が形成され、その他方端部にはシャフト５を挿通させるための切欠部１４が形成されている。貫通孔１３の直径は、シャフト４の直径よりも僅かに大きい。切欠部１４は、１つの曲面部と２つの平面部とを含む。曲面部の曲率半径はシャフト５の半径よりも僅かに大きい。したがって、レンズホルダ２は、シャフト４，５に沿って、光軸１ａの方向に移動可能に設けられている。

また、支持部材１２には、ヨーク８の折り曲げ部を挿入するための貫通孔１５，１６と、丸棒状の磁性部材９を嵌め込んで固定するための穴１７とが形成されている。穴１７は、２つの貫通孔１５，１６の間に設けられている。

図１に戻って、コイル６は、フラット型であり、支持部材１２のレンズ受け部１１と反対側の側面に固定されている。マグネット７は片面２極配置型であり、その正面は所定の間隔を開けてコイル６に対向して設けられている。マグネット７の背面はヨーク８に固定され、ヨーク８はカメラ付き携帯電話機の筐体３に固定されている。ヨーク８は、両端部と中央部を除く２箇所で断面コの字型に形成され、マグネット７およびコイル６を包むようにして配置され、２つの折り曲げ部は図２で示した貫通孔１５，１６に挿入される。これにより、漏れ磁束を少なくすることができる。なお、ヨーク８の両端部はシャフト４，５の上端面に固定されている。

ここで、コイル６、マグネット７およびヨーク８で構成されるリニアモータの動作について説明する。図４（ａ）はマグネット７の構成を示す正面図であり、図４（ｂ）はコイル６の構成を示す正面図である。マグネット７は、そのＮ極領域７ａとＳ極領域７ｂがレンズホルダ２の移動方向すなわち光軸１ａの方向に並ぶように配置される。コイル６は直線部が光軸１ａの方向と直交する方向に向くようにしてトラック形状に巻回され、コイル６の上半部６ａおよび下半部６ｂはそれぞれマグネット７のＮ極領域７ａおよびＳ極領域７ｂに対向して設けられる。コイル６の上半部６ａと下半部６ｂでは電流Ｉが逆向きに流れる。たとえば、図４（ａ）に示す面と図４（ｂ）に示す面が対向した状態で図４（ｂ）で示される向きに電流Ｉを流すと、コイル６には図中上方向の力Ｆが発生し、コイル６およびレンズホルダ２は上方に移動する。また、図４（ｂ）で示される向きと逆向きに電流Ｉを流すと、コイル６には図中下方向の力Ｆが発生し、コイル６およびレンズホルダ２は下方に移動する。

次に、このカメラ付き携帯電話機のフォーカス動作について説明する。図５に示すように、レンズホルダ２のホームポジションは、レンズホルダ２の下端がカメラ付き携帯電話機の筐体３に接触する位置であり、筐体３がストッパーとしての働きをする。フォーカス動作スタート後レンズホルダ２は、コイル６に働く電磁力と、シャフト４，５とレンズホルダ２との間に働く摩擦力とを受けながら移動を行なう。マクロ側にフォーカス動作をする場合、コイル６に電流Ｉを流してレンズホルダ２を上方に移動させる。焦点が合ったときは、コイル６に流れる電流Ｉをゼロにして、コイル６およびレンズホルダ２を停止させる。このとき、マグネット７と磁性部材９の間に磁気吸引力が発生しているので、この磁気吸引力によってレンズホルダ２がシャフト４，５に押圧され、レンズホルダ２の位置が保持される。再度フォーカス動作する場合は、コイル６に流す電流Ｉの向きおよび大きさを調整することにより、レンズホルダ２を移動させることができる。

この実施例では、レンズユニット１をレンズホルダ２により保持し、シャフト４，５によりレンズホルダ２を光軸１ａの方向に移動可能に支持し、コイル６、マグネット７およびヨーク８からなるリニアモータによりレンズホルダ２を光軸１ａの方向に移動させ、磁性部材９によりレンズホルダ２の位置を保持する。したがって、装置の小型化、耐衝撃性の向上、構成の簡単化を図ることができる。また、ヨーク８を断面コの字型に形成し、ヨーク８の折り曲げ部をレンズホルダ２の孔１５，１６に挿入するので、漏れ磁束を少なくすることができる。

ここで図１に示したレンズ駆動装置を備えたカメラ付き携帯電話機の構成を示すブロック図を図６に示す。図６を参照して、カメラ付き携帯電話機には、レンズホルダ２と、コイル６と、マグネット７とが設けられる。また、レンズホルダ２の後部（図では右側）には、波長が７００ｎｍ以上の赤外線をカットして色再現性を高めるためのＩＲカットフィルタ２１と、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどのイメージセンサ２２とが設けられている。物体からの光は、光軸１ａに沿ってレンズホルダ２に保持されたレンズユニット１およびＩＲカットフィルタ２１を介してイメージセンサ２２に入射される。

また、カメラ付き携帯電話機には、レンズホルダ２の位置を検出するための位置センサ２３が設けられている。位置センサ２３としては、たとえばホール素子が使用される。位置センサ２３の信号は、マイコン２４に入力されて処理される。マイコン２４は、位置センサ２３の出力信号に基づいて、ドライバ２５を介してコイル６の駆動電流を制御する。

図７は図１のレンズ駆動装置１から筐体３を取り除いた斜視図である。前述したようにレンズホルダ２は光軸１ａの方向に移動する。当該レンズ駆動装置１を具備したカメラ付き携帯電話機を使用者が操作しているとき、使用者がカメラ付き携帯電話機を保持している状態いかんによりレンズホルダ２には図７の矢印Ａ〜Ｄの方向に重力がかかる。重力が矢印Ａ〜Ｄのいずれの方向に加わるかによりレンズホルダ２の移動時にレンズホルダ２に加えられる力が異なることとなり、いわゆる姿勢差が生じることとなる。

使用者がカメラ付き携帯電話機即ちレンズ駆動装置を図７の状態で保持している時（以下、状態１という）と、紙面の上下逆方向にレンズ駆動装置を保持している時（以下、状態２という）に、コイル６に電流を流して同じ電磁力を発生させた場合を考える。状態１でレンズホルダ２をＤ方向即ちホームポジションに向けて移動させる際には慣性力に重力がプラスされたものがレンズホルダ２に働く。これに対して、状態２でレンズホルダ２をホームポジションに向けて移動させる場合、レンズホルダ２を移動させる際の慣性力から重力がマイナスされたものがレンズホルダ２に働く。よって、状態１のときの方が状態２のときよりも移動量が大きくなる。すなわち同じ電磁力を与えた場合でもレンズホルダの姿勢差によりレンズホルダの移動量は異なることとなる。

姿勢差によりレンズホルダの移動量が影響を受けるのを回避するために本実施例がとっている手段を以下に説明する。

図８はコイル６に印加されている駆動電流パルスを説明する図である。同図（ａ）では１パルス当たりのパルス電流印加時間幅は大きく、同図（ｂ）では１パルス当たりのパルス電流時間幅は小さい。このときのレンズホルダ２の移動量を図９に示す。同図を見れば分かるように、１パルス当たりのパルス電流印加時間幅が大きいほど移動量は大きくなる。

したがって、姿勢差が発生したときに、１パルス当たりのパルス電流印加時間幅を制御することにより、一定の移動量を得ることができる。前述した図７の例で言えば、Ｄの方向に移動するときに移動量が大きいので図８（ｂ）のパルス電流を印加し、Ｃの方向に移動するときに図８（ａ）のパルス電流を印加する。

姿勢差に関しては、レンズ駆動装置を具備しているカメラ付き携帯電話機本体に傾きセンサを設けておけばその出力信号をマイコンに取り込んで制御することも可能であるが、図１０に示すようなフローにより姿勢差を検知してパルス電流時間幅を変更する。

まず、駆動スタート時点では、メモリ２６等のデータ格納手段に記憶させてある現行設定パルス電流印加時間幅Ｐ０をマイコン２４が読み込み、ドライバ２５を介して現行設定パルス電流印加時間幅Ｐ０をもつパルス電流を出力して、１〜数パルス分だけ実際にレンズホルダ２を移動させる。ホール素子２３はレンズホルダ２の移動量Ｈを検出し、それを出力信号としてマイコン２４へ出力する。

メモリ２６には、姿勢差による移動量への影響を判断するための第１の規定値Ｓ１（下限側）と第２の規定置Ｓ２（上限側）が格納されていると共に、移動量Ｈと後述する第１の規定値Ｓ１との差に応じた第１の修正パルス電流印加時間幅Ｐ１、及び移動量Ｈと第２の規定値Ｓ２との差に応じた第２の修正パルス電流印加時間幅Ｐ２が、テーブルとして格納されている。

マイコン２４は、前記第１の規定値Ｓ１と第２の規定置Ｓ２と実際の移動量Ｈとを比較し、移動量Ｈが第１の規定値Ｓ１と第２の規定置Ｓ２の範囲内にあればＯＫとして判断して、メモリ２６に現行設定パルス電流印加時間幅Ｐ０としてそのままＰ０を書き込む。そして、現行設定パルス電流印加時間幅Ｐ０をもつパルス電流をコイル６へ印加し続けてレンズホルダ２を移動させる。

移動量Ｈが第１の規定値Ｓ１より小さい場合は、マイコン２４はメモリ２６から第１の修正パルス電流時間幅Ｐ１（現行設定パルス電流時間幅Ｐ０より時間幅が大きい）を読み出し、ドライバ２５を介して第１の修正パルス電流時間幅Ｐ１を有するパルス電流をコイル６へ出力して１〜数パルス分だけ実際にレンズホルダ２を移動させる。また、移動量Ｈが第１の規定値Ｓ２より大きい場合は、マイコン２４はメモリ２６から第２の修正パルス電流時間幅Ｐ２（現行設定パルス電流時間幅Ｐ０より時間幅が小さい）を読み出し、ドライバ２５を介して第２の修正パルス電流時間幅Ｐ２を有するパルス電流をコイル６へ出力して１〜数パルス分だけ実際にレンズホルダ２を移動させる。

次いで、再度、ホール素子２３はレンズホルダ２の移動量Ｈを検出し、それを出力信号としてマイコン２４へ出力する。

マイコン２４は、メモリ２６にテーブルとして格納されている第１の規定値Ｓ１と第２の規定置Ｓ２と実際の移動量Ｈとを比較し、移動量Ｈが第１の規定値Ｓ１と第２の規定置Ｓ２の範囲内にあればＯＫとして判断して、現行設定パルス電流時間幅Ｐ０を第１の修正パルス電流時間幅Ｐ１または第２の修正パルス電流時間幅Ｐ２に書き換えてメモリ２６に記憶する。

移動量Ｈが第１の規定値Ｓ１と第２の規定置Ｓ２の範囲内になければ、再度メモリ２６から第１の規定値Ｓ１または第２の規定置Ｓ２と移動量Ｈとの差に応じた第１の修正パルス電流時間幅Ｐ１または第２の修正パルス電流時間幅Ｐ２を読み出して同様の動作を繰り返す。

また、パルス電流に関しては、図１１に示すように、プラスとマイナスのパルスを組み合わせたものであっても良い。マイナスのパルスを組み合わせることによりプラスのパルスと反対方向に電磁力が発生するのでレンズホルダの移動に対してブレーキ効果を出すことができる。

なお、この実施の形態では、レンズホルダ２に磁性部材９を１つ設けたが、レンズホルダ２に磁性部材９を複数設けてもよいことは言うまでもない。

図１２に別の実施例を示す。なお、実施例１と同じ部品、部材、部分については同じ参照符号を付し、その説明は省略する。

本構成では、シャフト４に対して摩擦力を付与する不勢部材１５をレンズホルダ２に設けている。さらに、フレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣという）１４にはレンズホルダ２の位置を検出するためのセンサが配設されており、またコイル６や該センサに給電している。そしてＦＰＣ１４の一端はレンズホルダ２に、他端は筐体３に接着されており、曲げ部１４ａが設けられている。

フォーカス動作により焦点が合ったときは、コイル６に流れる電流Ｉをゼロにして、マグネット７と磁性部材９の間に発生している磁気吸引力によってレンズホルダ２をシャフト４，５に押圧しているが、この不勢部材１５によってさらにレンズホルダ２をシャフト４に押圧することができるため、実施例１よりもレンズホルダ２の位置を確実に保持することができる。

なお、本実施例では不勢部材１５はレンズホルダ２と一体成形品としているが、これに限定されない。別部品、たとえばＳＵＳ等の板バネ部材を不勢部材としてレンズホルダ２に取り付けることも可能であることはいうまでもない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の一実施の形態による撮像装置のレンズ駆動装置の構成を示す斜視図である。 図１に示したレンズホルダの構成を示す斜視図である。 図１に示したレンズホルダの構成を示す背面図である。 図１に示したコイルおよびマグネットの動作を示す図である。 図１に示したレンズ駆動装置のフォーカス動作を示す図である。 図１に示したレンズ駆動装置を備えた撮像装置の構成を示すブロック図である。 図１に示したレンズ駆動装置の姿勢差の説明図である。 図１に示したレンズ駆動装置のコイルに印加するパルス電流の説明図である。 パルス電流と移動量の関係を示す図である。 パルス電流制御のためのフローチャートである。 他の形態のパルス電流を示す図である。 他の形態のレンズ駆動装置を示す図である。

符号の説明

１ レンズユニット、１ａ 光軸、２ レンズホルダ、３ 筐体、４，５ シャフト、６ コイル、６ａ 上半部、６ｂ 下半部、７ マグネット、７ａ Ｎ極領域、７ｂ Ｓ極領域、８ ヨーク、９ 磁性部材、１１ レンズ受け部、１２ 支持部材、１３，１５，１６ 貫通孔、１４ 切欠部、１７ 穴、２１ ＩＲカットフィルタ、２２ イメージセンサ、２３ 位置センサ、２４ マイコン、２５ ドライバ、２６ メモリ、Ｓ１ 第１の規定値、Ｓ２ 第２の規定値、Ｐ０ 現行設定パルス電流時間幅、Ｐ１ 第１の修正パルス電流時間幅、Ｐ２ 第２の修正パルス電流時間幅

Claims (6)

1. レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動装置であって、
   前記レンズを保持するレンズホルダと、
   前記レンズホルダを前記光軸方向に移動可能に支持する案内手段と、
   コイルとマグネットとを含み、前記レンズホルダを前記光軸方向に移動させるリニアモータとを備え、
   前記コイルにパルス電流を印加することにより前記レンズホルダを移動させることを特徴とする、レンズ駆動装置。
2. 前記レンズホルダの位置を検出のためのセンサと、
   １パルス当たりのパルス電流印加時間幅を制御するための制御装置と、
   １パルス当たりのパルス電流印加時間幅及びレンズホルダ移動距離の規定値を記憶するためのデータ格納手段と、
   を備えことを特徴とする、請求項１に記載のレンズ駆動装置。
3. コイルに印加するパルス電流に対するレンズホルダの移動量が所定の範囲外のときに、コイルに印加するパルス電流の１パルス当たりのパルス電流印加時間幅を変更することを特徴とする、請求項１又は２に記載のレンズ駆動装置。
4. 前記案内手段は駆動部と非駆動部とからなり、前記非駆動部に前記レンズホルダを押圧させる摩擦発生手段を備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のレンズ駆動装置。
5. パルス電流をコイルに印加することによりレンズを保持したレンズホルダを移動させ、
   センサによりレンズホルダの位置を検出してレンズホルダの移動量を求め、
   該移動量が所定の範囲外であればパルス電流の１パルス当たりのパルス電流印加時間幅を変更し、
   変更後の１パルス当たりのパルス電流印加時間幅をもつパルス電流をコイルに印加してレンズホルダを移動させることを特徴とする、レンズの駆動方法。
6. 前記移動量が所定の範囲よりも小さい場合に１パルス当たりのパルス電流印加時間幅を大きくし、前記移動量が所定の範囲よりも大きい場合に１パルス当たりのパルス電流印加時間幅を小さくすることを特徴とする、請求項５に記載のレンズの駆動方法。