JP2008203330A - レンズ駆動装置および撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】レンズ鏡筒の内部に配置されるボイスコイルモーターをレンズ鏡筒の内部スペースを有効に利用してコンパクトに配置することができるレンズ駆動装置を提供する。
【解決手段】レンズ駆動装置のフォーカス駆動機構は、第1のレンズ鏡筒107に固定されるコイル118aと、固定部材109に固定されるマグネット118bと、該固定部材109に固定され、第1のレンズ鏡筒107の光軸方向の位置を検出するセンサ123aと、を備える。そして、第1のレンズ鏡筒107と第2の駆動機構Zとの間の光軸方向と直交する方向に沿ってコイル118a、マグネット118b、およびセンサ123aの順番に配する。
【選択図】図6

Description

本発明は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に搭載されるレンズ駆動装置及び該レンズ駆動装置を備える撮像装置に関する。
従来、撮像装置のレンズ鏡筒として、複数のレンズ群を移動してズーミングやフォーカシングを行う撮像状態と、レンズ間隔や撮像素子との間隔を所定間隔に狭くした格納状態とで全長を可変とする沈胴型のレンズ鏡筒が多く用いられている。このようなレンズ鏡筒は、カムやヘリコイド、リードスクリューなどの駆動機構により駆動される。
また、近年、撮像装置の高機能化、高画素化に伴い、高速、静音なレンズ駆動、および高停止精度のレンズ駆動が要求されている。このため、DCモーターやステッピングモーターに代えて、マグネットやヨークからなる磁気回路中にコイルを配設した、いわゆるボイスコイルモーターを用い、レンズ群を光軸方向に駆動する機構が提案されている。
ボイスコイルモーターを使用したレンズ駆動装置としては、可動部のレンズ保持部材を軽量にするために、レンズ保持部材の全周を囲むようにコイルを巻き付け、固定部にマグネットおよびヨークを配設したものが提案されている(特許文献1)。
一方、可動部のレンズ保持部材にコイルを巻き付けたときの、コイルに電流を供給するための配線の煩雑さを解消するために、レンズ保持部材にマグネットを固定して、固定部にコイルを巻き付けているものも提案されている(特許文献2)。
また、レンズ保持部材を光軸方向に案内するガイド軸をヨークの一部として、そのガイド軸の周囲に磁気回路を形成するものも提案されている(特許文献3)。
特開平7−239437号公報(図1) 特開2006―65115号公報(図25) 特許第03767532号公報(図3)
ところで、沈胴型のレンズ鏡筒などでは、複数のレンズ群を、カムやヘリコイドなど略円筒形状の駆動機構により駆動しているため、円筒体の内部にボイスコイルモーターを配設する場合、その円筒体の外径を極力小さくすることが要求される。
しかし、上記特許文献1では、レンズ保持部材の全周を囲むようにコイルを巻き付け、そのコイルに対向するようにマグネットやヨークを配設するため、レンズ保持部材の全周にわたり、装置寸法が大きくなるという問題がある。
また、上記特許文献2では、可動部のレンズ保持部材にマグネットを固定した場合には、レンズ保持部材の重量が大きくなるため、レンズ保持部材を駆動するために必要な駆動電流が大きくなるという問題がある。
更に、上記特許文献3では、レンズ保持部材を光軸方向に案内するガイド軸をヨークの一部として、そのガイド軸の周囲に磁気回路を形成する場合には、レンズと磁気回路とが互いに干渉しないようにする必要がある。このため、ガイド軸とレンズとの距離を比較的長く確保しなければならず、レンズ保持部材の長手方向の寸法が大きくなるという問題がある。
そこで、本発明は、鏡筒の内部に配置されるボイスコイルモーターを鏡筒の内部スペースを有効に利用してコンパクトに配置することができるレンズ駆動装置および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に、本発明のレンズ駆動装置は、第1のレンズ群を保持する第1のレンズ鏡筒と、第2のレンズ群を保持する第2のレンズ鏡筒と、前記第1のレンズ鏡筒を光軸方向に移動させる第1の駆動機構と、該第1のレンズ鏡筒を光軸方向に案内するガイド軸を有する固定部材と、該固定部材に固定され、前記第2のレンズ鏡筒を光軸方向に移動させる筒状の第2の駆動機構と、を備えるレンズ駆動装置であって、前記第1の駆動機構は、前記第1のレンズ鏡筒に固定されるコイルと、前記固定部材に固定されるマグネットと、該固定部材に固定され、前記第1のレンズ鏡筒の光軸方向の位置を検出するセンサと、を備え、前記第1のレンズ鏡筒と前記第2の駆動機構との間の光軸方向と直交する方向に沿って前記コイル、前記マグネット、および前記センサの順番に配したことを特徴とする。
本発明の撮像装置は、被写体像を光電変換する撮像素子を備える撮像装置であって、請求項1〜7のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置を備えることを特徴とする。
本発明によれば、鏡筒の内部に配置されるボイスコイルモーターを鏡筒の内部スペースを有効に利用してコンパクトに配置することができるので、鏡筒の軸方向および径方向の寸法が大きくなるのを防止することができる。
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態の一例であるレンズ駆動装置のレンズ鏡筒を説明するための分解斜視図、図2は該レンズ鏡筒の沈胴状態での断面図、図3は該レンズ鏡筒の撮像状態での断面図である。このレンズ駆動装置は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に搭載される。
図1に示すレンズ鏡筒は、2段沈胴型の3群レンズ構成とされ、被写体側(図中の左側)から順に、1群レンズ101、2群レンズ102、および3群レンズ103が配置されている。1群レンズ101は第1鏡筒105により保持され、2群レンズ102は第2鏡筒106に保持され、3群レンズ103は第3鏡筒107により保持される。
3つのレンズ群101,102,103を透過した被写体像はローパスフィルタ110を介してCCDセンサやCMOSセンサ等の撮像素子104で光電変換される。
撮像素子104は、撮像素子地板109により保持され、撮像素子地板109にはカバー鏡筒111がビス止め等により固定される。カバー鏡筒111および撮像素子地板109には、駆動筒112が回動可能に保持されている。
駆動筒112は、円筒形状をなしており、外周部に設けられているギア112aに駆動ギア113が噛み合い、ズームモーター114の回転により、回転駆動される。また、駆動筒112の内周壁には、光軸方向に延びる直線溝112bが周方向に等間隔で3箇所形成されている。駆動筒112の内側には、カバー鏡筒111と撮像素子地板109とに固定された固定筒115が配設されている。
固定筒115には、貫通溝形状の繰り出しカム115aが周方向に等間隔で3箇所形成されている。また、固定筒115の内周壁には、繰り出しテーパーカム115bが周方向に等間隔で3箇所形成されている。更に、固定筒115の内周側には、光軸方向に延びる直進溝115cが周方向に等間隔で3箇所形成されている。固定筒115の内側には、移動カム筒116が配設されている。
移動カム筒116は、円筒形状をなしており、外周部にはカムフォロワとなるフォロワピン116aが周方向に等間隔で3箇所設けられている。また、移動カム筒116の外周部には、駆動ピン116bが周方向に等間隔で3箇所固定されている。駆動ピン116bは、フォロワピン116aよりも撮像面側に位置している。
フォロワピン116aの先端にはテーパー部が形成されており、該テーパー部は固定筒115の繰り出しテーパーカム115bに係合している。また、駆動ピン116bは固定筒115の繰り出しカム115aに係合するとともに、繰り出しカム115aを貫通して直進溝112bにも係合している。
駆動筒112がズームモーターの駆動力により光軸回りで回転駆動されると、駆動ピン116bが直進溝112bに係合しているため、移動カム筒116のフォロワピン116aが固定筒115のテーパーカム115bのリフトにより光軸方向に移動する。移動カム筒116の内側には、直進筒117が配設されている。
直進筒117は、円筒形状をなしており、後端側外周部には突起部117aが周方向に等間隔で3箇所設けられている。この突起部117aは、固定筒115の内周側に形成された直進溝115cに係合している。このため、直進筒117は固定筒115に対し、光軸方向には移動可能であるが、光軸回りでの回転は阻止される。
また、直進筒117の先端部外周における周方向等間隔の3箇所には突起部117bが設けられており、この突起部117bは移動カム筒116の先端に当接している。このため、移動カム筒116が光軸方向に移動すると、直進筒117は移動カム筒116と一体的に光軸方向に回転するが、直進筒117は回転しない。
また、直進筒117には、光軸方向に延びる貫通溝形状の直進溝117c,117dが周方向に等間隔で3箇所形成されている。また、移動カム筒116の内周部には、テーパーカム116b,116cが周方向に等間隔で3箇所形成されている。
一方、第1鏡筒105の外周部には、フォロワピン105aが周方向に等間隔で3箇所設けられている。
このフォロワピン105aは、直進筒117の直進溝117cを貫通して、フォロワピン105aの先端に形成されているテーパー部がテーパーカム113bに係合している。このため、第1鏡筒105は、移動カム筒116が回転しながら光軸方向に移動するのに連動して、テーパーカム113bのリフトにより光軸方向に移動する。
また、第2鏡筒106の外周部には、カムフォロワ106aが周方向に等間隔で3箇所形成されている。
このフォロワカム106aは、直進筒117の直進溝を貫通して、フォロワカム106aの先端に形成されているテーパー部分がテーパーカム113cに係合している。このため、第2鏡筒106は、移動カム筒116が回転しながら光軸方向に移動するのに連動して、テーパーカム113cのリフトにより光軸方向に移動する。なお、第2鏡筒106には、2群レンズ102のほか、シャッタ・絞りユニット108が搭載されている。
以上の構成により、レンズ鏡筒は図2に示す沈胴状態と図3に示す撮像状態との間でその全長を変化させるように駆動される。撮像状態では、ズームモーター114の駆動力により、3つのレンズ群の間隔が変化することにより、ズーミングを行うことができる。また、後述するボイスコイルモーターにより3群レンズ103の光軸方向の位置を変化させることによりフォーカシングを行うことができる。
次に、ボイスコイルモーターを駆動源とする3群レンズ103の駆動機構(フォーカス駆動機構)について説明する。
図4は3群レンズ103の駆動機構と撮像素子地板109との分解斜視図、図5は3群レンズ103の駆動機構と撮像素子地板109との組立図である。
ボイスコイルモーターは、コイル118a、マグネット118b、およびヨーク118cを備える。
コイル118aは、第3鏡筒107に固定されている。フレキシブル基板119からコイル118aに通電すると、撮像素子地板109に固定部材120を介して固定されたマグネット118bおよびヨーク118cで形成される磁気回路の作用により、第3鏡筒107はガイド軸121に沿い、光軸方向に駆動される。なお、第3鏡筒107の駆動範囲は、撮像素子地板109と第3鏡筒107との突き当て面から撮像素子地板109にビス止め固定された部材122と第3鏡筒107との突き当て面までである。
第3鏡筒107の光軸方向の位置は、センサ123aとスケール123bにより、次にようにして検出される。
すなわち、スケール123bは、弾性保持部材124により第3鏡筒107に弾性保持されている。このスケール123bには、所定のピッチで溝部が形成されている。また、撮像素子地板109には、スケール123bに対向して、所定のギャップを挟みセンサ123aが固定部材120により取り付けられている。
センサ123aには発光素子と受光素子が実装されており、発光素子から発光される光束がスケール123bの溝部に反射して、その反射光束を受光素子により受光することで出力信号を得る。
固定のセンサ123aに対し、スケール123bを固定した第3鏡筒107が移動すると、センサ123aから90degの位相差を有する正弦波信号が出力される。これらの2相の出力により、スケール123bの移動量と移動方向を判定することができる。第3鏡筒107の初期位置は、第3鏡筒107と撮像素子地板109との突き当てにより決定される。なお、センサ123aの出力は3相以上でも構わない。また、位相角も90deg以外の角度でも構わない。
次に、図6および図7を参照して、ボイスコイルモーターを構成するコイル118a、マグネット118bのレイアウトと、第3鏡筒107の光軸方向の位置を検出するセンサ123aのレイアウトとを説明する。
図6はレンズ鏡筒を光軸方向(被写体側)から見た3群レンズ103の駆動機構と撮像素子地板109とを示す図、図7は図6の上面図である。
光軸方向から見て、ボイスコイルモーターおよびセンサ123aは、第3鏡筒107と直進筒117との間の空間に近接して配設している。
図7に示すように、センサ123aの光軸方向の位置はスケール123bよりも被写体側にあり、スケール123bは第3鏡筒107の移動範囲以上の長さ(光軸方向)を必要とする。このため、スケール123bが撮像素子地板109を貫通して位置しない限り、センサ123aは撮像素子地板109から第3鏡筒107の移動範囲以上か同じくらいの距離に位置する。
また、ボイスコイルモーターの光軸方向の高さは、最低でも第3鏡筒107の移動範囲にコイル118aの厚みも加わる高さになる。沈胴型の鏡筒などでは、例えば、第2鏡筒106の突起部やシャッタ・絞りユニット108のアクチュエータが沈下することがあるため、それらに干渉しないように、同程度の高さの部品を近接して配設することが設計上望ましい。そのため、本実施形態では、ボイスコイルモーターとセンサ123aを近接して配設している。
また、ボイスコイルモーターのコイル118aとマグネット118bとは、互いの対向方向が直進筒117の周方向に対向するように略水平配置されている。
図8および図9は、ボイスコイルモーターのレイアウト例について説明するための図である。
図においてハッチングしている部分は、第1鏡筒105、第2鏡筒106を駆動するためのカバー鏡筒111、駆動筒112、固定筒115、移動カム筒116、直進筒117などから構成される駆動機構Zである。ハッチングしていない部分は、直進筒117の内側に該当する。
図8は、ボイスコイルモーターのコイル118aとマグネット118bの対向方向が直進筒117の径方向に対向するように略垂直配置したレイアウト例を示す図である。図9は、ボイスコイルモーターのコイル118aとマグネット118bの対向方向が直進筒117の周方向に対向するように略水平配置したレイアウト例を示す図である。
図8のボイスコイルモーターのレイアウト例では、コイル118aの巻幅、マグネット118b、ヨーク118cの板厚に加工可能な最低寸法もあるため、ボイスコイルモーターが直進筒117の半径方向に部分的に大きくなる。この結果、鏡筒の外径が大きくなる可能性がある。
また、ボイスコイルモーターの中で高さのあるマグネット118b、ヨーク118cを直進筒117のすぐ内側に配設した場合、直進筒117の内側で沈下する第1鏡筒105や第2鏡筒106の外筒に干渉する可能性がある。特に、第1鏡筒105の外筒は撮像状態において外観になることもあるため、ボイスコイルモーターとの干渉を避けるための切り欠きを設けることは難しい。
これに対し、図9のボイスコイルモーターのレイアウト例では、コイル118a、マグネット118b、ヨーク118cの形状を直進筒117の内径に対応して変更することが可能であり、ボイスコイルモーターを自由に配設することが可能である。
そのため、本実施形態では、ボイスコイルモーターのコイル118aとマグネット118bの対向方向が直進筒117の周方向に対向するように略水平配置している。
また、ボイスコイルモーターとセンサ123aとのレイアウトは、図6および図10に示すように、コイル118a、マグネット118b、センサ123aの順番で直進筒117の周方向に配して並設している。
図10、図11および図12は、ボイスコイルモーターとセンサ123aとのレイアウト例を説明するための図である。
図において、ハッチングしている部分は、第1鏡筒105、第2鏡筒106を駆動するためのカバー鏡筒111、駆動筒112、固定筒115、移動カム筒116、直進筒117などから構成される駆動機構Zである。ハッチングしていない部分は、直進筒117の内側に該当する。
図10はコイル118aとセンサ123aとが並び合うレイアウト例を示す図、図11はマグネット118bとセンサ123aとが並び合うレイアウト例を示す図である。また、図12に示すように、ボイスコイルモーターの直進筒117の径方向外側にセンサ123aをレイアウトすることも可能であるが、このレイアウト例では、直進筒117が半径方向に部分的に大きくなるため、鏡筒の小型化に不利である。
図10に示すレイアウト例では、コイル118aに駆動電流を供給するためのフレキシブル基板119の引き回しが困難であるという問題がある。図6に示すように、フレキシブル基板119は、3群レンズ103が撮像面側に位置していると、光軸に直交する方向に撓む。このため、フレキシブル基板119が無理に撓むことで3群レンズ103の移動に負荷が加わらないように、あるいは、他の部品に干渉してフレキシブル基板119が損傷しないように、空間を確保する必要がある。
そのため、本実施形態では、フレキシブル基板119の引き回しを容易にすべく、図11に示すように、マグネット118bとセンサ123aとが並び合うレイアウトを採用している。
なお、本実施形態では、図13(a)および図13(b)に示すように、沈胴状態ではフレキシブル基板119は2群レンズ102に干渉しないように格納される。また、撮影状態では、第2鏡筒106が移動することにより形成される空間を利用して、第3鏡筒107が移動してもフレキシブル基板119が干渉しないように空間を確保している。
以上説明したように、本実施形態では、第3鏡筒107と駆動機構Zの間にボイスコイルモーターのコイル118a,マグネット118bとセンサ123aを、コイル118aとマグネット118bの対向方向が駆動機構Zの周方向に対向するように略水平配置する。
これにより、レンズ鏡筒の内部に配置されるボイスコイルモーターをレンズ鏡筒の内部スペースを有効に利用してコンパクトに配置することができ、レンズ鏡筒の軸方向および径方向の寸法が大きくなるのを防止することができる。
また、マグネット118bとセンサ123aを近接して並設しているので、フレキシブル基板119の引き回しが容易になるとともに、マグネット118bを撮像素子地板109に固定するための固定部材120でセンサ123aを同時に固定することができる。
これにより、センサ123aを固定するための固定部材やビス等の部品数を削減することができるとともに、固定に必要な空間を節約することができ、レンズ鏡筒の小型化に寄与することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、ボイスコイルモーターによりフォーカスレンズ群(3群レンズ103)を駆動する場合を例示したが、これに限定されず、ボイスコイルモーターにより駆動されるレンズ群であれば、他のレンズ群に本発明を適用してもよい。
また、上記実施の形態では、2段沈胴型の3群レンズ構成のレンズ鏡筒を例示したが、1段或いは3段以上の沈胴型、あるいは沈胴型ではないレンズ鏡筒でも構わない。また、3群レンズ構成以外のレンズ構成でも構わない。
更に、上記実施の形態では、第3鏡筒107と直進筒117との間にボイスコイルモーターとセンサとを配置した場合を例示したが、これに限定されず、レンズ鏡筒の最も内側にある略円筒形状の駆動機構であれば本発明を適用することが可能である。
本発明の実施の形態の一例であるレンズ駆動装置のレンズ鏡筒を説明するための分解斜視図である。 図1に示すレンズ鏡筒の沈胴状態での断面図である。 図1に示すレンズ鏡筒の撮像状態での断面図である。 3群レンズの駆動機構を説明するための分解斜視図である。 3群レンズの駆動機構を説明するための組立図である。 3群レンズの駆動機構をレンズ鏡筒の光軸方向(被写体側)から見た図である。 図6の上面図である。 ボイスコイルモーターのレイアウト例について説明するための図である。 ボイスコイルモーターのレイアウト例について説明するための図である。 ボイスコイルモーターとセンサとのレイアウト例を説明するための図である。 ボイスコイルモーターとセンサとのレイアウト例を説明するための図である。 ボイスコイルモーターとセンサとのレイアウト例を説明するための図である。 (a)はレンズ鏡筒の沈胴状態でのフレキシブル基板の状態を説明するための図、(b)はレンズ鏡筒の撮像状態でのフレキシブル基板の状態を説明するための図である。
符号の説明
101 1群レンズ(第2のレンズ群)
102 2群レンズ
103 3群レンズ(第1のレンズ群)
104 撮像素子
105 第1鏡筒(第2のレンズ鏡筒)
106 第2鏡筒
107 第3鏡筒(第1のレンズ鏡筒)
108 シャッタ・絞りユニット
109 撮像素子地板(固定部材)
110 ローパスフィルタ
111 カバー鏡筒
112 駆動筒
112a ギア部
112b 直進溝
113 駆動ギア
114 ズームモーター
115 固定筒
115a 繰り出しカム
115b 繰り出しテーパーカム
115c 直進溝
116 移動カム筒
116a フォロワピン
116b 駆動ピン
117 直進筒
117a 突起部
117b 突起部
117c 直進溝
117d 直進溝
118a コイル
118b マグネット
118c ヨーク
119 フレキシブル基板
120 マグネット、センサ固定部材
121 ガイド軸
123a センサ
123b スケール
124 スケール保持部材
Z 駆動機構(第2の駆動機構)

Claims (8)

  1. 第1のレンズ群を保持する第1のレンズ鏡筒と、第2のレンズ群を保持する第2のレンズ鏡筒と、前記第1のレンズ鏡筒を光軸方向に移動させる第1の駆動機構と、該第1のレンズ鏡筒を光軸方向に案内するガイド軸を有する固定部材と、該固定部材に固定され、前記第2のレンズ鏡筒を光軸方向に移動させる筒状の第2の駆動機構と、を備えるレンズ駆動装置であって、
    前記第1の駆動機構は、前記第1のレンズ鏡筒に固定されるコイルと、前記固定部材に固定されるマグネットと、該固定部材に固定され、前記第1のレンズ鏡筒の光軸方向の位置を検出するセンサと、を備え、
    前記第1のレンズ鏡筒と前記第2の駆動機構との間の光軸方向と直交する方向に沿って前記コイル、前記マグネット、および前記センサの順番に配したことを特徴とするレンズ駆動装置。
  2. 前記コイルと前記マグネットとの対向方向を前記第2の駆動機構の周方向に対向するように配置し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. 前記マグネットを前記固定部材に固定するためのマグネット固定部材が、前記センサを固定するセンサ固定部材を兼ねてい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. 前記コイルに駆動電流を供給するフレキシブル基板を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置
  5. 前記マグネットは、該マグネットの磁力を案内するヨークを吸着することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置。
  6. 前記第1の駆動機構が、フォーカス駆動機構であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置。
  7. 前記第2の駆動機構が、ズーム駆動機構であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置。
  8. 被写体像を光電変換する撮像素子を備える撮像装置であって、
    請求項1〜7のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置を備えることを特徴とする撮像装置。
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