JP2008259345A - リニア駆動装置、レンズ駆動装置、カメラ及びカメラ付き携帯電話 - Google Patents

Abstract

【課題】振動部材の製造が容易なリニア駆動装置、レンズ駆動装置、カメラ及びカメラ付き携帯電話を提供する。
【解決手段】本発明のレンズ駆動装置１において、振動部材７の振動により駆動軸２１が軸線方向に振動することにより、駆動軸２１に摩擦接触した移動体３が直線移動するリニア駆動装置において、振動部材２１は、一方及び他方の圧電素子２３、２５間に挟持され弾性を有する金属製の振動子１９とを有しており、一方及び他方の圧電素子２３、２５に形成された電極層２４、２６に給電することにより伸縮するものであり、一方の圧電素子２３の電極層２４は圧電素子表面における中央部を欠除してあり、駆動軸２１の基端２１ａは欠除部２４ａに配置して圧電素子２３の表面に接着固定してある。
【選択図】図３

Description

本発明は、移動体を直線移動させるリニア駆動装置、そのリニア駆動装置を用いたレンズ駆動装置、カメラ及びカメラ付き携帯電話に関する。

特許文献１には、一方及び他方の圧電素子間に金属製の振動子を挟持し、一方の圧電素子には中央部に貫通穴を形成して、一方の圧電素子側に配置した駆動軸の基端を、一方の圧電素子の貫通穴に挿通して振動子に固定することが開示されている。

国際公開ＷＯ２００５／０８３８７４ Ａ１ 特開２００５−３０５３５３

しかし、特許文献１の技術では、一方の圧電素子には、貫通穴を形成して貫通穴に駆動軸を挿通する構成であるから、一方の圧電素子は中央をくり貫いてドーナツ形状に形成する必要があり、製造し難いという問題がある。

一方、一般に圧電素子の表面には電極層を形成してあり、圧電素子の表面に駆動軸の基端を直接固定すると、振動により駆動軸を固定している部分の電極層が剥離してしまうおそれがある。このため、例えば、特許文献２では、圧電素子と駆動軸とを金具で固定しているが、金具で固定したのでは、製造に手間がかかるという問題がある。

そこで、本発明は、振動部材の製造が容易なリニア駆動装置、レンズ駆動装置、カメラ及びカメラ付き携帯電話の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、振動部材と、振動部材に基端を固定した駆動軸とを備え、振動部材の振動により駆動軸が軸線方向に振動することにより、駆動軸に摩擦接触した移動体が直線移動するリニア駆動装置において、振動部材は、一方及び他方の板状の圧電素子と、一方及び他方の圧電素子間に挟持され弾性を有する金属製の振動子とを有し、一方及び他方の圧電素子は共に離反する側の面に電極層が形成されており電極層に給電することにより伸縮するものであり、一方の圧電素子の電極層は圧電素子表面における中央部を欠除してあり、駆動軸の基端は一方の圧電素子の電極層における欠除部に配置して圧電素子表面に接着剤で接着固定してあることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、一方及び他方の圧電素子は、各々輪郭が多角形を成し、多角形の角を互いに周方向の異なる位置にずらして配置していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、駆動軸に摩擦接触する移動体は、フォーカスレンズホルダ及びズームレンズホルダの少なくとも一方であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のレンズ駆動装置と、レンズの光軸上に設けた画像センサとを有することを特徴とするカメラである。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のカメラを搭載したことを特徴とするカメラ付き携帯電話である。

請求項１に記載の発明によれば、一方の圧電素子の表面に形成された電極層はその中央部を欠除してあり、駆動軸の基端は圧電素子の電極層において、電極層の欠除部に配置して圧電素子の表面に接着剤により直接固定しているから、振動により電極層が剥がれて駆動軸が脱落することがない。

また、駆動軸を接着剤で振動子に接着固定できるから、駆動軸と振動体との接続が容易にでき、製造しやすい。特に、従来技術にあるような振動部材と駆動軸とを接続する金具を省略できるから、部品点数を削減し、装置の小型化を図ることができる。

尚、電極層の欠除部は、例えば、電極層の形成時にマスクをして容易に形成できる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を奏すると共に、各圧電素子を平面視多角形としているから、一枚板の圧電部材を多数に分割して圧電素子を得る場合に、輪郭を円形とする場合に比較して一枚板から圧電素子を無駄なく分割でき、且つ直線により切断できるので容易に製造することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の作用効果を奏するレンズ駆動装置を提供できる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の作用効果を奏するカメラを提供できる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の作用効果を奏するカメラ付き携帯電話を提供できる。

以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明するが、まず、図１〜図４を参照して本発明の第１実施の形態を説明する。図１は本実施の形態にかかるカメラの縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３はズームレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）の断面図であり、図４は図３に示すズームレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）の平面図である。

本発明の実施の形態にかかるレンズ駆動装置１は、携帯電話に組み込まれる光学ズーム付きオートフォーカスカメラのレンズ駆動装置１である。

レンズ駆動装置１は、図１に示すように、筐体２内に、ズームレンズホルダ（移動体）３、フォーカスレンズホルダ５（移動体）と、ズームレンズホルダ３を駆動するズームレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）７と、フォーカスレンズホルダ５を駆動するフォーカスレンズホルダ駆動手段（リニア駆動手段）９とを備えている。このレンズ駆動装置１は画像センサ１１が設けてある基板４に装着されている。更に、図２に示すように、筐体２内には、ズームレンズホルダ３の位置を検知するズームレンズ位置検出手段４３と、フォーカスレンズホルダ５の位置を検知するフォーカスレンズ位置検出手段４５とが設けてある。

ズームレンズホルダ３は、光学ズームレンズ１４を保持しており、フォーカスレンズホルダ５は、フォーカスレンズ１６を保持しており、光学ズームレンズ１４とフォーカスレンズ１６とは光軸０を同一にしてあり、光軸０上には結象位置に画像センサ１１が設けてある。更に、筐体２には被写体側レンズ１８と結像側レンズ２０とがズームレンズ１４とフォーカスレンズ１６と光軸０を一致して設けてある。

ズームレンズ駆動手段（リニア駆動装置）７とフォーカスレンズ駆動手段（リニア駆動装置）９とは略同じ構成であるから、ズームレンズ駆動手段７を説明してフォーカスレンズ駆動手段９には同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することによりその部分の説明を省略する。

ズームレンズ駆動手段７は、筐体２の基底２ａに固定した振動部材１７と、光軸方向に配置した駆動軸２１（２２）とから構成されており、駆動軸２１（２２）の基端は振動部材１７に取付けてある。

振動部材１７は、図３及び図４に示すように、被写体側圧電素子（一方側圧電素子）２３と結像側圧電素子（他方側圧電素子）２５と、これらの圧電素子２３、２５間に配置された振動子１９とから構成されている。尚、本実施の形態では、被写体側は光学ズームの望遠側であり、結像側は光学ズームの拡大側である。

被写体側圧電素子（一方側圧電素子）２３と結像側圧電素子（他方側圧電素子）２５とは、各々平面視同一径の円盤状であり、各圧電素子２３、２５において互いに離反する面即ち、被写体側圧電素子２３の被写体側面と結像側圧電素子２５の結合側面には、各々電極層２４、２６が形成されている。各電極層２４、２６は、本実施の形態では、各々銀膜である。

被写体側圧電素子２３の表面に形成されている電極層２４と、結像側圧電素子２５の表面に形成されている電極層２６とは各圧電素子２３、２５の輪郭から隙間をあけて形成されており、配線をハンダ付けにより接続するときにハンダが食み出しても振動子１９に接触してショートしないようにしてある。

被写体側圧電素子２３の表面に形成された電極層２４の中央部には、電極層が欠除した欠除部２４ａが形成されている。

駆動軸の基端２１ａは、電極層２４の欠除部２４ａに配置して被写体側圧電素子２３の表面に接着剤で接着固定されている。

振動子１９は、弾性を有する金属製板（例えば、銅板）であり、被写体側圧電素子（一方側圧電素子）２３と結像側圧電素子（他方側圧電素子）２５よりも径の大きい円盤状に形成されている。

振動部材１７には、被写体側圧電素子２３と結像側圧電素子２５とにパルス電流を供給する電源制御部２７が接続されており、被写体側圧電素子２３と結像側圧電素子２５との各電極層２４、２６が各々陽極に接続され、振動子１９は陰極に接続されている。振動子１９は、圧電素子２３、２５の輪郭よりも食み出した部分にハンダ付けにより配線が接続されている。

そして、結像側圧電素子２５にパルス電流を供給して結合側圧電素子２５が伸びると、振動子１９が弾性変形により被写体側に向けて移動し、その反力で急激に元の位置に戻ることによる変形を繰り返して圧電素子２５の伸縮を増幅する。同様に、被写体側対向電極２３にパルス電流を供給すると、振動子１９が弾性変形により結像側に向けて移動し、反力で急激に戻ることによる変形を繰り返して振動する。

図１に示すように、駆動軸２１の先端部は筐体２に固定した保持具４１ａに挿通されて筐体２に保持されており、振動部材１７も保持具４１ｂにより筐体２に保持されている。

ズームレンズホルダ３の一端部には駆動軸２１と圧接する樹脂製又は金属製の圧接部５１が設けてあり、圧接部５１は、図２に示すように、駆動軸２１を取巻く一側に開口部５３が形成されており、開口部５３はねじ５５により開口部５３の隙間を調整して、圧接部５１と駆動軸２１との間の摩擦（圧接力）を調整自在にしている。尚、ねじ５５を設けないで、圧接部５１の弾性を利用して予め設定された摩擦を付与するものであってもよいし、ねじを駆動軸２１に当接させて圧接するものであっても良い。

圧接部５１の内周面は、横断面が多角形、本実施の形態では四角形の孔になっており、横断面が円形の駆動軸２１と内周面において点接触している。このように、点接触することにより、駆動軸２１とズームレンズホルダ３の圧接部５１との間の摩擦により生じる粉や塵等を非接触箇所に逃すことができるので、駆動の信頼性が高くできる。

ズームレンズホルダ３の他端部は、フォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２との係合部３３が設けてあり、係合部３３はフォーカスレンズホルダの駆動軸２２に係合して支持されており、ズームレンズホルダ３の移動を案内している。係合部３３は横断面が略Ｕ字であり、Ｕ字内にフォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２が挿通されている。

フォーカスレンズホルダ５の構成はズームレンズホルダ３と同じ構成であり、フォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２はズームレンズホルダ３の駆動軸２１と同様に基端を振動部材１７に取付けてある。

次に、ズームレンズホルダ３の位置を検知するズームレンズ位置検出手段４３と、光学フォーカスレンズホルダ５の位置を検知するフォーカスレンズ位置検出手手段４５とについて説明する。ズームレンズ位置検手段４３とフォーカスレンズ位置検出器４５とは同じ構成であり、各々、レンズの光軸０方向に沿って異なる磁極（Ｓ極とＮ極）を交互に配置した磁極部材５７と、磁界強度を検知するＭＲセンサ５９とから構成されている。ＭＲセンサ５９は各ホルダ３、５に固定されており、各ホルダ３、５と共に移動して、各ホルダの基準位置（又は初期位置）からの移動量及び移動方向を検知可能になっている。各ＭＲセンサ５９の位置情報信号は、フレキシブル配線板６０により位置制御部に送られるようになっている。

筐体２は、図２に示すように、図１の光軸０方向から見た正面が長方形の直方体を成しており、正面から見て長方形の中央部にズームレンズ１４、フォーカスレンズ１６が位置し、長辺の一側にズームレンズホルダ駆動手段７とズームレンズ位置検出手段４３を他側にフォーカスレンズホルダ駆動手段９とフォーカスレンズ位置検出手段４５を配置している。また、長方形の角部に各手段７、９、４３、４５が位置して、ズームレンズホルダ駆動手段７とフォーカスレンズホルダ駆動手段９とが対角線上に位置し、ズームレンズ位置検出手段４３とフォーカスレンズ位置検出手段４５とが対角線上に位置している。このように直方体の角部に各駆動手段７、９や位置検出手段４３、４５を配置することにより、直方体の筐体２内にコンパクトに纏めて配置でき且つデットスペースを少なくできるので、レンズ駆動装置１を小さくできる。

次に、第１実施の形態の作用及び効果について説明する。本実施の形態では、ズームレンズホルダ３を移動して光学ズームで倍率を変え、フォーカスレンズホルダ５を移動して焦点距離をあわせるものである。

ズームレンズホルダ３を、望遠側（被写体側）に移動する場合には、振動部材１７の結像側圧電素子２５に所定パルスの電流を供給して、圧電素子２５の伸縮を振動子１９で増幅させて振動させる。結像側圧電素子２５はパルス電流が供給されると前側に突設するようにして変形し、駆動軸２１は、前側に向けて移動し、ズーム１レンズホルダ３は圧接部５１で駆動軸２１との摩擦力があるので前側に移動する。次に、結合側圧電素子２５が縮むと振動子１９が弾性変形した反力により急激に元の位置に戻ることにより、振動部材１７の伸縮を増幅する。このような動作を繰り返すことにより、ズームレンズホルダ３は駆動軸２１に沿って前進する。

振動部材１７に供給する電流は、電圧Ｖが数十Ｖであり、周波数Ｈが数十ＫＨｚでスムーズな移動を図ることができた。尚、パルス電流は周波数Ｈを変えることにより、ズームレンズホルダ３の移動速度を変えることができる。

ズームレンズホルダ３は移動中に駆動軸２１に交差する方向の僅かな振動（揺れ）を生じるが、ズームレンズホルダ３の他側にある係合部３３は、フォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２に係合しているので、かかる揺れやホルダの回転を防止しつつズームレンズホルダ３の移動をスムーズに案内することができる。

同様に、ズームレンズホルダ３を、拡大側（結像側）に移動する場合には、振動部材１７の被写体側圧電素子２３に同様のパルスの電流を供給すると振動子１９による振動の増幅を伴って振動し、ズームレンズホルダ３は後退する。

また、フォーカスレンズホルダ５の駆動もズームレンズホルダ３と同様に振動部材１７に所定パルスの電流を供給することにより、フォーカスレンズホルダ５をその駆動軸２２に沿って前進又は後退させることができる。

本実施の形態では、駆動軸２１の基端２１ａは、被写体側圧電素子２３の表面に形成した電極層２４の欠除部２４ａに配置して、圧電素子２３に接着剤で直接接着固定しているから、駆動軸２１と振動部材１７とを容易に固定でき、製造しやすい。

また、従来技術にあるような振動部材１７と駆動軸２１とを接続する金具を省略できるから、部品点数を削減し、装置の小型化を図ることができる。

振動部材１７において、圧電素子２３、２５の表面に形成する電極層２４、２６は、各圧電素子２３、２５の輪郭よりも隙間をあけたて内側に形成しているので、配線をハンダ付けするときにハンダが食み出して振動子１９に接触するショートを防止できる。

また、金属製の振動子１７を圧電素子２３、２５の輪郭よりも食み出して設けているので、振動子１７の表面における配線のハンダ付けがしやすい。

ズームレンズホルダ３は、フォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２に係合して案内されているので、案内部材を別途必要とせず、案内部材を省略できるから、部品点数を削減し、装置の小型化を図ることができる。同様に、フォーカスレンズホルダ５においても、ズームレンズホルダ３の駆動軸２１に係合して案内されているので、案内部材を別途必要とせず、案内部材を省略できる。

筐体２内において、ズームレンズホルダ駆動手段７及びズームレンズ位置検出手段４３を一側に配置し、フォーカスレンズホルダ駆動手段９及びフォーカス位置検出４５を光軸Ｏを挟んだ他側に配置することにより、ズーム系とフォーカス系とを分けて配置でき、組立てや検査、調整がし易く。

位置検出手段４３、４５は光軸Ｏ方向の磁極体に沿って配置して、レンズホルダ３、５と共に移動するＭＲセンサ５９で検知するので、各レンズホルダ３、５の位置を連続的に且つ精度良く検知でき、位置制御に優れる。

以下に、本発明の他の実施の形態を説明するが、以下に説明する実施の形態では、上述の第１実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には、同一の符号を付することにより、その部分の詳細な説明を省略し、以下の説明では、第１実施の形態と主に異なる点を説明する。

図５を参照して本発明の第２実施の形態を説明する。図５は、第２実施の形態にかかるズームレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）の平面図である。

この第２実施の形態では、被写体側圧電素子２３と結像側圧電素子２５とを各々、平面視正方形に形成してあり、正方形の角を互いに周方向の異なる位置にずらして配置してある。

この第２実施の形態においても上述した第１実施の形態と同様の作用効果を奏すると共に、各圧電素子２３、２５を平面視正方形としているから、第１実施の形態の平面視円形と比較して一枚板の圧電部材を多数に分割して圧電素子２３、２５を得るときに、一枚板の圧電部材から無駄なく圧電素子２３、２５を製造することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

例えば、第２実施の形態において、図６に示すように、被写体側圧電素子２３と結像側圧電素子２５とを各々、平面視正６角形に形成しても良く、また、正６角形に限らず、８角形等の多角形にして、被写体側圧電素子２３と結像側圧電素子２５との角を周方向の異なる位置にずらして配置するものであってもよい。

第１実施の形態において、振動子１９と圧電素子２３、２５とは同じ径としても良く、振動子１９が圧電素子２３、２５から食み出すことに限らない。

本発明の実施の形態にかかるレンズ駆動装置の断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 ズームレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）の断面図である。 図３に示すズームレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）の平面図である。 第２実施の形態にかかるズームレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）の平面図である。 第２実施の形態の変形例にかかるズームレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）の平面図である。

１ レンズ駆動装置
３ ズームレンズホルダ（移動体）
５ フォーカスレンズホルダ（移動体）
７ ズームレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）
９ フォーカスレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）
１７ 振動部材
１９ 振動子
２１ ズームレンズホルダの駆動軸（駆動軸）
２２ フォーカスレンズホルダの駆動軸（駆動軸）
２３ 被写体側圧電素子（一方側圧電素子）
２４ 電極層
２４ａ 電極層の欠除部
２５ 結像側圧電素子（他方の圧電素子）
２６ 電極層

Claims (5)

1. 振動部材と、振動部材に基端を固定した駆動軸とを備え、振動部材の振動により駆動軸が軸線方向に振動することにより、駆動軸に摩擦接触した移動体が直線移動するリニア駆動装置において、
   振動部材は、一方及び他方の板状の圧電素子と、一方及び他方の圧電素子間に挟持され弾性を有する金属製の振動子とを有し、一方及び他方の圧電素子は共に離反する側の面に電極層が形成されており電極層に給電することにより伸縮するものであり、一方の圧電素子の電極層は圧電素子表面における中央部を欠除してあり、駆動軸の基端は一方の圧電素子の電極層における欠除部に配置して圧電素子表面に接着剤で接着固定してあることを特徴とするリニア駆動装置。
2. 一方及び他方の圧電素子は、各々輪郭が多角形を成し、多角形の角を互いに周方向の異なる位置にずらして配置していることを特徴とする請求項１に記載のリニア駆動装置。
3. 駆動軸に摩擦接触する移動体は、フォーカスレンズホルダ及びズームレンズホルダの少なくとも一方であ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. 請求項３に記載のレンズ駆動装置と、レンズの光軸上に設けた画像センサとを有することを特徴とするカメラ。
5. 請求項４に記載のカメラを搭載したことを特徴とするカメラ付き携帯電話。

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