JP2009020530A - 駆動体 - Google Patents

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美帆 千葉
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友浩 米澤
Kazunori Honda
和徳 本多
Isamu Ko
偉 高
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Abstract

【課題】 光学レンズの移動速度を安定化し得る簡単な構造のレンズ駆動機構を持つレンズモジュールにおける駆動体を提供する。
【解決手段】レンズモジュールは、磁石4へ吸着可能な移動体5を装着したレンズホルダ6(略図する光学レンズが装着される)をハウジング7にガイドピン8を用いて装着すると共に、圧電セラミック素子3の変位発生方向(長手方向)の一方側を磁石4、他方側をハウジング7に接着し、移動体5と磁石4とが磁力により吸着される構造であり、移動体5を支持したレンズホルダ6がガイドピン8に移動可能に支持される。磁石4の磁化方向は、光学レンズの光軸方向とほぼ直交してその半径方向にあり、圧電セラミック素子3で発生する振動により磁石4を振動させ、且つ磁石4の振動を駆動力として移動体5を駆動することによりレンズホルダ6を光軸方向に沿って移動させるレンズ駆動機構を有する。
【選択図】 図5

Description

本発明は、主としてデジタルビデオカメラ,デジタルカメラ,携帯電話機用カメラ等への適用が好適なレンズモジュールに用いられる駆動体であって、詳しくはオートフォーカスやズーム機構を有する光学機器への適用が好適であると共に、所定の方向に移動する光学レンズを備えたレンズモジュールに用いられる駆動体に関する。
従来、カメラにオートフォーカスやズーム機能を持たせるためには、光軸に沿って光学レンズを移動させる機構が必要であり、一般には電磁式のモータを用いた方法が知られている。
ところが、近年のデジタルカメラやカメラ付き携帯電話機に代表される光学機器では、小型化が急速に進み、それに伴って電磁式のモータから圧電素子等の電気/機械変換素子による光学レンズの移動方法を用いる技術が提案され、主流になりつつある。
こうした周知技術としては、例えば、被駆動物体若しくは被駆動物体に連結されている部材に摩擦係合されると共に、静止部材に移動可能に支持されている駆動部材と、駆動部材に一端が固定されると共に、他端が動かぬように静止部材等に固定された圧電素子と、圧電素子に伸びの速度と縮みの速度とを異ならせるように電圧を印加する圧電素子駆動手段とを有する駆動装置(特許文献1、参照)、磁性材料を用いた駆動部材と、駆動部材を励磁する励磁部材を有して駆動部材により駆動される可動レンズ群枠とを備え、駆動部材が電気/機械エネルギー変換素子により駆動される駆動機構(特許文献2、参照)、電気/機械変換素子に結合され、これと共に変位する駆動部材に被駆動部材を摩擦結合して成る駆動機構を備えた駆動装置であって、駆動部材と被駆動部材とを摩擦係合するための押圧力を付与する手段として、磁石を用いたもの(特許文献3参照)、圧電素子の一端に固定された振動軸と、この振動軸に摩擦保合される衝突子とを備え、振動軸を圧電素子で駆動することによって衝突子を駆動する駆動機構であって、振動軸を磁石としたもの(特許文献4参照)が挙げられる。
特許第2633066号(特許請求の範囲) 特開平10−10401号公報(特許請求の範囲) 特開平7−274546号公報(特許請求の範囲、段落[0033]) 特開平7−13061 号公報(段落[0033]〜[0038])
上述した電気/機械変換素子による光学レンズの移動方法を用いた周知技術の場合、何れにおいても構造上の問題がある。
具体的に言えば、特許文献1に開示されている方法の場合、駆動部材を静止部材に対して移動可能に支持する構造が必要であると共に、板バネ等の弾性部材を用いて駆動部材と被駆動物体を摩擦係合する必要があるため、レンズモジュールの構造が複雑になるばかりでなく、摩擦力の制御が困難であるため、被駆動物体の移動速度がばらついてしまうという問題がある。
又、特許文献2に開示されている方法の場合、励磁部材の磁化方向が定かでなく、例えば励磁部材の磁化方向が光学レンズの移動方向と一致していると、光学レンズの位置によっては励磁部材と磁性材料である駆動部材とで形成される磁気回路において磁束分布が上下非対称となることにより、レンズ繰り出し時とレンズ繰り込み時との移動速度に顕著な差を生じてしまうという問題がある。
更に、特許文献3に開示されている方法の場合、光学レンズを移動させる移動軸が他の部材と実質的に摩擦係合している箇所が多いため、摩擦係合部分の摩擦力を制御するのが煩雑となることにより、光学レンズを安定駆動させることが困難であるという問題がある。
加えて、特許文献4に開示されている方法の場合、磁石である駆動軸と摩擦係合する衝突子の接触部分の形状が円弧状の溝となっており、摩擦係合時の摩擦係数に関係する表面状態を管理することが困難であるため、同様の構造をレンズ駆動へ展開しようとすると、光学レンズの精密な位置決めが困難になってしまうという問題がある。
又、カメラにオートフォーカスとズーム機能を同時に持たせるためには、少なくとも2つのレンズを独立に駆動する必要があり、レンズを駆動する駆動装置が2つ必要になる。そのため、上述した周知技術を用いてオートフォーカスとズーム機能を同時に実現しようとすると、カメラが複雑化かつ大型化するという問題がある。
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、光学レンズの移動速度を安定化し得る簡単な構造のレンズ駆動機構を持つレンズモジュールにおける駆動体を提供することにある。
本発明の第1の態様によれば、静止部材と、光学レンズを支持又は該光学レンズと一体に形成されたレンズホルダと、磁石に対して吸着可能な材質からなる移動部材とともにレンズモジュールを構成し、前記レンズホルダを移動させる駆動体であって、前記静止部材に固定された駆動素子としての電気/機械変換素子と、該電気機械変換素子の一端側に接着され、前記移動部材に吸着可能な磁石と、を備え、前記電気/機械変換素子で発生する振動により前記磁石を振動させ、かつ該磁石の振動を駆動力として前記移動部材を駆動することにより前記レンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させるように構成されている駆動体が得られる。
本発明の第2の態様によれば、静止部材、第1の光学レンズを支持又は該第1の光学レンズと一体に形成された第1のレンズホルダ及び第2の光学レンズを支持又は該第2の光学レンズと一体に形成された第2のレンズホルダと、磁石に対して吸着可能な材質からなる円筒形状の移動部材とともにレンズモジュールを構成する駆動体であって、前記静止部材に固定された第1の駆動素子としての第1の電気機械変換素子と;前記静止部材に固定された第2の駆動素子としての第2の電気機械変換素子と;前記第1の電気機械変換素子及び前記第2の電気機械変換素子のそれぞれの一端側に接着された磁石とを備え、前記第1の電気/機械変換素子と前記第2の電気/機械変換素子とは、それぞれの変位発生方向が直行するように前記磁石に接着され、前記磁石の磁化方向は前記第1及び第2の光学レンズの光軸とほぼ直行するとともに前記第1および第2の光学レンズの半径又は外周方向であり、前記第1の電気/機械変換素子で発生する振動により前記磁石を前記光軸方向に振動させ、かつ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を駆動することにより前記第1及び第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させ、前記第2の電気/機械変換素子で発生する振動により前記磁石を前記外周方向に振動させ、かつ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を駆動することにより、前記移動体を回転することで前記第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させるように構成されている駆動体が得られる。
本発明の第3の態様によれば、静止部材、第1の光学レンズを支持又は該第1の光学レンズと一体に形成された第1のレンズホルダ及び第2の光学レンズを支持又は該第2の光学レンズと一体に形成された第2のレンズホルダと、磁石に対して吸着可能な材質からなる円筒形状の移動部材とともにレンズモジュールを構成する駆動体であって、第1の駆動素子としての第1の電気/機械変換素子と;第2の駆動素子としての第2の電気/機械変換素子と;前記第1の電気/機械変換素子及び前記第2の駆動素子としての電気/機械変換素子のそれぞれの一端側に接着された前記磁石とを備え、前記第1の電気/機械変換素子と前記第2の電気/機械変換素子とは、それぞれの変位発生方向が直行するように前記磁石に接着され、前記第1の駆動素子及び前記第2の駆動素子の少なくとも一方の駆動素子は静止部材に固定され、かつ前記第1の駆動素子及び前記第2の駆動素子の少なくとも一方の駆動素子の端面に重錘部材に固定され、前記磁石の磁化方向は前記第1及び第2の光学レンズの光軸とほぼ直行するとともに前記第1および第2の光学レンズの半径又は外周方向であり、前記第1の電気/機械変換素子で発生する振動により前記磁石を前記光軸方向に振動させ、かつ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を駆動することにより前記第1及び第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させ、前記第2の電気/機械変換素子で発生する振動により前記磁石を前記外周方向に振動させ、かつ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を駆動することにより、前記移動体を回転することで第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させるように構成されている駆動体が得られる。
なお、本発明の他の態様によれば、駆動素子としての電気/機械変換素子の一端側が磁石に接着され、他端側が静止部材に固定された駆動体と、前記磁石に対して吸着可能な材質から成る移動部材と、前記移動部材と一体に形成されたレンズホルダと、前記レンズホルダに支持又は一体に形成された光学レンズとを備え、前記磁石の磁化方向は、前記光学レンズの光軸方向とほぼ直交すると共に、該光学レンズの半径方向又は外周方向であり、更に、前記電気/機械変換素子で発生する振動により前記磁石を振動させ、且つ該磁石の振動を駆動力として前記移動部材を駆動することにより前記レンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させる機能のレンズ駆動機構を備えたことを特徴とするレンズモジュールが得られる。
なお、本発明の他の態様によれば、第1の駆動素子としての第1の電気/機械変換素子の変位発生方向の一端側が磁石に接着され、他端側が静止部材に固定され、第2の駆動素子としての第2の電気/機械変換素子の一端側が前記磁石の前記第1の電気/機械変換素子の変位発生方向と直交する方向に接着され、他端側が前記静止部材に固定された駆動体と、前記磁石に対して吸着可能な材質から成る円筒形状の移動部材と、前記移動部材と一体に形成された第1のレンズホルダと、前記第1のレンズホルダに支持又は一体に形成された第1の光学レンズと、前記移動部材の回転運動によって前記移動部材の光軸方向に移動可能に支持されている第2のレンズホルダと、前記第2のレンズホルダに支持又は一体に形成された第2の光学レンズとを備え、前記磁石の磁化方向は、前記第1および第2の光学レンズの光軸方向とほぼ直交すると共に、前記第1および第2の光学レンズの半径方向又は外周方向であり、更に、前記第1の駆動素子で発生する振動により前記磁石を前記光軸方向に振動させ、且つ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を前記光軸方向に駆動することにより前記第1および第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させる機能と、前記第2の駆動素子で発生する振動により前記磁石を前記移動部材の外周方向に振動させ、且つ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を回転することにより前記第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させる機能とを有するレンズ駆動機構を備えたことを特徴とするレンズモジュールが得られる。
また、本発明の他の態様によれば、第1の駆動素子としての第1の電気/機械変換素子の変位発生方向の一端側が磁石に接着され、他端側が静止部材に固定され、第2の駆動素子としての第2の電気/機械変換素子の他端側が前記磁石の前記第1の電気/機械変換素子の変位発生方向と直交する方向に接着され、他端側が重錘部材に固定された駆動体と、前記磁石に対して吸着可能な材質から成る円筒形状の移動部材と、前記移動部材に一体に形成された第1のレンズホルダと、前記第1のレンズホルダに支持又は一体に形成された第1の光学レンズと、前記移動部材の回転運動に対して前記移動部材の光軸方向に移動可能に支持されている第2のレンズホルダと、前記第2のレンズホルダに支持又は一体に形成された第2の光学レンズとを備え、前記磁石の磁化方向は、前記第1および第2の光学レンズの光軸方向とほぼ直交すると共に、前記第1および第2の光学レンズの半径方向又は外周方向であり、更に、前記第1の駆動素子で発生する振動により前記磁石を前記光軸方向に振動させ、且つ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を前記光軸方向に駆動することにより前記第1および第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させる機能と、前記第2の駆動素子で発生する振動により前記磁石を前記移動部材の外周方向に振動させ、且つ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を回転することにより前記第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させる機能とを有するレンズ駆動機構を備えたことを特徴とするレンズモジュールが得られる。
本発明の駆動体を備えたレンズモジュールの場合、駆動素子としての電気/ 機械変換素子における一端側が磁石に接着され、他端側が静止部材に固定された駆動体においての磁石から発生する磁力により、磁石に対して吸着可能な材質から成る移動部材を吸着係合させ、磁石の磁化方向を光学レンズの光軸方向とほぼ直交すると共に、光学レンズの半径方向或いは外周方向としたレンズ駆動機構を持たせ、電気/機械変換素子で発生する振動により磁石を振動させ、且つ磁石の振動を駆動力として移動部材を駆動することによりレンズホルダを光軸方向に沿って移動させる機能を得ているため、電気/機械変換素子の振動から発生する駆動力を移動部材へ安定して伝えることができるようになり、光学レンズの移動速度のばらつきを周知技術の場合と比べて小さくすることができる。又、本発明のレンズモジュールでは、一つの駆動体により、2つのレンズを独立で駆動することが可能なため、周知技術に比較して小型で簡単な構造でオートフォーカスとズーム機能を実現することができる。又、本発明の駆動体を備えたレンズモジュールでは、板バネ等の弾性部材が不要で摩擦係合部分が少ないため、部品点数が少なく非常に簡単で安定した構造となり、組み立てを容易にして低コストで行うことができることにより、小型のオートフォーカスやズーム機構を有するレンズモジュールへの適用が好適となる。更に、本発明のレンズモジュールでは、電気/機械変換素子の他端と静止部材との間に重錘部材、あるいは重錘部材と振動抑制部材とを配設しているため、電気/機械変換素子の発生する振動がハウジング等に漏れることを防止できることにより、イメージセンサの撮像特性を落とさずにオートフォーカスやズーム機構を有するレンズモジュールへの適用が好適となる。加えて、本発明のレンズモジュールでは、駆動素子としての電気/機械変換素子を積層型圧電セラミックによる圧電セラミック素子としているため、レンズ駆動機構では低電圧・低電力で十分なレンズ駆動力が得られるようになる。しかも、特許文献1,2のような駆動軸(ロッド)が無いため、駆動軸による振動減衰がなく、駆動エネルギーロスを生じない安定した移動が可能となる。即ち、本発明のレンズモジュールによれば、光学レンズをその光軸方向に沿って安定して移動させることができ、組み立てが容易でばらつきも少なく、小型化が容易であることにより、特に携帯電話機のカメラやデジタルスチールカメラのオートフォーカスやズーム機能付きレンズモジュールとしての利用が好適となる。
本発明の第1の最良の形態に係るレンズモジュールは、駆動素子としての電気/機械変換素子の一端側が磁石に接着され、他端側が静止部材に固定された駆動体と、前記磁石に対して吸着可能な材質から成る移動部材と、前記移動部材と一体に形成されたレンズホルダと、前記レンズホルダに支持又は一体に形成された光学レンズとを備え、前記磁石の磁化方向は、前記光学レンズの光軸方向とほぼ直交すると共に、該光学レンズの半径方向又は外周方向であり、更に、前記電気/機械変換素子で発生する振動により前記磁石を振動させ、且つ該磁石の振動を駆動力として前記移動部材を駆動することにより前記レンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させる機能のレンズ駆動機構を持つものである。
ここで、本発明において、上記レンズモジュールにおいて、前記電気/機械変換素子における伸びの速度と縮みの速度とを異ならせるように、前記電気/機械変換素子に電圧を印加して前記磁石を振動させることにより移動部材を駆動することが好ましい。
また、本発明によれば、上記何れかのレンズモジュールにおいて、前記電気/機械変換素子の他端と前記静止部材との間には、重錘部材、あるいは重錘部材と振動抑制部材とが配設されることが好ましい。
また、本発明の第2の最良の形態に係るレンズモジュールは、第1の駆動素子としての第1の電気/機械変換素子の変位発生方向の一端側が磁石に接着され、他端側が静止部材に固定され、第2の駆動素子としての第2の電気/機械変換素子の一端側が前記磁石の前記第1の電気/機械変換素子の変位発生方向と直交する方向に接着され、他端側が前記静止部材に固定された駆動体と、前記磁石に対して吸着可能な材質から成る円筒形状の移動部材と、前記移動部材と一体に形成された第1のレンズホルダと、前記第1のレンズホルダに支持又は一体に形成された第1の光学レンズと、前記移動部材の回転運動によって前記移動部材の光軸方向に移動可能に支持されている第2のレンズホルダと、前記第2のレンズホルダに支持又は一体に形成された第2の光学レンズとを備え、前記磁石の磁化方向は、前記第1および第2の光学レンズの光軸方向とほぼ直交すると共に、前記第1および第2の光学レンズの半径方向又は外周方向であり、更に、前記第1の駆動素子で発生する振動により前記磁石を前記光軸方向に振動させ、且つ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を前記光軸方向に駆動することにより前記第1および第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させる機能と、前記第2の駆動素子で発生する振動により前記磁石を前記移動部材の外周方向に振動させ、且つ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を回転することにより前記第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させる機能とを有するレンズ駆動機構を持つものである。
また、本発明の第3の最良の形態に係るレンズモジュールは、第1の駆動素子としての第1の電気/機械変換素子の変位発生方向の一端側が磁石に接着され、他端側が静止部材に固定され、第2の駆動素子としての第2の電気/機械変換素子の他端側が前記磁石の前記第1の電気/機械変換素子の変位発生方向と直交する方向に接着され、他端側が重錘部材に固定された駆動体と、前記磁石に対して吸着可能な材質から成る円筒形状の移動部材と、前記移動部材に一体に形成された第1のレンズホルダと、前記第1のレンズホルダに支持又は一体に形成された第1の光学レンズと、前記移動部材の回転運動に対して前記移動部材の光軸方向に移動可能に支持されている第2のレンズホルダと、前記第2のレンズホルダに支持又は一体に形成された第2の光学レンズとを備え、前記磁石の磁化方向は、前記第1および第2の光学レンズの光軸方向とほぼ直交すると共に、前記第1および第2の光学レンズの半径方向又は外周方向であり、更に、前記第1の駆動素子で発生する振動により前記磁石を前記光軸方向に振動させ、且つ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を前記光軸方向に駆動することにより前記第1および第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させる機能と、前記第2の駆動素子で発生する振動により前記磁石を前記移動部材の外周方向に振動させ、且つ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を回転することにより前記第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させる機能とを有するレンズ駆動機構を備えたことを特徴とするレンズモジュールが得られる。
但し、上記レンズモジュールの場合、電気/機械変換素子における伸びの速度と縮みの速度とを異ならせるように、電気/機械変換素子に電圧を印加して磁石を振動させることにより移動部材を駆動することが好ましい。
又、上記レンズモジュールの場合、電気/機械変換素子の他端と静止部材との間には、重錘部材を配設してもよく、さらに前記重錘部材と前記静止部材との間には、振動抑制部材を配設してもよい。
また、上記レンズモジュールの場合、電気/機械変換素子を積層型圧電セラミック素子とすることが好ましい。
また、本発明の何れかのレンズモジュールにおいて、前記第1の電気/機械変換素子における伸びの速度と縮みの速度とを異ならせるように、前記第1の電気/機械変換素子に電圧を印加して前記磁石を振動させることにより前記移動部材を駆動することが好ましい。
また、本発明のいずれかのレンズモジュールにおいて、前記第2の電気/機械変換素子における伸びの速度と縮みの速度とを異ならせるように、前記第2の電気/機械変換素子に電圧を印加して前記磁石を振動させることにより前記移動部材を駆動することが好ましい。
また、本発明の何れかのレンズモジュールにおいて、前記第1の電気/機械変換素子の他端と前記静止部材との間には、重錘部材、あるいは重錘部材と振動抑制部材とが配設されることが好ましい。
さらに、本発明の何れかのレンズモジュールにおいて、前記第2の電気/機械変換素子の他端と前記静止部材との間、あるいは前記重錘部材と前記静止部材との間には、振動抑制部材が配設されることが好ましい。
さらに、本発明について図面を用いてさらに詳しく説明する。
図1は、本発明の第1の最良の形態に係るレンズモジュールの要部となる駆動体の概略構成の一例を示したもので、(a)は側面図に関するもの,図(b)は同図(a)の白矢印で示す右側方向からの端面図に関するものである。
この駆動体は、駆動素子である電気/機械変換素子としての積層型圧電セラミックによる圧電セラミック素子1の変位発生方向(長手方向)の一端側(一端面側)に磁石2をエポキシ樹脂等を用いて接着して成るものである。
図1(a)及び(b)に示す駆動体の場合、磁石2の極性については、図1(a)を参照すれば、圧電セラミック素子1の長手方向とは垂直な白矢印の方向における右側がS極、左側がN極となっているため、図1(b)に示される端面側がS極となっている。尚、磁石2の極性については、他の形態へと変形することも可能である。
図2は、本発明の第1の最良の形態に係るレンズモジュールの要部となる駆動体の概略構成の他例を示したもので、(a)は側面図に関するもの,(b)は(a)の白矢印で示す右側方向からの端面図に関するものである。
この駆動体についても、圧電セラミック素子1の変位発生方向(長手方向)の一端側(一端面側)に磁石2′をエポキシ樹脂等を用いて接着して成るものである。但し、図2(a)及び(b)に示す駆動体の場合、磁石2′の極性については、図2(a)を参照すれば、圧電セラミック素子1の長手方向とは垂直な白矢印の方向に沿った紙面手前側の側面がN極、これに対向する奥側の側面がS極となっているため、図2(b)に示される端面側では左側がN極、右側がS極となっている。
何れにしても、圧電セラミック素子1については、所定の変位を発生できれば材質や構造を適宜選択できるものであるが、ここではレンズモジュールを携帯電話機のカメラモジュールやデジタルスチールカメラへの利用を想定し、その駆動電圧が数V〜十数V程度の範囲と低電圧で駆動される必要があることを考慮し、積層型圧電セラミックを用いるものとする。
圧電セラミック素子1の製造方法については、一般的な方法を採用すれば良く、例えばドクターブレード法等で所定の厚さのセラミックグリーンシートを作製し、それに対してスクリーン印刷法等で所定の形状にAg/PdペーストやCuペーストを内部電極として印刷した後、トリミングを経て所定枚数積層するようにしてから、熱プレスを施した後に所定の形状に打ち抜き、脱バインダ,焼結の工程を経て積層型圧電セラミックとして製造すれば良い。
磁石2,2′の材質は特に限定されないが、小型化を進めた場合にも十分な吸着力を確保するため、ネオジウム系磁石やサマリウムコバルト系磁石を用いれば良い。磁石2,2′の磁化方向は、N極及びS極を光学レンズの光軸方向と直交する方向に配置させる。これにより、磁石2と移動部材とで形成される磁気回路での磁束分布を光学レンズの移動方向に対して対称に形成することができるため、光学レンズの移動方向とその逆側の方向での駆動力の差を生じることが無く、光学レンズを安定して駆動させることができる。
図3は、本発明の第2の最良の形態に係るレンズモジュールの要部となる駆動体の概略構成の一例を示したもので、(a)は側面図に関するもの,(b)は同図(a)の白矢印で示す右側方向からの端面図に関するものである。
この駆動体は、第1の駆動素子である電気/機械変換素子としての積層型圧電セラミックによる圧電セラミック素子12の変位発生方向(長手方向)の一端側(一端面側)に磁石11をエポキシ樹脂等を用いて接着している。さらに別の圧電セラミック素子13の変位発生方向(長手方向)の一端側(一端面側)を磁石11にエポキシ樹脂等を用いて接着している。ここで、2つのセラミック素子の接着位置は、それぞれの変位発生方向が直交するように配置している。この場合の磁石11の極性については、圧電セラミック素子12からみて、図1の場合と同一である。
図4は、本発明の第3の最良の形態に係るレンズモジュールの要部となる駆動体の概略構成の一例を示したもので、(a)は側面図に関するもの,(b)は(a)の白矢印で示す右側方向からの端面図に関するものである。
この駆動体は、図6の場合と同様に、2つの圧電セラミック素子15,16を磁石14にエポキシ樹脂等を用いて接着している。さらに、圧電セラミック素子16の他端側には、重錘部材17をエポキシ樹脂等を用いて接着している。この場合の磁石14の極性については、圧電セラミック素子15からみて、図1の場合と同一である。
重錘部材17の材質は特に限定されず、磁石との重量バランスから決定すればよい。ステンレスなどの鉄系材料のほかに、タングステン合金などの密度の大きい金属材料が好ましい。
以下は、幾つかの実施例と比較例とを挙げ、本発明のレンズモジュールについて、図面を参照して具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは勿論である。
(実施例1)
図5は、本発明の実施例1に係るレンズモジュールの基本構成を示したもので、(a)は上面方向からの外観平面図に関するもの,(b)は(a)のA−A線方向における側面断面図に関するものである。
このレンズモジュールにおいては、駆動体として図1(a),(b)に示したタイプのものを用いており、磁石4へ吸着可能な材質から成る移動部材としての移動体5を装着したレンズホルダ6をハウジング7に対してガイドピン8を用いて装着すると共に、積層型圧電セラミックによる圧電セラミック素子3の変位発生方向(長手方向)の一方の端面側を磁石4に接着し、且つ他方の端面側を静止部材であるハウジング7に接着し、磁石4に対して吸着可能な材質から成る移動部材としての移動体5と磁石4とが磁力により吸着される構造となっている他、移動体5を支持したレンズホルダ6がチルト或いは回転防止のためにガイドピン8に移動可能に支持されている。
尚、レンズホルダ6には、所定の光学レンズが配置されるが、ここではその光学レンズを略図している。又、ここで移動体5とレンズホルダ6とは別部材としたが、同一部材として同じ材質により一体化して形成することもできる。磁石4の磁化方向は、図5(b)に示されるように、移動体5に接する側がS極、その逆側がN極となるように磁化されている。即ち、磁石4の磁化方向は、レンズホルダ6の中央部分に装着される図示されない光学レンズの光軸方向とほぼ直交すると共に、光学レンズの半径方向となっている。
この実施例1に係るレンズモジュールの場合、圧電セラミック素子3で発生する振動により磁石4を振動させ、且つ磁石4の振動を駆動力として移動体5を駆動することによりレンズホルダ6を光軸方向に沿って移動させる機能のレンズ駆動機構を有するものである。
因みに、実施例1に係るレンズモジュールにおいては、圧電セラミック素子3 から発生する振動がハウジング7にも伝わるため、カメラモジュールとして適用すれば、図示されないイメージセンサが振動ノイズ等の影響を受けることがある。
ここで、実施例1に係るレンズモジュールの具体例を説明する。圧電セラミック素子3としては、断面寸法が縦1.0mm×横1.0mm、高さ2.0mmの圧電積層型セラミックとし、±3Vの印加電圧に対して大略0.1μmの変位を発生するものを用いている。この圧電セラミック素子3の一方の端面側に対して断面寸法が縦1.2mm×横1.5mm、高さ1.0mmのネオジウム系磁石を熱硬化性エポキシ樹脂で接着して駆動体とし、図5(a)及び(b)に示されるような形状のポリカーボネートを材質とするハウジング7を作成した後、圧電セラミック素子3の他方の端面側を図5(b)に示される位置にエポキシ樹脂で接着した。
次に、SUS430の材質による外形8.5mm,内径7.5mm,高さ1.5mmの移動体5を作成し、この移動体5をポリカーボネートを材質とするレンズホルダ6にエポキシ樹脂で接着した。又、SUS304の材質によるカイドピン8にレンズホルダ6を支持すると共に、磁石4と移動体5とを磁力により吸着することにより、図5(a)及び(b)に示した構造の実施例1に係るレンズモジュールを5個作製した。
尚、これらの実施例1に係るレンズモジュールの場合、レンズホルダ6の移動ストロークは何れも約0.5mmとなるが、移動体5の高さを大きくすることにより、ストロークを更に大きくすることも可能である。
(実施例2)
図6は、本発明の実施例2に係るレンズモジュールの基本構成を示したもので、(a)は上面方向からの外観平面図に関するもの,(b)は(a)のB−B線方向における側面断面図に関するものである。
このレンズモジュールにおいては、駆動体として図2(a),(b)に示したタイプのものを用いており、実施例1の場合の構造で考えられるハウジング7に対する振動が漏れないようにしたもので、基本構造上では実施例1の場合と比べ、磁石4′へ吸着可能な材質から成る移動部材としての移動体5′を装着したレンズホルダ6′をハウジング7′に対してガイドピン8′を用いて装着すると共に、積層型圧電セラミックによる圧電セラミック素子3の変位発生方向(長手方向)の一方の端面側を磁石4′に接着し、且つ他方の端面側をハウジング7′に接着し、移動体5′と磁石4′とが磁力により吸着される構造となっている点が共通している。
但し、この実施例2に係るレンズモジュールの場合、実施例1の場合の構造と比べ、レンズホルダ6′は、その局所に矩形状の移動体5′を接着固定するようになっており、ハウジング7′自体についても高背のガイドピン8を取り付けられるように底部が肉薄タイプのものとなっている他、圧電セラミック素子3とハウジング7′との間に重錘部材9と振動減衰材から成る振動減衰部材10とが配設され、更に磁石4′の磁化方向が図4(a)に示されるように、移動体5′の外周方向に沿って片面側がN極、もう片面側がS極となるように光学レンズの外周方向へ磁化されている点が相違している。
この実施例2に係るレンズモジュールにおいても、圧電セラミック素子3で発生する振動により磁石4′を振動させ、且つ磁石4′の振動を駆動力として移動体5′を駆動することによりレンズホルダ6′を光軸方向に沿って移動させる機能のレンズ駆動機構を有するものである。但し、ここでは圧電セラミック素子3から発生する振動が磁石4′と重錘部材9とに伝わるが、重錘部材9とハウジング7′との間に振動減衰部材10を設けたことにより、ハウジング7′への振動漏れが抑制されるため、カメラモジュールとして適用しても、図示されないイメージセンサの撮像特性への影響を格段に小さくすることができる。
実施例2において、圧電セラミック素子3とハウジング7′との間に重錘部材9と振動減衰材から成る振動減衰部材10とを配設することで、ハウジング7への振動の漏れを抑えているが、重錘部材9のみを配設することでも振動の漏れを抑えることは可能である。重錘部材9を圧電セラミック素子3に接着することで、磁石4′と圧電セラミック素子3と重錘部材9との重心の位置が重錘部材9側に移動するため、結果として圧電セラミック素子3の振動のほとんどを磁石4′側に発生させることも可能である。
すなわち、磁石4′と圧電セラミック素子3と重錘部材9の密度と寸法から、ハウジング7への振動の漏れ量が決まるが、レンズモジュールで要求される性能に応じて振動減衰部材10の有無および配置を決定すればよい。
因みに、図6(a)及び(b)に示す移動体5′は矩形状の板材をレンズホルダ6′に接着する構造として説明したが、これらを実施例1の場合の形状構造(移動体5,レンズホルダ6)としても、同等の効果が得られる。
この実施例2に係るレンズモジュールについても、重錘部材9の材質をSUS304で縦1.5mm×横1.5mm×厚さ1mmの形状のものを用いると共に、振動減衰部材10をミヤフリーク(宮坂ゴム株式会社製、厚み0.5mm)を用い、実施例1の場合と同様に図6(a)及び(b)に示す構造のレンズモジュールを5個作製した。
以下は、実施例1,2に係るレンズモジュールのレンズ駆動機構の働きについて説明する。
図7は、上述した実施例1及び実施例2に係るレンズモジュールに備えられる圧電セラミック素子3の時間に対する駆動電圧,圧電セラミック素子3の変位量,移動体5,5′の移動量の関係を示したタイミングチャートである。
これらのレンズモジュールでは、圧電セラミック素子3の高さを1.5〜2mm程度とすると、共振周波数が300kHz程度以上となるので、圧電セラミック素子3への交流印加電圧(駆動電圧)の周波数を20〜30kHz程度とすると、高調波成分の影響を殆ど無視できるため、入力電圧波形と出力変位波形とが相似形となる。
図7に示されるように三角波状の入力電圧(駆動電圧)波形について、傾きが異なる時間t1,t2をtl>t2なる関係となるように設定すると、圧電セラミック素子3の変位量は時間t1をかけてゆっくりと伸び、時間t2で急速に縮む。ここで、移動体5,5′と磁石4,4′との間に発生する最大静止摩擦力以上の加速度が得られるように時間t2を設定すれば、時間t1では移動体5,5′と圧電セラミック素子3とは共に移動し、時間t2では移動体5,5′と圧電セラミック素子3との間で滑りが生じる。これを連続的に繰り返せば、移動体5,5′とレンズホルダ6,6′とは静止部材(ハウジング7,7′)に対して一方向に移動する。
そこで、時間t1と時間t2とを用いてデューテイ比をデューテイ比=t1/(t1+t2)なる関係式で定義すると、デューテイ比を変化させることで移動体5,5′の速度や移動方向を制御することができる。
ここでは、図7に示されるように三角波状の入力電圧(駆動電圧)の波形を与えた場合について説明したが、各部品形状に応じて周波数を調整した矩形波状の入力電圧(駆動電圧)を印加するようにしても同様に圧電セラミック素子3を駆動することができる。
(比較例)
比較例では、実施例2の場合と同様な構造であって、磁石4′の磁化方向を圧電セラミック素子3の長手方向(モジュールの背高方向を示す上下方向)として着磁した構造のレンズモジュールを5個作製した。
そこで、上述した実施例1,2並びに比較例に係る各レンズモジュール(それぞれ試料No.1〜5)における圧電セラミック素子3に対して、±3Vの交流電圧を印加してドップラー振動計を用いてレンズホルダ6,6′の移動速度を測定したところ、表1に示すような結果となった。
Figure 2009020530
表1では、ストローク0.5mmを上下動させた場合の平均移動速度を示しているが、印加した交流電圧の条件として駆動周波数25kHzで電圧波形をデューティ比90%,10%の三角波状とすることにより、レンズホルダ6,6′を往復移動させてそれぞれの移動速度を測定したもので、移動方向としてレンズホルダ6,6′が上に移動する場合を上昇(mm/sec)、下に移動する場合を下降(mm/sec)としている。
上記表1からは、実施例1に係る各レンズモジュールの場合には、レンズホルダ6の上昇速度と下降速度との比が0.952〜1.025の範囲であり、実施例2に係る各レンズモジュールの場合には、レンズホルダ6′の上昇速度と下降速度との比が0.848〜0.884の範囲であることにより、実施例2の場合には下り側の速度が実施例1の場合と比べて大きくなっているが、速度差は概ね14%以内に収まっていることが判る。これに対して、比較例に係る各レンズモジュールの場合には、レンズホルダ6′の上昇速度と下降速度との比が0.456〜0.506の範囲であり、50%以上の速度差が出ていることが判る。
従って、実施例1,2に係る各レンズモジュールは、比較例に係る各レンズモジュールと比べ、レンズホルダ6,6′の往復速度に大きな差が無く、且つ速度のばらつきが非常に小さいことを確認できた。
(実施例3)
図8は、本発明の実施例3に係るレンズモジュールの基本構成を示したもので、同図(a)は上面方向からの外観平面図に関するもの, 同図(b)は同図(a)のC−C 線方向における側面断面図に関するものである。
このレンズモジュール102においては、駆動体として図6(a),(b)に示したタイプのものを用いており、磁石19へ吸着可能な材質から成る移動部材としての移動体18を装着した第1のレンズホルダ24と、移動体18の軸方向(光軸と一致)の回転に対して軸方向に沿って移動可能支持されている第2のレンズホルダ23とが、実施例1、2と同様に磁石19の磁力により吸着される構造となっている。
ここで、圧電セラミック素子20の一端側は静止部材としてのハウジング25に接着され、他端が磁石19に接着されている。また、圧電セラミック21の一端側は静止部材としてのハウジング25に接着され、他端が磁石19に接着されている。すなわち、第1の駆動素子としての圧電セラミック素子20の変位発生方向と、第2の駆動素子としての圧電セラミック素子21の変位発生方向とは、略直交する方向でそれぞれ磁石19に接着されている。また、圧電セラミック素子20の振動方向は、レンズホルダ23と24の光軸に沿っており、さらに、圧電セラミック素子21の振動方向は、移動体18の周方向に沿っている。
実施例3において、磁石19の磁化方向は、実施例1の場合と同様に、移動体18に接する側がS極、その逆側がN極となるように磁化されている。即ち、磁石19の磁化方向は、レンズホルダ24と23の中央部分に装着される図示されない光学レンズの光軸方向とほぼ直交すると共に、光学レンズの半径方向となっている。
圧電素子20を振動させることで、磁石19を光軸方向に振動させ、移動体18を光軸に沿って駆動することで、レンズホルダ23と24を同時に光軸方向に移動させる。圧電素子21を振動させることで、磁石19を移動体18の周方向に振動させ、移動体18を回転させる。移動体18の回転により、第2のレンズホルダ23だけを光軸方向に移動させる。
ガイドピン22は、ハウジング25に接着あるいは圧入などにより固定されている。第2のレンズホルダ23は、移動部材18が回転可能に支持されていると同時に、ガイドピン22に移動可能に支持されている。
移動体18の回転により、第2のレンズホルダ23を光軸に沿って移動させる構造としては、リードスクリューなどの構造を用いればよい。図9(a)は移動体18の上面方向からの外観平面図、(b)は(a)のD−D線方向における側面断面図、(c)は斜視図である。
この場合の移動体18は円筒形状であり、リードスクリュー構造をとるために2本の溝を設けている。第2のレンズホルダ23は移動体18の溝に沿って装着され、ガイドピン22に移動可能に支持されることで、移動体18の回転に対してレンズホルダ23は軸方向に移動する。
この実施例3に係るレンズモジュールの場合、圧電セラミック素子20で発生する振動により磁石19を光軸方向に振動させ、且つ磁石19の振動を駆動力として移動体23を駆動することによりレンズホルダ24とレンズホルダ23を光軸方向に沿って移動させる機能のレンズ駆動機構を有するものである。同時に、圧電セラミック素子21で発生する振動により磁石19を移動体18の周方向に沿って振動させ、且つ磁石19の振動を駆動力として移動体18を回転することによりレンズホルダ23のみを光軸方向に沿って移動させる機能のレンズ駆動機能を有するものである。すなわち、実施例3に係るレンズモジュールにおいては、オートフォーカスとズーム機能を一つの駆動体で実現することができる。
(実施例4)
図10は、本発明の実施例4に係るレンズモジュールの基本構成を示したもので、図(a)は上面方向からの外観平面図、(b)は(a)のE−E線方向における側面断面図である。
実施例4に係るレンズモジュールは、実施例3の場合と同様に、オートフォーカスとズーム機能を一つの駆動体で実現可能である。この場合、圧電セラミック素子21の端面に重錘部材26を接着することで静止部材としてのハウジング25への接着なしでも全く同等の機能を持たせることができ、構造をさらに簡略化することが可能である。
また、実施例3及び4において、ハウジングへ接着している圧電セラミック素子とハウジングの間に、実施例2の場合同様、重錘部材あるいは重錘部材と振動減衰部材を配設することで、ハウジングへの振動漏れを防止することも可能である。
以上の説明の通り、本発明に係る駆動体を備えたレンズモジュールは、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話機用カメラ等のオートフォーカスやズーム機構を有する光学機器に適用される。
本発明のレンズモジュールの第1の最良の形態に係る要部となる駆動体の概略構成の一例を示したもので、(a)は側面図、(b)は(a)の白矢印で示す右側方向からの端面図である。 本発明のレンズモジュールの第1の最良の形態に係る要部となる駆動体の概略構成の他例を示したもので、(a)は側面図、(b)は(a)の白矢印で示す右側方向からの端面図である。 本発明のレンズモジュールの第2の最良の形態に係る要部となる駆動体の概略構成の一例を示したもので、(a)は側面図、(b)は(a)の白矢印で示す右側方向からの端面図である。 本発明のレンズモジュールの第3の最良の形態に係る要部となる駆動体の概略構成の一例を示したもので、(a)は側面図、(b)は(a)の白矢印で示す右側方向からの端面図である。 本発明の実施例1に係るレンズモジュールの基本構成を示したもので、(a)は上面方向からの外観平面図、(b)は(a)のA−A線方向における側面断面図である。 本発明の実施例2に係るレンズモジュールの基本構成を示したもので、(a)は上面方向からの外観平面図、(b)は(a)のB−B線方向における側面断面図である。 図3(a),(b)に示す実施例1及び図4(a),(b)に示す実施例2に係るレンズモジュールに備えられる圧電セラミック素子の時間に対する駆動電圧,圧電セラミック素子の変位量,移動体の移動量の関係を示したタイミングチャートである。 本発明の実施例3に係るレンズモジュールの基本構成を示したもので、(a)は上面方向からの外観平面図、(b)は(a)のC−C線方向における側面断面図である。 本発明の実施例3に係るレンズモジュールの移動体の構成を示す一例で、(a)は移動体18の上面方向からの外観平面図、(b)は(a)のD−D線方向における側面図、(c)は斜視図である。 本発明の実施例4に係るレンズモジュールの基本構成を示したもので、(a)は上面方向からの外観平面図,(b)は(a)のE−E線方向における側面断面図である。
符号の説明
1,3,12,13,15,16,20,21 圧電セラミック素子
2,2′,4,4′,11,14,19 磁石
5,5′,18 移動体
6,6′ レンズホルダ
24 第1のレンズホルダ
23 第2のレンズホルダ
7,7′ ハウジング
8,8′ ガイドピン
9、17 重錘部材
10 振動減衰部材
100,101,102,103 レンズモジュール

Claims (10)

  1. 静止部材と、光学レンズを支持又は該光学レンズと一体に形成されたレンズホルダと、磁石に対して吸着可能な材質からなる移動部材とともにレンズモジュールを構成し、前記レンズホルダを移動させる駆動体であって、
    前記静止部材に固定された駆動素子としての電気/機械変換素子と、
    該電気機械変換素子の一端側に接着され、前記移動部材に吸着可能な磁石と、
    を備え、
    前記電気/機械変換素子で発生する振動により前記磁石を振動させ、かつ該磁石の振動を駆動力として前記移動部材を駆動することにより前記レンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させるように構成されている駆動体。
  2. 請求項1に記載の駆動体において、前記電気/機械変換素子における伸びの速度と縮みの速度を異ならせるように、前記電気/機械変換素子に電圧を印加して前記磁石を振動させることにより前記移動部材を駆動するように構成されている駆動体。
  3. 請求項1又は2の何れか一つに記載の駆動体において、前記電気/機械変換素子の端面に、重錘部材を備えるように構成されている駆動体。
  4. 請求項3に記載の駆動体において、前記重錘部材に更に振動抑制部材が配設され、該振動抑制部材を前記静止部材に固定するように構成されている駆動体。
  5. 静止部材、第1の光学レンズを支持又は該第1の光学レンズと一体に形成された第1のレンズホルダ及び第2の光学レンズを支持又は該第2の光学レンズと一体に形成された第2のレンズホルダと、磁石に対して吸着可能な材質からなる円筒形状の移動部材とともにレンズモジュールを構成する駆動体であって、
    前記静止部材に固定された第1の駆動素子としての第1の電気機械変換素子と;前記静止部材に固定された第2の駆動素子としての第2の電気機械変換素子と;前記第1の電気機械変換素子及び前記第2の電気機械変換素子のそれぞれの一端側に接着された磁石とを備え、
    前記第1の電気/機械変換素子と前記第2の電気/機械変換素子とは、それぞれの変位発生方向が直行するように前記磁石に接着され、
    前記磁石の磁化方向は前記第1及び第2の光学レンズの光軸とほぼ直行するとともに前記第1および第2の光学レンズの半径又は外周方向であり、
    前記第1の電気/機械変換素子で発生する振動により前記磁石を前記光軸方向に振動させ、かつ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を駆動することにより前記第1及び第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させ、
    前記第2の電気/機械変換素子で発生する振動により前記磁石を前記外周方向に振動させ、かつ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を駆動することにより、前記移動体を回転することで前記第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させるように構成されている駆動体。
  6. 静止部材、第1の光学レンズを支持又は該第1の光学レンズと一体に形成された第1のレンズホルダ及び第2の光学レンズを支持又は該第2の光学レンズと一体に形成された第2のレンズホルダと、磁石に対して吸着可能な材質からなる円筒形状の移動部材とともにレンズモジュールを構成する駆動体であって、
    第1の駆動素子としての第1の電気/機械変換素子と;第2の駆動素子としての第2の電気/機械変換素子と;前記第1の電気/機械変換素子及び前記第2の駆動素子としての電気/機械変換素子のそれぞれの一端側に接着された前記磁石とを備え、
    前記第1の電気/機械変換素子と前記第2の電気/機械変換素子とは、それぞれの変位発生方向が直行するように前記磁石に接着され、
    前記第1の駆動素子及び前記第2の駆動素子の少なくとも一方の駆動素子は静止部材に固定され、かつ前記第1の駆動素子及び前記第2の駆動素子の少なくとも一方の駆動素子の端面に重錘部材に固定され、
    前記磁石の磁化方向は前記第1及び第2の光学レンズの光軸とほぼ直行するとともに前記第1および第2の光学レンズの半径又は外周方向であり、
    前記第1の電気/機械変換素子で発生する振動により前記磁石を前記光軸方向に振動させ、かつ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を駆動することにより前記第1及び第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させ、
    前記第2の電気/機械変換素子で発生する振動により前記磁石を前記外周方向に振動させ、かつ前記磁石の振動を駆動力として前記移動部材を駆動することにより、前記移動体を回転することで第2のレンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させるように構成されている駆動体。
  7. 請求項6に記載の駆動体において、前記重錘部材に更に振動抑制部材が配設され、該振動抑制部材を前記静止部材に固定するように構成されている駆動体。
  8. 請求項5〜7の何れか一つに記載の駆動体において、前記第1の電気/機械変換素子における伸びの速度と縮みの速度を異ならせるように、前記第1の電気/機械変換素子に電圧を印加して前記磁石を振動させることにより前記移動部材を駆動するように構成されている駆動体。
  9. 請求項5〜8のいずれか一つに記載の駆動体において、前記第2の電気/機械変換素子における伸びの速度と縮みの速度を異ならせるように、前記第2の電気/機械変換素子に電圧を印加して前記磁石を振動させることにより前記移動部材を駆動するように構成されている駆動体。
  10. 請求項1〜9の何れか一つに記載の駆動体において、前記電気/機械変換素子は、積層型セラミック素子である駆動体。
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