JP2011043526A - レンズモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 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への適用が好適なレンズモジュールを提供する。
【解決手段】 電気機械変換素子で発生する振動により該電気機械変換素子に固定した略円柱の磁石２１を振動させ、磁石２１の振動を駆動力として磁石２１と２箇所で点接触もしくは面接触する移動体３１を摺動駆動することにより、移動体３１を取り付けたレンズホルダ４１を光学レンズの光軸方向に沿って移動させる。
【選択図】 図１

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関する。

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微小に移動させる機構が必要であり、従来から電磁式のモーターを用いた方法が知られている。近年、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話にみられるように、機器の小型化が急速に進み、それに伴って電磁式のモーターによる方法の代わりに、圧電素子に代表される電気機械変換素子によるレンズ移動の方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、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、磁石を用いたものが示されている。

特開平７−２７４５４６号

ただし、特許文献１に示されるような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従来技術の場合、小型で安定な駆動を実現するためには構造上の問題がある。例えば、特許文献１に開示されている方法では、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することが困難である。

これらを解決し、小型で安定な駆動を可能とする方法としては、例えば図４に示すような本出願人の発明によるレンズモジュールの構造が考えられる。図４はレンズモジュールの基本構成を示す概略図で、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ’線方向の側面断面図である。ハウジング５１に一端側が固定された圧電セラミック素子１１と圧電セラミック素子１１の他端側に固定された磁石２１から成る駆動体と、磁石２１に対して吸着可能な材質から成るリング状の移動体３１と、移動体３１を一体として支持するレンズホルダ４１と、レンズホルダ４１に支持または一体化された光学レンズ１０とを備えて成り、圧電セラミック素子１１で発生する振動により磁石２１を振動させ、その振動を駆動力として移動体３１を駆動することによりレンズホルダ４１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している。

圧電セラミック素子１１に伸長時と縮小時とでは異なる速度で伸縮する電圧を印加し、磁石２１を光軸と平行に振動させ、移動体３１を伸縮方向へ移動させることで、レンズホルダ４１を光軸方向に移動させることができる。

図４の構造のレンズモジュールにおいて、磁石２１は直方体、移動体３１はリング状で構成されているため、移動体３１の円周上の１カ所で線接触の状態で磁石２１に吸着されている。このような構成の場合、磁石２１に対して移動体３１は構造的に回転することが可能なため、圧電セラミック素子１１を振動させた時に磁石２１と移動体３１の接触状態のばらつきあるいは圧電セラミック素子１１の振動のばらつきによっては移動体３１は光軸方向に移動すると同時に回転運動を行う可能性がある。そのため、移動体３１と一体となっているレンズホルダ４１は、チルトあるいは回転防止のために、ガイドピン６１に移動可能に支持されている。

しかしながら、レンズホルダ４１は回転防止のためのガイドピン６１に支持されているが、移動体３１が回転運動を行おうとするような場合には、レンズホルダ４１とガイドピン６１との間に通常より大きな動摩擦力が働くことになり、この結果、移動体３１の移動速度が低下し、オートフォーカスやズームの機能に影響を与える可能性があった。

以上のように、本出願人による発明であり、現時点では未公開の発明である図４のようなレンズモジュールにおいても、更なる改良が求められる。本発明は、上記の課題を解決すべくなされたものであり、小型、高精度かつ簡単な構造のレンズ駆動機構を持つレンズモジュールを提供することにある。

本発明によれば、静止部材に一端側が固定された電気機械変換素子と該電気機械変換素子の他端に固定された磁石とからなる駆動体と、レンズホルダと、該レンズホルダに支持または一体化された光学レンズとを備えて成り、該レンズホルダの一部に前記磁石に対して吸着可能な材質から成る移動体が形成され、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、該磁石の振動を駆動力として前記移動体を摺動駆動することにより前記レンズホルダを前記光学レンズの光軸方向に沿って移動させる機能を有するレンズモジュールであって、
前記磁石は円柱形状であり、円周上の２箇所に線接触もしくは面接触で前記移動部材を吸着し、前記移動体が前記磁石の円周上を高さ方向に沿って移動することを特徴とするレンズモジュールが得られる。

また本発明よれば、前記移動体の断面がＶ字形状もしくはＷ字形状であることを特徴とするレンズモジュールが得られる。

また本発明よれば、前記移動体の前記磁石に吸着されている２面が成す内角αが、６０°≦α≦１２０°であることを特徴とするレンズモジュールが得られる。

また本発明によれば、前記磁石は径方向に磁化され、前記移動体の前記磁石に吸着されている２面の交線と前記磁石の円の中心軸とを結んだ面に対して前記磁石の磁化方向が垂直となるように、前記移動体を前記磁石に吸着させたことを特徴とするレンズモジュールが得られる。

また本発明よれば、前記レンズホルダは樹脂成形によって形成されたものであって、前記移動体とともにインサート成形されたことを特徴とするレンズモジュールが得られる。

本発明のレンズモジュールの場合、静止部材に一端側が固定された電気機械変換素子と該電気機械変換素子の他端に固定された磁石とからなる駆動体と、レンズホルダと、該レンズホルダに支持または一体化された光学レンズとを備えて成り、該レンズホルダの一部に前記磁石に対して吸着可能な材質から成る移動体が形成され、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、該磁石の振動を駆動力として前記移動体を摺動駆動することにより前記レンズホルダを前記光学レンズの光軸方向に沿って移動させる機能を有するレンズモジュールにおいて、
前記磁石は略円柱であり、円周上の２箇所に線接触もしくは面接触で前記移動部材を吸着しており、前記移動体は前記磁石の円周上を高さ方向に沿って移動する構成となっているため、前記移動体は構造的に前記磁石の高さ方向にしか動くことができず、前記移動体の回転を抑えることができ、前記レンズホルダを光軸に平行に移動させることができ、高精度なレンズ駆動機構をもつレンズモジュールを提供することができる。また、前記移動体の回転を抑えることができるので、従来構造のようなガイドピンを設ける必要がなく、小型化、低コスト化に有利な構造となっている。

また本発明のレンズモジュールの場合、前記移動体の断面が略Ｖ字形状もしくは略Ｗ字形状で、前記移動体の前記磁石に吸着されている２面が成す内角αが、６０°≦α≦１２０°となっており、前記磁石は径方向に磁化されており、前記移動体の前記磁石に吸着されている２面の交線と前記磁石の円の中心軸とを結んだ面に対して前記磁石の磁化方向が略垂直となるように、前記移動体を前記磁石に吸着させる構成となっているので、前記磁石と前記移動体で閉磁気回路が構成されので、前記移動体に働く吸着力を大きくすることができ、小型化しても安定に動作するレンズモジュールを提供することができる。

また本発明のレンズモジュールの場合、前記レンズホルダは樹脂成形によって形成されるものであって、前記移動体とともにインサート成形されることにより、安価にレンズモジュールを製造することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明による第１の実施の形態のレンズモジュールの基本構成を示す外略図で、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は正面図でハウジングの正面部を壁を省略した図、図１（ｃ）は磁石と移動体の配置を示す上面図である。本発明の第１の実施の形態のレンズモジュールは、静止部材であるハウジング５１に一端側が固定された電気機械変換素子である圧電セラミック素子１１と圧電セラミック素子１１の他端に固定された磁石２１とからなる駆動体と、レンズホルダ４１と、レンズホルダ４１に支持または一体化された光学レンズ１０とを備えて成り、レンズホルダ４１の一部に磁石２１に対して吸着可能な材質から成る移動体３１が形成されている。

圧電セラミック素子１１で発生する振動により磁石２１を振動させ、磁石２１の振動を駆動力として移動体３１を摺動駆動することによりレンズホルダ４１を光学レンズ１０の光軸方向に沿って移動させる機能を有している。

第１の実施の形態では図１に示した通り、磁石２１は略円柱状をしている。この磁石２１に移動体３１が図１（ｃ）の様に吸着されている。この時移動体３１は磁石２１の円周上の２カ所で線接触していて、磁石２１の円周上を高さ方向に移動できるようになっている。磁石２１と移動体３１の接触状態は線接触の他に面接触していても良い。なお、磁石２１の形状は、図１（ｃ）のように移動体３１と線接触させるために円柱形状としているので、同様に線接触するのであれば、厳密な円柱形状でなくともかまわない。

また、図１（ｃ）に図示した通り、第１の実施の形態では、移動体３１の断面をＶ字形状としている。この移動体３１の断面も、円柱状の磁石２１と線接触する様に面Ａと面Ｂが設けられていれば良いので、厳密なＶ字形状でなくともかまわない。なお、磁石２１と移動体３１との接触を線接触としているが、移動体３１の面Ａ、面Ｂに、円柱状の磁石に沿った円弧状の凹みを設けて面接触としてもよい。磁石２１と吸着する移動体３１の面Ａと面Ｂがなす角度αは、６０°以上１２０°以下で形成されていればよい。

また、第１の実施の形態では磁石２１は径方向に着磁されており、かつ移動体３１の磁石と吸着している面Ａと面Ｂの交線と磁石３１の中心軸とを結んだ面Ｃに対して、着磁方向が略垂直となるように配置するのが良い。

図２は本発明による第２の実施の形態のレンズモジュールの基本構成を示す外略図、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は正面図でハウジングの正面部を壁を省略した図、図２（ｃ）は磁石と移動体の配置を示す上面図である。本発明の第２の実施の形態のレンズモジュールと、第１の実施形態との基本構成の違いは、移動部材を略Ｖ字形状ではなく略Ｗ形状とした点である。第２の実施の形態のレンズモジュールは、静止部材であるハウジング５１に一端側が固定された電気機械変換素子である圧電セラミック素子１１と圧電セラミック素子１１の他端に固定された磁石２１とからなる駆動体と、レンズホルダ４１と、レンズホルダ４１に支持または一体化された光学レンズ１０とを備えて成り、レンズホルダ４１の一部に磁石２１に対して吸着可能な材質から成る移動体３１が形成されている。

圧電セラミック素子１１で発生する振動により磁石２１を振動させ、磁石２１の振動を駆動力として移動体３１を摺動駆動することによりレンズホルダ４１を光学レンズ１０の光軸方向に沿って移動させる機能を有している。

第２の実施の形態でも図２に示した通り、磁石２１は略円柱状をしている。この磁石２１に移動体３１が図２（ｃ）の様に吸着されている。この時移動体３１は磁石２１の円周上の２カ所で線接触していて、磁石２１の円周上を高さ方向に移動できるようになっている。磁石２１と移動体３１の接触状態は線接触の他に面接触していても良い。なお、磁石２１の形状は、図２（ｃ）のように移動体３１と線接触させるために円柱形状としているので、同様に線接触するのであれば、厳密な円柱形状でなくともかまわない。

また、図２（ｃ）に図示した通り、第２の実施の形態では、移動体３１の断面をＷ字形状としている。この移動体３１の断面である、Ｗ字の先端はレンズホルダ４１の側面に配するためであり、Ｗ字の中央部は円柱状の磁石２１と線接触する様に面Ａと面Ｂが設けられていれば良いので、厳密なＷ字形状でなくともかまわない。なお、磁石２１と移動体３１との接触を線接触としているが、移動体３１の面Ａ、面Ｂに、円柱状の磁石に沿った円弧状の凹みを設けて面接触としてもよい。磁石２１と吸着する移動体３１の面Ａと面Ｂがなす角度αは、６０°以上１２０°以下で形成されていればよい。

また、第２の実施の形態でも磁石２１は径方向に着磁されており、かつ移動体３１の磁石と吸着している面Ａと面Ｂの交線と磁石３１の中心軸とを結んだ面Ｃに対して、着磁方向が略垂直となるように配置するのが良い。

これら第１、第２の実施の形態においては、レンズホルダ４１とハウジング５１は、低コスト、大量生産の観点から樹脂成形で作製するのが良い。さらに移動体３１とレンズホルダ４１はインサート成形によって一体で作製するのが望ましい。

次に、本発明のレンズモジュールの具体的な一実施例について説明する。

圧電セラミック素子１１として、断面が１．０ｍｍ×１．０ｍｍ、高さ１．４ｍｍの圧電積層セラミク素子を準備した。この圧電積層セラミック素子は、±３Ｖの電圧印加に対して、大略０．１μｍの変位を発生する。この圧電積層セラミック素子の一端に、外径１．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍのネオジウム系磁石を磁石２１として熱硬化性エポキシ樹脂で接着し駆動体を構成した。この磁石２１は後述の移動体３１との吸着力が５０ｇｆとなるように着磁した。さらに、ポリカーボネートを材質とするハウジング５１を作製し、図１に示した位置にエポキシ樹脂で上記駆動体を接着した。

一方、移動体３１は、ステンレス鋼ＳＵＳ４３０を材質として厚み０．２ｍｍ、高さ１．８、断面の一辺が３．５ｍｍの断面がＶ字形状しており、２辺の成す角度αは９０°（この場合は断面がＬ字形状とも言える）で作製し、レンズホルダ４１はポリカーボネートを材料とし、移動体３１と共にインサート成形で作製した。そして移動体３１を磁石２１に吸着させつつ、レンズホルダ４１をハウジング５１の中に入れてレンズモジュールとした。磁石２１はこの移動体３１との吸着力が５０ｇｆとなるように着磁したものを用いている。

また、比較のため、図４のレンズモジュールを作成した。移動体３１とガイドピン６１以外は実施例と殆んど同じである。移動体３１はステンレス鋼ＳＵＳ４３０を材質として厚み０．２ｍｍ、高さ１．８を用いて、レンズホルダー４１の上部の周囲に配置されるように、レンズホルダ４１をポリカーボネートを材料とし、移動体３１と共にインサート成形で作製した。

これらのレンズモジュールの圧電セラミック素子１１に交流パルスを印加し、レンズホルダ４１を光軸方向に一定量ずつ段階的に移動させ、約３００μｍまで移動させた時の、初期設定した光軸と移動後の光軸のずれた角度を測定し、レンズホルダ４１の傾き状態（「チルト」と言う）を評価した。なお、印加した交流パルスは、電圧±３Ｖのノコギリ波形（立上がりと立下りの速度が異なるパルス）である。

図３は本発明のレンズモジュールのチルトの評価結果である。また図５は図４のレンズモジュールのチルトの評価結果である。前述の通り、チルトはレンズホルダの傾きを示しているので、オートフォーカス用レンズモジュールとしては、チルトは可能限り小さいのが望ましい。図５に示すように、図４のレンズモジュールでは、レンズホルダが移動するに伴いチルトが大きくなり、レンズホルダの移動量が約３００μｍの地点で約２０｀のチルトであった。これに対し図３に示すように、本発明のレンズモジュールのチルトはレンズホルダの移動量が約３００μｍの地点でも約３｀であり、図４の構造のレンズモジュールよりチルトを約１／６に低減することができた。

次に、上記の圧電積層セラミック素子の一端に、外径１．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍのネオジウム系磁石を磁石２１として熱硬化性エポキシ樹脂で接着して作成した駆動体とステンレス鋼ＳＵＳ４３０を材質として厚み０．２ｍｍ、高さ１．８、断面の一辺が３．５ｍｍの断面がＶ字形状の移動体を用いて、磁石と移動体との吸着力を測定した。ここで、Ｖ字形状の移動体の磁石と接する２面の成す内角αを２０°から１６０°の範囲で変え、図１に示すレンズモジュールのように、移動体と磁石を接触させて、移動体と磁石との吸着力を測定した。その測定結果を表１に示す。

表１に示されるように、本願発明の６０°≦α≦１２０°の時は約５０ｇｆで変わらないが、α＜６０°またはα＞１２０°と２面の角度が小さくなったり、大きくなると吸着力が低下することがわかる。従って、移動体の２面がなす角度は本願発明の６０°≦α≦１２０°に設定することが望ましい。

以上述べたように、本発明によれば、小型で高精度のオートフォーカス機能が得られるレンズモジュールが得られる。

本発明による第１の実施の形態のレンズモジュールの基本構成を示す外略図、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は正面図でハウジングの正面部を壁を省略した図、図１（ｃ）は磁石と移動体の配置を示す上面図。 本発明による第２の実施の形態のレンズモジュールの基本構成を示す外略図、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は正面図でハウジングの正面部を壁を省略した図、図２（ｃ）は磁石と移動体の配置を示す上面図。 本発明のレンズモジュールのチルトの評価結果。 レンズモジュールの基本構成を示す概略図、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ’線方向の側面断面図。 図４のレンズモジュールのチルトの評価結果。

符号の説明

１０ 光学レンズ
１１ 圧電セラミック素子
２１ 磁石
３１ 移動体
４１ レンズホルダ
５１ ハウジング
６１ ガイドピン

Claims (5)

1. 静止部材に一端側が固定された電気機械変換素子と該電気機械変換素子の他端に固定された磁石とからなる駆動体と、レンズホルダと、該レンズホルダに支持または一体化された光学レンズとを備えて成り、該レンズホルダの一部に前記磁石に対して吸着可能な材質から成る移動体が形成され、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、該磁石の振動を駆動力として前記移動体を摺動駆動することにより前記レンズホルダを前記光学レンズの光軸方向に沿って移動させる機能を有するレンズモジュールであって、
   前記磁石は円柱形状であり、円周上の２箇所に線接触もしくは面接触で前記移動部材を吸着し、前記移動体が前記磁石の円周上を高さ方向に沿って移動することを特徴とするレンズモジュール。
2. 前記移動体の断面がＶ字形状もしくはＷ字形状であることを特徴とする請求項１記載のレンズモジュール。
3. 前記移動体の前記磁石に吸着されている２面が成す内角αが、６０°≦α≦１２０°であることを特徴とする請求項２記載のレンズモジュール。
4. 前記磁石は径方向に磁化され、前記移動体の前記磁石に吸着されている２面の交線と前記磁石の円の中心軸とを結んだ面に対して前記磁石の磁化方向が垂直となるように、前記移動体を前記磁石に吸着させたことを特徴とする請求項２記載のレンズモジュール。
5. 前記レンズホルダは樹脂成形によって形成されたものであって、前記移動体とともにインサート成形されたことを特徴とする請求項１記載のレンズモジュール。

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