JP2012027433A

JP2012027433A - 電磁式レンズ駆動装置

Info

Publication number: JP2012027433A
Application number: JP2010224055A
Authority: JP
Inventors: Chao-Chang Hu; 朝彰胡; Fu-Yuan Wu; 富源呉; Shi Tei Huang; 詩▲てい▼ 黄
Original assignee: TDK Taiwan Corp
Current assignee: TDK Taiwan Corp
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-10-01
Also published as: US20120026611A1; TW201205143A; TWI427350B; US8390946B2; JP5269028B2

Abstract

【課題】小型で消費電力の少ない電磁式レンズ駆動装置を提供する。
【解決手段】内部に収容空間１２２が形成され、レンズモジュール１３が収容されるケーシング１２と、ケーシング１２上に結合される上蓋１１と、レンズモジュール１３と、レンズモジュール１３とケーシング１２との間に接続され、レンズモジュール１３を収容空間１２２内に位置規制する上、摩擦力を発生させる位置決め構造１４と、収容空間１２２内に配置され、レンズモジュール１３と互いに対応し合う電磁駆動モジュール１５と、を含む。電磁駆動モジュール１５に発生する磁気吸引力又は磁気反発力により、レンズモジュール１３を収容空間１２２内において中心軸５に沿って移動させる上、電源遮断時は、位置決め構造１４の摩擦力によってレンズモジュール１３を保持して固定することにより、消費電力を節約する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁式レンズ駆動装置に関し、特に、電磁駆動モジュールによってレンズモジュールをケーシング内において駆動させる上、位置決め構造によって電源遮断時にレンズモジュールをケーシング内に位置決めする電磁式レンズ駆動装置に関する。

図１を参照する。図１は、従来のフォーカスレンズを示す分解斜視図である。従来のフォーカスレンズ中に使用される機械式フォーカス機構９は、コストの高い精密な駆動装置９１（例えば、ステッピングモータ、超音波モータ、圧電アクチュエータなど）がレンズ群９２を有する搭載台９３と、多くの伝動部材と、を駆動する動力源として使用されている。このため、機械構造が複雑であり、組立が難しい。また、体積が大きい、コストが高いなどの欠点を有する。さらに、消費電力が多いという大きな欠点を有する。これらの欠点により、製品価格を低減させることができなかった。

以前のカメラの構造は、大変複雑であった。また、手動で光測定を行い、焦点合わせを行い、フィルムを巻く必要があったため、撮影ミスが多かった。従って、この時代においては、撮影者の技術が写真撮影における最も重要な事項であった。その後、５０、６０年代になり、機械が大幅に自動化され、多くの人が自動化は、未来の世界の目標となると確信した。そのような中、自動光測定技術及び電動フィルム送り装置の登場により、撮影技術は、自動化されていくことが示された。その中で最も鍵となる技術は、撮影速度を決定する「オートフォーカスシステム」であり、当時のカメラメーカーが目標とする研究項目であった。

科学技術の進歩は、日進月歩であり、従来の撮影装置は、画質が改善されただけでなく、多様化された情報時代における新製品に適用させるため、更なる軽薄短小化が目標とされた。しかし、ステッピングモータを利用した機械式のズームレンズは、体積を減少できないという欠点が存在するため、製品を軽薄化できない原因の１つとなっていた。

そこで、メーカーは、電磁技術を応用し、ボイルコイルモータ（ＶＣＭ）電子フィードバックシステムを運用してコイルの移動量を監視制御することにより、駆動構造の体積を従来のステッピングモータによるものよりも減少させた。これと共に、各種の様々な機能が統合され、例えば、撮影機能と移動通信機能との統合、撮影機能とＰＤＡとの統合、撮影機能とノート型パソコンとの統合などにより、高機能の映像機能が提供されている。

従って、電源供給装置を変更しない条件の下、如何にして体積、コスト及び消費電力を低減し、製品の待機時間及び使用時間を長くするかは、メーカーが研究改良を目指す重点であった。

本発明の第１の目的は、電磁誘導の原理を利用し、環状コイルに電流を印加してレンズモジュールを収容空間内において軸方向に直線移動させることにより、従来のステッピングモータの設置を省略し、これにより、レンズ駆動装置の部材の数量を低減し、体積を縮小し、構造を簡素化することができる電磁式レンズ駆動装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、電磁駆動モジュールの電源遮断時に、位置決め構造によってレンズモジュールをケーシングの収容空間に位置決めする構造により、消費電力を節約することができる電磁式レンズ駆動装置を提供することにある。

上述の課題を解決するため、本発明の電磁式レンズ駆動装置は、中心軸が画定され、上蓋、ケーシング、レンズモジュール、位置決め構造及び電磁駆動モジュールを含む。上蓋は、中空の蓋体であり、ケーシング上に結合される。ケーシング内部には、収容空間が形成される。レンズモジュールは、収容空間内に配置される。位置決め構造は、レンズモジュールとケーシングとの間に連結され、レンズモジュールを収容空間内に位置規制する上、摩擦力を発生させる。電磁駆動モジュールは、収容空間内に配置され、レンズモジュールと互いに対応し合う。電磁駆動モジュールとレンズモジュールとの間に発生する磁気吸引力又は磁気反発力により、レンズモジュールを収容空間内において中心軸の方向に沿って移動させる上、電源遮断時は、位置決め構造の摩擦力により、レンズモジュールを位置決めして固定することにより、消費電力を節約することができる。

電磁誘導の原理を利用し、環状コイルに電流を印加してレンズモジュールを収容空間内において軸方向に直線移動させることにより、従来のステッピングモータの設置を省略することができる。これにより、レンズ駆動装置の部材の数量を低減し、体積を縮小し、構造を簡素化することができる。
電磁駆動モジュールの電源遮断時に、位置決め構造によってレンズモジュールをケーシングの収容空間に位置決めすることができるため、消費電力を節約することができる。

従来のフォーカスレンズを示す分解斜視図である。本発明の一実施形態による電磁式レンズ駆動装置を示す分解斜視図である。本発明の一実施形態による電磁式レンズ駆動装置を示す分解斜視図である。本発明の一実施形態による電磁式レンズ駆動装置を示す上面図である。図４の線Ａ−Ａに沿った断面図である。本発明の一実施形態による電磁式レンズ駆動装置のレンズモジュール、コイル及び位置決め構造の配置態様を示す分解斜視図である。本発明の一実施形態による電磁式レンズ駆動装置のレンズモジュール及び位置決め構造の配置態様を示す分解斜視図である。本発明の一実施形態による電磁式レンズ駆動装置のレンズモジュール、コイル及び位置決め構造の配置態様を示す斜視図である。

本発明の目的、特徴および効果を示す実施形態を図面に沿って詳細に説明する。

図２〜図５を参照する。図２〜図５に示すように、本発明の一実施形態による電磁式レンズ駆動装置１は、中心軸５が画定され、上蓋１１、ケーシング１２、レンズモジュール１３、位置決め構造１４、電磁駆動モジュール１５、センサモジュール１６、回路基板１７及び外ケーシング１８を含む。中心軸５は、前方５１及び後方５２の２つの軸線方向を含む。

上蓋１１は、中空環状の蓋体である。ケーシング１２は、中空の台体である。上蓋１１とケーシング１２とが互いに結合されたとき、内部に収容空間１２２を有する中空のケーシング構造が構成される。また、ケーシング１２の内側の収容空間１２２の周縁上には、複数の収容溝１２２１が均等に設けられる。

レンズモジュール１３は、収容空間１２２内に配置され、中心軸５上に保持される。また、上蓋１１及びケーシング１２によって形成される収容空間１２２内において、レンズモジュール１３は、電磁駆動モジュール１５によって駆動され、中心軸５方向に沿って前後（上下）に移動する。レンズモジュール１３は、レンズ１３１及びレンズ搭載台１３２をさらに含む。レンズ１３１は、レンズ搭載台１３２の中央部分に配置される上、レンズ搭載台１３２と同期移動する。

電磁駆動モジュール１５は、収容空間１２２内に配置され、レンズモジュール１３と互いに対応し合う。電磁駆動モジュール１５は、コイル１５１及び複数の磁石１５２をさらに含む。コイル１５１は、環状コイルであり、レンズモジュール１３の外周に結合される上、ケーシング１２上に配置される複数の磁石１５２と互いに対応し合う。

磁石１５２は、収容空間１２２内に配置される上、コイル１５１と互いに対応し合う。コイル１５１に電流が印加されることにより、磁力線が発生し、これにより、複数の磁石１５２とコイル１５１との間に磁気吸引力又は磁気反発力が発生し、レンズモジュール１３を収容空間１２２内において中心軸５方向に沿って移動させる。また、電源遮断時は、位置決め構造１４により、レンズモジュール１３は、収容空間１２２内に固定される上、中心軸５上に保持される。本発明の一実施形態において、永久磁石１５２は、複数（例えば４つ）であり、ケーシング１２の収容空間１２２の周縁の収容溝１２２１内に均等に嵌着される。また、各磁石１５２とコイル１５１との間では、コイル１５１に通電されることによって発生する電磁力により、吸引力又は反発力が発生する。

センサモジュール１６は、ケーシング１２とレンズモジュール１３との相対位置を検出する。センサモジュール１６は、光学センサモジュール又は磁気センサモジュールである。本発明の一実施形態において、センサモジュール１６は、反射鏡１６１、反射鏡台１６２及び位置センサ１６３を含む光学センサモジュールである。反射鏡１６１は、反射鏡台１６２上に接続固定される。反射鏡台１６２は、レンズ搭載台１３２の外縁の所定の位置に配置される上、ケーシング１２上に配置される位置センサ１６３に対向する。位置センサ１６３によってレンズ搭載台１３２の収容空間１２２内における移動量が検出される。即ち、位置センサ１６３が検出する中心軸５上の移動変化量に基づき、レンズ１３１の焦点合わせ又はズーム距離が調整される。また、他の実施形態（図示せず）において、センサモジュール１６が磁気センサモジュールの場合、反射鏡１６１の配置位置に永久磁石が配置される。また、位置センサ１６３は、永久磁石の磁力強度を検出し、磁力強度から移動変化量を検出するセンサである。

回路基板１７は、ケーシング１２上に嵌着され、位置センサ１６３の上方部分に位置する上、コイル１５１とセンサモジュール１６とにそれぞれ電気的に接続される。外ケーシング１８は、中空のケーシング体であり、ケーシング１２及び上蓋１１の外周に嵌着される。さらに、外ケーシング１８は、回路基板１７も被覆することにより、回路基板１７は、外部の電磁干渉から保護される。また、外ケーシング１８の下方の開口部分に配置される複数の固定脚台１８１により、電磁式レンズ駆動装置１を他の電子製品に接続することができる。

図５及び図６を参照する。図５及び図６に示すように、コイル１５１は、レンズ搭載台１３２とケーシング１２との隙間に位置し、レンズ搭載台１３２周縁から突出する複数の固定ブロック１３２１により、レンズ搭載台１３２周縁上に位置決めされる。コイル１５１上に異なる方向に所定の電流を印加して磁場を変更することにより、レンズ搭載台１３２を収容空間１２２内において中心軸５の前方５１又は後方５２の軸方向に移動させる。これにより、レンズ１３１は、焦点合わせ又はズームを行う。

図６〜図８を参照する。図６〜図８に示すように、位置決め構造１４は、上蓋１１とケーシング１２との間に配置され、収容空間１２２内のレンズ搭載台１３２の一方の側辺に位置する。これにより、レンズモジュール１３のレンズ搭載台１３２は、収容空間１２２内に位置規制される。位置決め構造１４は、第１のガイド軸１４１、第２のガイド軸１４２及び弾性を有する少なくとも１つの付勢部材１４３をさらに含む。第１のガイド軸１４１及び第２のガイド軸１４２の各両端は、上蓋１１の２つの結合点１１１とケーシング１２の２つの固定点１２１との間にそれぞれ接続固定される。これにより、第１のガイド軸１４１及び第２のガイド軸１４２は、レンズモジュール１３の互いに対向する両側辺にそれぞれ位置する。これと同時に、第１のガイド軸１４１及び第２のガイド軸１４２は、中心軸５と略平行状態となり、収容空間１２２内のレンズモジュール１３のガイドレールとなり、レンズモジュール１３を中心軸５の前方５１又は後方５２に沿って直線移動させる。

レンズ搭載台１３２の外縁部分には、第１のスライドブロック１３２３及び第２のスライドブロック１３２４が設けられる。第１のスライドブロック１３２３と第２のスライドブロック１３２４とは、互いに対称である上、第１のガイド軸１４１と第２のガイド軸１４２とにそれぞれ枢着される。第１のスライドブロック１３２３上には、ガイド孔１３２３１が設けられ、ガイド孔１３２３１に第１のガイド軸１４１がスライド可能に嵌合されることにより、第１のスライドブロック１３２３は、軸方向に位置移動する。第２のスライドブロック１３２４上には、第２のガイド軸１４２に当接されるＵ字形開溝１３２４１が設けられる。以上の構造により、第２のスライドブロック１３２４及び第１のスライドブロック１３２３は、軸方向に同期移動する。即ち、第１のスライドブロック１３２３及び第２のスライドブロック１３２４により、レンズモジュール１３は、第１のガイド軸１４１及び第２のガイド軸１４２上において、軸方向に直線位置移動する。

付勢部材１４３は、Ｕ字形の弧状の爪体である。付勢部材１４３の底部には、第１のガイド軸１４１上に枢着される枢軸端１４３１が設けられる。付勢部材１４３から延伸される２つの爪掛端１４３２、１４３２’は、レンズ搭載台１３２の外縁から突出する固定端１３２２上に係合される。付勢部材１４３の枢軸端１４３１は、適度な張力を持って第１のガイド軸１４１上に枢着されることにより、枢軸端１４３１と第１のガイド軸１４１との接触面には、所定の摩擦力が発生する。電磁駆動モジュール１５のコイル１５１に通電されることによって発生する吸引力又は反発力が所定の摩擦力より大きいとき、レンズ搭載台１３２は、内部のレンズ１３１及び付勢部材１４３と共に、電磁駆動モジュール１５によって駆動されて位置移動する。それと反対に、コイル１５１への電源が遮断されたとき、レンズ搭載台１３２は、内部のレンズ１３１と共に、枢軸端１４３１と第１のガイド軸１４１との間に発生する所定の摩擦力により、所定の位置に保持され、スライド移動しない。このように、電源遮断時、レンズモジュール１３の位置決めを行うことができることにより、消費電力を節約することができる。また、本実施形態において、付勢部材１４３の２つの爪掛端１４３２、１４３２’は、所定の距離Ｄ離間される。所定の距離Ｄは、コイル１５１の幅ｄ以上である（Ｄ≧ｄ）。また、２つの爪掛端１４３２、１４３２’の前端内縁部分には、互いに対応し合う２つの開溝１４３２１、１４３２１’が設けられる。２つの開溝１４３２１、１４３２１’は、レンズ搭載台１３２の外縁上から突出する固定端１３２２の両側に係合される。

即ち、付勢部材１４３の枢軸端１４３１が第１のガイド軸１４１に結合された後、付勢部材１４３の２つの爪掛端１４３２、１４３２’の離間距離Ｄは、コイル１５１の幅ｄをちょうど超える。また、２つの爪掛端１４３２、１４３２’前端の内縁部分の開溝１４３２１、１４３２１’は、レンズ搭載台１３２外縁上から突出する固定端１３２２両端に係合される。これにより、レンズモジュール１３がコイル１５１と磁石１５２との間の磁力の交互作用を受けて軸向きに移動するとき、レンズ搭載台１３２外周の固定端１３２２が付勢部材１４３の２つの爪掛端１４３２、１４３２’を同期駆動し、付勢部材１４３の枢軸端１４３１及びレンズ搭載台１３２外周の第１のスライドブロック１３２３が第１のガイド軸１４１上において軸方向に移動する。

即ち、入力された電流は、回路基板１７から電磁駆動モジュール１５のコイル１５１に導入され、コイル１５１に電流が入力されることによって発生する磁場と磁石１５２との間に発生する吸引力又は反発力により、収容空間１２２内のレンズモジュール１３のレンズ搭載台１３２外縁部分にそれぞれ配置される第１のスライドブロック１３２３及び第２のスライドブロック１３２４は、第１のガイド軸１４１及び第２のガイド軸１４２上において、中心軸５の方向に沿って前方５１又は後方５２に移動する。コイル１５１に電流が入力されるのが遮断されたとき、コイル１５１自身は、磁場を発生させて磁石１５２との間に磁気作用を発生させることができないが、付勢部材１４３の枢軸端１４３１と第１のガイド軸１４１との間が有する所定の摩擦力により、レンズモジュール１３は、第１のガイド軸１４１及び第２のガイド軸１４２上に定点保持される。これにより、レンズモジュール１３は、電源遮断時でも収容空間１２２内で前後に移動することがなく、収容空間１２２内に位置規制及び保持されるため、消費電力を節約することができる。

以上の説明から分かるように、レンズモジュール１３を収容空間１２２に固定するのに必要な摩擦力は、主に、付勢部材１４３の枢軸端１４３１と第１のガイド軸１４１とが接触することによる摩擦力による。また、レンズ搭載台１３２外縁に対向配置される第１のスライドブロック１３２３及び第２のスライドブロック１３２４と、第１のガイド軸１４１及び第２のガイド軸１４２と、の主な目的は、レンズモジュール１３を収容空間１２２内において中心軸５の方向に沿って前方５１又は後方５２の軸方向に移動させるときの安定性を高めることにある。また、第１のスライドブロック１３２３のガイド孔１３２３１と第１のガイド軸１４１との間の摩擦力と、第２のスライドブロック１３２４のＵ字形開溝１３２４１と第２のガイド軸１４２との間の摩擦力と、は小さいため、レンズモジュール１３の収容空間１２２における正常な位置移動が影響を受けることがない。

以上の実施形態は、本発明の応用範囲を限定するものではなく、本発明の保護範囲は、本発明の特許請求の範囲が画定する技術及びそれと同等効果である変更に基づく。

１電磁式レンズ駆動装置
１１上蓋
１１１結合点
１２ケーシング
１２１固定点
１２２収容空間
１２２１収容溝
１３レンズモジュール
１３１レンズ
１３２レンズ搭載台
１３２１固定ブロック
１３２２固定端
１３２３第１のスライドブロック
１３２３１ガイド孔
１３２４第２のスライドブロック
１３２４１Ｕ字形開溝
１４位置決め構造
１４１第１のガイド軸
１４２第２のガイド軸
１４３付勢部材
１４３１枢軸端
１４３２爪掛端
１４３２’ 爪掛端
１４３２１開溝
１４３２１’ 開溝
１５電磁駆動モジュール
１５１コイル
１５２磁石
１６センサモジュール
１６１反射鏡
１６２反射鏡台
１６３位置センサ
１７回路基板
１８外ケーシング
１８１固定脚台
５中心軸
５１前方
５２後方
９機械式フォーカス機構
９１駆動部材
９２レンズ群
９３搭載台

Claims

中心軸が画定され、
収容空間が形成されるケーシングと、
前記収容空間内に収容されるレンズモジュールと、
前記収容空間内に配置され、前記レンズモジュールに連結され、複数の磁石及びコイルを含み、異なる方向の電流をコイルに印加することによって発生する異なる極性の磁力変化により、前記複数の磁石と前記コイルとの間に磁気吸引力又は磁気反発力を発生させ、これにより、前記レンズモジュールを前記収容空間内において前記中心軸の方向に沿って移動させる電磁駆動モジュールと、
前記レンズモジュールと前記ケーシングとの間に連結され、前記レンズモジュールを前記収容空間内に位置規制する上、摩擦力を発生させ、前記コイルを通過する電流が遮断されたとき、前記摩擦力により、前記レンズモジュールを保持して固定する位置決め構造と、を備えることを特徴とする電磁式レンズ駆動装置。
前記電磁式レンズ駆動装置は、前記ケーシング上に結合される上蓋をさらに含み、
前記位置決め構造は、第１のガイド軸及び弾性を有する付勢部材をさらに含み、前記第１のガイド軸の両端は、前記上蓋と前記ケーシングとの間にそれぞれ接続固定され、前記付勢部材には、枢軸端が設けられ、前記枢軸端が適度な張力を持って前記第１のガイド軸上に枢着されることにより、前記枢軸端と前記第１のガイド軸との接触面には、摩擦力が発生し、前記付勢部材は、Ｕ字形の弧状の爪体であり、前記枢軸端から延伸される２つの爪掛端を有し、前記２つの爪掛端の前端内縁部分には、レンズ搭載台外縁から突出する固定端の両側に係合される開溝がそれぞれ設けられ、前記付勢部材の２つの爪掛端は、前記コイルの幅以上離間され、前記位置決め構造は、第２のガイド軸をさらに含み、前記第２のガイド軸の両端は、前記上蓋と前記ケーシングとの間にそれぞれ接続固定され、
前記レンズモジュールは、レンズ及びレンズ搭載台をさらに含み、前記レンズは、前記レンズ搭載台中に配置されて前記レンズ搭載台と同期移動し、前記レンズ搭載台の外縁部分には、ガイド孔が設けられた第１のスライドブロックが設けられ、前記ガイド孔が前記第１のガイド軸上に嵌合枢着されることにより、前記第１のスライドブロックは、軸方向に移動し、前記レンズ搭載台の外縁の前記第１のスライドブロックの対辺部分には、第２のスライドブロックが設けられ、前記第２のスライドブロック上には、前記第２のガイド軸に当接されるＵ字形開溝が設けられ、前記第２のスライドブロック及び前記第１のスライドブロックは、軸方向に同期移動することを特徴とする請求項１記載の電磁式レンズ駆動装置。
前記電磁式レンズ駆動装置は、センサモジュール、外ケーシング及び回路基板をさらに含み、
前記センサモジュールは、光学センサモジュールまたは磁気センサモジュールであり、前記ケーシングと前記レンズモジュールとの相対位置を検出し、
前記回路基板は、前記ケーシング上に嵌着される上、前記コイルと前記センサモジュールとにそれぞれ電気的に接続され、
前記外ケーシングは、前記ケーシング及び前記上蓋の外部に嵌着されると共に、前記回路基板を被覆し、
前記コイルは、前記レンズモジュールの外周に結合され、前記複数の磁石は、前記ケーシング内側の前記収容空間周縁に均等に嵌着される上、前記コイルと互いに対応し合い、
前記センサモジュールが光学センサモジュールの場合、前記センサモジュールは、反射鏡、反射鏡台及び位置センサを含み、前記反射鏡は、前記反射鏡台上に接続固定され、前記反射鏡台は、レンズ搭載台の外縁の所定の位置に配置される上、前記ケーシング上に配置される前記位置センサと互いに対応し合うことを特徴とする請求項１記載の電磁式レンズ駆動装置。