JP2018180353A - レンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気機械変換素子を用いてオートフォーカス機能を実現する装置においては、容易に組み立てることが難しい、という問題を解決すること。【解決手段】レンズを装備したレンズバレルの周囲に設けられ、当該レンズバレルをレンズの光軸方向に沿って可動させる可動装置と、レンズバレルを収容するハウジングに対する、当該レンズバレルのレンズの光軸方向に沿った可動をガイドするガイド部と、を備え、可動装置は、長手方向に沿って移動するよう駆動される駆動部材と、レンズバレルに設けられ、駆動部材に摩擦係合する駆動部材保持部と、を備え、レンズバレルは、磁石を備え、磁石と対向するハウジング上にはヨークが設けられ、磁石とヨークとが引き寄せあう力により、駆動部材保持部を駆動部材に押し付けるように磁石とヨークとを配置した。【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ駆動装置にかかり、特に、オートフォーカス機能を有するレンズ駆動装置に関する。

近年のスマートフォンやタブレット端末などの情報処理端末は、画像撮影用に小型のカメラモジュールを搭載している。このようなカメラモジュールは、被写体を撮影するときのピント合わせを自動的に行うオートフォーカス機能を有するレンズ駆動装置を備えている。

レンズ駆動装置のオートフォーカス機能は、例えば、特許文献１に示すように、電気機械変換素子を有する駆動部によって実現される。特許文献１によると、駆動部は、付勢部材により駆動部材に摩擦係合する移動部材を備えている。このような駆動部では、電子機械変換素子が緩やかに伸縮方向に変位することで、駆動部材も軸方向に緩やかに変位する。これにより、駆動部材に摩擦係合している移動部材は、その摩擦力により駆動部材と共に軸方向に移動することになる。一方、上記のような駆動部では、電子機器変換素子が急速に伸縮方向に変位することで、駆動部材も急速に変位する。これにより、移動部材は慣性力によりその位置に留まることになる。このような緩急スピード差を利用した動作を繰り返すことで、移動部材は駆動部材の軸方向の任意の場所に移動することが出来る。

特開２０１５−１８０１３７号公報

上記のような駆動部では、移動部材であるレンズバレルは、板バネなどの付勢部材を用いてドライブシャフトなどと呼ばれる駆動部材に摩擦係合している。このようなバネを用いてレンズバレルをドライブシャフトに摩擦係合する場合、バネの設計自体が難しい、という問題があった。また、バネを用いる場合、バネの変形やドライブシャフトの傷などに気を付けながらレンズ駆動装置を組み立てることが必要となる。そのため、容易に製造することが難しい、という問題が生じていた。

このように、電気機械変換素子を用いてオートフォーカス機能を実現する装置においては、容易に組み立てることが難しい、という問題が生じていた。

そこで、本発明の目的は、電気機械変換素子を用いてオートフォーカス機能を実現する装置において、容易に組み立てることが難しいという問題を解決するレンズ駆動装置、カメラモジュールを提供することにある。

本発明の一形態であるレンズ駆動装置は、
レンズを装備したレンズバレルの周囲に設けられ、当該レンズバレルを前記レンズの光軸方向に沿って可動させる可動装置と、
前記レンズバレルを収容するハウジングに対する、当該レンズバレルの前記レンズの光軸方向に沿った可動をガイドするガイド部と、を備え、
前記可動装置は、長手方向に沿って移動するよう駆動される駆動部材と、前記レンズバレルに設けられ、前記駆動部材に摩擦係合する駆動部材保持部と、を備え、
前記レンズバレルは、磁石を備え、
前記磁石と対向するハウジング上にはヨークが設けられ、
前記磁石と前記ヨークとが引き寄せあう力により、前記駆動部材保持部を前記駆動部材に押し付けるように前記磁石と前記ヨークとを配置した
という構成をとる。

また、上記レンズ駆動装置では、
前記ハウジングは矩形形状であり、矩形形状の前記ハウジングのうちの一つの角部に一つの前記可動装置が設けられており、
矩形形状の前記ハウジングのうち前記可動装置が設けられた角部を通る対角線と直交する第２の対角線上に、前記磁石と前記ヨークとを設けた
という構成をとる。

また、上記レンズ駆動装置では、
前記レンズの直径の延長線上であって、前記可動装置が設けられている位置からレンズバレル１２を挟んだ反対側の位置にはガイド機構が設けられている
という構成をとる。

また、上記レンズ駆動装置では、
前記ガイド機構は、ガイドボールと、前記ガイドボールを回転可能なよう保持する保持部材と、前記保持部材により前記ガイドボールが押し付けられるガイドボール支持部と、を有しており、
前記ヨークが前記磁石に引き寄せられる磁力により、前記保持部材が前記ガイドボールを前記ガイドボール支持部に押し付けるように、前記ガイドボールと前記保持部材と前記ガイドボール支持部とが配置されている
という構成をとる。

また、上記レンズ駆動装置では、
前記ハウジングを覆う覆い部を有し、
前記駆動部材は前記覆い部と一体的に構成されている
という構成をとる。

また、本発明では、前記レンズ駆動装置を搭載したカメラモジュールも提供している。

本発明のレンズ駆動装置によると、磁力を用いてレンズバレルをドライブシャフトに摩擦係合させることが出来る。これにより、板バネなどの付勢部材を用いる必要がなくなり、容易に組み立てることが可能なレンズ駆動装置を実現することが出来る。

本発明の第１の実施形態におけるカメラモジュールの構成の一例を示す図である。 図１が示すカメラモジュールを含む構成の一例を示す断面図である。 磁力によりレンズバレルがヨークに引き寄せられる様子の一例を示す図である。 カメラモジュールを含む構成の他の一例を示す断面図である。 カメラモジュールを含む構成の他の一例を示す断面図である。 カメラモジュールの他の構成の一例を示す図である。

＜実施形態１＞
本発明の第１の実施形態を、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、カメラモジュール１の構成の一例を示す図である。図２は、カメラモジュール１を含む構成の一例を示す断面図である。図３は、磁力によりレンズバレル１２がヨーク７１に引き寄せられる様子の一例を示す図である。図４乃至図６は、カメラモジュール１の他の構成の一例を示す図である。

本発明におけるカメラモジュール１は、例えば、スマートフォンやタブレット端末などの情報処理端末に搭載される画像撮影用のものである。但し、本発明におけるカメラモジュール１は、必ずしも情報処理端末に搭載されることに限定されず、他の電子機器や様々な機器に搭載されてもよい。

カメラモジュール１は、被写体を撮影するときのピント合わせを自動的に行うオートフォーカス機能を有するレンズ駆動装置を備えている。以下、主に、オートフォーカス機能を実現するレンズ駆動装置の構成を説明する。

まず、図１、図２を参照して、カメラモジュール１の構成の概略を説明する。図１は、カメラモジュール１の内部を上方から見た図であり、図２は図１上の一点鎖線Ｃ１において、カメラモジュール１の内部を部分的に断面して見た図である。

図２を参照すると、カメラモジュール１は、ボトム基板２１と、カバー２２（覆い部）と、によって囲まれている。そして、ボトム基板２１上に、撮像素子などを有するＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）３１と、ＦＰコイル（Fine Pattern Coil）３２と、を積層して備えている。

また、カメラモジュール１は、上記ＦＰコイル３２の上方に、底部と側壁とで囲まれた矩形のハウジング３３を備えている（図１参照）。ハウジング３３は、レンズ１１を装備したレンズバレル１２を収容しており、当該レンズバレル１２は平面視でハウジング３３の底部に形成された円形の切除部内に位置している。なお、レンズバレル１２は、後述するドライブシャフト５１及びシャフト保持部５２やガイドボール６１及びガイドボール保持具６２などによってハウジング３３内で支持されている。このとき、レンズバレル１２に装備されたレンズ１１の光軸が、図１では紙面に対して垂直方向、図２では紙面に沿った方向（上下方向）となるよう、レンズバレル１２は支持されている。

そして、カメラモジュール１は、レンズ１１を装備したレンズバレル１２を駆動するレンズ駆動装置を備えている。レンズ駆動装置は、オートフォーカス機能を実現する構成として、レンズバレル１２の周囲に設けられた圧電アクチュエータ（可動装置）を備えている。圧電アクチュエータは、例えば、レンズバレル１２の周囲であって、矩形形状であるハウジング３３の対角線である一点鎖線Ｃ１上に形成されている。例えば、図１の場合、レンズバレル１２からみて一点鎖線Ｃ１上のうちの一方の角部に１つの圧電アクチュエータを備えている。また、一点鎖線Ｃ１上であって、上記圧電アクチュエータが設けられている位置からレンズバレル１２を挟んだ反対側の位置には、ガイド機構が設けられている。

上記圧電アクチュエータは、図２で示すように、ドライブシャフト５１（駆動部材の一部）と、シャフト保持部５２（駆動部材保持部）と、変換部５３（駆動部材の一部）と、ウエイト５４と、により構成されている。図２を参照すると、ハウジング３３上にウエイト５４が設置されており、ウエイト５４上に変換部５３が設置されている。また、変換部５３の上にはドライブシャフト５１が設置されており、ドライブシャフト５１にはシャフト保持部５２が摩擦係合している。

ドライブシャフト５１は、後述する変換部５３の伸縮運動に応じて移動する部材である。ドライブシャフト５１は、例えば、円柱形状を有しており、金属製や樹脂製などにより構成されている。図２で示すように、ドライブシャフト５１のうちの一方の端部は変換部５３の端部に固定されている。これにより、ドライブシャフト５１は、変換部５３の伸縮運動に応じて伸縮方向と同方向に移動する。換言すると、ドライブシャフト５１は、変換部５３が駆動することにより当該ドライブシャフト５１の長手方向に沿って移動する、ということも出来る。また、ドライブシャフト５１の側面には、シャフト保持部５２が摩擦係合している。

なお、ドライブシャフト５１の形状は上記例示した場合に限定されない。ドライブシャフト５１は平面視で、円形形状であっても構わないし、多角形形状や楕円形状などであっても構わない。また、ドライブシャフト５１は、上記例示した以外の素材により形成されていても構わない。

シャフト保持部５２はレンズバレル１２に設けられている。また、シャフト保持部５２は、ドライブシャフト５１の側面に摩擦係合する。後述するように、レンズバレル１２には磁石７４が設けられており、磁石７４と対向するハウジング３３上にはヨーク７１が設けられている。後述するように、シャフト保持部５２は、磁石７４と後述するヨーク７１とが引き寄せあう力によりドライブシャフト５１に押し付けられることになる。これにより、シャフト保持部５２は、バネなどを用いずにドライブシャフト５１に摩擦係合することが可能となる。換言すると、シャフト保持部５２は、磁石７４が磁力によりヨーク７１に引き寄せられる力を利用して、ドライブシャフト５１に摩擦係合する。

具体的には、シャフト保持部５２は、例えば、Ｖ字形状の受け部を有しており、Ｖ字形状の受け部のうちの２点でドライブシャフト５１と当接することで、当該ドライブシャフト５１と摩擦係合する。なお、シャフト保持部５２は、例えば、Ｕ字形状の受け部を有するなど、図１で例示する以外の形状を有していても構わない。また、シャフト保持部５２は、３点で当接するなど例示した以外の方法でドライブシャフト５１に摩擦係合していても構わない。

変換部５３は、入力された電気エネルギーに応じて伸縮運動を行う。変換部５３は、例えば、電圧を力に変換する圧電効果により印加された電圧に応じて伸縮運動を行う圧電素子を多数積層することで構成されている。圧電素子は、ピエゾ素子や電子機械変換素子などとも呼ばれる。なお、変換部５３への給電は、ワイヤ３４や当該ワイヤ３４に連結されたスプリングなどによって行われる。

ウエイト５４は、上述したように、ハウジング３３に設置されている。また、ウエイト５４のうちのハウジング３３に設置される面とは反対側の面上には、変換部５３が設置されている。

上記のような構成を有する圧電アクチュエータは、変換部５３に電圧を印加することによって、レンズバレル１２をレンズ１１の光軸方向に沿って可動させる駆動力を生じる。また、圧電アクチュエータは、変換部５３の伸縮運動に緩急をつけることで、摩擦力や慣性力を利用して、シャフト保持部５２を任意の位置まで移動させる。その結果、シャフト保持部５２を有するレンズバレル１２が任意の位置まで移動することになる。

例えば、変換部５３に対して緩やかに伸縮方向に変位するよう電圧を印加することで、ドライブシャフト５１も当該ドライブシャフト５１の軸方向（図１では紙面に対して垂直方向、図２では紙面に沿った方向。長手方向ともいう）に緩やかに移動する。これにより、ドライブシャフト５１に摩擦係合しているシャフト保持部５２は、その摩擦力によりドライブシャフト５１と共に軸方向に移動する。その結果、シャフト保持部５２を有するレンズバレル１２も軸方向に移動することになる。一方、例えば、変換部５３に対して急速に伸縮方向に変位するよう電圧を印加することで、ドライブシャフト５１も軸方向に急速に移動する。このようにドライブシャフト５１が急速に移動すると、慣性力によりシャフト保持部５２は移動せずその場に留まることになる。その結果、シャフト保持部５２を有するレンズバレル１２も移動せずにその場に留まることになる。このように、緩急スピード差をつけて伸縮運動行うよう変換部５３を制御することで、レンズバレル１２の位置をドライブシャフト５１の軸方向の任意の場所に移動させることが出来る。

また、カメラモジュール１は、オートフォーカス機能を実現する構成として、上述したようにレンズバレル１２の光軸に沿った往復可動をガイドするガイド機構（ガイド部）を備えている。ガイド機構は、矩形形状のハウジング３３の対角線である一点鎖線Ｃ１上であって、上記圧電アクチュエータが設けられている位置からレンズバレル１２を挟んだ反対側の位置に配置されている。

上記ガイド機構は、レンズバレル１２に設置されたガイドボール保持具６２と、ハウジング３３に設置されたガイドボール支持部６３と、ガイドボール保持具６２及びガイドボール支持部６３に挟まれたガイドボール６１と、によって構成される。なお、ガイド機構が有するガイドボール６１の数は、１つでも構わないし、３つ以上の複数でも構わない。ガイド機構は、例えば、図１において紙面に対して垂直な方向に、同じ大きさのガイドボール６１を複数有することが出来る。

ガイドボール保持具６２は、ガイドボール６１を回転可能なよう保持する。例えば、ガイドボール保持具６２は、Ｕ字形状に形成された挟持部でガイドボール６１を挟持することで、ガイドボール６１を回転可能なよう保持する。ガイドボール支持部６３は、ガイドボール保持具６２によりガイドボール６１が押し付けられる壁である。上記のように、ガイドボール支持部６３は、ハウジング３３に形成されている。

図１で示すように、ハウジング３３の対角線（レンズ１１の中心を通り圧電アクチュエータとガイド機構とを結ぶ直線）である一点鎖線Ｃ１に対して、一方の側からガイドボール保持具６２がガイドボール６１を保持している。そして、後述するように、ガイドボール保持具６２は、一点鎖線Ｃ１に対する他方の側に設けられたガイドボール支持部６３に対して、ガイドボール６１を押し付けることになる。この際、ガイドボール保持具６２は、シャフト保持部５２がドライブシャフト５１を摩擦係合する方向と同じ方向からガイドボール６１を保持する。このように構成することで、後述する磁石７４がヨーク７１に引き寄せられることにより、シャフト保持部５２やガイドボール保持具６２を介して、ドライブシャフト５１とガイドボール６１に対して同一方向の力ベクトルがかかることになる。

なお、ガイドボール支持部６３は、ガイドボール６１の可動範囲となるレンズ１１の光軸に沿った溝を有していても構わない。このように、ガイド機構は、ガイドボール６１の一方の側からガイドボール保持具６２がガイドボール６１を挟持する。また、ガイドボール６１の他方の側にガイドボール支持部６３が位置している。

また、レンズバレル１２のうちレンズ１１の中心を通り一点鎖線Ｃ１と直交する直線（つまり、矩形形状のハウジング３３の一点鎖線Ｃ１とは異なる対角線）である一点鎖線Ｃ２上には、磁石７４が設けられている。具体的には、例えば、レンズバレル１２のうち、一点鎖線Ｃ２上であって、ドライブシャフト５１やガイドボール６１を押し付ける方向側（例えば、図１の場合、右下側）に、磁石７４が設けられている。また、磁石７４と対向するハウジング３３上には、ヨーク７１と、ＦＰＣ７２及びホール素子７３から構成される位置検出手段と、が設けられている。

磁石７４は、例えば、ヨーク７１との対向面の上側にＮ極、下側にＳ極（つまり、図１の紙面手前側にＮ極、奥側にＳ極）が着磁されて構成されている。なお、磁石７４は、ヨーク７１と引き寄せあうことが可能であるならば、例示した以外の構成を有していても構わない。

ヨーク７１は、軟質磁性材料など（例えば、不純物の少ない鉄など）により構成されている。ヨーク７１は、ハウジング３３に固定されている。なお、ヨーク７１は、出来るだけ一点鎖線Ｃ２方向にヨーク７１と磁石７４とを引き寄せあう力が働くように、ハウジング３３に固定することが望ましい。

位置検出手段は、レンズバレル１２の位置を検出する。位置検出手段は、例えば、磁石７４が発生させる磁場の強さをホール素子７３が検出することにより、レンズバレル１２の位置を検出する。

以上のような構成により、磁石７４とヨーク７１とを引き寄せあう磁力に応じて、磁石７４がヨーク７１へと引き寄せられることとなり、その結果、磁石７４が配置されたレンズバレル１２はハウジング３３の角部へ引き寄せられることとなる。つまり、レンズバレル１２には、図３の矢印Ｙ１方向の力が加わっていることとなる。これにより、シャフト保持部５２やガイドボール保持具６２などを介して、ドライブシャフト５１やガイドボール６１に対して同一方向の力ベクトル（つまり、矢印Ｙ２、Ｙ３方向の力）がかかることになる。つまり、上記構成によると、バネなどを用いずにシャフト保持部５２をドライブシャフト５１に摩擦係合させることが可能となる。その結果、容易な製造を行うことを可能とすることが出来る。また、上記構成によると、ガイドボール保持具６２がガイドボール６１をガイドボール支持部６３に押し付けた状態となるため、より光軸がぶれない安定した可動を実現することが出来る。なお、本実施形態のようにガイドボール保持具６２がガイドボール６１をガイドボール支持部６３に押し付けた状態とならない場合、ドライブシャフト５１を移動させる際にドライブシャフト５１の反対側（ガイド機構を有する側）が上下に大きく変動し、空気の粗密波が生じてオーディオノイズとなってしまうおそれがある。本実施形態で説明した構成によると、上記のように安定した可動を実現することが出来るため、上記のようなオーディオノイズ発生のおそれも低減させることが出来る。

なお、カメラモジュール１が有する各構成は、上記例示した構成に限定されない。

例えば、図４で示すように、カバー２２のうち平面視でドライブシャフト５１が存在する位置に貫通孔２２１を設けることが出来る。このように構成することで、変換部５３が伸びることでドライブシャフト５１が図４の上方へ移動した際に、ドライブシャフト５１とカバー２２とが干渉するおそれを低減させることが出来る。

また、例えば、図５で示すように、カバー２２とドライブシャフト５１とを一体的に構成することも出来る。このように構成することで、カバー２２を設置することにより自動的にドライブシャフト５１も設置されることとなる。その結果、カメラモジュール１を製造する際の費用を低減させることが可能となるとともに、より容易にカメラモジュール１を製造することが可能となる。なお、カバー２２とドライブシャフト５１とは、例えば、金属をダボ出しすることにより一体的に形成されても構わないし、樹脂で一体成型することにより一体的に形成されても構わない。

また、本実施形態においては、図１の一点鎖線Ｃ１上にレンズ駆動装置とガイド機構を有するとした。しかしながら、例えば、図６で示すように、ハウジング３３の角部に相当する位置以外に、レンズ駆動装置やガイド機構が形成されていても構わない。図６を参照すると、矩形形状を有するハウジング３３の相対する側壁の中央のうちの一方にレンズ駆動装置（ドライブシャフト５１、シャフト保持部５２）を有しており、他方にガイド機構（ガイドボール６１、ガイドボール保持具６２、ガイドボール支持部６３）を有している。このように、レンズ駆動装置やガイド機構は必ずしも矩形形状のハウジング３３の角部に存在していなくても構わない。

なお、図６のようにハウジング３３の側壁中央にレンズ駆動装置やガイド機構を設置した場合、ヨーク７１や位置検出手段は、レンズ駆動装置とガイド機構が配置されたハウジング３３の相対する側壁に挟まれた側壁の中央に配置されることになる。このように構成することで、図１で示す場合などと同様に、ドライブシャフト５１やガイドボール６１に対して同一方向の力ベクトル（つまり、矢印Ｙ２、Ｙ３方向の力）を掛けることが可能となり、本発明の目的を達成することが可能となる。

以上、上記実施形態等を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

１ カメラモジュール
１１ レンズ
１２ レンズバレル
２１ ボトム基板
２２ カバー
２２１ 貫通孔
３１ ＦＰＣ
３２ ＦＰコイル
３３ ハウジング
３４ ワイヤ
５１ ドライブシャフト
５２ シャフト保持部
５３ 変換部
５４ ウエイト
６１ ガイドボール
６２ ガイドボール保持具
６３ ガイドボール支持部
７１ ヨーク
７２ ＦＰＣ
７３ ホール素子
７４ 磁石

Claims (6)

1. レンズを装備したレンズバレルの周囲に設けられ、当該レンズバレルを前記レンズの光軸方向に沿って可動させる可動装置と、
   前記レンズバレルを収容するハウジングに対する、当該レンズバレルの前記レンズの光軸方向に沿った可動をガイドするガイド部と、を備え、
   前記可動装置は、長手方向に沿って移動するよう駆動される駆動部材と、前記レンズバレルに設けられ、前記駆動部材に摩擦係合する駆動部材保持部と、を備え、
   前記レンズバレルは、磁石を備え、
   前記磁石と対向するハウジング上にはヨークが設けられ、
   前記磁石と前記ヨークとが引き寄せあう力により、前記駆動部材保持部を前記駆動部材に押し付けるように前記磁石と前記ヨークとを配置した
   レンズ駆動装置。
2. 請求項１に記載のレンズ駆動装置であって、
   前記ハウジングは矩形形状であり、矩形形状の前記ハウジングのうちの一つの角部に一つの前記可動装置が設けられており、
   矩形形状の前記ハウジングのうち前記可動装置が設けられた角部を通る対角線と直交する第２の対角線上に、前記磁石と前記ヨークとを設けた
   レンズ駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載のレンズ駆動装置であって、
   前記レンズの直径の延長線上であって、前記可動装置が設けられている位置からレンズバレル１２を挟んだ反対側の位置にはガイド機構が設けられている
   レンズ駆動装置。
4. 請求項３に記載のレンズ駆動装置であって、
   前記ガイド機構は、ガイドボールと、前記ガイドボールを回転可能なよう保持する保持部材と、前記保持部材により前記ガイドボールが押し付けられるガイドボール支持部と、を有しており、
   前記ヨークが前記磁石に引き寄せられる磁力により、前記保持部材が前記ガイドボールを前記ガイドボール支持部に押し付けるように、前記ガイドボールと前記保持部材と前記ガイドボール支持部とが配置されている
   レンズ駆動装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のレンズ駆動装置であって、
   前記ハウジングを覆う覆い部を有し、
   前記駆動部材は前記覆い部と一体的に構成されている
   レンズ駆動装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のレンズ駆動装置を搭載したカメラモジュール。
   

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