JP4236674B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

本発明は光学装置に関し、より詳細には低消費電力型の光学装置に関するものである。

レンズモジュールに利用されている自動変位駆動装置（automatic displacement driving device）には、回転軸がレンズモジュールの光軸に平行な、回転力を提供する駆動装置、または移動方向がレンズモジュールの光軸に平行な、移動力を提供する駆動装置がある。

回転軸がレンズモジュールの光軸に平行な、回転力を提供する駆動装置の例としては、ステッピングモーターがある。そのような駆動装置は、レンズモジュールを光軸に平行な軸に沿って移動させるための伝達方向変換機構（transmission-transforming mechanism）をさらに必要とする。レンズモジュールが最終位置にきたときは、レンズモジュールをそこに維持するための電力は必要ない。しかしながら、そのような駆動装置は多くの構成部分から成り立っていることから、複雑で、その大きさ（サイズ）を小型化することは容易ではない。

移動方向がレンズモジュールの光軸に平行な、移動力を提供する駆動装置の例としては、ボイスコイルモーターがある。そのような駆動装置はレンズモジュールの位置を直接調整するものであり、上記の回転動力駆動装置と較べ、構成部品が少なく小型である。しかしながら、レンズモジュールが最終位置に達しても、レンズモジュールを最終位置に保持するために、電力の供給と同時制御（simultaneous control）は引き続き行われなければならない。従って、そのような駆動装置を備えた自動移動駆動装置はかなりの電力を消費するので、こうした駆動装置を用いたカメラや光学装置は携帯性に劣る。

特許文献１には、レンズモジュールの光軸方向に沿う２つのレンズ保持位置に磁気要素が配置されたレンズ駆動装置が開示されている。これによれば、レンズモジュールがレンズ保持位置のうちの１つに位置するときに、レンズモジュールの駆動磁石と磁気要素との間の磁力でそれをレンズモジュール保持位置に保持させることができる。しかしながら、この装置において、磁気要素は、レンズモジュールが保持されるべき各位置に配置されなければならいため、焦点合わせの柔軟性が低下し、構造も複雑になる。

米国特許第６８５６４６９号明細書

それゆえ、本発明は、大きさ（サイズ）や消費動力が小さく、簡単な構造でレンズモジュールの固定と解除を可能にする光学装置を提供することを目的とするものである。

よって、本発明の一態様は、レンズハウジング、レンズモジュール、駆動機構および制動機構を含む光学装置を提供する。レンズモジュールはレンズハウジング内に移動可能に配置される。駆動機構はレンズモジュールに連結し、レンズモジュールの光軸に沿って動くようにレンズモジュールを駆動する。制動機構はレンズハウジングとレンズモジュールの間に配置され、光軸に垂直に移動し、それによってレンズモジュールの固定と解除を行う。制動機構がレンズモジュールを解除すると、レンズモジュールは光軸に沿って移動する。

光学装置はさらに、レンズモジュールの光軸に平行し、レンズハウジングに連結する少なくとも１つのガイドバーを含む。レンズモジュールはガイドバーに取り付けられてその上を摺動する。

駆動機構は第１の磁気要素と第１のコイルを含む。第１の磁気要素は第１の面と、これに対向する第２の面とを有する。第１のコイルはレンズモジュールと第１の磁気要素の第１の面との間に配置される。第１の磁気要素は第１のコイルを通過する第１の磁場を生じる。レンズモジュールと第１のコイルは、電流が第１のコイルに加えられたときに、第１のコイルと第１の磁場との磁気相互作用で生じる光軸に平行な力により、光軸に沿って移動するよう駆動される。

第１のコイルはレンズモジュールを包囲し、第１の磁気要素はモジュール第１のコイルを包囲している。第１のコイルと第１の磁気要素の中心軸は光軸に位置合わせされている。

駆動機構は、第１の磁気要素に連結し第１の磁気要素の第１の面と第１のコイルを囲む第１のヨークをさらに含んでおり、これにより第１のコイルを通過する第１の磁場の磁気密度が高まる。

制動機構は第２のヨーク、第２のコイル、変位要素（displacement member）および弾性要素（resilient member）を含む。第２のヨークと第２のコイルは第１の磁気要素の第２の面に対向して配置される。第２のヨークは第２のコイル中に設置される。変位要素は第２のコイルに連結し、第１の磁気要素、第１のコイルおよび第１のヨークを包囲している。弾性要素は変位要素とレンズハウジングとの間に配置され、所定の弾力を変位要素に与えて、変位要素をレンズモジュールに当接させる。第１の磁気要素は第１および第２のヨークと相互に作用して、第２のコイルを通過する第２の磁場を提供する。変位要素は、電流が第２のコイルに加えられたときに、第２のコイルと第２の磁場との磁気相互作用で生じる光軸に垂直な力によって、光軸に垂直に移動してレンズモジュールから離れる。

本発明の１実施形態において、制動機構は、レンズモジュールに対向するように変位要素に配置された抵抗要素（friction member）をさらに含む。この抵抗要素は好ましくは摩擦材料から成る。

本発明の他の態様において、光学装置は、第２の磁気要素と透磁要素（magnetic-permeable member）をさらに含む。第２の磁気要素は変位要素に配置され、透磁要素は第２の磁気要素と対向するようにレンズモジュールに配置される。あるいは、第２の磁気要素がレンズモジュールに配置され、透磁要素が第２の磁気要素に対向するように変位要素に配置される。

第１の磁気要素には永久磁石が含まれることが好ましい。弾性要素にはスプリングが含まれることが好ましい。第２の磁気要素には第１の磁気要素の磁束密度より小さい磁束密度を持つ永久磁石が含まれることが好ましい。

本発明に係る光学装置によれば、消費電力が大幅に低減し、携帯性が高められる。

本発明の上記に述べた目的、特長、長所がより明確になるよう、添付の図面と対応させながら、好ましい実施形態により以下に本発明を詳細に説明する。

実施の形態１
図１を参照すると、光学装置１００はレンズハウジング１１０、レンズモジュール１２０、２つのガイドバー１３０、駆動機構１４０および対称な２つの制動機構１５０を含んでいる。

図１に示すように、レンズモジュール１２０はレンズハウジング１１０内に配置され、光軸Ｏに沿って移動可能となっている。具体的には、ガイドバー１３０が光軸Ｏに平行となるようにレンズハウジング１１０に連結しており、レンズモジュール１２０がガイドバー１３０に装着されてガイドバー１３０上を摺動するようになっている。

駆動機構１４０はレンズモジュール１２０に連結しており、かつ、第１の磁気要素１４１、第１のコイル１４２、および２つの第１のヨーク１４３を備える。第１のコイル１４２はレンズモジュール１２０を包囲し、第１の磁気要素１４１は第１のコイル１４２を包囲している。さらに、第１のコイル１４２と第１の磁気要素１４１の中心軸はレンズモジュール１２０の光軸Ｏに位置合わせされている。第１のヨーク１４３は第１の磁気要素１４１に連結している。

第１の磁気要素１４１は第１の面１４１ａとこれに対向する第２の面１４１ｂとを有する。第１のコイル１４２はレンズモジュール１２０と第１の磁気要素１４１の第１の面１４１ａとの間に配置される。図２Ａと２Ｂに示すように、第１の磁気要素１４１は、その磁力線が第１のコイル１４２を通過するような第１の磁場Ｂ１を提供する。図１、２Ａおよび２Ｂが示すように、第１のヨーク１４３は第１の磁気要素１４１の第１の面１４１ａと第１のコイル１４２を囲い、第１のコイル１４２を通過する第１の磁場Ｂ１の磁気密度を高める。

各制動機構１５０はレンズハウジング１１０とレンズモジュール１２０との間にそれぞれ配置され、かつ、第２のヨーク１５１、第２のコイル１５２、変位要素(displacement member)１５３、弾性要素（resilient member）１５４、および抵抗要素１５５（friction member）を含んでなる。図２Ａおよび２Ｂに示すように、第２のヨーク１５１と第２のコイル１５２は、第１の磁気要素１４１の第２の面１４１ｂに対向して配置される。第２のヨーク１５１は第２のコイル１５２中に設置される。変位要素１５３は第２のコイル１５２と連結し、第１の磁気要素１４１、第１のコイル１４２および第１のヨーク１４３を取り囲んでいる。弾性要素１５４は変位要素１５３とレンズハウジング１１０との間に配置され、所定の弾性(例えば圧縮弾性)を変位要素１５３に与えることで、図２Ａに示すように変位要素１５３をレンズモジュール１２０に当接させる。ここで特徴的であるのは、図２Ａと２Ｂに示すように、第１の磁気要素１４１が第１のヨーク１４３および第２のヨーク１５１と相互に作用して、その磁力線が第２のコイル１５２を通過するような第２の磁場Ｂ２を提供するという点である。抵抗要素１５５はレンズズモジュール１２０に対向するように変位要素１５３に配置される。この実施形態において、抵抗要素１５５は摩擦材料からなるものであり得る。力（force）Ｆ₂が加わっていない状況下で、変位要素１５３は抵抗要素１５５によって与えられる摩擦力によりレンズモジュール１２０に堅く接する。

この実施形態において、第１の磁気要素１４１は永久磁石からなるものとすることができ、弾性要素１５４はスプリングからなるものとすることができる。

図２Ａに示すように、レンズモジュール１２０が静止状態にあるとき、変位要素１５３はレンズモジュール１２０に当接している。レンズモジュール１２０の焦点合わせ動作が実行されると、第２のコイル１５２は電流が加えられて第２の磁場Ｂ２と相互作用するようになる。かくして、光軸Ｏに垂直な力Ｆ₂が生ずる。力Ｆ₂は変位要素１５３を光軸Ｏに垂直に動かすと共に、弾性要素１５４を圧縮する。この時、図２Ｂに示すように、変位要素１５３はレンズモジュール１２０から離される。すなわちレンズモジュール１２０は解除されるのである。

電流が第２のコイル１５２に加えられるのと同時に、第１のコイル１４２には別の電流が加えられ、これにより第１のコイル１４２は第１の磁場Ｂ１と相互作用することとなる。かくして、光軸Ｏに平行な力Ｆ₁が生ずる。力Ｆ₁は、光軸Ｏに沿ってレンズモジュール１２０と第１のコイル１４２を移動させ、それによってレンズモジュール１２０の焦点合わせ動作が達成される。さらに外部制御装置（図示せず）を第１のコイル１４２に連結することもでき、このようにすると、そこへ印加される電流の方向と大きさを調節することが可能となる。これにより、レンズモジュール１２０の移動方向、速度、およびレンズモジュール１２０の位置が制御できるようになる。

レンズモジュール１２０が目的の焦点位置に達したとき、第２のコイル１５２と第１のコイル１４２への電流は切られる。この時、レンズモジュール１２０と第１のコイル１４２は、力Ｆ₁が消失したことにより光軸Ｏに沿って動くのを止め、一方、変位要素１５３は力Ｆ₂が消失したことにより弾性要素１５４に与えられる弾性力によって光軸Ｏの方向に移動し、図２Ａに示すように再びレンズモジュール１２０に当接することとなる。こうしてレンズモジュール１２０は目的の焦点位置に固定される。

光学装置１００が、２つの対称な制動機構１５０に対応する２つのヨーク１４３を有する駆動機構１４０を持つものに制限されないということは言うまでもない。すなわち光学装置１００が、レンズハウジング１１０、レンズモジュール１２０、２つのガイドバー１３０、単一のヨーク１４３を有する駆動機構１４０、および単一の制御機構１５０のみを備えてなるものであっても、依然としてレンズモジュール１２０の焦点合わせ動作と固定効果を同様に達成することができる。さらに、２つ以上の制動機構を用いることも可能である。

実施の形態２
実施の形態１におけるものに対応する構成要素には同じ符号を用い、その説明は記述を簡素化するために省略する。

図３、４Ａおよび４Ｂを参照すると、この実施の形態の光学装置１００′は、実施の形態１の抵抗要素１５５に替わる第２の磁気要素１５５′と、第２の磁気要素１５５′に対向するようレンズモジュール１２０に配置された透磁要素１２１とを備えている。この実施の形態において第２の磁気要素１５５′は、好ましくは第１の磁気要素１４１のそれよりもはるかに低い磁束密度を持つ永久磁石からなることが好ましい。

したがって、力Ｆ₂が加わっていないとき、変位要素１５３は、第２の磁気要素１５５′と透磁要素１２１との間の引力によりレンズモジュール１２０に堅く当接する。

なお、第２の磁気要素１５５′と透磁要素１２１の配置位置が互いに置換可能であるということは言うまでもない。すなわち第２の磁気要素をレンズモジュール１２０に配置し、透磁要素を変位要素１５３に配置することもでき、このようであっても、第２の磁気要素１５５′と透磁要素１２１との間に同様の引力が生じ、変位要素１５３とレンズモジュール１２０とは堅く当接することとなる。

光学装置１００′のその他の構成要素の構造、配置および機能は、光学装置１００のそれらと同じであるので、その説明は省略する。同様に光学装置１００′の動作は光学装置１００のそれと同じである。

上述したように、本発明に係る光学装置では、レンズモジュールの焦点合わせ動作は駆動機構の作動によって行われ、レンズモジュールは電源供給を必要とせずに制動機構の作動により目的の焦点位置に維持され得る。したがって本発明に係る光学装置によれば、消費電力が大幅に低減し、携帯性が高められる。

以上、好適な実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれら実施例に限定はされないと解されるべきであり、つまり本発明は、（当業者であれば自明であるような）各種変更および均等なアレンジをカバーするものである。上に掲げた実施例は、本発明の原理を説明するための最良の態様を提示すべく選択し記載したものである。即ち、添付の特許請求の範囲は、かかる各種変更および均等なアレンジが全て包含されるように、最も広い意味に解釈されるべきである。

本発明の実施の形態１による光学装置の概要図である。 本発明の実施の形態１による光学装置の局部断面図である。 本発明の実施の形態１による光学装置の他の部の局部断面図である。 本発明の実施の形態２による光学装置の概要図である。 本発明の実施の形態２による光学装置の局部断面図である。 本発明の実施の形態２による光学装置の他の局部断面図である。 従来のレンズ駆動装置の部分透視図である。

符号の説明

１００、１００′ 光学装置
１１０ レンズハウジング
１２０ レンズモジュール
１２１ 透磁要素
１３０ ガイドバー
１４０ 駆動機構
１４１ 第１の磁気要素
１４１ａ 第１の面
１４１ｂ 第２の面
１４２ 第１のコイル
１４３ 第１のヨーク
１５０ 制動機構
１５１ 第２のヨーク
１５２ 第２のコイル
１５３ 変位要素
１５４ 弾性要素
１５５ 抵抗要素
１５５′ 第２の磁気要素
Ｂ１ 第１の磁場
Ｂ２ 第２の磁場
Ｏ 光軸

Claims (11)

1. レンズハウジング、
   前記レンズハウジング内に移動可能に設置されたレンズモジュール、
   前記レンズモジュールに連結し、前記レンズモジュールの光軸に沿って前記レンズモジュールを駆動する駆動機構、および
   前記レンズハウジングと前記レンズモジュールとの間に配置されて、前記光軸に垂直に移動することで前記レンズモジュールの固定と解除を行う制動機構とからなり、
   前記駆動機構が、第１の面とこれに対向する第２の面とを有する第１の磁気要素、および
   前記レンズモジュールと前記第１の磁気要素の前記第１の面との間に配置される第１のコイルを備え、前記第１の磁気要素に連結すると共に前記第１の磁気要素と前記第１のコイルを囲んで前記第１のコイルを通過する前記第１の磁場の磁束密度を高める第１のヨークをさらに含み、前記第１の磁気要素は前記第１のコイルを通過する第１の磁場を発生し、電流が第１のコイルに加えられると、前記第１のコイルと前記第１の磁場との磁気相互作用で生じる前記光軸に平行な力により、前記レンズモジュールと前記第１のコイルが前記光軸に沿って移動するように駆動され、
   前記制動機構が、第２のヨーク、第２のコイル、変位要素、および弾性要素を含み、前記第２のヨークと前記第２のコイルは前記第１の磁気要素の前記第２の面に対向するよう配置され、かつ前記第２のヨークは前記第２のコイル中に設けられ、前記変位要素は前記第２のコイルに連結すると共に前記第１の磁気要素、前記第１のコイルおよび前記第１のヨークを包囲し、前記弾性要素は前記変位要素と前記レンズハウジングとの間に配置され、所定の弾性を前記変位要素に与えることで前記変位要素を前記レンズモジュールに当接させ、前記第１の磁気要素は前記第１のヨークおよび前記第２のヨークと相互作用して前記第２のコイルを通過する前記第２の磁場を提供し、電流が前記第２のコイルに加えられると、前記第２のコイルと前記第２の磁場との磁気相互作用で生じる前記光軸に垂直な力により、前記変位要素は前記光軸に垂直に移動し前記レンズモジュールから離れ、前記制動機構が前記レンズモジュールを解除すると、前記レンズモジュールが光軸に沿って移動する光学装置。
2. 前記レンズハウジングに連結し、前記光軸に平行な少なくとも１つのガイドバーをさらに含み、前記レンズモジュールは該ガイドバーに取り付けられてその上を摺動する請求項１記載の光学装置。
3. 前記第１のコイルが前記レンズモジュールを包囲し、前記第１の磁気要素が前記第１のコイルを包囲し、かつ、前記第１のコイルと前記第１の磁気要素の中心軸が前記光軸に位置合わせされている請求項１記載の光学装置。
   
4. 前記制御機構が、前記レンズモジュールに対向するよう前記変位要素に配置された抵抗要素をさらに含む請求項１記載の光学装置。
5. 前記抵抗要素が摩擦材料からなる請求項４記載の光学装置。
6. 前記変位要素に配置された第２の磁気要素、および前記第２の磁気要素に対向するように前記レンズモジュールに配置された透磁要素をさらに含む請求項１記載の光学装置。
7. 前記レンズモジュールに配置された前記第２の磁気要素、および前記第２の磁気要素に対向するように前記変位要素に配置された透磁要素をさらに含む請求項１記載の光学装置。
8. 前記第１の磁気要素には永久磁石が含まれる請求項１記載の光学装置。
9. 前記弾性要素にはスプリングが含まれる請求項１記載の光学装置。
10. 前記第２の磁気要素には、前記第１の磁気要素より低い磁束密度を有する永久磁石が含まれる請求項６記載の光学装置。
11. 前記第２の磁気要素には、前記第１の磁気要素より低い磁束密度を有する永久磁石が含まれる請求項７記載の光学装置。

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