JP4601569B2 - レンズ駆動装置及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数のレンズ構成体を光軸に沿って移動させるレンズ駆動装置及びそれを用いた撮像装置に関するものである。

近年ではデジタルカメラ等の薄型化により、それら機器に搭載される光学ユニットについても薄型化が求められている。
また、光学ユニットの薄型化に適した光学系として、ミラーやプリズム等により光軸を折り曲げる方式があり、この場合、光軸がカメラ筐体の厚さ方向と直交する方向にレンズが配置されるため、光学長の増大がレンズ厚さに影響することがない。このことから、光軸を折り曲げる方式が、長い光学長を必要とする光学ズーム機能を備えた光学ユニットに適用される場合が多い。

一方、光学ズーム機能を備えた光学ユニットでは、光学ユニット内に配置された変倍用のレンズ構成体ならびに焦点調整用のレンズ構成体を高精度に位置決めしつつ移動させる必要がある。変倍用のレンズ構成体ならびに焦点調整用のレンズ構成体をそれぞれ独立したモータ等の駆動源で駆動させる場合、それら駆動源やその駆動源とレンズ構成体間に設けられる減速機構を光学ユニット内にどのように配置するかが、光学ユニット薄型化のための課題となる。

従来、例えば、２つのモータを光軸方向に互い違いに配置することにより、光学ユニットの厚さ寸法、及び厚さ方向から見た面積を低減させる技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

また、ステッピングモータの回転軸と、リードスクリューの回転軸とを減速機構を介して接続することにより、ステッピングモータとリードスクリューのみの組み合わせと比較して高精度な位置決めを可能とする技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−２７４６２８号公報（要約の欄、図６） 特開２００５−３２６６６５号公報（図５、図６） 特開２００１−２１５３９５号公報（要約の欄、図１）

前記特許文献１、特許文献２に開示された技術のように、モータを光軸方向に互い違いに配置した場合、モータを光軸方向の同じ方向に配置した場合と比較して厚さ寸法を低減させることが可能であるが、駆動軸相互間に隔たりがある以上、光学ユニット厚さ寸法はモータ外径より大きい値となる。また、２つのモータ間の位置が離れることから電気配線が複雑となり、配線作業が煩雑となる。

更に、移動させるレンズ構成体の案内機構からの位置をモータ外径が干渉しないように離す必要があることから、レンズ構成体の案内機構と駆動機構間の結合部材の剛性が低下し、その結果、前記案内機構の摩擦力と前記結合部材の弾性力によるスティックスリップにより、レンズ構成体の動作特性が悪化する。

また、モータの発生するトルクは巻き線数に影響されることから、前記特許文献１に開示されているようにモータ外径を小さくした場合、モータ軸方向寸法が大きくなるか、もしくは発生トルクが小さくなる。

特許文献３においては位置決め精度向上のため、モータとリードスクリューとの伝達機構として減速機構を用いた構成が示されているが、モータやリードスクリューの配置、及び減速機構の種類としては特定されておらず、レンズ駆動装置や撮像装置の薄型化を目的としたものではない。

この発明の目的は、光学ユニットの厚さ寸法を小さくできるレンズ駆動装置を提供することにある。また、この発明の他の目的は、薄型化の要求を満足する撮像装置を提供することにある。

この発明によるレンズ駆動装置は、レンズ構成体を保持すると共に、鏡筒内を光軸方向に移動可能に設けられた複数のレンズ保持手段と、前記複数のレンズ保持手段の各々に対応して設けられ、前記対応する各々のレンズ保持手段を駆動する駆動装置と、前記各々のレンズ保持手段に対応して設けられると共に、光軸方向と軸方向が概ね一致するように設けられ、前記駆動装置により回転駆動されるリードスクリューと、前記各々のリードスクリューに螺合し、前記各々のリードスクリューの回転により光軸方向に前記対応するレンズ保持手段を移動させる移動手段と、を備え、前記レンズ保持手段を駆動する駆動装置を光軸方向に並列配置すると共に、その駆動軸を各々前記対応するリードスクリューの軸方向と概ね直交する方向に配置し、前記駆動軸と前記対応するリードスクリューとの間を各々食い違い軸歯車により連結することを特徴とするものである。

また、この発明による撮像装置は、鏡筒内に配置された複数のレンズ構成体と、前記複数のレンズ構成体の少なくとも一部のレンズ構成体を光軸方向に変位させるレンズ駆動装置と、前記レンズ駆動装置により前記レンズ構成体を光軸方向に変位させ、結像された被写体の像を受光面で受像する撮像素子と、を備えた撮像装置であって、前記レンズ駆動装置を、前記複数のレンズ構成体の各々を保持すると共に、鏡筒内を光軸方向に移動可能に設けられた複数のレンズ保持手段と、前記複数のレンズ保持手段の各々に対応して設けられ、前記対応する各々のレンズ保持手段を駆動する駆動装置と、前記各々のレンズ保持手段に対応して設けられると共に、光軸方向と軸方向が概ね一致するように設けられ、前記駆動装置により回転駆動されるリードスクリューと、前記各々のリードスクリューに螺合し、前記各々のリードスクリューの回転により光軸方向に前記対応するレンズ保持手段を移動させる移動手段と、を備え、前記レンズ保持手段を駆動する駆動装置を光軸方向に並列配置すると共に、その駆動軸を各々前記対応するリードスクリューの軸方向と概ね直交する方向に配置し、前記駆動軸と前記対応するリードスクリューとの間を各々食い違い軸歯車により連結することを特徴とするものである。

この発明によれば、レンズ構成体を駆動するリードスクリューの回転軸方向が光軸方向となるように配置すると共に、リードスクリューへの駆動伝達機構として食い違い軸歯車を用いることにより、このリードスクリューを駆動するモータを光軸方向に並列配置したので、レンズ駆動装置の薄型化を図ることができる。

また、別の発明よれば、前記レンズ駆動装置を用いることにより、光学ユニットの厚さ寸法をモータ外径程度に小さくすることができ、薄型化の要求を満足する撮像装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照してこの発明にかかるレンズ駆動装置、及びそれを用いた撮像装置について好適な実施の形態を説明する。

実施の形態１．
図１〜図４は実施の形態１を説明する図で、図１は撮像装置の概略的平面断面図である。図１に示すように、撮像装置１００は第１のレンズ構成体１、第２のレンズ構成体２、第３のレンズ構成体３、入射光に含まれる赤外光を遮断する赤外光カットフィルタ４、および撮像素子５を含む撮像素子パッケージ６から構成されている。ここで、撮像素子５は受光面に結像した光学像を電気信号に変換することができる素子である。また、第１のレンズ構成体１、第２のレンズ構成体２、及び第３のレンズ構成体３からなる複数のレンズ構成体は、被写体の像を撮像素子５の受光面に結像させるレンズで構成された部材である。

第１のレンズ構成体１は、第１のレンズ７、プリズムレンズである第２のレンズ８、及び第３のレンズ９から構成されており、これらを保持する第１のレンズ保持手段である第１のレンズ保持枠１０により鏡筒１１に対して固定されている。また、第２のレンズ８の押さえ部材であるプリズム押さえ部材１４及び撮像素子パッケージ６は、各々、第１のレンズ構成体１と共に鏡筒１１に固定されている。なお、第１のレンズ構成体１は、光軸を図１の光軸１２から光軸１３へと垂直方向に折り曲げる機能を有するものであり、本実施の形態のように、第１のレンズ７、第２のレンズ８、及び第３のレンズ９からなる複数のレンズで構成する必要性はなく、光軸を図１の光軸１２から光軸１３へと垂直方向に折り曲げる機能を有するものであれば１枚のレンズで構成してもよい。

第２のレンズ構成体２は、変倍の機能を有するレンズ構成体、即ち、バリエータであり、光軸方向に動作させることにより光学ズーム倍率を変化させるものである。この第２のレンズ構成体２は、入射光の幅を制限する開口絞り１５、第４のレンズ１６、及び第５のレンズ１７から構成されると共に、被写体側から撮像素子５側に向けて、開口絞り１５、第４のレンズ１６、及び第５のレンズ１７の順に配置され、第２のレンズ保持手段である第２のレンズ保持枠１８により保持されている。なお、第２のレンズ構成体２についても、本実施の形態のように、第４のレンズ１６及び第５のレンズ１７からなる複数のレンズで構成する必要性はなく、変倍の機能を有するものであれば１枚のレンズで構成してもよい。

第３のレンズ構成体３は、焦点調整の機能を有するレンズ構成体、即ち、コンペンセータであり、第２のレンズ構成体２の動作と同期して、光軸方向に動作させることにより、焦点位置を変化させるものである。この第３のレンズ構成体３は、第６のレンズ１９から構成されており、第３のレンズ保持手段である第３のレンズ保持枠２０により保持されている。なお、第２のレンズ構成体２及び第３のレンズ構成体３は、カバー２１により覆われて鏡筒１１内に配置されると共に、後述するようにガイドシャフト２２に案内されて光軸方向に移動するように構成されている。

なお、前述の鏡筒１１、第１のレンズ保持枠１０、第２のレンズ保持枠１８、第３のレンズ保持枠２０、プリズム押さえ部材１４、並びに第１のレンズ７、第２のレンズ８、第３のレンズ９、第４のレンズ１６、第５のレンズ１７、第６のレンズ１９の各レンズはプラスチック成形品であり、部品形状に応じていくつかのキャビティを組み合わせることにより形成した金型内に熱可塑性プラスチックを注入・冷却して製作されている。また、ガイドシャフト２２は研削加工により形成され、外径寸法の設計値からの偏差量は数μm程度の高精度に抑えられている。

図２は、撮像装置１００の第２のレンズ構成体２、及び第３のレンズ構成体３を駆動するレンズ駆動装置を示す斜視図である。
図２に示すように、撮像装置１００内には二本のガイドシャフト２２が互いに所定の距離を隔てて、かつ、相互に平行となるように配置されている。また、当該ガイドシャフト２２は光軸方向と概ね平行となるように配置されており、第２のレンズ保持枠１８及び第３のレンズ保持枠２０の各々が、ガイドシャフト２２を案内手段としてガイドシャフト２２に沿って光軸方向へ移動可能に構成されている。

第２のレンズ保持枠１８は、付勢力付与手段であるスプリング２３により付勢力を付与され、狭ピッチのネジ加工が施されたリードスクリュー２４に螺合するナット２５と密接することにより光軸方向に位置決めされている。この構成により、リードスクリュー２４も鏡筒１１に対し、光軸方向の位置が規制されることになる。即ち、第２のレンズ保持枠１８をナット２５に密接させるスプリング２３は、第２のレンズ保持枠１８をナット２５に密接させる手段であると共に、リードスクリュー２４を鏡筒１１に密接させる手段となり、両手段を兼ねることになって部品点数の削減が図れる。

なお、スプリング２３を用いてナット２５へ第２のレンズ保持枠１８を密接させることにより、第２のレンズ保持枠１８を光軸方向以外の自由度を確保しつつ、ナット２５へに常に密接させることができ、高精度の位置決めが可能となる。更に、スプリング２３を用いてリードスクリュー２４を鏡筒１１に対し、光軸方向の位置を規制することにより、リードスクリュー２４を鏡筒１１に常に密接させることができ、高精度の位置決めが可能となる。

また、第２のレンズ保持枠１８には、ナット２５のリードスクリュー２４周りの回転動作を規制する構造が付与されている。なお、ナット２５と第２のレンズ保持枠１８とは、本実施の形態のように、別体として構成体する必要性はなく、両者を一体物として形成してもよいし、別体として構成した両者を例えば溶着により固定して一体化構成するなど一体的に構成された構成体としても同等の効果を発揮する。

また、リードスクリュー２４の先端部にはウォームホイール２６が固定されており、更に、リードスクリュー２４と概ね直交する方向に駆動軸を有するステッピングモータ２７が固定プレート２８に固定されている。そして、ウォームホイール２６は、ステッピングモータ２７の駆動軸端に固定された食い違い軸歯車、例えばウオームギヤ２９と噛み合うように構成されている。

前記構成により、ステッピングモータ２７を駆動すると、ウオームギヤ２９及びウォームホイール２６を介してリードスクリュー２４が回転し、このリードスクリュー２４に螺合するナット２５がリードスクリュー２４の軸方向に移動し、第２のレンズ保持枠１８を光軸方向に移動させる。即ち、ナット２５は第２のレンズ保持枠１８の移動手段として機能する。

第３のレンズ保持枠２０は、第２のレンズ保持枠１８と概ね同様の構成である。即ち、第３のレンズ保持枠２０は、付勢力付与手段であるスプリング３０により付勢力を付与され、狭ピッチのネジ加工が施されたリードスクリュー３１に螺合するナット３２と密接することにより光軸方向に位置決めされている。この構成により、リードスクリュー３１も鏡筒１１に対し、光軸方向の位置が規制されることになる。即ち、第３のレンズ保持枠２０をナット３２に密接させるスプリング３０は、第３のレンズ保持枠２０をナット３２に密接させる手段であると共に、リードスクリュー３１を鏡筒１１に密接させる手段となり、両手段を兼ねることになって部品点数の削減が図れる。

なお、スプリング３０を用いてナット３２へ第３のレンズ保持枠２０を密接させることにより、第３のレンズ保持枠２０を光軸方向以外の自由度を確保しつつ、ナット３２へ常に密接させることができ、高精度の位置決めが可能となる。更に、スプリング３０を用いてリードスクリュー３１を鏡筒１１に対し、光軸方向の位置を規制することにより、リードスクリュー３１を鏡筒１１に常に密接させることができ、高精度の位置決めが可能となる。

また、第３のレンズ保持枠２０には、ナット３２のリードスクリュー３１周りの回転動作を規制する構造が付与されている。なお、ナット３２と第３のレンズ保持枠２０とは、本実施の形態のように、別体として構成体する必要性はなく、両者を一体物として形成してもよいし、別体として構成した両者を例えば溶着により固定して一体化構成するなど一体的に構成された構成体としてもよい。

また、リードスクリュー３１の先端部にはウォームホイール３３が固定されており、更に、リードスクリュー３１と概ね直交する方向に駆動軸を有するステッピングモータ３４が固定プレート２８に固定されている。そして、ウォームホイール３３は、ステッピングモータ３４の駆動軸端に固定された食い違い軸歯車、例えばウオームギヤ３５と噛み合うように構成されている。

前記構成により、ステッピングモータ３４を駆動すると、ウオームギヤ３５及びウォームホイール３３を介してリードスクリュー３１が回転し、このリードスクリュー３１に螺合するナット３２がリードスクリュー３１の軸方向に移動し、第３のレンズ保持枠２０を光軸方向に移動させる。即ち、ナット３２は第３のレンズ保持枠２０の移動手段として機能する。

なお、リードスクリュー３１の先端部に固定されたウォームホイール３３が、ステッピングモータ２７の外径寸法の分、光軸方向にずれた位置に固定されており、かつ第３のレンズ構成体３の駆動源であるステッピングモータ３４は、第２のレンズ構成体２の駆動源であるステッピングモータ２７と概ね光軸方向に並列配置されている。また、第２のレンズ構成体２、あるいは第３のレンズ構成体３の駆動源はステッピングモータに限らず、コアレスモータ、超音波モータなどの他のタイプのモータを利用することも考えられる。

図３は、撮像装置１００の側面透視図である。この図３と図２から理解されるように、リードスクリュー２４，３１は鏡筒１１に形成された軸受け３６により径方向の動作が制限されている。スプリング２３，３０は、第２のレンズ保持枠１８及び第３のレンズ保持枠２０をナット２５，３２に付勢すると同時に、リードスクリュー２４，３１を鏡筒１１に付勢して、リードスクリュー２４，３１を位置決めしている。また、リードスクリュー２４，３１の鏡筒１１に対する位置決め端である軸受け３６には球面加工が施されており、リードスクリュー２４，３１の回転動作時の摩擦力を低減するように構成されている。なお、スプリング２３はスプリングガイド３７によりガイドされており、スプリング３０はスプリングガイド３８によりガイドされている。

実施の形態１によるレンズ駆動装置及びそれを用いた撮像装置は前記のように構成されており、次にその動作について説明する。

第２のレンズ構成体２を動作させる場合、まず、ステッピングモータ２７を必要一定角度動作させると、その動作角度がステッピングモータ２７の駆動軸に固定されたウオームギヤ２９に同量の動作角度として伝達される。

次に、ウオームギヤ２９の回転角はウォームホイール２６に設計された減速比で伝達され、ウォームホイール２６の動作角度はリードスクリュー２４に伝達される。これにより、リードスクリュー２４のネジピッチに対するリードスクリュー２４の回転角度分だけナット２５が光軸方向に動作する。このナット２５の動作により、スプリング２３によりナット２５に付勢された第２のレンズ保持枠１８と共に、第２のレンズ構成体２はその光軸方向位置をガイドシャフト２２に案内されてナット２５の移動量分だけ変位することになる。

ここで、ステッピングモータ２７の回転角とナット２５の光軸方向移動量は下式の関係式で表される。

次に、第３のレンズ構成体３を動作させる場合について説明する。第３のレンズ構成体３を動作させる場合についても、前記第２のレンズ構成体２を動作させる場合と概ね同様である。ただし、第３のレンズ構成体３の駆動装置を構成するウオームギヤ３５、及びウォームホイール３３に、第２のレンズ構成体２の駆動装置を構成するウオームギヤ２９及びウォームホイール２６と同じものを流用した場合、図２から明らかなように、ウオームギヤ３５とウォームホイール３３の位置関係は、ウオームギヤ２９とウォームホイール２６の位置関係と反対向きになっているため、ステッピングモータ２７，３４の回転方向とレンズ構成体２，３の移動方向との関係が逆転することになる。

従って、第３のレンズ構成体３の駆動装置におけるステッピングモータ３４の回転角とナット３２の光軸方向移動量は下式の関係で表される。

以上のように、本実施の形態のレンズ駆動装置においては、第２のレンズ構成体２の駆動装置、あるいは第３のレンズ構成体３の駆動装置の動作時において、スプリング２３，３０により、第２のレンズ保持枠１８及び第３のレンズ保持枠２０はナット２５，３２に対して付勢されることになり、ナット２５，３２はリードスクリュー２４，３１に形成されたネジ山に付勢されることになる。また、リードスクリュー２４，３１は鏡筒１１に対して規制される。その結果、光軸方向に対して常にクリアランスが零の状態が保たれることから、第２及び第３のレンズ構成体２，３は光軸方向に高精度に位置決めされる。

また、モータ２７，３４の駆動軸とリードスクリュー２４，３１との間をウオームギヤ２９，３５により結合したので、減速比を大きくすることができ、モータ２７，３４の出力トルクが小さくてもレンズ構成体２，３を移動させることができる。その結果、モータ２７，３４の巻き線数を少なくでき、モータ２７，３４の小型化が図られ、レンズ駆動装置を小型化できる。なお、ウオームギヤ２９，３５に換えて、ねじ歯車またはハイポイドギヤを用いても同様の効果が得られる。

更に、モータ２７，３４としてステッピングモータを使用したので、ステップ角が大きくても十分な位置決め精度を保持することが可能となり、モータ２７，３４の構造を簡単にでき、かつ、マイクロステップ等の複雑なモータ制御を行う必要がない。

また、本実施の形態の撮像装置によれば、光学ユニットの厚さ方向寸法Ｌ（図３参照）は、ステッピングモータ２７，３４の外径に近くなっており、光学ユニットの薄型化が実現できる。従って、薄型化の要求を満足する撮像装置１００を提供することができる。

また、撮像装置１００の正面透視図である図４に示すように、リードスクリュー２４，３１の配置の制約となるのはウォームホイール２６，３３の外径とウオームギヤ２９，３５の軸方向寸法のみであり、単純にステッピングモータ２７，３４の駆動軸をリードスクリューとして配置した場合と比較して、リードスクリューの位置をガイドシャフト２２に対して近接させることが可能となり、スティックスリップによるレンズ構成体２，３の動作特性の悪化を軽減できる。

なお、この発明は前記実施の形態に限定されず、この発明の技術思想の範囲内において、実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。

この発明によるレンズ駆動装置及びそれを用いた撮像装置は、複数のレンズ構成体が光軸に沿って移動するズーム機能、オートフォーカス機能を備えた薄型の撮像装置として産業上の利用可能性が大である。

この発明の実施の形態１によるレンズ駆動装置を用いたこの発明の実施の形態１による撮像装置の概略的平面断面図である。 この発明の実施の形態１によるレンズ駆動装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１による撮像装置の側面透視図である。 この発明の実施の形態１による撮像装置の正面透視図である。

符号の説明

１ 第１のレンズ構成体、 ２ 第２のレンズ構成体
３ 第３のレンズ構成体 ４ 赤外光カットフィルタ
５ 撮像素子 ６ 撮像素子パッケージ
７ 第１のレンズ ８ 第２のレンズ
９ 第３のレンズ １０ 第１のレンズ枠
１１ 鏡筒 １２，１３ 光軸
１４ プリズム押さえ部材 １５ 開口絞り
１６ 第４のレンズ １７ 第５のレンズ
１８ 第２のレンズ枠 １９ 第６のレンズ
２０ 第３のレンズ枠 ２１ カバー
２２ ガイドシャフト ２３，３０ スプリング
２４，３１ リードスクリュー ２５，３２ ナット
２６，３３ ウォームホイール ２７，３４ ステッピングモータ
２８ 固定プレート ２９，３５ ウオームギヤ
３６ 軸受け ３７，３８ スプリングガイド
１００ 撮像装置

Claims (8)

1. レンズ構成体を保持すると共に、鏡筒内を光軸方向に移動可能に設けられた複数のレンズ保持手段と、
   前記複数のレンズ保持手段の各々に対応して設けられ、前記対応する各々のレンズ保持手段を駆動する駆動装置と、
   前記各々のレンズ保持手段に対応して設けられると共に、光軸方向と軸方向が概ね一致するように設けられ、前記駆動装置により回転駆動されるリードスクリューと、
   前記各々のリードスクリューに螺合し、前記各々のリードスクリューの回転により光軸方向に前記対応するレンズ保持手段を移動させる移動手段と、を備え、
   前記レンズ保持手段を駆動する駆動装置を光軸方向に並列配置すると共に、その駆動軸を各々前記対応するリードスクリューの軸方向と概ね直交する方向に配置し、前記駆動軸と前記対応するリードスクリューとの間を各々食い違い軸歯車により連結することを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 前記レンズ保持手段とレンズ移動手段とを一体的に構成することを特徴とする請求項1記載のレンズ駆動装置。
3. 前記レンズ移動手段は、レンズ保持手段により光軸方向に挟み込まれていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレンズ駆動装置。
4. 前記レンズ保持手段をレンズ移動手段に対して付勢する付勢力付与手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のレンズ駆動装置。
5. 前記リードスクリューの鏡筒に対する光軸方向の位置を規制することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のレンズ駆動装置。
6. 前記リードスクリューの鏡筒に対する光軸方向の位置を、レンズ保持手段をレンズ移動手段に対して付勢する付勢力付与手段により規制することを特徴とする請求項５記載のレンズ駆動装置。
7. 前記食い違い軸歯車は、ウオームギヤ、ねじ歯車、ハイポイドギヤのいずれかであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のレンズ駆動装置。
8. 鏡筒内に配置された複数のレンズ構成体と、
   前記複数のレンズ構成体の少なくとも一部のレンズ構成体を光軸方向に変位させるレンズ駆動装置と、
   前記レンズ駆動装置により前記レンズ構成体を光軸方向に変位させ、結像された被写体の像を受光面で受像する撮像素子と、を備え、
   前記レンズ駆動装置を請求項１〜請求項７のいずれかに記載のレンズ駆動装置で構成したことを特徴とする撮像装置。

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