JP4606759B2 - レンズ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ駆動装置に関するものである。

カメラのズーム、フォーカス調整はズームレンズ（群）、フォーカスレンズ（群）をそれぞれ対応するモータを用いて独立に位置を動かして調整している。

従来のレンズ駆動装置の構成を図５に示す。図５において、レンズ鏡筒２１内には固定レンズ群である第１レンズ群１と第３レンズ群３、及び移動レンズ群である第２レンズ群２と第４レンズ群４とが光軸上に配置されており、前記第２レンズ群２がバリエータレンズ、第４レンズ群４がフォーカスレンズになっている。尚、各レンズ群は通常複数のレンズから構成されているが、図ではそれぞれ１つのレンズで示した。

バリエータレンズ２は、バリエータレンズ保持枠７に保持されており、当該バリエータレンズ保持枠７は、その一部に直動案内手段であるガイド部材２０が貫通することにより移動方向が規制されている。バリエータレンズ保持枠７の一端部にはバリエータラック６が設けられており、ネジ歯を介してズームステッピングモータ５の回転軸に直結されたスクリュウネジ１８に螺合し、保持されている。

ズームステッピングモータ５を駆動すると、ズームステッピングモータ５の回転力はスクリュウネジ１８を介してバリエータラック６に伝えられ、光軸方向の推力に変換される。そして、その変換された推力により、バリエータレンズ保持枠７がガイド部材２０に沿って移動する。

バリエータレンズ保持枠７の他端部にはバリエータ遮光板８が設けられており、それと対向する位置にはバリエータ用フォトインタラプタ９が配置されている。バリエータレンズ２を移動させる際には、透過型のバリエータ用フォトインタラプタ９から出射された光がバリエータ遮光板８により遮光される位置を移動原点として、所定のパルス数のパルスを制御装置（不図示）からズームステッピングモータ５に入力し、前記所定のパルス数に応じた距離だけ移動するように制御する。

また、フォーカスレンズ４は、フォーカスレンズ保持枠１２に保持されており、当該フォーカスレンズ保持枠１２は、その一部に直動案内手段であるガイド部材２０が貫通することにより移動方向が規制されている。フォーカスレンズ保持枠１２の一端部にはフォーカスラック１１が設けられており、前記バリエータラック６と同様に、ネジ歯を介してフォーカスステッピングモータ１０の回転軸に直結されたスクリュウネジ１９に螺合し、保持されている。

フォーカスレンズ保持枠１２の他端部にはバリエータ遮光板１３が設けられており、それと対向する位置にはフォーカス用フォトインタラプタ１４が配置されている。フォーカスレンズ保持枠１２を移動させる際には、透過型のフォーカス用フォトインタラプタ１４から出射された光がフォーカス遮光板１３により遮光される位置を移動原点として、所定のパルス数のパルスを制御装置（不図示）からフォーカスステッピングモータ１０に入力し、前記所定のパルス数に応じた距離だけ移動するように制御する。

変倍時には、バリエータレンズ２が光軸上を移動し、それと同時にフォーカスレンズ４が物体距離毎の移動曲線に沿って移動することにより、ＣＣＤなどの撮像素子１５への結像状態が一定に保たれ、変倍時の合焦状態が維持される。（例えば、特許文献１参照）
特開２００２−３４１２２６号公報

従来のレンズ駆動装置では、レンズ群を保持、摺動させるためのガイドが必要となる。また、それらを配置するためにそれに見合った空間スペースが必要となり、レンズ駆動装置が大型化する。

本発明は前記課題を解決しようとするものであって、小型であり、尚且つ組立も容易なレンズ駆動装置を提供することを目的とする。

少なくとも、
外周面にネジ歯が形成された中空円筒と、
内周面に当該中空円筒外周のネジ歯と螺合するネジ歯が形成された、第一のレンズ群を保持する第一の環状保持枠と、
当該第一の環状保持枠を前記中空円筒外周に沿って回転させる駆動力を発生する第一の駆動力発生手段と、
内周面に前記中空円筒外周のネジ歯と螺合するネジ歯が形成された、第二のレンズ群を保持する第二の環状保持枠と、
当該第二の環状保持枠を前記中空円筒外周に沿って回転させる駆動力を発生する第二の駆動力発生手段と、
前記第一の環状保持枠と前記第二の環状保持枠との間に配置された、前記中空円筒外周に設けられたフランジ部とを有し、
前記第一の環状保持枠および前記第二の環状保持枠のうち少なくとも一方は、前記中空円筒の内周側に突出した突出部を備え、当該突出部の内径部に前記第一のレンズ群および前記第二のレンズ群のうち対応するレンズ群が保持されてい
るレンズ駆動装置とする。

本発明のレンズ駆動装置では、ズームレンズ群、フォーカスレンズ群をガイド部材に沿って移動させるのではなく、ネジにより直接ズームレンズ群、フォーカスレンズ群を移動させるため、ガイド部材が不要となり、小型化が可能となる。また、組立もネジを回して取り付けられるので簡単である。

また、駆動力発生手段をステッピングモータとし、各レンズ群の外側にレンズ駆動装置の一部として一体的に配置する事で、レンズ駆動装置に占めるモータサイズを相対的に大きくすることができるため、高トルクが得られ、レンズ群の移動を高速にする事ができる。

フォーカスレンズ群に関わるネジ歯のピッチをズームレンズ群に関わるネジ歯のピッチより小さくすることでズーム、合焦動作が素速くかつ精度良く行える。

図１は本発明の実施例を示す断面図である。図２は本発明の実施例を示す図で、ステータの一部であるＡ相スタックの要部拡大断面図である。図３は本発明の実施例を示す分解斜視図である。図４は本発明の実施例を示す斜視図である。図６は、本発明の駆動原理を説明するための図で、クローポールを用いたＰＭ形モータの斜視図（見城尚志、菅原晟著 「ステッピング・モータとマイコン制御」総合電子出版 ２０００年第三版より引用）である。以下、図を参照し、本発明の一実施例について説明する。中空円筒１０１は、外周面の略中央部にフランジ部１０１ｃを有しており、それを挟んで他の外周面上にはネジ部１０１ａとネジ部１０１ｂとがそれぞれ形成されている。また、フランジ部１０１ｃには、図４に示すように本発明のレンズ駆動装置を外部機器等（不図示）に取り付けるための取り付け穴１０１ｄが形成されており、取付けの際にはネジ等を用いて固定される。

中空円筒１０１の一端側には、円筒形（環状）のズームレンズ群ホルダ１０２が保持されている。ズームレンズ群ホルダ１０２には、一端部（図では内周側）にズームレンズ１０３が接着剤等により固定されている。また、ズームレンズ群ホルダ１０２内周部のズームレンズ１０３と対向する側には、ネジ部１０２ａが形成されており、これが前記中空円筒１０１のネジ部１０１ａと螺合することにより、ズームレンズ群ホルダ１０２が中空円筒１０１の一端部に回転可能に保持されている。

中空円筒１０１の他端部には、略円筒形（環状）のフォーカスレンズ群ホルダ１０４が保持されている。フォーカスレンズ群ホルダ１０４の中心部分は、中空円筒１０１の内周側に突出した突出部１０４ａとなっており、その内径部にはフォーカスレンズ群１０５（レンズ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ）が接着剤等により固定されている。また、フォーカスレンズ群ホルダ１０４の外側円筒部１０４ｃの内周部には、ネジ部１０４ｂが形成されており、これが前記中空円筒１０１のネジ部１０１ｂと螺合することにより、フォーカスレンズ群ホルダ１０４が中空円筒１０１の一端部に回転可能に保持されている。

フォーカスレンズ群ホルダ１０４の外側円筒部１０４ｃの内周部に形成されたネジ部１０４ｂのネジ歯間ピッチは、前記ズームレンズ群ホルダ１０２の内周部に形成されたネジ部１０２ａのネジ歯間ピッチよりも小さくなるように形成されており、それらが螺合する中空円筒１０１の外周部に形成されたネジ部１０１ａ、１０１ｂも各々に対応したネジ歯間ピッチで形成されている。

ズームレンズ群ホルダ１０２とフォーカスレンズ群ホルダ１０４の外周部には、環状のロータ１１１とロータ１２１とがそれぞれ設けられている。本発明によるレンズ駆動装置の駆動力発生部分は、図６に示したクローポールを用いたＰＭ形モータと同様の構成を有しており、ロータ１１１、１２１は、図６に示すような互いに異なる磁極、即ちＮ極とＳ極とがロータの径方向外側に向けて交互に配置された複数の磁性体５３から構成され、各レンズ群ホルダ１０２、１０４の外周部に接着剤等により固定されている。尚、磁性体のＮ極／Ｓ極間のピッチは、レンズ群ホルダ外周に渡り、全て等しくなるように設定されている。

ロータ１１１、１２１の外周側には、ステータ１１２とステータ１２２とがそれぞれ配置されており、中空円筒１０１外周に設けられたフランジ部１０１ｃにスペーサ１１３、１２３を介して接着剤等により固定されている。ステータ１１２、１２２は、それぞれが図１に示すようにＡ相スタック１１２ａとＢ相スタック１１２ｂ、及びＡ相スタック１２２ａとＢ相スタック１２２ｂの２相（スタック）で構成されている。図２は、ステータ１１２のＡ相スタック１１２ａを示す要部拡大断面図であるが、他のスタックも構成は同じである。リングコイル１１２ｃは、樹脂製のボビン１１２ｄに導電性のワイヤーをバイファイラ巻きにして形成されており、このリングコイル１１２ｃを覆うように更に２つの金属製部材１１２ｅ、１１２ｆを配置することにより電磁石（スタック）が構成されている。金属製部材１１２ｅ、１１２ｆの材質としては、例えばパーマロイが挙げられるが、これに限定されるものではない。

金属製部材１１２ｅ、１１２ｆの一部には、図６に示すようなポール５１ａ、５１ｂがそれぞれ設けられており、上側ポール５１ａが１２本、下側ポール５１ｂが１２本の計２４本で構成されている。図１に示すＡ相スタック１１２ａとＢ相スタック１１２ｂとは、互いのポール（例えば、図６における５１ｂと５２ｂ）が１／４歯ピッチずれるように配置されている。各ポールは、金属製部材１１２ｅ、１１２ｆの一部を抜きおよび曲げ加工して図６に示すような形状に形成される。

このように、本発明によるレンズ駆動装置の駆動源としては、各レンズ群ホルダ１０２、１０４の外周部に設けられた磁性体からなるロータ１１１、１２１と、このロータ１１１、１２１を囲むように配置された電磁石であるステータ１１２、１２２との間に働く磁力的相互作用を利用している。即ち、レンズ駆動装置自体が中空円筒１０１を回転軸として構成されたステッピングモータであり、サイズに対して大きなトルクを得ることが可能である。

また、本発明によるレンズ駆動装置を組み立てる際には、まず、図３に示すような中空円筒１０１のフランジ部１０１ｃ上下面にそれぞれスペーサ１１３、１２３を接着剤にて固定し、次いで、その上にステータ１１２、１２２を接着剤にて固定する。次に、予めズームレンズ１０３とフォーカスレンズ群１０５（レンズ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ）をそれぞれ組み付けておいたズームレンズ群ホルダ１０２とフォーカスレンズ群ホルダ１０４の外周部にロータ１１１、１２１を嵌め込み、接着剤により固定する。その後、それらレンズ群ホルダ１０２、１０４を各々が対応する中空円筒１０１のネジ部１０１ａ、１０１ｂにねじ込み固定する。このように、本発明のレンズ駆動装置は組み立てが容易に行える。

以下、本発明によるレンズ駆動装置の駆動方法について説明する。本発明のレンズ駆動装置の駆動源は、前述の通り、各レンズ群ホルダ１０２、１０４の外周部に設けられた磁性体からなるロータ１１１、１２１と、各ロータ１１１、１２１の外周側に配置されたステータ１１２、１２２とで構成されたステッピングモータであり、本実施例においてはステップ角が７．５°である。例えばステータ１１２のＡ相スタック１１２ａとＢ相スタック１１２ｂとは、互いのポールが１／４歯ピッチずれるように配置されており、バイファイラ巻きのリングコイルに供給する電流の向きを制御することにより、Ａ相スタック１１２ａ、Ｂ相スタック１１２ｂそれぞれの励磁方向がロータ１１１の移動に応じて可変される。

図７は、リングコイルに供給される電流の波形とロータのステップ動作が進む様子を示しており、（ａ）はステータに供給する理想的電流波形を示す図、（ｂ）はロータのステッピング動作を示す図、（ｃ）はロータ、Ａ相スタック、及びＢ相スタックの平面的な位置関係を示す図である。尚、本発明によるレンズ駆動装置の動作原理は、図６に示したクローポールを用いたＰＭ形モータと同じであり、以下、図６に示すＡ相スタック５１を例にとり、本発明によるレンズ駆動装置の動作原理について説明する。まず、ロータ５４の初期状態を（１）として、磁極が（１）の列に示す如く発生するようにＡ相スタック５１を励磁する。すると、ロータ５４は磁力線の張力によって図中左方向に回転し、（２）に示す状態となる。（２）の状態は、Ａ相スタック５１が励磁されているときの平衡点であり、この状態においてＡ相スタック５１の励磁を解いてＢ相スタック５２を励磁すると、図７（ｃ）に示すようにＢ相スタック５２のポールがＡ相スタック５１のポールより１／４ピッチだけ図中左にずれているため、ロータ５４は１／４ピッチ分だけ更に同じ方向（図中左方向）に回転する（不図示）。続いて、ロータ５４が１／４ピッチ分だけ図中左方向に回転したところでＢ相スタック５２の励磁を解いてＡ相スタック５１を逆方向に励磁すると、（３）に示すように磁力線の張力が作用してロータが図中左方向に更に回転し、（４）に示すような平衡状態となってロータのステッピング動作が完了する。

このように、本発明では、図６に示すようなクローポールを用いたＰＭ形モータを応用し、レンズ群の駆動源として用いている。すなわち、ロータ５４の中心部分を中空状態にしてレンズ群を組み込み、レンズ駆動装置として構成している。本実施例においては、各相（スタック）のポールを２４本としたが、ロータに更に微小な移動をさせる場合には磁性体の磁極数、およびポール数を増やせばよい。

ズームレンズ１０３、及びフォーカスレンズ群１０５（レンズ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ）を通過した光は、図１に示すように、レンズ駆動装置下方（図では右側）に配置されたＩＲＣＦ（赤外線カットフィルタ）１３１で赤外光が遮断され、通過した赤外光以外の光が撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等）１３２上に結像される。変倍時には、駆動源からの駆動力によりズームレンズ群ホルダ１０２が回転してズームレンズ１０３が光軸方向に移動し、それと同時にフォーカスレンズ群ホルダ１０４の回転が制御されてフォーカスレンズ群１０５（レンズ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ）が物体距離毎の移動曲線に沿って光軸方向に移動することにより、撮像素子１３２への結像状態を一定に保ち、変倍時の合焦状態が維持される。尚、本実施例においては、レンズ群の移動原点を従来と同様に反射型のフォトインタラプタ（不図示）により決定する構成としたが、移動原点の決定方法に関してはこれに限定されるものではない。

また、通常、変倍時にはズームレンズの光軸方向への移動量より、フォーカスレンズの光軸方向への移動量の方が少ないため、フォーカスレンズ群ホルダ１０４のネジ部１０４ｂと中空円筒１０１のネジ部１０１ｂのネジ歯間ピッチを小さくすることで、ステッピングモータの回転量に対して光軸方向の移動量が少なくなり、より精度の良い合焦動作が行えるようになる。

本発明の実施例を示す断面図 ステータの一部であるＡ相スタックの要部拡大断面図 本発明の実施例を示す分解斜視図 本発明の実施例を示す斜視図 従来のレンズ駆動装置を示す断面図 本発明の駆動原理を説明するための図で、クローポールを用いたＰＭ形モータの斜視図 リングコイルに供給される電流の波形とロータのステップ動作が進む様子を示す図で、（ａ）はステータに供給する理想的電流波形を示す図、（ｂ）はロータのステッピング動作を示す図、（ｃ）はロータ、Ａ相スタック、及びＢ相スタックの平面的な位置関係を示す図

符号の説明

１ 第１レンズ群
２ 第２レンズ群（バリエータレンズ）
３ 第３レンズ群
４ 第４レンズ群（フォーカスレンズ）
５ ズームステッピングモータ
６ バリエータラック
７ バリエータレンズ保持枠
８ バリエータ遮光板
９ バリエータ用フォトインタラプタ
１０ フォーカスステッピングモータ
１１ フォーカスラック
１２ フォーカスレンズ保持枠
１３ フォーカス遮光板
１４ フォーカス用フォトインタラプタ
１５ 撮像素子
１８ スクリュウネジ
１９ スクリュウネジ
２０ ガイド部材
２１ レンズ鏡筒
５１ Ａ相スタック
５１ａ 上側ポール
５１ｂ 下側ポール
５２ Ｂ相スタック
５２ｂ 下側ポール
５３ 磁性体
５４ ロータ
１０１ 中空円筒
１０１ａ ネジ部
１０１ｂ ネジ部
１０１ｃ フランジ部
１０１ｄ 取り付け穴
１０２ ズームレンズ群ホルダ
１０２ａ ネジ部
１０３ ズームレンズ
１０４ フォーカスレンズ群ホルダ
１０４ａ 突出部
１０４ｂ ネジ部
１０４ｃ 外側円筒部
１０５ フォーカスレンズ群
１０５ａ レンズ
１０５ｂ レンズ
１０５ｃ レンズ
１１１ ロータ
１１２ ステータ
１１２ａ Ａ相スタック
１１２ｂ Ｂ相スタック
１１２ｃ リングコイル
１１２ｄ ボビン
１１２ｅ 金属製部材
１１２ｆ 金属製部材
１１３ スペーサ
１２１ ロータ
１２２ ステータ
１２２ａ Ａ相スタック
１２２ｂ Ｂ相スタック
１２３ スペーサ
１３１ ＩＲＣＦ（赤外線カットフィルタ）
１３２ 撮像素子

Claims (1)

1. 少なくとも、
   外周面にネジ歯が形成された中空円筒と、
   内周面に当該中空円筒外周のネジ歯と螺合するネジ歯が形成された、第一のレンズ群を保持する第一の環状保持枠と、
   当該第一の環状保持枠を前記中空円筒外周に沿って回転させる駆動力を発生する第一の駆動力発生手段と、
   内周面に前記中空円筒外周のネジ歯と螺合するネジ歯が形成された、第二のレンズ群を保持する第二の環状保持枠と、
   当該第二の環状保持枠を前記中空円筒外周に沿って回転させる駆動力を発生する第二の駆動力発生手段と、
   前記第一の環状保持枠と前記第二の環状保持枠との間に配置された、前記中空円筒外周に設けられたフランジ部とを有し、
   前記第一の環状保持枠および前記第二の環状保持枠のうち少なくとも一方は、前記中空円筒の内周側に突出した突出部を備え、当該突出部の内径部に前記第一のレンズ群および前記第二のレンズ群のうち対応するレンズ群が保持されていることを特徴とするレンズ駆動装置。

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