JP4634926B2 - カメラモジュールのレンズ駆動機構 - Google Patents

Description

本発明はカメラモジュールのレンズ駆動機構に関する。更に詳しくは、レンズの移動に対して抵抗となるバネ力あるいはそのバネ力の作るモーメントが、レンズが移動しても大幅に変化しないようにするための機構を備えたカメラモジュールのレンズ駆動機構に関する。

最近、携帯電話機等の小型電子機器に組み込むことを目的とした超小型の電子カメラモジュールが種々開発されている。このモジュールは例えば、レンズを保持するレンズホルダー（鏡筒）を光軸方向に移動可能に支持する機能を有するモジュール基台に、Ｃ−ＭＯＳ等の画像センサー、合焦のためにレンズを進退させるモーターと付属メカニズム、画像や色の処理補正、更には撮影のための周辺ハード部品の動作を制御するＩＳＰと呼ばれる集積回路を一体化したものである。カメラの主要機能が纏めてモジュール化されているため、これを組み込むことにより、容易に電子カメラが一体化した小型電子機器が得られる利便がある。

従来例のカメラモジュールの平面図を図７に、左側から見た断面図を図８に、正面図を図９に示す。１はモジュール基台で、外面はほぼ直方体のブロックに納まる形状である。光軸は図示しないが、その方向は図７においては画面に垂直方向、図８および９においては画面の上下方向である。２はレンズホルダーで、内部に撮影用のレンズ２ａを保持している円筒部と、その厚さの上下端部に設けた２か所の張出部２ｃを有する。レンズホルダー２の上記円筒部はこれに遊合する凹面をなしている、モジュール基台１の凹壁面１ａにガイドされる。また上下の張出部２ｃに設けた穴にはモジュール基台１の切欠部１ｂに植設されたガイドポスト３が遊嵌していて、レンズホルダー２は光軸の方向に所定の範囲で平行にスライドすることができる。レンズ２ａの結像面であるモジュール基台１の底部には窓を設け、回路基板８ａに保持され、多くの画素を有するＣＭＯＳ等の画像センサー８を臨ませてある。また画像や撮影動作を制御する集積回路は図示を省略してある。

図７のモジュール基台１の左側面にはステップモータ４が固着されている。このモータは通常多い円筒形ではなく、偏平な形状をしている。これには、出力トルクの大きい、例えば超音波モーターが用いられる。その適宜減速された出力端である駆動軸４ａは偏平な面に垂直な方向に突出し、その先端には平板状のカム５が固着されている。図示しない制御回路から発生する駆動パルスがコイルに供給されると、そのパルス数に比例した角度だけ駆動軸４ａ、従ってカム５が選択された順方向または逆方向に回転する。

カム５の外周には、レンズホルダー２の側面に植設したピンであるカムフォロア２ｂが図８、９に示すように上側から当接している。レンズホルダー２は与圧バネ６によって常に下方（駆動軸４ａに向かう方向）に付勢されている。カム５の外周は図８及びより詳細には図５（ｂ）のカムフォロア駆動曲線Ｐに示す如く、この曲線Ｐの範囲内では回転角と共にスパイラル状に半径が変化する形状を与えてあるので、レンズホルダー２はカム８の回転によって上下方向（光軸方向）に移動する。撮影準備段階において焦点調節動作中にこの移動が行われるが、画像センサ８から得た信号で制御回路ＩＳＰが合焦状態を達成したと判断するとステップモータ４の駆動信号は停止し、レンズホルダー２はその位置を維持し（オートフォーカス動作完了）、カメラは撮影操作（シャッターレリーズ動作）ができる状態になる。

次に従来例の問題点について説明する。図１０は従来例における与圧バネ形状の変化を示す図で、（ａ）はレンズが後退した状態、（ｂ）はレンズが繰り出された状態を示す。
与圧バネ６はコイル状の圧縮バネで、ガイドポスト３にゆるく嵌まっており、その上端はガイドポスト３の段差部３ａに当接し、その下端はレンズホルダー２の下側の張出部２ｃの上面に当接し、これらを押し離す方向に力を及ぼしている。その力がカム５とカムフォロア２ｂの圧接力となる。

従って、図１０（ａ）、（ｂ）両図の比較から明らかなように、レンズホルダー２が前方（近距離合焦側）に繰り出されるほど圧接力は大きくなる。レンズホルダー２が最も後退した位置（遠距離合焦位置）においても所定の最小圧接力を必要とする。レンズ駆動量を大きくしようとすると、バネの加圧力に対抗するため、大トルクの駆動モーターを必要とし、モーターもカメラモジュールも大型化し、消費電力も増してしまう。またバネ力も安定させ難い。通常、圧縮変化量が大きいバネ力を安定化させるには、コイルバネの自由長を長くし、直径を大きくするが、余分なスペースが与えられないカメラモジュールにおいては困難である。またカム曲線の形状で対応するにも限界がある。

なお本願発明と類似の作用を持つ従来例として下記特許文献を参考迄に示しておく。
本文献に記載された構造においては、レンズ支持枠６４は、その摺動方向に平行に配置されモータ７２により回転駆動される長いリードスクリュー７０に螺合するねじカラー８０と共に移動するが、やはり雌ネジを持ち前記ねじカラー８０と共に移動するばね受け８２と前記ねじカラー８０との間に作用するコイルばね８８によって、ねじカラー８０とリードスクリュー７０のねじ山のバックラッシュが、ねじカラー８０がどの位置にあっても変化のない一定のばね力で吸収されるようになっており、従ってレンズ駆動に回転トルクの小さいステッピングモータでも使用できるというものである。
本願発明の構成においては、詳細に後述するように、レンズ駆動はカムによっていてリードスクリューは用いず、所定の接触圧を与える機構も大幅に異なっている。
特開平５−１１１６６号公報

本発明の目的は、レンズホルダー位置が変化しても与圧バネの圧縮量の変化によるカムの回転抵抗力の変動がほとんどないか、あるいはその変動量を従来機構よりもはるかに少なくすることができるカメラモジュールのレンズ駆動機構を提供することである。またそのことによってカメラモジュールを小型化しかつ消費電力を少なくしまた安定したレンズ駆動を行わせることをも目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のカメラモジュールのレンズ駆動機構は次の特徴を備える。
（１）光軸方向にガイドされてスライド可能なレンズホルダーと、該レンズホルダーの側面に設けたカムフォロアと、該カムフォロアと係合して前記レンズホルダーを光軸方向に移動させる第１のカム手段を出力軸に設けたモーターと、前記カムフォロアと前記第１のカム手段とに接触圧を与える与圧バネと、与圧調整部材とを含み、前記与圧バネはその一端が前記レンズホルダーの一部に接すると共に他端が前記与圧調整部材に接しており、また前記与圧調整部材はその一部が前記第１のカム手段に連動する第２のカム手段に当接して前記レンズホルダーの移動に伴って該レンズホルダーと同じ方向に移動するように前記カム手段の形状が定められていること。

上記目的を達成するため、本発明のカメラモジュールのレンズ駆動機構は更に次の特徴を備えることがある。
（２）前記第１のカム手段と前記第２のカム手段は、１枚の板状カムの側面の異なる角度領域に設けられていること。

最少の場合にはわずか１点の部品を追加するのみで、与圧バネのバネ力の変化を小さくしてかつ安定にレンズホルダーを駆動することができるカメラモジュールのレンズ駆動機構を実現し、比較的出力トルクの小さいモーターの使用を可能にし、モーターを含めたカメラモジュールの小型化と低消費電力化を達成することができた。

レンズホルダーに当接していない側の与圧バネの端部と係合する与圧調整部材を設け、その一部とカムフォロアとが互いに１枚のレンズ駆動カムを駆動軸のほぼ反対側から挟むようにし、その結果与圧調整部材がレンズホルダーと共に移動し、かつそれらのカムとの当接力が、長さのほとんど変化しない与圧バネによりほぼ一定となるようにした構造を有するレンズ駆動機構を最良の実施形態とする。

図１は本発明の実施例１であるカメラモジュールの平面図、図２はその左側から見た実施例１の断面図、図３は実施例１の正面図である。本実施例は図７〜図９の従来例と基本的には共通な構成が多いので、実質的に共通な要素には同じ符号を与えると共に改めて説明する重複はなるべく避け、主として従来例との相違点についてのみを述べることにする。

本実施例で従来例と大きく相違している点は、与圧調整部材７を設けたことであり、カム５およびガイドポスト３の形状も異なることである。また与圧バネ６の作用も異なって来るし、ステップモータ４も小トルクで小型化されている。これは電磁型モーターであって、時計においてよく用いられる、平面的に展開されたステーターおよびコイルと、円筒型永久磁石を主体とするローターを採用している（内部構造は図示しない）。主な相違点については理解を容易にするため、その部分を拡大して詳細に説明した図４、図５、および図６（ａ）を用いて説明する。それらの各部のカメラモジュール内での配置については図１〜図３を参照することで本実施例はすべて理解できるであろう。

図４は本発明の実施例１に用いる与圧調整部材７の斜視図である。与圧調整部材７は「コ」字型の概形をなす金属部材で、下端部にはカム５の下側の側面部と当接するカム当接部７ａを横向きに張り出させ、また２つの曲げ部にはガイドポスト３が摺動可能に遊嵌するための穴７ｂをそれぞれ設けてある。

図５は本発明の実施例１におけるバネ作用に関わる要部を示す図で、一部を破断して示してある。ガイドポスト３は従来例３ａのような段差部がなくてモジュール基台１の上部では全長にわたって一様な太さであり、レンズホルダー２の張出部２ｃおよび与圧調整部材７を遊嵌している。圧縮性の与圧バネ６は下端部が下側の張出部２ｃの上面を下向きに押しているのは従来例と同様であるが、与圧バネ６の上端は与圧調整部材７の上側の曲げ部を下方から押し上げている。従って与圧バネ６のバネ長Ｌはレンズホルダー２と与圧調整部材７の上下方向の相対的な位置関係で決まる。例えばカム５と当接するカムフォロア２ｂの下部とカム当接部７ａの上部とのカム５との接触点間の垂直距離Ｄに関係し、もしＤが一定ならばＬは変化せず、バネ力は一定となる。

図６（ａ）は本発明の実施例１に用いるカムの形状を示す。カム５の周囲側面はカムフォロア２ｂが当接摺動するカムフォロア駆動曲線Ｐ（カム５の回転角に対してほぼスパイラル状に接触点の径が変化する）と、与圧調整部材７のカム当接部７ａが当接摺動する与圧調整部材駆動曲線Ｑの２つの駆動曲線Ｐ、Ｑを異なる角度領域に持っている。上記２つの部材とカム５との接触点間の距離が上述のＤである。そしてこの距離Ｄはカム５が上記角度領域内で回転しても、ほとんど変化しないか、あるいは十分小さい変化量であるようにカム形状が設計されている。

次に実施例１において説明しなかった、その他の実施例や変形例について述べておく。まず、カム手段であるが、実施例１のような１枚カムではなく、重ねた２枚カムあるいはギヤ連結された複数のカムのそれぞれにカムフォロアと与圧調整部材を個別に係合させることが考えられる。機構はやや複雑化するが、それぞれの駆動曲線Ｐ、Ｑの角度範囲をカムの全周近くまで設定することもできる。

また実施例１では与圧バネ力そのものの一定化を図ったが、カムフォロアや与圧調整部材とカム曲線との当接力が作る駆動軸回りの抵抗モーメント（当接力の作用線の方向、すなわち作用線と回転軸との距離、すなわち腕長が関係して来る）そのものが一定化するようにカム曲線の形状を考慮すると（例えばスパイラル曲線の勾配、すなわち動径とカム形状の法線とのなす角を、半径が増すほど緩めにして、モーメントの腕長を一定化する）、単にバネ力だけの一定化のみを考慮するよりは更に良い結果が得られるであろう。その他にも例えば、与圧調整部材の形状構造、与圧バネに他の形式のバネ（例えば引張りバネや板バネ）を用いるなど、種々の変更が可能であろう。

本発明はカメラモジュールの小型化、低消費電力化、および動作の安定化に寄与できるので、産業上の利用可能性は大きい。

本発明の実施例１の平面図である。 本発明の実施例１を左側から見た断面図である。 本発明の実施例１の正面図である。 本発明の実施例１に用いる与圧調整部材の斜視図である。 本発明の実施例１におけるバネ作用に関わる要部を示す図である。 （ａ）は本発明の実施例１に用いるカムの形状を示す図、（ｂ）は従来例のカムの形状を示す図である。 従来例の平面図である。 従来例を左側から見た断面図である。 従来例の正面図である。 従来例における与圧バネ形状の変化を示す図で、（ａ）はレンズが後退した状態、（ｂ）はレンズが繰り出された状態を示す。

符号の説明

１ モジュール基台
１ａ 凹壁面
１ｂ 切欠部
２ レンズホルダー
２ａ レンズ
２ｂ カムフォロア
２ｃ 張出部
３ ガイドポスト
３ａ 段差部
４ ステップモータ
４ａ 駆動軸
５ カム
６ 与圧バネ
７ 与圧調整部材
７ａ カム当接部
７ｂ 穴
８ 画像センサー
８ａ 回路基板
Ｄ 接触点の距離
Ｌ バネ長
Ｐ カムフォロア駆動曲線
Ｑ 与圧調整部材駆動曲線

Claims (2)

1. 光軸方向にガイドされてスライド可能なレンズホルダーと、該レンズ
   ホルダーの側面に設けたカムフォロアと、該カムフォロアと係合して前記レンズホルダー
   を光軸方向に移動させる第１のカム手段を出力軸に設けたモーターと、前記カムフォロア
   と前記第１のカム手段とに接触圧を与える与圧バネと、与圧調整部材とを含み、前記与圧
   バネはその一端が前記レンズホルダーの一部に接すると共に他端が前記与圧調整部材に接
   しており、また前記与圧調整部材はその一部が前記第１のカム手段に連動する第２のカム
   手段に当接して前記レンズホルダーの移動に伴って該レンズホルダーと同じ方向に移動す
   るように前記カム手段の形状が定められていることを特徴とするカメラモジュールのレン
   ズ駆動機構。
2. 前記第１のカム手段と前記第２のカム手段は、１枚の板状カムの側面
   の異なる角度領域に設けられていることを特徴とする請求項１のカメラモジュールのレン
   ズ駆動機構。
   

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