JP4688552B2 - レンズ駆動装置及びカメラモジュール - Google Patents

Description

本発明は、携帯電子機器例えばカード形デジタルカメラやカメラ付き携帯電話などに搭載されて、フォーカシング及びズーミングを行うレンズ駆動装置、及びこの装置を備えて構成されるカメラモジュールに関する。

従来、レンズを移動させて変倍（ズーミング）を行い、その変倍状態で合焦（フォーカシング）を行うズームレンズ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このズームレンズ装置は、固定筒に回転筒を収容するとともに、この回転筒の内部に、に、前群レンズ、シャッタブロック、後群レンズ移動筒、直進筒、後群レンズ枠、駆動リング、及び直進ガイド枠等の筒状部材を収容している。固定筒に対して、回転筒、後群レンズ枠、直進筒、及び後群レンズ枠は、この記載順に小径に形成されて固定筒内に同心的に収容されている。モータで駆動される駆動リングと回転筒との連係部に、一定範囲内で駆動リングのみの回転を許す空転域を設けている。

特許文献１のズームレンズ装置では、空転域を超えて駆動リングを変位させることにより、移動筒を回転させるに伴い前群レンズと後群レンズとを移動して変倍を行わせた後、空転域内で駆動リングを変位させることで、移動筒の回転が停止された状態で後群レンズだけを移動させて合焦を行うことができる。

この場合、後群レンズを光軸が延びる方向に移動させて変倍するのに、後群レンズ移動筒の回転により、この移動筒の内周に設けた複数のカム溝と後群レンズ枠のカムピンとの係合位置を変化させて行っている。又、後群レンズを移動させて合焦するのにも、後群レンズ移動筒の回転により、この移動筒の外周に設けた複数のカム溝と駆動リングのカム突起との係合位置を変化させて行っている。
特開平１０−１３３０９１号公報（段落0006−0016、図１−図６）

特許文献１に記載の技術では、多数の筒状部材を同心的に配置しているので、夫々の筒状部材の厚み、隣接する筒状部材相互が競らないようにするための嵌め合い隙間などによって、最外周の筒状部材をなす固定筒の外径が規定される。これにより、後群レンズを保持した後群レンズ枠の直径に対して固定筒の直径は大きくならざるを得ず、このズームレンズ装置は被写体側から見て縦横の寸法が大きい。

ところで、例えばカメラ付き携帯電話等の携帯機器に搭載されるカメラモジュール等では、その搭載の利便性等のために、被写体側から見た縦横の寸法の内の一方を狭めた形態とすることが要請されている。しかし、特許文献１に記載の技術では、最外周の固定筒の外径を小さくするには適していないため、前記要請を満たすことはできない。

又、カム溝へのカムピン及びカム突起の係合位置を変化させて変倍又は合焦を行う特許文献１に記載の技術は、カム溝を設け得る範囲が小さく制限された構成であって、この条件下で後群レンズ移動筒の回転角に従ってカム溝の光軸に対する傾斜角度に応じて後群レンズを移動させるので、合焦精度を高めるには不利である。

本発明の目的は、変倍位置での合焦精度を向上できるとともに、被写体側から見た縦横の寸法の内の一方をレンズ群の径の大きさに適合させて狭めた形態にできるレンズ駆動装置及びカメラモジュールを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明のレンズ駆動装置は、直方体形状をなしその長手方向中間位置にガイド部材及び固定レンズが取付けられたケーシングと；前記ケーシングに内蔵され前記ガイド部材に沿って光軸が延びる方向に移動される第１の可動レンズと；この第１の可動レンズに対向して前記ケーシングに内蔵され前記ガイド部材に沿って前記光軸が延びる方向に移動される第２の可動レンズと；前記固定レンズ及び両可動レンズのレンズ群と前記ケーシングの長手方向の一端壁との間に位置して前記ケーシングに内蔵され、第１の電気モータを備え、このモータの動力で前記第１、第２の可動レンズを同期して移動させるズーム機構と；前記レンズ群と前記ケーシングの長手方向の他端壁との間に位置して前記ケーシングに内蔵され、第２の電気モータを備え、前記ズーム機構で移動された前記第１、第２の可動レンズの内の一方を前記第２の電気モータの動力で移動させるフォーカス機構と；を具備し、前記第１、第２の可動レンズの内の一方が、ねじ軸配置部を有して前記ガイド部材に沿って移動されるベース部材と、前記ねじ軸配置部に回転自在に支持されて前記フォーカス機構により回転される送りねじ軸と、フォーカスレンズを保持するとともに前記送りねじ軸に螺合するナットを有して前記ベース部材に対して前記光軸が延びる方向に移動自在に設けられたフォーカスレンズホルダとを備えている。

この発明のレンズ駆動装置は、ズーム機構により第１、第２の可動レンズを固定レンズに対して光軸が延びる方向に移動させて変倍（ズーミング）してから、それにより得た変倍位置で、フォーカス機構により一方の可動レンズのフォーカスレンズを光軸が延びる方向に移動させて合焦（フォーカシング）することができる。この合焦では、フォーカスレンズを保持したフォーカスレンズホルダに設けたナットと、フォーカス機構で回転される送りねじ軸との噛み合いの変化で、送りねじ軸の回転に対するフォーカスレンズの送り量を微小に制御できるので、高い精度で合焦させることができる。

更に、この発明では、ケーシングに内蔵されるズーム機構とフォーカス機構とをレンズ群の両側に個別に配置して並べたので、被写体側から見たケーシングの形状を、その縦横の寸法の内の一方が他方より狭められた長方形状に形成できる。この場合、並び方向と直交する方向に沿うレンズ群の両側に、前記両機構の要素が配置されないので、ケーシングの長手方向の延びる両側壁をレンズ群に可能な限り近付けることができる。

本発明のレンズ駆動装置の好ましい形態では、前記ズーム機構が、周面にカム溝を有して前記光軸が延びる方向に延びる円柱状のカム、及びこのカムを回転させる前記第１の電気モータを備え、前記カム溝に、前記一方の可動レンズに対する他方の可動レンズと前記ベース部材の夫々に設けたカム従動子を係合させている。

この発明の形態は、カムを回転駆動することにより、カム溝とカム従動子との係合位置を変えて両方の可動レンズを同期して変倍位置に移動させる際に、カム溝のリード角に応じて素早く変倍位置に両可動レンズを粗動させるのに適している。しかも、円柱状カムの周面に沿って螺旋状に設けられるカム溝のリード角を大きくするのに格別な制約がないので、可動レンズの最大祖動寸法を大きく確保でき、それにより、大きな変倍性能を得るのに適している。

本発明のレンズ駆動装置の好ましい形態では、前記フォーカス機構が、前記ズーム機構による最大ズーム寸法より長く前記光軸が延びる方向に延びる歯車部を有した駆動軸、及びこの駆動軸を回転させる前記第２の電気モータを備え、前記駆動軸の軸方向に沿って前記歯車部に摺動自在に噛み合う入力歯車を前記送りねじ軸に設けている。

この発明の形態では、ズーム機構により可動レンズが変倍位置に移動されると同時に移動される送りねじ軸の入力歯車が、駆動軸の軸方向に沿って歯車部を摺動するので、駆動軸の歯車部との噛み合いを維持したままで変倍位置でのフォーカス機構による合焦動作を実現させることができる。

又、前記課題を解決するために、本発明のレンズ駆動装置は、直方体形状をなしその長手方向中間位置にガイド部材及び固定レンズが取付けられたケーシングと；第１のカム従動子を有して前記ケーシングに内蔵され前記ガイド部材に沿って光軸が延びる方向に移動される第１の可動レンズと；第２のカム従動子を有し前記第１の可動レンズに対向して前記ケーシングに内蔵され前記ガイド部材に沿って前記光軸が延びる方向に移動される第２の可動レンズと；前記固定レンズ及び両可動レンズのレンズ群と前記ケーシングの長手方向の一端壁との間に位置して前記ケーシングに内蔵され、前記第１、第２のカム従動子が係合するカム溝を周面に有して前記光軸が延びる方向に延びるカム、及びこのカムを回転させる第１の電気モータを備えて、前記第１、第２のレンズを同期して移動させるズーム機構と；前記レンズと前記ケーシングの長手方向の他端壁との間に位置して前記ケーシングに内蔵され、前記ズーム機構による最大ズーム寸法より長く前記光軸が延びる方向に延びる歯車部を有した駆動軸、及びこの駆動軸を回転させる第２の電気モータを備えるフォーカス機構と；を具備し、前記第１、第２のレンズの内の一方が、前記第１、第２のカム従動子の内の一方及び前記駆動軸の近くに配置されるねじ軸配置部を有して前記ガイド部材に沿って移動されるベース部材と、前記駆動軸の軸方向に沿って前記歯車部に摺動自在に噛み合う入力歯車を有して前記ねじ軸配置部に回転自在に支持された送りねじ軸と、フォーカスレンズを保持するとともに前記送りねじ軸に螺合するナットを有して前記ベース部材に対して前記光軸が延びる方向に移動自在に設けられたフォーカスレンズホルダと、
を備えている。

この発明のレンズ駆動装置は、ズーム機構の第１の電気モータを駆動してカムを回転させ、このカムと第１、第２の可動レンズのカム従動子との係合位置を変化させることにより、第１、第２の可動レンズを固定レンズに対して光軸が延びる方向に移動させて変倍（ズーミング）できる。この後、前記ズーミングにより得た変倍位置で、フォーカス機構の第２の電気モータを駆動して駆動軸を回転させて、送りねじ軸とこれに螺合されたフォーカスレンズホルダのナットとの噛み合い位置を変化させることにより、一方の可動レンズのフォーカスレンズを光軸が延びる方向に移動させて合焦（フォーカシング）することができる。この合焦では、フォーカスレンズを保持したフォーカスレンズホルダに設けたナットと、フォーカス機構で回転される送りねじ軸との噛み合いの変化で、送りねじ軸の回転に対するフォーカスレンズの送り量を微小に制御できるので、高い精度で合焦させることができる。

更に、この発明では、ケーシングに内蔵されるズーム機構とフォーカス機構とをレンズ群の両側に個別に配置して並べたので、被写体側から見たケーシングの形状を、その縦横の寸法の内の一方が他方より狭められた長方形状に形成できる。この場合、並び方向と直交する方向に沿うレンズ群の両側に、前記両機構の要素が配置されないので、ケーシングの長手方向の延びる両側壁をレンズ群に可能な限り近付けることができる。

本発明のレンズ駆動装置の好ましい形態では、ガイド孔を前記ベース部材に設けるとともに、前記フォーカスレンズの周りに位置する摺動部を前記フォーカスレンズホルダに設け、この摺動部を前記ガイド孔に摺動自在に嵌合させている。

この発明の形態では、ガイド孔と摺動部との摺動により、送りねじ軸とナットとの螺合部に、フォーカスレンズホルダ及びフォーカスレンズ等の重さが集中して作用することを軽減できるので、合焦動作が円滑化されて螺合部の耐久性を向上できる。

本発明のレンズ駆動装置の好ましい形態では、前記ガイド部材に摺動自在に嵌合する複数の摺動孔を前記フォーカスレンズホルダに設けている。

この発明の形態でも、送りねじ軸とナットとの螺合部に、フォーカスレンズホルダ及びフォーカスレンズ等の重さが集中して作用することを軽減できるので、合焦動作が円滑化されて螺合部の耐久性を向上できる。

又、前記課題を解決するために、本発明のカメラモジュールは、請求項１から６の内のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置と；このレンズ駆動装置の光軸上に配置された撮像素子と；前記レンズ駆動装置が有したズーム機構を制御してズーミングを実行させるとともに、前記レンズ駆動装置が有したフォーカス機構を制御してフォーカシングを実行させる制御部と；を具備している。

この発明は、前記各発明の内のいずれか一つのレンズ駆動装置を備えているので、既述の作用を得て、変倍位置での合焦精度を向上できるとともに、被写体側から見た縦横の寸法の内の一方をレンズ群の径の大きさに適合させて狭めた形態にできるカメラモジュールを提供できる。

本発明によれば、変倍位置での合焦精度を向上できるとともに、被写体側から見た縦横の寸法の内の一方をレンズ群の径の大きさに適合させて狭めた形態にできるレンズ駆動装置及びカメラモジュールを提供できる。

図１〜図５を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図５中符号１１はカメラモジュールを示している。カメラモジュール１１は、例えばカメラ付き携帯電話等の薄型の携帯電子機器が有したボディ内のプリント配線基板上に実装される。カメラモジュール１１は、レンズ駆動装置１２、回路ブロック１３、及び撮像素子１４等を備えている。

レンズ駆動装置１２は、被写体側から見た形状が長方形状をなす直方体形状のケーシング２１に、複数のガイド部材例えば第１のガイド軸２５及び第２のガイド軸２６と、複数群例えば４群構成のレンズと、ズーム機構２８と、フォーカス機構２９等を内蔵して構成されている。

図１〜図４に示すようにケーシング２１は、被写体側から見た平面形状が長方形状をなすベース２２と、このベース２２に対応した大きさでかつ直方体状の箱形状をなすとともに裏面が開放されたカバー２３とを連結して形成されている。ベース２２はカバー２３の裏面開口を閉じるように配置されている。ベース２２及びカバー２３は硬質合成樹脂製である。

ベース２２と対向するように位置するカバー２３の正面壁２３ａの長手方向略中央部は開口され、その開口縁部２３ｂの内周面に雌ねじが形成されている。正面壁２３ａには、その裏面に突出しかつ開口縁部２３ｂに一体に連続するレンズホルダ部２４が形成されている。

金属の丸棒等からなる第１のガイド軸２５及び第２のガイド軸２６は、その一端部をベース２２の取付け穴２２ａに圧入するとともに、他端部をカバー２３の取付け穴２３ｃに圧入して、ベース２２とカバー２３の正面壁２３ａとにわって固定されている。これら第１のガイド軸２５と第２のガイド軸２６は、相互間に４群構成のレンズを置いて、この４群構成のレンズの光軸Ｏと平行に設けられている。

図１に示すように一方のガイド軸例えば第１のガイド軸２５は、カバー２３の長い側壁の内の一方で主として形成されるケーシング２１の長手方向に延びる一側壁２１ａに寄せて配置され、他方のガイド軸例えば第２のガイド軸２６は、カバー２３の長い側壁の内の他方で主として形成されるケーシング２１の長手方向に延びる他側壁２１ｂに寄せて配置されている。つまり、第１のガイド軸２５と第２のガイド軸２６は、これらを結ぶ直線が、ケーシング２１の長手方向に対して斜めに交差する関係となるように配置されている。それにより、４群構成のレンズにズーム機構２８又はフォーカス機構２９をより近付けて配置することを、第１のガイド軸２５と第２のガイド軸２６が極力妨げないようにしている。

カバー２３のレンズホルダ部２４には、被写体側から見て、言い換えれば、光の入射方向から見て第１群レンズをなす第１の固定レンズ３１が、正面壁２３ａの前記開口を閉じるように対向して固定されている。第１の固定レンズ３１は、開口縁部２３ｂの雌ねじに螺合したリング形のレンズ押さえ３４と、レンズホルダ部２４の環状レンズ受部２４ａとの間に挟着されている。第１の固定レンズ３１及びレンズ押さえ３４は必要により接着剤を用いてカバー２３に接着される。

ベース２２の長手方向略中央部には、光の入射方向から見て第４群レンズをなす第２の固定レンズ３３が第１の固定レンズ３１と対応して固定されている。この第２の固定レンズ３３及び第１の固定レンズ３１は、いずれも１枚又は組み合わされた複数枚のレンズ要素で形成されている。

図２〜図４に示すようにベース２２の長手方向略中央部には、光の入射方向から見て第２群レンズをなす第１の可動レンズ３５が第１の固定レンズ３１と対向して内蔵されている。第１の可動レンズ３５は、第１のレンズホルダ３６にレンズバレル３７を介して第１のレンズ３８を固定して形成されている。第１のレンズ３８は１枚又は組み合わされた複数枚のレンズ要素で形成されている。

第１のレンズホルダ３６は、レンズバレル３７が固定されるリング部３６ｆ（図１参照）の直径方向に沿って外方に延出する一対の腕部３６ｄ、３６ｅ（図１参照）を有して形成されている。一方の腕部３６ｄは摺動孔３６ａを有し、他方の腕部３６ｅは摺動溝３６ｂを有している。

摺動孔３６ａを第１のガイド軸２５に摺動自在に嵌合させるとともに、摺動溝３６ｂを第２のガイド軸２６に摺動自在に嵌合させることによって、これら第１のガイド軸２５と第２のガイド軸２６にわたって第１のレンズホルダ３６が支持されている。この第１のレンズホルダ３６は光軸Ｏが延びる方向に第１のガイド軸２５及び第２のガイド軸２６に沿って移動自在である。

図１に示すように第１の可動レンズ３５は一方の腕部３６ｄより短い凸部３６ｃを有している。図１及び図２に示すように凸部３６ｃには、その先端面に対して突没する方向に沿って進退可能に第１のカム従動子３９が取付けられている。第１のカム従動子３９は、凸部３６ｃの先端面から突出する半球状ヘッドを有しているとともに、このヘッドの根元に係合して設けられた球面状のばね４０で凸部３６ｃから突出する方向に付勢されている。

図２〜図４に示すようにベース２２の長手方向略中央部には、光の入射方向から見て第３群レンズをなす第２の可動レンズ４１が第２の固定レンズ３３及び第１の可動レンズ３５の間にこれらと対向して内蔵されている。この第２の可動レンズ４１は、ベース部材４２、第２のレンズとして機能するフォーカスレンズ４３、第２のレンズホルダとして機能するフォーカスレンズホルダ４４、及び送りねじ軸４５等を備えている。

ベース部材４２は、第１のレンズホルダ３６と同様にリング部の直径方向に沿って外方に延出する一対の腕部を有している。そして、夫々の腕部は摺動孔４２ａを有している。ベース部材４２はその摺動孔４２ａ間に位置する円形のガイド孔４２ｂを有している。

このベース部材４２は、摺動孔４２ａを第１のガイド軸２５及び第２のガイド軸２６に夫々摺動自在に嵌合させることによって、これら第１のガイド軸２５と第２のガイド軸２６にわたって支持されている。このベース部材４２は光軸Ｏが延びる方向に第１のガイド軸２５及び第２のガイド軸２６に沿って移動自在である。

図２に示すようにベース部材４２には、光軸Ｏが延びる方向に沿って第１の可動レンズ３５の凸部３６ｃと対向する凸部４２ｃが一体に設けられている。凸部４２ｃには、その先端面に対して突没する方向に沿って進退可能に第２のカム従動子４６が取付けられている。第２のカム従動子４６は、凸部４２ｃの先端面から突出する半球状ヘッドを有しているとともに、このヘッドの根元に係合して設けられた球面状のばね４７で凸部４２ｃから突出する方向に付勢されている。第１のカム従動子３９と第２のカム従動子４６とは平行に設けられる。

図３及び図４に示すようにベース部材４２の第２のガイド軸２６側にはねじ軸配置部４２ｄが一体に設けられている。ねじ軸配置部４２ｄはガイド孔４２ｂを境に第２のカム従動子４６とは反対側に位置している。ねじ軸配置部４２ｄは光軸Ｏが延びる方向に対応して互いに平行な壁部を有している。

送りねじ軸４５は、その一端部側部位にねじ部より大径な入力歯車４５ａを有している。送りねじ軸４５は、その一端部をねじ軸配置部４２ｄの一方の壁部に設けた軸受孔に回転自在に挿入するとともに、他端部をねじ軸配置部４２ｄの他方の壁部に取付けられた軸受４８に回転自在に挿入して取付けられている。これにより、送りねじ軸４５は光軸Ｏが延びる方向と平行状に配置されてねじ軸配置部４２ｄに回転自在に支持されている。

フォーカスレンズホルダ４４は、第１のレンズホルダ３６と同様にリング部の直径方向に沿って外方に延出する一対の腕部を有している。夫々の腕部は摺動孔４４ａを有している。これら摺動孔４４ａ間に位置してフォーカスレンズホルダ４４には例えば短い円筒状の摺動部４４ｂが設けられている。

フォーカスレンズホルダ４４は、その摺動孔４２ａを第１のガイド軸２５及び第２のガイド軸２６に夫々摺動自在に嵌合させることによって、これら第１のガイド軸２５と第２のガイド軸２６にわたって支持されている。フォーカスレンズホルダ４４は光軸Ｏが延びる方向に第１のガイド軸２５及び第２のガイド軸２６に沿って移動自在である。

このフォーカスレンズホルダ４４は、その摺動部４４ｂをガイド孔４２ｂに摺動自在に嵌合してベース部材４２に対して組合わされている。フォーカスレンズホルダ４４の摺動部４４ｂ内にレンズバレル４９を介してフォーカスレンズ４３が固定されている。したがって、フォーカスレンズ４３の周りに摺動部４４ｂが配置されている。フォーカスレンズ４３は１枚又は組み合わされた複数枚のレンズ要素で形成されている。このフォーカスレンズ４３の光入射側となる表面は第１のレンズ３８と対向し、フォーカスレンズ４３の裏面は第２の固定レンズ３３と対向している。

図３及び図４に示すようにフォーカスレンズホルダ４４は、ねじ軸配置部４２ｄ内に配設された連結部４４ｃを有している。この連結部４４ｃにはナット５０が圧入して固定されている。このナット５０には送りねじ軸４５が螺合して貫通している。したがって、互いに螺合したナット５０と送りねじ軸４５を介して連結部４４ｃとねじ軸配置部４２ｄとが連結されており、この連結を介してベース部材４２とフォーカスレンズホルダ４４とが同期して移動することが可能となっている。連結部４４ｃとこれに対向したねじ軸配置部４２ｄの一方の壁部との間には、付勢部材としてコイルばね５１が圧縮状態に挟設されている。このコイルばね５１の付勢により、螺合部の噛み合いの遊びを消失させて合焦精度の向上が図られている。

図１及び図２に示すように第３群レンズをなす第２の可動レンズ４１のベース部材４２には検出凸部４２ｆが一体に突設されている。同様に、第３群レンズのフォーカスレンズホルダ４４にも検出凸部４４ｆが一体に突設されている。検出凸部４２ｆと検出凸部４４ｆは、光軸Ｏが延びる方向に沿って互いに並んでいて、相互に干渉しないようになっている。

前記ズーム機構２８は、第１の可動レンズ３５と第２の可動レンズ４１を同期して移動させるもので、図１及び図２に示すように４群構成のレンズとケーシング２１の長手方向の一端壁２１ｃとの間のスペースＳ１に配置されている。このスペースＳ１には第１のガイド軸２５、第１のカム従動子３９、及び第２のカム従動子４６が臨んでいる。ズーム機構２８は、第１の電気モータ６１、カム６２、及び第１の伝達部材６３を備えている。

第１の電気モータ６１には、円筒状をなすステッピングモータ等の正逆回転可能なモータが使用されている。第１の電気モータ６１は、ベース２２上にねじ６４（図１参照）で固定された第１の支持部材６５と、前記ねじ６４でベース２２に共締めされた第１のモータ押さえ６６とで挟まれて固定されている。

この第１の電気モータ６１の回転軸には駆動歯車６７が固定されている。図２に示すように第１の伝達部材６３は、例えば大歯車６３ａと小歯車６３ｂとを有した歯車体である。第１の伝達部材６３はその両端部をベース２２と第１の支持部材６５とに回転自在に嵌合して設けられている。大歯車６３ａは駆動歯車６７に噛み合わされている。

図２に示すようにカム６２は、外周面に二条のカム溝として例えばヘリコイド溝６２ａ、６２ｂが設けられた円柱状のカム要素７１と、このカム要素７１の一端部に取付けられた入力歯車７２とを備えている。二条のヘリコイド溝６２ａ、６２ｂの相互間隔は、第１のカム従動子３９と第２のカム従動子４６との相互間隔と同じである。なお、これらヘリコイド溝６２ａ、６２ｂによって、最大ズーミング寸法は例えば７ｍｍ〜１０ｍｍに設定されている。

カム６２は光軸Ｏと平行な姿勢でケーシング２１内に回転自在に設けられている。すなわち、カム６２の軸方向一端に突設された軸部は、ベース２２に設けた軸受穴２２ｂに嵌合して回転自在に支持されている。カム６２の軸方向他端に突設された軸部は、第１のモータ押え６６に形成されたカム支持部６６ａに軸受７３を介して回転自在に支持されている。

カム要素７１より大径な入力歯車７２は前記第１の伝達部材６３の小歯車６３ｂに噛み合わされている。したがって、第１の伝達部材６３は、駆動歯車６７にカム６２を連動させる伝達手段として機能している。なお、この伝達手段において、大歯車６３ａと小歯車６３ｂとの少なくとも一方は、それが取付けられる軸部分に対して一体に形成されていても良く、又は別に形成して前記軸部分に連結してもよい。又、前記連動における減速比又は増速比を増やすために、第１の伝達部材６３は複数用いた歯車列とすることもできる。

カム要素７１の一方のヘリコイド溝６２ａには第１の可動レンズ３５が有した第１のカム従動子３９の半球状ヘッドが摺動自在に係合されている。同様に、カム要素７１の他方のヘリコイド溝６２ｂには第２の可動レンズ４１が有した第２のカム従動子４６の半球状ヘッドが摺動自在に係合されている。

図２中符号７４は付勢体例えばコイルばねを示している。コイルばね７４は、その一端をカバー２３の正面壁２３ａの裏面に固定されたばね受板７５に当接させ、他端を軸受７３に当接させて、これらの間に圧縮状態に挟設されている。このコイルばね７４はカム６２をベース２２に向けて付勢している。この付勢により、ヘリコイド溝６２ａとこれに係合した第１のカム従動子３９との間の遊びが消失されるとともに、ヘリコイド溝６２ｂとこれに係合した第２のカム従動子４６との間の遊びが消失されて、ズーム動作（変倍動作）での可動レンズ３５，４１の移動精度を向上できるようになっている。

前記フォーカス機構２９は、送りねじ軸４５を回転させることにより合焦動作をさせるもので、図１、図３及び図４に示すように４群構成のレンズとケーシング２１の長手方向の他端壁２１ｄとの間のスペースＳ２に配置されている。このスペースＳ２には、第２のガイド軸２６、検出凸部４２ｆ、及び検出凸部４４ｆが臨んでいる。フォーカス機構２９は、第２の電気モータ８１、駆動軸８２、及び第２の伝達部材８３を備えている。

第２の電気モータ８１には、円筒状をなすステッピングモータ等の正逆回転可能なモータが使用されている。第２の電気モータ８１は、ベース２２上にねじ８４（図１及び図２参照）で固定された第２の支持部材８５と、前記ねじ８４でベース２２に共締めされた第２のモータ押さえ８６とで挟まれて固定されている。

この第２の電気モータ８１の回転軸には駆動歯車８７が固定されている。図３及び図４に示すように第２の伝達部材８３は、例えば大歯車８３ａと小歯車８３ｂとを有した歯車体である。第２の伝達部材８３はその両端部をベース２２と第２の支持部材８５とに回転自在に嵌合して設けられている。大歯車８３ａは駆動歯車８７に噛み合わされている。

図３及び図４に示すように駆動軸８２は、歯車部８２ａと、この歯車部８２ａの一端に連続して設けられた入力歯車８２ｂとを有している。この駆動軸８２は光軸Ｏと平行な姿勢でケーシング２１内に回転自在に設けられている。すなわち、駆動軸８２の軸方向一端に突設された軸部は、ベース２２に設けた軸受穴２２ｄに嵌合して回転自在に支持されている。駆動軸８２の軸方向他端に突設された軸部は、第２のモータ押え８６に形成されたカム支持部８６ａに設けた軸受穴８６ｂに嵌合して回転自在に支持されている。

歯車部８２ａより大径な入力歯車８２ｂは前記第２の伝達部材８３の小歯車８３ｂに噛み合わされている。したがって、第２の伝達部材８３は、駆動歯車８７に駆動軸８２を連動させる伝達手段として機能している。なお、この伝達手段において、大歯車８３ａと小歯車８３ｂとの少なくとも一方は、それが取付けられる軸部分に対して一体に形成されていても良く、又は別に形成して前記軸部分に連結してもよい。又、前記連動における減速比又は増速比を増やすために、第２の伝達部材８３は複数用いた歯車列とすることもできる。

歯車部８２ａは、軸状であって、光軸Ｏが延びる方向に延びていて、その長さはズーム機構２８による最大ズーム寸法（最大変倍寸法）より長い。この歯車部８２ａは送りねじ軸４５の入力歯車４５ａに噛み合わされている。

又、図１及び図２に示すようにケーシング２１には、その他端壁２１ｄを通って第１の検知部９１と、第２の検知部９２とが配置されている。検出部９１，９２は、ケーシング２１の一側壁２１ａ及び両端壁２１ｃ、２１ｄ外面にわたって装着されたフレキシブル配線基板９３の貼り付けられた補強板９４（図１及び図２参照）に支持されている。なお、フレキシブル配線基板９３は第１の電気モータ６１及び第２の電気モータ８１に対しても電気的に接続されている。

これら検出部９１，９２には被写体側から見て略コ字形をなすフォトインタラプタが用いられる。第１の検知部９１の検出溝には光軸Ｏが延びる方向に移動可能にフォーカスレンズホルダ４４の検出凸部４４ｆが挿入されている。第２の検知部９２の検出溝には光軸Ｏが延びる方向に移動可能にベース部材４２の検出凸部４２ｆが挿入されている。第１の検知部９１と検出凸部４４ｆとによって合焦（フォーカシング）を開始する際の基準位置(原点)を求める情報が検出され、第２の検知部９２と検出凸部４２ｆとによって変倍（ズーミング）を開始する際の基準位置(原点)を求める情報が検出されるようになっている。

前記回路ブロック１３は、図５に示すように制御部１１１と、モータドライバ１１２，１１３と、信号処理部１１４等を備えている。

制御部１１１は、ＣＰＵ及びメモリなどを有していて、撮像素子１４を駆動させる制御、ズーム機構２８を駆動させてズーミングを実行させる制御、及びフォーカス機構２９を駆動させてフォーカシングを実行させる制御等を含むカメラモジュール１１の全般の制御を担う。モータドライバ１１２は、ズーム機構２８を駆動する場合に、第１の電気モータ６１に必要な数の駆動パルスを印加するものであり、同様にモータドライバ１１３は、フォーカス機構２９を駆動する場合に、第２の電気モータ８１に必要な数の駆動パルスを印加するものである。

信号処理部１１４は撮像素子１４から出力された撮像信号を処理して、制御部１１１に供給するものである。撮像素子１４にはＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の半導体ディバイスが用いられている。撮像素子１４は図２〜図４に示すように第２の固定レンズ３３と対向して光軸Ｏ上に配置されている。

撮像素子１４を支持したプリント配線基板１１５は、ベース２２の裏面に位置決めして固定されるとともに、このプリント配線基板１１５及び前記フレキシブル配線基板９３は夫々図示しないマザーボードに接続されている。このマザーボードに、制御部１１１、モータドライバ１１２，１１３、及び信号処理部１１４等が搭載されている。なお、図５中符号１１６はＬＣＤ等からなる表示部を示している。この表示部１１６は、カメラモジュール１１が組み込まれた携帯電子機器に設けられていて、撮像素子１４が撮像した画像情報や前記メモリのメモリ情報等が表示される。

以上の構成のカメラモジュール１１は、ケーシング２１に内蔵されるズーム機構２８とフォーカス機構２９とを４群構成のレンズの両側に個別に配置して並べている。このため、被写体側から見たケーシング２１の形状を、このケーシング２１の縦横の寸法の内の一方が他方より狭められた長方形状に形成できる。この場合、４群構成のレンズに対して図１に示すように並び方向と直交する方向に、ズーム機構２８とフォーカス機構２９の要素が配置されることがないので、ケーシング２１の長手方向の延びる一側壁２１ａ及び他側壁２１ｂを４群構成のレンズに可能な限り近付けて、このレンズ群と一側壁２１ａ及び他側壁２１ｂとの間のギャップｇ（図１参照）を小さくできる。すなわち、ケーシング２１の一側壁２１ａ及び他側壁２１ｂ間の寸法を、４群構成のレンズの径より僅かに大きい程度にできる。したがって、このカメラモジュール１１は、カメラ付き携帯電話等の携帯機器に搭載するのに好適である。

前記構成のカメラモジュール１１が使用される場合には、まず、ズーム機構２８が駆動されて、第１の可動レンズ３５と第２の可動レンズ４１とが同期して、光軸Ｏが延びる方向に沿って原点位置から変倍位置（ズーム位置）まで移動される。

つまり、第１の電気モータ６１が駆動されることにより、その回転動力が、駆動歯車６７と第１の伝達部材６３の大歯車６３ａとの噛み合い、及び第１の伝達部材６３の小歯車６３ｂとカム６２の入力歯車７２との噛み合いにより減速されながらカム６２に伝達される。それによるカム６２の回転に従い、第１のガイド軸２５及び第２のガイド軸２６で周り止めされている第１の可動レンズ３５が、カム要素７１のヘリコイド溝６２ａに係合している第１のカム従動子３９を介して光軸Ｏが延びる方向に第１のガイド軸２５及び第２のガイド軸２６に沿って移動される。同時に、カム要素７１のヘリコイド溝６２ｂに係合している第２のカム従動子４６を介して第２の可動レンズ４１が、第１の可動レンズ３５と同方向に光軸Ｏが延びる方向に同距離だけ第１のガイド軸２５及び第２のガイド軸２６に沿って移動される。

ズーム機構２８は、以上のように円柱状のカム６２を回転させて、そのヘリコイド溝６２ａに対する第１のカム従動子３９の係合位置、及びヘリコイド溝６２ｂに対する第２のカム従動子４６の係合位置を、夫々変えて可動レンズ３５，４１を同期して変倍位置に移動させるので、その際にヘリコイド溝６２ａ、６２ｂのリード角に応じて素早く変倍位置に可動レンズ３５，４１を粗動させるのに適しているともに、最大祖動寸法を円柱状のカム６２の長さに応じて大きく確保できる点で好ましい。

こうした移動による変倍（ズーミング）の際、第２の可動レンズ４１のベース部材４２とフォーカスレンズホルダ４４との相対位置は変化しないが、フォーカス機構２９の駆動軸８２に対する第２の可動レンズ４１の位置は変化する。この場合、送りねじ軸４５の入力歯車４５ａが駆動軸８２の歯車部８２ａを摺動して、入力歯車４５ａと歯車部８２ａとの噛み合いが維持される。このため、以下説明する変倍位置でのフォーカス機構２９による合焦動作を実現できる。

次に、フォーカス機構２９が動作されて、合焦動作が実行される。

つまり、第２の電気モータ８１が駆動されることにより、その回転動力が、駆動歯車８７と第２の伝達部材８３の大歯車８３ａとの噛み合い、及び第２の伝達部材８３の小歯車８３ｂと駆動軸８２の入力歯車８２ｂとの噛み合いにより減速されながら駆動軸８２に伝達される。更に、駆動軸８２の回転は、その歯車部８２ａと送りねじ軸４５の入力歯車４５ａとの噛み合いにより減速されながら送りねじ軸４５に伝達される。それによる送りねじ軸４５の回転に従い、第１のガイド軸２５及び第２のガイド軸２６で回り止めされているフォーカスレンズホルダ４４は、それに固定されているナット５０と送りねじ軸４５との噛み合いが変わることによって、光軸Ｏが延びる方向に移動される。このため、フォーカスレンズホルダ４４に保持されたフォーカスレンズ４３が合焦位置に微動される。

この合焦では、既述のようにフォーカスレンズホルダ４４に設けたナット５０と、フォーカス機構２９で回転される送りねじ軸４５との噛み合いの変化で、送りねじ軸４５の回転に対するフォーカスレンズ４３の送り量を微小に制御できる。したがって、高い精度で合焦させることができる。

しかも、合焦の際、静止状態に保持されているベース部材４２に対して移動されるフォーカスレンズホルダ４４の摺動部４４ｂは、ベース部材４２のガイド孔４２ｂを摺動する。つまり、フォーカスレンズホルダ４４は、ナット５０を介して送りねじ軸４５との螺合部で支持されているだけではなく、ガイド孔４２ｂにも支持されている。このため、送りねじ軸４５とナット５０との螺合部に、フォーカスレンズホルダ４４、フォーカスレンズ４３、及びレンズバレル４９等の重さが集中して作用することが軽減される。加えて、フォーカスレンズホルダ４４の摺動孔４４ａは第１のガイド軸２５及び第２ガイド軸２６に摺動自在に嵌合されている。この点においても、送りねじ軸４５とナット５０との螺合部に、フォーカスレンズホルダ４４、フォーカスレンズ４３、及びレンズバレル４９等の重さが集中して作用することが軽減される。したがって、フォーカスレンズホルダ４４が前記螺合部を支点とする片持ち状態で移動されることがないので、合焦動作が円滑化されるとともに螺合部の耐久性を向上できる。

本発明は前記一実施形態には制約されない。例えば、レンズ群は少なくとも一つの固定レンズと二つの可動レンズを有しておればよく、４群構成には制約されない。又、レンズ群が４群構成の場合、ズームのための第１の可動レンズ３５と、ズーム及びフォーカスのための第２の可動レンズ４１とを、前記一実施形態とは逆に、又、第２の可動レンズ４１を第１の固定レンズ３１に対向させるとともに、第１の可動レンズ３５を第２の固定レンズ３３に対向させて配置させて、実施することもできる。この場合、第２の可動レンズ４１が第２群レンズとして使用され、第１の可動レンズ３５が第３群レンズとして使用される。

本発明の一実施形態に係るレンズ駆動装置のカバーを一部切欠いた状態で各部品のレイアウトを平面的に示す図。 一実施形態に係るレンズ駆動装置を図１中Ｆ２−Ｆ２線に沿って示す断面図。 一実施形態に係るレンズ駆動装置を可動レンズが原点位置に配置された状態で図１中Ｆ３−Ｆ４線に沿って示す断面図。 一実施形態に係るレンズ駆動装置を合焦完了状態で図１中Ｆ３−Ｆ４線に沿って示す断面図。 第１実施形態のレンズ駆動装置を備えたカメラモジュールの構成を示すブロック図。

符号の説明

１１…カメラモジュール
１２…レンズ駆動装置
１３…回路ブロック
１４…撮像素子
２１…ケーシング
２１ａ…ケーシングの一側壁
２１ｂ…ケーシングの他側壁
２１ｃ…ケーシングの一端壁
２１ｄ…ケーシングの他端壁
２２…ベース
２３…カバー
２５…第１のガイド軸
２６…第２のガイド軸
３１…第１の固定レンズ
３３…第２の固定レンズ
３５…第１の可動レンズ
３９…第１のカム従動子
４１…第２の可動レンズ
４２…ベース部材
４２ａ…摺動孔
４２ｂ…ガイド孔
４２ｄ…ねじ軸配置部
４３…フォーカスレンズ
４４…フォーカスレンズホルダ
４４ａ…摺動孔
４４ｂ…摺動部
４５…送りねじ軸
４５ａ…送りねじ軸の入力歯車
４６…第２のカム従動子
５０…ナット
６１…第１の電気モータ
６２…カム
６２ａ…ヘリコイド溝(カム溝)
６２ｂ…ヘリコイド溝(カム溝)
８１…第２の電気モータ
８２…駆動軸
８２ａ…歯車部
８３…第２の伝達部材
１１１…制御部
Ｏ…光軸

Claims (7)

1. 直方体形状をなしその長手方向中間位置にガイド部材及び固定レンズが取付けられたケーシングと；
   前記固定レンズに対向する位置で前記ケーシングの長手方向中間位置に内蔵され前記ガイド部材に沿って光軸が延びる方向に移動される第１の可動レンズと；
   この第１の可動レンズに対向して前記ケーシングの長手方向中間位置に内蔵され前記ガイド部材に沿って前記光軸が延びる方向に移動される第２の可動レンズと；
   前記固定レンズ及び両可動レンズのレンズ群と前記ケーシングの長手方向の一端壁との間であって、前記光軸と直交する直線上に位置して前記ケーシングに内蔵され、第１の電気モータを備え、このモータの動力で前記第１、第２の可動レンズを同期して移動させるズーム機構と；
   前記レンズ群と前記ケーシングの長手方向の他端壁との間であって前記直線上に位置して前記ケーシングに内蔵され、第２の電気モータを備え、前記ズーム機構で移動された前記第１、第２の可動レンズの内の一方を前記第２の電気モータの動力で移動させるフォーカス機構と；
   を具備し、
   前記第１、第２の可動レンズの内の一方が、ねじ軸配置部を有して前記ガイド部材に沿って移動されるベース部材と、前記ねじ軸配置部に回転自在に支持されて前記フォーカス機構により回転される送りねじ軸と、フォーカスレンズを保持するとともに前記送りねじ軸に螺合するナットを有して前記ベース部材に対して前記光軸が延びる方向に移動自在に設けられたフォーカスレンズホルダとを備えたレンズ駆動装置。
2. 前記ズーム機構が、周面にカム溝を有して前記光軸が延びる方向に延びる円柱状のカム、及びこのカムを回転させる前記第１の電気モータを備え、前記カム溝に、前記一方の可動レンズに対する他方の可動レンズと前記ベース部材の夫々に設けたカム従動子を係合させた請求項１に記載のレンズ駆動装置。
3. 前記フォーカス機構が、前記ズーム機構による最大ズーム寸法より長く前記光軸が延びる方向に延びる歯車部を有した駆動軸、及びこの駆動軸を回転させる前記第２の電気モータを備え、前記駆動軸の軸方向に沿って前記歯車部に摺動自在に噛み合う入力歯車を前記送りねじ軸に設けた請求項１又は２に記載のレンズ駆動装置。
4. 直方体形状をなしその長手方向中間位置にガイド部材及び固定レンズが取付けられたケーシングと；
   第１のカム従動子を有して前記固定レンズに対向する位置で前記ケーシングの長手方向中間位置に内蔵され前記ガイド部材に沿って光軸が延びる方向に移動される第１の可動レンズと；
   第２のカム従動子を有し前記第１の可動レンズに対向して前記ケーシングの長手方向中間位置に内蔵され前記ガイド部材に沿って前記光軸が延びる方向に移動される第２の可動レンズと；
   前記固定レンズ及び両可動レンズのレンズ群と前記ケーシングの長手方向の一端壁との間であって、前記光軸と直交する直線上に位置して前記ケーシングに内蔵され、前記第１、第２のカム従動子が係合するカム溝を周面に有して前記光軸が延びる方向に延びるカム、及びこのカムを回転させる第１の電気モータを備えて、前記第１、第２のレンズを同期して移動させるズーム機構と；
   前記レンズと前記ケーシングの長手方向の他端壁との間であって前記直線上に位置して前記ケーシングに内蔵され、前記ズーム機構による最大ズーム寸法より長く前記光軸が延びる方向に延びる歯車部を有した駆動軸、及びこの駆動軸を回転させる第２の電気モータを備えるフォーカス機構と；
   を具備し、
   前記第１、第２のレンズの内の一方が、
   前記第１、第２のカム従動子の内の一方及び前記駆動軸の近くに配置されるねじ軸配置部を有して前記ガイド部材に沿って移動されるベース部材と、
   前記駆動軸の軸方向に沿って前記歯車部に摺動自在に噛み合う入力歯車を有して前記ねじ軸配置部に回転自在に支持された送りねじ軸と、
   フォーカスレンズを保持するとともに前記送りねじ軸に螺合するナットを有して前記ベース部材に対して前記光軸が延びる方向に移動自在に設けられたフォーカスレンズホルダと、
   を備えたレンズ駆動装置。
5. ガイド孔を前記ベース部材に設けるとともに、前記フォーカスレンズの周りに位置する摺動部を前記フォーカスレンズホルダに設け、この摺動部を前記ガイド孔に摺動自在に嵌合させた請求項１から４の内のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置。
6. 前記ガイド部材に摺動自在に嵌合する複数の摺動孔を前記フォーカスレンズホルダに設けた請求項１から５の内のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置。
7. 請求項１から６の内のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置と；
   このレンズ駆動装置の光軸上に配置された撮像素子と；
   前記レンズ駆動装置が有したズーム機構を制御してズーミングを実行させるとともに、前記レンズ駆動装置が有したフォーカス機構を制御してフォーカシングを実行させる制御部と；
   を具備したカメラモジュール。

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