JP5191999B2 - 光学構造ユニット - Google Patents

Description

本発明は、少なくともひとつの光学部材、特にレンズホルダと、ひとつのステータとからなる光学構造ユニットに関する。

写真術つまりフィルム撮影において、撮像品質はとりわけ２つの要因により左右される。そのひとつは、撮像要素（例えばフィルム、ディジタルセンサなど）の撮像面に対する焦点面の、光軸に沿っての正確な位置決めである。他方は、焦点面が撮像面に対してできるかぎり平坦平行となるべきことである。撮像領域が小さい程、所要精度も高くなる。最新型のディジタルセンサでは、許容偏差は数ミクロン台である。

とりわけ極めて小型の光学装置やカメラ装置、特に携帯電話機用カメラでは、光学構造ユニットの調節機能を実現する際に重大な問題が生じる。

したがって、本発明の目的は、できるかぎり小型に構成できると共に、撮像要素に関して可動部材の高精度の位置決めを達成できる光学構造ユニットを提供することである。

この問題を解決するために、少なくともひとつの光学部材、特に少なくともひとつのレンズホルダ、と、ひとつのステータと、少なくとも３つの転動体とを備える光学構造ユニットにおいて、前記光学部材、特に前記レンズホルダ（１）、は、前記光学部材、特に前記レンズホルダ（１）、およびステータ（２）に形成された転動体案内軌道（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を有する転がり軸受リニアガイドを介して前記ステータ（２）において実装されており、前記リニアガイド区域ではモータ式調節要素（７，７ａ，７ｂ）が前記光学部材、特に前記レンズホルダ（１）、に作用しており、前記光学部材、特に前記レンズホルダ（１）、が受像手段（４）の撮像面上に垂直に立つ軸に沿って前記ステータ（２）に対して移動可能であり、前記光学部材、特に前記レンズホルダ（１）、に側面アタッチメント（５）が設けられており、さらに該アタッチメント（５）の側面には対向する２つの案内軌道（Ａ，Ｂ）が形成されており、該アタッチメント（５）は前記ステータ（２）に設けられて２つの対向する案内軌道（Ｃ，Ｄ）を有する受容スペース（１２）にはまり込んでおり、前記アタッチメント（５）および前記受容スペース（１２）の対向する案内軌道（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が互いに補完して少なくとも３つの転動体を備える２つの案内溝（１３）を構成し、前記転動体（３）は予圧下で保持されており、前記光学部材、特にレンズホルダ（１）、が、少なくとも３つの転動体により案内され、且つ、前記ステータ（２）に弾性的に形成された部材（１４）に案内軌道（Ｃ，Ｄ）が設けられており、前記弾性部材（１４）がステータ底部から僅かな隙間（８ａ）により分離される。

本発明は、光学機器の光路におけるレンズまたは対物レンズまたは光学部材の案内および位置決めを改良すると共に、極めて僅少なスペースにも組み込むことができる極めて小型の光学装置、例えば携帯電話機用カメラの光学装置を実現する。本発明は、精度に対する高度な要求を充足することができる。本発明の長所として挙げられるのは、簡便な製造法、各部材を極めて小型に構成する技法、並びに高精度で遊びのない所定位置決めである。

本発明にしたがって、特にレンズホルダ形式の光学部材の転動体軸受がステータに設けられており、該レンズホルダは光学レンズを有し得るが、絞り、シャッタなどの他の光学部材も適切なホルダに配置できる、あるいはそれらを具備できる、あるいはそれらをレンズホルダ自体に配置できる。リニアガイド区域つまり機械的ガイド自体に直接的に作用するモータ式調節要素により、作動軸に沿った正確な位置決めが可能である。転動体軸受により、作動中に相互の一定の相対位置を占める可動部材の遊びのない正確な支持が可能となり、動作は一定の作動軸に沿っているため、中央の光学的周辺条件つまり撮像面に対する焦点面の平坦平行性を常に充足することが保証される。

本発明の別の実施形態において、光学部材、特にレンズホルダに側面アタッチメントを設けることができるが、該アタッチメントの側面には対向する２つの案内軌道が形成されており、該アタッチメントはステータに設けられて２つの対向する案内軌道を有する受容スペースにはまり込んでおり、前記アタッチメントおよび受容スペースの対向する案内軌道が互いに補完して、２つの案内溝を構成する。したがって前記軸受は２つの案内溝による両面軸受であり、それは例えばリング形状または中空円筒形状の部材であるレンズホルダに側面アタッチメントを設けることにより、簡便に実現される。すなわち、前記アタッチメントの外面に互いに正確に対置される２つの部材つまりレンズホルダ／案内軌道を設けると共に、好ましくは中空円筒形状のステータに例えば開口形態の受容スペースを設けるが、該受容スペースに２つのステータ案内軌道を設けることにより、アタッチメントの取付け時に転動体が回転する２つの案内溝が形成される。これらの案内軌道つまり案内溝の形状は、当然ながら転動体の形状に適合している。転動体としては、球、ローラ、針などが使用できる。

転動体自体に予圧を持たせることができるため、全体として完全に遊びのない軸受が実現される。それはステータの案内軌道を弾性的に形成できることにより達成されるが、構造的にはステータに弾性的に形成された部材に案内軌道を設けることにより簡便に実現できる。すなわち、これらの弾性部材に受容スペースが設けられるが、それは該仕様では好ましくは開口部として形成されているため、好ましくは弾性を実現するためにステータ底部から僅かな隙間により分離されている各部材の一定の弾性が達成できる。

さらに、光学部材、特にレンズホルダが少なくとも３つの転動体、つまりひとつの案内溝内の２つの転動体と別の案内溝内のひとつの転動体により案内されることが提供できる。これにより、軸方向から見て十分なリニア軸受が得られるため、特にリニア軸受における所与の予圧に関係した正確な相対運動が可能となる。但し、例えば４つの転動体つまり案内溝あたりそれぞれ２個の転動体を、使用することもできる。

光学部材、特にレンズホルダのステータに対する動作のために、好ましい実施形態においてはモータ式調節要素のピニオンとかみ合うかみ合い部材を光学部材、特にレンズホルダに設けられた側面アタッチメントに取り付けることができる。好ましくは案内軌道を有するアタッチメントが前記かみ合い部材を具備するが、そのために別のアタッチメントを設けることも可能である。ステータに位置固定的に配置されたモータ式調節要素つまり小型モータに、かみ合い部材とかみ合う適切なピニオンが設けられる。例えば携帯電話機に組み込まれて当該カメラ装置の一部をなす適切な制御装置により調節要素が適切に制御されて、所望の光学装置調整が実現される。ピエゾ型モータなどの電子機械式モータを用いて、光学部材、特にレンズホルダに形成されたかみ合い部材をピエゾ電気的に作動する調節素子により操作することも可能である。

本発明の最も簡略な実施形態は、単独の光学部材、特に単独のレンズホルダおよびステータからなる、すなわち、レンズなどの光学要素がステータに配置されたディジタルセンサなどの撮像要素に対して調整できる。特に合理的な実施形態によると、２つまたはそれ以上の光学部材、特にレンズホルダとひとつの共通ステータが設けられる。本発明の変更形態では、２つまたはそれ以上の光学部材、好ましくはレンズホルダがひとつの共通ステータに係合しており、またステータに対して移動できる。これにより、種々の光学特性を備えた多様な光学装置が実現できる。

各光学部材、特に各レンズホルダは、固有のモータ式調節要素によってステータに対して個別に移動することができる。したがって、この変更形態では例えば個別のレンズホルダは固有の転がり軸受によりステータにおいて支持されており、各レンズホルダは固有のかみ合い部材および固有のモータ式調節要素により、ステータに対して個別に調整できる。変更形態では、光学部材、特にレンズホルダの少なくとも一部（または全部）が互いに連動状態にあり、また共通のモータ式調節要素により移動できるが、他のひとつまたは複数の光学部材、特にひとつまたは複数のレンズホルダは、場合によってはステータに対してそれぞれ固有のモータ式調節要素により調整できる。したがって、この実施形態では、例えば２つまたはそれ以上の連動状態つまり互いに固定された位置関係にある部材およびそれらのホルダつまりレンズホルダが、共通のモータ式調節要素により一緒に移動する。例えばレンズホルダ構成グループとして形成されたユニットは、単独のかみ合い部材並びに前記の連動状態にある構成グループを適切な転動体リニアガイドによりステータにおいて支持する単独の部材を有する。ひとつまたは複数の連動状態にないレンズホルダまたは別の光学部材は固有の転動体リニアガイドによって個別にステータにおいて支持されており、またそれぞれのアタッチメントにおける個別のかみ合い部材および固有のモータ式調節要素により移動できる。

これらの異なる基本仕様を前提として、種々の構造を有する光学構造ユニットを想定することができる。第１の変更形態によると、それらのアタッチメントが上下に重ねられており、また共通の受容スペースにはまり込んでいる２つまたはそれ以上のレンズホルダなどの光学部材が提供される。これらの部材のそれぞれ、つまり各レンズホルダは個別に移動でき、したがって個別のモータ式調節要素を備えており、該要素はそれぞれレンズホルダ固有のかみ合い部材とかみ合っている。これらのレンズホルダは上下に重ねられており、それらのアタッチメントはステータ側に設けられた共通の受容スペースにはまり込んでおり、この区域において個別部材つまり個別のレンズホルダの転動体リニアガイドが実現される。

上記に対する変更形態として、２つまたはそれ以上の光学部材つまりレンズホルダを設けることができるが、この場合には上下に配置された光学部材つまりレンズホルダのアタッチメントが互いに或る角度だけ回転し、好ましくは交互に一方の側と１８０度回転した他方側に移動することにより、アタッチメントの位置に応じてずれて、好ましくはステータの対向側にそれぞれのアタッチメントに対する受容スペースが形成される。したがって、複数の部材特にレンズホルダのすべてのアタッチメントが同一側ではなく、交互に一方側と他方側に設けられるのであり、この形態では２つのステータ側の受容スペースを設ける必要がある。この実施形態において例えば３つのレンズホルダを設けるならば、下方および上方のレンズホルダのアタッチメントは上下に重なり、また共通の受容スペースにはまり込むのであるが、中央レンズホルダのアタッチメントは対向側に配置されており、また対向するステータ側に設けられた受容スペースにはまり込む。したがって、中央レンズホルダは１８０度回転しており、全体として３つのモータ式調節要素が設けられるが、この場合にも各レンズホルダは個別に調整できる。１８０度の回転の代わりに、それぞれ他の角度移動、例えば１２０度、９０度または６０度の回転も可能である。

本発明の変更形態では３つまたはそれ以上の光学部材、特にレンズホルダを想定しており、下方の第１およびそれに続く第２の部材特にレンズホルダはアタッチメントを有しており、これらのアタッチメントは或る角度、好ましくは１８０度互いに回転して位置決めされて、ステータの対応する受容スペースに配置されるが、第３および場合によりそれに続く部材特にレンズホルダは結合アームによって下方の第１およびそれに続く第２の部材特にレンズホルダと連動状態にある。本発明のこの仕様によると、複数のレンズホルダまたはその他の光学部材の内の２つのレンズホルダのみがアタッチメントを有しており、これらのアタッチメントは好ましくは１８０度互いに回転して配置されている。適切な方法により、ステータには転動体リニアガイドを実現するために等しい角度だけ、つまり好ましくは１８０度ずれた２つの受容スペースが設けられる。レンズホルダなどの追加の光学部材は、既述のように転動体支持されてステータに配置された第１および第２の部材特にレンズホルダと、結合アームを介して連動状態にある。この場合には、結合アームを介して固定された位置関係にある部材つまりレンズホルダ・グループがひとつのモータにより一緒に移動できるが、ここでは強制的に２つの別個の調整モータが使用される。例えば４つのレンズホルダの場合には、２つのレンズホルダ・グループが形成できる。ここでも１８０度の回転の代わりに、１２０度、９０度、または６０度などの他の角度ずれも実施できる。

上記のように、種々の光学部材を組み込むことができる。中心となる部材はレンズを搭載するレンズホルダであり、レンズはレンズホルダにより移動できる。光学部材として撮像チップの露光を制御するシャッタおよび／または絞りを設けることができるが、それらは例えば適切な固有のホルダに配置される。これらのホルダにより、そのような部材が個別に移動できるが、そのためにレンズホルダなどのホルダは適切なかみ合い部材あるいは使用される調整駆動装置の形式に対応したその他の連動部材を備えている。シャッタや絞りは共通の部材内に組み込むこともできるため、ひとつの部材のみを移動させればよい。固有の部材ホルダを使用する、つまり他の部材に対する固有の運動能力の代わりに、シャッタや絞り、あるいは両者を含む部材をレンズを含むレンズホルダに配置することも可能である。これが有利なのは、例えばレンズに対するシャッタ／絞りの距離が過大なことから生じる撮像誤差を回避すべき場合である。この場合には、シャッタまたは絞りはレンズと共に移動する。

複数のモータ式調節要素を使用する場合には、これらを共通の制御装置、例えば携帯電話機用制御装置により制御するのが合理的である。

さらにステータには、光学構造ユニットを第三対象物に固定するためのひとつまたはいくつかの固定要素を設けることができる。これらの固定要素として、ねじ結合部あるいは掛け止め結合部を挙げることができる。そのような固定要素として好ましいのは、光学構造ユニットを好ましくは携帯電話機などの第三対象物に簡便に取り付け得る物、特に自動的に取り付け得る物である。固定要素として接着面を提供する物も可能であり、それによりステータおよび全光学構造ユニットを第三対象物に接着することができる。

さらに本発明の対象として挙げられるのは、撮像手段とひとつまたは複数のモータ式調節要素を、場合によっては可動部品を含むシャッタ、絞りなどの制御式光学部材を接続するために、外部制御装置好ましくは携帯電話機の制御装置と接続できる可撓性導線板バンド（いわゆるフレキシバンド）である。すなわち、簡便に加工できる導線バンドであって、撮像ユニットの稼働および制御を行う接続回線を有しており、外部制御装置による光学構造ユニットに対する制御作用を可能ならしめる導線バンドである。

光学構造ユニットは金属製ケーシングにより外殻包囲されているため、外的影響から保護される。

さらに、本発明は上記様式の光学構造ユニットを備えた携帯電話機に関する。

図１は、レンズホルダの斜視図である。
図２は、図１のレンズホルダの回転した図である。
図３は、ステータの斜視図である。
図４は、図１および図２のレンズホルダ並びに図３のステータからなる第１の実施形態の光学構造ユニットの図である。
図５は、図４の光学構造ユニットの側面図である。
図６は、図４の光学構造ユニットの平面図である。
図７は、図６におけるＥ−Ｅ線方向の断面図およびリニアガイドの拡大図である。
図８は、図４の光学構造ユニットの回転した斜視図である。
図９は、互いに独立して２つのモータにより移動できる２つのレンズグループを備えた光学構造ユニットの本発明に基づく第２の実施形態の説明図である。
図１０は、図９の光学構造ユニットの縦断面図である。
図１１は、互いに独立して３つのモータにより移動できる３つのレンズグループを備えた光学構造ユニットの本発明に基づく第３の実施形態の図である。
図１２は、図１１の光学構造ユニットの回転した図である。
図１３は、２つのレンズホルダが連動状態にあり、かつ同時に移動するが、それらの間の別のレンズホルダは独立して移動する本発明に基づく第４の実施形態の図である。
図１４は、図１３の光学構造ユニットの回転した図である。
図１５は、図１３の光学構造ユニットの下方から見た図である。
図１６は、図１３の光学構造ユニットの側面図である。
図１７−図２０は、本発明に基づく別の光学構造ユニットの実施形態を示した４つの異なる斜視図である。
図２１は、完成しケースに収容された内蔵光学構造ユニットの断面図である。
図２２は、図２１の光学構造ユニットの斜視側面図である。
図２３は、本発明に基づく光学構造ユニットを備えた本発明に基づく携帯電話機の図である。
図２４は、図２３の光学構造ユニットを備えた携帯電話機の部分拡大断面図である。

本発明のその他の長所、特徴および詳細は、以下に述べる実施形態により、また図面に基づいて説明される。

図１ないし図８は、集積チップを備えた携帯電話機用対物レンズの第１の実施形態、並びにその単一レンズホルダおよびステータ、さらに取付けが完了した構造グループを示す。図１ないし図８に示された光学ユニット、カメラまたは撮像ユニットを構成するための基本構造グループは基本的に２つの構成部材、すなわち、いわゆるバレルまたはレンズホルダ１とステータ２からなる。レンズホルダ１は、転動体に対する走行経路として適している、光軸に沿った２つまたはそれ以上の案内軌道ＡおよびＢを有する。これらの案内軌道Ａ、Ｂは、互いに対向して側面アタッチメント５に形成されている。

撮像のためのディジタルチップ４が配置されるステータ２も光軸に沿って延びる案内軌道ＣおよびＤを備えており、それらの間にはレンズホルダのアタッチメント５がはまり込む受容スペース１２が設けられている（図４参照）。これらの案内軌道Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの両方の形状および配置は、それらが部材組立ての際に対向案内溝１３を形成して、その中でこの場合には球体である転動体３が転がり得るように構成されている。

少なくとも３つ、場合によってはここに示された４つの転動体３を備えた部材が組み立てられたならば、両部材のレンズホルダ１とステータ２は互いに関連して動作する。その際に、転動体は案内軌道Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ上を転がる。そこでは転がり摩擦が生じるが、それは通常の滑り摩擦案内よりもはるかに優れている。本発明においては、極めて小さな位置決め動作の場合でもスリップ・スティック作用が生じない。所要の駆動力は転がり摩擦まで低減されているため、極めて僅少である。

駆動を行うために、かみ合い部材６がアタッチメント５に設けられる。組立て後にレンズホルダ１を部分的または完全に保持するステータ２に対するレンズホルダ１の移動のために、かみ合い部材６とかみ合うピニオン８を備えた非常に小さいモータ７（マイクロモータ）が使用される（図４−図８を参照）。それにより、レンズホルダ１は、ここでは詳細に示されていないその内部に組み込まれたレンズと共に、転がり軸受ガイドに沿って軸方向に、つまりチップ撮像面上に正確に垂直に立つ作動軸に沿って移動できる。モータ７は、適切な制御装置により制御される。

好ましくは、すべての転動体を安定させる予圧が存在する。但し、これは必ずしも必須ではない、というのは個別の転動体を（玉軸受けのように）案内する保持器も想定しうるからである。球体としての別の転動体（ローラまたは針）も想定可能であり、その場合には案内軌道を対応して製作しなければならない。予圧によって、画像と撮像面（チップ面）との平坦性の精度を最高度に達成することが保証される。公知の方法では、とりわけ小型のディジタル式対物レンズにおいては、滑り案内構造の遊びが大きな撮像誤差を引き起こす。

本実施形態では、撮像要素（チップ４）を直接的にステータ２に組み込んで、位置決めすることができる。撮像要素をレンズホルダ１と同じ部材に取り付けることにより、撮像要素と光学装置との間の位置決め誤差が最小となる。すなわち、精度に影響を及ぼすのは僅小な部材公差だけである。

レンズを変形させるために必要な力は極めて僅少であるため、撮像の品質劣化が生じやすい。案内形状が本発明に基づいて構成され、かつ予圧がレンズホルダ１に作用しないように設計されるならば、レンズは外部からの力学的作用を全く受けずに済む。これは画像品質にとって、静力学的にも、また動力学的にも重要な改良となる。本実施形態では、レンズホルダ１における予圧は案内軌道の配置により低減される。したがって、レンズホルダを予圧のない状態で組み込み、かつ位置決めすることができる。

ステータ２において、あるいはレンズホルダ１においても案内軌道Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに予圧下で設定され、あるいはそれらを弾性的に構成することができる。それにより、転動体３を軌道に押し付ける加圧力が調整可能及び再調整可能となる。図示された例では、ステータ軌道Ｃ、Ｄは弾性構造である、すなわち、ステータ側の案内軌道Ｃ、Ｄを有する部材１４は、底面側ではチップ４のホルダと固定されておらず、弾力性を得るために短く細い隙間８ａにより分離されている。

ここではレンズホルダ１に相当する可動要素が軸受付近で、本発明にしたがって軸受側のかみ合い部材６に対するモータピニオン８の直接的かみ合いにより駆動されるならば、駆動力は可動要素に対して全く影響を及ぼさない。これらの力は案内により吸収されるため、最小公差でもって極めて正確な位置決めが可能である。特に図６および図７の拡大図から、リニアガイドの構造を見て取ることができる。図示されているのは、転動体３、アタッチメント５およびステータ２における案内軌道Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ並びにかみ合い部材６およびピニオン８である。案内軌道ＡとＢは本実施形態では貫通形状ではなく、図１および図２からも分かるように、それぞれ２つの部材に区分されている。

図９および図１０は２つのモータにより移動できる互いに独立した２つのレンズグループを備えた光学構造ユニットの第２の実施形態を示す。両グループはステータの同じ案内軌道内を進行する。図９およびその断面図１０はそれぞれひとつのレンズ（図示せず）を備えた２つのレンズホルダ１を示しており、それらは共通のステータ２に保持されている。各レンズホルダ１は前記の実施形態と同様に、それぞれのアタッチメント５に２つの案内軌道Ａ、Ｂを備えており、ステータ２にも転動体の溝１３を形成するための２つの案内軌道Ｃ、Ｄが設けられている。各アタッチメント５は固有のかみ合い部材６を備えており、さらに個別に駆動可能で好ましくは共通の制御装置により個別に制御可能な２つのモータ７がそれぞれひとつのピニオン８を具備するが、これらのピニオンのそれぞれはレンズホルダ１のかみ合い部材６のひとつとかみ合う。両レンズホルダ１は互いに個別に移動可能で、かつステータ側に配置されたチップ４（ここでは図示せず）の撮像面に対して正確かつ垂直に軸方向に調整可能である。

図１１および図１２は、３つのモータにより互いに独立して移動できる３つのレンズグループを備えた光学構造ユニットの第３の実施形態を示す。図１１および（１８０度回転した）図１２に基づく実施形態では、前記の形式で構成された３つのレンズホルダ１が設けられている。それらは、ステータ２内に一緒に保持されている。ステータは２つの対向側に縦長の開口部（受容スペース１２）を備えており、その縁にそれぞれ２つの案内軌道Ｃ、Ｄが形成されている。同一方向を有する上下のレンズホルダ１は互いに合同に配置されているが、中央のレンズホルダ１はそれらに対して１８０度回転して配置されており、そのアタッチメント５と共に両案内軌道Ｃ、Ｄの間にはまり込む。それに応じて、一方のステータ側には上下のレンズホルダ１を個別に移動させるための２つのモータ７が設けられており、他方側には中央レンズホルダ１を移動させるひとつのモータ７が配置されている。すべてのレンズホルダ１、つまりレンズまたはレンズグループ（ひとつのレンズホルダ１において基本的にはひとつのレンズであるが、複数のレンズも配置できる）は個別に接近させる、あるいは分離させることができる。駆動はこの場合にも、かみ合い部材６およびモータ側ピニオン８を介して行われる。

図１３ないし図１６では、２つのレンズホルダが連動状態にあり、かつ同時に移動するが、それらの間の別のレンズホルダは独立して移動する第４の実施形態を示しており、それはズーム式対物レンズの原理構造に対応している。図１３ないし図１６は、やはり３つのレンズホルダ１がそれぞれひとつまたは複数のレンズを備えた本発明に基づく（ミニアチュア）光学装置を示している。この場合も単独のステータ２が設けられるが、それは３つのレンズホルダ１の全高よりは低く、ここでは下方レンズホルダ１だけがステータ２に保持されている。下方レンズホルダ１および上方レンズホルダ１は結合アーム９により結合されているため、それらは係属モータ７ａと下方レンズホルダに設けられたかみ合い部材６を有するアタッチメント５とにより、レンズ（グループ）を備えた中央レンズホルダ１および（図示されていない）撮像チップ（ＣＣＤチップ４など）に対して、一緒に移動できる。中央レンズホルダ１は、やはり固有のモータ７ｂにより移動できる。ステータ２は中央レンズホルダ１を包囲しないため、中央レンズホルダ１はアタッチメント５を形成する軸受アーム１０を備えており、該軸受アーム１０にはかみ合い部材６および案内軌道Ａ、Ｂが形成されている。ステータ２はここでも２つの対向する開口部（受容スペース１２）を有しており、そこには下方レンズホルダ１および中央レンズホルダ１を支持するための案内軌道Ｃ、Ｄが設けられている。両モータ７ａ、７ｂは、ひとつの平面にある。そのような構造により、ズーム式光学装置およびズーム式カメラが実現できる。

さらに図１３ないし図１６が示すように、光学装置またはカメラを携帯電話機ケーシングなどの第三対象物に固定できる固定要素１１が設けられる。これらの固定要素として使用できるのは、ねじ結合部材、掛け止め結合部材などである。そのような固定要素は、好ましくは上記のすべての実施形態において設けることができる。

レンズホルダの代わりに、シャッタ、単独レンズ、絞りなどの他の光学部材も移動できる。複数の可動部材も使用可能である。図１３ないし図１６に関して説明したようなズーム式対物レンズを構成するために、複数の部材を互いに独立して移動させることも可能である。

図１７ないし図２０は、基本的には図１ないし図８の光学構造ユニットの構造に対応した本発明に基づく別の光学構造ユニットを示す。該ユニットもステータ２とレンズホルダ１を備えており、それらの間には案内軌道Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄと案内溝において案内される転動体３とを備えた本発明に基づく転がり軸受リニアガイドが設けられている。レンズホルダ１は、図２１からも分かるように、第１レンズ１５と第２レンズ１６を備えており、それらは第２レンズ１６を調整するために取付け中に移動可能にレンズホルダ１において位置決めできる三脚状保持要素１７により保持されている。この保持要素１７は、当然ながら第２レンズ１６の調整後に固定される。

さらに可撓性導線板バンド１８が示されているが、それは光学構造ユニットの３面に包囲している。導線板バンド１８は、光学構造ユニットの制御可能な部材、すなわち撮像ユニット４、調節要素７、またピエゾ電気モータ７、並びに図１７ないし図２０に詳細には示されていない光学部材、例えば同様に外部制御装置により制御できるシャッタ、絞りなどを含む組み合わせ部材１９などを接続するために使用される、あらゆる所要導線および接続回路を有する。外部制御装置との接続のために、携帯電話機の制御装置を接続する接続板２０が可撓性導線板バンド１８により形成される。モータなどの個別機器は導線板バンド１８と個々に結合する必要はなく、導線板バンド１８を「巻き付ける」ことによりその結合は自動的に行われる。そのために必要な導線板バンド１８での接触点は、それぞれ制御可能な電気式または電気機械式機器の接続部材の位置に応じて位置決めされる。フレキシブル導線板バンド１８の下面には接着面２７が形成されているが、それは光学構造ユニットを例えば携帯電話機の固定面に接着させるための固定要素である。さらに光学構造ユニットが画像処理ユニット一式のほかに、モータ制御機構を有することも可能である。したがって、画像データは光学構造ユニット側で生成され、電話機またはその制御モジュールへの回路接続はカメラの画像データをそのメモリーに伝達して制御を行うだけである。光学構造ユニットのひとつまたは複数のモータの制御は、固有の内蔵式モータ制御機構により行われる。

上記のように、完成した光学構造ユニットはシャッタと絞りを含む合成部材１９も示している。図２１に基づく前記の形態では、この部材１９はレンズホルダ１に固定されており、両方のレンズ１５および１６に対して固定された位置関係にある。シャッタ／絞り部材１９は、この実施形態ではレンズホルダ１並びにレンズ１５，１６と共に、ステータ２に対して、したがって撮像チップ４に対して移動する。レンズホルダ１と同様に別個の調整モータへの結合を行うかみ合い部材などの固有ホルダにおいて部材１９を独立可動的に支持することも、当然ながら可能である。但し、部材１９をレンズグループに近接して配置することが、万一の撮像エラーを回避するために合理的である。

さらに図２１および図２２は、光学構造ユニット全体を包囲して、そこから接続板２０のみが突き出ているケーシング２１を示す。

本発明に基づく携帯電話機２２は、図２３および図２４に示されている。図２３の原理図には、任意の構造を有し得る（当然ながら、前述の説明において開示した光学構造ユニットの構成は最終的でなく、また限定的でもない）本発明に基づく光学構造ユニット２４が示されており、該ユニットはそれ自体公知の方法で透明窓２５の下側に配置されている。事例的に示されているのは携帯電話機２２の画像データ用メモリーを含む外部制御装置２６であり、それは接続板２０を介して光学構造ユニット２４と接続して、その（総合的または部分的）制御を引き受ける。必要に応じて、また図２４に基づく例では図２１の光学構造ユニットに対応する光学構造ユニット２４の仕様に応じて、レンズ光学ユニット並びに係属するシャッタ／絞り構造ユニットの調整を行うことができる。光学作動部材つまりレンズホルダおよび係属するその他の光学部材を撮像手段つまりチップ４および撮像面に対して高精度に案内することにより、極めて正確な位置決め、すなわち光学的に完全な撮像に対する基本的前提を達成することができる。

本発明に基づく解決策の長所：
−２つの部材のみの使用
−これらの部材は同時に案内部として機能する
−光学要素に対する負荷がない
−しかも、予圧を適用した案内ができる（遊びが生じない）
−転がり摩擦であり、スリップ／スティック効果が生じない、また僅少な駆動力でよい。
−極めて小型の構造であり、全高が低い（携帯用品にとって重要）
−光学部材と撮像装置との間の累積誤差が極めて少ない
−例えばステータは、同時に光学ユニットと画像センサに対する保護ケーシングとして機能する。
−構造グループおよび案内部の剛性が高く、光学要素に対する影響が生じない。
−案内精度に関係するのは、２つの部材だけである
−種々の個別部材の動作を互いに独立させることができる
−振動に対して強い
−ねじれに対して強い
−同一材料を使用することにより、光学軸の位置に対する温度変動の影響が極めて少ない
−撮像要素は、対物レンズと同じ部材（ステータ）に取り付けられている。

１ レンズホルダ
２ ステータ
３ 転動体
４ デジタルチップ
５ アッタチメント
６ かみ合い部材
７ モータ
８ ピニオン
８ａ 隙間
９ 結合アーム
１０ 軸受アーム
１１ 固定要素
１２ 受容スペース
１３ 案内溝
１４ 弾性部材
１５ 第一レンズ
１６ 第二レンズ
１７ 保持要素
１８ 板バンド
１９ 組み合わせ部材
２０ 接続板
２１ ケーシング
２２ 携帯電話機
２４ 光学ユニット
２５ 透明窓
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 転動体案内軌道

Claims (18)

1. 少なくともひとつの光学部材、特に少なくともひとつのレンズホルダ、と、ひとつのステータと、少なくとも３つの転動体とを備える光学構造ユニットにおいて、
   前記光学部材、特に前記レンズホルダ（１）、は、前記光学部材、特に前記レンズホルダ（１）、およびステータ（２）に形成された転動体案内軌道（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を有する転がり軸受リニアガイドを介して前記ステータ（２）において実装されており、前記リニアガイド区域ではモータ式調節要素（７，７ａ，７ｂ）が前記光学部材、特に前記レンズホルダ（１）、に作用しており、前記光学部材、特に前記レンズホルダ（１）、が受像手段（４）の撮像面上に垂直に立つ軸に沿って前記ステータ（２）に対して移動可能であり、
   前記光学部材、特に前記レンズホルダ（１）、に側面アタッチメント（５）が設けられており、さらに該アタッチメント（５）の側面には対向する２つの案内軌道（Ａ，Ｂ）が形成されており、該アタッチメント（５）は前記ステータ（２）に設けられて２つの対向する案内軌道（Ｃ，Ｄ）を有する受容スペース（１２）にはまり込んでおり、前記アタッチメント（５）および前記受容スペース（１２）の対向する案内軌道（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が互いに補完して少なくとも３つの転動体を備える２つの案内溝（１３）を構成し、
   前記転動体（３）は予圧下で保持されており、前記光学部材、特にレンズホルダ（１）、が、少なくとも３つの転動体により案内され、
   且つ、前記ステータ（２）に弾性的に形成された部材（１４）に案内軌道（Ｃ，Ｄ）が設けられており、前記弾性部材（１４）がステータ底部から僅かな隙間（８ａ）により分離されていることを特徴とする光学構造ユニット。
2. 請求項１に記載の光学構造ユニットであって、モータ式調節要素（７，７ａ，７ｂ）のピニオン（８）とかみ合うかみ合い部材（６）が、光学部材、特にレンズホルダ（１）に設けられた側面アタッチメント（５）に、取り付けられていることを特徴とする光学構造ユニット。
3. 請求項１または２に記載の光学構造ユニットであって、２つまたはそれ以上の光学部材、特にレンズホルダ（１）とひとつの共通のステータ（２）が設けられることを特徴とする光学構造ユニット。
4. 請求項３に記載の光学構造ユニットであって、各光学部材、特に各レンズホルダ（１）は固有のモータ式調節要素（７）によってステータ（２）に対して個別に移動可能であり、あるいは光学部材、特にレンズホルダ（１）の少なくとも一部が互いに連動状態にあり、またひとつの共通のモータ式調節要素（７ａ）により移動可能であり、他のひとつまたは複数の光学部材、特にひとつまたは複数のレンズホルダ（１）は場合によってはステータ（２）に対してそれぞれ固有のモータ式調節要素（７ｂ）により移動可能であることを特徴とする光学構造ユニット。
5. 請求項３または４に記載の光学構造ユニットであって、アタッチメント（５）が上下に配置されており、またひとつの共通の受容スペース（１２）にはまり込んでいる、２つまたはそれ以上の光学部材、特に２つまたはそれ以上のレンズホルダ（１）を特徴とする光学構造ユニット。
6. 請求項４に記載の光学構造ユニットであって、２つまたはそれ以上の光学部材、特に２つまたはそれ以上のレンズホルダ（１）が設けられ、上下に配置された光学部材、特にレンズホルダ（１）のアタッチメント（５）が互いに或る角度だけ回転した位置に、好ましくは交互に一方の側と１８０度回転した他方側位置に調整して、アタッチメント（５）の位置に応じてステータ（２）の各対向側にそれぞれのアタッチメント（５）に対する受容スペース（１２）が形成されることを特徴とする光学構造ユニット。
7. 請求項６に記載の光学構造ユニットであって、光学部材、特に３つのレンズホルダ（１）が設けられ、下方および上方の光学部材、特に下方および上方のレンズホルダ（１）のアタッチメント（５）は上下に重なってひとつの共通の受容スペース（１２）にはまり込み、他方で中央の光学部材、特に中央レンズホルダ（１）のアタッチメント（５）は或る角度だけ回転した位置に、好ましくは対向側に配置されており、また適切にずれて配置されて、好ましくは対向するステータ側に設けられた受容スペース（１２）にはまり込むことを特徴とする光学構造ユニット。
8. 請求項４に記載の光学構造ユニットであって、３つまたはそれ以上の光学部材、特に３つまたはそれ以上のレンズホルダ（１）が設けられ、下方の第１およびそれに続く光学部材のみ、特に下方の第１およびそれに続く第２のレンズホルダ（１）はアタッチメント（５）を有しており、これらのアタッチメント（５）は或る角度だけ、好ましくは１８０度互いに回転して位置決めされてステータ（２）の対応する受容スペース（１２）に配置されており、第３および場合によりそれに続く光学部材、特に第３および場合によりそれに続くレンズホルダ（１）は結合アーム（９）によって最下方の第１またはそれに続く光学部材、特に最下方の第１またはそれに続く第２レンズホルダ（１）と連動状態にあることを特徴とする光学構造ユニット。
9. 請求項３ないし８のいずれか一項に記載の光学構造ユニットであって、少なくともひとつの光学部材はレンズホルダ（１）であり、また少なくともひとつの光学部材はシャッタおよび／または絞りであることを特徴とする光学構造ユニット。
10. 請求項９に記載の光学構造ユニットであって、前記シャッタおよび絞りはひとつの共通の部材（１９）内に統合されていることを特徴とする光学構造ユニット。
11. 請求項９または１０に記載の光学構造ユニットであって、前記シャッタおよび／または絞り、あるいは共通の部材（１９）がレンズホルダ（１）に配置され、レンズホルダと共に移動可能であることを特徴とする光学構造ユニット。
12. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の光学構造ユニットであって、複数のモータ式調節要素（７，７ａ，７ｂ）がひとつの共通の制御装置により制御可能であることを特徴とする光学構造ユニット。
13. 請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の光学構造ユニットであって、ステータ（２）に光学構造ユニットを第三対象物に固定するためのひとつまたはそれ以上の固定要素（１１）が設けられていることを特徴とする光学構造ユニット。
14. 請求項１３に記載の光学構造ユニットであって、前記固定要素（１１）はねじ結合部または掛け止め結合部であり、あるいは固定要素が接着面（２７）として形成されることを特徴とする光学構造ユニット。
15. 請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の光学構造ユニットであって、撮像手段（４）がステータ（２）に配置されることを特徴とする光学構造ユニット。
16. 請求項１ないし１５のいずれか一項に記載の光学構造ユニットであって、外部制御装置（２６）と接続できる可撓性導線バンド（１８）が設けられており、前記撮像手段（４）およびモータ式調節要素、場合によってはその他の光学部材あるいはそれらを含む部材（１９）と接続されることを特徴とする光学構造ユニット。
17. 請求項１ないし１６のいずれか一項に記載の光学構造ユニットであって、金属製ケーシング（２１）を具備することを特徴とする光学構造ユニット。
18. 請求項１ないし１７のいずれか一項に記載の光学構造ユニットを含んでいる携帯電話機。

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