JP5905275B2 - レンズ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、光軸に対して直交する方向に撮像光学系を移動させて像振れを補正するレンズ駆動装置に関する。

従来、このような分野の技術として、特開２００７−４１４１９号公報に記載された手振れ補正機構がある。この手振れ補正機構は、撮像装置の本体部に固定するための固定体と、レンズ鏡筒を保持するための可動体と、可動体に揺動力を与えるためのアクチュエータと、可動体の位置を検出するための位置検出手段と、を備えている。この手振れ補正機構には、可動体の位置を示すために、レンズ鏡筒の光軸に対して直交する平面内において互いに直交する第１基準軸と第２基準軸とが設定されている。

可動体は、第１基準軸を中心に揺動すると共に、第２基準軸を中心にも揺動する。これらの揺動による可動体の位置を検出するために、位置検出手段は、第１基準軸に対する可動体の位置を検出するための第１位置センサと、第２基準軸に対する可動体の位置を検出するための第２位置センサとを有している。第１及び第２位置センサで検出した可動体の位置に基づいて、制御信号が生成され、アクチュエータに出力される。これにより、可動体で保持されたレンズ鏡筒が移動するので、撮像素子面に結像される像の乱れを抑制することができる。

特開２００７−４１４１９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された可動体は、第１基準軸を中心に揺動すると共に第２基準軸を中心に揺動するため、第１位置センサは、第１基準軸に対する可動体の位置に加え、本来は検出の対象ではない第２基準軸に対する可動体の位置も検出する場合がある。よって、検出対象ではない第２基準軸に対する可動体の位置を検出した信号を含んだ出力信号が第１位置センサから出力されるおそれがある。従って、手振れ等による像の乱れを補正する際、この出力信号に基づく補正では補正の精度が低下するという問題点があった。

そこで、本発明は、精度の良い像振れ補正を行うことができるレンズ駆動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、ベース部材と、ベース部材に配置され、光軸に対して直交する平面内で移動する可動部材と、光軸に対して直交する方向に可動部材を像振れに対応して移動させる第１の駆動手段と、可動部材に取付けられて、光軸の方向に移動するレンズ枠と、光軸の方向にレンズ枠を移動させる第２の駆動手段とを備え、第２の駆動手段は、可動部材に固定された第１のマグネットと、レンズ枠に固定された第１のコイルと、を有し、光軸の方向で第１のマグネットに対向して配置されて、第１のマグネットの磁界の変化を検出するホール素子を備える。

上述したレンズ駆動装置によれば、可動部材は光軸に対して直交する平面内で移動するので、可動部材に固定された第１のマグネットも光軸に対して直交する平面内で移動する。そして、ホール素子は光軸の方向で第１のマグネットに対向して配置されている。これら構成により、光軸に対して直交する平面内で可動部材が移動しても、ホール素子と第１のマグネットとの間隔は一定の距離に維持されることになる。よって、ホール素子が検出する磁界の変化は、光軸に対して直交する平面内における可動部材の変位に起因し、光軸方向における可動部材の変位に起因する磁界の変化を含むことがない。従って、光軸に対して直交する平面内での可動部材の変位に起因する磁界変化のみをホール素子が検出することになるので、精度の良い像振れ補正を行うことができる。また、レンズ枠を駆動するためのマグネットと可動部材の変位を検出するためのマグネットとの共有化を図ることができるため、装置の部品点数の削減を可能にし、装置を小型化することができる。

また、第１の駆動手段は、可動部材に固定された第２のマグネットと、光軸の方向で第２のマグネットに対向してベース部材に固定された第２のコイルとを有している。

このように、第１のマグネットと第２のマグネットとは、可動部材に固定されている。このため、光軸に対して直交する平面内で可動部材が移動しても第１のマグネットに対する第２のマグネットの相対位置が維持されることになる。すなわち、第１のマグネットの磁界が第２のマグネットの磁界の干渉を受けても、総合的な磁界の状態は常に一定の状態が維持されることになる。従って、光軸に対して直交する平面内での可動部材の変位に起因する磁界変化のみをホール素子が検出することになるので、ホール素子による可動部材の位置検出にあたって、第１の駆動手段の影響を排除することができる。

また少なくとも２つのホール素子のそれぞれは、光軸の方向において第１のマグネットに対向して配置されると共に、光軸に対して直交する平面内において、光軸の周りに９０度の位相角をもって配置されていることが好ましい。このような構成によれば、可動部材の位置を直交座標系に基づいて精度の良い像振れ補正制御を行うことができる。

本発明によれば、精度の良い像振れ補正をすることができる。

本発明に係るレンズ駆動装置の実施形態を示す分解斜視図である。 図１に示されたレンズ駆動装置の平面図である。 図２のIII―III線に沿ったレンズ駆動装置の断面図である。 図１に示された可動部材の斜視図である。 図１に示された可動部材の平面図である。 図１に示された可動部材の底面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るレンズ駆動装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１に示されるように、手振れを補正してデジタルカメラに利用されるレンズ駆動装置１は、手振れ補正機構３及び焦点調整機構４を収容するボックス状のベース部材２と、焦点調整機構４を光軸Ｃと直交する平面内で移動させて手振れを補正する手振れ補正機構３と、レンズ（不図示）を有すると共に、レンズを光軸Ｃの方向に移動させる焦点調整機構４と、ベース部材２を閉鎖させるための蓋部材５と、レンズ駆動装置１と外部回路と間の電気的接続を確保するためのフレキシブルプリント基板６とを備えている。レンズ駆動装置１は、撮像素子であるＣＣＤ［Charge Coupled Device］イメージセンサやＣＭＯＳ［Complementary Metal Oxide Semiconductor］イメージセンサ（不図示）の前方に配置されて利用される。

上述したベース部材２と、手振れ補正機構３とにより手振れ補正装置３０が構成され、手振れ補正は、像の振れを補正するための像振れ補正の一態様である。

ベース部材２は、光軸Ｃを中心とする矩形の開口部２ａを有する直方体箱状の部材である。ベース部材２の内部には、光軸Ｃと直交して延在する支持面２ｂが設けられている。支持面２ｂには凹部２ｃと穴部２ｇとが設けられ、穴部２ｇは光軸Ｃを中心とする円形の開口部２ｄと一の角部２ｈとの間に形成されている（図３参照）。

手振れ補正機構３は、可動部材１０に取付けられた焦点調整機構４を光軸Ｃと直交する平面内で移動させて手振れを補正するためのものである。手振れ補正機構３は、枠形状を有する可動部材１０を支持するためのボールをなす支持手段８と、焦点調整機構４が取付けられる可動部材１０と、可動部材１０を光軸Ｃと直交する方向に駆動させる第１の駆動手段１１と、ベース部材２内で可動部材１０の移動を規制する規制手段１５と、を備えている。

光軸Ｃと直交する平面内で可動部材１０を移動可能に支持するための支持手段８は、３つの支持部９からなる。各支持部９は、可動部材１０を支持する金属製の球状体９ａと、球状体９ａを挟み込んで球状体９ａの転がり抵抗を低減させる一対の滑り板９ｂとを備えている。

光軸Ｃと直交する方向に焦点調整機構４を移動させるための可動部材１０は、支持手段８により支持された状態で、ベース部材２の内部に収容されている。可動部材１０は、光軸Ｃを中心とする円形の開口部１０ａを有する直方体状の部材である。可動部材１０は、ベース部材２の支持面２ｂと対面する底面１０ｃを有している。

図４に示されるように、可動部材１０の底面１０ｃには、一方の滑り板９ｂを固定させるための凹部１０ｄが設けられている。他方の滑り板９ｂを固定させるために、ベース部材２には、凹部１０ｄに対応する位置に凹部２ｃが形成されている。凹部２ｃと凹部１０ｄとの間には、球状体９ａが配置される。凹部２ｃ，１０ｄの内径は、球状体９ａの外径よりも大きく形成されている。このため、球状体９ａは凹部２ｃの範囲内で転動できる。尚、支持部９は、可動部材１０が平面内で移動可能なように支持されればよい。

光軸Ｃと直交する方向に可動部材１０を駆動するための第１の駆動手段１１は、３つのアクチュエータ１２，１３，１４を備えている。図６に示されるように、対角線Ｌ１上には、アクチュエータ１２と後述する溝１０ｂとが配置されている。アクチュエータ１２と溝１０ｂとは、光軸Ｃを挟んで対向して設けられている。このアクチュエータ１２は、対角線Ｌ１に沿った方向成分を有する駆動力Ｆ１を可動部材１０に印加している。

また、対角線Ｌ１と直交する別の対角線Ｌ２上には、アクチュエータ１３，１４が配置されている。アクチュエータ１３，１４は、光軸Ｃを挟んで対向して設けられている。アクチュエータ１３，１４は、対角線Ｌ２に沿った方向成分を有する駆動力Ｆ２を可動部材１０に印加している。

アクチュエータ１２，１３，１４は、それぞれ同様の構成を有する。ここでは、アクチュエータ１２の構成を例に説明する。図１及び図３に示されるように、アクチュエータ１２は、２極着磁がなされた板状磁石である第２のマグネット１２ａと、マグネット１２ａと協働して可動部材１０を移動させる第２のコイル１２ｂとを備えている。マグネット１２ａは可動部材１０の底面１０ｃの凹部１０ｒ内に配置されている。コイル１２ｂは、巻き線の中心軸が光軸Ｃと互いに平行になるようにベース部材２の支持面２ｂに形成された凹部２ｐ内に配置されている。マグネット１２ａは、光軸Ｃの方向でコイル１２ｂと対向するように配置されている。

アクチュエータ１２は、一方がマグネット１２ａ側に配置され、他方がコイル１２ｂ側に配置された一対のヨーク板１２ｃ，１２ｄの間に配置されている。このような配置によれば、マグネット１２ａ及びコイル１２ｂの磁路が確保される。また、コイル１２ｂが無通電状態であっても、マグネット１２ａとヨーク板１２ｄとの間で磁気的引力が作用するため、可動部材１０は定位置に維持される。

図３に示されるように、可動部材１０の移動を規制するための規制手段１５は、ベース部材２に固定されたピン７と、可動部材１０に設けられた溝１０ｂとにより構成されている。

ピン７は、光軸Ｃの方向に延びる円柱状の部材である。ピン７の基端は、ベース部材２に形成された穴部２ｇに挿入され固定されている。

図６に示されるように、可動部材１０に形成された溝１０ｂは、可動部材１０における対角線Ｌ１に沿って延びた長溝である。溝１０ｂは、底面１０ｃ上において、ピン７が挿入された穴部２ｇの位置に対応する位置に形成されている。このような位置に形成されることにより、溝１０ｂにはピン７が挿入される。溝１０ｂの長手方向と直交する方向の幅は、ピン７が溝１０ｂの側面に対して摺動が可能な幅に設定されている。断面矩形状をなす溝１０ｂは、互いに対面する一対の側壁を有している。

可動部材１０の溝１０ｂにはピン７が挿入され、溝１０ｂが対角線Ｌ１に沿って延びている。このため、可動部材１０は、溝１０ｂが延びた方向に設定される直線移動軌跡Ｔ１の方向へ案内されて直線移動することができると共に、直線移動軌跡Ｔ１上に配置されるピン７を回転中心ＲＣとする回転移動軌跡Ｔ２に沿って回転することができる。つまり、可動部材１０の位置は、１つの動径と１つの偏角とに基づく円座標系で表現されていることに相当する。この直線移動と回転との組み合わせによれば、所望の位置に光軸Ｃの位置を精度良く移動させることができる。

光軸Ｃの移動可能な範囲Ｓは、直線移動が可能な距離と回転が可能な角度とに基づいている。可動部材１０の直線移動が可能な距離は、溝１０ｂの長手方向の長さにより決定される。また、可動部材１０の回転が可能な角度は、可動部材１０の外縁で切り欠かれた切欠部１０ｙ，１０ｚと、ベース部材２において溝１０ｂの長手方向に沿う面を有する当接部２ｙ，２ｚとの距離により決定される。凹部２ｃ又は凹部１０ｄ内での球状体９ａの距離により決定されてもよい。

図１に示されるように、可動部材１０に取付けられる焦点調整機構４は、レンズ（不図示）を保持するレンズ枠１６と、レンズ枠１６を光軸Ｃの方向に付勢する板バネ１７，１８と、レンズ枠１６を光軸Ｃの方向に駆動する第２の駆動手段１９と、板バネ１７の可動部材１０への固定状態を補強する固定枠２１とを備えている。

単一のレンズ又は複数のレンズを有するレンズ群（不図示）を保持するためのレンズ枠１６は、レンズが嵌めこまれる孔１６ａを有する円筒状の部材である。光軸Ｃは、レンズ枠１６に配置されるレンズの光軸である。レンズ枠１６は、光軸Ｃの方向で一対の板バネ１７と板バネ１８とより挟まれている。

板バネ１７は、光軸Ｃを中心とする円形の開口部１７ａを有する矩形薄板状の部材である。板バネ１７は、固定枠２１とレンズ枠１６との間に配置されている。板バネ１７の外周は可動部材１０に固定され、板バネ１７の内周はレンズ枠１６に固定されている。板バネ１７の外周と内周との間は、弾性を有するアーム部１７ｂによって連結されている。このアーム部１７ｂにより、板バネ１７は光軸Ｃの方向に弾性を有する。

板バネ１８は、光軸Ｃを中心とする円形の開口部１８ａを有する矩形薄板状の部材である。板バネ１８は、レンズ枠１６と可動部材１０との間に配置されている。板バネ１８の外周は可動部材１０に固定され、板バネ１８の内周はレンズ枠１６に固定されている。板バネ１８の外周と内周との間は、弾性を有するアーム部１８ｂによって連結されている。このアーム部１８ｂにより、板バネ１８は光軸Ｃの方向に弾性を有する。

レンズ枠１６を光軸Ｃの方向に駆動するための第２の駆動手段１９は、４つのアクチュエータ２２を備えている。それぞれのアクチュエータ２２は、光軸Ｃと直交する平面において互いに９０度の位相差をもって配置されている。

それぞれ同様の構成を有するアクチュエータ２２は、２極の着磁がなされた板状磁石である第１のマグネット２２ａと、マグネット２２ａと協働してレンズ枠１６を移動させる第１のコイル２２ｂとを備えている。なお、マグネット２２ａは、２極以上の着磁がなされた磁石であってもよい。

４つのマグネット２２ａは、レンズ枠１６側を向いたマグネット２２ａの面２２ｃが、光軸Ｃを中心とする仮想円Ｄの接線Ｌ３の方向と一致するように可動部材１０の起立片１０ｓに固定されている（図５参照）。コイル２２ｂは、巻き線の中心軸が光軸Ｃと直交するようにレンズ枠１６上に配置されている。また、コイル２２ｂはレンズ枠１６の外周面上において、光軸Ｃに対して直交する方向でマグネット２２ａと対向する位置に接着固定されている。このようなマグネット２２ａとコイル２２ｂとの配置は、ムービングコイル方式と呼ばれる。

アクチュエータ２２では、コイル２２ｂが固定されたレンズ枠１６は、マグネット２２ａに対して光軸Ｃの方向に移動するが、マグネット２２ａに対して光軸Ｃと直交する方向に移動することはない。従って、コイル２２ｂとマグネット２２ａとの光軸Ｃに対して直交する方向の間隔が維持されるので、光軸Ｃの方向でのレンズ枠１６の位置を容易に制御することができる。

板バネ１７の可動部材１０への固定状態を補強するための固定枠２１は、開口部２１ａを有する板状の部材である。この固定枠２１は、可動部材１０の起立片１０ｓの頂面に固定されている。

蓋部材５は、ベース部材２の開口側の縁部２ｆに固定され、光軸Ｃを中心とする円形の開口部５ａを有する板状の部材である。蓋部材５には、磁場検出素子であるホール素子２７が２個配置されている。

ホール素子２７は、可動部材１０に配置されたマグネット２２ａの磁界の強さを検出し、磁界の強さに対応する電圧を出力する。光軸Ｃに対して直交する平面内で可動部材１０が移動すると、ホール素子２７を通過する磁界の強さが変化するため、出力電圧が変化する。この電圧変化に基づいて、可動部材１０の平面内における位置を求める。

ホール素子２７は、可動部材１０の移動を検出する基準であるため、撮像素子（不図示）に対して定位置になるように配置される必要がある。図３に示されるように、ホール素子２７は、ベース部材２に固定された蓋部材５の孔部５ｂに、光軸Ｃの方向でマグネット２２ａに対向して固定されている。このような構成によれば、可動部材１０の移動に伴ってホール素子２７の位置は変動しないため、ホール素子２７は、撮像素子（不図示）に対して定位置になるように配置させることができる。また、マグネット２２ａに対して近接した位置にホール素子２７が配置されているため、マグネット２２ａの磁界変化を精度良く検出することができる。

ホール素子２７は、光軸Ｃに対して直交する平面内において、光軸Ｃの周りに９０度の位相角をもって配置されている（図２参照）。よって、光軸Ｃと直交する平面内における可動部材１０の位置を検出でき、更に可動部材１０の位置を直交座標系に基づいて制御することができる。

レンズ駆動装置１と外部回路との電気的接続を確保するための回路基板であるフレキシブルプリント基板６は、ホール素子２７と接続されている。ホール素子２７から出力された電圧信号は、フレキシブルプリント基板６を介して外部回路に出力される。

次に、手振れ補正機構３の動作について説明する。レンズ駆動装置１が組み込まれた機器（例えばカメラ）で撮影しているときに手振れが発生すると、光軸Ｃの位置が変化することがある。この場合、ジャイロセンサなどの手振れを検出するセンサが手振れを検知し、制御手段（不図示）は、撮像素子上における光軸Ｃの位置が所定の位置に維持されるように手振れ補正機構３を駆動させるための制御信号をアクチュエータ１２，１３，１４のコイル１２ｂ，１３ｂ，１４ｂに出力する。

この場合、図６に示されるように、アクチュエータ１２は、制御信号を受信すると駆動力Ｆ１を発生させ、可動部材１０を直線移動軌跡Ｔ１の方向に直線移動させる。アクチュエータ１３，１４は、制御信号を受信すると駆動力Ｆ２を発生させ、可動部材１０を回転移動軌跡Ｔ２の方向に回転させる。この直線移動及び回転により、光軸Ｃの位置が所定の位置に移動される。このとき、可動部材１０は、規制手段１５により移動が規制され、直線移動による１つの自由度と、回転による１つの自由度を合計した２つの自由度を有している。このため、可動部材１０は、光軸Ｃの位置を範囲Ｓ内の所望の位置に移動させることができる。この移動により、撮像素子（例えばＣＭＯＳ）上における光軸Ｃの位置が所定の位置に維持され、手振れが補正される。

このような構成を有するレンズ駆動装置１では、マグネット２２ａが光軸Ｃの方向に移動することがないので、光軸Ｃに対して直交する平面内で可動部材１０が移動しても、ホール素子２７とマグネット２２ａとの光軸方向の間は一定の距離に維持される。よって、光軸Ｃに対して直交する平面内での可動部材１０の位置に起因する磁界の強さの変化のみがホール素子２７で検出されるため、精度の良い手振れ補正を実現することができる。

また、レンズ駆動装置１によれば、レンズ枠１６を駆動するためのマグネットと可動部材１０の位置を検出するためのマグネットの共有化を図ることができる。従って、装置の部品点数の削減を可能にし、装置を小型化することができる。

また、レンズ駆動装置１によれば、光軸Ｃに対して直交する平面内で可動部材１０が移動しても、第１の駆動手段１１における第２のマグネット１２ａに対する、第２の駆動手段１９における第１のマグネット２２ａの相対位置が維持される。よって、第２のマグネット１２ａの磁界の干渉を受けた第１のマグネット２２ａにおける磁界の状態が維持される。従って、光軸Ｃに対して直交する平面内での可動部材１０の位置に起因する磁界変化のみがホール素子２７で検出されるので、精度の良い手振れ補正を行うことができる。

また、レンズ駆動装置１によれば、コイル２２ｂは、マグネット２２ａと対向するように配置されている。このため、光軸Ｃに対して直交する方向に可動部材１０が移動しても、マグネット２２ａとコイル２２ｂとの間隔は一定の距離に維持される。よって、光軸Ｃに対して直交する平面内での可動部材１０の位置を容易に制御することができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。

また、第２の駆動手段１９は、第１のコイル２２ｂが巻き線の中心軸を光軸Ｃと直交させるようにレンズ枠１６上に設けられていたが、第１のコイルが巻き線の中心軸を光軸Ｃと沿わせるようにレンズ枠１６の外周に巻き回されていてもよい。

焦点調整機構４のレンズ枠１６は、ピント調整用の焦点調整用のレンズを有していたが、画角調整用のズームレンズを有していてもよい。

１…レンズ駆動装置、２…ベース部材、３…手振れ補正機構、４…焦点調整機構、５…蓋部材、６…フレキシブルプリント基板、７…ピン、８…支持手段、１０…可動部材、１０ｂ…溝、１１…第１の駆動手段、１２ａ…第２のマグネット、１２ｂ…第２のコイル、１５…規制手段、１６…レンズ枠、１７，１８…板バネ、１９…第２の駆動手段、２１…固定枠、２２ａ…第１のマグネット、２２ｂ…第１のコイル、２７…ホール素子、３０…手振れ補正装置、Ｃ…光軸、Ｔ１…直線移動軌跡、Ｔ２…回転移動軌跡、ＲＣ…回転中心。

Claims (3)

1. ベース部材と、
   前記ベース部材に配置され、光軸に対して直交する平面内で移動する可動部材と、
   前記光軸に対して直交する方向に前記可動部材を像振れに対応して移動させる第１の駆動手段と、
   前記可動部材に取付けられて、前記光軸の方向に移動するレンズ枠と、
   前記光軸の方向に前記レンズ枠を移動させる第２の駆動手段とを備え、
   前記第１の駆動手段は、
   前記可動部材に固定された第２のマグネットと、
   前記光軸の方向で前記第２のマグネットに対向して前記ベース部材に固定された第２のコイルと、を有し、
   前記第２の駆動手段は、
   前記可動部材に固定された第１のマグネットと、
   前記レンズ枠に固定された第１のコイルと、を有し、
   前記光軸の方向で前記第１のマグネットに対向して配置されて、前記第１のマグネットの磁界の変化を検出するホール素子を備え、
   前記ホール素子は、光軸方向に可動部材を挟んで前記第２コイルと反対側に設けられていることを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 少なくとも２つの前記ホール素子のそれぞれは、前記光軸の方向において前記第１のマグネットに対向して配置されると共に、前記光軸に対して直交する平面内において、前記光軸の周りに９０度の位相角をもって配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
3. 前記ベース部材の開口側には、蓋部材が設けられ、
   前記ホール素子は、前記蓋部材に固定されていることを特徴とする請求項1又は２に記載のレンズ駆動装置。
   

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