JP6852715B2 - 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。

携帯電話等に搭載される撮像装置に用いられるレンズ駆動装置として、下記特許文献１には、レンズが嵌め込まれるレンズ枠体を光軸方向に圧電アクチュエータで移動させるレンズ駆動装置が開示されている。特許文献１のレンズ駆動装置においては、レンズ枠体の外周に沿うように配置された板バネ部材が、レンズ枠体の外周に配置された圧電アクチュエータをレンズ枠体側に付勢することで、レンズ枠体が圧電アクチュエータに摩擦係合されている。

特許第６０２４７９８号公報

上述したレンズ駆動装置においては、板バネ部材の付勢力が、レンズ枠体と圧電アクチュエータとの間の摩擦力に影響するため、製品毎に板バネ部材の付勢力が異なる場合には、レンズ駆動装置の駆動特性がばらつく一因となる。

発明者らは、鋭意研究の末、板バネ部材の付勢力のばらつきを抑制することで、駆動特性の均一化を図ることができる技術を新たに見出した。

本発明は、駆動特性の均一化が図られたレンズ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るレンズ駆動装置は、ベース部材と、ベース部材の上側に位置し、レンズが取り付けられるレンズ枠体と、レンズ枠体の外周においてレンズの光軸方向に沿って延在し、レンズの光軸方向に伸縮可能であり、光軸方向に関する一端部がベース部に固定されたアクチュエータと、レンズ枠体の外周に沿って延在し、光軸方向に関するアクチュエータの他端部をレンズ枠体側に付勢するように該他端部の外周に摩擦係合される第１の端部と、レンズ枠体によりレンズの光軸側の第１面および該第１面とは反対の第２面において把持された第２の端部とを有する板バネ部材と、板バネ部材の第２の端部とレンズ枠体とが固定された固定部よりも第１の端部側に位置し、かつ、第２の端部の第２面とレンズ枠体とが接して板バネ部材の支点となるべき支点部を有する。

上記レンズ駆動装置は、第２の端部の第２面とレンズ枠体とが接する支点部を有しており、この支点部が板バネ部材の支点となっている。それにより、板バネ部材の付勢力のばらつきが抑制されており、駆動特性の均一化が図られる。

本発明の他の側面に係るレンズ駆動装置では、支点部が、レンズ枠体から板バネ部材の第２の端部の第２面に向かって突出した突起部である。この場合、レンズ枠体の突起部が板バネ部材に当接し、当接箇所が板バネ部材の支点となる。

本発明の他の側面に係るレンズ駆動装置では、板バネ部材が、第１の端部と第２の端部との間に介在する接続部を有し、第２の端部が均一な幅を有するとともに、第１の端部が第２の端部の幅よりも狭い均一な幅を有する。この場合、光軸方向に駆動されるレンズ枠体の駆動可能距離の延長が図られる。

本発明の他の側面に係るレンズ駆動装置では、レンズの光軸方向に関する板バネ部材の第１の端部の高さ位置が、第２の端部の高さ位置より高い。この場合、レンズ駆動装置の低背化が図られる。

本発明の他の側面に係るレンズ駆動装置では、アクチュエータが、伸縮方向に沿って延在するとともに一方端と他方端とを有する圧電素子と、圧電素子の他方端に接合され、板バネ部材が外周に摩擦係合される駆動シャフトとを有し、圧電素子の一方端がベース部材に固定されている。

本発明の様々な態様によれば、駆動特性の均一化が図られたレンズ駆動装置が提供される。

一実施形態に係るレンズ駆動装置を示した分解斜視図である。 図１のレンズ駆動部を示した斜視図である。 キャップを除いた状態のレンズ駆動部を示した斜視図である。 図３に示したレンズ駆動部の平面図である。 アクチュエータおよび摩擦係合部材を示した側面図である。 図５の板バネ部材を示した側面図である。 図４のレンズ駆動部の要部拡大断面図である。 異なる態様のレンズ駆動装置を示した図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

レンズ駆動装置１は、図１に示すように、レンズ駆動部２と、レンズ駆動部２を覆うカバー３とを備えており、取り付けられるべきレンズ４の光軸であるレンズ光軸Ｌを有する。レンズ４は、レンズ単体であってもよく、複数のレンズを含むレンズ鏡筒であってもよい。

レンズ駆動部２は、図２に示すように、略四角柱状の外形を有し、キャップ１０と、駆動本体部２０とを備えている。キャップ１０と駆動本体部２０とは、レンズ光軸Ｌの方向に沿って重ね合わされている。また、キャップ１０および駆動本体部２０はいずれも、レンズ光軸Ｌの方向に沿って延びる貫通孔１０ａ、２０ｂをそれぞれ有している。本実施形態では、レンズ４は、駆動本体部２０の貫通孔２０ａに収容されるようにして駆動本体部２０に螺合される。たとえば、レンズ４の外周面に雄ネジ部が形成され、駆動本体部２０の貫通孔２０ａの内周面に雌ねじが形成され得る。駆動本体部２０の貫通孔２０ａの直径はレンズ４の直径と同じになるように設計されており、キャップ１０の貫通孔１０ａについてもレンズ４の直径と同程度に設計されている。

以下では、駆動本体部２０の構成について、図３〜５を参照しつつより詳しく説明する。

駆動本体部２０は、図３に示すように、ベース部材３０とレンズ枠体４０とを備えて構成されている。

ベース部材３０は、レンズ光軸Ｌに対して直交する方向に延在している。ベース部材３０は、図４に示すように、平面視において（すなわち、レンズ光軸Ｌの方向から見て）、略正方形を呈する。そして、ベース部材３０の一つの隅部には、後述するアクチュエータ５４が取り付けられる取付部３１が設けられている。本実施形態では、取付部３１は、アクチュエータ５４の錘部５７を収容して固定する窪み部である。また、ベース部材３０には、取付部３１が設けられた隅部と対角の関係にある隅部に側壁部３２が設けられている。側壁部３２には、レンズ枠体４０の突出部４２を収容する切り欠き部３３が設けられている。ベース部材３０は、たとえば、ガラスや無機材料等で構成されたフィラーを含む樹脂材料（液晶ポリマー等）で構成される。ベース部材３０は、たとえば射出成形によって形成することができる。

レンズ枠体４０は、ベース部材３０同様、レンズ光軸Ｌに対して直交する方向に延在している。レンズ枠体４０は、レンズ光軸Ｌに関する上側において、ベース部材３０に対して平行になるように配置されている。レンズ枠体４０は、上述した貫通孔２０ａに相当する貫通孔４０ａを有する。レンズ枠体４０は、図４に示すように、ベース部材３０同様、平面視において略正方形を呈する。レンズ枠体４０の外周には、ベース部材３０の取付部３１が設けられた隅部に対応する部分に、摩擦係合部材５０を用いて、アクチュエータ５４が取り付けられている。

アクチュエータ５４は、スムーズインパクト駆動機構（Smooth Impact Drive Mechanism）を備えた圧電アクチュエータである。アクチュエータ５４は、図５に示すように、角柱状の圧電素子５５と、圧電素子５５の頂面５５ａに接合された駆動シャフト５６と、圧電素子５５の底面５５ｂに接合された錘部５７とを含む。圧電素子５５と、駆動シャフト５６および錘部５７との接合には、エポキシ接着剤等の接着剤を用いることができる。

圧電素子５５は、圧電材料で構成されており、圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（いわゆる、ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）等の無機圧電材料を用いることができる。圧電素子５５は、上記圧電材料からなる複数の圧電層と複数の電極層とが交互に積層された積層構造にすることができる。圧電素子５５の側面には、電極層に接続された一対の電極（図示せず）が設けられており、一対の電極により圧電素子５５に電圧を印加することで、その軸線（図５のＺ軸線）の向きに伸長または収縮するように調整（圧電セラミックスの分極等）されている。そのため、一対の電極間に印加する電圧を制御することで、圧電素子５５の伸縮を制御することができる。圧電素子５５は、一方向に伸縮可能な形状であれば、角柱状に限らず、円柱状等であってもよい。

駆動シャフト５６は、カーボンファイバ等の繊維を含む複合樹脂材料で構成されている。駆動シャフト５６は、圧電素子５５よりも幅広の円柱状であり、圧電素子５５のＺ軸線に軸合わせされている。

錘部５７は、タングステンやタングステン合金など比重の高い材料から形成されており、駆動シャフト５６よりも重くなるように設計されている。駆動シャフト５６よりも錘部５７を重くすることで、圧電素子５５が伸縮したときに、錘部５７は変位しにくく、駆動シャフト５６のほうを効率よく変位させることができる。錘部５７は、矩形平板状であり、圧電素子５５のＺ軸線に軸合わせされている。アクチュエータ５４は、錘部５７がベース部材３０の取付部３１に収容され、固定される。このとき、アクチュエータ５４の圧電素子５５の軸線Ｚがレンズ光軸Ｌと平行になるように設計されている。

アクチュエータ５４に摩擦係合される摩擦係合部材５０は、板バネ部材５１およびスライダー５２を含んでいる。

板バネ部材５１は、弾性を有する帯状部材（たとえばステンレス鋼製の帯状部材）であり、レンズ枠体４０の外周に配置されている。板バネ部材５１は、合金板材や金属板材で構成されており、一枚の板材を打ち抜き加工および曲げ加工等することで得られる。板バネ部材５１は、一部材で構成されており、複数部材がたとえば溶接等で接合されていない構成となっている。また、板バネ部材５１は、レンズ光軸Ｌ方向や側面方向から見て、分岐していない構成となっている。

図５および図６に示すように、側面方向から見て、板バネ部材５１は、レンズ枠体４０の外周に沿って延在しており、レンズ光軸Ｌに対して略直交している。板バネ部材５１は、先端部５１ａ（第１の端部）と固定端部５１ｂ（第２の端部）とを有している。

先端部５１ａは、板バネ部材５１の自由端であり、アクチュエータ５４の駆動シャフト５６に接している。板バネ部材５１は、先端部５１ａにおいて駆動シャフト５６をレンズ枠体４０側に付勢して、アクチュエータ５４と摩擦係合している。先端部５１ａにおいて、板バネ部材５１と駆動シャフト５６とが接した箇所が、板バネ部材５１の作用点Ｐ１となっている。先端部５１ａは、レンズ光軸Ｌおよびアクチュエータ５４の圧電素子５５の軸線Ｚと直交するように延在しており、先端部５１ａは均一な幅（すなわち、レンズ光軸Ｌ方向の長さ）Ｔ１を有する。

固定端部５１ｂは、レンズ枠体４０に固定されている。固定端部５１ｂは、レンズ光軸Ｌおよびアクチュエータ５４の圧電素子５５の軸線Ｚと直交するように延在しており、固定端部５１ｂは均一な幅Ｔ２を有する。先端部５１ａの幅Ｔ１は、固定端部５１ｂの幅Ｔ２より狭くなっている。（Ｔ１＜Ｔ２）

先端部５１ａと固定端部５１ｂとの間には接続部５１ｃが介在しており、接続部５１ｃにより先端部５１ａと固定端部５１ｂとが接続されている。接続部５１ｃの幅は均一ではなく、固定端部５１ｂから先端部５１ａに向かって幅が漸次狭くなっている。板バネ部材５１は、接続部５１ｃにおいて高さ位置（レンズ光軸Ｌに関する位置）がシフトしており、先端部５１ａの中心線の高さ位置は固定端部５１ｂの中心線の高さ位置よりも距離ｄだけ高くなっている。

スライダー５２は、レンズ枠体４０の外周面に設けられたスライダー固定部４１に固定されている。スライダー固定部４１には外周面で直角の角部が画成されており、スライダー５２は、その角部に沿うように直角に屈曲された板状部材（たとえばステンレス鋼製の板状部材）である。

そして、板バネ部材５１の先端部５１ａとスライダー５２とで、アクチュエータ５４の駆動シャフト５６の部分が挟持されている。このとき、板バネ部材５１は、アクチュエータ５４をスライダー５２に向けて付勢しているため、摩擦係合部材５０とアクチュエータ５４との間に所定の摩擦力が生じており、摩擦係合部材５０がアクチュエータ５４の駆動シャフト５６に摩擦係合する。また、摩擦係合部材５０が取り付けられたレンズ枠体４０についても、摩擦係合部材５０を介して、アクチュエータ５４の駆動シャフト５６に摩擦係合する。

レンズ駆動装置１においては、アクチュエータ５４の伸縮時に伸張時と収縮時との速度差を生じさせることで、アクチュエータ５４の駆動シャフト５６の外周に摩擦係合された摩擦係合部材５０がレンズ枠体４０とともに、アクチュエータ５４の伸縮方向（すなわち、Ｚ軸線方向）に駆動される。

なお、図４に示すように、レンズ駆動部２には、ベース部材３０の取付部３１が設けられた隅部および側壁部３２が設けられた隅部とは異なる隅部に対応する領域に、回路部６０が設けられている。回路部６０は、フレキシブル基板および位置センサユニットを含んでいる。フレキシブル基板は、回路部６０が設けられた隅部において、レンズ枠体４０の外周面を覆うように設けられている。フレキシブル基板には、たとえば上述したアクチュエータ５４への印加電圧を制御するための回路および配線が形成されている。磁気センサは、レンズ枠体４０に設けられた磁石からの磁束の変化を検出することで、レンズ枠体４０のレンズ光軸Ｌの方向に関する変位を検出する。

ここで、板バネ部材５１をレンズ枠体４０に対して固定する構成について、図７を参照しつつ説明する。

レンズ枠体４０は、板バネ部材５１の固定端部５１ｂを収容する収容部４３を有する。固定端部５１ｂおよび接続部５１ｃはいずれも、レンズ光軸Ｌの方向から見て真っ直ぐに延びる平板状であり、固定端部５１ｂと接続部５１ｃとの間には屈曲部が介在している。板バネ部材５１の固定端部５１ｂは、収容部４３において保持および固定される。収容部４３は、固定端部５１ｂのレンズ光軸Ｌ側の第１面ｆ１と対向する第１対向部４４と、第１面ｆ１とは反対の第２面ｆ２と対向する第２対向部４５を有する。

第１対向部４４は、固定端部５１ｂの端面ｆ３および端面近傍の第２面ｆ２と接する段部４４ａを有する。固定端部５１ｂは、第１対向部４４の段部４４ａ（固定部）において、レンズ枠体４０の収容部４３に固定されている。固定端部５１ｂは、第１対向部４４の段部４４ａにおいて、レンズ枠体４０の収容部４３と固定および位置合わせされている。

第２対向部４５は、第１対向部４４と一体的に形成されている。第２対向部４５は、固定端部５１ｂの第２面ｆ２に向かって突出した突起部Ｐ（支点部）を有する。突起部Ｐは、固定端部５１ｂの第２面ｆ２に当接している。突起部Ｐは、段部４４ａよりも先端部５１ａ側に位置している。

板バネ部材５１の固定端部５１ｂは、レンズ枠体４０の収容部４３の段部４４ａおよび突起部Ｐにより第１面ｆ１および第２面ｆ２において把持されている。そして、固定端部５１ｂにおいて突起部Ｐと板バネ部材５１とが接した箇所が、板バネ部材５１の支点Ｐ２となっている。

上述したレンズ駆動装置１では、レンズ枠体４０の収容部４３には突起部Ｐが設けられており、突起部Ｐが固定端部５１ｂの第２面ｆ２と接する箇所が板バネ部材５１の支点となっている。突起部Ｐは、設計どおりの位置に設けることができ、製品毎の位置ばらつきは実質的に生じ得ない。そのため、突起部Ｐの位置によって決定される板バネ部材５１の支点Ｐ２についても製品毎にばらつきが生じない。したがって、板バネ部材５１の支点Ｐ２と作用点Ｐ１との距離のばらつきが抑制されており、支点Ｐ２と作用点Ｐ１との距離に応じて定まる板バネ部材５１の付勢力についてもばらつきが抑制されている。その結果、摩擦係合部材５０とアクチュエータ５４との間の摩擦係合の摩擦力が均一になり、レンズ駆動装置１の駆動特性の均一化が実現されている。

なお、突起部Ｐは、レンズ枠体４０側ではなく、図８に示すように板バネ部材５１側に設けることもできる。この場合であっても、突起部Ｐは、設計どおりの位置に設けることができ、製品毎の位置ばらつきは実質的に生じ得ない。そのため、突起部Ｐの位置によって決定される板バネ部材５１の支点Ｐ２についても製品毎にばらつきが生じない。したがって、上述した実施形態同様、レンズ駆動装置１の駆動特性の均一化を実現することができる。

レンズ駆動装置１では、突起部Ｐをレンズ枠体４０（または板バネ部材５１）と一体的に設けることで、レンズ枠体４０（または板バネ部材５１）に対する突起部Ｐの相対位置が変わることがなく、レンズ駆動装置１の駆動特性が均一化および安定化が図られています。また、突起部Ｐを一体的に設けることで、製造の容易化やコスト低減、耐久性向上を図ることもできます。

また、レンズ駆動装置１においては、板バネ部材５１の先端部５１ａの幅Ｔ１が、固定端部５１ｂの幅Ｔ２より狭くなるように設計されている。このように先端部５１ａを狭くすることで、駆動シャフト５６をＺ軸線方向に移動する先端部５１ａの可動範囲が広くなる。その結果、板バネ部材５１およびレンズ枠体４０の駆動可能距離（ストローク）の延長が図られている。

さらに、レンズ駆動装置１においては、先端部５１ａの中心線の高さ位置が固定端部５１ｂの中心線の高さ位置よりも高くなっている。そのため、先端部５１ａが、駆動シャフト５６の上端に達したときに、板バネ部材５１の固定端部５１ｂが上側に突出しにくくなっており、レンズ駆動装置１の全体として低背化が図られている。上述した実施形態のように、固定端部５１ｂの上端の高さ位置が、先端部５１ａの上端の高さ位置より低い場合には、先端部５１ａが駆動シャフト５６の上端に達したときであっても固定端部５１ｂは駆動シャフト５６より上側には突出せず、より低背化が図られる。先端部５１ａの中心線の高さ位置と固定端部５１ｂの中心線の高さ位置との離間距離ｄを（Ｔ２／２−Ｔ１）より大きくすることで、固定端部５１ｂの上端の高さ位置が先端部５１ａの上端の高さ位置より低くなる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。たとえば、圧電アクチュエータの駆動シャフトや錘部は適宜省略することができ、圧電アクチュエータを圧電素子のみで構成してもよい。また、アクチュエータは、上述した圧電アクチュエータに限定されず、磁石とコイルとを含む電磁駆動方式のアクチュエータや、形状記憶合金を用いた駆動方式のアクチュエータであってもよい。さらに、レンズ駆動装置はキャップを備えない態様であってもよい。

１…レンズ駆動装置、２０…駆動本体部、３０…ベース部材、４０…レンズ枠体、４３…収容部、５０…摩擦係合部材、５１…板バネ部材、５１ａ…先端部、５１ｂ…固定端部、５１ｃ…接続部、５４…アクチュエータ、５５…圧電素子、５６……駆動シャフト、５７…錘部、Ｌ…レンズ光軸、Ｐ…突起部。

Claims (5)

1. ベース部材と、
   前記ベース部材の上側に位置し、レンズが取り付けられるレンズ枠体と、
   前記レンズ枠体の外周において前記レンズの光軸方向に沿って延在し、前記レンズの光軸方向に伸縮可能であり、前記光軸方向に関する一端部が前記ベース部に固定されたアクチュエータと、
   前記レンズ枠体の外周に沿って延在し、前記光軸方向に関する前記アクチュエータの他端部を前記レンズ枠体側に付勢するように該他端部の外周に摩擦係合される第１の端部と、前記レンズ枠体により前記レンズの光軸側の第１面および該第１面とは反対の第２面において把持された第２の端部とを有する板バネ部材と、
   前記板バネ部材の第２の端部と前記レンズ枠体とが固定された固定部よりも前記第１の端部側に位置し、かつ、前記第２の端部の第２面と前記レンズ枠体とが接して前記板バネ部材の支点となるべき支点部を有する、レンズ駆動装置。
2. 前記支点部が、前記レンズ枠体から前記板バネ部材の前記第２の端部の第２面に向かって突出した突起部である、請求項１に記載のレンズ駆動装置。
3. 前記板バネ部材が、前記第１の端部と前記第２の端部との間に介在する接続部を有し、
   前記第２の端部が均一な幅を有するとともに、前記第１の端部が前記第２の端部の幅よりも狭い均一な幅を有する、請求項１または２に記載のレンズ駆動装置。
4. 前記レンズの光軸方向に関する前記板バネ部材の前記第１の端部の高さ位置が、前記第２の端部の高さ位置より高い、請求項３に記載のレンズ駆動装置。
5. 前記アクチュエータが、前記伸縮方向に沿って延在するとともに一方端と他方端とを有する圧電素子と、前記圧電素子の前記他方端に接合され、前記板バネ部材が外周に摩擦係合される駆動シャフトとを有し、
   前記圧電素子の前記一方端が前記ベース部材に固定されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置。

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