JP6981376B2

JP6981376B2 - レンズ駆動装置

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Publication number: JP6981376B2
Application number: JP2018136907A
Authority: JP
Inventors: 祐宏細川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2021-12-15
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: JP2020013065A

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では、レンズ枠体の外周を囲む筐体を小さくすることで、小型化を図ることができる。しかしながら、単に筐体を小さくした場合には、板バネ部材が弾性変形した際に筐体に接触して、レンズ駆動装置の機能を阻害し得る。

本発明は、小型化が図る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。

本発明の一側面に係るレンズ駆動装置は、下側支持部材と、下側支持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、下端部が下側支持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、アクチュエータの上端部をレンズ枠体側に付勢するように該上端部の外周に摩擦係合される第１の端部と、レンズ枠体に取り付けられる第２の端部とを有する板バネ部材とを備え、下側支持部材が、光軸に直交する方向から見て板バネ部材と重なる領域に切欠部を有する。

上記レンズ駆動装置においては、下側支持部材の切欠部により、板バネ部材が下側支持部材に接触する事態が生じない、または生じにくくなっている。そのため、レンズ駆動装置の機能を阻害することなく下側支持部材を小さくすることができ、レンズ駆動装置の小型化を実現することができる。

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、切欠部は、光軸に直交する方向から見て板バネ部材の接続部と重なる領域の下側支持部材に設けられている。

本発明の他の側面に係るレンズ駆動装置では、板バネ部材の第１の端部および第２の端部が、光軸に直交する方向から見て下側支持部材と重なっている。

本発明の他の側面に係るレンズ駆動装置では、下側支持部材の上側に重ねられる上側支持部材をさらに備え、上側支持部材が、光軸に直交する方向から見て板バネ部材と重なる領域に上側切欠部を有する。

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上端と下端とを有する圧電素子と、圧電素子の上端に接合され、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、圧電素子の下端が下側支持部材に固定されている。

本発明の様々な態様によれば、小型化が図ることができる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。板バネ部材の屈曲部における屈曲量を示した図である。図１のレンズ駆動部を示した側面図である。異なる態様のレンズ駆動部を示した側面図である。

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（上側支持部材）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（下側支持部材）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開口部である。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。

ベース部材３０には、レンズ枠体４０の周囲に外周壁部３４が設けられている。外周壁部３４の高さは、たとえばレンズ枠体４０の高さの半分程度となるように設計されている。外周壁部３４は、後述する切欠部３４ａを有し、切欠部３４ａに対応する部分以外のレンズ枠体４０を囲んでいる。本実施形態では、ベース部材３０の上側に重ねられるキャップ１０に、ベース部材３０の外周壁部３４に対応する外周壁部１２が設けられている。外周壁部１２の高さは、たとえばレンズ枠体４０の高さの半分程度となるように設計されている。本実施形態では、ベース部材３０の高さとキャップ１０の高さとはほぼ同一になるように設計されており、それぞれの外周壁部１２、３４についてもほぼ同一になるように設計されている。キャップ１０の外周壁部１２とベース部材３０の外周壁部３４とは互いに接しており、接着材により結合されている。キャップ１０の外周壁部１２には、ベース部材３０の外周壁部３４に対応する領域に切欠部（上側切欠部）１２ａが設けられている。

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。レンズ枠体４０は、後述する板バネ部材５１の固定端部５１ｂを収容する収容部４３を有する。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て、板バネ部材５１の支点Ｐ２を形成する。

レンズ枠体４０は、キャップ１０とベース部材３０との間に収容されている。図１に示したカバー３は、キャップ１０とベース部材３０との間にレンズ枠体４０を収容するように構成されたレンズ駆動部２の全体を、上側から覆っている。カバー３の内側面と、キャップ１０およびベース部材３０の外周面との間にはわずかな隙間が設けられており、その隙間に供給された接着材により、カバー３とベース部材３０とが接着されている。

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の錘部５７とベース部材３０の取付部３１とは接着により固定することができる。

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の方向や、レンズ光軸Ｌに対して直交する方向（すなわち、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）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は均一な幅を有する。先端部５１ａの幅は、固定端部５１ｂの幅より狭くなっている。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）の延長が図られる。

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高くなっている。

先端部５１ａと接続部５１ｃとの間には屈曲部５３が形成されている。図６に示すように、屈曲部５３により、先端部５１ａは接続部５１ｃよりもアクチュエータ５４側に近づけられている。屈曲部５３における屈曲量は、板バネ部材５１の付勢力に影響し、それにより摩擦係合部材５０の摩擦力にも影響する。たとえば、図６の二点鎖線で示すように屈曲部５３における屈折量が大きい板バネ部材５１では、板バネ部材５１の付勢力が大きくなり、摩擦係合部材５０の摩擦力が大きくなる。そのため、屈曲部５３における屈曲量を調整することで、摩擦係合部材５０の摩擦力を調整することができる。

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が設けられた隅部を挟む２辺に沿って、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、ベース部材３０の外周壁部３４の切欠部３４ａおよびキャップ１０の外周壁部１２の切欠部１２ａについて、図７を参照しつつ説明する。

ベース部材３０には、板バネ部材５１が位置する辺に沿って延びる外周壁部３４に、切欠部３４ａが形成されている。切欠部３４ａは、外周壁部３４に沿って延びており、切欠部３４ａでは外周壁部３４の上端部がほぼ均一高さで切り欠かれている。

キャップ１０にも、板バネ部材５１が位置する辺に沿って延びる外周壁部１２に、切欠部１２ａが形成されている。切欠部１２ａは、外周壁部１２に沿って延びており、切欠部１２ａでは外周壁部１２の下端部がほぼ均一高さで切り欠かれている。本実施形態では、キャップ１０の外周壁部１２の切欠部１２ａは、ベース部材３０の外周壁部３４の切欠部３４ａと完全に対応する領域に形成されている。

そして、ベース部材３０の外周壁部３４の切欠部３４ａとキャップ１０の外周壁部１２の切欠部１２ａとにより、逃げ孔７０が画成されている。

図７の側面図に示すように、レンズ光軸Ｌに直交する方向から見て、板バネ部材５１の先端部５１ａおよび接続部５１ｃの一部が逃げ孔７０から露出している。換言すると、板バネ部材５１は、逃げ孔７０の領域では、レンズ光軸Ｌに直交する方向から見てベース部材３０の外周壁部３４およびキャップ１０の外周壁部１２のいずれとも重なっていない。

そのため、板バネ部材５１が、先端部５１ａがレンズ枠体４０から離れる向きに弾性変形したときに、板バネ部材５１の先端部５１ａおよび接続部５１ｃが、ベース部材３０の外周壁部３４およびキャップ１０の外周壁部１２に接触する事態が生じない、または生じにくくなっている。したがって、板バネ部材５１がベース部材３０やキャップ１０に接触することに伴ってレンズ駆動装置１の機能が阻害される事態が抑制されている。たとえば、板バネ部材５１がベース部材３０やキャップ１０に触れた場合や、板バネ部材５１がベース部材３０やキャップ１０と擦れた場合には、微小粉が生じて、微小粉によりレンズ駆動装置の機能が阻害されることが考えられる。または、板バネ部材５１がベース部材３０やキャップ１０に触れることで、板バネ部材５１の弾性変形が阻害され、所望の駆動特性を実現できない事態も起こり得る。

上述したレンズ駆動装置１によれば、機能の低下や劣化を回避しつつベース部材３０を小さくすることができ、小型化を実現することができる。特に、図６に示したように板バネ部材５１の屈曲部５３における屈曲量が大きい場合には、板バネ部材５１がベース部材３０の外周壁部３４やキャップ１０の外周壁部１２に接触しやすくなるため、逃げ孔７０を設けた構成が有効である。

本実施形態では、板バネ部材５１は屈曲部５３を有するため、接続部５１ｃがベース部材３０の外周壁部３４やキャップ１０の外周壁部１２に最も近づく部分である。そのため、逃げ孔７０は、少なくとも接続部５１ｃに対応する領域に設けられていればよい。すなわち、図８に示すように、レンズ光軸Ｌに直交する方向から見て、板バネ部材５１の先端部５１ａおよび固定端部５１ｂが、外周壁部１２ａ、３４ａと重なっている態様であってもよい。このような態様であっても、板バネ部材５１がベース部材３０の外周壁部３４やキャップ１０の外周壁部１２に接触する事態が抑制される。

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、１０…キャップ、１２…外周壁部、１２ａ…切欠部、２０…駆動本体部、３０…ベース部材、３４…外周壁部、３４ａ…切欠部、４０…レンズ枠体、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、５３…屈曲部、５４…アクチュエータ、５５…圧電素子、５６……駆動シャフト、５７…錘部、７０…逃げ孔、Ｌ…レンズ光軸。

Claims

下側支持部材と、
前記下側支持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、下端部が前記下側支持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、前記アクチュエータの上端部を前記レンズ枠体側に付勢するように該上端部の外周に摩擦係合される第１の端部と、前記レンズ枠体に取り付けられる第２の端部とを有する板バネ部材と
を備え、
前記下側支持部材が、前記光軸に直交する方向から見て前記板バネ部材と重なる領域に切欠部を有し、
前記下側支持部材の上側に重ねられる上側支持部材をさらに備え、
前記上側支持部材が、前記光軸に直交する方向から見て前記板バネ部材と重なる領域に上側切欠部を有する、レンズ駆動装置。
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、
前記切欠部は、前記光軸に直交する方向から見て前記板バネ部材の前記接続部と重なる領域の前記下側支持部材に設けられている、請求項１に記載のレンズ駆動装置。
前記板バネ部材の前記第１の端部および前記第２の端部が、前記光軸に直交する方向から見て前記下側支持部材と重なっている、請求項２に記載のレンズ駆動装置。
前記アクチュエータが、伸縮方向に沿って延在するとともに上端と下端とを有する圧電素子と、前記圧電素子の前記上端に接合され、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、
前記圧電素子の下端が前記下側支持部材に固定されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置。