JP7460409B2

JP7460409B2 - レンズ駆動装置

Info

Publication number: JP7460409B2
Application number: JP2020051209A
Authority: JP
Inventors: 治可松久; 孝一小林
Original assignee: NIDEC PRECISION CORPORATION
Current assignee: NIDEC PRECISION CORPORATION
Priority date: 2020-03-23
Filing date: 2020-03-23
Publication date: 2024-04-02
Anticipated expiration: 2040-03-23
Also published as: CN113504625A; JP2021149041A

Description

本発明は、レンズ駆動装置に関するものである。

レンズ駆動装置は、レンズ（レンズバレル）を保持するレンズ枠を、ベース部材に直接又は他の部材を介して弾性的に支持し、アクチュエータの推力と弾性力をバランスさせながら、レンズ枠を光軸方向又は光軸と交差する方向に移動させるものであり、アクチュエータによるレンズ駆動で、ＡＦ（Autofocus）調整やＯＩＳ（Optical Image Stabilizer：手振れ補正）調整を行うものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１９－２８２８８号公報

近年、携帯式等の電子機器はカメラ機能を備えるものが一般化している。携帯式等の電子機器は、薄型化が進められており、電子機器の筐体内に配備されるカメラモジュールやカメラモジュールに実装されるレンズ駆動装置は、薄型化された筐体内への収容性を考慮して、光軸方向に沿った厚さを抑えることが求められている。

これに対して、カメラモジュールは、大型の撮像素子を用いて高精細な画像を撮影する高機能化の要求があり、この要求に応えようとすると、撮像素子の結像面からレンズまでの距離（背面焦点距離）を大きくして、レンズ設計のバリエーションを高めることが必要になる。しかしながら、前述したように、薄型化された電子機器の筐体内に配備されるカメラモジュールに実装されるレンズ駆動装置は、光軸方向に沿った厚さが制限されているので、背面焦点距離を大きくして高精細な画像を撮影するという要求に応え難い問題があった。

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、薄型化が進む電子機器に配備できるように、光軸方向に沿った厚さを抑えながら、カメラの高機能化に対応できるレンズ駆動装置を提供すること、などが本発明の課題である。

このような課題を解決するために、本発明によるレンズ駆動装置は、以下の構成を具備するものである。
ベース部材と、前記ベース部材に取り付けられたアクチュエータと、前記アクチュエータを動力源として光軸方向に進退する直進枠と、前記直進枠によってレンズ駆動のベース位置を決める取付枠とを備え、収納時には、前記直進枠を前記ベース部材に近接する第１位置に後退させ、レンズ駆動時には、前記直進枠を前記ベース部材から離間した第２位置に進行させ、前記ベース部材は、前記直進枠の進退時のガイドシャフトを支持するガイドシャフト支持部を有し、前記取付枠は、前記ガイドシャフトに対応して設けられる被ガイド部を有し、前記直進枠の前記第１位置においてガイドシャフト支持部の上面と前記被ガイド部の下面が当接することによって、前記取付枠は、前記ベース部材に近接しているものの、前記ベース部材との接触は避けられていることを特徴とするレンズ駆動装置。

本発明の実施形態に係るレンズ駆動装置の分解斜視図。本発明の実施形態に係るレンズ駆動装置の平面図。本発明の実施形態に係るレンズ駆動装置の側面図。ベース部材の単体構成を示した斜視図。回転枠の単体構成を示した斜視図。直進枠の単体構成を示した斜視図。取付枠の単体構成を示した斜視図。収納時の説明図（（ａ）が図２におけるＸ１－Ｘ１断面図、（ｂ）が図２におけるＸ２－Ｘ２断面図）。収納時の説明図（図２におけるＸ３－Ｘ３断面図）。収納時の説明図（図２におけるＹ１－Ｙ１断面図）。レンズ駆動時（使用時）の説明図（（ａ）が図２におけるＸ１－Ｘ１断面図、（ｂ）が図２におけるＸ２－Ｘ２断面図）。レンズ駆動時（使用時）の説明図（図２におけるＸ３－Ｘ３断面図）。レンズ駆動時（使用時）の説明図（図２におけるＹ１－Ｙ１断面図）。他の実施形態の説明図（（ａ）が図２におけるＸ１－Ｘ１断面図、（ｂ）が図２におけるＸ２－Ｘ２断面図）。他の実施形態の説明図（（ａ）が図２におけるＸ１－Ｘ１断面図、（ｂ）が図２におけるＸ２－Ｘ２断面図）。他の実施形態の説明図（（ａ）が図２におけるＸ１－Ｘ１断面図、（ｂ）が図２におけるＸ２－Ｘ２断面図）。（ａ）がレンズ駆動装置を備えた撮像装置、（ｂ）が撮像装置を備えた電子機器（携帯情報端末）の説明図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。以下の説明で、「上」はレンズの前（光入射）方向を指し、「下」はレンズの後（光出射）方向を指している。

図１～３に示すように、レンズ駆動装置１は、ベース部材２と、アクチュエータ３と、直進枠４と、取付枠５を少なくとも備えている。図１におけるＺ方向が光軸方向、Ｘ－Ｙ方向がそれに直交する方向を示している。

ベース部材２は、アクチュエータ３と直進枠４と取付枠５を支持している。図４に示すように、ベース部材２は、中央に開口２Ｐを有しており、開口２Ｐの周囲には開口縁２Ｄが形成されている。ベース部材２の周囲には、光軸方向に延びて立設された弾性体支持部２Ａが複数設けられている。弾性体支持部２Ａの上部には、後述する連結弾性体２４の上係合部２４ａが係合する被係合部２Ａ１が設けられている。

また、ベース部材２の周囲には、ギヤ支持部２Ｂが設けられ、ギヤ支持部２Ｂには伝動部材であるギヤ２３が回転自在に支持されている。ベース部材２の底面には、開口２Ｐの周囲に、ガイドシャフト支持部２Ｃが設けられている。

ベース部材２の底面には、回転枠６が支持されている。回転枠６は、図５に示すように、周囲にギヤ２３が噛み合う噛合部６Ａが設けられた円筒状部材であり、円筒状の側壁にカム６Ｂが設けられている。図示の例では、カム６Ｂは、下向きにカム面が形成されており、ベース部材２寄りの水平カム面である第１位置６Ｂ１とベース部材２から離れた水平カム面である第２位置６Ｂ２が形成され、第１位置６Ｂ１から第２位置６Ｂ２に至る傾斜カム面が形成されている。また、回転枠６の側面には、外側に向けて突出するように、スラスト方向への抜け止めになる係合突起６Ｃが設けられている。

アクチュエータ３は、取付フランジ３Ａを介して結合部材７によってベース部材２に取り付けられており、駆動力をギヤ２３に伝えて、ギヤ２３を介して回転枠６を回転駆動する。ギヤ２３は、アクチュエータ３の回転を減速して回転枠６を回転させる。取付フランジ３Ａは、ギヤ２３を覆っており、ギヤ２３のスラスト位置規制を兼ねている。アクチュエータ３としては、例えば、ステッピングモータを用いることができるが、これに限らず、ピエゾアクチュエータなどを用いても良い。

直進枠４は、回転枠６の内側に配置され、アクチュエータ３を動力源として、光軸方向に進退する。直進枠４の進退には、回転枠６のカム６Ｂが機能する。カム６Ｂのカム面には、直進枠４の側面に設けられているカム当接部４Ｂが当接する。カム当接部４Ｂがカム６Ｂのカム面に当接するために、直進枠４は、連結弾性体（バネ）２４によって、上向きに付勢されている。

より具体的には、連結弾性体２４の下係合部２４ｂが直進枠４におけるカム当接部４Ｂの外側に設けた被係合部４Ａに係合しており、連結弾性体２４の上係合部２４ａが、回転枠６より上方に位置する、ベース部材２における弾性体支持部２Ａの被係合部２Ａ１に係合されている。これにより、連結弾性体２４の弾性力で直進枠４は上向きに付勢され、直進枠４のカム当接部４Ｂがカム６Ｂにおける下向きのカム面に当接する。

また、直進枠４は、図６に示すように、ガイド孔４Ｃを内部に備えている。ガイド孔４Ｃには、ガイドシャフト２６が挿入される。ガイドシャフト２６は、下端部がベース部材２のガイドシャフト支持部２Ｃに支持され、上端部がベース部材２に取り付けられて上方に延びる支持部材８に支持される。

直進枠４の内側には、取付枠５が配備される。取付枠５は内側にレンズ駆動部１０が収容される。取付枠５の内部には、図７に示すように、レンズ駆動部１０を支持する支持面５Ｂが設けられ、支持面５Ｂには、レンズ駆動部１０を透過する光を通過させる開口５Ａが設けられている。取付枠５の側面の外側には、上下一対の被ガイド部５Ｃが２本のガイドシャフト２６に対応して設けられており、上下一対の被ガイド部５Ｃの間に、直進枠４のガイド孔４Ｃが挟まれている。

取付枠５の内部に収容されるレンズ駆動部１０は、駆動ベース部１１上に、図示省略のレンズ枠（レンズ）を光軸方向と光軸に交差する方向の一方又は両方に駆動するアクチュエータ等が設けられている。レンズ駆動部１０における駆動ベース部１１には、自身のアクチュエータに通電するための接続端子１２が設けられており、この接続端子１２に接続回路基板１３の一端側が接続されている。接続回路基板１３は、取付枠５のスリット孔５Ｄから外に引き出され、ベース部材２における接続回路基板支持部２Ｅに支持される。

直進枠４の上端には、保護板２７が設けられ、保護板２７の開口には透光板２８が設けられている。透光板２８を透過した光は、レンズ駆動部１０のレンズを透過して、取付枠５の開口５Ａを通り、ベース部材２の開口２Ｐを通って、ベース部材２に取り付けられる回路基板２０に実装された撮像素子２１の撮像面に入射（結像）する。撮像素子２１の前面には、必要に応じてＩＲカットフィルタ２２などを設けることができる。ベース部材２に回路基板２０を介して撮像素子２１を一体に取り付けることで、レンズ駆動装置１を備えたカメラモジュールを構成することができる。

レンズ駆動装置１は、アクチュエータ３を駆動することで、ベース部材２上で、回転枠６を光軸に沿った回転軸周りに所定角度範囲で回転させる。回転枠６は、側面から係合突起６Ｃが外に突出しており、この係合突起６Ｃがベース部材２のスラスト受け２Ｆに係合して、回転枠６のスラスト方向の抜け止めになっている。

回転枠６が回転すると、直進枠４のカム当接部４Ｂに当接したカム６Ｂのカム面により、直進枠４がガイドシャフト２６に沿って光軸方向に進退移動する。アクチュエータ３は、前述したように回転枠６を回転させるが、回転枠６内の直進枠４と直進枠４内の取付枠５は、共にベース部材２に支持されているガイドシャフト２６に係合しているので、回転方向の動きがガイドシャフト２６によって止められており、ガイドシャフト２６に沿った光軸方向の動きのみが可能になっている。

図８は、レンズ駆動部１０の収納状態を示している。この際には、直進枠４のカム当接部４Ｂが回転枠６におけるカム６Ｂの第１位置６Ｂ１に当接している。直進枠４は連結弾性体２４の弾性力で上方に付勢されているが、カム６Ｂの第１位置６Ｂ１によって上方への移動が制限され、収納状態に保持されている。

この収納状態では、図９に示すように、ベース部材２におけるガイドシャフト支持部２Ｃの上面が取付枠５の被ガイド部５Ｃの下面に当接することになり、取付枠５はそれ以上下方に移動できないようになっている。これにより、取付枠５は、直進枠４の第１位置６Ｂ１においては、ベース部材２との接触を避ける位置に退避する。

この際、取付枠５は、連結弾性体２５を介して直進枠４に連結されており、連結弾性体２５の上係合部２５ａが取付枠５の被係合部５Ｅに係合し、連結弾性体２５の下係合部２５ｂが直進枠４の被係合部４Ｅに係合している。このため、取付枠５の被ガイド部５Ｃがガイドシャフト支持部２Ｃの上面に当接すると、連結弾性体２５が縮んで、直進枠４に対して取付枠５が相対的に移動する。

図１１は、レンズ駆動部１０におけるレンズ駆動時（使用時）の状態を示している。この際には、直進枠４のカム当接部４Ｂが回転枠６におけるカム６Ｂの第２位置６Ｂ２に当接している。直進枠４は連結弾性体２４の弾性力で上方に付勢されているが、カム６の第２位置６Ｂ２によって上方への移動が制限され、使用状態に保持されている。

この使用状態では、図１２及び図１３に示すように、ベース部材２におけるガイドシャフト支持部２Ｃの上面から取付枠５の被ガイド部５Ｃの下面が離れた状態になり、一対の被ガイド部５Ｃの間に挟まれている直進枠４のガイド孔４Ｃは、一対の被ガイド部５Ｃの上側に連結弾性体２５で付勢される。これにより、ガイドシャフト支持部２Ｃの上面から取付枠５の被ガイド部５Ｃの下面が離れた後は、取付枠５と直進枠４は一体になってガイドシャフト２６に沿って移動する。

この使用状態では、直進枠４は、回転枠６に対して上方に突出した状態になり、直進枠４に保持された取付枠５に収容されているレンズ駆動部１０は、ベース部材２に取り付けられている回路基板２０に実装されている撮像素子２１の撮像面との距離を十分に確保することができる。

このようなレンズ駆動装置１によると、ベース部材２に取り付けられたアクチュエータ３を動力源として、光軸方向に直進枠４を進退させ、その直進枠４によってレンズ駆動のベース位置を決める取付枠５を備えている。これにより、撮影を行わない未使用時には、取付枠５を光軸に対して後退させて、レンズ駆動装置１の収納時の総厚を薄型化することができる。

そして、レンズ駆動を行う使用時には、光軸方向に直進枠４を進行させ、レンズ駆動部１０とベース部材２に支持される撮像素子２１との距離を開けて、レンズの背面焦点距離を大きくすることができる。これにより、レンズ駆動部１０におけるレンズ設計のバリエーションを高めて、高精細な画像を撮影することができる。

取付枠５内には、レンズを光軸方向と光軸に交差する方向の一方又は両方に駆動するレンズ駆動部１０が配備されており、レンズ駆動部１０は、取付枠５の所定の位置において、レンズ駆動が可能であるから、レンズ駆動部１０単体の微細なレンズ移動に対して、取付枠５の移動を加えた動作で、レンズ位置を光軸方向に駆動することができる。

また、取付枠５は、連結弾性体２５を介して直進枠４に連結されており、直進枠４は連結弾性体２４を介して回転枠６に連結されているので、部材間のガタ取りが連結弾性部材２４，２５によってなされており、更には、直進枠４や取付枠５がベース部材２から離間した状態では、直進枠４や取付枠５にベース部材２に向けた外部圧力が作用すると、この外部圧力に対して直進枠４や取付枠５が弾性的に退避することになり、外部圧力に対するレンズ駆動部１０等の損傷を抑止することができる。

そして、その際に、直進枠４に連結されている取付枠５は、ベース部材２に近接すると、ベース部材２の突起部であるガイドシャフト支持部２Ｃの上面に当たって止まるので、ベース部材２に向けた外部圧力が直進枠４や取付枠５に加わった場合であっても、撮像素子２１への衝突を回避することができる。

図１４～図１６は、本発明の他の実施形態を示している。この実施形態におけるレンズ駆動装置１は、直進枠４は、第２位置６Ｂ２に対して更にベース部材２から離れた第３位置６Ｂ３に進行可能であり、直進枠４によってレンズ駆動のベース位置が決められる取付枠５には、少なくともレンズを光軸方向に沿って移動自在に駆動するレンズ駆動部１０が配備されている。そして、アクチュエータ３による直進枠４の光軸方向の移動とレンズ駆動部１０における光軸方向のレンズ駆動によって、レンズ位置の調整がなされる。

この際のレンズ位置の調整は、図１４に示した収納位置から、図１５に示した第１の使用位置への進行が可能であり、更に、図１６に示した第３の使用位置への進行が可能になる。ここでのレンズ調整は、フォーカス調整とズーム調整の一方又は両方が可能である。

更に、第３の使用位置においては、アクチュエータ３によるレンズの位置調整範囲に対して、レンズ駆動部１０によるレンズの位置調整範囲を狭くし、アクチュエータ３によって取付枠５をベース部材２から最も離間させた状態では、無限遠フォーカス位置がレンズ駆動部１０におけるレンズ動作可能範囲外になるようにすることで、マクロ（近接・接写）撮影用のレンズ駆動を行うことができる。

このようなレンズ位置調整を行う際には、取付枠５に収容されるレンズ駆動部１０に、レンズ位置を検出する検出部を設け、アクチュエータ３による直進枠４の移動量に対してレンズ駆動部１０におけるレンズ位置の検出結果を加えて、レンズ位置調整を行うことができる。或いは、取付枠５の光軸方向の位置を検出する検出部を設けて、レンズ駆動部１０におけるレンズ位置の検出結果と取付枠５の光軸方向の位置の検出結果を合わせて、レンズ位置調整を行うようにしても良い。

レンズ駆動部１０におけるレンズ調整には、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）などを用いることができる。また、レンズ駆動部１０のレンズ調整には、光軸方向のフォーカス調整に加えて手振れ補正のレンズ駆動機構を設けても良い。

図１４～図１６に示した例では、カム６Ｂにおける第２位置６Ｂ２と第３位置６Ｂ３において、水平な面を設けており、この２箇所の位置で、使用時における取付枠５の光軸方向位置を停止させている。そして、この２箇所の位置で、レンズ駆動部１０におけるレンズ位置調整が行えるようにしている。ここでは、使用時に２箇所で取付枠５の光軸方向位置を停止させているが、３箇所以上の停止位置を設けても良い。

この際のレンズ位置調整は、例えば、アクチュエータ３による取付枠５の移動で、レンズ位置の粗調整を行い、取付枠５が第２位置６Ｂ２や第３位置６Ｂ３に停止した後に、レンズ駆動部１０による微調整を行う。その際、第２位置６Ｂ２や第３位置６Ｂ３の水平位置に、カム当接部４Ｂが嵌まり込む凹部のような係止部を設けて、アクチュエータ３の力量で脱出可能な状態でカム当接部４Ｂを係止させると、カム当接部４Ｂが前述した係止部に係止されることで、アクチュエータ３を無通電にした状態で取付枠５を停止させることができ、レンズ駆動を省電力化できる。

前述した説明では、取付枠５をカム６Ｂの水平位置で停止させる例を説明したが、カム６Ｂの任意の傾斜位置でも取付枠５を停止できるようにすることで、更に、レンズ位置調整の機能を高めることができる。この際、アクチュエータ３の無通電保持トルクにより直進枠４を任意の位置に保持できるようにすれば、無通電状態での取付枠５の保持が可能になり、省電力駆動が可能になるが、アクチュエータ３の通電保持トルクによって取付枠５の位置を保持するようにしてもよい。

図１７は、前述したレンズ駆動装置１を備えた撮像装置（カメラユニット）１００（図１７（ａ）参照）、この撮像装置１００を備えた電子機器２００（図１７（ｂ）参照）である携帯情報端末を示している。このような撮像装置１００或いは電子機器２００は、薄型化された機体に対して、高機能のレンズ駆動装置１を備えたカメラユニットを搭載することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：レンズ駆動装置，
２：ベース部材，２Ａ：弾性体支持部，２Ａ１：被係合部，
２Ｂ：ギヤ支持部，２Ｃ：ガイドシャフト支持部，２Ｄ：開口縁，
２Ｅ：接続回路基板支持部，２Ｆ：スラスト受け，２Ｐ：開口，
３：アクチュエータ，３Ａ：取付フランジ，
４：直進枠，４Ａ：被係合部，
４Ｂ：カム当接部，４Ｃ：ガイド孔，４Ｅ：被係合部，
５：取付枠，５Ａ：開口，５Ｂ：支持面，５Ｃ：被ガイド部，
５Ｄ：スリット孔，５Ｅ：被係合部，
６：回転枠，６Ａ：噛合部，
６Ｂ：カム，６Ｂ１：第１位置，６Ｂ２：第２位置，６Ｂ３：第３位置，
６Ｃ：係合突起，７：結合部材，８：支持部材，
１０：レンズ駆動部，１１：駆動ベース部，１２：接続端子，
１３：接続回路基板，２０：回路基板，
２１：撮像素子，２２：ＩＲカットフィルタ，
２３：ギヤ，２４，２５：連結弾性体，
２４ａ，２５ａ：上係合部，２４ｂ，２５ｂ：下係合部，
２６：ガイドシャフト，２７：保護板，２８：透光板，
１００：撮像装置，２００：電子機器（携帯情報端末）

Claims

ベース部材と、
前記ベース部材に取り付けられたアクチュエータと、
前記アクチュエータを動力源として光軸方向に進退する直進枠と、
前記直進枠によってレンズ駆動のベース位置を決める取付枠とを備え、
収納時には、前記直進枠を前記ベース部材に近接する第１位置に後退させ、レンズ駆動時には、前記直進枠を前記ベース部材から離間した第２位置に進行させ、
前記ベース部材は、前記直進枠の進退時のガイドシャフトを支持するガイドシャフト支持部を有し、
前記取付枠は、前記ガイドシャフトに対応して設けられる被ガイド部を有し、
前記直進枠の前記第１位置においてガイドシャフト支持部の上面と前記被ガイド部の下面が当接することによって、前記取付枠は、前記ベース部材に近接するものの、前記ベース部材との接触は避けられていることを特徴とするレンズ駆動装置。
前記ベース部材には、前記アクチュエータによって光軸に沿った回転軸周りに回転駆動される回転枠が支持されており、
前記直進枠は、前記回転枠に設けたカムによって光軸方向に進退することを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動装置。
前記直進枠は、前記第２位置に対して更に前記ベース部材から離れた第３位置に進行可能であり、
前記直進枠によってレンズ駆動のベース位置が決められる取付枠には、少なくともレンズを光軸方向に沿って移動自在に駆動するレンズ駆動部が配備され、
前記アクチュエータによる前記直進枠の光軸方向の移動と前記レンズ駆動部における光軸方向のレンズ駆動によって、レンズ位置調整がなされることを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動装置。
前記アクチュエータによって前記取付枠を前記ベース部材から最も離間させた状態では、無限遠フォーカス位置が前記レンズ駆動部におけるレンズ動作可能範囲外になることを特徴とする請求項３記載のレンズ駆動装置。
請求項１～４のいずれか１項記載のレンズ駆動装置を備えた撮像装置。