WO2005040888A1

WO2005040888A1 - 光学モジュール

Info

Publication number: WO2005040888A1
Application number: PCT/JP2004/015016
Authority: WO
Inventors: Toshihiko Nakagawara
Original assignee: Seiko Precision Inc.
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2005-05-06
Also published as: KR100781902B1; JP2005128114A; KR20060058143A

Abstract

第１のレンズホルダ１３，１６と、これより対物側に位置する第２のレンズホルダ１９と、第１のレンズホルダに外接し光軸方向に摺動自在に保持する鏡筒１１と、その外周に配置され第１のレンズホルダの位置を変更する円筒カム１５とを含む光学モジュール３である。第１のレンズホルダ１３，１６は側面から延在させた突起部材１３１，１６１を備える。鏡筒には突起部材の光軸方向ＬＤでの移動を許容する貫通穴１１Ａ、１１Ｂが形成され、円筒カムの内壁には突起部材を案内するカム面１５１が形成される。第２のレンズホルダは鏡筒の上端部に固定されると共に円筒カムを位置決めする摺動面を有する。円筒カムを第２のレンズホルダの摺動面へ向け付勢する弾性部材１２が配置されている。　

Description

明細書

光学モジュール

技術分野

[0001] 本発明は、 CCD等の撮像素子を用いた小型カメラ等に含まれる光学モジュールに関する。

背景技術

[0002] 近年、微小なカメラを搭載した携帯電話やノート型パソコン等の電子機器が広く提供されるようになっている。これらの電子機器は小型化及び軽量ィ匕の要請が大きぐこれらに内蔵するカメラをより小型軽量ィ匕することが求められる。よって、カメラの光学系部品である光学モジュールについてもより一層の小型軽量ィ匕を図る必要がある。

[0003] その一方で、小型化された光学モジュールで鮮明な画像を得るためには特に光軸方向での寸法精度が要求される。小型化された光学モジュールでは撮像素子の受光面とレンズ系の合焦位置 (バックフォーカス）のずれが僅かでも有ると画像が劣化してしまう。また、最近では複数のレンズを内蔵して、小型であってもズーム機能を備えた小型の光学モジュールが提供されるようになって!/、る。このような光学モジュールの場合、基板側に配置した撮像素子の光軸に対してレンズ側の光軸が僅かでも傾くと、撮影画像が劣化するのでレンズ側の光軸が傾くことがな、ように組付けることが重要となる。

[0004] 複数のレンズを備えた小型カメラのレンズ駆動装置に関しては、例えば特許文献 1 に開示がある。この特許文献 1では、図 10に示すように、板カム 310を用いることによりセンサ類や信号処理装置を削減して小型化および構成の簡素化を図ったレンズ駆動装置 300を開示している。マクロ撮影やズーム撮影の際には光学モジュール内のレンズ位置が移動される。特許文献 1で開示するレンズ駆動装置 300の場合には、板カム 310が回動軸 311周り回動することでレンズ位置が変更される。具体的には、玉枠（レンズホルダ） 305、 306各々にはカムフォロアとしてのピン 307、 308が設けられてヽる。これらのピン 307、 308ίま板カム 310に形成した、カム溝 312、 313に係合している。この板カム 310を回動することにより、レンズホルダ 305、 306を所定位置に設定できる。

[0005] 特許文献 1 :特開 2002-189165号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 上記のようにレンズを移動する際には、ピントや倍率も合わせる必要がある。図 10 で開示するレンズ駆動装置 300ではこの点を考慮してカム溝 312、 313の形状 (カム曲線）が規定される。このカム曲線により、レンズと CCDとが最適距離となるように調整されている。光学モジュールは所定の寸法精度を持って作製されている。しかしながら、実際の製造工程では基板上に配置する撮像素子の光軸方向での相対位置が微妙に変化する場合や、レンズ位置や姿勢が微妙に変化する場合がある。

[0007] このように撮像素子とレンズとの相対位置が予定位置力もずれた場合には、ノックフォーカスが一致するように位置調整を行う必要がある。しかし特許文献 1で示す装置の様に板カムを用いていると、カム溝 312、 313のカム曲線を変更する、或いは回動軸 311の位置を変更する等の対処が必要となる。実際の製造工程を考えると、回動軸を変更して対処するというのは現実的ではない。よって、カム曲線の異なる板力ム 310を複数準備しておき、板カムを適宜変更してピントを合わせる作業を行うことになる。しかし、このような作業は煩雑である。

[0008] また、特許文献 1で開示するレンズ駆動装置 300は、図 10で示すように、レンズホルダ 305、 306の片側に板カム 310が配置され、この板カム 310を回動することによりこれらのレンズホルダが光軸方向に移動される。し力し、このような構造ではピン 307 、 308を介してレンズホルダの側のみに負荷が掛かるので、レンズホルダの光軸がぶれてしまう。その結果、前述したようにレンズ側の光軸が傾くという事態になるので撮影画像が劣化するという問題を招来する。

[0009] 本発明は、上記課題を解決し、光軸方向でのレンズホルダの位置ずれが無く精度良くバックフォーカスを設定できる光学モジュールを提供することを目的とする。また、レンズホルダを光軸方向に沿って確実に移動させる構造を備え、光軸の傾きを確実に抑制できる光学モジュールを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 [0010] 上記目的は、第 1のレンズホルダと、前記第 1のレンズホルダより対物側に位置する第 2のレンズホルダと、前記第 1のレンズホルダに外接し、前記第 1のレンズホルダを光軸方向に摺動自在に保持する鏡筒と、前記鏡筒の外周に配置され、前記第 1のレンズホルダの位置を変更する円筒カムとを含む光学モジュールであって、前記第 1のレンズホルダの側面力も延在させた突起部材を備え、前記鏡筒には前記突起部材の光軸方向での移動を許容する貫通穴が形成され、前記円筒カムの内壁には、前記突起部材を所定位置に案内するカム面が形成され、前記第 2のレンズホルダは、前記鏡筒の上端部に固定され、前記円筒カムを光軸方向に位置決めする摺動面を有し、前記円筒カムを前記第 2のレンズホルダの前記摺動面へ向けて付勢する弾性部材が配置されている光学モジュールにより達成できる。

[0011] 本発明によると、第 1のレンズホルダを移動する円筒カムが弾性部材によって第 2のレンズホルダへ当接される。第 2レンズホルダは鏡筒の上部に固定されているので、円筒カムを光軸方向で所望位置に位置決めできる。よって、光学系に含むレンズを所望位置に配置できるのでバックフォーカスを精度良く設定できる。

[0012] そして、前記第 2のレンズホルダは、前記鏡筒の上端部に対して前記光軸方向への移動が可能となるように螺合されている構造であることが好ましい。このような構造であれば、部品や組付けによって光軸方向での位置誤差が発生した場合でも、第 2 のレンズホルダを光軸方向に移動させて簡単にバックフォーカスを補正できる。

[0013] また、前記弾性部材は、前記円筒カムの下に配置したリング状の円錐コイルパネ又は竹の子パネを採用することができる。このようなパネを採用すると組み込みスペースを小さくできるので、光学モジュールの小型化を図ることができる。

[0014] また、前記第 1のレンズホルダは、前記突起部材を複数備えて、ることが好ま、。

第 1のレンズホルダが円筒カムのカム溝に沿って移動するときに、このように複数の突起部材を備えていると基板側の光軸に対してレンズ側の光軸が傾くことを抑制できる。また、複数の突起部材によりレンズホルダを保持するので耐衝撃性にも優れた構造となる。なお、前記第 1のレンズホルダは鏡筒内に複数設けることができる。

[0015] 前記突起部材は互いに向きが異なるように、前記第 1のレンズホルダの側面に配置されていることが望ましい。例えば、 1つのレンズホルダが直線上で逆向きに 2個の前記突起部材を備え、異なるレンズホルダ間では前記直線が交差するように前記突起部が配置されている構造を採用することができる。このような構造であれば、レンズ側の光軸が傾く事態をより確実に防止できる。そして、上述したような光学モジュールを含んだ携帯用電子機器は、小型で鮮明な画像を得ることができる。

発明の効果

[0016] 本発明によると、レンズの移動機構を有する光学モジュールにおいて、受光素子の受光面にレンズの焦点を合わせる調整が容易に実施できる光学モジュールを提供できる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]実施形態に係る光学モジュールの内部が確認できるように示した分解斜視図である。

[図 2]図 1に示した第 3レンズホルダ及び第 2レンズホルダを拡大して示した図である。

[図 3]図 1で示した各部を組付けた状態の光学モジュールの断面構成を示した図である。

[図 4]図 3に示した円筒カムを 2つの構成部品に分割した状態を示した拡大図である

[図 5]円筒カムの内壁に形成したカム溝をより明確に確認できるように示した展開図である。

[図 6]複数のカム部品により形成される円筒カムの変形例を模式的に示した図である

[図 7] (A)および (B)は、円筒カムの内壁に形成するカム溝を規定するのに好ましいカム曲線 (プロファイル）を示した図である。

[図 8]光学系ユニットを駆動する駆動部及び光学系ユニット上にセットされるカバーについて示した図である。

[図 9]光学系ユニット及びモータを組付けた完成状態の光学モジュールを断面構成が確認できるように示した図である。

[図 10]従来の小型カメラのレンズ駆動装置について示した図である。

発明を実施するための最良の形態 [0018] 以下、本発明に係る一実施形態を図面を参照して説明する。図 1は、実施形態に係る光学モジュールの内部が確認できるように示した分解斜視図である。なお、図 1 では特徴的な構成が理解し易くなるように途中に介在するフィルタや絞り等を省略して示している。所定の配線パターンが形成された基板 1上に撮像素子となる CCD2 が固定されている。基板 1としては、例えばフレキシブル配線基板 (FPC基板)を採用することができる。この基板 1に配置された CCD2上に撮影画像が結像するように光学系ユニット 3が配置される。なお、本明細書でいう光学モジュールとは、レンズ及びこれを CCDの光軸方向 LDに駆動する光学系ユニット 3であってもよ!/、し、 CCD2や基板 1、更には後述されるレンズホルダを駆動するァクチユエ一タをも含んだ構造と理解してもよい。以下、光学系ユニットに含まれる構造、本光学系ユニットで採用するのに好ま U、円筒カム、また光学モジュールを作製するのに好まし!/、位置決め構造を順に説明する。

[0019] (光学系ユニットの構造）

光学系ユニット 3は、基板 1側から、鏡筒 11、弾性部材としてのリング状の円錐コィルバネ 12、第 3レンズホルダ 13、第 3レンズ 14、円筒カム 15、第 2レンズホルダ 16、第 2レンズ 17、第 1レンズ 18及び第 1レンズホルダ 19を含んでいる。

[0020] 鏡筒 11は、底部側に底板 110を備えている。鏡筒 11は略円筒形状を成し、基板 1 に固定された CCD2を中心にして囲むように配置される。底板 110には CCD2の形状に対応した形状の開口（図示せず)が形成されている。基板 1上に鏡筒 11をセットしたときには、底板 110の開口に CCD2が嵌合した状態となる。また、底板 110は鏡筒 11の本体筒状部分より大きな円盤状に形成され、その外周部分が外方へ突出してフランジ部 115となって!/、る。後述するようにこのフランジ部 115上にコイルパネ 12 が載置される。

[0021] 鏡筒 11の側壁には複数のガイド溝 11A— 11Hが形成されている。これらガイド溝中で 4つのガイド溝 11A、 11B、 11E及び 11Fは、鏡筒 11の側壁を一部切欠いて光軸方向 LDに延びる長、溝部として形成されて、る。これら以外のガイド溝は側壁の内面に形成されている。これらガイド溝 11A— 11Fについては後に詳述する力 4つのガイド溝 11A、 11C、 11E、 11Gは第 3レンズホルダ 13を案内するために形成され、他の 4つのガイド溝 11B、 11D、 11F、 11Hは第 2レンズホルダ 16を案内するために形成されている。

[0022] コイルパネ 12は、リング状で下部に向うに従って巻き半径を拡大させた円錐型となるように形成されてヽる。このコイルパネ 12は鏡筒 11の本体円筒部分の外周に嵌められ、前述したようにフランジ部 115上に載置される。先に課題として指摘したように、製造工程において基板 1上に配置される CCD2とレンズとの相対的な位置関係がずれるとレンズの合焦位置 (バックフォーカス）が CCD2の受光面力もずれるため鮮明な画像が得られなくなる。そこで、レンズ位置を調整して焦点位置が CCD2の受光面に合うように、本光学モジュールでは、レンズを案内する円筒カム 15を第 1レンズホルダ 19に付勢し、し力も第 1レンズホルダの位置を調整できる構造が採用されている。具体的には、円筒カム 15の底部をコイルパネ 12で支持して、上方に位置している第 1 レンズホルダ 19へ向けて付勢する。このような構造とすることで、円筒カム 15の光軸方向 LDでのレンズ位置を安定化させて!/、る。

[0023] 上記のように円筒カム 15の上面を第 1レンズホルダ 19の下面に当接させ、レンズ位置を安定ィ匕させている構造についてより詳細に説明する。上記円筒カム 15の上面は、図 1に示すように平坦に形成されている。円筒カム 15の上面が当接する第 1のレンズホルダ 19の下面も平坦に形成されている。なお、後述するように円筒カム 15は回転するので、この円筒カム 15の上面が当接する第 1レンズホルダ 19の下面は摺動面となる。一方、第 1のレンズホルダ 19は、本光学モジュールが組立てられたときには鏡筒 11の上部に固定される。より具体的には、鏡筒 11の上部外周に形成された雄螺子部 117に螺合する雌螺子部（図示せず）が第 1のレンズホルダ 19の内壁に形成されている。

[0024] 鏡筒 11は基板 1に設置される。この鏡筒 11の頂部に第 1レンズホルダ 19が固定される。よって、第 1レンズホルダ 19の光軸方向 LDの位置は、基板 1から一定に保つことができる。この第 1のレンズホルダ 19に対して、コイルパネ 12を用いて円筒カム 15 を押付けることで、その光軸方向 LDでの円筒カム 15の位置を安定ィ匕できる。後述するように、この円筒カム 15にはレンズ 14、 17を保持するレンズホルダ 13、 16が係合しており、これらの移動を制御する。よって、円筒カム 15の位置を安定に保つことで、複数のレンズ 14、 17の光軸方向での位置は円筒カム 15を介して所期位置に保持される。

[0025] 特に、本実施形態では第 1レンズホルダ 19を鏡筒 11の上部にネジにより螺合しているので、第 1のレンズホルダ 19を回転することにより円筒カム 15の高さ位置を簡単に変更できる。よって、仮に CCD2の基板への組付け誤差によりバックフォーカスがずれた場合でも、第 1のレンズホルダ 19を回転させることにより簡単にバックフォー力スを補正することができる。本光学系ユニット 3では、鏡筒 11上部の第 1レンズホルダ 19を回転することにより、部品や組付け時の誤差を簡単に解消できる。

[0026] 上記のように、本光学モジュールは円筒カム 15の下にコイルパネ 12を配置するという簡単な工夫で、基準となる第 1レンズホルダ 19に対して精度良く位置決めを行い。これにより従来のようにカム曲線の変更等を行うことなぐ基板に配置した CCD2上に確実に焦点が合うようにしたレンズ移動機構を実現できる。

[0027] また、上記コイルパネ 12は円錐状に形成されていることで、円筒カム 15の底部に広く接して上方へ付勢する。このコイルパネ 12は円錐状であるので、コイル直下にコィルが存在しな、配置構成となるため圧縮時の密着高さを低くすることができる。すなわち、コイルパネ 12は狭いスペースでの配置が可能な形状となっている。そして、このコイルパネ 12に負荷が加わったときに盛り上がり部分が下に沈んで平坦ィ匕するように変形するので、稼動時には更に低く変形させることができる。よって、このコイルパネ 12は、小さい容積で比較的大きな荷重に耐えられるという特徴をもっている。なお、本実施形態では円錐状のコイルパネ 12を採用している力板パネを螺旋状に卷 V、た、わゆる竹の子パネを同様に採用することができる。

[0028] 上記円筒カム 15は鏡筒 11の外周を囲むように配置される。円筒カム 15の内壁には複数のカム溝 (カム面） 151が形成されている。第 3レンズホルダ 13及び第 2レンズホルダ 16には、このカム溝 151に係合する突起部材として係合ピンが設けられて!/ヽる。具体的には、第 3レンズホルダ 13は半径方向に突出する 2つの係合ピン 131— 1 、 131— 2を備え、同様に第 2レンズホルダ 16は半径方向に突出する係合ピン 161— 1、 161— 2を備えている。これら係合ピンをカムフォロアとして、所定軌跡で移動するようにカム溝 151の形状が規定されている。円筒カム 15のカム溝 151と、係合ピン 13 1—1、 131— 2及び係合ピン 161— 1、 161— 2との関係については後に詳しく説明する。

[0029] なお、円筒カム 15の外周には符号 159で示すラック部 159が形成されている。このラック部 159は、図 1では図示していない駆動側のギアに嚙合する。これにより円筒力ム 15が光軸方向 LDを中心に回動する。この動作に基づいて、第 3レンズホルダ 13 及び第 2レンズホルダ 16が光軸方向 LDに沿って移動されることになる。

[0030] 次に、光学系ユニット 3に含まれるレンズ及びこれらを保持するレンズホルダについて説明する。第 3レンズ 14は基板 1に最も近、位置に配置された補正系のレンズであり、第 3レンズホルダ 13により保持されている。第 2レンズ 17は中間に配置された変倍系のレンズであり、第 2レンズホルダ 16により保持されている。第 1レンズ 18は被写体側に位置する対物レンズであり、第 1レンズホルダ 19により保持されている。第 3レンズホルダ 13及び第 2レンズ 17は、鏡筒 11内に収納された状態で円筒カム 15の内壁に形成したカム溝 151により光軸方向 LD上の所望位置へ移動される。これにより、第 3レンズ 14と基板 1との距離や各レンズ 14, 17, 18間の距離が変更されるので、ワイド (WIDE)からテレ (TELE)まで焦点距離を変化させて撮像することが可能となる。

[0031] 図 2は、図 1に示した第 3レンズホルダ 13及び第 2レンズホルダ 16を拡大して示した図である。この 2つのレンズホルダは、図示するように互いに上下力も接近して重なる状態で鏡筒 11内にセットされる。第 3レンズホルダ 13から半径方向に突出する 2つの係合ピン 131— 1、 131— 2は鏡筒 11に形成したガイド溝 (貫通穴） 11 A、 11E力も外側に突出して円筒カム 15のカム溝 151と係合する。同様に、第 2レンズホルダ 16から半径方向に突出する 2つの係合ピン 161— 1、 161— 2は鏡筒 11に形成したガイド溝 1 1C、 1 IF (貫通穴）から外側に突出して円筒カム 15のカム溝 151と係合する。

[0032] 図 1も参照して図 2に基づいて、第 3レンズホルダ 13及び第 2レンズホルダ 16を順に説明する。第 3レンズホルダ 13の周部には、 4つのガイド棒 132— 1— 132— 4がほぼ等間隔で形成されている。これらガイド棒 132— 1一 132— 4は、鏡筒 11の内部に形成したガイド溝 11 A、 11C、 11E、 11Gと摺接するように形成されている。この内の 2 つのガイド棒 132— 1と 132— 3からは、前述した係合ピン 131—1, 131— 2が半径方向に突出している。さらに、第 3レンズホルダ 13の周部には 4つの受溝 133— 1— 133 4が、上記ガイド棒 132の間に位置するように形成されている。これら受溝 133— 1— 133— 4は、同様の構造を有する第 2レンズホルダ 16のガイド棒 162—1— 162— 4を受入れるように形成されて!、る。

[0033] 第 2レンズホルダ 16は、上記第 3レンズホルダ 13と同様の構造を有している。すなわち、第 2レンズホルダ 16の周部には、 4つのガイド棒 162— 1— 162— 4が形成されている。これらガイド棒 162-1— 162-4は、鏡筒 11の内部に形成した残りのガイド溝 11B、 11D、 11F、 11Hと摺接するように形成されている。この内の 2つのガイド棒 162-1、 162— 3からはピン 161— 1, 161— 2が半径方向に突出している。また、第 2 レンズホルダ 16の周部には受溝 163— 1— 163— 4が形成されている。これら受溝 16 3—1— 163— 4は、第 3レンズホルダ 13のガイド棒 132— 1— 132— 4を受入れるように形成されている。

[0034] 上記第 3レンズホルダ 13と第 2レンズホルダ 16とは、互いのガイド棒と受溝とを係合させることで、相互にスライド可能な状態を形成する。そして、この状態のレンズホルダ 13、 16の各ガイド棒（132と 162)力鏡筒 11の内面に形成したガイド溝 11 A— 1 1Hに係合することで、摺動自在に収納される。すなわち、本光学モジュールでは、レンズホルダ 13、 16の各ガイド棒（132と 162)が第 1のガイド部材、鏡筒 11の摺動面に形成したガイド溝 11 A— 11Hが第 2のガイド部となり、これらレンズホルダ 13、 16を鏡筒 11内で摺動自在に保持するガイド構造を実現する。よって、第 2レンズホルダ 1 6と第 3レンズホルダ 13とは、お互いに干渉することなく光軸方向への相対移動が可能である。

[0035] さらに、図 2に示した第 2レンズホルダ 16及び第 3レンズホルダ 13の特徴的な構造について説明する。第 2レンズホルダ 16から突出する係合ピン 161— 1、 161— 2は直線 16L上で反対向きに配置されている。まず、このように異なる向きとなる係合ピンを複数配置することで、第 2レンズホルダ 16の位置が光軸方向 LDに対して傾くことが抑制されている。そして、この第 2レンズホルダ 16の下に配置した第 3レンズホルダ 1 3も同様の構造を備えている。第 3レンズホルダ 13からも係合ピン 131— 1、 131-2が直線 13L上で反対向きに配置されている。し力も、直線 16Lと直線 13Lとは互いに交差するように設定されている。

[0036] よって、第 2レンズホルダ 16及び第 3レンズホルダ 13は、互いにガイド棒と受溝とを係合させることで 4点支持の状態を形成する。そのため、両レンズホルダで保持するレンズの光軸が、基板側の光軸方向 LDに対し傾くことをより確実に抑制できる。また、上記のようにレンズホルダを複数の係合ピンで支持したので、応力を分散でき落下時の耐衝撃性を備えた構造となる。また、各レンズホルダ 13、 16〖こはガイド棒と受溝とが形成されているので、これらを互いに接近させることができる。また、一方のレンズホルダ力延びるガイド棒に干渉しな、ので、ガイド棒を長めに設定することが可能である。

[0037] 例えば、互いのガイド棒 132、 162の長さを、第 2レンズホルダ 16及び第 3レンズホルダ 13が移動する範囲に設定しておくことで、第 2レンズホルダ 16及び第 3レンズホルダ 13が光軸方向 LDに対して傾くことがなくなる。また、ガイド棒 132、 162を長めに設定することで、鏡筒 11側に設けたガイド溝（ 11 A等)から鏡筒内に進入する光を遮光することができる。また、これらにより鏡筒 11内へのチリの進入を防ぐ防塵性をも得ることができる。

[0038] 図 3は、図 1で示した各部を組付けた状態の光学モジュールの断面構成を示した図である。この図 3では光学系ユニット 3の外周部を覆うカバー 40が図示されている。このカバー 40については後述する。この図 3により、前述した円筒カム 15を上方へ付勢した構造をより明確に確認できる。すなわち、鏡筒 11の上部に形成した雄螺子部 117と、これに嚙合する第 1レンズホルダ 19の内壁に形成した雌螺子部 197が示されている。このように最上部の第 1レンズホルダ 19が鏡筒 11の上部に配置され、この第 1レンズホルダ 19に円筒カム 15がコイルパネ 12の付勢力によって当接されるので光軸方向 LDのレンズ位置が決定する。よって、第 3レンズ 14の位置を第 1レンズホルダ 19の位置により設定できる。そして、第 1レンズホルダ 19を鏡筒 11に対して回転させることで、ノックフォーカス位置を CCD2の受光面に合わせるように位置決めできる。

[0039] また、この図 3では、第 3レンズホルダ 13から半径方向に突出した係合ピン 131及び第 2レンズホルダ 16から半径方向に突出した係合ピン 161を確認できるよう示している。前述したように、各レンズホルダ 13, 16はそれぞれ 2個ずつの係合ピンを有しているが、図 3ではその 1つずつを図示している。この図 3によると、係合ピン 131及び係合ピン 161が鏡筒 11の外側に配置した円筒カム 15の内壁に形成したカム溝 15 1に係合する様子が確認できる。この円筒カム 15が下部に配置したコイルパネ 12により上方へ付勢されているので、レンズホルダ 13, 16がこれに伴って移動し第 1レンズホルダ 19の位置を基準にして光軸方向 LDでの位置が正確に定まる。なお、特許請求の範囲との関係では、上記第 2レンズホルダ 16及び第 3レンズホルダ 13が第 1 のレンズホルダに相当し、第 1レンズホルダ 19が第 2のレンズホルダに相当する。

[0040] (円筒カム）

本実施形態で例示する光学系ユニット 3で採用する円筒カム 15は、その内壁に形成するカム溝が特徴的な構成を有している。更にこの点について説明する。上記図 3 では、円筒カム 15のより詳細な構成が示されている。本光学系ユニット 3に組み込まれている円筒カム 15は、上カム 15Uと下カム 15Lとの 2個のカム部品によって形成されている。光学モジュールが小型化されると、円筒カム 15もより小型にする必要がある。し力し、この円筒カム 15の内壁には上記のように、第 3レンズホルダ 13及び第 2レンズホルダ 16を光軸方向 LDに精度良く案内するためのカム溝 151を形成しなければならない。極めて微小な管状部材の内壁に、細い溝を精度良く形成することは極めて困難である。そこで、本光学系ユニット 3では円筒カム 15を分割したカム部品を組合せることにより作製している。

[0041] 図 4は、図 3に示した円筒カム 15を 2つの構成部品、上カム 15Uと下カム 15Lとに分割した状態を示した拡大図である。円筒カム 15は内壁に形成したカム溝 151の部分で上下に分割されている。このカム溝 151には、前述したように、第 3レンズホルダ 13の係合ピン 131と第 2レンズホルダ 16の係合ピン 161が係合する。これらの係合ピンを案内するカム曲線 (プロファイル）に基づいて、カム溝 151が形成されている。力ム曲線の形状が端部に現れるように、上カム 15Uと下カム 15Lとの分割ライン 152が設定されている。

[0042] よって、上下のカム 15U, 15Lが接続される部分にカム溝 151が形成される。このような構成であれば、 2つの金型を用いて上カム 15U及び下カム 15Lをそれぞれ作製し、これを合わせることで円筒カム 15を作製できる。したがって、カム溝 151が細い溝であっても円筒カム 15を比較的容易に作製できる。このように本円筒カム 15は、金型を用いたプラスチック射出成型等により、薄ぐ小型のものを作製できる。また、アンダーカット等の処理が不要となるので、簡単な金型構成とすることができる。

[0043] また、図 3に示すように係合ピン 131, 161の頭部は、横断面が略三角形状であり、この部分がカムフォロアとなってカム溝 151に係合する。カム溝 151は、この係合ピンの形状に対応するように横断面が「V字」状に形成されて!、る。このカム溝 151の形状は図 4でも確認できるように示され、中央部の短い垂直部 153と、この上下に設けた傾斜部 154とを含んでカム溝 151が形成されて!、る。

[0044] 上記のように係合ピン 131、 161は頭部力傾斜した傾斜カムとなっている。この係合ピンをカムフォロアとして案内するようにカム搆 151が形成されて!、る。このように係合ピンの頭部に傾斜カムを採用した場合には、円筒カム 15の肉厚を確保しながら小径ィ匕を図ることができる。また、係合ピンの頭部に断面が矩形となる平面カムを採用してもよい。この場合にはズーム動作中の位置制度を高めることができる。

[0045] なお、上カム 15Uの上面からカム溝 151まで凹部 158が形成されている。図 4では上カム 15Uの凹部 158のみが確認できる。この凹部 158は第 2レンズホルダ 16の係合ピン 161を円筒カム内のカム溝 151へ誘導するための案内溝である。係合ピン 16 1は直線上で逆向きに配置されているので、 2個の凹部 158が上カム 15Uに形成されている。ただし、第 3レンズホルダ 13及び第 2レンズホルダ 16を下カム 15L上にセットしてから、上カム 15Uを被せるようにして組付けを行う場合には、この凹部 158を形成する必要はない。図 4は、第 2レンズホルダに対応するカム溝と第 3レンズホルダに対応するカム溝は、レンズホルダを誘導する案内溝で連結されている。第 3レンズホルダを凹部 158から第 2レンズホルダを案内するカム溝に誘導し、さらに連結されている案内溝を通過して第 3レンズホルダを案内するカム溝に到達する。次に、第 2 レンズホルダを凹部 158から誘導して対応するカム溝に設定する。

[0046] また、上カム 15Uには下向きの凸部 156が形成され、一方の下カム 15Lにはこれを受ける受け部 157が形成されている。これらの凹凸は反対位置にも同様に形成されている。円筒カム 15は、これらの凹凸部 156, 157を基準位置にして上下カム 15U、 15Lが接続されて、作製される。よって、円筒カム 15は精度良く組上げることができ、内面には位置精度よくカム溝を配置できる。上カム 15U及び下カム 15Lは、嵌合により一体に駆動可能な構造となっているが、接着剤あるいは、レーザ溶着等により一体に形成することも可能である。

[0047] 図 5は、円筒カム 15の内壁に形成したカム溝 151の形状を確認できるように示した展開図である。この図 5によると、円筒カム 15の内壁に形成したカム溝 151の状態をより明確に確認できる。カム溝 151は異なるカム曲線によって規定されるカム溝 151— 1とカム溝 151—2とを含んでいる。カム溝 151— 1は、第 2レンズホルダ 16に対応した変倍系のレンズ動作を規定している。カム溝 151— 2は、第 3レンズホルダ 13に対応した補正系のレンズ動作を規定している。すなわち、第 2レンズホルダ 16の係合ピン 161— 1、 161— 2がカム溝 151— 1に係合する。第 3レンズホルダ 13の係合ピン 131— 1、 131— 2がカム溝 151—2に係合する。

[0048] この図 5により、上カム 15Uと下カム 15Lとの分割ライン 152力上記カム溝 151— 1 、 151— 2に沿ってを分割するように設定されていることが確認できる。また、この図 5 によると、カム溝 151の垂直部 153と傾斜部 154との関係も確認できる。また、分割ライン 152には光軸方向 LDと平行となる平行分割線部分 152LDを含んでいる。このように分割ライン 152を形成することで円筒カム 15の周方向での無駄なスペースを抑制できる。ただし、周方向に幾分かの余裕がある場合には、この分割線部分 152LD を斜めにしてもよい。

[0049] 図 6は、複数のカム部品により形成される円筒カム 15の変形例を模式的に示した図である。図 4, 5で示した円筒カム 15は上下 2個のカム 15U、 15Lで構成されていた力図 6は構成部品を 3個とした場合の例を示している。この円筒カム 15は上カム 15 U、中間カム 15M、下カム 15Lの 3個のカム部品力も構成されている。上カム 15Uと中間カム 15Mとは分割ライン 152— 1により分離され、下カム 15Lと中間カム 15Mとは分割ライン 152-2により分離される。

[0050] 上記分割ライン 152-1、分割ライン 152-2は、異なるカム曲線に基づいて設定されている。これらの分割ラインも光軸方向 LDと平行となる平行分割線部分 152LDを含んで周方向での無駄なスペースを抑制している。分割ライン 152-1では曲線部 1 52— ICAが本来のカム曲線である。同様に分割ライン 152— 2では傾斜した直線部 1 52— 2CAが本来のカム曲線である。中間カム 15Mは、上下のカム 15U, 15Lより肉薄に形成され、これらをセットすると中間カム 15Mの上端と下端にカム面が形成される。この図 6に示す円筒カム 15の場合は、補正系のレンズホルダからの係合ピンが曲線部 152— 1CAに当接するように設定される。同様に変倍系のレンズホルダからの係合ピンが曲線部 152-2CAに当接するよう設定される。

[0051] また、上カム面および下カム面も断面 V字形状として、レンズホルダの突起部を誘導してカム面上にレンズホルダを配置することもできる。この場合には、カム 15の光軸側端部にはレンズホルダを誘導する凹部 (溝部）、他方のレンズホルダが配置されるカム面あるいは他方のレンズホルダを誘導するための凹部を経由して当該レンズホルダを誘導することも可能である。

[0052] 図 6で示した円筒カム 15の場合には、高さ方向に重ねて異なるカム溝を形成できる。よって、図 5で示した 1つの円周上に異なる形状のカム溝を同時に配置していた場合と比較すると 1種類のカム溝を余裕をもって周方向に配置することができる。よって、カムの回転角を大きく設定できるので、ァクチユエータのトルクを小さくできる。この図 6では 3個のカム部品から円筒カムを構成する例を示したが、さらに多くの分割部品から構成するようにしてもよい。この図 6に示した円筒カム 15では、カム曲線を 3組同一面上に配置したものであるので、レンズホルダの自由度が制限されるためレンズホルダの光軸方向に対する角度が安定する利点を有する。このためガイド溝の数を減らすことも可能である。

[0053] 図 7は、上記円筒カム 15の内壁に形成するカム溝を規定するのに好ましいカム曲線 (プロファイル）を示した図である。図 7 (A)は変倍系レンズ用のカム溝 151— 1を規定するカム曲線 151— 1CAを示して!/、る。同（B)は補正系レンズ用のカム溝 151—2 を規定するカム曲線 151— 2CAを示している。すなわち、カム曲線 151— 1CAに基づいて、第 2レンズホルダ 16が光軸方向に移動される。他方のカム曲線 151— 2CAに基づ、て、第 3レンズホルダ 13が光軸方向に移動される。

[0054] より具体的に説明すると、第 2レンズホルダ 16の半径方向へ突出した係合ピン 161 —1、 161— 2力カム曲線 151— 1CAによって規定されたカム溝 151— 1により光軸方向へ移動される。第 3レンズホルダ 13の半径方向へ突出した係合ピン 131— 1、 131 —2が、カム曲線 151— 2CAによって規定されたカム溝 151— 2により光軸方向へ移動される。なお、この図 7ではズーム機能に加えて望遠側にマクロ機能を付加した場合のカム曲線を例示してヽる。

[0055] 本光学モジュールは携帯電話等にも搭載できるように小型化される。上記のようにズーム機能を備えた場合には、各レンズホルダを精度良く所期位置へ移動させることが重要である。そのために、従来においてレンズホルダが広角位置や望遠位置にあることを確認するための位置検出部材を配置するという手法が一般的に採用される。しかし、このように位置検出部材を別途に設けると、光学モジュールが大型化してしまうので小型化の要請に反することになる。また、携帯電話等に用いる光学モジュールは極めて小さぐ円筒カムの円周角に対して周長が短い。よって、回転角度に対するレンズホルダの光軸方向の位置検出には高い精度が必要となる。しかし、位置検出部材を設けることが困難である。図 7で示すカム曲線は、変倍系および補正系のカム曲線に平坦部を設けることで、広角端および望遠端において、位置検出なしで所望の特性を達成可能とする。

[0056] 本光学系ユニット 3では、円筒カム 15の外周にはラック部 159が固着されており、ァクチユエータの駆動力はこのラック部 159に嚙合するギアにより伝達される。寸法精度の高いギアを採用してもバックラシュの影響を除くことは困難である。また、他部品や組付け誤差の影響もある。本光学ユニット 3では、位置検出部材がないために、高い精度で回転カムの位置検出はできない。ズーム動作で円筒カム 15を広角端と望遠端の間で回転したときに、所定角度分ァクチユエータで回転させたにもかかわらず、初期位置のずれやバックラッシュの影響で、所望の広角端あるいは望遠端の位置に円筒カムが回転してヽなヽと、う可能性がある。

[0057] そこで、本実施形態では図 7に示したように、レンズをズーム移動させる曲線部分（ズーム部）の両端、すなわち広角端 (ワイド端)及び望遠端 (テレ端）に、光軸方向 LD に直交する所定長の平坦部を備えたカム曲線を採用する。すなわち、本実施形態では円筒カム 15の変倍系および補正系のカム曲線として、このような平坦部を備えたカム曲線を採用する。これにより、位置検出部材で高精度の位置検出を行わなくても、平坦部にレンズホルダがあれば、広角端或いは望遠端の性能を達成することができる。レンズホルダの位置を考えると、広角端の平坦部にレンズホルダがあるときに、平坦部の距離を考慮してァクチユエータを駆動することで、結像距離がずれても望遠端の平坦部に移動させることで望遠端での性能を維持することができる。よって、バッタラシュや組付け誤差等による影響を解消し、広角及び望遠位置で所定の性能を安定して達成することができる。

[0058] 広角端から望遠端へ移動させる場合を例として説明する。本光学系では、初期位置を検出するために、広角端側に円筒カムを移動させて、円筒カムの回転限界で円筒カムが停止した位置から、所定のパルス数だけァクチユエータに駆動パルスを与えて望遠側に回転カムを戻した平坦部上の位置を初期位置と設定している。従って、初期位置は位置誤差を有していることが予想される。例えば、広角端から望遠端までの回転角度を 500パルス、平坦部の回転角度を 50パルスあるものとする。初期位置が広角端から 25パルスの位置とする場合、望遠端に移動させるため、望遠端から 25 パルスの平坦部上の位置を目標として、 550パルス駆動パルスをカ卩えることとする。さすれば、目標値の前後 25パルス以内に移動すれば、望遠端に円筒カムを回転駆動したこととなり、所望の移動は達成されたこととなる。

[0059] さらに、図 7で例示するカム曲線は望遠側にマクロ撮影用の曲線と平坦部が付加されている。この場合も、望遠端の平坦部を経て力もマクロ状態に入るので精度良く合焦する。さらに、平坦部で所定の機能を達成できるため、安定した動作が可能となる

[0060] 上記のようにカム曲線の所定位置に、所定長さの平坦部を付加するという改良で広角位置、望遠位置及びマクロ位置でのレンズ位置のずれを抑制できる。本構成では、広角位置、望遠位置及びマクロ位置にレンズがあることを確認するための位置検出部材を新たに設ける必要がない。よって、小型化及び低コストィ匕を図った簡単な構成で、広角及び望遠で安定してズーム機能またはマクロ機能を使った撮影が可能な光学モジュールを提供できる。なお、図 7に示すように望遠側の平坦部に連続してマク口用のカム曲線を形成すると、マクロ側につ、ても円筒カムの位置ズレを吸収することにより安定してマクロ機能を利用できる。ただし、マクロ機能は本光学モジュールに必須のものではな、ので、マクロ用の曲線部分を含まな、カム曲線としてもよ!/、。

[0061] (位置決め構造）

更に、本光学モジュールは組付け構造に関しても優れた特徴を備えている。以下では、この点ついて説明する。本光学モジュールでは円筒カム 15がァクチユエータにより駆動されて、第 3レンズホルダ 13と第 2レンズホルダ 16とが光軸方向に移動する。光学モジュールでは、基板上の CCD2に対して鏡筒 11を精度良く位置決めして力もその外周に円筒カム 15を配置すること、また、この円筒カム 15に効率良く駆動力が伝達されるようにァクチユエータを配置することが必要となる。

[0062] ァクチユエータの配置の仕方としては、図 1に示した光学系ユニット 3とァクチユエ一タとを個別に構成し、これを基板上で合体させて 1個のモジュールに形成するという組付けの形態が考えられる。この形態を採用する場合は、ァクチユエータを位置決めするため基板 1側に位置決め用の穴やピンを設ける、或いは位置決め用のガイドピンを立設するという手法が取られる。

[0063] 一方、光学系ユニット 3については基板 1に最初に固定される鏡筒 11の位置が基準となる。鏡筒 11は CCD2の光軸 (光学中心）に対して位置決めされる。具体的には、基板上の CCD2に焦点が合うように鏡筒 11が配置される。ところが、実際の組付け作業では、設計位置に対して、 CCD2や鏡筒 11の取付誤差が発生する。そして、この誤差が許容範囲を越えて、る場合には、 CCD2の光学中心に合うように鏡筒 11の位置を調整したり、 CCD2の外形を基準に鏡筒 11の位置決めをして誤差を解消することが必要である。

[0064] また、光学系ユニット 3とァクチユエ一タとを個別に構成して基板に組付ける形態を採用した場合には、鏡筒 11が基板 1上の所定位置に配置されていることを前提として、基板上のァクチユエータの配置が決定されている。しかし、上記のように実際の組付時に鏡筒 11の位置がずれてしまう場合が多、。このように鏡筒 11の位置がずれると、その外周にセットされる円筒カム 15の位置もずれる。円筒カムの位置がずれるとァクチユエータとの相対位置が設計した範囲力外れることになり、光学モジュールとしての所定の性能が維持できな、と、う事態になる。

[0065] そこで、本光学モジュールでは光学系ユニット 3を覆うカバーを介して、光学系ュ- ット 3及びァクチユエータを位置決めする構成を採用する。このような構成を採用すると、鏡筒 11の位置がずれた場合でも、これに伴ってァクチユエータの位置は鏡筒 11 との相対位置関係を維持して移動するので、駆動系に関して所期の性能を実現するために容易な構成となる。また、この構成を採用すると光学系ユニット 3用のカバーとァクチユエータ用のカバーとを一体化できるので省スペース化を図ることもできる。

[0066] 図 8及び図 9を参照して、本光学モジュールで採用しているカバー 40を利用した位置決め構造を説明する。図 8は、光学系ユニット 3を駆動する駆動部及び光学系ュニット 3の上にセットされるカバーについて示した図である。この図 8は、前述した光学系ユニット 3との関係が確認できるように上部に位置する第 1レンズ 18及び第 1レンズホルダ 19を示している。図 9は、光学系ユニット 3及びァクチユエータとしてのモータ 30 を組付けた完成状態の光学モジュールを断面構成が確認できるように示した図である。

[0067] 本光学モジュールでは、モータ 30によって円筒カム 15が駆動される。図 8ではモータ 30の各要素を分解状態で示している。モータ 30はカバー 40と基板 31を用いて組立てられ、このカバー 40が光学系ユニット 3の基板 1上にセットされる。このモータ 30 は、 1対のコイル 32、ステータ 33を備え、中央部にはロータ 35を有している。

[0068] カバー 40の所定位置に固定される軸 41とロータ 35用の軸とが同軸に配置され、軸 41を中心としてロータ 35が回転するように設定されている。軸 41はカバー 40に形成した穴 51にセットされている。また、ロータ 35と一体に回転するギア 36が配設されている。また、カバー 40の他の位置に軸 42が固定されており、この軸 42には前記ギア 36と嚙合するギア 43及びこのギア 43と一体に回転するギア 44が設けられている。このギア 44に円筒カム 15の外周に形成したラック部 159が嚙合する。軸 42はカバー 4 0に形成した穴 52にセットされる。

[0069] 図 8に示した各部が組付けられた状態を示したのが図 9である。図 9で示すように、第 1レンズホルダ 19はカバー 40に形成した開口 45に嵌合した状態となる。よって、第 1レンズホルダ 19を介して、カバー 40に対して鏡筒 11及び円筒カム 15が位置決めされる。また、軸 41, 42はカバー 40の所定位置に位置決めされている。図 8に示したように、モータ 30は軸 41を基準に位置決めされる。この構造ではカバー 40を介して、鏡筒 11及び円筒カム 15側とモータ 30側との位置関係が確定されている。よつて、仮に鏡筒 11の設定位置がずれた場合でも、カバー 40を介してモータ 30側の位置も光学系ユニット 3の位置に対応して移動する。つまり、円筒カム 15とモータ 30との相対位置関係は維持されズレが発生しな、。

[0070] 以上のように、本光学モジュールではカバー 40を介して、光学系ユニット 3側と駆動部側との位置決めを行うので、円筒カム 15の外周に設けたラック部 159とモータ 30 の駆動力を伝達するギア 36、 43, 44との間に位置ずれが発生することがない。よつて、本構造を採用したことでモータの駆動力を設計通り効率的に伝達できる本光学モジュールとなる。

[0071] 以上本発明の好ましい一実施形態について詳述した力本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなぐ特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形 ·変更が可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 第 1のレンズホルダと、前記第 1のレンズホルダより対物側に位置する第 2のレンズホルダと、前記第 1のレンズホルダに外接し、前記第 1のレンズホルダを光軸方向に摺動自在に保持する鏡筒と、前記鏡筒の外周に配置され、前記第 1のレンズホルダの位置を変更する円筒カムとを含む光学モジュールであって、

前記第 1のレンズホルダの側面力延在させた突起部材を備え、

前記鏡筒には前記突起部材の光軸方向での移動を許容する貫通穴が形成され、前記円筒カムの内壁には、前記突起部材を所定位置に案内するカム面が形成され前記第 2のレンズホルダは、前記鏡筒の上端部に固定され、前記円筒カムを光軸方向に位置決めする摺動面を有し、

前記円筒カムを前記第 2のレンズホルダの前記摺動面へ向けて付勢する弾性部材が配置されて、ることを特徴とする光学モジュール。

[2] 前記第 2のレンズホルダは、前記鏡筒の上端部に対して前記光軸方向への移動が可能となるように螺合されていることを特徴とする請求項 1に記載の光学モジュール。

[3] 前記弾性部材は、前記円筒カムの下に配置したリング状の円錐コイルパネ又は竹の子パネであることを特徴とする請求項 1または 2に記載の光学モジュール。

[4] 前記第 1のレンズホルダは、前記突起部材を複数備えていることを特徴とする請求項

1乃至 3のいずれかに記載の光学モジュール。

[5] 前記第 1のレンズホルダは複数設けられていることを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載の光学モジュール。

[6] 請求項 1乃至 5のいずれかに記載の光学モジュールを含むことを特徴とする携帯用電子機器。