JP4642053B2 - レンズ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ駆動装置に関し、特に、小型カメラ等に搭載されるオートフォーカス用のレンズ駆動装置に用いて好適なものである。

一般に、レンズ駆動装置としては、ステッピングモータを用いたモータ駆動式のアクチュエータ、結晶体に電場をかけたときの歪を利用した圧電タイプのアクチュエータ、さらには、スピーカー等に採用されているボイスコイルを利用した電磁駆動式のアクチュエータ等が知られている。

たとえば、以下の特許文献１には、カメラレンズのオートフォーカス駆動用として搭載可能なボイスコイル型のレンズ駆動装置が示されている。

このレンズ駆動装置では、レンズを保持するホルダ側にコイルを装着するとともに、ベース側に磁石を装着し、コイルに電流を印加することで生じる電磁駆動力によって、ホルダをレンズ光軸方向に駆動するようにしている。また、ここでは、ホルダをバネ部材で支えるとともに、このバネ部材をコイルへの給電用に共用し、ホルダから配線が引き出されないよう構成されている。

この構成によれば、コイルへ給電するための配線がホルダから引き出されないため、レンズ駆動の際に、配線に不要な振動や張力が加わって配線が破損するとの問題を抑制することができる。しかし、その反面、この構成では、バネの構造が複雑であるため、アクチュエータ製造時の歩留まりが低下しやすいとの問題が生じる。

このような問題を解消するための構成として、ホルダ側に磁石を装着し、ベース側にコイルを装着するとの構成をとることができる。こうすると、ホルダに配線を施す必要がないため、レンズ駆動時における配線の破損等について考慮する必要がなく、構成の簡素化を図ることができる。
特開２００４−２８００３１号公報

しかしながら、この構成では、磁石がコイルに比べて高重量であるため、特に、ホルダを鉛直方向に動かす際に、重力の影響によって、下向きの動きと上向きの動きに差（動き出しの速さや駆動レスポンス等）が生じやすくなる（以下、この差のことを「駆動差」という）。このため、この構成では、ホルダを鉛直方向に移動させる場合に、円滑なレンズ駆動が行われ得ない虞がある。

本発明は、このような課題を解消するものであり、ホルダを鉛直方向に移動させてレンズ駆動装置を使用する場合にも、レンズの駆動を円滑に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。

上記課題に鑑み本発明は、以下の特徴を有する。

本発明の第１局面に係るレンズ駆動装置は、レンズを保持するホルダと、前記ホルダを前記レンズの光軸方向に変位可能に支持する支持部と、前記ホルダの側面に前記光軸に対称に配された磁石と、前記磁石に対向するよう前記支持部に配されたコイルと、前記磁石に対向するよう前記支持部に配された磁性部材とを備え、前記磁性部材は、前記光軸方向に関して、前記磁石の移動範囲に亘って配されていることを特徴とする。

本発明の第２の局面に係るレンズ駆動装置は、前記第１の局面に係るレンズ駆動装置において、前記支持部は、前記光軸に垂直な方向への前記ホルダの動きを規制することにより前記ホルダを前記光軸の方向に変位可能に案内するガイド部を備え、前記磁性部材は、前記光軸に垂直な面内方向に生じる磁力が不均衡となるように配されていることを特徴と
する。

本発明の第３の局面に係るレンズ駆動装置は、前記第１の局面に係るレンズ駆動装置に
おいて、前記磁性部材は、前記光軸に垂直な面内方向に生じる磁力が均衡するように配さ
れていることを特徴とする。

本発明の第４の局面に係るレンズ駆動装置は、前記第２または第３の局面に係るレンズ
駆動装置において、前記磁性部材は、複数に分割されるとともに前記コイルの電流入出力
部が電気的に接続される電極として共用されていることを特徴とする。

本発明の第５の局面に係るレンズ駆動装置は、前記第１から第４いずれかの局面に係る
レンズ駆動装置において、前記磁性部材は、複数の磁性体からなっており、各磁性体は、
前記磁石に対向するよう前記支持体に配されていることを特徴とする。

本発明の第６の局面に係るレンズ駆動装置は、前記第１から第５いずれかの局面に係る
レンズ駆動装置において、前記磁石は、前記光軸の周りに複数に分割されていることを特
徴とする。

本発明の第１の局面に係るレンズ駆動装置によれば、磁石と磁性部材との間に働く磁力
によって、ホルダが、レンズ光軸と垂直な面内方向に引かれ、この引力で吊られたような
状態となる。このため、ホルダを鉛直方向に動かす場合でも、重力の影響を受けにくくな
り、上向きの駆動時と下向き駆動時の間の駆動差が小さくなる。したがって、ホルダを鉛
直方向に移動させる状態にてレンズ駆動装置が使用される場合にも、レンズ駆動を円滑に
行うことができる。また、磁性部材が磁石の移動範囲に亘って設けられているため、磁石がその移動範囲のどの位置に存在しても、磁石と磁性部材との間に生じる磁力が変わらず、コイルへの給電を手段しても安定してホルダの位置を保持できる。

また、光軸に対称に磁石が配され、これら磁石とコイルとの間に生じる電磁駆動力によってホルダが駆動されるため、ホルダの片側のみに駆動力が付与される場合と異なり、駆動時にホルダにモーメントが作用することがない。したがって、レンズ駆動を一層円滑に行うことができるとともに、駆動トルクを低減させることができる。

特に、本発明の第１の局面に係るレンズ駆動装置において、前記第２の局面に係る構成
とすれば、磁性部材が、光軸に垂直な面内方向に生じる磁力が不均衡となるように配され
るため、ホルダに作用する力に偏りが生じる。これにより、レンズホルダは、この偏った
力によって、ガイド部に押し付けられながら、ガイド部に沿って移動する。したがって、
ガタのないレンズ駆動を実現することができる。

一方、本発明の第１の局面に係るレンズ駆動装置において、前記第３の局面に係る構成
のように磁性部材との間に働く磁力を均衡させれば、ホルダが、何れかの方向に偏ること
なく安定して吊られた状態となるため、ホルダの動きをより安定化させることができる。

さらに、前記第４の局面に係る構成とすれば、磁性部材がコイルへ通電するための電極
として共用されるため、コイル給電部分の構成を簡素化することができる。

さらに、磁石と磁性部材と間に働く磁力は、コイルの給電によって与えられるレンズホ
ルダの推進力の抵抗となるが、前記第５の局面に係る構成とすれば、磁性体の大きさを変
更することで、推進力とのバランスが取れるように、容易に磁力の調整を行うことができ
る。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１は、実施の形態に係るレンズ駆動装置の分解斜視図である。図２は、レンズホルダの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は底面図である。

１０はレンズホルダである。レンズホルダ１０は、平面視で八角形状を有する。レンズホルダ１０には、その中央位置に、レンズを収容するための円形の開口１１が形成されている。レンズホルダ１０の８つの側面は、開口１１に装着されたレンズの光軸に対して対称となるように配置されている。さらに、レンズホルダ１０には、シャフト６０、６１と係合する溝１２と孔１３が形成されている。また、レンズホルダ１０の８つの側面のうち、対向する２つの側面と、この２つの側面に垂直な２つの側面には、それぞれ磁石２０が装着されている、磁石２０は、片面にＮとＳが着磁された２極配置構造となっている。また、各磁石２０のサイズおよび磁気強度は互いに等しくなっている。

３０はベース（本発明の支持部に相当）である。ベース３０は、ほぼ方形の板状に形成されている。ベース３０には、レンズを透過した光をイメージセンサへと導くための開口３１が形成され、さらに、シャフト６０、６１を挿入するための２つの孔３２が形成されている。また、ベース３０には、開口３１の周囲に４つのガイド体３３が突設されている。これらガイド体３３の先端部には、それぞれ凸部３３ａが形成されている。なお、４つのガイド体３３に囲まれた空間がレンズホルダ１０の収容空間Ｓとなる。

４つのガイド体３３の外周には、コイル４０が巻回されている。コイル４０は、第１のコイル４１と第２のコイル４２とからなる。第１のコイル４１と第２のコイル４２は、直列接続されているとともに、その巻き方向が逆にされている。このため、第１のコイル４１と第２のコイル４２は、電流が流れる方向が反対になる。

５０は枠部材（本発明の磁性部材に相当）である。枠部材５０は、磁性材料からなる板材をほぼ環状に形成したものである。枠部材５０は、ベース３０に装着され、コイル４０の外周（レンズホルダ１０の外周）をほぼ全周に亘って取り囲む。なお、枠部材５０の幅と厚みは全領域において略均等となっている。

６０、６１はシャフト（本発明のガイド部に相当）である。シャフト６０、６１は、それぞれ、断面が円形で、レンズホルダ１０側の孔１２および溝１３の内径よりもやや小さい大きさの径を有している。なお、シャフト６０、６１は、磁性材料、非磁性材料のどちらで形成されてもよい。

７０はカバーである。カバー７０は、ベース３０同様、ほぼ方形の板状に形成されている。カバー７０には、レンズに光を取り込むための開口７１が形成されている。また、カバー７０には、シャフト６０、６１が、挿入される２つの孔７２が形成され、さらには、ガイド体３３の凸部３３ａが挿入される４つの長孔７３が形成されている。

アセンブル時には、レンズホルダ１０を上方からベースの収容空間Ｓに収容する。このとき、レンズホルダ１０の溝１２および孔１３が、ベース３０の孔３２に整合するようにする。この状態において、４つの磁石２０は、コイル４０に所定の隙間を有する状態で対向する。また、レンズホルダ１０の磁石２０のない４つの側面は、ガイド体３３の側面に近接する。なお、図示が省略されているが、レンズホルダ１０の開口１１には、前もってレンズが装着されている。

次に、シャフト６０を、溝１２、孔３２の順でベース３０の上方から挿入し、その下端をベース３０の底面に固着する。同様に、シャフト６１を、孔１３、孔３２の順でベース３０の上方から挿入し、その下端をベース３０の底面に固着する。さらに、枠部材５０をベース３０に上方から装着する。

最後に、カバー７０を、２つの孔７２がシャフト６０、６１の上端に挿入され、４つの長孔７３が凸部３３ａに挿入されるように、上方からベース３０に装着する。これにより、レンズホルダ１０が、２つのシャフト６０、６１に沿って変位可能な状態で、ベース３０とカバー７０に取り付けられる。

図３（ａ）は、アセンブルした後のレンズ駆動装置の構成を示す図である。なお、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示すレンズ駆動装置の内部状態が分かるように、カバー７０を取り外した状態を示す図である。

アセンブル状態において、磁石２０のＮ極は、上側の第１のコイル４１に対向し、磁石２０のＳ極は、下側の第２のコイル４２に対向する。したがって、第１のコイル４１および第２のコイル４２に駆動電流が印加されると、磁石２０に電磁駆動力が作用し、レンズホルダ１０は、シャフト６０、６１に沿って摺動する。

図４は、レンズ駆動装置の駆動動作を説明する図である。なお、同図は、図３（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

同図（ａ）は、レンズホルダ１０がホームポジションにあるときの状態を示す図である。ホームポジションにあるとき、レンズホルダ１０の下端は、ベース３０に接触している。上記のように、第１のコイル４１と第２のコイル４２にそれぞれ磁石２０のＮとＳの着磁領域がそれぞれ対向する。また、第１のコイル４１と第２のコイル４２は、電流が流れる方向が反対になる。

ホームポジションにある状態から、第１のコイル４１および第２のコイル４２に同図（ａ）に示す方向の電流が流れると、磁石２０に上方向の駆動力が作用し、レンズホルダ１０は、同図（ｂ）に示すように、シャフト６０、６１に沿って、ホームポジションから上方向に変位する。また、同図（ｂ）の状態から、第１のコイル４１および第２のコイル４２に同図（ａ）の場合と反対方向に電流が流れると、磁石２０に下方向の駆動力が作用し、レンズホルダ１０は、シャフト６０、６１に沿って、下方向に変位する。なお、図中、円に黒点のマークは図面参照者に向かってくる方向を示し、円にバツのマークは図面参照者から遠ざかる方向を示す。

このようにして、レンズホルダ１０を上方向と下方向に変位させながら、レンズをオンフォーカス位置に位置づける。このとき、４つの磁石２０と枠部材５０の間に生じる磁力によって、レンズホルダ１０は相反する２方向とこれに直交する２方向から引力を受け、これら４つの引力によって、外周方向にほぼ均等な間隔位置において吊られたような状態となる。このため、レンズホルダ１０を鉛直方向に動かす場合にも、重力の影響を受けにくくなり、下向き駆動時と上向き駆動時の間の駆動差が出にくくなる。また、レンズをオンフォーカス位置に位置づけた後にコイル４０への給電を遮断しても、レンズホルダ１０は、この引力によってオンフォーカス位置に保持される。

このように、本実施の形態では、レンズホルダを鉛直方向に動かす場合にも、上向き駆動と下向きの駆動の間の駆動差が小さくなるので、レンズホルダを鉛直方向に移動させる状態にてレンズ駆動装置が使用された場合であっても、レンズホルダ１０の駆動を円滑に行うことができる。

また、本実施の形態では、レンズホルダ１０の両側に磁石２０およびコイル４０が配されているため、レンホルダの片側のみに磁石とコイルとが配される構成と違って、レンズホルダ１０の駆動時にレンズホルダ１０にモーメントが作用することがない。このため、レンズホルダ１０を円滑に駆動することができるとともに、駆動トルクを低減することができる。

なお、本実施の形態では、上記の如く、４つの磁石２０のサイズと磁気強度が互いに等しくなっている。この場合、これら４つの磁石２０の外側面と枠部材５０の内側面の間の距離を等しくすれば、各磁石２０と枠部材５０の間に生じる磁力は互いに等しくなり、これら４つの磁力は、レンズの光軸に垂直な面内方向に均衡することとなる。このように、４つの磁力を均衡させれば、レンズホルダ１０が、何れかの方向に偏ることなく安定して吊られた状態となるため、レンズホルダ１０の動きを安定化させることができる。

図５は、本実施の形態におけるレンズ駆動装置１００をカメラに搭載する場合のカメラモジュールの概略構成を示す図である。

ベース３０側には、フィルタ２０１と、イメージセンサ２０２が配されている。ベース３０には、位置センサーとしてホール素子８０が配され、ホール素子８０からの信号をもとにレンズホルダ１０の位置検出が行われる。

フォーカス動作時、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１は、ドライバ３０２を制御して、レンズホルダ１０を図４のホームポジションから予め定められた位置までレンズ光軸方向に変位させる。このとき、ホール素子８０からの位置検出信号がＣＰＵ３０１に入力される。同時に、ＣＰＵ３０１は、イメージセンサ２０２から入力される信号を処理して撮像画像のコンストラスト値を取得する。そして、このコンストラスト値が最良となるレンズホルダ１０の位置をオンフォーカス位置として取得する。

その後、ＣＰＵ３０１は、オンフォーカス位置に向けてレンズホルダ１０を駆動する。その際、ＣＰＵ３０１は、ホール素子８０からの信号をモニタし、ホール素子８０からの信号がオンフォーカス位置に対応する状態になるまで、レンズホルダ１０を駆動する。これにより、レンズホルダ１０がオンフォーカス位置に位置づけられる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、また、本発明の実施形態も、上記以外に種々の変更が可能である。

例えば、磁性部材の配置構造について、図６から図８に示すように、種々の変形を行うことができる。

図６に示す変形例においては、枠部材５０が３つの磁石の外方を囲い、残り１つの磁石の外方を囲わないよう、平面視でほぼコ字状に形成されている。このような構成とした場合、磁石２０と枠部材５０の間に生じる磁力が、片方のみに枠部材５０が存在する方向において不均衡となり、レンズホルダ１０は矢印Ｄ１方向に引かれることとなる。これにより、シャフト６０、６１が溝１２、孔１３における枠部材５０側の内面に押さえ付けられ、レンズホルダ１０の駆動時には、溝１２と孔１３がそれぞれシャフト６０、６１に押し付けられながら、レンズホルダ１０がシャフト６０に沿って移動することとなる。このため、レンズホルダ１０の駆動時におけるガタが効果的に抑制され、滑らかな駆動動作を実現できる。

なお、この変更例では、上記実施の形態に比べ、レンズホルダ１０を吊る力が若干減少するため、上向き駆動と下向き駆動の間の駆動差の軽減効果は少し小さくなる。しかし、この場合にも駆動差の軽減効果は奏されるため、図６に示す変更例は、レンズホルダ１０の駆動時におけるガタの抑制と駆動差の軽減の双方を図りたい場合に有効である。

また、ここでは枠部材５０の一部を欠如させることによって磁力を不均衡とさせたが、レンズホルダ１０に作用する磁力を不均衡とする構成としては、各磁石２０と磁性部材５０との距離を変える構成としてもよく、各磁石２０に対向する枠部材５０の部分の大きさ（幅や厚み）を異ならせる構成としてもよい。

図７に示す変形例においては、枠部材５０が、磁石２０を２つずつ囲うように、第１の枠部材５１と第２の枠部材５２とに分割されている。第１の枠部材５１と第２の枠部材５２との間には、所定の隙間が設けられている。また、第１の枠部材５１と第２の枠部材５２は、コイル４０へ給電するときの電極として兼用される。即ち、コイル４０への電流入出力部の一方が第１の枠部材５１に接続され、他方が第２の枠部材５２に接続される。また、ドライバ３０２からコイル４０へ電流を印加するための配線の一方が第１の枠部材５１に接続され、他方が第２の枠部材５２に接続される。このような構成とすることにより、コイル４０への給電部分の構成の簡素化が図れる。

図８に示す変形例においては、枠部材５０が、コイル４０の外周（レンズホルダ１０の外周）を取り囲む主枠部材５３と、主枠部材５３に装着される４つの磁性体５４とで構成されている。主枠部材５３は、非磁性材料からなっており、ほぼ環状に形成されている。磁性体５４は、磁性材料からなる矩形状の板材であり、主枠部材５３の内側に、磁石２０に対向するように装着されている。

磁石２０と枠部材５０と間に働く磁力は、コイル４０の給電によって与えられるレンズホルダ１０の推進力の抵抗となるため、磁力が大きすぎると、コイル４０によるレンズホルダ１０の駆動力を大きなものとしなければならなくなる。そこで、上記のように、主枠部材５３に磁性体５４を装着する構成とすれば、磁性体５４の大きさを変更することで、推進力とのバランスが取れるように、容易に磁力の調整を行うことができる。

また、この変形例においては、磁性体５４の材質・大きさ等を調整することにより、各磁石２０と磁性体５４の間に生じる磁力を相違させることができ、これにより、レンズホルダ１０に作用する磁力を不均衡とすることができる。このように磁力を不均衡とすることにより、上記図６の変形例と同様、レンズホルダ１０の駆動時に、溝１２と孔１３をそれぞれシャフト６０、６１に押し付けられながら、レンズホルダ１０を移動させることができる。これにより、レンズホルダ１０の駆動時におけるガタを抑制することができ、滑らかな駆動動作を実現できる。

また、本実施の形態では、レンズホルダ１０の移動の際のガイド部が、シャフト６０、６１により構成されているが、これに限らず、他の構成とされてもよい。

図９は、ガイド部の他の構成例を示す図である。同図（ａ）に示すように、レンズホルダ１０における磁石２０が装着されていない４つの側面には、上下に延びる断面三角形状の突条１４がそれぞれ形成されている。一方、これら側面に対向するガイド体３３の側面には、突条１４に係合するＶ字状の溝３３ｂがそれぞれ形成されている。

同図（ｂ）に示すように、レンズホルダ１０がベース３０に装着されると、突条１４が溝３３ｂ内に嵌まり込む。この状態で、レンズホルダ１０が上下に移動すると、これに伴って突条１４が溝３３ｂ内を摺動する。このような構成とすれば、ガイド構造を容易に設けることができる。

さらに、本実施の形態では、レンズホルダ１０の４つの側面に、磁石２０が設けられている。しかし、磁石２０は、光軸に対称に配されていればよく、例えば、対向する２つ側面のみに配されていてもよいし、レンズホルダ１０の全側面（全周面）に配されていてもよい。磁石２０をレンズホルダ１０の全側面に配する場合には、分割した磁石を環状に配してもよいが、環状の１つの磁石としてもよい。

さらに、本実施の形態では、磁石２０は１極配置構造でもよく、コイル４０も１つのコイルとしてもよい。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

実施の形態に係るレンズ駆動装置の構成を示す分解斜視図 実施形態に係るレンズホルダの構成を示す図 実施の形態に係るレンズ駆動装置の構成を示す組立斜視図 実施の形態に係るレンズ駆動装置の駆動状態を示す図 実施の形態に係るカメラモジュールの構成を示す図 実施の形態に係る枠部材の変形例を示す図 実施の形態に係る枠部材の変形例を示す図 実施の形態に係る枠部材の変形例を示す図 実施の形態に係るガイド部の他の構成例を示す図

符号の説明

１０ … レンズホルダ
２０ … 磁石
３０ … ベース
４０ … コイル
５０ … 枠部材
６０、６１ … シャフト

Claims (2)

1. レンズを保持するホルダと、
   前記ホルダを前記レンズの光軸方向に変位可能に支持する支持部と、
   前記ホルダの側面に前記光軸に対称に配された磁石と、
   前記磁石に対向するよう前記支持部に配されたコイルと、
   前記磁石に対向するよう前記支持部に配された磁性部材とを備え、
   前記磁性部材は、前記光軸方向に関して、前記磁石の移動範囲に亘って配されており、
   前記支持部は、前記光軸に垂直な方向への前記ホルダの動きを規制することにより前記ホルダを光軸の方向に変位可能に案内するガイド部を備え、
   前記磁性部材は、前記光軸に垂直な面内に生じる磁力が不均衡となるように配されており、
   前記磁性部材は、複数に分割されるとともに前記コイルの電流入出力部が電気的に接続される電極として共用されている、ことを特徴とするレンズ駆動装置。
2. レンズを保持するホルダと、
   前記ホルダを前記レンズの光軸方向に変位可能に支持する支持部と、
   前記ホルダの側面に前記光軸に対称に配された磁石と、
   前記磁石に対向するよう前記支持部に配されたコイルと、
   前記磁石に対向するよう前記支持部に配された磁性部材とを備え、
   前記磁性部材は、前記光軸方向に関して、前記磁石の移動範囲に亘って配されており、
   前記磁性部材は、前記光軸に垂直な面内方向に生じる磁力が均衡するように配されており、
   前記磁性部材は、複数に分割されるとともに前記コイルの電流入出力部が電気的に接続される電極として共用されている、ことを特徴とするレンズ駆動装置。

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