(57)【要約】 【課題】  小型化した場合においても安定で高精度なレンズの移動が可能な機構を有するレンズモジュール及びレンズモジュールに用いる構造体を提供する。【解決手段】  レンズモジュール１０は、磁石１３と移動体１４とは、移動体１４の磁石１３と吸着している被吸着面Ａと被吸着面Ｂの交線と磁石１３の中心軸とを結んだ面Ｃに対して着磁方向が略垂直となるように、配置している。前記配置によれば、磁石１３と移動体１４とで閉磁気回路が構成されるので、移動体１４に作用する磁石１３の磁力を大きくすることができる。また、閉磁気回路を構成している移動体１４の形状を、内部磁束が常に飽和した状態となるように構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止部材と、所定方向に伸縮するようにして該静止部材に固定された電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の前記伸縮に併せて前記所定方向に変位するように前記電気機械変換素子に固定された磁石と、レンズホルダと、該レンズホルダに保持された光学レンズと、該レンズホルダの一部に設けられ、前記磁石に対して吸着可能な材質からなる移動体と、を備えるレンズモジュールであって、
前記磁石は前記所定方向に長い柱形状を有し、
前記移動体は、前記磁石の外周の２箇所以上に線接触又は面接触で吸着保持されており、
前記移動体の前記所定方向の長さは前記磁石の前記所定方向の長さより短く、かつ、該移動体の内部磁束が飽和している状態を保ちながら、前記磁石の外周上を前記所定方向に沿って移動するように構成されていることを特徴とするレンズモジュール。
【請求項２】
前記磁石は、円柱形状を有していることを特徴とする請求項１に記載のレンズモジュール。
【請求項３】
前記磁石は、前記所定方向に対して垂直な方向に磁化されていることを特徴とする請求項１乃至２に記載のレンズモジュール。
【請求項４】
前記移動体は、Ｖ字形状の断面を有していることを特徴とする請求項１乃至３に記載のレンズモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ又は携帯電話機用カメラのように、オートフォーカスやズーム機構を有する光学機器において使用されるレンズモジュールに関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
カメラにオートフォーカスやズーム機能を持たせるためには、光軸に沿って光学レンズを微小に移動させる機構が必要である。近年、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話に見られるように、機器の小型化が急速に進み、それに伴って圧電素子に代表される電気機械変換素子によるレンズ移動の方法がレンズモジュールに採用されている。
【０００３】
例えば、圧電素子等の電気機械変換素子を用いてレンズを移動させる機構が特許文献１および特許文献２に開示されている。当該特許文献に開示された機構は、電気機械変換素子の伸縮をレンズホルダに伝達するための摩擦手段を有している。これに対して、電気機械変換素子の伸縮をレンズホルダに伝達する部位に磁石を用いた機構が特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２７４５４６号公報
【特許文献２】特開平７−１３０６１号公報
【特許文献３】特開平１０−１０４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、携帯電話機用カメラ等のオートフォーカスやズーム機構を有する光学機器への適用が好適なレンズモジュールを提供するとして、電気機械変換素子で発生する振動により該電気機械変換素子に固定した略円柱の磁石を振動させ、磁石の振動を駆動力として磁石と２箇所で点接触もしくは面接点する移動体を摺動駆動することにより、移動体を取付けたレンズホルダを光学レンズの光軸方向に沿って移動させる発明を、出願している。
【０００６】
図４は、参考例のレンズモジュールの基本構成を概略的に示す。図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の正面断面図である。図５は、参考例のレンズモジュールにおける移動体の形状例を示す。図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は正面図である。
【０００７】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示されるように、参考例のレンズモジュール２０は、静止部材であるハウジング２６と、ハウジング２６に一端が固定された電気機械変換素子である圧電セラミック素子２２と、圧電セラミック素子２２の他端に固定された磁石２３と、レンズホルダ２５と、レンズホルダ２５に保持された光学レンズ２１と、レンズホルダ２５の一部に設けられた磁石２３に対して吸着可能な材質からなる移動体２４とを備えている。なお、静止部材は当該ハウジングに限定されない。例えば、圧電セラミック素子２２の一端に錘（図示せず）が固定されており、その錘が接着固定されたハウジング２６を静止部材として構成しても良い。また、レンズホルダ２５の少なくとも一部分を磁石に吸着可能な材質としてもよい。この場合には、磁石２３と接するレンズホルダ２５の表面部分が移動体となる。
【０００８】
参考例のレンズモジュール２０は、圧電セラミック素子２２が発生する振動を利用して磁石２３を振動させ、該磁石２３の振動により移動体２４を摺動駆動させる。これにより、レンズホルダ２５を光学レンズ２１の光軸方向（図４（ｂ）の上下方向）に沿って移動させることができる。
【０００９】
図５に示されるように、参考例の磁石２３は径方向に磁化されている。また、磁石２３と移動体２４とは、移動体２４の磁石２３と吸着している被吸着面Ａと被吸着面Ｂの交線と磁石２３の中心軸とを結んだ面Ｃに対して着磁方向が略垂直となるように、配置されている。この構成により、携帯電話機用カメラ等のオートフォーカスやズーム機構を有する光学機器への適用が好適なレンズモジュールが提供できる。
【００１０】
しかしながら、参考技術は光学レンズ２１とレンズホルダ２５を一定量ずつ移動させる時、圧電セラミックス素子２２に同じ交流パルスを印加しても、光学レンズ２１とレンズホルダ２５の位置により、移動速度が一定でないため制御が難しく、安定した動作を行わせるという面では課題が残っていた。
【００１１】
そこで本発明は、小型化した場合においても安定で高精度なレンズの移動が可能な機構を有するレンズモジュール及びレンズモジュールに用いる構造体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】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明のレンズモジュールは、磁石と移動体とを、移動体の磁石と吸着している被吸着面Ａと被吸着面Ｂの交線と磁石の中心軸とを結んだ面Ｃに対して着磁方向が略垂直となるように、配置している。前記配置によれば、磁石と移動体とで閉磁気回路が構成されるので、移動体に作用する磁石の磁力を大きくすることができる。また、閉磁気回路を構成している移動体の形状を、内部磁束が常に飽和した状態となるように構成したものである。
【００１３】
なお、移動体の内部において磁束が飽和していない領域が存在する場合は、移動体の移動に伴いその不飽和領域に磁束が進入し内部磁束が変化する可能性がある。移動体の内部磁束が変化すると、移動体に作用する吸着力も変化することとなる。ここで、レンズホルダの移動速度は移動体に作用する吸着力の影響を受けるため、吸着力の変化が発生すればレンズホルダの移動速度が変化し、不安定な動作となる。従って、閉磁気回路を形成している移動体の寸法を必要最低限まで縮小し内部磁束が飽和していない領域を取り除くことで、内部磁束が常に飽和した状態に保たれるように構成することが好ましい。
【００１４】
本発明によれば、静止部材と、所定方向に伸縮するようにして該静止部材に固定された電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の前記伸縮に併せて前記所定方向に変位するように前記電気機械変換素子に固定された磁石と、レンズホルダと、該レンズホルダに保持された光学レンズと、該レンズホルダの一部に設けられ、前記磁石に対して吸着可能な材質からなる移動体と、を備えるレンズモジュールであって、前記磁石は前記所定方向に長い柱形状を有し、前記移動体は、前記磁石の外周の２箇所以上に線接触又は面接触で吸着保持されており前記移動体の前記所定方向の長さは前記磁石の前記所定方向の長さより短く、かつ、該移動体の内部磁束が飽和している状態を保ちながら、前記磁石の外周上を前記所定方向に沿って移動するように構成されているレンズモジュールが得られる。
【００１５】
本発明によれば、前記磁石は、円柱形状を有している、レンズモジュールが得られる。
【００１６】
本発明によれば、前記磁石は、前記所定方向に対して垂直な方向に磁化されている、レンズモジュールが得られる。
【００１７】
本発明によれば、前記移動体は、Ｖ字形状の断面を有している、レンズモジュールが得られる。
【発明の効果】
【００１８】
磁石の長さに対して移動体の総移動量が十分に短いとみなせる場合、あるいは移動体の長さが十分に短いとみなせる場合は、移動体が磁石に沿って移動するときの内部磁束の変化は少ないが、小型化のために磁石が短くなり、移動体の総移動距離あるいは移動体の長さと同程度になると、内部磁束の変化が大きくなる。特に、磁石外周中央部と比較し両端部に近い領域では、磁束密度の空間分布が不均一となっており、移動体がこの領域に進入していくと、移動体の内部磁束が大きく変化するため、レンズ移動特性の悪化が懸念される。
【００１９】
しかし、本発明により、移動体の内部磁束が常に飽和された状態に保たれることで、レンズホルダ移動中における内部磁束の変化が最小限に抑制されることから、移動体に発生する吸着力を広い移動範囲で一定に保つことができる。よって、小型化した場合においてもレンズを一定速度で安定かつ高精度に移動させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のレンズモジュールの基本構成を概略的に示す図である。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の正面断面図である。
【図２】本発明のレンズモジュールにおける移動体の形状例を示す図である。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は、正面図である。
【図３】本発明のレンズモジュールの移動速度を示すグラフである。
【図４】参考例のレンズモジュールの基本構成を概略的に示す図である。図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の正面断面図である。
【図５】参考例のレンズモジュールにおける移動体の形状例を示す図である。図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は正面図である。
【図６】参考例のレンズモジュールの移動速度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のレンズモジュールは、磁石と移動体とは、移動体の磁石と吸着している被吸着面Ａと被吸着面Ｂの交線と磁石の中心軸とを結んだ面Ｃに対して着磁方向が略垂直となるように、配置されている。かかる配置によれば、磁石と移動体とで閉磁気回路が構成されるので、移動体に作用する磁石の磁力を大きくすることができる。また、閉磁気回路を構成している移動体の形状を、内部磁束が常に飽和した状態となるように構成している。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明のレンズモジュールの基本構成を概略的に示す。図１（ａ）  は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の正面断面図である。図２は、本発明のレンズモジュールにおける移動体の形状例を示す。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は、正面図である。
【００２４】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、本発明の実施の形態によるレンズモジュール１０は、静止部材であるハウジング１６と、ハウジング１６に一端が固定された電気機械変換素子である圧電セラミック素子１２と、圧電セラミック素子１２の他端に固定された磁石１３と、レンズホルダ１５と、レンズホルダ１５に保持された光学レンズ１１と、レンズホルダ１５の一部に設けられた磁石１３に対して吸着可能な材質からなる移動体１４とを備えている。なお、静止部材は当該ハウジングに限定されない。例えば、圧電セラミック素子１２の一端に錘（図示せず）が固定されており、その錘が接着固定されたハウジング１６を静止部材として構成しても良い。また、レンズホルダ１５の少なくとも一部分を磁石に吸着可能な材質としてもよい。この場合には、磁石１３と接するレンズホルダ１５の表面部分が移動体となる。
【００２５】
本実施の形態によるレンズモジュール１０は、圧電セラミック素子１２が発生する振動を利用して磁石１３を振動させ、該磁石１３の振動により移動体１４を摺動駆動させる。これにより、レンズホルダ１５を光学レンズ１１の光軸方向（図１（ｂ）の上下方向）に沿って移動させることができる。
【００２６】
圧電セラミック素子１２は、磁石１３が固定された磁石側端面と、当該端面と反対側の固定端面を有している。固定端面はハウジング１６に固定されているが、本発明はこれに限定されない。また、圧電セラミック素子１２は、光学レンズ１１の光軸方向に伸縮するようにしてハウジング１６に設けられていればよく、例えば、圧電セラミック素子１２の端部近傍の側面をハウジング１６に固定することとしてもよい。ここで、圧電セラミック素子１２のハウジング１６への固定は、シリコン樹脂などの弾性部材を用いて接着してもよい。また、磁石１３が固定された端面と反対側の面に錘を固定してもよい。
【００２７】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、磁石１３は略円柱形状を有している。磁石１３は、磁石１３の高さ方向（図１（ｂ）の上下方向）と光学レンズ１１の光軸方向とが一致するように配置され、圧電セラミック素子１２の伸縮に併せて光軸方向に変位するように圧電セラミック素子１２に固定されている。移動体１４は、レンズホルダ１５に固定されているか、又はレンズホルダ１５と一体に形成されている。移動体１４は磁石１３に吸着保持されている。また、図２に示されるように、移動体１４は、磁石１３の円周上の２カ所において磁石１３と線接触している。これにより、移動体１４を磁石１３の円周上を高さ方向に移動することができる。ここで、磁石１３と移動体１４は面接触していても良い。なお、本実施の形態による磁石１３の形状は円柱形状であり、移動体はＶ字形状の断面を有している。これにより、図２に示されるように磁石１３と移動体１４は線接触することができる。しかし、磁石１３の形状は厳密な円柱形状に限定されず、断面が四角形あるいは六角形などの柱形状としてもよい。この場合、移動体１４の被吸着面Ａと被吸着面Ｂがなす角度αを適宜設定することにより、磁石の外周の２面に面接触する構成とすることができ、磁石の外周上を高さ方向に移動することができる。
【００２８】
図２に示されるように、本実施の形態では磁石１３は径方向に磁化されている。また、本実施の形態においては、磁石１３と移動体１４とは、移動体１４の磁石１３と吸着している被吸着面Ａと被吸着面Ｂの交線と磁石１３の中心軸とを結んだ面Ｃに対して着磁方向が略垂直となるように、配置されている。かかる配置によれば、磁石１３と移動体１４とで閉磁気回路が構成されるので、移動体１４に作用する磁石１３の磁力を大きくすることができる。また、閉磁気回路を構成している移動体１４の形状を、内部磁束が常に飽和した状態となるように構成してあるので、移動体に作用する磁力の変化が抑制され、常に一定の速度で安定してレンズを移動させることができる。
【００２９】
従って、本実施の形態によれば、信頼性の高いオートフォーカス機能を有するレンズモジュールを提供することができる。
【実施例】
【００３０】
以下、上述した本実施の形態によるレンズモジュールについて実施例を掲げてより具体的に説明する。
【００３１】
圧電セラミック素子１２として、材質がチタン酸ジルコニア酸鉛（ＰＺＴ）で断面が１．０ｍｍ×１．０ｍｍ、高さが１．４ｍｍの圧電積層セラミック素子を準備した。この圧電積層セラミック素子は、±３Ｖの電圧印加に対して、約０．１μｍの変位を発生する。この圧電積層セラミック素子の一端に、外径１．３ｍｍ、高さ３．０ｍｍのネオジウム系磁石を磁石１３として熱硬化性エポキシ樹脂で接着し駆動体を構成した。この磁石１３は後述の移動体１４との吸着力が５０ｇｆとなるように着磁した。さらに、ポリカーボネートを材質とするハウジング１６を作製し、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した位置にエポキシ樹脂で上記駆動体を接着した。
【００３２】
一方、移動体１４は、ステンレス鋼ＳＵＳ４３０で構成した。内部磁束が十分飽和した状態となるように、移動体１４の厚みは０．２ｍｍ、高さは１．８ｍｍ、断面をＶ字形状とし、断面の一辺を０．８ｍｍとした。また、移動体１４の被吸着面のなす角度αは９０°である。即ち、本実施例による移動体１４はＬ字形状を有しているともいえる。更に、本実施例による移動体１４の被吸着面には、磁石１３と移動体１４との摺動による磨耗を防止するために、厚さ約３μｍのダイヤモンドライクカーボンをコーティングした。レンズホルダ１５はポリカーボネートを材料とし、移動体１４と共にインサート成型で作製した。更に、移動体１４を磁石１３に吸着させつつ、レンズホルダ１５をハウジング１６の中に入れてレンズモジュール１０とした。移動する部分である、光学レンズ１１とレンズホルダ１５と移動体１４は、合計で０．３ｇ程度と軽い重量構造となっている。そのために、十分に移動させることができるように、磁石１３は、この移動体１４との吸着力が５０ｇｆとなるように着磁したものを用いている。
【００３３】
また、比較例として、図４に示される参考例のレンズモジュール２０を作製した。参考例のレンズモジュール２０は、移動体２４を除き、上述した実施例によるレンズモジュール１０とほぼ同じ構造を有している。移動体２４は図１と比較して、断面の一辺が３．５ｍｍであることを除き、図１と同様である。断面の一辺が３．５ｍｍと比較的長いことから、辺の端部付近には磁束の不飽和領域が存在する。レンズホルダ２５はポリカーボネートを材料とし、移動体２４と共にインサート成型で作製した。
【００３４】
本実施例によるレンズモジュール１０と参考例のレンズモジュール２０の圧電セラミック素子１２，２２に交流パルスを印加し、レンズホルダ１５，２５を光軸方向に一定量ずつ段階的に移動させたときの、各段階におけるレンズの移動速度を測定した。なお、印加した交流パルスは、電圧±３Ｖのノコギリ波形（立上がりと立下りの速度が異なるパルス）である。
【００３５】
図３は本発明によるレンズモジュールのレンズ移動速度を示すグラフである。また図６は参考例のレンズモジュールのレンズ移動速度を示すグラフである。レンズ移動速度は移動体に発生する吸着力の影響を受けて変化するので、オートフォーカス用レンズモジュールとしては、吸着力の変化が無くレンズ移動速度が一定であることが望ましい。図６に示されるように、参考例のレンズモジュール２０では、レンズホルダ２５が移動するに伴いレンズ移動速度が大きく減少している。一方、図３に示されるように、本発明によるレンズモジュール１０のレンズ移動速度は、ほぼ一定である。即ち、本発明によれば、移動体の内部磁束を飽和させた状態に保ち、内部磁束の変化を抑制することにより吸着力の安定化を図ることができ、その結果、参考例と比較してレンズ移動速度の安定したレンズモジュールを実現することができる。
【００３６】
以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係るレンズモジュールは、小型化した場合においても安定で高精度なレンズ移動が可能であるため、レンズモジュールの小型化に大いに貢献できる。また、超小型直動／回転ステージや超小型アクチュエータなどへの応用も可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０、２０    レンズモジュール
１１、２１    光学レンズ
１２、２２    圧電セラミック素子
１３、２３    磁石
１４、２４    移動体
１５、２５    レンズホルダ
１６、２６    ハウジング
【図１】
2010185936.tif 000003
【図２】
2010185936.tif 000004
【図３】
2010185936.tif 000005
【図４】
2010185936.tif 000006
【図５】
2010185936.tif 000007
【図６】
2010185936.tif 000008