(57)【要約】 【課題】  小型かつ簡単な構造で、高精度なレンズの移動が可能な機構を有し、実装精度のばらつきに対しても安定な移動が得られるレンズモジュールを提供すること。【解決手段】  ハウジング４０と、圧電セラミック素子２１と、その変位発生方向の一端に固定された磁石３１と、磁石３１に吸着される磁性体１１と光学レンズ５０とを保持しハウジング４０の内側に配置された円筒状の移動体１０とを有し、ハウジング４０はその一方の先端に縁部４１を備え、圧電セラミック素子２１の他端が縁部４１に固定され、移動体１０は圧電セラミック素子２１の変位方向と略平行に移動可能であり、縁部４１には圧電セラミック素子２１の固定部近傍に設けられた他の部分よりも内側の高さが高くなるような段差４１’を設け、移動体１０の下方向への移動が段差４１’に当接することよって停止するよう構成されている。【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、電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の変位発生方向の一端に固定された磁石と、該磁石に吸着される磁性体と光学レンズとを保持し前記静止部材の内側に配置された筒状の移動体とを有し、前記静止部材はその一方の先端に前記移動体の外形より小さい開口を有する縁部を備え、前記電気機械変換素子の変位発生方向の他端が前記縁部に固定されたレンズモジュールであって、
前記移動体は前記電気機械変換素子の変位方向と略平行に移動可能であり、
前記縁部は前記電気機械変換素子の固定部近傍の少なくとも一部分において前記移動体との間隔が前記縁部の前記移動体の中心軸に対して該固定部近傍と反対側の部分よりも小さくなるような構造を有し、前記移動体の一方向への移動が該移動体が前記固定部近傍の一部分に当接することよって停止することを特徴とするレンズモジュール。
【請求項２】
前記固定部近傍に前記移動体との間隔が前記縁部の他の部分よりも小さくなるような構造体を有す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】
前記構造体は、前記縁部の前記電気機械変換素子の固定部近傍に設けられた他の部分よりも縁部の内側の高さが高くなるような段差であることを特徴とする請求項２に記載のレンズモジュール。
【請求項４】
前記縁部の前記固定部近傍の一部分における前記移動体との間隔と、前記縁部の前記移動体の中心軸に対して該固定部近傍と反対側の部分における前記移動体との間隔との差をｔとし、前記移動体の中心軸と前記固定部近傍の一部分へ当接する部分とを含む平面における中心軸に対して垂直な方向の前記移動体の外形寸法をＬとしたとき、ａｒｃｔａｎ（ｔ／Ｌ）≧０．４°を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンズモジュール。
【請求項５】
前記移動体の形状が円筒形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項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。
【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。従来、この種の機構として、例えば、特許文献１〜４に示されるように、圧電素子に代表される電気機械変換素子を用いてレンズを移動させる機構が知られている。特許文献１、２に開示された機構では、電気機械変換素子の伸縮をレンズホルダに伝達する手段として、ばねなどによる摩擦係合が用いられている。これに対して、特許文献３、４に示されるように、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ものも知られている。
【０００３】
【特許文献１】特許第２６３３０６６号公報
【特許文献２】特開平７−１３０６１号公報
【特許文献３】特開平７−２７４５４６号公報
【特許文献４】特開平１０−１０４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１、２の従来の方法では、駆動部に対して移動部を移動可能に支持し、かつ効果的に駆動を行なうためにレンズモジュールの構造が複雑となる。また、簡単な構造では摩擦力を制御することが困難であるため安定な駆動が難しく、高精度の移動を実現することが難しいという問題がある。上記の特許文献３、４の磁石を用いた方法でも光学レンズを移動させる移動軸が摩擦係合している部分の面積が大きいため摩擦力の制御が煩雑となり高精度な移動は難しい。また、電気機械変換素子とレンズホルダが縦列配置になっているため小型化は困難である。さらに、実用上、レンズモジュールの組み立て時に実装精度のばらつきが発生することは不可避であり、その実装精度のばらつきがあっても安定な移動を実現できることが要求される。
【０００５】
本発明の課題は、小型かつ簡単な構造で、高精度なレンズの移動が可能な機構を有し、実装精度のばらつきに対しても安定な移動が得られるレンズモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明によるレンズモジュールは、静止部材と、電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の変位発生方向の一端に固定された磁石と、該磁石に吸着される磁性体と光学レンズとを保持し前記静止部材の内側に配置された筒状の移動体とを有し、前記静止部材はその一方の先端に前記移動体の外形より小さい開口を有する縁部を備え、前記電気機械変換素子の変位発生方向の他端が前記縁部に固定されたレンズモジュールであって、前記移動体は前記電気機械変換素子の変位方向と略平行に移動可能であり、前記縁部は前記電気機械変換素子の固定部近傍の少なくとも一部分において前記移動体との間隔が前記縁部の前記移動体の中心軸に対して該固定部近傍と反対側の部分よりも小さくなるような構造を有し、前記移動体の一方向への移動が該移動体が前記固定部近傍の一部分に当接することよって停止することを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記固定部近傍に前記移動体との間隔が前記縁部の他の部分よりも小さくなるような構造体を有していてもよく、その構造体は、前記縁部の前記電気機械変換素子の固定部近傍に設けられた他の部分よりも縁部の内側の高さが高くなるような段差であってもよい。
【０００８】
また、前記縁部の前記固定部近傍の一部分における前記移動体との間隔と、前記縁部の前記移動体の中心軸に対して該固定部近傍と反対側の部分における前記移動体との間隔との差をｔとし、前記移動体の中心軸と前記移動体の前記固定部近傍の一部分へ当接する部分とを含む平面における中心軸に対して垂直な方向の前記移動体の外形寸法をＬとしたとき、ａｒｃｔａｎ（ｔ／Ｌ）≧０．４°を満たすことが望ましい。
【０００９】
また、前記移動体の形状が円筒形状であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上記のように電気機械変換素子の変位発生方向の一端に固定された磁石と、その磁石に吸着される磁性体と光学レンズとを保持して静止部材の内側に配置された筒状の移動体とを有し、電気機械変換素子の変位発生方向の他端が静止部材の縁部に固定され、移動体が電気機械変換素子の変位方向と略平行に移動可能とすることにより、小型かつ簡単な構造で、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が得られ、さらに、移動体が静止部材の縁部の方向に移動した場合は移動体が縁部に設けた段差などの構造体に当接して移動停止するように構成されているため、電気機械変換素子が組立ばらつきによって多少傾いたとしても、移動体は撮像素子に対して垂直方向にのみ平行移動することが可能となり、安定な移動が可能となる。
【００１１】
以上のように、本発明により、小型かつ簡単な構造で、高精度なレンズの移動が可能な機構を有し、実装精度のばらつきに対しても安定な移動が得られるレンズモジュールが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明によるレンズモジュールの一実施の形態を示す図で有り、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）、図１（ｃ）、図１（ｄ）、図１（ｅ）は側断面図であり、図１（ｂ）、図１（ｃ）は組み立て時の軸ずれがないレンズモジュールで、図１（ｂ）は移動体が上方にある状態、図１（ｃ）は移動体が下端にある状態、図１（ｄ）、図１（ｅ）は組み立て時の軸ずれがある状態のレンズモジュールで、図１（ｄ）は移動体が上方にある状態、図１（ｅ）は移動体が下端にある状態を示す。
【００１４】
図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるように、本実施の形態によるレンズモジュールは、静止部材であるハウジング４０と、電気機械変換素子である圧電セラミック素子２１と、圧電セラミック素子２１の変位発生方向の一端に固定された磁石３１と、磁石３１に吸着される磁性体１１と光学レンズ５０とを保持しハウジング４０の内側に配置された円筒状の移動体１０とを有し、ハウジング４０はその一方の先端に移動体１０の外形より小さい開口４２を有する縁部４１を備え、圧電セラミック素子２１の変位発生方向の他端が縁部４１に固定されている。また、移動体１０は圧電セラミック素子２１の変位方向と略平行に移動可能であり、縁部４１は圧電セラミック素子２１の固定部近傍に設けられた、他の部分よりも縁部４１の内側の高さが高くなるような段差４１’により、その部分での移動体１０との間隔が縁部４１の移動体１０の中心軸に対して固定部近傍と反対側の部分よりも小さくなるような構造を有しており、移動体１０の下方向への移動が段差４１’に当接することよって停止するよう構成されている。なお、圧電セラミック素子２１の下端に錘が固定され、その錘が段差４１’の部分に固定されても良い。
【００１５】
本実施の形態のレンズモジュールにおいて、圧電セラミック素子２１で発生する振動により磁石３１を振動させ、磁石３１の振動を駆動力として磁性体１１を摺動駆動することにより光学レンズ５０を有する移動体１０を光学レンズの光軸方向に沿って移動させる機能を有している。移動体１０が上から下へ移動する場合には図１（ｃ）に示すようにハウジング４０の縁部４１の段差４１’と当接することで移動が停止する。
【００１６】
オートフォーカス用レンズモジュールの場合、レンズモジュールの外部に撮像素子５１が設置され、撮像素子５１に対して垂直方向が光学レンズの光軸である軸ａとなり、軸ａは本実施の形態では移動体１０の中心軸でもある。光軸に沿って平行に光学レンズすなわち移動体１０を上下させるのが理想的であるが、移動体１０の傾きを５分（≒０．０８３°）以下に抑えれば、オートフォーカス用レンズモジュールとしての実用的な機能は果たすことができる。
【００１７】
もし、ハウジング４０の縁部４１に圧電セラミック素子２１を接着固定した際、図１（ｄ）、図１（ｅ）のように、組立ばらつきによって傾いた場合には、磁石３１の磁性体１１との吸着面の軸ｂが傾き、移動体１０は磁性体１１を介して磁石３１に吸着しているため軸ｂと平行に軸ａも傾いてしまうが、レンズモジュールと撮像素子５１が実装されている基板（図示されていない）との組立時に、画像を確認しながら撮像素子５１に対して軸ａを調整して組み立てることができる。
【００１８】
そこで、本実施の形態では、移動体１０を上から下に移動させた場合、段差４１’があることにより、図１（ｄ）および図１（ｅ）に示したように、磁石３１および圧電セラミック素子２１の組立ばらつきによって移動体１０とハウジング４０との間で軸ずれを生じ、傾きが生じたとしても、移動体は１０は段差４１'に当たることで移動停止するので、移動体１０は回転することはない。従って光学レンズを安定して平行に移動させるとができる。
【００１９】
この場合、組み立て時の軸ずれに十分に対応できるためには、縁部４１の段差４１’における移動体１０の下端との間隔と、縁部４１の他の部分と移動体１０の下端との間隔との差、すなわち段差４１’の高さをｔとし、移動体１０の外径寸法をＬとしたとき、ａｒｃｔａｎ（ｔ／Ｌ）≧０．４°を満たすことが望ましい。これにより、磁石３１および圧電セラミック素子２１の組立において、現実的に制御可能なばらつき範囲内の軸ずれの影響をなくすことができ、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。
【００２０】
次に、本発明の効果を詳細に説明するために、本実施の形態のように縁部の圧電セラミック素子の固定部近傍に移動体との間隔が縁部の移動体の中心軸に対して固定部近傍と反対側の部分よりも小さくなるような構造を有さない場合のレンズモジュールについて説明する。
【００２１】
図２は、上記のようなレンズモジュールの一例を示す図で有り、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）、図２（ｅ）、図２（ｆ）は側断面図であり、図２（ｂ）、図２（ｃ）は組み立て時の軸ずれがないレンズモジュールで、図２（ｂ）は移動体が上方にある状態、図２（ｃ）は移動体が下端にある状態、図２（ｄ）、図２（ｅ）、図２（ｆ）は組み立て時の軸ずれがある状態のレンズモジュールで、図２（ｄ）は移動体が上方にある状態、図２（ｅ）、図２（ｆ）は移動体が下端にある状態を示す。縁部における段差がないこと以外は図１に示した本実施の形態のレンズモジュールと同様な構成、形状である。
【００２２】
このレンズモジュールの場合、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、磁石３１および圧電セラミック素子２１がハウジング４１に対して垂直に固定されていれば軸ｂも縁部６１に対して垂直になり、移動体１０は軸ａに対して平行に上下移動することができる。しかしながら、図２（ｄ）および図２（ｅ）に示すように、磁石３１および圧電セラミック素子２１が縁部６１に対して内側に傾くように固定された場合、傾いてしまった軸ａに合わせてレンズモジュールと撮像素子５１が実装されている基板を組み立てたとしても、移動体１０を下げていった時、図２（ｅ）に示すように移動体１０はまず圧電セラミック素子２１の固定部と軸ａに対して反対側の縁部の部分に当たるが、移動体１０はまだ停止せず、図２（ｆ）に示すように、圧電セラミック素子２１の駆動力によって、移動体１０は圧電セラミック素子２１の固定部側の縁部に当たるまで動いてしまう。この結果、移動体１０は回転し撮像素子５１に対して傾くことになり、オートフォーカスとしての機能に支障をきたすことになる。
【００２３】
一方、図１に示した本発明の実施の形態のレンズモジュールの場合、磁石３１および圧電セラミック素子２１がハウジング４０に対して内側に傾くように固定された場合でも、移動体１０を下げていった時、図１（ｅ）に示すように、移動体１０はまず圧電セラミック素子２１の固定部側の縁部４１の段差４１’に当たる構造になっており、駆動源である圧電セラミック素子２１との距離が近いためにそこで停止することになる。そのため、移動体１０は移動範囲内で傾くことなく、軸ａに平行に移動することが可能となる。
【実施例】
【００２４】
以下、上述した本発明のレンズモジュールの具体的な一実施例について説明する。
【００２５】
本実施例の移動体１５、磁石３２、磁性体１２の部分の構造を図３の上面図に示す。圧電セラミック素子２１として、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１．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍの円柱状のネオジウム系材料からなる磁石３２を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３２は磁性体１２と吸着するように着磁されている。さらに、ポリカーボネートを材質とするハウジング４０を作製した。このハウジング４０は、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、ハウジングの縁部４１の内側に周辺より０．１ｍｍ高くなるような段差４１’が設けてあり、段差４１’の上にエポキシ樹脂で上記駆動体を接着した。移動体１０の外形はφ７ｍｍ、すなわちＬ＝７ｍｍである。従って、ｔ／Ｌ≒０．０１４で、ａｒｃｔａｎ（ｔ／Ｌ）≒０．８°となっている。
【００２６】
一方、磁性体１２は、ステンレス鋼ＳＵＳ４３０で構成した。磁性体１２の厚みは０．２ｍｍ、高さは１．８ｍｍ、断面は図３に示すようにＶ字形状であり、断面の一辺は３．５ｍｍである。また、磁性体１２の被吸着面のＶ字面のなす角度は９０°である。更に、本実施例による磁性体１２の被吸着面には厚さ約３μｍのＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）をコーティングした。移動体１０はポリカーボネートを材料として作製し、磁性体１２と一体化すると共に光学レンズ５０を有している。更に、移動体１０を磁石３２に吸着させつつ、移動体１０をハウジング４０の中に入れて、オートフォーカス用レンズモジュールとした。最終的には撮像素子５１の上にレンズモジュールを設置して携帯電話等の製品に使用される。
【００２７】
また、比較例として、図２のレンズモジュールを作製した。比較例によるレンズモジュールは、ハウジング４０の縁部４１に段差４１’を設けていないことを除き、上述した実施例によるレンズモジュールと同じ構造を有している。
【００２８】
図４に、本実施例によるレンズモジュールの移動体の傾き評価結果を示し、図５に、比較例によるレンズモジュールの移動体の傾き評価結果を示す。
【００２９】
評価方法は、本実施例によるレンズモジュールと比較例によるレンズモジュールの圧電セラミック素子２１に交流パルスを印加し、移動体１０を光軸方向に一定量ずつ段階的に移動させ、約３００μｍまで移動させたときの、初期設定した光軸と移動後の光軸との間のずれを測定し、移動体１０の傾きとして評価した。なお、印加した交流パルスは、電圧±３Ｖの立上がりと立下りの速度が異なるノコギリ波形である。
【００３０】
比較例によるレンズモジュールの測定結果は、図５に示すように、移動体を下端から上げていった場合（「繰出し」という）、移動量が最初の５０μｍで約１５分程度の大きな傾きが生じ、その後移動量が３００μｍまでに少しずつ変化して最終的に２０分程度の傾きとなっている。移動体を下げていった場合（「引戻し」という）、繰出しとほぼ同じ移動量で下がっていく。これは移動体１０の移動量が５０μｍ以下の領域では、移動体１０は圧電セラミック素子２１の固定部と反対側の縁部の部分に当たっても停止せず、図２（ｆ）に示すように、固定部側の縁部に当たるまで回転しながら動いてしまうために大きな傾きが発生し、５０μｍ以上の移動量の領域になると軸ａに沿って移動するためほとんど傾きは増加しない。
【００３１】
これに対し本実施例によるレンズモジュールでは、図４に示すように、傾きは、移動体１０の移動量が約３００μｍの地点でも約３分である。これは本実施例のレンズモジュールの構造により、移動体１０を下げていった時、図１（ｅ）に示すように、移動体１０は固定部側の縁部４１の段差４１’に当たりそこで停止することになるため、全移動量範囲で移動体１０を軸ａに平行に移動させることができるからである。すなわり、本実施例によれば、比較例と比較して傾きを約１／６に低減することができ、高性能なオートフォーカス機能をもつレンズモジュールを提供することができる。
【００３２】
表１に、比較例の構造のレンズモジュールを５０個試作した時の、軸ｂの角度ずれのデータを示す。プラスがハウジング６０に対して内側に傾いている場合、マイナスがハウジングに対して外側に傾いている場合を示す。
【００３３】
【表１】
2010054873.tif 000003
【００３４】
軸ずれによる傾きで問題になるのは、移動体１０が圧電セラミック素子２１の固定部と反対側でハウジング４０の縁部４１と当たる場合、すなわち軸ｂの角度ずれがプラスの時である。表１より組立ばらつきを考慮して、軸ｂの角度ずれの平均値＋３σの値を算出すると＋０．３９２°なる。よってこの組立ばらつきの影響をなくすような段差を設けるのが望ましいことがわかる。軸ｂの角度ずれはそのまま移動体１０の傾きになるので、図１（ａ）において、段差をｔ、移動体１０の外径をＬとした場合、ａｒｃｔａｎ（ｔ／Ｌ）が＋０．３９２°より大きければ、組立ばらつきを考慮しても、移動体１０が下がった時に、移動体１０は先に圧電セラミック素子２１の固定側の縁部４１の段差４１’に当たって停止するので、移動体１０の傾きを防ぐことができる。
【００３５】
以上のように、本発明により、小型かつ簡単な構造で、高精度なレンズの移動が可能な機構を有し、実装精度のばらつきに対しても安定な移動が得られるレンズモジュールが実現できる。
【００３６】
なお、本発明は、上記の実施の形態や実施例に限定されるものではないことはいうまでもなく、目的や用途、要求性能などに応じて設計変更可能である。例えば、移動体は円筒形状でなくても内部に光学レンズを保持する筒形状であればよく、また、固定部の近傍で縁部と移動体との間隔が小さくなるような構造は縁部に段差を設けるのみでなく、固定部の反対側の縁部に窪みを設ける構造、固定部近傍に突起部を設ける構造なども可能である。また、磁石、磁性体、電気機械変換素子、ハウジングなどの形状、材料なども目的に合わせて設計変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるレンズモジュールの一実施の形態を示す図、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）、図１（ｃ）、図１（ｄ）、図１（ｅ）は側断面図、図１（ｂ）は組み立て時の軸ずれがないレンズモジュールで、移動体が上方にある状態、図１（ｃ）は組み立て時の軸ずれがないレンズモジュールで、移動体が下端にある状態、図１（ｄ）は組み立て時の軸ずれがある状態のレンズモジュールで、移動体が上方にある状態、図１（ｅ）は組み立て時の軸ずれがある状態のレンズモジュールで、移動体が下端にある状態を示す図。
【図２】ハウジングの縁部に段差を有しないレンズモジュールの一例を示す図、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）、図２（ｅ）、図２（ｆ）は側断面図、図２（ｂ）は組み立て時の軸ずれがないレンズモジュールで、移動体が上方にある状態、図２（ｃ）は組み立て時の軸ずれがないレンズモジュールで、移動体が下端にある状態、図２（ｄ）は組み立て時の軸ずれがある状態のレンズモジュールで、移動体が上方にある状態、図２（ｅ）、図２（ｆ）は組み立て時の軸ずれがある状態のレンズモジュールで、移動体が下端にある状態を示す図。
【図３】本発明の実施例のレンズモジュールの移動体、磁石、磁性体の部分の構造を示す上面図。
【図４】本発明の実施例のレンズモジュールにおける移動体の傾き評価結果。
【図５】比較例のレンズモジュールにおける移動体の傾き評価結果。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１５    移動体
１１、１２    磁性体
２１    圧電セラミック素子
３１、３２    磁石
４０、６０    ハウジング
４１、６１    縁部
４１’    段差
４２、６２    開口
５０    光学レンズ
５１    撮像素子
ａ、ｂ    軸
【図１】
2010054873.tif 000004
【図２】
2010054873.tif 000005
【図３】
2010054873.tif 000006
【図４】
2010054873.tif 000007
【図５】
2010054873.tif 000008