(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で精度の良い焦点位置調整機構をもつカメラ鏡筒を提供する。【解決手段】１枚以上の光学レンズと、該光学レンズのそれぞれを相対的に位置決めし固定するための一体的に成形されたホルダーと、前記光学レンズが結像させる撮像センサーからなり、前記ホルダーを前記撮像センサーに対して前記光学レンズの光軸方向に移動させることによって焦点位置を調整をする焦点位置調整機構を持つ焦点調整機能付きカメラの鏡筒において、前記ホルダーに前記レンズを位置決めし固定する光学レンズ固定部と、前記撮像センサーを位置決めし固定する撮像センサー固定部が、ヒンジとリンク機構によるパンタグラフ状梁によって前記撮像センサー固定部に接続されており、かつ前記パンタグラフ状梁が少なくとも３つ以上である焦点調整機能付きカメラの鏡筒とする。【選択図】      図１
2006106053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１枚以上の光学レンズと、該光学レンズのそれぞれを相対的に位置決めし固定するための一体的に成形されたホルダーと、前記光学レンズが結像させる撮像センサーからなり、前記ホルダーを前記撮像センサーに対して前記光学レンズの光軸方向に移動させることによって焦点位置調整をする焦点位置調整機構を持つ焦点調整機能付きカメラの鏡筒において、前記ホルダーに前記レンズを位置決めし固定する光学レンズ固定部と、前記撮像センサーを位置決めし固定する撮像センサー固定部が、前記光学レンズ側から順に、曲げに柔軟な薄肉のレンズ側ヒンジ、剛性の高いレンズ側梁、ついで曲げに柔軟な薄肉のレンズ側中間ヒンジ、駆動フック、撮像センサー側中間ヒンジ、ついで剛性の高い撮像センサー側梁と曲げに柔軟な薄肉の撮像センサー側ヒンジからなる中間駆動梁右と、該中間駆動梁右と鏡像関係にある中間駆動梁左と、前記中間駆動梁右と中間駆動梁右を対にしたパンタグラフ状梁によって前記撮像センサー固定部に接続されており、かつ前記パンタグラフ状梁が少なくとも３つ以上であることを特徴とする焦点調整機能付きカメラの鏡筒。
【請求項２】
請求項１記載の焦点調整機能付きカメラにおいて、前記ホルダーが樹脂で成形され、少なくとも１種類以上の添加物を含有し、第１の添加物が、直径８０ナノメートル以上３００ナノメートル以下、長さ１ミクロンメートル以上２００ミクロンメートル以下の多層チューブ形状のカーボンナノファイバーであることを特徴とする焦点調整機能付きカメラの鏡筒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点調整機能付きカメラの鏡筒に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や小型電子スチルカメラの撮像手段としてのカメラモジュールは、小型化や低価格化が進んでいる。しかし、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像センサーの画素数は増加する一方であり、市場の撮影画質に対する要求も高くなってきている。最近では、撮像センサーの高画素化に伴い、より鮮明で高品質な画像を実現するために自動焦点調整機能を付加したカメラモジュールが数多く発表されている。
【０００３】
自動焦点調整機能に関しては、電子スチルカメラなどの比較的大きいものにおいては古くから優れた機構や構成が実現されている。レンズ鏡筒にヘリコイドネジを成形しモーターで駆動し光軸方向に移動することが一般的である。携帯電話や小型電子スチルカメラに搭載されるカメラモジュールに関しても同じ機構を採用できるが、サイズが小さくなるため、加工や組立が急激に難しくなる。そのため、レンズ群を正確に精度良く光軸方向に動かし、ガタや傾きがないように、いろいろ工夫を凝らした機構が発明されている。
【０００４】
前述したように、レンズ群を正確に精度良く光軸方向に動かし、ガタや傾きがないようにすることが重要である。従来の構造を踏襲し、各部品の精度を高めれば良いのであるが、カメラモジュールサイズが小さくなるのと比例して成形精度が向上するわけではないため、組み合わせた結果に満足な精度がでないことがある。通常の射出成形の寸法精度は、数ｍｍの大きさの小型部品成形では、せいぜい１０〜２０ミクロンメートル程度であり、幾何公差精度、例えば平面度に関しても同レベルである。
【０００５】
ところが、レンズ設計の結果からは、各レンズの光学軸の同心度は数ミクロンメートル以下であり、かつ、それぞれのレンズの光学軸が、結像光学レンズユニットの光学軸と数分以内の傾きでなければならないことがわかっている。最近の結像光学レンズユニットのレンズ径は小さくなってきているが、例えば、直径３ｍｍのレンズの傾きを７分以内にしたい場合は、レンズ直径の両端で６．４ミクロンメートル以内の高さの差しか許されない。これは、自動焦点機構が動作するすべての位置で必要な数値である。
【０００６】
光学レンズを光軸方向に移動させ焦点を調整する機構においては、光学レンズが光軸に沿って正確に動くよう、直動案内機構が備わっているものが多い。移動させる手段は、この直動案内機構とは分離している場合がほとんどである。直動案内機構の代表的な形は、案内軸にレンズを保持するホルダーの案内穴を嵌合し、滑らせるものである。丸棒を金属、ホルダーを樹脂とする場合が多い。軸との隙間は数ミクロンメートル以下に管理される必要がある。
【０００７】
嵌め合い隙間を適正に管理することによって、レンズ駆動時の光軸ズレや傾きを小さくすることができるが、携帯電話に代表される小型のカメラモジュールに使用されるレンズホルダーのサイズからみて現状の精度では不足であることが多い。レンズの傾きは、案内軸と穴の隙間が同じ場合は光軸と案内軸との距離に反比例して大きくなるからである。案内軸とホルダーの案内穴の隙間が前記距離に比例して小さくならないとレンズの傾きは同じにならない。
【０００８】
図５を使って説明する。図５は、光学部品であるレンズ大１３を保持するレンズホルダー大１２を案内する案内軸大１１と嵌め合い隙間大１４と、隙間が存在することによって生ずるレンズ部品の大傾きθ１５との関係を表した略図である。図５の構成が、1/2のサイズになった場合を、図６に示す。光学部品であるレンズ小１８を保持するレンズホルダー小１７を案内する案内軸小１６と嵌め合い隙間小１９と、隙間が存在することによって生ずるレンズ部品の小傾きθ２０との関係を表した略図である。
【０００９】
隙間大１４と隙間小１９が同じで部品サイズだけ１／２になった場合、案内軸とレンズホルダーは隙間の幅と案内長さで決まる角度だけガタが発生する。隙間大１４と隙間小１９が同じこのケースでは、レンズホルダー１７の小傾きθ２０は、大傾きθ１５のおよそ二倍になることがわかる。
【００１０】
このような課題を解決する手段として、レンズをパンタグラフ手段に連結し、光軸方向に動かす構造が開発されている。（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３）これらの構造はいずれもカム環と呼ばれる機構部やヘリコイド部分をなくし、鏡筒の簡素化と小型化を図るものであり、パンタグラフを折り畳んだ時の小型化を実現している
【００１１】
【特許文献１】実開平２−１１１９７２号公報
【特許文献２】実開平４−１２６２３５号公報
【特許文献３】特開平９−２２２５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
先に述べた、レンズをパンタグラフ手段に連結し光軸方向に動かす発明は、鏡筒の簡素化と小型化を図る目的で開発されたものであり、パンタグラフ状の運動案内の手段を使うことで他の手段で得られる動作量に比べて、大幅な小型化が可能である。しかし、いずれもリンクをピンでジョイントしてパンタグラフ機構を実現している。
【００１３】
リンクとピンジョイントが滑らかに動作するためには、リンク穴とピンには必ず隙間か、隙間に相当する弾性変形部材が必要である。パンタグラフは構造的に折り畳んだ状態から伸び始めは、入力に対する出力の割合が極めて大きく、僅かなガタや誤差が先端部分では大きな誤差や予定外の変位となるという問題がある。リンクやピンの精度を高めれば十分に小型で精度の良いパンタグタフ機構を実現できると思うが、高精度の部品を多く使用することになり、部品の製造コストや組み立てコストが高くなるという問題が生ずる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
１枚以上の光学レンズと、該光学レンズのそれぞれを相対的に位置決めし固定するための一体的に成形されたホルダーと、前記光学レンズが結像させる撮像センサーからなり、前記ホルダーを前記撮像センサーに対して前記光学レンズの光軸方向に移動させることによって焦点位置を調整をする焦点位置調整機構を持つ焦点調整機能付きカメラの鏡筒において、前記ホルダーに前記レンズを位置決めし固定する光学レンズ固定部と、前記撮像センサーを位置決めし固定する撮像センサー固定部が、前記光学レンズ側から順に、曲げに柔軟な薄肉のレンズ側ヒンジ、剛性の高いレンズ側梁、ついで曲げに柔軟な薄肉のレンズ側中間ヒンジ、駆動フック、撮像センサー側中間ヒンジ、ついで剛性の高い撮像センサー側梁と曲げに柔軟な薄肉の撮像センサー側ヒンジからなる中間駆動梁右と、該中間駆動梁右と鏡像関係にある中間駆動梁左と、前記中間駆動梁右と中間駆動梁右を対にしたパンタグラフ状梁によって前記撮像センサー固定部に接続されており、かつ前記パンタグラフ状梁が少なくとも３つ以上である焦点調整機能付きカメラの鏡筒とする。
【００１５】
また、前述の焦点調整機能付きカメラにおいて、前記ホルダーが樹脂で成形され、少なくとも１種類以上の添加物を含有し、第１の添加物が、直径８０ナノメートル以上３００ナノメートル以下、長さ１ミクロンメートル以上２００ミクロンメートル以下の多層チューブ形状のカーボンナノファイバー、いわゆるＶＧＣＦ（Vapor Grown
Carbon Nano-fiber）という繊維様の炭素原子構造物でであることを特徴とする焦点調整機能付きカメラの鏡筒を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
ホルダーの光学レンズ固定部と、撮像センサー固定部が、曲げに柔軟な薄肉のレンズ側ヒンジ、剛性の高いレンズ側梁、ついで曲げに柔軟な薄肉のレンズ側中間ヒンジ、駆動フック、撮像センサー側中間ヒンジ、ついで剛性の高い撮像センサー側梁と曲げに柔軟な薄肉の撮像センサー側ヒンジからなる中間駆動梁右と、鏡像関係にある中間駆動梁左とで対をなすパンタグラフ状梁によって接続した。このパンタグラフ状梁の中間にある駆動フックを光軸と直角に動かすと、パンタグラフ状梁は前述の柔軟なヒンジ部分で弾性変形する。
【００１７】
従来の構造では、案内軸と案内穴の間には必ず隙間が必要であったが、本発明では、弾性的な変形を光軸方向の動きに変換しているため、隙間は必要なくなり、隙間に起因する光軸ズレや傾きなどの不具合は発生しない。また、従来の構造では複数の部品で構成されていた機能が、１部品で実現できるため、小型化が可能となる。
【００１８】
また、本発明で実現されるパンタグラフ状梁は、一体的に成形されるため、先に述べた先願のパンタグラフ手段の複数部品で構成されることによるリンクとピンとの関係による精度の問題や、複数の部品を製造し組み立てするためのコスト増の問題を解決することができる。
【００１９】
また、前記ホルダーを樹脂で成形し、直径８０ナノメートル以上３００ナノメートル以下、長さ１ミクロンメートル以上２００ミクロンメートル以下の多層チューブ形状の、いわゆるＶＧＣＦという繊維様の炭素原子構造物を混ぜることにより、より小型で精密なパンタグラフ状梁を形成することができる。カーボンナノファイバーは、ガラスフィラーに比較して非常に細く、また柔軟であり樹脂の流動を妨げないため、金型の微細構造部分にも充填が可能となるためである。（遠藤守信著  「野原の奥、科学の先。」文屋  ２００４年）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
１枚以上の光学レンズと、該光学レンズのそれぞれを相対的に位置決めし固定するための一体的に成形されたホルダーと、前記光学レンズが結像させる撮像センサーからなり、前記ホルダーを前記撮像センサーに対して前記光学レンズの光軸方向に移動させることによって焦点位置調整をする焦点位置調整機構を持つ焦点調整機能付きカメラの鏡筒において、前記ホルダーに前記レンズを位置決めし固定する光学レンズ固定部と、前記撮像センサーを位置決めし固定する撮像センサー固定部が、前記光学レンズ側から順に、曲げに柔軟な薄肉のレンズ側ヒンジ、剛性の高いレンズ側梁、ついで曲げに柔軟な薄肉のレンズ側中間ヒンジ、駆動フック、撮像センサー側中間ヒンジ、ついで剛性の高い撮像センサー側梁と曲げに柔軟な薄肉の撮像センサー側ヒンジからなる中間駆動梁右と、該中間駆動梁右と鏡像関係にある中間駆動梁左と、前記中間駆動梁右と中間駆動梁右を対にしたパンタグラフ状梁によって前記撮像センサー固定部に接続されており、かつ前記パンタグラフ状梁が少なくとも３つ以上であリ、前記ホルダーが樹脂で成形され、該樹脂は、少なくとも１種類以上の添加物を含有し、第１の添加物が、直径８０ナノメートル以上３００ナノメートル以下、長さ１ミクロンメートル以上２００ミクロンメートル以下の多層チューブ形状である焦点調整機能付きカメラの鏡筒とする。
【実施例１】
【００２１】
以下、本発明を図に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の最良の形態を示す焦点調整機能付きカメラの鏡筒を示す模式図であり、パンタグラフ状梁は一つだけ図示し、後は省略してある。図２は、本発明のパンタグラフ状梁を一つ取りだし原理的な要素のみ表した動作図である。図３は、図２のパンタグラフ状梁の原理図を３対並べた展開図であり、図４は、中間駆動梁左の詳細図である。
【００２２】
図１において、１は光学レンズ、２は光学レンズ固定部、３は撮像センサー、４は撮像センサー固定部、５が中間駆動梁右、６が中間駆動梁左、それらを対に考えたものがパンタグラフ状梁７である。
【００２３】
図２において、ヒンジ部分は回転支点として黒丸にて図示（レンズ側ヒンジ８−１、中間ヒンジ８−２、撮像側ヒンジ８−３）してあり、剛性の高いレンズ側梁と撮像センサー側梁は、それぞれリンクＬ９−１とリンクＳ９−２として線で図示してある。駆動フック（図４で説明する）は中間ヒンジ８−２にまとめてある。
【００２４】
図２の点線で表した部分は、パンタグラフ状梁の初期状態を示す。この初期状態から駆動フックを移動量Ｉだけ左右に広げると、パンタグラフ状梁の菱形が図の横方向に広がる形となり、撮像センサー固定部４側とレンズ固定部２側の距離は、移動量Ｏだけ縮まることになる。
【００２５】
図３は、図２のパンタグラフ状梁の原理図を３対並べたものであり、本発明の鏡筒を平面に展開し、模式的に表現したものである。３対のパンタグラフ状梁７が同じ形で撮像センサー固定部４と光学レンズ固定部２を繋ぎ、駆動フックを同じタイミングで移動させることにより、パンタグラフ状梁７の菱形は同じタイミングで同じ形に変化し、３点ずつで支えられた撮像センサー固定部４と光学レンズ固定部２は平行を維持しつつ光軸に沿って移動することができる。
【００２６】
図４は、中間駆動梁左の詳細を示した図であり、８−１はレンズ側ヒンジ、９−１はレンズ側梁、８−２−１はレンズ側中間ヒンジ、１０は駆動フック、８−２−２は撮像センサー側中間ヒンジ、９−２は撮像センサー側梁、８−３は撮像センサー側ヒンジであり、これら一連の物を総称して中間駆動梁左６と呼ぶ。同様に、中間駆動梁左６と鏡像関係にある一連の物を総称して中間駆動梁右５と呼ぶ。中間駆動梁右５と中間駆動梁左６を対にしてパンタグラフ状梁７と呼ぶ。
【００２７】
図４のそれぞれのヒンジ部分は、ある角度の範囲であれば破断せずに繰り返し屈曲できるように薄肉に作られている。それぞれの梁は太く剛性が高いため、ほとんど曲がらない。ここで、一対の駆動フック１０を左右に少し広げると、それぞれのヒンジが曲がるように変形し、それぞれの梁とそれぞれの固定部とのなす角が変化する。図４の中間駆動梁右５と中間駆動梁左６は、光学レンズ固定部２と撮像センサー固定部４のほとんど同じところに、レンズ側ヒンジ８−１と撮像センサー側ヒンジ８−３で繋がっているため、図２で示したリンク機構とほとんど同じ動きをする。
【００２８】
図３で示すような３対のパンタグラフ状梁の駆動フック１０を、中間駆動梁右５と中間駆動梁左６をそれぞれ一体的に剛性のあるリングなどで連結し、逆方向に駆動すれば、３対のパンタグラフ状梁が一斉に同じタイミングで同じ動作をすることになり、光学レンズ固定部２と撮像センサー固定部４は平行を維持しつつ光軸に沿って移動することができる。
【００２９】
本発明の最良の形態においては、鏡筒を樹脂にて一体的に成形することが可能であり、小型化に有利であると同時に、コスト面でも有利である。最近、樹脂にカーボンナノファイバーを混ぜることにより、成形品の品質を向上させることを可能とした研究や発明が多くなされている。カーボンナノファイバーは、サブミクロンメートルの直径を持ち長さが数十マイクロメートルである高アスペクト比の炭素繊維である。カーボンナノファイバーは単に細く長いだけでなく、高い強度を持ち、さらに屈曲にたいしては極めて高い切断耐性を持ち、鋭角に折り曲げても破断・切断しないことが確認されている。
【００３０】
また、金属並に高い熱伝導性を持っていることわかっている。また、熱的にも安定であり、樹脂の成形で使用する温度範囲では全く変性しない。さらに、ほぼ純粋な炭素原子のみで構成されているため、樹脂を汚染したり、化学変化を招いたりすることもない。また、黒鉛と類似な構造であるため潤滑性も高い。これらの性質を生かして樹脂成形材料への添加物としての用途が期待されているものである。
【００３１】
さらに、樹脂にカーボンナノファイバーを混ぜた場合、カーボンナノファイバーは、ガラスフィラーに比較して繊維径が非常に細く、また柔軟であるため添加された樹脂の流動性を損ねない。そのためそれを鏡筒の成形材料とすれば、金型の微細構造部分にも充填が可能となり、前記のそれぞれのヒンジ部分をより薄く正確に成形することができる。また、カーボンナノファイバーを混ぜた材料で成形した場合、成形品の形状精度が向上するという効果もある。
【００３２】
樹脂にカーボンナノファイバーを混ぜた材料で成形されたものの機械的な性質については、日本機械学会への投稿論文「カーボンナノファイバ強化プラスチックの機械的特性の評価」（日本機会学会（Ｎｏ０３−１１）材料力学部門講演会議演論文集）による信州大の荒井・杉本らの報告があり、各種樹脂とカーボンナノファイバとの混合率と機械的な性質の関係について述べられている。例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）にＶＧＣＦを混ぜた場合、その重量％に応じて前記報告の図２に示すようにヤング率の向上が観察される。１０重量％を混ぜた場合に約３０％程ヤング率は向上し、４０％混ぜると純粋なＰＰより倍ほど剛性が上がる。程度の差はあるものの、ほとんどの樹脂において剛性が向上することが他の多くの研究から知られている。
【００３３】
上述したように、カーボンナノファイバーを混ぜた樹脂材料は、前述した高い成型精度と機械剛性の向上という優れた性質を持ち、本発明の鏡筒を構成するのに最適である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の最良の形態を示す焦点調整機能付きカメラの鏡筒を示す模式図
【図２】本発明のパンタグラフ状梁を一つ取りだし原理的な要素のみ表した動作図
【図３】図２のパンタグラフ状梁の原理図を３対並べた展開図
【図４】中間駆動梁左の詳細図
【図５】嵌め合い隙間の略図大
【図６】嵌め合い隙間の略図小
【符号の説明】
【００３５】
１          光学レンズ
２          光学レンズ固定部
３          撮像センサー
４          撮像センサー固定部
５          中間駆動梁右
６          中間駆動梁左
７          パンタグラフ状梁
８−１      レンズ側ヒンジ
８−２      中間ヒンジ
８−２−１  レンズ側中間ヒンジ
８−２−２  撮像センサー側中間ヒンジ
８−３      撮像側ヒンジ
９−１      リンクＬ
９−２      リンクＳ
１０        駆動フック
１１        案内軸大
１２        レンズホルダー大
１３        レンズ大
１４        隙間大
１５        大傾きθ
１６        案内軸小
１７        レンズホルダー小
１８        レンズ小
１９        隙間小
２０        小傾きθ
【図１】
2006106053.tif 000003
【図２】
2006106053.tif 000004
【図３】
2006106053.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006106053.tif 000007
【図６】
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