(57)【要約】 【課題】  光学レンズの移動速度を安定化し得る簡単な構造のレンズ駆動機構を持ち、かつ、低背化が可能なレンズモジュールを提供すること。【解決手段】  ハウジング７の底面に一端側が固定された圧電素子３と圧電素子３の他端に固定された磁石４とからなる駆動体と、円筒形状部分を有するレンズホルダ６と、レンズホルダ６に支持された光学レンズ２とを備えて成り、レンズホルダ６の円筒形状部分の一部に磁石４に対して吸着可能な材質から成る移動部５が形成され、磁石４は光学レンズ２の半径方向に磁化されている。レンズホルダ６はチルト或いは回転防止のためにガイドピン８に移動可能に支持され、また、移動部５が形成された部分の外径１２は他の部分の外径１１より小さい。圧電素子３で発生する振動により磁石４を振動させ、磁石４の振動を駆動力として移動部５を駆動することによりレンズホルダ６を光学レンズ２の光軸方向に沿って移動させる機能を有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止部材に一端側が固定された電気／機械変換素子と該電気／機械変換素子の他端に固定された磁石とからなる駆動体と、円筒形状部分を有するレンズホルダと、該レンズホルダに支持された光学レンズとを備えて成り、該レンズホルダの前記円筒形状部分の一部に前記磁石に対して吸着可能な材質から成る移動部が形成され、前記磁石の磁化方向は前記光学レンズの半径方向又は外周方向であり、更に、前記電気／機械変換素子で発生する振動により前記磁石を振動させ、該磁石の振動を駆動力として前記移動部を駆動することにより前記レンズホルダを前記光学レンズの光軸方向に沿って移動させる機能を有し、前記レンズホルダの前記円筒形状部分において前記移動部が形成された部分の外径は他の部分の外径より小さいことを特徴とするレンズモジュール。
【請求項２】
前記レンズホルダの前記移動部が形成された部分の内径は他の部分より小さく、該内径の小さい部分と他の部分にはそれぞれ外径の異なる光学レンズが支持されていることを特徴とする請求項１記載のレンズモジュール。
【請求項３】
前記電気／機械変換素子における伸びの速度と縮みの速度とを異ならせるように、該電気／機械変換素子に電圧を印加して前記磁石を振動させることにより前記移動部を駆動することを特徴とする請求項１または２記載のレンズモジュール。
【請求項４】
前記電気／機械変換素子は、積層型圧電セラミック素子であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つ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、主としてデジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話機用カメラ等の光学機器への適用が好適なレンズモジュールであって、詳しくは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であると共に、所定の方向に移動する光学レンズを備えた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移動させる機構が必要であり、一般には電磁式のモータを用いた方法が知られている。ところが、近年のデジタルカメラやカメラ付き携帯電話機に代表される光学機器では、小型化が急速に進み、それに伴って圧電素子等の電気／機械変換素子による光学レンズの移動方法を用いる技術が提案され、主流になりつつある。
【０００３】
こうした周知技術としては、例えば、特許文献１には、被駆動物体若しくは被駆動物体に連結されている部材に摩擦係合される共に静止部材に移動可能に支持されている駆動部材と、該駆動部材に一端が固定される共に他端が動かぬように静止部材等に固定された圧電素子と、該圧電素子に伸びの速度と縮みの速度とを異ならせるように電圧を印加する圧電素子駆動手段とを有する駆動装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、磁性材料を用いた駆動部材と、該駆動部材を励磁する励磁部材を有して駆動部材により駆動される可動レンズ群枠とを備え、駆動部材が電気／機械エネルギー変換素子により駆動される駆動機構が示され、特許文献３には、電気／機械変換素子に結合され、これと共に変位する駆動部材に被駆動部材を摩擦結合して成る駆動機構を備えた駆動装置であって、駆動部材と被駆動部材とを摩擦係合するための押圧力を付与する手段として、磁石を用いたものが示されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第２６３３０６６号
【特許文献２】特開平１０−１０４０１号公報
【特許文献３】特開平７−２７４５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した電気／機械変換素子による光学レンズの移動方法を用いた周知技術の場合、何れにおいても小型で安定な駆動を実現するためには構造上の問題がある。
【０００７】
例えば、特許文献１に開示されている方法の場合、駆動部材を静止部材に対して移動可能に支持する構造が必要であると共に、板バネ等の弾性部材を用いて駆動部材と被駆動物体を摩擦係合する必要があるため、レンズモジュールの構造が複雑になってしまい小型化が難しい。また、摩擦力の制御が困難であるため、被駆動物体の移動速度がばらついてしまうという問題がある。
【０００８】
特許文献２に開示されている方法の場合、励磁部材の磁化方向が定かでなく、例えば励磁部材の磁化方向が光学レンズの移動方向と一致していると、光学レンズの位置によっては励磁部材と磁性材料である駆動部材とで形成される磁気回路において磁束分布が上下非対称となることにより、レンズ繰り出し時とレンズ繰り込み時との移動速度に顕著な差を生じてしまうという問題がある。また、駆動部材と励磁部材の構造上、低背化が困難である。
【０００９】
特許文献３に開示されている方法の場合、光学レンズを移動させる移動軸が他の部材と実質的に摩擦係合している箇所が多いため、摩擦係合部分の摩擦力を制御するのが煩雑となることにより、光学レンズを安定駆動させることが困難であるという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決すべくなされたもので、本発明の目的は、光学レンズの移動速度を安定化し得る簡単な構造のレンズ駆動機構を持ち、かつ、低背化が可能な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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のレンズモジュールは、静止部材に一端側が固定された電気／機械変換素子と該電気／機械変換素子の他端に固定された磁石とからなる駆動体と、円筒形状部分を有するレンズホルダと、該レンズホルダに支持された光学レンズとを備えて成り、該レンズホルダの前記円筒形状部分の一部に前記磁石に対して吸着可能な材質から成る移動部が形成され、前記磁石の磁化方向は前記光学レンズの半径方向又は外周方向であり、更に、前記電気／機械変換素子で発生する振動により前記磁石を振動させ、該磁石の振動を駆動力として前記移動部を駆動することにより前記レンズホルダを前記光学レンズの光軸方向に沿って移動させる機能を有し、前記レンズホルダの前記円筒形状部分において前記移動部が形成された部分の外径は他の部分の外径より小さいことを特徴とする。
【００１２】
また、前記レンズホルダの前記移動部が形成された部分の内径は他の部分より小さく、該内径の小さい部分と他の部分にはそれぞれ外径の異なる光学レンズが支持されていてもよい。
【００１３】
また、前記電気／機械変換素子における伸びの速度と縮みの速度とを異ならせるように、該電気／機械変換素子に電圧を印加して前記磁石を振動させることにより前記移動部を駆動してもよい。
【００１４】
また、前記電気／機械変換素子は、積層型圧電セラミック素子であってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のレンズモジュールの場合、静止部材に一端側が固定された電気／機械変換素子と該電気／機械変換素子の他端に固定された磁石とからなる駆動体と、円筒形状部分を有するレンズホルダと、該レンズホルダに支持された光学レンズとを備えて成り、該レンズホルダの前記円筒形状部分の一部に前記磁石に対して吸着可能な材質から成る移動部が形成され、前記磁石の磁化方向は前記光学レンズの半径方向又は外周方向であり、更に、前記電気／機械変換素子で発生する振動により前記磁石を振動させ、該磁石の振動を駆動力として前記移動部を駆動することによりレンズホルダを光軸方向に沿って移動させる機能を得ているため、電気／機械変換素子の振動から発生する駆動力を移動部材へ安定して伝えることができるようになり、光学レンズの移動速度のばらつきを周知技術の場合と比べて小さくすることができる。
【００１６】
本発明のレンズモジュールでは、従来のような板バネ等の弾性部材が不要で摩擦係合部分が少ないため、部品点数が少なく非常に簡単で安定した構造となる。また、特許文献２、３のような駆動軸（ロッド）が無いため、駆動軸による振動減衰がなく、駆動エネルギーロスを生じない安定した移動が可能となり、光学レンズをその光軸方向に沿って安定して移動させることができる。また、電気／機械変換素子上に駆動軸を設けた上記従来の構造に比べて低背化が容易となる。
【００１７】
また、前記レンズホルダの前記円筒形状部分において前記移動部が形成された部分の外径を他の部分の外径より小さくすることにより、その分だけ磁石の体積を大きくして吸着力を増加させることにより摺動力を大きくし移動速度のさらなる安定化を図ることが容易となる。また、磁石の体積を一定とした場合、磁石の高さを低くできるのでレンズモジュールのさらなる低背化が可能となる。
【００１８】
以上のように、本発明によれば、光学レンズの移動速度を安定化し得る簡単な構造のレンズ駆動機構を持ち、かつ、低背化が可能なレンズモジュールが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明によるレンズモジュールの第一の実施の形態に係るレンズモジュールの基本構成を示したもので、図１（ａ）は上面方向からの外観平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線方向における側面断面図である。
【００２１】
図１において、本実施の形態のレンズモジュールは、静止部材であるハウジング７の底面に一端側が固定された電気／機械変換素子としての積層型圧電セラミックによる圧電素子３と圧電素子３の他端に固定された磁石４とからなる駆動体と、円筒形状部分を有するレンズホルダ６と、レンズホルダ６に支持された光学レンズ２とを備えて成り、レンズホルダ６の円筒形状部分の一部に磁石４に対して吸着可能な材質から成る移動部５が形成され、磁石４は光学レンズ２の半径方向に磁化されている。また、ハウジング７にはガイドピン８が設置され、レンズホルダ６の一部にガイドピン８に係合する穴を開けたガイド部９を一体として設け、レンズホルダ６はチルト或いは回転防止のためにガイドピン８に移動可能に支持されている。また、レンズホルダ６の円筒形状部分において移動部５が形成された部分の外径１２の値はＤ２であり、他の部分の外径１１の値Ｄ１より小さい。
【００２２】
本実施の形態では、圧電素子３で発生する振動により磁石４を振動させ、磁石４の振動を駆動力として移動部５を駆動することによりレンズホルダ６を光学レンズ２の光軸方向に沿って移動させる機能を有している。
【００２３】
次に、この圧電素子３と磁石４よりなる駆動体の一例を説明する。駆動体は積層型圧電セラミックからなる圧電素子３の変位発生方向（長手方向）の一端面側に磁石４をエポキシ樹脂等を用いて接着して成るものである。磁石４の極性については、図１（ｂ）においては、レンズ２の半径方向に磁化され、上記半径の内側がＳ極、外側がＮ極となっている。磁石４はレンズ２の円周方向に磁化することも可能である。
【００２４】
圧電素子３については、所定の変位を発生できれば材質や構造を適宜選択できるものであるが、ここではレンズモジュールを携帯電話機のカメラモジュールやデジタルスチールカメラへの利用を想定し、その駆動電圧が数Ｖ〜十数Ｖ程度の範囲と低電圧で駆動される必要があることを考慮し、積層型圧電セラミックを用いるものとする。
【００２５】
圧電素子３の製造方法については、一般的な方法を採用すれば良く、例えばドクターブレード法等で所定の厚さのセラミックグリーンシートを作製し、それに対してスクリーン印刷法等で所定の形状にＡｇ／ＰｄペーストやＣｕペーストを内部電極として印刷した後、トリミングを経て所定枚数積層するようにしてから、熱プレスを施した後、所定の形状に打ち抜き、脱バインダ、焼結の工程を経て積層型圧電セラミックとして製造すれば良い。
【００２６】
磁石４の材質は特に限定されないが、小型化を進めた場合にも十分な吸着力を確保するため、ネオジウム系磁石やサマリウムコバルト系磁石を用いれば良い。磁石４の磁化方向は、上述のようにＮ極及びＳ極を光学レンズの光軸方向と直交する方向に配置させる。これにより、磁石４と移動部とで形成される磁気回路での磁束分布を光学レンズの移動方向に対して対称に形成することができるため、光学レンズの移動方向とその逆側の方向での駆動力の差を生じることが無く、光学レンズを安定して駆動させることができる。
【００２７】
ここで、本発明の駆動体においては、レンズホルダ６の移動速度をより安定化するためには磁石４から移動部５に伝えられる摺動力を大きくする必要があるが、その摺動力の大きさは磁石４の吸引力に比例し、その磁石４の吸引力は磁石４の体積に依存する。そこで本発明では移動体が形成された部分のレンズホルダ６の外径を小さくすることにより磁石４の長さを大きくすることを可能とし、磁石４の体積を大きくしている。
【００２８】
また、レンズモジュールの低背化のために磁石４の高さを小さくした場合にも、その長さを長くすることにより必要な体積の確保を可能としている。
【００２９】
なお、本実施の形態では移動部５とレンズホルダ６とは別部材としたが、同一部材として同じ材質により一体化して形成することもできる。
【００３０】
因みに、図１に係るレンズモジュールにおいては、圧電素子３から発生する振動がハウジング７にも伝わるため、カメラモジュールとして適用すれば、図示されないイメージセンサに対して振動ノイズ等の悪影響を及ぼす可能性が考えられるが、この振動ノイズは、圧電素子３が固定されるハウジング７の部分にゴムなどの材料で構成される振動減衰材を挿入し、さらに磁石４の部分に圧電素子３の振動エネルギーを伝えるために上記振動減衰材と圧電素子３の間に重錘部材を挿入する構成をとることにより除去することができる。
【００３１】
ここで、本実施の形態のレンズモジュールの１つの具体例を説明する。圧電セラミック素子３としては、断面寸法が縦１．０ｍｍ×横１．０ｍｍ、高さ２．０ｍｍの圧電積層型セラミックとし、±３Ｖの印加電圧に対して大略０．１μｍの変位を発生するものを用いることができる。この圧電セラミック素子３の一方の端面側に対して断面寸法が縦１．２ｍｍ×横２．０ｍｍ、高さ１．０ｍｍのネオジウム系磁石を熱硬化性エポキシ樹脂で接着して駆動体とし、図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるような形状のポリカーボネートを材質とするハウジング７を作成した後、圧電素子３の他方の端面側を図１（ｂ）に示される位置にエポキシ樹脂で接着して構成する。
【００３２】
次に、ＳＵＳ４３０の材質による外形７．５ｍｍ、内径６．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍの移動部５を作製し、この移動部５をポリカーボネートを材質とするレンズホルダ部分にエポキシ樹脂で接着しレンズホルダ６を完成させる。レンズホルダ６の移動部５が形成された部分の外径Ｄ２は７．５ｍｍ、その他の部分の外径Ｄ１は８．５ｍｍ、内径Ｄ３は５．０ｍｍとする。又、ＳＵＳ３０４の材質によるカイドピン８にレンズホルダ６を支持すると共に、磁石４と移動部５とを磁力により吸着することにより、図１（ａ）、図１（ｂ）に示した構造のレンズモジュールを得ることができる。
【００３３】
尚、上記具体例に示したレンズモジュールの場合、レンズホルダ６の移動ストロークは約０．５ｍｍとなるが、移動部５の高さを大きくすることにより、ストロークを更に大きくすることも可能である。
【００３４】
図２は、本発明によるレンズモジュールの第二の実施の形態に係るレンズモジュールの基本構成を示したもので、図２（ａ）は上面方向からの外観平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線方向における側面断面図である。
【００３５】
図２において、本実施の形態のレンズモジュールは、静止部材であるハウジング２７の底面に一端側が固定された電気／機械変換素子としての積層型圧電セラミックによる圧電素子２３と圧電素子２３の他端に固定された磁石２４とからなる駆動体と、円筒形状部分を有するレンズホルダ２６と、レンズホルダ２６に支持された光学レンズ３２および３３とを備えて成り、レンズホルダ２６の円筒形状部分の一部に磁石２４に対して吸着可能な材質から成る移動部２５が形成され、磁石２４は光学レンズ３２の半径方向に磁化されている。また、ハウジング２７にはガイドピン２８が設置され、レンズホルダ２６の一部にガイドピン２８に係合する穴を開けたガイド部２９を一体として設け、レンズホルダ２６はチルト或いは回転防止のためにガイドピン８に移動可能に支持されている。また、レンズホルダ２６の円筒形状部分において移動部２５が形成された部分の外径４２はＤ５であり、他の部分の外径４１の値Ｄ４より小さい。
【００３６】
また、本実施の形態ではレンズホルダ２６の移動部２５が形成された部分の内径４３はＤ６であり、他の部分の内径４４の値Ｄ７よりも小さく、内径４３の部分には外径の小さいレンズ３２が、内径４４の部分には外径の大きいレンズ３３がそれぞれ支持されている。
【００３７】
本実施の形態でも、第一の実施の形態と同様に圧電素子２３で発生する振動により磁石２４を振動させ、磁石２４の振動を駆動力として移動部２５を駆動することによりレンズホルダ２６を光学レンズ３２の光軸方向に沿って移動させる機能を有している。
【００３８】
本実施の形態においては、圧電素子２３は図１の圧電素子３と材料、形状を同じとすることができる。但し、磁石２４は断面形状および磁化方向は図１の磁石４と同様であるが、そのレンズ３２の半径方向の長さは磁石４よりも大きい。通常、２枚以上の組み合わせレンズを用いたレンズモジュールにおいてはそれらのレンズ口径は異なっているので、本実施の形態ではそれを利用して口径の小さいレンズ部分のレンズホルダ２６の外径を小さくし、その分だけ磁石２４の長さを大きくすることによって駆動体の摺動力確保によるレンズ移動の安定化および低背化を達成することができる。
【００３９】
本実施の形態においても、前述と同様、圧電素子２３が固定されるハウジング２７の部分に振動減衰材を挿入し、さらにその振動減衰材と圧電素子２３の間に重錘部材を挿入する構成をとることにより振動ノイズを除去することができる。
【００４０】
ここで、本実施の形態のレンズモジュールの具体例としては、圧電素子２３とハウジング２７の材質、形状は上述の第一の実施の形態で示した具体例と同一とすることができる。圧電素子２３の一方の端面側に接着される磁石２４は断面寸法が縦１．２ｍｍ×横３．０ｍｍ、高さ１．０ｍｍのネオジウム系磁石であり、これを熱硬化性エポキシ樹脂で接着して駆動体とし、図２（ａ）、図２（ｂ）に示されるような形状のポリカーボネートを材質とするハウジング７を作製した後、圧電素子３の他方の端面側を図２（ｂ）に示される位置にエポキシ樹脂で接着して構成する。
【００４１】
次に、ＳＵＳ４３０の材質による外形５．５ｍｍ、内径４．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍの移動部２５を作製し、この移動部２５をポリカーボネートを材質とするレンズホルダ部分にエポキシ樹脂で接着しレンズホルダ２６を完成させる。レンズホルダ２６の移動部２５が形成された部分の外径Ｄ５は７．５ｍｍ、内径Ｄ６は３．０ｍｍ、その他の部分の外径Ｄ４は８．５ｍｍ、内径Ｄ７は５．０ｍｍとする。ＳＵＳ３０４の材質によるカイドピン２８にレンズホルダ２６を支持すると共に、磁石２４と移動部２５とを磁力により吸着することにより、図２（ａ）、図２（ｂ）に示した構造のレンズモジュールを得ることができる。
【００４２】
次に、第一および第二の実施の形態に係るレンズモジュールのレンズ駆動機構の働きについて説明する。
【００４３】
図３は、上述した実施の形態に係るレンズモジュールに備えられる圧電素子３、２３の時間に対する駆動電圧、圧電素子の変位量、移動部の移動量の関係を示したタイミングチャートである。
【００４４】
これらのレンズモジュールでは、圧電素子３、２３の高さを１．５〜２ｍｍ程度とすると、共振周波数が１５０ｋＨｚ程度以上となるので、圧電素子３、２３への交流印加電圧（駆動電圧）の周波数を２０〜３０ｋＨｚ程度とすると、高調波成分の影響を殆ど無視できるため、入力電圧波形と出力変位波形とが相似形となる。
【００４５】
図３に示されるように、三角波状の入力電圧（駆動電圧）波形について、傾きが異なる時間ｔ１、ｔ２をｔｌ＞ｔ２なる関係となるように設定すると、圧電素子３、２３の変位量は時間ｔ１をかけてゆっくりと伸び、時間ｔ２で急速に縮む。ここで、移動部５、２５と磁石４、２４との間に発生する最大静止摩擦力以上の加速度が得られるように時間ｔ２を設定すれば、時間ｔ１では移動部５、２５と圧電素子３、２３とは共に移動し、時間ｔ２では移動部５、２５と圧電素子３、２３との間で滑りが生じる。これを連続的に繰り返せば、移動部とレンズホルダ６、２６とは静止部材（ハウジング７、２７）に対して一方向に移動する。
【００４６】
そこで、時間ｔ１と時間ｔ２とを用いてデューテイ比をデューテイ比＝ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）なる関係式で定義すると、デューテイ比を変化させることで移動部５、２５の速度や移動方向を制御することができる。
【００４７】
ここでは、図３に示されるように三角波状の入力電圧（駆動電圧）の波形を与えた場合について説明したが、各部品形状に応じて周波数を調整した矩形波状の入力電圧（駆動電圧）を印加するようにしても同様に圧電セラミック素子３、２３を駆動することができる。
【００４８】
また、上記の実施の形態のように電気／機械変換素子を積層型圧電セラミックによる圧電素子とした場合、低電圧・低電力で十分なレンズ駆動力が得られるようになり、しかも、特許文献２、３のような駆動軸（ロッド）が無いため、駆動軸による振動減衰がなく、駆動エネルギーロスを生じない安定した移動が可能となる。
【００４９】
以上のように、本発明のレンズモジュールによれば、光学レンズをその光軸方向に沿って安定して移動させることができ、組み立てが容易でばらつきも少なく、低背化、小型化が容易であることにより、特に携帯電話機のカメラやデジタルスチールカメラのオートフォーカスやズーム機能付きレンズモジュールとしての利用が好適となる。
【００５０】
なお、本発明は上記の実施の形態やその具体例などに制限されるものではなく、その用途に応じて、圧電素子や磁石の構造や形状、材質、移動部やレンズホルダ、ハウジングの材質、形状などを選択、設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係るレンズモジュールの基本構成を示す図、図１（ａ）は上面方向からの外観平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線方向における側面断面図。
【図２】本発明の第二の実施の形態に係るレンズモジュールの基本構成を示す図、図２（ａ）は上面方向からの外観平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線方向における側面断面図。
【図３】第一および第二の実施の形態に係るレンズモジュールに備えられる圧電素子の時間に対する駆動電圧、圧電素子の変位量、移動体の移動量の関係を示したタイミングチャート。
【符号の説明】
【００５２】
２、３２、３３  光学レンズ
３、２３  圧電素子
４、２４  磁石
５、２５  移動部
６、２６  レンズホルダ
７、２７  ハウジング
８、２８  ガイドピン
９、２９  ガイド部
１１、１２、４１、４２  外径
１３、４３、４４  内径
【図１】
2008203583.tif 000003
【図２】
2008203583.tif 000004
【図３】
2008203583.tif 000005