(57)【要約】 【課題】  小型で部品点数が少なく、かつ製造しやすい単純な構造を持ち、駆動直進性が良好で安定駆動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５に一端側が固定された圧電セラミック素子１とその他端に固定された磁石２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ー４と、レンズホルダー４に支持された光学レンズ７とを備えて成り、レンズホルダー４の円筒形状部分の一部に磁石２に対して吸着可能な材質から成る移動体３が形成され、圧電セラミック素子１で発生する振動により磁石２を振動させ、磁石２の振動を駆動力として移動体３を摺動駆動することによりレンズホルダー４を光学レンズ７の光軸方向に沿って移動させる機能を有し、磁石２と移動体３の摺動部分の移動方向の断面形状が凸型或いは凹型の表面形状を有し互いに嵌合するように構成されている。【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ーと、該レンズホルダーに支持された光学レンズとを備えて成り、該レンズホルダー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体が形成され、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体を摺動駆動することにより前記レンズホルダー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、前記磁石と前記移動体の摺動部分が互いに嵌合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】
前記磁石または前記移動体の摺動部分の少なくとも一方に移動方向に垂直な面内の断面形状が凸型或いは凹型の表面形状を有すること特徴とする請求項１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、所定の方向に移動する光学レンズを備えるレンズモジュールに係り、特に、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラあるいは携帯電話のカメラに用いて好適なレンズモジュールに関し、さらに詳しくは、オートフォーカスやズーム機構を有する光学機器に好適な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、従来から電磁式のモーターを用いた方法が知られている。近年、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話にみられるように、機器の小型化が急速に進み、それに伴って電磁式のモーターによる方法の代わりに、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提案されている。
【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と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、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、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。
【０００９】
これらを解決し小型で安定な駆動を可能とする方法としては、例えば図２に示すレンズモジュールの構造が考えられる。図２は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。ハウジング２５に一端側が固定された圧電セラミック素子１と圧電セラミック素子１の他端側に固定された磁石２２から成る駆動体と、磁石２２に対して吸着可能な材質から成る移動体２３と、移動体２３を一体として支持するレンズホルダー２４と、レンズホルダー２４に支持または一体化された光学レンズ７とを備えて成り、圧電セラミック素子１で発生する振動により磁石２２を振動させ、その振動を駆動力として移動体２３を駆動することによりレンズホルダー２４を光軸方向に沿って移動させる機能のレンズ駆動機構を有している。
【００１０】
さらにレンズホルダー２４は、チルトあるいは回転防止のために、ガイドピン６に移動可能に支持されている。この構造のレンズモジュールは上記特許文献１や特許文献２に記載された従来のレンズモジュールの駆動方法に比べると小型で安定な駆動が得られるが、このような方法でも、移動体をハウジングなどの静止部材に移動可能に支持する構造が必要であるため、レンズモジュールの構造が複雑になる上に、部品点数が増加するためコストが高くなるという問題がある。
【００１１】
図３は、図２のレンズモジュールの構造を簡素化したものであり、チルトあるいは回転防止のために、ハウジング３５によってレンズホルダー３４を支持した構造を示すもので、図３（ａ）は上面方向からの外観平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線方向における側面断面図である。図２とは異なり、ガイドピンを用いないため、部品点数は少なくレンズモジュールの構造は簡素であるが、互いに嵌合して支持機能を有するハウジング３５の円筒部の内径およびレンズホルダー３４の外径が、その嵌合する部分の光軸方向の長さに対して大きいため、その嵌合部分に高精度な加工が必要となり、製造コストが高くなるという問題がある。
【００１２】
この状況にあって、本発明の課題は、小型で部品点数が少なく、かつ製造しやすい単純な構造を持ち、駆動直進性が良好で安定駆動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】
【００１３】
上記課題を解決するために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ーと、該レンズホルダーに支持された光学レンズとを備えて成り、該レンズホルダー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体が形成され、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体を摺動駆動することにより前記レンズホルダー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、前記磁石と前記移動体の摺動部分が互いに嵌合する様に構成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、前記磁石または前記移動体の摺動部分の少なくとも一方に凸型或いは凹型の表面形状を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、電気機械変換素子に固定された磁石と、磁石に吸着可能な材質からなる移動体とを、磁石の発生する磁力によって吸着係合しているが、移動体と磁石の摺動部分を互いに嵌合する様に構成することにより、摺動部分において移動体を光軸方向にのみ移動可能に支持することができる。これにより部品点数を削減することが可能であり、単純で小型化可能、かつ組立が容易で低コストのレンズモジュールを得ることができる。
【００１６】
具体的には、上述のように移動体材と磁石の摺動部分とがお互いに嵌合するように、移動方向断面形状を凸型と凹型あるいは凹型と凸型にそれぞれ形成することにより、摺動部において移動体が移動方向であるレンズの光軸方向にのみ移動可能に支持され、レンズ駆動直進性の良好なレンズモジュールを得ることができる。
【００１７】
以上のように本発明により、小型で部品点数が少なく、かつ製造しやすい単純な構造を持ち、駆動直進性が良好で安定駆動が可能なレンズモジュールを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明によるレンズモジュールの一実施の形態の基本構成を示すもので、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。静止部材であるハウジング５に一端側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１と圧電セラミック素子１の他端に固定された磁石２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ー４と、レンズホルダー４に支持された光学レンズ７とを備えて成り、レンズホルダー４の円筒形状部分の一部に磁石２に対して吸着可能な材質から成る移動体３が形成され、圧電セラミック素子１で発生する振動により磁石２を振動させ、磁石２の振動を駆動力として移動体３を摺動駆動することによりレンズホルダー４を光学レンズ７の光軸方向に沿って移動させる機能を有している。
【００２０】
磁石２と移動体３の摺動部分が互いに嵌合する様に構成されており、それらの移動方向の断面形状が凸型或いは凹型の表面形状を有している。すなわち、本実施例における移動方向断面形状は、磁石２の表面は凸型、移動体３の表面は磁石２の表面の凸型に嵌合するような凹型に形成されている。なお、磁石２を凹型、移動体３を凸型としても良い。
【００２１】
図１では、嵌合構造の吸着係合面が平面により形成されているが、曲面または曲面と平面によって形成されていても良い。更に、磁石２と移動体３の移動方向断面形状は、必ずしも反転形状である必要はなく、嵌合させた場合に一部に空間が存在していても良い。
【００２２】
磁石２の嵌合部分は、磁石２とは分離された吸着可能な軟磁性材料によって形成し、接着剤等を用いてこれを磁石２に貼り付けたものであっても良い。移動体３についても、嵌合部分を別部品として作製し、移動体３と結合しても良い。
【００２３】
磁石２および移動体３において、支持機能を有する摺動部分または嵌合部分は、磁石２および移動体３の光軸方向の一部に形成されていても良い。
【００２４】
本実施の形態のレンズモジュールの駆動は、電圧上昇時間と電圧下降時間が異なる三角波形状の数十ｋＨｚ程度の周期の電圧波形を印加する。圧電セラミック素子１の変位量は長い電圧上昇時間をかけてゆっくりと伸び、短い電圧下降時間で急速に縮むので、移動体３と磁石２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電圧下降時間を設定すれば、電圧上昇時間では移動体３と磁石２とは共に移動し、電圧下降時間では移動体３と磁石２との間で滑りが生じる。これを連続的に繰り返せば、移動体３とレンズホルダー４はハウジング５に対して一方向に移動する。駆動周波数を調整した矩形波状の電圧波形を印加しても同様に駆動することができる。
【００２５】
次に、本実施の形態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。図１において、圧電セラミック素子１として、断面が１．０ｍｍ×１．０ｍｍ、高さ２．０ｍｍの圧電積層セラミック素子を用いた。この圧電積層セラミック素子は、±３Ｖの１周期の電圧印加に対して、大略０．１μｍの変位を発生する。この圧電セラミック素子の一端に、１．２ｍｍ×１．５ｍｍ、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駆動体を構成した。この磁石２の移動体３との摺動部分には、円周方向の幅０．５ｍｍ×半径方向の高さ０．２ｍｍ×光軸方向の長さ１．０ｍｍに形成された凸型嵌合部分を有している。さらに、ポリカーボネートを材質とするハウジング５を作製し、図１に示した位置に上記駆動体をエポキシ樹脂で接着した。
【００２６】
ステンレス鋼ＳＵＳ４３０を材質とし、外形８．５ｍｍ、内径７．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍの移動体３を作製し、ポリカーボネートを材質とするレンズホルダー４にエポキシ樹脂で接着した。ここで、移動体３の磁石２との摺動部分には、円周方向の幅０．５ｍｍ×半径方向の深さ０．２ｍｍ×光軸方向長さ１．５ｍｍに形成された、前述の磁石２の凸型嵌合部分に嵌合可能な凹型嵌合部分を有している。
【００２７】
このレンズモジュールの圧電セラミック素子１に、±３Ｖの周期電圧波形を印加し、レンズホルダー４を光軸方向に往復移動させた場合について、オートコリメータとチルト測定用ミラーを用いてレンズホルダー４の傾きを測定し、レンズの直進性評価を実施した。
【００２８】
比較例として、上記実施例と同一材質、同一寸法で摺動部の凹凸嵌合形状を有さない磁石および移動体を使用した図２および図３に示したレンズモジュールについてもサンプルを作製し、同様にオートコリメータとチルト測定用ミラーを用いて、レンズ駆動の直進性を評価した。表１は、作製した上記３水準のレンズモジュールについて、レンズ駆動時のホルダーの傾きをまとめたものである。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１に示した結果から、本実施例においては、レンズ駆動時のホルダーの傾きはおよそ０．４°であり、図２および図３のレンズモジュールにおける傾き０．４°および０．５°と比べて遜色のない直進性が得られることがわかった。
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、移動体と磁石の摺動部分とがお互いに嵌合する様に形成することで、摺動部において移動体を光軸方向にのみに移動可能に支持することができる。このため、レンズ駆動の直進性を維持しながら、部品点数を削減することが可能であり、単純で小型化可能、かつ組立が容易で低コストなレンズモジュールを得ることができる。
【００３２】
なお、本発明は上述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い。例えば、磁石の摺動部分は図２や図３の形状と同じ場合でも、移動体の摺動部分に磁石の幅に相当する凹型の窪みを設けて磁石と嵌合させることも可能であり、また磁石の先端部の形状を三角や曲面形状としてそれに嵌合する溝を移動体に設けてもよい。凸型、凹型形状の嵌合部分の形状、寸法も他の部分の形状に対応させて変更することができる。また、レンズモジュールの用途に応じて、圧電素子や磁石の構造や形状、材質、移動体やレンズホルダー、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】
【００３３】
【図１】本発明によるレンズモジュールの一実施の形態の基本構成を示すもので、図１（ａ）は上面方向からの外観平面図、図１（ｂ）は１図（ａ）のＡ−Ａ線方向における側面断面図。
【図２】小型で安定な駆動を可能とするレンズモジュールの基本構成を示すもので、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。
【図３】構造を簡素化したレンズモジュールの基本構成を示すもので、図３（ａ）は上面方向からの外観平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線方向における側面断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１    圧電セラミック素子
２、２２    磁石
３、２３    移動体
４、２４、３４    レンズホルダー
５、２５、３５    ハウジング
６    ガイドピン
７    光学レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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