(57)【要約】【課題】光学ズーム動作およびフォーカス動作が行えて外形を細径化することができ、薄厚化，小型化を進める携帯電話機などにも好ましく組み込めるレンズユニットを提供すること【解決手段】筒状の本体１内に前群レンズ２，後群レンズ３，ＣＣＤ等の撮像素子４，アクチュエータ５を順に整列させる。前群レンズ２は本体１の端部に枠部２０を固着し、後群レンズ３は枠部３０を本体１内に移動可能に嵌め込む。枠部３０からは２本の可動アーム６，６を後方に延ばして両先端に板部６５を渡して一体化し、板部６５の中央に設けたリードナット６０をアクチュエータ５の出力軸のリードスクリュー５０と連係させる。回転駆動によりリードナット６０側が直線動作し、後群レンズ３が光軸方向に動く。本体１内には枠部２０，３０の周縁から外に張り出す部材がなく細身になる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の本体内に前群レンズ，後群レンズ，撮像素子を順に整列させ、前記各群レンズの少なくとも一方、あるいは前記３つの光学要素の何れか２要素を光軸方向に動かす駆動手段を備えて光学ズーム動作およびフォーカス動作を行うレンズユニットであって、
前記駆動手段は駆動源のアクチュエータを前記撮像素子の背側に配置し、駆動対象とした前記光学要素の枠部から一体に延びて当該アクチュエータの出力軸に連係するアーム部材を備えることを特徴とするレンズユニット。
【請求項２】
前記撮像素子の背側に前記アクチュエータを２つ配列し、それらに連係する前記各アーム部材は前記本体内で重畳しないずれた位置をとることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
【請求項３】
前記アーム部材に長孔を形成し、前記本体の対応する内周位置にガイドピンを設け、当該ガイドピンと前記長孔とを嵌め合わせることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズユニット。
【請求項４】
前記光学要素の枠部に、切り欠きあるいは孔による開口部を設けて、当該開口部に前記アーム部材を通すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項５】
前記アクチュエータは出力軸にリードスクリューを有するステッピングモータとし、前記アーム部材の対応位置にリードナットを設けて、両者の連係により直線動作を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のレンズユニットを、折りたたみタイプの携帯端末の開閉ヒンジ部或いは携帯端末の薄厚本体に装着したことを特徴とするレンズユニットを用いた携帯端末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状で小径のレンズユニットおよびそれを用いた携帯端末に関するもので、より具体的には、光学ズーム動作，フォーカス動作を行うレンズユニットの改良に関する。
【０００２】
【発明の背景】
近年、超小型カメラを組み込んだ携帯電話機が普及している。係る超小型カメラは、寸法形状の制限から一般に固定焦点のものが用いられている。この場合、レンズ構成は例えば１〜３枚程度の群レンズに簡素化することになる。携帯電話機を購入する場合の機種を選定する際の一因として係る超小型カメラの有無は大きなウエートを占めている。そして、ユーザの心理としても、携帯電話機に超小型カメラが付いているか否かが大きなポイントであり、超小型カメラの性能・機能まではあまり気にしていないのが実情である。
【０００３】
しかし、現在の固定焦点式の超小型カメラ付きの携帯電話機が普及するにつれ、既に係る携帯電話機を使用しているユーザは、他者との差別化等から通常ある程度の期間にわたって使用すると、さらなる高機能化を望むことが予測される。高機能化の１つの態様として、スチールカメラやビデオカメラなどで一般に採用されている光学ズーム機能がある。
【０００４】
係る光学ズーム機能は、通常、２枚もしくは２つ以上のレンズ群をそれぞれ光軸方向に適宜移動させることにより、所望のズームを得るとともに、そのズームに応じてピント合わせ（フォーカス）を行っている。そして、係る処理を行うための具体的な機構としては、例えば特許文献１に示すように、２つのレンズをそれぞれ独立したアクチュエータ（ステッピングモータ）で動かすようにしたものがある。また、別の方法としては、特許文献２に示すように、１つのアクチュエータやモータに対して、カムを用いることにより２つのレンズ（レンズ群）の位置関係を制御し、ズームは実現可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−３３６９３８号（第３頁から第４頁，図１）
【特許文献２】
特開平１１−５２２０９号（第３頁から第４頁，図１から図４）
【特許文献３】
特開２００２−２９０５２３号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
光学ズームを実現するためのレンズの動きは複雑で、一方向の動きだけでなく、往復を含む非線形の曲線を描く。特に、携帯電話機に実装するためには、レンズの寸法がφ７ｍｍ以下、好ましくはφ５ｍｍ以下が要求され、そのように超小型なレンズを用いた場合、レンズの位置精度も厳しくなり、高精度な位置決めと高度の制御が必要となる。
【０００７】
そのため、アクチュエータを動かす駆動回路に加え、物体との距離を測定したり、位置を確認するためのセンサや画像からのデータを処理し、駆動回路にフィードバックをかける回路が必要となる。つまり、高度なセンサやデータ処理，制御が必要な分、開発，設計工数が必要となる。さらに、部品点数の増加に伴い高価，消費電力の増大，大型化となり、携帯電話機等に実装するのが困難となる。特に、特許文献１のように、各レンズ毎に駆動系を設けた場合には、上記問題がより顕著に生じる。
【０００８】
一方、特許文献２のようにカムを用いた場合は、１つのアクチュエータで光学ズームが実現可能であるが、非線形の動きをさせるために複数の曲率を持つカムやガイドが必要となる。そのため、動きもメカ機構も複雑になる。さらに、レンズの挙動は、カメラ仕様により大きく異なるため、その度にカムを開発／設計しなければならない。この場合は、特定の撮影距離で焦点が合う。しかしながら、例えばマクロなどの近距離では焦点が合わない。
【０００９】
また、携帯電話に実装するズーム機能を備えた駆動装置としては、特許文献３などに見られるように、１つのアクチュエータ（モータ）に対して、カムを用いることにより前後２つのレンズ（群レンズ）の位置関係を制御し、ズームを実現している。つまり、レンズの回りに直進案内のスロット用の固定筒を配置し、その外側に駆動力を伝えるカム筒を配置する２重筒のカム機構であり、これらを筒状本体に収納することであるため、外形サイズがかなり大きくなってしまう。このため、携帯電話機等に組み込むのが困難になり、これは携帯端末の開発要求の重要な１つになっている薄厚化，小型化にとって阻害が大きい。
【００１０】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題を解決し、光学ズーム動作およびフォーカス動作が行えて外形を細径化することができ、薄厚化，小型化を進める携帯電話機などにも好ましく組み込めるレンズユニットおよびそれを用いた携帯端末を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係るレンズ駆動装置は、筒状の本体内に前群レンズ，後群レンズ，撮像素子を順に整列させ、前記各群レンズの少なくとも一方、あるいは前記３つの光学要素の何れか２要素を光軸方向に動かす駆動手段を備えて光学ズーム動作およびフォーカス動作を行うレンズユニットであって、前記駆動手段は駆動源のアクチュエータを前記撮像素子の背側に配置し、駆動対象とした前記光学要素の枠部から一体に延びて当該アクチュエータの出力軸に連係するアーム部材を備えるように構成した。
【００１２】
したがって本発明では、前群レンズ，後群レンズ，撮像素子，アクチュエータの順に一直線に配列し、駆動対象に繋がるアーム部材をアクチュエータの駆動力により直線動作させる。この場合、光軸方向には所定の光学長を確保できる一方、本体の外形を太くする要素はアーム部材だけになり、このアーム部材は一体に繋がる枠部に対して外縁から張り出さない位置に一体化でき、その結果当該本体を細身にでき、外形を細径化することができる。
【００１３】
また、前後の群レンズは何れでも可動側にでき、前群レンズを固定側とし、後群レンズを可動側としたり、逆に後群レンズを固定側とし、前群レンズを可動側とすることでもよい。
【００１４】
また、前記アクチュエータは２つを前記撮像素子の背側に配列して、それらに連係する前記各アーム部材は前記本体内で重畳しないずれた位置をとるようにすることができる。この場合、２つのアクチュエータを配列するので、前記３つの光学要素の何れか２要素を光軸方向に動かすことができ、それぞれ独立して駆動できるためズーム動作とフォーカス動作が同時に行える。そして、２系統の各アーム部材は本体内で重畳しないずれた位置をとるので、本体の外形サイズは太くならず細径化できる。
【００１５】
また、前記アーム部材に長孔を形成し、前記本体の対応する内周位置にガイドピンを設け、当該ガイドピンと前記長孔とを嵌め合わせる構成をとると良い。この場合、ガイドピンが長孔に嵌め合うので、アーム部材は長孔に沿って動くことになり、横ぶれすることなく正しく光軸方向に直線動作する。このため直線動作を高精度に行える。これはアクチュエータを回転駆動タイプとしてリードスクリュー・ナット等により直線駆動に変換するようなときに有利になり、アクチュエータの回転駆動に伴う共回りを防ぐことができる。
【００１６】
また、前記光学要素の枠部に、切り欠きあるいは孔による開口部を設けて、当該開口部に前記アーム部材を通すように構成することもできる。この場合、アーム部材は枠部外縁の内側に入り込むので、本体の外形を太くする要素がなくなる。したがって、カム筒が２重になる従来の構成に比べて格段に細身にでき、外形サイズの細径化が行える。
【００１７】
また、前記アクチュエータは出力軸にリードスクリューを有するステッピングモータとし、前記アーム部材の対応位置にリードナットを設けて、両者の連係により直線動作を行うようにするとよい。この場合、駆動制御をオープンループで行えて制御が容易になる。
【００１８】
また、前記アクチュエータは、ステッピングモータに限ることはなく、例えば出力軸が直線動作するリニアモータとすることもできる。この場合、出力軸が直線動作するタイプの駆動源になるので、駆動力を変換する機構がいらず構成がシンプルになり、超小型化の面で有利性がある。
【００１９】
また、本発明に係るレンズユニットは、折りたたみタイプの携帯端末の開閉ヒンジ部に装着したり、携帯端末の薄厚本体に装着することが好ましい。この場合、本発明に係るレンズユニットは本体の外形を細径化でき、凹凸のない筒状になることから、携帯端末への実装についてはほとんど制限がなくなり、折りたたみタイプのヒンジ部や薄厚本体に装着が容易に行える。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１，図２は、本発明の第１の実施の形態を示している。本実施の形態において、レンズユニット１０は、筒状の本体１内に前群レンズ２，後群レンズ３，ＣＣＤ等の撮像素子４を順に整列させ、さらに撮像素子４の背側にアクチュエータ５を配置して、駆動対象に繋がる可動アーム６の直線動作により光学ズーム動作およびフォーカス動作を行う構成になっている。
【００２１】
前後の群レンズ２，３は同様に、環状の枠部２０，３０にレンズ群２１，３１を嵌め込んで支持する構成をとり、ここでは前群レンズ２を固定側とし、後群レンズ３を可動側にしている。つまり、前群レンズ２は本体１の端部に枠部２０を固着し、後群レンズ３は枠部３０を本体１内に移動可能に嵌め込む。
【００２２】
可動アーム６は、後群レンズ３の枠部３０に２本連結されている。つまり、２本の可動アーム６，６は、枠部３０の縁部で対象する位置から延びるように形成され、これら可動アーム６，６の先端に板部６５を渡して一体化し、これらの３者が枠になり当該枠内に撮像素子４が位置する。
【００２３】
そして、板部６５の中央にリードナット６０を設ける。ステッピングモータで構成されるアクチュエータ５は、その出力軸にリードスクリュー５０を設け、このリードスクリュー５０と上記の可動アーム６，６側のリードナット６０とを連係させる構成になっている。これにより、アクチュエータ５（ステッピングモータ）の回転駆動により、リードナット６０側が直線動作し、後群レンズ３が光軸方向に動く。
【００２４】
すなわち本実施の形態では、前群レンズ２，後群レンズ３，撮像素子４，アクチュエータ５の順に一直線に配列し、駆動対象に繋がる可動アーム６，６をアクチュエータ５の駆動力により直線動作させる。このため、光軸方向には所定の光学長を確保できる一方、本体１の外形を太くする要素は可動アーム６，６だけになり、この可動アーム６，６は一体に繋がる枠部３０に対して外縁から張り出さない位置に一体化し、その結果当該本体１を細身にでき、外形を細径化することができる。
【００２５】
また、可動アーム６には図３に示すように、長孔６７を形成するとともに、本体１には図４に示すように、対応する内周位置にガイドピン７を設け、可動アーム６の長孔６７にガイドピン７を嵌め合わせる構成になっている。このため、可動アーム６は、長孔６７に沿って移動することになり、アクチュエータ５の回転駆動に伴う共回りを防ぐことができる。よって、後群レンズ３は本体１内で横ぶれすることなく正しく光軸方向に直線動作する。
【００２６】
なお、本実施の形態のように群レンズを単に２段とした簡素なレンズ構成において、前群レンズ２を固定して後群レンズ３を直線動作させることにより光学ズーム動作，フォーカス動作を実現できる理由は、本出願人による特願２００２−３０６４２０に詳しく説明を述べてあり、レンズユニットの超小型化には有利性がある優れた手法といえる。
【００２７】
また、撮像素子４の出力は、所定の画像処理装置に取り込んで画像信号を得るが、画像処理系はカメラ装置に含まれるので、詳細な説明を省略する。さらに、フォーカス動作にはアクチュエータ５を手動操作により起動する構成をとることができる。さらにまた、画像処理系から信号をフィードバックしてオートフォーカス動作を行わせる構成をとってもよい。
【００２８】
図５は、第１の実施の形態の変形例である。ここでは後群レンズ３を固定側とし、前群レンズ２を可動側にしている。つまり、後群レンズ３は本体１内の所定位置に枠部３０を固着し、前群レンズ２は枠部２０を本体１の端部側に移動可能に嵌め込む。この場合、枠部３０には切り欠きによる開口部を設け、当該開口部に可動アーム６，６を通す構成になっている。
【００２９】
なお、このように、レンズ群の可動側は逆にしてもよいことはもちろんであり、枠部３０に設けた開口部に可動アーム６，６を通すので、外形が太くはならず本体１を細身にできる。なおまた、その他の構成並びに作用効果は、上記した第１の実施の形態と同様であるため、対応する部材には同一符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
図６は第１の実施の形態の別の変形例である。ここでは、アクチュエータ５を、出力軸が直線動作するリニアモータに変更している。つまり、アクチュエータ５は、環状のコイルステータ５５内に永久磁石による可動子５６を有し、可動子５６の中心軸（出力軸）を可動アーム６側の板部６５に固着する構成になっている。
【００３１】
この場合、出力軸が直線動作するタイプの駆動源になるので、駆動力を変換する機構がいらず構成がシンプルになり、超小型化の面で有利性がある。なお、その他の構成並びに作用効果は、上記した第１の実施の形態と同様であるため、対応する部材に同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３２】
図７は、本発明の第２の実施の形態を示すレンズユニットの斜視図であり、図８はそのレンズユニットの断面図である。この第２の実施の形態では、上記した実施の形態並びに変形例と相違し、アクチュエータを２つにし、前群レンズ２と後群レンズ３とをそれぞれに動かすようにした。
【００３３】
具体的には、後群レンズ３を動かすアクチュエータ５の背後にもう１つアクチュエータ８を配置する。そして、前群レンズ２の枠部２０に、２つの可動アーム９，９および先端の板部９５を一体化して枠を形成し、当該枠内に後群レンズ３，撮像素子４，アクチュエータ５を配置する。後群レンズ３の駆動は、第１の実施の形態と同様に、可動アーム６，６および板部６５により連係するアクチュエータ５で行う。この場合、後群レンズ３に繋がる可動アーム６，６と前群レンズ２に繋がる可動アーム９，９とは、図９に示すように、当該本体１の内部において重畳しないずれた位置をとる。そして、可動アーム９，９による枠内に位置する後群レンズ３の枠部３０および板部６５には、縁部を切り欠いて開口部１１，１１を形成し、その開口部１１，１１に前群レンズ２と繋がる可動アーム９，９を通すようになっている。
【００３４】
このように、２つのアクチュエータ５，８を配列するので、前後の各群レンズ２，３をそれぞれ独立に動かすことができ、このためズーム動作とフォーカス動作が同時に行える。そして、２系統の各可動アーム６，９は本体内で重畳しないずれた位置をとるので、本体の外形サイズは太くならずに細径化できる。
【００３５】
図１０は、第２の実施の形態の変形例である。ここでは種類が違う２つのアクチュエータを使用するとともに、連係させるレンズ群を入れ換えている。つまり、撮像素子４に近い側のアクチュエータ５よりもその外側のアクチュエータ８を外形が大きいものに変更している。そして、前群レンズ２側から延びる可動アーム９，９は内側のアクチュエータ５に連係し、後群レンズ３側から延びる可動アーム６，６は外側のアクチュエータ８に連係してそれぞれに駆動を行う構成になっている。
【００３６】
このように駆動源との連係は適宜に設定することができる。また、光軸方向に動かす光学要素は、３つの光学要素（前群レンズ２，後群レンズ３，撮像素子４）の位置関係を相対的に調整できればよいので前後の群レンズ２，３に限らず、撮像素子４を動かす構成を採ることもできる。なお、その他の構成並びに作用効果は、上記した実施の形態，変形例と同様であるので、対応する部材に同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３７】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、携帯電話機への装着例を示す斜視図である。本発明に係るレンズユニット１０は、筒状の本体１にコンパクトに構成できる。このため、図１１（ａ）に示すように携帯電話機のヒンジ部に本体１を装着することができる。
【００３８】
また、本発明に係るレンズユニット１０は、本体１の外形を十分に細くできることから、携帯電話機の薄厚本体に装着でき、図１１（ｂ）に示すように縦長方向に向けて実装したり、図１１（ｃ）に示すように横幅方向に向けて実装することができる。
【００３９】
この場合、本発明に係るレンズユニット１０は、本体１の外形を細径化でき、凹凸のない筒状になることから、携帯端末への実装についてほとんど制限がなくなり、折りたたみタイプのヒンジ部や薄厚本体に装着が容易に行える。したがって、携帯端末の厚さサイズを最小限にでき、光学ズーム動作，フォーカス動作が行える高機能化した携帯端末が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るレンズユニットでは、レンズ，撮像素子，アクチュエータを順に一直線に配列し、駆動対象に繋がるアーム部材を直線動作させるので、光軸方向には所定の光学長を確保できる一方、本体を細身にでき、外形を細径化することができる。
【００４１】
また、アクチュエータを２つ配列することでは、整列した３つの光学要素の何れか２要素を光軸方向に動かすことができ、それぞれ独立して駆動できるためズーム動作とフォーカス動作が同時に行える。したがって、薄厚化，小型化を進める携帯電話機などにも光学ズーム対応のレンズユニットとして好ましく組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示すレンズユニットの斜視図である。
【図２】図１に示すレンズユニットの断面図である。
【図３】可動アームの長孔を説明する側面図である。
【図４】可動アームの長孔に嵌め合うガイドピンを示す正面図である。
【図５】第１の実施の形態の変形例を示す側面図である。
【図６】第１の実施の形態の他の変形例を示す側面図である。
【図７】第２の実施の形態を示すレンズユニットの斜視図である。
【図８】図７に示すレンズユニットの断面図である。
【図９】後群レンズの枠部の切り欠き部分を示す正面図である。
【図１０】第２の実施の形態の変形例を示す側面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は携帯電話機への装着例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  本体
２  前群レンズ
３  後群レンズ
４  撮像素子
５，８  アクチュエータ
６，９  可動アーム（アーム部材）
７  ガイドピン
１０  レンズユニット
１１  開口部
２０，３０  枠部
２１，３１  レンズ群
５０  リードスクリュー
５５  コイルステータ
５６  可動子
６０  リードナット
６５，９５  板部
６７  長孔
【図１】
2004271939.tif 000003
【図２】
2004271939.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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