(57)【要約】【課題】  ユニットを薄厚に小型化することができ、構成がシンプルであって超小型カメラに適用が好ましいレンズ駆動ユニットを提供すること【解決手段】  ベース体１０の本体１１内に駆動源５と撮像素子１を並べて配置し、蓋１２の孔部１３に、レンズ２を装着した筒状のレンズ枠体３を移動可能に嵌め合わせて下方の撮像素子１と対面させる。駆動源５は２つのステータＳ１，Ｓ２がロータ４の両側に張り出す扁平型のステッピングモータとし、ロータ４の軸先（ギヤ軸４０）と回転リング８のリングギヤ８２とを噛み合わせる。回転リング８の上縁に所定の傾斜プロファイルに突起したカム８０を複数設け、レンズ枠体３には外周に凸部３０を複数設けて、回転リング８の環内にレンズ枠体３が同芯に位置する配置にする。回転リング８の回転動作により凸部３０がカム８０上をすべり移動し、レンズ枠体３が光軸（Ｌ）方向に動く。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを筒状のレンズ枠体に装着し、そのレンズ枠体は撮像素子に対面させて光軸方向に移動可能に支持するとともに、駆動源の回転動作を光軸方向の直線動作に変換する変換手段により動かすレンズ駆動ユニットであって、
前記変換手段は、前記駆動源と連係して回り動く筒状の回転リングを有し、その回転リングの上縁に円周に沿う帯状で所定の傾斜プロファイルに突起したカムを設けるとともに、前記レンズ枠体には外周に放射状に張り出す凸部を設けて、前記回転リングの環内に前記レンズ枠体が同芯に位置する配置とし、前記回転リングの回転動作により前記凸部が前記カム上をすべり移動する構成であることを特徴とするレンズ駆動ユニット。
【請求項２】
前記駆動源は、多極に着磁した筒状の永久磁石からなるロータと、当該ロータに対面する爪歯を有するステータとを備えるステッピングモータとし、
前記ロータは出力軸が前記光軸に直交する配置として前記回転リングに連係することを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動ユニット。
【請求項３】
前記駆動源は、前記ステータを少なくともＡ相，Ｂ相の２つは備えて前記ロータの両側に対称的に張り出させて配置することを特徴とする請求項２に記載のレンズ駆動ユニット。
【請求項４】
前記回転リングは外周を周回するフランジ部を形成するとともに当該フランジ部に歯列を設けてリングギヤとし、前記駆動源の出力軸に前記リングギヤと噛み合う歯列を設けてギヤ軸とし、当該ギヤ軸と前記リングギヤとを噛み合わせることにより前記駆動源と連係することを特徴とする請求項１〜３に記載のレンズ駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ系をモータ駆動により機械的に可動するレンズ駆動ユニットに関するもので、より具体的には、携帯電話機等に搭載する超小型カメラに適用するため薄厚，小型化するようにしたものにおける駆動部の動作構成の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ系をモータ駆動により機械的に可動するレンズ駆動ユニットは各種の構成のものが提案されている。例えば特許文献１に見られるように、固定胴，後レンズ枠体，可動胴，前レンズ枠体などを同芯に嵌め合わせし、各胴，各枠体に配置したカム溝，カムピンおよび雄雌のヘリコイドにより相互に連係するとともに、駆動源のモータはギヤ機構を介して連結する構成が知られている。つまり、モータの駆動により可動胴を回転動作させ、連係する各部を光軸方向に送り動かすようになっている。
【０００３】
また特許文献２に見られるように、レンズ筒体の外周に永久磁石を取り付けて回転子とし、そられの外側にステータを配置して駆動源であるモータをレンズ筒体に一体に構成するようにしたものが知られている。この特許文献２に開示された発明では、回転動作するレンズ筒体には外周にねじ条を設けてあり、支持部材に設けた対応するねじ部に嵌め合わせて支持し、回転駆動に伴うねじ送りによってレンズ筒体を光軸方向に動かすようになっている。
【特許文献１】特許−３３８５４７８号公報
【特許文献２】特開２０００−２８４１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来のレンズ駆動ユニットでは以下に示すような問題がある。すなわち、特許文献１に開示された発明では、部品点数が多く、各部を連係させる機構が複雑であり、光軸方向に張り出す配置となることから装置全体が光軸方向に長くなってしまう。このため薄厚には構成できず、小型化が難しい。また特許文献２に開示された発明も同様であり、駆動源などの構成が光軸方向に張り出す配置となっているため、この場合も薄厚には構成できず、小型化が難しい。
【０００５】
そして近年は、超小型カメラを組み込んだ携帯電話機が普及しており、この超小型カメラは寸法形状の制限が厳しく、これを搭載する装置本体についての小型，軽量化の開発要求があるため、カメラユニットつまりレンズ駆動ユニットを薄厚で小型化することへの要求が特に高い。
【０００６】
この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、ユニットを薄厚に小型化することができ、構成がシンプルであって超小型カメラに適用が好ましいレンズ駆動ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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ユニットは、レンズを筒状のレンズ枠体に装着して、当該レンズ枠体は撮像素子に対面させて光軸方向に移動可能に支持するとともに、駆動源の回転動作を光軸方向の直線動作に変換する変換手段により動かすレンズ駆動ユニットであって、前記変換手段は、前記駆動源と連係して回り動く筒状の回転リングを有し、当該回転リングの上縁に円周に沿う帯状で所定の傾斜プロファイルに突起したカムを設けるとともに、前記レンズ枠体には外周に放射状に張り出す凸部を設けて、前記回転リングの環内に前記レンズ枠体が同芯に位置する配置とし、前記回転リングの回転動作により前記凸部が前記カム上をすべり移動する構成にする。
【０００８】
また、前記駆動源は、多極に着磁した筒状の永久磁石からなるロータと、当該ロータに対面する爪歯を有するステータとを備えるステッピングモータとし、前記ロータは出力軸が前記光軸に直交する配置として前記回転リングに連係する構成とするとよい。あるいは前記ステータを少なくともＡ相，Ｂ相の２つは備えて前記ロータの両側に対称的に張り出させて配置することもできる。
【０００９】
また、前記回転リングは外周を周回するフランジ部を形成するとともに当該フランジ部に歯列を設けてリングギヤとし、前記駆動源の出力軸に前記リングギヤと噛み合う歯列を設けてギヤ軸とし、当該ギヤ軸と前記リングギヤとを噛み合わせることにより前記駆動源と連係するように構成しても良い。
【００１０】
係る構成にすることにより本発明では、駆動源の回転動作により回転リングが回転し、この回転リングのカム上ではレンズ枠体の凸部がすべり移動するので、レンズ枠体が同芯軸の方向つまり光軸方向に動くことになる。
【００１１】
この場合、レンズ枠体は回転リングに対して上下に重ねるのではなくリング内に配置して直線動作させる構成なので、光軸方向に大きく張り出す部材がないので、光軸方向の高さが低くなり薄厚に構成でき、構成がシンプルである。
【００１２】
そして、ステッピングモータに構成するので、オープンループ制御が行えて正確な位置決めができ、位置センサがいらないため小型化に有利である。また、Ａ相，Ｂ相の２つのステータをロータの両側に対称的に張り出させて配置するので、ステッピングモータは扁平形状になり、したがって、当該ユニットの厚みを大幅に低くでき、超小型化の面で有利性がある。
【００１３】
また、回転リングのカムは、円周に沿う帯状で所定の傾斜プロファイルに突起してレンズ枠体の凸部と接触し、回転リングの回転動作により凸部がカム上をすべり移動するので、回転リングの回転動作を光軸方向の直線動作にスムーズに変換でき、安定した駆動が行える。そして、このカムはその長さ，高さなど傾斜プロファイルを適宜に設定できることから、回転リングの回転動作に伴うレンズ枠体の押し移動量を相応に低くでき、すなわちレンズ枠体を移動させる分解能を相応に上げることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るレンズ駆動ユニットでは、レンズ枠体は回転リングに対して上下に重ねるのではなくリング内に配置して直線動作させる構成なので、光軸方向の高さが低くなり薄厚に構成でき、構成がシンプルである。したがって、ユニットを薄厚に小型化することができ、超小型カメラに好ましく適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１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、レンズ駆動ユニットは、ＣＣＤ等の撮像素子１，筒状のレンズ枠体３，ロータ４を回転動作する駆動源５，回転動作を直線動作に変換する変換手段７などをベース体１０に組み付け、撮像素子１に対面させて配置したレンズ枠体３を光軸（Ｌ）方向に動かす構成になっている。
【００１６】
レンズ枠体３には、レンズ２を装着する。そして、ベース体１０は、略薄扁平な箱体ケースになっており、その本体１１内に駆動源５と撮像素子１を並べて配置する。さらに、蓋１２には撮像素子１と対向する位置に円形の孔部１３を形成し、孔部１３にレンズ枠体３を移動可能に嵌め合わせて下方の撮像素子１と対面させる構成をとる。そして、孔部１３の中心が光軸Ｌになる。レンズ枠体３の外周には、光軸（Ｌ）方向に延ばして凸条３１を設け、この凸条３１は孔部１３の対向する凹部に嵌め合わせる構成をとり、さらに、レンズ枠体３を光軸（Ｌ）方向に動かす際に後述する回転リング８との共回りを防止する回り止めになっている。
【００１７】
駆動源５は、多極に着磁した筒状の永久磁石からなるロータ４を有し、Ａ相，Ｂ相の２つのステータＳ１，Ｓ２をロータ４に対面させて配置する構成をとっている。各ステータＳ１，Ｓ２は、ロータ４の中心軸に沿う向きにコイル６を有し、ロータ４に対面する爪歯を有する上ヨーク板および下ヨーク板をコイル６の両端に挟み合わせて爪歯を上下で噛み合う状態とし、いわゆるクローポール式のステッピングモータになっている。すなわち、２つのステータＳ１，Ｓ２はロータ４の両側に対称的に張り出す配置を採り、いわゆる扁平型になる。また、ロータ４は当該軸が光軸Ｌに直交する配置とし、後述する回転リング８に連係させる構成になっている。
【００１８】
変換手段７は、図２に示すように、駆動源５と連係して回り動く筒状の回転リング８を有し、当該回転リング８の上縁に円周に沿う帯状で所定の傾斜プロファイルに突起したカム８０を設けるとともに、レンズ枠体３には外周に放射状に張り出す凸部３０を設け、回転リング８の環内にレンズ枠体３が同芯に位置する配置とし、回転リング８の回転動作により凸部３０がカム８０上をすべり移動する構成になっている。
【００１９】
回転リング８は、外周を周回するフランジ部８１を形成するとともに、このフランジ部８１の裏側に歯列を設けてリングギヤ８２にする。そして、駆動源５のロータ４の軸先にリングギヤ８２と噛み合う歯列を設けてギヤ軸４０とし、このギヤ軸４０とリングギヤ８２とを噛み合わせる。撮像素子１の上面には、回転リング８が嵌め合う開口を設けた支持板１４を配置し、この支持板１４に回転リング８を回転自在に装着する構成になっている。
【００２０】
ここでは、カム８０は回転リング８の上縁に３つを形成し、凸部３０もレンズ枠体３の外周に３つを等分割に設けた。さらに、３つの凸部３０と蓋１２との間にコイルバネ９を設けていて、カム８０に対して凸部３０が接触した状態を保持し得るような構成を採り、回転リング８（リングギヤ８２）を回転動作することによりレンズ枠体３が光軸Ｌの方向に移動し、直線動作する。なお、コイルバネ９は、例えば板バネでもよく、適宜な部材，手段により構成することができる。
【００２１】
すなわち、レンズ枠体３を動かす駆動系としては、ロータ４の軸先（ギヤ軸４０）と回転リング８のリングギヤ８２が噛み合い、ロータ４の正逆回転に伴って回転リング８が回転動作し、カム８０の傾斜面がレンズ枠体３の凸部３０に対して回り動くので、レンズ枠体３が押されて光軸（Ｌ）方向にすべり移動する。そして、撮像素子１に対しては光軸Ｌに整列したレンズ２の位置関係に応じて結像ポイント（焦点）が変化し、フォーカス動作が行える。このように、レンズ枠体３は回転リング８に対して上下に重ねるのではなくリング内に配置して直線動作させる構成なので、光軸（Ｌ）方向に大きく張り出す部材がなく、光軸（Ｌ）方向の高さが低くなり薄厚に構成でき、構成がシンプルである。
【００２２】
したがって、ユニットを薄厚に小型化することができ、超小型カメラに適用が好ましい。そして、ステッピングモータに構成するので、オープンループ制御が行えて正確な位置決めができ、位置センサがいらないため小型化に有利である。また、Ａ相，Ｂ相の２つのステータＳ１，Ｓ２をロータ４の両側に対称的に張り出させて配置するので、ステッピングモータは扁平形状になり、このため当該ユニットの厚みを大幅に低くでき、超小型化の面で有利性がある。
【００２３】
また、回転リング８のカム８０は、円周に沿う帯状で所定の傾斜プロファイルに突起してレンズ枠体３の凸部３０と接触し、回転リング８の回転動作により凸部３０がカム８０の上をすべり移動するので、回転リング８の回転動作を光軸（Ｌ）方向の直線動作にスムーズに変換でき、安定した駆動が行える。そして、このカム８０はその長さ，高さなど傾斜プロファイルを適宜に設定できることから、回転リング８の回転動作に伴うレンズ枠体３の押し移動量を相応に低くでき、すなわちレンズ枠体３を移動させる分解能を相応に上げることができる。
ところで、回転リング８（カム８０）の回転動作によりレンズ２を移動させることでの分解能Ｅは、
Ｅ＝３Ｈｒ／２０Ｒ
という関係式になり、ここでの各変数Ｈ，ｒ，Ｒおよび定数は、
Ｈ：カム８０の高さ
Ｒ：カム８０（リングギヤ８２）の半径
ｒ：ギヤ軸４０の半径
３：円周を３分割してカム８０を３つ設けたことでの定数
２０：駆動源５をなすステッピングモータのステップ数
である。
【００２４】
したがって、上記関係式の各変数Ｈ，ｒ，Ｒを変更することにより、分解能Ｅを適宜に設定することができる。このため、所望する分解能Ｅに設計することが容易であり、設計自由度が高く、各種の設計条件に対応することに有利性がある。
【００２５】
レンズ枠体３の移動量としては設計値が例えば１ｍｍ以下であり、レンズ駆動がそうしたオーダとなる超小型のレンズユニットについての設計を想定している。例えば、カム８０の半径Ｒ：６．５（ｍｍ），カム８０の高さＨ：３５０（μｍ），ギヤ軸４０の半径ｒ：０．５（ｍｍ）であると、分解能Ｅは４．０（μｍ）が得られる。
次に、レンズ駆動の分解能を撮像素子１側から考えるが、レンズ２を移動させることでの位置の精度は撮像素子１のピクセルピッチに関係し、必要となる分解能Ｅｎは、
Ｅｎ＝εＦ／２
という関係式になり、ここでの各変数ε，Ｆは、
ε：ピクセルピッチ
Ｆ：Ｆナンバー
である。
【００２６】
この必要となる分解能Ｅｎが得られないものでは焦点（ピント）が合わない場合が生じてくる。例えば、ピクセルピッチε：３．０（μｍ），ＦナンバーＦ：３．６であると、必要となる分解能Ｅｎは５．４（μｍ）であり、前述した計算例では分解能Ｅは４．０（μｍ）なので、本発明によれば必要充分であることが理解できる。
【００２７】
また、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話機などでは、撮像素子のピクセルピッチは４〜６μｍ程度であるが、高精度化が進められる今後は２〜３μｍ程度になり、レンズ移動の位置精度について分解能も高精度が求められるようになる。本実施の形態では、前述した関係式から理解できるように、分解能Ｅを上げるにはカム８０の半径Ｒを大きくする等の設定変更を行えばよく、対応し得る有利性があり、分解能Ｅを高く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）は、本発明に係るレンズ駆動ユニットの好適な一実施の形態を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図２】駆動源の出力軸に連係する変換手段の部分を分解して示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  撮像素子
２  レンズ
３  レンズ枠体
４  ロータ
５  駆動源
６  コイル
７  変換手段
８  回転リング
９  コイルバネ
１０  ベース体
１１  本体
１２  蓋
１３  孔部
１４  支持板
３０  凸部
３１  凸条
４０  ギヤ軸
８０  カム
８１  フランジ部
８２  リングギヤ
Ｓ１，Ｓ２  ステータ
【図１】
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【図２】
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