(57)【要約】【課題】光学レンズ装置の小型化、薄型化を達成するとともに、設計の自由度を向上させること。【解決手段】本発明は、光軸Ｌ方向へ移動可能に支持される保持枠２２、２４と、保持枠２２、２４に取り付けられるレンズＬ２、Ｌ４と、保持枠２２、２４の移動領域の外側を囲む鏡筒３と、保持枠２２、２４の外周に取り付けられるマグネットＭ２、Ｍ４と、鏡筒３の内周に取り付けられ、マグネットＭ２、Ｍ４との間に所定の隙間を持たせて配置されるコイルＣ２、Ｃ４と、コイルＣ２、Ｃ４への通電を制御する制御部とを備える光学レンズ装置１である。また、この光学レンズ装置１を介して取り込んだ画像を撮像素子で電気信号に変換する電子機器でもある。【選択図】図１
2005049729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向へ移動可能に支持される保持枠と、
前記保持枠に取り付けられるレンズと、
前記保持枠の移動領域の外側を囲む鏡筒と、
前記保持枠の外周に取り付けられるマグネットと、
前記鏡筒の内周に取り付けられ、前記マグネットとの間に所定の隙間を持たせて配置されるコイルと、
前記コイルへの通電を制御する制御部と
を備えることを特徴とする光学レンズ装置。
【請求項２】
前記マグネットは前記保持枠の外周にヨークを介して取り付けられている
ことを特徴とする請求項１記載の光学レンズ装置。
【請求項３】
前記マグネットは分割された状態で前記保持枠の外周に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１記載の光学レンズ装置。
【請求項４】
前記コイルは前記鏡筒の内周にヨークを介して取り付けられている
ことを特徴とする請求項１記載の光学レンズ装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記コイルへの通電にあたり、前記保持枠の移動量の検出値に基づいて通電量を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の光学レンズ装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記コイルへの通電にあたり、パルス状の電流を与える
ことを特徴とする請求項１記載の光学レンズ装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記保持枠の移動開始直後における前記パルス状の電流のデューティに比べて前記一定時間経過後における前記パルス状の電流のデューティを広くする制御を行う
ことを特徴とする請求項６記載の光学レンズ装置。
【請求項８】
複数のレンズ群を備え、そのうち少なくとも１つのレンズ群が光軸方向に沿って移動可能な光学レンズ装置において、
移動可能な前記レンズ群は、
光軸方向へ移動可能に支持される保持枠と、
前記保持枠に取り付けられる少なくとも１枚のレンズと、
前記保持枠の移動領域の外側を囲む鏡筒と、
前記保持枠の外周に取り付けられるマグネットと、
前記鏡筒の内周に取り付けられ、前記マグネットとの間に所定の隙間を持たせて配置されるコイルと、
前記コイルへの通電を制御する制御部とを備える
ことを特徴とする光学レンズ装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記コイルへの通電にあたり、前記保持枠の移動量の検出値に基づいて通電量を制御する
ことを特徴とする請求項８記載の光学レンズ装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記コイルへの通電にあたり、パルス状の電流を与える
ことを特徴とする請求項８記載の光学レンズ装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記保持枠の移動開始直後における前記パルス状の電流のデューティに比べて前記一定時間経過後における前記パルス状の電流のデューティを広くする制御を行う
ことを特徴とする請求項１０記載の光学レンズ装置。
【請求項１２】
光学レンズ装置を介して画像を撮像素子にて電気信号に変換する電子機器において、
前記光学レンズ装置は、
光軸方向へ移動可能に支持される保持枠と、
前記保持枠に取り付けられるレンズと、
前記保持枠の移動領域の外側を囲む鏡筒と、
前記保持枠の外周に取り付けられるマグネットと、
前記鏡筒の内周に取り付けられ、前記マグネットとの間に所定の隙間を持たせて配置されるコイルと、
前記コイルへの通電を制御する制御部とを備える
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１３】
前記制御部は、前記コイルへの通電にあたり、前記保持枠の移動量の検出値に基づいて通電量を制御する
ことを特徴とする請求項１２記載の電子機器。
【請求項１４】
前記制御部は、前記コイルへの通電にあたり、パルス状の電流を与える
ことを特徴とする請求項１２記載の電子機器。
【請求項１５】
前記制御部は、前記保持枠の移動開始直後における前記パルス状の電流のデューティに比べて前記一定時間経過後における前記パルス状の電流のデューティを広くする制御を行う
ことを特徴とする請求項１４記載の電子機器。
【請求項１６】
光学レンズ装置を介して画像を撮像素子にて電気信号に変換する電子機器において、
前記光学レンズ装置は複数のレンズ群を備え、そのうち少なくとも１つのレンズ群が光軸方向に沿って移動可能であり、
移動可能な前記レンズ群は、
光軸方向へ移動可能に支持される保持枠と、
前記保持枠に取り付けられる少なくとも１枚のレンズと、
前記保持枠の移動領域の外側を囲む鏡筒と、
前記保持枠の外周に取り付けられるマグネットと、
前記鏡筒の内周に取り付けられ、前記マグネットとの間に所定の隙間を持たせて配置されるコイルと、
前記コイルへの通電を制御する制御部とを備える
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１７】
前記制御部は、前記コイルへの通電にあたり、前記保持枠の移動量の検出値に基づいて通電量を制御する
ことを特徴とする請求項１６記載の電子機器。
【請求項１８】
前記制御部は、前記コイルへの通電にあたり、パルス状の電流を与える
ことを特徴とする請求項１６記載の電子機器。
【請求項１９】
前記制御部は、前記保持枠の移動開始直後における前記パルス状の電流のデューティに比べて前記一定時間経過後における前記パルス状の電流のデューティを広くする制御を行う
ことを特徴とする請求項１８記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ズームレンズやフォーカスレンズに適用される光学レンズ装置およびそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ズームレンズやフォーカスレンズなどの光学レンズ装置においては、回転筒型のステッピングモータの出力軸から動力を得る構造が多く用いられている。このような構造では、鏡筒外部に取り付けたステッピングモータの駆動をカムによってレンズ保持枠へ伝える構成のため、光学レンズ装置としての薄型化、小型化に限界があるとともに、ステッピングモータ自体がブラシモータ構造であるため、スリットショート不良などの発生を招くという問題がある。そこで、レンズ鏡胴内に駆動系を組み込み技術として、特許文献１に開示されるレンズ鏡胴が挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２２５３３３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、特許文献１に開示される技術においては、ステータ（固定）側にマグネット、ロータ（可動）側にコイルを配置する構成であるため、コイルの巻線に通電するための経路を確保する必要があり、更なる小型化を妨げる原因となっている。また、巻線の端末を引き出す必要もあり、しかも巻線からの引き出し線が可動する状態となるため、断線等の問題が発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、光軸方向へ移動可能に支持される保持枠と、保持枠に取り付けられるレンズと、保持枠の移動領域の外側を囲む鏡筒と、保持枠の外周に取り付けられるマグネットと、鏡筒の内周に取り付けられ、マグネットとの間に所定の隙間を持たせて配置されるコイルと、コイルへの通電を制御する制御部とを備える光学レンズ装置である。また、この光学レンズ装置を介して取り込んだ画像を撮像素子で電気信号に変換する電子機器でもある。
【０００６】
このような本発明では、移動可能なレンズの保持枠にマグネットが設けられ、これに対応するコイルが鏡筒の内周に設けられており、制御部からコイルへの通電を制御することによってボイスコイルモータが鏡筒内部に構成され、保持枠およびレンズを光軸方向へ移動できるようになる。この際、可動側である保持枠にマグネット、固定側である鏡筒にコイルが設けられているため、可動側から配線を引き出す必要がなく、配線による制限を受けずに小型のボイスコイルモータを鏡筒内部で構成できるようになる。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明によれば、光学レンズ装置の小型化、薄型化を達成できるとともに、配線の制約を受けずに済むことから設計の自由度を大幅に向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る光学レンズ装置を説明する模式断面図である。すなわち、この光学レンズ装置１は、光軸Ｌ方向へ移動可能なレンズ群として２つのレンズ群Ｇ２、Ｇ４が設けられ、固定のレンズ群としてレンズ群Ｇ１が鏡筒３の最前面（最も被写体側）に設けられ、レンズ群Ｇ３がレンズ群Ｇ２、Ｇ４の間に配置されたものである。
【０００９】
このうち、移動可能なレンズ群Ｇ２、Ｇ４のレンズＬ２、Ｌ４は各々保持枠２２、２４によって保持されており、この保持枠２２、２４のスリーブ部分が光軸Ｌの方向に沿って配置される軸Ｊに貫通するよう取り付けられている。
【００１０】
これら保持枠２２、２４の移動領域の外側には鏡筒３が設けられている。鏡筒３は各レンズ群Ｇ１〜Ｇ４を収納するとともに、移動可能なレンズ群Ｇ２、Ｇ４の移動ガイドとなる軸Ｊも内部に収納している。
【００１１】
また、本実施形態では、移動可能なレンズ群Ｇ２、Ｇ４の駆動源となるボイスコイルモータを鏡筒３に内蔵している。すなわち、保持枠２２、２４の外周にはマグネットＭ２、Ｍ４が設けられ、このマグネットＭ２、Ｍ４に各々対応するよう鏡筒３の内周にコイルＣ２、Ｃ４が設けられている。
【００１２】
このコイルＣ２、Ｃ４に図示しない制御部から適宜電流を与えることによってコイルＣ２、Ｃ４への通電を行い、マグネットＭ２、Ｍ４を介して保持枠２２、２４を軸Ｊに沿って移動できるようになる。
【００１３】
本実施形態では、このようなボイスコイルモータの構成として、可動側である保持枠２２、２４にマグネットＭ２、Ｍ４を設け、固定側である鏡筒３にコイルＣ２、Ｃ４を設けていることから、可動側から配線を引き出す必要がなく単独構成にすることができ、配線による制約を受けずに小型のボイスコイルモータを鏡筒３の内部で構成できるようになる。
【００１４】
図２は、保持枠部分の拡大断面図である。保持枠２２、２４のスリーブが軸Ｊに挿入されることで軸Ｊをガイドとして保持枠２２、２４を光軸に沿った進退移動できるようになっている。この保持枠２２、２４にはヨークＹ２２、Ｙ２４を介してマグネットＭ２、Ｍ４が取り付けられている。
【００１５】
一方、鏡筒３の内面にはヨークＹ３２、Ｙ３４を介してコイルＣ２、Ｃ４が巻き付けられており、コイルＣ２、Ｃ４とマグネットＭ２、Ｍ４との間に所定の隙間ｔを設けた状態で配置される。コイルＣ２、Ｃ４から引き出される配線は鏡筒３に設けられた穴ｈを介して外部へ延出し、制御部へ接続されている。
【００１６】
図１に示す本実施形態の光学レンズ装置１のレンズ構造は、本願出願人による既出の発明（例えば、特開２００３−５００７号公報参照）に準ずるものである。すなわち、レンズ構成としては、レンズ群Ｇ２がズーム用、レンズ群Ｇ４がフォーカス用として各々光軸Ｌに沿って所定量可動するものである。なお、これ以外のレンズ構成であっても適用可能である。
【００１７】
これらレンズ群Ｇ２、Ｇ４の各保持枠２２、２４に設けられるマグネットＭ２、Ｍ４としては保持枠２２、２４の外周を囲むようなリング状のマグネットとなっている。なお、リング状のマグネットは一体でも分割されたものであってもよい。分割されている場合には、個々のマグネットの間に隙間があってもよく、取り付ける個数によって磁力調整を行うことが可能となる。一方のコイルＣ２、Ｃ４は鏡筒３の内周における各保持枠２２、２４の可動範囲に合わせて巻回されており、これによって保持枠２２、２４の駆動源となるボイスコイルモータが鏡筒内部に構成される。
【００１８】
なお、それぞれのレンズストローク分を確保するために、マグネットＭ２、Ｍ４の光軸方向に沿った長さ（幅）よりもコイルＣ２、Ｃ４の幅を長く形成している。また、図２に示すように、各レンズを可動するために、当然のことながらマグネットＭ２、Ｍ４とコイルＣ２、Ｃ４との間には、例えば0.2mm程度の隙間ｔを設けている。
【００１９】
また、保持枠２２、２４に取り付けられるヨークＹ２２、Ｙ２４の幅よりマグネットＭ２、Ｍ４の幅が短くなっていることで、保持枠２２、２４が図中最も右側に移動してヨークＹ２２、Ｙ２４が鏡筒３の内壁に当たってもマグネットＭ２、Ｍ４が直接鏡筒３の内壁に当たらないようになっている。これにより、マグネットＭ２、Ｍ４の破損を防止することができる。
【００２０】
図３は、他の実施形態（その１）を説明する模式断面図である。図１に示す例では可動対象となるレンズ群が２つであるのに対し、図３に示す例では可動対象となるレンズ群が３つ（レンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）となっている。このように、可動対象となるレンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の各々についてボイスコイルモータを鏡筒３に内蔵する構成となる。
【００２１】
つまり、各レンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の保持枠（図示せず）にヨークＹ２１、Ｙ２２、Ｙ２３を介してマグネットＭ１、Ｍ２、Ｍ３を取り付け、各マグネットＭ１、Ｍ２、Ｍ３に対応する鏡筒３の内面にヨークＹ３１、Ｙ３２、Ｙ３３を介してコイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３を巻き付けるように構成する。
【００２２】
これらのコイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に対して通電の制御を制御部から行うことで通電に応じたレンズの駆動を行うことが可能となる。
【００２３】
また、図４は、他の実施形態（その２）を説明する模式断面図である。この実施形態は、レンズ群Ｇ１（例えば、ズームレンズ）とレンズ群Ｇ２（例えば、フォーカスレンズ）との直径が異なる例である。レンズ群Ｇ１、Ｇ２の直径が異なる場合には、この大きさに対応して鏡筒３の外周（直径）も異なっている。
【００２４】
このような場合でも、各レンズ群Ｇ１、Ｇ２を駆動するために、各レンズ群Ｇ１、Ｇ２の保持枠（図示せず）にヨークＹ２１、Ｙ２２を介してマグネットＭ１、Ｍ２を取り付け、各マグネットＭ１、Ｍ２に対応する鏡筒３の内面にヨークＹ３１、Ｙ３２を介してコイルＣ１、Ｃ２が巻き付けられている。これにより、各レンズ群Ｇ１、Ｇ２を駆動するためのボイスコイルモータが鏡筒３に内蔵される構成となる。
【００２５】
また、図５は、他のヨーク形状の例を説明する拡大断面図である。この例のヨークＹ２２はマグネットＭ２の端部まで覆うような形状となっている。また、ヨークＹ３２もコイルＣ２の端部まで覆うような形状となっている。このようなヨークＹ２２、Ｙ３２の形状によって磁気回路を包み込み、ボイスコイルモータとしての特性を向上させることが可能となる。
【００２６】
なお、鏡筒３は通常は樹脂（例えば、ガラス入りポリカーボネート）で構成されているが、例えば鉄のような材質で構成されている場合には鏡筒３側のヨークは不要となる。以上の構成により、小型、薄型でローコスト、高信頼性でかつ設計自由度の高い光学レンズ装置を実現することが可能となる。
【００２７】
次に、本実施形態に係る光学レンズ装置の制御について説明する。図６は第１の制御方法を説明するブロック図である。ここでボイスコイルモータは先に説明したマグネットとコイルとで構成される鏡筒内蔵の駆動源、機構系はレンズの保持枠における移動機構と対応するものである。また、本実施形態の光学レンズ装置における制御部は、指令器Ｓ１、比較制御演算部Ｓ２、位置センサＳ３および速度算出部Ｓ４によって構成される。
【００２８】
この制御方法では、ズームやフォーカス等の駆動スイッチの動作をマイクロコンピュータ等から成る指令器Ｓ１で受け取り、速度指令Ｖrefを比較制御演算部Ｓ２へ送る。比較制御演算部Ｓ２は駆動電流Ｉdriveを演算し、ボイスコイルモータＶＣＭへ与える。これによってボイスコイルモータＶＣＭが駆動して推力Ｆdriveが発生し、レンズの保持枠から成る機構系Ｋを移動できる。
【００２９】
ここで、機構系Ｋの移動量をｘとすると、この移動量ｘを位置センサＳ３で検出し、この位置情報ｘinfoを速度算出部Ｓ４へ送り、ここで速度を算出して速度情報Ｖinfoを比較制御演算部Ｓ２へ送る。比較制御演算部Ｓ２では、指令器Ｓ１から送られてきたＶrefと速度算出部Ｓ４から送られてきたＶinfoを比較して、ボイスコイルモータＶＣＭへ次に与える駆動電流Ｉdriveを決定する。これを繰り返すことによって安定した速度で所定の位置まで機構系Ｋであるレンズの保持枠を移動できるようになる。
【００３０】
なお、このような制御において、機構系Ｋの位置を検出する位置センサＳ３としては、ボイスコイルモータＶＣＭの構成である鏡筒内壁に巻き付けたコイルの一部を用いることも考えられる。
【００３１】
図７は第２の制御方法を説明するブロック図である。すなわち、この制御方法は、先に説明した第１の制御方法とは異なりオープンループ制御となっている。ここで、本実施形態の光学レンズ装置における制御部は、指令器Ｓ１、電流出力部Ｓ５によって構成される。
【００３２】
先ず、ズームやフォーカス等の駆動スイッチの動作を指令器Ｓ１で受け取り、速度指令Ｖrefを電流出力部Ｓ５へ送る。次に、電流出力部Ｓ５から駆動電流Ｉdriveを生成してボイスコイルモータＶＣＭへ与え、これによってボイスコイルモータＶＣＭを駆動してレンズの保持枠から成る機構系Ｋを移動できる。
【００３３】
この制御では、指令器Ｓ１によって速度指令Ｖrefを生成し、電流出力部Ｓ５によってボイスコイルモータＶＣＭへ与える駆動電流Ｉdriveを一義的に生成するため、簡単な制御機構を実現できるメリットがある。
【００３４】
その一方で、機構系ＫがボイスコイルモータＶＣＭからの推力Ｆdriveを受けて移動する際、低速動作時に駆動系Ｋの摺動部分（保持枠のスリーブと軸との間）の摩擦係数が変動して制御の誤差を生じる場合がある。
【００３５】
図８は、駆動系の移動速度と摩擦係数との関係を示す図である。図８に示すように、移動速度がある速度Ｖtを超えて動摩擦係数エリアになると摩擦係数μは安定するものの、この速度Ｖtより遅い静止摩擦係数エリアでは静止摩擦係数μ0の変動があり、これによる全体の摩擦係数にもばらつきが生じている。
【００３６】
ここで、一義的に管理された推力Ｆdriveが与えられても静止摩擦係数による推力のロス（Ｆloss）があるため、実際の推力（実推力Ｆreal）は推力ＦdriveからＦlossを差し引いた値となる。したがって、静止摩擦係数の変動によって実推力Ｆrealも変動してしまうことになる。
【００３７】
しかも、低速度で移動している間、推力Ｆdriveは変動するＦlossよりも十分大きな値とはならず、その結果、実推力Ｆrealのうち変動するＦlossの比率を下げることが困難となる。
【００３８】
そこで、駆動スイッチの動作開始（ＯＮ）によって指令器Ｓ１から速度指令Ｖrefが電流出力部Ｓ５へ与えられ、ここからボイスコイルモータＶＣＭへ駆動電流Ｉdriveが送られる際、この駆動電流Ｉdriveとして上記摩擦力に打ち勝つ実推力Ｆrealを発生できるパルス状の電流値とし、しかも電流パルスの駆動デューティを駆動スイッチが押された直後は狭くし、規定時間を超えて駆動スイッチが押され続けたときには電流パルスの駆動デューティを広くするよう制御する。
【００３９】
図９は、駆動スイッチの動作に対する駆動電流Ｉdriveおよび移動量ｘの変化を説明する図である。上記制御では、駆動スイッチがＯＮとなってから規定された時間Ｔまでは駆動電流Ｉdriveのパルスにおけるデューティをｄ１となるよう狭くする。この間は機構系の移動量ｘもＭ１で示すように小さくなる。このように、摩擦変動の大きい移動開始直後では移動分解能を細かくすることで摩擦変動による移動量のばらつき（誤差量）を抑制できるようになる。
【００４０】
そして、駆動スイッチのＯＮ状態がさらに続き、規定された時間Ｔを越えた場合には駆動電流Ｉdriveのパルスにおけるデューティをｄ１より大きいｄ２となるよう変更する。この段階では図８に示す動摩擦係数エリアに入っているため、駆動電流Ｉdriveのパルスにおけるデューティを大きくして移動量を増加しても、摩擦係数変動による移動量のばらつきはほとんど発生せず、正確な移動制御を行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
上記説明した本実施形態に係る光学レンズ装置は、この光学レンズ装置を介して画像を取り込み撮像素子によって画像を電気信号に変換するデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話機などの電子機器に適用可能である。特に、携帯電話機に搭載される直径５ｍｍ以下のレンズの駆動において本実施形態を好適に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態に係る光学レンズ装置を説明する模式断面図である。
【図２】保持枠部分の拡大断面図である。
【図３】他の実施形態（その１）を説明する模式断面図である。
【図４】他の実施形態（その２）を説明する模式断面図である。
【図５】他のヨーク形状の例を説明する拡大断面図である。
【図６】第１の制御方法を説明するブロック図である。
【図７】第２の制御方法を説明するブロック図である。
【図８】駆動系の移動速度と摩擦係数との関係を示し図である。
【図９】駆動スイッチの動作に対する駆動電流Ｉdriveおよび移動量ｘの変化を説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…光学レンズ装置、３…鏡筒、２２…保持枠、２４…保持枠、Ｃ２…コイル、Ｃ４…コイル、Ｇ１〜Ｇ４…レンズ群、Ｍ２…マグネット、Ｍ４…マグネット
【図１】
2005049729.tif 000003
【図２】
2005049729.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】
2005049729.tif 000009
【図８】
2005049729.tif 000010
【図９】
2005049729.tif 000011