(57)【要約】 【課題】  駆動体の磁石の変位量を安定させ、安定な移動速度が得られるレンズモジュールを提供すること、および駆動体における磁石の向きがばらついた場合でも容易に組立の際に磁化方向を修正可能にする構造を有し、組立生産性に優れたレンズモジュールを提供すること。【解決手段】  ハウジング５１と、駆動体と、レンズホルダ４１と、それに支持または一体化された光学レンズ１０と、移動体３１とを備え、駆動体は錘部材７１と錘部材７１に一端が固定された圧電セラミック素子１１とその他端に接着された磁石２１とから構成され、錘部材７１がハウジング５１に固定される。移動体３１は磁石２１に吸着可能な材質から構成されてレンズホルダ４１に一体化され、圧電セラミック素子１１で発生する振動により磁石２１を振動させ、磁石２１の振動を駆動力として移動体３１を摺動駆動することによりレンズホルダ４１を移動させるよう構成されている。【選択図】  図１
2009168919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止部材と、駆動体と、レンズホルダと、該レンズホルダに支持または一体化された光学レンズと、移動体とを備え、前記駆動体は錘部材と該錘部材に一端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接着された磁石とから構成されて前記錘部材が前記静止部材に固定され、前記移動体は前記磁石に吸着可能な材質から構成されて前記レンズホルダに一体化されており、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を移動させる機能を有することを特徴とするレンズモジュール。
【請求項２】
前記電気機械変換素子は少なくとも両端部に電極を有する圧電素子と該電極と前記錘部材との間に配置された保護層とを有することを特徴とする請求項１に記載のレンズモジュール。
【請求項３】
前記駆動体全体の重心位置が前記電気機械変換素子の保護層または前記錘部材中に位置すること特徴とする請求項１または２に記載のレンズモジュール。
【請求項４】
前記錘部材が柱状の形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンズモジュール。
【請求項５】
前記錘部材が円柱形状または正多角形の柱状形状である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、所定の方向に移動可能な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などに好適なレンズモジュールであって、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】
従来、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、それに伴って電磁式のモータから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と共に静止部材に移動可能に支持されている駆動部材と、その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、その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、その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、特許文献４には、圧電素子の一端に固定された振動軸と、この振動軸に摩擦係合される衝突子とを備え、振動軸を圧電素子で駆動することによって衝突子を駆動する駆動機構であって、振動軸を磁石とし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
【特許文献４】特開平７−１３０６１ 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】
特許文献４に開示されている方法の場合、磁石である駆動軸と摩擦係合する衝突子の接触部分の形状が円弧状の溝となっており、摩擦係合時の摩擦係数に関係する表面状態を管理することが困難であるため、同様の構造をレンズ駆動へ展開しようとすると、光学レンズの精密な位置決めが困難になってしまうという問題がある。
【００１１】
上記の駆動機構よりも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つレンズモジュールとして、図４に示すレンズモジュールの構造が考えられる。図４はレンズモジュールの基本構成を示したもので、図４（ａ）は上面方向からの外観平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線方向における側面断面図である。図４において、圧電セラミック素子１の振動変位発生方向の一端をハウジング５０に他端を磁石２１にそれぞれ接着し、レンズホルダ４１に一体化して移動体３１が設けられ、移動体３１と磁石２１は磁力により吸着している。さらにレンズホルダ４１は、チルトあるいは回転防止のために、ハウジング５０に固定されたガイドピン６１に移動可能に支持されている。圧電セラミック素子１に伸長時と縮小時とでは異なる速度で伸縮する電圧を印加し、磁石２１をレンズの光軸と平行に振動させ、磁石２１の振動を駆動力として移動体３１を摺動駆動することによりレンズホルダ４１を光軸方向に移動させるものである。
【００１２】
この駆動方法では上述の特許文献１〜４の駆動機構に比べて、簡単な構成で安定な駆動と小型化が得られる。しかし、静止部材としてのハウジング５０に圧電セラミック素子１と磁石２１からなる駆動体が接着されているため、ハウジング５０の弾性率や重量が駆動に影響を与えてしまう。また、駆動体全体の重心位置が振動している圧電セラミック素子１中に存在するため、その重心位置がばらつくなどして磁石の変位量が小さくなることや、変位量がばらついたりする問題がある。
【００１３】
また、図４（ａ）の上面から見た場合の磁石の向き、すなわち磁化方向の向きが移動体もしくはレンズ中心に向くことが理想であるが、駆動体における磁石の接着方向のずれやレンズホルダとハウジングの相対位置のずれがある場合、ハウジング５０へ接着固定された駆動体の磁石の磁化方向と移動体との間の相対角度がばらつくことになり、移動体３１もそのばらついた磁化方向の向きに力を受けるため、ガイドピン６１へ過度の力がかかる場合が生じ、ガイドピン６１とレンズホルダ４１との間の摩擦力が大きくなることから移動体の移動速度が小さくなること、さらに移動が不安定になるという問題がある。
【００１４】
この状況にあって、本発明の第１の課題は、駆動体の磁石の変位量を安定させ、安定な移動速度が得られるレンズモジュールを提供することにある。さらに加えて、本発明の第２の課題は駆動体における磁石の向きがばらついた場合でも容易に組立の際に磁化方向を修正可能にする構造を有し、組立生産性に優れた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】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明によるレンズモジュールは、静止部材と、駆動体と、レンズホルダと、該レンズホルダに支持または一体化された光学レンズと、移動体とを備え、前記駆動体は錘部材と該錘部材に一端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接着された磁石とから構成されて前記錘部材が前記静止部材に固定され、前記移動体は前記磁石に吸着可能な材質から構成されて前記レンズホルダに一体化されており、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を移動させる機能を有することを特徴とする。
【００１６】
また、前記電気機械変換素子は少なくとも両端部に電極を有する圧電素子と該電極と前記錘部材との間に配置された保護層とを有していてもよい。
【００１７】
また、前記駆動体全体の重心位置が前記電気機械変換素子の保護層または前記錘部材中に位置することが望ましい。
【００１８】
また、前記錘部材は柱状の形状であってもよく、特に上記の本発明の第２の課題を達成するためには円柱形状または正多角形の柱状形状であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、上記のように電気機械変換素子に錘部材を接着して駆動体を構成し、その錘部材を直接静止部材に固定することにより、駆動体の重心が安定し、さらにその重心の位置を電気機械変換素子の電気により直接励振される部分より錘部材側に位置するようにすることにより磁石の変位量が電気機械変換素子での発生変位量と同等になり、移動体の動作速度が向上し、駆動を安定化させることができる。
【００２０】
さらに錘部材として円柱形状または正多角形の柱状形状の錘部材を用いた場合には、ハウジングへ駆動体を接着する際、磁石の磁化方向が最適な方向からずれないように駆動体を回転してハウジングに接着固定することにより、容易に構成部品の配置ずれなどを修正可能となり、生産性に優れたレンズモジュールを得ることができる。
【００２１】
なお、錘部材を直接に静止部材に固定しないで、錘部材と静止部材の間に振動減衰部材を挿入して静止部材への振動の伝達を阻止する構造も考えられるが、この場合には振動減衰部材の存在により磁石の変位量が小さくなり、また、重心の位置も不安定となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態および実施例を図面に基づいて説明する。  
【００２３】
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の基本構成を示したものであり、図１（ａ）は上面方向からの外観を示す平面図であり、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。図１において、静止部材であるハウジング５１と、駆動体と、レンズホルダ４１と、レンズホルダ４１に支持または一体化された光学レンズ１０と、移動体３１とを備え、駆動体は錘部材７１と錘部材７１に一端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１１と圧電セラミック素子１１の他端に接着された磁石２１とから構成され、錘部材７１がハウジング５１に固定されている。移動体３１は磁石２１に吸着可能な材質から構成されてレンズホルダ４１に一体化されている。圧電セラミック素子１１で発生する振動により磁石２１を振動させ、磁石２１の振動を駆動力として移動体３１を摺動駆動することによりレンズホルダ４１を移動させるよう構成されている。
【００２４】
この構造により、圧電セラミック素子１１に伸長時と縮小時とでは異なる速度で伸縮する電圧を印加し、磁石２１を光軸と平行に振動させ、移動体３１を伸縮方向へ移動させることで、レンズホルダ４１を光軸方向に移動させる。
【００２５】
ここで、本実施の形態における駆動体の断面図を図２に示す。図２において、圧電セラミック素子１１は両端部に電極１２を有する圧電素子１３とその電極１２を両端の外側から覆う保護層１４とを有しており、その保護層がそれぞれ磁石２１と錘部材７１に接着されている。さらに、駆動体全体の重心位置が錘部材７１側の保護層１４または錘部材７１中に位置するように設定するため、本実施の形態では図１（ａ）に示すように、錘部材７１の形状は、錘部材７１をハウジング５１のコーナースペースへ効率よく配置し錘部材７１の重量を最大にできるように、上面から見た形状が直角２等辺三角形の柱状とした。
【００２６】
図３は本発明によるレンズモジュールの第二の実施の形態の基本構成を示したものであり、図３（ａ）は上面方向からの外観を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線方向における側面断面図である。本実施の形態のレンズモジュールの構成は図３に示した第一の実施の形態のレンズモジュールと基本的に同じであるが、錘部材７２の形状のみが異なっている。本実施の形態においては錘部材７２の形状は円柱形状である。
【００２７】
この第二の実施の形態では駆動体をハウジング５１へ接着固定する際、土台部分である錘部材７２の形状が円柱であるので、ハウジング５１内の接着位置において駆動体の回転調整が可能となり、磁石の向き、すなわち磁化方向を容易に調整できる。第一の実施の形態での錘部材７１の形状は正多角形または円のような対称形状ではないのでハウジング５１の側壁が障害となり駆動体を回転して調整できない。
【実施例】
【００２８】
次に、上述の本発明の第一の実施の形態のレンズモジュールと第二の実施の形態のレンズモジュールの具体的な実施例について説明する。圧電セラミック素子１１として、断面が１．０ｍｍ×１．０ｍｍ、高さ１．５ｍｍ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両端の電極の外側に厚さ０．１ｍｍのセラミック材料の保護層を有している。この圧電積層セラミック素子は、±３Ｖの電圧印加に対して、大略０．１２μｍの変位を発生する。この圧電積層セラミック素子の一端に、１．２ｍｍ×１．５ｍｍ、高さ１．０ｍｍの表面をＮｉメッキ処理したネオジウム系磁石２１を熱硬化性エポキシ樹脂で接着した。さらに圧電積層セラミック素子のもう一端に、第一の実施の形態の実施例としては、錘部材として１辺が２．２ｍｍの直角２等辺三角形の柱状で高さを１．３ｍｍとしたタングステン重合金を熱硬化性エポキシ樹脂で接着し駆動体を完成した。さらに、ポリカーボネートを材質とするハウジング５１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。
【００２９】
ステンレス鋼ＳＵＳ４３０を材質とし外径８．５ｍｍ、内径７．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍの移動体３１を作製した。この移動体３１はポリカーボネートを材質とするレンズホルダ４１にエポキシ樹脂で接着した。
【００３０】
駆動体全体の重心は静的な計算であれば、各部品が均質と仮定して、圧電積層セラミック素子と錘部材との界面からの距離で計算する場合は以下の式で算出できる。負の値になれば重心位置は圧電積層セラミック素子と錘部材との界面より錘部材側に存在する。
【００３１】
［｛磁石質量×磁石高さ÷２＋圧電セラミック素子質量×（磁石高さ＋圧電セラミック素子高さ÷２）＋錘質量×（磁石高さ＋圧電セラミック素子高さ＋錘高さ÷２）｝÷駆動体全体質量（磁石質量＋圧電セラミック素子質量＋錘質量）］−（磁石高さ＋圧電セラミック素子高さ）
【００３２】
第一の実施の形態の場合、駆動体全体の重心位置が錘部材側の保護層または錘部材中に位置するためには、磁石密度を７．６ｇ／ｃｍ3、圧電積層セラミック素子の密度を９．８ｇ／ｃｍ3、錘密度を１８．５ｇ／ｃｍ3すると、錘質量は０．５８２ｇ以上必要となる。すなわち錘高さは１辺２．２ｍｍの直角二等辺三角形の面積から１．３ｍｍ以上必要になる計算になる。
【００３３】
第二の実施の形態のレンズモジュールの実施例においては、錘部材としてφ１．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍの円柱を使用した。この場合、第一の実施の形態と同様に駆動体全体の重心位置が錘部材側の保護層または錘部材中に位置するためには、錘重量は０．５８２ｇ以上必要であり、φ１．５ｍｍの円の面積から高さは１．５ｍｍ以上必要になる。
【００３４】
第一および第二の実施の形態の上記実施例のレンズモジュールをそれぞれ２００個作製し、圧電セラミック素子１１に、ノコギリ波形の±３Ｖの交流電圧を印加し、レンズホルダ４１を光軸方向に往復移動させた場合について、磁石２１の変位量とレンズホルダ４１の往復の平均速度を計測した。移動方向の反転はノコギリ波形の向きを反対にすることで行った。また、比較のために、図４の構成のレンズモジュールについても、錘部材以外は上記の実施例と同様な構造を有するレンズモジュールを２００個作製して評価し、比較例とした。
【００３５】
表１は、上述の各実施の形態の実施例および比較例として作製した３種類のレンズモジュールについて、評価試験の結果をまとめたものである。
【００３６】
【表１】
2009168919.tif 000003
【００３７】
表１から、比較例では磁石の変位量が小さく、そのバラツキも大きい。また、移動体の平均速度も小さく、さらにそのバラツキが大きい。一方、本発明の第一の実施の形態では比較例に比較すると、飛躍的に磁石の変位量が向上し、ばらつきが小さく変位量が安定し、移動体の平均速度が向上し、そのバラツキも小さくなる結果が得られた。一方、本発明の第二の実施の形態では変位量、そのバラツキともにさらに改善されていることがわかる。
【００３８】
以上説明したように、本発明によれば、磁石の変位量が電気機械変換素子の変位量に近づき、安定することから、移動体の速度が向上し、変位量や移動速度のバラツキも低減される。
【００３９】
また、錘部材の形状を円柱形状または正多角形の柱状形状とすることでレンズホルダとハウジングの相対位置のずれや駆動体の磁石の接着方向のずれを駆動体の固定時に修正可能であることからさらに移動速度のバラツキの少ないレンズモジュールを生産することが可能となる。これにより加工コストが低減され、取り扱いが容易となり、組立生産性に優れたレンズモジュールを得ることができる。
【００４０】
なお、本発明は上記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言うまでもなく、目的や用途に応じて設計変更が可能である。例えば、電気機械変換素子である圧電セラミック素子や磁石、錘部材、さらにはハウジング、レンズホルダなどの材質、構造、形状などは要求される形状や性能に合わせて設計変更でき、また、従来のレンズモジュールに比べれば、圧電素子が保護層を有していなくても磁石の変位量や移動速度のばらつきの改善は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明によるレンズモジュールの第一の実施の形態の基本構成を示し、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】第一の実施の形態における駆動体の断面図。
【図３】本発明によるレンズモジュールの第二の実施の形態の基本構成を示し、図３（ａ）は上面方向からの外観平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線方向における側面断面図。
【図４】移動速度を安定化し得る構造のレンズ駆動機構を持つレンズモジュールの基本構成を示し、図４（ａ）は上面方向からの外観平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線方向における側面断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１、 １１    圧電セラミック素子
１０    光学レンズ
１２    電極
１３    圧電素子
１４    保護層
２１    磁石
３１    移動体
４１    レンズホルダ
５０、５１    ハウジング
６１    ガイドピン
７１、７２    錘部材
【図１】
2009168919.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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