携帯電話向け汎用 AF ユニットの開発
Development of a General-Purpose AF Unit for Mobile Telephones

中

野治

行＊

Nakano, Haruyuki

口丸

亨＊

Kuchimaru, Toru

要旨
本稿では携帯電話向けカメラレンズの汎用化と小型化

並

川威

人＊

Namikawa, Taketo

１ はじめにについて述べる。携帯電話向けカメラレンズは日本国内

SIDM（Smooth Impact Drive Mechanism）は圧電素のみならず海外の市場でますます増加して行く事が予想

子の急峻な体積変化と移動体の慣性と摩擦力を利用したされる。我々はこの分野でスムーズインパクト駆動機構直進型アクチュエータである。
このアクチュエータは一般（SIDM）を用いたAFレンズを開発し市場をリードしてき的な電磁モータと比較して，①小型，②低消費電力，③た。しかし，市場のニーズはより高機能・小型化に向静音，という特徴を持っている。これらの特徴は携帯電かっており，そのニーズに対して短納期・低コストのユ

話向けカメラレンズに最適であり，我々は2003年秋に量ニットで対応していく必要がある。そこで我々は市場産化を開始している。その機種のみでも累計500万台以上ニーズに応え，更なる市場シェアの獲得を目指し，SIDMを出荷している。また，その後も多機種に展開しておのメリットを最大限に活かした汎用AFユニットを開発しり，更なる市場シェア向上を目指している。

た。

現在，世界の市場でもカメラ付き携帯電話は出荷数量を伸ばしており，各カメラモジュールメーカーでは既にAbstract

レンズバレルを持っているメーカーも多い。既存のレンThe worldwide market for lens units for mobile tele-

ズバレルを利用してAF化したいというニーズは高いが，phones is steadily growing. Konica Minolta has led this

ステッピングモータ等を用いると大きくならざるを得な

market with the development of AF lenses that employ aい。

smooth impact drive mechanism (SIDM). To maintain this

そこで，我々は携帯電話向けA F レンズで使用した

leadership position, we must meet the market demands

SIDMのメリットを最大限に活かして，レンズバレルと組

for wide applicability and greater miniaturization, and we

み合わせることで容易にAF化が可能な小型AFユニット

must provide customers with quick delivery and low cost.

を開発した。これにより，カメラモジュールメーカーがTo accomplish this, we have developed a general-purpose

短納期でAFカメラモジュールを製作する事が可能となっAF unit which takes full advantage of SIDM.

た。汎用AFユニットを武器に我々は携帯電話向け市場でのシェア拡大を目指す。
汎用AFユニットの写真をFig.１に示す。

Fig.1 General-purpose AF unit
＊コニカミノルタコンポーネンツ㈱事業統括部門開発グループ

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

145

２ 汎用 AF ユニットの開発
従来のレンズユニットは，光学系も含めて顧客要望に合わせ顧客毎に開発するフルカスタムであった。フルカ
スタムではレンズモジュールとして顧客のニーズを達成することはできるが，開発に時間を要し，市場変化のスピードについて行けない面がある。そこで顧客のレンズと容易に組み合わせることが可能な，AF機構のみを持つAFユニットの開発を行った。ここでSIDMの持つ特徴を最大限に活かすことにより超小型化を達成し多くのカメラモジュールメーカーへの採用を目指す。
このユニットの特徴を以下に示す。

Fig.3 Principle of the SIDM

現行ユニットではコイルスプリング（引張り）により① 小型（12×13×6.6mm）

摩擦力を印加しているが，本汎用AFユニットではスペー② 位置決めセンサ内蔵

ス効率の向上の為，板バネを使用した。一般的に板バネ③ M8（0.35ピッチ）レンズバレル対応

はバネ定数が高いため，組立時の僅かな変形で摩擦力が④ 汎用性の高い設計ばらつく。そこでバネ定数を低くするために板バネの有

これらの特徴について順に説明する。

効長をスライダーの長さ一杯にまで伸ばした（Fig.４）。
これによりスペース効率が高く，性能が安定したユニッ２．１ 小型（12×13×6.6mm）

トが実現できた。

本汎用AFユニットは，M8のレンズバレルに対応しながら，外形12mm×13mm×6.6mmの中にAFユニットとしての機能を搭載している。
光軸方向の長さに関しては，SIDMの全長短縮化を図った。これについては３．２で述べる。ここでは，投影方向の小型化について説明する。
汎用AFユニットはM8レンズバレルに対応するためFig.２で示す白い部分は機構部として使う事が出来ない。そこで，Fig.２の斜線の範囲に機構部を効果的に配置する必要がある。
Fig.4 Friction spring mechanism

２．２

位置決めセンサ内蔵

AFレンズは，通常画像のコントラスト情報をフィードバックして最適なレンズ位置を決定する。よって，基本的には位置決めセンサの搭載は必須ではない。しかし，起動時に∞位置にレンズを停止させる為や，マクロモード切替時にマクロ位置にレンズを素早く停止させるためには位置決めセンサの搭載が非常に有効である。
本汎用AFユニットでは後述のホール素子を使用することにより，小型にあるにも拘らずレンズの位置を検出する事ができる。これにより，幅広いユーザーニーズに対応する事が可能となった。
Fig.2 Arrangement of drive components

２．３ M8（0.35ピッチ）レンズバレル対応
SIDMはFig.３に示す原理で駆動しており，移動体と駆M8レンズバレルは1/3インチイメージセンサを使用した動軸の間に発生する摩擦力が速度及び推力を決定する。

レンズとして多くのメーカーで用いられている。フォー

すなわち摩擦力の安定性が速度及び推力の安定性に直結

カスバック調整用のM8ネジをAFユニットのスライダーする。

（移動体）と一体化することで，既存のレンズバレルを146

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

そのまま使用することが可能となる。これにより，開発期間の短縮とコストダウンが可能となり，既存レンズバレルを有するメーカーの採用障壁を低くできた。

３．２．１形状変更

SIDM短縮化における目標は，長さ６mm以下，移動ストロークは従来と同じく0.9mmである。この相反する目標を達成するために，駆動軸径と接着方法を変更した。

２．４

汎用性の高い設計

圧電素子と駆動軸の結合には接着剤を使用している

本汎用ＡＦユニットは，AFユニットとしての機能を前が，従来は接着時のプレスにより接着剤が駆動軸の側面カバー側に集結することにより，共有部品の増大化を図に回りこみ，移動ストロークを規制していた。移動ストり，開発期間及び金型コストを削減し，汎用性の高い設ロークを確保するために，この接着剤の規制を除く必要計とした。本汎用ユニットは10点の部品で構成されておがある。これを実現するため，駆動軸の径を圧電素子より，顧客毎のカスタム部品は，アッセンブル時に必要なり大きくして，接着剤の回り込みが圧電素子側とし，駆２点（イメージセンサ取り付け部，フレキシブル基板）動軸全体を有効ストロークとすることが可能となったのみである。特にモールド部品は１点のみであり，多品（Fig.６）。また，接着剤の圧電素子側への回り込みが圧種・少量生産に対しても柔軟に対応可能であり顧客のイ電素子の補強剤としての役割を果たし，衝撃に対する強ニシャルコストを削減できる（Fig.５）。

度アップの効果も得られた。
この結果，0.9mmのストロークを保ったまま全長を従来の7.45mmから約24％減の5.7mmに短縮する事に成功した。

Fig.5 AF unit components

本汎用AFユニットはこれらの特徴により，リードタイ
Fig.6 SIDM lengths compared

ムの短縮と市場競争力を持った設計を実現できた。

３ 小型化への取り組み

３．２．２

駆動性能評価３．１の構成の見直しと，印加電圧波形の最適化によって駆動

前述の記形状変更による性能低下を補う為，圧電素子小型化への流れ

携帯電話向けカメラモジュールは画素数競争という形で高機能化に向けて進んでいる。画素数の増加は画素性能の向上を図った。汎用AFユニットに搭載するSIDMの電圧−速度特性をFig.７に示す。

ピッチの縮小となり，固定焦点ではその性能を十分活かす事が出来ないためAF（Auto Focus）化が進んでいる。
一方で相反するように更なる小型化が求められており，小型・高機能化がトレンドとなっている。
以下にこれまでの小型化に対する方策を示す。
３．２

SIDMの小型（短縮）化

従来のSIDMは全長7.45mmであったが，更なる短縮化を図った。短縮化のためには構成部材の一つである圧電素子の短縮化が必須であるが，伸縮変位が小さくなるため駆動性能の低下が予測される。そこで，駆動速度の確保とそのバラツキ低減を主眼に開発を行った。

Fig.7 Influence of drive voltage on speed

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

147

Fig.７より，従来SIDMに比べて全長24%減にも拘らホール素子出力を検出するためには別途アナログ回路ず，定格電圧（2.8V）での速度は従来機種に対して約14%が必要ではあるが，これによりAFユニットのメカ調整レ減に抑えることが出来た。

スと大幅な小型化が達成できる。大きさを比較すると，次に，負荷−速度特性をFig.８に示す。

従来のPIセンサが4.0×2.6×3.3（＋１ リード部）mm，PRセンサが3.1×1.9×1.1mmに対してホール素子は2.5×1.5×0.6mmである。（Fig.10）

Fig.8 Influence of load on speed

Fig.８より，負荷が増加した時の速度低下が少なくなっていることがわかる。これは推力が高くなったことを示
Fig.10 Position sensor sizes compared

しており，推力は従来機種の3.4gfから6.0gfに増加した。
以上の取り組みの結果，従来SIDMと同等の駆動性能，ストロークを有し，大幅な小型化を達成した。

我々は以上のように種々の方策を行い，小型化を達成した。今後，小型化と汎用化を武器にしてAFユニットの３．３

位置決めセンサの小型化

３．３．１

市場シェア拡大を目指す。

従来位置決めセンサの問題点

従来機種では∞位置とマクロ位置を検出するためにPI（フォトインタラプタ）センサとPR（フォトリフレクタ）４ 今後の展開センサを併用していた。しかしながら，この構成ではサ今後，携帯電話向けカメラ市場は更なる高画素化・高イズが大きくなる事に加えて，PIセンサの調整（メカ調機能化と共に小型化が求められる。また，現在1/3インチ整）を顧客で行うが必要であった。そこで，新たな位置3M画素のイメージセンサは，2006年・春には1/4インチに決めセンサを採用し，これらの問題を解決した。

なると言われている。こうした市場の流れの中，イメー

３．３．２

ジサークルの縮小から更なるレンズの小型化・ユニット

センサ選定

本汎用AFユニットでは位置決めセンサとしてホール素の小型化が要求され，レンズユニット全体に占める駆動子を使用した。ホール素子は磁界の強度による抵抗変化部の大きさが今以上に重要となる。SIDMは従来のアクを検出するもので，移動体（スライダー）に取り付けたチュエータに対して非常に小型であり，SIDMを用いた汎Nd磁石の位置を電圧に変換して出力する。

用AFユニットは今後，更にその優位性を持つと考えていFig.９にホール素子検出原理を示す。

る。

Fig.9 Principle of the Hall element

148

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）