JP2009229789A

JP2009229789A - オートフォーカスまたはズームレンズモジュール用レンズ変位機構

Info

Publication number: JP2009229789A
Application number: JP2008074929A
Authority: JP
Inventors: Tengjian You; 騰健游; Shr-Bin Wu; 詩斌呉
Original assignee: E Pin Optical Industry Co Ltd
Current assignee: E Pin Optical Industry Co Ltd
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2009-10-08

Abstract

【課題】リフロー温度に耐えるオートフォーカス用レンズ変位構造を提供する。
【解決手段】オートフォーカスレンズを駆動する磁石として耐熱性のある電磁石を用いたレンズ変位機構であって、上蓋１１と底蓋１２間にレンズ片群２１とレンズホルダー２２からなるレンズ２、とレンズ変位機構３を収容したレンズモジュール１において、レンズ変位機構のレンズ側にコイル３１を固定して、復帰バネ３８によってスライド可能とし、これに対して駆動用電磁石３２１〜３２４をその外周に配置してコイル側レンズをスライド駆動する。これらの各電磁石への通電を個々に制御すればレンズの偏倚動作を行うことができ、手ぶれ防止機構とすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、オートフォーカスまたはズームレンズモジュール用レンズ変位機構に関し、コイルと電磁石とにより、両者間に発生する電磁力によってレンズを駆動し、スライド変位を行うレンズ変位機構に関する。

現在のデジタルカメラ、撮影機能付きの携帯電話、ノート型パソコン等の移動式の電子装置上にオートフォーカスまたはズーム動作を行えるコンパクトカメラモジュールを備えたものにおいては、ＣＣＭは、上蓋と底蓋の間に介在するハウジングと、ハウジング内に設置され中心軸方向上に前後スライド変位でき、レンズ片群とレンズホルダーから組成されるレンズと、レンズを駆動し、中心軸に前後変位動作を発生させ、オートフォーカスまたはズームの効果を達成することに用いるレンズ変位機構またはアクチュエーターと呼ばれるものとからなる。

よく見かけるレンズ変位機構は、各種設計、例えば、圧電モータを有し、それは、圧電材料の原理を利用して形成され、ＵＳ７２１２３５８、ＵＳ２００３/０２２７５６０、ＪＰ２００６−２９３０８３、ＪＰ２００６−１０１６１１等があるが、一般に使用する圧電材料は、リフロー作業の高温（約２６０℃）に耐えることができず、高温に耐えることができる特別な圧電材料は、非常に高価であり、量産化またはコスト低減に不利である。ボイスコイルモーターと呼ばれるものは、コイル、磁石、弾性部材から組成され、例えば、ＵＳ７２６２９２７、ＵＳ７１９６９７８、ＵＳ７００２８７９、ＵＳ６９６１０９０、ＵＳ６６８７０６２、ＵＳ２００７０１３３１１０、ＪＰ２００５０３７８６５、ＪＰ２００５２５８３５５、ＷＯ２００７０２６８３０等があり、その大部分は、コイルと永久磁石を組み合せて使用することにより、例えば、図１は、コイル３１の内周または外周に１つまたは数個の永久磁石７０を環状に配列設置し、コイル３１を通電して、永久磁石７０により形成された磁場中に上向きまたは下向きに電磁力を発生させ、レンズの移動を駆動する。但し、永久磁石は、リフロー高温時、磁石を減衰させる。従って、上記の従来の圧電モータとＶＣＭを組み合わせる時は、いずれもリフロー方式を使用できず、量産効率が制限される。もう１種のＳＭＡ（Shaped memory alloy）を利用したレンズ変位機構は、ＳＭＡの熱圧縮冷却膨張の特性を利用して、駆動力源とし、例えば、ＵＳ６３０７６７８Ｂ２、ＵＳ６４４９４３４Ｂ１、ＵＳ２００７０５８０７０、ＵＳ２００７０４９３８、ＪＰ２００５２７５２７０、ＪＰ２００５１９５９９８等があるが、ＳＭＡ熱圧縮冷却膨張の動作は、比較的ゆっくりであり、即時のオートフォーカスまたはズームの効果を簡易に達成することができない。

高画質を要する使用者にとって、低照度の環境で優れた行動力と撮影品質を維持するため、手振れ防止機能は、相当重視されるようになっている。従来技術中、手振れ防止技術は、幾つかの方式によって達成され、例えば、結像ユニット（ＣＣＤ）が機械支持によって補償運動することによって振動過程中に起こすイメージのぼやけの影響を低減、または、レンズが設ける機械式構造が手振れを除去、または、ソフトウェアの補償を計算する方式、または感光度能力の向上、または２つのジャイロスコープによってＣＣＤの水平と垂直振動を検測し、磁力の推進運動を利用し動作を補償する等であり、例えば、ＥＰ１７２９５０９、ＵＳ２００７０２９２１１９、ＵＳ２００７０００９２４３、ＪＰ０８１２２８４０、ＪＰ１１３０５２８０、ＪＰ１１２２０６５１等がある。

電磁力をレンジ変位機構の主要な動力源として使用することは、便利性と通用性を有し、リフロー高温時（約２６０℃）に磁力が破壊されず、特殊な材料を使用し、耐高温の永久磁石で構成することは、価格が高く且つ磁力が弱いので、普及させることができない。従って、新技術を発展させ、レンズ変位機構のリフロー問題を解決することは、依然として切迫した需要を有する。
特開２００７−１２１７０１号公報

本発明は、コイルとコイル周囲に配列した電磁石を利用し、該コイルは、レンズの外周に固定され、レンズと結合し同一ステップでスライド変位するレンズ連動体としてなり、該電磁石は、複数の電磁石から構成され、且つレンズモジュール内に動かないように固定され、これにより、コイルと電磁石セットがそれぞれ電流を入力した後、コイルと電磁石セットの間に発生する電磁力によってレンズを駆動し、中心軸方向において前後にスライド変位を行うことができるレンズ変位機構を提供することを目的とする。この構造によって、リフロー高温に耐えることができ、量産化でき、従来技術の永久磁石を使用しリフロープロセスを使用できない困難を生じることがない。

本発明は、電磁石セットが複数の電磁石から構成され、各電磁石の電流の大きさまたは電流の向きを制御することによってコイル通電後に異なる電磁力を受ける作用を持たせ、レンズの光軸とレンズモジュールの中心軸に偏移角度を発生させ、撮影対象に対して照準し、手振れ防止のオートフォーカスまたはズーム効果を達成するレンズ変位機構を提供することを目的とする。

本発明は、更に、レンズホルダー上にバネを配置し、コイルと電磁石セットとの間の電磁力が消失、または作用を発生させない時、該バネがレンズホルダーに対応する回復力を提供し、該レンズホルダーを平衡状態または元の位置に復帰させるレンズ変位機構を提供することを目的とする。

本発明のレンズ変位機構は、オートフォーカスまたはズームレンズモジュールに適用し、該レンズモジュールが少なくとも１つのハウジングと、レンズと、レンズ変位機構とを含み、そのうち、該レンズは、レンズ片群とレンズホルダーを含み、ハウジング内に設置し、中心軸上に物体に接近または離脱する方向のスライド変位を行うことができ、該レンズ変位機構は、コイルとコイルに相対してコイル外周に配置される電磁石セットから構成され、そのうち、該コイルは、レンズの外周に固定され、レンズと結合し同一ステップでスライド変位する連動体としてなり、該電磁石セットは、複数の電磁石から構成され、レンズモジュール内に動かないように固定され、これによって、コイルと電磁石セットがそれぞれ電流を入力した後、コイルと電磁石セットの間に発生する電磁力によってレンズを駆動し、中心軸方向にスライド変位させることができる。

本発明の構造設計と従来の技術を比較し、少なくとも以下の利点を有する：
＜１＞本発明のレンズ変位機構３は、電磁石を使用して永久磁石に置き換え、リフロー高温に耐えることができ、量産化の可能性を向上させることができる。
＜２＞本発明のレンズ変位機構３は、電磁石セット３２中の各電磁石を独立制御でき、手振れ防止機能を具備させることができる。

本発明の以下に開示する実施例は、レンズ変位機構の構成要素について説明するが、レンズモジュールのその他の構成要素の構造を制限するものではなく、即ち、レンズモジュールのその他の構成要素は、多様に変化、修正を行うことができ、例えば、レンズモジュールのハウジングの形状は、制限はない。レンズ（レンズ片群とレンズホルダー）の形状または構造は制限はなく、レンズ片群は、単一のレンズ片または複数のレンズ片であってよく、且つレンズ片群は、固定部材内に収容され、レンズホルダーと結合され１つのレンズを構成することができる。本発明のコイルは、電磁石セットの個別各コイル巻数、コイル内径（またはコイル内径の遮断面積）、コイル温度、電磁石コイルの厚さ、または電流進行方向および大きさ等は制限はなく、且つBiot-Savartの法則、Ampereの法則に基づき計算でき、計算式は以下の式（１）および式（２）である。

ここで、Ｂは磁束密度、μ₀が真空導磁率（permeability）であり、Ｉがコイル電流（Amp）であり、ｌは、コイルの長さ、ｒは、距離であり、Ｆは、受ける力の大きさである。式（１）と式（２）は、それぞれ、本発明の電磁石の磁束密度とコイルの受ける力の大きさを計算することができ、レンズの重さに合わせて好適な駆動力を設計することができる。

図２、図３を参照すると、本発明のレンズ変位機構３は、コイル３１と電磁石セット３２を具え、コイル３１は、レンズ２のレンズホルダー２２上に固定され、レンズ片群２１と共同で連動体を構成し、同一ステップで移動する。
電磁石セット３２は、複数、例えば４つの電磁石３２１〜３２４から構成され、且つ動かないように固定される。使用時、制御器（図４参照）、例えば、デジタルカメラの制御器によってコイル３１と電磁石セットに対して異なる方向（流入または流出）または異なる大きさの電流を出力し、電磁作用によって、電磁石セット３２の各電磁石３２１〜３２４の端面に磁極を発生し、コイル３１が電流を通電後、アンペアの法則により電磁力を発生し、コイル３１が受ける電磁力の大きさ及び方向を計算し、コイル３１をレンズ中心軸Ｚに沿って運動させ、オートフォーカスまたはズーム効果を達成する。

本発明のレンズ変位機構３は、各電磁石３２１〜３２４を流れる電流の大きさまたは電流方向を制御でき、各電磁石が発生する磁力（電磁強度）の大きさを制御し、コイル３１に通電後、各電磁石、例えば３２１〜３２４との間の電磁力の大きさが異なることによって平衡ではない電磁力の作用を受け、レンズ２の光軸とレンズ中心軸Ｚの間で角度を偏移させ対象物に照準することができる。

前記の電磁石セット３２の電磁石心３６がフェライトにより作成される。フェライトは磁化し易く且つ消磁し易い特性を有し、電磁石セット３２に通電後、非常に磁化されやすく、磁力線を電磁石心３６端面に集中させることができるが、電磁石セット３２に通電を遮断すると電磁石心３６の磁力もすぐに消失し、即ち、フェライト自身は磁化の能力を保持することがない。現在のフェライト材料は、高純度鉄（純鉄、軟鉄）、低炭素鋼、シリコン、鉄ニッケル合金（Fe-Ni AlloyまたはPermalloys）、マグネシウム亜鉛合金（Mg-Zn alloy）、ニッケル亜鉛合金、マンガン亜鉛合金、または金属アモロファス等であって、いずれもリフローの高温に耐えることができ、目的に応じて選択することができる。

本発明のレンズ変位機構３は、更にレンズ２上に弾性機能を有するバネ３８を配置し、コイル３１または電磁石３２の間の電磁力が消失すると、該バネ３８はレンズ２に対して電磁力と反対の弾性力を提供し、レンズを元の位置に復帰させる。また、該バネ３８の弾性型態、例えば、圧縮式（compression）バネまたは延伸式バネ、構造形態、例えば、コイルバネまたは非コイルバネ、数、または設置位置等は制限はなく、レンズモジュール２の設計の必要性またはコイル３１の運動方向に応じて変更できる。

<第１実施例>
図２、図３を参照すると、本実施例は、４個の電磁石３２１−３２４を有するレンズ変位機構３であり、小型デジタルカメラのオートフォーカスまたはズームレンズモジュール１中に応用でき、レンズモジュール１は、１０ｍｍ×１０ｍｍの方形モジュールであり、少なくとも上蓋１１と底蓋１２が形成するハウジングを具え、レンズ２をハウジング内の中心軸Ｚ方向にスライド変位させることができる。すなわち、該レンズ２は、レンズ片群２１とレンズホルダー２２を具えて同一ステップの移動体を構成し、且つハウジング内に設置されて中心軸Ｚ上で前進（物体側向き）または後退（像側向き）のスライド変位をする。

該レンズ変位機構３は、コイル３１と電磁石セット３２、及び２つ一組の導電片３３、コイル電極３４および電磁石電極３５から構成され、コイル３１は、レンズ２のレンズホルダー２２上に固定されてレンズ２と連動体を構成して同一ステップで移動する。該電磁石セット３２は、４個の電磁石３２１，３２２，３２３，３２４から構成され、且つ動かないように固定される。デジタルカメラの制御器（例えば、図４の制御器３７）は、異なる方向または異なる大きさの電流（流入または流出）を出力し、電磁石電極３５は４個の電磁石電極３５１，３５２，３５３，３５４を経由してしてそれぞれ電磁石セット３２の各電磁石３２１−３２４に入力する。
本実施例の４個の電磁石３２１−３２４は、９０度間隔で均等にコイル３１の外周に配置、固定される。制御器３７は、電流（Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄）をそれぞれ出力し、各電磁石電極３５１−３５４を経由し各電磁石３２１−３２４に通電し、電磁作用によって各電磁石３２１〜３２４の磁心３６にＮ極またはＳ極の磁力を発生し、この磁力の大きさ及び方向は、入力する電流大きさ及び方向により制御される。本実施例において、該４個の電磁石３２１〜３２４の磁力に相当する磁心３６のＮ極は、いずれもレンズの中心軸Ｚ方向に沿う。また、電磁石セット３２の電磁効率を最強にするため、４個の電磁石３２１〜３２４の磁心３６には、ケイ素鉄を使用する。

制御器３７は、電流Ｉを出力し、コイル電極３４と接続した導電片３３を経由してコイル３１に電源を供給する。電流（Ｉ）の方向が反時計回りである時、アンペアの法則によって、コイル３１は上向きの方向（物体側方向）の電磁力を受け、レンズ２をレンズ中心軸Ｚに沿って上向きに移動させる。電流Ｉの方向が順時計回りの方向である時、コイル３１は、下方向（像側方向）の電磁力を受け、レンズ２をレンズ中心軸Ｚに沿って下向き移動させ、このようして、レンズを移動させて照準の目的を達成する。

制御器３７が電流Ｉの出力を遮断する時、コイル３１は、磁場を発生せず、電磁力の作用も受けずレンズ２は、移動しない。または、制御器３７が電流Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄の出力を遮断する時、電磁石３２１−３２４は、磁力を発生せず、レンズ２も移動しない。下表は、本実施例の使用する電流の方向及び電流の大きさの参考である：

本実施例が使用するバネ３８は、バネで構成された圧縮式コイルバネであり、レンズホルダー２２と上蓋１１との間に配置され、コイル３１が電流を通し、レンズ２を上に移動させる時、バネ３８が圧縮されて変形する。コイル３１の電流が遮断された後、上向きの電磁力を消失し、バネ３８は、圧迫を受けず、元の状態を自動復帰し、レンズ２を元の位置に押し戻す。

<第２実施例>
図６を参照すると、本実施例は、３個の電磁石３２１−３２３を有するレンズ変位機構３であり、小型デジタルカメラのオートフォーカスまたはズームレンズモジュール１中に応用できる。該レンズモジュール１は、直径８ｍｍの円型モジュールであり、構造は、第１実施例と同一である。本実施例の電磁石セット３２は、３個の電磁石３２１−３２３から構成され、１２０度間隔で均等にコイル３１の外周に配置され、動かないように固定される。制御器３７が電流（Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄）を出力し、各電磁石３２１−３２３に通電して電流Ｉを出力し、コイル３１に通電する時、コイル３１は、上向き（物体側方向）の電磁力を受け、レンズ２をレンズ中心軸Ｚに沿って上向きに移動させる。制御器３７が電流の出力を遮断すれば、コイル３１は電磁力を受けない。下表２は、本実施例の使用する電流の方向及び電流の大きさの参考である：

<第３実施例>
図２、図５を参照すると、本実施例は、手振れ防止機能を有するカメラのレンズ変位機構３としてオートフォーカスまたはズームモジュール１中に応用できる。
その構造形態は第１実施例と同一であるが、本実施例の電磁石セット３２の４個の電磁石３２１〜３２４の電磁力は、更に独立してそれぞれ制御するように構成することができ、例えば、Ｎ極がレンズの中心軸Ｚ向きとして、そのうちの１つの電磁石がＳ極をレンズの中心軸Ｚ向きとして単独に制御することもできる。本実施例が使用する４個の電磁石３２１〜３２４の電磁石心３６は、鉄ニッケル合金を使用して作成され、鉄ニッケル合金の導磁性は低く、高い電磁感度を有し、電磁石３２１〜３２４に対して迅速に変換される電流を通す時、迅速な電磁力を反応でき、各電磁石の電磁力の大きさを独立制御できる。図５を参照すると、電磁石３２１、３２３は、相互に１８０度の方位に対応し、使用者がデジタルカメラを上向きに動揺させた時、撮影対象物がレンズの中心軸Ｚから偏移し、Ｘ軸方向に移動し、この振動量を補足し、この時、制御器３７によって電磁石３２１、３２３に対して異なる電流を加え、例えば、電磁石３２１に対して小さな電流を加え、電磁石３２３に対して大きな電流を加え、この時コイル３１は、電磁石３２１と３２３の間に異なる電磁力を受け、レンズ２の光軸を対応させ、該受ける力の方向に角度θの偏移を発生させ、レンズ２を対象物に向けさせて、手振れ防止の目的を達成する。下表３は、本実施例の使用する電流の方向及び電流の大きさの参考例である：

更に、迅速な制御を行えるように、この時、制御器３７によって電磁石３２１，３２３に対して異なる方向の電流を流すことができ、例えば、電磁石３２１が反時計回り方向の電流を施し、電磁石３２３が順時計回り方向の電流を施す。この時、コイル３１は電磁石３２１，３２３の異なる方向の電磁力を受け、レンズ２の光軸に偏移角度θを発生させ、対象物に向けて手振れ防止の迅速な制御の目的を達成する。表４は、使用する電流の方向及び電流の大きさの例である。

なお、本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない均等の範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。

従来のレンズ変位機構の説明図である。本発明の第１実施例の立体分解説明図である。本発明の説明図である。本発明のフォーカス説明図である。本発明の手振れ防止の説明図である。本発明の第２実施例の立体分解説明図である。

符号の説明

＜従来技術＞
１レンズモジュール
１１上蓋
１２底蓋
２レンズ
２１レンズ片群
２２レンズホルダー
３レンズ変位機構
３１コイル
３２電磁石セット
３２１−３２４電磁石
３３導電片
３４コイル電極
３５電磁石電極
３５１−３５４電磁石電極
３６電磁石フェライト
３７制御器
３８バネ
７０永久磁石

Claims

ハウジングに収容されたレンズと、レンズ変位機構とからなり、
該レンズは、レンズ片群とレンズホルダーから構成され、ハウジング内に配置されて中心軸上で被写体に接近または離隔する方向のスライド変位を行うことができるレンズ変位機構であって、
該レンズ変位機構は、コイルとコイルに相対してコイル外周に配置される電磁石セットから構成され、そのうち、該コイルは、レンズの外周に固定されてレンズと結合して同一ステップでスライド変位する連動体を構成し、該電磁石セットは、複数の電磁石から構成され、レンズモジュール内に動かないように固定されて、コイルと電磁石セットにそれぞれ電流が供給されたとき、コイルと電磁石セットの間に発生する電磁力によってレンズを駆動し、中心軸方向にスライド変位させることを特徴とするオートフォーカスまたはズームレンズモジュール用レンズ変位機構。
前記電磁石セットの各電磁石は、等角度でコイルの外周に均等に配置され、且つ各電磁石心の一端面は、レンズ中心軸に相対して配置された請求項１記載のオートフォーカスまたはズームレンズモジュール用レンズ変位機構。
前記レンズの中心軸方向にスライド変位を駆動する前進または後退がコイルに入力する電流の方向により制御される請求項１記載のオートフォーカスまたはズームレンズモジュール用レンズ変位機構。
前記複数の電磁石が、更に、異なる大きさまたは方向の電流により、レンズ光軸とレンズモジュールの中心軸の間の角度を制御する請求項１記載のオートフォーカスまたはズームレンズモジュール用レンズ変位機構。
さらに、レンズ上にバネを配置し、コイルと電磁石セットの電磁力が消失時、該バネがレンズに対して復帰力を提供しレンズを元の位置に復帰させることを請求項１記載のレンズオートフォーカスまたはズームレンズモジュール用レンズ変位機構。
前記バネが圧縮式バネまたは延伸式バネであることができる請求項１記載のズームレンズモジュール用レンズ変位機構。