JP2005128114A - 光学モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 受光素子上に合焦位置を調整できるレンズの移動機構を有する光学モジュールを提供する。
【解決手段】 第１のレンズホルダ１３，１６と、これより対物側に位置する第２のレンズホルダ１９と、第１のレンズホルダに外接し光軸方向に摺動自在に保持する鏡筒１１と、その外周に配置され第１のレンズホルダの位置を変更する円筒カム１５とを含む光学モジュール３である。第１のレンズホルダ１３，１６は側面から延在させた突起部材１３１，１６１を備える。鏡筒には突起部材の光軸方向ＬＤでの移動を許容する貫通穴１１Ａ、１１Ｂが形成され、円筒カムの内壁には突起部材を案内するカム面１５１が形成される。第２のレンズホルダは鏡筒の上端部に固定されると共に円筒カムを位置決めする摺動面を有する。円筒カムを第２のレンズホルダの摺動面へ向け付勢する弾性部材１２が配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子を用いた小型カメラ等に含まれる光学モジュールに関する。

近年、微小なカメラを搭載した携帯電話やノート型パソコン等の電子機器が広く提供されるようになっている。これらの電子機器は小型化及び軽量化の要請が大きく、これらに内蔵するカメラをより小型軽量化することが求められる。よって、カメラの光学系部品である光学モジュールについてもより一層の小型軽量化を図る必要がある。

その一方で、小型化された光学モジュールで鮮明な画像を得るためには特に光軸方向での寸法精度が要求される。小型化された光学モジュールでは撮像素子の受光面とレンズ系の合焦位置（バックフォーカス）のずれが僅かでも有ると画像が劣化してしまう。また、最近では複数のレンズを内蔵して、小型であってもズーム機能を備えた小型の光学モジュールが提供されるようになっている。このような光学モジュールの場合、基板側に配置した撮像素子の光軸に対してレンズ側の光軸が僅かでも傾くと、撮影画像が劣化するのでレンズ側の光軸が傾くことがないように組付けることが重要となる。

複数のレンズを備えた小型カメラのレンズ駆動装置に関しては、例えば特許文献１に開示がある。この特許文献１では、図１０に示すように、板カム３１０を用いることによりセンサ類や信号処理装置を削減して小型化および構成の簡素化を図ったレンズ駆動装置３００を開示している。マクロ撮影やズーム撮影の際には光学モジュール内のレンズ位置が移動される。特許文献１で開示するレンズ駆動装置３００の場合には、板カム３１０が回動軸３１１周り回動することでレンズ位置が変更される。具体的には、玉枠（レンズホルダ）３０５、３０６各々にはカムフォロアとしてのピン３０７、３０８が設けられている。これらのピン３０７、３０８は板カム３１０に形成した、カム溝３１２、３１３に係合している。この板カム３１０を回動することにより、レンズホルダ３０５、３０６を所定位置に設定できる。

特開２００２−１８９１６５号 公報

上記のようにレンズを移動する際には、ピントや倍率も合わせる必要がある。図１０で開示するレンズ駆動装置３００ではこの点を考慮してカム溝３１２、３１３の形状（カム曲線）が規定される。このカム曲線により、レンズとＣＣＤとが最適距離となるように調整されている。光学モジュールは所定の寸法精度を持って作製されている。しかしながら、実際の製造工程では基板上に配置する撮像素子の光軸方向での相対位置が微妙に変化する場合や、レンズ位置や姿勢が微妙に変化する場合がある。

このように撮像素子とレンズとの相対位置が予定位置からずれた場合には、バックフォーカスが一致するように位置調整を行う必要がある。しかし特許文献１で示す装置の様に板カムを用いていると、カム溝３１２、３１３のカム曲線を変更する、或いは回動軸３１１の位置を変更する等の対処が必要となる。実際の製造工程を考えると、回動軸を変更して対処するというのは現実的ではない。よって、カム曲線の異なる板カム３１０を複数準備しておき、板カムを適宜変更してピントを合わせる作業を行うことになる。しかし、このような作業は煩雑である。

また、特許文献１で開示するレンズ駆動装置３００は、図１０で示すように、レンズホルダ３０５、３０６の片側に板カム３１０が配置され、この板カム３１０を回動することによりこれらのレンズホルダが光軸方向に移動される。しかし、このような構造ではピン３０７、３０８を介してレンズホルダの側のみに負荷が掛かるので、レンズホルダの光軸がぶれてしまう。その結果、前述したようにレンズ側の光軸が傾くという事態になるので撮影画像が劣化するという問題を招来する。

本発明は、上記課題を解決し、光軸方向でのレンズホルダの位置ずれが無く精度良くバックフォーカスを設定できる光学モジュールを提供することを目的とする。また、レンズホルダを光軸方向に沿って確実に移動させる構造を備え、光軸の傾きを確実に抑制できる光学モジュールを提供することを目的とする。

上記目的は、第１のレンズホルダと、前記第１のレンズホルダより対物側に位置する第２のレンズホルダと、前記第１のレンズホルダに外接し、前記第１のレンズホルダを光軸方向に摺動自在に保持する鏡筒と、前記鏡筒の外周に配置され、前記第１のレンズホルダの位置を変更する円筒カムとを含む光学モジュールであって、前記第１のレンズホルダの側面から延在させた突起部材を備え、前記鏡筒には前記突起部材の光軸方向での移動を許容する貫通穴が形成され、前記円筒カムの内壁には、前記突起部材を所定位置に案内するカム面が形成され、前記第２のレンズホルダは、前記鏡筒の上端部に固定され、前記円筒カムを光軸方向に位置決めする摺動面を有し、前記円筒カムを前記第２のレンズホルダの前記摺動面へ向けて付勢する弾性部材が配置されている光学モジュールにより達成できる。

本発明によると、第１のレンズホルダを移動する円筒カムが弾性部材によって第２のレンズホルダへ当接される。第２レンズホルダは鏡筒の上部に固定されているので、円筒カムを光軸方向で所望位置に位置決めできる。よって、光学系に含むレンズを所望位置に配置できるのでバックフォーカスを精度良く設定できる。

そして、前記第２のレンズホルダは、前記鏡筒の上端部に対して前記光軸方向への移動が可能となるように螺合されている構造であることが好ましい。このような構造であれば、部品や組付けによって光軸方向での位置誤差が発生した場合でも、第２のレンズホルダを光軸方向に移動させて簡単にバックフォーカスを補正できる。

また、前記弾性部材は、前記円筒カムの下に配置したリング状の円錐コイルバネ又は竹の子バネを採用することができる。このようなバネを採用すると組み込みスペースを小さくできるので、光学モジュールの小型化を図ることができる。

また、前記第１のレンズホルダは、前記突起部材を複数備えていることが好ましい。第１のレンズホルダが円筒カムのカム溝に沿って移動するときに、このように複数の突起部材を備えていると基板側の光軸に対してレンズ側の光軸が傾くことを抑制できる。また、複数の突起部材によりレンズホルダを保持するので耐衝撃性にも優れた構造となる。なお、前記第１のレンズホルダは鏡筒内に複数設けることができる。

前記突起部材は互いに向きが異なるように、前記第１のレンズホルダの側面に配置されていることが望ましい。例えば、１つのレンズホルダが直線上で逆向きに２個の前記突起部材を備え、異なるレンズホルダ間では前記直線が交差するように前記突起部が配置されている構造を採用することができる。このような構造であれば、レンズ側の光軸が傾く事態をより確実に防止できる。そして、上述したような光学モジュールを含んだ携帯用電子機器は、小型で鮮明な画像を得ることができる。

本発明によると、レンズの移動機構を有する光学モジュールにおいて、受光素子の受光面にレンズの焦点を合わせる調整が容易に実施できる光学モジュールを提供できる。

以下、本発明に係る一実施形態を図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る光学モジュールの内部が確認できるように示した分解斜視図である。なお、図１では特徴的な構成が理解し易くなるように途中に介在するフィルタや絞り等を省略して示している。所定の配線パターンが形成された基板１上に撮像素子となるＣＣＤ２が固定されている。基板１としては、例えばフレキシブル配線基板（ＦＰＣ基板）を採用することができる。この基板１に配置されたＣＣＤ２上に撮影画像が結像するように光学系ユニット３が配置される。なお、本明細書でいう光学モジュールとは、レンズ及びこれをＣＣＤの光軸方向ＬＤに駆動する光学系ユニット３であってもよいし、ＣＣＤ２や基板１、更には後述されるレンズホルダを駆動するアクチュエータをも含んだ構造と理解してもよい。以下、光学系ユニットに含まれる構造、本光学系ユニットで採用するのに好ましい円筒カム、また光学モジュールを作製するのに好ましい位置決め構造を順に説明する。

（光学系ユニットの構造）
光学系ユニット３は、基板１側から、鏡筒１１、弾性部材としてのリング状の円錐コイルバネ１２、第３レンズホルダ１３、第３レンズ１４、円筒カム１５、第２レンズホルダ１６、第２レンズ１７、第１レンズ１８及び第１レンズホルダ１９を含んでいる。

鏡筒１１は、底部側に底板１１０を備えている。鏡筒１１は略円筒形状を成し、基板１に固定されたＣＣＤ２を中心にして囲むように配置される。底板１１０にはＣＣＤ２の形状に対応した形状の開口（図示せず）が形成されている。基板１上に鏡筒１１をセットしたときには、底板１１０の開口にＣＣＤ２が嵌合した状態となる。また、底板１１０は鏡筒１１の本体筒状部分より大きな円盤状に形成され、その外周部分が外方へ突出してフランジ部１１５となっている。後述するようにこのフランジ部１１５上にコイルバネ１２が載置される。

鏡筒１１の側壁には複数のガイド溝１１Ａ〜１１Ｈが形成されている。これらガイド溝中で４つのガイド溝１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｅ及び１１Ｆは、鏡筒１１の側壁を一部切欠いて光軸方向ＬＤに延びる長い溝部として形成されている。これら以外のガイド溝は側壁の内面に形成されている。これらガイド溝１１Ａ〜１１Ｆについては後に詳述するが、４つのガイド溝１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｅ、１１Ｇは第３レンズホルダ１３を案内するために形成され、他の４つのガイド溝１１Ｂ、１１Ｄ、１１Ｆ、１１Ｈは第２レンズホルダ１６を案内するために形成されている。

コイルバネ１２は、リング状で下部に向うに従って巻き半径を拡大させた円錐型となるように形成されている。このコイルバネ１２は鏡筒１１の本体円筒部分の外周に嵌められ、前述したようにフランジ部１１５上に載置される。先に課題として指摘したように、製造工程において基板１上に配置されるＣＣＤ２とレンズとの相対的な位置関係がずれるとレンズの合焦位置（バックフォーカス）がＣＣＤ２の受光面からずれるため鮮明な画像が得られなくなる。そこで、レンズ位置を調整して焦点位置がＣＣＤ２の受光面に合うように、本光学モジュールでは、レンズを案内する円筒カム１５を第１レンズホルダ１９に付勢し、しかも第１レンズホルダの位置を調整できる構造が採用されている。具体的には、円筒カム１５の底部をコイルバネ１２で支持して、上方に位置している第１レンズホルダ１９へ向けて付勢する。このような構造とすることで、円筒カム１５の光軸方向ＬＤでのレンズ位置を安定化させている。

上記のように円筒カム１５の上面を第１レンズホルダ１９の下面に当接させ、レンズ位置を安定化させている構造についてより詳細に説明する。上記円筒カム１５の上面は、図１に示すように平坦に形成されている。円筒カム１５の上面が当接する第１のレンズホルダ１９の下面も平坦に形成されている。なお、後述するように円筒カム１５は回転するので、この円筒カム１５の上面が当接する第１レンズホルダ１９の下面は摺動面となる。一方、第１のレンズホルダ１９は、本光学モジュールが組立てられたときには鏡筒１１の上部に固定される。より具体的には、鏡筒１１の上部外周に形成された雄螺子部１１７に螺合する雌螺子部（図示せず）が第１のレンズホルダ１９の内壁に形成されている。

鏡筒１１は基板１に設置される。この鏡筒１１の頂部に第１レンズホルダ１９が固定される。よって、第１レンズホルダ１９の光軸方向ＬＤの位置は、基板１から一定に保つことができる。この第１のレンズホルダ１９に対して、コイルバネ１２を用いて円筒カム１５を押付けることで、その光軸方向ＬＤでの円筒カム１５の位置を安定化できる。後述するように、この円筒カム１５にはレンズ１４、１７を保持するレンズホルダ１３、１６が係合しており、これらの移動を制御する。よって、円筒カム１５の位置を安定に保つことで、複数のレンズ１４、１７の光軸方向での位置は円筒カム１５を介して所期位置に保持される。

特に、本実施形態では第１レンズホルダ１９を鏡筒１１の上部にネジにより螺合しているので、第１のレンズホルダ１９を回転することにより円筒カム１５の高さ位置を簡単に変更できる。よって、仮にＣＣＤ２の基板への組付け誤差によりバックフォーカスがずれた場合でも、第１のレンズホルダ１９を回転させることにより簡単にバックフォーカスを補正することができる。本光学系ユニット３では、鏡筒１１上部の第１レンズホルダ１９を回転することにより、部品や組付け時の誤差を簡単に解消できる。

上記のように、本光学モジュールは円筒カム１５の下にコイルバネ１２を配置するという簡単な工夫で、基準となる第１レンズホルダ１９に対して精度良く位置決めを行い。これにより従来のようにカム曲線の変更等を行うことなく、基板に配置したＣＣＤ２上に確実に焦点が合うようにしたレンズ移動機構を実現できる。

また、上記コイルバネ１２は円錐状に形成されていることで、円筒カム１５の底部に広く接して上方へ付勢する。このコイルバネ１２は円錐状であるので、コイル直下にコイルが存在しない配置構成となるため圧縮時の密着高さを低くすることができる。すなわち、コイルバネ１２は狭いスペースでの配置が可能な形状となっている。そして、このコイルバネ１２に負荷が加わったときに盛り上がり部分が下に沈んで平坦化するように変形するので、稼動時には更に低く変形させることができる。よって、このコイルバネ１２は、小さい容積で比較的大きな荷重に耐えられるという特徴をもっている。なお、本実施形態では円錐状のコイルバネ１２を採用しているが、板バネを螺旋状に巻いたいわゆる竹の子バネを同様に採用することができる。

上記円筒カム１５は鏡筒１１の外周を囲むように配置される。円筒カム１５の内壁には複数のカム溝（カム面）１５１が形成されている。第３レンズホルダ１３及び第２レンズホルダ１６には、このカム溝１５１に係合する突起部材として係合ピンが設けられている。具体的には、第３レンズホルダ１３は半径方向に突出する２つの係合ピン１３１−１、１３１−２を備え、同様に第２レンズホルダ１６は半径方向に突出する係合ピン１６１−１、１６１−２を備えている。これら係合ピンをカムフォロアとして、所定軌跡で移動するようにカム溝１５１の形状が規定されている。円筒カム１５のカム溝１５１と、係合ピン１３１−１、１３１−２及び係合ピン１６１−１、１６１−２との関係については後に詳しく説明する。

なお、円筒カム１５の外周には符号１５９で示すラック部１５９が形成されている。このラック部１５９は、図１では図示していない駆動側のギアに噛合する。これにより円筒カム１５が光軸方向ＬＤを中心に回動する。この動作に基づいて、第３レンズホルダ１３及び第２レンズホルダ１６が光軸方向ＬＤに沿って移動されることになる。

次に、光学系ユニット３に含まれるレンズ及びこれらを保持するレンズホルダについて説明する。第３レンズ１４は基板１に最も近い位置に配置された補正系のレンズであり、第３レンズホルダ１３により保持されている。第２レンズ１７は中間に配置された変倍系のレンズであり、第２レンズホルダ１６により保持されている。第１レンズ１８は被写体側に位置する対物レンズであり、第１レンズホルダ１９により保持されている。第３レンズホルダ１３及び第２レンズ１７は、鏡筒１１内に収納された状態で円筒カム１５の内壁に形成したカム溝１５１により光軸方向ＬＤ上の所望位置へ移動される。これにより、第３レンズ１４と基板１との距離や各レンズ１４，１７，１８間の距離が変更されるので、ワイド（ＷＩＤＥ）からテレ（ＴＥＬＥ）まで焦点距離を変化させて撮像することが可能となる。

図２は、図１に示した第３レンズホルダ１３及び第２レンズホルダ１６を拡大して示した図である。この２つのレンズホルダは、図示するように互いに上下から接近して重なる状態で鏡筒１１内にセットされる。第３レンズホルダ１３から半径方向に突出する２つの係合ピン１３１−１、１３１−２は鏡筒１１に形成したガイド溝（貫通穴）１１Ａ、１１Ｅから外側に突出して円筒カム１５のカム溝１５１と係合する。同様に、第２レンズホルダ１６から半径方向に突出する２つの係合ピン１６１−１、１６１−２は鏡筒１１に形成したガイド溝１１Ｃ、１１Ｆ（貫通穴）から外側に突出して円筒カム１５のカム溝１５１と係合する。

図１も参照して図２に基づいて、第３レンズホルダ１３及び第２レンズホルダ１６を順に説明する。第３レンズホルダ１３の周部には、４つのガイド棒１３２−１〜１３２−４がほぼ等間隔で形成されている。これらガイド棒１３２−１〜１３２−４は、鏡筒１１の内部に形成したガイド溝１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｅ、１１Ｇと摺接するように形成されている。この内の２つのガイド棒１３２−１と１３２−３からは、前述した係合ピン１３１−１，１３１−２が半径方向に突出している。さらに、第３レンズホルダ１３の周部には４つの受溝１３３−１〜１３３−４が、上記ガイド棒１３２の間に位置するように形成されている。これら受溝１３３−１〜１３３−４は、同様の構造を有する第２レンズホルダ１６のガイド棒１６２−１〜１６２−４を受入れるように形成されている。

第２レンズホルダ１６は、上記第３レンズホルダ１３と同様の構造を有している。すなわち、第２レンズホルダ１６の周部には、４つのガイド棒１６２−１〜１６２−４が形成されている。これらガイド棒１６２−１〜１６２−４は、鏡筒１１の内部に形成した残りのガイド溝１１Ｂ、１１Ｄ、１１Ｆ、１１Ｈと摺接するように形成されている。この内の２つのガイド棒１６２−１、１６２−３からはピン１６１−１，１６１−２が半径方向に突出している。また、第２レンズホルダ１６の周部には受溝１６３−１〜１６３−４が形成されている。これら受溝１６３−１〜１６３−４は、第３レンズホルダ１３のガイド棒１３２−１〜１３２−４を受入れるように形成されている。

上記第３レンズホルダ１３と第２レンズホルダ１６とは、互いのガイド棒と受溝とを係合させることで、相互にスライド可能な状態を形成する。そして、この状態のレンズホルダ１３、１６の各ガイド棒（１３２と１６２）が、鏡筒１１の内面に形成したガイド溝１１Ａ〜１１Ｈに係合することで、摺動自在に収納される。すなわち、本光学モジュールでは、レンズホルダ１３、１６の各ガイド棒（１３２と１６２）が第１のガイド部材、鏡筒１１の摺動面に形成したガイド溝１１Ａ〜１１Ｈが第２のガイド部となり、これらレンズホルダ１３、１６を鏡筒１１内で摺動自在に保持するガイド構造を実現する。よって、第２レンズホルダ１６と第３レンズホルダ１３とは、お互いに干渉することなく光軸方向への相対移動が可能である。

さらに、図２に示した第２レンズホルダ１６及び第３レンズホルダ１３の特徴的な構造について説明する。第２レンズホルダ１６から突出する係合ピン１６１−１、１６１−２は直線１６Ｌ上で反対向きに配置されている。まず、このように異なる向きとなる係合ピンを複数配置することで、第２レンズホルダ１６の位置が光軸方向ＬＤに対して傾くことが抑制されている。そして、この第２レンズホルダ１６の下に配置した第３レンズホルダ１３も同様の構造を備えている。第３レンズホルダ１３からも係合ピン１３１−１、１３１−２が直線１３Ｌ上で反対向きに配置されている。しかも、直線１６Ｌと直線１３Ｌとは互いに交差するように設定されている。

よって、第２レンズホルダ１６及び第３レンズホルダ１３は、互いにガイド棒と受溝とを係合させることで４点支持の状態を形成する。そのため、両レンズホルダで保持するレンズの光軸が、基板側の光軸方向ＬＤに対し傾くことをより確実に抑制できる。また、上記のようにレンズホルダを複数の係合ピンで支持したので、応力を分散でき落下時の耐衝撃性を備えた構造となる。また、各レンズホルダ１３、１６にはガイド棒と受溝とが形成されているので、これらを互いに接近させることができる。また、一方のレンズホルダから延びるガイド棒に干渉しないので、ガイド棒を長めに設定することが可能である。

例えば、互いのガイド棒１３２、１６２の長さを、第２レンズホルダ１６及び第３レンズホルダ１３が移動する範囲に設定しておくことで、第２レンズホルダ１６及び第３レンズホルダ１３が光軸方向ＬＤに対して傾くことがなくなる。また、ガイド棒１３２、１６２を長めに設定することで、鏡筒１１側に設けたガイド溝（１１Ａ等）から鏡筒内に進入する光を遮光することができる。また、これらにより鏡筒１１内へのチリの進入を防ぐ防塵性をも得ることができる。

図３は、図１で示した各部を組付けた状態の光学モジュールの断面構成を示した図である。この図３では光学系ユニット３の外周部を覆うカバー４０が図示されている。このカバー４０については後述する。この図３により、前述した円筒カム１５を上方へ付勢した構造をより明確に確認できる。すなわち、鏡筒１１の上部に形成した雄螺子部１１７と、これに噛合する第１レンズホルダ１９の内壁に形成した雌螺子部１９７が示されている。このように最上部の第１レンズホルダ１９が鏡筒１１の上部に配置され、この第１レンズホルダ１９に円筒カム１５がコイルバネ１２の付勢力によって当接されるので光軸方向ＬＤのレンズ位置が決定する。よって、第３レンズ１４の位置を第１レンズホルダ１９の位置により設定できる。そして、第１レンズホルダ１９を鏡筒１１に対して回転させることで、バックフォーカス位置をＣＣＤ２の受光面に合わせるように位置決めできる。

また、この図３では、第３レンズホルダ１３から半径方向に突出した係合ピン１３１及び第２レンズホルダ１６から半径方向に突出した係合ピン１６１を確認できるよう示している。前述したように、各レンズホルダ１３，１６はそれぞれ２個ずつの係合ピンを有しているが、図３ではその１つずつを図示している。この図３によると、係合ピン１３１及び係合ピン１６１が鏡筒１１の外側に配置した円筒カム１５の内壁に形成したカム溝１５１に係合する様子が確認できる。この円筒カム１５が下部に配置したコイルバネ１２により上方へ付勢されているので、レンズホルダ１３，１６がこれに伴って移動し第１レンズホルダ１９の位置を基準にして光軸方向ＬＤでの位置が正確に定まる。なお、特許請求の範囲との関係では、上記第２レンズホルダ１６及び第３レンズホルダ１３が第１のレンズホルダに相当し、第１レンズホルダ１９が第２のレンズホルダに相当する。

（円筒カム）
本実施形態で例示する光学系ユニット３で採用する円筒カム１５は、その内壁に形成するカム溝が特徴的な構成を有している。更にこの点について説明する。上記図３では、円筒カム１５のより詳細な構成が示されている。本光学系ユニット３に組み込まれている円筒カム１５は、上カム１５Ｕと下カム１５Ｌとの２個のカム部品によって形成されている。光学モジュールが小型化されると、円筒カム１５もより小型にする必要がある。しかし、この円筒カム１５の内壁には上記のように、第３レンズホルダ１３及び第２レンズホルダ１６を光軸方向ＬＤに精度良く案内するためのカム溝１５１を形成しなければならない。極めて微小な管状部材の内壁に、細い溝を精度良く形成することは極めて困難である。そこで、本光学系ユニット３では円筒カム１５を分割したカム部品を組合せることにより作製している。

図４は、図３に示した円筒カム１５を２つの構成部品、上カム１５Ｕと下カム１５Ｌとに分割した状態を示した拡大図である。円筒カム１５は内壁に形成したカム溝１５１の部分で上下に分割されている。このカム溝１５１には、前述したように、第３レンズホルダ１３の係合ピン１３１と第２レンズホルダ１６の係合ピン１６１が係合する。これらの係合ピンを案内するカム曲線（プロファイル）に基づいて、カム溝１５１が形成されている。カム曲線の形状が端部に現れるように、上カム１５Ｕと下カム１５Ｌとの分割ライン１５２が設定されている。

よって、上下のカム１５Ｕ，１５Ｌが接続される部分にカム溝１５１が形成される。このような構成であれば、２つの金型を用いて上カム１５Ｕ及び下カム１５Ｌをそれぞれ作製し、これを合わせることで円筒カム１５を作製できる。したがって、カム溝１５１が細い溝であっても円筒カム１５を比較的容易に作製できる。このように本円筒カム１５は、金型を用いたプラスチック射出成型等により、薄く、小型のものを作製できる。また、アンダーカット等の処理が不要となるので、簡単な金型構成とすることができる。

また、図３に示すように係合ピン１３１，１６１の頭部は、横断面が略三角形状であり、この部分がカムフォロアとなってカム溝１５１に係合する。カム溝１５１は、この係合ピンの形状に対応するように横断面が「Ｖ字」状に形成されている。このカム溝１５１の形状は図４でも確認できるように示され、中央部の短い垂直部１５３と、この上下に設けた傾斜部１５４とを含んでカム溝１５１が形成されている。

上記のように係合ピン１３１、１６１は頭部が、傾斜した傾斜カムとなっている。この係合ピンをカムフォロアとして案内するようにカム溝１５１が形成されている。このように係合ピンの頭部に傾斜カムを採用した場合には、円筒カム１５の肉厚を確保しながら小径化を図ることができる。また、係合ピンの頭部に断面が矩形となる平面カムを採用してもよい。この場合にはズーム動作中の位置制度を高めることができる。

なお、上カム１５Ｕの上面からカム溝１５１まで凹部１５８が形成されている。図４では上カム１５Ｕの凹部１５８のみが確認できる。この凹部１５８は第２レンズホルダ１６の係合ピン１６１を円筒カム内のカム溝１５１へ誘導するための案内溝である。係合ピン１６１は直線上で逆向きに配置されているので、２個の凹部１５８が上カム１５Ｕに形成されている。ただし、第３レンズホルダ１３及び第２レンズホルダ１６を下カム１５Ｌ上にセットしてから、上カム１５Ｕを被せるようにして組付けを行う場合には、この凹部１５８を形成する必要はない。図４は、第２レンズホルダに対応するカム溝と第３レンズホルダに対応するカム溝は、レンズホルダを誘導する案内溝で連結されている。第３レンズホルダを凹部１５８から第２レンズホルダを案内するカム溝に誘導し、さらに連結されている案内溝を通過して第３レンズホルダを案内するカム溝に到達する。次に、第２レンズホルダを凹部１５８から誘導して対応するカム溝に設定する。

また、上カム１５Ｕには下向きの凸部１５６が形成され、一方の下カム１５Ｌにはこれを受ける受け部１５７が形成されている。これらの凹凸は反対位置にも同様に形成されている。円筒カム１５は、これらの凹凸部１５６，１５７を基準位置にして上下カム１５Ｕ、１５Ｌが接続されて、作製される。よって、円筒カム１５は精度良く組上げることができ、内面には位置精度よくカム溝を配置できる。上カム１５Ｕ及び下カム１５Ｌは、嵌合により一体に駆動可能な構造となっているが、接着剤あるいは、レーザ溶着等により一体に形成することも可能である。

図５は、円筒カム１５の内壁に形成したカム溝１５１の形状を確認できるように示した展開図である。この図５によると、円筒カム１５の内壁に形成したカム溝１５１の状態をより明確に確認できる。カム溝１５１は異なるカム曲線によって規定されるカム溝１５１−１とカム溝１５１−２とを含んでいる。カム溝１５１−１は、第２レンズホルダ１６に対応した変倍系のレンズ動作を規定している。カム溝１５１−２は、第３レンズホルダ１３に対応した補正系のレンズ動作を規定している。すなわち、第２レンズホルダ１６の係合ピン１６１−１、１６１−２がカム溝１５１−１に係合する。第３レンズホルダ１３の係合ピン１３１−１、１３１−２がカム溝１５１−２に係合する。

この図５により、上カム１５Ｕと下カム１５Ｌとの分割ライン１５２が、上記カム溝１５１−１、１５１−２に沿ってを分割するように設定されていることが確認できる。また、この図５によると、カム溝１５１の垂直部１５３と傾斜部１５４との関係も確認できる。また、分割ライン１５２には光軸方向ＬＤと平行となる平行分割線部分１５２ＬＤを含んでいる。このように分割ライン１５２を形成することで円筒カム１５の周方向での無駄なスペースを抑制できる。ただし、周方向に幾分かの余裕がある場合には、この分割線部分１５２ＬＤを斜めにしてもよい。

図６は、複数のカム部品により形成される円筒カム１５の変形例を模式的に示した図である。図４，５で示した円筒カム１５は上下２個のカム１５Ｕ、１５Ｌで構成されていたが、図６は構成部品を３個とした場合の例を示している。この円筒カム１５は上カム１５Ｕ、中間カム１５Ｍ、下カム１５Ｌの３個のカム部品から構成されている。上カム１５Ｕと中間カム１５Ｍとは分割ライン１５２−１により分離され、下カム１５Ｌと中間カム１５Ｍとは分割ライン１５２−２により分離される。

上記分割ライン１５２−１、分割ライン１５２−２は、異なるカム曲線に基づいて設定されている。これらの分割ラインも光軸方向ＬＤと平行となる平行分割線部分１５２ＬＤを含んで周方向での無駄なスペースを抑制している。分割ライン１５２−１では曲線部１５２−１ＣＡが本来のカム曲線である。同様に分割ライン１５２−２では傾斜した直線部１５２−２ＣＡが本来のカム曲線である。中間カム１５Ｍは、上下のカム１５Ｕ，１５Ｌより肉薄に形成され、これらをセットすると中間カム１５Ｍの上端と下端にカム面が形成される。この図６に示す円筒カム１５の場合は、補正系のレンズホルダからの係合ピンが曲線部１５２−１ＣＡに当接するように設定される。同様に変倍系のレンズホルダからの係合ピンが曲線部１５２−２ＣＡに当接するよう設定される。

また、上カム面および下カム面も断面Ｖ字形状として、レンズホルダの突起部を誘導してカム面上にレンズホルダを配置することもできる。この場合には、カム１５の光軸側端部にはレンズホルダを誘導する凹部（溝部）、他方のレンズホルダが配置されるカム面あるいは他方のレンズホルダを誘導するための凹部を経由して当該レンズホルダを誘導することも可能である。

図６で示した円筒カム１５の場合には、高さ方向に重ねて異なるカム溝を形成できる。よって、図５で示した１つの円周上に異なる形状のカム溝を同時に配置していた場合と比較すると１種類のカム溝を余裕をもって周方向に配置することができる。よって、カムの回転角を大きく設定できるので、アクチュエータのトルクを小さくできる。この図６では３個のカム部品から円筒カムを構成する例を示したが、さらに多くの分割部品から構成するようにしてもよい。この図６に示した円筒カム１５では、カム曲線を３組同一面上に配置したものであるので、レンズホルダの自由度が制限されるためレンズホルダの光軸方向に対する角度が安定する利点を有する。このためガイド溝の数を減らすことも可能である。

図７は、上記円筒カム１５の内壁に形成するカム溝を規定するのに好ましいカム曲線（プロファイル）を示した図である。図７（Ａ）は変倍系レンズ用のカム溝１５１−１を規定するカム曲線１５１−１ＣＡを示している。同（Ｂ）は補正系レンズ用のカム溝１５１−２を規定するカム曲線１５１−２ＣＡを示している。すなわち、カム曲線１５１−１ＣＡに基づいて、第２レンズホルダ１６が光軸方向に移動される。他方のカム曲線１５１−２ＣＡに基づいて、第３レンズホルダ１３が光軸方向に移動される。

より具体的に説明すると、第２レンズホルダ１６の半径方向へ突出した係合ピン１６１−１、１６１−２が、カム曲線１５１−１ＣＡによって規定されたカム溝１５１−１により光軸方向へ移動される。第３レンズホルダ１３の半径方向へ突出した係合ピン１３１−１、１３１−２が、カム曲線１５１−２ＣＡによって規定されたカム溝１５１−２により光軸方向へ移動される。なお、この図７ではズーム機能に加えて望遠側にマクロ機能を付加した場合のカム曲線を例示している。

本光学モジュールは携帯電話等にも搭載できるように小型化される。上記のようにズーム機能を備えた場合には、各レンズホルダを精度良く所期位置へ移動させることが重要である。そのために、従来においてレンズホルダが広角位置や望遠位置にあることを確認するための位置検出部材を配置するという手法が一般的に採用される。しかし、このように位置検出部材を別途に設けると、光学モジュールが大型化してしまうので小型化の要請に反することになる。また、携帯電話等に用いる光学モジュールは極めて小さく、円筒カムの円周角に対して周長が短い。よって、回転角度に対するレンズホルダの光軸方向の位置検出には高い精度が必要となる。しかし、位置検出部材を設けることが困難である。図７で示すカム曲線は、変倍系および補正系のカム曲線に平坦部を設けることで、広角端および望遠端において、位置検出なしで所望の特性を達成可能とする。

本光学系ユニット３では、円筒カム１５の外周にはラック部１５９が固着されており、アクチュエータの駆動力はこのラック部１５９に噛合するギアにより伝達される。寸法精度の高いギアを採用してもバックラシュの影響を除くことは困難である。また、他部品や組付け誤差の影響もある。本光学ユニット３では、位置検出部材がないために、高い精度で回転カムの位置検出はできない。ズーム動作で円筒カム１５を広角端と望遠端の間で回転したときに、所定角度分アクチュエータで回転させたにもかかわらず、初期位置のずれやバックラッシュの影響で、所望の広角端あるいは望遠端の位置に円筒カムが回転していないという可能性がある。

そこで、本実施形態では図７に示したように、レンズをズーム移動させる曲線部分（ズーム部）の両端、すなわち広角端（ワイド端）及び望遠端（テレ端）に、光軸方向ＬＤに直交する所定長の平坦部を備えたカム曲線を採用する。すなわち、本実施形態では円筒カム１５の変倍系および補正系のカム曲線として、このような平坦部を備えたカム曲線を採用する。これにより、位置検出部材で高精度の位置検出を行わなくても、平坦部にレンズホルダがあれば、広角端或いは望遠端の性能を達成することができる。レンズホルダの位置を考えると、広角端の平坦部にレンズホルダがあるときに、平坦部の距離を考慮してアクチュエータを駆動することで、結像距離がずれても望遠端の平坦部に移動させることで望遠端での性能を維持することができる。よって、バックラシュや組付け誤差等による影響を解消し、広角及び望遠位置で所定の性能を安定して達成することができる。

広角端から望遠端へ移動させる場合を例として説明する。本光学系では、初期位置を検出するために、広角端側に円筒カムを移動させて、円筒カムの回転限界で円筒カムが停止した位置から、所定のパルス数だけアクチュエータに駆動パルスを与えて望遠側に回転カムを戻した平坦部上の位置を初期位置と設定している。従って、初期位置は位置誤差を有していることが予想される。例えば、広角端から望遠端までの回転角度を５００パルス、平坦部の回転角度を５０パルスあるものとする。初期位置が広角端から２５パルスの位置とする場合、望遠端に移動させるため、望遠端から２５パルスの平坦部上の位置を目標として、５５０パルス駆動パルスを加えることとする。さすれば、目標値の前後２５パルス以内に移動すれば、望遠端に円筒カムを回転駆動したこととなり、所望の移動は達成されたこととなる。

さらに、図７で例示するカム曲線は望遠側にマクロ撮影用の曲線と平坦部が付加されている。この場合も、望遠端の平坦部を経てからマクロ状態に入るので精度良く合焦する。さらに、平坦部で所定の機能を達成できるため、安定した動作が可能となる。

上記のようにカム曲線の所定位置に、所定長さの平坦部を付加するという改良で広角位置、望遠位置及びマクロ位置でのレンズ位置のずれを抑制できる。本構成では、広角位置、望遠位置及びマクロ位置にレンズがあることを確認するための位置検出部材を新たに設ける必要がない。よって、小型化及び低コスト化を図った簡単な構成で、広角及び望遠で安定してズーム機能またはマクロ機能を使った撮影が可能な光学モジュールを提供できる。なお、図７に示すように望遠側の平坦部に連続してマクロ用のカム曲線を形成すると、マクロ側についても円筒カムの位置ズレを吸収することにより安定してマクロ機能を利用できる。ただし、マクロ機能は本光学モジュールに必須のものではないので、マクロ用の曲線部分を含まないカム曲線としてもよい。

（位置決め構造）
更に、本光学モジュールは組付け構造に関しても優れた特徴を備えている。以下では、この点ついて説明する。本光学モジュールでは円筒カム１５がアクチュエータにより駆動されて、第３レンズホルダ１３と第２レンズホルダ１６とが光軸方向に移動する。光学モジュールでは、基板上のＣＣＤ２に対して鏡筒１１を精度良く位置決めしてからその外周に円筒カム１５を配置すること、また、この円筒カム１５に効率良く駆動力が伝達されるようにアクチュエータを配置することが必要となる。

アクチュエータの配置の仕方としては、図１に示した光学系ユニット３とアクチュエータとを個別に構成し、これを基板上で合体させて１個のモジュールに形成するという組付けの形態が考えられる。この形態を採用する場合は、アクチュエータを位置決めするため基板１側に位置決め用の穴やピンを設ける、或いは位置決め用のガイドピンを立設するという手法が取られる。

一方、光学系ユニット３については基板１に最初に固定される鏡筒１１の位置が基準となる。鏡筒１１はＣＣＤ２の光軸（光学中心）に対して位置決めされる。具体的には、基板上のＣＣＤ２に焦点が合うように鏡筒１１が配置される。ところが、実際の組付け作業では、設計位置に対して、ＣＣＤ２や鏡筒１１の取付誤差が発生する。そして、この誤差が許容範囲を越えている場合には、ＣＣＤ２の光学中心に合うように鏡筒１１の位置を調整したり、ＣＣＤ２の外形を基準に鏡筒１１の位置決めをして誤差を解消することが必要である。

また、光学系ユニット３とアクチュエータとを個別に構成して基板に組付ける形態を採用した場合には、鏡筒１１が基板１上の所定位置に配置されていることを前提として、基板上のアクチュエータの配置が決定されている。しかし、上記のように実際の組付時に鏡筒１１の位置がずれてしまう場合が多い。このように鏡筒１１の位置がずれると、その外周にセットされる円筒カム１５の位置もずれる。円筒カムの位置がずれるとアクチュエータとの相対位置が設計した範囲から外れることになり、光学モジュールとしての所定の性能が維持できないという事態になる。

そこで、本光学モジュールでは光学系ユニット３を覆うカバーを介して、光学系ユニット３及びアクチュエータを位置決めする構成を採用する。このような構成を採用すると、鏡筒１１の位置がずれた場合でも、これに伴ってアクチュエータの位置は鏡筒１１との相対位置関係を維持して移動するので、駆動系に関して所期の性能を実現するために容易な構成となる。また、この構成を採用すると光学系ユニット３用のカバーとアクチュエータ用のカバーとを一体化できるので省スペース化を図ることもできる。

図８及び図９を参照して、本光学モジュールで採用しているカバー４０を利用した位置決め構造を説明する。図８は、光学系ユニット３を駆動する駆動部及び光学系ユニット３の上にセットされるカバーについて示した図である。この図８は、前述した光学系ユニット３との関係が確認できるように上部に位置する第１レンズ１８及び第１レンズホルダ１９を示している。図９は、光学系ユニット３及びアクチュエータとしてのモータ３０を組付けた完成状態の光学モジュールを断面構成が確認できるように示した図である。

本光学モジュールでは、モータ３０によって円筒カム１５が駆動される。図８ではモータ３０の各要素を分解状態で示している。モータ３０はカバー４０と基板３１を用いて組立てられ、このカバー４０が光学系ユニット３の基板１上にセットされる。このモータ３０は、１対のコイル３２、ステータ３３を備え、中央部にはロータ３５を有している。

カバー４０の所定位置に固定される軸４１とロータ３５用の軸とが同軸に配置され、軸４１を中心としてロータ３５が回転するように設定されている。軸４１はカバー４０に形成した穴５１にセットされている。また、ロータ３５と一体に回転するギア３６が配設されている。また、カバー４０の他の位置に軸４２が固定されており、この軸４２には前記ギア３６と噛合するギア４３及びこのギア４３と一体に回転するギア４４が設けられている。このギア４４に円筒カム１５の外周に形成したラック部１５９が噛合する。軸４２はカバー４０に形成した穴５２にセットされる。

図８に示した各部が組付けられた状態を示したのが図９である。図９で示すように、第１レンズホルダ１９はカバー４０に形成した開口４５に嵌合した状態となる。よって、第１レンズホルダ１９を介して、カバー４０に対して鏡筒１１及び円筒カム１５が位置決めされる。また、軸４１，４２はカバー４０の所定位置に位置決めされている。図８に示したように、モータ３０は軸４１を基準に位置決めされる。この構造ではカバー４０を介して、鏡筒１１及び円筒カム１５側とモータ３０側との位置関係が確定されている。よって、仮に鏡筒１１の設定位置がずれた場合でも、カバー４０を介してモータ３０側の位置も光学系ユニット３の位置に対応して移動する。つまり、円筒カム１５とモータ３０との相対位置関係は維持されズレが発生しない。

以上のように、本光学モジュールではカバー４０を介して、光学系ユニット３側と駆動部側との位置決めを行うので、円筒カム１５の外周に設けたラック部１５９とモータ３０の駆動力を伝達するギア３６、４３，４４との間に位置ずれが発生することがない。よって、本構造を採用したことでモータの駆動力を設計通り効率的に伝達できる本光学モジュールとなる。

以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

実施形態に係る光学モジュールの内部が確認できるように示した分解斜視図である。 図１に示した第３レンズホルダ及び第２レンズホルダを拡大して示した図である。 図１で示した各部を組付けた状態の光学モジュールの断面構成を示した図である。 図３に示した円筒カムを２つの構成部品に分割した状態を示した拡大図である。 円筒カムの内壁に形成したカム溝をより明確に確認できるように示した展開図である。 複数のカム部品により形成される円筒カムの変形例を模式的に示した図である。 円筒カムの内壁に形成するカム溝を規定するのに好ましいカム曲線（プロファイル）を示した図である。 光学系ユニットを駆動する駆動部及び光学系ユニット上にセットされるカバーについて示した図である。 光学系ユニット及びモータを組付けた完成状態の光学モジュールを断面構成が確認できるように示した図である。 従来の小型カメラのレンズ駆動装置について示した図である。

符号の説明

１ 基板
２ ＣＣＤ
３ 光学系ユニット
１１ 鏡筒
１１Ａ〜１１Ｈ ガイド溝
１１Ａ、１１Ｅ 貫通穴（第３レンズホルダ用）
１１Ｂ、１１Ｆ 貫通穴（第２レンズホルダ用）
１２ コイルバネ
１３ 第３レンズホルダ
１３１ 係合ピン
１５ 円筒カム
１５１ カム溝
１６ 第２レンズホルダ
１６１ 係合ピン
１９ 第１レンズホルダ
ＬＤ 光軸方向

Claims (6)

1. 第１のレンズホルダと、前記第１のレンズホルダより対物側に位置する第２のレンズホルダと、前記第１のレンズホルダに外接し、前記第１のレンズホルダを光軸方向に摺動自在に保持する鏡筒と、前記鏡筒の外周に配置され、前記第１のレンズホルダの位置を変更する円筒カムとを含む光学モジュールであって、
   前記第１のレンズホルダの側面から延在させた突起部材を備え、
   前記鏡筒には前記突起部材の光軸方向での移動を許容する貫通穴が形成され、
   前記円筒カムの内壁には、前記突起部材を所定位置に案内するカム面が形成され、
   前記第２のレンズホルダは、前記鏡筒の上端部に固定され、前記円筒カムを光軸方向に位置決めする摺動面を有し、
   前記円筒カムを前記第２のレンズホルダの前記摺動面へ向けて付勢する弾性部材が配置されていることを特徴とする光学モジュール。
2. 前記第２のレンズホルダは、前記鏡筒の上端部に対して前記光軸方向への移動が可能となるように螺合されていることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
3. 前記弾性部材は、前記円筒カムの下に配置したリング状の円錐コイルバネ又は竹の子バネであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。
4. 前記第１のレンズホルダは、前記突起部材を複数備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学モジュール。
5. 前記第１のレンズホルダは複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学モジュール。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の光学モジュールを含むことを特徴とする携帯用電子機器。
   

Images