JP2011133588A - レンズ駆動装置、オートフォーカスカメラ及びカメラ付き携帯電話 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ支持体の移動位置を、簡易な構成で容易に検出でき、製造が容易で且つコストを低減できるレンズ駆動装置、オートフォーカスカメラ及びカメラ付き携帯電話を提供する。
【解決手段】内周にレンズを支持するレンズ支持体５と、レンズ支持体５の外周面に配置したコイル１６ａ〜１６ｂと、コイル１６ａ〜１６ｄに対向するマグネット１８と、レンズ支持体５を移動自在に支持するスプリング９、１１とを備え、コイルに通電することによりレンズ支持体を移動するレンズ駆動装置において、コイル１６ａ〜１６ｄに通電してレンズ支持体５が移動したときに、マグネット１８の磁界をコイル１６ａ〜１６ｄが移動することによりコイルに生じる逆起電力を測定し、測定した逆起電力からレンズ支持体の移動速度Ｕを算出し、移動速度からレンズ支持体の移動距離を推定してレンズ支持体５の移動位置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ駆動装置、オートフォーカスカメラ及びカメラ付き携帯電話に関する。

特許文献１には、ジャイロセンサからの手振れ検知信号に基づいて手振れ量を算出し、手振れ量に応じて目標位置へレンズ支持体を移動した後、レンズ支持体の位置をホール素子でその移動位置（実位置）を検出し、レンズ支持体の実位置が目標位置と異なる場合にレンズ支持体の位置を目標位置へ収束するように補正すること（帰還制御）が開示されている。

特開２００７−３２９８７４号公報

しかし、レンズ支持体の移動位置（実位置）の検出方法は、ホール素子等を必要とする為、部品コストが高くなると共に、構成が複雑になり製造に手間がかかるという問題があった。

そこで、本発明は、レンズ支持体の移動位置を、簡易な構成で容易に検出でき、製造が容易で且つコストを低減できるレンズ駆動装置、オートフォーカスカメラ及びカメラ付き携帯電話の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、内周にレンズを支持するレンズ支持体と、レンズ支持体の外周面に配置したコイルと、コイルに対向するマグネットと、レンズ支持体を移動自在に支持するスプリングと、コイルへの通電を制御する制御部とを備え、コイルに通電することによりレンズ支持体を移動するレンズ駆動装置において、コイルに通電してレンズ支持体が移動したときに、マグネットの磁界をコイルが移動することによりコイルに生じる逆起電力を測定し、測定した逆起電力からレンズ支持体の移動速度を算出し、移動速度に基づいてレンズ支持体の移動距離を推定して、レンズ支持体の移動位置とすることを特徴とするレンズ駆動装置である。
逆起電力Ｅは、Ｅ＝ＢＵＬ（式１）により求めることができる。ここで、Ｂは磁界密度、Ｕは磁界を切る速度（移動速度）、Ｌは磁界を切るコイルの長さである。よって、移動速度Ｕは、Ｕ＝Ｅ／ＢＬの式により求め、例えば、図４に示すように、逆起電力が生じているときの速度Ｕを時間で積分することにより、移動距離（面積）Ｓを求めることができる。

請求項２に記載の発明は、内周にレンズを支持するレンズ支持体と、レンズ支持体の外周面に配置した第１環状コイルと、レンズ支持体の外周面に周方向に９０度の間隔をあけて配置した複数の第２環状コイルと、第１マグネットと第２マグネットを固定し内周側にレンズ支持体を配置した環状のヨークと、レンズ支持体を移動自在に支持するスプリングと、各コイルへの通電を制御する制御部とを備え、第１マグネットは第１環状コイルに対向して配置し、第２マグネットは各第２環状コイルに対向して配置してあり、制御部はレンズ支持体を光軸方向へ移動するときには第１環状コイルに電流を流し、レンズ支持体を光軸と直交するＸ―Ｙ方向に移動するときには所定の第２環状コイルに電流を流し、第２環状コイルに通電したときに第２マグネットの磁界を第２環状コイルが移動することにより生じる逆起電力を測定し、測定した逆起電力からレンズ支持体の移動速度を算出し、移動速度に基づいてレンズ支持体の移動距離を推定して、レンズ支持体のＸ―Ｙ方向の移動位置とすることを特徴とするレンズ駆動装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、制御部はジャイロセンサからの手振れ信号を受けており、ジャイロセンサからの手振れ信号から手振れ量を算出して、手振れ量に基づいてレンズ支持体の目標位置を演算し、演算した目標位置へレンズ支持体を移動する為の電流を第２環状コイルに流し、レンズ支持体の移動位置と目標位置とを比較して、レンズ支持体の移動位置を目標位置へ収束するように帰還制御することを特徴とする。
逆起電力Ｅ、移動速度Ｕ及び移動距離Ｓとの関係は、上述の請求項１の場合と同様である。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置と、レンズ支持体のレンズの結像側に設けた画像センサとを備えることを特徴とするオートフォーカスカメラである。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のオートフォーカスカメラを搭載したことを特徴とするカメラ付き携帯電話である。

請求項１に記載の発明によれば、コイルに通電することによりレンズ支持体を移動するレンズ駆動装置において、レンズ支持体の移動によりコイルがマグネットの磁界を切るように移動するので、そのときにコイルに生じる逆起電力Ｅを測定するだけで、レンズ支持体の移動位置を検知することができる。換言すれば、コイルに流れる電流値（Ｉ）は一定であるから、コイルの電圧Ｖを測定するだけで、レンズ支持体の移動位置を推定することができる。
従って、従来技術のようなホール素子やＭＲ素子を用いることなく、コイルの電圧検知だけでレンズ支持体の移動位置を容易に検出できるから、構成が簡易で、製造が容易であり且つコストを低減できる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を奏すると共に、レンズ支持体を光軸方向（Ｚ方向）及びＸ―Ｙ方向に移動することができるから、オートフォーカス及び手振れ補正機能を有しながら、簡易な構成のレンズ駆動装置を提供できる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の作用効果を奏すると共に、レンズ支持体の位置を手振れ補正するときに、帰還制御しているので手振れ補正の精度を高めることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の作用効果を奏するオートフォーカスカメラを提供できる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の作用効果を奏するカメラ付き携帯電話を提供できる。

本実施の形態に係るレンズ駆動装置における手振れ補正手段の構成を示すブロック図である。 本実施の形態に係るレンズ駆動装置におけるレンズ支持体と駆動部との関係を示すブロック図である。 本実施の形態に係るレンズ駆動装置における第２環状コイルの測定電圧と逆起電力との関係を示すグラフである。 図３に示す逆起電力から算出したコイルの移動速度Ｕと移動距離Ｓとの関係を説明するグラフである。 本実施の形態にかかるレンズ駆動装置の分解斜視図である。 本実施の形態にかかるレンズ駆動装置の水平断面図である。 図８に示すレンズ駆動装置のＡ−Ａ断面図である。 本実施の形態に係るレンズ駆動装置の外観を示す斜視図である。

以下に、添付図面の図１〜図８を参照して本発明の第１実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態に係るレンズ駆動装置１は、携帯電話に組み込まれるオートフォーカスカメラのレンズ駆動装置である。

このレンズ駆動装置１は、図５に示すように、環状のヨーク３と、レンズ支持体５と、ヨーク３の光軸方向前側に配置されるフレーム７及び前側スプリング９と、ヨーク３の後側に配置されるベース８及び後側スプリング１１とを備えており、後側スプリング１１とヨーク３との間にはスペーサ（絶縁材）１５が配置されている。

図５及び図６に示すように、ヨーク３は略四角筒形状を成しており、ヨーク３の４つの各角度にはその内周側に第１マグネット１７が固定されている。

第１マグネット１７は各々前側から見た平面が略三角形状を成し、内周側がレンズ支持体５の外周に沿った円弧状を成している。内周側と外周側とで磁極を異にしており、例えば内周側の面をＮ極とし、外周側の面をＳ極としてある。

四角筒形状のヨーク３の４つの側面の内周には、各々第２マグネット１８が固定されている。第２マグネット１８は、図６に示すように、内周側に補助ヨーク１８ａが設けてあり、例えば、内周側の磁極をＮ極とし、外周側の磁極をＳ極としている。

図５〜図７に示すように、レンズ支持体５は、略円筒形状であり、その内周側にレンズ（図示せず）が固定されている。レンズ支持体５の外周面には周方向全周に亘って巻回した第１環状コイル１９が設けてある。第１環状コイル１９は、ヨークの角部において第１マグネット１７に対向している。

第１環状コイル１９の外周面には、４つの第２環状コイル１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが周方向に等間隔（９０度の間隔）で配置されている。各第２環状コイル１６ａ〜１６ｄは各々側面視矩形を成しており、矩形の環の内側には第２マグネット１８が配置されている。図６に示すように、各第２環状コイル１６ａ〜１６ｄでは、各々周方向の右側辺部２４及び左側辺部２６に電流が流れることによりマグネット１８の磁界に対して推力を生じる。

図２に示すように、第１環状コイル１９は、Ｚ駆動部３２に接続されており、各第２各環状コイル１６ａ〜１６ｄはＸ―Ｙ駆動部３３に接続されており、各々駆動部３２、３３から所定値の電流が通電されるようになっている。各駆動部３２、３３は後述する制御部２５（図１参照）から制御信号を受けて、各コイルに所定値の電流を流す。

尚、図１に示すように、本実施の形態では、第２環状コイル１６ａ及び１６ｃと、１６ｂ及び１６ｄとが直列に接続されており、Ｘ方向及びＹ方向で共に２つの環状コイル１６ａ及び１６ｃ、１６ｂ及び１６ｄで同方向に駆動するようになっている。

図２に示すように、例えば、制御部２５からの駆動信号を受けて、Ｚ駆動部３２では、レンズ支持体５をフォーカス位置へ移動（光軸方向への移動）する場合には、第１環状コイル１９に通電する電流Ａを流す。

同様に、手振れ補正をする場合には、Ｘ―Ｙ駆動部３３では、第２環状コイル１６ａ及び１６ｃに電流Ｅを流してＸ方向にレンズ支持体５を移動させ、第２環状コイル１６ｂ及び１６ｄに電流Ｆを流してＹ方向にレンズ支持体を移動させる。これにより、レンズ支持体をＸ―Ｙ方向に移動して手振れ補正を行う。
尚、図２では符合Ａ、Ｅ、Ｆは流した電流に基づいて生じる推力の方向と大きさを示している。

次に、図１を参照して、制御部２５及び手振れ補正手段３５の構成を説明する。制御部２５にはジャイロセンサ３４が接続されておりジャイロセンサ３４から手振れ信号を受けている。制御部２５の駆動量算出部３６では、手振れ信号から手振れ量を算出すると共に手振れ量に応じてレンズ支持体５におけるＸ方向とＹ方向の目標移動量（目標位置）を各々算出する。位置検出部３７では、レンズ支持体５のＸ方向及びＹ方向における移動した後の移動位置（実位置）を検出する。この位置検出部３７におけるレンズ支持体５のＸ―Ｙ方向の移動位置の検出については、後述する。比較部３８では、位置検出部３７で検出したＸ―Ｙ方向の移動位置と、駆動量算出部３６で算出したレンズ支持体５の移動量（目標位置）とをＸ―Ｙ各々において比較して、位置補正部３９で移動位置と目標位置との差を算出し、補正駆動部４１でその差分に応じてレンズ支持体５を移動する為の電流を流すように、Ｘ―Ｙ駆動部３３に電流を流す信号を発する。以下、制御部２５では、位置検出部３７〜補正駆動部４１での各処理を繰り返して帰還制御を行う。

ここで、位置検出部３７が受信する位置検出信号について説明する。図１に示すように、第２環状コイル１６ａと１６ｃはＸ方向駆動回路４３を構成しており、同様に第２環状コイル１６ｂと１６ｄはＹ方向駆動回路４５を構成している。ここでは、Ｘ方向駆動回路４３とＹ方向駆動回路４５とは同じ構成であるから、Ｘ方向駆動回路４３のみを説明する。

Ｘ方向駆動回路４３において、第２環状コイル１６ａの電圧を第１電圧検出部４７で検出し、第２環状コイルの１６ｃ電圧を第２電圧検出部４９で検出し、各デジタル変換部５１で各々検出電圧を２値（０、１）にデジタル変換し、ＡＮＤ回路（アンド回路）５２でデジタル電圧値を掛け算処理する。これにより、図３に示すようにＡＮＤ回路５２では、ノイズＮを除去した、逆起電力Ｅのときの電圧Ｖ０を得る。これにより検出精度を高めることができる。

演算部５３では、Ｘ方向駆動回路４３に流す電流値（Ｉ）は一定であるから、逆起電力Ｅのときの電圧値Ｖ０はそのまま逆起電力として計算できるので、逆起電力Ｅの一般式、Ｅ＝ＢＵＬ（式１）から、Ｕ＝Ｅ／ＢＬ（式２）により速度Ｕを求める。ここで、Ｂは磁界密度、Ｕは磁界を切る速度（移動速度）、Ｌは磁界を切るコイルの長さである。そして、図４に示すように、速度Ｕを逆起電力が生じている時間Ｔ１〜Ｔ２で積分することによりレンズ支持体５のＸ方向移動距離である面積Ｓを算出して移動位置（実位置）とする。

演算部５３ではこのように算出したレンズ支持体のＸ方向移動位置信号を制御部２５の位置検出部３７に送信する。Ｙ方向においてもＸ方向と同様に制御する。
尚、第１電圧検出部４７、第２電圧検出部４９、デジタル変換部５１、５１、ＡＮＤ回路５２、演算部５３は、マイクロチップ４２（図１参照）に搭載して纏められている。
一方、制御部２５では、図示していないが、画像センサ３１の略中心部におけるコントラストを時間毎に比較してコントラストがピークになるようにレンズ支持体５をＺ方向に移動（合焦点位置へ移動する）するように、Ｚ駆動部３２に駆動信号を発している。

図５に示すように、前側スプリング９は、組み付け前の自然状態が平板状であり、平面視矩形の環状を成す外周側部９ａと、外周側部９ａの内周に配置され平面視円弧形状の内周側部９ｂと、外周側部９ａと内周側部９ｂとを連結する４つの腕部９ｃとで構成されている。

後側スプリング１１は、組み付け前の自然状態が平板状であり、平面視矩形の環状を成す外周側部１１ａと、外周側部１１ａの内周に配置され平面視円弧形状の内周側部１１ｂと、外周側部１１ａと内周側部１１ｂとを連結する４つの腕部１１ｃとで構成されているが、前側スプリング９と異なり、外周側部１１ａと内周側部１１ｂとが２つに分離されている。

尚、前側スプリング９の外周側部９ａは、フレーム７とヨーク３との間に挟持されており、内周側部９ｂはレンズ支持体５の前端に固定されている。後側スプリング１１の外周側部１１ａはベース８と後側スペーサ１５との間に挟持されており、内周側部１１ｂはレンズ支持体５の後端に固定されている。これにより、レンズ支持体５は前側スプリング９と後側スプリング１１とにより、前後方向（Ｚ方向）及びＸ―Ｙ方向に移動自在に支持されている。

そして、レンズ支持体５が前方に移動すると、レンズ支持体５は、前側スプリング９、スプリング補助部材１４及び後側スプリング１１の前後方向の付勢力の合力と、第１環状コイル１９及び第１マグネット１７との間で生じる電磁力とが吊り合う位置で停止する。
レンズ支持体５がＸ―Ｙ方向に移動する場合には、前側スプリング９及び後側スプリング１１のＸ―Ｙ方向のスプリングの合力と、第２環状コイル１６ａ〜１６ｄと各対応する第２マグネット１８との間で生じる電磁力とが吊り合う位置で停止する。

次に、本発明の実施の形態に係るレンズ駆動装置１の組立て、作用及び効果について説明する。
レンズ駆動装置１の組立ては、図５に示すように、ベース８に、後側スプリング１１、後側スペーサ１５、第１環状コイル１９と第２環状コイル１６ａ〜１６ｄを外周面に固定したレンズ支持体５、各４つの第１マグネット１７及び第２マグネット１８を内周側面に固定したヨーク３、前側スプリング９及びフレーム７をこの順序で組み付けて固定する。

第１環状コイル１９は各々入力端と出力端とを後側スプリング１１を介してＺ駆動部３２に接続し、第２環状コイル１６ａ〜１６ｄは、対向するコイル１６ａと１６ｃ、１６ｂと１６ｄを直列に接続した後、Ｘ―Ｙ駆動３３に入力端と出力端とを接続する。
そして、第２環状コイル１６ａ〜１６ｃの各コイルの電圧値を測定する為、第２環状コイル１６ａ〜１６ｄをマイクロチップ４２（図１参照）に接続する。

本実施の形態に係るレンズ駆動装置１の駆動は、Ｚ駆動部３２により画像センサ３１から受ける高域成分（コントラスト）のピークを比較しつつ、合焦点位置へレンズ支持体５をＺ方向へ直線移動する。

レンズ支持体５のＺ方向への直線移動の際には、第１環状コイル１９に電流値Ａを流すことにより生じるマグネット１７との間で生じる電磁力と、前側スプリング９、スプリング補助部材１４及び後側スプリング１１との付勢力の合力とが吊り合う位置で停止する。

また、手振れ補正は、ジャイロセンサ３４から手振れ信号を受けて、制御部２５で手ぶれ補正信号をＸ―Ｙ駆動部３３に発するが、手振れ補正による移動位置は、上述したように、第２環状コイル１６ａ〜１６ｄの電圧を検知するだけで行うことができるので、従来技術のようなホール素子やＭＲ素子を用いることなく、コイルの電圧検知だけでレンズ支持体の移動位置を容易に検出できるから、構成が簡易で、製造が容易であり且つコストを低減できる。

レンズ支持体５の位置を手振れ補正するときに、ジャイロセンサ３４からの手振れ信号に基づいて算出した駆動量算出部で算出した目標移動量と、実際に移動したレンズ支持体の移動位置（実位置）を検知して、これらを比較して帰還制御しているので手振れ補正の精度を高めることができる。

第２マグネット１８は第２環状コイル１６ａ〜１６ｄの環の内側のデッドスペースに配置しているので、更にレンズ支持体の径方向スペースを小さくでき且つコンパクトな構成にできる。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、上述した実施の形態において、第２環状コイル１６ａ〜１６ｄの電圧を検知する電圧検出部４７、４９は、各々の第２環状コイル１６ａ〜１６ｄの電圧を検知したが、これに限らず、Ｘ方向駆動用回路（第２環状コイル１６ａ、１６ｃ）全体の電圧、及びＹ方向駆動用回路（第２環状コイル１６ｂ、１６ｄ）全体の電圧を検知するものであっても良いし、Ｘ方向とＹ方向とで各々一つコイルのみの電圧を検知するものであっても良い。

ＡＮＤ回路５２を用いずに、ローパスフィルタにより検出した電圧ノイズのノイズＮ（図３参照）を削除しても良い。
第２環状コイル１６ａ〜１６ｄ及び第２マグネット１８は、Ｘ方向とＹ方向とに２個ずつ設けたが、Ｘ方向に１つ、Ｙ方向に１つのみ設け、各コイルの電圧を測定するものであっても良い。
上述した実施の形態では、レンズ支持体の移動速度を時間で積分することにより、レンズ支持体の位置を推定したが、移動速度から積分することなく直接移動位置を推定するものであっても良い。

レンズ駆動装置１は、ズームレンズを備えて、ズーム機能を合わせ持つものであっても良い。

１ レンズ駆動装置
３ ヨーク（筺体）
５ レンズ支持体
９ 前側スプリング（スプリング）
１６ａ〜１６ｄ 第２環状コイル（コイル）
１９ 第１環状コイル
１７ 第１マグネット
１８ 第２マグネット（マグネット）
２５ 制御部
３２ Ｚ駆動部
３３ Ｘ−Ｙ駆動部
３７ 位置検出部
３８ 比較部
３９ 位置補正部
４１ 補正駆動部
４３ Ｘ方向駆動回路
４５ Ｙ方向駆動回路
４７ 第１電圧検出部
４９ 第２電圧検出部

Claims (5)

1. 内周にレンズを支持するレンズ支持体と、レンズ支持体の外周面に配置したコイルと、コイルに対向するマグネットと、レンズ支持体を移動自在に支持するスプリングと、コイルへの通電を制御する制御部とを備え、コイルに通電することによりレンズ支持体を移動するレンズ駆動装置において、コイルに通電してレンズ支持体が移動したときに、マグネットの磁界をコイルが移動することによりコイルに生じる逆起電力を測定し、測定した逆起電力からレンズ支持体の移動速度を算出し、移動速度に基づいてレンズ支持体の移動距離を推定して、レンズ支持体の移動位置とすることを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 内周にレンズを支持するレンズ支持体と、レンズ支持体の外周面に配置した第１環状コイルと、レンズ支持体の外周面に周方向に９０度の間隔をあけて配置した複数の第２環状コイルと、第１マグネットと第２マグネットを固定し内周側にレンズ支持体を配置した環状のヨークと、レンズ支持体を移動自在に支持するスプリングと、各コイルへの通電を制御する制御部とを備え、第１マグネットは第１環状コイルに対向して配置し、第２マグネットは各第２環状コイルに対向して配置してあり、制御部はレンズ支持体を光軸方向へ移動するときには第１環状コイルに電流を流し、レンズ支持体を光軸と直交するＸ―Ｙ方向に移動するときには所定の第２環状コイルに電流を流し、第２環状コイルに通電したときに第２マグネットの磁界を第２環状コイルが移動することにより生じる逆起電力を測定し、測定した逆起電力からレンズ支持体の移動速度を算出し、移動速度に基づいてレンズ支持体の移動距離を推定して、レンズ支持体のＸ―Ｙ方向の移動位置とすることを特徴とするレンズ駆動装置。
3. 制御部はジャイロセンサからの手振れ信号を受けており、ジャイロセンサからの手振れ信号から手振れ量を算出して、手振れ量に基づいてレンズ支持体の目標位置を演算し、演算した目標位置へレンズ支持体を移動する為の電流を第２環状コイルに流し、レンズ支持体の移動位置と目標位置とを比較して、レンズ支持体の移動位置を目標位置へ収束するように帰還制御することを特徴とする請求項２に記載のレンズ駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のレンズ駆動装置と、レンズ支持体のレンズの結像側に設けた画像センサとを備えることを特徴とするオートフォーカスカメラ。
5. 請求項４に記載のオートフォーカスカメラを搭載したことを特徴とするカメラ付き携帯電話。

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