JP3991997B2

JP3991997B2 - シャッターの駆動機構

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Publication number: JP3991997B2
Application number: JP2004035123A
Authority: JP
Inventors: 俊和沢井
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: US7583315B2; JP2005227484A; CN1655043A; CN100460982C; US20050179803A1

Description

本発明は、オートフォーカス（ＡＦ）モータによりシャッター羽根の開閉動作を行う駆動機構に関する。

シャッター羽根を開閉動作させるＡＥギヤと、レンズ枠を駆動させるＡＦギヤとの間に、モータの正逆回転により駆動力の伝達方向を切り替える遊星ギヤ機構を設けた駆動機構がある（例えば特許文献１参照）。
特開平９−２３０４２８号公報

しかし、シャッター駆動とレンズ駆動の切り替えを遊星ギヤ機構の揺動動作により行う構成では、ＡＥギヤとＡＦギヤを遊星ギヤ機構の揺動動作分だけ離して配置することに加えて、それぞれのギヤへの切替位置に遊星ギヤ機構を保持しておく係止レバーと、その係止レバーを揺動動作するプランジャ、鉄心及びスプリングによる駆動手段を設ける必要があった。このため、小型化・薄型化を図る面で限界があった。

本発明の課題は、ＡＦギヤを軸方向に僅かに移動させたりＡＦギヤから取り出した回転によりシャッター羽根を開閉動作させるようにして、さらなる小型化・薄型化を可能とすることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、撮像レンズの前面で開閉動作するシャッター羽根をオートフォーカスモータにより動作制御するためのシャッターの駆動機構であって、前記オートフォーカスモータに設けた駆動ギヤと、前記シャッター羽根の回動軸に設けたシャッターギヤと、前記撮像レンズのレンズ枠に設けられたギヤと前記駆動ギヤとに噛み合うオートフォーカスギヤと、前記オートフォーカスギヤの回転軸に対し平行な軸の軸方向に移動可能に配置されるとともに、前記シャッターギヤに選択的に噛み合い可能とする切替手段と、前記シャッターギヤに噛み合わせるため、前記切替手段を前記オートフォーカスギヤの回転軸に対し平行な軸の軸方向に移動させて切替動作させる駆動手段とを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、前記切替手段は、前記オートフォーカスギヤの回転軸に対し平行な軸の軸方向に移動可能な作動軸と、前記オートフォーカスギヤと前記作動軸とを連結する連結部材と、からなることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２に記載の発明において、前記駆動手段はピエゾ素子であることを特徴とする。

本発明によれば、オートフォーカスギヤの回転軸に対し平行な軸の軸方向に移動可能に配置される切替手段により、オートフォーカスギヤの駆動により撮像レンズの前面で開閉動作するシャッター羽根のシャッターギヤを駆動させるようにしたので、カメラモジュールのさらなる小型化・薄型化を可能とすることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本発明を適用する一実施形態として折り畳み式携帯電話機を示した図１（（ａ）は、開いた状態の正面図、（ｂ）は同状態の背面図）において、１は本体部、２は蓋部である。
本体部１は、アンテナ１０１、カメラキー１０２、メールキー１０３、十字キー１０４、決定キー１０５、アドレス帳キー１０６、ネット接続キー１０７、クリアキー１０８、オンフックキー１０９、オフフックキー１１１、テンキー１１２、マイク１１３、カードスロットカバー１１４、報知用スピーカ放音部１１５、電池パック１１６、充電用端子１１７、ＵＳＢ端子１１８、コネクタカバー１１９等を備える。
蓋部２は、スピーカ２０１、メイン表示部２０２、サブ表示部２０３、報知用ＬＥＤ２０４、撮像レンズ２０５、フラッシュ用ＬＥＤ２０６等を備える。

蓋部２は、図２に示すように、下ケース２１、中ケース２２、上ケース２３、ヒンジピース２４、化粧パネル２６、レシーバーカバー２７、ロゴプレート２８等から構成されている。図中、３０は中ケースアッシー、２１０はケースビス、２１２はメインディスプレイパネル、２１３はサブディスプレイパネル、２１５はレンズカバー、２１６はＬＥＤカバー、２２０・２３０・２４０はクッション、２２５はレンズパネル、２３２・２３３・２３５・２３６・２７１・２８１は両面テープである。

中ケースアッシー３０は、図３に拡大して示すように、中ケース２２にサブ表示部２０３、シールドケース３１、カメラモジュール３２及びサブ回路基板３３等を組み込んだものである。
即ち、シールドケース３１には、前記メイン表示部２０２の液晶表示基板（図略）とサブ表示部２０３の液晶表示基板３１１とが背中合わせにして組み込まれている。このシールドケース３１を中ケース２２内に収納固定して、メイン表示部２０２とサブ表示部２０３を中ケース２２の表裏面にそれぞれ露出させている。
そして、中ケース２２のサブ表示部２０３を基準として長手方向の一端側にカメラモジュール収納部２２１が形成されて、他端側には図略の着信報知用ＬＥＤユニットの収納用開口部２２２が形成されている。

カメラモジュール３２は、撮像レンズ２０５、フラッシュ用ＬＥＤ２０６、ステップモータによるＡＦモータ２０７を組み込んだユニットケース３２１をレンズ等回路基板３２２に取付固定したものである。レンズ等回路基板３２２には、図４にも示すように、電子部品が搭載されるとともに、ヒートシール３２３・３２４・３２５が設けられている。
サブ回路基板３３は、中ケース２２に対しシールドケース３１と反対側の面に取付固定されて開口部３３７にサブ表示部２０３を配置し、開口部３３８にカメラモジュール３２を配置する形状をなす。このサブ回路基板３３には、図示のように、電子部品が搭載されており、具体的には、液晶ドライバ３３１・３３２・３３３とカメラ制御部品３３４・３３５等が搭載されている。ここで、液晶ドライバ３３１・３３２・３３３とカメラ制御部品３３４・３３５は、サブ表示部２０３を挟んで対向する配置構造となっている。なお、カメラ制御部品３３４・３３５を含むカメラ制御回路３３６が構成されている

以上のサブ回路基板３３に対し、図４のようにヒートシール３２３・３２５を接続する等してカメラモジュール３２が、開口部３３８に配置するように組み付けられる。
こうしてカメラモジュール３２を組み付けたサブ回路基板３３は、図３のように中ケース２２に対しシールドケース３１と反対側の面に取付固定されて、中ケースアッシー３０が構成される。図示のように、液晶ドライバ３３１・３３２・３３３には、液晶表示基板３１１等から延びるヒートシール３１２・３１３が接続されている。
そして、中ケースアッシー３０を、図２に示したように、下ケース２１と上ケース２３との間に挟んでケースビス２１０により固定し、下ケース２１の表面に化粧パネル２６を装着する。

以上の携帯電話機において、カメラモジュール３２の撮像レンズ２０５及びＡＦモータ（ステップモータ）２０７等を含むカメラ部は、次に説明する構成である。

（実施形態１）
本発明を適用したシャッター駆動機構の実施形態１の構成としてカメラ部の要部を示した図５から図７において、５１は取付台（ケース）、５２はカバー、５３はＣＣＤ（撮像素子）センサパッケージ、５４はＣＣＤセンサ、５５は赤外線反射ガラス、５６は鏡枠（レンズ枠）、５７はスプリング、７１は駆動ギヤ、７２はＡＦギヤ、７３は切替手段、７４はピエゾ素子（駆動手段）、７５はシャッターギヤ、７６はシャッター羽根である。
即ち、取付台５１及びカバー５２を合体して筐体が構成され、取付台５１の外部に形成した凹部にＣＣＤセンサ５４及び赤外線反射ガラス５５を有するＣＣＤセンサパッケージ５３が組み付けられている。取付台５１の内部には、前述した撮像レンズ２０５を有する鏡枠５６が繰り出し自在にねじ結合して組み込まれるとともに、前述したステップモータによるＡＦモータ２０７が組み込まれている。図中、２０７ａはモータ端子である。

取付台５１の内部において、ＡＦモータ２０７のモータ軸上に設けた駆動ギヤ７１と、鏡枠５６の外周に形成したギヤ５６１とには、取付台５１に軸受したＡＦギヤ７２が噛み合い可能となっている。なお、ギヤ５６１と取付台５３との間に、鏡枠５６を常に前進側へ付勢するスプリング５７が配置されており、これにより鏡枠５６と取付台５１とのねじ結合部のガタ付きが抑えられている。
また、カバー５２の内部には、撮像レンズ２０５の前面を開閉するシャッター羽根７６が配置されている。このシャッター羽根７６の回動軸７７には、ＡＦギヤ７２と選択的に噛み合い可能なシャッターギヤ７５が一体に設けられている。シャッター羽根７６は、樹脂製の回動軸７７に接着や熱溶着により嵌合固定されており、回動軸７７は、鏡枠５６の側方でＡＦモータ２０７側において、取付台５１及びカバー５２に軸受されている。

そして、ＡＦモータ２０７と鏡枠５６との間に、駆動ギヤ７１と噛み合った状態のままＡＦギヤ７２を軸方向へ僅かに移動してシャッターギヤ７５に噛み合ったり鏡枠５６のギヤ５６１に噛み合うように切替動作させる切替手段７３及びその駆動手段（ピエゾ素子）７４が配置されている。
切替手段７３は、図示のように、取付台５１に設けた駆動手段としてのピエゾ素子７４により軸方向動作する樹脂製の作動軸７３１と、この作動軸７３１及びＡＦギヤ７２に架設した連結部材であるアーム７３２とからなる。詳細には、作動軸７３１に対しアーム７３２の一端部が十字方向に配置したスプリング（摩擦部材）７３３を介して嵌合固定され、ＡＦギヤ７２の軸部にアーム７３２の他端部がＥリング（固定部材）７３４で固定されている。

ここで、ピエゾ素子７４は、端子７４ａから入力される信号波形に応じて伸縮動作するもので、信号の長さ（パルス幅）を長くしてピエゾ素子７４を伸ばすと、作動軸７３１は前進する。このとき、アーム７３２は、十字方向に配置したスプリング７３３により作動軸７３１に嵌合固定されているので、作動軸７３１とともに前進することができる。即ち、作動軸７３１に対する十字方向に配置したスプリング７３３による摩擦力が有効になっている。従って、アーム７３２を介してＡＦギヤ７２を前進させることができる。
次のタイミングでは、ピエゾ素子７４に逆の電位を短いパルス幅で印加すると、今度は作動軸７３１に対する十字方向に配置したスプリング７３３による摩擦力が負けてしまい、アーム７３２は後進せずにその位置に留まることができる。

以上の動作を繰り返すことで、アーム７３２に連結されたＡＦギヤ７２は、駆動ギヤ７１と噛み合った状態のまま軸方向へ僅かに移動して鏡枠５６のギヤ５６１と噛み合ったりシャッターギヤ７５に噛み合うことが可能である。ＡＦギヤ７２が鏡枠５６のギヤ５６１に噛み合うと、ＡＦモータ２０７の駆動により、取付台５１にねじ結合した鏡枠５６の繰り出し動作が行われる。また、ＡＦギヤ７２がシャッターギヤ７５に噛み合うと、ＡＦモータ２０７の駆動により、シャッター羽根７６を回動動作させて、撮像レンズ２０５の前面を覆ったり開放したりして、シャッター開閉動作する。
なお、図７において、駆動ギヤ７１の一半部７１１に噛み合った状態でＡＦギヤ７２が鏡枠５６のギヤ５６１に噛み合い、また、駆動ギヤ７１の他半部７１２に噛み合った状態でＡＦギヤ７２がシャッターギヤ７５に噛み合う。

次に、ＡＦ動作及びシャッター動作について説明する。
図６は駆動ギヤ７１、ＡＦギヤ７２、シャッターギヤ７５及び開動作状態のシャッター羽根７６を示したものである。前述したピエゾ素子７４への信号制御により、通常はＡＦギヤ７２がシャッターギヤ７５との噛み合い状態に保持され、図示のように、シャッター羽根７６が撮像レンズ２０５の前面を開放したシャッター開状態となっている。
携帯電話機に備える図示しないピント合わせボタンを押した状態にすると、ピエゾ素子７４への信号制御により、ピエゾ素子７４が縮んで作動軸７３１が後進し、アーム７３２を介してＡＦギヤ７２が後進してシャッターギヤ７５から離れ、図５から図７に示したように、鏡枠５６のギヤ５６１にＡＦギヤ７２が噛み合った状態になる。続いて、ＡＦモータ２０７が駆動して鏡枠５６の繰り出しによるマクロから無限距離までのＡＦ動作が行われる。
ピント合わせボタンから指を離すと、ピエゾ素子７４が伸びて作動軸７３１が僅かに前進し、アーム７３２を介してＡＦギヤ７２が前進し、駆動ギヤ７１と噛み合ったまま鏡枠５６のギヤ５６１から離れて再びシャッターギヤ７５に噛み合う。

そして、前述した携帯電話機のカメラキー１０２等によるシャッター操作が行われると、ＡＦモータ２０７の駆動により、駆動ギヤ７１、ＡＦギヤ７２、ギヤ５６１が図８矢印方向に回転し、図８に示したように、シャッター羽根７６が回動動作して撮像レンズ２０５の前面を一旦覆う。
続いて、ＡＦモータ２０７の逆転駆動により、駆動ギヤ７１、ＡＦギヤ７２、ギヤ５６１が図８矢印方向と逆方向に回転して、図６に示したように、シャッター羽根７６が撮像レンズ２０５の前面を開放したシャッター開状態に復帰する。
このシャッター開動作と同時に、撮像レンズ２０５から被写体の光線が入射してＣＣＤセンサ５４に結像される画像の取り込みが行われる。
なお、以上のシャッター動作は、ＡＦ動作に続いて行われたり、ＡＦ動作無しでも行われる。

以上の通り、実施形態では、携帯電話機のカメラにおいて、ＡＦモータ２０７と鏡枠５６との間に、駆動ギヤ７１と噛み合った状態のままＡＦギヤ７２を軸方向へ僅かに移動してシャッターギヤ７５に選択的に噛み合わせる切替手段７３及びその駆動用のピエゾ素子７４を配置した構造となっている。しかも、切替手段７３は、ピエゾ素子７４により軸方向動作する作動軸７３１とＡＦギヤ７２とにアーム７３２を架設した構造である。
これにより、ＡＦギヤ７２を軸方向に僅かに移動させるだけでシャッター羽根７６を開閉動作させることができ、従来のような遊星ギヤ機構、その揺動切替位置を保持する係止レバー、その揺動動作のためのプランジャ、鉄心及びスプリング等を設ける必要がない。

即ち、ＡＦギヤ７２を軸方向に僅かに移動させる簡単な切替手段７３及びその駆動用のピエゾ素子７４を設けるだけで良く、ＡＦモータ２０７の駆動ギヤ７１、鏡枠５６のギヤ５６１、シャッターギヤ７５、ＡＦギヤ７２、その簡単な切替手段７３（作動軸７３１及びアーム７３２）とピエゾ素子７４を集中的に高密度実装できる。
従って、従来よりもさらに小型化・薄型化した携帯電話機用カメラを提供できる。

ところで、この実施形態では、ピエゾ素子７４により切替手段７３（作動軸７３１及びアーム７３２）を介してＡＦギヤ７２を軸方向移動させたが、小型のモータ（ステップモータ）で軸方向移動させるようにしても良い。
また、アーム７３２をＡＦギヤ７２の軸部にＥリング７３４で固定したが、ねじで固定しても良い。その場合、ねじ止め完了状態でもＡＦギヤ７２が回転できるように、アーム７３２のねじ止め部分に段差を設けておく必要がある。

（実施形態２）
本発明を適用したシャッター駆動機構の実施形態２の構成としてカメラ部の要部を示した図９及び図１０において、７８は係合手段であり、前述した実施形態１と同様の部材・部分には同一符号を付している。
即ち、この実施形態２は、前述した実施形態１の切替手段７３（作動軸７３１及びアーム７３２）とその駆動手段（ピエゾ素子）７４に代えて、ＡＦギヤ７２とシャッター羽根７６の回動軸７７との間に係合手段７８を設けたものである。

係合手段７８は、図示のように、ＡＦギヤ７２の一面に一体化して設けた係合ピン７８１と、シャッター羽根７６の回動軸７７の周囲に一体化して設けた係合部材である係合板７８２とからなる。
ここで、係合ピン７８１と係合板７８２は、鏡枠５６が前進・後進する通常の撮影範囲（マクロから無限距離）では互いに接触せず、鏡枠５６が無限側を超えて後進すると互いに接触して係合状態となる。
なお、シャッター羽根７６は、図示しない捩りスプリングのばね力により常に撮像レンズ２０５を開放するシャッター開状態（図９参照）に保持されており、係合ピン７８１により係合板７８２が押されたときのみ撮像レンズ２０５の前面を覆ったシャッター閉じ動作（図１１参照）を行う。また、シャッター羽根７６が撮像レンズ２０５の前面を覆うときには、鏡枠５６は後進して沈んだ状態になり、シャッター羽根７６と鏡枠５６が干渉することはない。

次に、シャッター動作について説明する。なお、ＡＦ動作については前述した実施形態１と同様である。
この実施形態２において、シャッター動作は、ＡＦ動作無しの場合に行われ、即ち、鏡枠５６が無限側を超えて後進位置に沈んだ状態において行われる。
前述した携帯電話機のカメラキー１０２等によるシャッター操作が行われると、鏡枠５６が無限側を超えた後進位置に沈んだ状態でのＡＦモータ２０７の駆動により、駆動ギヤ７１及びＡＦギヤ７２が図１１矢印方向に回転するとともに、その回転するＡＦギヤ７２の係合ピン７８１が係合板７８２を押して回動軸７７も矢印方向に回転する。これにより、図１１に示したように、シャッター羽根７６が回動動作して撮像レンズ２０５の前面を一旦覆う。
続いて、ＡＦモータ２０７の逆転駆動により、駆動ギヤ７１、ＡＦギヤ７２、ギヤ５６１が図１１矢印方向と逆方向に回転して、図９に示したように、シャッター羽根７６が撮像レンズ２０５の前面を開放したシャッター開状態に復帰する。
このシャッター開動作と同時に、撮像レンズ２０５から被写体の光線が入射してＣＣＤセンサ５４に結像される画像の取り込みが行われる。

以上の通り、実施形態２では、携帯電話機のカメラにおいて、ＡＦギヤ７２とシャッター羽根７６の回動軸７７との間に、鏡枠５６の無限側を超えるＡＦギヤ７２の回転により係合する係合手段７８を設けた構造となっている。しかも、係合手段７８は、ＡＦギヤ７２に設けた係合ピン７８１と、シャッター羽根７６の回動軸７７に設けた係合板７８２とからなる構造である。
これにより、ＡＦギヤ７２から取り出した回転でシャッター羽根７６を開閉動作させることができ、従来のような遊星ギヤ機構、その揺動切替位置を保持する係止レバー、その揺動動作のためのプランジャ、鉄心及びスプリング等を設ける必要がない。

即ち、ＡＦギヤ７２から回転を取り出すための簡単な係合手段７８を設けるだけで良く、ＡＦモータ２０７の駆動ギヤ７１、鏡枠５６のギヤ５６１、ＡＦギヤ７２、シャッター羽根７６の回動軸７７、その簡単な係合手段７８（係合ピン７８１及び係合板７８１）を集中的に高密度実装できる。
従って、従来よりもさらに小型化・薄型化した携帯電話機用カメラを提供できる。

なお、以上の実施形態においては、折り畳み式携帯電話機に適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、他の携帯通信機器や携帯電子機器またはデジタルカメラであっても良い。
また、実施形態では、鏡枠を押し上げるためにコイルスプリングを使用したが、板ばねでも良く、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明を適用する一実施形態として折り畳み式携帯電話機を開いた状態を示す正面図（ａ）、背面図（ｂ）である。図１の折り畳み式携帯電話機の蓋部を構成する上ケース、中ケース、下ケース及び化粧パネル等を示した分解斜視図である。図２の中ケースアッシーの分解斜視図である。図３のカメラモジュールと基板の接続の仕方を示した平面図である。本発明を適用したシャッター駆動機構の実施形態１の構成を示すもので、カメラ部の要部を示した縦断面図である。図５のギヤ機構と切替手段及び開動作状態のシャッター羽根等を示した概略平面図である。図６の矢印Ａ−Ａ線に沿った断面図である。図６のギヤ機構及び閉動作状態のシャッター羽根を示した概略平面図である。本発明を適用したシャッター駆動機構の実施形態２の構成を示すもので、カメラ部のギヤ機構と未係合状態の係合手段及び開動作状態のシャッター羽根等を示した概略平面図である。図９の矢印Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。図９のギヤ機構と係合状態の係合手段及び閉動作状態のシャッター羽根を示した概略平面図である。

符号の説明

１本体部
２蓋部
２０５撮像レンズ
２０７ＡＦモータ
５１取付台（ケース）
５２カバー
５６鏡枠（レンズ枠）
５６１ギヤ
７１駆動ギヤ
７２ＡＦギヤ
７３切替手段
７３１作動軸
７３２アーム（連結部材）
７３３スプリング（摩擦部材）
７３４Ｅリング（固定部材）
７４ピエゾ素子（駆動手段）
７５シャッターギヤ
７６シャッター羽根
７７回動軸
７８係合手段
７８１係合ピン
７８２係合板（係合部材）

Claims

撮像レンズの前面で開閉動作するシャッター羽根をオートフォーカスモータにより動作制御するためのシャッターの駆動機構であって、
前記オートフォーカスモータに設けた駆動ギヤと、
前記シャッター羽根の回動軸に設けたシャッターギヤと、
前記撮像レンズのレンズ枠に設けられたギヤと前記駆動ギヤとに噛み合うオートフォーカスギヤと、
前記オートフォーカスギヤの回転軸に対し平行な軸の軸方向に移動可能に配置されるとともに、前記シャッターギヤに選択的に噛み合い可能とする切替手段と、
前記シャッターギヤに噛み合わせるため、前記切替手段を前記オートフォーカスギヤの回転軸に対し平行な軸の軸方向に移動させて切替動作させる駆動手段と
を備えることを特徴とするシャッターの駆動機構。
前記切替手段は、前記オートフォーカスギヤの回転軸に対し平行な軸の軸方向に移動可能な作動軸と、前記オートフォーカスギヤと前記作動軸とを連結する連結部材と、からなることを特徴とする請求項１に記載のシャッターの駆動機構。
前記駆動手段はピエゾ素子であることを特徴とする請求項１または２に記載のシャッターの駆動機構。