JP4637537B2 - レンズ駆動装置及びデジタルカメラ - Google Patents

Description

本発明は、レンズの原点位置を検出してレンズ位置を制御するレンズ駆動装置、及びこのレンズ駆動装置を備えたデジタルカメラに関するものである。

携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの小型機器に、被写体を撮影してデジタルの撮影画像を取得する撮像装置を内蔵するものが、数多く市販されている。このような、撮像装置を内蔵した小型機器の普及に伴って、近年では高画質の小型ＣＣＤや、高コントラストな小型レンズなどが開発されており、携帯電話やＰＤＡなどといった小型機器を使って撮影される撮影画像の高画質化が急速に進んでいる。しかし、これらの小型機器に内蔵される撮像装置は、通常のデジタルカメラと比較してかなり小型のために、レンズやＣＣＤなどといった構成部材の大きさや、それら構成部材を収納するスペースが大幅に制限される。

通常サイズのデジタルカメラやビデオカメラに設けられたオートフォーカス機能やズーム機能では、ＤＣモータやステッピングモータを用いて複数のレンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動装置が撮像装置に設けられているが、特許文献１〜４には、ＤＣモータの代わりに中空型ステッピングモータを用いて、レンズ鏡筒を光軸方向に移動させるレンズ駆動装置が記載されている。このような中空型ステッピングモータは、レンズ鏡筒と中空型ステッピングモータを構成する中空ロータを一体化することで、レンズ駆動装置を小型化することも可能である。また、レンズ駆動装置では、レンズの位置を高精度に制御するためにレンズの原点位置を検出することが重要である。そのため、レンズ駆動装置には、フォトインタラプタなどの光学的位置検出手段を設けてレンズの原点位置を検出していた。
特開昭６０−４１５号公報 特開昭６０−４１６号公報 特開昭６０−４１７号公報 特開昭６２−１９５６１５号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜４に記載のような中空型ステッピングモータを用いたレンズ駆動装置を撮像装置に設けて、撮像装置の小型化、レンズの移動制御の精度向上等を図っても、レンズの原点位置の検出を、従来と同様にフォトインタラプタを使用して行うと、フォトインタラプタの設置スペースをレンズ駆動装置に確保しなければならず、レンズ駆動装置が大型化するという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、レンズの原点位置を検出してレンズ位置を精度良く制御する小型のレンズ駆動装置、及びこのレンズ駆動装置を備えたデジタルカメラを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のレンズ駆動装置は、円筒形状を有し、その円筒形状内に磁場を形成するステータと、前記ステータの円筒形状内に位置して前記円筒形状と同軸の円筒形状を有し、前記ステータによって形成される磁場によって前記ステータに対して回転するロータと、前記ロータの円筒形状のさらに内側に位置し、レンズを保持する円筒形状のレンズホルダとを備え、前記ロータの回転により前記レンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させるレンズ駆動装置において、前記レンズホルダの一方の端面に設けられた導電体と、前記レンズホルダが移動範囲の一方の端位置に移動した際に、前記導電部材と対向して設けられた一対の電極と、前記電極と接続されており、前記電極と前記導電部材の間に形成される静電容量を検出する静電容量検出手段と、前記静電容量検出手段によって検出される静電容量の変化に基づいて、前記レンズホルダが原点位置にあることを判定する判定手段とを備えたことを特徴とするものである。また、前記導電体は前記レンズホルダの端面と同形状のワッシャであってもよい。

また、本発明のデジタルカメラでは、上記記載のレンズ駆動装置を備え、前記レンズにより結像された被写体像を撮像して画像データを取得する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された前記画像データを記憶する記憶手段とを備えたものである。

本発明のレンズ駆動装置及びデジタルカメラによれば、ステータによって形成される磁場によって回転するロータと、このロータ内に配置されたレンズホルダが、ロータの回転によって光軸方向に沿って移動するレンズ駆動装置において、レンズホルダの一方の端部に設けたれた導電体と、レンズホルダが移動範囲の一方の端位置に移動した際に、導電体と対向するように一対の電極を設け、導電体と電極の間に形成される静電容量を検出し、この静電容量の変化に基づいてレンズが原点位置にあることを判定しているので、フォトインタラプタを用いた場合と比較して、レンズ駆動装置及びデジタルカメラを小型化することができる。

本実施形態では、本発明のレンズ駆動装置を用いているデジタルカメラを携帯電話機に内蔵したカメラ付き携帯電話機を例上げて説明する。図１及び図２は、本発明を適用したカメラ付き携帯電話機の正面側及び背面側の外観斜視図である。カメラ付き携帯電話機１の本体部２は、上部筐体１１、及び下部筐体１２と、これら筐体１１，１２を回動自在に連結するヒンジ部１３とから構成されている。

上部筐体１１には、図２に示すように、撮影レンズ１４の一部が露呈しており、ヒンジ部１３には、カメラ付き携帯電話機１に内蔵されたデジタルカメラの使用時に、上部筐体１１と下部筐体１２とが所定の角度で係止されるように、クリック機構（図示せず）が設けられている。本体部２は、ヒンジ部１３を介して回動させることにより、上部筐体１１と下部筐体１２とを展開及び折り畳み可能となっており、カメラ付き携帯電話機１の非使用時には、上部筐体１１と下部筐体１２とが平行となるように折り畳まれる。

筐体１１，１２は、ともに略矩形の薄板形状に形成されており、上部筐体１１の背面１１ａからは撮影レンズ１４が露呈し、正面１１ｂにはＬＣＤパネル２６及び受話スピーカ２７が、上面１１ｃにはアンテナ２８が、下部筐体１２の正面１２ａには操作部３１及び送話マイク３２が配置されている。さらに下部筐体１２の下面１２ｂには、パーソナルコンピュータなどの外部機器とケーブルを接続するためのソケット３４、及びメモリカードが装填されるメモリカードスロット３６が設けられている。

アンテナ２８は、通話や電子メールサービス、インターネット接続サービスを利用する際に他の携帯電話やインターネットサーバからの電波信号を受信するとともに、カメラ付き携帯電話機１から発信される電波信号を外部に送信する。受話スピーカ２７は、通信相手の音声や着信音などを出力する。ＬＣＤパネル２６には、メニュー画面や着信相手の電話番号などの各種情報、ＣＣＤにより得られたスルー画像や、メモリカードに記録された撮影画像が表示される。送話マイク３２は、話し手の音声を電気的な音声信号に変換して、アンテナ２８を介して通話相手に送信する。

操作部３１は、選択キー３１ａ、シャッタボタン３１ｂや、ダイヤルキー３１ｃなどからなる。選択キー３１ａは、各種メニューの選択・設定などに使用される。このカメラ付き携帯電話機１は、各種モードの中から撮影モードを選択して被写体の撮影を行うことができるようになっており、これらモードの選択は選択キー３１ａを操作して行う。シャッタボタン３１ｂは、デジタルカメラにより撮影を行うときのレリーズ操作に使用する。さらにまた、ダイヤルキー３１ｃは、電話番号や電子メールの文章などを入力する際に操作される。

図３は、デジタルカメラに用いられたレンズ駆動装置２１の断面図である。レンズ駆動装置２１は、上カバー４０及び下カバー４１と、ステータ４２、レンズホルダ４５、第１レンズ４８、第２レンズ４９、第３レンズ５０、ロータであるマグネット５２、回転体５３、などから構成されている。

上カバー４０と下カバー４１の間に挟まれているステータ４２は、第１コイル部５７と第２コイル部５８の２層のコイル部で構成されている。第１コイル部５７及び第２コイル部５８は同一の構成なので、第１コイル部５７の構成について説明し、第２コイル部５８の構成については省略する。

図４にも示すように、第１コイル部５７は、巻回されたコイル６０が上コイルカバー６１と下コイルカバー６２とで取り囲まれて形成されており、円筒形状をしている。円筒形状の第１コイル部５７の内側周面には、上コイルカバー６１及び下コイルカバー６２のそれぞれに設けられた歯６１ａ、６２ａが、互いに噛み合うように配置されており、歯６１ａ、６２ａは合計で４８個設けられている。そして、図４に示すように、第１コイル部５７の歯６１ａ、６２ａと第２コイル部５８の歯６１ａ、６２ａは、歯６１ａ、６２ａの半個分ずつずれて配置されている。さらに、図示に示すように、これらの歯６１ａと歯６２ａの間にはギャップが設けられている。

第１コイル部５７及び第２コイル部５８のコイル６０には、交互にパルス電流が供給される。例えば、図中の矢印方向Ａにパルス電流を供給する場合を順方向としたとき、第１コイル部５７のコイル６０に順方向でパルス電流を供給すると、コイル６０の周りにはパルス電流の流れる方向に向かって同心円状に、右回りの磁界が発生する。これにより、磁力線は上コイルカバー６１から下コイルカバー６２に導かれる。このとき、磁力線は上コルカバー６１からギャップ（空気中）に出て、下コイルカバー６２に入る。これにより、上コイルカバー６１の歯６１ａがＮ極に、下コイルカバー６２の歯６２ａがＳ極となり、ステータ４２の円筒形状の内周に互い違いに設けられた歯６１ａ、６２ａにはＮ極とＳ極の磁場が交互に形成される。また、コイル６０に逆方向のパルス電流を供給した場合も、コイル６０の周りに磁界が発生し、磁力線は下コイルカバー６２からギャップに（空気中）出て、上コイルカバー６１に入る。従って、上コイルカバー６１の歯６１ａはＳ極に、下コイルカバー６２の歯６２ａはＮ極となる。よって、ステータ４２の円筒形状の内周に設けられた歯６１ａ、６２ａにはＮ極とＳ極の磁場が交互に形成される。

マグネット５２の外形は、ステータ４２の内周より少し小さい円筒形状をしており、その外周はＮ極とＳ極が交互に磁極化された永久磁石である。マグネット５２は４８極に磁極化されている。マグネット５２は、ステータ４２にパルス電流が供給されて形成される磁場の反発力及び引力によって、ステータ４２に対して回転する。マグネット５２は１極分を１ステップとして回転し、４８ステップで１周する。なお、ステータ４２とマグネット５２によって中空ステッピングモータ６４が構成されている。

例えば、パルス電流と同様にマグネット５２が光軸を中心に図中の矢印方向Ａに回転することを順方向とすると、マグネット５２を順方向に回転させる時には、第１コイル部５７の順方向、第２コイル部５８の順方向、第１コイル部５７の逆方向、第２コイル部５８の逆方向という順番でパルス電流の供給を繰り返す。これにより、例えば、歯６１ａ、６２ａに形成されるＮ極の順番は、第１コイル部５７の歯６１ａ、次に第２コイル部５８の歯６１ａ、第１コイル部５７の歯６２ａ、第２コイル部５８の歯６２ａとなる。よって、マグネット５２のＳ極は、第１、第２コイル部５７，５８の歯６１ａ、６２ａに形成されるＮ極に吸引されるので、マグネット５２は順方向に回転する。

また、マグネット５２を逆方向に回転させる時には、第１コイル部５７の順方向、第２コイル部５８の逆方向、第１コイル部５７の逆方向、第２コイル部５８の順方向という順番でパルス電流の供給を繰り返す。これにより、例えば、歯６１ａ、６２ａに形成されるＮ極の順番は、第１コイル部５７の歯６１ａ、次に第２コイル部５８の歯６２ａ、第１コイル部５７の歯６２ａ、第２コイル部５８の歯６１ａとなる。よって、マグネット５２のＳ極は、第１、第２コイル部５７，５８の歯６１ａ、６２ａに形成されるＮ極に吸引されるので、マグネット５２は逆方向に回転する。なお、歯６１ａ、６２ａに形成されるＮ極について説明したが、Ｓ極についても同様である。

回転体５３はマグネット５２の内側に接着されており、マグネット５２とともに順方向又は逆方向へ回転する。この回転体５３の内面には螺旋溝６７が設けられており、この螺旋溝６７がレンズホルダ４５の外面に設けられた螺旋溝６８と噛み合っている。

レンズホルダ４５は、被写体光の入射側から順に第１レンズ４８、第２レンズ４９、第３レンズ５０を保持しており、これら第１〜第３レンズ４８〜５０によって撮影レンズ１４が構成されている。第２レンズ４９及び第３レンズ５０を保持しているレンズホルダ４５の外周面には、螺旋溝６８が設けられており、第１レンズ４８を保持しているレンズホルダ４５の外周には、上カバー４０に形成されたレール部７１に嵌め込まれる突出部７２が設けられている。

レール部７１と突出部７２は、レンズホルダ４５の回転を規制する回転止め機構を構成している。これにより、回転体５３が回転すると、突出部７２とレール部７１によってレンズホルダ４５の回転が規制されているので、レンズホルダ４５はレール部７１に沿って光軸方向に移動する。以後、レンズホルダ４５が光軸方向に沿って被写体側に移動するのを前方向、後述するＣＣＤ側に移動するのを後方向とする。

下カバー４１に設けられた保持部７７には、ローパスフィルタ７８が保持されており、その後側には、回路基板に取り付けられた撮像手段であるＣＣＤ８０が配置されている。ローパルフィルタ７８では、被写体光に含まれる高周波成分の除去を行う。このローパスフィルタ７８を介すことによって、擬色やモアレ等といった不具合を軽減させることができる。ローパスフィルタ７８を通ってきた被写体光は、ＣＣＤ８０に受光され、被写体を表わす画像データが生成される。

また、レンズ駆動装置２１は、ピント合わせを行う際に撮影レンズ１４の位置を制御するため、撮影レンズ１４の原点位置を検出している。図５にも示すように、撮影レンズ１４の原点位置の検出は、レンズホルダ４５の端面に設けられた導電性のワッシャ８５と、このワッシャ８５と対向するように下カバー４１に所定の間隔で設けられている一対の電極８６ａ、８６ｂと、図示しない基盤に設けられた静電容量検出部８７と、原点位置判定部８８から構成されている。

ワッシャ８５は、レンズホルダ４５のＣＣＤ８０側の端面と略同形状をしており、第３レンズ５０を覆わないように接着されている。一対の電極８６ａ、８６ｂは、撮影レンズ１４からの被写体光が通過する開口部４１ａ（図３参照）の周囲に一定の間隔を隔てて設けられている。静電容量検出部８７は、一対の電極８６ａ、８６ｂに所定の電圧を印加するとともに、電極８６ａ、８６ｂとワッシャ８５の間に形成される静電容量を検出する。原点位置判定部８８は、静電容量検出部８７によって検出された静電容量に基づいて、撮影レンズ１４が原点位置に配置されたか否かを判定する。

図６は、レンズ駆動装置２１用いたデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。システムコントローラ８９は、レンズ駆動装置２１の全体を制御する。システムコントローラ８９は、例えばマイクロコンピュータからなり、ＣＰＵの他に、制御プログラムや各種設定データ等が記憶されたＲＯＭ８９ａと、制御時に生じた種々のデータが記憶されるＲＡＭ８９ｂとを備えている。

撮影レンズ１４を介してＣＣＤ８０から出力された画像信号は、画像処理回路９０に入力される。画像処理回路９０は、アナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するとともに、画像データに輝度レベル補正やホワイトバランス補正等の各種補正処理やＹＣ処理や圧縮処理などを施す。

撮影中にＬＣＤパネル２６にスルー画像の表示を行なう場合には、画質調整された画像データに各種補正処理を施した後、簡易ＹＣ処理を施して輝度データと色差データからなるＹＣ画像データに変換する。このＹＣ画像データは画像メモリ９１を介して表示回路９２に読み出され、ＮＴＳＣ等のコンポジット信号に変換されてＬＣＤパネル２６に入力される。

撮影が行なわれた場合には、画像処理回路９０は、画像データに各種補正処理を施した後、ＹＣ処理を施してＹＣ画像データを生成する。このＹＣ画像データには、更に固定化処理と圧縮処理とが施され、例えばｊｐｅｇ形式の圧縮画像データに変換される。そして、圧縮画像データは、後述するＲＡＭ８９ｂに記憶された後、メモリコントローラ９３を介して記憶媒体であるメモリカード９４に記録される。

コイルドライバ９５は、システムコントローラ８９の駆動信号に基づいて、第１コイル部５７及び第２コイル部５８に供給するパルス電流を制御する。これにより、回転体５３の回転方向や回転量が制御され、撮影レンズ１４を光軸方向に移動する。

静電容量検出部８７は、電極８６ａ、８６ｂに電圧を印加するとともに、電極８６ａ、８６ｂとワッシャ８５の間に形成される静電容量を検出する。レンズホルダ６４が前方向に移動するとワッシャ８５と電極８６ａ、８６ｂの距離が離れるために、静電容量検出部８７で検出される静電容量は小さくなる。また、レンズホルダ６４が後方向に移動すると、ワッシャ８５と電極８６ａ、８６ｂの距離が近づくので、静電容量検出部８７で検出される静電容量は大きくなる。このように、静電容量検出部８７で検出された検出結果は、原点位置判定部８８に送られる。

原点位置判定部８８では、静電容量検出部８７からの検出された静電容量の変化に基づいて撮影レンズ１４が原点位置にあるか否かを判定する。原点位置判定部８８には、撮影レンズ１４が原点位置に配置されているときに検出される静電容量が予め基準静電容量として記憶されており、静電容量検出部８７から送られてきた静電容量と記憶されている基準静電容量が比較、判定される。原点位置判定部８８は、基準静電容量と検出された静電容量が一致したときに、撮影レンズ１４が原点位置に配置されたと判定し、システムコントローラ８９に信号を送信する。

システムコントローラ８９には、コイルドライバ９５が第１及び第２コイル５７，５８に供給したパルス電流の数をカウントするカウンタ８９ｃが設けられている。システムコントローラ８９は、原点位置判定部８８からの信号を受信した際には、カウンタ８９ｃをリセットして「０」する。システムコントローラ８９は、このカウンタ８９ｃのカウントデータに基づいてコイルドライバ９５に駆動信号を出力することにより、撮影レンズ１４の位置を制御している。

ＡＦ評価値算出回路９６は、画像処理回路９０によって生成された一画面分の画像データのコントラストに基づいてＡＦ評価値を算出する。画像のコントラストは被写体像がピント合致状態となったときに最も高くなり、このときにＡＦ評価値も最も高くなる。ＡＦ評価値算出回路９６は、ＡＦ評価値に対応するＡＦ評価値信号をシステムコントローラ８９に送信する。システムコントローラ８９は、このＡＦ評価値信号に基づいて、撮影レンズ１４の位置を制御することにより、撮影レンズ１４をピント合致位置に移動させる。

次に、上記構成のカメラ付き携帯電話機１の撮影処理について図７及び図８に示すフローチャートを用いて説明する。カメラ付き携帯電話機１を用いて撮影を行う時には、先ず本体部２を折り畳み状態から展開状態にするとともに、選択キー３１ａを操作して撮影モードを選択する。撮影モードが選択されるとＣＣＤ８０などのデジタルカメラの各部が起動状態となる。このとき、撮影レンズ１４の原点位置検出動作が行われる。

次に原点位置検出動作について説明する。静電容量検出部８７は導電体８５と電極８６ａ、８６ｂの間の静電容量の検出が行われ。この検出された静電容量が原点位置判定部８８に送信される。原点位置判定部８８では、予め記憶されている基準静電容量と検出された静電容量が一致するか否かが比較、判定される。基準静電容量と検出された静電容量が一致していると判定された場合には、図９（Ａ）に示すように、撮影レンズ１４は原点位置にあると判定され、カウンタ８９ｃもリセットされているので原点位置検出動作が終了する。

また、基準静電容量と検出された静電容量が一致しない場合には、撮影レンズ１４を後方向に移動させる。このとき、システムコントローラ８９は、撮影レンズ１４が原点位置に達したときに原点位置判定部８８から送信される信号を受信したか否かを繰り返し判定する。システムコントローラ８９は、原点位置判定部８８からの信号が受信されるまで撮影レンズ１４を後方向に移動させる。そして、原点位置判定部８８からの信号を受信すると、システムコントローラ８９は撮影レンズ１４の移動を停止させ、カウンタ８９ｃをリセットして原点位置検出動作を終了する。

原点位置検出動作が終了すると、スルー画像の取得が開始され、このスルー画像に対してシステムコントローラ８９は、取得されたＡＦ評価値信号とカウンタ８９ｃのカウント値に基づいてコイルドライバ９５を制御して撮影レンズ１４をピント合致位置に移動させる。

シャッタボタン３１ｂが半押しされると、図９（Ｂ）に示すように、撮影レンズ１４がピント合致位置でフォーカスロックされる。また、シャッタボタン３１ｂが押されない場合や、半押しが解除されると、スルー画像に対してピント調整が継続して行われる。

その後、シャッタボタン３１ｂが全押しされると、撮影された画像データが圧縮画像データに変換されてメモリカード９４に書き込まれる。撮影が終了すると、再び撮影レンズ１４の原点位置検出動作が行われる。原点位置が検出されると、リセットパルスが発生されカウンタ８９ｃがリセットされ、再びスルー画像のピント調整が行われて撮影が継続される。このように、ワッシャ８５と電極８６ａ、８６ｂの間の静電容量を検出し、この静電容量の変化に基づいて撮影レンズ１４の原点位置を検出したので、レンズ駆動装置２１を小型化にする際に大変有利である。

なお、本実施形態では、レンズホルダ４５の端面に導電性のワッシャ８５を設けて、ワッシャ８５と電極８６ａ、８６ｂの間の静電容量を検出したが、ワッシャ８５の代わりに、レンズホルダ４５の端面の全面にメッキを施してもよい。また、レンズホルダ４５を光軸方向に移動させるために、中空ステッピングモータを用いたが、ＤＣモータやステッピングモータを用いてレンズホルダ４５を光軸方向に移動させてもよい。

なお、本実施形態では、撮影レンズ１４でピント合わせを行う際の原点位置を検出したが、これに限らず、ズームレンズで変倍調整を行う際の原点位置の検出を行っても良い。

カメラ付き携帯電話機の正面側斜視図である。 カメラ付き携帯電話機の背面側斜視図である。 レンズ駆動装置の構成を示す断面図である。 ステータとマグネットの構成を示す要部断面図である。 ワッシャと電極の概要を示す説明図である。 デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。 撮影処理を説明するフローチャートである。 原点位置検出動作を説明するフローチャートである。 撮影レンズの原点位置及びフォーカスロック位置を説明する要部断面図である。

符号の説明

１ カメラ付き携帯電話機
１４ 撮影レンズ
２１ レンズ駆動装置
３１ｂ シャッタボタン
４２ ステータ
４５ レンズホルダ
５２ マグネット
５３ 回転体
８５ ワッシャ
８６ａ、８６ｂ 電極
８７ 静電容量検出部
８８ 原点位置判定部
８９ システムコントローラ

Claims (2)

1. 円筒形状を有し、その円筒形状内に磁場を形成するステータと、前記ステータの円筒形状内に位置して前記円筒形状と同軸の円筒形状を有し、前記ステータによって形成される磁場によって前記ステータに対して回転するロータと、前記ロータの円筒形状のさらに内側に位置し、レンズを保持する円筒形状のレンズホルダと、を備え、前記ロータの回転により前記レンズホルダを前記光軸方向に沿って移動させるレンズ駆動装置において、
   前記レンズホルダの一方の端面に設けられた導電体であり、前記レンズホルダの端面と同形状のワッシャと、
   前記レンズホルダが移動範囲の一方の端位置に移動した際に、前記ワッシャと対向して設けられた一対の電極と、
   前記電極と接続されており、前記電極と前記ワッシャの間に形成される静電容量を検出する静電容量検出手段と、
   前記静電容量検出手段によって検出される静電容量の変化に基づいて、前記レンズホルダが原点位置にあることを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 請求項１記載のレンズ駆動装置と、前記レンズにより結像された被写体像を撮像して画像データを取得する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された前記画像データを記憶する記憶手段とを備えていることを特徴とするデジタルカメラ。

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