JP4962867B2 - 電動マクロレンズユニット及びこれを使用した携帯機器 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話等に組み込まれたカメラにおいて、標準撮影モードと、マクロ撮影モードとを切り替えることができる電動マクロレンズユニットに関する。

携帯電話等に組み込まれるカメラとしては、特許文献１に開示された小型モジュールカメラがある。この小型モジュールカメラにおいては、フレキシブル基板に孔が設けられ、この孔の近傍のフレキシブル基板の下面に撮像素子ベアチップが配置され、撮像素子ベアチップとフレキシブル基板下面の配線パターンがフリップチップ実装されている。一方、フレキシブル基板の上には、前記孔を中心とする位置にレンズホルダがその下面突出部をフレキシブル基板の孔に嵌合させて位置合わせすることにより配置されている。このレンズホルダには、レンズが、その光軸が前記孔をとおり、フレキシブル基板に垂直になるように、保持されている。この特許文献１の発明の目的は、モジュールの高さ方向の寸法を小さくして、モジュールを小型化することである。また、この特許文献１に記載のカメラは、単焦点レンズを使用したものである。

一方、特許文献２には、デジタルカメラ等に組み込まれるズーム機能を備えたズームレンズ装置において、通常撮影モードとマクロ撮影モードとを切り替えることができるズームレンズ装置が開示されている。このマクロ領域は、ワイド端近傍に設けられている。この従来技術においては、回動筒内に、前群レンズユニット（被写体側）と後群レンズユニット（撮像素子側）とを同一光軸上に配置し、各ユニットのレンズ保持筒体の外面に係合突起を設け、この係合突起を、夫々回動筒の内面に螺旋状に延びるように設けたカム溝に係合させている。そして、回動筒を回転させると、カム溝と係合突起との係合関係により、前群レンズ保持筒体と後群レンズ保持筒体とは、回動筒の長手方向に回転角に対してほぼ比例するように移動し、同時に、前群レンズユニットと後群レンズユニットとの間隔も変化する。このようにして、回動筒を回転させることにより、前群レンズ及び後群レンズの位置及び間隔が変化することにより、ズーム機能が得られる。また、この従来技術においては、ワイド端側の位置において、前記前群レンズユニットと後群レンズユニットとの間隔が、比例的に変化せずに極大値をもつように変化するマクロ領域が設けられており、回動筒の回転がこのマクロ領域にかかると、レンズは、マクロ撮影モードになる。また、マクロ領域において、カム溝の一方の側壁をズーム撮影用軌道に合わせて形成し、カム溝の他方の側壁をマクロ撮影用軌道に合わせて形成し、前群レンズ保持筒体を２個のソレノイドと２個のコイルバネにより、相反する方向に弾性付勢することにより、ズーム撮影モードのときは係合突起がズーム撮影用軌道に沿って移動するように前群レンズ保持筒体をソレノイドにより駆動し、マクロ撮影モードのときは、前記ソレノイドを駆動して、前記係合突起が前記カム溝のマクロ撮影用軌道に沿って移動するように、ソレノイドを切り替える。

よって、特許文献１に開示された小型のモジュールカメラにおいて、マクロ撮影を可能にしようとすると、特許文献２に開示されたように、ソレノイド、コイル、係合突起及び溝が設けられたものとなる。

特開２００３−２３００２８号公報 特開２００１−２８１５２８号公報

携帯電話機等にカメラを組み込む場合には、携帯機器としての必要性から、その小型化薄型化が強く要望されている。しかし、標準撮影モードと、マクロ撮影モードとを切り替える場合には、特許文献２に開示されたように、ソレノイド、コイル、溝及び係合突起を設ける必要があり、部品点数が増大するため、製造コストが高くなってしまうという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、部品点数が少なく、構成が簡素で組立が容易であると共に、製造コストの低減が可能である電動マクロレンズユニット及びこれを使用した携帯機器を提供することを目的とする。

本発明に係る電動マクロレンズユニットは、ベースと、レンズと、前記レンズを支持する鏡枠と、前記鏡枠を前記レンズの光軸が撮像素子を通るように支持するピントリングと、前記ピントリングを前記ベース上で前記光軸を中心として回動可能にかつ光軸方向に移動可能に前記ベースに係合させ前記ピントリングの前記ベースに対する回動位置により前記ピントリングの前記ベースからの距離が異なるように係合させる係合手段と、前記ピントリングに設置された永久磁石と、前記ベース上に設置された電磁コイルと、前記電磁コイルへの通電により選択的に磁化されて前記永久磁石を選択的に吸着又は反発させる磁心と、を備えて、前記撮像素子上に、標準撮影モードとマクロ撮影モードとを切り替えて、撮影光を入射させる電動マクロレンズユニットであって、前記磁心は真直棒状をなしてその中央部が前記電磁コイルに挿入されていて、前記永久磁石は、前記ピントリングの外周面にあって、前記磁心を間に挟んで２個設けられていて、前記永久磁石の一方が前記磁心の一方の端部に吸着したときは、前記永久磁石の他方は前記磁心の他方の端部から、離隔するような位置に配置されていて、前記磁心の端部に吸着された前記永久磁石は、前記電磁コイルの通電を停止した後も、前記磁心の端部に吸着された状態を保持することを特徴とする。

この電動マクロレンズユニットにおいて、前記ピントリングは、円筒状をなし、
前記係合手段は、前記円筒状ピントリングの上端面の複数箇所を切り欠いて形成された複数個の第１凹部と、前記ベースに設けられ前記第１凹部に係合して前記ピントリングを保持する保持部と、前記ピントリングの下端面に前記第１凹部に対応して形成された第２凹部と、前記第１凹部に段差を有して形成された第１カム面と、前記第２凹部に前記ピントリングの下端面との間で段差を有して形成された第２カム面と、前記保持部に設けられ前記第１カム面を摺動する第１係合受け部と、前記ベースの上面に設けられ前記第２カム面を摺動する第２係合受け部と、を有し、前記ピントリングの回動位置により前記段差の分だけ前記ピントリングが光軸方向に移動することが好ましい。

この場合に、前記電磁コイルに通電する電流の方向を切り替えることにより、前記ピントリングの回動方向を切り替えるように構成することができる。

そして、本発明に係る携帯機器は、前記いずれかの電動マクロレンズユニットを搭載したものである。

本発明においては、ピントリングに磁石を設け、電磁コイルへの通電のオン・オフにより、容易に標準モードとマクロモードとを選択することができるので、本発明は、部品点数も少なく、またカメラ機構の小型化が容易であり、製造コストも低いという効果を奏する。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る電動マクロレンズユニットを示す平面図、図２は同じくその正面断面図、図３は同じくその背面図、図４はピントリング及びベースを抽出して示す展開図、図５（ａ）（ｂ）は本実施形態の動作を示すために磁石部分を抽出して示す背面図である。

矩形板状の撮像素子ホルダ１は、その上面に円形の２段の凹部１１，１２が形成されている。下段の凹部１１の底部上に、ＣＣＤ（電荷結合素子）等の固体撮像素子２が固定されている。そして、上段の凹部１２の縁部（即ち、上段の凹部１２と下段の凹部１１との間の段差）上に、ガラス板からなる透明保護板３が固定されており、この保護板３により、固体撮像素子２が凹部１１内に封止されている。

ホルダ１の上端縁上には、ベース４が固定されている。このベース４は、その本体４３が基本的には矩形板状をなし、その中央に円形の孔４１が形成されている。そして、このベース本体４３の上面には、リング状の突部４２がその軸中心を、円孔４１の中心と一致させて設けられている。この突部４２及び円孔４１の中心を中心とする３等配の位置に、ベース４の本体４３から垂直方向上方に向けて起立するようにして、リング保持部４４が配置されている。このリング保持部４４は断面矩形の垂直に伸びる棒状をなすが、その上端には、中心側に延出する係合部４５が設けられている。

ベース４の突部４２には、円筒状のピントリング７が嵌合されている。このピントリング７は、円筒状の本体７１の内面の下部に、内側部分を切り欠いて段差７９が形成されている。このピントリング７の段差７９の内径は、ベース４の突部４２の外径と、適度のクリアランスを設けて一致する寸法に設定されており、ピントリング７は、この段差７９を突部４２に嵌合させてベース４に回転可能に支持されている。また、ピントリング７は、段差７９を突部４２に嵌合させてベース４に支持されているので、突部４２に案内されて、ベース４に相対的にピントリング７の軸方向に移動可能である。

一方、レンズ５は光軸を一致させて配置された３〜５枚のレンズ群からなり、このレンズ５は鏡枠６に支持されている。この鏡枠６は有底筒状をなしてその内部にレンズ５が収納され、この底の部分はレンズ保持部６２となっていて、このレンズ保持部６２を上方（被写体に向かう前方）に向けて配置されている。この鏡枠６はそのレンズ保持部６２の中央に円形の光進入孔６３が形成されている。また、鏡枠６の外面には、ねじ６１が形成されており、ピントリング７の本体７１の内面にもねじ７２が形成されていて、この外面ねじ６１を内面ねじ７２に螺合させることにより、鏡枠６はレンズ５と共に、ピントリング７に支持されている。

図４はピントリング７をその外面側からみた展開図である。このピントリング７はその本体７１が前述のごとく円筒状をなしてベース４の突部４２に嵌合され、ベース４に回転可能に支持されているが、ピントリング７の上端縁には、ピントリング７の周方向の３等配の位置に、上部カム部が形成されている。この上部カム部においては、ピントリング７の上端部を局部的に切り欠くことにより、カム面７３，７４，７５がピントリング７の周方向にこの順に配置されている。このカム面７３は高さが低く、カム面７５は高さが高い位置に形成されており、カム面７４はこれらの低カム面７３と高カム面７５とを傾斜して結んでいる。一方、ピントリング７の下端縁には、ピントリング７の周方向の３等配の位置に、下部カム部が形成されている。この下部カム部においては、ピントリング７の下端部を局部的に切り欠くことにより、カム面７６が形成されている。このカム面７６と、ピントリング７の下端面７８とは、傾斜面７７により結ばれている。

ピントリング７の上部カム部（カム面７３，７４，７５）は、ベース４に設けたリング保持部４４に整合する位置に設けられており、リング保持部４４の上端の係合部４５を上部カム部に係合させることにより、リング保持部４４がピントリング７をベース４上に保持するようになっている。係合部４５の下面には半球状のカム受け部４６が形成されており、このカム受け部４６がカム面７３，７４，７５に接触するようになっている。

また、ピントリング７は、前述のごとく、段差７９を突部４２に嵌合させてベース４に回転可能に支持されているが、このピントリング７の下端面７８が摺動するベース４の上面４７には、下部カム部（カム面７６、傾斜面７７、下端面７８）に整合する位置に、半球状のカム受け部４８が形成されており、このカム受け部４８はカム面７６等に接触するようになっている。

そして、このカム受け部４６及びカム受け部４８は、カム受け部４６が高カム面７５に接触しているときは、カム受け部４８がカム面７６に接触し、カム受け部４６が傾斜カム面７４に接触しているときは、カム受け部４８が傾斜面７７に接触し、カム受け部４６が低カム面７３に接触しているときは、カム受け部４８が下端面７８に接触するようにして、それらのピントリング周方向の間隔が設定されている。

これにより、図４に示す状態から、ピントリング７がベース４に対して図１における反時計方向に回転すると、カム受け部４６が高カム面７５を摺動して傾斜カム面７４に向かう。このとき、下部カム部のカム受け部４８はカム面７６を摺動し、ピントリング７の下端面７８とベース４の上面４７とは接触している。そして、カム受け部４６が傾斜カム面７４に移行すると、カム受け部４８も傾斜面７７に移行し、更に、カム受け部４６が低カム面７３に移行すると、カム受け部４８も下端面７８に移行する。そうすると、ピントリング７は、ベース４に対して光軸を中心とする回転と、光軸方向への移動が可能であるので、カム受け部４８が下端面７８に接触しているときは、カム受け部４６は低カム面７３に接触しており、ピントリング７の下端面７８と、ベース４の上面４７との間は、カム受け部４６，４８の高さだけ離隔する。これにより、ピントリング７、ひいては鏡枠６及びレンズ５は、ピントリング７の下端面７８とベース４の上面４７とが接触していた状態に対して、カム受け部４６，４８の高さだけ、光軸方向の前方の被写体に向けて移動した状態になる。

ベース４上には、電磁コイル９が設置されている。また、Ｕ字形の鉄心９１がその一方の端部９２を上方にし、他方の端部９３を下方にして配置されており、鉄心９１の上方の端部９２は電磁コイル９の中心を挿通している。

ピントリング７の外周面には、ピントレバー８の磁気連結部８１が固定されており、この磁気連結部８１は上下方向に延びる鉄片等の磁性材料で形成されている。そして、磁気連結部８１における鉄心９１の上方の端部９２に対応する位置には磁石８２が設置されている。なお、例えば、磁石８２は、鉄心９１側がＮ極、磁気連結部８１側がＳ極となるように、磁気連結部８１に固定されており、電磁コイル９に電流を通電すると、鉄心９１の上方の端部９２がＮ極、下方の端部９３がＳ極となるように、鉄心９１が磁化するものとする。

次に、上述のごとく構成された電動マクロレンズユニットの動作について図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。電磁コイル９が通電オフの場合には、図５（ａ）に示すように、磁石８２のＮ極が鉄心９１の端部９２に吸着し、磁石８２，鉄心９１からなる磁気回路が形成され、図１に示すように、ピントリング７は最も時計方向に回転した位置にある。このとき、カム受け部４６は低カム面７３上にあり、カム受け部４８は下端面７８上にある。よって、鏡枠６及びレンズ５は、被写体から最も遠い状態にあり、レンズ５から透明保護板３を介して固体撮像素子２に入射する光は、遠景にピントがあう標準状態となる。

一方、電磁コイル９に通電すると、図５（ｂ）に示すように、鉄心９１の上方端部９２がＮ極に帯磁し、この上方端部９２が磁石８２のＮ極と磁気的に反発して、ピントリング７が反時計方向に回転する。これにより、ピントリング７は光軸に沿って被写体側に向けて進出する。即ち、鏡枠６及びレンズ５は被写体側に向けて移動し、被写体に最も近い位置に位置する。これにより、ピント状態はマクロ位置になる。

このようにして、電磁コイル９への通電のオン・オフにより、ピントリング７が光軸を中心として回動して、レンズ５は光軸に沿って移動し、レンズ５が固体撮像素子２に近い側に位置する標準撮影モードと、レンズ５が被写体に向けて進出した状態のマクロ撮影モードとを選択することができる。本実施形態においては、ピントリングに磁石８２を設け、電磁コイル９への通電のオン・オフにより、容易に標準モードとマクロモードとを選択することができるので、部品点数も少なく、またカメラ機構の小型化が容易であり、製造コストも低い。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図６は本実施形態の電動マクロユニットを示す背面図、図７（ａ）、（ｂ）はその動作を示す図である。本実施形態は、図１乃至図５に示す第１実施形態に対し、磁石を２個設けた点のみが異なる。即ち、鉄心９１は、上方の端部９２が電磁コイル９の内部を挿通し、下方の端部９３が端部９２の先端と同一位置まで延びている。そして、磁気連結部８１には、その端部９２，９３に整合する位置に、夫々磁石８２，８３が設けられている。例えば、電磁コイル９は電流の通電により、鉄心９１の上方の端部９２がＮ極、下方の端部９３がＳ極に帯磁するものとする。この場合には、端部９２に対向する磁石８２は先端がＮ極、磁気連結部８１側がＳ極であり、端部９３に対向する磁石８３は先端がＳ極、磁気連結部８１側がＮ極である。

次に、このように構成された電動マクロユニットの動作について説明する。先ず、電磁コイル９が通電オフの状態では、図７（ａ）に示すように、鉄心９１の端部９２，９３に、磁気連結部８１に固定された磁石８２，８３が吸着し、ピントリング７は図１に示す時計方向に回転した位置にある。この状態では、第１実施形態と同様に、標準撮影モードになる。一方、電磁コイル９に通電した状態では、図７（ｂ）に示すように、鉄心９１の端部９２がＮ極に帯磁し、端部９３がＳ極に帯磁する。このため、端部９２はＮ極同士で磁石８２から磁気的に反発し、端部９３はＳ極同士で磁石８３から磁気的に反発する。これにより、レバーの磁気連結部８１は図１の反時計方向に回動し、ピントリング７は反時計方向に回動する。これにより、ピントリング７は光軸に沿って被写体側に進出し、マクロ撮影モードになる。

本実施形態においては、第１実施形態と同様の効果を奏することに加え、磁石を２個並列に設けているので、電磁コイル９への通電により、ピントリング７をより安定して回動させることができるという効果がある。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。図８は本発明の第３実施形態に係る電動マクロレンズユニットを示す平面図、図９は同じくその正面断面図、図１０は同じくその背面図、図１１（ａ）（ｂ）は本実施形態の動作を示すために磁石部分を抽出して示す背面図である。

本実施形態においては、鉄心９４が真直棒状をなし、電磁コイル９の内部に挿通され、その両端部９５，９６が電磁コイル９から突出している。そして、ピントリング７の外周面には、電磁コイル９を挟む両位置にピントレバー８を構成する２個の磁気連結部８４，８６が固定されている。この磁気連結部８４にはその電磁コイル９側の面に磁石８５が固定されており、磁気連結部８６にはその電磁コイル９側の面に磁石８７が固定されている。そして、図８に示すように、磁気連結部８４，８６は、磁気連結部８４の磁石８５が鉄心９４の端部９５に吸着しているときは、磁気連結部８６の磁石８７が鉄心９４の端部９６から離隔する位置に設けられている。よって、ピントリング７は、磁石８５が端部９５に吸着した状態と、磁石８７が端部９６に吸着した状態との間で回動する。このピントリング７の回動範囲は、ピントリング７の回動により、図４に示すカム受け部４６が高カム面７５，傾斜カム面７４及び低カム面７３の全ての領域を移動できる範囲である。また、磁石８５は端部９５側がＮ極、磁気連結部８４側がＳ極になるように磁気連結部８４に固定されており、磁石８７は端部９６側がＮ極、磁気連結部８６側がＳ極になるように磁気連結部８６に固定されている。

次に、本実施形態の電動マクロユニットの動作について説明する。本実施形態においては、電磁コイル９に通電する電流の向きを切り替える。即ち、図１１（ａ）に示す標準撮影モード時には、電流の方向を、鉄心９４の端部９５がＳ極、端部９６がＮ極になるように電磁コイル９に通電する。そうすると、磁石８５はＮ極、端部９５はＳ極であるので、磁石８５は端部９５に吸着し、磁石８７と端部９６はＮ極同士であるので、互いに磁気的に反発する。これにより、ピントリング７は、図８に示すように、時計方向に回動する。

一方、図１１（ｂ）に示すマクロ撮影モード時には、電流の方向を、鉄心９４の端部９５がＮ極、端部９６がＳ極になるように電磁コイル９に通電する。そうすると、磁石８５と端部９５はＮ極同士であるので、互いに磁気的に反発し、磁石８７はＮ極、端部９６はＳ極であるので、磁石８７は端部９６に吸着する。これにより、図８に破線にて示すように、ピントリング７は反時計方向に回動する。

このように、ピントリング７が電磁コイル９への通電方向により、時計方向又は反時計方向に回動するので、電磁コイル９への通電方向を切り替えることにより、標準撮影モードとマクロ撮影モードとのいずれかを選択することができる。そして、本実施形態においては、電磁コイル９への通電により、一旦、図１１（ａ）又は図１１（ｂ）の状態に切り替わった後は、電磁コイル９への通電を停止しても、磁石と鉄心端部との吸着状態は変化しない。よって、標準撮影モード又はマクロ撮影モードに切り替わった後は、電磁コイル９への通電を停止して、節電することができる。

上述のごとく、構成された本発明の電動マクロレンズユニットは、小型化及び軽量化が容易であるので、例えば、図１２に示すような携帯電話１００に搭載することができる。

なお、本発明は、デジタルカメラ、携帯電話、ビデオカメラ、ＰＤＡ（パーソナルディジタルアシスタンス）、ノートブックコンピュータ、ウエアラブルパーソナルコンピュータ、電卓、電子辞書等の携帯機器に使用可能であり、その他、カメラユニットを搭載可能な機器全般に利用することができる。

本発明の第１実施形態に係る電動マクロレンズユニットを示す平面図である。 同じくその正面断面図である。 同じくその背面図である。 ピントリング及びベースを抽出して示す展開図である。 （ａ）（ｂ）は本実施形態の動作を示すために磁石部分を抽出して示す背面図である。 本発明の第２実施形態の電動マクロユニットを示す背面図である。 （ａ）、（ｂ）はその動作を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る電動マクロレンズユニットを示す平面図である。 同じくその正面断面図である。 同じくその背面図である。 （ａ）（ｂ）は本実施形態の動作を示すために磁石部分を抽出して示す背面図である。 携帯電話の外観を示す斜視図である。

符号の説明

１・・・ホルダ、２・・・固体撮像素子、３・・・保護板、４・・・ベース、５・・・レンズ、６・・・鏡枠、７・・・ピントリング、８・・・ピントレバー、９・・・電磁コイル、１１，１２・・・凹部、４１・・・孔、４２・・・突部、４３・・・本体、４４・・・リング保持部、４５・・・係合部、４６，４８・・・カム受け部、４７・・・上面、６１、７２・・・ねじ、６２・・・レンズ保持部、６３・・・進入孔、７１・・・本体、７３・・・低カム面、７４・・・傾斜カム面、７５・・・高カム面、７６・・・カム面、７７・・・傾斜面、７８・・・下端面、７９・・・段差、８１，８４，８６・・・磁気連結部、８２，８３、８５，８７・・・磁石、９１・・・鉄心、９２，９３・・・端部、９４・・・鉄心、９５，９６・・・端部

Claims (4)

1. ベースと、
   レンズと、前記レンズを支持する鏡枠と、
   前記鏡枠を前記レンズの光軸が撮像素子を通るように支持するピントリングと、
   前記ピントリングを前記ベース上で前記光軸を中心として回動可能にかつ光軸方向に移動可能に前記ベースに係合させ前記ピントリングの前記ベースに対する回動位置により前記ピントリングの前記ベースからの距離が異なるように係合させる係合手段と、
   前記ピントリングに設置された永久磁石と、
   前記ベース上に設置された電磁コイルと、
   前記電磁コイルへの通電により選択的に磁化されて前記永久磁石を選択的に吸着又は反発させる磁心と、を備えて、
   前記撮像素子上に、標準撮影モードとマクロ撮影モードとを切り替えて、撮影光を入射させる電動マクロレンズユニットであって、
   前記磁心は真直棒状をなしてその中央部が前記電磁コイルに挿入されていて、
   前記永久磁石は、前記ピントリングの外周面にあって、前記磁心を間に挟んで２個設けられていて、前記永久磁石の一方が前記磁心の一方の端部に吸着したときは、前記永久磁石の他方は前記磁心の他方の端部から、離隔するような位置に配置されていて、
   前記磁心の端部に吸着された前記永久磁石は、前記電磁コイルの通電を停止した後も、前記磁心の端部に吸着された状態を保持する
   ことを特徴とする電動マクロレンズユニット。
2. 前記ピントリングは、円筒状をなし、
   前記係合手段は、前記円筒状ピントリングの上端面の複数箇所を切り欠いて形成された複数個の第１凹部と、前記ベースに設けられ前記第１凹部に係合して前記ピントリングを保持する保持部と、前記ピントリングの下端面に前記第１凹部に対応して形成された第２凹部と、前記第１凹部に段差を有して形成された第１カム面と、前記第２凹部に前記ピントリングの下端面との間で段差を有して形成された第２カム面と、前記保持部に設けられ前記第１カム面を摺動する第１係合受け部と、前記ベースの上面に設けられ前記第２カム面を摺動する第２係合受け部と、を有し、
   前記ピントリングの回動位置により前記段差の分だけ前記ピントリングが光軸方向に移動する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動マクロレンズユニット。
3. 前記電磁コイルに通電する電流の方向を切り替えることにより、前記ピントリングの回動方向を切り替える
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動マクロレンズユニット。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電動マクロレンズユニットを搭載した
   ことを特徴とする携帯機器。

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