JP2024034078A - 光学素子駆動装置、カメラモジュール、及びカメラ搭載装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】可動部の移動動作の安定化を図ることができる、信頼性の高い光学素子駆動装置、カメラモジュール及びカメラ搭載装置を提供する。【解決手段】光学素子駆動装置は、固定部と、光学素子を含む可動部と、固定部及び可動部のうちの何れか一方からなる能動側部材に配置され、固定部に対して可動部を移動させる超音波モーター型の駆動部と、固定部及び可動部のうちの何れか他方からなる受動側部材と駆動部とを連結し、駆動部の動力を受動側部材に伝達する動力伝達部と、を備える。駆動部は、振動する一対のアームを有する共振部を有し、動力伝達部は、一対のアームに付勢された状態で挟持される受動部材と、受動部材と受動側部材とを連結する連結部材と、を有し、連結部材は、弾性変形可能である。【選択図】図10
Description
本発明は、光学素子駆動装置、カメラモジュール、及びカメラ搭載装置に関する。
一般に、スマートフォン等の携帯端末には、小型のカメラモジュールが搭載されている。このようなカメラモジュールには、被写体を撮影するときのピント合わせを自動的に行うオートフォーカス機能(以下「AF機能」と称する、AF:Auto Focus)及び撮影時に生じる振れ(振動)を光学的に補正して画像の乱れを軽減する振れ補正機能(以下「OIS機能」と称する、OIS:Optical Image Stabilization)を有する光学素子駆動装置が適用される(例えば特許文献1)。
AF機能及びOIS機能を有する光学素子駆動装置は、レンズ部を光軸方向に移動させるためのオートフォーカス駆動ユニット(以下「AF駆動ユニット」と称する)と、レンズ部を光軸方向に直交する平面内で移動させるための振れ補正駆動ユニット(以下「OIS駆動ユニット」と称する)と、を備える。特許文献1では、AF駆動ユニット及びOIS駆動ユニットに、超音波モーター型の駆動ユニットが適用されている。
超音波モーター型の駆動ユニットは、能動要素である共振部(レゾネーター)を含む。超音波モーター型駆動ユニットは、可動部及び固定部の何れか一方からなる能動側部材に共振部が配置され、受動要素である動力伝達部を介して、可動部及び固定部の何れか他方からなる受動側部材に動力が伝達される。共振部及び動力伝達部は、付勢された状態で接触し、駆動時に互いに摺動する。「能動側部材」とは、駆動ユニットが配置される部材であり、[受動側部材]とは、動力伝達部を介して駆動ユニットと連結される部材である。
一般に、超音波モーター型の駆動ユニットにおいては、可動部の移動方向と、動力の伝達方向とが一致するように、能動要素、受動要素、可動部及び固定部等の設計が行われる。しかしながら、取付公差等によって、能動要素に対する受動要素の取付角度と、固定部に対する可動部の取付角度とにずれが生じることがある。このずれは、能動要素及び受動要素の接触状態にも影響を与え、両部材が摺動し難い状態となるため、可動部へ伝達する動力の発生が不安定になる虞がある。
本発明の目的は、可動部の移動動作の安定化を図ることができる、信頼性の高い光学素子駆動装置、カメラモジュール及びカメラ搭載装置を提供することである。
本発明に係る光学素子駆動装置は、
固定部と、
光学素子を含む可動部と、
前記固定部及び前記可動部のうちの何れか一方からなる能動側部材に配置され、前記固定部に対して前記可動部を移動させる超音波モーター型の駆動部と、
前記固定部及び前記可動部のうちの何れか他方からなる受動側部材と前記駆動部とを連結し、前記駆動部の動力を前記受動側部材に伝達する動力伝達部と、
を備え、
前記駆動部は、振動する一対のアームを有する共振部を有し、
前記動力伝達部は、
一対の前記アームに付勢された状態で挟持される受動部材と、
前記受動部材と前記受動側部材とを連結する連結部材と、を有し、
前記連結部材は、弾性変形可能である。
固定部と、
光学素子を含む可動部と、
前記固定部及び前記可動部のうちの何れか一方からなる能動側部材に配置され、前記固定部に対して前記可動部を移動させる超音波モーター型の駆動部と、
前記固定部及び前記可動部のうちの何れか他方からなる受動側部材と前記駆動部とを連結し、前記駆動部の動力を前記受動側部材に伝達する動力伝達部と、
を備え、
前記駆動部は、振動する一対のアームを有する共振部を有し、
前記動力伝達部は、
一対の前記アームに付勢された状態で挟持される受動部材と、
前記受動部材と前記受動側部材とを連結する連結部材と、を有し、
前記連結部材は、弾性変形可能である。
本発明に係るカメラモジュールは、
上記の光学素子駆動装置と、
前記可動部に装着される光学素子と、
前記光学素子により結像された被写体像を撮像する撮像部と、を備える。
上記の光学素子駆動装置と、
前記可動部に装着される光学素子と、
前記光学素子により結像された被写体像を撮像する撮像部と、を備える。
本発明に係るカメラ搭載装置は、
情報機器又は輸送機器であるカメラ搭載装置であって、
上記のカメラモジュールと、
前記カメラモジュールで得られた画像情報を処理する画像処理部と、を備える。
情報機器又は輸送機器であるカメラ搭載装置であって、
上記のカメラモジュールと、
前記カメラモジュールで得られた画像情報を処理する画像処理部と、を備える。
本発明によれば、能動要素から受動要素への動力伝達を安定化し、駆動性能の向上を図ることができる、信頼性の高い光学素子駆動装置、カメラモジュール及びカメラ搭載装置が提供される。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1A、図1Bは、本発明の一実施の形態に係るカメラモジュールAを搭載するスマートフォンM(カメラ搭載装置の一例)を示す図である。図1AはスマートフォンMの正面図であり、図1BはスマートフォンMの背面図である。
スマートフォンMは、2つの背面カメラOC1、OC2からなるデュアルカメラを有する。本実施の形態では、背面カメラOC1、OC2に、カメラモジュールAが適用されている。
カメラモジュールAは、AF機能及びOIS機能を備え、被写体を撮影するときのピント合わせを自動的に行うとともに、撮影時に生じる振れ(振動)を光学的に補正して像ぶれのない画像を撮影することができる。
図2は、カメラモジュールAの外観斜視図である。図3及び図4は、実施の形態に係る光学素子駆動装置1の外観斜視図である。図4は、図3をZ軸周りに90°回転した状態を示す。図2~4に示すように、実施の形態では、直交座標系(X,Y,Z)を使用して説明する。後述する図においても共通の直交座標系(X,Y,Z)で示している。
カメラモジュールAは、例えば、スマートフォンMで実際に撮影が行われる場合に、X軸方向が上下方向(又は左右方向)、Y軸方向が左右方向(又は上下方向)、Z軸方向が前後方向となるように搭載される。すなわち、Z軸方向が光軸方向であり、図中上側(+Z側)が光軸方向受光側、下側(-Z側)が光軸方向結像側である。また、Z軸に直交するX軸方向及びY軸方向を「光軸直交方向」と称し、XY面を「光軸直交面」と称する。
図2~4に示すように、カメラモジュールAは、AF機能及びOIS機能を実現する光学素子駆動装置1、円筒形状のレンズバレルにレンズが収容されてなるレンズ部2、及びレンズ部2により結像された被写体像を撮像する撮像部3等を備える。すなわち、光学素子駆動装置1は、光学素子としてレンズ部2を駆動するレンズ駆動装置である。
撮像部3は、光学素子駆動装置1の光軸方向結像側に配置される。撮像部3は、例えば、イメージセンサー基板301、イメージセンサー基板301に実装される撮像素子302及び制御部303を有する。撮像素子302は、例えば、CCD(charge-coupled device)型イメージセンサー、CMOS(complementary metal oxide semiconductor)型イメージセンサー等により構成され、レンズ部2により結像された被写体像を撮像する。制御部303は、例えば、制御ICで構成され、光学素子駆動装置1の駆動制御を行う。光学素子駆動装置1は、イメージセンサー基板301に搭載され、機械的かつ電気的に接続される。なお、制御部303は、イメージセンサー基板301に設けられてもよいし、カメラモジュールAが搭載されるカメラ搭載機器(実施の形態では、スマートフォンM)に設けられてもよい。
光学素子駆動装置1は、外側をカバー24で覆われている。カバー24は、光軸方向から見た平面視で矩形状の有蓋四角筒体である。実施の形態では、カバー24は、平面視で正方形状を有している。カバー24は、光軸方向受光側の面(上面)に略円形の開口241を有する。レンズ部2は、カバー24の開口241から外部に臨む。レンズ部2は、カバー24の開口面よりも受光側に突出するように配置されてもよい。カバー24は、光学素子駆動装置1のOIS固定部20のベース21(図5参照)に、例えば、接着により固定される。
図5、図6は、実施の形態に係る光学素子駆動装置1の分解斜視図である。図7、図8は、AFユニット10Aの分解斜視図である。図6、図8は、それぞれ、図5、図7をZ軸周りに90°回転させた状態を示す。
図5~図8に示すように、本実施の形態に係る光学素子駆動装置1は、OIS可動部10、OIS固定部20、X軸方向駆動ユニット50X、Y軸方向駆動ユニット50Y、及びOIS支持部41、42を備える。
OIS可動部10は、振れ補正時に光軸直交面内で移動する部分である。OIS可動部10は、AFユニット10A及び第2ステージ13を含む。OIS固定部20は、OIS支持部41を介してOIS可動部10が接続される部分である。
OIS可動部10は、OIS固定部20に対して光軸方向に離間して配置され、OIS支持部41、42を介してOIS固定部20と連結される。OIS可動部10とOIS固定部20は、OIS用付勢部材30によって、互いに近づく方向に付勢されている。OIS用付勢部材30は、例えば、光学素子駆動装置1の平面視における四隅に配置される。
OIS用付勢部材30は、例えば、引張コイルバネで構成され、OIS可動部10とOIS固定部20を連結する。本実施の形態では、OIS用付勢部材30の一端は、ベース21の配線(図示略)に接続され、他端は、第1ステージ12の端子金具162に接続されている。OIS用付勢部材30は、AF駆動ユニット70及びY軸方向駆動ユニット50Yへの給電ラインとして機能する。
OIS用付勢部材30は、OIS可動部10とOIS固定部20を連結したときの引張荷重を受けて、OIS可動部10とOIS固定部20が互いに近づくように作用する。これにより、OIS可動部10は、OIS用付勢部材30によって、光軸方向に付勢された状態(ベース21に押し付けられた状態)で、XY面内で移動可能に保持される。したがって、OIS可動部10をがたつきのない安定した状態で保持することができる。なお、OIS用付勢部材30には、振動を抑制するダンパー材(図示略)が配置されてもよい。
OIS支持部41は、OIS固定部20として機能するベース21に対して、OIS可動部10として機能する第2ステージ13を、光軸方向に離間した状態で支持する。本実施の形態では、OIS支持部41は、ベース21と第2ステージ13の間に転動可能な状態で介在する4個のボールで構成されている。なお、OIS支持部41を構成するボールの数は、適宜変更することができる。
OIS支持部42は、OIS固定部20として機能する第2ステージ13に対して、OIS可動部10として機能する第1ステージ12を、光軸方向に離間した状態で支持する。本実施の形態では、OIS支持部42は、第2ステージ13と第1ステージ12の間に転動可能な状態で介在する4個のボールで構成されている。なお、OIS支持部42を構成するボールの数は、適宜変更することができる。
本実施の形態では、X軸方向の移動に関しては、AFユニット10Aを含むOIS可動部10の全体が可動体として移動する。一方、Y軸方向の移動に関しては、AFユニット10Aだけが可動体として移動する。つまり、Y軸方向の移動に関しては、第2ステージ13は、ベース21とともにOIS固定部20を構成する。
ベース21は、例えば、ポリアリレート(PAR)、PARを含む複数の樹脂材料を混合したPARアロイ(例えば、PAR/PC)、又は液晶ポリマーからなる成形材料で形成される。ベース21は、平面視で矩形状の部材であり、中央に円形の開口211を有する。
ベース21は、X軸方向駆動ユニット50Xが配置されるOISモーター固定部212を有する。OISモーター固定部212は、例えば、ベース21の外周縁のX軸に沿う一辺に、光軸方向受光側に向けて突出して形成され、X軸方向駆動ユニット50Xを保持可能な形状を有している。ベース21は、OIS可動部10のX軸方向の移動に関して、能動側部材として機能する。
ベース21は、OIS支持部41を介して、OIS可動部10の第2ステージ13をX軸方向に移動可能に支持する。ベース21は、光軸方向受光側の面に、OIS支持部41が配置されるOISボール保持部214を有する。OISボール保持部214は、例えば、平面視でX軸方向に延びる矩形形状を有する溝である。OISボール保持部214は、例えば、底面側に向けて溝幅が狭くなるように断面形状が略V字状(テーパー形状)に形成される。本実施の形態では、OISボール保持部214は、ベース21の四隅の近傍に設けられ、OISボール保持部214に配置された4つのOIS支持部41によって、OIS可動部10(第2ステージ13)が4点で支持されている。
ベース21には、例えば、インサート成形により、端子金具22及び端子金具22に接続された配線(図示略)が配置される。端子金具22は、ベース21から露出し、イメージセンサー基板301と電気的に接続される。また、配線は、OIS用付勢部材30と電気的に接続される。AF駆動ユニット70のAF駆動ユニット70及びY軸方向駆動ユニット50YのY軸方向駆動ユニット50Yへの給電は、OIS用付勢部材30を介して行われる。なお、ベース21にセンサー基板を配置し、センサー基板の配線と端子金具22とが電気的に接続されてもよい。
ベース21には、OIS可動部10のX軸方向及びY軸方向における位置、並びに、AF可動部11のZ軸方向における位置を検出する位置検出センサーが配置されてもよい。位置検出センサーには、例えば、ホール素子又はTMR(Tunnel Magneto Resistance)センサー等の磁気センサーを適用できる。この場合、磁気センサーに対向するようにOIS可動部10(例えば、第1ステージ12)及びAF可動部11にマグネットが配置される。なお、フォトリフレクター等の光センサーによりOIS可動部10のX軸方向及びY軸方向の位置、並びに、AF可動部11のZ軸方向の位置を検出するようにしてもよい。
第2ステージ13は、光軸方向から見た平面視において略矩形状を有する部材であり、例えば、液晶ポリマーで形成される。第2ステージ13は、AF可動部11に対応する部分に開口131を有する。
第2ステージ13において、X軸方向駆動ユニット50Xに対応する部分132は、径方向外側にはみ出すことなくX軸方向駆動ユニット50Xを配置できるように、径方向内側に凹んで形成されている。また、第2ステージ13において、Y軸方向駆動ユニット50Yに対応する部分133も同様に、径方向内側に凹んで形成されている(以下、「OISモーター固定部132、133」と称する)。
OISモーター固定部132には、X軸方向動力伝達部60Xが固定される。OISモーター固定部133には、Y軸方向動力伝達部60Yが固定される。第2ステージ13は、OIS可動部10のX軸方向及びY軸方向の移動に関して、受動側部材として機能する。
第2ステージ13は、OIS支持部42を介して、AFユニット10Aの第1ステージ12をY軸方向に移動可能に支持する。第2ステージ13は、光軸方向受光側の面(上面)に、OIS支持部42が配置されるOISボール保持部134を有する。OISボール保持部134は、例えば、平面視でY軸方向に延びる矩形形状を有する溝である。OISボール保持部134は、例えば、底面側に向けて溝幅が狭くなるように断面形状が略V字状(テーパー形状)に形成される。本実施の形態では、OISボール保持部134は、第2ステージ13の四隅の近傍に設けられ、OISボール保持部134に配置された4つのOIS支持部42によって、AFユニット10A(第1ステージ12)が4点で支持されている。
第2ステージ13の光軸方向結像側の面(下面)には、ベース21のOISボール保持部214とZ軸方向において対向する位置に、OIS支持部41を保持するボール保持部(図示略)が形成されている。OIS支持部41は、ベース21及び第1ステージ12のOISボール保持部により、多点接触で挟持される。したがって、OIS支持部41を構成するボールは、安定してX軸方向に転動する。
AFユニット10Aは、AF可動部11、第1ステージ12、AF駆動ユニット70及びAF支持部15を含む。
第1ステージ12は、光軸方向から見た平面視において略矩形状を有する部材であり、例えば、液晶ポリマーで形成される。第1ステージ12は、AF可動部11に対応する部分に略円形状の開口121を有する。
第1ステージ12において、X軸方向駆動ユニット50Xに対応する部分122は、径方向外側にはみ出すことなくX軸方向駆動ユニット50Xを配置できるように、径方向内側に凹んで形成されている。また、第1ステージ12において、Y軸方向駆動ユニット50Yに対応する部分123も同様に、径方向内側に凹んで形成されている(以下、「OISモーター固定部122、123」と称する)。
OISモーター固定部123には、Y軸方向駆動ユニット50Yが固定される。第1ステージ12は、OIS可動部10のY軸方向の移動に関して、能動側部材として機能する。
第1ステージ12は、AF支持部15を介して、AF可動部11を光軸方向に移動可能に支持する。第1ステージ12は、開口121の内周面に、AF支持部15が配置されるAFボール保持部124を有する。本実施の形態では、AFボール保持部124は、平面視における第1ステージ12の四隅のうちの対角に位置する2箇所に設けられている。AFボール保持部124は、光軸方向に沿って延在し、溝底に向かって溝幅が狭くなるように断面形状が略V字状(テーパー形状)に形成されている。
第1ステージ12の光軸方向結像側の面(下面)には、第2ステージ13のOISボール保持部134とZ軸方向において対向する位置に、OIS支持部42を保持するOISボール保持部(図示略)が形成されている。OIS支持部42は、第1ステージ12及び第2ステージ13のOISボール保持部により、多点接触で挟持される。したがって、OIS支持部42を構成するボールは、安定してY軸方向に転動する。
第1ステージ12は、開口121の内周面に、AF駆動ユニット70が配置されるAFモーター固定部125を有する。AFモーター固定部125は、例えば、平面視における第1ステージ12の四隅のうちの対角に位置する2箇所に設けられる。AFモーター固定部125には、例えば、AFモーター固定金具126(図11参照)が取り付けられ、AFモーター固定金具126によってAF駆動ユニット70のAF共振部71が保持される。第1ステージ12は、AF可動部11のZ軸方向の移動に関して、能動側部材として機能する。
第1ステージ12には、AF駆動ユニット70及びY軸方向駆動ユニット50Yへの給電ラインが配置される。本実施の形態では、第1ステージ12の光軸方向受光側の面に、4つの金属板161が物理的に分離した状態で配置されている。4つの金属板161は、それぞれ、第1ステージ12の四隅から露出している端子金具162と接続される。ベース21の配線(図示略)からOIS用付勢部材30、端子金具162及び金属板161を介して、AF駆動ユニット70及びY軸方向駆動ユニット50Yへの給電が行われる。
AF可動部11は、レンズ部2(図2参照)を保持するレンズホルダーであり、ピント合わせ時に光軸方向に移動する。AF可動部11は、第1ステージ12(AF固定部)に対して径方向内側に離間して配置され、AF支持部15を介して第1ステージ12に付勢された状態で支持される。
AF可動部11は、例えば、ポリアリレート(PAR)、PARを含む複数の樹脂材料を混合したPARアロイ、液晶ポリマー等で形成される。AF可動部11は、筒状のレンズ収容部111を有する。レンズ収容部111の内周面には、レンズ部2が、例えば、接着により固定される。
AF可動部11は、レンズ収容部111の外周面において、AF駆動ユニット70に対応する位置に、AF動力伝達部80が固定されるAFモーター固定部112を有する。AF可動部11は、AF可動部11のZ軸方向の移動に関して、受動側部材として機能する。
AF可動部11は、レンズ収容部111の外周面において、第1ステージ12のAFボール保持部124と径方向において対向する位置に、AF支持部15を保持するAFボール保持部114を有する。AF支持部15は、第1ステージ12及びAF可動部11のAFボール保持部により、多点接触で挟持される。したがって、AF支持部15を構成するボールは、安定してZ軸方向に転動する。
AF支持部15は、第1ステージ12(AF固定部)に対して、AF可動部11を径方向に離間した状態で支持する。本実施の形態では、AF支持部15は、第1ステージ12とAF可動部11の間に転動可能な状態で介在する4個のボールで構成されている。なお、AF支持部15を構成するボールの数は、適宜変更することができる。
X軸方向駆動ユニット50X及びY軸方向駆動ユニット50Yは、OIS可動部10をX軸方向及びY軸方向に移動させる、超音波モーター型のアクチュエーターである。図9Aに示すように、X軸方向駆動ユニット50Xは、能動側部材であるベース21に配置され、X軸方向動力伝達部60Xを介して、受動側要素である第2ステージ13と連結される。また、図9Bに示すように、Y軸方向駆動ユニット50Yは、能動側部材である第1ステージ12に配置され、Y軸方向動力伝達部60Yを介して、受動側要素である第2ステージ13と連結される。X軸方向駆動ユニット50X及びX軸方向動力伝達部60Xと、Y軸方向駆動ユニット50Y及びY軸方向動力伝達部60Yとは、互いに直交する辺に沿って配置される。
X軸方向駆動ユニット50X及びX軸方向動力伝達部60Xは、X軸に沿って延在するように配置され、OIS可動部10全体をX軸方向に移動させる。本実施の形態では、X軸方向駆動ユニット50Xがベース21のOISモーター固定部212に固定され、X軸方向動力伝達部60Xが第2ステージ13のOISモーター固定部132に固定されている。
Y軸方向駆動ユニット50Yは、Y軸に沿って延在するように配置され、OIS可動部10のAFユニット10AのみをY軸方向に移動させる。本実施の形態では、Y軸方向駆動ユニット50Yが第1ステージ12のOISモーター固定部123に固定され、Y軸方向動力伝達部60Yが第2ステージ13のOISモーター固定部133に固定されている。
以下において、X軸方向駆動ユニット50X及びY軸方向駆動ユニット50Yを合わせて、「OIS駆動ユニット50X、50Y」と称する。また、X軸方向動力伝達部60X及びY軸方向動力伝達部60Yを合わせて、「OIS動力伝達部60X、60Y」と称する。
OIS駆動ユニット50X、50Yは、それぞれ、OIS共振部51及びOIS圧電素子52を有する。OIS動力伝達部60X、60Yは、それぞれ、受動部材61及び連結部材62を有する。
OIS圧電素子52は、例えば、セラミック材料で形成された板状素子であり、高周波電圧を印加することにより振動を発生する。OIS共振部51の胴部(符号略)を挟み込むように、2枚のOIS圧電素子52が配置される。
OIS共振部51は、導電性材料で形成され、OIS圧電素子52の振動を受けて共振する。OIS共振部51は、所定の導電性、せん断強度、硬度、比重、ヤング率等を有する金属であればよく、例えば、ステンレス綱が好適である。
X軸方向駆動ユニット50XのOIS共振部51及びOIS圧電素子52は、ベース21の配線(図示略)と電気的に接続される。Y軸方向駆動ユニット50YのOIS共振部51及びOIS圧電素子52は、給電ラインとして機能する金属板161と電気的に接続される。
OIS共振部51は、OIS圧電素子52に挟持される略矩形状の胴部(符号略)及び胴部の上部及び下部からX軸方向又はY軸方向に延在する2つのアーム511、512を有する。2つのアーム511、512は略対称的な形状を有し、それぞれの自由端部がOIS動力伝達部60X、60Yの受動部材61に当接し、OIS圧電素子52の振動に共振して対称的に変形する。
本実施の形態では、2つのアーム511、512は、OIS動力伝達部60X、60Yの受動部材61と当接する当接面が内側を向き、対向するように形成されている。OIS共振部51とOIS動力伝達部60X、60Y(受動部材61)とが当接した状態でOIS共振部51が共振することにより、OIS圧電素子52の振動運動がOIS動力伝達部60X、60Yの直線運動に変換される。
OIS共振部51は、少なくとも2つの共振周波数を有し、それぞれの共振周波数に対して、異なる挙動で変形する。言い換えると、OIS共振部51は、2つの共振周波数に対して異なる挙動で変形するように、全体の形状が設定されている。異なる挙動とは、OIS動力伝達部60X、60YをX軸方向又はY軸方向に前進させる挙動と、後退させる挙動である。
受動部材61は、OIS共振部51の一対のアーム511、512に付勢された状態で挟持される。受動部材61は、剛体で構成されており、アーム511、512よりも変形しにくい。受動部材61は、例えば、ジルコニア等のセラミック材料からなるブロック部材である。なお、受動部材61は、ステンレス等の金属材料からなるブロックの表面(少なくともOIS共振部51と接触する面)に、セラミック材料からなるコーティング層を形成した部材であってもよい。
また、受動部材61において、アーム511、512によって挟持される方向の幅は、アーム511、512の先端(受動部材61と当接する部分)の離間幅よりも大きい。アーム511、512の間に受動部材61を嵌め込むと、アーム511、512が押し拡げられるように変形するため、アーム511、512に復元力が生じる。アーム511、512に生じた復元力によって、アーム511、512の間に受動部材61が付勢された状態で保持される。
受動部材61が2つの板状部材で構成され、受動部材61に生じる復元力を利用してアーム511、512に対して受動部材61が付勢される場合、受動部材61とアーム511、512との当接状態は、受動部材61の移動に伴い変化し、駆動性能が不安定となる虞がある。これに対して、本実施の形態では、受動部材61とアーム511、512との当接状態は、受動部材61が移動しても変化しないので、安定した駆動性能を得ることができる。
連結部材62は、受動部材61と受動側部材である第2ステージ13とを連結する。連結部材62は、例えば、ステンレス材等の金属材料で形成される。連結部材62は、受動部材61に固定される固定部62aと、固定部62aから延びて第2ステージ13に連結する弾性部62bとを有する。
弾性部62aは、弾性変形可能であり、例えば、板バネで形成される。連結部材62は、弾性部62aが可動部の移動方向に延在するように配置される。弾性部62aは、板厚方向に変形(撓み)可能で、可動部の移動方向には変形困難である。弾性部62aは、取付公差等によって生じうる可動部の移動方向D1と動力の伝達方向D2の位置ずれを吸収する。
一般に、光学素子駆動装置1では、可動部の移動方向D1(ベース21又は第1ステージ12に対する第2ステージ13の相対的な移動方向)と、動力の伝達方向D2とが一致するように、能動要素(OIS共振部51)、受動要素(OIS動力伝達部60X、60Y)等の設計が行われる。しかしながら、取付公差等によって、例えば、能動要素に対する受動要素の取付角度と、固定部に対する可動部の取付角度とにずれが生じることがある。この場合、OIS動力伝達部60X、60Yが剛体で形成されていると、可動部の移動方向D1に対して、動力の伝達方向D2が傾斜することとなり、OIS共振部51とOIS動力伝達部60X、60Yが摺動し難い状態となる。その結果、可動部へ伝達する動力の発生が不安定となる虞がある(図10B参照)。
これに対して、本実施の形態では、能動側部材であるベース21及び第1ステージ12に配置されたOIS駆動ユニット50X、50Yと、受動側部材である第2ステージ13とが、連結部材62を有するOIS動力伝達部60X、60Yを介して接続されている。これにより、能動要素に対する受動要素の取付角度と、固定部に対する可動部の取付角度とに位置ずれが生じても、連結部材62の弾性部62aによって位置ずれが吸収されるので、可動部の移動方向D1と動力の伝達方向D2とが一致する(図10A参照)。したがって、OIS共振部51とOIS動力伝達部60X、60Yとの摺動が維持され、OIS支持部41、42のボールの転動動作がスムーズに行われ、可動部の移動動作が安定する。
AF駆動ユニット70は、AF可動部11をZ軸方向に移動させる、超音波モーター型のアクチュエーターである。図11A、図11Bに示すように、AF駆動ユニット70は、能動側部材である第1ステージ12に配置され、AF動力伝達部80を介して、受動要素であるAF可動部11と連結される。図11Aは、AF駆動ユニット70をAF可動部11に取り付けた状態を示す。
本実施の形態では、AF可動部11と第1ステージ12との間に、2つのAF駆動ユニット70が配置されている。AF駆動ユニット70は、アーム711、712がZ軸方向に延在するように、第1ステージ12のAFモーター固定部125に固定される。
AF駆動ユニット70は、AF共振部71及びAF圧電素子72を有する。AF動力伝達部80は、光軸方向に所定の長さを有する2枚のAFプレート81を有する。
AF圧電素子72は、例えば、セラミック材料で形成された板状素子であり、高周波電圧を印加することにより振動を発生する。AF共振部71の胴部(符号略)を挟み込むように、2枚のAF圧電素子72が配置される。
AF共振部71は、導電性材料で形成され、AF圧電素子72の振動を受けて共振する。AF共振部71は、所定の導電性、せん断強度、硬度、比重、ヤング率等を有する金属であればよく、例えば、OIS共振部51と同様に、ステンレス綱が好適である。
AF共振部71及びAF圧電素子72は、給電ラインとして機能する金属板161と電気的に接続される。
AF共振部71は、AF圧電素子72に挟持される略矩形状の胴部(符号略)及び胴部からZ軸方向に延在する2つのアーム711、712を有する。2つのアーム711、712は略対称的な形状を有し、それぞれの自由端部がAF動力伝達部80のAFプレート81に当接し、AF圧電素子72の振動に共振して対称的に変形する。
本実施の形態では、2つのアーム711、712は、AFプレート81と当接する面が外側を向いて形成されており、自由端部がAFプレート81で挟持されるように配置されている。AF共振部71とAF動力伝達部80(AFプレート81)とが当接した状態でAF共振部71が共振することにより、AF圧電素子72の振動運動がAF動力伝達部80の直線運動に変換される。
AF共振部71は、OIS共振部51と同様に、少なくとも2つの共振周波数を有し、それぞれの共振周波数に対して、異なる挙動で変形する。言い換えると、AF共振部71は、2つの共振周波数に対して異なる挙動で変形するように、全体の形状が設定されている。
AFプレート81は、例えば、チタン銅、ニッケル銅、ステンレス等の金属材料からなる硬質の板状部材である。AFプレート81は、AF共振部71のアーム711、712と当接するように、移動方向に沿ってAF可動部11のAFモーター固定部112に配置される。AFプレート81は、AF可動部11に固定され、AF可動部11と一体的に移動可能となっている。
AFプレート81は、AF可動部11のAFモーター固定部112に配置された付勢部材82とAF共振部71との間に介在する。AFプレート81は、付勢部材82によって、AF共振部71のアーム711、712に向けて付勢された状態で保持される。なお、付勢部材82は、例えば、板バネで構成されてもよいし、コイルバネや硬質ゴムなどの弾性体を適用してもよい。
光学素子駆動装置1において、AF駆動ユニット70に電圧を印加すると、AF圧電素子72が振動し、AF共振部71が周波数に応じた挙動で変形する。AF駆動ユニット70の駆動力により、AF動力伝達部80がZ軸方向に摺動される。これに伴い、AF可動部11がZ軸方向に移動し、ピント合わせが行われる。AF支持部15がボールで構成されているので、AF可動部11はZ軸方向にスムーズに移動することができる。また、AF駆動ユニット70とAF動力伝達部80は、付勢された状態で当接しているだけなので、当接部分をZ軸方向に大きくするだけで、光学素子駆動装置1の低背化を損なうことなく、AF可動部11の移動ストロークを容易に長くすることができる。
光学素子駆動装置1において、OIS駆動ユニット50X、50Yに電圧を印加すると、OIS圧電素子52が振動し、OIS共振部51が周波数に応じた挙動で変形する。OIS駆動ユニット50X、50Yの駆動力により、OIS動力伝達部60X、60YがX軸方向又はY軸方向に摺動される。これに伴い、OIS可動部10がX軸方向又はY軸方向に移動し、振れ補正が行われる。OIS支持部41、42がボールで構成されているので、OIS可動部10はX軸方向又はY軸方向にスムーズに移動することができる。
具体的には、X軸方向駆動ユニット50Xが駆動され、X軸方向動力伝達部60XがX軸方向に移動する場合、X軸方向駆動ユニット50Xが配置されているベース21から第2ステージ13に動力が伝達される。このとき、第1ステージ12と第2ステージ13とで挟持されているOIS支持部42は、X軸方向に転動できないので、第2ステージ13に対する第1ステージ12のX軸方向の位置は維持される。一方、第2ステージ13とベース21とで挟持されているOIS支持部41は、X軸方向に転動できるので、ベース21に対して第2ステージ13がX軸方向に移動する。第1ステージ12も第2ステージ13に追従してX軸方向に移動することになる。
また、Y軸方向駆動ユニット50Yが駆動され、Y軸方向動力伝達部60YがY軸方向に移動する場合、Y軸方向駆動ユニット50Yが配置されている第1ステージ12から第2ステージ13に動力が伝達される。このとき、第2ステージ13とベース21とで挟持されているOIS支持部41は、Y軸方向に転動できないので、ベース21に対する第2ステージ13のX軸方向の位置は維持される。一方、第1ステージ12と第2ステージ13とで挟持されているOIS支持部42は、Y軸方向に転動できるので、第2ステージ13に対して第1ステージ12がY軸方向に移動することになる。
光学素子駆動装置1では、例えば、カメラモジュールAの角度振れが相殺されるように、振れ検出部(例えばジャイロセンサー、図示略)からの角度振れを示す検出信号に基づいて、X軸方向駆動ユニット50X及びY軸方向駆動ユニット50Yへの通電電圧が制御される。このとき、位置検出部の検出結果をフィードバックして、OIS可動部10の並進移動を制御してもよい。
このように、実施の形態に係る光学素子駆動装置1は、以下の特徴事項を単独で、又は、適宜組み合わせて備えている。
すなわち、OIS可動部10のX軸方向の移動に関して、光学素子駆動装置1は、ベース21(固定部)と、レンズ部2(光学素子)を含む第2ステージ13(可動部)と、ベース21(固定部及び可動部のうちの何れか一方からなる能動側部材)に配置され、ベース21に対して第2ステージ13を移動させる超音波モーター型のX軸方向駆動ユニット50X(駆動部)と、第2ステージ13(固定部及び可動部のうちの何れか他方からなる受動側部材)とX軸方向駆動ユニット50Xとを連結し、X軸方向駆動ユニット50Xの動力を第2ステージ13に伝達するX軸方向動力伝達部60Xと、を備える。X軸方向駆動ユニット50Xは、振動する一対のアーム511、512を有するOIS共振部51を有し、X軸方向動力伝達部60Xは、一対のアーム511、512に付勢された状態で挟持される受動部材61と、受動部材61と第2ステージ13とを連結する連結部材62と、を有し、連結部材62は、弾性変形可能である。これにより、能動要素に対する受動要素の取付角度と、固定部に対する可動部の取付角度とに位置ずれが生じても、連結部材62によって位置ずれが吸収されるので、可動部である第2ステージ13の移動方向D1と動力の移動方向D2とが一致する(図10A参照)。したがって、OIS共振部51とOIS動力伝達部60X、60Yとの摺動が維持され、第2ステージ13を含むOIS可動部10の、ベース21を含むOIS固定部20に対するX軸方向への移動動作が安定し、駆動性能の向上を図ることができ、光学素子駆動装置1、カメラモジュールA及びスマートフォンM(カメラ搭載装置)の信頼性が向上する。
また、OIS可動部10のY軸方向の移動に関して、光学素子駆動装置1は、第2ステージ13(固定部)と、レンズ部2(光学素子)を含む第1ステージ12(可動部)と、第1ステージ12(固定部及び可動部のうちの何れか一方からなる能動側部材)に配置され、第2ステージ13に対して第1ステージ12を移動させる超音波モーター型のY軸方向駆動ユニット50Y(駆動部)と、第2ステージ13(固定部及び可動部のうちの何れか他方からなる受動側部材)とY軸方向駆動ユニット50Yとを連結し、Y軸方向駆動ユニット50Yの動力を第2ステージ13に伝達するY軸方向動力伝達部60Yと、を備える。Y軸方向駆動ユニット50Yは、振動する一対のアーム511、512を有するOIS共振部51を有し、Y軸方向動力伝達部60Yは、一対のアーム511、512に付勢された状態で挟持される受動部材61と、受動部材61と第2ステージ13とを連結する連結部材62と、を有し、連結部材62は、弾性変形可能である。これにより、能動要素に対する受動要素の取付角度と、固定部に対する可動部の取付角度とに位置ずれが生じても、連結部材62によって位置ずれが吸収されるので、可動部である第1ステージ12の移動方向D1と動力の移動方向D2とが一致する(図10A参照)。したがって、OIS共振部51とOIS動力伝達部60X、60Yとの摺動が維持され、第1ステージ12を含むOIS可動部10の、第2ステージ13を含むOIS固定部20に対するY軸方向への移動動作が安定し、駆動性能の向上を図ることができ、光学素子駆動装置1、カメラモジュールA及びスマートフォンM(カメラ搭載装置)の信頼性が向上する。
連結部材62は、金属材料で形成されている。これにより、能動要素に対する受動要素の取付角度と、固定部に対する可動部の取付角度との位置ずれを容易に吸収することができる。
X軸方向動力伝達部60Xの連結部材62は、受動部材61に固定される固定部61aと、固定部61aから延在して第2ステージ13(可動部)に連結する弾性部62aと、を有し、弾性部62aがX軸方向(可動部の移動方向)に延在するように配置される。これにより、X軸方向における弾性部62bの弾性変形が低減されるため、X軸方向駆動ユニット50Xから第2ステージ13へのX軸方向への動力の伝達が損なわれず、適正な駆動性能を確保することができる。
Y軸方向動力伝達部60Yの連結部材62は、受動部材61に固定される固定部61aと、固定部61aから延在して第1ステージ12(可動部)に連結する弾性部62aと、を有し、弾性部62aがY軸方向(可動部の移動方向)に延在するように配置される。これにより、Y軸方向における弾性部62bの弾性変形が低減されるため、Y軸方向駆動ユニット50Yから第2ステージ13へのY軸方向への動力の伝達が損なわれず、適正な駆動性能を確保することができる。
OIS可動部10のX軸方向の移動に関して、ベース21(能動側部材)及び第2ステージ13(受動側部材)は、OIS支持部41(ボール)によって、相対的に移動可能に支持されている。OIS可動部10のY軸方向の移動に関して、第1ステージ12(能動側部材)及び第2ステージ13(受動側部材)は、OIS支持部42(ボール)によって、相対的に移動可能に指示されている。これにより、ボールの転動を利用して、OIS可動部10をスムーズに移動させることができる。
X軸方向動力伝達部60X及びY軸方向動力伝達部60Yにおいて、受動部材62は、一対のアーム511、512よりも変形しにくく、一対のアーム511、512によって挟持される方向における受動部材62の幅は、一対のアーム511、512の離間幅よりも大きい。これにより、受動部材62とアーム511、512との当接状態は、受動部材62が移動しても保持される。受動部材62が2つの板状部材で構成され受動部材62に生じる復元力を利用してアーム511、512に対して受動部材62が付勢される場合に比較して、駆動性能が向上する。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、実施の形態では、本発明に特徴的な動力伝達構造を、X軸方向駆動ユニット50X及びY軸方向駆動ユニット50Yに適用しているが、AF駆動ユニット70に適用してもよいし、X軸方向駆動ユニット50X及びY軸方向駆動ユニット50Yの何れか一方にだけ適用してもよい。
また、実施の形態では、X軸方向駆動ユニット50X、Y軸方向駆動ユニット50Y及びAF駆動ユニット70は、いずれも超音波モーター型のアクチュエーターで構成されているが、本発明に特徴的な動力伝達構造が適用されない駆動ユニットについては、超音波モーター型でなくてもよい。
また、実施の形態では、AF機能及びOIS機能を備える光学素子駆動装置1を例示して説明したが、本発明は、AF機能及びOIS機能のうちの一方を備える光学素子駆動装置に対して適用することもできる。
実施の形態では、カメラモジュールAを備えるカメラ搭載装置の一例として、カメラ付き携帯端末であるスマートフォンMを挙げて説明したが、本発明は、カメラモジュールとカメラモジュールで得られた画像情報を処理する画像処理部を有するカメラ搭載装置に適用できる。カメラ搭載装置は、情報機器及び輸送機器を含む。情報機器は、例えば、カメラ付き携帯電話機、ノート型パソコン、タブレット端末、携帯型ゲーム機、webカメラ、カメラ付き車載装置(例えば、バックモニター装置、ドライブレコーダー装置)を含む。また、輸送機器は、例えば、自動車、ドローン(無人航空機)を含む。
図12A、図12Bは、車載用カメラモジュールVC(Vehicle Camera)を搭載するカメラ搭載装置としての自動車Vを示す図である。図12Aは自動車Vの正面図であり、図12Bは自動車Vの後方斜視図である。自動車Vは、車載用カメラモジュールVCとして、実施の形態で説明したカメラモジュールAを搭載する。図12A、図12Bに示すように、車載用カメラモジュールVCは、例えば前方に向けてフロントガラスに取り付けられたり、後方に向けてリアゲートに取り付けられたりする。この車載用カメラモジュールVCは、バックモニター用、ドライブレコーダー用、衝突回避制御用、自動運転制御用等として使用される。
また、実施の形態では、光学素子としてレンズ部2を駆動する光学素子駆動装置1について説明したが、駆動対象となる光学素子は、ミラーやプリズムなどのレンズ以外の光学素子であってもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 光学素子駆動装置
10 OIS可動部(可動部)
12 第1ステージ(能動側部材)
13 第2ステージ(受動側部材)
20 OIS固定部(固定部)
21 ベース(能動側部材)
50X X軸方向駆動ユニット(駆動部)
50Y Y軸方向駆動ユニット(駆動部)
51 OIS共振部(共振部)
511、512 アーム
60X X軸方向動力伝達部(動力伝達部)
60Y Y軸方向動力伝達部(動力伝達部)
61 受動部材
62 連結部材
A カメラモジュール
M スマートフォン(カメラ搭載装置)
10 OIS可動部(可動部)
12 第1ステージ(能動側部材)
13 第2ステージ(受動側部材)
20 OIS固定部(固定部)
21 ベース(能動側部材)
50X X軸方向駆動ユニット(駆動部)
50Y Y軸方向駆動ユニット(駆動部)
51 OIS共振部(共振部)
511、512 アーム
60X X軸方向動力伝達部(動力伝達部)
60Y Y軸方向動力伝達部(動力伝達部)
61 受動部材
62 連結部材
A カメラモジュール
M スマートフォン(カメラ搭載装置)
Claims (7)
- 固定部と、
光学素子を含む可動部と、
前記固定部及び前記可動部のうちの何れか一方からなる能動側部材に配置され、前記固定部に対して前記可動部を移動させる超音波モーター型の駆動部と、
前記固定部及び前記可動部のうちの何れか他方からなる受動側部材と前記駆動部とを連結し、前記駆動部の動力を前記受動側部材に伝達する動力伝達部と、
を備え、
前記駆動部は、振動する一対のアームを有する共振部を有し、
前記動力伝達部は、
一対の前記アームに付勢された状態で挟持される受動部材と、
前記受動部材と前記受動側部材とを連結する連結部材と、を有し、
前記連結部材は、弾性変形可能である、
光学素子駆動装置。 - 前記連結部材は、金属材料で形成される、
請求項1に記載の光学素子駆動装置。 - 前記連結部材は、
前記受動部材に固定される固定部と、
前記固定部から延在して前記可動部に連結する弾性部と、を有し、
前記弾性部が前記可動部の移動方向に延在するように配置される、
請求項1又は2に記載の光学素子駆動装置。 - 前記能動側部材及び前記受動側部材は、ボールによって、相対的に移動可能に支持されている、
請求項1又は2に記載の光学素子駆動装置。 - 前記受動部材は、一対の前記アームよりも変形しにくく、
一対の前記アームによって挟持される方向における前記受動部材の幅は、一対の前記アームの離間幅よりも大きい、
請求項1又は2に記載の光学素子駆動装置。 - 請求項1に記載の光学素子駆動装置と、
前記可動部に装着される光学素子と、
前記光学素子により結像された被写体像を撮像する撮像部と、を備える、
カメラモジュール。 - 情報機器又は輸送機器であるカメラ搭載装置であって、
請求項6に記載のカメラモジュールと、
前記カメラモジュールで得られた画像情報を処理する画像処理部と、を備える、
カメラ搭載装置。
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