JP2009115982A - オートフォーカスモジュールに適用するレンズ変位機構 - Google Patents

Abstract

【課題】オートフォーカスモジュールに適用する簡単なレンズ変位機構を提供する。
【解決手段】レンズハウジング２０内にレンズホルダー２３にセットされたレンズ２１を配置して、レンズホルダーを光軸Ｘに沿って移動可能に支持する。
１本以上の形状記憶合金ケーブル（ＳＭＡケーブル）１０の２つの端部１１をハウジング上に固定し、その中間スライド部１２中間点をレンズホルダー外縁上に設けられたフック部材２５上に引っ掛け、該中間スライド部の対応する２つの端部間に緊張状態を形成して、バネなどの弾性回復部材３０との間で位置を保つ。
ＳＭＡケーブル両端から通電することにより、形状記憶合金が収縮してフック部材を牽引して、該レンズを駆動し、光軸上でスライド変位させてオートフォーカス作用を達成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ変位機構に関し、特に形状記憶合金（shape memory alloy，SMA）と弾性力を利用し、レンズの前後変位を制御してオートフォーカス作用を達成し、オートフォーカスレンズモジュールに応用可能とするレンズ変位機構に関する。

現在、使用されているデジタルカメラ、撮影機能を備えた携帯電話、ノートパソコン等のモバイル電子装置には、常にオートフォーカス（auto-focusing）可能なコンパクトカメラモジュール（compact camera module）が設けられ、該レンズモジュールは基本的に、ハウジング（housing）と、レンズ片群（lens group）およびレンズホルダー（lens holder）から構成され、且つ該ハウジング内に設置されるレンズと、レンズ変位機構とを具えてレンズを駆動操作し、光軸上でスライドまたは螺旋回転方式で対象物に接近または離反する方向に変位し、オートフォーカス作用を達成している。従来のレンズ変位機構は、以下のものからなる。圧電モーター（piezoelectric motor）と呼ばれるもので、圧電（piezoelectric）材料の原理を利用して形成されるが、通常使用する圧電材料ははんだのリフロー(reflow)過程の高温に耐えることができず、リフローの高温に耐えられる特別な圧電材料は相当高価である。
ボイスコイルモーター（voice coil motor）と呼ばれるものは、電磁力と弾性部材を併用して形成されるが、 リフロー(reflow)温度時、ボイスコイルモーターを破損または磁力が低下するので、これら従来の圧電モーターおよびボイスコイルモーターは、組み立て時にいずれもリフローを使用することができず、量産効率上の制限を受ける。
また、形状記憶合金（ＳＭＡ）を用いて形成されるものは、ＳＭＡ装置を用いて、且つＳＭＡの「熱凝縮冷膨張」特性によってレンズに変位効果を発生させ、ＳＭＡが５％の収縮量を達成し、通常の材質の熱膨張冷凝縮の変形量よりも遥かに大きく、且つＳＭＡは、リフローの高温に耐えることができ、組み立て時にリフローを使用できるので、組み立て効率および実用価値を向上させることができる。

現在、ＳＭＡを利用したレンズ変位機構は、既に多くの従来技術があり、例えば、US5,185,621A、US5,279,123A、US5,459,544A、US 6,307,678B2、US 6,449,434B1、WO2005001540、US20020136548、US2007058070、US2007047938、JP64000938、JP9127398、JP62067738、JP3196781、JP2006329111、JP2005275270、JP2005195998、JP2005156892、JP2004184775、JP2004129950、JP2004069986、JP2004038058、JP2000056208等であり、上記従来技術は、いずれもＳＭＡを用いてレンズ位置調整の駆動力としているが、その開示する技術手段または駆動方式がそれぞれ異なる。但し、上記各従来技術の構造設計は比較的複雑であり、体積が比較的大きく、現在のレンズモジュールの小型化の要求に適合せず、例えば、US6,449,434B1は、ＳＭＡケーブルを利用し、その2つの相対する端を固定し、２つの対応する端の間に介在する中間スライド部の長さ方向中間点（longitudinal mid-point）を軸回転運動できる作動装置（actuator）の外縁の溝にフックして引っ張り力作用点とし、該作動装置の外縁上の相対位置に凸部を設け、レンズホルダーの外縁上のラッチ溝に係合させて、力作用点とし、該ＳＭＡケーブルの熱凝縮冷膨張の特性によって該作動装置を駆動して、角度を軸回転させ、凸部の連動した軸回転により該レンズホルダーを駆動し、角度を軸回転させ、レンズホルダーがその構造によって変位し、レンズのフォーカス機能を達成できるようにしている。上記から分かるように、US6,449,434B1またはその他の従来技術は、同様にＳＭＡケーブルを駆動力源として利用しているが、いずれもその他の連動装置、例えば、作動装置（actuator）、ドリガ（trigger）またはその他の類似機能を有する組み立て装置等を介して始めてレンズの変位を駆動させることができ、即ち、従来技術のＳＭＡケーブルとレンズホルダーの間には、いずれも連動装置を別途設置して、ＳＭＡの収縮力を連動装置に使用し、レンズホルダーの位置を変える駆動力としている。従って、従来技術のＳＭＡの応用上、そのレンズ変位機構の構造および運動方式が複雑にすぎ、充分に簡単化されておらず、レンズモジュールの小型化および低コストの設計要求を満足できず、量産化に不利であり、更に改善の余地を有している。
特開２００７−２７９５０８号公報 特開２００７−２６４２７５号公報 特開２００７−２１１７５４号公報

本発明の目的は、オートフォーカスモジュールに適用し、1本以上の形状記憶合金ケーブル（ＳＭＡケーブル）を用いて該ＳＭＡケーブルを周囲の縁に等間隔方式でレンズの外周縁箇所に敷設し、該ＳＭＡケーブルの２つの端部（opposite ends）に固定し、それを2つの端部の間の中間スライド部（intermediate movable portion）の長さ方向中間点（longitudinal mid-point）に介在させレンズホルダーの外縁上に対応して設置されるフック部材に引っ掛け、該中間スライド部を２つの端部に対応させ緊張状態を形成させ、上記構造によって、ＳＭＡケーブルは電流導通によって熱を受ける時、その中間スライド部が収縮し該フック部材を牽引でき、該レンズを光軸上にスライド変位させ、オートフォーカス効果を達成するレンズ変位機構を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、更にレンズ上に回復弾性部材（return spring element）を配置し、ＳＭＡケーブルが電流切断により冷却し、元の長さに膨張回復する時、該回復弾性部材がレンズに対してＳＭＡケーブルの収縮牽引力と反対の回復力を提供し、該レンズを元の位置に復帰させ、オートフォーカスの効果を達成するレンズ変位機構を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、レンズ変位機構を提供し、更にレンズとハウジングの壁縁との間に、例えば、ガイド溝とガイドレールを合わせたような対応するガイドレール装置を設置し、レンズが該ガイドレール装置によってハウジング内に安定してスライド変位できるようにするレンズ変位機構を提供することである。

本発明のレンズ変位機構は、オートフォーカスモジュールに適用し、少なくとも１つのハウジングと、レンズと、レンズ変位機構とからなり、該レンズは、レンズ片群およびレンズホルダーを含み、且つハウジング内の光軸上に設置されてなり、対象物に接近または離脱する方向にスライド変位しフォーカス効果を達成し、そのうち、該レンズ変位機構は、１本以上の形状記憶合金ケーブル（ＳＭＡケーブル）を用いてＳＭＡケーブルが電流の通電により温度上昇する時、収縮し、電流が遮断されることによる冷却時に元の長さに回復することによって該レンズスライド変位を駆動し、該ＳＭＡケーブルが２つの端部および２つの端部の間に介在する中間スライド部を有し、そのうち、該２つの端部が固定され、該中間スライド部の長さ方向中間点がレンズ外縁上に設置されるフック部材上に引っ掛けられ、中間スライド部の対応する２つの端部に緊張状態を形成させてなり、ＳＭＡケーブルが熱を受ける時、該中間スライド部が収縮し、レンズ上のフック部材を牽引し、該レンズを駆動し、光軸上でスライド変位させ、オートフォーカス効果を達成する。

〈１〉本発明のＳＭＡケーブル１０は、その他の連動機構、例えば、作動装置（actu ator）、トリガ等によって直接レンズ２１のスライド変位を駆動させることが でき、レンズ変位機構の構造および運動方式を簡易化し、レンズモジュールの 小型化および低コストの設計要求に適合して、量産化に有利である。
〈２〉本発明は、リフロー（reflow）の高温に耐えることができ、量産化の可能性を 向上させる。
〈３〉本発明のＳＭＡケーブル１０の中間スライド部１２の長さ方向中間点１３は、 レンズ２１外縁のフック部材２５に引っ掛け、ＳＭＡケーブル１０にＶ型構造 を呈させ、比較的長い距離を得ることができ、すなわち、同一のＳＭＡケーブ ル１０を使用し、その収縮牽引力がレンズ２１に対して比較的長い変位量を提 供できる。電子回路のフィードバック（feedback）制御がＳＭＡケーブル１０ の長さ、温度、抵抗の間の関係を制御し、レンズ２１の変位量を精確に制御で き、すなわち、制御レンズ２１のフォーカス位置を精確に制御できる。
〈４〉本発明は、２本以上のＳＭＡケーブル１０を用いて、第３実施例のように、周 に対象または等間隔にレンズ２１の外周縁箇所に敷設し、適切なイメージ品質 に併せてフィードバック制御し、それぞれ各ＳＭＡケーブル１０を調整し、レ ンズ２１の傾斜またはピッチを補正することができる。

本発明は、オートフォーカスモジュール中に応用できるが、以下の実施例が開示するオートフォーカスモジュールの構造は、本発明のレンズ変位機構の主要な構成要素およびその目的効果を説明するものであって、本発明の応用範囲を制限するものではないので、当業者であれば分かるように、本発明は、各種の異なる構造のオートフォーカスモジュール中に応用できる。
即ち、本発明が開示するオートフォーカスモジュールの構造は、これら実施例に限られず、例えば、該レンズモジュール中のハウジングまたは該レンズの形状または構造形態は、例えば、該レンズは単一レンズまたは複数レンズ片からなるレンズ片群での良く、且つ単一レンズ片またはレンズ片群は通常先ず、固定部材に設置され、レンズホルダーと結合してレンズを形成することができる。該レンズホルダーの構造形態も制限はなく、各種異なる設計を該レンズモジュールの外殻、内部空間、ハウジングまたは内部のその他の構成部材等と併せてレンズモジュールを組み立てることができる。該ＳＭＡケーブルの使用数量および駆動させるレンズ数も制限はなく、１つのＳＭＡケーブルによりレンズを駆動または複数組のＳＭＡケーブルにより１つのレンズまたは複数のレンズを駆動することができる。

図１〜図３において、本発明のレンズ変位機構１は、オートフォーカスモジュール２において、少なくとも１つのハウジング２０を具え、レンズ２１をハウジング２０内の光軸Ｘ上でスライド変位できるようにされ、該レンズ２１の構造または組み立て形態は、通常の単一レンズ片または複数のレンズ片（例えば、２つのレンズ片）から構成されるレンズ片群２２およびレンズホルダー２３でも良い。

本発明のレンズ変位機構１は、1本以上の形状記憶合金ケーブル（ＳＭＡケーブル）１０を用いて、該ＳＭＡケーブル１０が電流の通電により発生する温度上昇および熱凝縮冷膨張の特性によって、レンズ２１のスライド変位を行う。本発明の特徴は、該ＳＭＡケーブル１０が２つの相対する端部（opposite ends）１１を有し、該２つの両端１１を、例えば、レンズモジュール２のハウジング２０の外縁２４上のラッチ体２４上に固定する。これら２つの端部１１の間は、中間スライド部（intermediate movable portion）１２とする。２つの端部１１とラッチ体２４の間の固定方法には格別制約はなく、挟持、接着、溶接いずれでも良く、簡単な方法が好ましい。該中間スライド部１２の中間点（longitudinal mid-point）１３は、レンズ２１外縁上に対応して設けられるフック部材２５に引っ掛けられ、該フック部材２５はレンズ片群２２の固定部材の外縁上またはレンズホルダー２３の外縁上に設置され、該中間スライド部１２を該フック部材２５に引っ掛けた後、２つの端部１１に緊張状態を形成させる。
上記の構造によって、該ＳＭＡケーブル１０が電流通電により発熱すると、該ＳＭＡケーブル１０の中間スライド部１２の区間が収縮して該フック部材２５を牽引し、該レンズ２１を駆動して光軸Ｘ上でスライド変位させ、オートフォーカス作用を達成する。

本発明は、ＳＭＡケーブル１０の数および各ＳＭＡケーブル１０のレンズ２１の周縁に敷設する方式には制限はなく、1本、２本および４本のＳＭＡケーブル１０を実施例とし、それぞれ、以下に説明する。

図１〜図３において、本実施例はＳＭＡケーブル１０を用いて、対象物との距離が接近する時、レンズ２１はイメージ側(image side)から対象物側（object side）に変位し、オートフォーカス作用を達成する。フォーカス時、レンズ２１は制御を受けて移動し、即ち、オートフォーカスのレンズ２１は、フォーカスボタンに制御され（図示せず）、使用者がボタンを押した時、電極３１，３２の両端がレンズ変位機構１に対して電流を供給してＳＭＡケーブル１０抵抗熱によりジュール熱（Joule heat）を発生し、ＳＭＡケーブル１０は発熱により収縮し、ＳＭＡケーブル１０の長さ、温度および制御電流の間には近似的に線形関係が成立するため、ＳＭＡケーブル１０の収縮量によってレンズの変位を制御し、レンズ２１と結像面の距離を調整し、オートフォーカス作用を達成する。本実施例中、該ＳＭＡケーブル１０の材質はニッケルチタン合金であり、その線径は０．０５ｍｍ（０．００２”）であり、レンズ２１と結像面の距離の変化および制御電流の間は表１に示すような関係にある：

本発明のレンズ変位機構１の電源供給構造および/またはその導電接続方式には、格別制約はなく、本発明の技術的特徴ではなく、且つ現在周知の電子関連技術により達成できるため詳細は略す。

本実施例は、更にレンズ２１上に回復弾性部材（return spring element）３０、例えば、ばねまたは弾性片を配置し、ＳＭＡケーブル１０が電流の遮断により冷却膨張し元の長さに回復する時、該回復弾性部材３０はレンズ２１に対してＳＭＡケーブル１０の収縮牽引力と反対方向の回復力を提供し、該レンズ２１が元の位置に復帰させて、該ＳＭＡケーブル１０が収縮を受ける前の位置に回復する。該回復弾性部材３０の構造形態は、例えば、圧縮バネまたは伸縮式のバネであり、使用数量または設置位置等は任意でよい。例えば、圧縮バネを用いてレンズ２１と物体側外蓋（図示せず）との間の図１〜図３に示すように、回復弾性部材３０をレンズ２１の上端に設置し、レンズ２１に対してＳＭＡケーブル１０の収縮牽引力と反対方向の圧縮弾性力を提供する。伸縮式のバネをレンズ２１の下端（図示せず）に設置し、レンズ２１に対してＳＭＡケーブル１０の収縮牽引力と反対方向の伸縮弾性力を働かせてレンズ２１を元の位置に回復することもできる。

本実施例は、更にレンズ２１とハウジング２０との間に１組の相対するガイドレール装置２６を設置し、ハウジング２０にレンズ２１に対して比較的接近または密接する柱体２７を配置してレンズ２１の間にそれぞれ対応するガイド溝２６１およびガイドレール２６２を設けて、レンズ２１が該ガイドレール装置２６によってハウジング２０内に安定してスライド変位できるようにする。該ガイドレール装置２６の設立位置および数に制限はない。

〈第２実施例〉
図４〜図６に示すように、本実施例は、２本のＳＭＡケーブル１０を配置して、該２本のＳＭＡケーブル１０は、レンズ２１の外周縁箇所に対称または等間隔に敷設することが好ましい。各ＳＭＡケーブル１０の駆動方法およびその達成する効果は、第１実施例のＳＭＡケーブル１０と同様である。本実施例は、更にレンズ２１上に回復弾性部材３０を配置し、ＳＭＡケーブル１０の収縮牽引力と反対向きの回復力を提供し、該レンズ２１を元の位置に回復させる。

本実施例は、更にレンズ２１とハウジング２０との間に１組のガイドレール装置２６を設置し、該ガイドレール装置２６は、レンズ２１の外周縁上の２本のＳＭＡケーブル１０の間の一側上に設置され、レンズ２１が該ガイドレール装置２６によりハウジング２０内に安定してスライド変位できるようにする。

本実施例は、レンズ２１とハウジング２０との間に２組のガイドレール装置２６を設置し、該２組のガイドレール装置２６が２本のＳＭＡケーブル１０に合わせて対象に設置され、図４〜図６に示すように、２本のＳＭＡケーブル１０と２組のガイドレール装置２６が対称に設置される（図示せず）。すなわち、これらの配置関係は、該２本のＳＭＡケーブル１０がレンズ外周縁の相互に隣接する２側辺に敷設され、２組のガイドレール装置２６は、２本のＳＭＡケーブル１０の対面側辺に設置される。１組または２組のガイドレール２６を設置する主要な目的は、レンズ２１が該ガイドレール装置２６によりハウジング２０内に安定してスライド変位できるためである。一般的に言えば、第２実施例中、２本のＳＭＡケーブル１０を設けた場合、その収縮牽引力の作用効果は第１実施例の１本のＳＭＡケーブル１０に比べてより好適である。

〈第３実施例〉
図７〜図９において、本実施例は、４本のＳＭＡケーブル１０を用い、該４本のＳＭＡケーブル１０は、レンズ２１の外周縁箇所に対称または等間隔で敷設されることが好ましく、レンズ２１の４つの対辺に固定される。各ＳＭＡケーブル１０の駆動方法および達成効果と第２実施例中の各ＳＭＡケーブル１０は同様である。本実施例は、更にレンズ２１上に回復弾性部材３０を配置し、ＳＭＡケーブル１０の収縮牽引力と反対方向の回復力を提供し、該レンズ２１を元の位置に回復させる。

本実施例は、４本のＳＭＡケーブル１０がレンズ２１の４つの対辺上に固定されるので、レンズ２１に対して平衡に収縮牽引力を提供でき、基本的に、レンズ２１をハウジング２０内に安定してスライド変位させることができるので、本実施例は、ガイドレール装置２６を設置しない。また、適切なイメージ品質に併せてフィードバック制御し、それぞれ４本のＳＭＡケーブル１０を調節する場合、更にレンズの傾斜（tilt）を精密に調整でき、映像品質を向上させることができる。

本発明の第１実施例の立体説明図である。 図１の平面図である。 図１の側面説明図である。 本発明の第２実施例の立体説明図である。 図４の平面図である。 図４の側面説明図である。 本発明の第３実施例の立体説明図である。 図７の平面図である。 図７の側面説明図である。

符号の説明

１ レンズ変位機構
１０ 形状記憶合金ケーブル/ＳＭＡケーブル
１１ 端部
１２ 中間スライド部
１３ 長さ方向中間点
２ レンズモジュール
２０ ハウジング
２１ レンズ
２２ レンズ片群
２３ レンズホルダー
２４ 柱体
２５ ブック部材
２６ ガイドレール装置
２６１ ガイド溝
２６２ ガイドレール
２７ 柱体
３０ 回復弾性部材

Claims (8)

1. 少なくとも１つのレンズハウジングと、レンズと、レンズ変位機構とから構成され、
   該レンズは、レンズ片群及びレンズホルダーからなり、ハウジング内に設置されて光軸上を対象物に接近または離脱する方向にスライド変位してフォーカス調整し、
   該レンズ変位機構は、１本以上の形状記憶合金ケーブル（ＳＭＡケーブル）両端を固定すると共にその中間部を中間スライド部としてレンズ外縁上に設置されるフック部材上に引っ掛けて、該ＳＭＡに通電して発熱することにより収縮させてレンズのフック部材を牽引して該レンズを変位駆動して光軸上で変位させることにより、フォーカス調整することを特徴とするオートフォーカスモジュールに適用するレンズ変位機構。
2. 前記１本以上のＳＭＡケーブルがレンズの環状の周辺縁に対称または等間隔で敷設され、各ＳＭＡケーブルの２つの端部が固定されると共に、各中間スライド部がそれぞれレンズ外縁上に対応設置されるフック部材上に引っ掛けられていることを特徴とする請求項１記載のオートフォーカスモジュールに適用するレンズ変位機構。
3. 前記レンズ上に回復弾性部材を配置し、ＳＭＡケーブルが電流遮断により冷却して元の長さに膨張回復する時、該弾性回復部材がレンズに対してＳＭＡケーブルの収縮牽引力と反対方向の回復力を提供して該レンズを元の位置に回復させることを特徴とする請求項1記載のオートフォーカスモジュールに適用するレンズ変位機構。
4. 前記ＳＭＡケーブルの２つの端部は、レンズモジュールのハウジングの外縁箇所の柱体に固定されることを特徴とする請求項１記載のオートフォーカスモジュールに適用するレンズ変位機構。
5. 前記ＳＭＡケーブルの２つの端部が挟持固定、接着固定、溶接固定により固定されていることを特徴とする請求項４記載のオートフォーカスモジュールに適用するレンズ変位機構。
6. 前記レンズとハウジングとの間に１組以上のガイドレール装置を設置したことを特徴とする請求項１記載のオートフォーカスモジュールに適用するレンズ変位機構。
7. 前記ガイドレール装置がガイドレールとガイド溝を組み合わせてなり、該ガイドレールとガイド溝がそれぞれレンズモジュールのハウジング外縁の柱体上およびレンズの外縁上対応箇所に設けられたことを特徴とする請求項６記載のオートフォーカスモジュールに適用するレンズ変位機構。
8. 前記レンズ変位機構が２組のガイドレール装置を設置し、２本のＳＭＡケーブルと組み合わせて、該２組のガイドレール装置が２本のＳＭＡケーブルの対面側辺に設置されたことを特徴とする請求項６記載のオートフォーカスモジュールに適用するレンズ変位機構。

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