JP2010511897A - 駆動型ステッピングレンズカメラモジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、カメラモジュールのハウジング内でカメラモジュールのレンズユニットを回転させるための一体型モーターを含むカメラモジュールに関する。ハウジングは、モーターの固定子として機能する複数の電磁石コイルを含む。レンズユニットは、モーターの回転子として機能する複数のフェライト素子を含む。ハウジング内でレンズユニットを回転させると焦点調節が起こり、これによりモーターを自動焦点システムの構成部品として使用することが可能となる。また、カメラモジュールを組み立てる方法も開示されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般的に電子装置に関し、より詳しくはデジタルカメラモジュールに関する。さらに詳しくは、本発明は、内蔵されたステッピングモーターを介してデジタルカメラモジュールの焦点を調節するためのシステムに関する。

尚、本発明は、共通の発明者による同時係属の米国仮特許出願第６０／８７２，１４２号（出願日：２００６年１２月１日）の優先権の利益を主張するものであり、この内容全体を参照することにより本出願に組み込むものとする。

デジタルカメラモジュールは、現在様々な電子装置に内蔵されている。このようなカメラのホスト装置は、例えば、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡｓ）及びコンピュータが挙げられるがこれらに限定されない。ホスト装置内にカメラモジュールを内蔵するという機能の拡大に伴い、デジタルカメラモジュールの需要は成長し続けている。したがって、デジタルカメラモジュールの１つの設計目標は、デジタルカメラモジュールを出来る限り小型化することであり、これにより電子装置の外形寸法を実質的に増加させずに装置内にはめ込むことが可能となる。さらに、このようなデジタルカメラモジュールは、出来る限り効率的且つ頑丈に製造することが望ましい。さらに、ユーザーの知識及び操作労力を最小限にしか必要としないデジタルカメラモジュールを製造することが望ましい。このような設計目標を達成するための手段は、カメラモジュールによって取込まれた画像の質を向上させる、又は少なくとも維持する必要がある。

典型的に、カメラモジュールは、様々な距離で画像に焦点を合わせるための複数の焦点モードを含む。例えば、既知のカメラモジュールは、異なる距離で被写体の画像の焦点を合わせるための複数のモードを含む。あるモードから他のモードに変えるには、カメラモジュール内のレンズと画像取込装置との間の配置を変化させることが必要である。この配置の変化は、当業者にとって公知である多数の様々な機構によって容易なものとなる。例えば、従来の多数のカメラモジュールは、ネジ式レンズハウジング（画像取込装置ハウジングに螺入し、画像取込装置ハウジングから螺出する）を含むことにより、レンズと画像取込装置との間の距離を変動させる。その他の一般的に知られている焦点調節装置としては、画像取込装置に対してレンズを移動させるためのカム機構が含まれる。

小型カメラモジュールにおいて、従来の焦点調節手法は、典型的に手動で実施される。この理由は、サイズの制限により、駆動モーター、カム、ギア等の使用が妨げられるからである。さらに、従来の装置は、他の不利な点を含む。例えば、従来のカメラモジュールの幾つかは、たった２つの焦点モード、即ちマイクロとマクロのみを有している。したがって、中距離における画質が犠牲になってしまう。他の不利な点は、カメラが正確な焦点モードであることを確認しなければならないこと及び／又は焦点モードを切り替えることに対し、ユーザーが不便を感じることである。極端に小さいサイズのカメラモジュールにおいては、手動で焦点調節を行うことはさらに困難である。

したがって、様々な焦点モード及び／又は継続的な焦点調節を提供するカメラモジュールが必要とされている。さらに、ユーザーの操作労力及び知識を最小限にしか必要としないデジタルカメラモジュールが必要とされている。また、自動的に焦点調節が可能なカメラモジュールも必要とされている。さらに、比較的小さいサイズを維持する一方で、柔軟に焦点調節が可能なカメラモジュールも必要とされている。

本発明は、駆動モーターをカメラモジュールに内蔵するための方法を提供することにより、従来技術の問題を克服するものである。この駆動モーターは、非常に小型のカメラモジュールにおける使用にも適しており、この理由は、カメラモジュール部品がモーター部品としての機能も備えるからである。

一実施形態では、カメラモジュールは、画像取込装置、レンズユニット、ハウジング、電気モーター、及び調節（例えば、焦点調節、ズーム等）機構を含む。ハウジングは、レンズユニットを収容するとともにレンズユニットを画像取込装置に対して位置付けるように構成される。ハウジングは電気モーターの第１部分を形成し、レンズユニットは電気モーターの第２部分を形成する。電気モーターが印加されると、レンズユニットがハウジング内で回転する。

詳細な実施形態では、モーターはステッピングモーターである。ハウジングによって形成されるモーター部分はステッピングモーターの固定子であり、レンズユニットによって形成されるモーター部分はステッピングモーターの回転子である。レンズユニットは略円筒状の本体部を含み、この円筒状本体部には複数のフェライト素子が固定されている。ハウジングは複数の電気巻線を含み、この電気巻線は、印加されるとフェライト素子を電磁的に引き付ける。

調節機構の一例は、ハウジング上に形成された複数の傾斜路と、レンズユニット上に形成された相補的な複数の傾斜路とを含む。レンズユニットがハウジング内で回転すると、調節機構は、画像取込装置に対するレンズユニットの位置を変化させる。任意で、相補的な傾斜路はレンズユニットの環状リング上に形成され、レンズユニットは環状リングのその他の部分とレンズユニットの円筒状本体部との間に第２調節機構を含む。第１調節機構（リングとハウジングとの間）は、モーターによって焦点調節を容易なものとする。第２調節機構（リングとレンズユニットの円筒状本体部との間）は、工場内の焦点調節操作を容易なものとする。

本発明の他の態様によると、カメラ焦点調節モーターが提供され、各種のカメラ及び／又はカメラモジュールにおいて使用される。カメラ焦点調節モーターが、カメラのハウジングと一体化して形成された固定子と、カメラのレンズユニットと一体化して形成された回転子とを含む。回転子は、レンズユニットのレンズ鏡筒と、そのレンズ鏡筒に埋め込まれた複数のフェライト素子を含む。固定子は、ハウジングに取り付けられた複数の電磁石コイルを含む。個別のコイルはレンズ鏡筒周辺の近傍に配されることにより、複数の電磁石コイルがレンズユニットのレンズ鏡筒を取り囲むことになる。制御回路は選択的に電磁石コイルを印加し、固定子に対する回転子の回転運動を制御する。任意で、制御回路の少なくとも一部が、ハウジングに対して取り付けられた統合型画像取込装置に含まれる。示す例においては、モーターはステッピングモーターとして機能する。

カメラモジュールを組み立てる方法もまた、開示されている。この方法は、モーターの第１部分を含むハウジングを提供する工程と、モーターの第２部分を含むハウジングを提供する工程と、ハウジングに対してレンズユニットを位置付けすることにより、モーターの第１部分とモーターの第２部分とを係合させる工程とを含む。モーターの第１部分を含むハウジングを提供する工程は、複数の電磁石コイルが固定されたハウジングを提供する工程を含む。したがって、モーターの固定子はハウジング内に組み込まれる。レンズユニットを提供する工程は、複数のフェライト素子が固定されたレンズユニットを提供する工程を含む。したがって、モーターの回転子はレンズユニット内に組み込まれる。開示された実施例の方法によると、組み立てられたカメラモジュールは、ステッピングモーターとして動作する。

カメラモジュールの斜視図である。 図１のカメラモジュールの分解斜視図である。 図１に示されたレンズ鏡筒の断面斜視図である。 図１に示されたカメラモジュールハウジングの斜視図である。 図１に示されたハウジング内部の背面斜視図である。 図１に示されたカメラモジュールの断面図である。 カメラモジュールを組み立てるための方法を要約したフローチャートである。 カメラモジュールを組み立てるためのその他の方法を要約したフローチャートである。

本発明は以下図面を参照して詳説する。図面において、同様の参照符号は実質的には類似の要素を意味するものとする。
本発明は、ステッピングモーターが内蔵されたカメラモジュールを提供することにより、従来技術の問題を克服するものである。以下の記述において、多数の詳細事項（例えば、材料選定）を説明することにより、本発明を完全に理解可能なものとする。しかしながら、当業者であれば、本発明がこれら詳細事項とは別の方法で実施可能であることは理解できるはずである。別の例では、公知の電気的内容（例えば、ステッピングモーターの組み立て及び制御等）及び部品の詳細を省略することにより、本発明を不必要に不明瞭にすることの無い様にした。このような詳細事項は、当業者にとって一般的に知られている参考文献を参照できる。例えば、Acarnley, Paul P.のStepping Motors : A Guide to Theory and Practice, 第４版（IEE Control Engineering Series, 63）は、ステッピングモーターの動作に関する有益な情報を提供する。この参考文献は、参照することによりその全体を本明細書に組み込むこととする。

図１は、組み立て後のデジタルカメラモジュール（１００）の斜視図を示す。この詳細な実施形態においては、カメラモジュール（１００）は、プリント基板（ＰＣＢ）（１０２）、ハウジング（１０４）、作動リング（１０６）、及びレンズ鏡筒（１０８）を含む。この詳細な実施形態では、カメラモジュール（１００）はまた、自動焦点調節機構を含み、レンズ鏡筒（１０８）は、電磁石型駆動システム（例えば、ステッピングモーター）を介してＰＣＢ（１０２）に対して垂直に配置移動可能である。

図２は、光軸（２００）に沿って分解したカメラモジュール（１００）の斜視図を示す。図示される如く、ＰＣＢ（１０２）は、その上に取り付けられた画像取込装置（２０２）を含む。ＰＣＢ（１０２）はさらに、ハウジング（１０４）の背面に取り付けられることにより、作動リング（１０６）を支持する。この詳細な実施形態では、作動リング（１０６）は光軸（２００）周りを回転可能である。

レンズ鏡筒（１０８）は、ネジ付周囲面（２０４）を含み、このネジ付周囲面（２０４）は、作動リング（１０６）の相補的なネジ付内部分（２０６）に螺入する。ネジ山（２０４）（２０６）により、レンズ鏡筒（１０８）が作動リング（１０６）に対して適切に焦点調節されることが可能となる。この詳細な焦点調節機構は、典型的には製造工程において実施され、典型的には一度のみ実施される。これは、一般的には工場内の焦点調節とみなされる。

自動焦点調節機構は、カメラモジュール（１００）の製造工程中に実施される工場内焦点調節とは異なる。自動焦点調節機構は、ユーザーによって又は当業者に公知の自動焦点調節手段を用いて自動的に、焦点領域を随時変化させることが可能である。自動焦点調節機構は、ステッピングモーターと同様の原理によって作動する。カメラモジュール（１００）の中心には、レンズ鏡筒（１０８）があり、その周囲面にフェライト素子（２０８）が埋め込まれている。鏡筒（１０８）は、「回転子」としての機能を果たす。ハウジング（１０４）は、「固定子」としての機能を果たす磁気巻線（２１０）（電磁石コイル）を含む。巻線（２１０）に電力が加えられる（印加される）と、フェライト素子（２０８）は電磁石的に巻線（２１０）に引き付けられる。この結果、作動リング（１０６）とレンズ鏡筒（１０８）（工場内焦点調節工程中にリング（１０６）内に固定されている）が、電力が加えられた巻線（２１０）に応じた方向に回転する。リング（１０６）が回転すると、リング（１０６）はハウジング（１０４）の傾斜面（２１２）と摺動自在に接触し、レンズ鏡筒（１０８）と画像取込装置（２０２）との間の垂直距離を変動させる。勿論、このようにレンズ鏡筒（１０８）と画像取込装置（２０２）との間の垂直距離が変動することによって、カメラモジュール（１００）の焦点調節が容易なものとなる。

この詳細な実施形態では、ステッピングモーター用の制御回路は、画像取込装置（２０２）に含まれている。電源回路と電気相互接続は図示していないが、これは本発明を不必要に不明瞭としないためである。しかしながら、当業者であれば、このような回路がＰＣＢ（１０２）上に備わること、そしてＰＣＢ（１０２）とハウジング（１０４）との間の電気相互接続が提供されることにより、電力を巻線（２１０）に送ることが可能になることは理解できるであろう。

図３は、レンズ鏡筒（１０８）の断面斜視図を示す。この詳細な実施形態では、レンズ鏡筒（１０８）はレンズアセンブリ（３００）を収容する。当業者には明らかであるが、レンズアセンブリ（３００）の仕様（例えば規定事項、ＩＲフィルタ、固定手段等）は、本発明に必要不可欠な特徴ではなく、本発明をより理解するために示したものにすぎない。

図４は、ハウジング（１０４）の上面斜視図である。この詳細な実施形態では、ハウジング（１０４）は傾斜面（２１２）（傾斜路）を含み、この傾斜面（２１２）（傾斜路）は、作動リング（１０６）の背面（相補的な傾斜路）と摺動自在に係合する。レンズ鏡筒（１０８）がフェライト素子（２０８）と巻線（２１０）との間の電磁石力によって回転すると、傾斜面（２１２）はレンズアセンブリ（３００）と画像取込装置（２０２）との間の距離変動を促進する。

図５は、ハウジング（１０４）の底面斜視図である、この詳細図は、巻線（２１０）がどのようにハウジング（１０４）の内部に組み込まれているかを図示するものである。

図６は、カメラモジュール（１００）の断面図であり、レンズ鏡筒（１０８）がハウジング（１０４）に取り付けられた際のレンズ鏡筒（１０８）とハウジング（１０４）の相対的な位置関係を示すものである。個別の巻線（２１０）がそれぞれレンズ鏡筒（１０８）周辺の近傍に配されることにより、複数の巻線（２１０）がレンズ鏡筒（１０８）を取り囲むようになることに留意されたい。レンズ鏡筒（１０８）とハウジング（１０４）は実際に電気モーターの一部分を形成し、焦点調節に用いられる。特に、レンズ鏡筒（１０８）は回転子の一部分を形成し、ハウジング（１０４）は実際に固定子の一部を形成する。

図７は、カメラモジュールを組み立てるための１つの詳細な方法（７００）を要約したフローチャートである。第１工程（７０２）では、レンズ鏡筒が提供される。次に、第２工程（７０４）では、作動リングが提供される。そして、第３工程（７０６）では、カメラモジュールハウジングが提供される。次に、第４工程（７０８）では、レンズ鏡筒が部分的に作動リングに螺入される。そして、第５工程（７１０）では、作動リングをハウジング内に配し、キャリブレーション用の絞りに接するまで回転させる。次に、第６工程（７１２）では、作動リングを絞りに接触させたままで、レンズ鏡筒を、焦点調整が終了するまで（工場内焦点調節）作動リング内で回転させる。最後に、第７工程（７１４）では、レンズ鏡筒を作動リングに接着させる。

図８は、カメラモジュールを組み立てるためのその他の詳細な方法（８００）を要約したフローチャートである。第１工程（８０２）では、モーターの第1部分を含むカメラモジュールハウジングが提供される。次に、第２工程（８０４）では、モーターの第２部分を含むレンズユニットが提供される。そして、第３工程（８０６）では、レンズユニットがカメラハウジングに取り付けられることにより、モーターの第１部分とモーターの第２部分とを係合させる。このようにして、カメラモジュールの組立とモーターの組立が同時に起こることになる。

本発明の詳細な実施形態の説明を完了する。説明された特徴の多くは、本発明の範囲を逸脱することなく、代替、変更又は省略されてもよい。例えば、レンズアセンブリ（３００）に代えて、その他のレンズアセンブリを使用してもよい。その他の例としては、他の焦点調節機構（例えば、ネジ山、溝等）を、傾斜面（２１２）の代わりに用いることも可能である。詳細な実施形態から派生したこれら及びその他の内容は、前述した詳細な開示内容を考慮すると、当業者にとって明らかなものであるといえる。

Claims (20)

1. 画像取込装置と、
   レンズユニットと、
   前記レンズユニットを収容するとともに前記レンズユニットを前記画像取込装置に対して位置付けるように構成されるハウジングと、
   電気モーターを備えるカメラモジュールであって、
   前記ハウジングが、前記電気モーターの第１部分を形成し、
   前記レンズユニットが、前記電気モーターの第２部分を形成し、
   前記電気モーターが印加されると、前記レンズユニットが前記ハウジング内で回転し、
   前記カメラモジュールはさらに、
   調節機構を備えることにより、前記レンズユニットの前記回転が、前記画像取込装置に対する前記レンズユニットの前記位置を変化させるカメラモジュール。
2. 前記電気モーターが、ステッピングモーターであり、
   前記モーターの前記第１部分が、前記ステッピングモーターの固定子であり、
   前記モーターの前記第２部分が、前記ステッピングモーターの回転子であることからなる請求項１記載のカメラモジュール。
3. 前記調節機構が、
   前記ハウジング上に形成された複数の傾斜路と、
   前記レンズユニット上に形成された相補的な複数の傾斜路とを含むことからなる請求項２記載のカメラモジュール。
4. 前記レンズユニットが、
   略円筒状の本体部と、
   前記円筒状本体部に固定された複数のフェライト素子とを含むことからなる請求項１記載のカメラモジュール。
5. 前記ハウジングが、複数の電気巻線を含み、
   前記電気巻線が、印加された時には、前記フェライト素子を電磁的に引き付けることからなる請求項４記載のカメラモジュール。
6. 前記レンズユニットが、略円筒状の本体部と環状リングとを含み、
   前記調節機構が、前記環状リングの一部と前記ハウジングとを含み、
   前記レンズユニットが、前記環状リングのその他の部分と前記円筒状本体部との間の第２調節機構を含むことからなる請求項１記載のカメラ。
7. 前記レンズユニットが、前記円筒状本体部周辺の周囲に配される複数のフェライト素子を含むことからなる請求項６記載のカメラモジュール。
8. 前記カメラのハウジングに一体化して形成された固定子と、
   前記カメラのレンズユニットに一体化して形成された回転子とを備えるカメラ焦点調整モーター。
9. 前記回転子が、フェライト素子が埋め込まれたレンズ鏡筒を含むことからなる請求項８記載のカメラ焦点調整モーター。
10. 前記固定子が、前記ハウジングに取り付けられた複数の電磁石コイルを含むことからなる請求項８記載のカメラ焦点調整モーター。
11. 前記複数の電磁石コイルが、前記レンズユニットを取り囲むことからなる請求項１０記載のカメラ焦点調整モーター。
12. 前記電磁石コイルを選択的に印加ように機能することにより、前記固定子に対する前記回転子の回転運動を制御する制御回路をさらに備えることからなる請求項１０記載のカメラ焦点調整モーター。
13. 前記制御回路の少なくとも一部が、統合型画像取込装置に含まれることからなる請求項１２記載のカメラ焦点調整モーター。
14. 前記モーターがステッピングモーターであることからなる請求項８記載のカメラ焦点調整モーター。
15. モーターの第１部分を含むハウジングを提供する工程と、
    モーターの第２部分を含むレンズユニットを提供する工程と、
    前記レンズユニットを前記ハウジングに対して位置付けることにより、前記モーターの第１部分と前記モーターの第２部分とを係合させるカメラモジュールを組み立てることからなる方法。
16. 前記モーターの前記第１部分を含む前記ハウジングを提供する工程が、複数の電磁石コイルが固定された前記ハウジングを提供する工程を含むことからなる請求項１５記載の方法。
17. 前記モーターの前記第２部分を含む前記レンズユニットを提供する工程が、複数のフェライト素子が固定されたレンズユニットを提供する工程を含むことからなる請求項１５記載の方法。
18. 前記モーターの前記第１部分を含む前記ハウジングを提供する工程が、前記モーターの固定子を前記ハウジング内に組み込むことを含むことからなる請求項１５記載の方法。
19. 前記モーターの前記第２部分を含む前記レンズユニットを提供する工程が、前記モーターの回転子を前記レンズユニット内に組み込むことを含むことからなる請求項１５記載の方法。
20. 前記モーターが、ステッピングモーターであることからなる請求項１５記載の方法。

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