JP7041174B2 - カメラモジュールのオートフォーカス用アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、特に携帯電話機のカメラモジュールに関して、作動要素として形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤを組み込んでいるカメラモジュールのためのオートフォーカス（ＡＦ）用アクチュエータに固有である。

一般的に言えば、作動要素としてのＳＭＡワイヤの使用は、重量、電力消費、コストの観点から、他の作動システムに対して様々な利点をもたらす。

これらの利点は、カメラモジュールの分野においても既に認められており、全てが、レンズキャリアと接触しておりかつカメラモジュールハウジングに固定されているＳＭＡワイヤを用いたカメラモジュールを記載している特許文献１、特許文献２、特許文献３、および特許文献４などの、様々な特許出願の主題となっている。ＳＭＡワイヤのジュール効果による制御された加熱はその収縮およびハウジングに対するレンズキャリアの移動を引き起し、一方、ＳＭＡワイヤが動作を停止されると復帰弾性要素がレンズキャリアをその静止位置へ移動し戻す。

最初の２つの前述の国際特許出願は、ハウジングとレンズキャリアとの間の摩擦現象およびアクチュエータの耐用期間に関する関連問題に対処しておらず、一方、この側面は、代りに、特許文献３および特許文献４において、ハウジングとレンズキャリアとの間に挿入されかつ前記要素に形成されている案内チャネル内に含まれている回動部材により付記されている。この解決策は、摩擦力管理の点では改善されているが、それは、カメラモジュールＡＦなどの頻繁に用いられる作動システムでは、早期故障につながる可能性があるかまたはアップグレードされた構成要素を使用することで補う可能性のある、摩擦レベルおよび磨耗レベルの点でいくつかの欠点を依然として有している。

より具体的には、回動部材は金属材料またはセラミック材料で作製されているのに対して、案内チャネルはプラスチックで作製されている。これらはハウジングとレンズキャリアに形成されているため、摩擦は最適でなく、回動部材の表面硬度が非常に大きいため、案内チャネルの磨耗の問題が存在する。案内チャネルに金属もしくはセラミック被覆またはインサートを設けることがこれらの問題を解決すると考えられるが、他方、結果的に、アクチュエータの遥かに複雑な製造工程およびコストの大幅な上昇をもたらすと考えられる。

国際公開第２００７／１１３４７８号 国際公開第２０１１／１２２４３８号 国際公開第２０１６／０７５６０６号 米国特許第８１５９７６２号 国際公開第２００８／０９９１５６号

したがって、本発明の目的は、ＳＭＡベースのオートフォーカス用アクチュエータにおける摩擦力に対処する観点から、既知の技術に依然として存在する欠点を克服することであり、その第１の態様では、
－ 底部プレートと、
－ ＳＭＡワイヤを格納するための頂点を備えた突出部を有する可動レンズキャリアと、
－ シールド缶と、
－ ＳＭＡワイヤと、
－ 少なくとも６つの球体と、
－ 案内ピンと、
－ 突出部の頂点に対して異なる高さにある２つの電気端子と、
－ 復帰弾性要素と、
－ レンズキャリアのその光軸周りでの回転を、その移動中、防止する回転防止手段と
を含む、カメラモジュールのオートフォーカス用アクチュエータにおいて、
－ レンズキャリアは、シールド缶と底部プレートとの間に滑動可能に取り付けられ、
－ ２つの電気端子は底部プレート上に固定されており、
－ ＳＭＡワイヤはレンズキャリアの突出部の頂点と接触しており、その先端部は底部プレート上の２つの電気端子に係止されており、
－ 復帰弾性要素はシールド缶とレンズキャリアとの間に取り付けられており、レンズキャリア上のＳＭＡワイヤの力と反対方向に、レンズキャリアに力をかけ、
－ 案内ピンは、レンズキャリアの光軸に平行なその長手方向軸を有して、底部プレート上に取り付けられており、
－ 回転防止手段は底部プレートとレンズキャリアとの間に、好ましくは案内ピンの反対の位置に配置されており、少なくとも１つの球体および／または屈曲部（ｆｌｅｘｕｒｅ）を含み、
－ レンズキャリアは、各々が少なくとも２つの球体を含み、保持する少なくとも３つのスロットを設けられており、アクチュエータの動作中、スロット内に含まれている球体が案内ピンに常に接触しているように、前記スロットは案内ピンの周囲に対称的に形成されておりかつそれに平行に延在している、
カメラモジュールのオートフォーカス用アクチュエータにある。

本発明による、カメラモジュールのＡＦアクチュエータの最も一般的な変形形態の１つが、磁石およびホールセンサと共同で、レンズキャリアの変位および位置に関する情報を供給する（フレキシブル）プリント回路基板（ＦＰＣ／ＰＣＢ）の存在を想像している。例えば特許文献５において記載されているような光学センサまたはＳＭＡワイヤの抵抗フィードバックなどの、他の同等の技術的解決策が採用され得るので、そのような要素が随意的であることが強調される。

本発明は、以下の図の助けでさらに例示される。

本発明によるＡＦアクチュエータを構成する要素の、垂直に分解された上面斜視図である。 レンズおよびシールド缶の追加が透き通った状態で描かれている、組み立てられた状態にある、図１のＡＦアクチュエータの上面斜視図である。 シールド缶を伴わない、図２のＡＦアクチュエータの上面平面図である。 図３のＡＦアクチュエータの拡大詳細図である。 シールド缶を伴わずかつ透き通った状態で描かれているレンズキャリアを伴う、図２と類似した図である。 方向Ａから見た、図５のＡＦアクチュエータの拡大詳細図である。 本発明の代替的実施形態によるＡＦアクチュエータを構成する要素の、垂直に分解された上面斜視図である。 シールド缶を伴わない、組み立てられた状態にある、図７のＡＦアクチュエータの上面斜視図である。 図８のＡＦアクチュエータの上面平面図であり、透き通った状態で描かれているいくつかの要素を備えた図である。

上記の図では、要素の寸法および寸法比は正確でない可能性があり、例えばＳＭＡワイヤの直径に関してなどのいくつかの場合には、図面の理解を高めるために修正されている。

これらの図は、本発明によるＡＦアクチュエータの好適な実施形態において、その構造が、底部プレート１３上に滑動可能に取り付けられている可動レンズキャリア１２を覆うシールド缶１１から基本的に構成されていることを示す。伸縮バネ１４がシールド缶１１とレンズキャリア１２との間に配置されており、案内ピン１５が、レンズキャリア１２が沿って移動する光軸に平行なその長手方向軸を有して、底部プレート１３とシールド缶１１との間に取り付けられており、屈曲部１６が、光軸に対して実質的に垂直な平面内に、レンズキャリア１２と底部プレート１３との間に取り付けられている。

また、アクチュエータは、底部プレート１３上に取り付けられている２つの端子１８に接続されており、プリント回路基板（ＰＣＢ）１９に接続されているＳＭＡワイヤ１７を含み、プリント回路基板（ＰＣＢ）１９は、底部プレート１３上に取り付けられており、ホールセンサ２０を担持し、ホールセンサ２０は、レンズキャリア１２上に取り付けられている磁石２１と協働してレンズキャリアの位置を検出する。

可動レンズキャリア１２は、ＳＭＡワイヤ１７を収容する正面突出部２２を有し、詳細には、該突出部は下方頂点２３を有し、ＳＭＡワイヤ１７は、（光軸に沿って）より高い高さに配置される２つの端子１８によって成される抑制動作により、その下方に保持される。また、この正面突出部２２は、頂部凹部２４を有し、頂部凹部は、伸縮バネ１４用の台座としての機能を果たし、伸縮バネは、レンズキャリア１２に前負荷力を与えるための圧縮長さを有して設計されている。

可動レンズキャリア１２は、３つの軸方向スロット２６が設けられた第１の角突出部２５であって、各々は、対称的に配置されておりかつ案内ピン１５を中心とする３つの球体２７のセットを含む、第１の角突出部２５と、軸方向凹部２９が底部プレート１３の角部３０と共に単一球体３１用の案内チャネルを形成する反対側の第２の角突出部２８とを有する。なお、レンズキャリア１２は実質的に円形の形状を有するので、「角突出部」という定義は、そのような突出部が、実質的に四角形形状を有する底部プレート１３の角部内へ延在していることを指しており、理想的には、案内ピン１５とＳＭＡワイヤ１７の引っ掛け位置すなわち頂点２３との間の距離は最小限であるべきであり、それは正面突出部２２と第１の角突出部２５とは可能な限り接近しているべきであることを意味する。

したがって、レンズキャリア１２の案内機構は、前述の先行技術アクチュエータの案内チャネルの代わりに、案内接点としての球体２７およびピン１５にある。実際、球体２７とピン１５の両方は金属材料またはセラミック材料で作製されており、金属／セラミック球体と、表面硬度の大きな差異を必然的に有するプラスチック案内チャネルとの間に接触がある以前のアクチュエータと比較して、同等の表面硬度の要素を使用する場合、それらの接触はより良好な摩擦をもたらし、磨耗問題を生じさせない。

３つの軸方向スロット２６は３セットの球体２７を含み、ある程度の自由まで、すなわちシールド缶１１に形成された頂部台座１５ａと、底部プレート１３に形成された底部台座１５ｂ（図１、図６）との間に固定された案内ピン１５の長手方向軸に平行な光軸の方向にのみ、それらの回動運動を抑制する。

図４に示されている通り、各水平層上のすなわち同じ高さの３つの球体２７の中心は「ローラ面」またはＲＰと呼ばれる平面を画定し、案内ピン１５の表面とのそれらの接点は「軸受面」またはＢＰと呼ばれる平面を画定する。ＲＰとＢＰとの間の公差隙間は、レンズキャリア１２の移動中、動的傾斜性能（dynamic tilt performance）を制御し、一方、球体２７の異なる層の間のＲＰ－ＢＰ公差ばらつきがアクチュエータの静的傾斜性能に影響を及ぼす。

また、案内ピン１５の周囲の球体２７の対称配置は、レンズキャリア１２上の第１の角突出部２５に形成されたスロット２６の円筒形形状を意味する（図４の構造シリンダＣＣ参照）。これは、切削工程で容易に機械加工され得る、レンズキャリア１２用の金型上に挿入される単一部品により、スロット２６の回動面を正確に制御し、製造することを可能にし、結果として、スロット２６の上質の表面状態をもたらし、したがってＡＦアクチュエータのより優れた傾斜性能の一因となる。

より具体的には、スロット２６内に含まれている各セットの球体２７は、より小さい球体２７Ｂにより分離された２つのより大きい球体２７Ａを含み、球体２７Ａは、レンズキャリア１２の移動を案内しかつアクチュエータの動的傾斜性能を制御する一次動作球体であり、球体２７Ｂは、球体２７Ａをそれらの直径に等しい最小距離で離間された状態に保つのに使用される遊び球体（idler sphere）である。案内ピン１５とスロット２６と球体２７との組合せは、レンズキャリア１２用のリニア軸受を形成し、スロット２６の表面と案内ピン１５に沿って回動する球体２７Ａは、このように、レンズキャリア１２が案内ピン１５の軸方向に沿ってすなわち光軸に沿って移動することを確実にする。

単一球体３１は案内ピン１５から遠く離れた場所にすなわち反対側角部に配置されており、レンズキャリア１２が案内ピン軸を中心として回転しないようにし、それにより、キャリアの移動中、球体２７は主に傾斜性能を制御し、反対側角部の球体３１は、球体３１が中に含まれる案内チャネルを形成する底部プレート１３に対するレンズキャリア１２の回転を防止するのに使用される。

この回転防止機能は、屈曲部１６によっても実施され、該屈曲部は、屈曲部１６の一方の端部を底部プレート１３に固定しかつもう一方の端部をレンズキャリア１２に固定することにより、レンズキャリア１２の位置合わせを実現するのに使用される（図２、図３）。このようにして、屈曲部１６はレンズキャリア１２に前もって負荷を与えて、レンズキャリア１２が焦点調節方向（光軸）に沿って移動するのを抑制する、凹部２９および底部プレート１３の角部３０により形成された案内チャネルの回動面と単一球体３１の接触を確実にする。

この屈曲部１６は弾性金属材料（例えば、鋼鉄、銅、青銅）で作製された薄い部材であり、図２および図３によりよく示されている通り、実質的に、一連の蛇行路により形成されておりかつレンズキャリア１２および底部プレート１３それぞれに形成されている対応するピンを覆って適合する円形端部が設けられている平坦なバネである。一般的に言って、屈曲部１６はＡＦアクチュエータの安定性を向上させ、このことは、ホールセンサ２０および磁石２１によって形成される位置センサによりＡＦモジュールが制御される時に特に関連がある。実際、光軸周りでのレンズキャリア１２の回転に因る磁石２１の小さい横方向の変位がフィードバックエラーを誘発する可能性があり、屈曲部１６の存在はそのような回転変位を防止し、ＡＦ性能を向上させる。

静止状態では、アクチュエータはいわゆる無限焦点位置にあり、ＳＭＡワイヤ１７が電流通過により加熱されると、それは縮み、レンズキャリア１２に力をかけ、レンズが最大でいわゆるマクロ位置まで焦点を合わせる（すなわちすぐ近くの平面に焦点を合わせる）ように、それを上向きに移動させる。電力供給が停止すると、ＳＭＡ牽引力と反対方向の垂直復帰力をかけている伸縮バネ１４は、レンズキャリア１２を無限位置へ押し戻す。無限およびマクロは２つのＡＦ極限位置を示し、したがって、ＡＦアクチュエータが達成することができるはずの調節量に相当する。

この場合には、レンズキャリア１２にしっかり固定されている磁石２１およびＰＣＢ１９に取り付けられているホールセンサ２０により例示されている位置センサおよび読出しが、ＡＦアクチュエータの動作中、正確な均衡位置を決定するために存在する。ＰＣＢ１９は、ホールセンサ２０の読出しに基づくジュール効果による作動のために、端子１８を介してＳＭＡワイヤ１７へ電流を供給する。

本発明によるＡＦアクチュエータは、特定のタイプのＳＭＡワイヤに限定されないが、ジュール効果により作動する任意のＳＭＡワイヤが有効に使用され得る。しかし、１０μｍから５０μｍまでの直径を有し、様々な販売元から市販されている、ニチノールの名前で当該分野において広く知られているＮｉ－Ｔｉ合金で作製されているＳＭＡワイヤの使用は好適である。例えば特定の好みのサエス・ゲッターズ・エス・ピー・エー（ＳＡＥＳ Ｇｅｔｔｅｒｓ Ｓ．ｐ．Ａ）によりスマートフレックス（ＳｍａｒｔＦｌｅｘ）（登録商標）の商品名で販売されているワイヤは、２５μｍワイヤを使用している。

球体２７、３１の材料に関して、セラミックまたは金属などの良好な表面粗さおよび硬度を有する材料を使用すること以外、特定の要件はなく、カメラモジュールの画質を脅かす可能性があると考えられる錆粒子の発生を防止するために、ステンレス鋼が好適である。球体の数に関して、スロット２６内に含まれる各セットは、セット当たり少なくとも２つの球体を有して、同数の球体から成り、少なくとも３つのスロット２６が存在するので、最小数の球体２７が６つ（この場合、より小さい球体２７Ｂを伴わない）と、それに加えて反対側角部の球体３１がある。

球体の直径に関して、より大きい球体２７Ａでは、直径はレンズキャリア１２の高さの約３分の１であることが好ましく、より小さい球体２７Ｂの直径は、より大きい球体の直径の約８０～９５％であり、単一球体３１は、特定の制限はないが、材料選択を単一化するために、より大きい球体２７Ａと同じ大きさを使用することが有利である。案内ピン１５の直径に対する球体セットの累積高さは、ピン１５の直径に対する上方球体２７Ａと下方球体２７Ａとの間の中心間距離の比が１．２：１より大きいことが好ましい。

変形形態が、上方頂点を備えた正面突出部２２の使用を想像しており、ＳＭＡワイヤ１７はその上方に保持され、端子１８がより低い高さに配置され、伸縮バネ１４はレンズキャリア１２と底部プレート１３との間に配置されている。この場合、実際、ＳＭＡワイヤ１７は下向き牽引力（上下方向はアクチュエータの最下要素すなわち底部プレート１３に対して定められる）を発揮し、静止位置はマクロに対応し、一方、完全に作動した位置は無限に相当する。

別の変形形態では、球体セットは、全て同一の直径を有する球体２７、例えば３つの球体２７、から成り、より小さい球体２７Ｂに取って代わる中間球体２７Ａと一致する位置に、円周方向凹部が案内ピン１５および／またはレンズキャリア１２（すなわちスロット２６の回動面）上の構造シリンダＣＣの中間部分に作製される。

さらに別の変形形態では、２つの電気端子１８は底部プレート１３の２つの隣接する側面上に配置されており、ＳＭＡワイヤ１７は、正面突出部２２に取って代わる角突出部の頂点に係合する。

別の実施形態が図７～図９に示されており、そこでは、図１～図３に既に示されているものに対して異なる要素のみが番号を伴って示されている。詳細には、本変形形態では、第１のセットの球体（すなわち図１の要素２７Ａおよび２７Ｂ）の上部に保持要素７００が存在する。要素７００は、その直径がより大きいが案内ピンに対して匹敵する大きさの中心穴部すなわち案内ピンの直径よりも単に４ｍｍ大きいに過ぎない穴部の直径を備えた、三裂の平坦な金属シートであることが好ましい。

第１の実施形態との別の差異が、２セットの追加球体７３１および７３１’の存在によりもたらされており、各セットは、屈曲部１６に取って代わる少なくとも２つの球体を含む。前記球体７３１、７３１’は、修正型レンズキャリア１２’の隣接する角部および反対側角部それぞれに案内ピンに対して配置されており、それらは、球体停止構造体、好ましくは２セットの球体間に延在している単一構造体７１６により、所定の位置に保たれる。

レンズキャリア１２’の壁配向は、異なる方向の回転／傾斜を防止するために、２セットの球体と接触している２つの部分間で異なっている。より具体的には、図示の例では、各セットの球体は、案内ピンを前記セットに接続する軸に対して対称的に形成されている９０°の凹部に当接して置かれており、それにより、２セットの球体７３１、７３１’は、互いに対して４５°の角度で配置された２方向に沿った移動を防止する。

１１ シールド缶
１２ 可動レンズキャリア
１２’ 修正型レンズキャリア
１３ 底部プレート
１４ 伸縮バネ
１５ 案内ピン
１５ａ 頂部台座
１５ｂ 底部台座
１６ 屈曲部
１７ ＳＭＡワイヤ
１８ 端子
１９ 回路基板（ＰＣＢ）
２０ ホールセンサ
２１ 磁石
２２ 正面突出部
２３ 下方頂点
２４ 頂部凹部
２５ 第１の角突出部
２６ 軸方向スロット
２７ 球体
２７Ａ より大きい球体
２７Ｂ より小さい球体
２８ 第２の角突出部
２９ 軸方向凹部
３０ 角部
３１ 単一球体
７００ 保持要素
７１６ 単一構造体
７３１、７３１’ 追加球体

Claims (9)

1. 底部プレート（１３）と、
   ＳＭＡワイヤ（１７）を格納するための頂点（２３）を備えた突出部（２２）を有する可動レンズキャリア（１２）と、
   シールド缶（１１）と、
   ＳＭＡワイヤ（１７）と、
   少なくとも６つの球体（２７）と、
   ２つの電気端子（１８）と、
   復帰弾性要素（１４）と、
   移動中に、前記レンズキャリア（１２）の光軸周りでの回転を防止する回転防止手段と、
   を含む、カメラモジュールのオートフォーカス用アクチュエータであって、
   前記レンズキャリア（１２）は、前記シールド缶（１１）と前記底部プレート（１３）との間に滑動可能に取り付けられ、
   前記回転防止手段は、前記レンズキャリア（１２）と前記底部プレート（１３）との間に配置されており、
   前記２つの電気端子（１８）は、前記底部プレート（１３）上に固定されており、
   前記ＳＭＡワイヤ（１７）は、前記レンズキャリアの前記突出部の前記頂点（２３）と接触しており、先端部は、前記突出部の前記頂点（２３）に対して異なる高さで、前記２つの電気端子（１８）に係止されており、
   前記復帰弾性要素（１４）は、前記レンズキャリア（１２）への前記ＳＭＡワイヤ（１７）の力と反対方向に、前記レンズキャリア（１２）に力をかけ、
   前記アクチュエータはさらに、
   長手方向軸が前記レンズキャリア（１２）の前記光軸に平行な状態で、前記球体（２７）の表面硬度に匹敵する前記表面硬度を有する、前記底部プレート（１３）上に取り付けられた案内ピン（１５）と、
   各々が少なくとも２つの球体（２７）を含み、保持する、前記レンズキャリア（１２）に形成された少なくとも３つのスロット（２６）であって、前記スロット（２６）は、前記案内ピン（１５）の周囲に対称的に形成されて、かつ前記案内ピンに平行に延在しており、前記スロット（２６）内に含まる前記球体（２７）が前記案内ピン（１５）と常に接触し、それにより前記案内ピン（１５）と前記スロット（２６）と前記球体（２７）とがリニア軸受を形成する、少なくとも３つのスロット（２６）と、
   を含むことを特徴とする、カメラモジュールのオートフォーカス用アクチュエータ。
2. 前記少なくとも３つのスロット（２６）は、前記レンズキャリア（１２）の第１の角突出部（２５）内に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のカメラモジュールのオートフォーカス用アクチュエータ。
3. 前記回転防止手段は、前記案内ピン（１５）の反対側の位置に配置されており、少なくとも１つの球体（３１）および／または屈曲部（１６）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のカメラモジュールのオートフォーカス用アクチュエータ。
4. 前記レンズキャリア（１２）には、第２の角突出部（２８）が設けられ、前記第２の角突出部（２８）において、軸方向凹部（２９）は、前記底部プレート（１３）の角部（３０）と共に、前記回転防止球体（３１）を含む案内チャネルを形成することを特徴とする、請求項３に記載のカメラモジュールのオートフォーカス用アクチュエータ。
5. スロット（２６）内に含まれる球体（２７）の各セットは、小さい球体（２７Ｂ）により分離されている２つの大きい球体（２７Ａ）を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のカメラモジュールのオートフォーカス用アクチュエータ。
6. スロット（２６）内に含まれている球体（２７）の各セットは、３つの同一の球体（２７）を含み、円周方向凹部が、中間球体（２７）と一致する位置に、前記案内ピン（１５）かつ／または前記スロット（２６）の中間部分に作製されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のカメラモジュールのオートフォーカス用アクチュエータ。
7. 前記案内ピン（１５）の直径に対する、上方球体（２７）と下方球体（２７）との間の中心間距離の比が１．２：１より大きいことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のカメラモジュールのオートフォーカス用アクチュエータ。
8. 前記ＳＭＡワイヤ（１７）により係合されている前記突出部（２２）は、前記復帰弾性要素（１４）用の台座としての機能を果たす凹部（２４）を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のカメラモジュールのオートフォーカス用アクチュエータ。
9. それは、前記可動レンズキャリア（１２）上に固定された磁石（２１）と、前記底部プレート（１３）上に取り付けられているプリント回路基板（１９）上に固定されたホールセンサ（２０）とをさらに含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のカメラモジュールのオートフォーカス用アクチュエータ。

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