JP2007516458A - カメラレンズサスペンション - Google Patents

Abstract

カメラは、支持構造（１００）と、少なくとも１つのレンズ（１２１）を保持するレンズホルダ（１２０）と、支持構造（１００）上に前記レンズホルダ（１２０）を取付け、レンズホルダ（１２０）および支持構造の相対的な移動を可能にするためのサスペンション（１３０）と、前記レンズホルダ（１２０）を移動するためのアクチュエータと、を具備する。サスペンション（１３０）は２つの連結要素（１３３、１３５）を具備し、それぞれが第１の端部で枢結部によって支持構造（１００）に、他方の第２の端部で枢結部によってレンズホルダ（１２０）に連結され、枢結部によってそれぞれの枢軸を中心にしてそれぞれの連結要素（１３３、１３５）を枢動可能にし、それぞれの枢軸に垂直である２つの連結要素（１３３、１３５）の延在部は平行かつ等しい長さである。

Description

本発明は、レンズアセンブリを懸架し、かつ作動するための装置に関する。特に、電動アクチュエータを備えたカメラにおいて用いるためのそのような装置に適用可能である。本発明は、携帯型データ処理デバイスまたは携帯型データ通信デバイスにおける超小型カメラの特定の用途を有する。

近年、ＰＤＡおよび携帯電話として知られている携帯可能な情報端末の爆発的な拡がりによって、多数のモデルが小型のディジタルカメラまたは画像センサとしてＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）センサを用いるディジタルビデオユニットを搭載している。そのようなディジタルカメラまたは同等物が比較的小さな有効画像検知表面積を備えた画像センサを用いて小型化されるときには、それに応じてその光学系もまた小型化される必要がある。

焦点合わせまたはズーム動作を実現するために、別の駆動モータがそのような小型カメラの既に制限された容積内に具備されていなければならない。大部分の既存のカメラは周知の電気コイルモータの変動に左右されるため、レンズシステム用の小さな駆動ユニットとして複数の他のアクチュエータが提案されている。これらの新規な駆動ユニットは、圧電材料、電歪材料または磁歪材料に基づくトランスデューサを具備しうる。これらのトランスデューサまたはアクチュエータは、電気活性と一般に呼ばれる。

近年、同程度に大きい移動変位量(translation displacement)を備えた小さな電気活性アクチュエータは、コイル型圧電ベンダーテープの螺旋構造を用いて構築されてきた。そのような二重コイル式または「超螺旋」式デバイスは、センチメートル程度の有効長でミリメートル程度の変位量を容易に示すことが分かっている。デバイスのこれらの構造および変動は、たとえば、同一出願人の国際公開第０１４７０４１号パンフレットまたはＤ．Ｈ．ピアースらの「センサおよびアクチュエータ Ａ １００(Sensors and Actuators A 100)」（２００２）、２８１〜２８６頁に記載されている。これらは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの多層セラミック基礎材料から作製され、高温で最終的な形状に焼結される。レンズシステム用の駆動モータのようなアクチュエータの使用については、たとえば同一出願人の国際公開第０２／１０３４５１号パンフレットに記載されている。

駆動ユニットがコンパクトなカメラ設計の小さくした容積に適合させるとき、レンズホルダの移動を制限するレンズサスペンションシステムは、相互に展開(co-evolve)しなければならない。レンズサスペンションシステムは、所望の移動方向における剛性、抵抗力または摩擦が低く、他のすべての方向における剛性が高いことが理想的である。

本発明の第１の態様によれば、支持構造と、少なくとも１つのレンズを保持するレンズホルダと、上記のレンズホルダを支持構造上に取付け、レンズホルダおよび支持構造の相対的な移動を可能にするためのサスペンションと、上記のレンズホルダを移動するためのアクチュエータと、を具備し、サスペンションは第１の端部で枢結部（pivotal connections)によって支持構造に、他方の第２の端部で枢結部によってレンズホルダにそれぞれ連結される２つの連結要素を具備し、枢結部によってそれぞれの枢軸を中心にしてそれぞれの連結要素を枢動可能にし、それぞれの枢軸に垂直である２つの連結要素の延在部(extent)は平行かつ等しい長さであるカメラが提供される。

本発明の第２の態様によれば、支持構造と、少なくとも１つのレンズを保持するレンズホルダと、上記のレンズホルダを支持構造上に取付けるためのサスペンションと、上記のレンズホルダを移動するためのアクチュエータと、を具備し、サスペンションは一端で支持構造にそれぞれ枢結され、他端でレンズホルダに枢結される２つの連結要素を具備するカメラが提供される。

そのようなサスペンションは、所望の移動方向における剛性、抵抗力または摩擦が低く、他のすべての方向における剛性が高い。したがって、小型化されたカメラ、特に、電気活性アクチュエータによって駆動されるカメラに適している。

枢軸が平行であり、それぞれの枢軸に垂直である２つの連結要素が平行かつ等しい長さである結果、連結要素はいずれも、一斉に動くように制限される。枢軸間の想像線を考慮すると、サスペンションは常に平行四辺形のままである。これにより、枢結部における歪みを少なくし、全体としてサスペンションの堅牢性を増大する。

これに関連して、支持構造とレンズホルダとの間の連結要素の延在部が考慮される。一般に、連結要素は本質的に直線状（たとえば、ロッドまたはバー）であり、そのような場合には連結要素自体が平行であるか、あるいは、連結要素は平面上（たとえばプレート）であり、そのような場合には連結要素の平面が平行である。しかし、原則的には、連結要素は非直線形状または非平面形状であってもよく、そのような場合には枢結部間の延在部が平行かつ等しい長さである。

サスペンションは一種の四節連結装置（four-bar linkage）であることが好ましく、サスペンションはさらに、支持構造に装着される第１の装着要素を具備し、各連結要素の第１の端部にある枢結部は第１の装着要素と連結要素との間にあり、レンズホルダに装着される第２の装着要素を具備し、各連結要素の第２の端部にある枢結部は第２の装着要素と連結要素との間にある。そのような装着要素により、レンズホルダおよび支持構造に対するサスペンションの組立てを容易にする。

本発明は、任意のタイプのカメラに適用可能であるが、携帯型電子装置、たとえば電話、ＰＤＡなどに搭載されるカメラに対して特定の用途がある。そのようなカメラは比較的小さい必要があり、本発明はそのような小型化を容易にする。

本発明の第３の態様によれば、支持構造と、少なくとも１つのレンズを保持するレンズホルダと、上記のレンズホルダを支持構造上に取付け、レンズホルダおよび支持構造の相対的な移動を移動方向において可能にするためのサスペンションと、上記のレンズホルダを移動するためのアクチュエータと、を具備し、サスペンションは支持構造とレンズホルダとの間に直列に接続され、少なくとも１つのそれぞれの中間要素によって直列の中で相互連結される少なくとも２つの枢結装置（pivotal linkage)を具備し、枢結装置は互いに対して向けられ、移動方向に垂直な方向における各枢結装置の端部間の相対的な移動が互いを補償するようになっており、各枢結装置は枢結装置の第１の端部に枢結部を、枢結装置の他方の第２の端部に第２の枢結部をそれぞれ有する２つの連結要素を具備し、すべての枢結部がそれぞれの枢軸を中心にしてそれぞれの連結要素の枢動を可能にし、すべての枢軸が平行であり、それぞれの枢軸に垂直である２つの連結要素の延在部は平行かつ等しい長さであるカメラが提供される。

そのようなサスペンションにおいて、各枢結装置は、本発明の第１の態様によるサスペンションに対応する構成および動作を有する。したがって、同一の特徴および利点が上述したように当てはまる。さらに、枢結装置の向きは、移動方向に垂直な移動を少なくすることができる。単独の枢結装置の欠点は、結果として生じる動きが直線状ではないことである。所望のまっすぐな移動軸に沿った動きのほかに、枢結装置が枢動するときの軸外の動きがある。これは、小さな角度だけ枢動するようにサスペンションを配置することによって最小限に抑えることができるが、軸に沿った移動の最大範囲（所与の長さの枢結装置に関して）を制限するか、または逆に言えばサスペンションのサイズ（移動の所与の範囲に関して）を増大する。しかし、本発明の第２の態様による直列の利用により、枢結装置が互いに補償する軸外の動きを生成するように、枢結装置を向けることによって、この欠点を克服する。

最も簡単な場合には、これは、互いに逆平行に配置された同一サイズの２つの枢結装置からなるサスペンションによって実現される。他のさらに複雑な配置構成の枢結装置も、同一の効果を実現することができる。

一連の枢結装置のそのような配置構成には特定の利点があり、レンズを光軸から非常に離れた位置に移動することによってサスペンションを役に立たないものにする得られた軸外への移動を生じることなく、所望の方向においてさらに広い移動範囲を可能にする。実際には、これは、単独の枢結装置からなるサスペンションより広い程度までの移動範囲を可能にする。これは、サスペンションがより広い使用領域を有することができるようにする。たとえば、数種類のカメラでは、単独の枢結装置からなるサスペンションは、焦点を変更するためのレンズの移動を支援するために役立つだけに過ぎないのに対し、一連の枢結装置を具備するサスペンションはまた、倍率を変更するためにより広い移動範囲を必要とするズームレンズを支援することも可能である。

本発明のすべての態様に関して、以下の特徴が有利に当てはめられ得る。

上記のサスペンションのすべての上記の要素は、材料、好ましくはプラスチック材料、たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレンおよびポリアミド（ナイロン）を含む群から選択される材料のワンピース(one piece)から一体に形成されてもよい。これは、サスペンションを簡単に作製し、堅牢であるという点において有利である。枢結部は、材料の上記のピースの残りの部分より厚さが薄い材料の上記のピースの部分によって形成されてもよい。

第１のタイプの実施形態において、枢結部の枢軸は、レンズホルダの周囲に延在する。

第２のタイプの実施形態において、枢結部の枢軸は、レンズホルダの外側に延在する。第１のタイプの実施形態と比較すると、この向きは、サスペンションをレンズホルダの外側方向においてさらにコンパクトにすることができる。これは、連結要素の幅は一般に連結要素の長さ未満であるためである。別の見方からこれを見れば、所与の形状因子に関して、連結要素の長さはより長くてもよく、より広い移動範囲を可能とし、所与の移動範囲に関してより狭い軸外への移動範囲を可能にする。

好ましい実施形態において、アクチュエータは単独の間隙を隔てたレンズホルダの周囲に延在し、サスペンションが上記の間隙に位置してもよい。これは、コンパクトな配置構成を提供するという利点がある。

この実施形態において、サスペンションは、一面のみにレンズホルダを支持するか、または１つのセクタの中のみで円柱レンズホルダに対して支持するかである。レンズホルダに位置する最長の枢軸の端部の先端とレンズホルダの中心とを連結することによって測定されるセクタは、９０°未満であることが好ましい。その結果、レンズホルダは、アクチュエータによって達成されるサスペンションを除くその外周の４分の１またはそれ未満で懸架される。

枢結部は、好ましくはレンズホルダの直径の１０分の１を超える長さ、さらに好ましくは３分の１を超える長さまたは２分の１であってもよい。これは利点を提供し、この長さがさらに短いサスペンションに比べて、サスペンションは実質的な変形を生じることなくより高いねじり力を維持することができる。

本発明の一部の変形では、枢動端部の周囲の回転移動量を２０°未満に制限することが有利であると思われる。なぜなら、その結果、レンズホルダの移動は、等価な最大変位量に制限され、アクチュエータの保護を改善するためである。

サスペンション全体をレンズホルダの外側に配置してもよい。しかし、有利な別法は、連結要素がレンズホルダにわたって延在することである（但し、光がレンズを通過することができる開口部を備える）。この場合には、各連結要素の枢結部は、レンズホルダの対向する面上にある。これはレンズホルダの外側に配置されるサスペンション全体に対して利点を有し、レンズホルダの外側のサスペンションのサイズを増大することなく、連結要素を長くすることである。連結要素の長さを増大することにより、所望の方向における所与の移動範囲に関して、軸外への移動範囲をさらに広くすることもでき、さらに狭くすることもできる。

よりよい理解を可能にするために、本発明の実施形態に関する以下の詳細な説明は、図面を参照して非限定的な実施例によって与えられる。

図１Ａにおいて、小型カメラ用のカメラハウジング１００が示されている。ハウジング１００は、中央の開口部またはアパーチャ１０２を備えた上蓋１０１を具備し、外部からハウジング１００の内部に光が通過するようになっている。開口部は、光学フィルタによって覆われることができる。ハウジング１００の下部分は、下蓋１０３と、画像センサを具備するベースプレート１０４と、を具備し、画像センサは画像を捕捉してカメラの他の部分に伝送するために、他の回路と共に備えたＣＣＤデバイスまたはＣＭＯＳデバイスであってもよい。

ハウジング１００の一面に、アンカープレート１０５が示されている。アンカープレート１０５は、以下に記載されるサスペンション１３０用の取付け点を提供する。別のプレート１０６が、圧電アクチュエータ１１０の固定端１１１を取付けるために用いられる。

カメラおよびアクチュエータをさらに保護するために、ハウジング１００は、適切なプラスチック材料のブロックに注型されてもよい。

ハウジング１００は、以下のようにレンズホルダ１２０用の支持構造として作用する。図１Ｂは、上蓋１０１が取り除かれ、レンズホルダ（またはバレル）１２０を露わにし、第１の上部レンズ１２１を見ることができるハウジング１００を示す。レンズホルダ１２０は、一面１２２に沿って平らにされた名目上円筒形の形状を有し、サスペンション１３０用の取付け面を提供している。レンズホルダ１２０は、ハウジング１００に対して軸方向に可動であり、焦点合わせを可能にする。

アクチュエータ１１０は、圧電多層ベンダーテープを具備し、たとえばバイモルフ構成で、軸を中心にして螺旋状に延在し、それ自体が湾曲しており、例えば、国際公開第０１／４７０４１号パンフレットまたはＤ．Ｈ．ピアースらの「センサおよびアクチュエータ Ａ １００(Sensors and Actuators A 100)」（２００２）、２８１〜２８６頁に記載されている（いずれも参照によって本願明細書に援用されるものとし、その教示は本発明に適用し得る）。特に、アクチュエータ１１０は、短軸と呼ばれる第１の軸を中心にして螺旋状に巻き付けられたテープを具備する。螺旋状に巻き付けられた部分は、完全な回転の約４分の３の二次巻線にさらに巻き付けられる。この二次巻線の軸が、長軸と呼ばれる。第１の巻線は、一次巻線または一次つる巻線として周知である。この実施形態において二次巻線は完全な回転の約４分の３であるが、一般に二次巻線は任意の曲線であってもよく、１回転を超え、渦巻きつる巻線または二次つる巻線を形成することも可能である。したがって、通常は二次曲線と呼ばれる。テープは、短軸を中心にして曲げるために、作動中に配置される。短軸を中心とした螺旋状曲線のために、そのような屈曲部は、短軸を中心にしてアクチュエータ１１０のねじれを付随している。長軸を中心とした曲線のために、そのようなねじれはアクチュエータ１１０の端部１１１、１１２の相対的な変位を伴う。

レンズホルダ１２０は、アクチュエータ１１０の中心に配置される。アクチュエータ１１０の移動端１１２は、レンズホルダ１２０の中間高さ、すなわちその赤道付近にある点または領域でレンズホルダ１２０に装着される。したがって、アクチュエータ１１０の作動により、ハウジング１００に対するレンズホルダ１２０の移動を駆動する。この種のレンズサスペンションおよび作動システムについては、国際公開第０２／１０３４５１号パンフレットにさらに詳細に記載され、参照によって本願明細書に援用されるものとし、その教示を本発明に適用してもよい。

アクチュエータ１１０の固定端１１１は、アクチュエータ１１０をハウジング１００に連結するためのタブとして作用する平坦な部分に延在している。このタブは、基板１０６上の対応する接点にはんだ付けされた底面上の電気接点パッド１１３を有する。これらの接点によって外部の制御信号または電圧レベルが、アクチュエータ１１０の電極に印加される。

ここでサスペンション１３０について、サスペンション１３０の断面図である図２Ａを参照して述べる。

サスペンション１３０は、四節連結装置の特有の形であり、以下のように平行四辺形の形状で共に枢結される４つの要素１３２〜１３５を具備している。

サスペンション１３０の第１の要素は、第１の装着要素１３２であり、アンカープレート１０５によってハウジング１００に強固に装着される。

サスペンション１３０の第２の要素は、第２の装着要素１３４であり、レンズホルダ１２０に強固に装着される。

サスペンション１３０の残る２つの要素は、２つの連結要素１３３、１３５であり、それぞれが第１の装着要素１３２と第２の装着要素１３４との間に互いに平行に延在し、以下のように第１の装着要素１３２および第２の装着要素１３４に枢結される。要素１３２〜１３５は、材料の一つの連続したピースから一体に形成され、ループの形である。材料の連続するピースの厚さは、要素１３２〜１３５の間の部分１３６で小さくなり、したがって、それらの部分は、要素１３２〜１３５の各隣接ペアの相対的な枢動を可能にするため、それぞれの枢結部を形成するものと見なされてもよい。部分１３６は互いに平行に延在するため、枢結部は平行な枢軸を有する。要素１３２〜１３５は、それぞれの枢結部を形成する部分１３６に向かって先細りになっている。各要素１３２〜１３５の残る部分は比較的剛性であるため、枢動に対して著しく曲がることはない。

連結要素１３３、１３５は、同一の長さを有する。装着部材１３２、１３４もまた同一の長さを有するため、連結要素１３３、１３５は互いに平行に延在する。結果として、サスペンション１３０は、所望の（垂直）方向におけるレンズホルダ１２０の動きに対して小さな抵抗を示すが、他の方向における動きに対してはるかに大きい抵抗を示す。所望の方向におけるレンズホルダ１２０の動きの間、連結要素１３３、１３５は、装着要素１３２、１３４に対して枢動し、要素１３２〜１３５は平行四辺形の形状のままである。要素１３２〜１３５、したがって要素１３２〜１３５の各隣接ペアを連結する部分１３６は約４ｍｍの幅を有し、レンズホルダ１２０の公称の直径は９．５ｍｍであることから、バレルの回転移動または傾斜移動を効果的に防止する。

サスペンション１３０において、すべての要素１３２〜１３５は平面状であるため、要素１３２〜１３５自体は平行四辺形として形作られる。一般的な場合において、枢結部の枢軸に垂直である連結要素１３３、１３５の延在部が平行かつ等しい長さである、すなわち枢結部の枢軸に垂直である想像線が平行四辺形を形成するという条件であれば、要素１３２〜１３５は他の形状を有することも可能である。

要素１３２〜１３５の各隣接ペア（すなわち枢結部）を連結する部分１３６のそれぞれは、レンズホルダを中心にした相対的な回転の軸の方向において、特にレンズホルダ１２０の外周に沿って、直線状に延在するため、そうでなければ懸架されるカメラの傾斜を生じうるねじれ力に対する抵抗を提供する。上記の実施例における要素１３２〜１３５の各隣接ペアを連結する部分１３６の長さは、レンズホルダの直径の約３分の１から２分の１である。

本例において、サスペンション１３０は好ましくは、ポリプロピレンの単独ピースから構成される。他の適切なプラスチック材料としては、ポリエチレンまたはポリアミド（ナイロン）が挙げられる。あるいはサスペンションのバーは、金属または金属合金から構成されることができる。サスペンションは、注型成形または射出成形されることができる。

レンズホルダ１２０がサスペンション１３０およびアクチュエータ１１０によってのみ懸架されることは、十分に理解されよう。システムには、別の潜在的摩擦原因、ガイドレールまたはポストなどはなく、アクチュエータが提供しなければならない力の潜在的な量を削減する。たとえサスペンション１３０が９０°未満のセクタ内部だけでレンズホルダ１２０に連結され、アクチュエータ１１０およびサスペンション１３０の両方が１２０°未満のセクタ内部でレンズホルダ１２０に連結されるとしても、レンズホルダ１２０の傾斜はＶＧＡ品質またはＳＶＧＡ品質における画像を生成するために必要な制限内に維持されることができることが分かった。

図２Ａおよび図２Ｂに示されるカメラアセンブリはまた、保護構造物を有し、特にアクチュエータ１１０を中心にしてハウジング１００の内面に接着されるコンプライアント(compliant)ポリウレタンフォーム層１０８の形である。特に力がサスペンション１３０によって制限されない方向においてアクチュエータ１１０を加速する場合に、層１０８はアクチュエータ１１０を突発的な衝撃力から保護する。図２Ａおよび図２Ｂにおいて、この方向は紙面に垂直な方向である。非活性状態のアクチュエータ１１０とフォーム層１０８との間の距離は、アクチュエータの移動端に向かって増大し、カメラの通常動作中、アクチュエータの公称の変位を妨害しないようになっている。

ここで、本発明のさらに別の実施形態についてサスペンションの形態を特に参照して記載する。いずれの場合にも、カメラハウジング１００におけるサスペンション１３０を置き換えるために用いてもよい。簡単のため、以下の説明は相違に照準を絞り、そのような相違以外は、図１および図２で示された小型カメラ、特にサスペンション１３０の上記の説明が以下の実施形態に等しく当てはまる。

図３Ａは図１のサスペンション１３０の簡単化した概略断面図であり、図３Ｂは同様の形式で別の実施形態を示している。サスペンション１３０は、４つの要素１３２〜１３５を具備し、それらの端部で、枢結部（黒丸によって表される）として作用し平行四辺形の形状を形成する部分１３６によって共に連結される。図３Ａでは、第１の装着要素１３２の外面がレンズホルダ１２０に固定される。第２の装着要素１３４の外面は、ハウジング１００に固定される。固定は、明確にするため、接着線５１、５２として示されるが、固定機構は任意の適切なものであってもよく、機械的な固定、たとえばナットおよびボルトなどのほか、接着剤による接合が挙げられる。レンズホルダ１２０がアクチュエータまたはモータ（図示せず）によって上下の移動を生じる場合には、サスペンション１３０の要素１３２〜１３５は部分１３６を動かし、レンズホルダ１２０は両側矢印６によって示される方向に、すなわち光軸７に平行に正確に移動するようになっている。

図３Ｂは、別のサスペンション１を示している。サスペンション１は、以下に述べるように、レンズホルダ２に対して異なる配置構成を有する点を除き、サスペンション１３０と同一である。特に、サスペンション１は連結要素１２、１４を有し、連結要素１２、１４はレンズホルダ２にわたって延在し、連結要素１２、１４のそれぞれ一つに関して枢結部として作用するサスペンション１の部分４がレンズホルダ２の対向する面上にあるようにする。したがって、第２の装着部材１１の外面はハウジング３に装着されるが、サスペンション１３０の第１の装着要素１３２のように外面ではなく、レンズホルダ２は第１の装着要素１３の内面に固定される。

サスペンション１において、連結要素１２、１４は、図３Ａに示された結要素１３３、１３５に比べて、大きく延ばされ、レンズホルダ２の遠い方の面を超えて延在する。既に述べたように、レンズホルダ２がアクチュエータ（図示せず）によって上（または下に）移動させられるとき、連結要素１２、１４は、枢結部として作用するサスペンション１の部分４を中心にして枢動し、第１の装着要素１３が、レンズホルダ２と共に、ハウジング３および光軸７に正確に平行に上向き（または下向き）に移動するようになっている。

図３Ｂのサスペンション１は図３Ａのサスペンション１３０よりコンパクトであり、レンズホルダ２がサスペンション１の内側の空間に位置するのに対し、サスペンション１３０では空間は空である。一般的な小型カメラデバイスでは、レンズホルダの直径は、１０ｍｍ程度であり、焦点合わせに必要な垂直なレンズ移動は２００〜３００ミクロン程度である。過度の横向きの移動を生じることなく、そのような垂直移動を可能にするために、サスペンションは少なくとも２〜３ｍｍの水平寸法を有する必要がある。したがって、図３Ａのサスペンション１３０はカメラアセンブリの直径を２０〜３０％増大するのに対し、図３Ｂの延びたサスペンション１はレンズホルダ２の周囲に手際よく巻きつけられるときには増大する大きさを無視することができる。

サスペンション１の動作時に、垂直移動は横向きの移動より少ない量だけ同時に生じる。これは図４に示されており、図４は図３Ａのサスペンション１の拡大図である。第１の装着要素１３が上向きに移動させられるとき、サスペンション１は図４の破線によって示される形状を取る。第１の装着要素１３は上向きに移動するが、横向きにも移動する。たとえば、図３Ａに示されるタイプのサスペンション１３０では、連結要素１３３、１３５の長さは２ｍｍであり、垂直移動ｙは２５０ミクロン（０．２５ｍｍ）であり、簡単な幾何学によって、連結要素１３５が破線１３５’の位置まで移動したとき、水平変位量ｘは１６ミクロンである。したがって、レンズホルダ１２０およびレンズホルダ１２０が収容するレンズ、したがって光軸７は、横向きに１６ミクロン移動する。そのような横向きの軸外への動きは、画像センサチップおよび光学系における任意の他のレンズ（またはレンズ群）に対するレンズの位置ずれを生じ、画質の低下を生じる恐れがある。

対照的に、図３Ｂの別のサスペンション１は、はるかに小さい横向きの動きを受ける。（たとえば直径８ｍｍのレンズホルダの周囲に合わせるために）連結要素１２、１４の長さが１０ｍｍであり、垂直変位量ｙが既に述べた変位量と同一のままで２５０ミクロンである場合、水平変位量ｘは３ミクロンである。したがって、レンズの横向きの移動は、５分の１減少し、他のレンズおよび画像センサに対する位置ずれを著しく減少させる。

図３Ｂのサスペンション１の斜視図が、図５に示されている。４つの要素１１〜１４は、本質的にプレートであり、枢結部として作用する部分４に連結される。部分４は著しい長さを有し、デバイスにおける横方向および回転方向の安定性を与える。サスペンション１は、その内部にレンズホルダ（図示せず）を保持するように設計される。連結要素１２および１４は、円形開口部１５，１６を有し、カメラのレンズまで光を通過させることが可能である。開口部１５、１６は、図示されているように、レンズアセンブリが上下に移動するときに通過することができるほど十分に大きい。別の設計において、レンズアセンブリの移動量の全範囲は、サスペンション１の垂直範囲内にあってもよい。その場合には、円形開口部１５、１６は、はるかに小さい直径であってもよく、レンズへの光の通過およびレンズからの光の通過を可能にするに足るだけであってもよい。

上述したように、小型カメラにおける焦点合わせに必要なレンズの移動は、２５０ミクロン程度である。ズーム機構では、必要な動きは２〜３ｍｍ程度である。そのような垂直移動は、サスペンション、たとえば図１および図２に示されたサスペンションなどでは明確に実現可能ではなく、連結要素１３３、１３５の水平範囲が約２ｍｍであるに過ぎない。しかし、図３Ｂおよび図５に示されているように延びたサスペンション１によって、上部および下部連結要素１２、１４の水平範囲は１０ｍｍ程度であり、２ｍｍの垂直方向のレンズの動きを容易に実現することができる。したがって、そのようなサスペンションを用いて、小型カメラにおけるズームレンズを懸架することができる。

ズームレンズに用いられるとき、完全な垂直方向の動きの間、サスペンション１の横向きの動きはまた重要となりうる。上述の寸法（１０ｍｍの水平連結要素、２ｍｍの垂直方向の動き）によって、横向きの動きは２４ミクロン程度である。そのような位置ずれが許容可能でないカメラでは、たとえば、マルチメガピクセルセンサを備えたカメラに当てはまる可能性があるように、さらなるバランス型デバイスを用いてもよく、その中ではサスペンションは一連の枢結装置を具備し、それぞれの枢結装置がサスペンション１３０またはサスペンション１にそれぞれ対応し、各枢結装置の端部間の動きはレンズホルダの所望の移動方向では累積されるが、垂直方向では各枢結装置の端部間の動きは互いに好ましくは正確に補償されるように向けられる。最も簡単な場合には、サスペンションは、逆平行方向に整列された等しい長さの２つのそのような枢結装置を具備している。ここでそのようなサスペンションの例について述べ、これは図６Ａに示されるサスペンション９である。

サスペンション９は、ハウジング３とレンズホルダ２との間に直列に連結される連結装置１０および連結装置２０を具備する。各連結装置１０および２０は、サスペンション１と本質的に同一である。

第１の連結装置１０は２つの連結要素１２、１４を有し、それぞれが第１の装着要素１３および第２の装着要素１１に枢結される。第２の装着要素１１は、図６Ａの左にある一端でハウジング３に装着される。

第２の連結装置２０は、２つの連結要素１８、２２を有し、それぞれが第１の装着要素１９および第２の装着要素１７に枢結される。図６Ａの右において、第２の連結装置２０の第２の装着要素１７が、第１の連結装置１０の第１の装着要素１３に装着される。第２の連結装置２０の第２の装着要素１７および第１の連結装置１０の第１の装着１３は、共に中間要素を構成し、２つの枢結装置１０および２０を相互に連結する。それらは、理解しやすくするために共に装着された個別の要素として示されているが、実際には、以下に記載されるの実施形態の一部では、それらは実はいずれも同一の単独要素によって構成されてもよい。レンズホルダ２は、第２の連結装置２０の第１の装着要素１９の内面に装着される。したがって、第１の連結装置１０の連結要素１２、１４および第２の連結装置２０の連結要素１８、２２は、サスペンション１と同一の態様で、レンズホルダ２にわたって逆平行な方向に延在する。

図６Ａのサスペンション９の上部の拡大概略図が、図６Ｂに示されており、バランス型機構を示している。カメラ２が上向きに移動されるときの、種々の要素の位置が点線およびプライムのついた数字によって示され、たとえば、連結要素１２の変位量は１２’の記号のついた点線によって示される。第１の連結装置１０は、左側で（ハウジング３に装着される第２の装着要素１１によって）接地され、変位量に関して、第１の連結装置１０の第１の装着要素１３が上向きかつ内側、すなわち左に移動するようになっている。第２の連結装置２０は、右側で（第１の連結装置１０の第１の装着要素１３に固定される第２の装着要素１７によって）接地され、変位量に関して、第２の連結装置２０の第１の装着要素１９が上向きかつ内側、すなわち右に移動するようになっている。２つのサスペンション１０および２０の水平長さは略等しく、すべてのヒンジの剛性は略等しいため、２つのサスペンション１０および２０の対向する内側への変位量が略等しく、したがって互いに補償する。したがって、レンズホルダ２は移動方向において上向きに移動するが、移動方向に垂直である左へも右へも移動しない。レンズホルダ２の垂直変位量は、レンズホルダ２の一番上を示す線２１によって示され、２１’の記号のついた位置まで移動する。

両方の連結装置１０および２０の平行四辺形形状により、レンズホルダ２を制限し、垂直に正確に移動する。すなわち、レンズホルダ２は、傾斜することも横向きに移動することもない。したがって、そのようなバランス型サスペンション９により、レンズホルダ２の位置ずれを生じることなく、きわめて顕著な垂直移動（数ｍｍ）を可能にする。したがって、ズーム機構および高解像度を備えたカメラにおいて用いるのに適している。

図６のバランス型サスペンション９は、第２の連結装置２０の水平寸法が第１の連結装置１０の水平寸法より幾分短いように示されている。これは、レンズホルダ２の横向きの移動をある程度最小（おそらく極わずかな）にする結果を生じる。しかし、バランス型サスペンションが等しい水平寸法で設計され、２つのサスペンションが相互に貫入している設計で実現されることができる場合には、この最小の横向きの動きさえも取り除くことができる。簡単な説明に役立つ実例が、図７に示されているが、その他の多くの相互貫入設計も本発明の範囲内で可能である。

図７Ａにおいて、相互貫入バランス型サスペンション９の実施例の上部分が示されている。第１の連結装置１０は、２つの同一部品１０ａおよび１０ｂ（その要素は文字ａおよびｂによって識別される）を成し、その上部連結要素１２ａおよび１２ｂおよび第１の装着要素１３ａおよび１３ｂを目で見ることができる。その第２の装着要素１１ａおよび１１ｂは、既に述べたように、ハウジング３に装着される。第２の連結装置２０は、第１の連結装置１０の２つの部品１０ａおよび１０ｂの間にあり、その上部連結要素１８および第２の装着要素１７を目で見ることができる。２つの連結装置１０および２０は、共通の右側の枢結部４５（および目で見ることができない右側の下端にある類似の共通のヒンジ）によって、または一体に形成される第１の連結装置の第１の装着リンク１３ａおよび１３ｂおよび第２の連結装置２０の第２の装着要素１７によって、互いに固定される。レンズホルダ（図示せず）は、既に述べたように、第２の連結装置２０の左側リンクの内面に固定される。簡単にするため、レンズホルダも光の通過を可能にするための適切な開口部も示されていない。実際にはいずれも存在する。サスペンションの移動の表示は、図７Ｂで与えられる。

本発明のさらに別の実施形態が、図８Ａおよび図８Ｂのカメラに示されている。配置構成は、枢結部の枢軸がレンズホルダ２を中心にしてではなく、レンズホルダ２の外側に延在する点を除き、図１Ｂの配置構成に似ている。特に、サスペンション１の向きは垂直軸(vertical)を中心にして９０°回転されるため、枢結部の枢軸は光軸に対して半径方向であるか、または言い換えれば図１Ｂのようなレンズホルダに対して接線方向ではなく、レンズホルダ２に対する接線に垂直である。２つの装着部材１１および１３は、図１の装着に用いられたハウジング３およびレンズホルダ２の面に平行ではないため、それぞれのさらなるつまみ８１および８２がハウジング３およびレンズホルダ２上に設けられ、着部材１１および１３がそのつまみに装着される。

図８Ａはカメラアセンブリのこの別の実施形態の部分平面図であり、図８Ｂは概略側面図である。カメラアセンブリは、サスペンション１、レンズホルダ２、ハウジング３およびアクチュエータ１１０を具備する。アクチュエータ１１０の一端１１１がハウジング３に固定され、他端１１２がレンズホルダ２に装着される。アクチュエータは、レンズホルダ２の外周の大部分の周囲に延在する。サスペンション１は、アクチュエータの端部１１１および１１２の間の間隙にある。図８Ｂの概略側面図は、図８Ａの矢印８３の方向に関する。図８Ａおよび図８Ｂにおいて、サスペンション１は、図３Ｂに示されているように、要素１１〜１４を具備する。第２の装着部材１１はハウジング３から突出するつまみ８２に固定され、第１の装着部材１３は、レンズホルダ２から突出するつまみ８１に固定される。アクチュエータが上向きに移動するように作動するときの種々の要素の位置は、点線によって示される。

図６を参照して上述したように、図６Ａに概略的に示されたサスペンション９を作製するために、さらなるバランス型四節連結装置を追加することによって、サスペンション１の横向きの移動を小さくするか、または排除することができる。適切な配置構成の２つの例が、図９および図１０に示されている。

図９は平面図であり、サスペンション９が上から見たとき、２つの連結装置１０および２０が隣り合って配置されている。第１の連結装置１０はつまみ８２によってハウジング３に装着され、第２の連結装置２０はつまみ８１によってレンズホルダ２に装着される。この配置構成によって、レンズホルダの横向きの変位または回転を生じることなく、レンズホルダのきわめて顕著な垂直移動が可能である。

図１および２を参照して既に記載したように、サスペンションの横方向の剛性は、ヒンジの増大する長さ（またはリンクの幅）と共に増大する。適切な剛性を提供するために、（１０ｍｍ程度の直径のレンズホルダの場合には）リンクの幅は好ましくは４ｍｍ程度である。したがって、図９の配置構成は、カメラアセンブリの嵩を著しく増大させる。バランス型サスペンションのさらにコンパクトな実施形態が、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されている。

図１０Ａおよび図１０Ｂは概略側面図であり、サスペンション９は２つの連結装置１０および２０が他方の上に一方を配置された状態で配置されている。第１の連結装置１０はつまみ８２によってハウジング３に装着され、第２の連結装置２０はつまみ８１によってレンズホルダ２に装着される。これらの他端で、連結装置１０および２０は、何らかの手段、たとえば連結要素８９によって共に固定される。図１０Ａではサスペンション９は非活性状態（または完全に延びた下向きの状態で）示され、図１０Ｂでは上向きに延びた状態で示されている。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、図６Ａに示されたサスペンション９と同一のタイプであるが、プラスチック成形物として作製されるように設計されたサスペンション４０および５０を示している。サスペンション４０および５０はいずれも、２つの連結要素１２および１４によって構成される第１の連結装置および２つの連結要素１８、２２によって構成される第２の連結装置を相互に貫入する中間要素７０を有する。すべての連結要素１２、１４、１８、２２は、中間要素７０と共に材料のワンピースとして一体に形成され、それらの間のそれぞれの部分６０は材料のピースの残る部分より厚さが薄いため、部分６０は枢結部として作用する。

図１１Ａのサスペンションにおいて、第１の連結装置の連結要素１２、１４は、対向する端部で中間要素７０から連結要素１２、１４と材料の同一ピースから一体形成されるそれぞれの装着部分７１まで連結され、その間のそれぞれの部分７２は材料のピースの残る部分より厚さが薄いため、部分７２は枢結部として作用する。装着部分７１は一面（図１１Ａの前部）から突出し、カメラハウジング（図示せず）に対応する孔に適合しうるそれぞれピン６１および６２を有する。装着部分７１は、ピン６１および６２とは対向する側でタイバー（tie-bar)６６によって共に連結され、タイバー６６は装着部分７１の垂直分離を維持する。

第２の連結装置の連結要素１８、２２は、第１の連結装置の連結要素１２および１４と交互に配置される。連結要素１８、２２は、対向する端部で中間要素７０から連結要素１８、２２と材料の同一ピースから一体形成されるそれぞれの装着部分７３まで連結され、その間のそれぞれの部分７４は、材料のピースの残る部分より厚さが薄いため、部分７４は枢結部として作用する。装着部分７３は一面（図１１Ａの後部）から突出し、カメラハウジング（図示せず）に対応する孔に適合しうるそれぞれピン６３および６４を有する。装着部分７３は、ピン６３および６４とは対向する側でタイバー６５によって共に連結され、タイバー６５は装着部分７１の垂直分離を維持する。

図１１Ａに示されるサスペンション４０は、プラスチック射出成形によって、材料のワンピース（連結要素１２、１４，１８および中間要素）をピン６１〜６４上に成形することによって作製されることができる。あるいは、材料のワンピースは、より簡単な射出成形だけで、または押出成形、切削、ピンおよびタイバーを用いた組立てによって作製されることができる。

図１１Ｂのサスペンション５０は、図１１Ａのサスペンション４０とは、中間要素７０に対向する端部で、第２の連結装置の連結要素１８、２２が第１の装着要素１１に枢結され、第１の連結装置の連結要素１２および１４が第２の装着要素１９に枢結されるという点で異なる。装着部材１１、１９は材料のワンピースとして連結要素１２、１４、１８と一体に形成され、その間の部分６７は材料のピースの残る部分より厚さが薄いため、部分６７は枢結部として作用する。また、連結要素１２および１４は、連結要素１８、２２と交互に配置されるのではなく、第２の連結装置の連結要素１８、２２が第１の要素の連結要素１２、１４の内側にある。装着部材１１および１９はそれぞれ、ハウジングおよびレンズホルダ（図示せず）に装着される。図１１Ｂのこのサスペンション５０は、ワンピースに容易に射出成形されることができる。サスペンションはねじれ、傾斜および横方向の移動に耐えると同時に、垂直方向に動きやすくすることができる。

カメラハウジングに関する斜視図である。 上蓋を取り除いた図８Ａのカメラハウジングに関する斜視図である。 図１のカメラの垂直概略断面図である。 図１のカメラの垂直概略断面図である。 図２の小型カメラの概略断面図である。 サスペンションの別の配置構成を備えた小型カメラの概略断面図である。 サスペンションの望ましくない横向きの動きを示す。 本発明のサスペンションの実施形態の斜視図である。 ダブルサスペンションを備えたカメラの垂直断面図である。 ダブルサスペンションを備えたカメラの垂直断面図である。 相互貫入サスペンションを示している。 相互貫入サスペンションを示している。 カメラの平面図を示している。 カメラの垂直断面図を示している。 ダブルサスペンションを備えたカメラの平面図である。 ダブルサスペンションを備えたカメラの部分側面図である。 ダブルサスペンションを備えたカメラの部分側面図である。 ダブルサスペンションの射出成形可能な実施形態の斜視図である。 ダブルサスペンションの射出成形可能な実施形態の斜視図である。

Claims (23)

1. 支持構造と、
   少なくとも１つのレンズを保持するレンズホルダと、
   前記レンズホルダを前記支持構造上に取付け、前記レンズホルダおよび前記支持構造の相対的な移動を可能にするためのサスペンションと、
   前記レンズホルダを移動するためのアクチュエータと、を具備し、
   前記サスペンションが２つの連結要素を具備し、それぞれが第１の端部で枢結部によって前記支持構造に、他方の第２の端部で枢結部によって前記レンズホルダに連結され、前記枢結部がそれぞれの枢軸を中心にして前記それぞれの連結要素の枢動を可能にし、すべての前記枢軸が平行であり、それぞれの枢軸に垂直である前記２つの連結要素の延在部が平行かつ等しい長さであるカメラ。
2. 前記サスペンションはさらに、
   前記支持構造に装着される第１の装着要素を具備し、各連結要素の前記第１の端部にある前記枢結部が前記第１の装着要素と前記連結要素との間にあり、
   前記レンズホルダに装着される第２の装着要素を具備し、連結要素の前記第２の端部にある前記枢結部が前記第２の装着要素と前記連結要素との間にある、請求項１に記載のカメラ。
3. 支持構造と、
   少なくとも１つのレンズを保持するレンズホルダと、
   前記レンズホルダを前記支持構造上に取付け、前記レンズホルダおよび前記支持構造の相対的な移動を移動方向において可能にするためのサスペンションと、
   前記レンズホルダを移動するためのアクチュエータと、を具備し、
   前記サスペンションが前記支持構造と前記レンズホルダとの間に直列に連結され、少なくとも１つのそれぞれの中間要素によって、前記直列の中で相互に連結される少なくとも２つの枢結装置を具備し、前記枢結装置が互いに対して向けられ、前記移動方向に垂直な方向において各枢結装置の前記端部間の相対的な移動が互いに補償するようになっており、
   各枢結装置が２つの連結要素を具備し、それぞれが前記枢結装置の第１の端部に枢結部を有し、前記枢結装置の他方の第２の端部に第２の枢結部を有し、すべての前記枢結部がそれぞれの枢軸を中心にして前記それぞれの連結要素の枢動を可能にし、すべての前記枢軸が平行であり、それぞれの枢軸に垂直である前記２つの連結要素の延在部が平行かつ等しい長さであるカメラ。
4. 前記サスペンションは、互いに逆平行に配置される同一長さの２つの枢結装置からなる、請求項３に記載のカメラ。
5. 前記サスペンションはさらに、
   前記支持構造に装着される第１の装着要素を具備し、直列の一端にある前記枢結装置において各連結要素の前記第１の端部にある前記枢結部が前記第１の装着要素と前記連結要素との間にあり、
   前記レンズホルダに装着される第２の装着要素を具備し、直列の他端にある前記枢結装置において各連結要素の前記第２の端部にある前記枢結部が前記第２の装着要素と前記連結要素との間にある、請求項３または４に記載のカメラ。
6. 前記サスペンションのすべての前記要素は、材料のワンピースから一体に形成される、請求項２、３、４または５のいずれか一項に記載のカメラ。
7. 前記枢結部は、材料の前記ピースの残る部分より厚さが薄い材料のピースの部分によって形成される請求項６に記載のカメラ。
8. 前記連結要素の厚さは、前記枢結部に向かって先細りである、請求項７に記載のカメラ。
9. 前記連結要素がプラスチック材料から作られる、請求項１〜８のいずれか一項に記載のカメラ。
10. 前記枢結部の前記枢軸が、前記レンズホルダを中心にして延在する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のカメラ。
11. 前記枢結部の前記枢軸が、前記レンズホルダの外側に延在する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のカメラ。
12. 前記枢結部は、前記レンズホルダの直径の１０分の１を超える長さに沿って延在する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のカメラ。
13. アクチュエータが一つの間隙を残す前記レンズホルダを中心にして延在し、前記サスペンションが前記間隙に位置する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のカメラ。
14. 前記サスペンションは、前記レンズホルダの中心軸を中心にして９０°未満のセクタ内部で、前記支持構造および前記レンズホルダを連結する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のカメラ。
    、
15. 前記レンズホルダは、専ら前記サスペンションおよび前記アクチュエータによってのみ前記ハウジングに対して偶力が働く(force-coupled)、請求項１〜１４ののいずれか一項に記載のカメラ。
16. 前記枢結部は、２０°未満に制限された量の回転の動きを可能にする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のカメラ。
17. 前記連結要素は、前記レンズホルダの完全な幅にわたって延在する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のカメラ。
18. 前記アクチュエータは、電気活性アクチュエータである、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のカメラ。
19. 前記アクチュエータは、セラミックアクチュエータである、請求項１８に記載のカメラ。
20. 前記アクチュエータは、軸を中心にして螺旋形に延在し、湾曲しているベンダーである、請求項１８または１９に記載のカメラ。
21. 支持構造と、
    少なくとも１つのレンズを保持するレンズホルダと、
    前記レンズホルダを前記支持構造上に取付け、前記レンズホルダおよび前記支持構造の相対的な移動を可能にするためのサスペンションと、
    前記レンズホルダを移動するためのアクチュエータと、を具備し、
    前記サスペンションが２つの連結要素を具備する少なくとも１つの枢結装置を具備し、それぞれが前記枢結装置の第１の端部に枢結部を有し、前記枢結装置の他方の第２の端部に第２の枢結部を有し、すべての前記枢結部がそれぞれの枢軸を中心にして前記それぞれの連結要素の枢動を可能にし、すべての前記枢軸が平行であり、それぞれの枢軸に垂直である前記２つの連結要素の延在部が平行かつ等しい長さであるカメラ。
22. 前記サスペンションは、第１の端部で前記支持構造に、前記他方の第２の端部で前記レンズホルダに連結される１つの枢結装置を具備する、請求項２１に記載のカメラ。
23. 前記サスペンションが前記支持構造と前記レンズホルダとの間に直列に連結され、少なくとも１つのそれぞれの中間要素によって、前記直列の中で相互に連結される少なくとも２つの枢結装置を具備し、前記枢結装置が互いに対して向けられ、前記移動方向に垂直な方向において各枢結装置の前記端部間の相対的な移動が互いに補償するようになっている、請求項２２に記載のカメラ。

Images