JP2011147042A - 撮像装置及び携帯機器 - Google Patents

Abstract

【課題】支持部材とレンズホルダとの熱膨張の差によって生じる、レンズと撮像素子との位置精度の悪化及び解像度の低下を防止できるようにする。
【解決手段】レンズ２と、レンズ２を収容するレンズホルダ３と、レンズホルダ３を介してレンズ２を収納する筒状のアウタホルダ４を備えたフレーム５と、レンズ２を所定の距離の位置に配置され中央部に受光部を備えた撮像素子７と、アウタホルダ４及びフレーム５の被写体側の上部に取り付けられた、アウタホルダ４を光軸方向に弾性的に支持する支持部材６と、レンズホルダ３およびアウタホルダ４を光軸方向に動作させるアクチュエータ１２とを備え、支持部材６は、少なくともレンズホルダ３と固定され、さらに、該固定されるところが、レンズホルダ３との材料の熱膨張係数差による伸縮方向に変形するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルカメラ、携帯電話などに用いる撮像装置に関する。

近年、オートフォーカス（ＡＦ）の機能を持った撮像装置は、高速移動や小型化の観点からアクチュエータにＳＭＡ（形状記憶合金からなるワイヤ）を用いたものがある（特許文献１参照）。このＳＭＡは、電流を流し例えばＭＡＸ１２０℃程度の温度で制御するものであり、その温度を考慮すると、ＳＭＡを保持するもの、或いはその近傍のアウタホルダの材料は、一般的に熱溶融温度が高い（ＭＡＸ１２０℃程度）材料を選定している。また、レンズを収納するレンズホルダの材質は、特に温度環境変化による光学中心の位置精度低下などを防止するために、レンズと同じ材質を用いている。そのため、レンズおよびレンズホルダとアウタホルダとの材料が異なることがある。また、アウタホルダの被写体側の上部に取り付けられた、アウタホルダを光軸方向に弾性的に支持する支持部材の熱膨張係数は、アウタホルダの熱膨張係数と略同じになっている。

そして、アウタホルダとレンズホルダとの固定は、一般的にアウタホルダ（鏡筒部品）に対し、レンズホルダを回転させて、レンズ焦点を撮像素子の受光部に位置合わせした後、アウタホルダとレンズホルダとを接着剤で固定したものである（特許文献２参照）。

特表２００９−５３１７２９号公報 特開２００９−８６４６５号公報

しかしながら、前記撮像装置のような構成では、熱膨張係数の異なる材料でアウタホルダとレンズホルダとを接着固定するため、製造時間を短縮するために接着剤を高温乾燥する場合や使用環境で温度変化する場合において、アウタホルダとレンズホルダの熱膨張の差により、アウタホルダ及びレンズホルダのそれぞれの接合部の径が変化して、例えば接合部の隙間が大きくなる場合、接合部に介在する接着剤に引張り応力が働き、接着剤自体が破断や変形したり、或いは接着剤がアウタホルダ又はレンズホルダから剥離したりして、アウタホルダに対しレンズホルダが回転して位置づれを起こし、レンズと撮像素子との位置精度が悪化し、解像度が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、上記の課題を鑑み、アウタホルダとレンズホルダとの熱膨張の差による、レンズと撮像素子との位置精度の悪化、および解像度の低下を防止できるようにした撮像装置、及び、撮像装置を備えた携帯機器を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る撮像装置では、レンズと、該レンズを収容するレンズホルダと、該レンズホルダを介して前記レンズを収納する筒状のアウタホルダを備えたフレームと、前記レンズを所定の距離の位置に配置され中央部に受光部を備えた撮像素子と、前記アウタホルダ及び前記フレームの被写体側の上部に取り付けられた、前記アウタホルダを光軸方向に弾性的に支持する支持部材と、前記レンズホルダおよび前記アウタホルダを光軸方向に動作させるアクチュエータとを備え、前記支持部材は、少なくとも前記レンズホルダと固定され、さらに、該固定されるところが、前記レンズホルダとの材料の熱膨張係数差による伸縮方向に変形するように構成されることを特徴とする。

この場合、支持部材が、少なくともレンズホルダに固定できる形状に構成されるので、使用環境による温度変化によって材料の伸縮があっても、前記固定されるところが、レンズホルダとの材料の熱膨張係数差による伸縮方向に変形するようになり、熱膨張係数の差を吸収できるようになる。したがって、従来問題であったアウタホルダとレンズホルダとの接着固定部の破損を防止することができ、高精度で安全性の高い撮像装置を提供することができる。

本発明の請求項２に係る撮像装置では、前記支持部材と前記レンズホルダとの固定を接着剤、溶着又はかしめにより行ったものであることを特徴とする。

この場合、支持部材とレンズホルダとの固定に関し、設計的裕度の高い固定を行うことができる。

本発明の請求項３に係る撮像装置では、接着剤は、弾性的接着剤であることを特徴とする。

この場合、支持部材の熱膨張係数をアウタホルダの熱膨張係数よりも大きくすることで、支持部材の熱膨張係数がレンズホルダの熱膨張係数に近づくことになり、支持部材とレンズホルダとの熱膨張係数差による寸法変化がある場合でも、レンズホルダと支持部材が相対的に離間しにくくなり、支持部材に固定されるレンズホルダの位置のばらつきを防止できる。即ち、レンズと撮像素子との位置精度の悪化、および解像度の低下を防止できる。

本発明の請求項４に係る撮像装置では、前記アウタホルダの熱溶融温度が前記レンズホルダの熱溶融温度より高いことを特徴とする。

この場合、前記アウタホルダの熱溶融温度が高いので、高温になるアクチュエータ、即ち通電によって熱収縮するアクチュエータを設けることができる。

本発明の請求項５に係る携帯機器では、上記いずれかの撮像装置を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、アウタホルダ及びフレームの被写体側の上部に取り付けられた支持部材を、少なくともレンズホルダと固定し、さらに、該固定されるところを、レンズホルダとの材料の熱膨張係数差による伸縮方向に変形するように構成し、熱膨張係数の差を吸収するようにしたので、レンズと撮像素子との位置精度の悪化、および解像度の低下を防止することができる。つまり、本発明では、アウタホルダ及びレンズホルダの材料の温度変化による伸縮により、アウタホルダとレンズホルダとの接合部の隙間が変化しても、支持部材が隙間の変化方向に変形するので、従来のようなアウタホルダとレンズホルダとの接着固定部の破損という問題が発生しない。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置の概略側断面図 図１の平面図 本発明の第２実施形態に係る撮像装置の平面図 本発明の実施形態に係る撮像装置の変形例を示す概略側断面図 （ａ）は、撮像装置が設置される携帯機器Ｈを示した図、（ｂ）は、携帯機器の撮像装置設置部を示した図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る撮像装置につき、図１および図２を参照して説明する。この撮像装置１は、図１に示すように、レンズ２と、レンズ２を収容するレンズホルダ３と、このレンズホルダ３を介してレンズ２を収納する筒状のアウタホルダ４を備えたフレーム５と、アウタホルダ４の被写体側の上部に取り付けられた、アウタホルダ４を光軸方向に弾性的に支持する支持部材としての板ばね６と、レンズ２から所定距離の位置に配置されるとともにその中央部に受光部を有する撮像素子７と、撮像素子７が搭載される基板８と、撮像素子７を覆う透明板９と、赤外線カットフィルタ１０とから主構成される。

レンズホルダ３には、複数（図１では３枚）のレンズ２が収容されている。レンズホルダ３の上部には、開口部３ａが設けられている。この開口部３ａは、レンズ２の絞りの機能を果たすものである。また、レンズホルダ３の外面には、雄ねじ３ｂが形成されている。

また、レンズ２及びレンズホルダ３は、素材としては、熱膨張係数（線膨張係数）が近い又は実質的同じである材料、例えば線膨張係数が約６．６×１０^−５/℃のポリカーボネート、線膨張係数が約７×１０^−５/℃の日本ゼオン製のＺＥＯＮＥＸ等を使用している。

アウタホルダ４は、外形が略円筒状に構成されるとともに、その内面に雌ねじ４ａが形成されている。この雌ねじ４ａに、レンズホルダ３の雄ねじ３ｂが螺合し、レンズ２、レンズホルダ３、アウタホルダ４、フレーム５が同心状に配置されるようになっている。また、アウタホルダ４及びフレーム５の素材としては、後述するアクチュエータ１３としてＳＭＡを使用するため、レンズホルダ３の熱溶融温度より高い材料、例えば荷重たわみ温度が２３５（℃）の液晶ポリマー（線膨張係数が約１．３×１０^−５/℃）が使用されている。なお、このアウタホルダ４及びフレーム５の材料は、前記レンズホルダ３に対し熱溶融温度より高くかつ熱膨張係数が小さく設定されているので、アウタホルダ４及びフレーム５の外周側に高温になる駆動手段、即ち通電によって熱収縮する形状記憶合金のアクチュエータ１３を設けることができる。

そして、アウタホルダ４の上面（被写体側の面）には、平面視した時に、開口部６ａの中心を通る直交する２本の線の延長線上に、板ばね６に対して位置決めを行うための位置決め軸４ｂが４つ突設されている（図２参照）。
フレーム５は、詳細には図示していないが、その外形が略直方体形状を呈しており、平面視した時に円形状の空洞部が中央部に形成されている。また、フレーム５の隣り合う一組の側壁において、４つの角部の一つに、アウタホルダ４の撮像素子7側外周面から外部へ突出したガイド軸４ｃが遊挿されるようにガイド孔５ｂが形成されている。つまり、ガイド孔５ｂは、ガイド軸４ｃの移動方向（光軸方向）に長穴が形成されている。

そして、ガイド孔５ｂに遊挿されたガイド軸４ｃの先端部は外部へ突出し、該先端部に図示しない圧縮ばねが外挿され、アウタホルダ４が圧縮ばねによって下方に常時付勢され、レンズ２の進退動作（光軸方向の移動）が迅速、即ち焦点調整が素早くできる構成になっている。なお、図１では、位置決め軸４ｂは省略されている。

板ばね６は、フレーム５の上面開口部５ａと、アウタホルダ４の上面開口部４ｄとに跨って配置され、フレーム５とアウタホルダ４とを固定している。そして、この板ばね６は、図１では、上記箇所のみに配置されているが、実際には、上下一対で構成されており、レンズホルダ３およびアウタホルダ４を上下から挟むように、平行して配置されている。この一対の板ばね６の弾性によって、レンズ２が基準位置に常時位置するように構成されている。また、板ばね６の素材としては、ＳＵＳ３０４（線膨張係数が約１．７３×１０^−５/℃）を使用している。

そして、板ばね６は、図２に示すように、平面視四角形状を呈しており、レンズホルダ３が進退できるように、レンズホルダ３の外径よりも大きい内径を有する開口部６ａが中央部に形成されている。また、平面視した時に、開口部６ａの中心を通る直交する２本の線の延長線上に、アウタホルダ４の位置決め軸４ｂの先端部が挿入される位置決め孔６ｂが形成されている。また、各位置決め孔６ｂを中心にして両側に延出される円弧スリット６ｃが形成されている。この円弧スリット６ｃは、板ばね６の開口部６ａの半円の外周に相当する長さを有しており、互いの一側と他側とが交互に内外に位置するように、板ばね６の開口部６ａの外周部に４つ形成されている。そして、各円弧スリット６ｃによってばね部が形成され、板ばね６の開口部６ａの周縁が均等に弾性支持される構成になっている。

さらに、一方の被写体側の板ばね６は、その開口部６ａの周縁部から、レンズホルダ３の被写体側の上面に向かって（径内方向に）突出される、等脚台形状の突片６ｄが１２０度間隔に３つ形成されている。

そして、板ばね６の各突片６ｄとレンズホルダ３の環状の上面部とに跨るように、かつ、周方向に等間隔（１２０度間隔）に接着剤１１が塗布されている。これにより、アウタホルダ４とレンズホルダ３との接合部の隙間が環境等により変化しても、支持部材である板ばね６が前記隙間の変化方向に変形するので、従来のようなアウタホルダ４とレンズホルダ３との接着固定部の破損という問題が発生しない。

また、板ばね６の熱膨張係数をアウタホルダ４の熱膨張係数よりも大きく設定している。そうすることで、板ばね６の熱膨張係数がレンズホルダ３の熱膨張係数に近づくことになり、板ばね６とレンズホルダ３との間の接着剤１１の剥離を防止することができる。

赤外線カットフィルタ１０は、レンズ２と透明板９の間の位置に設けられている。具体的には、この赤外線カットフィルタ１０は、アウタホルダ４側に設けられたベース１４に固定されている。より具体的には、赤外線カットフィルタ１０は、ベース１４の位置決め部１５よりも内側位置で、このベース１４に固定されている。

そして、レンズホルダ３およびアウタホルダ４を進退自在に動作させるアクチュエータとして、ＳＭＡ（形状記憶合金からなるワイヤ）１２が、上述したフレーム５の隣り合う一組の側壁に沿って配置されている。このＳＭＡ１２は、一対の導電端子１３から電流（或いは電力）が供給されることで、ジュール熱によって発熱し、長さ方向に収縮するようになっており、この収縮によって、レンズ２が移動（上昇）するようになっている。一方、導電端子１３からの電流の供給が停止されると、ＳＭＡ１２は長さ方向に伸長（元の形状に復帰）して、レンズ２が前記移動した位置から元の位置に戻るようになっている。

接着剤１１は、シリコン系接着剤が使用されており、この弾性的接着剤によって、使用環境による温度変化により、レンズホルダ３が伸縮することで生じる接着部の応力を吸収するようにしている。

ＳＭＡ１２は、図１では、便宜上、一方の導電端子１３によって上下方向に支持されているが、実際には、後述する、フレーム５の対角に配置される保持部材（図示せず）の上端部に両端部が固定され、該両端部からフレーム５の側壁の外面を斜め下方に向かって配され、中央部が、上述したガイド軸４ｃの基端部に形成された溝（図示せず）に緩みなく引っ掛けられる。即ち、ＳＭＡ１２は、張力が係った状態で、かつ、両端部が高位置で、中央部に向かうにしたがって低位置になる状態で、電流が供給されて長さ方向に収縮することになる。つまり、ＳＭＡ１２が長さ方向に収縮すると同時にガイド軸４ｃが引き上げられ（被写体側に移動）、ガイド軸４ｃを介して、アウタホルダ４およびレンズホルダ３が引き上げられる。換言すれば、ＳＭＡ１２の長さ方向に収縮することによってレンズ２が光軸方向に沿って移動するようになる。

一方の導電端子１３（図１を正面から見て右側の部材）は、図１では、フレーム５とベース１４との間に下端部が固着された後、上方に向かって折り曲げられ、その上端部が水平に折り曲げられた状態が図示されている。他方の導電端子（図１を正面から見て左側の部材）１３は、フレーム５とベース１４との間に固着された状態の端部のみが図示されている。しかしながら、各導電端子１３は、実際には、平面視したフレーム５の対角位置に、かつ、フレーム５の高さ方向に沿って配置される、上述した導電性の保持部材（図示せず）と、各保持部材に電気的に接続されると共に、外部端子（図示せず）に電気的に接続される導電性の給電部材とを有している。本実施形態においては、便宜上、この給電部材を導電端子１３とする。

そして、フレーム５は、アウタホルダ４を支持するベース１４を有している。このベース１４は、アウタホルダ４の下部に保持されている、レンズホルダ３及びレンズ２の主として上下方向の位置決めを行うための位置決め部１５と、撮像素子７（又は基板８）に向かって（下方に）突出する突起部１６とを有している。

位置決め部１５は、所定の面積を有する平面状に形成されている。また、この位置決め部１５の外周は、平面視四角形状に構成されている。位置決め部１５は、撮像素子７の受光部よりも外周部の近傍で、撮像素子７に対するレンズ２の位置決めを行うようになっている。具体的には、位置決め部１５は、撮像素子７の上側に位置する透明板９の表面（上面）に当接するようになっている。この位置決め部１５は、透明板９に固着される。

突起部１６は、撮像素子７の外周縁の外側位置で基板８に向かって突出するように構成されている。また、突起部１６は、撮像素子７の外周を覆うように、その下面が四角形状（四角筒状）に構成されている。具体的には、突起部１６は、透明板９の外周縁の外側位置で基板８に向かって突出するように構成されている。また、突起部１６は、透明板９の外周を覆うように、その下面が四角形状（四角筒状）に構成されている。
撮像素子５は、透明板９の下面側の固着されている。透明板９は、その下面が半田バンプ等その他の接続手段による接続部１７を介して基板８に固定されている。

なお、外部から撮像素子７へのほこり等の侵入防止、撮像素子７及び透明板９等を保護するために、図示していないが、突起部１６と基板８との間を接着剤等で埋め込む密閉構造にしてもよい。

以下、本発明に係る撮像装置１の製造方法について説明する。

まず、レンズ２をレンズホルダ３内に取り付けるとともに、このレンズホルダ３の雄ねじ３ｂをフレーム５のアウタホルダ４の雌ねじ４ａに螺合させて、このレンズホルダ３をアウタホルダ４内に収容する。

つぎに、アウタホルダ４側に設けられた位置決め部１５を透明板９の所定の位置に載置するとともに、アウタホルダ４側に設けられた突起部１６を基板８に載置する。この際、撮像素子７に対するレンズ２の中心の位置づれ及びそのレンズ２の中心軸に傾きが生じないように、位置決めする。この位置決めが完了すると、アウタホルダ４が撮像素子７及び基板８に固定される。なお、次に突起部１６と基板８との間を接着剤等で埋め込こんで密閉構造にしてもよい。

そして、アウタホルダ４の位置決め軸４ｂに、板ばね６が位置決めされた状態で固設されるとともに、レンズホルダ３とアウタホルダ４と板ばね６とに係るように接着剤１１が塗布されて、撮像装置１が完成する。
（第２実施形態）
つぎに第２実施形態に係る撮像装置について、図３を参照して説明する。図３において、図２と同一符号は同一もしくは相当するものを示し、前記第１実施形態と異なる点は、板ばね６の開口部６ａと、該開口部６ａの外周部に形成れた４つの円弧スリット６ｃとの間の領域で、且つ、各突片６ｄの外側に位置するように、前記円弧スリット６ｃよりも短い円弧スリット６ｅを形成した上で、各突片６ｄのうちいずれか一つとレンズホルダ３の被写体側の上面とを接着剤１１で固着し、レンズホルダ３とアウタホルダ４を固定している点である。

具体的に説明すると、板ばね６の各位置決め孔６ｂの間で、且つ、各突片６ｄの外側に位置するように、直交する中心線の延長線上に、上述した４つの円弧スリット（以下、第１円弧スリットという）６ｃよりも短い４つの第２円弧スリット６ｅを形成し、各第２円弧スリット６ｅと開口部６ａを径方向に沿って繋ぐ連結スリット６ｆを形成している。この連結スリット６ｆによって、レンズホルダ３と板ばね６の材料の伸縮による接着部の応力を、板ばね６の機械的変形（径方向の変形）により抑制することができる。

なお、本発明に係る撮像装置は、上記の各実施形態に限らず、種々の変形が可能である。

例えば、上記の第１，２実施形態では、ＳＭＡ１２及び一対の導電端子１３をアウタホルダ４の側壁の外面に沿って配置するようにしたが、図４に示すように、フレーム５とアウタホルダ４との空隙に配置するようにしてもよい。

また、上述した各実施形態で使用される接着剤としては、シリコン系の弾性的接着剤を使用するのが好ましく、温度変化によるレンズホルダ３と、アウタホルダ４の材料の伸縮による接着部の応力を吸収することができる。
また、前記各実施形態において、説明した撮像装置は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、携帯機器である携帯電話Ｈの撮像装置設置部Ｈ１に設置される。

本発明に係る撮像装置は、携帯機器Ｈとしての携帯電話のほか、駆動モジュールおよびそれを備える電子機器に適用できる。

１ 撮像装置
２ レンズ
３ レンズホルダ
４ アウタホルダ
５ フレーム
６ 支持部材（板ばね）
７ 撮像素子
１２ アクチュエータ

Claims (5)

1. レンズと、該レンズを収容するレンズホルダと、該レンズホルダを介して前記レンズを収納する筒状のアウタホルダを備えたフレームと、前記レンズを所定の距離の位置に配置され中央部に受光部を備えた撮像素子と、前記アウタホルダ及び前記フレームの被写体側の上部に取り付けられた、前記アウタホルダを光軸方向に弾性的に支持する支持部材と、前記レンズホルダおよび前記アウタホルダを光軸方向に動作させるアクチュエータとを備え、前記支持部材は、少なくとも前記レンズホルダと固定され、さらに、該固定されるところが、前記レンズホルダとの材料の熱膨張係数差による伸縮方向に変形するように構成されることを特徴とする撮像装置。
2. 前記支持部材と前記レンズホルダとの固定を接着剤、溶着又はかしめにより行ったものであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記支持部材の熱膨張係数を、前記アウタホルダの熱膨張係数よりも大きくすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記アウタホルダの熱溶融温度が前記レンズホルダの熱溶融温度より高いことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の撮像装置を用いたことを特徴とする携帯機器。
   

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