JP2012037549A - カメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】自重落下による光軸シフトを補正するための補正電流を低減することができ、光学部の高次の共振ピークによるサーボ系の不安定性を改善する光学的手振れ補正用カメラモジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係るカメラモジュール１００は、撮像レンズ１を備える光学部３と、中間支持体１０と、固定支持体１２と、固定支持体１２に対して固定されている撮像素子６とを備える光学的手振れ補正用のカメラモジュールであって、光学部３と中間支持体１０とを連結し、中間支持体１０に対して、光学部３を光軸に垂直な方向に変位可能に支持するサスペンションワイヤー９と、中間支持体１０と固定支持体１２とを連結し、固定支持体１２に対して、中間支持体１０を光軸方向に変位可能に支持するＡＦ用バネ１１ａ・１１ｂとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話等の電子機器に搭載されるカメラモジュールに関するものであって、特にオートフォーカス機能に加えて、手振れ補正機能を有するカメラモジュールに関するものである。

近年の携帯電話は、携帯電話内にカメラモジュールを組み込んだ機種が大半を占めるようになってきている。携帯電話に搭載されるカメラモジュールは、携帯電話内に収納しなければならないため、デジタルカメラと比べて小型、軽量化に対する要求が大きい。

このようなカメラモジュールの中で、レンズ駆動装置によってレンズを駆動させることによりオートフォーカス（ＡＦ：Auto Focus）機能を実現するタイプのものが、携帯電話等の電子機器に搭載される例も増加してきている。レンズ駆動装置として、ステッピングモータを利用するタイプ、圧電素子を利用するタイプ、ＶＣＭ（Voice Coil Motor：ボイスコイルモータ）を利用するタイプ等、様々なタイプが存在し、すでに市場に流通している。

一方、このようにオートフォーカス機能を有するカメラモジュールを搭載する携帯電話が当たり前になってきた状況においては、差別化を図るためのさらなる機能として、手振れ補正機能が注目されてきている。手振れ補正機能は、デジタルカメラやビデオカメラでは世の中で広く採用されているが、携帯電話ではサイズ面の問題等があって、搭載するのが難しい状況にある。しかしながら、小型化が可能な新規の手振れ補正機構も提案されつつあり、今後は手振れ補正機能を搭載した携帯電話用カメラモジュールが増加していくと予想される。

携帯電話に搭載することを意識した手振れ補正機能付きカメラモジュールが特許文献１に記載されている。特許文献１で説明されているのは、光学的手振れ補正機構（ＯＩＳ：Optical Image Stabilizer）についてである。

特許文献１では、撮影ユニット（可動モジュール）と呼ばれる従来のＡＦカメラモジュールを４本のサスペンションワイヤーで支持し、光軸に垂直な２軸方向に駆動することで手振れを補正する構造となっている。撮影ユニットの駆動機構として、撮影ユニットを搭載したカバー部の４つの外周側面にそれぞれマグネットが配置され、各マグネットに対向するように固定体側ヨークにコイルが配置されている。これにより、固定体側ヨークに対して撮影ユニットが、光軸に垂直な２軸に独立して駆動可能となっている。

特開２００９−２８８７７０号公報（２００９年１２月１０日公開）

特許文献１の例では、ＡＦカメラモジュール全体を手振れ補正のために駆動しており、ＯＩＳ可動部が重くなる。また、撮影ユニットには撮像素子も含まれており、レンズ系と撮像素子を一体で光軸に垂直な方向に駆動しても十分な手振れ補正はできない。ＯＩＳ可動部を軽量化するとともに、補正効果を得るために、例えば撮像素子をＯＩＳ固定部側に配したり、ＯＩＳ可動部の軽量化と部品点数の削減のためにＡＦ駆動用マグネットとＯＩＳ駆動用マグネットを共通化したりしたとしても、ＡＦの可動部とＡＦの固定部全体がＯＩＳ可動部となるため、ＯＩＳ可動部を軽量化することができない。ＯＩＳ可動部が重いということは、第１にそれだけ駆動にパワーが必要になるという課題がある。ＯＩＳでは、手振れ補正のために１００Ｈｚ程度の周波数でＯＩＳ可動部を駆動するため、ＯＩＳ可動部を軽量化することが望ましい。

第２に、光軸が重力の方向とは平行でない方向になるようにカメラが保持された場合、ＯＩＳ可動部の自重によりＯＩＳ可動部がシフトしてしまう。そのため、特に軽量化のために撮像素子をＯＩＳ固定部側に配置する場合等では、レンズの光軸が撮像素子に対してシフトすることになり、撮影者が狙った方向に対してずれた映像を撮影してしまう。このような事態を回避するため、通常はコイルにＤＣ補正電流を加え、ＯＩＳ可動部を位置センサー等で検出される本来の光軸位置まで戻すことが行われる。しかしながら、このような補正を行うと、撮影を行う前後のプレビュー状態でも常に補正電流が必要になり、カメラモジュール、あるいはカメラモジュールを搭載する携帯電話としての消費電力が増大してしまうという課題がある。

また、特許文献１の例では、ＡＦ可動部をＡＦ用バネによりＡＦ固定部に対して支持し、ＡＦ固定部をＯＩＳバネ（サスペンションワイヤー）でＯＩＳ固定部に対して支持する構成となっている。このような構成を模式的に表すと、図１２に示すような２自由度系の振動モデルになる。ｍ_１がＡＦ可動部の質量、ｍ_２がＡＦ可動部を除いたＯＩＳ可動部の質量（すなわちＡＦ固定部の質量）、ｋ_１がＡＦ可動部を支持しているＡＦ用バネの横方向（光軸に垂直な方向）のバネ定数、ｋ_２がＯＩＳ可動部を支持しているサスペンションワイヤーの撓み方向（光軸に垂直な方向）のバネ定数である。各バネの自然長の位置を基準として、ＡＦ可動部、ＯＩＳ可動部の変位をそれぞれｘ_１、ｘ_２とすると、特許文献１の例ではＯＩＳ駆動力ｆ_０はＯＩＳ可動部（ｍ_２に相当）に作用することになる。簡略化のため、粘性項は省略している。このモデルに対して運動方程式をたてると、以下のようになる。

ｍ_１（ｄ^２ｘ_１／ｄｔ^２）＋ｋ_１（ｘ_１−ｘ_２）＝０
ｍ_２（ｄ^２ｘ_２／ｄｔ^２）＋ｋ_１（ｘ_２−ｘ_１）＋ｋ_２ｘ_２＝ｆ_０
ラプラス変換してこの連立方程式を解くと、以下のようになる。

Ｘ_１／Ｆ_０＝ｋ_１／（（ｍ_１ｓ^２＋ｋ_１）×（ｍ_２ｓ^２＋ｋ_１＋ｋ_２）−ｋ_１ ^２）
ただし、ｓはラプラス変換の変数、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｆ_０はそれぞれｘ_１、ｘ_２、ｆ_０のラプラス変換後の関数である。また、レンズの変位を示すのがＸ_１であるため、Ｘ_１に関する式のみ示しているが、同様の解法でＸ_２に関する式も導出できる。

ここで、ｓ^２＝−ω^２、ω＝２π×ｆ（ｆは周波数）として周波数領域に変換すると、この振動系のボード線図が得られる。図１３にこの系のボード線図を示す。横軸は周波数で、ゲインの目盛を縦軸左側に、位相の目盛を縦軸右側に示している。上式をそのまま計算すると共振点でゲインが無限大となるため、適度な粘性項を与えて計算した結果を図１３に示す。

上式からも類推できるが、Ｘ_１／Ｆ_０は、分子が定数、分母がｓ^２の２次項になっている。したがって、分母＝０、すなわちＸ_１／Ｆ_０→∞となる共振点が２つ存在することになる。特に、高域側の２次共振は、大きなゲインピークを有し、位相が１８０度回るため、サーボ系のカットオフ周波数を過ぎてから再び０ｄＢラインを横切る可能性があり、サーボ系の発振につながるため望ましくない。発振を防止するためには、サーボ系全体のゲインを下げるか、フィルター等で２次共振のゲインを落とすか、２次共振の周波数を機械的に上げるか（ｋ_１を高くする）等の対応が必要になる。ゲインを落とすことは、手振れ補正機能の低下につながり、ｋ_１を高くするとＡＦの動作にも悪影響を及ぼす可能性がある。

さらに、図１３に示す結果は、ＡＦ可動部に対してその重心位置にＯＩＳ駆動力（ＡＦ用バネを介して作用する）が働いた場合を想定したものであるが、重心位置とＯＩＳ駆動力の位置がずれている場合は、ＡＦ可動部に対して回転モーメントが作用するため、さらにＡＦ用バネのねじれモード（光軸に垂直な軸を中心とする回転）の共振も生じる。ねじれモードの共振が生じた場合のボード線図を図１４に示す。構造にもよるが、通常はねじれ共振は２次共振よりもやや低い周波数で発生し、ゲインピークで見ると下側のピークと上側のピークが接近して見られる。このような共振ピークもサーボ系の不安定性につながるため、望ましくない。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、ＯＩＳ可動部を軽量化すること、および、撮像レンズを含む光学部に対して直接、ＯＩＳ駆動力を作用させることにより、サーボ系の不安定性につながる高次の共振ピークをなくすこと、あるいは高次の共振ピークを抑制することが可能で、かつ携帯電話にも搭載が可能な小型の光学的手振れ補正機能付きカメラモジュールを提供することにある。

本発明に係るカメラモジュールは、撮像レンズを備える光学部と、中間支持体と、固定支持体と、上記固定支持体に対して固定されている撮像素子とを備える光学的手振れ補正用のカメラモジュールであって、上記の課題を解決するために、上記光学部と上記中間支持体とを連結し、上記中間支持体に対して、上記光学部を光軸に垂直な方向に変位可能に支持する第１支持部と、上記中間支持体と上記固定支持体とを連結し、上記固定支持体に対して、上記中間支持体を光軸方向に変位可能に支持する第２支持部とを備えることを特徴としている。

上記構成によれば、中間支持体、第１支持部、および中間支持体に対して支持される光学部は、オートフォーカス（ＡＦ）機能のために光軸方向に変位されうる。光学部は、光学的手振れ補正（ＯＩＳ）のために光軸に垂直な方向に変位されうる。よって、光学的手振れ補正のために駆動されるＯＩＳ可動部は、光学部等の限られた部材を含み、中間支持体および第２支持部を含まない。それゆえ、光学的手振れ補正のために駆動されるＯＩＳ可動部を軽量化することができる。そのため、ＯＩＳ可動部の自重による光軸シフトを補正するための補正電流を低減することができ、カメラモジュールの低消費電力化を図ることが可能となる。

また、上記構成によれば、ＯＩＳ可動部は、第２支持部によって光軸方向に変位可能に支持される中間支持体を含まないので、中間支持体および第２支持部を介さずに、ＯＩＳ可動部に対して直接ＯＩＳ駆動力を作用させることができる。よって、従来のような第２支持部（ＡＦ用バネ）を介して光学部にＯＩＳ駆動力を加える構造と比べて、高次の共振ピークを抑制することができる。それゆえ、光学部の変位を制御しやすく、サーボ系の安定性を高められるという効果を奏する。

また、第１コイルと第１マグネットとを含む第１駆動機構を備え、第１コイルおよび第１マグネットのいずれか一方が上記光学部に対して固定されており、他方が上記中間支持体または上記固定支持体に対して固定されており、第１駆動機構は、第１コイルと第１マグネットとの間に働く電磁力により、上記光学部を光軸に垂直な方向に変位させる構成としてもよい。

上記の構成によれば、第１コイルと第１マグネットとの間に働く電磁力によって、中間支持体および第２支持部を介さずに、ＯＩＳ可動部に対して直接ＯＩＳ駆動力を作用させることができる。よって、光学部材の高次の共振ピークを抑制することができる。

また、第１コイルは上記光学部に対して固定されている構成であってもよい。

上記の構成によれば、ＯＩＳ可動部はマグネットではなく、比較的軽量のコイルを備えるので、ＯＩＳ可動部をさらに軽量化することができる。

また、第２コイルと第２マグネットとを含む第２駆動機構を備え、第２コイルおよび第２マグネットのいずれか一方が上記中間支持体に対して固定されており、他方が上記固定支持体に対して固定されており、第２駆動機構は、第２コイルと第２マグネットとの間に働く電磁力により、上記中間支持体を光軸方向に変位させる構成であってもよい。

上記の構成によれば、光軸方向に変位可能なＡＦ可動部の質量は、従来の構成よりも増加するが、第２支持体（ＡＦ用バネ）の外側の空間（第２駆動機構の外側の空間）に第１駆動機構（ＯＩＳ駆動機構）を配置するという制約がなくなる。よって、ＡＦ駆動機構のために中間支持体の外側の空間を広く使用することができ、強いマグネット等を用いて大きな駆動力を発生させることが可能になる。

また、第１コイルと第１マグネットとを含む第１駆動機構と、第２コイルと第２マグネットとを含む第２駆動機構とを備え、第１コイルは上記光学部に対して固定されており、第１マグネットおよび第２マグネットは上記中間支持体に対して固定されており、第２コイルは上記固定支持体に対して固定されており、第１駆動機構は、第１コイルと第１マグネットとの間に働く電磁力により、上記光学部を光軸に垂直な方向に変位させ、第２駆動機構は、第２コイルと第２マグネットとの間に働く電磁力により、上記中間支持体を光軸方向に変位させる構成としてもよい。

上記の構成によれば、第１マグネットと第２コイルとの配置間隔を大きくすることができるため、第２コイルに第１マグネットからの磁束が漏れ入ることを抑制することができる。

また、上記光学部に対して固定されている第１コイルと、上記中間支持体に対して固定されている第３マグネットと、上記固定支持体に対して固定されている第２コイルとを備え、第１コイルと第３マグネットとの間に働く電磁力により、上記光学部を光軸に垂直な方向に変位させ、第２コイルと第３マグネットとの間に働く電磁力により、上記中間支持体を光軸方向に変位させる構成であってもよい。

上記の構成によれば、ＯＩＳ駆動力とＡＦ駆動力とを第３マグネットによって発生させることができる。よって、ＯＩＳ駆動のためのマグネットとＡＦ駆動のためのマグネットを共通化することができる。そのため、部品点数を削減し、コストを低減すること、およびカメラモジュールを小型化することが可能になる。

また、第１支持部は、弾性力によって、上記中間支持体に対して、上記光学部を光軸に垂直な平面における所定の位置に保持するよう作用する構成であってもよい。

また、第１支持部は、少なくとも４つのサスペンションワイヤーからなってもよい。

上記の構成によれば、光学部を、簡単な構成で光軸に垂直な２軸の方向に変位可能に支持することができる。また、第１支持部としてサスペンションワイヤーを用いることで、その撓み方向（曲がる方向）のバネ定数に対して長さ方向（伸縮する方向）のバネ定数を十分に高めることが可能となり、光学部のねじれ（チルト）に対する抵抗力を高めることができる。

以上のように、本発明に係るカメラモジュールでは、光学的手振れ補正のために駆動されるＯＩＳ可動部が、光学部等の限られた部材を含み、中間支持体および第２支持部を含まない。それゆえ、光学的手振れ補正のために駆動されるＯＩＳ可動部を軽量化することができる。そのため、ＯＩＳ可動部の自重による光軸シフトを補正するための補正電流を低減することができ、カメラモジュールの低消費電力化を図ることが可能となる。

また、ＯＩＳ可動部は、第２支持部によって光軸方向に変位可能に支持される中間支持体を含まないので、中間支持体および第２支持部を介さずに、ＯＩＳ可動部に対して直接ＯＩＳ駆動力を作用させることができる。よって、従来のような第２支持部（ＡＦ用バネ）を介して光学部にＯＩＳ駆動力を加える構造と比べて、高次の共振ピークを抑制することができる。それゆえ、光学部の変位を制御しやすく、サーボ系の安定性を高められるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る光学的手振れ補正機能付きカメラモジュールの構造を示す斜視図である。 図１のカメラモジュールのＡ−Ａ矢視断面図である。 図２のカメラモジュールのＢ−Ｂ矢視断面図である。 図１のＯＩＳ用コイルとＯＩＳ用マグネットの構成を示す要部斜視図である。 図１のＡＦ用コイルとＡＦ用マグネットの構成を示す要部斜視図である。 本発明の実施形態のカメラモジュールの振動モデルを模式的に表した図である。 本発明の実施形態のカメラモジュールにおける撮像レンズの変位に関するボード線図の一例である。 本発明の実施形態のカメラモジュールにおける撮像レンズの変位に関するボード線図の他の例である。 本発明の別の実施形態に係る手振れ補正機能付きカメラモジュールの構成を示す、図２に相当する断面図である。 図９のカメラモジュールのＣ−Ｃ矢視断面図である。 図９のＯＩＳ用コイルとＯＩＳ用マグネットの構成を示す要部斜視図である。 従来の光学的手振れ補正機能付きカメラモジュールの振動モデルを模式的に表した図である。 従来の光学的手振れ補正機能付きカメラモジュールにおける撮像レンズの変位に関するボード線図の一例である。 従来の光学的手振れ補正機能付きカメラモジュールにおける撮像レンズの変位に関するボード線図の他の例である。

［実施形態１］
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図８に基づいて説明する。

（カメラモジュールの構成）
図１は、本実施形態の光学的手振れ補正機能付きカメラモジュール１００の構造を示す斜視図である。カメラモジュール１００は、複数の撮像レンズを含む光学部３と、光学部３を光軸方向および光軸に垂直な方向に駆動するために光学部３の外側に配置された光学部駆動装置５と、光学部３を経由した光を撮像する撮像部８とを備える。光学部駆動装置５と、撮像部８とは光軸方向に積層されている。以下の説明では、便宜上、光学部３側（被写体側）を上方、撮像部８側を下方とする。

まず、図２および図３に基づき、カメラモジュール１００の全体構造について説明する。図２は、図１のカメラモジュール１００の構造を示すＡ−Ａ矢視断面図であり、カメラモジュール１００の中央部を光軸方向に切断した断面図である。図３は、図２のカメラモジュール１００のＢ−Ｂ矢視断面図である。図２には、光軸の位置を破線で示す。

光学部３は、複数（図２では４枚）の撮像レンズ１と、複数の撮像レンズ１を内側に保持するシリンダ形状のレンズバレル２とを備える。光学部３は、被写体像を形成する撮像光学系であり、外部からの光を複数の撮像レンズ１を介して撮像部８の撮像素子６へ導く。撮像レンズ１の光軸は、レンズバレル２の軸心と一致している。光学部３は、撮像部８の撮像素子６に対して光軸方向および光軸に垂直な２軸の方向に変位可能に、支持されている。

光学部駆動装置５は、レンズホルダ４、中間支持体１０、固定支持体１２、ベース部材１３、レンズホルダ４と中間支持体１０とを連結するサスペンションワイヤー（第１支持部）９、中間支持体１０と固定支持体１２とを連結するＡＦ用バネ（第２支持部）１１ａ、および、中間支持体１０とベース部材１３とを連結するＡＦ用バネ（第２支持部）１１ｂとを備える。

レンズホルダ４は、レンズバレル２を内側に保持し、光学部３と一体となって駆動される。レンズホルダ４の上端部（被写体側の端部）には正方形状のフランジ部４ａが形成されており、フランジ部４ａの４つのコーナー部にそれぞれ、サスペンションワイヤー９の一端が固定されている。各サスペンションワイヤー９の他端は、中間支持体１０に固定されている。

サスペンションワイヤー９は、金属等からなる細い棒状の部材である。サスペンションワイヤー９はワイヤー軸（長手方向）に垂直な方向には容易に撓む（曲がる）が、ワイヤー軸に沿った長手方向のバネ定数は高く、長手方向の伸び縮みはほとんど無視できる。光軸に平行に配置された４つのサスペンションワイヤー９によって、レンズホルダ４を支持することにより、光学部３は中間支持体１０に対して光軸に垂直な２軸の方向に変位可能となる。また、ＯＩＳ駆動力を働かせない場合、光学部３は、４つのサスペンションワイヤー９の弾性力によって、光軸に垂直な平面における所定の位置に保持される。

中間支持体１０は、上下が開口した中空の、四角形状の部材であり、光学部３およびレンズホルダ４を取り囲むように配置されている。中間支持体１０の下端には、中空の内側に突出する支持部１０ａが形成されている。各サスペンションワイヤー９の一端は、レンズホルダ４のフランジ部４ａに固定され、各サスペンションワイヤー９の他端は、中間支持体１０の支持部１０ａに固定されている。また、中間支持体１０は、ＡＦ用バネ１１ａ・１１ｂによって固定支持体１２およびベース部材１３に対して光軸方向に変位可能に支持されている。

ＡＦ用バネ１１ａ・１１ｂは、既存のＡＦカメラモジュールで広く用いられている、渦巻き状の板バネのアーム部によって内側と外側とが接続された金属製のバネである。ＡＦ用バネ１１ａおよびＡＦ用バネ１１ｂは、中間支持体１０を取り囲むように、それぞれ中間支持体１０の上部と下部とに所定の間隔を空けて対で配置されている。対のＡＦ用バネ１１ａ・１１ｂのうち、上方に配置されたＡＦ用バネ１１ａの内側端部は、中間支持体１０の上部に固定され、上方に配置されたＡＦ用バネ１１ａの外側端部は、固定支持体１２に固定されている。下方に配置されたＡＦ用バネ１１ｂの内側端部は、中間支持体１０の下部に固定され、下方に配置されたＡＦ用バネ１１ｂの外側端部は、ベース部材１３に固定されている。ＡＦ用バネ１１ａ・１１ｂは、中間支持体１０に下向きの力を与え、後述するＡＦ用コイルに電流を流さない状態において中間支持体１０の下端がベース部材１３の一部の面に当接するように作用する。ＡＦ用バネ１１ａ・１１ｂのような、バネアームを有する板バネ支持構造は、ＡＦ駆動機構の上下のスペースに効率的に配置できるため、カメラモジュールの小型化、特に薄型化に有効である。

ＡＦ用バネ１１ａ・１１ｂは、中間支持体１０を光軸方向にのみ変位可能に支持するために、光軸方向のバネ定数に比べて、光軸に垂直な方向のバネ定数が格段に大きくなるよう構成されている。そのため、ＡＦ用バネ１１ａ・１１ｂに支持された中間支持体１０は、チルトしにくい。なお、光軸に垂直な方向のバネ定数を大きくするためには、板バネのアーム部の厚さ（光軸方向の寸法）および幅を大きく、長さを短くすれば良いが、単純にこれら全てを行うと光軸方向のバネ定数も大きくなり、ＡＦの特性にも影響を及ぼす。ＡＦ特性に影響を与えないよう光軸に垂直な方向のバネ定数を大きくするためには、バネ定数が幅の１乗、厚さの３乗で効くことを利用し、アーム部の光軸方向の寸法を小さく（厚さを薄く）、かつ、アーム部の光軸に垂直な平面における幅を大きくするよう、ＡＦ用バネ１１ａ・１１ｂを構成すればよい。そうすることで、ＡＦ用バネ１１ａ・１１ｂの光軸方向のバネ定数を無用に大きくすることなく、ＡＦ用バネ１１ａ・１１ｂの横方向（光軸と垂直な方向）のバネ定数を高めることができ、ＡＦ可動部のチルトを低減することができる。

固定支持体１２は、ヨークからなり、中間支持体１０の四方を囲む矩形の箱の形状をしている。固定支持体１２の、光学部３の上方に対応する位置には、開口部が設けられている。なお、固定支持体１２は、ヨークと一体に設けられた樹脂等の保持部材（図示せず）を備えていてもよい。ＡＦ用バネ１１ａの外側端部は、固定支持体１２の内側に固定されている。固定支持体１２の下部は、ベース部材１３の上部に固定されている。

ベース部材１３は、固定支持体１２の下方に配置される矩形の部材であり、上下方向に貫通した開口１３ａが、ベース部材１３の中央に形成されている。ベース部材１３は、底面側に凹部を備えており、開口１３ａをふさぐように底面側凹部に配置されたＩＲカットフィルター１８を備える。ベース部材１３とＩＲカットフィルター１８により、ベース部材１３は、撮像素子６を覆うセンサカバーの役割も兼ねる。本実施形態では、ＩＲカットフィルター１８は、リッドガラスからなるが、これに限らない。また、ベース部材１３は、底面側凹部の外側の一部に、下方に突出する突起１３ｂを備える。ベース部材１３の突起１３ｂを撮像素子６の上面に当接させて組み立てることにより、光軸方向における撮像素子６に対する光学部３（すなわち撮像レンズ１）の位置決めを高精度で行うことが可能になり、光学部３の撮像素子６に対する組立後のチルトを低減することができる。下方に配置されたＡＦ用バネ１１ｂの外側端部は、ベース部材１３に固定されている。

撮像部８は、基板７と、基板７上に搭載された撮像素子６とを備える。撮像素子６は、光学部３を経由して到達した光を受光して光電変換を行い、撮像素子６上に結像された被写体像を得る。基板７の上面とベース部材１３の下面は接着剤によって固定される。ここで、撮像素子６をベース部材１３の突起１３ｂに当接させるために、基板７とベース部材１３との間には僅かな隙間が設けられており、接着剤をこの隙間に充填することによりベース部材１３と基板７との接着を行う。

（光学部のＯＩＳ駆動機構）
次に、光学部３のＯＩＳ駆動機構について説明する。光学部３を光軸に垂直な方向に変位させるＯＩＳ機能は、ＯＩＳ用コイル１４と、ＯＩＳ用マグネット１５とを含むＯＩＳ駆動機構によって実現される。

レンズホルダ４の外側側面に、具体的にはレンズホルダ４の外側の四方の各側面に、ＯＩＳ用コイル１４が配置され、固定されている。各ＯＩＳ用コイル１４は、コイルの軸がレンズホルダ４の側面に垂直になるように配置されている。また、各ＯＩＳ用コイル１４に対向するように、中間支持体１０の内側側面にはＯＩＳ用マグネット１５が配置され、固定されている。ＯＩＳ用コイル１４に電流を流すことにより、ＯＩＳ用マグネット１５との間で生じる電磁力がレンズホルダ４に作用し、レンズホルダ４（および光学部３）を光軸に垂直な方向に駆動する（変位させる）ことができる。なお、レンズホルダ４の１つの側面に配置されたＯＩＳ用コイル１４は、反対側の側面に配置されたＯＩＳ用コイル１４とセットとなって、光軸に垂直な第１方向（光軸と当該ＯＩＳ用コイル１４の軸とに垂直な方向）に力を加える。また、残りの２つのＯＩＳ用コイル１４のセットは、光軸に垂直な第２方向（光軸と第１方向とに垂直な方向）に力を加える。

図４は、ＯＩＳコイル１４と、それに対向するＯＩＳ用マグネット１５との位置関係を示す要部斜視図である。ＯＩＳ用コイル１４は、略小判型（光軸方向に縦長）のドーナツ状に巻かれている。ＯＩＳ用コイル１４の縦方向の２つの巻き線部（巻き線が光軸方向に沿った箇所）のそれぞれに逆の磁極が対向するように、中間支持体１０側に２極構造のＯＩＳ用マグネット１５が配置されている。ＯＩＳ用コイル１４の縦方向の巻き線部のそれぞれには、一周して逆方向に電流が流れ、２つの縦方向の巻き線部に対向するＯＩＳ用マグネット１５の磁極も逆方向である。そのため、ＯＩＳ用コイル１４に電流を流すと、２つの縦方向の巻き線部が同じ方向に力を受け、ＯＩＳ用コイル１４と一体となってレンズホルダ４および光学部３が横方向（光軸およびＯＩＳ用コイル１４の軸に垂直な方向）に駆動される（変位させられる）。

ＯＩＳ駆動機構によって駆動されるＯＩＳ可動部は、光学部３と、レンズホルダ４と、ＯＩＳ用コイル１４とを含む。従来の構成に比べて、本実施形態のＯＩＳ可動部は、中間支持体１０等を含まないため、軽量になる。

（光学部のＡＦ駆動機構）
次に、光学部３のＡＦ駆動機構について説明する。光学部３およびそれを支持する中間支持体１０を光軸方向に変位させるＡＦ機能は、ＡＦ用コイル１６と、ＡＦ用マグネット１７とを含むＡＦ駆動機構によって実現される。

中間支持体１０の外側側面には、ＡＦ用コイル１６が配置され、固定されている。ＡＦ用コイル１６は、中間支持体１０を囲むように巻き回されており、ＡＦ用コイル１６の軸は、光軸に一致している。また、ＡＦ用コイル１６に対向するように、固定支持体１２の内側側面にＡＦ用マグネット１７が配置され、固定されている。ＡＦ用コイル１６に電流を流すことにより、ＡＦ用マグネット１７との間で生じる電磁力が中間支持体１０に作用し、中間支持体１０および中間支持体１０に対してサスペンションワイヤー９で連結されたレンズホルダ４（および光学部３）を、一体的に光軸方向に駆動する（変位させる）ことができる。

図５は、ＡＦ用コイル１６とＡＦ用マグネット１７との位置関係を示す要部斜視図である。ＡＦ用コイル１６は、図５には図示しない中間支持体１０を取り囲むように四角形に巻き回されている。四角形に巻き回されたＡＦ用コイル１６の各側面に対向するように、ＡＦ用マグネット１７が配置されている。ＡＦ用マグネット１７は、それぞれ同じ極性の磁極が内側に向くように（同じ極性の磁極がＡＦ用コイル１６に対向するように）、配置されている。ＡＦ用コイル１６に電流を流すと、各ＡＦ用マグネット１７に対向する４辺の巻き線が同じ方向に力を受け、ＡＦ用コイル１６と一体となって中間支持体１０（および光学部３等）が光軸方向に駆動される（変位させられる）。

ＡＦ駆動機構によって駆動されるＡＦ可動部は、ＯＩＳ可動部に加えて、中間支持体１０と、ＯＩＳ用マグネット１５と、ＡＦ用コイル１６とを含む。そのため、従来の構成に比べて、ＡＦ可動部には中間支持体１０等が加わるために、ＡＦ可動部の質量は大きくなる。ただし、中間支持体１０の外側の広い空間を利用して、大きく強力なＡＦ用マグネット１７を配置することができるため、ＡＦ駆動のための十分な駆動力を確保することができる。そのため、従来の構成と比べて特に不利な点はない。なお、ＡＦ駆動機構はこの構成に限定される訳ではなく、図４に示すコイルとマグネットの構成を横に倒したような構成を用いることで、ＡＦ可動部を光軸方向に駆動させることもできる。

なお、ＯＩＳ駆動機構およびＡＦ駆動機構について、コイルまたはマグネットを可動部側に搭載するか、固定部側に搭載するかの組み合わせは自由であり、例示した構成におけるコイルとマグネットとを入れ替えた構成を用いることもできる。ただし、コイルに比べてマグネットの方が質量が大きいため、コイルを可動部側に、マグネットを固定部側に搭載した方がエネルギー的には効率的である。

また、ＯＩＳ駆動機構について、ＯＩＳ用コイルをＯＩＳ可動部に搭載し、ＯＩＳ用マグネットを固定支持体に搭載し、両者の間に働く電磁力によってＯＩＳ可動部を固定支持体に対して、光軸に垂直な方向に変位させてもよい。このように構成することにより、ＯＩＳ用マグネットが固定支持体に設けられるので、ＡＦ可動部を軽量化することができる。

また、本実施形態では、中間支持体１０側にＡＦ用コイル１６を搭載して、ＡＦ可動部の軽量化を図っているが、ＡＦ用コイル１６のすぐ近傍の内外の両面にＯＩＳ用マグネット１５とＡＦ用マグネット１７の両方を配置することになる。そのため、ＡＦ用コイル１６が両方のマグネットからの磁束の影響を受けやすい。それゆえ、これとは逆に、中間支持体１０側にＡＦ用マグネットを配置し、固定支持体１２側にＡＦ用コイルを配置する方が設計的に望ましい場合もある。この構成については別の実施形態として後述する。

（ＯＩＳ機能およびＡＦ機能）
以上の構成により、光学部駆動装置５は、電磁力によって、光学部３を光軸方向および光軸に垂直な２軸の、計３軸の方向に駆動することができる。撮像部８の撮像素子６に対して光学部３を３軸駆動することで、オートフォーカス（ＡＦ）機能と光学的手振れ補正（ＯＩＳ）機能の両方を実現する。

ＡＦ機能については、無限遠端からマクロ端までの間で、光学部３を撮像素子６に対して上下動させる（すなわち複数の撮像レンズ１を撮像素子６に対して光軸方向に変位させる）ことで実現する。なお、撮像レンズ１の無限遠端とは、無限遠にある被写体に対して合焦する位置を意味し、撮像レンズ１のマクロ端とは、所望のマクロ距離（たとえば１０ｃｍ）にある被写体に対して合焦する位置を意味する。

ＯＩＳ機能については、手振れの量および方向に応じて、光学部３を撮像素子６に対して光軸に垂直な方向に動かす（すなわち複数の撮像レンズ１を撮像素子６に対して光軸に垂直な方向に相対変位させる）ことで実現する。なお、図示しないジャイロセンサ、加速度センサ等を、カメラモジュール、あるいはカメラモジュールを備える携帯電話等に搭載し、ジャイロセンサ等で検出された角速度に基づいて、同じく図示しないＯＩＳ制御系が、手振れの量および方向を特定する。ＯＩＳ制御系は、特定した手振れの量および方向に応じて、撮像レンズ１の光軸に垂直な方向の変位を制御する。また、カメラモジュール内に、撮像素子６に対するＯＩＳ可動部（または光学部３）の位置を検出する位置センサ（ホール素子、またはフォトリフレクタ等）を搭載しておくと、角速度を検出するジャイロセンサの検出信号に応じて光学部３の位置（すなわち撮像レンズ１の位置）を制御できるため、クローズドループ制御を行って手振れ補正の補正精度を高めることが可能となる。

以上のような構成により、光学的手振れ補正機能付きカメラモジュールが構成される。ただし、上記の構成に限定される訳ではない。本実施形態での説明は、コイルの形状や磁気回路の構造に対して、何ら限定を与えるものではなく、小型化、軽量化、または高推力化等のための新たなアイデアに対して制限を加えるものではない。

本発明の主たる特徴における第１のポイントは、撮像レンズを含むＯＩＳ可動部を、ＯＩＳ機能を実現するために光軸に垂直な方向に変位可能に弾性支持部材によって支持し、ＯＩＳ可動部全体をＡＦ可動部に含め、ＡＦ可動部を光軸方向に変位可能に支持することにある。このように構成することにより、ＯＩＳ可動部の質量を軽減することができ、自重による光軸シフトを補正するためにＯＩＳ可動部を電磁力によって支えるための補正電流を低減することができる。それゆえ、カメラモジュールの消費電力を低減することができる。

従来から、ＯＩＳ機能を有さずＡＦ機能のみを有するカメラモジュールのＡＦ駆動機構の技術は、既に確立され、洗練されたものになっていた。そして、従来のＯＩＳ機能とＡＦ機能とを有するカメラモジュールの設計は、確立されたＡＦ駆動機構の技術（モジュール）を流用して設計するために、ＡＦ駆動機構を有するカメラモジュールに、外側からＯＩＳ駆動機構を追加する形で行われていた。そのため、従来は、ＯＩＳ可動部をＡＦ可動部の中に組み込むという本発明の発想が生まれなかった。

また、デジタルカメラのような比較的大きいカメラモジュールでは、ＡＦ機能のために結像光学系をなす一部のＡＦレンズを光軸方向に変位させ、ＯＩＳ機能のために別の一部のＯＩＳレンズを光軸に垂直な方向に移動させることでＡＦ機能とＯＩＳ機能を実現していた。そのため、光学部が３軸に変位可能な構成ではなく、ＡＦレンズおよびＯＩＳレンズはそれぞれ独立に固定支持体に対して支持されていた。このような構成は、小型化に不利であり、携帯電話に搭載できるよう小型化するのは困難である。

本発明の第２のポイントは、光軸に垂直な２軸方向に作用するＯＩＳ駆動力を、直接、撮像レンズを含むＯＩＳ可動部に与えることにある。従来のように、ＯＩＳ可動部がＡＦ可動部を含む構成では、ＯＩＳ駆動力は、ＡＦ用バネを介して撮像レンズに作用する。本発明の第２のポイントによれば、ＯＩＳ駆動力を、直接、撮像レンズに与える構成であるため、従来のようにＡＦ用バネを介して撮像レンズを駆動する構造と比べて、高次の共振ピークを制御しやすく、サーボ系の安定性を高めることが可能となる。この効果については以下で詳細に説明する。なお、ＡＦ駆動力は、撮像素子から所定の距離に撮像レンズ１を保持するよう作用するので、外部からの振動（手振れ）に応じて動的に撮像レンズ１の位置を制御するよう作用するＯＩＳ駆動力とは異なり、共振等を発生させにくい。それゆえＡＦ可動部がＯＩＳ可動部を含む構成としても問題がない。

（ＯＩＳ駆動による振動解析）
図６は、本実施形態のカメラモジュールの構成を模式的に表す振動モデルを示す図である。本実施形態の光軸に垂直な一方向における振動モデルは、図６に示すような２自由度系の振動モデルになる。ｍ_１がＯＩＳ可動部の質量、ｍ_２がＯＩＳ可動部を除いたＡＦ可動部の質量、ｋ_１がＯＩＳ可動部を支持しているサスペンションワイヤーの撓み方向（光軸に垂直な方向）のバネ定数、ｋ_２がＡＦ可動部を支持しているＡＦバネの横方向（光軸に垂直な方向）のバネ定数である。各バネの自然長の位置を基準として、ＯＩＳ可動部、ＡＦ可動部の変位をそれぞれｘ_１、ｘ_２とすると、本実施形態ではＯＩＳ駆動力ｆ_０はＯＩＳ可動部（ｍ_１に相当）に作用し、ＯＩＳ駆動力ｆ_０の反作用（−ｆ_０）が中間支持体に作用する。すなわち、反作用（−ｆ_０）は、ＯＩＳ可動部を除いたＡＦ可動部（ｍ_２に相当）に作用する。なお、ＯＩＳ用マグネットを中間支持体ではなく固定支持体に配置する形態では、中間支持体に反作用は働かない。また、簡略化のため、粘性項は省略している。このモデルに対して運動方程式をたてると、
ｍ_１（ｄ^２ｘ_１／ｄｔ^２）＋ｋ_１（ｘ_１−ｘ_２）＝ｆ_０
ｍ_２（ｄ^２ｘ_２／ｄｔ^２）＋ｋ_１（ｘ_２−ｘ_１）＋ｋ_２ｘ_２＝−ｆ_０
ラプラス変換してこの連立方程式を解くと、
Ｘ_１／Ｆ_０＝（ｍ_２ｓ^２＋ｋ_２）
／（（ｍ_１ｓ^２＋ｋ_１）×（ｍ_２ｓ^２＋ｋ_１＋ｋ_２）−ｋ_１ ^２）
となる。ただし、ｓはラプラス変換の変数、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｆ_０はそれぞれｘ_１、ｘ_２、ｆ_０のラプラス変換後の関数である。

ここで、ｓ^２＝−ω^２、ω＝２π×ｆ（ｆは周波数）として周波数領域に変換し、各定数として本実施形態のカメラモジュール１００の一設計例の数値を用いると、この振動系のボード線図が得られる。図７にこの系の撮像レンズの変位を示すボード線図を示す。横軸は周波数で、ゲインの目盛を縦軸左側に、位相の目盛を縦軸右側に示している。また、ボード線図中のそれぞれの線に付した矢印によって、対応する軸を示す。上式をそのまま計算すると共振点でゲインが無限大となるため、図７に示すのは適度な粘性項を与えて計算した結果である。上式からも類推できるが、Ｘ_１／Ｆ_０は、分子がｓ^２の１次項、分母がｓ^２の２次項になっている。したがって、分母＝０、すなわちＸ_１／Ｆ_０→∞となる共振点が２つ存在するとともに、分子＝０となる逆向きの共振点も１つ存在することになる。分子側の共振点と分母側の高域側の共振点はペアになっており、その周波数は接近しているがわずかにずれるため、ボード線図上では下向きのゲインピークｆ_１と上向きのゲインピークｆ_２がそれぞれ存在する。設計例では下向きのゲインピークの周波数の方が低域であり、位相に現れる位相ピークは上に凸のピークとなる。そのため、位相が遅れないので、サーボ系を安定化することができる。

下向きのゲインピーク周波数と上向きのゲインピーク周波数の差は、ＯＩＳ可動部の質量ｍ_１とＯＩＳ可動部を除いたＡＦ可動部の質量ｍ_２との比で変化し、設計によっては両者を接近させることができて、ピークを小さくすることができる。このような設計例における振動系のボード線図を図８に示す。図７に示す結果と比べて、下向きのゲインピークの周波数と上向きのゲインピークの周波数とが接近して、ピーク自体も小さくなっている。

図７および図８に示す結果は、ＯＩＳ可動部に対してその重心位置にＯＩＳ駆動力が働いた場合を想定したものであるが、重心位置とＯＩＳ駆動力の位置がずれている場合は、ＯＩＳ可動部に対して回転モーメントが作用するため、サスペンションワイヤーのねじれモード（光軸に垂直な軸を中心とする回転）の共振も生じる。ただし、ここでいうねじれモードとは、ＯＩＳ可動部にチルトが生じる（光軸が傾く）モードであり、このような振動が生じるためには、サスペンションワイヤーが伸縮振動をする必要がある。前述の通り、サスペンションワイヤーの伸縮のバネ定数は非常に高く、このようなねじれの共振ピークが現れる周波数は高く設定できるので、問題にはならない。なお、光軸に平行な軸を中心とする回転の振動モードについては、通常、光軸を挟んで対で配置されるＯＩＳコイルを対称に配置すれば発生しないので、問題にならない。

［実施形態２］
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その詳細な説明を省略する。本実施形態について、図９〜１１を参照して説明する。本実施形態では、ＯＩＳ用マグネットとＡＦ用マグネットを単一のマグネットで兼用する。

（カメラモジュールの構成）
図９は、図１と同様の断面図であり、本実施形態のカメラモジュール２００の中央部を光軸方向に切断してカメラモジュール２００の構造を示す断面図である。図１０は、図９のカメラモジュール２００のＣ−Ｃ矢視断面図である。実施形態１と異なり、中間支持体１０は四方の各側面に、それぞれ１つのマグネット１９を備える。マグネット１９は、中間支持体１０を貫通するように配置され、固定されている。また、固定支持体（ヨーク）１２は、内側の側面に１つのＡＦ用コイル１６を備える。ＡＦ用コイル１６は、固定支持体１２の内側の側面に沿って巻かれており（ＡＦ用コイルの軸は光軸と平行であり）、固定支持体１２に固定されている。

マグネット１９の内側（光軸側）の面はＯＩＳ用コイル１４に対向しており、マグネット１９の外側（光軸とは逆側）の面は、ＡＦ用コイル１６に対向している。マグネット１９は、ＯＩＳ用コイル１４に対向する内側の面に１つの磁極を有し、ＡＦ用コイル１６に対向する外側の面に別の磁極を有する。

図１１は、カメラモジュール２００のＯＩＳ用コイル１４と、それに対向するマグネット１９の位置関係を示す要部斜視図である。図４に示す実施形態１の構造と異なり、図１１に示す実施形態２のＯＩＳ用のマグネット１９は、２極構造ではなく、ＯＩＳ用コイル１４に対向する面に単一の磁極を有する単極構造のマグネットである。そのため、ＯＩＳ用コイル１４に対するマグネット１９の位置をずらして配置し、ＯＩＳ用コイル１４の長辺の１辺のみがＯＩＳ用マグネット１９の磁極に対向するように構成する。

（ＯＩＳ機能およびＡＦ機能）
カメラモジュール２００は、ＯＩＳ用コイル１４に電流を流すことによって、光学部３を光軸に垂直な２軸の方向へ駆動可能であり、かつ、ＡＦ用コイル１６に電流を流すことによって、光学部３、中間支持体１０、およびマグネット１９等を含むＡＦ可動部を光軸方向に駆動可能である。このように、カメラモジュール２００は、マグネット１９の内側（光軸側）への磁束を利用してＯＩＳ駆動を行い、外側（光軸とは逆側）への磁束を利用してＡＦ駆動を行う。

本実施形態では、ＯＩＳ用のマグネットとして、単極構造のマグネット１９を用いることにより、ＯＩＳコイルの片側の長辺にしか駆動力が発生しないため駆動効率は低下するが、ＯＩＳ用マグネットの役割とＡＦ用マグネットの役割とを単一のマグネット１９に担わせることができる。そのため、部品点数を低減することでコストを削減し、かつ、カメラモジュールの小型化および軽量化を行うことができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、特に、携帯用端末等の通信機器をはじめとする各種電子機器に搭載されるカメラモジュールに好適に利用することができる。

１ 撮像レンズ
２ レンズバレル
３ 光学部
４ レンズホルダ
４ａ フランジ部
５ 光学部駆動装置
６ 撮像素子
７ 基板
８ 撮像部
９ サスペンションワイヤー（第１支持部）
１０ 中間支持体
１１ａ、１１ｂ ＡＦ用バネ（第２支持部）
１２ 固定支持体
１３ ベース部材
１４ ＯＩＳ用コイル
１５ ＯＩＳ用マグネット
１６ ＡＦ用コイル
１７ ＡＦ用マグネット
１８ ＩＲカットフィルター
１９ マグネット
１００、２００ カメラモジュール

Claims (8)

1. 撮像レンズを備える光学部と、中間支持体と、固定支持体と、上記固定支持体に対して固定されている撮像素子とを備える光学的手振れ補正用のカメラモジュールであって、
   上記光学部と上記中間支持体とを連結し、上記中間支持体に対して、上記光学部を光軸に垂直な方向に変位可能に支持する第１支持部と、
   上記中間支持体と上記固定支持体とを連結し、上記固定支持体に対して、上記中間支持体を光軸方向に変位可能に支持する第２支持部とを備えることを特徴とするカメラモジュール。
2. 第１コイルと第１マグネットとを含む第１駆動機構を備え、
   第１コイルおよび第１マグネットのいずれか一方が上記光学部に対して固定されており、他方が上記中間支持体または上記固定支持体に対して固定されており、
   第１駆動機構は、第１コイルと第１マグネットとの間に働く電磁力により、上記光学部を光軸に垂直な方向に変位させ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。
3. 第１コイルは上記光学部に対して固定されていることを特徴とする請求項２に記載のカメラモジュール。
4. 第２コイルと第２マグネットとを含む第２駆動機構を備え、
   第２コイルおよび第２マグネットのいずれか一方が上記中間支持体に対して固定されており、他方が上記固定支持体に対して固定されており、
   第２駆動機構は、第２コイルと第２マグネットとの間に働く電磁力により、上記中間支持体を光軸方向に変位させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のカメラモジュール。
5. 第１コイルと第１マグネットとを含む第１駆動機構と、
   第２コイルと第２マグネットとを含む第２駆動機構とを備え、
   第１コイルは上記光学部に対して固定されており、
   第１マグネットおよび第２マグネットは上記中間支持体に対して固定されており、
   第２コイルは上記固定支持体に対して固定されており、
   第１駆動機構は、第１コイルと第１マグネットとの間に働く電磁力により、上記光学部を光軸に垂直な方向に変位させ、
   第２駆動機構は、第２コイルと第２マグネットとの間に働く電磁力により、上記中間支持体を光軸方向に変位させ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。
6. 上記光学部に対して固定されている第１コイルと、
   上記中間支持体に対して固定されている第３マグネットと、
   上記固定支持体に対して固定されている第２コイルとを備え、
   第１コイルと第３マグネットとの間に働く電磁力により、上記光学部を光軸に垂直な方向に変位させ、第２コイルと第３マグネットとの間に働く電磁力により、上記中間支持体を光軸方向に変位させ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。
7. 第１支持部は、弾性力によって、上記中間支持体に対して、上記光学部を光軸に垂直な平面における所定の位置に保持するよう作用する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。
8. 第１支持部は、少なくとも４つのサスペンションワイヤーからな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。

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