JP2012093558A - カメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＩＳ駆動機構のサーボ系の発振を防止し、かつ携帯電話にも搭載が可能な小型のオートフォーカス機構および光学的手振れ補正機構付き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４を備える光学部１と、中間支持体８と、固定支持体９と、固定支持体９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、中間支持体８に対する、光学部１の光軸に垂直な方向における変位を規制し、かつ、中間支持体８に対して光学部１を光軸方向に変位可能に支持するボール１０と、中間支持体８と固定支持体９とを連結し、固定支持体９に対して、中間支持体８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１１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。

また、特許文献１に記載されているＡＦカメラモジュールは、レンズを含む移動体（可動部）を光軸方向に変位可能に支持するＡＦ駆動機構として、レンズを含む移動体を上下２組のバネ部材で支持するタイプの機構を有する。

ＯＩＳ駆動機構を備えないカメラモジュールのためのＡＦ駆動機構としては、バネ部材で支持するタイプのＡＦ駆動機構以外にも、たとえば、ボールガイド構造または軸ガイド構造を用いる機構も提案されている。

特許文献２には、ＯＩＳ駆動機構は備えないが、ボールガイド構造のＡＦ駆動機構を備える撮像機器が開示されている。特許文献２に記載の撮像機器は、ホルダ（可動部）と支持体（固定部）との間に回転可能な回転部材（ボール）を配置したボールガイド構造のＡＦ駆動機構を有する。

特許文献３には、ＯＩＳ駆動機構は備えないが、軸ガイド構造のＡＦ駆動機構を備えるカメラモジュールが開示されている。特許文献３に記載のカメラモジュールは、レンズホルダー（可動部）と筐体（固定部）との間にシャフト状案内手段を配置した軸ガイド構造のＡＦ駆動機構を有する。

ただし、ボールガイド構造または軸ガイド構造のＡＦ駆動機構では、ボールの転がり、軸の摺動において摩擦力が発生する。例えば、ＶＣＭによってレンズを含む可動部を変位させる場合、特にボールガイド構造または軸ガイド構造における静摩擦力のために、ＶＣＭに加える電圧と可動部の変位との間にヒステリシスが生じる。また、摩擦のために、可動部を変位させる分解能を細かくすることが困難になる。また、ボールの転動面または軸の摺動面に異物が混入すると、動作が不安定になってしまうという問題がある。

このような理由により、ＡＦ駆動機構を有する（かつＯＩＳ機構を有しない）携帯電話等に搭載可能な小型のカメラモジュールにおいては、バネ部材で支持するタイプのＡＦ駆動機構の実用化が先行しており、ボールガイド構造または軸ガイド構造を用いるＡＦ駆動機構はほとんど採用されていない。

特開２００９−２８８７７０号公報（２００９年１２月１０日公開） 特開２００８−２８７０３４号公報（２００８年１１月２７日公開） 特開２００７−２８６４３９号公報（２００７年１１月１日公開）

そのため、ＯＩＳ駆動機構とＡＦ駆動機構とを併せ持つ小型のカメラモジュールにおいても、一般的に特許文献１のように、バネ部材で支持するタイプのＡＦ駆動機構が採用される。

しかしながら、本願発明者は、ＯＩＳ駆動機構とバネ部材で支持するタイプのＡＦ駆動機構とを組合わせた場合に、ＯＩＳ駆動の際に、ＡＦ駆動機構のバネ部材に起因する制御困難な共振が発生する問題が生じることを見出した。ＯＩＳ駆動機構とバネ部材で支持するタイプのＡＦ駆動機構とを組合わせた場合に生じる問題を、以下に説明する。

特許文献１の例では、ＯＩＳ可動部（ＯＩＳ駆動機構における可動部）である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と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。また、特許文献１の例では、レンズを含むＡＦ可動部（ＡＦ駆動機構における可動部）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１０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。ＡＦ用の板バネは、ＡＦ可動部を光軸方向に変位可能に支持するためのものであるが、光軸に垂直な方向の変位を完全に規制することはできない。そのため、ＡＦ用バネは、光軸に垂直な方向において、バネ定数ｋ_１のバネとして振る舞う。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、ｘ_１、ｘ_２それぞれについて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）
Ｘ_２／Ｆ_０＝（ｍ_１ｓ^２＋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。

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１１および図１２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示しており、図１１はＸ_１に関するボード線図を示し、図１２はＸ_２に関するボード線図を示す。

まずは、レンズを含むＡＦ可動部の動きを表している図１１のボード線図について説明する。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。

次に、ＯＩＳ可動部の動きを表している図１２のボード線図について説明する。通常、ＯＩＳ制御系では、ＯＩＳ可動部の変位を検出して、フィードバック制御を行うため、このＸ_２の動きを表すボード線図の方が重要となる。上式からも類推できるが、Ｘ_２／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、分子＝０となる共振点が１つ、分母＝０となる共振点が２つ存在することになる。分子＝０では下向きのゲインピークが現れ、分母＝０では上向きのゲインピークが現れる。分子＝０の共振周波数と分母＝０の２つめ（高域側）の共振周波数を比較すると、分子＝０の共振周波数の方が低域側にくるため、図１２に示すようなゲインカーブとなり、数百Ｈｚ付近の位相のピークは上向きとなる。

さらに、図１１に示す結果は、ＡＦ可動部の重心位置に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１３に示す。構造にもよるが、通常はねじれモードの共振は２次共振（高域側の共振）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。

いずれにしても、数百Ｈｚレベルに、このような共振ピークが存在すると、サーボ系を不安定にする要因となり、望ましくない。そして、これらの数百Ｈｚレベルの共振は、ＡＦバネの横方向（光軸に垂直な方向）のバネ定数に関係して生じているものである。サーボ系の安定化のためには、共振周波数をｋＨｚオーダーまで高くするか、あるいは共振そのものが生じない構造を採用することが望ましい。

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駆動機構のサーボ系の不安定性につながる発振（共振）を防止し、かつ携帯電話にも搭載が可能な小型のオートフォーカス機構および光学的手振れ補正機構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、上記中間支持体に対する、上記光学部の光軸に垂直な方向における変位を規制し、かつ、上記中間支持体に対して上記光学部を光軸方向に変位可能に支持する転動体または摺動部を有する第１支持手段と、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に垂直な方向に変位可能に支持する第２支持手段とを備えることを特徴としている。

光学部を光軸方向に駆動するＡＦ駆動機構において、板バネ等の弾性支持体を用いて光学部を光軸方向に変位可能に支持すると、板バネは光軸に垂直な方向においてもバネとして作用してしまう。そのため、光学部（および中間支持体）を光軸に垂直な方向に駆動するＯＩＳ駆動によって、実用的な周波数領域において共振が発生してしまう。

本発明の上記の構成によれば、ＡＦ駆動機構において、光学部を転動体または摺動部によって支持する。よって、中間支持体に対する、光学部の光軸に垂直な方向における変位を規制し、かつ、中間支持体に対して光学部を光軸方向に変位可能に支持することができる。そのため、ＯＩＳ駆動において、光軸に垂直な方向のバネ機構に起因する共振が発生しなくなり、サーボ系をより安定に保つことが可能になるという効果を奏する。

また、上記カメラモジュールは、上記光学部を上記中間支持体に近づけるように上記光学部に力を加えることにより、第１支持手段の上記転動体または上記摺動部に与圧を加える与圧手段を備えてもよい。

上記の構成によれば、光学部と中間支持体とが、第１支持手段を介して光軸に垂直な方向において離れず、ＯＩＳ駆動によって、光学部と中間支持体とを一体的に駆動することが可能となる。よって、ＯＩＳ駆動による共振の発生を防止し、安定的に光学部を支持することが可能になる。

また、上記与圧手段は、磁力によって与圧を加える構成であってもよい。

上記の構成によれば、磁力によって上記光学部を上記中間支持体に近づけるように上記光学部に力を加えることにより、光学部の光軸方向への駆動（ＡＦ駆動）を阻害することなく、第１支持手段に与圧を加えることができる。そのため、より共振が生じにくく、サーボ系をより安定に保つことが可能になる。

また、第１支持手段は、上記光学部と上記中間支持体との間に配置される、複数の上記転動体を有し、上記光学部の周囲の複数の位置にそれぞれ上記転動体が配置されており、光軸から見て、上記与圧手段が力を加える方向とは異なる方向に位置する上記転動体が接する上記中間支持体側または上記光学部側の転動面が、上記与圧手段が力を加える方向に対して傾いている構成であってもよい。

上記の構成によれば、上記与圧手段が力を加える方向に対して、転動面が平行ではなく傾いていることにより、該転動面に接する転動体に与圧を加えることができる。それゆえ、光軸から見て、上記与圧手段が力を加える方向に位置する転動体に与圧を加えるだけではなく、上記与圧手段が力を加える方向とは異なる方向に位置する上記転動体に対しても与圧を加えることができる。

また、上記カメラモジュールは、コイルとマグネットとを含む駆動機構を備え、上記コイルおよび上記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に対して固定されており、上記駆動機構は、上記コイルと上記マグネットとの間に働く電磁力により、上記光学部を光軸方向に変位させ、上記与圧手段は、上記光学部および上記中間支持体のうちの上記コイルが固定された方に設置された磁性体と、上記マグネットとの間に働く磁力によって与圧を加える構成であってもよい。

上記の構成によれば、ＡＦ駆動のためのマグネットを、与圧手段として共用することができる。

また、第２支持手段は、弾性力によって、上記固定支持体に対して、上記中間支持体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２支持手段は、少なくとも４つのサスペンションワイヤーからなる構成であってもよい。

上記の構成によれば、中間支持体を、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２支持手段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、ＯＩＳ可動部のねじれ（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、光学部を光軸方向に変位可能に支持する手段として転動体または摺動部のガイド手段を用いることで、光学部の光軸に垂直な方向における変位を規制する。よって、光軸に垂直な方向において弾性的に支持するバネ機構をＡＦ駆動機構からなくすことができる。それゆえ、ＯＩＳ駆動において、バネ機構に起因する共振の発生を防ぐことができ、サーボ系の安定化が可能にな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１のカメラモジュールのＢ−Ｂ矢視断面図である。 図２および図３のカメラモジュールのＣ−Ｃ矢視断面図である。 本発明の実施形態の上記カメラモジュールにおけるＯＩＳ駆動機構のマグネットとコイル周辺の要部拡大斜視図である。 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および中間支持体の変位に関するボード線図の一例である。 本発明の別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、図２に相当する断面図である。 本発明の別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、図４に相当する断面図である。 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ＯＩＳ可動部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レンズの変位に関する別のボード線図の一例である。

［実施形態１］
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図７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１と、光学部１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１の外側に配置された光学部駆動装置２と、光学部１を経由した光を撮像する撮像部３とを備える。光学部駆動装置２と、撮像部３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１側（被写体側）を上方、撮像部３側を下方とする。

まず、図２〜図４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の対角を結ぶ位置を光軸方向に沿って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矢視断面図であり、カメラモジュール１００の中央部を光軸方向に沿って切断した断面図である。図４は、図２および図３のカメラモジュール１００のＣ−Ｃ矢視断面図である。図２、図３には、光軸の位置を一点鎖線で示す。

光学部１は、複数（図２では４枚）の撮像レンズ４と、複数の撮像レンズ４を内側に保持するシリンダ形状のレンズバレル５とを備える。光学部１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４を介して撮像部３の撮像素子６へ導く。撮像レンズ４の光軸は、レンズバレル５の軸心と一致している。光学部１は、撮像部３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２は、レンズホルダ７、中間支持体８、固定支持体９、第１の支持手段としての複数個のボール（転動体）１０、第２の支持手段としての複数本のサスペンションワイヤー１１とを備えている。ボール１０は、レンズホルダ７と中間支持体８との間に介挿され、レンズホルダ７を中間支持体８に対して、光軸方向のみに変位可能となるように支持している。また、サスペンションワイヤー１１は、中間支持体８と固定支持体９とを連結しており、中間支持体８を固定支持体９に対して、光軸に垂直な方向のみに変位可能となるように支持している。固定支持体９は、光学部駆動装置２のベース部材の役割と、撮像素子６をカバーするためのセンサーカバーの役割を兼ねている。

レンズホルダ７は、レンズバレル５を内側に保持し、光学部１と一体となって駆動される。レンズホルダ７の上端近傍部（被写体側の端部）と下端近傍部（撮像素子側の端部）の各コーナーにはそれぞれボール１０が配置されている。各ボール１０は、レンズホルダ７と中間支持体８との間に挟まれており、転動することにより、中間支持体８に対してレンズホルダ７を光軸方向に変位可能に支持する。

中間支持体８の上端部にはフランジ部材１２が固定されており、外側に張り出したフランジ部１２ａにサスペンションワイヤー１１の上端部が固定され、固定支持体９にサスペンションワイヤー１１の下端部が固定されている。

サスペンションワイヤー１１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１１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１１によって、中間支持体８を支持することにより、中間支持体８および光軸に垂直な方向についてそれと一体的に支持された光学部１は、固定支持体９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１は、４つのサスペンションワイヤー１１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８は、上下が開口した中空の、四角形状の部材であり、光学部１およびレンズホルダ７を取り囲むように配置されている。フランジ部材１２の内側に張り出したフランジ部１２ｂは、レンズホルダ７の上側の可動範囲を規制するためのストッパの役割を兼ねている。

固定支持体９の上側部分には、ヨークとしての役割を兼ねたカバー１３が設置され、固定されている。カバー１３は、光学部１、および中間支持体８等を取り囲むような箱の形状をしている。カバー１３の光学部１の上方に対応する位置には、開口部１３ａが設けられている。

固定支持体９は、矩形の部材であり、上下方向に貫通した開口９ａが中央に形成されている。固定支持体９は、底面側に凹部を備えており、開口９ａ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１４を備える。固定支持体９とＩＲカットフィルター１４とは、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１４は、リッドガラスからなるが、これに限らない。

撮像部３は、基板１５と、基板１５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１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１５の上面と固定支持体９の下面は接着剤によって固定される。

（光学部のＡＦ駆動機構）
次に、光学部１のＡＦ駆動機構について説明する。光学部１およびそれを支持するレンズホルダ７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８の４つのコーナー部分には、略台形形状（図４参照）をしたＡＦ用マグネット１７が固定されている。また、ＡＦ用コイル１６は、レンズホルダ７の周囲を囲むように巻き回された略八角形状をしており、レンズホルダ７に固定されている。ＡＦ用コイル１６の軸は、光軸に一致している。ＡＦ用マグネット１７は、一方の磁極がＡＦ用コイル１６に向くように配置されている。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レンズホルダ７に作用し、中間支持体８に対してボール１０の転動によって光軸方向にガイドされたレンズホルダ７を、光軸方向に移動させることができる。

（光学部のＯＩＳ駆動機構）
次に、光学部１および中間支持体８のＯＩＳ駆動機構について説明する。光学部１および中間支持体８を光軸に垂直な方向に変位させるＯＩＳ機能は、ＯＩＳ用コイル１８（図３参照）と、ＯＩＳ用マグネット１９とを含むＯＩＳ駆動機構によって実現される。

中間支持体８の外側の四方の各側面に、ＯＩＳ用コイル１８が配置され、固定されている。各ＯＩＳ用コイル１８は、コイルの軸が中間支持体８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１８に対向するように、カバー（ヨーク）１３の内側側面にはＯＩＳ用マグネット１９が配置され、固定されている。ＯＩＳ用コイル１８とＯＩＳ用マグネット１９との位置関係を示す要部拡大斜視図を図５に示す。図５に示すように、ＯＩＳ用マグネット１９は内側を向く面に２極着磁されており、ＯＩＳ用コイル１８の縦方向の巻線部分（巻線が光軸方向に沿った箇所）がそれぞれの磁極に対向するように配置されている。ＯＩＳ用コイル１８に電流を流すことにより、ＯＩＳ用マグネット１９との間で生じる電磁力が中間支持体８に作用し、中間支持体８、および中間支持体８に対して支持される光学部１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、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、ＡＦ駆動機構について、ＡＦ用コイルをＡＦ可動部に搭載し、ＡＦ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ＡＦ可動部を固定支持体に対して、光軸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、ＡＦ用マグネットが固定支持体に設けられるので、ＯＩＳ可動部を軽量化することができる。

（ＯＩＳ機能およびＡＦ機能）
以上の構成により、光学部駆動装置２は、電磁力によって、光学部１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３の撮像素子６に対して光学部１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１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４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４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４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１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４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４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１）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１の位置（すなわち撮像レンズ４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構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。

なお、本発明の第１の支持手段は、ボールに限定される訳ではなく、ローラを用いた転動ガイド構造でもよく、また、シャフトに沿って摺動する軸ガイド構造であってもかまわないし、中間支持体およびレンズホルダの面同士が摺動するような構造でもかまわない。

本発明の主たる特徴における第１のポイントは、ＯＩＳ可動部となるＡＦ駆動機構において、中間支持体に対してＡＦ可動部を光軸方向にのみ変位可能に支持するために、横方向（光軸に垂直な方向）においても弾性的に変形しやすいバネ機構（ＡＦ用バネ）を用いず、転動（あるいは摺動）によるガイド機構を設けた点にある。よって、中間支持体に対するＡＦ可動部の横方向の変位を規制することができる。それゆえ、ＡＦ用バネの横方向の運動による共振が発生せず、サーボ系を安定に保つことが可能となる。

（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１自由度系の振動モデルになる。なぜなら、光軸に垂直な方向については、バネとして作用するのはＯＩＳ用のサスペンションワイヤーのみであり、光軸に垂直な方向については、ＡＦの可動部とＯＩＳの可動部とが一体のものとみなせるからである。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、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、ＯＩＳ可動部すなわちＡＦ可動部の変位をｘ_１とすると、本実施形態ではＯＩＳ駆動力ｆ_０はＯＩＳ可動部（ｍ_２に相当）に作用する。このモデルに対して運動方程式をたてると、
（ｍ_１＋ｍ_２）（ｄ^２ｘ_１／ｄｔ^２）＋ｋ_２ｘ_１＝ｆ_０
ラプラス変換してこの方程式を解くと、
Ｘ_１／Ｆ_０＝１／（（ｍ_１＋ｍ_２）ｓ^２＋ｋ_２）
となる。ただし、ｓはラプラス変換の変数、Ｘ_１、Ｆ_０はそれぞれｘ_１、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、分子が定数、分母がｓ^２の１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１つのみ存在する。図からもわかるように、ボード線図上に高次（数百Ｈｚ辺り）の共振ピークは存在せず、サーボ系の発振につながるような要素がないため、サーボ系は非常に安定したものとなる。

［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８〜図９を参照して説明する。本実施形態では、ボールを介して中間支持体とレンズホルダを引き合わせるための与圧機構を設けている。

（カメラモジュールの構成）
図８は、図２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の対角を結ぶ位置を光軸方向に沿って切断した断面図である。図９は、図４と同様の断面図であり、図８のカメラモジュール２００のＤ−Ｄ矢視断面図である。本実施形態では、ボール１０に与圧を加えるために、与圧手段として、ＡＦ用マグネット１７と磁性体２０とを用いる。

本実施形態では、実施形態１と異なり、レンズホルダ７の一部、例えばＡＦ用コイル１６の内側に、鉄等の磁性体２０を配置している。磁性体２０は、ＡＦ用マグネット１７に対向する位置に設けられる。レンズホルダ７に固定された磁性体２０は、中間支持体８に固定されたＡＦ用マグネット１７に引き寄せられる。これによってレンズホルダ７（および光学部１）が図９の矢印２１の方向に引き寄せられるため、ボール１０とレンズホルダ７および中間支持体８との間に隙間が生じないように与圧をかけることができる。

なお、一方向に与圧を加えるため、磁性体２０が配置されて与圧をかけているボール１０の対角に位置するボールは不要となる。残りの２つの角のボール（上下で４個）については、矢印２１の方向に力がかかるように、レンズホルダ７のボールはめ込み部分に段差７ａを設けている。段差７ａに押されるボール１０が接する中間支持体８の壁面（転動面）の角度を矢印２１の方向から若干傾けておくと、壁面に対する垂直抗力成分が生じるため、残りの２隅のボール１０についても与圧をかけることができる。

すなわち、中間支持体８側の転動面の法線方向（中間支持体８側の転動面がボール１０に与える垂直抗力の方向）と、磁性体２０による力の方向（矢印２１の方向）とがなす角が、鈍角になるように、転動面を傾ければよい。このとき、光学部１（レンズホルダ７）側の転動面は、中間支持体８側の転動面に平行であってもよい。

また、光学部１（レンズホルダ７）側の転動面の法線方向（光学部１側の転動面がボール１０に与える垂直抗力の方向）と、磁性体２０による力の方向（矢印２１の方向）とがなす角が、鋭角になるように、転動面を傾ければよい。このとき、ボール１０が矢印２１の方向に移動しないように、中間支持体８側に段差７ａのような段差を設けてもよい。

なお、与圧機構は磁気的な吸引力または押圧力を利用する構造に限定される訳ではなく、バネ材を用いて圧力をかけてもかまわない。光学部１（またはそれを保持するレンズホルダ７）を中間支持体８に近づけるように光学部１に力を加えることにより、ボールや摺動部等の支持手段に与圧を加えることができる。なお、ボールに対して与圧を付与する磁力またはバネ材による弾性力は、強くすることができるので、実用範囲で共振を生じないよう構成することができる。磁力による与圧手段を用いることで、光学部の光軸方向への駆動（ＡＦ駆動）を阻害することなく、ボール等の支持手段に与圧を加えることができる。

本発明は上述した各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り、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜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 光学部
２ 光学部駆動装置
３ 撮像部
４ 撮像レンズ
５ レンズバレル
６ 撮像素子
７ レンズホルダ
８ 中間支持体
９ 固定支持体
１０ ボール（第１支持手段、転動体）
１１ サスペンションワイヤー（第２支持手段）
１２ フランジ部材
１３ カバー
１４ ＩＲカットフィルター
１５ 基板
１６ ＡＦ用コイル
１７ ＡＦ用マグネット（与圧手段）
１８ ＯＩＳ用コイル
１９ ＯＩＳ用マグネット
２０ 磁性体（与圧手段）
１００、２００ カメラモジュール

Claims (7)

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、
   上記中間支持体に対する、上記光学部の光軸に垂直な方向における変位を規制し、かつ、上記中間支持体に対して上記光学部を光軸方向に変位可能に支持する転動体または摺動部を有する第１支持手段と、
   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に垂直な方向に変位可能に支持する第２支持手段とを備えることを特徴とするカメラモジュール。
2. 上記光学部を上記中間支持体に近づけるように上記光学部に力を加えることにより、第１支持手段の上記転動体または上記摺動部に与圧を加える与圧手段を備え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. 上記与圧手段は、磁力によって与圧を加え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１支持手段は、上記光学部と上記中間支持体との間に配置される、複数の上記転動体を有し、
   上記光学部の周囲の複数の位置にそれぞれ上記転動体が配置されており、
   光軸から見て、上記与圧手段が力を加える方向とは異なる方向に位置する上記転動体が接する上記中間支持体側または上記光学部側の転動面が、上記与圧手段が力を加える方向に対して傾いていることを特徴とする請求項２または３に記載のカメラモジュール。
5. コイルとマグネットとを含む駆動機構を備え、
   上記コイルおよび上記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に対して固定されており、
   上記駆動機構は、上記コイルと上記マグネットとの間に働く電磁力により、上記光学部を光軸方向に変位させ、
   上記与圧手段は、上記光学部および上記中間支持体のうちの上記コイルが固定された方に設置された磁性体と、上記マグネットとの間に働く磁力によって与圧を加え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。
6. 第２支持手段は、弾性力によって、上記固定支持体に対して、上記中間支持体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５のいずれか一項に記載のカメラモジュール。
7. 第２支持手段は、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６のいずれか一項に記載のカメラモジュール。

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