JP2013142798A

JP2013142798A - カメラモジュール

Info

Publication number: JP2013142798A
Application number: JP2012003298A
Authority: JP
Inventors: Norimitsu Sato; 充謹佐藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-07-22

Abstract

【課題】撮像レンズの駆動電力を節約すること。
【解決手段】撮像レンズを保持するレンズホルダと、レンズホルダを撮像レンズの光軸方向に摺動可能に保持するヨークと、ヨークに結合された永久磁石と、前記永久磁石の磁場中に設けられレンズホルダに結合された電磁コイルと、電磁コイルへの電流の通電を制御する制御部とを備え、レンズホルダは、制御部により電磁コイルへ電流が供給されたときに前記光軸方向に移動し、電磁コイルへの電流の供給が停止されたときに停止すると共にヨークとの摩擦力により停止位置に保持されることを特徴とするカメラモジュール。
【選択図】図２

Description

この発明は、カメラモジュールに関する。

近年、携帯電話は、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。これらのカメラモジュールにおいては、レンズ駆動するためのレンズ駆動装置によってオートフォーカス機能を発揮するタイプのものが多く採用されている。

オートフォーカス機能を有するカメラモジュールでは、通常、レンズを駆動するためのレンズ駆動装置、撮像素子を内部に収容するセンサカバー、及び撮像素子が固定される回路基板等が積層された構造を有している。そして、このようなカメラモジュールでは、電磁力によってコイルもしくはマグネットを駆動するＶＣＭ（ボイスコイルモータ）タイプが広く用いられている。

従来のＶＣＭタイプのレンズ駆動装置としては、図６に示すような断面を有するカメラモジュールが知られている（特許文献１参照）。図６に示すように、カメラモジュール１００は、撮像レンズ１０１を駆動するレンズ駆動装置１０２と、撮像素子１０３を収容するベース部材１０４とを備えている。

レンズ駆動部１０２は、撮像レンズ１０１を光軸方向に移動させる可動部と撮像レンズ１０１の駆動時に位置が変動しない固定部とを備えている。可動部は固定部の内部に収容されている。可動部はレンズホルダ１０５及び電磁コイル１０７から構成されており、固定部はヨーク１０６、永久磁石１０８、カバー１１０、及びベース部材１０４から構成されている。

さらに、レンズ駆動部は、レンズバレル１１１を内部に保持するレンズホルダ１０５がベース部材１０４とヨーク１０６とカバー１１０とで形成された空間内に収容された構成となっており、レンズホルダ１０５は、ヨーク１０６及びベース部材１０４と板バネ１０９ａ及び１０９ｂで連結されている。カメラモジュール１００では永久磁石１０８の磁場中で電磁コイル１０７に電流を流すことによりレンズホルダ１０５をレンズ１０１の光軸方向に移動させる力を発生し、フォーカス調整を行うことが可能となる。

特開２０１１−２３７６３３号公報

しかしながら、従来のこのようなＶＣＭタイプのレンズ駆動装置を有するカメラモジュールでは、フォーカス調整後でもフォーカスを維持するために、電磁コイルに一定電流を常に流し続けなければならない。

即ち、レンズ駆動部は、撮像レンズの駆動時に光軸方向に撮像レンズを光軸方向に移動させる可動部を板バネの弾性力に対し拮抗して保持する駆動力を電磁コイルに発生させるために、電磁コイルに一定電流を流し続ける必要があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、フォーカス調整後には電磁コイルに電流を流すことなく撮像レンズが摩擦力により固定され、フォーカスが維持されるカメラモジュールを提供するものである。

この発明は、撮像レンズを保持するレンズホルダと、レンズホルダを撮像レンズの光軸方向に摺動可能に保持するヨークと、ヨークに結合された永久磁石と、前記永久磁石の磁場中に設けられレンズホルダに結合された電磁コイルと、電磁コイルへの電流の通電を制御する制御部とを備え、レンズホルダは、制御部により電磁コイルへ電流が供給されたときに前記光軸方向に移動し、電磁コイルへの電流の供給が停止されたときに停止すると共にヨークとの摩擦力により停止位置に保持されることを特徴とするカメラモジュールを提供するものである。

この発明によれば、レンズホルダは、電磁コイルへの電流の供給が停止されたときに停止すると共にレンズホルダはヨークとの摩擦力によりその停止位置に保持されるので、撮像レンズの位置を保持するための電磁コイルへの電流の供給が不要となり、節電になる。

この発明の実施形態に係るカメラモジュールの斜視図である。図１のカメラモジュールの縦断面図である。図２のカメラモジュールのＡ−Ａ矢視断面図である。この発明に係るカメラモジュールの電磁コイルへ供給される電流の時間推移とそれに伴う撮像レンズが駆動位置の時間推移を示すグラフである。図１に示すカメラモジュールの制御系を示すブロック図である。従来のカメラモジュールの断面図である。

この発明のカメラモジュールは、撮像レンズを保持するレンズホルダと、レンズホルダを撮像レンズの光軸方向に摺動可能に保持するヨークと、ヨークに結合された永久磁石と、前記永久磁石の磁場中に設けられレンズホルダに結合された電磁コイルと、電磁コイルへの電流の通電を制御する制御部とを備え、レンズホルダは、制御部により電磁コイルへ電流が供給されたときに前記光軸方向に移動し、電磁コイルへの電流の供給が停止されたときに停止すると共にヨークとの摩擦力により停止位置に保持されることを特徴とする。

制御部は、前記電磁コイルに流す通電電流の向きによってレンズホルダの摺動方向を制御してもよい。
前記レンズホルダは円筒形であり、前記ヨークはレンズホルダを同軸に収容する円筒凹形部を有してもよい。

以下、図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳述する。
図１は、この発明の実施形態に係るカメラモジュール１０の斜視図である。カメラモジュール１０は、光学部１、レンズ駆動部２、及び撮像部３から構成されている。光学部１は、レンズ駆動部２の内側に保持されている。レンズ駆動部２は、撮像部３の上に設けられている。

図２は、図１のカメラモジュール１０の縦断面図であり、カメラモジュール１０の中央部を光学部１の光軸方向に切断した断面図である。尚、以下の説明では、便宜上、光学部側を上方、撮像部側を下方とする。また、図３は図２のＡ−Ａ矢視断面図である。

図１に示す光学部１は、カメラモジュール１０において被写体像を形成する撮像光学系である。光学部１は、図２に示す４枚の撮像レンズ１１と、撮像レンズ１１を内部に保持するレンズバレル１２とから構成されている。レンズバレル１２は、レンズ駆動部２に固定されている。撮像レンズ１１の光軸は、レンズバレル１２の軸心と一致している。撮像レンズ１１は外部からの光を撮像部３へ導く。

レンズ駆動部２は、撮像レンズ１１を光軸方向に駆動する。具体的には、カメラモジュール１０では、レンズ駆動部２は、電磁力によって、撮像レンズ１１を光軸方向に上下動させる。つまり、カメラモジュール１０は、ＶＣＭタイプのレンズ駆動部２によって、オートフォーカス機能を発揮する。

レンズ駆動部２は、撮像レンズ１１の駆動時に光軸方向に移動して撮像レンズ１１を光軸方向に移動させる可動部と、撮像レンズ１１の駆動時に位置が変動しない固定部とを備えている。可動部は、固定部の内部に収容されている。

可動部は、レンズホルダ２１及び電磁コイル２２から構成されており、固定部は、ヨーク２３、永久磁石２４、カバー２５及びベース部材２６から構成されている。

具体的には、レンズ駆動部２は、レンズバレル１２を内部に保持するレンズホルダ２１が、ベース部材２６とヨーク２３とカバー２５とにより形成された空間内に、収容された構成となっている。

レンズホルダ２１は、撮像レンズ１１を保持したレンズバレル１２を、内部に保持している。レンズバレル１２及びレンズホルダ２１は、いずれも中空（円筒）形状の部材である。カメラモジュール１０では、レンズバレル１２の外側面及びレンズホルダ２１の内側面には、ねじ切りが施されておらず、平坦である。しかし、ねじ山が形成されていてもよい。

レンズホルダ２１の内径は、レンズバレル１２の外径よりもやや大きく、レンズホルダ２１の中央に、レンズバレル１２が嵌入され固着される。レンズホルダ１２の軸心は、撮像レンズ１１の光軸に一致している。
電磁コイル２２は、レンズホルダ２１の外周端部に固定されており、レンズホルダ２１の底部から上方に設けられている。

ヨーク２３は、角筒状の部材であり、ベース部材２６上に固定されている。ヨーク２３は、内部に可動部（レンズホルダ２１、電磁コイル２２）を収容している。ヨーク２３は、レンズ駆動部２の側面部を構成するとともにその一部が対向ヨーク２３ａとしてレンズホルダ２１とコイル２２の隙間にまで伸びて配置されている。対向ヨーク２３ａは電磁気効率を高める役割を果たしている。

永久磁石２４は、電磁コイル２２と対向するようにヨーク２３の内側面に固定されている。カメラモジュール１０ではヨーク２３と永久磁石２４とにより磁気回路が形成される。
ヨーク２３の天面部（上部）には、樹脂製のカバー２５が設けられている。カバー２５はレンズ駆動部２の上部（天面）を構成している。カバー２５の中央部には、光路を確保するために開口２５ａが形成されている。尚、ヨーク２３自体がカバーの役割を果たすので、カバー２５を省略してもよい。

ベース部材２６は、レンズ駆動部２の底面を構成している。ベース部材２６の中央部には、光路を確保するために光軸方向に開口２６ａが形成されている。
レンズ駆動部２は、電磁コイル２２と永久磁石２４とにより発生させた電磁力により、撮像レンズ１１を光軸方向に駆動する。具体的には、永久磁石２４によって形成される磁場中のコイル２２に電流を流すことで発生する力（電磁力）によって撮像レンズ１１を光軸方向に駆動することが可能となる。

尚、この実施形態では、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）タイプのレンズ駆動部２が用いられている。しかし、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など、種々の方式のレンズ駆動部も適用することができる。

また、レンズ駆動部２には、図示しないシールドケース（磁気遮蔽板）を設けてもよい。これにより、カメラモジュール１０がシールド構造を有するようになるため、カメラモジュール１０からの電磁波ノイズの放射を防止または低減することが可能となる。

撮像部３は、撮像レンズ１１によって撮像される被写体像を光電変換により電気信号に変換する。撮像部３は、撮像素子３１、基板３２、及び透光性部材３３から構成されている。撮像素子３１は、基板３２上に実装されている。また、透光性部材３３は、撮像素子３１と対向して配置され、ベース部材２６に保持されている。

撮像素子３１は、レンズ１１を通して受光した光信号を電気信号に変換するセンサデバイスであり、例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサである。撮像素子３１の表面（上面）には、複数の画素がマトリックス状に配置された受光部（図示せず）が形成されている。この受光部は、レンズ駆動部２から入射される光を結像する領域であり、画素エリアとも言い換えられる。

基板３２は、図示しないパターニングされた配線を有する、この配線によって、基板３２と撮像素子３１とが互いに電気的に接続される。基板３２は、例えば、プリント基板またはセラミック基板などである。基板３２には、図示しない撮像素子３１周辺の回路部品も搭載している。回路部品は、基板３２の表面に搭載されていてもよいし、基板３２の内部に内蔵されていてもよい。

透光性部材３３は、撮像レンズ１１と撮像素子３１との間に配置されている。透光性部材３３は、撮像素子３１と対向して配置され、撮像素子３１の受光部を覆っている。透光性部材３３は、撮像素子３１で受光すべき光を透過する性質を有してさえすれば、どのような材料から形成されていてもよい。

例えば、透光性部材３３は、ガラス（ガラス基板）などから構成することができる。この実施形態では、透光性部材３３の表面には、撮像に必要のない赤外線を遮断するため、赤外線遮断膜（ＩＲカット膜）が形成されている。

つまり、本実施形態において、透光性部材３３は、撮像素子３１と離間して設けられているため、レンズ駆動部２内に発生した異物、あるいはレンズ駆動部２に内在する異物が撮像素子３１の撮像面に落下して付着することを防ぐことができる。また、透光性部材３３上に異物が付着しても、その異物の影響（撮像素子３１への映り込み）が小さい。

図５はカメラモジュール１００の制御系を示すブロック図である。
撮像素子３１で生成された画像信号は、ＤＳＰ（ディジタル信号処理装置）からなる制御部４１で処理される。このように、撮像素子３１に入射した光は、電気信号に変換されて制御部４１に入力され、画像信号として取り出される。また、制御部４１は、撮像素子３１の出力を受けて電流供給部４３を介して電磁コイル２２へ電流を供給する。

カメラモジュール１０が搭載される携帯電話等の電子機器には、低消費電力が要求されているため、カメラモジュール１０にも当然、低消費電力が要求される。
そこで、カメラモジュール１０は、この要求を満たすために、特徴的なレンズ駆動部２を備えている。

具体的には、レンズ駆動部２の対向ヨーク２３ａの内側面とレンズホルダ２１外側面が接触している構造を有しており、接触による静止摩擦力により、レンズ駆動部２の可動部を固定している。そのため、可動部を保持するための板バネが設けられておらず、従来のカメラモジュールと大きく異なる。

レンズ駆動部２の対向ヨーク２３ａの内側面とレンズホルダ２１の外側面が接触箇所は、図３のような構成を有する。レンズホルダ２１の外側面は、円筒形状を有しており、平坦である。また、ヨーク２３内側面についても円筒形状を有しており、平坦である。

レンズ駆動部２の対向ヨーク２３ａの内側面とレンズホルダ２１の外側面の接触による、静止摩擦力は、クーロンの法則により、
Ｆ＝μ・Ｍ（Ｆ：摩擦力、μ摩擦係数、Ｍ：荷重）
と表すことができる。ここで、荷重Ｍは、レンズホルダ２１の外側面がヨーク２３の内側面を押す力である。摩擦力Ｆが、レンズ駆動部２の可動部（撮像レンズ１１、レンズバレル１２、レンズホルダ２１および電磁コイル２２）の重量を上回ることにより、レンズ駆動部２の可動部を固定させることができる。

例えば、レンズ駆動部２の可動部の重量は、０．１ｇ程度のため、摩擦力は、０．９８Ｎ以上あればよいことになる。レンズホルダ２１と対向ヨーク２３ａの材質がポリカーボネイトであった場合、摩擦係数μは０．３程度であるため、レンズホルダ２１の外側面が対向ヨーク２３ａの内側面を押す力Ｍは、３３Ｎ以上あれば、レンズ駆動部２の可動部を固定できる。なお、摩擦力が強い場合には、レンズホルダ２１の外側面と対向ヨーク２３ａの内側面の接触面に潤滑剤を塗布することで摩擦係数を抑えることができる。

レンズ駆動部２の可動部は、電磁コイル２２と永久磁石２４とにより発生させた電磁力により、撮像レンズ１１を光軸方向に駆動する。図４（ａ）は可動部の位置の時間的変化を表すグラフであり、図４（ｂ）は電磁コイルに流す電流量の時間的変化を表すグラフである。つまり、図４は、制御部４１が電流供給部４３を介して電磁コイル２２に電流を流すことによる可動部の駆動状態を時間的変化として表わしている。

ここで、便宜上、上方（光学部側）に駆動する方向に電流を流す方向を正方向、下方（撮像部側）に駆動する方向に電流を流す方向を負方向とする。電磁コイル２２に電流を正方向に電流を流し始めた段階では、レンズホルダ２１の外側面と対向ヨーク２３ａの内側面との接触面による静止摩擦力が上回り可動部は駆動しない。

しかし、電磁コイル２２に流す電流量を増やすと、電磁力が静止摩擦力を上回り、可動部は上方向に駆動し始める。摩擦力は、一定の力のため、電磁コイル２２に流す電流量を増やし続けると、電磁力が増大され可動部の駆動速度は過度に加速し、制御しにくくなる。

そこで、制御部４１（図５）は可動部が駆動しだすことにより、撮像部３でのフォーカス状態が変化することを利用し、撮像素子３１からの出力からフォーカス状態を検出して図４に示すように、電磁コイル２２に流す電流量を徐々に増加させ、上記フォーカス状態が変化し始めると、電磁コイル２２に流れる電流を一定量に制御することにより、レンズ駆動部２の可動部の駆動速度を一定にするようにしている。

制御部４１はレンズ駆動部２の可動部がフォーカス調整位置に達したのを撮像素子３１の撮像画像で確認した後、電磁コイル２２の電流を負方向に電流を流すなどで調整を行い、フォーカス調整位置にレンズ駆動部２の可動部を合わせる。ここで、電磁コイル２２への電流の供給を停止することでレンズホルダ２１の外側面と対向ヨーク２３ａの内側面の接触面の摩擦力によりレンズ駆動部の可動部を固定することができ、電磁コイル２２に電流を流すことなくフォーカス調整後のフォーカス維持を行うことができる。

これに対し、従来では、図６に示す板バネ１０９ａ及び１０９ｂによる弾性力が常に可動部に働くため、フォーカス調整後のフォーカス維持にもコイル１０７に電流を流し続けなければならない。
この発明は、特に携帯用端末など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レンズ駆動部
３撮像部
１０カメラモジュール
１１撮像レンズ
１２レンズバレル
２１レンズホルダ
２２電磁コイル
２３ヨーク
２３ａ対向ヨーク
２４永久磁石
２５カバー
２５ａ開口
２６ベース部材
３１撮像素子
３２基板
３３透光性部材

Claims

撮像レンズを保持するレンズホルダと、レンズホルダを撮像レンズの光軸方向に摺動可能に保持するヨークと、ヨークに結合された永久磁石と、前記永久磁石の磁場中に設けられレンズホルダに結合された電磁コイルと、電磁コイルへの電流の通電を制御する制御部とを備え、レンズホルダは、制御部により電磁コイルへ電流が供給されたときに前記光軸方向に移動し、電磁コイルへの電流の供給が停止されたときに停止すると共にヨークとの摩擦力により停止位置に保持されることを特徴とするカメラモジュール。
制御部は、前記電磁コイルに流す通電電流の向きによってレンズホルダの摺動方向を制御する請求項１記載のカメラモジュール。
前記レンズホルダは円筒形であり、前記ヨークはレンズホルダを同軸に収容する円筒形凹部を有する請求項１又は２記載のカメラモジュール。