JP2015018275A - 光学モジュール、自動フォーカス及びズームモジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学モジュールは、第1のリードスクリュの回転によって、第1のリードスクリュの軸に沿って移動するように第1のリードスクリュのねじ部に連結された第1の光学群と、第1の光学群を第1のリードスクリュの非ねじ部に向けて付勢する第1のばねと、第1のリードスクリュを回転させる第1のアクチュエータと、第1のリードスクリュの回転を検出可能にする第1の感知対象と、第2のリードスクリュの回転によって、第2のリードスクリュの軸に沿って移動するように第2のリードスクリュのねじ部に連結された第2の光学群と、第2の光学群を第2のリードスクリュの非ねじ部に向けて付勢する第2のばねと、第2のリードスクリュを回転させる第2のアクチュエータと、第2のリードスクリュの回転を検出可能にする第2の感知対象と、イメージセンサとを備える。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の幾つかの実施の形態に基づく自動フォーカス及びズームモジュール(以下、単にモジュールという。)1000を示している。図1に示すように、モジュール1000は、フロント光学群400、リア光学群500及びイメージセンサ1010を備える。フロント光学群400及びリア光学群500は、通常、例えば、レンズ等の1つ以上の光学的部品を含む。例えば、図4に示すモジュール1000は、フロント光学群400及びリア光学群500の両方に複数の光学レンズを備える。なお、当業者は、より複雑な又はより単純な構成の光学群を想到することができる。
図1及び図2は、モジュール1000の詳細を示している。幾つかの実施の形態において、モジュール1000は、フロントハウジング及びリアハウジングを備え、フロントハウジング及びリアハウジングは、互いに連結され、ガイドピンによってアラインされている。ガイドピンは、更に、バレルの動きを誘導するためにも用いられる。図5Aは、リアコンポーネント1050と、フロントコンポーネント1060とを含むハウジングを示しており、このハウジングモジュール1000の様々なアセンブリの構造的なフレームを提供している。ハウジングには、リードスクリュアセンブリ200、300と、ガイドピン600、700とが係合されている。この係合によって、各コンポーネントが互いに、及びイメージセンサ1010のターゲット領域1012に対して位置決めされ、固定され、任意の倍率及びズームを有する像をターゲット領域1012に提供できる自動フォーカス及びズームモジュールのシャーシが実現されている。
図に示すように、イメージセンサ1010は、好ましくは、平面を定義する。図1では、この平面は、xy平面に平行な平面である。モジュール1000は、通常、z軸に平行なイメージベクトルに沿って、イメージセンサ1010に像を供給するように構成される。
図1は、幾つかの実施の形態に基づく自動フォーカス及びズームモジュールのガイドピン構成を示している。幾つかの実施の形態は、一対のガイドピンを使用し、幾つかの他の実施の形態では、異なる数のガイドピンを使用する。ガイドピン600、700は、その個数にかかわらず、通常、リアバレル530及びフロントバレル430がイメージセンサ1010に対して移動できるように、モジュール1000の直線的な軸に沿って取り付けられる。モジュール1000においては、第1のガイドピン600及び第2のガイドピン700は、それぞれの軸が互いに及びz軸に対して実質的に平行になるようにアラインされている。更に、リードスクリュアセンブリ200、300は、互いに、z軸対して、及びガイドピン600、700に対して実質的に平行にアラインされている。
また、オプションとして、プリズムを設けてもよい。プリズムを設けることにより、自動フォーカス及びズームモジュールを様々な向きに配置し及び/又は取り付けることができる。例えば、特定の具体例では、水平方向の幅が制限され、モジュールを筐体の垂直平面に縦に配置することが望ましい場合がある。この向きによって、幅及び/又は深さの形状的要素がより小さいデバイスにおいて、上述のように、ガイドピンに沿ったフロントバレル及びリアバレルの動作範囲を確保できる。
図に示すように、リア光学群500及びフロント光学群400は、予め定義された構造を有する。リア光学群500は、リアバレル530、リアガイドスリーブ510及びリアガイドスロット520を備える。リアバレル530は、通常1つ以上のレンズ又は他の光学的部品を収容する。図に示すように、リアバレル530は、リアレンズ540を収容する。リアバレル530は、実質的に、中心軸を有する円筒体である。リアレンズ540は、光をリアバレル530の中心軸に沿う方向に向ける。リアガイドスリーブ510は、細長い、実質的な円筒体であり、リアバレル530の中心軸及びリアガイドスリーブ510の軸が実質的に平行となるように、リアバレル530に連結されている。リアガイドスロット520は、シリンダに係合するように構成されたスロットである。
図5Bに示すように、フロント光学群400は、第1のガイドピン600に係合されたフロントガイドスリーブ410を備える。この図に示すように、フロントガイドスリーブ410は、フロントバレル430よりも実質的に細長い形状を有している。更に、フロントガイドスリーブ410は、フロントバレル430に固定されている。この構成により、ガイドピン600がz軸に沿って延びているとすると、フロント光学群400は、第1のガイドピン600に対して、yz平面又はxz平面内では回転せず、xy平面内で回転できる。リア光学群500は、第1のガイドピン600に係合されたリアガイドスリーブ510を備える。この図に示すように、リアガイドスリーブ510は、フロントバレル430よりも実質的に細長い形状を有している。更に、リアガイドスリーブ510は、リアバレル530に固定されている。この構成により、ガイドピン600がz軸に沿って延びているとすると、リア光学群500は、第1のガイドピン600に対して、yz平面又はxz平面内では回転せず、xy平面内で回転できる。
図3に示す例示的なリードスクリュアセンブリ300’は、リアコンポーネント1050’と、フロントコンポーネント1060’とを含む区分されたハウジングに連結されている。リードスクリュアセンブリ300’は、リードスクリュ1の周囲に構成されている。リードスクリュアセンブリ300’は、アクチュエータ20、カップリングナット30及び感知対象50を含む。更に、アセンブリは、予圧ばね10及びギアラッシュ防止ばね(anti-gearlash spring)40を含む。リードスクリュ1は、ねじ領域5と、2つの非ねじ領域とを有する。アクチュエータ20は、第1の非ねじ領域に係合され、感知対象50は、第2の非ねじ領域に係合されている。リードスクリュアセンブリ300’は、ハウジングに連結されると、リアコンポーネント1050’及びフロントコンポーネント1060’の特定の部分に接触する。これらの部分には、リードスクリュ保持ウェル(lead screw retention well)1051、1065及びギアラッシュばね基準部(gearlash spring reference feature)1063が含まれる。これらの部分は、好ましくは、リードスクリュアセンブリ300’の回転を容易にするベアリングを備える。
本発明の幾つかの実施の形態に基づくリードスクリュアセンブリは、感知対象を備える。図3に示すリードスクリュアセンブリ300’は、リードスクリュ保持ウェル1065と、ギアラッシュばね基準部1063との間に配設された感知対象50を備える。感知対象は、通常、リードスクリュの第2の非ねじ領域の位置合わせ要素と係合する特徴的要素を備える。例えば、図5Aの部分的な断面図に示すように、リードスクリュ260は、非ねじ領域内に位置合わせ要素を有する。図に示すように、リードスクリュ260の第2の非ねじ領域は、感知対象250のための位置合わせ要素261を有する。位置合わせ要素261は、感知対象250の対応する特徴的要素に係合するように構成されている。
アクチュエータ20は、第1の非ねじ領域の一部の上に配設されている。アクチュエータ20は、通常、リードスクリュ1の第1の非ねじ領域の位置合わせ要素と係合する特徴的要素を備える。例えば、図5Aに示すように、リードスクリュ260は、第1の非ねじ領域内にアクチュエータ位置合わせ要素263を備える。アクチュエータ位置合わせ要素263及びアクチュエータ220の対応する特徴的要素は、互いに係合するように構成されている。
リードスクリュアセンブリは、通常、カップリングナットを含む。カップリングナットは、好ましくは、リードスクリュのねじ領域に係合するように構成された歯を有する。カップリングナットの歯は、後述するように、幾つかの機能を有する。典型的な構成では、歯は、リードスクリュが回転すると、カップリングナットがリードスクリュの長軸に沿って移動するように構成される。例えば、図1に示す具体例では、リードスクリュ200が回転すると、カップリングナット230は、リードスクリュのz軸に沿って移動する。移動の方向は、回転方向によって決まり、正確には、リードスクリュのねじ山の向きによって決まる。
図6に示すように、(例えば、図2に示す)フロント光学群400及びリア光学群500のそれぞれの第1のガイドスリーブ410、510は、カップリングナット230、330を介してリードスクリュに連結されている。第1のガイドスリーブ410、510には、いずれも第1のガイドピン600が挿入されている。リア光学群500の第1のガイドスリーブ510は、カップリングナット330の溝に係合する突起要素512を有する。図5Bは、突起要素512と、カップリングナット330の溝との間の係合状態の斜視図を示している。溝は、図6に示すように、アーム335によって形成され、基準面336を有する。基準面336は、カップリングナット330の溝に突出し、突起要素512を受け入れられる寸法の間隙を形成する。この間隙と突起要素512とは、実質的に2つの部品間に「遊び」がなくなるように、互いに一致する寸法を有することが望ましい。
フロント光学群400は、第1のリードスクリュアセンブリ200を含む第1の光学アセンブリの一部である。リア光学群500は、第2のリードスクリュアセンブリ300を含む第2の光学アセンブリの一部である。第1及び第2の光学アセンブリは、モジュール1000の他の要素と共に、イメージセンサ1010に対する光学群400、500の移動及び位置決めを制御する。
ガイドピン構成
図5Bに示すように、フロント光学群400のフロントガイドスリーブ410は、フロントバレル430(図5A)よりも細長い形状を有している。同様に、リア光学群500は、第1のガイドピン600が挿入された細長いリアガイドスリーブ510を備える。この構成により、ガイドピン600がz軸に沿って延びているとすると、フロント光学群400及びリア光学群500は、第1のガイドピン600に対して、yz平面又はxz平面内では回転せず、xy平面内で回転できる。更に、ガイドスリーブは、バレルに固定的に連結されている。この構成により、ガイドピン600がz軸に沿って延びているとすると、光学群は、第1のガイドピン600に対して、yz平面又はxz平面内では回転せず、xy平面内で回転できる。
図4、図7A及び図7Bは、本発明の幾つかの実施の形態に基づくカップリングナットとリードスクリュとの間の係合の詳細を示している。幾つかの実施の形態では、図4に示すように、リードスクリュ260の雄ねじは、カップリングナット230の歯と噛合する。なお、幾つかの実施の形態では、他の構成が使用される。例えば、図7Aに示す具体例では、カップリングナット2230は、第1のカップリングアーム2231及び第2のカップリングアーム2232を備え、これらは、それぞれ、ばね2233によって、リードスクリュ2260に対して付勢されている。更に、カップリングナット2230は、ガイドスリーブ2510に係合している。好ましくは、ガイドスリーブ2510と、カップリングナット2230とは、「非固定的に」係合され、ガイドスリーブ2510と、カップリングナット2230との間では、ガイドスクリュ/ガイドピン軸に沿った動きだけが伝達される。
図4に示すように、本発明の幾つかの実施の形態は、リードスクリュ260を回転させるアクチュエータ220を備える。好ましくは、本発明の実施の形態は、アクチュエータの効率的な動作を確実にするための特徴的要素を備える。
本発明の幾つかの実施の形態は、好ましくは、システムを機械的に拘束することなく、レンズ群の機械的なハードストップを実現するように適応化された特徴的要素を有する。このような機械的な固定(stoppage)は、好ましくは、レンズ群の位置を制御する際の基準として用いられる。
上述のように、本発明の幾つかの実施の形態は、アクチュエータ制御システムにフィードバックを提供し、非線形アクチュエータモータを使用していても、正確な位置決めを実現する位置感知機能を有する。例示的な位置感知システムは、位置センサ1032,1033と、位置感知対象250及び図1のモジュール1000の350とを備える。
これまで具体例を用いて説明したように、幾つかの実施の形態においては、モジュールは、電気機械的制御によって、異なる光学的位置を連続的に設定することができる。これらの異なる光学的位置の制御は、様々な撮像装置にとって好適である。再現性を有するポジショニング及びソフトウェア制御を介して、様々な位置及び/又は撮像モードを、モジュールの固定フォーカス構成に最適にプリセットできる。したがって、幾つかの上述した実施の形態は、小さな形状的要素における様々な固定焦点長を提供する。これらの実施の形態によって、通常、マルチフォーカス及び/又はカメラメカニズムの能力が限定された小型機器をより高機能に実現することができる。例えば、幾つかの実施の形態は、単純な小型機器に複数の焦点及びズーム位置を提供する。上述した実施の形態は、動きの範囲が限られており、要求される空間が小さいため、超小型携帯型機器、例えば、携帯電話機及び他の民生用機器に様々に応用することができる。
Claims (20)
- (a)第1のリードスクリュの回転によって、該第1のリードスクリュの軸に沿って移動するように該第1のリードスクリュのねじ部に連結された第1の光学群と、
(b)上記第1の光学群を上記第1のリードスクリュの非ねじ部に向けて付勢する第1のばねと、
(c)上記第1のリードスクリュを回転させる第1のアクチュエータと、
(d)上記第1のリードスクリュの回転を検出可能にする第1の感知対象と、
(e)第2のリードスクリュの回転によって、該第2のリードスクリュの軸に沿って移動するように該第2のリードスクリュのねじ部に連結された第2の光学群と、
(f)上記第2の光学群を上記第2のリードスクリュの非ねじ部に向けて付勢する第2のばねと、
(g)上記第2のリードスクリュを回転させる第2のアクチュエータと、
(h)上記第2のリードスクリュの回転を検出可能にする第2の感知対象と、
(i)イメージセンサとを備える光学モジュール。 - 上記イメージセンサは、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)及び電荷結合素子(CCD)からなるグループから選択されることを特徴とする請求項1記載の光学モジュール。
- 上記第1の光学群に連結され、当該光学モジュールの水平面に対する任意の角度で該第1の光学素子モジュールに像を向けるプリズム素子を更に備える請求項1記載の光学モジュール。
- 上記第1の感知対象及び第2の感知対象のうちの少なくとも1つは、上記第2のリードスクリュの軸又は回転に対して対称であり、交互のパターンとなるように配置された異なる光学的特性の隣接した領域を有する閉曲面を有することを特徴とする請求項1記載の光学モジュール。
- 信号を出射し、該出射した信号の反射率の変化に基づいて、上記第1の感知対象及び第2の感知対象の少なくとも1つの動きを検出する能動センサアレーを更に備える請求項4記載の光学モジュール。
- 上記能動センサアレーは、視野を有し、
上記感知対象の領域は、該領域が上記能動センサアレーの視野の略全てに広がるような大きさを有し、該能動センサアレーに対して配置されていることを特徴とする請求項5記載の光学モジュール。 - 上記第1の感知対象は、上記第1のリードスクリュに沿った上記第1の光学群の移動を測定できるように構成されていることを特徴とする請求項4記載の光学モジュール。
- 上記第1の感知対象は、少なくとも10ミリメートルの範囲において、10ミクロン以下の分解能で上記第1の光学群の移動を測定することを特徴とする請求項7記載の光学モジュール。
- 上記第2の感知対象は、上記第2のリードスクリュに沿った上記第2の光学群の移動を測定できるように構成されていることを特徴とする請求項4記載の光学モジュール。
- 上記第2の感知対象は、少なくとも2ミリメートルの範囲において、10ミクロン以下の分解能で上記第2の光学群の移動を測定することを特徴とする請求項9記載の光学モジュール。
- (a)ハウジングと、
(b)第1の光学アセンブリと、
(c)第2の光学アセンブリと、
(d)イメージセンサとを備え、
上記第1の光学アセンブリは、
(1)第1のねじ山外径を有するねじ部と、第1の外径を有する非ねじ部と、第1のアクチュエータ位置合わせ要素とを有する第1のリードスクリュと、
(2)上記第1のリードスクリュの回転によって、該第1のリードスクリュの軸に沿って移動するように該第1のリードスクリュのねじ部に連結された第1の光学群と、
(3)上記第1の光学群を上記第1のリードスクリュの非ねじ部に向けて付勢する第1のばねと、
(4)上記非ねじ部に連結され、第1の予圧ばねの復元力によって、上記第1のリードスクリュのアクチュエータ位置合わせ要素に対して付勢され、該第1のリードスクリュを回転させる第1のアクチュエータと、
(5)上記第1のリードスクリュの回転を検出する第1の感知手段とを備え、
上記第2の光学アセンブリは、
(1)第2のねじ山外径を有するねじ部と、第2の外径を有する非ねじ部と、第2のアクチュエータ位置合わせ要素とを有する第2のリードスクリュと、
(2)上記第2のリードスクリュの回転によって、該第2のリードスクリュの軸に沿って移動するように該第2のリードスクリュのねじ部に連結された第2の光学群と、
(3)上記第2の光学群を上記第2のリードスクリュの非ねじ部に向けて付勢する第2のばねと、
(4)上記非ねじ部に連結され、第2の予圧ばねの復元力によって、上記第2のリードスクリュのアクチュエータ位置合わせ要素に対して付勢され、該第2のリードスクリュを回転させる第2のアクチュエータと、
(5)上記第2のリードスクリュの回転を検出する第2の感知手段とを備える自動フォーカス及びズームモジュール。 - 上記第1のばねと第2のばねの少なくとも1つは、ギアラッシュを防止することを特徴とする請求項11記載の自動フォーカス及びズームモジュール。
- 上記第1のばねは、上記第1の予圧ばねより実質的に低いばね定数を有することを特徴とする請求項11記載の自動フォーカス及びズームモジュール。
- 上記第1のアクチュエータ及び第2のアクチュエータの少なくとも1つは、筒状の振動アクチュエータであることを特徴とする請求項11記載の自動フォーカス及びズームモジュール。
- 上記第1の予圧ばねは、上記ハウジング及び上記第1のアクチュエータの両方に当接することを特徴とする請求項11記載の自動フォーカス及びズームモジュール。
- 上記第1のアクチュエータ及び第2のアクチュエータの少なくとも1つは、上記ハウジングへの柔軟性を有する係合によって、ノードポイントにおいて規制されていることを特徴とする請求項11記載の自動フォーカス及びズームモジュール。
- 上記イメージセンサは、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)及び電荷結合素子(CCD)からなるグループから選択されることを特徴とする請求項11記載の自動フォーカス及びズームモジュール。
- 上記第1のねじ山外径は、上記第1の外径より大きいことを特徴とする請求項11記載の自動フォーカス及びズームモジュール。
- 上記第1のアクチュエータ位置合わせ要素は、上記第1のリードスクリュのねじ部と非ねじ部との間に配置されていることを特徴とする請求項11記載の自動フォーカス及びズームモジュール。
- 上記第1のリードスクリュの非ねじ部は、上記第1のアクチュエータ位置合わせ要素とねじ部との間に配置されていることを特徴とする請求項11記載の自動フォーカス及びズームモジュール。
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