JP2018522256A - チルトモジュールサブアセンブリ、及び当該チルトモジュールサブアセンブリを具備する光学式手ブレ補正機構 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に光学式手ブレ補正機構に関連する、基本的に弾性材料から成るケージ（１１）と複数の形状記憶合金ワイヤ（１２，１２’）とを備えているチルトモジュールサブアセンブリ、及び、当該チルトモジュールサブアセンブリを利用する微細構造のための光学式位置決めシステムに関する。

Description

形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤを基とするアクチュエータは、当該技術に関連する固有の優位性に起因して益々利用されるようになっており、特にマイクロモータを当該アクチュエータに置き換えることによって、負荷、信頼性、及び電力消費の観点において優位となる。

ＳＭＡを基とするアクチュエータの最近の例として、例えば特許文献１に開示される自動販売機の液体混合器のための弁、特許文献２に開示される防眩ルームミラーや特許文献３に開示される帆制御システムが挙げられる。

上述の例は、ＳＭＡを基とするアクチュエータの多用途性及び可能性を示すうってつけの例示である。一の特に興味深い利用分野は、傾斜制御を実現するために互いに対して反対側に位置する複数のＳＭＡワイヤの利用を開示している特許文献４に開示される、例えばカメラ付き電話のための光学式手ブレ補正機構に利用することである。

一組のＳＭＡワイヤを利用する解決手段が、特許文献５に開示されている。この場合には、当該特許文献は、復元力をＳＭＡワイヤに作用させる弾性要素であって、高剛性のケースと２つの互いに対して反対側に位置する形状記憶合金ワイヤによって傾斜が制御される撮像ユニットとの間に介在している弾性要素の利用も開示している。

ＳＭＡワイヤの利用は、特許文献６にも開示されている。当該特許文献は、樹脂成型製品から形成されると共に互いに対して平行とされるようにサポート部材によって保持されるベースプレート及び従動プレートから作られているケージを表わしている。当該特許文献では、サポート部材は、直線状のＳＭＡワイヤから成る駆動部材によって変形されるように、約８０μｍ〜約１００μｍの厚さを有する懸架ワイヤから作られている。当該特許文献は、ＳＭＡワイヤをベースプレートに機械的に固定するために、構造体の構造的特徴として高剛性要素を備えることの重要性を、より具体的には、約５０ＧＰａ〜２５０ＧＰａの縦弾性係数を有しているＳＵＳ（ステンレス）鋼又は銅基材料によって作られた固定部材の利用を開示している。

欧州特許第２６１５９５１号明細書 国際公報第２０１４／０５７４２３号パンフレット 国際公報第２０１４／１２８５９９号パンフレット 国際公報第２０１３／１７５１９７号パンフレット 米国特許出願第２００６／０２７２３２８号明細書 欧州特許出願第２８１３８７７号明細書

上述の解決策は、アクチュエータとして利用されるＳＭＡの特性と同一の特性を有しているという大きな欠点、すなわち当該ＳＭＡは加熱された場合に収縮するが、伸長するためには高い抵抗を必要とするという大きな欠点を抱えている。このことは、通常の状態において傾けるためには、ＳＭＡワイヤが部分的に異なる程度で動作しなくてはならないので、一層高い電力消費とシステムの早期損耗及び入念且つ複雑なバランスとを必要とすることを示している。

本発明の目的は、特に反対側に位置するＳＭＡワイヤによる制御を実現するチルトシステムに関連する、従来技術が依然として有する問題及び欠点を克服することができるチルトモジュールサブアセンブリを提供することである。第１の実施態様では、チルトモジュールサブアセンブリは、基本的に弾性材料から成るケージと、複数の形状記憶合金ワイヤとを備えており、弾性材料の縦弾性係数が、１３０００ＭＰａ〜１６０００ＭＰａ、好ましくは１４０００ＭＰａ〜１５０００ＭＰａとされる。

“基本的に弾性材料から成るケージ（consisting essentially of elastic material）”との表現は、ケージが例えば接続手段のような、高剛性材料と共に作られた幾つかの付属品を有している場合があるが、本発明の目的のために、ケージの材料の少なくとも９０重量パーセントが上述の縦弾性係数の要件を満足する弾性材料であることを意味する。

本発明について、添付図面を用いて以下に説明する。

本発明におけるチルトモジュールサブアセンブリの斜視図である。 本発明におけるケージの斜視図である。 本発明におけるチルトモジュールサブアセンブリの第２の実施例の斜視図である。 図３に表わすチルトモジュールサブアセンブリの断面図である。 本発明におけるチルトモジュールサブアセンブリの第３の実施例の断面図である。 本発明におけるチルトモジュールサブアセンブリの第３の実施例の断面図である。 本発明の第４の実施例におけるチルトモジュールサブアセンブリの写真である。 本発明の第４の実施例におけるチルトモジュールサブアセンブリの写真である。 本発明の第５の実施例におけるチルトモジュールサブアセンブリの斜視図である。 本発明の第６の実施例におけるチルトモジュールサブアセンブリの斜視図である。

図１〜図８では、寸法及び寸法比は正確でなく、図面の視認性を向上させるために変更されている場合がある。例えば形状記憶合金ワイヤの接続部及び固定部のような要素は、本発明を理解するために不可欠なものではなく、本発明の技術分野においては補助的なものであり且つ広く知られているので、示されていない場合がある。

本発明を理解するために、“ケージ（cage）”との用語は、例えば形状記憶合金ワイヤのような任意の他の要素を具備しないサブアセンブリの骨格構造を示している。

図１は、１３０００ＭＰａ〜１６０００ＭＰａの縦弾性係数を有する弾性材料から作られているケージ１１を備えている、本発明におけるチルトモジュール１０の斜視図である。当該実施例では、ケージ１１は４つの突出部を備えている。当該斜視図には、図示の実施例において利用される４つの形状記憶合金ワイヤそれぞれのための係留部を付与するための２つの突出部１３，１３’のみが示されている一方、２つのＳＭＡワイヤ１２，１２’のみが示されている。これら係留部は、また、形状記憶合金ワイヤがジュール効果によって活性化された際に収縮力を作用させる箇所とされる。

ケージ構造体１１が弾性変形することによって、内蔵されたカメラモジュール１４が傾けられる一方、ＳＭＡワイヤが不活性化されると復元力をＳＭＡワイヤに作用させる。

ケージが変形されることによって、反対側に位置するＳＭＡワイヤ及び隣り合うＳＭＡワイヤの結合が解除されるので、ＳＭＡワイヤのうち一のＳＭＡワイヤが活性化された際に、引張力が他のＳＭＡワイヤに全く又はほとんど作用しなくなる。引張力の大部分が、弾性的なケージ構造体１１によって吸収されるからである。

図１及び図２は、本発明におけるチルトモジュールサブアセンブリについての第１の好ましい実施例を表わす。当該実施例では、ケージが、２つの互いに対して平行に配置された矩形状フレーム１５，１５’から成る構造を有している。２つの互いに対して平行に配置された矩形状フレーム１５，１５’は、２つの矩形状フレーム１５，１５’の対応する角部同士を接続している４つの直線状のピラー１６，１６’，１６’’，１６’’’を介して離隔して配置されている。

図１と図２との主な相違点は、ケージ構造体１１を良好に理解するために、図２においてカメラモジュール１４及び形状記憶合金ワイヤ１２，１２’が省略されていることである。

図３は、本発明におけるチルトモジュールサブアセンブリ２０の第２の実施例についての斜視図である。この場合にも、弾性的なケージ２１に関して、４つの突出部のうち２つの突出部２３，２３’のみが図示されており、チルトモジュールサブアセンブリ２０に関して、４つのＳＭＡワイヤのうち２つのＳＭＡワイヤ２２，２２’が図示されている。

図４は、バックボーン２６，２６’を具備するチルトモジュールサブアセンブリ２０の明瞭な断面図である。バックボーン２６，２６’は、構造的一体性を付与すると共に、１つ以上のＳＭＡワイヤによって力がチルトモジュールサブアセンブリ２０に作用した際におけるチルトモジュールサブアセンブリ２０の可撓性を確保するためのものである。

図３及び図４に表わす第２の実施例は、８つの湾曲したバックボーン２６，２６’を２つ一組で利用しており、バックボーン２６，２６’それぞれが、ケージの上側又は下側の矩形状フレームの２つの隣り合う角部を接続している。

図５ａは、当該実施例のさらなる変形例の断面図を表わす。この場合には、８つのバックボーンが、チルトモジュールケージの同一の角部において、上側及び下側の矩形状フレームを接続している。これらバックボーン３６，３６’のうち２つのバックボーンのみが、断面図３０において視認可能とされる。図示の第３の実施例は、チルトモジュールケージの上側及び下側の矩形状フレームの対応する側同士を接続している２つの形状記憶合金ワイヤ３２，３２’を表わす。また、図５ａは、ＳＭＡワイヤが不活性化された後にケージの形状を弾性復帰させるための、上側の矩形状フレームに固定されている復帰用圧縮バネ３７を表わす。

図５ｂは、チルトモジュールサブアセンブリに対する形状記憶合金ワイヤ３２’の活性化の効果を表わす断面図である。図５ｂから理解されるように、形状記憶合金ワイヤ３２’の短縮に起因するケージの変形によって傾斜が実現される一方、反対側に位置する形状記憶合金ワイヤ３２の長さは変わらず、形状記憶合金ワイヤ３２は第１の形状記憶合金ワイヤ３２’の動作によって影響を受けない。

図６ａ及び図６ｂはそれぞれ、第４のチルトモジュールサブアセンブリの正面図である。比較対照すると、図６ａが、形状記憶合金ワイヤ４２が短縮化（活性化）された場合におけるチルトモジュールサブアセンブリ４０を表わす一方、図６ｂは、形状記憶合金ワイヤ４２が比較的長い（不活性状態にある）場合におけるチルトモジュールサブアセンブリ４０’を表わす。１つの形状記憶合金ワイヤ４２のみが注目されているが、当該システムは４つの形状記憶合金ワイヤを利用するものであり、４つの形状記憶合金ワイヤを同時に制御することによって、チルトモジュールサブアセンブリを正確に且つ制御された状態で傾斜させることができる。この場合には、上述の実施例とは異なり、ＳＭＡワイヤを活性化させると、バックボーンが近接するように引っ張られることによって、矩形状フレーム同士を接続しているＶ字状構造体が外側に向いた（すなわち、図５ａ及び図５ｂの逆方向に向いた）状態でバックボーンが延在することによって、上側の矩形状フレームが下側の矩形状フレームから離隔するように移動されることに留意すべきである。

図７は、本発明におけるチルトモジュール５０の第５の実施例を表わす斜視図である。弾性的なケージ構造体５１は、８つのバックボーン要素５６，５６’，５６，’’，５６’’’，．．．（最良に明示されているのは４つのバックボーンのみである）を介して接続されている２つの平行に配置された矩形状フレーム５３，５３’によって基本的に作られており、４つの形状記憶合金ワイヤ５２，５２’，．．．（最良に明示されているのは２つの形状記憶合金ワイヤのみである）それぞれが、ガイド５４，５４’（最良に明示されているのは２つのガイドのみである）に部分的に内蔵されており、ガイド５４，５４’が、形状記憶合金ワイヤを圧着するための要素を有していない矩形状フレーム５３’に取り付けられており、すなわち、図３及び図４に表わす突出部２３，２３’に類似する目的及び効果を有しているが、この場合には、一層均一化された変形効果をケージ構造体に作用させることができるという優位性を有している。

ガイド５４’は、例えば不活性状態にある形状記憶合金ワイヤ５２’を、形状記憶合金ワイヤが上側の矩形状フレーム５３’の反対側又は垂直側において活性化された場合に変位することから保護し、且つ、形状記憶合金ワイヤ５２’を案内する。チルトモジュールの全体が、機械的且つ電気的な取り付け及び接続を実現するために、例えば形状記憶合金ワイヤ５２’を圧着するためのオーバーモールド成形された金属製のラッチ５７，５７’，５７，’’，５７’’’を具備して、一体的に形成されている。

図８は、本発明の第６の実施例におけるチルトモジュールサブアセンブリ８０を表わす斜視図である。この場合には、弾性的なケージ８１は、その上側の角部において、弾性的なケージ本体から離隔した配置されたピラー８３，８３’，８３，’’，８３’’’を有していることによって得られる４つのガイド８３３，８３３’，８３３，’’，８３３’’’を有している。８３，８３’，８３，’’，８３’’’それぞれは、形状記憶合金ワイヤの中央／中間部分を埋設することを目的とする。

特にチルトモジュールサブアセンブリ８０は、４つの形状記憶合金ワイヤの利用を想定しており、図８の斜視図においては、４つの形状記憶合金ワイヤのうち一の形状記憶合金ワイヤのみ、例えば要素８２のみが完全に視認可能とされる一方、当該形状記憶合金ワイヤのうち他の２つの形状記憶合金ワイヤについては半体８２’，８２’’のみが視認可能とされる。対応して、拘束要素から成る４つの組が弾性的なケージ８１の下側部分に設けられており、当該実施例の特定に場合においては圧着によって、形状記憶合金ワイヤの先端が拘束要素に堅固に保持されている。形状記憶合金ワイヤ８２の拘束要素８２２の両方のみが、拘束要素８２２’，８２２’’のための組の単一の要素と共に、図８に図示されている。

従って、形状記憶合金ワイヤ８２，８２’，．．．それぞれが、弾性的なケージ８１の反対側に位置する角部に配置された２つの拘束要素８２２，８２２’，．．．によって弾性的なケージ８１に係留されている先端を有しており、当該形状記憶合金ワイヤの中央部分が、拘束要素同士の間に配置された上側の角部に形成されたガイド８３３，８３３’，．．．を介して弾性的なケージ８１に力を作用させる。拘束要素８２２，８２２’，．．．の位置と形状記憶合金ワイヤのガイド８３３，８３３’，．．．の位置との高低差によって、形状記憶合金ワイヤは、加熱（電流）を介して活性化されると圧縮力を作用させる。

上述の実施例に小変更を加えた変形例は、それぞれが、２つの隣り合う形状記憶合金ワイヤの終端部分を堅固に保持している４つの拘束要素の利用を想定している。

上述の実施例の他の変形例は、形状記憶合金ワイヤの中央部分のためのガイドを形成するために弾性的なケージの上側表面に設けられた段差部の利用を想定している。

本発明におけるチルトモジュールサブアセンブリは、特定のタイプの形状記憶合金ワイヤの利用に制限される訳ではなく、ジュール効果によって活性化される任意の形状記憶合金ワイヤであれば有効に利用することができる。１０μｍ〜５０μｍの直径を有し且つ様々な商業的供給源から調達可能とされるニチノール（登録商標）との呼称で当該技術分野において広く知られているニッケルチタン合金から作られた形状記憶合金ワイヤの利用が望ましいが、例えばＳＡＥＳ Ｇｅｔｔｅｒｓ Ｓ．ｐ．Ａ社がＳｍａｒｔｆｌｅｘとの製品名で市販している２５μｍのワイヤが特に望ましい。

本発明におけるチルトモジュールサブアセンブリのケージ構造体のための１つ以上の材料は、特定の種類に制限も限定もされず、金属、プラスチック、複合材料であっても良い。唯一の要件は、当該材料の縦弾性係数が１３０００ＭＰａ〜１６０００ＭＰａ、好ましくは１４０００ＭＰａ〜１５０００ＭＰａとされることである。

それにも関わらず、ケージ構造体のための好ましい材料は、繊維強化液晶高分子である。

本発明におけるチルトモジュールサブアセンブリは、様々な用途に利用可能とされるが、携帯電話のカメラモジュールにおける光学式手ブレ補正機構のための利用が最も関心高い。これに鑑みて、第２の実施態様において、本発明は、微細構造を利用する、家庭用電化製品又は医療装置のための光学式位置決めシステムに関連する。好ましい用途は、光学式手ブレ補正（ＯＩＳ）システムである。

本発明における光学式位置決めシステムは、基本的に、弾性材料と複数の形状記憶合金ワイヤとから成る。弾性材料は、１３０００ＭＰａ〜１６０００ＭＰａ、好ましくは１４０００ＭＰａ〜１５０００ＭＰａの縦弾性係数を有している。さらに、当該システムは、光の光学経路を変位させるためにマイクロミラーの、微細構造の利用を必要とする光学式位置決めシステムに適用される。

好ましくは、ＯＩＳシステムは、自動合焦（ＡＦ）モジュール及び／又はジャイロスコープも備えている。

本発明におけるチルトモジュールサブアセンブリは、製造容易であり、例えば滑動する玉のようなさらなる要素を利用することによって、衝撃及び悪影響を低減させるが解消させる訳ではない局所的な力を付与する、例えば復帰バネのような専用部品を有しているのではなく、ＳＭＡワイヤに対する釣合い重りとして機能する（可撓性を有した）全体構造を有しているという発明概念を利用することによって、改善された性能を発揮させることができる。もう一度、本発明におけるチルトモジュールサブアセンブリでは、このような専用の釣合い重りを排除することができるので、当該構造が、利用される材料の新規で発明的な特徴（上述の範囲の縦弾性係数）によってこのような機能を提供することができる。

１１ ケージ構造体
１２ 形状記憶合金ワイヤ
１２’ 形状記憶合金ワイヤ
１３ 突出部
１３’ 突出部
１４ カメラモジュール
１５ 矩形状フレーム
１５’ 矩形状フレーム
１６ ピラー
１６’ ピラー
１６’’ ピラー
１６’’’ピラー
２０ チルトモジュールサブアセンブリ
２２ ＳＭＡワイヤ
２２’ ＳＭＡワイヤ
２３ 突出部
２３’ 突出部
２６ バックボーン
２６’ バックボーン
３６ バックボーン
３６’ バックボーン
３７ 復帰用圧縮バネ
４０ チルトモジュールサブアセンブリ
４０’ チルトモジュールサブアセンブリ
４２ 形状記憶合金ワイヤ
５０ チルトモジュール

Claims (20)

1. 基本的に弾性材料から成るケージ（１１；２１；５１；８１）と、
   複数の形状記憶合金ワイヤ（１２，１２’；２２，２２’；３２，３２’；４２；５２，５２’；８２，８２’，８２’’）と、
   を備えているチルトモジュールサブアセンブリ（１０；２０；２００；３０；３０’；４０；４０’；５０；８０）において、
   前記弾性材料の縦弾性係数が、１３０００ＭＰａ〜１６０００ＭＰａ、好ましくは１４０００ＭＰａ〜１５０００ＭＰａとされることを特徴とするチルトモジュールサブアセンブリ（１０；２０；２００；３０；３０’；４０；４０’；５０；８０）。
2. 前記形状記憶合金ワイヤ（１２，１２’；２２，２２’；３２，３２’；４２；５２，５２’；８２，８２’，８２’’）が、前記ケージの対称軸線に関して対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（１０；２０；２００；３０；３０’；４０；４０’；５０；８０）。
3. 前記形状記憶合金ワイヤ（１２，１２’；２２，２２’；３２，３２’；４２；５２，５２’；８２，８２’，８２’’）の数量が、４つであることを特徴とする請求項１又は２に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（１０；２０；２００；３０；３０’；４０；４０’；５０；８０）。
4. 前記ケージ（１１）が、２つの互いに対して平行に配置された矩形状フレーム（１５，１５’）から成り、
   前記矩形状フレーム（１５，１５’）が、２つの前記矩形状フレーム（１５，１５’）の対応する角部同士を接続している４つのピラー（１６，１６’，１６’’，１６’’’）を介して離隔して配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（１０）。
5. 前記形状記憶合金ワイヤ（１２，１２’）を係止且つ拘束するための突出部（１３，１３’）が、前記矩形状フレーム（１５’）の少なくとも１つの側面の中央部分に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（１０）。
6. 前記ケージ（２１；５１）が、２つの平行に配置された前記矩形状フレーム（５３，５３’）であって、８つの三角状のバックボーン（２６，２６’；３６，３６’；５６，５６’，５６’’，５６’’’）を介して離隔して配置されている前記矩形状フレーム（５３，５３’）によって構成される、構造体を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（２０；２００；３０；３０’；４０；４０’；５０）。
7. 前記バックボーン（２６，２６’）それぞれが、同一の前記矩形状フレームの２つの隣り合う角部同士を接続していることを特徴とする請求項６に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（２０；２００；３０；３０’）。
8. 前記形状記憶合金ワイヤ（２２，２２’）を係止且つ拘束するための突出部（２３，２３’）が、前記矩形状フレームの少なくとも１つの側面の中央部分に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（２０；２００）。
9. 前記バックボーン（３６，３６’；５６，５６’，５６’’，５６’’’）が、２つの前記矩形状フレーム（５３，５３’）の対応する角部同士を接続していることを特徴とする請求項６に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（２０；２００；３０；３０’）。
10. 前記形状記憶合金ワイヤ（５２，５２’）のための直線状のガイド（５４，５４’）が、前記矩形状フレーム（５３’）の少なくとも１つの側面に設けられていることを特徴とする請求項９に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（５０）。
11. 前記形状記憶合金ワイヤ（４２）それぞれが、隣り合う前記バックボーン同士を接続していることを特徴とする請求項９に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（４０）。
12. 前記ケージ（８１）が、四角状の形状を有しており、
    ４つの前記形状記憶合金ワイヤ（８２，８２’，８２’’）それぞれの中央部分を埋設するためのガイド（８３３，８３３’，８３３’’，８３３’’’）が、前記ケージの４つの角部それぞれに設けられていることを特徴とする請求項３に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（８０）。
13. 前記ガイド（８３３，８３３’，８３３’’，８３３’’’）が、前記ケージ（８１）と４つの前記ピラー（８３，８３’，８３’’，８３’’’）との間に設けられた空間によって形成されており、
    前記ピラー（８３，８３’，８３’’，８３’’’）それぞれが、弾性的な前記ケージ（８１）の４つの角部のうち一の角部に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（８０）。
14. 前記ガイド（８３３，８３３’，８３３’’，８３３’’’）が、前記ケージ（８１）の４つの角部に設けられた段差部によって形成されていることを特徴とする請求項１２に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（８０）。
15. 前記形状記憶合金ワイヤ（８２，８２’，８２’’）それぞれが、反対側に位置する拘束要素（８２２，８２２’，８２２”）によってケージ構造体に係留されており、
    前記拘束要素（８２２，８２２’，８２２”）が、同一の高さに配置されていることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（８０）。
16. 前記拘束要素（８２２，８２２’，８２２”）の数量が、４つ又は８つであることを特徴とする請求項１５に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（８０）。
17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載のチルトモジュールサブアセンブリ（１０；２０；２００；３０；３０’；４０；４０’；５０；８０）を備えていることを特徴とする微細構造のための光学式位置決めシステム。
18. 前記光学式位置決めシステムが、光学式手ブレ補正機構（ＯＩＳ）を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の微細構造のための光学式位置決めシステム。
19. 自動合焦（ＡＦ）モジュールを備えていることを特徴とする請求項１８に記載の光学式手ブレ補正機構（ＯＩＳ）システム。
20. ジャイロスコープを備えていることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の光学式手ブレ補正機構（ＯＩＳ）システム。

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