JP2021507308A - レンズ位置調整装置、カメラモジュール、情報装置、およびカメラ駆動方法 - Google Patents

レンズ位置調整装置、カメラモジュール、情報装置、およびカメラ駆動方法 Download PDF

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Abstract

レンズ位置調整装置は、レンズホルダ（102）、第1のSMAワイヤ（210）および第2のSMAワイヤ（212）を含む。レンズホルダ（102）は、レンズ（222）を保持する。第1のSMAワイヤ（210）は、レンズの光軸に沿って第1の方向にレンズホルダ（102）を移動させるように構成される。第2のSMA（212）ワイヤは、レンズホルダ（102）を光軸に沿って第2の方向に移動させるように構成される。第2の方向は第1の方向と反対である。第1のSMAワイヤ（210）および第2のSMAワイヤ（212）に通電し、レンズホルダ（102）を移動させる力を制御することにより、レンズホルダ（102）が光軸に沿って第1または第2の方向に移動する。

Description

本発明は、レンズ位置調整装置、カメラモジュール、情報装置およびカメラ駆動方法に関し、特に、カメラにおけるオートフォーカス（AF）アクチュエータの機構に関する。
カメラは通常、駆動の原理および／または駆動機構に応じて、オートフォーカス（AF）の目的で様々なアクチュエータを組み込んでいる。例えば、板ばねで保持されたレンズバレルの側面にコイルが巻かれ、レンズバレルの外面に磁石が配置されて、ボイスコイルモータ（VCM）が構成される。さらに、コイルに電流が流れると、外部磁界からコイルに作用する力によりレンズバレルが移動し、オートフォーカスの目的の駆動機能を実現する。
一方で、スマートフォンなどの情報装置に搭載される比較的小型のカメラ向けに、簡素な構造のアクチュエータへのニーズが高まっている。しかしながら、従来のアクチュエータの駆動機構の構造を簡素化することはしばしば困難である。例えば、上記のレンズバレルを板ばねで保持するAF駆動機構の場合などがある。
そこで、本発明は、簡素化した構成でAF機構を実現するレンズ位置調整装置、カメラモジュール、情報装置およびカメラ駆動方法を提供することを目的とする。
第1の態様によれば、レンズ位置調整装置が提供され、レンズ位置調整装置は、レンズを保持するレンズホルダと、レンズホルダをレンズの光軸に沿って第1の方向に移動させるように構成された第1の形状記憶合金（SMA）ワイヤと、レンズホルダを光軸に沿って第1の方向とは反対の第2の方向に移動させるように構成された第2のSMAワイヤと、を含む。
第1のSMAワイヤおよび第2のSMAワイヤに通電し、レンズホルダを移動させる力を制御することにより、レンズホルダが光軸に沿って第1または第2の方向に移動する。
実施形態の第1の態様によれば、AF機構を有するレンズ位置調整装置を簡素な構造で実現することが可能となる。
実施形態の第2の態様によれば、レンズ位置調整装置が提供され、レンズ位置調整装置は、レンズを保持するレンズホルダと、レンズの光軸に沿ってレンズホルダを移動させるように構成された少なくとも1つの形状記憶合金（SMA）ワイヤと、を含む。
少なくとも1つのSMAワイヤに通電し、レンズホルダを移動させる力を制御することにより、レンズホルダが光軸に沿って第1の方向または第1の方向と反対の第2の方向に移動する。
装置は、レンズ位置調整装置のハウジング内に設けられ、かつ少なくとも1つのSMAワイヤを支持するように構成された支持部をさらに含む。
少なくとも1つのSMAワイヤは、レンズホルダが少なくとも1つのSMAワイヤの端部および支持部によって保持されるように構成される。
支持部は、少なくとも1つのSMAワイヤを支持するための溝を含む。
少なくとも1つのSMAワイヤは、支持部によって支持されるように、2つ以上のターンで溝の周りにループされる。
実施形態の第2の態様によれば、簡素な構造を備えた機構を有するAF駆動のレンズ位置調整装置を実現することが可能となる。
実施形態の第3の態様によれば、第1または第2の態様によるレンズ位置調整装置を含むカメラモジュールが提供される。
実施形態の第3の態様によれば、AF機構を有するレンズ位置調整装置を含むカメラモジュールを簡素な構造で実現することができる。
実施形態の第4の態様によれば、第1または第2の態様によるレンズ位置調整装置を含む情報装置が提供される。
実施形態の第4の態様によれば、AF機構を有するレンズ位置調整装置を実装する情報装置を簡素な構成で実現することが可能となる。
実施形態の第5の態様によれば、レンズ位置調整装置を駆動する方法が提供され、レンズ位置調整装置は、レンズを保持するレンズホルダと、レンズホルダをレンズの光軸に沿って第1の方向に移動させるように構成された第1の形状記憶合金（SMA）ワイヤと、レンズホルダを光軸に沿って第2の方向に移動させるように構成された第2のSMAワイヤと、を含む。第2の方向は第1の方向と反対である。
方法は、レンズホルダを光軸に沿って第1の方向に移動させるために、第1のSMAワイヤに通電するステップと、レンズホルダを光軸に沿って第2の方向に移動させるために、第2のSMAワイヤに通電するステップと、を含む。
実施形態の第5の態様によれば、簡素な構造を備えたAF機構を用いてレンズの位置を調整することが可能となる。
実施形態の第6の態様によれば、レンズ位置調整装置を駆動する方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムが提供される。
実施形態の第6の態様によれば、簡素な構成を備えたAF機構を用いてレンズの位置を調整するためのコンピュータプログラムを提供することが可能となる。
実施形態における技術的解決策をより明確に説明するために、以下で、本実施形態を説明するために必要な添付図面を簡単に説明する。明らかに、以下の説明における添付の図面は、可能な実施形態の一部のみを示しており、当業者は、これらの添付の図面から、創造的な努力なしに、さらに他の図面を導き出すことができる。
一実施形態によるカメラモジュールの構成を示す図である。 一実施形態によるAFアクチュエータの上面図である。 AFアクチュエータおよび関連部分の例示的な特徴の例を示す斜視図である。 AFアクチュエータおよび関連部分の例示的な特徴の例を示す斜視図である。 AFアクチュエータおよび関連部分の例示的な特徴の例を示す斜視図である。 AFアクチュエータおよび関連部分の例示的な特徴の例を示す斜視図である。 AFアクチュエータおよび関連部分の例示的な特徴の例を示す斜視図である。 画像安定化装置の一例を示す上面図である。 画像安定化装置の一例を示す側面図である。 一実施形態によるレンズ位置調整装置の分解斜視図である。 AFアクチュエータの一例を示す側面図である。 AFアクチュエータの一例を示す側面図である。 AFアクチュエータの例示的な動作を示す図である。 AFアクチュエータの例示的な動作を示す図である。 AFアクチュエータの例示的な動作を示す図である。 AFアクチュエータの例示的な動作を示す図である。 AFアクチュエータの例示的な動作を示す図である。 一実施形態によるAFアクチュエータの上面図である。 一実施形態によるAFアクチュエータの側面図である。 一実施形態によるAFアクチュエータの側面図である。 一実施形態による画像安定化装置の上面図である。 一実施形態による画像安定化装置の動作を示す図である。 一実施形態によるAFアクチュエータおよび画像安定化装置を制御するための構成を示すブロック図である。 本発明の別の実施形態による画像安定化装置の上面図である。
以下で、本明細書に開示する実施形態に関する添付図面を参照して、本明細書に開示する実施形態における技術的解決策を明確かつ完全に説明する。本明細書に記載される実施形態は、可能な実施形態のすべてではなく一部であることが理解されよう。本明細書に開示した実施形態に基づいて当業者によって創造的な努力なしに得られる他のすべての実施形態は、本発明の保護範囲内に含まれるものとする。
図1は、第1の実施形態によるカメラモジュールの例示的な構成を示す図である。カメラモジュール100は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレットなどの情報装置に接続または含まれてもよい。カメラモジュール100では、光学系（すなわち、レンズ）104を含むレンズホルダ102がオートフォーカス（AF）アクチュエータ106に収容され、交互に、AFアクチュエータ106が、画像安定化装置107（手ぶれ補正装置とも呼ばれる）に収容される。画像安定化装置107には、IRカットフィルタ108が取り付けられている。カメラモジュール100のハウジングには、イメージセンサ110と制御ユニット118が配置されている。
レンズ104は、IRカットフィルタ108を介して、図中上方に位置する被写体の光学像をイメージセンサ110の受光面に結像する。レンズ104は、AFアクチュエータ106により制御され、光軸116の方向に移動することにより、焦点の位置が調整され得る。具体的には、AFアクチュエータ106は、レンズ104を光軸116の方向に試行的に移動させ、イメージセンサ110が生成した画像信号のコントラスト（周波数成分）を評価するように構成されている。さらに、画像信号のコントラストが増加すると、AFアクチュエータ106は一方向の動きを継続する。一方、画像信号の周波数成分がピークを超えて減少すると、AFアクチュエータ106はレンズ104を反対方向に移動させて合焦判定を行う。
画像安定化装置107は、AFアクチュエータ106を光軸116に垂直な方向に移動させることができる。画像安定化プロセスの過程で、カメラの動きが振動ジャイロスコープによって検出され、AFアクチュエータ106の位置が、光が到達する位置からの偏差に相当する量だけ移動して、光学像は、イメージセンサ110の撮像素子により適切に形成される。
カメラ駆動システムは、図1に示すAFアクチュエータ106および画像安定化装置107を含む。
画像安定化装置107とイメージセンサ110との間には、可視光を通過させながら加熱するおそれのある波長を遮断するIRカットフィルタ108が配置されている。
基板112上に設けられたイメージセンサ110は、レンズ104から受け取った光学像を電気信号に変換する半導体で構成されている。CCD（電荷結合素子）およびCMOS（相補型金属酸化膜半導体）などの固体撮像素子がイメージセンサ110として使用されてもよい。制御ユニット118は、AFアクチュエータ106および画像安定化装置107を制御する役目を担っている。
コネクタ114は、外部の電子装置に接続される。コネクタ114は、イメージセンサ110によって生成された電気信号を、コネクタ114を介して外部装置に送達するように構成される。さらに、コネクタ114は、外部装置から受信した電気信号を電源としてカメラモジュール100に供給し、それにより、カメラモジュール100内の電子構成要素は、それらの個々の動作のために電力供給される。
なお、図1に示すカメラモジュールは、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレットPC等の各種情報装置に実装され得る。また、後述するように、情報装置には、カメラモジュールとして、少なくとも2つのカメラモジュールが実装されてもよい。
図2は、第1の実施形態によるAFアクチュエータの内部構造を示す上面図である。AFアクチュエータ106は、レンズ222をハウジング202内に保持するように適合されたレンズバレル223を含む。レンズバレル223は、レンズホルダ102に支持されている。レンズホルダ102は、レンズホルダ102の側面から各々外方に突出する2つのアーム218、220を有する。これら2本のアームの先端には、それぞれU字状の係合部が設けられている。一方、ボール支持部226、228は、ハウジング202の内壁から1本の対角線に沿って内方に延在する。ガイド部であるボール214、216は、それぞれボール支持部226、228の端部に支持されている。係合部の形状はU字形に限定されるものではなく、様々な形態を取り得ることに留意されたい。この場合、ガイド部の形状は、係合部と係合するのに適した形状をとることができる。
ボール214、216は、ボール支持部226、228によって回転可能に支持されてもよい。ボール214は、アーム218のU字形部分と係合するように適合されている。同様に、ボール216は、アーム220のU字形部分と係合するように適合されている。係合の緩みは、通常、U字形部分の内側とボール214、216との間にわずかな程度で提供される。レンズホルダ224は、ボール214、216によりガイドされるため、光軸に沿って延在するZ軸方向に移動することができる。また、ガイド部および係合部の形状は、図2に示すものに限定されない。
図2に示す例のガイド部は、ボール形状の部材で構成されており、係合部は、ボール形状の部分を囲むような形状および寸法となっているが、係合部およびガイド部のいずれかは、ボール形状の部材によって形成され、他方は、ボール形状の部分を取り囲むような形状および寸法にされてもよい。
テンションポール204、208は、それぞれ、レンズホルダ102のアーム218、220に設けられる。テンションポール204、208は各々、Z軸の正の方向に、それぞれアーム218、220から突出し、それぞれ形状記憶合金（SMA）ワイヤ210、212を中に受け入れるための溝を有する。
第1のSMAワイヤ210および第2のSMAワイヤ212は、レンズ222の中心に対して対称である2つのテンションポール204、208の位置を介してレンズホルダ102を支持するように構成および配置される。
図3は、図2のアームおよびテンションポールを示す斜視図である。図3Aを参照すると、アーム218に設けられたテンションポール204に溝302が形成され、SMAワイヤ212が溝302に取り付けられている。また、アーム218の下側についても同様に、テンションポール204がZ軸の負方向、すなわち図の下側に突出し、溝がその中に形成されている。SMAワイヤ210は、この溝に取り付けられている。ボール214a、224bをそれぞれ支持するボール支持部226a、226bは、Z軸方向に配置されている。アーム218は、SMAワイヤ212、210がZ軸方向に移動したガイド部としてのボール214a、214bによってガイドされるので、矢印Dによって示される方向に移動することができる。
図3Bを参照すると、テンションポール206は、第1のSMAワイヤ210および第2のSMAワイヤ212を支持するための支持部として機能する。テンションポール206には、溝304、306が形成されている。溝304、306は、第1のSMAワイヤ210および第2のSMAワイヤ212を、これらの2つのワイヤが互いに離間した状態でそれぞれ支持するような形状および寸法にされる。SMAワイヤ210は溝304に取り付けられ、SMAワイヤ212は溝306に取り付けられる。線形またはストランド状に形成された形状記憶合金で形成されたSMAワイヤは、電流によって生成されたジュール熱によって収縮し、空冷されると膨張するワイヤであり、例えば、Ni−Ti（ニッケルチタン）合金が使用され得る。好ましくは、SMAワイヤ210、212は、溝304、306にそれぞれ取り付けられるように、2つ以上のターンによってそれぞれ溝304、306の周りにループされる。これは、図3Cに示す例で説明されている。
テンションポール206と接触しているSMAワイヤ210の一端に張力T0が存在すると仮定すると、SMAワイヤ210の他端が引っ張られたときに、力TによってSMAワイヤ210がスライドされてテンションポール206上を移動し、力Tは次式で示される。
T＝T0eμθ
ここで、μは摩擦係数、θは接触角または巻き角（rad）である。張力Tは、巻き角θに対して指数関数的に増加するので、SMAワイヤ210は、テンションポール206の周りのほんの数回のターンによってかなり大きな力でテンションポール206に固定される。
図3Dおよび図3Eを参照すると、テンションポール230、234は、第1のSMAワイヤ210および第2のSMAワイヤ212を支持するための支持部として機能する。テンションポール230、234のそれぞれには2つの溝が形成されている。溝は、第1のSMAワイヤ210および第2のSMAワイヤ212を、これらの2つのワイヤが互いに離間した状態でそれぞれ支持するような形状および寸法にされる。SMAワイヤ210は一方の溝に取り付けられ、SMAワイヤ212は他方の溝に取り付けられる。好ましくは、SMAワイヤ210、212の各々は、それに取り付けられるように2つ以上のターンによって各溝の周りにループされる。
上記のようにテンションポールの周りにSMAワイヤをループさせる構成は、レンズホルダを光軸の方向に1本のSMAワイヤで移動させるレンズ位置調整装置に適用され得る。この場合、レンズ位置調整装置は、レンズを保持するレンズホルダと、レンズホルダをレンズの光軸に沿って移動させるように構成された少なくとも1つのSMAワイヤと、を含む。少なくとも1つのSMAワイヤに通電し、レンズホルダを移動させる力を制御することにより、レンズホルダが光軸に沿って第1の方向または第1の方向と反対の第2の方向に移動する。また、装置は、レンズ位置調整装置のハウジング内に設けられ、かつ少なくとも1つのSMAワイヤを支持するように構成された支持部をさらに含み、少なくとも1つのSMAワイヤは、レンズホルダが少なくとも1つのSMAワイヤの端部および支持部によって保持されるように構成され、支持部は、少なくとも1つのSMAワイヤを支持するための溝を含み、少なくとも1つのSMAワイヤは、支持部によって支持されるように、2つ以上のターンで溝の周りにループされる。
第1のSMAワイヤ210および第2のSMAワイヤ212は、それらのそれぞれの端部とテンションポール206との間のアーム218、220におけるそれらの部分を介して、後述する方法でレンズホルダ102を保持する。
図4は、画像安定化装置の例示的な構成を示し、図4Aは上面図であり、図4Bは側面図である。また、図5は、本実施形態によるAFアクチュエータおよび画像安定化装置の分解斜視図である。本実施形態によるレンズ位置調整装置は、AFアクチュエータおよび画像安定化装置を含んでもよい。
画像安定化装置107は、AFアクチュエータ106のハウジング202を含む。ばね支持部404、406、408、410は、それぞれ、その上方の4つの位置でAFアクチュエータ106のハウジング202に取り付けられている。ばね648、642、644、646は、それぞればね支持部404、406、408、410に取り付けられている。この構成のおかげで、AFアクチュエータ106のハウジング202は、ばね642、644、646、648を介して画像安定化装置107のハウジング602に取り付けられ、矢印F3によって示される力でハウジング602の底部に向かって付勢される。
磁石650、652は、AFアクチュエータ106のハウジング202の下側に配置される。一方、コイル654、656は、コイル654、656が磁石650、652にそれぞれ対向して配置されるように、画像安定化装置のハウジング602の底部に取り付けられている。光学式画像安定化（OIS）ボール658、660、662は、AFアクチュエータ106のハウジング202と画像安定化装置107のハウジング602との間に配置される。磁石650、652とコイル654、656との間にギャップが作られる。ギャップは、ボール658、660、662の直径によって提供される。この構成のおかげで、磁石650、652は、コイル654、656に流れる電流を制御することによって力によって作用され、AFアクチュエータ106は、ハウジング202と共に、光軸に垂直な軸（X軸およびY軸）に沿って移動させられる。
位置センサ658、660は、ハウジング602の下に配置される。位置センサ658、660は、画像安定化制御で使用するための位置検出信号を出力するように構成される。なお、位置センサ658、660として、ホール素子を含む磁気式の位置検出ユニットが使用されてもよい。一方、ホール素子に代えて、フォトリフレクタなどの光学式位置検出ユニットを含む他の位置検出ユニット（位置センサ）が適宜使用されてもよい。
磁石とコイルの配置は、図4に示した例に限定されず、例えば、AFアクチュエータのハウジングの側面に磁石が配置されてもよいことに留意されたい。また、磁石とコイルの位置が互いに置き換えられてもよい。さらに、磁石650、652の各々は、複数の磁石片によって形成されてもよい。
次に、図2に示すAFアクチュエータの機構およびその駆動時の動作について、図6を参照して説明し、図6Aは、図2のAFアクチュエータを矢印Aによって示される方向から見た側面図である。1つのSMAワイヤ210は、テンションポール230の上部の周りにループされ、テンションポール204の下部に取り付けられ、テンションポール206の上部の周りにループされる。さらに、他のSMAワイヤ212は、同様に、テンションポール230の下部の周りにループされ、テンションポール204の上部に取り付けられ、テンションポール206の下部の周りにループされる。図6を参照すると、SMAワイヤ210、212は、テンションポール230とテンションポール204との間の位置で互いに交差し、テンションポール204とテンションポール206との間の別の位置で再び互いに交差する。SMAワイヤ210は、テンションポール204を、光軸に沿ってZ軸方向に被写体に向かって、すなわち、図の上側に向かって付勢し、SMAワイヤ212は、テンションポール204を被写体から離れる方向、すなわち図中下側に付勢する。したがって、SMAワイヤ210、212は、付勢機能を個別に担当する。したがって、レンズホルダ102は、第1の方向（被写体に向かう方向）に付勢する力および第2の方向（被写体から離れる方向）に付勢する力の作用下で、第1のSMAワイヤ210および第2のSMAワイヤ212によって保持されている。
図6Bは、図2に示すAFアクチュエータ106を矢印Bによって示される方向から見た側面図である。図6Aと同様に、テンションポール206の上側の周りにループされたSMAワイヤ210は、テンションポール208の下部に取り付けられ、テンションポール234の上部の周りにループされる。テンションポール206の下側の周りにループされたSMAワイヤ212は、テンションポール208の上側に取り付けられ、テンションポール234の下部の周りにループされる。
以上のようにして、AFアクチュエータが駆動されていない状態では、テンションポールは、ハウジング202の底部に対してギャップを設けて、ハウジングの中央部に固定されている。
図2に示すAFアクチュエータの動作について、図7および図8を参照して説明する。
AFアクチュエータ106を駆動するための駆動方法は、
レンズホルダ102を、ハウジング202の内側で、光軸116に沿って、第1の方向に移動させるために、第1のSMAワイヤ210に通電するステップと、
レンズホルダ102を、ハウジング202の内側で、光軸116に沿って、第1の方向と反対の第2の方向に移動させるために、第2のSMAワイヤ212に通電するステップと、を含む。
第1のSMAワイヤ210および第2のSMAワイヤ212は各々、ワイヤを全体として、通電下で収縮して、直線形状をとろうとし、それによって光軸に沿った力がレンズホルダ102に作用する。その結果、レンズホルダ102は、第1または第2の方向に移動することができる。
図7および図8は、図2に示すAFアクチュエータ106を矢印Aによって示される方向から見た側面図である。図7Aでは、SMAワイヤ210に電流I1が流れると、SMAワイヤ210に熱が発生し、この熱によりSMAワイヤ210が収縮する。この収縮の結果として、テンションポール230からテンションポール204までのワイヤ210の長さは、L1からL2（L1より短い）に変化する。力の生成は、長さの変化ではなく、形状の変化の直接的な結果であり、同様に、ワイヤ210は、それ自体に直線形状をとるように促す。図7Bに示すように、形状の問題である変化のために、力F1は、被写体に向かって、すなわち図の上側に向かって、光軸に沿ってSMAワイヤ210に作用し、その結果、SMAワイヤ210は距離Z1だけ移動する。SMAワイヤ210の移動の過程で、テンションポール204も同様に移動し、テンションワイヤ212を伸長させる。
図8を参照して、Z軸に沿った反対方向の動きについて説明する。収縮したSMAワイヤは空冷によって伸張され得る。このため、単一のSMAワイヤを使用して、レンズホルダが光軸の方向に移動され得る。しかし、空冷には時間がかかるため、一対のSMAワイヤの他方に通電することでSMAワイヤが伸張される。具体的には、図8Aに示すように、テンションポール204が被写体方向に移動した状態で、SMAワイヤ212に電流I2が流れると、SMAワイヤ212内で熱が発生し、この熱によりSMAワイヤ212が収縮する。この収縮の結果として、テンションポール204に被写体から離れる方向に力F2が作用し、テンションポール204が下側に移動する。図8Bに示すように、テンションポール204の移動の過程で、テンションポール230からテンションポール204までのSMAワイヤ210の長さは、L2からL1に増加する。SMAワイヤ212がさらに通電されると、SMAワイヤ212が図8Cに示すように収縮し、SMAワイヤの長さがL1からL3に増加し、テンションポール204が開始位置から距離Z2だけ移動する。例えば、上記のように板ばねでレンズバレルを保持する従来のオートフォーカス（AF）駆動機構では、ハウジング内のレンズバレルの位置を安定して維持するための機構を設ける必要があるが、そのように機構の構造を簡素化することは困難である。本実施形態によれば、AF機構を備えたレンズ位置調整装置を簡素な構造で実現することが可能となる。
図9および図10に移り、第2の実施形態を以下に詳細に説明する。図9は、レンズ位置調整装置の側面図であり、図2および図4のものと同じまたは同様の構成要素は、同じまたは同様の符号で示されている。画像安定化装置607は、AFアクチュエータ606のハウジング603を含む。AFアクチュエータ606のハウジング202は、ばね642、644、646、648を介して画像安定化装置607のハウジング602に取り付けられ、ハウジング602の底部に付勢されている。
第2の実施形態による動作によれば、SMAワイヤの長さの3％の変化が、レンズホルダの光軸方向の移動に使用され得る。したがって、図9に示す例では、SMAワイヤの端からテンションポールまでの距離の3％が光軸方向の移動に使用され得る。
図9を参照すると、SMAワイヤ610は、テンションポール204に取り付けられたテンションポール630の周りにループされ、ハウジングの底部から延在するピン664の外側を越えて伸張し、次いで、テンションポール206の周りにループされる。テンションポール206の周りにループされたSMAワイヤ610は、テンションポール208にさらに取り付けられ、ハウジングの底部から延在するピン668の外側を越えて伸張し、次いで、テンションポール634の周りにループされる。SMAワイヤ612は、テンションポール204に取り付けられたテンションポール630の周りにループされ、ピン664の外側を越えて伸張し、次いで、テンションポール206の周りにループされる。テンションポール206の周りにループされたSMAワイヤ612は、テンションポール208にさらに取り付けられ、ピン668の外側を越えて伸張し、次いで、テンションポール634の周りにループされる。
図10（A）は、図9に示すレンズ位置調整装置を矢印Aによって示される方向から見た側面図であり、図10（B）は、矢印Bによって示される方向から見た側面図である。図示した構成のおかげで、コイル654、656に流れる電流を制御することにより、磁石650、652が力によって作用され、その結果、AFアクチュエータ606が、ハウジング603と共に光軸に垂直方向（X／Y軸方向）に移動する。
再び図9を参照すると、SMAワイヤ610、612は、ピン664によって固定されている。SMAワイヤ610、612は、レンズ222の中央を通過する対角線1102に関して対称な形状を形成するように、ピン664がない場合に破線によって示される位置を通過する。しかし、ピン664の存在下では、破線で示す位置に対して角度φだけ外方にずれた位置に配置される。さらに、テンションポール634についても同じくまたは同様に、SMAワイヤが、対角線1102に関して対称な破線で示す位置から角度φだけずれた位置に配置されるように移動する。好ましくは、角度φは、例えば、限定されないが、15度である。アーム218、220の係合部は、それぞれSMAワイヤ610、612による付勢力によってボール214、216と接触する。SMAワイヤをシフトすることによって得られる効果について、図11を参照して説明する。
次に図11を参照すると、SMAワイヤ610およびSMAワイヤ612がレンズホルダ102を保持する力の向きは、レンズの側面から中心への方向から所定の角度だけずれている。SMAワイヤ610、612が対角線1102に関して対称に配置される場合には、テンションポール204、208を押す力F5およびF6は、レンズ222の側面からレンズ222の中心に向かう方向に作用する。SMAワイヤがシフトすると、テンションポールを押す力は、それぞれF5およびF6からF7およびF8にシフトする。したがって、アーム220の係合部をボール216に接触させる力は、位置P1で強く作用する。同様に、アーム218の係合部をボール214に接触させる力は、位置P2で強く作用する。これらの力により、係合部とボール214、216との間の係合緩みによる水平方向の不安定性が低減され、レンズホルダのより安定した配置を実現することができる。
次に、図9に示すAFアクチュエータの電源に関連する特徴を、図11を参照して以下で説明する。図1のコネクタ114を介して外部から供給される電力は、ばね644を介し、そして導電性ワイヤ806を通してSMAワイヤ612に供給される。さらに、電力は、ばね642を介し、そして導電性ワイヤ808を通してSMAワイヤ610に供給される。さらに、SMAワイヤ610は、導電性ワイヤ804を通して、そして導電性ワイヤ804によってばね646に接続される。さらに、SMAワイヤ612は、導電性ワイヤ802を通してばね648に接続される。このようにして、ばね646、648、642、644を電源に接続することにより、回路が構成される。
次に、図12を参照して、画像安定化装置607の動作について説明する。図12は、図9のレンズ位置調整装置を矢印Cによって示される方向から見た図である。例えば、コイル656については、同図に示すように、コイルの右側から図の遠位側に電流I3が流れ込み、図の左側から近位側に出力される場合には、磁石652の存在下で、ローレンツ力F9が右側に向かって作用する。しかし、コイル656はハウジング602に固定されているので、磁石652は反力F9’により左方向に移動する。この移動により、AFアクチュエータ606が左方向（Y軸方向）に移動する。同様に、コイル654に通電することにより、AFアクチュエータ606がX軸方向に移動され得る。
このように、画像安定化装置607を駆動するための駆動方法は、レンズホルダ102を第1の軸線（Y軸）に沿って移動させるために、一対の磁石650、652に対向して配置された一対のコイルのうちの1つのコイル656に通電するステップと、レンズホルダ102を第2の軸線（X軸）に移動させるために、一対のコイルのうちの他方のコイル654に通電するステップと、を含む。
なお、図10〜図12に示す画像安定化装置107は、レンズホルダの側面の近くに配置された一対の磁石を含み、一対の磁石は、第1の磁石および第2の磁石を含み、第1の磁石は光軸に垂直な第1の軸線上に配置され、第2の磁石は光軸に垂直な第2の軸線上に配置され、一対の磁石に対向して配置された一対のコイルを含み、画像安定化装置107は、一対の磁石および一対のコイルによってレンズホルダを移動させる。この実施形態によれば、レンズホルダが板ばねによって固定される従来技術の構成の代わりに、OISボールがAFアクチュエータと画像安定化装置との間に配置され、さらに、AFアクチュエータが、ばねを使用して画像安定化装置のハウジングの底部に付勢される。これにより、AFアクチュエータの配置が安定化され、牽引磁石を用いて画像安定化装置を制御することが可能となる。
図13は、AFアクチュエータ606および画像安定化装置607を制御することに関連する特徴を示すブロック図である。情報装置1300は、カメラモジュール100、第1の方向のジャイロスコープ1404、第2の方向のジャイロスコープ1406、および位置検出ユニット（位置センサ）1408を含むことができる。カメラモジュール100は、SMAワイヤ610、612、コイル654、656、AFアクチュエータ606、画像安定化装置607、および制御ユニット1402を含むことができる。第1の方向のジャイロスコープ1404および第2の方向のジャイロスコープ1406は、情報装置のハウジング内に設けられている。第1の方向のジャイロスコープ1404は、第1の方向（X軸方向）の振動を検出するように構成され、第2の方向のジャイロスコープ1406は、第2の方向（Y軸方向）の振動を検出するように構成される。
第1の方向のジャイロスコープ1404は、第1の方向（X軸方向）の角速度を検出し、検出された第1の方向（X軸方向）の角速度を示す第1の角速度信号を出力するように構成される。第2の方向のジャイロスコープ1406は、第2の方向（Y軸方向）の角速度を検出し、検出された第2の方向（Y軸方向）の角速度を示す第2の角速度信号を出力するように構成される。第1および第2の角速度信号は、制御ユニット1402に送られる。
位置センサ1408からの位置検出信号は、さらに制御ユニット1402に送られる。
制御ユニット1402は、位置検出信号に基づいて、第1の方向のジャイロスコープ1404および第2の方向のジャイロスコープ1406から受信した角速度信号から算出された振動の相殺を指示する制御信号を出力するように構成されている。制御信号は、画像安定化装置607に送られる。前述したように、画像安定化装置607は、コイル654、656に通電し、AFアクチュエータ607の位置をX軸方向およびY軸方向に移動させる。
さらに、制御ユニット1402は、制御信号をAFアクチュエータ606に送信する。上述のように、AFアクチュエータ606は、制御信号に従ってSMAワイヤ610、612を制御し、レンズホルダを光軸に沿って移動させる。
図14は、別の可能な実施形態を示す。図14は、図9に示すレンズ位置調整装置を二眼式カメラに実装するレンズ位置調整システムの上面図であり、レンズ位置調整装置は、中心に関して対称に配置された4つの磁石を含む。従来のレンズ位置調整装置とは対照的に、図9に示すレンズ位置調整装置は2つの磁石を含み、レンズ位置調整装置は、レンズ位置調整装置の一対の磁石がレンズ位置調整装置の他の一対の磁石から離間するように配置される。このように2つのレンズ位置調整装置を配置することにより、破線で示すレンズ位置調整装置の近傍領域で磁界の干渉が発生しないため、より正確な手ぶれ補正を実現することができる。
実施形態による3つ以上のレンズ位置装置は、情報装置上に実装され得る。この場合、少なくとも一対の磁石と、別の一対の磁石とが離間されて配置されてもよい。
本明細書を読むと、装置を対象とする可能な実施形態および方法を対象とする可能な実施形態は同じまたは類似の概念に基づいており、同じまたは類似の技術的効果が方法の実施形態ならびに装置の実施形態によって達成されることが理解されよう。特定の原理に関して、装置の実施形態に関連する説明は、方法の実施形態の文脈でも参照されてもよく、その詳細な説明は本明細書では提供されない。
さらに、レンズ位置調整装置を駆動する方法は、コンピュータの記憶装置に記憶されたコンピュータプログラムの命令を読み出して実行することにより、コンピュータ上で実現され得る。ここで、記憶装置は、RAM（ランダムアクセスメモリ）、ROM（読み取り専用メモリ）、取り外し可能または取り外し不能なハードディスクなどの多種多様なコンピュータ可読記憶媒体を含むことができる。
上記で開示されたものは、本発明の例示的な実施形態のみを含み、決して本発明の保護の範囲を限定することを意図しないことが理解されよう。上述した実施形態ならびに本発明の請求の範囲内で行われる均等な変形例を実施するプロセスの全部または一部もまた本発明の範囲に含まれることが当業者には理解されよう。
100 カメラモジュール
102 レンズホルダ
104 レンズ
106 オートフォーカス（AF）アクチュエータ
107 画像安定化装置
108 IRカットフィルタ
110 イメージセンサ
112 基板
114 コネクタ
116 光軸
118 制御ユニット
202 ハウジング
204 テンションポール
206 テンションポール
208 テンションポール
210 第1の形状記憶合金（SMA）ワイヤ
212 第2のSMAワイヤ、テンションワイヤ
214 ボール
214a ボール
214b ボール
216 ボール
218 アーム
220 アーム
222 レンズ
223 レンズバレル
224 レンズホルダ
226 ボール支持部
226a ボール支持部
226b ボール支持部
228 ボール支持部
230 テンションポール
234 テンションポール
302 溝
304 溝
306 溝
404 ばね支持部
406 ばね支持部
408 ばね支持部
410 ばね支持部
602 ハウジング
603 ハウジング
606 AFアクチュエータ
607 画像安定化装置
610 SMAワイヤ
612 SMAワイヤ
630 テンションポール
634 テンションポール
642 ばね
644 ばね
646 ばね
648 ばね
650 磁石
652 磁石
654 コイル
656 コイル
658 位置センサ、ボール
660 位置センサ、ボール
662 ボール
664 ピン
668 ピン
802 導電性ワイヤ
804 導電性ワイヤ
806 導電性ワイヤ
808 導電性ワイヤ
1102 対角線
1300 情報装置
1402 制御ユニット
1404 第1の方向のジャイロスコープ
1406 第2の方向のジャイロスコープ
1408 位置センサ

Claims (24)

  1. レンズを保持するレンズホルダと、
    前記レンズホルダを前記レンズの光軸に沿って第1の方向に移動させるように構成された第1の形状記憶合金（SMA）ワイヤと、
    前記レンズホルダを前記光軸に沿って第2の方向に移動させるように構成された第2のSMAワイヤであって、前記第2の方向は前記第1の方向とは反対である、第2のSMAワイヤと、
    を含むレンズ位置調整装置であって、
    第1のSMAワイヤおよび前記第2のSMAワイヤに通電し、前記レンズホルダを移動させる力を制御することにより、前記レンズホルダが前記光軸に沿って前記第1または第2の方向に移動する、レンズ位置調整装置。
  2. 前記第1のSMAワイヤおよび前記第2のSMAワイヤは、前記レンズの中心に対して対称な2つの位置で前記レンズホルダを付勢するように構成される、請求項1に記載のレンズ位置調整装置。
  3. 前記レンズホルダは、前記第1のSMAワイヤおよび前記第2のSMAワイヤによって保持される、請求項2に記載のレンズ位置調整装置。
  4. 通電下の前記第1のSMAワイヤおよび前記第2のSMAワイヤが収縮され、前記レンズホルダを移動させる前記力が増加し、それによって前記レンズホルダが前記増加した移動の力の方向に移動する、請求項1から3のいずれか一項に記載のレンズ位置調整装置。
  5. 前記レンズ位置調整装置のハウジングは、ガイド部を含み、
    前記レンズホルダは、前記レンズホルダが前記光軸に沿って移動できるように、前記ガイド部と係合するように構成された係合部を含み、
    前記レンズホルダは前記ガイド部によってガイドされ、前記光軸に沿って移動する、請求項1から4のいずれか一項に記載のレンズ位置調整装置。
  6. 前記係合部は、前記レンズホルダの側面から外方に延在するアームの端部に設けられ、
    前記ガイド部は、前記ハウジングの内壁から内方に延在するガイド支持部の端部に設けられる、請求項5に記載のレンズ位置調整装置。
  7. 前記ガイド部として、前記光軸に沿った方向に2つのガイド部が設けられる、請求項5または6に記載のレンズ位置調整装置。
  8. 前記係合部および前記ガイド部のいずれかは、ボール形状の部材から形成され、前記係合部および前記ガイド部の他方は、前記ボール形状の部分を取り囲むような形状および寸法である、請求項5から7のいずれか一項に記載のレンズ位置調整装置。
  9. 前記第1のSMAワイヤおよび前記第2のSMAワイヤは、前記レンズの中央を通過する線に関して対称な形状を形成する位置に対して所定の角度だけ外方にずれた位置に配置され、前記係合部は、前記第1のSMAワイヤおよび第2のSMAによる付勢力によって前記ガイド部と接触する、請求項5から8のいずれか一項に記載のレンズ位置調整装置。
  10. 前記第1のSMAワイヤおよび前記第2のSMAワイヤは、前記レンズホルダが前記レンズホルダの側面から内方に付勢されるように前記レンズホルダが保持される位置で、前記レンズホルダをさらに付勢し、内方に付勢する力の向きは、前記レンズの側面から中心への方向から所定の角度だけずれており、前記係合部および前記ガイド部は、内方に付勢する力により互いに接触する、請求項5から8のいずれか一項に記載のレンズ位置調整装置。
  11. 前記レンズ位置調整装置のハウジング内に設けられ、前記第1のSMAワイヤおよび前記第2のSMAワイヤを支持するように構成された支持部であって、前記レンズホルダは、前記第1のSMAワイヤおよび前記第2のSMAワイヤによって保持され、前記レンズホルダは、ワイヤの端部と前記支持部との間に保持される、支持部をさらに含む、請求項1に記載のレンズ位置調整装置。
  12. 前記支持部は、前記第1のSMAワイヤおよび前記第2のSMAワイヤを支持するような形状および寸法の溝を含む、請求項11に記載のレンズ位置調整装置。
  13. 前記第1のSMAワイヤおよび前記第2のSMAワイヤは、2つ以上のターンで前記溝の周りにループされることによって支持される、請求項12に記載のレンズ位置調整装置。
  14. 前記溝は、前記支持部の2つの位置に設けられ、前記第1のSMAワイヤおよび前記第2のSMAワイヤが互いに離間されるように、前記第1のSMAワイヤおよび前記第2のSMAワイヤを支持する、請求項12または13に記載のレンズ位置調整装置。
  15. レンズを保持するレンズホルダと、
    前記レンズの光軸に沿って前記レンズホルダを移動させるように構成された少なくとも1つの形状記憶合金（SMA）ワイヤと、
    を含むレンズ位置調整装置であって、
    前記少なくとも1つのSMAワイヤに通電し、前記レンズホルダを移動させる力を制御することにより、前記レンズホルダが前記光軸に沿って第1の方向または前記第1の方向と反対の第2の方向に移動し、
    前記レンズ位置調整装置は、前記レンズ位置調整装置のハウジング内に設けられ、かつ前記少なくとも1つのSMAワイヤを支持するように構成された支持部をさらに含み、
    前記少なくとも1つのSMAワイヤは、前記レンズホルダが前記少なくとも1つのSMAワイヤの端部および前記支持部によって保持されるように構成され、
    前記支持部は、前記少なくとも1つのSMAワイヤを支持するための溝を含み、
    前記少なくとも1つのSMAワイヤは、前記支持部によって支持されるように、2つ以上のターンで前記溝の周りにループされる、レンズ位置調整装置。
  16. 各々が前記レンズホルダの側面の近くに配置された一対の磁石であって、前記一対の磁石は、前記光軸と交差する第1の軸線上に配置された1つの磁石と、前記光軸と交差する第2の軸線上に配置された他の磁石と、を含む、一対の磁石と、
    前記一対の磁石に対向して配置された一対のコイルと、
    前記レンズ位置調整装置を前記光軸と交差する方向に移動させるように構成された画像安定化装置であって、前記レンズホルダが前記一対の磁石および前記一対のコイルによって移動される、画像安定化装置と、
    をさらに含み、
    装置は、前記レンズ位置調整装置のハウジングと前記画像安定化装置との間にギャップを提供するためのボールをさらに含み、
    前記レンズ位置調整装置と前記画像安定化装置とは、ばねによって相互接続され、
    前記レンズ位置調整装置のハウジングは、前記ばねによって前記画像安定化装置のハウジングに付勢される、請求項1から15のいずれか一項に記載のレンズ位置調整装置。
  17. 互いに隣接して配置された請求項16に記載のレンズ位置調整装置を2つ含むレンズ位置調整装置であって、
    一対の前記磁石が、2つのレンズ位置調整装置の一方に配置され、
    他の一対の前記磁石が、前記2つのレンズ位置調整装置の他方に配置され、
    前記一対の前記磁石と前記他の一対の前記磁石は、互いに離間して配置される、レンズ位置調整装置。
  18. 請求項1から17のいずれか一項に記載のレンズ位置調整装置を含む、カメラモジュール。
  19. 請求項1から15のいずれか一項に記載のレンズ位置調整装置を含む、情報装置。
  20. 請求項16または17に記載のレンズ位置調整装置を含む、情報装置。
  21. 少なくとも1つのさらなるレンズ位置調整装置を含む、請求項20に記載の情報装置。
  22. レンズ位置調整装置を駆動する方法であって、前記レンズ位置調整装置は、レンズを保持するレンズホルダと、前記レンズホルダを前記レンズの光軸に沿って第1の方向に移動させるように構成された第1の形状記憶合金（SMA）ワイヤと、前記レンズホルダを前記光軸に沿って第2の方向に移動させるように構成された第2のSMAワイヤであって、前記第2の方向が前記第1の方向と反対である、第2のSMAワイヤと、を含み、前記レンズ位置調整装置を駆動する方法は、
    前記レンズホルダを前記光軸に沿って前記第1の方向に移動させるために、第1のSMAワイヤに通電するステップと、
    前記レンズホルダを前記光軸に沿って前記第2の方向に移動させるために、前記第2のSMAワイヤに通電するステップと、を含む、レンズ位置調整装置を駆動する方法。
  23. 前記レンズ位置調整装置は、各々が前記レンズホルダの側面の近くに配置された一対の磁石であって、前記一対の磁石は、前記光軸と交差する第1の軸線上に配置された1つの磁石と、前記光軸と交差する第2の軸線上に配置された他の磁石と、を含む、一対の磁石と、前記一対の磁石に対向して配置された一対のコイルと、をさらに含み、前記レンズ位置調整装置を駆動する方法は、
    前記レンズ位置調整装置の制御ユニットにより、位置センサからの位置検出信号を受信するステップと、
    前記制御ユニットにより、前記光軸と交差する2つの方向の振動を検出するための一対のジャイロスコープからの角速度信号を受信するステップと、
    前記制御ユニットにより、前記位置検出信号に基づいて、前記一対のジャイロスコープから受信した前記角速度信号から算出された振動を相殺する制御信号を出力するステップと、
    前記コイルに通電することにより、前記レンズの位置を前記光軸と交差する方向に移動させるステップと、
    をさらに含む、請求項22に記載のレンズ位置調整装置を駆動する方法。
  24. 請求項22または23に記載のレンズ位置調整装置を駆動する方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
JP2020534951A 2017-12-23 2017-12-23 レンズ位置調整装置、カメラモジュール、情報装置、およびカメラ駆動方法 Active JP7002659B2 (ja)

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