JP2024004874A - 光学素子駆動装置、カメラモジュール及びカメラ搭載装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】駆動部の磁気効率の向上を容易に実現すること。【解決手段】光学素子駆動装置は、光学素子を配置可能な開口部と、前記開口部の周囲に配置されるマグネット部と、を有する可動部と、光軸の方向で前記マグネット部に対向して配置され、前記可動部を前記光軸に直交する方向に移動させる駆動部を前記マグネット部と共に構成するコイル部と、前記光軸の方向で前記駆動部の両側に、夫々の板面が前記マグネット部に対向するよう配置される上側平板状ヨーク及び下側平板状ヨークと、を有する固定部と、を備える。【選択図】図9B

Description

本発明は、光学素子駆動装置、カメラモジュール及びカメラ搭載装置に関する。
一般に、スマートフォン等の携帯端末には、小型のカメラモジュールが搭載されている。このようなカメラモジュールには、光学素子を駆動する光学素子駆動装置が使用されている。
光学素子駆動装置は、オートフォーカス機能(以下「AF機能」と称する、AF:Auto Focus)及び振れ補正機能(以下「OIS機能」と称する、OIS:Optical Image Stabilization)を有している。光学素子駆動装置は、AF機能により、被写体を撮影するときのピント合わせを自動的に行い、OIS機能により、撮影時に生じる振れ(振動)を光学的に補正して画像の乱れを軽減している。
例えば特許文献1には、AF機能とOIS機能とを有する光学素子駆動装置が示されている。特許文献1に示される光学素子駆動装置では、AF機能及びOIS機能がいずれも、マグネットとコイルとの組合せにより実現されている。
また、特許文献1に示される光学素子駆動装置には、マグネットの上方、下方及び側方のいずれにも対向する立体形状を有するヨークが設けられている。
特開2017-167193号公報
しかしながら、特許文献1記載の光学素子駆動装置では、ヨークが複雑な立体形状を有する。よって、組付けが容易ではないという問題がある。さらに、ヨークの設置により磁気効率の向上が期待されるところ、複雑な立体形状を有するヨークの製造公差或いは組付け公差により、磁気効率の向上効果に個体差が生じやすいという問題がある。
本発明の目的は、駆動部の磁気効率の向上を容易に実現することができる光学素子駆動装置、カメラモジュール及びカメラ搭載装置を提供することである。
本発明に係る光学素子駆動装置の一態様は、
光学素子を配置可能な開口部と、前記開口部の周囲に配置されるマグネット部と、を有する可動部と、
光軸の方向で前記マグネット部に対向して配置され、前記可動部を前記光軸に直交する方向に移動させる駆動部を前記マグネット部と共に構成するコイル部と、前記光軸の方向で前記駆動部の両側に、夫々の板面が前記マグネット部に対向するよう配置される上側平板状ヨーク及び下側平板状ヨークと、を有する固定部と、を備える。
本発明に係るカメラモジュールの一態様は、
上記の光学素子駆動装置と、
前記光学素子と、
前記光学素子により結像される被写体像を撮像する撮像部と、を備える。
本発明に係るカメラ搭載装置の一態様は、
情報機器又は輸送機器であるカメラ搭載装置であって、
上記のカメラモジュールと、
前記カメラモジュールで得られた画像情報を処理する画像処理部と、を備える。
本発明によれば、駆動部の磁気効率の向上を容易に実現することができる。
図1Aは、本発明の一実施の形態に係るカメラモジュールを搭載するカメラ搭載装置の一例の正面図であり、図1Bは、同カメラ搭載装置の一例の背面図である。 図2Aは、本実施の形態に係るカメラモジュールを搭載するカメラ搭載装置の他の例の正面図であり、図2Bは、カメラ搭載装置の他の例の斜視図である。 カメラモジュールの構成を模式的に示す斜視図である。 カメラモジュールの光学素子駆動装置の外観斜視図である。 図4に示す光学素子駆動装置においてカバー部を取り外した状態を上方から見た分解斜視図である。 図5Aに示す状態を下方から見た分解斜視図である。 カバー部をカバー本体、上側平板状ヨーク及びOISコイル部に分解した状態を上方から見た分解斜視図である。 カバー本体、上側平板状ヨーク及びOISコイル部の平面視での位置関係を模式的に示す図である。 光学素子駆動装置においてカバー部を除く部分をOIS可動部(AFユニット)、OIS支持部及びベース部に分解した状態を上方から見た分解斜視図である。 図7Aに示す状態を下方から見た分解斜視図である。 ベース部をセンサー基板、インサート部及びベース本体に分解した状態を上方から見た分解斜視図である。 図8Aに示す状態を下方から見た分解斜視図である。 上側平板状ヨーク、OIS駆動部及びインサート部の下側平板状ヨークの位置関係を示す分解斜視図である。 図9Aに示す位置関係による作用効果の説明に供する図である。 OIS可動部(AFユニット)をAF可動部、AF支持部及びAF固定部に分解した状態を上方から見た分解斜視図である。 図10Aに示す状態を下方から見た分解斜視図である。 OIS可動部(AFユニット)の平面図である。 図12Aは、AF可動部のAF支持部材取付部を示す図であり、図12Bは、AF支持部材取付部にAF支持部を固定した状態を示す図であり、図12Cは、AF支持部の挙動を模式的に示す図である。 図13Aは、AF固定部のAF支持部材収容部を示す図であり、図13Bは、AF固定部にフレキシブルプリント基板を装着した状態を示す図であり、図13Cは、AF支持部材収容部にAF支持部を固定した状態を示す図である。 光学素子駆動装置におけるAF駆動部の駆動原理の説明に供する図である。 光学素子駆動装置におけるOIS駆動部の駆動原理の説明に供する図である。 上側平板状ヨークにおける開口部の形成位置を示す図である。 下側平板状ヨークにおける開口部の形成位置を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
[カメラ搭載装置の構成について]
まず、本実施の形態に係るカメラモジュールが適用されるカメラ搭載装置について説明する。
図1A、図1Bは、本実施の形態に係るカメラモジュールAを搭載するスマートフォンM(カメラ搭載装置の一例)を示す図である。図1AはスマートフォンMの正面図であり、図1BはスマートフォンMの背面図である。スマートフォンMは、一つ以上の背面カメラOCを有し、背面カメラOCに、カメラモジュールAが適用されている。カメラモジュールAは、AF機能及びOIS機能を備え、被写体を撮影するときのピント合わせを自動的に行うと共に、撮影時に生じる振れ(振動)を光学的に補正して像ぶれのない画像を撮影することができる。
図2A、図2Bは、車載用カメラモジュールVC(Vehicle Camera)を搭載する自動車V(カメラ搭載装置の他の例)を示す図である。図2Aは自動車Vの正面図であり、図2Bは自動車Vの後方斜視図である。図2A及び図2Bに示すように、車載用カメラモジュールVCは、例えば、前方に向けてフロントガラスに取り付けられたり、後方に向けてリアゲートに取り付けられたりする。この車載用カメラモジュールVCは、バックモニター用、ドライブレコーダー用、衝突回避制御用、自動運転制御用等として使用される。自動車Vの車載用カメラモジュールVCに、カメラモジュールAが適用されている。
本実施の形態は、カメラモジュールAをスマートフォンMに適用する場合を例に挙げて説明するが、カメラモジュールAは、カメラモジュールAを有すると共に、カメラモジュールAで得られた画像情報を処理する画像処理部を有する、種々のカメラ搭載装置に適用できる。例えば、カメラ搭載装置は、種々の情報機器及び輸送機器を含む。情報機器は、例えば、カメラ付き携帯電話機、ノート型パソコン、タブレット端末、携帯型ゲーム機、webカメラ、カメラ付き車載装置(例えば、バックモニター装置、ドライブレコーダー装置)やドローン等を含む。また、輸送機器は、例えば、自動車やドローン等を含む。
[カメラモジュールの構成について]
続いて、カメラモジュールAの概略構成について説明する。なお、本実施の形態の説明には、直交座標系(X,Y,Z)を使用する。なお、本実施の形態では、XY平面におけるX方向及びY方向の中間方向を、U方向及びV方向として説明する(図14、15参照)。例えば、U方向及びY方向は、本実施の形態では正方形であるカメラモジュールAの平面視形状における対角方向である。なお、本実施の形態の説明で用いる形状に関する表現は、簡略的な概形説明のための便宜的な表現であって、幾何学的に正確な図形の定義が必ずしも当てはまるものでないことは、言うまでもない。
図3は、カメラモジュールAの構成を模式的に示す斜視図である。カメラモジュールAは、例えばスマートフォンMで撮影が行われる場合、X方向が上下方向(又は左右方向)、Y方向が左右方向(又は上下方向)、Z方向が前後方向となるように搭載される。すなわち、Z方向が光路方向であり、図3において、図中上側(+Z側)が光路方向の受光側(マクロ位置側とも称される)、下側(-Z側)が光路方向の結像側(無限遠位置側とも称される)である。Z方向に直交する方向は光路直交方向であり、X方向及びY方向は、光路直交方向の例である。
ここで、後述するOIS固定部20のカバー部22に設けられたカバー開口部220、後述するAF可動部11においてレンズ部2を収容するレンズ収容開口部110a1、或いは、後述するOIS固定部20のベース部25において撮像素子502に対するベース開口部250によって形成される光の通り道が光路である(図4参照)。そして、この光路の延びる方向(各開口部の貫通方向)が光路方向である。光路方向については、光軸方向や焦点方向(焦点を調整する方向)等、別の呼称を用いてもよい。また、光路直交方向については、光軸直交方向や振れ補正方向等と呼んでもよく、XY平面については、光軸直交面や振れ補正面等と呼んでもよい。
また、以下の説明において、特に断らない限り、「径方向」とは、光路又は光軸OAを中心として放射状又は遠心状に延びる方向を意味し、「周方向」とは、光路の周り又は光軸OAの周りに延びる方向を意味する。また、特に断らない限り、「外側」とは光路又は光軸OAを中心とする径方向における外側を意味し、「内側」とは光路又は光軸OAを中心とする径方向における内側を意味する。
また、以下の説明において、カメラモジュールAの平面視形状(本実施の形態では正方形)の四隅を互いに区別して特定する場合がある。その場合は便宜上、X方向+側且つY方向+側の隅部を第一隅部といい、X方向-側且つY方向+側の隅部を第二隅部といい、X方向-側且つY方向-側の隅部を第三隅部といい、X方向+側且つY方向-側の隅部を第四隅部という。本実施の形態において、第一隅部、第二隅部、第三隅部及び第四隅部に夫々位置する同じ構成要素は、参照符号の末尾に夫々「A」、「B」、「C」及び「D」を書き添えることで相互に区別される。
図3に示すように、カメラモジュールAは、AF機能及びOIS機能を実現する光学素子駆動装置1と、円筒形状のレンズバレルにレンズが収容されるレンズ部2(光学素子の一例)と、レンズ部2により結像される被写体像を撮像する撮像部5と、を備える。
光学素子駆動装置1は、上方及び外側をカバー部22で覆われている。カバー部22は、Z方向から見た平面視で矩形状の有蓋四角筒体である。本実施の形態では、カバー部22は、平面視で正方形状を有している。カバー部22は、上面(Z方向+側の面)に略円形のカバー開口部220を有する。レンズ部2は、カバー開口部220から外部に臨む。カバー部22は、光学素子駆動装置1のベース部25(ベース本体252)に、例えば接着により固定される。カバー部22は、例えば磁性体からなり、光学素子駆動装置1の外部からの電磁波を遮断したり、光学素子駆動装置1の内部と外部との磁気的な相互作用を防いだりする、シールド部材として機能する。
撮像部5は、光学素子駆動装置1の結像側(Z方向の-側)に配置される。撮像部5は、例えば、イメージセンサー基板501、イメージセンサー基板501に実装される撮像素子502及び制御部503を有する。撮像素子502は、例えば、CCD(charge-coupled device)型イメージセンサー、CMOS(complementary metal oxide semiconductor)型イメージセンサー等により構成され、レンズ部2により結像される被写体像を撮像する。光学素子駆動装置1は、イメージセンサー基板501に実装されてイメージセンサー基板501と電気的に接続される。
制御部503は、例えば、制御IC(Integrated Circuit)で構成され、光学素子駆動装置1の駆動制御を行う。制御部503は、イメージセンサー基板501に設けられてもよいし、カメラモジュールAが搭載されるカメラ搭載機器(本実施の形態では、スマートフォンM)に設けられてもよい。
なお、本実施の形態では、位置が固定されたイメージセンサー基板501に対し、光学素子駆動装置1においてレンズ部2を光軸方向及び光軸直交方向に移動可能とする構成が採られているが、ピント合わせ或いは振れ補正を目的として光軸方向及び光軸直交方向のうちの少なくとも一方においてレンズ部2を固定(移動不能)とし撮像素子502を可動(移動可能)としてもよい。この場合、撮像素子502は、AF可動部又はOIS可動部に保持される光学素子の一例となる。
[光学素子駆動装置の構成について]
続いて、光学素子駆動装置1の構成について、図4~13を用いて説明する。なお、光学素子駆動装置1の構成の説明においては、便宜上、Z方向+側を「上」とし、Z方向-側を「下」とする。
図4は、光学素子駆動装置1の外観斜視図である。図5A、5Bは、光学素子駆動装置1においてカバー部22を取り外した状態を上方及び下方夫々から見た分解斜視図である。図6Aは、カバー部22をカバー本体221、上側平板状ヨーク222及びOISコイル部224に分解した状態を上方から見た分解斜視図であり、図6Bは、カバー本体221、上側平板状ヨーク222及びOISコイル部224の平面視での位置関係を模式的に示す図である。図7A、7Bは、光学素子駆動装置1においてカバー部22を除く部分をOIS可動部10、OIS支持部30及びベース部25に分解した状態を上方及び下方夫々から見た分解斜視図である。図8A、8Bは、ベース部25をセンサー基板256、インサート部254及びベース本体252に分解した状態を上方及び下方夫々から見た分解斜視図である。図9Aは、上側平板状ヨーク222、OIS駆動部及びインサート部254の下側平板状ヨーク2542の位置関係を示す分解斜視図である。図9Bは、図9AにおけるIX-IX線矢視断面図であって、図9Aに示す位置関係による作用効果の説明に供する図である。図10A、10Bは、OIS可動部10をAF可動部11、AF支持部13及びAF固定部12に分解した状態を上方及び下方夫々から見た分解斜視図である。図11は、OIS可動部10の平面図である。図12Aは、AF可動部11のAF支持部材取付部113を示す図であり、図12Bは、AF支持部材取付部113にAF支持部13を固定した状態を示す図であり、図12Cは、AF支持部13の挙動を模式的に示す図である。図13Aは、AF固定部12のAF支持部材収容部127を示す図であり、図13Bは、AF固定部12にフレキシブルプリント基板(FPC)126を装着した状態を示す図であり、図13Cは、AF支持部材収容部127にAF支持部13を固定した状態を示す図である。
光学素子駆動装置1は、OIS可動部10、OIS固定部20、及びOIS支持部30を有する。
OIS可動部10は、OIS駆動部の一例であるOIS用ボイスコイルモーターを構成するOISマグネット部を有し、振れ補正時に光軸直交面内で揺動する部分である。OIS固定部20は、OISコイル部を有する部分である。すなわち、光学素子駆動装置1のOIS駆動部には、ムービングマグネット方式が採用されている。OIS可動部10は、AF駆動部を含む「AFユニット」でもある。
OIS可動部10は、OIS固定部20上に、OIS固定部20からZ方向+側(光軸方向受光側又は上側)に離間して配置され、OIS支持部30によってOIS固定部20と連結される。
[OIS支持部について]
OIS支持部30は、Z方向に沿って延在する複数本のコイルスプリング300で構成される。各コイルスプリング300において、一端(下端)は、OIS固定部20(具体的には、ベース部25のベース本体252)に固定され、他端(上端)はOIS可動部10(具体的には、マグネットホルダー120)に固定される。OIS可動部10は、コイルスプリング300によって、ベース部25から僅かに上方に浮いた状態で、光軸直交面内で揺動可能に、言い換えれば、OIS固定部20に対して光軸直交方向に移動可能に、支持される。
コイルスプリング300は、FPC126及びAFコイル部111への給電経路として使用される。
本実施の形態では、コイルスプリング300は、四隅の夫々に一本ずつ配置されるが、二本以上ずつ配置されてもよい。
また、OIS支持部30として、コイルスプリング300の代わりにサスペンションワイヤ等の別の手段を採用してもよいが、上下方向に伸縮自在なコイルスプリング300は、上下方向に伸縮自在ではないサスペンションワイヤに比べて、上下方向にかかる負荷や衝撃に対する耐性が大きい。本実施の形態では、後述する通り、マグネット部125の上下に、マグネット部125との間で磁気吸引力を生じさせるヨーク(上側平板状ヨーク222及び下側平板状ヨーク2542)を配置することで、OIS可動部10とOIS固定部20(ベース部25)との上下方向距離が変化する可能性がある。このような距離変化の可能性のある構成で、上下方向に伸縮自在なコイルスプリング300を使用することは、特に耐久性向上の観点で有利である。
また、OIS支持部30として、例えばエラストマー等の樹脂材料を母材とする枠体によってOIS可動部10を揺動可能に支持する構成であってもよい。本実施の形態では、コイルスプリング300は、給電や信号伝送の目的のため金属材料で形成されるが、給電や信号伝送のための手段が別に確保されるのであれば、必ずしもコイルスプリング300を金属材料で形成する必要はない。
[OIS可動部について]
OIS可動部10(AFユニットともいう)は、AF可動部11、AF固定部12、及びAF支持部13を有する。
[AF可動部について]
AF可動部11は、AF固定部12に対して径方向における内側に離間して配置され、AF支持部13によってAF固定部12と連結される。
AF可動部11は、AF駆動部の一例であるAF用ボイスコイルモーターを構成するAFコイル部111を有し、ピント合わせ時にAF固定部12に対してZ方向(光軸方向)に移動する部分である。AF固定部12は、AF用ボイスコイルモーターを構成するAFマグネット部を有する部分である。すなわち、光学素子駆動装置1のAF駆動部には、ムービングコイル方式が採用されている。
AF可動部11は、本実施の形態では、レンズ部2を保持可能なレンズホルダー110である。
レンズホルダー110は、筒状のレンズ収容部110aを有する。レンズ収容部110aの開口部(レンズ収容開口部)110a1の内周面には、レンズ部2が例えば接着により固定される。なお、レンズホルダー110へのレンズ部2の固定方法は接着に限定されず、他の方法であってもよい。
レンズホルダー110は、例えば、ポリアリレート(PAR)又はPARを含む複数の樹脂材料を混合したPARアロイ(例えば、PAR/PC)からなる成形材料で形成される。これにより、従来の成形材料、例えば、液晶ポリマー(LCP:Liquid Crystal Polymer)よりもウェルド強度が高まるので、レンズホルダー110を薄肉化しても靭性及び耐衝撃性を確保できる。したがって、光学素子駆動装置1の外形サイズを小さくでき、小型化及び軽量化を図れる。
レンズホルダー110は、四隅夫々に対応する位置においてレンズ収容部110aの外周面において径方向外側に突出する一対の突出部(図10A等参照)を有し、各対の突出部に、AFコイル111A、111B、111C、111Dが巻回される。このようにしてレンズホルダー110の外周面には、AFコイル部111が配置される。
AFコイル部111は、ピント合わせ時に通電されるコイルである。AFコイル部111は、AFコイル111A、111B、111C、111Dを含む。AFコイル111A、111B、111C、111Dは、一本の線材で繋がっている。この一本の線材の両端は、レンズホルダー110の所定箇所に設けられた絡げ部(図示略)に絡げられ、レンズホルダー110と後述するマグネットホルダー120とを接続するFPC126を介して給電を受ける。
[AF固定部について]
AF固定部12は、AF支持部13によりAF可動部11を光軸方向に移動可能に支持する。AF固定部12は、マグネット部125を保持するマグネットホルダー120を有する。
マグネットホルダー120は、Z方向からの平面視で正方形の四角筒形状であり、内周面において四隅に対応する部分に、マグネット部125を配置するマグネット配置部を有する。マグネットホルダー120及びマグネット配置部に装着されたマグネット部125により画定される内側の空洞部は、AF可動部11を収容するレンズホルダー収容開口部を構成する。
マグネットホルダー120の外周面における四隅の夫々には、コイルスプリング300が配置されその上端が接続される。マグネットホルダー120の外周面における四隅にあるコイルスプリング接続部には、貫通孔121が形成されており、ここにコイルスプリング300の上端が挿通され、上方からはんだ31で固着される。はんだ付けされたコイルスプリング300の上端は、マグネットホルダー120に埋設された配線部材を介してFPC126に電気的に接続される。
コイルスプリング接続部の下方には、ダンパ材(例えばシリコーンゲル)を配置してよく、ダンパ材の配置により、不要共振(高次の共振モード)の発生を抑制して、OISの動作を安定化させることができる。
本実施の形態では、マグネットホルダー120は、レンズホルダー110と同様に、ポリアリレート(PAR)又はPARを含む複数の樹脂材料を混合したPARアロイ(例えば、PAR/PC)からなる成形材料で形成されている。これにより、ウェルド強度が高まるので、マグネットホルダー120を薄肉化しても靭性及び耐衝撃性を確保することができる。したがって、光学素子駆動装置1の外形サイズを小さくすることができ、小型化及び低背化を図れる。
マグネット部125は、4つの矩形柱状の永久磁石125A~125D(マグネットの一例)を有する。永久磁石125A~125Dは、マグネット配置部に、例えば接着により固定される。本実施の形態では、永久磁石125A~125Dは、平面視で、略等脚台形状を有する。
これにより、マグネットホルダー120の角部のスペース(具体的にはマグネット配置部)を有効利用できる。永久磁石125A~125Dは、図14に示すようにAFコイル部111(AFコイル111A~111D)を径方向に横切り、且つ、図15から理解できる通りOISコイル部224(OISコイル224A~224D)を光軸方向に横切る、磁界が形成されるように着磁される。本実施の形態では、永久磁石125A~125Dは、上半部では内周側がN極、外周側がS極に着磁され、下半部では内周側がS極、外周側がN極に着磁されている。
永久磁石125A~125DのZ方向-側の端面(裏面)は、マグネットホルダー120からZ方向-側に露出し、永久磁石125A~125DのZ方向+側の端面(表面)は、マグネットホルダー120からZ方向+側に露出している。マグネットホルダー120におけるマグネット配置部は、このような露出状態で永久磁石125A~125Dを保持するように形成されている。これにより、OISコイル部224(OISコイル224A~224D)が、Z方向-側及びZ方向+側のどちらに配置されても、永久磁石125A~125DをOISコイル部224(OISコイル224A~224D)に対向させることができるので、同様にOIS機能を発揮させることができる。
また、マグネットホルダー120におけるマグネット配置部は、永久磁石125A~125Dを、AFコイル部111(AFコイル111A~111D)にも対向させて保持するように形成されている。これにより、永久磁石125A~125Dは確実に、AFコイル部111(AFコイル111A~111D)と共にAF機能を発揮することができる。以上のようなマグネット部125及びAFコイル部111によって、AF用ボイスコイルモーター(AF駆動部)が構成される。
すなわち、マグネット部125は、AFマグネット部とOISマグネット部に兼用される。
[FPCについて]
FPC126に実装されたホール素子1262ab(磁気センサーの一例)は、レンズホルダー110の外周面に配置された永久磁石115によって形成される磁界を検出することにより特定される、光軸方向における永久磁石115とホール素子1262abとの相対位置に基づいて、AF可動部11の光軸方向位置を検出する。FPC126においてホール素子1262abが実装された面は、マグネットホルダー120の外周面に配置される。このとき、ホール素子1262abは、マグネットホルダー120に形成された貫通孔128の内部に配置されて内周側に臨み、永久磁石115に対向する。
ちなみに、FPC126は、マグネットホルダー120の外周面から下側を回り込んで内周側に位置するレンズホルダー110の下面に接続される。レンズホルダー110の下面には、AFコイル部111を形成する一本の線材が絡げられており、FPC126は、この線材に電気的に接続して、AFコイル部111への給電を可能とする。
[AF支持部について]
AF支持部13は、AF固定部12に対してAF可動部11を光軸方向に移動可能に弾性的に支持する。AF支持部13は、本実施の形態では、ヒンジ部材13ab、13bc、13cd、13daを有する。本実施の形態では、ヒンジ部材13ab、13bc、13cd、13daはいずれも、エラストマー等の弾性を有する樹脂製部材である場合を例に採る。エラストマー等の弾性樹脂材料でAF支持部13を形成することにより、落下等の衝撃に対する耐性が向上する。
なお、図12、13に、ヒンジ部材13abの詳細構成等が示されているが、ヒンジ部材13bc、13cd、13daの詳細構成等は、位置検出構成に関する部分を除き、ヒンジ部材13abと同じである。
ヒンジ部材13ab、13bc、13cd、13daは、レンズホルダー110に固定される可動側接続部131、マグネットホルダー120に固定される固定側接続部132、及びレンズホルダー110の移動に伴い弾性変形するアーム部133を有する。
可動側接続部131は、レンズホルダー110の係合部113aに対応する形状を有する。可動側接続部131は、レンズホルダー110の係合部113aに嵌合され、例えば、接着により固定される。可動側接続部131は、概してI字形状を有しており、レンズホルダー110の係合部113aを光軸方向における受光側及び結像側から挟み込む。これにより、可動側接続部131は、レンズホルダー110の係合部113aに、強固に固定される。可動側接続部131は、レンズホルダー110が光軸方向に移動するときに、レンズホルダー110と共に変位する。
固定側接続部132は、マグネットホルダー120の係合部127aに対応する形状を有する。固定側接続部132は、マグネットホルダー120の係合部127aに嵌合され、例えば、接着により固定される。ヒンジ部材13ab、13bc、13cd、13daを取り付けた状態において、ストッパー部127bとヒンジ部材13ab、13bc、13cd、13daの可動側接続部131との間には、光軸方向結像側への移動ストロークに対応するクリアランスが形成される。レンズホルダー110の光軸方向結像側への移動は、ヒンジ部材13ab、13bc、13cd、13daの可動側接続部131が、マグネットホルダー120のストッパー部127bに当接することにより、規制される。
アーム部133は、互いに、光軸方向に離間して配置される。アーム部133は、レンズホルダー110の支持部材取付部113の補強凸部113bを光軸方向に挟むように配置される。レンズホルダー110の光軸方向結像側及び光軸方向受光側への移動は、ヒンジ部材13ab、13bc、13cd、13daのアーム部133が、補強凸部113bに当接することにより、規制されてもよい。
アーム部133は、第1ヒンジ軸134及び第2ヒンジ軸135を中心に屈曲する。すなわち、アーム部133は、レンズホルダー110の平行移動を可能とする2軸ヒンジ構造を有する。
具体的には、第1ヒンジ軸134及び第2ヒンジ軸135は、アーム部133の内面に、周囲よりも薄肉に形成されたヒンジ溝である。ヒンジ溝の形状は特に制限されないが、R形状を有することが好ましい。弾性樹脂材料の弾性を利用した機械的ヒンジ構造を採用することにより、レンズホルダー110を小さな力で移動させることができ、省電力化を図ることができる。
また、アーム部133は、平面視において、レンズホルダー110及びマグネットホルダー120と、クリアランスを介して離間している。これにより、アーム部133は、レンズホルダー110及びマグネットホルダー120と干渉することなく、光軸方向に変形することができる。
エラストマー等の弾性樹脂材料は、熱膨張率が比較的大きいため、周囲温度が高温になるほど、アーム部133は、延在方向に延びて長くなる。本実施の形態では、ヒンジ部材13ab、13bc、13cd、13daは、それぞれの可動側接続部131と固定側接続部132が、光軸を中心とする周方向において交互に位置するように配置されている。つまり、ヒンジ部材13ab、13bc、13cd、13daに熱膨張が生じる場合に、周方向の同一方向に向かって膨張が生じるようになっている。これにより、ヒンジ部材13ab、13bc、13cd、13daに熱膨張が生じても、レンズホルダー110は周方向に回転するように変位することとなり、シフト方向の変位や捻じれが生じることはなく、光軸のずれが防止される。
また、ヒンジ部材13ab、13bc、13cd、13daは、90°回転対称となるように、レンズホルダー110の周りに均等に配置されている。すなわち、ヒンジ部材13ab、13bc、13cd、13daは、それぞれに生じる熱膨張を互いに吸収可能な位置関係となっている。これにより、ヒンジ部材13ab、13bc、13cd、13daに熱膨張が生じたときの光軸のずれを効果的に防止することができる。
[OIS固定部について]
OIS固定部20は、OIS支持部30によりOIS可動部10を光軸直交方向に揺動可能に支持する。OIS固定部20は、ベース部25と、ベース部25の外周に取り付けられたカバー部22と、を有する。ベース部25は、OIS可動部10の下方に配置され、OIS支持部30を介してOIS可動部10を光軸直交方向に移動可能に支持する。カバー部22は、OIS可動部10の上方を覆う。
[カバー部について]
カバー部22は、カバー開口部220が形成された天面部2211とその外周から垂下して形成された側面部とを有するカバー本体221を有し、側面部の下端がベース部25に対して例えば接着等により取り付けられる。
カバー部22は、カバー本体221に加えて、天面部2211の下面側に例えば接着又は溶接等により装着された上側平板状ヨーク222と、上側平板状ヨーク222に対して例えば接着剤等の樹脂層を介して取り付けられたOISコイル部224と、を有する。
[OISコイル部について]
OISコイル部224は、OISコイル224A、224B、224C、224Dを含む。OISコイル224A~224Dは、Z方向(光軸方向)においてマグネット部125に対向する四隅夫々の位置に配置される。OISコイル部224は、振れ補正時に通電されるコイルである。OISコイル部224は、永久磁石125A~125Dに対応する4つのOISコイル224A~224Dを有する。OISコイル224A~224Dは、例えば空芯コイルであってよいが、カバー本体221或いは上側平板状ヨーク222に突起を設け、その突起に金属線材を巻回させることでOISコイル224A~224Dを形成してもよい。
OISコイル224A~224Dのそれぞれの長辺部分を、永久磁石125A~125Dの底面から放射される磁界がZ方向に横切るように(図15参照)、OISコイル224A~224D及び永久磁石125A~125Dの大きさや配置が設定される。マグネット部125とOISコイル部224との組合せは、OIS用ボイスコイルモーター(OIS駆動部)を構成する。
各OISコイル224A~224Dの両端夫々に接続するリード線は、例えば、カバー本体221の内面(天面部2211の下面側及び側面部の内面側)に夫々貼着されてベース部25に引き回され、ベース部25における外部接続端子2546を介して外部(例えば撮像部5)と電気的に接続される。
上側平板状ヨーク222は、鉄等の磁性材料を母材とする平板状の部材である。上側平板状ヨーク222において、四隅に対応する部分には、上側ヨーク開口部2222が形成されている。本実施の形態では、上側ヨーク開口部2222は、長円形状のOISコイル224A~224Dの長辺部分に沿って延在するスリット形状となっている。
[ベース部について]
ベース部25は、ベース本体252と、インサート部254と、センサー基板256と、を有する。
[センサー基板について]
センサー基板256は、第一隅部と第二隅部とを結ぶ辺に沿って、ベース本体252の上面上に配置されている。センサー基板256には、四隅のうちの第一隅部及び第二隅部において、ホール素子2562A、2562B(磁気センサーの一例)を有する。ホール素子2562A、2562Bは、マグネット部125(永久磁石125A、125B)によって形成される磁界をホール素子2562A、2562Bで検出することにより特定される、光軸直交面における永久磁石125A、125Dとホール素子2562A、2562Bとの相対位置に基づいて、OIS可動部10の光軸直交面における位置を検出する。
[ベース本体について]
ベース本体252は、光路又は光軸OAが通過するベース開口部250を有する平面視正方形の部材である。ベース本体252は、合成樹脂などの非導電性材料、例えば、液晶ポリマー(LCP:Liquid Crystal Polymer)からなる。四隅には、貫通孔2521が形成されており、ここにコイルスプリング300の下端が挿通される。ベース本体252には、インサート部254がインサート成型されている。
[インサート部について]
インサート部254は、ベース本体252にインサート成型された金属製の板状部材である。インサート部254は、鉄等の磁性材料を母材とする平板状の部材である下側平板状ヨーク2542と、下側平板状ヨーク2542の表面にメッキにより形成された例えば銅等の導電性材料からなる配線層2544と、を有する。インサート部254は、その大部分はベース本体252の内部に埋設されているが、配線層2544を外部に電気的に接続させるための外部接続端子2546が、ベース本体252の下面を貫通して下方に露出して形成されている。配線層2544は、センサー基板256に電気的に接続されると共に、四隅にてはんだ付けにより下端が接合されるコイルスプリング300を介して、FPC126及びAFコイル部111に電気的に接続される。
下側平板状ヨーク2542は、四隅に面状の広がりのある部分を有しており、その四隅の先端付近の部分は、ベース本体252の下面側においてベース本体252から露出する。その露出部分には、貫通孔2541が形成されており、ここにコイルスプリング300の下端が挿通され、下方からはんだ32で固着される。下側平板状ヨーク2542は、四隅に対応する部分に、下側ヨーク開口部2543を有する。
[OIS駆動部と上下のヨークとの位置関係及びその作用効果について]
図9A、9Bに示すように、上側平板状ヨーク222及び下側平板状ヨーク2542は、OIS駆動部を構成するOISコイル部224(説明簡略化のため図9BではOISコイル224Dのみ図示)及びマグネット部125(説明簡略化のため図9Bでは永久磁石125Dのみ図示)に対して光軸方向で上下両側から対向するように配置されている。これにより、マグネット部125の特に上半部からの磁束を、発散させず上側平板状ヨーク222に収束させることができ(図9Bにおける白抜き矢印)、OISコイル部224を通過する磁束の密度を向上させることができる。そのため、マグネット部125とOISコイル部224との電磁相互作用による推力を効率良く発生させることができる。
上側平板状ヨーク222は単純な平板形状であるため、板面をマグネット部125に対向させて配置するだけで、上記の効果を容易に実現することができる。また、製造公差や組付け公差による駆動性能の個体差も生じにくくできる。
なお、本実施の形態では、上側平板状ヨーク222をカバー本体221の天面部2211の下面側に固定するだけで、上側平板状ヨーク222を容易にマグネット部125に対向させる状態を形成することができる。
ちなみに、本実施の形態では、永久磁石125A~125Dを上下2段で反転するよう径方向に着磁させる構成と、平面状のAFコイル111A~111Dをその平面を永久磁石125A~125Dに対向させ、上下2つの長辺部分を永久磁石125A~125Dの上下2段に沿わせて配置させる構成と、を採る。これらの構成等の採用により、AF機能に関しては十分な推力を容易に確保することができる。そのため、マグネット部125に対して径方向の内側にも外側にも、バックヨークを設ける必要はなく、OIS機能の推力だけでなくAF機能の推力をも向上させようとする複雑な形状のバックヨークを使用する必要もない。本実施の形態では、単純な平板状のバックヨーク(上側平板状ヨーク222及び下側平板状ヨーク2542)を使用して、OIS機能の推力だけを向上させることができる点で、好適である。
また、永久磁石125A~125Dであるマグネット部125に磁性体である上側平板状ヨーク222を対向させると、上側平板状ヨーク222が磁化してマグネット部125に磁気的に吸引される(図9Bにおける二本の黒塗りの下向き矢印)。このとき、反力を受けるマグネット部125が、固定された上側平板状ヨーク222に近づこうとすることで、OIS支持部30に負荷がかかる可能性がある。この点につき、本実施の形態では、マグネット部125に対して、上側平板状ヨーク222の反対側でも、下側平板状ヨーク2542が、板面をマグネット部125に対向させて配置されている。このため、下側平板状ヨーク2542も磁化してマグネット部125に磁気的に吸引される(図9Bにおける二本の黒塗りの上向き矢印)。このとき、反力を受けるマグネット部125が、固定された下側平板状ヨーク2542に近づこうとすることで、OIS支持部30に上記の負荷が相殺される。結果として、OIS支持部30に実質的な負荷がかかることはない。
また、上側に作用する磁気吸引力と下側に作用する磁気吸引力とをバランスさせることで、駆動時にも非駆動時にも、OIS可動部10の傾きの発生を抑制することができる。
本実施の形態では、下側平板状ヨーク2542は、ベース部25に埋設されているので、ベース部25の厚みを著しく増大させることなく、上述した作用効果を実現することができる。
なお、本実施の形態では、OISコイル部224がマグネット部125の上方(カバー部22)で、OIS固定部20に配置されているが、OISコイル部224がマグネット部125の下方(ベース部25)で、OIS固定部20に配置される場合もある。本実施の形態では、上下両側にヨークが配置されているので、OISコイル部224の配置が上方であっても下方であっても、同様に上述した作用効果を発揮することができる。
また、本実施の形態では、FPC126及びAFコイル部111(OIS可動部10に設けられる電気回路の一例)並びにセンサー基板256(OIS固定部20に設けられる電気回路の一例)に給電可能な配線層が表面に形成された磁性体を下側平板状ヨーク2542として使用する。これにより、部品点数を増大させることなく上述した作用効果を実現することができる。
[光学素子駆動装置の動作について]
図14、15は、光学素子駆動装置1におけるAF駆動部(AF用ボイスコイルモーター)及びOIS駆動部(OIS用ボイスコイルモーター)夫々の駆動原理の説明に供する図である。
光学素子駆動装置1において自動ピント合わせを行う場合には、AFコイル部111に通電する。AFコイル部111に通電すると、マグネット部125の磁界とAFコイル部111に流れる電流との相互作用により、AFコイル部111にローレンツ力が生じる(フレミングの左手の法則)。この場合のローレンツ力の方向は、磁界の方向(径方向内側に向かう方向、図14参照)及びAFコイル部111に流れる電流の方向(U方向又はV方向、図14参照)に直交する方向(つまり、Z方向(光軸方向))である。マグネット部125(永久磁石125A~125D)は固定されているので、AFコイル部111に反力が働く。この反力がAF用ボイスコイルモーター(AF駆動部)の駆動力となり、AFコイル部111を有するAF可動部11がZ方向(光軸方向)に移動し、ピント合わせが行われる。
光学素子駆動装置1において振れ補正を行う場合には、OISコイル224A~224Dに通電する。OISコイル224A~224Dに通電すると、マグネット部125の磁界とOISコイル224A~224Dに流れる電流との相互作用により、OISコイル224A~224Dにローレンツ力が生じる(フレミング左手の法則)。この場合のローレンツ力の方向は、OISコイル224A~224Dの長辺部分における磁界の方向(Z方向(光軸方向)、図15参照)と電流の方向(U方向又はV方向、図15参照)に直交する方向(つまりV方向又はU方向)である。OISコイル224A~224Dは固定されているので、永久磁石125A~125Dに反力が働く。この反力がOIS用ボイスコイルモーター(OIS駆動部)の駆動力となり、マグネット部125を有するOIS可動部10が光軸直交面内で揺動し、振れ補正が行われる。
[上下のヨークにおける開口部の形成位置について]
上述した通り、上側平板状ヨーク222及び下側平板状ヨーク2542は夫々、上側ヨーク開口部2222及び下側ヨーク開口部2543を有する。
上側平板状ヨーク222における上側ヨーク開口部2222の形成位置は、図16に示す通り、平面視においてマグネット部125の配置位置と部分的に重なる。このような重複領域を設けることにより、上側平板状ヨーク222がマグネット部125に対向する面積を調整することができ、ひいては、上側平板状ヨーク222とマグネット部125との間に発生する磁気吸引力を調整することができる。
同様に、下側平板状ヨーク2542における下側ヨーク開口部2543の形成位置は、図17に示す通り、平面視においてマグネット部125の配置位置と部分的に重なる。このような重複領域を設けることにより、下側平板状ヨーク2542がマグネット部125に対向する面積(対向面積)を調整することができ、ひいては、下側平板状ヨーク2542とマグネット部125との間に発生する磁気吸引力を調整することができる。
このような調整によって対向面積を低減させることにより、OIS駆動時に光軸直交面の中心位置から光軸直交方向に移動したOIS可動部10が中心位置に引き戻される磁気吸引力を弱めることができる。すなわち、OIS機能に対する影響を最小限に抑制することができる。
なお、本実施の形態では、上側平板状ヨーク222の上側ヨーク開口部2222及び下側平板状ヨーク2542における下側ヨーク開口部2543によって、マグネット部125との対向面積調整を行っているが、形状は開口部だけに限定されず、切欠き部による調整でもよい。
[まとめ]
以上説明したように、本実施の形態によれば、光学素子駆動装置1は、光学素子を配置可能なレンズ収容開口部110a1と、レンズ収容開口部110a1の周囲に配置されるマグネット部125と、を有するOIS可動部10と、光軸OAの方向でマグネット部125に対向して配置され、OIS可動部10を光軸OAに直交する方向に移動させるOIS駆動部をマグネット部125と共に構成するOISコイル部224と、光軸OAの方向でOIS駆動部の両側に、夫々の板面がマグネット部125に対向するよう配置される上側平板状ヨーク222及び下側平板状ヨーク2542と、を有するOIS固定部20と、を備える。この構成により、マグネット部125からの磁束を、発散させず上側平板状ヨーク222に収束させることができ、OISコイル部224を通過する磁束の密度を向上させることができる。そのため、マグネット部125とOISコイル部224との電磁相互作用による推力を効率良く発生させることができる。
また、上側平板状ヨーク222は単純な平板形状であるため、板面をマグネット部125に対向させて配置するだけで、上記の効果を容易に実現することができる。製造公差や組付け公差による駆動性能の個体差も生じにくくできる。
また、単純な平板状のバックヨーク(上側平板状ヨーク222及び下側平板状ヨーク2542)を使用することで、推力の向上が求められるOIS機能の推力を的確に向上させることができ、OIS機能の推力だけでなくAF機能の推力をも向上させようとする複雑な形状のバックヨークを使用する必要がない。
また、マグネット部125と上側平板状ヨーク222及び下側平板状ヨーク2542との間に作用する磁気吸引力をバランスさせることができるため、OIS支持部30に係り得る負荷を相殺することができ、結果として、OIS支持部30に実質的な負荷がかかることはない。さらに、上側に作用する磁気吸引力と下側に作用する磁気吸引力とをバランスさせることで、駆動時にも非駆動時にも、OIS可動部10の傾きの発生を抑制することができる。
また、マグネット部125に対して上下両側にヨーク(上側平板状ヨーク222及び下側平板状ヨーク2542)が配置されているので、OISコイル部224の配置が上方であっても下方であっても、同様に上述の作用効果を発揮することができる。
また、本実施の形態では、下側平板状ヨーク2542は、ベース部25に埋設されているので、ベース部25の厚みを著しく増大させることなく、上述した作用効果を実現することができる。
さらに、上側平板状ヨーク222をカバー本体221の天面部2211の下面側に固定するだけで、上側平板状ヨーク222を容易にマグネット部125に対向させる状態を形成することができる。
また、本実施の形態では、FPC126及びAFコイル部111(OIS可動部10に設けられる電気回路の一例)並びにセンサー基板256(OIS固定部20に設けられる電気回路の一例)に給電可能な配線層が表面に形成された磁性体を下側平板状ヨーク2542として使用する。これにより、部品点数を増大させることなく上述した作用効果を実現することができる。
また、本実施の形態では、上側ヨーク開口部2222及び下側ヨーク開口部2543によって、上側平板状ヨーク222及び下側平板状ヨーク2542とマグネット部125との対向面積調整を行うことができる。これにより、マグネット部125の上下両側に、上側平板状ヨーク222及び下側平板状ヨーク2542を設けることによる、OIS機能に対する影響を、最小限に抑制することができる。
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述した特定の実施の形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、上記実施の形態に記載された具体例に対する種々の変形及び変更が可能である。
本発明に係る光学素子駆動装置及びカメラモジュールは、例えば、スマートフォン、携帯電話機、デジタルカメラ、ノート型パソコン、タブレット端末、携帯型ゲーム機、車載カメラ、ドローン等のカメラ搭載装置に搭載して、有用なものである。
A カメラモジュール
M スマートフォン
OC 背面カメラ
V 自動車
VC 車載用カメラ
1 光学素子駆動装置
2 レンズ部
5 撮像部
501 イメージセンサー基板
502 撮像素子
503 制御部
10 OIS可動部
11 AF可動部
110 レンズホルダー
110a レンズ収容部
110a1 レンズ収容開口部
111 AFコイル部
111A、111B、111C、111D AFコイル
113 支持部材取付部
113a 係合部
113b 補強凸部
115 永久磁石
12 AF固定部
120 マグネットホルダー
121、128 貫通孔
125 マグネット部
125A、125B、125C、125D 永久磁石
126 FPC
1262ab ホール素子
127 支持部材収容部
127a 係合部
127b ストッパー部
13 AF支持部
13ab、13bc、13cd、13da ヒンジ部材
131 可動側接続部
132 固定側接続部
133 アーム部
134 第1ヒンジ軸
135 第2ヒンジ軸
20 OIS固定部
22 カバー部
220 カバー開口部
221 カバー本体
2211 天面部
222 上側平板状ヨーク
2222 上側ヨーク開口部
224 OISコイル部
224A、224B、224D、224D OISコイル
25 ベース部
250 ベース開口部
252 ベース本体
2521 貫通孔
254 インサート部
2541 貫通孔
2542 下側平板状ヨーク
2543 下側ヨーク開口部
2544 配線層
2546 外部接続端子
256 センサー基板
2562A、2562B ホール素子
30 OIS支持部
300 コイルスプリング
31、32 はんだ

Claims (9)

  1. 光学素子を配置可能な開口部と、前記開口部の周囲に配置されるマグネット部と、を有する可動部と、
    光軸の方向で前記マグネット部に対向して配置され、前記可動部を前記光軸に直交する方向に移動させる駆動部を前記マグネット部と共に構成するコイル部と、前記光軸の方向で前記駆動部の両側に、夫々の板面が前記マグネット部に対向するよう配置される上側平板状ヨーク及び下側平板状ヨークと、を有する固定部と、を備える、
    光学素子駆動装置。
  2. 前記固定部は、前記可動部の下方に配置され、支持部を介して前記可動部を前記光軸に直交する方向に移動可能に支持するベース部と、前記可動部の上方を覆うカバー部と、を備え、
    前記上側平板状ヨーク及び前記下側平板状ヨークは夫々、前記カバー部及び前記ベース部に固定される、
    請求項1に記載の光学素子駆動装置。
  3. 前記下側平板状ヨークは、前記ベース部に埋設される、
    請求項2に記載の光学素子駆動装置。
  4. 前記上側平板状ヨークは、前記カバー部の天面部の下面側に固定される、
    請求項2に記載の光学素子駆動装置。
  5. 前記コイル部は、前記上側平板状ヨークの前記板面の下面側に固定され、
    前記ベース部は、前記光軸の方向で前記マグネット部に対向するよう前記下側平板状ヨークの上方に配置される磁気センサーを有する、
    請求項4に記載の光学素子駆動装置。
  6. 前記可動部及び前記固定部の少なくとも一方は、電気回路を備え、
    前記下側平板状ヨークは、前記板面上に設けられ、前記電気回路に給電可能な配線層を有する、
    請求項1に記載の光学素子駆動装置。
  7. 前記上側平板状ヨーク及び前記下側平板状ヨークの少なくとも一方は、平面視で前記マグネット部と部分的に重なる形状を有する、
    請求項1に記載の光学素子駆動装置。
  8. 請求項1に記載の光学素子駆動装置と、
    前記光学素子と、
    前記光学素子により結像される被写体像を撮像する撮像部と、を備える、
    カメラモジュール。
  9. 情報機器又は輸送機器であるカメラ搭載装置であって、
    請求項8に記載のカメラモジュールと、
    前記カメラモジュールで得られた画像情報を処理する画像処理部と、を備える、
    カメラ搭載装置。
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