JP5211015B2

JP5211015B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP5211015B2
Application number: JP2009252564A
Authority: JP
Inventors: 滋郎橋爪; 郁夫信太; 良明山内
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2029-11-04
Also published as: US20110103784A1; JP2011099885A; CN102055890A; TWI447466B; CN102055890B; TW201142403A; KR101148584B1; KR20110049712A; HK1160712A1; US8139933B2

Description

本発明は携帯電話機等に取り付けられて使用される小型の撮像装置に関する。

従来携帯電話等に取り付けて使用される小型のカメラモジュールは焦点調整や拡大率変化のため、レンズをステッピングモータ，ボイスコイルモータやピエゾモータを用いて駆動させている。しかしながら、それらの構造は複雑で小型を図るには限界があり、コスト高になるという欠点もあった。そこで、簡易・小型で低コストになるアクチュエータとして、例えば文献１に開示されている形状記憶アクチュエータを用いた小型カメラモジュールがある。このアクチュエータは、レンズホルダの片側に設けたレンズガイド部に、Ｕ字状の形状記憶合金の中央の湾曲部を接触させ、通電過熱によりレンズホルダをガイドに沿ってスライド移動をしている。

しかしながら、前記特開２００３−１１１４５８号公報に示された従来技術では、アクチュエータの冷却機構がなく、アクチュエータの冷却に伴う駆動での応答特性が悪く、またアクチュエータと印刷配線基板とは直接ハンダで固定されているため、印刷基板の取り付け位置の自由度がなく、その結果カメラモジュールの取り付け面積が大きくなる。また、アクチュエータへ通電過熱することによりアクチュエータは熱膨張し、アクチュエータとハンダとの接触が劣化するという欠点があった。

また、前記特開２００９−４１５４５号公報に示された従来技術では、レンズホルダ内に発熱する形状記憶合金と撮像素子を密閉するため、形状記憶アクチュエータの放熱が劣化して冷却時の応答性が悪く、また撮像素子の温度も上昇して、雑音レベルが上がり、画質の劣化を生じるという欠点があった。

特開２００３−１１１４５８号公報特開２００９−４１５４５号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、カメラモジュールの小型化が可能なアクチュエータを備える信頼性の高いカメラモジュールを提供することにある。

本発明に係るアクチュエータ装置は、上記課題を解決するために、カメラ筐体と、この筐体の中央に形成された軸にスライド移動可能に取り付けられるレンズホルダと、前記レンズホルダを常時押すように取り付けた板ばねと、前記レンズホルダを支え、前記レンズホルダの周囲に形成されたレンズホルダの支持梁と、前記カメラ筐体の一側部の両端部に端子が位置し前記レンズホルダに加わる前記板バネによる力に抗して押し上げるようにＶ字形状となるように取り付けられた通電加熱タイプの熱膨張・収縮するアクチュエータを用いた作動手段と、片端面が円錐状に面取りされた導電性の金属ピンとから成り立ち、前記筐体に形成された円筒形状の穴部に金属ピンを挿入し、前記アクチュエータと接触し、さらに予圧することにより金属ピンと形状記憶アクチュエータとの電気的な接触を行い、さらに前記アクチュエータを前記筐体に固定することを特徴としている。

本発明に係るアクチュエータ装置は、さらに、上記カメラモジュールにおいて、前記金属ピンの一端は印刷配線基板上に形成された電気配線パターンとハンダ等の接着剤を介して電気的に接続され、印刷配線基板から形状記憶アクチュエータに駆動電流の注入を行う。また、形状記憶アクチュエータで発生した熱は良熱伝導体である前記金属ピンと前記ハンダを介して、印刷配線基板に熱伝導されることにより、形状記憶アクチュエータの良好な放熱特性と配線の小型化を可能となることを特徴としている。

本発明に係るアクチュエータ装置は、さらに、上記カメラモジュールにおいて、前記アクチュエータは例えばイオン伝導高分子アクチュエータなどの電圧駆動タイプであることを特徴としている。

本発明に係るアクチュエータ装置は、さらに、上記カメラモジュールにおいて、前記金属ピンの一端は上記板ばねと熱的に接続され、形状記憶アクチュエータで発生した熱は良熱伝導体である前記金属ピンを介して、前記板ばねに熱伝導されることにより、形状記憶アクチュエータの良好な放熱特性を可能となることを特徴としている。

本発明に係るアクチュエータ装置は、さらに、上記カメラモジュールにおいて、前記レンズホルダの支持梁をレンズホルダの上面に配置し、前記アクチュエータをレンズ中心付近に配置することを特徴としている。

本発明に係るアクチュエータ装置は、さらに、前記カメラモジュールにおいて、前記アクチュエータと前記金属ピンとの電気的な接続を導電性の接着剤等の導電性物質を介して行うことを特徴としている。

本発明に係るアクチュエータ装置は、さらに、前記カメラモジュールにおいて、前記レンズホルダおよび支持梁が良熱伝導性であることを特徴としている。

本発明に係るアクチュエータ装置は、さらに、前記カメラモジュールにおいて、前記アクチュエータに高分子アクチュエータを用いることを特徴としている。

本発明に係るアクチュエータ装置は、さらに、前記カメラモジュールにおいて、前記アクチュエータに形状記憶合金を用いることを特徴としている。

本発明に係るアクチュエータ装置は、さらに、前記カメラモジュールにおいて、前記アクチュエータに通電過熱タイプの高分子アクチュエータを用いることを特徴としている。

以上に述べたように、本発明に係る撮像装置によれば、従来通電加熱タイプの形状記憶アクチュエータを用いたカメラモジュールにおいて、応答速度は形状記憶アクチュエータの放熱速度により律則され、また形状記憶アクチュエータと通電用の電極との接続部では通電時の膨張率差が大きく、接続部で接触不良となる課題があったが、前記導電性の金属ピンを前記アクチュエータの貫通する溝構造に圧入することにより金属ピンと形状記憶アクチュエータとの電気的な接触を行い、さらに前記アクチュエータを前記筐体に固定できる。

また、前記金属ピンの一端は印刷配線基板上に形成された電気配線パターンとハンダ等の接着剤を介して電気的に接続されるため、形状記憶アクチュエータの配線構造の小型なコンパクト実装をすることができ、さらに形状記憶アクチュエータで発生した熱は良熱伝導体である前記金属ピンと前記ハンダを介して、印刷配線基板に熱伝導されることにより、形状記憶アクチュエータの良好な放熱特性を実現できるため応答速度が向上する。

第１の実施形態のカメラモジュール構造を示す説明図。第１の実施形態のカメラモジュールにおいて、Ａ−Ａ′線での断面構造を示す説明図。第１の実施形態のカメラモジュールにおいて、Ｂ−Ｂ′線での断面構造を示す説明図。第１の実施形態のカメラモジュールにおいて、Ｂ−Ｂ′線での断面構造の形状記憶アクチュエータの固定部を示す説明図。第１の実施形態の金属ピン構造を示す説明図。第２の実施形態の金属ピンによる放熱特性向上を示すアクチュエータの温度と時間の関係を示す説明図。第１の実施形態と第４の実施形態のアクチュエータと金属プローブの配置を示す説明図。第１の実施形態と第４の実施形態のレンズホルダの支持梁構造を示す説明図。第７の実施形態の形状記憶合金の電流と歪の特性を示す説明図。第１の実施形態のアクチュエータの配置と、実施形態７および実施形態８のアクチュエータの歪と変位の関係を示す説明図。第１の実施形態のアクチュエータの長さと放熱時間，変位量と放熱時のアクチュエータの速度の関係を示す説明図。第５の実施形態のカメラモジュールにおける水平断面図。

以下、本発明の実施例の図を用いて説明する。

図１は本発明の第１の実施形態によるカメラモジュールの基本構成を説明する図である。また、図２は図１の破線Ａ−Ａ′における垂直断面形状を説明する図であり、図３は図１の破線Ｂ−Ｂ′における水平断面形状を説明する図であり、図４は図３の破線で囲ったＲ１の領域を拡大した図である。

図１において、１は印刷配線基板、２はカメラ筐体、２ａは形状記憶アクチュエータワイヤの挿入孔、３はレンズホルダを与圧する板ばね、４は７のレンズを固定するレンズホルダ、５は形状記憶アクチュエータ６の固定と導線の役割を両立した金属ピンである。図２において、８は赤外線遮断フィルタ、９は撮像素子、１３は上記金属ピンと印刷配線とを結合させるハンダ、Ｆ１は上記形状記憶アクチュエータ６で発生した熱の流れである。図４において、１０は上記金属ピンと形状記憶アクチュエータ６との接触点、１１は上記金属ピンが形状記憶アクチュエータを押し曲げた時に形状記憶アクチュエータの変形を許容し、それにより形状記憶アクチュエータを固定する溝構造である。図５において、５ａは上記金属ピンの片端面の面取りを行った面である。

前述において、レンズ７は複数のレンズから成り、それらはレンズホルダ４に挿入され接着固定される。また、形状記憶アクチュエータ６はレンズ筐体２の両端に形成された形状記憶ワイヤ挿入孔２ａから挿入されるとともに、先端が面取り５ａされた金属ピン５をレンズ筐体２に形成された金属ピンの挿入孔１１ａに挿入することにより、金属ピン５は容易に挿入でき、また挿入された金属ピン５は形状記憶アクチュエータ６と圧接し、電気的・熱的に接続されるため、形状記憶アクチュエータ６が膨張・収縮する駆動過程での金属ピン５との接触は安定する。さらに金属ピン５と印刷配線基板１とをハンダ１３で結合させることにより形状記憶アクチュエータ６は印刷配線基板１と電気的・熱的に良好に接続される。

また、形状記憶アクチュエータ６は金属ピン５により形状記憶合金の変形用の溝１１ｂへ湾曲する変形を受け、形状記憶アクチュエータ６はレンズ筐体２に固定される。

次に、図７（ａ）は図１において構造説明のため板ばね３を除いて表記した図であり、レンズホルダ４は、レンズホルダの支持梁１２ａが一方向から形状記憶アクチュエータ６で押され、一方、レンズホルダ接触面１５が前記反対方向から板ばね３のリング状の接触部１４で押され、それらの力の釣り合いにより位置が決定される。形状記憶アクチュエータ６は金属ピン５を通して電流が流れることにより電流値に依存した発熱をおこし、膨張もしくは収縮してレンズホルダ４を押す力が変化する。

形状記憶アクチュエータ６から発生した熱は金属ピン５に伝熱され、印刷配線基板１から放熱され、発熱と放熱のバランスによりレンズホルダ４の変位量が決定される。図６の実線Ｌ１は形状記憶アクチュエータ６の放熱特性を示した図であり、レンズ筺体２の熱伝導率向上など放熱能力が高くなると、破線Ｌ２に示すようにより早く形状記憶アクチュエータ６の温度が低下させ、結果としてより早くレンズホルダ４を変位させることが可能となる。

前述において、形状記憶アクチュエータ６はよく知られている形状記憶合金や高分子アクチュエータであってよい。また、レンズホルダを支える梁は例えば図８（ｂ）に示すレンズホルダ４のレンズホルダ接触面１５近傍で梁１２ｄとが一体となった構造でも良い。

実施形態２について説明する。
実施形態２は、実施形態１の放熱手段が異なるものである。以下、実施形態１と異なる構造を説明する。

実施形態２は図２に示す実施形態１の金属ピン５と板ばね３が熱的に接続されるため、実施例１では図６の実線Ｌ１に示す形状記憶アクチュエータ６の温度の時間応答特性であった形状記憶アクチュエータ６は、従来の金属ピン５を介して印刷配線基板１のみからの放熱手段に加えて、発生する熱を金属ピン５を介して良熱電導体の板ばね３へ熱伝導放熱することにより放熱特性が向上し、結果と図６の破線Ｌ２に示すようにアクチュエータの応答速度が向上する。なお、板ばね３に伝わった熱は外気と接触して放熱される。

なお、金属ピン５と板ばね３との接続は、例えば板ばねの絶縁膜や電気絶縁性放熱グリスを介して行うため、実施例１とほぼ同一の小型化と良好な応答速度を両立する特徴がある。

実施形態３について説明する。
実施形態３は、実施形態１および実施例２のアクチュエータが異なるものである。実施例３は例えば配置・外観はほぼ実施例１の図１と同一であるが、形状記憶アクチュエータ６がイオン伝導高分子アクチュエータなどの電圧印加で発生する電界により膨張・収縮するアクチュエータであり、その特性上発熱量が小さく、放熱を考慮する必要が少ないという特徴がある。

実施形態４について説明する。
実施形態４は、実施形態１および実施例２のカメラモジュールにおいて、前記アクチュエータの配置が異なるものである。以下実施形態１および実施形態２と異なる配置について説明する。

図７（ａ）と図７（ｂ）はそれぞれ実施形態１と実施形態４の説明のため、前記板ばねを除いて表記したカメラモジュールである。実施例１ではレンズホルダを支える梁１２ａはレンズホルダ外周に形成され、実施例１２ｂではレンズホルダ上部のレンズホルダ接触面１５を有する環状部分の外周に形成されている。そのため前記形状記憶アクチュエータ６とそれに伴う金属ピン５は、実施形態１および実施形態２の配置と比べ、よりレンズ７中心に配置されるため小型化することが可能であるという特徴がある。また、前記レンズホルダは図７（ａ）と図７（ｂ）とに示すように、レンズホルダを支える梁１２ｃ，１２ｄがホルダ内部に配置された構造でも良い。これにより前記形状記憶アクチュエータ６とそれに伴う金属ピン５は、前記配置と比べ、よりレンズ７中心に配置され小型化することが可能である特徴がある。

なお、レンズホルダを支える梁は例えば図８（ａ）に示すレンズホルダ４のレンズホルダ接触面１５近傍で梁１２ｃとが一体となった構造でも良い。

実施形態５について説明する。
実施形態５は、実施形態１の形状記憶アクチュエータ６の固定法が異なるものである。以下、実施形態１と異なる点を説明する。図１２は実施形態５において、図３同様の水平断面を示した図である。図１２に示す実施形態５は、形状記憶アクチュエータ６と金属ピン５との電気・熱的な接続を導電性の板や接着剤１６等の導電性物質を介して行う。それにより、実施例５では金属ピン５と形状記憶アクチュエータ６とが接する必要がなくなるため、例えば本実施例５では金属ピン５の位置が実施形態１に比べてよりレンズ中心に近い配置とするなどそれぞれ部品の配置の自由度が向上する特徴がある。

実施形態６について説明する。
実施形態６は、実施形態１のレンズホルダ４またはレンズホルダ４とレンズ筐体２の材料が異なるものである。以下、実施形態１と異なる点を説明する。実施例６はレンズホルダ４またはレンズホルダ４とレンズ筐体２が例えば、一般的な樹脂よりも熱伝導率が２桁程度高いアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）やシリカ（ＳｉＯ₂）のような無機セラミックスのフィラー粉末を添加した高熱伝導率かつ電気絶縁性の材料であり、梁１２ａは形状記憶アクチュエータ６の中央部の最も高温となる領域と接触・熱伝導するため効率的にレンズホルダ４に熱伝導が可能となる。同様に、レンズ筐体２も形状記憶アクチュエータ６からの発熱を熱伝導により放熱するため、応答速度が向上する特徴がある。

実施形態７について説明する。
実施形態７は、実施形態１の形状記憶アクチュエータ６が形状記憶合金である。形状記憶合金は図９に示すように、しきい値電流Ｉ_th1およびＩ_th2を境に駆動電流に依存して大きな長さ変化が発生する。そのため、図１０（ａ）に示す形状記憶合金を用いた形状記憶アクチュエータ６の両端を固定し、アクチュエータ中央にレンズホルダの支持梁１２ａを配置するＶ字型のアクチュエータの構造では、電流印加により形状記憶アクチュエータ６の長さが減少するのに伴い、レンズホルダの支持梁１２ａの位置の変位は長さ減少率に対して図１０（ｂ）のＬ３の実線に示す特性となる。これらの特性から、形状記憶合金を用いたアクチュエータは駆動電流がしきい値Ｉ_th1を超えると、アクチュエータの変位が大きく増える特徴がある。また、形状記憶合金は電流を通電加熱することにより長さ減少を起こし、放熱することにより元の長さに戻るタイプのアクチュエータである。そのため、図１１に示すようにアクチュエータの長さに依存してアクチュエータに蓄えられる熱量が増えるために放熱に要する時間が増大し、応答速度が遅くなる。一方、アクチュエータの長さに依存して変位量は増大する。そのため、速度と変位量とは相反の関係となり、必要変位量を満たすアクチュエータ長であればできるだけ短いアクチュエータの方が放熱時のアクチュエータの速度が速くなり、結果として小型化できる特徴がある。

実施形態８について説明する。
実施形態８は、実施形態７の形状記憶アクチュエータ６が通電加熱タイプの高分子アクチュエータであり、基本的な特性は同一である。以下、実施形態７と異なる点を説明する。通電加熱タイプの高分子アクチュエータは導電性の高分子から成り立っており、流れる電流値に依存して膨張する。そのため、図７に示す形状記憶アクチュエータのような線状の形態では、電流値に依存した長さ増加が発生する。そのため、駆動電流値に対するアクチュエータの変位は、実施例７に記載の形状記憶合金とアクチュエータの変位方向が逆となり、図１０のＬ４に示す破線に示す歪とアクチュエータの変位の関係となる特徴がある。また高分子アクチュエータは塗布技術により作成が可能であるため、任意の形状を低コストにできる特徴がある。

１印刷配線基板
２レンズ筐体
２ａ形状記憶ワイヤ挿入孔
３板ばね
４レンズホルダ
５金属ピン
６形状記憶アクチュエータ
７レンズ
８フィルタ
９撮像素子
１０金属ピンと形状記憶アクチュエータの接触点
１１形状記憶合金の変形用の溝
１１ａ金属ピン挿入孔
１１ｂ変形溝
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ梁
１３ハンダ
１４板ばね接触部
１５レンズホルダ接触面
１６導電性接着剤

Claims

カメラ筐体と、この筐体の中央に形成された軸にスライド移動可能に取り付けられるレンズホルダと、前記レンズホルダを常時押すように取り付けた板ばねと、前記レンズホルダを支え、前記レンズホルダの周囲に形成されたレンズホルダの支持梁と、前記筐体の一側部の両端部に端子が位置し前記レンズホルダに加わる前記板バネによる力に抗して押し上げ、Ｖ字形状となるように取り付けられた通電加熱タイプの熱膨張・収縮するアクチュエータを用いた作動手段と、片端面が円錐状に面取りされた導電性の金属ピンとから成り立ち、前記カメラ筐体に形成された円筒形状の穴部に金属ピンを挿入し、前記アクチュエータと接触し、さらに予圧することにより金属ピンとアクチュエータとの電気的な接触と前記アクチュエータを前記筐体に固定することを特徴とするカメラモジュール。
請求項１に記載のカメラモジュールにおいて、前記金属ピンの一端は印刷配線基板上に形成された電気配線パターンとハンダ等の接着剤を介して電気的に接続されることを特徴とするカメラモジュール。
請求項１又は請求項２に記載のカメラモジュールにおいて、前記アクチュエータは例えばイオン伝導高分子アクチュエータなどの電圧駆動タイプであることを特徴とするカメラモジュール。
請求項１又は請求項２に記載のカメラモジュールにおいて、前記金属ピンの一端は上記板ばねと熱的に接続され、前記アクチュエータで発生した熱は前記金属ピンを介して、前記板ばねに熱伝導される、放熱することを特徴とするカメラモジュール。
請求項１又は請求項２に記載のカメラモジュールにおいて、前記レンズホルダの支持梁をレンズホルダの上面に配置し、前記アクチュエータをレンズ中心付近に配置することを特徴とするカメラモジュール。
請求項１又は請求項２に記載のカメラモジュールにおいて、前記アクチュエータと前記金属ピンとの電気的な接続を導電性の接着剤等の導電性物質を介して行うことを特徴とするカメラモジュール。
請求項１又は請求項２に記載のカメラモジュールにおいて、前記レンズホルダまたは前記レンズホルダと前記レンズ筐体が電気的に絶縁でアクチュエータから発生した熱を熱伝導し放熱することを特徴とするカメラモジュール。
請求項１又は請求項２に記載のカメラモジュールにおいて、前記アクチュエータに形状記憶合金を用いることを特徴とするカメラモジュール。
請求項１又は請求項２に記載のカメラモジュールにおいて、前記アクチュエータに通電過熱タイプの高分子アクチュエータを用いることを特徴とするカメラモジュール。