JP7144709B2 - 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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Description
光軸方向に移動するレンズホルダーを収容するステージを備える光学素子駆動装置であって、
前記ステージに配置され、対称的形状の一対のアームを有する共振部と、前記共振部を挟持する圧電素子と、前記圧電素子を挟持する電極と、を備える超音波モーターと、
夫々が硬質材料からなり、前記一対のアームに夫々外側から当接する内面を有する一対のプレートと、前記レンズホルダーに設けられ、前記一対のプレートの前記内面とは反対側の外面を押圧することにより前記一対のプレートを付勢して前記一対のアームに押し付ける一対の支持部材と、を有し、前記超音波モーターの駆動力を前記レンズホルダーに伝達する一対の動力伝達部と、を有する。
上記の光学素子駆動装置と、
前記レンズホルダーに装着されるレンズ部と、
前記レンズ部により結像された被写体像を撮像する撮像部と、を備える。
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。
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ともに、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。
OIS固定部20は、OIS支持部40を介してOIS可動部10が接続される部分である。OIS固定部20は、ベース21を含む。
OIS可動部10は、OIS固定部20に対して光軸方向に離間して配置され、OIS支持部40を介してOIS固定部20と連結される。また、OIS可動部10とOIS固定部20は、OIS用付勢部材50によって、互いに近づく方向に付勢されている。本実施の形態では、OIS用付勢部材50は、光学素子駆動装置1の平面視における四隅に配置されている。
また、OIS可動部10のAF可動部11において、磁気センサー25Zに対向する位置にはマグネット16Zが配置される(図10参照)。磁気センサー25Z及びマグネット16Zからなる位置検出部により、AF可動部11のZ方向の位置が検出される。なお、マグネット16X、16Y、16Zと磁気センサー25X、25Y、25Zに代えて、フォトリフレクター等の光センサーによりOIS可動部10のX方向及びY方向の位置並びにAF可動部11のZ方向の位置を検出するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、OIS用付勢部材50は、AF駆動ユニット14及び第1のOIS駆動ユニット30Xへの給電ラインとして機能する。
また、OIS支持部40は、OIS可動部10において、第1ステージ12と第2ステージ13の間に介在する3個のX方向基準ボール42A~42Cを含む(図8等参照)。
本実施の形態では、Y方向基準ボール41A~41C及びX方向基準ボール42A~42C(計6個)の転動可能な方向を規制することにより、OIS可動部10をXY面内で精度よく揺動できるようになっている。なお、OIS支持部40を構成するY方向基準ボール及びX方向基準ボールの数は、適宜変更することができる。
第1のOIS駆動ユニット30X及び第2のOIS駆動ユニット30Yは、超音波モーターで構成される。第1のOIS駆動ユニット30Xは、第1ステージ12のX方向に沿うOISモーター固定部124に固定される(図9参照)。第2のOIS駆動ユニット30Yは、Y方向に沿って延在するように、ベース21のOISモーター固定部215に固定される。すなわち、第1のOIS駆動ユニット30X及び第2のOIS駆動ユニット30Yは、互いに直交する辺に沿って配置されている。
OIS電極33は、OIS共振部31及びOIS圧電素子32を挟持し、OIS圧電素子32に電圧を印加する。第1のOIS駆動ユニット30XのOIS電極33は、第1ステージ12の配線17Aと電気的に接続され、第2のOIS駆動ユニット30YのOIS電極33は、ベース21の端子金具23Cと電気的に接続される。
以下において、光学素子駆動装置1の平面形状である矩形において、AF駆動ユニット14が配置される辺を「第1の辺」、第1のOIS駆動ユニット30Xが配置される辺を「第2の辺」、第2のOIS駆動ユニット30Yが配置される辺を「第3の辺」、残りの一辺を「第4の辺」と称する。
また、X方向基準ボール42A~42Cは、第2ステージ13のX方向基準ボール保持部133A~133Cと第1ステージ12のX方向基準ボール保持部123A~123Cにより、多点接触で挟持される。したがって、X方向基準ボール42A~42Cは、安定してX方向に転動する。
AF電極143は、AF共振部141及びAF圧電素子142を挟持し、AF圧電素子142に電圧を印加する。
一方、第2のZ方向基準ボール15Bは、図14A、図14Bに示すように、AF可動部11及び第1ステージ12の第2のZ方向基準ボール保持部112b、122bによって挟持され、光軸直交方向における移動が許容されている。これにより、AF可動部11及び第1ステージ12の寸法公差を吸収できるとともに、AF可動部11が移動する際の安定性を向上できる。
AF駆動ユニット14と第1のZ方向基準軸Z1及び第2のZ方向基準軸Z2、すなわちAF駆動ユニット14とAF支持部15の位置を近づけることで、支持位置に対する回転モーメントが抑制されるので、AF可動部11の移動動作が安定する。例えば、何らかの摩擦抵抗が生じた場合であっても、AF可動部11に傾きは生じにくく、光軸方向に真っ直ぐに移動させることができる。
すなわち、AF可動部11の結像側ストッパー112fは、第1ステージ12の結像側ストッパー122fよりも、基準状態において光軸方向結像側に位置し、Z方向基準ボール15A、15Bの下端(以下、「ボール下端」と称する)から離間している。AF可動部11の結像側ストッパー112fとボール下端との離間距離は、AF可動部11の移動ストロークの最大値よりも大きく設定される。
また、第1ステージ12の受光側ストッパー122eは、Z方向基準ボール15A、15Bの上端(以下、「ボール上端」と称する)から離間している。第1ステージ12の受光側ストッパー122eとボール上端との離間距離は、AF可動部11の移動に伴うZ方向基準ボール15A、15Bの移動変位の最大値(AF可動部11の最大移動ストロークよりも小さい)よりも大きく設定される。
Z方向基準ボール15A、15Bは、基準状態において、例えば、AF可動部11の受光側ストッパー112eと第1ステージ12の結像側ストッパー122fとによって挟持される。
これにより、AF可動部11が移動する際、AF可動部11の結像側ストッパー112fはボール下端に到達しないので、第1のZ方向基準ボール15A及び第2のZ方向基準ボール15Bは、滑りを生じることなく転動する。AF可動部11及び第1ステージ12とZ方向基準ボール15A、15Bとの間の摩擦は、滑り摩擦ではなく転がり摩擦となり、AF可動部11は滑らかに移動するので、AF可動部11の移動動作の安定性をさらに向上することができる。また、受光側ストッパー112e、122e及び結像側ストッパー112f、122fを設けることで、粉塵等の異物の侵入を抑制でき、Z方向基準ボール15A、15Bの転動が異物によって阻害されるのを防止できる。
一方、X方向基準ボール42Cは、図15Cに示すように、第2ステージ13及び第1ステージ12のX方向基準ボール保持部133C、123Cによって、Y方向における移動が許容されている。これにより、第2ステージ13及び第1ステージ12の寸法公差を吸収できるとともに、OIS可動部10がX方向に移動する際の安定性を向上できる。
なお、X方向基準ボール42A~42Cには、OIS用付勢部材50によってZ方向に予圧が加えられている。
一方、Y方向基準ボール41Cは、図16Cに示すように、ベース21及び第2ステージ13のY方向基準ボール保持部217C、134Cによって、X方向における移動が許容されている。これにより、ベース21及び第2ステージ13の寸法公差を吸収できるとともに、OIS可動部10がY方向に移動する際の安定性を向上できる。
なお、X方向基準ボール42A~42Cには、OIS用付勢部材50によってZ方向に予圧が加えられている。
AF駆動ユニット14は、振動運動を直線運動に変換する超音波モーターで構成され、AF可動部11に直線運動を伝達するように矩形の第1の辺に配置される。
AF支持部15は、第1のZ方向基準ボール15A(第1基準ボール)及び第2のZ方向基準ボール15B(第2基準ボール)と、第1のZ方向基準ボール15A及び第2のZ方向基準ボール15Bを介してAF可動部11を第1ステージ12に付勢する板バネ181(第1付勢部材及び第2付勢部材)と、を有する。
AF可動部11及び第1ステージ12は、AF可動部11の円形の開口118の中心Oよりも第1の辺側に、光軸方向に沿って形成され第1のZ方向基準ボール15A及び第2のZ方向基準ボール15Bをそれぞれ収容する第1のZ方向基準ボール保持部112a、122a(第1基準ボール保持部)及び第2のZ方向基準ボール保持部112b、122b(第2基準ボール保持部)を有し、AF駆動ユニット14は、周方向において第1のZ方向基準ボール15A及び第2のZ方向基準ボール15Bの間に位置する。
また、AF駆動ユニット14のアーム部141bが光軸方向に延在してAF動力伝達部144により挟持されており、AF駆動ユニット14の駆動力がAF可動部11に最大限に伝達されるので、AF可動部11を移動させる駆動力を効率よく得ることができる。その上、AF駆動ユニット14とAF支持部15の位置を近づけることで、支持位置に対する回転モーメントが抑制されるので、AF可動部11の移動動作が安定する。したがって、光学素子駆動装置1の駆動性能が格段に向上する。
スマートフォンMのように、光学素子駆動装置1を有するカメラモジュールAを近接して配置しても磁気的な影響はないので、デュアルカメラ用として極めて好適である。
実施の形態でも述べたように、AF駆動ユニット14のAF動力伝達部144(受動要素)の構造は適宜任意に変更可能である。実施の形態では、図19A、図19Bに示すように、AF動力伝達部144が板バネ144bを有しており、自身の付勢機能により、AF共振部141とAF動力伝達部144の当接状態が保持されている。この場合、光軸方向におけるAF可動部11の移動に伴い、板バネ144bによる付勢荷重が変化する。例えば、AF可動部11が光軸方向結像側に変位すると、板バネ144bによる付勢荷重が大きくなり、逆にAF可動部11が光軸方向受光側に変位すると、板バネ144bによる付勢荷重が小さくなる。そのため、AF共振部141からAF動力伝達部144に所定の動力を伝達するためには、板バネ144bの剛性を高くする等の工夫が必要となる。変形例1では、AF可動部11の変位にかかわらず、AF共振部141に対するAF動力伝達部の付勢荷重が一定となるように改善されている。
プレート61は、AF共振部141の取付け状態(取付け位置の個体差)に追従できるように、AF可動部11に固定されていればよく、接着されなくてもよいし、弾性変形可能な軟質接着剤(例えば、シリコーンゴム)で接着されていてもよい。
変形例1では、付勢部材62は、例えば、板金加工により形成されており、バネ部621は連結部622から延在する板バネで構成されている。具体的には、バネ部621の板バネは、連結部622の下部からZ方向-側に延在し、外側にヘアピン状に折り返すとともにZ方向に対して内側に傾斜させることにより形成されている。
なお、付勢部材62の構成は一例であり、適宜変更可能である。例えば、図19A等に示すAF動力伝達部144の構成を適用してもよい。また、コイルばねや硬質ゴムなどの弾性体を適用してもよい。
また、実施の形態のようにAF動力伝達部144がバネ機能を兼ねている場合、剛性の高い材質を適用することが困難であるが、変形例1では、プレート61の剛性を高めることが容易である。また、実施の形態に比較して、AF共振部141からAF可動部11への動力伝達経路が短い。したがって、AF共振部141からAF可動部11への動力伝達効率を向上することができる。
さらに、プレート61は、表面が平坦であるため、任意の表面処理を適切に行うことができる。例えば、表面に、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)やセラミックなどのコーティング層を形成した場合、耐摩耗性を格段に向上する。
これにより、2つのバネ部621による付勢力が釣り合った状態でAF駆動ユニット14が保持されるので、左右のプレート61に対して均一な付勢力を容易に作用させることができる。
これにより、AF駆動ユニット14の取付状態に応じて容易に追従して調心が行われるので、動作の安定性がさらに向上する。
図25は、変形例2に係るOIS可動部10を光軸方向受光側から見た平面図である。図26は、変形例2に係るOIS可動部10の分解斜視図である。なお、図25、26では、第2ステージ13を省略している。図27A、図27Bは、変形例2に係るAF可動部11及び第1ステージ12の平面図である。図28A、図28Bは、変形例2に係るOIS可動部10の横断面及び縦断面の拡大図である。図28Aは、図28BのC-C矢視断面図であり、図28Bは、図25のB-B矢視断面図である。図29A、図29Bは、AF支持部15の配置を示す拡大図である。
なお、実施の形態及び変形例1に示す光学素子駆動装置1と同一又は対応する構成要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
変形例2では、突出部117A、117Bは、実施の形態における突出部112A、112BのZ方向基準ボール15A、15Bを収容する機能と、変形例1におけるプレート収容部116のプレート61を収容する機能を兼用している。
また、AF支持部15(第1支持部)は、AF駆動ユニット14(Z方向駆動部)の延在方向において、AF駆動ユニット14を挟んだ両側2箇所に配置され、付勢部18(第1付勢部)は、一方のAF支持部15側に配置されている。
AF可動部11を光軸方向に移動させる場合、AF駆動ユニット14の駆動力を受ける力点(AF共振部141とAF動力伝達部144との接触点)から回転軸(第1のZ方向基準ボール15Aの中心)までの距離に応じて、AF可動部11にモーメントが生じるため、AF可動部11はモーメントを相殺しうる予圧で第1ステージ12に押し付けられる必要がある。
実施の形態及び変形例1では、第1ステージ12に対してAF可動部11を2箇所で支持する構成となっているため、外部からの力を分散して受けることができるが、力点から回転軸までの距離を小さくしてモーメントを減少させ、予圧を小さくするには限界がある。
これにより、実施の形態及び変形例1に比較して、AF駆動ユニット14の駆動力を受ける力点から回転軸までの距離を小さくしやすく、モーメントを減少させて予圧を小さくすることができる。また、第2のZ方向基準ボール15Bが予圧ボールとして機能し、実施の形態における第1及び第2予圧ボール15C、15Dが不要となるので、転がり抵抗を小さくすることができる。したがって、AF駆動ユニット14の駆動効率が向上し、大口径レンズ用の光学素子駆動装置としても好適なものとなる。また、予圧が同じであれば、チルト耐性が向上することになる。
これにより、第2のZ方向基準ボール15Bを介して、直交する2方向であるX方向及びY方向にAF可動部11が押し付けられるので、光軸直交面内における姿勢を安定させることができる。
これにより、実施の形態及び変形例1に比較して、第1のZ方向基準ボール15A及び第2のZ方向基準ボール15Bの転がり抵抗を小さくすることができ、AF駆動ユニット14の駆動効率がさらに向上する。
さらに、AFユニットの支持構造は、AF駆動ユニット14のように駆動源が超音波モーターで構成されている場合に限らず、超音波モーター以外の駆動源(例えば、ボイスコイルモーター(VCM))を備える光学素子駆動装置にも適用することができる。
10 OIS可動部(第2可動部)
11 AF可動部(第1可動部)
12 第1ステージ(第1固定部)
13 第2ステージ
14 AF駆動ユニット(Z方向駆動部)
141 AF共振部(能動要素)
142 AF圧電素子
143 AF電極
144 AF動力伝達部(受動要素)
15 AF支持部(第1支持部)
15A 第1のZ方向基準ボール(第1基準ボール)
15B 第2のZ方向基準ボール(第2基準ボール)
18 付勢部(第1付勢部)
181 板バネ(弾性部材)
182 スペーサー
20 OIS固定部(第2固定部)
21 ベース
30 OIS駆動ユニット(XY方向駆動部)
31 OIS共振部(能動要素)
32 OIS圧電素子(能動要素)
33 OIS電極
34 OIS動力伝達部(受動要素)
40 OIS支持部(第2支持部)
50 OIS用付勢部材
61 プレート(受動要素)
62 付勢部材
112a、122a 第1のZ方向基準ボール保持部(第1基準ボール保持部)
112b、122b 第2のZ方向基準ボール保持部(第2基準ボール保持部)
A カメラモジュール
M スマートフォン(カメラ搭載装置)
Claims (5)
- 光軸方向に移動するレンズホルダーを収容するステージを備える光学素子駆動装置であって、
前記ステージに配置され、対称的形状の一対のアームを有する共振部と、前記共振部を挟持する圧電素子と、前記圧電素子を挟持する電極と、を備える超音波モーターと、
夫々が硬質材料からなり、前記一対のアームに夫々外側から当接する内面を有する一対のプレートと、前記レンズホルダーに設けられ、前記一対のプレートの前記内面とは反対側の外面を押圧することにより前記一対のプレートを付勢して前記一対のアームに押し付ける一対の支持部材と、を有し、前記超音波モーターの駆動力を前記レンズホルダーに伝達する一対の動力伝達部と、を有する、
光学素子駆動装置。 - 前記超音波モーターの前記共振部は、前記一対のアームの間に固定部を有し、前記超音波モーターは、前記固定部により前記ステージに固定される、
請求項1に記載の光学素子駆動装置。 - 前記固定部は、端部が給電経路に接続される通電部である、
請求項2に記載の光学素子駆動装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の光学素子駆動装置と、
前記レンズホルダーに装着されるレンズ部と、
前記レンズ部により結像された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。 - 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4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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