KR20220161314A - 광학 소자 구동 장치, 카메라 모듈, 및 카메라 탑재 장치 - Google Patents

광학 소자 구동 장치, 카메라 모듈, 및 카메라 탑재 장치 Download PDF

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Abstract

외부 자기의 영향을 저감시킬 수 있음과 함께, 소형화 및 저배화를 도모할 수 있는 광학 소자 구동 장치, 카메라 모듈 및 카메라 탑재 장치를 제공한다.
광학 소자 구동 장치(1)는, 제1 고정부(12)와, 제1 고정부의 직경 방향 내측에 배치되는 제1 가동부(11)와, 제1 고정부와 제1 가동부의 사이에 개재하여 제1 고정부에 대하여 제1 가동부를 지지하는 제1 지지부(15)와, 진동을 직선 운동으로 변환하는 초음파 모터를 갖고, 직선 운동에 의하여 제1 가동부를 광축 방향으로 이동시키는 Z방향 구동부(14)와, 제1 고정부에 배치되며, 제1 가동부를 향하여 제1 지지부를 부세하는 제1 부세부(18)를 구비한다. 제1 부세부는, 제1 지지부를 부세하는 탄성 부재(181)와, 탄성 부재와 제1 지지부의 사이에 배치되는 스페이서(182)를 갖는다.

Description

광학 소자 구동 장치, 카메라 모듈, 및 카메라 탑재 장치
본 발명은, 광학 소자 구동 장치, 카메라 모듈, 및 카메라 탑재 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스마트폰 등의 휴대 단말에는, 소형의 카메라 모듈이 탑재되어 있다. 이와 같은 카메라 모듈에는, 피사체를 촬영할 때의 초점 맞춤을 자동적으로 행하는 오토 포커스 기능(이하 「AF 기능」이라고 칭한다, AF: Auto Focus) 및 촬영 시에 발생하는 흔들림(진동)을 광학적으로 보정하여 화상의 흐트러짐을 경감시키는 흔들림 보정 기능(이하 「OIS 기능」이라고 칭한다, OIS: Optical Image Stabilization)을 갖는 광학 소자 구동 장치가 적용된다(예를 들면 특허문헌 1).
AF 기능 및 OIS 기능을 갖는 광학 소자 구동 장치는, 렌즈부를 광축 방향으로 이동시키기 위한 오토 포커스 구동 유닛(이하 「AF 구동 유닛」이라고 칭한다)과, 렌즈부를 광축 방향에 직교하는 평면 내에서 요동(搖動)시키기 위한 흔들림 보정 구동 유닛(이하 「OIS 구동 유닛」이라고 칭한다)을 구비한다. 특허문헌 1에서는, AF 구동 유닛 및 OIS 구동 유닛에, 보이스 코일 모터(VCM)가 적용되어 있다.
또, 최근에는, 복수(전형적으로는 2개)의 광학 소자 구동 장치를 갖는 카메라 모듈의 실용화가 진행되고 있다(이른바 듀얼 카메라). 듀얼 카메라는, 초점 거리가 상이한 2매의 화상을 동시에 촬상할 수 있거나, 정지 화상과 동영상을 동시에 촬상할 수 있거나 하는 등, 이용 신에 따라 다양한 가능성을 갖고 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2013-210550호 특허문헌 2: 국제 공개공보 제2015/123787호
그러나, 특허문헌 1과 같이, VCM을 이용한 광학 소자 구동 장치는, 외부 자기의 영향을 받기 때문에, 고정밀도의 동작이 손상될 우려가 있다. 특히, 광학 소자 구동 장치가 병치
Figure pct00001
되는 듀얼 카메라에 있어서는, 광학 소자 구동 장치 사이에서 자기 간섭이 발생할 가능성이 높다.
한편, 특허문헌 2에는, AF 구동 유닛 및 OIS 구동 유닛에 초음파 모터를 적용한 광학 소자 구동 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 2에 개시된 광학 소자 구동 장치는, 마그넷리스이기 때문에 외부 자기의 영향을 저감시킬 수 있지만, 구조가 복잡하여, 소형화 및 저배화(低背化)를 도모하는 것이 곤란하다.
본 발명의 목적은, 소형화 및 저배화를 도모할 수 있음과 함께, 구동 성능을 향상시킬 수 있는 광학 소자 구동 장치, 카메라 모듈 및 카메라 탑재 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 광학 소자 구동 장치는,
제1 고정부와,
상기 제1 고정부의 직경 방향 내측에 배치되는 제1 가동부와,
상기 제1 고정부와 상기 제1 가동부의 사이에 개재하여, 상기 제1 고정부에 대하여 상기 제1 가동부를 지지하는 지지부와,
진동을 직선 운동으로 변환하는 초음파 모터를 갖고, 상기 직선 운동에 의하여 상기 제1 가동부를 광축 방향으로 이동시키는 Z방향 구동부와,
상기 제1 고정부에 배치되며, 상기 제1 가동부를 향하여 상기 제1 지지부를 부세하는 제1 부세부를 구비하고,
상기 제1 부세부는, 상기 지지부를 부세하는 탄성 부재와, 상기 탄성 부재와 상기 지지부의 사이에 배치되는 스페이서를 갖는다.
본 발명에 관한 카메라 모듈은,
상기의 광학 소자 구동 장치와,
상기 가동부에 장착되는 광학 소자와,
상기 광학 소자에 의하여 결상된 피사체상(像)을 촬상하는 촬상부를 구비한다.
본 발명에 관한 카메라 탑재 장치는,
정보 기기 또는 수송 기기인 카메라 탑재 장치로서,
상기의 카메라 모듈과,
상기 카메라 모듈에서 얻어진 화상 정보를 처리하는 화상 처리부를 구비한다.
본 발명에 의하면, 광학 소자 구동 장치, 카메라 모듈 및 카메라 탑재 장치의 소형화 및 저배화를 도모할 수 있음과 함께, 구동 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1a, 도 1b는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 카메라 모듈을 탑재하는 스마트폰을 나타내는 도이다.
도 2는, 카메라 모듈의 외관 사시도이다.
도 3a, 도 3b는, 실시형태에 관한 광학 소자 구동 장치의 외관 사시도이다.
도 4는, 실시형태에 관한 광학 소자 구동 장치의 분해 사시도이다.
도 5는, 실시형태에 관한 광학 소자 구동 장치의 분해 사시도이다.
도 6은, 베이스의 배선 구조를 나타내는 평면도이다.
도 7a, 도 7b는, OIS 구동 유닛의 사시도이다.
도 8은, OIS 가동부의 분해 사시도이다.
도 9는, OIS 가동부의 분해 사시도이다.
도 10은, OIS 가동부의 분해 사시도이다.
도 11a, 도 11b는, AF 구동 유닛의 사시도이다.
도 12는, AF 가동부 및 OIS 가동부가 이동할 때의 기준축을 나타내는 도이다.
도 13a, 도 13b는, 제1 Z방향 기준축을 나타내는 도이다.
도 14a, 도 14b는, 제2 Z방향 기준축을 나타내는 도이다.
도 15a~도 15c는, 제1 및 제2 X방향 기준축을 나타내는 도이다.
도 16a~도 16c는, 제1 및 제2 Y방향 기준축을 나타내는 도이다.
도 17은, OIS 동력 전달부의 일례를 나타내는 도이다.
도 18a, 도 18b는, 볼 수용부의 폐색 양태의 일례를 나타내는 도이다.
도 19a, 도 19b는, AF 동력 전달부의 일례를 나타내는 도이다.
도 20은, 제2 Z방향 기준 볼의 일례를 나타내는 도이다.
도 21은, 변형예 1에 관한 AF 구동 유닛의 사시도이다.
도 22는, 변형예 1에 관한 AF 구동 유닛의 분해 사시도이다.
도 23a는 변형예 1에 관한 AF 구동 유닛의 상면도, 도 23b는 측면도, 도 23c는 도 23a의 A-A 화살표 방향에서 보았을 때의 단면도이다.
도 24a, 도 24b는, 변형예 1에 관한 OIS 구동 유닛의 사시도이다.
도 25는, 변형예 2에 관한 OIS 가동부를 광축 방향 수광 측에서 본 평면도이다.
도 26은, 변형예 2에 관한 OIS 가동부의 분해 사시도이다.
도 27a, 도 27b는, 변형예 2에 관한 AF 가동부 및 제1 스테이지의 평면도이다.
도 28a, 도 28b는, 변형예 2에 관한 OIS 가동부의 횡단면 및 종단면의 확대도이다.
도 29a, 도 29b는, AF 가동부의 제1 스테이지에 대한 부세 양태를 나타내는 도이다.
도 30a, 도 30b는, 차재용 카메라 모듈을 탑재하는 카메라 탑재 장치로서의 자동차를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다.
도 1a, 도 1b는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 카메라 모듈(A)을 탑재하는 스마트폰(M)(카메라 탑재 장치의 일례)을 나타내는 도이다. 도 1a는 스마트폰(M)의 정면도이며, 도 1b는 스마트폰(M)의 배면도이다.
스마트폰(M)은, 2개의 배면 카메라(OC1, OC2)로 이루어지는 듀얼 카메라를 갖는다. 본 실시형태에서는, 배면 카메라(OC1, OC2)에, 카메라 모듈(A)이 적용되어 있다.
카메라 모듈(A)은, AF 기능 및 OIS 기능을 구비하고, 피사체를 촬영할 때의 초점 맞춤을 자동적으로 행함과 함께, 촬영 시에 발생하는 흔들림(진동)을 광학적으로 보정하여 상 흔들림이 없는 화상을 촬영할 수 있다.
도 2는, 카메라 모듈(A)의 외관 사시도이다. 도 3a, 도 3b는, 실시형태에 관한 광학 소자 구동 장치(1)의 외관 사시도이다. 도 3b는, 도 3a를 Z축 둘레로 180° 회전한 상태를 나타낸다. 도 2, 도 3a 및 도 3b에 나타내는 바와 같이, 실시형태에서는, 직교 좌표계(X, Y, Z)를 사용하여 설명한다. 후술하는 도면에 있어서도 공통의 직교 좌표계(X, Y, Z)로 나타내고 있다.
카메라 모듈(A)은, 예를 들면, 스마트폰(M)으로 실제로 촬영이 행해지는 경우에, X방향이 상하 방향(또는 좌우 방향), Y방향이 좌우 방향(또는 상하 방향), Z방향이 전후 방향이 되도록 탑재된다. 즉, Z방향이 광축 방향이며, 도면 중 상측(+Z측)이 광축 방향 수광 측, 하측(-Z측)이 광축 방향 결상 측이다. 또, Z축에 직교하는 X방향 및 Y방향을 「광축 직교 방향」이라고 칭하고, XY면을 「광축 직교면」이라고 칭한다.
도 2, 도 3a 및 도 3b에 나타내는 바와 같이, 카메라 모듈(A)은, AF 기능 및 OIS 기능을 실현하는 광학 소자 구동 장치(1), 원통 형상의 렌즈 배럴에 렌즈가 수용되어 이루어지는 렌즈부(2), 및 렌즈부(2)에 의하여 결상된 피사체상을 촬상하는 촬상부(3) 등을 구비한다. 즉, 광학 소자 구동 장치(1)는, 광학 소자로서 렌즈부(2)를 구동하는, 이른바 렌즈 구동 장치이다.
촬상부(3)는, 광학 소자 구동 장치(1)의 광축 방향 결상 측에 배치된다. 촬상부(3)는, 예를 들면, 이미지 센서 기판(301), 이미지 센서 기판(301)에 실장되는 촬상 소자(302) 및 제어부(303)를 갖는다. 촬상 소자(302)는, 예를 들면, CCD(charge-coupled device)형 이미지 센서, CMOS(complementary metal oxide semiconductor)형 이미지 센서 등에 의하여 구성되고, 렌즈부(2)에 의하여 결상된 피사체상을 촬상한다. 제어부(303)는, 예를 들면, 제어 IC로 구성되고, 광학 소자 구동 장치(1)의 구동 제어를 행한다. 광학 소자 구동 장치(1)는, 이미지 센서 기판(301)에 탑재되어, 기계적으로 또한 전기적으로 접속된다. 또한, 제어부(303)는, 이미지 센서 기판(301)에 마련되어도 되고, 카메라 모듈(A)이 탑재되는 카메라 탑재 기기(실시형태에서는, 스마트폰(M))에 마련되어도 된다.
광학 소자 구동 장치(1)는, 외측이 커버(24)로 덮여 있다. 커버(24)는, 광축 방향에서 본 평면시(平面視)에서 직사각형상의 덮개가 있는 사각통체이다. 실시형태에서는, 커버(24)는, 평면시에서 정사각형상을 갖고 있다. 커버(24)는, 상면에 대략 원형의 개구(241)를 갖는다. 렌즈부(2)는, 커버(24)의 개구(241)로부터 외부에 면하고, 예를 들면, 광축 방향에 있어서의 이동에 따라, 커버(24)의 개구면보다 수광 측으로 돌출되도록 구성된다. 커버(24)는, 광학 소자 구동 장치(1)의 OIS 고정부(20)의 베이스(21)(도 4 참조)에, 예를 들면, 접착에 의하여 고정된다.
도 4, 도 5는, 실시형태에 관한 광학 소자 구동 장치(1)의 분해 사시도이다. 도 5는, 도 4를 Z축 둘레로 180° 회전한 상태를 나타낸다. 도 4는, OIS 구동 유닛(30) 및 센서 기판(22)을 장착한 상태를 나타내고, 도 5는, OIS 구동 유닛(30) 및 센서 기판(22)을 분리한 상태를 나타내고 있다.
도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 광학 소자 구동 장치(1)는, OIS 가동부(10)(제2 가동부), OIS 고정부(20)(제2 고정부), OIS 구동 유닛(30)(XY방향 구동부) 및 OIS 지지부(40)(제2 지지부)를 구비한다. OIS 구동 유닛(30)은, 제1 OIS 구동 유닛(30X)(X방향 구동 유닛) 및 제2 OIS 구동 유닛(30Y)(Y방향 구동 유닛)을 갖는다.
OIS 가동부(10)는, 흔들림 보정 시에 광축 직교면 내에서 요동하는 부분이다. OIS 가동부(10)는, AF 유닛, 제2 스테이지(13) 및 X방향 기준 볼(42A~42C)(도 8 등 참조)을 포함한다. AF 유닛은, AF 가동부(11)(제1 가동부), 제1 스테이지(12)(제1 고정부), AF 구동 유닛(14)(Z방향 구동부) 및 AF 지지부(15)(제1 지지부)를 갖는다(도 8~도 10 참조).
OIS 고정부(20)는, OIS 지지부(40)를 개재하여 OIS 가동부(10)가 접속되는 부분이다. OIS 고정부(20)는, 베이스(21)를 포함한다.
OIS 가동부(10)는, OIS 고정부(20)에 대하여 광축 방향으로 이간되어 배치되고, OIS 지지부(40)를 개재하여 OIS 고정부(20)와 연결된다. 또, OIS 가동부(10)와 OIS 고정부(20)는, OIS용 부세 부재(50)에 의하여, 서로 가까워지는 방향으로 부세되어 있다. 본 실시형태에서는, OIS용 부세 부재(50)는, 광학 소자 구동 장치(1)의 평면시에 있어서의 네 모서리에 배치되어 있다.
본 실시형태에서는, Y방향의 이동에 관해서는, AF 유닛을 포함하는 OIS 가동부(10)의 전체가 가동체로서 이동한다. 한편, X방향의 이동에 관해서는, AF 유닛만이 가동체로서 이동한다. 즉, X방향의 이동에 관해서는, 제2 스테이지(13)는, 베이스(21)와 함께 OIS 고정부(20)를 구성하고, X방향 기준 볼(42A~42C)은 OIS 지지부(40)로서 기능한다.
베이스(21)는, 예를 들면, 폴리아릴레이트(PAR), PAR을 포함하는 복수의 수지 재료를 혼합한 PAR 알로이(예를 들면, PAR/PC), 또는 액정 폴리머로 이루어지는 성형 재료로 형성된다. 베이스(21)는, 평면시에서 직사각형상의 부재이며, 중앙에 원형의 개구(211)를 갖는다.
베이스(21)는, 베이스(21)의 주면(主面)을 형성하는 제1 베이스부(212) 및 제2 베이스부(213)를 갖는다. 제2 베이스부(213)는, OIS 가동부(10)의 광축 방향 결상 측으로 돌출되는 부분, 즉, AF 가동부(11)의 돌출부(112A~112D) 및 제1 스테이지(12)의 AF 모터 고정부(125)(도 8, 도 9 참조)에 대응하여 마련되어 있다. 제2 베이스부(213)는, 흔들림 보정 시에 간섭이 발생하지 않도록, 돌출부(112A~112D) 및 AF 모터 고정부(125)보다, 평면시에 있어서 한층 크게 형성되어 있다. 제2 베이스부(213) 중, 단자 금구(23B)가 배치되는 영역에는, 일부(돌출부(112B, 112C)에 대응하는 부분)가 노출되도록 센서 기판(22)이 배치된다. 제2 베이스부(213)는, 제1 베이스부(212)에 대하여 오목하게 파여 형성되고, 이로써, AF 가동부(11)의 이동 스트로크의 확보와 광학 소자 구동 장치(1)의 저배화가 도모되고 있다.
본 실시형태에서는, 센서 기판(22)은, AF 구동 유닛(14) 및 OIS 구동 유닛(30)이 배치되어 있지 않은 영역, 즉, 베이스(21)의 평면 형상인 직사각형의 한 변(제4 변)에 대응하는 영역에 마련되어 있다. 이로써, 자기 센서(25X, 25Y, 25Z)용의 급전 라인 및 신호 라인을 집약할 수 있으며, 베이스(21)에 있어서의 배선 구조를 간략화할 수 있다(도 6 참조).
베이스(21)는, 제2 OIS 구동 유닛(30Y)이 배치되는 OIS 모터 고정부(215)를 갖는다. OIS 모터 고정부(215)는, 예를 들면, 베이스(21)의 모서리부에 마련되고, 제1 베이스부(212)로부터 광축 방향 수광 측을 향하여 돌출되어 형성되며, 제2 OIS 구동 유닛(30Y)을 지지 가능한 형상을 갖고 있다.
베이스(21)에는, 예를 들면, 인서트 성형에 의하여, 단자 금구(金具)(23A~23C)가 배치된다. 단자 금구(23A)는, AF 구동 유닛(14) 및 제1 OIS 구동 유닛(30X)으로의 급전 라인을 포함한다. 단자 금구(23A)는, 예를 들면, 베이스(21)의 네 모서리에 형성된 개구(216)로부터 노출되어, OIS용 부세 부재(50)와 전기적으로 접속된다. AF 구동 유닛(14) 및 제1 OIS 구동 유닛(30X)으로의 급전은, OIS용 부세 부재(50)를 통하여 행해진다. 단자 금구(23B)는, 자기 센서(25X, 25Y, 25Z)로의 급전 라인(예를 들면, 4개) 및 신호 라인(예를 들면, 6개)을 포함한다. 단자 금구(23B)는, 센서 기판(22)에 형성된 배선(도시 생략)과 전기적으로 접속된다. 단자 금구(23C)는, 제2 OIS 구동 유닛(30Y)으로의 급전 라인을 포함한다.
또, 베이스(21)는, OIS 지지부(40)를 구성하는 Y방향 기준 볼(41A~41C)이 배치되는 Y방향 기준 볼 지지부(217A~217C)를 갖는다(도 16a~도 16c 참조). Y방향 기준 볼 지지부(217A~217C)는, Y방향으로 뻗는 직사각형상으로 오목하게 파여 형성되어 있다. Y방향 기준 볼 지지부(217A~217C)는, 바닥면 측을 향하여 홈 폭이 좁아지도록 단면 형상이 대략 V자 형상(테이퍼 형상)으로 형성된다.
본 실시형태에서는, Y방향 기준 볼 지지부(217A, 217B)는, 베이스(21)의 제2 OIS 구동 유닛(30Y)이 배치되는 변(제3 변)에 마련되고, Y방향 기준 볼 지지부(217C)는, 센서 기판(22)이 배치되는 변(제4 변)에 마련되어 있으며, Y방향 기준 볼(41A~41C)에 의하여 OIS 가동부(10)(제2 스테이지(13))가 3점에서 지지되도록 되어 있다.
센서 기판(22)은, 자기 센서(25X, 25Y, 25Z)용의 급전 라인 및 신호 라인을 포함하는 배선(도시 생략)을 갖는다. 센서 기판(22)에는, 자기 센서(25X, 25Y, 25Z)가 실장된다. 자기 센서(25X, 25Y, 25Z)는, 예를 들면, 홀 소자 또는 TMR(Tunnel Magneto Resistance) 센서 등으로 구성되고, 센서 기판(22)에 형성된 배선(도시 생략)을 통하여, 단자 금구(23B)와 전기적으로 접속된다. 또, 센서 기판(22)에 있어서, Y방향 기준 볼 지지부(217C)에 대응하는 부분에는, 개구(221)가 마련되어 있다.
OIS 가동부(10)의 제1 스테이지(12)에 있어서, 자기 센서(25X, 25Y)에 대향하는 위치에는 마그넷(16X, 16Y)이 배치된다(도 10 참조). 자기 센서(25X, 25Y) 및 마그넷(16X, 16Y)으로 이루어지는 위치 검출부에 의하여, OIS 가동부(10)의 X방향 및 Y방향의 위치가 검출된다.
또, OIS 가동부(10)의 AF 가동부(11)에 있어서, 자기 센서(25Z)에 대향하는 위치에는 마그넷(16Z)이 배치된다(도 10 참조). 자기 센서(25Z) 및 마그넷(16Z)으로 이루어지는 위치 검출부에 의하여, AF 가동부(11)의 Z방향의 위치가 검출된다. 또한, 마그넷(16X, 16Y, 16Z)과 자기 센서(25X, 25Y, 25Z) 대신에, 포토 리플렉터 등의 광센서에 의하여 OIS 가동부(10)의 X방향 및 Y방향의 위치 및 AF 가동부(11)의 Z방향의 위치를 검출하도록 해도 된다.
OIS용 부세 부재(50)는, 예를 들면, 인장 코일 스프링으로 구성되고, OIS 가동부(10)와 OIS 고정부(20)를 연결한다. 본 실시형태에서는, OIS용 부세 부재(50)의 일단(一端)은, 베이스(21)의 단자 금구(23A)에 접속되고, 타단은, 제1 스테이지(12)의 배선(17A, 17B)에 접속되어 있다. OIS용 부세 부재(50)는, OIS 가동부(10)와 OIS 고정부(20)를 연결했을 때의 인장 하중을 받아, OIS 가동부(10)와 OIS 고정부(20)가 서로 가까워지도록 작용한다. 즉, OIS 가동부(10)는, OIS용 부세 부재(50)에 의하여, 광축 방향으로 부세된 상태(베이스(21)에 눌린 상태)에서, XY면 내에서 요동 가능하게 지지되어 있다. 이로써, OIS 가동부(10)를 덜컹거림이 없는 안정된 상태로 지지할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, OIS용 부세 부재(50)는, AF 구동 유닛(14) 및 제1 OIS 구동 유닛(30X)으로의 급전 라인으로서 기능한다.
OIS 지지부(40)는, OIS 고정부(20)에 대하여, OIS 가동부(10)를 광축 방향으로 이간한 상태로 지지한다. 본 실시형태에서는, OIS 지지부(40)는, OIS 가동부(10)(제2 스테이지(13))와 베이스(21)의 사이에 개재되는 3개의 Y방향 기준 볼(41A~41C)을 포함한다.
또, OIS 지지부(40)는, OIS 가동부(10)에 있어서, 제1 스테이지(12)와 제2 스테이지(13)의 사이에 개재되는 3개의 X방향 기준 볼(42A~42C)을 포함한다(도 8 등 참조).
본 실시형태에서는, Y방향 기준 볼(41A~41C) 및 X방향 기준 볼(42A~42C)(합계 6개)의 전동(轉動) 가능한 방향을 규제함으로써, OIS 가동부(10)를 XY면 내에서 양호한 정밀도로 요동할 수 있도록 되어 있다. 또한, OIS 지지부(40)를 구성하는 Y방향 기준 볼 및 X방향 기준 볼의 수는, 적절히 변경할 수 있다.
OIS 구동 유닛(30)은, OIS 가동부(10)를 X방향 및 Y방향으로 이동시키는 액추에이터이다. 구체적으로는, OIS 구동 유닛(30)은, OIS 가동부(10)(AF 유닛만)를 X방향으로 이동시키는 제1 OIS 구동 유닛(30X)(제1 XY방향 구동 유닛)과, OIS 가동부(10) 전체를 Y방향으로 이동시키는 제2 OIS 구동 유닛(30Y)(제2 XY방향 구동 유닛)으로 구성된다.
제1 OIS 구동 유닛(30X) 및 제2 OIS 구동 유닛(30Y)은, 초음파 모터로 구성된다. 제1 OIS 구동 유닛(30X)은, 제1 스테이지(12)의 X방향을 따르는 OIS 모터 고정부(124)에 고정된다(도 9 참조). 제2 OIS 구동 유닛(30Y)은, Y방향을 따라 뻗어 있도록, 베이스(21)의 OIS 모터 고정부(215)에 고정된다. 즉, 제1 OIS 구동 유닛(30X) 및 제2 OIS 구동 유닛(30Y)은, 서로 직교하는 변을 따라 배치되어 있다.
OIS 구동 유닛(30)의 구성을 도 7a, 도 7b에 나타낸다. 도 7a는, OIS 구동 유닛(30)의 각 부재를 조립한 상태를 나타내고, 도 7b는, OIS 구동 유닛(30)의 각 부재를 분해한 상태를 나타낸다. 또한, 도 7a, 도 7b는, 제2 OIS 구동 유닛(30Y)을 나타내고 있지만, 제1 OIS 구동 유닛(30X)의 주요 구성, 구체적으로는 OIS 전극(33)의 형상을 제외하는 구성은 동일하기 때문에, OIS 구동 유닛(30)을 나타내는 도면으로서 취급한다.
도 7a, 도 7b에 나타내는 바와 같이, OIS 구동 유닛(30)은, OIS 공진부(31), OIS 압전 소자(32), OIS 전극(33) 및 OIS 동력 전달부(34)를 갖는다. OIS 구동 유닛(30)의 구동력은, OIS 동력 전달부(34)를 통하여 제2 스테이지(13)에 전달된다. 구체적으로는, 제1 OIS 구동 유닛(30X)은 제1 OIS 동력 전달부(34X)를 개재하여 제2 스테이지(13)에 접속되고, 제2 OIS 구동 유닛(30Y)은 제2 OIS 동력 전달부(34Y)를 개재하여 제2 스테이지(13)에 접속되어 있다. 즉, OIS 구동 유닛(30)에 있어서, OIS 공진부(31)가 능동 요소를 구성하고, OIS 동력 전달부(34)가 수동 요소를 구성한다.
OIS 압전 소자(32)는, 예를 들면, 세라믹 재료로 형성된 판상 소자이며, 고주파 전압을 인가함으로써 진동을 발생한다. OIS 공진부(31)의 몸통부(311)를 사이에 두도록, 2매의 OIS 압전 소자(32)가 배치된다.
OIS 전극(33)은, OIS 공진부(31) 및 OIS 압전 소자(32)를 협지하고, OIS 압전 소자(32)에 전압을 인가한다. 제1 OIS 구동 유닛(30X)의 OIS 전극(33)은, 제1 스테이지(12)의 배선(17A)과 전기적으로 접속되고, 제2 OIS 구동 유닛(30Y)의 OIS 전극(33)은, 베이스(21)의 단자 금구(23C)와 전기적으로 접속된다.
OIS 공진부(31)는, 도전성 재료로 형성되고, OIS 압전 소자(32)의 진동에 공진하여, 진동 운동을 직선 운동으로 변환한다. OIS 공진부(31)는, 예를 들면, 금속판의 레이저 가공, 에칭 가공 또는 프레스 가공 등에 의하여 형성된다. 본 실시형태에서는, OIS 공진부(31)는, OIS 압전 소자(32)에 협지되는 대략 직사각형상의 몸통부(311), 몸통부(311)의 상부 및 하부로부터 X방향 또는 Y방향으로 뻗어 있는 2개의 암부(312), 몸통부(311)의 중앙부로부터 X방향 또는 Y방향으로 뻗어 있는 돌출부(313), 및, 몸통부(311)의 중앙부로부터 돌출부(313)와는 반대 측으로 뻗어 있는 통전부(314)를 갖고 있다. 2개의 암부(312)는 대칭적인 형상을 갖고, 각각의 자유 단부가 OIS 동력 전달부(34)에 맞닿아, OIS 압전 소자(32)의 진동에 공진하여 대칭적으로 변형된다. 제1 OIS 구동 유닛(30X)의 통전부(314)는, 제1 스테이지(12)의 배선(17A)과 전기적으로 접속되고, 제2 OIS 구동 유닛(30Y)의 통전부(314)는, 베이스(21)의 단자 금구(23C)와 전기적으로 접속된다.
OIS 공진부(31)의 몸통부(311)에, 두께 방향으로부터 OIS 압전 소자(32)가 첩합되고, OIS 전극(33)에 의하여 협지됨으로써, 이들은 서로 전기적으로 접속된다. 예를 들면, 급전 경로의 일방이 OIS 전극(33)에 접속되고, 타방이 OIS 공진부(31)의 통전부(314)에 접속됨으로써, OIS 압전 소자(32)에 전압이 인가되어, 진동이 발생한다.
OIS 공진부(31)는, 적어도 2개의 공진 주파수를 갖고, 각각의 공진 주파수에 대하여, 상이한 거동으로 변형된다. 바꾸어 말하면, OIS 공진부(31)는, 2개의 공진 주파수에 대하여 상이한 거동으로 변형되도록, 전체의 형상이 설정되어 있다. 상이한 거동이란, OIS 동력 전달부(34)를 X방향 또는 Y방향으로 전진시키는 거동과, 후퇴시키는 거동이다.
OIS 동력 전달부(34)는, 일방향으로 뻗어 있는 처킹 가이드이며, 일단이 OIS 공진부(31)의 암부(312)에 접속되고, 타단이 제2 스테이지(13)에 접속된다. OIS 동력 전달부(34)는, OIS 모터 맞닿음부(341), 스테이지 고정부(343), 및 연결부(342)를 갖는다. OIS 모터 맞닿음부(341)는, OIS 공진부(31)의 암부(312)의 자유 단부와 맞닿는다. 스테이지 고정부(343)는, OIS 동력 전달부(34)의 단부에 배치되고, 제2 스테이지(13)의 OIS 처킹 가이드 고정부(135)(도 8 등 참조)에 고정된다. 연결부(342)는, OIS 모터 맞닿음부(341)와 스테이지 고정부(343)를 연결하는 부분이며, 스테이지 고정부(343)로부터 2개로 분기하여 서로 대략 평행하게 형성되어 있다.
OIS 모터 맞닿음부(341) 사이의 폭은, OIS 공진부(31)의 암부(312)의 자유 단부 사이의 폭보다 넓게 설정된다. 예를 들면, 연결부(342)와 스테이지 고정부(343)의 접속 부분에 있어서, 2개의 연결부(342)의 사이에, 접속 단부의 폭보다 큰 이격부(344)를 개재시킴으로써, OIS 모터 맞닿음부(341) 사이의 폭을 넓힐 수 있다. 이로써, OIS 공진부(31)의 암부(312)의 사이에 OIS 동력 전달부(34)를 장착했을 때에, 연결부(342)가 판 스프링으로서 기능하고, 암부(312)를 눌러 펴는 방향으로 부세력이 작용한다. 이 부세력에 의하여, 암부(312)의 자유 단부 사이에 OIS 동력 전달부(34)가 지지되고, OIS 공진부(31)로부터의 구동력이 OIS 동력 전달부(34)에 효율적으로 전달된다. 이격부(344)는, 예를 들면, 스테이지 고정부(343)와 일체적으로 형성된다.
또한, 도 7a, 도 7b에 나타내는 예에서는, 스테이지 고정부(343)에 있어서, 연결부(342)의 장착 부분의 편측이 개방되어 있지만, 도 17에 나타내는 바와 같이, 스테이지 고정부(343)는, 연결부(342)의 근원(스테이지 고정부(343) 측의 단부)을 사이에 두는 구조를 가져도 된다. 이 경우, 경시적으로 연결부(342)가 어긋나 탈락하는 것을 방지할 수 있어, 신뢰성이 향상된다.
OIS 공진부(31)와 OIS 동력 전달부(34)는, 부세된 상태로 맞닿아 있을 뿐이기 때문에, 맞닿음 부분을 X방향 또는 Y방향으로 크게 하는 것만으로, 광학 소자 구동 장치(1)의 외형을 크게 하지 않고, OIS 가동부(10)의 이동 스트로크를 길게 할 수 있다.
제1 OIS 구동 유닛(30X)은, OIS 가동부(10)(제1 스테이지(12))에 고정되고, OIS 동력 전달부(34X)를 개재하여 제2 스테이지(13)와 접속되어 있으며, 제2 OIS 구동 유닛(30Y)에 의한 Y방향의 흔들림 보정 시는, OIS 가동부(10)와 함께 이동한다. 한편, 제2 OIS 구동 유닛(30Y)은, OIS 고정부(20)(베이스(21))에 고정되고, OIS 동력 전달부(34Y)를 개재하여 제2 스테이지(13)와 접속되어 있으며, 제1 OIS 구동 유닛(30X)에 의한 X방향의 흔들림 보정에 영향을 받지 않는다. 즉, 일방의 OIS 구동 유닛(30)에 의한 OIS 가동부(10)의 이동은, 타방의 OIS 구동 유닛(30)의 구조에 의하여 방해받지 않는다. 따라서, OIS 가동부(10)의 Z축 둘레의 회전을 방지할 수 있어, OIS 가동부(10)를 XY평면 내에서 양호한 정밀도로 요동시킬 수 있다.
도 8~도 10은, OIS 가동부(10)의 분해 사시도이다. 도 9는, 도 8을 Z축 둘레로 180° 회전시킨 상태를 나타낸다. 도 10은, 도 8을 Z축 둘레로 180° 회전시킨 상태를 나타내는 하방 사시도이다. 또한, 도 9에서는, AF 구동 유닛(14) 및 제1 OIS 구동 유닛(30X)이 제1 스테이지(12)로부터 분리된 상태로 되어 있다.
이하에 있어서, 광학 소자 구동 장치(1)의 평면 형상인 직사각형에 있어서, AF 구동 유닛(14)이 배치되는 변을 「제1 변」, 제1 OIS 구동 유닛(30X)이 배치되는 변을 「제2 변」, 제2 OIS 구동 유닛(30Y)이 배치되는 변을 「제3 변」, 나머지 한 변을 「제4 변」이라고 칭한다.
도 8~도 10에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, OIS 가동부(10)는, AF 가동부(11), 제1 스테이지(12), 제2 스테이지(13), AF 구동 유닛(14) 및 AF 지지부(15) 등을 갖는다. Y방향의 이동에 관해서는, 제1 스테이지(12) 및 제2 스테이지(13)를 포함하는 OIS 가동부(10) 전체가 가동체가 되는 데 대하여, X방향의 이동에 관해서는, 제2 스테이지(13)는 OIS 고정부(20)로서 기능하고, AF 유닛(AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12))만이 OIS 가동부(10)로서 기능한다. 또, 제1 스테이지(12)는, AF 가동부(11)를 지지하는 AF 고정부로서 기능한다.
AF 가동부(11)는, 렌즈부(2)(도 2 참조)를 지지하는 렌즈 홀더이며, 초점 맞춤 시에 광축 방향으로 이동한다. AF 가동부(11)는, 제1 스테이지(12)(AF 고정부)에 대하여 직경 방향 내측으로 이간되어 배치되고, AF 지지부(15)를 개재하여 제1 스테이지(12)에 부세된 상태로 지지된다.
AF 가동부(11)는, 예를 들면, 폴리아릴레이트(PAR), PAR을 포함하는 복수의 수지 재료를 혼합한 PAR 알로이, 액정 폴리머 등으로 형성된다. AF 가동부(11)는, 통 형상의 렌즈 수용부(111)를 갖는다. 렌즈 수용부(111)의 내주면에는, 렌즈부(2)가, 예를 들면, 접착에 의하여 고정된다.
AF 가동부(11)는, 렌즈 수용부(111)의 외주면에, 직경 방향 외측으로 돌출되어 광축 방향으로 뻗어 있는 돌출부(112A~112D)를 갖는다. 돌출부(112A~112D)는, 바람직하게는, 광축을 기준으로 대칭적으로 배치된다. 본 실시형태에서는, 광축 주위에 대략 90° 간격으로, 돌출부(112A~112D)가 마련되어 있다. 돌출부(112A~112D)는, 렌즈 수용부(111)의 하면보다 광축 방향 결상 측으로 돌출되고, 베이스(21)의 제2 베이스부(213)와 맞닿음으로써, AF 가동부(11)의 광축 방향 결상 측(하측)으로의 이동을 규제한다. 본 실시형태에서는, 돌출부(112A~112D)는, AF 구동 유닛(14)이 구동되어 있지 않은 기준 상태에 있어서, 베이스(21)의 제2 베이스부(213)에 맞닿는다.
AF 구동 유닛(14) 측의 돌출부(112A, 112B)는, 제1 스테이지(12)와 함께, AF 지지부(15)를 지지한다(도 13a~도 13c, 도 14a~도 14c 참조). 일방의 돌출부(112A)에는, AF 지지부(15)를 구성하는 제1 Z방향 기준 볼(15A)을 수용하는 제1 Z방향 기준 볼 지지부(112a)가 형성되어 있다. 타방의 돌출부(112B)에는, AF 지지부(15)를 구성하는 제2 Z방향 기준 볼(15B)을 수용하는 제2 Z방향 기준 볼 지지부(112b)가 형성되어 있다. 또, 돌출부(112A, 112B)에는, 각각, 제1 Z방향 기준 볼 지지부(112a), 제2 Z방향 기준 볼 지지부(112b)와는 반대 측의 면에, AF 지지부(15)를 구성하는 제1 예압 볼(15C), 제2 예압 볼(15D)을 수용하는 제1 예압 볼 지지부(112c), 제2 예압 볼 지지부(112d)가 형성되어 있다.
제1 Z방향 기준 볼 지지부(112a), 제2 Z방향 기준 볼 지지부(112b) 및 제1 예압 볼 지지부(112c), 제2 예압 볼 지지부(112d)는, 볼의 가압 방향을 향하여 홈 폭이 좁아지도록 단면 형상이 대략 V자 형상(테이퍼 형상)으로 형성된다. 또, 돌출부(112A, 112B)의 광축 방향에 있어서의 수광 측 단부 및 결상 측 단부에는, 각각, AF 지지부(15)의 탈락을 방지하기 위한 수광 측 스토퍼(112e) 및 결상 측 스토퍼(112f)가 마련되어 있다.
또, 렌즈 수용부(111)의 외주면에는, Z위치 검출용의 마그넷(16Z)을 수용하는 마그넷 수용부(114)가 마련되어 있다. 마그넷 수용부(114)에 마그넷(16Z)이 배치된다. 센서 기판(22)에 있어서, 마그넷(16Z)과 광축 방향으로 대향하는 위치에, Z위치 검출용의 자기 센서(25Z)가 배치된다(도 4 참조).
또, AF 가동부(11)에 있어서, 돌출부(112A, 112B)의 사이에는, 구동 유닛 수용부(115)가 마련되어 있다. 구동 유닛 수용부(115)에, AF 구동 유닛(14)의 수동 요소인 AF 동력 전달부(144)가 배치되어 있다. AF 동력 전달부(144)는, Z방향으로 소정의 길이를 갖는 척킹 가이드이며, X방향으로 대향하고, Y방향(-측)으로 돌출되는 측벽을 갖는다. AF 동력 전달부(144)의 측벽을 눌러 펴도록, AF 구동 유닛(14)의 공진부(141)의 암부(141b)가 맞닿아, AF 구동 유닛(14)의 동력이 AF 가동부(11)에 전달된다. 2개의 암부(141b)가 AF 동력 전달부(144)의 측벽에 맞닿았을 때에, AF 동력 전달부(144)의 측벽이 판 스프링으로서 기능함으로써, 공진부(141)의 변형에 의하여 발생하는 구동력이 효율적으로 전달된다.
또한, AF 동력 전달부(144)의 구조는 적절히 임의로 변경 가능하다. 예를 들면, 도 19a, 도 19b에 나타내는 바와 같이, Z방향으로 뻗어 있는 측벽(144a)을 헤어핀 형상으로 되접어 꺾어 Z방향에 대하여 내측으로 경사시켜 판 스프링(144b)을 형성하고, AF 구동 유닛(14)의 암부(141b)를 되미는 방향으로 부세력이 발현하도록 해도 된다. 이로써, AF 공진부(141)의 변형에 의하여 발생하는 구동력이, AF 동력 전달부(144)에, 보다 효율적으로 전달된다.
본 실시형태에서는, AF 동력 전달부(144)는, AF 가동부(11)와 별개의 부재로 구성되어 있다. AF 동력 전달부(144)는, 예를 들면, 평면시에서 U자 형상을 갖고, 측면부가 X방향으로 대향한 상태에서, 바닥면부가 렌즈 수용부(111)의 외주면에 고정된다. AF 동력 전달부(144)는, 예를 들면, 타이타늄 구리, 니켈 구리, 스테인리스 등의 금속 재료로 형성된다. 이로써, AF 구동 유닛(14)의 암부(141b)가, 수지 성형품인 AF 가동부(11)에 맞닿는 경우에 비교하여, AF 구동 유닛(14)의 구동력이 효율적으로 전달된다. 또한, AF 동력 전달부(144)는, AF 가동부(11)와 일체적으로 성형되어도 된다.
제1 스테이지(12)는, AF 지지부(15)를 개재하여 AF 가동부(11)를 지지한다. 제1 스테이지(12)의 광축 방향 결상 측에는, X방향 기준 볼(42A~42C)을 개재하여 제2 스테이지(13)가 배치된다. 제1 스테이지(12)는, 흔들림 보정 시에 X방향 및 Y방향으로 이동하고, 제2 스테이지(13)는, 흔들림 보정 시에 Y방향으로만 이동한다.
제1 스테이지(12)는, 광축 방향에서 본 평면시에 있어서 대략 직사각형상을 갖는 부재이며, 예를 들면, 액정 폴리머로 형성된다. 제1 스테이지(12)는, AF 가동부(11)에 대응하는 부분에 대략 원형상의 개구(121)를 갖는다. 개구(121)에는, AF 가동부(11)의 돌출부(112A~112D) 및 마그넷 수용부(114)에 대응하는 절결부(122)가 형성되어 있다. 제1 스테이지(12)에 있어서, 제1 OIS 구동 유닛(30X)에 대응하는 부분(제2 변을 따르는 측벽의 외측면)은, 직경 방향 외측으로 돌출되지 않고 제1 OIS 구동 유닛(30X)을 배치할 수 있도록, 직경 방향 내측으로 오목하게 파여 형성되어 있다(OIS 모터 고정부(124)). 또, 제1 스테이지(12)에 있어서, 제2 OIS 구동 유닛(30Y)에 대응하는 부분(제3 변을 따르는 측벽의 외측면)도 동일하게, 직경 방향 내측으로 오목하게 파여 형성되어 있다.
제1 스테이지(12)는, 하면에, X방향 기준 볼(42A~42C)을 지지하는 X방향 기준 볼 지지부(123A~123C)를 갖는다(도 15b, 도 15c 참조). X방향 기준 볼 지지부(123A~123C)는, X방향으로 뻗는 직사각형상으로 오목하게 파여 형성되어 있다. X방향 기준 볼 지지부(123A~123C)는, 제2 스테이지(13)의 X방향 기준 볼 지지부(133A~133C)와 Z방향에 있어서 대향한다. X방향 기준 볼 지지부(123A, 123B)는, 바닥면 측을 향하여 홈 폭이 좁아지도록 단면 형상이 대략 V자 형상(테이퍼 형상)으로 형성되어 있고, X방향 기준 볼 지지부(123C)는, 대략 U자 형상으로 형성되어 있다.
제1 스테이지(12)에 있어서, AF 가동부(11)의 돌출부(112A)에 대응하는 절결부(122)의 내면에는, 제1 Z방향 기준 볼 지지부(122a), 제1 예압 볼 지지부(122c)가 마련되어 있다(도 13a, 도 13b 참조). 제1 Z방향 기준 볼 지지부(122a)는, AF 가동부(11)의 제1 Z방향 기준 볼 지지부(112a)의 사이에, 제1 Z방향 기준 볼(15A)을 지지한다. 제1 예압 볼 지지부(122c)는, AF 가동부(11)의 제1 예압 볼 지지부(112c)의 사이에, 제1 예압 볼(15C)을 지지한다.
또, 제1 스테이지(12)에 있어서, AF 가동부(11)의 돌출부(112B)에 대응하는 절결부(122)의 내면에는, 제2 Z방향 기준 볼 지지부(122b), 제2 예압 볼 지지부(122d)가 마련되어 있다(도 14a, 도 14b 참조). 제2 Z방향 기준 볼 지지부(122b)는, AF 가동부(11)의 제2 Z방향 기준 볼 지지부(112b)의 사이에, 제2 Z방향 기준 볼(15B)을 지지한다. 제2 예압 볼 지지부(122d)는, AF 가동부(11)의 제2 예압 볼 지지부(112d)의 사이에, 제2 예압 볼(15D)을 지지한다.
제1 Z방향 기준 볼 지지부(122a)는, 바닥면 측을 향하여 홈 폭이 좁아지도록 단면 형상이 대략 V자 형상(테이퍼 형상)으로 형성되어 있다. 제2 Z방향 기준 볼 지지부(122b), 제1 예압 볼 지지부(122c) 및 제2 예압 볼 지지부(122d)는, 단면 형상이 대략 U자 형상으로 형성되어 있다. 또, 제1 Z방향 기준 볼 지지부(122a) 및 제1 예압 볼 지지부(122c)의 광축 방향에 있어서의 수광 측 단부 및 결상 측 단부, 및, 제2 Z방향 기준 볼 지지부(122b) 및 제2 예압 볼 지지부(122d)의 광축 방향에 있어서의 수광 측 단부 및 결상 측 단부에는, 각각, AF 지지부(15)의 탈락을 방지하기 위한 수광 측 스토퍼(112e) 및 결상 측 스토퍼(112f)가 마련되어 있다.
제1 스테이지(12)에 있어서, X방향을 따르는 일방의 측벽(제1 변을 따르는 측벽)에는, AF 구동 유닛(14)의 능동 요소인 AF 공진부(141) 등이 배치되는 AF 모터 고정부(125)가 형성되어 있다. AF 모터 고정부(125)는, 상부 고정판(부호 생략) 및 하부 고정판(125a)을 갖고, 이들 사이에 AF 공진부(141)가 협지된다. AF 공진부(141)는, 예를 들면, 상부 고정판 및 하부 고정판(125a)에 마련된 삽입 구멍(부호 생략)에 삽입되고, 접착에 의하여 고정된다. 상부 고정판은, 배선(17B)의 일부에 의하여 구성되어 있고, AF 공진부(141)는, 배선(17B)과 전기적으로 접속된다.
제1 스테이지(12)에 있어서, Y방향을 따르는 일방의 측벽(제4 변을 따르는 측벽)에는, XY위치 검출용의 마그넷(16X, 16Y)이 배치된다. 예를 들면, 마그넷(16X)은 X방향으로 착자(着磁)되고, 마그넷(16Y)은 Y방향으로 착자된다. 센서 기판(22)에 있어서, 마그넷(16X, 16Y)과 광축 방향으로 대향하는 위치에, XY위치 검출용의 자기 센서(25X, 25Y)가 배치된다(도 4 참조).
또, 제1 스테이지(12)에는, 예를 들면, 인서트 성형에 의하여, 배선(17A, 17B)이 매설되어 있다. 배선(17A, 17B)은, 예를 들면, 제1 변 및 제2 변을 따라 배치된다. 배선(17A, 17B)은, 제1 스테이지(12)의 네 모서리로부터 노출되어 있으며, 이 부분에, OIS용 부세 부재(50)의 일단이 접속된다. 배선(17A)을 통하여 제1 OIS 구동 유닛(30X)으로의 급전이 행해지고, 배선(17B)을 통하여 AF 구동 유닛(14)으로의 급전이 행해진다.
제2 스테이지(13)는, 광축 방향에서 본 평면시에 있어서 대략 직사각형상을 갖는 부재이며, 예를 들면, 액정 폴리머로 형성된다. 제2 스테이지(13)의 내주면(131)은, AF 가동부(11)의 외형에 대응하여 형성되어 있다. 제2 스테이지(13)에 있어서, 제1 OIS 구동 유닛(30X) 및 제2 OIS 구동 유닛(30Y)에 대응하는 부분(제2 변 및 제3 변을 따르는 측벽의 외측면)은, 제1 스테이지(12)와 동일하게, 직경 방향 내측으로 오목하게 파여 형성되어 있다.
제2 스테이지(13)는, 하면에, Y방향 기준 볼(41A~41C)을 수용하는 Y방향 기준 볼 지지부(134A~134C)를 갖는다(도 16a, 도 16b 참조). Y방향 기준 볼 지지부(134A~134C)는, Y방향으로 뻗는 직사각형상으로 오목하게 파여 형성되어 있다. Y방향 기준 볼 지지부(134A~134C)는, 베이스(21)의 Y방향 기준 볼 지지부(217A~217C)와 Z방향에 있어서 대향한다. Y방향 기준 볼 지지부(134A, 134B)는, 바닥면 측을 향하여 홈 폭이 좁아지도록 단면 형상이 대략 V자 형상(테이퍼 형상)으로 형성되어 있고, Y방향 기준 볼 지지부(134C)는, 대략 U자 형상으로 형성되어 있다.
또, 제2 스테이지(13)는, 상면에, X방향 기준 볼(42A~42C)을 수용하는 X방향 기준 볼 지지부(133A~133C)를 갖는다(도 15a~도 15c 참조). X방향 기준 볼 지지부(133A~133C)는, X방향으로 뻗는 직사각형상으로 오목하게 파여 형성되어 있다. X방향 기준 볼 지지부(133A~133C)는, 제1 스테이지(12)의 X방향 기준 볼 지지부(123A~123C)와 Z방향에 있어서 대향한다. X방향 기준 볼 지지부(133A~133C)는, 바닥면 측을 향하여 홈 폭이 좁아지도록 단면 형상이 대략 V자 형상(테이퍼 형상)으로 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, X방향 기준 볼 지지부(133A, 133B)는, 제2 스테이지(13)의 제1 OIS 구동 유닛(30X)이 배치되는 변(제2 변)에 마련되고, X방향 기준 볼 지지부(133C)는, AF 구동 유닛(14)이 배치되는 변(제1 변)에 마련되어 있으며, X방향 기준 볼(42A~42C)에 의하여 제1 스테이지(12)가 3점에서 지지되도록 되어 있다.
OIS 지지부(40)를 구성하는 Y방향 기준 볼(41A~41C)은, 베이스(21)의 Y방향 기준 볼 지지부(217A~217C)와 제2 스테이지(13)의 Y방향 기준 볼 지지부(134A~134C)에 의하여, 다점 접촉으로 협지된다. 따라서, Y방향 기준 볼(41A~41C)은, 안정적으로 Y방향으로 전동한다.
또, X방향 기준 볼(42A~42C)은, 제2 스테이지(13)의 X방향 기준 볼 지지부(133A~133C)와 제1 스테이지(12)의 X방향 기준 볼 지지부(123A~123C)에 의하여, 다점 접촉으로 협지된다. 따라서, X방향 기준 볼(42A~42C)은, 안정적으로 X방향으로 전동한다.
AF 지지부(15)는, 제1 스테이지(12)(AF 고정부)에 대하여 AF 가동부(11)를 지지하는 부분이다. 도 13a~도 13c 및 도 14a~도 14c에 나타내는 바와 같이, AF 지지부(15)는, 제1 Z방향 기준 볼(15A), 제2 Z방향 기준 볼(15B), 제1 예압 볼(15C) 및 제2 예압 볼(15D)로 구성된다. 본 실시형태에서는, 제1 Z방향 기준 볼(15A), 제2 Z방향 기준 볼(15B), 제1 예압 볼(15C), 제2 예압 볼(15D)은, 각각, Z방향으로 나란히 배치된 복수의 볼(여기에서는, 3개)로 구성되어 있다.
제1 Z방향 기준 볼(15A)은, AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)의 제1 Z방향 기준 볼 지지부(112a, 122a)의 사이에, 전동 가능한 상태로 개재한다. 제2 Z방향 기준 볼(15B)은, AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)의 제2 Z방향 기준 볼 지지부(112b, 122b)의 사이에, 전동 가능한 상태로 개재한다. 제1 예압 볼(15C)는, AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)의 제1 예압 볼 지지부(112c, 122c)의 사이에, 전동 가능한 상태로 개재한다. 제2 예압 볼(15D)은, AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)의 제2 예압 볼 지지부(112d, 122d)의 사이에, 전동 가능한 상태로 개재한다.
제1 Z방향 기준 볼(15A), 제2 Z방향 기준 볼(15B), 제1 예압 볼(15C), 제2 예압 볼(15D)에 있어서는, 적어도, 상하 2개의 볼이 AF 가동부(11)와 제1 스테이지(12)에 의하여 협지되어 있으면 된다. 즉, 중간의 볼은 상하 2개의 볼의 이간 거리를 확보하기 위해서 마련되는 것이며, 상하 2개의 볼보다 소경이어도 된다.
또, 도 20에 나타내는 바와 같이, 제2 Z방향 기준 볼(15B)에 있어서, 중간의 볼은, 상하 2개의 볼보다 대경이어도 된다. 이 경우, 제1 Z방향 기준 볼(15A) 중 2개의 대경의 볼 및 제2 Z방향 기준 볼(15B) 중 1개의 대경의 볼이 AF 가동부(11)와 맞닿아, AF 지지부(15)로서 기능한다. 따라서, 이들 3개의 볼에 의하여 AF 가동부(11)가 3점 지지되기 때문에, AF 가동부(11)가 보다 안정된 자세로 유지된다.
또, 도 13a에 나타내는 바와 같이, 제1 예압 볼(15C)과 제1 스테이지(12)의 제1 예압 볼 지지부(122c)의 사이에는, AF 가동부(11)를 부세하는 부세부(18)가 배치된다. 동일하게, 도 14a에 나타내는 바와 같이, 제2 예압 볼(15D)과 제1 스테이지(12)의 제2 예압 볼 지지부(122d)의 사이에는, AF 가동부(11)를 부세하는 부세부(18)가 배치된다. AF 가동부(11)는, 제1 Z방향 기준 볼(15A), 제2 Z방향 기준 볼(15B), 제1 예압 볼(15C) 및 제2 예압 볼(15D)을 통하여, 부세된 상태로 제1 스테이지(12)에 지지되고, 안정된 자세로 유지된다.
부세부(18)는, 예를 들면, 금속 재료로 형성되는 판 스프링(181)(부세 부재)과, 마찰 계수가 작은 세라믹 재료로 형성되는 스페이서(182)(간섭 부재)를 갖는다. 제1 스테이지(12) 측에 판 스프링(181)이 배치되고, AF 가동부(11) 측에 스페이서(182)가 배치된다. 판 스프링(181)과 제1 예압 볼(15C), 제2 예압 볼(15D)의 사이에 세라믹제의 스페이서(182)를 개재시킴으로써, 볼을 원활하게 전동시킬 수 있어, 내구성도 향상된다. 또한, 스페이서(182)의 재질은, 볼을 원활하게 전동시킬 수 있는 것이면 되며, 마찰 계수가 작은 세라믹 재료에 한정되지 않고, 예를 들면, 구리 합금이나 스테인리스 등 적절한 마찰 계수를 갖는 재료이면 된다.
AF 구동 유닛(14)은, AF 가동부(11)를 Z방향으로 이동시키는 액추에이터이다. AF 구동 유닛(14)은, OIS 구동 유닛(30)과 동일하게, 초음파 모터로 구성되어 있다. AF 구동 유닛(14)은, 암부(141b)가 Z방향으로 뻗어 있도록, 제1 스테이지(12)의 AF 모터 고정부(125)에 고정된다.
AF 구동 유닛(14)의 구성을 도 11a, 도 11b에 나타낸다. 도 11a는, AF 구동 유닛(14)의 각 부재를 조립한 상태를 나타내고, 도 11b는, AF 구동 유닛(14)의 각 부재를 분해한 상태를 나타낸다. AF 구동 유닛(14)의 구성은, OIS 구동 유닛(30)과 대략 동일하다.
도 11a, 도 11b에 나타내는 바와 같이, AF 구동 유닛(14)은, AF 공진부(141), AF 압전 소자(142), AF 전극(143) 및 AF 동력 전달부(144)를 갖는다. AF 구동 유닛(14)의 구동력은, AF 동력 전달부(144)를 통하여 AF 가동부(11)에 전달된다. 즉, AF 구동 유닛(14)에 있어서, AF 공진부(141)가 능동 요소를 구성하고, AF 동력 전달부(144)가 수동 요소를 구성한다.
AF 압전 소자(142)는, 예를 들면, 세라믹 재료로 형성된 판상 소자이며, 고주파 전압을 인가함으로써 진동을 발생한다. AF 공진부(141)의 몸통부(141a)를 사이에 두도록, 2매의 AF 압전 소자(142)가 배치된다.
AF 전극(143)은, AF 공진부(141) 및 AF 압전 소자(142)를 협지하고, AF 압전 소자(142)에 전압을 인가한다.
AF 공진부(141)는, 도전성 재료로 형성되고, AF 압전 소자(142)의 진동에 공진하여, 진동 운동을 직선 운동으로 변환한다. AF 공진부(141)는, 예를 들면, 금속판의 레이저 가공, 에칭 가공 또는 프레스 가공 등에 의하여 형성된다. 본 실시형태에서는, AF 공진부(141)는, AF 압전 소자(142)에 협지되는 대략 직사각형상의 몸통부(141a), 몸통부(141a)로부터 Z방향으로 뻗어 있는 2개의 암부(141b), 몸통부(141a)의 중앙부로부터 Z방향으로 뻗어 있고 급전 경로(제1 스테이지(12)의 배선(17B)(상부 고정판)과 전기적으로 접속되는 통전부(141c), 및, 몸통부(141a)의 중앙부로부터 통전부(141c)와는 반대 측으로 뻗어 있는 스테이지 고정부(141d)를 갖고 있다. 2개의 암부(141b)는 대칭적인 형상을 가지며, AF 압전 소자(142)의 진동에 공진하여 대칭적으로 변형된다. AF 구동 유닛(14)은, 2개의 암부(141b)가 Z방향으로 뻗어 있어, 자유 단부가 AF 동력 전달부(144)로 협지되도록 배치된다.
AF 공진부(141)의 몸통부(141a)에, 두께 방향으로부터 AF 압전 소자(142)가 첩합되고, AF 전극(143)에 의하여 협지됨으로써, 이들은 서로 전기적으로 접속된다. AF 공진부(141)의 통전부(141c) 및 AF 전극(143)이 제1 스테이지(12)의 배선(17B)에 접속됨으로써, AF 압전 소자(142)에 전압이 인가되어, 진동이 발생한다.
AF 공진부(141)는, OIS 공진부(31)와 동일하게, 적어도 2개의 공진 주파수를 갖고, 각각의 공진 주파수에 대하여, 상이한 거동으로 변형된다. 바꾸어 말하면, AF 공진부(141)는, 2개의 공진 주파수에 대하여 상이한 거동으로 변형되도록, 전체의 형상이 설정되어 있다.
광학 소자 구동 장치(1)에 있어서, AF 구동 유닛(14)에 전압을 인가하면, AF 압전 소자(142)가 진동하고, AF 공진부(141)가 주파수에 따른 거동으로 변형된다. AF 구동 유닛(14)의 구동력에 의하여, AF 동력 전달부(144)가 Z방향으로 슬라이딩된다. 이에 따라, AF 가동부(11)가 Z방향으로 이동하여, 초점 맞춤이 행해진다. AF 지지부(15)가 볼로 구성되어 있기 때문에, AF 가동부(11)는 Z방향으로 매끄럽게 이동할 수 있다. 또, AF 구동 유닛(14)과 AF 동력 전달부(144)는, 부세된 상태로 맞닿아 있을 뿐이기 때문에, 맞닿음 부분을 Z방향으로 크게 하는 것만으로, 광학 소자 구동 장치(1)의 저배화를 저해하지 않고, AF 가동부(11)의 이동 스트로크를 용이하게 길게 할 수 있다.
광학 소자 구동 장치(1)에 있어서, OIS 구동 유닛(30)에 전압을 인가하면, OIS 압전 소자(32)가 진동하고, OIS 공진부(31)가 주파수에 따른 거동으로 변형된다. OIS 구동 유닛(30)의 구동력에 의하여, OIS 동력 전달부(34)가 X방향 또는 Y방향으로 슬라이딩된다. 이에 따라, OIS 가동부(10)가 X방향 또는 Y방향으로 이동하여, 흔들림 보정이 행해진다. OIS 지지부(40)가 볼로 구성되어 있기 때문에, OIS 가동부(10)는 X방향 또는 Y방향으로 매끄럽게 이동할 수 있다.
구체적으로는, 제1 OIS 구동 유닛(30X)이 구동되어, OIS 동력 전달부(34)가 X방향으로 이동하는 경우, 제1 OIS 구동 유닛(30X)이 배치되어 있는 제1 스테이지(12)로부터 제2 스테이지(13)로 동력이 전달된다. 이때, 제2 스테이지(13)와 베이스(21)로 협지되어 있는 볼(41)은, X방향으로 전동할 수 없기 때문에, 베이스(21)에 대한 제2 스테이지(13)의 X방향의 위치는 유지된다. 한편, 제1 스테이지(12)와 제2 스테이지(13)로 협지되어 있는 볼(42)은, X방향으로 전동할 수 있기 때문에, 제2 스테이지(13)에 대하여 제1 스테이지(12)가 X방향으로 이동한다. 즉, 제2 스테이지(13)가 OIS 고정부(20)를 구성하고, 제1 스테이지(12)가 OIS 가동부(10)를 구성한다.
또, 제2 OIS 구동 유닛(30Y)이 구동되어, OIS 동력 전달부(34)가 Y방향으로 이동하는 경우, 제2 OIS 구동 유닛(30Y)이 배치되어 있는 베이스(21)로부터 제2 스테이지(13)로 동력이 전달된다. 이때, 제1 스테이지(12)와 제2 스테이지(13)로 협지되어 있는 볼(42)은, Y방향으로 전동할 수 없기 때문에, 제2 스테이지에 대한 제1 스테이지(12)의 Y방향의 위치는 유지된다. 한편, 제2 스테이지(13)와 베이스(21)로 협지되어 있는 볼(41)은, Y방향으로 전동할 수 있기 때문에, 베이스(21)에 대하여 제2 스테이지(13)가 Y방향으로 이동한다. 제1 스테이지(12)도 제2 스테이지(13)에 추종하여 Y방향으로 이동하게 된다. 즉, 베이스(21)가 OIS 고정부(20)를 구성하고, 제1 스테이지(12) 및 제2 스테이지(13)를 포함하는 AF 유닛이 OIS 가동부(10)를 구성한다.
이와 같이 하여, OIS 가동부(10)가 XY평면 내에서 요동하여, 흔들림 보정이 행해진다. 구체적으로는, 카메라 모듈(A)의 각도 흔들림이 상쇄되도록, 흔들림 검출부(예를 들면 자이로 센서, 도시 생략)로부터의 각도 흔들림을 나타내는 검출 신호에 근거하여, OIS 구동 유닛(30X, 30Y)으로의 통전 전압이 제어된다. 이때, 마그넷(16X, 16Y) 및 자기 센서(25X, 25Y)로 구성되는 XY위치 검출부의 검출 결과를 피드백함으로써, OIS 가동부(10)의 병진 이동을 정확하게 제어할 수 있다.
도 12는, AF 가동부 및 OIS 가동부가 이동할 때의 기준축을 나타내는 도이다. 도 12는, 커버(24)를 분리한 광학 소자 구동 장치(1)를 광축 방향 수광 측에서 본 평면도이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 광학 소자 구동 장치(1)에 있어서, AF 가동부(11)는, 제1 Z방향 기준축(Z1) 및 제2 Z방향 기준축(Z2)을 따라 이동한다. 제1 Z방향 기준축(Z1)은, 제1 Z방향 기준 볼(15A)의 전동축이며, 제2 Z방향 기준축(Z2)은, 제2 Z방향 기준 볼(15B)의 전동축이다.
제1 Z방향 기준축(Z1)을 도 13a, 도 13b에, 제2 Z방향 기준축(Z2)을 도 14a, 도 14b에 나타낸다. 도 13a, 도 13b는, 제1 Z방향 기준 볼(15A)이 배치되는 AF 가동부(11)의 돌출부(112A) 주변의 종단면도 및 횡단면도이며, 도 14a, 도 14b는, 제2 Z방향 기준 볼(15B)이 배치되는 AF 가동부(11)의 돌출부(112B) 주변의 종단면도 및 횡단면도이다. 또한, 도 13b, 도 14b에서는, 구조를 간략화하여 나타내고 있다.
제1 Z방향 기준 볼(15A)은, 도 13a, 도 13b에 나타내는 바와 같이, AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)의 제1 Z방향 기준 볼 지지부(112a, 122a)에 의하여 협지되고, 광축 직교 방향에 있어서의 이동(AF 가동부(11)의 회전)이 규제되어 있다. 이로써, AF 가동부(11)를, 광축 방향으로 안정된 거동으로 이동시킬 수 있다.
한편, 제2 Z방향 기준 볼(15B)은, 도 14a, 도 14b에 나타내는 바와 같이, AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)의 제2 Z방향 기준 볼 지지부(112b, 122b)에 의하여 협지되고, 광축 직교 방향에 있어서의 이동이 허용되어 있다. 이로써, AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)의 치수 공차를 흡수할 수 있음과 함께, AF 가동부(11)가 이동할 때의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에서는, 제1 Z방향 기준축(Z1) 및 제2 Z방향 기준축(Z2)은, AF 가동부(11)의 원형의 개구(118)의 중심(O)을 기준으로, 구동력 발생원인 AF 구동 유닛(14) 측에 마련되어 있으며, AF 구동 유닛(14)은, 둘레 방향에 있어서 제1 Z방향 기준축(Z1)(제1 Z방향 기준 볼(15A)) 및 제2 Z방향 기준축(Z2)(제2 Z방향 기준 볼(15B))의 사이에 위치하고 있다. 즉, AF 지지부(15) 및 AF 구동 유닛(14)은, 광축 방향에서 본 평면시에 있어서, 광학 소자 구동 장치(1)의 편측 절반의 동일한 측에 배치되어 있다. 「편측 절반의 동일한 측」이란, AF 가동부(11)의 개구(118)의 중심(O)을 통과하는 기준선(RL)을 경계로 하여 동일한 측인 것을 의미한다.
AF 구동 유닛(14)과 제1 Z방향 기준축(Z1) 및 제2 Z방향 기준축(Z2), 즉 AF 구동 유닛(14)과 AF 지지부(15)의 위치를 근접시킴으로써, 지지 위치에 대한 회전 모멘트가 억제되기 때문에, AF 가동부(11)의 이동 동작이 안정된다. 예를 들면, 어떠한 마찰 저항이 발생한 경우이더라도, AF 가동부(11)에 기울기는 발생하기 어렵고, 광축 방향으로 일직선으로 이동시킬 수 있다.
제1 Z방향 기준축(Z1) 및 제2 Z방향 기준축(Z2)의 각각과 AF 가동부(11)의 개구(118)의 중심(O)이 이루는 각(θ)은, 45~180°인 것이 바람직하다. 또한, 제1 Z방향 기준축(Z1) 및 제2 Z방향 기준축(Z2)은, AF 구동 유닛(14)을 기준으로, 대칭적으로 배치되는 것이 바람직하다. 이로써, AF 가동부(11)의 이동 동작의 안정성을 더 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)(이하, 「Z방향 기준 볼(15A, 15B)」이라고 칭한다)은, AF 가동부(11)의 이동에 따라, 미끄러짐을 발생하지 않고 전동한다.
즉, AF 가동부(11)의 결상 측 스토퍼(112f)는, 제1 스테이지(12)의 결상 측 스토퍼(122f)보다, 기준 상태에 있어서 광축 방향 결상 측에 위치하고, Z방향 기준 볼(15A, 15B)의 하단(이하, 「볼 하단」이라고 칭한다)으로부터 이간되어 있다. AF 가동부(11)의 결상 측 스토퍼(112f)와 볼 하단의 이간 거리는, AF 가동부(11)의 이동 스트로크의 최댓값보다 크게 설정된다.
또, 제1 스테이지(12)의 수광 측 스토퍼(122e)는, Z방향 기준 볼(15A, 15B)의 상단(이하, 「볼 상단」이라고 칭한다)으로부터 이간되어 있다. 제1 스테이지(12)의 수광 측 스토퍼(122e)와 볼 상단의 이간 거리는, AF 가동부(11)의 이동에 따른 Z방향 기준 볼(15A, 15B)의 이동 변위의 최댓값(AF 가동부(11)의 최대 이동 스트로크보다 작다)보다 크게 설정된다.
Z방향 기준 볼(15A, 15B)은, 기준 상태에 있어서, 예를 들면, AF 가동부(11)의 수광 측 스토퍼(112e)와 제1 스테이지(12)의 결상 측 스토퍼(122f)에 의하여 협지된다.
이로써, AF 가동부(11)가 이동할 때, AF 가동부(11)의 결상 측 스토퍼(112f)는 볼 하단에 도달하지 않기 때문에, 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)은, 미끄러짐을 발생하지 않고 전동한다. AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)와 Z방향 기준 볼(15A, 15B)의 사이의 마찰은, 미끄러짐 마찰이 아닌 구름 마찰이 되어, AF 가동부(11)는 매끄럽게 이동하기 때문에, AF 가동부(11)의 이동 동작의 안정성을 더 향상시킬 수 있다. 또, 수광 측 스토퍼(112e, 122e) 및 결상 측 스토퍼(112f, 122f)를 마련함으로써, 분진 등의 이물의 침입을 억제할 수 있어, Z방향 기준 볼(15A, 15B)의 전동이 이물에 의하여 저해되는 것을 방지할 수 있다.
제1 스테이지(12)의 수광 측 스토퍼(122e)는, 예를 들면, 슬라이드 커버(19)에 의하여 형성된다(도 18a, 도 18b 참조). 도 18a는, 슬라이드 커버(19)를 장착한 상태를 나타내고, 도 18b는, 슬라이드 커버(19)를 분리한 상태를 나타낸다.
도 18b에 나타내는 바와 같이, 슬라이드 커버(19)는, 슬라이드 방향의 양측에 돌출 길이가 상이한 돌출편(19a, 19b)을 갖는다. 한편, 제1 스테이지(12)에 있어서, 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제1 예압 볼(15C), 제2 Z방향 기준 볼(15B) 및 제2 예압 볼(15D)을 수용하는 볼 수용부(부호 생략)의 광축 방향 수광 측은 개방되어 있고, 개방 단부에 오목부(126)가 마련되어 있다.
오목부(126)의 슬라이드 방향에 있어서의 일단에 마련된 삽입 구멍(126a)에, 돌출 길이가 긴 돌출편(19a)이 삽입되도록 슬라이드 커버(19)를 배치한 후, 오목부(126)의 타단에 마련된 삽입 구멍(126b)에, 돌출 길이가 짧은 돌출편(19b)이 삽입되도록 슬라이드 커버(19)를 슬라이드시킨다. 슬라이드 커버(19)의 돌출편(19a, 19b)은, 오목부(126)의 삽입 구멍(126a, 126b)과 계합하고, 슬라이드 커버(19)는 볼 수용부의 광축 방향 수광 측을 폐색한다. 또한, 도시를 생략하지만, 예를 들면, 오목부(126) 및 슬라이드 커버(19)의 각각의 당접면에 요철 구조를 마련하고, 소정의 위치에서 슬라이드 불가능하게 로크되도록 해도 된다.
이와 같이, 슬라이드 커버(19)를 이용하여 제1 스테이지(12)의 수광 측 스토퍼(122e)를 형성함으로써, AF 가동부(11)의 돌출부(112A, 112B)에, 제1 및 제2 Z방향 기준 볼(15A, 15B) 및 제1 및 제2 예압 볼(15C, 15D)을 배치한 상태로, 제1 스테이지(12)의 광축 방향 수광 측으로부터 AF 가동부(11)를 삽입할 수 있기 때문에, 조립 시의 작업성이 향상된다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 광학 소자 구동 장치(1)에 있어서, OIS 가동부(10)(AF 유닛만)는, 제1 X방향 기준축(X1) 및 제2 X방향 기준축(X2)을 따라 이동한다. 제1 X방향 기준축(X1)은, X방향 기준 볼(42A, 42B)의 전동축이며, 제2 X방향 기준축(X2)은, X방향 기준 볼(42C)의 전동축이다. 또한, 제1 X방향 기준축(X1)은, 본 실시형태와 같이 복수여도 되고(제1 X방향 기준축(X11, X12)), 1개여도 된다. 제2 X방향 기준축(X2)에 대해서도 동일하다.
X방향 기준축(X1, X2)을 도 15a~도 15c에 나타낸다. 도 15a는, AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)를 분리한 광학 소자 구동 장치(1)를 광축 방향 수광 측에서 본 평면도이다. 도 15b는, X방향 기준 볼 지지부(133A, 133B)의 Y방향을 따르는 종단면이며, 도 15c는, X방향 기준 볼 지지부(133C)의 Y방향을 따르는 종단면이다. 또한, 도 15b, 도 15c에서는, 구조를 간략화하여 나타내고 있다.
X방향 기준 볼(42A, 42B)은, 도 15b에 나타내는 바와 같이, 제2 스테이지(13)의 X방향 기준 볼 지지부(133A, 133B) 및 제1 스테이지(12)의 X방향 기준 볼 지지부(123A, 123B)에 의하여 협지되고, Y방향에 있어서의 이동이 규제되어 있다. 이로써, OIS 가동부(10)(AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12))를, X방향으로 안정된 거동으로 이동시킬 수 있다.
한편, X방향 기준 볼(42C)은, 도 15c에 나타내는 바와 같이, 제2 스테이지(13) 및 제1 스테이지(12)의 X방향 기준 볼 지지부(133C, 123C)에 의하여, Y방향에 있어서의 이동이 허용되어 있다. 이로써, 제2 스테이지(13) 및 제1 스테이지(12)의 치수 공차를 흡수할 수 있음과 함께, OIS 가동부(10)가 X방향으로 이동할 때의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, X방향 기준 볼(42A~42C)에는, OIS용 부세 부재(50)에 의하여 Z방향으로 예압이 가해지고 있다.
본 실시형태에서는, 제1 X방향 기준축(X1(X11, X12))은, AF 가동부(11)의 원형의 개구(118)의 중심(O)을 기준으로, 구동력 발생원인 제1 OIS 구동 유닛(30X) 측에 마련되어 있다. 이로써, 광축 방향 주위에 회전시키려고 하는 모멘트가 억제되기 때문에, OIS 가동부(10)의 X방향에 있어서의 이동 동작이 안정된다.
또, 본 실시형태에서는, OIS 가동부(10)(제1 스테이지(12))는, OIS 고정부(20)(제2 스테이지(13))에 대하여, AF 가동부(11)의 원형의 개구(118)의 중심(O)을 둘러싸도록 배치된 X방향 기준 볼(42A~42C)에 의하여, 3점으로 지지되어 있다. 이로써, 부품에 휨 등이 발생하고 있어도, 제1 스테이지(12)는 X방향 기준 볼(42A~42C)에 확실히 접촉하기 때문에, 제1 스테이지(12)의 자세가 안정된다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 광학 소자 구동 장치(1)에 있어서, OIS 가동부(10)(AF 유닛 및 제2 스테이지(13))는, 제1 Y방향 기준축(Y1) 및 제2 Y방향 기준축(Y2)을 따라 이동한다. 제1 Y방향 기준축(Y1)은, Y방향 기준 볼(41A, 41B)의 전동축이며, 제2 Y방향 기준축(Y2)은, Y방향 기준 볼(41C)의 전동축이다. 또한, 제1 Y방향 기준축(Y1)은, 본 실시형태와 같이 1개여도 되고, 복수여도 된다. 제2 Y방향 기준축(Y2)에 대해서도 동일하다.
Y방향 기준축(Y1, Y2)을 도 16a~도 16c에 나타낸다. 도 16a는, AF 가동부(11), 제1 스테이지(12) 및 제2 스테이지(13)를 분리한 광학 소자 구동 장치(1)(주로 베이스(21))를 광축 방향 수광 측에서 본 평면도이다. 도 16b는, Y방향 기준 볼 지지부(217A, 217B)의 X방향을 따르는 종단면이며, 도 16c는, Y방향 기준 볼 지지부(217C)의 X방향을 따르는 종단면이다. 또한, 도 16b, 도 16c에서는, 구조를 간략화하여 나타내고 있다.
Y방향 기준 볼(41A, 41B)은, 도 16b에 나타내는 바와 같이, 베이스(21)의 Y방향 기준 볼 지지부(217A, 217B) 및 제2 스테이지(13)의 Y방향 기준 볼 지지부(134A, 134B)에 의하여 협지되고, X방향에 있어서의 이동이 규제되어 있다. 이로써, OIS 가동부(10)(AF 가동부(11), 제1 스테이지(12) 및 제2 스테이지(13))를, Y방향으로 안정된 거동으로 이동시킬 수 있다.
한편, Y방향 기준 볼(41C)은, 도 16c에 나타내는 바와 같이, 베이스(21) 및 제2 스테이지(13)의 Y방향 기준 볼 지지부(217C, 134C)에 의하여, X방향에 있어서의 이동이 허용되어 있다. 이로써, 베이스(21) 및 제2 스테이지(13)의 치수 공차를 흡수할 수 있음과 함께, OIS 가동부(10)가 Y방향으로 이동할 때의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, X방향 기준 볼(42A~42C)에는, OIS용 부세 부재(50)에 의하여 Z방향으로 예압이 가해지고 있다.
본 실시형태에서는, 제1 Y방향 기준축(Y1)은, AF 가동부(11)의 원형의 개구(118)의 중심(O)을 기준으로, 구동력 발생원인 제2 OIS 구동 유닛(30Y) 측에 마련되어 있다. 이로써, 광축 방향 주위에 회전시키려고 하는 모멘트가 억제되기 때문에, OIS 가동부(10)의 Y방향에 있어서의 이동 동작이 안정된다.
또, 본 실시형태에서는, OIS 가동부(10)(제2 스테이지(13))는, OIS 고정부(20)(베이스(21))에 대하여, AF 가동부(11)의 원형의 개구(118)의 중심(O)을 둘러싸도록 배치된 Y방향 기준 볼(41A~42C)에 의하여, 3점으로 지지되어 있다. 이로써, 부품에 휨 등이 발생하고 있어도, 제2 스테이지(13)는 Y방향 기준 볼(41A~41C)에 확실히 접촉하기 때문에, 제2 스테이지(13)의 자세가 안정된다.
이와 같이, 실시형태에 관한 광학 소자 구동 장치(1)는, 제1 스테이지(12)(제1 고정부)와, 제1 스테이지(12)의 직경 방향 내측에 배치되는 AF 가동부(11)(제1 가동부)와, 제1 스테이지(12)에 대하여 AF 가동부(11)를 지지하는 AF 지지부(15)(제1 지지부)와, 제1 스테이지(12)에 배치되며, 제1 스테이지(12)에 대하여 AF 가동부(11)를 광축 방향으로 이동시키는 AF 구동 유닛(14)(Z방향 구동부)을 구비하고, 광축 방향에서 본 평면시 형상이 직사각형 형상이다.
AF 구동 유닛(14)은, 진동 운동을 직선 운동으로 변환하는 초음파 모터로 구성되며, AF 가동부(11)에 직선 운동을 전달하도록 직사각형의 제1 변에 배치된다.
AF 지지부(15)는, 제1 Z방향 기준 볼(15A)(제1 기준 볼) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)(제2 기준 볼)과, 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)을 통하여 AF 가동부(11)를 제1 스테이지(12)에 부세하는 판 스프링(181)(제1 부세 부재 및 제2 부세 부재)을 갖는다.
AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)는, AF 가동부(11)의 원형의 개구(118)의 중심(O)보다 제1 변 측에, 광축 방향을 따라 형성되며 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)을 각각 수용하는 제1 Z방향 기준 볼 지지부(112a, 122a)(제1 기준 볼 지지부) 및 제2 Z방향 기준 볼 지지부(112b, 122b)(제2 기준 볼 지지부)를 갖고, AF 구동 유닛(14)은, 둘레 방향에 있어서 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)의 사이에 위치한다.
또, 광학 소자 구동 장치(1)에 있어서, 부세부(18)는, AF 지지부(15)를 부세하는 판 스프링(181)(탄성 부재)과, 판 스프링(181)과 AF 지지부(15)의 사이에 배치되는 스페이서(182)를 갖는다.
또, 광학 소자 구동 장치(1)에 있어서, AF 구동 유닛(14)(Z방향 구동부)은, 광축 방향에 직교하는 평면 상에, 직선 형상으로 뻗어 있고, AF 지지부(15)(제1 지지부) 및 AF 구동 유닛(14)은, 광축 방향에서 본 평면시에 있어서, 광학 소자 구동 장치(1)의 편측 절반의 동일한 측에 배치되어 있다.
또, 광학 소자 구동 장치(1)는, OIS 고정부(20)(제2 고정부)와, 제1 스테이지(12)(제1 고정부), AF 가동부(11)(제1 가동부) 및 AF 지지부(15)(제1 지지부)를 갖고, OIS 고정부(20)에 대하여 광축 방향으로 이간되어 배치되는 OIS 가동부(10)(제2 가동부)와, 진동을 직선 운동으로 변환하는 초음파 모터를 가지며, 직선 운동에 의하여 OIS 가동부(10)를 상기 광축 방향에 직교하는 방향으로 이동시키는 OIS 구동 유닛(30)(XY방향 구동부)을 구비한다. AF 구동 유닛(14)(Z방향 구동부)은, 광축 방향에 직교하는 평면 상의 제1 변을 따르는 영역(제1 직선 영역)에 배치되고, OIS 구동 유닛(30)(XY방향 구동부)은, 제1 변에 직교하는 제2 변을 따르는 영역(제2 직선 영역) 및 제1 변과 평행한 제3 변을 따르는 영역(제3 직선 영역)에 배치되어 있다.
또, 광학 소자 구동 장치(1)는, AF 가동부(11)(제1 가동부)의 광축 방향에 있어서의 위치, 및 OIS 가동부(10)(제2 가동부)의 광축에 직교하는 방향에 있어서의 위치를 검출하기 위한 자기 센서(25X, 25Y, 25Z)(검출 센서)가 실장된 센서 기판(22)을 구비한다. 센서 기판(22)은, 제1~제3 직선 영역 이외의 영역에 배치되어 있다.
광학 소자 구동 장치(1)에 의하면, AF 구동 유닛(14)이 초음파 모터로 구성되어 있기 때문에, 외부 자기의 영향을 저감시킬 수 있음과 함께, 소형화 및 저배화를 도모할 수 있다.
또, AF 구동 유닛(14)의 암부(141b)가 광축 방향으로 뻗어 있어 AF 동력 전달부(144)를 협지하고 있으며, AF 구동 유닛(14)의 구동력이 AF 가동부(11)에 최대한으로 전달되기 때문에, AF 가동부(11)를 이동시키는 구동력을 효율적으로 얻을 수 있다. 또한, AF 구동 유닛(14)과 AF 지지부(15)의 위치를 근접시킴으로써, 지지 위치에 대한 회전 모멘트가 억제되기 때문에, AF 가동부(11)의 이동 동작이 안정된다. 따라서, 광학 소자 구동 장치(1)의 구동 성능이 현격히 향상된다.
스마트폰(M)과 같이, 광학 소자 구동 장치(1)를 갖는 카메라 모듈(A)을 근접하여 배치해도 자기적인 영향은 없기 때문에, 듀얼 카메라용으로서 적합하다.
[변형예 1]
실시형태에서도 설명한 바와 같이, AF 구동 유닛(14)의 AF 동력 전달부(144)(수동 요소)의 구조는 적절히 임의로 변경 가능하다. 실시형태에서는, 도 19a, 도 19b에 나타내는 바와 같이, AF 동력 전달부(144)가 판 스프링(144b)을 갖고 있으며, 자신의 부세 기능에 의하여, AF 공진부(141)와 AF 동력 전달부(144)의 맞닿음 상태가 유지되고 있다. 이 경우, 광축 방향에 있어서의 AF 가동부(11)의 이동에 따라, 판 스프링(144b)에 의한 부세 하중이 변화한다. 예를 들면, AF 가동부(11)가 광축 방향 결상 측으로 변위하면, 판 스프링(144b)에 의한 부세 하중이 커지고, 반대로 AF 가동부(11)가 광축 방향 수광 측으로 변위하면, 판 스프링(144b)에 의한 부세 하중이 작아진다. 그 때문에, AF 공진부(141)로부터 AF 동력 전달부(144)에 소정의 동력을 전달하기 위해서는, 판 스프링(144b)의 강성을 높게 하는 등의 연구가 필요해진다. 변형예 1에서는, AF 가동부(11)의 변위에 관계없이, AF 공진부(141)에 대한 AF 동력 전달부의 부세 하중이 일정해지도록 개선되어 있다.
변형예 1에 관한 AF 구동 유닛(14)의 구성을 도 21, 도 22 및 도 23a~도 23c에 나타낸다. 도 21은, 변형예 1에 관한 AF 구동 유닛(14)의 사시도이다. 도 22는, 변형예 1에 관한 AF 구동 유닛(14)의 분해 사시도이다. 도 23a는 변형예 1에 관한 AF 구동 유닛(14)의 상면도, 도 23b는 측면도, 도 23c는 도 23a의 A-A 화살표 방향에서 보았을 때의 단면도이다.
도 21 등에 나타내는 바와 같이, 변형예 1에 관한 AF 구동 유닛(14)은, 실시형태와 동일하게, AF 가동부(11)의 구동 유닛 수용부(115)에 배치된다. AF 가동부(11)에는, 구동 유닛 수용부(115)를 사이에 두고, 직경 방향 외측으로 팽출하는 플레이트 수용부(116)가 마련되어 있다.
AF 구동 유닛(14)의 능동 측의 구성(AF 공진부(141) 등)은 실시형태와 동일하다. 변형예 1에서는, AF 공진부(141)와 부세 부재(62)의 사이에, 플레이트(61)가 개재하고 있으며, AF 공진부(141)로부터의 동력이 플레이트(61)를 통하여 AF 가동부(11)에 전달되는 점이 상이하다. 즉, 변형예 1에서는, 2개의 플레이트(61)가, AF 구동 유닛(14)의 수동 요소인 AF 동력 전달부(144)로서 기능한다.
플레이트(61)는, 예를 들면, 타이타늄 구리, 니켈 구리, 스테인리스 등의 금속 재료로 이루어지는 경질의 판상 부재이다. 플레이트(61)는, 주면이 AF 공진부(141)의 암부(141b)와 맞닿도록, 이동 방향을 따라 AF 가동부(11)에 배치되어, AF 가동부(11)와 일체적으로 이동 가능하게 되어 있다. 변형예 1에서는, 플레이트(61)는, AF 가동부(11)의 플레이트 수용부(116)에 배치되어, 물리적으로 계지되어 있다. 구체적으로는, 플레이트(61)는, 가이드 삽입부(611)가 AF 가동부(11)에 마련된 가이드 홈(116a)에 헐겁게 끼워짐과 함께, 고정편(612)이 오목부(116c)의 바닥면과 계지편(116b)의 사이에 배치됨으로써, AF 가동부(11)에 고정되어 있다.
플레이트(61)는, AF 공진부(141)의 장착 상태(장착 위치의 개체차)에 추종할 수 있도록, AF 가동부(11)에 고정되어 있으면 되고, 접착되지 않아도 되며, 탄성 변형 가능한 연질 접착제(예를 들면, 실리콘 고무)로 접착되어 있어도 된다.
부세 부재(62)는, AF 공진부(141)의 암부(141b)를 향하여 플레이트(61)를 부세하기 위한 부재이며, 2개의 스프링부(621)를 갖고 있다. 스프링부(621)는, 암부(141b)에 대하여 플레이트(61)를 동일한 부세력으로 압압하도록 구성되어 있다.
변형예 1에서는, 부세 부재(62)는, 예를 들면, 판금 가공에 의하여 형성되어 있고, 스프링부(621)는 연결부(622)로부터 뻗어 있는 판 스프링으로 구성되어 있다. 구체적으로는, 스프링부(621)의 판 스프링은, 연결부(622)의 하부로부터 Z방향 -측으로 뻗어 있고, 외측으로 헤어핀 형상으로 되접어 꺾음과 함께 Z방향에 대하여 내측으로 경사시킴으로써 형성되어 있다.
부세 부재(62)는, 연결부(622)가 구동 유닛 수용부(115)에 마련된 스프링 재치부(115a)에 재치됨과 함께, 스프링부(621)가 플레이트 수용부(116)의 오목부(116c)에 배치됨으로써, AF 가동부(11)에 고정되어 있다. 플레이트(61)는, 부세 부재(62)의 헤어핀 부위에 위치하고, 스프링부(621)에 의하여 내측(암부(141b) 측)을 향하여 부세되게 된다. 변형예 1에서는, 부세 부재(62)는, AF 구동 유닛(14)의 장착 위치에 추종할 수 있도록 AF 가동부(11)에 접착되어 있지 않다. 즉, 부세 부재(62)는, 구동 유닛 수용부(115)의 장착면을 따라 이동 가능하게 되어 있고, AF 구동 유닛(14)(AF 공진부(141) 및 플레이트(61))을 협지했을 때에, 2개의 스프링부(621)의 부세 하중이 균등하게 되는 위치에 지지된다.
또한, 부세 부재(62)의 구성은 일례이며, 적절히 변경 가능하다. 예를 들면, 도 19a 등에 나타내는 AF 동력 전달부(144)의 구성을 적용해도 된다. 또, 코일 스프링이나 경질 고무 등의 탄성체를 적용해도 된다.
이와 같이, 변형예 1에 있어서, AF 구동 유닛(14)(Z방향 구동부)은, 전압 인가에 의하여 진동을 발생하는 AF 압전 소자(142)와, AF 압전 소자(142)의 진동에 공진하여, 당해 진동을 직선 운동으로 변환하는 AF 공진부(141)(능동 요소)와, AF 가동부(11)(제1 가동부)에 배치되고, AF 공진부(141)의 직선 운동을 받아 AF 공진부(141)에 대하여 상대적으로 이동하는 AF 동력 전달부(144)(수동 요소)와, AF 가동부(11)에 배치되며, AF 동력 전달부(144)를 AF 공진부(141)를 향하여 부세하는 부세 부재(62)(제2 부세부)를 갖고, AF 동력 전달부(144)는, AF 공진부(141)에 맞닿는 플레이트(61)로 구성되어 있다. 구체적으로는, AF 동력 전달부(144)는, AF 공진부(141)의 2개의 암부(141b)에 접촉하고, 암부(141b)의 동력을 받아 AF 공진부(141)에 대하여 상대적으로 이동한다. 부세 부재(62)는, 암부(141b)를 향하여 AF 동력 전달부(144)를 부세한다. AF 동력 전달부(144)는, 이동 방향을 따라 AF 가동부(11)에 배치되고, 각각의 암부(141b)에 맞닿는 2개의 플레이트(61)로 구성되며, 각각의 플레이트(61)는, 부세 부재(62)에 의하여 암부(141b)에 부세되어 있다.
이로써, 부세 부재(62)가 암부(141b)에 대하여 플레이트(61)를 동일한 부세력으로 압압함으로써, AF 가동부(11)가 광축 방향으로 이동해도, 능동 요소인 AF 공진부(141)의 암부(141b)와 수동 요소인 플레이트(61)의 부세 상태(부세 하중)는 변동하지 않는다. 따라서, 실시형태와 같이, AF 동력 전달부(144)가 스프링 기능을 겸하고 있는 경우와 비교하여, AF 공진부(141)로부터의 동력을 플레이트(61)를 통하여 AF 가동부(11)에 안정적으로 전달할 수 있다.
또, 실시형태와 같이 AF 동력 전달부(144)가 스프링 기능을 겸하고 있는 경우, 강성이 높은 재질을 적용하는 것이 곤란하지만, 변형예 1에서는, 플레이트(61)의 강성을 높이는 것이 용이하다. 또, 실시형태와 비교하여, AF 공진부(141)로부터 AF 가동부(11)로의 동력 전달 경로가 짧다. 따라서, AF 공진부(141)로부터 AF 가동부(11)로의 동력 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 플레이트(61)는, 표면이 평탄하기 때문에, 임의의 표면 처리를 적절히 행할 수 있다. 예를 들면, 표면에, 다이아몬드 라이크 카본(DLC)이나 세라믹 등의 코팅층을 형성한 경우, 내마모성을 현격히 향상시킨다.
또, 변형예 1의 AF 구동 유닛(14)에 있어서, AF 동력 전달부(144)(수동 요소)는, 2개의 플레이트(61)를 갖고, 부세 부재(62)는, 각각의 플레이트(61)를 부세하는 2개의 스프링부(621)를 가지며, AF 공진부(141)(능동 요소) 및 플레이트(61)(수동 요소)는, 스프링부(621)에 의하여 협지되어 있다.
이로써, 2개의 스프링부(621)에 의한 부세력이 균형잡힌 상태로 AF 구동 유닛(14)이 유지되기 때문에, 좌우의 플레이트(61)에 대하여 균일한 부세력을 용이하게 작용시킬 수 있다.
또, 부세 부재(62)는, 일 부재로 구성되며, AF 구동 유닛(14)의 장착 상태에 추종 가능하게, AF 가동부(11)에 배치되어 있다.
이로써, AF 구동 유닛(14)의 장착 상태에 따라 용이하게 추종하여 조심이 행해지기 때문에, 동작의 안정성이 더 향상된다.
상술한 AF 구동 유닛(14)의 구조는, 도 24a, 도 24b에 나타내는 바와 같이, OIS 구동 유닛(30)에도 적용할 수 있다. 도 24a, 도 24b에서는, 부세 부재(62)는, 단순한 단면 U자 형상의 부재로 구성되어 있다. 플레이트(61)는, 제2 스테이지(13)에 고정된다. 즉, 실시형태의 OIS 동력 전달부(34) 대신에, 플레이트(61)와 부세 부재(62)의 조합을 적용함으로써, 롱 스트로크에도 용이에 대응할 수 있어, 동작의 안정성이 향상된다.
[변형예 2]
도 25는, 변형예 2에 관한 OIS 가동부(10)를 광축 방향 수광 측에서 본 평면도이다. 도 26은, 변형예 2에 관한 OIS 가동부(10)의 분해 사시도이다. 또한, 도 25, 26에서는, 제2 스테이지(13)를 생략하고 있다. 도 27a, 도 27b는, 변형예 2에 관한 AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)의 평면도이다. 도 28a, 도 28b는, 변형예 2에 관한 OIS 가동부(10)의 횡단면 및 종단면의 확대도이다. 도 28a는, 도 28b의 C-C 화살표 방향에서 보았을 때의 단면도이며, 도 28b는, 도 25의 B-B 화살표 방향에서 보았을 때의 단면도이다. 도 29a, 도 29b는, AF 지지부(15)의 배치를 나타내는 확대도이다.
또한, 실시형태 및 변형예 1에 나타내는 광학 소자 구동 장치(1)와 동일 또는 대응하는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 25 등에 나타내는 바와 같이, 변형예 2에 있어서, AF 가동부(11)는, 렌즈 수용부(111)의 둘레면부에, 제1 스테이지(12)를 향하여 돌출되는 돌출부(112C, 112D, 117A, 117B)를 갖는다. 돌출부(112C, 112D)는, 실시형태와 동일하다. 돌출부(117A, 117B)는, X방향으로 대향하도록 배치되어, 렌즈 수용부(111)의 접선 방향(여기에서는, X방향)으로 뻗어 있는 하나의 공간을 형성한다.
돌출부(117A, 117B)는, 제1 스테이지(12)와 함께, AF 지지부(15)로서의 Z방향 기준 볼(15A, 15B)을 지지한다. 일방의 돌출부(117A)에는, 제1 Z방향 기준 볼(15A)을 수용하는 제1 Z방향 기준 볼 지지부(117a)가 형성되어 있다. 타방의 돌출부(117B)에는, 제2 Z방향 기준 볼(15B)을 수용하는 제2 Z방향 기준 볼 지지부(117b)가 형성되어 있다. 제1 Z방향 기준 볼 지지부(117a) 및 제2 Z방향 기준 볼 지지부(117b)는, 홈 바닥을 향하여 홈 폭이 좁아지도록 단면 형상이 대략 V자 형상(테이퍼 형상)으로 형성된다.
또, AF 가동부(11)에 있어서, 돌출부(117A, 117B)에 의하여 형성되는 공간이, AF 구동 유닛(14)이 배치되는 구동 유닛 수용부(115)가 된다. AF 구동 유닛(14)의 지지 구조는, 예를 들면, 변형예 1과 동일하다. 즉, AF 공진부(141)와 부세 부재(62)의 사이에, AF 구동 유닛(14)의 수동 요소인 플레이트(61)가 개재하고 있다. 2개의 플레이트(61)의 사이에 AF 구동 유닛(14)이 협지되고, AF 공진부(141)로부터의 동력이 플레이트(61)를 통하여 AF 가동부(11)에 전달되게 되어 있다.
변형예 2에서는, 돌출부(117A, 117B)는, 실시형태에 있어서의 돌출부(112A, 112B)의 Z방향 기준 볼(15A, 15B)을 수용하는 기능과, 변형예 1에 있어서의 플레이트 수용부(116)의 플레이트(61)를 수용하는 기능을 겸용하고 있다.
제1 스테이지(12)에는, AF 가동부(11)의 돌출부(117A, 117B) 및 이들에 끼워진 공간에 대응하는 부분이 절결되어, AF 모터 고정부(125)가 형성되어 있다. 또, AF 모터 고정부(125)의 양측에는, 제1 Z방향 기준 볼 지지부(127a) 및 제2 Z방향 기준 볼 지지부(127b)가 연달아 마련되어 있다.
제1 Z방향 기준 볼 지지부(127a)는, 렌즈 수용부(111)의 접선 방향 D1을 따라 형성되어 있다(도 29a 참조). 또, 제1 Z방향 기준 볼 지지부(127a)의 내면(AF 모터 고정부(125) 측의 면)은, 홈 바닥을 향하여 홈 폭이 좁아지도록 단면 형상이 대략 V자 형상(테이퍼 형상)으로 형성되어 있다.
제2 Z방향 기준 볼 지지부(127b)는, 렌즈 수용부(111)의 접선 방향 D1에 대하여 경사져 형성되어 있다(도 29b 참조). 또, 제2 Z방향 기준 볼 지지부(127b)의 내면(AF 모터 고정부(125) 측의 면)은, 단면 형상이 대략 U자 형상으로 형성되어 있다. 제2 Z방향 기준 볼 지지부(127b)에는, 제2 Z방향 기준 볼(15B)과 함께, 제2 Z방향 기준 볼(15B)을 통하여 AF 가동부(11)를 부세하기 위한 부세부(18)(판 스프링(181) 및 스페이서(182))가 배치된다. 또한, 도 27b에서는, 판 스프링(181)을 분리한 상태를 나타내고 있다.
제2 Z방향 기준 볼(15B)은, 렌즈 수용부(111)의 접선 방향 D1에 대하여, 비스듬하게 부세된다(도 29b 참조). 이로써, AF 가동부(11)는, 제2 Z방향 기준 볼(15B)을 통하여 직교하는 2방향인 X방향 및 Y방향으로 압압되어, 광축 직교면 내에 있어서 안정된 자세로 유지된다. 접선 방향 D1과 부세 방향 D2가 이루는 각을 θ, 판 스프링(181)의 예압을 F로 한 경우, Y방향의 압압력은 F1=F·sinθ가 되고, X방향의 압압력은 F2=F·cosθ가 된다.
여기에서, 접선 방향 D1과 부세 방향 D2가 이루는 각(θ)은, 예를 들면, 0°~45°(0°를 제외한다)이다. 부세 방향 D2는, 예를 들면, 예압 F와의 균형으로, AF 가동부(11)의 광축 주위의 회전이 규제되도록 설정된다. 예를 들면, 부세 방향 D2와 접선 방향 D1이 이루는 각(θ)을 크게 하면, Y방향의 압압력이 커지기 때문에 판 스프링(181)의 예압 F를 작게 할 수 있지만, 돌출부(117A, 117B)의 돌출 길이를 크게 할 필요가 있는 등, 스페이스적으로 불리해진다. 반대로, 부세 방향 D2와 접선 방향 D1이 이루는 각(θ)을 작게 하면 스페이스적으로 유리하지만, Y방향의 압압력이 작아지기 때문에 판 스프링(181)의 예압을 크게 할 필요가 있다.
AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)의 제1 Z방향 기준 볼 지지부(117a, 127a)의 사이에, 제1 Z방향 기준 볼(15A)이 전동 가능한 상태로 지지된다. 또, 제1 스테이지(12)의 제2 Z방향 기준 볼 지지부(127b)에 배치된 스페이서(182)와 AF 가동부(11)의 제2 Z방향 기준 볼 지지부(117b)의 사이에, 제2 Z방향 기준 볼(15B)이 전동 가능한 상태로 지지된다. AF 가동부(11)는, 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)을 통하여, 부세된 상태로 제1 스테이지(12)에 지지되고, 안정된 자세로 유지된다. 변형예 2에서는, 제2 Z방향 기준 볼(15B)은, 예압 볼로서도 기능하고 있다.
제1 Z방향 기준 볼(15A)은, AF 가동부(11)와 제1 스테이지(12)에 의하여 협지되고, 광축 직교 방향에 있어서의 이동(AF 가동부(11)의 회전)이 규제되어 있다. 이로써, AF 가동부(11)를, 광축 방향으로 안정된 거동으로 이동시킬 수 있다.
한편, 제2 Z방향 기준 볼(15B)은, 판 스프링(181) 및 스페이서(182)를 통하여 AF 가동부(11)와 제1 스테이지(12)에 의하여 협지되고, 광축 직교 방향에 있어서의 이동이 허용되어 있다. 이로써, AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)의 치수 공차를 흡수할 수 있음과 함께, AF 가동부(11)가 이동할 때의 안정성이 향상된다.
또, 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)은, 각각, 2개의 볼로 구성되어 있고, 실시형태 및 변형예 1과 비교하여 직경이 크게 설정되어 있다. 이 경우, 실시형태 및 변형예 1과 비교하여, 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)의 구름 저항이 작아진다.
이와 같이, 변형예 2에 있어서, 제1 스테이지(12)(고정부)에 대하여 AF 가동부(11)(가동부)를 지지하는 AF 지지부(15)는, 제1 Z방향 기준 볼(15A)(제1 기준 볼), 제2 Z방향 기준 볼(15B)(제2 기준 볼), 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)을 통하여 AF 가동부(11)를 제1 스테이지(12)에 부세하는 판 스프링(181)(부세 부재)을 갖는다. AF 가동부(11)는, 원통상의 렌즈 수용부(111)(둘레면부)와, 제1 스테이지(12)를 향하여 돌출되도록 렌즈 수용부(111)에 마련되고 X방향(렌즈 수용부(111)의 접선 방향 D1)으로 뻗어 있는 하나의 공간을 형성하는 돌출부(117A, 117B)(제1 돌출부 및 제2 돌출부)를 갖는다. AF 구동 유닛(14)(구동 유닛)은, 돌출부(117A, 117B)의 사이에 협지되고, 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)은, 돌출부(117A, 117B)의 AF 구동 유닛(14)이 배치되어 있는 측과는 반대 측에 배치되어 있다.
또, AF 지지부(15)(제1 지지부)는, AF 구동 유닛(14)(Z방향 구동부)의 연장 방향에 있어서, AF 구동 유닛(14)을 사이에 둔 양측 2개소에 배치되고, 부세부(18)(제1 부세부)는, 일방의 AF 지지부(15) 측에 배치되어 있다.
실시형태 및 변형예 1에서는, AF 가동부(11)는, 원통상의 렌즈 수용부(111)로부터 돌출되는 돌출부(112A, 112B)를 갖고 있으며, 돌출부(112A, 121B)가, 각각 제1 Z방향 기준 볼(15A)과 제1 예압 볼(15C), 제2 Z방향 기준 볼(15B)과 제2 예압 볼(15D)로 협지되어 있다. 즉, 제1 스테이지(12)에 대하여 AF 가동부(11)를 2개소에서 지지하는 구성으로 되어 있다.
AF 가동부(11)를 광축 방향으로 이동시키는 경우, AF 구동 유닛(14)의 구동력을 받는 힘점(AF 공진부(141)와 AF 동력 전달부(144)의 접촉점)부터 회전축(제1 Z방향 기준 볼(15A)의 중심)까지의 거리에 따라, AF 가동부(11)에 모멘트가 발생하기 때문에, AF 가동부(11)는 모멘트를 상쇄할 수 있는 예압으로 제1 스테이지(12)에 압압할 필요가 있다.
실시형태 및 변형예 1에서는, 제1 스테이지(12)에 대하여 AF 가동부(11)를 2개소에서 지지하는 구성으로 되어 있기 때문에, 외부로부터의 힘을 분산하여 받을 수 있지만, 힘점부터 회전축까지의 거리를 작게 하여 모멘트를 감소시켜, 예압을 작게 하기에는 한계가 있다.
이에 대하여, 변형예 2에서는, AF 가동부(11)에 있어서, AF 구동 유닛(14)이 배치되어 있는 부분을, 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B) 사이에 두고, 제2 Z방향 기준 볼(15B)에 예압을 부여하는 구성, 즉, 제1 스테이지(12)에 대하여 AF 가동부(11)를 1개소에서 지지하는 구성으로 되어 있다.
이로써, 실시형태 및 변형예 1과 비교하여, AF 구동 유닛(14)의 구동력을 받는 힘점부터 회전축까지의 거리를 작게 하기 쉽고, 모멘트를 감소시켜 예압을 작게 할 수 있다. 또, 제2 Z방향 기준 볼(15B)이 예압 볼로서 기능하여, 실시형태에 있어서의 제1 및 제2 예압 볼(15C, 15D)이 불필요해지기 때문에, 구름 저항을 작게 할 수 있다. 따라서, AF 구동 유닛(14)의 구동 효율이 향상되어, 대구경 렌즈용의 광학 소자 구동 장치로서도 적합한 것이 된다. 또, 예압이 동일하면, 틸트 내성이 향상되게 된다.
또, 변형예 2에 있어서, 판 스프링(181)에 의한 제2 Z방향 기준 볼(15B)의 부세 방향 D2는, 접선 방향 D1과 교차한다. 구체적으로는, 접선 방향 D1과 부세 방향 D2가 이루는 각(θ)은, 0°~45°이다. AF 구동 유닛(14)의 연장 방향은, 접선 방향 D1과 동일하기 때문에, 부세부(18)(제1 부세부)는, 평면시에 있어서의 부세 방향이 AF 구동 유닛(14)의 연장 방향과 교차하고, 또한, AF 구동 유닛(14)을 부세하도록 배치되어 있다고도 할 수 있다.
이로써, 제2 Z방향 기준 볼(15B)을 통하여, 직교하는 2방향인 X방향 및 Y방향으로 AF 가동부(11)가 압압되기 때문에, 광축 직교면 내에 있어서의 자세를 안정시킬 수 있다.
또, 변형예 2에 있어서, 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)은, 각각 2개의 볼로 구성되어 있다.
이로써, 실시형태 및 변형예 1과 비교하여, 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)의 구름 저항을 작게 할 수 있어, AF 구동 유닛(14)의 구동 효율이 더 향상된다.
이상, 본 발명자에 의하여 이루어진 발명을 실시형태에 근거하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 변경 가능하다.
예를 들면, 실시형태에서는, 카메라 모듈(A)을 구비하는 카메라 탑재 장치의 일례로서, 카메라 탑재 휴대 단말인 스마트폰(M)을 들어 설명했지만, 본 발명은, 카메라 모듈과 카메라 모듈에서 얻어진 화상 정보를 처리하는 화상 처리부를 갖는 카메라 탑재 장치에 적용할 수 있다. 카메라 탑재 장치는, 정보 기기 및 수송 기기를 포함한다. 정보 기기는, 예를 들면, 카메라 탑재 휴대전화기, 노트형 컴퓨터, 태블릿 단말, 휴대형 게임기, web 카메라, 카메라 탑재 차재 장치(예를 들면, 백 모니터 장치, 드라이브 리코더 장치)를 포함한다. 또, 수송 기기는, 예를 들면 자동차를 포함한다.
도 30a, 도 30b는, 차재용 카메라 모듈(VC)(VehicleCamera)을 탑재하는 카메라 탑재 장치로서의 자동차(V)를 나타내는 도이다. 도 30a는 자동차(V)의 정면도이며, 도 30b는 자동차(V)의 후방 사시도이다. 자동차(V)는, 차재용 카메라 모듈(VC)로서, 실시형태에서 설명한 카메라 모듈(A)을 탑재한다. 도 30a, 도 30b에 나타내는 바와 같이, 차재용 카메라 모듈(VC)은, 예를 들면 전방을 향하여 프런트 유리에 장착되거나, 후방을 향하여 리어 게이트에 장착되거나 한다. 이 차재용 카메라 모듈(VC)은, 백 모니터용, 드라이브 리코더용, 충돌 회피 제어용, 자동 운전 제어용 등으로서 사용된다.
실시형태에서는, AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12)의 양방에, 제1 Z방향 기준 볼 지지부(112a, 122a) 및 제2 Z방향 기준 볼 지지부(112b, 122b)가 마련되어 있지만, 제1 Z방향 기준 볼 지지부 및 제2 Z방향 기준 볼 지지부는, AF 가동부(11) 및 제1 스테이지(12) 중 어느 일방에 마련되어도 된다.
또, 실시형태에서는, 제1 Z방향 기준 볼(15A) 및 제2 Z방향 기준 볼(15B)은, AF 구동 유닛(14)을 기준으로, 둘레 방향으로 대칭적으로 배치되어 있지만, 비대칭적으로 배치되어도 된다. 이 경우, AF 가동부(11)의 이동 동작을 안정시키기 위해서는, 제1 Z방향 기준 볼(15A)이 AF 구동 유닛(14) 측이 되도록 하는 것이 바람직하다.
또, 실시형태에서는, AF 구동 유닛(14)이 X방향을 따라 배치되어 있지만, AF 구동 유닛(14)의 배치 양태는 이것에 한정되지 않으며, 예를 들면, Y방향을 따라 배치되어도 되고, X방향 및 Y방향에 대하여 경사져 배치되어도 된다.
또, 본 발명은, 오토 포커스뿐만 아니라, 줌 등, 가동부를 광축 방향으로 이동시키는 경우에 적용할 수 있다.
또한, AF 유닛의 지지 구조는, AF 구동 유닛(14)과 같이 구동원이 초음파 모터로 구성되어 있는 경우에 한정되지 않고, 초음파 모터 이외의 구동원(예를 들면, 보이스 코일 모터(VCM))을 구비하는 광학 소자 구동 장치에도 적용할 수 있다.
또, 실시형태에서는, 광학 소자로서 렌즈부(2)를 구동하는 광학 소자 구동 장치(1)에 대하여 설명했지만, 구동 대상이 되는 광학 소자는, 미러나 프리즘 등의 렌즈 이외의 광학 소자여도 된다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 특허청구의 범위에 의하여 나타나고, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
2020년 3월 30일 출원의 미국 가출원 63/002,305, 2020년 7월 15일 출원의 미국 가출원 63/051,917, 및 2020년 9월 15일 출원의 미국 가출원 63/078,357에 포함되는 명세서, 도면 및 요약서의 개시 내용은, 모두 본원에 원용된다.
1 광학 소자 구동 장치
10 OIS 가동부(제2 가동부)
11 AF 가동부(제1 가동부)
12 제1 스테이지(제1 고정부)
13 제2 스테이지
14 AF 구동 유닛(Z방향 구동부)
141 AF 공진부(능동 요소)
142 AF 압전 소자
143 AF 전극
144 AF 동력 전달부(수동 요소)
15 AF 지지부(제1 지지부)
15A 제1 Z방향 기준 볼(제1 기준 볼)
15B 제2 Z방향 기준 볼(제2 기준 볼)
18 부세부(제1 부세부)
181 판 스프링(탄성 부재)
182 스페이서
20 OIS 고정부(제2 고정부)
21 베이스
30 OIS 구동 유닛(XY방향 구동부)
31 OIS 공진부(능동 요소)
32 OIS 압전 소자(능동 요소)
33 OIS 전극
34 OIS 동력 전달부(수동 요소)
40 OIS 지지부(제2 지지부)
50 OIS용 부세 부재
61 플레이트(수동 요소)
62 부세 부재
112a, 122a 제1 Z방향 기준 볼 지지부(제1 기준 볼 지지부)
112b, 122b 제2 Z방향 기준 볼 지지부(제2 기준 볼 지지부)
A 카메라 모듈
M 스마트폰(카메라 탑재 장치)

Claims (11)

  1. 제1 고정부와,
    상기 제1 고정부의 직경 방향 내측에 배치되는 제1 가동부와,
    상기 제1 고정부와 상기 제1 가동부의 사이에 개재하여, 상기 제1 고정부에 대하여 상기 제1 가동부를 지지하는 제1 지지부와,
    진동을 직선 운동으로 변환하는 초음파 모터를 갖고, 상기 직선 운동에 의하여 상기 제1 가동부를 광축 방향으로 이동시키는 Z방향 구동부와,
    상기 제1 고정부에 배치되며, 상기 제1 가동부를 향하여 상기 제1 지지부를 부세하는 제1 부세부를 구비하고,
    상기 제1 부세부는, 상기 지지부를 부세하는 탄성 부재와, 상기 탄성 부재와 상기 지지부의 사이에 배치되는 스페이서를 갖는, 광학 소자 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Z방향 구동부는, 상기 광축 방향에 직교하는 평면 상에, 직선 형상으로 뻗어 있고,
    상기 제1 지지부 및 상기 Z방향 구동부는, 상기 광축 방향에서 본 평면시에 있어서, 상기 광학 소자 구동 장치의 편측 절반의 동일한 측에 배치되어 있는, 광학 소자 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 지지부는, 상기 Z방향 구동부의 연장 방향에 있어서, 상기 Z방향 구동부를 사이에 둔 양측 2개소에 배치되고,
    상기 제1 부세부는, 일방의 상기 제1 지지부 측에 배치되어 있는, 광학 소자 구동 장치.
  4. 제2항 내지 제3항에 있어서,
    상기 제1 부세부는, 상기 평면시에 있어서의 부세 방향이 상기 Z방향 구동부의 연장 방향과 교차하고, 또한, 상기 Z방향 구동부를 부세하도록 배치되어 있는, 광학 소자 구동 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Z방향 구동부는,
    전압 인가에 의하여 진동을 발생하는 압전 소자와,
    상기 압전 소자의 진동에 공진하여, 당해 진동을 직선 운동으로 변환하는 능동 요소와,
    상기 제1 가동부에 배치되어, 상기 능동 요소의 직선 운동을 받아 상기 능동 요소에 대하여 상대적으로 이동하는 수동 요소와,
    상기 제1 가동부에 배치되어, 상기 수동 요소를 상기 능동 요소를 향하여 부세하는 제2 부세부를 갖고,
    상기 수동 요소는, 상기 능동 요소에 맞닿는 플레이트로 구성되어 있는, 광학 소자 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수동 요소는, 2개의 상기 플레이트를 갖고,
    상기 제2 부세부는, 각각의 상기 플레이트를 부세하는 2개의 스프링부를 가지며,
    상기 능동 요소 및 상기 수동 요소는, 2개의 상기 스프링부에 의하여 협지되어 있는, 광학 소자 구동 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 플레이트는, 상기 가동부에 헐겁게 끼워지도록 고정되는 고정편을 갖고 있는, 광학 소자 구동 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 고정부와,
    상기 제1 고정부, 상기 제1 가동부 및 상기 제1 지지부를 갖고, 상기 제2 고정부에 대하여 상기 광축 방향으로 이간되어 배치되는 제2 가동부와,
    진동을 직선 운동으로 변환하는 초음파 모터를 가지며, 상기 직선 운동에 의하여 상기 제2 가동부를 상기 광축 방향에 직교하는 방향으로 이동시키는 XY방향 구동부를 구비하고,
    상기 Z방향 구동부는, 상기 광축 방향에 직교하는 평면 상의 제1 직선 영역에 배치되며,
    상기 XY방향 구동부는, 상기 제1 직선 영역에 직교하는 제2 직선 영역 및 상기 제1 직선 영역과 평행한 제3 직선 영역에 배치되어 있는, 광학 소자 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 가동부의 상기 광축 방향에 있어서의 위치, 및 상기 제2 가동부의 상기 광축에 직교하는 방향에 있어서의 위치를 검출하기 위한 검출 센서가 실장된 센서 기판을 구비하고,
    상기 센서 기판은, 상기 제1~제3 직선 영역 이외의 영역에 배치되어 있는, 광학 소자 구동 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 광학 소자 구동 장치와,
    상기 제1 가동부에 장착되는 렌즈부와,
    상기 렌즈부에 의하여 결상된 피사체상을 촬상하는 촬상부를 구비하는, 카메라 모듈.
  11. 정보 기기 또는 수송 기기인 카메라 탑재 장치로서,
    제10항에 기재된 카메라 모듈과,
    상기 카메라 모듈에서 얻어진 화상 정보를 처리하는 화상 처리부를 구비하는, 카메라 탑재 장치.
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