JP6932201B2 - 光学式手ブレ補正機構 - Google Patents

Description

形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤに基づくアクチュエータは、この技術に関連する固有の利点に起因して、ますます採用されており、特に、マイクロモーターに代わるそれらアクチュエータの能力は、負担、信頼性、電力消費の観点から利点をもたらす。

これらアクチュエータを使用することは、とりわけ携帯電話の用途のための光学式手ブレ補正機構（ＯＩＳ）において、小型化への要求が高まりかつ電力消費を最小限にする必要があるため特に高く評価されている。

ＳＭＡワイヤを使用して光学システムにおける画像安定性を制御するための初期の技術的解決法のいくつかは、特許文献１および特許文献２に記載される解決法などのように傾斜に基づいていた。

傾斜を用いた解決法の主な欠点は、特許文献３の段落番号［００２６］〜［００２８］に記載されており、手短に言うと、可動画像センサからカメラの固定構造への電気接続の経路決定が困難であることと、ＯＩＳカメラの高さおよび設置面積をＯＩＳのない同等のカメラよりも大きくせざるを得ないことと、に関連する。

これら欠点は、ＳＭＡアクチュエータワイヤがＯＩＳの主軸に対して略垂直に配置される非傾斜（シフト／並進）システムの開発を引き起こし、それによって、それらシステムは前記軸に垂直な小さな広がりを有し、したがってシステムの高さが最小化された。そうしたシステムにおけるＳＭＡワイヤの使用に関連する問題の１つが、トルク力であり、当該トルク力は、可動要素をその主軸の周りで回転させる傾向を引き起こすことによってシステムの出力性能に影響を及ぼすことがあり、あるいはその構造に付加的な応力をもたらすことがあり、当該付加的な応力は、早すぎる経年劣化をもたらし、結果として、時間の経過とともに性能を低下させ、場合によっては早すぎる故障につながることがある。特許文献３では、この問題は、トルク力成分を打ち消すような方法で位置決めされた非共線ワイヤを用いて解決される。

ＯＩＳシステムにＳＭＡワイヤを組み込んで使用するための別の手法が、出願人の名前における特許文献４に記載されており、当該文献は、ＳＭＡワイヤの作用下で変形される弾性構造ケージを備えるＯＩＳ用途に適した弾性構造を使用することを開示する。ＯＩＳ構造フレームの変形を示す異なる解決法が、特許文献５にさらに開示されている。

米国特許出願公開第２００１／００２２６８８号明細書 米国特許第８８４８０６４号明細書 欧州特許第２７３２３３１号明細書 国際公開第２０１６／１７８１５２号パンフレット 米国特許出願公開第２０１５／０３２２９２９号明細書

本発明の目的は、特許文献４に開示されているものとは異なり、傾斜およびトルク力成分の管理に関連する問題に悩まされないＯＩＳシステムのための剛性構造を提供することであり、その第１の態様において、３つの積層フレームすなわち下部フレームと中間フレームと上部フレームとを備える光学式手ブレ補正機構で構成され、当該上部フレームは、１つ以上の撮像システムをしっかりと保持するのに適しており、各積層フレームは、少なくとも４つの可撓性接続要素を用いて少なくとも別のフレームに接続されており、中間フレームおよび上部フレームは、下部フレームに対して摺動可能であり、中間フレームおよび上部フレームの動作は、互いに対してかつ（１つ以上の）撮像システムの光軸に対して直交しており、こうした直交する動作の各々は、一組の打消(antagonistic)形状記憶合金ワイヤによって制御される。

以下の図面を用いて本発明についてさらに説明する。

本発明に基づくＯＩＳと一体型撮像システムとが組み込まれたカメラモジュールの斜視図である。 本発明に基づくＯＩＳと２つの一体型撮像システムとが組み込まれたカメラモジュールの斜視図である。 打消ＳＭＡワイヤの配置および役割を特に強調した、図１のカメラモジュールの正面からの概略断面図である。 打消ＳＭＡワイヤの配置および役割を特に強調した、図１のカメラモジュールの上からの概略断面図である。

上述の図面において、寸法および寸法の比率は、正確でないことがあり、なお場合によって図面の読みやすさを向上させるために変更されている；また、本発明の理解に必須ではない要素、例えばＳＭＡワイヤの接続部および固定部は、補助的なものでありかつ当該技術分野で公知となっているため、通常は図示されない。

図１は、本発明に基づく光学式手ブレ補正機構（ＯＩＳ）を備えるカメラモジュール１０の斜視図を示す。カメラモジュール１０の撮像システム１４は、垂直に積層された下部フレーム１１と中間フレーム１２と上部フレーム１３とを備えるＯＩＳ上にしっかりと固定されている。下部フレーム１１および上部フレーム１３は、４つの可撓性接続要素ＬＵ（下部−上部）を用いて接続されており、斜視図には２つの可撓性接続要素ＬＵ１およびＬＵ２のみが示されており、一方で下部フレーム１１および中間フレーム１２は、４つの可撓性接続要素ＬＭ（下部−中間）を用いて接続されており、斜視図には１つの可撓性接続要素ＬＭ１のみが示されている。この実施形態では、中間フレーム１２は、反対側の側面に配置される２つの下方突出部１５、１５’を有しており、斜視図では１つの下方突出部１５のみが見られる。各突出部１５、１５’は、下部フレーム１１に形成された適切な凹部を通過して、ＯＩＳの底部まで下方に延在する。

撮像システム１４の光軸に直交するこれらフレームの相互的かつ純粋な並進動作は、弓形またはＶ字形の構成における二組の打消ＳＭＡワイヤ１６、１６’および１７、１７’によって提供され、斜視図には各組の１つの要素１６、１７のみが斜視図で示されている。

特にワイヤ１６、１６’の先端部は下部フレーム１１に固定され、ワイヤ１６、１６’は、ワイヤ１６、１６’の中央部分と係合するために保持要素として溝を有する下方突出部１５、１５’を介して中間フレーム１２に作用する。同様に、ワイヤ１７、１７’の先端部は中間フレーム１２に固定され、それらワイヤ１７、１７’の中央部分は、保持要素（図示せず）として上部フレーム１３と一体化された下方突出フック１８、１８’を介して上部フレーム１３に作用する（この図では見えない）。弓形またはＶ字形の構成におけるＳＭＡワイヤ１６、１６’および１７、１７’は、中央部分保持要素（つまりこの実施形態では溝およびフック）から等しく離れた点に接続される先端部を有するのが便利である。

垂直積層フレームを接続する可撓性接続要素ＬＵ、ＬＭは、フレームを適所に保つ機能と、それらフレームが活性化された（加熱された）ＳＭＡワイヤによって引っ張られた場合にそれらフレームの並進動作を可能にする機能と、の両方を有する。

図２は、２つの撮像システム２４、２４’を備えるカメラモジュール２０の斜視図を示し、この図は、デュアルカメラ携帯電話に使用され得るカメラモジュールを表す。図１に対して、図２は、４つの可撓性接続要素ＬＵのうちすべての可撓性接続要素ＬＵ１、ＬＵ２、ＬＵ３、ＬＵ４と、４つの可撓性接続要素ＬＭのうち２つの可撓性接続要素ＬＭ１、ＬＭ２の認識および注目を可能にする。

本発明は原則として設置される撮像システムの数に限定されないが、最も有用な構成は、１つまたは２つの撮像システムの使用を想定する。好ましい実施形態では、カメラモジュールに取り付けられた撮像システムは、カメラモジュール内に埋め込まれたそれら自体のオートフォーカス機能を有しており、そうしたオートフォーカス機能は、ＯＩＳ制御機能とは独立して制御され、一方でＯＩＳ機能は、本発明によって実現されて制御される。

一般的に言えば、可撓性接続要素は、図１に示されるように、可撓性接続要素の幅ｗおよび厚さｔによって幾何学的に特徴付けられる。可撓性接続要素の長さは、主に、可撓性接続要素が接続するフレーム間の垂直方向の広がりに、短い水平方向の端部を加えて、決定される。そのため可撓性接続要素ＬＵは、可撓性接続要素ＬＭよりも長くなるが、それは、可撓性接続要素ＬＭが隣接するフレームを接続するのに対して可撓性接続要素ＬＵが下部フレームと上部フレームとを接続するからである。

好ましくは、可撓性接続要素の厚さｔは０．０５〜０．１５ｍｍに含まれ、一方でその幅ｗは０．３〜０．５ｍｍに含まれる。結果として、可撓性接続要素（ＬＵ、ＬＭ）は、１０：１から２：１、最も好ましくは約４：１の幅／厚さ比（ｗ／ｔ）を有する。

図１および図２に示す好ましい実施形態では、下部フレームおよび上部フレームの４つの対応する角を接続する４つの可撓性接続要素ＬＵが設けられており、当該可撓性接続要素が配置されるフレーム側面はＬＵ側面として定義され、一方で、下部フレームおよび中間フレームは、下部フレームおよび中間フレームの対応する部分を接続する４つの可撓性接続要素ＬＭを用いて接続され、当該可撓性接続要素ＬＭが配置されるフレーム側面はＬＭ側面として定義され、ＬＭ側面は好ましくはＬＵ側面に隣接する（これは、好ましくは可撓性接続要素ＬＵと可撓性接続要素ＬＭとが同じフレーム側面上にないことを意味する）。

図１および図２は、本発明に基づく特定の非限定的な実施形態を示していることを強調すべきであり、例えば付加的な可撓性接続要素がフレーム側面に沿って配置されてもよく；そうした付加的な可撓性接続要素を使用することは、図２におけるように、２つの別々の隣接する撮像システムを収容するのに必要なより大きなシステム長を考慮すると、ダブルカメラシステムの場合に好ましい。別の変形例は、下方突出部１５、１５’の代わりに、中間フレーム１２からの上方突出部１５、１５’を包含してもよい。

カメラモジュール１０の図３Ａ、図３Ｂの断面図は、打消ＳＭＡワイヤ組１６−１６’、１７−１７’の位置決めを示す。ワイヤ組１６−１６’の分離および相互位置決めは、図３Ａの正面図（明瞭化のために撮像システム１４は省略されている）および図３Ｂの平面図の両方において見ることができる一方で、打消ワイヤ組１７−１７’の相互位置決めは図３Ｂにおいてのみ見ることができる。

中間フレーム１２から下方に延在する突出部１５、１５’は、ＳＭＡワイヤ１６、１６’によって係合され、その一方で、上部フレーム１３に形成された係留要素１８、１８’は、ワイヤ１７、１７’によって係合され、ＯＩＳ積層フレームの並進動作を介した撮像システム１４のポジション制御が可能となる。

このように、本発明に基づくＯＩＳシステムは、図１、図２、図３Ａおよび図３Ｂに例示されており、ＯＩＳ自体の理解および働きを改善するためだけに、これらの図面には撮像システム１４、２４、２４’の存在が追加されている。

好ましい実施形態では、可撓性接続要素はまた、ＳＭＡワイヤの先端部のための係留点であり、かつＳＭＡワイヤを作動させるために電流を供給できるように屈曲可能な導電性材料から作られる。したがって、可撓性接続要素は本質的に、ＳＭＡワイヤに作動電流を供給するために、屈曲可能な金属、または金属片などの導電性要素を備える屈曲可能なプラスチックで作られる。

可撓性／屈曲可能との用語は、破断することなく多数の変形サイクルを受けることができる能力を有する材料を意図しており、この理由から、好ましくは、１〜１００ＧＰａの範囲のヤング率を有する材料が使用される。

図示される実施形態では、下部フレーム１１または上部フレーム１３は、中間フレームの各突出部１５、１５’の終端部分に対応して、ＳＭＡワイヤ１６、１６’の先端部のための２つの接続点を有しており、そうした接続点は突出部１５、１５’の中央から同じ距離にある。図１および図２の斜視図では、突出部１５、１５’は、中間フレーム１２から下方に延在しており、そのためＳＭＡワイヤの先端部の接続点を有するのは下部フレーム１１となる。

別の実施形態では、中間フレーム１２は、下方または上方突出部１５、１５’を有する側面に隣接する側面において、２つの打消ＳＭＡワイヤ１７、１７’のための２つの接続点を有しており、その一方で、ＳＭＡワイヤ中央部分は、異なるフレーム、すなわち突出方向と反対側のフレームに係合される。図１および図２の斜視図では、突出部１５は下方に延在しており、そのため中間フレーム１２と上部フレーム１３とを接続するＳＭＡワイヤ１７、１７’は、フック１８、１８’（図３Ｂ）などの適切な保持要素を用いて上部フレーム１３に係合される中央部分を有する。

本発明に基づくＯＩＳに使用されるＳＭＡワイヤは、特定のタイプに限定されず、ジュール効果によって活性化される任意のＳＭＡワイヤが有用に使用されてもよい。それでもやはり、ニチノールの名称で当該分野で公知であり、１０μｍ〜５０μｍの範囲の直径を有し、かつ様々な供給元から市販されているＮｉ−Ｔｉ合金で作られたＳＭＡワイヤを使用することが好ましく、例えば当該ワイヤは、SAES Getters SpAによってSmartflexの商品名で販売されており、特に２５μｍのワイヤを使用することが優先される。

打消ワイヤを稼働させかつ制御する方法に関して、この情報は当業者に公知であり、例えば２０１２年にSensors、第12号、p.7682-7700で公開されたWang、他著による文書「自己検知を伴う正確に制御された打消形状記憶合金アクチュエータ(An accurately controlled antagonistic shape memory alloy actuator with self-sensing)」を参照されたい。

１０ カメラモジュール
１１ 下部フレーム
１２ 中間フレーム
１３ 上部フレーム
１４；２４、２４’ 撮像システム
１５、１５’ 突出部
１６、１６’；１７、１７’ 形状記憶合金ワイヤ
１８、１８’ 保持要素
２０ カメラモジュール

Claims (9)

1. ３つの積層フレーム、すなわち下部フレーム（１１）と中間フレーム（１２）と上部フレーム（１３）とを備える光学式手ブレ補正機構であって、
   前記上部フレーム（１３）は、１つ以上の撮像システム（１４；２４、２４’）を安定して保持するのに適しており、
   前記積層フレームそれぞれは、少なくとも４つの可撓性要素（ＬＭ、ＬＵ）を用いて少なくとも別の積層フレームに接続され、前記中間フレーム（１２）および前記上部フレーム（１３）は、前記下部フレーム（１１）に対して摺動可能であり、
   前記中間フレーム（１２）および前記上部フレーム（１３）の動作は、互いに対してかつ前記撮像システムの光軸に対して直交しており、
   ３つの前記積層フレームのうち２つの前記積層フレームの組み合わせに関して、一方の前記積層フレームのうち前記光軸に対して直交する第１方向における反対側の２つの側面には、それぞれ形状記憶合金ワイヤ（１６、１６’）が接続され、他方の前記積層フレームは、前記形状記憶合金ワイヤ（１６、１６’）とそれぞれ係合する垂直突出部（１５、１５’）を有し、
   ３つの前記積層フレームのうち前記組み合わせとは異なる２つの前記積層フレームの組み合わせに関して、一方の前記積層フレームののうち前記光軸および前記第１方向の双方と直交する第２方向における反対側の２つの側面には、それぞれ形状記憶合金ワイヤ（１７、１７’）が接続され、他方の前記積層フレームは、前記形状記憶合金ワイヤ（１７、１７’）とそれぞれ係合する係留要素（１８、１８’）を有することを特徴とする光学式手ブレ補正機構。
2. 前記中間フレーム（１２）は、前記第１方向における２つの反対側の側面において、２つの前記垂直突出部（１５、１５’）を、前記反対側の側面の各々に１つずつ有しており、
   前記垂直突出部（１５、１５’）の各々の終端部分において、前記形状記憶合金ワイヤ（１６、１６’）の中央部分と係合するのに適した保持要素を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学式手ブレ補正機構。
3. 前記下部フレーム（１１）が、前記垂直突出部（１５、１５’）に対応して前記側面の各々に前記形状記憶合金ワイヤ（１６、１６’）の先端部のための２つの接続点を有しており、前記接続点は、前記垂直突出部（１５、１５’）の中央から同じ距離に位置することを特徴とする請求項２に記載の光学式手ブレ補正機構。
4. 前記中間フレーム（１２）が、前記垂直突出部（１５、１５’）が形成されている前記側面に隣接する側面の各々において、前記形状記憶合金ワイヤ（１７、１７’）の先端部のための２つの接続点を有することを特徴とする請求項２に記載の光学式手ブレ補正機構。
5. 前記垂直突出部（１５、１５’）は、前記下部フレーム（１１）へ向けて下方に方向付けられているかまたは前記上部フレーム（１３）へ向けて上方に方向付けられていることを特徴とする請求項２に記載の光学式手ブレ補正機構。
6. ４つの前記可撓性要素（ＬＵ）が、前記下部フレーム（１１）および前記上部フレーム（１３）の４つの角を接続し、
   前記可撓性要素（ＬＵ）は、前記下部フレーム（１１）および前記上部フレーム（１３）の２つの反対側の側面において対をなして配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式手ブレ補正機構。
7. 前記可撓性要素（ＬＵ、ＬＭ）は、１０：１から２：１の幅／厚さ比（ｗ／ｔ）を有することを特徴とする請求項１に記載の光学式手ブレ補正機構。
8. 請求項１に記載の光学式手ブレ補正機構と、１つまたは２つの撮像システム（１４；２４、２４’）とを備えることを特徴とするカメラモジュール（１０；２０）。
9. 前記撮像システム（１４；２４、２４’）それぞれは、それ自体が組み込まれかつ独立して制御されるオートフォーカス機能を有することを特徴とする請求項８に記載のカメラモジュール（１０；２０）。

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