(57)【要約】  光学中心線および開放口を有するレンズ組立体、運動の中心線が光学中心と実質的に平行となる状態で開放口の近傍に組み込まれたベアリングガイド、ならびに中心線に沿ってレンズを動かすプリロードされた摩擦接触点を有するリニアアクチュエータを備えるレンズアクチュエータモジュールを開示する。プリロード力がベアリングガイドに追加する摩擦が、光学中心線沿いの位置に関わりなく実質的にゼロとなるよう、プリロード力は、光学中心線に対して垂直であり、一定であり、かつ接触点と同一直線上に生成される。2013513821.tif 000011
2013513821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアアクチュエータと、
接触点におけるプリロード力を用いて該接触点において該リニアアクチュエータに摩擦結合しているレンズキャリッジとを備え、
該プリロード力が実質的に一定であり且つ該接触点と同一直線上にあり、したがって、該レンズキャリッジの中心線に対して実質的に平行であるリニアアクチュエータ駆動力の軸に対して該プリロード力が垂直である、
レンズアクチュエータモジュール。
【請求項２】
前記プリロード力が、前記レンズキャリッジの組立の間に少なくとも１つのバネにより生成され、該少なくとも１つのバネにより生成される該プリロード力に対して垂直な力が、前記中心線沿いの該レンズキャリッジの位置に関わらず、該プリロード力の１０％未満である、請求項１に記載のレンズアクチュエータモジュール。
【請求項３】
前記プリロード力に対して垂直な力が、前記プリロード力の５％未満である、請求項２に記載のレンズアクチュエータモジュール。
【請求項４】
光軸および開放口を備える前記レンズキャリッジ内にレンズ組立体をさらに備える、請求項１に記載のレンズアクチュエータモジュール。
【請求項５】
前記レンズキャリッジが、前記開放口の近傍に組み込まれたベアリングガイドを備え、その結果、該ベアリングガイドにより該レンズキャリッジの直線運動および回転運動が可能となり、該ベアリングガイドの軸が前記光学中心線に対して実質的に平行である、請求項４に記載のレンズアクチュエータモジュール。
【請求項６】
前記ベアリングガイドがピン・ブッシングベアリングガイドである、請求項５に記載のレンズアクチュエータモジュール。
【請求項７】
前記レンズキャリッジを覆い且つ該レンズキャリッジの１つまたは複数の固定構成要素を支持するハウジングをさらに備える、請求項１に記載のレンズアクチュエータモジュール。
【請求項８】
前記接触点が、前記リニアアクチュエータの第１の接触部材と前記レンズキャリッジの第２の接触部材との接触により形成される、請求項１に記載のレンズアクチュエータモジュール。
【請求項９】
前記プリロード力が、静電気力生成器、液圧力生成器、ローラーベアリング要素、およびボールベアリング要素のうちの少なくとも１つにより生成される、請求項１に記載のレンズアクチュエータモジュール。
【請求項１０】
前記プリロード力が磁気組立体により生成され、該磁気組立体により生成される該プリロード力に対して垂直な力が、前記中心線沿いの前記レンズキャリッジの位置に関わりなく、該プリロード力の１０％未満である、請求項１に記載のレンズアクチュエータモジュール。
【請求項１１】
前記プリロード力に対して垂直な力が、前記プリロード力の５％未満である、請求項１０に記載のレンズアクチュエータモジュール。
【請求項１２】
前記リニアアクチュエータが、該リニアアクチュエータの表面と前記レンズキャリッジの別の表面との間の摩擦係数を前記プリロード力に乗算した値に実質的に等しいリニアアクチュエータ駆動力を生成することにより前記接触点を動かすよう構成された超音波圧電モータである、請求項１に記載のレンズアクチュエータモジュール。
【請求項１３】
前記超音波圧電モータが、対向する２つの表面上に１つまたは複数の電気接点を有するセラミック矩形梁を備え、該電気接点が、該セラミック矩形梁の対向する側面のまわりにおいて屈曲する可撓性のタブを有する単一のフレキシブル回路基板を用いて、該対向する２つの表面上に設けられ、該電気接点が、自動化されたはんだリフロー処理を用いてはんだ付けされる、請求項１２に記載のレンズアクチュエータモジュール。
【請求項１４】
リニアアクチュエータを供給する工程と、
プリロード力を用いて接触点においてレンズキャリッジを該リニアアクチュエータに摩擦結合する工程とを含み、
該プリロード力が実質的に一定であり且つ該接触点と同一直線上にあり、したがって、該レンズキャリッジの中心線に対して実質的に平行であるリニアアクチュエータ駆動力の軸に対して該プリロード力が垂直である、
レンズアクチュエータモジュールの作製方法。
【請求項１５】
前記プリロード力が、前記レンズキャリッジの組立の間に少なくとも１つのバネにより生成され、該少なくとも１つのバネにより生成される該プリロード力に対して垂直な力が、前記中心線沿いの前記レンズキャリッジの位置に関わらず、該プリロード力の１０％未満である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記プリロード力に対して垂直な力が、前記プリロード力の５％未満である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
光軸および開放口を備えるレンズキャリッジ内にレンズ組立体を供給する工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記レンズキャリッジを供給する工程が、前記開放口の近傍にベアリングガイドを組み込む工程を含み、その結果、該ベアリングガイドにより該レンズキャリッジの直線運動および回転運動が可能となり、該ベアリングガイドの軸が前記光学中心線に対して実質的に平行である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ベアリングガイドがピン・ブッシングベアリングガイドである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記レンズキャリッジを覆い且つ該レンズキャリッジの１つまたは複数の固定構成要素を支持するハウジングを供給する工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
摩擦結合する工程が、前記リニアアクチュエータの第１の接触部材と前記レンズキャリッジの第２の接触部材とを接触させることにより、前記接触点を形成する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記プリロード力が、静電気力生成器、液圧力生成器、ローラーベアリング要素、およびボールベアリング要素のうちの少なくとも１つにより生成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記プリロード力が磁気組立体により生成され、該磁気組立体により生成される該プリロード力に垂直な力が、前記中心線沿いの前記レンズキャリッジの位置に関わりなく、該プリロード力の１０％未満である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
前記プリロード力に対して垂直な力が、前記プリロード力の５％未満である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記リニアアクチュエータが、該リニアアクチュエータの表面と前記レンズキャリッジの別の表面との間の摩擦係数を前記プリロード力に乗算した値に実質的に等しいリニアアクチュエータ駆動力を生成することにより前記接触点を動かすよう構成された超音波圧電モータである、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記超音波圧電モータが、対向する２つの表面上に１つまたは複数の電気接点を有するセラミック矩形梁を備え、該電気接点が、該セラミック矩形梁の対向する側面のまわりに屈曲する可撓性のタブを有する単一のフレキシブル回路基板を用いて、該対向する２つの表面上に設けられ、該電気接点が、自動化されたはんだリフロー処理を用いてはんだ付けされる、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開放口を有するレンズシステムを光学中心線に平行な方向に移動させるアクチュエータモジュール、およびその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラは、１年あたり約十億個のモバイルフォンに採用され、世界中で非常に人気のある電子製品となりつつある。この１０年の間、同時に画質の向上を図りながらも、コスト、複雑さ、および寸法を削減する圧力が継続的に課せられてきた。これらの相矛盾する目標は、常に緊張状態にあり、しかし、そのために、非常に小さく非常に薄いモバイルフォン内に収まる、優れたカメラが作られてきた。これらの革新の例は、同一画像エリア内に１０倍の画素を有する相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ：Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサと、高品質でありながらも低コストであるポリマーおよびガラスの光学部品と、１０倍高速である画像キャプチャ電子工学と、クローズアップ域（マクロ）の物体または望遠域（無限遠）の物体の両方においてオートフォーカスするための統合されたレンズアクチュエーションとを含む。典型的なモバイルフォン用カメラにおいて、光学系の総トラック長は７ミリメートル未満であり、マクロ域から無限遠域まで合焦するために要求される移動は０．５ミリメートル未満である。
【０００３】
オートフォーカス（ＡＦ：ａｕｔｏ  ｆｏｃｕｓ）技術は全モバイルフォン用カメラのほぼ半数で用いられている。ＡＦ技術を可能にする最も一般的なソリューションは、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ：ｖｏｉｃｅ  ｃｏｉｌ  ｍｏｔｏｒ）である。ＶＣＭオートフォーカスカメラは、屈曲ガイド組立体を有するイメージセンサの前方にレンズを懸垂する。屈曲ガイド組立体は、レンズに加えられる外力が一定である限り、レンズを定位置に保持する。ＶＣＭは、レンズを包囲する磁石およびコイルであり、入力電流に比例する力を生成する。ＶＣＭ力は、コイルに対する入力電流がレンズ位置にほぼ対応するよう、屈曲ガイドを予測可能な方法で屈曲させる。ＶＣＭ合焦レンズモジュールの１例は、全体が参照により本明細書に組み入れられる「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆｏｒ  ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｌｅｎｓ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」を発明の名称とする米国特許第７，５９０，３４２号（特許文献1）において説明されている。
【０００４】
残念なことに、ＶＣＭ合焦モジュールは、コイルに電流を駆動するために高い電力が要求されること、レンズ位置を保持するために連続的な電流および電力が要求されること、レンズおよび結像表面の間の角度傾斜を加えるための非直線的な屈曲運動が要求されること、落下試験に対する耐性が低いこと、およびステッピング運動および振動が低いために、合焦時間が延長され写真撮影に要する時間が長くなること、を含む制限を有する。加えて、レンズ角度傾斜は、５メガピクセルを越える解像度を有するカメラにとって大きな問題である。５メガピクセルカメラにとって、ＶＣＭレンズ傾斜は、典型的には０．３度であり、その結果、全画像上で合焦が一貫しないこととなる。振動を有する低いステッピングは、ビデオキャプチャが連続オートフォーカス（ＣＡＦ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ａｕｔｏ  ｆｏｃｕｓ）を要求するために、ＶＣＭにとって特に問題となる。典型的なＶＣＭ整定時間は３０ミリ秒であり、ＣＡＦに対しては、この低速かつ不安定な運動のために、画像合焦における連続的な変動が生じ、結像位置にずれが生じてしまう。
【０００５】
ＶＣＭモジュールの制限を解決する圧電超音波アクチュエータ(ピエゾモータとも称される)が商品化されつつある。ピエゾモータは、マイクロメータスケールの振幅を有する超音波振動を、制御された方法で生成する。ピエゾモータは、可動表面と接触し且つこの可動表面を双方向制御により長距離にわたって動かすことができる振動接触点を有する。ピエゾモータの微小且つ高速な振動は、可動表面に摩擦接続されたときに合体されるよう、制御される。ピエゾモータに絶対に必要な条件は、接触点において摩擦力を生成する組み込まれたプリロード力である。プリロード力は接触点の外部において著しい摩擦を生じないよう生成されなければならない。さもなければ、運動はまったく生じないか、または信頼性がなく不正確な動きが生じるであろう。
【０００６】
ピエゾモータの１つの例は、全体が参照により本明細書に組み入れられる「Ｓｅｍｉ−ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｔｈｅｒｅｏｆ」を発明の名称とする米国特許出願第１２／２２８，９４３号（特許文献2）に開示されており、構造体および振動システムを備える駆動システムが開示されている。その構造体は、摩擦結合する少なくとも１つの点を有し、少なくとも２つの方向のうちの１つにおいて可動要素を駆動する。その構造体は、少なくとも２つの屈曲モードを有し、それぞれの屈曲モードは異なる共振周波数を有する。その振動システムは、２つ以上の振動信号を印加する。これらの振動信号は、構造体の屈曲モードのそれぞれに対する振動周波数である。その振動周波数において、構造体の屈曲モードの一方は実質的に共振状態で振動し、構造体の屈曲モードの他方は部分的共振状態で振動する。振動システムは、少なくとも２つの方向のうちのどちらの方向に可動要素が動くかが制御されるよう、２つ以上の振動信号の間で位相シフトを調節する。
【０００７】
ピエゾモータの別の例は、全体が参照により本明細書に組み入れられる「Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  ａｎｄ  Ｌｅｎｓ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ」を発明の名称とする米国特許出願公開第２００８／０２９７９２３号（特許文献3）に開示されている。米国特許出願公開第２００８／０２９７９２３号（特許文献4）においては、圧電アクチュエータを鏡胴に対して弾性的に支持するために弾性力を加えて先端摩擦部材および摩擦部材を互いに対して接触させるためのプリロード部材が開示されている。
【０００８】
摩擦接触駆動力を有するピエゾモータをカメラシステムに組み込むレンズアクチュエータモジュールのさらに別の例は、全体が参照により本明細書に組み入れられる「Ｌｅｎｓ  ｄｒｉｖｉｎｇ  ｍｏｄｕｌｅ」を発明の名称とする米国特許出願公開第２００９／０２６８３１８号（特許文献5）に開示されている。
【０００９】
摩擦接触駆動力を有するピエゾモータをカメラシステムに組み込むレンズアクチュエータモジュールのさらに別の例は、全体が参照により本明細書に組み入れられる「Ｌｅｎｓ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅ」を発明の名称とする米国特許第７，４２６，０８１号（特許文献6）に開示されている。このレンズアクチュエータモジュールは、ピン・ブッシングガイドベアリングにおいて直接的にピン上のピエゾモータ接触点にプリロード力を加える。この従来例においては、ピンの摩擦がピエゾモータの摩擦よりもはるかに小さいことが要求される。この例におけるプリロード力は、ピエゾモータのプリロード力に等しく、ピエゾモータプリロード力がピン・ブッシングガイドの反作用力にも等しいため、摩擦係数は直接的に比較され得る。ピン・ブッシングの摩擦係数μｐｉｎは、ピエゾモータ駆動接点における摩擦係数μｃｏｎｔａｃｔよりも著しく小さくなければならない。しかし、μｐｉｎ／μｃｏｎｔａｃｔ比は、ピン・ブッシングガイドに対して、特殊な低摩擦材料、潤滑剤、または転動要素ベアリングを用いることにより、最小化されなければならないと同時に、モータ接点摩擦も大きくなければならない。これら２つの構成要素がモジュール内に実質的に共存するため、材料選択および製造上の難点が顕著となる。レンズアクチュエータモジュールに対する例示的な性能測定基準は、安全係数（ＳＦ：Ｓａｆｅｔｙ  Ｆａｃｔｏｒ）である。ＳＦはＧｍａｘ／Ｇ０比である。ただし、ここにおいて、Ｇｍａｘは、レンズアクチュエータモジュールが重力に抗して持ち上げることができる最大レンズ重量であり、Ｇ０は実際のレンズ重量である。μｐｉｎおよびμｃｏｎｔａｃｔがほぼ等しい場合、レンズアクチュエータモジュールの安全係数（ＳＦ）は１に近づく。レンズアクチュエータモジュールが、重力方向に関わりなく、ほぼ同一のスピードを生成するため、４を越す安全係数が望ましい。他の関連する例示的性能測定基準は、重力方向の速度および重力に抗する方向の速度の比として定義され、（ＳＦ＋１）／（ＳＦ−１）比に等しい速度比である。したがって、例えば、ＳＦ＝４である場合、速度比は５／３＝１．６６となる。同様に、ＳＦ＝１．５である場合、速度比＝２．５／０．５＝５となる。
【００１０】
残念なことに、既存のシステムおよび方法は、動作の連続オートフォーカスモードにおける振動および不安定な動き、およびＳＦが１に近いために重力方向に対する敏感度に加えて、レンズ角度傾斜に起因する画像全域における低速または低精度の合焦の問題を依然として有し得る。さらに、既存のシステムは、大量低コスト生産を実施するには実際的ではない場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第７，５９０，３４２号
【特許文献２】米国特許出願第１２／２２８，９４３号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／０２９７９２３号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００８／０２９７９２３号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００９／０２６８３１８号
【特許文献６】米国特許第７，４２６，０８１号
【発明の概要】
【００１２】
概要
レンズアクチュエータモジュールは、リニアアクチュエータと、接触点におけるプリロード力を用いて該接触点において該リニアアクチュエータに摩擦結合しているレンズキャリッジとを備え、該プリロード力は、実質的に一定であり、該接触点と同一直線上にあり、かつ該レンズキャリッジの中心線に対してほぼ平行であるリニアアクチュエータからのリニアアクチュエータ駆動力の軸に対して垂直である。
【００１３】
レンズアクチュエータモジュールを作製するための方法は、リニアアクチュエータを供給する工程と、プリロード力を用いて接触点においてレンズキャリッジをリニアアクチュエータに摩擦結合する工程とを含み、該プリロード力は、実質的に一定であり、該接触点と同一直線上にあり、かつ該レンズキャリッジの中心線に対してほぼ平行であるリニアアクチュエータからのリニアアクチュエータ駆動力の軸に対して垂直である。この方法は、レンズキャリッジを動かすために、該プリロード力の直線方向を維持しつつリニアアクチュエータを使用して駆動力を加える工程を含む。
【００１４】
以下に開示する例示的なレンズアクチュエータモジュールは、ＶＣＭオートフォーカスモジュールのすべての制限に関して改良をもたらす高性能レンズアクチュエータモジュールを作製することを含む、いくつかの利点を提供する。例示的な新規レンズアクチュエータモジュールは、例えば、高解像度（例えば、５メガピクセルを越える）、小さい光学トラック長（例えば、７ｍｍ未満）、および小さい無限遠域からマクロ域への全レンズ運動（例えば、０．５ｍｍ未満）を有するモバイルフォン用カメラに対して好適である。以下に開示する例示的なレンズアクチュエータモジュールの他の利点は、リニア摩擦モータおよび対応するプリロードを用いて、５０％を越える力効率、４を越える力安全係数、および１．７を越える速度比を達成することにより、レンズアクチュエータモジュールの性能を最適化することにある。高い効率、高い安全係数、および低い速度比は、駆動接触点と同一直線上にプリロードを生成し、ベアリングガイドの特性を最適化することにより、達成される。以下に開示するレンズアクチュエータモジュールの様々な例は、モータおよびベアリングガイド摩擦特性を注意深く設計することを要求することはないが、それでもなお、効果的、迅速、正確および堅牢なレンズアクチュエータモジュールを提供する。さらに、従来の装置とは異なり、以下に開示するレンズアクチュエータモジュールの例は、特殊なおよび／または高価な低摩擦材料を使用するベアリングガイドまたは複雑な転動要素ベアリングを要求しない。さらに、以下に開示する例示的なレンズアクチュエータモジュールの例の機械的および電気的な組立体の態様は、大量・低コスト製造プロセスに用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１Ａは、リニア圧電モータを用いる動作に対する様々なパラメータを示す、レンズアクチュエータモジュールの上面図である。図１Ｂは、リニア圧電モータを用いる動作に対する様々なパラメータを示す、図１Ａに示すレンズアクチュエータモジュールの側面図である。
【図２】図２Ａは、駆動の効率に影響を及ぼす様々な構成要素を示す、別のレンズアクチュエータモジュール上面図である。図２Ｂは、駆動の効率に影響を及ぼす構成要素を示す、図２Ａに示すレンズアクチュエータモジュールの側面図である。
【図３Ａ】図１Ａおよび図１Ｂに示すレンズアクチュエータモジュールの分解斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すレンズアクチュエータモジュールの上面図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示すレンズアクチュエータモジュールの側面図である。
【図３Ｄ】線Ａ−Ａに沿った図３Ｃに示すレンズアクチュエータモジュールの断面図である。
【図３Ｅ】図３Ａに示すレンズアクチュエータモジュールのプリロード力ベクトルを示す、屈曲バネの上面図である。
【図３Ｆ】第１の位置に移動したレンズキャリッジを示す、図３Ａに示すレンズアクチュエータモジュールの内側側面図である。
【図３Ｇ】第２の位置に移動したレンズキャリッジを示す、図３Ｂに示すレンズアクチュエータモジュールの内側側面図である。
【図４Ａ】図２Ａおよび図２Ｂに示すレンズアクチュエータモジュールの分解斜視図透視図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示すレンズアクチュエータモジュールの側面図である。
【図４Ｃ】線Ａ−Ａに沿った、図４Ｂに示すレンズアクチュエータモジュールの断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｂに示すレンズアクチュエータモジュールの、線Ｂ−Ｂに沿う断面図および拡大図である。
【図５】図４Ａに示すレンズアクチュエータモジュールにおいて生成されたプリロードの動作を示す、簡略断面図である。
【図６】図６Ａは、レンズキャリッジを有するピエゾモータの接触点の効率および距離（ＸＣ）のグラフである。図６Ｂは、様々なプリロードおよびレンズ重量に対する、レンズアクチュエータモジュールの動作点のグラフである。
【図７】レンズアクチュエータモジュールを作製するための方法のフローチャートである。
【図８】自動化されたはんだリフロー処理を用いるプリロードされたレンズアクチュエータモジュールを提供するための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
詳細な説明
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、例示的なレンズアクチュエータモジュール１００の図が示されている。レンズアクチュエータモジュール１００の１部分である超音波圧電モータ１０１（本明細書においては、ピエゾモータ１０１とも交換可能に称される）は、振動する圧電セラミック体１０１ａ（セラミック矩形梁１０１ａとも称される）、および接触点１０４を有する円筒形表面（ただし、他の表面トポロジーも用いられ得る）を有するモータ接触部材１０１ｂを備える。例えば、モータ接触部材１０１ｂは、球形であって、接触点１０４において平面表面と接触してもよい。同様に、例えば、モータ接触部材１０１ｂの円筒形表面が平面表面と接触することより、接触点１０４ではなく接触線が形成されてもよい。単なる例として、接触点１０４におけるピエゾモータ１０１の振動モードが、図１Ｂに示されている。このピエゾモータ１０１に関して、圧電セラミック体１０１ａは第１の屈曲モード周波数で振動し、これは振動振幅が最小となる節点１０２（図１Ａに示す）を２つ生成する。圧電セラミック体１０１ａを備えるピエゾモータ１０１の構造および様々な形態と、様々な振動モードを備える圧電セラミック体１０１ａの動作は、他の種類および個数のアクチュエータ装置が用いられ得るが、例えば、２００８年８月１８に出願され、「Ｓｅｍｉ−Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｔｈｅｒｅｏｆ」を発明の名称とする、参照により本明細書に組み入れられる米国特許出願整理番号第１２／２２８，９４３号に開示されている。ピエゾモータ１０１は、振動減衰性を最小化し、モータ効率を最大化するために、少なくとも１つの節点１０２において、固定されたハウジングにより支持される。
【００１７】
レンズアクチュエータモジュール１００は、光軸１０６を有する円筒形レンズ組立体（図１Ａおよび図１Ｂにおいて図示せず）を受容する円筒形開口部を有するレンズキャリッジ１０５をさらに備える。レンズキャリッジ１０５は、レンズキャリッジ１０５に形成された１つまたは複数のブッシング１０５ａと直径「Ｄ」を有するガイドピン１０７との嵌合により形成された軸１０８に沿って移動可能である。ガイドピン１０７は、その両端部において、ハウジング１１１(例えば、図３Ａに示す）により支持され、レンズキャリッジの移動を方向１０９に沿ってガイドする。このブッシング１０５ａおよびガイドピン１０７の組み合わせは、本明細書においてはピン・ブッシングガイドと称される。他の方向および／または軸ならびにガイドシステムが用いられ得るが、ピン・ブッシングガイドは、レンズキャリッジ１０５を支持し、光軸１０６に対して実質的に平行である軸１０８に沿って移動可能であり、また、軸１０８のまわりに回転移動可能である。
【００１８】
摩擦接触部材１０３は、他の表面トポロジーも用いられ得るが、円筒形表面を有し、レンズキャリッジ１０５に固定される。単なる例として、摩擦接触部材１０３は、特定形状の接触表面に応じて接触点１０４または接触線を形成するために、球形、円筒形、平面形、凸形、凹形、またはこれらの組み合わせ等の異なる形状を有し得る。摩擦接触部材１０３の円筒形表面の軸Ａ'（Ｚ方向における）は、モータ接触部材１０１ｂの円筒形表面軸Ｂ'（Ｙ軸方向における）に対して垂直であり、これらの円筒形表面は接触点１０４において接触する。プリロード力１１０が、モータ接触部材１０１ｂおよび摩擦接触部材１０３の間に存在する。プリロード力１１０は、接触点１０４において摩擦を生成する。ピエゾモータ１０１が振動すると、摩擦によりモータ駆動力１０１ｃが生成される。このモータ駆動力１０１ｃはプリロード力１１０に対して垂直である。モータ駆動力１０１ｃにより、レンズキャリッジ１０５は軸１０８および１０６に沿って動かされる。それにより、レンズアクチュエータモジュール１００の様々な構成要素の空間的配置および幾何学的形状に応じて、方向１０９（Ｚ軸方向）における移動が生じる。
【００１９】
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、別の例示的なレンズアクチュエータモジュール２００が示されている。レンズキャリッジ１０５と機能的には同等であるが、摩擦接触部材１０３よりも大きく且つ長い異なる摩擦接触部材２０３を有する、レンズキャリッジ２０５が示されている。図２Ａおよび図２Ｂにおいて、ピエゾモータ力Ｆ（図２Ｂにおいてモータ駆動力１０１ｃとして示されている）は、接触点１０４において、レンズキャリッジ２０５および摩擦接触部材２０３を軸１０８に沿って駆動する。ピン・ブッシングガイドは、ピエゾモータ力Ｆ（すなわち、モータ駆動力１０１ｃ）に抗する摩擦を生成する。例示のみの目的で、レンズおよびレンズキャリッジ２０５の重量が、光軸１０６と同一直線上でＧ１であり、重力も光軸１０６と同一直線上である状態の場合、力Ｆ０は、最も望ましくない場合（重力に抗して）に対してレンズキャリッジ２０５を動かすのに必要な最小ピエゾモータ力Ｆであり、最小ピエゾモータ力Ｆ０は、常に重量Ｇ１よりも大きい。以下の分析は、最小ピエゾモータ力Ｆ０が重量Ｇ１に比例することを示す。力効率εは、（Ｇ１／Ｆ０）比として定義され、これはレンズアクチュエータモジュール１００および２００の例示的な性能測定基準である。１つの例によれば、プリロード力１１０は実質的に一定であり、ピン・ブッシングガイドにおける追加的な反作用力および追加的な摩擦を防ぐことができるよう接触点１０４と同一直線上にあり、光軸１０６に対して垂直である。この例に関して、力Ｆ０は以下の式を用いて計算され得る。
2013513821.tif 000003
式中、μｐｉｎは、ガイドピン１０７と、キャリッジブッシング２０５ａのうちの１つとの間の摩擦係数であり、ｈは、キャリッジブッシング２０５ａの係合長さである。軸１０８に対応するピン中心部が原点として設定され、ＸｃおよびＹｃは、接触点１０４のデカルト座標であり、Ｘ１およびＹ１は、光軸１０６にも対応するベクトルＧ１に沿う重心のデカルト座標である。この例において、Ｘｃ、Ｙｃ、Ｘ１、およびＹ１はすべて正の値であるが、負の値も用いられ得る。さらに、単なる例として、ガイドピン１０７の直径は約０.５ｍｍであり、これはｈと比較して小さく、この分析においては無視してもよい。この例示的分析は、当業者には知られているように、座標系の選択または原点の選択に対して独立的である。
【００２０】
このレンズアクチュエータモジュールの予測される力効率εは、以下のように計算される。
2013513821.tif 000004
【００２１】
この式は、この例示的分析に関するいくつかの関係性を示す：
ａ）力効率εを増加させるための例示的な方法は、
2013513821.tif 000005
を増加させることであり、これは、ｈを増加させること、またはμｐｉｎを減少させることを必要とする。
ｂ）
2013513821.tif 000006
の場合、ε→１である。
ｃ）摩擦係数μｐｉｎが小さいことは有益であるが、この例に記載の力効率εが高い値を達成するために絶対に必要な条件ではない。
ｄ）この例において、力効率εは、接触点１０４の位置、およびガイドピン１０７の中心点に対する光軸１０６の位置に、複雑な様式で依存する。一般に、ＸＣ、ＹＣ、Ｘ１、およびＹ１の値が小さいほど、力効率εの値は大きくなる（すなわち、ガイドピン１０７と光軸１０６との間の距離、およびガイドピン１０７と接触点１０４との間の距離が小さいほど、力効率εの値は大きくなる）。
【００２２】
図６Ａを参照すると、固定された構成のＹＣ、Ｘ１、およびＹ１に対する力効率εが、プロット２３０としてプロットされる。プロット２３０は、ＸＣが０ではない場合に最大効率が達成されることを示す。この開示を読んだ後、当業者には明らかになるように、他の値も用いられ得るがμｐｉｎ＝０．３、ＹＣ＝１ｍｍ、Ｘ１＝３ｍｍ、Ｙ１＝２．２５ｍｍ、およびｈ＝３ｍｍである、レンズアクチュエータモジュール２００に対して示されるこの例においては、力効率εは、最大効率に実質的に近い値（データ点２３２として示されている）となる。この例において、ＸＣに対して選択された値は、１．１５ｍｍであり、対応する力効率εは、実質的に最大値である５５％に実質的に近い値となる。例示的なレンズアクチュエータモジュール２００において用いられる設計パラメータに対しては、要求される最小ピエゾモータ駆動力Ｆ０は、レンズ重量Ｇ１に対して１／εすなわち力効率εの逆数の傾きで直線的に比例する。この例においては、要求される最小プリロード力はＦ０／μｃｏｎｔａｃｔであり、１／（εμｃｏｎｔａｃｔ）の傾きで、レンズ重量Ｇ１に対しても比例する。実際のプリロード力１１０と、要求される最小プリロード力Ｆ０／μｃｏｎｔａｃｔとの比は、レンズアクチュエータモジュール２００に対する安全係数として定義される。
【００２３】
レンズアクチュエータモジュール１００および２００からのミリ秒規模のレンズ応答時間、マイクロメータ規模のレンズステッピング解像度、および重力に対する低感度を達成するためには、実際のプリロード力１１０は、要求される最小プリロードよりも大きくなる（すなわち、安全係数は実質的に１より大きくなる）必要がある。プリロード力１１０は、任意に大きくすることはできない。なぜなら、プリロード力１１０を大きくすると、その結果、消耗率が増加し接触表面の寿命が短くなり得る、減衰が増加しピエゾモータ１０１の振動振幅が減少し得る、構造的応力およびたわみが増加し得る、およびピン・ブッシング摩擦を大きくする直交方向の力が大きくなり、それによりピエゾモータ１０１の速度が、移動範囲の終端限付近で、不安定になり得る、ためである。レンズアクチュエータモジュール２００に対するこの例においては、プリロード力１１０は８ｇ重〜１２ｇ重の範囲を取り得、この値の範囲は、低コスト・大量製造プロセスを用いて作製するのに実際的である。
【００２４】
図６Ｂを参照すると、プリロード力１１０およびレンズ重量Ｇ１の６つの例示的組み合わせ、すなわちＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦが示されている。単なる例として、レンズ重量Ｇ１は０．２５ｇ重（ＡおよびＢ）から０．５ｇ重（ＣおよびＤ）および１ｇ重（ＥおよびＦ）へと変化し得る。単なる例示的な参照として、モバイルフォン用カメラにおける典型的なレンズ重量は０．２５ｇ重である。プリロード力１１０は、Ａ、Ｃ、およびＥに関しては範囲の最低値（８ｇ重）に設定され、Ｂ、Ｄ、およびＦに関しては範囲の最高値（１２ｇ重）に設定される。下記の表１を参照すると、μｃｏｎｔａｃｔ＝μｐｉｎ＝０．３であるリニアアクチュエータモジュール２００に対応する６つのケースＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦについて計算された安全係数が示されている。例示的なケースであるμｃｏｎｔａｃｔ=μｐｉｎ=０.３については、例示的な従来の値であり、特殊な材料または処理を必要としない。これら６つのケースの安全係数も表１に示されている。表１を参照すると、１つの例示的な態様によれば、レンズアクチュエータモジュール２００の動作に対して４を越える安全係数値が用いられ得、０．２５ｇ重の現実世界のレンズ重量Ｇ１（すなわちＡおよびＢの場合）に対して容易に達成され得る。高い安全係数は、重力による前進または後退速度における最小の変動を有する高速且つ正確な動きを保証する。単なる例として、０．５ｇ重のレンズ重量Ｇ１に対しては、安全係数は２．６よりもさらに大きい。安全係数の他の値も様々な用途に応じて用いられ得るが、さらに単なる例として、１ｇ重のレンズ重量Ｇ１に対しては、安全係数は１よりもさらに大きい。
【００２５】
上述のように、上記にて定義した安全係数（ＳＦ）は、Ｇｍａｘ／Ｇ０比にも等しい。ここで、Ｇｍａｘは、モジュールが重力に抗して持ち上げることができる最大レンズ重量であり、Ｇ０は実際のレンズ重量である。この代替的な定義も、例えば、レンズアクチュエータモジュール２００設計と、異なる内部設計であるが同じレンズ重量を動かすことが要求される設計とを客観的に比較することに対して有用であり得る。レンズアクチュエータモジュールが重力方向に関わりなくほぼ同一のスピードを生成するためには、４を越すＳＦを達成することが極めて望ましい。上述のように、関連する別の例示的な性能測定基準は、重力方向の速度と重力に抗する方向の速度との比として定義される速度比である。ピエゾモータ１０１の速度が駆動力（接触力またはモータ力とも称される）に対して実質的に直線的に変化する場合、速度比は（ＳＦ＋１）／（ＳＦ−１）比に等しい。したがって、例えば、ＳＦ＝４である場合、速度比は５／３＝１．６６となる。同様に、ＳＦ＝１．５である場合、速度比＝２．５／０．５＝５となる。
【００２６】
【表１】
2013513821.tif 000007
【００２７】
上記の例は、本発明の利点のうちのいくつかを例示している。例えば、信頼性が高く、高速で、且つ正確なレンズの動きが、低コストの材料を用い、簡単なピン・ブッシングガイドを用いて達成される。単なる例として、ピン・ブッシング摩擦を０．２に低減（μｐｉｎを低減）し、且つ接触点摩擦μｃｏｎｔａｃｔを０．３に保持することにより、さらなる性能マージンが十分に実現可能である。
【００２８】
１つの態様によれば、プリロード力１１０は、接触点１０４と同一直線上にある、すなわち接触点１０４と同一軸上にある。例えば、レンズアクチュエータモジュール２００において、磁気によるプリロード力１１０は、接触点１０４において同一直線上にあり、反作用力により完全に釣合が保たれる。これらの釣合が保たれ相殺された力は、ピン・ブッシングガイドに対する追加的な反作用力を生成せず、したがって、追加的な摩擦を生成せず、安全係数を低下させず、速度比を増加させない。
【００２９】
レンズアクチュエータモジュール１００および２００の他の例は、接触点１０４と同一直線上にあるプリロード力１１０を有さず、さらに、接触点１０４におけるプリロード力１１０および対向する接触力が異なり得る。これらの場合において、プリロード力１１０が、追加的なモーメントおよび力（軸ずれ力または軸ずれモーメントとも称される）をピン・ブッシングガイド上に生成し得る。それにより、追加的な摩擦力が生成され、安全係数が著しく低下し、速度比が増すこととなる。単なる例として、接触点１０４は、上記の式（３）にしたがって定義される原点に対するｘｃに留まるが、プリロード点はもはやｘｃではなくｘｐである。ここでｘｐは座標点の異なる値であり、原点はピン・ブッシング中心線に留まる。この場合において、力効率の上限εｎａは、以下の関係により近似的に表される。
2013513821.tif 000008
式中、εは上記の式（３）に由来する力効率であり、プリロード力１１０はＦｐに等しく、ｙ軸に沿って接触点と同一直線上にある。プリロードが接触点と同一直線上にない場合、駆動効率は常に小さくなる。Ｘｐ＝２Ｘｃ、
2013513821.tif 000009
である場合、μ＝μｃｏｎｔａｃｔ＝μｐｉｎ＝０．３、Ｆｐ＝１０ｇ重、Ｇ１＝０．２５ｇ重、およびε＝５５％と設定する。同様に、ｘｐ＝０．５ｘｃである場合、
2013513821.tif 000010
である。これらの例は、プリロード力１１０が接触点と同一直線上にはない（すなわち、軸ずれである）場合、駆動効率および対応する安全係数における劇的な低下を示す。
【００３０】
ここで図３Ａ〜図３Ｇを参照すると、レンズアクチュエータモジュール１００が示されている。さらに詳細には、図３Ａは、レンズアクチュエータモジュール１００の外部の固定された構造体を形成する、ハウジング１１１およびハウジングエンドプレート１１１ａを示す。レンズキャリッジ１０５は、ハウジング１１１内に収められ、円筒形の螺刻された開口部１０５ｂを有する。この開口部１０５ｂは、図３Ａには図示されず且つ光軸１０６を有する螺刻された光学レンズ組立体を受容する。レンズキャリッジ１０５は、ハウジングエンドプレート１１１ａに固定されたガイドピン１０７により形成された軸１０８（例えば、図３Ｂに示すように）に沿って移動可能である。ガイドピン１０７は、典型的には５マイクロメータよりも小さい小隙間を有して、ブッシング１０５ａ内に収まる。ブッシング１０５ａは、レンズキャリッジ１０５の一部であり、ガイドピン１０７とともに、本明細書においてピン・ブッシングガイドと称される機構を形成する。ピン・ブッシングガイドは、レンズキャリッジ１０５およびレンズを支持し、軸１０８に沿って直線方向に動き、また、軸１０８のまわりを回転するが、他の種類の運動もピン・ブッシングガイドにより支持され得る。単なる例として、軸１０８は光軸１０６に対して実質的に平行である。
【００３１】
図３Ｄに示す摩擦接触部材１０３ａは、円筒形表面を有する。この円筒形表面の軸は、図３Ａおよび図３Ｂに示す軸１０８に実質的に垂直に調整されるが、他の表面トポロジーも用いられ得る。摩擦接触部材１０３ａはレンズキャリッジ１０５に取り付けられる。摩擦接触部材１０３ａは、摩擦接触部材１０３ａの円筒形表面が９０度回転されている点を除いて、摩擦接触部材１０３と同様である。ピエゾモータ１０１は、円筒形表面を有する接触部材１０１ｃ'を有する。この円筒形表面の軸は、軸１０８に対して実質的に平行であるが、他の表面トポロジー（例えば、上述のように球形）も用いられ得る。接触部材１０１ｃ'は、例えば、接触部材１０１ｃ'の円筒形表面の軸が９０度回転されている点を除いて、図１Ａに示すモータ接触部材１０１ｂと同様である。接触部材１０３ａおよび１０１ｃ'の幾何学的に直交する円筒形表面は、接触点１０４において接触する。単なる例として、摩擦接触部材１０３ａおよび１０１ｃ'は、特定形状の接触表面に応じて接触点１０４または接触線を形成するために、球形、円筒形、平面形、凸形、凹形、またはこれらの組み合わせ等の異なる形状を有し得る。
【００３２】
図３Ａに戻って参照すると、ピエゾモータ１０１は、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ：ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）１１２を用いて、駆動電子機器（図示せず）に電気的に接続される。ＦＰＣ１１２は、ピエゾモータ１０１上の６つの対応する電極１１４にはんだ付けされた６つのパッド１１５を有するが、当業者には公知であるように、より多いまたは少ない数のパッドおよび対応する電極も接続に用いられ得る。
【００３３】
図３Ｃを参照すると、ピエゾモータ１０１は、ピエゾモータ１０１の節点１０２（図１Ａおよび図１Ｂに示す）において、取付板１１３により支持される。ピエゾモータ１０１および取付板１１３は、他の種類の接着剤も用いられ得るが、強力且つ適合した接着剤、例えば、米国ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより提供されるＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）７３４  ｆｌｏｗａｂｌｅ  ｓｅａｌａｎｔにより、節点１０２において、ともに固定される。取付板１１３は、上端部および底端部に沿って、硬質接着剤を用いてハウジング１１１に固定される。２つの屈曲バネ１１９は協働して、接触点１１９ａにおいてレンズキャリッジ１０５に作用するプリロード力１１０を生成する。
【００３４】
ここで図３Ｅを参照すると、接触点１１９ａに作用する２つの力は、例えば、図３Ｂに示す接触点１０４に作用する全体的なプリロード力１１０を生成する。バネ１１９は、図３Ａに示す４本のピン１１１ｂを用いてハウジング１１１に接続されるが、より多いまたは少ないピンが用いられ得る。さらに、プリロード力１１０を生成するための、バネ１１９により形成される屈曲バネ組立体が本明細書において説明されるが、プリロード力１１０を生成するための他の技術（例えば、静電気力生成器、液圧力生成器、ローラーベアリング要素、および／またはボールベアリング要素を用いる）も用いられ得る。複数のバネ１１９のそれぞれが、値（プリロード力１１０）／２に寄与し、複数のピン１１１ｂのそれぞれが、値（プリロード力１１０）／４を支持する。プリロード力１１０は、バネ１１９が屈曲される組立の間に生成される。バネ１１９は、要求されるプリロード力１１０を生成するよう設計されるが、同時に、軸１０６および軸１０８に沿って実質的に可撓性である。高い可撓性は、光軸１０６に平行な方向においてバネ１１９により生成される力を最小化する。この力は、図３Ｆおよび図３Ｇの方向１０９の矢印により示されている運動の範囲にわたってレンズキャリッジ１０５が動くときに生成されるものである。
【００３５】
図３Ｆを参照すると、最も高い位置におけるレンズキャリッジ１０５が示されている。ここでは、バネ１１９は、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｄ、および図３Ｅに示す接触点１１９ａにおいて、レンズキャリッジ１０５を下方に押す小さい力を生成する。図３Ｇは、最も低い位置におけるレンズキャリッジ１０５を示している。ここでは、バネ１１９は、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｄ、および図３Ｅに示す接触点１１９ａにおいて、レンズキャリッジ１０５を上方に押す小さい力を生成する。１つの例示的な態様においては、レンズキャリッジ１０５を上方および／または下方に押すバネにより生成される力は、プリロード力１１０に対して垂直である。プリロード力１１０に対して垂直な力は、バネ１１９を自然な位置に復元しようとする傾向がある。この例示的な態様においては、バネ１１９により生成される光軸１０６に平行な復元力は望ましくなく、プリロード力１１０の１０％未満へと最小化されるが、他の例においては、これらの力はプリロード力１１０の５％未満となり得る。プリロード力１１０に対して垂直な復元力は、図３Ｆおよび図３Ｇにおいて、バネ１１９に関して説明されたが、これらの復元力が、永久磁石２１９、静電気生成器、油圧生成器、ローラーベアリングの配置、ボールベアリングの配置、または当業者に周知である復元力生成器を用いても生成され得ることを理解すべきである。
【００３６】
図３Ｆおよび図３Ｇにおいて、図３Ｂに示すプリロード力１１０が、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｄ、および図３Ｅに示す点１１９ａにおいて生じ、該プリロード力１１０により、軸１０８のまわりにおけるレンズキャリッジ１０５および摩擦接触部材１０３ａの回転が生じ、該回転は接触点１０４により停止されるまで続く。接触点１１９ａにおけるプリロード力１１０のベクトルは、接触点１０４において生成される等しく逆向きの接触力（図示せず）に対して平行であり且つ同一直線上にある。実質的に、すべての力およびモーメントは接触点１０４において相殺される。それにより、ピン・ブッシングガイドにおける反作用力および対応する摩擦が最小化され、速度比が最小化される一方で、モジュールの力効率および安全係数も最小化される。接触点１０４におけるプリロード力１１０は、ピエゾモータ１０１により使用されて、軸１０６および１０８に沿ってレンズキャリッジ１０５を動かす図１Ｂに示すモータ駆動力１０１ｃが生成される。
【００３７】
図３Ａに戻って参照すると、他の例によれば、ホール効果位置センサ１１６がレンズアクチュエータモジュール１００に組み込まれる。このホール効果位置センサ１１６は、光軸１０６沿いのレンズキャリッジ１０５の位置を測定するために磁石１１７とともに用いられる。光学型、応力型、および／または容量型の位置センサを含むがこれらに限定されない他の製造業者および他の種類の位置センサが用いられ得るが、単なる例として、ホール効果位置センサ１１６は、米国マサチューセッツ州ウスターのＡｌｌｅｇｒｏ  ＭｉｃｒｏＳｙｓｔｅｍｓ、Ｉｎｃ．により提供されるＡｌｌｅｇｒｏ  Ｐａｒｔ  Ｎｕｍｂｅｒ  Ａ１３９５であってもよい。位置センサ１１６はプリント回路基板（ＦＰＣ）１１８に取り付けられ、ＦＰＣ１１８は、固定されたハウジング１１１に取り付けられる。磁石１１７は、可動レンズキャリッジ１０５に取り付けられる。ホール効果位置センサ１１６は、磁石１１７が位置センサ１１６に対して移動するにつれて、磁場の変化を測定する。
【００３８】
レンズアクチュエータモジュール２００の例示的な詳細が、図４Ａ〜図４Ｄおよび図５を参照して以下で説明される。図４Ａを参照すると、レンズアクチュエータモジュール２００の分解図が示されている。レンズアクチュエータモジュール２００は、主要な外部の固定された構造体を形成するモジュールハウジング２１１を備える。レンズキャリッジ２０５は、モジュールハウジング２１１内に収められるよう配置され、円筒形の螺刻された開口部２０５ｂを有する。この開口部２０５ｂは、他の種類のレンズも用いられ得るが、光軸１０６を有する螺刻されたレンズ２２１を受容する。レンズキャリッジ２０５は、モジュールハウジング２１１にその両端部が固定されたガイドピン１０７により形成された軸１０８に沿って移動可能である。ガイドピン１０７は、例えば、典型的には５マイクロメータよりも小さい小隙間を有して、キャリッジブッシング２０５ａのうちの１つの内に収まる。キャリッジブッシング２０５ａは、レンズキャリッジ２０５の一部であり、ガイドピン１０７とともに、ピン・ブッシングベアリングガイド（本明細書においてピン・ブッシングガイドとも称される）を形成する。ピン・ブッシングガイドはレンズキャリッジ２０５およびレンズ２２１を支持し、他の方向に沿う運動も可能ではあるが、軸１０８まわりの直線方向における動き、および軸１０８まわりの回転における動きを可能にする。上述のように、１例によれば、軸１０８は光軸１０６に対して実質的に平行である。イメージセンサアダプタ２２２は、レンズアクチュエータモジュール２００をイメージセンサ２２３に対して配置する。当業者に既知である他の種類のイメージセンサも用いられ得るが、単なる例として、イメージセンサ２２３は、典型的には、電荷結合素子（ＣＣＤ：ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ：ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）アクティブピクセルセンサであり得る。レンズキャリッジ２０５に取り付けられた摩擦接触部材２０３は、他の材料も用いられ得るが、強磁性材料製であり、光軸１０６に対して実質的に平行である軸を有する円筒である。ピエゾモータ１０１は、円筒形表面を有するモータ接触部材１０１ｂを有する。この円筒形表面の軸は、光軸１０６に対して実質的に垂直である。球形、円筒形、平面形、凹形、凸形、またはこれらの組み合わせが、接触表面の特定形状に応じて接触点１０４または接触線を形成するために、用いられ得るが、この例においては、接触部材１０１ｂおよび接触部材２０３の直交する円筒形表面は、接触点１０４において接触する。
【００３９】
１つの例によれば、レンズアクチュエータモジュール２００は、レンズアクチュエータモジュール１００のみではなく、電子構成要素のより大きい統合化が可能なようになされてもよい。プリント回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ）２０９は、ピエゾモータ１０１、駆動集積回路（ＩＣ）２２４（図４Ｃに示す）、および図４Ａに示す位置センサ１１６に接続するための可撓性および硬質要素を、外部制御電子機器（図示せず）に組み込む。単なる例として、ピエゾモータ１０１は、図４Ａに示す、より大きいＦＰＣ２１２の１部分である、６つのフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）タブ２１５を用いて電気的に接続される。当業者に周知である他の接続方法も用いられ得るが、タブ２１５は、はんだであらかじめコーティングされ、次いで、自動化されたはんだリフロー処理を用いて、図４Ａに示す対応する電極１１４に電気的に接続される。タブ２１５は高い可撓性および小さい質量を有し、それにより、ピエゾモータ１０１の振動の減衰が最小化される。ＦＰＣ２１２は、駆動ＩＣ２２４と電気的に接続する硬質回路基板２２０に組み込まれる。駆動ＩＣ２２４をピエゾモータ１０１の近傍に保つことにより、電磁干渉は最小化される。ＦＰＣ２１２は、図４Ａに示すハウジング２１１の１つまたは複数のコーナーと、位置センサ１１６に接続されたはんだ接点とを包囲するよう構成される。ＰＣＢ２０９は、外部制御電子機器（図示せず）と接続するために、レンズアクチュエータモジュール２００から出る。
【００４０】
図４Ｂを参照すると、ピエゾモータ１０１はピエゾモータ１０１の節点１０２（図１Ａおよび図１Ｂに関して上述した）において取付板２１３により支持される。ピエゾモータ１０１および取付板２１３は、当業者に既知である他の種類の接着剤も用いられ得るが、適合した接着剤、例えば、米国ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより提供されるＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）７３４  ｆｌｏｗａｂｌｅ  ｓｅａｌａｎｔにより固定される。取付板２１３は、上端部および底端部に沿って、硬質接着剤を用いてＰＣＢ２０９に固定される。加えて、ＰＣＢ２０９は、硬質接着剤を用いてモジュールハウジング２１１に同様に固定される。
【００４１】
ここで図４Ｃを参照すると、単なる例として、プリロード力１１０は、可動構成要素と固定構成要素との間の直接の物理的接触なしに、磁気吸引を用いて、レンズアクチュエータモジュール２００において生成される。図４Ａ、図４Ｄ、および図５に示す２つの円筒形固定永久磁石２１９は、硬質回路基板２２０に設けられた円形開口部２０９ａを通って取付板２１３へと接着剤を用いて取り付けられる。２つの永久磁石２１９の中心は、接触点１０４を含む実質的な直線を形成し、この直線は軸１０８に対して平行である。固定永久磁石２１９は、円形開口部２０９ａを通して強磁性摩擦接触部材２０３に対して磁気吸引を生成し、それにより、摩擦接触部材２０３は安定位置に保持される。永久磁石２１９が上記で説明されているが、電磁石、または他の種類の永久磁石も用いられ得ることに注意すべきである。
【００４２】
図５を参照すると、反対および相補的なＮ−Ｓ極を有する永久磁石２１９は、間隙２１９ａにおける磁場強度２２５が等しく、最大化され、接触点１０４と同一直線上になるよう、組み合わされる。図４Ｃに示す磁気によるプリロード力１１０は、回転が接触点１０４により停止させられるまで、摩擦接触部材２０３およびレンズキャリッジ２０５を軸１０８まわりに回転させる。実質的に、すべての力およびモーメントは接触点１０４において相殺される。それにより、ピン・ブッシングガイドにおいてプリロード力１１０により生成される反作用力および対応する摩擦は最小化され、モジュールの力効率も最大化される。磁気によるプリロード力１１０は、残留力を生じさせる物理的接触なしに、接触点１０４において生成される。この残留力は、プリロード方向に対して垂直であり、レンズキャリッジ２０５の移動範囲の全域においてプリロード値の５％未満である。位置センサ１１６および磁石１１７の説明は、レンズアクチュエータモジュール１００と同じであることに注意すべきである。さらに、プリロード力１１０を生成するための、永久磁石２１９により形成される磁石組立体が本明細書においては説明されるが、プリロード力１１０を生成するための他の技術（例えば、静電気力生成器、液圧力生成器、バネ１１９、ローラーベアリング要素、および／またはボールベアリング要素を用いる）も用いられ得る。
【００４３】
レンズアクチュエータモジュール２００を作製するための動作および方法が、図７のフローチャート７００を参照し、図１Ａ〜図６Ｂに戻って参照して、以下で説明される。ステップ７０２において、レンズキャリッジ２０５は、接触点１０４において、リニア作動するピエゾモータ１０１に摩擦結合される。フローチャート７００の方法は、他のステップ、例えば、光軸１０６および開放口を備えるレンズ２２１をレンズキャリッジ２０５内に保持するステップ、およびレンズキャリッジ２０５の１つまたは複数の固定構成要素を支持するモジュールハウジング２１１でレンズキャリッジ２０５を覆うステップ、をさらに含み得る。
【００４４】
ステップ７０４において、プリロード力１１０が、実質的に一定であり、接触点１０４と同一直線上となる方向に設定され、且つレンズキャリッジの中心線に対して実質的に平行である光軸１０６に対して垂直となるよう、プリロード力１１０が接触点１０４において生成される。プリロード力１１０は、例えば、複数のバネ１１９のうちの少なくとも１つおよび／または永久磁石２１９を用いて、レンズキャリッジ２０５の組立の間に生成され得る。
【００４５】
ステップ７０６において、駆動力は、プリロード力１１０の方向を同一直線上に保持しながら、プリロード力１１０を用いてピエゾモータ１０１により加えられる。上述のように、ピエゾモータ１１０は、例えば、駆動回路から供給される電気接続を用いて、励起され得る。
【００４６】
自動化されたはんだリフロー処理を用いてプリロードされたレンズアクチュエータモジュールを提供するための例示的な方法は、図８のフローチャート８００を参照し、図１Ａ〜図６Ｂに戻って参照して、説明される。ステップ８０２において、取付板２１３がピエゾモータ１０１に取り付けられる。ステップ８０４において、ピエゾモータ１０１および取付板２１３は、６つのタブ２１５が９０度ずれて、同時にピエゾモータ１０１の上部および底部電極１１４と接触するよう、ＰＣＢ２０９の外側開口部を通して挿入される。ステップ８０６において、取付板２１３はＰＣＢ２０９に接着される。ステップ８０８において、ＩＣ２２４は、他の取付プロセスも用いられ得るが、標準的な表面取付プロセスを用いて硬質回路基板２２０上に配置される。ステップ８１０において、位置センサ１１６は、他の取付プロセスも用いられ得るが、標準的な表面取付プロセスを用いてＦＰＣ２１２上に配置される。ステップ８１２において、ステップ８０２〜ステップ８１０において組み立てられたレンズアクチュエータモジュール２００のすべての構成要素は、標準的なはんだリフロープロセスを用いて、全部の電気的はんだ接続を完成するために、加熱される。
【００４７】
レンズアクチュエータモジュール２００を用いるフローチャート７００および８００のステップが説明されてきたが、フローチャート７００および８００のステップは、レンズアクチュエータモジュール１００または他のレンズアクチュエータモジュールにも等しく適用される。さらに、フローチャート７００および８００のステップは、例示的な態様を実施するに好適な任意の他の順序で実施され得るものであり、フローチャート７００および８００に示されているステップの順序は例示にすぎず、本発明を限定するものではない。
【００４８】
本発明の基本概念がこれまで説明されてきたが、前述の詳細な説明が単なる例示として提示されることを意図したものであり、本発明を限定するものではないことは、当業者にはむしろ明らかであろう。様々な改変例、改良例、および変更例は、本明細書に明示的には記述されないが、当業者には容易に想起されるものであり、当業者に対して意図されたものである。これらの改変例、改良例、および変更例は、ここで示唆されることを意図するものであり、本発明の精神および範囲に含まれる。例えば、様々なパラメータに基づいて、レンズアクチュエータモジュール１００および２００の２つまたはそれより多い構成要素が組み込まれ得るか、または集積回路チップの一部として作製され得る。さらに、電気的および機械的構成要素における改変例は、本発明の様々な態様の範囲から逸脱せず適用される場合、機械的な接続または構成要素に対して、電気的な接続および構成要素を交換することおよび／または追加することにより、またはその逆により、実現され得る。加えて、処理要素またはシーケンスの引用された順序、それらに対する数字、文字、または他の呼称の使用は、請求項で特に指定されていない限り、請求項に記載されるプロセスをいかなる順序にも限定する意図をもたない。加えて、本発明は以下の請求項および以下の請求項の等価物にのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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