(57)【要約】【課題】  カメラモジュールの小型化、薄型化、軽量化によって筐体の強度が低下しても、カメラモジュールの搭載された機器の落下等により外部から加わる衝撃に対してカメラモジュール、特に光学部品モジュールの破損を防止することができる光学部品モジュールおよびカメラモジュールを提供する。【解決手段】  光学部品モジュール２では、部１５，１６を有する筐体４の内部に、光軸２ａ方向に移動可能な少なくとも一つの光学部品であるレンズ６を設け、開口部１５，１６にレンズ６の光軸２ａ方向の移動を案内する主軸シャフト１１を設ける。主軸シャフト１１を設けることよって、筐体４の変形を抑制できる構造となる。光学部品モジュール２に撮像素子を装着すれば、カメラモジュールを形成することができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向に移動可能な光学部品を少なくとも一つ収納し、光軸に沿う開口部を有する筐体と、
該光軸方向への光学部品の移動を案内し、該開口部に設けられるシャフトとを含むことを特徴とする光学部品モジュール。
【請求項２】
前記筐体は、大略的に前記光軸方向に延びる柱状であり、
前記開口部は、該柱状の側面に設けられることを特徴とする請求項１記載の光学部品モジュール。
【請求項３】
前記筐体は、大略的に角柱状であり、
前記開口部は、少なくとも２つの隣接する側面に設けられることを特徴とする請求項１または２記載の光学部品モジュール。
【請求項４】
前記シャフトは、前記２つの隣接する側面の境界部に設けられることを特徴とする請求項３記載の光学部品モジュール。
【請求項５】
前記シャフトは、複数設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光学部品モジュール。
【請求項６】
前記筐体は、単一性部材からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光学部品モジュール。
【請求項７】
前記筐体は、可撓性材料からなることを特徴とする請求項６記載の光学部品モジュール。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光学部品モジュールと、
撮像素子とを含むことを特徴とするカメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収容する光学部品を光軸方向に移動可能な光学部品モジュール、およびそのような光学部品モジュールと撮像素子とを含むカメラモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コンパクトカメラやデジタルカメラ等には、光学部品や撮像素子を予め組み立てておくカメラモジュールが搭載されている。カメラモジュールは、数百万画素といった高い画素数に対応するだけでなく、自動焦点調節や、変倍機構を設けて、広角や望遠のズーム撮影が可能な構成にするなど高機能化されつつある。
【０００３】
一般に、カメラモジュールは、複数のレンズを有する光学系と、撮像素子を搭載した基板とを備える。さらに高機能化されたカメラモジュールでは、複数のレンズをそれぞれ保持するレンズホルダの相対的なポジションを変化させることにより、広角や望遠の撮影を可能としている。
【０００４】
一方、機器の小型化や薄型化に対応するために、カメラモジュールの小型化や薄型化、軽量化に対する要求が高まっている。この要求に対しては、カメラモジュールの光学系に使用するレンズ系を小さくしたり、カメラモジュールの筐体を薄肉化することなどが行われている。その結果、本体の加工精度が不足したり、機器が落下した場合にカメラモジュールに衝撃が加わってカメラモジュール自身が破損するということなどの問題が生じる。
【０００５】
たとえば、光学部品としてはレンズが代表的なものである。レンズを光学部品として含むレンズユニットでは、レンズ光軸に対して、上方に１箇所の開口部を有し、その開口部よりレンズ等の光学部品を組み立てていく箱型タイプのレンズユニットとしている（たとえば、特許文献１参照）。このレンズユニットは、開口部を有する本体がプラスチック成形加工により形成されている。
【０００６】
光学部品は本体に組み込まれるので、本体の加工精度不足によりレンズのユニット全体の光学性能が悪くなる問題に対して、高精度の本体により光学性能の向上が図られている。より具体的には、箱型のレンズユニット内の壁同士の交差部分に光軸方向に伸びる凹溝を形成している。このような凹溝は、本体の変形を少なくするために設けられたもので、成形後の本体の外側と内側の冷却速度の違いによる変形を少なくすると推測される。
【０００７】
また、光学系の光軸の一端側にレンズを保持するとともに全体のベースとなるハウジングを設け、ハウジングから光軸と平行に、隣接する２つの側面と、シャフトとが立設される構造として小型化を図るカメラモジュールも開示されている（たとえば、特許文献２参照）。すなわち、特許文献２に開示されているカメラモジュールは、モジュールを小型化するために筐体のうち前玉が搭載される面と、その面とレンズ中心を通る光軸に平行な２つの側面だけが形成されている。側面に隣接して２本のシャフトが設けられ、シャフトは、可動レンズを保持するレンズホルダの摺動を案内する。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１４２７０号公報（図１）
【特許文献２】特開２００５−１９５６６９号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示されている構成においては、凹溝の幅、深さ、形状といった構造に関して最適化が必要となるという問題がある。また、筐体の薄肉化を図ると、凹溝の部分の強度が低下するという問題もある。なお、凹溝の近傍には、可動のレンズ群を光軸に平行に移動するように案内する案内軸が設けられている。
【００１０】
特許文献２に開示されている構成では、筐体の変形による光学性能の低下はないものの、シャフトは一方だけが筐体に固定されているだけである。このことから、レンズホルダの摺動時にシャフトが振動したり、光軸からずれた位置関係となったりすることや、レンズホルダがシャフトのうち固定されていない他方から外れるなど、光学性能を悪化させる可能性があるという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、カメラモジュールの小型化、薄型化、軽量化によって筐体の強度が低下しても、カメラモジュールの搭載された機器の落下等により外部から加わる衝撃に対してカメラモジュール、特に光学部品モジュールの破損を防止することができる光学部品モジュールおよびカメラモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、光軸方向に移動可能な光学部品を少なくとも一つ収納し、光軸に沿う開口部を有する筐体と、
該光軸方向への光学部品の移動を案内し、該開口部に設けられるシャフトとを含むことを特徴とする光学部品モジュールである。
【００１３】
本発明に従えば、光学部品モジュールは、筐体とシャフトとを含む。筐体は、光軸方向に移動可能な光学部品を少なくとも一つ収納し、光軸に沿う開口部を有するので、光学部品を筐体内へ収納する組み込み作業などを、開口部から行うことができる。シャフトは、光学部品の光軸方向への移動を案内するとともに、開口部に設けられるので、開口部の剛性を高め、開口部による筐体の強度低下を補うことができる。光学部品モジュールを含むカメラモジュールなどの小型化、薄型化、軽量化によって筐体の強度が低下しても、光学部品モジュールの搭載された機器の落下等により外部から加わる衝撃に対して光学部品モジュールの破損を防止することができる。
【００１４】
また本発明で、前記筐体は、大略的に前記光軸方向に延びる柱状であり、
前記開口部は、該柱状の側面に設けられることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、光学部品の光学軸方向に延びる柱状の形状に筐体が形成され、開口部が柱状の側面に設けられるので、筐体内で光学軸方向に移動可能な光学部品を開口部から組み込むことができる。
【００１６】
また本発明で、前記筐体は、大略的に角柱状であり、
前記開口部は、少なくとも２つの隣接する側面に設けられることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、大略的に角柱状の少なくとも２つの隣接する側面が開口するので、一つの側面に設けられる開口部にとっては、隣り合ういずれか一方の側面がないことになり、その開口部から筐体の内部に光学部品を組み込む際に、両側の側面から干渉を受けることがなく、組立調整が容易となる。
【００１８】
また本発明で、前記シャフトは、前記２つの隣接する側面の境界部に設けられることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、隣接する２つの側面に開口部が設けられることによる強度の低下を、境界部にシャフトを設けて補うことができる。
【００２０】
また本発明で、前記シャフトは、複数設けられることを特徴とする。
本発明に従えば、複数のシャフトで筐体内を移動する光学部品をより精度よく光軸方向に案内し、かつ筐体の補強を図ることができる。
【００２１】
また本発明で、前記筐体は、単一性部材からなることを特徴とする。
本発明に従えば、単一性部材で筐体を形成し、組立作業を必要とせずに、光学部品の収容や保持を行い、小型化や軽量化を図ることができる。
【００２２】
また本発明で、前記筐体は、可撓性材料からなることを特徴とする。
本発明に従えば、筐体は可撓性材料からなるので、光学部品の組み込みなどの際に、必要に応じて変形しても破損しにくくすることができる。光学部品モジュールとしては、シャフトで補強するので、加工精度を保つことができる。
【００２３】
さらに本発明は、前述のいずれかに記載の光学部品モジュールと、
撮像素子とを含むことを特徴とするカメラモジュールである。
【００２４】
本発明に従えば、前述のような光学部品モジュールを含むので、小型化、薄型化、軽量化によって筐体の強度が低下しても、カメラモジュールの搭載された機器の落下等により外部から加わる衝撃に対してカメラモジュールの破損を防止することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、光軸方向に移動可能な光学部品を少なくとも一つ収納し、光軸に沿う開口部を有する筐体を、開口部に設けられるシャフトで剛性を高め、補強することができる。光学部品モジュールを含むカメラモジュールなどが搭載された機器の落下等により外部から加わる衝撃に対して、光学部品モジュールの破損を防止することができる。
【００２６】
また本発明によれば、光学部品の光学軸方向に延びる柱状の形状に筐体が形成され、柱状の側面に開口部が設けられるので、筐体内で光学軸方向に移動可能な光学部品を開口部から組み込むことができる。
【００２７】
また本発明によれば、筐体が小型化しても、開口部から筐体の内部に光学部品を組み込む際に、両側の側面から干渉を受けることがなく、組立調整が容易となる。
【００２８】
また本発明によれば、隣接する２つの側面に開口部が設けられることによる強度の低下を、境界部に設けられるシャフトで補うことができる。
【００２９】
また本発明によれば、複数のシャフトで光学部品を精度よく光軸方向に案内し、かつ筐体の補強を図ることができる。
【００３０】
また本発明によれば、筐体の組立作業を必要とせずに、光学部品の収容や保持を行い、小型化や軽量化を図ることができる。
【００３１】
また本発明によれば、光学部品の組み込みなどの際に、必要に応じて筐体が変形することができる。光学部品モジュールとしては、シャフトで補強するので、加工精度を保つことができる。
【００３２】
さらに本発明によれば、筐体の開口部に重なる領域に光学部品の光軸方向の移動に使用するシャフト軸を設ける光学部品モジュールを含んでいるので、筐体の変形を防ぐことができるとともに剛性の高いカメラモジュールとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図１により説明する。図１は、本発明におけるカメラモジュール１の全体構成を示す。図１（ａ）はカメラモジュール１の簡略化した外観構成、図１（ｂ）はカメラモジュール１における光学系の概略的な断面構成を示す。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、このカメラモジュール１は、内部に図１（ｂ）に示すような光学系を有する光学部品モジュール２と、その光学部品モジュール２で処理される光を検出する撮像素子３とを含む。光学部品モジュール２は、図１（ａ）に示す筐体４を有する。筐体４は、光学部品モジュール２としての光軸２ａが撮像素子３を通るように、大略的に柱状の形状を有する。図１（ｂ）に示す光学部品モジュール２では、光軸２ａ上の前方に複数のレンズ５，６，７からなるレンズ群を配置した構成を有している。なお、ここでは簡単のため各レンズ５，６，７をそれぞれ１つのレンズで示しているけれども、それぞれが複数のレンズで構成される場合もある。レンズ群のうち、光軸２ａの前方に配置されるレンズ５と撮像素子３の直前に配置されるレンズ７とは、筐体４によって保持される固定レンズであるとする。少なくとも一つのレンズ６については、光軸２ａの方向に移動可能な構成を有している。レンズ６が光軸２ａの方向に移動することによって、広角や望遠などのズーム調整に応じて、光学系のレンズ５，６，７の相対位置が最適化された構成を取ることが出来る。カメラモジュール１としては、デジタルカメラや携帯電話機に内蔵されている場合、広角や望遠を使い分けて、広範囲やクローズアップなどで焦点距離の異なる条件での風景等の撮影をすることができる。
【００３５】
次にカメラモジュール１を構成する部材について説明する。カメラモジュール１の光学部品モジュール２および撮像素子３の大きさは、カメラモジュール１を搭載する電子機器の大きさにより制約を受ける。また撮像素子３に対して、光学部品モジュール２に設ける光学系は、光学設計によって最適となるような構成とする。
【００３６】
撮像素子３としては、ＣＣＤやＣＭＯＳなど、受光用の画素が一次元の線状や二次元の面状に配列されているものを利用する。光学部品モジュール２としては、撮像素子３ばかりではなく、ホトダイオードやホトトランジスタなどの受光素子を用いることもできる。さらには、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオードなどの発光素子を用いて、光軸２ａ上での光の進行方向を逆にし、レンズ５から光を出射させることもできる。
【００３７】
レンズ５，６，７は、ガラスやプラスチック等の光学的に透明な材料からなっている。ガラスのレンズは、主として削り出しで加工される。プラスチックのレンズは、金型を用いたモールド成形によってレンズに加工される。またその形状は複数のレンズ５，６，７を用いるによる光学系を設計する際の光学設計によって最適化される。各レンズ５，６，７は、球面レンズや非球面レンズとして形成され、必要に応じてコバが形成され、レンズホルダ８，９，１０にそれぞれ収納されて保持される。
【００３８】
光学部品モジュール２を、ズーム操作や自動焦点調整ができる光学系とする場合は、ズームや自動焦点調整の対象となる単数または複数のレンズ６をレンズホルダ９に搭載した構成となっている。レンズホルダ９に搭載されたそれぞれのレンズは偏芯量を抑制するように組立調整されて、接着剤等によりレンズホルダ９に固定されている。
【００３９】
また、レンズホルダ９を光学部品モジュール２の光軸２ａに沿って摺動させるために、ステッピングモータやカムなどを含む駆動機構で駆動するけれども、駆動機構の図示は省略する。レンズホルダ９の摺動は、シャフト（主軸シャフト１１、副軸シャフト１２）などに沿って案内される。レンズホルダ９は、ＡＢＳ、ポリカーボネートまたは液晶ポリマー等の樹脂を材料とし、モールド成形や切削等の加工によって形成されている。このときに使用する樹脂としては、落下衝撃に対して形状が変形したり破損したりしないように剛性を有する材料を用いることが望ましい。主軸シャフト１１や副軸シャフト１２は、ステンレス鋼などを含む鉄系金属、アルミニウム系金属、黄銅などを含む銅系金属などを材料として形成される。中実の棒状材料ばかりではなく、中空の管状材料を使用することもできる。
【００４０】
以上の光学系は、ＡＢＳ、ポリカーボネートまたは液晶ポリマー等の樹脂を材料として、成型や切削等の加工を施すことにより形成された筐体４に搭載されて光学部品モジュール２を構成する。そのような光学部品モジュール４と撮像素子３との組合せでカメラモジュール１が構成される。
【００４１】
図２は、図１（ａ）に示す筐体４の構造を示す。図２（ａ）は主軸シャフト１１を１本だけ設けた筐体４の構造を示しており、図２（ｂ）はシャフトを設けない筐体４の構造を示している。筐体４の構造は、大略的に光軸２ａ方向に延びる柱状で、光軸２ａに対して垂直な端面を、光学系のうち、駆動しないレンズ５，７を固定するレンズホルダ８，１０として利用する構成を取っている。
【００４２】
また、筐体４は、さらに詳しくは四角柱状であって、光軸２ａに対して平行な４面の側面のうち隣り合う２面の側面１３，１４を残し、他の側面には開口部１５，１６を設ける構成を取っている。なお、開口部１５，１６は、側面の全体ではなく、一部でもよい。カメラモジュール１の小型化や高性能化に伴い、開口部が１面だけであると筐体４の内部に光学系を組み込む際に、開口部の左右の側面が干渉することとなり組立調整が難しいという問題や光学部品の取り扱いが困難であるという問題が生じる。しかし、開口部とその隣の２つの面がない構造であれば、光学系の組立調整するスペースを得ることができるとともに、高精度なカメラモジュール１の光学系を形成することができることとなる。なお、ここでは、２つの側面を除去した構成について説明したが、隣り合う３つの側面を除去してそれぞれ開口部とすることもできる。
【００４３】
このような筐体４を加工するためには、先に示したように成形加工や切削加工といった方法が挙げられる。特に成形加工により筐体４を形成する場合、金型を光軸２ａに垂直面で分割可能にしておき、両側の金型を合わせて、内部のキャビティに樹脂材料を充填した後に、金型を分けて除去する方法が一般的である。このような方法で成形した場合、どうしても図２（ｂ）に示すように、レンズホルダ８，１０など、光軸２ａに平行な面のない筐体４の一部の領域が変形してしまうことがある。このような変形が発生した場合において、レンズホルダ８，１０でレンズ５，７をそれぞれ保持していると、各レンズ５，７が光軸２ａに対してそれぞれ傾斜することとなり、カメラモジュール１の光学性能の低下を招いてしまうことになる。
【００４４】
たとえば、光軸２ａに沿って、レンズ５，６，７に順番を付け、第１レンズ５および第３レンズ７を取り付けたレンズホルダ８，１０が図２（ｂ）に示すように、筐体４の内部側に傾斜した場合の問題となる点について考えてみる。先に述べたように、筐体４のレンズホルダ８，１０に取り付けた第１レンズ５および第３レンズ７は光軸２ａに対して傾斜するために、光学系の光学性能は低下してしまう。また、光軸２ａ方向において第１レンズ５および第３レンズ７の相対的な位置関係が変化してしまうため、撮像素子３との最適な関係を得るために、レンズホルダ９の移動によって新しく最適化を行う必要があるとともに、移動しても最適な位置関係を得ることができないという可能性も生じる。
【００４５】
たとえば、光学部品モジュール２の筐体４の大きさを３０ｍｍ角の大きさとし、筐体４の一端側のレンズホルダ８の傾斜が５分程度であると仮定すると、第１レンズ５は光軸２ａ方向に２０μｍ程度の位置ずれを生じることとなる。また、レンズ中心に入射した光線は、傾斜した第１レンズ５の光軸上を進み、筐体４の他端側のレンズホルダ１０の位置では、４０μｍ程度光軸２ａからずれた位置を通過することになる。こうした、数十μｍの変化は、カメラモジュール１の小型化に伴い、製造誤差や組立調整における誤差と合わせて光学性能に大きく影響を及ぼすことになる。
【００４６】
さらに筐体４の一端側のレンズホルダ８の傾斜は、シャフト１１を貫通させるシャフト孔１７も同様に傾斜させることとなるから、シャフト１１が光軸２ａに対して傾斜して固定される可能性が考えられる。その結果、シャフト１１を案内軸として移動するレンズホルダ９に保持される第２レンズ６も光軸２ａに対して傾斜した状態で移動するこことなるため、さらに光学性能の低下の要因となってしまうこととなる。
【００４７】
光学性能の低下を抑制する方法としては、加工による筐体４の変形を考慮して一端側のレンズホルダ８および他端側のレンズホルダ１０などの筐体４の形状を決定したり、シャフト孔１７を筐体４の変形後に光軸２ａと平行になるような形状としておくなどの対策を採ればよい。しかし、こうした対策は、数回の試作によって得られる経験則であり、加工時の条件によっても大きく影響することから製造バラツキが大きくなってしまうという問題がある。
【００４８】
また、上記の光学性能の低下に対する問題だけではく、さらにこのように側面が開口した構成としてしまうと、筐体４の剛性が弱くなり、カメラモジュール１とした場合においても、電子機器の落下によって損傷しやすくなるという問題が生じることとなる。
【００４９】
そこで図２（ａ）に示すように、側面１３，１４のない領域であって、ちょうど側面同士の重なり合う境界の領域（角）にシャフト１１を設ける構成としている。シャフト１１の固定方法には、シャフト孔１７を設けておき、そのシャフト孔１７からシャフト１１を必要な長さだけ圧入し、その後、熱カシメ等で固定する方法がある。また筐体４は可撓性を有する樹脂材料から形成されるので、筐体４の変形を利用して開口している側面からシャフト１１を挿入する方法などがある。このようにシャフト１１を設けた構成によると、シャフト１１の長さを筐体４の側面と同一としておくことにより、筐体４の軸２ａ方向両端のレンズホルダ８，１０の構造の変形を抑制することができるとともに、第１レンズ５および第３レンズ７と光軸２ａとは垂直な関係とすることができることから、光学系の性能低下を防止することができる。ここでは、シャフト１１として、移動するレンズホルダ９を案内する基準軸となる主軸のシャフト１１としているけれども、図１（ｂ）に示すような、副軸となるシャフト１２であっても構わない。
【００５０】
図３は、シャフト１１によって、筐体４のない領域の剛性を高めることができる効果を示す。図３（ａ）はシャフト１１が設けられない構成を示し、図３（ｂ）はシャフト１１が設けられる構成を示す。筐体４の軸線２ａ方向の両端のレンズホルダ８，１０などの剛性が充分にあっても、図３（ａ）に示すようにシャフト１１が設けられていなければ、レンズホルダ８，１０間を連結する筐体４の側面１３，１４の部分が変形して、図２（ｂ）に示すようなレンズホルダ８，１０の変形と同様な光学性能の低下を招く。
【００５１】
以上のように、光学部品モジュール２をシャフト１１，１２で補強することによって、電子機器の落下衝撃に影響しないカメラモジュール１を得ることができる。さらに、光学系の傾きが生じにくいので、光学部品として組合せレンズを使用して、コマ収差や非点収差などの改善を図っている場合でも、筐体４の変形で収差が大きくなるのを防ぐことができる。なお、筐体４の形状としては、四角柱の形状ばかりではなく、角数が異なっても、また側面の一部が曲面であっても、開口部が設けられる形状であれば、本発明を適用して、開口部をシャフトで補強することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態のカメラモジュール１の外観構成を示す斜視図、および光学系の概略的な構成を示す断面図である。
【図２】図１の筐体４の構造を、シャフト１１の有無で比較して示す概略的な斜視図である。
【図３】図１の筐体４の構造を、シャフト１１の有無で比較して示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  カメラモジュール
２  光学部品モジュール
２ａ  光軸
３  撮像素子
４  筐体
５  第１レンズ
６  第２レンズ
７  第３レンズ
８，９，１０  レンズホルダ
１１  主軸シャフト
１２  副軸シャフト
１５，１６  開口部
【図１】
2007108523.tif 000003
【図２】
2007108523.tif 000004
【図３】
2007108523.tif 000005