(57)【要約】【課題】小型カメラ等において利用可能な静電気アクチュエータを提供する。【解決手段】一実施形態では、静電気アクチュエータが、概ね平坦な固定フレームと、前記固定フレームと実質的に同一平面上で前記固定フレームに対して直交する方向に移動するために、前記固定フレームに湾曲部によって結合された概ね平坦な移動フレームと、複数の相互嵌合歯であって、その固定部分が前記固定フレームに取り付けられ、その移動部分が前記移動フレームに取り付けられた、該複数の相互嵌合歯と、互いに反対側の入力端と出力端を有する細長い出力シャフトとを備え、前記入力端は、前記移動フレームに結合される。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電気アクチュエータであって、
概ね平坦な固定フレームと、
前記固定フレームと実質的に同一平面上で前記固定フレームに対して直交する方向に移動するために、前記固定フレームに湾曲部によって結合された概ね平坦な移動フレームと、
複数の相互嵌合歯であって、その固定部分が前記固定フレームに取り付けられ、その移動部分が前記移動フレームに取り付けられた、該複数の相互嵌合歯と、
互いに反対側の入力端と出力端を有する細長い出力シャフトとを備え、
前記入力端は、前記移動フレームに結合されることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータであって、
前記出力シャフトの前記出力端に結合された出力カップラを更に含むことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載のアクチュエータであって、
前記出力シャフトの前記入力端は、第１の一脚湾曲部によって前記移動フレームに結合され、前記出力シャフトの前記出力端は、第２の一脚湾曲部によって前記出力カップラに結合されることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載のアクチュエータであって、
前記第１の一脚湾曲部及び前記第２の一脚湾曲部の少なくとも１つが、
前記アクチュエータに平行な方向の剛性より前記アクチュエータに垂直な方向の剛性が高い第１のヒンジと、
前記第１のヒンジの一端に結合された第２のヒンジであって、前記第２のヒンジは、前記アクチュエータに平行な方向の可撓性より前記アクチュエータに垂直な方向の可撓性が高い、該第２のヒンジとを備えることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項５】
請求項４に記載のアクチュエータであって、
前記第１のヒンジが複数の波形部を有し、前記第２のヒンジがＵ字型であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項６】
請求項３に記載のアクチュエータであって、
前記固定フレーム、前記移動フレーム、前記複数の相互嵌合歯、前記出力シャフト、及び前記第１及び第２の一脚湾曲部が、フォトリソグラフィー技術を用いてシリコンウエハから一個部品として形成されることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項７】
請求項１に記載のアクチュエータであって、
前記移動フレームを、前記固定フレームと同一平面上で、前記固定フレームに対して平行、かつ選択された距離だけ離隔された配置位置に付勢し、かつその位置に保持するための機構を更に含むことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項８】
静電気アクチュエータ装置であって、
縦脚部と、それに対して直交する方向に延びる横脚部とを有するＬ字型支持フレームと、
出力カップラと、
一対の請求項１に記載のアクチュエータとを備え、
前記一対のアクチュエータの前記出力シャフトの前記出力端はそれぞれ、前記出力カップラに結合され、
前記一対のアクチュエータの第１のアクチュエータの前記固定フレームは前記縦脚部に取り付けられて、前記第１のアクチュエータの前記出力端が、前記出力カップラを第１の方向に直線的に移動させ、前記一対のアクチュエータの第２のアクチュエータの前記固定フレームは前記横脚部に取り付けられて、前記第２のアクチュエータの前記出力端が、前記出力カップラを前記第１の方向に垂直な第２の方向に直線的に移動させることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項９】
請求項８に記載のアクチュエータ装置であって、
前記一対のアクチュエータのうちの少なくとも１つのアクチュエータの前記出力シャフトの前記入力端は、第１の一脚湾曲部で前記少なくとも１つのアクチュエータの前記移動フレームに結合され、
前記少なくとも１つのアクチュエータの前記出力シャフトの前記出力端は、第２の一脚湾曲部で前記出力カップラに結合されることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項１０】
アクチュエータアセンブリであって、
中央部分と、そこから径方向外向きに延びる少なくとも１つのアームとを有する可撓性の基板と、
前記少なくとも１つのアーム上に取り付けられた、少なくとも１つの請求項３に記載のアクチュエータとを備えることを特徴とするアクチュエータアセンブリ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のアクチュエータアセンブリを組み込んだ、レンズ鏡筒アセンブリまたは小型カメラモジュール。
【請求項１２】
アクチュエータアセンブリであって、
中央部分と、そこから径方向外向きに延びる少なくとも１つのアームとを有する基板であって、前記少なくとも１つのアームは、折り線によって前記中央部分から分離され、前記少なくとも１つのアームは、前記折り線を中心にして前記中央部分に対して折り返すことができる、該基板と、
前記少なくとも１つのアーム上に取り付けられた、少なくとも１つの請求項８に記載のアクチュエータ装置とを備えることを特徴とするアクチュエータアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のアクチュエータアセンブリを組み込んだ、レンズ鏡筒アセンブリまたは小型カメラモジュール。
【請求項１４】
レンズ鏡筒アセンブリであって、
外周面の周りに分散配置された複数の平坦部と、内部に同心に固定された少なくとも１つのレンズを含む中央ルーメンとを有するレンズ鏡筒と、
アクチュエータアセンブリと、
中央開口を含み、そこから接線方向に延びる複数のアームを有するレンズ取り付けプラットフォームとを備え、
前記アクチュエータアセンブリは、
中央開口を含む中央部分と、そこから径方向外向きに延びる複数のアームとを有する可撓性の基板と、
１自由度（１ＤＯＦ）の複数のアクチュエータであって、各アクチュエータは、前記基板の前記複数のアームの対応する１つの上に取り付けられ、そのアクチュエータは前記基板のアームの上側に離隔され、前記基板のアームの上または内部に配置された導電性トレースに電気的接続され、各アクチュエータは、出力カップラがその上に配置された出力端を有する細長い出力シャフトを備える、該複数のアクチュエータとを備え、
前記基板の前記中央開口は、前記レンズ鏡筒の上側端の上に配置され、前記基板の各アームは、前記レンズ鏡筒の前記上側端の下側に折り返され、かつその上の前記平坦部の対応する１つに取り付けられ、
前記複数のアクチュエータの前記出力カップラのそれぞれの上側表面は、前記レンズ鏡筒の前記上側端より上の平面を画定し、
前記レンズ取り付けプラットフォームの各接線方向アームは、前記複数のアクチュエータの対応する１つの前記出力カップラの前記上側表面に取り付けられることを特徴とするレンズ鏡筒アセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のレンズ鏡筒アセンブリであって、
前記レンズ鏡筒が、概ね円筒形または円錐台形の形状であることを特徴とするレンズ鏡筒アセンブリ。
【請求項１６】
請求項１４に記載のレンズ鏡筒アセンブリであって、
前記レンズ鏡筒が、円錐台形の形状であり、
前記アクチュエータアセンブリの上にそれと同心で、かつそれから離隔されて配置された第２のアクチュエータアセンブリを更に備えることを特徴とするレンズ鏡筒アセンブリ。
【請求項１７】
請求項１４に記載のレンズ鏡筒アセンブリと、
前記レンズ鏡筒のベース部に配置されたイメージセンサとを備えることを特徴とする小型カメラモジュール。
【請求項１８】
レンズ鏡筒アセンブリであって、
外周面の周りに分散配置された複数の平坦部と、内部に同心に固定された少なくとも１つのレンズを含む中央ルーメンとを有するレンズ鏡筒と、
アクチュエータアセンブリと、
中央開口を含み、そこから接線方向に延びる複数のアームを有するレンズ取り付けプラットフォームとを備え、
前記アクチュエータアセンブリは、
中央開口を含む中央部分と、そこから径方向外向きに延びる複数のアームとを有する可撓性の基板と、
２自由度（２ＤＯＦ）の複数のアクチュエータであって、各アクチュエータは、前記基板の前記複数のアームの対応する１つの上に取り付けられ、各アクチュエータは、それぞれ出力カップラに結合された出力端を有する一対の細長い出力シャフトを備える、該複数のアクチュエータとを備え、
前記基板の前記中央開口は、前記レンズ鏡筒の上側端の上に配置され、前記基板の各アームは、前記レンズ鏡筒の前記上側端の下側に折り返され、かつその上の前記平坦部の対応する１つに取り付けられ、
前記複数のアクチュエータの前記出力カップラのそれぞれの上側表面は、前記レンズ鏡筒の前記上側端より上の平面を画定し、
前記レンズ取り付けプラットフォームの各接線方向アームは、前記複数のアクチュエータの対応する１つの前記出力カップラの前記上側表面に取り付けられることを特徴とするレンズ鏡筒アセンブリ。
【請求項１９】
請求項１８に記載のレンズ鏡筒アセンブリであって、
前記レンズ鏡筒アセンブリの上に同心に配置された保護カバーを更に含むことを特徴とするレンズ鏡筒アセンブリ。
【請求項２０】
請求項１４に記載のレンズ鏡筒アセンブリと、
前記レンズ鏡筒のベース部に配置されたイメージセンサとを備えることを特徴とする小型カメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年３月１５日出願の米国特許出願第１３／８４３１０７号の一部継続出願であり、その全内容が本明細書の一部である。
本発明の１つまたは複数の実施形態は、鏡やレンズ等の光学要素のためのアクチュエータに関し、特に、複数の自由度の動きを提供する、例えば小型カメラ等において有用なアクチュエータアセンブリの実施形態に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型カメラ及び他の装置において有用なアクチュエータはよく知られている。そのような装置は、典型的には、焦点合わせ、ズーミング、または光学イメージ安定化のためにレンズを移動させるために使用されるボイスコイルを備える。
【０００３】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータも知られている。ＭＥＭＳアクチュエータの例として、櫛歯駆動型、スクラッチ駆動型、及び熱駆動型等が挙げられる。微小ＭＥＭＳアクチュエータは、公知の集積回路（ＩＣ）製造技術を用いて作製することができる。ＭＥＭＳアクチュエータは、種々の用途において用いることができる。例えば、ＭＥＭＳアクチュエータは、小型カメラにおける自動焦点合わせ、ズーム及びイメージ安定化機能を容易化するようにレンズを動かすために用いることができる。従って、そのような用途のための改善されたＭＥＭＳアクチュエータ装置を提供することが望ましい。
【０００４】
小型カメラは、種々の異なる電子装置において使用することができる。例えば、小型カメラは、携帯電話、ラップトップコンピュータ、及び監視装置や他の多くの用途で一般的に使用される。電子装置のサイズが縮小しつづけているため、そのような装置の一部である小型カメラのサイズも同様に小さくならなければならない。このため、小型カメラのサイズを小さくすると同時に、より大型で高価な独立したカメラの高度な機能も保持する方法及び手段が望まれることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０１２０５０８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／００７６９１９号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２／００８１５９８号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１３／００７７１６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、小型で、製造が容易かつ低コストで行え、種々の機能を発揮させるために光学要素の多自由度の動きを可能にする、例えば小型カメラ等において有用なアクチュエータアセンブリの必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つまたは複数の実施形態によれば、例えば小型カメラ等において有用で、小型で、製造が容易かつ低コストで行え、かつ種々の機能を発揮させるために光学要素の多自由度の動きを可能にする、小型アクチュエータアセンブリの種々の実施形態が、その製造方法及び使用方法とともに提供される。
【０００８】
１つの例示的実施形態では、静電気アクチュエータが、概ね平坦な固定フレームと、前記固定フレームと実質的に同一平面上で前記固定フレームに対して直交する方向に移動するために、前記固定フレームに湾曲部（flexure）によって結合された概ね平坦な移動フレームと、複数の相互嵌合歯であって、その固定部分が前記固定フレームに取り付けられ、その移動部分が前記移動フレームに取り付けられた、該複数の相互嵌合歯と、互いに反対側の入力端と出力端を有する細長い出力シャフトとを備え、前記入力端は、前記移動フレームに結合される。
【０００９】
別の実施形態では、静電気アクチュエータ装置が、縦脚部と、それに対して直交する方向に延びる横脚部とを有するＬ字型支持フレームと、出力カップラと、一対の前記したアクチュエータとを備える。前記一対のアクチュエータの前記出力シャフトの前記出力端はそれぞれ、前記出力カップラに結合され、前記一対のアクチュエータの第１のアクチュエータの前記固定フレームは前記縦脚部に取り付けられて、前記第１のアクチュエータの前記出力端が、前記出力カップラを第１の方向に直線的に移動させ、前記一対のアクチュエータの第２のアクチュエータの前記固定フレームは前記横脚部に取り付けられて、前記第２のアクチュエータの前記出力端が、前記出力カップラを前記第１の方向に垂直な第２の方向に直線的に移動させる。
【００１０】
前記アクチュエータ及びアクチュエータ装置は、携帯電話、コンピュータ等の電子ホスト装置で用いられるタイプの各種小型レンズ鏡筒及び小型カメラモジュールを製造するために使用することができる。
【００１１】
本発明の範囲は、本願の特許請求の範囲に記載の各請求項によって定められる。本発明の新規な小型アクチュエータアセンブリ及びその製造方法や使用方法の特徴及び利点については、後述するいくつかの例示的な実施形態の詳細な説明を、特に、添付の図面とともに参照することによって、当業者には、より完全に理解されよう。尚、図面においては、１つまたは複数の図に示された類似の要素を特定するために類似の符合が用いされている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の実施形態による、３つのアクチュエータを備えたアクチュエータアセンブリの概略図であって、各アクチュエータは２自由度（２ＤＯＦ）の互いに直交する方向の動きが可能なものである。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による、３つのアクチュエータを備えたアクチュエータアセンブリの概略図であって、各アクチュエータは１自由度（１ＤＯＦ）の動きが可能なものである。
【図１Ｃ】本発明の実施形態による、３つのアクチュエータを備えたアクチュエータアセンブリの概略図であって、アクチュエータの１つは３自由度（３ＤＯＦ）の互いに直交する方向の動きが可能なものであり、別の１つは２自由度の互いに直交する方向の動きが可能なものであり、残りの１つは１自由度（１ＤＯＦ）の動きが可能なものである。
【図２Ａ】本発明の２自由度（２ＤＯＦ）アクチュエータ装置の例示的実施形態の平面図であって、製造後で、使用のために配置される前の状態が示されている。
【図２Ｂ】図２Ａに示す本発明の例示的実施形態の２ＤＯＦアクチュエータ装置の平面図であって、使用のために配置された後の状態が示されている。
【図３Ａ】図２Ａの本発明の例示的実施形態のアクチュエータ装置のアクチュエータの１つの固定及び移動フレーム並びに相互嵌合歯の関連する部分の拡大部分詳細平面図であって、本発明の実施形態による配置される前の両フレーム及び相互嵌合歯の相対位置が示されている。
【図３Ｂ】図２Ｂの本発明の例示的実施形態のアクチュエータ装置のアクチュエータの１つの固定及び移動フレーム並びに相互嵌合歯の関連する部分の拡大部分詳細平面図であって、本発明の実施形態による配置された後の両フレーム及び相互嵌合歯の相対位置が示されている。
【図４Ａ】本発明の実施形態による「一脚」または「交差軸式」湾曲部の一例の左上側斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による「一脚」または「交差軸式」湾曲部の一例の右上側斜視図である。
【図５Ａ】本発明による複数の２ＤＯＦアクチュエータ装置を利用する小型レンズ鏡筒アセンブリの組立方法の例示的な実施形態の連続するステップを示す斜視図である。
【図５Ｂ】本発明による複数の２ＤＯＦアクチュエータ装置を利用する小型レンズ鏡筒アセンブリの組立方法の例示的な実施形態の連続するステップを示す斜視図である。
【図５Ｃ】本発明による複数の２ＤＯＦアクチュエータ装置を利用する小型レンズ鏡筒アセンブリの組立方法の例示的な実施形態の連続するステップを示す斜視図である。
【図５Ｄ】本発明による複数の２ＤＯＦアクチュエータ装置を利用する小型レンズ鏡筒アセンブリの組立方法の例示的な実施形態の連続するステップを示す斜視図である。
【図５Ｅ】本発明による複数の２ＤＯＦアクチュエータ装置を利用する小型レンズ鏡筒アセンブリの組立方法の例示的な実施形態の連続するステップを示す斜視図である。
【図５Ｆ】本発明による複数の２ＤＯＦアクチュエータ装置を利用する小型レンズ鏡筒アセンブリの組立方法の例示的な実施形態の連続するステップを示す斜視図である。
【図５Ｇ】本発明による複数の２ＤＯＦアクチュエータ装置を利用する小型レンズ鏡筒アセンブリの組立方法の例示的な実施形態の連続するステップを示す斜視図である。
【図５Ｈ】本発明による複数の２ＤＯＦアクチュエータ装置を利用する小型レンズ鏡筒アセンブリの組立方法の例示的な実施形態の連続するステップを示す斜視図である。
【図６】６つの本発明による１自由度（ＤＯＦ）アクチュエータ装置の例示的実施形態の斜視図であり、各アクチュエータ装置が六角形をなすように配置されているところが示されている。
【図７】本発明による図６の例示的実施形態の１ＤＯＦアクチュエータ装置の六角形の配置の側面図である。
【図８】図６の例示的実施形態の１ＤＯＦアクチュエータ装置の六角形の配置の斜視図であり、六角形の鏡筒の各側面の上にそれぞれ装置が配置され、本発明の実施形態による例示的なレンズ鏡筒アセンブリを形成しているところが示されている。
【図９】レンズ鏡筒アセンブリの斜視図であり、本発明によるアクチュエータ装置の各々の出力コネクタに結合された光学要素のための支持プラットフォームの例示的実施形態が示されている。
【図１０】本発明の実施形態による同心保護ハウジング内に配置されている、図９のレンズ鏡筒及び支持プラットフォームアセンブリの斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態による三角形をなすように配置されている３つの例示的な１ＤＯＦアクチュエータ装置の斜視図である。
【図１２】例示的な１ＤＯＦアクチュエータ装置の三角形の配置の斜視図であり、装置がそれぞれ、六角形の鏡筒の対応する側面に交互に配置され、本発明によるレンズ鏡筒アセンブリの別の実施形態を形成しているところが示されている。
【図１３】図１２のレンズ鏡筒アセンブリの斜視図であり、本発明によるアクチュエータ装置の各々の出力コネクタに結合された光学要素支持プラットフォームの例示的実施形態が示されている。
【図１４Ａ】本発明による図２Ｂの２ＤＯＦアクチュエータ装置を複数利用する例示的な小型カメラモジュールの組立方法の例示的な実施形態の連続するステップを示す平面図である。
【図１４Ｂ】本発明による図２Ｂの２ＤＯＦアクチュエータ装置を複数利用する例示的な小型カメラモジュールの組立方法の例示的な実施形態の連続するステップを示す平面図である。
【図１４Ｃ】本発明による図２Ｂの２ＤＯＦアクチュエータ装置を複数利用する例示的な小型カメラモジュールの組立方法の例示的な実施形態の連続するステップを示す平面図である。
【図１４Ｄ】本発明による図２Ｂの２ＤＯＦアクチュエータ装置を複数利用する例示的な小型カメラモジュールの組立方法の例示的な実施形態の連続するステップを示す平面図である。
【図１４Ｅ】本発明による図２Ｂの２ＤＯＦアクチュエータ装置を複数利用する例示的な小型カメラモジュールの組立方法の例示的な実施形態の連続するステップを示す平面図である。
【図１４Ｆ】例示的なカメラモジュールの斜視図である。
【図１５Ａ】本発明による図１４Ａ〜図１４Ｆに示す例示的な小型カメラモジュールにおいて有用なタイプの円錐台形レンズ鏡筒の例示的実施形態の上側斜視図である。
【図１５Ｂ】本発明による図１４Ａ〜図１４Ｆに示す例示的な小型カメラモジュールにおいて有用なタイプの円錐台形レンズ鏡筒の例示的実施形態の正面断面図である。
【図１６Ａ】本発明の実施形態による同心保護ハウジングによって外囲されている図１４Ａ〜図１４Ｆの小型カメラモジュールの上側斜視図である。
【図１６Ｂ】本発明の実施形態による同心保護ハウジングによって外囲されている図１４Ａ〜図１４Ｆの小型カメラモジュールの正面断面図である。
【図１７】本発明の実施形態による別の例示的な小型カメラモジュールの正面断面図であり、例示的なカメラモジュール内に配置された複数の固定レンズ及びイメージセンサに対して、互いに独立した一対のレンズの対応する一方を各々が動かす一対のアクチュエータアセンブリが示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、例えば小型カメラ等において有用で、焦点合わせ、ズーミング、及びイメージ安定化（ＩＳ）機能等の種々の機能を発揮させるための多自由度（ＤＯＦ）の光学要素の精密に制御された動きを可能にする、小型アクチュエータアセンブリが、その製造方法及び使用方法とともに提供される。
【００１４】
本明細書において、１ＤＯＦ、２ＤＯＦ、または３ＤＯＦアクチュエータとは、物体に対して１方向、２方向、または３方向に力を加えることができるアクチュエータを指し、１方向の場合を除き、複数方向は相互に直交する方向である。アクチュエータ装置またはアセンブリは、レンズ等の「ペイロード」を、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系に対して、１つまたは複数の方向に直線的に及び／または回転方向に駆動させること、即ち±Ｘ、±Ｙ、±Ｚ、±θＸ、±θＹ、及び／または±θＺの動きで駆動させることが可能となるようなアクチュエータを用いて組み立てることができる。
【００１５】
例えば、ペイロード、例えば取り付けプラットフォーム及びレンズを３ＤＯＦの動き、即ち±Ｚ、±θＸ、及び±θＹの動きで動かすことができる３つの１ＤＯＦアクチュエータを組み込んだアクチュエータ装置の実施形態が、本出願人による２０１０年１１月１５日出願の米国特許出願第１２／９４６，５１５号（米国特許出願公開第２０１２／０１２０５０８号明細書；特許文献１）に記載されており、引用により当該特許出願の全内容は本明細書の一部とする。
【００１６】
ペイロードを３ＤＯＦの動き、即ち±Ｘ、±Ｙ及び±θＺの動きで動かすことができる３つの１ＤＯＦアクチュエータを組み込んだアクチュエータ装置の別の実施形態が、本出願人による共に２０１１年９月２８日出願の米国特許出願第１３／２４７，８９５号（米国特許出願公開第２０１３／００７６９１９号明細書；特許文献２）及び米国特許出願第１３／２４７，８８８号（米国特許出願公開第２０１２／００８１５９８号明細書；特許文献３）に記載されており、引用により当該特許出願の全内容は本明細書の一部とする。
【００１７】
ペイロードを６ＤＯＦの動き、即ち±Ｘ、±Ｙ、±Ｚ、±θＸ、±θＹ、及び±θＺの動きで動かすことができる６つの２ＤＯＦアクチュエータを組み込んだアクチュエータ装置の更に別の実施形態が、本出願人による２０１１年９月２８日出願の米国特許出願第１３／２４７，８９８号（米国特許出願公開第２０１３／００７７１６８号明細書；特許文献４）に記載されており、引用により当該特許出願の全内容は本明細書の一部とする。
【００１８】
上述の引用文献にも記載のように、多ＤＯＦアクチュエータ装置は、よく知られたウエハスケールのフォトリソグラフィー技術を用いて、シリコンウエハから静電気「櫛歯駆動手段」を組み込んだモノリシックの概ね平坦な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造体として作製できるという利点を有する。
【００１９】
図１Ａ〜図１Ｃは、３つのアクチュエータ装置またはアセンブリ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの概略図であり、各々が複数のアクチュエータを備えており、各アクチュエータは１ＤＯＦ、２ＤＯＦ、または３ＤＯＦのいずれかの動きが可能なものである。３つのアクチュエータ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの各々は、Ｚ軸を中心として配置されたペイロードＰを、６ＤＯＦの動きで、即ち±Ｘ、±Ｙ、±Ｚ、±θＸ、±θＹ、及び±θＺの動きで動かすことができる。
【００２０】
例えば、図１Ａにおいて、アクチュエータアセンブリ１００Ａは、３つの２ＤＯＦアクチュエータ１０２を備え、各アクチュエータが、ＸＹ平面内における一方向である「平面内」力１０４と、ＸＹ平面に垂直な一方向である「平面外」力１０６とを与えることができる。各アクチュエータ１０２は、破線１０８によって表される湾曲部によってペイロードＰに結合されており、アクチュエータ１０２による各平面内力１０４がペイロードＰに接線方向に加わるようにされている。従って、アクチュエータ１０２の同時平面内駆動により、ペイロードＰのＺ軸を中心とした回転、即ち±θＺ変位が生じ、アクチュエータ１０２の独立した平面内駆動により、ペイロードＰのＸＹ平面内の軸線に沿った平行移動、即ち±Ｘ及び／または±Ｙ変位が生ずる。同様に、アクチュエータ１０２の同時平面外駆動により、ペイロードＰのＺ軸に沿った平行移動、即ち±Ｚ変位が生じ、アクチュエータ１０２の独立した平面外駆動により、ペイロードＰのＹＸ平面内の軸線を中心とした回転、即ち±θＸ及び／または±θＹ変位が生ずる。
【００２１】
図１Ｂでは、アクチュエータアセンブリ１００Ｂは、６つの１ＤＯＦアクチュエータ１１０を備え、このうちの３つが平面内力１０４を与え、他の３つが平面外力１０６、即ちＸＹ平面に垂直な方向の力を与えることができる。当業者に理解されるように、６つの１ＤＯＦアクチュエータ１１０の各々の適切な平面内及び／または平面外駆動により、ペイロードＰの６ＤＯＦの動き、即ち±Ｘ、±Ｙ、±Ｚ、±θＸ、±θＹ、及び±θＺの動きが生ずることになる。
【００２２】
図１Ｃでは、アクチュエータアセンブリ１００Ｃが３つのアクチュエータ、即ち１つの３ＤＯＦアクチュエータ１１４（即ち２つの直交する方向の平面内力１０４と１つの平面外力１０６を与えることができるもの）と共に、上述したタイプの１つの２ＤＯＦアクチュエータ１０２と、１つの１ＤＯＦアクチュエータ１１０とを組み込んでいる。そして上述のように、３つのアクチュエータ１０２、１１０、及び１１４の適切な同時駆動及び／または独立した駆動により、ペイロードＰの６ＤＯＦの動き、即ち±Ｘ、±Ｙ、±Ｚ、±θＸ、±θＹ、及び±θＺの動きが生ずることになる。
【００２３】
例えば携帯電話カメラのような小型カメラの場合には、例えば自動焦点合わせ、ズーミング、及び／またはイメージ安定化機能を発揮させるべく例えば１つのレンズを動かすために６ＤＯＦ（またはそれより少ない自由度）のアクチュエータアセンブリを提供することが望ましい。図１Ａに関連して上述したように、６ＤＯＦアクチュエータアセンブリの有利な実施形態は、３つの２ＤＯＦアクチュエータを備え、各アクチュエータが１つの平面外即ち垂直方向（例えば、レンズの光学軸と平行な方向）のＤＯＦ（自由度）と、１つの平面内で接線方向に作用するＤＯＦとを有するものであり得る。
【００２４】
しかし、米国特許出願第１３／２４７，８９８号（米国特許出願公開第２０１３／００７７１６８号明細書；特許文献４）に関連して上述したように、ＭＥＭ技術を用いた２ＤＯＦアクチュエータを作製すると、少なくとも初期の段階では、２つの直交する平面内駆動部分を有する概ね平坦なアクチュエータが得られ、これらのセクションの１つを平面外動作に変換するために追加の作製工程が実施されなければならない。従って、もっぱら平坦な配置を利用したアクチュエータ組立方法の代替的実施形態を提供することが望ましいことになる。しかし、後に詳細に述べるように、可撓性アクチュエータアセンブリ基板を用いることにより、アクチュエータアセンブリの組立及びワイヤリングは、実質的に平面的に行うことができ、次に基板を、所望の直交する平面内及び平面外動作のために必要な最終的な三次元構成に折り曲げることができる。
【００２５】
図２Ａは、本発明による２ＤＯＦのＭＥＭＳアクチュエータ装置２００の例示的実施形態の平面図であり、使用のために「配置」される前の製造後の状態が示されており、図２Ｂは、例示的なアクチュエータ装置２００の平面図であり、使用のために配置された後の状態が示されている。図２Ａ及び図２Ｂに見られるように、アクチュエータ装置２００は、縦脚部２０６とそこから垂直に延びる横脚部２０８を含む固定されたＬ字型の支持フレームによって相互に直交する配置で結合された２つの実質的に類似した１ＤＯＦ静電気櫛歯駆動型アクチュエータ２０２及び２０４を含む。
【００２６】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、アクチュエータ２０２及び２０４の各々において、それぞれ複数の固定フレーム２１０が、固定された縦脚部２０６及び横脚部２０８に対して直交する向きに延びており、移動または出力脚部２１２は、一対の細長い湾曲部２１４によって、縦脚部２０６及び横脚部２０８の各々の対応する一方に結合されており、一対の細長い湾曲部２１４は、各移動脚部２１２をそれに対応する縦脚部２０６または横脚部２０８と平行に移動可能とするように構成されている。それぞれの複数の移動フレーム２１６は、２つの移動脚部２１２の各々に対して垂直に延びている。２つのアクチュエータ２０２及び２０４の移動または出力脚部２１２の各々は、細長い出力シャフト２２０を介して一個の出力カップラ２１８に結合される。後により詳細に述べるように、各出力シャフト２２０の出力端は、第１の「交差軸式」または「一脚」湾曲部２２２によって出力カップラ２１８に結合され、各出力シャフト２２０の入力端は、第２の一脚湾曲部２２２を介して関連する１つの出力脚部２１２に結合される。
【００２７】
図２Ａ及び図２Ｂに更に示すように、固定フレーム２１０及び移動フレーム２１６の各々は、そこから垂直方向に延びる関連する複数の静電気櫛歯駆動歯２２４を有し、これらの歯は相互嵌合して静電気櫛歯駆動「バンク」を形成する。任意のアクチュエータ２０２または２０４の櫛歯駆動バンクの固定フレーム２１０及び移動フレーム２１６に異なる電圧が選択的に印加されると、そのアクチュエータの移動フレーム２１６ひいては関連する出力脚部２１２及び出力シャフト２２０が、直交する方向すなわちアクチュエータの関連する固定フレーム２１０に向かうか離れる方向に付勢される。従って、垂直な１ＤＯＦアクチュエータ２０２の駆動により、関連する出力シャフト２２０及び出力カップラ２１８の、アクチュエータ２２０の平面内での図２Ｂにおいて両方向矢印２２６で示す垂直移動が生ずる。同様に、横方向の１ＤＯＦアクチュエータ２０４の駆動により、出力カップラ２１８のアクチュエータ装置２００の平面内での図２Ｂの両方向矢印２２８で示す横方向移動が生ずる。当業者には理解されるように、１ＤＯＦアクチュエータ２０２及び２０４を、選択的に異なる電圧を用いて同時に駆動させて、出力カップラ２１８及びそれに結合された「ペイロード」を、アクチュエータ装置２００の平面内の任意の方向に移動させることができる。
【００２８】
図２Ａ及び図２Ｂに示す特定の例示的実施形態では、アクチュエータ２０２及び２０４の各々が、３つの静電気櫛歯バンクを備える。しかし、櫛歯バンクの数は、櫛歯バンクの歯２２４の長さ、幅、及びピッチとともに、目的の特定の用途に応じて幅広く変更可能であることを理解されたい。
【００２９】
上述のように、図２Ｂの２つの１ＤＯＦアクチュエータの相互嵌合歯２１４は、「配置」位置にある、即ち相互に実質的に直線的な相対移動のために互いに離隔して拡がった位置にあるところが図示されていることを更に理解されたい。しかし、図３Ａの歯２１４の拡大詳細図に示すように、アクチュエータ２０２及び２０４の相互嵌合歯２１４は、製造後の初期状態では、関連する固定フレーム２１０及び移動フレーム２１６が、製造効率のために概ね歯２１４の長さまで離隔した形となるように配置されることも理解されよう。従って、この形態では歯２１４に対して異なる電圧を印加しても、実質的に平面内での移動フレーム２１６の固定フレーム２１０への直線的な移動が生じることができず、よってアクチュエータ装置２００の平面内での出力カップラ２１８の対応する移動も生じ得ない。従って、後者のタイプの移動を生じさせるために、２つのアクチュエータ２０２及び２０４の各々は、このタイプの駆動を可能にする形態に初めに配置されなければならない。
【００３０】
図２Ａ及び図２Ｂの特定の例示的実施形態では、この配置は、縦脚部２０６及び横脚部２０８の各々の上のオーバーセンターラッチ２３０を設けることを含み得る。ラッチ２３０は、例えばばね湾曲部によって、縦脚部２０６及び横脚部２０８にそれぞれ結合される。一対の配置レバー２３２の各々は、反り返った配置湾曲部２３４で関連する移動フレーム２１６にそれぞれ結合される。配置レバー２３２の各々は、対応するラッチ２３０のカム作動及びラッチ係合のための傾斜した面として構成されるレバーの上側端に配置される表面を有する。プルリング２３６を、配置レバー２３２の上側端に隣接するばね湾曲部によって配置湾曲部２３４の各々に取り付けることができる。
【００３１】
配置の間、各アクチュエータ２０２のプルリング２３６に、図２Ａにおいて矢印２３８で示す方向に力が加えられる。これによって、配置レバー２３２が、それらに対応する縦脚部２０６または横脚部２０８に対して回転する。配置レバー２３２の回転により、配置湾曲部２３４がそれぞれの移動フレーム２１６に対して直線的に、かつそれらに関連する固定フレーム２１０から垂直に離れる向きに配置位置に向けて付勢され、ここで各配置レバー２３２の上側端のカム表面が初めに動作して、次いで対応するラッチ２３０によって係合され、移動フレーム２１６を、図２Ｂに示すような配置位置に固定する。これにより、更に移動フレーム２１６の歯２１４が、固定フレーム２１０の歯２１４に対して、図３Ｂにおける両方向矢印２４２によって示される方向に相対移動するための、図３Ｂの拡大詳細図における想像線２４０によって示される位置に配置される。次に配置レバー２３２をそれらに関連するラッチに、例えば接着により結合し、移動フレーム２１６及び関連する歯２１４が、例えばアクチュエータ装置２００に作用する振動や衝撃などの結果として、以前の「非配置」位置に戻るのを防止することができる。これに関連して、いくつかの実施形態では、アクチュエータ２０２及び２０４が配置された後には、「配置」要素、即ちラッチ２３０、配置レバー２３２、配置湾曲部２３４、及びプルリング２３６は余分なものとなり、アクチュエータ２０２及び２０４の動作において更なる目的を果たすことはなくなることは理解されよう。他の実施形態では、そのような「配置」要素は、アクチュエータ２０２及び／または２０４の動作寿命にわたって、種々の付勢及び／または他の駆動力、例えば配置湾曲部２３４に関連するばね力、例えば及び／またはアクチュエータ２０２及び／または２０４に対する他の構造をベースにした影響（例えば、動きの制限、衝撃の軽減、大体の位置合わせ）等を提供するように適合され得る。
【００３２】
当業者には理解されるように、アクチュエータ２０２及び２０４の細長い出力シャフト２２０は、「クロストーク」または「クロスカップリング」、即ち他のシャフト２２０によってシャフト２２０の一方に加わる非軸線方向の力、または作動中に関連する移動脚部２１２によって加えられる非軸線方向に作用する力の影響を受けやすい。両出力シャフト２２０は、１つの出力カップラ２１８に結合されていることから、これは後者のポジショニング、従って移動のためにそれに結合されたペイロードのポジショニングについてある程度の精度の低下をもたらし得る。しかし、クロストーク、寄生剛性、及び／またはクロスカップリングの問題は、上述の「一脚」湾曲部２２２を設けることによって実質的に除去できることが発見された。
【００３３】
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ本発明の例示的実施形態による一脚湾曲部２２２の左上側斜視図及び右上側斜視図である。図に見られるように、一脚湾曲部２２２は、互いに端部同士で結合された２つの「固体ヒンジ」、即ち平面外方向（アクチュエータ装置２００の平面に対して垂直な方向）に比較的剛性が高く、平面内方向に比較的柔軟な波形「平面内」ヒンジ２４４と、平面外方向に比較的柔軟で、平面内方向に比較的剛性の高いＵ字型平面外ヒンジ２４６とを備え得る。図２Ａ及び図２Ｂに関連して上述したように、各出力シャフト２２０の出力端は、一脚湾曲部２２２によって出力カップラ２１８に結合され、各出力シャフト２２０の入力端は、別の一脚湾曲部２２２によってその関連するアクチュエータ出力脚部２１２に結合される。これにより、２つのアクチュエータ２０４の各々の出力シャフト２２０は、それぞれの軸線方向に対しては剛性が高く、他の全ての方向には柔軟即ち可撓性を有するものとなる。これにより、各アクチュエータ２０２または２０４が、出力コネクタ２１８に軸線方向にのみ力を加えられるようになること、及び２つのアクチュエータ２０２及び２０４の間のあらゆるクロストークまたはクロスカップリングが除去されることを効果的に確実なものとすることができる。代替敵実施形態では、ヒンジ２４４が、平面内で（例えば波形ではなく）実質的に直線的及び／または平坦なものとして実現することができる。他の実施形態では、ヒンジ２４６は、ヒンジ２４４の端部の中心からずれた縁部ではなく、ヒンジ２４４の中心線の近傍でヒンジ２４４の端部に結合され得る。類似の実施形態では、ヒンジ２４６が、シャフト２２２の端部の中心からずれた縁部でなくシャフト２２２の中心線の近傍でシャフト２２２の端部に結合され得る。
【００３４】
アクチュエータ装置２００は、他の２ＤＯＦアクチュエータの実施形態より有利な面を数多く示すことに注目されたい。例えば、アクチュエータ装置２００の実施形態は、例えば一対の入れ子型アクチュエータを備える類似の応動２ＤＯＦアクチュエータ装置より小さい面積に作製することができる。一般的に、入れ子型２ＤＯＦアクチュエータ装置は、他の１ＤＯＦアクチュエータの内部に配置された１ＤＯＦアクチュエータを備える。従って、外側１ＤＯＦアクチュエータは、内側１ＤＯＦアクチュエータを支持及び／または固定するために十分な構造を有していなければならず、支持／固定構造がなければ例えば櫛歯型駆動構造のために用いることができる追加の領域を支持／固定構造が占めることにある。更に、外側１ＤＯＦアクチュエータは、内側１ＤＯＦアクチュエータの全慣性を、それが駆動されたときはいつでも追加的に操作しなければならず、このことでその利用可能な電力及び通常の応答性が低くなり、かつその関連するスナバ（緩衝器）のサイズを大きくすることが必要となり、さらに大きい面積が占められることになる。
【００３５】
本発明の実施形態（例えばアクチュエータ装置２００）は、実質的に平坦で非入れ子型の１ＤＯＦアクチュエータ同士を、クロストーク及び／または寄生剛性（例えば、入れ子型設計における慣性に関する不都合に類似した特性）を除去するように相互接続することによって、そのような不利益を低減するように実現され得る。更に、アクチュエータ装置２００の実施形態は、少なくとも部分的に、その比較的小さいサイズ及び単純な動き及び／または動作のために、実質的により小さく及び／または複雑さの少ないスナバ構造をもって実現することができる。複雑なスナバ構造体は、製造によりコストがかさむことに加えて、小さいスナバ構造体より信頼性が低くなることが多いので、アクチュエータ装置２００の１つまたは複数の実施形態は、一般的に従来型の多ＤＯＦアクチュエータ装置を含む装置より信頼性及び／またはコストの面でより高効率なものとなる。
【００３６】
上述のように、多ＤＯＦアクチュエータアセンブリの組立や電気的ワイヤリングは、１つまたは複数の概ね平坦な多ＤＯＦアクチュエータ装置（例えば、上述の２ＤＯＦアクチュエータ装置２００）を可撓性の基板に取り付けることによって実質的に平面的に行うことができ、次にその基板を、ペイロードの所望の直交する平面内及び平面外駆動を行うために必要な最終的な三次元構造に折り返すことができる。図５Ａ〜図５Ｈは、基板５０４と、複数即ち３つの図２Ｂに関連して上述した２ＤＯＦアクチュエータ装置２００とを利用した６ＤＯＦアクチュエータアセンブリ５０２を組み込んだ小型レンズ鏡筒アセンブリ５００の組立方法の例示的実施形態に含まれる連続したステップを示す斜視図である。
【００３７】
図５Ａに示すように、基板５０４は、例えば、導電性トレース、ボンディングパッドを含み、かつ例えば適切な誘電体、（例えばＭｙｌａｒ（登録商標）、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、繊維強化樹脂等）を含む可撓性プリント回路基板（ＰＣＢ）であり得る。図面に示す特定の例示的実施形態では、基板５０４は、中央部分５０８から径方向外向きに延びる３本のアーム５０６を備える概ねＹ字型の基板である。中央部分５０８は、例えば、画像からの光が透過する円形の中央開口５１０を有し得る。重要な点として、基板５０４は、基板を損なうことなく、アームを、中央部分５０８に対して折り線５１２を中心に下向きに折り曲げることを可能とするのに十分な可撓性を有するべきである。この可撓性は、例えば、製造中または組立中に折り線５１２に沿って基板に切り込みを入れたり、スクライビングを行ったり、または凹部形成を行うことによって向上させることができる。
【００３８】
当業者には理解されるように、アクチュエータ装置２００を基板５０４の僅かに上に取り付けて、アクチュエータ装置２００の移動フレーム２１６、出力脚部２１２、及び駆動シャフト２００のそれぞれの動きが、これらの構造体の下部表面と基板５０４の上側表面との間の摩擦によって妨げられないようにするのが望ましい。この目的のため、複数の、即ち少なくとも３つの導電性スタンドオフまたは半田バンプ５１４を、基板５０４の各アーム５０６の上側表面に配置することができる。
【００３９】
対応する導電性取り付け及び接続パッド（図示せず）が、アクチュエータ装置２００の固定要素、Ｌ字型フレームの下側表面上に設けられた場合には、図５Ｂに示すように、これらの導電性取り付け及び接続パッドの各組を、対応する基板アーム５０８上のスタンドオフまたは半田バンプ５１４に、例えば既知のタイプの半田リフロー操作において半田付けすることができ、それによっていくつかの望ましい結果が達成される。例えば、アクチュエータ装置２００は、アクチュエータ装置の下に僅かな隙間が形成されるように基板５０４に取り付けられて、上述の各移動部品の自由な動きが可能となり、電力や制御信号をルーティングするためのアクチュエータ装置２００と基板との電気的接続が確立でき、また、リフロー操作を用いて、アクチュエータ装置２００を基板５０４に対して相互に正確に位置付けることができる。図５Ｂに示すように、半田リフロー操作の後、基板５０４とアクチュエータ装置２００は、例えば直交する平面内の２方向２２６及び２２８の各出力カップラ２１８の適切な移動について平面的な状態で機能的に試験することが可能な概ね平坦な６ＤＯＦアクチュエータアセンブリ５０２を形成する。
【００４０】
図５Ｃに示すように、本方法の次のステップでは、アクチュエータアセンブリ５０２を用いた組立のために、概ね円筒形のレンズ鏡筒が提供される。レンズ鏡筒５１６は、例えば、基板５０４の中央部分５０８における中央開口５１０に対応する中央ルーメン５１８と、基板５０４のアーム５０６の対応する１つの位置とサイズに対応するその側面上に平坦部とを有する射出成形プラスチック構造体を含み得る。図５Ｃに示すように、概ね平坦なアクチュエータアセンブリ５０２を、レンズ鏡筒５１６の上側端の上に配置して、基板５０４の中央部分５０８がレンズ鏡筒５１６の上側端上に配置され、基板５０４の中央開口５１０が、レンズ鏡筒５１６の中央ルーメン１８と同心に配置されるようにすることができる。次に基板５０４の中央部分５０８を、例えば接着剤により、レンズ鏡筒１６の上側端に取り付けて、それぞれ対応するアクチュエータ装置２００が取り付けられた基板５０４のアーム５０６の各々が、図５Ａに関連して上述した基板の折れ線５１２の各々において対応するレンズ鏡筒５１６の側部の平坦部の上側縁を覆うようにすることができる。このステップから形成される中間アセンブリは図５Ｃに示されている。
【００４１】
図５Ｄ〜図５Ｆに示すように、組立方法は、基板５０２の、それぞれ対応するアクチュエータ装置２０が取り付けられたアーム５０６を、図５Ｄの矢印５２０の方向へ下向きに折り曲げる工程に進み、折り曲げは、各アーム５０６がレンズ鏡筒５１６の側部の対応する平坦部の上に接触するまで行われ、次にその平坦部にアーム５０６の下側表面を、例えば適切な接着剤を用いて接合することができる。得られた中間レンズ鏡筒アセンブリは図５Ｆに示され、図５Ｇにその拡大斜視図が示されている。
【００４２】
種々の実施形態では、アーム５０６は、例えば、機械的プレスによって、または（例えば本明細書に記載の環状ハウジング１００２と類似の）レンズ鏡筒５１６の上にカバーを被せる作用を介して、下向きに折り曲げられてもよい。他の実施形態では、アーム５０６は、レンズ鏡筒５１６に塗布される接着剤（例えば、液体または半液体エポキシ等）によって発生する毛管作用によって下向きに折り曲げられてもよい。更に別の実施形態では、アーム５０６は、機械的プレス、カバー配設、毛管現象、及び／または重量の１つまたは複数の組み合わせによって下向きに折り曲げられてもよい。更に別の実施形態では、例えば図５Ｆに示すものに類似した、中間レンズ鏡筒アセンブリを、基板５０４及びアーム５０６を折り曲げる種々の方法を用いることなく形成し、代わりに、例えばピック・アンド・プレイス機械を用いて、アクチュエータ装置２００をレンズ鏡筒５１６の適切な表面上に取り付けてもよい。いくつかの実施形態では、基板５０４及び／またはアーム５０６は、例えばアクチュエータ装置２００に結合される前に、（例えば本明細書に記載のいずれかの折り曲げ方法を利用して）レンズ鏡筒５１６に接着されてもよく、また、その後、１つまたは複数のアクチュエータ装置２００が、ピック・アンド・プレイス機械によって（例えば、ピック・アンド・プレイス機械においてレンズ鏡筒５１６及び／またはアーム５０６を回転させることによって）アーム５０６上に取り付けられてもよい。
【００４３】
図５Ｇにみられるように、アクチュエータ装置２００の複数の出力カップリング２１８の上側表面は、基板５０２の中央部分５０８の上側表面より僅かに上側で（即ち中間レンズ鏡筒アセンブリの上側表面より僅かに上側で）、その表面と平行な平面を確定する。更に、出力カップリング２１８の各々は、図２Ｂに関連して上述したように直交する２つの方向２２６及び２２８に移動するように配置される。しかし、図５Ｄ〜図５Ｆに関連して上述した「折り曲げ」ステップの結果、各アクチュエータカップリング２１８の動きの方向２２８は、複数の出力カップリング２１８の上側表面によって確定される平面上に残るとともに、各出力カップリング２１８の動きの方向２２６は、その表面に対して垂直となるようにされ、即ち平面外の動きとなる。
【００４４】
図５Ｈに示すように、レンジ支持プラットフォーム５２２を、アクチュエータ装置２００の出力カップラ２１８の上側表面に取り付けて、レンズ鏡筒アセンブリ５００を完成させることができる。プラットフォーム５２２は概ね平坦で、数及び相対位置についてアクチュエータ装置２００の出力カップラ２１８に対応する、接線方向に延びるアーム５２４と、レンズ鏡筒５１６の中央ルーメン５１８に概ね対応する中央開口５２６とを備えるものであり得る。プラットフォーム５２２は、例えば、各接線方向アーム５２４の下側表面を、対応するアクチュエータ出力カップラ２１８の上側表面に結合することによって取り付けることができる。図１Ａに関連して上述したように、プラットフォーム５２２の接線方向アーム５２４は、２ＤＯＦアクチュエータ装置２００によってプラットフォーム５２２に加えられる平面内力（即ち動きの方向２２８）がプラットフォーム５２２に接線方向に作用し、かつ２ＤＯＦアクチュエータ装置２００によってプラットフォーム５２２に加えられる平面外力（即ち動きの方向２２６）が、プラットフォーム上に直交する方向に作用するように配置されるのが好ましい。上述したように、この配置によって、プラットフォーム５２２と、それに取り付けられたレンズを６ＤＯＦの動き、即ち±Ｘ、±Ｙ、±Ｚ、±θＸ、±θＹ、及び±θＺの動きで動かすことができるレンズ鏡筒アセンブリ５００が得られる。
【００４５】
図５Ａ〜図５Ｆの特定の例示的実施形態において、２ＤＯＦアクチュエータ装置２００は３つ用いられ、基板５０４の外周に１２０度の等角度の間隔をおいて配置され、即ち図１Ａに関連して上述した配置に配置されていることに留意されたい。しかし、後により詳細に述べるように、ここに記載した技術及び方法は、任意の実際的な数のアクチュエータ装置を組み込み、所望の実際的な配置に配置された１ＤＯＦまたは多ＤＯＦアクチュエータアセンブリの幅広い有用な実施形態を構成するために用いることができる。
【００４６】
例えば、上述の図２Ａ及び図２Ｂにおいて、２ＤＯＦアクチュエータ装置２００が、Ｌ字型支持フレームの縦脚部２０６を通して延びる想像線２５０に沿って分割されている場合には、一対の実質的に同一の１ＤＯＦアクチュエータ装置２０２及び２０４が生成され、それは広範な種類の１ＤＯＦ及び多ＤＯＦアクチュエータアセンブリを作製するために用いることができるが、実際上は、２ＤＯＦ装置２００を作製するために用いられる同じウエハスケールＭＥＭＳ製造技術を用いて上述のように同一の特徴を有する独立した１ＤＯＦアクチュエータ２０２または２０４を生成するのが好ましいこともあり得るということに留意されたい。しかし、いずれの場合にも、後述するように、１ＤＯＦアクチュエータ２０２または２０４も、６ＤＯＦアクチュエータアセンブリを含む広範な種類の有用なアクチュエータアセンブリを製造するために有利に用いることができる。
【００４７】
図１Ｂに関連して上述したように、６ＤＯＦアクチュエータ１００Ｂは、例えばＺ軸である軸を中心に、六角形のパターンのなかで１ＤＯＦアクチュエータ１１０が平面内力と平面外力を交互にペイロードＰに与える「交互」六角形のパターンに配列された６つの１ＤＯＦアクチュエータ１１０を用いて作製することができる。
【００４８】
図６は、交互六角形配置６００で示されている、６つの本発明による１ＤＯＦアクチュエータ装置２０３の例示的実施形態の斜視図であり、図７は、六角形配置６００の側面図である。図６及び図７にみられるように、１ＤＯＦアクチュエータ２０３は、互いに実質的に同一であるが、複数のアクチュエータ及びそれらの出力シャフト２２０及び出力カップラ２１８は、交互に平面内方向及び平面外方向に力を与えるようにそれぞれ配置されている。上述の図５Ａ〜図５Ｈの実施形態では、平面外アクチュエータ３０３の出力カップラ２１８の上側表面が、その内部を平面内アクチュエータ２０３の出力カップラ２１８が直線方向に動く平面を確定する。更に、図６及び図７では、複数のアクチュエータ２０３の隣接するものの出力カップラ２１８同士が、互いに接近する形で配置されていることにも留意されたい。
【００４９】
図８に示すように、１ＤＯＦアクチュエータ２０３の六角形パターン６００は、図５Ａ〜図５Ｈに関連して上述したものと類似の方式で六角形レンズ鏡筒８０２の概ね平坦な側面に重畳させることができ、ここでは各アクチュエータ２０３が対応するレンズ鏡筒８０２の平坦部を占めている。レンズ鏡筒８０２は、例えば射出成形プラスチックから作製することができ、中央ルーメン８０４を有し、ルーメン内には例えば１つまたは複数の固定レンズ（図示せず）を配置することができる。六角形パターン６００は、例えば、図５Ａ〜図５Ｈに関連して上述した下向き折り曲げ基板技術を用いてレンズ鏡筒８０２の上に重畳させることができる。或いは、アクチュエータ２０３を、レンズ鏡筒８０２の平坦部を外囲する三面凹部８０６を用いて、レンズ鏡筒８０２の平坦部に直接取り付けることもできるが、この場合も、上述のようにアクチュエータ２０３とそれらの取り付け面との間に僅かな隙間を設けること、及び電力及び制御信号をアクチュエータ２０３に送ることに関する要求は当然満たすようにしなければならない。
【００５０】
図９に示すように、レンズ支持プラットフォーム９０２は、図５Ｈの実施形態に関連して上述したのと同様に、平面外アクチュエータ２０３の各出力カップラ２１８の上側表面に取り付けることができる。その実施形態の場合のように、支持プラットフォーム９０２は概ね平坦で、数及び相対位置について平面外アクチュエータ装置２０３の出力カップラ２１８に対応する、接線方向に延びるアーム９０４と、レンズ鏡筒８０２の中央ルーメン８０４に概ね対応する中央開口９０６を備えるものであり得る。そして上述のように、プラットフォーム９０２の接線方向アーム９０４は、平面内アクチュエータ２０３の出力カップラ２１８によってプラットフォーム９０２に加えられる平面内力がプラットフォーム９０２に接線方向に作用し、かつ平面外アクチュエータ２０３の出力カップラ２１８によってプラットフォーム９０２に加えられる平面外力が、プラットフォーム上に直交する方向に作用するように配置されるのが好ましい。上述したように、この配置によって、プラットフォーム９０２と、それに取り付けられたレンズを６ＤＯＦの動き、即ち±Ｘ、±Ｙ、±Ｚ、±θＸ、±θＹ、及び±θＺの動きで動かすことができるレンズ鏡筒アセンブリ９００が得られる。
【００５１】
図１０に示すように、いくつかの実施形態では、アクチュエータ２０３及びレンズ取り付けプラットフォーム９０２を、例えば埃や水分から保護するために、環状ハウジング１００２をレンズ鏡筒アセンブリ９００の周囲に同心となるように配置することができる。保護ハウジングは射出成形プラスチックから製造することもでき、またスナップ留め方式でレンズ鏡筒アセンブリ９００に取り付けるように構成することもできる。更に、後により詳細に述べるように、いくつかの実施形態では、デジタルカメラやイメージセンサ（即ちオンチップ・カメラ）等のイメージング装置（図示せず）を、レンズ鏡筒アセンブリ９００のベース部に配置して、当該アセンブリを小型カメラモジュール１０００に変換することができる。
【００５２】
図１１は、正三角形の各辺に対応する配置１１００に配置された３つの例示的な１ＤＯＦアクチュエータ２０３の斜視図である。アクチュエータ配置１１００では、アクチュエータ２０３の出力シャフト２２０が、全て垂直方向、即ち平面外方向に向き、各出力カップラ２１８の上側表面が全て上向きである点に留意されたい。
【００５３】
図１２に示すように、アクチュエータ２０３の三角形配置１１００は、図８に関連して上述したものと同じ方式で、即ち図５Ａ〜図５Ｈに関連して上述した下向き折り曲げ基板技術を用いるか、直接取り付け技術を用いることによって中央ルーメン１２０６を有するレンズ鏡筒１２０２の概ね平坦な側面１２０４上に重畳させることができる。
【００５４】
図１３に示すように、図９に関連して上述したのと同様に、レンズ支持プラットフォーム１３０２を、図５Ｈ及び図９の実施形態に関連して説明した方式で平面外アクチュエータ２０３のそれぞれの出力カップラ２１８の上側表面に取り付けることができる。それらの実施形態のように、支持プラットフォーム１３０２は概ね平坦で、数及び相対位置について平面外アクチュエータ装置２０３の出力カップラ２１８に対応する径方向アーム１３０４と、レンズ鏡筒１２０２の中央ルーメン１２０６に概ね対応する中央開口１３０６とを備えるものであり得る。プラットフォーム１３０２の径方向アーム１３０４はそれぞれ出力カップラ２１８の上側表面に結合され、平面外アクチュエータ２０３の出力カップラ２１８によってプラットフォーム１３０２に加えられる平面外力がその上に垂直に作用する。当業者に理解されるように、この配置によって、プラットフォーム１０２と、それに取り付けられたレンズを３ＤＯＦの動き、即ち±Ｚ、±θＸ、及び±θＹの動きで動かすことができるレンズ鏡筒アセンブリ１３００が得られる。
【００５５】
図１４Ａ〜図１４Ｅは、本発明による図２Ｂの２ＤＯＦアクチュエータ装置２００を複数利用した６ＤＯＦアクチュエータアセンブリ１４０２を組み込んだ小型カメラモジュールの例示的実施形態の組立方法の例示的実施形態の連続したステップの平面図であり、図１４Ｆは、例示的カメラモジュール１４００の斜視図である。
【００５６】
図５Ａ〜図５Ｈに関連して上述したように、図１４Ａ〜図１４Ｆの例示的方法は、機械的プレス、カバー配設、毛管現象、重量、及び本明細書に記載の他の技術を含む下向き折り曲げ基板技術を利用することができる。従って、図１４Ａに示すように、基板１４０４は、例えば、導電性トレース、ボンディングパッドを含み、適切な誘電体材料から作製された一層可撓性ＰＣＢを含み得る。図面に示す特定の例示的実施形態では、基板１４０４は、中央部分１４０８から径方向外向きに延びる３本のアーム１４０６を備える概ねＹ字型の基板である。上述のように、基板１４０４の各アーム１４０６は、上述のようにアクチュエータ装置２００への取り付け及び電気的接続のための、少なくとも３つの導電性パッドまたはスタンドオフ１４１０、半田バンプを備え得る。
【００５７】
基板１４０４の中央部分１４０８は、その内部に、例えばレンズ（図示せず）を取り付けることができる、例えば円形の中央開口１４０２を有し得る。加えて、中央部分１４０８は、複数のコネクタ部１４１４によってアーム１４０６に結合することができ、この複数のコネクタ部は、後で切り取られてパッドから中央部分１４０８を解放させ、後述する形で相対移動できるようにする。更に、中央部分１４０８は、図５Ｈ、図９、図１３に関連して上述したタイプのレンズ取り付けプラットフォームを形成するように、中央部分１４０８の形状に対応する積層補強材によって補強することができる。従って、積層された中央部分／補強材１４０８は、例えば、中央部分１４０８における中央開口１４１２に対応する中央開口、及び３つの接線方向に延びるアーム１４０６を備え得る。
【００５８】
６ＤＯＦアクチュエータアセンブリ１４０２の組立と、後に詳述する関連する円錐台形レンズ鏡筒１５００上へのその重畳の方式は、実質的に図５Ａ〜図５Ｈに関連して上述したものと類似しているので、説明を簡潔にするためここでの更なる説明は省略するが、以下の点で異なっていることに留意されたい。
【００５９】
具体的には、図１４Ｃに示すステップでは、基板に対する独立した６ＤＯＦの動きができるようにするために、コネクタ部１４１４の矢印１４１８で示す領域を切り取って、上述の中央部分／補強材積層体１４０８によって形成される取り付けプラットフォームが基板のアーム１４０６から自由に動けるようにすることができる。いくつかの実施形態では、中央部分に径方向に結合しているコネクタ部１４１４の一部分のみを切り取って、例えば、コネクタ部１４１４の切り取られなかった残部は、１つまたは複数のアクチュエータ装置２００の間の１つまたは複数の導電性及び／または伝熱性トレースを支持するために用いることができる。
【００６０】
更に、例えば図１４Ｄ〜図１４Ｆに示すように、関連するレンズ鏡筒１５００は、概ね円錐台形の形状であることから、いくつかの実施形態では、図１４Ｄに示すように、レンズ鏡筒１５００上に平坦部１５０２を提供し、アクチュエータアセンブリ１４０２のアーム１４０６のレンズ鏡筒１５００への、例えば接着剤接合による取り付けのための便利な平面を提供するのが望ましい場合もある。最後に、図１４Ｆに見られるように、アクチュエータアセンブリ１４０２が円錐台形のレンズ鏡筒１５００に結合され、６ＤＯＦ小型カメラモジュール１４００を形成している場合、２ＤＯＦアクチュエータ装置２００の平面外アクチュエータ２０２のそれぞれは、取り付けプラットフォーム１４０８に作用する際に、図５Ｈ、図９、及び図１３に関連して上述した実施形態のように垂直ではなく、カメラモジュール１５００の側面の傾斜に対応した角度で作用するように配置される。
【００６１】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、本発明による図１４Ａ〜図１４Ｆの例示的な小型カメラモジュール１４００において使用されるタイプの円錐形小型カメラレンズ鏡筒１５００の上側斜視図及び正面断面図である。これらの図にみられるように、レンズ鏡筒１５００は円錐台形ハウジング１５０２を含み、この円錐台形ハウジングは、例えば、射出成形プラスチックやポリウレタンから作製することができ、それぞれに対応するイメージセンサ１５０６または複数の固定レンズ１５０８を受容するように構成された複数の段部をなす凹部１５０４を有することができ、複数の固定レンズは、そのいくつかが複合レンズを含んでいてもよく、それによってカメラモジュール１４００の撮影対物レンズを形成し得る。図１５Ｂに示すように、環状スペーサ１５１０を、イメージセンサ１５０６及びレンズ１５０８を相互に適切な間隔をおいて配置させるべく離隔させ、隙間を形成するために用いることができ、レンズ１５０８とイメージセンサ１５０６は、例えば適切な接着剤等を用いて所定の位置に永久的に結合することができる。
【００６２】
図１６Ａ及び図１６Ｂは、図１４Ａ〜図１４Ｆの小型カメラモジュール１４００の上側斜視図及び正面断面図であり、同心の保護ハウジング１６００に外囲されているところが示されている。図示された特定の実施形態では、ハウジング１６００が、実質的に円筒形の外周部と、レンズ鏡筒１５００の円錐台形の外側表面に概ね同形の内側表面を有する円錐台形の中央ボアまたはルーメン１６０２とを有し、アクチュエータアセンブリ１４００のアクチュエータ装置２００の周囲に保護された空間１６０４が形成される。保護カバーは、例えば射出成形されたプラスチックを含むものであり得、図１６Ｂに示すように、１つの対物レンズ１６０６を、アクチュエータアセンブリ１４００のアクチュエータの６ＤＯＦの動きのための取り付けプラットフォーム１４０８上に取り付けることができる。
【００６３】
図１７は、本発明による小型カメラモジュール１７００の別の例示的実施形態の正面断面図である。図１７に示すように、例示的なカメラモジュール１７００は、図１４Ａ〜図１４Ｆに関連して上述したタイプの第１のアクチュエータアセンブリ１７０２及び第２のアクチュエータアセンブリ１７０４を含み、これらはカメラモジュール１７００の光学軸１７０６に沿って配置されて、それぞれ取り付けプラットフォーム１７１２及び１７１４に取り付けられた２つのレンズ１７０８及び１７１０の対応するものを、互いに独立に例示的カメラモジュール１７００内に配置された複数の固定レンズ１７１６及びイメージセンサ１７１８に対して動かし、例えばズーミング機能を発揮させる。アクチュエータアセンブリ１７０２及び１７０４のいずれか一方または両方が、上述したタイプの３ＤＯＦまたは６ＤＯＦアクチュエータを含み得る。当業者には理解されるように、上述のアクチュエータアセンブリを形成するための下向き折り曲げ基板技術を、関連するレンズ鏡筒の円錐台形の形状の先細の外側表面と組み合わせることによって、任意の実際的な数の独立したアクチュエータアセンブリを、モジュールの径を過度に大きくすることなくカメラモジュール１７０６の光学軸１７０６に沿って「段をなすように配設する（staged）」することが可能になる。
【００６４】
上述の説明を踏まえると、本発明の多ＤＯＦアクチュエータアセンブリ、その材料、装置、構成、使用方法において種々の改変、置換、及び変形を施して実施することが可能であること、並びに、これを踏まえて、本明細書に記載され示された特定の実施形態は単に例示を目的としたものであることから、本発明の範囲はそれらの特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載及びそれらの機能的な均等物に完全に同等であることも明白であろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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