专利名称：光学模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包含在小型相机中的光学模块，该光学模块使用诸如电荷耦合装置(CCD)的成像元件。
背景技术：
近年来，提供了诸如移动电话和膝上型计算机的使用小型相机的电子设备。对于这些电子设备的小型化和减轻重量存在很高的要求。也需要使安装在这些设备中的相机以较小尺寸制造并减轻重量。因此，需要使作为相机的光学部件的光学模块进一步小型化。
对于光学模块，传统上实现这样的结构，其具有保持镜头的镜头架；存放镜头架以允许运动的镜头筒；具有凸轮槽的柱形凸轮，该凸轮槽与从镜头架侧面伸出的接合销接合并沿光轴方向移动镜头架；以及驱动柱形凸轮的致动器。即使在小型化的光学模块中，上述基本结构也相同并且必须精确装配这些多个部件。尤其在安装于移动电话等中的光学模块中，在将镜头筒相对于布置在电路板上的CCD精确定位之后布置柱形凸轮，而且布置致动器以使得驱动力有效地传递至柱形凸轮等等是至关重要的。在小型化的光学模块中，即使是细微的未对准也能导致捕捉图像的质量下降，因此必须仔细地进行装配。
专利文献1公开了一种光学模块。在专利文献1中，示出了光学模块中包含的普通镜头筒和致动器(电机)的布置关系。传统上执行这样的方法，即，分别构造镜头筒和电机，并将它们装配和安装到框架上。该方法还应用于小型化光学模块的构造。透镜筒和小型电机被分别构造并接合到电路板上，从而形成一个光学模块。当实现这样的装配结构时，用于定位的孔和销或者用于定位的导销设在电路板上并且电机安装在预定位置。
专利文献1日本专利申请特开平No.7-63972发明内容本发明待解决的问题然而，在镜头筒和电机分开装配连接的结构中，镜头筒首先固定在电路板上，镜头筒的位置成为基准。镜头筒的位置相对于CCD确定并固定在电路板上。具体地，镜头筒布置成使得电路板上的CCD位于焦点上。然而，在许多情况下，在实际装配和连接操作期间，镜头筒的位置从预定位置偏移。如果不对准超过可接受的误差限度，就必须通过将镜头筒向CCD的中央调整或者基于CCD的外部形式调整镜头筒的位置来校正误差。
当实施如上所述其中镜头筒和电机单独构成并装配连接到电路板上的结构时，在将镜头筒布置在电路板上预定位置的前提下确定致动器的布置位置。然而，在实际装配连接期间镜头筒的位置通常未对准。如果镜头筒的位置如上所述未对准，那么设在镜头筒中的柱形凸轮的位置也不会对准。结果发生这样的情况，其中柱形凸轮和电机的相对位置超出设计范围。在装配期间未对准的光学模块不能有效地将电机的驱动力传递至柱形凸轮侧而且不能保持预定的性能。
因此本发明的目的在于提供一种光学模块，其具有其中镜筒和驱动件侧的相对位置可按预定装配并得到保持的结构。
解决问题的方法上述目的可通过一光学模块实现，其具有包括成像元件的电路板；镜头筒，其固定在电路板上以沿光轴方向可移动地容纳具有镜头的镜头架，该镜头在成像元件的成像表面上形成图像；柱形凸轮，布置在所述镜头筒外侧，具有与从所述镜头架的侧面伸出的凸起接合的凸轮面，以移动该镜头架；和驱动件，其中致动器通过齿轮系驱动柱形凸轮。该光学模块包括确定在镜头筒与驱动件之间的位置关系的定位件。
根据本发明，镜头筒和驱动件之间的相对位置由定位件设定。因此，如果在装配连接期间镜头筒未对准，那么驱动件的位置也未对准。因为这两个部件的相对位置保持不变，所以基于镜头筒设置的柱形凸轮与驱动件中包含的齿轮系的相对位置也同样被保持。因此，光学模块实现了可以根据预期设计驱动柱形凸轮的结构。
在上述光学模块中，致动器和齿轮系优选预先装配在定位件中。在该结构中，可仅通过将定位件设在镜头筒上的预定位置来确定镜头筒、致动器和齿轮系的相对位置。另外，定位件用作一体遮盖镜头筒和致动器的遮盖件。在这种情况下，该遮盖件可用于镜头筒和致动器，从而节省空间并降低成本。在遮盖件中可形成用于定位镜头筒的通孔。
可通过以下步骤装配光学模块装配成像部分，该成像部分包括具有成像元件的电路板；镜头筒，固定在电路板上以沿光轴方向可移动地容纳具有镜头的镜头架，该镜头在成像元件的成像表面上形成图像；以及柱形凸轮，布置在所述镜头筒外侧，具有与从所述镜头架的侧面伸出的凸起接合的凸轮面，以移动该镜头架；装配驱动件，该驱动件包括具有贯穿镜头筒的通孔的遮盖件、设在遮盖件上的致动器、和布置在遮盖件上以传递致动器的驱动力的齿轮系；以及将镜头筒插入通孔中，使柱形凸轮和齿轮系接合，并组合成像单元和驱动件。而且，具有上述光学模块的便携式电子设备有效地传递驱动力，从而是高精度设备。
发明效果根据本发明，可获得一种按预期保持镜头筒和驱动件的相对位置的光学模块。
本发明的其它目的、特征和优点将从以下结合附图的详细描述中更加清楚，附图中图1是表示根据实施例的光学模块内部的分解立体图；图2是表示图1所示的第三镜头架和第二镜头架的放大图；图3是表示处于其中图1所示的各部件均装配连接的状态下的光学模块的剖面结构的图；图4是图3所示的柱形凸轮的放大图，该柱形凸轮处于其被分为两个部件的状态；图5是更清晰地表示形成在柱形凸轮内壁上的凸轮槽的展开图；图6是示意性表示由多个凸轮部件形成的柱形凸轮的变型例的图；图7A和图7B是表示用于调节形成在柱形凸轮内壁上的凸轮槽的优选凸轮曲线(轮廓)的图；图8是表示设在驱动光学单元的驱动件上的遮盖件以及光学单元的图；以及图9是表示处于其中光学单元和电机已装配连接的完成状态下的光学模块的剖面结构的图。
具体实施例方式
以下参照附图描述本发明实施例。图1是表示根据实施例的光学模块内部的分解立体图。图1中，省略在中间插入的滤光器、孔等等以便于理解特征结构。用作成像元件的CCD 2固定在电路板1上，在电路板1上形成预定的布线图案。例如柔性印刷电路板(FPC板)可实施为电路板1。布置光学单元3以使得在布置于电路板1上的CCD 2上形成捕捉图像。可将本说明书中所述的光学模块理解为包括光学单元3和致动器(稍后描述)的结构，也可以理解为还包括电路板1的结构。以下将顺序说明光学单元中包含的结构、光学单元中优选实施的柱形凸轮、以及光学单元中优选实施的定位结构。
(光学单元结构)光学单元3从电路板1侧开始包括镜头筒11、作为弹性件的环状圆锥盘簧12、第三镜头架13、第三镜头14、柱形凸轮15、第二镜头架16、第二镜头17、第一镜头18和第一镜头架19。
镜头筒11在底侧上具有底板110。镜头筒基本呈柱形形状并布置成以固定在电路板1上的CCD 2为中心围绕CCD 2。在底板110中形成与CCD 2的形状对应成形的开口(未示出)。当镜头筒11设在电路板1上时，CCD 2装配在底板110的开口中。另外，底板110形成为比镜头筒11的主柱形部分大的盘状，其外周部分突出成凸缘部分115。如下文所述，盘簧12安装在凸缘部分115上。
在镜头筒11的侧壁上形成多个导向槽11A至11H。导向槽中的四个导向槽11A、11B、11E和11F部分切入镜头筒的侧壁中，并形成为沿光轴方向LD延伸的长槽部分。导向槽11A至11F将在下文说明，四个导向槽11A、11C、11E和11G形成为引导第三镜头架13，另外四个导向槽11B、11D、11F、11H形成为引导第二镜头架16。
盘簧12为环状并形成为圆锥形式，其中缠绕半径朝着下部增加。盘簧12装配在镜头筒11的主柱形部分的外周上，并如上所述安装在凸缘部分115上。当布置在电路板1上的CCD 2与镜头的相对位置在制造过程期间未对准时，镜头的聚焦位置(后焦点)与CCD 2的光接收表面不对准，从而不能获得清晰的图像。因此，本光学模块以这样的方式构成，即，向第一镜头架19偏置引导镜头的柱形凸轮15，通过调节镜头位置来调节第一镜头架的位置以使得聚焦位置能与光接收表面对准。具体地，柱形凸轮15的底部由盘簧12支承并朝着位于其上方的第一镜头架19偏置。上述结构能够稳定柱形凸轮15的沿光轴方向LD的镜头位置。
柱形凸轮15的上表面与第一镜头架19的下表面接触并如上所述地稳定镜头位置。下面将更加详细地说明该结构。柱形凸轮15的上表面形成为平面，如图1所示。与柱形凸轮15的上表面接触的第一镜头架19的下表面也形成为平面。如下文所述，柱形凸轮15转动，从而与柱形凸轮15的上表面接触的第一镜头架的下表面是滑动面。同时，在装配光学模块时，第一镜头架19固定在镜头筒11的上部上。更具体地，在第一镜头架19的内壁上形成内螺纹部分(未示出)，该内螺纹部分与形成在镜头筒11外周上部上的外螺纹部分117螺纹啮合。
镜头筒11设在电路板1上。第一镜头架19固定在镜头筒11的顶部上。因此，第一镜头架19沿着光轴方向LD从电路板1开始的位置可保持不变。柱形凸轮15可以利用盘簧12按压第一镜头架19，从而稳定柱形凸轮15沿光轴方向LD的位置。如下文所述，保持镜头14和17的镜头架13和16接合在柱形凸轮15上，并控制它们的运动。柱形凸轮15的位置保持稳定，因此多个镜头14和17沿光轴方向的位置可通过柱形凸轮15保持在预定位置。
具体地，在本实施例中，第一镜头架19通过螺钉与镜头筒11的上部螺纹啮合，从而可通过第一镜头架的转动而容易地改变柱形凸轮15的高度位置。因此，即使在CCD 2装配连接到电路板上的过程中由于误差使后焦点没有对准，也可以通过第一镜头架19的转动而容易地校准后焦点。在本光学单元3中，可通过在镜头筒11上部上的第一镜头架19的转动而容易地校正在装配连接过程中部件中出现的误差。
如上所述，通过其中盘簧12布置在柱形凸轮15下方这样简单的设计，将本光学模块精确定位到用作基准的第一镜头架19上。结果，可实现这样的结构，其中布置在电路板上的CCD 2精确聚焦，而不用像传统结构一样改变凸轮曲线等。
另外，因为盘簧12形成为圆锥形式，所以盘簧12与柱形凸轮15的底部在较宽面积上接触，并被向上偏置。因为盘簧12具有圆锥形式，所以由于其中线圈并不直接位于线圈下方的布置结构，因此可降低压缩期间被压缩的高度。即，盘簧12形成为可布置在狭窄的空间中。另外，当向盘簧12施加负载时，突出部分变形而降低变平，从而盘簧12在操作期间可以变形为更低。因此，弹簧12的特征在于其以小的尺寸承受相对大的负载的能力。尽管在本实施例中实施了圆锥盘簧12，但同样可以实施所谓的涡旋弹簧，其中将板簧绕成螺旋形。
柱形凸轮15布置成围绕镜头筒11的外周。在柱形凸轮15的内壁上形成多个凸轮槽(凸轮面)151。在第三镜头架13和第二镜头架16上设置接合销作为与凸轮槽151接合的伸出件。具体地，第三镜头架13具有沿径向伸出的两个接合销131-1和131-2，第二镜头架16类似地具有沿径向伸出的两个接合销161-1和161-2。凸轮槽151的形状被调节为沿预定轨迹运动，并且接合销作为凸轮从动件。下面将描述在柱形凸轮15的凸轮槽151与接合销131-1、131-2和接合销161-1、161-2之间的关系。
在柱形凸轮15的外周上形成由附图标记159表示的齿条部分159。齿条部分159与图1中未示出的驱动侧齿轮啮合。因此，柱形凸轮15以光轴方向LD作为旋转中心转动。第三镜头架13和第二镜头架16基于该操作而沿光轴方向LD运动。
下面将说明光学单元3包含的镜头以及保持镜头的镜头架。第三镜头14是布置在距电路板1最近的位置并由第三镜头架13保持的校正镜头。第二镜头17是布置在中间并由第二镜头架16保持的可变放大率镜头。第一镜头18是位于物体侧并由第一镜头架19保持的物镜。通过形成在存放于镜头筒11内的柱形凸轮15的内壁上的凸轮槽151，使第三镜头架13和第二镜头17沿光轴方向LD向预期的位置运动。结果，在第三镜头14与电路板1之间的距离，以及各镜头14、17和18之间的距离发生变化，从而可通过将焦距从广角(WIDE)变为远摄(TELE)而进行成像。
图2是表示图1所示的第三镜头架13和第二镜头架16的放大图。这两个镜头架设在镜头筒11内从而彼此上下接近并重叠。从第三镜头架13沿径向伸出的两个接合销131-1和131-2从形成在镜头筒11上的导向槽11A和11E向外伸出，并与柱形凸轮15的凸轮槽151接合。同样，从第二镜头架16沿径向伸出的两个接合销161-1和161-2从形成在镜头筒11的导向槽11C和11F向外伸出，并与柱形凸轮15的凸轮槽151接合。
下面将基于图2并参照图1顺序说明第三镜头架13和第二镜头架16。在第三镜头架13的周边部分上形成几乎均匀间隔开的四个导杆132-1至132-4。这四个导杆132-1至132-4形成为抵靠形成在镜头筒11内的导向槽11A、11C、11E和11G滑动。上述接合销131-1和131-2从导杆中的两个导杆132-1和132-2沿径向伸出。另外，在第三镜头架13的周边部分中形成位于导杆132之间的四个接收槽133-1至133-4。接收槽133-1至133-4形成为接收结构相同的第二镜头架16的导杆162-1至162-4。
第二镜头架16的结构与上述第三镜头架13相同。即，在第二镜头架16的周边部分上形成四个导杆162-1至162-4。导杆162-1至162-4形成为抵靠形成在镜头筒11内的其余导向槽11B、11D、11F和11H滑动。接合销161-1和161-2从导杆中的两个导杆162-1和162-2沿径向伸出。另外，在第二镜头架16的周边部分中形成四个接收槽163-1至163-4。接收槽163-1至163-4形成为接收第三镜头架13的导杆132-1至132-4。
第三镜头架13和第二镜头架16通过导杆和接收槽相互接合而形成可相互滑动的状态。这样，在该状态下的镜头架13和16的各导杆(132和162)通过与形成在镜头筒11内表面上的导向槽11A至11H接合而可滑动地存放。即，在本光学模块中，镜头架13和16的各导杆(132和162)成为第一导向件，且形成在镜头筒11滑动表面上的导向槽11A至11H成为第二导向件，并实现了在镜头筒11内可滑动地保持镜头架13和16的引导结构。因此，第二镜头架16和第三镜头架13能够沿光轴方向相对运动而不彼此干涉。
另外，将说明图2所示的第二镜头架16和第三镜头架13的特征结构。从第二镜头架16伸出的接合销161-1和161-2沿相反方向布置在直线16L上。首先，通过布置多个面向不同方向的接合销限制第二镜头架的位置向光学方向LD倾斜。另外，布置在第二镜头架16下方的第三镜头架13具有相同的结构。接合销131-1和131-2也沿相反方向从第二镜头架13布置在直线13L上。另外，直线16L和直线13L设置成彼此交叉。
因此，第二镜头架16和第三镜头架13通过导杆和接收槽相互接合而形成四点安装状态。结果，能更加可靠地限制由两个镜头架保持的镜头的光轴向电路板侧的光轴方向LD倾斜。另外，镜头架由上述多个接合销支承，因此分散了应力并且该结构在落下时具有优良的防震特性。而且，导杆和接收槽形成在各镜头架13和16中，从而可相互靠近地运动。另外，导杆可设置成较长，因为其不与从另一镜头架伸出的导杆发生干涉。
例如，通过将导杆132和162的长度设在第二镜头架16和第三镜头架13运动的范围内，使得第二镜头架16和第三镜头架13不会向光学方向LD倾斜。另外，通过将导杆132和162设成较长，可阻挡从设在镜头筒11侧的导向槽(11A等)进入镜头筒的光。而且结果是可获得防止灰尘进入镜头筒11的防尘特性。
图3是表示处于其中图1所示的各部件均装配连接的状态下的光学模块的剖面结构的图。图3中，示出了遮盖光学单元3外周的遮盖件40。下文将描述遮盖件40。从图3可以更加清晰地看到柱形凸轮15被向上偏置的上述结构。即，示出了形成在镜头筒11上部的外螺纹部分117以及与其啮合的形成在第一镜头架19内壁上的内螺纹部分197。最上面的第一镜头架19如上所述布置在镜头筒11的上部，柱形凸轮15通过盘簧12的偏置力而接触第一镜头架19，从而确定沿光轴方向LD的镜头位置。因此，可通过第一镜头架19的位置设定第三镜头14的位置。然后通过使第一镜头架19转向镜头筒11，可将后焦点位置定位成与CCD 2的光接收表面对准。
另外，图3中示出了从第三镜头架13沿径向伸出的接合销131和从第二镜头架16沿径向伸出的接合销161。尽管如上所述各镜头架13和16分别具有两个接合销，但在图3中示出每个镜头架的一个接合销。根据图3，可看到接合销131和接合销161与形成在布置于镜头筒11外侧的柱形凸轮15内壁上的凸轮槽151接合。因为柱形凸轮15通过布置在下部的盘簧12而向上偏置，所以镜头架13和16一同运动，并基于第一镜头架19的位置精确确定沿光学方向LD的位置。
(柱形凸轮)在实施在本实施例所例示的光学单元3中的柱形凸轮15中，形成在其内壁上的凸轮槽具有特征结构。将更加详细地说明这一点。图3中，更加详细地示出了柱形凸轮15的结构。结合在本光学单元3中的柱形凸轮15由两个凸轮部件(上凸轮15U和下凸轮15L)形成。为了使光学模块小型化，柱形凸轮15也必须小型化。然而，如上所述用于沿光轴方向LD精确引导第三镜头架13和第二镜头架16的凸轮槽151必须形成在柱形凸轮15的内壁上。因此在本光学单元3中，将柱形凸轮15分开的凸轮部件组合并构造。
图4是图3所示的柱形凸轮15的放大图，该柱形凸轮15处于其被分为两个部件(上凸轮15U和下凸轮15L)的状态。柱形凸轮15在其中于内壁上形成凸轮槽151的区域被分成顶部和底部。如上所述，第三镜头架13的接合销131和第二镜头架16的接合销161与凸轮槽151接合。凸轮槽151基于引导接合销的凸轮曲线(轮廓)形成。上凸轮15U和下凸轮15L的分界线152设置成使得凸轮曲线的形状呈现在端部。
因此，凸轮槽151形成在上凸轮15U和下凸轮15L连接的区域中。凸轮槽151的一半形成在一个连接的凸轮15U的端面上，凸轮槽151的其余一半形成在另一凸轮15L的端面上。在这样的结构中，使用两个金属模分别构成上凸轮15U和下凸轮15L，并通过将上下凸轮对齐而精确构造柱形凸轮15。因此，即使当凸轮槽151是薄槽时，也可以相对容易地构造柱形凸轮15。可以通过组合薄而小的凸轮部件，通过使用金属模进行塑料喷射模制等等来构造本柱形凸轮15。另外，不需进行根切处理等，从而可简化金属模结构。而且，因为分界线152沿凸轮曲线设置，所以不会切断预计的凸轮曲线。因此，可用一体形成的凸轮槽精确引导接合销131和接合销161。
另外，如图3所示，接合销131和161的头部截面大致为三角形，该部分成为凸轮从动件并与凸轮槽151接合。凸轮槽151的截面形成为V形以与接合销的形状对应。图4中可看到凸轮槽151的形状。凸轮槽151形成为包括在中央部分的短的垂直部分153和设在其上方与下方的倾斜部分154。
接合销131和161的头部是倾斜的斜凸轮。凸轮槽151形成为引导作为凸轮从动件的接合销。当如上所述在接合销的头部中实施斜凸轮时，可尝试小型化同时确保柱形凸轮15的厚度。另外，对于接合销的头部可实施截面为矩形的平面凸轮。在这种情况下，可提高变焦操作期间的定位精度。
凹部158从上凸轮15U的上表面形成至凸轮槽151。图4中，仅看到上凸轮15U的凹部158。凹部158是用于将第二镜头架16的接合销161导向柱形凸轮内的凸轮槽151的导向槽。接合销161沿相反方向布置在直线上，从而在上凸轮15U上形成两个凹部158。然而，当第三镜头架13和第二镜头架16设在下凸轮15L上然后装配连接以遮盖上凸轮15U时，不需要形成凹部158。在图4中，与第二镜头架对应的凸轮槽和与第三镜头架对应的凸轮槽由引导镜头架的导向槽连接。第三镜头架从凹部158被导向引导第二镜头架的凸轮槽，经过进一步连接的导向槽，并到达引导第三镜头架的凸轮槽。接着，第二镜头架从凹部158被引导并设在向应的凸轮槽中。
另外，面向下的凸起156形成在上凸轮15U中，接收该凸起的切口部分157形成在另一下凸轮15L中。凸起部分和切口部分同样形成在相对的位置。上凸轮15U和下凸轮15L用凸起156和切口部分157连接作为基准位置，并构成柱形凸轮15。因此，可精确装配柱形凸轮15并以高定位精度将凸轮槽布置在内表面上。尽管上凸轮15U和下凸轮15L具有可通过装配被一体驱动的结构，但上下凸轮也可以通过粘合剂、激光沉积等一体形成。
图5是表示形成在柱形凸轮15内壁上的凸轮槽151的形状的展开图。根据图5，可更加清晰地看到形成在柱形凸轮15内壁上的凸轮槽151的情况。凸轮槽151包括由不同凸轮曲线调节的凸轮槽151-1和凸轮槽151-2。凸轮槽151-1对应于第二镜头架16调节可变放大率镜头的操作。凸轮槽151-2对应于第三镜头架13调节校正镜头的操作。即，第二镜头架16的接合销161-1和161-2与凸轮槽151-1接合。第三镜头架13的接合销131-1和131-2与凸轮槽151-2接合。
从图5可以证实，上凸轮15U和下凸轮15L的分界线152设置为沿凸轮槽151-1和151-2划分，如上所述。另外，根据图5还可以确定在凸轮槽151的垂直部分153与倾斜部分154之间的关系。而且，尽管前述分界线152的凸轮曲线部分是曲线，但该线条在不形成凸轮槽的未处理区域是直的。可以通过形成上述直线抑制空间的浪费。具体地，可通过形成沿光轴方向LD平行于分界线152的平行分界线部分152LD来抑制在柱形凸轮15周向上的空间浪费。然而，如果在周向上有一些空间，那么可以使分界线部分152LD倾斜。
如图5所示，如果分界线152形成为包括不同的凸轮曲线，那么在凸轮部件连接部分上形成不同形状的凸轮槽151-1和151-2。在如此布置的凸轮槽中，可实现这样的结构，其中将柱形凸轮的高度抑制为较低的高度，而多个镜头架可沿光轴方向运动。这样就能有助于光学模块的小型化。
图6是示意性表示由多个凸轮部件形成的柱形凸轮15的变型例的图。图4和图5所示的柱形凸轮15包括上凸轮15U和下凸轮15L两个部件。然而，图6表示具有三个部件的示例。柱形凸轮15包括三个凸轮部件上凸轮15U、中间凸轮15M和下凸轮15L。上凸轮15U和中间凸轮15M由分界线152-1分开。下凸轮15L和中间凸轮15M由分界线152-2分开。
上述分界线152-1和分界线152-2基于不同的凸轮曲线设置。这些分界线还包括与光轴方向LD平行的平行分界线部分152LD，从而抑制沿周向的空间浪费。在分界线152-1中，曲线部分152-1CA是初始凸轮曲线。同样，在分界线152-2中，曲线部分152-2CA是初始凸轮曲线。尽管在图6中仅示出分界线，但在中央还与凸轮曲线一起形成凸轮槽，与图5一样。即，在本变型例中凸轮部件同样沿着凸轮曲线分开，凸轮槽形成在各凸轮部件的端面上从而彼此相对。从而，当设置这些部件时，凸轮槽形成在上凸轮15U和中间凸轮15M之间，以及下凸轮15L和中间凸轮15M之间。在图6所示的柱形凸轮15中，来自校正镜头架的接合销设置为与曲线部分152-1CA接合。同样，来自可变放大率镜头架的接合销设置为与曲线部分152-2CA接合。
另外，上凸轮面与下凸轮面可以具有V形截面，引导镜头架的凸起部分，并将镜头架布置在凸轮面上。在这种情况下，可通过在凸轮15光轴侧上的端部中引导镜头架的凹部(槽部)、其上布置有另一个镜头架的凸轮面，或者用于引导另一镜头架的凹部来引导镜头架。
在图6所示的柱形凸轮15中，可形成沿高度方向重叠的不同凸轮槽。从而，与如图5所示当不同形状的凸轮槽同时布置在一个周边上时相比，可空间富裕地沿周向布置一种类型的凸轮槽。因此，凸轮的转动角可设为大角度，从而能够降低致动器的转矩。尽管图6示出了其中柱形凸轮包括三个凸轮部件的示例，但是柱形凸轮也可以包括更多的分开部件。在图6所示的柱形凸轮15中的一个表面上布置三对凸轮曲线，从而限制了镜头架的自由度。其优点在于，稳定了镜头架相对于光轴方向的角度。因此可减少导向槽的数量。
图7A和图7B是表示用于调节形成在前述柱形凸轮15内壁上的凸轮槽的优选凸轮曲线(轮廓)的图。图7A表示调节用于可变放大率镜头的凸轮槽151-1的凸轮曲线151-1CA。图7B表示调节用于校正镜头的凸轮槽151-2的凸轮曲线151-2CA。即，第二镜头架16基于凸轮曲线151-1CA沿光轴方向运动。第三镜头架13基于另一凸轮曲线151-2CA沿光轴方向运动。
更具体地，通过由凸轮曲线151-1CA调节的凸轮槽151-1，使沿第二透镜架的径向伸出的接合销161-1和161-2沿光轴方向运动。通过由凸轮曲线151-2CA调节的凸轮槽151-2，使沿第三透镜架13的径向伸出的接合销131-1和131-2沿光轴方向运动。在图7A和图7B中，例示出了当除了变焦功能之外还向远摄侧添加近摄功能(macro function)时的凸轮曲线。
本光学模块被小型化以允许安装在移动电话等中。当如上所述添加变焦功能时，将各镜头架精确移动到预期位置是很重要的。因此，传统上通常执行这样的方法，即，布置位置检测件用于确认镜头架位于广角位置或远摄位置。然而，当这样单独设置位置检测件时，光学模块变大，不利于小型化的要求。另外，用在移动电话等中的光学模块特别小并且柱形凸轮相对于圆周角的周长较短。因此，需要对转动角进行沿镜头架光轴方向的高精度位置检测。然而，难以设置位置检测件。在图7A和图7B所示的凸轮曲线中，可通过在可变放大率凸轮曲线和校正凸轮曲线中设置平坦部分而获得预期的特性，而不需要在广角端和远摄端进行位置检测。
在本光学单元3中，在柱形凸轮15的外周上形成齿条部分159。致动器的驱动力通过与齿条部分159啮合的齿轮进行传递。即使实现了齿轮的高尺寸精度，也难以消除齿隙的影响。另外，还存在来自其它部件和装配误差的影响。在本光学单元3中，因为没有位置检测件，所以不能对转动凸轮进行高精度的位置检测。当通过变焦操作使柱形凸轮15在广角端与远摄端之间转动时，由于自初始位置的偏差或齿隙的影响，即使通过致动器将柱形凸轮转动至预定角度，柱形凸轮也可能不会转动至广角端或远摄端的预期位置。
因此，如图7A和图7B所示，在本实施例中，在移动镜头用于变焦的曲线部分(变焦部分)的两端，即广角端(wide end)和远摄端(teleend)上实现具有预定长度并垂直于光轴方向LD的平坦部分的凸轮曲线。即，在本发明中，实施具有上述平坦部分的凸轮曲线作为柱形凸轮15的可变放大率凸轮曲线和校正凸轮曲线。结果，如果镜头架处于平坦部分，就可在不通过位置检测件进行高精度位置检测的情况下实现在广角端和远摄端处的性能。对于镜头架的位置，在镜头架处于广角端的平坦部分时，即使成像距离有偏差，也可以通过驱动致动器，考虑到平坦部分的距离将镜头架移动至远摄端的平坦部分从而保持在远摄端处的性能。因此，可消除由于齿隙、装配误差等的影响，并稳定实现在广角位置和远摄位置处的预定性能。
下面将说明从广角端向远摄端的移动示例。在本光学系统中，柱形凸轮向广角端侧移动以检测初始位置。然后，初始位置被设定在平坦部分上的一个位置，通过向致动器提供仅预定脉冲数量的驱动脉冲，使转动凸轮从由于对该柱形凸轮的转动限制而使柱形凸轮停止的位置回到远摄侧的该初始位置。因此，期望初始位置具有一位置误差。例如，从广角端至远摄端的转动角为500个脉冲，而平坦部分的转动角为50个脉冲。如果初始位置是距广角端25个脉冲的位置，那么施加550个脉冲的驱动脉冲，从而以在平坦部分上距远摄端25个脉冲的位置为目标向远摄端移动。那么，如果柱形凸轮比目标值多移动或少移动了25个脉冲之内，柱形凸轮就被转动驱动至远摄端并实现了预期的移动。
另外，凸轮曲线包括用于近摄的曲线和在广角侧上的平坦部分，如图7A和图7B所示。同样在该情况下，在远摄端的平坦部分之后进入近摄状态，从而清晰而精确。另外，在平坦位置实现了特定功能性，从而能够稳定操作。
如上所述，向凸轮曲线上的预定位置添加预定长度的平坦部分，可以通过该改进抑制在广角位置、远摄位置和近摄位置的镜头位置不对准。在本结构中，不需要重新提供位置检测件以确认镜头位于广角位置、远摄位置和近摄位置。因此，可以提供这样的光学模块，其结构简单力求小型化，成本降低并可利用广角和远摄稳定的变焦功能或近摄功能进行成像。当如图7A和图7B所示在远摄侧上的平坦部分上连续形成用于近摄的凸轮曲线时，可通过吸收柱形凸轮在近摄侧上的位置不对准而稳定使用近摄功能。然而，近摄功能在本光学模块中不是必需的，因此凸轮曲线不必包括用于近摄的曲线部分。
(定位结构)本光学模块还包括可精确确定驱动件侧至镜头筒11侧的位置的优良结构。下面将说明这一点。本光学模块的驱动件包括致动器和由齿轮组成的齿轮系。致动器的驱动力通过齿轮系传递至前述柱形凸轮，从而驱动柱形凸轮。当柱形凸轮15被驱动器这样驱动时，第三镜头架13和第二镜头架16沿光轴方向移动。然后，在本光学模块中，实现了这样的结构，其中通过遮盖光学单元3的遮盖件确定光学单元3和驱动件侧的位置。当实现了这样的结构时，即使当镜头筒11的位置未对准，驱动件侧的位置也保持相对于镜头筒11的相对位置并一起移动。因此，该结构有利于实现对于驱动系统的预定性能。另外，当实现该结构时，用于光学单元3的遮盖件和用于致动器的遮盖件可成一体，从而节省了空间。
下面将参照图8和图9说明本光学模块中实施的定位结构，其使用遮盖件40作为定位件。图8是表示设在驱动光学单元3的驱动部分上的遮盖件以及光学单元3的图。图8表示位于上部的第一镜头18和第一镜头架19，从而可确认它们与前述光学单元3的关系。图9是表示处于其中光学单元3和作为致动器的电机30已装配连接的完成状态下的光学模块的剖面结构的图。
在本光学模块中，柱形凸轮15由电机30驱动。图8中以分解状态示出了电机30的各部件。利用遮盖件40和电路板31装配电机30。遮盖件40设在光学单元3的电路板1上。电机30包括一对线圈32和一定子33，并在中央部分具有转子35。
固定在遮盖件40上预定位置处的轴41和用于转子35的轴位于相同的轴线上，并设置成使得转子35以轴41作为旋转中心转动。轴41设在形成于遮盖件40中的孔51内。另外，布置与转子35一体转动的齿轮36。而且在遮盖件40上的另一位置固定轴42。在轴42上设置与齿轮36啮合的齿轮43和与齿轮43一体转动的齿轮44。形成在柱形凸轮15外周上的齿条部分159与齿轮44啮合。轴42设在形成于遮盖件40中的孔52内。
图9表示其中图8所示的各部件均装配连接的状态。如图9所示，第一镜头架19装配在形成于遮盖件40上的开口45内。第一镜头架19固定在镜头筒11的顶部上。如果遮盖件的开口45(通孔)置于第一镜头架19上，就确定了镜头筒11相对于遮盖件40的位置。即，通过第一镜头架19确定镜头筒11和柱形凸轮15相对于遮盖件40的位置。
同时，轴41和42定位在遮盖件40中的预定位置。如图8所示，电机30基于轴41定位。因此，在图8和图9所示的结构中，镜头筒11、柱形凸轮15侧、电机30和连接到其上的齿轮系侧的相对位置是固定的关系。因此，即使镜头筒11的装配位置未对准，包括电机30的驱动件侧的位置也可以通过遮盖件40而与光学单元3的位置对应地移动。即，保持柱形凸轮15、电机30和齿轮系的相对位置关系，不会发生不对准。
如上所述，在本光学模块中，光学单元3侧和驱动件侧基于镜头筒的位置通过遮盖件40定位。因此，不会在设于柱形凸轮15外周上的齿条部分159与传递电机30的驱动力的齿轮系36、43和44之间产生不对准的情况。因此，实施上述结构的本光学模块可有效地将电机的驱动力传递至柱形凸轮15。
在上述实施例中，如图8所示，电机30和齿轮系36、43和44预先装配连接到遮盖件40侧。当这样进行准备时，可仅通过将光学单元设置在遮盖件40的预定区域，使电机30侧和镜头筒11侧的相对位置具有预计的关系。尽管本实施例例示了使用电路板的光学模块，但是前述遮盖件的用途效果并不限于该结构。如果光学模块不实施电路板，可以通过将镜头筒和致动器直接装配连接到遮盖件上而获得与上述相同的效果。
尽管已显示和描述了本发明的几个优选实施例，但本领域中的技术人员可理解到，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可在这些实施例中进行各种改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种光学模块，具有包括成像元件的电路板；镜头筒，其固定在所述电路板上以沿光轴方向可移动地容纳具有镜头的镜头架，该镜头在所述成像元件的成像表面上形成图像；柱形凸轮，布置在所述镜头筒外侧，具有与从所述镜头架的侧面伸出的凸起接合的凸轮面，以移动该镜头架；和驱动件，其中致动器通过齿轮系驱动所述柱形凸轮，该光学模块的特征在于包括确定在所述镜头筒与驱动件之间的位置关系的定位件。
2.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述致动器和齿轮系预先装配在所述定位件中。
3.如权利要求1或2所述的光学模块，其特征在于，所述定位件用作一体遮盖所述镜头筒和致动器的遮盖件。
4.如权利要求3所述的光学模块，其特征在于，在所述遮盖件中形成用于定位所述镜头筒的通孔。
5.一种光学模块的装配方法，其特征在于包括以下步骤装配成像部分，该成像部分包括具有成像元件的电路板；镜头筒，其固定在所述电路板上以沿光轴方向可移动地容纳具有镜头的镜头架，该镜头在所述成像元件的成像表面上形成图像；和柱形凸轮，布置在所述镜头筒外侧，具有与从所述镜头架的侧面伸出的凸起接合的凸轮面，以移动该镜头架；装配驱动件，该驱动件包括具有贯穿所述镜头筒的通孔的遮盖件、设在所述遮盖件上的致动器、和布置在所述遮盖件上以传递所述致动器的驱动力的齿轮系；以及将所述镜头筒插入所述通孔中，使所述柱形凸轮和齿轮系接合，并组合所述成像部分和驱动件。
6.一种具有如权利要求1至4中任一项所述的光学模块的便携式电子设备。
全文摘要
一种光学模块，其具有包括成像元件的电路板(1)；镜头筒(11)，其固定在电路板上并容纳镜头架而使得可沿光轴方向(LD)移动，该镜头架具有用于将图像聚焦在成像元件的成像表面上的镜头；设在镜头筒外侧的中空柱形凸轮(15)，其具有与从镜头架的侧面伸出的凸起件接合的凸轮面，并移动该镜头架；和驱动部分，其中致动器(30)通过齿轮系(36、43、44)驱动中空柱形凸轮。该光学模块系统具有确定在镜头筒与驱动部分之间的位置关系的定位件(40)。
文档编号G02B7/00GK1871535SQ20048003139
公开日2006年11月29日 申请日期2004年10月12日 优先权日2003年10月22日
发明者森永真司, 中川原寿彦 申请人:精工精密株式会社