JP2006258966A - 駆動装置、カメラモジュール、及びカメラ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】大きな変位量を得ることができ、かつ、薄型化が可能な駆動装置を提供する。
【解決手段】 駆動装置10は、作用点5としての可動端を有する積層圧電素子2と、当該積層圧電素子2と略平行になるよう、基台4に対して伸縮自在に配置された積層圧電素子1と、積層圧電素子1と積層圧電素子2とを連結する連結部3とを備え、積層圧電素子2における連結部3からの伸長方向と、積層圧電素子1における連結部3への収縮方向とが、略反対方向となっている。これにより、例えば、各積層圧電素子の変位量がnΔdの場合、駆動装置10の厚み(伸縮方向の長さ)を増加させることなく、2nΔdの変位量を得ることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 駆動装置10は、作用点5としての可動端を有する積層圧電素子2と、当該積層圧電素子2と略平行になるよう、基台4に対して伸縮自在に配置された積層圧電素子1と、積層圧電素子1と積層圧電素子2とを連結する連結部3とを備え、積層圧電素子2における連結部3からの伸長方向と、積層圧電素子1における連結部3への収縮方向とが、略反対方向となっている。これにより、例えば、各積層圧電素子の変位量がnΔdの場合、駆動装置10の厚み(伸縮方向の長さ)を増加させることなく、2nΔdの変位量を得ることができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、駆動装置、カメラモジュール、及びカメラ装置に関するものであり、より詳細には、駆動対象物と基台との間に取り付けることによって、駆動対象物を基台に対して変位及び/又は回動させる駆動装置、及びこの駆動装置を備えた撮像に用いられるカメラモジュール、並びにこのカメラモジュールを備えたカメラ装置に関するものである。
従来、光ピックアップ装置やカメラモジュールの駆動装置(アクチュエータ)として、コイルの電磁変換作用を利用して駆動力を得るVCM(Voice Coil Motor)が用いられている。しかしながら、VCMによる駆動装置は、微小な変位を制御することが困難であるという問題点を有している。また、VCMによる駆動装置を用いる場合、駆動対象物がばねにより支持される必要があるために、振動等の外乱に対して影響を受けやすく、そのままでは携帯機器等に利用することができなかった。
このような問題から、近年、圧電素子等の伸縮する素材を利用した駆動装置が注目を浴びている。圧電素子では、積層されたセラミック材料の各層に電圧を印加することによって、各層が電圧に比例した量だけ伸縮し、伸縮(変位)した端部はその位置で静止する。すなわち、所定の量だけ変位した後は伸縮力が外部に対して発生しないため、伸縮力を打ち消すためのばねを必要としない。このように、圧電素子等の伸縮する素材を用いた駆動装置は、上述したVCMによる駆動装置とは異なり、振動や衝撃に対して強く、携帯機器を始めとする各種機器等に好適に用いることができる。
特許文献1には、走査型トンネル顕微鏡の探針用駆動装置として使用される圧電素子の駆動装置が記載されている。この駆動装置は、探針を圧電素子で挟み、当該圧電素子に印加する電圧を調節することにより、探針を所望の位置に変位させるものである。
また、特許文献2には、圧電素子に、差動拡大機構及びてこ(出力片)を搭載することにより、圧電素子によって得られた変位量を拡大できる圧電アクチュエータについて記載されている。
特開平2−170003号公報(平成2年(1990)6月29日公開)
特開昭63−80584号公報(昭和63年(1988)4月11日公開)
しかしながら、特許文献1に記載された圧電素子を用いた駆動装置では、より大きな変位量を得るためには、圧電素子の厚み(層数)を増加させるか、印加電圧を増大させるかする必要がある。ここで、圧電素子の厚みを増加させた場合、駆動装置全体の厚みが増加し、携帯機器に好適に利用できないという問題が生じる。また、印加電圧を増大させる場合、昇圧を行う昇圧器をさらに備えることによって駆動装置が大型化、高コスト化してしまい、携帯機器に好適に利用できないという問題が生じる。
一方、特許文献2に記載された圧電アクチュエータでは、てこ(出力片)により変位量を増加させることが可能であるが、てこという追加の機構を必要とするために、駆動装置が大型化及び複雑化してしまうという問題が生じる。その上、てこが弾性変形するので、変位量の制御が困難になるという問題や、てこが不可逆的に変形してしまうという問題も生じる。さらには、差動拡大機構と基台との間における摩擦力により、変位量が安定しないという問題も生じる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大きな変位量を得ることができ、かつ、薄型化が可能な駆動装置を提供することにある。
本発明に係る駆動装置は、上記課題を解決するために、少なくとも1次元方向に伸長可能な伸長手段と、少なくとも1次元方向に収縮可能で、収縮方向が上記伸長手段の伸長方向と略平行で、上記伸長手段と相対するように配置された収縮手段と、上記伸長手段又は上記収縮手段の一方の伸縮方向における端部で作用点となる端部が、上記伸長手段又は上記収縮手段の他方の伸縮方向における端部と固定される基台に対して、上記伸長手段の伸長時と上記収縮手段の収縮時とで同じ方向に変位するように、上記伸長手段と上記収縮手段とを連結する連結手段とを備えていることを特徴とする。
上記構成によれば、伸長手段と収縮手段とは略平行で、かつ、相対するように配置されている。よって、例えば、伸長手段及び収縮手段の長さがともにdである場合、連結手段の厚みを無視すれば、駆動装置の伸縮方向における長さ(厚み)はd以上2d未満となる。ここで、伸長手段又は収縮手段の端部に存在する作用点は、伸長手段が伸長するときと、収縮手段が収縮するときとで、取り付けられる基台に対して同じ方向に変位するように連結されている。従って、伸長手段及び収縮手段の伸縮量がともにΔdである場合、伸長手段を伸長させるとともに収縮手段を収縮させたときの作用点の変位量は2Δdとなる。
一方、2Δdの変位量を、駆動電圧を昇圧しない従来の方法、すなわち積層によって実現する場合、変位量がΔdで長さがdの伸長手段又は収縮手段を2つ積層する必要がある。この場合、駆動装置の厚みは2dとなり、本発明の駆動装置よりも厚みが大きくなってしまう。
以上のように、本発明の構成によれば、大きな変位量を得ることができ、かつ、薄型化が可能な駆動装置を実現することができる。
なお、伸長手段と収縮手段とが「相対する」場合、必ずしも伸縮手段又は収縮手段の全部分が相手と相対している必要はなく、伸縮手段又は収縮手段の少なくとも一部分が相手と相対していればよい。
また、上記の説明では、伸長手段と収縮手段の長さがともにdである場合を用いて説明したが、伸長手段と収縮手段との長さが異なっていてもよいのはいうまでもない。また、伸縮量についても同様に、伸長手段と収縮手段とで異なっていてもよい。
本発明に係る駆動装置は、上記課題を解決するために、少なくとも1次元方向に伸長可能な伸長手段と、少なくとも1次元方向に収縮可能で、収縮方向が上記伸長手段の伸長方向と略平行で、上記伸長手段と相対するように配置された収縮手段と、上記伸長手段の伸長方向における2つの端部のうちの上記連結手段によって連結された位置から遠い方の端部が、上記伸長手段の伸長によって上記連結手段から相対的に遠ざかる方向と、上記収縮手段の収縮方向における2つの端部のうちの上記連結手段によって連結された位置から遠い方の端部が、収縮手段の収縮によって上記連結手段へ相対的に近づく方向とが、略反対方向になるように、上記伸長手段と上記収縮手段とを連結する連結手段とを備えていることを特徴とする。
以下の説明では、「伸長手段の伸長方向における2つの端部のうちの連結手段によって連結された位置から遠い方の端部」を、「伸長手段の機能端部」と称し、同様に、「収縮手段の収縮方向における2つの端部のうちの連結手段によって連結された位置から遠い方の端部」を、「収縮手段の機能端部」と称する。ここで、伸長手段の機能端部は、(イ)基台に固定される固定点、(ロ)駆動対象物を変位させる作用点、の何れか一方として機能し、収縮手段の機能端部は、他方として機能する。
また、「伸長手段の機能端部が伸長手段の伸長によって上記連結手段から相対的に遠ざかる方向」とは、本駆動装置が取り付けられる基台や駆動対象物がない状態において連結手段を固定した際に、伸長手段の機能端部が変位する方向を指す。同様に、「収縮手段の機能端部が収縮手段の収縮によって上記連結手段へ相対的に近づく方向」とは、連結手段を固定した際に、収縮手段の機能端部が変位する方向を指す。
上記構成によれば、伸長手段と収縮手段とは平行で、かつ、相対するように配置されている。よって、例えば、伸長手段及び収縮手段の長さがともにdである場合、連結手段の厚みを無視すれば、駆動装置の伸縮方向における長さ(厚み)は、d以上2d未満となる。
また、伸長手段及び収縮手段がそれぞれ距離Δdだけ伸縮でき、各手段は機能端部と反対の端部で連結手段によって連結されているものとすると、伸長手段の機能端部は、最大伸長時に、連結手段からΔdだけ遠ざかることになる。また、収縮手段の機能端部は、最大収縮時に、連結手段に向かってΔdだけ近づくことになる。ここで、伸長手段の機能端部の変位方向と、収縮手段の機能端部の変位方向とが略反対方向となっているため、収縮手段の機能端部は、伸長手段の機能端部に対して、伸縮方向に距離2Δdだけ変位することになる。従って、駆動装置は、基台に対して駆動対象物を2Δdだけ変位させることができる。
一方、2Δdの変位量を、駆動電圧を昇圧しない従来の方法、すなわち積層によって実現する場合、変位量がΔdで長さがdの伸長手段又は収縮手段を2つ積層する必要がある。この場合、駆動装置の厚みは2dとなり、本発明の駆動装置よりも厚みが大きくなってしまう。
以上のように、本発明の構成によれば、大きな変位量を得ることができ、かつ、薄型化が可能な駆動装置を実現することができる。
上述した駆動装置の具体例としては、少なくとも1次元方向に伸長可能な伸長手段と、少なくとも1次元方向に収縮可能で、収縮方向が上記伸長手段の伸長方向と略平行で、上記伸長手段と相対するように配置された収縮手段と、上記伸長手段と上記収縮手段とを連結する連結手段とを備え、伸縮手段の伸縮方向における一端部と、収縮手段の収縮方向における一端部とが連結手段上に固定され、伸縮手段と収縮手段とが連結手段に対して同じ側に延在する構成が挙げられる。
なお、伸長手段と収縮手段とが「相対する」場合、必ずしも伸縮手段又は収縮手段の全部分が相手と相対している必要はなく、伸縮手段又は収縮手段の少なくとも一部分が相手と相対していればよい。
また、上記の説明では、伸長手段と収縮手段の長さがともにdである場合を用いて説明したが、伸長手段と収縮手段との長さが異なっていてもよいのはいうまでもない。また、伸縮量についても同様に、伸長手段と収縮手段とで異なっていてもよい。
また、上記の説明では簡略化のために、伸長手段及び伸縮手段の機能端部と反対の端部が連結手段によって連結される場合について説明したが、連結される位置はこれに限定されるものではなく、例えば、機能端部と反対側の端部付近の側面部分であってもよい。
また、本発明に係る駆動装置は、上述した伸長手段、収縮手段、及び連結手段を備えた駆動部を複数と、1つ以上の追加連結手段とを備え、上記複数の駆動部における伸長方向が互いに平行になるように、かつ、各駆動部の形状の方向性が同じになるように、かつ、隣接する2つの駆動部において一方の駆動部の伸長手段と他方の駆動部の収縮手段とが相対するように、上記複数の駆動部が配置され、上記複数の駆動部における伸長手段と収縮手段とが、上記追加連結手段によって交互に順次連結されていることを特徴とする。
各駆動部を上記のように配置すれば、連結された駆動装置全体の厚み(伸長方向の長さ)は各駆動部を積層するよりも小さくなる。また、各駆動部は、伸長手段と収縮手段が交互になるように、隣接する駆動部と連結されている。よって、上記の例を用いれば、各駆動部は、隣接する駆動部を基点として2Δdの変位量を得ることができる。従って、駆動部をa個結合させたとすると、2aΔdの変位量を得ることができる。このように、厚みの増加を抑制しつつ、変位量が倍加した駆動装置を実現できる。
また、本発明に係る駆動装置は、上記伸長手段が、伸長及び収縮の何れも可能な第1の伸縮手段であり、上記収縮手段が、伸長及び収縮の何れも可能な第2の伸縮手段であることが好ましい。
上記構成によれば、上述した例の場合、第1の伸縮手段の端部に対する第2の伸縮手段の端部の変位は、第1の伸縮手段が最大限伸長するとともに第2の伸縮手段が最大限収縮すると+2Δdとなり、第1の伸縮手段が最大限収縮するとともに第2の伸縮手段が最大限伸長すると−2Δdとなる。このように、伸長手段及び収縮手段をともに伸縮手段とすることにより、−2Δdから+2Δdの範囲の変位を発生させることができる。すなわち、駆動装置は4Δdの変位量を生じることができるため、より広範囲に駆動対象物を変位させることが可能となる。
また、本発明に係る駆動装置は、上記伸縮手段が圧電素子を含んでいることが好ましい。
圧電素子は、伸縮可能で、かつ、弾性変形を起こしにくい性質を有している。従って、弾性変形によって変位量にずれが生じることがないので、駆動装置は駆動対象物を精確に変位させることができる。
また、本発明に係る駆動装置は、上記第1及び第2の伸縮手段の伸縮量を制御する伸縮制御手段をさらに備えることが好ましい。
上記構成によれば、伸縮制御手段は伸縮手段の伸縮量を制御できるので、上述した変位範囲で変位量を自在に調節できる駆動装置を実現することができる。
また、本発明に係るカメラモジュールは、フォーカス調整が可能なカメラモジュールであって、上述した駆動装置と、撮像レンズ部とを備え、上記駆動装置が、上記撮像レンズ部を光路方向に変位させることを特徴とする。
上記構成によれば、撮像レンズ部を光路方向に変位させることにより、フォーカス調整が可能となる。ここで、本カメラモジュールは、フォーカス調整を行う機構として上述の駆動装置を用いるため、フォーカス調整可能な範囲が大きく、かつ、薄型のカメラモジュールを実現することができる。
また、本発明に係るカメラモジュールは、上述の駆動装置と、撮像レンズ部と、振れを検出する振れ検出手段と、光を反射させる反射手段とを備え、上記駆動装置が、上記反射手段を回動させるものであり、上記駆動装置が、上記振れ検出手段によって検出された振れに応じて、上記反射手段を回動させることによって、上記撮像レンズ部に入射する像の光路を補正するものであってもよい。
上記構成によれば、上記駆動制御手段が、上記振れ検出手段によって検出された振れに応じて上記撮像レンズ部に入射する像の光路を補正するので、例えば手振れ等の振れ(ブレ)によって像がぼやけてしまうのを抑制することができる。ここで、反射手段を回動させる駆動装置として、上述の駆動装置を用いるため、大きな振れにも対応でき、かつ、薄型のカメラモジュールを実現することができる。
また、本発明に係るカメラ装置は、上述のカメラモジュールを備えていることを特徴とする。上記構成によれば、薄型のカメラ装置を実現することができる。
本発明に係る駆動装置は、少なくとも1次元方向に伸長可能な伸長手段と、少なくとも1次元方向に収縮可能で、収縮方向が上記伸長手段の伸長方向と略平行で、上記伸長手段と相対するように配置された収縮手段と、上記伸長手段又は上記収縮手段の一方の伸縮方向における端部で作用点となる端部が、上記伸長手段の伸長時と上記収縮手段の収縮時とにおいて、上記伸長手段又は上記収縮手段の他方の伸縮方向における端部と固定される基台に対して同じ方向に変位するように、上記伸長手段と上記収縮手段とを連結する連結手段とを備えた構成となっている。従って、上述したように、大きな変位量を得ることができ、かつ、薄型化できるという効果を奏する。
また、本発明に係る別の駆動装置は、少なくとも1次元方向に伸長可能な伸長手段と、少なくとも1次元方向に収縮可能で、収縮方向が上記伸長手段の伸長方向と略平行で、上記伸長手段と相対するように配置された収縮手段と、上記伸長手段の伸長方向における2つの端部のうちの上記連結手段によって連結された位置から遠い方の端部が、上記伸長手段の伸長によって上記連結手段から相対的に遠ざかる方向と、上記収縮手段の収縮方向における2つの端部のうちの上記連結手段によって連結された位置から遠い方の端部が、収縮手段の収縮によって上記連結手段へ相対的に近づく方向とが、略反対方向になるように、上記伸長手段と上記収縮手段とを連結する連結手段とを備えた構成となっている。従って、上述したように、大きな変位量を得ることができ、かつ、薄型化できるという効果を奏する。
また、本発明に係るカメラモジュールは、上記の駆動装置を備えているため、薄型化できるという効果を奏する。
また、本発明に係るカメラ装置は、上記のカメラモジュールを備えているため、薄型化できるという効果を奏する。
〔実施形態1〕
本発明に係る駆動装置の一実施形態について、図1から図5を用いて説明すれば以下の通りである。
本発明に係る駆動装置の一実施形態について、図1から図5を用いて説明すれば以下の通りである。
本実施形態の駆動装置は、基台に固定され、駆動対象物を基台に対して変位させるものである。図1は駆動装置10の構成を示す概略図である。駆動装置10は、図1に示す積層圧電素子(収縮手段、第2の伸縮手段)1と、積層圧電素子(伸長手段、第1の伸縮手段)2と、連結部(連結手段)3と、図2に示す伸縮制御部(伸縮制御手段)7とを備えている。
積層圧電素子1は、少なくとも1次元方向に収縮可能な収縮手段であれば特に限定されるものではないが、本実施形態では好ましい形態として、伸長及び収縮の何れも可能な伸縮手段となっており、具体的には圧電素子を含んでいる。圧電素子は、電界を与えると結晶構造に歪みが生じる性質のものであり、例えば、チタン酸バリウムなどの強誘電体セラミック材料によって形成することができる。積層圧電素子1は、層状の圧電素子を複数積層した構造となっており、各圧電素子の伸縮方向が積層方向となっている。これにより、積層圧電素子1は、全体として、その積層方向に伸縮することができるようになっている。
積層圧電素子2は、少なくとも1次元方向に伸長可能な伸長手段であれば特に限定されるものではないが、本実施形態では好ましい形態として、伸長及び収縮の何れも可能な伸縮手段となっており、具体的には、上記の積層圧電素子1と同様の部材となっている。
連結部3は、積層圧電素子1と積層圧電素子2とを連結するものであり、その構成は特に限定されるものではないが、駆動時に歪みが生じないように剛性の高い素材であることが好ましい。連結部3の形状は特に限定されるものではないが、本実施形態では板形状となっている。
伸縮制御部7は、積層圧電素子1及び積層圧電素子2の伸縮量を制御するものである。具体的には、伸縮制御部7は、積層圧電素子1及び積層圧電素子2のそれぞれに印加する電圧を制御するものである。これにより、積層圧電素子1及び積層圧電素子2の伸縮量(変位量)を自在に調節することができる。本実施形態では、伸縮制御部7が−VからVの範囲で自在に電圧を印加することができるものとする。
本実施形態の駆動装置は、図1に示すように、積層圧電素子1と積層圧電素子2とが相対するとともに、連結部3によってU字型に連結されている。
より詳細に説明すると、本実施形態では、積層圧電素子1と積層圧電素子2とは、伸縮方向が互いに平行で、かつ、伸縮方向が連結部3の固定面に対して垂直になるよう配置されている。そして、連結部3の表面には、積層圧電素子1の伸縮方向における一端部が固定されている。また、連結部3の表面で、前述した積層圧電素子1が固定されている面と同一面上には、積層圧電素子2の伸縮方向における一端部も固定されている。
このような配置により、積層圧電素子1の収縮に伴って積層圧電素子1の他端部が連結部3から相対的に遠ざかる方向と、積層圧電素子2の伸長に伴って積層圧電素子2の他端部が連結部3へ相対的に近づく方向とが、略反対方向となっている。なお、上記の「相対的に遠ざかる方向」、「相対的に近づく方向」とは、基台4や駆動対象物がない状態において連結部3を固定した際に、積層圧電素子1の他端部又は積層圧電素子2の他端部が変位する方向をいう。
積層圧電素子2の、連結部2によって連結される位置から遠い端部(積層圧電素子2の他端部)は、作用点5として機能する。また、積層圧電素子1の、連結部2によって連結される位置から遠い端部(積層圧電素子1の他端部)は、基台4に固定される。ここで、積層圧電素子1は、積層圧電素子2の作用点5が基台4の外側になるように、基台4の縁部に固定されている。
次に、積層圧電素子1の詳細について説明する。積層圧電素子1は、上述したように、層状の圧電素子が積層されたものとなっている。図2に、積層圧電素子1に含まれる単一の層状圧電素子6を示す。層状圧電素子6は、層方向(積層方向)が伸縮方向となっている。また、層状圧電素子6には、伸縮制御部7がプラスの電圧を印加した際に収縮する方向に電圧が印加されるように、伸縮制御部7が接続されている。ここで層状圧電素子6は、伸縮方向における長さがdで、電圧Vが印加された際の伸縮量(変位量)がΔdであるとする。従って、層状圧電素子6の長さは、伸縮制御部7が電圧+Vを印加した時にはd−Δdとなる。なお、伸縮制御部7は、層状圧電素子に印加する電圧を調節することができる。これにより、層状圧電素子6は、長さがdからd−Δdまで自在に変化できるようになっている。
積層圧電素子1は、図3に示すように、上記の層状圧電素子6…がn個積層されたものである。各層状圧電素子6には、並列回路によって電圧+Vが印加される。ここで、電圧+Vが各層状圧電素子6に印加された場合、積層圧電素子1全体の長さは、n×(d−Δd)となり、n×Δdの伸縮量(変位)が得られる。このように、積層圧電素子1は、伸縮制御部によって印加電圧が制御されることにより、0からn×Δdの収縮量(変位量)を得ることができる。
次に、積層圧電素子2の詳細について説明する。積層圧電素子2は、積層圧電素子1と同様に、層状の圧電素子が積層されたものとなっている。図4に、積層圧電素子2に含まれる単一の層状圧電素子8を示す。層状圧電素子8は、伸縮制御部7がプラスの電圧を印加した際に伸長する方向に電圧が印加されるように、伸縮制御部7が接続されている点が、上述の層状圧電素子6と異なっている。従って、層状圧電素子8の長さは、伸縮制御部7が電圧+Vを印加した時にはd+Δdとなる。なお、層状圧電素子8に印加される電圧の値は伸縮制御部7によって制御される。これにより、層状圧電素子8は、長さがdからd+Δdまで自在に変化することができる。
そして、積層圧電素子2は、図5に示すように、上記の層状圧電素子8…がn個積層されたものである。各層状圧電素子8には、並列回路によって電圧Vが印加される。ここで、電圧Vが各層状圧電素子8に印加された場合、積層圧電素子1全体の長さは、n×(d+Δd)となり、n×Δdの伸長量(変位)が得られる。このように、積層圧電素子1は、伸縮制御部によって印加電圧が制御されることにより、0からn×Δdの伸長量(変位量)を得ることができる。
次に、駆動装置10全体の動作について説明する。伸縮制御部7が積層圧電素子1及び積層圧電素子2に対してそれぞれ電圧+Vを印加した際、積層圧電素子1の長さはn×(d−Δd)となり、連結部3が固定されている端部が基台4側にnΔdだけ移動する。これに伴って、積層圧電素子2における端部のうち、連結部3が固定されている端部も、基台4側にnΔdだけ移動する。
一方、積層圧電素子2は、電圧Vが印加されることによって、長さがn×(d+Δd)となる。従って、積層圧電素子2における作用点5は、積層圧電素子1の収縮に伴う変位nΔdと、積層圧電素子2の伸長に伴う変位nΔdにより、電圧無印加時と比べて2nΔdだけ、積層圧電素子2の伸長方向に変位する。
このように、本実施形態の駆動装置10では、積層圧電素子2の作用点5が、積層圧電素子1の収縮時と積層圧電素子2の伸長時とにおいて、基台4に対して同じ方向に変位するような構成となっている。
以上のように、本実施形態の駆動装置10は、連結部3を除く伸縮方向の長さ(厚み)がn×d、すなわち、単一の積層圧電素子と同じ厚みであるにも関わらず、単一の積層圧電素子による変位量の2倍に相当する2nΔdの変位量を得ることができる。
また、本実施形態の駆動装置では、上記の変位量を得る際に、印加する電圧を昇圧させる必要もない。従って、携帯機器に搭載する際にも昇圧器を必要とせず、コストの増加や機器の大型化を抑制することができる。
なお、上述の説明では、積層圧電素子1が収縮し、積層圧電素子2が伸長する場合のみについて説明したが、伸縮制御部7は、さらに0から−Vの電圧を印加することによって、積層圧電素子1を伸長させ、積層圧電素子2を収縮させることができる。このようにすれば、積層圧電素子2の作用点5は、上述の説明とは逆の方向に0から2nΔdの範囲で変位することになる。従って、印加電圧を−Vから+Vに変化させることで4nΔdの変位量を得ることが可能となる。
また、本実施形態では、連結部3上に積層圧電素子1・2の端部が固定される構成としたが、本発明の駆動装置はこれに限定されるものではなく、例えば、積層圧電素子1・2の各側面がそれぞれ連結部3に固定され、駆動装置がH字形状になっていてもよい。本質的には、「積層圧電素子2の伸長方向における2つの端部のうちの連結部3によって連結された位置から遠い方の端部が、積層圧電素子2の伸長によって連結部3から相対的に遠ざかる」方向と、「積層圧電素子1の収縮方向における2つの端部のうちの連結部3によって連結された位置から遠い方の端部が、積層圧電素子1の収縮によって連結部3へ相対的に近づく」方向とが、略反対方向になるように、積層圧電素子1・2が連結部3によって連結されていればよい。
また、積層圧電素子1と基台4との固定、又は積層圧電素子1・2と連結部3との固定には、接着剤を用いる他、同等の固定性を有する方法であれば、他の方法でもよい。また、積層圧電素子1と基台4、又は積層圧電素子1・2と連結部3は、直接結合することにより固定してもよいし、他の部材を介して間接的に固定してもよい。
また、本実施形態では、伸縮手段(伸長手段、収縮手段)として、圧電素子を含んだ積層圧電素子1・2について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば油圧シリンダ等の他の構成であってもよい。
このように、本実施形態の駆動装置では、2つの積層圧電素子1・2を伸縮方向が互いに略平行になるように配置し、第1の積層圧電素子1の一端を基準となる基台4上に固定し、その他端は第2の積層圧電素子2の一方の端部と連結部3で連結し、第1の積層圧電素子1には伸びる様に電圧を印加し、第2の積層圧電素子2には縮む様に電圧を印加する。
これにより、圧電素子の駆動装置において、低い電圧で、且つ、素子厚さを薄くしても、大きい変位量が得られるので、低消費電力で、低価格で、コンパクトな携帯機器に最適な駆動装置が得られるという効果がある。
本実施形態に係る駆動装置は、半導体製造装置用精密位置調整装置(ポジショナー)、インクジェットプリンタ等のインクジェット装置に搭載されるヘッド、カメラにおけるレンズの駆動装置等に適用することができる。また、伸縮方向における厚みが小さく、かつ、大きな変位量を得ることができることから、特に、コンパクトデジタルカメラにおけるカメラモジュール等に好適に用いることができる。
次に、本発明に係るカメラモジュールの一実施形態について図6を用いて説明する。本実施形態では、上記の駆動装置10を用いたカメラモジュール50について説明する。カメラモジュール50は、基台21、駆動装置10、駆動制御手段(図示せず)、撮像レンズ部26、撮像素子(図示せず)、第1レンズホルダ27、第2レンズホルダ28、及び板ばね(押圧手段)31を備えている。
撮像素子は、一般的なデジタルカメラに用いられるCCD(charge-coupled device)やCMOS(complementary mental-oxide semiconductor)等の受光素子であり、入射した像の光を検出することによって撮像を行う。
撮像レンズ部26は、入射した光線を集光するための合焦レンズである。この撮像レンズ部26によって、撮像する像の光線が撮像素子上に集光されるようになっている。
図6は、カメラモジュール50における、撮像レンズ部26のレンズ面に対して垂直な面による断面図である。第1レンズホルダ27及び第2レンズホルダ28は、撮像レンズ部26を挟持するものであり、図6に示すように、撮像レンズ部26の縁部をレンズ面と垂直な方向(以下、光路方向という)から挟むことによって撮像レンズ部26を固定している。より具体的には、第1レンズホルダ27内に撮像レンズ部26が嵌め込まれており、さらに撮像レンズ部26の上から第2レンズホルダ28が嵌め込まれている。そして、第1レンズホルダ及び第2レンズホルダは接着剤等で固定され、一体化している。このようにして、撮像レンズ部26、第1レンズホルダ27、及び第2レンズホルダ28は一体化している。なお、第1レンズホルダ及び第2レンズホルダは、レンズを貫通する光路を塞がないように、光路に相当する部分が中空となっており、その部分からは撮像レンズ部26が露出している。
また、第1レンズホルダ27には、光路方向と平行にガイド穴30が形成されている。このガイド穴30には、カメラ筐体に固定されたガイド軸29が貫通している。これにより、第1レンズホルダ27は、光路方向に摺動可能となっている。
基台21は、カメラ筐体(図示せず)と一体化されるものである。この基台21には、直方体形状の突出部22が設けられている。突出部22の光路方向の長さは、第1レンズホルダの光路方向の長さと略同じになっている。
第1レンズホルダ27は、その光路と平行な側面が突出部22の上面と略平行になるように、突出部22と一定の隙間を介して配置されている。そして、この隙間をまたぐように、突出部22の光路方向奥側(図6の右側)の側面と、第1レンズホルダ27の光路方向奥側の側面とを、コの字形状の駆動装置10が連結している。また突出部22の光路方向手前側(図6の左側)の側面と、第1レンズホルダ27の光路方向手前側の側面とは、同様にして、V字形状の板ばね31により連結されている。
より詳細に説明すると、第1レンズホルダ27の光路方向奥側の側面には、駆動装置10の作用点5が接触している。なお、作用点5の形状としては、例えば、球状、円錐状、多角錐状等の形状が挙げられる。また、駆動装置10の積層圧電素子1の終端部(連結部3が固定されていない方の端部)は、突出部22の光路方向奥側の側面に固定されている。これにより、駆動装置10の作用点5が光路方向に変位できるようになっている。また、第1レンズホルダ27の光路方向手前側の側面には、板ばね31の一端部が接触している。この板ばね31の他端部は突出部22の光路方向手前側の側面に固定されている。これにより、板ばね31は、弾性力により第1レンズホルダ27に対して常に力を加えるようになっている。なお、板ばね31が力を加える方向は、光路方向奥側となっている。
次に、本実施形態に係るカメラモジュールのフォーカス調整動作について説明する。フォーカス調整では、撮像レンズ部26を光路方向(図6の左右方向)に変位させる。
撮像レンズ部26を光路方向手前側に変位させる場合、駆動装置10における伸縮制御部が、積層圧電素子1を収縮させ、積層圧電素子2を伸長させるように、積層圧電素子1・2に電圧を印加する。これにより、駆動装置10の作用点5が、第1レンズホルダ27を光路方向手前側に押圧する。このとき、第1レンズホルダ27はガイド軸29により光路と平行にガイドされるため、第1レンズホルダ27は、光路に沿って光路方向手前側に変位する。また、第1レンズホルダ27は、板ばね31によって光路方向奥側に押圧されているため、駆動装置10の作用点の変位が完了すればその位置に静止する。以上のようにして、第1レンズホルダ27内に固定された撮像レンズ部26が光路方向手前側に変位する。
一方、撮像レンズ部26を光路方向奥側に変位させる場合、駆動装置10における伸縮制御部が、積層圧電素子1を伸長させ、積層圧電素子2を収縮させるように、積層圧電素子1・2に電圧を印加する。これにより、駆動装置10の作用点5が、光路方向奥側、すなわち第1レンズホルダ27から離れる方向に変位する。このとき、板ばね31が第1レンズホルダ27を光路方向奥側に押圧しているため、作用点5の変位に伴って、第1レンズホルダ27も光路方向奥側に変位する。そして、作用点5の変位が完了すれば、第1レンズホルダ27もその位置に静止する。以上のようにして、第1レンズホルダ27内に固定された撮像レンズ部26が光路方向奥側に変位する。
なお、第1レンズホルダ27の移動量(変位量)は、伸縮制御部が印加する電圧によって調節される。すなわち、伸縮制御部が印加する電圧(−Vから+V)に応じて、第1レンズホルダは−2Δdから+2Δdの範囲で変位する。
以上のようにして、第1レンズホルダ27が光路に沿って移動(変位)することにより、これに固定されている撮像レンズ部26の位置が調節され、焦点合わせが行われる。
本実施形態のカメラモジュールは、上述した駆動装置10を用いているため、薄型化が容易である。従って、カメラ付き携帯電話機やコンパクトデジタルカメラ等に搭載するのに適している。
なお、本実施形態のカメラモジュールは、ガイド軸を1つのみ備えていたが、第1レンズホルダ27の光路方向における移動をより安定化させるために、複数のガイド軸を備えていてもよい。
また、板ばね31は、第1レンズホルダ27を作用点5側へ押圧できるものであれば他の部材であってもよい。
また、本実施形態ではデジタルカメラに用いられるカメラモジュールについて説明したが、本発明に係るカメラモジュールはこれに限定されるものではなく、アナログ(銀塩)カメラ装置に用いられるカメラモジュールであってもよい。この場合、カメラモジュールには、撮像素子の代わりにフィルムが備えられる。
次に本発明に係るカメラ装置の一実施形態について説明する。本実施形態のカメラ装置は、いわゆるデジタルカメラであり、上述したのカメラモジュール50と、カメラ筐体、撮像した画像やカメラの視野を表示する画像表示部、画像表示部の代替手段としての光学ファインダー部、電源部等を備えている。本実施形態のカメラ装置は、上述したカメラモジュールを備えているので、薄型化が用意となっている。
なお、本実施形態ではデジタルカメラについて説明したが、本発明のカメラ装置としてはこれに限定されるものではなく、デジタルカメラ、アナログ(銀塩)カメラの何れであってもよく、またスチル(静止画)カメラ、ビデオ(動画)カメラの何れであってもよい。本発明のカメラ装置は、本質的には、少なくとも駆動装置と撮像レンズ部とを備え、撮像する用途に用いられるものであればよい。
〔実施形態2〕
本発明に係る駆動装置の他の実施形態について図7を用いて説明すれば以下の通りである。なお、上述の実施形態1と同じ機能を有する部材については同じ部材番号を付し、その説明を省略する。
本発明に係る駆動装置の他の実施形態について図7を用いて説明すれば以下の通りである。なお、上述の実施形態1と同じ機能を有する部材については同じ部材番号を付し、その説明を省略する。
本実施形態の駆動装置20は、上述した実施形態1の駆動装置10を駆動部として複数備えたものとなっている。より具体的には、本実施形態の駆動装置20は、図7に示すように、2つの駆動装置10(駆動部10a・10b)と、さらに1つの積層圧電素子13と、連結部(追加連結手段)11・12とを備えている。
本実施形態の駆動装置20では、2つのU字形状の駆動部10a・10bが、各積層圧電素子の伸長方向が互いに平行になるように、かつ、駆動部10a・10bの形状の方向性がそれぞれ同じになるように配置され、駆動部10aの終端部の1つと駆動部10bの終端部の1つとが連結部11によって連結されている。さらに、積層圧電素子13が、駆動部10a・10bの積層圧電素子と平行になるように隣接して配置され、駆動部10bの上記とは別の終端部が、連結部12によって積層圧電素子13の一端部と連結されている。
より詳細に説明すると、駆動部10aと駆動部10bとは、伸縮方向が互いに平行になるように、伸縮方向と垂直な方向に並べて配列されており、さらに、同じ方向を向いている。そして、隣接する駆動部10aと駆動部10bとは、連結部11によって連結されている。本実施形態では、連結部11によって連結される箇所は、駆動部10aの積層圧電素子2における終端部と、駆動部10bの積層圧電素子1における終端部とになっている。
また、駆動部10bと隣接して、積層圧電素子13が配置されている。この積層圧電素子13は、その伸縮方向が隣接する駆動部10bの伸縮方向と平行になるように配置されている。そして、駆動部10bの積層圧電素子2における終端部と、積層圧電素子13の一端部とが連結部12によって連結されている。ここで、駆動部10bと積層圧電素子13とは、連結部12に対して同じ側に固定されている。
このように、駆動装置20は、伸長手段としての積層圧電素子と収縮手段としての積層圧電素子とが交互に順次連結されている。このように構成された駆動装置20において、積層圧電素子13における連結部12と反対側の端部は、駆動対象物を変位させるための作用点14として機能する。
この駆動装置20は、駆動部10aの積層圧電素子1の終端部において、基台15上に固定されている。ここで、各駆動部10a・10bや積層圧電素子13が基台15と干渉しないように、駆動装置は、基台15の縁部に固定されている。
また、駆動部10a・10b及び積層圧電素子13の伸縮量は、図示しない伸縮制御部によって制御される。この駆動装置20において、伸縮制御部が駆動部10a・10bの積層圧電素子1と積層圧電素子13とに対して伸長するように電圧Vを印加し、伸縮制御部が駆動部10a・10bの積層圧電素子2に対して収縮するように電圧Vを印加した場合、駆動部10a・10bによる変位量4nΔd(=2×2nΔd)に加えて、積層圧電素子13の変位量nΔdが得られる。すなわち、駆動装置20は、全体として5nΔdの変位を発生させることができる。また、伸縮制御部が各積層圧電素子に対して−Vの電圧を印加した場合、−5nΔdの変位を発生させることができる。
このように、本実施形態の駆動装置20は、3つ以上(具体的には5つ)の積層圧電素子を伸縮方向が互いに略平行になるように配置し、第1の積層圧電素子1の一端を基準となる基台15上に固定し、その他端は隣接する第2の積層圧電素子2の一方の端部と連結部3で連結し、更に第2の積層圧電素子2のもう一方の端部を、第3の積層圧電素子1の端部と別の連結部11で連結する形で、積層圧電素子が順次連結されている。
この駆動装置20に対して、第1の積層圧電素子1には伸びる様に電圧を印加し、第2の積層圧電素子2には縮む様に電圧を印加し、第3の積層圧電素子1には伸びる様に電圧を印加するというように、積層圧電素子を順次伸びる方向と縮む方向とが交互になるように電圧を印加するか、又は、第1の積層圧電素子1には縮む様に電圧を印加し、第2の積層圧電素子2には伸びる様に電圧を印加し、第3の積層圧電素子1には縮む様に電圧を印加するというように、積層圧電素子を順次縮む方向と伸びる方向とが交互になるように電圧を印加することによって、
(積層圧電素子の数)×(2nΔd)
の変位量を得ることができる。
(積層圧電素子の数)×(2nΔd)
の変位量を得ることができる。
ここで、駆動装置全体の厚み(伸縮方向の長さ)は1つの積層圧電素子の厚みと同じであるので、厚みを増加させることなく変位量を増加させることができる。
〔実施形態3〕
本発明に係るカメラモジュールの他の実施形態について図8及び9を用いて説明すれば以下の通りである。なお、上述の実施形態1と同じ機能を有する部材については同じ部材番号を付し、その説明を省略する。
本発明に係るカメラモジュールの他の実施形態について図8及び9を用いて説明すれば以下の通りである。なお、上述の実施形態1と同じ機能を有する部材については同じ部材番号を付し、その説明を省略する。
本実施形態のカメラモジュール60は、手振れ補正機能を有するカメラモジュールであり、実施形態1の駆動装置10が反射手段である45度プリズムを回動させることによって、手振れに応じた光路のズレを補正することができる。
図8は、本実施形態のカメラモジュール60の要部を示す断面図である。カメラモジュール60は、基台40、実施形態1の駆動装置10、45度プリズム(反射手段)45、第1のばね46、第2のばね47、支点48、図示しない撮像素子、及び図9に示す振れ検出部(振れ検出手段)49を備えている。
撮像素子は、上述した実施形態1と同様である。基台40は、基本的には直方体形状となっているが、上面(図8の断面図では左下の辺に相当する面)の一部に、直方体形状の空間(くぼみ)が設けられ、さらに、その直方体状の空間を半分程度覆うように、屋根が設けられた形状となっている。
その屋根の内側(基台40の内部側)には、駆動装置10の積層圧電素子1の終端部が固定されており、積層圧電素子2の作用点5は、屋根の無い領域から、基台40の外側に向かって突出している。これにより、駆動装置10の作用点5は、基台40の上面と垂直な方向に変位できるようになっている。なお、作用点5は、例えば、球状、円錐状、多角錐状等の形状となっている。
基台40の上面の中央部分には、支点48が備えられている。そして、基台40の上面の、支点48と駆動装置10の作用点5との延長線上には、第1のばね46の一端が、基台40の上面に対して垂直になるように固定されている。また、基台40の上面で、支点48に対して第1のばね46と点対称の位置には、第2のばね47の一端が固定されている。つまり、基台47の上面において、支点48は、第1のばね46と第2のばね47との中点にあり、また、作用点5は支点48と第2のばね47とを結ぶ線分上に存在している。また、第2のばね47も、第1のばね46と同様に、基台40の上面に対して垂直に固定されている。
このように各部材が固定された基台40に対して、45度プリズム45が近接して配置されている。45度プリズム45は、その斜面において入射した光を反射させることによって、光路を変更するものである。45度プリズム45の配置についてより詳細に説明すると、45度プリズム45は、その斜面(図8の斜辺に相当)が基台40の上面に対して平行になるように配置されている。また、斜面の上端部分及び下端部分には、それぞれ第1のばね46の他端、第2のばね47の他端が固定される。ここで、第1のばね46及び第2のばね47は、その弾性力により、45度プリズム45が基台40上の支点48及び駆動装置10の作用点5から離れないように、45度プリズム45を基台40側に引っ張っている。これにより、支点48が斜面の中央部分に接触するとともに、駆動装置10の作用点5も斜面に接触している。
振れ検出部49は、手振れ等のカメラの振れ(ゆれ)を検出するためのものであり、カメラモジュール60内での位置は特に限定されない。
このように構成されたカメラモジュールにおいて、駆動装置10の作用点5を変位させると、45度プリズム45が支点48を中心として回動する。より詳細には、斜面上に存在し、支点48を通る直線で、かつ、支点48と作用点5とを通る直線に対して垂直な軸が回転軸となり、この回転軸を中心に45度プリズム45が回動する。
例えば、駆動装置10の作用点5が、基台40から離れる向きに変位した場合、45度プリズム45は、第1のばね46が収縮し、第2のばね47が伸長する方向(図8では時計回り)に回動する。また、駆動装置10の作用点5が、基台40に近づく向きに変位した場合、45度プリズム45は、第1のばね46が伸長し、第2のばね47が収縮する方向(図8では反時計回り)に回動する。
このように、45度プリズム45が回動することによって、光を反射させる斜面の角度が変化する。これにより、プリズムに入射した光の反射角度が変化し、反射後の光路の向きが変化する。
なお、光路の向きは、図9に示すように、振れ検出部49の検出した振れに応じて、駆動装置10の伸縮制御部が駆動装置10の積層圧電素子1・2に適量の電圧を印加し、45度プリズム45を適切な角度だけ回動させることによって調節される。これにより、撮像素子に入射する像の光路が補正され、ブレのない輪郭のはっきりとした像を得ることができる。
このように、本実施形態のカメラモジュール60では、上述した駆動装置を備えているので、駆動部の厚みを増すことなく、また、印加電圧を大きくすることなく、45度プリズム45が大きな回転角度を得ることができる。従って、手振れ補正が可能なデジタルカメラや携帯機器に搭載されるカメラモジュールにおいて、コンパクトで、且つ、駆動電圧を低くできるので、好適に用いることができる。
なお、本実施形態では、45度プリズムの回転軸は1軸のみであってが、2軸以上であってもよい。この場合、駆動装置及びばねを必要に応じてさらに備えればよい。
本実施形態では、撮像素子を備えたデジタルカメラに用いられるカメラモジュールについて説明したが、本発明のカメラモジュールはこれに限定されるものではなく、アナログ方式のカメラに備えられるカメラモジュールであってもよい。
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の駆動装置は、大きな変位量を得ることができ、かつ、薄型化が可能であるので、半導体製造装置用精密位置調整装置(ポジショナー)、インクジェットプリンタ等のインクジェット装置に搭載されるヘッド、カメラにおけるレンズ駆動装置、光ピックアップのアクチュエータ等に好適に利用できる。また、特に、小型化が必要とされるコンパクトデジタルカメラ等に好適である。
1 積層圧電素子(収縮手段、第2の伸縮手段)
2 積層圧電素子(伸長手段、第1の伸縮手段)
3 連結部(連結手段)
7 伸縮制御部(伸縮制御手段)
10・20 駆動装置
11・12 連結部(追加連結手段)
26 撮像レンズ部
45 45度プリズム(反射手段)
49 振れ検出部(振れ検出手段)
50・60 カメラモジュール
2 積層圧電素子(伸長手段、第1の伸縮手段)
3 連結部(連結手段)
7 伸縮制御部(伸縮制御手段)
10・20 駆動装置
11・12 連結部(追加連結手段)
26 撮像レンズ部
45 45度プリズム(反射手段)
49 振れ検出部(振れ検出手段)
50・60 カメラモジュール
Claims (9)
- 少なくとも1次元方向に伸長可能な伸長手段と、
少なくとも1次元方向に収縮可能で、収縮方向が上記伸長手段の伸長方向と略平行で、上記伸長手段と相対するように配置された収縮手段と、
上記伸長手段又は上記収縮手段の一方の伸縮方向における端部で作用点となる端部が、上記伸長手段又は上記収縮手段の他方の伸縮方向における端部と固定される基台に対して、上記伸長手段の伸長時と上記収縮手段の収縮時とで同じ方向に変位するように、上記伸長手段と上記収縮手段とを連結する連結手段とを備えていることを特徴とする駆動装置。 - 少なくとも1次元方向に伸長可能な伸長手段と、
少なくとも1次元方向に収縮可能で、収縮方向が上記伸長手段の伸長方向と略平行で、上記伸長手段と相対するように配置された収縮手段と、
上記伸長手段の伸長方向における2つの端部のうちの上記連結手段によって連結された位置から遠い方の端部が、上記伸長手段の伸長によって上記連結手段から相対的に遠ざかる方向と、上記収縮手段の収縮方向における2つの端部のうちの上記連結手段によって連結された位置から遠い方の端部が、収縮手段の収縮によって上記連結手段へ相対的に近づく方向とが、略反対方向になるように、上記伸長手段と上記収縮手段とを連結する連結手段とを備えていることを特徴とする駆動装置。 - 請求項1又は2に記載の伸長手段、収縮手段、及び連結手段を備えた駆動部を複数と、1つ以上の追加連結手段とを備え、
上記複数の駆動部における伸長方向が互いに平行になるように、かつ、各駆動部の形状の方向性が同じになるように、かつ、隣接する2つの駆動部において一方の駆動部の伸長手段と他方の駆動部の収縮手段とが相対するように、上記複数の駆動部が配置され、
上記複数の駆動部における伸長手段と収縮手段とが、上記追加連結手段によって交互に順次連結されていることを特徴とする駆動装置。 - 上記伸長手段が、伸長及び収縮の何れも可能な第1の伸縮手段であり、
上記収縮手段が、伸長及び収縮の何れも可能な第2の伸縮手段であることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の駆動装置。 - 上記伸縮手段が圧電素子を含んでいることを特徴とする請求項4に記載の駆動装置。
- 上記伸長手段の伸長量及び上記収縮手段の収縮量を制御する伸縮制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の駆動装置。
- フォーカス調整が可能なカメラモジュールであって、
請求項6に記載の駆動装置と、撮像レンズ部とを備え、
上記駆動装置が、上記撮像レンズ部を光路方向に変位させることを特徴とするカメラモジュール。 - カメラモジュールであって、
請求項6に記載の駆動装置と、撮像レンズ部と、上記カメラモジュールの振れを検出する振れ検出手段と、光を反射させる反射手段とを備え、
上記駆動装置が、上記反射手段を回動させるものであり、
上記駆動装置が、上記振れ検出手段によって検出された振れに応じて、上記反射手段を回動させることによって、上記撮像レンズ部に入射する像の光路を補正することを特徴とするカメラモジュール。 - 請求項7又は8に記載のカメラモジュールを備えていることを特徴とするカメラ装置。
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