JP2006262637A

JP2006262637A - 静電アクチュエータ及びそれを用いた撮像装置

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Publication number: JP2006262637A
Application number: JP2005077073A
Authority: JP
Inventors: Toshikatsu Akiba; 敏克秋葉; Akihiro Koga; 章浩古賀; Takaya Matsuda; 享也松田; Futoshi Ishii; 太石井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-28
Also published as: US20060209427A1

Abstract

【課題】振動、落下などの衝撃を容易に緩和することが可能な耐衝撃性能に優れた静電アクチュエータ及びそれを用いた撮像装置の提供。
【解決手段】固定子枠４１と、この固定子枠４１に取付けられる多相固定子電極をパターニングした駆動用電極基板４２と、この駆動用電極基４２に対向して前記固定子枠４１に取付けられる固定子電極がパターニングされた固定子電極基板４３と、前記駆動用電極基板４２と前記固定子電極基板４３との間を移動可能に設けられる複数の可動子５０，６０と、これら複数の可動子５０，６０の少なくとも一方の外形から突出して取付けられるとともに、該可動子内にレンズ５４，６４を保持するホルダ手段５５，６５とを有することを特徴とする静電アクチュエータ及びそれを用いた撮像装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、小型携帯カメラの自動焦点調整機能やズーム機能を実現する駆動機構に用いられる静電アクチュエータ及びそれを用いた撮像装置に関する。

近年、携帯電話等のモバイル機器に自動焦点調整機能やズーム機能を有する撮像装置を組み込むことが検討されている。このような撮像装置ではレンズを駆動することで、ピントを調節して最終的にセンサに結像させる。このようにレンズを光軸方向に駆動する駆動源として、静電アクチュエータが用いられる場合がある（特許文献１、特許文献２参照）。

静電アクチュエータは、例えば、中空の固定子枠と、この固定子枠内部の一の面に配置され、可動子を所定方向に駆動するための多相固定子電極をパターニングした電極基板と、それに対向する他の面に配置され、可動子を上記多相固定子電極から引き離すような吸引力を発生する固定子電極をパターンニングした電極基板と、両電極基板間に挿入され上記多相固定子電極に対応した凹凸状の可動子電極を加工した可動子とを備えた構造を有する。

上記固定子電極と可動子の間に電圧を印加することにより、固定子電極と可動子間に静電力を発生させて、可動子を吸引させて駆動力を発生させる。撮像装置の静電アクチュエータとして使用する場合は、可動子にレンズを配置して多相固定子電極への印加順序を工夫することで、吸引力をレンズ推進力に変換している。

このような構造の静電アクチュエータでは、駆動電圧の印加を停止すると可動子への吸引作用がなくなるため、可動子が自由に動き回ることが可能になる。そのときに振動、落下などの衝撃が加わると、可動子はその加速度で空間を移動して、例えばセンサ面にある光学フィルタや固定レンズに衝突し、光学部品に損傷を与える可能性があった。
特開２００１−３４６３８５公報特開２００２−１９９７４７公報

上記したように、従来の静電アクチュエータでは、駆動電圧の印加停止時に、振動、落下などの衝撃で可動子が空間を移動し、例えばセンサ面にある光学フィルタや固定レンズに衝突し、光学部品に損傷を与える可能性があった。

そこで、本発明では、振動、落下などの衝撃を容易に緩和することが可能な耐衝撃性能に優れた静電アクチュエータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、固定子枠と、この固定子枠に取付けられる多相固定子電極をパターニングした駆動用電極基板と、この駆動用電極基板に対向して前記固定子枠に取付けられる固定子電極がパターニングされた固定子電極基板と、前記駆動用電極基板と前記固定子電極基板との間を移動可能に設けられる可動子と、この可動子の外形から突出して取付けられるとともに、該可動子内にレンズを保持するホルダ手段とを有することを特徴とする静電アクチュエータを提供する。

また、本発明では、固定子枠と、この固定子枠に取付けられる多相固定子電極をパターニングした駆動用電極基板と、この駆動用電極基板に対向して前記固定子枠に取付けられる固定子電極がパターニングされた固定子電極基板と、前記駆動用電極基板と前記固定子電極基板との間を移動可能に設けられる複数の可動子と、これら複数の可動子の少なくとも一の外形から突出して取付けられるとともに、該可動子内にレンズを保持するホルダ手段とを有することを特徴とする静電アクチュエータを併せて提供する。

更に本発明では、上記静電アクチュエータと前記レンズによって結像された被写体の像を検出するための撮像素子部と、を有することを特徴とする撮像装置を提供する。

本願発明によれば、振動、落下などの衝撃を容易に緩和することが可能な耐衝撃性能に優れた静電アクチュエータ及びそれを用いた撮像装置を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施形態に係る静電アクチュエータを用いた撮像装置１０を一部切欠して示す斜視図、図２は同撮像装置１０を示す分解斜視図、図３はズームレンズユニット（静電アクチュエータ）３０の概略を示す模式図、図４は本実施形態に係る静電アクチュエータの可動子構造の概略を示す模式図である。これらの図中矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する三方向を示しており、特に矢印Ｘは固定子枠の貫通部の貫通方向、すなわち第１及び第２の可動子５０、６０の移動方向（所定方向）であり、可動子５０、６０にそれぞれ保持されているレンズ５４、６４の光軸方向に相当する。また、本実施形態の説明において、図１に示すＺの矢印方向を仮に上方向として説明する。

撮像装置１０は、ズームレンズユニット３０に設けられたレンズ５４、６４によって結像された被写体の像を検出する。撮像装置１０は、撮像素子部２０と、ズームレンズユニット３０とを備えている。撮像素子部２０は、基板２１と、この基板２１上に配置されたＣＣＤ等のセンサ２２及び制御用の電子部品２３とを備えている。電子部品２３には、駆動制御回路２４が組み込まれている。

ズームレンズユニット３０は、筒状のカバー３１と、固定子４０と、第１の可動子５０と、第２の可動子６０とを備えている。第１の可動子５０、第２の可動子６０は、互いに離間して光軸方向Ｘに沿って移動可能に固定子枠４１内に挿入されている。

固定子４０は、貫通部を有する中空の直方体形状の枠体である固定子枠４１を備えている。この固定子枠４１は、上方内面４１ａおよび下方内面４１ｂを有している。上方内面４１ａには、第１の可動子５０、第２の可動子６０を駆動するための多相固定子電極をパターニングした駆動用電極基板４２が取付けられている。さらに、下方内面４１ｂには、可動子５０、６０を多相固定子電極から引き離すような吸引力を発生する固定子電極がパターニングされた固定子電極基板４３が取付けられている。なお、固定子電極は、可動子５０、６０をその位置に保持するための保持用電極の役割も兼ねている。

駆動用電極基板４２は、絶縁性材料基板表面に所望の電極形状をパターニングして形成され、図３に示すように移動方向Ｘに対して直交するＹ方向に延伸する複数の電極群からなる駆動用電極４２ａ〜４２ｄが並列されている。絶縁性材料基板には、例えばガラス板や、表面に熱酸化膜が形成されたシリコンウェーハ、アラミドやガラスエポキシなどのプリント配線板用の絶縁基板を用いることができる。なお、各電極の幅は数μｍから数十μｍ程度、各電極間の間隔は数μｍから数十μｍ程度であり、各電極は、一定のピッチで配列されている。ここで一定のピッチとは、加工の際に生じる加工誤差を含んでいる。

駆動用電極４２ａ〜４２ｄは、電子部品２３の駆動制御回路２４に接続され、駆動制御回路２４からの制御電圧信号が入力されて駆動される。すなわち、電圧信号は、各グループの駆動用電極４２ａ〜４２ｄに独立して印加される。例えば、駆動用電極４２ａに電圧が印加される場合には、駆動用電極基板４２上の全ての駆動用電極４２ａに対応する電極に電圧信号が印加される。ここで駆動用電極４２ａはチャンネル１（ｃｈ１）、駆動用電極４２ｂはチャンネル２（ｃｈ２）、駆動用電極４２ｃはチャンネル３（ｃｈ３）、駆動用電極４２ｄはチャンネル４（ｃｈ４）に該当する。

固定子電極基板４３は、絶縁性材料基板表面に所望の電極形状をパターニングして形成され、図３に示すように第１の可動子５０の第１可動子電極５３に対応するストライプ電極４３ａ（第１の固定子電極）と、第２の可動子６０の第２可動子電極６３（後述）に対応するストライプ電極４３ｂ（第２の固定子電極）が貫通方向に沿って並行に形成されている。絶縁性材料基板には、例えばガラス板や、表面に熱酸化膜が形成されたシリコンウェーハ、アラミドやガラスエポキシなどのプリント配線板用の絶縁基板を用いることができる。ここで第２可動子用ストライプ電極４３ｂはチャンネル５（ｃｈ５）、第１可動子用ストライプ電極４３ａはチャンネル６（ｃｈ６）に該当する。また、これらストライプ電極４３ａ、４３ｂは、第１及び第２の可動子５０、６０を独立して制御されるように電気的に独立して配置される。

第１の可動子５０は、中空部を有する導電材料で形成された略直方体の支持体５１を備えている。支持体５１は、例えば導電性材料を物理的な研削により、または化学的なエッチングにより形成することができる。また、導電性樹脂を射出成型して成型して形成することもできる。この支持体５１の上面には可動子側駆動用電極５２が形成され、下面には第１可動子電極５３が形成されている。さらに、中空部には後述するホルダ５５を介してレンズ５４が固定されている。

可動子側駆動用電極５２は、第１の可動子５０の移動方向Ｘに直交するように突起状の複数のストライプが延出され、移動方向Ｘに対して並列した凹凸部が形成されている。その間隔は例えば３２μｍ程度であり、凸部の高さは凹部の底面から高さ１０μｍ程度を有している。この高さは最低１０μｍあればよく、それ以上深くても構わない。可動子側駆動用電極５２の凸の幅は、駆動用電極基板４２ａ〜４２ｄのピッチの略倍に等しく、また、可動子側駆動用電極５２の凹の底面は、駆動用電極基板４２ａ〜４２ｄのピッチの略倍と等しい幅を有している。例えば、駆動用電極基板４２に表面に熱酸化膜が形成されたシリコンウェーハを用いる場合、可動子側駆動用電極５２の凹或いは凸は、ほぼ６４μｍのピッチで配列されている。

第１可動子電極５３は、第１の可動子５０の移動方向Ｘに沿って延出され、Ｙ方向に並列するようにエッチングにより突起状の複数のストライプが形成されている。ここで第１可動子電極５３はチャンネル７（ｃｈ７）に該当する。

第２の可動子６０は、中空部を有する導電材料で形成された略直方体の支持体６１を備えている。支持体６１は、例えば導電性材料を物理的な研削により、または化学的なエッチングにより形成することができる。また、導電性樹脂を射出成型して成型して形成することもできる。この支持体６１の上面には可動子側駆動用電極６２が形成され、下面には第２可動子電極６３が形成されている。さらに、中空部には後述するホルダ６５を介してレンズ６４が固定されている。

可動子側駆動用電極６２は、第２の可動子６０の移動方向Ｘに直交するようにエッチングにより突起状の複数のストライプが延出され、移動方向Ｘに対して並列した凹凸部が形成されている。その間隔は例えば３２μｍ程度であり、凸部の高さは凹部の底面から高さ１０μｍ程度を有している。この高さは最低１０μｍあればよく、それ以上深くても構わない。可動子側駆動用電極６２の凸の幅は、駆動用電極基板４２ａ〜４２ｄのピッチの略倍に等しく、また、可動子側駆動用電極６２の凹の底面は、駆動用電極基板４２ａ〜４２ｄのピッチの略倍と等しい幅を有している。例えば、駆動用電極基板４２に表面に熱酸化膜が形成されたシリコンウェーハを用いる場合、可動子側駆動用電極６２の凹或いは凸は、ほぼ６４μｍのピッチで配列されている。

第２可動子電極６３は、第１の可動子５０の移動方向Ｘに沿って延出され、Ｙ方向に並列するようにエッチングにより突起状の複数のストライプが形成されている。ここで第２可動子電極６３はチャンネル８（ｃｈ８）に該当する。

上述した第１の可動子５０のレンズ５４及び第２の可動子６０のレンズ６４の配置が変えられることによって両者で構成されるレンズ系は、ワイド及びテレ間でズームされ、また被写体に対してピントが合わせられる。

なお、本実施形態では、ズームレンズユニットを例に説明したが、本発明は、可動子が１つ配置された自動焦点調整機能を有するレンズユニットや、可動子を３つ以上備えたズームレンズユニットにも適用が可能である。可動子が１つ配置された自動焦点調整機能を有するレンズユニットでは、固定子枠４１の下方内面４１ｂには、可動子５０を多相固定子電極から引き離すような吸引力を発生する固定子電極をパターンニングした固定子電極基板４３が取付けられる。

このように構成された撮像装置１０は、次のようにして第１及び第２の可動子５０、６０の駆動が行われる。

第１の可動子５０は、駆動用電極４２ａ〜４２ｄと可動子側電極５２の間に、またストライプ電極４３ａと第１可動子電極５３との間に電位差を設ける。すると駆動用電極４２ａ〜４２ｄと可動子側電極５２の間に、またストライプ電極４３ａと第１可動子電極５３との間に静電気力により吸引方向の力が生じる。公知の手順（例えば特開２００４−１２６００９号公報段落００３７乃至００４９）にて、電位差を設ける駆動用電極４２ａ〜４２ｄ、ストライプ電極４３ａを切り替えることにより、第１の可動子５０の位置を移動させることができる。

一方、第２の可動子６０は、駆動用電極４２ａ〜４２ｄと可動子側電極６２の間に、またストライプ電極４３ｂと第２可動子電極６３との間に電位差を設ける。すると駆動用電極４２ａ〜４２ｄと可動子側電極６２の間に、またストライプ電極４３ｂと第２可動子電極６３との間に静電気力により吸引方向の力が生じる。第１の可動子５０と同様、公知の手順にて、電位差を設ける駆動用電極４２ａ〜４２ｄ、ストライプ電極４３ｂを切り替えることにより、第２の可動子６０の位置を移動させることができる。

また、第１の可動子５０を保持する場合、ストライプ電極４３ａと第１可動子電極５３との間に電位差を設ける。ストライプ電極４３ａと第１可動子電極５３との間に静電気力により吸引方向の力が生じ、第１の可動子５０を保持することができる。第２の可動子６０を保持する場合、第１の可動子５０と同様にストライプ電極４３ｂと第２可動子電極６３との間に電位差を設ける。

上述した静電アクチュエータにおいて、本実施形態にかかる可動子５０，６０は、例えば図３，４に示すように、光軸方向(移動方向)と交差する可動子端面から突出するようなホルダ５５、６５を設け、それを介してレンズ５４，６４をそれぞれ保持する。駆動力を向上させるためには、可動子５０、６０を加工精度のよい金属で構成することが必要である。しかし、その場合、振動や落下などによる衝撃で他の部品を損傷させる可能性がある。そこで、ホルダ５５、６５の材質として、例えば、ウレタンやゴムのような金属よりも柔らかい材料を用いることにより、可動子の衝突時の衝撃を吸収する構造とすることができる。また、レンズ５４、６４を挿入する際に圧入することも可能となり、レンズ光軸中心の組立誤差を低減することも可能となる。

また、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、可動子５０、６０の側面方向に関してもホルダ５５，６５が突出するように構成すると、側面方向の衝撃緩衝材になるとともに、固定子枠４１とのガイドレールとして使用することも可能となり、固定子枠構造を簡素化できる。

このように、可動子５０、６０の外形から突出するように設けられた金属よりも柔らかい材質のホルダ５５、６５によりレンズ５４、６４を保持する構成により、振動や落下などの衝撃を容易に緩和することが可能な耐衝撃性能に優れた静電アクチュエータを提供することが可能となる。

次に、本発明にかかる静電アクチュエータの可動子構造の変形例について説明するが、これらの実施形態は上記した撮像装置１０に使用されることは言うまでもない。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る静電アクチュエータの可動子構造の概略を示す模式図である。なお、ここでは上記した第１の実施形態における可動子５０の変形例を示すが、かかる構成は可動子６０に適用しても良い。

本実施形態では、可動子５０の内面に対し、空間７０を介してホルダ５５を配置している。かかる構成によれば、レンズ５４を圧入した際にホルダ５５が変形することがあっても、可動子５０本体への影響を低減することができ、可動子形状精度を確保することが可能となる。

図６は、本発明の第３の実施形態に係る静電アクチュエータの可動子構造の概略を示す模式図である。なお、ここでは上記した第１の実施形態における可動子５０の変形例を示すが、かかる構成は可動子６０に適用しても良い。

図６に示すように、側面突起部７１は、ホルダ５５の端面から突出した部分を、単に側面方向に伸ばしただけの構成でも問題はない。かかる構成でも第1の実施形態と同様の作用効果が得られる。

図７は、本発明の第４の実施形態に係る静電アクチュエータの可動子構造の概略を示す模式図である。なお、ここでは上記した第１の実施形態における可動子５０の変形例を示すが、かかる構成は可動子６０に適用しても良い。

図７に示すように、ホルダ部にホルダ突起７２を設けて、別部品となる端面保持部材７３にホルダ突起７２を嵌合させてホルダ５５を構成し、可動子１に挿入した後に、端面保持部材７３の一部を側面に沿って折り曲げることによりホルダ５５を可動子５０に固定する。その折り曲げた部分に側面突起部７４となる緩衝部材を配置してもよい。かかる構成により、第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。本実施形態では、端面保持部材７３を金属で加工できるために、保持位置の形状精度をより高くすることができる。

図８は、本発明の第５の実施形態に係る静電アクチュエータの可動子構造の概略を示す模式図である。なお、ここでは上記した第１の実施形態における可動子５０の変形例を示すが、かかる構成は可動子６０に適用しても良い。

図８に示すように、本実施形態は、上記した第４の実施形態において端面保持部材７３の一部を側面に沿って折り曲げた部分を波板形状に加工することにより、波型突起部７５を設けたものである。かかる構成のよれば、波型突起部７５が衝突時に変形することで、衝撃を吸収する構造となる。したがって、上記した第４の実施形態で設けた側面突起部７４をあえて設ける必要がなくなり、製造工程の省略、部材数の低減などコストダウンが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る静電アクチュエータを用いた撮像装置を一部切欠して示す斜視図。同撮像装置を示す分解斜視図。ズームレンズユニット（静電アクチュエータ）の概略を示す模式図本実施形態に係る静電アクチュエータの可動子構造の概略を示す模式図。本発明の第２の実施形態に係る静電アクチュエータの可動子構造の概略を示す模式図。本発明の第３の実施形態に係る静電アクチュエータの可動子構造の概略を示す模式図。本発明の第４の実施形態に係る静電アクチュエータの可動子構造の概略を示す模式図。本発明の第５の実施形態に係る静電アクチュエータの可動子構造の概略を示す模式図。

符号の説明

１０撮像装置
２０撮像素子部
２１基板
２２センサ
２３電子部品
２４駆動制御回路
３０ズームレンズユニット
３１カバー
４０固定子
４１固定子枠
４１ａ上方内面
４１ｂ下方内面
４２駆動用電極基板
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ駆動用電極
４３固定子電極基板
４３ａ、４３ｂストライプ電極
５０第１の可動子
５１，６１支持体
５２，６２可動子側駆動用電極
５３，６３第１可動子電極
５４，６４レンズ
５５，６５ホルダ（ホルダ手段）
６０第２の可動子

Claims

固定子枠と、この固定子枠に取付けられる多相固定子電極をパターニングした駆動用電極基板と、この駆動用電極基板に対向して前記固定子枠に取付けられる固定子電極がパターニングされた固定子電極基板と、前記駆動用電極基板と前記固定子電極基板との間を移動可能に設けられる可動子と、この可動子の外形から突出して取付けられるとともに、該可動子内にレンズを保持するホルダ手段とを有することを特徴とする静電アクチュエータ。
固定子枠と、この固定子枠に取付けられる多相固定子電極をパターニングした駆動用電極基板と、この駆動用電極基板に対向して前記固定子枠に取付けられる固定子電極がパターニングされた固定子電極基板と、前記駆動用電極基板と前記固定子電極基板との間を移動可能に設けられる複数の可動子と、これら複数の可動子の少なくとも一の外形から突出して取付けられるとともに、該可動子内にレンズを保持するホルダ手段とを有することを特徴とする静電アクチュエータ。
前記固定子電極は、前記可動子をその位置に保持するための保持用電極を兼ねることを特徴とする請求項２記載の静電アクチュエータ。
前記レンズは、前記ホルダ手段に圧入されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の静電アクチュエータ。
前記ホルダ手段は、前記可動子の内面に対し空間を介して配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の静電アクチュエータ。
前記ホルダ手段は、前記可動子の移動方向と交差する端面から突出するとともに、更に前記可動子の側面からも突出する構造を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の静電アクチュエータ。
前記ホルダ手段は、金属よりも柔らかい材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の静電アクチュエータ。
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の静電アクチュエータと、前記レンズによって結像された被写体の像を検出するための撮像素子部と、を有することを特徴とする撮像装置。