JP2010072169A - レンズモジュールおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電力印加によって光学素子の位置を進退させる機構において、光学素子の位置を確実に保持できるようにすること。
【解決手段】本発明は、被写体を撮像素子１００に結像するレンズ１０と、電力印加によってレンズホルダ１３を光軸方向に沿って進退移動させるイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１と、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１によるレンズホルダ１３の進退移動において光軸方向に沿った少なくとも２つの位置でレンズホルダ１３を保持する保持部１２とを有するレンズモジュール１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズモジュールおよび電子機器に関し、詳しくは、電力印加によって光学素子を光軸方向に沿って進退移動させる機能を有するレンズモジュールおよびこのレンズモジュールを本体筐体に取り付けた電子機器に関する。

携帯電話等の電子機器に搭載されるカメラには、オートフォーカス（ＡＦ）機能がついていない固定焦点タイプのものがある。このようなカメラでは、標準撮像時の焦点位置とバーコード認識等の接写撮像時の焦点位置とをカム構造等で切り換えるレバーを設置して、手動でレンズホルダを光軸方向に移動させている（例えば、特許文献１〜５参照。）。

このような手動切り替えの場合、接写撮像時にレンズ位置を無限像側に間違えることもあり、これを解決するには複雑な制御システムが必要となっている（例えば、特許文献６参照。）。また、切り替えスイッチが外部に露出しているため防水機能を持たせることが困難であり、実装面でも面積、場所に制限が生じて高精度な実装技術を必要とする（例えば、特許文献７参照。）。

このような手動によるレンズ駆動を電動で行うとともに、携帯電話搭載カメラモジュールの小型化、省電力、低コスト、組立容易性要求を満足させる次世代アクチュエータとしてイオン伝導ポリマーアクチュエータがある（例えば、特許文献８参照。）。

イオン伝導ポリマーアクチュエータとは、陽イオンに交換した含水状態の陽イオン交換膜と、このイオン交換膜の両面に接合した電極とから構成される。もしくは、含水状態のイオン交換膜と、このイオン交換膜の両面に接合した電極と、イオン交換膜と電極を被覆するポリマー材料とから構成される。動作としては、イオン交換膜に電位差をかけることにより陽イオン交換膜またはポリマー材料被覆に湾曲および変形が生じ、アクチュエータとしての動作をするものである。

近年、携帯電話などのモバイル搭載用カメラモジュールにこのイオン伝導ポリマーアクチュエータを用いレンズホルダを駆動させる機構またはカメラモジュールが提案されている（例えば、特許文献９〜１２参照。）。

特開２００６−２７６２００号公報 特開２００６−０３９４８０号公報 特開２００５−３５２２８７号公報 特開２００５−３００６０６号公報 特開２００５−１５７２９０号公報 特開２００８−０７２４６５号公報 特開２００７−０７４５８３号公報 特許第２７６８８６９号明細書 特開２００６−３０１２０２号公報 特開２００７−２０６３６２号公報 特開２００７−１３９８６２号公報 特開２００７−０９７２５９号公報

しかし、イオン伝導ポリマーアクチュエータ等の圧電素子を用いたレンズ駆動では、レンズ位置を固定するためにイオン電動ポリマーアクチュエータに電力を印加し続ける必要がある。このため、長時間電力印加を続けると、電荷漏れなどによるアクチュエータの形状保持力不安定性によって位置を保持するのが困難となる。

本発明は、電力印加によって光学素子の位置を進退させる機構において、光学素子の位置を確実に保持できる技術の提供を目的とする。

本発明は、被写体を撮像素子に結像する光学素子と、電力印加によって光学素子を光軸方向に沿って進退移動させる駆動部と、駆動部による光学素子の進退移動において光軸方向に沿った少なくとも２つの位置で光学素子を保持する保持部とを有するレンズモジュールである。

このような本発明では、駆動部に電力印加することで光学素子を光軸方向に沿って進退移動させる。この際、保持部によって光学素子の光軸方向に沿った位置を保持する。すなわち、保持部は、光学素子を光軸方向に沿った少なくとも２つの位置で保持する。このため、駆動部への電力印加を解除しても、光学素子の位置を保持できるようになる。

ここで、保持部による光学素子の保持力は、駆動部への電力印加が行われた際の駆動力より弱く、駆動部への電力印加が解除された際の駆動部の復元力よりも強くなっている。これにより、駆動部へ電力印加した際には保持部による保持力に打ち勝って光学素子の位置を移動でき、電力印加を解除した際には保持部によって光学素子の位置を保持できるようになる。

駆動部は、印加される電圧の極性の変化によって変位方向が制御される圧電素子を有している。したがって、印加電圧の極性の制御によって光学素子の移動方向を制御できるようになる。

駆動部は、印加される印加される電圧の極性の変化によって変位方向が制御される圧電素子を有する。圧電素子としては、例えば、イオン電動ポリマーやバイモルフ型圧電素子が挙げられる。

また、保持部は、進退移動する光学素子の外周もしくは光学素子のホルダの外周に設けられる突起と、光学素子もしくはホルダを内装する筐体の内周の前記突起と対向する位置に設けられる少なくとも２つの凹部とから構成される。

また、本発明は、駆動部に設けられる穴に光学素子もしくは光学素子のホルダがインサート成形によって取り付けられているものでもある。また、本発明は、この駆動部に与える電力を制御する制御部を有するものである。

また、本発明は、被写体を撮像素子に結像する光学素子と、電力印加によって光学素子を光軸方向に沿って進退移動させる駆動部と、駆動部による光学素子の進退移動において光軸方向に沿った少なくとも２つの位置で光学素子を保持する保持部とを有するレンズモジュールと、レンズモジュールが取り付けられる本体筐体と、本体筐体に設けられ、レンズモジュールの駆動部に電力を与えるための指示を受け付ける入力部とを有する電子機器である。

このような本発明では、入力部によって指示を受け付けると、その指示に応じてレンズモジュールの駆動部に電力が与えられ、光学素子を進退移動させることができる。この際、保持部によって光学素子の光軸方向に沿った少なくとも２つの位置を保持できるようになる。保持部によって光学素子の位置が保持されていると、駆動部への電力印加を解除しても光学素子の位置は確実に維持される。

本発明によれば、電力印加によって光学素子の位置を進退させる機構において、電力印加を解除しても光学素子の位置を確実に保持することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態とする）について説明する。本実施形態では、レンズモジュールについて携帯端末機搭載用の電動焦点切り替え型カメラモジュールに適用した例を挙げて説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．レンズモジュールの構成
２．保持部の実施例
３．イオン伝導ポリマーアクチュエータの他の例
４．他の実施形態
５．実施形態の効果
６．電子機器の例

＜１．レンズモジュールの構成＞
[部品構成]
図１は、本実施形態に係るレンズモジュールの構成例を説明する分解斜視図である。本実施形態に係るレンズモジュール１は、被写体を撮像素子１００に結像するレンズ（光学素子）１０と、電力印加によってレンズを光軸方向に沿って進退移動させるイオン伝導ポリマーアクチュエータ（駆動部）１１と、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１によるレンズ１０の進退移動において光軸方向に沿った少なくとも２つの位置でレンズ１０を保持する保持部１２とを備えている。

本実施形態では駆動部としてイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１を用いる例を説明するが、駆動部は圧電素子であればよく、例えばバイモルフ型圧電素子等、他の圧電素子を用いてもよい。

レンズモジュール１は、筐体５０内に組み込まれている。筐体５０の前側には前カバー６０が設けられ、後ろ側には撮像素子１００を実装した基板７０が取り付けられている。

[前カバー]
前カバー６０は、電気的なグラウンドの機能、レンズモジュール１の内部保護および機械強度を持たせるため、導電性のステンレス銅(Sus)類、その他の材料で成形されている。なお、前記機能を有するのであれば材料を限定するものではない。

また、前カバー５０の天面は、携帯電話等の電子機器に搭載する際、外部から見える部分となる。したがって、外光の反射を抑制するため、表面に黒メッキ処理等を施しておくことが望ましい。なお、前記機能を有するのであれば表面処理方法や色を限定するものではない。

［レンズホルダ］
レンズ１０は、レンズホルダ１３によって保持されている。レンズホルダ１３は、レンズ１０のほか、必要に応じて、鏡、プリズム、回折格子、ビームスプリッタ、ＩＲカットフィルタ、ＮＤフィルタ、液体レンズ、形状可変ミラー、光学特性可変フィルム、偏光フィルム、偏光板、複屈折板等の光学素子を内部に有する。

レンズホルダ１３は、例えば金型成型により樹脂、その他の材料で成型されている。なお、レンズホルダ１３としての機能を有するものであればその材料や成型方法を限定するものではない。また、レンズホルダ１３内に収納する光学素子の光応答波長域は電波から高エネルギー光子すべての電磁波を対象とする。

レンズホルダ１３は光学素子と別体に設けられていても、レンズ１０等の光学素子と一体に設けられていてもよい。また、レンズ自体にホルダの役目を持たせるようにしてもよい。本実施形態では、レンズホルダ１３が光学素子と別体、一体、もしくはレンズ自体がホルダの役目を持つものを含め、レンズホルダ１３が有るものとして説明する。

［イオン伝導ポリマーアクチュエータ］
駆動部の一例であるイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１は、電力印加によってレンズホルダ１３を光軸方向に沿って進退移動させるものである。イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の略中央には穴が形成され、この穴にレンズホルダ１３が例えばインサート成形によって取り付けられている。インサート成形以外では、嵌合や接着剤による固定が挙げられる。

［イオン伝導ポリマーアクチュエータの構成］
ここで、レンズホルダ１３の駆動源となるイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の形状について説明する。図２は、イオン伝導ポリマーアクチュエータを片方の電極側から見た正面図である。イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１は平面視矩形となっており、四隅には筐体装着時に筐体側のピンと嵌合する穴１１ａが設けられている。これにより、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１を筐体に装着した際、回転止め等の位置決め、および外枠の固定が成される。なお、穴１１ａの形状や個数、寸法、形成位置はこれに限定されるものではない。

また、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の外枠の形状は四角で角部分には面取りが施されている。この形状は、筐体形状に対し装着を容易にするための形状であり、装着領域の形状によっては円状、多角形でも良く、寸法を規定するものではない。

イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１のレンズホルダとの接触部となる円形の切り抜き１１ｂには、インサート成型によりレンズホルダ内に埋め込まれる領域、もしくはレンズホルダとの接合に接着材を用いる場合にのりしろとなる領域が設けられている。この領域は、図中破線で示されている。なお、この領域内には接合強度を上げるため円状、多角形の切り抜き加工がされていても良い。

図３は、イオン伝導ポリマーアクチュエータを片方の電極側から見た正面図である。この形状はレンズホルダが装着される部分以外に切抜き１１ｃを設けることで、切抜きがない図２に示す構造に比べてイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の柔軟性を向上させる効果とストロークを長くできる効果とを得られる。また、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の柔軟性を向上させる効果とストロークを長くする効果を有すれば、切抜き１１ｃの数、位置、形状は図３に示すものに限定されない。

イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の中心部内枠の切り抜き形状は、レンズホルダを組み込むためのものである。この切り抜き１１ｂの形状は、レンズホルダの外形の形状に対応させて接合を容易にするための形状であり、接合領域の形状によっては三角形、四角形、多角形でも良く形状、詳細寸法を限定するものではない。

イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の厚みは、レンズホルダを駆動するのに必要な推力によって設定される。この形状において電圧が印加された場合、平行平板なイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１は、図４に示すような形状、すなわち、電圧の極性によって中央部が凸形状または凹形状に変形する。したがって、筐体に固定されたイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の外枠が支点、レンズホルダと接合された内枠が作用点となってレンズホルダすなわちレンズを光軸方向に直線運動させる。

［保持部］
図１に示すように、レンズホルダ１３の外周面には突起１２１が設けられている。この突起１２１は、筐体５０の内面に形成される少なくとも２つの凹部１２２と対向する位置に設けられ、例えば円形のレンズホルダ１３の外周面における中心角１２０°の間隔で３つ設けられている。このレンズホルダ１３の突起１２１と筐体５０の凹部１２２とによって保持部１２が構成される。

この保持部１２の機構により、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１により駆動されたレンズホルダ１３は、光軸方向に沿った特定の位置に保持される。これによって、レンズ１０の焦点位置が高精度で再現性よく誘導されるとともに、光軸方向に対しその姿勢が長時間保たれることになる。

具体的には、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１によってレンズホルダ１３が光軸方向に沿って進退移動する際、レンズホルダ１３の突起１２１が筐体５０の凹部１２２に入り込み、これによってレンズホルダ１３の位置が保持される。つまり、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１に電圧が印加されると、その変形量に応じてレンズホルダ１３が光軸方向に沿って移動し、レンズホルダ１３の突起１２１が筐体５０の２つの凹部１２２の間の凸部を乗り越えて隣接の凹部１２２へ入り込む。

ここで、保持部１２によるレンズホルダ（光学素子を含む）１３の保持力は、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１への電力印加が行われた際の駆動力より弱く、電力印加が解除された際のイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の復元力よりも強くなっている。これにより、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１へ電力印加した際には保持部１２による保持力に打ち勝ってレンズホルダ１３の位置を移動でき、電力印加を解除した際には保持部１２によってレンズホルダ１３の位置を保持できるようになる。

本実施形態では、レンズホルダ１３に突起１２１、筐体５０に凹部１２２を形成して保持部１２を構成しているが、レンズホルダ１３に凹部、筐体５０に突起を設けてもよい。また、本実施形態では、保持部１２を構成する突起１２１および凹部１２２がレンズホルダ１３の外周面および筐体５０の内面の３箇所に形成されているが、レンズホルダ１３を特定の位置に高精度で再現性よく誘導し、光軸方向に対しその姿勢を長時間保てるものであれば、その数や形成箇所を限定するものではない。

［筐体］
図５は、筐体にレンズホルダを装着した状態を光入射方向から見た上面図である。筐体５０には、イオン伝導ポリマーアクチュエータと接する位置に電力供給するための端子Ｔがインサート成型されている。この端子Ｔは、筐体５０の側壁を介して下端部まで導通し、基板７０（図１参照）を取り付けた際に基板の端子と接触できるようになっている。図５に示す例では、一辺を挟む両角に端子Ｔが形成されているが、電力供給機能を有すれば設置位置、端子形状、材料は限定されるものではない。

また、図示していないが必要時、電気的にグラウンド機能を持たせた端子を追加しても良い。筐体５０の内部の四隅にはイオン伝導ポリマーアクチュエータに形成された四隅の穴と接合し、イオン伝導ポリマーアクチュエータを固定すること、および回転することを防ぐためのピンＰが設けられている。このピンＰは、イオン伝導ポリマーアクチュエータを固定することと、回転することを防ぐ機能を有すればその数、形状、寸法を特定するものではなく、各ピンの形状、寸法が限定されるものではない。

[撮像素子]
図１に示すように、撮像素子１００は、光電変換フォトダイオード、光電変換フォトコンダクターのいずれかを用いたデバイスあり、光電変換機能を有するものであればその電荷伝送方式や電気信号処理機能の有無を限定するものではない。撮像素子１００には光子応答型撮像素子以外に熱応答型撮像素子を用いても良い。また撮像素子１００の光応答波長域は電波から高エネルギー光子すべての電磁波を対象とし、可視光に限定するものではない。また、撮像素子１００の配線層にはアクチュエータ印加電圧極性を切り替える回路（制御部）を有することが望ましい。制御部は、撮像素子１００に内蔵される場合のほか、別回路として基板７０上に実装されていてもよい。

[基板]
基板７０は、撮像素子１００や電気信号処理に必要なコンデンサ、抵抗、メモリ、トランジスタ、アクチュエータ印加電圧極性切り替えドライバ等が実装されていることが望ましい。基板７０の裏面には、外部インタフェースであるフレキシブル基板やソケットとの接続のためのパッドが形成されている。接続機能を有するのであればパッドの数や個々の形状は限定されるものではない。また、外部とのインタフェースとなるフレキシブル基板が基板７０と一体化されていても良い。

撮像素子１００と基板７０とは接着材等で結合されており、電荷転送経路機能を有するボンディングワイヤによって配線されていたり、パッド等を介したフェースダウンボンディングによって電気的な接続が行われている。

［組立手順］
図６は、レンズモジュールの組立完成図であり、内部の主要部分の断面が分かるように一部破断して示したものである。以下、図６および図１によって組立手順を説明する。先ず、レンズホルダ１３の段差部分にイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１が接するようにインサート成型を行う。接着材にて接合する場合は、レンズホルダ１３の段差部分に接着材を塗布し、内径をレンズホルダ１３の径が小さい部分にあわせて加工したイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１を装着し、接着剤を硬化させる。

次に、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１が接合されたレンズホルダ１３を筐体５０に組み込む。組み込みは、先ず、レンズホルダ１３の外周に形成された突起１２１と、筐体５０の内壁に形成された凹凸構造が干渉しないように位相をずらした状態で押し込む。この時、外枠が四角く形成されたイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の四隅が筐体５０の枠部と干渉することになるが、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１は柔軟性があるため問題になることはない。

レンズホルダ１３の外周に形成された突起１２１が筐体５０の内壁に形成された凹凸構造に到達したら、レンズホルダ１３を回転させ、レンズホルダ１３の突起１２１が筐体５０の凹凸構造の凹部１２２に入り込むよう位相を合わせる。同時にイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の四隅に設けた穴１１ａに筐体５０に形成されているピンＰを嵌め込む。その後、四隅のピンＰと穴１１ａとを接着材で固定する。

次に、前カバー６０を筐体５０にかぶせ、接着材等の固定手段によって筐体と接合させる。その後、撮像素子１００が実装された基板７０を筐体５０の底に取り付ける。この際、撮像素子１００とレンズ１０の光軸との位置合わせは、画像を確認しながらＸ，Ｙ，Ｚ位置関係を調整することが望ましい。なお、筐体５０もしくは基板７０に特定の印を設けることで、機械的な精度による位置合わせを行ってもよい。

筐体５０の下端には電力供給端子Ｔ’がインサート成型されている。電力供給端子Ｔ’は、筐体５０内を通る配線を介して筐体５０の内部段差表面の端子Ｔ（図５参照）と導通している。イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１が筐体５０に装着されることで、この端子Ｔとイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の端子とが接触し、筐体５０の下端にある電力供給端子Ｔ’との導通を得ることができる。筐体５０にインサート成型されている電力供給端子Ｔ’と基板７０の端子との間は、はんだ接続もしくは導電性接着剤により接合されることが望ましいが、導電機能を有するのであればその接合方法を制限するものではない。

［イオン伝導ポリマーアクチュエータの駆動回路］
図７は、イオン伝導ポリマーアクチュエータの駆動回路を説明する図である。電源Ｖｄｄとアースとの間に４つのＦＥＴ（Field Effect Transistor）９１、９２、１０１、１０２が接続されている。この４つのＦＥＴのうち、２つのＦＥＴ９１、１０１はイオン伝導ポリマーアクチュエータに対して電源側、他の２つのＦＥＴ９２、１０２はイオン伝導ポリマーアクチュエータに対してアース側になるよう並列に接続されている。

［駆動動作］
レンズホルダ１３の位置を移動させる場合、ユーザはソフトウェアやハードウェアによる入力手段によってその旨を指示する。入力手段で受け付けた指示は、例えば撮像素子１００に内蔵された制御部に送られる。制御部は、この指示に基づき各ＦＥＴへの通電を制御する。

例えば、レンズホルダ１３が無限焦点位置にあるとし、これを接写焦点位置に駆動させたいとした場合、ユーザによるその旨（以下、「接写モード」と言う。）の指示を入力手段で受け付ける。入力手段で受け付けた指示は、例えば撮像素子１００に内蔵された制御部に送られる。制御部は、この指示に基づき各ＦＥＴへの通電を制御する。

接写モードへの移行指示の場合、制御部は、ＦＥＴ９１、９２をＯＮ、ＦＥＴ１０１、１０２をＯＦＦにするよう電源制御し、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１に図４のような変位を発生させる。これにより、レンズホルダ１３は接写焦点位置に移動することとなる。

次に、ユーザが接写焦点位置にあるレンズホルダ１３を無限焦点位置に駆動させたい場合、ユーザによるその旨（以下、「通常モード」と言う。）の指示を入力手段で受け付ける。入力手段で受け付けた指示は、例えば撮像素子１００に内蔵された制御部に送られる。制御部は、この指示に基づき各ＦＥＴへの通電を制御する。

通常モードへの移行指示の場合、制御部は、ＦＥＴ１０１、１０２をＯＮ、ＦＥＴ９１、９２をＯＦＦにするよう電源制御する。これは接写モードへの移行の際とは逆の極性電圧の印加となり、イオン伝導ポリマーアクチュエータには図４とは上下逆さにした形状の変位が生じる。これにより、レンズホルダは無限焦点位置に移動することとなる。

なお、上記のような制御部によるＦＥＴの駆動は、レンズホルダ１３がいずれの位置にあっても関係なく行うことができる。例えば、通常モードへの移行指示があった際、既にレンズホルダ１３が通常モードの位置に保持されていても、通常モードへ移行する際に行うＦＥＴの駆動を行う。反対に、接写モードへの移行指示があった際、既にレンズホルダ１３が接写モードの位置に保持されていても、接写モードへ移行する際に行うＦＥＴの駆動を行う。これにより、現在のレンズホルダが位置を検出して制御を行う手間を省くことができる。

［保持部の動作］
図８は、保持部の動作を説明する模式断面図で、（ａ）は通常モードで保持されている状態、（ｂ）は接写モードで保持されている状態を示している。先に説明した駆動動作によって、制御部が通常モードへの制御を行うと、レンズホルダ１３はイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の駆動によって図８（ａ）に示す位置に移動する。この状態では、レンズホルダ１３の突起１２１が筐体５０の２つの凹部１２２のうち下側の凹部１２２に入り込み、その位置でレンズホルダ１３が保持される。レンズホルダ１３が保持されている状態でイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１への電力印加を解除しても、その復元力より保持部１２での保持力が勝っていることから、レンズホルダ１３はそのままの位置で保持される。

制御部が接写モードへの制御を行うと、レンズホルダ１３はイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の駆動によって図８（ｂ）に示す位置に移動する。レンズホルダ１３が通常モードでの位置から接写モードでの位置へ移動する際、レンズホルダ１３の突起１２１が筐体５０の下側の凹部１２２から凸部を乗り越えて上側の凹部１２２に入り込むことになる。つまり、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１に電力が印加された際のレンズホルダ１３にかかる駆動力は、保持部１２の保持力より勝っており、レンズホルダ１３の位置が切り替わることになる。なお、一旦レンズホルダ１３が保持されると、この状態でイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１への電力印加を解除しても、その復元力より保持部１２での保持力が勝っていることから、レンズホルダ１３はそのままの位置で保持されることになる。

＜２．保持部の実施例＞
図９〜図１３は、保持部の構成例を説明する部分断面図である。これらの保持部の構造は、レンズホルダを特定位置に誘導し位置保持を安定させるものであれば筐体部とレンズホルダ部の構造を入れ替えて形成されても良い。

図９は、保持部１２を構成する筐体５０の内壁の凹部１２２（凹凸）を金型成型により形成した例である。図では、筐体５０の内壁の凹部１２２間の凸形状およびレンズホルダ１３側の突起１２１の尖端が円筒状に形成されているが、レンズホルダ１３の保持力および駆動力最適化のために、その形状は多角形、自由曲線で形成されても良く、詳細寸法を限定するものではない。

図１０は、保持部１２を構成する筐体５０の内壁の凹凸部に板バネ１２３を用いた例である。山型の板バネ１２３を用いることで、板バネ１２３の山を境とした両側に凹部１２２が構成され、この凹部１２２にレンズホルダ１３側の突起１２２が入り込むことになる。図では、筐体５０の内壁に設置された板バネ１２３の中心部の凸形状およびレンズホルダ１３側の突起１２１の尖端が円筒状に形成されているが、レンズホルダ１３の保持力および駆動力最適化のために、その形状は多角形、自由曲線で形成されてもよい。また、板バネ１２３のテンションや詳細寸法を限定するものではない。

図１１は、筐体５０の内壁に磁石１２４を用いて保持部１２を構成した例である。図では筐体５０の内壁に設置された４つの磁石１２４の極性が上から（＋）→（−）→（＋）→（−）の順に形成され、レンズホルダ１３には２つの磁石１２５の極性が上から（−）→（＋）の順に形成される。レンズホルダ１３が保持される位置では筐体５０内壁側の磁石１２４の磁性とレンズホルダ１３側の磁石１２５の磁性とが相反する極性となって吸着力が働く。一方、保持される位置の間では筐体５０内壁側の磁石１２４の磁性とレンズホルダ１３側の磁石１３５の磁性とが同じ極性となって反発力が働くことになる。なお、これら磁石１２４、１２５の極性は逆順になっていても良い。また、レンズホルダ１３の保持力および駆動力最適化のためにその形状、磁石１２４、１２５の種類、磁力、詳細寸法を限定するものではない。

図１２は、筐体５０の内壁の凹凸部に弾性を持つエラストマーを用い保持部１２を形成した例である。筐体５０の内壁に設置されたエラストマーで形成された突起物１２６が、レンズホルダ１３側に形成された突起１２１と常に干渉し、筐体５０の内壁の突起物１２６がどちらかに押されるようになる。この際、エラストマーの弾性により定位置に戻ろうとする復元力でレンズホルダ１３が特定位置に保持される構造になっている。この時、レンズホルダ１３の保持力および駆動力最適化のためにその突起物１２６および突起１２１の先端部形状、エラストマー材料、詳細寸法を限定するものではない。

図１３は、筐体５０の内壁の凹凸部にスプリングプローブ１２７を用いて保持部１２を形成した例である。筐体５０の内壁に設置されたスプリングプローブ１２７は、スプリング１２８の付勢力によって外側に突出しており、レンズホルダ１３の移動時に側面と直行方向に引っ込む。そして、レンズホルダ１３の突起１２１が通過後に押し出されることでレンズホルダ１３の位置を保持させる構造となっている。この時、レンズホルダ１３の保持力および駆動力最適化のためにスプリングプローブ１２７の先端部形状、スプリング１２８のバネ力、形状詳細寸法を限定するものではない。

＜３．イオン伝導ポリマーアクチュエータの他の例＞
次に、イオン伝導ポリマーアクチュエータの他の例について説明する。図１４は、他の例に係るイオン伝導ポリマーアクチュエータを片方の電極側から見た正面図である。イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１は平面視矩形となっており、四隅には筐体装着時に筐体側のピンと嵌合する穴１１ａが設けられている。これにより、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１を筐体に装着した際、回転止め等の位置決め、および外枠の固定が成される。なお、穴１１ａの形状や個数、寸法、形成位置はこれに限定されるものではない。

イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の外枠の形状は四角で角部分には面取りが施されている。この形状は、筐体形状に対し装着を容易にするための形状であり、装着領域の形状によっては円状、多角形でも良く、寸法を限定するものではない。

イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１のレンズホルダとの接触部となる円形の切り抜き１１ｂには、インサート成型によりレンズホルダ内に埋め込まれる領域、もしくはレンズホルダとの接合に接着材を用いる場合にのりしろとなる領域が設けられている。この領域は、図中破線で示されている。なお、この領域内には接合強度を上げるため円状、多角形の切り抜き加工がされても良い（図３参照）。

また、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１には、中心の円形の切り抜き以外の部分に渦巻状のアームが形成されるよう切り抜き１１ｄが施されている。この渦巻状のアームによりイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１に電圧が印加され、図４のような変位が生じた場合に、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の中心部にはトルクが発生し回転運動をしながらの上下変位が行われる。この時、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の中心部に固定されたレンズホルダも同時に回転運動をしながら上下変位することとなる。

イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の中心部内枠の切り抜き１１ａｂ形状は、レンズホルダを組み込むためのものである。この切り抜き１１ｂの形状は、レンズホルダの外形の形状に対応させて接合を容易にするための形状であり、接合領域の形状によっては三角形、四角形、多角形でも良く形状、詳細寸法を限定するものではない。

イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の厚みは、レンズホルダを駆動するのに必要な推力によって設定される。この形状において電圧が印加された場合、平行平板なイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１は、図４に示すような形状、すなわち、電圧の極性によって中央部が凸形状または凹形状に変形する。したがって、筐体に固定されたイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の外枠が支点、レンズホルダと接合された内枠が作用点としてレンズホルダすなわちレンズを光軸中心に回転および光軸方向に直線移動させる。

このイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１を用いることで、レンズホルダは光軸中心に回転するとともに光軸方向に直線移動する。このため、レンズホルダの外周に設けられる保持部をなす突起が入り込む筐体の凹部は、図１５に示すようになる。図１５は、他の例に係るイオン伝導ポリマーアクチュエータを用いた場合の凹部を説明する正面図である。すなわち、レンズホルダの位置を保持するための上下の凹部１２２には傾斜のある通路１２２ａが設けられている。レンズホルダ外周に形成された突起１２１は回転運動をしながらこの通路１２２ａに沿って上下の凹部１２２間を移動することになる。

傾斜のある通路１２２ａの両脇には、先に説明した各種実施例による凹部１２２が設けられ、レンズホルダに対して保持力を持たせるとともに、上下方向のストロークの調整が行われる。このような機構によって、イオン伝導ポリマーアクチュエータにより駆動されたレンズホルダは、特定の焦点位置に高精度で再現性よく誘導され、光軸方向に対しその姿勢が長時間保たれることになる。

なお、本例では、レンズホルダ１３に突起１２１、筐体５０に凹部１２２および傾斜通路１２２ａが形成されている構成を示したが、レンズホルダ１３に凹部および傾斜通路、筐体５０に突起が形成されている構成でもよい。また、本例では、傾斜通路１２２ａの両脇に図９〜図１３で示す保持部がレンズホルダの外周および筐体の内壁に３箇所形成されることを前提としているが、レンズホルダを特定の焦点位置に高精度で再現性よく誘導し光軸方向に対しその姿勢を長時間保つ機能であれば、その数や形成箇所を特定するものではない。

＜４．他の実施形態＞
図１６、図１７は、筐体側面に形成された保持部の構造の応用例を説明する図である。図１６は、保持部による保持位置を多段階にした例である。すなわち、イオン伝導ポリマーアクチュエータ１１の駆動のストロークに合わせて、凹部１２２を例えば３つ設ける。これにより、レンズホルダ１３の突起１２１を３つの凹部１２２のいずれかに入れることで、レンズホルダ１３の保持位置が３つの凹部１２２に合わせた多段階に設定される。すなわち、レンズの焦点位置を３焦点位置に切り替えることができるようになる。

なお、ここではレンズホルダ１３の保持位置を３段階に設定する例に挙げたが、必要に応じたさらに多くの凹部１２２を設け、多段階に設定できるようにしてもよい。また、保持部１２の構造は、図１６に示す構造に限定されず、図９〜図１３に挙げたいずれの構造を用いてもよい。

図１７は、保持部およびイオン伝導ポリマーアクチュエータを二重構造に設けた例である。この構造では、外側のレンズホルダ１３−１と内側のレンズホルダ１３−２とが設けられ、外側のレンズホルダ１３−１を外側のイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１−１で駆動し、内側のレンズホルダ１３−２を内側のイオン伝導ポリマーアクチュエータ２１−２で駆動している。

すなわち、外側のイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１−１は筐体５０と外側のレンズホルダ１３−１との間に設けられている。また、内側のイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１−２は、外側のレンズホルダ１３−１の内壁と内側のレンズホルダ１３−２との間に設けられている。

したがって、外側のイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１−１で外側のレンズホルダ１３−１を駆動すると、外側のレンズホルダ１３−１とともに内側のレンズホルダ１３−２も光軸方向に沿って進退移動することになる。一方、内側のイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１−２で内側のレンズホルダ１３−２を駆動すると、内側のレンズホルダ１３−２のみが光軸方向に沿って進退移動することになる。つまり、外側のイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１−１によってレンズ全体を駆動し、内側のイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１−２によって一部のレンズを駆動することになる。

また、外側のレンズホルダ１３−１の外周に設けられる突起１２１と筐体５０の内壁に設けられる凹部１２２とで外側の保持部１２−１が構成される。さらに、内側のレンズホルダ１３−２の外周に設けられる突起１２１と外側のレンズホルダ１３−１の内壁に設けられる凹部１２２とで内側の保持部１２−２が構成される。外側の保持部１２−１では、外側のレンズホルダ１３−１の位置を凹部１２２の位置および数によって段階的に保持し、内側の保持部１２−２では、内側のレンズホルダ１３−２の位置を凹部１２２の位置および数によって段階的に保持する。

ここで、内側のイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１−２の推力および内側の保持部１２−２の保持力に対し、外側のイオン伝導ポリマーアクチュエータ１１−１の推力および外側の保持部１２−１の保持力を格段に強く、もしくは弱く形成しておく。

このような二重構造によって、外側および内側のレンズホルダ１３−１、１３−２の移動が可能となり、例えば、通常モードと接写モードとの切り替えのほか、レンズの倍率切替え機構を持たせるようにすることができる。つまり、外側のレンズホルダ１３−１の移動はレンズ全体の移動となるため、通常モードと接写モードとの切り替えに用いる。一方、内側のレンズホルダ１３−２の移動はレンズ全体の中の一部のレンズの移動となるため、この一部のレンズの移動によって倍率の切り替え用に用いる。なお、保持部１２−１、１２−２の構造は、図１７に示す構造に限定されず、図９〜図１３に挙げたいずれの構造を用いてもよい。

＜５．実施形態の効果＞
従来のレンズモジュールでは、スプリング、板バネなどを利用し、通常モードの焦点位置もしくは接写モードの焦点位置にレンズホルダを光軸に沿って押し当てておき、その力に逆らう方向にイオン伝導ポリマーアクチュエータを用いて駆動させている。この場合、バネ力に逆らう側の焦点位置にレンズホルダを維持させるには、イオン伝導ポリマーアクチュエータに電力を印加し続けなくてはならず、消費電力の増加につながる。さらに長時間バネ力に逆らう側の焦点位置にレンズホルダを維持させる場合、電荷漏れなどによるアクチュエータの形状保持力の不安定性により、バネ力とアクチュエータの推力間で釣り合いがとれず、レンズホルダを一定位置に維持できない。

例えば、バネ力でレンズホルダを無限焦点位置固定しておき、接写焦点位置にする場合はイオン伝導ポリマーアクチュエータによってレンズホルダ位置を保持する構成では、被写界焦点深度の浅い接写モードで画像の焦点が定まりにくい。このため、接写で多いバーコードの認識ができない、もしくは焦点が合ったと判断した画像をキャプチャしたつもりでも、焦点合わせ不良（いわゆる、ピンボケ）の画像が得られてしまうという現象が起きる。

本実施形態では、このようなレンズホルダ駆動消費電力および位置保持問題を解決することができる。さらに、本実施形態では、通常モードもしく接写モード選択時にモード選択指示（例えば、モード選択クロック）と連動してレンズホルダを駆動することで、レンズホルダ位置と選択されたモードとの矛盾を無くすことができる。

具体的には、次のような実施効果を得ることができる。
（１）モード切り替え時のみイオン伝導ポリマーアクチュエータへ電力印加すればよいので、駆動に必要な消費電力を従来に比べて少なくすることが可能となる。
（２）駆動源はイオン伝導ポリマーアクチュエータやバイモルフ圧電素子等の圧電素子から成るアクチュエータ１個のみで済ませることが可能となる。
（３）レンズホルダの位置は保持部によってメカニカルに決めることができ、従来に比べ、位置再現性、安定性を高めることが可能となる。
（４）従来構造より簡素化でき、小型化および組立が有利となる。
（５）レンズ移動のためのガイド軸を必要としない。
（６）レンズ位置に関係なく通常モード、接写モードの切り替えに必要な指示（レンズ駆動クロック）は、それぞれ１パターンで良い。すなわち、手動のように通常モードでバーコード読取りを行うミスもしくはそれを回避するための工夫が必要ない。

＜６．電子機器の例＞
図１８は、本実施形態のレンズモジュールを適用した電子機器の例である携帯電話機を説明する図である。携帯電話機１０００は、本体筐体１００１にディスプレイ１００２、ダイヤルキー（図示せず）、マイク（図示せず）、スピーカ（図示せず）を備えるとともに、内部に通信回路を含めた各種回路が設けられたものである。ディスプレイ１００２は、正面および背面の両方に設けられていたり、正面のみに設けられていたりする。また、ダイヤルキーは、ハードウェアキーのほか、ディスプレイ１００２に表示されるソフトウェアキーの場合もある。

近年では、カメラ機能を搭載しているものも多く、図１８に示す例では本体筐体１００１にレンズ開口１００３が設けられ、内部にレンズモジュール１を備えたものとなっている。レンズ開口１００３の近傍には、通常モードと接写モードとの切り替えを行うためのスライドスイッチ１００４が設けられている。スライドスイッチ１００４の動作に連動して、レンズモジュール１のレンズの位置が光軸方向に沿って進退移動し、通常モードと接写モードとで焦点位置の切り替えを行っている。

この携帯電話機１０００のカメラ機能には、本実施形態のレンズモジュール１が適用されている。したがって、スライドスイッチ１００４の切り替えに応じて制御部がレンズモジュール１のイオン伝導ポリマーアクチュエータへ所定の極性の電圧を与えるよう駆動回路を制御する。

本実施形態のレンズモジュール１を用いることで、スライドスイッチ１００４の動作を電気的な信号として制御部に伝え、レンズの位置を切り替えることができる。つまり、スライドスイッチ１００４の動作を機械的な機構でレンズに伝えることなくレンズ位置を切り替えられるため、機構の簡素化を図ることができる。また、スライドスイッチ１００４からレンズまで伝達する機械的な機構が不要となることから、本体筐体１００１の防水性を高めることもできる。

本実施形態では、本体筐体１００１に設けられたスライドスイッチ１００４によって通常モードと接写モードとの切り替えを行っているが、ソフトウェア処理によって切り替えを行うようにしてもよい。すなわち、通常モードと接写モードとの切り替えを受け付けるソフトウェアを実行し、ディスプレイ１００２の指示ボタンをダイヤルキー等で選択するようにする。この選択をソフトウェア処理で受け付けて、イオン伝導ポリマーアクチュエータの制御部に指示を与え、制御部から駆動回路を制御する。これにより、スライドスイッチ１００４が不要となり、部品点数を少なくできるとともに、スライドスイッチ１００４を設ける本体筐体１００１の穴が不要となって更なる防水性を向上させることができる。

なお、本実施形態のレンズモジュール１は、携帯電話機１０００以外の電子機器であっても適用可能である。

本実施形態に係るレンズモジュールの構成例を説明する分解斜視図である。 イオン伝導ポリマーアクチュエータを片方の電極側から見た正面図である。 イオン伝導ポリマーアクチュエータを片方の電極側から見た正面図である。 イオン伝導ポリマーアクチュエータの変形状態を説明する図である。 筐体にレンズホルダを装着した状態を光入射方向から見た上面図である。 レンズモジュールの組立完成図である。 イオン伝導ポリマーアクチュエータの駆動回路を説明する図である。 保持部の動作を説明する模式断面図である。 保持部の構成例を説明する部分断面図（その１）である。 保持部の構成例を説明する部分断面図（その２）である。 保持部の構成例を説明する部分断面図（その３）である。 保持部の構成例を説明する部分断面図（その４）である。 保持部の構成例を説明する部分断面図（その５）である。 他の例に係るイオン伝導ポリマーアクチュエータを片方の電極側から見た正面図である。 凹部を説明する正面図である。 保持部による保持位置を多段階にした例を示す部分断面図である。 保持部およびイオン伝導ポリマーアクチュエータを二重構造に設けた例を示す部分断面図である。 本実施形態のレンズモジュールを適用した電子機器の例である携帯電話機を説明する図である。

符号の説明

１…レンズモジュール、１０…レンズ、１１…イオン伝導ポリマーアクチュエータ、１２…保持部、１３…レンズホルダ、５０…筐体、６０…前カバー、７０…基板、１００…撮像素子

Claims (7)

1. 被写体を撮像素子に結像する光学素子と、
   電力印加によって前記光学素子を光軸方向に沿って進退移動させる駆動部と、
   前記駆動部による前記光学素子の進退移動において光軸方向に沿った少なくとも２つの位置で前記光学素子を保持する保持部と
   を有するレンズモジュール。
2. 前記保持部による前記光学素子の保持力は、前記駆動部への電力印加が行われた際の駆動力より弱く、前記駆動部への電力印加が解除された際の前記駆動部の復元力より強い
   請求項１記載のレンズモジュール。
3. 前記駆動部は、印加される電圧の極性の変化によって変位方向が制御される圧電素子を有する
   請求項１または２記載のレンズモジュール。
4. 前記保持部は、進退移動する前記光学素子の外周もしくは前記光学素子のホルダの外周に設けられる突起と、前記光学素子もしくは前記ホルダを内装する筐体の内周の前記突起と対向する位置に設けられる少なくとも２つの凹部とから構成される
   請求項１から３のうちいずれか１項に記載のレンズモジュール。
5. 前記駆動部に設けられる穴に前記光学素子もしくは前記光学素子のホルダがインサート成形によって取り付けられている
   請求項１から３のうちいずれか１項に記載のレンズモジュール。
6. 外部からの指示に応じて前記駆動部に与える電力を制御する制御部を有する
   請求項１から５のうちいずれか１項に記載のレンズモジュール。
7. 被写体を撮像素子に結像する光学素子と、電力印加によって前記光学素子を光軸方向に沿って進退移動させる駆動部と、前記駆動部による前記光学素子の進退移動において光軸方向に沿った少なくとも２つの位置で前記光学素子を保持する保持部とを有するレンズモジュールと、
   前記レンズモジュールが取り付けられる本体筐体と、
   前記本体筐体に設けられ、前記レンズモジュールの前記駆動部に電力を与えるための指示を受け付ける入力部と
   を有する電子機器。

Images