JP2010074502A - Drive unit and imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レンズを駆動させる駆動技術に関する。 The present invention relates to a driving technique for driving a lens.
近年、マイクロカメラユニット(Micro Camera Unit:MCU)を搭載することによって、撮影機能が付加された小型の電子機器(例えば携帯電話)が急速に普及している。これに伴い、MCUとして用いられるカメラモジュールは、更なる小型化が望まれている。 2. Description of the Related Art In recent years, small electronic devices (for example, mobile phones) to which a photographing function is added by mounting a micro camera unit (MCU) are rapidly spreading. Accordingly, further miniaturization of the camera module used as the MCU is desired.
従来のカメラモジュールにおいては、レンズを支持するレンズバレルおよびレンズホルダ、赤外線(IR)カットフィルタを支持するホルダ、基板、並びに撮像素子および光学素子からなる積層体を保持する筐体、このような積層体を封止する樹脂などが必要とされている。このため、上記多数の部品の小型化を図り、各部品を精度良く組み合わせてカメラモジュールを作製することは困難となっていた。 In a conventional camera module, a lens barrel and a lens holder that support a lens, a holder that supports an infrared (IR) cut filter, a substrate, and a casing that holds a laminate including an imaging element and an optical element, such a stack Resins that seal the body are required. For this reason, it has been difficult to produce a camera module by miniaturizing a large number of components and combining the components with high accuracy.
このような問題に対して特許文献1では、基板と、多数の撮像素子が形成された半導体シートと、多数の撮像レンズが形成されたレンズアレイシートとを樹脂層を介して貼り付けて積層部材を形成し、当該積層部材をダイシングして、個々のカメラモジュールを完成させる技術が提案されている。
With respect to such a problem, in
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、撮像素子を含む層、およびレンズを含む層(レンズ層)等の機能層をウエハ状態で(ウエハレベルで)積層させてカメラモジュールを形成するため、例えば、オートフォーカスまたはズーム等のためにレンズ層を駆動させる場合など、被駆動体としての機能層を駆動させる駆動機構を構成することが困難となっている。
However, in the technique described in
そこで、本発明は、ウエハレベルで作製される被駆動体を駆動させることが可能な技術を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of driving a driven body manufactured at a wafer level.
上記の課題を解決するため、請求項1の発明は、駆動装置であって、ウエハレベルで作製され、固定部に対して駆動される被駆動体と、前記固定部に対して変位する第1変位部を有する第1駆動層と、前記固定部に対して変位する第2変位部を有する第2駆動層とを備え、前記被駆動体は、前記第1変位部と前記第2変位部とで挟持される。
In order to solve the above-described problems, the invention of
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る駆動装置において、前記第1駆動層は、前記固定部から延伸された自由端を有し、当該自由端において生じた駆動変位を前記第1変位部に伝える第1梁部を含み、前記第2駆動層は、前記固定部から延伸された自由端を有し、当該自由端において生じた駆動変位を前記第2変位部に伝える第2梁部を含み、前記第1梁部と前記第2梁部と前記被駆動体とは、平行リンク機構を構成する。 According to a second aspect of the present invention, in the drive device according to the first aspect of the invention, the first drive layer has a free end extended from the fixed portion, and the drive displacement generated at the free end is The second drive layer includes a first beam portion that transmits to the first displacement portion, and the second drive layer has a free end that extends from the fixed portion, and a second displacement portion that transmits the drive displacement generated at the free end to the second displacement portion. The first beam portion, the second beam portion, and the driven body constitute a parallel link mechanism including two beam portions.
また、請求項3の発明は、請求項2の発明に係る駆動装置において、前記第1梁部および前記第2梁部は、通電により力学的変形を生じるとともに、力学的に変形すると所定の電気的特性を現す電気力学素子を有し、前記所定の電気的特性は、前記被駆動体の位置検出に用いられる。 According to a third aspect of the present invention, in the drive device according to the second aspect of the present invention, the first beam portion and the second beam portion are subjected to mechanical deformation when energized, and when a mechanical deformation occurs, a predetermined electric power is generated. The predetermined electrical characteristics are used for detecting the position of the driven body.
また、請求項4の発明は、請求項3の発明に係る駆動装置において、前記第1梁部および前記第2梁部は、それぞれ一主面および他主面を有する板状の部材であり、前記第1梁部は、当該第1梁部の前記一主面において前記電気力学素子を有し、前記第2梁部は、当該第2梁部の前記他主面において前記電気力学素子を有し、前記第1梁部の前記電気力学素子へ通電させるか、或いは前記第2梁部の前記電気力学素子へ通電させるかは、前記被駆動体の駆動方向に応じて切り替えられる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the drive device according to the third aspect of the invention, the first beam portion and the second beam portion are plate-like members having one main surface and another main surface, respectively. The first beam portion has the electrodynamic element on the one main surface of the first beam portion, and the second beam portion has the electrodynamic element on the other main surface of the second beam portion. Then, whether the electrodynamic element of the first beam portion is energized or the electrodynamic element of the second beam portion is switched according to the driving direction of the driven body.
また、請求項5の発明は、請求項2から請求項4のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記第1梁部と前記第1変位部とは、弾性変形可能な第1接続部材によって接続され、前記第2梁部と前記第2変位部とは、弾性変形可能な第2接続部材によって接続される。 According to a fifth aspect of the present invention, in the drive device according to any of the second to fourth aspects, the first beam portion and the first displacement portion are elastically deformable by a first connection member. The second beam part and the second displacement part are connected by a second connection member that is elastically deformable.
また、請求項6の発明は、請求項3から請求項5のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記電気力学素子は、形状記憶合金の薄膜を含んでいる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the drive device according to any of the third to fifth aspects, the electrodynamic element includes a thin film of a shape memory alloy.
また、請求項7の発明は、請求項3から請求項5のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記電気力学素子は、圧電素子の薄膜を含んでいる。 According to a seventh aspect of the present invention, in the driving device according to any of the third to fifth aspects, the electrodynamic element includes a thin film of a piezoelectric element.
また、請求項8の発明は、請求項1から請求項7のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記被駆動体は、レンズ層である。 According to an eighth aspect of the present invention, in the drive device according to any one of the first to seventh aspects, the driven body is a lens layer.
また、請求項9の発明は、撮像装置であって、請求項1から請求項8のいずれかの発明に係る駆動装置を備える。 A ninth aspect of the present invention is an imaging apparatus, and includes the drive device according to any one of the first to eighth aspects of the present invention.
請求項1から請求項9に記載の発明によれば、ウエハレベルで作製される被駆動体を駆動させることができる。 According to the first to ninth aspects of the invention, the driven body manufactured at the wafer level can be driven.
また特に、請求項2に記載の発明によれば、被駆動体の安定した移動を確保することができる。 In particular, according to the second aspect of the present invention, stable movement of the driven body can be ensured.
また特に、請求項3に記載の発明によれば、新たなセンサを設けることなく駆動変位を検出することが可能になる。 In particular, according to the third aspect of the invention, it is possible to detect the drive displacement without providing a new sensor.
また特に、請求項4に記載の発明によれば、被駆動体の駆動変位を大きくすることが可能になる。 In particular, according to the fourth aspect of the present invention, the drive displacement of the driven body can be increased.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<1.第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係るカメラモジュール500Aを搭載した携帯電話機100の概略構成を示す模式図である。なお、図1および図1以降の図では方位関係を明確化するために、XYZの相互に直交する3軸が適宜付されている。
<1. First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
図1に示されるように、携帯電話機100は、折り畳み式の携帯電話機として構成され、第1の筐体200と、第2の筐体300と、ヒンジ部400とを有している。
As shown in FIG. 1, the
第1の筐体200および第2の筐体300は、それぞれ板状の直方体であり、各種電子部材を格納する筐体としての役割を有している。具体的には、第1の筐体200は、カメラモジュール500Aおよび表示ディスプレイ(不図示)を有し、第2の筐体300は、携帯電話機100を電気的に制御する制御部とボタン等の操作部材(不図示)とを有している。
Each of the
ヒンジ部400は、第1の筐体200と第2の筐体300とを回動可能に接続している。これにより、携帯電話機100は、折り畳み可能となっている。
The
図2は、携帯電話機100のうち第1の筐体200に着目した断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the
図1および図2に示されるように、カメラモジュール500Aは、XY断面のサイズが約5mm四方であり、厚さ(Z方向の奥行き)が約3mm程度である小型の撮像装置、所謂マイクロカメラユニット(MCU)となっている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
以下、カメラモジュール500Aの構成等について説明する。
Hereinafter, the configuration and the like of the
<カメラモジュールの構成>
図3は、カメラモジュール500Aの断面模式図であり、図4は、カメラモジュール500Aの分解斜視図である。
<Configuration of camera module>
3 is a schematic cross-sectional view of the
図3および図4に示されるように、カメラモジュール500Aは、撮影光学系としてのレンズ層16を駆動する駆動機構KBと、被写体像に関する撮影画像を取得する撮像部PBとを有している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
撮像部PBは、例えば、COMSセンサまたはCCDセンサなどの撮像素子111を有する撮像素子層11と、撮像素子ホルダ層12と、赤外カットフィルタ層13とをこの順序で積層した構成を有している。被写界からの光(被写体光)は、撮影光学系としてのレンズ層16および赤外カットフィルタ層13を順に通過して、撮像素子層11の撮像素子111に到達する。
The imaging unit PB has a configuration in which, for example, an
撮像部PBとカバー19との間には、いずれもウエハ状態で(ウエハレベルで)作製される、レンズ層16、レンズ層16を保持するとともにレンズ層16を駆動する第1アクチュエータ層(第1駆動層)15および第2アクチュエータ層(第2駆動層)17、撮像部PBと第1アクチュエータ層15との間に介挿され被駆動体(ここでは、レンズ層16)の駆動空間を確保する第1スペーサー14、並びに第2アクチュエータ層17とカバー19との間に介挿され被駆動体の駆動空間を確保する第2スペーサー18が格納されている。撮像部PBとカバー19との間に格納される各機能層は互いに協働して、レンズ層16を駆動させる駆動機構KBを構成する。
Between the imaging unit PB and the
具体的には、カメラモジュール500Aでは、撮像部PBおよび撮像部PBに接合される第1スペーサー14、並びにカバー19およびカバー19に接合される第2スペーサー18は、いずれもレンズ層16に対する固定部となる。
Specifically, in the camera module 500 </ b> A, the
そして、レンズ層16は、固定部に結合された第1アクチュエータ層15および第2アクチュエータ層17によって挟持される。
The
より詳細には、レンズ層16の一主面側(−Z側)における撮像部PBとレンズ層16との間には、第1アクチュエータ層15が介挿される。また、レンズ層16の他主面側(+Z側)におけるカバー19とレンズ層16との間には、第2アクチュエータ層17が介挿される。そして、レンズ層16は、第1アクチュエータ層15において固定部に対して変位する第1変位部と、第2アクチュエータ層17において固定部に対して変位する第2変位部とによって挟持される。
More specifically, the
第1アクチュエータ層15および/または第2アクチュエータ層17で発生する駆動変位は、第1変位部および/または第2変位部からレンズ層16に伝達される。第1変位部および/または第2変位部から駆動力を受けたレンズ層16は、駆動力の方向および大きさに応じて光軸方向に移動される。
The drive displacement generated in the
以上のように、カメラモジュール500Aでは、被駆動体であるレンズ層16が、第1アクチュエータ層15の第1変位部と、第2アクチュエータ層17の第2変位部とによって挟持され、各変位部において生じる駆動力に応じて駆動される。
As described above, in the
このように、カメラモジュール500Aに設けられた駆動機構KBは、ウエハレベルで作製されたレンズ層16をレンズ層16の光軸方向に変位させることができ、カメラモジュール500Aを駆動装置として機能させる。
As described above, the driving mechanism KB provided in the
また、レンズ層16は、第1変位部と第2変位部とによって挟持された状態で駆動されるので、当該駆動装置では、安定したレンズ層16の駆動が実現される。
In addition, since the
<各機能層について>
以下では、カメラモジュール500Aを構成する各機能層の詳細について説明する。なお、各機能層においては、−Z方向側の面を一主面側の面と称し、+Z方向側の面を他主面側の面と称するものとする。
<About each functional layer>
Below, the detail of each functional layer which comprises
○撮像素子層11:
図3に示されるように、撮像素子層11は、撮影光学系を通過した被写体光を受光して被写体像に関する画像信号を生成する撮像素子111と、その周辺回路、および撮像素子111を囲む外周部を備える部材である。
○ Image sensor layer 11:
As shown in FIG. 3, the
なお、ここでは図示を省略しているが、撮像素子層11の一主面には、撮像素子111に対する信号の付与、および撮像素子111からの信号の読み出しを行うための配線を接続するための各種端子が設けられている。
Although not shown here, wiring for applying a signal to the
○撮像素子ホルダ層12:
撮像素子ホルダ層12は、例えば、樹脂などの素材によって形成され、接着剤などによって接合される撮像素子層11を保持する部材である。撮像素子ホルダ層12の略中央には、開口が設けられている。
○ Image sensor holder layer 12:
The imaging
○赤外カットフィルタ層13:
赤外カットフィルタ層13は、透明基板上に屈折率の異なる透明薄膜を多層化して構成される。
○ Infrared cut filter layer 13:
The infrared
具体的には、赤外カットフィルタ層13は、例えば、ガラスまたは透明樹脂で構成される基板の上面に屈折率の異なる多数の透明薄膜をスパッタリングなどで形成したもので、薄膜の厚みおよび屈折率の組み合せにより、透過する光の波長帯が制御される。赤外カットフィルタ層13としては、例えば、600nm以上の波長帯の光を遮断するものが採用される。
Specifically, the infrared
○第1スペーサー14および第2スペーサー18:
第1スペーサー14および第2スペーサー18は、ともに樹脂などの素材によって形成され、第1スペーサー14および第2スペーサー18の略中央には、開口が設けられている。第1スペーサー14および第2スペーサー18は、被駆動体と固定部との間に介挿され、被駆動体の駆動空間を確保する。
○
Both the
○第1アクチュエータ層15
第1アクチュエータ層15は、金属またはシリコン(Si)等の基板を基材として形成され、駆動力を発生させる変位素子(「アクチュエータ素子」とも称する)を有する薄板状の部材である。図5は、第1アクチュエータ層15の上面図である。図6は、図5の破線I-Iにおける第1アクチュエータ層15の断面図である。
○
The
図5に示すように、第1アクチュエータ層15は、外周部を構成する矩形の枠体151と、枠体151の内方において枠体151の各辺に沿って当該枠体151から延伸される4つの板状の梁部152と、枠体151の内方において当該各梁部152に隣接して配置される矩形の可動部153と、各梁部152の自由端FTと可動部153とを接続する接続部材154とを備えている。
As shown in FIG. 5, the
枠体151は、固定部としての第1スペーサー14に接合され、可動部153に対する固定部となる。
The
接続部材154は、弾性変形可能な構造を有する弾性部材として構成され、可動部153の移動を円滑にする。
The
梁部152の他主面側には、薄膜状のアクチュエータ素子155が設けられている。
A thin-
アクチュエータ素子155には、例えば、形状記憶合金(SMA)を含む部材が用いられる。この場合、梁部152にSiO2などの絶縁層、金属のヒータ層、およびSMA層をスパッタリング法などを用いて形成した後に、記憶させたい形状の型に梁部152をセットし、所定温度(例えば、600℃)程度で加熱する処理(形状記憶処理)が施される。
For the
SMAは、加熱されて所定の温度に達すると、予め記憶されている所定の縮み形状(「記憶形状」とも称する)に復元するという特性を有している。このため、ヒータ層への通電によってSMAが加熱されると、SMAは、記憶形状に縮み変形し、梁部152の自由端FTが+Z方向に移動する(図6参照)。
The SMA has a characteristic that when it reaches a predetermined temperature by being heated, it is restored to a predetermined contracted shape (also referred to as “memory shape”) stored in advance. Therefore, when the SMA is heated by energizing the heater layer, the SMA contracts and deforms into a memory shape, and the free end FT of the
これにより、梁部152の自由端FTに結合された可動部153は、固定部に対して変位する変位部(第1変位部)となる。
Accordingly, the
変位部として機能する可動部153には、レンズ層16が接合され、変位部において生じた駆動変位がレンズ層16に伝えられる。
The
なお、各梁部152のヒータ層は、配線156を介して電極157A,157Bと接続される。また、電極157A,157Bへの通電は、他の機能層(例えば、撮像素子層11)の電極に接続された貫通電極を介して行われる。
The heater layer of each
また、梁部152の自由端FT側で発生する変位量は、SMAの加熱温度に応じて異なり、ヒータ層への通電量を制御することによって変位量を調整することができる。
In addition, the amount of displacement generated on the free end FT side of the
また、アクチュエータ素子155は、レンズ層16の駆動方向の位置を検出するセンサとしても機能する。詳細は後述する。
The
○レンズ層16:
レンズ層16は、ガラス基板を基材としてウエハレベルで作製され、例えば、オートフォーカス用、ズーム用または手ブレ補正用の光学レンズとして用いられる。
○ Lens layer 16:
The
レンズ層16は、2枚以上のレンズを重ね合わせて成形されるが、本実施形態では、3枚のレンズを重ね合わせてレンズ層16が構成される場合について例示する。図7は、レンズ層16の断面模式図である。
The
図7に示されるように、レンズ層16は、第1レンズG1を有するレンズ構成層LY1と、第2レンズG2を有するレンズ構成層LY2と、第3レンズG3を有するレンズ構成層LY3とを有し、各レンズ構成層LY1〜LY3は、この順序でリブRBを介して結合されている。
As shown in FIG. 7, the
各レンズ構成層LY1〜LY3は、ガラス基板161を基材としていずれも同様の手法にて作製される。図8は、第3レンズG3を有するレンズ構成層LY3の作製の様子を示す図である。
Each of the lens constituent layers LY1 to LY3 is produced by the same method using the
具体的には、図8に示されるように、ガラス基板161の両面それぞれに透明度の高いアクリル系またはエポキシ系の紫外線(UV)硬化樹脂が塗布される。そして、両面から各レンズ(図8では、第3レンズG3)の形状を有する透明のレンズ成型用型162が所定の圧力で押し当てられるとともに紫外線UV1が照射されて、ガラス基板161の各面にポリマーレンズGP1,GP2がそれぞれ成形される。
Specifically, as shown in FIG. 8, a highly transparent acrylic or epoxy ultraviolet (UV) curable resin is applied to each of both surfaces of the
このような手法にて作製された各レンズ構成層LY1〜LY3には、2カ所以上の所定の位置に位置合わせのためのアライメントマークが形成されている。各レンズ構成層LY1〜LY3は、リブRBを有するリブ層を各レンズ構成層LY1〜LY3間に挟んで一体のレンズ層16へと組み上げられる。
In each of the lens constituent layers LY1 to LY3 manufactured by such a method, alignment marks for alignment are formed at two or more predetermined positions. The lens constituent layers LY1 to LY3 are assembled into an
より詳細には、各レンズ構成層LY1〜LY3およびリブ層は、マスクアライナー等を用いてそれぞれのアライメントマークを確認しながら、基板形状のままアライメントされ接合される。接合方法としては、各レンズ構成層LY1〜LY3と接合させるリブ層の表面にUV硬化層を設け、紫外線を照射することで接合する手法、或いは、リブ層の表面に不活性ガスのプラズマを照射し、リブ層の表面を活性化したまま張り合わせて接合する手法(表面活性化接合法)が採用される。 More specifically, the lens constituent layers LY1 to LY3 and the rib layer are aligned and bonded in the shape of the substrate while confirming the respective alignment marks using a mask aligner or the like. As a bonding method, a UV curing layer is provided on the surface of the rib layer to be bonded to each of the lens constituent layers LY1 to LY3, and the bonding is performed by irradiating with ultraviolet rays, or the surface of the rib layer is irradiated with an inert gas plasma. Then, a technique (surface activated bonding method) is employed in which the surfaces of the rib layers are bonded together while being activated.
なお、レンズ層16を含む各機能層が接合された後には、レンズ部分を駆動可能とするためにレンズ層16の一部が切断される。レンズ層16の切断は、例えば、切断部(図7において破線で囲まれる部分RH)にレーザを照射させて行われる。この切断によってレンズ層16は、駆動可能な駆動レンズ層168と、固定された状態の固定レンズ層169とに分割されるが、本実施形態では、駆動レンズ層168を被駆動体としてのレンズ層16と称している。
In addition, after each functional layer including the
また、カメラモジュール500Aに絞りを形成する場合は、第2レンズG2を有する層にシャドウマスクを施した上で遮光材料薄膜を形成する手法、或いは別途黒色に色づけされた樹脂材料などで絞りレイヤーを構成する手法等が用いられる。
In addition, when forming a diaphragm on the
○第2アクチュエータ層17:
第2アクチュエータ層17は、第1アクチュエータ層15と同様の構成および機能を有する薄膜状の部材あり、矩形の枠体171と、4つの梁部172と、可動部173と、各梁部172の自由端FTと可動部173とを接続する接続部材174とを備えている(図5参照)。
○ Second actuator layer 17:
The
枠体171は、固定部としての第2スペーサー18に接合され、可動部173に対する固定部となる。
The
梁部172の他主面側には、薄膜状のアクチュエータ素子175が設けられている。アクチュエータ素子175には、例えば、SMAを含む部材が用いられ、SMAが加熱されると、梁部172の自由端FTは+Z方向に移動する(図6)。
A thin
これにより、梁部172の自由端FTに結合された可動部173は、固定部に対して変位する変位部(第2変位部)となる。
Accordingly, the
変位部として機能する可動部173には、レンズ層16が接合され、変位部において生じた駆動変位がレンズ層16に伝えられる。
The
○カバー19
カバー19は、樹脂材料を素材として成形され、駆動機構KBを保護するとともに、被駆動体(レンズ層16)に対する固定部となる。
○
The
<被駆動体の支持機構について>
ここで、カメラモジュール500Aにおける被駆動体の支持機構について詳述する。図9は、カメラモジュール500Aの駆動機構KBの上面図である。図10および図11は、図9の破線II-IIにおける駆動機構KBの断面図であり、図10は、非駆動状態(静止状態)の断面図、図11は、駆動状態の断面図を表している。
<Supporting mechanism of driven body>
Here, the support mechanism of the driven body in the
上述のように、被駆動体であるレンズ層16は、層の一主面側において第1アクチュエータ層15の可動部153と接合され(図10参照)、層の他主面側において第2アクチュエータ層17の可動部173と接合される(図9、図10参照)。
As described above, the
そして、図11に示されるように、駆動状態では、梁部152,172の曲げ変形によって発生する駆動変位に応じて、レンズ層16は+Z方向に駆動される。
As shown in FIG. 11, in the driving state, the
図10および図11に示されるように、レンズ層16は、駆動方向(ここではZ方向)に並んで配置される一対(一組)の梁部152,172によって支持されている。より正確には、レンズ層16は、レンズ層16の四方に存在する四対(四組)の梁部152,172によって支持されているが、ここでは、レンズ層16の一方に存在する一対の梁部152,172によって構築される関係に注目する。
As shown in FIGS. 10 and 11, the
レンズ層16を支持する一対の梁部152,172においては、支点となる固定端KTから、レンズ層16への作用点となる自由端FTまでの長さが互いに等しくなるように構成されている。そして、一対の梁部152,172における、支点間の距離と、作用点間の距離とは互いに等しくなっている。
The pair of
すなわち、被駆動体の支持機構は、それぞれが固定端KTおよび自由端FTを有し、互いに長さの等しい一対の梁部152,172を備えている。そして、当該支持機構では、当該一対の梁部152,172が駆動方向に並んで配置されるとともに、当該一対の梁部152,172において、互いに支点となる固定端KT間の距離と、互いにレンズ層16への作用点となる自由端FT間の距離とが等しくなるように構成される。
That is, the support mechanism of the driven body includes a pair of
このような構成を有するレンズ層16の支持機構では、一対の梁部152,172およびレンズ層16(詳細には、固定レンズ層169および駆動レンズ層168)が、平行リンク機構を構成する。これにより、光軸方向への安定したレンズ層16の移動を確保することが可能になる。
In the support mechanism of the
<センサ機能について>
梁部152,157に設けられるアクチュエータ素子155,175は、変位部において生じる駆動変位を検出するセンサとしても機能する。
<About sensor function>
具体的には、駆動の際のSMAの変形にともなってヒータ層は変形するが、当該ヒータ層の変形に応じてヒータ層の電気抵抗値も変化する。このため、駆動の際の駆動電流とは異なる微小な電流(「測定電流」とも称する)をヒータ層に流してヒータ層の電気抵抗値を測定することによって、変位部に発生した変位量を検出することができる。 Specifically, the heater layer is deformed with the deformation of the SMA at the time of driving, but the electric resistance value of the heater layer is also changed according to the deformation of the heater layer. For this reason, the amount of displacement generated in the displacement portion is detected by flowing a small current (also referred to as “measurement current”) different from the driving current at the time of driving through the heater layer and measuring the electrical resistance value of the heater layer. can do.
なお、アクチュエータ素子155,175は、通電により変形する一方で、変形に応じて電気抵抗値を変化させることから、通電により力学的変形を生じるとともに、力学的に変形すると所定の電気的特性を現す素子(電気力学素子)とも表現することができる。アクチュエータ素子155,175としてSMAを含む部材が採用された場合は、アクチュエータ素子155,175において力学的変形に応じて現れる所定の電気的特性(ここでは、電気抵抗値の変化)が、レンズ層16の位置検出に用いられる。
The
このように梁部152,172に設けられるアクチュエータ素子155,175は、駆動力を発生させる駆動部として機能するとともに、レンズ層16の変位量、すなわちレンズ層16の位置情報を検出するセンサ(検出部)としても機能する。
As described above, the
アクチュエータ素子155,175を駆動部として用いるか、センサとして用いるか、或いは駆動部およびセンサとして用いるかは、自由に組み合わせることができる。
Whether the
例えば、第1アクチュエータ層15の各アクチュエータ素子155および第2アクチュエータ層17の各アクチュエータ素子175をいずれも駆動部として用いた場合は、2倍の駆動力でレンズ層16を駆動することが可能になる。
For example, when each
また、例えば、第1アクチュエータ層15または第2アクチュエータ層17のいずれか一方の各アクチュエータ素子を駆動部として用い、他方の各アクチュエータ素子を駆動部として用いない場合は、駆動部として用いない各アクチュエータ素子を有する梁部が、復元力を発生させる復元力発生部として機能する。
Further, for example, when each actuator element of either the
詳細には、各梁部152,172は弾性変形可能な部材で構成されているため、駆動部として機能しないアクチュエータ素子を有する梁部が、他の梁部において発生する曲げ変形の影響を受けて弾性変形した場合は、弾性変形した当該梁部は、元の状態に復帰しようとする復元力を発生させる。このため、駆動力を発生させていたアクチュエータ素子への通電が停止されると、レンズ層16は、この復元力によって−Z方向に移動されることになる。
Specifically, since each of the
このように、第1アクチュエータ層15または第2アクチュエータ層17のいずれか一方の各アクチュエータ素子を駆動部として用い、他方の各アクチュエータ素子を駆動部として用いない場合は、SMAを放熱させて元の状態(静止状態)に復帰させる際の応答性の低さを、駆動部として機能させないアクチュエータ素子を有する梁部の復元力で補うことができるので、駆動の応答性を改善することが可能になる。
As described above, when each actuator element of the
また、例えば、第1アクチュエータ層15のアクチュエータ素子155をセンサとして用いた場合は、新たな位置センサを追加することなくレンズ層16の位置情報を検出することが可能になる。
For example, when the
<2.第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
<2. Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
上記第1実施形態のカメラモジュール500Aでは、第1アクチュエータ層15のアクチュエータ素子155および第2アクチュエータ層17のアクチュエータ素子175がいずれも同一方向に設けられていたが、第2実施形態のカメラモジュール500Bでは、アクチュエータ素子155,175が互いに相反する方向に設けられる。図12、図13および図14は、図9の破線II-IIにおけるカメラモジュール500Bの駆動機構KBの断面図であり、図12は、非駆動状態(静止状態)の断面図、図13および図14は、駆動状態の断面図を表している。
In the
第2実施形態に係るカメラモジュール500Bは、アクチュエータ素子155,175の配置位置が異なる点以外は、第1実施形態のカメラモジュール500Aとほぼ同様の構成および機能(図3,4等参照)を有しており、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。
The
図12に示されるように、第2実施形態に係るカメラモジュール500Bでは、第1アクチュエータ層15のアクチュエータ素子155は、梁部152の一主面側に設けられ、第2アクチュエータ層17のアクチュエータ素子175は、梁部172の他主面側に設けられる。
As shown in FIG. 12, in the
このように、互いに相反する方向に設けられたアクチュエータ素子155,175を有するカメラモジュール500Bでは、駆動部として用いるアクチュエータ素子155,175を第1アクチュエータ層15と第2アクチュエータ層17との間で切り替えることによって、被駆動体(レンズ層16)の駆動方向が切り替えられる。
As described above, in the
具体的には、+Z側に設けられたアクチュエータ素子(ここでは、アクチュエータ素子175)を通電させて駆動部として用いると、レンズ層16の駆動方向は、+Z方向となる(図13参照)。
Specifically, when the actuator element (here, the actuator element 175) provided on the + Z side is energized and used as a driving unit, the driving direction of the
一方、−Z側に設けられたアクチュエータ素子(ここでは、アクチュエータ素子155)を通電させて駆動部として用いると、レンズ層16の駆動方向は、−Z方向となる(図14参照)。
On the other hand, when the actuator element (here, the actuator element 155) provided on the −Z side is energized and used as a drive unit, the driving direction of the
以上のように、アクチュエータ素子を梁部の他主面側だけでなく一主面側にも設け、駆動方向に応じて通電対象とするアクチュエータ素子を切り替えることによれば、+Z方向に加えて−Z方向にも駆動することが可能になるので、レンズ層16の駆動変位を約2倍に拡大することができる。
As described above, the actuator element is provided not only on the other principal surface side but also on the one principal surface side of the beam portion, and by switching the actuator element to be energized according to the driving direction, in addition to the + Z direction − Since it is also possible to drive in the Z direction, the driving displacement of the
<3.変形例>
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は、上記に説明した内容に限定されるものではない。
<3. Modification>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the contents described above.
例えば、上記各実施形態におけるカメラモジュール500A,500Bでは、アクチュエータ素子155,175としてSMAを用いていたが、これに限定されない。図15は、アクチュエータ素子155,175として圧電体素子(圧電素子)を含む部材を用いたアクチュエータ層15,17の上面図である。
For example, in the
具体的には、アクチュエータ素子155,175としては、例えば、無機圧電体(PZT)または有機圧電体(PVDF)等の圧電体素子の薄膜(圧電体薄膜)を含む部材を用いることができる。この場合は、Si基板上に電極、圧電体薄膜、および電極がこの順序でスパッタリング法などを用いて形成され、高電界をかけたポーリングが行われる。
Specifically, as the
なお、圧電体素子への通電は、図15に示されるような配線156A,156Bを介して行われる。配線156A,156Bは、互いに接続されるとともに、それぞれアクチュエータ層15の他主面側(表側)および一主面側(裏側)に設けられる。詳細には、図15において実線BJで表される配線156Aは、アクチュエータ層15の表側に設けられ、破線BHで表される配線156Bは、アクチュエータ層15の裏側に設けられている。
Note that energization of the piezoelectric element is performed via
また、アクチュエータ素子155,175として圧電体素子を用いた場合でも、当該アクチュエータ素子155,175を、レンズ層16の位置情報を検出するセンサとして用いることができる。
Further, even when piezoelectric elements are used as the
具体的には、駆動によって圧電体素子に曲げ変形が生じると、圧電体素子の両端に曲げ変形に応じた電荷が発生する。このため、例えば、圧電体素子の両端をコンデンサを介して接続し、当該コンデンサに現れる電圧を測定することによって、変位部に発生した変位量を検出することができる。 Specifically, when bending deformation occurs in the piezoelectric element by driving, charges corresponding to the bending deformation are generated at both ends of the piezoelectric element. Therefore, for example, the displacement amount generated in the displacement portion can be detected by connecting both ends of the piezoelectric element via a capacitor and measuring the voltage appearing in the capacitor.
また、上記各実施形態では、ヒータ層への通電によってSMAを加熱していたが、これに限定されない。 Moreover, in each said embodiment, although SMA was heated by electricity supply to a heater layer, it is not limited to this.
具体的には、SMA自体に電流を流して自己発熱させ、SMAの温度を上昇させることができる。 Specifically, a current can be passed through the SMA itself to cause self-heating, thereby increasing the temperature of the SMA.
また、上記各実施形態では、1つのアクチュエータ層に4つの梁部が存在する場合について説明したが、これに限定されない。 Moreover, although each said embodiment demonstrated the case where four beam parts exist in one actuator layer, it is not limited to this.
具体的には、1つのアクチュエータ層に少なくとも1つの梁部が存在すればよい。 Specifically, it is sufficient that at least one beam portion exists in one actuator layer.
また、アクチュエータ素子をセンサとして用いる場合は、アクチュエータ層が有する各アクチュエータ素子のうち、いずれかのアクチュエータ素子をセンサとして用いればよい。 In addition, when using an actuator element as a sensor, any one of the actuator elements included in the actuator layer may be used as a sensor.
100 携帯電話機
500A,500B カメラモジュール
11 撮像素子層
111 撮像素子
12 撮像素子ホルダ層
13 赤外カットフィルタ層
14 スペーサー
15,17 アクチュエータ層
152,172 梁部
153,173 可動部
154,174 接続部材
155,175 アクチュエータ素子
16 レンズ層
18 スペーサー
19 カバー
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記固定部に対して変位する第1変位部を有する第1駆動層と、
前記固定部に対して変位する第2変位部を有する第2駆動層と、
を備え、
前記被駆動体は、前記第1変位部と前記第2変位部とで挟持される駆動装置。 A driven body manufactured at the wafer level and driven with respect to the fixed portion;
A first drive layer having a first displacement portion that is displaced with respect to the fixed portion;
A second drive layer having a second displacement portion that is displaced with respect to the fixed portion;
With
The driven device is a drive device that is sandwiched between the first displacement portion and the second displacement portion.
前記固定部から延伸された自由端を有し、当該自由端において生じた駆動変位を前記第1変位部に伝える第1梁部、
を含み、
前記第2駆動層は、
前記固定部から延伸された自由端を有し、当該自由端において生じた駆動変位を前記第2変位部に伝える第2梁部、
を含み、
前記第1梁部と前記第2梁部と前記被駆動体とは、平行リンク機構を構成する請求項1に記載の駆動装置。 The first driving layer includes
A first beam portion having a free end extended from the fixed portion, and transmitting a driving displacement generated at the free end to the first displacement portion;
Including
The second driving layer includes
A second beam portion having a free end extended from the fixed portion, and transmitting a driving displacement generated at the free end to the second displacement portion;
Including
The drive device according to claim 1, wherein the first beam portion, the second beam portion, and the driven body constitute a parallel link mechanism.
通電により力学的変形を生じるとともに、力学的に変形すると所定の電気的特性を現す電気力学素子を有し、
前記所定の電気的特性は、前記被駆動体の位置検出に用いられる請求項2に記載の駆動装置。 The first beam portion and the second beam portion are:
It has an electrodynamic element that exhibits a predetermined electrical characteristic when it is mechanically deformed while mechanically deforming by energization,
The driving apparatus according to claim 2, wherein the predetermined electrical characteristic is used for position detection of the driven body.
前記第1梁部は、当該第1梁部の前記一主面において前記電気力学素子を有し、
前記第2梁部は、当該第2梁部の前記他主面において前記電気力学素子を有し、
前記第1梁部の前記電気力学素子へ通電させるか、或いは前記第2梁部の前記電気力学素子へ通電させるかは、前記被駆動体の駆動方向に応じて切り替えられる請求項3に記載の駆動装置。 The first beam portion and the second beam portion are plate-like members each having one main surface and another main surface,
The first beam portion has the electrodynamic element on the one main surface of the first beam portion,
The second beam part has the electrodynamic element on the other main surface of the second beam part,
4. The method according to claim 3, wherein whether the electrodynamic element of the first beam part is energized or the electrodynamic element of the second beam part is switched according to a driving direction of the driven body. Drive device.
前記第2梁部と前記第2変位部とは、弾性変形可能な第2接続部材によって接続される請求項2から請求項4のいずれかに記載の駆動装置。 The first beam portion and the first displacement portion are connected by a first connection member that is elastically deformable,
The drive device according to any one of claims 2 to 4, wherein the second beam portion and the second displacement portion are connected by a second connection member that is elastically deformable.
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