JP2010178412A - 駆動装置、レンズ部品、及びカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング信号の周波数帯域を拡大すること。
【解決手段】駆動装置は、ピエゾ素子４２及び伝達軸４４が連結した連結体と、伝達軸４４の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に伝達軸４４が係合したケース５０と、ピエゾ素子４２の駆動に応じてケース５０に対して連結体と共に変位するレンズホルダ３１（レンズＬ１、Ｌ２）と、を備える。伝達軸４４は比重２．１以下の材料で構成されている。より好ましくは、伝達軸４４は、弾性率２０ＧＰａ以上の材料で構成される。更に好ましくは、伝達軸４４は、弾性率３０ＧＰａ以上の材料で構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動装置、レンズ部品、及びカメラモジュールに関する。

近年、カメラ等の撮像装置は多種多様な製品に組み込まれている。携帯電話、ノートパソコン等といった小型な電子機器にカメラを実装する場合、カメラ自体の小型化も強く要求される。

カメラ内にはオートフォーカスレンズが組み込まれる場合がある。この場合、レンズを変位させるアクチュエータの小型化が強く望まれている。小型なアクチュエータとしては、圧電素子を駆動することで移動対象物を変位させるタイプが知られている。このタイプのアクチュエータでは、圧電素子に対する電圧波形の印加に伴って生じる振動を、圧電素子に連結した軸を介して、この軸に摺動可能な状態で係合したレンズ鏡筒に伝達する。圧電素子に印加される電圧波形の波形を適切に設定することで、圧電素子の伸び速度と縮み速度とを異ならしめる。レンズ鏡筒と軸間の摩擦、及びレンズ鏡筒の慣性によって、レンズ鏡筒は、圧電素子の伸縮状況に応じて変位したり、変位しなかったりする。

ところで、レンズの変位の制御性を改善するためには、圧電素子の駆動に用いられるスイッチング信号の周波数帯域を拡大すると良い。これによって、スイッチング信号の周波数の設定の自由度を確保することができる。スイッチング信号を高周波側にシフトさせれば、比較的短時間に圧電素子を変位させることが可能になる。周波数帯域の拡大の態様及び程度によっては、周波数シフトに対するレンズの変位量を小さくすることができ、レンズを高精度に変位させることが可能になる場合もある。

しかしながら、現実的には、様々な阻害要因が存在し、スイッチング信号の周波数帯域を拡大することは容易ではない。

例えば、駆動軸と連結した圧電素子を筐体に固設してカメラモジュールを製造する場合、筐体への圧電素子の固設により筐体も共振してしまう場合がある。つまり、所定の周波数帯域では、筐体の共振の影響によってレンズの変位が阻害される。このようにしてスイッチング信号の周波数帯域の拡大は阻害される場合がある。

共振周波数は、筐体の形状、重量、及び圧電素子と筐体間の接着状態に依存する。駆動装置が組み込まれる製品ごとに共振周波数が異なる場合がある。共振周波数が存在する帯域では、アクチュエータを正確に制御することが困難になるおそれがある。換言すると、アクチュエータが正常に機能するか否かの判断は、製品にアクチュエータを組み込むことを待たなければならない。スイッチング信号の周波数の設定誤りによっては、製品の歩留まりが低下してしまうおそれがある。

特許文献１には、圧電素子、及び圧電素子に連結した駆動軸を特殊なフレームで支持する構造が示されている。特許文献２には、錘を加えて駆動装置を形成した構造が開示されている。特許文献３にも、同様の駆動装置が開示されている。特許文献４には、駆動軸の材料として繊維強化樹脂複合体を採用する点が開示されている。特許文献５には、駆動軸の材料として黒鉛複合体を採用する点が開示されている。

特開２００６−９１２１０号公報 特許第２６２５５６７号 特開２００２−９５２７４号公報 特許第３１８０５５７号公報 特開２００７−７４８８９号公報 特開２００２−２２４９９８号公報

上述の説明から明らかなように、スイッチング信号の周波数帯域を拡大することが望まれている。

本発明に係る駆動装置は、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、前記圧電素子の駆動に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位する移動対象物と、を備え、前記駆動軸は比重２．１以下の材料で構成されている。

前記駆動軸は、弾性率２０ＧＰａ以上の材料で構成されている、と良い。

前記駆動軸は、弾性率３０ＧＰａ以上の材料で構成されている、と良い。

本発明に係る駆動装置は、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、前記圧電素子の駆動に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位する移動対象物と、を備え、前記駆動軸は、ガラス状炭素、繊維強化樹脂、及びエポキシ樹脂のいずれかの材料で構成されている。

前記駆動軸は、少なくとも黒鉛を含有するガラス状炭素複合材、カーボンを含有する繊維強化樹脂、ガラス又はカーボンを含有するエポキシ樹脂複合材のいずれかの材料で構成されている、と良い。

本発明に係るカメラモジュールは、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、前記連結体に固着されたレンズ保持体と、前記レンズを介して入力する像を撮像する撮像素子と、前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で前記駆動軸が摩擦係合した係合部と、前記係合部が固定支持され、前記撮像素子が固定された固定側部材と、を備え、前記駆動軸は比重２．１以下の材料で構成されている。

前記駆動軸は、弾性率２０ＧＰａ以上の材料で構成されている、と良い。

前記駆動軸は、弾性率３０ＧＰａ以上の材料で構成されている、と良い。

本発明に係るカメラモジュールは、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、前記連結体に固着され、レンズを保持するレンズ保持体と、前記レンズを介して入力する像を撮像する撮像素子と、前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で前記駆動軸が摩擦係合した係合部と、前記係合部が固定支持され、前記撮像素子が固定された固定側部材と、を備え、前記駆動軸は、ガラス状炭素、繊維強化樹脂、及びエポキシ樹脂のいずれかの材料で構成されている。

前記駆動軸は、少なくとも黒鉛を含有するガラス状炭素複合材、カーボンを含有する繊維強化樹脂、ガラス又はカーボンを含有するエポキシ樹脂複合材のいずれかの材料で構成されている、と良い。

本発明に係るレンズ部品は、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、前記圧電素子の駆動に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位するレンズ保持体と、を備え、前記駆動軸は比重２．１以下の材料で構成されている。

前記駆動軸は、弾性率２０ＧＰａ以上の材料で構成されている、と良い。

前記駆動軸は、弾性率３０ＧＰａ以上の材料で構成されている、と良い。

本発明に係る駆動装置は、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、前記圧電素子の駆動に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位するレンズ部品と、を備え、前記駆動軸は、ガラス状炭素、繊維強化樹脂、及びエポキシ樹脂のいずれかの材料で構成されている。

前記駆動軸は、少なくとも黒鉛を含有するガラス状炭素複合材、カーボンを含有する繊維強化樹脂、ガラス又はカーボンを含有するエポキシ樹脂複合材のいずれかの材料で構成されている、と良い。

本発明に係る駆動装置は、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、前記圧電素子の駆動に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位する移動対象物と、を備え、前記連結体単独での固有の共振周波数が２２０Ｈｚ以上である。

前記連結体単独での固有の共振周波数が２７０Ｈｚ以上である、と良い。

本発明によれば、スイッチング信号の周波数帯域を拡大することができる。

本発明の第１の実施形態にかかるカメラモジュールの概略的な端面構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態にかかる係合部の概略的な構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態にかかる駆動部の概略的な構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態にかかる圧電素子に入力される電圧波形を示す波形図である。 本発明の第１の実施形態にかかるスイッチング信号の周波数と移動速度との関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態の比較例にかかるカメラモジュールの概略的な端面構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態にかかる伝達軸の構成材料ごとの特性を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態にかかるパルス生成回路の概略的な回路図である。 本発明の第１の実施形態にかかるパルス生成回路の動作を説明するための表である。 本発明の第１の実施形態にかかる伝達軸を形成する材料毎の物性を示す表である。 本発明の第１の実施形態にかかる伝達軸を形成する材料ごとの物性及び駆動装置に組み込んだ場合の評価結果を示す表である。 実施例の駆動装置の評価結果を説明するための説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかるデューティー比を説明するための説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる携帯電話の概略的な構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態にかかる携帯電話の前面の概略的な構成を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態にかかるカメラモジュールの概略的構成を示す模式図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態は、説明の便宜上、簡略化されている。図面は簡略的なものであるから、図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。図面は、もっぱら技術的事項の説明のためのものであり、図面に示された要素の正確な大きさ等は反映していない。同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。上下左右といった方向を示す言葉は、図面を正面視した場合を前提として用いるものとする。

〔第１の実施の形態〕
以下、図１乃至図１５を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、カメラモジュールの概略的構成を示す模式図である。図２は、係合部の概略的な構成を示す模式図である。図３は、駆動部の概略的な構成を示すブロック図である。図４は、圧電素子に入力される電圧波形を示す波形図である。図５は、スイッチング信号の周波数と移動速度との関係を示すグラフである。図６は、比較例にかかるカメラモジュールの概略的構成を示す模式図である。図７は、伝達軸の構成材料ごとの特性を示すグラフである。図８は、パルス生成回路の概略的な回路図である。図９は、パルス生成回路の動作を説明するための表である。図１０は、伝達軸を形成する材料毎の物性を示す表である。図１１は、伝達軸を形成する材料ごとの物性及び駆動装置に組み込んだ場合の評価結果を示す表である。図１２は、評価結果を説明するための説明図である。図１３は、デューティー比を説明するための説明図である。図１４は、携帯電話の概略的な構成を示す模式図である。図１５は、携帯電話の前面の概略的な構成を示す模式図である。

図１に示すように、カメラモジュール（撮像装置）１５０は、フレキシブル配線基板１０、ケース（外囲器）５０、イメージセンサ（撮像素子）１２、レンズホルダ（レンズ保持体）３１、ピエゾ素子（圧電素子）４２、伝達軸（駆動軸）４４、及び係合部４５を有する。レンズホルダ３１は、複数のレンズＬ１、Ｌ２（移動対象物）を保持している。レンズＬ１、Ｌ２は、光軸ＡＸに沿って配置されている。なお、ピエゾ素子４２に対して伝達軸４４が接着剤を介して連結することで連結体が形成される。ピエゾ素子４２と伝達軸４４間の連結方法は任意である。

カメラモジュール１５０は、レンズホルダ３１に保持されたレンズＬ１、Ｌ２を介して外部から入力する像をイメージセンサ１２で撮像する。ピエゾ素子４２の駆動に応じて、レンズホルダ３１は、光軸ＡＸに沿って前方又は後方に移動する。これによって、カメラモジュール１５０にオートフォーカス機能又はズーム機能を具備させることができる。

ケース５０は、イメージセンサ１２、ピエゾ素子４２、伝達軸４４、係合部４５、及びレンズホルダ３１を内部に収納する筒状体である。ケース５０は、黒色の樹脂材料を金型等で成型することで製造される。黒色樹脂の金型成型によりカバーを製造することでカメラモジュール１５０の遮光性能を向上させることができる。より好ましくは、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、及びポリフタル酸アミド樹脂（ＰＰＡ）等のリフロー耐熱性のある樹脂が良い。

ケース５０は、天板部５０ａ、及び側壁部５０ｂを有する。天板部５０ａには、レンズＬ１、Ｌ２の光軸ＡＸに対応する位置に開口が形成されている。側壁部５０ｂの内壁には係合部４５が固設されている。なお、ケース５０は、この形状に限定されるべきものではなく、他の様々な形状とすることができる。

フレキシブル配線基板１０上には、光軸ＡＸに沿って、イメージセンサ１２、及びレンズホルダ３１が、この順で配置されている。

イメージセンサ１２は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサ、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサといった一般的な固体撮像素子である。イメージセンサ１２は、ＸＺ平面にてマトリクス状に配置された複数の画素を画素配置領域１２ａに有する。各画素で光電変換をすることによって入力像を像データに変換して出力する。

ピエゾ素子４２は、セラミックス層（圧電層）がｙ軸に沿って積層された一般的な圧電素子である。ピエゾ素子４２の側面には、一対の端子電極が形成されている。ピエゾ素子４２の一方の端子電極は、リード線を介して、フレキシブル配線基板１０上の電極パットに接続される。同様に、ピエゾ素子４２の他方の端子電極は、リード線を介して、フレキシブル配線基板１０上の電極パットに接続される。一方の端子電極を接地させた状態で、他方の端子電極に電圧を印加することによってピエゾ素子４２はｙ軸方向（光軸ＡＸに沿う方向）に伸縮する。

伝達軸４４は、ピエゾ素子４２の上面に固着されている。詳細には、伝達軸４４の下端面がピエゾ素子４２の上面に載置された状態で、伝達軸４４はピエゾ素子４２に対して接着剤を介して固着されている。接着剤は、エポキシ系等の熱硬化型の接着剤等を用いると良い。

伝達軸４４は、棒状体であって、ピエゾ素子４２で生じた振動をレンズホルダ３１に伝達する。伝達軸４４は、軽量でかつ剛性が高いことが望ましい。伝達軸４４を軽量化することで共振周波数を高周波帯域に設定することができる。そして、ピエゾ素子４２の駆動に用いられるスイッチング信号を、より高い周波数に設定することが可能になる。伝達軸４４の剛性を高めることによっても同様の結果を得ることができる。なお、伝達軸４４の軽量化を図ることで、伝達軸４４の変位の高速化も図ることができる。

本実施形態では、伝達軸４４は、比重２．１以下の材料からなる。より好ましくは、伝達軸４４は、比重２．１以下であり、弾性率２０ＧＰａ以上の材料からなる。更に好ましくは、伝達軸４４は、比重２．１以下であり、弾性率３０ＧＰａ以上の材料からなる。具体的な材料を明示すれば、伝達軸４４は、ガラス状炭素、少なくとも黒鉛を含有するガラス状炭素複合体、カーボンを含有する繊維強化樹脂、またはガラス又はカーボンを含有するエポキシ樹脂複合材からなる。これによって、後述のように、駆動装置の特性を向上させることができる。

レンズホルダ３１は、筒状体であって、レンズＬ１、Ｌ２を保持する。レンズＬ１、Ｌ２らは、光軸ＡＸに沿って順次配置されている。レンズホルダ３１は、黒色の樹脂が金型等で成型されることで製造される。

レンズＬ１、Ｌ２は、レンズホルダ３１の開口への圧入によってレンズホルダ３１に組み込まれている。具体的には、レンズホルダ３１の開口径をレンズＬ１、Ｌ２の径と同程度に設定し、レンズＬ１、Ｌ２をレンズホルダ３１の開口内に圧力をかけて入れ込む。このようにして、レンズホルダ３１に対してレンズＬ１、Ｌ２は組み込まれる。なお、図１では、レンズホルダ３１によるレンズＬ１、Ｌ２の保持態様を簡略化して表示している。

レンズホルダ３１は、レンズＬ１、Ｌ２から離間する方向へ存在する平板部（支持部）３２を有する。平板部３２は、伝達軸４４の径と同程度の径の開口を有する。平板部３２の開口へ伝達軸４４を圧入することで、平板部３２に対して伝達軸４４が取り付けられる。

伝達軸４４は、その上端部分で平板部３２ａにより移動不能に保持され、その下端部分で平板部３２ｂにより移動不能に保持されている。平板部３２と伝達軸４４間は、接着剤４３により固着されている。なお、接着剤４３は、一般的な樹脂材料からなる接着剤（例えば、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂等）である。

係合部４５は、ケース５０の側壁部５０ｂの内壁に固設されている。係合部４５は、伝達軸４４をケース５０に対して摩擦係合させる。なお、摩擦係合とは、摺動可能な状態で係合している状態に等しい。

図２に伝達軸４４と係合部４５間の係合状態を示す。係合部４５は、伝達軸４４を受け入れる軸受け部を有し、軸受け部に受け入れられた伝達軸４４を後述の付勢機構によって付勢する。

図２（ａ）に示すように、係合部４５は、平板部４８に形成された開口内に、押え板（押圧部材）４６及びバネ（付勢部材、弾性部材）４７を有する。

図２（ｂ）に示すように、押え板４６ａは、上面視形状がくの字状の部材である。押え板４６ａは、伝達軸４４に対して２点で当接する。押え板４６ａは、例えば金属からなる。押え板４６ｂは、押え板４６ａと同様の構成を有する。押え板４６ａと伝達軸４４の間には空間ＯＰ６が形成される。押え板４６ｂと伝達軸４４との間には空間ＯＰ５が形成される。

バネ４７は、押え板４６ｂを外側から内側へ付勢する。バネ４７によって付勢された押え板４６ｂは、伝達軸４４と押え板４６ａを内側へ押圧する。このようにして伝達軸４４と係合部４５が摩擦係合し、レンズホルダ３１と伝達軸４４が摩擦係合する。

なお、図１に示すフレキシブル配線基板１０は、可撓性を有するシート状の配線基板である。フレキシブル配線基板１０は、イメージセンサ１２に入力される制御信号、及びイメージセンサ１２から出力されるビデオ信号の伝送路として機能する。また、フレキシブル配線基板１０は、ピエゾ素子４２に入力される電圧信号（電圧波形）の伝送路として機能する。なお、ここでは、黒色のフレキシブル配線基板１０を採用することで、カメラモジュール１５０内に迷光が侵入することを抑制している。

次に、図３を参照して、カメラモジュール１５０を動作させるためのシステム構成（アクチュエータの駆動部の構成）について説明する。図３に示すように、コントローラ８０の出力は、パルス生成回路８１に接続される。パルス生成回路８１の出力は、ピエゾ素子８２に接続される。なお、パルス生成回路８１の回路例については、図８及び図９を参照して後述する。

コントローラ８０は、携帯電話９０（図１４参照）内に組み込まれたＣＰＵであり、プログラムを実行して様々な指令を生成する。コントローラ８０は、操作者による携帯電話９０の操作に応じて、カメラモジュールの機能を活性化する。パルス生成回路８１は、コントローラ８０からの制御信号に応じて、ピエゾ素子８２に印加される駆動パルスを生成する。このとき、カメラモジュールのオートフォーカス機能はオン状態にあり、また撮像素子も撮像モードになっている。なお、ピエゾ素子８２は、上述のピエゾ素子４２に対応する。

上述の点を前提としたうえで、図４を参照して、カメラモジュール１５０の動作（特にそのレンズホルダ３１を変位させる動作）について説明する。ここでは、ノコギリ歯波形の駆動電圧をピエゾ素子４２に印加する。

はじめに、図４（ａ）に示す駆動パルスをピエゾ素子４２に印加する場合について説明する。なお、図４（ａ）に示す場合、駆動パルスは、立ち上がり期間ＴＲ１は、立ち下がり期間ＴＲ２に比べて短い。

駆動パルスの立ち上がり期間ＴＲ１に、レンズホルダ３１は前方に変位する。他方、駆動パルスの立ち下がり期間ＴＲ２に、レンズホルダ３１は変位しない。立ち上がり期間ＴＲ１が立ち下がり期間ＴＲ２よりも短い駆動パルスをピエゾ素子４２に印加することによってレンズホルダ３１を前方（物体側）に変位させることができる。なお、この動作説明に誤りがあったとしても、本発明の技術的範囲が狭く解釈されるべきものではない。

次に、図４（ｂ）に示す駆動パルスをピエゾ素子４２に印加する場合について説明する。なお、図４（ｂ）に示す場合、駆動パルスは、立ち上がり期間ＴＲ３は、立ち下がり期間ＴＲ４に比べて長い。

駆動パルスの立ち上がり期間ＴＲ３に、レンズホルダ３１は変位しない。他方、駆動パルスの立ち下がり期間ＴＲ４に、レンズホルダ３１は後方に変位する。立ち上がり期間ＴＲ３が立ち下がり期間ＴＲ４よりも長い駆動パルスをピエゾ素子４２に印加することによって、レンズホルダ３１を後方（撮像素子側）に変位させることができる。

上述の説明から明かなように、本実施形態では、レンズホルダ３１、ピエゾ素子４２、及び伝達軸４４をケース５０に対して可動とする。換言すると、レンズホルダ３１、ピエゾ素子４２、及び伝達軸４４を可動部ＭＵとする。また、比重２．１以下の材料で伝達軸４４を形成する。これによって、図５に示すようにスイッチング信号の周波数帯域を拡大することができる（但し、図５の場合、ガラス状炭素で伝達軸４４を形成している）。より詳細には、共振周波数を高周波側へシフトすることができる。これによってスイッチング信号の周波数の選択の自由度を高めることができる。また、スイッチング信号をより高い周波数に設定することが可能になる。スイッチング信号の周波数を高周波側へシフトさせることで、レンズを高速に変位させることが可能になる。

選択可能な周波数帯域が狭い場合には、故障等の予期しない原因によって、レンズホルダ３１を変位させることが困難になるおそれがある。他方、本実施形態では、選択可能な周波数帯域自体が拡大されている。従って、何らかの予期しない原因によって選択した周波数が共振周波数帯に含まれることを効果的に抑制することができる。

なお、図５に示す比較例は、図６に示すカメラモジュールである。図６の場合には、可動部ＭＵは、レンズホルダ３１と係合部４５で形成される。また、伝達軸４４は、その上端がケース５０に固着し、ケース５０に対して移動不能である。

伝達軸４４の構成材料の選定によって共振周波数はシフトする。本実施形態では、レンズホルダ３１、ピエゾ素子４２、及び伝達軸４４を可動部ＭＵとし、伝達軸４４を比重２．１以下の材料で構成する。これによって図５に示すようにスイッチング信号の周波数帯域を拡大することができる。ここでは、更に、図７に示す材料で伝達軸４４を形成し、試作した伝達軸４４の固有の共振周波数を測定した。なお、本願でいう固有の共振周波数とは、伝達軸４４それ自体が有する固有の共振周波数である。具体的には、伝達軸４４を宙吊り状態とし、伝達軸４４に電圧波形を入力することで、伝達軸４４の固有の共振周波数は測定される。

図７に示すように、ガラス状炭素、エポキシ樹脂、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス（ＳＵＳ）、燐青銅、ポリアセタールの順で、伝達軸固有の共振周波数が低くなる。上述のようにガラス状炭素が成形された伝達軸４４によれば、スイッチング信号の周波数帯域を拡大することができた。従って、同様の結果を得るためには、伝達軸４４の固有の共振周波数が２００Ｈｚ以上に設定すれば良いことが推測できる。このように伝達軸４４の固有の共振周波数が２００Ｈｚ以上（より好ましくは共振周波数が２２０Ｈｚ以上、更に好ましくは共振周波数が２４０以上、更に好ましくは２７０Ｈｚ以上）の場合、スイッチング信号の周波数帯域を拡大できると推測できる。

ここで、図８及び図９を参照して、補足的にパルス生成回路８１の回路例について説明する。図８に示すように、パルス生成回路８１は、スイッチング信号生成回路８５、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、電流源ＣＳ１、ＣＳ２、及び電源ＰＳを有する。

電源ＰＳと接地電位ＧＮＤ間には、スイッチＳＷ１、電流源ＣＳ１、スイッチＳＷ２が直列に接続される。電源ＰＳと接地電位ＧＮＤ間には、スイッチＳＷ３、電流源ＣＳ２、スイッチＳＷ４が直列に接続される。電流源ＣＳ１とスイッチＳＷ２間の節点は、スイッチＳＷ３と電流源ＣＳ２間の節点に接続される。また、電流源ＣＳ１とスイッチＳＷ２間の節点及びスイッチＳＷ３と電流源ＣＳ２間の節点は、ピエゾ素子ＰＺの一端に接続される。ピエゾ素子ＰＺの他端は、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ４、及び接地電位ＧＮＤに接続される。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ等のスイッチング素子である。

スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の動作状態は、図９に示すようにスイッチング信号生成回路８５によって制御される。スイッチング信号生成回路８５は、端子Ｔ１〜Ｔ４を有する。各端子Ｔ１〜Ｔ４から出力されるスイッチング信号（スイッチング信号）によってスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の動作状態が決定付けられる。例えば、スイッチング信号がハイレベルのとき、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオン状態となる。スイッチング信号がローレベルのとき、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオフ状態となる。

図９に示す第１状態のとき、ピエゾ素子ＰＺは電流源ＣＳ１によって緩慢に充電される。第２状態のとき、ピエゾ素子ＰＺは、急速に放電する。第３状態のとき、ピエゾ素子ＰＺは、電流源ＣＳ１、ＣＳ２によって、急速に充電される。第４状態のとき、ピエゾ素子ＰＺは、緩慢に放電する。第１状態と第２状態間を繰り返し遷移することで、レンズホルダ３１は一方に変位する。第３状態と第４状態間を繰り返し遷移することで、レンズホルダ３１は他方に変位する。

図１０乃至図１３を参照して、伝達軸４４について更に説明する。

図１０に示すように、本実施形態では、比重２．１以下の材料で伝達軸４４を形成する。具体的には、ガラス状炭素、ＣＦＲＰ、エポキシ樹脂で伝達軸４４を形成する。これによって、次に説明するように駆動装置の特性を向上させることができる。

実施例として、図１１に示す各材料で伝達軸４４を製造し、これを駆動装置に組み込んだ。なお、本実施例に係る測定条件は次のとおりである。φ１．０ｍｍ、長さ５ｍｍの伝達軸４４を採用した。縦１．２ｍｍ、横１．２ｍｍ、高１．２ｍｍ、重さ０．０１ｇのピエゾ素子４４を採用した。伝達軸４４とピエゾ素子４２は接着剤で固定した。なお、伝達軸４４には、レンズホルダ３１を取り付けなかった。伝達軸４４にレンズホルダ３１を取り付ける場合、共振点が変化することが予測されるが、この場合であっても、以下の説明と同様の結論を導くことができると推測できる。

ＣＦＲＰからなる伝達軸４４は、カーボン繊維にプラスチック材料を含浸し、引き抜き、又は押し出し成形をし、その後、研磨、切断により製造した。カーボングラファイト（ガラス状炭素と黒鉛の複合体）からなる伝達軸４４は、プラスチック成形後、高温過熱で炭化し、その後、切断することにより製造した（特許文献６参照）。エポキシ樹脂からなる伝達軸４４は射出成形により製造した。なお、伝達軸４４の製造方法は任意であり、他の製造方法を採用しても良い。

図１１に示すように、共振点が２２０Ｈｚ以上の材料は、ガラス状炭素、ガラス状炭素複合材（黒鉛を含有する）、炭素繊維強化樹脂、エポキシ樹脂復号剤（カーボンを含有する）、エポキシ樹脂複合材（ガラスを含有する）、及びアルミニウムであった。なお、ここでいう共振点は、駆動装置に組み込んだ状態でピエゾ素子４２を駆動して測定されるものである。

共振周波数が高周波数側にシフトしているか否かという観点から考察すると、比重が小さい材料のほうが共振周波数を高周波側にシフトさせることに効果的であると考えられる。但し、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタールは例外である。

また、同様に、共振周波数が高周波数側にシフトしているか否かという観点から考察すると、弾性率が２０ＧＰａ以上の材料のほうが共振周波数を高周波側にシフトさせることに効果的であると考えられる。なお、上述のポリブチレンテレフタレート、ポリアセタールの弾性率は、２０ＧＰａ以下である。

図１１に示す各材料で形成した伝達軸４４が組み込まれた駆動装置の動作特性を図１１に示すように◎、○、×の三段階で評価した。なお、◎＞○＞×という関係で駆動装置の動作は良好と評価している。

二重丸◎で示した材料で伝達軸４４を形成した場合、図１２（ａ）に示すように、スイッチング信号のデューティー比の範囲及び周波数帯を広く確保できる。但し、図１２（ａ）では、動作確認が取れた範囲を点線で概略的な囲っている。この点は、図１２（ｂ）でも同様である。また、４４条件の駆動装置のサンプルのうち、１０条件以上の駆動装置で動作が確認できれば二重丸◎と評価している。

図１２（ａ）に示すようにスイッチング信号の周波数帯が高周波帯に拡大することで、移動対象物を高速に変位させることができる。また、スイッチング信号の周波数帯が高周波側に拡大することで、スイッチング信号の周波数の変動により駆動装置が動作不良となることを抑制し、駆動装置の信頼性を高めることができる。

図１２（ａ）に示すようにデューティー比の範囲が拡大することで、回路設計時の自由度を高めることができる。また、デューティー比の範囲が拡大することで、デューティー比が意図せずにシフトした際に駆動装置が動作不良となることを抑制し、駆動装置の信頼性を高めることができる。

丸○で示した材料で伝達軸４４を形成した場合、図１２（ｂ）に示すように、図１２（ａ）の場合と比較して、スイッチング信号のデューティー比の範囲及び周波数帯が狭くなる。なお、ここでは、４４条件の駆動装置のサンプルのうち、１条件以上１０条件未満の駆動装置で動作が確認できれば丸○と評価している。バツ×と評価されている場合は、４４条件の駆動装置のサンプルのうち、１つも動作確認ができなかった場合である。

上述の説明から明かなように、比重２．１以下の材料で伝達軸４４を形成すると、駆動装置の特性を良好に設定することができる。より好ましくは、比重２．１以下、弾性率２０ＧＰａ以上の材料で伝達軸４４を形成すると良い。更に好ましくは、比重２．１以下、弾性率３０ＧＰａ以上の材料で伝達軸４４を形成すると良い。更に好ましくは、比重１．７以下、弾性率３０ＧＰａ以上の材料で伝達軸４４を形成すると良い。

これによって、共振周波数を高周波側にシフトさせ、駆動装置の動作特性を向上させることが可能になる。具体的には、スイッチング信号をより高周波に設定することで、高速に移動対象物（レンズ）を変位させることが可能になる。

なお、図１３に示すように、スイッチング信号のデューティー比とは、Ｄ１／Ｄ２から算出される値である。期間Ｄ１は、パルスＳＰの周期に相当する。期間Ｄ２は、パルスＳＰのパルス幅に相当する。なお、図８、図９、図１３から明かなように、スイッチング信号生成回路８５は、ピエゾ素子４２に印加される電圧パルスを生成するために相補的な信号ＶＳ１、ＶＳ２を生成する。

上述の説明から明かなように、本実施形態では、レンズホルダ３１、ピエゾ素子４２、及び伝達軸４４を可動部ＭＵとする。また、比重２．１以下の材料を成形して伝達軸４４を形成する。これによって、図５に示すようにスイッチング信号の周波数帯域を拡大することができる。より詳細には、共振周波数を高周波側にシフトさせることができる。これによって、スイッチング信号生成回路８５から出力されるスイッチング信号の周波数の選択の自由度を高めることができる。スイッチング信号の周波数を高周波側にシフトさせれば、高速にレンズホルダ３１を変位させることも可能になる。

最後に、本実施形態に係るカメラモジュール１５０が組み込まれる携帯電話９０について説明する。

カメラモジュール１５０は、図１４に示す携帯電話（電子機器）９０に組み込まれる。

図１４に示すように、携帯電話９０は、上側本体（第１部材）９１、下側本体（第２部材）９２、及びヒンジ９３を有する。上側本体９１と下側本体９２とは、共にプラスチック製の平板部材であって、ヒンジ９３を介して連結される。上側本体９１と下側本体９２とはヒンジ９３によって開閉自在に構成される。上側本体９１と下側本体９２とが閉じた状態のとき、携帯電話９０は上側本体９１と下側本体９２とが重ね合わされた平板状の部材になる。

上側本体９１は、その内面に表示部９４を有する。表示部９４には、着信相手を特定する情報（名前、電話番号）、携帯電話９０の記憶部に格納されたアドレス帳等が表示される。表示部９４の下には液晶表示装置が組み込まれている。

下側本体９２は、その内面に複数のボタン９５を有する。携帯電話９０の操作者は、ボタン９５を操作することによって、アドレス帳を開いたり、電話を掛けたり、マナーモードに設定したりし、携帯電話９０を意図したように操作する。携帯電話９０の操作者は、このボタン９５を操作することに基づいて、携帯電話９０内のカメラモジュール１５０を起動する。

図１５に、携帯電話９０の前面（上面）の構成を示す。図１５に示すように、上側本体９１の前面には、表示領域９６が形成されている。表示領域９６に配置されたＬＥＤが発光することで着信状態を操作者に報知することができる。上側本体９１の前面の領域９７には、上述のカメラモジュール１５０が組み込まれる。

［第２の実施の形態］
図１６を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。図１６は、カメラモジュール１５０の概略的構成を示す模式図である。

図１６に示すように、イメージセンサ１２上にはカバー板１２ｂが配置されている。カバー板１２ｂは、ケース５０に設けられた隔壁部５０ｃに形成された開口部分に嵌め込まれて固定されている。カバー板１２ｂは、可視光線に対して実質的に透明な板状部材である。

ピエゾ素子４２には、電極端子４２ａが形成されている。電極端子４２ａにはリード線ＲＬが接続されている。伝達軸４４とピエゾ素子４２とは接着剤４３を介して固着している。ケース５０の内側面には、上面視形状が凸状のレール２４が形成されている。レンズホルダ３１は、レール受け部３５を有する。レール受け部３５にレール２４は受け入れられる。レール２４に対してレール受け部３５が摺動することで、レンズホルダ３１の変位が安定になる。

本実施形態の場合にも第１の実施形態で説明したものと同様の効果を得ることができる。

本発明の技術的範囲は上述の実施形態に限定されない。駆動軸の具体的な形状は任意である。駆動軸を複合材で形成しても良い。駆動軸とレンズ保持体間の連結方法は任意である。

１５０ カメラモジュール

１０ フレキシブル配線基板
１２ イメージセンサ
１２ａ 画素配置領域
１２ｂ カバー板
２４ レール
３１ レンズホルダ
３２ 平板部
３５ レール受け部
４２ ピエゾ素子
４２ａ 電極端子
４３ 接着剤
４４ 伝達軸
４５ 係合部
４６ 押え板
４７ バネ
４８ 平板部
５０ ケース
５０ａ 天板部
５０ｂ 側壁部
５０ｃ 隔壁部

８０ コントローラ
８１ パルス生成回路
８２ ピエゾ素子
８５ スイッチング信号生成回路

Claims (17)

1. 圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、
   前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、
   前記圧電素子の駆動に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位する移動対象物と、を備え、
   前記駆動軸は比重２．１以下の材料で構成されている、駆動装置。
2. 前記駆動軸は、弾性率２０ＧＰａ以上の材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 前記駆動軸は、弾性率３０ＧＰａ以上の材料で構成されていることを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
4. 圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、
   前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、
   前記圧電素子の駆動に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位する移動対象物と、を備え、
   前記駆動軸は、ガラス状炭素、繊維強化樹脂、及びエポキシ樹脂のいずれかの材料で構成されている、駆動装置。
5. 前記駆動軸は、少なくとも黒鉛を含有するガラス状炭素複合材、カーボンを含有する繊維強化樹脂、ガラス又はカーボンを含有するエポキシ樹脂複合材のいずれかの材料で構成されていることを特徴とする請求項４記載の駆動装置。
6. 圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、
   前記連結体に固着されたレンズ保持体と、
   前記レンズを介して入力する像を撮像する撮像素子と、
   前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で前記駆動軸が摩擦係合した係合部と、
   前記係合部が固定支持され、前記撮像素子が固定された固定側部材と、を備え、
   前記駆動軸は比重２．１以下の材料で構成されている、カメラモジュール。
7. 前記駆動軸は、弾性率２０ＧＰａ以上の材料で構成されていることを特徴とする請求項６に記載のカメラモジュール。
8. 前記駆動軸は、弾性率３０ＧＰａ以上の材料で構成されていることを特徴とする請求項７に記載のカメラモジュール。
9. 圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、
   前記連結体に固着され、レンズを保持するレンズ保持体と、
   前記レンズを介して入力する像を撮像する撮像素子と、
   前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で前記駆動軸が摩擦係合した係合部と、
   前記係合部が固定支持され、前記撮像素子が固定された固定側部材と、を備え、
   前記駆動軸は、ガラス状炭素、繊維強化樹脂、及びエポキシ樹脂のいずれかの材料で構成されている、カメラモジュール。
10. 前記駆動軸は、少なくとも黒鉛を含有するガラス状炭素複合材、カーボンを含有する繊維強化樹脂、ガラス又はカーボンを含有するエポキシ樹脂複合材のいずれかの材料で構成されていることを特徴とする請求項９に記載のカメラモジュール。
11. 圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、
    前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、
    前記圧電素子の駆動に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位するレンズ保持体と、を備え、
    前記駆動軸は比重２．１以下の材料で構成されている、レンズ部品。
12. 前記駆動軸は、弾性率２０ＧＰａ以上の材料で構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のレンズ部品。
13. 前記駆動軸は、弾性率３０ＧＰａ以上の材料で構成されていることを特徴とする請求項１２に記載のレンズ部品。
14. 圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、
    前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、
    前記圧電素子の駆動に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位するレンズ部品と、を備え、
    前記駆動軸は、ガラス状炭素、繊維強化樹脂、及びエポキシ樹脂のいずれかの材料で構成されている、駆動装置。
15. 前記駆動軸は、少なくとも黒鉛を含有するガラス状炭素複合材、カーボンを含有する繊維強化樹脂、ガラス又はカーボンを含有するエポキシ樹脂複合材のいずれかの材料で構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の駆動装置。
16. 圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、
    前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、
    前記圧電素子の駆動に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位する移動対象物と、を備え、
    前記連結体単独での固有の共振周波数が２２０Ｈｚ以上である、駆動装置。
17. 前記連結体単独での固有の共振周波数が２７０Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項１６に記載の駆動装置。
    

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