JP2014048533A - 撮像機器および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小さな装置構成で撮像素子とレンズ支持体との間の位置関係を変化させることができる撮像機器を提供すること。
【解決手段】実施形態の撮像機器は、光学レンズを固定するレンズ支持体と、前記レンズ支持体を固定する基板と、前記光学レンズと前記基板との間に配置された撮像素子と、前記撮像素子と前記撮像素子以外の部材とに接続された弾性体と、を備えている。そして、前記基板は、前記撮像素子との間でローレンツ力を発生させるローレンツ力発生部を有している。さらに、前記基板は、前記ローレンツ力を調整することによって、前記撮像素子が所望の光学的特性となる位置に前記撮像素子を移動させる。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、撮像機器および電子機器に関する。

近年、携帯電子機器に内蔵されているカメラ（撮像機器）を高画質化するために、カメラに搭載する撮像素子の高画素化が進んでいる。携帯電子機器に内蔵されている撮像機器は、撮像した画像の画質を向上させるためにオートフォーカス機能を具備している場合がある。オートフォーカスは、電動アクチュエータが撮像機器内部の光学系を光軸方向に電動で移動させることによって行われている。

従来の電動アクチュエータ機構では、例えば、複数枚のレンズを保持するホルダの周囲にマグネットが配置されるとともに、ホルダを支持する支持体がコイルを備えている。またホルダがバネによって接続されている。そして、コイルに電流が流されることにより、コイルとマグネットとの間に働くローレンツ力とバネの弾性力との釣り合いが調整される。これにより、ホルダの光軸方向の位置が制御され、電動アクチュエータが実現されている。

ところで、撮像機器では、撮像素子の画素の高密度化に伴って画素間隔が縮小されているので、レンズに求められる解像力が上昇している。このため、レンズ枚数が従来の３枚から４枚以上へと増加している。レンズ枚数が増加すると、レンズを含めたホルダの重量が増加するので、電動アクチュエータ用のコイルやマグネットが大型化および厚型化し、消費電力が増加する。

ところが、携帯電子機器を小型化および薄型化するために、撮像機器を小型化および薄型化する要求が高まっている。このため、オートフォーカス用電動アクチュエータを小型化および薄型化することが望まれている。

特開２００７−２４８８４４号公報

本発明が解決しようとする課題は、小さな装置構成で撮像素子とレンズ支持体との間の位置関係を変化させることができる撮像機器および電子機器を提供することである。

実施形態によれば、撮像機器が提供される。前記撮像機器は、光学レンズを固定するレンズ支持体と、前記レンズ支持体を固定する基板と、前記光学レンズと前記基板との間で前記基板に対して対向配置された撮像素子と、一方の端部が前記撮像素子に接続されるとともに他方の端部が前記撮像素子以外の部材に接続された弾性体と、を備えている。そして、前記基板は、前記撮像素子との間でローレンツ力を発生させる第１のローレンツ力発生部を有し、前記撮像素子は、前記基板との間で前記ローレンツ力を発生させる第２のローレンツ力発生部を有している。さらに、前記レンズに対する前記撮像素子の光学的特性を所望の特性に変化させる際には、前記基板が、前記光学レンズに対する前記撮像素子の位置を前記所望の特性に応じた位置に移動させ、かつ当該位置で前記ローレンツ力と前記弾性体の弾性力とが釣り合うよう、前記ローレンツ力を調整する。

第１の実施形態に係る撮像機器の外観構成を示す図。 第１の実施形態に係る撮像機器を備えた電子機器の外観構成を示す図。 第１の実施形態に係る撮像機器の断面構成を示す図。 ＰＣＢ基板が備える第１の実施形態に係る基板チップの上面図。 撮像素子が備える第１の実施形態に係る基板層の上面図。 ＰＣＢ基板が備える第２の実施形態に係る基板チップの上面図。 撮像素子が備える第３の実施形態に係る基板層の上面図。 第４の実施形態に係る撮像機器の断面構成を示す図。 第４の実施形態に係るＰＣＢ基板の上面図。 ＰＣＢ基板が備える第５の実施形態に係る基板チップの上面図。 撮像素子が備える第５の実施形態に係る基板層の上面図。

以下に図面を参照して、実施形態に係る撮像機器および電子機器を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

まず、実施形態で用いる用語の定義について説明する。本実施形態における「光軸方向」は、光学レンズに入射する被写体からの光の中心軸に平行な方向（光学部材と被写体とを結ぶ線分と平行な方向）を意味している。また、本実施形態では、各構成要素の構造を説明する際に、被写体に近い面および部分を「物体側」の面および部分などと記載し、かつ物体側の反対に位置する面および部分を「像面側」の面および部分などと記載する。

（第１の実施形態）
図１−１は、第１の実施形態に係る撮像機器の外観構成を示す図である。図１−１では、撮像機器１０１の外観構成を斜視図（立体図）で示している。撮像機器１０１には、光軸方向の＋Ｚ側である物体側から−Ｚ側である像面側に向かって順番に、撮像機器１０１を覆いレンズ３１を保持する支持体１６と、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）基板２Ｘと、が配置されている。

本実施形態の支持体１６は、レンズ（光学レンズ）３１および他のレンズ（後述するレンズ３２〜３４）を保持するとともに、ＰＣＢ基板２Ｘに固定されている。ＰＣＢ基板２Ｘには、後述する撮像素子を移動させるためのコイルなどが配置されている。

図１−２は、第１の実施形態に係る撮像機器を備えた電子機器の外観構成を示す図である。図１−２では、電子機器の一例である携帯電話２０１の外観構成を斜視図（立体図）で示している。図１−２に示すように携帯電話２０１は、撮像機器１０１を備えている。なお、電子機器は、携帯電話２０１に限らず、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）やＰＨＳなどの他の機器であってもよい。

図２は、第１の実施形態に係る撮像機器の断面構成を示す図である。図２では、光軸方向に平行な平面で切断した場合の撮像機器１０１の断面図を示している。撮像機器１０１は、レンズ３１〜３４と、支持体１６と、撮像素子と、ＰＣＢ基板２Ｘと、板バネ１３Ｘと、ストッパ１５と、を備えている。

撮像素子は、レンズ３１〜３４を介して入射する被写体からの光を検出して画像データを生成する素子である。撮像素子は、赤外線カットフィルタ５と、フォトディテクタ層６と、基板層７Ｘと、コイル群８Ｂと、を有している。

撮像素子は、裏面照射型の撮像素子である。撮像素子は、レンズ３１〜３４よりも像面側であって、且つＰＣＢ基板２Ｘよりも物体側に配置されている。換言すると、撮像素子は、レンズ３１〜３４とＰＣＢ基板２Ｘとの間に配置されている。

撮像素子は、フォトディテクタ層６と、フォトディテクタ層６とは別個に製造された基板層７Ｘと、が張り合わされて形成されている。撮像素子は、フォトディテクタ層６が物体側となり、基板層７Ｘが像面側となるよう配置されている。また、基板層７Ｘには、貫通シリコンビア（ＴＳＶ）１４が設けられており、後述するデータ送信用変調回路１８Ｂなどの回路とフォトディテクタ層６とが貫通シリコンビア１４を介して接続されている。

また、撮像素子の物体側（フォトディテクタ層６よりも物体側）には赤外線カットフィルタ５が固定されている。また、撮像素子の像面側にはコイル群８Ｂが形成されている。換言すると、撮像素子には、物体側から像面側に向かって順番に、赤外線カットフィルタ５、フォトディテクタ層６、基板層７Ｘ、コイル群８Ｂが配置されている。

ＰＣＢ基板２Ｘは、撮像素子を制御する基板である。ＰＣＢ基板２Ｘは、撮像素子の位置を制御するとともに撮像素子に画像データを生成させる。ＰＣＢ基板２Ｘは、コイル群８Ａと、基板チップ１Ｘと、ハンダパッド１１と、ハンダボール１２と、を有している。

ＰＣＢ基板２Ｘのうち、基板チップ１Ｘの物体側の面にはコイル群８Ａが形成されている。このように、コイル群８Ａは、像面側の面でＰＣＢ基板２Ｘに固定されている。ＰＣＢ基板２Ｘは、像面側の面にハンダパッド１１とハンダボール１２とを備えており、電子機器の基板などにハンダ付けによって固定される。ＰＣＢ基板２Ｘの物体側の外周部は、支持体１６の底部によって固定されている。

支持体１６には、物体側から像面側に向かって順番に、レンズ３１、レンズ３２、レンズ３３、レンズ３４、ストッパ１５が固定されている。ストッパ１５は、撮像素子がレンズ３４に接触することを防止する。

板バネ１３Ｘは、撮像素子の基板層７Ｘと、ＰＣＢ基板２Ｘの基板チップ１Ｘと、を接続している。撮像素子の対角長は、例えば４．８６ｍｍであり、レンズ３１の物体面の光軸中心とレンズ３４の像面側の光軸中心の距離は、例えば３．６０１ｍｍである。また、レンズ３４の像面側の光軸中心から赤外線カットフィルタ５の表面までの距離は、無限遠撮影時に例えば０．６３４ｍｍとなり、１００ｍｍの近距離撮影時に例えば０．７７１ｍｍとなる。

本実施形態では、オートフォーカス機能を用いて画像を撮像する際に、支持体１６、レンズ３１〜３４およびＰＣＢ基板２Ｘは、移動させず、ＰＣＢ基板２Ｘに対して撮像素子を移動させる。このとき、撮像素子とＰＣＢ基板２Ｘとの間で、ローレンツ力と板バネ１３Ｘの弾性力との釣り合いが調整されることによって、撮像素子とＰＣＢ基板２Ｘとの間の距離が制御される。

例えば、板バネ１３Ｘによって撮像素子がＰＣＢ基板２Ｘから押し上げられるとともに、ローレンツ力によって撮像素子がＰＣＢ基板２Ｘ側に引っ張られることにより、ＰＣＢ基板２Ｘ（レンズ３１〜３４）に対する撮像素子の位置が制御される。

なお、板バネ１３Ｘによって撮像素子をＰＣＢ基板２Ｘ側に引っ張るとともに、ローレンツ力によって撮像素子をＰＣＢ基板２Ｘから押し上げることにより、ＰＣＢ基板２Ｘ（レンズ３１〜３４）に対する撮像素子の位置を制御してもよい。

撮像機器１０１が被写体の画像を撮像する際には、レンズ３１〜３４に対する撮像素子の位置が必要に応じて移動させられる。撮像素子の位置（高さ）が移動することにより、レンズ３１〜３４に対する撮像素子の光学的特性（フォーカスなど）が撮像素子の位置に応じた特性に変化する。具体的には、レンズ３１〜３４に対する撮像素子の光学的特性を所望の特性に変化させる際には、撮像素子の位置が所望の光学的特性に応じた位置に移動し、かつ当該位置でローレンツ力と板バネ１３Ｘの弾性力とが釣り合うよう、ローレンツ力が調整される。撮像素子の位置は、ＰＣＢ基板２Ｘがローレンツ力を調整することによって制御される。本実施形態では、撮像素子がレンズ３４とＰＣＢ基板２Ｘとの間を光軸に対して平行移動することで、撮像素子に像を合焦させる。

被写体からの光が撮像機器１０１の物体側からレンズ３１〜３４に入射すると、入射した光は、レンズ３１〜３４によって結像される。そして、結像された光が撮像素子のフォトディテクタ層６に到達すると、フォトディテクタ層６において結像された光が、基板層７Ｘで電気信号に変換される。この電気信号が被写体の画像データに対応している。電気信号は、基板層７ＸからＰＣＢ基板２Ｘに送られる。

図３は、ＰＣＢ基板が備える第１の実施形態に係る基板チップの上面図であり、図４は、撮像素子が備える第１の実施形態に係る基板層の上面図である。図３では、ＰＣＢ基板２Ｘを物体側から見た場合の図として、基板チップ１Ｘの一例である基板チップ１Ｐの上面を示している。また、図４では、撮像素子を像面側から見た場合の図として、基板層７Ｘの一例である基板層７Ｐの底面を示している。換言すると、撮像機器１０１を物体側から見た場合の撮像素子が図４であり、撮像機器１０１を物体側から見た場合のＰＣＢ基板７Ｐが図３である。撮像機器１０１内では、図３の基板チップ１Ｐと図４の基板層７Ｐとが対向するよう配置されている。

図３に示すように、基板チップ１Ｐの物体側の主面には、データ送信用コイル１９Ａと、データ受信用コイル２０Ａと、電力用コイル２１Ａと、アクチュエータコイル１７Ａと、データ送信用変調回路１８Ａと、データ受信用復調回路２２Ａと、電力用変調回路２３と、アクチュエータコイル駆動回路２４Ａと、が形成されている。

なお、基板チップ１Ｐ上のデータ送信用コイル１９Ａ、データ受信用コイル２０Ａ、電力用コイル２１Ａおよびアクチュエータコイル１７Ａがコイル群８Ａに対応している。コイル群８Ａは、例えば半導体プロセスによって基板チップ１Ｐ上に形成される。

電力用コイル２１Ａは、例えば、基板チップ１Ｐの中央部に配置され、電力用コイル２１Ａ以外のコイルや回路は、基板チップ１Ｐの外周部近傍に配置されている。例えば、電力用コイル２１Ａは、基板チップ１Ｐの中心と電力用コイル２１Ａの中心とが同じ位置になるよう配置されている。

また、基板チップ１Ｐには、２つのデータ送信用コイル１９Ａが、基板チップ１Ｐの上面内で電力用コイル２１Ａを挟むようにして配置されている。具体的には、基板チップ１Ｐの中心を対象点として２つのデータ送信用コイル１９Ａが点対称に配置されている。２つのデータ送信用コイル１９Ａは、コイルの巻き方向が逆方向であってもよいし、同じ方向であってもよい。

また、基板チップ１Ｐには、２つのデータ受信用コイル２０Ａが、基板チップ１Ｐの上面内で電力用コイル２１Ａを挟むようにして配置されている。具体的には、基板チップ１Ｐの中心を対象点として２つのデータ受信用コイル２０Ａが点対称に配置されている。２つのデータ受信用コイル２０Ａは、コイルの巻き方向が逆方向であってもよいし、同じ方向であってもよい。

また、基板チップ１Ｐには、基板チップ１Ｐの中心を対象点として４つのアクチュエータコイル１７Ａが９０度回転対称に配置されている。例えば、４つのアクチュエータコイル１７Ａは、基板チップ１Ｐの４隅みに配置されている。４つのアクチュエータコイル１７Ａは、コイルの巻き方向が全て同じ方向あってもよいし、少なくとも１つは逆方向であってもよい。

また、データ送信用変調回路１８Ａは、例えば、データ送信用コイル１９Ａの近傍に配置されている。また、データ受信用復調回路２２Ａは、例えば、データ受信用コイル２０Ａの近傍に配置されている。

また、電力用変調回路２３は、例えば、電力用コイル２１Ａの近傍に配置されている。また、アクチュエータコイル駆動回路２４Ａは、例えば、アクチュエータコイル１７Ａの近傍に配置されている。

図４に示すように、基板層７Ｐの像面側の主面には、データ送信用コイル１９Ｂと、データ受信用コイル２０Ｂと、電力用コイル２１Ｂと、アクチュエータコイル１７Ｂと、データ送信用変調回路１８Ｂと、データ受信用復調回路２２Ｂと、電力用復調回路２５と、アクチュエータコイル駆動回路２４Ｂと、が形成されている。

なお、基板層７Ｐ上のデータ送信用コイル１９Ｂ、データ受信用コイル２０Ｂ、電力用コイル２１Ｂおよびアクチュエータコイル１７Ｂがコイル群８Ｂに対応している。コイル群８Ｂは、例えば半導体プロセスによって基板層７上に形成される。

電力用コイル２１Ｂは、例えば、基板層７Ｐの中央部に配置され、電力用コイル２１Ｂ以外のコイルや回路は、基板層７Ｐの外周部近傍に配置されている。例えば、電力用コイル２１Ｂは、基板層７Ｐの中心と電力用コイル２１Ｂの中心とが同じ位置になるよう配置されている。

また、基板層７Ｐには、２つのデータ送信用コイル１９Ｂが、基板層７Ｐの底面内で電力用コイル２１Ｂを挟むようにして配置されている。具体的には、基板層７Ｐの中心を対象点として２つのデータ送信用コイル１９Ｂが点対称に配置されている。２つのデータ送信用コイル１９Ｂは、コイルの巻き方向が逆方向であってもよいし、同じ方向であってもよい。

また、基板層７Ｐには、２つのデータ受信用コイル２０Ｂが、基板層７Ｐの底面内で電力用コイル２１Ｂを挟むようにして配置されている。具体的には、基板層７Ｐの中心を対象点として２つのデータ受信用コイル２０Ｂが点対称に配置されている。２つのデータ受信用コイル２０Ｂは、コイルの巻き方向が逆方向であってもよいし、同じ方向であってもよい。また、基板層７Ｐには、４つのアクチュエータコイル１７Ｂが、基板層７Ｐの４隅みに配置されている。

また、データ送信用変調回路１８Ｂは、例えば、データ送信用コイル１９Ｂの近傍に配置されている。また、データ受信用復調回路２２Ｂは、例えば、データ受信用コイル２０Ｂの近傍に配置されている。

また、電力用復調回路２５は、例えば、電力用コイル２１Ｂの近傍に配置されている。また、アクチュエータコイル駆動回路２４Ｂは、例えば、アクチュエータコイル１７Ｂの近傍に配置されている。

ここで、基板チップ１Ｐ内に配置されるコイル群８Ａと、基板層７Ｐに配置されるコイル群８Ｂと、の位置関係の一例について説明する。データ送信用コイル１９Ａとデータ受信用コイル２０Ｂとは、互いに対向するよう配置される。また、データ受信用コイル２０Ａとデータ送信用コイル１９Ｂは、互いに対向するよう配置される。また、アクチュエータコイル１７Ａとアクチュエータコイル１７Ｂとは、互いに対向するよう配置される。

なお、基板チップ１Ｐ上に配置されるコイルや回路は、図３に示した配置や個数に限らず何れの位置に何れの個数を配置してもよい。また、基板層７Ｐに配置されるコイルや回路は、図４に示した配置や個数に限らず何れの位置に何れの個数を配置してもよい。

データ送信用コイル１９Ａは、対向配置された基板層７Ｐのデータ受信用コイル２０Ｂに電磁誘導によってデータを送信するコイルである。データ受信用コイル２０Ａは、基板層７Ｐのデータ送信用コイル１９Ｂから電磁誘導によってデータを受信するコイルである。

電力用コイル２１Ａは、電力用コイル２１Ｂとの間で電磁誘導によって電力の伝送を行なうコイルである。アクチュエータコイル１７Ａは、電流が流されることにより、対向配置されたアクチュエータコイル１７Ｂとの間でローレンツ力を発生させるコイルである。

データ送信用変調回路１８Ａは、基板層７Ｐ側に送信するデータにクロックを重畳したうえで、高周波に変調して信号を作り、データ送信用コイル１９Ａに流す。基板層７Ｐ側に送信するデータは、例えば基板層７Ｐを制御する情報などを含んでいる。データ受信用復調回路２２Ａは、データ受信用コイル２０Ａが受信した信号を復調することによって、基板層７Ｐ側から送られてくる信号を、データとクロックとに分解する。基板層７Ｐ側から送られてくる信号は、例えば画像データなどである。

電力用変調回路２３は、電力を直流から交流に変調して電力用コイル２１Ａに流す回路である。また、電力用変調回路２３は、基板チップ１Ｐと基板層７Ｐとの間の距離の変化によって変わる電力伝送効率を補うための制御を行う。アクチュエータコイル駆動回路２４Ａは、アクチュエータコイル１７Ａに流す電流を調整する回路である。

データ送信用コイル１９Ｂは、対向配置された基板チップ１Ｐのデータ受信用コイル２０Ａに電磁誘導によってデータを送信するコイルである。データ受信用コイル２０Ｂは、基板チップ１Ｐのデータ送信用コイル１９Ａから電磁誘導によってデータを受信するコイルである。

電力用コイル２１Ｂは、電力用コイル２１Ａとの間で電磁誘導によって電力の伝送を行なうコイルである。アクチュエータコイル１７Ｂは、電流が流されることにより、対向配置されたアクチュエータコイル１７Ａとの間でローレンツ力を発生させるコイルである。

データ送信用変調回路１８Ｂは、基板チップ１Ｐ側に送信するデータにクロックを重畳したうえで、高周波に変調して信号を作り、データ送信用コイル１９Ｂに流す。データ受信用復調回路２２Ｂは、データ受信用コイル２０Ｂが受信した高周波変調信号を復調することによって、データとクロックとに分離する。

電力用復調回路２５は、電力用コイル２１Ｂが受信した電力を交流から直流に復調する回路である。アクチュエータコイル駆動回路２４Ｂは、アクチュエータコイル１７Ｂに流す電流を調整する回路である。

基板チップ１Ｐでは、電力が電力用変調回路２３によって直流から交流に変調されて電力用コイル２１Ａに流される。これにより、電力用コイル２１Ａに対向するよう配置されている電力用コイル２１Ｂと電力用コイル２１Ａとの間で電磁誘導によって電力の伝送（無線給電）が行われる。

また、オートフォーカス機能を用いて画像を撮像する際には、撮像素子とＰＣＢ基板２Ｘとの間で、ローレンツ力と板バネ１３Ｘの弾性力との釣り合いが調整されることによって、撮像素子とＰＣＢ基板２Ｘとの間の距離が制御される。

具体的には、アクチュエータコイル１７Ａに流す電流と、アクチュエータコイル１７Ｂに流す電流と、が調整されることにより、アクチュエータコイル１７Ａ，１７Ｂ間に働くローレンツ力が調整される。これにより、ローレンツ力と、板バネ１３Ｘの弾性力と、の差に応じた位置に撮像素子が移動するとともに、ローレンツ力と弾性力とが釣り合う。このように釣り合う位置が制御されることにより、撮像素子の基板層７Ｐとレンズ３４との間の距離が、例えば０．６３４ｍｍ〜０．７７１ｍｍまでの間で調整される。このようにして、撮像素子の光軸方向の位置が制御され、電動アクチュエータが実現される。

なお、基板チップ１Ｐ上に配置する各コイルの数や基板層７Ｐ上に配置する各コイルの数は、いくつずつであってもよい。例えば、基板チップ１Ｐ上に３つ以下または５つ以上のアクチュエータコイル１７Ａを配置してもよい。また、基板チップ１Ｐ上に３つ以上のデータ送信用コイル１９Ａと、３つ以上のデータ受信用コイル２０Ａと、を配置してもよい。また、コイル群８Ａ，８Ｂ内の各コイルは、何れの形状であってもよい。

また、本実施形態では、撮像素子の像面側を板バネ１３Ｘによって接続する場合について説明したが、撮像素子の物体側を板バネ１３Ｘによって接続してもよい。この場合、撮像素子の物体側が、板バネ１３Ｘによって支持体１６などに接続される。なお、撮像素子の物体側を支持体１６以外の部材に接続してもよい。また、撮像素子の物体側を板バネ１３Ｘによって接続する場合、ストッパ１５は、撮像素子の像面側に設けておく。また、板バネ１３Ｘの代わりに他の弾性体（ゴムなど）を用いてもよい。また、ＰＣＢ基板２Ｘの代わりに他の基板（半導体基板など）を用いてもよい。

本実施形態では、アクチュエータコイル１７Ａ，１７Ｂは、それぞれ光軸に直行する面内に複数個ずつ搭載されている。これらのアクチュエータコイル１７Ａ，１７Ｂの組を組毎に個別制御することで、撮像素子の傾きを制御することができる。

すなわち、撮像機器１０１が、複数組のアクチュエータコイル１７Ａ，１７Ｂを有している場合、各アクチュエータコイル１７Ａ，１７Ｂの組に異なる駆動力（ローレンツ力）を与えてもよい。アクチュエータコイル１７Ａ，１７Ｂの組毎にローレンツ力の大小を調整することで、撮像素子をレンズ３１〜３４に対して斜めにすることができる。これにより、製造時のレンズ３１〜３４や支持体１６の不良に起因する像面の傾きを補正することができ、撮像素子に像を正しく合焦させることが可能となる。

また、板バネ１３Ｘの弾性力が最大になる位置に撮像素子を移動させた後、アクチュエータコイル１７Ａ，１７Ｂが発生させるローレンツ力を急激に変化させることにより、撮像素子の光軸方向の位置を急速に変位させてもよい。これにより、撮像素子の表面上に付着したダストを除去することが可能となる。

また、ＰＣＢ基板２Ｘは、撮像された画像のコントラストに基づいて、撮像素子の光軸方向の位置を制御してもよい。この場合、ＰＣＢ基板２Ｘは、撮像素子の光軸方向の位置を変位させながら撮像機器１０１によって撮像される画像を連続的に取得する。そして、ＰＣＢ基板２Ｘは、撮像された画像のコントラストが最大になる位置を撮像素子の光軸方向の位置に決定することによって、オートフォーカスを実現する。

また、データ送信用コイル１９Ａ、データ受信用コイル２０Ａ、電力用コイル２１Ａ、アクチュエータコイル１７Ａ、データ送信用変調回路１８Ａ、データ受信用復調回路２２Ａ、電力用変調回路２３およびアクチュエータコイル駆動回路２４Ａの少なくとも１つを基板チップ１Ｐの物体側以外の位置に配置してもよい。

また、データ送信用コイル１９Ｂ、データ受信用コイル２０Ｂ、電力用コイル２１Ｂ、アクチュエータコイル１７Ｂ、データ送信用変調回路１８Ｂ、データ受信用復調回路２２Ｂ、電力用復調回路２５およびアクチュエータコイル駆動回路２４Ｂの少なくとも１つを基板層７Ｐの像面側以外の位置に配置してもよい。

このように第１の実施形態によれば、レンズ３１〜３４の位置を固定したうえで撮像素子の位置を移動させているので、小さな装置構成で撮像素子と支持体１６との間の位置関係を変化させることが可能となる。

また、データや電力などを伝送するコイル間を対向配置しているので、データや電力などを効率良く伝送することが可能となる。また、レンズ３１〜３４よりも軽量な撮像素子を移動させるので高速かつ低消費電力でオートフォーカス機能を実現できる。

（第２の実施形態）
つぎに、図５を用いて本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、アクチュエータコイル１７Ａの代わりに磁石を配置することによって、撮像素子を移動させる。

なお、本実施形態における撮像素子は、第１の実施形態の撮像素子と同様の構成を有しているのでその説明を省略する。また、本実施形態における電力の伝送方法、データ送受信方法は第１の実施形態と同様なので、その説明を省略する。

図５は、ＰＣＢ基板が備える第２の実施形態に係る基板チップの上面図である。図５では、ＰＣＢ基板２Ｘを物体側から見た場合の図として、基板チップ１Ｘの一例である基板チップ１Ｑの上面を示している。図５の各構成要素のうち図３の基板チップ１Ｐと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

図５に示すように、基板チップ１Ｑの物体側の主面には、データ送信用コイル１９Ａと、データ受信用コイル２０Ａと、電力用コイル２１Ａと、磁石２６Ａと、データ送信用変調回路１８Ａと、データ受信用復調回路２２Ａと、電力用変調回路２３と、が形成されている。

磁石２６Ａは、図３のアクチュエータコイル１７Ａと略同じ位置に配置されている。具体的には、基板チップ１Ｑには、４つの磁石２６Ａが、基板チップ１Ｑの４隅みに配置されている。

オートフォーカス機能を用いて画像を撮像する際には、撮像素子とＰＣＢ基板２Ｘとの間で、ローレンツ力と板バネ１３Ｘの弾性力との釣り合いが調整されることによって、撮像素子とＰＣＢ基板２Ｘとの間の距離が制御される。

具体的には、アクチュエータコイル１７Ｂに流す電流が調整されることにより、磁石２６Ａとアクチュエータコイル１７Ｂとの間に働くローレンツ力が調整される。これにより、ローレンツ力と、板バネ１３Ｘの弾性力と、の差に応じた位置に撮像素子が移動するとともに、ローレンツ力と弾性力とが釣り合う。このように釣り合う位置が制御されることにより、撮像素子の基板層７Ｐとレンズ３４との間の距離が、例えば０．６３４ｍｍ〜０．７７１ｍｍまでの間で調整される。このようにして、撮像素子の光軸方向の位置が制御され、ムービングコイル方式の電動アクチュエータが実現される。

本実施形態では、磁石２６Ａとアクチュエータコイル１７Ｂは、それぞれ光軸に直行する面内に複数個ずつ搭載されている。これらの磁石２６Ａとアクチュエータコイル１７Ｂとの組毎に制御することで、撮像素子の傾きを制御することができる。

なお、基板チップ１Ｑ上に配置する各コイルおよび磁石２６Ａの数は、いくつずつであってもよい。例えば、基板チップ１Ｑ上に３つ以下または５つ以上の磁石２６Ａを配置してもよい。また、基板チップ１Ｑ上に配置されるコイルや回路は、図５に示した配置や個数に限らず何れの位置に何れの個数を配置してもよい。また、基板チップ１Ｑ上には、磁石２６Ａとアクチュエータコイル１７Ａとを混在させてもよい。

このように、第２の実施形態によれば、磁石２６Ａおよびアクチュエータコイル１７Ｂを用いて、撮像素子の位置を制御するので、撮像素子の重量増加を抑えつつ、モジュール全体での消費電力を抑えることが可能となる。

（第３の実施形態）
つぎに、図６を用いて本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、アクチュエータコイル１７Ｂの代わりに磁石を配置することによって、磁石とアクチュエータコイル１７Ａとの間に働くローレンツ力を用いて撮像素子を移動させる。

なお、本実施形態における基板チップ１Ｐは、第１の実施形態の基板チップ１Ｐと同様の構成を有しているのでその説明を省略する。また、本実施形態における電力の伝送方法、データ送受信方法は第１の実施形態と同様なので、その説明を省略する。

図６は、撮像素子が備える第３の実施形態に係る基板層の上面図である。図６では、撮像素子を像面側から見た場合の図として、基板層７Ｘの一例である基板層７Ｑの底面を示している。図６の各構成要素のうち図４の基板層７Ｐと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

図６に示すように、基板層７Ｑの像面側の主面には、データ送信用コイル１９Ｂと、データ受信用コイル２０Ｂと、電力用コイル２１Ｂと、磁石２６Ｂと、データ送信用変調回路１８Ｂと、データ受信用復調回路２２Ｂと、電力用復調回路２５と、が形成されている。

磁石２６Ｂは、図４のアクチュエータコイル１７Ｂと略同じ位置に配置されている。具体的には、基板層７Ｑには、４つの磁石２６Ｂが、基板層７Ｑの４隅みに配置されている。

オートフォーカス機能を用いて画像を撮像する際には、撮像素子とＰＣＢ基板２Ｘとの間で、ローレンツ力と板バネ１３Ｘの弾性力との釣り合いが調整されることによって、撮像素子とＰＣＢ基板２Ｘとの間の距離が制御される。

具体的には、アクチュエータコイル１７Ａに流す電流が調整されることにより、磁石２６Ｂとアクチュエータコイル１７Ａとの間に働くローレンツ力が調整される。これにより、ローレンツ力と、板バネ１３Ｘの弾性力と、の差に応じた位置に撮像素子が移動するとともに、ローレンツ力と弾性力とが釣り合う。このように釣り合う位置が制御されることにより、撮像素子の基板層７Ｑとレンズ３４との間の距離が、例えば０．６３４ｍｍ〜０．７７１ｍｍまでの間で調整される。このようにして、撮像素子の光軸方向の位置が制御され、ムービングマグネット方式の電動アクチュエータが実現される。

本実施形態では、磁石２６Ｂとアクチュエータコイル１７Ａは、それぞれ光軸に直行する面内に複数個ずつ搭載されている。これらの磁石２６Ｂとアクチュエータコイル１７Ａとの組毎に制御することで、撮像素子の傾きを制御することができる。

なお、基板層７Ｑ上に配置する各コイルおよび磁石２６Ｂの数は、いくつずつであってもよい。例えば、基板層７Ｑ上に３つ以下または５つ以上の磁石２６Ｂを配置してもよい。また、基板層７Ｑに配置されるコイルや回路は、図６に示した配置や個数に限らず何れの位置に何れの個数を配置してもよい。また、基板層７Ｑ上には、磁石２６Ｂとアクチュエータコイル１７Ｂとを混在させてもよい。

このように、第３の実施形態によれば、磁石２６Ｂおよびアクチュエータコイル１７Ａを用いて、撮像素子の位置を制御するので、撮像素子の重量増加を抑えつつ、モジュール全体での消費電力を抑えることが可能となる。

（第４の実施形態）
つぎに、図７および図８を用いて本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、ＰＣＢ基板上にコイル群を形成しておく。

図７は、第４の実施形態に係る撮像機器の断面構成を示す図である。図７では、光軸方向に平行な平面で切断した場合の撮像機器１０２の断面図を示している。図７の各構成要素のうち図２の撮像機器１０１と同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

撮像機器１０２は、レンズ３１〜３４と、支持体１６と、撮像素子と、ＰＣＢ基板２Ｙと、板バネ１３Ｙと、ストッパ１５と、を備えている。ＰＣＢ基板２Ｙは、コイル群８Ｃと、基板チップ１Ｙと、ハンダパッド１１と、ハンダボール１２と、を有している。本実施形態のＰＣＢ基板２Ｙ上には、コイル群８Ｃと、基板チップ１Ｙと、が形成されている。また、本実施形態の板バネ１３Ｙは、撮像素子の基板層７Ｙと、ＰＣＢ基板２Ｙと、を接続している。

コイル群８Ｃは、コイル群８Ａと同様の機能を有している。ＰＣＢ基板２Ｙ上には、コイル群８Ｃとして、データ送信用コイル１９Ａ、データ受信用コイル２０Ａ、電力用コイル２１Ａおよびアクチュエータコイル１７Ａが配置されている。コイル群８Ｃは、例えば半導体プロセスによってＰＣＢ基板２Ｙ上に形成される。

また、本実施形態の撮像素子は、赤外線カットフィルタ５と、フォトディテクタ層６と、基板層７Ｙと、コイル群８Ｄと、を有している。基板層７Ｙは、基板層７Ｘと同様の機能を有しており、基板層７Ｘとはコイルおよび回路の配置位置が異なっている。

コイル群８Ｄは、コイル群８Ｂと同様の機能を有している。基板層７Ｙ上には、コイル群８Ｄとして、データ送信用コイル１９Ｂ、データ受信用コイル２０Ｂ、電力用コイル２１Ｂおよびアクチュエータコイル１７Ｂが配置されている。コイル群８Ｄは、例えば半導体プロセスによって基板層７Ｙ上に形成される。

図８は、第４の実施形態に係るＰＣＢ基板の上面図である。図８では、ＰＣＢ基板２Ｙを物体側から見た場合の図を示している。図８の各構成要素のうち図３のＰＣＢ基板２Ｘと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

図８に示すように、ＰＣＢ基板２Ｙの物体側の主面には、データ送信用コイル１９Ａと、データ受信用コイル２０Ａと、電力用コイル２１Ａと、アクチュエータコイル１７Ａと、基板チップ１Ｙと、が形成されている。そして、基板チップ１Ｙ内にデータ送信用変調回路１８Ａと、データ受信用復調回路２２Ａと、電力用変調回路２３と、アクチュエータコイル駆動回路２４Ａと、が形成されている（図８では図示せず）。

撮像機器１０２内では、ＰＣＢ基板２Ｙと撮像素子の基板層７Ｙとが対向するよう配置されている。ここで、ＰＣＢ基板２Ｙ上に配置されるコイル群８Ｃと、基板層７Ｙに配置されるコイル群８Ｄと、の位置関係の一例について説明する。撮像機器１０１と同様に、撮像機器１０２では、データ送信用コイル１９Ａとデータ受信用コイル２０Ｂとが対向し、データ受信用コイル２０Ａとデータ送信用コイル１９Ｂとが対向するよう、データ受信用コイル２０Ａ，２０Ｂおよびデータ送信用コイル１９Ａ，１９Ｂは配置される。また、アクチュエータコイル１７Ａとアクチュエータコイル１７Ｂとは、互いに対向するよう配置される。なお、ＰＣＢ基板２Ｙ上に配置されるコイルや回路は、図８に示した配置や個数に限らず何れの位置に何れの個数を配置してもよい。

ＰＣＢ基板２Ｙの配線層は基板チップ１Ｙの配線層よりも厚い。このため、コイル群８Ｃ内の各コイルには、コイル群８Ａ内の各コイルよりも多くの電流を流すことができる。

このように、第４の実施形態によれば、ＰＣＢ基板２Ｙ上にコイル群８Ｃを形成しているので、コイル群８Ｃに流すことのできる電力を大きくすることが可能となる。したがって、電力送信効率が向上するとともに、アクチュエータ駆動能力が向上し、さらに基板チップ１Ｙのチップサイズを縮小することが可能となる。

（第５の実施形態）
つぎに、図９および図１０を用いて本発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態では、巻き線を反転させたコイルを、基板チップや基板層のコイル群に適用する。なお、以下では、第５の実施形態に係る基板チップおよび基板層を備えた撮像機器を撮像機器１０２（図示せず）として説明する。

図９は、ＰＣＢ基板が備える第５の実施形態に係る基板チップの上面図であり、図１０は、撮像素子が備える第５の実施形態に係る基板層の上面図である。図９や図１０の各構成要素のうち図３や図４に示す第１の実施形態の基板チップ１Ｐや基板層７Ｐと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

図９では、ＰＣＢ基板２Ｘを物体側から見た場合の図として、基板チップ１Ｘの一例である基板チップ１Ｒの上面を示している。また、図１０では、撮像素子を像面側から見た場合の図として、基板層７Ｘの一例である基板層７Ｒの底面を示している。撮像機器１０２内では、図９の基板チップ１Ｒと図１０の基板層７Ｒとが対向するよう配置されている。

本実施形態の基板チップ１Ｒの物体側の主面には、データ送信用コイル１９Ｃと、データ受信用コイル２０Ｃと、電力用コイル２１Ａと、アクチュエータコイル１７Ｃと、データ送信用変調回路１８Ａと、データ受信用復調回路２２Ａと、電力用変調回路２３と、アクチュエータコイル駆動回路２４Ｃと、が形成されている。基板チップ１Ｒ上の各コイルは、例えば半導体プロセスによって形成される。

本実施形態では、アクチュエータコイル１７Ｃのコイルの巻き線数を、アクチュエータコイル１７Ａのコイルの巻き線数よりも多くしている。また、データ送信用コイル１９Ｃおよびデータ受信用コイル２０Ｃのコイルの巻き線数を、データ送信用コイル１９Ａおよびデータ受信用コイル２０Ａのコイルの巻き線数よりも多くしている。

データ送信用コイル１９Ｃは、巻き線方向の異なる２つのコイルを接続して構成されている。また、データ受信用コイル２０Ｃは、巻き線方向の異なる２つのコイルを接続して構成されている。

また、アクチュエータコイル１７Ｃは、巻き線方向が交互に異なる４つのコイルを接続して構成されている。アクチュエータコイル１７Ｃでは、巻き線方向の異なる２つのコイルを１組のコイルとし、２組のコイルを互いに接続することで、４つのコイルが接続されている。アクチュエータコイル１７Ｃを構成する２組のコイルは、基板チップ１Ｒの裏側などで接続されている。

基板チップ１Ｒでは、２つのデータ送信用コイル１９Ｃが、基板チップ１Ｒの上面内で電力用コイル２１Ａを挟むようにして配置されている。具体的には、基板チップ１Ｒの中心を対象点として２つのデータ送信用コイル１９Ｃが点対称に配置されている。

また、基板チップ１Ｒでは、２つのデータ受信用コイル２０Ｃが、基板チップ１Ｒの上面内で電力用コイル２１Ａを挟むようにして配置されている。具体的には、基板チップ１Ｒの中心を対象点として２つのデータ受信用コイル２０Ｃが点対称に配置されている。

また、基板チップ１Ｒでは、基板チップ１Ｒの中心を対象点として４つのアクチュエータコイル１７Ｃが９０度回転対称に配置されている。例えば、４つのアクチュエータコイル１７Ｃは、それぞれ基板チップ１Ｒの各辺に沿って配置されている。そして、アクチュエータコイル１７Ｃと電力用コイル２１Ａとの間に２つのデータ送信用コイル１９Ｃおよび２つのデータ受信用コイル２０Ｃが配置されている。

また、基板チップ１Ｒには、基板チップ１Ｒの中心を対象点として４つのアクチュエータコイル駆動回路２４Ｃが９０度回転対称に配置されている。例えば、４つのアクチュエータコイル駆動回路２４Ｃは、基板チップ１Ｒの４隅みに配置されている。

図１０に示すように、基板層７Ｒの像面側の主面には、データ送信用コイル１９Ｄと、データ受信用コイル２０Ｄと、電力用コイル２１Ｂと、アクチュエータコイル１７Ｄと、データ送信用変調回路１８Ｂと、データ受信用復調回路２２Ｂと、電力用復調回路２５と、アクチュエータコイル駆動回路２４Ｄと、が形成されている。基板層７Ｒ上の各コイルは、例えば半導体プロセスによって形成される。

アクチュエータコイル１７Ｄは、アクチュエータコイル１７Ｃと同様の構成を有している。また、データ送信用コイル１９Ｄおよびデータ受信用コイル２０Ｄは、それぞれデータ送信用コイル１９Ｃおよびデータ受信用コイル２０Ｃと同様の構成を有している。

ここで、基板チップ１Ｒ内に配置されるコイル群８Ｃと、基板層７Ｒに配置されるコイル群８Ｄと、の位置関係の一例について説明する。データ送信用コイル１９Ｃとデータ受信用コイル２０Ｄとは、互いに対向するよう配置される。また、データ受信用コイル２０Ｃとデータ送信用コイル１９Ｄとは、互いに対向するよう配置される。また、アクチュエータコイル１７Ｃとアクチュエータコイル１７Ｄとは、互いに対向するよう配置される。

なお、基板チップ１Ｒ上に配置されるコイルや回路は、図９に示した配置や個数に限らず何れの位置に何れの個数を配置してもよい。また、基板層７Ｒに配置されるコイルや回路は、図１０に示した配置や個数に限らず何れの位置に何れの個数を配置してもよい。

基板チップ１Ｒでは、アクチュエータコイル１７Ｃ、データ送信用コイル１９Ｃおよびデータ受信用コイル２０Ｃのように、巻き線を反転させたコイルを組み合わせているので、コイル外への磁束の漏れを防ぐことができ、その結果、他のコイルへの干渉を緩和することができる。

同様に、基板層７Ｒでは、アクチュエータコイル１７Ｄ、データ送信用コイル１９Ｄおよびデータ受信用コイル２０Ｄのように、巻き線を反転させたコイルを組み合わせているので、コイル外への磁束の漏れを防ぐことができ、その結果、他のコイルへの干渉を緩和することができる。

このように、第５の実施形態によれば、基板チップ１Ｒや基板層７Ｒで、巻き線を反転させたコイルを組み合わせているので、コイル外への磁束の漏れを防ぐことが可能となる。したがって、他のコイルへの干渉を緩和することができ、効率良く電気信号や電力を伝達することが可能となる。

なお、第１〜第５の実施形態を組み合わせてもよい。例えば、第２の実施形態と第４の実施形態を組み合わせることにより、ＰＣＢ基板上に磁石が形成されたものが撮像機器に適用される。この場合、ＰＣＢ基板上に磁石２６Ａと基板チップ１Ｙとが形成される。そして、撮像素子には、基板層７Ｐが適用される。このように、第１〜第５の実施形態によれば、小さな装置構成で撮像素子とレンズ支持体との間の位置関係を変化させることが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１Ｐ〜１Ｒ，１Ｘ，１Ｙ…基板チップ、２Ｐ，２Ｘ，２Ｙ…ＰＣＢ基板、７Ｐ，７Ｑ，７Ｒ，７Ｘ，７Ｙ…基板層、８Ａ〜８Ｄ…コイル群、１３Ｘ，１３Ｙ…板バネ、１６…支持体、１７Ａ〜１７Ｄ…アクチュエータコイル、１８Ａ，１８Ｂ…データ送信用変調回路、１９Ａ〜１９Ｄ…データ送信用コイル、２０Ａ，２０Ｂ…データ受信用コイル、２１Ａ，２１Ｂ…電力用コイル、２２Ａ，２２Ｂ…データ受信用復調回路、２３…電力用変調回路、２４Ａ〜２４Ｄ…アクチュエータコイル駆動回路、２５…電力用復調回路、２６Ａ，２６Ｂ…磁石、３１〜３４…レンズ、１０１，１０２…撮像機器、２０１…携帯電話。

Claims (5)

1. 光学レンズを固定するレンズ支持体と、
   前記レンズ支持体を固定する基板と、
   前記光学レンズと前記基板との間で前記基板に対して対向配置された撮像素子と、
   一方の端部が前記撮像素子に接続されるとともに他方の端部が前記撮像素子以外の部材に接続された弾性体と、
   を備え、
   前記基板は、前記撮像素子との間でローレンツ力を発生させる第１のローレンツ力発生部を有し、
   前記撮像素子は、前記基板との間で前記ローレンツ力を発生させる第２のローレンツ力発生部を有し、
   前記光学レンズに対する前記撮像素子の光学的特性を所望の特性に変化させる際には、前記基板が、前記光学レンズに対する前記撮像素子の位置を前記所望の特性に応じた位置に移動させ、かつ当該位置で前記ローレンツ力と前記弾性体の弾性力とが釣り合うよう、前記ローレンツ力を調整することを特徴とする撮像機器。
2. 前記第１のローレンツ力発生部は、第１のアクチュエータコイルを有し、前記第２のローレンツ力発生部は、第２のアクチュエータコイルまたは磁石を有していることを特徴とする請求項１に記載の撮像機器。
3. 前記第１のローレンツ力発生部は、第１のアクチュエータコイルまたは磁石を有し、前記第２のローレンツ力発生部は、第２のアクチュエータコイルを有していることを特徴とする請求項１に記載の撮像機器。
4. 前記第１および第２のローレンツ力発生部は、複数組からなり、
   前記第１および第２のローレンツ力発生部の組毎に前記ローレンツ力の大きさが調整されることにより、前記撮像素子を前記光学レンズに対して斜めにすることを特徴とする請求項１に記載の撮像機器。
5. 撮像機器を具備するとともに、
   前記撮像機器が、
   光学レンズを固定するレンズ支持体と、
   前記レンズ支持体を固定する基板と、
   前記光学レンズと前記基板との間で前記基板に対して対向配置された撮像素子と、
   一方の端部が前記撮像素子に接続されるとともに他方の端部が前記撮像素子以外の部材に接続された弾性体と、
   を備え、
   前記基板は、前記撮像素子との間でローレンツ力を発生させる第１のローレンツ力発生部を有し、
   前記撮像素子は、前記基板との間で前記ローレンツ力を発生させる第２のローレンツ力発生部を有し、
   前記光学レンズに対する前記撮像素子の光学的特性を所望の特性に変化させる際には、前記基板が、前記光学レンズに対する前記撮像素子の位置を前記所望の特性に応じた位置に移動させ、かつ当該位置で前記ローレンツ力と前記弾性体の弾性力とが釣り合うよう、前記ローレンツ力を調整することを特徴とする電子機器。

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