JP2015195645A - ポリマー素子、電子機器、カメラモジュールおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い特性を有するポリマー素子、それを用いた電子機器、カメラモジュールおよび撮像装置を提供する。
【解決手段】少なくとも一方が多孔質炭素材料を含む一対の電極層と、前記一対の電極層の間の高分子層とを備え、前記多孔質炭素材料には、表面の第１孔と、前記第１孔よりも小さく、かつ、前記第１孔に連通した第２孔とが設けられているポリマー素子。
【選択図】図２

Description

本技術は、ポリマーアクチュエータ素子やポリマーセンサ素子等のポリマー素子、それを用いた電子機器、カメラモジュールおよび撮像装置に関する。

近年、例えば携帯電話やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、あるいはＰＤＡ（Personal
Digital Assistant）などの携帯型電子機器の高機能化が著しく進んでおり、カメラモジュールを搭載することにより撮像機能を備えたものが一般的となっている。このような携帯型電子機器においては、カメラモジュール内のレンズをその光軸方向へ移動させることにより、フォーカシングやズーミングが行われる。

従来、カメラモジュール内のレンズの移動は、ボイスコイルモータやステッピングモータなどを駆動部として行う方法が一般的であった。一方で、最近では、コンパクト化の観点から、所定のアクチュエータ素子を駆動部として利用したものが開発されている。そのようなアクチュエータ素子としては、例えば、ポリマーアクチュエータ素子が挙げられる。ポリマーアクチュエータ素子は、例えば一対の電極層間にイオン伝導性高分子層（以下、単に高分子層という）を挟むようにしたものである。この高分子層には、例えば水、イオン液体あるいは高沸点有機溶媒が含まれている。このようなポリマーアクチュエータ素子では、一対の電極層間に電界をかけることにより、高分子層中のイオンが移動し、変位が生じるようになっている。このため、変位量および応答速度等のポリマーアクチュエータ素子の動作特性は、イオンの伝導環境に大きく左右される。このように、ポリマーアクチュエータ素子として用いられるほか、ポリマー素子はポリマーセンサ素子、電気二重層キャパシタおよび二次電池等にも用いられている。

ポリマー素子の電極層には、例えば多孔質炭素材料が用いられる（例えば、特許文献１等）。このようなポリマー素子では、例えば多孔質炭素材料の比表面積に着目し、その特性を向上させる方法が検討されている。

特開２０１０−９３９５４号公報

しかしながら、多孔質炭素材料の比表面積を大きくしてもポリマー素子の特性を十分に向上させることができなかった。

本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、高い特性を有するポリマー素子、それを用いた電子機器、カメラモジュールおよび撮像装置を提供することにある。

本技術の第１のポリマー素子は、少なくとも一方が多孔質炭素材料を含む一対の電極層と、一対の電極層の間の高分子層とを備え、多孔質炭素材料には、表面の第１孔と、第１孔よりも小さく、かつ、第１孔に連通した第２孔とが設けられているものである。

本技術の第１の電子機器は、少なくとも一方が多孔質炭素材料を含む一対の電極層と一対の電極層の間の高分子層とを有するポリマー素子を備え、多孔質炭素材料には、表面の第１孔と、第１孔よりも小さく、かつ、第１孔に連通した第２孔とが設けられているものである。

本技術の第１のカメラモジュールは、レンズと、ポリマー素子を用いて構成され、レンズを駆動する駆動装置とを備え、ポリマー素子は、少なくとも一方が多孔質炭素材料を含む一対の電極層と、一対の電極層の間の高分子層とを有し、多孔質炭素材料には、表面の第１孔と、第１孔よりも小さく、かつ、第１孔に連通した第２孔とが設けられているものである。

本技術の第１の撮像装置は、レンズと、レンズにより結像されてなる撮像信号を取得する撮像素子と、ポリマー素子を用いて構成され、レンズまたは撮像素子を駆動する駆動装置とを備え、ポリマー素子は、少なくとも一方が多孔質炭素材料を含む一対の電極層と、一対の電極層の間の高分子層とを有し、多孔質炭素材料には、表面の第１孔と、第１孔よりも小さく、かつ、第１孔に連通した第２孔とが設けられているものである。

本技術の第１のポリマー素子、第１の電子機器、第１のカメラモジュールまたは第１の撮像装置では、多孔質炭素材料の第１孔および第２孔のうち、より大きな第１孔が表面に設けられているので、イオンが第１孔に入りやすくなる。イオンは第１孔を通過して第２孔に吸着される。

本技術の第２のポリマー素子は、一対の電極層と、一対の電極層の間の高分子層とを備え、一対の電極層のうちの少なくとも一方は、多孔質炭素材料および金属酸化物を含むものである。

本技術の第２の電子機器は、一対の電極層と一対の電極層の間の高分子層とを有するポリマー素子を備え、一対の電極層のうちの少なくとも一方は、多孔質炭素材料および金属酸化物を含むものである。

本技術の第２のカメラモジュールは、レンズと、ポリマー素子を用いて構成され、レンズを駆動する駆動装置とを備え、ポリマー素子は、一対の電極層と、一対の電極層の間の高分子層とを有し、一対の電極層のうちの少なくとも一方は、多孔質炭素材料および金属酸化物を含むものである。

本技術の第２の撮像装置は、レンズと、レンズにより結像されてなる撮像信号を取得する撮像素子と、ポリマー素子を用いて構成され、レンズまたは撮像素子を駆動する駆動装置とを備え、ポリマー素子は、一対の電極層と、一対の電極層の間の高分子層とを有し、一対の電極層のうちの少なくとも一方は、多孔質炭素材料および金属酸化物を含むものである。

本技術の第２のポリマー素子、第２の電子機器、第２のカメラモジュールまたは第２の撮像装置では、電極層に金属酸化物が含まれているので、この金属酸化物の酸化還元反応によりイオンが生じる。

本技術の第１のポリマー素子、第１の電子機器、第１のカメラモジュールおよび第１の撮像装置によれば、多孔質炭素材料の表面により大きな第１孔を設けるようにしたので、また、本技術の第２のポリマー素子、第２の電子機器、第２のカメラモジュールおよび第２の撮像装置によれば、電極層が金属酸化物を含むようにしたので、その特性を向上させることが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。

本技術の第１の実施の形態に係るポリマー素子の構成を表す断面図である。 図１の電極層に含まれる多孔質炭素材料の構成を表す断面模式図である。 図２に示した多孔質炭素材料の構成の他の例を表す断面模式図である。 電圧無印加時の図１に示したポリマー素子を表す断面図である。 電圧印加時の図１に示したポリマー素子の動作を表す断面模式図である。 比較例に係る多孔質炭素材料の構成を表す断面模式図である。 図２に示した多孔質炭素材料中をイオンが移動する様子を表す断面模式図である。 図１に示したポリマー素子の振幅を表す図である。 変形例に係るポリマー素子の構成を表す断面図である。 本技術の第２の実施の形態に係るポリマー素子の構成を表す断面図である。 図９に示したポリマー素子の他の例を表す断面図である。 図９に示したポリマー素子のその他の例を表す模式図である。 図１に示したポリマー素子の電極層界面の様子を表す模式図である。 図９等に示したポリマー素子の電極層界面の様子を表す模式図である。 図９に示したポリマー素子の振幅を表す図である。 図９に示したポリマー素子の最大速度を表す図である。 本技術の第３の実施の形態に係るポリマー素子の構成を表す断面図である。 図１６に示したポリマー素子の耐久性を表す図である。 図１等に示したポリマー素子を適用した電子機器の構成例を表す斜視図である。 図１８に示した電子機器を異なる方向から表した斜視図である。 図１９に示した撮像装置の要部構成を表す斜視図である。 図２０に示したカメラモジュールを表す分解斜視図である。 図２０に示したカメラモジュールの動作前の状態を表す側面模式図である。 図２２Ａに示したカメラモジュールの動作後の状態を表す断面模式図である。 図１９に示した撮像装置の他の例を表す断面図である。 図２３に示した撮像装置の動作前の状態を表す側面模式図である。 図２４Ａに示した撮像装置の動作後の状態を表す断面模式図である。 図１等に示したポリマー素子を適用した電子機器の構成の一例を表す模式図である。 図２５Ａに示した電子機器の他の例を表す模式図である。

以下、本技術の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（ポリマー素子：電極層が階層型多孔質炭素材料を含む例）
２．変形例（電極層に接して低抵抗層を有する例）
３．第２の実施の形態（ポリマー素子：電極層が階層型多孔質炭素材料とともに、金属酸化物を含む例）
４．第３の実施の形態（ポリマー素子：電極層が多孔質炭素材料および金属酸化物を含む例）
５．適用例
適用例１（レンズを駆動する駆動装置を備えた撮像装置への適用例）
適用例２（撮像素子を駆動する駆動装置を備えた撮像装置への適用例）
その他の適用例

＜実施の形態＞
［ポリマー素子１０の構成］
図１は、本技術の一実施の形態に係るポリマー素子（ポリマー素子１０）の断面構成例（Ｚ−Ｘ断面構成例）を表したものである。このポリマー素子１０は、一対の電極層１２Ａ，１２Ｂの間に高分子層１１を有しており、例えばポリマーアクチュエータ素子またはポリマーセンサ素子等に適用されるものである。ポリマー素子１０の周囲を、絶縁性の保護膜により覆うようにしてもよい。絶縁性の保護膜は、例えば、高弾性を有する材料（例えば、ポリウレタンなど）により構成することが可能である。

（高分子層１１）
高分子層１１は、例えばイオン物質が含浸されたイオン伝導性高分子化合物膜により構成されている。ここで言う「イオン物質」とは、高分子層１１内を伝導することが可能なイオン全般を指している。具体的には水素イオンや金属イオン単体、またはそれら陽イオンおよび／または陰イオンと極性溶媒とを含むもの、あるいはイミダゾリウム塩などのそれ自体が液状である陽イオンおよび／または陰イオンを含むものを意味する。前者としては、例えば、陽イオンおよび／または陰イオンに極性溶媒が溶媒和したものが挙げられ、後者としては、例えばイオン液体が挙げられる。

イオン物質は、有機物質であっても無機物質であってもよく、その種類を問わない。イオン物質には、陽イオンが含まれていても陰イオンが含まれていてもよいが、ここでは、イオン物質に陽イオンが含まれている場合について説明する。例えば、陽イオンを含むイオン物質としては、金属イオン単体、金属イオンと水とを含むもの、有機陽イオンと水とを含むもの、あるいはイオン液体など種々の形態のものが挙げられる。具体的には、金属イオンとして、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺）、カリウムイオン（Ｋ⁺）、リチウムイオン（Ｌｉ⁺）あるいはマグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）などの軽金属イオンが挙げられる。有機陽イオンとしては、例えば、アルキルアンモニウムイオンなどが挙げられる。イオン物質に含まれるイオンは、高分子層１１中において、水和物として存在する。このため、ポリマー素子１０では、水分の蒸発を防ぐため、ポリマー素子１０全体が封止されていることが好ましい。

イオン液体は、陽イオンおよび陰イオンを含んでいる。このイオン液体は、所謂、常温溶融塩であり、難燃性および低揮発性を有している。具体的に、イオン液体としては、例えば、イミダゾリウム環系化合物、ピリジニウム環系化合物あるいは脂肪族系化合物などが挙げられる。イオン物質としては、イオン液体を用いることが好ましい。揮発性の低いイオン液体を含む高分子層１１を用いることにより、高温雰囲気中あるいは真空中においてもポリマー素子１０が良好に動作する。

イオン物質として陽イオン物質が含浸されるとき、イオン伝導性高分子化合物膜としては、例えば、フッ素樹脂あるいは炭化水素系などを骨格とした陽イオン交換樹脂膜を用いることができる。陽イオン交換樹脂膜としては、例えば、スルホン（スルホ）基あるいはカルボキシル基などの酸性官能基が導入されたものが挙げられる。具体的には、酸性官能基を有するポリエチレン、酸性官能基を有するポリスチレンあるいは酸性官能基を有するフッ素樹脂膜などである。中でも、陽イオン交換樹脂膜としては、スルホン基あるいはカルボキシル基を有するフッ素樹脂膜が好ましく、例えばナフィオン（デュポン株式会社製）が挙げられる。

（電極層１２Ａ，１２Ｂ）
電極層１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ、高分子材料中に多孔質炭素材料（後述の図２の多孔質炭素材料１２１）を含むものである。多孔質炭素材料１２１は電極層１２Ａ，１２Ｂのどちらにも含まれていることが好ましいが、少なくとも電極層１２Ａ，１２Ｂのうちのどちらか一方に含まれていればよい。電極層１２Ａ，１２Ｂの一方が多孔質炭素材料１２１を含み、もう一方が他の導電材料を含んでいてもよい。

高分子材料には、イオン伝導性高分子材料を用いることができ、具体的には、高分子層１１の構成材料と同様のものを用いることができる。このイオン伝導性高分子材料により、電極層１２Ａ，１２Ｂ内でイオンが伝導される。

図２は、多孔質炭素材料１２１の断面の構造を模式的に表したものである。多孔質炭素材料１２１は、例えば複数の粒子１２１Ｐの集合体であり、それぞれの粒子１２１Ｐの表面および内部に複数の孔（後述のマクロ孔１２１Ａ、メソ孔１２１Ｂおよびミクロ孔１２１Ｃ）が設けられている。この多孔質炭素材料１２１は、所謂、階層型多孔質構造を有している。具体的には、粒子１２１Ｐの表面にマクロ孔１２１Ａ（第１孔）が設けられ、マクロ孔１２１Ａに連通してメソ孔１２１Ｂ（第２孔）が、メソ孔１２１Ｂに連通してミクロ孔１２１Ｃ（第３孔）がそれぞれ設けられている。即ち、粒子１２１Ｐの表面から内部に向かい、互いに連通したマクロ孔１２１Ａ、メソ孔１２１Ｂおよびミクロ孔１２１Ｃがこの順に設けられている。詳細は後述するが、これにより、イオン（後述の図６のイオン１１Ｉ）がマクロ孔１２１Ａに入りやすくなり、マクロ孔１２１Ａからメソ孔１２１Ｂを介してミクロ孔１２１Ｃに吸着するイオンが増加する。

マクロ孔１２１Ａ、メソ孔１２１Ｂおよびミクロ孔１２１Ｃは、例えば略球状の孔であり、その大きさはマクロ孔１２１Ａ、メソ孔１２１Ｂおよびミクロ孔１２１Ｃの順に小さくなっている。例えば、マクロ孔１２１Ａの径（直径）は５０ｎｍよりも大きく、メソ孔１２１Ｂの径は２ｎｍ〜５０ｎｍであり、ミクロ孔１２１Ｃの径は２ｎｍよりも小さい。即ち、ミクロ孔１２１Ｃ、メソ孔１２１Ｂおよびマクロ孔１２１Ａの順に孔の大きさが大きくなっている。マクロ孔１２１Ａとメソ孔１２１Ｂとが接しており、メソ孔１２１Ｂとミクロ孔１２１Ｃとが接している。

粒子１２１Ｐの表面にはマクロ孔１２１Ａへの開口１２１ＭＡが設けられている。マクロ孔１２１Ａには、メソ孔１２１Ｂへの開口１２１ＭＢが設けられている。メソ孔１２１Ｂには、ミクロ孔１２１Ｃへの開口１２１ＭＣが設けられている。イオンは、この開口１２１ＭＡ、開口１２１ＭＢおよび開口１２１ＭＣをこの順に通過して、ミクロ孔１２１Ｃに吸着される。メソ孔１２１Ｂにイオンが吸着されてもよい。開口１２１ＭＡ（開口１２１ＭＡの面積）が最も大きく、開口１２１ＭＢおよび開口１２１ＭＣの順に小さくなっていることが好ましい。例えば、開口１２１ＭＣの幅ＷＣ、開口１２１ＭＢの幅ＷＢおよび開口１２１ＭＡの幅ＷＡの順に大きくなっていることが好ましい。例えば、開口１２１ＭＡの幅ＷＡの最大値はマクロ孔１２１Ａの直径であり、開口１２１ＭＢの幅ＷＢの最大値はメソ孔１２１Ｂの直径であり、開口１２１ＭＡの幅ＷＣの最大値はミクロ孔１２１Ｃの直径である。

マクロ孔１２１Ａ、メソ孔１２１Ｂおよびミクロ孔１２１Ｃの形状はどのようなものであってもよく、マクロ孔１２１Ａ、メソ孔１２１Ｂおよびミクロ孔１２１Ｃのうちの一部の孔（例えばマクロ孔１２１Ａ）が他の孔（例えばメソ孔１２１Ｂおよびミクロ孔１２１Ｃ）と違う形状であってもよい（図３）。

粒子１２１Ｐの表面から内部に向かい、２つの孔が設けられていてもよい。例えば粒子１２１Ｐの表面にマクロ孔１２１Ａが設けられ、このマクロ孔１２１Ａに連通してミクロ孔１２１Ｃが設けられていてもよい。例えば、粒子１２１Ｐの表面にメソ孔１２１Ｂが設けられ、このメソ孔１２１Ｂに連通してミクロ孔１２１Ｃが設けられていてもよい。例えば粒子１２１Ｐの表面にマクロ孔１２１Ａが設けられ、このマクロ孔に連通してメソ孔１２１Ｂが設けられていてもよい。このような階層型の孔の他に、単体の孔等が存在していてもよい。

電極層１２Ａ，１２Ｂは導電物質として、上記多孔質炭素材料に加えて多孔質炭素材料よりも電気伝導度の高い物質を含んでいてもよい。このような導電物質としては、例えば金属粒子、導電性カーボン粒子、炭素繊維、導電性高分子あるいは金属酸化物等が挙げられる。金属粒子としては、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）およびニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。これらの金属をワイヤ状あるいはナノワイヤ状に成形して電極層１２Ａ，１２Ｂに含ませるようにしてもよい。導電性カーボン粒子としては例えばカーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー、カーボンファイバー、グラフェン、ケッチェンブラック（登録商標）およびカーボンブラック等が挙げられる。導電性高分子としては例えば、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオフェンおよびポリピロール等が挙げられる。金属酸化物としては例えば酸化インジウム系化合物および酸化亜鉛系化合物等が挙げられる。酸化インジウム系化合物は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等であり、酸化亜鉛系化合物は、例えば酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）およびガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）等である。電極層１２Ａ，１２Ｂが低抵抗の導電物質を含んでいることにより、電極層１２Ａ，１２Ｂの電気抵抗の上昇を抑えることができる。

［ポリマー素子１０の製造方法］
本実施の形態のポリマー素子１０は、例えば次のようにして製造することができる。

まず、電極層１２Ａ，１２Ｂの構成材料を混合して塗料を調製する。具体的には、例えば高分子材料として、ナフィオン等のパーフルオロスルホン酸ポリマーを準備する。これに多孔質炭素材料１２１を加えて、純水中で混合する。階層型多孔質構造を有する多孔質炭素材料１２１には、例えば、バイオカーボンまたは人工ポーラスカーボンを用いることができる。バイオカーボンは、植物由来の炭素材料であり、例えば、米（稲）、大麦、小麦、ライ麦、稗（ヒエ）、粟（アワ）等のもみ殻あるいは藁（ワラ）から得ることができる。または、葦（アシ）、茎ワカメ等からバイオカーボンを生成するようにしてもよい。陸上に植生する維束管植物、シダ植物、コケ植物、藻類あるいは海藻等をバイオカーボンの原料とすることが可能である。例えば植物の細胞間層によりマクロ孔１２１Ａが形成され、細胞壁表面によりメソ孔１２１Ｂおよびミクロ孔１２１Ｃが形成される。階層型多孔質構造を有するバイオカーボンの製造方法については、特開２００８−２７３８１６号公報および特開２０１０−１０４９７９号公報等に記載されている。バイオカーボンの生成には複雑な工程が不要であるため、多孔質炭素材料１２１にはバイオカーボンを用いることが好ましい。人工ポーラスカーボンでは、鋳型を利用して規則的な階層型多孔構造が形成される。鋳型には、例えばゼオライト、シリカあるいは炭化ケイ素等の無機材料が用いられる。有機物前駆体を用いて階層型多孔構造を有する多孔質炭素材料１２１を形成することも可能である。無機材料の鋳型と有機物前駆体とを組み合わせて多孔質炭素材料１２１を形成するようにしてもよい。このような人工ポーラスカーボンでは、孔の大きさおよび形状等を制御することができる。このため、駆動イオン種によって孔の設計を調整し、特性を向上させることが可能となる。

このようにして、電極層１２Ａ，１２Ｂの構成材料を混合して調製した塗料を高分子層１１の両面に塗布し、乾燥させる。これにより、ポリマー素子１０が完成する。電極層１２Ａ，１２Ｂの構成材料を混合した後、フィルム状に成形してもよく、これを高分子層１１の両面に圧着することにより、ポリマー素子１０を形成するようにしてもよい。高分子層１１には、例えばナフィオンを用いる。

［ポリマー素子１０の作用・効果］
（Ａ．ポリマーアクチュエータ素子として機能する場合の基本動作）
本実施の形態のポリマー素子１０では、電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の電位差が生じると、以下の原理にて、高分子層１１において変形（湾曲）が生じる。つまり、この場合には、ポリマー素子１０がポリマーアクチュエータ素子として機能することになる。以下、このポリマー素子１０のポリマーアクチュエータ素子としての動作について、説明する。

図４Ａおよび図４Ｂは、このポリマー素子１０の動作（ポリマーアクチュエータ素子としての動作）を、断面図（Ｚ−Ｘ断面図）を用いて模式的に表したものである。以下、高分子層１１に含浸されているイオン物質の種類による場合分けをして、ポリマー素子１０の動作を説明する。

まず、イオン物質として、陽イオンと極性溶媒とを含むものを用いた場合について説明する。

この場合、電圧無印加状態におけるポリマー素子１０は、陽イオン物質が高分子層１１中にほぼ均一に分散することから、湾曲することなく平面状となる（図４Ａ）。ここで、図４Ｂ中に示した電圧機能部９（この場合、電圧供給部）によって電圧印加状態とする（駆動用電圧Ｖｄの印加を開始する）と、ポリマー素子１０は以下のような挙動を示す。例えば電極層１２Ａがマイナスの電位、電極層１２Ｂがプラスの電位となるように電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の駆動用電圧Ｖｄを印加すると（図４Ｂ中の矢印「＋Ｖ」を参照）、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で電極層１２Ａ側に移動する。この際、高分子層１１中では陰イオンがほとんど移動できないため、高分子層１１では、電極層１２Ａ側が伸長し、電極層１２Ｂ側が収縮する。これにより、ポリマー素子１０は全体として、図４Ｂ中の矢印「＋Ｚ」で示したように、電極層１２Ｂ側に湾曲する。

こののち、電極層１２Ａ，１２Ｂの間の電位差を無くして電圧無印加状態とする（駆動用電圧Ｖｄの印加を停止する）と、高分子層１１中において電極層１２Ａ側に偏っていた陽イオン物質（陽イオンおよび極性溶媒）が拡散し、図４Ａに示した状態に戻る。

また、図４Ａに示した電圧無印加状態から、電極層１２Ａがプラスの電位、電極層１２Ｂがマイナスの電位となるように、電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の駆動電圧Ｖｄを印加すると、陽イオンは極性溶媒と溶媒和した状態で、電極層１２Ｂ側に移動する。この場合、高分子層１１では、電極層１２Ａ側が収縮し、電極層１２Ｂ側が伸長する。これにより、ポリマー素子１０は全体として、電極層１２Ａ側に湾曲する（図示せず）。

この場合も、電極層１２Ａ，１２Ｂの間の電位差を無くして電圧無印加状態とすると、高分子層１１中において電極層１２Ｂ側に偏っていた陽イオン物質が拡散し、図４Ａに示した状態に戻る。

次に、イオン物質として、液状の陽イオンを含むイオン液体を用いた場合について説明する。

この場合において、電圧無印加状態では、イオン液体が高分子層１１中にほぼ均一に分散しているので、ポリマー素子１０は、図４Ａに示した平面状となる。ここで、電圧機能部９によって電圧印加状態とする（駆動用電圧Ｖｄの印加を開始する）と、ポリマー素子１０は以下のような挙動を示す。例えば電極層１２Ａがマイナスの電位、電極層１２Ｂがプラスの電位となるように電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の駆動用電圧Ｖｄを印加すると（図４Ｂ中の矢印「＋Ｖ」を参照）、イオン液体のうちの陽イオンが電極層１２Ａ側に移動する。一方、イオン液体のうちの陰イオンは、陽イオン交換膜である高分子層１１中を移動することができない。このため、高分子層１１では、電極層１２Ａ側が伸長し、電極層１２Ｂ側が圧縮する。これにより、ポリマー素子１０は全体として、図４Ｂ中の矢印「＋Ｚ」で示したように、電極層１２Ｂ側に湾曲する。

こののち、電極層１２Ａ，１２Ｂの間の電位差を無くして電圧無印加状態とする（駆動用電圧Ｖｄの印加を停止する）と、高分子層１１中において電極層１２Ａ側に偏っていた陽イオンが拡散し、図４Ａに示した状態に戻る。

また、図４Ａに示した電圧無印加状態から、電極層１２Ａがプラスの電位、電極層１２Ｂがマイナスの電位となるように、電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の駆動電圧Ｖｄを印加すると、イオン液体のうちの陽イオンが電極層１２Ｂ側に移動する。この場合、高分子層１１では、電極層１２Ａ側が圧縮し、電極層１２Ｂ側が伸長する。これにより、ポリマー素子１０は全体として、電極層１２Ａ側に湾曲する（図示せず）。

この場合も、電極層１２Ａ，１２Ｂの間の電位差を無くして電圧無印加状態とすると、高分子層１１中において電極層１２Ｂ側に偏っていた陽イオンが拡散し、図４Ａに示した状態に戻る。

（Ｂ．ポリマーセンサ素子として機能する場合の基本動作）
また、本実施の形態のポリマー素子１０では、逆に、高分子層１１が面方向と直交する方向（ここではＺ軸方向）へ変形（湾曲）すると、以下の原理にて、電極層１２Ａと電極層１２Ｂとの間に電圧（起電力）が生じる。つまり、この場合には、ポリマー素子１０がポリマーセンサ素子（例えば、曲げセンサ，速度センサあるいは加速度センサ等）として機能することになる。以下、高分子層１１に含浸されているイオン物質の種類による場合分けをして、ポリマー素子１０の動作について説明する。

まず、イオン物質として、陽イオンと極性溶媒とを含むものを用いた場合について説明する。

この場合、ポリマー素子１０自身が、例えば外力による曲げ応力を受けていない状態、あるいは直線運動も回転運動もしておらず、加速度および角加速度が生じていないときには、ポリマー素子１０にこれらに起因した力は加わっていない。したがって、ポリマー素子１０は、変形（湾曲）することなく平面状となっている（図４Ａ）。そのため、陽イオン物質が高分子層１１中にほぼ均一に分散することから、電極層１２Ａ，１２Ｂ間には電位差が発生せず、ポリマー素子１０において検出される電圧は０（ゼロ）Ｖとなる。

一方、ポリマー素子１０自身が、例えば曲げ応力を受けることにより、あるいは直線運動または回転運動をすることにより、加速度または角加速度が生じると、ポリマー素子１０にはこれらに起因した力が加わるため、ポリマー素子１０が変形（湾曲）する（図４Ｂ）。

例えば、図４Ｂに示したように、ポリマー素子１０がＺ軸上の正方向（電極層１２Ｂ側）に変形した場合には、高分子層１１では、電極層１２Ｂ側が圧縮し、電極層１２Ａ側が伸長することになる。すると、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で内圧の低い電極層１２Ａ側に移動するため、陽イオンは、電極層１２Ａ側で密の状態となる一方、電極層１２Ｂ側で疎の状態となる。したがって、この場合、ポリマー素子１０には、電極層１２Ｂ側よりも電極層１２Ａ側において電位が高い電圧Ｖが発生する。つまり、この場合には、図４Ｂにおける括弧書中の矢印「−Ｖ」で示したように、電極層１２Ａ，１２Ｂに接続された電圧機能部９（この場合、電圧計）において、負極性の電圧（−Ｖ）が検出される。

ポリマー素子１０がＺ軸上の負方向（電極層１２Ａ側）に変形した場合には、高分子層１１では逆に、電極層１２Ａ側が圧縮し、電極層１２Ｂ側が伸長することになる。すると、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で内圧の低い電極層１２Ｂ側に移動するため、陽イオンは、電極層１２Ｂ側で密の状態となる一方、電極層１２Ａ側で疎の状態となる。したがって、この場合、ポリマー素子１０には、電極層１２Ａ側よりも電極層１２Ｂ側において電位が高い電圧Ｖが発生する。つまり、この場合には、電極層１２Ａ，１２Ｂに接続された電圧機能部９（電圧計）において、正極性の電圧（＋Ｖ）が検出される。

次に、イオン物質として、液状の陽イオンを含むイオン液体を用いた場合について説明する。

この場合においても、まず、ポリマー素子１０自身が、例えば直線運動も回転運動もしておらず、加速度および角加速度が生じていないときには、ポリマー素子１０は、変形（湾曲）することなく平面状となっている（図４Ａ）。そのため、イオン液体が高分子層１１中にほぼ均一に分散することから、電極層１２Ａ，１２Ｂ間には電位差が発生せず、ポリマー素子１０において検出される電圧は０（ゼロ）Ｖとなる。

一方、ポリマー素子１０自身が、例えば直線運動または回転運動をすることにより、加速度または角加速度が生じると、ポリマー素子１０にはこれらに起因した力が加わるため、ポリマー素子１０が変形（湾曲）する（図４Ｂ）。

例えば、図４Ｂに示したように、ポリマー素子１０がＺ軸上の正方向（電極層１２Ｂ側）に変形した場合には、高分子層１１では、電極層１２Ｂ側が圧縮し、電極層１２Ａ側が伸長することになる。すると、高分子層１１が陽イオン交換膜である場合、イオン液体中の陽イオンは膜中を移動して内圧の低い電極層１２Ａ側に移動する。一方、陰イオンは高分子層１１の官能基に阻まれて移動することができない。したがって、この場合、ポリマー素子１０には、電極層１２Ｂ側よりも電極層１２Ａ側において電位が高い電圧Ｖが発生する。つまり、この場合には、図４Ｂにおける括弧書中の矢印「−Ｖ」で示したように、電極層１２Ａ，１２Ｂに接続された電圧機能部９（この場合、電圧計）において、負極性の電圧（−Ｖ）が検出される。

ポリマー素子１０がＺ軸上の負方向（電極層１２Ａ側）に変形した場合には、高分子層１１では逆に、電極層１２Ａ側が圧縮し、電極層１２Ｂ側が伸長することになる。すると、上記と同様の理由により、イオン液体のうちの陽イオンが内圧の低い電極層１２Ｂ側に移動する。したがって、この場合、ポリマー素子１０には、電極層１２Ａ側よりも電極層１２Ｂ側において電位が高い電圧Ｖが発生する。つまり、この場合には、電極層１２Ａ，１２Ｂに接続された電圧機能部９（電圧計）において、正極性の電圧（＋Ｖ）が検出される。

（Ｃ．電気二重層キャパシタとして機能する場合の動作）
また、本実施の形態のポリマー素子１０は、電気二重層キャパシタとしても機能する。電極層１２Ａ，１２Ｂ間に所定の電圧を印加すると、高分子層１１に含浸されているイオン物質が移動し、電極層１２Ａ，１２Ｂの表面に整列する。これにより、電気二重層が形成され、その部分に電荷が蓄えられる結果、電気二重層キャパシタとして機能する。

（Ｄ．電極層１２Ａ，１２Ｂに含まれる多孔質炭素材料１２１の作用）
ここで、本実施の形態のポリマー素子１０の電極層１２Ａ，１２Ｂに含まれる多孔質炭素材料１２１の作用について説明する。

図５は、比較例に係る多孔質炭素材料１１２１の断面構成を模式的に表したものである。この多孔質炭素材料１１２１では、粒子１１２１Ｐの表面に複数のメソ孔１１２１Ｂが設けられている。イオンは、マクロ孔を経由することなく、メソ孔１１２１Ｂに吸着する。このメソ孔１１２１Ｂの数を増やすことにより、イオンの吸着量は増加する。したがって、多孔質炭素材料１１２１を電極層に用いたポリマー素子の変位量は大きくなる。しかしながら、このような多孔質炭素材料１１２１では、粒子１１２１Ｐの表面の開口１１２１ＭＢの幅１００ＷＢが狭いので、イオンがメソ孔１１２１Ｂに入りにくい。したがって、このイオンの移動が律速段階となり、単位時間当たりでのポリマー素子の変位量は小さくなる。

これに対し、ポリマー素子１０では電極層１２Ａ，１２Ｂの多孔質炭素材料１２１が階層型多孔質構造を有している。このため、図６に示したように、イオン１１Ｉ（陽イオンまたは陰イオン）は、まず大きな開口１２１ＭＡからマクロ孔１２１Ａに入った後、開口１２１ＭＢを通ってメソ孔１２１Ｂへ、メソ孔１２１Ｂから開口１２１ＭＣを通ってミクロ孔１２１Ｃへと順次移動していく。大きな開口１２１ＭＡには、イオン１１Ｉが入りやすく、一旦マクロ孔１２１Ａに入ったイオン１１Ｉはメソ孔１２１Ｂを介して、効率良くミクロ孔１２１Ｃに到達する。したがって、多孔質炭素材料１２１を含む電極層１２Ａ，１２Ｂでは、多量のイオン１１Ｉが、その移動を妨げられることなくミクロ孔１２１Ｃに吸着する。よって、単位時間当たりでの変位量が大きくなる。

図７は、電極層に多孔質炭素材料１１２１（図５）を含むポリマー素子１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの振幅とともに、ポリマー素子１０の振幅を表したものである。ポリマー素子１００Ａの多孔質炭素材料１１２１にはケッチェンブラック（登録商標）を用い、ポリマー素子１００Ｂ，１００Ｃの多孔質炭素材料１１２１には、互いに異なる種類のメソポーラスカーボンを用いた。ポリマー素子１００Ａの振幅を１としたとき、ポリマー素子１００Ｂ，１００Ｃの振幅はこれと略同程度であるのに対し、ポリマー素子１０の振幅は２．９倍となった。このように、イオン１１Ｉが移動しやすくなることにより、単位時間当たりの変位量が増加し、振幅が大きくなることが確認できた。

以上のように本実施の形態では、電極層１２Ａ，１２Ｂが階層型多孔質構造を有する多孔質炭素材料１２１を含むようにしたので、イオン１１Ｉの移動速度を向上させることができる。よって、振幅および発生力等のポリマー素子１０の特性を向上させることが可能となる。

以下、上記実施の形態の変形例および他の実施の形態について説明するが、上記実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

＜変形例＞
図８は、変形例に係るポリマー素子（ポリマー素子１０Ａ）の断面構成を表わしたものである。このポリマー素子１０Ａは、電極層１２Ａの高分子層１１とは反対の面に低抵抗層１３Ａ、電極層１２Ｂの高分子層１１とは反対の面に低抵抗層１３Ｂをそれぞれ有している。低抵抗層１３Ａ，１３Ｂは、電極層１２Ａ，１２Ｂの構成材料よりも電気抵抗の低い材料により構成されている。その点を除き、ポリマー素子１０Ａは上記第１の実施の形態のポリマー素子１０と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。

ポリマー素子１０Ａは、低抵抗層１３Ａ、電極層１２Ａ、高分子層１１、電極層１２Ｂおよび低抵抗層１３Ｂをこの順に有するものである。このように電極層１２Ａ，１２Ｂに低抵抗層１３Ａ，１３Ｂを積層することにより、電極層１２Ａ，１２Ｂの電気抵抗の上昇が抑えられ、より高い特性が得られる。低抵抗層１３Ａ，１３Ｂの構成材料としては、金属材料、導電性カーボン材料または導電性高分子材料等が挙げられる。金属材料としては、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）およびニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。導電性カーボン材料としては例えばカーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー、カーボンファイバー、グラフェン、ケッチェンブラック（登録商標）およびカーボンブラック等が挙げられる。導電性高分子材料としては例えば、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオフェンおよびポリピロール等が挙げられる。金属酸化物としては例えば酸化インジウム系化合物および酸化亜鉛系化合物等が挙げられる。酸化インジウム系化合物は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等であり、酸化亜鉛系化合物は、例えば酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）およびガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）等である。低抵抗層１３Ａ，１３Ｂの厚さは任意であるが、ポリマー素子１０Ａの変位に影響を与えない程度の厚みであることが好ましい。金属材料により構成した低抵抗層１３Ａ，１３Ｂの厚みは、例えば５０ｎｍ以下である。低抵抗層１３Ａ，１３Ｂは、電極層１２Ａ，１２Ｂの電位が均一になるように連続膜となっていることが好ましい。このような低抵抗層１３Ａ，１３Ｂを形成する方法としては、例えば、めっき法、蒸着法あるいはスパッタ法などが挙げられる。あらかじめ基材上に低抵抗層１３Ａ，１３Ｂを成膜しておき、これを基材から電極層１２Ａ，１２Ｂに転写するようにしてもよい。

＜第２の実施の形態＞
図９は、本技術の第２の実施の形態に係るポリマー素子（ポリマー素子２０）の断面構成を表わしたものである。このポリマー素子２０の電極層（電極層２２Ａ，２２Ｂ）は、高分子材料中に、階層型多孔質構造を有する多孔質炭素材料（図２の多孔質炭素材料１２１）とともに金属酸化物を含んでいる。その点を除き、ポリマー素子２０は上記実施の形態のポリマー素子１０と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。

電極層２２Ａ，２２Ｂに含まれる金属酸化物は、酸化還元可能な金属酸化物であればよいが、遷移金属の酸化物であることが好ましい。例えば、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、酸化マンガン、酸化チタンあるいは酸化タンタル等が電極層２２Ａ，２２Ｂに含まれていることが好ましい。中でも、電極層２２Ａ，２２Ｂには酸化ルテニウム、酸化イリジウムあるいは酸化マンガンが含まれていることが好ましい。電極層２２Ａ，２２Ｂに含まれる金属酸化物は、遷移金属以外の金属の酸化物であってもよく、例えば酸化亜鉛であってもよい。電極層２２Ａ，２２Ｂが水和金属酸化物を含んでいてもよい。高分子材料を除き、電極層２２Ａ，２２Ｂには重量比で例えば５％〜３０％（金属酸化物／金属酸化物+多孔質炭素材料）の金属酸化物が含まれている。

図１０および図１１に示したように、多孔質炭素材料を含むカーボン層２２１Ａ，２２１Ｂと金属酸化物を含む金属酸化物層２２２Ａ，２２２Ｂとを分けて設けるようにしてもよい。カーボン層２２１Ａ，２２１Ｂと金属酸化物層２２２Ａ，２２２Ｂとが、高分子層１１および電極層２２Ａ，２２Ｂの積層方向（Ｚ方向）に重なっていてもよく（図１０）、電極層２２Ａ，２２Ｂの面（ＸＹ平面）内方向に並べられていてもよい（図１１）。

このような電極層２２Ａ，２２Ｂに金属酸化物（または金属酸化物層２２２Ａ，２２２Ｂ）を含むポリマー素子２０では、金属酸化物の酸化還元反応によって生じたイオン（後述の図１３の第２陽イオン２２Ｐ、第２陰イオン２２Ｍ）が電極層２２Ａ，２２Ｂ内の界面近傍に化学的に吸着し、ポリマー素子２０の容量が増加する。以下、これについて説明する。

図１２は、ポリマー素子１０の電極層１２Ａ，１２Ｂ界面の様子を模式的に表したものである。例えば、電極層１２Ａがマイナスの電位、電極層１２Ｂがプラスの電位となるように電極層１２Ａ，１２Ｂの間に所定の駆動用電圧を印加すると高分子層１１の陽イオン（第１陽イオン１１Ｐ）は、電極層１２Ａ側に、陰イオン（第１陰イオン１１Ｍ）は電極層１２Ｂ側に移動する。この第１陽イオン１１Ｐおよび第１陰イオン１１Ｍが電極層１２Ａ，１２Ｂの多孔質炭素材料１２１（図２）のミクロ孔１２１Ｃに物理的に吸着されることにより、ポリマー素子１０は動作するようになっている。即ち、ポリマー素子１０では、電極層１２Ａ，１２Ｂ界面に電気二重層が形成されて動作する。したがって、電極層１２Ａ，１２Ｂに含まれる多孔質炭素材料１２１の量を増やすことにより、ポリマー素子１０の容量が増加し、その変位量を向上させることが可能となる。

しかしながら、多孔質炭素材料１２１の量を増やすと、湿度依存性が大きくなり、ポリマー素子１０の特性を劣化させる虞がある。また、電極層１２Ａ，１２Ｂと高分子層１１との密着性が低下して、クラックの発生および電極層１２Ａ，１２Ｂの剥がれ等が生じやすい。更に、電極層１２Ａ，１２Ｂの電気抵抗が上昇する。このため、ポリマー素子１０では、その容量を増加させることが困難である。

これに対し、ポリマー素子２０では、電極層２２Ａ，２２Ｂが金属酸化物を含んでいるので、この金属酸化物が以下の反応式（１）または反応式（２）に示した酸化還元反応によりイオン（Ｍ^-Ｈ⁺）を生成する。なお、反応式（１），（２）中のＭは金属酸化物を表す。

図１３に示したように、ポリマー素子２０では、金属酸化物の酸化還元反応により生じた陽イオン（第２陽イオン２２Ｐ）および陰イオン（第２陰イオン２２Ｍ）が、電極層２２Ａ，２２Ｂ内の界面近傍に化学的に吸着する。即ち、ポリマー素子２０では、上記ポリマー素子１０と同様の電気二重層に加えて、金属酸化物に由来した擬似的な二重層が形成される。これにより、ポリマー素子２０では、ポリマー素子１０に比べて、その容量を増やすことが可能となる。

図１４は、ポリマー素子１０を基準としてポリマー素子２０の振幅を表したものである。ポリマー素子２０では、ポリマー素子１０と比較して振幅が２．１倍に向上している。これにより、ポリマー素子２０では容量が増加し、ポリマー素子２０の変位量が更に向上することが確認できた。

図１５は、ポリマー素子１０を基準としてポリマー素子２０の最大速度を表したものである。ポリマー素子２０では、ポリマー素子１０と比較して最大速度が１．４倍に向上している。このように、ポリマー素子２０では最大速度等の特性も向上させることが可能である。

以上のように、ポリマー素子２０では、電極層２２Ａ，２２Ｂが階層型多孔質構造を有する多孔質炭素材料１２１（図２）とともに金属酸化物を含んでいるので、イオン移動速度および容量の両方が向上する。よって、ポリマー素子２０では、ポリマー素子１０に比べて振幅、最大速度および発生力等の特性をより向上させることができる。

また、ポリマー素子２０では多孔質炭素材料１２１の量を増やす必要がないので、湿度依存性を維持することができる。また、クラックや剥がれ等の発生を抑えて、容易に電極２２Ａ，２２Ｂを形成することができる。更に、電極２２Ａ，２２Ｂの電気抵抗の上昇も抑えられる。

＜第３の実施の形態＞
図１６は、本技術の第３の実施の形態に係るポリマー素子（ポリマー素子３０）の断面構成を表わしたものである。このポリマー素子３０の電極層（電極層３２Ａ，３２Ｂ）は、高分子材料中に多孔質炭素材料および金属酸化物を含むものである。この電極層３２Ａ，３２Ｂでは、多孔質炭素材料が、階層型多孔質構造を有するものに限定されない。その点を除き、ポリマー素子３０は上記実施の形態のポリマー素子２０と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。

電極層３２Ａ，３２Ｂには、上記電極層２２Ａ，２２Ｂで説明した金属酸化物と同様の金属酸化物が含まれている。電極層３２Ａ，３２Ｂの多孔質炭素材料には、階層型多孔質構造を有するバイオカーボンおよび人工ポーラスカーボン等に加えて、ケッチェンブラック（登録商標）、メソポーラスカーボン、トリポーラスカーボン、カーボンブラック、活性炭、活性炭クロス、炭素繊維およびカーボンナノチューブ等を用いるようにしてもよい。

このようなポリマー素子３０では、上記ポリマー素子２０で説明したのと同様に、金属酸化物の酸化還元反応により生じたイオンが擬似的な二重層を形成するので、容量が増加する。

また、ポリマー素子３０では、電極層３２Ａ，３２Ｂが金属酸化物とともに多孔質炭素材料を含むので、金属酸化物のみにより電極層を構成した場合に比べて、その耐久性が向上する。

図１７は、電極層を金属酸化物のみにより構成したポリマー素子３００の耐久性とポリマー素子３０の耐久性とを比較して表したものである。この耐久性試験では、ポリマー素子３０，３００を繰り返し動作させたときの、動作回数と振幅との関係を調べている。ポリマー素子３００では動作回数が増えるにつれて振幅が減少していくのに対し、ポリマー素子３０では、動作回数が増えても同じ振幅が維持されている。このように、ポリマー素子３０は、ポリマー素子３００に比べて高い耐久性を有することが確認できた。

更に、電極層３２Ａ，３２Ｂに多孔質炭素材料が含まれていることにより、イオン移動速度の減少が抑えられる。

＜適用例＞
続いて、上記実施の形態および変形例に係るポリマー素子の適用例（撮像装置への適用例；適用例１，２）について説明する。

［適用例１］
（携帯電話機８の構成）
図１８および図１９は、上記実施の形態等のポリマー素子の適用例１に係る撮像装置を備えた電子機器の一例として、撮像機能付き携帯電話機（携帯電話機８）の概略構成を斜視図で表わしたものある。この携帯電話機８では、２つの筐体８１Ａ，８１Ｂ同士が、図示しないヒンジ機構を介して折り畳み自在に連結されている。

図１８に示したように、筐体８１Ａの一方側の面には、各種の操作キー８２が複数配設されると共に、その下端部にマイクロフォン８３が配設されている。操作キー８２は使用者（ユーザ）による所定の操作を受け付けて情報を入力するためのものである。マイクロフォン８３は、通話時等における使用者の音声を入力するためのものである。

筐体８１Ｂの一方側の面には、図１８に示したように、液晶表示パネル等を用いた表示部８４が配設されると共に、その上端部には、スピーカー８５が配設されている。表示部８４には、例えば、電波の受信状況や電池残量、通話相手の電話番号、電話帳として登録されている内容（相手先の電話番号や氏名等）、発信履歴、着信履歴等の各種の情報が表示されるようになっている。スピーカー８５は、通話時等における通話相手の音声等を出力するためのものである。

図１９に示したように、筐体８１Ａの他方側の面にはカバーガラス８６が配設されていると共に、筐体８１Ａ内部のカバーバラス８６に対応する位置に撮像装置２が設けられている。この撮像装置２は、物体側（カバーガラス８６側）に配置されたカメラモジュール４と、像側（筐体８１Ａの内部側）に配置された撮像素子３とにより構成されている。撮像素子３は、カメラモジュール４内のレンズ（後述するレンズ４０）により結像されてなる撮像信号を取得する素子である。この撮像素子３は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）を搭載したイメージセンサからなる。

（撮像装置２の構成）
図２０は、撮像装置２の概略構成例を斜視図で表したものであり、図２１は、この撮像装置２におけるカメラモジュール４の構成を分解斜視図で表したものである。

カメラモジュール４は、光軸Ｚ１に沿って像側（撮像素子３の撮像面３Ａ側）から物体側へと順に（Ｚ軸上の正方向に沿って）、支持部材５１、ポリマーアクチュエータ素子５３１、レンズ保持部材５４およびレンズ４０、ならびにポリマーアクチュエータ素子５３２を備えている。このポリマーアクチュエータ素子５３１、５３２が、上記ポリマー素子１０，１０Ａ，２０，３０により構成されている。なお、図２０では、レンズ４０の図示を省略している。このカメラモジュール４はまた、固定用部材５２、連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂ、固定電極５３０Ａ，５３０Ｂ、押え部材５６およびホール素子５７Ａ，５７Ｂを備えている。なお、これらのカメラモジュール４の部材のうちのレンズ４０を除いたものが、本技術における「レンズを駆動する駆動装置」（レンズ駆動装置）の一具体例に対応している。

支持部材５１は、カメラモジュール４全体を支持するためのベース部材（基体）である。

固定用部材５２は、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２の一端をそれぞれ固定するための部材である。この固定用部材５２は、像側（図２０および図２１における下側）から物体側（上側）へと向けて配置された、下部固定用部材５２Ｄ、中央（中部）固定用部材５２Ｃおよび上部固定用部材５２Ｕの３つの部材からなる。下部固定用部材５２Ｄと中央固定用部材５２Ｃとの間には、ポリマーアクチュエータ素子５３１の一端および固定電極５３０Ａ，５３０Ｂの一端がそれぞれ、挟み込まれて配置されている。一方、中央固定用部材５２Ｃと上部固定用電極５２Ｕとの間には、ポリマーアクチュエータ素子５３２の一端および固定電極５３０Ａ，５３０Ｂの他端がそれぞれ、挟み込まれて配置されている。また、これらのうちの中央固定用部材５２Ｃには、レンズ保持部材５４の一部（後述する保持部５４Ｂの一部）を部分的に挟み込むための開口５２Ｃ０が形成されている。これにより、レンズ保持部材５４の一部がこの開口５２Ｃ０内を移動できるようになるため、スペースを有効活用することができ、カメラモジュール４の小型化を図ることが可能となる。

固定電極５３０Ａ，５３０Ｂは、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２における電極層（前述した電極層１２Ａ，１２Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ）に対して、後述する電圧供給部５９からの駆動用電圧Ｖｄ（後述の図２２Ａ，図２２Ｂ）を供給するための電極である。これらの固定電極５３０Ａ，５３０Ｂはそれぞれ、例えば金（Ａｕ）もしくは金めっきされた金属等からなり、Ｕの字状となっている。これにより、固定電極５３０Ａ，５３０Ｂはそれぞれ、中央固定用部材５２Ｃの上下（Ｚ軸に沿った両側面）を挟み込むようになっており、一対のポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２に対して少ない配線で並列に同じ電圧を印加することが可能となっている。また、固定電極５３０Ａ，５３０Ｂを金めっきされた金属材料から構成した場合、表面の酸化等による接触抵抗の劣化を防ぐことができる。

レンズ保持部材５４は、レンズ４０を保持するための部材であり、例えば液晶ポリマー等の硬質な樹脂材料からなる。このレンズ保持部材５４は、中心が光軸Ｚ１上になるようにして配置され、レンズ４０を保持する環状の保持部５４Ｂと、この保持部５４Ｂを支持すると共に保持部５４Ｂと後述する連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂとを接続する接続部５４Ａとからなる。また、保持部５４Ｂは、一対のポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２における後述する駆動面同士の間に配置されている。

ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２はそれぞれ、レンズ４０の光軸Ｚ１と直交する駆動面（Ｘ−Ｙ平面上の駆動面）を有し、この光軸Ｚ１に沿って駆動面同士が対向するように配置されている。これらのポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２はそれぞれ、レンズ保持部材５４（およびレンズ４０）を、後述する連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂを介して光軸Ｚ１に沿って駆動するためのものである。

連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂはそれぞれ、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２の各他端と、接続部５４Ａの端部との間を互いに連結（接続）するための部材である。具体的には、連結部材５５１Ａ，５５１Ｂはそれぞれ、接続部５４Ａの下端部とポリマーアクチュエータ素子５３１の他端との間を連結し、連結部材５５２Ａ，５５２Ｂはそれぞれ、接続部５４Ａの上端部とポリマーアクチュエータ素子５３２の他端との間を連結している。これらの連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂはそれぞれ、例えばポリイミドフィルム等のフレキシブルフィルムからなり、各ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２と同等以下（好ましくは同一以下）の剛性（曲げ剛性）を有する柔軟な材料からなることが望ましい。これにより、連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂが、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２の湾曲方向とは逆方向に湾曲する自由度が生まれる。したがって、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２と連結部材５５１Ａ，５５１Ｂ，５５２Ａ，５５２Ｂとからなる片持ち梁における断面形状が、Ｓ字状の曲線を描くようになる。その結果、接続部５４ＡがＺ軸方向に沿って平行移動することが可能となり、保持部５４Ｂ（およびレンズ４０）が支持部材５１に対して平行状態を保ったまま、Ｚ軸方向に駆動されるようになる。なお、上記した剛性（曲げ剛性）としては、例えばバネ定数を用いることができる。

（カメラモジュール４の動作）
図２２Ａ，図２２Ｂはそれぞれ、カメラモジュール４の概略構成例を側面図（Ｚ−Ｘ側面図）で模式的に表したものであり、図２２Ａは動作前の状態を、図２２Ｂは動作後の状態をそれぞれ示している。

このカメラモジュール４では、電圧供給部５９からポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２に対して駆動用電圧Ｖｄが供給されると、前述した原理にて、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２の他端側がそれぞれ、Ｚ軸方向に沿って湾曲する。これにより、これらポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２によってレンズ保持部材５４が駆動され、レンズ４０がその光軸Ｚ１に沿って移動可能となる（図２２Ｂ中の矢印参照）。このようにしてカメラモジュール４では、ポリマーアクチュエータ素子５３１，５３２を用いた駆動装置（レンズ駆動装置）によって、レンズ４０がその光軸Ｚ１に沿って駆動される。つまり、カメラモジュール４内のレンズ４０がその光軸Ｚ１に沿って移動し、フォーカシングやズーミングが行われる。

［適用例２］
続いて、上記実施の形態等のポリマー素子の適用例２に係る撮像装置（カメラモジュール）について説明する。本適用例に係る撮像装置もまた、例えば前述した図１８，図１９に示したような、撮像機能付き携帯電話機８に内蔵されるようになっている。ただし、適用例１の撮像装置２では、ポリマー素子（ポリマーアクチュエータ素子）をレンズ駆動装置として用いていたのに対し、本適用例の撮像装置では以下説明するように、撮像素子３を駆動するための駆動装置として用いている。

（撮像装置２Ａの構成）
図２３は、本適用例に係る撮像装置（撮像装置２Ａ）の概略構成例を、側面図（Ｚ−Ｘ側面図）で表したものである。この撮像装置２Ａは、基板６０上に、各種部材を保持するためのハウジング６１を備えている。

このハウジング６１には、レンズ４０を配置するための開口部６１１が形成されていると共に、一対の側壁部６１３Ａ，６１３Ｂと、基板６０上に位置する底部６１２とが設けられている。側壁部６１３Ａには一対の板ばね６２１，６２１の一端側が固定されており、これら板ばね６２１，６２１の他端側には、接続部５４Ａおよび支持部６４を介して撮像素子３が配置されている。また、底部６１２上にはポリマーアクチュエータ素子６３の一端側が固定されており、このポリマーアクチュエータ素子６３の他端側は支持部６４の底面に固定されている。なお、この底部６１２上にはホール素子５７Ａも配置されていると共に、接続部５４Ａ上におけるホール素子５７Ａの対向位置には、ホール素子５７Ｂが配置されている。

なお、これらの撮像装置２Ａの部材のうち、底部６１２、側壁部６１３Ａ、板ばね６２１，６２２、ポリマーアクチュエータ素子６３、支持部６４および接続部５４Ａが主に、本技術における「撮像素子を駆動する駆動装置」（撮像素子駆動装置）の一具体例に対応している。

ポリマーアクチュエータ素子６３は、上記したように、撮像素子３を駆動するためのものであり、上記実施の形態等に係るポリマー素子１０，１０Ａ，２０，３０を用いて構成されている。

（撮像装置２Ａの動作）
図２４Ａ，図２４Ｂはそれぞれ、撮像装置２Ａの一部（上記した撮像素子駆動装置）を側面図（Ｚ−Ｘ側面図）で模式的に表したものであり、図２４Ａは動作前の状態を、図２４Ｂは動作後の状態をそれぞれ示している。

この撮像装置２Ａでは、電圧供給部（図示せず）からポリマーアクチュエータ素子６３に対して駆動用電圧Ｖｄが供給されると、前述した原理にて、ポリマーアクチュエータ素子６３の他端側がそれぞれ、Ｚ軸方向に沿って湾曲する。これにより、このポリマーアクチュエータ素子６３によって接続部５４Ａが駆動され、撮像素子３がレンズ４０の光軸Ｚ１に沿って移動可能となる（図２４Ｂ中の矢印参照）。このようにして撮像装置２Ａでは、ポリマーアクチュエータ素子６３を用いた駆動装置（撮像素子駆動装置）によって、撮像素子３がレンズ４０の光軸Ｚ１に沿って駆動される。これにより、レンズ４０と撮像素子３との相対的な距離が変化することで、フォーカシングやズーミングが行われる。

＜その他の適用例＞
図２５Ａ，図２５Ｂは、その他の適用例に係る電子機器（電子機器７Ａ，図７Ｂ）の構成例を、模式的に表したものである。

電子機器７Ａ（図２５Ａ）は、ポリマーセンサ素子７１および信号処理部７２を含むものである。この電子機器７Ａでは、ポリマーセンサ素子７１が変形することにより検知された信号が、信号処理部７２に入力され、各種の信号処理が行われるようになっている。このような電子機器７Ａとしては、例えば、血管の拡張および収縮を検知する脈拍センサ、指等の接触位置、接触の強さを検知する触覚センサ、本等のページめくり等に伴う曲げ状態を検知する曲げセンサおよび人の関節の動き等を検知するモーションセンサ等が挙げられる。

電子機器７Ｂ（図２５Ｂ）は、信号入力部７３およびポリマーアクチュエータ素子７４を含むものである。この電子機器７Ｂでは、信号入力部７３からの信号によりポリマーアクチュエータ素子７４が変形するようになっている。このような電子機器７Ｂとしては、例えば、カテーテル等が挙げられる。

＜その他の変形例＞
以上、実施の形態、変形例および適用例を挙げて本技術の技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、ポリマー素子および撮像装置内の他の部材における形状や材料等については、上記実施の形態等で説明したものには限定されず、また、ポリマー素子の積層構造についても、上記実施の形態等で説明したものには限定されず、適宜変更可能である。

更に、上記第２の実施の形態および第３の実施の形態では、電極層２２Ａ，２２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂが金属酸化物を含む場合について説明したが、金属酸化物に代えて電極層２２Ａ，２２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂが導電性高分子材料を含むようにしてもよい。この導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオフェンおよびポリピロール等が挙げられる。電極層２２Ａ，２２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂが金属酸化物とともに導電性高分子材料を含んでいてもよい。

加えて、上記変形例では、電極層１２Ａ，１２Ｂに低抵抗層１３Ａ，１３Ｂを積層する場合について説明したが（図８）、電極層２２Ａ，２２Ｂ（図９）または電極層３２Ａ，３２Ｂ（図１６）に低抵抗層１３Ａ，１３Ｂを積層するようにしてもよい。

更にまた、上記適用例では、ポリマーアクチュエータ素子またはポリマーセンサ素子を電子機器に適用する場合を例に挙げて説明したが、電気二重層キャパシタとして機能するポリマー素子および二次電池として機能するポリマー素子を電子機器に適用するようにしてもよい。

加えて、上記実施の形態等では、本技術の駆動装置の一例として、主に、駆動対象物であるレンズをその光軸に沿って駆動するレンズ駆動装置を挙げて説明したが、その場合には限られず、例えば、レンズ駆動装置がレンズをその光軸と直交する方向に沿って駆動するようにしてもよい。また、本技術の駆動装置は、そのようなレンズ駆動装置や撮像素子駆動装置以外にも、例えば絞り（特開２００８−２５９３８１号公報等参照）や手ぶれ補正等の他の駆動対象物を駆動する駆動装置等にも適用することが可能である。更に、本技術の駆動装置、カメラモジュールおよび撮像装置は、上記実施の形態で説明した携帯電話機以外にも、種々の電子機器に適用することが可能である。

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）少なくとも一方が多孔質炭素材料を含む一対の電極層と、前記一対の電極層の間の高分子層とを備え、前記多孔質炭素材料には、表面の第１孔と、前記第１孔よりも小さく、かつ、前記第１孔に連通した第２孔とが設けられているポリマー素子。
（２）前記多孔質炭素材料には、更に、前記第２孔よりも小さく、かつ、前記第２孔に連通した第３孔が設けられている前記（１）に記載のポリマー素子。
（３）前記第１孔と前記第２孔とが接し、前記第２孔と前記第３孔とが接している前記（２）に記載のポリマー素子。
（４）前記第１孔の径は５０ｎｍよりも大きく、前記第２孔の径は２ｎｍ〜５０ｎｍであり、前記第３孔の径は２ｎｍよりも小さい前記（２）または（３）に記載のポリマー素子。
（５）前記多孔質材料の表面には前記第１孔への第１開口が設けられるとともに、前記第１孔には前記第２孔への第２開口が設けられ、前記第１開口は前記第２開口よりも大きい前記（１）乃至（４）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（６）前記多孔質炭素材料を含む前記電極層が、金属酸化物を含む前記（１）乃至（５）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（７）前記金属酸化物は、遷移金属の酸化物である前記（６）に記載のポリマー素子。
（８）前記金属酸化物として、酸化ルテニウム、酸化イリジウムおよび酸化マンガンの少なくともいずれか１つを含む前記（６）または（７）に記載のポリマー素子。
（９）前記多孔質炭素材料は植物由来である前記（１）乃至（８）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（１０）前記一対の電極層の前記高分子層と反対の面には、低抵抗層が設けられている前記（１）乃至（９）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（１１）前記一対の電極層は高分子材料を含む前記（１）乃至（１０）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（１２）ポリマーアクチュエータ素子として構成されている前記（１）乃至（１１）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（１３）ポリマーセンサ素子として構成されている前記（１）乃至（１２）のうちいずれか１つに記載のポリマー素子。
（１４）一対の電極層と、前記一対の電極層の間の高分子層とを備え、前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、多孔質炭素材料および金属酸化物を含むポリマー素子。
（１５）少なくとも一方が多孔質炭素材料を含む一対の電極層と前記一対の電極層の間の高分子層とを有するポリマー素子を備え、前記多孔質炭素材料には、表面の第１孔と、前記第１孔よりも小さく、かつ、前記第１孔に連通した第２孔とが設けられている電子機器。
（１６）一対の電極層と前記一対の電極層の間の高分子層とを有するポリマー素子を備え、前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、多孔質炭素材料および金属酸化物を含む電子機器。
（１７）レンズと、ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズを駆動する駆動装置とを備え、前記ポリマー素子は、少なくとも一方が多孔質炭素材料を含む一対の電極層と、前記一対の電極層の間の高分子層とを有し、前記多孔質炭素材料には、表面の第１孔と、前記第１孔よりも小さく、かつ、前記第１孔に連通した第２孔とが設けられているカメラモジュール。
（１８）レンズと、ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズを駆動する駆動装置とを備え、前記ポリマー素子は、一対の電極層と、前記一対の電極層の間の高分子層とを有し、前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、多孔質炭素材料および金属酸化物を含むカメラモジュール。
（１９）レンズと、前記レンズにより結像されてなる撮像信号を取得する撮像素子と、ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズまたは前記撮像素子を駆動する駆動装置とを備え、前記ポリマー素子は、少なくとも一方が多孔質炭素材料を含む一対の電極層と、前記一対の電極層の間の高分子層とを有し、前記多孔質炭素材料には、表面の第１孔と、前記第１孔よりも小さく、かつ、前記第１孔に連通した第２孔とが設けられている撮像装置。
（２０）レンズと、前記レンズにより結像されてなる撮像信号を取得する撮像素子と、ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズまたは前記撮像素子を駆動する駆動装置とを備え、前記ポリマー素子は、一対の電極層と、前記一対の電極層の間の高分子層とを有し、前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、多孔質炭素材料および金属酸化物を含む撮像装置。

１０，１０Ａ，２０，３０…ポリマー素子、１１…高分子層、１２Ａ，１２Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ…電極層、１２１…多孔質炭素材料、１２１Ａ…マクロ孔、１２１Ｂ…メソ孔、１２１Ｃ…ミクロ孔、１２１ＭＡ，１２１ＭＢ，１２１ＭＣ…開口、１３Ａ，１３Ｂ…低抵抗層、２，２Ａ…撮像装置、３…撮像素子、３Ａ…撮像面、４…カメラモジュール、４１…レンズ、５３１，５３２，６３，７４…ポリマーアクチュエータ素子、８…携帯電話機、Ｚ１…光軸、７Ａ，７Ｂ…電子機器、７１…ポリマーセンサ素子、７２…信号処理部、７３…信号入力部。

Claims (20)

1. 少なくとも一方が多孔質炭素材料を含む一対の電極層と、
   前記一対の電極層の間の高分子層とを備え、
   前記多孔質炭素材料には、表面の第１孔と、前記第１孔よりも小さく、かつ、前記第１孔に連通した第２孔とが設けられている
   ポリマー素子。
2. 前記多孔質炭素材料には、更に、前記第２孔よりも小さく、かつ、前記第２孔に連通した第３孔が設けられている
   請求項１に記載のポリマー素子。
3. 前記第１孔と前記第２孔とが接し、前記第２孔と前記第３孔とが接している
   請求項２に記載のポリマー素子。
4. 前記第１孔の径は５０ｎｍよりも大きく、前記第２孔の径は２ｎｍ〜５０ｎｍであり、前記第３孔の径は２ｎｍよりも小さい
   請求項２に記載のポリマー素子。
5. 前記多孔質材料の表面には前記第１孔への第１開口が設けられるとともに、前記第１孔には前記第２孔への第２開口が設けられ、
   前記第１開口は前記第２開口よりも大きい
   請求項１に記載のポリマー素子。
6. 前記多孔質炭素材料を含む前記電極層が、金属酸化物を含む
   請求項１に記載のポリマー素子。
7. 前記金属酸化物は、遷移金属の酸化物である
   請求項６に記載のポリマー素子。
8. 前記金属酸化物として、酸化ルテニウム、酸化イリジウムおよび酸化マンガンの少なくともいずれか１つを含む
   請求項６に記載のポリマー素子。
9. 前記多孔質炭素材料は植物由来である
   請求項１に記載のポリマー素子。
10. 前記一対の電極層の前記高分子層と反対の面には、低抵抗層が設けられている
    請求項１に記載のポリマー素子。
11. 前記一対の電極層は高分子材料を含む
    請求項１に記載のポリマー素子。
12. ポリマーアクチュエータ素子として構成されている
    請求項１に記載のポリマー素子。
13. ポリマーセンサ素子として構成されている
    請求項１に記載のポリマー素子。
14. 一対の電極層と、
    前記一対の電極層の間の高分子層とを備え、
    前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、多孔質炭素材料および金属酸化物を含む
    ポリマー素子。
15. 少なくとも一方が多孔質炭素材料を含む一対の電極層と前記一対の電極層の間の高分子層とを有するポリマー素子を備え、
    前記多孔質炭素材料には、表面の第１孔と、前記第１孔よりも小さく、かつ、前記第１孔に連通した第２孔とが設けられている
    電子機器。
16. 一対の電極層と前記一対の電極層の間の高分子層とを有するポリマー素子を備え、
    前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、多孔質炭素材料および金属酸化物を含む
    電子機器。
17. レンズと、
    ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズを駆動する駆動装置とを備え、
    前記ポリマー素子は、
    少なくとも一方が多孔質炭素材料を含む一対の電極層と、
    前記一対の電極層の間の高分子層とを有し、
    前記多孔質炭素材料には、表面の第１孔と、前記第１孔よりも小さく、かつ、前記第１孔に連通した第２孔とが設けられている
    カメラモジュール。
18. レンズと、
    ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズを駆動する駆動装置とを備え、
    前記ポリマー素子は、
    一対の電極層と、
    前記一対の電極層の間の高分子層とを有し、
    前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、多孔質炭素材料および金属酸化物を含む
    カメラモジュール。
19. レンズと、
    前記レンズにより結像されてなる撮像信号を取得する撮像素子と、
    ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズまたは前記撮像素子を駆動する駆動装置とを備え、
    前記ポリマー素子は、
    少なくとも一方が多孔質炭素材料を含む一対の電極層と、
    前記一対の電極層の間の高分子層とを有し、
    前記多孔質炭素材料には、表面の第１孔と、前記第１孔よりも小さく、かつ、前記第１孔に連通した第２孔とが設けられている
    撮像装置。
20. レンズと、
    前記レンズにより結像されてなる撮像信号を取得する撮像素子と、
    ポリマー素子を用いて構成され、前記レンズまたは前記撮像素子を駆動する駆動装置とを備え、
    前記ポリマー素子は、
    一対の電極層と、
    前記一対の電極層の間の高分子層とを有し、
    前記一対の電極層のうちの少なくとも一方は、多孔質炭素材料および金属酸化物を含む
    撮像装置。

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