JP5818019B2 - レンズ駆動装置、レンズモジュールおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポリマーアクチュエータ素子を有するレンズ駆動装置、ならびにそのようなレンズ駆動装置を備えたレンズ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、レンズ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、レンズ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、レンズ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が、最近では、コンパクト化の観点から、ポリマー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（例えば特許文献１，２参照）。ポリマーアクチュエータ素子とは、例えば一対の電極間にイオン交換樹脂膜を挟むようにしたものである。このポリマーアクチュエータ素子は、一対の電極間に電位差が生じることにより、イオン交換樹脂膜が膜面に対して直交する方向へ変位する。

特開２００６−２９３００６号公報 特開２００６−１７２６３５号公報

ここで、上記特許文献１のレンズモジュールでは、ガイドもしくはガイドピン等（ガイド部）によって光軸に沿って（光軸と平行に）移動できるようにされたレンズを、ポリマーアクチュエータ素子によって駆動させるようになっている。ところが、この手法では、ポリマーアクチュエータ素子のトルク（駆動力）が、ガイド部の摩擦に対して十分に大きい値ではないため、レンズの移動動作にばらつきが生じてしまう。具体的には、駆動力がある値（閾値）になるまではレンズがほとんど移動しない一方、その値を超えた途端に急激に移動してしまったり、その後も駆動力の増加に対して不安定に（非線形に）移動してしまったりする。

そこで、レンズの光軸方向に一対の平板状のポリマーアクチュエータ素子を対向配置させるようにした手法（平行平板方式）も提案されている。しかしながら、この手法では、レンズを平行状態を保ちつつ、その光軸に沿って移動させるのが困難である。すなわち、レンズが光軸に対して平行に動作しなくなる場合が生じてしまう。

一方、上記特許文献２のレンズモジュールでは、湾曲方向が互いに異なる１組のポリマーアクチュエータ素子を組み合わせることにより、レンズをその光軸方向に移動させるようになっている。ところが、この手法においても、これら１組のポリマーアクチュエータ素子間において、特性ばらつき等に起因した動作ばらつき（変形量のばらつき）が生じた場合、レンズをその光軸方向に移動させるのが困難になる。すなわち、レンズが光軸に対して平行に動作しなくなったり、レンズが光軸に対して傾いてしまう場合が生じる。

このようにして、従来のポリマーアクチュエータ素子を用いたレンズ駆動装置では、レンズをその光軸方向に精度良く移動させるのが困難であったため、改善する手法の提案が望まれていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、レンズをその光軸方向に精度良く移動させることが可能なレンズ駆動装置、ならびにそのようなレンズ駆動装置を備えたレンズモジュールおよび撮像装置を提供することにある。

本発明のレンズ駆動装置は、レンズを保持するためのレンズ保持部材と、各々がレンズの光軸と直交する駆動面を有し、このレンズの光軸に沿って駆動面同士が対向するように配設された複数のポリマーアクチュエータ素子と、複数のポリマーアクチュエータ素子の一端をそれぞれ、直接もしくは間接的に固定する固定用部材と、複数のポリマーアクチュエータ素子の各他端とレンズ保持部材の端部とを連結する連結部材とを備えたものである。各ポリマーアクチュエータ素子は、固定用部材に固定された固定部と、この固定部の両端部に設けられ、上記駆動面を構成する一対の突出部とを有している。

本発明のレンズモジュールは、レンズと、上記本発明のレンズ駆動装置とを備えたものである。

本発明の撮像装置は、レンズと、この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、上記本発明のレンズ駆動装置とを備えたものである。

本発明のレンズ駆動装置、レンズモジュールおよび撮像装置では、複数のポリマーアクチュエータ素子によってレンズ保持部材が駆動されることにより、レンズがその光軸に沿って移動可能となる。この際、レンズ保持部材が連結部材を介して駆動されることにより、レンズが平行状態を保ちつつ、その光軸に沿って移動し易くなる。

本発明のレンズ駆動装置、レンズモジュールおよび撮像装置では、上記連結部材が、各ポリマーアクチュエータ素子と同等以下の剛性を有しているようにするのが好ましい。このように構成した場合、連結部材が各ポリマーアクチュエータ素子の湾曲方向とは逆方向に湾曲する自由度が生まれる。そのため、ポリマーアクチュエータと連結部材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、レンズが平行状態を保ったまま、その光軸に沿って更に移動し易くなる。

本発明のレンズ駆動装置、レンズモジュールおよび撮像装置によれば、複数のポリマーアクチュエータ素子によって、レンズ保持部材を連結部材を介して駆動するようにしたので、レンズをその光軸方向に精度良く移動させることが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る撮像装置を備えた電子機器の構成例を表す斜視図である。 図１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２に示した撮像装置の要部構成例を表す斜視図である。 図３に示したレンズモジュールを表す分解斜視図である。 固定用部材およびポリマーアクチュエータ素子の一部分の詳細構成例を表す模式断面図である。 ポリマーアクチュエータ素子の詳細構成例を表す断面図である。 ポリマーアクチュエータ素子、固定用部材および固定電極の一部分の詳細構成を表す断面図である。 ポリマーアクチュエータ素子の平面形状の他の例を表す模式図である。 ホール素子の配置構成の他の例を表す模式断面図である。 ポリマーアクチュエータ素子の基本動作について説明するための断面模式図である。 比較例１に係るレンズモジュールの構成および動作について説明するための模式図である。 比較例２に係るレンズモジュールの構成および動作について説明するための模式図である。 比較例３に係るレンズモジュールの構成および動作について説明するための模式図である。 図３に示した実施の形態に係るレンズモジュールの動作について説明するための斜視図である。

以下、本発明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．実施の形態（一対のポリマーアクチュエータ素子とレンズ保持部材とを連結する連結部材を設けたレンズ駆動装置等の例）
２．変形例

＜実施の形態＞
［撮像装置を備えた電子機器の概略構成］
図１および図２は、本発明の一実施の形態に係る撮像装置（後述する撮像装置２）を備えた電子機器の一例としての撮像機能付き携帯電話（携帯電話１）の概略構成を斜視図で表したものである。この携帯電話１では、２つの筐体１１Ａ，１１Ｂ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１に示したように、筐体１１Ａの一方側の面には、各種の操作キー１２が複数配設されると共に、その下端部にマイクロフォン１３が配設されている。操作キー１２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１３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１１Ｂの一方側の面には、図１に示したように、液晶表示パネル等を用いた表示部１４が配設されると共に、その上端部には、スピーカー１５が配設されている。表示部１４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１５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２に示したように、筐体１１Ａの他方側の面にはカバーガラス１６が配設されていると共に、筐体１１Ａ内部のカバーバラス１６に対応する位置に撮像装置２が設けられている。この撮像装置は、物体側（カバーガラス１６側）に配置されたレンズモジュール４と、像側（筐体１１Ａ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、レンズモジュール４内のレンズ（後述するレンズ４８）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３は、撮像装置２の要部構成を斜視図で表したものであり、図４は、この撮像装置２におけるレンズモジュール４の構成を分解斜視図で表したものである。レンズモジュール４は、光軸Ｚ１に沿って像側（撮像素子３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４１、ポリマーアクチュエータ素子４４１、レンズ保持部材４３およびレンズ４８、ならびにポリマーアクチュエータ素子４４２を備えている。なお、図３では、レンズ４８の図示を省略している。このレンズモジュール４はまた、固定用部材４２、連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂ、固定電極４４０Ａ，４４０Ｂ、押え部材４６およびホール素子４７Ａ，４７Ｂを備えている。なお、これらのレンズモジュール４の部材のうちのレンズ４８を除いたものが、本発明における「レンズ駆動装置」の一具体例に対応している。

支持部材４１は、レンズモジュール４全体を支持するためのベース部材（基体）であり、例えば液晶ポリマー等の硬質な樹脂材料からなる。

固定用部材４２は、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の一端をそれぞれ直接固定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。この固定用部材４２は、像側（図３および図４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４２Ｄ、中央（中部）固定用部材４２Ｃおよび上部固定用部材４２Ｕの３つの部材からなる。下部固定用部材４２Ｄと中央固定用部材４２Ｃとの間には、ポリマーアクチュエータ素子４４１の一端および固定電極４４０Ａ，４４０Ｂ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４２Ｃと上部固定用電極４２Ｕとの間には、ポリマーアクチュエータ素子４４２の一端および固定電極４４０Ａ，４４０Ｂ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４２Ｃには、レンズ保持部材４３の一部（後述する保持部４３Ｂの一部）が部分的に挿入可能な開口４２Ｃ０が形成されている。これにより、レンズ保持部材４３の一部がこの開口４３Ｃ０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、レンズモジュール４の小型化を図ることが可能となる。

なお、これらの下部固定用部材４２Ｄ、中央固定用部材４２Ｃおよび上部固定用部材４２Ｕでは、例えば図５に断面図（Ｚ−Ｘ断面図）で模式的に示したような断面形状となっているのが望ましい。すなわち、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２が後述するようにして変形（湾曲）する側（可動端側）の角部（エッジ部分）が、面取りされているようにするのが望ましい。これにより、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２が湾曲する際に動き易くなり、また角部による削れや摩耗を少なくすることができ、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２耐久性が向上するからである。

固定電極４４０Ａ，４４０Ｂは、後述するポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２における電極膜（電極膜５２Ａ，５２Ｂ）に対して図示しない電圧印加手段（後述する電圧印加手段６）からの電圧を供給するための電極である。これらの固定電極４４０Ａ，４４０Ｂ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、「コ」の字状となっている。これにより、固定電極４４０Ａ，４４０Ｂはそれぞれ、中央固定用部材４２Ｃの上下（Ｚ軸方向に沿った両側面）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４４１，４４２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４４０Ａ，４４０Ｂ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４３は、レンズ４８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４３は、中心が光軸Ｚ１上になるようにして配置され、レンズ４８を保持する環状の保持部４３Ｂと、この保持部４３Ｂを支持すると共に保持部４３Ｂと後述する連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂとを接続する接続部４３Ａとからなる。また、保持部４３Ｂは、一対のポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２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４４１，４４２）
ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２はそれぞれ、レンズ４８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。ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２はそれぞれ、レンズ保持部材４３（およびレンズ４８）を、後述する連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂを介して光軸Ｚ１に沿って駆動するためのものである。

これらのポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２はそれぞれ、図６に示したように、イオン導電性高分子化合物膜５１（以下、単に高分子化合物膜５１という。）の両面に一対の電極膜５２Ａ，５２Ｂが接着された断面構造を有する。換言すると、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２はそれぞれ、一対の電極膜５２Ａ，５２Ｂと、これらの電極膜５２Ａ，５２Ｂの間に挿設された高分子化合物膜５１とを有している。なお、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２および電極膜５２Ａ，５２Ｂは、それらの周囲が、高弾性を有する材料（例えばポリウレタンなど）からなる絶縁性の保護膜によって覆われていてもよい。

ここで、図７に断面図（Ｚ−Ｘ断面図）で示したように、ポリマーアクチュエータ素子４４１では、電極膜５２Ａが、下部固定用部材４２Ｄ側の固定電極４４０Ｂと電気的に接続され、電極膜５２Ｂが、中央固定用部材４２Ｃ側の固定電極４４０ＡＢと電気的に接続されている。一方、ポリマーアクチュエータ素子４４２では、電極膜５２Ａが、中央固定用部材４２Ｃ側の固定電極４４０Ａと電気的に接続され、電極膜５２Ｂが、上部固定用部材４２Ｕ側の固定電極４４０Ｂと電気的に接続されている。なお、図７中に図示はしていないが、下部固定用部材４２Ｄ側の固定電極４４０Ｂから上部固定用部材４２Ｕ側の固定電極４４０Ｂまでの各部材・電極はそれぞれ、図４中に示した押え部材４６（板ばね）によって一定の圧力で挟み込まれるようにして固定されている。これにより、大きな力を与えてもポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２を破壊することがなく、これらのポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２が変形した際も安定して電気的な接続が可能となる。

高分子化合物膜５１は、電極膜５２Ａ，５２Ｂの間に所定の電位差が生じることにより湾曲を生じるようになっている。この高分子化合物膜５１にはイオン物質が含浸されている。ここでの「イオン物質」とは、高分子化合物膜５１内を伝導することが可能なイオン全般を指しており、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。

高分子化合物膜５１を構成する材料としては、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イオン交換樹脂が挙げられる。このイオン交換樹脂としては、陽イオン物質が含浸される場合には陽イオン交換樹脂が好ましく、陰イオン物質が含浸される場合には陰イオン交換樹脂が好ましい。

陽イオン交換樹脂としては、例えば、スルホン酸基あるいはカルボキシル基などの酸性基が導入されたものが挙げられる。具体的には、酸性基を有するポリエチレン、酸性基を有するポリスチレンあるいは酸性基を有するフッ素樹脂などである。中でも、陽イオン交換樹脂としては、スルホン酸基あるいはカルボン酸基を有するフッ素樹脂が好ましく、例えばナフィオン（デュポン株式会社製）が挙げられる。

高分子化合物膜５１に含浸されている陽イオン物質は、有機や無機など、その種類を問わない。例えば、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が応用可能である。金属イオンとしては、例えば、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。また、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。これらの陽イオンは、高分子化合物膜５１中において水和物として存在している。よって、陽イオンと水とを含む陽イオン物質が高分子化合物膜５１中に含浸されている場合には、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２では、水の揮発を抑制するために全体として封止されていることが好ましい。

イオン液体とは、常温溶融塩とも言われるものであり、燃性および揮発性が低い陽イオンと陰イオンとを含んでいる。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。

中でも、陽イオン物質は、イオン液体であることが好ましい。揮発性が低いため、高温雰囲気中あるいは真空中においてもポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２が良好に動作するからである。

高分子化合物膜５１を挟んで互いに対向する電極膜５２Ａ，５２Ｂは、それぞれ１種あるいは２種以上の導電性材料を含んでいる。電極膜５２Ａ，５２Ｂは、導電性材料粉末同士がイオン導電性高分子により結着されたものが好ましい。電極膜５２Ａ，５２Ｂの柔軟性が高まるからである。導電性材料粉末としてはカーボン粉末が好ましい。導電性が高く、比表面積が大きいため、より大きい変形量が得られるからである。カーボン粉末としては、ケッチェンブラックが好ましい。イオン導電性高分子としては、上記した高分子化合物膜５１の構成材料と同様のものが好ましい。

電極膜５２Ａ，５２Ｂは、例えば、以下のようにして形成される。分散媒に導電性材料粉末と導電性高分子とを分散させた塗料を高分子化合物膜５１の両面に塗布したのち乾燥させる。また、導電性材料粉末とイオン導電性高分子とを含むフィルム状のものを高分子化合物膜５１の両面に圧着するようにしてもよい。

電極膜５２Ａ，５２Ｂは、多層構造になっていてもよく、その場合、高分子化合物膜５１の側から順に、導電性材料粉末同士がイオン導電性高分子により結着された層と金属層とが積層された構造を有していることが好ましい。これにより、電極膜５２Ａ，５２Ｂの面内方向において電位がより均一な値に近づき、より優れた変形性能を得られるからである。金属層を構成する材料としては、金あるいは白金などの貴金属が挙げられる。金属層の厚さは任意であるが、電極膜５２Ａ，５２Ｂに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。金属層を形成する方法としては、めっき法、蒸着法あるいはスパッタ法などが挙げられる。

高分子化合物膜５１の大きさ（幅および長さ）は、例えばレンズ保持部材４３の大きさや重量、あるいは必要な高分子化合物膜５１の変位量に応じて任意に設定可能である。高分子化合物膜５１の変位量は、要求されるレンズ保持部材４３の光軸Ｚ１に沿った移動量に応じて設定されるようになっている。

なお、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の平面形状（Ｘ−Ｙ平面の形状）はそれぞれ、例えば図８（Ａ）〜（Ｃ）に模式的に示したようになっているのが望ましい。すなわち、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２がそれぞれ、固定用部材４２に固定された部分である固定部４４Ａと、この固定部４４Ａの両端（ここではＹ軸方向に沿った両端）に設けられ、駆動面を構成する一対の突出部４４Ｂ１，４４Ｂ２とからなっているのが望ましい。具体的には、例えば図８（Ａ）に示したように、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の平面形状が「コ」の字状となっているのが望ましい。これにより、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２においてそれぞれ、駆動面内の平行度のばらつきが低減もしくは回避されるからである。あるいは、例えば図８（Ｂ）に示したように、レンズ保持部材４３の形状に対応した開口（ここでは円形状の開口）が設けられているようにしてもよい。これにより、レンズ４８とレンズ保持部材４３との隙間を有効に使用し、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２によるトルク（駆動力）および変位量を最大限に大きくすることができる。また例えば図８（Ｃ）に示したように、各突出部４４Ｂ１，４４Ｂ２の幅が、固定部４４Ａ側から先端側へと向けて徐々に狭くなっているようにしてもよい。換言すると、各突出部４４Ｂ１，４４Ｂ２の根元側の幅が、先端側の幅と同程度以上となっているようにしてもよい。これにより、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の共振周波数を高く設定することができ、自動制御が可能な周波数範囲を拡大することができると共に、角のスペースを有効に使用することができる。このとき、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２による駆動力の大きさは、主に根元側の幅によって決まるため、先端側の幅が小さくなっても駆動力はほとんど犠牲にならない。

（連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂ）
図３および図４に示した連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂはそれぞれ、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の各他端と、レンズ保持部材４３における接続部４３Ａの端部とを互いに連結（接続）するための部材である。具体的には、連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂはそれぞれ、ここでは接続部４３Ａの四隅と、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２における２対の突出部４４Ｂ１，４４Ｂ２との間を連結するようになっている。これらの連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂ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４４１，４４２と同等以下の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、詳細は後述するが、保持部４３Ｂ（およびレンズ４８）が支持部材４１に対して平行状態を保ったまま、Ｚ軸方向に駆動し易くなる（レンズ４８がその光軸Ｚ１に沿って更に移動し易くなる）からである。なお、連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂの耐熱温度は、例えば２００℃程度以上であることが望ましい。これにより、例えばリフロー工程等の高温プロセスを通しても特性が変化しないようにすることができるからである。

ここで、上記した剛性としては、例えばバネ定数を用いることができる。このバネ定数は、以下の（１），（２）式により表わされる。なお、これらの式において、Ｅはヤング率（ｋｇ／ｃｍ²）を、Ｉは断面２次モーメント（＝（ｂｈ³／１２）（ｃｍ⁴））を、ｂは幅（ｃｍ）を、ｈは厚み（ｃｍ）を、Ｌは長さ（ｃｍ）を、それぞれ示す。具体例を示すと、例えば、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２において、長さＬ＝５ｍｍ、幅ｂ＝１ｍｍ、厚みｈ＝０．１ｍｍのときのバネ定数Ｋは、以下の（１）式により、３×５×１０³×０．１×（０．０１）³／１２／（０．５）³＝１×１０^-3となる。また、この場合において、長さＬ＝１ｍｍ、幅ｂ＝１ｍｍのカプトンフィルムからなる連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂにおいて、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２と同程度のバネ定数Ｋにするための厚みｈは、（１）式を用いて以下のようにして求められる。すなわち、（ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の厚みｈ）／（カプトンフィルムのヤング率Ｅ／ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２のヤング率Ｅ）／（ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の長さＬ／カプトンフィルムの長さＬ）³＝０．１×（５×１０³）／（３×１０⁴）／５³＝０．０１３となる。なお、実際には、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の厚みｈとしては、１１０〜１２０μｍ程度、カプトンフィルムの厚みｈとしては、１５μｍ程度のものを用いることができる。このようにして、連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂの剛性の一例としてのバネ定数Ｋは、例えば１×１０³程度であることが望ましい。
バネ定数Ｋ＝（３ＥＩ／Ｌ³） ……（１）
曲げ剛性＝ＥＩ（ｋｇ・ｃｍ²） ……（２）

図３および図４に示したホール素子４７Ａ，４７Ｂはそれぞれ、レンズ保持部材４３の移動量を検出するために用いられる素子であり、例えばホール素子と磁石とを組み合わせたものが挙げられる。具体的には、例えば図９に示したように、これらのホール素子を、ホール素子４７Ａと磁石４７Ｂとの組み合わせとした場合、磁石４７Ｂを接続部４３Ａの内部に設けるようにしてもよい。この場合、図３および図４に示したような、磁石４７Ｂを設けるためのスペースが不要となるため、小型化を図ることができると共に、感度を向上させることが可能となる。

［撮像装置２の作用・効果］
続いて、本実施の形態の撮像装置２の作用および効果について説明する。

（１．ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の動作）
最初に、図１０を参照して、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の動作について説明する。図１０は、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の動作を、断面図を用いて模式的に表したものである。

まず、陽イオン物質として、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アクチュエータ素子４４１，４４２は、陽イオン物質が高分子化合物膜５１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１０（Ａ））。ここで、電圧印加手段６を用いて電圧印加状態とすると、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２は以下のような挙動を示す。すなわち、例えば電極膜５２Ａがマイナスの電位、電極膜５２Ｂがプラスの電位となるように電極膜５２Ａ，５２Ｂの間に所定の駆動電圧を印加すると、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で電極膜５２Ａ側に移動する。この際、高分子化合物膜５１中では陰イオンがほとんど移動できないため、高分子化合物膜５１では、電極膜５２Ａ側が膨潤し、電極膜５２Ｂ側が収縮する。これにより、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２は全体として、図１０（Ｂ）に示したように電極膜５２Ｂ側に湾曲する。こののち、電極膜５２Ａ，５２Ｂの間の電位差を無くし、電圧無印加状態とすると、高分子化合物膜５１中において電極膜５２Ａ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１０（Ａ）に示した状態に戻る。また、図１０（Ａ）に示した電圧無印加状態から、電極膜５２Ａがプラスの電位、電極膜５２Ｂがマイナスの電位となるように、電極膜５２Ａ，５２Ｂの間に所定の駆動電圧を印加すると、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で電極膜５２Ｂ側に移動する。この場合、高分子化合物膜５１では、電極膜５２Ａ側が収縮し電極膜５２Ｂ側が膨潤するので、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２は全体として、電極膜５２Ａ側に湾曲する。

次に、陽イオン物質として、液状の陽イオンを含むものである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、電圧無印加状態では、イオン液体が高分子化合物膜５１中にほぼ均一に分散しているので、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２が図１０（Ａ）に示した平面状となる。ここで、電圧印加手段６を用いて電圧印加状態とすると、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２は以下のような挙動を示す。すなわち、例えば電極膜５２Ａがマイナスの電位、電極膜５２Ｂがプラスの電位となるように電極膜５２Ａ，５２Ｂの間に所定の駆動電圧を印加すると、イオン液体のうちの陽イオンが電極膜５２Ａ側に移動し、陰イオンは陽イオン交換膜である高分子化合物膜５１中を移動できない。このため高分子化合物膜５１では、その電極膜５２Ａ側が膨潤し、電極膜５２Ｂ側が収縮する。これにより、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２は全体として、図１０（Ｂ）に示したように電極膜５２Ｂ側に湾曲する。こののち、電極膜５２Ａ，５２Ｂの間の電位差を無くし、電圧無印加状態とすると、高分子化合物膜５１中において電極膜５２Ａ側に偏っていた陽イオンが拡散し、図１０（Ａ）に示した状態に戻る。また、図１０（Ａ）に示した電圧無印加状態から、電極膜５２Ａがプラスの電位、電極膜５２Ｂがマイナスの電位となるように、電極膜５２Ａ，５２Ｂの間に所定の駆動電圧を印加すると、イオン液体のうちの陽イオンが電極膜５２Ｂ側に移動する。この場合、高分子化合物膜５１では、電極膜５２Ａ側が収縮し電極膜５２Ｂ側が膨潤するので、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２は全体として、電極膜５２Ａ側に湾曲する。

なお、この際、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の耐電圧以上の電圧（例えば、３Ｖ程度）が、電極膜５２Ａ，５２Ｂに長時間（例えば、１秒程度）印加されないようにするのが望ましい。これにより、ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の耐久性を向上させることができるからである。

（２．撮像装置２の動作）
次に、図１１〜図１４を参照して、撮像装置２全体の動作について、比較例（比較例１〜３）と比較しつつ詳細に説明する。ここで、図１１〜図１３はそれぞれ、比較例１〜比較例３に係る撮像装置におけるレンズモジュール（レンズモジュール１００〜３００）の構成および動作を表したものである。一方、図１４は、本実施の形態の撮像装置２におけるレンズモジュール４の動作を斜視図で表したものであり、（Ａ）は動作前の状態を、（Ｂ）は動作後の状態をそれぞれ示す。

（比較例１）
図１１（Ａ）に示した比較例１に係るレンズモジュール１００では、ガイド部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０２Ａ，１０２Ｂを利用して、レンズ保持部材１０３およびレンズ１０４をその光軸Ｚ１に沿って（光軸Ｚ１と平行に）移動させている。具体的には、平板状のポリマーアクチュエータ素子１０５によってレンズ保持部材１０３を駆動させるようになっている。

ところが、このレンズモジュール１００では、ポリマーアクチュエータ素子１０５のトルク（駆動力）が、ガイド部１０１Ａ，１０１Ｂ，１０２Ａ，１０２Ｂでの摩擦に対して十分に大きい値ではない。このため、この比較例１では、レンズ１０４の移動動作にばらつきが生じてしまう。具体的には、例えば図１１（Ｂ）に示したように、駆動力がある値（閾値Ｔｔｈ）になるまではレンズがほとんど移動しない一方、その閾値Ｔｔｈを超えた途端に急激に移動してしまったり、その後も駆動力の増加に対して不安定に（非線形に）移動してしまったりする。

（比較例２）
一方、図１２に示した比較例２に係るレンズモジュール２００では、レンズ２０４の光軸Ｚ１方向に沿って、一対の平板状のポリマーアクチュエータ素子２０５Ａ，２０５Ｂを、レンズ保持部材２０３の上下において対向配置させている（平行平板方式）。

ところが、このレンズモジュール２００では、レンズ２０４を平行状態を保ちつつ、その光軸Ｚ１に沿って移動させるのが困難である。すなわち、レンズ２０４がその光軸Ｚ１に対して平行に動作しなくなる場合が生じてしまう。

（比較例３）
他方、図１３に示した比較例３に係るレンズモジュール３００では、図中の示したように、印加電圧の極性を異ならせて湾曲方向が互いに異なるようにした１組のポリマーアクチュエータ素子３０５Ａ，３０５Ｂを組み合わせている。これにより、レンズ保持部材３０３およびレンズ３０４をその光軸Ｚ１方向に移動させるようにしている。

ところが、このレンズモジュール３００においても、１組のポリマーアクチュエータ素子３０５Ａ，３０５Ｂ間において、特性ばらつき等に起因した動作ばらつき（変形量のばらつき）が生じた場合、レンズ３０４をその光軸Ｚ１方向に移動させるのが困難になる。すなわち、レンズ３０４がその光軸Ｚ１に対して平行に動作しなくなったり、レンズ３０４がその光軸Ｚ１に対して傾いてしまう場合が生じる。

このようにして、これらの比較例１〜３のレンズモジュール１００〜３００（比較例１〜３に係るポリマーアクチュエータ素子を用いたレンズ駆動装置）では、レンズをその光軸Ｚ１方向に精度良く移動させるのが困難である。

（本実施の形態）
これに対して、本実施の形態の撮像装置２におけるレンズモジュール４では、前述した図３，図４および図１４（Ａ）に示したように、一対のポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２によってレンズ保持部材４３が駆動されることにより、レンズ４８がその光軸Ｚ１に沿って移動可能となる。この際、レンズ保持部材４３は、連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂを介して駆動される。これにより、例えば図１４（Ｂ）に示したように、保持部４３Ｂ（およびレンズ４８）が支持部材４１に対して平行状態を保ったまま、Ｚ軸方向に駆動し易くなる。すなわち、レンズ４８がその光軸Ｚ１に沿って移動し易くなる。

また、本実施の形態では特に、これらの連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂが、各ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２と同等以下の剛性を有している。そして、各ポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２は同一の方向に変位する。これにより、連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂがポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２の湾曲方向とは逆方向に湾曲する自由度が生まれる。そのため、ポリマーアクチュエータ４４１，４４２と連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂ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４３Ａ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４３Ｂ（およびレンズ４８）が支持部材４１に対して平行状態を保ったまま、Ｚ軸方向に駆動し易くなる（レンズ４８がその光軸Ｚ１に沿って更に移動し易くなる）。

以上のように本実施の形態では、一対のポリマーアクチュエータ素子４４１，４４２によって、レンズ保持部材４３を連結部材４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２Ａ，４５２Ｂを介して駆動するようにしたので、レンズ４８をその光軸Ｚ１方向に精度良く移動させることが可能となる。これにより、正確なフォーカシングやズーミングなどを行うことができ、十分な光学性能を得ることが可能となる。

＜変形例＞
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、一対のポリマーアクチュエータ素子を設けた場合について説明したが、必ずしも一対ではなくてもよく、３つ以上の複数のポリマーアクチュエータ素子を設けるようにしてもよい。

また、ポリマーアクチュエータ素子の形状については、上記実施の形態に示したものに限定されず、更にその積層構造についても、上記実施の形態で説明したものに限定されず、適宜変更可能である。加えて、レンズモジュール（レンズ駆動装置）における各部材の形状や材料等についても、上記実施の形態で説明したものには限られない。例えば、場合によっては、連結部材が、各ポリマーアクチュエータ素子よりも大きな剛性を有する材料から構成されているようにしてもよい。また、上記実施の形態等では、アクチュエータ素子の一端側が固定用部材４２によって直接固定されている場合について説明したが、この場合には限られない。すなわち、アクチュエータ素子の一端側が、固定用部材４２によって間接的に（固定電極等を介して）固定されているようにしてもよい。

本発明のレンズ駆動装置、レンズ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以外にも、種々の電子機器に適用することが可能である。

Claims (10)

1. レンズを保持するためのレンズ保持部材と、
   各々が前記レンズの光軸と直交する駆動面を有し、このレンズの光軸に沿って前記駆動面同士が対向するように配設された複数のポリマーアクチュエータ素子と、
   前記複数のポリマーアクチュエータ素子の一端をそれぞれ、直接もしくは間接的に固定する固定用部材と、
   前記複数のポリマーアクチュエータ素子の各他端と前記レンズ保持部材の端部とを連結する連結部材と
   を備え、
   各ポリマーアクチュエータ素子は、
   前記固定用部材に固定された固定部と、
   前記固定部の両端部に設けられ、前記駆動面を構成する一対の突出部と
   を有するレンズ駆動装置。
2. 前記レンズ保持部材が、
   前記レンズを保持する保持部と、
   前記保持部を支持すると共に、前記保持部と前記連結部材とを接続する接続部と
   を有し、
   前記ポリマーアクチュエータ素子の駆動面同士の間に、前記保持部が配置されている
   請求項１に記載のレンズ駆動装置。
3. 前記固定用部材に、前記保持部が部分的に挿入可能な開口が形成されている
   請求項２に記載のレンズ駆動装置。
4. 各突出部の幅が、前記固定部側から先端側へと向けて徐々に狭くなっている
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のレンズ駆動装置。
5. 前記固定用部材において、前記ポリマーアクチュエータ素子の可動端側の角部が面取りされている
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレンズ駆動装置。
6. 前記連結部材は、各ポリマーアクチュエータ素子と同等以下の剛性を有する
   請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のレンズ駆動装置。
7. 前記連結部材が、フレキシブルフィルムからなる
   請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のレンズ駆動装置。
8. 各ポリマーアクチュエータ素子は、
   一対の電極膜と、
   前記一対の電極膜の間に挿設された高分子膜と
   を有する請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のレンズ駆動装置。
9. レンズと、
   前記レンズを保持するためのレンズ保持部材と、
   各々が前記レンズの光軸と直交する駆動面を有し、このレンズの光軸に沿って前記駆動面同士が対向するように配設された複数のポリマーアクチュエータ素子と、
   前記複数のポリマーアクチュエータ素子の一端をそれぞれ、直接もしくは間接的に固定する固定用部材と、
   前記複数のポリマーアクチュエータ素子の各他端と前記レンズ保持部材の端部とを連結する連結部材と
   を備え、
   各ポリマーアクチュエータ素子は、
   前記固定用部材に固定された固定部と、
   前記固定部の両端部に設けられ、前記駆動面を構成する一対の突出部と
   を有するレンズモジュール。
10. レンズと、
    前記レンズを保持するためのレンズ保持部材と、
    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、
    各々が前記レンズの光軸と直交する駆動面を有し、このレンズの光軸に沿って前記駆動面同士が対向するように配設された複数のポリマーアクチュエータ素子と、
    前記複数のポリマーアクチュエータ素子の一端をそれぞれ、直接もしくは間接的に固定する固定用部材と、
    前記複数のポリマーアクチュエータ素子の各他端と前記レンズ保持部材の端部とを連結する連結部材と
    を備え、
    各ポリマーアクチュエータ素子は、
    前記固定用部材に固定された固定部と、
    前記固定部の両端部に設けられ、前記駆動面を構成する一対の突出部と
    を有する撮像装置。

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