JPWO2005122380A1 - アクチュエータ及び該アクチュエータを備えた微動機構並びに該微動機構を備えたカメラモジュール - Google Patents

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Abstract

厚み方向から見て所定の幅及び長さを有する基板１と、該基板１の厚み方向一方の面に設けられた補強部２と、上記基板１の厚み方向他方の面に設けられ、該基板の長さ方向一端側に対して他端側を基板の幅方向に変位させる変位手段（圧電素子３）とを有する駆動部１０を備えたアクチュエータ１１において、上記補強部２を、該補強部２の基板幅方向の曲げ剛性が基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成する。

Description

本発明は、基板の長さ方向一端側に対して他端側を該基板の幅方向に変位させる駆動部を有するアクチュエータ及び該アクチュエータを備え物体を微小量だけ移動させるようにした微動機構並びに該微動機構を備えたカメラモジュールに関する技術分野に属する。
一般に、圧電材料で構成された圧電アクチュエータは、応答速度が速く、高精度な制御が可能である。この圧電アクチュエータの応用の一つに、或る平面内で物体を高速に微動させるようにした微動機構がある（例えば特許文献１参照）。このような微動機構を構成するためには、例えば図２２に示すような圧電アクチュエータ６００を用いる。この圧電アクチュエータ６００は、厚み方向（図２２に示すＺ軸方向）に分極処理された板状圧電材料からなる圧電体層４００と、この圧電体層４００の厚み方向一方の面に設けられた第１の電極層４０１と、圧電体層４００の厚み方向他方の面に設けられた第２の電極層４０２とを備えている。上記第１の電極層４０１は、圧電体層４００の幅方向（Ｘ軸方向）に並んで圧電体層４００の長さ方向（Ｙ軸方向）に延びる２つの個別電極４０１ａ，４０１ｂに分割されている。そして、第１及び第２の電極層４０１，４０２を介して圧電体層４００に電圧を印加すると、圧電体層４００に電界が加えられる。このとき、第１の電極層の一方の個別電極４０１ａと第２の電極層４０２との間の電界４０３ａ（図２２では、下向き）と、第１の電極層の他方の個別電極４０１ｂと第２の電極層４０２との間の電界４０３ｂ（図２２では、上向き）とでは、大きさは同じであるが、向きが互いに逆になるようになされており、この結果、圧電体層４００の幅方向一方側が長さ方向に伸長するときには、他方側が長さ方向に収縮し、これにより、圧電体層４００の長さ方向一端側に対して他端側が圧電体層４００の幅方向（収縮している側）に変位することになる。
図２３は、上記圧電アクチュエータ６００を用いて構成した微動機構を示す。つまり、圧電アクチュエータ６００の圧電体層４００における長さ方向の一端部を固定部材６０１に固定する一方、他端部に可動部材６０２を固定することで微動機構を構成する。この微動機構では、上記２つの個別電極４０１ａ，４０１ｂに対し上記のような電圧を印加して圧電アクチュエータ６００を駆動することにより、可動部材６０２を所定の平面内で固定部材６０１に対して圧電体層４００の幅方向に微小量だけ移動させることが可能になる。
そして、上記のような微動機構は、例えば図２４に示すような、撮像素子５００と光学レンズ５０１とを備えたカメラモジュールにおいて、撮像素子５００を光学レンズ５０１に対して、光学レンズ５０１の光軸Ｏと垂直な面内で相対移動させることで撮像素子の解像度よりも高い解像度の画像を得るようにする技術（いわゆる画素ずらし）に用いられる（例えば特許文献２参照）。ここで、図２４において、５０２は、撮像素子を保持する可動部材としてのホルダ−５０２であり、５０３は、このホルダ−５０２（撮像素子）を図中のＹ軸方向に移動させる圧電アクチュエータであり、５０４は、ホルダ−５０２（撮像素子）を図２４の紙面と垂直な方向に移動させる圧電アクチュエータである。
また、上記のような微動機構は、特許文献３に示されているようなカメラの手ブレ補正機構に用いることもでき、この手ブレ補正機構では、微動機構によって、角速度センサにより検出された手ブレを打ち消すように、撮像素子や光学レンズ等を移動させるようにする。
特開２００１−３３９９６７号公報 特開２００４−９６６７３号公報 特開２００４−３４８１４７号公報
しかしながら、上記従来の微動機構では、圧電体層の剛性により、撮像素子や光学レンズ等を含む可動部材を支持することになるので、圧電体層の厚みが小さいと、可動部材の支持剛性が不足して、可動部材の重量により圧電アクチュエータ（圧電体層）が圧電体層の厚み方向にたわんでしまい、この結果、可動部材を、本来移動させるべき平面内で移動させることができなくなってしまうという問題がある。そこで、可動部材の支持剛性を高めるために圧電体層の厚みを大きくすることが考えられるが、圧電体層の厚みを大きくすると、可動部材の移動量を或る程度確保するためには圧電体層の駆動電圧を大きくするか、又は圧電体層の長さを長くする必要がある。また、圧電体層の厚みを大きくすることには限界があり、このため、重量がかなり大きい可動部材の場合には、可動部材を確実に支持することは困難となる。
特に、上記のような微動機構を上記カメラモジュールにおける画素ずらしや手ブレ補正に適用した場合においては、圧電アクチュエータが圧電体層の厚み方向にたわむと、撮像素子と光学レンズとの間の距離が変化するため、像がぼやけて鮮明な画像が得られなくなるという問題がある。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記撮像素子や光学レンズ等を含む可動部材を所定の平面内で微動させるようにするためのアクチュエータに対して、その構成を改良することによって、可動部材を確実に支持して、可動部材が本来の移動平面内からずれるのを抑制しようとすることにある。
上記の目的を達成するために、この発明では、可動部材を移動させる機能と、可動部材を支持する機能とを分離する、すなわち、可動部材を支持する機能を、基板及び補強部に持たせ、可動部材を移動させる機能を、圧電素子等のような、基板の長さ方向一端側に対して他端側を基板の幅方向に変位させる変位手段に持たせるとともに、上記補強部を、該補強部の基板幅方向の曲げ剛性が基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成して、補強部を基板厚み方向よりも基板幅方向に曲がり易くした。
具体的には、第１の発明では、厚み方向から見て所定の幅及び長さを有する基板と、該基板の厚み方向一方の面に設けられた補強部と、上記基板の厚み方向他方の面に設けられ、該基板の長さ方向一端側に対して他端側を基板の幅方向に変位させる変位手段とを有する駆動部を備えたアクチュエータを対象とする。
そして、上記補強部は、該補強部の上記基板幅方向の曲げ剛性が上記基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成されているものとする。
上記の構成により、補強部の形状を変えることにより、補強部を含む基板の厚み方向の曲げ剛性と幅方向の曲げ剛性とを自在に変えることができる。そして、補強部を、該補強部の基板幅方向の曲げ剛性が基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成することにより、補強部を含む基板の幅方向の曲げ剛性を補強部がないときと殆ど変わらないようにして、変位手段による基板の幅方向の変位を妨げないようにすることができる。一方、補強部を含む基板の厚み方向の曲げ剛性を補強部がないときよりも高くして、基板が厚み方向にたわむのを抑制することができる。この結果、基板は、その幅方向には変位手段によりスムーズに変位することができるとともに、可動部材を支持しても、基板の厚み方向には変形しにくく（曲がりにくく）することができる。したがって、駆動部の基板長さ方向の一端部を固定部材に固定しかつ他端部に可動部材を固定することで、該可動部材を移動（微動）させる微動機構を構成した場合に、その可動部材が本来の平面内からずれるのを抑制することができ、可動部材を所定の平面内で確実に移動（微動）させるようにすることができる。
第２の発明では、第１の発明において、補強部は，基板の厚み方向一方の面において該基板の長さ方向に連続して設けられているものとする。
このことにより、基板の厚み方向の変形を抑制する効果がより大きくなる。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、より重量のある可動部材を移動させるようにすることが可能となる。
第３の発明では、第１の発明において、補強部は、基板の厚み方向一方の面における幅方向略中央に設けられているものとする。
このことで，補強部を含む基板の幅方向一方側への曲げ剛性と他方側への曲げ剛性とを略同じにすることができ、これにより、基板を幅方向に変形させる手段の配置が容易になり、アクチュエータの制御を高精度に行えるようになる。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材のより精密な移動制御が可能となる。
第４の発明では、第１の発明において、補強部は、金属材料で構成されているものとする。
こうすることで、延性に富む金属材料を用いて補強部を構成することにより、アクチュエータの耐衝撃特性が向上する。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材の支持剛性の向上に加えて、アクチュエータの耐衝撃特性が向上する。
第５の発明では、第４の発明において、補強部は、めっき材からなるものとする。
このことにより、基板上に、非金属材料からなる型を形成し、この型を用いて補強部をめっきにより形成することで、微細構造を有する補強部を容易に形成することができる。また、この形成方法により、補強部の形状精度や取付精度を高めることができるとともに、基板との密着力も向上する。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材のより精密な移動制御が可能になるとともに、長期間駆動したときの信頼性を向上させることができる。
第６の発明では、第５の発明において、補強部と基板との間に、該基板上に該補強部をめっきにより形成するときにおける該めっき成長のための核形成を補助する材料が含有された核形成補助材料含有層が形成されているものとする。
このことで、基板が非金属材料からなっていても、基板上にめっき材からなる補強部を容易に形成することができ、これにより、基板と補強部とを強固に接続することが可能となり、アクチュエータの長期駆動特性や耐衝撃特性等が向上する。特に、核形成を補助する材料として、無電界めっき液に対して触媒作用を持つＦｅ、Ｎｉ、Ｐｄ等を用いることで、非金属基板上に無電界めっき材からなる補強部を容易に形成することができる。
第７の発明では、第４の発明において、補強部を除く駆動部の周囲が非金属材料によって覆われているものとする。
こうすることで、補強部をめっきにより形成する際に、不要な部分にめっきが形成されるのを防止することができ、補強部をめっきにより効率良く作製することができる。また、アクチュエータの駆動部を非金属材料によって保護することが可能になる。
第８の発明では、第１の発明において、基板は、金属材料で構成されているものとする。
このことにより、延性に富む金属材料を用いて基板を構成することにより、アクチュエータの耐衝撃特性が向上する。また、金属材料は導電性を持つことから、補強部を基板に直接電気めっきにより形成することができる。さらに、基板及び補強部の両方を金属材料で構成すれば、金属同士の密着性は優れているので、アクチュエータの信頼性をも向上させることができる。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材の移動精度が向上するととともに、アクチュエータの耐衝撃特性を向上させることができる。
第９の発明では、第１の発明において、補強部は，基板に一体形成されたものであるとする。
こうすることで、補強部の基板に対する位置精度が向上するとともに、補強部が基板から外れることがない。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材の位置決め精度及び長期間駆動したときの信頼性が向上する。
第１０の発明では、第１の発明において、補強部の基板幅方向の長さの平均値を基板の幅の平均値のα倍とし、該補強部の基板厚み方向の長さの平均値を基板の厚みの平均値のβ倍としたとき、上記α及びβの値は、
０．０５＜α＜０．４５、
１＜β＜１０、及び
０．００１＜α３β＜０．１
を全て満たすものとする。
このことで、変位手段による基板の幅方向の変位を妨げないようにしつつ、基板の厚み方向の変形を確実に抑制することが可能な最適な補強部が得られる。
第１１の発明では、第１の発明において、基板の幅は、該基板の厚みに対して１倍を越え２０倍以下に設定され、上記基板の長さは、該基板の幅に対して４倍以上に設定されているものとする。
このことにより、変位手段からエネルギーを最も効果的に取り出して、基板の幅方向への変位を効率良く行わせることができるとともに、その変位量を十分に確保することができる。
第１２の発明では、第１の発明において、変位手段は、圧電体層と、該圧電体層の厚み方向一方の面に設けられた第１の電極層と、圧電体層の厚み方向他方の面に設けられた第２の電極層とで構成されており、上記第１及び第２の電極層の少なくとも一方は、上記圧電体層に、基板の長さ方向一端側に対して他端側を該基板の幅方向に変位させるための電界を加えることが可能なように２つ以上の個別電極に分割されているものとする。
このことで、変形手段を容易に構成することができる。また、従来のアクチュエータでは、圧電体層により可動部材を支持する必要があったが、本アクチュエータでは、そうする必要はないので、圧電体層を薄くすることができ、低電圧で圧電素子を駆動することが可能となる。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、基板の厚み方向の変形を抑制し、低電圧で可動部材を基板の幅方向に移動させるようにすることができる。
第１３の発明では、第１２の発明において、第１及び第２の電極層の少なくとも一方は、４つ以上の個別電極に分割されているものとする。
このことにより、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、低電圧で可動部材を移動させることができることに加えて、基板を幅方向に木目細かく変形させることができるようになり、可動部材の動きの自由度を増大させることができる。
第１４の発明では、第１２の発明において、全ての個別電極の表面積が略同じであるとする。
このことで、各個別電極に加えた電圧が等しければ、圧電体層における各個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさが等しくなる。これにより、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材の移動制御が容易になるとともに、各個別電極に電圧を加える駆動回路の構成が簡素になる。
第１５の発明では、第１２の発明において、第１及び第２の電極層の少なくとも一方は、基板幅方向に並ぶ２つの個別電極に分割されており、圧電体層において上記２つの個別電極のうち一方に対応する部分に加えられる電界の大きさと、他方に対応する部分に加えられる電界の大きさとが互いに異なるものとする。
こうすることで、基板を幅方向だけでなく、厚み方向にも変形させるようにすることができる。これにより、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材の重量により基板が厚み方向にたわんだとしても、そのたわみを打ち消すように変位手段を作動させて、可動部材が本来の平面内からずれるのを抑制することができるようになる。このように、基板の厚み方向に生じるたわみを補正できることから、より重い可動部材であっても問題はなく、また、可動部材を基板幅方向だけでなく、基板厚み方向に移動させる微動機構を構成することもできる。
第１６の発明では、第１２の発明において、第１及び第２の電極層の少なくとも一方は、基板の厚み方向から見て四角形の頂点にそれぞれ位置するように基板幅方向及び基板長さ方向に２つずつ並ぶ４つの個別電極に分割されており、圧電体層において、上記四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさが共に同じであり、残り２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさが共に同じであるものとする。
このことにより、可動部材の移動軌跡を直線にすることができ、可動部材を厳密に直線に沿って移動させる必要がある場合に有用である。
第１７の発明では、第１６の発明において、圧電体層において、四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさと、残り２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさとが互いに異なるものとする。
このことで、可動部材を直線に沿って移動させることができることに加えて、第１５の発明と同様に、基板を幅方向だけでなく、厚み方向にも変形させるようにすることができる。
第１８の発明では、第１の発明において、基板における補強部が設けられた面が同じ方向を向きかつ基板幅方向に互いに平行に並ぶ複数の駆動部を備え、上記複数の駆動部同士が、該駆動部の基板長さ方向の両端部にて互いに並列に連結されているものとする。
すなわち、駆動部が１つである場合には、可動部材の移動量を大きくするには、基板の幅を小さくして基板の幅方向の変位量を大きくする必要があるが、基板の幅を小さくすると、基板の幅方向の曲げ剛性が小さくなりすぎて、基板の幅方向の共振特性が低下し、これにより、印加する電圧を高速で変化させる等して駆動部を高速で駆動しようとしても、その電圧の変化等に基板の変形が即座に追従しなくなって、可動部材を高速で移動させることが困難になる。しかし、本発明の構成では、可動部材の支持特性及び基板の幅方向の共振特性を、駆動部が１つである場合と同等にしつつ、基板の幅方向の変位量を大きくすることができるようになる。この結果、少なくとも１つの駆動部の基板長さ方向の一端部を固定部材に固定し、少なくとも１つの駆動部の基板長さ方向の他端部に可動部材を固定して微動機構を構成した場合、駆動部が１つである場合に比べて、可動部材を高速で移動させるようにすることができるとともに、可動部材の移動量を増やすことができる。また、複数の駆動部の変形特性を同じにすることで、可動部材を直線に沿って移動させることができるようになる。
第１９の発明では、第１の発明において、基板における補強部が設けられた面が同じ方向を向く複数の駆動部を備え、上記複数の駆動部同士が、該駆動部の基板長さ方向の端部にて互いに直列に連結されているものとする。
すなわち、互いに直列に連結された複数の駆動部のうち一方の端に位置する駆動部における他の駆動部と連結されていない端部を固定部材に固定し、他方の端に位置する駆動部における他の駆動部と連結されていない端部に可動部材を固定して微動機構を構成した場合、駆動部が１つである場合に比べて、可動部材の動きの自由度及び移動量を増すことは可能であるが、可動部材が本来の平面内からずれ易くなるという問題がある。しかし、この発明では、補強部により基板の厚み方向の曲げ剛性を大きくすることができるので、可動部材が本来の平面内からずれるのを有効に抑制することができる。よって、可動部材を所定の平面内で確実に移動させるようにしつつ、可動部材の動きの自由度及び移動量を増大することができる。
第２０の発明では、第１９の発明において、相隣接する２つの駆動部同士が、基板厚み方向から見て互いに直交する方向に延びているものとする。
この構成により、可動部材を、その移動させる平面内において互いに直交する２軸方向に自在に移動させるようにすることができるとともに、第１軸方向に延びる駆動部により可動部材の第２軸方向の移動を制御することができ、第２軸方向に延びる駆動部により可動部材の第１軸方向の移動を制御することができ、可動部材の位置決め制御が容易になる。
第２１の発明では、第１９の発明において、複数の駆動部同士が、基板幅方向に互いに平行に並んだ状態で、該駆動部の基板長さ方向の端部にて連結部材を介して互いに直列に連結されているものとする。
こうすることで、可動部材の移動量を、全駆動部の基板幅方向の変位量の総和と同じ量にすることができ、駆動部が１つである場合に比べて、格段に増大させることができる。この結果、本アクチュエータを、可動部材を大きく移動させる必要がある微動機構、例えば手ブレ補正機構に好適に用いることができるようになる。
第２２の発明は、可動部材を固定部材に対して移動させる駆動部を有するアクチュエータを備えた微動機構の発明であり、この発明では、上記アクチュエータの駆動部は、厚み方向から見て所定の幅及び長さを有する基板と、該基板の厚み方向一方の面に設けられた補強部と、上記基板の厚み方向他方の面に設けられ、該基板の長さ方向一端側に対して他端側を基板の幅方向に変位させる変位手段とを有し、上記補強部は、該補強部の上記基板幅方向の曲げ剛性が上記基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成され、上記駆動部の基板長さ方向の一端部が上記固定部材に固定され、他端部に上記可動部材が固定されており、更に上記駆動部は、上記変位手段の作動により上記可動部材を上記固定部材に対して上記基板幅方向に移動させるように構成されているものとする。
この発明により、可動部材の重量によって、駆動部が本来変形すべき方向（基板の幅方向）とは異なる方向（基板の厚み方向）に変形するのを抑制することができ、可動部材を所定の平面内で確実に移動させることができる。また、２つ以上の駆動部により可動部材を支持するようにすれば、基板の厚み方向の変形をさらに抑制することができる．
第２３の発明は、撮像素子と、該撮像素子に光を導く光学レンズと、該撮像素子又は光学レンズを、該光学レンズの光軸と垂直な方向に移動させる駆動部を有するアクチュエータとを備えたカメラモジュールの発明である。
そして、この発明では、上記アクチュエータの駆動部は、厚み方向から見て所定の幅及び長さを有する基板と、該基板の厚み方向一方の面に設けられた補強部と、上記基板の厚み方向他方の面に設けられ、該基板の長さ方向一端側に対して他端側を基板の幅方向に変位させる変位手段とを有し、上記補強部は、該補強部の上記基板幅方向の曲げ剛性が上記基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成され、上記駆動部の基板長さ方向の一端部が固定部材に固定され、他端部に上記撮像素子又は光学レンズが固定されており、更に上記駆動部は、上記変位手段の作動により上記撮像素子又は光学レンズを上記固定部材に対して該光学レンズの光軸と垂直な方向に移動させるように構成されているものとする。
この発明のカメラモジュールは、第２２の発明と同様の微動機構を備えていることになるので、小型・軽量で高品質・高解像度のカメラモジュールを実現することができる。
本発明のアクチュエータによると、可動部材を支持する機能を、変位手段とは別の基板及び補強部に持たせるとともに、この補強部を、該補強部の基板幅方向の曲げ剛性が基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状にすることにより、変位手段による基板の幅方向の変位を妨げないようにしつつ、基板（駆動部）が該基板の厚み方向に変形するのを抑制することができる。したがって、本発明のアクチュエータを用いて微動機構を構成した場合に、可動部材を所定の平面内で確実に移動させることができるようになる。また、変位手段が圧電素子等で構成されている場合には、圧電体層の厚みを薄くして圧電素子の駆動電圧を低下させることができるとともに、圧電体層の厚みを薄くしても、基板及び補強部により可動部材を確実に支持することができ、駆動電圧の低下と可動部材支持との両立を図ることができる。よって、アクチュエータ（延いては微動機構やこの微動機構を用いたカメラモジュール等）の小型化及び駆動電圧の低下を実現することができる。
［図１］図１は、本発明の実施形態１に係るアクチュエータを示す斜視図である。
［図２］図２は、上記アクチュエータの製造方法を示す概略図である。
［図３］図３は、α及びβの値について本発明の効果が得られる範囲を示す図である。
［図４］図４は、実施例５に係るアクチュエータの駆動部の断面図である。
［図５］図５は、実施例６に係るアクチュエータの駆動部における補強部の形成方法を示す概略図である。
［図６］図６は、本発明の実施形態３に係るアクチュエータを示す斜視図である。
［図７］図７は、本発明の実施形態４に係る微動機構を示す平面図である。
［図８］図８は、アクチュエータを駆動したときの変形状態を示す平面図であり、図８（ａ）は、第１の電極層を２分割した場合を示し、図８（ｂ）は、第１の電極層を４分割した場合を示す。
［図９］図９（ａ）は、撮像素子の拡大平面図であり、図９（ｂ）は、撮像素子を１軸方向に移動させる微動機構を用いて、２倍の画素数の高解像度画像を得る場合の受光部の位置の変化を模式的に示す図である。
［図１０］図１０は、実施例１０に係るカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す図である。
［図１１］図１１は、実施例１０に係る撮像素子微動機構におけるアクチュエータの駆動部の個別電極に印加する電圧波形を示す図である。
［図１２］図１２は、実施形態５に係るアクチュエータを示す図であり、図１２（ａ）は、２つの駆動部を並列に連結した場合を示し、図１２（ｂ）は、２つの駆動部を直列に連結した場合を示す。
［図１３］図１３（ａ）は、実施例１１に係るアクチュエータを示す図であり、（ｂ）は、そのアクチュエータの駆動部を駆動したときの駆動部の変形状態を示す図である。
［図１４］図１４は、実施例１２に係るカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す図である。
［図１５］図１５は、実施形態６に係る微動機構を示す図である。
［図１６］図１６は、撮像素子を互いに直交する２軸方向に移動させる微動機構を用いて、４倍の画素数の高解像度画像を得る場合の受光部の位置の変化を模式的に示す図である。
［図１７］図１７は、撮像素子を互いに直交する２軸方向に移動させることが可能なカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す図である。
［図１８］図１８は、実施例１４に係るカメラモジュールの光学レンズ微動機構を示す図である。
［図１９］図１９は、実施例１５に係るカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す図である。
［図２０］図２０は、実施形態７に係る微動機構の構成を示す図である。
［図２１］図２１は、図２０の微動機構のアクチュエータにより構成されたカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す図である。
［図２２］従来のアクチュエータを示す斜視図である。
［図２３］上記従来のアクチュエータにより構成された微動機構を示す概略図である。
［図２４］画素ずらし機能を有する従来のカメラモジュールを示す概略図である。
 符号の説明
１ 基板
２ 補強部
３ 圧電素子（変位手段）
４ 圧電体層
５ 第１の電極層
６ 第２の電極層
７ 光学レンズ
１０ 駆動部
１１ アクチュエータ
１２ 固定部材
１３ 可動部材
１５ 撮像素子
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るアクチュエータ１１を示し、このアクチュエータ１１は、厚み方向（図１に示すＺ軸方向（ここでは、上下方向））から見て所定の幅及び長さを有する矩形状の基板１を有する駆動部１０を備えている。この基板１の幅（Ｘ軸方向の長さ）は、該基板１の厚みに対して１倍を越え２０倍以下に設定されていることが好ましく、基板１の長さ（Ｙ軸方向の長さ）は、上記幅に対して４倍以上に設定されていることが好ましい。この幅及び長さにより、後述の如く基板１を幅方向に変位させる際に、該基板１をねじれさせないで幅方向へ効率良く変位させることができるとともに、その変位量を十分に確保することができる。
尚、本実施形態では、基板１の幅及び厚みは、長さ方向全体に亘って一定であるが、長さ方向の位置に応じて変化させてもよく、基板１がその幅方向に湾曲したものであってもよい。また、上記基板１としては、ガラス基板、シリコン基板、金属基板、セラミックス基板等が挙げられ、その材料の特性によって、アクチュエータ１１の動作特性や耐衝撃特性が変化する。特に金属基板は、アクチュエータ１１の耐衝撃特性を向上させることができて好ましい。
上記駆動部１０は、上記基板１の厚み方向一方の面（本実施形態では、下面）に設けられた補強部２と、基板１の厚み方向他方の面（本実施形態では、上面）に設けられ、基板１の長さ方向一端側に対して他端側を基板１の幅方向に変位させる変位手段としての圧電素子３とを更に有している。
上記圧電素子３は、上記基板１の厚み方向から見て該基板１と略同じ形状をなしかつ厚み方向に分極している圧電体層４と、この圧電体層４の厚み方向一方の面（本実施形態では、基板１と反対側の面（上面））に設けられた第１の電極層５と、圧電体層４の厚み方向他方の面（本実施形態では、基板１側の面（下面））に設けられた第２の電極層６とで構成されており、第１及び第２の電極層５，６を介して圧電体層４に電圧を印加することが可能に構成されている。上記圧電体層４は、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＺｒとＴｉとの組成比Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）からなっているが、圧電材料や組成は、これに限るものではなく、第１及び第２の電極層５，６への電圧の印加により圧電体層４に電界が加えられたときに、圧電効果により該電界の向きに対し垂直な方向（圧電体層４の長さ方向）に伸縮するものであればよい。
上記第１の電極層５は、圧電体層４の幅方向（Ｘ軸方向）に並んで圧電体層４の長さ方向（Ｙ軸方向）に延びる２つの個別電極５ａ，５ｂに分割されている。これら２つの個別電極５ａ，５ｂは、圧電体層４の幅方向中央線に対して互いに対称な位置に配設されていて、同じ表面積を有している。一方、上記第２の電極層６は、上記基板１の厚み方向から見て該基板１及び上記圧電体層４と略同じ形状をなしていて、共通電極とされている。そして、上記圧電体層４に、上記基板１の長さ方向一端側に対して他端側を該基板１の幅方向に変位させるための電界が加わるように、第１及び第２の電極層５，６に電圧が印加されるようになっている。すなわち、圧電体層４において一方の個別電極５ａに対応する部分（個別電極５ａと第２の電極層６との間の部分）に加えられる電界と、他方の個別電極５ｂに対応する部分（個別電極５ｂと第２の電極層６との間の部分）に加えられる電界とでは、大きさは同じであるが、向きが互いに逆になるように、第１及び第２の電極層５，６に電圧が印加される。
上記のような電圧の印加により、圧電体層４において上記一方の個別電極５ａと第２の電極層６との間の部分と、他方の個別電極５ｂと第２の電極層６との間の部分とでは、圧電体層４における長さ方向の伸縮が逆になる。つまり、圧電体層４の幅方向一方側が長さ方向に伸長するときには、他方側が長さ方向に収縮する。このとき、基板１は伸縮しないので、基板１を厚み方向に曲げる力が生じるが、この力は、圧電体層４が伸張する部分では下向きであり、収縮する部分では上向きであるので、駆動部１０全体としてはそれらの力が上下方向において打ち消しあって、基板１は上下方向に変形しない。その結果、圧電体層４の長さ方向に伸張する力と収縮する力とにより、基板１（駆動部１０全体）が基板１の幅方向に屈曲し（弾性変形し）、基板１の長さ方向一端側に対して他端側が基板１の幅方向（収縮している側）に変位する。厳密には、後の実施形態４で説明するように、基板１の長さ方向一端側に対して他端側が円弧状の軌跡を描いて変位する（上下方向に延びる軸周りに回転する）ために、基板１の幅方向の変位に加えて長さ方向の変位も生じることになるが、この長さ方向の変位量は、幅方向の変位量に比べて非常に小さく、特定の場合以外、問題とはならない。
尚、上記第２の電極層６は、圧電体層４の下面全体に設けられている必要はなく、第１の電極層５と同様に２つの個別電極に分割して、これら個別電極を圧電体層４の下面における上記第１の電極層５の２つの個別電極５ａ，５ｂにそれぞれ対応する部分に配置してもよい。この第２の電極層６が複数の個別電極に分割された場合には、それら個別電極の間の部分は、後述の製造方法では圧電体層４で満たされることになる。また、第２の電極層６のみを２つの個別電極に分割するようにしてもよい。さらに、第１及び第２の電極層５，６の少なくとも一方の分割数は、２つに限らず、それよりも多くてもよい。
上記補強部２は、該補強部２の基板幅方向（Ｘ軸方向）の曲げ剛性が基板厚み方向（Ｚ軸方向）の曲げ剛性よりも小さくなるような形状に形成されている。つまり、補強部２は、基板１の厚み方向よりも基板１の幅方向に曲がり易くなっている。本アクチュエータ１１においては、補強部２を含む基板１の幅方向の曲げ剛性が小さい方が、基板１の幅方向の変位量が大きくなるので、基板１の厚みが薄くかつ補強部２がない方が、基板１の幅方向の変位量が大きくなる。しかし、後述の如く、本アクチュエータ１１を微動機構に用いる場合には、可動部材を支持する機能が求められる。このため、基板１の幅方向の曲げ剛性を出来る限り大きくしないで、基板１の厚み方向の曲げ剛性を大きくする必要がある。そのために、基板１の厚み方向一方の面（圧電素子３とは反対側の面）における幅方向略中央に補強部２を設け、この補強部２の基板幅方向の曲げ剛性を基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さくなるようにしている。このような補強部２の一例として、図１に示すように、基板厚み方向（Ｚ軸方向）の長さが基板幅方向（Ｘ軸方向）よりも長い形状のものが考えられる。このような補強部２を基板１に取り付けることにより、基板１の幅方向の変位量の減少を最小限にとどめる一方、可動部材を支持しても、基板１の厚み方向のたわみを効果的に抑制することができるようになる。
上記補強部２の形状としては、該補強部２の基板幅方向（Ｘ軸方向）の長さの平均値を基板１の幅の平均値のα倍とし、補強部２の基板厚み方向（Ｚ軸方向）の長さの平均値を基板１の厚みの平均値のβ倍としたとき、これらα及びβの値は、
０．０５＜α＜０．４５、
１＜β＜１０、及び
０．００１＜α３β＜０．１
を全て満たすことが好ましい。こうすれば、圧電素子３による基板１の幅方向の変位を妨げないようにしつつ、基板１の厚み方向の変形を確実に抑制することが可能な最適な補強部２が得られる。
上記補強部２の材料は、上記基板１と同様の材料、つまりガラス、シリコン、金属、セラミックス等が好ましく、特に基板１と同じ材料にすれば、基板１との接合強度を向上させることができて非常に好ましく、また、基板１及び補強部２を共に金属材料で構成すれば、より一層好ましい。
尚、本実施形態では、補強部２は，基板１の下面において該基板１の長さ方向全体に亘って連続して設けられているが、基板１の長さ方向の一部に連続的に設けられていてもよく、分割状態で設けられていてもよい。
また、本実施形態では、補強部２の断面は、基板１の長さ方向全体に亘って一定であるが、基板１の長さ方向の位置に応じて変化させるようにしてもよい。例えば、後述の如く微動機構を構成したときに、補強部２の上下方向の長さを、固定部材側ほど長くし、可動部材側ほど短くするようにする。こうすれば、可動部材の重量によって生じる基板１のたわみの曲率を基板１の長さ方向全体に亘って一定にすることができる。この結果、圧電体層４のひずみ状態が一定になるように制御して、安定した駆動が行えるようになる。
さらに、本実施形態では、補強部２は、基板１の幅方向中央線に対して対称な形状をなして基板１の幅方向略中央に取り付けられているが、該中央線からずらした位置に補強部２を配置するようにしてもよい。すなわち、圧電体層４の材料組成や製造方法によっては、該圧電体層４の厚み方向に電界を加えた場合の圧電特性が該電界の向き（上向き又は下向き）により著しく異なる場合がある。つまり、圧電体層４において第１の電極層５の一方の個別電極５ａと第２の電極層６との間の部分と、他方の個別電極５ｂと第２の電極層６との間の部分とで圧電特性が異なる場合がある。このような場合に、補強部２を、基板１の幅方向中央からずらした位置に配置して、基板１が幅方向に曲がるように調整することができる。
また、本実施形態では、第１電極層５の２つの個別電極５ａ，５ｂの表面積を等しくしたが、上述のように圧電体層４において分極方向とその反対方向とで圧電特性が著しく異なる場合には、圧電体層４の圧電特性に合わせて、２つの個別電極５ａ，５ｂの表面積比を変化させたり、個別電極５ａ，５ｂ毎に印加する電圧の大きさを変えたりしても、本発明の効果に変わりはない。
次に、上記アクチュエータ１１を製造する方法を図２により説明する。
先ず、図２（ａ）に示すように、厚み方向から見て所定の幅及び長さを有する基板１を用意し、図２（ｂ）に示すように、この基板１上に、第２の電極層６をスパッタ法等の方法により形成する。
続いて、図２（ｃ）に示すように、上記第２の電極層６上に圧電体層４をスパッタ法により形成する。この圧電体層４の形成方法は、スパッタ法に限らず、他の形成方法（例えばゾル−ゲル法や水熱法等）を用いてもよい。
次いで、図２（ｄ）に示すように、上記圧電体層４上に第１の電極層５をスパッタ法等の方法により形成し、その後、図２（ｅ）に示すように、その第１の電極層５を、２つの所定形状の個別電極５ａ，５ｂに分割されるようにパターニングする。こうして基板１の上面に圧電素子３が形成されることになる。
次に、上記基板１の下面における幅方向中央位置に、予め作製しておいた補強部２となる部材を接着固定することで、アクチュエータ１１（駆動部１０）が完成する（尚、接着剤は図示していない）。
ここで、上記製造方法において、第２の電極層６を形成した後でかつ圧電体層４を形成する前に、該第２の電極層６をパターニングすれば、第２の電極層６も、第１の電極層５と同様に複数の個別電極に分割することができる。この分割した第２の電極層６上に圧電体層４をスパッタ法により形成すれば、それら複数の個別電極間の部分が圧電体層４で満たされることになる。
また、上記製造方法では，補強部２となる部材を基板１に対し接着固定することにより取り付けたが、基板１と補強部材２とが共に金属材料からなる場合には、拡散接合や溶接により取り付けるようにしてもよい。また、基板１上にレジスト等の非導電性の材料からなる型を形成し、その型を使ってめっき（電気めっき又は無電解めっき）を行うことによっても、金属材料からなる基板１上に、めっき材からなる補強部２を形成することができる。さらに、基板１が非導電性材料からなる場合においても、基板１上に、補強部２をめっきにより形成するときにおける該めっき成長のための核形成を補助する材料が含有された核形成補助材料含有層を形成し、この核形成補助材料含有層上にめっき材からなる補強部２を形成するようにすることができる。特に、核形成を補助する材料として、無電界めっき液に対して触媒作用を持つＦｅ、Ｎｉ、Ｐｄ等を用いることで、非金属基板上に、Ｎｉ等の無電界めっき材からなる補強部を形成することができる。
上記アクチュエータ１１を用いて可動部材を移動（微動）させる微動機構を構成するには、図２３に示した従来の微動機構におけるアクチュエータ６００を、上記アクチュエータ１１に置き換えればよい。すなわち、アクチュエータ１１の駆動部１０（基板１又は補強部２）の基板長さ方向の一端部を固定部材に固定し、駆動部１０（基板１又は補強部２）の基板長さ方向の他端部に可動部材を取付固定する。こうすることで、圧電素子３の作動により、可動部材を所定の平面（ここでは、水平面）内において固定部材に対して基板幅方向に往復移動させることができるようになる。
この微動機構においては、可動部材が基板１（及び補強部２）により支持されることになる。そして、基板１は、補強部２により該基板１の厚み方向には曲がり難くなっているので、可動部材を支持しても、その可動部材の重量による基板１の厚み方向のたわみ量は小さくて済む。一方、補強部２は、基板１の幅方向には曲がりやすくなっているので、圧電素子３による基板１の幅方向の変位を妨げるようなことはない。しかも、可動部材を圧電素子３で支持する必要がないので、圧電素子３の圧電体層４の厚みを薄くすることができ、圧電素子３の駆動電圧を低下させることができる。よって、可動部材を所定の平面内からずれないように低電圧で高速かつスムーズに移動させることができるとともに、可動部材の移動量を大きくすることができる。
尚、１つのアクチュエータ１１によって可動部材を支持し移動させる必要はなく、複数のアクチュエータ１１を、それらの動作が互いに干渉しないように設けて、これら複数のアクチュエータ１１によって可動部材を支持し移動させる構成であってもよい。また、後の実施形態５で説明するように、１つのアクチュエータ１１において駆動部１０を複数設けて、これら複数の駆動部１０を、互いに並列に連結したり直列に連結したりするようにしてもよい。
ここで、具体的に実施した実施例について説明する。
本実施例では、アクチュエータの駆動部における基板として、幅５００μｍ、厚み１００μｍ、長さ１０ｍｍの結晶化ガラスの板材を用い、第２の電極層としては、成膜温度３００℃、高周波電力１００Ｗ、プロセス圧力１ＰａのＡｒ雰囲気中でスパッタリングにより形成してなる、厚み０．１μｍのＰｔ薄膜とした。圧電体層としては、成膜温度６００℃、高周波電力６００Ｗ、プロセス圧力１ＰａのＡｒとＯ２との混合雰囲気中でスパッタリングにより形成してなる、厚み２μｍのＰＺＴ薄膜（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）とした。第１の電極層としては、上記第２の電極層と同じ条件でスパッタリングにより成膜してなるＰｔ薄膜とし、これをドライエッチングによりパターニングして、幅２２０μｍ、長さ９．５ｍｍの２つの個別電極を形成した。
また、補強部としては、高さ（基板厚み方向の長さ）２００μｍ、幅（基板幅方向の長さ）１００μｍ、長さ５ｍｍの結晶化ガラスとし、これを上記基板の厚み方向一方の面の幅方向中央及び長さ方向中央に接着固定した。
上記基板の長さ方向の一端部を固定部材に固定し、他端部に重量２００ｍｇの可動部材を固定して微動機構を構成した。この可動部材の重量による基板の厚み方向の最大たわみ量は４１μｍであった。
そして、第２の電極層を接地し、第１の電極層の２つの個別電極のそれぞれに、位相が互いに１８０度異なる、周波数５００Ｈｚ及び振幅５Ｖの正弦波電圧を印加してアクチュエータの駆動部を駆動した。このとき、可動部材は基板の幅方向に±１．５μｍ移動し、１００ｎｍ以下の精度で位置決めを行うことができた。また、連続して１０００時間駆動したところ、位置決め精度が２００ｎｍに低下した。さらに、アクチュエータを、駆動部が固着しないように樹脂ケースでパッケージングした状態で、高さ５０ｃｍから落下させる試験をおこなったところ、アクチュエータに破損は見られなかったが、高さ１ｍから落下させる試験を行うと、駆動部（基板又は補強部）の固定部材側の端部にクラックが発生した。
本実施例では、アクチュエータの駆動部における基板の厚み及び補強部の長さを上記実施例１とは異ならせた。すなわち、補強部の長さを基板の長さと等しくなるようにして、基板の長さ方向全体に亘って連続するようにし、基板の厚みは上記実施例１のものに対して１／２にした。具体的には、基板を、幅５００μｍ、厚み５０μｍ、長さ１０ｍｍの結晶化ガラスの板材とし、補強部を、高さ２００μｍ、幅１００μｍ、長さ１０ｍｍとした。その他の材料やアクチュエータの製造方法は上記実施例１と同様とした。
そして、上記アクチュエータを用いて、上記実施例１と同様の微動機構を構成したところ、可動部材の重量による基板の厚み方向の最大たわみ量は２５μｍであった。また、第１及び第２の電極層に、上記実施例１と同様の正弦波電圧（但し、周波数４００Ｈｚ）を印加して駆動を行ったところ、可動部材は基板の幅方向に±２．５μｍ往復移動し、１００ｎｍ以下の精度で位置決めを行うことができた。上記正弦波電圧の周波数を４００Ｈｚとしたのは、これ以上速くすると動作が不安定になったからである。また、連続して１０００時間駆動したところ、位置決め精度が２００ｎｍに低下した。さらに、アクチュエータを実施例１と同様にパッケージングした状態で、高さ５０ｃｍから落下させる試験をおこなったところ、アクチュエータに破損は見られなかったが、高さ１ｍから落下させる試験を行うと、駆動部（基板又は補強部）の固定部材側の端部にクラックが発生した。
本実施例では、基板と補強部との大きさの割合を変化させて、本発明の効果が得られる範囲を明らかにした。
すなわち、実施例２において補強部として用いた結晶化ガラスのサイズを変化させて、基板の厚み方向の最大たわみ量及び可動部材の最大移動量を調べた。このとき、基板の大きさは、幅５００μｍ、厚み５０μｍ、長さ１０ｍｍとし、これに対して、補強部の大きさを変化させた。つまり、上記実施形態１で説明したα及びβの値を変化させた複数種のアクチュエータを用意した。
図３に、本発明の効果が得られる範囲を示す。図中の斜線を施した部分が本発明の効果が得られる範囲である。ここで、本発明の効果が得られる範囲とは、可動部材の重量を１０ｍｇ〜５００ｍｇとして、その重量による基板の厚み方向の最大たわみ量が５０μｍ以下で、かつ可動部材の最大移動量が１μｍ以上となる範囲である。この範囲外では、本発明の効果が十分に得られないことになる。すなわち、上記αの値が小さすぎたり（０．０５以下）、βの値が大きすぎたり（１０以上）すると、補強部の剛性が低くなって、可動部材の支持性が不十分となる。一方、αの値が大きすぎたり（０．４５以上）、βの値が小さすぎたり（１以下）すると、可動部材の支持性は問題ないが、可動部材の移動量が小さくなりすぎて微動機構として適さなくなる。
本実施例では、上記実施例２において基板（結晶化ガラス）の幅を変化させて、可動部材の移動量との関係を調べた。
この結果、基板の幅が大きくなると、可動部材の移動量が減少するとともに、基板の幅が、該基板の厚みの２０倍よりも大きくなると、基板にねじれが生じる。このため、可動部材が平面内で移動しなくなって、平面内で移動する微動機構として機能しなくなった。一方、基板の幅が、該基板の厚み以下となると、基板の幅方向の曲げ剛性よりも厚み方向の曲げ剛性が大きくなり、補強部を設ける意味がなくなる。また、基板の長さが幅の４倍よりも小さいと、可動部材の移動量が小さくなりすぎて微動機構として適さないことが分かった。
（実施形態２）
本実施形態は、基板１及び補強部２の材質を金属に変更したものである。すなわち、アクチュエータ１１の駆動精度や耐衝撃特性は、基板１及び補強部２の材質及び取付け方法によるところが大きく、延性に富む金属を用いることにより、アクチュエータ１１（駆動部１０）の耐衝撃特性を向上させることができる。このように基板１及び補強部２を金属材料で構成した場合には、補強部２の基板１への取付け方法としては、溶接する方法や、上述しためっきによる方法等がある。補強部２をめっきにより形成すれば、補強部２の基板１への取付精度を向上させることができるとともに、長期駆動した場合の信頼性を向上させることができる。
ここで、具体的に実施した実施例について説明する。
図４は、実施例５に係るアクチュエータの駆動部１０を示し、本実施例では、上記実施例２に対して、基板１及び補強部２の材質、補強部２の取付位置及び取付方法を異ならせた。
すなわち、基板１を、幅５００μｍ、厚み５０μｍ、長さ１０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の板材で構成し、補強部２を、高さ２００μｍ、幅１００μｍ、長さ１０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で構成した。そして、実施例１と同様に、第２の電極層６としてＰｔ膜を成膜し、このＰｔ膜上に、圧電体層４としてＰＺＴ薄膜を形成し、このＰＺＴ薄膜上に、第１の電極層５としてＰｔ膜を成膜して、この第１の電極層５のＰｔ膜をドライエッチングにより、幅２２０μｍ、長さ９．５ｍｍの２つの個別電極５ａ，５ｂに分割した。こうして基板１の上面に圧電素子３を設けた。しかし、本実施例では、上記ＰＺＴ薄膜の圧電特性が、基板１の表面状態の影響により、該ＰＺＴ薄膜の厚み方向の上向きと下向きとで互いに異なって、上向きの方が、下向きに比べて３０％大きくなってしまった。そこで、この圧電特性の違いを調整するために、基板１の下面における補強部２の取り付ける位置を、基板１の幅方向中央線Ｃに対し４０μｍだけＸ軸方向にずらした位置になるように、基板１と補強部２とをアライメントし、それらの接続部分をレーザー溶接することによって固定した。
上記基板１の長さ方向の一端部を固定部材に固定し、他端部に重量２００ｍｇの可動部材を固定して微動機構を構成した。この可動部材の重量による基板１の厚み方向の最大たわみ量は２０μｍであった。
そして、上記第２の電極層６を接地し、上記第１の電極層５の一方の個別電極５ａに、振幅が２．５Ｖでかつ正方向に２．５Ｖオフセットした（つまり０Ｖから５Ｖまで変化する）周波数４００Ｈｚの駆動電圧を印加し、他方の個別電極５ｂに、上記一方の個別電極５ａとは位相が１８０度異なるとともに振幅が２．５Ｖでかつ負方向に２．５Ｖオフセットした（０Ｖから−５Ｖまで変化する）周波数４００Ｈｚの駆動電圧を印加してアクチュエータの駆動部を駆動した。
このとき、可動部材は基板１の幅方向に２．０μｍ移動し、１００ｎｍ以下の精度で位置決めを行うことができた。また、連続して１０００時間駆動したところ、位置決め精度が２００ｎｍに低下した。さらに、アクチュエータを実施例１と同様にパッケージングした状態で、高さ１ｍから落下させる試験をおこなったところ、アクチュエータに破損は見られず、このことから、基板１及び補強部２の材質を金属材料に変更することにより、耐衝撃特性が向上することが分かった。
尚、基板１の表面状態に合わせて、圧電体層４の成膜条件を最適化することにより、上向きと下向きとで圧電特性をほぼ同じにすることは可能であり、実施例１及び実施例２と同様に基板１の下面の幅方向中央に補強部２を配置することも可能である。
図５は、実施例６に係るアクチュエータの駆動部１０における補強部２の形成方法を示し、本実施例では、補強部２を電気めっきにより形成した点が、上記実施例５とは異なる。すなわち、まず、圧電素子３を設けた基板１の外周囲に、厚み５μｍのポリイミド１６を塗布し、基板１の下面における補強部２を取り付ける部分をパターニングして取り除く（図５（ａ）参照）。
上記塗布したポリイミド１６を硬化させた後、補強部２を形成するための型となるドライフィルムレジスト１８を貼り付け、このドライフィルムレジスト１８における補強部２を形成する部分をパターニングして取り除くことにより、深さが２００μｍ、幅５０μｍの空洞部を有する型を作製した（図５（ｂ）参照）。
次に、全体を５０℃のＮｉの電気めっき液に浸し、基板１とめっき用電極との間に３０分間電圧を印加することにより、型の空洞部に高さ２００μｍ、幅１００μｍ、長さ１０ｍｍのＮｉの電気めっき材からなる補強部２を形成した（図５（ｃ）参照）。
上記めっき終了後、ドライフィルムレジスト１８を剥離液により取り除いた。このようにして、金属材料からなる基板１に直接接合されためっき材からなる補強部２を形成した（図５（ｄ）参照）。
尚、基板１及び圧電素子３の各層の材料や、補強部２を除くアクチュエータの製造方法は、上記実施例５と同様である。
上記基板１の長さ方向の一端部を固定部材に固定し、他端部に重量２００ｍｇの可動部材を固定して微動機構を構成した。この可動部材の重量による基板１の厚み方向の最大たわみ量は２０μｍであった。
上記第２の電極層６を接地し、上記第１の電極層５の一方の個別電極５ａに、振幅が２．５Ｖでかつ正方向に２．５Ｖオフセットした（つまり０Ｖから５Ｖまで変化する）周波数４００Ｈｚの駆動電圧を印加し、他方の個別電極５ｂに、上記一方の個別電極５ａとは位相が１８０度異なるとともに振幅が２．５Ｖでかつ負方向に２．５Ｖオフセットした（つまり−５Ｖから０Ｖまで変化する）周波数４００Ｈｚの駆動電圧を印加してアクチュエータを駆動した。
このとき、可動部材は基板１の幅方向に２．０μｍ移動し、８０ｎｍ以下の精度で位置決めを行うことができた。また、連続して１０００時間駆動したところ、位置決め精度は８０ｎｍであり、位置決め特性は劣化していなかった。さらに、アクチュエータを、実施例１と同様に、パッケージングした状態で、高さ１ｍから落下させる試験をおこなったところ、アクチュエータに破損は見られなかった。したがって、金属材料からなる基板１に直接、めっき材からなる補強部２を形成することにより、耐衝撃特性が向上するとともに、長期間の駆動による位置決め精度の劣化がなくなり、信頼性が向上することが分かった。
また、上記塗布したポリイミド１６が、アクチュエータの駆動部１０の外周囲を覆うことにより駆動部１０の保護層を兼ねるため、組立て等の後工程でのアクチュエータの不良が減少した。
本実施例では、アクチュエータの駆動部の基板としてシリコン基板を用い、補強部を無電界めっきにより形成した点と、アクチュエータを同時に７００個作製した点とが、上記実施例２とは異なる。
すなわち、厚みが５２５μｍの４インチシリコン基板に、第２の電極層としてＩｒとＴｉとの合金膜を成膜し、この合金膜上に、圧電体層としてＰＺＴ薄膜を成膜し、このＰＺＴ薄膜上に、第１の電極層としてＰｔ膜を成膜した。そして、このＰｔ膜を、幅２２０μｍ、長さ９．５ｍｍの２つの個別電極が、７００組得られるように分割する。
続いて、上記基板を、上記成膜した面とは反対側の面から、基板の厚みが５０μｍになるまで研磨し、その後、この研磨した面上に、補強部を無電解めっきにより形成するときにおける該めっき成長のための核形成を補助する材料が含有された核形成補助材料含有層をスパッタリングにより形成する。本実施例では、核形成を補助する材料をＰｄとして、厚み０．１μｍのＰｄ膜を形成した。
次いで、上記核形成補助材料含有層上にドライフィルムレジストを貼り付けてパターニングすることにより、深さが２００μｍ、幅５０μｍの空洞部を有する型を作製した。
次に、全体を無電界めっき液に浸し、９０℃で３時間処理することにより、型の空洞部に高さ２００μｍ、幅１００μｍ、長さ１０ｍｍのＮｉの無電界めっき材からなる補強部を形成した。そして、上記ドライフィルムレジストを剥離した後、レーザーダイシングにより、７００個のアクチュエータに分離した。
このようにして作製した１つのアクチュエータを用いて、基板の長さ方向の一端部を固定部材に固定し、他端部に重量２００ｍｇの可動部材を固定することで微動機構を構成した。この可動部材の重量による基板の厚み方向の最大たわみ量は２２μｍであった。
そして、上記第１及び第２の電極層に、上記実施例２と同様の電圧を印加して駆動を行ったところ、可動部材は基板の幅方向に±２．２μｍ往復移動し、８０ｎｍ以下の精度で位置決めを行うことができた。また、連続して１０００時間駆動したところ、位置決め精度は８０ｎｍであり、位置決め特性は劣化していなかった。さらに、アクチュエータを、実施例１と同様に、パッケージングした状態で、高さ８０ｃｍから落下させる試験をおこなったところ、アクチュエータに破損は見られなかったが、高さ１ｍから落下させる試験を行うと、駆動部（基板又は補強部）の固定部材側の端部にクラックが発生した。
尚、本実施例では、核形成補助材料含有層（Ｐｄ膜）を成膜した後にドライフィルムレジストにより型を作製したが、核形成補助材料含有層は、少なくとも基板と補強部との間にあればよく、ドライフィルムレジストを形成する前に、核形成補助材料含有層の不必要な部分をエッチングにより除去しておいてもかまわない。また、基板と補強部との間の層はＰｄ膜一層である必要はなく、基板とＰｄ膜との間にＴｉやＣｒ等からなる密着層を形成してもよい。さらに、核形成補助材料含有層はＰｄ単体からなる必要はなく、他の金属との合金で形成してもよい。
（比較例）
ここで、比較例として、図２２に示す従来のアクチュエータと同様のものを作製し、このアクチュエータによって、上記実施例１と同じ重量２００ｍｇの可動部材を動かすこととした。つまり、この比較例のものは、可動部材を圧電体層により支持するものである。この圧電体層の圧電材料としては、ＰＺＴの焼結体とし、第１及び第２の電極層としては、スパッタリングにより形成してなるＰｔ薄膜とした。
そして、上記第１及び第２の電極層に、上記実施例１と同様の電圧を印加して駆動を行ったときに、上記実施例２のように可動部材を圧電体層（焼結体）の幅方向に±２．５μｍ往復移動させかつ可動部材による圧電体層の厚み方向の最大たわみ量を２５μｍとするためには、ＰＺＴ焼結体を、幅８００μｍ、厚み４００μｍ、長さ２５ｍｍとする必要があり、実施例２に比べて８倍の厚み及び２．５倍の長さが必要であった。
また、ＰＺＴ焼結体の幅を大きくすることで、焼結体の厚みを薄くすることは可能であるが、こうすると、焼結体の幅方向の曲げ剛性が増えるため、可動部材の移動量が減少する。これを防止するためには、駆動電圧を大きくするか、又は焼結体の長さを更に長くする必要があった。
（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３に係るアクチュエータ１１を示し、補強部２を基板１に一体形成したものである。このような基板１及び補強部２は、例えば、シリコン基板１に対してドライエッチング等の加工を施すことによって容易に得られる。尚、その他の部分は、上記実施形態１（図１）と同様であり、その詳細な説明は省略する。
本実施形態では、補強部２の基板１に対する位置精度が向上するとともに、補強部２が基板１から外れることがなく、このことから、本実施形態のアクチュエータ１１を用いた微動機構により可動部材を駆動するときの位置決め精度及び信頼性が向上する。
ここで、具体的に実施した実施例について説明する。
本実施例では、基板及び補強部として、厚み２５０μｍのシリコン基板をドライエッチングすることにより、一体形成したものを作製した。この基板及び補強部の全体寸法は、上記実施例２と同じである。また、その他の材料については、上記実施例１と同様とした。
上記アクチュエータを用いて微動機構を構成したところ、可動部材の重量による基板の厚み方向の最大たわみ量は２３μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法で駆動を行うと、可動部材は基板の幅方向に±２．３μｍ往復移動し、５０ｎｍ以下の精度で位置決めを行うことができた。また、連続して１０００時間駆動を行ったが、位置決め精度の劣化は見られなかった。
したがって、補強部２を基板１に一体形成することで、可動部材の位置決め精度及び信頼性が向上することが分かった。
（実施形態４）
図７は、本発明の実施形態４に係る微動機構を示し、この微動機構は、撮像素子と、該撮像素子に光を導く光学レンズとを備えたカメラモジュールの画素ずらし（撮像素子を光学レンズに対し、該光学レンズの光軸と垂直な方向に相対移動させて高解像度画像を得る技術）に適用するのに最適なものである。
すなわち、この微動機構は、２つのアクチュエータ１１（図７では、一方のアクチュエータの符号を１１ａとし、他方のアクチュエータの符号を１１ｂとしている）を備えていて、これら両アクチュエータ１１の駆動部１０により可動部材１３を支持し駆動するように構成されている。各アクチュエータ１１は、上記実施形態１〜３のアクチュエータ１１と同様に構成されているが、後述の如く第１の電極層５が異なる。
具体的には、各アクチュエータ１１における駆動部１０の基板１における長さ方向の一端部が、固定部材１２にそれぞれ固定されている。この固定部材１２は水平状に延びる板状のものであり、その中央部には、該固定部材１２の厚み方向（つまり上下方向）に貫通する四角形の貫通孔１２ａが形成されている。そして、この貫通孔１２ａの内側面における四角形の対角にある２つの頂点の近傍位置に、両アクチュエータ１１がそれぞれ固定されて、両アクチュエータ１１の駆動部１０は、上記貫通孔１２ａ内において、図７に示すＸ軸方向に所定間隔をあけて該Ｘ軸方向と垂直なＹ軸方向に互いに平行に延びている。
上記両アクチュエータ１１間には、四角形の可動部材１３が配設され、この可動部材１３が、上記各アクチュエータ１１の駆動部１０の基板１における長さ方向の他端部（先端部）に取付固定されている。尚、可動部材１３におけるアクチュエータ１１への取付部１３ａは、該可動部材１３の側面からＸ軸方向に突出形成されてなっている。
上記各アクチュエータ１１の駆動部１０の第１の電極層５は、上記実施形態１〜３とは異なり４つの個別電極（図７では、これら４つの個別電極の符号を、一方のアクチュエータ１１ａでは５ａ〜５ｄとし、他方のアクチュエータ１１ｂでは５ｅ〜５ｈとしている）に分割されている。これら個別電極５ａ〜５ｈの表面積は全て等しい。そして、一方のアクチュエータ１１ａにおいては、個別電極５ａ〜５ｄが、基板１の厚み方向から見て四角形の頂点にそれぞれ位置するように基板幅方向及び基板長さ方向に２つずつ並んでおり、アクチュエータ１１ａの駆動部１０の駆動時には、上記四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極５ａ，５ｃに印加される電圧が等しくなるようにするとともに、残り２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極５ｂ，５ｄに印加される電圧も等しくなるようにする。また、個別電極５ａ，５ｃに印加する電圧と個別電極５ｂ，５ｄに印加する電圧とは、大きさは同じであるが正負を互いに逆にする。これにより、圧電体層４において、２つの個別電極５ａ，５ｃに対応する部分に加えられる電界の大きさが共に同じとなり、残り２つの個別電極５ｂ，５ｄに対応する部分に加えられる電界の大きさも共に同じとなる。また、圧電体層４において、個別電極５ａ，５ｃに対応する部分に加えられる電界と、個別電極５ｂ，５ｄに対応する部分に加えられる電界とでは、同じ大きさで向きが互いに逆になる。第２の電極層６は接地する。
尚、上記実施形態１で説明したように、圧電体層４の厚み方向に電界を加えた場合の圧電特性が該電界の向きにより著しく異なる場合には、個別電極５ａ，５ｃに印加する電圧の大きさと個別電極５ｂ，５ｄに印加する電圧の大きさとを互いに異ならせるようにしてもよい。つまり、圧電体層４の圧電特性に合わせて、圧電体層４において、個別電極５ａ，５ｃに対応する部分に加えられる電界の大きさと、個別電極５ｂ，５ｄに対応する部分に加えられる電界の大きさとを互いに異ならせる。
上記他方のアクチュエータ１１ｂにおいても、アクチュエータ１１ａと同様に、個別電極５ｅ〜５ｈが、基板１の厚み方向から見て四角形の頂点にそれぞれ位置するように基板幅方向及び基板長さ方向に２つずつ並んでおり、アクチュエータ１１ｂの駆動部１０の駆動時には、上記四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極５ｆ，５ｈに印加される電圧が等しくなるようにするとともに、残り２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極５ｅ，５ｇに印加される電圧も等しくなるようにする。また、個別電極５ｆ，５ｈと個別電極５ｅ，５ｇとの電圧の正負は互いに逆で大きさは同じになるようにする。
上記のように構成する理由は、以下の通りである。
すなわち、図８（ａ）に示すように、上記実施形態１〜３の如く第１の電極層５を２つの個別電極５ａ，５ｂに分割した構成では、基板１の長さ方向一端側が他端側に対して基板１の幅方向（図８（ａ）に示すＸ軸方向）に円弧状の軌跡を描いて変位する。このため、基板１の他端部（駆動部１０の先端部）に取り付けた可動部材１３も円弧状の軌跡を描いて移動する（上下方向に延びる軸周りに回動する）こととなり、基板１の幅方向の移動に加えて長さ方向（Ｙ軸方向）にも移動することになる。この移動量は微小であるため、通常は、問題になることはない。しかし、本実施形態のように、複数のアクチュエータ１１で可動部材１３を支持する場合には、各アクチュエータ１１による、上下方向に延びる軸周りの回転が互いに干渉し合い、可動部材１３の移動量が低下するという問題がある。この問題を解決するためには、可動部材１３の移動軌跡を円弧ではなく直線にする必要がある。
そこで、本実施形態では、上記のようにアクチュエータ１１ａでは、第１の電極層５を４つの個別電極５ａ〜５ｄに分割しておき、第２の電極層６を接地し、個別電極５ａ，５ｃと個別電極５ｂ，５ｄとに互いに正負逆の電圧を印加する。例えば、個別電極５ａ，５ｃに負の電圧を印加する一方、個別電極５ｂ，５ｄに正の電圧を印加すると、図８（ｂ）に示すように、アクチュエータ１１ａは、基板１の厚み方向から見て、基板１が、その長さ方向中間部の２箇所に変曲点が生じるように幅方向に屈曲して、アクチュエータ１１ａの駆動部１０の先端部は基板１の幅方向に直線に沿って移動することとなる。また、アクチュエータ１１ｂの駆動部１０も、アクチュエータ１１ａの駆動部１０と同様に駆動させるが、アクチュエータ１１ａの駆動部１０と協調動作させる（可動部材１３を同じ向きに移動させる）ために、アクチュエータ１１ａの個別電極５ａ，５ｃに負の電圧を印加しかつ個別電極５ｂ，５ｄに正の電圧を印加しているときには、アクチュエータ１１ｂの個別電極５ｅ，５ｇに正の電圧を印加しかつ個別電極５ｆ，５ｈに負の電圧を印加し、逆に、個別電極５ａ，５ｃに正の電圧を印加しかつ個別電極５ｂ，５ｄに負の電圧を印加しているときには、個別電極５ｅ，５ｇに負の電圧を印加しかつ個別電極５ｆ，５ｈに正の電圧を印加するようにする。これにより、可動部材１３が、スムーズに移動するとともに、移動量の低下を抑制することができる。
尚、第１の電極層５の分割数は、４つに限らず、それよりも多くても（偶数が好ましい）、アクチュエータ１１の駆動部１０の先端部を基板１の幅方向に直線に沿って移動させるようにすることができる。
上記微動機構の可動部材１３に撮像素子を設け、この撮像素子を、固定部材１２（つまり光学レンズ）に対して光学レンズの光軸と垂直な方向（図７のＸ軸方向）に移動させて高解像度画像が得ることができる。図９（ａ）は、その撮像素子の拡大図である。この撮像素子１５においては、多数の受光部１５ａが複数列に並んで配設されている。これら受光部１５ａの周辺には、電気回路（図示せず）等が配設されており、このため、撮像素子１５全域に受光部１５ａが配置されているわけでない。そこで、受光部１５ａが配置されていない部分に該受光部１５ａが移動するように微動機構により撮像素子１５を移動させるようにすれば、高解像度の画像を得ることができる。この手法は画素ずらしと呼ばれ、高解像度の撮像素子で画像を取得した場合と同様の画像を得ることができ、擬似的に高解像度の撮像素子があるものと考えることができる。
上記微動機構を用いることにより、アクチュエータ１１を薄型及び小型にすることができるので、画素ずらし機能付きのカメラモジュールの薄型化及び小型化を図ることができるようになる。
図９（ｂ）は、可動部材１３（撮像素子１５）を１軸方向に移動（微動）させる上記微動機構を用いて、２倍の画素数を持つ高解像度画像を得る場合の受光部１５ａの位置の変化を模式的に示すものである。先ず、最初に同図中の「１」で示される位置に受光部１５ａがあり、該「１」の位置にある受光部１５ａで画像を取り込む。その後に、受光部１５ａが同図中の「２」の位置になるように、同図中の矢印Ａ方向に撮像素子１５を微動させて、該「２」の位置にある受光部１５ａで画像を取り込む。そして、これら２つの画像を合成することにより、２倍の画素数の高解像度画像を得ることができる。
ここで、具体的に実施した実施例について説明する。
本実施例では、上記実施例８のアクチュエータの駆動部の電極構成を上記実施形態４で示した４つに分割したものに変更し、このアクチュエータを２つ用いて、図７で示す微動機構を構成した。すなわち、各アクチュエータにおいて、補強部は、シリコン基板をエッチングすることで該シリコン基板に一体形成したものである。また、固定部材及び可動部材も、補強部と共に基板に一体形成した。これら基板、補強部、固定部材及び可動部材は、シリコン基板に対してフッ素系のガスを主体としたドライエッチングを施すことにより一体形成した。各アクチュエータの駆動部の基板は、幅７００μｍ、厚み５０μｍ、長さ１２ｍｍの大きさとし、補強部は、高さ２５０μｍ、幅７０μｍ、長さ１２ｍｍの大きさとした。また、圧電素子の第１及び第２の電極層並びに圧電体層は、上記実施例１と同様にスパッタリングによりそれぞれ形成し、圧電体層は、厚み３μｍのＰＺＴ薄膜（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）とした。第１の電極層は、上記実施形態４のアクチュエータと同様に４つの個別電極に分割し、この各分割電極は、幅３２０μｍ、長さ５．５ｍｍの大きさとした。
上記２つのアクチュエータの駆動部に取り付ける可動部材の重量が２００ｍｇとなるようにして微動機構を構成した。このとき、可動部材の重量による基板の厚み方向の最大たわみ量は１５μｍであった。そして、各アクチュエータにおいて、四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に５Ｖの電圧を印加する一方、残り２つの個別電極に−５Ｖの電圧を印加すると、可動部材は基板幅方向に直線に沿って１．４μｍ移動した。このように２つのアクチュエータにより可動部材を支持することにより、基板の厚み方向（上下方向）のたわみをより一層効果的に抑制することができた。
図１０は、実施例１０に係るカメラモジュールの撮像素子微動機構を示し、上記実施例９の微動機構の可動部材１３に撮像素子１５を設け、この撮像素子１５を固定部材１２（光学レンズ）に対して光学レンズの光軸と垂直な１軸方向（図１０のＸ軸方向）に移動させることによって、２倍の画素数の高解像度画像を得るように構成したものである。
上記撮像素子１５は、図９（ａ）に示したものと同様であり、画素ピッチ（相隣接する受光部１５ａの間隔）を２μｍとしたものである。この撮像素子１５を、画素の対角方向（図９（ｂ）のＡ方向）が微動機構の動く方向（図１０のＸ軸方向）に一致するように、可動部材１３に取り付けた。また、上記撮像素子１５に光を導く光学レンズを、撮像素子１５の図１０の紙面手前側に配置して固定部材１２に対し間接的に固定した。この光学レンズは、その光軸が図１０の紙面に垂直な方向に延びるように配置した。
１枚の画像を撮影中に微動機構が作動すると、画像にブレが生じて画質が劣化するので、個別電極に印加する電圧は、図１１に示すような台形波を用いて行った。同図において横軸は時間であり、縦軸は電圧である。撮像素子は画素の対角方向に１．４μｍ移動すればよいので、個別電極５ａ，５ｃ（５ｆ，５ｈ）に波形１９の−２．５Ｖから２．５Ｖの間で変化する電圧を加え、個別電極５ｂ，５ｄ（５ｅ，５ｇ）に波形１９と位相が１８０度ことなる波形２０を加えた。これにより、撮像素子全域に亘って均一に画素をずらすことが可能となり、高品質で高解像度の画像を得ることができた。
尚、撮影中にアクチュエータが移動すると画質が悪化するために、１枚目の画像は、図１１中の撮影期間Ｔ１（電圧が一定であり、可動部材が静止した状態にある期間）で撮影し、２枚目の画像は撮影期間Ｔ２（撮影期間Ｔ１と同様に、電圧が一定であり、可動部材が静止した状態にある期間）で撮影した。画像を撮影できる間隔は、微動機構の動作速度に依存し、本実施例では、２．５ｍｓ（４００Ｈｚ）が限界であった。
（実施形態５）
本実施形態は、複数の駆動部１０を設けて、より高機能なアクチュエータ１１としたものである。具体的には、例えば図１２（ａ）に示すように、基板１における補強部２が設けられた面が同じ方向を向きかつ基板幅方向に互いに平行に並ぶ複数（図１２（ａ）では２つ）の駆動部１０を設けて、これら駆動部１０同士を、該駆動部１０（基板１又は補強部２）の基板長さ方向の両端部にて連結部材２３ａ，２３ｂを介して互いに並列に連結する。或いは、例えば図１２（ｂ）に示すように、基板１における補強部２が設けられた面が同じ方向を向く複数（図１２（ｂ）では２つ）の駆動部１０を設けて、これら駆動部１０同士を、該駆動部１０（基板１又は補強部２）の基板長さ方向の端部にて連結部材２３ｃを介して互いに直列に連結する。尚、３つ以上の駆動部１０を設けて、これら駆動部１０同士を並列又は直列に連結するようにしてもよい。また、連結部材２３ａ，２３ｂ，２３ｃは必ずしも必要なく、複数の駆動部１０の基板１同士又は補強部２同士を直接連結するようにしてもよい。
本発明のアクチュエータ１１では、基板１の幅を小さくするほど、基板１の幅方向の曲げ剛性が小さくなり、変位量が多くなる。しかし、基板１の幅を小さくしすぎると基板１の幅方向の曲げ剛性が小さくなりすぎて、基板１の幅方向の共振特性が低下し、これにより、第１及び第２電極層５，６に印加する電圧を高速で変化させて駆動部を高速で駆動しようとしても、その電圧の変化に基板の変形が即座に追従しなくなって、高速で駆動することはできなくなる。アクチュエータ１１を適用するデバイスによって、駆動速度の要求される程度が異なるが、変位量が大きくかつ高速駆動できるほうが好ましいのはいうまでもない。そこで、上記のように複数の駆動部１０同士を並列に連結することにより、変位量は基板１の幅を小さくした場合と同等の特性を維持しつつ、基板１の幅方向の曲げ剛性を増やすことができるようになり、この結果、高速移動が可能となる。
また、上述のように第１の電極層５を２つの個別電極５ａ，５ｂに分割した場合においては、アクチュエータ１１の駆動部１０の先端部は円弧状の軌跡を描いて動き、微動機構の構成によっては、動作に不具合が生じる。しかし、本実施形態のように、複数の駆動部１０同士を並列に連結するとともに、これら駆動部１０の変形特性を同じにすることで、駆動部１０は長さ方向に変形し難くなり、変形方向を基板幅方向のみに限定することができる。
尚、複数の駆動部１０を直列に連結した場合については、後の実施形態６において詳しく説明する。
ここで、具体的に実施した実施例について説明する。
図１３（ａ）は実施例１１に係るアクチュエータ１１を示す。このアクチュエータ１１は、基板１における補強部２が設けられた面が同じ方向を向きかつ基板幅方向に互いに平行に２００μｍの間隔を空けて並ぶ２つの駆動部１０を備えており、この各駆動部１０の形状は，上記実施例９のアクチュエータの駆動部と同様である。そして、これら２つの駆動部１０を、該駆動部１０の基板長さ方向の両端部にて連結部材２３ａ，２３ｂを介して互いに並列に連結した。連結部材２３ａは、２つの駆動部１０の基板１に一体形成したものであり、連結部材２３ｂは、２つの駆動部１０の補強部２を連結部材２３ｂ側へ延長した部分に固定したものである。
そして、連結部材２３ａは固定部材を兼ねることができ、連結部材２３ｂは可動部材を兼ねることができるので、このまま微動機構としてアクチュエータ１１の駆動部１０を駆動した。すなわち、２つの駆動部１０の個別電極５ａに同じ大きさの電圧を印加し、２つの駆動部１０の個別電極５ｂにも同じ大きさの電圧（個別電極５ａとは大きさが同じで正負が逆の電圧）を印加すると、図１３（ｂ）に示すように、基板１の連結部材２３ｂ側の端部は円弧状の軌跡を描くが、上記補強部２の延長部分の変形により、連結部材２３ｂは基板幅方向に直線に沿って移動した。
上記連結部材２３ｂの重量は２００ｍｇであり、各駆動部１０の基板厚み方向のたわみ量は１３μｍであった。そして、上記実施例１と同様の駆動電圧で、駆動周波数を変えながら駆動試験を行ったところ、連結部材２３ｂの移動量は±２．０μｍであり，駆動周波数７００Ｈｚまで安定して動作を行うことができた。また、位置決め精度、長期駆動特性及び耐衝撃特性は、上記実施例２のものと変わらなかった。
したがって、複数の駆動部１０を並列に連結したアクチュエータ１１では、駆動周波数を高くできることが分かった。また、このアクチュエータ１１を微動機構に用いた場合、可動部材を直線に沿って移動させ得ることが分かった。
図１４は実施例１２に係るカメラモジュールの撮像素子微動機構を示し、本実施例では、上記実施例１０（図１０参照）の２つのアクチュエータ１１（１１ａ，１１ｂ）を、各々、図１２（ａ）のように互いに並列に連結された２つの駆動部１０を有するものに変更したものである。各アクチュエータ１１の２つの駆動部１０の間隔は３００μｍとし、その他の各アクチュエータ１１の駆動部１０のサイズや電極構成、駆動電圧等は、実施例１０と同様にした。
本実施例では、固定部材１２が、固定部材側の連結部材を兼ねている。また、可動部材側の連結部材２３ａは、２つの駆動部１０の基板１における長さ方向の端部において相対向する側面同士を連結している。これにより、可動部材１３は、該可動部材１３に対し近い側に位置する駆動部１０の基板１に直接固定されているとともに、可動部材１３に対し遠い側に位置する駆動部１０の基板１には、間接的に固定されていることになる。尚、可動部材１３は、連結部材２３ａに固定するようにしてもよく、要するに、２つの駆動部１０に直接又は間接的に固定すればよい。
上記の構成にすることにより、撮影時間間隔が１ｍｓ（１０００Ｈｚ）に短縮し、より短い時間間隔で撮影が行えるようになり、さらに高画質の高解像度画像を得ることができるようになった。
（実施形態６）
図１５は、本発明の実施形態６に係る微動機構を示し、図１２（ｂ）のように、基板長さ方向の端部にて互いに直列に連結した２つの駆動部１０（図１５では、一方の駆動部の符号１０ａとし、他方の駆動部の符号を１０ｂとしている）を有するアクチュエータ１１により構成したものである。
本実施形態では、２つの駆動部１０同士は、基板厚み方向から見て互いに直交する方向に延びており、一方の駆動部１０ａにおける連結部材２３ｃと反対側の端部が固定部材１２に固定され、他方の駆動部１０ｂにおける連結部材２３ｃと反対側の端部に可動部材１３が固定されている。
基板長さ方向の端部にて互いに直列に連結した２つの駆動部１０同士が互いに平行に並んでいなければ、各駆動部１０で発生する変位を組み合わせて、可動部材１３を所定の平面内で２次元的に動かすことができるようになる。そして、本実施形態のように２つの駆動部１０同士を互いに直交するように連結すると、可動部材１３を互いに直交する２軸方向に容易に駆動制御できるようになる。すなわち、可動部材１３のＸ軸方向の移動は、Ｙ軸方向に延びる駆動部１０（固定部材側の駆動部１０ａ）のみの制御で行い、Ｙ軸方向の移動は、Ｘ軸方向に延びる駆動部１０（可動部材側の駆動部１０ｂ）のみの制御で行うことができる。
このように２つの駆動部１０を直列に連結した場合、固定部材１２から可動部材１３までの駆動部１０に沿った長さがかなり長くなり、このため、各駆動部１０に補強部２が設けられていないと、可動部材１３の基板厚み方向のたわみ量が非常に大きくなるが、本実施形態では、補強部２により基板１の厚み方向の曲げ剛性が高くなっているので、可動部材１３が本来の平面内からずれるのを有効に抑制することができる。
尚、３つ以上の駆動部１０を直列に連結した場合には、相隣接する２つの駆動部１０同士を、基板厚み方向から見て互いに直交する方向に延びるようにすればよい。
上記のように可動部材１３を互いに直交する２軸方向に移動させる微動機構をカメラモジュールに用いて、撮像素子１３を移動させるようにすれば、より一層高解像度の画像が得られるようになる。
図１６は、可動部材１３（撮像素子）を互いに直交する２軸方向に移動させる微動機構を用いて、４倍の画素数の高解像度画像を得る場合の受光部１５ａの位置の変化を模式的に示すものである。先ず、最初に同図中の「１」で示される位置に受光部１５ａがあるときに画像の取り込みを行い、続いて、微動機構により、受光部１５ａを、Ｘ軸方向に動かして同図中の「２」の位置に移動させ、該「２」の位置にある受光部１５ａで第２の画像を取り込む。次いで、微動機構により、受光部１５ａを上記Ｘ軸方向と垂直なＹ軸方向に動かして図中の「３」の位置に移動させ、該「３」の位置にある受光部１５ａで第３の画像を取り込み、その後、微動機構により、受光部１５ａをＸ軸方向（「１」から「２」への移動とは反対側）に動かして図中の「４」の位置に移動させ、該「４」の位置にある受光部１５ａで第４の画像を取り込む。そして、これら４つの画像を合成することにより、４倍の画素数の高解像度画像を得ることができる。尚、より細かく撮像素子の位置制御を行うことで、更に高解像度の画像を得ることができるようになる。
図１７は、可動部材１３の上面に設けた撮像素子１５を固定部材１２（つまり光学レンズ）に対して光学レンズの光軸と垂直な２軸方向に移動させることが可能なカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す。この微動機構は、上記実施例１０と同様に、可動部材１３を２つのアクチュエータ１１により支持しかつ駆動するようにしたものである。この各アクチュエータ１１は、図１５のアクチュエータ１１と同様に、互いに直交する方向に延びるように直列に連結された（本実施形態では、基板１同士が連結部材を介さずに直接連結されている）２つの駆動部１０（１０ａ，１０ｂ）を有している。また、各駆動部１０の第１の電極層５は、上記実施例１０と同様に４つの個別電極５ａ〜５ｄに分割されている。
上記各アクチュエータ１１において、一方の駆動部１０ａの基板１における長さ方向の一端部が、上記実施例１０と同様の固定部材１２に固定され、他端部に、他方の駆動部１０ｂの基板１における長さ方向の一端部が固定されており、この他方の駆動部１０ｂの基板１における長さ方向の他端部に、可動部材１３の取付部１３ａが取付固定されている。また、各アクチュエータ１１において、上記一方の駆動部１０ａは、図１７に示すＸ軸方向に延びている一方、上記他方の駆動部１０ｂは、一方の駆動部１０ａとは垂直なＹ軸方向に延びている。そして、上記一方の駆動部１０ａを駆動することで、可動部材１３（撮像素子１５）をＹ軸方向に移動させ、上記他方の駆動部１０ｂを駆動することで、可動部材１３をＸ軸方向に移動させるようになっている。このことで、可動部材１３を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の２軸方向に移動させることが可能になる。
尚、上記各アクチュエータ１１において２つの駆動部１０ａ，１０ｂ同士を互いに垂直な方向に延びるようにする必要は必ずしもない。２つの駆動部１０ａ，１０ｂ間のなす角度が直角でない場合であっても、２つの駆動部１０ａ，１０ｂを協調して駆動することにより、可動部材１３を所定の平面内で任意の方向に動かすことができる。
ここで、具体的に実施した実施例について説明する。
本実施例では、図１７と同様のカメラモジュールの撮像素子微動機構を作製した。基板、補強部、固定部材及び可動部材は、上記実施例１０と同様に、シリコン基板に対しドライエッチングを施すことにより一体形成した。また、各アクチュエータの駆動部は、上記実施例１０と同様のものとした。この微動機構の可動部材（撮像素子）を、図１６で説明したように移動させることで４つの画像を取り込み、これらを合成することにより、４倍の画素数の高解像度画像を得ることができた。
図１８は、実施例１４に係るカメラモジュールの光学レンズ微動機構を示す。本実施例では、撮像素子を移動させるのではなくて、光学レンズを移動させるようにしたものである。
すなわち、可動部材１３は光を透過する材質からなり、この可動部材１３上に光学レンズ７を固定した。この光学レンズ７の光軸は、図１８の紙面に垂直な方向に延びている。そして、この光学レンズ７を通った光を受ける受光部を有する撮像素子を、光学レンズ７の図１８の紙面裏側に配置して固定部材１２に対し間接的に固定した。その他の構成は上記実施例１２と同様であり、光学レンズ７を、固定部材１２（つまり撮像素子）に対して光学レンズ７の光軸と垂直な２軸方向（図１８のＸ軸方向及びＹ軸方向）に移動させることで、４倍の画素数の高解像度画像を得るように構成した。光学レンズ７の重量は撮像素子の約１／１０であるため、撮像素子を移動させる場合に比べて、アクチュエータの駆動電力が少なくて済み、光学レンズ７をより高速で動作させることができ、画質をさらに高めることができた。
図１９は、実施例１５に係るカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す。本実施例では、上記実施形態６のアクチュエータ１１と同様のアクチュエータ１１を４つ用いて微動機構を構成している。すなわち、この微動機構は、Ｘ軸方向に延びる固定部材側の駆動部１０ａとＹ軸方向に延びる可動部材側の駆動部１０ｂとを有する２つのアクチュエータ１１ａと、Ｙ軸方向に延びる固定部材側の駆動部１０ｃとＸ軸方向に延びる可動部材側の駆動部１０ｄとを有する２つのアクチュエータ１１ｂとを備えている。そして、可動部材１３（撮像素子）をＸ軸方向に移動させる場合には、２つのアクチュエータ１１ａの駆動部１０ｂ及び２つのアクチュエータ１１ｂの駆動部１０ｃを協調して動かし、Ｙ軸方向に移動させる場合には、２つのアクチュエータ１１ａの駆動部１０ａ及び２つのアクチュエータ１１ｂの駆動部１０ｄを協調して動かすようにする。
本実施例では、固定部材１２の貫通孔１２ａの面積を出来る限り小さくして、微動機構全体を小さくするために、固定部材側の駆動部１０ａ，１０ｃと、可動部材側の駆動部１０ｂ，１０ｄとで、基板１の長さ及び幅を異ならせている。具体的には、駆動部１１ａ，１１ｃでは、基板１の長さは１０ｍｍ、幅は８００μｍであり、駆動部１１ｂ，１１ｄでは、基板１の長さは９ｍｍ、幅は４００μｍである。
上記の構成により、可動部材１３をＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ±１．０μｍづつ移動させることができた。また、撮像素子の画素ピッチを４μｍとして、微動機構を動かしながら、４枚の画像を撮影することにより、４倍の画素数の高解像度化像を得ることができた。
（実施形態７）
図２０は、本発明の実施形態７に係る微動機構の構成を示す。この微動機構のアクチュエータ１１は、角速度センサにより検出された手ブレを打ち消すように撮像素子や光学レンズ等を移動させる手ブレ補正機構に特に好適に用いることができる。
すなわち、上記のような画素ずらしを行う場合には、可動部材１３の移動量としては±２．５μｍあれば十分であったが、手ブレ補正機構では、撮像素子の１０画素に相当する移動量（画素ピッチ２μｍの撮像素子を用いる場合は、２０μｍ）が必要となる。そこで、本実施形態では、可動部材１３の移動量を増大させるべく、アクチュエータ１１が複数（図２０では４つ）の駆動部１０を備えるようにするとともに、これら複数の駆動部１０同士を、基板１における補強部２が設けられた面が同じ方向を向きかつ基板幅方向に互いに平行に並んだ状態で、上記実施形態５で説明した如く、該駆動部１０の基板長さ方向の端部にて連結部材２３ｃを介して互いに直列に連結するようにする。そして、一方の端に位置する駆動部１０における隣接の駆動部１０と連結されていない端部が固定部材１２に固定され、他方の端に位置する駆動部１０における隣接の駆動部１０と連結されていない端部に可動部材１３が固定されている。尚、本実施形態では、上記一方の端に位置する駆動部１０及び固定部材１２は、２つの相隣接する駆動部１０同士を連結する連結部材２３ｃと同様の連結部材２３ｄを介して互いに連結固定され、上記他方の端に位置する駆動部１０及び可動部材１３も、連結部材２３ｅを介して互いに連結固定されている。
上記の構成により、各駆動部１０を蛇腹の如く伸縮するようにそれぞれ協調駆動することで、可動部材１３のＸ軸方向の移動量を、全駆動部１０の基板幅方向の変位量の総和と同じ量にすることができ、可動部材１３の移動量をかなり増やすことが可能になる。
尚、駆動部１０の幅が全駆動部１０の長さの総和に比して小さくなるため、上記実施形態５で説明したように、可動部材１３を高速動作させることが困難になるが、手ブレ補正では、一般的に、画素ずらしの場合にくらべて動作が遅くてもよく、１００Ｈｚ程度の周波数の電圧で駆動できれば十分である。
図２１は、上記図２０の微動機構のアクチュエータ１１を６つ用いて構成したカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す。この微動機構は、固定部材１２の貫通孔１２ａ内に配設された可動部材１３及び中間部材１４並びに６つの上記アクチュエータ１１を備えている。上記可動部材１３は、図１７の微動機構と同様の撮像素子１５を備えているとともに、中間部材１４の中央部に設けた貫通孔１４ａ内に配置されている。上記６つのアクチュエータ１１のうち２つ（図２１では、これら２つのアクチュエータの符号を１１ａとしている）は、可動部材１３を図２１のＸ軸方向に移動させるために用いられている。また、残り４つ（図２１では、これら４つのアクチュエータの符号を１１ｂとしている）は、可動部材１３を図２１のＹ軸方向に移動させるために用いられている。
具体的には、上記アクチュエータ１１ａは、上記貫通孔１４ａ内において上記可動部材１３のＸ軸方向両側に１つずつ配置されており、該各アクチュエータ１１ａにおける一方の端に位置する駆動部１０が中間部材１４の貫通孔１４ａの内周面に固定され、他方の端に位置する駆動部１０に上記可動部材１３が固定されている。これにより、中間部材１４は、アクチュエータ１１ａに対しては、図２０の微動機構の固定部材１２に相当する。
また、上記アクチュエータ１１ｂは、上記貫通孔１２ａ内において上記中間部材１４のＹ軸方向両外側に２つずつ配置されており、該各アクチュエータ１１ｂにおける一方の端に位置する駆動部１０が固定部材１２の貫通孔１２ａの内周面に固定され、他方の端に位置する駆動部１０に上記中間部材１４が固定されている。これにより、中間部材１４は、アクチュエータ１１ｂに対しては、図２０の微動機構の可動部材１３に相当する。
そして、２つのアクチュエータ１１ａの各駆動部１０の駆動により、可動部材１３を中間部材１４に対しＸ軸方向に移動させ、４つのアクチュエータ１１ｂの各駆動部１０の駆動により、中間部材１４を固定部材１２に対しＹ軸方向に移動させるようにする。これにより、６つのアクチュエータ１１の各駆動部１０を協調駆動することによって、可動部材１３（撮像素子１５）を固定部材１２（つまり光学レンズ）に対し、光学レンズの光軸と垂直な２軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動させることができるようになる。この可動部材１３（撮像素子１５）の移動量は、上記の如くかなり大きくなるので、角速度センサにより検出した手ブレを打ち消すように可動部材１３を移動させることにより，手ブレを補正することが可能となる。
本実施例では、図２０と同様の微動機構のアクチュエータを作製した。このとき、各アクチュエータにおける各駆動部の基板は、長さ１０ｍｍ、幅５００μｍ、厚み５０μｍの大きさとした。また、補強部は、高さ２００μｍ、幅５０μｍ、長さ１０ｍｍの大きさとし、第１の電極層の４つの個別電極のそれぞれを、長さ４．５ｍｍ、幅２２０μｍの大きさとした。さらに、各駆動部のその他の部分は上記実施例２と同様にした。
そして、上記１つの駆動部において四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つ個別電極に−５Ｖを印加し、残る２つの個別電極に＋５Ｖを印加すると、基板の長さ方向一端側に対して他端側が基板の幅方向に２．５μｍ変位した。また、印加する電圧を逆にすると、逆向きに２．５μｍ変位した。すなわち、１つの駆動部で可動部材を５μｍ移動させることが可能であり、この駆動部を図２０のように４つ連結したアクチュエータを用いて微動機構を構成すれば、各駆動部の４つの個別電極に＋５Ｖ又は−５Ｖの電圧を印加することにより、可動部材を所定の平面内で２０μｍ四方の範囲で自由に位置決めをすることができるようになる。
さらに、上記アクチュエータを６つ用いて、図２１と同様のカメラモジュールの微動機構を構成し、角速度センサにより手ブレの移動量を検出して、手ブレ補正動作を行ったところ、手ブレが良好に補正されて高品質の画像を得ることができた。
本発明のアクチュエータは、カメラモジュールにおいて画素ずらしや手ブレ補正を行うために撮像素子又は光学レンズを移動させる微動機構に有用であるとともに、ハードディスクや光ディスクの読み取りヘッドの微小な位置決め機構、或いはマイクロミラーやマイクロシャッターの駆動機構等にも有用である。
本発明は、基板の長さ方向一端側に対して他端側を該基板の幅方向に変位させる駆動部を有するアクチュエータ及び該アクチュエータを備え物体を微小量だけ移動させるようにした微動機構並びに該微動機構を備えたカメラモジュ−ルに関する技術分野に属する。
一般に、圧電材料で構成された圧電アクチュエータは、応答速度が速く、高精度な制御が可能である。この圧電アクチュエータの応用の一つに、或る平面内で物体を高速に微動させるようにした微動機構がある（例えば特許文献１参照）。このような微動機構を構成するためには、例えば図２２に示すような圧電アクチュエータ６００を用いる。この圧電アクチュエータ６００は、厚み方向（図２２に示すＺ軸方向）に分極処理された板状圧電材料からなる圧電体層４００と、この圧電体層４００の厚み方向一方の面に設けられた第１の電極層４０１と、圧電体層４００の厚み方向他方の面に設けられた第２の電極層４０２とを備えている。上記第１の電極層４０１は、圧電体層４００の幅方向（Ｘ軸方向）に並んで圧電体層４００の長さ方向（Ｙ軸方向）に延びる２つの個別電極４０１ａ，４０１ｂに分割されている。そして、第１及び第２の電極層４０１，４０２を介して圧電体層４００に電圧を印加すると、圧電体層４００に電界が加えられる。このとき、第１の電極層の一方の個別電極４０１ａと第２の電極層４０２との間の電界４０３ａ（図２２では、下向き）と、第１の電極層の他方の個別電極４０１ｂと第２の電極層４０２との間の電界４０３ｂ（図２２では、上向き）とでは、大きさは同じであるが、向きが互いに逆になるようになされており、この結果、圧電体層４００の幅方向一方側が長さ方向に伸長するときには、他方側が長さ方向に収縮し、これにより、圧電体層４００の長さ方向一端側に対して他端側が圧電体層４００の幅方向（収縮している側）に変位することになる。
図２３は、上記圧電アクチュエータ６００を用いて構成した微動機構を示す。つまり、圧電アクチュエータ６００の圧電体層４００における長さ方向の一端部を固定部材６０１に固定する一方、他端部に可動部材６０２を固定することで微動機構を構成する。この微動機構では、上記２つの個別電極４０１ａ，４０１ｂに対し上記のような電圧を印加して圧電アクチュエータ６００を駆動することにより、可動部材６０２を所定の平面内で固定部材６０１に対して圧電体層４００の幅方向に微小量だけ移動させることが可能になる。
そして、上記のような微動機構は、例えば図２４に示すような、撮像素子５００と光学レンズ５０１とを備えたカメラモジュールにおいて、撮像素子５００を光学レンズ５０１に対して、光学レンズ５０１の光軸Ｏと垂直な面内で相対移動させることで撮像素子の解像度よりも高い解像度の画像を得るようにする技術（いわゆる画素ずらし）に用いられる（例えば特許文献２参照）。ここで、図２４において、５０２は、撮像素子を保持する可動部材としてのホルダ−５０２であり、５０３は、このホルダ−５０２（撮像素子）を図中のＹ軸方向に移動させる圧電アクチュエータであり、５０４は、ホルダ−５０２（撮像素子）を図２４の紙面と垂直な方向に移動させる圧電アクチュエータである。
また、上記のような微動機構は、特許文献３に示されているようなカメラの手ブレ補正機構に用いることもでき、この手ブレ補正機構では、微動機構によって、角速度センサにより検出された手ブレを打ち消すように、撮像素子や光学レンズ等を移動させるようにする。
特開２００１−３３９９６７号公報 特開２００４−９６６７３号公報 特開２００４−３４８１４７号公報
しかしながら、上記従来の微動機構では、圧電体層の剛性により、撮像素子や光学レンズ等を含む可動部材を支持することになるので、圧電体層の厚みが小さいと、可動部材の支持剛性が不足して、可動部材の重量により圧電アクチュエータ（圧電体層）が圧電体層の厚み方向にたわんでしまい、この結果、可動部材を、本来移動させるべき平面内で移動させることができなくなってしまうという問題がある。そこで、可動部材の支持剛性を高めるために圧電体層の厚みを大きくすることが考えられるが、圧電体層の厚みを大きくすると、可動部材の移動量を或る程度確保するためには圧電体層の駆動電圧を大きくするか、又は圧電体層の長さを長くする必要がある。また、圧電体層の厚みを大きくすることには限界があり、このため、重量がかなり大きい可動部材の場合には、可動部材を確実に支持することは困難となる。
特に、上記のような微動機構を上記カメラモジュールにおける画素ずらしや手ブレ補正に適用した場合においては、圧電アクチュエータが圧電体層の厚み方向にたわむと、撮像素子と光学レンズとの間の距離が変化するため、像がぼやけて鮮明な画像が得られなくなるという問題がある。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記撮像素子や光学レンズ等を含む可動部材を所定の平面内で微動させるようにするためのアクチュエータに対して、その構成を改良することによって、可動部材を確実に支持して、可動部材が本来の移動平面内からずれるのを抑制しようとすることにある。
上記の目的を達成するために、この発明では、可動部材を移動させる機能と、可動部材を支持する機能とを分離する、すなわち、可動部材を支持する機能を、基板及び補強部に持たせ、可動部材を移動させる機能を、圧電素子等のような、基板の長さ方向一端側に対して他端側を基板の幅方向に変位させる変位手段に持たせるとともに、上記補強部を、該補強部の基板幅方向の曲げ剛性が基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成して、補強部を基板厚み方向よりも基板幅方向に曲がり易くした。
具体的には、第１の発明では、厚み方向から見て所定の幅及び長さを有する基板と、該基板の厚み方向一方の面に設けられた補強部と、上記基板の厚み方向他方の面に設けられ、該基板の長さ方向一端側に対して他端側を基板の幅方向に変位させる変位手段とを有する駆動部を備えたアクチュエータを対象とする。
そして、上記補強部は、該補強部の上記基板幅方向の曲げ剛性が上記基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成されているものとする。
上記の構成により、補強部の形状を変えることにより、補強部を含む基板の厚み方向の曲げ剛性と幅方向の曲げ剛性とを自在に変えることができる。そして、補強部を、該補強部の基板幅方向の曲げ剛性が基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成することにより、補強部を含む基板の幅方向の曲げ剛性を補強部がないときと殆ど変わらないようにして、変位手段による基板の幅方向の変位を妨げないようにすることができる。一方、補強部を含む基板の厚み方向の曲げ剛性を補強部がないときよりも高くして、基板が厚み方向にたわむのを抑制することができる。この結果、基板は、その幅方向には変位手段によりスムーズに変位することができるとともに、可動部材を支持しても、基板の厚み方向には変形しにくく（曲がりにくく）することができる。したがって、駆動部の基板長さ方向の一端部を固定部材に固定しかつ他端部に可動部材を固定することで、該可動部材を移動（微動）させる微動機構を構成した場合に、その可動部材が本来の平面内からずれるのを抑制することができ、可動部材を所定の平面内で確実に移動（微動）させるようにすることができる。
第２の発明では、第１の発明において、補強部は，基板の厚み方向一方の面において該基板の長さ方向に連続して設けられているものとする。
このことにより、基板の厚み方向の変形を抑制する効果がより大きくなる。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、より重量のある可動部材を移動させるようにすることが可能となる。
第３の発明では、第１の発明において、補強部は、基板の厚み方向一方の面における幅方向略中央に設けられているものとする。
このことで，補強部を含む基板の幅方向一方側への曲げ剛性と他方側への曲げ剛性とを略同じにすることができ、これにより、基板を幅方向に変形させる手段の配置が容易になり、アクチュエータの制御を高精度に行えるようになる。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材のより精密な移動制御が可能となる。
第４の発明では、第１の発明において、補強部は、金属材料で構成されているものとする。
こうすることで、延性に富む金属材料を用いて補強部を構成することにより、アクチュエータの耐衝撃特性が向上する。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材の支持剛性の向上に加えて、アクチュエータの耐衝撃特性が向上する。
第５の発明では、第４の発明において、補強部は、めっき材からなるものとする。
このことにより、基板上に、非金属材料からなる型を形成し、この型を用いて補強部をめっきにより形成することで、微細構造を有する補強部を容易に形成することができる。また、この形成方法により、補強部の形状精度や取付精度を高めることができるとともに、基板との密着力も向上する。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材のより精密な移動制御が可能になるとともに、長期間駆動したときの信頼性を向上させることができる。
第６の発明では、第５の発明において、補強部と基板との間に、該基板上に該補強部をめっきにより形成するときにおける該めっき成長のための核形成を補助する材料が含有された核形成補助材料含有層が形成されているものとする。
このことで、基板が非金属材料からなっていても、基板上にめっき材からなる補強部を容易に形成することができ、これにより、基板と補強部とを強固に接続することが可能となり、アクチュエータの長期駆動特性や耐衝撃特性等が向上する。特に、核形成を補助する材料として、無電界めっき液に対して触媒作用を持つＦｅ、Ｎｉ、Ｐｄ等を用いることで、非金属基板上に無電界めっき材からなる補強部を容易に形成することができる。
第７の発明では、第４の発明において、補強部を除く駆動部の周囲が非金属材料によって覆われているものとする。
こうすることで、補強部をめっきにより形成する際に、不要な部分にめっきが形成されるのを防止することができ、補強部をめっきにより効率良く作製することができる。また、アクチュエータの駆動部を非金属材料によって保護することが可能になる。
第８の発明では、第１の発明において、基板は、金属材料で構成されているものとする。
このことにより、延性に富む金属材料を用いて基板を構成することにより、アクチュエータの耐衝撃特性が向上する。また、金属材料は導電性を持つことから、補強部を基板に直接電気めっきにより形成することができる。さらに、基板及び補強部の両方を金属材料で構成すれば、金属同士の密着性は優れているので、アクチュエータの信頼性をも向上させることができる。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材の移動精度が向上するととともに、アクチュエータの耐衝撃特性を向上させることができる。
第９の発明では、第１の発明において、補強部は，基板に一体形成されたものであるとする。
こうすることで、補強部の基板に対する位置精度が向上するとともに、補強部が基板から外れることがない。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材の位置決め精度及び長期間駆動したときの信頼性が向上する。
第１０の発明では、第１の発明において、補強部の基板幅方向の長さの平均値を基板の幅の平均値のα倍とし、該補強部の基板厚み方向の長さの平均値を基板の厚みの平均値のβ倍としたとき、上記α及びβの値は、
０．０５＜α＜０．４５、
１＜β＜１０、及び
０．００１＜α3β＜０．１
を全て満たすものとする。
このことで、変位手段による基板の幅方向の変位を妨げないようにしつつ、基板の厚み方向の変形を確実に抑制することが可能な最適な補強部が得られる。
第１１の発明では、第１の発明において、基板の幅は、該基板の厚みに対して１倍を越え２０倍以下に設定され、上記基板の長さは、該基板の幅に対して４倍以上に設定されているものとする。
このことにより、変位手段からエネルギーを最も効果的に取り出して、基板の幅方向への変位を効率良く行わせることができるとともに、その変位量を十分に確保することができる。
第１２の発明では、第１の発明において、変位手段は、圧電体層と、該圧電体層の厚み方向一方の面に設けられた第１の電極層と、圧電体層の厚み方向他方の面に設けられた第２の電極層とで構成されており、上記第１及び第２の電極層の少なくとも一方は、上記圧電体層に、基板の長さ方向一端側に対して他端側を該基板の幅方向に変位させるための電界を加えることが可能なように２つ以上の個別電極に分割されているものとする。
このことで、変形手段を容易に構成することができる。また、従来のアクチュエータでは、圧電体層により可動部材を支持する必要があったが、本アクチュエータでは、そうする必要はないので、圧電体層を薄くすることができ、低電圧で圧電素子を駆動することが可能となる。したがって、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、基板の厚み方向の変形を抑制し、低電圧で可動部材を基板の幅方向に移動させるようにすることができる。
第１３の発明では、第１２の発明において、第１及び第２の電極層の少なくとも一方は、４つ以上の個別電極に分割されているものとする。
このことにより、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、低電圧で可動部材を移動させることができることに加えて、基板を幅方向に木目細かく変形させることができるようになり、可動部材の動きの自由度を増大させることができる。
第１４の発明では、第１２の発明において、全ての個別電極の表面積が略同じであるとする。
このことで、各個別電極に加えた電圧が等しければ、圧電体層における各個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさが等しくなる。これにより、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材の移動制御が容易になるとともに、各個別電極に電圧を加える駆動回路の構成が簡素になる。
第１５の発明では、第１２の発明において、第１及び第２の電極層の少なくとも一方は、基板幅方向に並ぶ２つの個別電極に分割されており、圧電体層において上記２つの個別電極のうち一方に対応する部分に加えられる電界の大きさと、他方に対応する部分に加えられる電界の大きさとが互いに異なるものとする。
こうすることで、基板を幅方向だけでなく、厚み方向にも変形させるようにすることができる。これにより、本アクチュエータにより微動機構を構成した場合に、可動部材の重量により基板が厚み方向にたわんだとしても、そのたわみを打ち消すように変位手段を作動させて、可動部材が本来の平面内からずれるのを抑制することができるようになる。このように、基板の厚み方向に生じるたわみを補正できることから、より重い可動部材であっても問題はなく、また、可動部材を基板幅方向だけでなく、基板厚み方向に移動させる微動機構を構成することもできる。
第１６の発明では、第１２の発明において、第１及び第２の電極層の少なくとも一方は、基板の厚み方向から見て四角形の頂点にそれぞれ位置するように基板幅方向及び基板長さ方向に２つずつ並ぶ４つの個別電極に分割されており、圧電体層において、上記四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさが共に同じであり、残り２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさが共に同じであるものとする。
このことにより、可動部材の移動軌跡を直線にすることができ、可動部材を厳密に直線に沿って移動させる必要がある場合に有用である。
第１７の発明では、第１６の発明において、圧電体層において、四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさと、残り２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさとが互いに異なるものとする。
このことで、可動部材を直線に沿って移動させることができることに加えて、第１５の発明と同様に、基板を幅方向だけでなく、厚み方向にも変形させるようにすることができる。
第１８の発明では、第１の発明において、基板における補強部が設けられた面が同じ方向を向きかつ基板幅方向に互いに平行に並ぶ複数の駆動部を備え、上記複数の駆動部同士が、該駆動部の基板長さ方向の両端部にて互いに並列に連結されているものとする。
すなわち、駆動部が１つである場合には、可動部材の移動量を大きくするには、基板の幅を小さくして基板の幅方向の変位量を大きくする必要があるが、基板の幅を小さくすると、基板の幅方向の曲げ剛性が小さくなりすぎて、基板の幅方向の共振特性が低下し、これにより、印加する電圧を高速で変化させる等して駆動部を高速で駆動しようとしても、その電圧の変化等に基板の変形が即座に追従しなくなって、可動部材を高速で移動させることが困難になる。しかし、本発明の構成では、可動部材の支持特性及び基板の幅方向の共振特性を、駆動部が１つである場合と同等にしつつ、基板の幅方向の変位量を大きくすることができるようになる。この結果、少なくとも１つの駆動部の基板長さ方向の一端部を固定部材に固定し、少なくとも１つの駆動部の基板長さ方向の他端部に可動部材を固定して微動機構を構成した場合、駆動部が１つである場合に比べて、可動部材を高速で移動させるようにすることができるとともに、可動部材の移動量を増やすことができる。また、複数の駆動部の変形特性を同じにすることで、可動部材を直線に沿って移動させることができるようになる。
第１９の発明では、第１の発明において、基板における補強部が設けられた面が同じ方向を向く複数の駆動部を備え、上記複数の駆動部同士が、該駆動部の基板長さ方向の端部にて互いに直列に連結されているものとする。
すなわち、互いに直列に連結された複数の駆動部のうち一方の端に位置する駆動部における他の駆動部と連結されていない端部を固定部材に固定し、他方の端に位置する駆動部における他の駆動部と連結されていない端部に可動部材を固定して微動機構を構成した場合、駆動部が１つである場合に比べて、可動部材の動きの自由度及び移動量を増すことは可能であるが、可動部材が本来の平面内からずれ易くなるという問題がある。しかし、この発明では、補強部により基板の厚み方向の曲げ剛性を大きくすることができるので、可動部材が本来の平面内からずれるのを有効に抑制することができる。よって、可動部材を所定の平面内で確実に移動させるようにしつつ、可動部材の動きの自由度及び移動量を増大することができる。
第２０の発明では、第１９の発明において、相隣接する２つの駆動部同士が、基板厚み方向から見て互いに直交する方向に延びているものとする。
この構成により、可動部材を、その移動させる平面内において互いに直交する２軸方向に自在に移動させるようにすることができるとともに、第１軸方向に延びる駆動部により可動部材の第２軸方向の移動を制御することができ、第２軸方向に延びる駆動部により可動部材の第１軸方向の移動を制御することができ、可動部材の位置決め制御が容易になる。
第２１の発明では、第１９の発明において、複数の駆動部同士が、基板幅方向に互いに平行に並んだ状態で、該駆動部の基板長さ方向の端部にて連結部材を介して互いに直列に連結されているものとする。
こうすることで、可動部材の移動量を、全駆動部の基板幅方向の変位量の総和と同じ量にすることができ、駆動部が１つである場合に比べて、格段に増大させることができる。この結果、本アクチュエータを、可動部材を大きく移動させる必要がある微動機構、例えば手ブレ補正機構に好適に用いることができるようになる。
第２２の発明は、可動部材を固定部材に対して移動させる駆動部を有するアクチュエータを備えた微動機構の発明であり、この発明では、上記アクチュエータの駆動部は、厚み方向から見て所定の幅及び長さを有する基板と、該基板の厚み方向一方の面に設けられた補強部と、上記基板の厚み方向他方の面に設けられ、該基板の長さ方向一端側に対して他端側を基板の幅方向に変位させる変位手段とを有し、上記補強部は、該補強部の上記基板幅方向の曲げ剛性が上記基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成され、上記駆動部の基板長さ方向の一端部が上記固定部材に固定され、他端部に上記可動部材が固定されており、更に上記駆動部は、上記変位手段の作動により上記可動部材を上記固定部材に対して上記基板幅方向に移動させるように構成されているものとする。
この発明により、可動部材の重量によって、駆動部が本来変形すべき方向（基板の幅方向）とは異なる方向（基板の厚み方向）に変形するのを抑制することができ、可動部材を所定の平面内で確実に移動させることができる。また、２つ以上の駆動部により可動部材を支持するようにすれば、基板の厚み方向の変形をさらに抑制することができる。
第２３の発明は、撮像素子と、該撮像素子に光を導く光学レンズと、該撮像素子又は光学レンズを、該光学レンズの光軸と垂直な方向に移動させる駆動部を有するアクチュエータとを備えたカメラモジュールの発明である。
そして、この発明では、上記アクチュエータの駆動部は、厚み方向から見て所定の幅及び長さを有する基板と、該基板の厚み方向一方の面に設けられた補強部と、上記基板の厚み方向他方の面に設けられ、該基板の長さ方向一端側に対して他端側を基板の幅方向に変位させる変位手段とを有し、上記補強部は、該補強部の上記基板幅方向の曲げ剛性が上記基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成され、上記駆動部の基板長さ方向の一端部が固定部材に固定され、他端部に上記撮像素子又は光学レンズが固定されており、更に上記駆動部は、上記変位手段の作動により上記撮像素子又は光学レンズを上記固定部材に対して該光学レンズの光軸と垂直な方向に移動させるように構成されているものとする。
この発明のカメラモジュ−ルは、第２２の発明と同様の微動機構を備えていることになるので、小型・軽量で高品質・高解像度のカメラモジュ−ルを実現することができる。
本発明のアクチュエータによると、可動部材を支持する機能を、変位手段とは別の基板及び補強部に持たせるとともに、この補強部を、該補強部の基板幅方向の曲げ剛性が基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状にすることにより、変位手段による基板の幅方向の変位を妨げないようにしつつ、基板（駆動部）が該基板の厚み方向に変形するのを抑制することができる。したがって、本発明のアクチュエータを用いて微動機構を構成した場合に、可動部材を所定の平面内で確実に移動させることができるようになる。また、変位手段が圧電素子等で構成されている場合には、圧電体層の厚みを薄くして圧電素子の駆動電圧を低下させることができるとともに、圧電体層の厚みを薄くしても、基板及び補強部により可動部材を確実に支持することができ、駆動電圧の低下と可動部材支持との両立を図ることができる。よって、アクチュエータ（延いては微動機構やこの微動機構を用いたカメラモジュール等）の小型化及び駆動電圧の低下を実現することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るアクチュエータ１１を示し、このアクチュエータ１１は、厚み方向（図１に示すＺ軸方向（ここでは、上下方向））から見て所定の幅及び長さを有する矩形状の基板１を有する駆動部１０を備えている。この基板１の幅（Ｘ軸方向の長さ）は、該基板１の厚みに対して１倍を越え２０倍以下に設定されていることが好ましく、基板１の長さ（Ｙ軸方向の長さ）は、上記幅に対して４倍以上に設定されていることが好ましい。この幅及び長さにより、後述の如く基板１を幅方向に変位させる際に、該基板１をねじれさせないで幅方向へ効率良く変位させることができるとともに、その変位量を十分に確保することができる。
尚、本実施形態では、基板１の幅及び厚みは、長さ方向全体に亘って一定であるが、長さ方向の位置に応じて変化させてもよく、基板１がその幅方向に湾曲したものであってもよい。また、上記基板１としては、ガラス基板、シリコン基板、金属基板、セラミックス基板等が挙げられ、その材料の特性によって、アクチュエータ１１の動作特性や耐衝撃特性が変化する。特に金属基板は、アクチュエータ１１の耐衝撃特性を向上させることができて好ましい。
上記駆動部１０は、上記基板１の厚み方向一方の面（本実施形態では、下面）に設けられた補強部２と、基板１の厚み方向他方の面（本実施形態では、上面）に設けられ、基板１の長さ方向一端側に対して他端側を基板１の幅方向に変位させる変位手段としての圧電素子３とを更に有している。
上記圧電素子３は、上記基板１の厚み方向から見て該基板１と略同じ形状をなしかつ厚み方向に分極している圧電体層４と、この圧電体層４の厚み方向一方の面（本実施形態では、基板１と反対側の面（上面））に設けられた第１の電極層５と、圧電体層４の厚み方向他方の面（本実施形態では、基板１側の面（下面））に設けられた第２の電極層６とで構成されており、第１及び第２の電極層５，６を介して圧電体層４に電圧を印加することが可能に構成されている。上記圧電体層４は、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＺｒとＴｉとの組成比Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）からなっているが、圧電材料や組成は、これに限るものではなく、第１及び第２の電極層５，６への電圧の印加により圧電体層４に電界が加えられたときに、圧電効果により該電界の向きに対し垂直な方向（圧電体層４の長さ方向）に伸縮するものであればよい。
上記第１の電極層５は、圧電体層４の幅方向（Ｘ軸方向）に並んで圧電体層４の長さ方向（Ｙ軸方向）に延びる２つの個別電極５ａ，５ｂに分割されている。これら２つの個別電極５ａ，５ｂは、圧電体層４の幅方向中央線に対して互いに対称な位置に配設されていて、同じ表面積を有している。一方、上記第２の電極層６は、上記基板１の厚み方向から見て該基板１及び上記圧電体層４と略同じ形状をなしていて、共通電極とされている。そして、上記圧電体層４に、上記基板１の長さ方向一端側に対して他端側を該基板１の幅方向に変位させるための電界が加わるように、第１及び第２の電極層５，６に電圧が印加されるようになっている。すなわち、圧電体層４において一方の個別電極５ａに対応する部分（個別電極５ａと第２の電極層６との間の部分）に加えられる電界と、他方の個別電極５ｂに対応する部分（個別電極５ｂと第２の電極層６との間の部分）に加えられる電界とでは、大きさは同じであるが、向きが互いに逆になるように、第１及び第２の電極層５，６に電圧が印加される。
上記のような電圧の印加により、圧電体層４において上記一方の個別電極５ａと第２の電極層６との間の部分と、他方の個別電極５ｂと第２の電極層６との間の部分とでは、圧電体層４における長さ方向の伸縮が逆になる。つまり、圧電体層４の幅方向一方側が長さ方向に伸長するときには、他方側が長さ方向に収縮する。このとき、基板１は伸縮しないので、基板１を厚み方向に曲げる力が生じるが、この力は、圧電体層４が伸張する部分では下向きであり、収縮する部分では上向きであるので、駆動部１０全体としてはそれらの力が上下方向において打ち消しあって、基板１は上下方向に変形しない。その結果、圧電体層４の長さ方向に伸張する力と収縮する力とにより、基板１（駆動部１０全体）が基板１の幅方向に屈曲し（弾性変形し）、基板１の長さ方向一端側に対して他端側が基板１の幅方向（収縮している側）に変位する。厳密には、後の実施形態４で説明するように、基板１の長さ方向一端側に対して他端側が円弧状の軌跡を描いて変位する（上下方向に延びる軸周りに回転する）ために、基板１の幅方向の変位に加えて長さ方向の変位も生じることになるが、この長さ方向の変位量は、幅方向の変位量に比べて非常に小さく、特定の場合以外、問題とはならない。
尚、上記第２の電極層６は、圧電体層４の下面全体に設けられている必要はなく、第１の電極層５と同様に２つの個別電極に分割して、これら個別電極を圧電体層４の下面における上記第１の電極層５の２つの個別電極５ａ，５ｂにそれぞれ対応する部分に配置してもよい。この第２の電極層６が複数の個別電極に分割された場合には、それら個別電極の間の部分は、後述の製造方法では圧電体層４で満たされることになる。また、第２の電極層６のみを２つの個別電極に分割するようにしてもよい。さらに、第１及び第２の電極層５，６の少なくとも一方の分割数は、２つに限らず、それよりも多くてもよい。
上記補強部２は、該補強部２の基板幅方向（Ｘ軸方向）の曲げ剛性が基板厚み方向（Ｚ軸方向）の曲げ剛性よりも小さくなるような形状に形成されている。つまり、補強部２は、基板１の厚み方向よりも基板１の幅方向に曲がり易くなっている。本アクチュエータ１１においては、補強部２を含む基板１の幅方向の曲げ剛性が小さい方が、基板１の幅方向の変位量が大きくなるので、基板１の厚みが薄くかつ補強部２がない方が、基板１の幅方向の変位量が大きくなる。しかし、後述の如く、本アクチュエータ１１を微動機構に用いる場合には、可動部材を支持する機能が求められる。このため、基板１の幅方向の曲げ剛性を出来る限り大きくしないで、基板１の厚み方向の曲げ剛性を大きくする必要がある。そのために、基板１の厚み方向一方の面（圧電素子３とは反対側の面）における幅方向略中央に補強部２を設け、この補強部２の基板幅方向の曲げ剛性を基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さくなるようにしている。このような補強部２の一例として、図１に示すように、基板厚み方向（Ｚ軸方向）の長さが基板幅方向（Ｘ軸方向）よりも長い形状のものが考えられる。このような補強部２を基板１に取り付けることにより、基板１の幅方向の変位量の減少を最小限にとどめる一方、可動部材を支持しても、基板１の厚み方向のたわみを効果的に抑制することができるようになる。
上記補強部２の形状としては、該補強部２の基板幅方向（Ｘ軸方向）の長さの平均値を基板１の幅の平均値のα倍とし、補強部２の基板厚み方向（Ｚ軸方向）の長さの平均値を基板１の厚みの平均値のβ倍としたとき、これらα及びβの値は、
０．０５＜α＜０．４５、
１＜β＜１０、及び
０．００１＜α3β＜０．１
を全て満たすことが好ましい。こうすれば、圧電素子３による基板１の幅方向の変位を妨げないようにしつつ、基板１の厚み方向の変形を確実に抑制することが可能な最適な補強部２が得られる。
上記補強部２の材料は、上記基板１と同様の材料、つまりガラス、シリコン、金属、セラミックス等が好ましく、特に基板１と同じ材料にすれば、基板１との接合強度を向上させることができて非常に好ましく、また、基板１及び補強部２を共に金属材料で構成すれば、より一層好ましい。
尚、本実施形態では、補強部２は，基板１の下面において該基板１の長さ方向全体に亘って連続して設けられているが、基板１の長さ方向の一部に連続的に設けられていてもよく、分割状態で設けられていてもよい。
また、本実施形態では、補強部２の断面は、基板１の長さ方向全体に亘って一定であるが、基板１の長さ方向の位置に応じて変化させるようにしてもよい。例えば、後述の如く微動機構を構成したときに、補強部２の上下方向の長さを、固定部材側ほど長くし、可動部材側ほど短くするようにする。こうすれば、可動部材の重量によって生じる基板１のたわみの曲率を基板１の長さ方向全体に亘って一定にすることができる。この結果、圧電体層４のひずみ状態が一定になるように制御して、安定した駆動が行えるようになる。
さらに、本実施形態では、補強部２は、基板１の幅方向中央線に対して対称な形状をなして基板１の幅方向略中央に取り付けられているが、該中央線からずらした位置に補強部２を配置するようにしてもよい。すなわち、圧電体層４の材料組成や製造方法によっては、該圧電体層４の厚み方向に電界を加えた場合の圧電特性が該電界の向き（上向き又は下向き）により著しく異なる場合がある。つまり、圧電体層４において第１の電極層５の一方の個別電極５ａと第２の電極層６との間の部分と、他方の個別電極５ｂと第２の電極層６との間の部分とで圧電特性が異なる場合がある。このような場合に、補強部２を、基板１の幅方向中央からずらした位置に配置して、基板１が幅方向に曲がるように調整することができる。
また、本実施形態では、第１電極層５の２つの個別電極５ａ，５ｂの表面積を等しくしたが、上述のように圧電体層４において分極方向とその反対方向とで圧電特性が著しく異なる場合には、圧電体層４の圧電特性に合わせて、２つの個別電極５ａ，５ｂの表面積比を変化させたり、個別電極５ａ，５ｂ毎に印加する電圧の大きさを変えたりしても、本発明の効果に変わりはない。
次に、上記アクチュエータ１１を製造する方法を図２により説明する。
先ず、図２（ａ）に示すように、厚み方向から見て所定の幅及び長さを有する基板１を用意し、図２（ｂ）に示すように、この基板１上に、第２の電極層６をスパッタ法等の方法により形成する。
続いて、図２（ｃ）に示すように、上記第２の電極層６上に圧電体層４をスパッタ法により形成する。この圧電体層４の形成方法は、スパッタ法に限らず、他の形成方法（例えばゾル−ゲル法や水熱法等）を用いてもよい。
次いで、図２（ｄ）に示すように、上記圧電体層４上に第１の電極層５をスパッタ法等の方法により形成し、その後、図２（ｅ）に示すように、その第１の電極層５を、２つの所定形状の個別電極５ａ，５ｂに分割されるようにパターニングする。こうして基板１の上面に圧電素子３が形成されることになる。
次に、上記基板１の下面における幅方向中央位置に、予め作製しておいた補強部２となる部材を接着固定することで、アクチュエータ１１（駆動部１０）が完成する（尚、接着剤は図示していない）。
ここで、上記製造方法において、第２の電極層６を形成した後でかつ圧電体層４を形成する前に、該第２の電極層６をパターニングすれば、第２の電極層６も、第１の電極層５と同様に複数の個別電極に分割することができる。この分割した第２の電極層６上に圧電体層４をスパッタ法により形成すれば、それら複数の個別電極間の部分が圧電体層４で満たされることになる。
また、上記製造方法では，補強部２となる部材を基板１に対し接着固定することにより取り付けたが、基板１と補強部材２とが共に金属材料からなる場合には、拡散接合や溶接により取り付けるようにしてもよい。また、基板１上にレジスト等の非導電性の材料からなる型を形成し、その型を使ってめっき（電気めっき又は無電解めっき）を行うことによっても、金属材料からなる基板１上に、めっき材からなる補強部２を形成することができる。さらに、基板１が非導電性材料からなる場合においても、基板１上に、補強部２をめっきにより形成するときにおける該めっき成長のための核形成を補助する材料が含有された核形成補助材料含有層を形成し、この核形成補助材料含有層上にめっき材からなる補強部２を形成するようにすることができる。特に、核形成を補助する材料として、無電界めっき液に対して触媒作用を持つＦｅ、Ｎｉ、Ｐｄ等を用いることで、非金属基板上に、Ｎｉ等の無電界めっき材からなる補強部を形成することができる。
上記アクチュエータ１１を用いて可動部材を移動（微動）させる微動機構を構成するには、図２３に示した従来の微動機構におけるアクチュエータ６００を、上記アクチュエータ１１に置き換えればよい。すなわち、アクチュエータ１１の駆動部１０（基板１又は補強部２）の基板長さ方向の一端部を固定部材に固定し、駆動部１０（基板１又は補強部２）の基板長さ方向の他端部に可動部材を取付固定する。こうすることで、圧電素子３の作動により、可動部材を所定の平面（ここでは、水平面）内において固定部材に対して基板幅方向に往復移動させることができるようになる。
この微動機構においては、可動部材が基板１（及び補強部２）により支持されることになる。そして、基板１は、補強部２により該基板１の厚み方向には曲がり難くなっているので、可動部材を支持しても、その可動部材の重量による基板１の厚み方向のたわみ量は小さくて済む。一方、補強部２は、基板１の幅方向には曲がりやすくなっているので、圧電素子３による基板１の幅方向の変位を妨げるようなことはない。しかも、可動部材を圧電素子３で支持する必要がないので、圧電素子３の圧電体層４の厚みを薄くすることができ、圧電素子３の駆動電圧を低下させることができる。よって、可動部材を所定の平面内からずれないように低電圧で高速かつスムーズに移動させることができるとともに、可動部材の移動量を大きくすることができる。
尚、１つのアクチュエータ１１によって可動部材を支持し移動させる必要はなく、複数のアクチュエータ１１を、それらの動作が互いに干渉しないように設けて、これら複数のアクチュエータ１１によって可動部材を支持し移動させる構成であってもよい。また、後の実施形態５で説明するように、１つのアクチュエータ１１において駆動部１０を複数設けて、これら複数の駆動部１０を、互いに並列に連結したり直列に連結したりするようにしてもよい。
ここで、具体的に実施した実施例について説明する。
（実施例１）
本実施例では、アクチュエータの駆動部における基板として、幅５００μｍ、厚み１００μｍ、長さ１０ｍｍの結晶化ガラスの板材を用い、第２の電極層としては、成膜温度３００℃、高周波電力１００Ｗ、プロセス圧力１ＰａのＡｒ雰囲気中でスパッタリングにより形成してなる、厚み０．１μｍのＰｔ薄膜とした。圧電体層としては、成膜温度６００℃、高周波電力６００Ｗ、プロセス圧力１ＰａのＡｒとＯ2との混合雰囲気中でスパッタリングにより形成してなる、厚み２μｍのＰＺＴ薄膜（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）とした。第１の電極層としては、上記第２の電極層と同じ条件でスパッタリングにより成膜してなるＰｔ薄膜とし、これをドライエッチングによりパターニングして、幅２２０μｍ、長さ９．５ｍｍの２つの個別電極を形成した。
また、補強部としては、高さ（基板厚み方向の長さ）２００μｍ、幅（基板幅方向の長さ）１００μｍ、長さ５ｍｍの結晶化ガラスとし、これを上記基板の厚み方向一方の面の幅方向中央及び長さ方向中央に接着固定した。
上記基板の長さ方向の一端部を固定部材に固定し、他端部に重量２００ｍｇの可動部材を固定して微動機構を構成した。この可動部材の重量による基板の厚み方向の最大たわみ量は４１μｍであった。
そして、第２の電極層を接地し、第１の電極層の２つの個別電極のそれぞれに、位相が互いに１８０度異なる、周波数５００Ｈｚ及び振幅５Ｖの正弦波電圧を印加してアクチュエータの駆動部を駆動した。このとき、可動部材は基板の幅方向に±１．５μｍ移動し、１００ｎｍ以下の精度で位置決めを行うことができた。また、連続して１０００時間駆動したところ、位置決め精度が２００ｎｍに低下した。さらに、アクチュエータを、駆動部が固着しないように樹脂ケースでパッケージングした状態で、高さ５０ｃｍから落下させる試験をおこなったところ、アクチュエータに破損は見られなかったが、高さ１ｍから落下させる試験を行うと、駆動部（基板又は補強部）の固定部材側の端部にクラックが発生した。
（実施例２）
本実施例では、アクチュエータの駆動部における基板の厚み及び補強部の長さを上記実施例１とは異ならせた。すなわち、補強部の長さを基板の長さと等しくなるようにして、基板の長さ方向全体に亘って連続するようにし、基板の厚みは上記実施例１のものに対して１／２にした。具体的には、基板を、幅５００μｍ、厚み５０μｍ、長さ１０ｍｍの結晶化ガラスの板材とし、補強部を、高さ２００μｍ、幅１００μｍ、長さ１０ｍｍとした。その他の材料やアクチュエータの製造方法は上記実施例１と同様とした。
そして、上記アクチュエータを用いて、上記実施例１と同様の微動機構を構成したところ、可動部材の重量による基板の厚み方向の最大たわみ量は２５μｍであった。また、第１及び第２の電極層に、上記実施例１と同様の正弦波電圧（但し、周波数４００Ｈｚ）を印加して駆動を行ったところ、可動部材は基板の幅方向に±２．５μｍ往復移動し、１００ｎｍ以下の精度で位置決めを行うことができた。上記正弦波電圧の周波数を４００Ｈｚとしたのは、これ以上速くすると動作が不安定になったからである。また、連続して１０００時間駆動したところ、位置決め精度が２００ｎｍに低下した。さらに、アクチュエータを実施例１と同様にパッケージングした状態で、高さ５０ｃｍから落下させる試験をおこなったところ、アクチュエータに破損は見られなかったが、高さ１ｍから落下させる試験を行うと、駆動部（基板又は補強部）の固定部材側の端部にクラックが発生した。
（実施例３）
本実施例では、基板と補強部との大きさの割合を変化させて、本発明の効果が得られる範囲を明らかにした。
すなわち、実施例２において補強部として用いた結晶化ガラスのサイズを変化させて、基板の厚み方向の最大たわみ量及び可動部材の最大移動量を調べた。このとき、基板の大きさは、幅５００μｍ、厚み５０μｍ、長さ１０ｍｍとし、これに対して、補強部の大きさを変化させた。つまり、上記実施形態１で説明したα及びβの値を変化させた複数種のアクチュエータを用意した。
図３に、本発明の効果が得られる範囲を示す。図中の斜線を施した部分が本発明の効果が得られる範囲である。ここで、本発明の効果が得られる範囲とは、可動部材の重量を１０ｍｇ〜５００ｍｇとして、その重量による基板の厚み方向の最大たわみ量が５０μｍ以下で、かつ可動部材の最大移動量が１μｍ以上となる範囲である。この範囲外では、本発明の効果が十分に得られないことになる。すなわち、上記αの値が小さすぎたり（０．０５以下）、βの値が大きすぎたり（１０以上）すると、補強部の剛性が低くなって、可動部材の支持性が不十分となる。一方、αの値が大きすぎたり（０．４５以上）、βの値が小さすぎたり（１以下）すると、可動部材の支持性は問題ないが、可動部材の移動量が小さくなりすぎて微動機構として適さなくなる。
（実施例４）
本実施例では、上記実施例２において基板（結晶化ガラス）の幅を変化させて、可動部材の移動量との関係を調べた。
この結果、基板の幅が大きくなると、可動部材の移動量が減少するとともに、基板の幅が、該基板の厚みの２０倍よりも大きくなると、基板にねじれが生じる。このため、可動部材が平面内で移動しなくなって、平面内で移動する微動機構として機能しなくなった。一方、基板の幅が、該基板の厚み以下となると、基板の幅方向の曲げ剛性よりも厚み方向の曲げ剛性が大きくなり、補強部を設ける意味がなくなる。また、基板の長さが幅の４倍よりも小さいと、可動部材の移動量が小さくなりすぎて微動機構として適さないことが分かった。
（実施形態２）
本実施形態は、基板１及び補強部２の材質を金属に変更したものである。すなわち、アクチュエータ１１の駆動精度や耐衝撃特性は、基板１及び補強部２の材質及び取付け方法によるところが大きく、延性に富む金属を用いることにより、アクチュエータ１１（駆動部１０）の耐衝撃特性を向上させることができる。このように基板１及び補強部２を金属材料で構成した場合には、補強部２の基板１への取付け方法としては、溶接する方法や、上述しためっきによる方法等がある。補強部２をめっきにより形成すれば、補強部２の基板１への取付精度を向上させることができるとともに、長期駆動した場合の信頼性を向上させることができる。
ここで、具体的に実施した実施例について説明する。
（実施例５）
図４は、実施例５に係るアクチュエータの駆動部１０を示し、本実施例では、上記実施例２に対して、基板１及び補強部２の材質、補強部２の取付位置及び取付方法を異ならせた。
すなわち、基板１を、幅５００μｍ、厚み５０μｍ、長さ１０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の板材で構成し、補強部２を、高さ２００μｍ、幅１００μｍ、長さ１０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で構成した。そして、実施例１と同様に、第２の電極層６としてＰｔ膜を成膜し、このＰｔ膜上に、圧電体層４としてＰＺＴ薄膜を形成し、このＰＺＴ薄膜上に、第１の電極層５としてＰｔ膜を成膜して、この第１の電極層５のＰｔ膜をドライエッチングにより、幅２２０μｍ、長さ９．５ｍｍの２つの個別電極５ａ，５ｂに分割した。こうして基板１の上面に圧電素子３を設けた。しかし、本実施例では、上記ＰＺＴ薄膜の圧電特性が、基板１の表面状態の影響により、該ＰＺＴ薄膜の厚み方向の上向きと下向きとで互いに異なって、上向きの方が、下向きに比べて３０％大きくなってしまった。そこで、この圧電特性の違いを調整するために、基板１の下面における補強部２の取り付ける位置を、基板１の幅方向中央線Ｃに対し４０μｍだけＸ軸方向にずらした位置になるように、基板１と補強部２とをアライメントし、それらの接続部分をレーザー溶接することによって固定した。
上記基板１の長さ方向の一端部を固定部材に固定し、他端部に重量２００ｍｇの可動部材を固定して微動機構を構成した。この可動部材の重量による基板１の厚み方向の最大たわみ量は２０μｍであった。
そして、上記第２の電極層６を接地し、上記第１の電極層５の一方の個別電極５ａに、振幅が２．５Ｖでかつ正方向に２．５Ｖオフセットした（つまり０Ｖから５Ｖまで変化する）周波数４００Ｈｚの駆動電圧を印加し、他方の個別電極５ｂに、上記一方の個別電極５ａとは位相が１８０度異なるとともに振幅が２．５Ｖでかつ負方向に２．５Ｖオフセットした（０Ｖから−５Ｖまで変化する）周波数４００Ｈｚの駆動電圧を印加してアクチュエータの駆動部を駆動した。
このとき、可動部材は基板１の幅方向に２．０μｍ移動し、１００ｎｍ以下の精度で位置決めを行うことができた。また、連続して１０００時間駆動したところ、位置決め精度が２００ｎｍに低下した。さらに、アクチュエータを実施例１と同様にパッケージングした状態で、高さ１ｍから落下させる試験をおこなったところ、アクチュエータに破損は見られず、このことから、基板１及び補強部２の材質を金属材料に変更することにより、耐衝撃特性が向上することが分かった。
尚、基板１の表面状態に合わせて、圧電体層４の成膜条件を最適化することにより、上向きと下向きとで圧電特性をほぼ同じにすることは可能であり、実施例１及び実施例２と同様に基板１の下面の幅方向中央に補強部２を配置することも可能である。
（実施例６）
図５は、実施例６に係るアクチュエータの駆動部１０における補強部２の形成方法を示し、本実施例では、補強部２を電気めっきにより形成した点が、上記実施例５とは異なる。すなわち、まず、圧電素子３を設けた基板１の外周囲に、厚み５μｍのポリイミド１６を塗布し、基板１の下面における補強部２を取り付ける部分をパターニングして取り除く（図５（ａ）参照）。
上記塗布したポリイミド１６を硬化させた後、補強部２を形成するための型となるドライフィルムレジスト１８を貼り付け、このドライフィルムレジスト１８における補強部２を形成する部分をパターニングして取り除くことにより、深さが２００μｍ、幅５０μｍの空洞部を有する型を作製した（図５（ｂ）参照）。
次に、全体を５０℃のＮｉの電気めっき液に浸し、基板１とめっき用電極との間に３０分間電圧を印加することにより、型の空洞部に高さ２００μｍ、幅１００μｍ、長さ１０ｍｍのＮｉの電気めっき材からなる補強部２を形成した（図５（ｃ）参照）。
上記めっき終了後、ドライフィルムレジスト１８を剥離液により取り除いた。このようにして、金属材料からなる基板１に直接接合されためっき材からなる補強部２を形成した（図５（ｄ）参照）。
尚、基板１及び圧電素子３の各層の材料や、補強部２を除くアクチュエータの製造方法は、上記実施例５と同様である。
上記基板１の長さ方向の一端部を固定部材に固定し、他端部に重量２００ｍｇの可動部材を固定して微動機構を構成した。この可動部材の重量による基板１の厚み方向の最大たわみ量は２０μｍであった。
上記第２の電極層６を接地し、上記第１の電極層５の一方の個別電極５ａに、振幅が２．５Ｖでかつ正方向に２．５Ｖオフセットした（つまり０Ｖから５Ｖまで変化する）周波数４００Ｈｚの駆動電圧を印加し、他方の個別電極５ｂに、上記一方の個別電極５ａとは位相が１８０度異なるとともに振幅が２．５Ｖでかつ負方向に２．５Ｖオフセットした（つまり−５Ｖから０Ｖまで変化する）周波数４００Ｈｚの駆動電圧を印加してアクチュエータを駆動した。
このとき、可動部材は基板１の幅方向に２．０μｍ移動し、８０ｎｍ以下の精度で位置決めを行うことができた。また、連続して１０００時間駆動したところ、位置決め精度は８０ｎｍであり、位置決め特性は劣化していなかった。さらに、アクチュエータを、実施例１と同様に、パッケージングした状態で、高さ１ｍから落下させる試験をおこなったところ、アクチュエータに破損は見られなかった。したがって、金属材料からなる基板１に直接、めっき材からなる補強部２を形成することにより、耐衝撃特性が向上するとともに、長期間の駆動による位置決め精度の劣化がなくなり、信頼性が向上することが分かった。
また、上記塗布したポリイミド１６が、アクチュエータの駆動部１０の外周囲を覆うことにより駆動部１０の保護層を兼ねるため、組立て等の後工程でのアクチュエータの不良が減少した。
（実施例７）
本実施例では、アクチュエータの駆動部の基板としてシリコン基板を用い、補強部を無電界めっきにより形成した点と、アクチュエータを同時に７００個作製した点とが、上記実施例２とは異なる。
すなわち、厚みが５２５μｍの４インチシリコン基板に、第２の電極層としてＩｒとＴｉとの合金膜を成膜し、この合金膜上に、圧電体層としてＰＺＴ薄膜を成膜し、このＰＺＴ薄膜上に、第１の電極層としてＰｔ膜を成膜した。そして、このＰｔ膜を、幅２２０μｍ、長さ９．５ｍｍの２つの個別電極が、７００組得られるように分割する。
続いて、上記基板を、上記成膜した面とは反対側の面から、基板の厚みが５０μｍになるまで研磨し、その後、この研磨した面上に、補強部を無電解めっきにより形成するときにおける該めっき成長のための核形成を補助する材料が含有された核形成補助材料含有層をスパッタリングにより形成する。本実施例では、核形成を補助する材料をＰｄとして、厚み０．１μｍのＰｄ膜を形成した。
次いで、上記核形成補助材料含有層上にドライフィルムレジストを貼り付けてパターニングすることにより、深さが２００μｍ、幅５０μｍの空洞部を有する型を作製した。
次に、全体を無電界めっき液に浸し、９０℃で３時間処理することにより、型の空洞部に高さ２００μｍ、幅１００μｍ、長さ１０ｍｍのＮｉの無電界めっき材からなる補強部を形成した。そして、上記ドライフィルムレジストを剥離した後、レーザーダイシングにより、７００個のアクチュエータに分離した。
このようにして作製した１つのアクチュエータを用いて、基板の長さ方向の一端部を固定部材に固定し、他端部に重量２００ｍｇの可動部材を固定することで微動機構を構成した。この可動部材の重量による基板の厚み方向の最大たわみ量は２２μｍであった。
そして、上記第１及び第２の電極層に、上記実施例２と同様の電圧を印加して駆動を行ったところ、可動部材は基板の幅方向に±２．２μｍ往復移動し、８０ｎｍ以下の精度で位置決めを行うことができた。また、連続して１０００時間駆動したところ、位置決め精度は８０ｎｍであり、位置決め特性は劣化していなかった。さらに、アクチュエータを、実施例１と同様に、パッケージングした状態で、高さ８０ｃｍから落下させる試験をおこなったところ、アクチュエータに破損は見られなかったが、高さ１ｍから落下させる試験を行うと、駆動部（基板又は補強部）の固定部材側の端部にクラックが発生した。
尚、本実施例では、核形成補助材料含有層（Ｐｄ膜）を成膜した後にドライフィルムレジストにより型を作製したが、核形成補助材料含有層は、少なくとも基板と補強部との間にあればよく、ドライフィルムレジストを形成する前に、核形成補助材料含有層の不必要な部分をエッチングにより除去しておいてもかまわない。また、基板と補強部との間の層はＰｄ膜一層である必要はなく、基板とＰｄ膜との間にＴｉやＣｒ等からなる密着層を形成してもよい。さらに、核形成補助材料含有層はＰｄ単体からなる必要はなく、他の金属との合金で形成してもよい。
（比較例）
ここで、比較例として、図２２に示す従来のアクチュエータと同様のものを作製し、このアクチュエータによって、上記実施例１と同じ重量２００ｍｇの可動部材を動かすこととした。つまり、この比較例のものは、可動部材を圧電体層により支持するものである。この圧電体層の圧電材料としては、ＰＺＴの焼結体とし、第１及び第２の電極層としては、スパッタリングにより形成してなるＰｔ薄膜とした。
そして、上記第１及び第２の電極層に、上記実施例１と同様の電圧を印加して駆動を行ったときに、上記実施例２のように可動部材を圧電体層（焼結体）の幅方向に±２．５μｍ往復移動させかつ可動部材による圧電体層の厚み方向の最大たわみ量を２５μｍとするためには、ＰＺＴ焼結体を、幅８００μｍ、厚み４００μｍ、長さ２５ｍｍとする必要があり、実施例２に比べて８倍の厚み及び２．５倍の長さが必要であった。
また、ＰＺＴ焼結体の幅を大きくすることで、焼結体の厚みを薄くすることは可能であるが、こうすると、焼結体の幅方向の曲げ剛性が増えるため、可動部材の移動量が減少する。これを防止するためには、駆動電圧を大きくするか、又は焼結体の長さを更に長くする必要があった。
（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３に係るアクチュエータ１１を示し、補強部２を基板１に一体形成したものである。このような基板１及び補強部２は、例えば、シリコン基板１に対してドライエッチング等の加工を施すことによって容易に得られる。尚、その他の部分は、上記実施形態１（図１）と同様であり、その詳細な説明は省略する。
本実施形態では、補強部２の基板１に対する位置精度が向上するとともに、補強部２が基板１から外れることがなく、このことから、本実施形態のアクチュエータ１１を用いた微動機構により可動部材を駆動するときの位置決め精度及び信頼性が向上する。
ここで、具体的に実施した実施例について説明する。
（実施例８）
本実施例では、基板及び補強部として、厚み２５０μｍのシリコン基板をドライエッチングすることにより、一体形成したものを作製した。この基板及び補強部の全体寸法は、上記実施例２と同じである。また、その他の材料については、上記実施例１と同様とした。
上記アクチュエータを用いて微動機構を構成したところ、可動部材の重量による基板の厚み方向の最大たわみ量は２３μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法で駆動を行うと、可動部材は基板の幅方向に±２．３μｍ往復移動し、５０ｎｍ以下の精度で位置決めを行うことができた。また、連続して１０００時間駆動を行ったが、位置決め精度の劣化は見られなかった。
したがって、補強部２を基板１に一体形成することで、可動部材の位置決め精度及び信頼性が向上することが分かった。
（実施形態４）
図７は、本発明の実施形態４に係る微動機構を示し、この微動機構は、撮像素子と、該撮像素子に光を導く光学レンズとを備えたカメラモジュールの画素ずらし（撮像素子を光学レンズに対し、該光学レンズの光軸と垂直な方向に相対移動させて高解像度画像を得る技術）に適用するのに最適なものである。
すなわち、この微動機構は、２つのアクチュエータ１１（図７では、一方のアクチュエータの符号を１１ａとし、他方のアクチュエータの符号を１１ｂとしている）を備えていて、これら両アクチュエータ１１の駆動部１０により可動部材１３を支持し駆動するように構成されている。各アクチュエータ１１は、上記実施形態１〜３のアクチュエータ１１と同様に構成されているが、後述の如く第１の電極層５が異なる。
具体的には、各アクチュエータ１１における駆動部１０の基板１における長さ方向の一端部が、固定部材１２にそれぞれ固定されている。この固定部材１２は水平状に延びる板状のものであり、その中央部には、該固定部材１２の厚み方向（つまり上下方向）に貫通する四角形の貫通孔１２ａが形成されている。そして、この貫通孔１２ａの内側面における四角形の対角にある２つの頂点の近傍位置に、両アクチュエータ１１がそれぞれ固定されて、両アクチュエータ１１の駆動部１０は、上記貫通孔１２ａ内において、図７に示すＸ軸方向に所定間隔をあけて該Ｘ軸方向と垂直なＹ軸方向に互いに平行に延びている。
上記両アクチュエータ１１間には、四角形の可動部材１３が配設され、この可動部材１３が、上記各アクチュエータ１１の駆動部１０の基板１における長さ方向の他端部（先端部）に取付固定されている。尚、可動部材１３におけるアクチュエータ１１への取付部１３ａは、該可動部材１３の側面からＸ軸方向に突出形成されてなっている。
上記各アクチュエータ１１の駆動部１０の第１の電極層５は、上記実施形態１〜３とは異なり４つの個別電極（図７では、これら４つの個別電極の符号を、一方のアクチュエータ１１ａでは５ａ〜５ｄとし、他方のアクチュエータ１１ｂでは５ｅ〜５ｈとしている）に分割されている。これら個別電極５ａ〜５ｈの表面積は全て等しい。そして、一方のアクチュエータ１１ａにおいては、個別電極５ａ〜５ｄが、基板１の厚み方向から見て四角形の頂点にそれぞれ位置するように基板幅方向及び基板長さ方向に２つずつ並んでおり、アクチュエータ１１ａの駆動部１０の駆動時には、上記四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極５ａ，５ｃに印加される電圧が等しくなるようにするとともに、残り２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極５ｂ，５ｄに印加される電圧も等しくなるようにする。また、個別電極５ａ，５ｃに印加する電圧と個別電極５ｂ，５ｄに印加する電圧とは、大きさは同じであるが正負を互いに逆にする。これにより、圧電体層４において、２つの個別電極５ａ，５ｃに対応する部分に加えられる電界の大きさが共に同じとなり、残り２つの個別電極５ｂ，５ｄに対応する部分に加えられる電界の大きさも共に同じとなる。また、圧電体層４において、個別電極５ａ，５ｃに対応する部分に加えられる電界と、個別電極５ｂ，５ｄに対応する部分に加えられる電界とでは、同じ大きさで向きが互いに逆になる。第２の電極層６は接地する。
尚、上記実施形態１で説明したように、圧電体層４の厚み方向に電界を加えた場合の圧電特性が該電界の向きにより著しく異なる場合には、個別電極５ａ，５ｃに印加する電圧の大きさと個別電極５ｂ，５ｄに印加する電圧の大きさとを互いに異ならせるようにしてもよい。つまり、圧電体層４の圧電特性に合わせて、圧電体層４において、個別電極５ａ，５ｃに対応する部分に加えられる電界の大きさと、個別電極５ｂ，５ｄに対応する部分に加えられる電界の大きさとを互いに異ならせる。
上記他方のアクチュエータ１１ｂにおいても、アクチュエータ１１ａと同様に、個別電極５ｅ〜５ｈが、基板１の厚み方向から見て四角形の頂点にそれぞれ位置するように基板幅方向及び基板長さ方向に２つずつ並んでおり、アクチュエータ１１ｂの駆動部１０の駆動時には、上記四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極５ｆ，５ｈに印加される電圧が等しくなるようにするとともに、残り２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極５ｅ，５ｇに印加される電圧も等しくなるようにする。また、個別電極５ｆ，５ｈと個別電極５ｅ，５ｇとの電圧の正負は互いに逆で大きさは同じになるようにする。
上記のように構成する理由は、以下の通りである。
すなわち、図８（ａ）に示すように、上記実施形態１〜３の如く第１の電極層５を２つの個別電極５ａ，５ｂに分割した構成では、基板１の長さ方向一端側が他端側に対して基板１の幅方向（図８（ａ）に示すＸ軸方向）に円弧状の軌跡を描いて変位する。このため、基板１の他端部（駆動部１０の先端部）に取り付けた可動部材１３も円弧状の軌跡を描いて移動する（上下方向に延びる軸周りに回動する）こととなり、基板１の幅方向の移動に加えて長さ方向（Ｙ軸方向）にも移動することになる。この移動量は微小であるため、通常は、問題になることはない。しかし、本実施形態のように、複数のアクチュエータ１１で可動部材１３を支持する場合には、各アクチュエータ１１による、上下方向に延びる軸周りの回転が互いに干渉し合い、可動部材１３の移動量が低下するという問題がある。この問題を解決するためには、可動部材１３の移動軌跡を円弧ではなく直線にする必要がある。
そこで、本実施形態では、上記のようにアクチュエータ１１ａでは、第１の電極層５を４つの個別電極５ａ〜５ｄに分割しておき、第２の電極層６を接地し、個別電極５ａ，５ｃと個別電極５ｂ，５ｄとに互いに正負逆の電圧を印加する。例えば、個別電極５ａ，５ｃに負の電圧を印加する一方、個別電極５ｂ，５ｄに正の電圧を印加すると、図８（ｂ）に示すように、アクチュエータ１１ａは、基板１の厚み方向から見て、基板１が、その長さ方向中間部の１箇所に変曲点が生じるように幅方向に屈曲して、アクチュエータ１１ａの駆動部１０の先端部は基板１の幅方向に直線に沿って移動することとなる。また、アクチュエータ１１ｂの駆動部１０も、アクチュエータ１１ａの駆動部１０と同様に駆動させるが、アクチュエータ１１ａの駆動部１０と協調動作させる（可動部材１３を同じ向きに移動させる）ために、アクチュエータ１１ａの個別電極５ａ，５ｃに負の電圧を印加しかつ個別電極５ｂ，５ｄに正の電圧を印加しているときには、アクチュエータ１１ｂの個別電極５ｅ，５ｇに正の電圧を印加しかつ個別電極５ｆ，５ｈに負の電圧を印加し、逆に、個別電極５ａ，５ｃに正の電圧を印加しかつ個別電極５ｂ，５ｄに負の電圧を印加しているときには、個別電極５ｅ，５ｇに負の電圧を印加しかつ個別電極５ｆ，５ｈに正の電圧を印加するようにする。これにより、可動部材１３が、スムーズに移動するとともに、移動量の低下を抑制することができる。
尚、第１の電極層５の分割数は、４つに限らず、それよりも多くても（偶数が好ましい）、アクチュエータ１１の駆動部１０の先端部を基板１の幅方向に直線に沿って移動させるようにすることができる。
上記微動機構の可動部材１３に撮像素子を設け、この撮像素子を、固定部材１２（つまり光学レンズ）に対して光学レンズの光軸と垂直な方向（図７のＸ軸方向）に移動させて高解像度画像が得ることができる。図９（ａ）は、その撮像素子の拡大図である。この撮像素子１５においては、多数の受光部１５ａが複数列に並んで配設されている。これら受光部１５ａの周辺には、電気回路（図示せず）等が配設されており、このため、撮像素子１５全域に受光部１５ａが配置されているわけでない。そこで、受光部１５ａが配置されていない部分に該受光部１５ａが移動するように微動機構により撮像素子１５を移動させるようにすれば、高解像度の画像を得ることができる。この手法は画素ずらしと呼ばれ、高解像度の撮像素子で画像を取得した場合と同様の画像を得ることができ、擬似的に高解像度の撮像素子があるものと考えることができる。
上記微動機構を用いることにより、アクチュエータ１１を薄型及び小型にすることができるので、画素ずらし機能付きのカメラモジュールの薄型化及び小型化を図ることができるようになる。
図９（ｂ）は、可動部材１３（撮像素子１５）を１軸方向に移動（微動）させる上記微動機構を用いて、２倍の画素数を持つ高解像度画像を得る場合の受光部１５ａの位置の変化を模式的に示すものである。先ず、最初に同図中の「１」で示される位置に受光部１５ａがあり、該「１」の位置にある受光部１５ａで画像を取り込む。その後に、受光部１５ａが同図中の「２」の位置になるように、同図中の矢印Ａ方向に撮像素子１５を微動させて、該「２」の位置にある受光部１５ａで画像を取り込む。そして、これら２つの画像を合成することにより、２倍の画素数の高解像度画像を得ることができる。
ここで、具体的に実施した実施例について説明する。
（実施例９）
本実施例では、上記実施例８のアクチュエータの駆動部の電極構成を上記実施形態４で示した４つに分割したものに変更し、このアクチュエータを２つ用いて、図７で示す微動機構を構成した。すなわち、各アクチュエータにおいて、補強部は、シリコン基板をエッチングすることで該シリコン基板に一体形成したものである。また、固定部材及び可動部材も、補強部と共に基板に一体形成した。これら基板、補強部、固定部材及び可動部材は、シリコン基板に対してフッ素系のガスを主体としたドライエッチングを施すことにより一体形成した。各アクチュエータの駆動部の基板は、幅７００μｍ、厚み５０μｍ、長さ１２ｍｍの大きさとし、補強部は、高さ２５０μｍ、幅７０μｍ、長さ１２ｍｍの大きさとした。また、圧電素子の第１及び第２の電極層並びに圧電体層は、上記実施例１と同様にスパッタリングによりそれぞれ形成し、圧電体層は、厚み３μｍのＰＺＴ薄膜（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）とした。第１の電極層は、上記実施形態４のアクチュエータと同様に４つの個別電極に分割し、この各分割電極は、幅３２０μｍ、長さ５．５ｍｍの大きさとした。
上記２つのアクチュエータの駆動部に取り付ける可動部材の重量が２００ｍｇとなるようにして微動機構を構成した。このとき、可動部材の重量による基板の厚み方向の最大たわみ量は１５μｍであった。そして、各アクチュエータにおいて、四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に５Ｖの電圧を印加する一方、残り２つの個別電極に−５Ｖの電圧を印加すると、可動部材は基板幅方向に直線に沿って１．４μｍ移動した。このように２つのアクチュエータにより可動部材を支持することにより、基板の厚み方向（上下方向）のたわみをより一層効果的に抑制することができた。
（実施例１０）
図１０は、実施例１０に係るカメラモジュールの撮像素子微動機構を示し、上記実施例９の微動機構の可動部材１３に撮像素子１５を設け、この撮像素子１５を固定部材１２（光学レンズ）に対して光学レンズの光軸と垂直な１軸方向（図１０のＸ軸方向）に移動させることによって、２倍の画素数の高解像度画像を得るように構成したものである。
上記撮像素子１５は、図９（ａ）に示したものと同様であり、画素ピッチ（相隣接する受光部１５ａの間隔）を２μｍとしたものである。この撮像素子１５を、画素の対角方向（図９（ｂ）のＡ方向）が微動機構の動く方向（図１０のＸ軸方向）に一致するように、可動部材１３に取り付けた。また、上記撮像素子１５に光を導く光学レンズを、撮像素子１５の図１０の紙面手前側に配置して固定部材１２に対し間接的に固定した。この光学レンズは、その光軸が図１０の紙面に垂直な方向に延びるように配置した。
１枚の画像を撮影中に微動機構が作動すると、画像にブレが生じて画質が劣化するので、個別電極に印加する電圧は、図１１に示すような台形波を用いて行った。同図において横軸は時間であり、縦軸は電圧である。撮像素子は画素の対角方向に１．４μｍ移動すればよいので、個別電極５ａ，５ｃ（５ｆ，５ｈ）に波形１９の−２．５Ｖから２．５Ｖの間で変化する電圧を加え、個別電極５ｂ，５ｄ（５ｅ，５ｇ）に波形１９と位相が１８０度ことなる波形２０を加えた。これにより、撮像素子全域に亘って均一に画素をずらすことが可能となり、高品質で高解像度の画像を得ることができた。
尚、撮影中にアクチュエータが移動すると画質が悪化するために、１枚目の画像は、図１１中の撮影期間Ｔ１（電圧が一定であり、可動部材が静止した状態にある期間）で撮影し、２枚目の画像は撮影期間Ｔ２（撮影期間Ｔ１と同様に、電圧が一定であり、可動部材が静止した状態にある期間）で撮影した。画像を撮影できる間隔は、微動機構の動作速度に依存し、本実施例では、２．５ｍｓ（４００Ｈｚ）が限界であった。
（実施形態５）
本実施形態は、複数の駆動部１０を設けて、より高機能なアクチュエータ１１としたものである。具体的には、例えば図１２（ａ）に示すように、基板１における補強部２が設けられた面が同じ方向を向きかつ基板幅方向に互いに平行に並ぶ複数（図１２（ａ）では２つ）の駆動部１０を設けて、これら駆動部１０同士を、該駆動部１０（基板１又は補強部２）の基板長さ方向の両端部にて連結部材２３ａ，２３ｂを介して互いに並列に連結する。或いは、例えば図１２（ｂ）に示すように、基板１における補強部２が設けられた面が同じ方向を向く複数（図１２（ｂ）では２つ）の駆動部１０を設けて、これら駆動部１０同士を、該駆動部１０（基板１又は補強部２）の基板長さ方向の端部にて連結部材２３ｃを介して互いに直列に連結する。尚、３つ以上の駆動部１０を設けて、これら駆動部１０同士を並列又は直列に連結するようにしてもよい。また、連結部材２３ａ，２３ｂ，２３ｃは必ずしも必要なく、複数の駆動部１０の基板１同士又は補強部２同士を直接連結するようにしてもよい。
本発明のアクチュエータ１１では、基板１の幅を小さくするほど、基板１の幅方向の曲げ剛性が小さくなり、変位量が多くなる。しかし、基板１の幅を小さくしすぎると基板１の幅方向の曲げ剛性が小さくなりすぎて、基板１の幅方向の共振特性が低下し、これにより、第１及び第２電極層５，６に印加する電圧を高速で変化させて駆動部を高速で駆動しようとしても、その電圧の変化に基板の変形が即座に追従しなくなって、高速で駆動することはできなくなる。アクチュエータ１１を適用するデバイスによって、駆動速度の要求される程度が異なるが、変位量が大きくかつ高速駆動できるほうが好ましいのはいうまでもない。そこで、上記のように複数の駆動部１０同士を並列に連結することにより、変位量は基板１の幅を小さくした場合と同等の特性を維持しつつ、基板１の幅方向の曲げ剛性を増やすことができるようになり、この結果、高速移動が可能となる。
また、上述のように第１の電極層５を２つの個別電極５ａ，５ｂに分割した場合においては、アクチュエータ１１の駆動部１０の先端部は円弧状の軌跡を描いて動き、微動機構の構成によっては、動作に不具合が生じる。しかし、本実施形態のように、複数の駆動部１０同士を並列に連結するとともに、これら駆動部１０の変形特性を同じにすることで、駆動部１０は長さ方向に変形し難くなり、変形方向を基板幅方向のみに限定することができる。
尚、複数の駆動部１０を直列に連結した場合については、後の実施形態６において詳しく説明する。
ここで、具体的に実施した実施例について説明する。
（実施例１１）
図１３（ａ）は実施例１１に係るアクチュエータ１１を示す。このアクチュエータ１１は、基板１における補強部２が設けられた面が同じ方向を向きかつ基板幅方向に互いに平行に２００μｍの間隔を空けて並ぶ２つの駆動部１０を備えており、この各駆動部１０の形状は，上記実施例９のアクチュエータの駆動部と同様である。そして、これら２つの駆動部１０を、該駆動部１０の基板長さ方向の両端部にて連結部材２３ａ，２３ｂを介して互いに並列に連結した。連結部材２３ａは、２つの駆動部１０の基板１に一体形成したものであり、連結部材２３ｂは、２つの駆動部１０の補強部２を連結部材２３ｂ側へ延長した部分に固定したものである。
そして、連結部材２３ａは固定部材を兼ねることができ、連結部材２３ｂは可動部材を兼ねることができるので、このまま微動機構としてアクチュエータ１１の駆動部１０を駆動した。すなわち、２つの駆動部１０の個別電極５ａに同じ大きさの電圧を印加し、２つの駆動部１０の個別電極５ｂにも同じ大きさの電圧（個別電極５ａとは大きさが同じで正負が逆の電圧）を印加すると、図１３（ｂ）に示すように、基板１の連結部材２３ｂ側の端部は円弧状の軌跡を描くが、上記補強部２の延長部分の変形により、連結部材２３ｂは基板幅方向に直線に沿って移動した。
上記連結部材２３ｂの重量は２００ｍｇであり、各駆動部１０の基板厚み方向のたわみ量は１３μｍであった。そして、上記実施例１と同様の駆動電圧で、駆動周波数を変えながら駆動試験を行ったところ、連結部材２３ｂの移動量は±２．０μｍであり，駆動周波数７００Ｈｚまで安定して動作を行うことができた。また、位置決め精度、長期駆動特性及び耐衝撃特性は、上記実施例２のものと変わらなかった。
したがって、複数の駆動部１０を並列に連結したアクチュエータ１１では、駆動周波数を高くできることが分かった。また、このアクチュエータ１１を微動機構に用いた場合、可動部材を直線に沿って移動させ得ることが分かった。
（実施例１２）
図１４は実施例１２に係るカメラモジュールの撮像素子微動機構を示し、本実施例では、上記実施例１０（図１０参照）の２つのアクチュエータ１１（１１ａ，１１ｂ）を、各々、図１２（ａ）のように互いに並列に連結された２つの駆動部１０を有するものに変更したものである。各アクチュエータ１１の２つの駆動部１０の間隔は３００μｍとし、その他の各アクチュエータ１１の駆動部１０のサイズや電極構成、駆動電圧等は、実施例１０と同様にした。
本実施例では、固定部材１２が、固定部材側の連結部材を兼ねている。また、可動部材側の連結部材２３ａは、２つの駆動部１０の基板１における長さ方向の端部において相対向する側面同士を連結している。これにより、可動部材１３は、該可動部材１３に対し近い側に位置する駆動部１０の基板１に直接固定されているとともに、可動部材１３に対し遠い側に位置する駆動部１０の基板１には、間接的に固定されていることになる。尚、可動部材１３は、連結部材２３ａに固定するようにしてもよく、要するに、２つの駆動部１０に直接又は間接的に固定すればよい。
上記の構成にすることにより、撮影時間間隔が１ｍｓ（１０００Ｈｚ）に短縮し、より短い時間間隔で撮影が行えるようになり、さらに高画質の高解像度画像を得ることができるようになった。
（実施形態６）
図１５は、本発明の実施形態６に係る微動機構を示し、図１２（ｂ）のように、基板長さ方向の端部にて互いに直列に連結した２つの駆動部１０（図１５では、一方の駆動部の符号１０ａとし、他方の駆動部の符号を１０ｂとしている）を有するアクチュエータ１１により構成したものである。
本実施形態では、２つの駆動部１０同士は、基板厚み方向から見て互いに直交する方向に延びており、一方の駆動部１０ａにおける連結部材２３ｃと反対側の端部が固定部材１２に固定され、他方の駆動部１０ｂにおける連結部材２３ｃと反対側の端部に可動部材１３が固定されている。
基板長さ方向の端部にて互いに直列に連結した２つの駆動部１０同士が互いに平行に並んでいなければ、各駆動部１０で発生する変位を組み合わせて、可動部材１３を所定の平面内で２次元的に動かすことができるようになる。そして、本実施形態のように２つの駆動部１０同士を互いに直交するように連結すると、可動部材１３を互いに直交する２軸方向に容易に駆動制御できるようになる。すなわち、可動部材１３のＸ軸方向の移動は、Ｙ軸方向に延びる駆動部１０（固定部材側の駆動部１０ａ）のみの制御で行い、Ｙ軸方向の移動は、Ｘ軸方向に延びる駆動部１０（可動部材側の駆動部１０ｂ）のみの制御で行うことができる。
このように２つの駆動部１０を直列に連結した場合、固定部材１２から可動部材１３までの駆動部１０に沿った長さがかなり長くなり、このため、各駆動部１０に補強部２が設けられていないと、可動部材１３の基板厚み方向のたわみ量が非常に大きくなるが、本実施形態では、補強部２により基板１の厚み方向の曲げ剛性が高くなっているので、可動部材１３が本来の平面内からずれるのを有効に抑制することができる。
尚、３つ以上の駆動部１０を直列に連結した場合には、相隣接する２つの駆動部１０同士を、基板厚み方向から見て互いに直交する方向に延びるようにすればよい。
上記のように可動部材１３を互いに直交する２軸方向に移動させる微動機構をカメラモジュールに用いて、撮像素子１５を移動させるようにすれば、より一層高解像度の画像が得られるようになる。
図１６は、可動部材１３（撮像素子）を互いに直交する２軸方向に移動させる微動機構を用いて、４倍の画素数の高解像度画像を得る場合の受光部１５ａの位置の変化を模式的に示すものである。先ず、最初に同図中の「１」で示される位置に受光部１５ａがあるときに画像の取り込みを行い、続いて、微動機構により、受光部１５ａを、Ｘ軸方向に動かして同図中の「２」の位置に移動させ、該「２」の位置にある受光部１５ａで第２の画像を取り込む。次いで、微動機構により、受光部１５ａを上記Ｘ軸方向と垂直なＹ軸方向に動かして図中の「３」の位置に移動させ、該「３」の位置にある受光部１５ａで第３の画像を取り込み、その後、微動機構により、受光部１５ａをＸ軸方向（「１」から「２」への移動とは反対側）に動かして図中の「４」の位置に移動させ、該「４」の位置にある受光部１５ａで第４の画像を取り込む。そして、これら４つの画像を合成することにより、４倍の画素数の高解像度画像を得ることができる。尚、より細かく撮像素子の位置制御を行うことで、更に高解像度の画像を得ることができるようになる。
図１７は、可動部材１３の上面に設けた撮像素子１５を固定部材１２（つまり光学レンズ）に対して光学レンズの光軸と垂直な２軸方向に移動させることが可能なカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す。この微動機構は、上記実施例１０と同様に、可動部材１３を２つのアクチュエータ１１により支持しかつ駆動するようにしたものである。この各アクチュエータ１１は、図１５のアクチュエータ１１と同様に、互いに直交する方向に延びるように直列に連結された（本実施形態では、基板１同士が連結部材を介さずに直接連結されている）２つの駆動部１０（１０ａ，１０ｂ）を有している。また、各駆動部１０の第１の電極層５は、上記実施例１０と同様に４つの個別電極５ａ〜５ｄに分割されている。
上記各アクチュエータ１１において、一方の駆動部１０ａの基板１における長さ方向の一端部が、上記実施例１０と同様の固定部材１２に固定され、他端部に、他方の駆動部１０ｂの基板１における長さ方向の一端部が固定されており、この他方の駆動部１０ｂの基板１における長さ方向の他端部に、可動部材１３の取付部１３ａが取付固定されている。また、各アクチュエータ１１において、上記一方の駆動部１０ａは、図１７に示すＸ軸方向に延びている一方、上記他方の駆動部１０ｂは、一方の駆動部１０ａとは垂直なＹ軸方向に延びている。そして、上記一方の駆動部１０ａを駆動することで、可動部材１３（撮像素子１５）をＹ軸方向に移動させ、上記他方の駆動部１０ｂを駆動することで、可動部材１３をＸ軸方向に移動させるようになっている。このことで、可動部材１３を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の２軸方向に移動させることが可能になる。
尚、上記各アクチュエータ１１において２つの駆動部１０ａ，１０ｂ同士を互いに垂直な方向に延びるようにする必要は必ずしもない。２つの駆動部１０ａ，１０ｂ間のなす角度が直角でない場合であっても、２つの駆動部１０ａ，１０ｂを協調して駆動することにより、可動部材１３を所定の平面内で任意の方向に動かすことができる。
ここで、具体的に実施した実施例について説明する。
（実施例１３）
本実施例では、図１７と同様のカメラモジュールの撮像素子微動機構を作製した。基板、補強部、固定部材及び可動部材は、上記実施例１０と同様に、シリコン基板に対しドライエッチングを施すことにより一体形成した。また、各アクチュエータの駆動部は、上記実施例１０と同様のものとした。この微動機構の可動部材（撮像素子）を、図１６で説明したように移動させることで４つの画像を取り込み、これらを合成することにより、４倍の画素数の高解像度画像を得ることができた。
（実施例１４）
図１８は、実施例１４に係るカメラモジュールの光学レンズ微動機構を示す。本実施例では、撮像素子を移動させるのではなくて、光学レンズを移動させるようにしたものである。
すなわち、可動部材１３は光を透過する材質からなり、この可動部材１３上に光学レンズ７を固定した。この光学レンズ７の光軸は、図１８の紙面に垂直な方向に延びている。そして、この光学レンズ７を通った光を受ける受光部を有する撮像素子を、光学レンズ７の図１８の紙面裏側に配置して固定部材１２に対し間接的に固定した。その他の構成は上記実施例１２と同様であり、光学レンズ７を、固定部材１２（つまり撮像素子）に対して光学レンズ７の光軸と垂直な２軸方向（図１８のＸ軸方向及びＹ軸方向）に移動させることで、４倍の画素数の高解像度画像を得るように構成した。光学レンズ７の重量は撮像素子の約１／１０であるため、撮像素子を移動させる場合に比べて、アクチュエータの駆動電力が少なくて済み、光学レンズ７をより高速で動作させることができ、画質をさらに高めることができた。
（実施例１５）
図１９は、実施例１５に係るカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す。本実施例では、上記実施形態６のアクチュエータ１１と同様のアクチュエータ１１を４つ用いて微動機構を構成している。すなわち、この微動機構は、Ｘ軸方向に延びる固定部材側の駆動部１０ａとＹ軸方向に延びる可動部材側の駆動部１０ｂとを有する２つのアクチュエータ１１ａと、Ｙ軸方向に延びる固定部材側の駆動部１０ｃとＸ軸方向に延びる可動部材側の駆動部１０ｄとを有する２つのアクチュエータ１１ｂとを備えている。そして、可動部材１３（撮像素子）をＸ軸方向に移動させる場合には、２つのアクチュエータ１１ａの駆動部１０ｂ及び２つのアクチュエータ１１ｂの駆動部１０ｃを協調して動かし、Ｙ軸方向に移動させる場合には、２つのアクチュエータ１１ａの駆動部１０ａ及び２つのアクチュエータ１１ｂの駆動部１０ｄを協調して動かすようにする。
本実施例では、固定部材１２の貫通孔１２ａの面積を出来る限り小さくして、微動機構全体を小さくするために、固定部材側の駆動部１０ａ，１０ｃと、可動部材側の駆動部１０ｂ，１０ｄとで、基板１の長さ及び幅を異ならせている。具体的には、駆動部１１ａ，１１ｃでは、基板１の長さは１０ｍｍ、幅は８００μｍであり、駆動部１１ｂ，１１ｄでは、基板１の長さは９ｍｍ、幅は４００μｍである。
上記の構成により、可動部材１３をＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ±１．０μｍづつ移動させることができた。また、撮像素子の画素ピッチを４μｍとして、微動機構を動かしながら、４枚の画像を撮影することにより、４倍の画素数の高解像度化像を得ることができた。
（実施形態７）
図２０は、本発明の実施形態７に係る微動機構の構成を示す。この微動機構のアクチュエータ１１は、角速度センサにより検出された手ブレを打ち消すように撮像素子や光学レンズ等を移動させる手ブレ補正機構に特に好適に用いることができる。
すなわち、上記のような画素ずらしを行う場合には、可動部材１３の移動量としては±２．５μｍあれば十分であったが、手ブレ補正機構では、撮像素子の１０画素に相当する移動量（画素ピッチ２μｍの撮像素子を用いる場合は、２０μｍ）が必要となる。そこで、本実施形態では、可動部材１３の移動量を増大させるべく、アクチュエータ１１が複数（図２０では４つ）の駆動部１０を備えるようにするとともに、これら複数の駆動部１０同士を、基板１における補強部２が設けられた面が同じ方向を向きかつ基板幅方向に互いに平行に並んだ状態で、上記実施形態５で説明した如く、該駆動部１０の基板長さ方向の端部にて連結部材２３ｃを介して互いに直列に連結するようにする。そして、一方の端に位置する駆動部１０における隣接の駆動部１０と連結されていない端部が固定部材１２に固定され、他方の端に位置する駆動部１０における隣接の駆動部１０と連結されていない端部に可動部材１３が固定されている。尚、本実施形態では、上記一方の端に位置する駆動部１０及び固定部材１２は、２つの相隣接する駆動部１０同士を連結する連結部材２３ｃと同様の連結部材２３ｄを介して互いに連結固定され、上記他方の端に位置する駆動部１０及び可動部材１３も、連結部材２３ｅを介して互いに連結固定されている。
上記の構成により、各駆動部１０を蛇腹の如く伸縮するようにそれぞれ協調駆動することで、可動部材１３のＸ軸方向の移動量を、全駆動部１０の基板幅方向の変位量の総和と同じ量にすることができ、可動部材１３の移動量をかなり増やすことが可能になる。
尚、駆動部１０の幅が全駆動部１０の長さの総和に比して小さくなるため、上記実施形態５で説明したように、可動部材１３を高速動作させることが困難になるが、手ブレ補正では、一般的に、画素ずらしの場合にくらべて動作が遅くてもよく、１００Ｈｚ程度の周波数の電圧で駆動できれば十分である。
図２１は、上記図２０の微動機構のアクチュエータ１１を６つ用いて構成したカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す。この微動機構は、固定部材１２の貫通孔１２ａ内に配設された可動部材１３及び中間部材１４並びに６つの上記アクチュエータ１１を備えている。上記可動部材１３は、図１７の微動機構と同様の撮像素子１５を備えているとともに、中間部材１４の中央部に設けた貫通孔１４ａ内に配置されている。上記６つのアクチュエータ１１のうち２つ（図２１では、これら２つのアクチュエータの符号を１１ａとしている）は、可動部材１３を図２１のＸ軸方向に移動させるために用いられている。また、残り４つ（図２１では、これら４つのアクチュエータの符号を１１ｂとしている）は、可動部材１３を図２１のＹ軸方向に移動させるために用いられている。
具体的には、上記アクチュエータ１１ａは、上記貫通孔１４ａ内において上記可動部材１３のＸ軸方向両側に１つずつ配置されており、該各アクチュエータ１１ａにおける一方の端に位置する駆動部１０が中間部材１４の貫通孔１４ａの内周面に固定され、他方の端に位置する駆動部１０に上記可動部材１３が固定されている。これにより、中間部材１４は、アクチュエータ１１ａに対しては、図２０の微動機構の固定部材１２に相当する。
また、上記アクチュエータ１１ｂは、上記貫通孔１２ａ内において上記中間部材１４のＹ軸方向両外側に２つずつ配置されており、該各アクチュエータ１１ｂにおける一方の端に位置する駆動部１０が固定部材１２の貫通孔１２ａの内周面に固定され、他方の端に位置する駆動部１０に上記中間部材１４が固定されている。これにより、中間部材１４は、アクチュエータ１１ｂに対しては、図２０の微動機構の可動部材１３に相当する。
そして、２つのアクチュエータ１１ａの各駆動部１０の駆動により、可動部材１３を中間部材１４に対しＸ軸方向に移動させ、４つのアクチュエータ１１ｂの各駆動部１０の駆動により、中間部材１４を固定部材１２に対しＹ軸方向に移動させるようにする。これにより、６つのアクチュエータ１１の各駆動部１０を協調駆動することによって、可動部材１３（撮像素子１５）を固定部材１２（つまり光学レンズ）に対し、光学レンズの光軸と垂直な２軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動させることができるようになる。この可動部材１３（撮像素子１５）の移動量は、上記の如くかなり大きくなるので、角速度センサにより検出した手ブレを打ち消すように可動部材１３を移動させることにより，手ブレを補正することが可能となる。
（実施例１６）
本実施例では、図２０と同様の微動機構のアクチュエータを作製した。このとき、各アクチュエータにおける各駆動部の基板は、長さ１０ｍｍ、幅５００μｍ、厚み５０μｍの大きさとした。また、補強部は、高さ２００μｍ、幅５０μｍ、長さ１０ｍｍの大きさとし、第１の電極層の４つの個別電極のそれぞれを、長さ４．５ｍｍ、幅２２０μｍの大きさとした。さらに、各駆動部のその他の部分は上記実施例２と同様にした。
そして、上記１つの駆動部において四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つ個別電極に−５Ｖを印加し、残る２つの個別電極に＋５Ｖを印加すると、基板の長さ方向一端側に対して他端側が基板の幅方向に２．５μｍ変位した。また、印加する電圧を逆にすると、逆向きに２．５μｍ変位した。すなわち、１つの駆動部で可動部材を５μｍ移動させることが可能であり、この駆動部を図２０のように４つ連結したアクチュエータを用いて微動機構を構成すれば、各駆動部の４つの個別電極に＋５Ｖ又は−５Ｖの電圧を印加することにより、可動部材を所定の平面内で２０μｍ四方の範囲で自由に位置決めをすることができるようになる。
さらに、上記アクチュエータを６つ用いて、図２１と同様のカメラモジュールの微動機構を構成し、角速度センサにより手ブレの移動量を検出して、手ブレ補正動作を行ったところ、手ブレが良好に補正されて高品質の画像を得ることができた。
本発明のアクチュエータは、カメラモジュールにおいて画素ずらしや手ブレ補正を行うために撮像素子又は光学レンズを移動させる微動機構に有用であるとともに、ハードディスクや光ディスクの読み取りヘッドの微小な位置決め機構、或いはマイクロミラーやマイクロシャッターの駆動機構等にも有用である。
図１は、本発明の実施形態１に係るアクチュエータを示す斜視図である。 図２は、上記アクチュエータの製造方法を示す概略図である。 図３は、α及びβの値について本発明の効果が得られる範囲を示す図である。 図４は、実施例５に係るアクチュエータの駆動部の断面図である。 図５は、実施例６に係るアクチュエータの駆動部における補強部の形成方法を示す概略図である。 図６は、本発明の実施形態３に係るアクチュエータを示す斜視図である。 図７は、本発明の実施形態４に係る微動機構を示す平面図である。 図８は、アクチュエータを駆動したときの変形状態を示す平面図であり、図８（ａ）は、第１の電極層を２分割した場合を示し、図８（ｂ）は、第１の電極層を４分割した場合を示す。 図９（ａ）は、撮像素子の拡大平面図であり、図９（ｂ）は、撮像素子を１軸方向に移動させる微動機構を用いて、２倍の画素数の高解像度画像を得る場合の受光部の位置の変化を模式的に示す図である。 図１０は、実施例１０に係るカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す図である。 図１１は、実施例１０に係る撮像素子微動機構におけるアクチュエータの駆動部の個別電極に印加する電圧波形を示す図である。 図１２は、実施形態５に係るアクチュエータを示す図であり、図１２（ａ）は、２つの駆動部を並列に連結した場合を示し、図１２（ｂ）は、２つの駆動部を直列に連結した場合を示す。 図１３（ａ）は、実施例１１に係るアクチュエータを示す図であり、（ｂ）は、そのアクチュエータの駆動部を駆動したときの駆動部の変形状態を示す図である。 図１４は、実施例１２に係るカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す図である。 図１５は、実施形態６に係る微動機構を示す図である。 図１６は、撮像素子を互いに直交する２軸方向に移動させる微動機構を用いて、４倍の画素数の高解像度画像を得る場合の受光部の位置の変化を模式的に示す図である。 図１７は、撮像素子を互いに直交する２軸方向に移動させることが可能なカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す図である。 図１８は、実施例１４に係るカメラモジュールの光学レンズ微動機構を示す図である。 図１９は、実施例１５に係るカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す図である。 図２０は、実施形態７に係る微動機構の構成を示す図である。 図２１は、図２０の微動機構のアクチュエータにより構成されたカメラモジュールの撮像素子微動機構を示す図である。 従来のアクチュエータを示す斜視図である。 上記従来のアクチュエータにより構成された微動機構を示す概略図である。 画素ずらし機能を有する従来のカメラモジュールを示す概略図である。
符号の説明
１ 基板
２ 補強部
３ 圧電素子（変位手段）
４ 圧電体層
５ 第１の電極層
６ 第２の電極層
７ 光学レンズ
１０ 駆動部
１１ アクチュエータ
１２ 固定部材
１３ 可動部材
１５ 撮像素子

Claims (23)

  1. 厚み方向から見て所定の幅及び長さを有する基板と、該基板の厚み方向一方の面に設けられた補強部と、上記基板の厚み方向他方の面に設けられ、該基板の長さ方向一端側に対して他端側を基板の幅方向に変位させる変位手段とを有する駆動部を備えたアクチュエータであって、
    上記補強部は、該補強部の上記基板幅方向の曲げ剛性が上記基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成されていることを特徴とするアクチュエータ。
  2. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、
    補強部は，基板の厚み方向一方の面において該基板の長さ方向に連続して設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
  3. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、
    補強部は、基板の厚み方向一方の面における幅方向略中央に設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
  4. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、
    補強部は、金属材料で構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
  5. 請求項４記載のアクチュエータにおいて、
    補強部は、めっき材からなることを特徴とするアクチュエータ。
  6. 請求項５記載のアクチュエータにおいて、
    補強部と基板との間に、該基板上に該補強部をめっきにより形成するときにおける該めっき成長のための核形成を補助する材料が含有された核形成補助材料含有層が形成されていることを特徴とするアクチュエータ。
  7. 請求項４記載のアクチュエータにおいて、
    補強部を除く駆動部の周囲が非金属材料によって覆われていることを特徴とするアクチュエータ。
  8. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、
    基板は、金属材料で構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
  9. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、
    補強部は，基板に一体形成されたものであることを特徴とするアクチュエータ。
  10. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、
    補強部の基板幅方向の長さの平均値を基板の幅の平均値のα倍とし、該補強部の基板厚み方向の長さの平均値を基板の厚みの平均値のβ倍としたとき、上記α及びβの値は、
    ０．０５＜α＜０．４５、
    １＜β＜１０、及び
    ０．００１＜α３β＜０．１
    を全て満たすことを特徴とするアクチュエータ。
  11. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、
    基板の幅は、該基板の厚みに対して１倍を越え２０倍以下に設定され、
    上記基板の長さは、該基板の幅に対して４倍以上に設定されていることを特徴とするアクチュエータ。
  12. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、
    変位手段は、圧電体層と、該圧電体層の厚み方向一方の面に設けられた第１の電極層と、圧電体層の厚み方向他方の面に設けられた第２の電極層とで構成されており、
    上記第１及び第２の電極層の少なくとも一方は、上記圧電体層に、基板の長さ方向一端側に対して他端側を該基板の幅方向に変位させるための電界を加えることが可能なように２つ以上の個別電極に分割されていることを特徴とするアクチュエータ。
  13. 請求項１２記載のアクチュエータにおいて、
    第１及び第２の電極層の少なくとも一方は、４つ以上の個別電極に分割されていることを特徴とするアクチュエータ。
  14. 請求項１２記載のアクチュエータにおいて、
    全ての個別電極の表面積が略同じであることを特徴とするアクチュエータ。
  15. 請求項１２記載のアクチュエータにおいて、
    第１及び第２の電極層の少なくとも一方は、基板幅方向に並ぶ２つの個別電極に分割されており、
    圧電体層において上記２つの個別電極のうち一方に対応する部分に加えられる電界の大きさと、他方に対応する部分に加えられる電界の大きさとが互いに異なることを特徴とするアクチュエータ。
  16. 請求項１２記載のアクチュエータにおいて、
    第１及び第２の電極層の少なくとも一方は、基板の厚み方向から見て四角形の頂点にそれぞれ位置するように基板幅方向及び基板長さ方向に２つずつ並ぶ４つの個別電極に分割されており、
    圧電体層において、上記四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさが共に同じであり、残り２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさが共に同じであることを特徴とするアクチュエータ。
  17. 請求項１６記載のアクチュエータにおいて、
    圧電体層において、四角形の対角にある２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさと、残り２つの頂点にそれぞれ位置する２つの個別電極に対応する部分に加えられる電界の大きさとが互いに異なることを特徴とするアクチュエータ。
  18. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、
    基板における補強部が設けられた面が同じ方向を向きかつ基板幅方向に互いに平行に並ぶ複数の駆動部を備え、
    上記複数の駆動部同士が、該駆動部の基板長さ方向の両端部にて互いに並列に連結されていることを特徴とするアクチュエータ。
  19. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、
    基板における補強部が設けられた面が同じ方向を向く複数の駆動部を備え、
    上記複数の駆動部同士が、該駆動部の基板長さ方向の端部にて互いに直列に連結されていることを特徴とするアクチュエータ。
  20. 請求項１９記載のアクチュエータにおいて、
    相隣接する２つの駆動部同士が、基板厚み方向から見て互いに直交する方向に延びていることを特徴とするアクチュエータ。
  21. 請求項１９記載のアクチュエータにおいて、
    複数の駆動部同士が、基板幅方向に互いに平行に並んだ状態で、該駆動部の基板長さ方向の端部にて連結部材を介して互いに直列に連結されていることを特徴とするアクチュエータ。
  22. 可動部材を固定部材に対して移動させる駆動部を有するアクチュエータを備えた微動機構であって、
    上記アクチュエータの駆動部は、厚み方向から見て所定の幅及び長さを有する基板と、該基板の厚み方向一方の面に設けられた補強部と、上記基板の厚み方向他方の面に設けられ、該基板の長さ方向一端側に対して他端側を基板の幅方向に変位させる変位手段とを有し、
    上記補強部は、該補強部の上記基板幅方向の曲げ剛性が上記基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成され、
    上記駆動部の基板長さ方向の一端部が上記固定部材に固定され、他端部に上記可動部材が固定されており、
    更に上記駆動部は、上記変位手段の作動により上記可動部材を上記固定部材に対して上記基板幅方向に移動させるように構成されていることを特徴とする微動機構。
  23. 撮像素子と、該撮像素子に光を導く光学レンズと、該撮像素子又は光学レンズを、該光学レンズの光軸と垂直な方向に移動させる駆動部を有するアクチュエータとを備えたカメラモジュールであって、
    上記アクチュエータの駆動部は、厚み方向から見て所定の幅及び長さを有する基板と、該基板の厚み方向一方の面に設けられた補強部と、上記基板の厚み方向他方の面に設けられ、該基板の長さ方向一端側に対して他端側を基板の幅方向に変位させる変位手段とを有し、
    上記補強部は、該補強部の上記基板幅方向の曲げ剛性が上記基板厚み方向の曲げ剛性よりも小さい形状に形成され、
    上記駆動部の基板長さ方向の一端部が固定部材に固定され、他端部に上記撮像素子又は光学レンズが固定されており、
    更に上記駆動部は、上記変位手段の作動により上記撮像素子又は光学レンズを上記固定部材に対して該光学レンズの光軸と垂直な方向に移動させるように構成されていることを特徴とするカメラモジュール。
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